Brevet FR2740567A1 — publié le 19970430

ELEMENT DE TRANSFERT DEFORMABLE COMPORTANT DE MULTIPLES ELECTRODES PARALLELES ET PROCEDE D'UTILISATION Cette invention concerne la formation d'image de toneur et, plus précisément, un élément de transfert que l'on peut particulièrement utiliser dans la formation d'images de toneur et à un procédé de formation d'images de toneur en utilisant l'élément de transfert. On a utilisé dans les équipements électrophotographiques commerciaux des éléments de transfert intermédiaires rigides ou non déformables pour transférer des images de toneur d'un élément de formation d'image à un récepteur. Ceux-ci ont été utilisés à la fois dans les copieurs monochrome (noir et blanc), dans les copieurs couleur ainsi que dans les imprimantes. Les brevets des Etats-Unis 5 084 535 et 5 370 961 suggèrent l'utilisation d'un élément de transfert intermédiaire comportant une couche épaisse déformable avec un revêtement dur très mince qui améliore grandement l'efficacité du transfert de petites particules de toneur comparé aux éléments de transfert intermédiaires non déformables. Les brevet des Etats-Unis 5 370 961 et 5 187 526 montrent également qu'on obtient de meilleurs résultats si l'élément de transfert intermédiaire est semi-conducteur afin d'optimiser la force électrostatique qui permet le transfert du toneur. Bien que des éléments intermédiaires déformables offrent des améliorations significatives comparés aux éléments intermédiaires non déformables, il existe toujours des difficultés associées aux limitations imposées par l'amorçage dans l'air (ionisation) au voisinage de la ligne de contact de transfert, à la fois au niveau de l'élément de transfert intermédiaire et à l'opposé de celui-ci, au niveau de la feuille de réception finale. L'amorçage dans l'air détériore l'efficacité du transfert et la qualité d'image des images de toneur, spécialement des images à plusieurs couleurs appelées aussi par la suite multicouleurs en modifiant la quantité de charge sur les particules de toneur.Dans la pratique, ces difficultés sont amplifiées du fait que les éléments intermédiaires déformables sont constitués de manière caractéristique de matériaux qui sont sensibles aux fluctuations de température et d'humidité relative. Les brevets des Etats-Unis 5 276 490, 5 303 013 et 5 459 560 décrivent l'utilisation de rouleaux de transfert contenant de multiples électrodes parallèles pour aider à la manipulation de papier et également pour contrôler l'application d'une polarisation électrique pendant le transfert des images de toneur. On a trouvé qu'on peut sensiblement améliorer le transfert par rapport au système précédent en combinant leurs bénéfices sous la forme d'un élément de transfert intermédiaire qui comprend une couche déformable, une couche dure mince sur la couche déformable ayant une surface à l'opposé de la couche déformable pour recevoir une image de toneur et un ensemble d'électrodes séparément adressables positionnées séparées de la couche dure mince par au moins une partie de la couche déformable. C'est également un aspect de l'invention d'utiliser cet élément de transfert intermédiaire comme élément intermédiaire dans la formation d'images, spécialement dans des images multicouleurs. Conformément à un mode de réalisation préféré, la couche déformable présente une épaisseur mesurée entre les électrodes adressables et la couche mince dure d'au moins 0,5 mm. La couche déformable présente un module d'élasticité inférieur à 107 Pascals et la couche dure mince présente un module d'élasticité d'au moins 108 Pascals. De préférence, le module d'élasticité de la couche déformable est situé entre 1 x 106 Pascals et 5 x 106 Pascals. La couche dure mince présente une épaisseur inférieure à 50 um, de préférence inférieure à 15 um et une résistivité supérieure à 105 ohms-cm. De préférence, la couche déformable présente une résistivité divisée par l'épaisseur de la couche située entre 105 ohms et 1014 ohms, une plage spécialement préférée étant située entre 107 ohms et 1010 ohms. La figure 1 est une vue simplifiée latérale d'un appareil de formation d'image. Les figures 2 et 3 sont des vues en perspective et en coupe respectivement d'une section d'un élément de transfert intermédiaire. En se référant à la figure 1, un appareil de formation d'image comprend un élément de transfert intermédiaire 1 et un élément de formation d'image 2. Dans le fonctionnement classique, les images de toneurs sont formées sur l'élément de formation d'image 2 et transférées électrostatiquement à l'élément de transfert intermédiaire 1. La formation des images de toneur sur l'élément de formation d'image 2 est effectuée de préférence électrophotographiquement, bien que d'autres processus pour former les images sont connus et peuvent être utilisés. Dans le procédé électrophoto-graphique, l'élément de formation d'image 2 est photoconducteur et est chargé à un poste de charge 5, exposé conformément à l'image à un poste d'exposition, par exemple, un poste d'exposition laser 7, pour former une image électrostatique sur la surface de l'élément de formation d'image 2.L'image électrostatique est révélée par l'application d'un toneur provenant d'un des postes de développateur 9, 10, 11 ou 12 afin de former une image de toneur. Chacun des postes de développateur 9, 10, 11 ou 12 contient un toneur de couleur différente d'une manière telle que la couleur de l'image de toneur peut être choisie à partir d'une des quatre couleurs. L'image de toneur est transférée électrostatiquement de l'élément de formation d'image 2 sur la surface extérieure d'un élément de transfert intermédiaire au niveau d'une ligne de contact 15 entre les deux éléments par un processus qui sera décrit de manière plus détaillée ci-dessous. L'image de toneur est ensuite ou finalement transférée électrostatiquement à une feuille réceptrice délivrée à partir d'une alimentation de feuilles réceptrices 20 au niveau d'une ligne d'étranglement ou ligne de contact 25 formée entre l'élément de transfert intermédiaire 1 et un rouleau d'appui de transfert 22. La feuille réceptrice comportant l'image de toneur est transportée à un poste de fixation 30 où elle est fixée et finalement déposée dans un bac de sortie 32. Le processus que l'on vient de décrire délivre des images monochromes sur la feuille réceptrice. L'invention peut être utilisée pour former des images monochromes mais est particulièrement avantageuse dans la formation des images multicouleurs. Afin d'obtenir ceci, une série d'images électrostatiques sont formées sur l'élément de formation d'image 2, chacune étant révélée par un toneur de couleur différente provenant des postes 9, 10, 11 et 12 afin de former une série d'images de toneur de couleur différente sur l'élément de formation d'image 2. Les images de toneur à couleur différente sont transférées séquentiellement en alignement sur la surface de l'élément de transfert 1 où elles forment une image de toneur à couleurs multiples. Le procédé général que l'on vient de décrire est classique et bien connu dans la technique. Un transfert hautement efficace de particules de toneur extrêmement petites désirées pour les images à couleurs multiples est un des aspects les plus stimulants pour former électrophotographiquement des images à couleurs multiples. Les figures 2 et 3 montrent des vues en perpective et en coupe de l'élément de transfert 1 qui améliore nettement l'efficacité et la qualité du transfert au niveau des deux lignes de contact 15 et 25. En se référant aux figures 2 et 3, l'élément de transfert intermédiaire 1 comprend une couche déformable 35 muni d'un revêtement dur et mince 37. Des électrodes 40 séparément adressables sont nettement séparées de la couche de revêtement dure et mince par au moins une partie de la couche déformable 35.Bien que les électrodes 40 puissent être positionnées au milieu de la couche 35, elles sont positionnées de préférence sur le bord inférieur de la couche 35 ou supportées par une couche isolante 42. L'élément de transfert intermédiaire peut être une bande, une courroie ou un rouleau en fonction de la géométrie de l'appareil. Ainsi, la couche isolante 32 peut être supportée par un rouleau en aluminium ou une bande en polyester ou un support de courroie ou analogues, tous ceux-ci étant bien connus dans la technique. La couche déformable 35 sépare les électrodes 40 du revêtement dur mince, de préférence d'au moins 0,5 mm. Dans certaines applications, des épaisseurs supérieures à 1 mm sont préférées. La couche déformable 35 présente de plus un module d'élasticité inférieur à 107 Pascals, de préférence situé entre 1 x 106 Pascals et 5 x 106 Pascals. Sa résistivité divisée par son épaisseur est de préférence située entre 105 ohms et 1014 ohms, la plage préférée étant située entre 107 ohms et 1010 ohms. Un polyuréthane classique utilisé pour les tambours de transfert comportant une faible quantité de matériau antistatique peut procurer facilement ces caractéristiques, comme peuvent le faire aussi d'autres matériaux élastomères.La couche de revêtement dure mince 37 doit avoir une épaisseur inférieure à 50 um, de préférence inférieure à 15 um. Elle doit présenter un module d'élasticité supérieur à 108 Pascals et une résistivité supérieure à 105 ohms-cm. Des polyuréthanes durs, des sol-gels, des céramiques et des copolymères fluorés sont tous des matériaux qui peuvent être utilisés pour les revêtements et peuvent être fabriqués afin de procurer ces caractéristiques avec une quantité appropriée d'antistatique ajoutée à la formulation. Les électrodes sont positionnées généralement en parallèle les unes aux autres et dans une direction perpendiculaire au déplacement de l'élément de transfert. Elles peuvent être constituées de tout matériau conducteur approprié tel que du cuivre, du nickel ou du carbone. Les électrodes sont utilisées pour appliquer un champ électrique à la ligne de contact ou ligne d'étranglement servant au transfert d'une manière telle que les particules de toneur sont transférées de l'élément de formation d'image à l'élément de transfert intermédiaire et, ultérieurement, de l'élément de transfert à une feuille réceptrice telle que du papier. Les électrodes sont sélectivement polarisées électriquement d'une manière telle qu'un champ électrique important existe au moins dans une zone de contact de transfert et un champ électrique faible existe dans au moins une partie de la région juste en avant de la ligne de contact de transfert. Par exemple, dans un système dans lequel l'élément de formation d'image est mis à la masse (classique),dans la région juste avant la ligne de contact de transfert, les électrodes sont connectées à un potentiel de masse, de préférence à au moins 1 mm avant le commencement de la ligne de contact (contact réel). Dans la ligne de contact de transfert, les électrodes, commençant à 1 mm avant la ligne de contact et s'étendant jusqu'à la sortie de la ligne de contact ou au-delà, sont reliées à un potentiel de transfert maximal, tel que 500 volts. D'autres variantes et améliorations plus complexes dans la commande du champ peuvent être réalisées par l'homme de l'art et varieront nettement conformément aux paramètres du système, spécialement en fonction de la largeur réelle de la ligne de contact.L'avantage principal de l'invention est de procurer un champ de transfert puissant au niveau de la ligne de contact où le toneur contacte réellement la surface sur laquelle il doit être transféré tout en éliminant de manière importante l'ionisation avant ligne de contact ou pré-ionisation. Cette pré-ionisation a, de manière habituelle, provoqué des problèmes de formation d'image dans tous les systèmes de transfert, mais il est spécialement gênant lorsque des petites particules de toneur avec des hauteurs d'empilage variables doivent être transférées en utilisant un élément de transfert soumis à des variations de conductivité dû au changement d'humidité et de température. La structure d'électrode présente une structure périodique de période k (essentiellement le pas des électrodes) qui devrait satisfaire les conditions suivantes : x Les polarisations appliquées aux électrodes sont commandées par une source à polarisation multiple 50 qui est connectée pour appliquer la polarisation aux structures 52 et 54 pour les lignes de contact 15 et 25 respectivement. L'application de polarisations variables aux électrodes orientées perpendiculairement au trajet d'avancée a été décrite dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique 5 276 490, 5 459 560 et 5 303 013 référencés ci-dessus, lesquels brevets sont incorporés ici par référence.De manière caractéristique, ces polarisations peuvent être appliquées par un ensemble de brosses ou rouleaux qui contactent des prolongements des électrodes s'étendant au-delà de l'extrémité de la couche déformable 35 et qui peuvent être polarisées séparemment dans les régions avant ligne de contact, au niveau de la ligne de contact et après la ligne de contact pour un contrôle du champ de transfert encore plus avantageux. Un ensemble similaire de brosses ou rouleaux peut être désirable aux autres postes (par exemple, un poste de nettoyage à brosse conductrice articulable (non représentée)) pour mettre à la masse ou polariser les électrodes. On considère que les excellents résultats que l'on peut obtenir avec cette structure sont dus au fait que le contrôle du champ peut être maintenu à travers les électrodes qui sont séparées de la ligne de contact par la couche déformable. Ceci permet à la couche déformable de se conformer à la surface de l'élément de formation d'image 2 et au papier ou autre feuille réceptrice au niveau de la ligne de contact 25 sans interférence avec les électrodes, assurant de ce fait un contact excellent entre le toneur et la surface sur laquelle il doit être transféré. L'épaisseur préférée de la couche déformable 35 sera fonction de la pression au niveau de la ligne de contact. Avec une pression importante, des couches déformables plus minces, par exemple des couches d'une épaisseur de 1 mm peuvent être utilisées. Pour des pressions plus faibles, des épaisseurs de 5 mm ou plus peuvent être préférées. De plus, la couche dure 37 assure les caractéristiques de décollage désirées en acceptant à la fois le toneur provenant de l'élément de formation d'image 2 dans la ligne de contact 15 et de manière plus importante en le décollant vers la feuille réceptrice au niveau de la ligne de contact 25. L'aptitude à la déformation de la couche 35 peut être efficace grace à la minceur de cette couche. Bien que les résultats ne sont pas aussi spectaculaires, l'élément de transfert 1 peut également être utilisé comme rouleau d'appui d'une feuille réceptrice pour le transfert direct d'une image de toneur sur la feuille réceptrice (fixée à l'élément 1), par exemple, au niveau de la ligne de contact 15. Dans ce cas, l'aptitude à la déformation de la couche 35 est toujours utilisable comme l'est l'adressabiîité séparée des électrodes. La couche dure 37 ne devrait pas être nécessaire dans ce mode de réalisation. On a décrit en détail l'invention en se référant particulièrement à son mode de réalisation préféré, mais on comprendra que diverses variantes et modifications peuvent être effectuées dans le cadre des revendications. Revendications 1. Elément de transfert intermédiaire (1) à couches comprenant une couche déformable (35), une couche mince (37) et dure sur la couche déformable ayant une surface à l'opposé de la couche déformable pour recevoir une image de toneur et un ensemble d'électrodes (40) séparément adressable positionnées et séparées de la couche dure mince par au moins une partie de la couche déformable. 2. Elément de transfert intermédiaire selon la revendication 1, dans lequel l'épaisseur de la couche déformable entre les électrodes adressables et la couche dure mince est d'au moins 0,5 mm. 3. Elément de transfert intermédiaire selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la couche déformable présente un module d'élasticité inférieur à 107 Pascals et la couche dure mince présente un module d'élasticité d'au moins 108 Pascals. 4. Elément de transfert intermédiaire selon la revendication 3, dans lequel la couche déformable présente une épaisseur supérieure à 0,5 mm mesurée entre les électrodes adressables et la couche dure mince, un module d'élasticité situé entre 1 x 106 Pascals et 5 x 106 Pascals et une résistivité divisée par son épaisseur qui est située entre 105 ohms et 1014 ohms. 5. Elément de transfert intermédiaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la couche dure mince présente une épaisseur inférieure à 50 um, un module d'élasticité supérieur à 108 Pascals et une résistivité supérieure à 105 ohms-cm. 6. Elément de transfert intermédiaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la surface pour recevoir une image de toneur est déplaçable suivant une trajectoire et dans lequel les électrodes séparément adressables sont positionnées en travers de la trajectoire. 7. Elément de transfert intermédiaire selon la revendication 6, dans lequel la structure des électrodes présente une structure périodique de période k inférieure ou égale à l'épaisseur de la couche déformable divisée par 3. 8. Elément de transfert intermédiaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant aussi un renfort isolant pour les électrodes séparément adressables. 9. Elément de transfert intermédiaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la couche déformable présente une conductivité divisée par l'épaisseur de la couche située entre 105 ohms et 1014 ohms. 10. Elément de transfert intermédiaire selon la revendication 9, dans lequel ladite conductivité de la couche déformable divisée par son épaisseur est située entre 107 ohms et 1010 ohms. 11. Elément de transfert intermédiaire selon la revendication 5, dans lequel la couche dure mince présente une épaisseur inférieure à 15 um 12. Elément de transfert intermédiaire selon la revendication 6, dans lequel la structure des électrodes présente une structure périodique de période x qui est inférieure à l'épaisseur de la couche déformable divisée par 5. 13. Elément de transfert intermédiaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel l'élément est un rouleau 14. Procédé d'utilisation d'un élément de transfert selon l'une quelconque des revendications 1 à 13 pour le transfert d'une image de toneur disposée sur un élément de formation d'image vers une face d'une feuille réceptrice, dans lequelon appuie la face réceptrice de la feuille sur l'image de toneur par l'intermédiaire dudit élément de transfert qui est en contact avec l'autre face de la feuille réceptrice. 15. Procédé de formation d'image caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à former une image de toneur sur un élément de formation d'image, créer une ligne de contact entre l'élément de formation d'image et un élément de transfert intermédiaire construit selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, transférer électrostatiquement l'image de toneur de l'élément de formation d'image à l'élément de transfert en présence d'un champ électrique entre l'élément de formation d'image et les électrodes séparément adressables. 16. Procédé de formation d'image selon la revendication 15, dans lequel la ligne de contact de transfert comprend une zone de contact dans laquelle l'élément de transfert et l'élément de formation d'image sont en contact et une région en avant de la ligne de contact et précédant immédiatement la zone de contact dans la direction du déplacement de l'élément de formation d'image, dans lequel le procédé comprend l'application d'une polarisation de transfert de manière sélective aux électrodes par rapport à une polarisation de l'élément de formation d'image afin d'appliquer un champ électrique élevé dans au moins une partie de la zone de contact et un champ électrique faible dans la région en avant de la ligne de contact. 17. Procédé de formation d'image selon la revendication 16, dans lequel la polarisation appliquée aux électrodes commandant le champ dans la zone de contact est au moins différente de 200 volts de la polarisation appliquée à l'élément de formation d'image, laquelle tension est maintenue d'une position située à au moins 1 mm de la ligne de contact au moins jusqu'à la sortie de la ligne de contact. 18. Procédé de formation d'image selon la revendication 17, dans lequel les électrodes commandant le champ dans la région en avant de la ligne de contact sont polarisées au même potentiel que la couche conductrice de l'élément de formation d'image. 19. Procédé de formation d'image selon l'une quelconque des revendications 15 à 18, comprenant aussi le transfert en alignement d'une série d'images à couleurs différentes sur l'élément de transfert afin de former une image à couleurs multiples. 20. Procédé de formation d'image selon l'une quelconque des revendications 15 à 19, comprenant aussi le transfert électrostatique de l'image de toneur de l'élément de transfert sur une feuille réceptrice.