專利名稱：導(dǎo)電性輥筒及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及復(fù)印機(jī)、激光打印機(jī)、傳真機(jī)、ATM等辦公設(shè)備用的導(dǎo)電性輥筒。
辦公設(shè)備的圖像形成機(jī)構(gòu)中，采用帶電輥筒、顯影輥筒、轉(zhuǎn)印輥筒等導(dǎo)電性輥筒。用該設(shè)備形成圖像時(shí)，首先帶電輥筒使感光鼓等靜電潛像保持體均勻帶電。然后，通過圖像曝光在靜電潛像保持體上形成靜電潛像。接著，用顯影輥筒，將色粉提供到靜電潛像保持體上，形成色粉像。該該色粉像再通過轉(zhuǎn)印輥筒轉(zhuǎn)印到紙等印刷體上并定影。這樣就可印刷出所希望的圖像。
帶電輥筒、顯影輥筒以及轉(zhuǎn)印輥筒均與靜電潛像保持體直接接觸，因此需要具有某種程度的柔軟，使得與靜電潛像保持體之間能獲得適當(dāng)?shù)膲航佑嗔?。例如日本專利公?bào)特開平8-334995號中揭示了一種通過海綿橡膠層與硬橡膠層迭層來提高柔軟性的導(dǎo)電性輥筒。
但這些輥筒，在圖像形成機(jī)構(gòu)方面，其電阻值需要為105Ω至1010Ω量級(即半導(dǎo)電區(qū))。為了達(dá)到使輥筒具有導(dǎo)電性的目的，往往采用離子導(dǎo)電性聚合物、離子導(dǎo)電劑等，使輥筒呈離子導(dǎo)電性。這種離子導(dǎo)電性輥筒，隨自由離子的移動(dòng)使電流流過。因而，由隧道效應(yīng)(具體內(nèi)容后面述及)引起的電阻值變化很少。
可發(fā)現(xiàn)該離子導(dǎo)電性輥筒存在離子移動(dòng)性隨溫度、濕度等環(huán)境變化，故而電阻值會(huì)發(fā)生變化這種趨勢。而且，離子導(dǎo)電性輥筒其自由離子量往往還隨使用次數(shù)、制造后天數(shù)的增加而減少，電阻值會(huì)增大(所謂日積月累的變化)。電阻值的誤差、逐日變化會(huì)給圖像形成帶來不良影響。
為了達(dá)到使輥筒具有導(dǎo)電性的目的，往往在橡膠中摻有碳黑或金屬粉末等電子導(dǎo)電性物質(zhì)。若對輥筒加上電壓，電子便通過電子導(dǎo)電性物質(zhì)而傳導(dǎo)，使電流流過。電子導(dǎo)電性輥筒，由于不需要采用離子導(dǎo)電性物質(zhì)，因此可抑制電阻值隨環(huán)境的變動(dòng)、電阻值日積月累的變化。
但發(fā)現(xiàn)這種電子導(dǎo)電性輥筒其所加電壓越高電阻值便越小這種現(xiàn)象。電阻值與所加電壓有關(guān)，估計(jì)是因?yàn)榈碗妷合挛赐姷碾娮訉?dǎo)電物質(zhì)間在高電壓下會(huì)通電(所謂的隧道效應(yīng))所引起的。而且，該電子導(dǎo)電性輥筒若電子導(dǎo)電性物質(zhì)分布不均勻，便會(huì)隨部位而產(chǎn)生電阻值誤差。電阻值的變動(dòng)、誤差會(huì)給圖像形成帶來不良影響。
這樣，電阻值與所加電壓關(guān)聯(lián)度小的導(dǎo)電性輥筒，其電阻值與環(huán)境的關(guān)聯(lián)度較大，而且電阻值日積月累的變化也大。另一方面，電阻值與環(huán)境關(guān)聯(lián)度小的導(dǎo)電性輥筒，其電阻值與所加電壓的關(guān)聯(lián)度又較大，而且電阻值隨部位產(chǎn)生的誤差也較大。目前的實(shí)際情況，是尚未得到一種滿足上述全部性能、總可以形成良好圖像的導(dǎo)電性輥筒。
本發(fā)明正是鑒于這種實(shí)際情況，其目的在于，提供一種可獲得良好圖像的導(dǎo)電性輥筒。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的導(dǎo)電性輥筒，具有軸芯、在該軸芯的表面一側(cè)形成的海綿橡膠層、以及在該海綿橡膠層的表面一側(cè)形成的硬橡膠層，其特征在于，令加上1000V電壓狀態(tài)下沿圓周方向測量的電阻最大值為Rmax(Ω)，最小值為Rmin(Ω)時(shí)，用下式(1)D＝log(Rmax)-log(Rmin)……(1)計(jì)算出的D值小于0.3。
該導(dǎo)電性輥筒，用上述式(1)計(jì)算出的D值小于0.3，電阻值因部位產(chǎn)生的誤差較小。因而所獲得的圖像良好。
最好，令加上1000V電壓狀態(tài)下沿圓周方向測量的電阻平均值為R1(Ω)，加上100V電壓狀態(tài)下沿圓周方向測量的電阻平均值為R2(Ω)時(shí)，用下式(2)d＝log(R2)-log(R1)……(2)計(jì)算出的d值小于1.0。
該導(dǎo)電性輥筒，用上述式(2)計(jì)算出的d值小于1.0，電阻值與所加電壓的關(guān)聯(lián)度小。因而所獲得的圖像良好。
最好，硬橡膠層可用電子導(dǎo)電性物質(zhì)使之呈現(xiàn)導(dǎo)電性，該硬橡膠層通過涂覆橡膠糊狀組成物形成。該硬橡膠層靠電子導(dǎo)電性物質(zhì)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電性，因此硬橡膠層不需要混合離子導(dǎo)電性物質(zhì)。因而，電阻值與環(huán)境的關(guān)聯(lián)度小，而且電阻值日積月累的變化也小。此外，硬橡膠層通過涂覆橡膠糊狀組成物形成，因此可解決電阻值因與所加電壓關(guān)聯(lián)度以及部位造成的誤差這種電子導(dǎo)電性輥筒的固有問題。
最好，海綿橡膠層以耐油性橡膠為主要成分，硬橡膠層以非極性橡膠為主要成分。海綿橡膠層以耐油性橡膠為主要成分，就可在該海綿橡膠層涂覆橡膠糊狀組成物時(shí)，抑制橡膠糊狀組成物的溶劑使海綿橡膠層浸潤膨脹或變差。另外，硬橡膠層以非極性橡膠為主要成分，這樣橡膠糊狀組成物就可以使用極性小的溶劑，因此可進(jìn)一步防止該溶劑使海綿橡膠層的耐油性橡膠浸潤膨脹。
附圖簡要說明圖1是示出本發(fā)明一實(shí)施形態(tài)導(dǎo)電性輥筒的立體圖。
下面適當(dāng)參照


本發(fā)明實(shí)施形態(tài)。
圖1是示出本發(fā)明一實(shí)施形態(tài)導(dǎo)電性輥筒1的立體圖。該導(dǎo)電性輥筒1具有軸芯2、海綿橡膠層3以及硬橡膠層4。
軸芯2為近似圓柱形，由金屬材料構(gòu)成。圖像形成時(shí)，電流通過該軸芯2流到海綿橡膠層3和硬橡膠層4。
海綿橡膠層3可以是離子導(dǎo)電性的，也可以是電子導(dǎo)電性的。為了使海綿橡膠層3為離子導(dǎo)電性，可以采用丙烯腈-丁二烯共聚物、氫化丙烯腈-丁二烯共聚物、氯丁橡膠、丙烯酸橡膠、聚氨酯橡膠、表氯醇橡膠等離子導(dǎo)電性、聚合物本身電阻較小的橡膠，或者也可以混合離子導(dǎo)電劑。為了使海綿橡膠層3為電子導(dǎo)電性，可在乙烯-丙烯-二烯共聚物(EPDM)、苯乙烯-丁二烯共聚物、天然橡膠、丁二烯橡膠、異戊二烯橡膠、硅橡膠等當(dāng)中摻入碳黑、金屬粉末等電子導(dǎo)電性物質(zhì)。當(dāng)然也可以同時(shí)使用離子導(dǎo)電性物質(zhì)與電子導(dǎo)電性物質(zhì)。
特別希望海綿橡膠層3采用耐油性橡膠。通過采用耐油性橡膠，當(dāng)涂覆后面述及的橡膠糊狀組成物時(shí)，可以防止橡膠糊狀組成物中所含的溶劑使海綿橡膠層3浸潤膨脹。本說明書中所用的所謂耐油性的術(shù)語，意味著SP值為9.0以上的橡膠。作為理想的耐油性橡膠，可以舉出丙烯腈-丁二烯共聚物、聚氨酯橡膠、氯丁橡膠等。采用耐油性橡膠時(shí)，該耐油性橡膠也可以和非耐油性橡膠混合。作為理想的非耐油性橡膠，可以舉出耐氣候性優(yōu)異的乙烯-丙烯-二烯共聚物。即使混合非耐油性橡膠的場合，從抑制浸潤膨脹的觀點(diǎn)出發(fā)，最好也以耐油性橡膠為主要成分。具體來說，耐油性橡膠占整個(gè)橡膠成分的比例最好為50質(zhì)量％以上。
海綿橡膠層3含有氣泡，氣泡通常通過發(fā)泡劑發(fā)泡形成。作為所用的理想發(fā)泡劑，可以舉出偶氮二酰胺、N，N-二亞硝基五甲撐四胺等化學(xué)反應(yīng)型有機(jī)發(fā)泡劑。通常，與橡膠加熱和交聯(lián)反應(yīng)同時(shí)發(fā)生發(fā)泡?；瘜W(xué)反應(yīng)型有機(jī)發(fā)泡劑的混合量(質(zhì)量比)，相對于橡膠100份，大致在3份以上11份以下?；旌狭咳暨_(dá)不到上述范圍，往往會(huì)發(fā)泡倍數(shù)低，導(dǎo)電性輥筒1的柔軟性不夠。反之混合量若超過上述范圍，又往往會(huì)使發(fā)泡劑阻礙橡膠的交聯(lián)反應(yīng)，使導(dǎo)電性輥筒1強(qiáng)度不夠。也可以用低沸點(diǎn)型發(fā)泡劑替代化學(xué)反應(yīng)型有機(jī)發(fā)泡劑，另外也可以靠微型格形成氣泡。
海綿橡膠層3的發(fā)泡倍數(shù)，希望是2倍以上7倍以下，特別希望是3倍以上6倍以下。發(fā)泡倍數(shù)若達(dá)不到上述范圍，往往會(huì)導(dǎo)電性輥筒1的柔軟性不夠。反之，發(fā)泡倍數(shù)若超過上述范圍，往往導(dǎo)電性輥筒1的強(qiáng)度會(huì)不夠。
海綿橡膠層3是靠例如擠出成型等預(yù)成型為圓筒狀的橡膠組成物經(jīng)過加熱·交聯(lián)形成的。交聯(lián)后可將軸芯2插入海綿橡膠層3的內(nèi)周。海綿橡膠層3和軸芯2可用粘結(jié)劑固定，另外也可以通過壓入來固定。與軸芯2固定后，為了調(diào)整尺寸和對表面狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，還可以對海綿橡膠層3的外圓周表面研磨。
海綿橡膠層3的厚度無特別限制，通常在2mm以上10mm以下。厚度若達(dá)不到上述范圍，往往會(huì)有損于導(dǎo)電性輥筒1的柔軟性。反之，厚度若超過上述范圍，往往導(dǎo)電性輥筒1的強(qiáng)度會(huì)不夠。
硬橡膠層4可以是電子導(dǎo)電性的，也可以是離子導(dǎo)電性的，但從抑制電阻值隨環(huán)境的變動(dòng)和抑制日積月累變化的觀點(diǎn)出發(fā)，最好是電子導(dǎo)電性的。為了使硬像膠層4為電子導(dǎo)電性，在例如乙烯-丙烯-二烯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、天然像膠、丁二烯橡膠、異戊二烯橡膠、硅橡膠等非離子導(dǎo)電性橡膠中摻入例如碳黑、金屬粉末等電子導(dǎo)電性物質(zhì)即可。
硬橡膠層4特別希望采用非極性橡膠。通過用非極性橡膠，橡膠糊狀組成物中可以用極性小的溶劑，因此可以更好地防止該溶劑使海綿橡膠層的耐油性橡膠浸潤膨脹。另外，本說明書中所用的所謂非極性橡膠的術(shù)語，意味著SP值為8.0以下的橡膠。特別理想的非極性橡膠是耐氣候性優(yōu)異的乙烯-丙烯-二烯共聚物。
硬橡膠層4的厚度無特別限制，通常在50μm以上300μm以下。厚度若達(dá)不到上述范圍，往往會(huì)在導(dǎo)電性輥筒1表面表現(xiàn)出海綿橡膠層3的電阻特性。反之，厚度若超過上述范圍，往往會(huì)有損于導(dǎo)電性輥筒1的柔軟性。
硬橡膠層4是通過在海綿橡膠層3的表面涂覆橡膠糊狀組成物，并經(jīng)過加熱和交聯(lián)形成的。由此，電子導(dǎo)電性物質(zhì)均勻分布在硬橡膠層4中，可以抑制電阻值因部位產(chǎn)生的誤差。另外，由于電子導(dǎo)電性物質(zhì)各向同性，電子導(dǎo)電性物質(zhì)隨機(jī)分布，因此可抑制電阻值與所加電壓的關(guān)聯(lián)度。這樣，通過涂覆橡膠糊狀組成物來形成海綿導(dǎo)電層3，便可解決電子導(dǎo)電固有的問題。
硬橡膠層4形成過程中，首先將橡膠、交聯(lián)劑、電子導(dǎo)電性物質(zhì)、各種添加劑等混合，可得到橡膠組成物。然后，將這種橡膠組成物溶解或分布于溶劑中，得到橡膠糊狀組成物。接著將該橡膠糊狀組成物涂覆在海綿橡膠層3的表面。涂覆可采用刮板涂覆法、噴涂法、浸漬法等已知方法。然后，在溶劑干燥后通過加熱使橡膠交聯(lián)，形成硬橡膠層4。
當(dāng)然，也可以采用使管狀硬橡狀層4套住海綿橡膠層3這種穿管或雙層擠出方法形成導(dǎo)電性輥筒1，但用穿管方法，海綿橡膠層3容易變形，而采用雙層擠出，硬橡膠層4的電子導(dǎo)電性物質(zhì)容易分布不均勻或者容易形成取向，因此希望采用上述橡膠糊狀組成物涂覆方法。
本發(fā)明導(dǎo)電性輥筒1的迭層結(jié)構(gòu)不限于圖1所示結(jié)構(gòu)。例如，也可以在不損害本發(fā)明特性的范圍內(nèi)，在軸芯2和海綿橡膠層3之間、海綿橡膠層3和硬橡膠層4之間或硬橡膠層4更外面一側(cè)設(shè)置其它層。
該導(dǎo)電性輥筒1，令加上1000V電壓狀態(tài)下沿圓周方向測量的電阻值最大值為Rmax(Ω)，最小值為Rmin(Ω)時(shí)，用上述式(1)計(jì)算出的D值小于0.3。該D值是表示電阻值因部位所產(chǎn)生誤差的程度的指標(biāo)。通過使D值小于0.3，可防止電阻值誤差造成圖像失真。出于這種觀點(diǎn)，D值最好在0.1以下。作為使D值處于上述范圍的具體手段，可舉出例如通過上述橡膠糊狀組成物涂覆方法形成硬橡膠層4。另外，電阻值的測量是就導(dǎo)電性輥筒1的外圓周表面其長度方向中央部位，沿圓周方向連續(xù)測量。另外，D值理想狀況下為零，因此本發(fā)明未規(guī)定D值的下限。
令加上1000V電壓狀態(tài)下沿圓周方向測量的電阻平均值為R1(Ω)，加上100V電壓狀態(tài)下沿圓周方向測量的電阻平均值為R2(Ω)時(shí)，用上述式(2)計(jì)算出的d值較好小于1.0。該d值是表示電阻值與所加電壓關(guān)聯(lián)度的指標(biāo)。通過使d值小于1.0，可防止電阻值變動(dòng)造成圖像失真。出于這種觀點(diǎn)，d值最好在0.5以下。作為使d值處于上述范圍的具體手段，可舉出例如通過上述橡膠糊狀組成物涂覆方法形成硬橡膠層4。另外，電阻平均值的計(jì)算是按照前述測量Rmax和Rmin的情形沿圓周方向測量電阻值，將其最大值和最小值的中間值作為平均值。另外，d值理想狀況下為零，因此本發(fā)明未規(guī)定d值的下限。
實(shí)施例下面根據(jù)實(shí)施例便可明白本發(fā)明的效果，但不用說，不應(yīng)根據(jù)該實(shí)施例的記載對本發(fā)明進(jìn)行限定性解釋。另外，下面混合量的說明中所用的所謂“份”的術(shù)語，意味著以質(zhì)量為基準(zhǔn)的比值。將丙烯腈-丁二烯共聚物(日本ゼォン公司的商品名“DN401LL”)70份、乙烯-丙烯-二烯共聚物(三井化學(xué)公司的商品名“EPT4021”)30份、碳黑(東海碳公司的商品名“シ-スト 3”)27份、硫(鶴見化學(xué)公司的商品名“粉末硫”)3份、硫化促進(jìn)劑(大內(nèi)新興化學(xué)工業(yè)公司的商品名“ノクセラ-CZ”)1份、發(fā)泡劑(永和化成公司的商品名“ビニホ-ル AC#3”)6份以及發(fā)泡助劑(永和化成公司的商品名“セルペ-スト 101”)6份按常規(guī)方法混合，得到橡膠組成物。將該橡膠組成物用擠出機(jī)擠出成為圓筒狀，按規(guī)定尺寸截?cái)?，得到預(yù)成型體。將該預(yù)成型體放入硫化罐中，以溫度160℃加熱30分鐘，使之產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)。交聯(lián)的同時(shí)發(fā)泡劑發(fā)泡，得到海綿橡膠層。將金屬制軸芯(直徑約6mm)插入該海綿橡膠層內(nèi)周，用粘結(jié)劑將兩者粘結(jié)。然后，用砂輪研磨海綿橡膠層表面。海綿橡膠層厚度約為4mm。
然后，將乙烯-丙烯-二烯共聚物(上述“EPT4021”)100份。碳黑(上述“シ-スト3”)33份、硫(上述“粉末硫”)2份以及硫化促進(jìn)劑(上述“ノクセラ-CZ”)1份按常規(guī)方法混合，得到橡膠組成物。使該橡膠組成物溶解于甲苯中，得到橡膠糊狀組成物。增減甲苯量，使橡膠糊狀組成物的粘度為5000厘泊。接下來，將該橡膠組成物用刮板涂覆法涂覆在海綿橡膠層的表面。接著使甲苯揮發(fā)后，以溫度160℃交聯(lián)20分鐘，形成硬橡膠層。硬橡膠層的厚度約為100μm。這樣便得到實(shí)施例1的導(dǎo)電性輥筒。該導(dǎo)電性輥筒的海綿橡膠層和硬橡膠層的長度約為220mm。除了硬橡膠層中混合的碳黑量改為下面表1所示量以外，其它均與實(shí)施例1相同，得到實(shí)施例2和實(shí)施例3的導(dǎo)電性輥筒。使硬橡膠層中混合的碳黑量為27份，通過雙層擠出使硬橡膠層覆蓋海綿橡膠層，除此之外，其它均與實(shí)施例1相同，得到對比例1的導(dǎo)電性輥筒。另外，海綿橡膠層的交聯(lián)和發(fā)泡以及硬橡膠層的交聯(lián)均在雙層擠出后進(jìn)行。除了設(shè)置由聚氟亞乙烯(PVDF)制成的覆蓋層來替代硬橡膠層以外，其它均與實(shí)施例1相同，得到對比例2的導(dǎo)電性輥筒，覆蓋層利用穿管方法進(jìn)行覆蓋。不設(shè)置硬橡膠層，僅由軸芯和海綿橡膠層組成來形成對比例3的導(dǎo)電性輥筒。該導(dǎo)電性輥筒的海綿橡膠層其厚度與實(shí)施例1的導(dǎo)電性輥筒的海綿橡膠層厚度與硬橡膠層厚度的總和相同。將導(dǎo)電性輥筒的外圓周表面與長為350mm、直徑為30mm的鋁制圓柱側(cè)面碰接。然后，在軸芯兩側(cè)各加上4.9N的負(fù)荷。接下來，在溫度為23℃、相對濕度為55％的環(huán)境下，對導(dǎo)電性輥筒加上1000V電壓。在此狀態(tài)下，在2秒鐘時(shí)間內(nèi)使導(dǎo)電性輥筒旋轉(zhuǎn)1圈，測量導(dǎo)電性輥筒的電阻值。測量是就導(dǎo)電性輥筒外圓周表面其長度方向中央部位，沿圓周方向連續(xù)進(jìn)行的。這樣，便得到Rmax、Rmin以及R1。而且，除了使所加電壓為100V以外，其它均用同樣的方法，得到R2。根據(jù)上述測量結(jié)果，計(jì)算D值和d值。這些結(jié)果示于下面表1中。測量各導(dǎo)電性輥筒的肖氏硬度E。其結(jié)果示于下面表1中。
綜上所述，按照本發(fā)明的導(dǎo)電性輥筒，可獲得良好的圖像。
表1導(dǎo)電性輥筒評價(jià)結(jié)果
*硬橡膠層的混合
權(quán)利要求
1.一種導(dǎo)電性輥筒，具有軸芯、在該軸芯的表面一側(cè)形成的海綿橡膠層、以及在該海綿橡膠層的表面一側(cè)形成的硬橡膠層，其特征在于，令加上1000V電壓狀態(tài)下沿圓周方向測量的電阻最大值為Rmax(Ω)，最小值為Rmin(Ω)時(shí)，用下式(1)D＝log(Rmax)-log(Rmin) ……(1)計(jì)算出的D值小于0.3。
2.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電性輥筒，其特征在于，令加上1000V電壓狀態(tài)下沿圓周方向測量的電阻平均值為R1(Ω)，加上100V電壓狀態(tài)下沿圓周方向測量的電阻平均值為R2(Ω)時(shí)，用下式(2)d＝log(R2)-log(R1) ……(2)計(jì)算出的d值小于1.0。
3.如權(quán)利要求1或2所述的導(dǎo)電性輥筒，其特征在于，所述硬橡膠層可用電子導(dǎo)電性物質(zhì)使之呈現(xiàn)導(dǎo)電性，該硬橡膠層通過涂覆橡膠糊狀組成物形成。
4.如權(quán)利要求3所述的導(dǎo)電性輥筒，其特征在于，所述海綿橡膠層以耐油性橡膠為主要成分，硬橡膠層以非極性橡膠為主要成分。
5.一種導(dǎo)電性輥筒的制造方法，所述導(dǎo)電性輥筒具有軸芯、在該軸芯的表面一側(cè)形成的海綿橡膠層、以及在該海綿橡膠層的表面一側(cè)形成的硬橡膠層，其特征在于，所述導(dǎo)電性輥筒的制造方法包含在襯底上涂覆橡膠糊狀組成物形成硬橡膠層的工序。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能得到良好圖像的導(dǎo)電性輥筒。導(dǎo)電性輥筒1具有軸芯2、海綿橡膠層3以及硬橡膠層4。海綿橡膠層3以耐油性橡膠為主要成分,含有氣泡。硬橡膠層4以非極性橡膠為主要成分,含有電子導(dǎo)電性物質(zhì)。通過在海綿橡膠層3表面涂覆橡膠糊狀組成物來形成硬橡膠層4。令加上1000V電壓狀態(tài)下沿圓周方向測量的電阻最大值為Rmax(Ω),最小值為Rmin(Ω)時(shí),用下式(1)D=log(Rmax)－log(Rmin) ……(1)計(jì)算出的D值小于0.3。
文檔編號G03G15/16GK1379293SQ0111630
公開日2002年11月13日 申請日期2001年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月6日
發(fā)明者上坂憲市 申請人:住友橡膠工業(yè)株式會(huì)社