DE3539377A1 - Elastischer drehkoerper - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elastischen Drehoder Umlaufkörper, wie eine elastische Walze oder ein elastisches Band, und insbesondere auf einen elastischen Drehoder Umlaufkörper, der eine stützende Gummischicht sowie an dieser eine Oberflächen-Harzschicht hat.

Der erfindungsgemäße Dreh- oder Umlaufkörper dient als Fördereinrichtung zum Transport von Gütern oder Gegenständen, er ist als Walze oder Band (Gurt) in Bürogeräten, z.B. zum Papiervorschub in einem Drucker od. dgl., als Schreibwalze bei einem Textverarbeitungsgerät oder als Transportwalze in einem Duplex-Kopiergerät, bei dem Aufzeichnungen auf beiden Seiten eines Papierblatts erzeugt werden, zu verwenden. Ferner ist der erfindungsgemäße Dreh- oder Umlaufkörper als Bildfixierwalze oder -band, wie z.B. eine Heizwalze,

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Bayer. Vereinsbank (München) Kto 508941

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eine Andruckwalze, eine Heiz-Andruckwalze od. dgl., zur Bildfixierung oder Papiertrocknung verwendbar und kann bei Abbildungen fertigenden Geräten, wie einem Kopiergerät, einem Drucker, einem Faksimilegerät oder Kombinationen solcher Geräte zum Einsatz kommen.

Um ein Papierblatt oder einen Gegenstand zu transportieren, kommen im allgemeinen eine Walze, Rolle oder ein Band, die mit einer Gummi- oder Harzoberflächenschicht versehen sind, zur Anwendung. Im Laufe der Anwendung wird jedoch die Oberfläche der Walze, der Rolle oder des Bandes (diese Bauteile werden im folgenden,soweit es sinnvoll erscheint, nur noch als Drehkörper bezeichnet) einem Verschleiß bzw. Abrieb ausgesetzt, so daß der Fördervorgang nicht mehr korrekt abläuft. Beispielsweise vermindert sich der Durchmesser der Gummiwalze oder ändert sich bei einem Gebrauch über längere Zeit die Oberflächenhärte, was einen Fehler oder Ausfall im Transport (Fördern) oder in der Bildübertragung (Schreibwalze od.dgl.) zum Ergebnis hat. Die Harzwalze verschleißt dagegen nicht so leicht, sie ist jedoch in bezug auf die Elastizität mäßig, weshalb schon ein geringer Verschleiß oder Abrieb, der bei einem Langzeitgebrauch durchaus zu erwarten ist, einen unkorrekten Transport zur Folge hat.

In jedem Fall sind die fördernden Drehkörper zum Transport von Papierblättern nicht beständig und haltbar bis zu einer Förderung von 200 000 Blättern unter Beibehaltung der erwünschten Leistungsfähigkeit und Funktionstüchtigkeit gewesen. Es besteht insofern der Wunsch und Bedarf nach einem haltbaren sowie nichthaftenden (nichtadhäsiven) Drehkörper, der eine geeignete Oberflächenhärte hat und nachgiebig, elastisch mit einem Papierblatt oder einem anderen Gegenstand in Berührung gebracht werden kann, dabei aber höchst zuverlässig tätig wird und bleibt.

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Auf dem Gebiet der Bildfixierung wird die gleichartige Harz- oder Gummiwalze benutzt. Zusätzliche Belastungen werden einer solchen Walze im Hinblick auf Wärme und Druck auferlegt. Es ist allgemein üblich, als eine mit einer Tonerabbildung in Berührung zu bringende Heizwalze eine mit Tetrafluoräthylenharz beschichtete Walze als Andruckwalze, die mit der Heizwalze in Druckanlage gebracht wird, um die Zeitspanne für das Heizen und Pressen des Tonerbildes zu verlängern, eine mit einer Gummischicht bedeckte Walze zu verwenden, wobei zwischen den beiden Walzen durch die Druckberührung ein Walzenspalt gebildet wird. Da sich jedoch die Oberfläche der Heizwalze wie ein starrer Körper verhält, folgt sie nicht in ausreichender Weise der winzigen Rauhigkeit der das Tonerbild aufweisenden Blattoberfläche, was während des Heiz- und Druckvorgangs einen geringeren wirksamen Wärmeübergang zur Folge hat. Deshalb wird die Qualität der fixierten Abbildung im Vergleich zu einer als Heizwalze verwendeten Gummiwalze mäßiger oder schlechter und das Einringeln des durchgelaufenen Papiers stärker. Wird die Gummiwalze als mit dem Tonerbild in Berührung zu bringende Heizwalze benutzt, so steigt die Tonerverschiebung (Tonerversatz) wegen der schlechten Freigabefähigkeit der Gummiwalze an, und sie wird relativ leicht durch eine Abstreifklinke, einen Fühler od. dgl., die mit ihr in Berührung kommen, verschlissen, was auf ihrer mäßigen Äbriebfestigkeit beruht, wobei als Ergebnis in verstärktem Maß teilweise Unfixierte Abbildungsbereiche oder teilweise Tönerverschiebungen auftreten.

Unter diesen Umständen haben die Gummi- und die Harzwalze ihre eigenen Vorteile, aber auch entsprechende Nachteile. Deshalb wird eine Walze angestrebt, die die Vorteile beider Walzen aufweist.

Die JP-Patent-Offenlegungsschriften 2864/1983, 5770/1983 und 27 175/1983 schlagen eine Walze mit einem Metallkern vor, der mit einer Mischung aus Fluorgummi und Fluorharz beschichtet ist, oder eine Walze aus Gummi, die mit einer Mischung aus Fluorgummi und Fluorharz beschichtet ist.

Da die Mischung so ist, wie das in der JP-Patent-Qffenlegungsschrift 135 871/1982 offenbart ist, ist es jedoch nicht möglich gewesen, eine Bildfixierwalze, die mit einem Tonerbild in Berührung zu bringen ist, zu erhalten, die mit Blick auf die tatsächlichen Bildfixierbedingungen optimal ist. Gemäß der Offenbarung in diesen Veröffentlichungen wurde von der Anmelderin eine Walze tatsächlich gefertigt, jedoch konnte ein ausreichender Harzgehalt an der Oberfläche der Mischungsschicht nicht erhalten werden, und diese betrug bestenfalls 2 jum. Darüber hinaus konnte die Oberflächen-Harzschicht nicht in ausreichender Weise gesintert werden, weshalb die Abriebbeständigkeit so mäßig ist, daß die Walze nicht einmal Bildfixierungsvorgänge in so kleiner Zahl von einigen 1000 Blättern bei einer Bildverarbeitung mit hoher Geschwindigkeit ausführen konnte. Auf diese Weise kann an der Oberfläche der Fixierwalze nur eine dünne Mischungsschicht gebildet werden, und es ist bekannt, daß unter der Mischungsschicht eine Gummischicht erforderlich ist, um eine gewünschte Elastizität zu erlangen, wie in der JP-Patent-Offenlegungsschrift 5770/1983 offenbart ist.

Wenn die Mischungssschicht an einer Gummischicht einer Walze gebildet und aufgeheizt wird, so daß sie für 30 min bei einer hohen Temperatur von 400°C gesintert wird, dann enthält die Oberflächenschicht der Mischung geringfügig mehr Fluorharz (annähernd 3^um). Es wurde jedoch festgestellt, daß die Gummischicht depolymerisiert wird, so daß sie die Elastizität verliert.

Eine ausreichende Elastizität zu erhalten, steht somit im Widerspruch dazu, einen größeren Harzgehalt an der Oberfläche der Mischungsschicht zu erhalten. Insofern ist es schwierig, eine elastische Walze mit zufriedenstellender Beständigkeit oder Standzeit zu schaffen, die die beiden erwähnten charakteristischen Eigenschaften aufweist.

Eine in Verbindung mit der Bildfixierung (Heizen und Pressen) zu verwendende Walze benötigt die von der Gummischicht zur Verfügung gestellte Elastizität oder Nachgiebigkeit und den erhöhten Harzgehalt an der Oberfläche der Mischungsschicht, wenn sie eine zufriedenstellende Bildfixierung durch Heizen und Pressen bieten soll. Gegenwärtig ist es jedoch nur ein Wunsch, eine solche Walze, die ausreichende Beständigkeit und Freigabefähigkeit aufweist, zu erlangen.

Eie JP-Patentanmeldung 20 747/1982 hat vorgeschlagen, daß einfach eine Gummiwalze gebildet wird, die dann von einer Harzröhre umhüllt wird, was praktisch angewendet wird. Gemäß diesem Vorschlag wird die Oberfläche einer Silikongummiwalze abgeschliffen und mit einem Klebemittel beschichtet. Vorher wird eine unter Wärme schrumpfende Röhre aus fluoriertem ' Äthylenpropylen (FEP) mit einem gegenüber der Gummiwalze größeren Durchmesser vorbereitet. Die Röhre wird auf die Gummiwalze geschoben, worauf beide auf eine Temperatur von 104,4⁰C zur Wärmeschrumpfung und ferner auf eine Temperatur von 182,2⁰C für 1 h erhitzt werden. Da jedoch das Ausmaßfin der Wärmeschrumpfung nicht gleichförmig ist, ist es schwierig, eine Walze mit der erwünschten Gestalt zu schaffen. Zusätzlich mußte nach der Fertigung der Röhre deren Innenoberfläche in weitern Umfang gereinigt werden. Gegenwärtig muß die Dicke der wärmeschrumpffähigen Röhre größer als 50/im sein, was groß genug ist, um die von der darunter liegenden Gummischicht gebotene Elastizität an der Oberflächenschicht aufzuwiegen, und aus diesem Grund ist es nicht

möglich/ eine Walze mit ausreichender Elastizität zu schaffen. Die Maßgenauigkeit der auf diese Weise gefertigten Walze ist nicht gut, zusätzlich sind die Fertigungskosten wegen der zahlreichen Schritte, die benötigt werden, hoch. Von größerer Bedeutung ist aber, daß ein zufriedenstellender Fixiervorgang nicht ausgeführt werden kann und wird.

Die offengelegten JP-Patentanmeldungen 89 785/1982 und 74 578/1984 schlagen einige Walzen vor, die jedoch in der Praxis untauglich sind. Im Hinblick darauf, daß in beiden Fällen eine Sintertemperatur von 300°C zur Anwendung kommt und die erstgenannte Anmeldung Tetrafluoräthylen-Hexafluorpropylen-Kopolymerisat als das Fluorharz verwendet, wird die Oberfläche der Harzschicht nicht ausreichend gesintert, d.h. nicht in dem Ausmaß, daß die zufriedenstellende Hitze- und Abriebbeständigkeit erlangt werden. Deshalb wird die Oberfläche ohne weiteres leicht verschlissen, was zum Ergebnis hat, daß sie nicht einmal zur Fixierung von nur einigen 1000 Blättern geeignet ist. Als Bildfixierwalze ist sie in der Praxis nicht brauchbar. Als Gründe hierfür sind die folgenden ermittelt worden. Das flüssige Fluorharz wird auf die Oberfläche der Silikongummiwalze aufgebracht. Wenn die Flüssigkeit ein Tetrafluoräthylenharz ist, dann erfolgt ein ausreichendes Sintern nur bei einer Aufheizung auf über 327°C (Kristallschmelzpunkt) liegende Temperaturen, vorzugswiese liegen diese Temperaturen bei 340° 36O°C. Handelt es sich bei der Flüssigkeit um Tetrafluoräthylen-Perfluorvinyläther-Kopolymerisat, so muß eine Aufheizung auf 306⁰C (Kristallschmelzpunkt) oder höher, vorzugsweise auf 320° - 34O°C, erfolgen, um eine ausreichende Sinterung zu erlangen.Wenn die Temperatur so niedrig ist wie 300°C, dann schmilzt das Fluorharz nicht, sondern bleibt trocken pulverförmig, und es wird kein Film gebildet, was zum Ergebnis hat, daß die Harzeigenschaften nicht erhalten werden. Mit dem Niedertemperatursintern bei 300°C oder dar-

unter (niedriger als der Kristallschmelzpunkt) können die Harzeigenschaften nicht geboten werden, und zus-ätzlich ist die Haftung zwischen der Gummischicht sowie der Harz-Oberflächenschicht mäßig; das Harz hat eine so schwache Festigkeit, daß es leicht abgetrennt oder abgeschält wird. Wenn die Haftung zwischen der Gummi- sowie der Harz-Oberflächenschicht nicht gut genug ist, kann durch eine örtliche Belastung, die hervorgerufen wird, wenn die Walzen zwischen sich ein Blatt erfassen, ein Schlupfen zwischen den Schichten auftreten, wodurch die Oberflächenschicht leicht abgetrennt wird; auch wird die Oberflächen-Harzschicht durch eine Abstreifklinke od. dgl. verletzt. Da das Niedertemperatursintern bei 300°C nicht die Abriebbeständigkeit und ausreichende Festigkeit des Harzes verschaffen kann, ist eine solche Walze auf Grund eines Tonerversatzes und selbst ohne einen Papierstau nur für 20 000 - 30 000 Blätter haltbar, was ihre Verwendung in der Praxis schwierig macht. Wie erläutert wurde, ist der elastische Drehkörper nach dem Stand der Technik von.recht geringer Beständigkeit sowie Haltbarkeit und für die Praxis wenig geeignet.

Auf dem Gebiet der Förderung von Gegenständen muß ein Drehkörper viele Forderungen erfüllen, als da u.a. sind die Elastizität, um den Fördervorgang zu gewährleisten, die nötige Freigabefähigkeit zum Zweck der Erhöhung der Haltbarkeit mit der Verhinderung einer Verschmutzung sowie das Unterbinden einer Elektrisierung. Ein Drehkörper, der diese Forderungen erfüllt, ist jedoch kompliziert und teuer. Es ist üblich, daß eine große Menge an Material, das einen niedrigen elektrischen Widerstand sowie eine hohe Wärmeleitfähigkeit hat, im Harz enthalten ist, um eine Elektrisierung oder Aufladung der Oberfläche der Harzschicht zu verhindern. Damit werden die Fertigungskosten gesteigert, weil die große Menge an elektrisch leitfähigem Material gleichförmig verteilt werden muß. Darüber hinaus erzeugen die leitfähigen Materialien im allgemeinen eine schlechtere

Oberflächeneigenschaft in bezug auf die Freigabefähigkeit als das Harz, weshalb das leitfähige Material zusätzlich einen Anstieg im Tonerversatz bewirkt.

Wenn die oben beschriebene Walze als Heizwalze verwendet wird, so wird die stützende Gummischicht von innen oder außen beheizt, wodurch ein Gewichtsverlust auftreten kann, um Gase abzugeben. Die Gasemission erfolgt vor allem, wenn die Harzschicht gesintert wird. Dadurch wird die Haftung zwischen der Harz- sowie der Gummischicht verschlechtert, womit die Standzeit sehr stark beeinträchtigt wird.

Bei einer Fixiervorrichtung ist es üblich, daß die den Versatz verhindernde Flüssigkeit auf die Walzenoberfläche aufgebracht wird. Wenn die stützende Trägerschicht durch die Flüssigkeit angeschwollen ist, dann wird die Harz- von der Trägerschicht abgeschält, was zum Ergebnis hat, daß die Standzeit und die Fixierleistung verschlechtert werden.

Im Hinblick auf den Stand der Technik und die obigen Feststellungen ist es die Aufgabe der Erfindung, einen elastischen Drehkörper zu schaffen, dessen Standzeit oder Haltbarkeit durch die Elastizität, die Adhäsionsfreiheit (Nichthaftung) einer Oberfläche und eine Oberflächenhärte gesteigert wird, so daß ein Gegenstand od. dgl. stabil und beständig weitergefördert werden kann.

Hierbei liegt ein Ziel der Erfindung darin, einen elastischen Drehkörper zu schaffen, der auf Grund eines neuartigen Fertigungsverfahrens ausreichende Harzeigenschaften bietet, ohne die Gummieigenschaften zu verschlechtern.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen elastischen Drehkörper, der für eine Bildfixierung verwendbar ist, zu schaffen, welcher an seiner Oberfläche Harzeigenschaften

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und als Ganzes eine geeignete Elastizität aufweist, so daß der Fixiervorgang, die Abriebbestandigketi und die Freigabefähigkeit verbessert werden.

Ferner ist es ein Ziel der Erfindung, einen für eine Bildfixierung verwendbaren elastischen Drehkörper zu schaffen, bei dem ein Tonerversatz vermindert, die Bildqualität oder -schärfe verbessert, ein Einringeln des Aufzeichnügnsmaterials unterbunden und dieses Material ordnungsgemäß in gutem Zustand gefördert wird.

Des weiteren soll als Ziel der Erfindung ein elastischer, für allgemeine Zwecke verwendbarer Drehkörper geschaffen werden, der eine Wirkung in bezug auf die Verhinderung einer Aufladung bietet, so daß die Oberflächen-Freigabefähigkeit und die Standzeit verbessert werden.

Darüber hinaus soll erfindunqsgemäß ein für eine Bildfixierung verwendbarer elastischer Drehkörper geschaffen werden, der eine geeignete Elastizität aufweist, so daß der Fixiervorgang, die Abriebbeständigkeit, die Standzeit oder Lebensdauer und die Verhinderung eines Tonerversatzes verbessert werden.

Die Erfindung zielt ferner auf die Schaffung eines für allgemeine Zwecke nützlichen Drehkörpers ab, der eine Gummisow ie eine Oberflächen-Harzschicht aufweist, wobei die elektrische Aufladung vermindert, die Haftung zwischen der Gummi- sowie der Oberflächen-Harzschicht stabilisiert und die Haltbarkeit gesteigert werden, und sie ist auf eine Vorrichtung, die einen solchen Drehkörper umfaßt, gerichtet.

Weiterhin soll erfindungsgemäß ein für eine Bildfixierung geeigneter elastischer Drehkörper geschaffen werden, der eine Gummi- sowie eine Oberflächen-Harzschicht umfaßt, wobei die Dicke der Harzschicht und die Rückprallelastizität der Gummischicht so in Beziehung gesetzt sind, daß der Fixiervorgang, die Abriebbeständigkeit und die Standzeit verbessert werden.

Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt in der Schaffung eines für eine Bildfixierung verwendbaren elastischen Drehkörpers, der eine Gummi- sowie eine Oberflächen-Harzschicht umfaßt und zusammen mit einem anderen Drehkörper zur Ausbildung eines Walzenspaltes zwischen beiden Körpern zum Einsatz gelangen kann, wobei dieser Walzenspalt so bestimmt wird, daß die Fixierfähigkeit und die Standzeit gesteigert werden.

Die Aufgabe und die Ziele sowie Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden, auf die Zeichnungen Bezug nehmenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes deutlich. Es zeigen:

Fig. 1 eine Sennitt-darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung eines elastischen Drehkörpers gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Schnittdarstellung eines elektrophotographischen Kopiergeräts, das verschiedene Bauteile, für die der elastische Drehkörper gemäß der Erfindung verwendbar ist, enthält;

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines Druckers mit Druckhammer, bei dem ein erfindungsgemäßer elastischer Drehkörper anwendbar ist;

Fig. 4 einen Schnitt durch den Drucker von Fig. 3;

Fig. 5 eine Schnittdarstellung einer Bildfixiervorrichtung, bei der ein elastischer Drehkörper gemäß der Erfindung zur Anwendung kommt;

Fig. 6 einen vergrößerten Schnitt durch die Fixiervorrichtung von Fig. 5;

Fig. 7 einen vergrößerten Schnitt durch eine Oberflächen-Harzschicht eines erfindungsgemäßen elastischen Drehkörpers;

Fig. 8 eine vergrößerte Ansicht eines Teils der Harzschicht;

Fig. 9 ein Diagramm über die Beziehung zwischen der Fixierrate und der Filmdicke der Harzschicht mit dem Parameter der Rückprallelastizität bei einem elastischen Drehkörper in einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Fig. 10 ein Diagramm über die Beziehung zwischen der Filmdicke und der Rückprallelastizität bei der der Fig.9 zugrunde liegenden Ausführungsform;

Fig. 11 ein Diagramm über die Beziehungen zwischen der Haltbarkeit eines Drehkörpers, der Fixierungsrate und

der Filmdicke einer Harzschicht mit einem Parameter einer Walzenspaltbreite bei einer anderen erfindungsgemäßen Ausfuhrungsform;

Fig. 12 ein Diagramm über die Beziehung zwischen der Filmdicke und der Walzenspaltbreite bei der der Fig.11 zu-grunde liegenden Ausführungsform.

Die Fig. 1 zeigt ein Beispiel für eine Vorrichtung zur Herstellung eines elastischen Drehkörpers gemäß der Erfindung. Diese Vorrichtung ist zur Fertigung des bei den Beispielen von Fig. 2 - 12 verwendeten Drehkörpers, worauf noch eingegangen werden wird, geeignet. Von diesen Figuren betreffen die Fig. 2-4 übliche Fördervorrichtungen, bei denen Hitze nicht angewendet wird und ein Druck im Vergleich zum Fall der Bildfixierung ziemlich niedrig ist.

Zuerst soll das Verfahren zur Herstellung eines elastischen Drehkörpers gemäß der Erfindung beschrieben werden. Eine vulkanisierte und geformte Gummischicht wird an einem Metallkern in eine gewünschte Gestalt gebracht. Auf diese Oberfläche der Gummischicht wird ein (ungesintertes) Harzpulver in Form einer Dispersion (das Harzpulver ist mit einem oberflächenaktiven Agens in Wasser dispergiert), eines Überzuges, eines Pulvers od. dgl. über die gesamte Länge der Gummiwalze gleichförmig durch Aufsprühen, elektrostatische Ablagerung, Pulverbeschichtung od. dgl. aufgebracht. Dann wird die Harzschicht auf eine hohe Temperatur, die höher als der Kristallschmelzpunkt des Harzes ist, aufgeheizt, während die Gummiwalze unterhalb einer solchen Temperatur gehalten wird, daß der Gummi nicht raucht oder depolymerisiert. Vor allem wird die Oberflächen-Harzschicht schnell erhitzt, während die Gummischicht rasch von der Innenseite des Metallkerns gekühlt wird. Bei der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung macht man sich die Tatsache zunutze, daß der Tangens des dielektrischen Verlustwinkels des flüssigen Harzes (Dispersion

oder Überzug) größer ist als derjenige der Gummischicht. Obwohl dieses Verfahren bevorzugt wird, ist die Erfindung nicht auf dieses Herstellungsverfahren eingeschränkt.

Gemäß diesem Verfahren wird ein Temperaturgefälle quer über die Dicke der Gummischicht erzeugt, jedoch kann die Temperatur des Gummis unter einer Temperatur (z.B. nicht weniger als 2OO°C) gehalten werden, die niedriger ist als die Wärmebeständigkeitstemperatur des Gummis, während das ungesinterte Harz auf eine Temperatur oberhalb seines Kristallschmelzpunkts (z.B. nicht weniger als 35O⁰C) für 5-10 min erhitzt wird. Dadurch wird eine gesinterte Oberflächen-Harzschicht, die ausreichende Harzeigenschaften mit einem niedrigen Grad an Kristallinität hat, an der Gummischicht mit einer starken Haftung zu dieser gebildet, wobei die gesinterte Harzschicht von einer gewünschten Stärke (Dicke) ist.

Insofern hat die Gummischicht Gummieigenschaften, die denen vor dem Sintern der Harzschicht gleichwertig sind/ während andererseits die Oberflächen-Harzschicht völlig gesintert ist und Harzeigenschaften zeigt sowie gleichzeitig die Haftfähigkeit zwischen den Schichten sehr hoch ist.

Um die Längung und die Zugfestigkeit der Harzschicht zu messen, wird der Harzfilm von der gefertigten Walze nur in Abmessungen von 15 mm (Breite) χ 100 mm (Länge) als ein Prüfstück abgeschält, das dann durch mit 20 mm beabstandete Spannfutter mit einem Spannungswert von 250 mm/min gestreckt wird. Es hat sich bestätigt, daß das Prüfstück die gleichen Eigenschaften hat wie ein Harzteil, das allein gesintert wird.

Um das Haftvermögen zu messen, werden in die Oberfläche der gefertigten Walze mit einem Messer zwei Linien mit 10 mm Abstand in einer Umfangsrichtung eingeschnitten und die Fläche teilweise abgeschält. Der abgeschälte Teil wird mit einem Zugspannungsmeßgerät gestreckt. Der angezeigte maximale

Wert des Meßgeräts wird als das Haftvermögen der Harzschicht genommen. Es hat sich bestätigt, daß bei einer Verwendung von Fluorharz das Haftvermögen nicht geringer als 20 g/10 mm (Breite) ist.

Die Fig. 1 zeigt im Schnitt eine Vorrichtung mit der ein er— findungsgemäßer elastischer Drehkörper gefertigt werden kann, wobei sowohl eine dielektrische wie auch eine externe Infrarot-Heizeinrichtung in Kombination verwendet werden. Die Vorrichtung umfaßt ein Magnetron 105 zur Erzeugung von Hochfrequenz {950 - 2450 MHz), einen Wellenleiter 106 zur übertragung der vom Magnetron 105 erzeugten Hochfrequenz sowie einen zu öffnenden Harzbehälter 102, der mit einer inneren Auskleidung 103 aus Metallplatten zur Reflexion der Hochfrequenz ausgestattet und mit dem Wellenleiter 106 zu verbinden ist. Ferner weist die Vorrichtung zur zusätzlichen Beheizung der Walze 1 von deren Außenseite her in dem Behälter 102 Infrarotlampen 111 mit je einem Schirm auf.

Innerhalb des Behälters 102 befindet sich ein Gebläse 100, das eine Luftströmung im Innern der hohlen Walze erzeugt, und ein Gebläse 101, das einen Luftstrom im Behälter 102 erzeugt, die jeweils von außenliegenden Antrieben betrieben werden. Der Behälter 102 ist um ein Gelenk 108 zu öffnen, wobei am oberen Teil des Behälters ein Griff 109, am unteren Teil ein Arm 107 zur Positionierung eines Flansches IA der Walze 1 befestigt sind.

Die Vorrichtung ist mit einem Steuergerät 110 versehen, durch das die Antriebsvorrichtung 104, das Magnetron 105 und die Infrarotlampen 111 im Ansprechen auf das öffnen oder Schließen des Behälters auf der Grundlage eines vorgegebenen Startsignals mit einem (nicht gezeigten) Zeitgeber gesteuert werden.

Da die Walze 1 eine Oberflächen-Harzdispersion 13 und eine Gummiträgerschicht 12 besitzt, wird deshalb die Hochfrequenzenergie mehr von der Dispersionsschicht, die eine höhere relative Dielektrizitätskonstante als die Gummischicht hat, absorbiert. Die Harzdispersion wird durch die Hochfrequenz und die Infrarotlampen in der thermostatischen Kammer schnell auf einen über ihrer Sintertemperatur liegenden Wert erhitzt. Hierbei absorbiert die Gummischicht weniger an Hochfrequenzenergie, was zum Ergebnis hat, daß sie nicht so hoch erhitzt wird wie die Dispersion, d.h., daß sie relativ niedrig temperiert bleibt. Aus diesem Grund können die oben erwähnten Walzeneigenschaften oder -charakteristika erlangt werden.

Eine erfindungsgemäße Ausführungsform umfaßt einen elastischen Drehkörper mit einer Dicke von 0,1 - 10 mm für die Gummischicht und mit einer Dicke von 1-50 jum für die Harzschicht. Diese Dicken können Mittelwerte der jeweiligen Schichten sein, sie sind jedoch vorzugsweise die minimalen Dicken.

Wenngleich bei dem oben beschriebenen Verfahren eine Haftschicht zwischen der Harz- und der Gummischicht nicht vorhanden ist, so schließt jedoch die Erfindung einen Drehkörper mit solch einer Haftschicht ein.

Die Harzschicht enthält vorzugsweise Material, das eine hohe Elektrizitätskonstante hat, und insbesondere kann sie eine siliziumorganische Verbindung, ein Polyimid, ein Polyamid, Polyamid—imid od. dgl. umfassen.

Was die Gummischicht betrifft, so ist sie aus einem Gummimaterial, das eine Wärmebeständigkeitstemperatur hat, die niedriger ist als der Schmelzpunkt des Harzmaterials, insbesondere kann sie aus einem Äthylen-Propylen-Kautschuk

oder aus diesem in Mischung mit einem anderen Gummi (Kautschuk) bestehen.

Die Fig. 2 zeigt ein Duplex-Kopier- oder -Druckgerät, und der Erfindunsgsgegenstand kann für verschiedene Bauteile dieses Geräts Anwendung finden.

Das Gerät umfaßt eine Bilderzeugungsstation, in der in einem elektrophotographischen Kopiervorgang, der bekannt ist und deshalb nicht näher erläutert wird, eine Abbildung auf einem Papier gefertigt wird. In dem Gerät wird ein gewöhnliches Aufzeichnungsmaterial (Papier) als Transfermaterial, auf das ein Bild übertrgen wird, verwendet. Das Gerät umfaßt eine Kopierstation 17, eine Duplex-Behandlungsstation 18, eine automatische Original-Bearbeitungsstation (Dokument-Rückfuhrförderer) 19 und eine Stapel- oder Heftstation 20. In der Kopierstation 17 wird ein bekannter Bilderzeugungsvorgang ausgeführt. Im einzelnen wird ein Originalschlitten 9 von einem beweglichen optischen System 10 abge-tastet, und das reflektierte Licht wird auf die Oberfläche eines lichtempfindlichen Bauteils (Kopiertrommel) 24 projiziert, um auf diesem eine elektrostatische, latente Abbildung zu erzeugen, die durch ein Entwicklungsgerät 26 als ein Tonerbild sichtbar gemacht wird. Ein Papierblatt, auf das das sichtbar gemachte Tonerbild übertragen werden soll, wird von einer Papierzufuhrstation 27 mitttels einer Abzugsrolle 28 zugeführt und durch Ausricht- oder Registerrollen 29 einmal kurz angehalten, worauf es in Ausrichtung mit dem Tonerbild auf der Kopiertrommel 24 zu dieser gefördert wird. Anschließend wird das auf der Oberfläche der Kopiertrommel 24 befindliche Tonerbild durch ein Transfer-Ladegerät 30 auf das Transferpapier übertragen.Das Papierblatt wird dann von der Kopiertrommel 24 durch ein Abtrenn-Ladegerät 14 gelöst und auf einem Förderband 35 einer Fixiervorrichtung 15 zugeführt. Um die Kopiertrommel 24 herum sind weitere notwendige und bekannte Einrichtungen, wie eine Reinigungseinrichtung usw.,

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angeordnet. Das Transferpapier, auf dem mittels der Fixiervorrichtung 15 das Tonerbild fixiert worden ist, wird durch ein Führungselement 38 in einem Einfach-Kopierbetrieb, in ; dem das Führungselement 38 die in Fig. 2 gestrichelt angegebene Lage einnimmt, einem Stapler in der Stapel- oder Heftstation 20 zugeleitet. Wird der Duplex-Kopierbetrieb gewählt, so wird das Kopierpapier der Duplex-Behandlungsstation 18 durch das Führungselement 38, das nun die mit ausgezogenen Linien angegebene Lage einnimmt, zugeleitet.

Die Duplex-Behandlungsstation 18 hat die Aufgabe, die einseitige Kopie zu empfangen und zurückzufordern, damit auf der anderen Seite des Papiers eine Abbildung erzeugt wird. Bei der in Rede stehenden Ausführungsform ist für die Duplex-Behandlungsstation 18 eine Hilfs-Beschickungswanne 271 vorgesehen, aus der, wenn sie von der Kopierstation 17 angewählt wird, das Papierblatt P durch eine Abzugrolle 42 ausgetragen wird, so daß es zur Transferstation in der Kopierstation 17 gefördert wird. Das über das umstellbare Führungselement 38 und ein Walzenpaar 40 in der Duplex-Behandlungsstation 18 angelangte Papierblatt wird in eine aufwärts (in Fig. 2 nach rechts) ansteigende Mulde 47 mit Hilfe von Walzen- oder Rollenpaaren 44, 45 und 46 ausgetragen, wobei eine mögliche seitliche Abweichung des Papierblatts durch die seitlichen Führungswände 48 korrigiert wird. Dann wird die bisher nachlaufende Kante des Papierblatts durch ein an seinem Außenumfang einen Vorsprung aufweisendes Drehteil 49 nach unten gedrückt sowie schräg abwärts (nach links in Fig. 2) gezogen. Hierbei dient ein Anschlag 50 dazu, die vorlaufenden Blattkanten zu sperren und nur den Durchgang eines Blatts zu gestatten. In Zusammenarbeit mit dem Anschlag 50 fördern die Walzen 51 und 52 die Papierblätter aus der Mulde 47 kontinuierlich in geeigneten Intervallen aus. Das ausgeförderte Blatt wird durch eine Walze 53 sowie ein an deren Außenfläche anliegendes Gurtband 58, das von den Wal-

zen 54, 55, 56 und 57 geführt wird, umgedreht, wodurch die Blattausrichtung bezüglich seiner Frontseite nun umgekehrt ist. Oberhalb des Gurtbandes 58 befindet sich eine Führung 59, und die Walzen 56 sowie 60 nehmen zwischen sich das Gurtband 58 auf, so daß der Papiertransport auf dem Gurtband 58 gewährleistet ist. Benachbart zur Walze 57 ist eine Walze 61 zum Rückfördern des Papiers angeordnet, die mit einem Blattfühler 62 sowie einem Walzenpaar 63 zusammenarbeitet, um die vom Gurtband 58 zugeführten Blätter eines nach dem anderen (in Fig. 2 nach rechts) zu transportieren. Das Blatt wird dann durch je ein Walzenpaar 64 sowie 43 den Ausrichtrollen 29 zugeführt, worauf es zur Transferstation so geleitet wird, daß es mit der zweiten, auf der Kopiertrommel 24 erzeugten Abbildung ausgerichtet ist. In der Transferstation empfängt die freie Seite des Papiers die zweite Abbildung. Nach der Bildübertragung wird das Blatt abgelöst und zur Fixiervorrichtung 15 transportiert, in der die Abbildung auf dem Papierblatt fixiert wird. Hierauf wird das Blatt zum Führungselement 38 gefördert, das zu dieser Zeit in der gestrichelt angegebenen Lage ist, so daß das Blatt aus dem Gerät ausgetragen wird. Die Duplex-Behandlungsstation 18 wiederholt den Arbeitsvorgang, so daß man in der Lage ist, doppelseitige Kopien zu erhalten oder zu ziehen.

Der automatische Dokument-Rückführförderer 19 trennt ein Originaldokument 0 nach dem anderen von der Unterseite des Stapels der Dokumente 0, die auf der Originalstapelschale gestapelt sind, mit Hilfe der entgegengesetzt umlaufenden Bänder 68 sowie 67 und transportiert es weiter. Das Original wird so gedreht, daß es nach unten zeigt, und wird durch das Förderband 16 auf die Oberfläche der Glasplatte 9 (des Schlittens) sowie in eine vorgegebene Lage gebracht. Die bildtragende Fläche des Originals 0 wird durch das optische System 10 abgetastet und auf das Papierblatt in der oben beschriebenen Weise kopiert. Das abgetastete Original 0 wird durch

den Spalt zwischen zwei Walzen 69 und 70 mit Hilfe eines entgegengesetzten Umlaufs des Förderbandes 16 zurückgeführt und dann auf dem obersten der auf der Stapelschale 65 ruhenden Originale durch ein Walzenpaar 75 abgelegt. Durch Wiederholen des Vorgangs werden die Originaldokumente nacheinander kopiert.

Wenn das Originaldokument ein doppelseitiges ist, so kann der Dokument-Rückführförderer jede Seite der Originale auf die Glasplatte 9 durch Tätigwerden des Förderbandes 16 und der Walzen 72, 73, 74, 76, 77, 78 sowie 79 führen. Da die hierfür nötigen Vorgänge nicht unmittelbar mit dem wesentlichen Grundgedanken der Erfindung in Zusammenhang stehen, -kann eine eingehende Erläuterung.unterbleiben.

Die automatische Stapel- oder Heftstation 20 dient dazu, die aus der Kopierstation 17 kommenden Kopieblätter zusammenzufassen und zu heften. Die Stapelstation 20 umfaßt eine Schale 81 und ein Walzenpaar 80 zum Stapeln der Blätter sowie eine Verbindungsbahn 82, die an eine weitere Blatthandhabungseinrichtung, z.B. einen Sortierer, angeschlossen ist. Wenn der Heftbetrieb gewählt wird, so wird die Bahn 82 zu dem Walzenpaar 83 hin umgeschaltet, so daß die Blätter auf der Schale 84 gestapelt werden, und wenn eine bestimmte Anzahl von Blättern auf der Schale 84 zusammengefaßt ist, dann wird die Heftvorrichtung 85 betätigt, um den Bindevorgang auszuführen. Anschließend kann das nächste Blatt, ,das dann zu binden ist, aufgenommen werden.

Das in Fig. 2 gezeigte Gerät enthält eine ganze Anzahl von drehenden Bauteilen, die in Blattförder-Drehkörper (vor der Erzeugung einer Abbildung), in Blatttransport-Drehkörper (nach der Erzeugung der Abbildung) und Originalzufuhr-Drehkörper unterteilt werden können. Alle diese Drehkörper sind - mit Ausnahme der Registerrollen 29 und der Bänder bzw. Gurte - kürzer als die Breite der Blätter, weshalb e:j.ne Vielzahl dieser Drehkörper (Walzen, Rollen) mit geeigneten

Zwischenräumen zur Förderung der Blätter in passenden Abständen verwendet werden. Im Fall eines Satzes von mehreren Drehkörpern, die mit geeigneten Zwischenräumen angeordnet sind und im Zusammenwirken eine einzelne Funktion erfüllen, wird, wenn eine der Rollen oder Walzen verschlissen oder verschmutzt ist, das Papierblatt schief oder nicht richtig und in passender Weise gefördert. Deshalb haben diese Rollen vorzugsweise eine hohe Beständigkeit in bezug auf Abrieb und eine zweckmäßige, passende Elastizität. Aus diesem Grund ist es vorzuziehen, elastische Rollen, Walzen (also Drehkörper), wie sie vorher erörtert wurden, zu verwenden. Insbesondere sind die Blattförder-Drehkörper 28, 42, 67 und 68 einem Druckkontakt mit der Blattoberfläche ausgesetzt, woraus ein erhöhter Abrieb an ihrer Oberfläche resultiert. Wenn der oben beschriebene elastische Drehkörper zur Anwendung kommt, der eine gute Abriebfestigkeit und Elastizität hat, dann kann eine geeignete, gute Zufuhr über einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden. Andererseits sind die Blattransport-Drehkörper 1, 40, 43, 44, 45, 46, 49, 51, 52, 53, 58 - 61, 63, 64, 80 und 83, die nach der Fertigung der Abbildung tätig werden, leicht einer Verschmutzung durch das fixierte Bild oder Papierstaub ausgesetzt. Wenn dagegen auch hier die Erfindung angewendet wird, so kann das verhindert und ein stabiler Blattransport erreicht werden. Die Drehkörper 16, 69, 70, 72 - 79 werden durch Schmutz am Original verschmutzt, was zu Fehlern oder Ausfällen im Transport führen kann. Aber auch dieses Problem kann durch den Einsatz der erfindungsgemäßen elastischen Drehkörper gelöst werden.

Das Förderband (Umlauf- oder Drehkörper) 35 zwischen der Fixiervorrichtung und der Bildtransferstation, in der das Toner- oder Pulverbild am Transferpapier gebildet wird,

neigt vor allem dazu, lästige Störungen auf Grund des Zerstreuens und Verbreitens von Tonerpulver sowie anderen Fremdpartikeln hervorzurufen. Durch Einsatz des elastischen Umlaufkörpers gemäß der Erfindung kann auch das vermieden. werden. Es ist möglich, daß die Registerrollen 29 ausfallen oder schadhaft werden, jedoch kann auch das durch Verwendung von elastischen Drehkörpern gemäß der Erfindung unterbunden werden, so daß ein beständiger, korrekter Blattransport gewährleistet wird.

Wie oben erläutert wurde, ist die Erfindung auf jegliches Bauteil im Blattfördermechanismus, und zwar vor allem in den verschiedenen Stationen 18, 19 sowie 20 des beschriebenen Geräts, anwendbar.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine Druckvorrichtung, bei der ein erfindungsgemäßer Drehkörper zur Anwendung gelangen kann. Bei einer üblichen Druckvorrichtung, die beispielsweise bei einer Schreibmaschine zum Einsatz kommt, ist zwischen dem Farbband und dem zu beschreibenden Papier eine Papierhalterung vorgesehen, die dazu dient, eine Berührung des Farbbandes mit dem Papier, wenn nicht geschrieben wird, zu verhindern und zusätzlich das an der Oberfläche der Schreibwalze anzuordnende Papier zu führen. Ferner kann sie dazu herangezogen werden, ein Abheben des Papiers von der Schreibwalze zu verhindern, was das Druck- oder Schreibgeräusch ganz erheblich herabsetzt.

In diesem Fall wird der oben beschriebene elastische Drehkörper 1 als Schreibwalze verwendet. Das von einer Bandkassette 94 auslaufende Farbband 94a befindet sich, wie Fig. 4 zeigt, an einer gegenüber der Anschlag- oder Druckstelle niedrigeren Stelle, was für den Schreibenden notwendig ist, um durch die Papierhaiterung hindurch das geschriebene Zeichen sehen zu können. Bei einem Druckvorgang wird das Farbband um etwa

6 ram verschoben. Die Druckvorrichtung umfaßt einen längs der Schreibwalze 1 verfahrbaren Wagen 90, der ein Typenrad 91, einen Hammer 92, über Konsolen 96 die Papierhaiterung 93 sowie die Farbbandkassette 94 trägt.

Beidseits des Typenrades 91 ist eine Farbbandführung 95 vorhanden, um eine Berührung zwischen dem Farbband und dem Typenrad zu vermeiden.

Wenn auf einem üblichen Papier ein Schreiben ausgeführt werden soll, dann nimmt die Papierhaiterung 93 die mit ausgezogenen Linien angegebene Lage ein, das Farbband 94a läuft in dem Spalt zwischen der Papierhaiterung 93 sowie der Farbbandführung 95 und verschiebt sich in der lotrechten Richtung.

Wird die Papierhalterung 93 gebogen, so daß sie das Farbband 94a berührt, dann kann der Schreibende auf den Hammer 92 lösbar ein Stütz- oder Versteifungselement 97 aufstecken, das an einer Nase 93b an der Papierhalterung 93 angreift. Wenn hier davon die Rede ist, dieses Element 93b auf den Hammer 92 zu stecken, so ist das nicht zwingend, es kann auch an dem (nicht gezeigten) Antrieb für das Typenrad 91 oder an einer Farbbandführung 95 angebracht werden. Das Stützelement 9 7 kann, wenn es nötig ist, eine Klinke, Sperre od. dgl. aufweisen, um sein Abfallen durch Erschütterungen zu verhindern.

Das Stützelement 97 ist dahingehend wirksam, den oberen Teil der Papierhalterung, bei dem bei einem Biegen der Halterung die Ablenkung groß ist, in seiner Bewegung zu begrenzen.

Wie Fig. 4 zeigt, kann das Stützelement 97 leicht am Hammer 92 befestigt werden, indem es in Richtung des Pfeils A abwärts gedrückt wird.

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Die Schreibwalze 1 hat die Funktion, den Druck vom Hammer 92 aufzunehmen sowie das Schreibpapier P anzuhalten und weiterzubewegen. Um diese Funktion zu erfüllen, muß die Oberfläche der Schreibwalze 1 eine hohe Beständigkeit und eine Elastizität aufweisen. Die Walze gemäß der Erfindung erfüllt in zufriedenstellenderweise diese Erfordernisse. Die Oberfläche zeigt die Harzeigenschaften (die Elastizität des Gummis wird nicht verschlechtert), und die Oberflächenschicht kann dünn gemacht werden.

Der Drehkörper ist beonders wirksam und leistungsfähig im Fall von Bürogeräten, jedoch auch bei anderen Papierfördervorrichtungen .

Es soll nochmals auf das Verfahren zur Herstellung eines Drehkörpers eingegangen werden. Die Infrarotlampen für die äußere Beheizung sind nicht unumgänglich notwendig, sie können nach Wunsch zur Anwendung kommen. Im allgemeinen ist es jedoch erwünscht, sie zu verwenden, weil durch die äußere Beheizung des flüssigen Harzes die Absorption der Hochfrequenz erhöht wird.

Es ist ein allgemeiner Vorteil eines erfindungsgemäßen Drehkörpers, daß er eine hohe Beständigkeit gegen Abrieb hat, daß die Freigabefähigkeit an seiner Oberfläche hoch ist, daß die Oberflächeneigenschaften der Oberflächenschicht sowie die elastischen Eigenschaften aufrechterhalten werden können und daß die Lebensdauer mit allen Vorteilen lang,ist.

Der erfindungsgemäße Drehkörper hst eine.recht glatte Oberfläche, weshalb die Notwendigkeit für ein Abschleifen herabgesetzt wird.

Gemäß der Erfindung wird - kurz gesagt - die Silikongummischicht nicht höher als bis zu 300⁰C erhitzt, während die

Fluorharzschicht bis auf den Kristallschmelzpunkt oder höher erhitzt wird, d.h., wenn die Fluorharzschicht ein Tetrafluoräthylenharz ist (das im folgenden als "PTFE" bezeichnet wird), auf 327⁰C oder höher, vorzugsweise auf 340° - 36O°C erhitzt wird; ist das flüssige Fluorharz ein Tetrafluoräthylen-Perfluorvinyläther-Kopolymerisat (das im folgenden als "PFA" bezeichnet wird), dann ist diese Temperatur 3O6°C oder höher, vorzugsweise 320° - 34O°C.

Auf Grund dessen wird das Fluorharz ausreichend gesintert, und das gesinterte Harz zeigt einen Grad an Kristallinität von nicht mehr als 95%, eine Zugfestigkeit von nicht weni-

ger als ca. 5 N/mm und zufriedenstellende· Harzeigenschaften. Andererseits hat der Silikongummi eine zufriedenstellende Gummielastizität mit einer Härte von 30 - 80° (nach JISA = japanischer Fachbereichsstandard A).

Wegen dieser Merkmale bietet der elastische Drehkörper gute Fixiereigenschaften, und seine Beständigkeit ist derart, daß er für 200 000 - 300 000 Kopiervorgänge in einem üblichen Fixierbetrieb verwendet werden kann; auch können verschiedene Probleme bezüglich der Bildfixierung gelöst werden.

Die Fig. 5 zeigt eine Bildfixiereinrichtung in einer Ausführungsform gemäß der Erfindung.

Die Fixiereinrichtung umfaßt eine mit einem Tonerbild in Berührung zu bringende Fixierwalze 1 und eine an dieser in Druckanlage befindliche, mit der Walze 1 drehende Andruckwalze 2. Der oben beschriebene Drehkörper kommt für die beiden Walzen 1 und 2 zur Anwendung.

Die Fixierwalze 1 hat einen Metallkern 11 mit guter Wärmeleitfähigkeit, z.B. Aluminium, eine elastische Schicht 12 aus Silikongummi, die eine relativ geringe Dicke hat, z.B. in diesem Fall 0,3 - 0,8 mm, und eine Oberflächenschicht 13

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aus Fluorharz, z.B. PFA oder PTFE, mit einer Dicke, die geringer ist als diejenige der elastischen Schicht 12, in diesem Fall z.B. 10 - 30 /Jm. Die Andruckwalze 2 hat einen Metallkern aus rostfreiem Stahl oder Eisen, eine elastische Schicht 22 mit relativ großer Dicke, und zwar dicker als die elastische Schicht 12 aus Silikongummi, d.h. bei dieser Ausführungsform z.B. 4 - lOyum, und eine Oberflächen-Harzschicht 23 aus einem Fluorharz, wie PFA oder PTFE, mit einer gegenüber der elastischen Schicht 22 geringeren Dicke, in diesem Fall z.B. 5 - 50 jam.

Diese Walzen werden in der im Zusammenhang mit Fig. 1 erläuterten Weise gefertigt. Eine Gummischicht (Wärmeleitfä-

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higkeit 1,4-10 -1,5-10 ) wird vulkanisiert und am Metallkern ausgeformt, um eine Silikongummiwalze von der gewünschten Gestalt zu bilden. In diesem Fall hat die gewünschte Gestalt eine negative Balligkeit, d.h., der mittige Teil der Walze hat einen etwas geringeren Durchmesser als die Endteile. Auf die Oberfläche der Gummiwalze wird auf der gesamten Walzenlänge die Dispersion von Fluorharzpulver in Wasser mit einem oberflächenaktiven Agens in gleichförmiger Stärke aufgebracht. Anschließend erfolgt die Erhitzung in der in Fig. 1 gezeigen Vorrichtung. Quer über die Dicke des Silikongummis wird ein Wärmegefälle erzeugt, die Erhitzung beträgt jedoch nur etwa 260° - 28O⁰C, während das Fluorharz auf eine Sintertemperatur von 340° - 38O°C für 5-10 min aufgeheizt wird, die höher ist als der Kristallschmelzpunkt (327°C im Fall von PTFE). Nach dem Sintern wird die Walze schnell gekühlt. Durch diese Schritte wird an der Silikongummiwalze eine gesinterte Fluorharzschicht gebildet, die Harzeigenschaften einschließlich der Kristallinität von nicht mehr als 95% und der Zugfestigkeit von nicht weni-

2
ger als 5 N/mm hat, wobei der Berührungswinkel (Wasser) nicht geringer als 100° ist. Die Harzschicht ist ausreichend dick und weist eine zufriedenstellende Haftung an der Gummiwalze auf.

Deshalb zeigt der Silikongummi der Fixierwalze 1 und der Andruckwalze 2 die erwünschten Gummieigenschaften, die im wesentlichen denen vor der Bildung der (gesinterten) Oberflächen-Harzschicht gleichwertig sind, während andererseits die Oberflächen-Fluorharzschicht die Harzeigenschaften zeigt, die die gleichen wie jene bei einer völlig alleinigen Sinterung sind. Zusätzlich ist die Haftung zwischen den Schichten stark. Die Parameter für die für die Erfindung bevorzugten Bedingungen werden erläutert.

Silikongummi (Schichten 12 und 22):

Gummihärte (JISA): nicht weniger als 30°,

nicht mehr als 80°

Rückprallelastizität: 65 - 85%

2 100% Zugbelastung: nicht weniger als 0,98 N/mm Langung: nicht weniger als 150% Koeffizient der oxidativen Verschlechterung:

nicht mehr als 2 Fluorharzschicht (Schichten 13 und 23):

Dicke des Harzfilms: nicht weniger als 5 pm

nicht mehr als 30y-im Berührungswinkel: nicht weniger als 100° Längung: nicht weniger als 50%

2 Zugfestigkeit: nicht weniger als 5 N/mm Kristallinitätsgrad: nicht mehr als 50%

Die Haftfestigkeit zwischen dem Silikongummi und dem Fluorharz ist 20 - 120 g/10 mm (Breite) ohne Grundiermittel.

Zu diesen Parametern werden das Verfahren zur Bestimmung der Rückprallelastizität, des Berührungswinkels, der Längung der Fluorharzschicht, der Zugfestigkeit, des Kristallinitätsgrads und der Haftfestigkeit erläutert. Die Rückpralle las tizität, die Zugfestigkeit und die Längung werden auf der Grundlage des in JIS (japanischer Fachbereichsstandard) K63O1 festgelegten Verfahrens bestimmt.

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Das Prüfstück ist ein Hantelprüfkörper mit den Abmessungen 5 mm (Breite) χ 20 mm (Länge) χ 3 mm (Dicke). Der Silikongummi wird nur von der die Silikongummi- sowie die Fluorharz-Oberflächenschicht aufweisenden Walze herausgenommen, d.h., es wird eine Walze gefertigt, indem eine gesinterte Fluorharzschicht an einer Silikongummischicht durch Erhitzen der Fluorharzschicht auf eine Temperatur von 327⁰C oder höher, während der Silikongummi auf einer Temperatur unter 300°C gehalten wird, gebildet wird, um die Harzschicht mit den Eigenschaften eines Berührungswinkels von nicht weniger als 100°, einer Längung von nicht weniger als 50% und einer

2 Zugfestigkeit von nicht weniger als 5 N/mm zu schaffen. Dann wird die Oberflächen-Harzschicht entfernt, und anschließend werden die Zugfestigkeit sowie die Längung in Übereinstimmung mit JIS K63O1 gemessen.

Bezüglich der Rückprallelastizität wird ein Silikongummi-Prüfstück mit den Maßen 12,7 - 0,13 mm (Dicke) χ 29,0 mm (Durchmesser) gefertigt, das dann in der oben beschriebenen Weise erhitzt wird. Danach wird nur der Silikongummi entnommen und hierauf die Messung auf der Grundlage von JIS K63O1 ausgeführt.

Für den Silikongummi der Fixierwalze gemäß der in Rede stehenden Ausführungsform nach der Erfindung wird ein Silikongummistück mit der gesinterten Schicht aus Fluorharz und mit den Maßen 5 mm (Breite) χ 20 mm (Länge) χ 0,3 - 0,5 mm (Dicke) von seinem Metallkern entfernt, und dann wird die Fluorharzschicht vom Silikongummi abgeschält. Anschließend werden die Zugfestigkeit sowie die Längung gemäß JIS K63O1 gemessen.

Es ist erwünscht, daß die Dicke der Silikongummischicht gleichförmig ist. Jedoch ist es schwierig, ein solches Prüfstück zu erzeugen, weshalb es tatsächlich auch Mühe bereitet, es gleichförmig zu machen. Die Messungen werden mit annähernd 70 - 80% der gemessenen Werte des oben erläuterten Prüfstücks angenommen.

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Die Rückprallelastizität (65 - 85%) ist kennzeichnend für die Mitlaufleistung in bezug auf den elastischen Wirkungsgrad, die winzige Oberflächenrauheit des Papiers und die Vorsprünge, die durch das Vorhandensein des Toners während der kurzen Zeitspanne der Bildfixierung erzeugt werden. Wenn die Fixierwalzenoberfläche dem Obigen in zufriedenstellender Weise folgt, so ist es möglich, die Hitze und den Druck wirksam dem Toner zu vermitteln. Versuche haben gezeigt, daß bei einer Verwendung einer Oberflächen-Fluorharzschicht von 5 - 30/Jm Dicke, die Bildfixierung zufriedenstellend ausgeführt werden konnte, wenn die Rückprallelastizität der stützenden Silikongummischicht 65 - 85% beträgt. Die Zugfestigkeit und die Längung des Gummis kennzeichnen die grundlegende Eigen.-schaft des jeweils betroffenen Gummis in bezug auf die Haltbarkeit und das Fixiervermögen der Fixierwalze. Die Fixierwalze mit dem Silikon-

2 gummi mit einer 100% Zugbelastung von 0,98 N/mm und der Längung von 150% zeigte auf Grund der ausreichenden Rückpral !elastizität eine Haltbarkeit von annähernd 200 000 Blättern. Mit der 100% Zugspannung von 1,96 N/mm und der Längung von 300% des Silikongummis war die Haltbarkeit nicht geringer als 300 000 Blätter bei gutem Fixiervermögen.

2 Andererseits war bei 100% Zugspannung von 0,68 N/mm und bei der Längung von 200% die Walze für 150 000 Blätter ohne einen Stau haltbar, jedoch wurde nach 10 späteren Stauungen der Gummi durch die Abstreifklinke zerbrochen. Bei der 100%

2
Zugspannung von 1,47 N/mm und der Längung von 80% war die Walze für 100 000 Blätter haltbar, nach 5 anschließenden Stauungen war der Gummi gebrochen. Diese Gummi werden von der Erfindung nicht erfaßt. Deren Rückprallelastizität war 40 - 60%, das Fixiervermögen dieser Gummi war recht mäßig.

Die Beschreibung wendet sich nun der Oberflächen-Harzschicht nach der Fertigung der Walze zu.

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Der Kristallinitätsgrad des Harzes wurde mittels des Infrarot-Absorptionsspektrums gemessen, jedoch könnte er auch durch Röntgenstrahlen oder Schwerkraft gemessen werden. Der Berührungswinkel wurde mittels des Tröpfchenformverfahrens (japanische Zeitschrift "Metal Surface Technique" 17, Nr. 7, 1966) gemessen. Bei der tatsächlichen Messung des Berührungswinkels mit Bezug zu Wasser können der front- und rückseitige Berührungswinkel voneinander verschieden sein, z.B. 118° und 91°. Die zufriedenstellenden Ergebnisse konnten erhalten werden, wenn einer von diesen Winkeln oder der Mittelwert nicht kleiner als 100° war.

Zum Zweck der Bestimmung der Längung und der Zugfestigkeit der Harzschicht wurde die Harzschicht von der Walze nach der Fertigung abgeschält. Die Maße für ein Prüfstück waren: 15 mm (Breite) χ 100 mm (Länge). Das Prüfstück wurde zwischen Spannfuttern, die mit 20 mm beabstandet waren, mit einem Zugwert von 250 mm/min gestreckt. Die Mittelwerte wurden als Bezugsgrößen oder Meßwerte genommen. Wenn beispielsweise ein

2 Prüfstück mit einer Zugfestigkeit von 9,31 N/mm und einer Längung von 80% betrachtet wird, so bedeutet das, daß die Minima 7,05 N/mm sowie 60% und die Maxima 17,64 N/mm sowie 120% sind.

Bezüglich der Haftfestigkeit des Harzes werden in die Walzenoberfläche zwei Linien mit 10 mm Abstand in Umfangsrichtung mittels eines Messers eingeschnitten und ein teilweise abgeschälter Teil des Pluorharzes mit einem Dehnungsmeßgerät gestreckt, wobei die maximale Messung als die Haftfestigkeit genommen wird.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 5 werden weitere Bauteile der Fixiervorrichtung erläutert.

Diese Fixiervorrichtung weist ein Heizgerät 3, z.B. eine Halogenlampe od. dgl., zur Innenbeheizung der Fixierwalze 1 auf. Die Oberflächentemperatur dieser Walze 1 wird durch das Heilgerät 3, einen Temperaturfühler 4 und ein Steuergerät 31 geregelt, so daß allzeit eine optimale Temperatur herrscht, die zum Schmelzen des Toners geeignet ist, d.h. insbesondere eine Temperatur von 160° - 200°C. Die Fixiervorrichtung enthält ferner eine Einrichtung zum Auftragen einer einer Tonerverschiebung verhindernden Flüssigkeit, wie z.B. Silikonöl, auf die Oberfläche der Fixierwalze 1, und diese Einrichtung dient zugleich auch als Reinigungseinrichtung. Die Auftrageinrichtung 5 kann ein filzartiges Bauteil umfassen, im vorliegenden Fall wird jedoch ein Gewebe verwendet. Das Gewebeband 151, das die den Tonerversatz verhindernde Flüssigkeit enthält, wird durch eine federnde Andruckwalze 152, z.B. aus Silikonschwamm od. dgl. Material, an die Oberfläche des Fixierwalze 1 gedrückt, so daß eine geringe Menge der den Versatz verhindernden Flüssigkeit auf die Oberfläche der Fixierwalze 1 aufgebracht wird. Das Gewebeband 151, das von der Zufuhrwalze 154 abläuft, wird von der Aufwickelwalze 153 aufgenommen, so daß über eine (nicht gezeigte) Steuervorrichtung der Teil des Gewebebandes, der an der Fixierwalze 1 anliegt, nacheinander ausgewechselt wird.

Im Betrieb wird das das nicht fixierte Tonerbild T tragende Aufzeichnungsblatt P durch eine Einlaufführung 6 dem zwischen den Walzen 1 und 2 gebildeten Spalt zugeführt, in dem es erfaßt wird. Bei Durchgang durch den Walzenspalt wird das Tonerbild T auf dem Papierblatt P fixiert. Die mit der Oberfläche der Fixierwalze 1 in Anlage befindliche Abstreifklinke 41 dient dazu, das Blatt P nach dem Fixiervorgang von der Oberfläche der Walze 1 abzulösen.

Die Walzen 1 und 2 gemäß dieser Ausführungsform nach der Erfindung, die der Bildfixierung dienen, weisen neuartige

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Merkmale auf. Da die Silikonguramieigenschaften durch Hitze nicht verschlechtert werden, während andererseits das Fluorharz völlig gesintert wird, zeigen sie eine zufriedenstellende Rückprallelastizität. Die permanente Druckbeanspruchung des Silikongummis ist gering. Die Freigabefähigkeit ihrer Oberflächen ist gut. Die Beständigkeit gegen Abrieb ist hoch. Die Elastizität ist zufriedenstellend und ausreichend hoch. Selbst wenn die aus dem Fixieren des Tonerbildes am Aufzeichnungspapier resultierende Beanspruchung auf die Grenzschicht zwischen der Silikongummi- sowie Fluorharzschicht lokalisiert wird, so werden des weiteren diese Schichten nicht schnell getrennt, weil die Festigkeit der Fluorharzschicht hoch ist und zusätzlich die Haftung zwischen den Schichten stark ist. Damit wird die Beständigkeit oder Haltbarkeit bemerkenswert gesteigert.

Nachfolgend werden die Kenngrößen von tatsächlich ausgeführten Bauteilen angegeben. Als Fixierwalze 1 wurde ein Drehkörper mit einer Silikongummischicht von 0,5 mm Dicke, die mit einer PTFE-Harzschicht von 25/jm beschichtet ist, verwendet. Der Außendurchmesser der Walze betrug in ihrem mittigen Teil 39,8 mm und an den Endteilen 39,8 mm + 100 /im, d.h. die Walze hatte eine negative Balligkeit von 100 um.

Der Metallkern hatte eine negative Balligkeit und einen mittigen Durchmesser von 38,75 mm. Das Kernmaterial war Aluminium. Die Kernoberfläche wurde mit Sandstrahlung behandelt, dann entfettet und getrocknet. Um den Kern wurde mit Hilfe eines Grundiermittels eine Lage eines Silikon-gummis geschlagen, worauf der Kern für 40 min einer Preßvulkanisation bei einer Temperatur von 150⁰C und anschließend einer Sekundär-Vulkanisation für 2 h bei 200 ⁰C unterworfen wurde. Die Gummischicht wurde auf eine Dicke von 0,5 mm bearbeitet und durch Sprühen mit einer Fluorharzdispersion mit einer Dicke von 25 um beschichtet. Der Gummi wurde auf 260° -

28O°C erhitzt, während das Fluorharz für 10 min durch dielektrische Beheizung mittels der externen Infrarotlampen auf die Temperatur von 35O°C erhitzt wurde.

Für die Andruckwalze 2 wurde eine Walze mit einer Silikongummischicht von 6 mm Dicke und mit einer diese bedeckenden PFA-Harzschicht von 20yum Dicke verwendet, deren Außendurchmesser 39,9 mm betrug.

Die Walze wurde in der folgenden Weise gefertigt. Der Metallkern war ein Eisenrohr mit einem Außendurchmesser von 27,86mm, dessen Oberfläche sandgestrahlt, entfettet und getrocknet wurde. Durch ein Grundiermittel wurde eine Silikongummilage um den Kern gelegt, worauf eine Preßvulkanisation für 30 min bei 170⁰C und anschließend eine Sekundär-Vulkanisation für 1 h bei 200°C ausgeführt wurden. Hierauf wurde die Gummischicht auf eine Dicke von 6 mm bearbeitet. Die Gummiwalze wurde mit PFA-Harzpulver mit einer Dicke von 20 jum bedeckt. In gleicher Weise wie die Fixierwalze wurde die Andruckwalze für 10 min gesintert, so daß sie einen Außendurchmesser von 3 9,9 mm hatte.

Mit einer Fixiervorrichtung, die diese Walzen - gehalten auf einer Temperatur von 170⁰C - verwendet, wurden eine bemerkenswerte Fixierfähigkeit und Fixiereigenschaften festgestellt. Die Menge an abgegebenem Toner war ein Fünftel der bei dem besten Modell einer herkömmlichen Vorrichtung abgegetenen Menge. Dadurch ist es möglich, die Austauschintervalle für die Reinigungsbauteile auf das Fünffache zu verlängern. Die Bildqualität war gut ohne einen Kollaps in der Abbildung. Die Walzen hatten eine Standzeit von über 200 000 Blättern, und selbst bei einer Fixierung von 300 000 Blättern waren die Fixiereigenschaften noch gut und stabil.

BAD ORIGfNAL

Die Fig. 6 zeigt einen Teil der Fixiervorrichtung von Fig.5 in größerem Maßstab. Zwischen den Dicken t- der elastischen Schicht 12 der Fixierwalze 1, t„ der Harzschicht 13 der Fixierwalze, t, der elastischen Schicht 22 der Andruckwalze 2 und t. der Harzschicht 23 dieser Walze 2 bestehen bevorzugterweise die folgenden Beziehungen:

t. > t_ (Fixierwalze 1)
t₃ > t. (Andruckwalze 2)

Ferner ist vorzugsweise

t₄ < t₂ < t₁ < t

₃.

Wenn diese Beziehungen erfüllt werden, dann wirken die Fixierwalze 1 und die Andruckwalze 2 derart zusammen, daß die eine Nachteile der anderen kompensiert und Vorteile der anderen steigert, so daß die Bildqualität, die Fixiereigenschaften und die Standzeiten verbessert werden. Im vorliegenden Fall ist die Fluorharzdispersion beispielsweise eine Tetrafluoräthylen-Harzdispersion D-I, die von Daikin Kabu^ shiki Kaisha, Japan, geliefert wird. . .

Die Erfindung ist nicht nur auf eine Walze zur Fixierung einer Abbildung anwendbar, sondern auch auf ein Band oder einen Gurt (einen Umlaufkörper), wie z.B. ein zum gleichzeitigen Überführen und Fixieren einer Abbildung verwendbares Zwischenband, eine Reinigungswalze, eine Walze zum Auftragen eines Trennmittels und andere Bauteile. In diesen Anwendungsfällen hat der Dreh- oder Umlaufkörper gemäß der Erfindung die geeignete Freigabefähigkeit und Elastizität, so daß der Bildtransfer und der Reinigungsvorgang verbessert werden (bei einer Anwendung als Reinigungswalze wird das Reinigen auf der Grundlage der Oberflächenenergieordnung bewirkt). Ferner kann auf Grund der ausreichenden Elastizität das Trennmittel gleichförmig aufgebracht werden, und

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ist auch die Bildübertragung gleichförmig. Zusätzlich wird in jedem dieser Anwendungsfälle die Beständigkeit gegenüber Abrieb verbessert.

Die Fig. 5 zeigt eine Bildfixiervorrichtung der beheizten Bauart, bei der die Erfindung vorteilhaft und zweckdienlich zur Anwendung kommen kann, jedoch kann sie auch bei einer mit Druck arbeitenden Fixiervorrichtung, in der das Tonerbild durch relativ niedrigen Druck fixiert wird, oder bei einer Druck- oder Wärmefixiervorrichtung, in der die Abbildung zugleich mit dem Bildtransfer fixiert wird, angewendet werden.

Bei den obigen Ausführungsformen umfassen die Vorrichtungen jeweils zwei Walzen, jedoch ist die Erfindung auf jede oder einen Teil der Walzen einer drei oder mehr Walzen (Rollen) enthaltenden Vorrichtung anwendbar, wie auch auf eine Zufuhrwalze für ein Trennmittel, eine Reinigungswalze oder Bänder (Gurte) einer solchen Kosntruktion.

Die Erfindung deckt die oben beschriebenen Ausführungsformen, wobei die Dicke der Gummischicht 0,1 - 1 mm und die Dicke der Harzschicht 1 - 50jum beträgt. Jeder der Dickenwerte ist ein Mittelwert oder vorzugsweise das Minimum.

Bei den obigen Asuführungsformen wird zwischen der Fluor- " harz- und der Silikongummischicht keine Verbindungsschicht benutzt. Jedoch umfaßt die Erfindung auch den Fall, in dem eine solche Verbindungsschicht zur Anwendung kommt.

Bei den Ausführungsformen gemäß der Erfindung in Verbindung mit einer Bildfixierwalze werden die Abriebfestigkeit und die Oberflächen-Freigabefähigkeit unter Beibehaltung der erwünschten Oberflächeneigenschaften der Fluorharzschicht und der erwünschten elastischen Eigenschaften der Gummischicht verbessert. Auch bietet der Erfindungsgegenstand

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die Möglichkeit, zuverlässig dem Tonerbild oder der anderen Walze zu folgen, und die Standzeit der Walze wird stark erhöht.

Ferner können die Vorteile, daß das Einrollen des Aufzeichnungsblatts verhindert und ein scharfes, klares Bild bei guten Fixiereigenschaften gefertigt werden können, für eine längere Zeitspanne als bei herkömmlichen Einrichtungen beibehalten werden, wenn bei einer der Rollen (oder bei einem Förderband bzw. -gurt) zum Andrücken des Aufzeichnungsmaterials der Erfindungsgegenstand zur Anwendung kommt. Darüber hinaus ist die thermische Nutzleistung bei dem Fixiervorgang gut, weshalb die für das Fixieren der Abbildung erforderliche Temperatur um z.B. 20°C vermindert weiden kann, so daß der Verbrauch an elektrischer Energie herabgesetzt werden kann, ohne die Geschwindigkeit für die Bildfixierung abzusenken.

Da die erfindungsgemäße Walze eine recht glatte Oberfläche aufweist, kann die Notwendigkeit für ein Abschleifen der Oberfläche auf ein Minimum herabgesetzt werden.

Die Fig. 7 und 8 zeigen eine weitere Ausführungsform, wobei der mechanische Aufbau demjenigen bei der Ausführungsform von Fig. 5 und 6 gleich ist, so daß eine weiter Erläuterung in dieser Beziehung unterbleiben kann.

Bei dieser Ausführungsform hat der Teil der Fluorharzschicht, der der Gummischicht benachbart ist, sehr feine unzusammenhängende Felder, die durch kleine Risse wie bei einem ausgetrockneten Boden getrennt sind, wobei der übrige Teil der Harzschicht eine normale, in einem Stück geinterte Schicht ist, deren Oberfläche vor allem so glatt ist/ daß sie eine zufriedenstellende Freigabefähigkeit aufweist. Die Fig. 8 zeigt in einer Vergrößerung den aufgerissenen Teil der von der Walze entfernten Harzschicht. Die schraffierten Flächen sind die durch Risse getrennten Harzabschnitte. Die Dicke

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D der Harzschicht beträgt in diesem Fall 25 ,um, die Dicke d des gerissenen Teils beträgt 8 - 10/<m.

Die Walzen 1 und 2 dieser Ausführungsform werden gemäß dem im Zusammenhang mit Fig. 1 erläuterten Verfahren in der Weise gefertigt, daß die jeweils angestrebten Zwecke erfüllt werden. Es ist möglich, die Risse in der folgenden Weise zu bilden.

Die Rißbildung ist vom Zustand und der Schnelligkeit der Trocknung sowie von den Oberflächenbedingungen der stützenden Trägerschicht, d.h. der Gummischicht, abhängig. Im in Rede stehenden Fall erfolgte der Trocknungsvorgang bei 40° - 80⁰C und 40 - 60% Feuchtigkeit, womit die oben beschriebenen Risse bei einer Beheizung von 30 see - 10 min zu erzeugen sind. Es ist festzuhalten, daß der Anteil der Risse mit Absenken der Heizdauer anwächst.

In gleichartiger Weise wie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen wird nach dem Sintern und raschen Abkühlen eine ausreichend dicke, gesinterte Fluorharzschicht mit starker Haftung zur Gummischicht gebildet, wobei die Harzschicht einen Krxstallinitätsgrad von nicht mehr als 95% hat, die

Zugfestigkeit nicht weniger als 5 N/mm beträgt und der Berührungswinkel (Wasser) nicht kleiner als 100° ist. Die Gummieigenschaften der Trägerschicht aus Silikongummi der Fixierwalze 1 oder der Andruckwalze 2 sind die gleichen wie vor dem Sintern, obwohl die Oberflächen-Harzschicht vollständig gesintert ist.

Die durch die Bildung der Risse erzielten Vorteile werden im folgenden beschrieben.

Ohne die Risse hat die Harzschicht einen hohen spezifischen Durchgangswiderstand, der manchmal so hoch sein kann, daß die Verschmutzung der Walzenoberfläche durch die während

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des Fördervorgangs erzeugte reibungselektrische Ladung erhöht wird. Mit den Rissen hat die Harzschicht einen niedrigeren spezifischen Durchgangswiderstand, nämlich in der Grö-

7 R s\

ßenordnung von 10 - 10 Xi · cm. Auf Grund des niedrigen Widerstands kann es vermieden werden, der Harzschicht Sondermaterialien beizugeben, um den Widerstand damit zu vermindern, so daß die Elektrisierung (reibungselektrische Aufladung) und die Verschmutzung der Oberflächenschicht verhindert werden.

Es ist besonders hervorzuheben, daß die Risse nicht in der Nähe der Oberfläche der Harzschicht gebildet werden, sondern in deren innerem Teil, so daß die Glätte der Harzschichtoberfläche nicht beeinträchtigt und somit die ausreichende, zufriedenstellende Freigabefestigkeit der Oberfläche aufrechterhalten wird. Wegen des Vorhandenseins der Risse wird zusätzlich die Bindung oder Haftung an der unterstützenden Gummischicht stärker gemacht.

Eine Fixiervorrichtung mit in der oben beschriebenen Weise hergestellten Walzen zeigte eine Beständigkeit für Bildfixiervorgänge bei 300 000 Blättern mit der Hälfte der Toner-Versetzungsvorkommnisse im Vergleich zu einer herkömmlichen Vorrichtung, wobei ferner die fixierte Abbildung eine gute Bildqualität zeigte.

Vorzugsweise erfüllen die Dicke D der Schicht ohne Risse und die Dicke d der gerissenen Schicht die Bedingung:

D - d £ 5 jum

Die Abmessung des Feldes L in Fig. 8 ist vorzugsweise nicht kleiner als 0,05 um und nicht größer als 5 mm.

Die Risse können nach Fertigstellung der Walze festgestellt werden. Wie im Fall der Wärmefixierung, wobei die elastische

Schicht erhitzt wird, können jedoch die Risse nicht mit bloßem Auge erkannt werden, weil die Lichtstreuung auf Grund der thermischen Ausdehnung oder Hysterese der während oder nach der Verwendung aufgeheizten elastischen Schicht abnimmt. In diesem Fall können die Risse durch ein Mikroskop mit 10 - 100-facher Vergrößerung festgestellt werden, so daß ihr Vorhandensein und ihre Wirkungen bestätigt werden können.

Im folgenden wird das Verfahren zur Erzeugung der Risse erläutert. Die Rißbildung ist unterschiedlich, was von der Dicke der Harschicht abhängt. Wenn z.B. eine Harzschicht mit einer Dicke von nicht weniger als 14 - 15 pm zu erzeugen ist, dann wird der Trocknungsvorgang bei 40° - 80⁰C und bei 40 60% Feuchtigkeit für 30 see - 10 min ausgeführt. In Abhängigkeit vom Trocknungsgrad nach Aufbringen der Dispersion kann sich der Riß bis zur Oberfläche erstrecken, was aber unerwünscht ist. Wenn das eintritt, so wird deshalb die Oberflächenschicht durch Erhitzen und Pressen deren Oberfläche instandgesetzt. Die Bedingungen sind mehr oder weniger unterschiedlich, was von der Dicke der Harzschicht abhängt, die jedoch in passender Weise durch einen Fachmann unter Berücksichtigung der in der vorliegenden Beschreibung vermittelten Lehren bestimmt werden können.

Die Risse können durch Änderung der Oberflächenbeschaffenheit der stützenden elastischen Schicht erzeugt werden. Beispielsweise können die Risse geschaffen werden, wenn die Oberfläche der elastischen Schicht, bevor das Harz aufgetragen wird, mittels neutraler Seife gereinigt und zwei- oder dreimal mit Aluminiumoxid-Schleifpulver abgerieben wird. Die Oberfläche der elastischen Schicht wird jedoch durch ein fünf- oder mehrmaliges Abreiben zu stark gereinigt, als daß noch Risse gebildet werden können. Wenn der normale Abreibvorgang rauh oder grob ausgeführt wird, dann sind die aus dem Abreiben resultierenden, an der Oberfläche abgelagerten Partikel wirksam, um die Risse zu erzeugen. Diese

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Vorgehensweisen sind geeignet, wenn die Dicke des Harzfilms nicht größer als 15yum ist.

Die auf diese Weise gefertigten Walzen sind auf Grund der vorhandenen Risse, wenn sie für eine Bildfixierung verwendet werden, weniger ladungsfähig, während die Haftfestigkeit zwischen der Gummi- sowie Fluorharzschicht hoch ist, so daß die Oberflächenschicht nicht so rasch abgeschält wird wie bei einer herkömmlichen Einrichtung. Ferner wird die Haltbaroder Beständigkeit bemerkenswert gesteigert. Darüber hinaus

werden die Silikongummieigenschaften nicht durch Hitze verschlechtert, während die Fluorharzschicht völlig gesintert ist, und deshalb wird eine ausreichende Rückprallelastizität mit geringer permanenter Druckbeanspruchung erzielt. Die Freigabefähigkeit und die Beständigkeit gegen Abrieb der Oberfläche werden ohne Schädigung der Elastizität erhöht. Wegen der Risse hat die Walze eine sehr lange Standzeit, und die Wirkungen in der Unterbindung eines Tonervefsatzes können ohne Zugabe irgendwelcher Additive zur Harzschicht mit Vorteil erlangt werden, weil die Risse den Widerstand herabsetzen.

Bei einer anderen Ausführungsform gemäß der Erfindung, auf die im folgenden eingegangen wird, wird die Elektrisierung vermindert, während die Haftfestigkeit zwischen der Gummi- und der Harzschicht erhöht wird. Hierbei wird an einer elastischen Schicht eine gesinterte Harzschicht ausgebildet, die feine Hohlräume oder Poren mit Abmessungen, die einen Eintritt einer Flüssigkeit nicht zulassen, hat. Der maximale Poren- oder Hohlraumanteil ist nicht größer als 10% und der spezifische Durchgangswiderstand ist nicht höher als 1O¹¹JQ- cm.

Der Drehkörper nach dieser Ausführungsform kann ferner das folgende Merkmal aufweisen, daß ein vulkanisierter Silikongummi mit Fluorharzpulver beschichtet und das Harz-

pulver auf eine Temperatur, die nicht niedriger ist als der Kristallschmelzpunkt, aufgeheizt sowie mit dem Silikongummi vereinigt wird. Die gesinterte Fluorharzschicht hat einen Kristallinitätsgrad von nicht mehr als 95%, eine Zugfestig-

keit von 5 N/mm oder mehr, während der Silikongummi, nachdem die Harzschicht gesintert ist, eine zufriedenstellende Gummielastizität von 30° - 80° (JISA-Härte) bei Raumtemperatur hat.

Bei dieser Asuführungsform ist der mechanische Aufbau derselbe wie im Fall der Fig. 5 und 6.

Die Fluorharzschicht wird mittels eines Verfahrens erzeugt, das im folgenden beschrieben wird, so daß feine Poren oder Hohlräume, deren mittlerer Durchmesser nicht größer als 0,05 yum ist, in einen Bereich von etwa 7% der gesamten Oberfläche gebildet werden. Der Oberflächenwiderstand beträgt annähernd 10 Λ · cm. Da das reine Fluorharz einen spezifischen Durchgangswiderstand von 10 'Λ · cm oder mehr hat, wird der Widerstand in der Größenordnung von 10 Sl- cm vermindert.

Die Menge der Hohlräume kann in Abhängigkeit von der Trocknungsgeschwindigkeit der Fluorharzdispersion gesteuert werden. Die Menge steigt vor allem mit einer Erhöhung der Trock nungsgeschwindigkeit an, und wenn diese Trocknungsgeschwindigkeit sehr niedrig ist, dann werden Hohlräume nicht erzeugt. Deshalb wird bei dieser Ausführungsform das Harz für 1-2 min auf 80° - 100°C oder höher erhitzt und für 10 min -lh getrocknet, und dann sind die Hohlräume (Poren) vorhanden.

Es ist vorzuziehen, daß der maximale Durchmesser der Poren geringer als 0,1,Um ist, jedoch ist es zufriedenstellend, wenn ein Teil im Verlauf einer jeden der Poren vorhanden ist, der einen Durchmesser von weniger als 0,1 um hat.

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Die Porosität beträgt im Maximum vorzugsweise nicht mehr . als 10%, und der Grund hierfür ist folgender. Unter der Harzschicht befindet sich eine elastische Schicht, wie z.B. eine Gummischicht. Wenn eine Flüssigkeit, beispielsweise eine einen Tonerversatz verhindernde Flüssigkeit auf die Oberflächenschicht aufgebracht wird und in die Harzschicht eindringt, dann kann die elastische Schicht geschädigt werden, was eine mäßige Fixierleistung zum Ergebnis hat. Andererseits wird niedermolekulares, in der Harzschicht enthaltenes Material verdampft und hat das Bestreben, die Harzschicht von der elastischen Schicht zu trennen oder die Haftfestigkeit zwischen diesen Schichten herabzusetzen. Insbesondere wird, wenn das Harz örtlich abgeschält wird, die Haltbarkeit und Beständigkeit ganz erheblich verschlechtert.

Wenn im Fall der oben beschriebenen Fixiervorrichtung die Poren mit den erwähnten bevorzugten Abmessungen gebildet werden, so durchdringen die einen Tonerversatz verhindernde Flüssigkeit, Papierstaub oder Tonerpartikel nicht die Harzschicht bis hinunter zur elastischen Gummischicht. Der Dampf des niedermolekularen Materials, der während der Bildung der Harzschicht abgegeben wird, wird dagegen durch die Poren nach außen freigesetzt, weshalb eine mögliche Ursache für das Schälen nicht in der Walze zurückbehalten bleibt. Somit sind die Haltbarkeit und die Haft- öder Bindungsfestigkeit hoch. Zusätzlich sind die Poren, wie gesagt wurde, dahingehend wirksam, den Widerstand ohne besondere Additive herabzusetzen, so daß der Effekt in der Verhinderung eines Tonerversatzes erhöht wird.

Eine gemäß dieser Ausfuhrungsform tatsächlich gefertigte Anordnung war für 300 000 Blätter haltbar, und die Toner-Versetzungsvorkommnisse wurden auf die Hälfte im Vergleich zu herkömmlichen Vorrichtungen herabgesetzt. Die Bildqualität war ausreichend gut. Die Bildfixiervorrichtung

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in dieser Ausführungsform bot auf Grund des Vorhandenseins der Poren die Wirkung einer Verhinderung einer Aufladung. Die Abriebbeständigkeit und die Oberflächen-Friegabefähigkeit waren gut. Die Drehkörper wiesen die Oberflächeneigenschaften der Harzschicht und die Elastizitätseigenschaften der elastischen Schicht auf. Wenn während des Bildfixiervorgangs das niedermolekulare Material von der Gummischicht verdampft wird, kann eine Entfernung zur Außenseite des Drehkörpers stattfinden. Insofern werden die Lebensdauer oder Beständigkeit gesteigert. Die Haftfestigkeit zwischen der Harz- und der Gummischicht wird nicht beeinflußt.

Eine weitere Ausführungsform gemäß der Erfindung beruht insbesondere auf der Dicke der Harzschicht und der Rückprallelastizität der Gummischicht, um die Vorteile in bezug auf die Haltbarkeit oder Beständigkeit und die Fixiereigenschaften hervorzurufen. Diese Ausführungsform steht mit dem zu den obigen Ausführungsformen beschriebenen Verfahren der Fertigung des elastischen Drehkörpers nicht in unmittelbarer Beziehung, obwohl sie zu bevorzugen ist.

Gemäß dieser Ausführungsform wird eine Schicht von (ungesintertem) Harzpulver auf die Oberfläche der Gummischicht aufgebracht, worauf die Harzschicht erhitzt und gesintert wird, so daß eine Walze oder Walzen für die Funktion der Bildfixierung erzeugt wird bzw. werden. Die Dicke der Harzschicht ist nicht geringer als 5 ^m und nicht größer als 35yum, vorzugsweise ist die Film- oder Schichtfestigkeit

2
nicht geringer als etwa 5 N/mm . Die Rückprallelastizität

der Gummischicht beträgt 42 - 85%, vorzugsweise ist die Schälfestigkeit zwischen dem Harz und dem Gummi nicht geringer als 20g/10 mm (Breite) , wobei die Filmdicke (yum) und die Rückprallelastizität (%) die folgende Bedingung erfüllen: Filmdicke T ί 0,75 χ Rückprallelastizität (E) - 26,4.

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— D 2 ~*

Die Fig. 9 und 10 erläutern diese Ausführungsform. Die Dicke des Silikongummis ist 0,5 mm, und er ist mit einer PTFE-Oberflächenschicht bedeckt. Der Außendurchmesser der Fixierwalze beträgt 40 mm und derjenige der elastischen Andruckwalze ebenfalls 40 mm. Die Breite des Druckkontakts zwischen den Walzen ist 5 mm. Die Papierfördergeschwindigkeit beläuft sich auf 200 mm/sec. Die Oberflächentemperatur der Fixierwalze ist 160°C. Diese Angaben sind solche einer tatsächlich gebauten Vorrichtung. Als Papier, auf dem das Tonerbild fixiert wird, wurde ein Papier mit mäßigen Oberflächeneigenschaften - nämlich mit einer Oberflächenrauhheit von 13 - 15 jum - verwendet, was den Zweck hatte, zu sehen, wie die Oberfläche der'Fixierwalze der Oberflachenrauheit des Papierblatts folgt.

Die Fig. 9 zeigt die Beziehung zwischen der Fixierrate und der Dicke der Harzschicht, wenn die Rückprallelastizität der Silikongummischicht konstant ist. Dieses Diagramm beruht auf Versuchen, die mit der Rückprallelastizität von 40%, 50%, 65% und 80% bei einer Dicke der Harzschicht von 10 /Jm, 20 jjm und 30xjm ausgeführt wurden. Die thermische Leitfähigkeit einer jeden der Fixierwalzen betrug annähernd

— 3 2

0,8 · 10 cal · cm/sec · cm · ⁰C. Wie sich aus diesem Diagramm ergibt, steigt die Fixierrate mit einer Abnahme der Dicke der Harzschicht an, die Haltbarkeit beträgt jedoch nur 10 000 Blätter. Wenn die Harzschicht 5 - 10/Jm dick ist, dann wird die Fixierrate niedriger als 70%, was nicht brauchbar ist. Mit einem Anstieg der Rückprallelastizität wächst die Fixierrate an. Wenn jedoch die Dicke der Harzschicht gering ist, dann wird diese Schicht manchmal durch die Reibung mit dem Papier von der Gummischicht oder durch die Abstreifklinke bzw. auch den Temperaturfühler abgeschält. Ist die Rückprallelastizität ausreichend, so ist die Haltbarkeit nicht kleiner als 100 000 Blätter, wenn die Dicke der Harzschicht nicht geringer als 5 yjm ist. Falls die Dicke nicht geringer als lOyum ist, dann beträgt die Haltbarkeit 200 000 Blätter. Wenn jedoch die Harz-

schichtdicke 35 /jib oder mehr beträgt, dann wird die Fixierrate nicht verbessert, selbst wenn die Rückprallelastizität der Gummischicht erhöht wird.Daraus wird klar, daß die Dicke der Harzschicht dahingehend ausschlaggebend ist, ob die Fixierwalze die Eigenschaften der Gummischicht darbietet.

Die Fig. 10 zeigt die Beziehung zwischen der Harzschichtoder Harzfilmdicke und der Rückprallelastizität, wenn die Fixierrate (s. Fig. 9) 70% und 80% beträgt, um die Beziehung zwischen der Dicke der Harzfilmschicht und der Gummischicht zu untersuchen.

Es dürfte klar sein, daß ein Anstieg in der Dicke eine mäßige Fixierrate zum Ergebnis hat. Wenn die Filmdicke im Hinblick auf eine Steigerung zu besserer Fixierung vermindert wird, dann wird die Haltbarkeit herabgesetzt. Deshalb ist eine Dicke von nicht weniger als 5jum vorzuziehen, und in der Praxis werden nicht weniger als 10 ^m bevorzugt. Wenn die Dicke nicht geringer als 10 jum ist, dann ist die minimale Dicke nicht geringer als 5 um, selbst wenn die Dicke schwankt, so daß die Leistungsfähigkeit der Walze gewährleistet ist.

Ein Beispiel für die Filmdicke und die Rückprallelastizität: Wenn die Filmdicke nicht geringer als 10. ja tr ist, dann ist die Rückprallelastizität der Gummischicht nicht kleiner als 49%, um die Fixierrate von nicht weniger als 70% zu erhalten, und ist nicht kleiner als etwa 58%, um die Fixierrate von nicht weniger als 80% zu erhalten. Ist die Filmdicke nicht geringer als 15,um, dann ist vorzusgweise die Rückprallelastizität der Gummischicht nicht geringer als 55%, um die Fixierrate von nicht weniger als 70% zu erhalten, und ist nicht geringer als etwa 65%, um die Fixierrate von nicht weniger als 80% zu erhalten.

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Die Filmdicke ist vorzugsweise nicht größer als 35 μπι, um die Fixierrate von nicht weniger als 70% zu erlangen, und nicht mehr als 25 pm, um die Fixierrate von nicht weniger als 80% zu erhalten.

Wenn die Fixierrate von 80% oder mehr als die Norm betrachtet wird, so ist die Rückprallelastizxtät vorzugsweise 60 - 8 5% (im Fall von Silikongummi ist 85% die obere Grenze) und die Filmdicke beträgt vorzugsweise 10 - 25^um. Um eine mehi^stabilisierte Fixierrate und die Haltbarkeit zu erlangen, ist die Rückprallelastizxtät vorzugsweise 65 - 85% und beträgt die Filmdicke vorzugsweise 15 - 25 ,um.

Innerhalb dieser Bereiche ist die Fixiervorrichtung haltbar, beständig und in der Fixierleistung zufriedenstellend.

Um eine Fixierrate von nicht weniger als 70% zu erreichen, sind als zusätzliche allgemeine Erfordernisse zu erfüllen/ daß die Zugfestigkeit der Harzschicht nicht kleiner als

2
5 N/mm und die Haftfestigkeit zwischen der Gummi- sowie der Harzschicht nicht niedriger als 20 g/10 mm (Breite) ist.

Besteht die Gummischicht aus einem Silikongummi, dann sind die Gummihärte (JISA) vorzugsweise nicht geringer als 30° und nicht höher als 80°, die Längung nicht geringer als 150% und die 100% Zugspannung nicht weniger als 0,98 N/mm

Um eine Fixierrate von nicht weniger als 70% zu erlangen, ist es auf der Grundlage der obigen Erläuterungen vorzuziehen, daß die Filmdicke T (jum) und die Rückprallelastizxtät E (%) der Gummischicht die folgenden Bedingungen erfüllen: 42 i E ί 85
5 i T £ 35
T ί (0,75 E - 26,4).

Wenn das erfüllt wird, dann bietet die Fixiervorrichtung eine Standzeit von nicht weniger als 100 000 Blättern.

Soll eine Fixierrate von 80% oder mehr erlangt werden, dann ist zu erfüllen:

58 ί Ε 5 85
10 ύ Τ 5 25
T 6 (0,65 E - 27,3) .

Wenn diese Bedingungen erfüllt werden, dann liegt die Standzeit (Haltbarkeit) nicht unter 200 000 Blättern. Ferner ist vorzugsweise, um eine Fixierrate von nicht weniger als 8o% zu erhalten, zu erfüllen:

15 ί Τ ί 25.

Wenn diese Bedingung erfüllt wird, dann beträgt die Standzeit 300 000 - 500 000 Blätter.

Gemäß der Erfindung kann die Dicke der Harzschicht vergrößert werden, wenn die Rückprallelastizität erhöht wird. Gleichzeitig werden auch die Fixierleistung und die Haltbarkeit gesteigert.

Die Fixierrate wird in der folgenden Weise erhalten.

Zuerst wird eine kräftige, schwarze, kreisförmige Abbildung mit dem Durchmesser von 24 mm gefertigt, und deren Bildschwärzung ist D_n. Die Abbildung wird in 10 Hin- und Herbewegungen bei einem Druck von 40 g/cm mittels eines sog! "KOJIN WIPER", ein von Kabushiki Kaisha Kojin Seizo (Japan) erhältliches Faservlies, mittels "PAPER WES" (Warenzeichen), das ein Wegwerf-Wischmaterial mit einer Weichheit gleich Seidenpapier und einer rauhen Oberfläche einer Korretruktur ist und eine Krepprate von 32 ^± 3%, ein Gewicht von 35 ^± 3 g/m , eine Zugfestigkeit (in der Längs-

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richtung) von 0,4 kg/10 mm sowie eine Dicke von 200^um hat, gerieben. Nach dem Reiben hat die Bildschwärzung den Wert D-. Die Fixierrate wird bestimmt als (D-/D_Q)<· 100(%).

Die Schwärzung wird mit Hilfe eines Macbeth-Reflexions-Schwärzungsmeßgeräts gemessen. Die Bezugsschwärzung wird so geregelt, daß sie nicht weniger als 1,0 und nicht mehr als 1,1 beträgt.

Faktisch ist die Haltbarkeit vom Standpunkt der Zuverlässigkeit und der Stabilität des Fixiervorgangs nicht geringer als 100 000 Blätter und die Fixierrate nicht kleiner als 70%. ,

Gemäß der Ausführungsform nach der Erfindung kann der Vorteil der Harzschicht in bezug auf die Freigabefähigkeit und der Abriebbeständigkeit geboten werden. Darüber hinaus läßt die die Harzschicht stützende Gummischicht die erwünschte Elastizität erreichen. Ferner werden die Beständigkeit und die Fixiereigenschaften stabilisiert.

Wenn bei dieser Ausführungsform die Dicke der Harzschicht nicht geringer als 10/jm ist, dann liegt die Standzeit über 150 000 Blättern, und wenn die Dicke nicht geringer als 15jum ist, dann liegt die Standzeit nicht unter 200 000 Blättern. Die Nachteile, daß die Fixiereigenschaften durch Erhöhung der Dicke verschlechtert werden, werden durch die Rückprallelastizität der Gummischicht kompensiert, so daß insofern in hohem Maß wünschenswerte Fixiereigenschaften geboten werden können. Diese Ausführungsform ist besonders wirksam und leistungsfähig, wenn eine Fluorharzschicht auf einer Silikongummischicht gebildet wird.

Die letzte Ausführungsform steht mit dem Spalt zwischen den beiden elastischen, in Druckkontakt miteinander befindlichen Drehkörpern, wie das die Fig. 5 und 6 zeigen, in Be-

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Ziehung. Diese Ausführungsform ist ohne das Merkmal des Verfahrens zur Herstellung des elastischen Drehkörpers, das oben beschrieben wurde, nutzbar.

Es soll zuerst auf die Probleme eingegangen werden, die Ausgangspunkt für die Erfindung sind. Wenn die Dicke der Harzschicht gering ist, dann liegt die Tendenz vor, daß die Oberfläche relativ leicht durch Bauteile, die mit der Walze in Berührung kommen, wie z.B. eine Abstreifklinke od. dgl., beschädigt und die Standzeit verschlechtert wird, wie auch des weiteren die zufriedenstellenden Fixiereigenschaften nicht geboten werden können. Andererseits ist die Bildfixierleistung manchmal nicht zufriedenstellend, selbst wenn ein ausreichender Druckkontaktbereich mit einer konstanten Harzfilmdicke gebildet wird. Es hat sich die Möglichkeit gezeigt, daß bei einer Verminderung des Druckkontaktbereichs der Harzfilm nach dem Fixieren von einigen 10 000 Blättern abgeschält wird.

Herkömmlicherwiese hat es Schwierigkeiten gegeben, diese Probleme zu lösen, und deshalb mußte die Fixierleistung durch eine komplizierte Regelung der Heizeinrichtungen erhöht oder das Material der Fixierwalze mußte in weitem Umfang geändert werden. In jedem Fall ist es nicht möglich gewesen, sowohl der Standzeit oder Haltbarkeit wie auch den Fixiereigenschaften gerechtzuwerden. Um die beiden Zwecke, die im Widerspruch stehen, zu erreichen, haben die Erfinder ihre Aufmerksamkeit der Dicke des Harzfilms und dem Walzenspaltbereich zugewandt. Wenn diese Ausführungsform zusammen mit dem oben beschriebenen Verfahren zur Erzeugung der elastischen Drehkörper zur Anwendung kommt, dann sind die Ergebnisse besser.

Die in Rede stehende Asuführungsform basiert auf der besonderen Beziehung zwischen dem Spaltbereich und der Dicke der

BAD ORfGiNAL

— bo —

Harzschicht eines der Drehkörper. Die Vorrichtung gemäß die ser Ausführungsform umfaßt einen ersten Drehkörper mit einer elastischen Schicht sowie mit einer Oberflächen-Harzschicht auf dieser und einen zweiten, mit dem ersten zusammenarbeitenden Drehkörper, um zwischen diesen beiden Körpern einen Walzenspalt zu bilden. Bei Durchlauf des Papierblatts durch den Spalt wird das Bild fixiert. Die Dicke T (yum) und die Breite N (mm) des Spaltbereichs sollen die Bedingung erfüllen:

Obergrenze: T < (5/4)N + 20

Untergrenze: T t (4/7) (3N - 2), wenn N < 10 oder T t (1/2)N + 11, wenn N > 10.

Es ist insbesondere besser, wenn erfüllt wird:

Wenn N i 10, dann T * (5/3)N + 2 und wenn N > 10, dann T % (1/2)N + 15.

Die Fig. 11 und 12 erläutern diese Werte, die bei den im Zusammenhang mit Fig. 9 und 10 beschriebenen Walzen erhalten werden. Die Fig. 11 zeigt die Beziehung zwischen der Standzeit der Fixierwalze 1, der Filmdicke der Harzschicht, der Fixierrate und der Spaltbreite. In Fig. 11 ist die Standzeit (Anzahl der Blätter) in halblogarithmischen Koordinaten, die Fixierrate in gewöhnlichen Koordinaten aufgetragen. Die ausgezogenen Linien geben die Beziehung zwischen 4er Filmdicke (T) und der Standzeit (S) an, die gestrichelten Linien geben die Beziehung zwischen der Filmdicke (T), und der Fixierrate (%) wieder.

Diese Beziehungen sind mit einem Parameter der Breite (N) des Spaltbereichs 4 mm, 7 mm, 10 mm gezeigt, und die Angaben zu den Filmdicken (T) sind mit 7, 15, 22 und 30/jm aufgetragen. Bei diesen Versuchen war die Wärmeleitfähigkeit

-3 2

einer jeden der Walzen 0,8 χ 10 cal-cm/sec*cm '⁰C. Es ist

deshalb nicht notwendig, andere Bedingungen in Betracht zu ziehen. Die Fxiervorgänge wurden mit einer Geschwindigkeit von 200 mm/sec und bei 38 Blatt (Größe A4) pro Minute ausgeführt. Der Außendurchmesser jeder der Walzen war etwa 50 mm. Die Andruckwalze war eine Gummiwalze mit einer JISA-Gummihärte von 40°. Der Gesamtdruck war 50 kg bei einer Spaltbreite von 4 mm, 65 kg bei einer Spaltbreite von 7 mm und 80 kg bei einer Spaltbreite von 10 mm.

In Fig. 10 wurden die Toleranzbedingungen auf 100 000 Blätter für die Standzeit und 50% für die Fixierrate festgesetzt.

Wenn die Dicke der Harzschicht der Fixierwalze zunimmt, so wirkt sie im allgemeinen als eine thermische Isolierschicht, wobei dann davon auszugehen ist, daß die Fixiereigenschaften verschlechtert werden, weil die Innenhitze nicht freigegeben wird. Wenn andererseits die Dicke zu gering ist, dann ist die Walze nicht imstande, genügend Hitze zu speichern, was mäßige Fixiereigenschaften zur Folge hat. Die Dicke deiJHarzschicht wird vorzugsweise einfach vom Gesichtspunkt der Abriebbeständigkeit aus erhöht. Bei einer Vorrichtung wie bei dieser Asuführungsform, wobei die Harzschicht an der elastischen Schicht ausgebildet ist, tritt ein anderes Problem in bezug auf die Standzeit auf, wonach die Harzschicht von der elastischen Schicht abgelöst werden kann. Es hat sich in Versuchen gezeigt, daß selbst dann, wenn die Harzschicht dünn ist, die Fixierrate mäßig sein kann, während dann, wenn die Harzschicht dick ist, die Fixierrate auch besser sein kann. Bei verschiedenen Versuchen wurde nun gefunden, daß der Spaltbereich ein bedeutungsvoller Parameter im Hinblick auf die Standzeit oder Haltbarkeit ist.

Die Fig. 11 zeigt, daß bei einer Dicke der Harzschicht, die nicht geringer als 16^m ist, die Spaltbreite kaum einen Einfluß hat, während sie von großem Einfluß auf die Stand-

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zeit ist, wenn die Dicke des Harzfilms nicht größer als 26yum ist. Die Spaltbreite N ist bei einem Abfall der Standzeit auf den Standzeitanstieg von Einfluß. Sie trägt zur Steigerung der Fixiereigenschaften bei, wenn die Fixierrate größer wird. Das wird durch die Versuche, wie Fig. 11 zeigt, bestätigt. Die ausreichende Fixierrate und Standzeit konnten nicht erlangt werden, ohne in geeigneter Weise die Harzfilmdicke und die Spaltbreite zu bestimmen, und die Heizsowie Druckeinrichtungen oder das Material der Walzen sind eingeschränkt sowie notwendigerweise kompliziert.

Mit anderen Worten heißt das, es wurde festgestellt, daß die Probleme durch geeignete Bestimmung der Harzfilmdicke und der Spaltbreite einer Lösung zuzuführen sind.

Die Standzeit von nicht weniger als 100 000 Blättern und die Fixierrate von nicht weniger als 80% werden gleichzeitig erreicht: wenn die Spaltbreite 4 mm ist und die Filmdicke etwa 6,0 jum bis etwa 25,Oyum beträgt, wenn die Spaltbreite 7 mm ist und die Harzfilmdicke etwa 10,4 jum bis 28,IyUm beträgt, und wenn die Spaltbreite 10 mm ist sowie die Harzfilmdicke etwa 16,0 um bis etwa 32,2yum beträgt.

Die Fig. 12 zeigt den erwünschten Bereich der Harzfilmdicke T und der Spaltbreite N, die durch Gerade angenähert sind. Der bei dieser Ausführungsform nutzbare Bereich wird, wie folgt, ausgedrückt:

(1/2)N + 11 t T i (5/4)N +20 (N £ 10)

(12/7)N - (8/7) ITS (5/4)N +20 (N < 10)

Bevorzugterweise gilt (nicht weniger als 200 000 Blätter Standzeit):

(1/2)N + 15 < T i (5/4)N +20 (N £ 10)

(5/3)N + (10/3) ί T < (5/4)N +20 (N i 10)

Was die Dicke T der Harzschicht betrifft, so ist die mittlere Dicke vorzugsweise nicht geringer als 5 ,um und nicht größer als 35 um, und zwar im Hinblick auf die Wärmeleistung und andere unstabile Parameter; vorzugsweise ist die Dicke nicht geringer als 5yum.

Das Diagramm von Fig. 12 wurde aus den Daten von Fig. 11 unter den Bedingungen, daß die Standzeit nicht geringer als 100 000 oder 200 000 Blätter ist und daß die Fixierrate nicht kleiner als 80% ist, gefertigt. Die Linien in Fig. 12 entsprechen der Ober- sowie Untergrenze.

Wie zu ersehen ist, bietet die Erfindung eine Lösung für das oben besprochene Problem mit herkömmlichen Vorrichtungen. Die Beziehung zwischen der Dicke der Harzschicht auf dem elastischen Körper und der Breite des Spalts, in dem die Fixierwirkung auftritt, wird bei dieser Ausführungsform so bestimmt, wie oben beschrieben wurde, was eine verbesserte Standzeit wie auch verbesserte Fixiereigenschaften zum Ergebnis hat.

Wenn die Harzschicht geringer als 35 /jiti ist, so ist die Wirkung der stützenden Schicht klein, weshalb besondere Maßnahmen erforderlich werden, um die Fixierrate zu erhöhen. Deshalb ist diese Dicke vorzugsweise nicht geringer als 35 jum, um die Wirkungen der Gummischicht aufrechtzu-erhalten.

Als Material für die elastische Schicht ist Gummi zu bevorzugen. Wenn die Hitzebeständigkeit gefordert wird, dann ist ein Siiikongummi mit einer Rückprallelastizität von nicht weniger als 60% geeignet. Die Harzschicht hat bevorzugterweise eine Dicke von 10 - 25 yum. Um eine mehr stabilisierte Fixierrate zu erhalten, beträgt: die Rückprallelastizität 65 - 85%, während die Filmdicke 15 - 25yum beträgt. Das Material für die Harzschicht ist bevorzugterweise ein Fluorharz. Vor allem wird eine Zugfestigkeit von nicht mehr

2
als '· N/mm und noch mehr eine solche von nicht weniger als

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2
15 N/mm angestrebt. Wenn die Harzschicht an der Gummischicht ausgebildet wird, dann ist die Haftfestigkeit vorzugsweise nicht kleiner als 20 g/10 mm (Breite), was durch das oben beschriebene Verfahren zu erreichen ist.

Die in Fig. 12 die Untergrenze der Harzfilmdicke näherungsweise angebenden Linien knicken am Punkt der Spaltbreite von 10 mm ab. Hier ist in Betracht zu ziehen, daß die Filmdicke (16yum) in der Mitte des zulässigen Bereichs liegt, so daß die Wirkungen der Spaltbreite und 'diejenigen der Filmdicke kombiniert werden, um Änderungen der elastischen Schicht und der Haftschicht an der Oberfläche der inneren Schicht wieder auszugleichen, so daß der zulässige Bereich vergrößert wird.

Jede der im Obigen erläuterten Ausführungsformen kann mit einer anderen dieser ohne Verlust der jeweils eigenen Vorteile kombiniert werden. Insofern deckt die vorliegende Erfindung solche Kombinationen ab.

Wenngleich die Erfindung unter Bezugnahme auf spezielle Ausführungsformen bildlich und wörtlich beschrieben wurde, so ist sie auf die Einzelheiten nicht beschränkt, sie umfaßt vielmehr Änderungen und Abwandlungen, die dem Fachmann bei Kenntnis der durch die Erfindung vermittelten Lehre an die Hand gegeben sind.

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Claims (48)

1. Patentansprüche

   - durch eine elastische Gummischicht (12, 22) und

   - durch eine auf der Gummischicht ausgebildete Oberflächenschicht (13, 23) aus einem Harz,

   - die durch Aufbringen eines Harzes zusammen mit einer Flüssigkeit auf eine Oberfläche der Gummischicht (12, 22) und Sintern des Harzmaterials durch dessen Erhitzen auf eine Sintertemperatur des Harzmaterials, während die elastische Gummischicht unter ihrer Beständigkeitstemperatur ist, gebildet wird, wobei das Heizen durch dielektrische Beheizung erfolgt, um das Harzmaterial auf eine höhere Temperatur als diejenige der Gummischicht zu erhitzen.
2. 2. Drehkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Gummischicht (12, 22) und die Oberflächenschicht (13, 23) in unmittelbarer, enger Berührung sind.

   ORIGINAL INSPECTED
3. 3. Drehkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gummischicht (12, 22) aus einem Silikongummi und die Oberflächenschicht (13, 23) aus einem Fluorharz bestehen.
4. 4. Drehkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluorharz im wesentlichen rein ist und keine Fremdkörper enthält.
5. 5. Drehkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Harzmaterials zusätzlich zur dielektrischen Beheizung extern beheizt wird.
6. 6. Drehkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das gesinterte Harz einen Kristallinitätsgrad von nicht mehr als 95% sowie eine Zugfestigkeit von nicht weniger

   2
   als 5 N/mm hat und daß die Silikongummischicht eine JISA-Gummihärte von 30° - 80° bei Raumtemperatur sowie eine ausreichende Elastizität aufweist.
7. 7. Drehkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das gesinterte Harz einen Berührungswinkel von nicht weniger als 100° sowie eine Längung von nicht weniger als 50% aufweist und daß die Silikongummischicht eine Gummi-Rückprallelastizität von 65 - 85% hat.
8. 8. Drehkörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gummischicht eine Längung von nicht weniger als 150% aufweist.
9. 9. Drehkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Haftfestigkeit zwischen der Oberflächenschicht (13, 23) und der elastischen Gummischicht (12, 22) nicht geringer ist als 20 g/10 mm (Breite), bestimmt auf der Grundlage einer Kraft, die zum Abschälen der Gummischicht erforderlich ist.
10. 10. Drehkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Haftfestigkeit zwischen der Oberflächenschicht (13, 23) und der elastischen Gummischicht (12, 22) nicht geringer als 20 g/10 mm (Breite) ist, bestimmt auf der Grundlage einer Kraft, die zum Abschälen der Gummischicht notwendig ist.
11. 11. Drehkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen-Harzschicht (13, 23) einen maximalen Porenanteil von nicht mehr als 10%, wobei die Poren eine Größe haben, die einen Durchtritt einer Flüssigkeit bis zur elastischen Schicht (12, 22) nicht zuläßt, und einen spezifischen Durchgangswiderstand von nicht mehr als 10 Λ-cm hat.
12. 12. Drehkörper nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,daß ein mittlerer Durchmesser der Poren geringer ist als 0,I₇Um und jede der Poren wenigstens ein Teil, das kleiner als 0,lyum ist, aufweist.
13. 13. Drehkörper nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das gesinterte Harz einen Kristallinitätsgrad von nicht mehr als 95% sowie eine Zugfestigkeit von nicht weniger

    2
    als 5 N/mm hat und daß die Silikongummischicht eine JISA-Gummihärte von 30° - 80° bei Raumtemperatur sowie eine angemessene Elastizität aufweist.
14. 14. Drehkörper nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das gesinterte Harz einen Berührungswinkel von nicht weniger als 100° sowie eine Längung von nicht weniger als 50% aufweist und daß die Silikongummischicht eine Gummi-Rückprallelastizität von 65 - 85% hat.
15. 15. Drehkörper nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Gummischicht eine Längung von nicht weniger als 150% aufweist.
16. 16. Drehkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichent, daß die Oberflächen-Harzschicht (13,23) benachbart zur elastischen Schicht (12, 22) eine unzusammenhängende Schicht mit Rissen und eine glatte Oberflächenschicht aufweist.
17. 17. Drehkörepr nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke (D) der Oberflächen-Harzschicht (13, 23) und die Dicke (d) der unzusammenhängenden Schicht die Bedingung D - d ? 5 erfüllen.
18. 18. Drehkörper nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Risse getrennte Felder eine maximale Abmessung, die größer als 0,05jum und kleiner als 5jam ist, haben.
19. 19. Drehkörper nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Risse getrennte Felder eine maximale Abmessung, die größer als 0,05,/um und kleiner als 5yum ist, haben.
20. 20. Drehkörper nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das gesinterte Harz einen Kristallinitätsgrad von nicht mehr als 95% sowie eine Zugfestigkeit von nicht weniger

    als 5 N/mm hat und daß die Gummischicht eine Silikongummischicht umfaßt, die eine JISA-Gummihärte von 30° 80° bei Raumtemperatur sowie eine angemessene Elastizität aufweist.
21. 21. Drehkörper nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das gesinterte Harz einen Berührungswinkel von nicht weniger als 100° sowie eine Längung von nicht weniger als 50% aufweist und daß die Silikongummischicht eine Gummi-Rückprallelastizität von 65 - 85% hat.
22. 22. Drehkörper nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Gummischicht eine Längung von nicht weniger als 150% aufweist.
23. 23. Drehkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Drehkörper (1) ein solcher für die Fixierung einer Abbildung ist, daß die Dicke (T) der Oberflächen-Harzschicht 5 - 35/jm beträgt, daß die Oberflächen-Harzschicht eine Rückprallelastizität (E) von 42 - 85% hat und daß die Dicke (T) sowie die Rückprallelastizität (E) die Bedingung T i O,75E - 26,4 erfüllen.
24. 24. Drehkörper nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke (T) IO - 25 jum beträgt, daß die Rückprallelastizität (E) 58 - 85% beträgt und daß die Dicke (T) sowie die Rückprallelastizität (E) die Bedingung T < O,65E - 27,3 erfüllen.
25. 25. Drehkörper nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke (T) nicht geringer als 15 um ist.
26. 26. Drehkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Drehkörper (1) ein solcher für die Fixierung einer Abbildung sowie mit einem anderen Drehkörper (2) zur Bildung eines Walzenspaltes mit der Breite (N in mm) zwischen den Drehkörpern in Druckanlage ist, daß die Oberflächenschicht (13) eine Dicke (T in /im) hat und daß die Dicke (T) sowie die Breite (N) die Bedingungen erfüllen:

    T * (5/4)N + 20 und

    T i (4/7) (3N - 2) wenn N ^ 10,

    T Z (1/2)N + 11 wenn N ^ 10.
27. 27. Drehkörper nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (N) und die Dicke (D) die Bedingung erfüllen:

    T < (5/3) (N + 2) wenn Ni 10 und

    T Z (1/2)N + 15 wenn N £ 10.
28. 28. Drehkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Drehkörper (1) eine Schreibwalze zum Vorschub eines Papierblatts ist und von einer Druckeinrichtung (92) einen Anschlag erhält.
29. 29. Drehkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Drehkörper eine Walze (40, 43, 44, 45, 46, 49, 51, 52, 53, 58, 59, 60, 61, 63, 64, 80, 83) für einen Papiervorschub ist.
30. 30. Drehkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Drehkörper eine zur Fixierung eines Tonerbildes verwendbare Andruckwalze (2) ist.
31. 31. Drehkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Drehkörper eine Heizwalze (1) ist, die ein ein unfixiertes Tonerbild tragendes Aufzeichnungsmaterial (P) einer Beheizung sowie einem Druck aussetzt und mit einem innenliegenden Heizgerät (3) ausgestattet ist.
32. 32. Elastischer Drehkörper, gekennzeichnet

    - durch eine Gummischicht (12, 22) und

    - durch eine aus Harzmaterial an der Oberfläche der Gummischicht ausgebildete Harzschicht (13, 23), die zu ihrem Sintern an die Gummischicht auf eine Sintertemperatur der Harzschicht erhitzt wird, wobei die Harzschicht eine Dicke von nicht weniger als 5/jm und nicht mehr als 35yum hat, die Gummischicht eine Rückprallelastizität von 42 - 85% aufweist und die Dicke (T inyum) der Harzschicht sowie die Rückprallelastizität (E in %) die Bedingung T < O,75E - 26,4 erfüllen.
33. 33. Drehkörper nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Gummischicht aus einem Silikongummi besteht so-

    wie auf einer nicht über 300°C liegenden Temperatur gehalten wird und daß die Harzschicht aus einem Tetrafluoräthylenharz oder einem Perfluoralk-oxyäthylenharz (PFA) besteht.
34. 34. Drehkörper nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Gummischicht in unmittelbarer, enger Berührung mit der Harzschicht ist.
35. 35. Drehkörper nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet,

    daß die Filmfestigkeit der Harzschicht nicht geringer

    2
    als 5 N/mm und die Abschälfestigkeit zwischen der Harz- sowie der Gummischicht nicht geringer als 20 g/10 mm (Breite) ist.
36. 36. Drehkörper nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildfixierwalze (1) mit einer unfixierten Tonerabbildung in Berührung zu bringen ist sowie ein innenliegendes Heizgerät (3) aufweist und daß sie mit einer Andruckwalze (2) zur Bildung eines Walzenspaltes zusammenarbeitet, durch den ein eine unfixierte Tonerabbildung tragendes Aufzeichnungsmaterial (P) zur Fixierung der Tonerabbildung an diesem Material läuft.
37. 37. Drehkörper nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke ^T) 10 - 25/jm beträgt, daß die Rückprallelastizität (E) 58 - 85% beträgt und daß die Bedingung T < O,65E - 27,3 erfüllt ist.
38. 38. Drehkörper nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke (T) nicht geringer ist als 15yum.
39. 39. Drehkörper nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Gummischicht aus einem Silikongummi besteht sowie bei Sinterung der Harzschicht auf einer Temperatur, die nicht höher als 300°C ist, gehalten wird

    und daß die Harzschicht aus einem Tetrafluoräthylenharz oder einem Perfluoraikoxyäthylenharz (PFA) besteht.
40. 40. Drehkörper nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet,

    daß die Filmfestigkeit der Harzschicht nicht geringer

    2
    als 5 N/mm ist, daß die Harz- sowie die Gummischicht in unmittelbarer, enger Berührung sind und daß die Schälfestigkeit zwischen diesen Schichten nicht geringer als 20 g/10 mm (Breite) ist.
41. 41. Elastischer Drehkörper, der zur Bildung eines Walzenspaltes für die Fixierung einer Abbildung mit einem anderen Drehkörper in Druckanlage zu bringen ist, gekennzeichnet

    - durch eine elastische Schicht und

    - durch eine Oberflächen-Harzschicht,

    - wobei die Dicke (T inyum) der Oberflächen-Harzschicht und die Breite (N in mm) des Walzenspaltes die Bedingungen erfüllen:

    T i (5/4)N + 20,

    wenn N ί 10: T^ (4/7) (3N + 2),

    wenn N ^ 10: T £ (1/2)N + 11.
42. 42. Drehkörper nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke (T) nicht geringer als 5yum und nicht größer als 35^Um ist.
43. 43. Drehkörper nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke (T) und die Walzenspaltbreite (N) die Bedingungen erfüllen:

    T > (5/3) (N + 2) wenn N < 10 und

    T ^ (1/2)N + 15 wenn N £ 10.
44. 44. Drehkörper nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke (T) der Oberflächen-Harzschicht 5-35 /-im beträgt, daß die Oberflächenschicht eine Rückprallelastizität (E) von 42 - 85% aufweist und daß die Dicke (T) sowie die Rückprallelastizität (E) die Bedingung T < O,75E - 26,4 erfüllen.
45. 45. Drehkörper nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Gummischicht aus einem Silikongummi besteht sowie auf einer Temperatur, die nicht höher als 3OO°C ist, gehalten wird und daß die Harzschicht aus einem Tetrafluoräthylenharz oder Perfluoralkoxyäthylenharz (PFA) besteht.
46. 46. Drehkörper nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet,

    daß eine Filmfestigkeit der Harzschicht nicht geringer

    als 5 N/mm ist, daß die Harzschicht in unmittelbarer, enger Berührung mit der Gummischicht ist und daß die Schälfestigkeit zwischen der Harz- sowie der
    Gummischicht nicht geringer ist als 20 g/10 mm (Breite).
47. 47. Drehkörper nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke (T) nicht geringer als 15 jum ist.
48. 48. Drehkörper nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Schälfestigkeit zwischen der Gummi- sowie

    der Harzschicht nicht geringer als 20 g/10 mm (Breite) ist.