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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Entwicklungsvorrichtung,
wie sie in elektrostatografischen Druckmaschinen verwendet werden,
wobei die vorliegende Erfindung sich im Besonderen auf eine spezielle
Materialzusammensetzung für
eine keramisch beschichtete Spenderrolle zum Einsatz in einer hybriden
reinigungsfreien oder hybriden springenden Entwicklungsvorrichtung
bezieht.
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Das
Spenderelement oder die Spenderrolle und ihre elektrischen und chemischen
Merkmale sind sehr wichtig für
die Fähigkeit
der Entwicklungsvorrichtung, wiederholbar zulässige und einheitliche Mengen
an Tonerpartikeln in den Entwicklungsbereich zu transportieren sowie
auch die elektrostatischen Felder wirksam zu unterstützen, die
innerhalb des Entwicklungsbereichs notwendig sind für Bildentwicklung
in hoher Qualität.
Zum Beispiel muss die Spenderrolle dafür geeignet sein, dass die geladenen
Tonerpartikel tatsächlich
und kontrollierbar (sogar bei hohen Geschwindigkeiten) elektrostatisch
daran hängen
bleiben. Die Oberfläche
der Spenderrolle muss teilweise leitfähig sein in Bezug auf einen
stärker
leitfähigen
Kern, und diese teilweise Leitfähigkeit auf
der Oberfläche
sollte überall
auf dem gesamten Umfang des Oberflächenbereichs einheitlich sein. Der
Bereich der Leitfähigkeit
einer Spenderrolle sollte gut gewählt sein, um die Effizienz
einer Spenderrolle im Hinblick auf sämtliche der entwickelten Parameter,
wie Energieverbrauch, mechanische Steuerung und die zeitkonstante
Entladung der Oberfläche zu
maximieren.
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In
den Bild-auf-Bild-Prozessen mit einem bereits vorentwickelten Tonerbild
auf dem Photorezeptor sollte die Spenderrolle auch als ein elektrostatisches „Zwischenglied" zwischen dem Photorezeptor und
der Entwicklungstransportrolle fungieren, um unerwünschte Wechselwirkungen
zwischen dem Entwicklungssystem und dem Photorezeptor zu minimieren.
Die Minimierung solcher Wechselwirkungen ist besonders wünschenswert
in solchen Prozessen, weil der einzelne Photorezeptor darin normalerweise in
einem Ein-Durchlauf-Prozess zur Markierung in Farbe oder in einem
Ein-Durchlauf-Farbprozess
verschiedene Male geladen, belichtet und entwickelt wird.
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Zudem
ist wünschenswert,
dass die Spenderrolle verschleißfeste
Eigenschaften aufweist, so dass die Oberfläche davon nicht leicht durch
angrenzende Oberflächen
abgerieben werden kann. Ferner sollte die Oberfläche des Spenders ohne Unregelmäßig keiten
sein wie etwa feine Löcher,
die während seines
Herstellungsvorgangs entstanden sein können. Feine Löcher, die
während
des Herstellungsvorgangs entstanden sind, oder Abrieb, verursacht
während
der Nutzung, kann zu elektrostatischen Überhitzungspunkten und unerwünschtem
elektrischen Überschlag
in der Umgebung solcher strukturellen Mängel führen. Schlussendlich kann die
wichtigste Erfordernis der Spenderrolle unter dem Ausdruck „gleichmäßige Leitfähigkeit" zusammengefasst
werden. Andere physikalische Eigenschaften des Spenders/der Rolle,
wie die mechanische Adhäsion
der Tonerpartikel, sind auch wichtig, aber sind im Allgemeinen nicht
so quantifizierbar bei der Gestaltung einer Entwicklungsvorrichtung.
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Bekannte
Beschichtungsmaterialien für Spenderrollen
bestehen hauptsächlich
aus einer mechanischen Mischung, ausgehend von zwei unterschiedlichen
keramischen Pulvern, jedes bestehend aus variierenden Mengen von
beispielsweise Aluminium oder Titan. Diese beiden Ausgangspulver
werden mechanisch in einem speziellen Verhältnis gemischt, um den gewünschten
Prozentsatz an Aluminium und Titan zu erzielen. Dieser Vorgang erfordert das
Wiegen der zwei Ausgangspulver, um das korrekte Verhältnis zu
erzielen, und dann das Zusammenmischen der beiden Pulver, um eine
homogene Mischung zu erzielen. Ein Fehler beim Wiegen führt zu einer
Spenderrollenbeschichtung, die nicht ihre Spezifikationen der elektrischen
Eigenschaften erfüllt.
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Beispiele
dieser Beschichtungsmaterialien aus Aluminium-Titan-Mischungen sind
beschrieben in US-A-5.473.418 und US-A-5.600.414.
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Gemäß den Merkmalen
der offen gelegten Ausführungsformen,
wie sie hierin vorgelegt werden, umfasst eine Toner-Spenderrolle
zur Nutzung in einer Entwicklungsvorrichtung einen leitfähigen Kern und
eine keramische äußere Beschichtung über dem leitfähigen Kern,
wobei die keramische Beschichtung hergestellt wird durch thermisches
Aufspritzen eines einzigen homogenen Pulvers, das aus Partikeln
besteht, von denen jeder ein spezifisches Verhältnis an reinem Aluminium und
reinem Titan enthält
und durch einen organischen Binder zusammengehalten wird.
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Gemäß noch anderen
Merkmalen der offen gelegten Ausführungsformen, wie sie hierin
beschrieben werden, umfasst eine Vorrichtung zur Entwicklung eines
latenten elektrostatischen Bildes auf einer Oberfläche ein
Gehäuse,
das eine Kammer definiert, in der Entwicklermaterial, das Tonerpartikel
enthält, gespeichert
wird; Mittel, die teilweise innerhalb der Kammer angebracht sind,
um das Entwicklermaterial zu bewegen; und mindestens eine drehbare
Spenderrolle zum Transport von Tonerpartikeln in eine Entwicklungs-Übergabe-Beziehung
zu dem latenten elektrostatischen Bild auf der Oberfläche, wobei
die Spenderrolle angebracht ist in einer Position zum Empfang der
Tonerpartikel von den Mitteln zum Bewegen des Entwicklermaterials,
wobei die Spenderrolle einen Kern enthält und eine keramische äußere Beschichtung,
wobei die keramische Beschichtung hergestellt wird durch thermisches
Aufspritzen eines einzigen homogenen Pulvers, das aus Partikeln
besteht, von denen jeder ein spezifisches Verhältnis an reinem Aluminium und
reinem Titan enthält
und durch einen organischen Binder zusammengehalten wird.
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Gemäß noch anderen
Merkmalen der offen gelegten Ausführungsformen umfasst eine Druckmaschine
eine Oberfläche
zum Bildhalten; Mittel, um elektrostatisch ein latentes Bild auf
der Oberfläche zum
Bildhalten darzustellen; und eine Entwicklungsvorrichtung zur Entwicklung
des latenten elektrostatischen Bildes, wobei die Entwicklungseinheit
enthält: eine
Gehäuse,
das eine Kammer definiert, in der Entwicklermaterial, das Tonerpartikel
enthält,
gespeichert wird; Mittel, die teilweise innerhalb der Kammer angebracht
sind, zum Bewegen des Entwicklermaterials; und mindestens eine drehbare
Spenderrolle, um Tonerpartikel in eine Entwicklungs-Übergabe-Beziehung
zu dem latenten elektrostatischen Bild auf der Oberfläche zum
Bildhalten zu bewegen, wobei die Spenderrolle angebracht ist in
einer Position zum Empfang der Tonerpartikel von den Mitteln zum
Bewegen des Entwicklermaterials, wobei die Spenderrolle einen Kern
enthält
und eine keramische äußere Beschichtung,
wobei die keramische Beschichtung hergestellt wird durch thermisches
Aufsprühen
eines einzigen homogenen Pulvers, das aus Partikeln besteht, von
denen jeder ein spezifisches Verhältnis an reinem Aluminium und
reinem Titan enthält
und durch einen organischen Binder zusammengehalten wird.
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Besondere
Ausführungsformen
gemäß dieser
Erfindung werden nun unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen
beschrieben, wobei
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1 ein
schematischer Aufriss ist, der eine elektrostatische Bild-auf-Bild-Druckmaschine veranschaulicht,
die eine Entwicklungsvorrichtung gemäß den hierin beschriebenen
Ausführungsformen
enthält;
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2 ein
schematischer Aufriss einer Ausführungsform
mit einer Zwei-Komponenten-Entwicklungsvorrichtung
ist, die eine Spenderrolle gemäß der vorliegenden
Erfindung enthält;
und
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3 ein
schematischer Aufriss einer Ausführungsform
einer Ein-Komponenten-Entwicklungsvorrichtung
ist, die eine Spenderrolle gemäß der vorliegenden
Erfindung enthält.
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Zunächst Bezug
nehmend auf 1, ist dort beispielhaft eine
elektrostatografische Druckmaschine 10 dargestellt, die
eine Entwicklungsvorrichtung wie hierin beschrieben enthält. Die
elektrostatografische Druckmaschine 10 verwendet beispielsweise ein
Element zum Bildhalten in Form eines Riemens 12, das eine
photoleitfähige
Oberfläche
besitzt, gebildet aus einem elektrisch geerdeten, leitfähigen Trägermaterial 16.
Kenner der Technik werden jedoch begrüßen, dass eine andere geeignete
Anordnung eines photoleitfähigen
Elements zum Bildhalten wie zum Beispiel eine Trommel, die eine
photoleitfähige Oberfläche aufweist,
verwendet werden kann. Wie gezeigt, bewegt sich Riemen 12 in
die Richtung des Pfeils 18, um aufeinander folgende Teile
der photoleitfähigen
Oberfläche 14 folgerichtig
durch die verschiedenen Prozessstationen, die davon in Bewegungsrichtung
angeordnet sind, zu befördern.
Riemen 12 wird dabei mitgeführt über Reinigungswalze 20,
Spannroller 22 und Antriebsrolle 24. Antriebsrolle 24 ist
drehbar in Verbindung mit Riemen 12. Motor 26 ist
verbunden mit und dreht Rolle 24, um Riemen 12 in
die Richtung des Pfeils 18 zu befördern. Riemen 12 wird
geführt
durch die Spannung von einem passenden Paar von Federn (nicht gezeigt),
die Spannroller 22 beweglich mit einer gewünschten
Federkraft gegen Riemen 12 drängen. Reinigungsfinger 20 und Spannrolle 22 sind
so angebracht, dass sie frei rotieren.
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Zunächst führt ein
Teil von Riemen 12 durch Ladestation SA, wo eine Korona-Aufladevorrichtung, im
Allgemeinen angezeigt durch das Bezugszeichen 28, die photoleitfähige Oberfläche 14 auf
eine relativ hohe und im Wesentlichen gleichmäßige Spannung lädt. Hochspannungsnetzteil 30 ist
verbunden mit der Korona-Aufladevorrichtung 28, und die
Anregung des Netzteils 30 bewirkt, dass die Korona-Aufladevorrichtung 28 einen
Teil der photoleitfähigen
Oberfläche 14 von
Riemen 12 auflädt.
Nach solchem Aufladen wird der aufgeladene Teil durch die Bewegung von
Riemen 12 weiterbefördert
zur Entwicklungsstation SB.
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An
Entwicklungsstation SB blitzen Lampen 36 einen Lichtstrahl
zur Reflektion auf ein Originaldokument 32, das mit der
Oberseite nach unten auf einer durchsichtigen, Druckplatte 34 aufgelegt
ist. Die Lichtstrahlen, bildseitig von dem Originalbild des Dokuments 32 reflektiert,
werden durch Objektiv 38 gesendet, um ein Lichtbild davon
zu bilden. Objektiv 38 fokussiert die bildseitigen Lichtstrahlen
auf den geladenen Teil der pho toleitfähigen Oberfläche 14 an
der Entwicklungsstation SB, und auf diese Weise wird selektiv die
Ladung darauf umgewandelt und ein latentes Bild erzeugt. Das so
auf der photoleitfähigen Oberfläche 14 erzeugte
latente Bild entspricht dem informationsgebenden Bereich, wie er
in dem Originaldokument 32 enthalten ist. Für solche
bildseitige Entwicklung der photoleitfähigen Oberfläche 14 kann alternativ
ein Rasterausgabescanner (ROS) (nicht gezeigt) an Stelle des Systems
aus Lampen und Objektiven, wie vorhergehend beschrieben, verwendet werden.
Wie Kennern der Technik bekannt ist, kann der Rasterausgabescanner
genutzt werden, um ein Bild durch eine Serie horizontaler Scannlinien
darzustellen, wobei jede Linie eine spezifizierte Anzahl von Punkten
pro Zentimeter aufweist.
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Nachdem
das elektrostatische latente Bild auf diese Weise auf der photoleitfähigen Oberfläche 14 gebildet
wurde, befördert
Riemen 12 das latente Bild zur Entwicklungsstation SC.
An Entwicklungsstation SC, die Entwicklungsvorrichtung gemäß der hierin
beschriebenen Ausführungsformen,
im Allgemeinen durch das Bezugszeichen 40 angezeigt (wird weiter
unten im Detail beschrieben), wird das latente Bild, das auf der
photoleitfähigen
Oberfläche 14 aufgezeichnet
ist, entwickelt, um ein Tonerbild zu erzeugen. Riemen 12 befördert dann
das Tonerbild zur Übergabestation
SD, wo ein Kopierpapierblatt 54 durch Blattzuführungsvorrichtung 56 in
eine Übertragungsposition
mit dem Tonerbild gebracht wird. Vorzugsweise enthält Blattzuführungsvorrichtung 56 eine
Zuführungsrolle 58,
die das oberste Blatt eines Stapels 60 solcher Blätter berührt. Übergabestation SD
beinhaltet auch eine Korona-Aufladevorrichtung 64, die
Ionen auf die Rückseite
von Blatt 54 sprüht, um
das Tonerbild von der photoleitfähigen
Oberfläche 14 auf
das Blatt 54 zu übertragen.
Nach solcher Bildübertragung
wird Blatt 54 vom Riemen 12 separiert und in die
Richtung des Pfeils 66 auf ein Fördersystem (nicht gezeigt)
bewegt, welches Blatt 54 zur Schmelzstation SE befördert.
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Wie
dargestellt, enthält
die Schmelzstation SE eine Schmelzbaugruppe, im Allgemeinen bezeichnet
durch das Bezugszeichen 68, die ein Paar Schmelzrollen
aufweist. Die Rollen der Schmelzbaugruppe 68 enthalten
vorzugsweise eine beheizte Schmelzrolle 70 und eine Sicherungsdruckrolle 72. Blatt 54 wird
zwischen Schmelzrolle 70 und Sicherungsrolle 72 geführt, so
dass das Tonerbild darauf die beheizte Schmelzrolle 70 berührt. Auf
diese Weise wird das Tonerbild aufgeheizt, geschmolzen und dauerhaft
auf Blatt 54 befestigt und eine Papierkopie des Originalbildes
von Dokument 32 erstellt. Die Papierkopie, die nun auf
Blatt 54 ist, wird dann durch einen Schacht 74 zum
Auffangbehälter 76 befördert für das anschließende Entfernen
von der Reproduktionsmaschine 10.
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Währenddessen
bewegt Riemen 12 als Nächstes
den Teil der Oberfläche 14,
von der das Bild auf das Kopierblatt 54 übertragen
wurde, zu einer Reinigungsstation SF, wo restliche Tonerpartikel gereinigt
oder entfernt werden. Reinigungsstation SF enthält beispielsweise eine drehbar
angebrachte faserige Bürste 78,
die in Kontakt mit der photoleitfähigen Oberfläche 14 zum
Reinigen rotiert und die restlichen Tonerpartikel entfernt. Im Anschluss
an eine solche Reinigung, überflutet
eine Entladelampe (nicht gezeigt) die photoleitfähige Oberfläche 14 mit Licht,
um jedwede noch von dem vorhergehenden Bildzyklus verbliebene elektrostatische
Ladung zu entfernen.
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Typischerweise
wird die Geschwindigkeit solcher elektrostatografischer Druck- oder Reproduktionsmaschinen
anhand einer Anzahl von Kopieblättern
gemessen, die innerhalb einer Zeiteinheit produziert werden. Innerhalb
verschiedener Familien von solchen Maschinen variiert Geschwindigkeit
deshalb deutlich von niedrig mit zwischen 10 und 20 Kopien pro Minute
zu hoch mit mehr als 100 Kopien pro Minute. Für solche Maschinen, die Kopien
hoher Qualität
oder Reproduktionen von Originalbildern produzieren, müssen die
Verarbeitungsstationen (einschließlich der Entwicklungsstation
SC) so konstruiert sein, dass sie tatsächlich in einer für die Maschine
gewünschten
Geschwindigkeit funktionieren. Zum Beispiel muss deshalb die Entwicklungsstation
SC imstande sein, derart zu funktionieren, sogar bei im Wesentlichen
hohen Maschinengeschwindigkeiten, wiederholbar eine gleichmäßige, gewünschte Menge an
Tonerpartikeln an den Entwicklungsbereich zur Entwicklung latenter
Bilder zu liefern.
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Nun
Bezug nehmend auf 2, ist dort eine Zwei-Komponenten-Ausführungsform
der Entwicklungsvorrichtung 40 dargestellt. Die Entwicklungsvorrichtung 40 beinhaltet
die verbesserte Spenderrolle 42 gemäß der Ausführungsformen wie hierin beschrieben,
um eine wirkungsvolle und wiederholbare Lieferung einer gleichmäßigen, gewünschten
Menge an Tonerpartikeln zur Entwicklung eines latenten Bildes zu
ermöglichen.
Wie dargestellt, enthält
Entwicklungsvorrichtung 40 die bewegliche Spenderrolle 42 (wird
weiter unten detailliert beschrieben), die zumindest teilweise innerhalb
einer Mischkammer 46 angebracht ist. Obwohl nicht dargestellt,
könnte
eine Entwicklungsvorrichtung mehrere Spenderrollen aufweisen. Mischkammer 46 wird
definiert durch das Gehäuse 48 und
enthält
einen Vorrat QS an Entwicklermaterial, bestehend aus Tonerpartikeln
und Trägerkügelchen.
Das Spenderelement 42 wird bewegt, um Tonerpartikel aus
der Kammer 46 in Kontakt zu bringen mit Tonerwolken verursachenden
Elektrodendrähten 44 innerhalb
des Entwicklungsbereichs DZ zur Entwicklung latenter Bilder. Das
Entwicklermaterial QS ist typischerweise ein Zwei-Komponenten- Entwicklermaterial,
das mindestens magnetisierbare Trägerkügelchen und die Tonerpartikel
umfasst. Wie Kennern der Technik bekannt ist, wird das Entwicklermaterial
QS innerhalb der Mischkammer 46 durch eine Mischvorrichtung
wie einen Stangenbohrer 49 bewegt und gemixt, um solche
Trägerkügelchen
und Tonerpartikel entsprechend entgegengesetzt und tribo-elektrisch
zu laden. Als Folge solcher Ladung binden sich die entgegengesetzt
geladenen Tonerpartikel tribo-elektrisch an die geladenen magnetisierbaren
Trägerkügelchen.
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Die
Entwicklungsvorrichtung 40 enthält auch eine Zuführungsbaugruppe
für das
Entwicklermaterial wie eine magnetische Rolle 50, um eine
Menge QF des Entwicklermaterials aus der Kammer 46 zu der Spenderrolle 42 zu
transportieren. Die Zuführungsbaugruppe 50 enthält ein zylindrisches
Trägermaterial
oder eine Hülle 90,
die aus einem Universalpolykarbonat gefertigt sein kann. Die Hülle 90 ist
drehbar in Richtung des Pfeils 98 und umfasst darüber eine Beschichtung 100 und
ebenso magnetische Teile M1 bis M4 in ihrem Kern. Der magnetische
Roller 50 und die Spenderrolle 42 sind in Bezug
zueinander elektrisch vorgespannt, so dass geladene Tonerpartikel innerhalb
der Menge QF des Entwicklermaterials, das der Spenderrolle 42 zugeführt wird,
von der magnetischen Rolle 50 zur Spenderrolle 42 gezogen werden.
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Wie
weiter in 2 dargestellt, ist die Spenderrolle 42 durch
ein Gleichstromnetzteil 80 auf eine spezifische Spannung
vorgespannt, um der Spenderrolle 42 zu ermöglichen,
geladene Tonerpartikel von der magnetischen Rolle 50 in
einen Walzenspalt 82 zu ziehen. Um die Anziehungskraft
geladener Tonerpartikel aus der Kammer 46 zu verstärken, ist
die magnetische Rolle 50 ebenfalls durch eine Gleichstrom-Spannungsquelle 84 vorgespannt.
Sie ist auch durch eine Wechselstrom-Spannungsquelle 86 vorgespannt,
die bewirkt, die geladenen Tonerpartikel zeitweilig aus ihren klebenden
und triboelektrischen Verbindungen zu den geladenen, magnetisierten
Trägerkügelchen
zu lösen.
Gelöst
in der Form, dass sie einfacher von der Spenderrolle 42 angezogen
werden können.
Wechselstrom-Spannungsquelle 86 kann entweder an einer
leitfähigen
Schicht der magnetischen Rolle 50 angebracht werden, wie
in 2 dargestellt, oder direkt an der Spenderolle
in Reihe mit der Gleichstrom-Versorgung 80. In gleicher
Weise wie dargestellt, ist eine Wechselstrom-Vorspannung auch an
die Elektrodendrähte 44 durch
eine Wechselstrom-Spannungsquelle 88 angebracht und dient
dazu, geladene Tonerpartikel von der Spenderrolle 42 zu
lösen,
ebenso wie auch einer Tonerwolke innerhalb des Entwicklungsbereichs
DZ zu erzeugen.
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Bezug
nehmend nun auf 3, ist eine Ein-Komponenten-Ausführungsform
der Entwicklungsvorrichtung 40 dargestellt. In 2 und 3 werden
gleiche Elemente durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Wie
in dem Zwei-Komponenten-System aus 2, enthält das Ein-Komponenten-System
eine Spenderrolle 42 (wird detailliert weiter unten beschrieben)
und vorgespannte Elektrodendrähte 44.
In der Ein-Komponenten-Version nimmt
die Spenderrolle 42 Tonerpartikel direkt aus einem Vorrat
solcher Tonerpartikel, die in einer Tonerkammer, definiert durch
Gehäuse 48,
gehalten werden. Wie dargestellt transportiert die Spenderrolle 42 dann
die Tonerpartikel zu dem Entwicklungsbereich zur Entwicklung latenter
Bilder. In dem Ein-Komponenten-System von 3 ist deshalb
keine Entwicklermaterial-Zuführung,
weil keine Trägerkügelchen
in dem System verwendet werden.
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Bezug
nehmend nun entweder auf 2 oder 3, enthält die Spenderrolle 42 einen
Kern 110, der aus einem herkömmlichen leitfähigen Material
besteht, wie etwa Aluminium, und einer äußeren Oberflächenbeschichtung 112,
die aus einer besonders vorteilhaften keramischen Verbindung oder
Zusammensetzung (wird detailliert weiter unten beschrieben) gefertigt
ist. Der Einsatz einer Spenderrolle dieses Typs, beschichtet mit
einer keramischen Verbindung, ist beispielsweise offen gelegt in US-A-5.322.970.
Diese keramische Oberflächenbeschichtung 112 ist
vorzugsweise thermisch aufgespritzt, beispielsweise durch Plasmaspritzen,
auf den Kern 110 der Spenderrolle 42, um die geforderte elektrische
Beschaffenheit zu erzielen, genauso wie eine Dicke passend zur gewünschten
Leitfähigkeit und
zum Schutz vor Überschlagspannung.
Dennoch ist zu beachten, dass, obgleich Plasmaspritzen der bevorzugte
thermische Sprühprozess
ist, andere thermische Sprühprozesse
für das
Sprühen
auf den Kern genutzt werden können.
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Plasmaspritzen
als bevorzugter thermischer Sprühprozess
generiert ein Plasma, indem ein Edelgas durch einen Hochspannungs-Lichtbogen
geführt wird.
Das ionisierte Gas wird durch eine Düse gedrückt, wo Pulver in den Plasmastrom
eingeführt wird.
Das Pulver schmilzt und wird mit hoher Geschwindigkeit auf ein Trägermaterial
aufgebracht. Abhängig
vom jeweiligen benutzten Trägermaterial kann
es notwendig sein, die Muster mit Luftdüsen während des Plasmaspritzvorgangs
zu kühlen.
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Die
Dicke der keramischen Beschichtung 112 ist zum Beispiel
auf einer Spenderrolle 42, die einen gesamten Durchmesser
von 31 mm aufweist, vorzugsweise zwischen 0,17 und 0,5 mm. Weil
beim Plasmaspritzen die keramische Beschichtung 112 präzise gesteuert
werden kann, kann dies auch gesteuert werden, um sicherzustellen,
dass Oberflächenanomalien
wie Mulden oder feine Löcher
auf einem Minimum gehalten werden. Ein Spender, der eine keramische
Beschichtung aufweist, hat außerdem
keine deutlichen Abriebprobleme gezeigt, wenn er während eines
verlängerten
Zeitraums in einer Entwicklungsvorrichtung in bewegtem Kontakt zu
einer Entwicklerzuführungsvorrichtung
und Tonermaterialien genutzt wurde.
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Keramisch
beschichtete Spenderrollen können
einen elektrischen Leitungswiderstand von ungefähr 103 Ohm-cm
bis 1010 Ohm-cm aufweisen. In einigen beispielhaften
Ausführungsformen
der Spenderrolle weist die bevorzugte Beschichtung einen elektrischen
Leitungswiderstand von 108 Ohm-cm auf. Der
Einsatz einer solchen Spenderrolle in einer im Dauerbetrieb genutzten
elektrostatografischen Entwicklungsvorrichtung ist deshalb vorzuziehen, weil
die Vorrichtung eine häufige
und mit relativer hoher Geschwindigkeit erfolgende Lade- und Entlade-Entwicklungsfunktion
bedingt.
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Eine
Keramik ist eine nichtmetallische, anorganische Verbindung, die
normalerweise eine Mischung aus einer Anzahl von Materialien umfasst, wie
beispielsweise den folgenden: Aluminium, Zirkonium, Thorium, Beryllium,
Magnesium, Spinell, Silizium, Titan und Forsterit.
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Es
hat sich gezeigt, dass bestimmte Kombinationen, die im Wesentlichen
aus Aluminium und Titan bestehen, ausreichen, um eine plasmagespritzte Beschichtung
auf einer Spenderrolle mit Aluminiumkern herzustellen, die die Erfordernisse
an den Leitungswiderstand, die Dielektrizitätskonstante und die Konstanz
der Entladezeit der Entwicklungsvorrichtung in den hierin beschriebenen
Ausführungsformen erfüllt. Derzeitige
Beschichtungsmaterialien für Spenderrollen
bestehen aus einer mechanischen Mischung aus zwei unterschiedlichen
Ausgangspulvern, von denen jedes aus variierenden Mengen an Aluminium
und Titan besteht. In einer besonderen Ausführungsform sind diese beiden
Ausgangspulver in einem bestimmten Verhältnis gemischt, um 22 % Titan
(T1O2) durch einen
Prozess zu erzielen, der das Wiegen der beiden Ausgangspulver erfordert,
um das korrekte Verhältnis
zu erzielen, und dann die beiden Pulver zusammenmischt, um eine
homogene Mischung zu erzielen. Dieses gemischte Pulver wird dann
plasmagespritzt, um die keramische Schicht der Spenderrolle zu bilden.
Jeder Fehler beim Wiegen wird zu einer Spenderrollenbeschichtung
führen, die
nicht ihre Spezifikationen der elektrischen Beschaffenheit erfüllt. Ein
neues Pulver, das durch Praxair Surface Technologies mit Sitz in
Indianapolis, Indiana, USA, verfügbar
ist, eliminiert die Erfordernis, zwei Ausgangspulver zu wiegen,
und eliminiert damit auch das Risiko, ein unkorrektes Verhältnis zu
mischen.
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In
derzeitig genutzten Beschichtungen aus Aluminium-Titan-Mischungen
für Spenderrollen
ist die Keramikschicht gebildet durch Plasmaspritzen einer mechanischen
oder physikalischen Mischung, die aus zwei keramischen Ausgangspulvern
zusammengesetzt ist, von denen jedes Aluminium oder Titan in variierenden
Mengen enthält.
Das erste keramische Pulver des Ausgangspulvers besteht aus einer
Mischung von Aluminium- und Titanpartikeln, die vor dem Plasmaspritzen
verschmolzen wurden. Das zweite keramische Material des Ausgangspulvers besteht
aus einer Mischung von Aluminium- und
Titanpartikeln, die ebenfalls vor dem Plasmaspritzen miteinander
verschmolzen wurden. Diese ersten und zweiten keramischen Materialien,
von denen jedes Aluminium und Titan enthält, werden dann mechanisch
vermischt oder in einem spezifischen Gewichtsverhältnis gemischt,
um den gewünschten
Titananteil zu erhalten, und diese Mischung wird dann plasmagespritzt,
um die keramische Beschichtungsschicht zu bilden. Es werden also
zwei Materialien, von denen jedes sowohl Aluminium als auch Titan enthält, verwendet,
um die endgültige
Mischung von Aluminium und Titan herzustellen.
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Gemäß den Merkmalen
der hierin beschriebenen Ausführungsformen
wird ein einzelnes Pulver verwendet, das heißt, es ist weder eine mechanische Mischung
von zwei Ausgangspulvern, von denen jedes sowohl Aluminium als auch
Titan enthält,
noch werden ihre Komponenten vor dem Plasmaspritzen miteinander
verschmolzen. Stattdessen ist das Material, das thermisch gespritzt
wird, um die keramische Beschichtungsschicht zu bilden, ein einzelnes
Pulver, das aus reinen Aluminium- (das heißt, ein Pulver, das reines
Aluminium enthält
und im Wesentlichen kein Titan) und reinen Titanpartikeln (das heißt, ein Pulver,
das reines Titan enthält
und im Wesentlichen kein Aluminium) besteht, die durch einen organischen
Binder zusammengehalten werden.
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Das
einzelne Pulver wird von Praxair Surface Technologies hergestellt.
Es enthält
Partikel, die Agglomerate von reinem Aluminium und reinem Titan sind,
und es ist keine mechanische Mischung von zwei Ausgangspulvern,
von denen jedes sowohl Aluminium als auch Titan enthält, noch
ist es vor dem thermischen Spritzen miteinander verschmolzen worden.
Ein Beispiel eines solchen einzelnen Pulvers besteht aus ungefähr 22 Titan
und ungefähr
77 % Aluminium, wobei die verbleibende Mischung im Wesentlichen
aus dem organischen Binder besteht (das Pulver kann auch eine ganz
geringe Menge Fremdstoffe aufweisen). Verschiedene organische Binder können verwendet
werden.
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Beispiele
von organischen Bindematerialien umfassen Polyvinylalkohol und Polymethylmethacrylat.
Dieses einzelne Pulver wird hergestellt, indem reines Aluminiumpulver
und reines Titanpulver genommen und in Wasser zusammen mit dem Binder
verteilt werden und das Pulver sprühgetrocknet wird. Das finale
Pulverprodukt besteht gleichmäßig aus
Partikeln, wobei die Partikel 22 % Titan, 77 % Aluminium und organischen
Binder, der die Partikel zusammenhält, enthalten. Die vorliegende
Erfindung ist nicht limitiert auf eine Mischung mit 22 % Titan. Andere
Mischungen können
ebenfalls verwendet werden. In jedem Fall wird der Binder dann in
der intensiven Hitze während
des Plasmaspritzvorgangs verbrannt. Also besteht das finale Pulverprodukt,
das plasmagespritzt oder thermisch gespritzt wird, nicht aus zwei
Ausgangspulvern, die sowohl Aluminium als auch Titan enthalten,
die vermischt werden, noch enthält
das finale Pulverprodukt Aluminium- und Titanpartikel, die miteinander
verschmolzen wurden.
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Dieses
einzelne Pulver wurde gespritzt und getestet unter Verwendung eines
Plasmaspritzsystems mit geschlossenem Kreislauf. Spenderrollen wurden
dann in der gleichen Weise verarbeitet, wie derzeitige Spenderrollen,
wie sie in US-A-6.327.452 (U. S. Patent Applikation No. 09/503.937,
abgelegt 14. Februar 2000) beschrieben ist.
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Die
eindeutigen Vorteile zum Einsatz eines einzelnen Pulvers im Gegensatz
zum Vermischen von zwei Pulvern sind: (1) reduzierte Kosten bei
der Produktion durch Eliminierung der Prozessschritte Wiegen und
Mischen und (2) reduziert die Abweichungen von den Spezifikationen
zur elektrischen Beschaffenheit durch unkorrektes Wiegen.
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Eine
bevorzugte Spenderrolle gemäß den Merkmalen
der vorliegenden Erfindung enthält
eine keramische Beschichtung, die nach Gewicht von etwa 10 % bis
etwa 40 % Titan und etwa 60 % bis etwa 90 % Aluminium umfasst. Ein
spezielles Beispiel wäre
eine Spenderrolle, die eine keramische Beschichtung aufweist, die
nach Gewicht etwa 22 % Titan und etwa 77 % Aluminium umfasst.