WO2003081342A1 - Vorrichtung zum transport von toner zu einer/von einer toneranlagerungseinheit bei einer elektrofotografischen druck- oder kopiereinrichtung - Google Patents

Vorrichtung zum transport von toner zu einer/von einer toneranlagerungseinheit bei einer elektrofotografischen druck- oder kopiereinrichtung Download PDF

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roller
toner
developer
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plastic
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Peter Schulmeister
Uwe HÖLLIG
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Oce Printing System Gmbh
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    • G03G2215/0869—Supplying member

Definitions

  • FIG. 1 shows a schematic arrangement of the components used for operation.
  • An intermediate carrier 1 (a photoconductor drum in FIG. 1, and the intermediate carrier can also be a photoconductor belt) moves past the components 2-7, 10-14 at a constant speed.
  • the intermediate carrier 1 is charged by a charging corotron 2.
  • the image to be printed is generated with sharply focused light as a charge image by a character generator 3 on the intermediate carrier 1.
  • the charge image is then colored with toner in a developer station 4.
  • the developer station 4 has at least one device for transporting the toner, which transports the developer 5 consisting of toner and a carrier to the intermediate carrier 1.
  • the toner is transferred to the intermediate carrier 1 in the gap between the developer station 4 and the intermediate carrier 1 in accordance with the charge images.
  • the toner image is finally transferred to a recording medium 8, for example paper, in a transfer printing station 6, for example with the aid of a transfer printing corotron 7, and then fixed in a fixing station 9 (not shown).
  • the intermediate carrier 1 is electrostatically neutralized with a Corotron 10.
  • the residual toner still adhering to the intermediate carrier 1 is removed for a new image cycle by means of a cleaning device 11, for example a cleaning brush 12 and suction unit 13.
  • FIG. 2 shows an example of a conventional developer station 4 which contains a device 15 for transporting toner to an intermediate carrier 1.
  • the device for transporting the toner is realized in FIG. 2 as a magnetic roller 16 with a rotating roller 17, which has an electrically conductive cover 22 on which the developer 5 adheres, and with a magnet system 18 arranged on the inside the developer station 4 mixed, the toner charges triboelectrically by friction.
  • the developer then forms chains 19 which bridge the developer gap 20 and contact the intermediate carrier 1.
  • the toner is detached from the carrier due to the charge on the intermediate carrier 1 and the potential difference between the intermediate carrier 1 and the magnetic roller 16 and is transferred to the intermediate carrier 1.
  • the carrier falls back into the developer station 4.
  • the height of the developer 5 on the roller shell 22 is adjusted by a scraper 21.
  • a magnetic roller is provided as an example of a device for transporting toner to an intermediate carrier.
  • it can also be a further magnetic roller that conveys developers to a magnetic roller or to an applicator roller in accordance with US Pat. No. 6,181,902 B1.
  • the device can also be used for cleaning an intermediate carrier, a toner-transporting roller or an applicator roller.
  • a toner accumulation unit is summarized below for all applications of the device.
  • the devices used in electrophotographic printing devices for transporting toner to / from a toner storage unit thus have, as shown in FIG. 2, at least one roller with a sleeve (roller sleeve) on which the toner adheres.
  • the device itself is subject to an undesirable toner deposition process on the roller shell.
  • the intermediate carrier photoconductor drum, photoconductor belt
  • toner passes from the roller shell to the intermediate carrier in unloaded areas, and toner in the unloaded areas due to the electrical field distribution electrostatically on the Roll cover is deposited against it.
  • these toner deposits bring about a shield for electrical charges, with the result that the transport of toner to the intermediate carrier is negatively influenced.
  • the subject of US 5 851 719 A is a developer roller with a magnet inside and a sleeve made of metal which has a layer of a resin, e.g. Acrylic resin, which is doped with electrically conductive particles.
  • a resin e.g. Acrylic resin
  • Such a developer role is intended to prevent ghosting and the generation of toner dust during the development of charge images on an intermediate carrier.
  • charge differences in the toner particles caused by the history of the toner should be avoided.
  • the aim is to ensure that the charge of the toner is constant across the width of the developer roller, regardless of the ambient conditions.
  • DE 41 28 942 AI is based on the task of creating a development device with which the image density is increased while the tonal values are retained and in which line images are prevented from becoming denser.
  • a specially designed developer roller is provided, the surface of which has electrically conductive first zones and dielectrically conductive second zones. The result is that the different zones can be at a different potential, so alternating fields can be generated between the different zones, by means of which the transition from toner to the intermediate carrier is controlled. This achieves the advantages of a developer roller with a conductive surface with those of a developer roller with a non-conductive surface, or avoids the disadvantages thereof.
  • a developer role with a non-conductive surface faithfully reproduces line fields in the desired shape and tones, while the image density is relatively low; a developing roller with a conductive surface produces an image with a high image density distribution, however is worse in terms of line images.
  • the developer roller consists of metal, for example aluminum, the surface of which is knurled in a mesh-like pattern.
  • a dielectric synthetic resin, for example tetrafluoroethylene, is filled into the resulting recesses.
  • EP 1 126 329 AI describes a developer roller which is said to have a particularly smooth surface.
  • the surface of the developer roller has a layer of ceramic material, namely zirconium oxide or zirconium oxide with titanium.
  • US Pat. No. 6,026,265 A is based.
  • an application role is provided, which both supplies the toner before development and wipes off the residual toner after development.
  • the developer roller consists of aluminum, on which a phenolic resin containing carbon is applied to produce a surface of certain roughness.
  • the application roll consists of a silicone foam or polyurethane foam, applied to a metal shaft. In addition, the surface of the application roll is provided with grooves in the longitudinal direction. This improves the supply of toner to the developer roller and safely removes the residual toner from the developer roller after development.
  • US 2002/028096 A1 reveals a developer role which has an electrically conductive shaft on which an elastic zone is applied, which is provided with a coating of resin.
  • the elastic zone can be made of rubber, the coating of a resin that contains carbon.
  • the problem on which the invention is based is to provide a device having a roller with a roller sleeve for transporting toner to / from a toner accumulation unit, which is designed in such a way that a significant reduction in the friction work is achieved when the toner is removed from the roller sleeve
  • roller shell surface The properties of the roller shell surface are adjusted so that the adhesive forces to the toner are small. This can be achieved by choosing a low surface energy of the shell surface. This also applies to metallic shells (e.g. made of stainless steel or aluminum), which have a very high mechanical stability, but otherwise have a high surface energy at the same time.
  • the roller shell can advantageously consist of metallic material with a very rough surface.
  • the then existing tips or columns reduce the surface energy of the casing surface, so that the developer can detach from the roll casing solely by gravity.
  • the depressions in the surface of the roller cover can be filled with a plastic that has anti-adhesive properties.
  • a further embodiment of the invention lies in the coating of roller casings with anti-adhesive substances in order to facilitate removal of toner layers deposited thereon by mechanical friction and in the special design of the layer or the layer structure in order to ensure an outflow of the electrical charge.
  • the anti-adhesive and electrically conductive properties are maintained through the special layer design over the entire life of the device.
  • Coatings with low surface energy values can advantageously be made using plastics, e.g. PTFE, PTFE derivatives or related substances can be achieved, whereby closed PTFE coatings should be avoided, since they lead to electrical insulation due to their high electrical resistance and thus to the loss of electrical charge transport from or to the metallically conductive roller shell. It is therefore advantageous to make the roll cover from a coating with low surface energy, e.g. with PTFE or a PTFE derivative, which can then be made with an electrically conductive material e.g. Carbon, is doped.
  • roller cover consists of porous ceramic with a roughness of 2-80 ⁇ m.
  • the pores can additionally be filled with, for example, PFA, PTFE or a PTFE derivative.
  • Fig. 3 shows a first embodiment of the invention
  • Fig. 4 shows a second embodiment of the invention
  • Fig. 5 shows a third embodiment of the invention
  • Fig. 6 shows a developer station in which the device according to the invention is used.
  • Fig. 3 shows only a section through a roller 17 of the device 15 for transporting toner to a toner accumulation unit, e.g. a magnetic roller, and its cover 22.
  • the other components result e.g. from Fig. 2.
  • an enlarged section AI of a part of the roll shell 22 is pulled out.
  • the section AI shows a roller cover 22 with a metallic layer 24 and with an electrically conductive and closed anti-adhesive layer 23.
  • the layer 23 is implemented in such a way that an electrical charge transport can be maintained.
  • the layer can consist, for example, of PTFE, which is doped with an electrically conductive substance, for example carbon.
  • Layer 23 can also be realized, for example, with an electrically conductive PFA.
  • the layer thickness can be up to several 100 ⁇ m.
  • the specific volume resistance can be up to 10 9 ⁇ cm.
  • the layer can be applied in a spray coating process in several layers of approx. 25 to 50 ⁇ m and hardened in an oven. 4 shows a further embodiment of the invention. Here, in turn, a cross section of the roller 17 with the sheath 22 is shown, which is drawn out on a larger scale as section A2.
  • the surface 26 of the metallic roller cover 22 is designed in such a way that it has a very high roughness.
  • PTFE or PTFE derivative can be filled.
  • the electrically conductive tips or pillars 27 protruding through the coating serve for the electrical charge transport and the neighboring PTFE-filled areas 25 serve the anti-adhesive requirements.
  • the advantage of this layer structure lies on the one hand in the increased mechanical stability of the surface (stabilization by wear-resistant columns or tips) and on the other hand in the guarantee of charge transport via the electrically conductive columns or tips 27, which at least partially protrude beyond the coating 25. Electrically insulating PTFE materials can also be used for backfilling.
  • the coating of the roller shell 24 to achieve high roughness can be done, for example, by applying a thermally sprayed CrNi layer.
  • the depressions in the rough surface 26 can then be filled, for example, with a conductive PFA.
  • the layer thickness can be up to several 100 ⁇ m.
  • the specific volume resistance is in the range up to 10 9 ⁇ cm.
  • the layer can be applied in several layers of approx. 25 ⁇ m to 50 ⁇ m and cured in an oven.
  • FIG. 5 shows a third embodiment of the invention.
  • the roller cover 22 is shown in cross section and a cutout A3 thereof is drawn out on a larger scale.
  • the combination of anti-adhesive properties, electrical conductivity and mechanical stability is achieved by using composite materials 28.
  • Composite materials can e.g. are built up from porous thermal ceramic spray layers, the specific volume resistance (electrical conductivity) of which is set by the mixing ratio of different oxide ceramics.
  • the pores 29 of the sponge-like and mechanically very stable ceramic structure are filled with a material of low surface energy.
  • the advantage of this layer structure is the very high mechanical stability due to the sponge-like ceramic structure and the possibility of adjusting the electrical conductivity in a wide range.
  • the required anti-adhesive property is maintained. Since the sponge-like, filled structure is present in the entire layer volume, the anti-adhesive and electrically conductive requirements on the surface of the roller shell 22 are retained even when worn.
  • the coating of the roller shell 22 with a porous ceramic spray layer is carried out, for example, with a mixture of aluminum oxide and titanium oxide, but also with other ceramic materials with similar physical properties, such as e.g. chromium oxide.
  • the specific volume resistance of the layer material can be adjusted via the mixing ratio of the starting materials.
  • the porosity that can be achieved by the manufacturing process is in the range of approx. 20%, the average pore diameter being 20 to 100 ⁇ m.
  • the pores are infiltrated with a thin-flowing polymer lacquer, eg PFA, or other polymers with anti-adhesive properties (PTFE) under normal air pressure conditions or in a vacuum chamber.
  • a thin-flowing polymer lacquer eg PFA, or other polymers with anti-adhesive properties (PTFE) under normal air pressure conditions or in a vacuum chamber.
  • the polymer material penetrates into the porous, thermally sprayed sponge-like carrier material to the bottom of the coating.
  • the anti-adhesive material can be designed to be insulating or electrically conductive, since the electrical charge transport takes place via the electrically adjustable and porous ceramic structure.
  • the roll shell can also have a first layer made of electrically non-conductive material, e.g. a plastic, to which the electrically conductive, anti-adhesive layer is then applied.
  • a first layer made of electrically non-conductive material, e.g. a plastic, to which the electrically conductive, anti-adhesive layer is then applied.
  • FIG. 6 shows a developer station according to US 6 181 902 B1 and DE 101 52 892.2.
  • An example of a developer station 30 is shown, which is used for a band-shaped intermediate carrier (not shown). From the developer station 30, only the components that are necessary for the description of the invention are explained below.
  • the developer station 30 has a developer chamber which contains, for example, developers consisting of toner and carrier and in which the components used for development are arranged.
  • these components are: an applicator roller 31 which is arranged adjacent to the intermediate carrier and toner for developing the charge images transported between the inking gap formed by the applicator roller 31 and the intermediate carrier;
  • a transfer roller 32 which consists of a movable sleeve and internal magnets and which transports the developers from the developer supply into the vicinity of the applicator roller 31 and which is at a different voltage than the applicator roller, such that the toner moves from the transfer roller to that Applicator roller passes over;
  • a cleaning roller 34 which cleans the toner remaining on the applicator roller 31 after development.
  • the developer consisting of carrier and toner is transported by the transfer roller 32 from the developer supply into the vicinity of the applicator roller 31. Because of the tension present between the applicator roller 31 and the transfer roller 32, the toner is taken over by the applicator roller 31 and guided past the intermediate carrier, so that toner transfers to the intermediate carrier in accordance with the charge patterns on the intermediate carrier. After the charge images have been colored, toner still adhering to the applicator roller 31 is cleaned off the cleaning roller 34.
  • the cleaning roller 34 is implemented in accordance with the invention, especially in accordance with FIGS. 3-5. It is particularly advantageous if the roller cover of the cleaning roller is designed in accordance with FIG. 4, it being particularly cost-effective if the rough surface of the roller cover is not filled with an anti-adhesive plastic.
  • the exact function of such a cleaning roller can be found in DE 101 52 892.2. LIST OF REFERENCE NUMBERS
  • Roller cover 22 in the third embodiment ceramic layer Filled pores e.g. with a flowing polymer coating developer station applicator roller transfer roller paddle roller cleaning roller

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Dry Development In Electrophotography (AREA)
  • Rolls And Other Rotary Bodies (AREA)

Abstract

Um Toner zu einer Toneranlagerungseinheit, z.B. einer Fotoleitertrommel, zu transportieren, wird eine walzenförmige Transportvorrichtung (15), z. B. Eine Magnetwalze, eingesetzt. An der Hülle der Walze lagert sich beim Betrieb eine unerwünschte Schicht von Toner an, die den Übergang von Toner zur/von der Toneranlagerungseinheit behindert. Eine Ursache dafür liegt in der adhäsiven Eigenschaft der Walzenhülle. Um diese Tonerschicht leichter von der Walzenhülle (22) entfernen zu können, wird die Walzenhülle (22) derart ausgeführt, dass sie niedrige Oberflächenenergie aufweist. Dazu kann ein Material aus PFA oder PTFE auf der Walzenhülle aufgebracht sein. Die Vorrichtung kann auch als Reinigungswalze für einen Zwischenträger oder eine Applikatorwalze eingesetzt werden.

Description

Vorrichtung zum Transport von Toner zu einer/von einer
Toneranlagerungseinheit bei einer elektrofotografischen
Druck- oder Kopiereinrichtung
Elektrofotografische Druck- oder Kopiereinrichtungen sind z.B. aus den US 6 072 977 oder DE 197 49 386 C2 bekannt. Sie weisen einen Aufbau auf, wie er in Fig. 1 dargestellt ist. Figur 1 zeigt dabei eine schematische Anordnung der zum Be- trieb verwendeten Komponenten. Ein Zwischenträger 1 (in Figur 1 eine Fotoleitertrommel, ebenso kann der Zwischenträger ein Fotoleiterband sein) bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit an den Komponenten 2-7, 10-14 vorbei. Zunächst wird der Zwischenträger 1 von einem Ladecorotron 2 aufgeladen. Das zu druckende Bild wird mit scharf gebündeltem Licht als Ladungsbild durch einen Zeichengenerator 3 auf dem Zwischenträger 1 erzeugt. Anschließend wird das Ladungsbild mit Toner in einer Entwicklerstation 4 eingefärbt. Die Entwicklerstation 4 weist mindestens eine Vorrichtung zum Transport des Toners auf, die den aus Toner und einem Träger (Carrier) bestehenden Entwickler 5 zum Zwischenträger 1 transportiert. Der Toner geht dabei im Spalt zwischen Entwicklerstation 4 und Zwischenträger 1 entsprechend den Ladungsbildern auf den Zwischenträger 1 über. Das Tonerbild wird schließlich in einer Umdruckstation 6, z.B. mit Hilfe eines Umdruckcorotrons 7, auf einen Aufzeichnungsträger 8, z.B. Papier, übertragen und dann in einer Fixierstation 9 (nicht dargestellt) fixiert. Anschließend wird der Zwischenträger 1 mit einem Corotron 10 elektrostatisch neutralisiert. Der auf dem Zwischenträger 1 noch haf- tende Resttoner wird für einen neuen Bildzyklus mittels einer Reinigungseinrichtung 11, z.B. einer Reinigungsbürste 12 und Absaugeinheit 13, entfernt. Schließlich wird der Zwischenträger 1 zur Verbesserung seines Langzeitverhaltens durch eine Entladelampe 14 belichtet. Jetzt ist der Zwischenträger 1 für einen neuen Druckzyklus vorbereitet. In Fig. 2 ist ein Beispiel einer üblichen Entwicklerstatiori 4 gezeigt, die eine Vorrichtung 15 zum Transport von Toner zu einem Zwischenträger 1 enthält. Die Vorrichtung zum Transport des Toners ist in Fig. 2 als Magnetwalze 16 realisiert mit einer rotierenden Walze 17, die eine elektrisch leitende Hülle 22 aufweist, auf der der Entwickler 5 haftet, und mit einem im Inneren angeordneten Magnetsystem 18. Der Entwickler 5 wird in der Entwicklerstation 4 gemischt, dabei lädt sich der Toner durch Reibung triboelektrisch auf. Entsprechend den magnetischen Feldlinien des Magnetsystems 18 bildet der Entwickler dann Ketten 19, die den Entwicklerspalt 20 überbrücken und den Zwischenträger 1 kontaktieren. Der Toner wird auf Grund der Ladung des Zwischenträgers 1 und der Potentialdifferenz zwischen Zwischenträger 1 und Magnetwalze 16 von dem Träger gelöst und geht auf den Zwischenträger 1 über. Der Träger fällt dagegen in die Entwicklerstation 4 zurück. Durch einen Abstreifer 21 wird die Höhe des Entwicklers 5 auf der Walzenhülle 22 eingestellt.
Eine weitere Entwicklerstation kann US 6 181 902 Bl entnommen werden. Hier wird ein aufgeladener Toner über eine an Vorspannung liegende Applikatorwalze an einem Zwischenträger vorbei bewegt und dabei Ladungsbilder auf dem Zwischenträger eingefärbt .
In Fig. 1 und 2 ist als Beispiel einer Vorrichtung zum Transport von Toner zu einem Zwischenträger eine Magnetwalze vorgesehen. Sie kann aber auch eine weitere Magnetwalze sein, die Entwickler zu einer Magnetwalze oder zu einer Applikator- walze entsprechend US 6 181 902 Bl fördert. Schließlich kann die Vorrichtung auch zur Reinigung eines Zwischenträgers, einer Toner transportierenden Walze oder einer Applikatorwalze eingesetzt werden. Im folgenden wird darum für alle Anwendungsfälle der Vorrichtung zusammen gefasst von einer Toner- anlagerungseinheit gesprochen. Die in elektrofotografischen Druckeinrichtungen eingesetzten Vorrichtungen zum Transport von Toner zu einer/von einer Toneranlagerungseinheit weisen somit, wie Fig. 2 zeigt, zumindest eine Walze mit einer Hülle (Walzenhülle) auf, auf der der Toner haftet. Die Vorrichtung unterliegt jedoch in Abhängigkeit von der elektrischen Feldkraft auf entsprechend geladenem Toner selbst einem unerwünschten Tonerablagerungspro- zess auf der Walzenhülle. Z.B. bestehen auf dem Zwischenträger (Fotoleitertrommel, Fotoleiterband) gemäß der Entladung durch den Zeichengenerator bzw. Nichtentladung unterschiedliche Potentiale, so dass in entladenen Bereichen Toner von der Walzenhülle zum Zwischenträger übergeht, in nicht entladenen Bereichen auf Grund der elektrischen Feldverteilung Toner e- lektrostatisch auf der Walzenhülle dagegen abgelagert wird. Diese Tonerablagerungen bringen auf Grund ihrer elektrisch isolierenden Eigenschaft eine Abschirmung für elektrische Ladungen mit sich mit der Folge, dass der Transport von Toner zum Zwischenträger negativ beeinflusst wird. ^
Es sind Anordnungen bekannt, die durch entsprechende Konfiguration der Magnete der Magnetwalze und/ oder unter Verwendung eines Rakels in der Nähe der rotierenden Walzenhülle ein stehendes Toner/ Trägergemisch relativ zur rotierenden Walzenhülle hervorrufen (DE 101 52 892.2 nicht vorveröffentlicht). Durch die daraus resultierende mechanische Reibung zwischen ferromagnetischen Trägerteilchen und Walzenhülle wird der darauf abgelagerte Toner abgerieben und durch das Toner/Trägergemisch wieder aufgenommen.
In Abhängigkeit von den adhasiven Eigenschaften (Materialeigenschaft und Oberflächenbeschaffenheit) der Walzenhülle sowie von den physikalischen Eigenschaften des Toners und Trägers können jedoch die Haftkräfte zwischen Toner und Hüllenoberfläche deutlich zunehmen, wodurch eine hinreichende Rei- nigung erschwert wird. Eine hohe Reibarbeit ist dann erforderlich, um den Toner von der Walzenhülle zu entfernen. Aus dem Stand der Technik sind eine Reihe von Gestaltungen der Walzenhülle bekannt:
Gegenstand von US 5 851 719 A ist eine Entwicklerrolle mit einem Magneten im Inneren und einer Hülle aus Metall, die außen eine Schicht aus einem Harz, z.B. Acrylharz, das mit e- lektrisch leitenden Partikeln dotiert ist, aufweist. Mit einer derartigen Entwicklerrolle sollen Geisterbilder und die Entstehung von Tonerstaub bei der Entwicklung von Ladungsbildern auf einem Zwischenträger verhindert werden. Dazu sollen Ladungsunterschiede bei den Tonerpartikeln, verursacht durch die Vorgeschichte des Toners (frischer Toner bzw. Resttoner) vermieden werden. Zudem soll erreicht werden, dass die Ladung des Toners über die Breite der Entwicklerrolle konstant ist, unabhängig von den Umgebungsbedingungen.
DE 41 28 942 AI liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Entwicklungseinrichtung zu schaffen, mit der die Bilddichte gestei- gert wird, während die Tonwerte erhalten bleiben und bei der verhindert wird, dass Linienbilder dichter werden. Dazu wird eine besonders gestaltete Entwicklerrolle vorgesehen, deren Oberfläche elektrisch leitende erste Zonen und dielektrisch leitende zweite Zonen aufweist. Die Folge ist, dass die un- terschiedlichen Zonen auf einem unterschiedlichen Potential liegen können, somit zwischen den unterschiedlichen Zonen Wechselfelder erzeugt werden können, durch die der Übergang von Toner auf den Zwischenträger gesteuert wird. Damit werden die Vorteile einer Entwicklerrolle mit einer leitenden Ober- fläche mit denen einer Entwicklerrolle mit einer nicht leitfähigen Oberfläche erreicht bzw. deren Nachteile vermieden. Eine Entwicklerrolle mit einer nicht leitenden Oberfläche gibt Linienfelder in der gewünschten Form und Töne wahrheitsgetreu wieder, während die Bilddichte verhältnismäßig gering ist; eine Entwicklungsrolle mit einer leitenden Oberfläche erzeugt ein Bild mit einer hohen Bilddichtenverteilung, aber ist schlechter hinsichtlich der Linienbilder. Die Entwicklerrolle besteht aus Metall, z.B. Aluminium, deren Oberfläche in einem maschenartigen Muster gerändelt ist. In die dadurch entstehenden Ausnehmungen ist ein dielektrisches Kunstharz, z.B. Tetrafluorethylen, gefüllt.
In EP 1 126 329 AI ist eine Entwicklerrolle beschrieben, die eine besonders glatte Oberfläche haben soll. Dazu weist die Oberfläche der Entwicklerrolle eine Schicht aus keramischen Material, nämlich Zirkoniumoxid bzw. Zirkoniumoxid mit Titan auf.
Das US 6 026 265 A zu Grunde liegende Problem besteht darin, ein Entwicklereinrichtung anzugeben, bei der nach Entwicklung Toner von der Entwicklerrolle abgestreift werden kann, ohne dass der Toner beschädigt wird bzw. gelöst wird. Dazu ist eine Antragsrolle vorgesehen, die der Entwicklerrolle sowohl den Toner vor der Entwicklung zuführt als auch den Resttoner nach Entwicklung abstreift. Die Entwicklerrolle besteht aus Aluminium, auf dem zur Erzeugung einer Oberfläche bestimmter Rauigkeit ein Phenolharz, das Kohlenstoff enthält, aufgebracht ist. Die Antragsrolle besteht aus einem Silikonschaum bzw. Polyurethanschaum, aufgetragen auf einer Metallwelle. Zudem ist die Oberfläche der Antragsrolle in Längsrichtung mit Nuten versehen. Damit wird die Zufuhr von Toner zur Entwicklerrolle verbessert und der Resttoner nach Entwicklung von der Entwicklerrolle sicher abgestreift.
Aus US 2002/028096 AI ergibt sich schließlich eine Entwick- lerrolle, die eine elektrisch leitende Welle aufweist, auf der eine elastische Zone aufgebracht ist, die mit einer Beschichtung aus Harz versehen ist. Die elastische Zone kann aus Gummi bestehen, die Beschichtung aus einem Harz, das Kohlenstoff enthält. Mit dieser Ausführung der Entwicklerrolle soll bei Verwendung von Einkomponententoner erreicht werden, dass sich diese bei hoher elektrischer Leitfähigkeit in Kon- takt z.B. mit einem Zwischenträger ausreichend verformen kann und so elastisch ist, dass sie anschließend wieder in den Ausgangszustand übergeht.
Bei all diesen Gestaltungen der Walzenhülle ist das Problem der Reduktion der Reibarbeit bei der Entfernung von Toner von der Walzenhülle nicht angesprochen.
Das der Erfindung zu Grunde liegende Problem besteht darin, eine eine Walze mit Walzenhülle aufweisende Vorrichtung zum Transport von Toner zu einer/von einer Toneranlagerungeinheit anzugeben, die derart ausgeführt ist, dass bei der Entfernung des Toners von der Walzenhülle eine deutliche Reduktion der Reibarbeit erzielt wird
Dieses Problem wird gemäß den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Das Problem sehr hoher Adhäsionskräfte zwischen Toner und Walzenhüllenoberfläche, wodurch eine entsprechend hohe Reib- arbeit für eine hinreichende Reinigung erforderlich ist, wird mit einer Walzenhülle mit besonderen Aufbau bzw. mit dem Aufbau einer speziellen Beschichtung auf der Walzenhülle vermieden.
Die Eigenschaften der Walzenhüllenoberfläche werden so eingestellt, dass die adhasiven Haftkräfte zum Toner klein sind. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Oberflächenenergie der Hüllenoberfläche niedrig gewählt wird. Dies gilt auch für metallische Hüllen (z.B. aus Edelstahl oder Aluminium), die eine sehr hohe mechanische Stabilität mitbringen, sonst gleichzeitig aber eine hohe Oberflächenenergie aufweisen.
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Die Walzenhülle kann vorteilhafter Weise aus metallischem Material mit sehr rauher Oberfläche bestehen. Durch die dann vorliegenden Spitzen oder Säulen wird die Oberflächenenergie der Hüllenoberfläche verringert, so dass der Entwickler sich allein durch die Schwerkraft von der Walzenhülle lösen kann. Zu einer weiteren Verbesserung können die Vertiefungen in der Oberfläche der Walzenhülle mit einem Kunststoff verfüllt werden, der antiadhäsive Eigenschaften hat.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung liegt in der Beschichtung von Walzenhüllen mit antiadhäsiven Stoffen, um ein Entfernen von darauf abgelagerten Tonerschichten durch mechanische Reibung zu erleichtern und in der besonderen Gestaltung der Schicht bzw. des Schichtaufbaus, um einen Abfluss der elektrischen Ladung zu gewährleisten. Die antiadhäsiven und elektrisch leitfähigen Eigenschaften werden weiterhin durch die spezielle Schichtgestaltung über die gesamte Lebensdauer der Vorrichtung aufrecht erhalten.
Beschichtungen mit niedrigen Oberflächenenergiewerten können vorteilhafterweise unter Verwendung von Kunststoffen, wie z.B. PTFE, PTFE- Derivaten oder verwandten Stoffen, erreicht werden, wobei geschlossene PTFE - Beschichtungen vermieden werden sollten, da sie wegen ihres hohen elektrischen Wider- Standes zur elektrischen Isolation und damit zum Verlust des elektrischen Ladungstransports von bzw. zur metallisch leitfähigen Walzenhülle führen. Vorteilhaft ist es darum, die Walzenhülle aus einer Beschichtung mit niedriger Oberflächenenergie, z.B. mit PTFE oder einem PTFE-Derivat zu realisie- ren, die dann mit einem elektrisch leitenden Stoff z.B. Kohlenstoff, dotiert wird.
Weiterhin ist es vorteilhaft, als Beschichtung PFA (Polyfluo- ralcoxy) zu verwenden. Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Walzenhülle besteht aus poröser Keramik mit einer Rauhigkeit von 2-80μm. Die Poren können zusätzlich z.B. mit PFA, PTFE oder einem PTFE- Derivat verfüllt sind.
Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen, die in Figuren dargestellt sind, weiter erläutert.
Es zeigen:
Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 5 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 6 eine Entwicklerstation, bei der die erfindungsgemäße Vorrichtung eingesetzt wird.
Fig. 3 zeigt von der Vorrichtung 15 zum Transport von Toner zu einer Toneranlagerungseinheit nur einen Schnitt durch eine Walze 17, z.B. einer Magnetwalze, und deren Hülle 22. Die an- deren Bestandteile ergeben sich z.B. aus Fig. 2. Weiterhin ist ein vergrößerter Ausschnitt AI eines Teiles der Walzenhülle 22 herausgezogen. Der Ausschnitt AI zeigt eine Walzenhülle 22 mit einer metallischen Schicht 24 und mit einer e- lektrisch leitfähigen und geschlossenen antiadhäsiven Schicht 23.
Die Schicht 23 ist derart realisiert, dass ein elektrischer Ladungstransport aufrecht erhalten werden kann. Die Schicht kann z.B. aus PTFE bestehen, die mit einem elektrisch leiten- den Stoff, z.B. Kohlenstoff, dotiert ist. Die Realisierung der Schicht 23 kann z.B. auch mit einem elektrisch leitfähigen PFA erfolgen. Die Schichtdicke kann bis zu mehreren 100 μm betragen. Der spezifische Volumenwiderstand kann im Bereich bis 109 Ωcm liegen. Die Schicht kann in einem Sprühbe- schichtungsprozess in mehreren Lagen von zu ca. 25 bis 50 μm aufgetragen und in einem Ofen ausgehärtet werden. Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Hier ist wiederum ein Querschnitt der Walze 17 mit Hülle 22 dargestellt, die in größerem Maßstab als Ausschnitt A2 herausgezo- gen ist.
Bei dieser Ausführungsform wird die Oberfläche 26 der metallischen Walzenhülle 22 derart ausgeführt, dass diese eine sehr hohe Rauigkeit aufweist. Eine entsprechend rauhe Ober- fläche mit Spitzen und Säulen 27 kann entweder durch partiellen Materialabtrag (z.B. durch Sandstrahlen, Ätzen) oder durch Materialauftrag (z.B. durch Beschichtungsverfahren unter Verwendung elektrisch leitender Stoffe=> CrNi- Plasmaspritzen, keramische Spritzschichten) erhalten werden. Mit einer derartigen Ausführung der Oberfläche der Walzenhülle 22 wird erreicht, dass sich der Toner bzw. der Entwickler aufgrund von Zentrifugalkräften und der Schwerkraft von der Walzenhülle löst. Dieser Effekt wird noch verstärkt, wenn die Vertiefungen der rauhen, elektrisch leitenden und mechanisch stabilen Walzenhülle mit einer Beschichtung 25 aus isolierendem oder elektrisch leitfähigen Material, z.B. PTFE bzw. PTFE-Derivat, verfüllt werden. Die durch die Beschichtung ragenden elektrisch leitenden Spitzen oder Säulen 27 dienen dabei dem elektrischen Ladungstransport und die benachbarten PTFE-verfüllten Bereiche 25 den antiadhäsiven Erfordernissen. Der Vorteil dieses Schichtaufbaus liegt einerseits in der erhöhten mechanischen Stabilität der Oberfläche (Stabilisierung durch verschleißfeste Säulen bzw. Spitzen) und andererseits in der Gewährleistung eines Ladungstransports über die elektrisch leitenden Säulen bzw. Spitzen 27, die zumindest teilweise die Beschichtung 25 überragen. Es können hierbei zur Verfüllung auch elektrisch isolierende PTFE-Materialien verwendet werden.
Die Beschichtung der Walzenhülle 24 zur Erreichung einer hohen Rauheit kann z.B. durch Auftrag einer thermisch gespritz- ten CrNi- Schicht erfolgen. Im Anschluß daran kann die Ver- füllung der Vertiefungen der rauhen Oberfläche 26 erfolgen z.B. mit einem leitfähigen PFA. Die Schichtdicke kann bis zu mehreren 100 μm betragen. Der spezifische Volumenwiderstand liegt im Bereich bis 109 Ωcm. Die Schicht kann in einem speziellen Sprühbeschichtungsprozess in mehreren Lagen zu ca. 25 μm bis 50 μm aufgetragen und in einem Ofen ausgehärtet werden.
Aus Fig. 5 ergibt sich eine dritte Ausführungsform der Erfindung. Wiederum ist die Walzenhülle 22 im Querschnitt dargestellt und ein Ausschnitt A3 davon im größeren Maßstab heraus gezogen. Die Vereinigung von antiadhäsiven Eigenschaften, e- lektrischer Leitfähigkeit und mechanischer Stabilität wird durch Verwendung von Kompositmaterialien 28 erreicht. Kompositmaterialien können z.B. aus porösen thermischen Keramikspritzschichten aufgebaut werden, deren spezifischer Volumenwiderstand (elektrische Leitfähigkeit) durch das Mischungsverhältnis verschiedener Oxidkeramiken eingestellt wird. Die Poren 29 der schwammartigen und mechanisch sehr stabilen Keramikstruktur werden mit einem Stoff niedriger Oberflächenenergie verfüllt. Der Vorteil dieses Schichtaufbaus liegt in der sehr hohen mechanischen Stabilität durch die schwammartige Keramikstruktur und der Möglichkeit die elektrische Leit- fähigkeit in weiten Bereichen einzustellen. Durch die verfüllten Bereiche mit Materialien mit niedriger Oberflächenenergie wird die erforderliche antiadhäsive Eigenschaft aufrecht erhalten. Da die schwammartige, verfüllte Struktur im gesamten Schichtvolumen vorhanden ist, bleiben selbst bei Verschleiß die antiadhäsiven und elektrisch leitfähigen Erfordernisse an der Oberfläche der Walzenhülle 22 erhalten.
Die Beschichtung der Walzenhülle 22 mit einer porösen keramischen Spritzschicht erfolgt z.B. mit einem Gemisch aus Alumi- niumoxid und Titanoxid, aber auch mit anderen keramischen Werkstoffen mit ähnlichen physikalischen Eigenschaften, wie z.B. Chromoxid. Der spezifische Volumenwiderstand des Schichtmaterials kann hierbei über das Mischungsverhältnis der Ausgangsmaterialien eingestellt werden. Die durch den Herstellungsprozess erreichbare Porosität liegt im Bereich von ca. 20%, wobei der mittlere Porendurchmesser 20 bis 100 μm beträgt. Die Poren werden nach dem thermischen Spritzen mit einem dünn fließenden Polymerlack, z.B. PFA, oder auch anderen Polymeren mit antiadhäsiver Eigenschaft (PTFE) unter normalen Luftdruckbedingungen oder in einer Vakuumkammer in- filtriert. Das Polymermaterial dringt dabei bis zum Grund der Beschichtung in das poröse thermisch gespritzte schwammmarti- ge Trägermaterial ein. Das antiadhäsive Material kann hierbei isolierend oder elektrisch leitend ausgeführt werden, da der elektrische Ladungstransport über das elektrisch einstellbare und poröse Keramikgerüst erfolgt.
Die Walzenhülle kann bei den Ausführungsbeispielen auch eine erste Schicht aus elektrisch nicht leitenden Material, z.B. einem Kunststoff, aufweisen, auf die dann die elektrisch lei- tende, antiadhäsive Schicht aufgebracht ist.
Aus Fig. 6 ergibt sich eine Entwicklerstation entsprechend US 6 181 902 Bl und DE 101 52 892.2. Dargestellt ist ein Beispiel einer Entwicklerstation 30, die für einen bandförmigen Zwischenträger (nicht dargestellt) verwendet wird. Von der Entwicklerstation 30 werden im folgenden nur die Komponenten erläutert, die für die Beschreibung der Erfindung erforderlich sind.
Die Entwicklerstation 30 weist eine Entwicklerkammer auf, in der z.B. aus Toner und Träger bestehender Entwickler enthalten ist und in der die zur Entwicklung eingesetzte Komponenten angeordnet sind. Diese Komponenten sind im Beispiel der Fig. 6: - eine Applikatorwalze 31, die benachbart zum Zwischenträger angeordnet ist und Toner zur Entwicklung der Ladungsbilder zwischen dem durch Applikatorwalze 31 und Zwischenträger gebildeten Einfärbespalt hindurch transportiert;
- eine Transferwalze 32, die aus einem beweglichen Hülle und im Inneren angeordneten Magneten besteht und die Entwickler aus dem Entwicklervorrat in die Nähe der Applikatorwalze 31 transportiert und die an einer gegenüber der Applikatorwalze unterschiedlichen Spannung liegt, derart, dass der Toner von der Transferwalze zu der Applikatorwalze übergeht;
- eine Reinigungswalze 34, die den auf der Applikatorwalze 31 nach der Entwicklung verbliebenen Toner abreinigt.
Der aus Träger und Toner bestehende Entwickler wird durch die Transferwalze 32 aus dem Entwicklervorrat in die Nähe der Applikatorwalze 31 transportiert. Auf Grund der zwischen Appli- katorwalze 31 und Transferwalze 32 vorliegenden Spannung wird der Toner von der Applikatorwalze 31 übernommen und an dem Zwischenträger vorbei geführt, so dass entsprechend den Ladungsbildern auf dem Zwischenträger Toner auf diesen übergeht. Nach der Einfärbung der Ladungsbilder noch an der Ap- plikatorwalze 31 haftender Toner wird von der Reinigungswalze 34 abgereinigt.
Insbesondere die Reinigungswalze 34 ist entsprechend der Erfindung realisiert, vor allem entsprechend Fig. 3-5. Beson- ders vorteilhaft ist es, wenn die Walzenhülle der Reinigungswalze entsprechend Fig. 4 ausgeführt ist, wobei es besonders kostengünstig ist, wenn die rauhe Oberfläche der Walzenhülle nicht mit einem antiadhäsiven Kunststoff verfüllt ist. Die genaue Funktion einer solchen Reinigungswalze kann DE 101 52 892.2 entnommen werden. Bezugszeichenliste
1 Zwischenträger
2 Ladecorotron 3 Zeichengenerator
4 Entwicklerstation
5 Entwickler
6 Umdruckstation
7 Umdruckcorotron 8 Aufzeichnungsträger
9 Fixierstation
10 Corotron
11 Reinigungseinrichtung
12 Reinigungsbürste 13 Absaugeinheit
14 Entladelampe
15 Transportvorrichtung für Toner
16 Magnetbürste
17 Walze der Transportvorrichtung 18 Magnetsystem
19 Ketten von Entwickler
20 Entwicklerspalt
21 Abstreifer
22 Walzenhülle AI Ausschnitt der Vorrichtungswalze 17 mit
Walzenhülle 22 bei der ersten Ausführungsform
23 Antiadhäsive Schicht der Walzenhülle
24 Metallische Schicht
A2 Ausschnitt der Walze 17 mit Walzenhülle 22 bei der zweiten Ausführungsform
25 Beschichtung der Walzenhülle
26 Oberfläche der Walzenhülle
27 Elektrisch leitende Spitzen oder Säulen Ausschnitt der Vorrichtungswalze 17 mit
Walzenhülle 22 bei der dritten Ausführungsform Keramikschicht Verfüllte Poren z.B. mit einem fließenden POlymer- lack Entwicklerstation Applikatorwalze Transferwalze Schaufelwalze Reinigungswalze

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zum Transport von Toner zu einer/von einer Toneranlagerungseinheit bei einer elektrofotografischen Druck- oder Kopiereinrichtung, bei der zum Transport des Toners eine drehbare Walze (17) mit einer Walzenhülle (22) vorgesehen ist, die derart ausgeführt ist, dass die Haftkräfte zum Toner klein sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Walzenhülle (22) der Walze (17) elektrisch leitend ist und in ihrem Inneren ein Magnetsystem (18) aufweist .
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Walzenhülle (22) eine metallische Schicht mit einer Oberfläche (26) mit hoher Rauigkeit aufweist derart, dass Spitzen oder Säulen (27) bestehen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Vertiefungen der Oberfläche mit einem Kunststoff ((25) verfüllt sind
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Walzenhülle (22) eine metallische Schicht aufweist, die mit einem elektrisch leitenden Kunststoff beschichtet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Beschichtung (23) aus einem Kunststoff besteht, der mit einem elektrisch leitenden Stoff dotiert ist .
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der Kunststoff mit Kohlenstoff dotiert ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Schicht (24) aus porösem Keramikmaterial mit einer Rauhigkeit von 2-80μm aufgebaut ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Schicht (24) aus Kompositmaterial aufgebaut ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Schicht (24) aus einer porösen thermischen Keramikspritzschicht (28) aufgebaut ist, deren Poren (29) zumindest teilweise mit Kunststoff verfüllt sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Poren einen Durchmesser von 2-100 μm aufweisen.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, bei der der Kunststoff aus PFA besteht.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11 bei der der Kunststoff PTFE bzw. ein PTFE-Derivat ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 13, bei der die Schicht einen Volumenwiderstand in dem Bereich bis 109 Ωcm aufweist.
15. Verwendung der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Magnetwalze zum Transport von Entwickler zu einer Toneranlagerungseinheit in der Entwicklerstation einer elektrofotografischen Druck- oder Kopiereinrichtung.
16. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 als Reinigungswalze für eine Toneranlagerungseinheit.
17. Entwicklerstation unter Verwendung einer Vorrichtung nach einer der Ansprüche 1 bis 14 bei einer elektrografischen
Druck- oder Kopiereinrichtung,
- bei der eine Transferwalze (32) ein Toner und Träger aufweisender Entwickler zu einer Applikatorwalze (31) transportiert, - bei der die Applikatorwalze (31) aus dem Entwickler den Toner übernimmt und an einem Zwischenträger vorbei transportiert,
- bei der benachbart zur Applikatorwalze (31) eine Vorrichtung als Reinigungswalze (34) angeordnet ist, die Resttoner und Entwickler von der Applikatorwalze (31) abreinigt .
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