具有導電性氟烴外層的熔凝器元件的製作方法

2023-06-10 08:47:46

專利名稱：具有導電性氟烴外層的熔凝器元件的製作方法
具有導電性氟烴外層的熔凝器元件 技術領域[OOOl]本公開內容一般性涉及用於靜電攝影的成像設備及其熔凝器組 件，包括數字、圖像疊圖像(image-on-image)和類似設備。熔凝器組件， 包括熔凝器元件、壓力元件、給體元件、外部加熱元件等，可用於許 多目的，包括將調色圖像定影到複製基材上。更具體地，本公開內容 涉及包括氟烴外層的熔凝器組件。在實施方案中，氟烴外層位於基材 上，該基材可以具有許多構造，包括輥、帶、膜或類似基材。在其它 實施方案中，在氟經外層上具有外剝離層。在實施方案中，在基材和 外氟烴層之間設置中間和/或粘合劑層。在實施方案中，熔凝器元件外 塗層包括炭黑填料並且具有特定範圍內的導電率。該熔凝器元件可以 用於靜電印刷設備中，例如複印機、印表機、傳真機、多功能設備並 且包括彩色設備。
背景技術：
對具有優越電性能的用於靜電攝影設備的熔凝器組件保持需 求。更具體地，對降低或消除電壓差和後續複製質量缺陷保持需求。 由接觸元件、基材寬度或速率有關的邊緣效應產生的細微電壓差導致 圖像紊亂，其在顆粒聚結之後被放大。如果不被消耗，這些電壓存在 不固定的時間段。整個消耗歷程包括由導電性熔凝器元件到經由接觸 裝置接地的接觸導電性壓力元件的路徑。進一步需要對汙染、刻劃和 其它破壞敏感性降低的熔凝器塗料。另外，需要壽命更長的熔凝器組 件。另外，需要具有低摩擦同時耐刻劃和其它破壞的熔凝器組件。發明內容
實施方案包括一種熔凝器元件，其包括基材和在基材之上的包 括全氟烷氧基聚四氟乙烯和炭黑填料的外層，其中所述外層具有約1 x 10-4到約1 x 10-8ohm/cm2的體積電阻率。
實施方案進一步包括一種熔凝器元件，其包括基材和在基材之 上的包括矽橡膠的中間層以及設置在所述中間層上的外層，其中所述 外層包括全氟烷氧基聚四氟乙烯和炭黑填料，其中所述外層具有約1 x IO"到約1 x io-8 ohm/cm2的體積電阻率。


圖1為常用靜電攝影設備的圖例。
圖2為根據本文公開的一個實施方案的熔凝組合體的剖視圖。
圖3為具有三層構造的熔凝輥的剖視圖。
圖4為與顯示後邊緣電壓缺陷(trail edge voltage defect)的已知打 印缺陷相關的電壓對輥位置的圖。
圖5為與顯示網條缺陷(web banding defect)的已知列印缺陷相關 的電壓對輥位置的圖。
具體實施方式
[OOll]在此公開如下實施方案。
方案1. 一種熔凝器元件，其包括基材和在基材之上的包括全氟烷氧基聚四氟乙烯和第一炭黑填料的外層，其中所述外層具有約1x 10-4到約1 x 10-8 ohm/cm2的體積電阻率。
方案2.方案1的熔凝器元件，其中所迷體積電阻率為約1 x l(T5 到約1 x IO-7 ohm/cm2 。[OOM]方案3.方案2的熔凝器元件，其中所述第一炭黑以總固體的 約1到約12 wty。的量存在於所述外層中。
方案4.方案3的熔凝器元件，其中所述第一炭黑以總固體的 約4到約10 wt。/。的量存在於所述外層中。
方案5.方案4的熔凝器元件，其中所述第一炭黑以總固體的 約5到約8 wt。/。的量存在於所述外層中。
方案6.方案1的熔凝器元件，其中所述第一炭黑具有約5到 約10納米的粒度。
方案7.方案1的熔凝器元件，其中所述炭黑具有選自球形、
晶體、薄片、片晶、纖維、晶須或矩形的顆粒幾何結構。
方案8，方案6的熔凝器元件，其中所述炭黑具有晶體或針狀形狀。
方案9.方案1的熔凝器元件，其中所述炭黑具有體電阻率為 約10°到約l(T4 ohms-cm的電阻率。
方案10.方案1的熔凝器元件，進一步包括設置在基材之上的 中間層。
方案11.方案10的熔凝器元件，其中所述中間層包括矽橡膠。
方案12.方案1的熔凝器元件，除所述第一炭黑填料之外進一 步包括第二填料。
方案l3.方案12的熔凝器元件，所述第二填料選自不同於所述 第一炭黑填料的碳填料、金屬填料、陶瓷填料、金屬氧化物填料、摻 雜的金屬氧化物填料、聚合物填料及其混合物。
方案14.方案13的熔凝器元件，其中所述第二填料為導電性金屬氧化物。
方案15.根據方案13的熔凝器元件，其中所述第二填料為選自 鋁和鋼的金屬。
方案16.方案1的熔凝器元件，進一步包括在所述氟烴外層上 提供的外剝離層。
方案17,方案1的熔凝器元件，其中所述氟烴外層具有約1到 約1,000的長寬比。
方案18.方案1的熔凝器元件，其中連續的導電性放電路徑在 所述氟烴外層和連續接地路徑之間形成。
方案19. 一種熔凝器部件，其包括基材和在基材之上的包括矽 橡膠的中間層以及設置在所述中間層上的外層，其中所述外層包括全 氟烷氧基聚四氟乙烯和炭黑填料，其中所迷外層具有約lxl0"到約1 x 10-8 ohm/cm2的體積電阻率。
方案20. —種在記錄介質上形成圖像的成像設備，包括一個在 其上接收靜電潛像的電荷保持表面； 一個將調色劑施加於電荷保持表 面以使靜電潛像顯影而在電荷保持表面上形成顯影圖像的顯影組件； 一個將顯影圖像從電荷保持表面轉印到複製基材上的轉印膜組件；和 一個用於將調色圖像熔凝到複製基材表面的熔凝器元件，其中所迷熔 凝器元件包括基材和在基材之上的包括全氟烷氧基聚四氟乙烯和炭黑填料的外層，其中所述外層具有約lxio"到約lxl(T8 ohm/cm2的體 積、電阻率。
參考圖1，在典型的靜電攝影複製設備中，要複製的原件的光 圖像以靜電潛像的形式被記錄在光敏元件上，隨後通過使用通常稱為 調色劑的驗電(electroscopic)熱塑性樹脂顆粒使該潛像變為可見。具體 地，藉助於已經由電源11向其提供電壓的充電器12，感光體10在其 表面上充電。感光體然後成像暴露於來自光學系統或圖像輸入設備 13，例如雷射和發光二極體的光線，在其上形成靜電潛像。通常，通 過使來自顯影劑區14的顯影劑混合物與靜電潛像接觸，使靜電潛像 顯影。顯影可以通過使用磁性刷、粉末雲或其它已知的顯影方法完成。 千燥顯影劑混合物通常包括載體顆粒，該栽體顆粒具有與其摩擦電粘 合的調色劑顆粒。調色劑顆粒由栽體顆粒吸引到潛像，在其上形成調 色劑粉末圖像。可選地，可以使用液態顯影劑材料，其包括液態載體， 在液態栽體中分散有調色劑顆粒。液態顯影劑材料預先與靜電潛像接 觸，並且調色劑顆粒沉積在圖像構造上。
調色劑顆粒已經沉積在圖像構造中的光電導表面上之後，它們 由可以是壓力轉印器或靜電轉印器的轉印工具15轉印到複製片材16 上。可選地，顯影圖像可以轉印到中間轉印元件上，並隨後轉印到復 製片材上。
完成顯影圖像轉印之後，複製片材16前進到作為熔凝和壓力輥 在圖1中繪出的熔凝區19，其中通過使複製片材16穿過熔凝元件5 和壓力元件6，將顯影圖像熔凝到複製片材16上，從而形成永久圖像。 轉印之後，感光體IO前進到清洗區17，其中通過使用刮刀(如圖1所 示)、刷子或其它清洗設備，將殘留在感光體10上的任何調色劑清除 掉。
圖2中，熔凝輥5可以為由任何適合的金屬，例如鋁、陽極化 鋁、鋼、鎳、銅等製造的中空筒或芯，在其中空部分配置有與筒共延 伸的適合的加熱元件8。
支承或壓力輥6與熔凝器輥5協作形成輥隙或接觸弧9，複印 紙或其它基材16通過該輥隙或接觸弧9,使得其上的調色圖像21接 觸熔凝輥5的氟烴表面2。如圖2所示，支承輥6具有硬質鋼芯7,
在其上具有氟烴表面或層18。貯槽20含有在室溫下可以是固態或液 態的聚合物剝離劑(release agent) 22，但是在運轉溫度下其為流體。
在圖2所示的實施方案中，為了將聚合物剝離劑22施塗於氟烴 彈性體表面2，提供在所示方向上可旋轉地裝配的兩個剝離劑輸送輥 23和25，以將剝離劑22傳送到氟烴表面2上。輸送輥23部分浸入 貯槽20並將其表面上的來自貯槽的剝離劑傳送到輸送輥23。通過使 用計量刮刀24，聚合物剝離流體(release fluid)層最初可以施塗於輸送 輥23,並且隨後以亞微米厚到幾微米厚的受控厚度的剝離流體施塗於 氟烴彈性體2。因此，通過計量設備24，約0.1到約2微米或更厚的 剝離流體可以施塗於氟烴彈性體2的表面。可以使用提供0.05+/-0.01 微升剝離流體的網孔計量(web metering)系統。已經證明低油比率使電 壓電位增加。
本發明的熔凝元件可以由至少三種不同的構造組成。在一個實 施方案中，熔凝組件具有如圖2所示的雙層構造。熔凝器元件5包括 基材4。設置在基材4之上的是外氟烴層2。
圖3顯示一個三層構造，其中熔凝輥5具有在基材4內的加熱 元件8，具有設置在基材4上的中間層26(其可以為矽橡膠)，和設置 在中間層26上的外層2。圖3顯示任選的填料3和28，其可以相同 或不同，並且可以任選分散在中間層26中，和/或任選分散在外層2 中。
在實施方案中，如圖3所示，可能存在設置在外層2上的外剝 離層27。
在輥基材的情況下，適合的基材的實例包括金屬，例如鋁、不 鏽鋼、鋼、鎳等。在膜式基材的情況下(基材為熔凝器帶、膜、drelt(轉 鼓和帶之間的交叉)等的情況)，適合的基材包括適於允許高操作溫度 (即大於約80。C,或大於200'C)並能夠顯示高機械強度的高溫塑料。
外層包括氟烴，並且在實施方案中為全氟烷氣基聚四氟乙烯(PFA PTFE，或PFA)。氟烴以總固體的約75到約95 wt%,或80到約90 wt% 的量存在於外層中。
導電性填料分散在或包含在氟烴外層中。在實施方案中，氟烴 外層包括所需組成的氟經聚合物和具有所需粒度和形狀的適當量的炭 黑，產生約lxlO^到約1 x 10-8 ohm/cm2的體積電阻率。適合的炭黑
填料的實例包括非石墨炭黑，例如得自Cabot， Alpharetta， Georgia的 N330 ;得自ARMAK Corp的KETJEN BLACK ;得自Cabot Corporation Special Blacks Division的VULCAN XC72、 VULCAN XC72、 BLACK PEARLS 2000和REGAL 250R;得自RT Van Derbilt, Inc.的 THERMAL BLACK ;得自Chevron Chemical Company的Shawinigan 乙炔黑；爐黑；得自R.T. Vanderbilt Company, Inc.的ENSACO頃炭黑 和THERMAX炭黑；和購自Southwestern Graphite of Burnet, Texas 的石墨，GRAPHITE 56-55(10微米,10" ohm/sq)，得自Graphite Sale 的Graphite FP 428J，得自Superior Graphite的Graphite 2139、 2939和 5535,及得自Asburry的Graphites M450和HPM850。其它炭黑包括 氟化炭黑(例如ACCUFLUOR^或CARBOFLUOR"等及其混合物。
在實施方案中，炭黑填料以總固體的約1.0到約12 wt%，或約 4到約10wt。/。，或約5到約8wt。/。的量存在。
加入到外氟烴層中的炭黑允許長寬比為約1到1,000，或約5到 約100，或約10到約50。長寬比定義為長軸尺寸與主要短軸尺寸的比例。
炭黑以一定量、形狀和或分布存在於外層中，以便外層的體積 電阻率能夠變為約1 x 1C)4到約1 x IO-8 ohm/cm2,或約1 x 10'5到約1 x 10-7 ohm/cm2 。
體積電阻率可以通過使用特殊類型的炭黑，特殊量的炭黑，具 有一定顆粒幾何結構的炭黑，使炭黑在聚合物外層內以一定構造取 向，具有特殊電阻率的炭黑，具有特殊化學性質的炭黑，具有特殊表 面積的炭黑，具有特殊尺寸的炭黑等加以調整。
石墨炭黑定義為具有晶體形狀，或炭黑的晶體同素異形形式，及非石墨炭黑為炭黑的細分散形式。石墨中，碳原子位於對稱六邊形 的平面內，並且在石墨中存在多層這樣的平面。如在此使用的，非石 墨炭黑表示不具有結晶同素異形形式的任何炭黑。非石墨炭黑由例如烴的有機物質的不完全燃燒形成。非石墨炭黑的實例包括爐黑、槽法 炭黑、熱炭黑、燈黑、乙炔黑等。在結構上，非石墨炭黑由距離為3.5 到3.8埃的平行取向的石墨平面束組成。
炭黑可以具有不同的幾何結構，例如球形、晶體、薄片、片晶、 纖維、晶須或矩形的顆粒形狀。在實施方案中，炭黑具有針狀形狀。較大的炭黑可以具有約1微米到約100微米，或約2到約10微 米，或約5到約10微米的粒度。較小粒度的炭黑具有約10納米到約 1微米，或約10納米到約100納米，或約10納米到約80納米的粒度。 在實施方案中，在此使用的炭黑具有5到IO納米的粒度。
在一個實施方案中，炭黑具有體積電阻率為約10°到約10"4 ohms-cm的體電阻率。
在實施方案中，多於一種填料可以存在於氟烴外層中，和/或其 它基材、粘合劑或中間層和/或外剝離層的任一個中。在實施方案中， 不同於在氟烴外層中公開的第一炭黑的碳填料，或者金屬、陶瓷、無 機、金屬氧化物填料和/或聚合物填料可以存在於氟烴外層中。在實施 方案中，金屬、金屬氧化物或無機/陶瓷填料以總固體的約0到約20 vol%，或約0到約10 vol。/。的量存在。在實施方案中，聚合物填料以 總固體的約0到約50 vol%,或約5到約40 volM的量存在。
外氟烴層可以使用任何適合的已知方式塗布在基材上。將這種 材料塗布在增強元件上的典型技術包括液體和乾粉噴塗、浸塗、繞線 棒塗、流化床塗布、粉末塗布、靜電噴塗、聲波噴塗、刮塗等。在實 施方案中，氟烴層噴塗或流塗到基材上。
在一個實施方案中，外氟烴層可以由任何已知技術，例如砂磨、 拋光、碾磨、噴砂、塗布等加以改性。在實施方案中，外氟經層具有 約0.05到約1.5微米的表面粗糙度。
炫凝組件可以具有任何適合的構造。適合的構造的實例包括片 材，薄膜，網片，箔片，條帶，線圈，圓柱體，轉鼓，輥，環形帶， 圓盤，帶，包括環形帶、環形接縫柔性帶、環形無縫柔性帶、具有奇 形怪狀切口接縫(puzzle cut seam)的環形帶等。
任選，任何已知和可用的適合的粘合劑層可以設置在氟經外層 和基材之間，和/或外氟烴層和外剝離層之間。適合的粘合劑的實例包 括矽烷，例如氨基矽烷(例如得自OSI Specialties, Friendly West Virginia 的AllOO)，鈦酸鹽、鋯酸鹽、鋁酸鹽等及其混合物。在一個實施方案 中，約0.001到約10%的粘合劑溶液可以塗抹在基材上 粘合劑層可 以塗布在基材上，或氟烴外層上，厚度為約2到約2,000納米，或約 2到約500納米。粘合劑可以由任何適合的已知技術塗布，包括噴塗 或塗抹。本方法涉及製造熔凝器元件，包括模塑、碾磨、預熱/密封基礎 層，隨後施塗底漆和頂層，燒結並且最終拋光。多層熔凝器元件通過 將矽氧烷聚合物基礎層粘合到鋁芯上，隨後沉積導電性含氟聚合物塗 料的外層製備。通過將矽氧烷化合物在購自Ten Cate Enbi of Shelbyville， Indiana的鋁芯上液體注模製造具有基礎層的輥。矽氧烷 層厚度為0.28 mm,導熱率為約0.5 W/mK (350 )，表面粗糙度(Ra) 為3+A1.5nm,壓縮形變小於約15%。然後用水性洗塗劑清洗上述輥， 隨後噴塗含有矽烷(得自Dow Corning的DC 6060)和聚醯胺樹脂(購自 Henkel Corporation的Versamid 100T60)的50:50共混物的底漆，並且 在IR烘箱中預先烘焙約20分鐘。導電性含氟聚合物材料得自DuPont 用於塗料並使用標準噴塗設備以兩個步驟施塗到輥的上述矽氧烷表 面。然後塗布均為DuPont材料的中塗層配製料#855-01和頂塗層中 塗層配製料#855-103。在塗布中塗層之前，施塗購自DuPont的頂塗層 底漆層配製料#855-023。然後在650 固化和乾燥塗層約6分鐘，達 到約1密耳的乾燥厚度。
如圖4和5中所示，該實施方案能夠消除或降低電荷電壓差。 電壓差在低於1個輥轉或低於200毫秒周期中被消耗。這一點通過在 整個輥面和地之間形成導體放電路徑實現。導體放電路徑為低電阻(o 到無窮大ohms)路線，其將不希望的電壓引導至規定的(地)消耗區域。 希望頂塗層導電率低於io-7，以降低上述時間周期中的電壓差。輥的 接地可以由本領域中的許多已知方法實現，例如直接的和間接的。輥 的接地通過熔凝器塗層與導電性壓力輥套管直接接觸實現。壓力輥套 管然後經由許多彈簧接地到框架。
與該實施方案相關的電壓缺陷與接觸輥的物體，即剝離和溫度 控制設備，以及由於接觸輥導電性表面的注油裝置、基材和任何電荷 相關組件的差異有關。圖4和5中的電荷實例是由本文實施方案消除 的電壓的實例。
權利要求
1. 一種熔凝器元件，其包括基材和在基材之上的包括全氟烷氧基聚四氟乙烯和第一炭黑填料的外層，其中所述外層具有約1×10-4到約1×10-8ohm/cm2的體積電阻率。
2. 權利要求1的熔凝器元件，其中所述體積電阻率為約lxl(T5 到約1 x IO7 ohm/cm2。
3. 權利要求2的熔凝器元件，其中所述第一炭黑以總固體的約 l到約12 wt。/。的量存在於所述外層中。
4. 權利要求1的熔凝器元件，其中所述第一炭黑具有約5到約 10納米的粒度。
5. 權利要求1的熔凝器元件，其中所述炭黑具有選自球形、晶 體、薄片、片晶、纖維、晶須或矩形的顆粒幾何結構。
全文摘要
本發明公開了一種具有導電性氟烴外層的熔凝器元件，該熔凝器元件包括基材和在基材之上的包括全氟烷氧基聚四氟乙烯和炭黑填料的外層，其中所述外層具有約1×10-4到約1×10-8ohm/cm2的體積電阻率。
文檔編號G03G15/20GK101149585SQ20071015339
公開日2008年3月26日 申請日期2007年9月19日 優先權日2006年9月20日
發明者K·R·拉施, S·S·巴德沙 申請人:施樂公司