JP3825637B2 - デジタル式画像システムで使用するための無端ベルト及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル式画像システムで使用するための無端ベルト（エンドレスベルト）及びその製造方法に関し、更に詳細には、中間画像転写作業、トーナー融着又は移注（ｔｒａｎｓｆｕｓｉｏｎ）作業、及び／又はシート移送作業で使用できる継目無し強化ベルト（シームレスの強化ベルト）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタル式画像システムは、乾燥トーナー又は液体トーナーを使用して文書やグラフィック画像を印刷するゼログイラフィー及びエレクトログラフィーの分野で広範に使用されている。例えば、デジタル式にアドレスできる書込みヘッドを使用して潜像を形成するシステムには、レーザープリンター、発光ダイオードプリンター、及び電子ビームプリンターが含まれる。コピー機は、潜像を形成するために光学式手段を使用する。どのように形成されるのかに拘わらず、潜像をインク（又はトーナー）で形成し、転写し、紙又はポリマー基材に定着する。このようなシステムは、代表的には、無端ベルト、ロール、又はドラム等の構成要素を含む。これらの構成要素は、潜像の記録、中間画像の転写（トーナー画像をベルトに転写した後、基材に転写する）、トーナーの移注（未融着画像をベルト上に移送した後に融着する）、接触融着、又は紙や透明体等の画像基材の静電気及び／又は摩擦による移送に使用される。
【０００３】
無端ベルトの場合には、このようなベルトは、代表的には、円筒形ローラーを回転させることによって、適当な牽引力及び張力が加わった状態で移動され即ち駆動される。このようなベルトは、画像又は基材移送プロセスにおいて重要な役割を果たすため、正確な標準を満たすように設計及び加工がなされていなければならない。例えば、画像転写ベルトは、継目無しであり且つ可撓性でなければならず、均等な平坦性を呈しなければならない。更に、ベルトは、特定の電気的特性（誘電率、容積、及び表面抵抗率等）、化学的特性（湿度や紫外線等に対する抵抗）、及び寸法上の仕様（周囲、厚さ、幅、等）を提供しなければならない。これらは、所望の用途に応じて変化する。
【０００４】
製造時や作動時にベルトに不均等性がもたらされると様々な問題点が生じる。例えば、潜像の記録にベルトを使用する場合、表面の平坦度が非常に重要である。これは、ベルトの上方に位置決めされた高解像度のレーザービームを使用してベルトの表面を静電気で帯電させるためである。ベルトの平坦度が不均等である場合には、ランダムな位置が変形しているため、画像の品質が損なわれてしまうのである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、当該技術分野では、表面平坦度を含む正確な許容差内で製造でき且つ作動でき、また、様々な画像作業、画像転写作業、又はシート移送作業について使用できる、デジタル式画像システムで使用するための無端ベルトが必要とされている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、正確で均等な平坦度を持ち、画像の転写又はシートの移送を行うための適切な性質を提供するように調節された作用面を備えた無端ベルトを提供することによって、このような必要を満たす。
【０００７】
本発明の一つの特徴によれば、第１及び第２の縁部を持ち、複数のプライ（すなわち、層）を備えた、デジタル式画像システムで使用するための無端ベルトが提供される。均等な平坦度という用語は、第１縁部から第２縁部まで及び周囲の一つの箇所から別の箇所までのベルトの厚さの変化が０．００３ｃｍ（０．００１インチ）よりも小さいということを意味する。ベルトの周方向均等性の変化もまた、周方向で円錐形をなして０．０１３ｃｍ（０．００５インチ）よりも小さく、ベルトの全構造に亘って周方向均等性を提供する。
【０００８】
ベルトは、エラストマーベースプライ及びこのベースプライ上のエラストマー含浸スパンコード層を含む。「コード」という用語は、連続したひも状のもの（コード）に形成された単一のファイバ又は多数のファイバのいずれかを意味する。「含浸」という用語は、エラストマーが、紡糸した一つ又はそれ以上のファイバ間の空間を少なくとも部分的に占有するということを意味し、必ずしも個々のファイバを含浸することではない。
【０００９】
ベルトは、コード層上の織布又は不織布のファブリックプライ及びこのファブリックプライ上の外エラストマープライを更に含む。この外エラストマープライは、作用面を有する。ファブリックプライもまた、エラストマーで含浸されているのがよい。本発明の目的について、プライの位置に言及する場合の「上の又は上に」という用語は、一つプライがこのプライの上のプライと隣接しており且つ接触しているということを意味するということは理解されるべきである。更に、本発明の目的について、「プライ」という用語及び「層」という用語は、相互交換可能であるということは理解されるべきである。
【００１０】
外エラストマープライは、画像コンポジションを受け入れ、又は基材を移送するようになった作用面層として機能する。例えば、表面層は、トーナーを付着させた未融着の画像を画像記録構成要素から受け入れる中間画像転写面として使用でき、紙又は透明な基材を引き付け、位置合わせされた状態に保持し、移送するための静電気による表面電荷密度を受け入れる誘電表面として使用でき、又はトーナーを基材にプレスでき且つ定着（又は融着）できるトーナー融着面として使用できる。
【００１１】
エラストマーベースプライ及び外プライは、好ましくは、シリコーン、フルオロシリコーン、フルオロカーボン、ＥＰＤＭ（エチレン−プロピレンジエンターポリマー）、ＥＰＭ（エチレン−プロピレンコポリマー）、ポリウレタンエラストマー、及びこれらの混合物からなる群から選択される。スパンコード及びファブリック層の含浸に使用されるエラストマーもまた、上掲のエラストマーから構成するようにしてもよい。
【００１２】
本発明の一実施例では、外エラストマープライは導電性である。導電性という用語は、外エラストマープライの表面抵抗率が約１０¹⁴Ω／□（ｏｈｍ ｐｅｒ ｓｑｕａｒｅ；Ω／平方）よりも小さいということを意味する。これは、中間画像転写、トーナー融着、又は移注の用途に対して望ましい。
【００１３】
基材移送等の用途では、表面電荷密度が作用面層に加えられ、外エラストマープライ又は無端ベルト全体の容積抵抗率は、約１０¹²Ωｃｍよりも大きいことが好ましい。
【００１４】
無端ベルトの製造方法は、一般的には、未硬化のエラストマーをマンドレル等の加工物（ワークピース）に付けてベース層を形成する工程を含む。エラストマーは、好ましくは、溶媒和ゴム又はセメントの形態で加工物の表面にコーティングされる。次に、加工物を回転させ、エラストマーで含浸したコードをベース層に巻付け、織布又は不織布のファブリック層をコード層に付ける。好ましくは、ファブリック層を付ける前に、巻き付けたコード層に追加のエラストマーをコーティングする。次いで、未硬化のエラストマー層をファブリック層に付けて外層を形成する。外エラストマーは、溶媒和ゴムの形態でコーティングすることによって付けることができ、又はカレンダー加工を施した形成可能なシートの形態で付けることができる。
【００１５】
外エラストマー層を付けた後、組み立てた層を硬化させる。硬化後、好ましくは、外エラストマー層の表面を研削等で処理し、均等な平坦度（換言すれば、一様な平面度）を提供し、エラストマー層が上文中に説明した作用面層として機能するようにする。
【００１６】
本発明の方法によって形成された無端ベルトは、張力が作用した状態でデジタル式画像機械に設置した場合に優れた性能を示すということがわかっている。エラストマーの構造及び選択に基づいて、ベルトは、中間画像転写で使用するための適切なトーナー受け入れ性能、基材移送の用途に適した表面帯電密度の保持、又は融着又は移注の用途について良好なトーナー放出性能を示すということもわかっている。
【００１７】
従って、本発明の特徴は、デジタル式画像機械で使用するための、均等な平坦度（換言すれば、一様な平面度）を示し、潜像の記録、中間画像転写、基材移送、トーナー融着、又はトーナー移注に使用できる、継目無しベルトを提供することである。本発明のこれらの及び他の特徴且つ効果は、下記の詳細な説明、添付図面及び特許請求の範囲から明らかとなるであろう。
【００１８】
本発明を更に容易に理解するため、次に添付図面を例として参照する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の継目無しベルトは、回転張力が作用した状態で均等な平坦度及び優れた性能を得るために厳正な許容差内で製造できるという、従来技術のベルトよりも大きな利点を提供する。更に、プライを変化させることができ、必要であれば、特定の用途について、潜像の記録、中間画像転写、基材移送、及びトーナー融着又はトーナー移注で使用するためにベルトを適合（または注文製作）できるように、相互交換できる。
【００２０】
例えば、表面電荷密度を外層に亘って加える基材移送の用途では、外エラストマープライ又は無端ベルト全体は、裏から表にかけて、約１０¹²Ω・ｃｍ又はそれ以上のバルク抵抗率を持つ。中間画像転写について、外層は、好ましくは、例えばシリコーン、フルオロカーボン、又はフルオロシリコーン等のエラストマーを含む。このようなエラストマーは、トーナーを放出でき、約１０¹⁴Ω／□（約１０¹⁴Ω／平方）よりも小さい表面導電率を有する。トーナーの融着に関し、ベルトの全ての層は、耐熱性及び熱伝達効率が高いシリコーンやフルオロカーボン等のエラストマーでできている。移注の用途に関し、外層は、好ましくは、耐熱性が高く適切なトーナー放出特性を持ち、約１０¹⁴Ω／□（約１０¹⁴Ω／平方）よりも小さい表面抵抗率を持つエラストマーでできている。
【００２１】
次に図１及び図２を参照すると、これらの図には、継目が無く、均等に平らな構造を持つ本発明によるベルト１０が示してある。図１に示す実施例では、中間画像転写にベルト１０を使用する。他の用途では、ベルトは、図１に示す記録ドラム１６等の記録ドラムで使用できる。先ず最初に、コンピューター１２が、書込みヘッド６０（例えばレーザー、ＬＥＤ等）を介して記録ドラム１６上での潜像１４の形成を制御する。この潜像は、トーナーカートリッジ１８から乾燥トーナーを静電気で引き付け、トーナーの未融着像２０を形成する。次いでこの像をベルト１０に中間像２２の形態で転写する。ベルトは、ローラー２４、２６、及び２８によって駆動され、これにより中間像を移注ニップ３０を通して前進し、このニップのところで熱及び圧力を加え、融着ローラー３４及びベルト１０によって、同期して摩擦によって前進された基材３２上へのトーナー画像の転写及び融着を同時に行い、最終的な融着画像３６を形成する。潜像１４、未融着像２０、中間像２２、及び融着像３６は、画像の形成に含まれる工程の順序を更に良好に例示するように示してある。例えば、実際のプロセスでは、基材３２上への画像３６の転写及び融着は、実際には、ニップ３０のところで行われる。
【００２２】
上文中に説明したプロセスは、液体トーナーで使用するように適合させることもできる。
図３は、本発明の一実施例に従って製造した無端ベルトを示す。ベルト１０は、エラストマーベースプライ４０、このベースプライ上のエラストマー含浸スパンコード層４２、このコード層上の織布又は不織布のファブリック層４４、及び外エラストマー層４６を含む。
【００２３】
エラストマーベースプライ４０及び外エラストマー層４６は、シリコーン、フルオロシリコーン、フルオロカーボン、ＥＰＤＭ、ＥＰＭ、又はウレタンでできているのがよい。
【００２４】
エラストマー含浸スパンコード層４２は、ベースに周囲均等性及び強度を提供する。スパンコード層は、ファブリック、プラスチック、又は金属製のコード若しくはファイバから選択でき、例としては、ポリアラミド、ファイバガラス、又はステンレス鋼などがあげられ、それらは、例えば溶媒に溶かしたエラストマー溶液に浸漬させ、以下に更に詳細に説明するようにマンドレルに巻付けてあるか或いはマンドレルを中心として紡糸される。
【００２５】
ファブリックプライ４４はベルトに横方向強度を提供し、例えば耐熱性が高いアラミドファイバでできているのがよい。ファブリックプライには、好ましくは、上掲のエラストマーのうちの任意のものが以下に説明するように含浸させてある。
【００２６】
好ましくは、エラストマー表面プライは、所望の仕様に従って他の成分と混合したポリジメチルシロキサン又はメチルビニルシロキサンをベース（または、基剤）としたゴム等のシリコーンゴムでできている。エラストマー表面プライは、ベルトの所望の用途に応じて、導電性であってもよいし、非導電性であってもよい。導電性エラストマープライが所望である場合には、エラストマーには、外プライ又は無端ベルト全体に約１０¹⁴Ω／□（約１０¹⁴Ω／平方）よりも小さい表面抵抗率を与えるのに十分な量のカーボンブラック又は他の導電性添加剤が添加することが好ましい。
【００２７】
次に、本発明の継目無しベルトの一つの製造方法の工程を例示するフローダイヤグラムである図４を参照する。図４の同じ参照番号は、図３で説明したのと同じエレメントを表す。
【００２８】
周囲を縁部から縁部まで正確に均等（一様）にするため、固定されており且つ高度の許容差を備え研磨された表面を持つ金属製円筒体即ち円筒形マンドレル５０等の加工物を使用してベルトを形成する。次いで、溶媒溶液（溶剤溶液）の態様で提供されたエラストマーをナイフコーティング又はローラーコーティングのいずれかによってマンドレルに付け、ベースエラストマー層４０を形成する。
【００２９】
次に、粘度を制御した溶媒和エラストマーが入った浸漬タンク（図示せず）にファブリック、プラスチック、又は金属製のコード４２を浸漬する。好ましくは、コードは、耐熱性アラミドファイバでできているが、前記ベルトの最終的な用途に応じて、ナイロン、綿、羊毛、又は他の材料でできていてもよい。次いで、円筒形マンドレル５０を回転させ、浸漬したコードを周方向に左から右へ所望のコード張力及びコード離間パターンで回転巻き付けする。単一のコードパターンを使用してもよいし、重なりコードパターンを使用してもよい。ゴム浸漬コードを回転巻き付けした後、好ましくは、周囲に巻き付けたコードの周囲に亘って薄いゴムセメント層をナイフコーティングし、コード間の空間を埋める。
【００３０】
次に、キャリパが非常に薄い不織布又は粗目の布即ちファブリック４４をコード層の表面上に積層する。好ましくは、ファブリックは、コード層に付ける前に溶剤和ゴムセメントに浸漬させる。
【００３１】
最後に、溶剤和エラストマーをファブリック層上に所望の厚さまでナイフコーティングし、エラストマー表面層４６を形成する。別の態様では、ファブリック層に直接付けたカレンダー加工を施した又は形成可能なゴムシートを使用することによって、表面層を形成するのがよい。
【００３２】
ベルトを円筒形マンドレル上で形成した後、これをプラスチックジャケット（図示せず）にぴったりとくるみ、熱及び圧力を加えてベルトの層内のエラストマーゴムを硬化させる。硬化時にベルトを室温で外し、有用な作用面を形成するため、所望の用途に従ってＲａ、艶消し又は艶出し等の仕上げを施す。作用面は、好ましくは、±０．００１３ｃｍ（０．０００５インチ）の厚さ許容差（公差）にまで研削（研磨）される。
【００３３】
流延表面（キャスト表面）が所望の用途では、ベルト層を図４に示す方法とは逆の順序で形成するのがよく、例えば先ず最初にエラストマー層４６を金属製円筒体即ち円筒形マンドレル５０上に付ける。次に、ファブリック層４４を層４６上に上文中に説明した方法で付ける。次いで、スパンコード層４２を上文中に説明したように層４６に巻付け、エラストマー層４０をコード層４２上に付ける。アッセンブリをきつく巻付けて硬化させる。硬化時にエラストマー層４０を所望のゲージまで研削する。最後に、流延層（キャスト層）４６が外作用面層を形成し且つ研削層４０がベース層となるするようにベルト構造を逆にする。
【００３４】
本発明を例示する目的で特定の例示の実施例及び詳細を示したが、添付の特許請求の範囲に定義された本発明の範囲から逸脱することなく、本明細書中に開示した方法及び装置の様々な変更を行うことができるということは当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 回転ローラーに取り付けた本発明のベルトの斜視図である。
【図２】 図１のベルトの斜視図である。
【図３】 図２の３−３線に沿った断面図である。
【図４】 本発明の一つのベルト製造方法の工程を示すフローダイヤグラムである。

Claims (22)

1. デジタル式画像システムで使用するための、第１及び第２の縁部と複数のプライとを持つ無端ベルト（１０）において、
   エラストマーベースプライ（４０）、前記ベースプライ上のエラストマー含浸コード層（４２）、前記コード層上の織布又は不織布のファブリックプライ（４４）、及び前記ファブリックプライ上の、作用面を持つ外エラストマープライ（４６）を含む、無端ベルト（１０）。
2. 請求項１に記載の無端ベルト（１０）において、前記外プライ（４６）の前記作用面は、画像コンポジションを受け入れるようになっている、無端ベルト（１０）。
3. 請求項１に記載の無端ベルト（１０）において、前記外プライ（４６）の前記作用面は、基材を移送するようになっている、無端ベルト（１０）。
4. 請求項１に記載の無端ベルト（１０）において、前記外プライ（４６）の前記作用面は、中間未融着トーナー画像を保持するようになっている、無端ベルト（１０）。
5. 請求項４に記載の無端ベルト（１０）において、前記ベルトは、前記未融着トーナー画像を基材に転写し、基材に融着するようになっている、無端ベルト（１０）。
6. 請求項１に記載の無端ベルト（１０）において、前記第１縁部から前記第２縁部まで及び一つの周囲箇所から別の周囲箇所までの前記ベルトの厚さの変化は０．００３ｃｍ（０．００１インチ）よりも小さい、無端ベルト（１０）。
7. 請求項１に記載の無端ベルト（１０）において、前記ベルトの周方向均等性の円錐形状変化は、０．０１３ｃｍ（０．００５インチ）よりも小さい、無端ベルト（１０）。
8. 請求項１に記載の無端ベルト（１０）において、前記エラストマーベースプライ（４０）及び前記外エラストマープライ（４６）は、シリコーン、フルオロシリコーン、フルオロカーボン、ＥＰＤＭ、ＥＰＭ、ポリウレタンエラストマー、及びこれらの混合物からなる群から選択される、無端ベルト（１０）。
9. 請求項１に記載の無端ベルト（１０）において、前記織布又は不織布のファブリックプライ（４４）に、シリコーン、フルオロシリコーン、フルオロカーボン、ＥＰＤＭ、ＥＰＭ、ポリウレタンエラストマー、及びこれらの混合物からなる群から選択されたエラストマーを含浸する、無端ベルト（１０）。
10. 請求項１に記載の無端ベルト（１０）において、前記外エラストマープライ（４６）は、導電性であるか或いは電気的に絶縁性である、無端ベルト（１０）。
11. 請求項１に記載の無端ベルト（１０）において、前記ベルト又は前記外エラストマープライ（４６）の体積抵抗率は、約１０¹²Ω・ｃｍよりも大きい、無端ベルト（１０）。
12. デジタル式画像システムで使用するための無端ベルト（１０）の製造方法において、
    未硬化のエラストマーを加工物に付けてベース層（４０）を形成する工程、
    前記加工物を回転し、エラストマーを含浸させたコード（４２）を前記ベース層の周囲に巻付ける工程、
    織布又は不織布のファブリック層（４４）を前記コード層上に付ける工程、
    未硬化のエラストマー層を前記ファブリック層上に付けて外層（４６）を形成する工程、及び
    前記組み合わされた層を硬化させる工程を含む、方法。
13. 請求項１２に記載の方法において、前記エラストマーベース層（４０）を前記加工物にコーティングする、方法。
14. 請求項１２に記載の方法において、前記外エラストマー層（４６）を前記ファブリック層（４４）上にナイフコーティングする、方法。
15. 請求項１２に記載の方法において、前記外エラストマー層（４６）は、前記ファブリック層（４４）に付けたカレンダー加工した形成可能なシートの形態である、方法。
16. 請求項１２に記載の方法において、前記ファブリック層を付ける前に前記コード層（４２）にエラストマーをコーティングする工程を含む、方法。
17. 請求項１２に記載の方法において、前記ベルトを硬化させた後、前記外エラストマー層（４６）の表面を研削する工程を更に含む、方法。
18. 請求項１２に記載の方法において、前記ベースエラストマー層（４０）及び前記外エラストマー層（４６）は、シリコーン、フルオロシリコーン、フルオロカーボン、ＥＰＤＭ、ＥＰＭ、ポリウレタンエラストマー、及びこれらの混合物からなる群から選択される、方法。
19. 請求項１２に記載の方法において、前記外エラストマー層（４６）は、導電性であるか或いは電気的に絶縁性である、方法。
20. デジタル式画像システムで使用するための無端ベルト（１０）の製造方法において、
    未硬化の第１エラストマーを加工物に付ける工程、
    織布又は不織布のファブリック層を前記第１エラストマー層上に付ける工程、
    前記加工物を回転し、エラストマーを含浸させたコードを前記ファブリック層の周囲に周方向に沿って巻き付ける工程、 未硬化の第２エラストマーを前記コード層に付ける工程、及び
    組み立てた層を硬化させる工程を含む、方法。
21. 請求項２０に記載の方法において、前記ベルトを硬化させた後、前記第２エラストマーの表面を研削する工程を更に含む、方法。
22. 請求項２０に記載の方法において、前記第１エラストマー層が流延加工面を形成するように前記硬化させたベルトを逆にする工程を更に含む、方法。

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