DE69509895T2

DE69509895T2 - Keramische rolle zum esa bedrucken und beschichten

Info

Publication number: DE69509895T2
Application number: DE69509895T
Authority: DE
Inventors: Bruce Hyllberg
Original assignee: American Roller Co
Current assignee: American Roller Co
Priority date: 1994-05-03
Filing date: 1995-01-20
Publication date: 1999-10-14
Anticipated expiration: 2015-01-21
Also published as: CA2189339A1; US5609553A; EP0758296A1; AU1684995A; WO1995029812A1; JPH09512500A; ES2131807T3; DE69509895D1; EP0758296B1; AU691247B2; ATE180437T1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft Walzen zur Verwendung in Druck- und Beschichtungsmaschinen mit elektrostatischer Unterstützung (ESA = electrostatic assist), insbesondere betrifft die Erfindung eine elektrostatisch aufladbare Walze nach Anspruch 1, die in einer Maschine zum Beschichten, Drucken oder Kopieren verwendbar ist.

Stand der Technik

In einer ESA-Druckmaschine wird unterstützt durch elektrostatische Anziehung Tinte von einem Gravurdruckzylinder 10, bezugnehmend auf Fig. 1, auf eine Unterseite einer Bahn 11 eines nicht leitenden Materials übertragen. Eine über der Bahn 11 angeordnete Walze 12 sorgt für die elektrostatische Anziehung der Tinte an die Bahn 11. Bei einigen Anwendungen wird diese Walze 12 als Prägedruckwalze bezeichnet, da sie mit dem Druckzylinder 10 eine Klemmstelle 14 bildet und die Bahn 11 berührt. Normalerweise hat die Prägedruckwalze eine elastische äußere Ummantelung aus synthetischem Gummi mit einer Härte von 60 bis 95 gemäß dem Shore-A-Härtemaß, die gegen die Bahn 11 und den Druckzylinder 10 drückt. Der Gravurdruckzylinder 10 kann durch einen Behälter 16 rotieren, der Tinte oder Beschichtungsmaterial beinhaltet, dessen Dicke mit einem Abstreichmesser 17 gesteuert wird.
Bei anderen Anwendungen ist die ESA-Walze in einer als Spaltbeschichtungsmaschine bekannten Maschine, die auch als Meniskus- oder Bördelbeschichtungsmaschine bekannt ist, von der Bahn beabstandet. Bei dieser Maschine steht die Bahn mit der Prägedruckwalze, aber nicht mit dem gravierten Zylinder in Kontakt. Der gravierte Zylinder teilt die Beschichtung dem Bereich der Klemmstelle zu, in dem ein sehr kleiner, aber genauer Zwischenraum oder Luftspalt vorliegt. Derartige Maschinen können einen chrom plattierten Kupfer-, einen mit Laser gravierten Keramikzylinder oder einen polierten chromplattierten Zylinder mit einem Abstreichmesser verwenden, das das Beschichtungsmaterial auf dem Zylinder steuert.
Wie in Fig. 1 zu sehen, wird der ESA-Walze entweder durch eine Schleifringanordnung oder durch eine dritte Walze in der Maschine, die als Spannungsauftragwalze 18 bekannt ist, Spannung zugeführt. Normalerweise haben ESA-Walzen zumindest zwei Schichten, ein nicht leitendes Basismaterial 19 auf dem Metallkern 20, um Leckstrom gegenüber Masse zu verhindern, und ein halbleitendes synthetisches Gummimaterial 21. Wenn der Walzenkern gegenüber Masse isoliert werden kann, ist nur eine halbleitende Gummischicht 21 notwendig. In Adamson, U.S. Pat. Nr. 3 477 369 und Hyllberg et al., U.S. Pat. Nr. 4 493 256, ausgegeben am 15. Januar 1985, wird eine typische ESA-Druckmaschine beschrieben und gezeigt, die eine Prägedruckwalze enthält.
Technische Probleme bei ESA-Walzen sind mechanischer Verschleiß, chemische Beschädigung und Erwärmung bei höheren Geschwindigkeiten eines Druckvorganges. Erwärmung kann zu einem schnelleren Altern der Gummischicht führen, die typischerweise als äußere Schicht von Prägedruckwalzen verwendet wird. Wenn ESA-Walzen mit Gummiummantelung abgenutzt werden, ändert sich ihr Durchmesser, was sich auf Druckvorgänge auswirken kann. Verschleiß auf der äußeren Ummantelung wird schließlich einen Austausch oder eine Neubeschichtung der Walze erforderlich machen.
Vor kurzem wurden in Hyllberg, U.S. Patent Nr. 5 600 414, ausgegeben am 4. Februar 1997, auf das oben Bezug genommen wird, keramische Materialien für eine Ladungsdonatorwalze einer Kopiermaschine offenbart. Hier besteht ein Unterschied darin, daß der Ladungsdonatorwalze eine Spannung unmittelbar zu deren Kern öfter zugeführt wird und sie nicht geerdet werden muß. Im Vergleich ist eine ESA-Walze vorzugsweise von dem Rest der Maschine isoliert und weist eine von einer anderen Walze zugeführte Spannung auf.
Ein Vorteil von Keramik bei ESA-Anwendungen besteht darin, daß Keramik in dünneren Schichten als halbleitender Gummi ausgebil det werden kann. Bei starker Benutzung behält eine keramische Schicht ihre Betriebsabmessungen bei. Die vorliegende ESA- Anwendung ist ein Beschichtungsvorgang, bei dem eine Beschichtung in einer einheitlichen dünnen Schicht einer flüssigen Beschichtung auf einer Bahn aufgetragen werden muß.
Ein zusätzliches Problem auf diesem Gebiet stellt Vibration der ESA-Walze bei höheren Maschinengeschwindigkeiten dar. In Carlson, U.S. Patent Nr. 5 256 459, ausgegeben am 26. Oktober 1993, ist ein faserverstärktes Verbundrohr für Anwendungen bei Walzen offenbart. Bei höheren Rotationsgeschwindigkeiten zeigt ein derartiger Kern gute Dämpfungseigenschaften. Aufgrund von Schwierigkeiten beim Verbinden der zwei Materialien ist jedoch kein derartiges, in einer Walze mit keramischen Schichten kombiniertes Rohr bekannt.
Die vorliegende Erfindung soll die Einschränkungen des Standes der Technik beseitigen, indem sie für Anwendungen sowohl zum Beschichten als auch Drucken Verfahren und Bauformen für keramische ESA-Walzen zur Verfügung stellt.

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine keramische Walze mit überlegenen mechanischen und elektrischen Eigenschaften für elektrostatische Anwendungen.
Die Oberflächenschicht besteht aus einer Mischung aus wenigstens zwei Materialien, von denen eines ein elektrischer Isolator und das andere ein Halbleiter ist.
In einer besonderen Ausführungsform umfaßt die ESA-Walze einen zylindrischen Walzenkern und eine keramische Schicht, die an den zylindrischen Walzenkern gebunden wird. Die keramische Schicht besteht aus einer Mischung eines nicht leitenden keramischen Materials und eines halbleitenden Materials, bei der das Mischungsverhältnis gewählt wird, um den elektrischen Widerstand der keramischen Schicht gegenüber einer zugeführten Spannungsdifferenz zu kontrollieren.
Die keramischen Materialien werden in einem Verhältnis gemischt, das so ausgewählt wird, daß ein elektrischer Widerstand im Bereich eines Halbleiters erzeugt wird.
Ein spezielles Isoliermaterial kann entweder aus Aluminiumoxid oder Zirkon bestehen, das durch Plasmaspritzen oder thermisches Spritzen aufgetragen wird, und ein spezielles halbleitendes keramisches Material kann entweder aus Titandioxid oder Chromoxid bestehen, das durch Plasmaspritzen oder thermisches Spritzen aufgetragen wird.
Die Erfindung kann als Walze mit einer halbleitenden keramischen Schicht, oder mit einer halbleitenden keramischen Schicht und einer nicht leitenden keramischen Schicht, oder mit einer halbleitenden keramischen Schicht und einer nicht leitenden keramischen Schicht und einer relativ leitfähigereren Schicht ausgeführt werden, die zwischen den zwei anderen Schichten angeordnet wird.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer elektrostatisch aufladbaren Walze, die in einer Maschine zum Beschichten, Drucken oder Kopieren verwendet werden kann, wobei die Methode die Schritte eines Auftragens einer Bindebeschichtung auf einen röhrenförmigen Kern aus faserverstärktem Material. eines Plasmasprühens einer Mischung eines nicht leitenden keramischen Materials und eines halbleitenden keramischen Materials, um eine keramische Schicht zu bilden, die durch die Bindeschicht an den Walzenkern gebunden wird, wobei die resultierende keramische Schicht einen so gewählten Widerstand hat, daß als Anwort auf eine angelegte Spannungsdifferenz eine elektrische Anziehung erzeugt wird, und eines Versiegelns der keramischen Schicht mit einer Versiegelungsschicht umfaßt.
Der Volumenwiderstand der halbleitenden Schicht einer mit Gummi ummantelten ESA-Walze liegt in dem Bereich von 10&sup7; bis 10&sup8; Ohm/cm und deren Dicke beträgt etwa 1,27 cm (0,5 Inch). Demgegenüber hat eine keramische halbleitende Schicht einen Volumenwiderstand von näherungsweise 5 · 10&sup9; Ohm/cm und kann in der Größenordnung von 0,254 mm (10 mils, 1 mil = 0,001 Inch) dick sein.
Bei einem Wiederinstandsetzen von Walzen durch Austauschen ihrer äußeren halbleitenden Gummischichten durch keramische Schichten ist die Verwendung keramischer Schichten ebenfalls vorteilhaft. Keramische Schichten sind haltbarer als Gummischichten. In dieser Erörterung umfaßt Gummi sowohl natürliche als auch synthetische Gummis.
Andere Aufgaben und Vorteile werden, neben den oben diskutierten, für einen Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform ersichtlich. In der Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil davon darstellen und die Beispiele der Erfindung veranschaulichen. Derartige Beispiele geben jedoch die zahlreichen Ausführungsformen der Erfindung nicht erschöpfend wieder, und daher wird auf die Ansprüche verwiesen, die der Beschreibung folgen, um den Bereich der Erfindung festzulegen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht einer ESA-Maschine gemäß bekannter Technik,
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht einer Beschichtungsmaschine, die eine erste Ausführungsform einer ESA-Walze der vorliegenden Erfindung enthält, und
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht einer Beschichtungsmaschine, die eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält.

Beste Weise zur Ausführung der Erfindung

Die Erfindung ist in einer Walze 30, 31 mit elektrostatischer Unterstützung (ESA) und einem Verfahren zur Herstellung derselben enthalten, wobei auf Fig. 2 und 3 Bezug genommen wird. Fig. 2 zeigt eine derartige Walze 30 in einer ESA-Beschichtungsmaschine, bei der eine elektrische Spannung durch eine kontaktlose Ladeschiene 32 auf einem Potential von 25000 V Gleichspannung der ESA-Walze 30 zugeführt wird. Eine Bahn 33 eines Materials wird vertikal nach unten und um eine Unterseite der ESA- Walze 30 zugeführt und wird dann vertikal nach oben weg geführt. Unterstützt von einer durch die ESA-Walze 30 bereitgestellten elektrostatischen Anziehungskraft wird eine Beschichtungsflüssigkeit mittels eines Beschichtungszylinders 46 aus einem Behälter 47 auf eine Unterseite der Bahn 33 übertragen. Die Bahn 33 besteht aus einem nicht leitenden Material. Die Dicke der Flüssigkeit auf dem Beschichtungszylinder wird durch ein Abstreichmesser 45 gesteuert. Auch wenn in den Fig. 2 und 3 der Beschichtungszylinder 46 im Uhrzeigersinn rotierend gezeigt ist, kann er auch mit dem auf der, wie es in den Zeichnungen zu sehen wäre, rechten Seite angebrachten Abstreichmesser 45 im Gegenuhrzeigersinn rotiert werden.
Wie in Fig. 2 zu sehen, hat eine bevorzugte Ausführungsform der ESA-Walze 30 einen röhrenförmigen Kern 35. Wie in Carlson, U. S. Patent Nr. 5 256 459, ausgegeben am 26. Oktober 1993, beschrieben ist, besteht der röhrenförmige Kern 35 aus einem Material mit faserverstärktem Verbundaufbau (FRP). Eine Bindeschicht 36 aus einer Legierung mit einer Dicke von 76,2 bis 127,0 um (3 bis 5 mils) und einer Oberflächenrauhigkeit von 7,62 bis 12,70 um Ra (300 bis 500 Mikroinch Ra) wird auf der gesamten äußeren Oberfläche des röhrenförmigen Kerns 35 ausgebildet. Danach wird ein nicht leitendes keramisches Material 37 auf die Bindeschicht 36 aufgetragen.
Außer auf den letzten 2,54 cm (dem letzten Inch) an jedem Ende der Walze wird eine halbleitende keramische Schicht 38 mit einer Dicke von 254 um bis 381 um (10 bis 15 mils) auf die gesamte äußere Oberfläche der keramischen nicht leitenden Schicht 37 aufgetragen. Dies hält die Beschichtung von den Enden der Walze 30 und von irgendwelchen mechanischen Trägern oder elektrischen Verbindungen zu der Walze 30 fern.
Danach wird eine Versiegelungsschicht 39 aufgetragen, um die Oberfläche der keramischen Schicht 38 zu durchdringen, und die Walze 30 wird ausgehärtet.
Im spezielleren wird die ESA-Walze 30 wie folgt hergestellt:
Schritt 1. Unter Verwendung der in dem oben zitierten Carlson, U.S.-Patent Nr. 5 256 459, offenbarten Verfahren wird ein röhrenförmiger FRP-Kern 35 gebildet. Bei dieser Anwendung hat der Kern 35 eine Wanddicke von 1,27 cm oder mehr (0,5 Inch oder mehr), um Durchbiegung auf nicht mehr als 25,4 um (0,001 Inch) zu begrenzen.
Schritt 2. Auftragen einer Bindeschicht 36 mit einer Dicke von 76,2 bis 127,0 um (3 bis 5 mils) aus einem Material, wie z. B. Metco AE 7203, auch bekannt als Metco 900, das aus 12% Silikon, 25% Weichmacher und 63% Aluminium besteht.
Schritt 3. Auftragen einer nicht leitenden keramischen Schicht 37 durch Plasmasprühen eines keramischen Materials mit 95% Aluminiumoxidpulver, wie z. B. Metco 101 oder Norton 110. Diese Schicht kann 0,508 bis 2,54 mm (20 bis 100 mils) dick sein und ist in diesem Beispiel 1,524 mm (60 mils) dick.
Schritt 4. Auftragen einer keramischen Schicht 38 mit einer Dicke von 0,254 bis 0,381 mm (10 bis 15 mils) mit Plasmasprühverfahren und -einrichtungen unter Verwendung einer Mischung aus Aluminiumoxid und Titandioxid, wie z. B. Metco 130 (87/13 Aluminiumoxid/Titandioxid) und Metco 131 (60/40 Aluminiumoxid/Titandioxid) in einer 40/60- bis 80/20-Mischung. Metco-Produkte sind von Metco Corp., Westbury, NY, erhältlich. Alternativen für Metco 130 und 131 sind Norton 106 bzw. 108.
Dieser Schritt wird fortgesetzt, indem dünne einheitliche Teilschichten aufgesprüht werden, um eine gewünschte Dicke der keramischen Schicht 38 zu erreichen. Die dünnste praktische Schicht einer plasmagesprühten Keramik für eine Beschichtung mit elektrischer Abstufung, die ein hohes Maß an Vollständigkeit und Einheitlichkeit aufweist, beträgt etwa 127 um (5 mils).
Optional kann zwischen Schicht 37 und Schicht 38 eine relativ leitfähigerere Schicht 40 ausgebildet werden. Der Widerstand dieser leitenden Schicht sollte zumindest 20 mal niedriger als der Oberfläche der halbleitenden Schicht 38 sein, während der Widerstand der nicht leitenden Schicht 37 zumindest 20 mal höher als der halbleitenden Schicht 38 sein sollte. Ein typischer Wert des Volumenwiderstandes der relativ leitfähigereren Schicht 40 ist 5 · 10&sup7; Ohm/cm oder kleiner. Das Material bestünde aus 100% Titandioxid. Für diese Schicht 40 könnte auch Nickel verwendet werden. Die Schichtdicke läge im Bereich von 25,4 bis 254,0 um (1 bis 10 mils) und wäre bei diesem Beispiel 50,8 um (2 mils).
Die Bezeichnung "nicht leitendes" Material, wie sie hier verwendet wird, soll ein Material mit einem Volumenwiderstand von 10¹&sup0; Ohm/cm oder größer bezeichnen. Aluminiumoxid und Zirkon sind Beispiele für Oxidkeramiken, die nicht leitende Materialien sind. Diese haben typischerweise Volumenwiderstände von 10¹¹ Ohm/cm oder höher.
Die Bezeichnung "halbleitendes" Material, wie sie hier verwendet wird, soll ein Material mit einem Volumenwiderstand zwischen 10³ Ohm/cm und 10¹&sup0; Ohm/cm bezeichnen. Titandioxid (TiO&sub2;) und Chromoxid sind Beispiele für halbleitende Keramiken oder Keramiken niedrigeren Widerstandes. Diese Keramiken haben typischerweise Volumenwiderstände von 10&sup8; Ohm/cm oder niedriger. In beiden Kategorien gibt es viele andere Beispiele für Materialien, die kommerziell verfügbar sind. Diese Materialien mit relativ hohem und niedrigem Widerstand können gemischt werden, um die richtige Ausgewogenheit der elektrischen Eigenschaften für die Anwendung bei Ladungsübertragungwalzen zu erreichen.
Es ist angemerkt, daß keramische Plasmasprühpulver keine reinen Materialien sind. Auch das reinste kommerziell verfügbare Aluminiumoxid ist nur zu 99,0% bis 99,5% rein. Viele Aluminiumoxidarten enthalten einige Gewichtsprozent anderer metallischer Oxide. Weißes oder graues Aluminiumoxid kann beispielsweise Titandioxid (TiO&sub2;) in Mengen von weniger als 5% bis zu wenigstens 40% enthalten. Eine Zunahme des Anteils von Titandioxid in der Mischung verringert den Widerstand des Materials. Auch wenn diese Materialien als einzelne Pulver verfügbar sind, sind sie dennoch Mischungen verschiedener Keramiken. Die elektrischen Eigenschaften der endgültigen keramischen Schicht sind die Summe der einzelnen Beiträge zum Widerstand, zur Kapazität, zur Spannungsfestigkeit, etc.. Es kann ein einzelnes Pulver verfügbar sein, das genau die elektrischen Anforderungen der Anwendung bei Ladungsübertragungswalzen erfüllen würde. Es wäre ohne Zweifel kein reines Material.
Die bevorzugten Keramiken sind Metco 130 (87/13 Aluminiumoxid/Titandioxid) und Metco 131 (60/40 Aluminiumoxid/Titandioxid) in einer 40/60- bis 80/20-Mischung. Metco-Produkte sind von der Metco Corp., Westbury, NY, erhältlich. Die elektrischen Eigenschaften der Beschichtung sind großteils durch das Verhältnis von Aluminiumoxid zu Titandioxid in der vollendeten Beschichtung bestimmt. Diese zwei Materialien sind einfach zu mischen, da sie in der gleichen Partikelgröße (in dem gleichen Partikelgrößenbereich) erworben werden können und annähernd die gleiche Dichte haben. Eine typischer Wert von Titandioxid in einer resultierenden Mischung ist 20 bis 24 Prozent.
Bei jeder keramischen Schicht, die Titandioxid enthält, wird der Widerstand der Schicht auch durch die Sprühbedingungen beeinflußt. Durch das Vorhandensein von Wasserstoff oder anderen reduzierenden Wirkstoffen in der Plasmaflamme kann Titandioxid teilweise zu einem Suboxid reduziert werden. Es ist das Suboxid (wahrscheinlich eher TiO als TiO&sub2;), das den Halbleiter in der keramischen Schicht 38 bildet. Titandioxid ist normalerweise ein dielektrisches Material. In einer plasmagesprühten Beschichtung weist die typische mittlere chemische Zusammensetzung von Titandioxid eher 1,8 als 2,0 Sauerstoff pro Molekül auf. Durch Erhöhen oder Erniedrigen des Anteils von Wasserstoff in der Plasmaflamme kann dieses Niveau (und somit die Beschichtungseigenschaften) bis zu einem gewissen Grad angepaßt werden. Das herkömmliche Primärgas ist Stickstoff oder Argon, während das Sekundärgas Wasserstoff oder Helium ist. Das Sekundärgas erhöht das Ionisationspotential der Mischung, wobei so der Leistungspegel bei einem vorgegebenen Elektrodenstrom erhöht wird. Bei einer typischen Metco-Plasmakanone wird der Wasserstoffpegel so eingestellt, daß die Elektrodenspannung in der Kanone zwischen 74 und 80 Volt gehalten wird.
Die Plasmasprühparameter sollten geeignet eingestellt sein, um zu gewährleisten, daß die Mischung der Materialien in der vollendeten keramischen Schicht 38 so wie beabsichtigt ist. Alle erwähnten Pulver erfordern nicht die gleichen Leistungspegel, Sprühabstände und andere Parameter. So kann beispielsweise eine Einstellung des Sprühabstandes die Wirksamkeit einer Ablagerung eines Pulvers gegenüber den anderen vergrößern und die Materialmischung in der vollendeten Beschichtung verändern.
Plasmagesprühte keramische Beschichtungen können in einem Durchlauf (Schicht) der Plasmakanone oder in mehrfachen Durchläufen aufgetragen werden. Das herkömmliche Verfahren für die meisten Arten von Anwendungen beim Beschichten ist, mehrfache dünne Beschichtungen aus Keramik aufzutragen und zu der geforderten Dicke aufzubauen. Obwohl die oben beschriebene keramische Schicht eine einheitliche keramische Zusammensetzung aufweist, müssen die Teilschichten der Keramik in der resultierenden Schicht 38 nicht die gleiche Zusammensetzung haben. Die Beschichtung kann so gestaltet sein, daß an der Oberfläche ein unterschiedlicher Widerstand als im durchschnittlichen Materialvolumen erreicht wird. Dies könnte gemacht werden, um 1) die Art eine Ladung an der Oberfläche der Walze zu halten zu ändern, ohne dabei ihre Volumeneigenschaften zu ändern, oder um 2) den vergrößerten Widerstand einer lokalen Beschichtung zu kompensieren.
Der Widerstand der halbleitenden Schicht ist so ausgewählt, daß er in dem Bereich von 100 kOhm bis 1 MOhm liegt, um den Strom in der Walze zu begrenzen. Bei einer ESA-Walze findet im wesentlichen kein Erwärmen in der halbleitenden Schicht statt und die Walze arbeitet ungefähr bei ihrer Umgebungstemperatur. Bei Verwendung einer Spannungszuführungsdruckwalze, wie z. B. Bauteil 18 in Fig. 1, wird eine relativ hohe Spannung, 500-5000 V Gleichstrom, zugeführt, um beispielsweise bei einem gesamten Leistungsverlust von 15 Watt in der Walze einen Strom von 3 mA zu erzeugen. Wenn eine 25 kV-Ladeschiene 32 verwendet wird, beträgt bei einer Zweischicht- oder Dreischichtwalze die maximale Spannung an der Oberfläche der Walze etwa 7000 V Gleichstrom.
Schritt S. Solange die Walze 30 noch von dem Plasmasprühen oder thermischen Sprühen der halbleitenden keramischen Schicht 38 heiß ist, wird unter Verwendung eines dielektrischen organischen Materials, wie z. B. Carnauba-Wachs oder Loctite 290- Schweißdichtmasse, eine Versiegelungsschicht 39 auf die keramische Schicht 38 aufgetragen. Diese Dichtmasse läßt man bei Raumtemperatur für einige Stunden einziehen. Falls nötig (Loctite 290), wird die Dichtmasse mit Wärme, ultraviolettem Licht oder Aufsprühbeschleunigern ausgehärtet. Beim Aushärten der Walze 30 ist eine geringere Wärme zu verwenden, beispielsweise 66ºC (150ºF), um ungünstige Auswirkungen auf die Keramik zu vermeiden. Der Grad der Porosität der Keramik beträgt im allgemeinen weniger als 5 Gewichtsprozent (normalerweise im Bereich von 2 Prozent). Einmal versiegelt, hat der Grad der Porosität eine geringe Auswirkung auf die Beschichtungseigenschaften bei dieser Anwendung.
Die bevorzugten Materialtypen bestehen aus 100%igen Feststoffen und haben eine geringe Viskosität. Diese umfassen verschiedene Arten von Wachsen, durch Kondensation ausgehärtete Silikonelastomere niedriger Viskosität und Epoxidharz niedriger Viskosität, Methacrylsäureester und andere thermofixierte Harze.
Es können flüssige Versiegelungsmittel verwendet werden, wie z. B. Silikonöl allein, oder Flüssigkeiten in Feststoffen, wie z. B. Silikonöl in einem Silikonelastomer. Um ein gewisses Maß an Ablösbarkeit (Antihafteigenschaften) zur Verfügung zu stellen, kann dies zusätzliche Vorteile für die ESA-Walze bringen.
Das Versiegelungsmittel wird im allgemeinen ein Material hohen Widerstandes sein, obwohl die elektrischen Eigenschaften des Versiegelungsmittels die Gesamteigenschaften der versiegelten keramischen Schichten 38 beeinflussen. Beispielsweise wird ein Versiegeln mit Carnauba-Wachs einen größeren Widerstand der versiegelten keramischen Schicht 38 als mit Loctite 290-Schweißdichtmasse verursachen, weil es ein besseres dielektrisches Material ist. Es ist auch möglich, eine halbleitende Dichtmasse mit einer dielektrischen Keramik (ohne jegliche halbleitende Keramik) zu verwenden, um die gewünschten elektrischen Eigenschaften zu erzielen.
Solange die Kombination von Keramiken und Versiegelungsmittel die geeigneten elektrischen Eigenschaften der vervollständigten keramischen Schicht 16 ergeben, könnte ein Versiegelungsmittel niedrigen Widerstandes verwendet werden, wie z. B. ein flüssiger oder wachsartiger fester Typ eines antistatischen Mittels.
Schritt 6. Ein letzter Schritt ist, die versiegelte keramische Schicht 38 auf die geeigneten Abmessungen und Oberflächengüte zu schleifen und polieren (Diamant, Siliciumkarbidschleifmittel, etc.). Nach der Endbearbeitung ist die keramische Schicht 38 typischerweise 254 um bis 381 um (10 bis 15 mils) dick, mit einer Oberflächengüte von 0,508 um bis 1,778 um Ra (20 bis 70 Mikroinch Ra). Bei anderen Ausführungsformen kann sie dicker als 381 um (15 mils) sein und hinsichtlich der Oberflächengüte von 0,254 um bis 2,540 um Ra (10 bis 100 Mikroinch Ra) variieren.
Die physikalischen und elektrischen Eigenschaften der Keramik verschlechtern sich nicht im Verlaufe der Zeit oder aufgrund einer Exposition gegenüber Sauerstoff, Feuchtigkeit oder Chemikalien, was zu einer langen Lebensdauer des Produktes führt.
Fig. 3 stellt eine zweite Ausführungsform dar, in der die ESA- Walze 31 nur eine keramische Schicht 42 eines halbleitenden Materials aufweist, die auf einem leitenden, aber nicht magnetischen Kern 41 ausgebildet wird, der geerdet ist. Der Kern 41 könnte nicht leitend hergestellt werden und die Spannung könnte über eine Spannungsauftragwalze der halbleitenden keramischen Schicht 42 zugeführt werden. Die Bahn 44, das Abstreichmesser 45, die Beschichtungswalze 46 und der Behälter 47 des Beschichtungsmaterials sind der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ähnlich.
Dies war eine Beschreibung von Beispielen, wie die Erfindung umgesetzt werden kann. Durchschnittsfachleute auf diesem Gebiet werden erkennen, daß verschiedene Details modifiziert werden können, wodurch sich andere detaillierte Ausführungsformen ergeben, und daß diese Ausführungsformen im Bereich der Erfindung liegen werden.
Während die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf eine Beschichtungsmaschine beschrieben ist, ist die Erfindung auch bei Druckmaschinen oder Kopiermaschinen nützlich.
Um die Öffentlichkeit von dem Bereich der Erfindung und den durch die Erfindung abgedeckten Ausführungsformen in Kenntnis zu setzen, werden daher die folgenden Ansprüche geltend gemacht.

Claims

1. Eine elektrostatisch aufladbare, in einer Maschine zum Beschichten, Drucken oder Kopieren einsetzbare Walze, wobei die Walze umfaßt:

einen zylindrischen Walzenkern aus einem faserverstärkten Verbundmaterial,

eine keramische halbleitende Schicht, die mit dem zylindrischen Walzenkern verbunden ist,

wobei die keramische halbleitende Schicht aus zumindest einer plasmagesprühten Beschichtung eines keramischen Materials gebildet wird, dessen Widerstand durch Plasmasprühen des keramischen Materials auf den zylindrischen Walzenkern signifikant verringert wird, um eine halbleitende keramische Schicht zu bilden, und

wobei der elektrische Widerstand der keramischen halbleitenden Schicht durch die Art gesteuert wird, in der das keramische Material plasmagesprüht wird.

2. Walze nach Anspruch 1, bei der der Kern isoliert ist, und bei der der Kern aus einem leitenden Kern und einer isolierenden keramischen Schicht gebildet wird, die zum Bedecken einer äußeren zylindrischen Oberfläche des Kernes angeordnet ist.

3. Walze nach Anspruch 2, zusätzlich eine Bindeschicht aus einer Legierung mit einer Dicke von 76,2 um bis 127,0 um (von 0,003 Inch bis 0,005 Inch) zwischen der isolierenden keramischen Schicht und dem Kern umfassend.

4. Walze nach Anspruch 2, bei der das isolierende keramische Material Aluminiumoxid oder Zirkon ist, und zusätzlich gekennzeichnet dadurch, daß das halbleitende Material eine Kombination von Titandioxid und Aluminiumoxid ist.

5. Walze nach Anspruch 1, bei der die keramische Schicht eine Dicke in einem Bereich von 0,254 mm bis 0,381 mm einschließlich (von 0,010 bis 0,015 Inch einschließlich) hat.

6. Walze nach Anspruch 1, bei der die halbleitende Schicht ausgebildet ist, um die letzten 2,54 cm (das letzte Inch) an jedem Ende der Walze auszusparen, um Beschichtungsmaterial von den Enden der Walze fernzuhalten.

7. Walze nach Anspruch 1, zusätzlich eine relativ leitfähigerere, zwischen der halbleitenden Schicht und dem Kern angeordnete Schicht umfassend, wobei die relativ leitfähigerere Schicht zumindest einen zwanzigmal geringeren Widerstand als die halbleitende Oberflächenschicht hat.

8. Ein Verfahren zur Herstellung einer elektrostatisch aufladbaren, in einer Maschine zum Beschichten, Drucken oder Kopieren einsetzbaren Walze, wobei die Methode umfaßt:

Auftragen einer Bindebeschichtung auf einen röhrenförmigen Kern aus faserverstärktem Material,

Plasmasprühen einer Mischung eines isolierenden keramischen Materials und eines halbleitenden keramischen Materials, um eine keramische Schicht zu bilden, die durch die Bindeschicht mit dem Walzenkern verbunden ist, wobei die resultierende keramische Schicht einen ausgewählten Widerstand hat, um als Antwort auf eine zugeführte Spannungsdifferenz eine elektrostatische Anziehungskraft zu erzeugen, und

Versiegeln der keramischen Schicht mit einer Versiegelungsschicht.

9. Verfahren nach Anspruch 8, zusätzlich gekennzeichnet dadurch, daß der Plasmasprühschritt in einer Zahl von Wiederholungen durchgeführt wird, um aufeinanderfolgende Teilschichten aufzutragen, die die keramische Schicht bilden.