DE69113511T2

DE69113511T2 - Entwicklungswalze.

Info

Publication number: DE69113511T2
Application number: DE69113511T
Authority: DE
Inventors: Ronald W Baker; John A Thompson
Original assignee: Lexmark International Inc
Current assignee: Lexmark International Inc
Priority date: 1990-05-25
Filing date: 1991-05-21
Publication date: 1996-05-15
Anticipated expiration: 2011-05-22
Also published as: DE69113511D1; EP0458603B1; JPH04232980A; US5132050A; EP0458603A2; EP0458603A3

Description

Die Erfindung betrifft Entwicklerwalzen, die in der Elektrophotographie verwendet werden, und insbesondere die Formulierung für solche Walzen, da sie ihre Leitfähigkeit beeinflußt. Solche Walzen müssen typischerweise halbleitend sein, und das Ausmaß dieser Leitfähigkeit beeinflußt den Druck und die Konsistenz des Drucks.
Die existierenden Entwicklerwalzen, die die Erfindung verbessert, sind typischerweise halbleitender Kautschuk mit einer dünnen äußeren Isolierschicht aus Polyurethan. Solche Entwicklerwalzen besitzen einen leitenden Mittelschaft, an den ein elektrisches Potential angelegt wird, das ungefähr halb so groß ist wie das Potential, auf das die nicht bebilderten Bereiche einer photoleitenden Oberfläche aufgeladen werden, wobei sich die bebilderten Bereiche im wesentlichen auf 0 V befinden. Ein Tonerpulver wird getrennt aufgeladen, auf die Entwicklerwalze aufgebracht und hinsichtlich Dicke und Ladung durch eine elektrisch geladene Rakel reguliert, wenn sich die Entwicklerwalze dreht. Die Entwicklerwalze erzeugt anschließend einen Quetschkontakt mit der photo leitenden Oberfläche, die typischerweise eine Walze oder ein Band ist, das sich mit der Entwicklerwalze bewegt.
Die Parameter des vorgenannten Systems können ausgewählt werden, um bei gegebenen Umgebungscharakteristika ein optimales Bild auf dem Photoleiter zu entwickeln. Jedoch sind solche Parameter zu Beginn und in extremen Umgebungen unwirksam, da das Gerät außerhalb des Bereiches arbeitet, der zu ihrer Auswahl angenommen wurde. Insbesondere ist, wenn das System relativ kalt ist, eine Kautschukwalze deutlich weniger leitend, und die verringerte Leitfähigkeit führt dazu, daß die Linien in dem Druck schmäler sind. Die Zunahme des Potentials an der Entwicklerwalze würde die Bilder zu Beginn korrigieren, jedoch dazu führen, daß die späteren Bilder breit und dunkel sind. Die Erfindung stellt die Leitfähigkeit des Kautschuks auf der Entwicklerwalze ein, um dieses Problem zu lösen.
Die US-A-4 710 015 (Takeda et al.) lehrt eine solche Entwicklerwalze und ein solches -system, jedoch werden die Zusatzstoffe für ihren Entwicklerwalzen-Kautschuk (Kupfer, Nickel und Ruß) nicht zum Zwecke der Behebung von anfänglichen und ähnlichen Problemen offenbart, und es wird angenommen, daß solche Additive die Mechanismen der Walze in unerwünschter Weise verändern und die Walze leitfähiger machen als es für die Behebung solcher Anfangsprobleme wünschenswert ist. Die US-A-4 100 884 (Mochizuki et al.) insbesondere die Ausführungsform in Fig. 3 ist von Interesse, da sie eine Kautschukwalze zeigt.
Die US-A-3 959 574 und die US-A-4 058 879 offenbaren einseitige Transferwalzen, die einen zylindrischen Metallkörper aufweisen, der mit einem elastometrischen Material beschich tet ist, das eine quaternäre Ammoniumverbindung als Leitfähigkeitskontrollmittel enthält.
Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht in einer Änderung in der Entwicklerwalzen-Formulierung dahingehend, daß ein quaternäres Ammoniummaterial zugegeben wird, und sie ist sonst mit dem herkömmlichen Drucker identisch, der von dem Inhaber der Erfindung unter dem Namen Laserprinter und der Bezeichnungsnummer 4019 verkauft wird.
Erfindungsgemäß wird der Kautschuk-Formulierung einer solchen Entwicklerwalze ein quaternäres Ammoniummaterial-Antistatikmittel zugesetzt. Eine Zunahme von ungefähr einer Größenordnung hinsichtlich des Niveaus der Halbleiterfähigkeit wird erreicht, und es wird ein übereinstimmender Druck über einen Bereich von Betriebstemperaturen und -feuchtigkeiten realisiert, insbesondere zu Beginn, wenn der Drucker die Betriebstemperatur, für die er ausgelegt ist, noch nicht erreicht hat. Außerdem ermöglicht der reduzierte spezifische Widerstand höhere Druckgeschwindigkeiten.
Die bevorzugte Kautschuk-Formulierung für die erfindungsgemäße Entwicklerwalze wird unmittelbar nachstehend in der Tabelle beschrieben. Diese Formulierung unterscheidet sich von der bisherigen Formulierung insofern, daß Larostat 519, ein Warenzeichenprodukt der Firma Mazer Chemicals, zugegeben wird. KAUTSCHUK-FORMULIERUNG Komponente Warenzeichen Hersteller Gewichtsteile NITRILKAUTSCHUK FLÜSSIGEER NITRIL-WEICHMACHER ÖLKAUTSCHUKE (VERARBEITUNGSHILFE; VULKANISIERTES PFLANZENÖL ZINKOXID (AKTIVATOR) ANTIODIDANS (FESTSTOFFE) STEARINSÄURE (PULVER, AKTIVATOR) MBTS (TETRAMETHYLTHIURAM, DILSULFIT-HÄRTUNGSMITTEL) TMTD (2-MERCAPTO-BENZOTHIALYL, DISULFIT, HÄRTUNGSMITTEL) SCHWEFELDONOR (HÄRTUNGSMITTEL) ANTISTATISCHES MITTEL HYCAR-VT-355-ELASTORMER HYCAR-VT-1312LV-ELASTOMER CARTER BELL BROW, QUALITÄTS-GRAD VVO, 2L PERSPERION PAB-866 OCTAMIN STEARINSÄURE, KAUTSCHUK-QUALITÄT USP POLY-DESPERSION AAD-75 POLY-DESPERSION V(MT)D-75P POLY-DISPERSION E(SR)D-75 LAROSTAT 519 WARENZEICHEN VON B.F. GOODRICH HARWICK CHEMICAL CORP. WARENZEICHEN VON SYNTHETIC PRODUCTS CO. WARENZEICHNE VON UNIROYAL CHEMICAL CO. THE C.P. HALL CO. WARENZEICHEN CON RHEIN CHEMI CORP. WARENZEICHEN CON MAZER CHEMICALS GESAMT:Der Kautschuk wird zunächst gemahlen, bis er weich ist. Anschließend werden sämtliche Bestandteile mit Ausnahme des Weichmachers zugegeben und das Gemisch gemahlen, bis es sorgfältig dispergiert ist. Sodann wird der Weichmacher zugesetzt und das Gemisch gemahlen, bis es sorgfältig dispergiert ist. Das Gemisch wird unter Druck in eine Form gepreßt, um die Entwicklerwalzen zu formen. Die Walzen werden in der Form bei 157 ºC (310 ºF) 25 min lang gehärtet. Die Walzen werden anschließend nach dem Formen und vor dem Sandstrahlen bei 149 +5 ºC (300 + 9 ºF) 2 ± 0,25 Stunden lang gebrannt.
Der spezifische Bahnwiderstand verringert sich von ungefähr 5000 megohm-cm auf ungefähr 500 megohm-cm unter Raumbedingungen. Weitere Mengen des Ammoniummaterials verringern den spezifischen Widerstand, jedoch in einem viel geringeren Ausmaß. Diese Änderung der Leitfähigkeit um einen Faktor 10 schaltet praktisch nicht nur die Umweltempfindlichkeit bei dem vorgenannten 4019-Drucker aus, sondern ermöglicht eine bis zu 2fach vergrößerte Druckergeschwindigkeit.
Larostat 519 ist Sojadimethylethyl-ammoniumethosulfat, gemischt mit amorpher Kieselsäure. Die Ammoniumverbindung ist der einzige elektrisch wirksame Bestandteil, da die Kieselsäure das Gemisch fließbar hält, während sie in der Formu lierung chemisch inaktiv und elektrisch isolierend ist. 60 Gew.-% des Laroastat 519 sind Ammoniumverbindung, der wirksame Bestandteil.
Es wurde gefunden, daß der Wirksamkeitsbereich von Larostat 519 in dem vorgenannten 4019-Drucker zwischen 0,5 Teilen auf 100 Gewichtsteile (phr) bis 4,0 phr, bezogen auf das Gewicht des Kautschukbestandteils, liegt, was dem entspricht, daß der wirksame Bestandteil, bezogen auf das Gewicht des Kautschukbestandteils, zwischen 0,3 phr und 2,4 phr liegt. Bei nied rigeren Konzentrationen wird keine funktionelle Verbesserung realisiert. Bei höherer Beladung wird die Feinlinien-Druckauf lösung zerstört. Bei höheren Druckergeschwindigkeiten kann die höhere Menge grob gesagt linear vergrößert werden, beispielsweise 8,0 phr Larostat 519 bei der zweifachen Druckgeschwindigkeit. Die vorgenannte Formulierung mit 1 phr Larostat 519 kann geeignet sein, während Toner erhalten bleibt, da die Tonermenge, die sich von der Walze auf den Photoleiter überträgt, mit dem spezifischen Widerstand der Walze schwankt.
Larostat 519 wird im Handel als antistatisches Mittel verkauft.
Ein weiteres handelsübliches antistatisches Mittel, das in einer Formulierung wie der Vorgenannten wirksam ist, um den spezifischen Widerstand erfindungsgemäß zu verändern, ist Cyastat LS, ein Warenzeichenprodukt der Firma American Cyanamid Company. Chemisch gesehen ist das antistatische Mittel Cyastat LS (3-Lauramidopropyl)-trimethylammoniummethylsulfat. Das antistatische Mittel Cyastat LS erzielt dieselbe Verringerung des spezifischen Widerstandes, wie sie für 0,5 phr bis 4,0 Larostat 519 mit einer Beladung im Bereich von 3 phr bis 5 phr des Kautschuk-Bestandteils erreicht wird. Da das Larostat-519-Material den spezifischen Widerstand bei niedrigerer Beladung verändert, wurde dies eingehalten, da die niedrigere Beladung die Änderungen der mechanischen Eigenschaft in der Walze einschränkt.
Ein weitgehend ähnliches quaternäres Ammoniumprodukt scheint jedoch unwirksam zu sein. Dieses Material ist CETATS, ein Produkt, das als oberflächenaktives Mittel von der Firma Hexcel Chemical Products verkauft wird. Chemisch gesehen ist CETATS N-Hexadecyl-N,N,N-trimethylammonium-p-toluolsulfonat.
Es kann angenommen werden, daß sowohl die Hexadecylgruppe als auch die Phenylgruppe zu sterischen Problemen führen, die die Leitfähigkeit beeinflussen.
Es wird leicht klar, daß die antistatischen Mittel weitgehend mit organischen Materialien funktionsfähig sind und daß sich das Material der erfindungsgemäßen Kautschuk-Formulierung, wie sie beansprucht wird, stark unterscheiden kann.

Claims

1. Entwicklerwalze, die halbleitend ist und einen Gummikörper umfaßt, der ein antistatisches quaternäres Ammonium- Material darin eingemischt umfaßt, um die Leitfähigkeit des genannten Körpers zu verstärken.

2. Entwicklerwalze nach Anspruch 1, bei dem das genannte Ammonium-Material Sojadimethylethyl-ammoniumethosulfat oder (3-Lauramidopropyl)-trimethylammonium-methylsulfat ist.

3. Entwicklerwalze nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, in der der Gummi des genannten Körpers Nitrilkautschuk ist.

4. Entwicklerwalze nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, in der das genannte Ammonium-Material Sojadimethylethyl-Ammoniumethosulfat in einer Menge von wenigstens ungefähr 0,3 phr, bezogen auf das Gewicht des genannten Kautschuks, ist.

5. Entwicklerwalze nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, in der das genannte Ammonium-Material (3-Lauramidopropyl)trimethylammonium-methylsulfat in einer Menge von wenigstens ungefähr 3 phr, bezogen auf das Gewicht des genannten Kautschuks, ist.

6. Entwicklerwalze nach einem vorgenannten Anspruch, in der der quaternäre Ammonium-Bestandteil in einer Menge vorhanden ist, die ausreicht, um die Leitfähigkeit des Gummikörpers um ungefähr einen Faktor 10 zu erhöhen.