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Hintergrund
der Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Wärmebehandlungsprozess und insbesondere auf
einen Prozess für
eine wirksame Schweißnahtspannungsverminderung
von flexiblen elektrostatografischen Abbildungsbändern für eine verbesserte mechanische
Lebensdauer.
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Flexible
elektrostatografische Abbildungsbändern sind im Stand der Technik
wohl bekannt. Typische elektrostatografische Abbildungsbänder schließen beispielsweise
Fotoaufnehmer für
elektrofotografische Bilderzeugungssysteme, Elektroaufnehmer, wie
etwa ionografische bilderzeugende Elemente für elektrografische Bilderzeugungssysteme, und
Zwischenübertragungsbänder für die Übertragung
von Tonerbildern in elektrofotografischen und elektrografischen
bilderzeugenden Systemen ein. Diese Bänder werden üblicherweise
durch Ausschneiden eines rechtwinkligen Blattes aus einer Bahn ausgebildet,
die mindestens eine Schicht aus thermoplastischem Polymermaterial
enthält,
durch Überlappen
gegenüber
liegender Enden des Blattes, und Zusammenschweißen der überlappten Enden, um eine verschweißte Naht
auszubilden. Die Naht erstreckt sich von einer Kante des Bandes
zu der gegenüberliegenden
Kante. Allgemein umfassen diese Bänder mindestens eine tragende
Substratschicht und mindestens eine bilderzeugende Schicht, die
ein thermoplastisches polymerisches Matrixmaterial umfasst. Die "bilderzeugende Schicht", wie sie hier angewandt
wird, wird als dielektrische, bilderzeugende Schicht eines Fotoaufnehmerbandes,
als die Übertragungsschicht
eines Zwischenübertragungsbandes,
und als die Ladungstransportschicht eines elektrofotografischen
Bandes definiert. Daher ist das thermoplastische, polymerische Matrixmaterial
in der bilderzeugenden Schicht in dem oberen Abschnitt eines Querschnittes
eines elektrostatografischen bilderzeugenden Bandes angeordnet,
wobei die Substratschicht sich in dem unteren Abschnitt des Querschnittes
des elektrostatografischen bilderzeugenden Bandes befindet.
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Flexible
elektrofotografische Abbildungsbänder
sind üblicherweise
vielgeschichtete Fotoaufnehmer, welche ein Substrat, eine elektrisch
leitende Schicht, eine optionale Löcher blockierende Schicht, eine
Klebeschicht, eine ladungserzeugende Schicht, und eine Ladungstransportschicht,
und, in einigen Ausführungen,
eine Anti-Verwellung-Stützschicht umfasst.
Ein Typ der vielschichtigen Fotoaufnehmer umfasst eine Schicht von
fein unterteilten Partikeln einer fotoleitenden, anorganischen Verbindung,
die in einem elektrisch isolierenden, organischen Harzbinder verteilt
ist. Ein typischer, geschichteter Fotoaufnehmer mit getrennten Schichten
für Ladungserzeugung
(fotogenerierend) und Ladungstransport ist in US-A-4,265,990 beschrieben.
Die ladungserzeugende Schicht ist in der Lage, lichtgenerierte Löcher zu
erzeugen und die durch Licht erzeugten Löcher in die Ladungstransportschicht
zu injizieren.
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Wenngleich
hervorragende Tonerbilder mit vielschichtigen Fotoaufnehmerbändern erhalten
werden können,
wurde herausgefunden, dass bei der Entwicklung von fortgeschritteneren,
elektrofotografischen Kopierern, Duplizierern und Druckern von hoher
Geschwindigkeit der Bruch der Ladungstransportschicht in dem Gebiet
der verschweißten
Naht häufig
während
des Umlaufes des Fotoaufnehmerbandes beobachtet wurde. Es wurde
ebenso beobachtet, dass Nahtbruch schnell zu Nahtablösung aufgrund
von Ermüdung
führt,
wodurch die Wartungslebensdauer verkürzt wird. Die dynamische Nahtbruchermüdung und
-ablösung
findet ebenso bei ionografischen bilderzeugenden Bändern statt.
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Das
flexible, elektrostatografische bilderzeugende Band wird aus einem
Blatt hergestellt, das aus einer Bahn ausgeschnitten wird. Die Blätter weisen allgemein
eine rechtwinklige Form auf. Es können alle Kanten dieselbe Länge aufweisen,
oder es kann ein paar von parallelen Kanten länger sein als das andere Paar
von parallelen Kanten. Die Blätter
werden durch Aneinanderlegen überlappender,
gegenüberliegender
Randendgebiete des Blattes zu einem Band ausgebildet. Typischerweise
wird in den überlappenden
Endrandgebieten an dem aneinander gelegten Punkt eine Naht hergestellt.
Das Aneinanderlegen kann durch jede passende Einrichtung bewirkt werden.
Typische Techniken zum Aneinandersetzen schließen Schweißen (einschließlich Ultraschall), Kleben,
Beschichten, Heißschmelzen
unter Druck, und Ähnliches
ein. Das Ultraschallschweißen
ist allgemein das bevorzugte Verfahren für das Zusammensetzen, weil
dieses schnell, sauber (keine Lösungsmittel)
ist und eine dünne
und schmale Naht erzeugt. Weiterhin wird das Ultraschallschweißen bevorzugt,
weil dieses die Erzeugung von Wärme
an den zusammenhängend überlappenden
Endrandgebieten des Blattes bewirkt, um das Schmelzen von einer
oder mehreren Schichten in desselben zu bewirken.
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Wenn
die Naht durch Ultraschall in ein Band geschweißt ist, kann während lang
anhaltender Verbiegung und bei der Umleitung über Bandstützwalzen von kleinem Durchmes ser
einer bilderzeugenden Maschine die Naht einer vielschichtigen, flexiblen,
bilderzeugenden Einrichtung brechen und sich ablösen, oder wenn diese seitlichen
Kräften
ausgesetzt ist, die bei reibendem Kontakt mit stationären Bahnkantenführungen
eines Bandstützmodules
während
des Umlaufs erzeugt werden. Nahtbruch und Ablösung wird weiterhin verschlimmert,
wenn das Band in elektrostatografischen, bilderzeugenden Systemen
angewandt wird, die Klingenreinigungseinrichtungen verwenden. Die
Abänderung
der Materialien in den verschiedenen Schichten des Fotoaufnehmerbandes,
wie etwa der leitenden Schicht, der Löcherblockierungsschicht, der
Klebeschicht, der Ladungserzeugungsschicht, und/oder der Ladungstransportschicht
zur Unterdrückung
von Bruch und Ablöseproblemen
ist nicht einfach zu erreichen. Die Änderung der Materialien kann
die gesamten elektrischen, mechanischen und andere Eigenschaften
des Bandes ungünstig
beeinflussen, wie etwa restliche elektrische Spannung, Hintergrund,
Dunkelabfall, Flexibilität,
und Ähnliche.
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Wenn
beispielsweise eine flexible bilderzeugende Einrichtung in einer
elektrofotografischen Maschine ein Fotoaufnehmerband ist, das durch
Ultraschallschweißen
von überlappten,
gegenüberliegenden
Enden eines Blattes hergestellt wird, schmelzt die Ultraschallenergie,
die auf die überlappten
Enden übertragen
wird, die thermoplastischen Blattkomponenten im Überlappungsgebiet, um eine
Naht auszubilden. Die ultraschallverschweißte Naht eines vielschichtigen
Fotoaufnehmerbandes ist relativ spröde und von geringer Festigkeit
und Belastbarkeit. Die Fügetechniken,
insbesondere der Schweißprozess kann
das Ausbilden von Verspritzen erzeugen, das aus beiden Seiten der
Naht in dem Überlappungsgebiet
des Bandes vorsteht. Wegen des Verspritzens ist ein typisches, flexibles,
bilderzeugendes Band ungefähr
1,6 mal dicker in dem Nahtgebiet als im Rest des Bandes (z. B.,
bei einem typischen Beispiel, 188 Mikrometer gegenüber 1,6
Mikrometer).
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Das
Fotoaufnehmerband in einer elektrofotografischen, bilderzeugenden
Vorrichtung unterliegt Biegespannung, wenn das Band über eine
Vielzahl von Träger
und Antriebswalzen läuft.
Die zusätzliche Dicke
des Fotoaufnehmerbandes in dem Nahtgebiet, aufgrund von Verspritzen,
hat eine große,
eingebrachte Biegespannung zur Folge, wenn die Naht über jede
Walze fortläuft.
Im Allgemeinen sind Trägerwalzen
von kleinem Durchmesser für
einfache, zuverlässige
Kopierpapierabstreifsysteme in elektrofotografischen, bilderzeugenden
Vorrichtungen höchst
wünschenswert,
die ein Fotoaufnehmerbandsystem verwenden, das in einem sehr begrenzten Raum
betrieben wird. Ungünstigerweise erhöhen Walzen
von kleinem Durchmesser, z. B. weniger als ungefähr 0,75 Inch (19 Millimeter)
im Durchmesser die Schwelle von mechanischen Leistungskriterien auf
ein derart hohes Niveau an, dass Nahtversagen des Fotoaufnehmerbandes
für ein
vielschichtiges Fotoaufnehmerband unakzeptabel werden kann. Beim Biegen über eine
Walze von 19 Millimeter Durchmesser kann beispielsweise eine typische
Nahtverspritzung eines Fotoaufnehmerbandes eine Zugspannung aufgrund
von Verbiegung von 0,96 Prozent entwickeln. Dies ist ein 1,63 mal
größer als
eine Biegespannung von 0,59 Prozent, die sich im Rest des Fotoaufnehmerbandes
entwickelt. Daher stellt die Zugspannung von 0,96 Prozent in dem
Nahtverspritzungsgebiet des Bandes eine Erhöhung von 63 Prozent in der
Spannung dar, welche auf das Nahtverspritzungsgebiet des Bandes
einwirkt.
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Unter
dynamischen Ermüdungsbedingungen stellt
die Naht einen Konzentrationspunkt für Spannungsanhäufung dar
und wird zum Ausgangspunkt für
Versagen der mechanischen Unversehrtheit des Bandes. Daher neigt
die Verspritzung dazu, die mechanische Lebensdauer der Naht und
die Wartungslebensdauer von flexiblen Bandeinrichtungen in Kopierern,
Duplikatoren und Druckern zu verkürzen.
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Wenngleich
eine Lösung
zur Unterdrückung der
Probleme des Nahtbruches und der Ablösung, wie im Stand der Technik
beschrieben, durch einen bestimmten Wärmebehandlungsprozess eines
flexiblen elektrofotografischen Abbildungsbandes oft erfolgreich
gezeigt worden ist, wobei dessen Naht unmittelbar auf der Deckseite
eines Stützstabes
von 19 Millimeter Durchmesser für
die Spannungsverminderungsbehandlung bei einer Temperatur, die geringfügig über der
Glasübergangstemperatur
(Tg) der Ladungstransportschicht der bilderzeugenden Einrichtung
liegt, wurde dennoch herausgefunden, dass dieser Prozess zur Schweißnahtspannungsverminderung
verschiedene unerwünschte
Wirkungen erzeugt, wie etwa zu verursachen, dass das Nahtgebiet der
bilderzeugenden Einrichtung Bandwellungen in den aktiven elektrofotografischen
bilderzeugenden Zonen des Bandes entwickelt (z. B. das Gebiet jenseits
ungefähr
25,2 Millimeter von jeder Seite von dem Mittelpunkt der Naht aus).
Weiterhin kann die Wärmebehandlung
eine unerwünschte
Umfangsschrumpfung des bilderzeugenden Bandes bewirken. Die Setzung
in dem Nahtgebiet einer bilderzeugenden Einrichtung wirkt mechanisch
ungünstig
mit der Reinigungsklinge zusammen und beeinflusst die Reinigungswirkung.
Die Wellungen in dem bilderzeugenden Band zeigen sich ihrerseits
als Defekte beim Ausdrucken. Weiterhin verändert die von Wärme bewirkte
Abmessungsschrumpfung in dem bilderzeugen den Band die genauen Abmessungsspezifikationen,
die für
das Band erforderlich sind. Ein weiterer wichtiger Nachteil, der
mit dem Wärmebehandlungsprozess
zur Nahtspannungsverminderung gemäß dem Stand der Technik verbunden
ist, besteht in der starken Wärmeaussetzung
eines großen
Nahtgebietes. Diese starke Wärmeaussetzung
erwärmt
sowohl das Nahtgebiet des Bandes, wie auch die Stange, die die Naht
abstützt.
Da das Band unter die Glasübergangstemperatur
des thermoplastischen Materials in dem Band vor der Entfernung von
der Stützstange gekühlt werden
muss, um das gewünschte
Ausmaß von
Nahtspannungsverminderung in jedem Band zu erreichen, ist die Zeit
für die
Wärmebehandlung
und den Abkühlzyklus
unakzeptabel lang und führt
zu sehr hohen Bandherstellungskosten.
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Daher
besteht ein dringender Bedarf für
die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Naht tragenden,
flexiblen, bilderzeugenden Bändern, welche
größeren dynamischen
Ermüdungsbelastungen
widerstehen können
und die die Lebensdauerwartung für
das Band von irgendwelchen verbundenen Defiziten ausdehnen.
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In
US-A-5,240,532 wird ein Prozess zur Behandlung einer flexiblen elektrostatografischen,
bebilderbaren Bahn offenbart, der die Bereitstellung einer flexiblen
Basisschicht und einer Schicht einschließt, die eine thermoplastische
Polymermatrix einschließt,
wobei der Prozess das Ausbilden mindestens eines Segmentes der Bahn
in einen Bogen mit einem Krümmungsradius
zwischen ungefähr
10 Millimeter und ungefähr
25 Millimeter, gemessen entlang der nach innen gerichteten, beaufschlagten
Fläche
der Basisschicht, wobei der Bogen eine imaginäre Achse aufweist, die die
Breite der Bahn durchläuft, das
Erwärmen
mittels IR von mindestens der Polymermatrix in dem Segment bis mindestens
auf die Glasübergangstemperatur
der Polymermatrix, und das Kühlen
des bebilderbaren Elementes auf eine Temperatur unterhalb der Glasübergangstemperatur der
Polymermatrix umfasst, während
das Segment der Bahn in der Form des Bogens gehalten wird.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Im
Blicke der vorstehend erwähnten
Nachteile ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, elektrostatografische
Abbildungsbänder
bereitzustellen, welche eine verbesserte Widerstandsfähigkeit
in Bezug auf Nahtbruch und -ablösung
aufweisen.
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Die
vorstehenden Ziele und weitere werden gemäß der vorliegenden Erfindung
durch Bereitstellung eines Prozesses gemäß Anspruch 1 zur Behandlung
eines mit Naht versehenen flexiblen, elektrostatografischen Abbildungsbandes
und durch Bereitstellung einer Vorrichtung gemäß Anspruch 6 erreicht, die
eingerichtet ist, den vorstehenden Prozess auszuführen.
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Die
Bezeichnung "halbelliptische
Form", wie sie hier
verwendet wird, wird als die Form im Wesentlichen der Hälfte eines
Ellipsoides definiert, welches durch eine Scheibe durch den Mittelpunkt
der langen Achse des Ellipsoids abgetrennt wird, wobei die Scheibe
sich an einem Weg senkrecht zu der langen Achse des Ellipsoids befindet.
Mit anderen Worten ausgedrückt,
wenn eine Ellipse in einer Richtung senkrecht zu dem Mittelpunkt
der langen Achse der Ellipse aufgeschnitten würde, um zwei Hälften auszubilden,
und wenn eine der Hälften
um diese lange Achse gedreht wird, würde die durch den Weg der Rotation
erzeugte Oberfläche
ein Halbellipsoid erzeugen. Daher hätte ein Halbellipsoid die Hälfte der gesamten
Oberfläche
eines Ellipsoids. Eine Ellipse ist ein länglicher Kreis oder ein reguläres Oval,
welches eine geschlossene ebene Kurve ausbildet, die von einem Punkt
erzeugt wird, der sich so bewegt, dass dessen Abstand von einem
festen Punkt dividiert durch dessen Abstand von einer festen Linie eine
positive Konstante kleiner als 1 ist. Ein Ellipsoid ist eine Fläche, von
welcher alle ebenen Abschnitte, die parallel zu demjenigen der langen
Achse sind, Ellipsen sind, und alle ebenen Abschnitte derselben, welche
senkrecht zu der langen Achse sind, Kreise sind. Eine Ellipse oder
ein Ellipsoid weist zwei Fokalpunkte auf. Wenn eine Strahlungsquelle
an einem der Fokalpunkte eines Ellipsoidreflektors angeordnet wird,
wird die gesamte Strahlung der Strahlungsquelle durch den Reflektor
fokussiert, um an dem anderen Fokalpunkt zusammenzulaufen. Jeder
dieser Fokalpunkte ist ein Mittelpunkt des Fokus für die Hälfte des
Ellipsoides, in welcher der Fokalpunkt angeordnet ist.
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Wenngleich
sich diese Erfindung auf mechanische Verbesserung von elektrostatografischen
Abbildungsbändern
bezieht, wird sich das Nachfolgende auf elektrofotografische Abbildungsbänder konzentrieren,
um die Erörterung
zu vereinfachen.
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Ein
vollständigeres
Verständnis
der Verfahrens und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kann
mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen erhalten werden.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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In
der eingehenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen,
in welchen:
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1 eine
Querschnittsansicht eines vielschichtigen, flexiblen Blattes aus
elektrofotografischen Abbildungsmaterial ist, wobei gegenüberliegende
Enden überlappt
sind.
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2 ist
eine Querschnittsansicht eines vielschichtigen, mit Naht versehenen,
flexiblen elektrofotografischen Abbildungsbandes, welches aus dem Blatt
der 1 durch Ultraschall-Nahtschweißen erhalten wird.
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3 ist
eine schematische, seitliche Ansicht einer Ultraschall-Schweißvorrichtung,
welche nicht Bestandteil der Erfindung ist.
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4 ist
eine Querschnittsansicht eines vielschichtigen, mit Naht versehenen,
flexiblen, elektrofotografischen Abbildungsbandes, welches aufgrund von
Nahtbruch und Ablösung
versagt hat.
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5 ist
eine isometrische, schematische Ansicht eines mit Naht versehenen,
flexiblen, elektrofotografischen Abbildungsbandes, bei welchem die Bandnaht über einem
zylindrischen Rohr angeordnet ist, wobei das Band durch das Gewicht
eines zweiten zylindrischen Rohres für die Wärmebehandlung der Naht gemäß dem Verfahren
im Stand der Technik gespannt ist.
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6 ist
eine isometrische, schematische Ansicht eines mit Naht versehenen,
flexiblen, elektrofotografischen Abbildungsbandes, bei welchem die Naht
auf einer gebogenen Fläche
eines länglichen Stützelementes
ruht und durch Vakuum gehalten wird, während das Band dem Prozess
zur Schweißnahtspannungsverminderung
gemäß der vorliegenden
Erfindung unterworfen wird.
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7 ist
eine schematische Querschnittsansicht eines Wagens, welcher eine
Wärmequelle
parallel zu und beabstandet von einer verschweißten Bandnaht trägt.
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8 ist
eine schematische Draufsicht auf den in 7 gezeigten
Wagen.
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9 ist
eine schematische, teilweise Querschnittsansicht eines Vielfachträgersystems,
das mit einer Vakuumquelle durch einen Achskasten verbunden ist.
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10 ist
eine vereinfachte Draufsicht auf das Vielfachträgersystem, das in 9 gezeigt
ist.
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11 ist
eine schematische Querschnitt-Seitenansicht einer modifizierten
Wärmequel-le.
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12 ist
ein Blockschaltbild einer Steuersystems zur Wärmebehandlung einer Naht.
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In
den Zeichnungen und in der nachfolgenden Beschreibung beziehen sich
gleiche Bezugszeichen auf Komponenten von ähnlicher Funktion.
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Eingehende
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Mit
Bezug auf 1 wird ein flexibles Element 10 in
der Form eines Blattes veranschaulicht, welches ein erstes endständiges Randgebiet 12 aufweist,
das ein zweites endständiges
Randgebiet 14 überlappt,
um ein Überlappungsgebiet
auszubilden, das für
eine Nahtausbildung vorbereitet ist. Das flexible Element 10 kann
in einer elektrofotografischen, bilderzeugenden Einrichtung verwendet
werden, und kann ein Substratelement mit einem einzigen Film sein
oder ein Element mit einer Filmsubstratschicht, die mit einer oder
mehreren zusätzlichen
Beschichtungsschichten kombiniert ist. Mindestens eine der Beschichtungsschichten
umfasst einen filmausbildenden Binder.
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Das
flexible Element 10 kann eine einzelne Schicht sein oder
mehrere Schichten umfassen. Wenn das flexible Element 10 eine
negativ geladene Fotoaufnehmereinrichtung sein soll, kann das flexible Element 10 eine
Ladungserzeugungsschicht umfassen, die zwischen einer leitenden
Fläche
und einer Ladungstransportschicht eingebettet ist. Alternativ dazu
kann das flexible Element 10 eine Ladungstransportschicht
umfassen, die zwischen einer leitenden Fläche und einer Ladungserzeugungsschicht eingelagert
ist, wenn das flexible Element 10 eine positiv geladene
Fotoaufnehmereinrichtung sein soll.
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Die
Schichten des flexiblen Elementes 10 können eine Vielzahl von geeigneten
Materialien mit geeigneten mechanischen Eigenschaften umfassen. Beispiele
typischer Schichten sind in US-A-4,786,570, US-A-4,937,117 und US-A-5,021,309
beschrieben. Das in 1 gezeigte flexible Element 10,
einschließlich
der endständigen Randgebiete 12 und 14 desselben,
umfasst von der Oberseite zu der Unterseite eine Ladungstransportschicht 16 (z.
B. 24 Mikrometer dick) eine Generatorschicht 18 (z. B.
1 Mikrometer dick), eine Zwischenschicht 20 (z. B. 0,05
Mikrometer dick), eine Blockierungsschicht 22 (z. B. 0,04
Mikrometer dick), eine leitende Massenebenenschicht 24 (z.
B. 0,02 Mikrometer dick), eine Trägerschicht 26 (z.
B. 76,2 Mikrometer dick) und eine Antiverwvellungsrückseitenschicht 28 (z.
B. 14 Mikrometer dick). Es ist anzumerken, dass die Dicke der Schichten
ausschließlich
zum Zwecke der Veranschaulichung ist und dass ein großer Bereich
von Dicken für
jede der Schichten verwendet werden kann.
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Die
endständigen
Randgebiete 12 und 14 können durch jede passende Einrichtung
zusammengefügt
werden, einschließlich
Kleben, Bekleben, Heften, Druck- und Wärmeverschmelzung, um ein durchgehendes
Element, wie etwa ein Band, Schleife oder Zylinder, auszubilden.
Vorzugsweise werden sowohl Wärme
als auch Druck verwendet, um die endständigen Randgebiete 12 und 14 in
einer Naht 30 in dem Überlappungsgebiet,
wie in 2 veranschaulicht, zusammenzufügen. Das flexible Element 10 wird
auf diese Weise von einem Blatt aus elektrofotografischem bebilderbarem
Material, wie in 1 veranschaulicht, in ein durchgehendes
elektrofotografisches, bebilderbares Band, wie in 2 veranschaulicht,
transformiert. Das flexible Element 10 weist eine erste äußere Hauptfläche oder
Seite 32 und eine zweite, äußere Hauptfläche oder
Seite 34 auf der gegenüberliegenden
Seite auf. Die Naht 30 fügt das flexible Element 10 derart
zusammen, dass die Bodenfläche 34 (die
allgemein mindestens eine Schicht unmittelbar darüber einschließt) bei
und/oder nahe dem ersten endständigen
Rand 12 zusammenhängend
ist mit der Deckfläche 32 (die
allgemein mindestens eine weitere Schicht unmittelbar darunter einschließt) bei
und/oder nahe dem zweiten endständigen
Randgebiet 14 ist.
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Eine
bevorzugte Fügeeinrichtung
mit Wärme und
Druck schließt
Ultraschallverschweißung
ein, um das Blatt aus fotoleitendem, bebilderbaren Material in ein
Fotoaufnehmerband zu transformieren. Das Band kann durch Ultraschallverschweißen der überlappten,
gegenüberliegenden
Endgebiete eines Blattes hergestellt werden. Bei dem Prozess der
Nahtverschweißung
mit Ultraschall wird Ultraschallenergie, die auf das Überlappungsge biet
angewandt wird, verwendet, um geeignete Schichten, wie etwa die
Ladungstransportschicht 16, die Generatorschicht 18, die
Zwischenschicht 20, die Blockierungsschicht 22, einen
Teil der Trägerschicht 26 und/oder
die Antiwellungsrückseitenschicht 28 aufzuschmelzen.
Direktes Verschmelzen der Trägerschicht
erzielt eine optimale Nahtfestigkeit.
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In
der 3 wird eine herkömmliche Vorrichtung 36 zum
Ultraschallschweißen
gezeigt. Die Vorrichtung 36 umfasst ein Ultraschallhorn 38,
das veranlasst wird, längs
seiner Iongitudinalen Achse durch eine Wandlerbaugruppe 40,
welche an die Oberseite desselben angebracht ist, zu oszillieren. Über der Wandlerbaugruppe 40 ist
eine Spule 42 angebracht, um das Ultraschallhorn 38 und
die Wandlerbaugruppe 40 in vertikaler Richtung auszuziehen
oder zurückzuziehen.
Die Naht 30 (nicht in 3 gezeigt), welche
durch die überlappenden
Segmente der endständigen
Randgebiete 12 und 14 des flexiblen Elementes 10 ausgebildet
wird, wird durch die obere Fläche
eines Amboss 44 unterstützt
und unter dem Weg des Ultraschallhornes 38 durch die Saugwirkung
von parallelen Reihen von Nuten 46, 48, 50 und 52 an
Ort und Stelle gehalten. Der Amboss 44 schließt vorzugsweise
eine Vakuumquelle ein oder ist mit dieser verbunden zum Niederhalten
der überlappenden
Enden des Elementes 10. Das Ultraschallhorn 38 und die
Wandlerbaugruppe 40 werden durch das untere Ende einer
vertikal hin- und herlaufenden Stange (nicht gezeigt) getragen,
die sich von dem unteren Ende der Spule 42 erstreckt, die
an der oberen Gelenkhälfte
eines im Wesentlichen horizontal hin- und herlaufenden Wagen 54 angebracht
ist. Eine Seite der unteren Gelenkhälfte des Wagens 54 wird
durch ein Paar von Kissenblöcken 56 abgestützt, das
wiederum auf einer horizontalen Stange 58 gleitet. Die andere
Seite des Wagens 54 wird von einem Paar von Nockenfolgern 60 abgestützt, das
auf der äußeren Oberfläche einer
horizontalen Stange 62 abrollt. Eine drehbare Gewindespindel 64 treibt
den horizontal hin- und herlaufenden Wagen 54 über eine
Kugelaufnahme 66 an, die an dem Wagen 54 befestigt
ist. Die horizontalen Stangen 58 und 62 sind ebenso
wie die Gewindespindel 64 an jedem Ende durch eine Rahmenbaugruppe
(nicht gezeigt) befestigt. Die Gewindespindel 64 wird durch
ein Band gedreht, das durch einen Elektromotor angetrieben wird
(nicht gezeigt), welcher ebenso von der Rahmenbaugruppe getragen
wird.
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Wenn
das Überlappungsgebiet,
das durch die endständigen
Randgebiete 12 und 14 des flexiblen Elementes 10 ausgebildet
wird, auf dem Amboss 44 unterhalb des Ultraschallhornes 38 bei
der Bandschweißstation
angeordnet wird, wird die Spule 42 deaktiviert, um den
Wandler 40 in Richtung auf den Amboss 44 aus der
zurückgezogenen
Position (in welcher die Spule 42 aktiviert ist) auszufahren.
Der Wandler 40 wird durch den Elektromotor aktiviert, um die
Gewindestange 64 anzutreiben, welche wiederum den horizontal
hin- und herlaufenden Wagen 54 über die Naht 30 bewegt,
die durch den Amboss 44 abgestützt wird.
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Das
Herunterfahren des Wandlers 40 durch die Deaktivierung
der Spule 42 bringt das Ultraschallhorn 38 in
druckmäßigen Eingriff
mit einem geeigneten Überlappungsgebiet
(z. B. 1,02 Millimeter bzw. 0,040 Inch) des flexiblen Elementes 10.
Die hohe Schwingungsfrequenz des Ultraschallhornes 38 entlang
seiner vertikalen Achse verursacht, dass die Temperatur von mindestens
den zusammenhängenden, überlappenden
Oberflächen
des flexiblen Elementes 10 ansteigen, bis mindestens eine
Schicht (z. B. die Ladungstransportschicht 16) des flexiblen
Elementes 10 fließt,
wodurch die Bildung einer geschweißten Naht 30 bewirkt
wird. Das Schweißen
der zusammenhängenden, überlappenden
Oberflächen des
flexiblen Elementes 10 kann am besten erreicht werden,
wenn das flexible Element 10 Schichten umfasst, welche
aufgrund der angewandten Energie der Ultraschallwellen fließen (z.
B. Ladungstransportschicht 16 und Antiverwellungsrückseitenschicht 28). Für eine optimale
Nahtfestigkeit ist es vorzuziehen, dass die Schichten des flexiblen
Elementes 10 in dem Überlappungsgebiet
durch die angewandte Ultraschallenergie in den geschmolzenen Zustand
gebracht werden. Auf diese Weise kann das Aufschmelzen der Trägerschicht 26 erreicht
werden, um die Schweißnaht 30,
wie in 2 veranschaulicht, auszubilden. Das Verschweißen von
gegenüberliegenden
Enden eines Blattes zum Ausformen eines elektrofotografischen Bandes
ist gut bekannt und beispielsweise in US-A-4,838,964, US-A-4,878,985, US-A-5,085,719
und US-A-5,603,790
beschrieben, wobei die gesamte Offenbarung derselben hiermit als Bezug
aufgenommen wird.
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Das
flexible Element 10 kann von jeder passenden Dicke sein,
die eine geeignete Erwärmung der
zusammenhängend überlappenden
Oberflächen der
endständigen
Randgebiete 12 und 14 ermöglicht, um das Fügen zu erreichen,
wenn ausreichend Wärmeenergie
auf die zusammenhängend überlappenden
Oberflächen
angewandt wird. Es kann jede passende Erwärmungstechnik verwendet werden,
um die notwendige Wärme
bei den zusammenhängend überlappenden
Oberflächen
bereitzustellen, um das thermoplastische Material zu schmelzen und
zu veranlassen, dass dieses das Überlappungsgebiet
des flexiblen Elementes 10 verschweißt. Daher transformiert eine
passende Technik die Form des flexiblen Elementes 10 von
einem Blatt aus elektrofotografischem, bebilderbarem Material in
ein elektrofotografisches, bebilderbares Band.
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Wenn
bei dem zusammenhängend überlappenden
Gebiet Ultraschallverschweißen
verwendet wird, ist das flexible Element 10 zwischen dem
Amboss 44 und dem Ultraschallhorn 38 angeordnet.
Das schnelle Zusammentreffen des ersten endständigen Randgebietes 12 gegen
das zweite endständige Randgebiet 14 des
flexiblen Elementes 10 bewirkt die Erzeugung von Wärme. Eine
Hornschwingungsfrequenz im Bereich von ungefähr 16 kHz oder höher kann
verwendet werden, um zu bewirken, dass das flexible Element 10 erweicht
und schmilzt. Da die Wärme
an der Nahtstelle der Einrichtung sehr schnell erzeugt wird, kann
ausreichend Wärme
zum Schmelzen der Schichten des flexiblen Elementes 10 typischerweise
in ungefähr
1,2 Sekunden auftreten, wenn das Horn 38 sich entlang des Überlappungsgebietes
bewegt.
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Wenn
das Horn 38 auf das Überlappungsgebiet
des flexiblen Elementes 10 heruntergefahren wird, wird
elektrische Leistung an den Wandler 40 geliefert und der
Elektromotor (nicht gezeigt) wird aktiviert, um die Gewindestange 64 anzutreiben,
die wiederum den horizontal hin- und herlaufenden Wagen 54 und
das Ultraschallhorn 38 entlang des Überlappungsgebietes des flexiblen
Elementes 10 bewegt. Nachdem der Wagen 54 seinen
Durchlauf über
dem Überlappungsgebiet
beendet hat, wird die Spule 42 aktiviert, um den Wandler 40 von
dem Amboss 44 wegzubewegen, der Wandler 40 deaktiviert
und der Elektromotor (nicht gezeigt) wird umgekehrt angetrieben,
um den horizontal hin- und herlaufenden Wagen 54 in dessen
Startposition zurückzufahren.
Eine typische Durchlaufgeschwindigkeit für das Ultraschallhorn für die Nahtverschweißung kann
im Bereich von 25,4 Millimeter bis 127 Millimeter (1 bis 5 Inch)
pro Sekunde ausgewählt
werden.
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Mit
der Fertigstellung der Verschweißung des Überlappungsgebietes in eine
Naht 30 wird das Überlappungsgebiet
in ein Überlappungs-
und Stoßgebiet
gemäß 2 und 4 übertragen.
In dem überlappenden
und zusammenstoßenden
Gebiet werden die Abschnitte des flexiblen Elementes, welche ursprünglich die
endständigen
Randgebiete 12 und 14 ausgebildet haben, durch
die Naht 40 derart zusammengefügt, dass die ursprünglichen
endständigen
Randgebiete 12 und 14 sich überlappen und gegeneinander
stoßen.
Die geschweißte
Naht 30 enthält
die oberen und unteren Verspritzungen 68 und 70 an
jedem Ende derselben, wie in 2 und 4 veranschaulicht.
Die Verspritzungen 68 und 70 werden bei dem Prozess
des Fügens
der endständigen
Randgebiete 12 und 14 ausgebildet. Es wird notwendigerweise
geschmolzenes Material von jeder Seite des Überlappungsgebietes ausgestoßen, um das
unmittelbare Verschmelzen der Trägerschicht 26 zu
der Trägerschicht
zu erleichtern und bedingt die Bildung der Verspritzungen 68 und 70.
Die obere Verspritzung 68 ist über dem überlappenden, endständigen Randgebiet 14 ausgebildet
und angeordnet, das an die Deckfläche 32 stößt und benachbart
ist zu und anstößt an das überlappende,
endständige
Randgebiet 12. Die untere Verspritzung 70 ist
unterhalb des überlappenden,
endständigen
Randgebietes 12 ausgebildet und angeordnet, das an die
Bodenfläche 34 stößt und benachbart
ist zu und anstößt an das überlappende,
endständige
Randgebiet 14. Die Verspritzungen 68 und 70 erstrecken
sich jenseits der Seiten und der Ränder der Naht 30 in
dem Überlappungsgebiet
des verschweißten
flexiblen Elementes 10. Die Ausdehnung der Verspritzungen 68 und 70 über die Seiten
und Ränder
der Naht 30 hinaus ist für viele Maschinen, wie etwa
elektrofotografische Kopierer, Duplikatoren und Kopierer unerwünscht, die
eine präzise
Kantenpositionierung eines flexiblen Elementes 10 während des
Maschinenbetriebes erfordern. Allgemein werden die Ausdehnungen
der Verspritzungen 68 und 70 an den Bandrändern des
flexiblen Elementes 10 durch einen Schnittvorgang entfernt.
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Eine
typische Verspritzung weist eine Dicke von ungefähr 68 Mikrometer auf. Jede
der Verspritzungen 68 und 70 weist eine ungleichmäßige, aber im
Wesentlichen rechteckige Form auf, die eine Seite 72 (freie
Seite, die ein freies Ende ausbildet) auf, die sich von der nach
außen
gewandten Seite 74 (die sich allgemein parallel zu entweder
der Deckfläche 32 oder
der Bodenfläche 34 erstreckt)
erstreckt. Die freie Seite 72 der Verspritzung 68 bildet
ungefähr
einen rechten Winkel θ1 mit der Bodenfläche 34 des flexiblen
Elementes 10 aus. In ähnlicher
Weise bildet die freie Seite 73 der Verspritzung 70 ungefähr einen rechten
Winkel θ2 aus, der Auftreff- oder Kreuzungspunkt 76 besteht
an der Kreuzung des freien Endes 72 der oberen Verspritzung 68 und
der Deckfläche 32 des
flexiblen Elementes 10. In ähnlicher Weise besteht ein
Auftreff- oder Kreuzungspunkt 78 an der Verbindung der
freien Seite 72 der unteren Verspritzung 70 und
der Bodenfläche 34 des
flexiblen Elementes 10. Die beiden Kreuzungspunkte 76 und 78 stellen
die Fokussierungspunkte der Spannungskonzentration dar und werden
die Ausgangspunkte von Fehlern, die die mechanische Unversehrtheit
des flexiblen Elementes 10 beeinträchtigen.
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Während des
Betriebes der Maschine läuft das
mit Naht versehene flexible Bandelement 10 über Walzen
oder biegt sich über
dieselben, insbesondere Walzen mit kleinem Durch messer eines Bandträgermoduls
innerhalb der xerofotografischen, bilderzeugenden Vorrichtung. In
diesem Fall üben
die Walzen als Ergebnis der dynamischen Verbiegung des flexiblen
Elementes 10 während
des dynamischen Umlaufs eine Kraft auf das flexible Element 10 aus,
welche bewirkt, dass sich eine große Beanspruchung im Allgemeinen
in der Nachbarschaft der Naht 30 aufgrund der zusätzlichen
Dicke derselben entwickelt. Die Konzentration der Beanspruchung,
die durch das Verbiegen nahe an den Schnittpunkten 76 und 78 eingeleitet
wird, kann Werte erreichen, die wesentlich größer sind als der mittlere Wert
der Beanspruchung über
die gesamte Länge
des flexiblen Elementes 10. Die eingeführte Biegespannung verhält sich
zum Durchmesser einer Walze, über
die sich das flexible Element biegt, umgekehrt und steht unmittelbar
im Bezug mit der Dicke der Naht 30 des flexiblen Elementes 10.
Wenn ein strukturelles Element, wie etwa das flexible Element 10 eine
plötzliche
Vergrößerung der
Querschnittsdicke in dem Überlappungsgebiet
enthält,
tritt eine hohe lokalisierte Spannung in der Nähe der Diskontinuität auf, z.
B. an den Schnittpunkten 76 und 78.
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Wenn
sich das flexible Element 10 über die Walzen eines Bandmodules
innerhalb einer elektrofotografischen, bilderzeugenden Vorrichtung
biegt, wird die Bodenfläche 34 des
flexiblen Elementes 10, welche eingerichtet ist, die äußere Oberfläche der Walze
zu berühren,
zusammengepresst. Im Gegensatz dazu wird die Deckfläche 32 unter
Spannung gedehnt. Dies kann der Tatsache zugeordnet werden, dass
die Deckfläche 32 und
die Bodenfläche 34 sich auf
einem kreisförmigen
Weg um die kreisförmige Walze
bewegen. Da sich die Deckfläche 32 bei
einem größeren Radiusabstand
von dem Mittelpunkt der kreisförmigen
Walze befindet als die Bodenfläche 34, muss
die Deckfläche 32 eine
größere Entfernung
zurücklegen
als die Bodenfläche 34 in
demselben Zeitraum. Daher muss die Deckfläche 32 relativ zu
einem allgemeinen Mittelabschnitt des flexiblen Elementes 10 (der
Abschnitt des flexiblen Elementes 10, der sich allgemein
entlang dem Schwerpunkt des flexiblen Elementes 10 erstreckt)
unter Spannung gedehnt werden. In ähnlicher Weise muss die Bodenfläche 34 in
Bezug auf den allgemeinen Mittelabschnitt des flexiblen Elementes 10 (der
Abschnitt des flexiblen Elementes 10, der sich allgemein
entlang dem Schwerpunkt des flexiblen Elementes 10 erstreckt)
zusammengepresst werden. Dementsprechend wird die Biegebeanspruchung
an dem Schnittpunkt 76 eine Zugspannung sein und die Biegebeanspruchung
an dem Schnittpunkt 78 eine Druckspannung sein.
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Druckspannungen,
wie etwa an dem Schnittpunkt 78, verursachen selten ein
Versagen der Naht 30. Spannungsbeanspruchungen, wie etwa
an dem Schnittpunkt 76, stellen jedoch viel eher ein Problem dar.
Die Zugspannungskonzentration an dem Schnittpunkt 76 wird
sehr wahrscheinlich einen Anfangsbruch durch die elektrisch aktiven
Schichten des flexiblen Elementes 10 bewirken, wie in der 4 veranschaulicht.
Der veranschaulichte Bruch 80 ist benachbart zu der Deckseitenverspritzung 68 des
zweiten, endständigen
Randgebietes 14 des flexiblen Elementes 10. Der
sich allgemein senkrecht erstreckende Bruch 80, der in
der Ladungstransportschicht 16 ausgelöst wird, dehnt sich weiter
durch die Generatorschicht 18 aus. Der Bruch 80 erstreckt
sich unvermeidlich allgemein horizontal, um Nahtablösung 81 zu
entwickeln, die die relativ geringe Klebeadhäsion zwischen den zusammenliegenden
Flächen
der Generatorschicht 18 und der Zwischenschicht 20 begünstigt wird.
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Die
Ausbildung der örtlichen
Nahtablösung 81 wird
typischerweise als Nahtaufwulsten bezeichnet. Die Wirkung der zusätzlichen
Dicke der Verspritzung 68 und der Spannungskonzentration
an dem Schnittpunkt 76 besteht dann, dass das flexible
Element 10 veranlasst wird, sich während ausgedehntem Maschinenbetrieb
zu verhalten, als bestünde dann
ein Materialdefekt. Daher neigt die Verspritzung 68 dazu,
die Entwicklung von Versagen aufgrund von dynamischer Ermüdung der
Naht 30 zu begünstigen und
kann zur Trennung der aneinander gefügten endständigen Randgebiete 12 und 14 führen, wodurch
das flexible Element 10 bricht. Dementsprechend wird die
Wartungslebensdauer des flexiblen Elementes 10 verkürzt.
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Zusätzlich zu
dem Nahtausfall wirkt der Bruch 80 als eine Ablagerstelle
und sammelt Toner, Papierfasern, Schmutz, Abfall und andere unerwünschte Materialien
während
der elektrofotografischen Bilderzeugung und Reinigung des flexiblen Elementes 10.
Beispielsweise wird während
des Reinigungsprozesses ein Reinigungsgerät, wie etwa eine Reinigungsklinge,
wiederholt über
den Bruch 80 laufen. In dem Maße, wie der Bruch 80 mit
Verschmutzung aufgefüllt
wird, entfernt das Reinigungsgerät
mindestens einen Teil dieses bruchkonzentrierten Ausmaßes von
Verschmutzung von dem Bruch 80. Die Menge der Verschmutzung
ist jedoch oberhalb der Entfernungskapazität des Reinigungsgerätes. Folglich
entfernt das Reinigungsgerät
die hochkonzentrierte Ansammlung von Verschmutzung, kann jedoch
nicht die gesamte Menge während
des Reinigungsprozesses entfernen. Anstatt dessen werden Teile der
hochkonzentrierten Verschmutzung auf der Oberfläche des flexiblen Elementes 10 abgelagert.
Tatsächlich
verteilt das Reini gungsgerät
die Verschmutzung über
die Oberfläche
des flexiblen Elementes 10 anstatt die Verschmutzung von
demselben zu entfernen.
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Zusätzlich zu
dem Nahtversagen und der Ausbreitung von Verschmutzung bildet der
Abschnitt des flexiblen Elementes 10 oberhalb der Nahtablösung 81 tatsächlich eine
Klappe, die sich nach oben bewegt. Die Bewegung der Klappe nach
oben stellt ein weiteres Problem während des Reinigungsbetriebes
dar. Die Klappe wird zu einem Hindernis in dem Weg des Reinigungsgerätes, wenn
das Gerät
sich über
die Oberfläche
des flexiblen Elementes 10 bewegt. Das Reinigungsgerät schlägt schließlich an
der Klappe an, wenn sich die Klappe nach oben erstreckt. Wenn das
Reinigungsgerät
gegen die Klappe schlägt,
wird eine große
Kraft auf das Reinigungsgerät
ausgeübt,
welche zu einem Schaden desselben führen kann, z. B. zu starker
Abnützung
und Reißen der
Reinigungsklinge.
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Zusätzlich zur
Beschädigung
der Reinigungsklinge verursacht das Schlagen der Klappe durch das
Reinigungsgerät
ungewünschte
Vibration in dem flexiblen Element 10. Diese unerwünschte Vibration
beeinflusst die Kopier-/Druckqualität, die von dem flexiblen Element 10 erzeugt
wird, ungünstig. Die
Kopie/der Ausdruck wird beeinträchtigt,
weil die Bilderzeugung auf einem Teil des flexiblen Elementes 10 gleichzeitig
mit der Reinigung eines anderen Teiles des flexiblen Elementes 10 stattfindet.
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Vibrationsprobleme,
die mit dem flexiblen Element 10 auftreten, sind nicht
ausschließlich
auf ein flexibles Element 10 beschränkt, das einer Nahtablösung 81 unterzogen
ist. Die Ungleichmäßigkeit
in der Querschnittsdicke des flexiblen Elementes an den Schnittpunkten 76 und 78 kann
ebenso unerwünschte
Vibration erzeugen, insbesondere, wenn sich das flexible Element 10 über Walzen
von kleinem Durchmesser eines Bandmoduls oder zwischen zwei nahe
benachbarten Walzen biegt.
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In
der 5 wird ein Band 10 veranschaulicht, das
unmittelbar auf einer zylindrischen Trägerröhre 90 angebracht
ist, welche einen äußeren Krümmungsradius
zwischen ungefähr
9,5 Millimeter und ungefähr
50 Millimeter aufweist (d. h. einen Krümmungsdurchmesser zwischen
ungefähr
19 Millimeter und ungefähr
100 Millimeter). Wenn der Krümmungsdurchmesser,
der für
die Wärmebehandlung
der Naht gewählt
wird, kleiner als ungefähr
9,5 Millimeter ist (d. h. der Krümmungsdurchmesser
von ungefähr
19 Millimeter), wird die Festigkeit des elektrofotografischen, bilderzeugenden
Bandes jede Bemü hung
extrem schwierig machen, das Band 10 zu biegen, um eine
sehr kleine Krümmung
vor der Wärmebehandlung
zu ereichen. Wenn der Krümmungsradius
größer als
ungefähr
50 Millimeter (d. h. Krümmungsdurchmesser
von ungefähr
100 Mikrometer) werden die Vorzüge
der vorliegenden Erfindung nicht vollständig realisiert, weil keine
wesentliche Nahtspannungsverminderung in der bilderzeugenden Schicht erreicht
wird. Gemäß 5 kann
das elektrofotografische, bilderzeugende Band 10 mit der
Bandnaht 30 unmittelbar über dem zylindrischen Rohr 90 angeordnet
werden, wobei die gekrümmte
Oberfläche
des Rohres 90 in engem Kontakt mit der Rückseitenfläche des
Bandes 10 steht und die bilderzeugende Oberfläche des
Bandes 10 nach außen
gerichtet ist, weg von dem Rohr 90. Um einen engen Kontakt
und Anschmiegung des Bandes mit ungefähr der Hälfte des Rohres 90 sicherzustellen,
wird eine geringfügige
Spannung auf das Band 10 durch Einsetzen eines zylindrischen
Rohres 92 von geringem Gewicht in die untere Schleife des
Bandes 10 angewandt, während das
Band 10 von dem Rohr 90 hängt. Das Rohr 90 kann
durch Befestigen eines Endes mit einer Trägerwand oder – rahmen
eine Auskragung aufweisen. Der Krümmungsradius des Rohres 90 kann
von ungefähr
9,5 Millimeter bis zu jeder größeren Abmessung
von ungefähr
50 Millimeter sein. Ein wünschenswerter
Wickelwinkel für
das Nahtsegment, welches auf dem rückseitenunterstützenden
zylindrischen Rohr 90 ruht, sollte ein gebogenes Gebiet
in dem Nahtgebiet von mindestens ungefähr so breit wie der Durchmesser
des erwärmten,
im Wesentlichen kreisrunden Fleckes bereitstellen. Es ist zu bevorzugen,
dass der Wickelwinkel, der die Naht und ein Gebiet des Bandes benachbart
zu jeder Seite der Naht, die sich an die gebogene Stützfläche des
Stützelementes
anschmiegt, zwischen ungefähr
10 Grad und ungefähr
180 Grad ist. Das für
das Rohr 90 und das Rohr 92 verwendete Material
kann jedes passende Material sein, einschließlich beispielsweise Metall, Kunststoff,
zusammengesetzte Materialien und Ähnliches. Bei der in 5 beschriebenen
schematischen Anordnung wird ein Wärmeelement oder -quelle (nicht
gezeigt) unmittelbar über
dem zylindrischen Rohr 90 angeordnet, um Wärmeenergie
für den
Wärmebehandlungsprozess
zur Verminderung der Nahtspannung bereitzustellen. Da die Wärmeeinrichtung,
die für
Wärmebehandlungsprozesse
einer Naht im Stand der Technik angewendet werden, üblicherweise
eine Quelle auftreffender heißer
Luft, ein Heizer vom Typ des Toasterofens, der heiße Drahtabschnitte
oder ein Quarzrohr ist, ist das Gebiet der gesamten Nahtlänge, das
sich unmittelbar unter Wärmeexponierung
befindet, groß und
bedingt ein Aufheizen des Bandstützelementes,
wobei der Fortgang der Erwärmung
dementsprechend eine längere Zeit
benötigt,
bis das Nahtgebiet die Temperatur zur Nahtspannungsverminderung
erreicht, und eine lange Zeit zum Abkühlen des Nahtge bietes und des Bandstützelementes.
Weiterhin emittiert die typische Wärmequelle, die im Stand der
Technik für
den Wärmebehandlungsprozess
der Naht verwendet wird, ein breites Band von Infrarotstrahlungswärme, welches
mehrere Minuten von verstrichener Zeit erfordert, um einen Aufwärm-/Abkühlungsprozesszyklus fertig
zu stellen. Diese bekannten Vorgehensweisen verursachten die Aufheizung
des zylindrischen Stützelementes,
was die Abkühlraten
des Bandes nach der Erwärmung
verlangsamt.
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In
starkem Gegensatz hierzu verwendet der Prozess der vorliegenden
Erfindung, wie er in 6 veranschaulicht wird, eine
Wärmequelle 103 mit
einer Halogenquarzlampe von hoher Leistung mit Wolfram, um lokalisierte,
fokussierte Erwärmung
von nur einem kleinen, im Wesentlichen kreisrunden Fleck bereitzustellen,
der die Naht überspreizt,
während die
Naht des bilderzeugenden Bandes 10 ungefähr auf der
12 Uhr-Position auf dem hohlen Trägerzylinder 90 ruht.
Anstelle eines Gewichtszylinders 92 (siehe 5)
zur Bereitstellung einer Bandspannung wird eine schmale Aussparung 104 [z.
B. mit einer Breite von ungefähr
0,06 Inch (1,5 Millimeter)] auf jeder Seite des hohlen Trägerzylinders 90 verwendet, um
das Band 10 gegen die gebogene Oberfläche des Zylinders 90 zu
halten. Die Aussparungen 104 sind ungefähr 180 Grad beabstandet und
erstrecken sich axial entlang beider Seiten des Zylinders 90.
Ein Ende des Rohres 90 ist abgedichtet (nicht gezeigt) und
das andere wird mittels einer passenden Einrichtung, wie etwa einem
mit Ventil versehenem flexiblen Schlauch (nicht gezeigt) zu irgendeiner
passenden Vakuumquelle verbunden. Nachdem das Band 10 auf dem
Rohr 90 per Hand oder durch irgendeine geeignete, herkömmliche
robotische Einrichtung angeordnet ist, wird das anfänglich geschlossene
Ventil in dem flexiblen Schlauch zu der Vakuumquelle geöffnet, um
das Band 10 gegen die obere gebogene, halbkreisförmige Oberfläche des
Rohres 90 zu saugen, und eine Überwicklung des Bandes 10 um
die obere gebogene, halbkreisförmige
Oberfläche
des Rohres 90 um im Wesentlichen 180 Grad zu erreichen.
Es können
Stopfen, Dichtungen und Kappen oder Ähnliches verwendet werden,
um die Endöffnungen
des Stützrohres 90 zu
schließen,
um den Aufbau von Vakuum sicherzustellen. Wenn gewünscht, kann
anstelle oder zusätzlich
der Aussparungen 104 eine Vielzahl von Löchern von
irgendeiner passenden Form (z. B. rund, oval, quadratisch, und Ähnliches)
verwendet werden. Die Größe der Aussparungen
und Löcher
sollte klein genug sein, um Verzerrung des Bandes während der
Aufheiz- und Kühlschritte
zu vermeiden. Der Widerstand des Bandes gegenüber Verformungen bei der Anwendung
von Ansaugung hängt
von der Trägerfestigkeit des
bestimmten, angewandten Bandes ab, die wiederum von den bestimmten
Materialien in und der Dicke der Schichten in dem Band abhängt.
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Die
Wolfram-Halogenquarzlampe 105 emittiert eine überwiegende
Strahlungswellenlänge
von ungefähr
0,98 Mikrometer. Vorzugsweise weist mindestens ungefähr 80 Prozent
der von der Wolfram-Halogenquarzlampe 105 emittierten Strahlung eine
Strahlungswellenlänge
von ungefähr
0,98 Mikrometer auf. Eine typische, im Handel erhältliche Wärmequelle
mit Wolfram-Halogenquarzlampe für Infrarot,
die bei hoher Leistung betrieben wird, ist eine Modell 4085-Infrarotwärmequelle
von Research Inc., die eine Wolfram-Halogenquarzlampe von 750 Watt (750
Q/CL, erhältlich
von Research Inc.) umfasst, die sich an einem Fokalpunkt innerhalb
eines halbellipsoidisch geformten Wärmereflektors aus Aluminium
befindet, ähnlich
zu der schematischen Anordnung, die in 6 gezeigt
ist. Diese infrarote Wärmequelle
weist eine einstellbare Energieausgabe auf mit Wärmeflussdichten bis zu 650
Watt pro Square Inch (1007 Kilowatt pro Quadratmeter) an einem Fokalpunkt
von 6 Millimeter Durchmesser der umgewandelten Infrarotenergie.
Eine Wolfram-Halogenquarzlampe von 500 Watt ist ebenso von Research
Inc. erhältlich.
Der Kolben 105 ist in einem halbellipsoidischen Reflektor 106 an
dem Fokalpunkt des Reflektors angeordnet, so dass die gesamte reflektierte
Energie von dem Kolben 105 an dem anderen Fokalpunkt außerhalb
des Reflektors 106 zusammenläuft. Wenn der halbellipsoidische
Reflektor als ein vollständiges
Ellipsoid ausgebildet wäre,
anstelle eines halben Ellipsoides, würde es zwei symmetrisch angeordnete
Fokalpunkte geben, einen, in dem der Kolben 105 angeordnet
und ein weiterer, wo die reflektierte Energie von dem Kolben 105 zusammenläuft. Der
Reflektor kann aus jedem passenden, beschichteten oder umschichteten
Material hergestellt werden. Typische Materialien schließen beispielsweise
unbeschichtetes Aluminium, goldbeschichtetes Metall, rostfreien
Stahl, Silber und Ähnliche
ein. Wenn gewünscht,
kann der Reflektor Öffnungen
enthalten, um die Zirkulation eines kühlenden Gases zu erleichtern.
Eine Vergrößerung der
Fläche
der Öffnungen
in dem Reflektor wird die Menge der von dem Kolben 105 reflektierten
Energie, die an dem anderen Fokalpunkt außerhalb des Reflektors 106 zusammenläuft, verringern.
Der Abstand zwischen dem Reflektor und der äußeren Oberfläche der
Naht wird durch irgendeine passende Einrichtung eingestellt, wie
etwa eine herkömmliche
Spindel- und Kugeleinrichtung 88 (oder eine andere passende
Einrichtung, wie etwa eine Stange, die an einem beweglichen Wagen
befestigt ist und einer Gleitmanschette, die mit einer Einstellschraube
verbunden ist, wobei die Manschette mit dem Reflektor verbunden
ist und auf der Stange verschiebbar ist), um einen im Wesentlichen kreisförmigen Infrarotfleck
von hoher Intensität
zu erzielen, der einen Durchmesser zwischen ungefähr 3 Millimeter
und ungefähr
25 Millimeter aufweist. Dieser Infrarotfleck von hoher Intensität erhöht im Wesentlichen
unverzüglich
die Temperatur von nur einem kleinen, begrenzten Gebiet der Ladungstransportschicht
in dem Nahtgebiet über
die Glasübergangstemperatur
(Tg). Typischerweise liegt die Tg eines filmausbildenden Polymers,
das für
Beschichtungsanwendungen bei elektrostatografischen, bilderzeugenden
Schichten verwendet wird, bei mindestens ungefähr 45 °C, um die meisten Betriebsbedingungen
von Maschinen mit bilderzeugendem Band zu erfüllen. Vorzugsweise sollte die
Wärmebehandlung
ungefähr
zwischen Tg und ungefähr
25 °C über Tg der
bilderzeugenden Schicht ausgeführt
werden, um ausreichende Nahtspannungsverminderung zu erreichen.
Die Wärmequelle 103 wird
im Wesentlichen kontinuierlich oder schrittweise entlang der Naht 30 manuell
oder automatisch bewegt, wie etwa durch irgendein geeignetes horizontal
hin- und herlaufendes Wagensystem (nicht gezeigt). Alternativ dazu
kann die Wärmequelle
stationär
gehalten werden und das Band mit dem zylindrischen Stützrohr 90 kann
im Wesentlichen kontinuierlich oder schrittweise, entweder manuell
oder automatisch bewegt werden, etwa durch irgendein passendes,
horizontal hin- und herlaufendes Wagensystem (nicht gezeigt). Das horizontal
hin- und herlaufende Wagensystem kann durch irgendeine passende
Einrichtung, wie etwa eine Kombination aus Spindel und Motor, Band
oder Kettenantriebsschiebesystem und Ähnliches angetrieben werden.
Ein geeigneter horizontal hin- und herlaufender Wagen, Spindel und
Motorkombination wird mit Bezug auf die
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7 und 8 und
das in 3 veranschaulichte Schweißsystem beschrieben. Demnach kann
beispielsweise die in 6 gezeigte Wärmequelle 103 auf
dem in 3 veranschaulichten, horizontal hin- und herlaufenden
Wagen 54 aufgebaut sein, anstelle der in 3 gezeigten
Ultraschallschweißvorrichtung.
Umgekehrt kann das zylindrische Stützelement und das Band auf
dem in 3 veranschaulichten, horizontal hin- und herlaufenden Wagen 54 aufgebaut
sein, anstelle der in 3 gezeigten Ultraschallschweißvorrichtung 36. Ähnliche Kombinationen
von passenden horizontal hin- und herlaufenden Wagen, Spindel und
Motor sind in US-A-4,838,964, US-A-4,878,985 und US-A-5,085,719 beschrieben.
Wenn gewünscht, kann
sowohl die Wärmequelle
als auch das Band mit der Stützeinrichtung
gleichzeitig bewegt werden, um die relative Bewegung untereinander
zu erreichen. Die Wärmequelle 103 wird
vorzugsweise über
die Breite des Bandes unmittelbar über die gesamte Länge der
Naht 30 bei einer Geschwindigkeit zwischen 1 Inch (2,54
Zentimeter) und 5 Inch (12,7 Zentimeter) pro Sekunde transportiert.
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Für die Wärmebehandlung
eines flexiblen, bilderzeugenden Bandelementes mit einer abgeschrägten Naht
kann die Wärmequelle
aufgebaut werden, um der Naht genau zu folgen, wenn die gesamte
Bandbreite überfahren
wird. Es ist jedoch zu bevorzugen, dass das Band gespannt und derart
eingestellt ist, dass die Naht ohne Schräglage über die Oberseite des zylindrischen
Stützrohres
während des
Bandaufbaus angeordnet ist.
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In
den 7 und 8 wird ein im Wesentlichen horizontal
hin- und herlaufender Wagen 110 veranschaulicht. Eine Seite
der unteren Hälfte
des Wagens 110 wird von einem Paar von Kissenblöcken 112 getragen,
welche wiederum auf einer horizontalen Stange 114 gleiten.
Die andere Seite des Wagens 110 wird von einem Paar von
Nockenfolgern 116 getragen, welche auf der äußeren Oberfläche einer
horizontalen Stange 118 abrollen. Eine drehbare Spindel 120 treibt
den horizontal hin- und herlaufenden Wagen 110 über eine
Kugellagerschraube 122 an, die an dem Wagen 110 befestigt
ist. Die horizontalen Stangen 117 und 118 ebenso
wie die Spindel 120 sind an jedem Ende an der Rahmenbaugruppe 124 befestigt.
Die Spindel 120 wird durch ein Band rotiert, das durch
einen Elektromotor 126 angetrieben wird, welcher ebenso
an der Rahmenbaugruppe 124 angebracht ist.
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Eine
einstellbare Justierschraube 128 erstreckt sich durch eine
Arretiermutter 130 und durch ein Gewindeloch in dem Boden 132 des
hin- und herlaufenden Wagens 110. Das untere Ende der Justierschraube 128 erstreckt
sich durch eine zweite Arretiermutter 134 und in eine mit
Gewinde versehene Montageplatte 115, die an der Oberseite
des Reflektors 106 der Wärmequelle 103 befestigt
ist. Durch Lösen
der Arretiermutter 130 kann die Einstellschraube 128 gedreht
werden, um die Wärmequelle 103 entweder
anzuheben oder abzusenken, um den Fokalpunkt der fokussierten Energie
mit der Oberseite der Naht 30 des Bandes 10 zu
justieren. Nach der Justierung wird die Arretiermutter 130 gegen
den Boden 132 des hin- und herlaufenden Wagens 110 angezogen.
Das Band 10 wird in engem Kontakt mit der oberen, gebogenen,
halbkreisförmigen
Oberfläche
des Rohres durch Ansaugen aus den Vakuumaussparungen 104 (siehe 6)
festgehalten. Durch den Anschluss 136 und den flexiblen
Schlauch 138 wird ein Vakuum zu dem hohlen Rohr 90 geliefert.
Der flexible Schlauch 138 ist durch irgendein passendes,
handbedientes oder automatisches Ventil (nicht gezeigt) mit irgendeiner
passenden Vakuumquelle, wie etwa einem Vakuumtank oder einer Vakuumpumpe
(nicht gezeigt) verbunden. Die Bewegung des hin- und herlaufenden
Wagens 110 wird durch Aktivierung des Elektromotors 126 erreicht,
um die Spindel 120 anzutreiben, welche wiederum den horizontal
hin- und herlaufenden Wagen 110 über die Naht 30 bewegt, die
durch das Rohr 90 abgestützt ist. Üblicherweise ist ein einziger
Durchlauf der Wärmequelle 103 in
einer Richtung über
die Naht 30 ausreichend, um eine Spannungsverminderung
in dem Naht gebiet des Bandes 10 zu erreichen. Nach der
Wärmebehandlung
wird der Elektromotor 126 umgeschaltet, um den horizontal
hin- und herlaufenden Wagen 110 in seine Ausgangsposition
zurückzubringen.
-
Mit
nachfolgendem Bezug auf die 9 und 10 ist
ein System mit Vielfachstützelementen, die
mit einer Vakuumquelle durch einen Achskasten verbunden ist, veranschaulicht.
Genauer gesagt sind horizontal auskragende hohle Stützelemente 230 und 232 mit
Aussparungen 233 gezeigt, als unabhängig verbunden jeweils durch
die inneren Vakuumhohlräume
mit den Luftwegen 276 und 278 (der dritte und
der vierte Luftweg sind nicht gezeigt), welche sich durch den Achskasten 240 zu
Anschlüssen
erstrecken, die jeweils die Umfangskanäle 284 und 285 erschließen, wobei
jeder der Kanäle
durch O-Ringdichtungen 286 getrennt
ist. Der Umfangskanal 288 ist mit dem dritten Hohlraum
verbunden und der Umlaufkanal 289 ist mit dem vierten Hohlraum
durch nicht gezeigte Luftwege verbunden. Die umlaufenden Kanäle 284, 285, 288 und 289 sind
durch entsprechende Luftwege durch den Achskasten 240 zu geeigneten,
manuell oder elektrisch aktivierbaren Ventilen (nicht gezeigt) verbunden.
Beispielsweise wird in 9 der Umfangskanal 289 gezeigt,
der zu dem Anschluss 292 verbunden ist, der wiederum durch
eine geeignete Verbindungsleitung (nicht gezeigt) zu einem manuell
oder elektrisch aktivierbaren Ventil (nicht gezeigt) verbunden ist.
Es können
irgendwelche passenden, herkömmlichen
spulenbetriebene Ventile angewandt werden, um das Vakuum für die Komponenten
dieser Erfindung bereitzustellen. Ein Vakuum kann von irgendeiner
geeigneten herkömmlichen
Quelle zu dem Achskasten 240 durch herkömmliche Einrichtungen, wie
etwa geeignete Luftverbindungsleitungen (nicht gezeigt) angeliefert
werden. Es wird herkömmliche
elektrische Schaltung angewandt, um die elektrischen Motoren anzukoppeln,
abzukoppeln oder mit einer elektrischen Quelle umzukehren, durch
geeignete Beschaltung in Reaktion auf ein Signal von einer geeignet programmierbaren
Steuerung 56, wie etwa eine Allen Bradley Programmable
Controller Modell Nr. 2/05 oder Modell Nr. 2/17. In 10 sind
die Stützelemente 230, 232, 300 und 302 gezeigt,
die mit einem Ende durch eine gemeinsame Welle getragen werden und 90
Grad von benachbarten Stützelement
positioniert werden. Wenn gewünscht,
können
mehr oder weniger Stützelemente,
wie Speichen eines Rades, angeordnet werden. Die Stützelemente 230, 232, 300 und 302 sind
eingerichtet, sich zu drehen, wenn die Welle 304 durch
den Elektromotor 308 durch ein geeignetes Getriebe in dem
Getriebegehäuse 310 angetrieben
wird, das an der Seite des Fußes 392 angebracht ist.
Der Auswahltisch 236 wird gedreht, wenn es notwendig ist,
jedes Stützelement
von einer Prozessstation zur nächsten
fortzuschalten.
-
Im
Betrieb wird das Vakuum zu dem Stützelement 230 abgeschaltet,
während
ein frisch verschweißtes
Band von einem Schweißamboss
(nicht gezeigt) auf das leere Stützelement 230 aufgeschoben
wird. Während
ein Band auf das Stützelement 230 aufgeschoben
wird, wird ein weiteres verschweißtes Band auf dem Stützelement 300 durch das
Wärmebehandlungssystem
dieser Erfindung behandelt, wie ein querlaufendes Wärmesystem,
das in 7 und 8 veranschaulicht ist. Während der Wärmebehandlung
und während
des Abkühlprozesses
wird ein Vakuum zu dem Innenraum des Stützelementes 300 angeliefert.
Nachdem ein frisch geschweißtes
Band auf dem Stützelement 230 abgeladen
ist, wobei die verschweißte
Naht des Bandes entlang der Oberseite des Stützelementes 230 angeordnet
ist, wird ein Ventil in einer Leitung, die Vakuum durch den Wellenkasten 240 zu
dem Arm 330 anliefert, geöffnet, um die verschweißte Naht
des Bandes in engen Kontakt mit der oberen Hälfte des Stützelementes 230 zu
bringen. Die Aktivierung des Motors 308 dreht das Stützelement
in Uhrzeigerrichtung, so dass das unbehandelte verschweißte Band
auf dem Stützelement 230 um
90 Grad von der Ladestation zu der Wärmebehandlungsstation bewegt
wird, die vorher durch den Arm 300 belegt war. Während der
Drehung wird das wärmebehandelte
Band auf dem Stützarm 300 zu
einer Entladestation fortgeschaltet, wo das zu dem Stützelement 300 gelieferte
Vakuum durch Schließen
des geeigneten Ventils beendet wird. Nachdem die Vakuumversorgung
zu dem Stützelement 300 beendet
ist, wird das behandelte Band auf demselben entladen und zu einem
Förderer
für die
weitere Bearbeitung übertragen.
Das Beladen und Entladen der Bänder
kann manuell oder durch irgendeine geeignete automatische Einrichtung,
wie etwa einen Robotorarm erfolgen, der mit Saugtassen ausgerüstet ist,
um die Naht des Bandes zu greifen. Die zeitliche Aktivierung des
Elektromotors 308 und der Ventile, die mit der Vakuumversorgung
zu den Stützelementen
verbunden sind, kann manuell oder durch irgendeine passend programmierbare
Steuerung erfolgen. Wenn gewünscht,
können
die freien Enden der Stützelemente
durch irgendeinen geeigneten Mechanismus abgestützt werden, um Bewegung während jeder
Stufe der Bandbehandlung zu minimieren.
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Da
der Infrarotfleck von hoher Intensität, der auf die Oberfläche der
Naht 30 fokussiert ist, im Wesentlichen unverzüglich die
Temperatur der thermoplastischen Polymermatrix in mindestens dem
oberen Abschnitt des bilderzeugenden Gebietes erhöht, welches
nur ein kleines, begrenztes Gebiet der Ladungstransportschicht in
dem Nahtgebiet ist, verbleibt die Temperatur des darunter liegenden
Stützrohres 90 unter
dem Nahtgebiet im Wesentlichen unbeeinflusst und es kann eine schnellere
Abkühlung der
wärmebehandel ten
Naht nachfolgend auf die Heizung erreicht werden. Die sofortige
Nahterwärmung
eines sehr kleinen Gebietes, die Querbewegung der Wärmequelle
auf der Naht und das schnelle Abkühlen sind wesentliche Merkmale,
welche ermöglichen,
dass die große
Masse des die Rückseite
abstützenden
Zylinders 90, als eine Wärmesenke dient, die den heißen Nahtfleck
schnell auf Umgebungstemperatur zurückführt, wenn die Wärmequelle über die
gesamte Bandbreite geführt
wird. Bei dieser schnellen Kombination von Nahterwärmung/-abkühlung kann
die Betriebszykluszeit für
die Wärmebehandlung
zur Nahtspannungsverminderung im Bereich von Sekunden erreicht werden,
in Abhängigkeit von
der Bandbreite eines elektrofotografischen, bilderzeugenden Bandprodukts.
Diese extrem kurze Zykluszeit der Behandlung ist von großer Wichtigkeit, weil
diese in einen Produktionsprozess mit großem Durchsatz integriert werden
kann und synchron mit dem Betrieb der Ultraschallnahtverschweißung von hoher
Geschwindigkeit synchron funktionieren kann, ohne den Durchsatz
der Bandfertigung/-fertigstellung ungünstig zu beeinflussen. Weiterhin
unterdrückt
der Prozess dieser Erfindung wirksam das wärmeinduzierte Umfangsschrumpfen
des Bandes und des begrenzten Nahtgebietes, ebenso wie die Ausbildung von
Verwellung in den vorlaufenden und nachlaufenden Kanten der bilderzeugenden
Zonen in der Nähe der
Naht, was typischerweise mit geschweißten Nahtbändern im Stand der Technik
verbunden ist.
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Für Bänder, die
eine Naht aufweisen, die sich rechtwinklig zu den parallelen Kanten
des Bandes erstreckt, kann der Weg der sich bewegenden Wärmequelle 103 leicht
transportiert werden, um präzise über die
Länge der
Naht 30 zu folgen, wenn die Wärmequelle 103 über die
gesamte Breite des Bandes läuft,
weil die gesamte Länge
der Naht auf der Oberseite (der 12 Uhr-Position) des die Rückseite
stützenden
Zylinders 90 angeordnet ist. Für Bänder mit angeschrägter Naht,
bei welchen die Naht nicht rechtwinklig zu den parallelen Kanten
des Bandes ist, wäre
jedoch normalerweise nur der mittlere Punkt der gesamten Nahtlänge auf
der Oberseite (der 12 Uhr-Position) des die Rückseite stützenden Zylinders 90 angeordnet,
wenn die parallelen Kanten des Bandes rechtwinklig zu der Achse
des Stützzylinders 60 angeordnet
sind. Daher ist vorzuziehen, die Kanten des Bandes vor der Wärmebehandlung
der Naht schräg
anzustellen, so dass die gesamte Nahtlänge 30 unmittelbar
entlang der Oberseite des die Rückseite
abstützenden
Zylinders 90 angeordnet ist und auf dieser ruht.
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Der
Wärmebehandlungsprozess
zur Nahtspannungsverminderung dieser Erfindung ist für hohe Prozessgeschwindigkeit
ausgelegt. Die vorstehend beschriebene Behandlung des flexiblen,
elektrofotografischen, bilderzeugenden Bandes 10 und in den
nachfolgenden Arbeitsbeispielen, umfasst das Biegen des kurzen Segmentes
des elektrofotografischen, bilderzeugenden Bandes in einen Bogen,
der einen im Wesentlichen kreisförmigen
Querschnitt und eine imaginäre
Achse aufweist, welche die Breite des Bandes durchläuft, wobei
die Naht auf der Mitte des Bogens angeordnet ist. Der gewünschte Bogen kann
herkömmlich
durch Anlegen des flexiblen, elektrofotografischen, bilderzeugenden
Bandes 10 auf die gebogene Oberfläche eines länglichen Stützelementes ausgebildet werden,
wobei die gebogene Oberfläche
mindestens einen im Wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt aufweist,
der einen Krümmungsradius
zwischen ungefähr
9,5 Millimeter und ungefähr
50 Millimeter aufweist. Das längliche
Stützelement
kann einfach ein massives oder hohles Rohr oder Stange sein. Da
das Band 10 nur die gebogene Fläche berühren muss, kann die restliche
Oberfläche des
länglichen
Stützelementes
jegliche andere passende Form aufweisen. Beispielsweise kann eine Stange
mit einem rechtwinkligen Querschnitt durch Maschinenbearbeitung
geformt werden, so dass zwei benachbarte Ecken derart abgerundet
werden, dass, wenn derselbe von einem Ende her gesehen wird, eine
Hälfte
der Stange einen halbkreisförmigen Querschnitt
ohne Ecken aufweist und die andere Hälfte zwei der ursprünglichen
90°-Ecken
aufweist. Genau der gerundete Abschnitt der Stange stellt die gebogene
Oberfläche
bereit.
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Wenn
gewünscht,
können
in dem Stützelement
selbst Temperatursensoren angewandt werden, und/oder benachbart
zu der Wärmequelle,
um sicherzustellen, dass ausreichend Wärmeenergie angewandt wird,
um die Temperatur des Nahtgebietes über die Glasübergangstemperatur
des thermoplastischen Polymers in den oberen Beschichtungen, wie
etwa in der bilderzeugenden Ladungstransportschicht des Fotoaufnehmers
anzuheben, während eine übermäßige Erwärmung des
Stützelementes vermieden
wird.
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Optional
kann die Wärmequelle
modifiziert werden, um weitere Merkmale, wie die in 11 gezeigten
einzuschließen.
Daher kann der halbellipsoidische Reflektor 320 der Wärmequelle 322 beispielsweise
Kühlrippen 324 einschließen, um
eine mögliche Überhitzung
zu vermeiden. Weiterhin kann die gesamte Wärmequelle 322 in ein
Gehäuse 326 mit einfacher
oder doppelter Wand eingeschlossen werden, um die Baugruppe thermisch
zu stabilisieren. Das Gehäuse 326 für die Wärmequelle
kann ebenso mit einem Quarzfenster 328 ausgerüstet werden, welches
ausschließlich
die Infrarotenergie von dem Halogenquarzkolben mit Wolfram 330 überträgt. Das Fenster 328 schützt den
Kolben 330 und vermeidet, dass das Band den Kolben 330 berührt. Die
Innenseite des Gehäuses 320 und/oder
der Reflektor 320 können
mit Materialien von hoher Reflektion, wie etwa Gold, beschichtet
sein. Wenn gewünscht,
kann Kühlluft
durch das Gehäuse 320 durch
irgendeine geeignete Einrichtung, wie etwa einen Ventilator, zirkuliert
werden, um die Wärme
von der Baugruppe wegzuführen.
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Ein
Steuersystem kann angewendet werden, um eine proportionale Temperatursteuerung
und Nullspannungsschaltung des Wolfram-Halogenquarzkolbens bereitzustellen.
Dies ermöglicht
rasches Aufheizen des Kolbens, relativ gleichförmige Wärmeerzeugung von einem Ende
des Wagenlaufs zu dem anderen Ende und eine gute Kolbenlebensdauer
für Übertemperatur
und eine Ventilatorsteuerung könnte
ebenso in das System integriert werden. Zeitgestützte Steuerungen könnten ebenso
angewandt werden, um die gewünschte
Zykluszeit zu steuern. Wie in der 12 gezeigt,
stellt ein Nutzer-Schnittstellenprogramm die Steuerungen und Einstellungen
für irgendeine
passende proportionale Steuerung bereit. Die proportionale Steuerung
stellt eine Eingabe zu der Wärmequelle
und einem optionalen Ventilator bereit. Eingabe von Temperatursensoren,
wie etwa IR-Pyrometer über
der Naht und/oder Thermoelementen, die in den Stützelementen eingebettet sind,
wird der proportionalen Steuerung zugeführt. Ein typischer Temperaturbereich
für die
Wärmebehandlung
eines flexiblen Fotoaufnehmerbandes, das eine Ladungstransportschicht
aus Polycarbonat mit einer Dicke von ungefähr 24 Mikrometer enthält, liegt
zwischen ungefähr
180° F (82 °C) und ungefähr 206°F (97 °C). Die Kühlung der
wärmebehandelten
Naht kann in der Umgebungsluft durchgeführt werden, wobei ein großer Teil
der Wärme
von dem Stützelement
absorbiert wird. Es können
weitere Kühlungsverfahren
verwendet werden, wie etwa abgekühltes
Wasser in einem Amboss oder Anblasen des Materials mit kalter Luft.
Allgemein wird das Überfahren,
Aufheizen und Abkühlen
einer Naht innerhalb von ungefähr
3 bis 15 Sekunden mit dem Verfahren dieser Erfindung für Bänder erreicht,
die eine Breite zwischen ungefähr
20 Zentimeter und ungefähr
60 Zentimeter aufweisen.
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Somit
stellt das Verfahren und die Vorrichtung dieser Erfindung ein Band
bereit, in dem die Nahtbiegespannung während dynamischer Verbiegung über die
Walzen eines Bandstützmoduls
während
des bilderzeugenden Zyklus verhindert wird. Diese Spannungsverminderung
in der Naht verhindert frühzeitigen
Nahtbruch und/oder Ablösung
in dem geschweißten
Nahtgebiet, wenn das Band über die
Stützwalzen
des Bandmodules zyklisch bewegt wird. Es ist wichtig anzumerken,
dass nach der Wärmebehandlung
dieser Erfindung Bruch niemals als Problem beobachtet wurde, wenn
das Nahtgebiet sich unter Druck befindet, wenn dieses in irgendwelche
geradlinigen, ebenen Läufen
zwischen den Stützwalzen
in einem bilderzeugenden System zyklisch bewegt wird.
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Nachfolgend
werden einige Beispiele dargestellt und diese sind für unterschiedliche
Zusammensetzungen und Bedingungen veranschaulichend, die bei der
Ausführung
der Erfindung verwendet werden können.
Alle Teilangaben beziehen sich auf das Gewicht, sofern nicht anderweitig
festgestellt. Es wird jedoch offenbar, dass die Erfindung mit vie-len anderen Typen
von Zusammensetzungen ausgeführt
werden kann und viele unterschiedliche Verwendungen gemäß der vorstehenden
Offenbarung und wie nachstehend ausgeführt, aufweisen kann.
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Beispiel I
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Es
wurde eine elektrofotografische, bilderzeugende Bahn hergestellt,
durch Bereitstellen einer Walze aus Titan, die mit biaxial ausgerichtetem
thermoplastischen Polyester (Melinex, erhältlich von ICI Americas Inc.-)Substrat,
das eine Dicke von 3 mils (76,2 Mikrometer) aufweist und durch Anwenden
auf dieselbe unter Verwendung eines Gravuraufgebers, einer Lösung, die
50 Gewichtsteile 3-Aminopropyltriethoxysilan, 50,2 Gewichtsteile
destilliertes Wasser, 15 Gewichtsteile Säure, 684,8 Gewichtsteile von 200
proof denatured alcohol, und 200 Gewichtsteilen Heptan enthält. Diese
Schicht wurde daraufhin bis zu einer maximalen Temperatur von 290 °F (143,3 °C) in einem
Umluftofen getrocknet. Die resultierende Blockierungsschicht hatte
eine getrocknete Dicke von 0,05 Mikrometer.
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Daraufhin
wurde eine klebende Zwischenschicht durch Aufbringen einer nassen
Beschichtung auf die Blockierungsschicht, die 5 Gew.-%, basierend auf
dem gesamten Gewicht der Lösung,
Polyesteradhäsiv
(Mor-Ester 49000, erhältlich
von Morton Internation, Inc.) in einem 70:30-Volumenmischungsverhältnis von
Tetrahydrofuran/Cyclohexanon. Die adhäsive Zwischenschicht wurde
bis zu einer maximalen Temperatur von 275 °F (135 °C) in einem Umluftofen getrocknet.
Die resultierende, adhäsive
Zwischenschicht hatte eine Trocknedicke von 0,07 Mikrometer.
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Daraufhin
wurde die klebende Zwischenschicht mit einer fotoerzeugenden Schicht
beschichtet, die 7,5 Vol.-% von trigonalem Selen, 25 Vol.-% N,N'-Diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-1,1'-biphenyl-4,4'diamin, und 67,5
Vol.-% Polyvinylcarbazol enthält.
Die fotoerzeugende Schicht wurde durch Einführen von 160 gms Polyvinylcarbazol
und 2800 mils einer 1:1-Volumenmischung von Tetrahydrofuran und
Toluol in einer 400 oz-Braunglasflasche
hergestellt. Zu dieser Lösung
wurden 160 gms von trigonalem Selen und 20.000 gms von rostfreien
Stahlkugeln von 1/8 Inch (3,2 Millimeter) Durchmesser hinzu gegeben.
Diese Mischung wurde daraufhin auf eine Kugelmühle für 72 bis 96 Stunden angeordnet.
Nachfolgend wurden 500 gms der erhaltenen Aufschlämmung zu
einer Lösung
von 36 gms Polyvinylcarbazol und 20 gms von N,N'-Diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-1,1'-biphenyl-4,4'diamin, gelöst in 750
mls von 1:1-Volumenverhältnis
von Tetrafluorfuran/Toluol. Diese Aufschlämmung wurde daraufhin für 10 Minuten
auf einen Schüttler
gegeben. Die sich ergebende Aufschlämmung wurde daraufhin auf die
adhäsive Zwischenschicht
durch Extrusionsbeschichtung angewandt, um eine Schicht auszubilden
mit einer nassen Dicken von 0,5 mil (12,7 Mikrometer). Es wurde jedoch
ein Streifen von ungefähr
3 Millimeter Breite entlang einer Kante der Beschichtungsbahn, die
die Blockierungsschicht und die adhäsive Schicht aufweist, absichtlich
unbeschichtet gelassen von jeglichem Material für die fotoerzeugende Schicht,
um einen geeigneten elektrischen Kontakt durch die Massenstreifenschicht
zu erleichtern, die vorher angewendet wurde. Diese fotoerzeugende
Schicht wurde bis zu einer maximalen Temperatur von 280 °F (135 °C) in einem
Umluftofen getrocknet, um eine trockene Dicke der fotoerzeugenden
Schicht von 2,0 Mikrometer auszubilden.
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Diese
beschichtete, bilderzeugende Bahn wurde gleichzeitig mit einer bilderzeugenden
Ladungstransportschicht und einer Massenstreifenschicht durch Koextrusion
der Beschichtungsmaterialien beschichtet. Die Ladungstransportschicht
wurde durch Einbringen von N,N'-Diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-1,1'-biphenyl-4,4'diamin und Makrolon
5705 in einem 1:1-Gewichtsverhältnis,
einem Polycarbonatharz mit einem Molekulargewicht von ungefähr 120.000,
im Handel erhältlich
von Farbenfabriken Bayer AG in eine Braunglasflasche hergestellt.
Die sich ergebende Mischung wurde in Methylenchlorid aufgelöst, um 15
Gew.-% von Feststoff zu erhalten. Diese Lösung wurde mittels Extrusion
auf die Fotogeneratorschicht angewandt, um eine Beschichtung auszubilden,
welche nach dem Trocknen eine Dicke von 24 Mikrometer ergibt.
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Der
etwa 3 mm breite Streifen der adhäsiven Schicht, die von der
Fotogeneratorschicht nicht beschichtet wurde, wurde mit einer Massenstreifenschicht
während
des Koextrusionsprozesses beschichtet. Die Mischung der Beschichtung
für die Massenstreifenschicht
wurde durch Kombinieren von 23,81 gms Polycarbonatharz (Makrolon
5705, 7,87 Gew.-% des gesamten Feststoffes, erhältlich von Bayer AG), und 332
gms von Me thylenchlorid in einem Glasballonbehälter hergestellt. Der Behälter wurde
dicht verschlossen und auf eine Rollenmühle für ungefähr 24 Stunden aufgesetzt, bis
das Polycarbonat in dem Methylenchlorid gelöst war. Die sich ergebende
Lösung
wurde für
15 bis 30 Minuten mit ungefähr
93,89 gms einer Grafitdispersion (13,2 Gew.-% Festbestand) von 9,41
Gewichtsteilen Grafit, 2,87 Gewichtsteilen Zellulose und 87,7 Gewichtsteilen
Lösungsmittel
(Acheson Graphite dispersion RW22790, erhältlich von Acheson Colloids
Company) mit Hilfe einer Klinge von großer Scherung in einem wassergekühlten, ummantelten
Behälter
dispergiert, um zu vermeiden, dass sich die Dispersion überheizt
und Lösungsmittel
verliert. Die sich ergebende Dispersion wurde daraufhin gefiltert
und die Viskosität
mit Hilfe von Methylenchlorid eingestellt. Diese Beschichtungsmischung
für die
Massenstreifenschicht wurde daraufhin durch Koextrusion mit der bilderzeugenden
Ladungstransportschicht auf die elektrofotografische, bilderzeugende
Bahn angewandt, um eine elektrisch leitende Massenstreifenschicht
auszubilden, die eine getrocknete Dicke von ungefähr 14 Mikrometer
aufweist.
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Die
sich ergebende, bilderzeugende Bahn mit allen vorstehend erwähnten Schichten
wurde daraufhin durch eine maximale Temperaturzone von 240 °F (116 °C) in einem
Umluftofen geschickt, um gleichzeitig sowohl die Ladungstransportschicht
als auch den Massestreifen zu trocknen.
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Es
wurde eine Antiverwellungsbeschichtung durch Kombination von 88,2
gms von Polycarbonatharz (Makrolon 5705, erhältlich von Goodyear Tire and
Rubber Company) und 900,7 gms von Methylenchlorid in einem Ballonbehälter hergestellt,
um eine Beschichtungslösung
herzustellen, die 8,9 Prozent Feststoff enthält. Der Behälter wurde dicht verschlossen
und für
ungefähr
24 Stunden auf eine Walzenmühle
gesetzt, bis das Polycarbonat und Polyester in dem Methylenchlorid
aufgelöst
war. Es wurden 4,5 gms Silan, behandelt mit mikrokristallinem Quarz
in der sich ergebenden Lösung
mit einer Dispersion von hoher Scherug dispergiert, um die Lösung der
Antiwellungsbeschichtung auszubilden. Die Lösung der Antiwellungsbeschichtung
wurde daraufhin auf die Rückseitenfläche (die
der fotoerzeugenden Schicht und der Ladungstransportschicht gegenüberliegende Seite)
der elektrofotografischen, bilderzeugenden Bahn durch Extrusionsbeschichtung
angewandt und bis zu einer maximalen Temperatur von 220°F (104 °C) in einem
Umluftofen getrocknet, um eine getrocknete Beschichtungsschicht
mit einer Dicke von 13,5 Mikrometer zu erhalten.
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Beispiel II
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Die
elektrofotografische, bilderzeugende Bahn des Beispieles I mit einer
Breite von 353 Millimeter wurde in 3 getrennte rechtwinklige Blätter von genau
559,5 Millimeter Länge
geschnitten. Die gegenüberliegenden
Enden jedes bilderzeugenden Elementes wurden 1 mm überlappt
und durch einen Nahtschweißprozess
mit Ultraschallenergie unter Verwendung einer 40 kHz-Hornfrequenz
zusammengefügt,
um 3 mit Naht versehene elektrofotografische, bilderzeugende Bänder auszubilden.
Zwei dieser mit Naht versehenen Bänder sollen einem Wärmebehandlungsprozess
zur Nahtspannungsverminderung ausgesetzt werden, während das
verbleibende unbehandelte Band als ein Prüfstück verwendet wird.
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Vergleichendes
Beispiel III
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Eines
der im Beispiel II beschriebenen, verschweißten elektrofotografischen,
bilderzeugenden Bänder
wurde über
ein horizontal angeordnetes Aluminiumrohr mit 2 Inch (5,08 Zentimeter)
Durchmesser, einer Wanddicke von ungefähr 1/4 Inch (6,35 Millimeter)
und einer eloxierten, äußeren Oberfläche, die
als zylindrischen Rückseitenabstützung dient,
gespannt, wobei die verschweißte
Naht unmittelbar entlang der Oberseite (d. h. die 12 Uhr-Position)
des die Rückseite
stützenden
zylindrischen Rohres ruht. Ein weiteres zylindrisches Aluminiumrohr,
das identisch zu dem die Rückseite
stützenden
zylindrischen Rohr ist, wurde innerhalb der hängenden Bandschleife eingesetzt,
so dass das Rohr am Boden der Schleife hängt, um das Anschmiegen der
geschweißten
Naht an der äußeren gebogenen
Oberfläche
des die Rückseite
abstützenden,
zylindrischen Rohres sicher zu stellen, um einen Umwickelungswinkel
von 180° für das Nahtgebiet,
wie in 5 veranschaulicht, bereitzustellen. Die Temperatur
des Nahtgebietes wurde auf ungefähr
90 °C, 8 °C über der
Glasübergangstemperatur
(Tg) der Ladungstransportschicht, unter Verwendung einer Heißlufttechnik
angehoben, um die Wärmebehandlung
nach dem Stand der Technik darzustellen.
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Die
Beobachtung mit einer Infrarotkamera zeigte, dass der Wärmebehandlungsprozess
der Naht über
1 Minute erforderte, um die gewünschte Nahtgebietstemperatur
zum Erweichen der Ladungstransportschicht in dem Nahtgebiet zu erreichen,
um die Nahtspannungsverminderung zu bewirken. Da die zugeführte Wärmeenergie
ebenso durch das Band zu dem die Rückseite unterstützenden
zylindrischen Rohr geleitet wurde, wurde festgestellt, dass das
sich ergebende erwärmte
Nahtgebiet etwa 1 1/2 Minuten Abkühlzeit benötigte, bis die Naht auf die Umgebungsraumtemperatur
kommt. Es wurde ebenso festgestellt, dass das Nahtwärmebehandlungsverfahren
nach dem Stand der Technik einen erheblichen Anstieg der Raumumgebungstemperatur
verursachen könnte,
wenn das Verfahren für
eine Vielzahl von Bändern
fortgesetzt wird.
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Das
Nahtgebiet, das die Wärmebehandlung empfängt, hatte
eine Breite von ungefähr
2 Inch über beide
Seiten der Naht (d. h. sich senkrecht mit einem Abstand von 1 Inch
von der Mittellinie der Naht erstreckend) und es wurde herausgefunden,
dass dieses einen wesentlichen Teil des bilderzeugenden Satzes darstellt
(d. h., wenn man das Nahtgebiet von einem Ende der Naht eines Bandes
betrachtet, das sich auf einer ebenen Fläche befindet, stellt das behandelte
Nahtgebiet eine ausgeprägte
Kurve dar, die der Krümmung
des die Rückseite
stützenden,
zylindrischen Rohres ähnelt).
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Beispiel IV
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Das
zweite elektrofotografische, bilderzeugende Band des Beispieles
II wurde auf einem die Rückseite
stützenden
Zylinder für
die Wärmebehandlung
der Naht gemäß der in
Beispiel III beschriebenen Prozedur befestigt, mit der Ausnahme,
dass die verwendete Wärmequelle
eine mit hoher Leistung betriebene Infrarotwärmequelle war (Modell 4085,
erhältlich
von Research Inc.), die eine Wolfram Halogenquarzlampe von 750 Watt
mit umfasst (750Q/CL, erhältlich
von Research Inc.), die an den ersten Fokalpunkt innerhalb eines
halbellipsoidisch geformten Wärmereflektors
aus Aluminium ähnlich
zu der in 5 schematisch gezeigten Anordnung
angeordnet ist. Diese Infrarotwärmequelle
weist eine einstellbare Energieausgabe mit Wärmeflussdichten bis 650 Watt
pro Square Inch (1007 Kilowatt pro Quadratmeter) bei einem Fokalpunkt
mit 6 Millimeter Durchmesser der konzentrierten Infrarotenergie
auf. Es wurde eine Infrarotkamera angewandt, um die Energieausgabe
der Infrarotwärmequelle
einzustellen, bis diese ausreichend war, um sicherzustellen, dass
die Temperatur des Nahtbehandlungsgebietes 90 °C war, was ausreichend war,
um die Ladungstransportschicht in dem Nahtgebiet zu erweichen, um
eine Nahtspannungsverringerung zu erreichen. Die Temperatur sollte
nicht so hoch sein, dass diese Probleme verursachen könnte, wie
etwa einen übermäßigen Fluss
der Ladungstransportschicht, Verschnorren der Schicht und/oder übermäßige Erwärmung des
Stützrohres.
Das Nahtgebiet des bilderzeugenden Bandes wurde auf ein auskragendes,
hohles, eloxiertes Aluminiumrohr mit einer Wanddicke von 1/4 Inch
(6,5 Millimeter) auf gesetzt, wobei die Naht auf dem Rohr in der
12 Uhr-Position angeordnet ist, wobei die Naht parallel zu der Achse
des Rohres ist. Das Rohr enthielt ein Paar von Aussparungen, eine Aussparung
bei der 9 Uhr-Position und die andere Aussparung bei der 3 Uhr-Position. Jede Aussparung erstreckte
sich entlang der Breite des bilderzeugenden Bandes und war 2 Millimeter
breit. Das freie Ende des Rohres wurde mit einer Kappe abgedichtet und
das abgestützte
Ende wurde mit einem Schlauch verbunden, der über ein Ventil zu einem Vakuumquelle
führt.
Die Vakuumquelle wurde bei einem Druck von ungefähr 40 mm Hg gehalten. Das Band wurde
in dem Nahtgebiet gegen die obere Fläche des Rohres herunter gehalten,
wenn das Ventil zu der Vakuumquelle geöffnet wurde, so dass das Nahtgebiet sich
an die Form der oberen Fläche
des Rohres anschmiegte.
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Die
Wärmequelle
emittierte eine dominierende Strahlungslängenwelle von 0,98 Mikrometer
und der Wärmereflektor
konzentrierte die gesamte reflektierte Wärmeenergie an dem zweiten Fokus,
um einen im Wesentlichen kreisförmigen
Fleck von hoher Infrarotintensität
von ungefähr
6 Millimeter im Durchmesser bereitzustellen, der über dem
Nahtgebiet für die
sofortige Nahterwärmung
und nachfolgende schnelle Abkühlung
einfällt,
wenn die Wärmequelle die
gesamte Breite des bilderzeugenden Bandes und die Länge der
Naht durchläuft.
Bei einer Fortbewegungsgeschwindigkeit der Wärmequelle von 2,3 Inch pro
Sekunde (5,75 Zentimeter pro Sekunde) war der gesamte Wärmebehandlungsprozess
für die
Nahtspannungsverminderung in 6,3 Sekunden abgeschlossen, und das
sich ergebende behandelte Nahtgebiet von 6 Millimeter Breite zeigte
keine Nahtgebietszusammenstellung, wie diejenige, die in dem Vergleichsbeispiel
III bei dem Nahtbehandlungsprozess nach dem Stand der Technik demonstriert
wurde.
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Beispiel V
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Das
elektrofotografische, bilderzeugende Band zur Prüfung, das elektrofotografische,
bilderzeugende Band nach dem Stand der Technik, und die elektrofotografische,
bilderzeugenden Bänder
gemäß der Erfindung,
wie jeweils durch Beispiel II, Vergleichsbeispiel III, und Beispiel
IV gezeigt wurden, wurden jeweils in einer xerografischen Maschine
dynamisch durchlaufen und beim Drucken getestet, wobei die Maschine
ein Bandstützmodul
aufwies, das eine Antriebswalze mit 25,24 mm Durchmesser, eine Abstreifwalze
mit 25,24 mm Durchmesser und eine Spannwalze mit 29,48 mm Durchmesser
umfasst, um eine Bandspannung von 1,1 pounds per Inch auszuüben. Die
Bandumlaufgeschwindigkeit wurde auf 65 Drucke pro Minute eingestellt.
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Das
nicht wärmebehandelte
Prüfband
des Beispiels II wurde umlaufend bis nur etwa 56.000 Ausdrucken
geprüft,
weil die Prüfung
aufgrund von Problemen von vorzeitigem Nahtbruch/-ablösungsproblemen
beendet werden musste.
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Wenngleich
das vergleichende Beispiel III mit dem Band nach dem Stand der Technik
mit einer wärmebehandelten
Naht mit einer Breite von 2 1/2 Inch (6,25 Zentimeter) bis zu 250000
Drucken ohne jegliche Anzeichen für einen Nahtfehler durchlaufen wurde,
wurde das Aufkommen von Verwellungen bereits nach 40 Ausdrucken
beobachtet, wobei die Verwellungen eine Höhe von 500 Mikrometer Spitze
zu Spitze in der Höhe
und eine Periodizität
von ungefähr 35
mm in den bilderzeugenden Zonen aufwiesen, die dem wärmebehandelten
Nahtgebiet benachbart sind. Diese Verwellungen verursachten Defekte
bei den kopierten Ausdrucken während
der xerografischen Bilderzeugung. Darüber hinaus bildete die große Setzung
in dem wärmebehandelten
Nahtgebiet eine Oberflächenerhebung
von 0,5 mm aus, die mit dem Betrieb einer Reinigungsklinge zusammenwirkte,
wodurch die Reinigungswirkung der Klinge beeinträchtigt wurde. Bei der Messung
der Unversehrtheit der Abmessungen wurde herausgefunden, dass der Wärmebehandlungsprozess
für die
Naht gemäß dem vergleichenden
Beispiel III eine auf den Umfang bezogene Bandschrumpfung von 0,05
Prozent bewirkt.
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Wenn
man die gleiche Banddurchlaufprozedur mit dem Band der vorliegenden
Erfindung wiederholt (das bilderzeugende Element des Beispiels IV) wurde
nach 250.000 Ausdrucken kein Nahtfehler beobachtet. In offensichtlichem
Gegensatz zu der Wärmebehandlung
der Naht nach dem Stand der Technik, hat der Wärmebehandlungsprozess zur Nahtspannungsverminderung
gemäß der Erfindung
in keiner Zusammenstellung einen Oberflächenvorstand des Bandnahtgebietes
verursacht. Weiterhin zeigte das Band gemäß dieser Erfindung keine merkliche
Wellungserscheinung in den Bildzonen. Weiterhin zeigte das Band
dieser Erfindung eine vernachlässigbare
Schrumpfung des Bandumfangs aufgrund der Bandbehandlung.
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Zusammenfassend
löst der
Wärmeprozess zur
Nahtspannungsverminderung gemäß der vorliegenden
Erfindung die Probleme des Nahtbruches-Ablösung, stellt eine sehr kurze
Wiederholungszeit für
den Behandlungsprozess bereit, vermeidet wärmebedingte Zusammensetzungsprobleme
des Nahtgebietes, unterdrückt
das Erscheinen von Verwellungen in den bilderzeugenden Zonen benachbart
zu den wärmebehandelten
Nahtgebie ten, und erzeugt ein im Hinblick auf Abmessungen stabiles,
bilderzeugendes Band. Diese Ergebnisse zeigen den eindeutigen Vorteil
des Prozesses dieser Erfindung gegenüber denjenigen, die bei Wärmebehandlungsprozessen
für eine
Naht gemäß dem Stand
der Technik verwendet werden.
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Beispiel VI
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Bei
einem automatisierten Bandherstellungsbetrieb wurden gegenüberliegende
Enden der elektrofotografischen, bilderzeugenden Bahn des Beispiels
I bei einer Schräge
geschnitten, die beim Ultraschallverschweißen in ein Band unter Verwendung
einer 40 kHz-Hornfrequenz
eine geschweißte Naht
mit 4 Grad Nahtanschrägung
ergab. Das frisch verschweißte
Band wurde auf einen von vier hohlen, zylindrischen Stützelementen
aufgeschoben, die von einem rotierbaren Wahltisch, wie die Speichen
eines Rades, auskrakten. Der Wahltisch war drehbar, um jedes Stützelement
von einer Verarbeitungsstation zu der nächsten weiterzuschalten. Die
verschweißte Naht
des Bandes wurde auf der Oberseite des und parallel zu der Achse
des Stützelementes
ausgerichtet. Die Stützelemente
waren 90° voneinander
angeordnet. Die verwendete Anordnung ist ähnlich zu derjenigen, die in 9 und 10 veranschaulicht
ist. Jedes Stützelement
umfasst ein eloxiertes Aluminiumrohr mit einer Wanddicke von 1/4
Inch (6,4 Millimeter) und jedes enthielt ein Paar von Aussparungen,
wobei eine Aussparung bei der 9 Uhr-Position und die andere Aussparung
bei der 3 Uhr-Position ist (wenn betrachtet von dem nicht abgestützten Ende jedes
Stützelementes).
Jede Aussparung erstreckt sich entlang der Länge der Breite des bilderzeugenden
Bandes und weist eine Breite von 2 Millimeter auf. Das freie Ende
jedes Stützelementes
war mit einer Kappe abgedichtet und ein Schlauch, der über ein
Ventil zu einer Vakuumquelle führt,
war mit dem Stützelement
nahe an dem abgestützten
Ende verbunden. Für
das Stützelement,
auf dem ein frisch verschweißtes
Band aufgesetzt werden sollte, wurde das Vakuum abgeschaltet, während das
Band von einem Schweißamboss
auf das leere Stützelement
geschoben wurde. Um die verschweißte Naht des Bandes in enger
Berührung
mit der oberen Hälfte
des Stützelementes
zu bringen, wurde ein Vakuum auf den Innenraum des Stützelementes
angewandt, auf dem das frisch verschweißte Band angeordnet war. Daraufhin
wurde der Auswahltisch in Uhrzeigerrichtung um 90° gedreht,
um das frisch verschweißte Band
bei einer Wärmebehandlungsstation
zu positionieren. Bei der Wärmebehandlungsstation
wurde das Nahtgebiet des geschweißten Bandes unter Verwendung
einer Infrarotwärmequelle
von hoher Leistung (Modell 4085, erhältlich von Research Inc.) mit
einer 750 Watt-Halo genquarzlampe mit Wolfram (750Q/CL, erhältlich von
Research Inc.), die bei dem ersten Fokalpunkt innerhalb eines halbellipsoidisch geformten
Wärmereflektor
aus Aluminium angeordnet, erhitzt, ähnlich zu der in 5 gezeigten
schematischen Anordnung. Diese Infrarotwärmequelle hat eine einstellbare
Energieausgabe mit Wärmeflussdichten
bis 650 Watt pro Square Inch (1007 Kilowatt pro Quadratmeter) bei
einem Fokalpunkt, der zusammenlaufenden Infrarotenergie von 6 Millimeter.
Für die
Einstellung der Energieausgabe der Infrarotwärmequelle war eine Infrarotkamera
ausreichend, um sicherzustellen, dass die Temperatur des Nahtgebietes
ausreichend war, um die Ladungstransportschicht in dem Nahtgebiet
zu erweichen, um eine Nahtspannungsverminderung zu bewirken. Die Infrarotwärmequelle
wurde entlang der Oberfläche des
Nahtgebietes durch eine Wageneinrichtung, ähnlich zu der in 7 veranschaulichten,
mit einer Geschwindigkeit von 2,3 Inch (5,75 Zentimeter) pro Sekunde
bewegt. Nach der Wärmebehandlung
wurde das wärmebehandelte
Band auf dem Stützarm
um 90° zu
einer Entladestation weitergeschaltet, wo das auf das Stützelement
angewandte Vakuum beendet wurde. Nachdem die Vakuumversorgung zu
dem Stützelement
beendet wurde, wurde das behandelte Band abgenommen und zu einem
Förderer
für die weitere
Bearbeitung übertragen.
Das Be- und Entladen des Bandes erfolgte durch einen automatischen Arm,
der mit Saugkappen ausgestattet ist, um das Nahtgebiet des Bandes
zu greifen. Weil vier Stützelemente
vorhanden sind, kann das Beladen eines frisch verschweißten Bandes,
die Wärmebehandlung eines
Bandes und das Entladen eines wärmebehandelten
Bandes gleichzeitig vorgenommen werden, um den Durchsatz stark zu
erhöhen.