Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Reinigungsvorrichtung in einer Druck- oder Kopiervorrichtung, und im Besonderen betrifft diese Erfindung eine Tonerentfernungsklinge zum Reinigen einer darin angeordneten Walze.

Beispiele von Reinigungssystemen, Tonerentfernungssystemen und Tonerentfernungsklingen sind in den Dokumenten US-A-3.572.923; US-A-5.209.997; US-A-5.243.385; US-A-5.512.995; US-A-5.732.320; US-A-6.088.564; US-A-6.134.405; US-A-6.263.180 und US-A-6.282.401 zu finden.

In den Ausführungsformen wird eine Tonerentfernungsklinge bereitgestellt, die ein Stahlelement mit einer Länge, einer Breite und einer Dicke umfasst. Eine Beschichtung, die Titannitrid umfasst, ist auf wenigstens einem Teil des Stahlelementes abgeschieden. Die Beschichtung hat eine Dicke in dem Bereich von 0,1 &mgr;m bis 4 &mgr;m. Der Stahl kann ein Kohlenstoffstahl, Sorte 1095, oder ein Edelstahl, Sorten 301 und 302, sein. Die Oberflächenhärte der Tonerentfernungsklinge kann bis zu 80 Rockwell C sein.

In den Ausführungsformen wird eine Tonerentfernungsklinge bereitgestellt, die ein Stahlelement mit einer Länge, einer Breite und einer Dicke umfasst. Eine Beschichtung, die Wolframkarbid umfasst, ist auf wenigstens einem Teil des Stahlelementes abgeschieden. Die Beschichtung hat eine Dicke in dem Bereich von 0,1 &mgr;m bis 4 &mgr;m. Der Stahl kann ein Kohlenstoffstahl, Sorte 1095, oder ein Edelstahl, Sorten 301 und 302, sein. Die Oberflächenhärte der Tonerentfernungsklinge kann bis zu 68 Rockwell C sein.

In den Ausführungsformen wird eine Tonerentfernungsklinge bereitgestellt, die ein Stahlelement mit einer Länge, einer Breite und einer Dicke umfasst. Eine Beschichtung, die in Diamant eingebettetes Chrom enthält, ist auf wenigstens einem Teil des Stahlelementes abgeschieden. Die Beschichtung hat eine Dicke in dem Bereich von 2,5 &mgr;m bis 7,5 &mgr;m. Der Stahl kann ein Kohlenstoffstahl, Sorte 1095, oder ein Edelstahl, Sorten 301 und 302, sein.

In den Ausführungsformen wird ein Verfahren zum Herstellen einer Tonerentfernungsklinge bereitgestellt, das umfasst: Bereitstellen eines Stahlelementes mit einer Länge von bis zu 40 mm und einer Dicke von bis zu ungefähr 100 &mgr;m; Aufbringen einer Titannitrid- oder Wolframkarbid-Beschichtung mit einer Dicke in dem Bereich von 0,1 &mgr;m bis 4 &mgr;m auf wenigstens einem Teil der Oberfläche des Stahlelementes unter Verwendung der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD – Physical Layer Deposition) oder der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD – Chemical Vapor Deposition) bei einer Temperatur in dem Bereich von 21°C bis 232°C (70°F bis 450°F). Alternativ dazu kann die Beschichtung in Diamant eingebettetes Chrom (Annoloy XADC) mit einer Dicke in dem Bereich von 2,5 &mgr;m bis 7,5 &mgr;m enthalten, wobei die Beschichtung unter Verwendung eines Armoloy-Beschichtungsverfahrens bei einer Temperatur in dem Bereich von 21°C bis 93°C (70°F bis 200°F) abgeschieden wird. Das Verfahren kann das Bereitstellen eines Kohlenstoffstahls, Sorte 1095, oder eines Edelstahls, Sorten 301 und 302, umfassen.

In den Ausführungsformen wird eine Vorrichtung zum Entfernen von Teilchen von einer Oberfläche einer Walze bereitgestellt, die ein Gehäuse, eine Walze, eine Tonerentfernungsklinge und einen Tonerentfernungsklingen-Halter umfasst. Das Gehäuse definiert eine offene Kammer. Die Walze ist drehbar in dem Gehäuse angebracht. Die Tonerentfernungsklinge hat eine Länge, eine Breite, eine Dicke, ein freies Ende sowie ein befestigtes Ende. Das freie Ende ist in Kontakt mit der Walze. Die Tonerentfernungsklinge umfasst ein Stahlelement und eine Titannitrid- oder Wolframkarbid-Beschichtung mit einer Dicke in dem Bereich von 0,1 &mgr;m bis 4 &mgr;m, die auf wenigstens einem Teil des Stahlelementes abgeschieden ist. Die Beschichtung kann alternativ dazu in Diamant eingebettetes Chrom (Armoloy XADC) mit einer Dicke in dem Bereich von 2,5 &mgr;m bis 7,5 &mgr;m enthalten. Der Tonerentfernungsklingen-Halter ist an einem Ende mit dem Gehäuse verbunden und ist an einem anderen Ende des Tonerentfernungsklingen-Halters mit dem befestigten Ende der Tonerentfernungsklinge verbunden, wobei das freie Ende der Tonerentfernungsklinge mit der Walze in Kontakt ist. Die Tonerentfernungsklinge kann eine abgeschrägte Kante oder eine rechtwinklige Kante umfassen, die in Kontakt mit der Walze ist. Der Stahl kann ein Kohlenstoffstahl, beispielsweise eine Sorte 1095, und ein Edelstahl, beispielsweise die Sorten 301 und 302, umfassen.

In den Ausführungsformen wird ein Verfahren zum Entfernen von Teilchen von einer Oberfläche einer Walze bereitgestellt, das umfasst: Bereitstellen einer Walze mit einer Oberfläche; Bereitstellen einer Tonerentfernungsklinge mit einer Länge, einer Breite und einer Dicke und einem freien Ende in Kontakt mit der Walze, wobei die Tonerentfernungsklinge ein Stahlelement sowie eine Beschichtung mit einer Dicke in dem Bereich von 0,1 &mgr;m bis 7,5 &mgr;m, die auf wenigstens einem Teil des Stahlelementes abgeschieden ist, umfasst, wobei die Beschichtung Titannitrid, Wolframkarbid oder in Diamant eingebettetes Chrom umfasst; Halten der Tonerentfernungsklinge in einem Tonerentfernungsklingen-Halter; Anwenden einer Kraft auf die Walze unter Verwendung des freien Endes der Tonerentfernungsklinge; und Drehen der Walze und Abschaben des Toners von der Oberfläche. Das Verfahren kann das Bereitstellen eines Kohlenstoffstahls, Sorte 1095, oder eines Edelstahls, Sorten 301 und 302, umfassen. Das Verfahren kann das Bereitstellen einer abgeschrägten Kante oder einer rechtwinkligen Kante an dem freien Ende der Tonerentfernungsklinge mit einer abgeschrägten Kante in Kontakt mit der Walze umfassen.

Im Folgenden werden bestimmte Ausführungsformen in Übereinstimmung mit dieser Erfindung unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben, wobei:

1 eine Vorderansicht einer Reinigungsvorrichtung für eine Laserdruckmaschine ist;

2 eine schematische Darstellung einer Tonerentfernungsklinge ist, die von einem Klingen-Halter hervorsteht;

3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Tonerentfernungsklinge ist, die in Kontakt mit einer Walze ist;

4 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Tonerentfernungsklinge ist, die eine abgeschrägte Kante enthält, die in Kontakt mit einer Walze ist;

5 eine schematische Darstellung noch einer weiteren Ausführungsform der Tonerentfernungsklinge ist, die eine rechtwinklige Kante und eine Beschichtung umfasst, die in Kontakt mit einer Walze sind; und

6 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Tonerentfernungsklinge ist, die eine abgeschrägte Kante und eine Beschichtung umfasst, die in Kontakt mit einer Walze sind.

In Bezug auf 1 wird eine Ausführungsform der Reinigungsvorrichtung für einen Laserdrucker dargestellt. Die Vorrichtung umfasst eine Faserbürstenreinigungsanordnung mit zwei Tonerentfernungswalzen zum Entfernen von Resttoner und Rückständen von dem Bildträger 10. (Obwohl die beschriebene Ausführungsform zwei Tonerentfernungswalzen auf einer Bürste verwendet, funktioniert die vorliegende Erfindung ebenso mit einer Tonerentfernungswalze auf einer Bürste oder mit einer oder mehreren Tonerentfernungswalzen auf anderen Reinigungselementen, wie beispielsweise Walzen aus leitendem Schaumstoff (Conductive Foam) oder Magnetbürstenwalzen.) Eine Faserreinigungsbürste 100 wird zur Drehbewegung in der Richtung des Pfeils 102 über den Motor 104 im Inneren eines Reinigungsgehäuses 106 angetrieben, und unter Vorspannung gesetzt, um den Toner der bevorzugten Polarität mit Hilfe einer DC-(Gleichstrom) Stromquelle 108 zu entfernen. (Die Reinigungsbürste in 1 wird als unter Vorspannung gesetzt dargestellt, die vorliegende Erfindung ist jedoch ebenfalls auf eine mechanische Reinigungsbürste anwendbar.) Eine Faserbürste kann vorteilhafterweise eine Vielzahl von leitenden Reinigungsfasern 110 umfassen, die auf einem leitenden zylindrischen Element 112 angebracht sind. Das Gehäuse 106 kann auf wirtschaftliche Weise als ein einheitliches Strangpressteil mit Aussparungen, die in Übereinstimmung mit den Komponentenanforderungen gebildet werden, hergestellt werden. Resttoner und Verschmutzungen oder Rückstände, wie beispielsweise Papierfasern und Kaolin, werden von der Oberfläche des Fotorezeptorbandes 10 mittels einer Bürstbewegung der Fasern 110 gegen das Band 10 und der von der DC-Stromquelle 108 auf die Fasern angewendeten elektrostatischen Ladung entfernt.

Die unter Vorspannung gesetzten Tonerentfernungswalzen sind in nahe angrenzend an der unter Vorspannung gesetzten Bürste 100 angeordnet, um zu ermöglichen, dass die Tonerentfernungswalzen 114, 120 die Tonerteilchen elektrostatisch von den Bürstenfasern 110 entfernen können. Die Bürstenfasern 110, die Toner sowie Rückstände enthalten, welche von dem Bildträger 10 entfernt wurden, und die sich in Richtung des Pfeils 102 drehen, werden zunächst von einer ersten Tonerentfernungswalze 114 kontaktiert, die zur Drehung in der Richtung des Pfeils 115, derselben Richtung wie die Bürste 100, mit Hilfe eines Motors 117 angetrieben wird. Eine elektrische Vorspannung wird der ersten Tonerentfernungswalze 114 von der DC-Stromquelle 116 zugeführt. Die Tonerentfernungswalze 114 ist an einer Drehposition an der Bürste 100 in geringem Abstand zu der Position gelagert, an der der Kontakt der Bürstenfasern 110 mit der Oberfläche des Bildträgers, wie beispielsweise eines Fotorezeptorbandes 10, aufhört. Eine zweite Tonerentfernungswalze 120 wird zum weiteren Entfernen des verbleibenden Resttoners von der Bürste an einer Position entlang des Umfangs der Bürste 100 bereitgestellt. Ein Motor 122 treibt die Tonerentfernungswalze 120 in der Richtung des Pfeils 124, derselben Richtung wie die Faserbürste 100 und die Walze 114, an. Eine elektrische Vorspannung wird der Tonerentfernungswalze 120 von einer DC-Stromquelle 123 zugeführt. Die Aussparungen 130 und 132 in dem Reinigungsgehäuse 106 sind zum Lagern der jeweils darin angeordneten Tonerentfernungswalzen 114 und 120 bereitgestellt. In diesen Aussparungen und entfernt von der Reinigungsbürste 100 sind die Tonerentfernungsklingen 140, 150 für jeweils die Tonerentfernungswalzen 114, 120 angeordnet.

Die Tonerentfernungsklingen 140, 150 entfernen die Toner- und Rückstandsteilchen von der Oberfläche der Tonerentfernungswalzen 114, 120 durch eine Meißel- oder Abschabbewegung, wenn sich die Klingen 140, 150, wie in 1 dargestellt, in dem Rakelmodus befinden. (Die Tonerentfernungsklingen können die Toner- und Rückstandsteilchen ebenso durch eine Abstreifbewegung von den Tonerentfernungswalzen entfernen, wenn sich die Tonerentfernungsklingen in dem Abstreifmodus befinden.) Die Tonerentfernungsklinge ist ein Metallwerkstoff, der Edelstahl, Aluminium, Phosphorbronze, Berylliumkupfer und Kohlenstoffstahlumfasst. Die entfernten Toner- und Rückstandsteilchen fallen in die Förderschneckenanordnungen und werden zu einem Sammlerbereich oder zu einer Entwicklerstation transportiert.

Im Folgenden wird Bezug auf 2 genommen, in der eine Tonerentfernungsklinge dargestellt wird, die zum Reinigen der Tonerentfernungswalzen 114, 120 verwendet wird. Die Erstreckungslänge (L) ist die Länge der Tonerentfernungsklinge, die sich von dem Klingen-Halter 145, 155 zu dem freien Ende der Tonerentfernungsklinge erstreckt. Die Länge (L) liegt in dem Bereich von 3 mm bis 40 mm. Die Dicke (T) ist die Dicke der Klinge einschließlich der Beschichtung und liegt in dem Bereich von 0,04 mm bis 0,1 mm, im Allgemeinen beträgt sie ungefähr 0,06 mm bis 0,08 mm. Die Breite ist die Breite der Klinge und liegt in dem Bereich von ungefähr 420 mm für „Long Edge Feed" (Zuführung mit der langen Kante) bis 240 mm für „Short Edge Feed" (Zuführung mit der kurzen Kante). (Eine Zuführung mit der kurzen Kante liegt vor, wenn Papier mit den Maßen 216 mm × 356 mm (8-1/2 Zoll × 14 Zoll) dem Kopierer mit der 216 mm (8-1/2 Zoll) Kante zugeführt wird, wobei die typische Verarbeitungsbreite 229 mm (9 Zoll) beträgt, um Kanteneffekte zu vermeiden. Eine Zuführung mit der langen Kante liegt vor, wenn das Papier mit seiner 356 mm (14 Zoll) Kante zugeführt wird.) Der Klingen-Halter ist ungefähr 430 mm für die Zuführung mit der langen Kante und 250 mm für die Zuführung mit der kurzen Kante.

3 illustriert das freie Ende der Klinge, das in Reibungskontakt mit der Tonerentfernungswalze ist, um Teilchen oder Toner von der Oberfläche der Tonerentfernungswalze zu entfernen.

4 illustriert eine Ausführungsform einer Tonerentfernungsklinge mit einem freien Ende mit abgeschrägter Kante, das in Reibungskontakt mit der Walze ist. Die abgeschrägte Kante kann bis auf einen gewünschten Winkel &thgr; in dem Bereich von 35° bis 45°, im Allgemeinen auf ungefähr 30°, geschliffen werden. In den Ausführungsformen stellt die Abschrägung eine Verschleißfläche bereit und die Beschichtung stellt eine im Allgemeinen harte und reibungsarme Oberfläche und Abschlussschicht bereit.

5 illustriert eine Ausführungsform einer Klinge mit einer beschichteten Oberfläche und einem freien Ende mit einer rechtwinkligen Kante zum Kontaktieren der Tonerentfernungswalze.

6 illustriert eine Ausführungsform einer Klinge mit einer beschichteten Oberfläche und einem freien Ende mit einer abgeschrägten Kante zum Kontaktieren der Tonerentfernungswalze.

Die in den Ausführungsformen verwendeten Beschichtungen Titannitrid und Wolframkarbid sind von Balzers Tool Coating Inc., Amherst, NY, USA im Handel erhältlich. Die Beschichtung, die in Diamant eingebettetes Chrom (Armoloy XADC) enthält, ist von Armoloy of Illinois, DeKalb, Illinois, 60115, USA, erhältlich. Die Dicke (T_B) ist die Dicke der Klinge ohne Beschichtungen und liegt in dem Bereich von 0,035 mm bis 0,095 mm, im Allgemeinen beträgt sie ungefähr 0,055 mm. Die Dicke (T_C) der Titannitrid- und Wolframkarbid-Beschichtungen liegt in dem Bereich von 0,1 &mgr;m bis 4 &mgr;m, im Allgemeinen beträgt sie ungefähr 2 &mgr;m. Die Dicke (T_C) der Beschichtung, die in Diamant eingebettetes Chrom enthält, liegt in dem Bereich von 2,5 &mgr;m bis 7,5 &mgr;m, im Allgemeinen beträgt sie ungefähr 4-5 &mgr;m. Die Titannitrid- und die Wolframkarbid-Beschichtung werden unter Verwendung eines physikalischen Gasphasenabscheidungsvorganges (PVD-Vorgang) oder eines chemischen Gasphasenabscheidungsvorganges (CVD-Vorgang) bei einer Temperatur von 21°C bis 232°C (70°F bis 450°F), einer Substrattemperatur von 21°C bis 232°C (70°F bis 450°F) und einem Abscheidungsdruck in dem Bereich von 6,67 Pa (0,05 torr) bis ungefähr 20 Pa (0,15 torr), im Allgemeinen bei 6,67 Pa (0,05 torr), auf der Klinge abgeschieden. Die Beschichtung Armoloy XADC wird unter Verwendung eines Armoloy-Beschichtungsverfahrens bei einer Temperatur von 21°C bis 93°C (70°F bis 200°F) auf der Klinge abgeschieden. Das Niedertemperatur-PVD- oder CVD-Beschichtungsverfahren schützt die Klinge vorteilhafterweise vor Verschleiß, Abrieb und Reibung ohne Deformierung. Das Abscheiden einer harten Dünnfilmbeschichtung verlängert vorteilhafterweise die Lebensdauer der Tonerentfernungsklinge, wodurch ein unmittelbarer Nutzen für die Benutzer bereitgestellt wird. Die Grundsatzüberlegung hinsichtlich des Verschleißes der Klingen gilt dem mechanischen Verschleiß bei Edelstahlklingen und dem mechanischen Verschleiß sowie der Korrosion (Rost) bei Kohlenstoffstahlklingen.

Eine Titannitridbeschichtung auf der Klinge mit einer Dicke von 0,1 &mgr;m bis 4 &mgr;m erhöht die Oberflächenhärte der Klinge auf ungefähr 80 Rockwell C. Eine Wolframkarbidbeschichtung mit einer Dicke von 0,1 &mgr;m bis 4 &mgr;m erhöht die Oberflächehärte der Klinge auf ungefähr 68 Rockwell C. Eine Beschichtung, die in Diamant eingebettetes Chrom enthält, mit einer Dicke von 2,5 &mgr;m bis 7,5 &mgr;m erhöht die Oberflächenhärte der Klinge auf ungefähr 90 Rockwell C. Das Schleifen und Bilden einer abgeschrägten Kante und das anschließende Beschichten einer Verschleißfläche auf einer Stahlklinge kann die Lebensdauer der Tonerentfernungsklingen gegenüber stark abrasiven Walzen, wie beispielsweise Keramik-Tonerentfernungswalzen, erhöhen. Die größere Kontaktfläche der abgeschrägten beschichteten Klinge kann den Kontakt zwischen Walze und Klinge an den Klingenecken (Spannungskonzentrationsbereich), an denen die Klinge am verschleißanfälligsten ist, minimieren oder eliminieren.

Im Folgenden wird eine Zusammenfassung gegeben. In den Ausführungsbeispielen wird eine Tonerentfernungsklinge bereitgestellt, die ein Kohlenstoffstahl- oder ein Edelstahlelement mit einer darauf abgeschiedenen Beschichtung umfasst. Die Tonerentfernungsklinge hat eine Länge, eine Breite und eine Dicke. Die Beschichtung kann Titannitrid oder Wolframkarbid mit einer Dicke in dem Bereich von 0,1 &mgr;m bis 4 &mgr;m oder eine Beschichtung, die in Diamant eingebettetes Chrom (Annoloy XADC) enthält, mit einer Dicke in dem Bereich von 2,5 &mgr;m bis 7,5 &mgr;m auf wenigstens einem Teil des Stahlelementes umfassen. Die Klinge kann ein freies Ende mit einer abgeschrägten Kante umfassen, die eine nicht rechtwinklige Ecke an dem freien Ende der Tonerentfernungsklinge bildet. Die Klinge kann ein freies Ende mit zwei rechtwinkligen Ecken an dem freien Ende der Tonerentfernungsklinge enthalten.

Derartige Tonerentfernungsklingen, Systeme und Verwendungsverfahren überwinden vorteilhafterweise verschiedene Beschränkungen und ermöglichen im Allgemeinen niedrige Entwicklungs- und Herstellungskosten und stellen im Allgemeinen hochqualitative Klingen bereit. Die vorangehend diskutierten Ausführungsformen betreffen eine Tonerentfernungsklinge und eine Tonerentfernungswalze. Die vorliegende Erfindung kann jedoch ebenso auf eine Reinigungsklinge und eine Fotorezeptorfläche angewendet werden, um den letztendlichen Verschleiß der Fotorezeptortrommel oder des Fotorezeptorbandes zu reduzieren.