專利名稱：半導電輥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導電輥，尤其涉及一種具有色粉傳輸部的半導電輥，該色粉傳輸部用于安裝在電子成像裝置上的顯影輥、清潔輥、充電輥、轉(zhuǎn)印輥等。
背景技術(shù)：
近年來，在使用電子成像方法的打印技術(shù)方面，高速打印操作、高質(zhì)量圖像成像、彩色圖像成像和成像裝置小型化已經(jīng)逐漸普遍使用。對這些改進而言，色粉至關(guān)重要。為滿足上述需要，需要形成細分散的色粉顆粒，使色粉顆粒直徑均一，并且使色粉顆粒呈球形。對于細分散色粉顆粒的形成技術(shù)，最近已經(jīng)開發(fā)出了直徑不超過10μm并且不超過5μm的色粉。對于球形色粉的制造技術(shù)，最近已經(jīng)開發(fā)出了球形偏差小于99％的色粉。為了形成高質(zhì)量圖像，聚合色粉得到廣泛使用以代替通常使用的研磨色粉。聚合色粉使得在從數(shù)字信息獲得印張方面的色點的再現(xiàn)變得出色，因而可以得到高質(zhì)量的印張。
與形成纖細分散的色粉顆粒、使得色粉顆粒直徑均一、使得色粉顆粒呈球形、以及從研磨色粉變?yōu)榫酆仙鄣募夹g(shù)改進相一致，在一電子成像裝置比如激光打印機及類似物的成像裝置中，半導電輥可以作為給予色粉較高的靜電特性并且能夠有效地將色粉輸送到電子成像感光器的顯影輥使用。使用者要求半導電輥的高性能維持到產(chǎn)品例如安裝有半導電輥的電子成像裝置的使用年限。
為了符合這一要求，如日本專利申請No.2004-170845(專利文獻1)所公開的內(nèi)容，本發(fā)明人提出了一種由一種離子導電橡膠組成的導電橡膠輥，其具有均一的電子特征，在其中加入介電損耗正切調(diào)節(jié)填充料，以使其介電損耗正切調(diào)整到0.1～1.5。導電橡膠輥能夠給予色粉適當并且較高的靜電性質(zhì)，從而提供高質(zhì)量的初始圖像。在導電橡膠輥中，甚至在大量印張結(jié)束之后，色粉的荷電量也下降很少。因此導電橡膠輥可以長時間保持提供高質(zhì)量圖像。
如專利文獻1中所公開的內(nèi)容，將含有氯原子的表氯醇橡膠為代表的橡膠組分用于導電橡膠輥，以使其呈離子導電。在這種情況下，含有氯原子的橡膠組分具有較高的表面自由能。這樣添加到色粉中的色粉和添加劑易于附著于含有氯原子的橡膠組分。
當含有氯原子的橡膠組分與離子導電環(huán)氧乙烷單體聚合時，具有較大的表面自由能并且容易變濕。因此色粉與半導電元件的粘附性變大。
當通過紫外線照射半導電元件表面或?qū)⑵浔┞队诔粞醵谄浔砻嫘纬裳趸r，半導電元件表面的氧濃度變高。這樣很可能使表面自由能增加，并且因此色粉與半導電元件的粘附性變大。
當導電橡膠輥的介電損耗正切被設(shè)為0.1～1.5時，可以提高色粉的靜電特性，因此可以減少色粉的傳輸量。這樣導電橡膠輥提供高質(zhì)量的圖像，例如一半調(diào)色的圖像。另一方面，沉積到顯影輥上的色粉數(shù)量減少。這樣色粉與顯影輥的粘附性可能變大。
粘附到半導電元件的色粉不會過多影響到早期階段形成的圖像，以及連續(xù)打印時的圖像。但當圖像是在下列條件下打印時，不能忽視已經(jīng)粘附于半導電元件的色粉的影響。例如，正常情況下，荷電的色粉通過靜電力(庫侖力)被傳輸?shù)骄哂邢喾措姾傻碾娮映上窀泄馄魃稀５驗樯蹖︼@影輥的粘附性較高，阻礙了通過靜電力的色粉傳輸。這就帶來一個問題，雖然應(yīng)用于色粉的荷電量沒有變化，但打印密度變低。
·當在相當大數(shù)量的紙張上打印，并且因此色粉對顯影輥有親和力時(例如，在大約2,000張紙上打印，打印了1％的圖像)。
·當色粉平均粒徑不超過8μm，并且特別是不超過6μm時。
·當打印不是連續(xù)進行，而是中止一天并且次日進行時。
·當其中色粉荷電量相對較大的打印機在低溫和低濕環(huán)境中使用時。
·當色粉荷電量設(shè)置得較大的打印機用于形成高質(zhì)量圖像時。
在日本專利申請No.2004-271757(專利文獻2)中公開的一種顯影輥具有鼓風處理表面。氧化物粉末比如氧化鈦粉末附著于鼓風處理的表面的頂點部位。
在上述顯影輥中，因為氧化物粉末附著于鼓風處理表面頂點部位，表面粗糙度減弱，從而避免了色粉超載。因此，該顯影輥的優(yōu)點在于在操作安裝有顯影輥的成像裝置之后，甚至在早期階段也不會形成有缺陷的圖像例如黑點。
但是如專利文獻2的權(quán)利要求4所述，氧化物粉末用于鼓風處理表面并附著于頂點部位。專利文獻2第2頁右欄第41～42行進一步描寫到“顯影套筒的表面一定程度上被截去，不規(guī)則的頂點不再粗糙”。因此附著于鼓風處理表面頂點部位的氧化物粉末在顯影輥操作的初始階段后由其上滴落，并且長時間不會顯出影響。
在專利文獻2中，關(guān)于減少色粉對于顯影輥的粘附性未進行描述或建議。
專利文獻1日本專利申請No.2004-170845專利文獻2日本專利申請No.2004-271757

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種幾乎不粘附色粉的半導電輥，結(jié)果是可以不阻礙依靠靜電力的色粉運動。
為了實現(xiàn)這一目的，本發(fā)明提供了一種色粉傳輸部，其最外層主要由樹脂或橡膠形成。上述樹脂或橡膠包括含有氯原子的樹脂或橡膠，并且以100質(zhì)量份含有的氯原子的樹脂或橡膠為基準，還含有3～60質(zhì)量份的氧化鈦。
在本發(fā)明的半導電輥中，其最外層主要由樹脂或橡膠形成。組成最外層的樹脂或橡膠包括主要含有氯原子的樹脂或橡膠。
而含有氯原子的樹脂或橡膠可以使用已知的橡膠，只要它們含有氯原子。例如可以使用非導電樹脂比如氯丁橡膠、氯化丁基、氯磺化聚乙烯、氯化聚乙烯、和氯乙烯或橡膠；以及導電性樹脂比如表氯醇共聚物或橡膠。
當使用非導電樹脂或橡膠作為含有氯原子的樹脂或橡膠時，優(yōu)選將非導電樹脂或橡膠與離子導電樹脂或橡膠組合使用，以使最外層為離子導電性。含有環(huán)氧乙烷的共聚物可以作為離子導電樹脂或橡膠使用。而含有環(huán)氧乙烷的共聚物，可以使用聚醚共聚物或表氯醇共聚物。
即使當導電樹脂或橡膠作為含有氯原子的樹脂或橡膠使用時，導電樹脂或橡膠可以與不含氯原子的離子導電樹脂或橡膠組合使用。
組成最外層的樹脂或橡膠可以包括除上述樹脂或橡膠之外的樹脂或橡膠。例如，丁腈橡膠(NBR)、丙烯腈橡膠、丁二烯橡膠、丁苯橡膠、聚氨酯橡膠、丁基橡膠、氟化橡膠、異戊二烯橡膠、硅橡膠、等等。另外，還可以列舉的有低電阻聚合體，比如烯丙基縮水甘油醚、甲基丙烯酸縮水甘油酯、丙烯酸縮水甘油酯和環(huán)氧丙烷的二聚體，以及不飽和的環(huán)氧樹脂比如氧化丁二烯。這些物質(zhì)能單獨使用或兩個或更多組合使用。
而組成最外層的樹脂或橡膠，優(yōu)選為(1)表氯醇共聚物以及下列組合(2)～(4)(2)氯丁橡膠、表氯醇共聚物或/和聚醚共聚物的組合物，(3)氯丁橡膠、NBR、表氯醇共聚物或/和聚醚共聚物的組合物，(4)氯丁橡膠和NBR的組合物。特別優(yōu)選為氯丁橡膠與表氯醇共聚物的組合物，以及氯丁橡膠、表氯醇共聚物和聚醚共聚物的結(jié)合物。
當至少兩種樹脂或橡膠組合使用作為組成色粉傳輸部的最外層的樹脂或橡膠時，它們的混合比率是適當精選的。
例如，當氯丁橡膠與表氯醇共聚物互相組合時，假定橡膠組分的總質(zhì)量是100，表氯醇共聚物的含量設(shè)為5～95質(zhì)量份，并且優(yōu)選為20～80質(zhì)量份；而氯丁橡膠(C)的含量設(shè)為5～95質(zhì)量份，并且優(yōu)選為20～80質(zhì)量份。
在氯丁橡膠、表氯醇共聚物和聚醚共聚物互相組合時，假定橡膠組分的總質(zhì)量是100，表氯醇共聚物的含量設(shè)為5～90質(zhì)量份，并且優(yōu)選為10～70質(zhì)量份；聚醚共聚物的含量設(shè)為5～40質(zhì)量份，并且優(yōu)選為5～20質(zhì)量份；并且氯丁橡膠的含量設(shè)為5～90質(zhì)量份，并且優(yōu)選為10～80質(zhì)量份。通過選擇該混合比，可以較好地分散三種組分，并且改善諸如最外層強度的特性。表氯醇共聚物、氯丁橡膠與聚醚共聚物的質(zhì)量比優(yōu)選為2～5∶4～7∶1。
而表氯醇共聚物，可以使用表氯醇均聚物、表氯醇-環(huán)氧乙烷共聚物、表氯醇-環(huán)氧丙烷共聚物、表氯醇-烯丙基縮水甘油醚共聚物、表氯醇-環(huán)氧乙烷-烯丙基縮水甘油醚共聚物、表氯醇-環(huán)氧丙烷-烯丙基縮水甘油醚共聚物、以及表氯醇-環(huán)氧乙烷-環(huán)氧丙烷-烯丙基縮水甘油醚共聚物。
表氯醇共聚物優(yōu)選包含環(huán)氧乙烷。優(yōu)選使用包含的環(huán)氧乙烷為不小于30mol％不大于95mol％的表氯醇共聚物，進一步優(yōu)選為不小于55mol％不大于95mol％，并且更進一步優(yōu)選為不小于60mol％不大于80mol％。環(huán)氧乙烷有減少共聚物的比體積電阻率的作用。當共聚物中環(huán)氧乙烷的含量小于30mol％時，環(huán)氧乙烷使聚合體的比體積電阻率減少的程度較低。另一方面，當共聚物中環(huán)氧乙烷含量不小于95mol％時，環(huán)氧乙烷發(fā)生結(jié)晶，并且這樣會阻礙分子鏈及其片段發(fā)生移動。因此共聚物的比體積電阻率有增加的趨勢，硫化橡膠的硬度增加，并且在硫化之前橡膠的粘性增加。
而表氯醇共聚物，尤其優(yōu)選使用表氯醇(EP)-環(huán)氧乙烷(EO)-烯丙基縮水甘油醚(AGE)共聚物。而表氯醇共聚物中EO、EP和AGE間的含量比EO∶EP∶AGE優(yōu)選為30～95mol％∶4.5～65mol％∶0.5～10mol％，進一步優(yōu)選為60～80mol％∶15～40mol％∶2～6mol％。
而表氯醇共聚物，也有可以使用表氯醇(EP)-環(huán)氧乙烷(EO)共聚物。EO和EP的含量比EO∶EP優(yōu)選為30～80mol％∶20～70mol％，進一步優(yōu)選為50～80mol％∶20～50mol％。
當組成最外層的樹脂包括表氯醇共聚物作為含有氯原子的樹脂時，以100質(zhì)量份的橡膠組分為基準，其混合量優(yōu)選至少為5質(zhì)量份，進一步優(yōu)選至少為15質(zhì)量份，并且更進一步優(yōu)選至少為20質(zhì)量份。
而聚醚共聚物，可以使用環(huán)氧乙烷-環(huán)氧丙烷-烯丙基縮水甘油醚共聚物、環(huán)氧乙烷-烯丙基縮水甘油醚共聚物、環(huán)氧丙烷-烯丙基縮水甘油醚共聚物、環(huán)氧乙烷-環(huán)氧丙烷共聚物和聚氨酯橡膠。
聚醚共聚物優(yōu)選包含環(huán)氧乙烷。聚醚共聚物進一步優(yōu)選包含50～95mol％的環(huán)氧乙烷。當聚醚共聚物包含高百分比環(huán)氧乙烷時，可以穩(wěn)定許多離子，如此使半導電橡膠組合物具有低電阻。但當聚醚共聚物含有過高百分率的環(huán)氧乙烷時，環(huán)氧乙烷會發(fā)生結(jié)晶，這樣阻礙了分子鏈及其片段發(fā)生移動。因此共聚物的比體積電阻率有可能增加。
除了環(huán)氧乙烷以外，聚醚共聚物優(yōu)選還包含烯丙基縮水甘油醚。通過將烯丙基縮水甘油醚與環(huán)氧乙烷共聚，烯丙基縮水甘油醚單元獲得一自由體積作為側(cè)鏈。這樣抑制了環(huán)氧乙烷的結(jié)晶。結(jié)果是半導電輥具有比傳統(tǒng)半導電輥更低的電阻。通過將烯丙基縮水甘油醚與環(huán)氧乙烷共聚，碳-碳雙鍵被引入到共聚物中，使得共聚物可以與其它橡膠交聯(lián)。由此包含烯丙基縮水甘油醚和環(huán)氧乙烷的聚醚共聚物有助于防止電子成像感光器的滲色和沾污。
聚醚共聚物包含的烯丙基縮水甘油醚含量優(yōu)選為1～10mol％。當聚醚共聚物中烯丙基縮水甘油醚的含量小于1mol％時，電子成像感光器容易發(fā)生滲色和沾污。另一方面，當聚醚共聚物中烯丙基縮水甘油醚的含量大于10mol％時，無法增強進一步抑制環(huán)氧乙烷結(jié)晶的效果，并且硫化后交聯(lián)點的數(shù)量增加。這樣無法使半導電輥具有低電阻。此外，降低了其抗拉強度、疲勞特性和抗撓曲阻力。
而本發(fā)明中使用的聚醚共聚物，優(yōu)選使用環(huán)氧乙烷(EO)-環(huán)氧丙烷(PO)-烯丙基縮水甘油醚(AGE)三元共聚物。通過將環(huán)氧丙烷與環(huán)氧乙烷和烯丙基縮水甘油醚共聚，可以在很大程度上抑制環(huán)氧乙烷的結(jié)晶。聚醚共聚物中環(huán)氧乙烷(EO)、環(huán)氧丙烷(PO)和烯丙基縮水甘油醚(AGE)之間的含量比優(yōu)選為EO∶PO∶AGE＝50～95mol％∶1～49mol％∶1～10mol％。為了有效地防止發(fā)生滲色以及因沾污電子成像感光器，環(huán)氧乙烷(EO)-環(huán)氧丙烷(PO)-烯丙基縮水甘油醚(AGE)三元共聚物的數(shù)均分子量Mn優(yōu)選為不小于10,000。
當組成最外層的樹脂包括聚醚共聚物時，以100質(zhì)量份的橡膠組分為基準，其混合量優(yōu)選至少為5質(zhì)量份，并且進一步優(yōu)選至少為10質(zhì)量份。
氯丁橡膠是通過氯丁二烯乳化聚合制得的。根據(jù)分子量調(diào)節(jié)劑的種類，氯丁橡膠分為硫-改性型和硫-未改性型。
硫-改性型的氯丁橡膠是通過將硫和氯丁二烯與二硫化秋蘭姆或其類似物的共聚合產(chǎn)生的聚合物塑化而形成的，這樣制得的硫-改性型的氯丁橡膠具有預(yù)先確定的門尼粘度。硫-未改性型的氯丁橡膠包括硫醇-改性型和黃原-改性型。烷基硫醇比如正十二烷基硫醇、叔十二烷基硫醇、和辛基硫醇作為分子量調(diào)節(jié)劑用于硫醇-改性型。烷基黃原化合物作為分子量調(diào)節(jié)劑用于黃原素-改性型。
根據(jù)產(chǎn)生的氯丁橡膠的結(jié)晶速度，氯丁橡膠分為中等結(jié)晶速度型、低結(jié)晶速度型和高結(jié)晶速度型。
在本發(fā)明中，硫-改性型和硫-未改性型氯丁橡膠都可以使用。但優(yōu)選使用具有較低結(jié)晶速度的硫-未改性型的氯丁橡膠。
在本發(fā)明中，氯丁橡膠可以使用具有與氯丁橡膠結(jié)構(gòu)相似的橡膠或人造橡膠。例如，可以使用由氯丁二烯和至少一種可與氯丁二烯共聚的單體的混合物聚合制得的共聚物。而可與氯丁二烯共聚的單體，可以使用2，3-二氯-1，3-丁二烯、1-氯-1，3-丁二烯、硫、苯乙烯、丙烯腈、甲基丙烯腈、異戊二烯、丁二烯、丙烯酸、甲基丙烯酸和它們的酯。當組成最外層的橡膠包括氯丁橡膠作為含有氯原子的橡膠時，以100質(zhì)量份的橡膠組分為基準，氯丁橡膠混合量可以適當?shù)剡x自1～100質(zhì)量份的范圍內(nèi)。但從給予半導電輥靜電特性的效果考慮，以100質(zhì)量份的橡膠組分為基準，氯丁橡膠的混合量優(yōu)選至少為5質(zhì)量份，并且進一步優(yōu)選至少為10質(zhì)量份，從而均一地形成橡膠。以100質(zhì)量份的橡膠組分為基準，氯丁橡膠的混合量優(yōu)選至多80質(zhì)量份，并且進一步優(yōu)選至多為60質(zhì)量份。
而NBR可以使用任何含有至多25％丙烯腈的低腈NBR、含有25～31％丙烯腈的中腈NBR、含有31～36％丙烯腈的中高腈NBR、以及包含至少36％丙烯腈的高腈NBR。
在本發(fā)明中，為了降低橡膠的比重，優(yōu)選使用比重小的低腈NBR。為了使NBR和氯丁橡膠較好地互相混合，優(yōu)選使用中腈NBR和低腈NBR。更準確地說，為了使氯丁橡膠的溶解度參數(shù)與NBR的溶解度參數(shù)彼此接近，丙烯腈在NBR中的含量優(yōu)選為15～39％、進一步優(yōu)選為17～35％，并且更進一步優(yōu)選為20～30％。
當組成最外層的橡膠包括NBR作為橡膠時，以100質(zhì)量份的橡膠組分為基準，NBR的含量優(yōu)選為在5～65質(zhì)量份的范圍內(nèi)，進一步優(yōu)選為在10～65質(zhì)量份的范圍內(nèi)，并且更進一步優(yōu)選為在20～50質(zhì)量份的范圍內(nèi)。如果NBR的含量大于65質(zhì)量份，色粉荷電量就會減少。這樣NBR的含量優(yōu)選為不超過65質(zhì)量份。NBR的含量優(yōu)選為不小于5質(zhì)量份以抑制半導電橡膠組合物硬度的增加，并且實質(zhì)上獲得了減少半導電橡膠組合物對溫度依賴的效果。
在本發(fā)明的半導電輥中，組成最外層的樹脂或橡膠組合物，以100質(zhì)量份的含有氯原子的樹脂或橡膠為基準，含有3～60質(zhì)量份的氧化鈦。
本發(fā)明中使用的氧化鈦沒有具體地限制，已知的氧化鈦都能使用。作為晶系，可以使用銳鈦礦型、金紅石型、這兩個類型的混合型、和非晶態(tài)型。特別優(yōu)選使用金紅石型的氧化鈦。該氧化鈦是通過使用硫酸法、氯法、揮發(fā)性鈦化合物比如烴氧基鈦、鹵化鈦或乙酰丙酮酸鈦的低溫氧化法(熱解和水解)而獲得的。
本發(fā)明中使用的氧化鈦包括的直徑不超過0.5μm的顆粒優(yōu)選為不少于50％。在該比率下，二氧化鈦的分散度較好。特別優(yōu)選使用平均粒徑為0.1～0.5μm的二氧化鈦。
以100質(zhì)量份的含有氯原子的樹脂或橡膠為基準，組成最外層的樹脂或橡膠包含3～60質(zhì)量份的氧化鈦，原因在于如果氧化鈦的混合量小于3質(zhì)量份，難以顯示出氧化鈦降低色粉與半導電輥之間粘附性的效果。另一方面，如果氧化鈦的混合量大于60質(zhì)量份，色粉傳輸部1最外層的硬度變得過高，或者色粉不能適當?shù)匮b載。氧化鈦的混合量進一步優(yōu)選為在5～60質(zhì)量份的范圍內(nèi)。
本發(fā)明的半導電輥是半導電性的。更具體地講，當向其應(yīng)用100伏特的電壓時，半導電輥的電阻優(yōu)選為在105～108Ω范圍內(nèi)，并且進一步優(yōu)選為在105～107Ω范圍內(nèi)。
半導電輥的電阻優(yōu)選為不小于105Ω，通過控制流經(jīng)的電流以抑制低質(zhì)量圖像的產(chǎn)生，并且防止向電子成像感光器放電。半導電輥的電阻還優(yōu)選不超過108Ω，以保持有效地色粉供給，并且防止當色粉轉(zhuǎn)移到電子成像感光器時顯影輥的電壓下降。由此可以防止缺陷圖像的產(chǎn)生，因為可以確保色粉從顯影輥傳輸?shù)诫娮映上窀泄馄?。當半導電輥的電阻不超過107Ω時，半導電輥可以在多種條件下使用。半導電輥的電阻通過將在下文中描述的實施例中描述的方法來進行測量。
導電性分為電子導電性和離子導電性。優(yōu)選色粉傳輸部的最外層為離子導電性，因為可以使最外層具有均一的電子特性。
當組成色粉傳輸部最外層的樹脂或橡膠中包含離子導電樹脂或橡膠時，可以通過調(diào)節(jié)離子導電樹脂或橡膠的混合量，使組成最外層的樹脂或橡膠具有離子導電性。如下所述的離子導電劑可以與顯示離子導電性的樹脂或橡膠組合使用。
當組成色粉傳輸部最外層的樹脂或橡膠中不含有離子導電樹脂或橡膠時，將離子導電劑添加到組成色粉傳輸部最外層的樹脂或橡膠中。
可以選擇使用多種離子導電劑。例如，可以使用具有氟基(F-)和磺?；?-SO2-)的含有陰離子的鹽。更明確地，可以使用雙氟烷基磺酰亞胺的鹽，三(氟烷基磺?；?甲烷的鹽，和氟烷基磺酸鹽。而上述鹽中與陰離子配對的陽離子，優(yōu)選為堿金屬、2A族、以及其它金屬的金屬離子。進一步優(yōu)選為鋰離子。而離子導電劑，可以列出的有LiCF9SO3、LiN(SO2CF3)2、LiC(SO2CF3)、LiCH(SO2CF3)2和LiSF6CF2SO3。
離子導電劑的混合量可以根據(jù)其種類適當選擇。例如，以100質(zhì)量份的橡膠組分為基準，離子導電劑的混合量優(yōu)選為0.1～5質(zhì)量份。
電子導電劑可以根據(jù)需要加入到橡膠組分中，以使半導電輥具有電子導電性。而電子導電試劑可以使用導電性的炭黑比如草木黑(Ketchen黑)、爐黑、乙炔黑；導電金屬氧化物比如氧化鋅、鈦酸鉀、摻銻的氧化鈦、氧化錫和石墨；以及碳纖維。電子導電劑的混合量可以按照半導電輥的特性比如電阻適當選擇。例如，以100質(zhì)量份的橡膠組分為基準，電子導電劑的混合量優(yōu)選為5～20質(zhì)量份。
為了使色粉具有較高的靜電特性，并長時間保持靜電特性，優(yōu)選當以100Hz的頻率對本發(fā)明的半導電輥施以5V的交流電時，其介電損耗正切優(yōu)選為在0.1～1.8的范圍內(nèi)。
在半導電輥的電特性中，介電損耗正切是表示電流的流動性(導電性)和電容元件的感應(yīng)程度(靜電容量)的指數(shù)。換句話說，介電損耗正切是表示當交流電應(yīng)用于半導電輥時的相位延遲，即，當電壓應(yīng)用于電容元件時的速度的參數(shù)。也就是說，介電損耗正切是被在高電壓下色粉接觸顯影輥時通過數(shù)量調(diào)節(jié)板產(chǎn)生的荷電量，以及在色粉傳輸?shù)诫娮映上窀泄馄髦懊撾x至半導電輥的荷電量所表示的。這樣介電損耗正切是一個在色粉接觸電子成像感光器以前立即顯示出荷電量的指數(shù)。
當介電損耗正切較大時，很容易使電流(電荷)穿過輥，使極化進程慢下來。另一方面，當介電損耗正切較小時，不太容易使電流(電荷)穿過輥，使極化進程加快。這樣，當介電損耗正切較小時，輥具有較高的類電容特征，并且可以維持色粉上通過摩擦產(chǎn)生的電荷，并且沒有使電荷從輥上脫離。也就是說，可以獲得給予色粉靜電特性以及維持給予的靜電特性的效果。為了獲得這一效果，介電損耗正切被設(shè)為不大于1.8。為避免打印密度由于將荷電量增加到非常高的程度而變得過低，并且避免半導電橡膠組合物由于添加大量用于調(diào)整介電損耗正切的混合物而發(fā)硬，介電損耗正切被設(shè)為不小于0.1。
介電損耗正切進一步優(yōu)選至少為0.3，并且最更進一步優(yōu)選至少為0.5。介電損耗正切優(yōu)選至多為1.5，進一步優(yōu)選至多為1.0，并且更進一步優(yōu)選至多為0.8。
介電損耗正切是通過以下描述的實施例中采用的方法進行測量的。
應(yīng)用較小的5V的電壓于半導電輥作為介電損耗正切的測量條件，原因如下假定當半導電輥作為其上持有色粉的顯影輥使用時，或者當色粉傳輸?shù)诫娮映上窀泄馄鲿r，會發(fā)生微細的電壓波動。
鑒于顯影輥的旋轉(zhuǎn)次數(shù)，以及顯影輥與電子成像感光器、刮板和色粉供應(yīng)輥之間的輥隙，100Hz的頻率是適當?shù)模撋酃?yīng)輥與顯影輥相接觸，或者與顯影輥相貼近。
為了控制半導電輥的介電損耗正切，從而使半導電輥具有上述預(yù)先確定范圍的介電損耗正切，將介電損耗正切-調(diào)節(jié)劑添加到組成最外層的樹脂或橡膠中。而介電損耗正切-調(diào)節(jié)劑，可以使用弱導電性炭黑或用脂肪酸處理過的碳酸鈣。優(yōu)選使用弱導電性炭黑。當使用用脂肪酸處理過的碳酸鈣時，因其可與二氧化鈦相容，所以碳酸鈣部分聚結(jié)。因此，碳酸鈣可能變?yōu)榫哂休^大直徑的顆粒，并且其分散度變差。另一方面，弱導電性炭黑在分散度方面對二氧化鈦具有親和力。
弱導電性炭黑具有較大的粒徑，結(jié)構(gòu)展開的程度較低，并且對半導電橡膠組合物的導電性的貢獻程度較小。含有弱導電性炭黑的半導電橡膠組合物由于極化作用能夠獲得類電容的功能，而沒有增加其導電性，并且能夠控制其靜電特性，而不使其電阻的均一性降低。
通過使用初級粒子直徑為不小于80nm，并且優(yōu)選為不小于100nm的弱導電性炭黑，可以有效地獲得上述效果。當初級粒子直徑為不大于500nm，并且優(yōu)選為不大于250nm時，可以顯著減少最外層的表面粗糙度。弱導電性炭黑優(yōu)選為球形，或者類似于球形的結(jié)構(gòu)，因為弱導電性炭黑具有較小的表面積。
可以選用多種弱導電性炭黑。例如，優(yōu)選使用通過爐法或熱法制得的具有較大顆粒直徑的炭黑。進一步優(yōu)選使用通過爐法生產(chǎn)的炭黑。就炭黑的分類而言，優(yōu)選為SRF炭黑、FT炭黑和MT炭黑?？梢允褂妙伭嫌锰亢凇?br> 以100質(zhì)量份的橡膠組分為基準，優(yōu)選使用不少于5質(zhì)量份的弱導電性炭黑，以便弱導電性炭黑確實顯示出減少半導電的橡膠組合物介電損耗正切的效果。以100質(zhì)量份的橡膠組分為基準，優(yōu)選使用不大于70質(zhì)量份的弱導電性炭黑以防止半導電橡膠組合物的硬度的增加，這樣由半導電橡膠組合物組成的半導電輥不會損害其它接觸半導電輥的部件，從而防止其耐磨性的下降。以100質(zhì)量份的橡膠組分為基準，弱導電性炭黑的混合量優(yōu)選為不大于70質(zhì)量份，使得當電壓應(yīng)用于其上時，半導電輥具有較小的電壓波動，即，使半導電輥具有離子導電性。
從弱導電性炭黑與其它組分的混合特性考慮，以100質(zhì)量份的橡膠組分為基準，弱導電性炭黑的混合量優(yōu)選為10～60質(zhì)量份，并且進一步優(yōu)選為25～55質(zhì)量份。
脂肪酸處理的碳酸鈣比普通的碳酸鈣更活潑，因為脂肪酸存在于碳酸鈣的接觸面并且是潤滑劑。這樣脂肪酸處理的碳酸鈣可以易于可靠地實現(xiàn)較高的分散度。當極化行為被脂肪酸對碳酸鈣的處理促進后，由于上述兩種作用，橡膠中的類電容功能得到增加。這樣，半導電性橡膠組合物的介電損耗正切可以有效地降低。優(yōu)選脂肪酸處理的碳酸鈣粒子的表面完全被脂肪酸比如硬脂酸包裹。
以100質(zhì)量份的橡膠組分為基準，脂肪酸處理的碳酸鈣的混合量優(yōu)選為30～80質(zhì)量份，并且進一步優(yōu)選為40～70質(zhì)量份。以100質(zhì)量份的橡膠組分為基準，脂肪酸處理的碳酸鈣的混合量優(yōu)選至少為30質(zhì)量份，這樣可以基本顯示出降低半導電性橡膠組合物的介電損耗正切的效果。為了防止半導電的橡膠組合物的硬度增大以及其電阻的波動，以100質(zhì)量份的橡膠組分為基準，脂肪酸處理的碳酸鈣的混合量優(yōu)選為不大于80質(zhì)量份。
優(yōu)選在本發(fā)明的半導電輥的最外層表面形成氧化膜。氧化膜起到了介電層的作用，并且能夠降低半導電輥的介電損耗正切。因此介電損耗正切可以被控制在一個預(yù)先確定的范圍內(nèi)。氧化膜也起到了低摩擦層的作用。因此色粉容易從最外層分離。因此可以獲得高質(zhì)量的圖像。
優(yōu)選氧化膜具有大量的C＝O為基團或C-O基團。氧化膜是通過紫外線和/或臭氧照射最外層表面并氧化最外層表面而形成的。優(yōu)選通過紫外線照射最外層表面而形成氧化膜，因為使用紫外線可以縮短處理周期，并且降低形成氧化膜的成本。
形成氧化膜的處理可以根據(jù)已知的方法進行。例如，通過波長為100nm～400nm并且優(yōu)選為100nm～300nm的紫外線照射最外層表面30秒～30分鐘，并且優(yōu)選為1～10分鐘，期間旋轉(zhuǎn)半導電輥，盡管紫外線強度可以根據(jù)橡膠輥表面和紫外線照射燈之間的距離以及橡膠種類而變化。需要挑選紫外線照射強度和照射條件(時間、柜內(nèi)溫度和距離)，以符合可以將介電損耗正切調(diào)節(jié)到本發(fā)明中指定的范圍內(nèi)的條件。
當用紫外線照射最外層的表面時，以100質(zhì)量份的橡膠組分為基準，容易因紫外線而變質(zhì)的橡膠的含量優(yōu)選至多為50質(zhì)量份。當最外層的表面用紫外線照射時，將氯丁二烯和氯丁橡膠加入到橡膠組分中是非常有效的。
假設(shè)在氧化膜形成前，向其應(yīng)用50V的電壓時，半導電輥的電阻為R50，并且在氧化膜形成后，向其應(yīng)用50V的電壓時，其電阻為R50a，優(yōu)選log(R50a)-log(R50)＝0.2～1.5。通過將半導電輥的電阻設(shè)為上述范圍，可以使半導電輥具有更好的耐久度，減少操作時電阻的變化，減少對色粉的壓力，并且防止污染或損害電子成像感光器。因為半導電輥的電阻系數(shù)被設(shè)為50伏特的低電壓，該電壓穩(wěn)定地應(yīng)用于于半導電輥，所以可以捕獲到由形成氧化膜造成的輕微的電阻上升。log(R50a)-log(R50)的下限值進一步優(yōu)選為0.3，并且更進一步優(yōu)選為0.5。log(R50a)-log(R50)的上限值進一步優(yōu)選為1.2，并且更進一步優(yōu)選為1.0。
半導電輥表面的摩擦系數(shù)優(yōu)選為在0.1～1.0的范圍內(nèi)，進一步優(yōu)選為在0.1～0.8的范圍內(nèi)，并且更進一步優(yōu)選為在0.1～0.6的范圍內(nèi)。在這一范圍內(nèi)，可以改善色粉的靜電特性，并且防止色粉粘附于半導電輥的表面。假如半導電輥的摩擦系數(shù)大于1.0，會有較大的壓力比如較大的剪力作用于色粉。此外，與成像裝置的其它部件滑動接觸的一部分半導電輥具有較高的發(fā)熱值并且由于其間的摩擦會產(chǎn)生大量的磨損。另一方面，如果半導電輥的摩擦系數(shù)小于0.1，色粉會發(fā)生滑動從而難以傳輸足夠量的色粉以及使色粉充分荷電。
參照附圖4，半導電輥43的摩擦系數(shù)是通過將由裝置中的數(shù)字測力計41測量的數(shù)值代入歐拉等式來進行測量的。該裝置具有一個由IMADA有限公司制造的數(shù)字測力計(PPX-2T型)41、一個摩擦件(商品OHP薄膜，由聚酯組成，與半導電輥43的外圍表面相接觸，軸向長度為50mm)42、一個重20g的砝碼44和半導電輥43。
本發(fā)明的半導電輥的表面粗糙度Rz優(yōu)選至多為10μm，并且進一步優(yōu)選至多為8μm。通過將半導電輥的表面粗糙度Rz設(shè)置到在范圍內(nèi)，其表面凹和凸的部分的直徑小于色粉顆粒的直徑。這樣可以傳輸具有統(tǒng)一直徑的色粉，并且色粉的流動性較好。因而可以有效地給予色粉靜電特性。優(yōu)選表面粗糙度Rz較小，但是通常不小于1μm。當表面粗糙度Rz小于1μm時，色粉很難傳輸。
表面粗糙度Rz的測量符合日本工業(yè)標準JIS B 0601(1994)。
本發(fā)明的半導電輥具有色粉傳輸部，該色粉傳輸部具有傳輸位于其表面上色粉的功能。通過本發(fā)明的半導電輥傳輸?shù)纳蹟?shù)量沒有具體限定，但是半導電輥傳輸?shù)纳哿績?yōu)選為0.01～1.0mg/cm2。
色粉傳輸部的結(jié)構(gòu)沒有具體限定，只要其具有滿足上述條件的最外層。色粉傳輸部根據(jù)需要的特性可以具有多層結(jié)構(gòu)，比如雙層結(jié)構(gòu)。但色粉傳輸部優(yōu)選僅具有一層最外層。因此具有單層的色粉傳輸部的特性幾乎不會發(fā)生變化，并且可以以很低的成本制造。
本發(fā)明的半導電輥優(yōu)選具有一密封件以防止色粉滲漏?！懊芊饧辈粌H包括一個防止色粉滲漏的部件，而且還包括一些與半導電輥外圍表面滑動接觸的部件。
色粉密封部分優(yōu)選包含介電損耗正切調(diào)節(jié)劑以使介電損耗正切被設(shè)定為0.1～1.8。
本發(fā)明的半導電輥優(yōu)選用于辦公自動化用具比如激光束打印機、噴墨打印機、復(fù)印機、傳真機等等或ATM機的電子成像裝置的成像裝置。
其中，本發(fā)明的半導電輥優(yōu)選作為用于將非磁性單組分色粉傳輸?shù)诫娮映上窀泄馄鞯娘@影輥使用。用于電子成像裝置的成像裝置的顯影方法中，電子成像感光器和顯影輥之間關(guān)系的粗略分類，已知的有接觸型和非接觸型。本發(fā)明的半導電輥在兩種類型中都可以使用。本發(fā)明的作為顯影輥使用的半導電輥優(yōu)選與電子成像感光器相接觸。
除顯影輥之外，本發(fā)明的半導電輥還能作為用于均一地使電子成像鼓充電的充電輥使用，作為用于將色粉圖像從電子成像感光器傳送至傳送帶和紙張的轉(zhuǎn)印輥使用，作為用于傳輸色粉的色粉供應(yīng)輥，以及作為用于除去殘余色粉的清潔輥使用。
在本發(fā)明中，即使當使用具有高表面自由能的含有氯原子的橡膠組分使半導電輥為離子導電性時，通過將預(yù)定數(shù)量的氧化鈦添加到橡膠組分中，可以減少色粉與本發(fā)明的半導電輥的粘附性。
通過將氧化鈦添加到橡膠組分中而帶來的減少色粉粘附于半導電輥的效果，不受橡膠組分的種類和組合物、是否在最外層表面上形成氧化膜、半導電輥的特性(特別是介電損耗正切)、環(huán)境、以及打印情況的影響，即使在色粉與半導電輥相對兼容時也能夠長時間地保持。
因此當本發(fā)明的半導電輥作為電子成像裝置的成像裝置的顯影輥使用時，顯影輥使得印張具有穩(wěn)定的量，而不降低打印密度。


圖1所示是本發(fā)明的半導電輥的示意圖；圖2所示是本發(fā)明的半導電輥的電阻的一種測量方法；圖3所示是本發(fā)明的半導電輥的介電損耗正切的一種測量方法；以及圖4所示是本發(fā)明的半導電輥的摩擦系數(shù)的一種測量方法。
具體實施例方式
本發(fā)明的實施方式將結(jié)合附圖描述如下。
如圖1所示，作為顯影輥使用的半導電輥10具有厚度為0.5mm～15mm，優(yōu)選為3～8mm的圓筒狀色粉傳輸部1，通過壓合被插入半導電輥10的空心部分中的圓柱狀金屬軸2，以及用于防止色粉4滲漏的一副環(huán)狀密封部分3。使用導電粘合劑將色粉傳輸部1和金屬軸2彼此粘合。色粉傳輸部1的厚度被設(shè)為0.5mm～15mm的原因如下如果色粉傳輸部1的厚度小于0.5mm，難以獲得適當?shù)膴A持。假如色粉傳輸部1的厚度大于15mm，色粉傳輸部1過大，以至于難以減少安裝有顯影輥10的儀器尺寸和重量。氧化膜形成于色粉傳輸部1的最外層。
金屬軸2由金屬比如鋁、鋁合金、SUS不銹鋼和鐵或陶瓷制成。
密封部分3由無紡布比如特氟隆(注冊商標)或紙張制成。
本發(fā)明的半導電輥可以通過常規(guī)方法生產(chǎn)。
如圖1所示的半導電輥10的生產(chǎn)方法描述如下。
使用班伯里混合器捏合組成色粉傳輸部1的組分后，使用橡膠擠出機將所得的混合物制成管狀。制成的管狀體在160℃下硫化15～70分鐘后，將金屬軸2插入管狀體的中空部分，與其粘合，并且將其表面拋光。在管狀體截成預(yù)先確定的大小，適當?shù)貟伖庖孕纬奢仩?。使用硫化試驗流速?例如Curelastmeter)設(shè)定最佳的硫化時間。硫化溫度可以根據(jù)需要設(shè)為160℃左右。為了抑制電子成像感光器等的污染并且減少半導電橡膠組合物壓縮形變，優(yōu)選將條件設(shè)為能夠盡可能高地獲得硫化量?？梢酝ㄟ^將起泡劑添加到橡膠組分中形成導電發(fā)泡輥。
用水清洗輥后，在最外層表面上形成氧化膜。更具體地講，通過使用紫外線照射燈，用紫外線(波長184.9nm和253.7nm)照射最外層表面，沿圓周方向每隔90度照射五分鐘，并且紫外線照射燈與半導電輥10間隔10cm。將輥旋轉(zhuǎn)90度四次，使其全部外周表面(360度)形成氧化膜。
而組成色粉傳輸部1的組分，使用含有氯原子的樹脂或橡膠、氧化鈦、介電損耗正切調(diào)節(jié)劑、硫化劑和酸性接受劑。根據(jù)需要可以將不含氯原子的樹脂或橡膠加入到橡膠組分中。
而含有氯原子的樹脂或橡膠，可以將表氯醇共聚物和氯丁橡膠組合使用。假定橡膠組分總質(zhì)量為100質(zhì)量份，表氯醇共聚物的含量為25～50質(zhì)量份，而氯丁橡膠的含量為50～75質(zhì)量份。
而表氯醇共聚物，使用環(huán)氧乙烷-表氯醇-烯丙基縮水甘油醚三元共聚物。環(huán)氧乙烷、表氯醇和烯丙基縮水甘油醚之間的含量比為60～80mol％∶15～40mol％∶2～6mol％。
而氯丁橡膠，使用不包含硫的氯丁橡膠。
依照樹脂或橡膠不含氯原子的要求，向橡膠組分中添加聚醚共聚物。
而聚醚共聚物，使用環(huán)氧乙烷-環(huán)氧丙烷-烯丙基縮水甘油醚三元共聚物。環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷和烯丙基縮水甘油醚之間的含量比為80～95mol％∶1～10mol％∶1～10mol％。共聚物的數(shù)均分子量Mn優(yōu)選至少為10,000，進一步優(yōu)選至少為30,000，并且更進一步優(yōu)選至少為50,000。
當聚醚共聚物被添加到橡膠組分中時，表氯醇共聚物、聚醚共聚物和氯丁橡膠之間的混合比對于橡膠組分的總質(zhì)量而言，即以100質(zhì)量份的橡膠組分為基準，分別為15～40質(zhì)量份、5～20質(zhì)量份和40～80質(zhì)量份。
而氧化鈦使用金紅石型的氧化鈦。優(yōu)選使用主要由具有粒徑為0.3～0.5μm并且平均粒徑為0.3～0.5μm的顆粒組成的二氧化鈦。
100質(zhì)量份的含有氯原子的樹脂或橡膠中使用5～60質(zhì)量份的二氧化鈦。
弱導電性炭黑作為介電損耗正切調(diào)節(jié)劑使用。優(yōu)選使用的弱導電性炭黑的初級粒子直徑為100～250nm并且呈球形或接近球形。優(yōu)選使用的弱導電性炭黑的碘吸收量為10～40mg/g，并且進一步優(yōu)選為10～30mg/g，并且DBP油吸收量為25～90ml/100g，并且優(yōu)選為25～55ml/100g。以100質(zhì)量份的橡膠組分為基準，弱導電性炭黑的混合量優(yōu)選為20～70質(zhì)量份。
而硫化劑可以使用硫基硫化劑、硫脲基硫化劑、三嗪衍生物、過氧化物和單體。這些硫化劑能單獨使用或者兩個或更多組合使用。而硫基硫化劑可以使用硫粉末、含硫有機化合物比如四甲基秋蘭姆二硫化物、N，N-二硫代雙嗎啉等。而硫脲基硫化劑可以使用四甲基硫脲、三甲基硫脲、亞乙基硫脲、以及由(CnH2n+1NH)2C＝S(n為1～10的整數(shù))所示的硫脲。而過氧化物的例子有過氧化苯甲酰。
以100質(zhì)量份的橡膠組分為基準，硫化劑的混合量優(yōu)選為不小于0.2質(zhì)量份，也不大于5質(zhì)量份，并且優(yōu)選為不小于1質(zhì)量份也不大于3質(zhì)量份。
在本發(fā)明中，優(yōu)選組合使用硫和硫脲作為硫化劑。
以100質(zhì)量份的橡膠組分為基準，硫的混合量優(yōu)選為不小于0.1質(zhì)量份不大于5.0質(zhì)量份，并且進一步優(yōu)選為不小于0.2質(zhì)量份不大于2質(zhì)量份。以100質(zhì)量份的橡膠組分為基準，當硫的混合量小于0.1質(zhì)量份時，整體橡膠組合物的硫化速度緩慢，如此生產(chǎn)力低下。另一方面，以100質(zhì)量份的橡膠組分為基準，當硫的混合量大于5.0質(zhì)量份時，橡膠組合物的壓縮形變可能過高，并且硫和硫化促進劑會霜化。
以100g的橡膠組分為基準，硫脲的混合量優(yōu)選為不小于0.0009mol不大于0.0800mol，并且進一步優(yōu)選為不小于0.0015mol不大于0.0400mol。通過在上述范圍內(nèi)將硫脲與橡膠組分混合，霜化以及電子成像感光器的污染幾乎不會發(fā)生，并且進一步地，橡膠的分子運動幾乎不受干擾。這樣使得橡膠組分具有較低的電阻。由于增加硫脲的添加量會增加交聯(lián)密度，橡膠組合物的電阻可以減小。也就是說，以100g的橡膠組分為基準，當硫脲的混合量小于0.0009mol時，很難改善橡膠組合物的壓縮形變并減少其電阻。另一方面，以100g的橡膠組分為基準，當硫脲的混合量大于0.0800mol時，硫脲會在橡膠組合物表面霜化，并且污染電子成像感光器，而且使橡膠組合物的機械性能比如斷裂伸長有變差的趨勢。
根據(jù)硫化劑的種類，可以在橡膠組分中加入硫化促進劑或硫化促進助劑。
而硫化促進劑可以使用無機促進劑比如消石灰、氧化鎂(MgO)和氧化鉛(PbO)；和如下所示的有機促進劑。有機促進劑包括胍比如二鄰甲苯基胍、1，3-二苯胍、1-鄰甲苯基胍、二鄰甲苯基胍-二兒茶酚硼酸鹽；噻唑比如2-巰基苯并噻唑、二苯并噻唑二硫化物；亞磺酰胺比如N-環(huán)己基-2-苯并噻唑亞磺酰胺；秋蘭姆比如四甲基秋蘭姆一硫化物、四甲基秋蘭姆二硫化物、四乙基秋蘭姆二硫化物、以及雙五亞甲基秋蘭姆四硫化物；和硫脲。上述物質(zhì)可以單獨或組合使用。
以100質(zhì)量份的橡膠組分為基準，硫化促進劑的混合量優(yōu)選為不小于0.5不大于5質(zhì)量份，并且進一步優(yōu)選為不小于0.5不大于2質(zhì)量份。
可以使用下列硫化促進助劑金屬氧化物比如鋅白；脂肪酸比如硬脂酸、油酸、棉籽脂酸等等；以及已知的硫化促進助劑。
以100質(zhì)量份的橡膠組分為基準，硫化促進劑的添加量優(yōu)選為不小于0.5不大于10質(zhì)量份，并且進一步優(yōu)選為不小于2不大于8質(zhì)量份。
本發(fā)明的半導電橡膠組合物包含一種酸接受劑，因為半導電橡膠組合物包含含有氯原子的樹脂或橡膠。通過使用包含酸接受劑的半導電橡膠組合物，可以防止硫化操作中產(chǎn)生的氯氣殘留，并且防止電子成像感光器被污染。
而酸接受劑可以使用多種物質(zhì)作為酸受體。而酸接受劑，可以優(yōu)選使用水滑石或氧化鎂，因為它們具有很好的分散度。進一步優(yōu)選為水滑石。通過將水滑石與氧化鎂或氧化鉀組合使用，可以獲得較高的酸性接受的效果。因此可以確保防止電子成像感光器受到污染。
以100質(zhì)量份的橡膠組分為基準，酸接受劑的混合量優(yōu)選為不小于1不大于10質(zhì)量份，并且進一步優(yōu)選為不小于1不大于10質(zhì)量份。以100質(zhì)量份的橡膠組分為基準，酸接受劑的混合量優(yōu)選至少為1重量份，以使酸接受劑有效地顯示出防止抑制硫化操作的效果，和防止污染電子成像感光器的效果。以100質(zhì)量份的橡膠組分為基準，酸接受劑的混合量優(yōu)選至多為10質(zhì)量份，以防止半導電橡膠組合物的硬度增加。
除了上述組分之外，色粉傳輸部1優(yōu)選包含氧化鋁。通過將具有高導熱率的氧化鋁用于色粉傳輸部1，可以將在密封部分3和色粉傳輸部1的外周表面之間摩擦產(chǎn)生的熱量很快地分散到整個色粉傳輸部1。這樣傳輸?shù)缴蹅鬏敳?內(nèi)部的熱量可以通過由金屬制成的金屬軸2向外發(fā)散，并且自包含氧化鋁的色粉傳輸部1的表面消散。因此可以抑制密封部分3由于密封部分3和色粉傳輸部1之間的滑動摩擦產(chǎn)生的熱量而受到促進的磨損。因此可以長時間有效地防止色粉的滲漏。此外，因為色粉傳輸部1沒有被在滑動接觸部分產(chǎn)生的熱量加熱到較高溫度，可以防止組成聚合色粉的熱塑樹脂熔化，以及防止其顆粒直徑或邊緣變大，因而彼此粘接并且變成角狀的顆粒。因此可以將密封部分3和色粉傳輸部1的耐久度提高到很高的程度。通過在橡膠組分中添加氧化鋁，進一步提高了氧化鈦的混合效率。例如，氧化鈦幾乎不會在橡膠表面上被作為外來物質(zhì)發(fā)現(xiàn)。
氧化鋁是鋁的氧化物(AL2O3)。加入到100質(zhì)量份橡膠組分中的氧化鋁的加入量優(yōu)選為3～50質(zhì)量份。加入到100質(zhì)量份橡膠組分中的氧化鋁的加入量進一步優(yōu)選為5～30質(zhì)量份，并且加入到100質(zhì)量份橡膠組分中的氧化鋁的加入量更進一步優(yōu)選為8～25質(zhì)量份。氧化鋁的含量為3～50質(zhì)量份的原因如下如果氧化鋁的含量小于3質(zhì)量份，很難獲得使由密封部分3和色粉傳輸部1之間的滑動摩擦產(chǎn)生的熱量擴散的效果。另一方面，如果氧化鋁的含量大于50質(zhì)量份，由于其硬度增加，色粉傳輸部1變得太硬，并且促進色粉的變質(zhì)。此外，用于打磨色粉傳輸部1表面的磨料的耐久度下降。這樣就需要重新涂上磨料。通過將氧化鋁的含量設(shè)為不大于30質(zhì)量份，氧化鋁可以與用于調(diào)整介電損耗正切的填料較好地混合。
優(yōu)選不小于80％的本發(fā)明中使用的氧化鋁顆粒的直徑為不大于1μm。進一步優(yōu)選不小于50％的顆粒直徑為不大于0.5μm。通過使用粒徑較小的氧化鋁，可以使它們均勻地分散并由此改善散熱效果，并且易于確保色粉傳輸部1表面的均一性。
除了上述組分之外，半導電橡膠組合物還可以包含下列添加劑，除非其使用不符合本發(fā)明的目塑化劑、操作助劑、抗降解劑、填充料、防焦劑、紫外線吸收劑、潤滑劑、顏料、抗靜電劑、阻燃劑、中和劑、成核劑、消沫劑和交聯(lián)劑。
而增塑劑可以使用鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)、鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)、三甲苯磷酸酯和石蠟。而工藝助劑可以使用脂肪酸比如硬脂酸。以100質(zhì)量份的橡膠組分為基準，塑化劑的混合量優(yōu)選為不超過5質(zhì)量份，以防止當色粉傳輸部最外層形成氧化膜時發(fā)生滲漏，并且防止當半導電輥被安裝于打印機等時以及操作打印機時電子成像感光器被污染。在這方面，使用極性蠟作為塑化劑效果最好。
而抗降解劑能夠使用多種抗老化劑和抗氧化劑。當抗氧化劑作為抗降解劑使用時，優(yōu)選適當?shù)剡x擇其混合量，以有效地在色粉傳輸部最外層形成氧化膜。
可以使用下面的粉狀填充料氧化鋅、二氧化硅、炭、炭黑、粘土、滑石、碳酸鈣、碳酸鎂、氫氧化鋁和氧化鋁。包含填充劑的橡膠組合物會具有更高的機械強度等。
以100質(zhì)量份的橡膠組分為基準，填充劑的混合量優(yōu)選至多為60質(zhì)量份并且進一步優(yōu)選至多為50質(zhì)量份。除了上述作用以外，弱導電炭黑和氧化鋁也可以作為填充劑使用。
而防焦劑可以使用N-(環(huán)己基硫代)鄰苯二甲酰亞胺、鄰苯二甲酸酐、N-亞硝基二苯胺、2，4-二苯-4-甲基-1-戊烯。優(yōu)選使用N-(環(huán)己基硫代)鄰苯二甲酰亞胺。這些防焦劑能夠單獨或兩個或更多組合使用。以100質(zhì)量份的橡膠組分為基準，防焦劑的混合量優(yōu)選為不小于0.1不大于5質(zhì)量份，并且進一步優(yōu)選為不小于0.1不大于1質(zhì)量份。
當以100Hz的頻率應(yīng)用電壓為5V的交流電時，本發(fā)明的半導電輥的介電損耗正切為0.1～1.8。可以給予色粉較高的靜電特性，并且維持給予的靜電特性。
假定對其應(yīng)用100V的電壓，本發(fā)明的半導電輥的電阻為105～107Ω。
在本發(fā)明中，色粉對半導電輥的粘附性非常低，并且色粉可以通過靜電力(庫侖力)有效地移動。因此當將本發(fā)明的半導電輥加入打印機作為顯影輥時，印張傳輸密度不會下降，即使將5％的印字圖像印刷了2000頁后。更具體地講，假定純黑色圖像的第一印張的傳輸密度是C0，并且用5％印字印刷了2,000張紙后，純黑色圖像印張的傳輸密度為C2000，那么C2000/C01≥1。
·實施例1～8和對照例1～33使用班伯里混合器捏合如表1所示的組分(表1中所示數(shù)值代表質(zhì)量份)。然后將捏合的組分通過橡膠擠壓機擠壓獲得管狀體，該管狀體的外徑為φ22mm而內(nèi)徑為φ9mm～φ9.5mm。將該管狀體安裝到φ8mm的用于硫化的軸上。在硫化器中將橡膠組分在160℃下硫化1小時后，將該管狀體安裝到一直徑φ10mm并且涂有導電粘合劑的軸上。該管狀體和軸在160℃的烘箱里彼此粘合。截去管狀體兩端后，在圓柱狀打磨機上進行來回研磨。此后將該管狀體的表面進行鏡面拋光，將其表面粗糙度Rz設(shè)為在3～5μm的范圍內(nèi)。按照日本工業(yè)標準JIS B 0601(1994)測量表面粗糙度Rz。結(jié)果制得直徑為φ20mm(公差0.05mm)的各個實施例和對照例的半導電輥。
將各個半導電輥的表面進行清洗后，用紫外線照射其表面以在其上形成氧化層。通過使用紫外線照射燈(Sen Lights公司制造的“PL21-200”)，用紫外線(波長184.9nm和253.7nm)照射各個半導電輥的表面，在其圓周方向每隔90度照射5分鐘，并且紫外線照射燈與半導電輥的距離為10cm。將各個半導電輥旋轉(zhuǎn)4次，每次90度，從而在整個外周表面(360度)形成氧化膜。
表1


而各個實施例和各個對照例的半導電輥的組分，使用下列物質(zhì)(a)橡膠組分·氯丁橡膠“Shoprene WRT”，購自Showa Denko K.K·表氯醇共聚物“Epion ON301”，購自Daiso有限公司EO(環(huán)氧乙烷)/EP(表氯醇)/AGE(烯丙基縮水甘油醚)＝73mol％/23mol％/4mol％·聚醚共聚物“Zeospan ZSN8030”，購自Zeon公司EO(環(huán)氧乙烷)/PO(環(huán)氧丙烷)/AGE(烯丙基縮水甘油醚)＝90mol％/4mol％/6mol％(b)其它組分·氧化鈦“Kurunos KR310”，購自Titanium Kogyo公司比重4.2，主要由直徑為0.3～0.5μm的粒子組成·弱導電性炭黑“Asahi#15”，購自Asahi Carbon有限公司平均初級粒子直徑120nmDBP油吸收量29ml/100g碘吸收量14mg/g·水滑石(酸性接受劑)“DHT-4H-2”，購自Kyowa化學工業(yè)有限公司·硫粉末(硫化劑)·亞乙基硫脲(硫化劑)“Accel 22-S”，購自Kawaguchi化學工業(yè)有限公司根據(jù)下述方法測量實施例和對照例的半導電輥的特性。結(jié)果如表1所示。
·測定輥的電阻為了測定各個輥的電阻，如圖2所示，將穿插了金屬軸2的色粉傳輸部1安裝于鋁鼓13上，使色粉傳輸部1與鋁鼓13相接觸。將與電源14的正極一側(cè)相連的內(nèi)阻為r(100Ω)的導線的一端與鋁鼓13一端的表面連接。將與電源14的負極一側(cè)相連的導線的另一端與色粉傳輸部1的另一端的表面連接。
檢測應(yīng)用于內(nèi)阻為r的導線的電壓V。假定應(yīng)用于裝置的電壓為E，那么輥的電阻R為R＝r×E/(V-r)。但由于-r一項極小，故R＝r×E/V。在金屬軸2的兩端加上500g的負荷F。在輥上應(yīng)用100V的電壓E，同時使輥在30rpm下旋轉(zhuǎn)。在4秒鐘內(nèi)測量100次可檢測到的電壓V。用上述公式計算電阻R。該測量是在23℃的恒溫和55％的恒濕下進行的。
在表1中，電阻顯示為log 100R。
·測定輥的介電損耗正切如圖3所示，將色粉傳輸部1置于分別充當電極的金屬軸2和金屬板53上，將100Hz～100kHz的交流電壓應(yīng)用于色粉傳輸部1。用LCR三用表(AG-4311B，由Ando Electric有限公司制造)在23℃的恒溫和55％的恒濕下分別測量R(電阻)和C(電容)。使用下列等式通過R和C值計算介電損耗正切。
介電損耗正切(tanδ)＝G/(ωC)，G＝1/R當把輥的電性能設(shè)計成輥電阻的并聯(lián)等效電路和輥電容的并聯(lián)等效電路時，介電損耗正切計算為G/ωC。該實施例中，當5V的交流電壓以100Hz的頻率應(yīng)用于半導電輥時，設(shè)定介電損耗正切值。以5V的低電壓應(yīng)用于半導電輥的原因在于色粉顯示出接近于在色粉從顯影輥轉(zhuǎn)移到其次的工序，即電子成像感光器時產(chǎn)生的電壓波動的行為。
該實施例中，介電損耗正切被調(diào)節(jié)為0.5～1.0。
·色粉與半導電輥的粘附性評估為了測定色粉與半導電輥的粘附性，將各個實施例和對照例的半導電輥作為顯影輥安裝到激光打印機(商品打印機，使用無磁單組分色粉)上。通過設(shè)定輸出為圖像的色粉變化量，即以色粉沉積到印張上的數(shù)量變化作為指標，評估各個半導電輥的性能。色粉沉積到印張上的數(shù)量可以通過檢測如下所示的傳輸密度來測量。
更具體地講，在打印了純黑色圖像后，傳輸密度是使用反射透射光密度計(TECHKON公司生產(chǎn)的“Techkon densitometer RT120/light tabléLP20”)，以每個得到的印張上特定的5個點來檢測的。測量的傳輸密度的平均值被設(shè)為評估值(表1中表示為“C0”)。
類似于上述方式，也測量了在2,000份印張上打印5％的純黑色圖像后的傳輸密度。測量的傳輸密度的平均值被設(shè)為評估值(表1中表示為“C2000”)。在打印了2,000份紙張后測量傳輸密度的原因在于在2,000份紙張打印時，磨合已經(jīng)完成。
由獲得的數(shù)值算出比率的變化(％)＝C2000/C0。
·色粉荷電量的評估如下所述地進行色粉荷電量的評估，以檢查色粉荷電量的變化是否影響了按照上述方式測量的印張傳輸密度的變化。
更具體地講，在打印了純白色圖像(白紙)后，將墨盒從激光打印機中取出。此后使用吸收型荷電量測量機(Treck公司生產(chǎn)的“Q/M METER Model 21OHS-2”)在上面從安裝于濾筒的顯影輥上吸收色粉，以測量荷電量(μC)和色粉重量(g)。計算出單位重量的靜電量(表1中表示為“T0”)作為色粉的荷電量(μC/g)。也就是說，色粉荷電量(μC/g)＝荷電量(μC)/色粉重量(g)。
打印2,000張純白色圖像(白紙)。此后根據(jù)與上述方式類似的方式測量色粉荷電量(表1中表示為“T2000”)。
眾所周知，色粉使用越多，色粉荷電量就越低，并且色粉在印張上沉積量就越高，換言之，印張上的傳輸密度就越高。發(fā)生這一現(xiàn)象的原因如下顯影輥的電位和電子成像感光器的電位之間的電位差被色粉的荷電量所補償，并且上述電位差與色粉的荷電量成正比，即，色粉荷電量(μC/g)×色粉重量(g)。因此只要顯影輥和電子成像感光器間的電位差恒定，當色粉的荷電量減少時，色粉重量就增加。
在對照例1和2中，雖然色粉荷電量減少到一定程度，印張的傳輸密度并沒有增加反而減少。這是因為一部分色粉粘附到了顯影輥上。
另一方面，在實施例1至7中，印張的傳輸密度增加了。這可以證明，與對照例1和2不同，沒有發(fā)生色粉粘附于顯影輥的現(xiàn)象。
權(quán)利要求
1.一種含有色粉傳輸部的半導電輥，所述色粉傳輸部的最外層主要由樹脂或橡膠形成，其特征在于，所述樹脂或所述橡膠包括含有氯原子的樹脂或橡膠，并且以100質(zhì)量份所述樹脂或橡膠為基準，還含有3～60質(zhì)量份的氧化鈦。
2.如權(quán)利要求1所述的半導電輥，其特征在于，其具有離子導電性。
3.如權(quán)利要求1所述的半導電輥，其特征在于，組成所述最外層的所述樹脂或所述橡膠進一步含有介電損耗正切調(diào)節(jié)劑，當施以100Hz的5V交流電時，所述半導電輥的介電損耗正切被設(shè)為在0.1～1.8的范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求2所述的半導電輥，其特征在于，組成所述最外層的所述樹脂或所述橡膠進一步含有介電損耗正切調(diào)節(jié)劑，當施以100Hz的5V交流電時，所述半導電輥的介電損耗正切被設(shè)為在0.1～1.8的范圍內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1所述的半導電輥，其特征在于，所述色粉傳輸部最外層的表面上形成有氧化膜。
6.如權(quán)利要求2所述的半導電輥，其特征在于，所述色粉傳輸部最外層的表面上形成有氧化膜。
7.如權(quán)利要求3所述的半導電輥，其特征在于，所述色粉傳輸部最外層的表面上形成有氧化膜。
8.如權(quán)利要求1所述的半導電輥，其特征在于，含有所述氯原子的所述樹脂或所述橡膠主要包括氯丁橡膠。
9.如權(quán)利要求1所述的半導電輥，其特征在于，含有所述氯原子的所述樹脂或所述橡膠主要包括表氯醇共聚物。
10.如權(quán)利要求1所述的半導電輥，其特征在于，其作為安裝于電子成像裝置的成像裝置內(nèi)的、使用末磁化的單組分色粉的顯影裝置中的顯影輥使用。
全文摘要
一種包含有色粉傳輸部的半導電輥，所述色粉傳輸部的最外層主要由樹脂或橡膠形成，其中樹脂或橡膠包括含有氯原子的樹脂或橡膠，并且以100質(zhì)量份所述樹脂或橡膠為基準，還含有3～60質(zhì)量份的氧化鈦。
文檔編號G03G15/08GK1912773SQ20061010877
公開日2007年2月14日 申請日期2006年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月8日
發(fā)明者水本善久, 人見則明, 村上博俊, 張亞軍 申請人:住友橡膠工業(yè)株式會社