DE2950941C2

DE2950941C2 - Leitfähige Fasern enthaltende Reinigungsvorrichtung in einer elektrostatographischen Kopiermaschine

Info

Publication number: DE2950941C2
Application number: DE2950941A
Authority: DE
Inventors: Masao Matsui; Hiroshi Osaka Naito
Original assignee: Kanebo Ltd
Current assignee: Kanebo Ltd
Priority date: 1978-12-19
Filing date: 1979-12-18
Publication date: 1982-05-19
Also published as: DE2950941A1; GB2037232B; GB2037232A; US4319831A; JPS5640349B2; CA1134897A; JPS5583080A

Description

Die Erfindung betrifft eine Fasern enthaltende Reinigungsvorrichtung für nach Ausbildung eines elektrostatischen Bildes am Träger noch anhaftenden Tonerteilchen in einer elektrostatographischen Kopiermaschine.

In elektrostatographischen Kopiervorrichtungen wird ein Material, das beladungsfähig ist und aus einem Halbleiter und/oder Isolator besteht, wie einem Harz, entsprechend dem zu bildenden Bild unter Ausbildung eines elektrostatischen Bildes (latentes Bild) beladen. Die elektrostatischen Bilder (latenten Bilder) werden dann durch einen Toner entwickelt und das entwickelte Bild wird übertragen, aber dazu wird eine Reinigungsvorrichtung benötigt, um den an dem bildbildenden Teil nach der Übertragung zurückbleibenden Toner zu entfernen. Diese Vorrichtung wird nachfolgend als »Reinigungsvorrichtung« bezeichnet.

Als Reinigungsvorrichtung hat man bereits Systeme verwendet, bei denen eine mit feinen Fasern versehene rotierende Bürste oder eine Trommel oder ein Band, das mit einem Flor versehen ist, mit dem bildbildenden Teil in Berührung kommt und den auf dem bildbildenden Teil

vorhandenen Toner entfernt.

So ist aus der DE-OS 21 56 117 eine Reinigungsvorrichtung in einer elektrostatographischen Kopiermaschine bekannt, bei welcher die Bürstenhaare durch Imprägnieren unter Verwendung von Nickel elektrisch leitend gemacht wurden. Aus der DE-OS 22 18 918 sind Reinigungsvorrichtungen für elektrostatographische Kopiermaschinen bekannt, bei denen die Borsten dadurch leitfähig gemacht wurden, daß sie zum Teil aus

ίο Metallfäden bestehen. Auch aus DE-OS 20 64 231 sind für den gleichen Zweck Bürsten bekannt, die als elektrisch leitende Fasern Metallfasern enthalten.

Die bekannten Reinigungsvorrichtungen in elektrostatographischen Kopiermaschinen sind noch nicht voll befriedigend. Soweit Metallfasern dort verwendet werden, sind diese zu hart, so daß der bildbildende Teil leicht zerstört wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine leitfähige Fasern enthaltende Reinigungsvorrichtung für nach Ausbildung eines elektrostatischen Bildes am Träger noch anhaftende Tonerteilchen in einer elektrostatographischen Kopiermaschine zu zeigen, die die Nachteile der bekannten Reinigungsvorrichtungen nicht aufweist und die in optimaler Weise Elastizität, Abriebfestigkeit und Leitfähigkeit kombiniert. Diese Aufgabe wird durch eine Reinigungsvorrichtung gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst.

Die leitfähigen Verbundfasern erhält man, indem man einen leitfähigen Teil (nachfolgend als »leitfähige

j» Schicht« bezeichnet), enthaltend leitfähige feine Teilchen, und einen nicht-leitfähigen Teil (nachfolgend als »nicht-leitfähige Schicht« bezeichnet) in einem Monofilament vereint. Ausführungsformen von Querschnitten dieser Art werden in den Fi g. 1 bis 8 gezeigt. In diesen

Ji zeigt Fig. 1 die leitfähige Schicht und Fig. 2 die nicht-leitfähige Schicht. Fig. 1 bis 5 sind Ausführungsformen für einen Mantel-Kern-Typ, wobei in Fi g. 1 der Kern die leitfähige Schicht ist und in F i g. 5 der Mantel die leitfähige Schicht ist. F i g. 2 ist eine Seite-an-Seite-Anordnung, F i g. 3 eine dreischichtige Verbundfaser und F i g. '■ eine radial angeordnete Verbundfaser. F i g. 6 und 8 sind Ausführungsfonnen für vielschichtige Verbundfasern. Die anderen Verbundformen, z. B. nicht-kreisförmige Querschnitte, können gleichfalls angewendet werden, sofern die Verbundfasern ausreichend leitfähig sind, wobei der elektrische Widerstand einer Faser in Längsrichtung weniger ah 10¹⁵ Ohm/cm, vorzugsweise weniger als 10¹³ Ohm/cm und insbesondere weniger als 10" Ohm/cm betragen soll. Der elektrische Widerstand der leitfähigen Verbundfaser wird gemessen, indem man einen Gleichstrom von 1000 V an eine Faser einer Länge von 10 cm anlegt. Um das Ziel der Erfindung zu erreichen, ist es erforderlich, daß man bei niedriger Feuchte eine ausgezeichnete Leitfähigkeit hat und die Messung des elektrischen Widerstandes muß in einer Atmosphäre von weniger als 40% relative Feuchte bei 20°C durchgeführt werden und wird vorzugsweise bei einer Feuchte von 10 bis 30% relativer Feuchte durchgeführt.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung besteht darin, daß die Anhaftungseigenschaften des Toners und die Reinigungsfähigkeiten nicht in erheblichem Maße durch die Feuchtigkeit beeinflußt werden, und daß man immer eine sehr gute Tonerabtrennung erzielt. Selbst wenn im inneren der Kopiervorrichtung eine niedrige Feuchte vorherrscht, kann man immer befriedigende Reinigungsfähigkeiten aufrechterhalten. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen

Vorrichtung besteht darin, daß die Ladung an dem bildliefernden Teil und dem Toner entfernt und die Reinigung vollständig stattfindet und daß Geisterbilder und Verunreinigungen aufgrund zurückbleibender Ladung weniger stark entwickelt werden. Ein dritter Vorteil besteht darin, daß der bildbildende Teil praktisch nicht durch Abrieb beschädigt wird

Leitfähige feine Teilchen in den erfindungsgemäßen Verbundfasern sehließen Ruß und Metallpulver mit einem Durchmesser von weniger als 10 μιη, vorziigsweise weniger als 3 μπι und insbesondere weniger als 1 μηι, ein. Alle anderen leitfähigen Teilchen, z. B. organische Halbleiter, können erfindungsgemäß verwendet werden, sofern sie eine sehr gute Leitfähigkeit bei niedriger Feuchte haben. Im allgemeinen erniedrigen leitfähige Substanzen, enthaltend nicht-ionische oder ionische hydrophile Gruppen, z. B. Ätherbindungen, Hydroxylgruppen, Carboxylgruppen, Aminogruppen, Sulfonsäuregruppen, Phosphorsäuregruppen und dergleichen, die Leitfähigkeit bei niedriger Feuchte uno werden häufig m durch Licht oder Wärme zersetzt und sind deshalb hinsichtlich der Stabilität der antistatischen Eigenschaften und der Haltbarkeit nicht bevorzugt Man kann jedoch diese organischen Substanzen mit hydrophilen Gruppen als Hilfssubstanzen verwenden, indem man sie 2> zusammen mit Ruß. Metallpulver und dergleichen einsetzt, weil man dadurch die Leitfähigkeit des Rußes und dergleichen verstärken kann.

Im allgemeinen erbringt Ruß keine ausreichende Leitfähigkeit, wenn man ihn nicht in erheblichem Maße so mit dem Spinnmaterial vermischt. Das Mischverhältnis der leitfähigen feinen Teilchen hängt von den Eigenschaften der feinen Teilchen ab, insbesondere der Agglomerierungseigenschaften und der Eigenschaft Bindungen einzugehen, den Eigenschaften des Matrix- )> polymers, insbesondere der Dispergierfähigkeit, sowie von ergänzenden Additiven, wie Stabilisatoren, Antioxidationsmittel und dergleichen, und dem Mischzustand dieser Additive. Wird z. B. leitfähiger Ruß einem Polymeren, wie Polyamid (Nylon 6 oder Nylon 66), ·»< > Polyester (Polyäthylterephthalat oder Polybutylenterephthalat), Polyolefinen (Polyethylen oder Polypropylen), regenerierte Zellulose (Rayon oder Acetat) oder Polyacrylnitril zugemischt, so wird durch ein Mischungsverhältnis von 10 bis 40 Gew.-%, und insbesondere von 4i 20 bis 30Gew.-%, eine ausreichende Leitfähigkeit erzielt. Im Falle von superleitfähigem Ruß, der sehr leicht Bindungen eingeht, kann man eine ausreichende Leitfähigkeit durch Zugabe in einer Menge von 5 bis 20 Gew.-% erzielen. a>

Das Spinnmaterial, enthaltend eine solche große Menge an leitfähigen feinen Teilchen, läßt sich nur schwer verspinnen und ein solches Spinnmaterial kann daher im allgemeinen nicht allein versponnen werden. Dagegen kann ein solches Spinnniaterial leicht im Verbund gesponnen werden zusammen mit einem üblichen Spinnmaterial ersponnen werden. Das Verbundspinnen kann nach bekannten Verfahren durchgeführt werden. Die Fig. 1 bis 8 zeigen Λusführungsformen der Querschnitte von Verbundstrukturen. Im e>o allgemeinen ist es hinsichtlich der Vermeidung des Anhaftens des Toners und der Verbesserung der Reinigungsfähigkeit bevorzugt, die leitfähige Schicht an die Außenoberfläche der Verbundfaser anzuordnen. Die Verbundfasern gemäß F i g. 1 und 7, bei denen die t,3 leitfähige Schicht den Kernteil bildet, sind etwas schlechter hinsichtlich der Vermeidung der Anhaftung des Toners. Bei einer geeigneten Kombination der leitfähigen Substanz und des Spinnmaterials kann man aber auch dann das Ziel der Erfindung in befriedigender Weise erreichen. Wenn andererseits die leitfähige Schicht eine große Menge an leitfähigen feinen Teilchen aufeist, so findet eine starke Reibung statt Je höher die Reibung ist, desto stärker ist die Reinigungsfähigkeit, aber dann ist die Abriebbeständigkeit des zu reinigenden bildbildenden Teils niedrig und die Schädigung des bildbildenden Teils stellt dann ein Problem dar. Die Verbundfasern gemäß der Erfindung können in erheblich größerem Maße die Schäden bei dem bildliefernden Teil im Vergleich zu den vorerwähnten anorganischen Fasern vermeiden, aber wenn Schäden, auf dem bildliefernden Teil auch bei den Verbundfasern auftreten können, wendet man Verbundfasern an, bei denen die leitfähige Schicht nicht an der Oberfläche der Verbundfaser liegt, z. B. eine Verbundfaser, bei welcher die leitfähige Schicht als Kernteil enthalten ist oder nur zu einem geringen Teil exponiert ist. Bei der in F i g. 5 gezeigten Verbundfaser, bei welcher der Mantelteil die leitfähige Schichi bildet, muß der Abrieb auf dem bildliefernden Teil in Betracht gezogen werden. Unter diesem Gesichtspunkt ist der Anteil der an der äußeren Oberfläche der Verbundfaser liegenden leitfähigen Schicht vorzugsweise weniger als 60%, insbesondere weniger als 30%. Um die Reinigungsfähigkeiten zu erhöhen und die Erdung der Verbundfaser und des Metallträgers zu erleichtern, soll die untere Grenze an leitfähiger Schicht an der äußeren Oberfläche nicht weniger als 1 % und vorzugsweise nicht weniger als 5% betragen. Hinsichtlich des Abriebs, der Reinigungsfähigkeit, der Verhinderung des Anhaftens des Toners und der Einfachheit der Erdung, soll das Verhältnis der von der leitfähigen Schicht in der Verbundfaser besetzten größeren Oberfläche 1 bis 50, vorzugsweise 5 bis 30% betragen.

Man stellt dir. Verbundfasern her, indem man die Spinnmaterialien schmilzt, die Schmelze extrudiert und die ersponnenen Fäden kühlt oder das Lösungsmittel aus den Fäden entfernt, unter Verfestigung der ersponnenen Fasern, wobei man gegebenenfalls die verfestigte gesponnene Faser verstreckt und gegebenenfalls auch fixiert. In vielen Fällen wird die Leitfähigkeit durch das Verstrecken erniedrigt, so daß man vorzugsweise die Leitfähigkeit nach dem Verstrekken und gegebenenfalls nach dem Fixieren mißt.

Die für die erfindungsgemäßen leitfähigen Verbundfasern verwendeten Polymeren können unter Berücksichtigung folgender Gesichtspunkte ausgewählt werden:

1. Das Matrix-Polymer in der leitfähigen Schicht muß mit den leitfähigen Teilchen vermischbar sein und die Mischung muß eine ausreichende Leitfähigkeit aufweisen.

2. Der bildbildende Teil (fotoempfindliches Material) soll durch die Reinigung praktisch nicht geschädigt werden. Darum darf die Härte nicht zu groß sein.

3. Das Polymer soll eine ausreichende Elastizität aufweisen.

Metallfasern sind wegen der Schädigung des bildbildenden Teils und hinsichtlich der Elastizität (die Biegedeformation ist irreversibel) ungeeignet. Kohlefasern schädigen den bildbildenden Teil und haben eine zu kleine Elastizitätsgrenze und sind brüchig, weshalb diese Fasern leicht zerbrechen und keine ausreichende Haltbarkeit haben.

Ein großer Teil der üblicherweise verwendeten Spinnmaterialien kann verwendet werden, wobei die

Polymeren, welche die leitfähigen Teilchen (Ruß, Metallpulver und dergleichen) enthalten, sowie Pigmentteilchen (Titandioxid und dergleichen) dazu neigen, den bildbildenden Teil zu schädigen, so daß man hierbei entsprechend aufpassen muß. ^r>

Die Elastizität ist besonders wichtig, weil Erwärmungs-Kühlungs-Zyklen häufig auf die Fasern während des Gebrauchs einwirken und weil eine Dehnung (Biegungsverformung) häufig während längerer Zeit auf die Fasern einwirkt. Bei Polymeren (z. B. Polyäthylen, in Polypropylen und dergleichen) mit niedriger Glasübergangstemperatur muß man aufpassen, weil die Dehnung durch einen Erwärmungs-Kühlungs-Zyklus fixiert wird. Die Glasübergangstemperatur soll höher als Raumtemperatur und vorzugsweise mehr als 50⁰C, insbesondere r> mehr als SO⁰C, betragen, !m allgemeinen haben Polymere mit hohem Feuchtigkeitsgehalt niedrigere Glasübergangstemperaturen oder die Temperatur, bei welcher eine Dehnung fixiert wird, ist bei Feuchtigkeit enthaltenden Polymeren niedriger und die plastische Verformung findet leichter statt und solche Polymere sind nicht bevorzugt. Vorzugsweise liegt der Feuchtigkeitsgehalt (Gleichgewichtsfeuchtigkeitsgehalt bei 65% relativer Feuchte, 20⁰C) bei weniger als 5%, insbesondere weniger als 2% und ganz besonders bevorzugt 2> weniger als 1 %.

Geeignete Spinnmaterialien mit einer hohen Glasübergangstemperatur, niedrigem Feuchtigkeitsgehalt und sehr guter Elastizität sind Polyamide mit langen wiederkehrenden Einheiten (wobei man bei der w Polymerisation Ausgangsmaterialien mit 10 oder mehr Kohlenstoffatomen verwendet), wie Nylon 11, Nylon 12, Nylon 610 oder Nylon 612; aromatischer Polyester, wie Poiyäthylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, PoIyäthylenoxybenzoat; Polyacrylnitrile; Copolymere aus r> Mischungen, enthaltend in der Hauptsache (z. B. mehr als 80Gew.-%) eines Polyamids, Polyesters, und Polyacrylnitrils; regenerierte Zellulose, wie Rayon und Acetate mit hohem Feuchtigkeitsgehalt aber niedriger plastischer Verformung. -■>

Ein Teil, z. B. weniger als 50% der Verbundfasern, kann aus anderen Polymeren bestehen. Selbst wenn die Elastizität des leitfähigen Teils sich etwas verschlechtert, kann dieser Teil sich auch aus Polymeren mit hoher Leitfähigkeit zusammensetzen, wobei diese Polymere 4i mit Polyäthylenoxid oder einem Poiyalkylenoxid vermischt werden. Die nicht-leitfähigen Komponente muß unter Berücksichtigung der vorerwähnten Elastizität, der Schädigung des bildbildenden Teils und der Haltbarkeit des Polymeren ausgewählt werden.

Aromatischer Polyester mit hoher Kristallinität, wie Poiyäthylenterephthalat und dergleichen, lassen sich mehr oder weniger gut mit leitfähigen feinen Teilchen, wie Ruß, vermischen und haben manchmal eine weniger gute Verspinnbarkeit In diesem Fall wird die Vermischbarkeit verbessert und eine bessere Verspinnbarkeit erzielt, wenn man eine dritte Komponente aus einem Poiyalkylenoxid oder einem aliphatischen Polyester, entsprechend den aromatischen Polyestern, in Mengen von 1 bis 20 Gew.-% und vorzugsweise 3 bis 15 Gew.-% &o zumischt oder «»polymerisiert

Polymere mit kurzen wiederkehrenden Einheiten, wie Nylon 6, Nylon 66 und dergleichen, haben eine hervorragende Abriebbeständigkeit, jedoch hohe Wasserabsorptionseigenschaften, so daS die Dehnung sehr leidit fixiert wird und man muß deshalb darauf achten, daß die Form der Bürste sich nicht verändert

Vorzugsweise hat die leitfähige Schicht und/oder die nicht-leitfähige Schicht einen niedrigen Reibungskoeffizienten. Es ist deshalb möglich, eine geringe Menge, z. B. weniger als 10% und vorzugsweise weniger als 5%, eines Schmiermittels zu dem Spinnmaterial zuzumischen. Als Schmier- bzw. Gleitmittel kann man Wachse (Verbindungen mit Alkylgruppen mit 8 und mehr Kohlenstoffatomen, oberflächenaktive Mittel und dergleichen), Polyäthylene (einschließlich modifizierte Produkte und Copolymere), Silikone (öle. Polymere von Polyorganosiloxane^, Fluorverbindungen (Öle, Polymere, wie Polytetrafluoräthylen und andere Fluorkohlenwasserstoffe) verwenden. Die Gleitmittel sind wirksam in Mengen von mehr als 0,01 Gew.-% und vorzugsweise 0,05 bis 1 Gew.-%. Es ist auch vorteilhaft, diese Gleitmittel an die Oberfläche der Fasern aufzubringen bzw. die Oberfläche der Fasern mit diesen Gleitmitteln zu beschichten.

Weiterhin ist vorgesehen, daß man zur Verminderung der Schädigung des bildbildenden Teils aufgrund von Abrieb durch den Flor die Spitzen des Flors abgerundet oder feiner ausgebildet werden, wobei man in diesem Fall unter Umständen keine Gleitmittel verenden muß. Zu diesem Zwecke wird der Flor an den Bürsten mit einer Walze behandelt, die mit einem geeigneten Sandpapier versehen ist und beim Drehen der Bürste in Kontakt mit dem Sandpapier werden die Spitzen des Flors bearbeitet.

Es ist weiterhin möglich, Polymerzusammensetzungen einzusetzen, die antistatische Eigenschaften haben und die man erhält, indem man die Verbindungen mit den vorerwähnten hydrophilen Gruppen dem Spinnmaterial für die Verbundfasern zumischt. Ein antistatisches Polymer, dem 0,5 bis 10Gew.-% Poiyalkylenoxid zugemischt worden sind. z. B. einem solchen auf Basis von Äthylenglykol und dergleichen (oberflächenaktive Mittel) hat eine zusätzliche Wirkung hinsichtlich der Verbesserung der Reinigungseigenschaften und wird deshalb bevorzugt. Wie bereits erwähnt, ist jedoch der größere Teil der Verbindungen mit hydrophilen Gruppen wenig stabil, so daß man hierauf bei der Verwo. .Ui^ achten muß. Die Spinnmaterialien für die Verbundfasern werden leicht durch Wärme in der Kopiermaschine, Ionen und Ozon aufgrund der Koronaentladung und der Ultraviolettstrahlen im Belichtungsteil zerstört, so daß es wünschenswert ist daß man Antioxidantien, Wärmestabilisatoren und ultraviolettabsorbierende Mittel zugibt Außerdem können die Spinnmaterialien auch Farbstoffe, z. B. solche, die Ultraviolettstrahlen verhindern, oder Pigmente enthalten. Mischt man beispielsweise weniger als 5 Gew.-% Titandioxid hinzu, so nimmt die Reibung zu und die Reinigungsfähigkeit wird verbessert, während der Abrieb am bildbildenden Teil stärker wird und man deshalb das Mischungsverhältnis in Abhängigkeit von diesen beiden Effekten wählt

Die Feinheit der Verbundfasern kann man, je nach dem gewünschten Zwecke, einstellen, wobei man im allgemeinen Feinheiten von weniger als 100 Deniers/Filament insbesondere weniger als 30 Deniers/Filament verwendet Wird die Feinheit zu groß, so wird die Härte zu hoch, wird die Feinheit zu klein, so daß man innerhalb eines Deniers von beispielsweise etwa 3 bis 300 Deniers die Auswahl trifft

Die Länge des Flors kann je nach Bedarf ausgewählt werden, wobei diese Länge vorzugsweise 3 bis 50 mm, insbesondere 5 bis 30 mm, beträgt Im allgemeinen gut daß je langer der Flor, umso größer die Feinheit der Fasern sein muß.

Mindestens ein Teil der Fasern, die mit dem zu reinigenden bildbildenden Teil in der Kopiervorrichtung in Berührung kommen, beispielsweise mehr als 0,5 Gew.-%, vorzugsweise mehr als 2Gew.-% und insbesondere mehr als 10Gew.-%, der Fasern an dem Berührungsteil setzt sich aus den vorerwähnten leitfähigen Verbundfasern zusammen. Es ist sehr vorteilhaft, wenn zur Vermeidung des Anhaftens des Toners der ganze Teil der mit dem zu reinigenden bildbildenden Teil in Berührung kommt, sich aus leitfähigen Verbundfasern zusammensetzt. Es ist jedoch möglich, die leitfähigen Verbundfasern zusammen mit anderen Verbundfasern einzusetzen. In diesem Fall ist es erforderlich, das Mischungsverhältnis so auszuwählen, daß die aufgrund der Reibung der Fasern am Berührungsteil während des Betriebs aufgenommene Spannung (absoluter Wert) weniger als 2000 V. vorzugsweise weniger als 1000 V und insbesondere weniger als 500 V ausmacht. Sofern alle Fasern am Berührungsteil aus leitfähigen Verbundfasern bestehen, ist es leicht, die aufgenommene Spannung auf weniger als 1000 V, insbesondere weniger als 500 V, und in vielen Fällen weniger als 100 V, zu erniedrigen. Wenn man jedoch Fasern aus üblichen, nicht-leitfähigen Polymeren verwendet, dann liegt die aufgenommene Spannung bei mehr als 15 000V und die Reinigungsfähigkeit ist sehr schlecht. Verwendet man Fasern mit antistatischen Eigenschaften, die eine Verbindung mit hydrophilen Gruppen enthält, so liegt die aufgenommene Spannung bei 2000 bis 15 000 V und die Reinigungsfähigkeiten sind ziemlich mäßig.

Die erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung kann eine umlaufende Bürste, umlaufende Walze oder ein Noppenbard, wobei wenigstens zum Teil die leitfähigen Verbundfasern enthalten sind, sein. In Atmosphäre mit niedriger Feuchtigkeit zeigt die Reinigungsvorrichtung eine hervorragende Wirkung und das Verhalten wird auch praktisch nicht aufgrund von Oxidation durch Licht oder Wärme beeinflußt, so daß man insgesamt eine sehr gute Haltbarkeit erzielt und man eine Alterung am bildbildenden Teil aufgrund von Abrieb vermeiden kann, und man infolgedessen Reparaturen an der Kopiervorrichtung und die Reinigungshäufigkeit vermindern kann.

Die Erfindung wird nachfolgend noch näher erläutert. Dazu wird auf die Zeichnungen Bezug genommen.

F i g. 1 bis 8 sind Querschnitte der erfindungsgemäß verwendeten, ieitfähigen Verbundfasern.

Fig. 9 ist eine schematische Ansicht, die eine Ausführungsform der mit einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung ausgestatteten Kopiermaschine zeigt; und

Fig. 10 und 11 sind Diagramme von Daten, die man beim Messen von unterschiedlichen aufgegebenen Spannungen an den Bürsten während des Betriebs der Kopiermaschine und nach Beendigung des Betriebs erhält, wenn die Bürsten mit verschiedenen Faserfloren an dem Teil der in Berührung steht mit dem das elektrostatische Bild an der Kopiermaschine zurückhaltenden Teil ausgerüstet ist.

Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Erfindung, ohne daß sie beschränkend auszulegen sind.

Beispiel 1

In F i g. 9 bedeutet 3 den bildbildenden Teil (fotoemp-Findliche Walze) aus einem fotoempfindlichen Halbleiter, wie Selen. Zinkoxid. KadmmmsulFid und dereleichen, der sich in Pfeilrichtung dreht. 4 ist ein Koronaentlader mittels dem der bildbildende Teil gleichförmig beladen wird. Mit 5 ist ein zu kopierendes Dokument bezeichnet und das Bild wird mit einer Lichtquelle 6 bestrahlt und durch ein optisches System 7 auf dem bildbildenden Teil 3 projiziert, unter Ausbildung eines elektrostatischen Bildes (latentes Bild), das dem abzubildenden Vorbild (Dokument) entspricht.

Mit 8 ist ein Entwickler bezeichnet und der Toner 9 haftet an dem bildbildenden Teil, der dem elektrostatischen Bild und dem auf dem Dokument enthaltenen Bild entspricht.

Das entwickelte Bild kommt zu einem Übergangsteil

11 und wird auf ein Papier (oder einen Film oder ein Tuch) 10 übertragen und dort gegebenenfalls fixiert. Der nach der Übertragung auf dem bildbildenden Teil zurückbleibende Toner wird mit einer Reinigungsbürste

12 entfernt und in ein Ansaugteil 14 eingesaugt. Ziffer 13 bezeichnet den Flor der Reinigungsbürste. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß sich der Flor aus den vorher erläuterten speziellen Ieitfähigen Verbundfasern zusammensetzt. Ziffer 15 ist eine weitere Bürste, die den an der Bürste 12 anhaftenden Toner entfernt. Der Flor kann aus den vorerwähnten Ieitfähigen Verbundfasern oder aus Mischungen solcher Verbundfasern mit feinen Metallfasern oder gewöhnlichen Fasern bestehen. Anstelle der zusätzlichen Bürste 15 kann man auch einen einfachen Metallstab in Berührung mit dem Flor 13 bringen.

26Gew.-°/o leitfähiger Ruß (feine Teilchen, 73,45 Gew.-% Nylon 610, 0,5 Gew.-% eines Amidwachses (Dispergiermittel) und 0,05 Gew.-°/o eines phenolischen Antioxidans werden vermischt und die Mischung wird geschmolzen und zu einem Ieitfähigen Polymer Pi verknetet. Der spezifische Widerstand dieses Polymers Pt beträgt 5,7 · 10²Ω · cm. Dieses Polymer P\ und gewöhnliches Nylon 610 werden in einem Verbundverhältnis (Volumen) von 1 :4 zu einer Struktur gemäß F i g. 3 durch Spinnöffnungen mit einem Durchmesser von 0,35 mm bei 275°C verbundversponnen und der versponnenen Fäden werden mit einer Geschwindigkeit von 1200 m/min unter Kühlung aufgewickelt, auf einem Streckstab bei 80° C und das 2,8fache verstreckt und bei 160° C fixiert, unter Ausbildung von Filament Vi mit 150Denier/24 Filament (Monofilament: 6.25 d). D^er Widerstand des Monofilamems Vi beträgt 2,0 · 10" Ω · cm. Aus den Fäden V'i wurde ein Gewirk mn einem Flor von 10 mm gewirkt und dieses Gewirk wurde auf einer Metallwalze mit einem Durchmesser von 60 mm gewickelt und mit einem Kleber an der Walze befestigt, so daß man eine runde Bürste erhielt. Die Metalltrommel war geerdet und dadurch waren auch die Fäden V₁ geerdet. Bei Gebrauch einer Vorrichtung gemäß F i g. 9. welche diese Bürste enthielt, wurde ein geerdeter Metallstab anstelle der zusätzlichen Bürste 15 und Selen als fotoempfindliches Material beim Kopiervorgang verwendet.

Unter Verwendung einer Fotografie mit großen dunklen Stellen als Kopiervorlage wurden viele Papiere kopiert- Wendet man eine Bürste mit den Filamenten Y\ an. so erhält man dabei sehr gute, praktisch nicht verschmutzte Kopien und selbst bei 30 000 Kopien verschlechtert sich die Bildqualität nicht wesentlich.

Verwendet man dagegen eine ähnliche Bürste mit Zelluloseacetatfasern. so tritt schon nach etwa 50 Kopien eine Nebelbildung ein und eine merkliche Verschmutzung stellt man bei etwa 5000 Kopien fest, wobei nach 10 000 Kopien diese Kopien so verschmutzt

waren, daß man die Reinigungsvorrichtung auseinandernehmen und reinigen mußte.

10

hergestellt hat, wurde die Verschmutzung der Bürsten untersucht, wobei die erzielten Ergebnisse in der Tabelle 1 gezeigt werden.

Beispiel 2

Der Kopiervorgang wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 1 durchgeführt unter Verwendung von Bürsten aus einer Reihe von verschiedenen Fasern, wobei man die während des Betriebs durch die Reibung aufgenommenen Spannungen und nach Beendigung des Betriebs gemessenen Spannungen maß. Diese Messungen werden in den Fig. 10 und 11 wiedergegeben. Dabei stellt die Ordinate die aufgenommene Spannung und die Abszisse die Zeit dar. To bis Ti geben die Betriebszeit und hinter Ti nach Beendigung des Betriebs an. In Fig. 10 wurden die Messungen bei 25°C, 30% relative Feuchte, und in Fig. 11 bei 25°C und 60% relative Feuchte durchgeführt.

In den Fig. 10 und 11 zeigen die Kurven 17 die Beladung und Entladung an Bürsten aus Nylon 12. Die aufgenommene Ladung ist sehr hoch und die abgegebene Ladung sehr niedrig. Kurve 18 zeigt die Beladung und Entladung von Fasern mit antistatischen Eigenschafter., bei denen 6Gew.-% Polyethylenglykol mit einem Molekulargewicht von 30 000 mit Nylon 12 vermischt waren und Kurve 19 zeigt die Werte, die man bei einer Bürste aus Zelluloseacetatfasern mißt Kurve 20 zeigt die Daten einer Bürste unter Verwendung von Filament Y2, erhalten durch Verbundspinnen eines leitfähigen Polymers Pi, hergestellt durch Vermischen von 72,5Gew.-% Nylon 12 27 Gew.-% leitfähigem Ruß, 0,5 Gew.-% eines Amidwachses (Dispergiermittel) und 0,05 Gew.-% eines Antioxidans (Phenolderivat) mit Nylon 12 gemäß einer in Fig.4 gezeigten Struktur, wobei die ersponnenen Fasern in gleicher Weise wie in Beispiel 1 behandelt worden waren. Der spezifische Widerstand des Polymeren P₂ betrug 1,2 ■ 10⁴O ■ cm und der Widerstand des Monofilaments V; 8,6 · 10'°Ω ■ cm.

Aus Fig. 10 und 11 wird ersichtlich, daß die aufgenommene Spannung an den Bürsten, die unter Verwendung der Verbundfasern hergestellt worden waren, sehr niedrig ist und daß dort praktisch keine Ladung vorliegt. Nachdem man 5000 Kopien unter Verwendung jeder der oben erwähnten Bürsten

*> Tabelle 1	Verschmutzung	Bemerkung
Borstenmaterial	sehr merklich	Vergleichs-
10 Nylon 12		versuch
	ziemlich	Vergleichs
Nylon 12 mit	merklich	versuch
antistatischen
Eigenschaften	ziemlich	Vergleichs
¹¹ Zelluloseacetat	merklich	versuch
	gering	Beispiel
leitfähige
Nylon 12
,.. Verbundfaser

In den Kopien wird in dem Fall, daß Nylon 12 verwendet wurde, die Verschmutzung im ganzen sehr merklich und im Falle, daß ein antistatisches Nylon 12 oder Zelluloseacetat verwendet wird, ist die Verschmutzung recht erheblich, während man bei Verwendung einer leitfähigen Verbundfaser aus Nylon 12 praktisch keine Verschmutzung feststellt. Deshalb ist die Beziehung zwischen Verschmutzung und der durch die Reibung aufgenommenen Spannung ganz offensichtlich.

Der Widerstand des Nylon 12-Monofilaments betrug als 10^lsi2/cm und der Widerstand von antistatischem Nylon 12 und Zelluloseacetat 7 1Ο¹⁷Ω/αη bzw. 3 · 10"Ώ/αη.

Beispiel 3

Polyethylen mit einem spezifischen Widerstand von 7,1 · 10²Q/cm. das man durch Vermischen mit 25 Gew.-% leitfähigem Ruß erhalten hatte wird als P₃ bezeichnet. Unter Verwendung von Pi als Kern und verschiedenen Polymeren als Mantel werden Filamente Vj his Vo vom Mantel-Kern-Typ gemäß Fig. 1 mit einem Verbundverhältnis von 1 :1 (Volumen) schmelzersponnen und in gleicher Weise wie in Beispiel 1 beschrieben verstreckt. Die für den Mantel in den jeweiligen Filamenten verwendeten Polymere und deren Eigenschaften werden in Tabelle 2 gezeigt.

Tabelle 2

r luuiictii Maiiici-rulviiici

S C π 111 c 1 / - Ci i a S ü i"¹ c: ü j Γι ΰ

punkt { O temperatur ι wit it nj;t « 1*.nt.

keiisaehalt ( )

Monofilamentc (U /cm)

Y₃	Nylon 66	264	etwa 60	3,9	6,2 x 10'°
Y4	Nylon 6	222	etwa 60	4,5	6.1 x 10'°
Y₅	Nylon 610	215	etwa 60	0.5	6.4 x 10'°
Y₆	Nylon 12	179	etwa 40	0,4	6,2 x 10'°
Y₇	Polyäthylen	120	etwa -5G	weniger als 0,1	6.5 x 10'°
Y₈	Poylpropylen	175	etwa -20	weniger als 0.1	6,3 x 10^!ü
Y9	Polyethylen	261	etwa 90	weniger als 0,1	6,0 x 10'°
	terephthalat
Y₁O	Polybutylen	225	etwa 60	weniger als 0.1	6,7 x 10'°
	terephthalat

Il

In den Fällen, bei denen Nylon 12, Polyäthylen bzw. Polypropylen für den Mantel verwendet worden waren, betrug die Strecktemperatur 40⁰C und die Fixierungstemperatur 120° C, 100° C bzw. 100° C.

Die Bürsten wurden unter Verwendung der Filamen-

Tabelle 3

te V₃ bis V₉ hergestellt und ein Kopierversuch wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 1 durchgeführt. Die Verschmutzung der Kopien nach 500, 3000 bzw. 20 000 Kopien wurde untersucht und die erzielten Ergebnisse sind in Tabelle 3 enthalten.

Filament	M ante I komponente	Verschmutzung auf	den Kopien nach	20.000
		50(1	3.000	D
Y,	Nylon 66	A	C-B	E
>■'	Nylon 6	A	C	B
Y.	Nylon 610	A	A	B
Y₁,	Nylon 12	Λ	A	E
Y,	Polyäthylen	Λ	D	E
Ys	Polypropylen	A	D	B
Y,	Polyethylenterephthalat	A	A	B
Y₁₁₁	Polybutylenterephthalat	Λ	A

Anmerkung: A: sehr geringe Verschmutzung B: geringe Verschmutzung C: mehr oder weniger sichtbare Verschmutzung D: merkliche Verschmutzung Iv sehr merkliche Verschmutzung

Untersucht man den Zustand der Bürsien nach dem Versuch, so ist bei allen Bürsten praktisch keine Verschmutzung feststellbar aber bei den Bürsten unter Verwendung von V₃, V₄, V7 und Ve ist eine merkliche Deformierung des Flors erkennbar und der Kontakt mit dem zu reinigenden Teil ist nicht befriedigend. Am größten ist die Deformierung bei V? und Ve und dann bei Yt. Die Glasübergangstemperatur von Yi und Vg liegt unterhalb Raumtemperatur und die Bürsten aus diesem Filament sind plastisch verformt.

Vi und Ya sind mehr oder weniger höher im Gleichgewichtsfeuchtigkeitsgehalt und es scheint aufgrund des Wassers ein Weichmachungsphänomen vorzuliegen. Der Gleichgewichtsfeuchtigkeitsgehalt von Nylon 6 beträgt z. B. 2,5 bis 4.5 Gew.-% bei 20^cC und 65% relative Feuchte, und die Glasübergangstemperatur erniedrigt sich dabei auf 0 bis 20° C.

Die Fasern mit höheren Feuchtigkeitsabsorptionseigenschaften sind nicht bevorzugt, weil selbst bei einer Erniedrigung der Feuchte aufgrund der in der Kopiervorrichtung während der Verwendung erzeugten Warme die Feuchtigkeit bei Unterbrechung des Betriebes ansteigt, z. B. beim Abkühlen über Nacht oder aufgrund des Wetters, und die Fasern Feuchtigkeit absorbieren und der Flor auf den Bürsten sich deformiert, so daß solche Fasern nicht bevorzugt sind.

Auch bei den vorher beschriebenen Filamenten V₃, Vi. V₇ und Vb tritt das vorher erwähnte Verformungsproblem nicht merklich auf, wenn man die Feinheit der Monofilamente etwas größer macht, den Flor kurzer macht und man die Filamente ausreichend fixiert, die Form oder Siruktur der Kopiervorrichtung variiert oder den Flor durch einen elastischen Mechanismus in Kontakt mit dem zu reinigenden Teil zwingt. Werden die Bürsten mit sehr hoher Geschwindigkeit, z. B. mehr als 5000 Upm rotiert, so stehen die Borsten aufgrund der Zentrifuga'kraft auf und das vorerwähnte Verformungsproblem tritt praktisch nicht auf. Diese Fasern mit hohen Feuchtigkehsabsorptionseigenschaften und Polymere mit niedriger Glasübergangstemperatur kann man verwenden, wenn man die Verformung notwendigerweise in Kauf nimmt. Wenn andererseits Fasern mit hoher Glasübergangstemperatur (höher als Raumtemperatur) und niedrigen Feuchtigkeitsabsorptionseigenschaften (z. B. weniger als 1% Gleichgewichtsfeuchtigkeitsgehait) nicht merklich plastisch verformt werden, kann man solche Fasern bevorzugt anwenden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Leitfähige Fasern enthaltende Reinigungsvorrichtung für nach Ausbildung eines elektrostatischen Bildes am Träger noch anhaftenden Tonerteilchen in einer elektrostatographischen Kopiermaschine, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Fasern Verbundfasern aus wenigstens einer leitfähigen feine Teilchen enthaltenden leilfähigen Schicht und wenigstens einer nicht-leitfähigen Schicht sind.

2. Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähigen feinen Teilchen Ruß sind.

3. Reinigungsvorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der leitfähigen Schichten und die uichtleitfähige Schicht in den leitfähigen Verbundfasern in der Hauptsache aus einem Polyamid mit 10 oder mehr Kohlenstoffatomen in der wiederkehrenden Einheit besteht.

4. Reinigungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der leitfähigen Schichten und die nichtleitfähige Schicht hauptsächlich aus Polyethylenterephthalat, Polyethylenoxybenzoat, Polybutylenterephthalat oder Copolyestern, bestehend hauptsächlich aus diesen Polymeren, aufgebaut sind.

5. Reinigungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der leitfähigen Schichten und die nicht-leitfähige Schicht Polyalkylenoxide oder oberflächenaktive Mittel enthalten.

6. Reinigungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der leitfähigen Schichten und die nicht-leitfähige Schicht Wachs, Polyethylen, Silikonverbindungen oder Fluorverbindungen enthält.

7. Reinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Verbundfaser einen elektrischen Widerstand von weniger als 10¹³ Ohm/cm hat.