专利名称：显影辊的制造方法
背景技术：
本发明涉及一种显影辊，以及一种用于诸如激光打印机，影印机或传真机成像装置的显影辊的制作方法。许多此类的成像装置采用相同的基本技术。这些装置基本是采用公知的调色剂在纸张或其他媒介上印出图像。调色剂是干燥的细粉末材料。调色剂可充电，并具有磁性引力。调色剂通常被容纳在称为色斗的容器中，并从色斗向包含潜影的感光鼓或带转移。潜影是鼓上具有将要形成图像的形状的一个变化电荷的区域。调色剂通过电荷吸附到潜影上。然后，潜影形状的调色剂转移到纸张或媒介的页面上，并熔合在纸张或媒介上。
调色剂通过显影辊从色斗转移到相邻区域的感光鼓或带上。显影辊可用于磁性或非磁性的调色剂。大多数常规类型的显影辊是磁性显影辊，并用于常用的惠普激光打印机系列中。
磁性显影辊与既具有磁性也具有电力吸引的调色剂一起使用。一种由Mott等人注册的美国专利3,219,014号描述了一种较早的实例。这些显影辊大体上为环绕固定的永磁铁的可旋转的空心圆筒。这些显影辊采用各种材料制作，但不管采用什么材料，所有显影辊都必须呈现一些特定的性能。第一，显影辊表面必须具有导电性。第二，辊子必须具有能摩擦起电并携带调色剂的组织结构。运动的显影辊与刮片或类似装置之间的摩擦通过摩擦起电将电荷传递给调色剂。第三，显影辊必须足够耐用，以在调色剂匣的整个寿命过程中都具有良好的表现。第四，显影辊必须具有良好的释放特性，使显影辊上的调色剂能够离开显影辊转移到感光鼓上的潜影上。第五，相应于电力吸引，如果显影辊是磁性显影辊，显影辊应该是透磁的，以不干扰中心产生的磁场到达显影辊上。制造显影辊的关键问题是耐用性和表现质量的平衡。解决这些问题的方法包括使用金属性质的显影辊，例如Swartz等的美国专利5,749,033号中所述的那样。此类显影辊具有导电、耐久及释放特性，可以通过对基体的喷砂处理构成。另外还有使用导电塑料材料作为显影辊表面的。一种此类辊子在授权给Mahmud的美国专利5,659,862和授权给Nishimura的另一件美国专利4,989,044中进行了描述。
这些在先技术的显影辊不能完全获得使调色剂从显影辊容易地转移到感光鼓或带上的释放特性，改进其释放特性，调色剂的转移效果可以得到改善，在耗费更少的调色剂情况下得到更好的打印结果。关于塑料涂覆的显影辊，最需要考虑的是显影辊表面均衡的导电性与伴随的表面下边均衡的阻容量。另外，在先技术的塑料涂层显影辊采用酚醛树脂作为粘合材料，酚醛树脂易碎，并且磨损较快。本发明描述的改进的显影辊制作方法及所制作的显影辊解决了这些问题并在保持较高耐磨度的同时具有非常高的调色剂转移效率。
发明概述本发明的显影辊具有一个导电的基体，该导电的基体被包含有粉细研磨石墨和湿润剂的聚合物的复合层环绕。这些层经多步喷涂形成。在一个较佳的实施例中，聚合物石墨湿润剂混合物在溶剂中稀释到固体大约占喷剂重量的5％。湿润剂促进了聚合物石墨湿润剂混合物的均匀分布。通过喷涂复合薄层，增进了层间的良好附着。采用湿润剂，促进了石墨在用于提供更好的导电性能的材料中的均匀分布，并且，采用湿润剂还增进了各喷涂层之间、以及聚合物-石墨-湿润剂层与基体之间的附着性。因此，湿润剂的使用，使显影辊更为耐用。可以在聚合物石墨湿润剂混合物的最上面增加一层基本全由石墨构成的涂层。该表面涂层提供了非常好的导电性，非常光滑并具有所需的调色剂释放性能。该最终涂层在优选为异丙醇的溶剂中分散并通过喷涂施加。再有，采用湿润剂确保了表面的石墨和下面的聚合物-石墨-湿润剂层之间的良好附着。石墨湿润剂层便附着到聚合物中的石墨上，在显影辊的使用寿命中保持了基本全石墨的表面。可以施加多层的石墨和湿润剂层。基本石墨和湿润剂层喷涂后，通过羊毛刷或类似材料的抛光，确保石墨和湿润剂压入聚合物的孔隙中以进一步促进其附着力。抛光可以一次完成或随着石墨湿润剂的施加而进行多次。上述的本发明显影辊制作方法易于实现自动化，采用易于获得的材料制出具有出色打印特性的耐用显影辊。
图1是在先技术调色剂匣中显影辊、调色剂和其他主要部件之间的关系示意图。
图2(a)是磁性显影辊侧视图。
图2(b)是磁性显影辊通过直径的截面视图。
图3是本发明显影辊展示显影辊基体和其他通过本发明制作的显影辊各层之间关系的截面视图。
图4是典型显影辊和刮片的视图。
图5是本发明显影辊制作方法的流程示意图。
详细描述本发明的显影辊及其制作方法提供了改进的表面特性，有效地完成将调色剂从显影辊向感光鼓的转移，其物理和化学特性提供了基体与涂层间的更好附着，而且确保显影辊具有更好的耐用性。
图1是在先技术用于图像形成装置的调色剂匣示意图。调色剂1装在公知的容器色斗2中。显影辊3旋转并与吸引调色剂颗粒。刮片4在显影辊3转动时从显影辊3上去掉多余的调色剂。感光鼓5是充电的圆筒，涂覆有硒一类的材料，或更常使用的有机化合物，在曝光区域改变电荷。该感光鼓通过如初级充电辊18的装置进行充电，既可以向感光鼓5输入均一的正电荷，也可以是均一的负电荷。感光鼓5旋转经过初级充电辊18，然后被激光6照射。那些被激光6照射的感光鼓5表面的区域改变其电荷，与未被照射过的区域相比具有更多的正电荷或相对更多的负电荷。在模拟复印装置中反射光代替了激光6。随着感光鼓5继续旋转，感光鼓5表面的被照射区域移动到与显影辊3相邻。显影辊3表面的调色剂1被吸引到感光鼓5不同的电荷区域。鼓继续旋转。鼓上的调色剂被带到接近的纸张或其他介质7上。该介质7已经被充电以吸引调色剂。调色剂1以通过激光6写入到感光鼓5上的图像形式转移到介质7上。介质之后通过热熔辊9将调色剂热熔在介质7上得到永久的图像。显影辊3旋转与调色剂1邻接。显影辊将以磁性吸引调色剂1到其表面，如果是磁性显影辊的话；或者，如果是非磁性调色剂，则以静电吸引调色剂1到其表面。随着显影辊旋转，调色剂1被带到附近的刮片4，它计量显影辊3表面的调色剂1的量。刮片4与显影辊3之间的摩擦有助于对调色剂1摩擦充入所需的电荷。这些充电的调色剂1之后可以移动到感光鼓5上不同的电荷区域。
调色剂1与磁辊3和显影辊4之间的摩擦导致显影辊3表面的磨损。图5展示了这种相互作用。显影辊3表面的结构有助于摩擦起电过程，并改善了显影辊3的调色剂携带特性。如果显影辊3的表面不耐久，则摩擦将磨掉显影辊的表面轮廓而减少调色剂的携带量和对调色剂的摩擦充电量。显影辊的外表面12还必须是光滑的。如果不是，调色剂颗粒将吸附在显影辊上而不能转移到鼓上。无法转移的粘着调色剂层会进一步降低打印的质量。
本发明提供了一种满足这种耐用、光滑水平要求，基本为全石墨外层17，结合有表面具有湿润剂的以复合细层构成的聚合物石墨湿润剂耐久复合层。图3展示了本发明显影辊的截面视图。显影辊的外表面12是基本全石墨层17的外表面。在其下面，是在显影辊基体18上的聚合物、石墨和湿润剂层16。显影辊基体18优选为铝质，但也可以是具有导电性的聚合物或其他金属。这种结构和制作方法的优点将在下面描述。
制作显影辊的方法如图5所示，且如下所述首先，制备石墨混合物19。石墨颗粒必须具有相对均匀且颗粒较小，优选在.3至10微米范围内。石墨与适当的溶剂一起在振动的球磨或研磨状态下被碾磨。尽管可以使用各种溶剂，但最佳的实例是PMA(propylene glycol methyl ether acetate)和丙酮的混合物。溶剂的选择应使其具有足够低的沸点以使干燥迅速并防止滴流，但也必须足够高，使喷涂时的覆层均匀。当石墨碾磨到合适的尺寸，加入湿润剂20。湿润剂是一种用来确保颗粒单体彻底混合在溶剂中的产品。湿润剂包括各种物质，具有在油漆工业中公知的分散特性。所不为人知的是湿润剂还可以有助于附着。本发明人发现了湿润剂促进聚合物-石墨-湿润剂层16在显影辊基体18、以及聚合物-石墨-湿润剂层相互之间附着的应用。在该优选实施例中，使用了BIC Chemie生产的Antiterra U湿润剂。其他湿润剂也可以使用。石墨与湿润剂的比例最好在50比1，但其他比例也将提供满意的结果。
在下一步中，向石墨和湿润剂混合物21中加入合适的聚合物在一个合适数值的碾磨下确保所有组份的完全分散。尽管可以使用一系列不同的聚合物，在优选的实施例中，使用了一种有弹性的弹性聚合物，最好是两组份固结(two-partblocked)热反应聚氨酯。弹性聚合物给显影辊提供了额外的韧性和弹性。优选实施例中，聚合物-石墨湿润剂组合比例为60份聚合物比40份石墨和湿润剂。该混合物进一步被溶剂稀释到固体物质大约占5％。聚合物-石墨-湿润剂混合物中湿润剂进一步确保溶解的物质的良好分散。
制备合适的聚合物-石墨-湿润剂之后，下一步制备具有导电结构的基体18。尽管可以采用模制的导电塑料，优选实施例中采用了一个铝质结构。导电基体18呈圆筒或管状。如果是铝质管，可通过挤出或钻孔成型。管体以合适的直径和长度成型后，进行组织结构成型。组织结构成型可以通过各种不同的方法进行，包括喷砂或振动研磨。在优选实施例中，喷砂介质采用玻璃介质进行。组织结构成型后，显影辊18的基体准备进行涂覆。聚合物-石墨-湿润剂层16的目的在于提供一个耐磨的基体，它有助于保持富集的石墨表面。相比没有该覆层的显影辊基体，它提供了更好的质量。例如，如果显影辊基体18是铝质的且没有涂覆，它将氧化而改变其性能特征。还有，铝质相对较软，将很快地被调色剂1和刮片4磨损。
聚合物-石墨湿润剂层16通过喷涂22将材料施加到导电基体18上。聚合物-石墨湿润剂层最好采用空气刷或类似喷涂工具以多个薄层涂覆在显影辊基体18上。通过采用多次少量喷涂高度稀释的聚合物-石墨湿润剂，可以确保涂覆材料的均一性和涂层之间较好的附着质量。再有，湿润剂起着至关重要的作用。湿润剂改善了材料层间及不同类型材料间的粘结。本发明人的实践证明，同一种材料单次喷涂不使用湿润剂，和多次喷涂使用湿润剂，优选是二十次或更多，极大地改善了聚合物-石墨湿润剂层和显影辊基体18之间的粘结。
聚合物-石墨湿润剂层的喷施以多步进行。每一步之后，显影辊基体及部分施加的聚合物石墨湿润剂层16都被烘箱干燥或挥发掉溶剂23。在显影辊基体18被干燥和涂覆的部分聚合物-石墨-湿润剂层被冷却后，可以进行另一步聚合物-石墨-湿润剂层喷施22。这一步可以重复24进行至所需的次数，优选为20-30次，层间大约.03至1.25微米厚度。聚合物-石墨湿润剂层16的厚度可以变化，但优选的实施例中大约在1至25微米。当所有需要的材料施加到显影辊基体18上之后，固结的聚氨酯通过加热显影辊基体18和聚合物-石墨湿润剂层16被硬化或交联25。这进一步改善了各喷涂层之间、以及聚合物石墨湿润剂层16和显影辊基体18之间的附着。
石墨-湿润剂层17以相似的方式，在施加聚合物之前制备石墨和湿润剂层。石墨通过合适的碾磨减小到细微的尺寸，优选是结合溶剂的振动碾磨。本例子中溶剂优选为异丙醇。该层由于将施以研磨进一步散布，可选用较高沸点的溶剂。之后，将湿润剂加到石墨溶剂混合物中。另外，湿润剂可以在碾磨过程中加入。在优选实施例中，石墨和湿润剂的比例为50比1，尽管其他比例也能产生满意的效果。BICChemie的AntiTerra U是优选的湿润剂，尽管也可以选用其他的。
石墨湿润剂混合物之后被进一步稀释，直至固体成分大约占溶剂的3％。石墨-湿润剂层17之后通过空气刷或类似的精细喷涂工具向聚合物-石墨湿润剂层16上喷施26。湿润剂在石墨湿润剂层中保证了暴露的石墨颗粒与聚合物-石墨湿润剂层之间，以及石墨与石墨湿润剂层之间的良好附着。石墨湿润剂层17的喷施26可以重复多步28，优选为3个或更多，可以有20步之多。喷施每一层石墨湿润剂层之后，使每层进行挥发27，去除溶剂。基本全石墨层17被抛光29，使石墨均匀分布在显影辊的表面，并使石墨湿润剂材料进入聚合物石墨湿润剂层的孔和裂隙中。抛光29保证了石墨湿润剂在表层上以及石墨在聚合物下面的结合强度。这种结合使基本全石墨层17处于显影辊3的外层12上。抛光29可以在每一步后重复28，或在每几层石墨湿润剂施加后重复28。
通过设置基本全石墨表层，本显影辊具有能够完全释放调色剂的出色的电气和光滑特性。由于湿润剂确保了石墨在聚合物石墨湿润剂层表面的附着强度，基本全石墨层能够在显影辊整个使用寿命中得到保持。通过采用具有弹性的弹性聚合物，如聚氨酯，聚合物石墨湿润剂层的磨损被降低或消除。
本发明的显影辊还表现出其他的优点。通过清洁显影辊和重新施加基本全石墨层以及湿润剂，显影辊在初始周期后可以重复利用。因此，可以再利用的显影辊对环境和减少制作显影辊的必需步骤，乃至最终使用者的使用成本都具有重要意义。本显影辊特别适合对调色剂匣进行再生制作的个人或公司。再生的调色剂匣指经过一次使用后再重新加入调色剂并更换磨损的零件。本发明的显影辊使得通过翻新表面的石墨层而快速恢复使用。虽然本发明人采用了特定的材料，在本发明实质范围内，利用其他的材料和改进对于本领域技术人员是显而易见的。
权利要求
1.一种制作用于图像形成装置的显影辊的方法，所述方法包括步骤制备导电基体，用可喷涂的溶剂来混合聚合物与精细研磨的石墨及湿润剂，形成聚合物、石墨、湿润剂和溶剂的混合物，将所述聚合物、石墨、湿润剂和溶剂的混合物喷施到导电基体上，以形成聚合物-石墨-湿润剂层。
2.如权利要求1的方法，进一步包括施加多于一层的聚合物-石墨-湿润剂层。
3.如权利要求2的方法，其特征在于，进行多于二十次的聚合物-石墨-湿润剂层的涂覆。
4.如权利要求3的方法，进一步包括在喷涂聚合物-石墨-湿润剂之后烘干显影辊的步骤。
5.如权利要求4的方法，进一步包括在每一步干燥显影辊之后，并在进行下一步施加涂覆之前，空气冷却显影辊的步骤。
6.如权利要求1的方法，其特征在于，聚合物石墨湿润剂层为按重量大约60％的聚合物，大约40％的石墨，以及少于约1％的湿润剂。
7.如权利要求1的方法，进一步包括在加入聚合物前在溶剂中彻底混合石墨和湿润剂的步骤。
8.如权利要求6的方法，其特征在于，石墨和湿润剂通过在加入聚合物前振动碾磨三天以上而被彻底地混合。
9.如权利要求1的方法，进一步包括将聚合物-石墨-湿润剂和溶剂混合物在另外的溶剂中稀释，直至聚合物-石墨-湿润剂在混合物重量中小于5％。
10.如权利要求1的方法，其特征在于，溶剂是PMA和丙酮的混合物。
11.如权利要求5的方法，其特征在于，聚合物是两组分热固化聚氨酯。
12.如权利要求11的方法，进一步包括加热涂覆的辊子使聚氨酯交联的步骤。
13.如权利要求1的方法，进一步包括在第二种溶剂中混合石墨和湿润剂，并在聚合物-石墨-湿润剂层表面喷施石墨富集的石墨和湿润剂层的步骤。
14.如权利要求13的方法，其特征在于，石墨富集层是通过多次涂覆来施加的。
15.如权利要求14的方法，进一步包括从石墨富集层中干燥第二溶剂的步骤。
16.如权利要求15的方法，进一步包括抛光石墨富集层以确保基本全石墨的表面均匀，并帮助石墨附着于聚合物-石墨-湿润剂层。
17.如权利要求13的方法，其特征在于，第二溶剂是异丙醇。
18.如权利要求1的方法，其特征在于，石墨颗粒尺寸平均约六微米。
19.如权利要求13的方法，其特征在于，石墨富集层的导电性大于聚合物石墨湿润剂层的导电性。
20.如权利要求1的方法，其特征在于，导电基体是铝管。
21.一种制作用于图像形成装置的显影辊的方法，所述方法包括步骤制备导电基体，用可喷涂的溶剂混合聚合物与精细研磨的石墨及湿润剂，形成聚合物、石墨、湿润剂和溶剂的混合物，向导电基体喷施一薄层所述聚合物、石墨、湿润剂和溶剂的混合物，在导电基体上形成一个聚合物-石墨-湿润剂薄层。
22.如权利要求21的方法，其特征在于，聚合物-石墨-湿润剂薄层的厚度在大约1.25微米和.03微米之间。
23.如权利要求21的方法，进一步包括施加多于一层的聚合物-石墨-湿润剂层。
24.如权利要求21的方法，进一步包括施加大约20至30层聚合物-石墨-湿润剂层的步骤。
25.如权利要求21的方法，进一步包括在喷涂聚合物-石墨-湿润剂层之后烘干显影辊的步骤。
26.如权利要求.22的方法，进一步包括在每一步干燥显影辊之后，并在进行下一步施加聚合物-石墨-湿润剂层之前，空气冷却显影辊的步骤。
27.如权利要求21的方法，其特征在于，聚合物石墨湿润剂层为按重量大约60％的聚合物，大约40％的石墨，以及少于约1％的湿润剂。
28.如权利要求21的方法，进一步包括在加入聚合物之前，在溶剂中彻底地混合石墨和湿润剂的步骤。
29.如权利要求21的方法，进一步包括将聚合物-石墨-湿润剂和溶剂混合物在另外的溶剂中稀释，直至聚合物-石墨-湿润剂在混合物重量中小于5％。
30.如权利要求21的方法，其特征在于，溶剂是PMA和丙酮的混合物。
31.如权利要求21的方法，其特征在于，聚合物是两组分热固化聚氨酯。
32.如权利要求29的方法，进一步包括加热涂覆的辊子使聚氨酯交联的步骤。
33.如权利要求21的方法，进一步包括在第二种溶剂中混合石墨和湿润剂，并在聚合物-石墨-湿润剂层表面喷施石墨富集的石墨和湿润剂层的步骤。
34.如权利要求31的方法，其特征在于，石墨富集层是通过多次涂覆来施加的。
35.如权利要求32的方法，进一步包括从石墨富集层中干燥第二溶剂的步骤。
36.如权利要求31的方法，进一步包括抛光石墨富集层以确保基本全石墨的表面均匀，并帮助石墨附着于聚合物-石墨-湿润剂层。
37.如权利要求31的方法，其特征在于，第二溶剂是异丙醇。
38.如权利要求13的方法，其特征在于，石墨富集层的导电性大于聚合物石墨湿润剂层的导电性。
39.如权利要求1的方法，其特征在于，导电基体是铝管。
全文摘要
一种制作显影辊的方法，其中，将湿润剂加到聚合物和石墨中以确保石墨彻底的分散。显影辊性能的进一步改善是通过喷施一个石墨和湿润剂的表面层并在喷施后抛光该层得到的。所发现的另外的改进是采用多步喷涂薄层以改善所喷施覆层间的附着性。
文档编号B25F5/00GK1529640SQ01823473
公开日2004年9月15日 申请日期2001年11月2日 优先权日2001年11月2日
发明者斯沃茨·爱德文, 尤金·H·托马斯, H 托马斯, 斯沃茨 爱德文 申请人:静态控制元件公司