DE69900856T2

DE69900856T2 - Beschichtungszusammensetzungen für Entwicklungselektroden und deren Anwendung

Info

Publication number: DE69900856T2
Application number: DE69900856T
Authority: DE
Inventors: Santokh S. Badesha; George J. Bingham; David J. Gervasi; George J. Heeks
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1998-08-31
Filing date: 1999-08-31
Publication date: 2002-06-06
Anticipated expiration: 2019-09-01
Also published as: EP0989471A1; BR9904060A; EP0989471B1; CA2279790C; JP2000075640A; CA2279790A1; US5999781A; DE69900856D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren, Prozesse und Einrichtungen zum Entwickeln von Bildern, und insbesondere Elektrodenteile zur Verwendung in einer Entwicklereinheit in elektrophotographischen Druck- oder Kopiermaschinen, oder in digitalen Bilderzeugungssystemen, etwa den Maschinen 220 und 230 der Xerox Corporation. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren und Einrichtungen, bei denen zumindest ein Abschnitt eines Elektrodenteils einer Entwicklungseinheit mit einer Beschichtungszusammensetzung beschichtet ist, und in Ausführungen mit einer Beschichtung mit niedriger Oberflächenenergie. Bei Ausführungsformen wird die Vorgeschichte des Elektrodenteils, die Dämpfung und/oder das Ansammeln von Toner kontrolliert oder verringert.
Es wurden bislang verschiedene Arten von Entwicklungssystemen verwendet, wie aus den folgenden Dokumenten hervorgeht: US-A-4,868,600, US-A-4,984,019, US-A-5, 124,749, US-A-5,300,339, US-A-5,448,342, US-A-5, 172,170, US-A-5,787, 329 und JP-A-59,133,074.
Es besteht ein spezielles Bedürfnis nach Elektrodenteilen in der Entwicklungszone einer Entwicklungseinheit einer elektrophotographischen Druck- oder Kopiermaschine, welche für eine verringerte Neigung zur Toneransammlung sorgen, um hierdurch hauptsächlich den Einfluß der Drahtvorgeschichte und eine Drahtverunreinigung zu verringern, insbesondere in Bereichen mit hohem Durchsatz, und die Erzeugung unerwünschter statischer Oberflächenladungen zu verringern, von denen sich Verunreinigungen nicht wieder lösen. Eine mögliche Lösung besteht in der Änderung der elektrischen Eigenschaften des Drahts. Versuche zur Verringerung eines Toneraufbaus auf dem Entwicklungsdraht durch Änderung von dessen elektrischen Eigenschaften können jedoch zur Störung der Funktion des Drahts und dessen Fähigkeit führen, die Ausbildung der Tonerpulverwolke hervorzurufen. Daher besteht ein spezielles Bedürfnis an Elektrodenteilen, die eine verringerte Neigung zum Ansammeln von Toner aufweisen, und auch ihre elektrischen Eigenschaften beibehalten, um Störungen ihrer Funktion zu verhindern. Es ist ein zusätzliches Bedürfnis nach Elektrodenteilen vorhanden, die bessere mechanische Eigenschaften aufweisen, einschließlich Standfestigkeit gegenüber dem beträchtlichen Verschleiß, dem das Elektrodenteil ausgesetzt ist, wenn es wiederholt in Kontakt mit festen, sich drehenden Donatorrollenoberflächen gebracht wird.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Einrichtung zur Verringerung der Toneransammlung von Elektrodenteilen in der Entwicklungszone einer Entwicklungseinheit in einer elektrophotographischen Druckeinrichtung, mit zahlreichen der hier aufgeführten Vorteile.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Einrichtung zur Verringerung des Anhaftens von Toner an Elektrodenteilen.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Einrichtung, welche Elektrodenteile aufweist, die eine niedrigere Oberflächenenergie haben.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Einrichtung, welche Elektrodenteile aufweist, die eine erhöhte mechanische Festigkeit aufweisen.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Einrichtung, welche Elektrodenteile aufweist, die bessere elektrische Eigenschaften aufweisen.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht einer Bereitstellung einer Einrichtung, welche Elektrodenteile aufweist, die glatte Oberflächen aufweisen.
Zahlreiche der voranstehend aufgeführten Ziele wurden durch die vorliegende Erfindung erreicht, in Ausführungsformen, wobei vorgesehen sind: eine Einrichtung zur Entwicklung eines latenten Bildes, das auf einer Oberfläche aufgezeichnet ist, wobei vorhanden sind: Drahthalterungen; ein Donatorteil, das von der Oberfläche beabstandet angeordnet ist, und zum Transport von Toner zu einem Bereich gegenüberliegend der Oberfläche ausgebildet ist; ein Elektrodenteil, das in dem Raum zwischen der Oberfläche und dem Donatorteil angeordnet ist, wobei das Elektrodenteil in engem Abstand von dem Donatorteil angeordnet ist, und elektrisch vorgespannt ist, um Toner von dem Donatorteil abzunehmen, und so die Ausbildung einer Tonerwolke in dem Raum zwischen dem Elektrodenteil und der Oberfläche zu ermöglichen, so dass abgenommener Toner von der Tonerwolke das latente Bild entwickelt, wobei entgegengesetzte Endbereiche des Elektrodenteils an Drahthalterungen angebracht sind, die zum Haltern der entgegengesetzten Endbereiche des Elektrodenteils ausgebildet sind; und eine Beschichtungszusammensetzung auf zumindest einem Abschnitt nicht-angebrachter Bereiche des Elektrodenteils, wobei die Beschichtungszusammensetzung ein Polymer aufweist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Polyimiden und Epoxyharzen besteht, wahlweise ein Schmiermittel, sowie eine Metallverbindung, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Chrom(III)-oxid, Zinkoxid, Kobaltoxid, Nickeloxid, Kupfer(II)-oxid, Kupfer(I)-oxid, Chromsulfat und Cadmiumsulfid besteht.
Das Polymer ist vorzugsweise in der Beschichtungszusammensetzung in einer Menge von etwa 25 bis etwa 95 Gewichtsprozent der gesamten Zusammensetzung vorhanden.
Noch bevorzugter ist das Polymer in der Beschichtungszusammensetzung in einer Menge von etwa 50 bis etwa 90 Gewichtsprozent der gesamten Zusammensetzung vorhanden.
Weiterhin wird vorgezogen, dass die Metallverbindung in der Beschichtungszusammensetzung in einer Menge von etwa 0,2 bis etwa 25 Gewichtsprozent dar gesamten Zusammensetzung vorhanden ist.
Vorzugsweise ist der Metallbestandteil in der Beschichtungszusammensetzung in einer Menge von etwa 5 bis etwa 12,5 Gewichtsprozent der gesamten Zusammensetzung vorhanden.
Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, dass das Schmiermittel in der Beschichtungszusammensetzung vorhanden ist, in einer Menge von etwa 3 bis etwa 50 Gewichtsprozent der Beschichtungszusammensetzung.
Noch bevorzugter ist das Schmiermittel in der Beschichtungszusammensetzung in einer Menge von etwa 5 bis etwa 25 Gewichtsprozent der gesamten Beschichtungszusammensetzung vorhanden. Gemäß einer am meisten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Beschichtungszusammensetzung auf zumindest einem Abschnitt nichtangebrachter Bereiche des Elektrodenteils ein Polymer auf, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Polyimiden und Epoxyharzen besteht, ein Schmiermittel, und Chrom(III)-oxid.
Zahlreiche voranstehend aufgeführten Ziele wurden auch durch die vorliegende Erfindung, in Ausführungsformen, erreicht, welche umfassen: eine Einrichtung zum Entwickeln eines latenten Bildes, das auf einer Oberfläche aufgezeichnet ist, wobei die Einrichtung aufweist: Drahthalterungen; ein Donatorteil, das von der Oberfläche beabstandet angeordnet ist, und zum Transportieren von Toner zu einem Bereich gegenüberliegend der Oberfläche ausgebildet ist; ein Elektrodenteil, das in dem Raum zwischen der Oberfläche und dem Donatorteil angeordnet ist, wobei das Elektrodenteil eng benachbart dem Donatorteil angeordnet ist, und elektrisch so vorgespannt ist, dass Toner von dem Donatorteil abgenommen wird, wodurch die Ausbildung einer Tonerwolke in dem Raum zwischen dem Elektrodenteil und der Oberfläche ermöglicht wird, und abgenommener Toner von der Tonerwolke das latente Bild entwickelt, wobei entgegengesetzte Endbereiche des Elektrodenteils an Drahthalterungen angebracht sind, die zum Haltern der entgegengesetzten Endbereiche des Elektrodenteils ausgebildet sind, und eine Beschichtungszusammensetzung auf zumindest einem Abschnitt nicht-angebrachter Bereiche des Elektrodenteils, wobei die Beschichtungszusammensetzung ein Polymer aufweist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Polyimiden und Epoxyharzen besteht, ein Schmiermittel, und Chrom(III)-oxid.
Ausführungsformen umfassen weiterhin: einen elektrophotographischen Prozess, welcher umfaßt: (a) Ausbildung eines latenten elektrostatischen Bildes auf einer die Ladung aufrechterhaltenen Oberfläche; (b) Aufbringen von Toner in der Form einer Tonerwolke auf das latente Bild, um ein entwickeltes Bild auf der die Ladung aufrechterhaltenen Oberfläche auszubilden, wobei der Toner unter Verwendung einer Entwicklungseinrichtung aufgebracht wird, welche Drahthalterungen aufweist; ein Donatorteil, das von der Oberfläche beabstandet und dazu ausgebildet ist, Toner zu einem Bereich gegenüberliegend der Oberfläche zu transportieren; ein Elektrodenteil, das in dem Raum zwischen der Oberfläche und dem Donatorteil angeordnet ist, wobei das Elektrodenteil in engem Abstand zu dem Donatorteil angeordnet ist, und elektrisch vorgespannt ist, um Toner von dem Donatorteil abzunehmen, und so die Ausbildung einer Tonerwolke in dem Raum zwischen dem Elektrodenteil und der Oberfläche zu ermöglichen, wobei abgenommener Toner von der Tonerwolke das latente Bild entwickelt, wobei entgegengesetzte Endbereiche des Elektrodenteils an den Drahthalterungen angebracht sind, die zum Haltern der entgegengesetzten Endbereiche des Elektrodenteils ausgebildet sind; und eine Beschichtungszusammensetzung mit niedriger Oberflächenenergie auf zumindest einem Abschnitt nicht-angebrachter Bereiche des Elektrodenteils, wobei die Beschichtungszusammensetzung ein Polymer aufweist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Polyimiden und Epoxyharzen besteht, wahlweise ein Schmiermittel, sowie eine Metallverbindung, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Chrom(III)-oxid, Zinkoxid, Kobaltoxid, Nickeloxid, Kupfer(II)-oxid, Kupfer(I)-oxid, Chromsulfat und Cadmiumsulfid besteht; (c) Übertragung des Tonerbildes von der die Ladung aufrechterhaltenden Oberfläche auf ein Substrat; und (d) Fixieren des Tonerbildes an dem Substrat.
Die vorliegende Erfindung stellt Elektrodenteile zur Verfügung, die in Ausführungsformen eine verringerte Neigung zum Ansammeln von Toner aufweisen und die weiterhin in Ausführungsformen ihre elektrischen Eigenschaften beibehalten, um eine Störung ihrer Funktion zu verhindern. Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin Elektrodenteile zur Verfügung, die in Ausführungsformen bessere mechanische Eigenschaften aufweisen, einschließlich Standfestigkeit gegen über dem beträchtlichen Verschleiß, dem das Elektrodenteil ausgesetzt ist, wenn es wiederholt in Kontakt mit festen, sich drehenden Donatorrollenoberflächen gebracht wird.
Die voranstehenden Aspekte der vorliegenden Erfindung werden im Verlauf der nachstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen deutlich, in welchen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Entwicklungseinrichtung ist, die in einer elektrophotographischen Druckmaschine nützlich ist;
Fig. 2 eine vergrößerte, schematische Darstellung einer Donatorrolle und eines Elektrodenteils ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine schematische Teilansicht eines Entwicklungsgehäuses ist, das eine Donatorrolle und ein Elektrodenteil aufweist, gesehen von einem anderen Winkel als in Fig. 2;
Fig. 4 eine vergrößerte, schematische Darstellung eines Elektrodenteils ist, das durch eine Montagevorrichtung bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gehaltert wird; und
Fig. 5 eine Darstellung der Drahtverschmutzung und der Drahtvorgeschichte ist.
Für ein allgemeines Verständnis der Merkmale der vorliegenden Erfindung erfolgt deren Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
Fig. 1 zeigt eine Entwicklungseinrichtung, die in einer elektrophotographischen Druckmaschine eingesetzt wird, beispielsweise jener, die im US-Patent 5,124,749 dargestellt und beschrieben ist, deren Offenbarung insgesamt durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung eingeschlossen wird. Dieses Patent beschreibt die Einzelheiten der Hauptbestandteile einer elektrophotographischen Druckmaschine, und die Wechselwirkung zwischen diesen Bauteilen. Die vorliegende Anmeldung konzentriert sich auf die Entwicklungseinheit der elektrophotographischen Druckmaschine. Im einzelnen transportiert, nachdem ei latentes elektrostatisches Bild auf einer photoleitfähigen Oberfläche aufgezeichnet wurde, ein Photorezeptorband das latente Bild zu der Entwicklungsstation. An der Entwicklungsstation entwickelt eine Entwicklereinheit das latente Bild, das auf der photoleitfähigen Oberfläche aufgezeichnet ist.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, entwickelt bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Entwicklereinheit 38 das latente Bild, das auf der photoleitfähigen Oberfläche 10 aufgezeichnet ist. Ein Photoleiter 10 bewegt sich in Richtung eines Pfeils 16. Vorzugsweise enthält die Entwicklereinheit 38 eine Donatorrolle 40 und ein oder mehrere Elektrodenteile 42. Die Elektrodenteile 42 sind in Bezug auf die Donatorrolle 40 elektrisch vorgespannt, um von dieser Toner abzunehmen, so dass eine Tonerpulverwolke in dem Spalt zwischen der Donatorrolle 40 und der photoleitfähigen Oberfläche 10 ausgebildet wird. Das latente Bild zieht Tonerteilchen von der Tonerpulverwolke an, so dass auf ihm ein Tonerpulverbild entsteht. Die Donatorrolle 40 ist zumindest teilweise in der Kammer des Entwicklergehäuses 44 angebracht. Die Kammer im Entwicklergehäuse 44 bewahrt einen Vorrat an Entwicklermaterial auf. Das Entwicklermaterial ist ein Zweikomponenten- Entwicklermaterial mit zumindest Trägerkörnchen, an denen reibungselektrisch Tonerteilchen anhaften. Eine Magnetrolle 46, die im Inneren der Kammer des Gehäuses 44 angeordnet ist, transportiert das Entwicklermaterial zur Donatorrolle 40. Die Magnetrolle 46 ist elektrisch in Bezug auf die Donatorrolle so vorgespannt, dass die Tonerteilchen von der Magnetrolle an die Donatorrolle angezogen werden.
Im einzelnen weist die Entwicklereinheit 38 ein Gehäuse 44 auf, das eine Kammer 76 zur Aufbewahrung eines Vorrats eines Zweikomponenten- Entwicklermaterials (Toner und Träger) in sich ausbildet. Die Donatorrolle 40, die Elektrodenteile 42 und die Magnetrolle 46 sind in der Kammer 76 des Gehäuses 44 angebracht. Die Donatorrolle kann entweder gleichsinnig oder gegensinnig in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Bandes 10 gedreht werden. In Fig. 1 ist die Donatorrolle 40 so dargestellt, dass sie sich in Richtung eines Pfeils 68 dreht. Auf ähnliche Weise kann die Magnetrolle entweder gleichsinnig oder gegensinnig in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Bandes 10 gedreht werden. In Fig. 1 ist die Magnetrolle 46 so dargestellt, dass sie sich in Richtung eines Pfeils 92 dreht. Die Donatorrolle 40 ist vorzugsweise aus anodisiertem Aluminium oder Keramik hergestellt.
Weiterhin weist die Entwicklereinheit 38 Elektrodenteile 42 auf, die in dem Raum zwischen dem Band 10 und der Donatorrolle 40 angeordnet sind. Zwei Elektrodenteile sind so dargestellt, dass sie in Richtung im wesentlichen parallel zur - - Längsachse der Donatorrolle verlaufen. Die Elektrodenteile werden aus einem oder mehreren dünnen (mit einem Durchmesser von 50 bis 100 um) Elektrodenteilen aus Edelstahl, Wolfram oder Titan hergestellt, die in engem Abstand zur Donatorrolle 40 angeordnet sind. Die Entfernung zwischen den Elektrodenteilen und der Donatorrolle beträgt etwa 0,001 bis etwa 45 um, vorzugsweise etwa 10 bis etwa 25 um, oder die Dicke der Tonerschicht auf der Donatorrolle. Die Elektrodenteile halten selbständig ihren Abstand gegenüber der Donatorrolle ein, infolge der Dicke des Toners auf der Donatorrolle. Zu diesem Zweck haltern die Extremitäten der Elektrodenteile, die durch die Oberseiten von Endlagerblöcken gehaltert werden, auch die Donatorrolle so, dass sie sich drehen kann. Die Extremitäten der Elektrodenteile sind so angebracht, dass sie geringfügig oberhalb einer Tangente an die Oberfläche, einschließlich der Tonerschicht, der Donatoranordnung angeordnet sind. Die Montage der Elektrodenteile auf eine derartige Art und Weise führt dazu, dass sie infolge der automatischen Abstandshaltung unempfindlich auf Unrundheiten sind.
Wie in Fig. 1 gezeigt, wird eine Wechselvorspannung an die Elektrodenteile durch eine Wechselspannungsquelle 78 angelegt. Die angelegte Wechselspannung erzeugt ein elektrostatisches Wechselfeld zwischen den Elektrodenteilen und der Donatorrolle, das dazu führt, dass Toner von dem photoleitfähigen Teil der Donatorrolle abgenommen wird, und eine Tonerwolke um die Elektrodenteile herum bildet, wobei die Höhe der Wolke so ist, dass im wesentlichen kein Kontakt mit dem band 10 vorhanden ist. Die Größe der Wechselspannung ist relativ gering, und liegt in der Größenordnung von etwa 200 bis etwa 500 Volt Spitzenwert in einem Frequenzbereich von etwa 9 kHz bis etwa 15 kHz. Eine Gleichvorspannungsversorgung 80, die annähernd 300 Volt an die Donatorrolle 40 anlegt, erzeugt ein elektrostatisches Feld zwischen dem photoleitfähigen Teil des Bandes 10 und der Donatorrolle 40, um die von der die Elektrodenteile umgebender Wolke abgenommenen Tonerteilchen an das latente Bild anzuziehen, das auf dem photoleitfähigen Teil aufgezeichnet ist. Bei einem Abstand im Bereich von etwa 0,00 um bis etwa 45 um zwischen den Elektrodenteilen und der Donatorrolle erzeugt eine angelegte Spannung von etwa 200 bis etwa 500 Volt ein relativ hohes elektrostatisches Feld, ohne das Risiko eines Durchschlags. Eine Reinigungsklinge 82 streift den gesamten Toner von der Donatorrolle 40 nach der Entwicklung ab, so dass die Magnetrolle 46 abgemessen einer sauberen Donatorrolle frischen Toner zuführt. Die Magnetrolle 46 mißt eine konstante Menge an Toner mit einer im wesentlichen konstanten Ladung ab, die auf der Donatorrolle 40 abgelagert wird. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Donatorrolle eine konstante Menge an Toner mit einer im wesentlichen konstanten Ladung in dem Entwicklungspalt zur Verfügung stellt. Statt der Verwendung einer Reinigungsklinge kann auch durch die Kombination aus dem Donatorrollenabstand, also dem Abstand zwischen der Donatorrolle und der Magnetrolle, der Höhe des zusammengedrückten Materials auf der Magnetrolle, und der magnetischen Eigenschaften der Magnetrolle zusammen mit der Verwendung eines leitfähigen, magnetischen Entwicklermaterials zur Ablagerung einer konstanten Menge an Toner mit einer beträchtlichen Ladung auf der Donatorrolle erzielt werden. Eine Gleichvorspannungsversorgung 84, die annähernd 100 Volt an die Magnetrolle 46 anlegt, erzeugt ein elektrostatisches Feld zwischen der Magnetrolle 46 und der Donatorrolle 40, so dass ein elektrostatisches Feld zwischen der Donatorrolle und der Magnetrolle erzeugt wird, das dazu führt, dass Tonerteilchen von der Magnetrolle an die Donatorrolle angezogen werden. Eine Abmessungsklinge 86 ist eng benachbart der Magnetrolle 46 angeordnet, um die Höhe des zusammengedrückten Entwicklermaterials auf der Magnetrolle 46 auf dem gewünschten Niveau zu halten. Die Magnetrolle 46 weist ein unmagnetisches, rohrförmiges Teil 88 auf, das vorzugsweise aus Aluminium besteht, und dessen Außenumfangsfläche aufgerauht ist. Ein länglicher Magnet 90 ist innerhalb des rohrförmigen Teils und im Abstand von diesem angeordnet. Der Magnet ist ortsfest angebracht. Das rohrförmige Teil dreht sich in der Richtung eines Pfeils 92, um das an ihm anhaftende Entwicklermaterial in die Einquetschstelle vorzuschieben, die durch die Donatorrolle 40 und die Magnetrolle 46 ausgebildet wird. Tonerteilchen werden von den Trägerkörnchen auf der Magnetrolle an die Donatorrolle angezogen.
Wie wiederum aus Fig. 1 hervorgeht, ist eine Förderschnecke, insgesamt mit dem Bezugszeichen 94 bezeichnet, in der Kammer 76 des Gehäuses 44 vorgesehen. Die Förderschnecke 94 ist drehbar in der Kammer 76 angebracht, um Entwicklermaterial zu mischen und zu transportieren. Die Förderschnecke weist Klingen auf, die spiralförmig von einer Welle nach außen verlaufen. Die Klingen sind so ausgebildet, dass das Entwicklermaterial in Axialrichtung im wesentlichen parallel zur Längsachse der Welle vorgeschoben wird.
Wenn aufeinanderfolgend latente elektrostatische Bilder entwickelt werden, werden die Tonerteilchen innerhalb des Entwicklers verbraucht. Ein Tonerspender (nicht gezeigt) bewahrt einen Vorrat an Tonerteilchen auf, welche Toner und Trägerteilchen umfassen können. Der Tonerspender steht in Verbindung mit der Kammer 76 des Gehäuses 44. Nimmt die Konzentration an Tonerteilchen in dem Entwickler ab, so werden frische Tonerteilchen dem Entwickler in der Kammer von dem Tonerspender zugeführt. Bei einer Ausführungsform der Erfindung mischt die Förderschnecke in der Kammer des Gehäuses die frischen Tonerteilchen mit dem verbleibenden Entwickler, so dass der sich darin ergebende Entwickler im wesentlichen gleichförmig ist, mit optimierter Konzentration an Tonerteilchen. Auf diese Art und Weise ist eine im wesentlichen konstante Menge an Tonerteilchen in der Kammer des Entwicklergehäuses vorhanden, wobei die Tonerteilchen eine konstante Ladung aufweisen. Der Entwickler in der Kammer des Entwicklergehäuses ist magnetisch, und kann elektrisch leitfähig sein. So enthalten beispielsweise bei einer Ausführungsform der Erfindung, bei welcher der Toner Trägerteilchen enthält, die Trägerkörnchen einen ferromagnetischen Kern, der eine dünne Schicht aus Magnetid aufweist, die mit einer nicht durchgehenden Schicht aus Harzmaterial beschichtet ist. Die Tonerteilchen können aus einem Harzmaterial hergestellt werden, beispielsweise einem Vinylpolymer, das mit einem Färbematerial gemischt ist, beispielsweise Chromogen-Schwarz. Der Entwickler kann etwa 90 Gewichtsprozent bis etwa 99 Gewichtsprozent Träger und 10 Gewichtsprozent bis etwa 1 Gewichtsprozent Toner enthalten. Fachleute auf diesem Gebiet werden jedoch erkennen, dass irgendwelche anderen, geeigneten Entwickler verwendet werden können.
Bei einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Einkomponenten-Entwickler verwendet werden, der aus Toner ohne Träger besteht. Bei dieser Konfiguration ist die Magnetrolle 46 in dem Entwicklergehäuse nicht vorhanden. Diese Ausführungsform ist genauer im US-Patent 4,868,600 beschriebed dessen Offenbarung insgesamt durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung eingeschlossen ist.
Eine Ausführungsform der Entwicklereinheit ist weiterhin in Fig. 2 dargestellt. Die Entwicklereinrichtung 34 weist ein Elektrodenteil 42 auf, das in dem Raum zwischen dem Photorezeptor (in Fig. 2 nicht gezeigt) und der Donatorrolle 40 angeordnet ist. Die Elektrode 42 kann aus einem oder mehreren dünnen (also mit einem Durchmesser von etwa 50 bis etwa 100 um) Elektrodenteilen aus Wolfram oder Edelstahl bestehen, die an der Donatorstruktur 40 oder in deren Nähe angeordnet sind. Das Elektrodenteil ist in kleinem Abstand von dem Donatorteil angeordnet. Die Entfernung zwischen dem Draht bzw. den Drähten und dem Donator beträgt annähernd 0,001 bis annähernd 45 um, und vorzugsweise etwa 10 bis etwa 25 um, der Dicke der Tonerschicht 43 auf der Donatorrolle. Die in Fig. 2 gezeigten Drähte sind von der Donatorstruktur um eine Entfernung beabstandet, welche gleich der Dicke des Toners auf der Donatorstruktur ist. Die Extremitäten oder entgegengesetzten Endbereiche des Elektrodenteils werden durch Halterungsteile 54 gehaltert, die auch die Donatorstruktur drehbar haltern können. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Extremitäten oder entgegengesetzten Endbereiche des Elektrodenteils so angebracht, dass sie etwas unterhalb einer Tangente an die Oberfläche, einschließlich der Tonerschicht, der Donatorstruktur liegen. Die Anbringung der Elektrodenteile auf diese Weise führt dazu, dass sie unempfindlich auf Unrundheiten sind, infolge ihrer automatischen Abstandseinstellung.
Bei einer zu Fig. 1 alternativen Ausführungsform wird die Abmessungsklinge 86 durch eine kombinierte Abmessungs- und Ladeklinge 86 ersetzt, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Das kombinierte Abmessungs- und Ladegerät kann jedes geeignete Gerät zur Ablagerung einer Monoschicht aus ordnungsgemäß geladenem Toner auf der Donatorstruktur 40 umfassen. Sie kann beispielsweise eine derartige Einrichtung umfassen, wie sie im US-Patent 4,459,009 beschrieben ist, wobei der Kontakt zwischen schwach geladenen Tonerteilchen und einer reibungselektrisch aktiven Beschichtung, die auf einer Laderolle vorgesehen ist, zu gut geladenem Toner führt. Andere kombinierte Abmessungs- und Ladegeräte können verwendet werden, beispielsweise eine herkömmliche Magnetbürste, die zusammen mit einem Zweikomponenten-Entwickler verwendet wird, um die Tonerschicht auf der Donatorstruktur abzulagern, oder aber allein eine Donatorrolle, die mit Einkomponenten-Entwickler eingesetzt wird.
Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform des Elektrodenteils gemäß der vorliegenden Erfindung. Elektrodendrähte 45 sind innerhalb des Elektrodenteils 42 angeordnet. Die Verankerungsabschnitte 45 der Elektrodenteile sind jene Abschnitte des Elektrodenteils, welche das Elektrodenteil an dem Halterungsteil verankern. Die Montageabschnitte 56 des Elektrodenteils sind die Abschnitte des Elektrodenteils zwischen dem Elektrodenteil und der Montagevorrichtung 54.
Tonerteilchen werden an die Elektrodenteile hauptsächlich durch elektrostatische Anziehung angezogen. Tonerteilchen haften an den Elektrodenteilen deswegen an, da die Adhäsionskraft des Toners größer ist als die Abstreifkraft, die durch das elektrische Feld des Elektrodenteils erzeugt wird. Im allgemeinen wird die Haftkraft zwischen einem Tonerteilchen und einem Elektrodenteil durch folgenden allgemeinen Ausdruck ausgedrückt: Fad = q²/kr² + W, wobei Fad die Adhäsionskraft ist, q die Ladung auf dem Tonerteilchen, k die effektive Dielektrizitätskonstante des Toners und irgendeiner dielektrischen Beschichtung ist, und r die Trennung des Teilchens von seiner Bildladung innerhalb des Drahts, die von der Dicke, der Dielektrizitätskonstante, und dem Leitvermögen der Beschichtung abhängt. W bezeichnet die Adhäsionskraft infolge kurzreichweitiger Adhäsionskräfte, beispielsweise von der Waals-Kräfte und Kapillarkräfte. Die Kraft, die zum Abstreifen oder Entfernen von Teilchen von dem Elektrodenteil erforderlich ist, wird durch das elektrische Feld des Drahtes geliefert, während der Hälfte des Wechselspannungszeitraums, qE, sowie durch Effektivkräfte, die infolge der mechanischen Bewegung des Elektrodenteils auftreten, und durch Beschuß des Drahtes mit Toner in der Wolke. Da die Adhäsionskraft bezüglich q quadratisch ist, sind die Adhäsionskräfte größer als Abstreifkräfte.
Fig. 5 enthält eine Erläuterung der Drahtverschmutzung und der Drahtvorgeschichte. Ein Photorezeptor 1 ist in der Nähe des Drahtes 4 angeordnet, und enthält ein unentwickeltes Bild 6, das nachfolgend durch vom Donatorteil 3 stammenden Toner entwickelt wird. Eine Drahtverschmutzung tritt auf, wenn verschmolzener Toner 5 zwischen dem Draht 4 und dem Donatorteil 3 vorhanden ist, Das Problem wird erhöht durch Feinbestandteile des Toners und irgendwelche Tonerkomponenten, beispielsweise solche mit hohem Molekulargewicht, quervernetzte und/oder verzweigte Komponenten, und durch Spannungsdurchbrüche zwischen dem Drahtteil und der Donatorrolle. Die Drahtvorgeschichte ist eine Änderung der Entwicklungsfähigkeit infolge der Tatsache, dass Toner 2 oder Bestandteile an der Oberseite des Drahts 4 anhaften, wobei die Oberseite des Drahts jenes Teil des Drahts ist, das dem Photorezeptor gegenüberliegt.
Um die Tonerdefekte zu verhindern, die mit der Drahtverschmutzung und der Drahtvorgeschichte zusammenhängen, können die elektrischen Eigenschaften des Elektrodenteils geändert werden, wodurch die Adhäsionskräfte in Bezug auf die Abstreifkräfte geändert werden. Derartige Änderungen der elektrischen Eigenschaften des Elektrodenteils können jedoch die Fähigkeit des Elektrodenteils zur ausreichenden Bereitstellung einer Tonerwolke beeinschränken, die zum Entwickeln eines latenten Bildes unbedingt erforderlich ist. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Verringern der inakzeptablen Ansammlung von Toner auf dem Elektrodenteil, während die gewünschten elektrischen und mechanischen Eigenschaften des Elektrodenteils beibehalten werden. Das Elektrodenteil gemäß der vorliegenden Erfindung ist mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet, welches die signifikante Anziehung von Tonerteilchen durch das Elektrodenteil verringert, was zu einem Ansammeln von Toner führen kann. Das Beschichtungsmaterial beeinflußt jedoch die mechanischen oder elektrischen Eigenschaften des Elektrodenteils nicht negativ. Materialien mit diesen Eigenschaften umfassen Zusammensetzungen mit einer niedrigen Oberflächenenergie.
Die Zusammensetzung mit niedriger Oberflächenenergie verringert das Ansammeln an Toner, durch Sicherstellung gleichförmiger elektrischer Verhältnisse zum Aufladen der Drähte, und schaltet die Möglichkeit eines Ladungsaufbaus aus. Weiterhin stören derartige Materialien mit niedriger Oberflächenenergie, wie sie hier beschrieben werden, nicht die elektrischen Eigenschaften des Elektrodenteils, und beeinflussen die Fähigkeit der Elektrode, eine Tonerpulverwolke zu erzeugen, nicht negativ. Weiterhin behält das Elektrodenteil seine festen mechanischen Eigenschaften bei, so dass das Elektrodenteil dem starken Verschleiß standhält, dem das Elektrodenteil ausgesetzt ist, wenn es wiederholt in Kontakt mit festen, sich drehenden Donatorrollenoberflächen gebracht wird. Weiterhin behält das Elektrodenteil eine "glatte" Oberfläche bei, nachdem die Beschichtung aufgebracht wurde. Eine glatte Oberfläche umfaßt Oberflächen, die eine Oberflächenrauhigkeit von weniger als etwa 5 Mikrometer aufweisen, vorzugsweise von etwa 0,01 bis etwa 1 Mikrometer.
Beispiele für geeignete Zusammensetzungen mit niedriger Oberflächenenergie umfassen sowohl anorganische als auch organische Materialien. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden sowohl organische als auch anorganische Materialien zusammen in einer Beschichtungszusammensetzung verwendet. Bei Ausführungsformen umfaßt die Beschichtungszusammensetzung ein Polymer, wahlweise ein Schmiermittel, wahlweise einen Verstärker, und ein Metalloxid.
Beispiele für geeignete Polymermaterialien umfassen Polymere, die beispielsweise die physikalischen Eigenschaften einer hohen Zähigkeit, einer niedrigen Oberflächenenergie, einer hohen Schmierfähigkeit, und Verschleißfestigkeit aufweisen. Obwohl jedes Polymer mit den voranstehend geschilderten Eigenschaften zur Verwendung als Beschichtungszusammensetzung geeignet ist, umfassen bevorzugte Beispiele für Polymere Epoxiharze; Formaldehydharze, beispielsweise Phenolformaldehydharze und Melaninformaldehydharze; Alkydharze; Polysulfone, beispielsweise Polyethersulfon; Polyester; Polyimide wie beispielsweise Polyetherimid; Polyamid-Imid, die beispielsweise unter der Marke Torlon® 7130 oder Al-10 verkauft werden, und bei Amoco erhältlich sind; Polyketone wie beispielsweise jene, die zum Beispiel unter der Marke Kadel® E1230 vertrieben werden, und bei Amoco erhältlich sind, Polyether-Etherketone, die beispielsweise unter der Marke PEEK 450GL30 von Victrex vertrieben werden, Polyaryletherketone; Polyamide, beispielsweise Polyphthalamid, vertrieben unter der Marke Amodel®, erhältlich von Annoco; Polyparabansäure; und Silikonharze. Besonders bevorzugte Beispiele lfür Polymere umfassen thermisch aushärtende Polymere und thermoplastische Polyrnere, insbesondere eine thermisch aushärtende Verbindung, ein relativ hoch temperaturstabiles thermoplastisches Polymer, oder ein bei relativ niedriger Temperatur aushärtendes Polymer, beispielsweise Epoxypolymere, Pollyamide, Polyimide, Polysulfone, Formaldehydharze, Polyketone, Polyester, Formaldehydharze, und deren Mischungen. Bei der Ausführungsform ist das Polymer ein Polyimid oder Epoxiharz.
Das Polymer oder die Polymere in der Beschichtungszusammensetzung sind in einer Gesamtmenge von etwa 25 bis etwa 95 Gewichtsprozent vorhanden, und bevorzugt von etwa 50 bis etwa Gewichtsprozent der gesamten Zusammensetzung. Mischungen aus thermisch aushärtenden oder thermoplastischen Materialien können ebenfalls verwendet werden. Die gesamte Zusammensetzung ist hier so zu verstehen, dass damit das Gesamtgewicht des Polymers, des wahlweise vorhandenen Schmiermittels, und des anorganischen Materials zu verstehen ist, wobei das anorganische Material beispielsweise einen oder mehrere Verstärker und/oder einen oder mehrere elektrische leitfähige Füllstoffe enthalten kann.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Schmiermittel in der Beschichtungszusammensetzung vorhanden. Der Hauptzweck des Schmiermittels besteht darin, dafür zu sorgen, dass die obere Oberfläche der Beschichtung nicht klebt, so dass der Toner nicht an dem Elektrodenteil anhaftet. Das Schmiermittel hat vorzugsweise die Eigenschaften einer relativ geringen Porosität, eines relativ niedrigen Reibungskoeffizienten, der thermischen Stabilität, einer relativ niedrigen Oberflächenenergie, und weist die Fähigkeit auf, in Bezug auf chemische Angriffe relativ inert zu sein. Bevorzugte Beispiele für geeignete Schmiermittel umfassen organische Materialien, beispielsweise Fluorkunststoffmaterialien einschließlich ähnlicher Materialien wie TEFLON, etwa Polymere von Tetrafluorethylen (TFE) und Polymere von fluoriertem Ethylen-Propylen (FEP), beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE), fluoriertes Ethylenpropylen-Copolymer (FEP),
Perfluorvinylalkylethertetrafluorethylen-Copolymer (PFA TEFLON®), Polyethersulfon, und deren Copolymere; sowie anorganische Materialien wie beispielsweise Molybdändisulfid, Bomitrid, Titandiborid, Graphit, usw. Bei Ausführungsformen ist ein; Schmiermittel oder eine Mischung aus Schmiermitteln in einer Gesamtmenge von etwa 3 bis etwa 50 Gewichtsprozent vorhanden, und bevorzugt von etwa 5 bis etwa 25 Gewichtsprozent der gesamten Beschichtungszusammensetzung.
Bei Ausführungsformen weist die Beschichtungszusammensetzung ein anorganisches Material auf. Ein zusätzlicher anorganischer Füllstoff kann die Zähigkeit der Zusammensetzung verbessern, und für spezielle andere Eigenschaften sorgen, beispielsweise Farbe, und elektrisches und Wärmeleitvermögen der Polymermatrix. Der zusätzliche Füllstoff kann auch die Ausbildung einer glatten Oberfläche für die Beschichtungszusammensetzung unterstützen. Bevorzugte anorganische Materialien umfassen leitfähige Füllstoffe und Verstär ker Beispiele für elektrisch leitfähige Füllstoffe umfassen Metalloxide, beispielsweise 3d- Übergangsgruppenmetalle einschließlich Chrom(III)-oxid, Titanoxid, Zinkoxid, Eisenoxid, Scandiumoxid, Titanoxid, Vanadiumoxid, Manganoxid, Kobaltoxid, Nickeloxid, Kupfer(II)-oxid, Kupfer(I)-oxid, und dergleichen; andere Metalloxide wie beispielsweise Zinnoxid, Zirkoniumoxid, Magnesiumoxid; Metallsulfide wie beispielsweise Cadmiumsulfid, Chromsulfat usw.; Telluride oder Selenide einschließlich jener von Cadmium, Zink und dergleichen, beispielsweise Cadmiumselenid, Zinkselenid, Cadmiumtellurid, Zinktellurid usw.; und entsprechende Metallverbindungen. Ein anderer bevorzugter Füllstoff ist Kohlenstoffrui3, Graphit oder dergleichen, mit Oberflächenbehandlung durch Verbindungen wie beispielsweise Siloxan, Silan, Fluorin oder dergleichen. Spezielle, bevorzugte, behandelte Kohlenstoffruße umfassen fluorierte Kohlenstoffe wie jene, die in der gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung Serien-Nr. 08/635,356 beschrieben sind, die am 19. April 1996 eingereicht wurde, und deren Offenbarung insgesamt durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung eingeschlossen wird. Es kann auch mehr als ein elektrisch leitfähiger Füllstoff in der Beschichtungszusammensetzung vorhanden sein. Bei der beanspruchten Ausführungsform ist der leitfähige Füllstoff ein Metalloxid oder -sulfid, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Chrom(III)-oxid, Zinkoxid, Kobaltoxid, Nickeloxid, Kupfer(II)-oxid, Kupfer(I)-oxid, Chromsulfat und Cadmiumsulfid besteht. Bei bevorzugten Ausführungsformen sind ein oder mehrere leitfähige Füllstoffe in einer Gesamtmenge von etwa 0,2 Gewichtsprozent bis etwa 25 Gewichtsprozent vorhanden, und bevorzugt von etwa 5 bis etwa 12,5 Gewichtsprozent der gesamten Zusammensetzung.
Beispiele für Verstärker umfassen Materialien, welche die Fähigkeit aufweisen die Festigkeit, Härte, und/oder Abriebfestigkeit des Polymers und/oder des thermisch aushärtenden oder thermoplastischen Materials zu erhöhen. Beispiele für geeignete Verstärker umfassen Kohlenstoffruß sowie Inaktivruß und Ofenruß; und umfassen weiterhin Metalloxide wie beispielsweise Chrom(III)-oxid, Zinkoxid, Siliziumodioxid, Titandioxid, usw.; Metallsulfide, Telluride oder Selenide, einschließlich jener aus Cadmium, Zink usw.; Carbonate wie beispielsweise Magnesiumcarbonat und Calciumcarbonat usw., und andere Materialien wie beispielsweise hydrierte Silikate; sowie Mischungen aus diesen Stoffen. In bevorzugten Ausführungsformen sind ein oder mehrere Verstärker in einer Gesamtmenge von etwa 0,2 bis etwa 25 Gewichtsprozent vorhanden, und bevorzugt von etwa 5 bis etwa 12 Gewichtsprozent der gesamten Zusammensetzung.
Die Zusammensetzung kann ein Polymer, wahlweise ein Schmiermittel und wahlweise ein Verstärkungsmittel, ein Polymer, wahlweise ein Schmiermittel und einen elektrisch leitfähigen Füllstoff aufweisen; oder ein Polymer, wahlweise ein Schmiermittel, wahlweise ein Verstärkungsmittel, und einen elektrischen leitfähigen Füllstoff. Bei bevorzugten Ausführungsformen ist das Polymer ein thermisch aushärtendes oder thermoplastisches Material, insbesondere ein bei hohen Temperaturen stabiles thermoplastisches Material, oder ein bei niedrigen Temperaturen aushärtendes Material, und ist vorzugsweise Polyimid; das Schmiermittel ist FEP, PFA, PTFE und/oder MoS&sub2;; der elektrisch leitfähige Füllstoff, falls er vorhanden ist, ist Chrom(III)-oxid, Cadmiumsulfid, oder Kohlensloffruß; und der Verstärker, falls vorhanden, ist Siliziumdioxid oder Titandioxid.
Die sich ergebende Matrix umfaßt die Eigenschaften sämtlicher Elemente der Zusammensetzung, einschließlich möglicherweise eines beträchtlichen Schmiervermögens und einer niedrigen Oberflächenenergie infolge des wahlweisen Schmiermittels, weist insgesamt eine hohe Verschleißfestigkeit infolge der Polymerkomponente und der Verstärker auf, und hat eine glatte Oberfläche und bessere elektrische Eigenschaften infolge der anorganischen Komponente, welche den oder die Verstärker und/oder den anorganischen Füllstoff bzw. die anorganischen Füllstoffe umfaßt.
Das Beschichtungszusammensetzungsmaterial ist vorzugsweise in einer Menge von etwa 5 bis etwa 95 Gewichtsprozent der gesamten Feststoifmenge vorhanden, und bevorzugt von etwa 10 bis etwa 40 Gewichtsprozent der gesamten Feststoffmenge. Die gesamte Feststoffmenge bezeichnet das Gesamtgewicht der Beschichtungszusammensetzung, des Lösungsmittels, der wahlweise vorhandenen Füllstoffe, und der wahlweisen Zusatzstoffe, die in der Beschichtungslösung enthalten sind.
Der Volumenwiderstand der beschichteten Elektrode beträgt beispielsweise zwischen etwa 10&supmin;¹&sup0; und etwa 10&supmin;¹ Ohm-cm, und bevorzugt 10&supmin;&sup5; bis 10&supmin;¹ Ohm-cm. Die Oberflächenrauhigkeit ist kleiner als etwa 5 Mikrometer, und beträgt vorzugsweise etwa 0,01 bis etwa 1 Mikrometer. Die Beschichtung weist eine relativ niedrige Oberflächenenergie von etwa 5 bis etwa 35 dyn/cm auf, bevorzugt von etwa 10 bis etwa 25 dyn/cm (1 dyn = 10&supmin;&sup5; N).
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Beschichtungszusammensetzung über zumindest einem Abschnitt der nicht angebrachten Bereiche des Elektrodenteils aufgeschichtet. Der nicht-angebrachte Bereich des Elektrodenteils ist der gesamte Außenoberflächenbereich der Elektrode minus jenem Bereich, in welchem die Elektrode an der Montagevorrichtung 54 angebracht ist, und minus dem Verankerungsbereich (55 in Fig. 4). Es ist vorzuziehen, dass die Beschichtung den Abschnitt des Elektrodenteils abdeckt, der in der Nähe der Donatorrolle liegt. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Beschichtungszusammensetzung auf die gesamte Fläche des Elektrodenteils aufgeschichtet, die sich im zentralen Abschnitt des Elektrodenteils befindet, und sich zu einer Fläche neben dem nicht-angebrachten Abschnitt des Elektrodenteils erstreckt. Diese Fläche umfaßt die gesamte Oberfläche des · Elektrodenteils minus der Verankerungsfläche (55 in Fig. 4). Bei einer alternativen Ausführungsform ist die gesamte Länge des Elektrodenteils mit dem Beschichtungsmaterial beschichtet, einschließlich der Verankerungsfläche 55 und der Montagefläche 56. Bei Ausführungsformen betrifft zumindest ein Abschnitt die Beschichtung des nicht-angebrachten Bereichs, oder von etwa 10 bis etwa 90 Prozent des Elektrodenteils.
Toner kann sich irgendwo entlang dem Elektrodenteil ansammeln, hat jedoch keinen Einfluß auf die Entwicklung, es sei denn, dass er sich in der Länge des Elektrodenteils nahe an der Donatorrolle oder auf der Länge am nächsten an dem Photorezeptor ansammelt. Daher wird vorgezogen, dass das Beschichtungsmaterial das Elektrodenteil entlang der Gesamtlänge entsprechend der Donatorrolle abdeckt, und die gesamte Länge entsprechend dem Photorezeptor abdeckt.
Die Beschichtungszusammensetzung kann auf zumindest einem Abschnitt des Elektrodenteils durch jedes geeignete, bekannte Verfahren abgelagert werden. Diese Ablagerungsverfahren umfassen Flüssigkeits- und Pulverbeschichtung, Tauch- und Sprühbeschichtung, sowie durch Ionenstrahl unterstützte und RF-Plasma-Ablagerung. Bei einem bevorzugten Ablagerungsverfahren wird die Beschichtungszusammensetzung auf das Elektrodenteil durch Tauchbeschichtung aufgebracht. Nach der Beschichtung wird die Beschichtungszusammensetzung vorzugsweise an Luft getrocknet, und bei einer Temperatur ausgehärtet, die zum Aushärten des jeweiligen Materials der Zusammensetzung geeignet ist. Die Aushärtungstemperaturen liegen im Bereich von etwa 38ºC (100ºF) bis etwa 760ºC (1400ºF), und bevorzugt im Bereich von etwa 49ºC (120ºF) bis etwa 649ºC (1200 ºF).
Die mittlere Dicke der Beschichtung beträgt zwischen etwa 1 und etwa 30 Mikrometer, und bevorzugt zwischen etwa 2 bis etwa 10 Mikrometer. Wenn die Beschichtung nur auf einen Abschnitt des Elektrodenteils aufgebracht wird, kann sich die Dicke der Beschichtung an Orten, die am weitesten von dem Punkt in der Mitte des Elektrodenteils entfernt sind, verjüngen oder auch nicht. Die Dicke der Beschichtung kann daher an Punkten abnehmen, die weiter von dem Punkt in der Mitte der Elektrode entfernt sind.
Die Elektrodenteile gemäß der vorliegenden Erfindung, deren Ausführungsformen hier beschrieben wurden, zeigen bessere Leistungen in Bezug auf Verschleißfestigkeit und verringertes Ansammeln an Toner auf der Oberfläche des Elektrodenteils, wobei gleichzeitig die elektrischen Eigenschaften beibehalten werden, welche die Erzeugung einer Pulverwolkenentwicklung ohne Aufbau einer Ladung fördern. Weiterhin zeigen die hier geschilderten Elektrodenteile bessere mechanische Eigenschaften, beispielsweise Standfestigkeit gegenüber Donatorrollenoberflächen, die normalerweise aus festen Materialien wie beispielsweise Keramiken bestehen.
Die folgende Beispiele dienen zur weiteren Festlegung und Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Falls nicht anders angegeben sind alle Anteile und Prozentsätze auf der Grundlage des Gewichts zu verstehen.

BEISPIEL 1

Vorbereitung eines zu beschichtenden Drahtes

Ein Edelstahldraht mit einer dicke von etwa 3 mil (1 mil = 25,4 um) wurde zum - Entfernen deutlicher Verunreinigungen gereinigt.
Zur Tauchbeschichtugn des Drahtes wurde eine Tauchbeschichtungseinrichtung verwendet, die aus einem Glaszylinder von 1 Zoll (Durchmesser) mal 15 Zoll (Länge) bestand, der an einem Ende abgedichtet war, um das flüssige Beschichtungsmaterial festzuhalten. Ein Kabel, das an einem Motor des Typs NSH-12R der Bodine Electric Company angebracht war, wurde zum Anheben und Absenken eines Drahthalterungshalters verwendet, der den Draht während des Beschichtungsvorgangs gespannt hält. Die Eintauchrate und Abzugsrate des Drahthalters in die Beschichtungslösung bzw. aus dieser heraus wurde durch ein Motorsteuergerät von der B & B Motors & Control Corporation geregelt (Motorgeschwindigkeitsregelung NOVA PD DC). Nach der Beschichtung wurde ein von einem Motor angetriebenes Gerät dazu verwendet, den Draht um seine Achse zu verdrillen, während er von außen erwärmt wurde, um eine kontrollierte Lösungsmittelverdampfung zu erzielen. Als die Beschichtung trocken und/oder nicht mehr fließfähig war, wurde der beschichtete Draht in einem Durchflußofen unter Einsatz eines Zeit- und Temperaturplans erwärmt, um entweder die Trocknung und/oder die Aushärtung/Nachaushärtung der Beschichtung zu beenden.
Die allgemeine Vorgehensweise kann umfassen: (A) Reinigen und Entfetten des Drahts mit einem geeigneten Lösungsmittel, beispielsweise Aceton, Alkohol oder Wasser, und Aufrauhen des Drahts, falls erforderlich, beispielsweise mit Schleifpapier, (B) das Beschichtungsmaterial kann auf die geeignete Viskosität und den geeigneten Feststoffgehalt dadurch eingestellt werden, dass Feststoffe oder ein Lösungsmittel der Lösung hinzugegeben werden; und (C) der Draht wird in die Beschichtungslösung eingetaucht und aus dieser abgezogen, getrocknet und ausgehärtet/nachausgehärtet, falls erforderlich, und erneut eingetaucht, falls erforderlich. Die Beschichtungsdicke und die Gleichmäßigkeit der Beschichtung hängen von der Abzugsrate und der Viskosität der Lösung ab, (vom Feststoffgehalt in den meisten Systemen auf Lösungsmittelgrundlage), und von einem Trocknungsplan, der mit der gleichförmigen Verfestigung der Beschichtung verträglich ist.

BEISPIEL 2

Bereitstellung der Beschichtungszusammensetzungslösung aus Polyimid und Chromoxid

Ein Edelstahldraht von 2,5 mil kann durch leichtes Sandstrahlen, Abschleifen oder Abreiben der Drahtoberfläche mit Stahlwolle, Entfetten mit Aceton, und nachfolgendes Spülen mit Isopropylalkohol sowie Trocknen vorbereitet werden. Der saubere Draht kann mit einem Primer, Whitford P-51 oder Dow Corning 1200, grundiert werden, unter Verwendung jedes geeigneten Verfahrens, beispielsweise der herkömmlichen Sprüh- oder Tauch/Schleuder-Verfahren. Das Beschichtungsmaterial ist Xylan® (mittelgrüne Beschichtung (1010DR(440, die Polyimid und Chrom(III)-oxid enthält), geliefert von der Whitford Corporation, Westchester, Pennsylvania. Die Viskosität kann durch Xylol, Methylisobutylketon oder Whitford-Lösungsmittel 99B auf einen Wert von 30 bis 45 Zahn-Becher Nr. 2 unmittelbar (wenige Sekunden) vor dem Aufbringen eingestellt werden. Diese Dispersion kann dann durch Tauchbeschichtung auf eine Elektrode aufgebracht werden, wie dies beim Beispiel 1 beschrieben wurde. Ein Beschichtungsstoß oder Luiftrocknung wird wahlweise vorgenommen; zur Erzielung einer optimalen Ablösbarkeit beträgt die Aushärtezeit vorzugsweise etwa 10 Minuten bei etwa 343ºC (650ºF). Die Beschichtung kann poliert werden, damit sie glatt und trocken und 2 bis 3 Mikrometer dick ist.

BEISPIEL 3

Bereitstellung einer Beschichtungszusammensetzunoslösung aus Polyimid und Kohlenstoffruß

Ein Edelstahldraht von 2,5 mil kann dadurch vorbereitet werden, dass ein leichtes Sandstrahlen erfolgt, Entfetten mit Aceton, und nachfolgende Spülung mit Isopropylalkohol, woran sich ein Waschvorgang mit einer milden Natriumhypochloridlösung anschließt, Spülen mit Wasser, Spülen mit trockenem Alkohol und Trocknen. Eine Grundierung ist bei diesem Beispiel optional. Das Beschichtungsmaterial ist Xylan® (Schwarz 1014DF/870, Amid/lmid-Formulierung), geliefert von der Whitford Corporation, Westchester, Pennsylvania.
Diese Beschichtungszusammensetzung kann auf den Elektrodendraht entsprechend der Vorgehensweise aufgebracht werden, die beim Beispiel 1 erläutert wurde. Die empfohlene Tauchaufbringungstemperatur liegt vorzugsweise zwischen 2 und 27ºC (70 und 80ºF), und die gewünschte Anwendungslösungsviskosität liegt zwischen etwa 20 und 30 Sekunden, unter Verwendung eines Zahn-Bechers Nr. 2. Falls eine dünnere Beschichtung gewünscht ist, können als Verdünnungsmittel Xylol, Methylisobutylketon oder Whitford-Lösungsmittel 99B verwendet werden. Der beschichtete Draht kann schnell oder an Luft getrocknet werden. Zur Erzielung einer optimalen Ablösung beträgt jedoch die Aushärtezeit vorzugsweise etwa 10 Minuten bei annähernd 650ºF. Die Beschichtung kann poliert werden, damit sie glatt und trocken ist, und eine Dicke von 2 bis 3 Mikrometer aufweist.

BEISPIEL 4

Bereitstellung einer Beschichtungszusammensetzungslösung aus Epoxy und Cadmiumsulfid

Ein Draht entsprechend Beispiel I wurde wie im Beispiel 2 entfettet oder wird, wahlweise, durch Dampf entfettet. An ein sanftes Abschleifen oder Sandstrahlen wie im Beispiel 2 schließt sich ein Waschvorgang mit trockenem Alkohol an. Die Aufbringung einer Grundierung ist optional, jedoch wird, wenn eine venrrendet wird, der Xylan®-Primer P-501 empfohlen. Die verwendete Beschichtungssuspension war Xylan (Grün 1052WB/471, enthält Cadmiumsulfid), geliefert von der VVhitford Corporation, Westchester, Pennsylvania. Die Viskosität der Beschichtungslösung betrug annähernd 32 Sekunden, Zahn-Becher. Es kann sein, dass die Beschichtung mit entionisiertem Wasser verdünnt werden muß, um die gewünschte Dicke im trockenen Zustand zu erzielen. Diese Dispersion wurde dann dazu verwendet, die Elektrode durch Tauchbeschichtung zu beschichten, wie dies beim Beispiel 1 beschrieben wurde. Unmittelbar nach der Beschichtung wird die Beschichtung vorzugsweise schnell getrocknet, etwa 5 Minuten lang bei annähernd 121ºC (250ºF), woran sich ein Aushärten über etwa 15 Minuten bei annähernd 204ºC (400ºF) anschließt. Die sich ergebende, glatte Beschichtung war weniger als 5 Mikrometer dick, zeigte eine hohe Temperaturstabilität, eine hohe Verschleißfestigkeit, und wies ein ausreichendes Schmiervermögen auf.
Zwar wurde die Erfindung im einzelnen unter Bezugnahme auf spezielle und bevorzugte Ausführungsformen beschrieben, jedoch wird darauf hingewiesen, dass verschiedene Modifikationen und Variationen einem Fachmann auf diesem Gebiet auffallen werden. Alle derartigen Modifikationen und Ausführungsformen, die einem Fachmann leicht auffallen, sollen vom Umfang der beigefügten Patentansprüche umfaßt sein.

Claims

1. Einrichtung zur Entwicklung eines latenten Bildes, das auf einer Oberfläche (10 aufgezeichnet ist, wobei vorgesehen sind:

Drahthalterungen (54);

ein Donatorteil (40), das von der Oberfläche (10) beabstandet und dazu ausgebildet ist, Toner zu einem Bereich gegenüber der Oberfläche zu transportieren;

ein Elektrodenteil (42), das in dem Raum zwischen der Oberfläche und dem Donatorteil angeordnet ist, wobei das Elektrodenteil in geringem Abstand von dem Donatorteil angeordnet ist, und elektrisch vorgespannt ist, um Toner von dem Donatorteil abzuheben, und so die Ausbildung einer Tonerwolke in dem Raum zwischen dem Elektrodenteil und der Oberfläche zu ermöglichen, so dass abgenommener Toner von der Tonerwolke das latente Bild entwickelt, wobei entgegengesetzte Endbereiche des Elektrodenteils an den Drahthalterungen angebracht sind, die zum Haltern der entgegengesetzten Endbereiche des Elektrodenteils ausgebildet sind; und

eine Beschichtungszusammensetzung auf zumindest einem Abschnitt nicht angebrachter Bereiche des Elektrodenteils, wobei die Beschichtungszusammensetzung ein Polymer umfaßt, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Polyimiden und Epoxyharzen, wahlweise ein Schmiermittel, und ein anorganisches Material,

dadurch gekennzeichnet, dass

das anorganische Material aus einer Metallverbindung besteht, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Chrom(III)-oxid, Zinkoxid, Kobaltoxid, Nickeloxid, Kupfer(II)-oxid, Kupfer(I)-oxid, Chromsulfat und Cadmiumsulfid besteht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Beschichtungszusammensetzung ein Schmiermittel enthält.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, bei welcher das Schmiermittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Fluorkunststoffen, Molybdändisulfid, Polyethersulfonen, Bornitrid, Titandiborid, Graphit und deren Mischungen besteht.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, bei welcher der Fluorkunststoff aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Polytetrafluorethylen, fluoriertem Ethylenpropylen- Copolymer, Perfluorvinylalkylethertetrafluorethylen-Copolymer und deren Mischungen besteht.

5. Einrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher die Beschichtungszusammensetzung weiterhin ein Verstärkungsmittel aufweist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, bei welchem das Verstärkungsmittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ruß, Inaktivruß, Ofenruß, Metalloxiden, Carbonaten, hydrierten Silicaten, und deren Mischungen besteht.

7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, bei welchem das Verstärkungsmittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Zinkoxid, Siliziumdioxid, Titandioxid, Magnesiumcarbonat, Calciumcarbonat und deren Mischungen besteht.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welcher die Beschichtungszusammensetzung mittels Tauchbeschichtung auf den Elektrodendraht aufgebracht wird.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei welcher die Beschichtungszusammensetzung mit etwa 10 bis etwa 90% des äußeren Oberflächenbereiches des Elektrodenteils vorhanden ist.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei welcher die Beschichtungszusammensetzung eine Dicke von etwa 1 um bis etwa 30 um aufweist.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welcher das Elektrodenteil zumindest einen Draht mit geringem Durchmesser aufweist.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei welcher die Drähte mit geringem Durchmesser einen Durchmesser von etwa 50 bis etwa 100 um aufweisen.

13 Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei welcher das Donatorteil in engem Abstand von dem Elektrodenteil angeordnet ist, in einer Entfernung von etwa 0,001 bis etwa 45 um.

14. Elektrophotographischer Prozess, welcher umfaßt:

a) Ausbildung eines latenten elektrostatischen Bildes auf einer die Ladung aufrechterhaltenden Oberfläche;

b) Aufbringen von Toner in Form einer Tonerwolke auf das latente Bild, um ein entwickeltes Bild auf der die Ladung aufrechterhaltenden Oberfläche auszubilden wobei der Toner unter Verwendung einer Entwicklungseinrichtung aufgebracht wird, welche Drahthalterungen aufweist; ein Donatorteil, das von der Oberfläche beabstandet ist, und zum Transportieren von Toner zu einem Bereich gegenüberliegend der Oberfläche ausgebildet ist; ein Elektrodenteil, das in dem Raum zwischen der Oberfläche und dem Donatorteil angeordnet ist, wobei das Elektrodenteil in engem Abstand von dem Donatorteil angeordnet ist, und elektrisch vorgespannt ist, um Toner von dem Donatorteil abzunehmen, und so die Ausbildung einer Tonerwolke in dem Raum zwischen dem Elektrodenteil und der Oberfläche zu ermöglichen, wobei abgenommener Toner von der Tonerwolke das latente Bild entwickelt, wobei entgegengesetzte Endbereiche des Elektrodenteils an den Drahthalterungen angebracht sind, die zum Haltern der entgegengesetzten Endbereiche des Elektrodenteils ausgebildet sind; und eine Beschichtungszusammensetzung mit niedriger Oberflächenenergie auf zumindest einem Abschnitt nicht-angebrachter Abschnitte des Elektrodenteils, wobei die Beschichtungszusammensetzung ein Polymer aufweist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Polyimiden und Epoxyharzen besteht, wahlweise ein Schmiermittel, und ein anorganisches Material,

(c) Übertragung des Tonerbildes von der die Ladung aufrechterhaltenden Oberfläche auf ein Substrat; und

(d) Fixieren des Tonerbildes an dem Substrat, dadurch gekennzeichnet, dass als ein anorganisches Material eine Metallverbindung verwendet wird, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Chrom(III)-oxid, Zinkoxid, Kobaltoxid, Nickeloxid, Kupfer(II)-oxid, Kupfer(I)-oxid, Chromsulfat und Cadmiumsulfat besteht.