DE2529765C2

DE2529765C2 - Verwendung eines fluorhaltigen Copolymers als Beschichtungsmaterial für eine Stützrolle in einer Fixiereinrichtung zum Fixieren von Tonerbildern

Info

Publication number: DE2529765C2
Application number: DE2529765A
Authority: DE
Inventors: George R. Webster N.Y. Imperial; Joseph R. Rochester N.Y. Moriconi; Stephen Pittsford N.Y. Strella
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1974-07-15
Filing date: 1975-07-03
Publication date: 1985-08-22
Also published as: DE2529765A1; CA1058688A; US3912901A; GB1475638A; JPS5140138A; JPS5843740B2

Description

Bei elektrosiaiographischen Aufzeichnungsverfahren werden zur Herstellung von Tonerbüdern auf Kopierblättern Kontakt-Schmelz-Fixiereinrichtungen verwendet. Diese Fixiereinrichtungen weisen Stützrollen aus einem starren Kern auf, mit einer Schicht aus auf den Kern geklebten elastischen Material.

Aus der US-PS 34 35 500 ist eire Kontakt-Schmelz-Fixiervorrichtung mit einer Heiz- und Stützwalze bekannt, wobei die Stützwalze aus einem starren Kern besteht, über dem sich ein elastisches Material aus Silicongummi befindet und auf dem Silicongummu ist eine äußere Schicht ajs einem Polymeren des Tetrafluorethylen aufgebracht

Aufgabe der Erfindung is* es, für eine Stützrolle aus einem starren Kern mit einer S'chic'» aus auf den Kern geklebten elastischen Material, in einer Kontakt-Scnmelz-Fixiereiririchiung zum Fixieren von Tonerbildem eine äußere Schicht aufzuzeigen, die eine besonders hohe Lebensdauer im Vergleich zu den bekannten aufweist

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Copolymeren aus Tetrafluorethylen mit einem Perfluoralkylperfluorvinylether der Formel

C_nF_2n+I-O-CF = CF₂

worin η eine Zahl von 1 bis 5 bedeutet, als Beschichtungsmateriai für eine Stützrolle aus einem starren Kern, mit einer Schicht aus auf den Kern geklebtem elastischen Material in einer Kontakt-Schmelz-Fixiereinrichtung zum Fixieren von Tonerbüdern.

F i g. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Kontaktaufschmelzen, bei welcher das erfindungsgemäß zu verwendende Copolymer als Beschichtungsmaterial für die Stützrolle verwendet werden kann.

F i g. 2 zeigt einen Querschnitt des Aufschmelzsystems, bei dem die vorliegende Erfindung angewendet werden kann.

F i g. 3 zeigt einen Querschnitt senkrecht zu dem der • Fig.2.

,■._ν;_ς. Fi g. 1 zeigt ein Aufzeichnungsgerät 9 mit einem RoI-jenaufschmelzsystem. Das Gerät umfaßt· eine Platte 10, die zu einer Trommel geformt ist Die Platte hat eine fotoleitende Schicht oder lichtempfindliche Oberfläche auf einer leitenden Unterlage, die in einem Rahmen zur Drehung in Richtung des dargestellten Pfeiles gelagert ist. Die Drehung führt dazu, daß die Plattenoberfläche nacheinander an einer Reihe von Behandlungsstationen vorbeiläuft.

Zur Erläuterung werden die einzelnen Behandlungsstationen auf dem Bewegungsweg der Plattenoberfläche im folgenden in ihrer Funktion beschrieben:

Eine Ladestation A, wo die gleichmäßige elektrostatische Ladung auf die fotoleitende Platte aufgebracht wird,

eine Belichtungsstaiion B, an welcher Licnt oder ein Strahlungsmuster von zu reproduzierenden

ίο Kopien auf die Plattencberfläche projiziert wird, um die Ladung in den belichteten Bereichen derselben zu löschen und dadurch latente, elektrostatische Bilder der zu reproduzierenden Kopien zu formen,

eine Entwicklungsstation C, an welcher Entwicklermaterial aus Tonerpartikeln mit einer elektrostatischen Ladung entgegengesetzt zu der der latenten elektrostatischen Bilder über die latenten elektrostatischen Bilder kaskadenartig geschüttet wird, um Puiverbiider in Form der zu reproduzierenden Kopien zu bilden,

eine Übertragungsstation D, wo die Pulverbilder elektrostatisch von der Plattenoberfläche auf ein Übertragungsmaterial, wie Papier, übertragen werden, welches durch ein erwärmtes Druckaufschmelzsystem lauft und

eine Trommelreinigungs- und -entladungsstation E, an welcher die Plattenoberfläche gebürstet wird, um restliche Tonerpartikel, die darauf nach der Bildübertragung zurückbleiben, zu entfernen und wo die Platte einer relativ hellen Lichtquelle ausgesetzt wird, um eine im wesentlichen vollständige Entladung von jeder restlichen elektrostatischen Ladung zu bewirken, die darauf zurückgeblieben

Eine Druck und Wärme kombinierende Aufschmelzvorrichtung 12, wie sie in den F i g. 2 ^r-d 3 dargestellt ist umfaßt eine beheizte Aufschmelzrolle 16 und eine Stützrolle 18.

Der Aufbau der Aufschmelzrolle 16 besteht aus einem starren zylindrischen Teil 20, das vorzugsweise aus Stahl hergestellt ist an welchem Endkappen 22 und 22' in geeigneter Weise, z. B. durch Löten befestigt sind.

Die Endkappe 22' (F i g. 2) wird von einem Lager 24 getragen, das in einem seitlichen Rahmenteil 26 der mit einer Rolle arbeitenden Aufschmelzvorrichtung 12 angeordnet ist Die Endkappe 22 wird von der Nabe 28 eines Antriebszahnrades 30 für die Aufschmelzrolle gehalten, welche ihrerseits von einem Stützlager 32 gehalten oder gelagert wird, welches in einem seitlichen Rahmenteil 26' angordnet ist

Während des Betriebes der Aufschmelzvorrichtung 12 wird eine Trägerkopie oder ein Blatt 34 (Fig.3) durch den Spalt 36 bewegt, der durch den Eingriff der Aufschmelzrolle 16 und der Stützrolle 18 gebildet wird, so daß die Tonerbilder von der Aufschmelzrolle 16 berührt werden. Um Wärmeenergie zur Erhöhung der Temperatur der Tonerpartikel auf eine geeignete Auf-Schmelztemperatur zu erzeugen, ist ein Heizelement 38 innerhalb des zylindrischen Teils 20 durch Heizungssokkel 23 und 23' gelagert. Das Heizelement kann aus einem Quarzheizeraufbau mit einer Quarzhülle und einem innerhalb derselben angeordneten Widerstandsheizelement aus Wolfram bestehen. In der Praxis wird Energie in der Größenordnung von 1475 Watt zum Widerstandsheizelement über elektrische Anschlüsse 39 geleitet, um dadurch die Oberflächentemperatur der

Aufschmelzrolle auf ungefähr 193° C zu erhöhen.

Um den Aufbau der Aufschmelzrolle 16 mit einer Außenfläche zu versehen, die eine relativ niedrige Affinität für klebrige Tonerpartikeln hat, ist eine Schicht 40 aus einem Fluorkohlenstoffpolymer, z. B. Polytetrafluräthylen (PTFE) auf dem starren zylindrischen Teil 20 angeordnet Die Schicht 40 aus PTFE kann eine Dicke von 30 bis 38 μη. haben und das Teil 20 ist vorzugsweise aus wärmeleitendem Material wie Kupfer oder Aluminium hergestellt Wenn Kupfer verwendet wird, sollte es mit Aluminium oder Nickel beschichtet werden, ehe die Schicht aus PTFE aufgebracht wird. Die besondere Art, in welcher die Aufschmelzrolle 16 hergestellt wird, bildet keinen Teil der vorliegenden Erfindung. Daher kann diese Herstellung gemäß bekannten Verfahren durchgeführt werden, wie sie z. B. in den US-Patentschriften 34 37 032 und 37 76 760 beschrieben sind. Während der Aufbau der Aufschmelzrolle hier mit einer PTFE-Schicht beschrieben ist kann sie auch ohne die Schicht hergestelit werden und einfach eine biaiike Metalloberfläche aufweisen.

Durch Steuerung der Wärmeübertragung auf den Toner ist unter normalen Bedingungen tatsächlich kein Absetzen der Tonerpartikel vom Kopierblatt zur Aufschmeizrolle zu erwarten. Dieses beruht darauf, daß die auf die Oberfläche der Rolle aufgebrachte Wärme nicht ausreicht, um die Temperatur der Oberfläche der Rolle so zu erhöhen, daß die Tonerpartikel in den Bildbereichen des Toners verflüssigt würden.

Gelegentlich werden jedoch Tonerpartikel auf der Aufschmelzrolle durch unzureichende Anwendung von Wärme auf deren Oberfläche abgesetzt (d. h. »Kaltabsetzen«), durch unzureichende Eigenschaften der Oberfläche der Rollen oder durch unzureichendes Haften der Tonerpartikel am Kopierblatt durch die elektrostatischen Kräfte, weiche sie dort normalerweise halten. In einem solchen Fall können Tonerpartikel auf die Oberfläche der Aufschmelzrolle mit einer anschließenden Übertragung auf die Stützrolle während der Zeiten übertragen werden, in weichen kein Kopierpapier im Spalt ist

Darüber hinaus können Tonerpartikel von der Aufschmelz- und/oder Stützrolle während des Aufschmelzens von Doppelkopien oder einfach aus der Umgebung des Reproduziergerätes aufgenommen werden.

Um die Möglichkeit des Absetzens von Toner auf der Aufschmelzrolle auf ein Minimum zu verringern, is: eine dünne Schicht eines Organosiloxanpolymers oder eines anderen geeigneten Materials auf die Oberfläche der Aufschmelzrolle 36 aufgebracht um dadurch eine Zwischenfläche zwischen der Rollenoberfläche und den Tonerpartikeln, die vom Trägermaterial getragen werden, zu bilden. So liegt dem Toner eine Schicht geringer Oberflächenenergie gegenüber, wenn er durch den Aufschmelzspalt hindurchgeht, und dadurch wird der Grad der Absetzung von Toner auf die Oberfläche der Aufschmelzrolle auf ein Minimum herabgesenkt.

Um das Silikonöl auf die Aufschmelzrolle 16 aufzubringen, ist eine Menge von Silikonöl 42 in einer ölwanne 44 enthalten, weiche einen Teil der Aufschmelzvorrichtung 12 bildet Ungefähr 0,651 Silikonöl in der Öl-^ wanne ergeben darin eine Höhe, welche sich bis zu den' Spitzen mehrerer Rippen 45 erstreckt Ein Auftragteil 46 ist innerhalb der Ölwanne 44 mittels eines Stützteils 48 gelagert, so daß das Auftragteil sowohl das Silikonöl als auch die Oberfläche afcr Aufschmelzrolle 16 berührt. Wie in F i g. 3 dargestellt ist, ist ein Ende des Auftragteils fest am Stützteil 48 angebracht, wie bei 49 gezeigt ist, während sich das andere Ende desselben m das Silikonöl erstreckt und tatsächlich den Boden des Ölsumpfes berührt
Das Stützteil 48 umfaßt eine langgestreckte Konstniktion, die sich genauso weit wie die Längsachse der beheizten Aufschmelzrolle 16 erstreckt und hat ein Paar seitwärts überstehender Zapfen 50 und 50', die zwischen einem Paar nach oben ragender Rippen oder Kanälen 52 aufgenommen sind, die integral ausgebildet sind oder

ίο in anderer Weise in der Ölwanne 44 vorgesehen sind, wodurch das Stützteil 48 relativ zum Aufbau der Aufschmelzrolle 16 lokalisiert wird. Die Rippen verhindern übermäßiges Schwenken des Öls in der Ölwanne, wenn diese bewegt wird und sie wirken auch als Versteifungen für die Ölwanne. Ein Paar Druckfedern 54, von denen nur eine dargestellt ist, sind ebenfalls in den Kanälen 52 aufgenommen, um das Stützteil nach oben zu drücken, so daß ein guter Eingriff des Auftragteils mit der Aufschmelzrolle erzielt wird.

Der Umfang des Stützteile 48 ist mit mehreren kcnka · ven Bereichen oder Flächen 56 versehen, die jeweils nur mit einem Abschnitt des Auftragteils 46 zusammenwirken. Wenn der mit der Aufschmelzrolle in Berührung stehende Abschnitt des Auftragteils so stark mit Toner belastet wird, daß er seine Wirksamkeit beim Auftragen oder Reinigen verliert, kann das Stützteil 48 neu ausgerichtet werden, so daß ein sauberer Abschnitt des Auftragteils mit der Aufschmelzrolle ausgerichtet wird. Um diese neue Ausrichtung durchzuführen, wird die Ölwanne 44 vom Rahmen 57 der Aufschmelzvorrichtung abgenommen, indem die Ölwanne, wie in F i g. 3 zu sehen ist, von rechts nach links bewegt wird.

Eine Abstreifklinge 58 und ein Träger für dieselbe sind innerhalb der Ölwanne so angeordnet, daß die Abstreifkünge 58 die Aufschmelzroüe 16 berührt» nachdem durch das Auftragteil 46 öl auf sie aufgebracht wurde. Der Träger 60 ist mit einem Paar Stiften 62 v^rsehr-n, die in Öffnungen in der Ölwanne 44 aufgenommen sind. In Ansätzen 65 aufgenommene Federn 64 dienen dazu, den Trä_Ber 60 und damit die Abstreifklinge 58 mit der Aufschmelzrolle mit ausreichender Kraft in Berührung zu drücken, damit das aufgebrachte Öl in einer Dicke zugemessen wird, so daß 5 ml/Kopie auf einem Blatt von 21,6 · 275 cm verwendet werden. Die Abstreifklinge, die aus irgendeinem für diese Zwecke geeigneten Material hergestellt sein kann, z. B. aus einem Fluorsilikonelastomer mit einer Shore Α-Härte von 80°, ist in einem langgestreckten Kanal 66 des Trägers aufgenommen.
Die Stützrolle 18 (F i g. 2 und 3), welche ungefähr die gleichen Gesamtabmessungen wie die Aufschmelzrolle 16 aufweist, besteht aus einem starren, im allgemeinen yyhncHschen Teil 68 mit einem Außendurchmesser von 44,5 mm und einer Wanddicke von 4,8 mm und einem Paar Endkappen 7C und 70', die in den Enclabschnitten des zylindrischen Teils 68 aufgenommen sind. Eine 8,0 mm dicke Schicht 72 aus elastomerem Material, vorzugsweise einem wärmebeständigen Silikongummi ist auf das zylindrische Teil 68 geklebt. Eine 0,48 mm dicke äußere hülsenartige Schicht 74 aus hoch warmfesten Material rriit einer relativ niedrigen Affinität für klebrig gewordenen Toner ist über der Schicht 7£ aus Silikongummi angebracht. Die zusammengesetzte Dicke und die Härte der Schichten 72 und 74 sind so, daß eine Verformung derselben durcl/ die Aufschmelzrolle rnöglieh ist, um eine geeignete Länge für den Spalt 36 zu erhalten (d. h. einen Bereich, der mit dem konkaven Abschnitt der Stützrolle übereinstimmt). Ein Filzkissen 75 und ein Tröger 77 für dasselbe sind am Rahmen der

Aufschmelzanordnung gelagert, so daß das Filzkissen die Oberfläche der Stützrolle berührt. So wird jede Verschmutzung, wie Toner von der Stützrolle während der Drehung derselben entfernt

Die Schichten 72 und 74 werden aufgrund der Verformung beim Durchlauf dieser Teiie der Stützrolle durch den Spalt mechanisch beansprucht. Das bisher für die äußere Schicht der Stützrollen verwendete Material aus Polytetrafluorethylen oder fluorierten Ethylen-Propylen-Compolimerisaten konnte bei längerer und hoher Beanspruchung der Kopiermaschinen noch nicht befriedigen, weil die Biegedauerfestigkeit im Laufe der Zeit abnahm.

Die Biegedauerfestigkeit ist als Zahl der Zyklen definiert, die ein Streifen aus einem Kunststoff aushält, bevor er splittert, wenn er bei einer Dehnung von 10% zwischen zwei Greifbacken mit Radien von 0,5 mm bei einer Temperatur von 166° C um 90° gebogen wird. Bekannte Materialien, zum Beispiel das bisher bei der Herstellung von Stützrollen verwendete Polytetrafluorethylen oder fluorierte Ethylen-Propyien-Copolymere weisen bei diesem Test eine Biegedauerfestigkeit in der Größenordnung von 10 000 bis 60 000 Biegezyklen auf. Zur Erhöhung der Lebensdauer der Stützrolle wird erfindungsgemäß als Beschichtungsmaterial die Schicht 74 aus einem Copolymer aus Tetrafluorethylen mit einem Perfluoralkylperfiuorvinylether der Formel

C_nF_2n+1-O-CF=CF₂

worin η eine Zahl von 1 bis 5 bedeutet, hergestellt. Dadurch wird eine Erhöhung der Biegedauerfestigkeit auf 1,5 Millionen Biegezyklen erreicht.

30

Hierzu 2 Biatt Zeichnungen

35

40

45

50

55

60

65

Claims

Patentanspruch:

Verwendung eines Copolymers aus Tetrafluorethylen mit einem Ferfluoralkylperfluorvinylether der Formel τ

C_nF_2n+1-O-CF=CF₂

worin η eine Zahl von 1 bis 5 bedeutet, als Beschichtungsmaterial für eine Stützrolle aus einem starren Kern, mit einer Schicht aus auf den Kern geklebtem elastischen Material in einer Kontakt-Schmelz-Fijdereinrichtung zum Fixieren von Tonerbildern.