JP4271429B2 - 静電複写機のための電気機械ロールを製造する方法 - Google Patents

静電複写機のための電気機械ロールを製造する方法 Download PDF

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Description

【0001】
【関連出願の説明】
バイアス転写ロールのような電気機械ロールや装置の例は、米国特許第2,807,233号、2,836,725号、3,043,684号、3,267,840号、3,328,193号、3,598,580号、3,525,146号、3,630,59/1号、3,684,364号、3,691,992号、3,702,482号、3,782,205号、3,832,055号、3,847,478号、3,866,572号、3,924,943号、3,959,573号、3,959,574,号、3,966,199号、4,116,894号、4,309,803号、5,321,476号、5,849,399号、5,897,248号、5,970,297号にみられる。
【0002】
上で引用した文献は全て、あらゆる目的のために本明細書に全て組み入れられている。
【0003】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電複写印刷機における荷電トナー粒子の転写装置、更に言えば、導電性コアと縦一列の関係で(縦方向に一列に並ぶように)位置付けられた複数の圧縮性セグメントを有するバイアス転写ロールのような電気機械ロールに関する。
【0004】
【発明の概要】
ある態様によれば、互いに縦一列の関係で位置付けられ且つ導電性コアを取り囲むような一連の筒形部材と導電性コアとを備えた電気機械ロールが提供される。
【0005】
他の態様によれば、静電複写装置は、導電性コアの上に互いに縦一列の関係で位置付けられた、2個以上の、例えば2〜24個の筒形セグメントを有する電気機械ロールを有する。
【0006】
また他の態様によれば、印刷機やコピー機で使用する電気機械ロールは、8インチ〜120インチの長さと、0.25インチ〜48インチの外径を有してもよい。このロールは、導電性コアの上に互いに縦一列の関係で位置付けられた、成形され若しくは押し出し成形された、複数の筒形セグメントを用いることによって作られてもよい。各筒形セグメントは、例えば、ロールの全長の約50%までの長さを有していてもよい。
【0007】
更に他の態様によれば、電気機械ロールは、ある長さとある外面を有する導電性コアを有する。各々がある長さを有する複数の適合部材が、導電性コアの外面の一部の上に同軸状に配置されている。これらの複数の部材は導電性コアの外面の上に互いに縦一列の関係で位置付けられている。
【0008】
他の態様によれば、バイアス転写ロールは、約8インチ〜約120インチの長さと外面を有する導電性コアを有する。複数の適合筒形セグメントは、導電性コアの外面の一部の上に同軸状に配置され、また、導電性コアの外面に沿って互いに縦一列の関係で位置付けられている。各筒形セグメントは、少なくとも、0.5インチの長さを有する。保護膜層は、複数の適合筒形セグメントの上に配置されている。
【0009】
他の態様によれば、ゼログラフィック装置は、現像装置と、電気機械ロールを有する。電気機械ロールは、8インチ〜120インチの長さと外面を有するステンレス鋼の導電性コアを有する。複数の筒形セグメントは、ステンレス鋼の導電性コアの外面の少なくとも一部の上に同軸状に配置される。これらの筒形セグメントは、導電性コアの外面に沿って互いに縦一列の関係で位置付けられる。これらの筒形セグメントは各々、ポリマー若しくはエラストマーを有し、0.5インチ〜12インチの長さを有する。保護膜層は筒形セグメントの上に配置される。ゼログラフィック装置はコピー及び/又は印刷に適している。
【0010】
【発明の実施の形態】
図1に、静電複写印刷及び/又はコピー機の転写ステイションAにて転写支持部材として働くバイアス転写ロール18のような電気機械ロールの一つの実施形態が示されている。バイアス転写ロール18は、現像されたトナー画像を、この画像を保持する光導電性表面15からコピーシート若しくは支持基体(サブストレート)へ転写することを可能とし、また、転写プロセス中に、バイアス転写ロールと光導電性部材との間でコピーシートを支持する。
【0011】
図2を参照すると、適合バイアス転写ロール部材18のような電気機械ロールの一つの実施形態が、静電複写印刷及び/又はコピー機の一つの実施形態の転写システムの形態で示されている。ドラムタイプの光導電性絶縁表面15は、適合バイアス転写ロール18と機能的に作用して接触した状態で示されており、それらの間にはニップ22が形成されている。直流電圧源のような電気バイアス源19が、アース20に、また、導電性コア12に接続されている。導電性コア12は、バイアス転写ロール18にバイアス電位を付与して、転写ニップ22に転写磁界を作り出し、また、光導電性絶縁表面からバイアス転写ロール18に向かう荷電トナー粒子の転写を引き起こす。
【0012】
バイアス転写ロール18は、自身と光導電性表面15との間の接触領域に形成されたニップ22において圧縮力を受ける。この圧縮力によってバイアス転写ロール18を圧縮させて、バイアス転写ロール18の導電性コア12が粉末トナー画像が配置される導電性表面15により接近するようにする。例えば、ロール18から導電性表面15への間隔は、約0〜層14の厚みの約50%であってもよい。静電複写プロセスに従って従前に形成され現像された粉末トナー画像17は、光導電性絶縁ドラムの表面15に存在する。コピーシート26若しくは他の支持サブストレートは、バイアス転写ロール18と光導電性絶縁表面15との間の接触領域に形成されたニップ22を通じて移動して、粉末トナー画像17を受け取る。こうして、粉末トナー画像は、バイアス転写ロール18の作用によって支持シート26に転写され、その上に転写画像28として現れる。
【0013】
バイアス転写ロール18は一般には円筒形であり、導電性コア12上に配置された圧縮性材料の層を備える。この層は、導電性コア12の長さに沿って同軸状に互いに縦一列の関係で位置付けられた複数の筒形のセグメント14から形成されてもよい。これらのセグメントは、ポリウレタン、シリコン、エピクロルヒドリン(EPDM)調合物、若しくは、望ましい抵抗率及び圧縮率特性を提供することができるような、実質的に抵抗性の、電気的に緩和可能な、他のいずれかの材料から成っていてもよい。この調合物は、閉じたセルであってもよいし開いたセルであってもよい、つまり、十分に圧縮可能ないずれの発泡材料であってもよい。これらのセグメント14は、シリコン、ウレタン材料、若しくはそれらの組み合わせのような、エラストマーで作られていてもよい。これらのセグメント14は、所望するニップの特性やバイアス転写ロール18が加熱されるべきかどうかに依存して非常に軟らかい、軟らかい、中間、固い、非常に硬いといった範囲に及び得る硬さ、若しくは、適当なデュロメーターを有するように選択されたゴム材料から作られていてもよい。これらのセグメント14は、弾性があり且つ多孔質で、且つ、光受容体の表面15との接触領域を離れた際にその非変形状態に一般には戻ることができるような、スプリングバック特性を提供することもできる。これらのセグメント14は、90ショアーAより小さな硬さ、一般には約5〜約60ショアーAの硬さを有していてもよい。
【0014】
これらのセグメント14は、全体にわたって分散させた、導電性フィラー(目止め剤)11、粒子、若しくは他の適当な材料を含んでいてもよく、これには、例えば、カーボンブラック粒子、炭素繊維、金属粒子、金属繊維、アルミナ金属パウダー若しくはフレーク、グラファイトファイリング(やすり仕上げ)、適当な形状若しくはサイズの仕様に合った他のいずれかの導電性物質の粒子若しくはそれらの組み合わせ、コーティングされた粒子若しくは繊維(これらコーティング若しくは粒子若しくはそれらの双方は適当に導電性である)、イオン塩、イオノマーとして知られるイオン塩改質ポリマー(ionic salt modified polymers)、若しくはそれらの組み合わせが含まれる。所望の電気特性を作り出して、転写ニップを動的に形成するバイアス転写ロール18の一部が一時的に電気導体として作用し、他の場所では絶縁体として一般的に作用し得るように、導電性フィラー11が使用されてもよい。導電性コア12へ印加された電圧が複数のセグメント14にわたって全体的に且つ放射状に外部に向かって移動し得る、この挙動は、電気緩和(electrical relaxation)と呼ばれ、ここでは、バイアスは、複数のセグメント14にわたって、即ち、ニップ領域において若しくはニップ領域に近接した領域で導通し、セグメント14は他の全ての場所で効果的に絶縁状態のままとなる。
【0015】
更に、1つ若しくは2つ以上の周辺表面コーティング16が、それらセグメント14の円周外部の表面上で且つそれに沿って設けられてもよい。このコーティング16は、下に位置する適合セグメント14の圧縮特性を作り出すために、十分に伸縮性があり且つ弾力的なものであってもよい。また、コーティング16は、耐久性、絶縁破壊抵抗、摩耗若しくは汚染抵抗を増し、若しくは、摩擦若しくは清掃機能のような幾つかの他の所望とする特性を改善するために、セグメント14よりも硬いものであってもよいし、より耐久性のあるものであってもよい。コーティング16は任意であり、転写システムの動作に必要とされるようなシーリング及び絶縁特性のために設けられてもよい。任意であるが、上に示したフィラーが1つ若しくはそれ以上、同じか若しくは異なる負荷レベルで、コーティング16の組成に含まれていてもよい。例えば、より多くの絶縁コーティング16が所望される場合には、フィラーの負荷レベルは、一般に、より多くの導電層14に対するものよりも小さい。他の所望の効果を達成するために、他のフィラー11が、このコーティング16に付加されてもよい。例えば、最も外側のコーティング16の摩擦を減らすために、テフロンTM粒子が付加されてもよい。
【0016】
コーティング16は、導電性フッ素処理カーボン充填型フルオロエラストマー若しくは他の適当なフルオロエラストマー、ウレタン、若しくは同様に適当な材料を含んでいてもよい。コーティング16は、バイアス転写ロール18の抵抗率を制御するために使用されてもよい。更に、抵抗率の感度も、相対的な湿度、温度、コロナ露光、腐食環境、溶剤処理、汚染物、高い電界に対する循環運動(サイクリング)、稼働時間における変化との関係で制御され得る。コーティング16は、バイアス転写ロール18の表面仕上げ、機械特性を効果的に改良し得る。コーティング16は、摩耗及び摩耗抵抗を改良するために、汚染物を防止するために、また、平滑な表面仕上げ、所定の表面仕上げ、摩擦のような所定の特性を提供するための材料として、選択され使用されてもよい。コーティング16は、例えば、ある層は汚染物を防ぐため、他の層は摩擦特性を変更するためといったように、異なる目的のために使用される複数のコーティング層の組み合わせを含んでいてもよい。
【0017】
次に図3を参照すると、電気機械ロール18の一つの実施形態の構成を示した透視図が示されている。この電気機械ロール18は、固体の剛性シリンダー12の上に形成されている。このシリンダー12は、剛性と構造的完全性を維持することができ、また、その上に印加されたバイアス電位(ポテンシャル)に容易に応答することができる、アルミニウム、銅、ステンレス鋼、鋼、黄銅、若しくは導電性のプラスチック、カーボン充填型ナイロン、及び、引出し成形された導電性カーボン充填型プラスチック等の導電性の金属で製造されている。導電性コア12は、任意であるが、筒状及び空洞(くぼんだもの)であってもよい。導電性コア12は、任意であるが、64マイクロインチより小さな表面仕上げを有していてもよい。
【0018】
実施形態において、電気機械ロール18は、8インチ〜120インチ、一般には約12インチ〜約36インチの全長寸法A;0.5インチ〜18インチ、一般には約3インチ〜約12インチの寸法Bの個々の筒型セグメント;0インチ〜0.3インチ、一般には約0インチ〜約0.10インチの寸法Cの個々の筒形セグメント同士の間のギャップ;0.2インチ〜47インチ、一般には約0.375インチ〜約11インチの寸法Dのコア外径;0.50インチ〜48インチ、一般には約0.625インチ〜約12インチの寸法Eの直径;0.004インチ〜4.0インチ、一般には約0.2インチ〜0.75インチの寸法Fの圧縮層の厚みを含んでいてもよい。電気機械ロール18は、他のものの上部に、あるいは、それらを代わる代わる組み合わせたものの上部に、セグメント14の多数の層、若しくは、コーティング16の多数の層を含んでいてもよい。セグメント14は、1つ若しくは2つ以上のセグメント14と接触していてもよい。ある1つの層若しくはある1つのプレーンにおけるセグメント14の合計数は、2〜24であってもよい。
【0019】
セグメント14は、相隣り合うセグメント14の隣接する端部同士の間に突き合わせ界面を形成し、この装置に形成されたニップの横方向の変形力に抵抗するに十分な最小の圧縮力を維持するようにして、コア12上に位置付けられていてもよい。これらのセグメント14は、セグメント同士の間にギャップを形成するように位置付けられてもよい。セグメント14の長さは、等しくてもよいし、また、電気機械ロール18にわたって変更することもできる。セグメント14の厚みは、等しくてもよいし、また、電気機械ロール18の長さにわたって変更することもできる。厚みの変化は、電気機械ロール18の外面を、所望の輪郭(外形)、若しくは断面(縦断面)、厚み(この厚みは連続的であってもよいし、徐々に変わるものであっても、また、段階的に代わるものであってもよい)に向けて研削することを必要とすることもある。セグメント14の外面は、ある性能特性と許容可能な転写・印刷品質を与えるようにコーティングされてもよい。コーティング16若しくはセグメント14の外面は、平滑な表面に、同じサイズに、あるパターンへ、また、凹形、凸形、正弦曲線のようなある断面になるよう研削されてもよい。電気機械ロール18の断面(外形)は、所定のペーパー駆動若しくはレジストレーション(位置合わせ)目的で設計されてもよい。
【0020】
セグメント14は、水若しくはアルコールのような潤滑剤を用いてコア12の上に位置付けられてもよいが、一般には、適当な電気界面を形成するために清潔な界面の上に位置付けられている。任意であるが、セグメント14は、導電性コア12の上に、接着剤、溶剤溶接法等を用いて、熱的に、摩擦的に、化学的に配置され得る。導電性コア12の外面若しくはセグメント14の内面は、導電性コア12とセグメント14との間の運動を防ぐのに十分に粗いものであってもよいことから、層14と導電性コア12の内面同士の摩擦は固定するには十分かもしれない。接着層は、セグメント14を導電性コア12へ接着するために使用され得るものであり、また、例えば、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ポリシロキサン、若しくは、それらの混合若しくは共重合体から選択され得る。接着剤は、THIXON403/404、Union−CarbideA−1100、Dow TACTIX740、Dow TACTIX741、Dow TACTIX742のような材料を含んでいてもよい。接着剤のためのキュラティブ(有効量)(curative)はDow H41を含んでいてもよい。
【0021】
図4は、導電性コア12とコーティング16の間に位置付けられたセグメント14を有する電気機械ロール18の一つの実施形態を示す。実施形態において、コーティング16の厚み、寸法Gは、0.00001インチ〜0.75インチであってもよく、一般には約0.001インチ〜0.16インチである。
【0022】
実施形態において、抵抗率の範囲は、異なる転写シートスループット(処理量)速度で動作するように設計された転写システムに対しては変更されてもよく、また、導電性コアからバイアスシステム部材の外面へバイアスを送るのに必要な時間が、転写ニップ領域のバイアスシステム部材におけるいずれかのポイントについてのドエル時間におおよそ等しいか若しくはそれより小さくなるようにして、ローラー表面速度とニップ領域寸法に対応するように選択されてもよい。もし、外部抵抗層と基体との間に中間層が位置付けられていない場合、外部層の抵抗率は、104〜1014オーム−cm、一般には104〜約1012オーム−cmであることが分かっており、外部抵抗層と基体との間に中間層が位置付けられていない場合、このためには、一般に、約108〜約1010オーム−cmで十分である。しかしながら、外部抵抗層と基体との間に中間層が位置付けられている場合には、抵抗率は、105〜1012オーム−cm、一般には約107〜約1011オーム−cmであってもよい。
【0023】
セグメント14の長さを正確に切断し、それらを導電性コア12の上に位置付け、その後、それらを所定の位置に任意に接着し、任意に圧縮し、任意に切削し、その上に任意にコーティングを付与することにより、低コストで、製造容易な、(所望の長さと、輪郭と、仕上げを有するバイアス転写ロールのような)電気機械ロール18を提供する。セグメント14の端部は、圧縮状態の下で、結果として生じたプリントにおいてシーム(縫い目)の存在が目に見えないように位置付けられ互いに接合されてもよい。そのようなシーム領域を横切って転写された画像の印刷品質は、ニップダイナミックス(nip dynamics)(ニップ力学)にさらしている間のシームの耐久性と同様に、一般には良好である。また、セグメント14の端部同士の間に穏やかな(適度な)ギャップが存在することによって、ロール18は、十分に機能し、おおむね良好な印刷品質を提供することができる。
【0024】
実施形態では、バイアス転写ロールのような電気機械ロールは、例えば、1)適当なサイズの筒状の発泡組成物の長さ部分を提供し、2)これらの発泡筒を複数の正確な端部領域に、例えば、直角に、ジグザグに、角を形成して、弾丸形状に、円錐形に、若しくは、隣接する筒を連結し若しくは隣り合わせるのに適した様々なパターンで切断し、3)金属筒若しくはシャフトのような導電性コア部材を設け、4)導電性コア部材に接着層を付与し、5)発泡筒を導電性コア部材に付与し、5)発泡組成物の長さ部分を互いに突き合わせ、6)少なくとも1グラム/sq.mmの圧力を発泡組成物の長さ部分の全周に付与し、7)圧縮力を維持している間に、接着剤を付け、及び/又は、硬化させることを可能とし、8)ロールの周囲を適当な寸法まで切削し、9)保護膜層を付与し、10)保護膜層を乾燥可能とすることによって製造され得る。成形プロセスは、ショット発泡(フォーミング)やモールド(型)で硬化させるものであってもよい。
【0025】
このような製造プロセスにより、様々な長さの(一般には長さの上限はない)電気機械ロールを製造するといった自由度が増すという利点がある。例えば、何百フィート若しくは何百マイルもの長さを有するロールを作り出すこともできる。更に、このような製造プロセスは、様々な材料の適性を同時に試験するシステムを提供するという利点も有する。更に、上述した製造方法及び電気機械ロールは、例えば、従来の製造プロセスでモールドキャビティを充填するのに要する時間と圧力に対し、許容可能な発泡や硬化に必要なショット時間の制限を克服するという利点がある。例えば、キャビティ容積が比較的小さく、断面面積に対するキャビティ長さの比が大きいときは、射出成形を通じてそれを充填する時間は、発泡形成や橋かけ(クロスリンキング)仕上げの許容可能なパラメータの範囲内でなければならない。しかしながら、長さ:面積の比が臨界値を一旦超えてしまうと(これは、長く薄い壁で仕切られた部分で生じることがある)、汎用性のある低コストの成形/発泡プロセスは一般にはもはや見られない。更に、何らかの発泡形成にともなう、モールドに関連する増大するモールド充填時間は、硬化をあまりに早くしずぎて、モールド充填プロセスを妨げる。更に、長く薄いキャビティの高速充填に必要とされる高い圧力は、発泡プロセスに背圧として作用し、発泡形成が妨げられてしまうこともある。故に、制限された範囲のキャビティ外形に対するもの以外は、所望とする孔のサイズ、品質、及び発泡密度は得ることができないこともある。これに代わる押し出し成形の製造プロセスは、バイアス転写ロールの材料に関しては同じ範囲の所望とする特性を作り出さないことがしばしばである。故に、押し出し成形は、電気機械ロールのためのより大きな長さの材料を問題なく作り出すためには実行可能なプロセスであるが、電気導電性やデュロメーターのような機能性に影響する重要な特性の一様性は、非常に長い押し出し成形を実行した場合には許容できるようなものではないかもしれない。
【0026】
実施形態において、図5〜図9に示されているように、導電性コア12の断面形状には、様々な非円形形状が含まれることがある。例えば、導電性コア12の断面は非円形であってもよいし、セグメント14内部の形状は非円筒形であってもよく、その一方で、セグメント14の外面はほぼ円形であってもよい。セグメント14は、導電性コア12の非円形特性の向きとこれと同様の非円形特性のセグメント14を整列させて、導電性コア12の上に滑らせて嵌めることもできる。この形状整合プロセスによって、セグメント14を導電性コア12上へ取り付けることができ、また、滑らない取り付けを確実なものとする。また、導電性コア12の適当な非円形幾何学形状とセグメント14の内側形状も考えられる。例えば、長方形、正方形、三角形、楕円形等、若しくはそれらの組み合わせである。
【0027】
ある実施形態では、各セグメント14を異なる材料で形成し、その後、導電性コア12の上に位置付けて、部品開発や材料選択のために使用することもできる。例えば、2インチまでの外径を有するバイアス転写ロールのような、8インチ〜14インチの電気機械ロール18は、各々が、0.5インチ〜2インチ幅の、導電性コア12上で互いに縦一列の関係で位置付けられた、複数の筒型セグメント14を含んでいてもよい。様々な材料を導電性コア12上で複数のセグメント14の形状に組み込む機能によって、ある1つの転写実験中に様々な材料の性能を見分ける効率的な試験装置が提供される。様々な材料を試験するためにこのような装置を使用することによって、より多くのコストがかかり時間を浪費する反復試験を行うことを必要とせずに、異なる材料を用いて統計を実験に組み込む手助けとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】静電複写印刷及び/又はコピー機の転写ステイションAにて転写支持部材として働く電気機械ロールの一つの実施形態を示す図である。
【図2】電気機械ロールの一つの実施形態を静電複写印刷及び/又はコピー機の一つの実施形態の転写システムの形で示す図である。
【図3】電気機械ロールの一つの実施形態の構成を示した透視図である。
【図4】導電性コア12とコーティングの間に位置付けられたセグメントを有する電気機械ロールの一つの実施形態を示す図である。
【図5】導電性コアの断面形状を示す図である。
【図6】導電性コアの断面形状を示す図である。
【図7】導電性コアの断面形状を示す図である。
【図8】導電性コアの断面形状を示す図である。
【図9】導電性コアの断面形状を示す図である。

Claims (5)

  1. 静電複写機のための電気機械ロールを製造する方法であって、該電気機械ロールは、ある長さとある外面とを有する導電性コアと、該導電性コアの外面の一部の上に同軸状に配置された、各々がある長さを有する、複数の適合部材と、を備え、前記複数の適合部材は、前記導電性コアの外面の上に互いに縦一列の関係で位置付けられており、
    前記電気機械ロールを製造する段階は、
    1)前記適合部材を形成するために、所定サイズの筒状の発泡組成物の長さ部分を提供し、
    2)これらの発泡筒の端部領域を、隣接する筒を連結し若しくは隣り合わせるのに適したパターンに切断し、
    3)前記導電性コアを設け、
    4)前記導電性コアに接着層を付与し、
    5)前記発泡筒を前記導電性コアに付与し、
    6)前記発泡筒の長さ部分を互いに突き合わせ、
    7)少なくとも1グラム/sq.mmの圧力を前記発泡筒の長さ部分の全周に付与し、
    8)圧縮力を維持している間に、接着剤硬化させることを可能とし、
    9)前記全周を適当な寸法まで切削し、
    10)保護膜層を付与し、
    11)前記保護膜層を乾燥させること、を備えることを特徴とする方法。
  2. 請求項1記載の方法において、前記複数の適合部材の上にコーティングが設けられている方法。
  3. 請求項1記載の方法において、前記複数の適合部材は筒形のセグメントを備える方法。
  4. 請求項1記載の方法において、前記複数の適合部材は各々、0.004インチ〜4.0インチの厚みを有する方法。
  5. 請求項1乃至4のいずれかに記載の方法において、前記導電性コアの断面は非円形であり、前記適合部材内部の形状は非円筒形であり、前記適合部材の外面は円形である方法。
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