JP2005182015A - 応力が軸方向から周方向に再配向される薄壁形融着ロール - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギ効率の向上およびウォーミングアップ時間の短縮を可能にする薄壁形コア融着シリンダを提供する。
【解決手段】薄壁形融着ロールコアアセンブのシリンダ２０は、駆動ギアのキーに契合するキーウェイ２４を有する。軸方向のキーウェイ２４の終端における軸方向の応力を周方向に再配向させる。キーウェイスロット２４は周方向スロット２８で終端している。その結果、矢印２９に示すように、圧縮時の疲労応力は低下し、融着コアシリンダの軸方向加圧応力に対する向きが再配向される。
【選択図】図３

Description

静電写真式イメージングシステム等に用いられる融着ロールに関する。

静電写真式イメージングシステムに用いられる融着ロールは、一般に一つ以上のエラストマ層をコーティングされた金属製コアシリンダを含む。従来の融着ロールのコアシリンダは、比較的厚い壁を有したアルミニウム合金シリンダであった。この厚さは、融着ロールが隣接した圧縮ロールのニップを押圧する際の強度および耐久性を得るために要求されるものであった。外径３５．００ｍｍの融着ロールコアの場合、５．５ｍｍがごく標準的な厚さとされている。

エネルギを節約しかつウォーミングアップ時間を短縮するためには、融着シリンダコアの壁厚は極力薄くすることが望ましい。しかしながら経験上明らかに、単純にシリンダ壁を薄くするとシリンダの端部領域に問題が生じる。特に、従来式の駆動用スロットを融着コアシリンダ中に加工形成した場合、端部の脆化およびクラックの発生を生じさせる。駆動用スロットは融着シリンダコアを回転させるシステムの一部として用いられる。図１に示すように、一般にコアシリンダ１０を駆動ギア１１に緊密に係合させることにより回転が生じる。キー１５をスロット１４内に通すことで係合が生じる。駆動ギア１１とシリンダ１０との係合に続いて、加熱用ランプを融着ロールコア中に挿入する必要があるため、駆動ギア１１の内径は、図示のようにコアシリンダ１０上を滑動するスリーブ１２となっている。キーピン１５がスリーブ１２から内向きに突き出てスロット１４と係合する。スリーブ１２がシリンダ１０の内面ではなく外面上を滑動するもう一つの理由として、駆動ギア１１がスリーブ１２と共に通常硬質プラスチックで作製されることがある。この硬質プラスチックはシリンダ１０の金属と異なる膨張係数を有する。したがって、スリーブ１２がシリンダ１０の内側に突き出ると、シリンダ１０の金属は融着時に駆動ギア１１のプラスチックより大きい割合で膨張して、駆動ギア１１とシリンダ１０との間に望ましくない緩みが生じる。

高耐久性の薄壁形コア融着シリンダであって、耐久性およびイメージング性能の仕様を満たしつつもしくは越えつつ、エネルギ効率の向上およびウォーミングアップ時間の短縮を可能にする薄壁形コア融着シリンダの作製が望まれている。

本発明の薄壁形融着ロールアセンブリは、約０．５ｍｍ乃至約２．０ｍｍの壁厚、端部領域、および軸方向および周方向を有する金属製コアシリンダ、コアシリンダの端部外面に嵌合する内径スリーブおよびコアシリンダを回転させるキーを備えた駆動ギア、駆動ギアキーを受容する、コアシリンダの端部領域のキーウェイであって終端を有するキーウェイ、およびキーウェイの終端における軸方向に配向した応力を周方向（径方向）に再配向させる手段を含む。

本発明の別の態様は、静電写真式イメージングシステムであって、約０．５ｍｍ乃至約２．０ｍｍの壁厚、端部領域、および軸方向および周方向を有する金属製コアシリンダ、コアシリンダの端部外面に嵌合する内径スリーブおよびコアシリンダを回転させるキーを備えた駆動ギア、駆動ギアキーを受容する、コアシリンダの端部領域のキーウェイであって終端を有するキーウェイ、およびキーウェイの終端における軸方向に配向した応力を周方向に再配向させる手段を含む薄壁形融着ロールアセンブリを含む。

さらに、本発明の態様は、トナーをコピーシートに融着する方法であって、約０．５ｍｍ乃至約２．０ｍｍ厚さのコアシリンダ壁を含む薄壁形融着ロールを約１分未満の間予備加熱するステップであって、再配向手段により薄壁に形成された軸方向のキーウェイの終端における軸方向に配向した応力が周方向に再配向されるステップ、コピーシートを進行させて融着ロールと加圧ロールとによって形成されたニップに係合させるステップ、およびコアシリンダの端部外面に嵌合する内径スリーブおよびコアシリンダのキーウェイに係合するキーを備えた駆動ギアによって融着ロールの回転を駆動し、それにより紙をニップ中を通して進行させるステップを含む方法である。

予備加熱は、約３０秒未満であることが望ましい。

図面を参照して本発明の全般的な理解を得る。各図において、同一の部品の指示には同一の参照数字を通して用いた。

本発明の一実施形態を含む典型的な電子システムとして、プリンタ、コピー、スキャナおよびファクスサービスを備えた多機能プリンタがある。このような多機能プリンタは当業者に周知であり、インクジェット、静電写真、およびその他のイメージングデバイスに基づく印刷エンジンを含んでいる。静電写真式イメージングの一般的原理は大半の当業者に周知である。一般に、静電写真式複写のプロセスにおいては、最初に感光部材をほぼ均一に帯電し、次にその上に元の文書の光像を露光させる。帯電した感光部材に光像を露光することにより、元の文書の非像領域に対応する領域の光導電性表面層が除電され、一方像領域の電荷は保持されて元の文書の静電潜像が感光部材上に形成される。この後、この潜像を現像して可視像にする。この現像は、帯電した現像材を光導電性表面層上に被着させて、現像材が感光部材上の帯電した像領域に引き寄せられるようにするプロセスにより行われる。この後、現像材は感光部材からコピーシートまたは他の像が定着される像担持基材に転写されて、元の文書の複写が作成される。一般に、定着は熱および圧力を用いて現像材すなわちトナーを担持基材に融着することにより行われる。本発明の融着ロールはこの方法で使用される。プロセスの最終ステップで、感光部材の光導電性表面層は洗浄されて全ての残留現像材が取り除かれ、後続のイメージングサイクルに備えられる。

上述の静電写真式複写プロセスは周知のものであり、元の文書からのライトレンズ（ｌｉｇｈｔ ｌｅｎｓ）コピーと同様にデジタルコピーにも印刷にも使用できる。該用途の大半において、前述のプロセス操作により、レンズ、レーザ、またはＬＥＤからのフォトンが感光体に衝突した箇所での電荷の放電によってイメージング部材上に潜像が形成される。このような印刷プロセスは通常除電領域にトナーを現像するもので、ＤＡＤまたは「ライトブラック（ｗｒｉｔｅ ｂｌａｃｋ）」システムと呼ばれる。ライトレンズで形成されたイメージシステムは通常帯電領域にトナーを現像し、ＣＡＤまたは「ライトホワイト（ｗｒｉｔｅ ｗｈｉｔｅ）」システムと呼ばれる。本発明の実施形態はＤＡＤおよびＣＡＤの両システムに適用される。静電写真式イメージング法はきわめてよく知られているものであるため、これ以上の説明は不要である。参考として、例えば、いずれも本願に援用して参照する、Ｄａｓｈ他に発行された米国特許第６，０６９，６２４号明細書およびＣｏｏｎａｎ他に発行された米国特許第５，６８７，２９７号明細書を参照されたい。

再び図１を参照する。駆動ギア１１の歯１３とギア１１を回転させる駆動機構（図示せず）との係合によって融着ロールが回転する。スリーブ１２はギア１１の内径で構成され、その結果スリーブ１２もまた歯１３が係合することで駆動される。前述のように、キー１５がスロット１４に係合することでシリンダ１０は駆動ギア１１により駆動される。融着ロールが回転すると、印刷基材は融着ロールおよび隣接する加圧ロール間のニップに捕獲され、融着ロールの外面に引っ張られて誘導されていく。融着ロールは融着温度に加熱されているので、加圧下で少なくとも一部のトナーが溶融することによりコピー基材へのトナーの融着が生じる。

従来形の駆動スロットを備えた薄壁形融着コアシリンダの欠陥モードを図１に示す。この図において、シリンダコア１０は標準の５．５ｍｍ厚さより実質的に薄い壁厚を有する。約０．５ｍｍ乃至約２．０ｍｍの壁厚によって実質的なウォーミングアップ時間の短縮および実質的なエネルギ効率の改善が得られる。壁厚が薄いほど、ウォーミングアップ時間が短縮され、エネルギ効率が増大する。予備加熱ウォーミングアップ時間は約１分未満が望ましく、好適には約３０秒未満である。実験の示すところでは、約３５ｍｍの外径を有する融着ロールに対しては約１．１ｍｍの壁厚が適切であった。通常このような融着ロールは、一分間に５０ページを越える印刷能力を有する静電写真式イメージングシステムに使用されている。しかしながら、図１に示すように、クラックが３０，０００枚という少ないコピー数でキーウェイスロット１４の基部から発生した。本来この融着ロールは、耐用寿命が４００，０００コピー以上に及ぶように図られたものである。

初期検査から、このクラックはキーによって薄壁形シリンダに与えられる回転力によって発生することが示唆された。しかしながらその後の研究により、このクラックは、ロールがスロットから加圧ロールニップの内外に９０度回転する際に、特にスロットの位置においてロールに働く周期的な圧縮力により発生することが明らかになった。シリンダ１０長の大半はスロット１４から十分に外れていて、回転時の相当な周期的圧縮力に耐えられる。しかしながら図２に示すように、端部領域では貫通スロット１４によってこの領域の支えが解除されるために、壁は十分な強度を有さず、加圧ロール１６によってこの部分がスロット幅内に押されていくことに耐えられない。この結果、スロットが加圧ロールのニップから約９０度回転する間に、加圧ロール１６からの圧力によってスロット１４近傍の端部領域が扁平化される。従来のコアシリンダにおいては、コアシリンダの壁の厚みによって周期的な圧縮力を抑止し得るだけの強度がもたらされている。

さらなる解析により、スロット１４の領域の圧縮応力はシリンダ１０の長さに沿って軸方向に配向していることがわかった。この軸方向に配向した応力を図１の矢印１７で示す。この知見を基に、薄壁を有してかつ周期的な周方向応力を軸方向に配向した応力から周方向に配向した応力に再配向させる手段を有する融着ロールコアシリンダアセンブリを設計する試みが開始された。

従来のコアシリンダキーウェイスロットの軸方向応力集中領域に対する疲労応力の向きを再配向させる一つの解を図３に示す。この実施形態では、キーウェイスロット２４は周方向スロット２８で終端している。その結果、矢印２９に示すように、圧縮時の疲労応力は低下し、融着コアシリンダの軸方向加圧応力に対する向きが再配向される。シリンダ２０の金属粒子は一般に周方向ではなく軸方向に延びているため、この再配向は有意なものとなる。シリンダ２０は金属板を曲げることにより形成されるが、このように粒子を横切る方向に曲げることでクラック発生が抑制され、かつ高強度のシリンダが作製される。このため、粒子を軸方向に延ばした配置にすることは好ましい慣行である。周期的な圧縮応力をシリンダ２０の軸に沿ってではなく周方向の矢印２９に沿って再配向させることにより、応力は金属の粒子を横切る方向に流れる。シリンダ２０の端部領域は図２に示すように回転時には未だ扁平化されるが、図１に示したようなクラック発生はきわめて起こりにくくなる。

図３において、コアシリンダ３０のキーウェイ２４は図１に示したキー１５を受容する寸法に作製される。これによりコアシリンダ２０は図１のシリンダ１０と同様に駆動ギア１１によって駆動される。ピン１５は周方向のグルーブ２８内まで延びて、好適にはキーウェイスロット２４の側面に力を及ぼしている。シリンダ１０と同様に、シリンダ２０は約０．５ｍｍ乃至約２．０ｍｍという薄い壁厚を有し、好適には約１．１ｍｍの厚さを有する。したがって、ウォーミングアップ時間の短縮およびエネルギ効率向上の効果は基本的にシリンダ１０の場合と同一である。周期的な圧縮力は図３に示した実施形態によっては除去も低減もされない。その代わりに、応力は粒子を横切って周方向に再配向され、それによりクラックは著しく起こりにくくなる。図３に示した実施形態を用いることで、規定通りの４００，０００コピー数を超える耐用寿命が得られるようになる。

融着コアシリンダの別の実施形態であって、応力が軸方向から周方向に再配向される実施形態を図４に示す。周方向のスロット３８は細長い楕円形のスロットであり、このスロットにより応力は周方向に再配向される。このような応力の再配向に加えて、図４のシリンダ３０は周期的な圧縮力を低下させる手段の例にもなっている。図に示したシリンダ３０は、シリンダ３０の壁にプレス加工された無スロット式キーウェイ３４を備えている。キーウェイ３４は図１に示したキー１５を受容する寸法に作製される。これによりコアシリンダ３０は図１のシリンダ１０と同様に駆動ギア１１によって駆動される。コアシリンダ３０の場合も、約０．５ｍｍ乃至約２．０ｍｍの薄壁で好適には約１．１ｍｍの厚さの壁にすることができる。ただし、キーウェイ３４がスロット１４に置き換わっているために、以前スロット１４によって穴あけされた領域に金属が残っている。この金属は、プレス加工によって変形されているが、図２に示した周期的な圧縮力を低減させる上で十分な強度をもたらす。キーが周方向のスロット３４に結合すると、周期的な応力が生じてもその応力は軸方向から周方向に再配向される。その結果、周期的な圧縮力は低減され、かつ再配向される。これにより、図１に示したようなクラック発生はきわめて起こりにくくなる。

図３および図４に示したように、圧力を低減および再配向させる周方向のスロットは種々の形をとり得る。このスロットは基本的に楕円形、円形、方形のいずれでもよく、真直ぐな側面と丸い端部とを有するものであってもよい。好適には周方向のスロットは軸方向のキーウェイ終端と交差して設けられる。ただし、実際には該終端の近傍にあってキーウェイと交差していなくてもよく、また終端よりもコアシリンダの端部寄りの位置でキーウェイと交差していてもよい。さらに、周方向のスロットは、プレス加工またはその他の変形操作によって材料を除去することなく形成することもできる。

図４のシリンダ３０で示したように、応力の再配向方法は、コアシリンダ壁を強化する手段によって、図１のスロット１４などの貫通スロットにおいて有用な強度よりもさらに強力なものにすることができる。強化壁を備えた他の実施形態として、スロットの周囲に強化部材を含んだシリンダがある。この強化部材は、内部または外部のリングまたはリング分節などのあらゆる形をとり得る。コアシリンダの端部領域の壁を強化する別の手段として、図１のスロット１４などのスロットを穴で置き換えることがある。ピン１５などのキーの代わりに摺動性のピンがスリーブ１２に装着される。ピンが穴に位置整合すると、このピンは穴の中に押し込まれ、それにより駆動ギア１１などの駆動ギアによるコアシリンダの駆動が可能になる。

まとめると、本発明の薄壁形コア融着シリンダアセンブリは、薄壁に加えて、周期的な圧縮力によって生じる応力をシリンダの軸方向から周方向に再配向させる手段を含む。先行技術の融着コアシリンダと比較すると、本発明では、コアシリンダの早期クラック発生を抑制しつつウォーミングアップ時間の短縮ならびにエネルギ効率の改善がなされている。

以上開示した、およびその他の種々の特徴および機能またはその変形は、所望により多くの他の種々のシステムや用途と組み合わせることができることは明らかである。また、現状予期しない種々の代替、変更、変形、または改良が後に当業者によってなされ得るものであり、それらも同様に以下に示す特許請求の範囲に包含されるものであることは明らかである。

薄壁形融着ロールコアシリンダアセンブリの斜視図であって、本実施形態の強化処理を行わない場合の該アセンブリの欠陥モードを示す斜視図である。 加圧ロールによって加圧された薄壁形融着ロールコアシリンダの断面端図である。 キーウェイと交差した周方向のスロットを有する融着ロールコアシリンダの斜視図である。 強度を付加するためのプレス加工されたキーウェイグルーブおよび細長い周方向のスロットを有する融着ロールコアシリンダアセンブリの斜視図である。

符号の説明

１０ コアシリンダ、１１ 駆動ギア、１２ スリーブ、１３ 歯、１４ キーウェイスロット、１５ キー、２０ コアシリンダ、２４ キーウェイスロット、２８ 周方向スロット、３０ コアシリンダ、３４ 無スロット式キーウェイ、３８ スロット。

Claims (6)

1. 薄壁形融着ロールコアアセンブリであって、
   約０．５ｍｍ乃至約２．０ｍｍの壁厚と端部領域とを有すると共に、軸方向および周方向を有する金属製コアシリンダと、
   前記コアシリンダの端部外面に嵌合する内径スリーブおよび前記コアシリンダを回転させるキーを備えた駆動ギアと、
   前記コアシリンダの前記端部領域に形成され、前記駆動ギアキーを受容し、終端を有するキーウェイと、
   前記キーウェイの前記終端における軸方向に配向した応力を周方向に再配向させる手段と、を含むことを特徴とするアセンブリ。
2. 請求項１の薄壁形融着ロールコアアセンブリにおいて、
   前記キーウェイは、前記コアシリンダの前記端部と反対側の終端を有し、前記再配向手段は前記キーウェイの前記終端の近傍に形成された周方向に沿って形成されたスロットであることを特徴とするアセンブリ。
3. 請求項１の薄壁形融着ロールコアアセンブリにおいて、
   十分な強度を前記キーウェイの近傍のコアシリンダ壁に付与して周期的な圧縮力によるクラック発生を防止する手段をさらに含むことを特徴とするアセンブリ。
4. 静電写真式イメージングシステムであって、
   約０．５ｍｍ乃至約２．０ｍｍの壁厚と端部領域とを有すると共に、軸方向および周方向を有する金属製コアシリンダと、
   前記コアシリンダの端部外面に嵌合する内径スリーブおよび前記コアシリンダを回転させるキーを備えた駆動ギアと、
   前記駆動ギアキーを受容し、前記コアシリンダの前記端部領域に形成されたキーウェイと、
   軸方向の応力を周方向に再配向させる手段を含む薄壁形融着ロールコアアセンブリと、 を含むことを特徴とするシステム。
5. コピーシートにトナーを融着する方法であって、
   約０．５ｍｍ乃至約２．０ｍｍ厚さのコアシリンダ壁を含む薄壁形融着ロールであって、再配向手段によって前記薄壁に形成された軸方向のキーウェイの終端における軸方向の応力が周方向に再配向させられる薄壁形融着ロールを、約１分未満の間予備加熱するステップと、
   コピーシートを進行させて前記融着ロールと加圧ロールとによって形成されるニップに係合させるステップと、
   前記コアシリンダの端部外面に嵌合する内径スリーブおよび前記コアシリンダの前記キーウェイと係合するキーを有する駆動ギアによって前記融着ロールの回転を駆動して、それにより前記ニップ中を通して紙を進行させるステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
6. 請求項５の方法において、
   前記予備加熱は約３０秒未満であることを特徴とする方法。
   

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