KR101104109B1 - High Strength, Light Weight Corona Wires Using Carbon Nanotube Yarns - Google Patents

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Abstract

본 발명은 일반적으로 대전 장치(charging device)에 관한 것이고, 특히 탄소 나노튜브 얀을 사용한 코로나 와이어를 가지는 대전 장치에 관한 것이다. 탄소 나노튜브 얀들은 코로트론형 또는 스코로트론형(scorotron-type) 대전 장치에서 코로나 와이어(또는 코로노드(coronode))로서 사용될 수 있다. 탄소 나노튜브 얀들은 작은 지름 뿐만 아니라, 필요한 전기, 기계 및 열 특성들을 제공할 수 있다. 탄소 나노튜브 얀들은 대전 장치의 낮은 동작 전압을 위하여 약 100미크론 이하의 지름을 가질 수 있다. The present invention relates generally to charging devices, and more particularly to charging devices having corona wires using carbon nanotube yarns. Carbon nanotube yarns can be used as corona wire (or coronode) in corrotron-type or scorotron-type charging devices. Carbon nanotube yarns can provide small diameters as well as the electrical, mechanical and thermal properties required. Carbon nanotube yarns may have a diameter of about 100 microns or less for the low operating voltage of the charging device.

대전 장치, 코로트론, 스코로트론, 코로노드, 탄소 나노튜브 얀 Charging device, corotron, scorotron, coronoid, carbon nanotube yarn

Description

탄소 나노튜브 얀을 사용한 고강도, 저중량 코로나 와이어{High Strength, Light Weight Corona Wires Using Carbon Nanotube Yarns}High Strength, Light Weight Corona Wires Using Carbon Nanotube Yarns}

본 발명은 일반적으로 대전 장치(charging device)에 관한 것이고, 특히 탄소 나노튜브 얀(yarn)을 사용한 코로나 와이어를 가지는 대전 장치에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to charging devices, and more particularly to charging devices having corona wires using carbon nanotube yarns.

전자 사진술 공정에 있어서, 다양한 대전 장치들은 광수용기(photoreceptor)를 대전하거나, 토너 층을 재충전하거나, 토너의 정전기 트랜스퍼를 위한 중간 운반 벨트를 대전하거나, 또는 종이 용지와 같은 매체 용지를 대전하는데 필요하다. 코로트론형(corotron-type) 장치들은 때때로 코로나 대전 공정을 위해 사용될 수 있으며, 코로나 대전 공정은 코로트론형 장치에 이어진(strung) 금속 또는 금속 합금과 같은 코로나 와이어를 사용할 수 있다. 예를 들어, 텅스텐 또는 텅스텐 합금은 그 높은 강도 및 우수한 열 안정성으로 인하여 코로나 와이어로서 사용될 수 있다.In the electrophotography process, various charging devices are needed to charge the photoreceptor, recharge the toner layer, charge the intermediate transport belt for electrostatic transfer of the toner, or charge the media paper such as paper paper. . Corrotron-type devices may sometimes be used for corona charging processes, which may use corona wires, such as metals or metal alloys, that are stranded in the corotron-type devices. For example, tungsten or tungsten alloy can be used as corona wire because of its high strength and good thermal stability.

전형적으로, 코로나 와이어의 지름은 코로트론형 장치에 대한 중요한 특징이다. 예를 들어, 음의 코로나 발생동안, 코로나 장치에서 발생된 음이온의 양은 코로나 와이어의 지름에 의해 대량으로 구동된다. 와이어 지름이 감소됨으로써, 코로 나 전자 사진술(onset)에 필요한 전압은 감소될 수 있다. 그러나, 코로나 와이어를 위해 사용되는 종래의 재료들은 지름 제한을 가지기 때문에 문제를 일으킨다. 예를 들어, 금속 와이어들은 시간이 지나감에 따라서 늘어나기 시작하고, 와이어 지름이 약 30미크론 이하일 때 코로트론형 장치에 이어지는 것이 매우 어렵게 된다.Typically, the diameter of corona wire is an important feature for corrotron-type devices. For example, during negative corona generation, the amount of negative ions generated in the corona device is driven largely by the diameter of the corona wire. As the wire diameter is reduced, the voltage required for corona electron photography can be reduced. However, conventional materials used for corona wire cause problems because they have a diameter limitation. For example, metal wires begin to stretch over time and become very difficult to connect to corotron-type devices when the wire diameter is about 30 microns or less.

종래의 코로나 대전 동안의 이러한 문제들과 다른 문제들을 극복하기 위하여, 매우 작은 지름의 코로나 와이어를 가지는 재료들 및 장치들이 본 발명에서 제공된다.In order to overcome these and other problems during conventional corona charging, materials and apparatuses having very small diameter corona wire are provided in the present invention.

예시적인 실시예들은 코로나 대전을 위한 장치들과 방법을 제공한다. 특히, 탄소 나노튜브 얀들은 코로트론형 또는 스코로트론형(scorotron-type) 대전 장치에서 코로나 와이어(또는 코로노드(coronode))로서 사용될 수 있다. 탄소 나노튜브 얀들은 작은 지름 뿐만 아니라, 필요한 전기, 기계 및 열 특성들을 제공할 수 있다. 탄소 나노튜브 얀들은 대전 장치의 낮은 동작 전압 때문에 약 100미크론 이하의 지름을 가질 수 있다. Exemplary embodiments provide apparatuses and methods for corona charging. In particular, carbon nanotube yarns may be used as corona wire (or coronode) in corrotron-type or scorotron-type charging devices. Carbon nanotube yarns can provide small diameters as well as the electrical, mechanical and thermal properties required. Carbon nanotube yarns may have a diameter of about 100 microns or less because of the low operating voltage of the charging device.

본원에서 사용되고 달리 특정되지 않으면, 용어 "나노튜브 얀"들은 예를 들어 약 100미크론 이하의 폭 또는 지름의 적어도 하나의 작은(minor) 치수를 가지는 임의의 가늘고 긴 재료들을 지칭한다. 추가적인 예에서, "나노튜브 얀"들은 약 50미크론 이하의 적어도 하나의 작은 치수를 가질 수 있다. 추가의 예에서, "나노튜브 얀"들은 약 10미크론 내지 약 50미크론의 적어도 하나의 작은 치수를 가질 수 있다. 가늘고 긴 "나노튜브 얀"들은 대전 장치를 위한 코로노드(예를 들어 코로노드에 매인)로서 구성되도록 충분한 길이를 가질 수 있다. 예를 들어, 충분한 길이는 약 30㎝ 내지 약 1m의 범위에 있을 수 있다. 다양한 실시예에서, "나노튜브 얀" 은 나노튜브 얀의 길이에 걸쳐서 치수 균일성을 가질 수 있으며, 개시된 대전 장치에 대한 바이어싱(biasing)으로 대전 균일성을 제공할 수 있다. As used herein and unless otherwise specified, the term “nanotube yarns” refers to any elongated material having at least one minor dimension of width or diameter, for example, about 100 microns or less. In a further example, “nanotube yarns” may have at least one small dimension of about 50 microns or less. In further examples, “nanotube yarns” may have at least one small dimension of about 10 microns to about 50 microns. The elongated "nanotube yarns" may have a length sufficient to be configured as a coronode (eg, tied to the coronode) for the charging device. For example, a sufficient length may be in the range of about 30 cm to about 1 m. In various embodiments, “nanotube yarns” may have dimensional uniformity over the length of the nanotube yarns and may provide charging uniformity by biasing the disclosed charging device.

비록 용어 "나노튜브 얀"이 예시적인 목적을 위하여 본 명세서의 도처에서 지칭되었을지라도, 이러한 용어는 같은 치수의 가늘고 긴 재료들, 예를 들어 나노샤프트, 나노필라, 나노와이어, 나노로드 또는 나노니들 및 섬유, 필라멘트, 실, 직물, 리본, 혼(horn) 또는 스파이럴을 포함하지만 이에 한정되지 않는 형태를 포함하는 것을 유념하여야 한다.Although the term “nanotube yarn” is referred to throughout this specification for illustrative purposes, this term refers to elongated materials of the same dimensions, for example nanoshafts, nanopillars, nanowires, nanorods or nanoneedles. And forms including but not limited to fibers, filaments, yarns, fabrics, ribbons, horns or spirals.

다양한 실시예들에서, 나노튜브 얀들은 예를 들어 직사각형, 다각형, 타원형, 계란형 형상, 테이퍼 또는 원형 형상과 같은 다양한 단면 형상, 규칙적 또는 불규칙적 형상들을 가질 수 있다. 나노튜브 얀들은 전도체 또는 반도체 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 나노튜브 얀은 단일벽의 탄소 나노튜브(SWCNT), 이중 벽의 탄소 나노튜브, 및/또는 다중 벽의 탄소 나노튜브(MWCNT)를 포함하는 탄소 나노튜브일 수 있다. 다양한 실시예들에서, 탄소 나노튜브 얀은 모든 가능한 상기의 나노튜브 및 그 조합으로부터 변형된 나노튜브를 포함할 수 있다. 나노튜브의 변형은 물리적 및/또는 화학적 변형을 포함할 수 있다. In various embodiments, the nanotube yarns can have various cross-sectional shapes, regular or irregular shapes such as, for example, rectangular, polygonal, oval, oval, tapered or circular shapes. Nanotube yarns may be formed of a conductor or semiconductor material. For example, the nanotube yarns may be carbon nanotubes including single-walled carbon nanotubes (SWCNTs), double-walled carbon nanotubes, and / or multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs). In various embodiments, the carbon nanotube yarns may include nanotubes modified from all possible nanotubes and combinations thereof. Modifications of nanotubes can include physical and / or chemical modifications.

나노튜브 얀들은 예를 들어 탄소 나노튜브의 개별적인 가닥(strand)들로 조립될 수 있다. 나노튜브들은 아크 방전, 펄스 레이저 기화, 화학증착(CVD), 고압 탄소 일산화물 처리, 또는 관련 기술분야에서 공지된 임의의 적절한 기술을 포함하지만 이에 한정되지 않는 다수의 방법들에 의해 제조될 수 있다. 나노튜브들은 지름에 있어서 약 50㎚ 미만일 수 있으며, 길이에 있어서 센티미터까지일 수 있다. 예를 들어, 나노튜브들은 약 0.5㎚ 내지 약 20㎚의 지름을 가질 수 있으며, 약 200㎚ 내지 약 1㎝의 길이를 가질 수 있다. 조성, 형상, 길이 등과 같은 다양한 파라미터들을 제어하는 것에 의하여, 나노튜브들의 전기, 기계, 및 열 특성들이 제어될 수 있다. 예를 들어, 나노튜브들은 예를 들어 나노튜브의 키랄성(chirality)에 의존하는 전도체 또는 반도체이도록 형성될 수 있다. 더욱이, 나노튜브는 대체로 강(steel)보다 큰 항복 강도를 가질 수 있다. 추가적으로, 나노튜브들은 대체로 구리보다 큰 열전도성을 가질 수 있으며, 일부 예들에서, 다이아몬드와 비교 가능한 또는 다이아몬드보다 큰 열전도성을 가질 수 있다.Nanotube yarns can be assembled, for example, into individual strands of carbon nanotubes. Nanotubes can be prepared by a number of methods, including but not limited to arc discharge, pulsed laser vaporization, chemical vapor deposition (CVD), high pressure carbon monoxide treatment, or any suitable technique known in the art. . Nanotubes may be less than about 50 nm in diameter and up to centimeters in length. For example, the nanotubes can have a diameter of about 0.5 nm to about 20 nm, and can have a length of about 200 nm to about 1 cm. By controlling various parameters such as composition, shape, length, etc., the electrical, mechanical, and thermal properties of the nanotubes can be controlled. For example, nanotubes can be formed to be conductors or semiconductors that depend, for example, on the chirality of the nanotubes. Moreover, nanotubes can generally have a higher yield strength than steel. In addition, nanotubes can generally have greater thermal conductivity than copper, and in some examples, can have a thermal conductivity comparable to or greater than diamond.

나노튜브 얀들은 나노튜브의 개별적인 끈들로부터의 조립체에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 나노튜브 얀들은 먼저 CVD 공정으로 나노튜브를 먼저 형성하고, 이어서 나노튜브 얀들로 형성된 탄소 나노튜브들을 스피닝(spinning)하는 것에 의해 형성될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 스피닝 공정에 이어서, 나노튜브 얀들은 실질적으로 평행한 배향으로 탄소 나노튜브들을 정렬하도록 사후-합성(post-synthesis) 처리될 수 있다. 사후-합성 처리는 기계적 특성 및/또는 전기 전도성을 증가시킬 수 있다. 다양한 실시예들에서, 종래에 당업자에게 공지된 임의의 다른 나노튜브 얀의 형성 방법은 코로나 대전을 위해 또한 사용될 수 있다. Nanotube yarns may be formed by assembly from individual strings of nanotubes. For example, nanotube yarns may be formed by first forming nanotubes by a CVD process, followed by spinning carbon nanotubes formed from nanotube yarns. In various embodiments, following the spinning process, the nanotube yarns can be post-synthesis to align the carbon nanotubes in a substantially parallel orientation. Post-synthetic treatments can increase mechanical properties and / or electrical conductivity. In various embodiments, any other method of forming nanotube yarns known to those skilled in the art can also be used for corona charging.

다양한 실시예들에서, 나노튜브 얀은 제 1 스피닝 공정으로부터 단일 얀(즉 단겹)을 가질 수 있거나, 또는 예를 들어 가닥들의 초기 스피닝에서 사용된 것들과 반대인 트위스트를 사용하여 단일 얀들을 서로 꼬는 것에 의하여 형성되는 2겹, 3겹, 4겹 또는 그 이상의 겹들을 가질 수 있다. 예를 들어, 꼬여진 얀은 S 트위스트 로 꼬여진 단일 끈들로 만들어질 수 있다.In various embodiments, the nanotube yarns may have a single yarn (ie, single layer) from the first spinning process, or twist the single yarns together using, for example, twist, as opposed to those used in the initial spinning of the strands. It can have two, three, four or more plies formed by it. For example, a twisted yarn can be made of single strings twisted with an S twist.

개시된 나노튜브 얀들은 와이어 코로트론 또는 스코로트론과 같은 적용을 위하여 필요한 전기, 기계 및 열 특성들을 제공하도록 코로노드로서 형성될 수 있다. 예를 들어, 탄소 나노튜브 얀들은 약 800㎫ 이상의 기계적 인장강도를 제공할 수 있다. 추가적인 예에서, 탄소 나노튜브 얀들은 약 1㎬ 내지 약 6㎬의 범위의 기계적 인장강도를 제공할 수 있다. 탄소 나노튜브 얀들은 또한 예를 들어 약 1×10-4Ω-㎝의 전기 저항성과, 약 0.3gm/cc 이하의 밀도를 가질 수 있다. The disclosed nanotube yarns can be formed as corononodes to provide the electrical, mechanical and thermal properties necessary for applications such as wire corotron or scorotrone. For example, carbon nanotube yarns can provide mechanical tensile strength of about 800 MPa or more. In a further example, the carbon nanotube yarns can provide mechanical tensile strength in the range of about 1 kPa to about 6 kPa. Carbon nanotube yarns may also have an electrical resistance of, for example, about 1 × 10 −4 Ω-cm and a density of about 0.3 gm / cc or less.

표 1은 예시적인 탄소 나노튜브(CNT) 얀에 대한 관련 특성을 제공하고, 본 발명에 따른 다양한 공지된 재료들과 예시적인 CNT 얀을 비교한다. Table 1 provides relevant properties for exemplary carbon nanotube (CNT) yarns and compares exemplary CNT yarns with various known materials in accordance with the present invention.

도시된 바와 같이, 개시된 CNT 얀들은 아라미드, 알루미늄, 스테인리스강, 및 AF 1410과 같은 공지된 다양한 재료들과 비교하여 높은 기계적 인장강도와, 다양한 재료의 나노튜브, 알루미늄, 강, 구리 및 흑연과 비교하여 낮은 밀도를 제공할 수 있다. 부가하여, 개시된 CNT 얀들은 약 4×10-4Ω-㎝ 이하의 전기 저항성과 약 70 W/m°K의 열전도성을 제공할 수 있다. 이러한 열전도성은 효과적으로 중량으로 금속 구리보다 6배 우수할 수 있다.As shown, the disclosed CNT yarns have high mechanical tensile strength compared to various known materials such as aramid, aluminum, stainless steel, and AF 1410, and nanotubes, aluminum, steel, copper and graphite of various materials. To provide a low density. In addition, the disclosed CNT yarns can provide electrical resistance of about 4 × 10 −4 Ω-cm or less and thermal conductivity of about 70 W / m ° K. This thermal conductivity can effectively be six times better than metallic copper by weight.

특성characteristic CNT 얀CNT Yarn 다른 재료Other materials 인장강도The tensile strength 1-6㎬
(≥800㎫)1-6㎬
(≥800 MPa) 아라미드: ~3 ㎬
알루미늄: ~ 500㎫
스테인리스강: ~700㎫
AF 1410: ~1700㎫Aramid: ~ 3 ㎬
Aluminum: ~ 500 MPa
Stainless steel: ~ 700 MPa
AF 1410: ~ 1700 MPa 밀도 (gm/cc)Density (gm / cc) 0.2-0.30.2-0.3 나노튜브: 1.3
알루미늄: 2.8
강: 7.8
구리: 8.2
흑연: 2.2Nanotubes: 1.3
Aluminum: 2.8
Kang: 7.8
Copper: 8.2
Graphite: 2.2 저항성(ohm-㎝)Resistance (ohm-cm) 4×10-4 이하4 × 10 -4 or less 열전도성(Watts/m°K) Thermal Conductivity (Watts / m ° K ) 7070

본 발명에 따라서, 탄소 나노튜브 얀들은 작은 지름 뿐만 아니라, 필요한 전기, 기계 및 열 특성들을 제공할 수 있다. 탄소 나노튜브 얀들은 대전 장치의 낮은 동작 전압 때문에 약 100미크론 이하의 지름을 가질 수 있다. According to the present invention, carbon nanotube yarns can provide not only a small diameter, but also the necessary electrical, mechanical and thermal properties. Carbon nanotube yarns may have a diameter of about 100 microns or less because of the low operating voltage of the charging device.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 코로트론형 또는 스코로트론형 대전 장치에서 사용되는 개시된 나노튜브 얀들의 예시적인 실시예를 도시한 도면이다. 예를 들어, 도 1은 본 발명에 따른 예시적인 코로트론형 대전 장치(100)를 도시한다. 도 1에 도시된 장치(100)가 일반화된 개략적인 예시를 나타내고 다른 얀/코로노드/소자들이 부가되거나 또는 존재하는 얀/코로노드/소자들이 제거되거나 또는 변경될 수 있다는 것은 당업자에게 자명한 것임을 유념하여야 한다.1-3 illustrate exemplary embodiments of the disclosed nanotube yarns for use in corotron-type or scorotron-type charging devices in accordance with the present invention. For example, FIG. 1 shows an exemplary corotron-type charging device 100 according to the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that the device 100 shown in FIG. 1 shows a generalized schematic illustration and that other yarns / coronnodes / elements may be added or existing yarns / coronnodes / elements may be removed or changed. Keep in mind.

도시된 바와 같이, 대전 장치(100)는 코로노드(110)와, 코로노드(110)를 부분적으로 에워싸는 전도성 차폐물(120)을 포함할 수 있어서, 전도성 차폐물(120)의 개구(125) 또는 슬릿이 수용기(160, receptor)를 마주한다. 수용기(160)는 코로노드(100)로부터 떨어져서 이와 마주하여 배치될 수 있는 광전도성 표면(162)을 포함 할 수 있다.As shown, the charging device 100 may include a corona node 110 and a conductive shield 120 partially enclosing the corona node 110, such that an opening 125 or slit of the conductive shield 120 may be present. Facing this receptor 160. Receptor 160 may include a photoconductive surface 162 that may be disposed away from and opposite to coronnode 100.

코로노드(110)는 이동중인 수용기(160)의 표면 상에 정전기 전하를 침착(depiosit)시키기 위한 전하 발생기 얀/와이어를 포함할 수 있다. 코로노드(110)는 예를 들어 개시된 탄소 나노튜브 얀으로 형성된 단일 와이어 코로노드 또는 와이어 코로노드의 어레이(array)일 수 있다. 다양한 실시예들에서, 코로노드(110)는 약 100미크론 이하의 지름을 가지는 원 형상의 얀 코로노드일 수 있다. 추가적인 예에서, 얀 코로노드는 약 30미크론 이하의 지름을 가질 수 있다. 일부의 경우에, 얀 코로노드는 약 10미크론의 지름을 가질 수 있다. 대안적으로, 코로노드는 계란형, 눈물 형상, 삼각형을 포함하는 다중 로보(lobal) 등을 포함하는 임의의 단면 형상을 가질 수 있다.Coronnode 110 may include charge generator yarns / wires for depositing electrostatic charge on the surface of moving receiver 160. Coronnode 110 may be, for example, a single wire coronoid or an array of wire coronnodes formed from the disclosed carbon nanotube yarns. In various embodiments, coronnode 110 may be a circular yarn coronoid having a diameter of about 100 microns or less. In further examples, the yarn coronoids may have a diameter of about 30 microns or less. In some cases, the yarn coronoids can have a diameter of about 10 microns. Alternatively, the coronode can have any cross-sectional shape, including ovals, teardrops, multiple lobes including triangles, and the like.

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 코로노드(예를 들어, 110)로서 사용되는 다양한 예시적인 CNT 얀을 도시한다. 특히, 도 2a는 예시적인 얀 표면을 도시하고; 도 2b는 SWCNT들로 형성되는 예시적인 CNT 얀을 도시한다. 도시된 바와 같이, 도 2a 및 도 2b에 도시된 CNT 얀들은 CNT가 약 3㎚의 예시적인 지름을 가지는 탄소 나노튜브들로 형성될 수 있는 경우에 예시적인 대전 장치(100)의 코로노드(110)를 위해 사용될 수 있다.2A and 2B show various exemplary CNT yarns used as coronoids (eg, 110) in accordance with the present invention. In particular, FIG. 2A shows an exemplary yarn surface; 2B shows an exemplary CNT yarn formed of SWCNTs. As shown, the CNT yarns shown in FIGS. 2A and 2B are coronoids 110 of the example charging device 100 where the CNTs can be formed of carbon nanotubes having an exemplary diameter of about 3 nm. Can be used for

도 1을 다시 참조하여, 하나 이상의 코로노드(110)를 에워싸는 전도성 차폐물(120)을 포함하는 코로나 발생 유닛은 수용기 표면(162) 바로 위에 위치되어, 수용기 표면(162)이 지시된 방향으로 이동함으로써 그 위에 전하를 침착시키도록 배열될 수 있다. 차폐물(120)의 바닥에 형성된 개구(125)는 이동중인 광전도성 표 면(162)과 마주하여, 대전된 종(species)들을 이동중인 수용기 표면(162)을 향해 안내하여 그 위에 침착시키는 경로를 제공할 수 있다. Referring again to FIG. 1, a corona generating unit comprising a conductive shield 120 surrounding one or more coronoids 110 is positioned directly above the receiver surface 162 so that the receiver surface 162 moves in the indicated direction. Can be arranged to deposit a charge thereon. An opening 125 formed in the bottom of the shield 120 faces a moving photoconductive surface 162 to guide a path for depositing charged species towards and moving on the receiving receiver surface 162. Can provide.

다양한 실시예에서, 수용기(160)는 약 120㎜ 이하의 지름을 가지는 드럼을 포함할 수 있다. 당업자는 예시적인 수용기들이 또한 토너 층, 토너가 침착될 수 있는 용지 매체, 또는 트랜스퍼 벨트를 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예시적인 실시예에서, 수용기(160)는 광수용기일 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 수용기(160)는 그 위에 배치된 광전도성 표면(162)과 함께 전도성 기판(164)을 추가로 포함할 수 있어서, 수용기(160)는 지시된 방향(105)으로의 사전 결정된 주행 경로를 따라서 이동하도록 배열될 수 있다. In various embodiments, receiver 160 may include a drum having a diameter of about 120 mm or less. Those skilled in the art will appreciate that exemplary receptors may also include a toner layer, a paper medium onto which toner may be deposited, or a transfer belt. In an exemplary embodiment, the receptor 160 may be a photoreceptor. As shown in FIG. 1, the receiver 160 may further include a conductive substrate 164 with a photoconductive surface 162 disposed thereon such that the receiver 160 is in the indicated direction 105. It may be arranged to move along a predetermined travel path of.

동작시에, 코로나 발생 얀/와이어(즉, 코로노드(110))는 전기 커넥터(114)와 같은 적절한 수단에 의해 고전원부(118)에, 예를 들어 제 1 전원에 연결될 수 있다. 예를 들어, 차폐물(120)은 접지될 수 있고, DC 전압은 제 1 전원(118)에 의해 코로노드(110)에 인가될 수 있다. DC 전압은 광전도성 표면(162)을 대전 또는 방전시키도록 예를 들어 전자 및/또는 가스 이온들과 같은 대전된 종들을 발생시킬 수 있다. 특히, 코로노드(110)의 CNT 얀에서의 높은 전기장은 코로나 플라즈마를 발생시킬 수 있으며, 즉 양이온, 자유 전자 및/또는 음이온을 생성할 수 있다. 부가하여, 코로나에 의해 발생된 대전된 종들은 다른 가스 분자 또는 원자들과 충돌하여, 광전도성 표면(162)으로 움직일 수 있는 추가의 대전 종들을 발생시키도록 이러한 분자/원자들을 잠재적으로 이온화할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 전하 방출을 위한 임계 전압은 코로노드(110)를 위해 사용된 CNT 얀의 작은 지름 및 예외적 특성으로 인하여 약 4 내지 5㎸ 이하일 수 있다. 다양한 실시예에서, 제 2 전압은 광전도성 표면(162)으로의 대전된 입자들의 흐름을 조정하도록 차폐물(120)에 인가될 수 있다.In operation, the corona generating yarns / wires (ie, corona node 110) may be connected to the high power source 118, for example to a first power source, by any suitable means, such as electrical connector 114. For example, shield 120 may be grounded, and a DC voltage may be applied to corona node 110 by first power source 118. The DC voltage can generate charged species such as, for example, electron and / or gas ions to charge or discharge the photoconductive surface 162. In particular, the high electric field in the CNT yarn of the coronoid 110 can generate a corona plasma, i.e., generate cations, free electrons and / or anions. In addition, charged species generated by corona can collide with other gas molecules or atoms, potentially ionizing these molecules / atoms to generate additional charged species that can move to the photoconductive surface 162. have. In various embodiments, the threshold voltage for charge release can be about 4-5 kV or less due to the small diameter and exceptional nature of the CNT yarn used for the coronoid 110. In various embodiments, a second voltage may be applied to the shield 120 to regulate the flow of charged particles to the photoconductive surface 162.

도 3은 본 발명에 따른 예시적인 스코로트론형 대전 장치(300)를 도시한다. 당업자는 도 3에 도시된 장치(300)가 일반화된 개략적인 예시를 나타내고 다른 얀/코로노드/소자들이 부가되거나 또는 존재하는 얀/코로노드/소자들이 제거되거나 또는 변경될 수 있다는 것은 명백하게 당업자에게 자명한 것임을 유념하여야 한다.3 shows an exemplary scolotron-type charging device 300 according to the present invention. Those skilled in the art will clearly appreciate that the apparatus 300 shown in FIG. 3 represents a generalized schematic illustration and that other yarns / coronanodes / elements may be added or existing yarns / coronanodes / elements may be removed or modified. It should be noted that it is self explanatory.

도시된 바와 같이, 장치(300)는 하나 이상의 코로노드(310)와, 하나 이상의 코로노드(310)를 부분적으로 에워싸는 전도성 차폐물(320)을 포함하여서, 전도성 차폐물의 개구(325)는 수용기(360)를 마주한다. 수용기(360)는 코로노드(310)로부터 떨어져서 마주하여 배치되는 광전도성 표면(362)을 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 코로노드(310, 도 1에 있는 코로노드(110)와 유사한 것으로서)는 대전 장치(300)의 낮은 동작 전압을 제공하도록 약 50미크론 이하, 일부의 경우에 약 30미크론 이하의 예시적인 지름을 가지는 개시된 CNT 얀으로 구성될 수 있다. As shown, the apparatus 300 includes one or more coronnodes 310 and a conductive shield 320 partially enclosing the one or more coronnodes 310, such that the opening 325 of the conductive shield includes a receiver 360. Face each other). Receptor 360 may include photoconductive surface 362 disposed facing away from coronoid 310. In various embodiments, the coronoid 310 (as similar to the coronnode 110 in FIG. 1) is about 50 microns or less, in some cases about 30 microns or less to provide a low operating voltage of the charging device 300. It may consist of the disclosed CNT yarn having an exemplary diameter of.

스코로트론형 대전 장치(300)는 대전 또는 방전을 제어하도록 코로노드(310)와 광전도성 표면(362) 사이에 배치된 스크린(370)을 추가로 포함할 수 있다. 스크린(또는 "그리드", 370)은 전도성 재료로 형성될 수 있으며, 당업자에게 공지된 형태로 구성될 수 있다. The scorotron-type charging device 300 may further include a screen 370 disposed between the coronanode 310 and the photoconductive surface 362 to control charging or discharging. Screen (or “grid”) 370 may be formed of a conductive material and may be configured in a form known to those skilled in the art.

동작시에, 차폐물(320)은 접지될 수 있으며, DC 전압은 코로노드(310)에 인가될 수 있다. 예를 들어 제 1 전원(도시되지 않음)에 의해 공급된 DC 전압은 광전 도성 표면(362)을 대전 또는 방전시키도록 예를 들어 전자 및/또는 가스 이온들과 같은 대전된 종들을 발생시킬 수 있다. 스크린(370)은 광전도성 표면(362)에서의 전위가 스크린(370)의 전위 이상 상승하는 것을 방지하도록 제 2 전원(도시되지 않음)을 사용하여 광전도성 표면(362)에서 필요한 것에 근접한 전기 전위로 편향될 수 있다. 상기된 바와 같이, 얀/와이어 코로노드(310)에 전압을 인가하는 것에 의하여, 발생된 전기장 강도는 광전도성 표면(362)으로 움직일 수 있는 전자 및/또는 가스 이온들과 같은 대전된 종들을 발생시키기 위하여 임계 전기장을 초과할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 전하 방출을 위한 전압 임계치는 와이어/얀 코로노드(310)로서 작은 지름의 CNT 얀의 사용으로 인하여 4㎸ 내지 5㎸ 이하일 수 있다. 다양한 실시예들에서, 임계 전기장은 약 2.0V/㎛ 이하일 수 있다.In operation, shield 320 may be grounded, and a DC voltage may be applied to coronnode 310. For example, a DC voltage supplied by a first power source (not shown) can generate charged species, such as, for example, electrons and / or gas ions to charge or discharge the photoconductive surface 362. . Screen 370 has an electrical potential close to that required at photoconductive surface 362 using a second power source (not shown) to prevent the potential at photoconductive surface 362 from rising above the potential of screen 370. Can be biased into As noted above, by applying a voltage to the yarn / wire coronoid 310, the generated electric field strength generates charged species such as electron and / or gas ions that can move to the photoconductive surface 362. To exceed the critical electric field. In various embodiments, the voltage threshold for charge release can be between 4 kV and 5 kV or less due to the use of small diameter CNT yarns as wire / yarn coronnode 310. In various embodiments, the critical electric field can be about 2.0 V / μm or less.

다양한 실시예들에서, 하나 이상의 핀형(pin-type) 코로노드의 하나 이상의 어레이들은 또한 도 1 및/또는 도 3에 도시된 바와 같은 개시된 코로노드들의 조합으로 사용될 수 있다. In various embodiments, one or more arrays of one or more pin-type coronoids can also be used in combination with the disclosed coronnodes as shown in FIGS. 1 and / or 3.

다양한 실시예들에서, 개시된 대전 장치들과 방법(도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같은)들은 제로그래픽(xerographic) 인쇄기와 같은 전자 사진술 인쇄기에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 개시된 대전 장치들과 방법들은 예를 들어 대전 장치(100 또는 300)를 사용하여 대전된 수용기(예를 들어 도 1 또는 도 3에 있는 수용기(160 또는 360)) 상에서 정전기적으로 형성된 잠복(latent) 이미지를 수반하는 이미지 형성 공정에서 사용될 수 있다. 잠복 이미지는 필요한 이미지를 형성하도록 대전된 현상 물질, 예를 들어 대전된 토너 입자들을 대전된 수용기와 접촉시키는 것에 의하여 현상될 수 있다.In various embodiments, the disclosed charging devices and methods (as shown in FIGS. 1-3) can be used in an electrophotographic printer, such as a xerographic printer. For example, the disclosed charging devices and methods may be electrostatically formed on a charged receiver (eg, receiver 160 or 360 in FIG. 1 or 3) using, for example, charging device 100 or 300. It can be used in image forming processes involving latent images. The latent image can be developed by contacting the charged developing material, for example charged toner particles, with the charged receptor to form the required image.

개시된 장치들과 방법들이 예시적인 전자 사진술 및/또는 제로그래픽 이미지 형성 시스템과 관련하여 기술되었지만, 본 발명에 따른 장치들과 방법들이 이러한 적용에 한정되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 본 발명에 따른 장치들과 방법들의 예시적인 실시예들은 대전이 부과되는 임의의 장치에 실질적으로 유익하게 적용될 수 있다.Although the disclosed apparatuses and methods have been described in connection with an exemplary electrophotography and / or zeroographic image forming system, it should be understood that the apparatuses and methods according to the present invention are not limited to this application. Exemplary embodiments of the devices and methods according to the present invention can be applied to practically any device in which charging is imposed.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 코로트론형 또는 스코로트론형 대전 장치에서 사용되는 개시된 나노튜브 얀들의 예시적인 실시예를 도시한 도면.1-3 illustrate exemplary embodiments of disclosed nanotube yarns for use in a corotron-type or scorotron-type charging device in accordance with the present invention.

Claims (4)

삭제delete 삭제delete 복수의 탄소 나노튜브들을 스피닝(spinning)함으로써 하나 이상의 탄소 나노튜브 얀들(carbon nanotube yarns)을 형성하는 단계;Forming one or more carbon nanotube yarns by spinning a plurality of carbon nanotubes; 코로나 전하를 방출하도록 배열되고 각각이 약 100미크론 이하의 지름을 갖고 약 0.3gm/cc 이하의 밀도를 갖는 상기 하나 이상의 탄소 나노튜브 얀들을 포함하는 코로노드(coronode)를 제공하는 단계;Providing a coronoid comprising the one or more carbon nanotube yarns arranged to emit corona charge and each having a diameter of about 100 microns or less and a density of about 0.3 gm / cc or less; 상기 코로노드로부터 떨어져 있는 수용기를 제공하는 단계; 및Providing a receiver remote from the coronoid; And 상기 수용기 상에 침착되는 하나 이상의 대전 종들을 발생시키도록 상기 코로노드에 약 5㎸ 이하의 낮은 동작 전압을 인가하는 단계로서, 상기 대전 종들은 양이온, 자유 전자, 음이온, 및 그들의 조합을 포함하는, 상기 인가하는 단계를 포함하는 수용기 대전 방법.Applying a low operating voltage of about 5 kΩ or less to the coronoid to generate one or more charged species deposited on the receptor, the charged species comprising cations, free electrons, anions, and combinations thereof, Receptor charging method comprising the step of applying. 수용기; 및Receptor; And 상기 수용기로부터 떨어져서 마주하여 배치되는 코로노드를 포함하며;A coronnode disposed facing away from said receiver; 상기 코로노드는 약 5㎸ 이하의 낮은 동작 전압을 사용하여 상기 수용기로 코로나 전하를 방출하도록 배열되는 하나 이상의 탄소 나노튜브 얀들을 포함하며, 상기 하나 이상의 탄소 나노튜브 얀들의 각각은 약 50미크론 이하의 지름을 갖고 약 0.3gm/cc 이하의 밀도를 갖는 대전 장치.The coronode comprises one or more carbon nanotube yarns arranged to release corona charge to the receiver using a low operating voltage of about 5 kΩ or less, each of the one or more carbon nanotube yarns of about 50 microns or less A charging device having a diameter and having a density of about 0.3 gm / cc or less.
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