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Die
Erfindung betrifft eine Entwicklerrolle oder Entwicklungshülse zur
Verwendung in einer Tonerkartusche für eine elektrografische Vorrichtung, wie
beispielsweise einen Laserdrucker, einen Kopierer, ein Fax- oder
ein Multifunktionsgerät.
Die Entwicklerrolle in der Tonerkartusche hat die Funktion, Toner-
und/oder Entwicklermaterial von einem Vorratsbehälter über eine Ladungserzeugungsstation
zu einer Entwicklungsstation zu transportieren, wo er auf einem
bildtragenden Element entwickelt wird, und anschließend das
ungenutzte Entwicklermaterial zum Vorratsbehälter zurückzutransportieren; und die Funktion,
die triboelektrische Aufladung des Entwicklers zu ermöglichen,
wenn dieser die Ladestation durchläuft.
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Die
Entwicklerrollen oder -hülsen
sind auf dem Fachgebiet sowohl für
Zweikomponenten- als auch für
Einkomponentenentwicklungssysteme bekannt. Die Rolle ist herkömmlich typischerweise
rohrförmig
ausgebildet und kann aus Aluminium hergestellt sein und einen mit
ihrer Längsachse
koaxial ausgerichteten stationären
oder drehbaren Magnet aufweisen. Die Rolle wird sich in jedem Fall
drehen, um die vorstehend beschriebenen Funktionen auszuführen.
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Die
Oberfläche
der Rolle ist strukturiert oder profilier, damit sie ihre beiden
Funktionen ausführen kann.
Im
US-Patent 4377332 wird
ein Einkomponentensystem mit einer Entwicklerrolle beschrieben,
die auf ihrer Oberfläche
konkav-konvexe Strukturen aufweist. Im
US-Patent 4380966 wird eine Aluminiumrolle
beschrieben, deren Oberfläche
durch Sandstrahlen durch einen Strahlvorgang durch ein abtragendes
Mittel, wie beispielsweise Aluminiumoxid, aufgerauht ist.
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In
Verbindung mit den Entwicklerrollen auftretende Probleme sind Geistereffekte,
gemäß denen ein
elektrisches Bild über
mehr als eine Umdrehung auf der Rolle gespeichert wird, so dass
ein Bild entlang eines Seite mehrmals wiederholt entwickelt wird.
Eine Hypothese über
den Mechanismus, durch den das Bild gespeichert wird, ist im
US-Patent 4989044 dargestellt,
in der eine Beschichtung beschrieben ist, die dazu vorgesehen ist,
auf der Entwicklerrollenoberfläche
gespeicherte Ladung besser zu leiten und außerdem das mit der Rolle in
Kontakt stehenden Tonermaterial gleitfähiger zu machen.
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Unabhängig davon,
ob die Rolle beschichtet oder unbeschichtet ist, könnte eine
gewünschtes Oberflächen-Finish
für Einkomponentensysteme eine
Rauheit im Bereich von Ra 0,3-3,0 μm (und Rz im Bereich von 5-30 μm) aufweisen.
Für Zweikomponentensysteme
könnte
der gewünschte
Ra-Bereich 5-15 μm betragen.
D.h., die mittlere Oberflächenrauheit
einer zur Verwendung in Zweikomponentensystemen konstruierten Rolle
ist eine Größenordnung größer als
die für
Einkomponentensysteme erforderliche mittlere Oberflächenrauheit.
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Auf
dem Fachgebiet sind unbeschichtete Entwicklerrollen mit extrudierten
Rillen- oder Riefenstrukturen (
US-Patent
5400124 ) und speziell feinbearbeiteten Oberflächen bekannt
(
US-Patent 5483326 ).
Außerdem
sind verschiedene Beschichtungen bekannt, die Beschichtungen auf
Harzbasis sein können,
wie beispielsweise im
US-Patent 4989044 beschrieben
ist, oder galvanisierte Beschichtungen sein können (
US-Patent 5781830 ) oder sogar keramische
Beschichtungen (
US-Patent 5563690 ).
Außerdem
sind auf dem Fachgebiet verschiedenartige Vor- und Nachbeschichtungsbehandlungen
beschrieben.
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Trockenplattierungsverfahren,
die entweder als PVD-Verfahren
(physikalisches Bedampfungsverfahren) oder CVD-Verfahren (Gasphasenabscheidungsverfahren)
definiert sind, sind im
US-Patent 5697029 beschrieben,
wobei durch Sputtern ein Oberflächen-Finish
mit einer Rauheit (Rz) von etwa 20 μm erhalten werden kann, so dass
die Rolle für eine
Einkomponentenentwicklung geeignet ist. Trockenplattieren ermöglicht es
einem Hersteller, die Verschmutzung der Umgebung, insbesondere durch Säuren und
Lösungsmittel,
zu vermindern und ist daher sehr erstrebenswert.
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Metallsprühprozesse,
wie beispielsweise Lichtbogenspritzen oder -sprühen, sind in Zweikomponentensystemen
verwendet worden, das Oberflächen-Finish
ist bisher für
eine Einkomponentenentwicklung jedoch zu grob gewesen. Lichtbogensprühen ist
ein wünschenswerter
Herstellungsprozess, weil er trocken durchgeführt wird und weder Säuren noch
Lösungsmittel
erfordert. Die Reststoffe sind ebenfalls trocken und können in
einem Behälter
aufgenommen und gesammelt werden. Der Abfall ist relativ inert und
kann sicher entsorgt werden. Außerdem
ist für
Lichtbogensprühen
weder eine inerte Atmosphäre
noch ein Vakuum erforderlich.
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Ein
Beispiel eines Verfahrens zum Lichtbogensprühen einer Entwicklerrolle ist
im
US-Patent 5223669 beschrieben.
Das dargestellte Verfahren beinhaltet jedoch nicht das Aufsprühen einer
Metallbeschichtung mit einem Druck von mehr als 689,47 kPa (100
psi (Pfund pro Quadratzoll)). Im
US-Patent 4078097 wird
vorgeschlagen, eine Kunststoffkomponente mit einem Druck von mehr
als 689,47 kPa (100 psi) durch Lichtbogensprühen zu beschichten.
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Duch
die vorliegende Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer
Entwicklerrolle bereitgestellt, mit den Schritten: Ausbilden einer
Oberflächenbeschichtung
auf einer Röhre
durch Lichtbogensprühen,
wobei das Lichtbogensprühen unter
Verwendung von Druckluft mit einem Druck von mehr als 689,47 kPa
(100 psi) ausgeführt
wird, und wobei das Verfahren einen Schritt zum Verarbeiten der
besprühten
Oberfläche
der Entwicklerrolle zum Vermindern der Oberflächenrauheit aufweist.
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Das
Verfahren ermöglicht
die Herstellung einer harten Beschichtung auf einer Entwicklerrolle
mit einem für
eine Einkomponentenentwicklung ausreichend feinen Oberflächen-Finish.
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Außerdem ist
die Verwendung von rostfreiem Stahl und Kupfer für verschiedene Anwendungen vorgesehen.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand eines Beispiels unter Bezug auf
die beigefügten
Zeichnungen beschrieben; es zeigen:
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1 eine
schematische Querschnittansicht einer typischen herkömmlichen
Entwicklerrolle in einer Einkomponententonerkartusche;
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2 ein
Mikrobild des durch ein Lichtbogensprühsystem des Typs BP-400 erzielten
Oberflächen-Finishs;
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3 ein
Mikrobild des durch ein Lichtbogensprühsystem des Typs 8835 erzielten
Oberflächen-Finishs;
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4 ein
schematisches Diagramm des zum Erzielen des funktionellen Oberflächen-Finishs verwendeten
Polierprozesses;
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5 ein
Mikrobild des Oberflächen-Finishs nach
dem Polierprozess;
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6 eine
Darstellung der über
die anfänglichen
500 Seiten abgefallenen Vollflächendichte (SAD);
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7a eine
Darstellung der Vollflächendichte
(SAD) als Funktion der Seitenzahl für eine Kartusche A, in der
sowohl Kupfermaterial als auch rostfreier Stahl verwendet wird;
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7b eine
Darstellung der Vollflächendichte
(SAD) als Funktion der Seitenzahl für eine Kartusche B, in der
sowohl Kupfermaterial als auch rostfreier Stahl verwendet wird;
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7c eine
Darstellung der Vollflächendichte
(SAD) als Funktion der Seitenzahl für eine Kartusche C, in der
sowohl Kupfermaterial als auch rostfreier Stahl verwendet wird;
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8 ein
schematisches Diagramm des während
des Lichtbogensprühprozesses
zum Schützen
und Kühlen
einer Rollenkuntstoffbuchse verwendeten Halterungssytems;
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9 ein
schematisches Diagramm zum Darstellen der Details eines Luftstroms
zum Kühlen der
Rollenkunststoffnabe;
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10 ein
schematisches Diagramm zum Darstellen des Halterungssystems an der
Ausstoßstufe
nach dem Lichtbogensprühprozess;
und
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11 ein
schematisches Diagramm zum Darstellen, wie die Rolle an der nicht
mit einer Buchse oder Nabe versehenen Seite des Halterungssystems
ausgestoßen
wird.
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1 zeigt
eine schematische Querschnittansicht einer typischen herkömmlichen
Entwicklerrolle zur Verwendung in einer Einkomponententonerkartusche.
Eine rohrförmige
Aluminiumrolle 1 dreht sich um einen stationären Magnet 2,
der radial magnetisiert ist und bis zu vier radiale Pole aufweist.
Die Rolle besteht aus Aluminium oder einem anderen unmagnetischen
Material, so dass die radialen Magnetfelder, die den auf der Rolle
getragenen Einkomponentenentwickler 3 manipulieren, nicht
verzerrt werden.
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Die
Rolle ist mit einem Material auf Harzbasis beschichtet, das Kohlenstoff
und/oder Graphit enthält,
und ist mit einer Oberflächenrauheit
Ra = 0,3-1,0 μm
strukturiert. Wenn sie sich dreht, sammelt sie Entwicklermaterial 3 von einem
Vorratsbehälter und
zieht eine dünne
Schicht durch einen Spalt mit, in dem ein Polyurethanblatt 4 angeordnet
ist. Wenn der Entwickler durch den Spalt mitgezogen wird, wird er
in Bewegung versetzt und wird veranlasst, dass er an sich selbst
und auch am Polyurethanblatt und an der Entwicklerrollenbeschichtung
reibt. Dadurch erfährt
er eine triboelektrische Aufladung normalerweise mit negativer Polarität.
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Die
Schicht des aufgeladenen Entwicklers wird an einer Entwicklungsstation 5 einem
elektrofotografischen Element ausgesetzt, das ein latentes Bild
trägt.
In den relativ positiven Bereichen, wo das elektrofotografische
Bild belichtet worden ist, wird der Entwickler auf das elektrofotografische
Element und schließlich
an einer Position 6 auf ein Medium, wie beispielsweise
Papier (nicht dargestellt), übertragen. Jegliches
nicht verbrauchtes Entwicklermaterial wird über ein Einwegeventil (nicht
dargestellt) an der Position 6 zum Vorratsbehälter zurückgeführt.
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Vermutlich
bewegt sich während
kontinuierlicher Drehbewegung einer Schicht aus kleinen, hochgradig
geladenen Tonerpartikeln zur Entwicklerrolle und sammelt sich dort.
Durch das hohe Ladungs-Masse-Verhältnis wird verhindert, dass
die Tonerschicht entwickelt wird, so dass sie für viele Umdrehungen auf der
Rolle verbleibt. Diese Schicht wird dann durch differenzielle elektrische
Felder beeinflusst, die Geisterbilder speicherm, die während nachfolgender
Umdrehungen entwickelt werden. Aus diesem Grunde sind diese Beschichtungen
untersucht worden, die eine geeignete Oberflächenleitfähigkeit und Oberflächengleitfähigkeit
bereitstellen, um die hochgradig geladenen Partikel nicht nur des Tonermaterials,
sondern auch anderer Zusatzstoffe abzuleiten.
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Ein
Einkomponentenentwickler besteht grundsätzlich aus Ferritpartikeln,
die in Styrol beschichtet und pigmentiert sind. Ein derartiger Entwickler
ist im Verlauf der letzten zwanzig Jahre immer feiner geworden.
Frühe Laserdrucker
hatten Auflösungen
von 150 oder 300 dpi, und geeignete Entwickler hatten mittlere Partikelgrößen von
12 μm, wobei
nicht mehr als 5% einen Partikeldurchmesser von weniger als 5 μm hatten.
Moderne Drucker könnten unter
Verwendung von Entwicklern mit einer mittleren Partikelgröße von 6 μm Auflösungen von
1200 dpi haben. Daraus ist ersichtlich, dass die Entwicklerrolle hochgradig
kleinkörniges
Pulver trägt,
und außerdem muss
das Pulver durch einen Spalt gezwungen werden, der durch ein auf
die Oberfläche
gepresstes Polyurethanblatt gebildet wird. Eine typische Linienkraft des
Polyurethanblattes könnte
9 bis 10 N/mm betragen.
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Unter
Verwendung eines Einkomponentenentwicklers mit einer Größenverteilung
innerhalb des vorstehend beschriebenen Bereichs könnte ein
Ladungs-Masse-Verhältnis
im Bereich von 10 bis 16 μC/gm
liegen und typischerweise 13 μC/gm
betragen, nachdem die Entwicklerschicht den Spalt mit dem Blatt 4 durchlaufen
hat. Empirisch wurde festgestellt, dass die zum Tragen des Entwicklers
und zum Aufladen des Entwicklers auf die vorstehend erwähnten Werte
optimale Textur für
die Rollenoberfläche durch
Ra-Werte von 0,3-1,0 μm
und Rz-Werte von 5-30 μm charakterisierbar
ist.
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Rollen
auf Harzbasis sind einfacher strukturierbar (z.B. unter Verwendung
eines Strahlprozesses), sie sind jedoch im Allgemeinen nicht hart
genug, um die Textur über
eine große
Anzahl von Umdrehungen beizubehalten, da diese durch die verschleißende Wirkung
des Entwicklers zerstört
wird. Andererseits sind plattierte oder bearbeitete Rollen vergleichsweise
hart, jedoch schwierig strukturierbar.
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Eine
durch Lichtbogensprühen
beschichtete Rolle ist hart und weist gleichzeitig eine Textur auf. Die
Textur liegt allerdings mit einem Ra-Wert von beispielsweise 10 μm in einem
Bereich, der eher für Zweikomponentenentwicklersysteme
geeignet ist.
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Für diese
Untersuchung wurden Rollen unter Verwendung eines für ein Zweikomponentensystem geeigneten
Lichtbogensprühprozesses
hergestellt, und die erhaltenen beschichteten Rollen wurden in einem
Einkomponentensystem montiert. Bei einer Verwendung in einer Druckumgebung
traten mindestens zwei deutliche Druckqualitätsdefekte auf, d.h. ein heller
Ausdruck und weiße
Punkte auf kompakten schwarzen Bereichen. Der helle Ausdruck wurde
vermutlich durch eine niedrige Aufladung verursacht, die einem zu
groben Oberflächen-Finish
auf der Entwicklerrolle zuzuschreiben ist. Die weißen Punkte wurden
vermutlich durch Erhöhungen
und Vertiefungen in der Beschichtung hervorgerufen, die Mikrokurzschlüsse und/oder
offene Mikrostromkreise an der Entwicklungsstation verursachten.
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2 zeigt
ein Mikrobild eines Oberflächen-Finishs.
Diese Oberfläche
wurde durch ein Lichtbogensprühsystem
des Typs B2400 von Praxair Surface Technologies und unter Verwendung
eines rostfreien ESAB-Stahldrahts mit einem Durchmesser von 16 mm
erzielt.
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Lichtbogensprühen ist
ein Metallisierungsprozess, gemäß dem das
Beschichtungsmaterial in Form von zwei zusammenlaufenden Drähten zugeführt wird,
zwischen denen ein hohes Potenzial angelegt ist. In der Nähe der Stelle,
an der die Drähte
aufeinandertreffen würden,
zündet
dazwischen ein Lichtbogen, wodurch veranlasst wird, dass die Drähte schmelzen.
Das geschmolzene Metall wird dann unter Verwendung von Druckluft
auf die Rolle getrieben.
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Im
Fall von 2 wurde ein rostfreier Stahldraht
mit einer Potenzialdifferenz von 32 Volt und einem Strom von 25
Ampere verwendet. Die Druckluft hatte einen Druck von 620,52 kPa
(90 psi), und der Abstand zwischen dem Lichtbogen und der Rolle
betrug 150 mm. Die Rolle drehte sich mit 500 Umin-1, und
die Vorschubgeschwindigkeit des Sprühkopfes betrug 3,5 m/min. Die
erhaltene Oberfläche
hatte einen Ra-Wert von 8-10 μm
und einen Rz-Wert von 40-60 μm.
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Durch
ein herkömmliches
Experiment wurde bestimmt, dass eine inverse Beziehung zwischen dem
Oberflächen-Finish
und dem Druck der Druckluft existiert, die signifikanter war als
die Beziehungen zwischen anderen variablen Parametern, wie beispielsweise
der Spannung, dem Strom, dem Abstand und der Vorschubgeschwindigkeit
oder der Drehzahl.
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3 zeigt
ein Mikrobild eines Oberflächen-Finishs,
das unter Verwendung eines Lichtbogensprühsystems des Typs TAFA 8835
erzielt wurde. Ein rostfreier Stahldraht wurde mit einer Potenzialdifferenz
von 28 bis 32 Volt und einem Strom von 80 Ampere verwendet. Der
Druck der Druckluft betrug 1978,94 kPa (200 psi), und der Abstand
zwischen dem Lichtbogen und der Rolle betrug 150 mm. Die Rolle drehte
sich mit 1000 Umin-1, und die Vorschubgeschwindigkeit
des Sprühkopfes
betrug 2,5 bis 3,0 m/min. Der erhaltene Ra-Wert betrug 4-6 μm, und der erhaltene
Rz-Wert betrug 30-45 μm.
Die Vergrößerung ist
die gleiche wie in 2 und beträgt 1000. Wie ersichtlich ist,
erscheint die Oberfläche
gleichmäßiger. Bei
Verwendung dieses Finishs im vorstehend beschriebenen Einkomponentensystem
war die Druckqualität
zwar wesentlich besser, sie zeigte aber noch immer weiße Punkte.
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Die
Verbesserung der Leistungsfähigkeit
der durch das Lichtbogensprühsystem
des Typs TAFA 8835 besprühten
Rollen gegenüber
den durch das Lichtbogensprühsystem
des Typs BP 400 besprühten
Rollen schreiben die Erfinder dem erhöhten Druck der Druckluft zu,
die für
die Vorwärtsbewegung des
Sprühnebels
verwendet wurde, und insbesondere der Erhöhung über 989,2 kPa (100 psi).
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Durch
den erhöhten
Luftdruck wird eine vorteilhafte Wirkung auf die Oberflächenmorphologie der
beschichteten Rolle erzielt. Ein weiterer Vorteil ist, dass der
Prozess kälter
ausgeführt
wird, wodurch, wie später
erläutert
wird, die Möglichkeit
einer Verformung jeglicher Kunststoffbuchse vermindert wird, die an
einem Ende der Entwicklerrolle eingesetzt wird.
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Um
das Oberflächen-Finish
weiter zu verbessern, wurde ein Polierprozess hinzugefügt. Wie
in 4 dargestellt ist, wurde veranlasst, dass ein
Polierband 10 sich entlang eines Umlaufpfades bewegt, der
durch Führungsrollen 11 und
Stützrollen 12 definiert
ist. Eine Entwicklerrolle 13 mit einer durch Lichtbogensprühen aufgebrachten
Beschichtung wird auf einem Pneumatikarm gehalten und in die bezüglich der
Oberflächenbewegung
des Polierbandes entgegengesetzte Richtung gedreht.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
ist das Band 10 ein Aluminiumoxid-Polierband des Typs 3M 372L
mit einem 80m-Finish
und einer Gesamtlänge von
etwa 1500 mm. Es wird mit einer Drehzahl von 7000 Umin-1 in
eine in 4 dargesteltle Richtung im Uhrzeigersinn
gedreht. Die Entwicklerrolle 13 wird mit einer Drehzahl
von 850 Umin-1 im Uhrzeigersinn gedreht,
und die Rolle wird für
etwa 5 Sekunden mit dem Band in Kontakt gehalten.
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Die
erhaltene Oberflächenmorphologie
ist im Mikrobild von
5 im gleichen Maßstab dargestellt. Das
Finish hat einen Ra-Wert von 2-5 μm
und einen Rz-Wert von 16-21 μm.
Im vorstehend beschriebenen Einkomponentensystem wurde durch diese
Rolle ein Ausdruck hoher Qualität
erhalten, der die folgenden Eigenschaften hatte:
| Vollflächendichte | 1,53 |
| Gleichmäßigkeit | 0,06 |
| Hintergrund | 0,07 |
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Der
verwendete Toner hatte eine mittlere Partikelgröße von 9 μm, und unter Verwendung der Rolle
mit dem in 5 dargestellten Oberflächen-Finish
wurde ein mittleres Ladungs-Masse-Verhältnis von 13 μC/gm erhalten.
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Als
Kontrolle wurde eine Harzrolle, die zuvor mit dem in diesem Experiment
verwendeten Entwicklungssystem spezifiziert worden ist, im System
eingesetzt, wobei sich zeigte, das die Druckqualität etwas schlechter
war als bei der Rolle auf Harzbasis:
| Vollflächendichte | 1,46 |
| Gleichmäßigkeit | 0,13 |
| Hintergrund | 0,07 |
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Das
gemessene mittlere Ladungs-Masse-Verhältnis betrug 7 μC/gm.
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Es
zeigte sich, dass durch Schleifen der aufgesprühten Oberfläche auch ein effektives Oberflächen-Finish
erhalten werden konnte. Tatsächlich
war die geschliffene Oberfläche
gleichmäßiger als
eine entsprechende polierte Oberfläche, es zeigte sich jedoch
allgemein, dass die triboelektrischen Eigenschaften der polierten
Oberfläche
den Anforderungen der gegenwärtig
entwickelten Kartuschensysteme eher genügt.
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Ein
allgemeiner Nachteil von Einkomponentensystemen ist jedoch eine
Verminderung der Vollflächendichte,
die während
der Lebensdauer einer Tonerkartusche nach einer bestimmten Anzahl
von Ausdrucken auftritt. Typischerweise könnte eine Tonerkartusche derart
konstruiert sein, dass sie 4000 Ausdrucke bei einer mittleren Schwarzabdeckung von
5% pro Druckseite erzeugt. Die anfängliche Vollflächendichte
(SAD) könnte,
gemessen auf einem MacBeth-Densiometer, 1,50 Einheiten betragen, aber
während
der anfänglichen
500 Ausdrucke tritt eine scharfe Abnahme des SAD-Wertes auf. 6 zeigt
einen typischen Graphen.
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Mögliche Ursachen
für die
scharfe Abnahme könnten
sein:
(a) eine bevorzugte Tonerauswahl, wodurch zunächst der
Toner mit den idealsten Entwicklungseigenschaften aufgebraucht wird;
und/oder (b) ein Ergebnis der Grenzschichtausbildung infolge der
Abscheidung von Partikelgrößen zur
Oberfläche
hin und von der Oberfläche
weg, wie vorstehend beschrieben wurde.
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Es
wurden drei Kartuschen mit verschiedenen Größen und Geschwindigkeitsparametern,
die jedoch im Wesentlichen die gleiche xerografische Konfiguration
haben, empirisch untersucht.
| Parameter | Einheiten | Kartusche
A | Kartusche
B | Kartusche
C |
| Durchmesser
Fotorezeptor | mm | 30 | 24 | 24 |
| Oberflächengeschwindigkeit Fotorezeptor | mm/min | 4239 | 3014 | 3014 |
| Entwicklerrollendurchmesser | mm | 16 | 12 | 12 |
| Oberflächengeschwindigkeit der Entwicklerrolle | mm/min | 4239 | 3014 | 3014 |
| Linienkraft des
Tribo-Blatts | N/mm | 9,90 | 10,10 | 9,708 |
| Radiales
Feld des Magnetentwicklerpols | G | | | |
| N1 | G | 850 | 700 | 800 |
| N2 | G | 750 | 600 | 770 |
| S1 | G | 950 | 750 | 820 |
| S2 | G | 770 | 660 | 770 |
| Mittlerer
Tonerpartikeldurchmesser | μm | 9 | 9 | 9 |
| Tonerladungskapazität | μC/gm | 21 | 21 | 21 |
| (Blow-off-Verfahren) | | | | |
| Entwicklungsspalt | mm | 0,35 | 0,40 | 0,28 |
| Druckertyp | | HP LJ-4plus | HP LJ-6P | HP LJ-6L |
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Die
Drucker in der vorstehenden Tabelle sind von Hewlett Packard (HP)
hergestellt und werden unter der Handelsbezeichnung Laserjet (LJ)
vertrieben.
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Zwei
Drahtmaterialien wurden versuchsweise verwendet, um Oberflächen auf
Entwicklerrollen zu erzeugen: rostfreier Stahl und Kupfer. Der während der
Lebensdauer beizubehaltende SAD-Sollwert betrug 1,4.
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Die
Einstellungen der Lichtbogensprühvorrichtung
für Kupfer-
und Stahlmaterialien wurden folgendermaßen festgelegt:
| Material | Luftdruck | Vorschubgeschwindigkeit | Drehzahl | Lichtbogenstrom | Spannung |
| Rostfreier Stahl | 1978,94 kPa (200 psi) | 2,5-3,0 m/min | 1000 U/min | 80
A | 30 ±2V |
| Reines Kupfer | 1978,94 kPa (200 psi) | 3,0-3,5 m/min | 1000 U/min | 80
A | 30 ±2V |
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Die
Stahloberfläche
hatte in diesem Experiment einen Ra-Wert von 2 μm-5 μm und einen Rz-Wert von 16 μm-21 μm. Das Kupfer-Finish
hatte einen Ra-Wert von 2 μm-5 μm und einen
Rz-Wert von 16 μm-22 μm. Bei einer
versuchsweisen Verwendung mit den Kartuschen A, B und C können die
SAD-Ergebnisse bezüglich der
1.4-Spezifikation folgendermaßen
zusammengefasst werden:
| | Stahl | Kupfer |
| Kartusche
A | Gut | Gut |
| Kartusche
B | Grenzwertig | Gut |
| Kartusche
c | Unter
Spezifikation | Gut |
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Die 7a, 7b und 7c zeigen
grafisch den SAD-Wert als Funktion der Anzahl der während der
Lebensdauer der Kartuschen A, B bzw. C gedruckten Seiten.
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Anhand
dieser Ergebnisse kann geschlossen werden, dass Kupfer das bessere
Material zur Verwendung in einem Einkomponentenkartuschensystem
ist, und dass dies umso kritischer wird, je stärker die Oberflächengeschwindigkeiten
des Fotorezeptors und der Entwicklerrolle abnehmen.
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In
zur Verwendung in Einkomponententonerkartuschen geeigneten Entwicklerrollen
wird häufig mindestens
an einem Ende eine Buchse installiert. Die Buchse kann zum Aufnehmen des
Magneten in der Rolle und außerdem
zum Montieren der Rolle in einer Kartusche und zum Übertragen
einer Drehbewegung auf die Rolle dienen. Die Buchse kann aus einem ähnlichen
Material wie die Röhre
selbst oder aus einem anderen Material hergestellt sein und auf verschiedene
Weisen befestigt werden, z.B. durch Einpressen, Presspassung und
Kleben. Eine kosteneffiziente Lösung
besteht darin, mindestens eine Buchse aus einem Polymer, z.B. Nylon,
zu gießen und
sie an einem Ende der Rolle in Position zu drücken.
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Die
Temperatur des Werkstücks
(in diesem Fall einer montierten Entwicklerrolle mit einer Kunststoffbuchse)
erreicht während
des Lichtbogensprühprozzesses,
wenn auch nur kurzzeitig, eine Temperatur von 100-150°C. Diese
Temperatur ist ausreichend, um mindestens die Nylonbuchse zu beschädigen. Dies
ist kritisch, wenn die Vorrichtung von der korrekten Installation
der Buchse zum Beibehalten der korrekten Geometrie des xerografischen
Systems abhängig
ist.
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Um
die Wärme
des Werkstücks
so rasch wie möglich
abzuleiten, können
die Spannbacken zum Halten des Werkstücks aus Kupfer und relativ
massiv hergestellt sein, um die Wärme gemäß den Prinzipien der Wärmeleitung
und der spezifischen Wärmekapazität zu absorbieren.
Eine zweite Maßnahme
besteht darin, Druckluft durch das Werkstück zu blasen, um eine Zwangskonvektion
bereitzustellen. Im Fall der zur Verwendung in den vorstehend beschriebenen
Experimenten hergestellten Rollen wurde Druckluft mit einem Druck
von 517,10 kPa (75 psi) und mit einer Temperatur von 25°C durch die
Mitte der Rollen gezwungen.
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Drittens
hat die Verwendung eines Lichtbogensprühsystems, in dem Druckluft
mit Drücken
von mehr als 689,47 kPa (100 psi) zum Vorwärtstreiben des Sprühnebels
verwendet wird, eine vorteilhafte Wirkung hinsichtlich einer Kühlung des
Prozesses. Empirisch wurde festgestellt, dass eine Ent wicklerrolle
mit einer gegossenen Nylonbuchse an einem Ende sich in einem Niedrigdrucksystem
verformen wird, wenn der Lichtbogenstrom 25 Ampere überschreitet. In
einem Hochdrucksystem (mit einem Sprühdruck von 1378,94 kPa (200
psi)) wird diese Verformung nicht auftreten, insofern der Lichtbogenstrom
85 Ampere nicht überschreitet.
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8 zeigt
eine perspektivische Ansicht des für eine Entwicklerrolle 13 mit
einer Nylonbuchse 22 am rechten Ende verwendeten Halterungssystems im
Aufriss, und 9 zeigt eine vergrößerte Ansicht des
Endes, in dem die Buchse aufgenommen ist. Gemäß 8 ist die
Rolle 13 zwischen zwei Haltern 20 und 21 montiert,
wobei am Halter 21 ein Drehantrieb bereitgestellt wird.
Die Rolle ist durch zwei Kupferabdeckungen 24 und 33 geschützt, die
die Bereiche abdecken, die gemäß der Konstruktion
keine Beschichtung aufweisen, und überschüssige Wärme ableiten. Zusätzlich zur
Wärmeleitung
durch die Abdeckungen 24 und 33 wird Luft in eine
Richtung A eingeleitet, um die Nylonbuchse durch Konvektion zusätzlich zu
kühlen.
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In 9 ist
ersichtlich, dass Luft um eine Positionsgeberwelle 25 und
durch und um die Buchse in die durch die Pfeile dargestellte Richtung
strömt.
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10 zeigt
den Entnahmemechanismus nach Abschluss des Lichtbogensprühprozesses. Während weiterhin
Luft durch die Halterungsanordnung in die Richtung A geblasen wird,
wird die Anordnung in Richtung B entnommen. Die Rolle wird durch eine
Feder 30 ausgestoßen
und durch pneumatisch angetriebene Halterungen 34 weiterhin
gehalten.
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Am
entgegengesetzten (nicht mit einer Buchse versehenen) Ende wird
der Entnahmevorgang durch in eine Richtung C durch ein Luftausstoßrohr 32 getriebene
Luft unterstützt,
wie in 11 dargestellt ist.
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Unter
Verwendung der beiden Maßnahmen, d.h.
der Kupferhülsen
und der Zwangskonvektion, hat sich gezeigt, dass die strukturelle
Einheit und Stabilität
einer Nylonbuchse aufrechterhalten werden konnte.