DE69717549T2

DE69717549T2 - Reinigungsbürste mit elektrisch leitfähigen Fasern

Info

Publication number: DE69717549T2
Application number: DE69717549T
Authority: DE
Inventors: Joseph A. Swift
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1996-07-01
Filing date: 1997-07-01
Publication date: 2003-04-10
Anticipated expiration: 2017-07-02
Also published as: EP0816946A3; BR9703816B1; EP0816946B1; EP0816946A2; JPH1063162A; BR9703816A; DE69717549D1; US5689791A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Bürsten, konkret Reinigungsbürsten mit elektrisch leitenden Fasern zur Verwendung bei der Bilderzeugung in elektrostatografischen Vervielfältigungsgeräten.
Das USA-Patent Nr. 4,319,831 beschreibt eine Reinigungsbürste für eine Kopiervorrichtung, wobei die Bürste aus leitenden Verbundfasern zusammengesetzt ist, die wenigstens aus einer leitenden Schicht mit feinen leitenden Partikeln und aus wenigstens einer nichtleitenden Schicht in einem Monofilament bestehen. Der elektrische Widerstand der leitenden Fasern beträgt weniger als 10¹&sup5; Ohm/cm. Die Feinheit der Fasern liegt zwischen 3 und 300 Denier, und die Länge des Flors liegt zwischen 3 und 50 mm. Der prozentuale Anteil des Bereiches der Außenfläche, der von der leitenden Schicht eingenommen wird, liegt nicht über 50%. Dabei können leitende Rußschwarzpartikel zusammen mit einer Reihe synthetischer Harze, u. a. Polyamide, verwendet werden.
Das USA-Patent 4,741, 942 legt eine zylindrische Faserbürste offen, die zur elektrostatischen Aufladung und zur Reinigung in einem elektrostatografischen Bilderzeugungsprozess eingesetzt wird und einen länglichen zylindrischen Kern umfasst, an dem ein spiralförmig gewickelter leitender Florfaserstreifen befestigt ist, der eine spiralförmige Fuge zwischen benachbarten Wicklungen des Gewebestreifens bildet, wobei die Faserfülldichte des Gewebestreifens am Rand des Streifens mindestens doppelt so hoch ist wie die Faserfülldichte im Mittelteil des Gewebestreifens. Offengelegt ist darin weiterhin, dass die Reinigungsbürste einen Außendurchmesser von 6,4 bis 7,6 cm (2,5 bis 3 Zoll) mit einer Florhöhe von etwa 0,6 bis 2,5 cm (% bis 1 Zoll) und eine Florfaser-Fülldichte von 2.100-6.200 Fasern pro cm² (14.000 bis 40.000 Fasern pro Quadratzoll) aus Fasern mit 7 bis etwa 25 Denier pro Filament aufweist. Die Fasern der Reinigungsbürsten haben einen Durchmesser von etwa 30- 50 um.
In dem USA-Patent Nr. 4,835,807 sind Reinigungsbürsten mit elektrisch leitenden Fasern offengelegt, wobei sich die Bürsten als elektrostatische Reinigungsbürsten zur Verwendung in elektrostatografischen Vervielfältigungsgeräten eignen. Die einzelnen Fasern der Bürste umfassen ein Filament-Polymersubstrat mit fein verteilten elektrisch leitenden Partikeln aus Rußschwarz, die die Oberfläche des Filament- Polymersubstrats durchdringen und im Innern des Filament-Polymersubstrats als gleichmäßig verteilte Faser unabhängig von den Polymersubstrat in einem ringförmigen Bereich am Rand des Filaments vorliegen und sich über die gesamte Länge nach innen erstrecken. Das elektrisch leitende Rußschwarz liegt in einer Menge vor, die ausreicht, dass der elektrische Widerstand der Fasern zwischen etwa 1 · 10³ Ohm/cm bis etwa 1 · 10&sup9; Ohm/cm beträgt. Die Reinigungsbürste hat einen Außendurchmesser von 2,5 bis 7,6 cm (1 bis 3 Zoll) und eine Florhöhe von 0,6 bis 2,5 cm (¹/&sub4; Zoll bis 1 Zoll). Die Faserfülldichte liegt zwischen 20.000 und 50.000 Fasern pro Quadratzoll, und die Feinheit beträgt 5 bis etwa 25 Denier pro Filamentfaser. Der Faserdurchmesser beträgt 25 bis 55 um. Die Florhöhe liegt zwischen etwa 6 und 20 mm.
Herstellungsverfahren für Fasern, die sich in Reinigungsvorrichtungen elektrostatischer Reinigungsgeräte einsetzen lassen, sind in den USA-Patenten 3,823,035 und 4,255,487 offengelegt.
Kurz gesagt, bei dem offengelegten Verfahren werden Fasern hergestellt, indem auf ein Nylon-Filament-Polymersubstrat eine Dispersion aus Rußschwarz in einem Lösungsmittel für das Filament-Polymersubstrat aufgetragen wird, die sich nicht löst oder mit den leitenden Partikeln reagiert, und indem das Lösungsmittel von dem Filament-Polymersubstrat entfernt wird, nachdem die Rußschwarzpartikel den Rand des Filament-Polymersubstrats durchdrungen haben und bevor die Struktur des Filament-Polymersubstrats zerstört worden ist. Meist wird Ameisensäure als Lösungsmittel bei der Auftragung von Rußschwarzpartikeln entweder auf Nylon 6 oder auf Nylon 66 verwendet. Als Alternative dazu kann die Dispersion aber auch pulverförmiges Nylon enthalten. Die Fasern haben ausreichende elastische Eigenschaften, sodass sie keine Biegemüdigkeit erkennen lassen. Dementsprechend behalten die Fasern auch bei wiederholter Verformung durch den Kontakt mit dem Bilderzeugungselement ihre ursprüngliche Form.
Da elektronische Bauteile immer kleiner und kompakter werden, können auch die xerografischen Geräte, in denen selbige verwendet werden, viel kleiner und kompakter gestaltet sein. Allerdings besteht ein Problem darin, dass die erforderlichen mechanischen Elemente, Bauteile und Teilsysteme meist nicht Schritt gehalten haben mit der rapiden Entwicklung hin zu einer Miniaturisierung der Elektronik und deshalb eine starke Verkleinerung der Gesamtgröße des Gerätes behindert haben. Folglich ist auch der Durchmesser bekannter Reinigungsbürsten zum Reinigen von Bilderzeugungselementen größer als erwünscht. Daher werden kleinere Bürsten und entsprechend kleinere Bürstenfasern benötigt, die sich für kleinere Geräte eignen und die in der Lage sind, hinlängliche Reinigungseigenschaften zu gewährleisten, ohne dabei die Fotorezeptoroberflächen zu beschädigen. Darüber hinaus müssen Bürsten und Bürstenfasern mit geringeren Kosten produziert werden. Wenn zwei Bürsten in der Reinigungsvorrichtung eines kleineren Gerätes arbeiten, passen die bekannten Bürsten zudem nicht gut in ein kleines, kompaktes Gerät hinein bzw. funktionieren nicht gut darin.
Benötigt wird eine ausreichend verkleinerte Reinigungsbürste für Bilderzeugungsgeräte, die geeignete leitende Bürstenfasern mit reduzierter Feinheit und geringerer Florhöhe enthalten, um die Reinigung in einem elektrostatografischen Prozess zu optimieren und zugleich nur wenig oder gar keinen Resttoner auf der Übertragungsfläche zurückzulassen. Nachfrage besteht ebenfalls nach einer miniaturisierten Reinigungsbürste mit einer wesentlich höheren Faserfülldichte, die eine wirksame Reinigung bei erheblich geringeren Drehzahlen ermöglicht. Des Weiteren besteht die Notwendigkeit, kleinere und kompaktere Reinigungsbürsten und Bürstenfasern mit gesenkten Gesamtkosten herzustellen. Dies und anderes lässt sich mit erfindungsgemäßen Ausführungsformen erreichen.
Dementsprechend wird durch Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung der Bedarf an kleineren Reinigungsbürsten und Fasern zur Verwendung in kleineren, kompakteren Bilderzeugungsgeräten befriedigt, indem eine Reinigungsbürste mit ausreichend verkleinerten leitenden Fasern geschaffen wird, wobei die Fasern ein Filament-Polymersubstrat umfassen, welches elektrisch leitende Füllstoffe in einer Menge enthält, die ausreicht, dass der elektrische Widerstand der einzelnen Fasern zwischen etwa 1 · 10³ Ohm/cm und 1 · 10¹² Ohm/cm beträgt, wobei die leitenden Füllstoffe in einer dispergierten Faser unabhängig von und befestigt an dem Polymersubstrat am Rand des Filaments ausgerichtet sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Reinigungsbürste mit elektrisch leitenden Fasern zur Verwendung als Reinigungsbürste in einer Bilderzeugungsvorrichtung zu schaffen, wobei die Beschädigung an dem Bilderzeugungsteil des Gerätes verringert wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung von Reinigungsbürsten mit elektrisch leitenden Fasern, wobei die Bürsten als Reinigungs bürsten in einem elektrostatografischen Gerät verwendet werden können und eine optimale Reinigung während des Bilderzeugungsprozesses durch Verringerung der Menge an Resttoner, der auf der Übertragungsfläche verbleibt, gewährleisten. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Reinigungsbürsten mit elektrisch leitenden Fasern zur Verwendung als Reinigungsbürsten in einem Bilderzeugungsgerät zu schaffen, in dem Reinigungsbürsten mit geringem Durchmesser zum Einsatz kommen können.
Nach einem Aspekt der Erfindung wird eine Reinigungsbürste nach Anspruch 1 geschaffen. Nach einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine Bilderzeugungsvorrichtung zum Erzeugen von Bildern auf einem Aufzeichnungsmedium geschaffen, welches umfasst:
eine ladungshaltende Oberfläche zur Aufnahme eines latenten elektrostatischen Bildes darauf,
eine Entwicklungseinrichtung zum Aufbringung von Toner auf die ladungshaltende Oberfläche, um das latente elektrostatische Bild zu entwickeln und so ein entwickeltes Bild auf der ladungshaltenden Oberfläche auszubilden,
eine Übertragungseinrichtung zum Übertragen des entwickelten Bildes von der ladungshaltenden Oberfläche auf ein Aufzeichnungsmedium und
eine Reinigungseinrichtung zum Entfernen von Resttoner und Abprodukten von der ladungshaltenden Oberfläche, nachdem das entwickelte Bild auf sie übertragen wurde, wobei das Reinigungselement eine Reinigungsbürste aufweist, wie sie in dem vorangehendem Abschnitt beschrieben wurde.
Die obigen erfindungsgemäßen Aspekte werden im Verlauf der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen deutlicher, wobei;
Fig. 1 eine schematische Darstellung der elektrostatischen Reinigungsvorrichtung ist, die in dem Gerät aus Fig. 1 verwendet wird,
Fig. 2 eine isometrische Darstellung einer erfindungsgemäßen zylindrischen Faserbürste ist und
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines konventionellen Websystems ist. Zum allgemeinen Verständnis der erfindungsgemäßen Merkmale erfolgt nun eine Beschreibung anhand der Zeichnungen.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, umfasst eine Reinigungsstation eine miniaturisierte elektrisch leitende Faserbürste 60, die so gelagert ist, dass sie an der lichtleitenden Oberfläche 14 anliegend von einem Motor 59 gedreht wird. Eine negative Gleich spannungsquelle 64 ist im Betrieb an die Bürste 60 angeschlossen, sodass zwischen dem Isolierelement 10 und der Bürste ein elektrisches Feld erzeugt wird, um eine Anziehung der positiv geladenen Tonerteilchen von der Oberfläche 14 zu bewirken. Im typischen Fall wird eine Spannung in der Größenordnung von -250 V an die Bürste angelegt. Eine isolierende Tonerablösewalze 66 wird zur Drehung an der leitenden Bürste 60 anliegend gehalten und dreht sich mit der doppelten Geschwindigkeit der Bürste. Eine Gleichspannungsquelle 68 spannt die Tonerablösewalze 66 auf ein höheres Potential mit derselben Polarität wie die Bürste vor. Ein Abstreichmesser 70 berührt die Walze 66 und entfernt Toner von ihr. Im typischen Fall wird die Tonerablösewalze 66 aus anodisiertem Aluminium hergestellt, sodass die Walzenoberfläche eine etwa 50 um dicke Oxidschicht enthält und somit Ladung ableiten kann, um einen übermäßig großen Ladungsaufbau an der Tonerablösewalze auszuschließen. Die Tonerablösewalze wird so gelagert, dass sie von einem Motor 63 gedreht werden kann. Bei der Reinigungsbürstenkonfiguration aus Fig. 1 bewegt sich das lichtleitende Band mit einer Geschwindigkeit von etwa 25 bis 76, vorzugsweise 28 cm/s (10 bis 25, vorzugsweise 11,0 Zoll/s), während sich die Bürste mit einer Geschwindigkeit von etwa 7,5 bis 153, vorzugsweise von etwa 47 cm/s (3,0 bis 60, vorzugsweise 18,5 Zoll/s) in entgegengesetzter Richtung zu dem lichtleitenden Band dreht. Die primäre Reinigung erfolgt durch die elektrostatische Anziehung von Toner zu den Enden der Bürstenfasern hin, der anschließend mit Hilfe der Tonerablöserolle von den Bürstenfasern entfernt wird, von der das Messer den abgenommenen Toner zu einem Schneckenförderer hin abstreift, der ihn wiederum zu einem Auffangbecken transportiert.
Als Alternative dazu kann die erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung ein Paar Tonerablösewalzen aufweisen, von denen eine Toner von einer Reinigungsbürste, an die eine Vorspannung angelegt ist, entfernt, und die andere Abprodukte, wie beispielsweise Toner mit umgekehrter Polarität, Papierfasern und Schlemmkaolin von der Bürste entfernt, wie dies zuvor in Bezug auf das USA-Patent 4,494,863 erörtert wurde. Bei diesem Verfahren wird an die beiden Tonerablösewalzen eine elektrische Vorspannung angelegt, sodass eine von ihnen Toner von der Bürste anzieht, während die andere Abprodukte anzieht. Dadurch lässt sich der Toner erneut verwenden, ohne dass die Kopierqualität nachlässt, während die Abfallstoffe entsorgt werden können.
Für das erfindungsgemäße Filament-Polymersubstrat lassen sich verschiedene Polymere verwenden. Bei erfindungsgemäßen Ausführungsformen des Filament- Polymersubstrats kann es sich um jedes beliebige thermoplastische Kohlenwasserstoffpolymer handeln, das sich zur Faserbildung mit höherem Molekulargewicht mit aliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffketten eignet, oder um ein Copolymer aus sowohl aliphatischen als auch aromatischen Ketten. Zu geeigneten Polymeren gehören solche Polymere, die aus Monomeren aliphatischer oder aromatischer Kohlenwasserstoffe synthetisiert werden und Molekularketten mit etwa 100 bis 50.000 Kohlenstoffatomen aufweisen, sodass ein durchschnittliches Molekulargewicht des Polymers im Bereich von etwa 1.000 bis etwa 1.000.000 entsteht, vorzugsweise mit etwa 200 bis 20.000 Kohlenstoffatomen, um ein durchschnittliches Molekulargewicht von etwa 3.000 bis etwa 300.000 zu erreichen. Zu Filament- Polymeren gehören u. a. Polymere, wie Polyester, Polyethylen, Polypropylen, Polyamide, wie z. B. Nylon 6, Nylon 66, Nylon 11, Nylon 12, Nylon 610, Nylon 612 und dergleichen, aromatische Polyester, wie beispielsweise Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Polyethylenoxybenzoat und dergleichen, Polyacrylnitrile, Copolymere oder Gemische aus Polyamid, Polyester und Polyacrylnitril, Nylon-Copolymere, wie beispielsweise Nylon 6/Nylon 66, Nylon 6/Polypropylen und Nylon/Polybutylenterephthalat, sowie Cellulosen, z. B. Viskosearten und Acetate. Bevorzugte Polymere sind die Nylonarten, wie beispielsweise Nylon 6, Nylon 66, Nylon 11, Nylon 12, Nylon 610 und Nylon 612 sowie die Polyester, wie beispielsweise Polyethylenterephthalat und Polybutylenterephthalat. Bevorzugt werden weiterhin Copolymere aus Nylon 6 und einem anderen Nylon, beispielsweise Nylon 66, Nylon 11, Nylon 12, Nylon 610 oder Nylon 612, Copolymere aus Nylon 66 und einem anderen Nylon, wie beispielsweise Nylon 6, Nylon 11, Nylon 12, Nylon 610 oder Nylon 612 sowie Copolymere aus Nylon 6 oder Nylon 66 und Polybutylenterephthalat. Besonders bevorzugt werden Copolymere aus Nylon 6 und Polybutylenterephthalat sowie Copolymere aus Nylon 66 und Polybutylenterephthalat. Bei einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Reinigungsbürste Fasern, die so konfiguriert sind, dass eine leitende Außenschicht entsteht, die etwa 95 bis etwa 100%, vorzugsweise etwa 99 bis etwa 100% des Umfangs der Faser bedeckt.
Die elektrisch leitenden Füllpartikel sind in einer Menge vorhanden, die ausreicht, damit der elektrische Widerstand der Fasern zwischen etwa 1 · 10³ Ohm/cm und etwa 1 · 10¹² Ohm/cm, vorzugsweise zwischen etwa 1 · 10³ Ohm/cm und etwa 1 · 10&sup9; Ohm/cm liegt, am günstigsten zwischen etwa 1 · 10&sup4; Ohm/cm bis etwa 1 · 10&sup7; Ohm/cm. Infolge der Konzentration von leitenden Füllpartikeln im Außenteil der Fasern weisen die einzelnen Fasern im Allgemeinen einen nichtleitenden Kernabschnitt und einen dünneren Außenabschnitt aus leitenden Füllpartikeln auf, der ein Polymer mit einem Widerstand pro Längeneinheit in dem angegebenen Bereich hat. Aufgrund der Struktur widerspiegelt dieser Wert den Widerstand pro Längeneinheit des Randes und erzeugt einen Widerstand pro Längeneinheit zwischen 2 · 10¹ Ohm/cm und etwa 3 · 10 hm/cm bei einem Garn aus 40 Filamenten. Vorzugsweise liegt der Widerstand pro Längeneinheit des Filaments bei etwa 1 · 10&sup5; Ohm/cm bis etwa 5 · 10&sup6; Ohm/cm. Bei erfindungsgemäßen Ausführungsformen liegt der Füllstoff in einer solchen Menge vor, dass er einen Masseanteil von etwa 8 bis 75% erreicht, vorzugsweise zwischen 10 und etwa 25%, und er besteht aus einem geeigneten Rußschwarz in der Größe feiner Partikel.
Die elektrisch leitenden Füllpartikel gelangen durch Surfusion in das Filament- Polymersubstrat und liegen im Innern des Filament-Polysubstrats als gleichmäßig dispergierte Phase unabhängig von dem Polymer und in einem ringförmigen Bereich am Rand des Filaments vor, der sich entlang seiner Breite nach innen erstreckt. Die entstehenden Fasern bilden einen zentralen, nicht leitenden Kern. Mit Hilfe eines Lösungsmittels durchdringt der Füllstoff das Filament-Polymersubstrat in einem ringförmigen Bereich entlang der Filamentbreite. Diese Suffusion führt dazu, dass sich der leitende Füllstoff in einer weitgehend gleichmäßigen Dispersion in dem Polymer verteilt bzw. darin diffundiert. Die elektrisch leitenden Partikel befinden sich nicht im Mittelteil des Kerns.
Die elektrisch leitenden Partikel sind fein verteilt bzw. gleichmäßig dispergiert und vorzugsweise gleichmäßig innerhalb des ringförmigen Bereichs am Rand beabstandet und erstrecken sich auf der gesamten Länge nach innen. Die elektrisch leitenden Füllstoffe befinden sich nicht nur in einer Region der Faser, sondern sind in einer gleichmäßigen Dispersion verstreut.
Die bei der vorliegenden Erfindung einsetzbaren elektrisch leitenden Textilfasern lassen sich mittels Suffusionsverfahren herstellen, die in den USA-Patenten Nr. 3,823,035 und Nr. 4,255,487 an Sanders beschrieben sind. Die bei der Suffusion eingesetzten und hier beschriebenen Verfahren zum Quellen des Lösungsmittels und zum Auftragen der Beschichtung eignen sich für jede beliebige Polymerfaser, wenn ein passendes Lösungsmittelsystem identifiziert werden kann. Zu den wichtigsten Merkmalen des ausgewählten Lösungsmittelsystems gehört, dass das Lösungsmittel das Fasersubstrat in gesteuerter Weise zum Quellen bringen und als flüssige Phase, als Auftragungsmedium für die Rußschwarz-Füllstoffe bzw. für die Beschichtungszusammensetzung aus Rußschwarz und Polymer dienen muss. Um den Faserbeschichtungsprozess besser steuern zu können, lassen sich auch Teillösungsmittel anwenden, bei denen es sich um Flüssigkeiten handelt, die lediglich das Substratpolymer aufquellen lassen, aber nicht das Substratpolymer vollständig lösen. Bevorzugte Lösungsmittel wären stabil, nicht brennbar, umweltfreundlich und unschädlich für die normalerweise kommerziell betriebenen Beschichtungsanlagen, und es gäbe auch keine Wechselwirkung zwischen den Lösungsmitteln und der Anlage. Des Weiteren sind aber auch entsprechend dieser Verfahren hergestellte handelsübliche Fasern von der BASF-Corporation unter der allgemeinen Bezeichnung F901 Static Control Yarn erhältlich. Diese Fasern, die durch den oben beschriebenen Suffusionsprozess entstanden sind, sind allgemein dadurch gekennzeichnet, dass sie auf der Außenfläche eine leitende Schicht haben, auf der ein Lösungsmittel oder ein Teillösungsmittel für das Substrat eingesetzt wird, um selbiges zum Quellen zu bringen und das Mittel zum Ablagern der Beschichtung aus dem leitenden Füllstoff auf dem Substrat bereitzustellen. Die erfindungsgemäßen Fasern weisen eine Schicht auf, in der sich die elektrisch leitenden Füllpartikel verteilt haben bzw. wo sie in das Fasersubstrat hinein diffundiert sind. Dadurch entsteht auf der Faser ein sehr haltbarer elektrisch leitender Außenabschnitt, speziell wenn dem Rußschwarz enthaltenden Lösungsmittel Nylonpulver beigegeben wird.
Im Hinblick auf weitere Details zur Herstellung derartiger Fasern wird auf die beiden zuvor genannten Patente an Sanders verwiesen. In Kürze sei jedoch angemerkt, dass sie sich herstellen lassen, indem auf das Filament-Polymersubstrat eine Dispersion aus fein verteilten elektrisch leitenden Füllpartikeln aufgetragen wird, z. B. stark leitendes Rußschwarz mit großer Oberfläche in einem Lösungsmittel für das Filament-Polymersubstrat, das nicht die leitenden Partikel löst bzw. mit ihnen reagiert, und indem das Lösungsmittel von dem Filament-Polymersubstrat entfernt wird, nachdem die Füllpartikel den Rand des Filament-Polymersubstrates durchdrungen haben und bevor die strukturelle Integrität des Filament-Polymersubstrats zerstört worden ist. Meist wird Ameisensäure allein oder in Kombination mit anderen geeigneten organischen Säuren, z. B. Essigsäure, als Lösungsmittel für die Auftragung von Füllpartikeln, entweder auf Nylon 6 oder Nylon 66 verwendet, wenn diese speziellen Polymere in einer konkreten Ausführungsform zum Einsatz kommen. Als Alternative dazu kann die Dispersion bei dem abgewandelten Verfahren, das von beiden Sanders-patenten beschrieben wird, pulverförmiges Nylon enthalten, das mit dem Nylonsubstrat identisch oder anders als das Substrat ist. Wenn beispielsweise Nylon 6 als das Substrat verwendet wird, kann Nylon 66 in die leitende Außenschicht eingebracht werden. In diesem Fall können die Feuchtigkeitsaufnahme und daraus folgende Veränderungen in den mechanischen Eigenschaften der Verbundfaser auf gewünschte Weise verringert werden. Die Fasern verfügen über ausreichende elastische und Festigkeitseigenschaften, sodass das Weben von Florgewebe und die Herstellung von Spiralbürsten möglich werden, die bei Verwendung in einer xerografischen Reinigungsbürste keine Biegeermüdung zeigen. Dementsprechend behalten sie auch bei wiederholter Verformung und bei häufigem Rotationskontakt mit dem Bilderzeugungselement ihre ursprüngliche Form bei. Da durch den Suffusionsprozess eine integrale Verbundfaser entsteht, kommt es weder zu einer beträchtlichen chemischen Auflösung noch zu einer erheblichen Reibungsabnutzung der Fasern. Alternativ kann die leitende Außenschicht durch Schmelzauftragung einer geeigneten Kombination aus Polymer und leitendem Füllstoff gebildet werden, wobei die Beschichtungszusammensetzung mittels Wärme auf eine Viskosität verflüssigt wird, die niedrig genug ist, um eine gleichmäßige Auftragung auf die Substratfaser zu ermöglichen. Ebenso könnte die zweilagige Faserstruktur durch den Prozess hergestellt werden, der als Zweikomponenten-Schmelzspinnen bekannt ist, wobei zwei Polymerfasern, von denen eine leitende Füllstoffe enthält und die andere nicht, durch Schmelzen verflüssigt werden und mittels Extrusion durch eine Düse mit mehreren Öffnungen hindurch zusammengebracht werden. Nach dem Kühlen ähnelt die Zweilagige Struktur der Konfiguration, die mit dem oben beschriebenen Suffusionsprozess entsteht.
Zu geeigneten elektrisch leitenden Füllpartikeln gehören Rußschwarz, Graphit sowie Metalloxide einschließlich Eisenoxid, Zinnoxid, Zinkoxid und Wolframoxid. Ebenso können feine Partikel von grundsätzlich leitenden Polymeren, z. B. Polypyrrol und Polyacetylen, verwendet werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kommt Rußschwarz als Füllstoff zum Einsatz.
Die hier verwendete Reinigungsbürste kann in jeder geeigneten Konfiguration genutzt werden. Meist wird eine zylindrische Faserbürste mit einem spiralförmig gewickelten leitfähigen Florgewebestreifen auf einem länglichen zylindrischen Kern, wie in den Fig. 1 und 2 abgebildet, verwendet. Im typischen Fall hat eine derartige Miniaturbürste einen geringen Durchmesser, z. B. zwischen etwa 2,5 und 31 mm (0,1 bis etwa 1,25 Zoll), vorzugsweise zwischen 5 und 25 mm (0,2 bis etwa 1,0 Zoll) und am besten zwischen 5 und 12 mm (0,2 bis etwa 0,5 Zoll), und besteht aus Pappe, aus epoxyd- oder phenolimprägniertem Papier, aus extrudiertem thermoplastischen Material, einem ziehstranggepressten wärmeaushärtbaren oder thermoplastischen Harz, das eine Glasfaser- oder Kohlefaserverstärkung enthält, oder aus einem Metall, das die notwendige Steifheit und die Maßhaltigkeit der Bürste für deren ordnungsgemäße Funktionsweise gewährleistet. Wenngleich der Kern sowohl elektrisch leitend als auch nichtleitend sein kann, wird es bevorzugt, wenn er eine elektrische Isolierung bietet.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines spiralförmig gewickelten, leitfähigen Florgewebestreifens auf einem zylindrischen Kern 80 mit einem ausgeschnittenen, gewebten Plüschfaserstreifen 82, der spiralförmig (85) um den Kern gewickelt ist, sodass eine Miniatur-Reinigungsbürste entsteht.
Normalerweise hat die erfindungsgemäße Miniatur-Reinigungsbürste eine Faserfülldichte zwischen etwa 7.700 bis etwa 54.000 Fasern pro cm² (50.000 bis etwa 350.000 Fasern pro Quadratzoll), vorzugsweise zwischen etwa 12.400 und etwa 31.000 Fasern pro cm² (80.000 bis etwa 200.000 Fasern pro Quadratzoll) und am besten zwischen etwa 15.500 und etwa 23.000 Fasern pro cm² (100.000 bis etwa 150.000 Fasern pro Quadratzoll). Zwecks optimaler Reinigungsleistung liegt die Feinheit der Fasern in dem Gewebestreifen zwischen etwa 0,1 und 11 Denier pro Filamentfaser, vorzugsweise zwischen 0,5 und 5 Denier und am besten zwischen 0,7 und etwa 3 Denier. Der Durchmesser der einzelnen Fasern ist gering, z. B. zwischen etwa 5 und 38 um, vorzugsweise zwischen etwa 11 und 25 um. Die Florhöhe der Bürste kann zwischen etwa 0,1 und etwa 20 mm liegen und beträgt vorzugsweise etwa 0,5 und 9 mm, am besten zwischen etwa 1 und 7 oder 3 bis 5 mm, wodurch eine optimale Reinigungsleistung bei hoher Prozessgeschwindigkeit sichergestellt wird. Die Auswahl der Faserfeinheit und der Faserfülldichte innerhalb der Gewebeschicht erfolgt entsprechend der letztendlichen Auswahl der Faserlänge und der Reinigungsleistung, wobei im Allgemeinen kürzere Faserlängen kleinere Faserfeinheitswerte erforderlich machen. Zu einigen Faktoren, die bei der Festlegung der Faserdenierwerte und der Faserfülldichte zu berücksichtigen sind, gehört der Umfang der Faserbiegung und der Formänderung bzw. der permanenten Verformung, die durch die auf die Faser bei einer bestimmten Biegung einwirkende elastische Verformungsenergie erzeugt wird, sowie der Wunsch nach minimaler Abnutzung und Abrasion des Fotorezeptors und der Faseroberflächen, während gleichzeitig die Reinigungsleistung maximiert wird. Die Florhöhe steht insofern mit der Faserlänge im Zusammenhang, als die Faserlänge laut Definition die Entfernung einschließt, über die sich die Florfaser in das Stützgewebe hinein erstreckt; diese Entfernung beträgt gewöhnlich etwa 1 mm oder weniger. Als Florhöhe wird die Länge der Faser betrachtet, die über das Stützgewebe hinausragt, wobei die Dicke der Stützschicht unberücksichtigt bleibt.
Die erfindungsgemäße zylindrische Faserbürste kann mit konventionellen Verfahren hergestellt werden, die auf dem Fachgebiet hinlänglich bekannt sind. Zum Beispiel kann sie durch konventionelle Strick- oder Faserbündeleinfüge-Prozesse sowie mit dem bevorzugten Webverfahren hergestellt werden. Der anfängliche Webschritt erfolgt mit konventionellen Verfahren, wobei das Gewebe beispielsweise auf einem schmalen Webstuhl in Streifen gewebt werden kann oder in breiteren Streifen auf einem breiten Webstuhl, der Abstände zwischen den einzelnen Streifen belässt. Als Alternative dazu kann ein gewebter Plüsch derart gefertigt werden, dass die Faserfülldichte des Gewebestreifens an den Rändern des Streifens mindestens doppelt so groß ist wie die Faserfülldichte im Mittelteil des Gewebestreifens, wie in dem USA- Patent 4,706,320 beschrieben.
Fig. 3 veranschaulicht schematisch eine konventionelle Webvorrichtung, bei der Gewebe mit Hilfe eines beliebigen Schützen- eines schützenlosen Florwebstuhls gefertigt werden können. Als gewebter Stoff wird eine planare Struktur bezeichnet, die durch Verweben von zwei oder mehr Garnsätzen entsteht, wobei die Garne einander im Wesentlichen im rechten Winkel passieren. Ein schmales Gewebestück ist ein Gewebe mit einer Breite von 3 Zoll oder weniger und einer festen Kante auf jeder Seite, die vor dem spiralförmigen Aufwickeln auf den Bürstenkern abgeschnitten wird. Ein Gewebestück mit zerschnittenem Flor ist ein Gewebe mit Florgarnen, die von einer Seite des Stützgewebes hervorstehen, wobei die Florgarne nach der Trennung von zwei gleichzeitig gewebten, symmetrischen Gewebeschichten zerschnitten werden.
Nachstehend erfolgt anhand von Fig. 3 eine allgemeine Beschreibung des Webprozesses. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird in einer geeigneten Phase der Bürstenherstellung nachdem Beschichten ein Schmälzmittel auf die Fasern als Fa serappretur aufgebracht, um die Garntransporteigenschaften bei hoher Geschwindigkeit zu verbessern. Meist wird das Schmälzmittel vor dem Weben oder während des Webens bzw. des Bürstenscherens aufgetragen. Materialien, die als Faserappretur Verwendung finden, schließen typischerweise Mineralöle, Kohlenwasserstofföle, Silikone und Wachse ein. Zu bevorzugten handelsüblichen Materialien gehören Stantex-Appreturen, Gemische aus Mineralöl, Fettestern, nichtionischen Emulgatoren und Zusatzstoffe mit geringer Schlingenbildung, erhältlich von Henkel Corporation, Charlotte, N. C., und Permafin 206, eine wässrige Emulsion aus einem Etylen- Fett-Copolymer, erhältlich von National Starch & Chemical Company, Salsbury, N. C. Diese Behandlung ist nicht nur hilfreich während des Fertigungsprozesses, sondern hat zudem den Effekt, Reibungskräfte zu verringern und so das Verheddern zu minimieren. Dementsprechend wird die Reibung zwischen den einzelnen Fasern, zwischen Faser und Tonerablösewalze und zwischen Faser und Bilderzeugungselement verringert, und die radiale Verkleinerung der Bürste sowie die Tonerablöseleistung bleiben erhalten, sodass die Möglichkeit von Reinigungsdefekten reduziert wird. Die Kettgarne für die obere Schicht 90, die untere Stützschicht 94 und die Florschicht 92 werden auf einzelne Kettbäume 96, 100 bzw. 98 gewickelt. Alle Garne auf den Kettbäumen sind kontinuierliche Garne mit Längen von mehreren tausend Metern und parallel zueinander angeordnet, sodass sie durch das entstehende Florgewebe längs verlaufen. Die Breite des Gewebes, die Größe der Kettgarne und die Anzahl der Kett-"Enden" bzw. Garne pro Zoll, die im fertigen Gewebe gewünscht werden, bestimmen die Gesamtzahl der einzelnen Kettgarne, die auf die Kettbäume aufgesetzt und in die Webvorrichtung eingefädelt werden. Von den Kettbäumen der Webvorrichtung werden die Garne für das obere Stützgewebe 102, das untere Stützgewebe 104 und den Flor 106 durch eine Spannvorrichtung gelenkt, gewöhnlich eine Treiberrolle und Kreuzstäbe, und anschließend durch die Litzenaugen und Zähne in einem Webeblatt 108 geführt. Durch diese Anordnung können die verschiedenen Kettgarne in die gewünschten Gewebe gelangen. Während die Kettgarne durch die Auf- und Abbewegung der Litzen der Webvorrichtung transportiert werden, trennen sie sich in Schichten auf, sodass Öffnungen entstehen, die auch als Fächer bezeichnet werden. Der Webschützen befördert das Füllgarn durch die Fächer, wodurch das gewünschte Gewebemuster entsteht. Das gewebte Material mit einer oberen und einer unteren Stützschicht 102, 104 und einem dazwischenliegendem Flor 106 wird von einer Schneidvorrichtung 110 in zwei Gewebeteile zerschnitten, wodurch zwei Florgewebe mit zerschnittenem Plüsch gebildet werden. Besonders bevorzugt wird ein gewebtes Flormaterial mit beschnittenem Plüsch. Wenn der Stoff auf einem breiten Webstuhl mit Zwischenräumen zwischen den benachbarten Gewebestreifen gewebt worden ist, kann der Stoff nach dem Weben in Streifen geschnitten werden, indem die gewebten Stützschichten zwischen den Florstreifen durchtrennt werden. Nach dem Weben werden die Gewebestreifen mit einem leitfähigen Latex beschichtet, z. B. Emerson Cumming's Eccocoat SEC, welcher anschließend durch Wärmeeinwirkung getrocknet wird. Danach wird der Gewebestreifen auf die gewünschte Breite zugeschnitten. Dabei wird sichergestellt, dass nicht in den Bereich hineingeschnitten wird, aber so dicht wie möglich an ihn heran, und zwar mit einer konventionellen Einrichtung, wie beispielsweise mit einer Heißmesserschneideinrichtung oder Ultraschall-Trenneinrichtung.
Der Gewebestreifen wird spiralförmig auf den Gewebekern aufgewickelt und dort mit einem Klebstoff befestigt, sodass das Gewebe mit dem Kern verbunden wird. Die Streifenbreite wird von der Größe des Kerns bestimmt, wobei kleinere Kerne im Allgemeinen schmalere Gewebestreifen erforderlich machen, sodass diese mühelos mit einer automatischen Wickelvorrichtung aufwickelt werden können. Der aufgetragene Klebstoff kann aus handelsüblichen Epoxydharzen, Heißschmelz-Klebstoffen, Cyanacrylen, d. h. "Sekundenklebstoffen" ausgewählt werden, oder aber es wird ein doppelseitiges Klebeband verwendet. Im Falle von flüssigen oder geschmolzenen Klebstoffen ist eine Auftragung auf das Gewebe allein, allein auf den Kern oder auf beide möglich, und es kann sich bei ihnen um leitende oder nichtleitende Klebstoffe handeln. Im Falle des doppelseitigen Klebebandes wird dies meist zuerst auf das Kernmaterial aufgetragen. Der Wickelprozess ist an sich unpräzise, weil es nicht möglich ist, den Fugenabstand zwischen den Gewebewicklungen zu steuern, denn das Gewebe reagiert unterschiedlich auf Spannung - mit Dehnung, Verformung oder Faltenbildung. Der Gewebestreifen wird in einem Wickelprozess mit konstantem Abstand aufgewickelt, wobei dem Spiralwickelwinkel der bekannte Kerndurchmesser und die Breite des Gewebes zugrunde liegt. Typischerweise wird der Kernumfang als eine diagonale Länge auf dem Gewebe von einer Kante zur anderen betrachtet, und der Wicklungswinkel wird von dieser Diagonale und der Senkrechten zwischen den beiden Gewebekanten abgeleitet.
Mit der hier beschriebenen verringerten Feinheit und größeren Faserfülldichte sowie mit der geringeren Florhöhe und kleinerem Faserdurchmesser entstehen Miniatur fasern, die sich für den Gebrauch in einer Miniaturbürste eignen, die zum Reinigen in einem elektrostatografischen Druck- oder Kopiergerät verwendet wird. In Ausführungsformen wiesen Reinigungsbürsten mit den Miniaturfasern unerwartet gute Reinigungseigenschaften auf, wobei ein zu reinigendes Element ausgezeichnet gereinigt wurde und an ihm keinerlei Verschleiß verursacht wurde. Darüber hinaus verringerte sich durch die darin enthaltenen Fasern die Tonermenge, die auf dem zu reinigenden Element verblieben war. Zudem sind die Fasern sehr haltbar, wodurch eine längere Lebensdauer des Reinigungselementes gewährleistet wird. Weiterhin sind die Miniaturfasern und -bürsten dazu ausgelegt, bei relativ niedrigen Geschwindigkeiten effizient zu arbeiten, wodurch sich ihre Reinigungsleistung verbessert.
Bei den folgenden Beispielen wurde die Druckkraft zum Verformen des Faserflors gemessen. Die Druckkraft lässt sich auf verschiedene Art und Weise messen. Eine weit verbreitete Möglichkeit besteht darin, eine kleine runde oder eckige Platte (etwa einen halben Quadratzoll (1,61 cm²)) an dem Ende eines in der Hand gehaltenen Druckmessgerätes zu befestigen und anschließend die Platte in stärkeren Eingriffskontakt mit dem Florgewebe zu bringen, während gleichzeitig der Druck bzw. die Kraft als eine Funktion der Durchdringungstiefe festgehalten wird. Bei annähernd derselben Durchdringungstiefe sind die Kräfte in Abhängigkeit von der Florhöhe, der Fasergröße, der Faserfülldichte und der Faserart sehr unterschiedlich. Allgemein nimmt bei derselben Faserart die Kraft mit geringer werdender Fasergröße ab (d. h., feinere Fasern sind weicher), wie auch bei kleiner werdender Fülldichte (weniger Fasern erzeugen einen geringeren Durchdringungswiderstand) und bei zunehmender Florhöhe (lange Fasern biegen sich leichter um als kurze). Dieser Prozess kann mit einem Instron-Testgerät für mechanische Eigenschaften automatisiert werden. Weiterhin kann die Druckkraft gemessen werden, indem ein Druckkraft-Messgerät an den Drehpunkten des Reinigungsgehäuses befestigt wird und die Kraft festgehalten wird, die auf die gesamte Bürste einwirkt, während sie mit dem Fotorezeptor oder einem anderen Element, das gereinigt werden soll, in Kontakt gebracht wird.
Es wurde ein weiterer Test ausgeführt, der bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten die Anzahl von Faseranschlägen auf einem Fotorezeptor misst. Bei den nachstehenden Beispielen wurden die Faseranschläge bei einer Geschwindigkeit von 300 U/min unter Verwendung von 10 um Toner gemessen.
Darüber hinaus wurde ein subjektiver Test ausgeführt, um festzustellen, ob sich die Bürsten zum Reinigen eignen würden. Der subjektive Test misst, ob die Fasern den Fotorezeptor bzw. das andere zu reinigende Element beschädigen bzw. einen Verschleiß an ihm hervorrufen oder ob sie zu weich sind und daher als Reinigungsfasern nicht akzeptabel sind. Der bei den nachstehenden Beispielen eingesetzte subjektive Test erfolgte, indem einfach eine Hand auf die Außenfläche der Bürste aufgelegt und an ihr entlangbewegt wurde und dabei die relative Steifheit der einzelnen Florgewebe festgestellt wurde. Jemand, der sich auch nur einigermaßen bei Berührungsmessverfahren auskennt, kann mühelos vorhersagen, welche Steifheit für einen annehmbaren Rotationskontakt (d. h. geringer Verschleiß) mit dem Fotorezeptor oder dem anderen zu reinigenden Element zu groß ist. Eine solche Person kann ebenfalls feststellen, ob die Fasern für eine annehmbare Reinigungsleistung zu weich sind. Ähnliche subjektive Tests werden in der Textilindustrie angewandt und als so genannte "Hand" oder "Fair-Tests (drape) bezeichnet. Diese Tests werden auf dem Fachgebiet ebenfalls dazu verwendet, die Weichheit bzw. Biegsamkeit eines Gewebes oder von Fasern zu messen.
Mit den folgenden Beispielen werden erfindungsgemäße Ausführungsformen näher definiert und beschrieben. Soweit nicht anders angegeben, beziehen sich alle Teile und Prozentsätze auf die Masse. Vergleichsbeispiele werden ebenfalls angegeben.

BEISPIELE

VERGLEICHSBEISPIEL 1

Eine elektrisch leitende Nylon 6-Faser mit einer Feinheit von 11 Denier (Resistat®), die durch Suffusion bzw. Eingießen eines Gemisches aus leitendem Rußschwarz mit feiner Partikelgröße und einem Nylonpulver in ein geeignetes Lösungsmittel hergestellt wurde, wurde von der BASF-Corporation aus Enka, North Carolina, in Form eines 660-Denier-Garns erworben, das aus 60 Filamenten besteht und so gezwirnt ist, dass eine Verzwirnung von einer Wicklung/cm (2,5 Wicklungen/Zoll) entsteht. Die Garne wurden von der Schlegel Corporation aus Rochester, New York, zu einem Gewebe mit 12.400 Fasern pro cm² (80.000 Fasern pro Quadratzoll) verwoben und anschießend zu Bürsten mit einem Außendurchmesser zwischen 25 und 30 mm verarbeitet. Es wurden verschiedene Florfaserlängen hergestellt, um Bürstenfasern mit einer Länge von 3,0, 5,0, 7,0 und 9,5 mm Länge zu erhalten. Anschließend wurde jede Bürste einem subjektiven Test bezüglich der offensichtlichen Florsteifheit unterzogen, die zum Verformen des Bürstenflors erforderliche Druckkraft gemessen, und die Anzahl von Faseranschlägen bei 300 U/min und 10 um Toner auf dem Fotore zeptor gemessen. Bei Fasern mit einer Florlänge von mindestens 9,5 mm wurde die Steifheit für die Verwendung in einer typischen Reinigungsanwendung als annehmbar eingeschätzt. Demgegenüber wurde bei Fasern mit einer Florhöhe von 7,0, 5,0 und 3,0 mm die offensichtliche Steifheit als ungeeignet für die Verwendung in einer xerografischen Reinigungseinrichtung erachtet, bei der die Bürste unbedingt einen Rotationskontakt mit der Polymer-Fotorezeptoroberfläche herstellen muss. Es wurde eingeschätzt, dass die Fasern mit einer Florhöhe von 3,0, 5,0 und 7,0 mm bei 12.400 Fasern pro cm² (80.000 Fasern pro Quadratzoll) höchstwahrscheinlich zu einem starken Verschleiß der Fotorezeptoroberfläche beitragen und starke Widerstandskräfte erzeugen, durch die die genaue Kontrolle der Fotorezeptorbewegung schwierig werden würde.
Tabelle 1 macht deutlich, dass eine Erhöhung des Bürstendurchmessers auf 30 mm und eine Zunahme der Florhöhe auf 9,5 mm zu einer Abnahme der Druckkraft führt, sich die Anzahl der Faseranschläge jedoch nicht ändert. Diese Ergebnisse sind ungünstig. Für eine angemessene Reinigung ist es wichtig, dass bei geringer werdender Druckkraft die Anzahl der Faseranschläge zunimmt. Die unten aufgelisteten Anzahlen von Faseranschlägen sind Berechnungen des theoretischen Maximalwertes für die angegebenen Bürsten. Für den Fall, in dem Toner mit einer Größe von 10 um während des Durchlaufs durch den gesamten Spaltbereich an der Fotorezeptorfläche haftet, und unter der Annahme, dass der Toner nicht bei einem vorherigen Faseranschlag entfernt worden ist, beschreibt die Berechnung die maximale Anzahl von Faseranschlägen, denen der Tonerpartikel vor der Entfernung ausgesetzt sein könnte. Bei einem Faseranschlag bzw. -aufprall handelt es sich um ein einziges Filament, dass einen Kontakt mit dem Toner herstellt und den Toner von einer Oberfläche, z. B. einem Fotorezeptor, entfernt. Bevorzugt wird eine große Anzahl von Faseranschlägen. Wenn der Bürstendurchmesser vergrößert wird, die Florhöhe jedoch nicht, vergrößern sich sowohl die Druckkraft als auch die Anzahl der Faseranschläge. Die unten in Tabelle 1 abgebildeten Ergebnisse sind ungünstig. TABELLE 1

VERGLEICHSBEISPIEL 2

Dieselben Fasergarne mit einer Feinheit von 11 Denier wie in Beispiel 1 wurden zu anderen Florgeweben mit 9.300 bzw. 6.200 Fasern pro cm² (60.000 bzw. 40.000 Fasern pro Quadratzoll) verwoben und zu Bürsten mit Außendurchmessern zwischen etwa 25 und 30 mm aus Florgewebelängen verarbeitet, die identisch mit den oben definierten sind und den oben beschriebenen Tests im Hinblick auf die offensichtliche Steifheit unterzogen wurden. Selbst bei einer geringen Faserfülldichte von 6.200 Fasern pro cm² (40.000 Fasern pro Quadratzoll) wurde eingeschätzt, dass die Fasern mit einer Florhöhe von 3,0, 5,0 und 7,0 mm wahrscheinlich einen organischen Fotorezeptor stark abnutzen und Luftwiderstandsprobleme bei dem Fotorezeptor hervorrufen.

VERGLEICHSBEISPIEL 3

Weitere 11-Denier-Fasern wurden in derselben Garnform beschafft, allerdings wurden die Fasern mit dem hier beschriebenen alternativen Schmelzspinnverfahren hergestellt und zu Geweben verwoben, die die oben definierten Faserfülldichten und Florlängen aufweisen. Nach den Tests auf offensichtliche Steifheit wurde eingeschätzt, dass jede Faser mit einer Florlänge von 3,0, 5,0 und 7,0 mm ungeachtet der Faserfülldichte inakzeptabel ist.
Aus den obigen Beispielen wird folglich deutlich, dass sich die typischen dicken (11 Denier) Nylon 6-Fasern nicht zur Verwendung in den bevorzugten miniaturisierten Reinigungsbürsten künftiger xerografischer Geräte eignen, denn sie benötigen Florfaserlängen von 9 mm oder weniger und Faserfülldichten von über 6.200 Fasern pro Quadratzentimeter (40.000 Fasern pro Quadratzoll) und vorzugsweise von mehr als 9.300 Fasern pro cm² (60.000 pro Quadratzoll) und am besten von mehr als 12.400 Fasern pro cm² (80.000 Fasern pro Quadratzoll).
Die folgenden Beispiele demonstrieren, dass erfindungsgemäße Bürsten bessere Reinigungseigenschaften haben, ohne dass sie Verschleißprobleme mit sich bringen.

BEISPIEL 4

Mit dem oben beschrieben Schmelzspinnverfahren wurde von der BASF Corporation eine elektrisch leitende Nylon 6-Faser mit einer Dicke von 5 Denier hergestellt, deren gesamter Außenumfang aus einer elektrisch leitenden Schicht aus Rußschwarz und Nylonpolymer bestand. Dieses Material wurde bereitgestellt als ein Garn von 660 Denier, bestehend aus 132 einzelnen Filamenten, verzwirnt auf etwa 1 Wicklung pro cm (2,5 Wicklungen pro Zoll). Es wurden dieselben Bürsten wie in den anderen Beispielen verwendet, außer dass die Faserfülldichte auf 13.600 Fasern pro cm² (88.000 Fasern pro Quadratzoll) bzw. 27.200 Fasern pro cm² (176.000 Fasern pro Quadratzoll) verändert wurde. Anschließend wurde jede Bürste dem Test auf offensichtliche Steifheit unterzogen. Es wurde eingeschätzt, dass die Bürsten mit einer Florfaserlänge von 9,5 mm akzeptabel sind und die Längen von 5 und 7 mm als bedingt akzeptabel gelten.
Wie in der nachstehenden Tabelle 2 abgebildet, weisen die 5-Denier-Fasern eine stark verringerte Bürstendruckkraft sowie einen Anstieg bei den Faseranschlägen auf. Niedrige Druckkräfte sind wichtig für die Verringerung des Luftwiderstands der Bürste auf dem Fotorezeptor. Außerdem wird durch eine größere Anzahl von Faseranschlägen die Reinigungsleistung besser. TABELLE 2
Wie in der obigen Tabelle 2 abgebildet, wurden die besten Ergebnisse mit den 5- Denier-Fasern in einer Bürste mit einem Durchmesser von 30 mm und einer Webdichte von 27,2 K f/cm² (176 K f/in²) erreicht.

BEISPIELS

Ein leitendes 5-Denier-Polyesterfasergarn, das identisch ist mit jenem aus Beispiel 4, wurde von derselben Quelle beschafft und zu Bürsten, wie oben beschrieben, verarbeitet. Steifheitstests führten zu ähnlichen Ergebnissen wie bei Beispiel 4. Bei dem vorliegenden Beispiel bestand die Faserbürste jedoch aus Polyesterfasern. Die Drehgeschwindigkeit für die Faseranschläge betrug 300 U/min bei einer Interferenz zwischen Bürste und Fotorezeptor (BPI) von 2 mm. Des Weiteren ist der Elastizitätsmodul für Polyester (EPolyester) identisch mit dem Elastizitätsmodul für Nylon (ENylon) und beträgt 1,39. Die Ergebnisse sind nachstehend in Tabelle 3 aufgeführt. TABELLE 3

BEISPIELS

Es wurden verschiedene Nylonfasern mit unterschiedlichen Denier-Werten genauso wie in Beispiel 1 beschrieben von der BASF hergestellt, außer dass die Faserfeinheit zwischen 2 und 11 lag. Diese Fasern wurden zu Bürsten mit verschiedenen Webdichten verarbeitet. Es wurde festgestellt, dass Fasern mit geringeren Denier-Werten produziert werden können und dass sich mit diesen kleineren Fasern größere Webdichten erreichen lassen. In Tabelle 4 sind die Ergebnisse aufgeführt. Die Ergebnisse basieren auf 300 U/min und 2 BPI. TABELLE 4
Aus diesen Beispielen wird ein deutlicher Trend in Richtung der Auswahl von Fasern mit geringeren Denier-Zahlen als Mittel zum Erreichen der günstigsten Kombination aus hoher Fasertülldichte, kleinem Bürstenaußendurchmesser, geringer Florfaserlänge, geringem Faserdurchmesser und akzeptabler Steifheit erkennbar.
Somit weisen elektrisch leitende Fasern mit Denier-Werten unter 11, vorzugsweise von höchstens 5, die besten Ergebnisse bei der Verwendung in sehr kleinen Reini gungsbürsten aus, weil sie die Beschädigung des Fotorezeptors verringern, die Menge von verbleibendem Resttoner auf der Übertragungsfläche verringern, wodurch eine längere Reinigungszeit durch Bereitstellung langlebiger Fasern gewährleistet wird, und weil sie bei den gewünschten relativen Geschwindigkeiten zufriedenstellende Ergebnisse hervorbringen.

Claims

1. Reinigungsbürste (60) zur Verwendung in einer Bilderzeugungsvorrichtung mit: elektrisch leitenden Fasern, die ein Filament-Polymersubstrat mit feinverteilten elektrisch leitenden Füllpartikeln umfassen, die das Filament-Polymersubstrat durchdringen und in dem Filament-Polymersubstrat als gleichmäßig verteilte Phase vorliegen, die an dem Polymersubstrat in einem ringförmigen Bereich am Rand des Filaments haftet und sich entlang dem Durchmesser nach innen erstreckt und einen zentralen, nichtleitenden Restkern bildet, wobei die elektrisch leitenden Partikel in einer Menge vorhanden sind, die ausreicht, dass der elektrische Widerstand der Fasern zwischen etwa 1 · 10³ Ohm pro Zentimeter bis etwa 1 · 10¹² Ohm pro Zentimeter beträgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsbürste eine Faserfülldichte von etwa 9.300 bis etwa 54.000 pro Quadratzentimeter hat.

2. Reinigungsbürste (60) gemäß Anspruch 1, wobei die Bürste einen Durchmesser von etwa 5 bis etwa 31 mm hat.

3. Reinigungsbürste (60) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Fasern einen Durchmesser von etwa 5 bis etwa 38 um, vorzugsweise von etwa 11 bis 25 um haben.

4. Reinigungsbürste (60) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Fasern eine Feinheit von etwa 1,1 · 10&supmin;&sup5; bis etwa 1,2 · 10&supmin;³ g/m, vorzugsweise von etwa 0,55 · 10&supmin;&sup4; bis etwa 5,5 · 10&supmin;&sup4; g/m aufweisen.

5. Reinigungsbürste (60) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Fasern eine durchschnittliche Florhöhe von etwa 0,1 bis etwa 20 Millimetern, vorzugsweise von etwa 0,5 bis etwa 9 Millimetern aufweisen.

6. Reinigungsbürste (60) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Filament- Polymersubstrat aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Polyamiden, Polyester, Polyethylen, Polypropylen, aromatischen Polyestern, Polyacrylnitrilen, Cellulosen, Viskosearten, Acetaten und Copolymeren aus ihnen besteht.

7. Reinigungsbürste (60) gemäß Anspruch 6, wobei das Filament-Polymersubstrat aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Nylon-6, Nylon-66, Nylon-11, Nylon-12, Nylon-610, Nylon 612, Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Polyethylenoxybenzoat und Copolymeren aus ihnen besteht.

8. Reinigungsbürste (60) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der elektrisch leitende Füllpartikel aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Rußschwarz, Eisenoxid, Zinnoxid, Polypyrrol und Polyacetylen besteht.

9. Bilderzeugungsvorrichtung zum Erzeugen von Bildern auf einem Aufzeichnungsmedium mit:

einer ladungshaltenden Oberfläche (14) zum Aufnehmen eines latenten elektrostatischen Bildes auf ihr;

einer Entwicklungskomponente zum Aufbringen von Toner auf die ladungshaltende Oberfläche (14), um das latente elektrostatische Bild zu entwickeln und ein entwickeltes Bild auf der ladungshaltenden Oberfläche (14) auszubilden;

einer Übertragungskomponente zum Übertragen des entwickelten Bildes von der ladungshaltenden Oberfläche auf ein Aufzeichnungsmedium und

einer Reinigungskomponente zum Entfernen von Resttoner und Ablagerung von der ladungshaltenden Oberfläche, nachdem das entwickelte Bild auf sie übertragen worden ist, wobei die Reinigungskomponente eine Reinigungsbürste (60) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 umfasst.