DE2848544A1 - Quetschrolle und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Description

DR.-ING. DIPL.-ING. M. SC. DIF L.-PH 'T. DR. DlPL.-PHYS.

HÖGER - STELLRECHT - GRIESSBACH - HAECKER

PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

28485U

A 43 057 b Anmelder: Savin Business Machines

k - 163 Corporation

6.November 197 8 Columbus and Stevens Aves,

Valhalla, N.Y. 10595, USA

Beschreibung

Quetschrolle und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung betrifft eine Ouetschrolle und ein Verfahren zur Herstellung derselben.

In der Photokopier- und Drucktechnik v/erden Ouetschrollen benötigt, um Flüssigkeiten von Oberflächen abzustreifen bzw. aus dem mit der Flüssigkeit benetzten Material herauszuquetschen.

Beispielsweise beschreibt die US-PS 3 9 55 533 eine PoIyurethan-Ouetschrolle, die dazu dient, überschüssige Flüssigkeit von der photoleitenden Oberfläche einer Trommel zu entfernen.

Weiterhin ist es aus der US-PS 3 384 051 bekannt, ein Blatt Papier, welches auf beiden Seiten mit photoleitendera Material beschichtet ist und welches ein latenten elektrostatisches Bild trägt, durch ein Bad mit einer Entwicklerflüssigkeit zu leiten und dann durch einen Spalt hindurchzuführon, der einerseits durch eine massive Trommel aus polierten· /luminium oder Chrom oder durch eine r.it Teflcn beschichtet«, it.etal Iische Trommel begrenzt i^t und anderersei t r. durch eine Cuetschrolle,

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die aus einem gegossenen festen Polyurethanelastomer besteht. Zweck dieser Anordnung ist es dabei, die noch kein Bild tragende Seite des mit photoleitendem Material beschichteten Papierblattes trocken zu halten, so dass die trockene Seite dann für die Erzeugung eines elektrostatischen Bildes geeignet ist, welches dann auf der dem ersten entwickelten Bild gegenüberliegenden Seite des Blattes entwickelt wird.

Die US-PS 3 959 574 beschreibt eine vorspannbare Polyurethanrolle zur Verwendung beim, übertragen entwickelter elektrostatischer Bilder von einer photoleitenden Oberfläche auf normales Papier durch Anlegen eines gerichteten Feldes.

Es wurde auch bereits vorgeschlagen, eine Quetschrolle in der Weise herzustellen, dass man die Achse der Quetschrolle konzentrisch zu einer feinpolierten rohrförmigen Giessform anordnet, die aus gezogenen Präzisionsrohren hergestellt ist. Die Herstellung dieser Giessformen macht jedoch ein Polieren der Innenwand erforderlich, welches teuer und zeitraubend ist. Darüberhinaus ist es gemäss dem früheren Vorschlag schwierig, bei der Endbearbeitung der Innenwand der rohrförmigen Form eine Oberflächenrauhigkeit von weniger als etwa 0,2/um zu erreichen. Dieser Wert der Oberflächenrauhigkeit ist jedoch erforderlich, um eine gegossene Quetschrolle zu erhalten, bei der die Oberflächenrauhigkeit weniger als etwa0,26 pm beträgt. Es ist bekannt, dass die Oberflächenrauhigkeit beim Giessen in Sandformen, bei Sägeschnitten oder bei einem groben Abdrehen zwischen etwa 12,7 μαι und etwa "25,4'yjiu liegt. Durch weiteres Drehen oder Schleifen lässt sich dann eine Oberflächenrauhigkeit von etwa 2,54 yam erreichen.

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woraufhin dann die Oberflächenrauhigkeit durch Schleifen auf etwa 0,5/um verringert v/erden kann. Für eine Feinstbearbeitung wird dann ein Schleifblock benötigt, dessen Form der zu bearbeitenden Oberfläche angepasst ist und der mit schwachem Druck bei reichlicher Zufuhr eines kühlenden Schmiermittels eingesetzt wird. Bei dieser Feinstbearbeitung lässt sich eine Oberflächenrauhigkeit zwischen etwa 0,03 u.0,13jum erreichen. Man sieht, dass die Bearbeitung von Metallrohren zur Gewinnung von Formen für das Giessen von Polyurethan-Ouetschrollen mit der erforderlichen Oberflächengüte extrem teuer ist.

Ausser der Oberflächenrauhigkeit ist auch noch die Welligkeit zu beachten. Die Qualität einer Oberfläche kann nämlich als Spitzen-Spitzen-Höhe der Rauhigkeit oder Welligkeit angegeben werden. In der vorliegenden Anmeldung wird für die Rauhigkeit stets der quadratische Mittelwert M angegeben, der wie folgt definiert ist:

wobei y = Höhe der Oberfläche über dem mittleren Oberflächenniveau, χ = horizontaler Abstand zwischen den Spitzen der Oberfläche und L = horizontale Länge der Meßstrecke.

Ausgehend vom Stande der Technik und der vorstehend aufgezeigten Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Quetschrolle anzugeben, welches bei geringem fertigungstechnischem Aufwand zu Quetschrollen mit einer extrem geringen Oberflächenrauhigkeit führt.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein Verfahren gelöst, welches durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:

(a) Man beschichtet die Innenwand eines gläsernen Rohres mit einem Trennmittel;

(b) man richtet eine Achse gegenüber dem Rohr konzentrisch aus;

(c) man bringt in das Rohr rund um die Achse ein elastomeres Polyurethan ein;

(d) man härtet das Polyurethan und

(e) man löst die fertige Quetschrolle aus dem Rohr heraus.

Der entscheidende Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass es mit geringem Aufwand das Giessen von Polyurethan-Ouetschrollen ermöglicht, die eine extrem glatte Oberfläche besitzen. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das gegossene Polyurethan-Elastomer eine Shore-A-Härte zwischen 20 und 40 aufweist, wobei eine Oberflächenrauhigkeit der Quetschwalze zwischen 0 und etwa0,26 pm, insbesondere zwischen Ό,05 u. 0,25 pm erreichbar ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert und/oder sind Gegenstand von Unteransprüchen. Es zeigen:

Fig. 1 ein Plussdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemässen Verfahrens,wobei die bevorzugten, (nicht unbedingt erforderlichen) Schritte über gestrichelte Linie angedeutet sind;

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Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfindunqsgemässen Vorrichtung zur gleichzeitigen Herstellung mehrerer Quetschrollen gemäss der Erfindung nach dem erfindungsgemässen Verfahren;

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemässen Quetschrolle und

Fig. 4 einen Querschnitt durch die Quetschrolle gemäss Fig. 3 längs der Linie 4-4 in dieser Figur.

Bei dem erfindungsgemässen Verfahren wird eine metallische Achse konzentrisch zu einem Rohr angeordnet, welches aus einem glasartigen Material, beispielsweise aus Glas oder Quarz, besteht. Anschliessend wird dann elastomeres Polyurethan rund um die in dem gläsernen Rohr befindliche Achse gegossen, woraufhin das Polyurethan gehärtet wird. Nunmehr kann die fertiggestellte Ouetschrolle aus dem gläsernen Rohr, welches nachstehend der Einfachheit halber als Glasrohr bezeichnet wird, entfernt werden. Im einzelnen kann die Achse, wie dies aus den Zeichnungen deutlich wird, jeden geeigneten Durchmesser aufweisen. Vorzugsweise werden die Enden der Achse vorab einer Endbearbeitung unterzogen, damit die fertiggegossene Quetschrolle nicht noch unnötig gehandhabt werden muss. Nach der Endbearbeitung der Enden der Achse kann diese, wenn dies ervriinscht ist, zwischen den Endbereichen noch maschinell bearbeitet v/erden. Dabei kann zwischen den feinbearbeiteten Endbereichen für eine erhöhte Rauhigkeit der Achse gesorgt werden, welche die Haftung des Polyurethans an der Achse verbessert. Vorzugsweise wird die Achse erfindungs-

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gemäss nach der Feinbearbeitung ihrer Endbereiche mit einer dünnen Schicht (in der Grössenordnung von 0,05 um) eines gut isolierenden dielektrischen Epoxidharzes beschichtet, so dass die Achse gegenüber dem Polyurethan isoliert wird.

Gemäss dem früheren Vorschlag, bei dem polierte Metallformen verwendet wurden, wurde die gegossene Quetschrolle dadurch von der Form gelöst, dass man die Form zunächst schwach erhitzte, um eine geringe Ausdehnung derselben zu erreichen, woraufhin dann die Quetschrolle aus der Form herausgezogen v/erden konnte. Im Hinblick auf die bei Glasrohren erzielbaren sehr glatten Oberflächen hat es sich erfindungsgemäss gezeigt, dass es vorteilhaft ist, die Innenwand des Glasrohrs mit einer sehr dünnen Schicht eines Trennmittels zu versehen. Als bevorzugtes Trennmittel wird dabei eine extrem starke Verdünnung von Carnauba-Wachs in Trichloräthylen verwendet. Eine bevorzugte Lösung enthielt 1 Gew.-% Carnauba-Wachs in dem als Lösungsmittel dienenden Trichloräthylen. Das Entfernen der fertiggestellten Quetschrollen aus den Glasrohren erfolgte dann durch Auflösen des Trennmittels mit dem Lösungsmittel. Wenn zu wenig Wachs verwendet wurde, wurde das Lösen der Quetschrollen aus den Glasrohren schwierig. Wenn zuviel Wachs verwendet wurde, dann xvxrd die angestrebte glatte Oberfläche der Quetschrollen nicht erreicht; die Vorteile der Verwendung von Glasrohren als Giessformen gehen also verloren. Als Trennmittel kann jedes Wachs oder dergleichen verwendet werden, welches in einem Lösungsmittel löslich ist, das auf Polyurethan keine ungünstigen Wirkungen ausübt. In entsprechender Weise kann zum Lösen der gegossenen Quetschrolle aus dem Glasrohr auch ein öl oder Schmiermittel mit hoher Kriech-

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f ähigkeit, wie z.B. Seifenwasser oder Kerosin, verwendet werden.

Ein einfaches und bevorzugtes Verfahren zum Beschichten des Glasrohres, insbesondere eines Glasrohres aus dem unter der Markenbezeichnung Pyrex vertriebenen Glasmaterial , besteht darin, das Glasrohr in eine Lösung des Trennmittels einzutauchen. Nachdem dies getan ist, wird das Glasrohr dann in eine Fassung eingesetzt, die geeignet ist, das Glasrohr genau senkrecht zu halten und konzentrisch gegenüber einer Achse auszurichten. Anschliessend wird dann die Achse in die Fassung eingesetzt, wobei das untere Ende der Achse bezüglich des Glasrohres koaxial ausgerichtet wird. Weiterhin sind vorzugsweise Einrichtungen vorgesehen, mit deren Hilfe das obere Ende der Achse so justiert v/erden kann, dass die gesamte Achse konzentrisch bzw. koaxial zu der Giessform in Form eines Glasrohres verläuft.

Das Polyurethan wird vorzugsweise aus Polybutadienpolyol und einem Diisocyanat hergestellt und ist ein Reaktionsprodukt von etv/a 80 Gew.-% des Polyols und etwa 20 Gew.-% des Diisocyanats. Es können auch andere Polyurethane mit Vorteil verwendet werden, beispielsweise Reaktionsprodukte von Rizinusöl und 2,4-Toluoldiisocyanat. Die Reagenzien v/erden dabei bei einer Temperatur von etwa 55 C gemischt und dann bis zu der gewünschten Höhe in die Form eingegossen. Die Form wird dann in einen Aushärteofen gebracht und für einen Zeitraum von etwa vier Stunden auf einer Temperatur von etwa 130 C gehalten. Dabei versteht es sich, dass die Temperaturen und Härtezeiten im einzelnen den Angaben der

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verschiedenen Hersteller der Ausgangsstoffe für Polyurethan entsprechen sollten und dass je nach den verwendeten Ausgangsstoffen im Einzelfall die geeigneten Härtetemperaturen und -zeiten eingehalten werden müssen. Beim Abkühlen zieht sich die Polyurethan-Ouetschrolle etwas zusammen, so dass ein Lösungsmittel, welches von oben in die Form gefüllt wird, das als Trennmittel dienende Fachs oder dergleichen löst, woraufhin die fertiggestellte Quetschrolle wie ein Stück nasse Seife aus dem Glasrohr herausgleitet.

Im einzelnen zeigt Fig. 2 eine Anzahl von als Formen dienenden Glasrohren 2, welche in geeigneter Zahl auf einem Träger 4 einer Fassung angeordnet sind. Das untere Ende jedes Glasrohres 2 ist so zugeschnitten, dass es eine Ebene definiert, die unter einem rechten Winkel zur Längsachse des Glasrohrs verläuft. Der Träger 4 ist mittels geeigneter Einrichtungen (nicht dargestellt) horizontal einjustiert. Auf dem Träger 4 befindet sich eine Schablone 6, die derart ausgebildet ist, dass jedes einzelne Glasrohr 2 konzentrisch zur Längsachse einer Öffnung 8 ausgerichtet ist, in die eine Achse 10 eingesetzt ist. Weiterhin ist für jede Achse 10 ein Stützelement 12 für die Abstützung des unteren Achsenendes vorgesehen. Jede Achse 10 ist, wie dies Fig. 2 zeigt, zwischen ihren Endbereichen vorzugsweise mit einer dünnen Schicht 14 eines Klebers, insbesondere eines isolierenden Epoxidharzes, versehen. Das obere Ende 16 jeder Achse 10 ist ferner bezüglich der Längsachse des zugeordneten Glasrohrs 2 gegenüber einem Senklot zentriert, wobei die Ausrichtung mit Hilfe von Stellschrauben 20 erfolgt, die in einer Fassung winkelmässig um jeweils 120° versetzt sind. Die Stellschrauben können so einge-

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stellt werden, dass die Achse 10 genau senkrecht und koaxial zu dem sie umgebenden Glasrohr 2 verläuft. Nachdem die Achse 10 in dem Glasrohr 2 konzentrisch ausgerichtet ist, wird das Polyurethan 24 in das Glasrohr 2 gefüllt und dann gehärtet. Schliesslich wird die fertige Ouetschrolle'dgs· Glasrohr in der vorstehend beschriebenen Weise entnommen.

Die fertigen Quetschrollen gemäss der Erfindung zeigen bemerkenswerte Eigenschaften. Wenn eine erfindungsgemässe Quetschrolle horizontal an eine senkrechte Glasscheibe angelegt wird, dann haftet sie an der Glasscheibe, als ob sie von dieser magnetisch gehalten würde und rollt unter dem Einfluss der Schwerkraft langsam nach unten.

Wenn man ein Blatt Papier, welches mit einem photoleitendem

2 Material beschichtet ist und eine Grosse von etwa 21,6 χ 27,9 cm aufweist, durch ein Entwicklerbad zieht und dann zwischen zwei üblichen Quetschrollen hindurchführt, dann ergibt sich an den Oberflächen ein Flüssigkeitsrest zwischen 120 und 150 mg. Bei den bekannten Quetschrollenanordnungen ist im allgemeinen eine metallische obere Quetschrolle vorgesehen, die in einigen Fällen mit Teflon beschichtet ist, und eine untere Quetschrolle in Form einer Gummirolle, welche das entwickelte und feuchte Papier gegen die obere Quetschrolle drückt. Dabei ist die obere Quetschrolle üblicherweise poliert, um zu verhindern, dass sie einen Teil des Bildes übernimmt und auf das nächste durch die Quetschrollenanordnung hindurchlaufende Blatt überträgt. Wenn man dagegen ein Papierblatt der genannten Art und Grosse nach dem Verlassen des Entwicklerbades zwischen zwei erfindungsgemässen Quetschrollen hindurch-

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führt, dann bleibt auf dem Papier nur ein Rest zwischen 1O und 30 mg der Entwicklerflüssigkeit zurück. Dabei wird diese Verbesserung überraschenderweise nahezu unabhängig von dem Druck erreicht, mit dem die Quetschrollen aneinander anliegen. Dies bedeutet aber eine Verbesserung zwischen 400% und 1500%, die sich beim Einsatz der erfindungsgemässen Quetschrollen ergibt. Da die meisten flüssigen Entwickler als Träger substanz einen leichten Kohlenwasserstoff enthalten, wird also beim Einsatz erfindungsgemässer Quetschrollen die Menge der Kohlenwasserstoffdämpfe, die in den Raum austritt, in welchem das Kopiergerät oder dergleichen steht, erheblich reduziert. Dies verringert aber nicht nur die Geruchsbelästigung, sondern auch die gesundheitlichen Risiken, die sich bei Verwendung von kohlenwasserstoffhaltigen flüssigen Entwicklern in geschlossenen Räumen ergeben.

Da die erfindungsgemäss hergestellten puetschrollen eine ausserordentlich glatte Oberfläche aufweisen - die Oberflächenrauhigkeit liegt zwischen 0 und etwa. 0,26 pm - sehen sie so aus, als wäre ihre Oberfläche auf Hochglanz poliert. Die erfindungsgemässen Quetschrollen arbeiten ferner so v/irksam, dass ein leichter Abstreifer für die der Bildseite zugeordnete Quetschrolle ausreicht, um eine unerwünschte Bildübertragung auf die nächste Kopie zu vermeiden.

Es hat sich auch gezeigt, dass die Bildqualität noch dadurch verbessert werden kann, dass man die Absorptionsfähigkeit der Quetschrollen für Wasser verringert. Dies lässt sich erreichen, wenn man wasserabweisende Polvurethan-Elastomere verwendet

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oder wenn man ein Füllermaterial verwendet, welches die Absorption von Wasser in das Polyurethan verhindert. Die Isolation der erfindungsgemässen Quetschrollen bzw. ihrer Achsen gegenüber Erde hilft auch bei der Erzielung klarer Abbildungen. Bei einer Quetschrollenanordnung aus erfindungsgemässen Ouetschrollen sind die beiden Quetschrollen vorzugsweise angemessen weich und haben eine Shore-A-Härte zwischen 20 und 40. Zwei derartige Quetschrollen bieten eine wirksame dynamische Abdichtung, stehen also durchgehend in Kontakt mit dem Stück des Papiers, welches den Klemmspalt durchläuft, so dass die Flüssigkeit daran gehindert wird, den Klemmspalt zu passieren. Aufgrund der Tatsache, dass die Quetschrollen relativ weich sind, passen sie sich nämlich den Oberflächenunregelmässigkeiten des Papiers an.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, dass die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe voll gelöst wird. Nach dem erfindungsgemässen Verfahren wird nämlich eine verbesserte Quetschrolle erhalten, welche billig herstellbar ist und welche ausserordentlich v/irksam arbeitet. Tatsächlich bieten erfindungsgemässe Quetschrollen insofern unerwartete und beachtliche Eigenschaften, als sie die Trocknung von in einem flüssigen Entwickler entwickelten elektrostatischen Bildern auf photoleitendem Papier ermöglichen, ohne dass eine Erwärmung des Papiers stattfinden müsste und ohne dass Schädigungen des entwickelten Bildes eintreten würden. Dies lässt sich darauf zurückführen, dass erfindungsgemäss hergestellte Ouetschrollen eine extrem glatte Oberfläche mit einer Rauhigkeit zwischen etwa Cn05 u.0,26" /um besitzen, was wieder auf das Giessen der Quetschrollen in Glasrohren zurückzuführen ist,

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die eine so glatte Innenwand aufweisen, wie sie bei üblichen Giessformen nur ausserordentlich schwer und teuer zu erreichen ist.

Das erfindungsgemässe Verfahren, die erfindungsgemässen Ouetschrollen und eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens wurden vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen ausführlich erläutert. Es versteht sich, dass dem Fachmann, ausgehend von diesen Ausführungsbeispielen, zahlreiche Möglichkeiten für Änderungen und/oder Ergänzungen zu Gebote stehen, ohne dass er dabei den Grundgedanken der Erfindung verlassen müsste.

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Claims (11)

Patentansprüche :

1. j Verfahren zur Herstellung einer Quetschrolle, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

(a) Man beschichtet die Innenwand eines gläsernen Rohres mit einem Trennmittel;

(b) man richtet eine Achse gegenüber dem Rohr konzentrisch aus;

(c) man bringt in das Rohr rundum die Achse ein elastomeres Polyurethan ein;

(d) man härtet das Polyurethan und

(e) man löst die fertige Ouetschrolle aus dem Rohr heraus.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man vor dem Einbringen der Achse in das Rohr eine Endbearbeitung der Enden der Achse durchführt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Achse vor dem Einbringen in das Rohr mit einem dielektrischen Kleber beschichtet.

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4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man das Trennmittel zum Lösen der Quetschrolle von dem Rohr auflöst.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als gläsernes Rohr ein Glasrohr verwendet.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als gläsernes Rohr ein Quarzrohr verwendet.

7. Quetschrolle, gekennzeichnet durch ihre Herstellung nach einem der Ansprüche 1 bis 6.

8. Quetcchrolle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die OberflächenrauHigkeit zwischen etwa O,υ? und

0,260 /um beträgt.

9. Quetschrolle nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyurethan der Quetschrolle eine Shore-A-Härte zv;ischen 20 und 40 aufweist.

10. Quetschrolle nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen ihrer Achse (10) und dem gegossenen Polyurethan eine Schicht (14) eines dielektrischen Klebers vorgesehen ist.

11. Quetschrolle nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (10) aus Metall besteht und feinbearbeitete Enden aufweist.

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