DE69616560T2

DE69616560T2 - Niedrige oberflächenenergie aufweisende vorrichtung zur dosierung und zum auftragen von flüssigkeiten

Info

Publication number: DE69616560T2
Application number: DE69616560T
Authority: DE
Inventors: Andrew Bucher; Tit-Keung Lau; L. Sassa
Original assignee: WL Gore and Associates Inc
Current assignee: WL Gore and Associates Inc
Priority date: 1995-08-04
Filing date: 1996-07-15
Publication date: 2002-09-05
Anticipated expiration: 2016-07-16
Also published as: AU6492096A; JPH11510276A; EP0842457B1; CA2228390A1; EP0842457A1; CA2228390C; DE69616560D1; US5779795A; WO1997006470A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft allgemein Materialien und Vorrichtungen zum Auftragen gesteuerter Mengen Flüssigkeiten auf Walzen und andere Oberflächen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

In einem Normalpapier-Kopiergerät (PPC; plain-paper copying) werden Tonerbilder auf die Oberfläche des Papiers oder eines anderen Aufzeichnungsträgers gebracht und durch Wärme und Druck fixiert. Bei gewissen PPC-Geräten erfolgt das Fixieren dadurch, daß das mit dem Bild behaftete Aufzeichnungsmedium zwischen einer Thermofixierwalze und einer Druckwalze hindurchgeführt wird. Bei diesem Typ von Thermofixiergerät wird das Tonermaterial direkt von der Walzenoberfläche berührt, wobei ein Teil des Toners an der Walzenoberfläche haftenbleibt. Bei der nachfolgenden Drehung der Walze gelangt das Tonermaterial möglicherweise erneut auf das Aufzeichnungsmedium, so daß es zu unerwünschten Schattenbildern, Verschmutzungen oder Verschmierungen kommt. In einigen Fällen kann das Aufzeichnungsmedium an dem haftengebliebenen Tonermaterial an der Walze klebenbleiben und sich um die Walze wickeln.
Um diesen Problemen zu begegnen, werden häufig als Walzenoberflächen Materialien mit guten Ablöseeigenschaften eingesetzt, so zum Beispiel Silikonkautschuk oder Polytetrafluorethylen. Der Einsatz von Silikonkautschuk oder Polytetrafluorethylen als Walzenoberfläche allein beseitigt jedoch nicht die genannten Probleme, obschon die Verwendung dieser Stoffe zu einer verbesserten Leistung der Thermofixiergeräte führt.
Eine andere Vorgehensweise zum Beheben jener Probleme besteht darin, in den Tonermaterialien Ablösemittel einzusetzen, um zu verhindern, daß die Stoffe an der Walzenoberfläche haftenbleiben. Solche ölfreien Toner können auch die Leistung von Thermofixiergeräten verbessern, aber auch hier, insbesondere bei Hochgeschwindigkeitskopierern, beseitigen sie nicht vollständig die mit dem Aufnehmen von Toner und dem Transfer von Toner verbundenen Probleme.
Die Toneraufnahme durch die Walzen läßt sich dadurch beherrschen, daß man die Oberfläche zumindest einer der Walzen einer Thermofixiereinrichtung mit einem flüssigen Ablösemittel beschichtet, so zum Beispiel mit Silikonöl. Wichtig ist, daß ein solches flüssiges Ablösemittel gleichmäßig und in exakten Mengen auf die Walzenoberfläche aufgetragen wird. Zu wenig Flüssigkeit oder eine ungleichmäßige Oberflächenbedeckung hindert den Toner nicht an einem Haftenbleiben und an einem erneuten Absetzen auf der Walze. Übermäßige Mengen von flüssigem Ablösemittel können auf der anderen Seite bewirken, daß die Silikonkautschuk- Walzenoberflächen anschwellen und sich kräuseln, so daß Kopien von nicht akzeptierbarer Qualität erstellt werden. Außerdem liefern Prozeduren, die dazu dienen, übermäßige Flüssigkeiten durch Abstreifen oder Abkratzen von der Walzenoberfläche zu entfernen, nicht zu günstigen Ergebnissen, in einigen Fällen bewirken solche Korrekturmaßnahmen, daß es zu übermäßiger statischer Elektrizität kommt, die weitere Probleme verursacht.
Vorrichtungen, die für sich in Anspruch nehmen, eine Ablöseflüssigkeit auf Kopiermaschinen-Walzenoberflächen gleichmäßig zu dosieren und aufzutragen, sind in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift 62-178992 beschrieben. Die Vorrichtungen bestehen auf einer Öldurchdringungs- Steuerschicht, die auf einem dicken porösen Material haftet, das als Docht oder Reservoir zum Zuführen von Öl zu der Durchdringungs-Steuerschicht dient. Die Durchdringungs-Steuerschicht ist typischerweise eine poröse Durchdringungs-Steuerschicht. Sie ist typischerweise eine poröse Polytetrafluorethylen-Folie, die imprägniert ist mit einem Gemisch aus Silikonöl und Silikonkautschuk, gefolgt von einer Wärmebehandlung zum Vernetzen des Silikonkautschuks. Das dicke poröse Material, an dem die Durchdringungs-Steuerschicht haftet, ist typischerweise ein Schlauchmaterial oder Filzmaterial aus porösem Polytetrafluorethylen, bestehend aus NOMEX®-Fasern, Glasfasern, Kohlenstoffasern oder Polytetrafluorethylen-Fasern.
Die in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift 62-178992 beschriebenen Vorrichtungen dosieren Ablöseflüssigkeit und tragen sie gleichmäßig auf Walzenoberflächen mit Mengen von 0,3 bis 1,0 Mikroliter/A4- Kopierpapiergröße auf. Bei Kopiermaschinen wurden sie erfolgreich eingesetzt; während ihrer Lebensdauer von etwa 80.000 bis etwa 180.000 Kopien liefern sie zufriedenstellende Leistung. Nach dieser Zeit können sie keine akzeptierbare Leistung mehr bringen und müssen ersetzt werden, üblicherweise aufgrund einer Verformung oder eines Defekts des die Durchdringungs-Steuerschicht tragendenden dicken, porösen Materials, oder aufgrund einer Abtrennung der Durchdringungs-Steuerschicht von der dicken, porösen Schicht.
Diese Werte der Leistung und Haltbarkeit sind für zahlreiche automatisierte Hochgeschwindigkeits-Normalkopiermaschinen unzureichend, bei denen Vorrichtungen zum Dosieren und Auftragen einer Ablöseflüssigkeit in viel geringen Flüssigkeitsmengen für eine viel höhere Anzahl von Kopien gefordert werden. Verbesserte Vorrichtungen, die höheren Anforderungen genügen, sind in dem US-Patent 5 232 499 beschrieben. Diese Vorrichtungen bestehen aus einer Flüssigkeitsdurchdringungs-Steuerschicht, die an einem porösen Träger haftet. Der Träger enthält einen offenzelligen hitzehärtbaren Polymerschaum, der intern verstärkt ist, um Festigkeit, Nachgiebigkeit und Wärmebeständigkeit zu erlangen, die für lange Lebensdauer erforderlich sind. Die Flüssigkeitsdurchdringungs-Steuerschicht besteht aus einer porösen Polytetrafluorethylen-Folie oder - in einer zweiten Ausführungsform - einer porösen Polytetrafluorethylen-Folie, in der die Poren mit einem Gemisch aus Silikonöl und Silikonkautschuk gefüllt sind. Beide Ausführungsformen sind in Normalpapier-Kopiermaschinen erfolgreich für jeweils mehr als 500.000 Kopien eingesetzt worden. Die zweite Ausführungsform ist insoweit bevorzugt, als die Durchdringungs-Steuerschicht aus Silikonkautschuk/Silikonöl/porösem Polytetrafluorethylen ein höheres Maß an Beherrschung bei der Ablösung von Flüssigkeit ergibt. Die erste Ausführungsform hingegen ist insofern bevorzugt, als sich die Oberfläche aus 100% porösem Polytetrafluorethylen zusammensetzt und folglich eine sehr geringe Oberflächenenergie besitzt, die hervorragende Ablöseeigenschaften ergibt. Dieses hohe Maß an Ablösevermögen verhindert das Ansammeln von Tonerpartikeln auf der Vorrichtung, die Ursache sein könnte für unerwünschte Schattenbilder bei aufeinanderfolgenden Kopien.
Das oben Gesagte veranschaulicht Beschränkungen, die sich bei den herkömmlichen Vorrichtungen zum Dosieren und Beschichten mit einem Fluid gezeigt haben. Es wäre daher ersichtlich von Vorteil, eine verbesserte Vorrichtung zum Dosieren und Auftragen einer Flüssigkeit zur Verfügung zu haben, die im Stande ist, eine oder mehrere der oben erläuterten Beschränkungen zu überwinden. Dementsprechend enthält eine geeignete Alternative Merkmale, die weiter unten näher erläutert werden.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Dosieren und Auftragen einer Flüssigkeit, die den Vorgang des Auftragens einer Ablöseflüssigkeit beispielsweise auf die Oberfläche von Tonerbild-Fixierwalzen beim Kopieren auf Normalpapier in zufriedenstellender Weise ausführen kann, und dies mit hervorragender Genauigkeit, Gleichförmigkeit und Dauerhaftigkeit. Die Vorrichtung enthält eine poröse Trägerschicht, die an einer Metallwelle haftet. Die poröse Trägerschicht besteht aus einem offenzelligen, hitzehärtbaren Polymerschaum, der intern verstärkt ist, um Festigkeit, Nachgiebigkeit und Wärmebeständigkeit zu erlangen, wie sie im Betrieb für lange Haltbarkeit als Teil eines Heiß-Tonerbild- Fixiermechanismus in einer Normalpapier-Kopiermaschine benötigt werden. Der poröse Träger besteht aus Materialien mit hoher Kompatibilität und Benetzbarkeit bezüglich den Flüssigkeiten, die es zu verteilen gilt, und er besitzt ein starkes Flüssigkeitshaltevermögen, um eine durchgehend kontinuierliche Flüssigkeitsabgabe zu gewährleisten. An der porösen Trägerschicht haftet eine Flüssigkeitsdurchdringungs-Steuerschicht, bestehend aus einer porösen Polytetrafluorethylen-Folie, in der die Poren ein Gemisch aus Silikonöl und Silikonkautschuk enthalten. An der Außenfläche der Flüssigkeitsdurchdringungs-Steuerschicht haftet eine Ablöseschicht, die aus einer porösen Polytetrafluorethylen-Folie besteht.
Hauptzweck der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung zum Dosieren und Auftragen eines Fluids mit niedriger Oberflächenenergie, die eine Steuerschicht aus Silikonkautschuk/Silikonöl/porösem Polytetrafluorethylen kombiniert mit einer Ablöseschicht, die aus porösem Polytetrafluorethylen besteht, um eine konsistente Ölablösung bei minimalem Toneraufbau während langer Lebensdauer zu erreichen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die obige Offenbarungs-Zusammenfassung sowie die nachfolgende detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung lassen sich besser verstehen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen. Diese zeigen zur Veranschaulichung der Erfindung eine Ausführungsform, die derzeit bevorzugt wird. Allerdings versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die exakte dargestellte Ausgestaltung und Instrumentalisierung beschränkt ist. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 einen Querschnitt einer alternativen Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 3A und 3B schematische Front- und Seitenansichten eines Tonerfixiermechanismus einer Normalpapier-Kopiermaschine, in der eine Ausführungsform der Erfindung inkorporiert ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Nunmehr auf die Zeichnungen eingehend, in denen gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile in sämtlichen Ansichten bezeichnen, ist in den Figuren die Dosier- und Auftragvorrichtung für Fluid geringer Oberflächenenergie allgemein mit 10 bezeichnet. Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die dadurch definiert ist, daß als erstes auf einer Metallwelle 11 mit einem geeigneten Klebstoff ein schlauchförmiges poröses Trägermaterial 13 axial angebracht wird. Das poröse Trägermaterial 13 sollte ein offenzelliger Schaum oder eine andere Struktur mit durchgehenden Poren bei einem Porenvolumen von mindestens 40%, vorzugsweise im Bereich von etwa 80% zu etwa 99,9% sein. Es sollte gesehen werden, daß Werkstoffe mit einem Porenvolumen von weniger als 40% ein nicht angemessenes Flüssigkeitshaltevermögen haben, und möglicherweise Strukturen besitzen, die eine durchgehende Bewegung der Flüssigkeit durch sie hindurch beschränken. Werkstoffe mit einem Porenvolumen von mehr als 99,9% besitzen eine offene, schwache Struktur, deren Haltbarkeit auch mit einer internen Verstärkung zu schwierig zu erreichen ist.
Das poröse Trägermaterial 13 sollte außerdem chemisch kompatibel sein mit den zu verwendenden Flüssigkeiten und sollte durch diese benetzbar sein. Das poröse Trägermaterial 13 muß außerdem ausreichende Festigkeit, Stärke und Wärmebeständigkeit besitzen, die es bei interner Verstärkung ermöglichen, einen Betrieb von etwa über 200ºC auszuhalten. Bevorzugte Werkstoffe für das poröse Trägermaterial sind hitzehärtbare Polymerschäume aus Melaminharz, Polyimidharz, Phenolharz, Bismaleimid- Triazinharz oder Polyurethanharz.
Eine Flüssigkeitsdurchdringungs-Steuerschicht 16 wird dadurch hergestellt, daß an der Oberfläche des porösen Trägermaterials 13 ein poröses Material haftend angebracht wird. Hierzu kann man einen hitzehärtbaren Klebstoff 15 auf die Oberfläche des porösen Trägermaterials 13 mit herkömmlichen Mitteln auftragen, beispielsweise durch Tiefdruck. Das bevorzugte Material für die Durchdringungs-Steuerschicht 16 ist eine Membranfolie aus porösem, expandiertem Polytetrafluorethylen (PTFE), imprägniert mit einem Gemisch aus Silikonöl und Silikonkautschuk, wie dies beschrieben ist in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift 62-178992.
Die Membran aus porösem, expandiertem Polytetrafluorethylen läßt sich durch irgendeine Anzahl bekannter Verfahren herstellen, wird jedoch vorzugsweise hergestellt durch Expandieren von PTFE, wie dies beschrieben ist in den US-Patenten 4 187 390; 4 110 392 und 3 953 566, um poröses, expandiertes Polytetrafluorethylen zu erhalten. Mit "porös" ist gemeint, daß die Membran eine Luftdurchlässigkeit von mindestens 0,01 Kubikfuß pro Quadratfuß bei 0,5 Zoll Wassersäule besitzt.
Eine Verstärkungsschicht 14 ist im Inneren des allgemein durch den Pfeil dargestellten porösen Trägermaterials ausgebildet, angrenzend an die Durchdringungs-Steuerschicht 16. Insbesondere wird die Verstärkungsschicht 14 dadurch gebildet, daß ein Gemisch aus Silikonöl und Silikonkautschuk in ein Ende des porösen Trägermaterials 13 eingebracht wird und die Welle 11 um ihre Achse schnell gedreht wird. Die entstehende Zentrifugalkraft drückt das Gemisch aus Silikonöl und Silikonkautschuk innerhalb des porösen Trägermaterials 13 nach außen und bildet eine Verstärkungsschicht 14 gleichmäßiger Dicke angrenzend an die Innenfläche der Durchdringungs-Steuerschicht 16. Anschließend wird die Verstärkungsschicht 14 durch Vernetzen des Silikonkautschuks unbeweglich gemacht.
Im Inneren des porösen Trägers 13 wird eine Ölversorgungsschicht 22 gebildet, indem ein zweites Gemisch aus Silikonöl und Silikonkautschuk in das Ende des porösen Trägermaterials 13 eingeleitet und die Welle 11 schnell um ihre Achse gedreht wird. Die entstehende Zentrifugalkraft lenkt das zweite Gemisch aus Silikonöl und Silikonkautschuk nach außen innerhalb des porösen Trägermaterials und bildet eine an die Verstärkungsschicht 14 angrenzende Schicht, wobei ein kleiner Abschnitt 12 des porösen Trägermaterials 13 frei bleibt, der nicht mit dem zweiten Gemisch gefüllt ist. Anschließend erfolgt ein Gelieren des zweiten Gemisches, um die Ölvorratsschicht 22 zu bilden, in dem der Silikonkautschuk vernetzt wird.
Die Eigenschaften des Silikonöls und des Silikonkautschuks in den Gemischen der verschiedenen Schichten schwanken gemäß sowohl dem geforderten Maß der Durchdringung als auch den Strukturen und Trägermaterialien, mit denen sie zusammen eingesetzt werden. Silikonöl- Silikonkautschuk-Verhältnisse können von 50 : 1 bis 1 : 20 reichen und genügen folgender Beziehung:
a/x < < b/x < = c/x
wobei a, b und c die Ölkonzentrationen der Durchdringungs- Steuerschicht, der Verstärkungsschicht bzw. der Ölvorratsschicht sind.
Diskrete Verstärkungsschichten in dem porösen Träger sind dann erforderlich, wenn das Verhältnis von Silikonöl zu Silikonkautschuk groß ist, beispielsweise 20 : 1 beträgt. Bei einer derartigen Konzentration ist die Ölbeweglichkeit hoch, es wird aber praktisch keine Verstärkung oder Festigung des porösen Trägermaterials erzielt, und es muß eine separate Verstärkungsschicht vorgesehen werden. Wenn das Verhältnis von Silikonöl zu Silikonkautschuk in der Ölvorratsschicht geringer wird, nehmen die Verstärkungseffekte der vernetzten Gemische noch zu, bis bei einem Verhältnis von Silikonöl zu Silikonkautschuk von etwa 9 : 1 eine ausreichend Verstärkung des porösen Trägers erhalten wird, so daß eine getrennte diskrete Verstärkungsschicht nicht notwendig ist. Bei Mischungsverhältnissen von Silikonöl zu Silikonkautschuk von etwa 9 : 1 besteht also die Möglichkeit, die Funktionen der Verstärkung und der Ölversorgung in einer Schicht zu kombinieren.
Eine Außenschicht 17 geringer Oberflächenenergie wird dadurch hergestellt, daß ein poröses Material an der Außenoberfläche der Flüssigkeitsdurchdringungs-Steuerschicht 14 mit Hilfe eines Klebstoffs befestigt wird. Das bevorzugte poröse Material für die Außenschicht geringer Oberflächenenergie ist eine Folie aus porösem Polytetrafluorethylen, oder, am meisten bevorzugt, eine Folie aus porösem, expandiertem Polytetrafluorethylen. Diese Oberfläche ermöglicht einerseits den Fluß von Ablösemitteln und verhindert andererseits die Ansammlung von Verunreinigungen an der Außenoberfläche der Vorrichtung. Die Außenschicht 17 kann folgende physikalische Eigenschaften aufweisen: eine Dicke von etwa 0,00635 mm (0,25 mil) bis etwa 0,254 mm (10 mil), eine Porosität von etwa 50% bis etwa 98% und einen Blasenpunkt von etwa 70,32 gm/cm² bis etwa 2.109,6 gm/cm² (etwa 1 bis etwa 30 Pfund pro Quadratzoll (psi)).
Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung, die die Funktionen der Verstärkung und der Ölversorgung in einer kombinierten Verstärkungs-/Ölversorgungsschicht 23 vereint. Die Ausführungsform nach Fig. 2 besitzt keine diskrete Verstärkungsschicht 14, hat aber im übrigen den oben beschriebenen Aufbau.
Fig. 3 zeigt schematisch die Vorrichtung zum Dosieren und Auftragen, 10, gemäß vorliegender Erfindung, und zwar als Teil eines Tonerbild- Fixiermechanismus einer Normalpapier-Kopiermaschine. Die Flüssigkeits- Dosier- und -auftragvorrichtung 10 ist dargestellt in Berührung mit einer Wärmefixierwalze 30, gegen die ein Aufzeichnungsmedium 40, beispielsweise ein Papierbogen, der ein nicht stabilisiertes Tonerbild trägt, von einer Andrückwalze 50 gedrückt wird.
Ohne hierdurch den Schutzumfang der Erfindung beschränken zu wollen, läßt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung und das Verfahren zu ihrer Herstellung besser durch Bezugnahme auf folgende Beispiele verstehen:

Beispiel 1

Eine Flüssigkeitsdosier- und -Beschichtungsvorrichtung 10 des in Fig. 2 gezeigten Typs wurde folgendermaßen hergestellt:
Eine Stahlwelle 11 mit einem Durchmesser von 8 mm wurde axial in ein poröses Trägermaterial 13 aus offenzelligem Polyester-Polyurethanschaum eingeführt. Dieses Trägermaterial aus Polyester-Polyurethanschaum besaß einen Außendurchmesser von 27 mm, einen Innendurchmesser von 8 mm, eine Oberflächenhärte von 28 Grad, eine Massendichte von 230 kg/m³ und ein Porenvolumen von 82%.
Eine Membran aus porösem, expandiertem Polytetrafluorethylen mit einer Dicke von etwa 30 Mikrometer, einer Nenn-Porengröße von 0,5 Mikrometer und einem Porenvolumen von etwa 80% wurde auf einer Seite durch Tiefdruck mit einem nicht kontinuierlichen Muster von Punkten mit einem Durchmesser von 0,5 mm eines thermoplastischen Klebstoffs bearbeitet, um auf der Membran eine poröse Klebstoffschicht 14 zu bilden. Eine Durchdringungs-Steuerschicht 16 wurde gebildet, indem zunächst eine einzelne mit dem Klebstoff bedruckte Membran um das poröse Trägermaterial 13 gewickelt und durch Aufbringen von Wärme und Druck an Ort und Stelle thermisch angeschmolzen wurde.
Ein Gemisch aus 20 Gew.-% Silikonöl (KF-96, hergestellt von Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., und eingesetzt als Lösemittel) und 80 Gew.-% Silikonkautschuk (KE-106, hergestellt von Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) wurden vorbereitet. Die Folie aus porösem expandiertem Polytetrafluorethylen wurde mit dem Gemisch aus Silikonöl und Silikonkautschuk imprägniert, woraufhin das überschüssige Gemisch von der Folienoberfläche entfernt und die Anordnung 40 Minuten lang bei 150ºC erhitzt wurde, um den Silikonkautschuk zu vernetzen und damit die Herstellung der Durchdringungs-Steuerschicht 16 abzuschließen.
Eine Membran aus porösem, expandierten Polytetrafluorethylen mit einer Dicke von etwa 20 Mikrometern, einer Nenn-Porengröße von 0,29 Mikrometern und einem Porenvolumen von etwa 80% wurden mit einer Fluorpolymerlösung überzogen. Um lediglich ein Beispiel ohne Beschränkung des Schutzumfangs der Erfindung zu nennen, ist eine bevorzugte Lösung beim Beschichten der Membran eine solche, die in der PCT-Anmeldung WO 93/105100 von E. I. duPont de Nemours Company offenbart ist. Eine Außenschicht 17 geringer Oberflächenenergie wurde gebildet, indem eine einzelne Schicht der beschichteten Membran um die Durchdringungs- Steuerschicht 16 gewickelt und durch Wärme an Ort und Stelle thermisch angeschmolzen wurde.
Ein zweites Gemisch aus Silikonöl und Silikonkautschuk gemäß obigen Angaben wurde mit einem Silikonölanteil von 90 Gew.-% und einem Silikonkautschukanteil von 10 Gew.-% in das Ende des porösen Trägerkörpers 13 eingegossen, und durch rasches Drehen der Anordnung um ihre Achse wurde das Gemisch durch den gesamten porösen Trägerkörper unter Bildung eines Ölversorgungsvorrats 23 angrenzend an die Durchdringungs- Steuerschicht 16 nach außen bewegt. Ein Abschnitt 12 des porösen Trägerkörpers 13 blieb von dem Gemisch ungefüllt. Dann wurde die Anordnung 80 Minuten lang bei 150ºC erhitzt, um das Silikonkautschuk zu vernetzen und die Ölvorratsschicht 23 zum Gelieren zu bringen.
Die Flüssigkeitsdosier- und -beschichtungsvorrichtung geringer Oberflächenenergie wurde in einer Normalpapier-Kopiermaschine geprüft. Die Vorrichtung brachte Öl mit einer Rate von 0,3 bis 0,6 mg/A4-Kopierpapier bei 60.000 Kopien auf, wo der Testvorgang abgeschlossen wurde. Die Walzenoberflächen zeigten keinerlei Anzeigen von Toneraufnahme.

Beispiel 2

Wie im Beispiel 1 wurde eine Flüssigkeitsdosier- und -beschichtungsvorrichtung 10 des in Fig. 2 gezeigten Typs hergestellt, nur daß jetzt das Schaumstoff-Trägermaterial 13 Melaminschaum war. Diese Flüssigkeitsdosier- und -beschichtungsvorrichtung geringer Oberflächenenergie wurde in einer Normalpapier-Kopiermaschine getestet. Die Vorrichtung brachte Öl mit einer Rate von 0,015 bis 0,03 mg/A4-Kopierpapier bei 20.000 Kopien auf, wo der Testvorgang abgeschlossen wurde. Die Walzenoberflächen und die kopierte Seite zeigten keinerlei Anzeichen für Toneraufnahme.

BLASENPUNKTTEST

Flüssigkeiten mit freien Oberflächenenergien, die geringer sind als die von gerecktem porösem PTFE, lassen sich durch Aufbringen eines Differenzdrucks aus der Struktur treiben. Dieses Reinigen findet zuerst in den größten Kanälen statt. Anschließend wird ein Kanal gebildet, durch den ein Luft-Massenstrom hindurchtreten kann. Der Luftstrom erweist sich als ständiger Strom kleiner Bläschen durch die Flüssigkeitsschicht oben auf der Probe. Der Druck, bei dem der erste Luft-Massenstrom stattfindet, nennt sich der Blasenpunkt und hängt ab von der Oberflächenspannung des Testfluids und von der Größe der größten Öffnung. Der Blasenpunkt läßt sich hernehmen als relatives Maß der Struktur einer Membran und wird häufig korreliert mit irgendeinem anderen Typ von Leistungskriterium, beispielsweise dem Filtrations-Wirkungsgrad.
Der Blasenpunkt wurde gemessen gemäß den Prozeduren nach der ASTM F316-86. Als Benetzungsfluid zum Füllen der Poren der Testprobe wurde Isopropylalkohol verwendet.
Der Blasenpunkt ist der Luftdruck, der erforderlich ist, um den Isopropylalkohol aus den größten Poren der Testprobe zu verdrängen und die erste durchgängige Reihe von Bläschen zu erzeugen, die durch ihr Ansteigen durch eine das poröse Medium bedeckende Schicht aus Isopropylalkohol nachweisbar ist. Diese Messung liefert eine Abschätzung der maximalen Porengröße.

PORENGRÖSSE UND PORENGRÖSSENVERTEILUNG

Porengrößen-Messungen werden mit dem Coulter Porometer® durchgeführt, hergestellt von Coulter Electronics, Inc., Hialeah, Florida. Das Coulter Porometer ist ein Instrument, das eine automatische Messung der Porengrößen-Verteilungen in porösen Medien unter Einsatz des Flüssigkeitsvordrängungsverfahrens (beschrieben in der ASTM-Norm E 1298-89) ermöglicht. Das Porometer bestimmt die Porengrößenverteilung einer Probe dadurch, daß ein auf die Probe einwirkender Luftdruck erhöht und die resultierende Strömung gemessen wird. Diese Verteilung ist ein Maß für den Grad der Gleichförmigkeit der Membran (das heißt, eine schmale Verteilung bedeutet, daß es nur eine geringe Differenz zwischen der kleinsten und der größten Porengröße gibt). Außerdem berechnet das Porometer die mittlere Strömungsporengröße. Per Definition erfolgt die Hälfte des Fluidstroms durch das Filter durch solche Poren, die oberhalb oder unterhalb dieser Größe liegen. Es ist die mittlere Strömungsporengröße, die am häufigsten mit anderen Filtereigenschaften verknüpft wird, so zum Beispiel dem Zurückhalten von Partikeln in einem Flüssigkeitsstrom. Die maximale Porengröße wird häufig mit dem Blasenpunkt verknüpft aufgrund des Umstands, daß der Luft-Massenstrom als erstes erkannt wird, wenn er durch die größte Pore fließt.
Wenngleich einige beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung oben im einzelnen beschrieben wurden, so erkennt der Fachmann dennoch, daß zahlreiche Modifikationen möglich sind, ohne materiell von der neuen Lehre und den Vorteilen abzuweichen, die oben erläutert wurden. Dementsprechend sollen all diese Modifikationen im Schutzumfang der Erfindung enthalten sein, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims

1. Vorrichtung zum Dosieren und Auftragen einer Flüssigkeit, umfassend:

einen porösen, rohrförmigen Träger (13), umfassend ein offenzelliges, hitzehärtbares Polymer;

ein poröses Durchdringungs-Steuermaterial (16), das an einer Außenfläche des porösen, rohrförmigen Trägers haftet;

ein Verstärkungsmaterial (14), angrenzend an das Durchdringungs-Steuermaterial und angeordnet in einem äußeren Bereich der Poren des porösen, rohrförmigen Trägers, wobei das Verstärkungsmaterial ein Gemisch aus Silikonöl und Silikonkautschuk aufweist;

ein Ölvorratsmaterial, angrenzend an das Verstärkungsmaterial, und im wesentlichen die radial näher beim Zentrum des porösen, rohrförmigen Trägers gelegenen Poren füllend, wobei das Ölvorratsmaterial ein Gemisch aus Silikonöl und Silikonkautschuk aufweist, weiterhin gekennzeichnet durch

ein Material geringer Oberflächenenergie (17), das den Fluß von Ablösemitteln ermöglicht und das Ansammeln von Verschmutzung an der Vorrichtung verhindert, klebend angeordnet um eine Außenfläche des porösen Durchdringungs-Steuermaterials (116).

2. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der das Material geringer Oberflächenenergie poröses Polytetrafluorethylen ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der das Material geringer Oberflächenenergie poröses, expandiertes Polytetrafluorethylen ist.

4. Einrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, bie der das Material geringer Oberflächenenergie eine Dicke von etwa 0,00635 mm bis etwa 0,254 mm (etwa 0,00025 Zoll bis etwa 0,01 Zoll) aufweist.

5. Einrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, bei der das Material geringer Oberflächenenergie eine Porosität von etwa 50% bis etwa 98% aufweist.

6. Einrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, bei der das Material geringer Oberflächenenergie einen Blasenpunkt aufweist, der von etwa 1 bis etwa 30 Pfund pro Quadratzoll (etwa 70,32 g/cm² bis etwa 2.109,6 g/cm²) reich.