JPH0721866A - 導電性接点 - Google Patents
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Abstract
法を提供する。 【構成】 中空の引抜成形部材18は引抜成形工程によっ
て形成され、樹脂材料12中に埋め込まれる複数の微小径
高抵抗導電性繊維ストランド10を含む。その各ストラン
ド10は部材18の全体の長さに渡って連続する。切断され
た部材18は前面20を有し、断面に樹脂材料12中に埋め込
まれた高密度のストランド10を露出する。引抜成形によ
って得られる構造体は、ポリマー母材内に含まれる数千
もの連続した長さの導電性繊維素子を有する。繊維素子
の両端は露出され、適切な電気接点を提供する。部材18
中の非常に多数の個々の導電性繊維で得られる極めて大
きな接触冗長度は、デバイス(装置)の実質的な向上及
び信頼性を得る。中空引抜成形部材18は所望される構造
を得るために切断、成形又は機械加工が可能である。
Description
詳細には引抜成形される(pultruded)導電性接点、及び
その引抜成形される導電性接点の製造方法に関する。
しばしば移動式ベルトの形をとる光導電性絶縁表面は均
一に帯電されて、原稿からの光像どおりに露光される。
光像によって露光された領域又はバックグランド領域は
放電され、表面に原稿内に含まれる画像に対応する静電
潜像を生成する。或いは、例えばレーザ・ビーム等の光
ビームは、光導電性表面の部分を選択的に放電させ、そ
の表面上に所望される情報を記録するために変調され、
使用される。静電潜像は、技術上トナーと称される現像
剤粉末で画像を現像することによって可視状態にされ、
次に、例えば紙等の支持材の表面に転写され、加熱及び
/又は加圧装置によって永続的に定着される。
荷に対して、リターン・パス(経路)及び/又は監視能
力を提供するために、ブラシ状接点が一般的に使用され
る。従来の受光体接地ブラシは、例えば、ステンレス鋼
ワイヤの束を有するステンレス鋼バネ式接地ブラシや、
ベリウム銅バネ材料やステンレス鋼から作られるばねク
リップを備える。一般的な静電複写機中には、空気によ
って運ばれる非導電性の汚染物が沢山ある。これらの非
導電性の汚染物によって、電気接点を完全に損なうこと
があるという点で、前述されたワイヤ・ブラシ及びクリ
ップに伴う接点の保全性問題が生じる。汚染物問題の幾
つかを克服するためには、過度に高い法線力が、接点
(接触)を維持するために加えられなければならない。
このことは加圧点を保証するために使用されるバックア
ップ・プレートを必要とさえする。このような高い力
は、高い力が受光体の導電性接地ストリップを早く磨耗
させるので損傷をよりひどくする。この点で、金属のク
リップ及びブラシは、駆動システムの構成要素によって
克服されなければならない力を加えることで、過度の抗
力を受光体に生じさせる。従来の接地ブラシに関連する
別の種類の損傷は、一般的に接地ストリップ部分である
ベルトのタイミング・ホール(穴)の変形である。メタ
ル・ワイヤ及びクリップは、ホールのエッジの品質を、
光学センサによるエッジ検出が損なわれる点まで簡単に
劣化させるので、システムの損傷原因となる。ステンレ
ス・ワイヤ・ストランドの端又は側は、一般的に受光体
の炭素質の接地ストリップと接触する。ステンレス鋼バ
ネ及びワイヤの束は共に、その設計と構造によって、高
密度な接触領域を提供し損なう。例えば、接点の密度は
何本のワイヤを束ねられ得るかによって限定される。更
に、滑面との接触を維持するために、過度に高い法線力
は、これらのワイヤ接点にしばしば加えられなければな
らない。
等の導電性(電気伝導性)の金属から作られる現在ある
接地リターン構成要素は、問題がある。これらの問題か
ら、必要とされているものは、移動表面との連続する接
触を提供する、高密度で、低い法線力の接触面である。
花(スパーキング)を生成しない高密度接点を有すると
共に、高い性能及び信頼性を有する導電性部材を提供す
ることである。
を有する導電性部材を提供することである。
維を備える引抜成形された導体を提供することである。
る引抜成形された導体を提供することである。
て導電性素子の簡単な位置合わせをなし遂げることであ
る。
性素子の使用中に発生される埃や塵集積のために場所
(ロケーション)を提供することである。
が、1つ又はそれよりも多い可撓性端を有し、1つ又は
それよりも多い構造と接触する、導電性素子を提供する
ことである。
的を実現し、従来のブラシ接点に関して上述され、明ら
かにされた欠点を克服するために、導電性部材が提供さ
れる。その導電性部材は、樹脂材料内に埋め込まれた複
数の導電性ストランドを備える中空の構造体である。所
望の長さに切断されると、中空引抜成形部材は切断端の
両面に導電性ストランドを露出する。一端又は両端のス
トランドはフィブリル化され、レーザを用いて切断され
る。中空の構造体は、均一な長さを有する繊維を生成す
ることに関して、レーザ・フィブリル化に非常に適して
いる。対照的に、より厚みのある引抜成形物は、レーザ
によって切断可能であるが、不揃いな接触端を生成する
ことが分かった。引抜成形された部材のフィブリル化端
と移動表面が接触すると、均一な長さの導電性繊維はそ
の表面と調和する。このことによって、不均一な繊維の
長さを有するより厚みのある引抜成形物に存在する、よ
り短い、より剛性な繊維による破損をなくす。更に、引
抜成形工程時に、位置合わせ構造部が引抜成形部材と共
に一体的に形成されることも可能である。この位置合わ
せ構造部によって、例えば、フィブリル化された端を、
移動表面の移動方向に関して適切な方向に角度を定める
等、ホルダー又はマウント中のフィブリル化された引抜
成形部材の適切な位置決めが可能となる。
る中空構造の引抜成形部材を含み、前記中空構造の引抜
成形部材が、複数の導電性ストランドと、前記複数の導
電性ストランドが埋め込まれる樹脂材料と、を有し、前
記引抜成形部材が前記第1及び前記第2の端の少なくと
も1つに露出された導電性ストランドを有する、ことを
含む。
の導電性接点が呈される。レーザ加工された導電性炭素
繊維引抜成形物は、高密度の繊維ストランド及び中空構
造体を有する。各導電性ストランドはポリマー樹脂中に
埋め込まれる。レーザ加工は、樹脂を引抜成形物の一端
又は両端の導電性ストランドからストリップ(剥離)す
るために使用され、それによって、導電性のストランド
を露出する。露出される導電性ストランドの均一な長さ
によって、対向する接触構造体との均一な低い応力接
触、及び最大の接触密度が得られる。
機能性の高い、低費用で容易に製造できる改良接点が提
供される。これらの利点は、引抜成形工程として周知で
ある製造方法の使用を経て、次に引抜成形された部材の
一端又は両端のフィブリル化で実現される。フィブリル
化は、引抜成形部材のレーザ加工を伴い、密に分布され
るフィラメント接点を提供するブラシ状構造を形成す
る。
の管形状構造体が示されるが、これは発明の範囲を限定
することをまったく意図していない。したがって、中空
引抜成形部材のあらゆる形状の構造体が使用可能であ
る。図1を参照すると、中空の引抜成形部材18は引抜
成形工程によって形成され、樹脂材料12中に埋め込ま
れる複数の微小径高抵抗導電性繊維ストランド10を含
む。各導電性繊維ストランド10は、中空の引抜成形部
材の全体の長さに渡って連続する。切断された中空の引
抜成形部材18は前面20を有し、断面に樹脂材料12
中に埋め込まれた高密度のストランド10を露出する。
本発明によれば、導電コネクタの場合、樹脂材料12は
非導電性であり、炭素繊維はストランド10用に選ばれ
た繊維であることが好ましい。
は、高性能の導電性複合プラスチックのサブカテゴリで
あり、結合剤(バインダ)ポリマー内に連続した導電性
強化フィラメントを1種類以上含む。これによって、自
由導電性繊維に一般的に見られる問題を生じずに微小径
の炭素繊維を取扱い、処理し、使用する便利な方法が提
供される。
プからなる。即ち、先ず連続した長さの繊維を樹脂浴又
は含浸液中で引っ張り、次に、予備成形装置に導入さ
れ、そこで得られた部位を少なくとも部分的に形付け、
余分な樹脂及び/又は空気を除去する。次に、その部分
を加熱したダイ(金型)に引き込み、ダイ内で連続的に
硬化させる。引抜成形技術の詳細については、ニューヨ
ークのチャプマン・ホール社出版(Chapman and Hall, N
ew York)、レイモンド(Raymond W. Meyer)著、「引抜成
形技術ハンドブック」( Handbook of Pultrusion Techn
ology)、1985年参照のこと。
炭素繊維をポリマー浴中に含浸し、適切な形状で高温の
ダイ開口部を介して引っ張り、ダイによって制御される
寸法及び形状を有する中空片を生成する。例えば、図3
の実施例に示されているように、位置合わせ構造部32
は中空引抜成形部材18とともに一体的に形成される。
位置合わせ構造部32は中空引抜成形部材を接点(接
触)に対して正確な位置に位置合わせする。例えば、中
空引抜成形部材18のフィブリル化された端部が移動す
る表面と接触しようとする場合、中空引抜成形部材18
が例えばホルダー等に搭載されていると、位置合わせ構
造部32はホルダー中の相補的な位置合わせ構造部と位
置合わせされるので引抜部材18の正確な位置決めが達
成される。位置合わせ構造部の例としてノッチ(切欠
き)及び溝が含まれる。
マー・マトリックス(母材)内に含まれる数千もの連続
した長さの導電性繊維素子を有する。繊維素子の両端は
露出され、適切な電気接点を提供する。中空の引抜成形
部材中の非常に多数の個々の導電性繊維によって得られ
る極めて大きな接触冗長度(リダンダンシー)は、これ
らのデバイス(装置)の実質的な向上及び信頼性を得
る。次に、中空引抜成形部材18は、あらゆる所望され
る構造を得るために切断、成形又は機械加工が可能であ
る。
び加熱されたダイを介して連続した長さに引っ張られる
ので、中空の管状成形部材は、部材の一端から他端まで
連続する繊維を有するように形成するこてができる。従
って、引抜成形構造体は引抜成形の工程で連続した長さ
に形成され、次に好適な寸法に切断されて、非常に多く
のフィラメント状の電気接点を各端に露出し、その端と
端が連続してつながっている。このような引抜成形部材
は、一方又は両方の端部を有し、次に、上述されたよう
にフィブリル化される。フィブリル化されなかった引抜
成形部材の長さの部分は、樹脂と導電性繊維ストランド
の実質的な剛性複合物のままである。
に直径が約4マイクロメートル乃至約50マイクロメー
トル、好ましくは約7マイクロメートル乃至約10マイ
クロメートルの断面円形に作られる。このことによっ
て、中空引抜成形部材18の小さい断面領域に非常に高
い度合いの繊維接触冗長度が提供される。このように、
接触(接点)材料としてここに使用される導電性繊維ス
トランド10は、例えば、約0.05×105 接点/c
m2 から1×105 接点/cm2 の範囲の、効果的な接
点として作用できる、どれか1つ又は1つを超える個々
の接点の倍数(マルチプル)冗長度を提供する。更に、
引抜成形部材の中空構造体は、最大の繊維接点密度を導
電性接点に提供する。その理由は、中空引抜成形部材の
両端のレーザ・フィブリル化によって得られる均一な繊
維長さのためである。接点の極めて高い信頼性はまた、
小さな接触領域内の非常に多数の繊維接点の利用可能性
によって、及び繊維の均一な長さにのために接触構造体
と接触するほぼ全ての繊維接点を有することによって、
得られる。更に、例えば、静電複写(複製)機において
は、引抜成形物ベースの接点によって、その極めて高い
接触密度に起因する機械内の汚染物の悪影響もまた最小
限に抑えられるであろう。
維ストランド10は、図示されているように、ほぼ円形
の断面の形を有する直径約4マイクロメートルのロッド
又はチューブでもよい。導電性繊維ストランド10は、
引抜成形複合物(組成物)の全体の断面領域の約10%
乃至90%の割合をしめる。一般的な繊維ストランド
は、例えば連続ストランド炭素繊維や抵抗性炭素繊維で
ある。導電性繊維ストランド10は適切な樹脂結合剤1
2内に支持され、中空の引抜成形部材18を形成する。
使用されうる特に好ましい種類の繊維は、ポリアクリロ
ニトリル(PAN)先駆繊維のポリアクリロニトリルの
完全な炭化又は部分的な炭化を引き起こす制御された熱
処理過程によって得られる繊維である。炭化温度を一定
限度内に慎重に制御することによって、炭化された炭素
繊維の正確な電気抵抗率が得られる。PAN先駆物質か
ら得られた炭素繊維は、スタックポール社(Stackpole
Company)及びセリオン・カーボン・ファイバー社(Celio
n Carbon Fibers Incorporated) のBASFや他の部門
で、1000から16万のフィラメントの糸(ヤーン)
束に商品生産されている。この糸束は2段階処理によっ
て炭化する。第1段階は、酸素雰囲気において、約30
0℃の温度でPAN繊維を安定させ、プレオックス(pr
eox-、予酸化) 安定PAN繊維を生成することを含む。
第2段階では、例えば窒素を含む雰囲気のような不活性
雰囲気中で、高温で繊維を炭化することを含む。更に、
これらの炭化繊維を生成するのに使用できる工程を参照
すると、米国特許第4、761、709号に開示され、
その全体、及びその文献の第8欄で引用された資料をこ
こに参照によって組み込む。
ンド10は、適切な樹脂結合剤12中に埋め込まれる。
樹脂結合剤12は、以下に記述されるレーザ加工中に、
レーザ・ビームによって直接露出されると、短時間に完
全に揮発する物質である。低分子量ポリエチレン、ポリ
プロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ナイロ
ン、ポリエステル、ポリイミド、ポリフェニレンスルフ
ィド、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリ
イミドアミド、ポリエーテルイミド、及びポリウレタン
等の熱可塑性ポリマーは、特に良好に使用できる。或い
は、ビニール・エステル、ポリエステル、エポキシ等の
熱硬化ポリマーはまた、本発明の実施に使用される。
従って電気接点(接触)として用いる個々の構成要素を
切断するために使用される。均一な繊維長さを保証する
ために、引抜成形物は、レーザによって切断されなが
ら、連続的に回転されることが好ましい。このように、
適切に形成された引抜成形物は、より長い引抜成形物か
ら所望される長さの接点を形成するために、レーザ技術
によって切断でき(図1)、そして同時に、均一な長さ
の繊維ストランドが有する高冗長度の繊維接点部材を提
供するために、一方又は両方の切断端はフィブリル化で
きる(図2)。中空の引抜成形構造体で得られる、高い
冗長度の繊維接点と均一な繊維ストランド長さとの両方
を備えることによって、接触面14は、例えば移動する
表面等との接触のために最高冗長度の接触面を有する。
あらゆる適切なレーザは、樹脂結合剤12を適切に揮発
させるために使用可能であるので、これによって電気接
触素子をフィブリル化、又は部分的にフィブリル化す
る。使用可能な特定のレーザは、炭素ガスレーザ、YA
Gレーザ、又はアルゴン・イオン・レーザ等がある。炭
素ガスレーザは、この用途に特に適しており、大規模製
造において経済的である。加えて、同様の構造体を産す
る他の機械的な樹脂除去技術(例えば、ウォーター・ジ
ェット(水噴射)加工)も、繊維の豊富な表面構造が維
持される限り使用可能である。
18に施される単一ビーム・レーザ切断加工は、引抜成
形部材18の外径と内径の差分が1ミリメートル又はそ
れよりも少ない時に、均一な繊維長さを有するフィブリ
ル化部材を最適に生成する。中空の引抜成形部材18
は、切断面が平面でありさえすれば、部材18の一端又
は両端においてあらゆる角度で切断されうる。レーザ
は、部材18のあらゆる面を横切るように切断できるの
で、滑動(摺動)接点と接触する接触面14は、均一な
長さの繊維ストランドを有する。例えば、円錐形連続テ
ーパー端形状は、レーザを切断されるべき引抜成形物に
対し、ある角度で適切に配向することによって得られ、
適切な角度で接点と接触することによって均一な繊維長
さを得られる。不均一な繊維ストランド長さの接触面を
レーザ切断し、独特に形成された接点で高冗長度繊維接
点を得ることは、本発明の範囲内である。例えば、端部
を段形状にレーザ切断可能である。接触面の接点との適
切な位置合わせが得られるように、引抜成形部材が特定
のレーザ切断接触面を有する時、引抜成形物の位置合わ
せ構造部は、特に有益である。
されたフィブリル化中空管状引抜成形部材22を示す。
例えば、焦点を合わせられた炭酸ガスレーザは、中空引
抜成形部材18を切断し(図1)、そして同時に、導電
性繊維ストランド10の接触端14から十分な距離16
をおいて、ある制御された方法で樹脂結合剤12を揮発
させ、均一な長さの導電性繊維ストランド10を有する
分布されたフィラメント接点を1ステップで生成するた
めに使用可能である。露出される炭素繊維ストランドの
長さは、レーザ・パワー(出力)及び切断率(速度)に
よって制御されうる。
された中空引抜成形部材22が使用される本発明による
一実施例を示す。フィブリル化された中空引抜成形部材
22は接地ブラシ接点として作用する。図4及び図5
は、画像を処理するために帯電装置40から均一の電荷
を受ける受光体(例えば感光体)ベルト42を有する一
実施例を示す。受光体ベルト42上の導電性接地ストリ
ップ50は、画像の処理中に、移動式ベルト42上に準
備される電荷を蓄える。タイミング・ホール54は受光
体ベルト42の接地ストリップ50を貫通して延出す
る。導電性接地ストリップ50は、フィブリル化された
中空引抜成形部材22のフィブリル化された端と導電接
触状態にある。フィブリル化された中空引抜成形部材2
2は、導電性接地接触ブラシとして作用し、導電性接地
ストリップ50を放電する。ばねクリップ(挟み)46
には、フィブリル化された中空引抜成形部材22を機械
のフレーム部材の接地44との確実な導電接触状態に保
持するために図6、図7に示されるマウント52が設け
られている。
プ46に取り付けられる実施例を示す。ばねクリップ4
6はフィブリル化された中空引抜成形部材22を導電性
接地ストリップ50との強制的接触状態に保持する。加
えて、ばねクリップ46は、機械のフレーム部材の接地
44と導電的に接続される。図7は、上に搭載されたフ
ィブリル化された中空引抜成形部材22を備えるばねク
リップ46の平面図を示す。接地ストリップ50は、フ
ィブリル化された中空引抜成形部材22及びばねクリッ
プ46を介して機械フレーム部材44へ放電される。
は、比較的長い長さ、例えば、約1フィート(30.4
8cm)までの、又はそれを超える長さを有するように形
成可能である。フィブリル化されていない引抜成形部材
の部分は、樹脂材料12中に埋め込まれた連続する導電
性の繊維ストランド10から構成される長い剛性構造体
のままである。樹脂材料中に埋め込まれた繊維ストラン
ドは十分に剛性なので、支持材は、フィブリル化された
中空引抜成形部材22の一端において必要とされるだけ
で、移動式受光体ベルトと接地端子との間に導電コネク
タをしっかりと位置する。
動表面に電圧を印加する等のために、バイアス素子とし
て使用可能である。
電圧接点を提供する。この接点は、多くの用途に使用可
能であり、例えば、静電電圧計用の高電圧入力接点とし
て有用であり、例えば移動式の受光体表面(図示されて
いない)上の静電荷を継続的に測定する。接点が使用可
能である別の例は、高電圧コロトロン用のコネクタであ
る。所望されれば、高抵抗繊維は回路用の負荷抵抗器と
して作用することによって、例えば、接点が電気的接続
を確立する外部回路と共にバラスト抵抗器と高電圧コネ
クタの組合せ等が提供される。
ネクタを形成するのに良好な構造体である。利点の一つ
は、中空部材の内径と外径のわずかな差のために、レー
ザが中空の引抜成形部材の切断に大変適しているという
ことである。引抜成形部材の直径間の差分が約1mmを超
えて増大すると、繊維は不揃いな長さで切断され、樹脂
は引抜成形部材に沿ってでこぼこに焼かれる。中空構造
体の別の利点は、塵や粒子を中空部材の内側に蓄積でき
るということである。このことは、トナーが受光体ベル
ト上に使用される複写機において特に有利である。更に
中空構造体の利点は、位置合わせ構造部を内面に形成で
きるので、滑らかな外側表面を維持できるということで
ある。
グ)を生成しない高密度接点を有し、高い性能及び信頼
性を有する導電性部材が提供される。
する導電性部材が提供される。
備える引抜成形された導体が提供される。
抜成形された導体が提供される。
素子の簡単な位置合わせを得られる。
子の使用中に発生される埃や塵の集積場所(ロケーショ
ン)が提供される。
1つ又はそれよりも多い可撓性端を有し、1つ又はそれ
よりも多い構造と接触する、導電性素子が提供される。
形部材の一部分を示す斜視図。
を有する薄壁に形成された導電性引抜成形部材の実施例
の斜視図。
トを示す側面図。
トを示す平面図。
導電性接地ストリップを導電性接続する接地ブラシの側
面図。
導電性接地ストリップを導電性接続する接地ブラシの平
面図。
Claims (1)
- 【請求項1】 第1及び第2の端を有する中空構造の引
抜成形部材を含み、 前記中空構造の引抜成形部材が、 複数の導電性ストランドと、 前記複数の導電性ストランドが埋め込まれる樹脂材料
と、を有し、 前記引抜成形部材が前記第1及び前記第2の端の少なく
とも1つに露出された導電性ストランドを有する、 ことを含む導電性接点。
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