DE3406836A1

DE3406836A1 - Walze fuer eine druckvorrichtung

Info

Publication number: DE3406836A1
Application number: DE19843406836
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Atsugi Kanagawa Ito; Minoru Machida Tokio/Tokyo Kimura; Takashi Sagamihara Kanagawa Tajima
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1983-02-25
Filing date: 1984-02-24
Publication date: 1984-08-30
Also published as: KR840006131U; KR860000752Y1

Description

Dr.-Ing. Roland Liesegang * ^:- ■" ^: Paten® rif#S 8 3

European Patent Attorney

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Walze für eine Druckvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Walze für eine Druckvorrichtung und insbesondere eine Verbesserung einer Walze für einen Drucker oder andere Büromaschinen, wobei die Geräuscherzeugung in weitestgehendem Ausmaß reduziert werden soll.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer konventionellen Walze dieser Art, die eine Welle 1 aus rostfreiem Stahl oder Aluminium und eine Kautschuk-Schicht 2 aus einem harten Kautschuk mit einer Shore-A-Härte zwischen 90° und 100°, z. B. Natur-Kautschuk oder verschiedene synthetische Kautschuke wie SBR (Styrol-Butadien-Kautschuk), NBR (Nitril-Butadien-Kautschuk) und dgl. umfaßt.

Bei dem konventionellen Drucker, insbesondere einem Matrix-Drucker, wird der Druckvorgang unter Verwenden eines Metalldrahtes mit einem Durchmesser von etwa 0,2 bis 0,5 mm durchgeführt, der zum Auftreffen auf die Oberfläche der Kautschukwalze mit hoher Geschwindigkeit angetrieben ist, um darauf fortwährend Punkte zu bilden. Hierbei wird ein Punktierdruck einer so beträchtlichen Größe wie etwa 10 kg/mm² ausgeübt. Aufgrunddessen erzeugt die konventionelle Walze beträchtliches Geräusch auf einem Niveau von 70 dB oder mehr, was sehr unerwünscht bei dieser Art der Anwendung in einer sonst ruhigen Umgebung ist.

Gemäß Fig. 2 wurde eine Walze für die praktische Anwendung vorgeschlagen, bei der die Welle 1 aus rostfreiem Stahl besteht und eine Oberflächenschicht aus Chloropren-Kautschuk und ein Verstärkungsbauteil aus einem hohlen Aluminiumrohr 6 und Aluminiumhülsen vorgesehen sind. Diese Walze hat ebenfalls den Nachteil einer beträchtlichen Geräuscherzeugung wie die zuerst beschriebene Walze, wenn sie unter ähnlichen oder gleichen Bedingungen wie oben angewendet wird.

Die Erfinder gingen von der Überlegung aus, daß diese Geräuscherzeugung der konventionellen Walzen hauptsächlich durch deren Konstruktion bedingt ist, und führten Studien und Untersuchungen betreffend den Werkstoff und die Härte der Kautschuk-Schicht ebenso wie ihre Anordnung und ihre Hohlstruktur unter der Annahme durch, daß auf diesem Wege das bisher nicht aufgedeckte zentrale Problem zu lösen wäre, und kamen so zur im folgenden noch erläuterten Lösung der Erfindung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Walze zu schaffen, die im Betrieb weniger Geräusch erzeugt.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind gemäß der Erfindung die folgenden Merkmale in Kombination vorgesehen: a) eine Welle; b) eine auf die Oberfläche der Welle aufgezogene Schicht eines Verstärkungsbauteils und c) eine Oberflächenschicht aus einem hochpolymeren Elastomer, das auf die Oberfläche der Schicht des Verstärkungsbauteils aufgezogen ist.

Die Lösung der Aufgabe bewirkt also,daß Aufbau und Werkstoff der Walze in Kombination so beschaffen sind, daß die Geräuschübertragung vermindert und Stoßenergie absorbiert werden.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schemati scher-Zeichnungen an Ausführungsbeispielen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 3(a) und 3 (b) einen Querschnitt und einen

Längsschnitt durch eine Ausführung einer Walze gemäß der Erfindung und

Fig. 4 (a) und 4 (b) einen Querschnitt und einen Längsschnitt durch eine andere

Ausführung einer Walze gemäß der Erfindung.

In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen identische oder entsprechende Bauteile der Walze.

Für den Zweck der Erfindung wird ein hochpolymeres Elastomer zum Bilden der Oberflächenschicht aus Kautschuk aus verschiedenen thermoplastischen Kunststoffen mit relativ großer Härte wie Urethan-Kautschuk oder Polyester-Kautschuk oder wärmeaushärtenden Werkstoffen wie Natur-Kautschuk oder verschiedenen synthetischen Kautschuken oder dgl/ ausgewählt. Die Härte des besonders geeigneten Kautschuks liegt im Bereich zwischen 80° und 90° der Shore-A-Härteskala.

Für die Schicht des Verstärkungsbauteils wird eine Ein-Lagen-Konstruktion in Form einer Kautschuk-Zwischenschicht oder eine Doppel-Lagen-Konstruktion aus einem hohlen Metallrohr als äußere Schicht und einem Füllwerkstoff als innere Schicht verwendet.

Die Zwischenschicht der Ein-Lagen-Konstruktion kann

aus einem Werkstoff bestehen, der gleich oder verschieden von dem Kautschuk der Oberflächenschicht ist, wobei die Härte geringer als diejenige des Kautschuks der Oberflächenschicht gewählt wird. Ein Härteunterschied zwischen der Zwischenschicht und der Oberflächenschicht nach der Aushärtung sollte vorzugsweise in einem Bereich von 10° bis 50° Shore-A-Härte liegen.

Der Kautschuk zum Formen der Zwischenschicht sollte vorzugsweise aus der Gruppe Urethan-Kautschuk, Butyl-Kautschuk, Nitril-Kautschuk oder dgl. mit exzellenten Dämpfungseigenschaften ausgewählt werden, wobei das flüssige Elastomer, in eine Form gegossen und durch Erwärmen der Form nachbehandelt bzw. aufgeheizt wird. Auch können Natur-Kautschuk oder synthetischer Kautschuk in fester Gestalt sowie ein Verbundkörper aus Gummi und Kork oder dgl. verwendet werden, vorausgesetzt, daß eine feste Haftung mit der Oberflächenschicht erzielbar ist.

Beim Schaffen der Kautschukschicht in der Doppel-Lagen-Konstruktion ist in erster Linie von Bedeutung, daß die Oberflächenschicht die mindestens erforderliche Dicke erhält, um einer hohen Stoßbelastung zu widerstehen und die Verschleißfestigkeit zu erhöhen, was beides bei einer Walze gemäß der Erfindung gefordert ist. Ein Urethan-Kautschuk hoher Härte und hoher mechanischer Festigkeit wird zu diesem Zweck für die Oberflächenschicht eingesetzt. An zweiter Stelle ist wichtig, daß der für die Zwischenschicht unterhalb der Oberflächenschicht verwendete Werkstoff wie ein Urethan-Kautschuk, niedrigere Härte und größere Dehnung aufweist, um die von der Oberflächenschicht her übertragene Stoßenergie zu absorbieren

oder zu dämpfen. Auf diese Weise wird die der Oberflächenschicht mitgeteilte Stoßenergie im Inneren der Walze aufgefangen und gemildert, wodurch eine übertragung der Stoßenergie auf die Welle und die Umgebung abgeschwächt werden.

Die Oberflächenschicht aus Kautschuk für die Walze gemäß der Erfindung hat eine mechanische Festigkeit im Bereich zwischen 150 und 400 kg/cm², während die Zwischenschicht aus Kautschuk vorzugsweise eine mechanische Festigkeit in einem Bereich zwischen 30 und 120 kg/cm² haben sollte. Ferner haben bei der laminierten Konstruktion die Welle, die Oberflächenschicht und die Zwischenschicht ein bevorzugtes Dickenverhältnis des Wellendurchmessers zur Dicke der Oberflächenschicht zur Dicke der Zwischenschicht zum Absorbieren oder Dämpfen der Stoßenergie, welche der Oberflächenschicht mitgeteilt wird, in einem Bereich von 1:0,1 bis 0,6:0,2 bis 2,5 oder weiter bevorzugt zwischen 1:0,1 bis 0,3:0,4 bis 1, wenn der Durchmesser der Welle zu 1 angesetzt ist.

Wenn das Verstärkungsbauteil in der Doppel-Lagen-Konstruktion eingesetzt ist, werden ein Kautschuk hoher Härte und hoher mechanischer Festigkeit für die Oberflächenschicht und ein Kautschuk relativ geringer Härte und geringer mechanischer Festigkeit für den Füllwerkstoff verwendet. Insbesondere ist es im Hinblick auf die Erhöhung der Stoßabsorbierwirkung bevorzugt, eine Kombination des Kautschuk-Werkstoffs für die Oberflächenschicht mit einer mechanischen Festigkeit in einem Bereich zwischen 150 und 400 kg/cm² und für die Zwischenschicht einer mechanischen Festigkeit in einem Bereich zwischen 30 und 120 kg/cm² zu verwenden, wobei der Härteunter-

schied im Bereich zwischen 10° und 50° Shore-A-Härte liegt. Ferner können die Oberflächenschicht und der Füllwerkstoff aus dem gleichen oder unterschiedlichem Werkstoff bestehen.
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Der in das hohle Rohr einzugießende Füllwerkstoff wird durch Gießen einer Zusammensetzung mit dem flüssigen Elastomer als Hauptbestandteil in das Rohr geschaffen, gefolgt von einem Aufheizen des Rohres zur Nachbehandlung bzw. Härtung. Es kann jedoch auch jeglicher anderer Kautschuk-Werkstoff in fester Gestalt verwendet werden, wenn eine ausreichende Haftung zwischen dem hohlen Rohr und dem Füllwerkstoff sichergestellt ist.

Als flüssiges Elastomer kann für diesen Zweck vorzugsweise ein flüssiges Polybutadien, flüssiger Urethan-Kautschuk, flüssiger Chloropren-Kautschuk, flüssiger Isopren- Kautschuk und dgl. verwendet werden, wobei mit all diesen Werkstoffen in etwa eine gleiche Wirkung erzielbar ist.

Es wurde auch gefunden, daß im Hinblick auf ein gutes Ergebnis der Energieabsorption die Vernetzungsdichte besser abgesenkt wird. Dies kann dadurch erreicht werden, daß die Menge an Aushärtungsmittel reguliert wird. Die gleiche Wirkung kann nicht nur mit einem flüssigen Elastomer sondern auch mit einem Verbundkörper aus Kork und Kautschuk erzielt werden, der durch Einbetten von Korkkörnern in natürlichen oder synthetischen Kautschuk in fester Form geschaffen wird, wobei diese Maßnahmen zum Verfahren des Einfüllens gehören. Xhnliche Wirkung kann auch erzielt werden, wenn die druckabsorbierenden Körner aus gemahlenen Körnern vulkanisierten Kautschuks mit Autoreifen als Ausgangsmaterial anstelle der Kork-

körner zugegeben werden. In diesem Fall sollte das Mischungsverhältnis der Korkkörner o. dgl. in einem Bereich zwischen 30 bis 150 Gewichtsteilen bezogen auf 100 Gewichtsteile des flüssigen Elastomers liegen, wobei die Korngröße der Korkkörner in einem Bereich zwischen 0,5 bis 3 mm liegen sollte, um ein günstiges Resultat zu erzielen.

Eine Walze, deren Füllwerkstoff wahlweise aus einem harten Urethan-Schaum, einem weichen Urethan-Schaum,

einer Epoxy-Harz-Zusammensetzung oder einer Polyester-Harz-Zusammensetzung anstatt des flüssigen Elastomers besteht, zeigte erheblich verbesserte Stoßabsorbiereigenschaften.
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Ferner kann bis zu einem Ausmaß, bis zu welchem die Stoßabsorbierfähigkeit der Zwischenschicht nicht vermindert ist, das Epoxy-Harz (mit einer Dichte von etwa 0,8) mit hohlkugeligen Glasteilchen zur Bildung der Zwischenschicht verwendet werden, um das Gewicht der Walze zu vermindern. Anstatt des Epoxy-Harzes können auch ein kohlefaserverstärktes Harz, glasfaserverstärktes Harz oder ein ARAMID-faserverstärktes Harz eingesetzt werden.

Im folgenden sind anhand der Fig. 3 und 4 konkrete Ausführungen der Walze nach der Erfindung beschrieben.

Wie die Fig. 3 zeigt, weist die Walze für einen Drucker gemäß der Erfindung eine Welle 1 aus Aluminium auf, die Oberflächenschicht 2 besteht aus einem thermoplastischen Urethan-Kautschuk mit einer Shore-A-Härte von 98°, und die Zwischenschicht 3 aus Kautschuk hat eine Shore-A-Härte von 80°. Um die Welle 1 mit der Oberflächenschicht 2 starr zu verbinden, wird

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flüssiger Urethan-Kautschuk in einen zwischen Welle und Oberflächenschicht 2 gebildeten Raum eingegossen und dann auf eine Temperatur um 100° C 30 Minuten lang gehärtet, wodurch die Welle 1 und die Oberflächenschicht 2 starr miteinander verbunden werden und eine einteilige Walze für den Drucker bilden.

Wie im Vorstehenden schon erwähnt wird aufgrund der Konstruktion der Walze bei dieser Ausführung mit zwei Arten von Kautschuk-Schichten unterschiedlicher Härte die der Oberflächenschicht mitgeteilte Stoßenergie prompt an der Zwischenschicht 2 unterhalb der Oberflächenschicht 1 gedämpft, wodurch Geräusche, die in Echowirkung als Vibrationsgeräusche und als Ergebnis der Stoßenergieübertragung zur Welle entstehen, in beträchtlichem Maße vermieden werden.

Bei der zweiten Ausführung der Erfindung gemäß den Fig. 4 (a) und 4 (b) besteht die Walze aus der Welle aus Aluminium, der Oberflächenschicht 2 aus Urethan-Kautschuk, einem hohlen Rohr 6 aus Aluminium und aus einem Füllwerkstoff 5 in Gestalt eines flüssigen Elastomers, der mit Korkkörnern gemischt ist. Dieser Füllwerkstoff wird durch Mischen und Rühren von 100 Gewichtsteilen flüssigen Polybutadien-Kautschuks ("R-45HT", hergestellt und vertrieben von Idemitsu Petrochemical Co., Japan) als Hauptbestandteil und 30 Gewichtsteilen Korkkörnern einer Korngröße von 3 mm hergestellt, worauf 9,1 Gewichtsteile eines Härtemittels ("ISONATE 143", hergestellt und vertrieben von Mitsubishi Chemical Industries Co., Japan) zugegeben und unter Rühren zugemischt wurden. Diese flüssige Aufbereitung wurde in einen vorbereiteten Raum zum Herstellen der Kautschuk-Walze eingegossen und dann in einem Ofen bei einer Temperatur von

80° C 60 Minuten lang gehärtet.

Bei dieser Ausführung kann für den Füllwerkstoff 5 anstelle des flüssigen Elastomers, welches mit Korkkörnern gemischt ist, auch ein harter Urethan-Schaum eingesetzt werden. In diesem Fall wird ein Gemisch durch Vermischen von 100 Gewichtsteilen einer flüssigen Aufbereitung aus Polyol als Hauptbestandteil mit einem Schäumungs-Steuermaterial, einem Katalysator und Wasser als Schäummittel und 155 Gewichtsteilen Isocyanat als Aushärtmittel in einen vorbereiteten Raum zum Formen der Kautschuk-Walze eingegossen, derart, daß die Fülldichte in einem Bereich zwischen 0,3 und 0,5 liegt, worauf das Gemisch in einem Ofen bei einer Temperatur von 60° C 15 Minuten lang ausgehärtet wird. Als Füllwerkstoff 5 können auch Epoxy-Harz- und Polyester-Harz-Zusammensetzungen mit ähnlicher Wirkung wie oben beschrieben eingesetzt werden.

Bei der oben beschriebenen zweiten Ausführung kann die Verwendung eines weichen Elastomers bezüglich der Energieabsorption eine bessere Wirkung hervorrufen. In diesem Fall wird ein Gemisch durch Zugeben von 9,1 Gewichtsteilen eines Aushärtemittels ("ISONATE 143L", hergestellt und verkauft von Mitsubishi Chemicals Industries Co., Japan) zu 100 Gewichtsteilen eines flüssigen Polybutadien-Kautschuks ("R-45HT", hergestellt und verkauft durch Idemitsu Petrochemical Co., Japan) als Hauptbestandteile bereitet, worauf dieses Gemisch gerührt wird, um Schaum daraus zu entfernen. Danach wird die flüssige Aufbereitung in einen vorbereiteten Raum zum Formen in eine Kautschuk-Walze eingegossen und dann in einem Ofen bei einer Temperatur von 80° C 60 Minuten

lang zum Aushärten gewärmt. Nach dem Aushärten hat das behandelte Material eine Shore-Α- Härte von 52°, was niedriger als die Härte der Oberflächenschicht ist (60° bis 100° oder einrWert in diesem Bereich, z.B. 83° oder 98°). Als flüssiges Elastomer kann ein flüssiger Urethan-Kautschuk, flüssiger Chloropren-Kautschuk, flüssiger Isopren-Kautschuk u. dgl. außer dem oben erwähnten flüssigen Poly- butadien-Kautschuk verwendet werden, wobei alle diese Werkstoffe ähnliche Wirkungen ergeben. Gleichzeitig wurde gefunden, daß zum Erhöhen der Energieabsorptions- Wirkung die Vernetzungsdichte besser zu verringern ist. Es ist selbstverständlich möglich, eine Verringerung des Gewichts der Walze durch Hinzufügen eines Schäumungsmittels"zu den flüssigen Elastomeren zu erzielen, um diese zu schäumenden Elastomeren zu machen.

Bei den oben beschriebenen Ausführungen der Walze nach der Erfindung wird beispielsweise Aluminium für die Welle 1 verwendet. Anstatt Aluminium kann auch zweckmäßig kohlefaserverstärktes Harz in Stangenform für die Welle verwendet werden, das hohe Biegsamkeit und Zähigkeit aufweist. Eine ähnliche Wirkung kann auch von der Verwendung eines glasfaserverstärkten Harzes oder eines ARAMID-faserverstärkten Harzes erwartet werden. Wenn ein derartiger Werkstoff verwendet wird, wird die Welle 1 leichter als aus einem Metall. Aufgrunddessen ist die Wirkung äußerer Kräfte auf die Walze aufgrund verminderter Trägheit bei hoher Drehzahl der Walze oder aufgrund von Geschwindigkeitsänderungen beim Starten und Stoppen der Welle vermindert, was Biegungen und Schwingungen der Walze des Druckers verhindert oder vermindert und eine Vergrößerung der Druckleistung, wie der Druckgeschwindigkeit und der Druckgenauigkeit, ermöglicht.

Bei der zweiten Ausführung der Erfindung kann die Punktierenergie (Stoßenergie), die der Oberflächenschicht aus Kautschuk mitgeteilt wird ,von dem Füllwerkstoff in dem hohlen Aluminiumrohr absorbiert werden, wodurch als Körperschall reflektiertes Geräusch und von der Welle erzeugtes Geräusch aufgrund der übertragung der Stoßenergie in bemerkenswertem Ausmaß unterdrückt werden können.

Claims

Dr.-Ing. Roland Liesegang - ^; Paten&ftvWaÖ ö 3 b

European Patent Attorney

Sckellstrasse 1 D-8000 München 80 Telefon (0891 4 48 24

Telex S^M JO? pail il

li'lrKi^nn'f lOtiyi .".VO-Hi!' . .¹U-IM TrUujr.niiniü Piiltniiis iiuim'luMi

PoMSfiiork Muni l»-n Jy-I HI BiV HypciUink Miinc'lii'ii MUd 19-1-U! Heusciioitianh Muruhen 2i>0300."

MITSUBISHI DENKI KABÜSHIKI KAISHA
Tokyo, Japan
P 147 53

Patentansprüche

l.lWalze für eine Druckvorrichtung, g e k e η η zeichnet durch folgende Merkmale in
Kombination:
a) eine Welle (1);
b) eine auf die Oberfläche der Welle aufgezogene

Schicht eines Verstärkungsbauteils (3) und
c) eine Oberflächenschicht (2) aus einem hochpolymeren Elastomer, das auf die Oberfläche
der Schicht des Verstärkungsbauteils aufgezogen ist.
2. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht des Verstärkungsbauteils aus einer Zwischenschicht aus Kautschuk

besteht.
3. Walze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Festigkeit der Zwischenschicht niedriger als die Festigkeit der Ober-

flächenschicht ist.
4. Walze nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η -

zeichnet, daß der Kautschuk für die Oberflächenschicht und derjenige für die Zwischenschicht voneinander verschieden sind.
5. Walze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht aus einem thermoplastischen Urethan-Kautschuk und die Zwischenschicht aus einer nachbehandelten Lage aus einem flüssigen Urethan-Kautschuk bestehen und daß der Härte-Unterschied zwischen den beiden Schichten im Bereich zwischen 10° bis 50° Shore-A-Härte liegen.
6. Walze nach Anspruch 4, dadurch g e k e η η -

zeichnet, daß die Oberflächenschicht aus einem thermoplastischen Urethan-Kautschuk und die Zwischenschicht aus der Gruppe enthaltend Butyl-Kautschuk, Nitril-Kautschuk und einen Verbundkörper aus Kork und Kautschuk bestehen.
7. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle unter Verwendung von Aluminium aufgebaut ist.
8. Walze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungsbauteil eine Verbundkonstruktion mit einem hohlen Metallrohr (6) als Außenschicht und einem Füllwerkstoff (5) als Innenschicht umfaßt, der in eine Raum zwischen dem hohlen Metallrohr und der Welle eingefüllt ist.
9. Walze nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllwerkstoff aus der Gruppe flüssige Elastomere wie flüssiger Urethan-Kautschuk, flüssiger Chloropren-Kautschuk, flüssiger

Isopren-Kautschuk o. dgl. und natürlicher sowie synthetischer Kautschuk in fester Form ausgewählt ist, wozu druckabsorbierende Körner wie Korkkörner/ gemahlene Körner aus vulkanisiertem Kautschuk o. dgl. hinzugefügt sind.
10.Walze nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllwerkstoff aus der Gruppe harter Urethan-Schaum, weicher Urethan-Schaum, Epoxy-Harz-Zusammensetzung und Polyester-Harz-Zusammensetzung ausgewählt ist.
11.Walze nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Festigkeit der Füllwerkstoff-Schicht niedriger als die Festigkeit der Oberflächenschicht ist.
12.Walze nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllwerkstoff-Schicht aus einer weichen Elastomer-Zusammensetzung besteht.
13.Walze nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllwerkstoff-Schicht ein geschäumter Körper aus einer weichen Elastomer-Zusammensetzung ist.
14.Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle aus einem faserverstärktem Kunstharz-Werkstoff besteht, der aus der Gruppe der kohlefaserverstärkten Kunststoffe (CFRP), glasfaserverstärkten Kunst- · stoffe (GFRP) und ARAMID-faserverstärkten Kunststoffen (KFRP) ausgewählt ist.