JP2005182058A - イメージング部材ベルトの製造方法 - Google Patents

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シー ユー ユゥ ロバート
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Xerox Corp
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Abstract

【課題】滑らかな表面を有し、接ぎ目の厚さが抑えられた静電写真イメージング部材ベルトの製造方法を提供すること。
【解決手段】該製造方法は、第1および第2の主要外表面と、第1および第2の端領域を有する静電写真イメージング・シートの提供すること、該第1の端領域を所定角度で整形し、第1の主要外表面と第2の主要外表面の間に第1の新規スロープ付表面を形成すること、該第2の端領域を所定角度で整形し、第1と第2の主要外表面の間に、第2の新規スロープ付表面を第1の新規スロープと平行に形成すること、シートを輪状にし、第1の新規スロープ付表面を第2の新規スロープ付表面にオーバーラップさせて合わせ領域を形成すること、および、合わせ領域内で、第1の新規スロープ付表面を第2の新規スロープ付表面に接合して、バット重ね接ぎを形成することからなる。
【選択図】図4

Description

バット重ね接ぎ合わせ設計を有するイメージング部材ベルトを製造するための方法を開示する。またこの開示は、多くの形態的改善を有する柔軟なイメージング部材ベルトの提供および、より明確に述べれば、柔軟な静電写真イメージング部材ベルトのための薄く滑らかな断面形状(プロファイル:profile)を持った接ぎ目の作成に関する。
1997年11月18日に発行されたユゥ(Yu)の特許文献1には、接ぎ合わされた柔軟なベルトおよび当該ベルトを製造するためのプロセスが開示されている。多層構造の電子写真イメージング部材ベルトは、エキシマ・レーザ・アブレーションを使用してイメージング部材のカット・シートの2つの反対側の端のボトム側およびトップ側から精密量の材料を除去した後、これら2つの反対側の端をオーバーラップさせ、超音波溶接を用いてオーバーラップ部分を溶接して接ぎ合わせることによって準備される。このようにして結果として得られる多層構造のイメージング部材ベルトは、厚さの追加がほとんどなく、かつ形成される接ぎ目スプラッシングの量が抑えられた溶接後の接ぎ目を有する(特許文献1参照)。
1997年12月16日に発行されたユゥ(Yu)の特許文献2において、開示されている内容はプロセスであり、それにおいて当該プロセスは、第2の主要外側表面の反対側にあり、かつそれと平行な第1の主要外側表面を有する柔軟な、実質的に矩形のシートを提供すること、このシートの第1のエッジに隣接し、かつそれと平行な第1の外側表面から材料を除去し、あるいは取り除いて、第1のエッジと平行な方向から見たときに引き延ばした曲線の『S』字形状となるプロファイルを有する新しい表面を形成すること、この新しい第1の表面と、このシートの第2のエッジに隣接する第2の表面をオーバーラップさせ、それによって第1の新しい表面が第2の表面と接触して合わせ表面領域を形成すること、それにおいて第2の表面が第2の主要外側表面に隣接するかその一部であり、シートが輪状に形成されること、第2のエッジがこのシートの第1のエッジとは反対側の端であること、および新しい第1の表面を第2の表面へ永久接合して接ぎ合わされたベルトを形成することを含む。結果として得られる溶接済みベルトは、ベルト全体の厚さの約120パーセントより薄い厚さの接ぎ目を有する(特許文献2参照)。
1993年3月2日に発行されたダーシイ(Darcy)等の特許文献3には、外側を向く表面、その外側を向く表面上に不規則な突起を有する溶接された接ぎ目、およびその溶接された接ぎ目および突起に積層され、それらを覆う柔軟な帯状片を有する柔軟なベルトが開示されている。このベルトは、外側を向く表面、その外側を向く表面上に不規則な突起を有する溶接された接ぎ目を有する柔軟なベルトを用意し、その溶接された接ぎ目に薄い柔軟な帯状片を積層することによって作成することができる。このベルトは、静電写真イメージング・プロセスにおいて使用することができる(特許文献3参照)。
1996年8月27日に発行されたスワイン(Swain)等の特許文献4において、開示されている内容は、柔軟なベルトの接ぎ目をコーティングするためのプロセスであり、それにおいて当該プロセスは、外側を向く表面および溶接された接ぎ目を有する柔軟なベルトを提供すること、溶接された接ぎ目の上に硬化可能な膜形成高分子を構成する滑らかな液体コーティングを形成すること、このコーティングから実質的に一過性溶剤がなくなること、およびコーティングが硬化して接ぎ目の上に滑らかな固体コーティングを形成することを含む(特許文献4参照)。
1996年12月10日に発行されたバイジェロウ(Bigelow)等の特許文献5には、柔軟なベルトの接ぎ目をコーティングするためのプロセスが開示されており、それにおいて当該プロセスは、外側を向く表面および溶接された接ぎ目を有する柔軟なベルトを提供すること、溶接された接ぎ目の上に滑らかな液体コーティングを形成すること、液体コーティングが膜形成高分子およびベルト表面が実質的に溶融しない一過性液体担体を包含すること、および一過性液体担体を除去し、接ぎ目の上に滑らかな固体のコーティングを形成することを含む(特許文献5参照)。
2001年12月11日に発行されたミシュラ(Mishra)等の特許文献6には、滑らかかつ平坦な表面を有する支持部材を提供すること、溶接された接ぎ目を有する柔軟なベルトを提供すること、接ぎ目の内側を滑らかかつ平坦な表面上に支持すること、接ぎ目と加熱された表面を接触させること、その加熱された表面を用いて接ぎ目領域を加熱し、熱可塑性高分子材料のTgを約2℃〜20℃超えるまで接ぎ目領域内の温度を上昇させること、および加熱された表面とともに充分な圧縮圧力をもって接ぎ目を圧縮し、接ぎ目を滑らかにすることを含むイメージング部材ベルトの後処理のためのプロセスが開示されている(特許文献6参照)。
1996年9月3日に発行されたマミーノ(Mammino)等の特許文献7には、柔軟なイメージング・シートおよび柔軟なイメージング・シートを作成する方法が開示されている。柔軟なイメージング・シートを作成する方法は、オーバーラップ、接合、および整形のステップを包含する。オーバーラップ・ステップにおいては、シートの第1の端領域と第2の端領域がオーバーラップされてオーバーラップ領域ならびに非オーバーラップ領域が形成される。接合ステップにおいては、オーバーラップ領域内の接ぎ合わせによってシートの第1の端領域と第2の端領域が互いに接合される。整形ステップにおいては、オーバーラップ領域が整形され、非オーバーラップ領域の表面と共平面をなす概して平面の表面が形成される。柔軟なイメージング・シートは、第1の端領域および第2の端領域を有する。これらの第1の端領域および第2の端領域は、オーバーラップ領域内における互いへの接ぎ合わせによって固定される。第1の端領域および第2の端領域は、実質的に共平面であり、柔軟なイメージング・シート上の応力を最小化する。電子写真イメージング装置内におけるローラ上のサイクリングの間の、柔軟なイメージング・シートの動的な曲げからもたらされる応力の集中の最小化が開示されている(特許文献7参照)。
2000年6月13日に発行されたユゥ(Yu)等の特許文献8には、接ぎ合わされた柔軟な静電写真イメージング・ベルトを処理するためのプロセスが開示されており、それにおいて当該プロセスは、2つの平行エッジを有するイメージング・ベルトを提供すること、そのベルトが、熱可塑性高分子マトリクスを含む少なくとも1つの層、およびベルトの一方のエッジから他方のエッジへ向かって延びる接ぎ目を有すること、接ぎ目が仮想中心線を有すること、弓形の支持表面および本体を有する細長い支持部材を提供すること、弓形の表面が、約9.5ミリメートルから約50ミリメートルまでの間の半径の実質的に半円形の断面部分を有すること、接ぎ目のそれぞれの側に隣接するベルトの領域が支持部材の弓形の支持表面に従うようにして接ぎ目を弓形の表面上に支持すること、炭酸ガス・レーザから放射される約10.4マイクロメートル〜約11.2マイクロメートルまでの間の狭ガウス波長分布を有する熱エネルギ照射を、接ぎ目の長さ方向にベルトの一方のエッジから他方へ正確に横断させること、その熱エネルギ照射がこの横断の間に接ぎ目をまたぐスポットを形成すること、このスポットが、接ぎ目の仮想中心線と直交する方向に測定したときに約3ミリメートルから約25ミリメートルまでの間の幅を有すること、および接ぎ目のそれぞれの側に隣接するベルトの領域を支持部材の弓形の支持表面に従わせた状態で、接ぎ目から支持部材の本体への熱伝導によって高分子マトリクスのガラス転移温度より低い温度まで接ぎ目の急冷を行うことを含む(特許文献8参照)。
米国特許第5,688,355号明細書 米国特許第5,698,358号明細書 米国特許第5,190,608号明細書 米国特許第5,549,999号明細書 米国特許第5,582,949号明細書 米国特許第6,328,922号明細書 米国特許第5,552,005号明細書 米国特許第6,074,504号明細書
より大きな動的疲労条件に耐え、その結果としてベルトのサービス寿命を延長することが可能な改善された接ぎ目の形態を伴う接ぎ合わされた柔軟なイメージング・ベルトの提供が必要とされている。また、製造の観点からは、接ぎ合わされたイメージング・ベルトの単位製造コストを抑えることも重要である。これは、突出スポットのない滑らかな表面が提供され、接ぎ目の厚さが低減され、スプラッシングをほとんどもしくはまったく伴うことがなく、接ぎ目の接合ポイントまたは合わせポイントにおける物理的不連続が排除され、あるいは最小化される接ぎ目設計が開発できれば、部分的に実現することが可能になる。
上述の側面およびその他の側面は、この開示に従って、接ぎ合わされた柔軟な静電写真イメージング部材ベルトの製造方法を提供することによって達成され、当該製造方法は、柔軟な実質的に矩形の静電写真イメージング・シートであって、第2の主要外表面の反対側にあり、かつ第2の主要外表面と平行な第1の主要外表面、および前記シートの、第2の端領域の反対側にあり、かつ第2の端領域と平行な第1の端領域を有する静電写真イメージング・シートを提供すること;前記第1の端領域をある角度で整形し、第1の主要外表面と第2の主要外表面の間に第1の新しいスロープ付きの表面を形成すること;前記第2の端領域をある角度で整形し、第1の主要外表面と第2の主要外表面の間に第2の新しいスロープ付きの表面を形成し、第2の新しいスロープ付きの表面が第1の新しいスロープ付きの表面と実質的に平行となるように形成すること;シートを輪状にし、かつ前記第1の新しいスロープ付きの表面を前記第2の新しいスロープ付きの表面にオーバーラップさせて合わせ領域を形成すること;および、合わせ領域内において、前記第1の新しいスロープ付きの表面を前記第2の新しいスロープ付きの表面に接合して接ぎ目を形成することを含む。イメージング部材端部のスロープ付きの表面を合わせて行うボンディングは、接着、ステープリング、溶剤溶接、超音波溶接プロセス、およびこれらに類似のプロセスによって達成することができるが、オペレーションの容易性、接ぎ目のボンディング強度、および経済的な理由に基づくと超音波接ぎ合わせ溶接が特に好ましい。また、ここには、このプロセスによって作られた接ぎ合わされた柔軟な静電写真イメージング部材ベルトも開示されている。
別の実施態様においては、超音波溶接されたバット重ね接ぎ(butt-lap seamed)の柔軟なイメージング部材ベルトが、2つの端部を互いの反対側に有する実質的に矩形の柔軟なイメージング・シートを作り、そのシートのこれらの反対側の端部を、そのシートの第1および第2の主要外表面に対する断面角度で二分し、整合する、または相補的な勾配切断角度のペアを作り、そのシートを輪状に形成して反対側の端部を互いに合わせ、さらに、互いに合わせた反対側の端部をともに超音波溶接して、バット重ね接ぎ形態を有する薄く滑らかなプロファイルの溶接済み接ぎ目を形成することによって作られる。
この種の結果は、上記に代えて、アブレーション、グラインディング等の各種方法によって、柔軟な実質的に矩形のイメージング部材シートの2つの反対側の端部から角度を付けて材料を除去し、または取り除くことによっても達成することができる。これらのプロセスが使用され、所望の、整合する、または相補的な角度が付けられた端部形状が作られる。所望の角度が付けられた端部は、続いて重ねられて互いに合わされ、超音波溶接等によって接合されてバット重ね接ぎが作られる。
結果として得られたイメージング部材ベルトは、滑らかな表面プロファイルを有し、接ぎ目の突出スポットがほとんどもしくはまったく存在せず、接ぎ目領域の厚さがかなり抑えられ、さらには接ぎ目領域の物理的連続性も提供する。
図1を参照すると、輪をなすシートの形において第2の端領域14とオーバーラップする第1の端領域12を有し、周知の接ぎ合わせ形成オペレーションのための準備の整った状態の柔軟な電子写真イメージング部材10が例示されている。この柔軟なイメージング部材10は、電子写真イメージング・デバイス内において使用可能であり、単一の膜サブストレート部材または1ないしは複数の追加のコーティング層が結合された膜サブストレート層を有する部材とすることができる。このコーティング層の少なくとも1つは、膜形成バインダを構成する。
柔軟な電子写真イメージング部材10は、単一層または多層タイプのフォトレセプタとすることができる。柔軟なイメージング部材10が負に帯電されるべきフォトレセプタ・デバイスである場合には、柔軟な電子写真イメージング部材10が、電荷発生層を導体表面と電荷輸送層の間に挟んで包含すればよい。それに代わり、柔軟なイメージング部材10が正に帯電されるべきフォトレセプタ・デバイスである場合には、柔軟なイメージング部材10が、電荷輸送層を導体表面と電荷発生層の間に挟んで包含すればよい。
端領域12および14は、接着、テーピング、ステープリング、加圧および熱融着を含む任意の適切な手段によって接合され、ベルト、スリープ、または円筒等の連続部材を形成することができるが、いずれにしてもベルト作成の容易化、オペレーション・サイクル時間の短縮、および作成された継ぎ目の機械的強度といった観点から、好ましくは超音波溶接プロセスを使用して柔軟な電子写真イメージング部材シート10の端領域12および14を、オーバーラップ領域内において接ぎ目30として接合し、図2に示されているような接ぎ合わされた柔軟な電子写真イメージング部材ベルト10を形成する。
図2に例示されているとおり、接ぎ目30の位置は、破線によって示されている。接ぎ目30は、水平部分によって接合された2つの垂直部分を構成する。したがって、接ぎ目30の中点が、ベルト10の一方のエッジから反対側のエッジまで延びる接ぎ目30の仮想中心線を描いており、すなわちこの仮想中心線(図示せず)が、図2に例示されている2つの垂直部分を接合している水平部分の中心に沿って延びているとすることができる。言い換えると、接ぎ目30の水平部分の平面図(図示せず)には、2車線の高速道路によく似た帯が示されることになり、それにおいては中心線が、2つの車線、すなわち端領域12および14を包含する2つの車線を分離する白い分離帯を表す帯によって表現されることになる。柔軟な電子写真イメージング部材10は、このように、図1に示されているとおりの電子写真イメージング部材材料のシートから、図2に示されているとおりの連続する電子写真イメージング部材ベルトへと形が変えられる。
柔軟な電子写真イメージング部材10は、第1の主要表面または上側外表面またはサイド32および第2の主要表面または下側外表面またはサイド34を背中合わせとなる側に有する。接ぎ目30は、第1の端領域12のところおよび/またはその近傍の下側表面34(概して直上に少なくとも1つの層を含む)が、第2の端領域14のところおよび/またはその近傍の上側表面32(概して直下に少なくとも1つの層を含む)と一体となるように柔軟な電子写真イメージング部材10を接合する。
好ましい熱/圧力接合手段としては超音波溶接が挙げられ、電子写真イメージング材料のシートをフォトレセプタ・ベルトの形へ変える。このベルトは、オーバーラップさせたシートの両側の端領域に超音波溶接を行うことによって作成することができる。超音波接ぎ合わせ溶接プロセスにおいては、オーバーラップ領域へ印加される超音波エネルギが使用されて、電荷輸送層16、発生層18、界面層20、遮断層22、支持層26の一部、および/またはカーリング防止裏引きコーティング層28等の適切な層を溶融する。支持層の直接融着は、最適な接ぎ合わせ強度を達成する。
超音波接ぎ合わせ溶接テクニックを使用して柔軟な電子写真イメージング部材シートのオーバーラップ領域を接ぎ目30にする溶接が完了すると、図2および3に示されるように、このオーバーラップ領域がオーバーラップするアバットメント領域の形になる。このオーバーラップするアバットメント領域内においては、柔軟な電子写真イメージング部材10の、以前は端領域12および14を形成していた部分が接ぎ目30によって接合され、その結果、以前の端領域12および14が互いにオーバーラップし、かつ寄りかかり合う。溶接済みの接ぎ目30は、図2および3に示されるように、上側および下側のスプラッシング68および70をそれぞれの端部に含んでいる。
スプラッシング68および70は、端領域12および14を互いに接合するプロセス内において形成される。オーバーラップ領域のいずれの側からも溶融した材料が必然的に排出されて支持層26対支持層の直接融着が促進され、結果としてスプラッシング68および70の形成を招く。上側スプラッシング68は、オーバーラップする端領域14の上方に形成され、上側表面32に接し、かつオーバーラップする端領域12に隣接し、かつそれにもたれて配置される。下側スプラッシング70は、オーバーラップする端領域12の下方に形成され、下側表面34に接し、かつオーバーラップする端領域14に隣接し、かつそれにもたれて配置される。スプラッシング68および70は、柔軟な電子写真イメージング部材10のオーバーラップ領域内の接ぎ目30のそれぞれの端およびエッジを超えて広がる。接ぎ目30のそれぞれの端およびエッジを超えるスプラッシング68および70の広がりは、電子写真コピー機、複写機、およびマシンが動作する間に柔軟な電子写真イメージング部材10の精密なエッジの位置決めを必要とするコピー機等の多くのマシンにとって望ましいものではない。概して言えば、柔軟な電子写真イメージング部材10のベルト・エッジにおけるスプラッシング68および70の広がりは、ノッチング・オペレーションによって除去される。
マシンが動作する間、接ぎ合わされた柔軟な電子写真イメージング部材ベルト10は、電子写真イメージング装置内のベルト支持モジュールのローラ上、特に小径ローラ上を循環し、すなわちそれらの上で曲がる。このサイクリングの間における柔軟な電子写真イメージング部材ベルト10の動的な曲げ/屈曲の結果として、ローラから柔軟なイメージング部材ベルト10上へ繰り返し力が作用し、それが、概して接ぎ目30の近傍に、その過度の厚さならびに材料の不連続に起因して大きな応力を生じさせる。接合ポイント76および78の近傍における曲げによって引き起こされるこの応力の集中は、柔軟な電子写真イメージング部材ベルト10の全長にわたる応力の平均値よりはるかに大きい値に達することもある。このとき引き起こされる曲げ応力は、柔軟なイメージング部材10が上に巻かれるローラの直径の逆数に関係付けられ、柔軟な電子写真イメージング部材ベルト10の接ぎ目の厚さに直接関係付けられる。柔軟な電子写真イメージング部材ベルト10等の構造部材が、オーバーラップ領域内に断面の厚さの急激な増加を含んでいる場合には、不連続部分、たとえば接合ポイント76および78において強く局所化された応力が発生する。
接ぎ目の破損に加えて、割れ80が保管部位として作用し、柔軟な電子写真イメージング部材ベルト10の電子写真イメージングならびにクリーニングの間に、トナー、紙の繊維、夾雑物、残骸、およびそのほかの望ましくない物質を集める。たとえば、クリーニング・プロセスの間に、クリーニング・ブレード等のクリーニング器具が割れ80上を繰り返し通過する。割れ80の部位が残骸によって埋められるに従って、割れ80から高く凝集した残骸のレベルの少なくともある部分までクリーニング器具が移動させられる。しかしながらこの残骸の量は、クリーニング器具の除去能力を超える。その結果、凝集した高く残骸のレベルまでクリーニング器具が移動され、クリーニング・プロセスの間にすべての量の残骸を除去することができない。それどころか柔軟な電子写真イメージング部材ベルト10の表面上に残骸の高く凝集した部分ができる。結果的にクリーニング器具は、柔軟な電子写真イメージング部材ベルト10から残骸を除去することに代えて、この残骸を全体にわたって押し広げることになる。
図4には、超音波溶接プロセスによって形成される強化接ぎ目設計に向けられた実施態様の断面図が示されている。この図を参照すると、柔軟な実質的に矩形のシートの両端から、角度A°で材料が除去され、または取り除かれて2つの新しい角度付きの、またはスロープをなす実質的に平行な断面の端部13および15が形成された後の柔軟な電子写真イメージング・ベルト10が示されている。その後このシートは、輪状に形成され、2つの新しい、整合する角度、または相補の角度が付けられた(またはスロープをなす)断面の端部13および15が互いの上に重ねられ、かつ/または合わされ、それに続いて超音波溶接プロセス等によって互いに接合され、または融着されて接ぎ目30Aが形成される。
より詳細に述べれば、図4には、カーリング防止裏引きコーティング層28とコンポジット層84の間の間に挟まれた支持サブストレート26を有する柔軟なイメージング部材10の略図が例示されており、コンポジット層は、電荷輸送層16、電荷発生層18、接着層20、電荷遮断層22、および導体層24の組み合わせを(例示を簡素にするために)略図的に示している。図4においては、柔軟なイメージング部材10の第1のエッジ12に隣接し、かつそれと平行に、第1の主要表面または下側外表面34から材料が角度A°で除去されて新しい第1の角度付き表面またはスロープをなす表面13が形成された後の柔軟なイメージング部材10が示されている。また、ここには第2のエッジ14に隣接し、かつそれと平行に、第2の主要表面または上側外表面32から材料が除去されて、第1の新しい角度付き表面またはスロープをなす表面13のプロファイルを実質的に補って完全にする第2の新しい角度付き表面またはスロープをなす表面15が形成された後の柔軟なイメージング部材10も示されている。
第1の新しい角度付き表面またはスロープをなす表面13および第2の新しい角度付き表面またはスロープをなす表面15が、互いに接触されて合わせ表面領域が形成され、互いの超音波溶接が行われると、それらは、柔軟なイメージング部材10のオーバーラップのない領域における厚さと実質的に類似する厚さを有する優れたオーバーラップ接合を形成する。このオーバーラップされたシート両端の構成は、超音波接ぎ合わせ溶接プロセスの間の互いに対する完全な溶融のために、オリジナルのシート領域の両端における支持サブストレートの直接接触を可能にする。結果として、接ぎ合わせオーバーラップのいずれの側からもイメージング層材料の溶融混合物がほとんどもしくはまったく排出されない。新しい第1の表面13における支持サブストレート26を新しい第2の表面15における支持サブストレート26へ直接融着することは、互いに合わされる露出された支持サブストレート26の材料の面積が拡大されるだけでなく、改善された超音波融着のための支持サブストレートの接触が強化されることから、充分な接ぎ合わせ強度を提供する。
図4に示されている実施態様において、接ぎ目30Aは、2つの重ねられた、断面に角度が付けられた端部を接合した結果である。これについて接ぎ目30Aは、第1の端領域12および第2の端領域14のもたれ合う端部の上側ならびに下側主表面に関して角度が付けられており、柔軟な電子写真イメージング・ベルト10を形成する。接ぎ目30Aは、端領域12および14において、ベルト10の断面方向の厚さにわたって勾配角度A°による角度付きカットまたはスライスを行うことによって形成される。図2に示されている対照物のオーバーラップする接ぎ目30に比較すると、接ぎ目30Aは、物理的な不連続を最小化するバット重ね接合である。さらに作成された接ぎ目領域は、厚さの追加をほとんどもしくはまったく伴わない滑らかな表面を有し、上側ならびに下側の接ぎ合わせスプラッシングを実質的に伴わない。
図4の接ぎ合わせ設計を準備するために、特定の傾斜付きまたは勾配付きの断面カット・テクニックによって、端領域12および14に反対側を向く角度付きの端部を作り出し、実質的に平行な、角度付きまたは傾斜付きの整合する端部を作成する。このシートを輪にすると、角度付きまたは斜角付きの端部が互いに重なり、かつ合わさり、これらを接合するか、たとえば音波溶接によって融着すれば、勾配角度A°を有する接ぎ目が形成される。勾配角度A°は、適正な合わせをもたらし、充分な接ぎ合わせ溶接オペレーションを得るために、約8°〜約45°までとする必要がある。しかしながら、ベルト10の厚さ方向にわたって傾斜付きまたは勾配付き断面カットを行って角度付きまたは斜角付きの端部のペアもたらすことの難しさから、また最適超音波接ぎ合わせ溶接テクニックのためにも、勾配角度Aを約10°〜約20°までとし、強化された接ぎ目割れ強度を得ることが好ましい。さらに、勾配19°のカット角度の40kHzで溶接された接ぎ目が、滑らかな接ぎ目領域トポロジをもたらし、接ぎ目スプラッシングの量が抑えられ、厚さの増加が非常にわずかとなることが明らかとなった。これについて、角度付きバット重ね接ぎとベルトの残りの部分(ベルトの接ぎ合わせのない部分)の間の厚さにおけるもっとも大きい差をほとんどゼロとすること、あるいは約+5マイクロメートル〜約+30マイクロメートルまでとすることが可能であり、許容可能な接ぎ目の品質改善結果が得られることも明らかとなった。しかしながら、良好な接ぎ目ボンディング強度を考慮し、超音波接ぎ合わせ溶接オペレーションの最適容易性から、この厚さの差を約+8マイクロメートル〜約+20マイクロメートルまでとすることが好ましい。
満足の得られるオーバーラップ幅(つまり、合わされる表面領域または連続接触幅)は、合わされる表面領域の長さに対して垂直な方向に測定したとき(つまり、最終的なベルトを横切る方向に測定したとき)約0.5ミリメートル〜1.8ミリメートルまでの間とする。約0.8ミリメートル〜1.5ミリメートルまでの間のオーバーラップの長さが特に好ましい。最良の全体的な接ぎ目の品質向上のための最適オーバーラップは、約1.0ミリメートル〜1.3ミリメートルまでの間のオーバーラップ幅を伴って達成される。オーバーラップ幅は、好ましくはベルトの厚さの少なくとも7倍より大きくする必要がある。
最終的な溶接済みベルトは、好ましくは接ぎ目中心線の厚さにおける最大差分が、接ぎ合わせベルトを形成する前のシートの厚さの約+25パーセントより小さく、接ぎ目またはそのコンポーネントと、電子写真イメージング・システムの各種サブシステムの間の衝突の有害な効果を最小化する。好ましくは、接ぎ目中心線の厚さにおける最小差分が、接ぎ目を形成する前のシートの厚さの約+4.5パーセントより大きく、トナー粒子およびそのほかの望ましくない残骸が集まる可能性のある明白なくぼみを回避する。
柔軟なイメージング部材10の新しい第1の角度付きまたはスロープ付き表面および新しい第2の表面のそれぞれの表面プロファイルは、適切な周知のいずれかのテクニックによって(それらの形状の変更およびそれらの厚さの低減を含めることによって)修正することができる。代表的な表面処理方法は、アブレーション、グラインディング、スライシング、レーザ・アブレーション、またはポリッシング等の化学的処理および機械的処理を含む。
たとえば、前述した傾斜付きまたは勾配付き断面のカッティング・テクニックのほかにも、すでに明らかにしたように、それに代えて垂直または直立するカットを有するように端領域12および14に2つの反対側の端部を作成することも可能であり、その後、スーパー・ポリッシング・プロセスを使用してベルト表面から材料を取り除き、または除去して角度の付いた、互いに合わせて超音波溶接するための整合する、または相互的な端部のペアを作ることができる。このプロセスもまた、図4に示されている接ぎ合わせ設計をもたらす。
さらに、マスキングを伴うエキシマ・レーザ・アブレーション・テクニック(図7)を使用することによって接ぎ合わせ設計の追加の実施態様を得ることも可能であり、当該テクニックの材料の排除を介してイメージング部材シートの互いに反対を向く端部において所望の勾配角度を伴う角度付きまたは斜角付き端部カットを作成し、その後それらを合わせて接ぎ合わせ溶接オペレーションを行う。たとえば図7は、多層の柔軟な電子写真イメージング部材10の端領域を横切っているマスキングされた紫外線エキシマ・レーザ・ビーム94の時間を止めた表現であり、このビームは、イメージング部材10の一方の第1のエッジに沿って主要外表面上に焦点が当てられている。オリジナルのエキシマ・レーザ・ビーム90は、矩形の開口を有する金属製マスキング・プレート92を通って指向され、それが非一様な低エネルギ・エッジをビーム90から除去し、それによって主要外表面へ指向されたときにコーティング層材料を正確に排除するための、新らたなマスキング後の、一様なエネルギ分布の紫外線エキシマ・レーザ・ビーム64を提供する。集中温度加熱効果を提供するCO2およびYAGレーザといった赤外線レーザとは異なり、マスキング後の紫外線エキシマ・レーザ・ビーム94からのエネルギが高く波長の短いUV照射に対するイメージング部材10の選択されたエリアの暴露は、多くの重要な効果をもたらすことが可能であり、それには、コーティング層内における長鎖高分子による、それらの分子を電子励起状態へ上昇させるためのエネルギ吸収、小さい分子断片への高分子連鎖の切断、表面からの分子断片の、一吹きのガスとしてのアブレーション除去、および、イメージング部材10の端領域の端部のエッジにおける所望の構造パターンの作成が含まれる。このように、それぞれのマスキング後のエキシマ・レーザ・パルスが、イメージング部材10から材料の薄層91を排除し、イメージング部材材料を正確に除去し、あらかじめ決定済みの表面プロファイルと完全に一致する端領域に整形する。レーザ・ビーム90は、イメージング部材の整形オペレーションの間、パルス化される。このレーザ・パルスの周波数は、秒当たりわずか数パルスの周波数から、約300Hzまで調整可能である。各レーザ・パルスが、非常に短い時間スケールで生じ、高分子コーティングの分子励起のためのエネルギだけを提供することから、このプロセスにおいては、イメージング部材10に寸法ひずみあるいは材料の溶融を生じさせる熱が発生しない。マスキング後の紫外線エキシマ・レーザ・ビーム94は、端領域を横断し、少なくとも1つのトラフまたは凹部96を端領域内に作成するが、この凹部96は、主要外表面と平行なフロア98および、フロア98と垂直に向けられ、かつ主要外表面56と垂直に向けられた少なくとも1つの壁90(またはすべての壁)を構成する。
代表的なマスキング・プレート92は、金属からなる。任意の適切な金属またはマスキング・プレート材料を使用することができる。代表的な金属としては、たとえば、ステンレス鋼、炭素鋼、ニッケル等が挙げられる。さらに、この開示のプロセスに使用されるマスキング後のエキシマ・レーザ・ビーム94を用いれば、熱の発生がなく、電子写真イメージング部材10のコンポーネントが、熱または燃焼によって劣化されることがない。これはまた、レーザ・ビーム94のパスに隣接するエリアの熱ひずみも回避し、マスキング後の紫外線エキシマ・レーザ・ビーム94によって作成されるトラフまたは凹部96の整形において大きなコントロールを達成する。このように、この開発に使用されるマスキング後の紫外線エキシマ・レーザ・ビーム94は、コーティング層を電子写真イメージング部材10の端領域からより高い精度を伴って除去し、電子写真イメージング部材10のサブストレート層26を露出し、超音波溶接の間に通常は生じる接ぎ目スプラッシュの形成を回避する。
ここで開示している接ぎ合わせ設計は、かなりの接ぎ目品質改善を伴うイメージング部材ベルトを提供し、実質的にイメージング部材ベルトの製造歩留まりを高め、かつベルト・ユニットの製造コストを実際上削減することができる。この接ぎ合わせベルト作成の具体化は、労働集約的かつ時間を要するマニュアル検査手続きの必要性を排除するだけでなく、接ぎ目の突出スポットの存在に起因する不合格品として失われていたベルト製造歩留まりも向上させる。したがって、この開示に従った柔軟なイメージング部材ベルトの接ぎ合わせは、相当に改善された品質、およびより良好な物理的/機械的属性、すなわち、表面プロファイルがより滑らかであること、接ぎ目スプラッシングがほとんど存在しないか、あるいはまったく存在しないこと、突出スポットが皆無であること、断面の厚さがより薄いこと、および物理的なひずみがほとんど存在しないか、あるいはまったく存在しないことといった属性を有する接ぎ目構成をもたらし、クリーニング・ブレードのパフォーマンスを高め、長期にわたる電子写真イメージングならびにクリーニング・プロセスの間に頻繁に引き起こされる、疲労によって引き起こされる接ぎ目の割れ/剥離の過早開始を抑える。
チタン・コーティングを施した厚さ3ミル(76.2マイクロメートル)を有する二軸指向熱可塑性ポリエステル(PET、メリネックス;ICIアメリカス・インク(ICI Americas Inc.)から入手可能)サブストレートのロールを用意し、電子写真イメージング部材のウェブを準備した。それに対し、グラビア・アプリケータを使用して、50部の3‐アミノプロピルトリエトキシシラン、50.2部の蒸留水、15部の酢酸、684.8部の200プルーフの変性アルコール、および200部のヘプタンを含む溶液を塗布した。その後この層を強制空気炉内において、290°F(143.3℃)の最大温度まで乾燥した。結果として得られた遮断層は、0.05マイクロメートルの乾燥層厚を有していた。
その後、接着界面層が、容量比70:30のテトラヒドロフラン/シクロヘキサノンの混合物内に、総質量基準で質量百分率5パーセントのポリエステル接着剤(モレスタ49,000(Mor‐Ester 49,000);モートン・インターナショナル・インク(Morton International, Inc.)から入手可能)を含む湿式コーティングを遮断層へ塗布することによって準備された。この接着界面層は、強制空気炉内において、275°F(135℃)の最大温度まで乾燥された。結果として得られた接着界面層は、0.07マイクロメートルの乾燥層厚を有していた。
その後、この接着界面層に、容量百分率7.5パーセントの三方晶系セレニウム、容量百分率25パーセントのN,N’‐ジフェニル‐N,N’‐ビス(3‐メチルフェニル)‐1,1’‐ビフェニル‐4,4’‐ジアミン、および容量百分率67.5パーセントのポリビニルカルバゾールを含むフォトジェネレーティング層のコーティングを行った。このフォトジェネレーティング層は、160グラムのポリビニルカルバゾールおよび、2,800ミリリットルの容積比1:1のテトラヒドロフランおよびトルエンの混合物を400オンスのアンバー・ボトル内に導くことによって用意された。この溶液に、160グラムの三方晶系セレニウムおよび20,000グラムの直径1/8インチ(3.2ミリメートル)のステンレス鋼材料が加えられた。続いてこの混合物が72〜96時間にわたってボール・ミル上に置かれた。その後に続き、結果として得られたスラリの500グラムが、750ミリリットルの容積比1:1のテトラヒドロフラン/トルエンに溶解された、36グラムのポリビニルカルバゾールおよび20グラムのN,N’‐ジフェニル‐N,N’‐ビス(3‐メチルフェニル)‐1,1’‐ビフェニル‐4,4’‐ジアミンの溶液へ加えられた。このスラリは、その後10分間にわたってシェーカ上に置かれた。さらにその後、結果として得られたスラリが、押し出しコーティングによって接着界面上に塗布され、濡れ層厚0.5ミル(12.7マイクロメートル)を有する層が形成された。しかしながら、遮断層および接着層を有するコーティング・ウェブの一端に沿って約3mmの幅の帯に対しては、意図的にフォトジェネレーティング層材料によるコーティングを施さず、後に塗布されるグラウンド・ストリップ層との適切な電気接触を容易にした。このフォトジェネレーティング層を、強制空気炉内において280°F(138℃)の最大温度まで乾燥し、2.0マイクロメートルの乾燥層厚を有するフォトジェネレーティング層を形成した。
このコーティング済みイメージング部材のウェブには、コーティング材料の同時押出によって電荷輸送層およびグラウンド・ストリップ層が同時にコーティングされた。電荷輸送層は、アンバー・ガラス・ボトル内に、質量比1:1(またはそれぞれ質量百分率50パーセント)のN,N’‐ジフェニル‐N,N’‐ビス(3‐メチルフェニル)‐1,1’‐ビフェニル‐4,4’‐ジアミンおよびマクロロン(Makrolon)5705、すなわちファーベンザブリッケン・バイエルA.G.(Farbensabricken Bayer A.G.)から市販されている約120,000の分子量を有するビスフェノールAポリカーボネート・サーモプラスチックに注入することによって調製された。結果として得られた混合物を、塩化メチレン内における固形物の質量百分率が15パーセントとなるように溶解させた。この溶液を押し出しによってフォトジェネレータ層上に塗布して、24マイクロメートルの乾燥層厚を有するコーティングを形成した。
フォトジェネレータ層が塗布されなかった約3mmの幅の接着層のストリップには、同時押し出しプロセスの間に、グラウンド・ストリップ層がコーティングされた。このグラウンド・ストリップ層混合物は、23.81グラムのポリカーボネート樹脂(固形物の合計質量百分率7.87パーセントのマクロロン(Makrolon)5705;バイエルA.G.(Bayer A.G.)から入手可能)および332グラムの塩化メチレンを大型ガラス瓶容器内において化合することによって準備した。この容器を緊密にカバーし、ポリカーボネートが塩化メチレン内に溶融するまで約24時間にわたってロール・ミル上に置いた。結果として得られた溶液は、15〜30分にわたり、93.89グラムのグラファイト分散コロイド(固形物の質量百分率12.3パーセント)、すなわち9.41部のグラファイト、2.87部のエチルセルロース、および87.7部の溶剤(アチスン・グラファイト分散コロイドRW22790(Acheson Graphite dispersion);アチスン・コロイド・カンパニー(Acheson Colloids Company)から入手可能)とともに、水冷ジャケット付き容器内において高速剪断分散ブレードの補助の下に分散コロイドの加熱および溶剤の逃げを防止しつつ混合された。結果として得られた分散コロイドは、続いてフィルタリングされ、塩化メチレンの補助の下に粘性が調整された。このグラウンド・ストリップ層コーティング混合物を、電荷輸送層との同時押し出しによって電子写真イメージング部材ウェブ上に塗布し、乾燥層厚14マイクロメートルを有する導電性グラウンド・ストリップ層を形成した。
結果として得られた、上記のすべての層を包含する電子写真イメージング部材ウェブを、その後、強制空気炉内において257°F(125℃)の最大温度ゾーンに通し、電荷輸送層およびグラウンド・ストリップの両方の同時乾燥を行った。
カーリング防止裏引きコーティングは、88.2グラムのポリカーボネート樹脂(マクロロン(Makrolon)5705;グッドイヤー・タイヤ・アンド・ラバー・カンパニー(Goodyear Tire and Rubber Company)から入手可能)および900.7グラムの塩化メチレンを大型ガラス瓶容器内において化合し、8.9パーセントの固形物を含むコーティング溶液を形成することによって準備した。この容器を緊密にカバーし、ポリカーボネートおよびポリエステルが塩化メチレン内に溶融するまで約24時間にわたってロール・ミル上に置いた。結果として得られた溶液内に、4.5グラムのシラン処理済みマイクロ結晶ケイ素を、高速剪断分散を用いて分散させ、カーリング防止裏引きコーティング溶液を形成した。続いてこのカーリング防止裏引きコーティング溶液を電子写真イメージング部材ウェブの裏面(フォトジェネレータ層および電荷輸送層の反対側)へ、押し出しコーティングによって塗布した後、強制空気炉内において220°F(104℃)の最高温度まで乾燥し、13.5マイクロメートルの厚さを有する乾燥後のコーティング層を作成した。
実施例1において準備された、353mmの幅を有する電子写真イメージング部材ウェブは、電子写真イメージング部材ベルトの接ぎ合わせの準備のために切り出され、4つの垂直にカットされた辺を有する、長さが正確に508mmの3枚の矩形シートが提供された。これらのイメージング部材のカット・シートの1つ、すなわち第1のカット・シートは、反対側の端部が1mmのオーバーラップで合わされ(図1に示されるとおり)、40kHzのホーン周波数を使用する超音波エネルギ接ぎ合わせ溶接プロセスによって接合され、図2に例示されているそれぞれに一致する、接合ポイント76に伴ってトップの接ぎ目スプラッシング表面形態74を有し、物理的な不連続ステップ72を呈する対照標準の接ぎ目を備えた電子写真イメージング部材ベルトが形成された。
この開示の接ぎ合わせ設計を作成するために、第2の矩形イメージング部材のカット・シートの2つの反対側の端部に、スーパー・メカニカル・アブレーション・プロセスを施し、角度付きまたは斜角付きのペア、すなわち約15°の勾配角度を有する相補整合端面を作成した。シートの2つの反対側の端部に作成されたこれらの斜角付き整合端面のペアは、その後バット重ね合わせが行われ、それに続いて図4に示されているような接ぎ合わせベルトとして超音波溶接された。
この開示の別の接ぎ合わせ設計についても、マスキング後のエキシマ・レーザ・アブレーション・プロセスを使用することによって準備が行われた。本質的に、イメージング部材のカット・シートの反対を向くそれぞれの端部は、図5に説明されているようなマスキング後のエキシマ・レーザ・アブレーション・テクニックの使用によって整形されたが、有効なレーザ暴露アブレーションのためにイメージング部材のシートがレーザ・ビームに対して15°の傾きで保持された点が異なる。これにより、整合する15°の勾配角度を有する斜角付き表面のペアが、シートの反対側の端部にそれぞれ形成され、その後超音波溶接によって所望の接ぎ合わせ設計が作られた。
この開示のさらに別の接ぎ合わせ設計が、解剖メスを用いる傾斜付きまたは勾配付き断面カット・テクニックを使用して作成された。所望のバット重ね接ぎ合わせのための整合する斜角付き端部のペアを作成するために、まず、中央部分に勾配角度15°のスリットを有する2枚の厚さ1/4インチの金属プレートの間にイメージング部材のシートを確実に固定した。続いて解剖メスをスリット内に差し入れてイメージング部材のシートをカットし、またはスライスし、2枚のイメージング部材のサンプルに分けて2つの整合する斜角付き端面を作成した。その後、これらの端部を合わせて超音波溶接を行い、図4の接ぎ合わせ設計を作成した。
図1に示されているような接ぎ合わせ設計(対照標準)と、上記プロセスに従って準備された3つのそれぞれの開示された接ぎ合わせを比較した。これらの接ぎ目は、表面分析器、すなわちミツトヨ・カンパニー(Mitutoyo Company)から入手可能なサーフテスト402(Surftest 402)を使用して表面トポロジについて分析された。対照標準の接ぎ合わせ設計について得られた図5に示されている表面プロファイルは、1.0マイクロメートルの接ぎ目スプラッシュを有し、スプラッシュの高さは68マイクロメートル、粗い表面の粗さのRa値は7.1であった。
この開示の3つの低プロファイル接ぎ合わせ設計は、これと鋭い対比をなし、より滑らかな接ぎ目領域トポロジ、小さい0.16マイクロメートルのスプラッシュ、実質的に低減された約19マイクロメートルのスプラッシュ高、および表面の粗さのRa値1を有していた。図6を参照されたい。
それに加えて、マイクロメータを使用した接ぎ目の厚さ測定により、この開示の接ぎ合わせが、接ぎ目の厚さをかなり抑えることが立証された。これらの接ぎ目は、イメージング部材の残り部分よりわずかに約8.1〜約8.7パーセントの厚さの増加しか示さなかった。これに対して、対照標準の接ぎ合わせ設計の接ぎ目は、イメージング部材の残り部分より約60パーセントも増加した厚さを示した。
対照標準の接ぎ目およびこの開示の3つの接ぎ合わせ設計は、さらに引っ張り接ぎ目破断強度について、インストロン・メカニカル・テスタ(Instron Mechanical Tester)を使用して評価された。開示の接ぎ目からは、約8.9および約9.5kg/cmの接ぎ目強度が得られ、これは対照標準の接ぎ目について得られた破断強度10.1kg/cmよりわずかに低い。それにもかかわらず、これらの値は、この分野における動的イメージング部材ベルト・マシン機能の間における機械的な接ぎ目の完全性を保証するイメージング部材ベルト接ぎ目強度仕様の6.3kg/cmをはるかに超えている。
結論すれば、ここで開示した低プロファイルのバット重ね接ぎ合わせ設計は、接ぎ目の割れ/層剥離の問題を軽減し、かつ従来の超音波接ぎ合わせ溶接プロセスを使用したシンプルな接ぎ合わせベルト作成方法を提供し、それにおいて当該方法は、接ぎ目スプラッシュの物理的な不連続を最小化し、接ぎ目スプラッシュをほとんどもしくはまったく生じない、より滑らかな表面トポロジを提供し、接ぎ目領域の厚さの低減をもたらし、寸法的に安定したイメージング部材ベルトを生み出し、クリーニング・ブレードの摩耗を抑え、かつ非常に重要なことであるが、高い突出スポットが実質的に存在しない調整された接ぎ目をもたらし、それによって接ぎ合わせイメージング部材ベルトの不良率を下げ、さらにはイメージング部材ベルトの製造歩留まりを高める。さらにまた、この開示の接ぎ合わせ設計を使用して接ぎ目の品質も改善され、その結果、場合によってはマニュアルの接ぎ目検査ステップが排除される。
オーバーラップ・ポジション内に垂直にカットされた対向する端部を有する周知の輪状の多層の柔軟な電子写真イメージング部材材料の部分断面図である。 図1に例示したシートから超音波接ぎ合わせ溶接後に得られる、代表的な多層接ぎ合わせの柔軟な電子写真イメージング部材ベルトの部分断面図である。 疲労によって引き起こされた接ぎ目エリアの割れ/層剥離に起因する機械的損傷を有する図2に例示した多層接ぎ合わせの柔軟な電子写真イメージング部材ベルトの部分断面図である。 この開示の接ぎ合わせによる柔軟な多層電子写真イメージング部材ベルトの横断面図である。 対照標準の接ぎ目の表面プロファイルを例示した説明図である。 ここで開示した接ぎ合わせ設計の表面プロファイルを示した説明図である。 あらかじめ決定済みの深さまで材料を除去し、角度付き、スロープ付きの表面等のチャンネルを電子写真イメージング部材シートに形成することに関係する、マスキングされたエキシマ・レーザ・アブレーションを例示した説明図である。
符号の説明
10 イメージング部材ベルト、12 第1の端領域、13 第1の新しい角度付き表面、14 第2の端領域、15 第2の新しい角度付き表面、16 電荷輸送層、18 電荷発生層、20 接着層、22 電荷遮断層、24 導体層、26 支持層、28 カーリング防止裏引きコーティング層、30 接ぎ目、30A 接ぎ目、32 上側表面84 コンポジット層。

Claims (4)

  1. 接ぎ合わされた柔軟な静電写真イメージング部材ベルトの製造方法であって、
    柔軟な実質的に矩形の静電写真イメージング・シートであって、第2の主要外表面の反対側にあり、かつ第2の主要外表面と平行な第1の主要外表面、および前記シートの、第2の端領域の反対側にあり、かつ第2の端領域と平行な第1の端領域を有する静電写真イメージング・シートを提供すること、
    前記第1の端領域を約8°〜約45°までの角度で整形し、前記第1の主要外表面と前記第2の主要外表面の間に第1の新しいスロープ付きの表面を形成すること、
    前記第2の端領域を約8°〜約45°までの角度で整形し、前記第1の主要外表面と前記第2の主要外表面の間に第2の新しいスロープ付きの表面を形成し、前記第2の新しいスロープ付きの表面が前記第1の新しいスロープ付きの表面と実質的に平行となるように形成すること、
    前記シートを輪状にし、かつ前記第1の新しいスロープ付きの表面を前記第2の新しいスロープ付きの表面にオーバーラップさせて合わせ領域を形成すること、および、
    前記合わせ領域内において、前記第1の新しいスロープ付きの表面を前記第2の新しいスロープ付きの表面に接合して接ぎ目を形成し、前記接ぎ目が6.3kg/cmより大きい接ぎ目強度を有すること、
    を包含する静電写真イメージング部材ベルトの製造方法。
  2. 前記角度は、約10°〜約20°までである請求項1に記載の静電写真イメージング部材ベルトの製造方法。
  3. 請求項1の製造方法によって製造される、接ぎ合わされた柔軟な静電写真イメージング部材ベルト。
  4. 前記第1の新しいスロープ付きの表面および前記第2の新しいスロープ付きの表面は、約40kHzのホーン周波数を使用する超音波溶接プロセスによって互いに接合される、請求項1に記載の静電写真イメージング部材ベルトの製造方法。
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