WO2009087208A1 - Tonerwalze mit einer isolationsschicht umfassend kunststoff - Google Patents

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WO2009087208A1
WO2009087208A1 PCT/EP2009/050200 EP2009050200W WO2009087208A1 WO 2009087208 A1 WO2009087208 A1 WO 2009087208A1 EP 2009050200 W EP2009050200 W EP 2009050200W WO 2009087208 A1 WO2009087208 A1 WO 2009087208A1
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toner roller
toner
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roller
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Alexander Breitenbach
Thomas Schwarz-Kock
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OCé PRINTING SYSTEMS GMBH
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    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03G—ELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G15/00—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern
    • G03G15/06—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for developing
    • G03G15/08—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for developing using a solid developer, e.g. powder developer
    • G03G15/0806—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for developing using a solid developer, e.g. powder developer on a donor element, e.g. belt, roller
    • G03G15/0818—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for developing using a solid developer, e.g. powder developer on a donor element, e.g. belt, roller characterised by the structure of the donor member, e.g. surface properties
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T156/00—Adhesive bonding and miscellaneous chemical manufacture
    • Y10T156/10—Methods of surface bonding and/or assembly therefor

Definitions

  • Toner roller with an insulating layer comprising plastic
  • the invention relates to a toner roller for use in a developer station for a printer or copier, with a cylindrical base body having an electrically conductive surface on which an insulation layer is arranged on ⁇ . Furthermore, the invention relates to a method for producing a toner roller.
  • Toner rolls are important components in quastatio ⁇ nen for printer or copier.
  • a typical toner roller is used as an applicator roller, which faces an intermediate carrier, for example a photoconductor roller or a photoconductor belt.
  • the applicator roll carries a homogeneous layer of toner particles in use.
  • the surface of the interim ⁇ rule carrier carries an electrostatic latent image corresponding to an image to be printed. Due to electrical field forces toner particles are attracted from the surface of the intermediate carrier and, optionally, by overcoming an air gap of the applicator on this surface trans ⁇ feriert and arrange themselves according to the electrostatic latent image to.
  • the roller-shaped base body has an electrically conductive surface, so that the toner particles can be held by means of electrical voltages on the surface of the toner roller.
  • This insulation layer must be opposite to the Developer mixture, comprising toner particles and ferromagnetic carrier particles, sufficiently resistant to abrasion.
  • US Pat. No. 6,327,452 B1 and US Pat. No. 5,473,418 disclose toner rolls which use a ceramic layer as the insulating layer. Such ceramic layers have pores that can absorb moisture, which reduces the ability of the toner roller to accept toner particles, and in particular to dispense toner particles.
  • the insulation layer contains Art ⁇ material and has a layer thickness in the range between 150 microns and 1000 microns.
  • the insulating layer has the shape of a Zy ⁇ lindermantels and touches the surface of the body.
  • the I- comprises solations für next plastic also fillers which are such as to provide a defined electrical resistance, high dielectric strength and a defined ei ⁇ ne defined abrasiveness.
  • solations für next plastic also fillers which are such as to provide a defined electrical resistance, high dielectric strength and a defined ei ⁇ ne defined abrasiveness.
  • Kunststoff- materials come in particular those from the family of
  • Urethanes eg PU polyurethane
  • fluorocarbons Polyfluorkarbone such as PTFE (Teflon), ECTFE, ETFE, PVDF, PFA
  • the plastics of the Uret- hane are characterized by their isocyanate or NCO group, the polyfluorocarbons by the replacement of CH2 groups by fluorine atoms. Both families of plastics are characterized by the fact that one can mix large quantities of fillers. In addition, they are particularly abrasion resistant due to their polymer structure.
  • electrically conductive additives are used, preferably conductive carbon black or nanoparticles, for example carbon nanotubes.
  • non-plastics such as, for example, SiO.sub.2, carbon, ceramic oxides, aluminum oxide, titanium oxide and / or chromium oxide and mixtures thereof come into consideration as a filler which is admixed with the synthetic material.
  • FIG. 2 shows the use of the toner roller in a developer station
  • Figure 3 potential conditions in the developer station.
  • FIG. 1 shows a cross-section through a toner roller 10 in the upper part of the picture and a longitudinal section in the lower part of the picture.
  • the toner roller 10 comprises a roller-shaped main body 12 and an insulating layer 14.
  • Solations für 14 has a layer thickness in the range zwi ⁇ 's 150 microns and 1000 microns, preferably in the range between 400 .mu.m and 600 .mu.m.
  • the main body 12 may be formed as a solid roller with bearing pin 16, as in the present example. However, it is also possible to use as the base body 12 a hollow cylinder.
  • the roller- shaped main body 12 is made of aluminum or an aluminum alloy, including aluminum wrought alloy, aluminum casting alloy and die-cast aluminum alloy, or pure titanium or a titanium alloy.
  • the base body may also be made of plastic, which is provided with egg ⁇ ner electrically conductive surface.
  • the electrical surface of the main body 12 is important because a DC voltage is applied to it, which attracts toner particles on the outer surface of the insulating layer 14 as a result of electric field forces.
  • the specific resistance of the electrically conductive material of the base body 12 or its conductive surface is in the range of less than 10.0 ⁇ »mm 2 / m.
  • a coating with antistatic effects, so that any surface charges can flow away again (relative: 10 ⁇ 6 ohm cm ⁇ layer ⁇ 10 ⁇ 14 ohm cm or absolutely ⁇ 10 ⁇ 8 ohm).
  • the layer thickness results from these requirements.
  • the resulting damping of an electric DC field applied to the main body with respect to the roll surface must not exceed 80%.
  • the capacity of the layer structure must be between 100 pF (pico-farad) and 1 ⁇ F (micro-farad) in order to obtain a low capacitance.
  • the relative permittivity of the layer is more than 7.
  • FIG. 2 shows the use of the toner roller 10 in a developer station 20.
  • a developer mixture 22 comprising toner particles and ferromagnetic carrier particles is transported to a inking roller 26 with the aid of a compound excavator 24.
  • the wipe roll 26 includes as Magnetsta ⁇ tor magnetic elements 28 which attract the magnetic Trä ⁇ gel particles.
  • the carrier particles are transported further upwards together with the toner particles adhering to them.
  • toner particles and carrier particles separate.
  • the toner particles are held due to electric field forces on the insulating layer 14 of the toner roller 10 and further promoted upwards, while the ferromagnetic carrier particles in the direction of arrow Pl back to Ent ⁇ developer mixture 22 or to a cleaning roller 34 geför ⁇ changed.
  • the toner roller 10 thus used is often called a jump roller.
  • the untransferred toner particles are cleaned by the cleaning roller 34, which also contains a magnetic stator with magnetic elements 35, using ferromagnetic carrier particles.
  • the mixture of purified Toner particles and carrier particles are fed back to the developer mixture 22 according to the arrow P2.
  • FIG. 3 shows, by way of example, electrical potential ratios in the developer station 20.
  • the inking roller 26 is subjected to a DC potential, while the toner roller 10 is subjected to an AC voltage which may be superposed by a DC voltage.
  • the cleaning roller 34 in turn is acted upon with a potential which is 26 entge ⁇ gennew the potential of the inking roller.
  • the applied potentials are selected such that on the one hand the toner particles are conveyed upwardly from the developer mixture 22 to the intermediate carrier 32 and on the other hand can detach again from the toner roller 10 in order to jump over onto the photosensitive layer of the intermediate carrier 32.
  • the insulating layer 14 on the toner roller 10 must have a high abrasion resistance, so that the wear is low and a long service life for the toner roller 10 is achieved. Also needs the isolati ⁇ ons slaughter 14 be such that there is no short circuit between the rollers due to the set of ⁇ high voltages.
  • the toner roller 10 ei ⁇ ne insulating coating is required while electrically lei ⁇ tend coatings may be provided in the inking roller 26 and the cleaning roller 34th
  • the potential difference to the cleaning roller 34 is about 2 kVss and at negative half-wave even up to 3 kVss.
  • High-quality operation is therefore only possible if a sufficient high-voltage strength is given by the insulating layer 14 of the toner roller 10.
  • the thickness of the insulating layer 14 is typically in a range of 150 ⁇ m and 1000 ⁇ m. Too thin a layer can cause high voltage flashovers. In addition, a thin layer can cause problems in terms of abrasion resistance. If the insulation layer is too thick, the electrical insulation effect is too great.
  • the insulation layer consists of plastic as well as fillers.
  • the filler are electrically conductive additives, in particular Leitruß added. Suitable fillers are non-plastics such as, for example, SiO.sub.2, carbon, aluminum oxide, titanium oxide and / or chromium oxide.
  • the proportion of filler in the insulating layer is between 0 and 15 wt.%, Preferably in the range of 3.6 to 15 wt.%.
  • the proportion of electrically conductive additives in Isola- tion layer is in the range of 0.1 to 0.5 wt.% Before ⁇ preferably 0.2 to 0.28 wt.%
  • Example 2 As Example 1, wherein as a plastic PTFE (Teflon) vorgese ⁇ hen.
  • PTFE Teflon
  • Example 3 Same as Example 1, using PVDF as plastic (e.g., Kynar, PA (polyamide), PE, PVC, polyolefin or polyurethane (PU).
  • PVDF plastic
  • PA polyamide
  • PE polyamide
  • PE polyamide
  • PE polyamide
  • PE polyamide
  • PE polyamide
  • PVC polyolefin
  • PU polyurethane
  • Example 4 The insulating layer consists of polyurethane (PU) in pure ⁇ form, ie without fillers.
  • the insulating layers obtainable with the examples have the following properties: a) they are abrasion-resistant and resistant to abrasion against ferromagnetic carrier particles and iron powder; b) they are electrically insulating; c) they are high voltage resistant up to at least 2 kVss; d) the volume resistivity of the insulation layer is at least 10 7 ⁇ cm; e) the surface properties are hardly affected by environmental influences such as humidity, temperature; f) the surface roughness as average roughness Rz is ⁇ 2 ⁇ m; g) the cylindrical out-of-roundness of the surface is ⁇ 7 ⁇ m; h) the surface preferably has non-stick properties.
  • the proposed insulation layers have sufficient high-voltage strength. This causes no chipping damage to the outer surface, resulting in longer maturities for the toner roller and thus for the Developer station result.
  • the insulation layers are sufficiently resistant to abrasion.
  • Plastic in particle form or powder form according to the examples mentioned above is mixed with the fillers in particulate form or powder form to form a dispersion or suspension.
  • the body is dipped in the dispersion so that it is coated with a thin layer of the dispersion. After drying the layer, it is machined, for example by grinding, to obtain the required geometric dimensions and the required roughness and surface shape.
  • Manufacturing Method 4 A mixture of plastic and fillers is used to coat the base body in a powder coating process (e.g., by whirl sintering, thermal plastic powdering, thermal spraying, electrostatic coating). Subsequently, a post-processing takes place.
  • a powder coating process e.g., by whirl sintering, thermal plastic powdering, thermal spraying, electrostatic coating.
  • a material for the body is also composite material such as glass composite material (eg glass fiber reinforced plastic) or carbon fiber composite material (eg carbon fiber reinforced plastic).
  • the plastic content may be less than 50%.
  • a conductive carbon fiber for the main body such as a coiled carbon fiber tube, can be dispensed with a specially applied conductive layer, if it has sufficient conductivity.

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Abstract

Eine Tonerwalze hat einen walzenförmigen Grundkörper (12), auf der eine Isolationsschicht (14) angeordnet ist, die Kunststoff enthält. Vorzugsweise umfasst die Isolationsschicht neben Kunststoff auch Füllstoffe, z.B. Leitruß und Keramikoxide.

Description

Tonerwalze mit einer Isolationsschicht umfassend Kunststoff
Die Erfindung betrifft eine Tonerwalze zur Verwendung in einer Entwicklerstation für einen Drucker oder Kopierer, mit einem walzenförmigen Grundkörper, der eine elektrisch leitende Oberfläche hat, auf der eine Isolationsschicht an¬ geordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Tonerwalze.
Tonerwalzen sind wichtige Bauelemente in Entwicklerstatio¬ nen für Drucker oder Kopierer. Eine typische Tonerwalze wird als Applikatorwalze verwendet, die einem Zwischenträ- ger, z.B. einer Fotoleiterwalze oder einem Fotoleiterband, gegenübersteht. Die Applikatorwalze trägt im Betrieb eine homogene Schicht aus Tonerteilchen. Die Oberfläche des Zwi¬ schenträgers trägt ein latentes Ladungsbild entsprechend einem zu druckenden Bild. Infolge elektrischer Feldkräfte werden Tonerteilchen von der Oberfläche des Zwischenträgers angezogen und gegebenenfalls unter Überwindung eines Luftspaltes von der Applikatorwalze auf diese Oberfläche trans¬ feriert und ordnen sich entsprechend dem latenten Ladungsbild an.
Der walzenförmige Grundkörper hat eine elektrisch leitende Oberfläche, damit die Tonerteilchen mit Hilfe elektrischer Spannungen an der Oberfläche der Tonerwalze gehalten werden können. Damit es innerhalb der Entwicklerstation und auch zum Zwischenträger hin nicht zu Spannungsüberschlägen kommt, muss die Tonerwalze mit einer Isolationsschicht ver¬ sehen werden. Diese Isolationsschicht muss gegenüber dem Entwicklergemisch, umfassend Tonerteilchen und ferromagne- tische Trägerteilchen, ausreichend abrasionsbeständig sein.
Aus der US 6,327,452 Bl und der US-A-5, 473, 418 sind Toner- walzen bekannt, welche als Isolationsschicht eine Keramikschicht verwenden. Derartige Keramikschichten weisen Poren auf, die Feuchtigkeit aufnehmen können, was die Fähigkeit der Tonerwalze zur Aufnahme von Tonerteilchen und insbesondere zur Abgabe von Tonerteilchen vermindert.
Es ist Aufgab der Erfindung, eine Tonerwalze und ein Verfahren zum Herstellen einer Tonerwalze anzugeben, deren O- berfläche geeignet ist, eine Tonerschicht zu tragen und die hochspannungsfest sowie abrasionsbeständig ist.
Diese Aufgabe wird für eine Tonerwalze durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß der Erfindung enthält die Isolationsschicht Kunst¬ stoff und hat eine Schichtdicke im Bereich zwischen 150 μm und 1000 μm. Die Isolationsschicht hat die Form eines Zy¬ lindermantels und berührt die Oberfläche des Grundkörpers.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst die I- solationsschicht neben Kunststoff auch Füllstoffe, die so beschaffen sind, dass sie einen definierten elektrischen Widerstand, eine definierte Hochspannungsfestigkeit und ei¬ ne definierte Abrasionsfähigkeit bereitstellen. Als Kunst- Stoffe kommen insbesondere solche aus der Familie der
Urethane (z.B. PU Polyurethan) oder Fluorkohlenstoffe (Po- lyfluorkarbone wie z.B. PTFE (Teflon), ECTFE, ETFE, PVDF, PFA) in Betracht. Die Kunststoffe aus der Familie der Uret- hane zeichnen sich durch ihre Isocyanat- bzw. NCO-Gruppe aus, die der Polyfluorkarbone durch das Ersetzen von CH2- Gruppen durch Fluor-Atome. Beide Kunststofffamilien zeichnen sich dadurch aus, dass man große Mengen von Füllstoffen zumischen kann. Außerdem sind sie aufgrund ihres Polymeraufbaus besonders abrasionsbeständig. Zur Einstellung des elektrischen Widerstandes werden elektrisch leitende Zusatzstoffe verwendet, vorzugsweise Leitruß oder Nanoparti- kel, z.B. Carbon Nanotubes. Als Füllstoff, der dem Kunst- Stoff zugemischt wird, kommen insbesondere NichtKunststoffe wie z.B. SiO2, Kohle, Keramikoxide, Aluminiumoxid, Titanoxid und/oder Chromoxid und Mischungen davon in Betracht.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Tonerwalze angegeben.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend an¬ hand schematischer Zeichnungen beschrieben. Darin zeigt:
Figur 1 einen Quer- und Längsschnitt durch eine Tonerwalze,
Figur 2 den Einsatz der Tonerwalze in einer Ent- wicklerstation, und
Figur 3 Potentialverhältnisse in der Entwicklerstation .
Figur 1 zeigt im oberen Bildteil einen Querschnitt durch eine Tonerwalze 10 und im unteren Bildteil einen Längsschnitt hierzu. Die Tonerwalze 10 umfasst einen walzenförmigen Grundkörper 12 und eine Isolationsschicht 14. Die I- solationsschicht 14 hat eine Schichtdicke im Bereich zwi¬ schen 150 μm und 1000 μm, vorzugsweise im Bereich zwischen 400 μm und 600 μm. Der Grundkörper 12 kann wie im vorliegenden Beispiel als Vollwalze mit Lagerzapfen 16 ausgebil- det sein. Es ist jedoch auch möglich, als Grundkörper 12 eine Hohlwalze zu verwenden. Vorzugsweise ist der walzen¬ förmige Grundkörper 12 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, einschl. Aluminium-Knetlegierung, Aluminium- Gußlegierung und Aluminium-Druckgußlegierung, oder aus Rein-Titan oder einer Titan-Legierung. Alternativ kann der Grundkörper auch aus Kunststoff gefertigt sein, der mit ei¬ ner elektrisch leitenden Oberfläche versehen ist. Die e- lektrische Oberfläche des Grundkörpers 12 ist wichtig, denn an diese wird eine Gleichspannung angelegt, die Tonerteil- chen auf der Außenfläche der Isolationsschicht 14 infolge elektrischer Feldkräfte anzieht. Der spezifische Widerstand des elektrisch leitenden Materials des Grundkörpers 12 bzw. dessen leitende Oberfläche liegt im Bereich kleiner 10,0 Ω» mm2/m. Eine Beschichtung mit antistatischen Effekten, damit eventuell entstehende Oberflächenladungen wieder abfließen können (relative: 10Λ6 Ohm cm < Schicht < 10Λ14 Ohm cm bzw. absolut < 10Λ8 Ohm) . Die Schichtdicke ergibt sich aus diesen Anforderungen. Die daraus resultierende Dämpfung eines am Grundkörper angelegten elektrischen DC- Feldes gegenüber der Walzenoberfläche darf maximal 80% betragen. Die Kapazität des Schichtaufbaus muss zwischen 100 pF (Piko-Farad) und 1 μF (Mikro-Farad) betragen, damit man einen geringen kapazitiven Widerstand erhält. Idealerweise beträgt die relative Permittivität der Schicht mehr als 7. Die elektrischen Werte der
Beschichtung gelten für Frequenzbereiche bei einer Sinusschwingung zwischen 0 Hz und 1 MHz. Figur 2 zeigt den Einsatz der Tonerwalze 10 in einer Entwicklerstation 20. Ein Entwicklergemisch 22, umfassend Tonerteilchen und ferromagnetische Trägerteilchen wird mit Hilfe eines Gemischbaggers 24 zu einer Einfärbewalze 26 transportiert. Die Einfärbewalze 26 enthält als Magnetsta¬ tor magnetische Elemente 28, welche die magnetischen Trä¬ gerteilchen anziehen. Bei Drehung der Hülle der Einfärbewalze 26 werden die Trägerteilchen zusammen mit den an ihnen anhaftenden Tonerteilchen weiter nach oben transpor- tiert. Im Kontaktbereich 30 von Einfärbewalze 26 und Tonerwalze 10 trennen sich Tonerteilchen und Trägerteilchen. Die Tonerteilchen werden infolge elektrischer Feldkräfte auf der Isolationsschicht 14 der Tonerwalze 10 gehalten und nach oben weiter gefördert, während die ferromagnetischen Trägerteilchen in Richtung des Pfeils Pl zurück zum Ent¬ wicklergemisch 22 oder zu einer Reinigungswalze 34 geför¬ dert werden.
Die auf der Oberfläche der Tonerwalze anhaftenden Toner- teilchen werden an die fotoempfindliche Schicht eines Zwi¬ schenträgers 32, z.B. ein bandförmiger Fotoleiter, herangeführt und springen infolge elektrischer Feldkräfte, die sich aufgrund eines latenten Ladungsbildes zwischen der fotoempfindlichen Schicht des Zwischenträgers 32 und der O- berfläche der Tonerwalze 10 ausbilden, auf diese fotoemp¬ findliche Schicht über und färben dieses Bild ein. Wegen des Sprungverhaltens der Tonerteilchen im Kontaktbereich von Tonerwalze 10 und Zwischenträger 32 wird die so eingesetzte Tonerwalze 10 häufig auch Jump-Walze genannt. Die nicht übertragenen Tonerteilchen werden von der Reinigungswalze 34, die ebenfalls einen Magnetstator mit Magnetelementen 35 enthält, unter Verwendung von ferromagnetischen Trägerteilchen abgereinigt. Das Gemisch aus abgereinigten Tonerteilchen und Trägerteilchen wird gemäß dem Pfeil P2 wieder dem Entwicklergemisch 22 zugeführt.
Figur 3 zeigt beispielhaft elektrische Potentialverhältnis- se in der Entwicklerstation 20. Die Einfärbewalze 26 wird mit einem Gleichspannungspotential beaufschlagt, während die Tonerwalze 10 mit einer Wechselspannung, der eine Gleichspannung überlagert sein kann, beaufschlagt wird. Die Reinigungswalze 34 wiederum wird mit einem Potential beauf- schlagt, welches dem Potential der Einfärbewalze 26 entge¬ gengesetzt ist. Die angelegten Potentiale sind so gewählt, dass die Tonerteilchen einerseits vom Entwicklergemisch 22 nach oben zum Zwischenträger 32 gefördert werden und sich andererseits von der Tonerwalze 10 wieder loslösen können, um auf die fotoempfindliche Schicht des Zwischenträgers 32 überzuspringen .
In den Kontaktbereichen zwischen Einfärbewalze 26 und Tonerwalze 10 sowie Tonerwalze 10 und Reinigungswalze 34 kommt es aufgrund der relativ engen Spalte, typischerweise 1,0 mm, zu einer erhöhten mechanischen Beanspruchung der Walzenoberflächen aufgrund der harten ferromagnetischen Trägerteilchen, die durch diese Spalte hindurchtranspor¬ tiert werden. Demgemäß muss die Isolationsschicht 14 auf der Tonerwalze 10 eine hohe Abrasionsbeständigkeit haben, damit der Verschleiß gering ist und eine hohe Standzeit für die Tonerwalze 10 erreicht wird. Außerdem muss die Isolati¬ onsschicht 14 so beschaffen sein, dass es aufgrund der an¬ gelegten Hochspannungen zu keinem Kurzschluss zwischen den einzelnen Walzen kommt. Daher ist bei der Tonerwalze 10 ei¬ ne isolierende Beschichtung erforderlich, während bei der Einfärbewalze 26 und der Reinigungswalze 34 elektrisch lei¬ tende Beschichtungen vorgesehen sein können. Bei der posi- tiven Halbwelle der an die Tonerwalze 10 angelegten Wechselspannung beträgt die Potentialdifferenz zur Reinigungswalze 34 ca. 2 kVss und bei negativer Halbwelle sogar bis zu 3 kVss. Ein qualitativ hochwertiger Betrieb ist deshalb nur dann möglich, wenn eine ausreichende Hochspannungsfestigkeit durch die Isolationsschicht 14 der Tonerwalze 10 gegeben ist. Die Anforderungen nach einer hohen Abrasionsbeständigkeit einerseits und einer hohen Hochspannungsfes¬ tigkeit andererseits machen es schwierig, geeignete Materi- alien für die Isolationsschicht 14 zu finden. Die Dicke der Isolationsschicht 14 liegt typischerweise in einem Bereich von 150 μm und 1000 μm. Bei einer zu dünnen Schicht kann es zu Hochspannungsüberschlägen kommen. Außerdem kann eine dünne Schicht Probleme im Hinblick auf die Abrasionsbestän- digkeit bereiten. Bei einer zu dicken Isolationsschicht ist die elektrische Isolationswirkung zu groß.
Nachfolgend werden Beispiele für die Isolationsschicht 14 angegeben .
Beispiel 1 :
Die Isolationsschicht besteht neben Kunststoff auch aus Füllstoffen. Dem Füllstoff sind elektrisch leitende Zusatzstoffe, insbesondere Leitruß, zugefügt. Als Füllstoff kom- men Nicht-Kunststoffe wie z.B. SiO2, Kohle, Aluminiumoxid, Titanoxid und/oder Chromoxid in Betracht. Der Anteil an Füllstoff in der Isolationsschicht beträgt zwischen 0 und 15 Gew.%, vorzugsweise im Bereich von 3,6 bis 15 Gew.%. Der Anteil an elektrisch leitenden Zusatzstoffen in der Isola- tionsschicht liegt im Bereich von 0,1 bis 0,5 Gew.% vor¬ zugsweise 0,2 bis 0,28 Gew.%
Beispiel 2 : Wie Beispiel 1, wobei als Kunststoff PTFE (Teflon) vorgese¬ hen ist.
Beispiel 3: Wie Beispiel 1, wobei als Kunststoff PVDF (z.B. Kynar, PA (Polyamid) , PE, PVC, Polyolefin oder Polyurethan (PU) verwendet wird.
Beispiel 4: Die Isolationsschicht besteht aus Polyurethan (PU) in Rein¬ form, d.h. ohne Füllstoffe.
Die mit den Beispielen erzielbaren Isolationsschichten haben folgende Eigenschaften: a) sie sind abriebfest und abrasionsbeständig gegenüber ferromagnetischen Trägerteilchen und Eisenpulver; b) sie sind elektrisch isolierend; c) sie sind hochspannungsfest bis mindestens 2 kVss; d) der spezifische Durchgangswiderstand der Isolations- schicht beträgt mindestens 107 Ωcm; e) die Oberflächeneigenschaften werden durch Umwelteinflüsse, wie z.B. Luftfeuchtigkeit, Temperatur, kaum beein- flusst ; f) die Oberflächenrauhigkeit beträgt als gemittelte Rautie- fe Rz < 2 μm; g) die zylindrische Unrundheit der Oberfläche beträgt < 7 μm; h) die Oberfläche hat vorzugsweise Antihafteigenschaften .
Die vorgeschlagenen Isolationsschichten weisen eine ausreichende Hochspannungsfestigkeit auf. Dadurch entstehen keine Abplatz-Beschädigungen der äußeren Oberfläche, wodurch sich längere Laufzeiten für die Tonerwalze und damit für die Entwicklerstation ergeben. Die genannten Isolationsschichten sind ausreichend abrasionsbeständig. Durch die Verwen¬ dung von Kunststoff in der Isolationsschicht wird die Oberfläche gut versiegelt, so dass diese keine Feuchtigkeit aufnimmt, was bei mit Poren versehenen Oberflächen geschehen kann. Bei bestimmten Kunststoffen kann eine Nachbearbeitung, z.B. Schleifen, entfallen.
Nachfolgend werden verschiedene Herstellverfahren zum Her- stellen einer Tonerwalze beschrieben:
Herstellverfahren 1:
Kunststoff in Partikelform oder Pulverform gemäß den weiter oben genannten Beispielen wird mit den Füllstoffen in Par- tikelform oder Pulverform zu einer Dispersion oder Suspension gemischt. Der Grundkörper wird in die Dispersion getaucht, so dass er mit einer dünnen Schicht der Dispersion beschichtet wird. Nach dem Trocknen der Schicht wird diese spanabhebend bearbeitet, beispielsweise durch Schleifen, um die erforderlichen geometrischen Abmessungen und die erforderliche Rauheit und Oberflächengestalt zu erhalten.
Herstellverfahren 2:
Aus einer Mischung aus Kunststoff und Füllstoffen wird eine Folie hergestellt. Diese Folie wird an zwei Enden miteinander verschweißt und auf den Grundkörper aufgebracht. Danach erfolgt eine Nachbearbeitung, um die geometrischen Abmessungen zu erzielen.
Herstellverfahren 3:
Aus dem Gemisch aus Kunststoff und den Füllstoffen wird ein Schrumpfschlauch hergestellt, der über den Grundkörper ge- zogen wird. Anschließend kann eine Nachbearbeitung erfolgen .
Herstellverfahren 4: Ein Gemisch aus Kunststoff und Füllstoffen wird verwendet, um den Grundkörper in einem Pulverbeschichtungsverfahren (z.B. durch Wirbelsintern, thermisches Kunststoffpulververfahren, thermisches Spritzverfahren, elektrostatisches Beschichten) zu beschichten. Anschließend erfolgt eine Nach- bearbeitung.
Bei den vorgenannten Herstellverfahren kann anstelle des Gemischs aus Kunststoff und Füllstoffen auch Polyurethan in Reinform verwendet werden.
Als Werkstoff für den Grundkörper eignet sich auch Verbundwerkstoff wie z.B. Glasverbundwerkstoff (z.B. glasfaserverstärkter Kunststoff) oder Kohlefaserverbundwerkstoff (z.B. kohlefaserverstärkter Kunststoff) . Bei solchen Verbundwerk- Stoffen kann der Kunststoffanteil weniger als 50 % betragen. Ebenso kann als Werkstoff Keramik oder Glas verwendet werden, beispielsweise in Rohrform. Diese Werkstoffe sind an ihrer Oberfläche mit einer leitfähigen Schicht zu versehen. Bei Verwendung einer leitfähigen Kohlefaser für den Grundkörper, z.B. eines gewickelten Kohlefaserrohrs, kann auf eine eigens aufgebrachte leitfähige Schicht verzichtet werden, wenn sie eine ausreichende Leitfähigkeit aufweist. Bezugs zeichenliste
10 Tonerwalze
12 Grundkörper 14 Isolationsschicht
16 Lagerzapfen
20 Entwicklerstation
22 Entwicklergemisch
24 Gemischbagger 26 Einfärbewalze
28 magnetische Elemente
30 Kontaktbereich
Pl, P2 Richtungspfeile
32 Zwischenträger 34 Reinigungswalze
35 Magnetelemente

Claims

Patentansprüche
1. Tonerwalze zur Verwendung in einer Entwicklerstation für einen Drucker oder Kopierer,
mit einem walzenförmigen Grundkörper (12), der eine elektrisch leitende Oberfläche hat, auf der eine Isolationsschicht (14) angeordnet ist,
wobei die Isolationsschicht (14) Kunststoff enthält und ei¬ ne Schichtdicke im Bereich zwischen 150 μm und 1000 μm hat.
2. Tonerwalze nach Anspruch 1, bei der die Isolations- schicht (14) neben Kunststoff auch Füllstoffe umfasst.
3. Tonerwalze nach Anspruch 2, bei der der Füllstoff elekt¬ risch leitende Zusatzstoffe, insbesondere Leitruß oder Na- nopartikel, umfasst.
4. Tonerwalze nach Anspruch 3, bei der der Füllstoff SiO2, Kohle, Keramikoxid, Aluminiumoxid, Titanoxid und/oder Chromoxid umfasst.
5. Tonerwalze nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei der der Anteil an Füllstoff in der Isolationsschicht (14) zwischen 0 und 15 Gew.% beträgt.
6. Tonerwalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Anteil an elektrisch leitenden Zusatzstoffen in der Isolationsschicht (14) im Bereich von 0,1 bis 0,5 Gew.%, vorzugsweise 0,2 bis 0,28 Gew.% beträgt.
7. Tonerwalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der als Kunststoff für die Isolationsschicht (14) PTFE vorgesehen ist.
8. Tonerwalze nach Anspruch 1, bei der die Isolationsschicht aus Polyurethan in Reinform besteht.
9. Tonerwalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis
8, bei der die Isolationsschicht (14) in Form eines SchrumpfSchlauches auf den Grundkörper aufgebracht ist.
10. Tonerwalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Isolationsschicht (14) durch eine an Enden verschweißte Folie gebildet ist.
11. Tonerwalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der walzenförmige Grundkörper aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, einschließlich Aluminium-Knetlegierung, Aluminium-Gußlegierung und Aluminium-Druckgußlegierung, o- der aus Rein-Titan oder einer Titanlegierung gebildet ist.
12. Tonerwalze nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, bei der der Grundkörper (12) Kunststoff, Glas, Ke¬ ramik oder einen Verbundwerkstoff, vorzugsweise Glasver- bundwerkstoff oder Kohlefaserverbundwerkstoff, umfasst, der mit einer elektrisch leitenden Oberfläche versehen ist.
13. Verfahren zum Herstellen einer Tonerwalze zur Verwendung in einer Entwicklerstation für einen Drucker oder Ko- pierer, bei dem ein walzenförmiger Grundkörper (12), der eine e- lektrisch leitende Oberfläche hat, mit einer Isolations¬ schicht (14) versehen wird,
wobei die Isolationsschicht (14) Kunststoff enthält und ei¬ ne Schichtdicke im Bereich zwischen 150 μm und 1000 μm hat.
14. Verfahren zum Herstellen einer Tonerwalze nach Anspruch 13, bei dem die Isolationsschicht (14) in Form eines SchrumpfSchlauches auf den Grundkörper aufgebracht wird.
15. Verfahren zum Herstellen einer Tonerwalze nach Anspruch 13 oder 14, bei dem die Isolationsschicht (14) durch eine an Enden verschweißte Folie gebildet wird.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 13 bis 15, bei dem die Isolationsschicht (14) in einem Tauch- prozess mit anschließender Trocknung gebildet wird.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 13 bis 15, bei dem die Isolationsschicht (14) durch ein PuI- verbeschichtungsverfahren oder ein Spritzverfahren erzeugt wird.
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