(57)【要約】【課題】スカベンジレスまたはハイブリッドスカベンジレス現像システム等のドナー部材であって、導電性または半導電性コーティングを施したドナー部材を提供する。【解決手段】ドナー部材の基材の表面に、セラミックと金属の混合物からなるコーティングを、プラズマスプレー法によって形成する。該セラミックは、アルミナ、酸化クロム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ジルコニウム等であり、該金属は、モリブデン、タングステン、タンタル等からなる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、該基材上の、セラミックと金属を含むコーティングを備えるドナー部材。
【請求項２】
請求項１に記載のドナー部材であって、該セラミックは、アルミナ、酸化クロム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ジルコニウム、およびこれらの混合物からなる群より選択されるドナー部材。
【請求項３】
請求項１に記載のドナー部材であって、該金属は、モリブデン、タングステン、タンタル、およびこれらの混合物からなる群より選択されるドナー部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディジタル、イメージオンイメージ、画像形成、複写および印刷用の装置ならびに機械を含むイオノグラフィーまたは電子写真装置の部材用のコーティングに関する。本実施形態において、本発明はドナー部材用のコーティングに関する。また本発明は、ドナーロール等を含むドナー部材のコーティング、およびドナー部材に近接配置されて現像ゾーン中でトナーパウダークラウドを形成して潜像を現像する電極のコーティングに関する。また本発明は、特にスカベンジレスまたはハイブリッドスカベンジレス現像システム等のドナー部材または搬送部材用の導電性または半導電性のオーバーコーティングに関する。本実施形態において、コーティングには金属とセラミックとの混合物が含まれる。
【背景技術】
【０００２】
米国特許第５，６００，４１４号は、混合セラミック層を有する帯電ローラを開示している。該セラミック層には、所定の比率で混合された絶縁セラミック材料と半導体セラミック材料との混合物をプラズマスプレーしたものが包含される。望ましい混合物は、アルミナとチタニアからなる（特許文献１参照）。
【０００３】
米国特許第６，５６０，４３２号Ｂ１は、セラミック外層コーティングを有するドナーロールを開示する。該コーティングは、所定の比率の純アルミナと純チタニアとを有機系結着剤で結着した粒子からなる（特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５，６００，４１４号明細書
【特許文献２】米国特許第６，５６０，４３２号明細書
【０００５】
上記文献には、所望の範囲内の導電性、または抵抗率のドナー部材、余剰電圧を最小化するドナー部材、比較的均一であり、実質的にディフェクトおよびピンホールのないドナー部材、数百万枚のコピーおよび／またはプリント（例えば、１０００００００枚のコピーまたはプリント）に対する耐久性を有するドナー部材、様々な温度および湿度で安定した性能のドナー部材、生産コストの低いドナー部材、および環境に適合するドナー部材の提供への必要性が掲げられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ドナー部材のコーティングが、絶縁性バインダー中に分散された導電性粒子を含むことはよく知られている。所望の体積抵抗率は、導電性材料の充填量を調節することで得られる。しかし、臨界点（percolation threshold）またはその近傍における非常に小さな導電性材料の充填量の変化は、抵抗率の劇的な変化の原因となり得る。さらに、そのような材料の粒子サイズや粒子形の変化は、一定質量の充填において、抵抗率の広い変化の原因となり得る。もし、抵抗率が低すぎると、電圧がコーティングと接触する電極または材料に印加された場合、絶縁破壊が起こり得る。さらに、抵抗による熱がコーティングに穴を形成する原因となり得る。抵抗率が高すぎると、オーバーコーティングの表面の電荷蓄積(charge accumulation)が、トナーに作用する静電的な力を変化させる電圧を生み出してしまう。
【０００７】
一般に、セラミック材料は、ハイブリッドスカベンジレス現像装置およびハイブリッドジャンピング現像装置（ＨＪＤ）におけるドナー部材に使用されている。いくつかの問題は、不均一の厚み、不均一のラン−アウト、ピンホールディフェクトおよび表面仕上げを含むセラミック材料の使用と関連付けられる。これらの問題はプリントディフェクトにつながる。それらの問題を克服することは容易でない。なぜならば、それれは、セラミック材料の高温の熱的スプレーコーティングの間の、基材の変形（変化）に関係しているからである。セラミックコーティングを研磨することは、望ましい表面仕上げを提供するために必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態は、基材と、該基材上の、セラミックと金属を含むコーティングを備えるドナー部材を含む。
【０００９】
本発明の実施形態は、更に、表面上に記録された潜像を現像する装置を含む。該装置は、ａ）ワイヤー支持体と、ｂ）表面から間隔を空けて配置され、表面に対向する領域にトナーを搬送するドナー部材と、ｃ）表面とドナー部材との間の空間に配置された電極部材とを含む。該ドナー部材は基材と、基材上の、セラミックと金属を含むコーティングを備える。該電極部材は、ドナー部材に近接して配置され、ドナー部材からトナーを分離させて電極部材と表面との間の空間にトナークラウドを形成して、トナークラウドから分離したトナーが潜像を現像するように電気的にバイアスされている。
【００１０】
さらに、本発明の実施形態は、記録媒体上に画像を形成する画像形成装置を含む。該装置は、ａ）静電潜像を受ける電荷保持表面と、ｂ）電荷保持表面にトナーを付与して静電潜像を現像して、電荷保持表面上に現像した画像を形成する現像構成要素と、ｃ）現像した画像を電荷保持表面から複写基材へ転写する転写構成要素とを含む。該現像構成要素は、基材と、基材上の、セラミックと金属を含むコーティングを備える。
【００１１】
本発明のコーティングでは、導電性材料の充填に対する、上記抵抗率の敏感さの問題は、回避され、あるいは最小限に留められる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、ディジタル、イメージオンイメージ、画像形成および印刷装置等の電子写真装置用の現像装置、特にハイブリッドスカベンジレス現像装置およびハイブリッドジャンピング現像装置におけるドナー部材用のコーティングに関する。
【００１３】
図１を参照すると、一般的な静電複写装置において、コピーされる原稿の光像が静電潜像として感光部材上に記録され、その後、潜像は、一般にトナーと称されるエレクトロスコピックな熱可塑性樹脂粒子を利用することによって可視状態される。具体的には、ホトレセプタ１０の表面は、電源１１から電圧が供給された帯電装置１２によって帯電される。その後、ホトレセプタは、画像に関してレーザおよび発光ダイオード等の光学システムすなわち画像入力装置１３からの光に曝されて、静電潜像を形成する。一般に、静電潜像は、現像剤ステーション１４からの現像剤混合物を静電潜像と接触させて現像される。図１にはドナーローラ４０を示す。現像は、磁気ブラシ、パウダークラウド、またはその他の公知の現像方法を利用して行うことができる。乾式現像剤混合物は、通常は、摩擦電気で付着するトナー粒子を有するキャリア粒からなる。トナー粒子はキャリア粒から潜像に引き付けられて、潜像上にトナー粉末像を形成する。あるいは、トナー粒子を分散した液体キャリアを含む液体現像剤材料を用いてもよい。
【００１４】
トナー粒子は、光導電表面上に堆積後、画像構成上、圧力転写または静電転写によって転写手段１５でコピーシート１６に転写される。または、現像された画像を中間転写部材またはバイアス転写部材に転写して、その後、コピーシートに転写してもよい。コピー基材の例としては、紙、ポリエステルおよびポリカーボネート等の透明材料、布、木、または最終画像を形成出来るいかなる他の所望の材料がある。
【００１５】
現像した画像の転写が完了すると、コピーシート１６は、図１ではフューザロール２０と圧力ロール２１として示される（ただし本発明の装置では、圧力ロールと接触するフューザベルト、圧力ベルトと接触するフューザベルト等の任意の他のフュージング構成要素を利用することが可能である）フュージングステーション１９へ進み、フュージング部材と圧力部材間にコピー用紙１６を通過させることにより、現像した画像がコピー用紙１６に融着されて永久画像を形成する。あるいは、転写および融着はトランスフィックス法によって行ってもよい。
【００１６】
転写後、ホトレセプタ１０はクリーニングステーション１７へ進み、ブレード１（図１に示す）、ブラシ、またはその他のクリーニング装置を使用して、ホトレセプタ１０上に残留したトナーがクリーニングされる。
【００１７】
次に図２を参照すると、本発明の一実施形態では、現像装置１４は、光導電性表面１０上に記録された潜像を現像する。望ましくは、現像装置１４はドナーローラ４０と１つまたは複数の電極部材４２とを備える。電極部材４２は、ドナーロール４０からトナーを分離してドナーロールと光導電性表面１０間の空間にトナーパウダークラウドを形成するように、ドナーロール４０に対して電気的にバイアスされる。潜像はトナーパウダークラウドからトナーを引き付け、潜像上にトナー粉末像を形成する。ドナーロール４０は、少なくとも部分的に、現像剤ハウジング４４のチャンバ内に設置される。現像剤ハウジング４４中のチャンバ７６は、トナー粒子が摩擦電気で付着したキャリア粒を少なくとも含む２成分現像剤材料である現像剤材料の供給物を貯蔵する。ハウジング４４のチャンバ内部に配置した磁気ローラ４６は、現像剤材料をドナーローラ４０へ運ぶ。磁気ローラ４６は、トナー粒子が磁気ローラからドナーローラへ引き付けられるようにドナーローラに対して電気的にバイアスされている。
【００１８】
ドナーローラは、ホトレセプタ１０の移動方向と「同方向」または「逆方向」のいずれかの方向に回転できる。図２では、ドナーローラ４０は矢印６８の方向に回転している状態を示す。同様に、磁気ローラはベルト１０の移動方向に対して「同方向」または「逆方向」のいずれかの方向に回転できる。図２では、磁気ローラ４６は矢印９２の方向に回転している状態を示す。ホトレセプタ１０は矢印４５の方向に移動する。
【００１９】
図示される一対の電極部材４２は、ドナーローラ４０の長手方向にほぼ平行に延びる。電極部材は、ドナーローラ４０と近接して配置される１つ以上の薄い（すなわち直径５０μｍ〜１００μｍ）ステンレス鋼またはタングステン製の電極部材から構成される。電極部材とドナーローラとの間の距離は、約５μｍ〜約３５μｍ、または約１０μｍ〜約２５μｍすなわちドナーロール上のトナー層の厚さである。電極部材は、ドナーローラ上のトナーの厚さ分だけドナーローラから自動的に間隔が開けられる。
【００２０】
図２に示すように、電極部材にはＡＣ電圧源７８から交流電気バイアスがかけられる。印加されたＡＣ電圧によって電極部材間に交流静電界が形成され、ドナーローラはドナーローラの光導電性部材からトナーを分離できるようになり、電極部材の周囲にホトレセプタ１０と実質的には接触しないような高さのトナークラウドを形成する。ＡＣ電圧の大きさは比較的低く、ピーク電圧は約２００ボルト〜５００ボルト程度、周波数は約９ｋＨｚ〜約１５ｋＨｚである。ドナーローラ４０に約３００ボルトの電圧を印加するＤＣバイアス供給源８０は、光導電性部材１０とドナーローラ４０間に静電界を形成し、電極部材を取囲むクラウドから分離したトナー粒子を、光導電性部材上に記録された潜像に引き付ける。電極部材とドナーローラ間の距離が約１０μｍ〜約４０μｍの状態で、２００ボルト〜５００ボルトの電圧を印加することにより、エアーブレークダウンの危険なく比較的大きな静電界を形成できる。磁気ローラ４６に約１００ボルトの電圧を印加するＤＣバイアス供給源８４は、磁気ローラ４６とドナーローラ４０との間に静電界を形成して、ドナーローラと磁気ローラとの間にトナー粒子を引き付ける静電界を形成する。
【００２１】
本発明の他の実施形態では、キャリアのないトナーからなる一成分の現像剤材料を使用してもよい。この構成では、現像ハウジング中には磁気ローラ４６は存在しない。この実施形態の詳細は米国特許第４，８６８，６００号に記載されている。
【００２２】
本発明のドナー部材は、図２または図３に示すようなドナーローラとして構成してもよいし、または他の公知の構成にしてもよい。図３に示すように、ドナー部材４０は、基材４１を備える。該基材４１は、銅、アルミニウム、ニッケル等の金属からなる金属基材、ポリエステル、ポリイミド、ポリアミド等のプラスチック基材、およびガラス等の基材から構成されても良い。該基材には、所望により、薄い金属フィルムおよびセラミックと金属の混合物を含むコーティング４３をコーティングしてもよい。
【００２３】
好ましいセラミックの例としては、純粋アルミナ等のアルミナ、酸化クロム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ジルコニウム、および同様のセラミック、ならびにこれらの混合物がある。
【００２４】
好ましい金属の例としては、モリブデン、タングステン、タンタル、および同様の金属、ならびにこれらの混合物がある。
【００２５】
外側混合コーティング中に含まれる金属量は、外層中の金属およびその他の固体の総質量に対して約１質量％〜２０質量％、または総固体質量に対して約１０質量％〜約１２質量％である。外側混合コーティング中に含まれるセラミック量は、総固体質量に対して約８０質量％〜約９９質量％、または約９０質量％〜約９２質量％である。
【００２６】
一実施形態において、ドナー部材の外層はモリブデンとアルミナの混合物を含む。
【００２７】
本実施形態では、ドナー部材の外側コーティングの抵抗率は、約１０３ｏｈｍｓ−ｃｍ〜約１０１０ｏｈｍｓ−ｃｍ、または約１０６ｏｈｍｓ−ｃｍ〜約１０９ｏｈｍｓ−ｃｍ、または約１０８ｏｈｍｓ−ｃｍである。
【００２８】
本発明の外側混合コーティングは、サンゴバン社ノースハンプトン工場（Ｓａｉｎｔ  Ｇｏｂａｉｎ  ｏｆ  Ｎｏｒｔｈｈａｍｐｔｏｎ、米国マサチューセッツ州）製造のアルミナパウダーとモリブデンパウダーとを含む公知の材料から製造される。これら材料は、標準的なｖ−ブレンダを使用して、所望の質量比に混合することができる。混合したパウダーは、スプレー、浸漬、ロールコーティング、フローコーティング、押出成形等の公知の方法によって、ドナー部材上にコーティングしても良い。本実施形態では、外層は、ドナー部材基材上に、またはドナー部材基材上のコーティング上にプラズマスプレーによってコーティングされる。
【００２９】
ドナー部材基材の外部混合コーティングは、約２００μｍ〜約４００μｍ、または約２５０μｍ〜約３００μｍの厚さにコーティングされる。
【００３０】
本発明の実施形態では、上述した混合層コーティング上に、付加的に外側保護コーティングを設けてもよい。外側保護層は無機または有機材料を含み、コーティング厚さは約１０ｎｍ〜約１０μｍ、または約０．５μｍ〜約５μｍである。無機コーティングは、ゾル−ゲルプロセス由来のポリシリケート、およびプラズマデポジション由来のダイヤモンド状のナノコンポジット、およびこれらの混合物から構成されてもよい。有機コーティングには、可溶性ポリマーまたは架橋ポリマーが含まれても良い。可溶性ポリマーには、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリシロキサン、およびこれらの混合物が含まれるが、これらに限定されるものではない。架橋ポリマーは、熱または放射線によって硬化するビニルまたはエポキシモノマー、オリゴマーおよびポリマー、不飽和ポリエステル、ポリアミド、カルバゾール含有ポリマー、チオフェン含有ポリマー、ビストリアリールアミン含有ポリマー、およびこれらの混合物からなる群より選択できるが、これらに限定されるものではない。有機コーティングは、保護コーティングの質量に対して質量比約０．１％〜約５０％の添加剤を含んでもよい。添加剤には、電荷伝達分子および酸化剤、酸化電荷伝達分子塩、およびシリカ、ポリテトラフルオロエチレンすなわちＴＥＦＬＯＮ（登録商標）粉末等の粒状フィラー、カーボンファイバ、カーボンブラック、およびこれらの混合物を含んでも良いが、これらに限定されるものではない。本実施形態において、外側保護コーティングは使用されなくても良い。
【００３１】
混合コーティングは、ドナーローラ、ベルトを含むドナー部材上にコーティングしてもよいし、または電極ワイヤー等の電極ドナー部材上に塗布してもよい。外側コーティングは、ダイヤモンドホィールを用いて所望の表面仕上げおよび厚さに研磨してもよい。
【実施例１】
【００３２】
〔ローラ基材の準備〕
ローラ基材または芯材は、グリットブラストによって好ましい表面仕上げにすることができる。
【実施例２】
【００３３】
〔接着層の準備〕
接着層を用いて、ローラまたはスリーブへのコーティングの接着力を高めることができる。プラクスエア社（Ｐｒａｘａｉｒ，Ｉｎｃ．米国コネチカット州）から製品名ＣＯ−１０６−１として販売されているクロム  アルミニウム  イットリウム  コバルト  パウダーを、製造業者が該パウダー用に推奨するスプレーパラメータに従ってグリットブラストしたスチール基材上にプラズマスプレーできる。この後、クロムアルミニウムイットリウムコバルトパウダーと、スルザーメテコ社（Ｓｕｌｚｅｒ  Ｍｅｔｃｏ，Ｉｎｃ．）から製品名１０２として販売されている二酸化チタンとを、体積比１：１で混合したものからなる中間コーティングをオプションでプラズマスプレーしてもよい。これら以外の市場入手可能な接着層も、接着または中間コーティングのいずれかまたは両方に利用できると考えられる。
【実施例３】
【００３４】
〔混合セラミック／金属コーティング〕
混合したアルミナ／モリブデン層のプラズマスプレーコーティングを、ＳＧ１００トーチを使用してプラクスエア社の溶射装置を用いて行った。パウダーはサンゴバン社ノースハンプトン工場から入手し、特定の質量比に機械的に混合した。このコーティングは、２５０μｍ〜４００μｍ厚さでスプレーされて得られた。これ以外の他のプラズマコーティング方法では、他の装置、気体、および／またはパウダー粒子サイズを適用でき、その場合、各パラメータは同一または同様の結果を得るように調整できる。例えば、高速ガスフレーム（ＨＶＯＦ）法またはその他の溶射方法が適用可能で、かつ上記に匹敵かつ等価のコーティング結果をうまく達成できると考えられる。
【実施例４】
【００３５】
〔混合アルミナ／モリブデン外部コーティングの研磨〕
コーティングを１５０μｍ〜２００μｍの厚さに研磨して、所望の直径および表面仕上げにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る画像形成装置の概略図である。
【図２】電子写真装置において有用な現像装置の一実施形態の概略図である。
【図３】ドナーロールの拡大図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  ホトレセプタ、１４  現像剤ステーション、４０  ドナーローラ、４１  ドナーローラ基材、４２  電極部材、４３  ドナーローラ外側コーティング、４６  磁気ローラ。
【図１】
2005148739.tif 000002
【図２】
2005148739.tif 000003
【図３】
2005148739.tif 000004