WO2004114026A1 - Hülse zum transport eines tonergemischs und verfahren zum herstellen einer solchen hülse - Google Patents

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    • G03G15/0928—Details concerning the magnetic brush roller structure, e.g. magnet configuration relating to the shell, e.g. structure, composition

Definitions

  • the invention relates to a sleeve for transporting a toner mixture on its outer surface in a toner developing device, the wall of the sleeve consisting essentially of an electrically conductive material.
  • the invention further relates to a method for producing such a sleeve.
  • image development processes are used which develop electrostatic charge images on surfaces, preferably on photo conductor surfaces, via an air gap or in direct contact with triboelectrically charged toner.
  • the toner is often designed as a two-component mixture of toner particles and ferromagnetic carrier particles. This two-component mixture is transported on its surface with the aid of a sleeve, this sleeve containing magnets on the inside, the magnetic field of which forms a magnetic brush on the surface of the sleeve with the aid of the ferromagnetic carrier particles and which also transports the toner particles.
  • DE-A-2846430 describes a sleeve for a toner developing device, on the surface of which a two-component mixture is transported.
  • conventional sleeves use aluminum as the material in which eddy currents are generated due to the varying magnetic field, which cause the toner material to heat up and soften. It is therefore proposed to use a material with a high electrical resistance in order to reduce the eddy current effect.
  • the sleeve is made of a copper-nickel alloy and the outer surface of the sleeve is provided with grooves parallel to the axis.
  • sleeves for transporting a toner mixture are also used in cleaning devices within a developing device.
  • DE-A-10152892 gives an example of this.
  • aluminum is usually used as the sleeve material.
  • aluminum has the disadvantage that it is a relatively soft active substance, the surface of which wears off over time in the printing operation. This can lead to a loss of quality in the printed image.
  • it has been proposed to provide the aluminum sleeve with a nickel layer on its surface. Although this has the desired effect with regard to hardness, this alters the electrical resistance of the entire sleeve, which leads to a negative influence on the electromagnetic properties on the surface of the sleeve.
  • Another problem with transport sleeves for toner is oxidation on the transport surface.
  • aluminum sleeves aluminum oxide can form on the surface.
  • the oxide layer also changes the properties of the sleeve material, for example the electrical resistance, and thus the electromagnetic parameters at the junction of the sleeve and the photoconductor drum.
  • This object is achieved for a sleeve of the type mentioned above in that the outer surface of the sleeve receives a layer of nickel-copper.
  • this alloy layer has the required hardness and thus low abrasion, which results in a long service life.
  • such a layer has a high electrical conductivity, which results in favorable electromagnetic properties.
  • the electrical resistance of this layer can be optimized by adjusting the alloy ratio.
  • Such an alloy layer can be magnetized only slightly or not at all, so that disadvantageous residual magnetism is avoided.
  • the combination of high electrical conductivity and high hardness means that previous aluminum sleeves can be exchanged for the sleeve according to the invention without having to change electromagnetic or mechanical parameters to a large extent. Oxidation of the surface is avoided by the alloy layer.
  • FIG. 1 shows a hollow cylindrical sleeve for transporting toner, Figure 2 and Figure 3 process steps for producing the surface layer for the sleeve made of aluminum.
  • FIG. 1 shows a cylindrical sleeve 10 with a surface cutout A.
  • a sleeve 10 can, for example, have a length L of 500 mm, an outside diameter d of 60.5 mm and an inside diameter of 56 mm.
  • the sleeve 10 is preferably made of aluminum and has on its outer surface a layer of nickel-copper with a thickness in the range from 15 to 25 ⁇ m.
  • This layer is produced by chemical deposition, with chemical nickel-copper-phosphorus deposition taking place.
  • the layer typically contains 1 to 2% copper and 8 to 10% phosphorus, the rest being nickel deposition.
  • FIGS. 2 and 3 show, using a flow chart, the chemical surface treatment for producing the sleeve with the nickel-copper layer.
  • First the aluminum sleeve is degreased in alkaline solution (step 20). This is followed by a rinsing step 22. In the subsequent step 24, pickling takes place in 30% NaOH. This is followed by a rinsing step (step 26).
  • step 28 there is clarification in HN0 3 , ie pickling in nitric acid 1: 1 after the alkaline pickling. Because brown to black pickling sludge forms on the surface after the alkaline pickling, depending on the material composition, it is then clarified in nitric acid to prevent the formation of A10 3 .
  • a rinsing step 30 then takes place again.
  • step 32 an electrical conductive layer is applied in a zincate stain. With help This conductive layer also neutralizes the oxide layer on the aluminum material.
  • a rinsing step 34 then takes place.
  • Figure 3 shows the subsequent rinsing step 36 with demineralized water, i. H. demineralized water from which all minerals have been extracted in an ion exchanger.
  • demineralized water i. H. demineralized water from which all minerals have been extracted in an ion exchanger.
  • the surface is chemically pre-nickel-plated.
  • there is an economy flush. Saving rinsing involves rinsing in a container without water supply, which increases the concentration in the sink. The contents of the sink can then be returned to the chemical nickel bath or processed otherwise. Carryover losses are thus reduced. This is followed by rinsing in demineralized water in step 42.
  • the chemical deposition process takes place with the nickel-copper-phosphorus deposition, which comprises a deposition of 1 to 2% copper, 8 to 10% phosphorus and the rest essentially nickel deposition.
  • rinsing takes place in demineralized water. This is followed in step 48 by washing in water at 60 ° C., the nickel-plated parts remaining in demineralized water for 2 to 3 minutes before drying.
  • the sleeve produced in this way is dried in warm air.
  • step 44 An example of a bath batch for nickel-copper-phosphorus deposition is given below in step 44, the composition being given in g / 1:
  • the sleeve produced in this way can be used as a transport sleeve for transporting a two-component toner mixture in developing devices.
  • Toner can be transported between rollers or in the form of an applicator element in the immediate vicinity of a photoconductor surface.
  • Such a sleeve can also be used as a cleaning device.

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Abstract

Beschrieben wird eine Hülse (10) zum Transport eines Tonergemischs an ihrer äusseren Oberfläche in einer Entwicklungsvorrichtung. Die Wand der Hülse (10) besteht aus Aluminium. Die Aussenfläche der Hülse (10) trägt eine Schicht aus Nickel-Kupfer. Weiterhin wird ein Verfahren zum Herstellen der Hülse beschrieben.

Description

Hülse zum Transport eines Tonergemischs und Verfahren zum Herstellen einer solchen Hülse
Die Erfindung betrifft eine Hülse zum Transport eines Tonergemischs an ihrer äußeren Oberfläche in einer Toner- Entwicklungsvorrichtung, wobei die Wand der Hülse im wesentlichen aus einem elektrisch leitenden Material besteht. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Hülse.
Bei elektrografischen Druckern oder Kopierern werden Bildentwicklungsverfahren benutzt, die elektrostatische Ladungsbilder auf Oberflächen, vorzugsweise auf Foto- leiteroberflachen, über einen Luftspalt oder in direktem Kontakt mit triboelektrisch geladenem Toner entwickeln. Der Toner ist häufig als Zweikomponentengemisch aus Tonerteilchen und ferromagnetischen Trägerteilchen ausgeführt. Dieses Zweikomponentengemisch wird mit Hilfe einer Hülse an ihrer Oberfläche .transportiert, wobei diese Hülse in ihrem Inneren Magnete enthält, deren Magnetfeld an der 0- berfläche der Hülse mit Hilfe der ferromagnetischen Trägerteilchen eine Magnetbürste ausbildet, die die Tonerteilchen mit transportiert.
Aus der DE-A-2846430 ist eine Hülse für eine Tonerentwicklungsvorrichtung beschrieben, auf deren Oberfläche ein Zweikomponentengemisch transportiert wird. In .diesem Dokument wird als Nachteil angesehen, daß herkömliche Hülsen Aluminium als Material verwenden, in welchem aufgrund des variirenden Magnetfeldes Wirbelströme erzeugt werden, die eine Erwärmung des Tonermaterials und dessen Aufweichen bewirken. Daher wird dort vorgeschlagen, ein Material mit hohem elektrischen Widerstand zu verwenden, um den Wirbel- stromeffekt zu verringern. Demgemäß wird die Hülse aus einer Kupfer-Nickel-Legierung gefertigt und die Mantelfläche der Hülse wird mit achsenparallelen Rillen versehen. Weiterhin werden Hülsen zum Transport eines Tonergemischs auch in Reinigungsvorrichtungen innerhalb einer Entwicklungsvorrichtung verwendet. Die DE-A-10152892 gibt hierzu ein Beispiel.
Als weiteren Stand der Technik wird auf die Dokumente JP 03-041485 A mit Abstract, US 6,201,942 Bl, DE 33 03 167 AI und EP 0 800 336 AI.
In der Praxis wird als Hülsenmaterial gewöhnlich Aluminium verwendet. Aluminium hat allerdings den Nachteil, daß es ein relativ weicher Wirkstoff ist, dessen Oberfläche sich im Laufe der Zeit im Druckbetrieb abnutzt. Dadurch kann es zu Qualitätseinbußeri im Druckbild kommen. Um die Oberfläche der Hülse mit einem härteren Material zu versehen, wurde vorgeschlagen, die Aluminiumhülse an ihrer Oberfläche mit einer Nickelschicht zu versehen. Dies hat zwar den gewünschten Effekt im Hinblick auf die Härte, allerdings wird hierdurch der elektrische Widerstand der gesamten Hülse verändert, was zu einer negativen Beeinflußung der elektromagnetischen Eigenschaften an der Oberfläche der Hülse führt.
Ein weiteres Problem bei Transport-Hülsen für Toner ist die Oxidation an der Transportoberfläche. Bei Äluminium- hülsen kann sich an der Oberfläche Aluminiumoxid ausbilden. Die Oxidschicht verändert ebenfalls die Eigenschaften des Hülsenmaterials, beispielsweise den elektrischen Wi- derstand, und somit die elektromagnetischen Parameter an der Verbindungsstelle von Hülse und Fotoleitertrommel.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Hülse zum Transport eines Tonergemischs und ein Verfahren zum Herstellen der Hülse anzugeben, wobei für die Funktion wichtige elektromagnetische und mechanische Eigenschaften erzielt werden. Diese Aufgabe wird für eine Hülse eingangs genannter Art dadurch gelöst, daß die Außenfläche der Hülse eine Schicht aus Nickel-Kupfer erhält. Diese Legierungsschicht hat einerseits die erforderliche Härte und damit einen gerin- gen Abrieb, wodurch sich eine hohe Einsatzdauer ergibt. Andererseits hat eine solche Schicht eine hohe elektrische Leitfähigkeit, wodurch sich günstige elektromagnetische Eigenschaften ergeben. Der elektrische Widerstand dieser Schicht kann durch Einstellung des Legierungsverhältnises optimiert werden. Eine derartige Legierungsschicht ist nur gering oder überhaupt nicht magnetisierbar, so daß ein nachteiliger Restmagnetismus vermieden wird. Die Kombination von hoher elektrischer Leitfähigkeit und großer Härte führt dazu, daß bisherige Aluminiumhülsen gegen die er- findungsgemäße Hülse ausgetauscht werden können, ohne daß elektromagnetische oder mechanische Parameter in einem großen Umfang geändert werden. Eine Oxidation der Oberfläche wird durch die Legierungsschicht vermieden.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden auf die in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiele Bezug genommen, die anhand spezifischer Terminologie beschrieben sind. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß der Schutzumfang der Erfindung da- durch nicht eingeschränkt werden soll, da derartige Veränderungen und weitere Modi izierungen an den gezeigten Vorrichtungen und/oder den Verfahren sowie derartige weitere Anwendungen der Erfindung, wie sie darin aufgezeigt sind, als übliches derzeitiges oder künftiges Fachwissen eines zuständigen Fachmannes angesehen werden.
Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung, nämlich
Figur 1 eine hohle zylindrische Hülse zum Transport von Toner, Figur 2 und Figur 3 Verfahrenschritte zum Herstellen der Oberflächenschicht für die Hülse aus Aluminium.
Figur 1 zeigt eine zylindriche Hülse 10 mit einem Oberflä- chenausschnitt A. Eine solche Hülse 10 kann zum Beispiel eine Länge L von 500 mm, einen Außendurchmesser d von 60,5 mm und einen Innendurchmesser von 56 mm haben. Die Oberfläche kann wie im Oberflächenausschnitt A gezeigt ist eine Rillenstruktur haben mit den Parametern a = 0,45 ± 0,05 mm, b = 0,62 ± 0,05 mm und c = 0,5 ± 0,2 mm. Mit Hilfe dieser Rillenstruktur wird das Transportverhalten der Oberfläche der Hülse 10 verbessert.
Die Hülse 10 besteht vorzugsweise aus Aluminium und trägt an ihrer Außenfläche eine Schicht aus Nickel-Kupfer der Dicke im Bereich von 15 bis 25 μm. Diese Schicht wird durch chemische Abscheidung erzeugt, wobei eine chemische Nickel-Kupfer-Phosphor-Abscheidung erfolgt. Typischerweise enthält die Schicht 1 bis 2 % Kupfer und 8 bis 10 % Phos- phor, wobei der Rest Nickel-Abscheidung ist.
Figuren 2 und 3 zeigen anhand eines Ablaufsdiagramms die chemische Oberflächenbehandlung zum Erzeugen der Hülse mit der Nickel-Kupfer-Schicht. Zunächst wird die Aluminiumhül- se in alkalischer Lösung entfettet (Schritt 20) . Danach erfolgt ein Spülschritt 22. Im nachfolgenden Schritt 24 erfolgt ein Beizen in NaOH 30 %. Danach erfolgt ein Spülschritt (Schritt 26) .
Im Schritt 28 erfolgt ein Klären in HN03, d. h. ein Beizen in Salpetersäure 1:1 nach dem alkalischen Beizen. Weil nach dem alkalischen Beizen sich je nach Materialzusammensetzung brauner bis schwarzer Beizschlamm auf der Oberfläche bildet, wird anschließend in Salpetersäure geklärt, um die Bildung von A103 zu verhindern. Danach erfolgt wiederum ein Spülschritt 30. Im Schritt 32 wird in einer Zinkat- Beize eine elektrische Leitschicht aufgetragen. Mit Hilfe dieser Leitschicht wird auch die Oxidschicht auf dem Aluminium-Werkstoff neutralisiert. Anschließend erfolgt ein Spülschritt 34.
Figur 3 zeigt den nachfolgenden Spülschritt 36 mit VE-Wasser, d. h. vollentsalztes Wasser, dem in einem Ionenaustauscher sämtliche Mineralien entzogen wurden. Im nachfolgenden Schritt 38 wird die Oberfläche chemisch vorvernickelt. Im nachfolgenden Schritt 40 erfolgt ein Spar- spülen. Beim Sparspülen erfolgt ein Spülen in einem Behälter ohne Wasserzufuhr, wodurch die Konzentration in der Spüle steigt. Der Inhalt der Spüle kann dann in das chemische Nickelbad zurückgeführt oder sonst verarbeitet werden. Verschleppungsverluste werden so verringert. An- schließend erfolgt im Schritt 42 Spülen in VE-Wasser.
Im nachfolgenden Schritt 44 erfolgt der chemische Abschei- dungsprozess mit der Nickel-Kupfer-Phos- phor-Abscheidung, der eine Abscheidung von 1 bis 2 % Kup- fer, 8 bis 10 % Phosphor und Rest im Wesentlichen Nickel- Abscheidung umfasst. Im nachfolgenden Schritt 46 erfolgt Spülen in VE-Wasser. Danach erfolgt im Schritt 48 ein Wässern in 60°C heißen Wasser, wobei die vernickelten Teile 2 - 3 Minuten in VE-Wasser vor dem Trocknen verbleiben. Im abschließenden Schritt 50 wird die so gefertigte Hülse in Warmluft getrocknet.
Im Folgenden wird ein Beispiel für einen Badansatz zur Nickel-Kupfer-Phosphor-Abscheidung im Schritt 44 wiedergege- ben, wobei die Zusammensetzung in g/1 angegeben ist:
Nickelsulfat 30 g/1, Kupfersulfat 0,6 - 1,5 g/1 Natriumhypophosphit 15 g/1 Natriumeitrat 50 g/1
Ammomiumchlorid 40 g/1 pH-Wert 9,0 Temperatur (°C) 75
Die so gefertigte Hülse kann als Transporthülse zum Transport eines Zweikomponenten-Tonergemischs in Entwicklungsvorrichtungen verwendet werden. Der Transport von Toner kann zwischen Walzen oder auch in Form eines Applikatore- lements in unmittelbarer Nähe zu einer Fotoleiteroberfläche erfolgen. Weiterhin kann eine solche Hülse als Reinigungsvorrichtung eingesetzt werden.
Obgleich in den Zeichnungen und in der vorhergehenden Beschreibung bevorzugte Ausführungsbeispiele aufgezeigt und detailliert beschrieben sind, sollte dies als rein beispielhaft und die Erfindung nicht einschränkend angesehen werden . Es wird darauf hingewiesen, daß nur die bevorzugten Ausführungsbeispiele dargestellt und beschrieben sind und sämtliche Veränderungen und Modifizierungen, die derzeit und künftig im Schutzumfang der Erfindung liegen, geschützt werden sollen .
Bezugszeichenliste
10 Hülse
L Länge d Außendurchmesser
A Oberflächenausschnitt a, b, c Rillenparameter
20 bis 50 Verfahrensschritte

Claims

Ansprüche
1. Hülse (10) zum Transport eines Tonergemischs an ihrer äußeren Oberfläche in einer Entwicklungsvorrichtung,
wobei die Wand der Hülse (10) im wesentlichen aus einem elektrisch leitenden Material besteht und die Außenfläche der Hülse (10) eine Schicht aus Nickel- Kupfer trägt.
2. Hülse nach Anspruch 1, bei der die Schicht durch chemische Abscheidung erzeugt ist.
3. Hülse nach Anspruch 2, bei der als chemischer Abschei- dungsprozess eine chemische Nickel-Kupfer-Phosphor-Abscheidung erfolgt.
4. Hülse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schicht 1 bis 2 % Kupfer und 8 bis 10% Phosphor enthält.
5. Hülse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Dicke der Schicht im Bereich von 15 - 25 μm liegt.
6. Hülse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Wand der Hülse (10) im wesentlichen aus Aluminium besteht.
7. Hülse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Tonergemisch ein Zwei-Komponenten-Gemisch ist, welches ferromagnetische Trägerteilchen und Tonerteilchen umfasst.
8. Verfahren zum Herstellen einer Hülse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem eine Metallhülse chemisch vorbehandelt wird, und danach eine chemische Abscheidung erfolgt, bei der eine Nickel-Kupfer-Phosphor-Schicht erzeugt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem bei der chemischen Abscheidung eine Schicht erzeugt wird, die 1 bis 2% Kupfer, 8 bis 10% Phosphor und der Rest im wesentlichen Nickel umfasst.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als Hülse eine Aluminiumhülse verwendet wird, auf die nach der chemischen Vorbehandlung eine Leitschicht in einer Zinkatbeize aufgetragen wird,
daraufhin eine chemische Vorvernickelung erfolgt,
und danach die chemische Nickel-Kupfer-Phosphor- Abscheidung erfolgt.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zur chemischen Nickel-Kupfer-Phosphor-Abscheidung ein chemisches Bad verwendet wird, welches umfasst:
Nickelsulfat 30 g/1, Kupfersulfat 0,6 bis 1,5 g/1, Na- triumhyperphosphit 15 g/1, Natriumeitrat 50 g/1, Ammoniumchlorid 40 g/1.
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Bad einen ph- Wert von 9 und eine Temperatur von 75 °C hat.
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