DE2615014A1

DE2615014A1 - Verfahren zum beschichten einer fixierrolle

Info

Publication number: DE2615014A1
Application number: DE19762615014
Authority: DE
Inventors: Robert Bruce Atkin; Frederick Clifford Tarmann; John Harvey Wong
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: Lexmark International Inc
Priority date: 1975-04-11
Filing date: 1976-04-07
Publication date: 1976-10-28
Also published as: NL7603564A; JPS5820431B2; IT1058350B; BR7602244A; DE2615014B2; ES446817A1; FR2306824B1; AU1292376A; US3987530A; CH594920A5; BE839041A; DE2615014C3; AU497532B2; CA1071040A; FR2306824A1; GB1495235A; JPS51139339A

Description

Böblingen, 11. März 1976 kd-pi

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: SA 975 019

Verfahren zum Beschichten eineJiFixierrolle

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten einer Rolle für das Fixieren von Tonerbildern in der Elektrofotografie.

Bekannte Fixiereinrichtungen für elektrofotografische Kopiergeräte arbeiten nach dem Aufschmelzverfahren (z. B. U.S.-Patent 3 256 002). Das Aufschmelzen hat jedoch den Nachteil, daß bei Durch lauf mehrerer Bildträger durch die Rollen eine Nachdruckerscheinung nach Art des Offset-Drucks auftritt. Von einem durch die Rollen laufenden Bildträger bleibt ein Teil des Tonerpulvers am Umfang der beheizten Rolle haften und wird während des Durchlaufs des nächsten Bildträgers auf diesen übertragen. Hierdurch wird die Kopierqualität erheblich beeinträchtigt. In den im Handel ierhältlichen Maschinen wurde dieses Problem dadurch gelöst, daß ■die äußere Oberfläche der beheizten Rolle mit einem Material wie Tetrafluoräthylen belegt wurde. Es ist jedoch erforderlich, daß in einer solchen Vorrichtung der beheizten Rolle laufend eine geeignete Flüssigkeit, wie beispielsweise Siliconöl, zugeführt wird, die ein Anhaften von Tonerpulver an der beheizten Rolle verhindert. Es wurde auch eine beheizte Rolle entwickelt, welche mit einem elastischen Material wie Siliconkautschuk beschichtet war, die, wenn sie mit einer deformierbaren Andruckrolle zusammenwirkte, in einem bestimmten Temperatur- und Druckbereich und ohne die Anwendung einer den Offset-Druck verhindernden Flüssigkeit wie Siliconöl verschmierungsfrei arbeitete. Ein solches System ist beispielsweise in der U.S.-Patentschrift 3 666 247 beschrieben. In der dort beschriebenen Vorrichtung wird

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der Offset-Druck ohne Anwendung von Siliconöl vermieden. Aber
der dort beschriebene Überzug der Fixierrolle erwies sich als
nicht dauerhaft genug, insbesondere bei Anwendung in besonders schnell arbeitenden Kopiergeräten, die lange Zeit wartungsfrei arbeiten müssen. Es wurden auch andere Siliconkautschukarten ausprobiert, die eine längere Benutzungsdauer ermöglichen sollten und in bisher bekannter Weise gehärtet wurden. Es wurden zwar
einige Verbesserungen erzielt, die Gebrauchsdauer blieb jedoch weit unter der erwarteten. In den bisher bekannten Härtungsverfahren für Siliconkautschukarten werden Härtungsmittel, beispielsweise bestimmte Peroxide, eingesetzt, und es wurde beobachtet, daß dieses Härtungsmittel bei dünnen Siliconkautschukschichten einige unerwünschte Nebeneffekte aufweist, so daß diese Gummisorten eine verminderte und variable Gebrauchsdauer unter Fixierbedingungen aufwiesen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Fixiereinrichtung bereitzustellen, mit der Tonerbilder ohne Nachdruckerscheinung nach Art des Offset-Druckes und mit hoher Geschwindigkeit fixiert werden können und welche über eine lange Zeitdauer wartungsfrei ist.

Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zum
Beschichten einer Fixierrolle, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man eine dünne Schicht aus Siliconkautschuk auf eine nicht deformierbare, heizbare Rolle aufträgt, die Schicht in inerter Atmosphäre eine bestimmte Zeit lang auf eine Temperatur erhitzt, bei der eine Vernetzung des Siliconkautschuks stattfindet und
die Rolle in der inerten Atmosphäre abkühlen läßt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens
sind in den Unteransprüchen niedergelegt.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine Fixierrolle mit einer Kautschuklösung, welche kein Härtungsmittel enthält, be-

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schichtet werden. Der Überzug braucht nur getrocknet zu werden und wird dann in inerter Atmosphäre eine bestimmte Seit lang auf eine Temperatur erhitzt, bei der eine wesentliche Vernetzung des Siliconkautschuks unter Erhalt einer zähen Oberfläche mit langer Lebensdauer stattfindet.

Die Erfindung wird an Hand der speziellen Beschreibung und der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer Fixiervor

richtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 zeigt ein Diagramm, aus dem das Verhältnis von

Zeit und Temperatur für die Härtung eines speziellen Fixierrollenmaterials in inerter Atmosphäre ersichtlich ist.

Obwohl das Verfahren gemäß der Erfindung allgemein anwendbar ist, ist es besonders vorteilhaft zur Herstellung von Fixierrollen, die zum Aufschmelzen von harzartigen Pulverbildern, welche auf elektrofotografischen! Wege gewonnen wurden, auf Papierblätter verwendet werden.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 1 enthält die Fixieranordnung eine heizbare Vorrichtung 10 in Gestalt einer Rolle, die aus einem wärmeleitenden Kern oder Rohr 12 besteht, in dessen Innerem Heizlampen 14 angeordnet sind und dessen äußere Oberfläche mit einer deformierbaren Schicht 16 bedeckt ist, die aus einem isolierenden und hochtemperaturbeständigen Material, beispielsweise aus Siliconkautschuk besteht. Die Leistung der Heizlampen 14 wird entsprechend der Geschwindigkeit der Papierbahn 24 oder der Papierblätter durch die Fixierstation und der gewünschten Temperatur an der Oberfläche der Heißfixierrolle geregelt. Die Vorrichtung besteht aus einem Rohr 12 aus einem geeigneten Material, welches ein guter Wärmeleiter ist, beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium. Weil jedoch hochtemperaturbeständige Materialien

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wie Siliconkautschuk hitzeisolierend sind, sollte in einer praktischen Ausführungsform die Stärke der deformierbaren Schicht 16 gering gehalten werden. Diese Schichtstärke sollte üblicherweise gleich oder kleiner als 0,25 mm (XO Mils) sein» Die Andruckvorrichtung 18 hat auch die Form einer Rolle und wird gegen die geheizte Rolle mit einer Andruckskraft gedruckt, die in der dargestellten Ausführungsform durch eine Nockenscheibe 20 aufgebracht wird. Die Andruckrolle ist ebenfalls mit einem hochtemperaturbeständigen Elastomermaterial 22 beispielsweise mit Siliconkautschuk beschichtet.

Die geheizte Rolle 10 wird durch einen geeigneten Motor angetrieben, und wenn die Andruckrolle 18 gegen das Papier und die geheizte Rolle drückt, läuft das Papier 24 unter dem Druck durch die Heißfixiervorrichtung, und das Tonerbild wird auf das Blatt 24 aufgeschmolzen und permanent fixiert. Das Papier 24 kann aus Endlospapier bestehen, oder aus einer Folge einzelner Blätter, oder aus einer Bahn leporelloartig gefalteter Papierblätter. Die leporelloartig gefalteten Papierblätter erzeugen einen größeren Abrieb an der deformierbaren Schicht wegen der in dem leporelloartig gefalteten Papier vorhandenen Transportlöcher.

Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer verbesserten Fixierrolle angegeben, die aus einem Rohr 12 und einer deformierbaren Schicht 16 besteht und die eine wesentlich erhöhte Gebrauchsdauer aufweist. Die Fixierrolle sollte bei den Temperaturen, die zum Aufschmelzen des Toners geeignet sind, die Eigenschaft besitzen, sich vom Toner nach dem Aufschmelzen abzulösen, gegen Abrieb durch leporelloartig gefaltetes Papier, vorzugsweise an den Transportlöchern beständig zu sein, in ausreichendem Maße Hitze zu übertragen und sich unter Belastung elastisch zu deformieren, um den Kontakt mit dem Toner während des Aufschmelzens herzustellen. Die Zeit, während der die Fixierrolle diese Eigenschaften beibehält, wird als Gebrauchsdauer bezeichnet.

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Diese Eigenschaften können erhalten werden durch die geeignete ^!Wahl einer Siliconkautschukzusammensetzung und der Härtung derselben, wobei ein Siliconelastomer gebildet wird. Das gewünschte Siliconelastoraer gemäß der Erfindung wird durch Härten oder weiteres Polymerisieren von Siliconkautschuk erhalten. Siliconkautschuke/ die zur Ausführung der Erfindung besonders geeignet sind, sind Dimethy!polysiloxane. Die bevorzugte Zusammensetzung ist eine 50 : 50 Mischung eines Siliconkautschuks SE 7501 und eines Siliconkautschuks SE 33U, welche beide von der General Electric Co. hergestellt werden. SE 7501 ist ein Dimethylpolysiloxan mit endständigen (pendant) Vinylgruppen mit etwa 20 % Kieselsäurefüllstoff und mit einem Zahlendurchschnittsmolekulargewicht von etwa 400 000. SE 33U ist ein Dimethylpolysiloxan mit endständigen Vinylgruppen ohne Füllstoffgehalt und mit einem Zahlendurchschnittsmolekulargewicht von etwa 500 000.

Die Siliconkautschukbeschichtung auf dem Rohr 12 wird durch irgend ein geeignetes Verfahren wie Tauchen, Sprühen oder mittels einer Rakel erzeugt. In einem bevorzugten Verfahren wird eine Lösung der Kautschukzusammensetzung auf die Rolle aufgesprüht. So- , wohl ein Sprühverfahren mit Preßluft wie auch ein elektrostatisches Sprühverfahren sind anwendbar. Wenn das elektrostatische Sprühver-> fahren angewendet wird, muß ein polares Lösungsmittel wie Methyl- , äthylketon zu der Lösung zugesetzt werden. Um eine geeignete Lösung der Siliconkautschukzusammensetzung herzustellen, muß ein Lösungsmittel gewählt werden, welches keinen Rückstand hinterläßt i und mit der gewählten Kautschukzusammensetzung über eine längere Zeitdauer verträglich ist, so daß die Lösung eine ausreichende Haltbarkeit aufweist. So besteht beispielsweise das Lösungsmittel für die in dem Verfahren der Erfindung bevorzugte Siliconkautschuk-+ zusammensetzung aus einer Mischung zweier Lösungsmittel, wobei ; eines als Verdünner oder Träger und das andere als Egalisierungs- ! mittel wirkt. Das Lösungsmittel zur Verdünnung ist Hexan, welches einen hohen Dampfdruck besitzt. Hexan wird in ausreichender Menge ! zu der Lösung gegeben, um die Viskosität so niedrig einzustellen, daß die Lösung mit Erfolg aufgesprüht werden kann, wobei das Hexan

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aber infolge seines hohen Dampfdruckes sehr schnell aus der aufge- ; sprühten Schicht verdampft. Das Lösungsmittel, das zur Egalisierung verwendet wird, ist Xylol, und dieses Lösungsmittel verbleibt lange genug in der Lösung, damit die aufgesprühten Tropfen auf der Rollenoberfläche zusammenwachsen können. Dies trägt zu einer glatten Oberfläche auf der Rolle bei. Die Rolle 12 ist aus einem geeigneten Material, welches gute Wärmeleitfähigkeit besitzt, hergestellt, beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium. Die Kupferrollen werden mit Nickel plattiert und nach der Reinigung mit einem geeigneten Grundierungsmittel grundiert, um eine feste Haftung der deformierbaren Schicht auf der Rolle zu gewährleisten. Das Silicon-· kautschuk-Grundiermittel 2260 der Dow Corning ist ein geeignetes Grundiermittel zur Anwendung auf Kupferrollen. Dieses ist ein Vinyltriäthoxysilan, welches bei Zimmertemperatur vulkanisierbar ist und zur Härtung feuchtigkeit aus der Luft benötigto Das Gundiermittel wird gelöst in einer getrockneten Petroleumsfraktion mit einem Siedepunktsbereich von etwa 100 bis 200° C verwendet. Aluminiumrollen werden aus einer geeigneten Legierung hergestellt und werden vollständig getempert. Die Rolle wird dann in einem Verfahren, das als "Alodine 217"-Prozeß bekannt ist, mit einem Chromatierungsmittel behandelt, um die Adhäsion zwischen der Rolle und der deformierbaren Schicht zu verbessern.

Die Lösung des Siliconkautschuks in einem organischen Lösungsmittel wird aufgesprüht, während sich die Rolle in einer Sprühvorrichtung dreht. Der überzug wird hergestellt in mehreren Durchgängen in der Sprühvorrichtung, und der SprühVorgang kann 4 bis 6 Min. in Anspruch nehmen je nach der gewünschten Endschichtdicke und der Viskosität der speziell verwendeten Lösung. Die bevorzugte Schichtdicke für den gehärteten überzug liegt zwischen 0,075 mm und 0,25 mm (3 - 10 Mils) und die Dicke wird gewählt unter Berücksichtigung der Hitzeübertragung, der Prozeßgeschwindigkeit und der j Rollentemperatur einer speziellen Fixiervorrichtung. j

Nachdem der Vorgang des Aufsprühens beendigt ist, läßt man die Rolle bei Zimmertemperatur (23,9° C) in der Vorrichtung trocknen,

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während sie sich noch etwa 15 Min. lang weiter dreht. Die Rolle wird dann aus der Sprühkabine entnommen und im Lot in einen Abzug mit laminarer Luftströmung gebracht. Die Rolle enthält noch eine beachtliche Menge Lösungsmittel (vorwiegend Xylol), und dieses Lösungsmittel wird in etwa 45 Min. verdampfen. Die zum Trocknen verwendete Luft ist auf Raumtemperatur und muß frei von teilchenförmigen Verunreinigungen sein. Die für die Trocknung erforderliche Mindestzeit hängt von dem oder den Lösungsmitteln, welche für die Siliconkautschuklösung gewählt wurden, ab. In diesem Verfahren ist jedoch die Trocknung nicht kritisch, und wenn es gewünscht wird, kann die Rolle auch über Nacht getrocknet werden.

Die beschichtete Rolle wird in einem Ofen bei einer bestimmten Temperatur mindestens die minimale Zeit lang, die für diese Temperatur erforderlich ist (siehe Fig. 2) getrocknet. Bei der Auswahl der bestimmten Temperatur ist auch der tempernde Effekt, den die Temperatur auf das Grundmaterial der Rolle ausübt, zu be- :achten. Wenn eine verhältnismäßig kurze Zeit gewählt wird, dann kann es notwendig sein, die Temperatur des Rollenmaterials zu überwachen, weil sowohl der Ofen wie auch das Substrat auf der gleichen Temperatur sein müssen, bevor begonnen wird, die Zeit entsprechend Fig. 2 zu messen.

Die Härtung in dem Ofen wird in einer Inertgasatmosphäre durchgeführt. Eine Atmosphäre aus Edelgasen wie Argon, Krypton, Helium !und dergl. ist genauso geeignet wie eine Stickstoffatmosphäre. Zusätzlich kann ein Vakuum von etwa 1/10 mm Quecksilbersäule angewendet werden. Die bevorzugte Inertgasatmosphäre ist trockener, strömender Stickstoff. Ein Gasstrom ist deshalb erwünscht, weil er irgendwelches Material, welches während des Erhitzens frei gesetzt wird, entfernt und eine Wiederabscheidung desselben auf der Rollenoberfläche verhindert.

Nach Beendigung der Härtung sollte die Rolle während des Abkühlens in der Inertgasatmosphäre verbleiben, vorzugsweise mindestens

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bis zu der Temperatur, bei welcher die Rolle später verwendet wird. Das Abkühlen in Inertgasatmosphäre verhindert eine Schädigung der gehärteten Kautschukoberfläche durch Oxidation. In einem speziellen Verfahren ähnlich dem unten beschriebenen Beispiel 1 wird die Rolle in Inertgasatmosphäre auf unterhalb 177° C (350° F) abgekühlt. Die Rolle kann in dem Ofen aber auch auf Zimmertemperatur abgekühlt werden, wenn es erwünscht ist.

Beispiel 1: Gemäß der Erfindung wurde eine Fixierrolle, wie in Figur 1 gezeigt, hergestellt unter Verwendung einer 40,4 cm (15,9 inches) langen Kupferrolle mit einem Durchmesser von 8,9 cm (3,5 inches) und mit einer Wandstärke von 0,635 cm (1/4 inch). Die Oberfläche der Rolle wurde gereinigt und mit dem Grundiermittel 2260 für Siliconkautschuk der Dow Corning grundiert. Die Rolle wurde in einem Sprühverfahren mit einer Lösung beschichtet, die aus je 50 Teilen SE 7501 Siliconkautschuk und SE 33U Siliconkautschuk der General Electric Co., 300 Teilen Xylol und 730 Teilen Hexan bestand. Die Rolle wurde bei Raumtemperatur 15 Min. lang an der Luft getrocknet, während sie sich noch in der Beschichtungsvorrichtung weiterdrehte. Die Rolle wurde in einem Abzug mit laminarer Luftströmung bei Raumtemperatur etwa 45 Min. lang getrocknet, um die restlichen Lösungsmittel zu verdampfen. Die Rolle wurde dann in einem Ofen durch Erhitzen in einem trockenen Stickstoffstrom 4 Std. lang bei einer Temperatur von 315° C (598° F) gehärtet. Die resultierende Schichtdicke des gehärteten Elastomerüberzugs betrug etwa 0,15 mm (5,8 Mils).

Die Rolle wurde, wie in Fig. 1 gezeigt ist, mit einer Andruckrolle mit einem Durchmesser von 5,1 cm (2 inch) und mit einer deformierbaren Siliconelastomeroberfläche bei einer Belastung an der Be- i ruhrungsgeraden von 2,1 kg/cm (12 pounds per inch) betrieben. Die j Fixierrolle wurde auf eine Oberflächentemperatur von 218 - 121,1° el (425 - 25O F) aufgeheizt und mit einer Oberflächengeschwindigkeit von etwa 81,3 cm/sec. (32 inches per second) bewegt. Die Fixierrolle wurde mit Erfolg verwendet zur Fixierung von Bildern j auf etwa 928 000 leporelloartig gefalteten Papierblättern des | Formats 29,2 χ 37,8 cm (11 1/2 inch long, 14 7/8 inch wide). ' SA 975 019

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Andere Rollen wurden hergestellt durch Aufsprühen einer Lösung aus gleichen Teilen von SE 7501 Siliconkautschuk und SE 33ü Siliconkautschuk der General Electric Co. und 4 % Luperco CST Peroxidkatalysator (Bis-(2,4-dichlorbenzoyl)-peroxid). Die Rollen wurden dann im Ofen gehärtet. Mit diesen Rollen konnten mit Erfolg Bilder auf etwa 400 000 leporelloartig gefalteten Papierblättern des Formats 29,2 χ 37,8 cm fixiert werden. Daraus ist ersichtlich, daß die Rolle, die gemäß Beispiel 1 hergestellt wurde, eine Gebrauchsdauer besitzt, die um mehr als einen Faktor 2 höher ist. Der gesamte Beschichtungsprozeß ist auch vereinfacht, v/eil das Härtungsmittel, welches an sich ein instabiles Material ist, eliminiert wird, so daß seine Konzentration und seine Aktivität nicht gemessen oder überwacht werden muß. Darüberhinaus sind die Trocknung und auch der Härtungszeit-Temperaturzyklus nicht kritisch.

Verschiedenen Zeiten und Temperaturen, die zu einer brauchbaren Härtung der Fixierrollenbeschichtung aus den speziellen Materialien gemäß Beispiel 1 erforderlich sind, wurden untersucht, und diese Zeittemperatur-Beziehungen sind in Fig. 2 gezeigt. Die Fläche links unter der Kurve in Fig. 2 stellt Härtungsbedingungen dar, welche zu einer nicht befriedigenden Fixierrollenbeschichtung ; führen. Bei Auswahl einer Härtungstemperatur innerhalb des brauchbaren Bereiches für das Verfahren kann die Minimalzeit, die zur Härtung der RoIlenbeschichtung erforderlich ist, aus dieser Darstellung entnommen werden. Wenn eine Härtungstemperatur von 316 C (600° F) gewählt wird, beträgt die minimale Härtungszeit etwa 2 Stunden. Werden jedoch eine Härtungstemperatur von 316 C und eine Härtungszeit von etwa 3 Stunden gewählt, dann kann eine Temperaturtoleranz von etwa -10° C (-18°) zugelassen werden. Der bevorzugte Zeit-Temperaturhärtungszyklus für die Rolle gemäß Beispiel 1 beträgt 3 Stunden bei einer Temperatur von etwa 316° C.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zum Beschichten einer Rolle für das Fixieren von Tonerbildern in der Elektrofotografie, dadurch gekennzeichnet ,

daß man eine dünne Schicht 10 aus Siliconkautschuk auf eine nicht deformierbare, heizbare Rolle 12 aufträgt; die Schicht in inerter Atmosphäre eine bestimmte Zeit lang auf eine Temperatur erhitzt, bei der eine Vernetzung des Siliconkautschuks stattfindet und die Rolle in der inerten Atmosphäre abkühlen läßt.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Erhitzen in Stickstoff- oder Edelgasatmosphäre durchgeführt wird.

Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Siliconkautschukschicht 3 Stunden lang auf etwa 316 C erhitzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ' daß man die Rolle in der inerten Atmosphäre auf eine Tem- | peratur unterhalb 175° C abkühlen läßt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß man eine Lösung des Siliconkautschuks in organischen Lösungsmitteln auf die Rolle aufsprüht, die beschichtete Rolle trocknen läßt und anschließend in inerter Atmosphäre erhitzt.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

daß die Schichtdicke des gehärteten Überzugs zwischen 0,075 und 0,25 mm liegt.

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