JP3502161B2 - 電子写真装置の振動システム - Google Patents
電子写真装置の振動システムInfo
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Description
装置に係る。
写は、一般に、静電式に行われる。現像されたトナー像
は、静電気の力と機械的な力で電荷保持面に保持され
る。基板(コピーシートのような)がこの表面に密接に
接触され、それらの間にトナーをサンドイッチする。コ
ロトロンのような静電転写荷電装置がシートの裏面に電
荷を付与し、トナー像をシートに吸引させる。
トと電荷保持面との界面は、常に最適な状態ではない。
特に、平坦でないシート、例えば、加熱及び/又は加圧
融着のような定着操作を既に受けているシートや、孔あ
きシートや、電荷保持面に不完全に接触されたシートの
場合には、シートと電荷保持面との間の接触が非均一と
なり、接触しない場所にギャップが生じる。これらギャ
ップに間にはトナーが転写されない傾向となる。従っ
て、コピー品質の欠陥となる。
ーの剥離を増大させることが知られており、マレット氏
の米国特許第4,111,546号;シュルツ氏の米国
特許第4,684,242号;スタンジ氏の米国特許第
4,007,982号;ヘムヒル氏の米国特許第4,1
21,947号;ハル氏等のゼロックス・ディスクロー
ジャ・ジャーナル「フローティング・ダイアフラム・バ
キューム・シュー」、第2巻、第6号、1977年11
月/12月;トリマー氏等の米国特許第3,653,7
58号;トダ氏等の米国特許第4,546,722号;
コナー氏等の米国特許第4,794,878号;スネリ
ング氏の米国特許第4,833,503号;日本国特許
公告62−195685号;サトー氏等の米国特許第
3,854,974号;及びフランス特許第2,28
0,115号に開示されている。
する共振器は、例えば、ホルゼ二世氏の米国特許第4,
363,992号;クリーサテル氏等の米国特許第3,
113,225号;ロング氏等の米国特許第3,73
3,238号;及びロー氏の米国特許第3,713,9
87号において知られている。
ラー著のデフェンシブ・パブリケーションT893,0
01;オット氏等の米国特許第3,635,762号;
ジェフィー氏の米国特許第3,422,479号;エン
スミンガー氏の米国特許第4,483,034号;及び
スターク氏の米国特許第3,190,793号において
考慮されている。
ョンにおいて電子写真装置の電荷保持面に接続される共
振器は、ノワク氏の米国特許第5,210,577号;
リンドブラッド氏等の米国特許第5,030,999
号;ストッキ氏等の米国特許第5,005,054号;
スネリング氏等の米国特許第4,987,456号;ノ
ワク氏等の米国特許第5,010,369号;ノワク氏
等の米国特許第5,025,291号;ピートロースキ
ー氏等の米国特許第5,016,055号;スネリング
氏の米国特許第5,081,500号;W.ノワク氏等
の「電子写真像形成のための高周波数振動エネルギー発
生装置におけるクロスプロセス振動モード抑制(Cross P
rocess Vibrational Mode Suppression in High Freque
ncy Vibratory Energy Producing Devices for Electro
photographic Imaging) 」と題する米国特許出願第08
/003,906号;及びストークス氏等の「ホーンチ
ップにおける均一性を改善するために超音波トランスジ
ューサに結合されたエネルギー送信ホーン(Energy Tran
smitting Horn Bonded to an Ultrasonic Transducerfo
r Improved Uniformity at the Horn Tip) 」と題する
米国特許出願第07/620,520号において知られ
ている。これら参照文献には多数の問題が記載されてい
るが、とりわけ、振動の均一性、エネルギーの結合性、
転写フィールド内での最適な位置設定、及び清掃装置に
関連した使い方が挙げられる。
部材上にトナーで像を再現するための電子写真装置にお
いて、像形成部材からのトナーの剥離を促進する振動エ
ネルギー付与手段を備え、像形成部材のシステム共振周
波数と、振動エネルギー付与手段の作動周波数は、互い
に他の周波数が分かると、トナーの剥離を最適にするよ
うに選択されるような電子写真装置が提供される。
材上に像を再現する電子写真装置は、像形成部材の電荷
保持面にトナー現像された潜像を形成する手段と;前記
像形成面からトナーを受像部材の第2の表面に転写する
手段と;前記像形成面からのトナーの剥離を促進する手
段とを具備し;該手段は、トナーの剥離が所望される位
置で前記像形成部材に接触してそれに振動エネルギーを
付与する共振周波数frの共振器と、前記像形成部材を
この共振器に結合する手段と、前記共振器に電気的に接
続され、周波数fr で共振器を駆動するように選択され
た駆動信号を発生する駆動信号源とを備え;前記像形成
部材、前記結合手段及び受像部材は、前記トナー剥離促
進手段によって励起されたときに第1及び第2のベルト
共振周波数(各々fb1及びfb2)を有するシステムを画
成し;そしてこれらベルト共振周波数及び前記共振器の
作動周波数は、fr =(fb1+fb2)/2であるように
選択される。
作する場合には、システム内に高いエネルギー効率が必
要とされそしてトランスジューサとベルトシステムの共
振を一致しなければならないと考えられていた。このモ
デルは、チップ及びベルトの結合を維持する必要性を考
慮していなかった。リンドブラッド氏等の米国特許第
5,030,999号;ストーキイ氏等の米国特許第
5,005,054号;スネリング氏等の米国特許第
4,987,456号;ノワク氏等の米国特許第5,0
10,369号;ノワク氏等の米国特許第5,025,
291号;ペトロウスキー氏等の米国特許第5,01
6,055号;及びスネリング氏の米国特許第5,08
1,500号に開示された構成では、トナー剥離の均一
性を向上するにはトランスジューサチップを像形成部材
に接触維持しなければならないことが教示されている。
ベルト長さ(真空カプラー壁により定められる)、材
料、及び結合張力の変化が共振器/ベルトシステムの共
振に影響を及ぼすことが注目された。1つの明白なケー
スにおいて、カプラー壁間隔の小さな差は、乱れた制御
不能のベルトの振る舞いと、良好なトナー制御を導く安
定したベルトの振る舞いとの差であった。又、安定した
ベルトの振る舞いの場合に、チップ/ベルト結合を維持
するために加える真空をあまり必要とせず、これは、次
いで、ベルト駆動モータにストレスを招くベルトのドラ
グ及び駆動モータのトルクを減少することも観察され
た。これは、ひいては、感光体の動きの質を改善する。
ベルトシステムの***振周波数にほぼ一致するような共
振器/ベルトシステムを提供することに向けられる。
再現装置は、良く知られたものであり、ここに説明する
必要がなかろう。ノワク氏の米国特許第5,210,5
77号;リンドブラッド氏等の米国特許第5,030,
000号;ストークス氏等の米国特許第5,005,0
54号;スネリング氏等の米国特許第4,987,45
6号;ノワク氏等の米国特許第5,010,369号;
ノワク氏等の米国特許第5,025,291号;ピエト
ロウスキー氏等の米国特許第5,016,055号;及
びスネリング氏の米国特許第5,081,500号に
は、このような装置と、転写を改善する振動誘起装置の
応用とが述べられている。
の少なくとも一部を含む再現装置の一部分が示されてお
り、そしてトナー剥離を促進する基本的な原理が示され
ており、20KHzないし200KHzの周波数fで動
作する交流ソース102により駆動される比較的周波数
の高い音響又は超音波共振器100は、受像ベルト10
が転写ステーションを通る場所に密接に隣接した位置に
おいてベルトの内面即ち背面と振動関係に配列される。
ベルト10の振動は、ベルト10上に像構成で現像され
たトナーを攪拌してベルト10から機械的に剥離させ、
ペーパシートとベルト10との接触が不完全であること
によりギャップが生じたとしても、転写段階中にトナー
をシートに静電吸引させることができるようにする。更
に、この構成では、通常使用されるものよりも低い転写
フィールドで高い転写効率が可能であると考えられる。
低い転写フィールドは、空気のブレークダウン(像の質
欠陥のもう1つの原因)の発生が減少されるので望まし
い。又、シートとベルト10との間の接触が最適である
領域でも高いトナー転写効率が予想され、トナーの使用
効率を改善すると共に、清掃システムの負荷を低減す
る。好ましい構成においては、共振器100は、その振
動表面がベルト10に平行であってベルトの移動方向1
2を横切り、そして一般的にその長さがベルトの巾とほ
ぼ同延であるように構成される。ここに述べるベルト
は、堅固なものではなく、即ち共振器の振動運動に追従
できる程度に若干柔軟である特性を有している。
く示されたように、共振器100の振動エネルギーは多
数の仕方でベルト10に結合される。ここに示す構成で
は、共振器100は、圧電トランスジューサ素子150
及びホーン152を備え、これらはバックプレート15
4に一緒に支持される。ホーン152は、プラットホー
ム部分156と、ホーンチップ158と、ベルト10に
接触して共振器の超音波エネルギーを与える接触チップ
159とを備えている。ホーン152及び圧電トランス
ジューサ素子150を保持するために、エポキシのよう
な接着剤及び導電性メッシュ層を用いて、ホーン及び圧
電トランスジューサ素子が一緒に接合される。1つの作
用例では、メッシュは、ニッケル被覆されたモノフィラ
メントポリエステルファイバ(テッコ社から入手可)
で、メッシュの厚みは約0.003インチであり、厚み
0.005インチの熱硬化性エポキシにカプセル封入さ
れた(圧縮及び加熱の前に)ものである。燐青銅及びモ
ネルの金属メッシュを含む他のメッシュでも充分であ
る。他の接着剤として、2部分の冷間硬化エポキシも使
用できる。或いは又、ボルト/ナット構成体を使用し
て、組立体を一緒にクランプしてもよい。
び導電性メッシュ層がホーンと圧電材料との間にサンド
イッチされ、そしてメッシュを通して全ての表面へ至る
エポキシの良好な流れを確保するようにクランプされ
る。PZTの最大温度露出は、そのキュリー点の約50
%であることが重要であると考えられる。エポキシは、
キュリー温度140°のものが入手でき、圧電材料は1
95°ないし350°のものが入手できる。従って、エ
ポキシ−PZT対は、この範囲内に適合するように選択
されるのが好ましい。
ト10と張力接触又は貫通接触するようにもっていか
れ、チップの運動がベルト10を振動運動状態に保持す
るようにする。貫通度は、ホーンのチップがベルトの通
常位置を越えて突出する距離によって測定でき、これは
1.5ないし3.0mmの範囲である。この貫通度が大
きくなると、貫通点において傾斜角が生じることに注意
されたい。特にスチフネスの大きいシートの場合には、
このような角度によりその後縁が持ち上がる傾向とな
る。
体10へ振動エネルギーを伝送する結合構成体を設ける
ために、共振器は、真空ボックス構成体160及び真空
供給部162(真空源は図示せず)に関連して構成さ
れ、感光体の通常の平面を貫通せずに感光体10に対す
る共振器100の係合が与えられる。
るように構成された組立体を示しており、これは、著し
い間隔どり問題を生じる。従って、ホーンチップ158
は、一般的に気密の真空ボックス160を通して延びて
おり、この真空ボックスは、その上流又は下流壁各々1
64及び166の長さに沿って1つ以上の位置に形成さ
れた出口162を経てダイヤフラムポンプ又はブローア
(図示せず)のような真空源に接続される。壁164及
び166は、ホーンチップ158にほぼ平行であって、
接触チップ159との共通平面までほぼ延びており、そ
して真空ボックス160において感光体ベルト10の付
近に開口を形成し、ここで、接触チップが感光体に接触
する。真空ボックスは、いずれかの端(マシンの内側及
び外側)においてシールされる。真空ボックス160へ
のホーンチップ158の入口は、エラストマのシール部
材161でシールされ、このシール部材は、ホーンチッ
プ158の振動を真空ボックス160の壁164及び1
66から分離するようにも働く。出口162を経て真空
ボックス160に真空が付与されたときには、ベルト1
0が壁164、166及び接触チップ159に接触する
ように引っ張られ、従って、接触チップ159は、共振
器の超音波エネルギーをベルト10に付与する。興味あ
ることに、真空ボックス160の壁164又は166
は、振動が所望される領域以外でのベルトの振動を減衰
する傾向もあり、従って、振動により、シートの付着又
は付着解除プロセスの力学特性や、転写フィールドの手
前の現像された像の完全性が損なわれることはない。
高周波音響又は超音波エネルギーの付与は、転写フィー
ルドの付与領域内で行われ、そして好ましくは、転写コ
ロトロン40の下の領域内で行われる。転写フィールド
全体にわたり高周波音響又は超音波エネルギーを付与す
ることにより転写効率の改善が得られると考えられる
が、共振器100を配置する最適な位置を決定する際に
は、転写効率の改善が、接触チップ159の速度に強く
基づいていることに注目した。共振器の望ましい位置
は、転写コロトロンの中心線にほぼ対向したところであ
る。この位置では、トナーの質量に基づき、300ない
し500mm/秒の範囲のチップ速度に対して最適な転
写効率が得られた。0mm/秒ないし45mm/秒の非
常にゆっくりしたチップ速度においては、トランスジュ
ーサの位置が転写特性に及ぼす影響は比較的僅かであ
る。転写フィールド以外のところで振動が生じないよう
に振動エネルギーの付与を制限することが好ましい。転
写フィールド以外のところに振動エネルギーを付与する
と、表面へのトナーの電気機械的な付着が著しくなり、
その後の転写又は清掃の問題を招く。
討した。図5の断面図を参照すれば、ホーンは、一般的
に長方形のベース156と、一般的に三角形のチップ部
分158とをもつ台形の形状を有し、三角形のチップ部
分の底はベースとほぼ同じサイズである。或いは又、図
6の断面図に示すように、ホーンは、一般的に長方形の
ベース部分156’と、段付きホーンチップ158’と
をもつ段付き形状と称する形状である。台形状のホーン
は、より高い固有励起周波数を与えると思われるが、段
付きホーンは、より高い振動振幅を発生する。ホーンの
高さHは、周波数及び振幅応答に影響を与えると思われ
る。ホーンの高さHは、約1ないし1.5インチ(2.
54ないし3.81cm)の範囲に入るのが望ましい
が、それより長いものも短いものも除外されるものでは
ない。ベース巾WB とチップ巾WTの比も、応答の振幅
及び周波数に影響を及ぼし、この比が大きいと、多少高
い周波数と大きな振幅の振動が発生される。WB とWT
の比は、約3:1ないし約10:1の範囲であるのが望
ましい。ベルト10を横切るホーンの長さLは、振動の
均一性に影響を及ぼし、長いホーンほど、均一性の悪い
応答を生じる。ホーンとして望ましい材料は、アルミニ
ウムである。バーニトロン社(オハイオ州、ベッドフォ
ード)によりPZTという商標で販売されている鉛ジル
コネート−鉛チタネート組成を含む満足な圧電材料は、
高いD33値を有する。又、ニューメキシコ州、アルバカ
ーキのモトローラ社からも、適当な材料が入手できる。
変位定数は、典型的に、400ないし500m/vx1
0-12 の範囲である。本発明を明らかにサポートする他
の振動エネルギー源もあり、これらは、磁気歪及び電気
力学システムを含むが、これに限定されるものではな
い。
プラーなし)の斜視図である。図示された完全にセグメ
ント化されたホーン152は、ホーンの接触チップ15
9a及びチップ部分158bを通して切断されており、
連続プラットホーム156、セグメント化された圧電素
子150a及びセグメント化されたバックプレート15
4aも示されている。セグメント化された圧電素子15
0aは、周波数fr の電圧信号で駆動される。
国特許第5,030,999号;ストーキイ氏等の米国
特許第5,005,054号;スネリング氏等の米国特
許第4,987,456号;ノワク氏等の米国特許第
5,010,369号;ノワク氏等の米国特許第5,0
25,291号;ペトロウスキー氏等の米国特許第5,
016,055号;及びスネリング氏の米国特許第5,
081,500号に開示された構成での経験では、均一
なトナー剥離を向上するにはトランスジューサチップ1
59を像形成部材に接触維持しなければならないことが
教示される。作用ベルト長さS(真空カプラー壁16
4、166により定められる)、材料、及び結合張力の
変動が共振器/ベルトシステムの共振に著しく影響を及
ぼすことが注目された。
を含む要素の組み合わせは、特定の共振周波数fb 、即
ち最大振幅の周波数を有するベルトシステムを定める。
ほとんどの場合に、多数の周波数fb1、fb2、fb3にお
いてこの現象が生じる。このベルトシステムの共振周波
数fb の変化は、壁間隔Sを変えることにより生じ、典
型的な間隔は約6.8ないし8.5mmである。ベルト
10の材料の厚み又はスチフネスを変更しても共振周波
数の変化は得られる。更に、ペーパシート又は他の受像
材料がベルト10と密接に接触してシステムを通過する
ときにも変化は生じる。
が7.5mmの作用長さ(間隔Sに対応する)をもつ状
態で、ベルトシステムは、43KHz及び82KHzで
共振し、fb1+fb2/2即ち62.5KHzの***振周
波数を導出することが経験的に測定された。この例で
は、図8を参照すれば、共振器が約62KHzの共振周
波数で動作するように設計された状態で良好なシステム
動作が得られている。しかしながら、同じ例において、
作用長さを8.5mmに増加したときには、ベルトシス
テムの共振が64KHzに増加された。これは共振器の
共振に非常に接近している。図9を参照すれば、非対称
で且つ不安定な発振がその結果として現れている。ある
ベルト共振(図12には示さず)は形状が非対称であり
そして垂直のトランスジューサの動きがベルトを励起し
ないことにも注意されたい。従って、これらの共振は考
慮しない。
作がfr をベルトシステムのほぼ***振周波数に置くよ
うに設計されねばならないことが明らかである。図10
を参照すれば、fr が、システムがペーパを取り扱わな
いときのベルトシステムの***振周波数にほぼなるよう
にシステムが設計された場合は、20ポンドのペーパを
例示的な感光体に付着させた際に、速度振幅がほとんど
変化しないことが注目される。しかしながら、図11を
参照すると、fr が、システムがペーパを取り扱わない
ときのベルトシステムの共振周波数に近いようにシステ
ムが設計された場合は、20ポンドのペーパを例示的な
感光体に付着させた際に、速度振幅の著しい変化が注目
される。
器の共振は、ベルトシステムの2つの隣接する共振周波
数の範囲の中央に置くことが非常に望ましい。主として
要求されるのは、ペーパ及びマシンの動作条件が変化す
るときの寛容度である。
された図が図12に示されている。ベルトの共振が作用
ベルト長さの関数として計算される場合は、図12にf
2 、f4 、f6 、f8 として示すように、一連の曲線を
プロットすることができる。設計スペースが所与の共振
周波数を必要とする場合には(共振器の共振周波数はそ
のサイズ及び形状の関数であることを想起すれば)、曲
線f2 、f4 、f6 、f8 間の中間の水平線において作
用ベルト長さを選択しなければならない。一例におい
て、共振器が69KHzで動作するとすれば、ベルトの
長さは約4.75mm又は7.0mmであるのが最適で
ある。
サイズの関数である。ホーンの幾つかのサイズ特性を変
えることによりホーンの可変共振周波数が得られること
は疑いなく確認される。又、多数の共振点をもつホーン
を設計することもできる。このような場合、駆動信号を
変化させて、所望の周波数を発生することができる。
又、調整可能な真空ボックスを構成して、1つ又は両方
の真空ボックス壁164及び166を互いに選択的に調
整できることも考えられる。これらの機能は、適当な共
振関係を維持するように共振器及びベルトシステムの各
共振を変更するという特徴を有する。
造上あまり変化のない電子写真装置の清掃ステーション
にも等しく適用できることは疑いなく明らかである。
エネルギーを付与する均一性を改善する手段として、上
記の共振器は、電子写真の用途において多数の使い方を
見い出すことができる。使い方の一例は、潜像に対して
現像位置に配置されたトナー保持ドナーベルトからトナ
ーを剥離させることである。ドナーベルトの表面からト
ナーが機械的に剥離されそしてトナーが像に静電気で吸
引されるようにして、現像の向上が達せられることが注
目される。
超音波転写促進装置の概略図である。
概略図である。
体の概略図である。
ある。
図である。
の斜視図である。
す図である。
示す図である。
付着した状態とそうでない状態とにおける共振器の応答
を示す図である。
に付着した状態とそうでない状態とにおける共振器の応
答を示す図である。
ある。
Claims (3)
- 【請求項1】 像を再現する電子写真装置において、 像形成部材の電荷保持面にトナー現像された潜像を形成
する手段と、 前記電荷保持面からトナーを受像部材の表面に転写する
手段と、 前記像形成面からのトナーの剥離を促進する手段とを具
備し、 前記トナー剥離促進手段は、 トナーの剥離が所望される位置で前記像形成部材に接触
してそれに振動エネルギーを付与する共振器と、 前記像形成部材を前記共振器に結合する手段と、 前記共振器に電気的に接続され、周波数fr で共振器を
駆動するように選択された駆動信号を発生するための駆
動信号源とを備え、 前記像形成部材及び前記結合手段は、前記共振器により
励起されたときに第1及び第2のベルト共振周波数(各
々fb1及びfb2)を有するシステムを画成し、 前記共振器の作動周波数は、 fr =(fb1+fb2)/2 であるように選択されることを特徴とする電子写真装
置。 - 【請求項2】 前記振動エネルギー発生手段は、圧電素
子である請求項1に記載の装置。 - 【請求項3】 前記共振器は、前記トナー転写手段から
密接に隣接した位置において前記像形成部材に接触する
請求項1に記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US08/102,928 US5329341A (en) | 1993-08-06 | 1993-08-06 | Optimized vibratory systems in electrophotographic devices |
US08/102928 | 1993-08-06 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07152264A JPH07152264A (ja) | 1995-06-16 |
JP3502161B2 true JP3502161B2 (ja) | 2004-03-02 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP17858894A Expired - Fee Related JP3502161B2 (ja) | 1993-08-06 | 1994-07-29 | 電子写真装置の振動システム |
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Country | Link |
---|---|
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