DE69933718T2

DE69933718T2 - Schweissnahtspannungsverminderung von elektrostatographischen Abbildungsbändern

Info

Publication number: DE69933718T2
Application number: DE69933718T
Authority: DE
Inventors: Robert C.U. Webster Yu; Karl V. Ontario Thomsen; Richard L. Penfield Post; Anthony M. Pittsford Horgan; Satchidanand Webster Mishra; Bing R. Webster Hsieh; Edward F. Webster Grabowski; Donald C. Fairport Vonhoene; Michael S. Rochester Roetker; Leonard F. Webster Quinn; John J. III Webster Darcy; Barbara D. Webster Ceglinski
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1998-01-08
Filing date: 1999-01-07
Publication date: 2007-02-08
Anticipated expiration: 2019-01-08
Also published as: EP0928678A3; EP0928678A2; DE69933718D1; US6068722A; JP4018834B2; EP0928678B1; JPH11265077A

Description

Hintergrund der Erfindung
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
Zusammenfassung der Erfindung
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.
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.
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.
Wenngleich sich diese Erfindung auf mechanische Verbesserung von elektrostatografischen Abbildungsbändern bezieht, wird sich das Nachfolgende auf elektrofotografische Abbildungsbänder konzentrieren, um die Erörterung zu vereinfachen.
Ein vollständigeres Verständnis der Verfahrens und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kann mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen erhalten werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In der eingehenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, in welchen:
1 eine Querschnittsansicht eines vielschichtigen, flexiblen Blattes aus elektrofotografischen Abbildungsmaterial ist, wobei gegenüberliegende Enden überlappt sind.
2 ist eine Querschnittsansicht eines vielschichtigen, mit Naht versehenen, flexiblen elektrofotografischen Abbildungsbandes, welches aus dem Blatt der 1 durch Ultraschall-Nahtschweißen erhalten wird.
3 ist eine schematische, seitliche Ansicht einer Ultraschall-Schweißvorrichtung, welche nicht Bestandteil der Erfindung ist.
4 ist eine Querschnittsansicht eines vielschichtigen, mit Naht versehenen, flexiblen, elektrofotografischen Abbildungsbandes, welches aufgrund von Nahtbruch und Ablösung versagt hat.
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.
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.
7 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Wagens, welcher eine Wärmequelle parallel zu und beabstandet von einer verschweißten Bandnaht trägt.
8 ist eine schematische Draufsicht auf den in 7 gezeigten Wagen.
9 ist eine schematische, teilweise Querschnittsansicht eines Vielfachträgersystems, das mit einer Vakuumquelle durch einen Achskasten verbunden ist.
10 ist eine vereinfachte Draufsicht auf das Vielfachträgersystem, das in 9 gezeigt ist.
11 ist eine schematische Querschnitt-Seitenansicht einer modifizierten Wärmequel-le.
12 ist ein Blockschaltbild einer Steuersystems zur Wärmebehandlung einer Naht.
In den Zeichnungen und in der nachfolgenden Beschreibung beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf Komponenten von ähnlicher Funktion.
Eingehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Beispiel I
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Beispiel II
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.
Vergleichendes Beispiel III
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.
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.
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).
Beispiel IV
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.
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.
Beispiel V
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.
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.
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.
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.
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.
Beispiel VI
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.

Claims

Ein Prozess zur Behandlung eines mit Naht versehenen, flexiblen, elektrostatografischen, bilderzeugenden Bandes (10), umfassend: Bereitstellen eines bilderzeugenden Bandes (10), welches umfasst mindestens eine bilderzeugende Schicht, die eine thermoplastische Polymermatrix umfasst und eine Naht (30), welche sich von einem Rand des Bandes zu dem anderen erstreckt, Bereitstellen eines länglichen Stützelementes (90), das eine gebogene Stützfläche und eine Masse aufweist, wobei die gebogene Fläche mindestens einen im Wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt aufweist, der einen Krümmungsradius zwischen ungefähr 9,5 Millimeter und ungefähr 50 Millimeter aufweist, Abstützen der Naht auf der gebogenen Fläche, wobei das Gebiet des Bandes (10), das jeder Seite der Naht (30) benachbart ist, sich an die gebogene Stützfläche des Stützelementes (90) mit einem Umhüllungswinkel anschmiegt, der mindestens ausreichend ist, um eine gebogene Abstützung für die Naht und das Gebiet bereitzustellen, das zu jeder Seite der Naht benachbart ist, Überfahren der Naht von einem Rand des Bandes zu dem anderen mit Infrarotstrahlen von einer Wolfram-Halogenquarzlampe (105), die mit einem Reflektor (106) fokussiert werden, der eine halbellipsoidische Form aufweist, um einen erwärmten, im Wesentlichen kreisförmigen Fleck auszubilden, der während des Überfahrens die Naht überspannt, wobei der Fleck einen Durchmesser zwischen ungefähr 3 Millimeter und ungefähr 25 Millimeter aufweist, um die thermoplastische Polymermatrix der bilderzeugenden Schicht in der Naht (30) und das Gebiet des Bandes (10), welches unmittelbar unter dem erwärmenden Fleck benachbart zu jeder Seite des Bandes ist, mindestens auf die Glasübergangstemperatur (Tg) der Polymermatrix im Wesentlichen unverzüglich zu erwärmen, ohne das Stützelement (90) wesentlich zu erwärmen, und schnelles Abkühlen der Naht (30) auf eine Temperatur unterhalb der Glasübergangstemperatur der Polymermatrix durch thermisches Leiten der Wärme von der Naht zu der Masse des Stützelementes (90), während das Gebiet des Bandes, das jeder Seite der Naht benachbart ist, sich an die gebogene Stützfläche des Stützelementes anschmiegt.
Ein Prozess gemäß Anspruch 1, wobei der Umhüllungswinkel zwischen ungefähr 10° und ungefähr 180° ist.
Ein Prozess gemäß Anspruch 1, der einschließt, die thermoplastische Polymermatrix in der Naht (30) und das Gebiet des Bandes, das jeder Seite der Naht benachbart ist, direkt unter dem wärmenden Fleck auf eine Temperatur zwischen der Glasübergangstemperatur der Polymermatrix und einer Temperatur ungefähr 25° höher als die Glasübergangstemperatur der Polymermatrix im Wesentlichen unverzüglich zu erwärmen.
Ein Prozess gemäß Anspruch 1, der einschließt, dass das Überfahren, das Erwärmen und das Abkühlen innerhalb ungefähr 3 und ungefähr 15 Sekunden abgeschlossen ist.
Ein Prozess gemäß Anspruch 1, der einschließt, dass ein Vakuum verwendet wird, um die Naht (30) und das Gebiet des Bandes, das jeder Seite der Naht benachbart ist, an die gebogene Stützfläche anzuschmiegen.
Vorrichtung zur Behandlung eines flexiblen, elektrostatografischen, bilderzeugenden Bandes (10), das eine Naht (30) aufweist, die sich von einem Rand des Bandes zu einem gegenüberliegenden Rand erstreckt, wobei die Vorrichtung ein längliches Stützelement (90), das eine gebogene Stützfläche und eine Masse aufweist, wobei die gebogene Fläche mindestens einen im Wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt aufweist, der einen Krümmungsradius zwischen ungefähr 9,5 Millimeter und ungefähr 50 Millimeter aufweist, wobei das längliche Stützelement (90) eingerichtet, die Naht (30) und ein Gebiet unmittelbar benachbart zu der Naht des elektrostatografischen, bilderzeugenden Bandes in engem Kontakt mit der gebogenen Oberfläche des länglichen Stützelementes zu halten, eine bewegbare Wärmequelle (103), die umfasst einen Reflektor (106), der eine halbellisoidische Form und einen Fokusmittelpunkt innerhalb des Reflektors aufweist, und eine Wolfram-Halogenquarzlampe als Infrarotstrahlenenergiequelle (105), die im Mittelpunkt des Fokus innerhalb des Reflektors (106) angeordnet ist, um die reflektierte Strahlungsenergie in einen erwärmten, im Wesentlichen kreisförmigen Fleck auf der Naht (30) und dem Gebiet, unmittelbar benachbart zu der Naht des elektrostatografischen bilderzeugenden Bandes zusammenzuführen, während das Band in enger Berührung mit der gebogenen Oberfläche des Stützelementes (90) ist, und eine Transporteinrichtung (110), um eine relative Bewegung zwischen der Wärmequelle (105) und der gebogenen Stützfläche des Stützelementes (90) zu bewirken und die Wärmequelle und die gebogene Stützfläche des Stützelementes parallel und voneinander beabstandet entlang der Naht (30) über die gesamte Breite des bilderzeugenden Bandes zu halten.
Vorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei das längliche Stützelement (90) einen hohlen Innenraum aufweist und mindestens eine Öffnung auf jeder Seite enthält, um das elektrostatografische, bilderzeugende Band (10) in enge Berührung mit der gebogenen Oberfläche des länglichen Stützelementes (90) zu saugen, wenn ein Vakuum auf den hohlen Innenraum angewendet wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei die Transporteinrichtung (110) eine Fördeeinrichtung ist, um den Reflektor (106) und die Quarz-Infrarotstrahlenwärmequelle (105) parallel zu und beabstandet von der gebogenen Stützfläche des Stützelementes (90) quer entlang der gesamten Breite des bilderzeugenden Bandes über die Naht (30) zu transportieren.
Vorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei der Reflektor Kühlflügel (324) umfasst.
Vorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei der Reflektor (330) und die Wolfram-Halogenquarzlampe (330) in einem Gehäuse (326) eingeschlossen sind, das ein Quarzfenster (328) aufweist, durch welches die zusammenlaufende, reflektierte Strahlungsenergie transmittiert wird.