CN100489680C - 导电辊和包括该导电辊的成像设备 - Google Patents

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Abstract

在包括金属轴和在其上形成的弹性层的导电辊中，该弹性层包含一价四氟硼酸盐。

Description

导电辊和包括该导电辊的成像设备
技术领域
本发明涉及具有金属轴和弹性层的导电辊和包括该导电辊的成像设备，以及更特别地涉及抑制金属轴中生锈的导电辊。
背景技术
通常，辊形导电部件即导电辊通常在电子照相类型的成像设备如复印机、传真机、打印机等中用作显影辊、充电辊、调色剂进料辊、转印辊、进纸辊、清洁辊、定影用压力辊等。导电辊通常包括轴和布置在轴外围上的弹性层。
由于导电辊的轴通常由金属制成，因此将它进行防锈处理。尽管铬酸盐处理通常作为金属轴防锈处理的传统方法，但随着近来增加的对环境和健康的兴趣，研究了其它处理。然而，其它处理在防锈效果中不足够，使得它们的问题是容易在金属轴表面上生锈。
此外，使用组合物作为导电辊的弹性层，该组合物使用弹性体如聚氨酯、硅橡胶、丙烯腈-丁二烯橡胶(NBR)、三元乙丙橡胶(EPDM)、表氯醇橡胶(ECO)等，或通过发泡作为主要组分的这样的弹性体和为提供电导率加入电子导电剂如炭黑等和离子导电剂如高氯酸盐、季铵盐等形成的泡沫。当电子导电剂如炭黑等用于弹性层时，存在的问题是弹性层的电导率极大地依赖于环境。另一方面，当离子导电剂用于弹性层时，存在的优点是弹性层的电导率对环境依赖性可以降低(参见JP-A-H10-10764)。
发明内容
然而，作为发明人研究的结果，已经发现由于传统用作离子导电剂的高氯酸盐或季铵盐的氧化力强，因此如果包括金属轴和加入这样离子导电剂的弹性层的导电辊在高温度和高湿度条件下静置，则存在的问题是在轴表面上生锈。当在轴表面上生锈时，存在的问题是在轴和弹性层之间的粘合劣化，此外弹性层从轴剥落以引起辊的差的电导率和有缺陷形状。
因此本发明的目的是解决传统技术的上述问题和提供包括金属轴和弹性层及在高温度和高湿度条件下抑制金属轴上生锈的导电辊。此外，本发明的另一个目的是提供包括这样导电辊和由于防止辊的差电导率和有缺陷形状而能够稳定地形成良好图像的成像设备。
本发明人已进行了各种研究以达到上述目的，并发现将弱氧化性的一价四氟硼酸盐选择作为离子导电剂以加入导电辊中的弹性层，该导电辊包括金属轴和由聚氨酯泡沫或聚氨酯弹性体组成的弹性层，因此在金属轴表面上不产生锈和可以防止导电辊的差电导率和有缺陷形状，即使是将导电辊在高温度和高温度条件下静置，结果完成了本发明。
即，根据本发明的导电辊包括金属轴和在金属轴外围上形成的并由聚氨酯泡沫或聚氨酯弹性体组成的弹性层，其特征在于弹性层包含一价四氟硼酸盐。
在根据本发明的导电辊的优选实施方案中，一价四氟硼酸盐是选自由如下物质组成的组的至少一种：四氟硼酸锂、四氟硼酸钠和四氟硼酸钾。
在根据本发明的导电辊的另一个优选实施方案中，弹性层由预聚物方法使用聚氨酯原材料形成，该聚氨酯原材料包括1-50质量份多元醇和0.1-10质量份一价四氟硼酸盐，基于100质量份从多元醇和多异氰酸酯合成的氨基甲酸酯预聚物。
在根据本发明的导电辊的另一个优选实施方案中，弹性层由一步法使用聚氨酯原材料形成，该聚氨酯原材料包括1-50质量份多异氰酸酯和0.1-10质量份一价四氟硼酸盐，基于100质量份多元醇。
在根据本发明的导电辊的其它优选实施方案中，弹性层是聚氨酯泡沫，该聚氨酯泡沫采用机械搅拌通过发泡聚氨酯原材料获得。
同样，根据本发明的成像设备的特征为包括上述导电辊。优选导电辊用作显影辊、充电辊、调色剂供应辊和转印辊的至少一种。
根据本发明，可以提供包括金属轴和由聚氨酯泡沫或聚氨酯弹性体组成、包含一价四氟硼酸盐作为离子导电剂并在高温度和高温度条件下抑制金属轴上生锈的弹性层的导电辊。此外，可以提供包括这样的导电辊并且能够稳定地形成良好图像的成像设备。
附图说明
图1是在根据本发明的成像设备的实施方案区段中部分显示的示意图。
具体实施方式
<导电辊>
以下详细描述根据本发明的导电辊。根据本发明的导电辊包括金属轴和在金属轴外围上形成的并由聚氨酯泡沫或聚氨酯弹性体组成的弹性层，其中弹性层包含一价四氟硼酸盐。根据本发明的导电辊的弹性层由于它包含离子导电剂，因而电导率对环境的依赖性小。同样，根据本发明的导电辊的弹性层包含弱氧化性一价四氟硼酸盐作为离子导电剂，使得锈几乎不在金属轴表面上产生，即使是将辊在高温度和高温度条件下长时间静置。因此，可以消除严重影响环境的铬酸盐处理。
在本发明的导电辊中，金属轴的材料不特别受限制，只要它具有良好的电导率，并包括例如铁、不锈钢、铝等即可。同样，金属轴可以是由金属实心体或中空金属圆筒体制成的芯金属。
根据本发明的导电辊的弹性层由包含一价四氟硼酸盐的聚氨酯泡沫或聚氨酯弹性体组成，并可进一步包含已知添加剂如催化剂、泡沫稳定剂、电子导电剂等。
弹性层可以由预聚物方法使用包含氨基甲酸酯预聚物和多元醇的聚氨酯原材料或由一步法使用包含多元醇和多异氰酸酯的聚氨酯原材料形成。此外，在形成由聚氨酯泡沫组成的弹性层的情况下，它优选采用机械搅拌通过发泡聚氨酯原材料而形成(机械喷沫方法)
用作聚氨酯原材料的多元醇是具有多个羟基的化合物。作为多元醇具体提及聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚四亚甲基二醇、聚丁二烯多元醇、烯化氧改性的聚丁二烯多元醇、聚异戊二烯多元醇等。例如，可以通过将烯化氧如环氧乙烷、环氧丙烷等加成到多醇如乙二醇、丙二醇、甘油等中获得聚醚多元醇。同样，例如可以从多醇如乙二醇、二甘醇、1，4-丁二醇、1，6-己二醇、丙二醇、三羟甲基乙烷、三羟甲基丙烷等和多元羧酸如己二酸、戊二酸、丁二酸、癸二酸、庚二酸、辛二酸等获得聚酯多元醇。这些多元醇可以单独或以两种或多种的组合使用。
可以用作聚氨酯原材料的多异氰酸酯是具有多个异氰酸酯基团的化合物。作为多异氰酸酯具体提及甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、粗二苯基甲烷二异氰酸酯(粗MDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、氢化二苯基甲烷二异氰酸酯、氢化甲苯二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯(HDI)，以及它们的异氰脲酸酯改性化合物、碳二亚胺改性化合物、二醇改性化合物等。这些多异氰酸酯可以单独或以两种或多种的组合使用。
可以用作聚氨酯原材料的氨基甲酸酯预聚物从多元醇和多异氰酸酯合成。在氨基甲酸酯预聚物的合成中，为了任何目的可以合适地选择多元醇对多异氰酸酯的比例。在氨基甲酸酯预聚物中，NOC(异氰酸酯基团)含量优选为1-10％的范围内。
优选合适地选择多异氰酸酯或氨基甲酸酯预聚物的数量使得多异氰酸酯或氨基甲酸酯预聚物的异氰酸酯基团(NCO)对多元醇的羟基(OH)的比例(NCO/OH)为90/100-120/100的范围内。
要求根据本发明的导电辊的弹性层包含一价四氟硼酸盐。作为一价四氟硼酸盐，从改进弹性层电导率的效果的观点来看优选的是碱金属四氟硼酸盐，特别是优选四氟硼酸锂(LiBF4)、四氟硼酸钠(NaBF4)和四氟硼酸钾(KBF4)。这些一价四氟硼酸盐可以单独或以两种或多种的组合使用。
当弹性层由预聚物方法形成时，要使用的聚氨酯原材料优选包含1-50质量份多元醇和0.1-10质量份一价四氟硼酸盐，基于100质量份氨基甲酸酯预聚物。同样，当弹性层由一步法形成时，要使用的聚氨酯原材料优选包含1-50质量份多异氰酸酯和0.1-10质量份一价四氟硼酸盐，基于100质量份多元醇。当一价四氟硼酸盐的使用量小于0.1质量份时，不能足够降低弹性层对环境的依赖性，而当它超过10质量份时，一价四氟硼酸盐分离出来而不溶于聚氨酯，因此可以引起外径精度劣化的担忧。
除氨基甲酸酯预聚物、多元醇、多异氰酸酯和一价四氟硼酸盐以外，聚氨酯原材料可进一步包含催化剂、泡沫稳定剂、电子导电剂等。
可以用作聚氨酯原材料的催化剂是用于氨基甲酸酯化反应的催化剂。作为催化剂具体提及有机锡化合物如二月桂酸二丁基锡、二乙酸二丁基锡、硫代羧酸二丁基锡、二马来酸二丁基锡、硫代羧酸二辛基锡、辛酸锡等；有机铅化合物如辛酸铅等；一元胺如三乙胺、二甲基环己胺等；二元胺如四甲基乙二胺、四甲基丙二胺、四甲基己二胺等；三元胺如五甲基二亚乙基三胺、五甲基二亚丙基三胺、四甲基胍等；环状胺如三亚乙基二胺、二甲基哌嗪、甲基乙基哌嗪、甲基吗啉、二甲基氨基乙基吗啉、二甲基咪唑等；醇胺如二甲基氨基乙醇、二甲基氨基乙氧基乙醇、三甲基氨基乙基乙醇胺、甲基羟乙基哌嗪、羟乙基吗啉等；醚胺如双(二甲基氨基乙基)醚、乙二醇双(二甲基)氨基丙基醚等。在它们中，优选有机锡化合物。这些催化剂可以单独或以两种或多种的组合使用。催化剂的使用量在一步法中优选为0.01-5质量份的范围内，基于100质量份的多元醇；在预聚物方法中优选为0.01-5质量份的范围内，基于100质量份的氨基甲酸酯预聚物。此外，锡基催化剂可由于它的高活性而促进反应，尽管加入数量少，而当使用胺基催化剂时，加入数量必须大。
作为可以用作聚氨酯原材料的泡沫稳定剂，提及硅氧烷基泡沫稳定剂如聚醚改性的硅油等、以及离子表面活性剂、非离子表面活性剂等。泡沫稳定剂的使用量在一步法中优选为3-10质量份的范围内，基于100质量份的多元醇，在预聚物方法中优选为3-10质量份的范围内，基于100质量份的氨基甲酸酯预聚物。
作为可以用作聚氨酯原材料的电子导电剂，提及导电碳如Ketjen黑、乙炔黑等；用于橡胶的炭黑如SAF、ISAF、HAF、FEF、GPF、SRF、FT、MT等；用于由氧化而处理的着色剂的炭黑等；热解炭黑、天然石墨、人造石墨；金属氧化物如锑掺杂的氧化锡、ITO、氧化锡、氧化钛、氧化锌等；金属如镍、铜、银、锗等；导电聚合物如聚苯胺、聚吡咯、聚乙炔等；导电晶须如碳晶须、石墨晶须、碳化钛晶须、导电钛酸钾晶须、导电钛酸钡晶须、导电氧化钛晶须、导电氧化锌晶须等。电子导电剂的使用量在一步法中优选为1-5质量份的范围内，基于100质量份的多元醇，在预聚物方法中优选为1-5质量份的范围内，基于100质量份的氨基甲酸酯预聚物。此外，根据本发明的导电辊可不包含电子导电剂作为导电剂，或可仅包含一价四氟硼酸盐作为导电剂。
通过混合一价四氟硼酸盐和电子导电剂，弹性层优选具有102-107Ω的电阻值。例如当弹性层的电阻值小于102Ω时，如果导电辊用作显影辊，电荷可泄漏到感光鼓等，或显影辊自身可由于电压而被破坏，而当它超过107Ω时，容易出现雾。
例如，根据本发明的导电辊可以由如下方式制造：在混合和搅拌的同时，将聚氨酯原材料注入具有所需形式的模具，其中将金属轴布置在它的中心部分，然后固化它。此外，树脂层等可以在导电辊的外表面上形成。
<成像设备>
根据本发明的成像设备的特征为包括上述导电辊，其中导电辊优选用作显影辊、充电辊、调色剂供应辊和转印辊的至少一种。根据本发明的成像设备不特别受限制，只要它包括导电辊，并可以根据已知方法制造即可。
以下参考图1详细描述根据本发明的成像设备。用图解说明的成像设备包括载有静电潜像的感光鼓1，靠近(图中上侧)感光鼓1布置和对感光鼓1充电的充电辊2，提供调色剂3的调色剂进料辊4，布置在调色剂进料辊4和感光鼓1之间的显影辊5，靠近(图中上侧)显影辊5布置的成层刀片6，靠近(图中下侧)感光鼓1布置的转印辊7，和邻近感光鼓1布置的清洁部分8。此外，根据本发明的成像设备可进一步包括通常用于成像设备的已知元件(未显示)。在用图解说明的成像设备中的充电辊2、调色剂进料辊4、显影辊5和转印辊7分别包括轴2A，4A，5A，7A和在轴外围上形成的弹性层2B，4B，5B，7B。
在图解说明的成像设备中，充电辊2与感光鼓1接触，在感光鼓1和充电辊2之间施加电压以将感光鼓1在恒定电势下充电，然后在感光鼓1上由曝光机(未显示)形成静电潜像。接着，通过以图中箭头所示的方向旋转感光鼓1、调色剂进料辊4和显影辊5，通过显影辊5将调色剂3从调色剂进料辊4提供到感光鼓1。由成层刀片6使显影辊5上的调色剂3成为均匀薄层，同时由于显影辊5和感光鼓1彼此接触旋转，将调色剂3从显影辊5附着到感光鼓1上的静电潜像以显现潜像。由转印辊7将附着到潜像的调色剂3转印到记录介质如纸等，而由清洁部分8中的清洁刀片9脱除在转印之后在感光鼓1上剩余的调色剂3。在根据本发明的成像设备中，通过使用防止上述差电导率和有缺陷形状的本发明的导电辊作为充电辊2、调色剂进料辊4、显影辊5和转印辊7的至少一种，可以稳定地形成优良的图像。
实施例
给出如下实施例以说明本发明，并不意谓着限制本发明。
(对比例1)
将100质量份从甲苯二异氰酸酯(TDI)和聚醚多元醇合成的氨基甲酸酯预聚物与2质量份乙炔黑混合，以制备作为组分A的乙炔黑分散的氨基甲酸酯预聚物。另一方面，将30质量份聚醚多元醇与0.1质量份高氯酸钠(NaClO4)在70℃加热的同时混合，并进一步与4.5质量份聚醚改性的硅油(泡沫稳定剂)和0.2质量份二月桂酸二丁基锡(催化剂)混合以制备作为组分B的混合物。然后，将组分A和B由机械喷沫方法发泡并注入具有其中放置金属芯的圆筒形模具，然后由RIM成型法制造具有由聚氨酯泡沫组成的弹性层的导电辊。
(实施例1)
由与对比例1中相同的方式制造导电辊，区别在于使用0.1质量份四氟硼酸钠(使用溶于二甘醇单甲基醚(DEGMME)的四氟硼酸钠的溶液)代替0.1质量份高氯酸钠。
(实施例2)
由与对比例1中相同的方式制造导电辊，区别在于使用0.1质量份四氟硼酸钠(使用溶于聚醚多元醇(PPG)的四氟硼酸钠的溶液)代替0.1质量份高氯酸钠。
(对比例2)
由与对比例1中相同的方式制造导电辊，区别在于使用0.1质量份N3576(由NICCA CHEMICAL制造的季铵盐)(使用溶于二甘醇单甲基醚(DEGMME)的季铵盐的溶液)代替0.1质量份高氯酸钠。
(对比例3)
由与对比例1中相同的方式制造导电辊，区别在于使用0.1质量份N3576(由NICCA CHEMICAL制造的季铵盐)(使用溶于聚醚多元醇(PPG)的季铵盐的溶液)代替0.1质量份高氯酸钠。
在对比例1-3和实施例1-2的导电辊中，弹性层的电阻为103104Ω。同样，将这些导电辊的每一个在32.5℃和85％RH的高温度和高湿度条件下贮存一定时间，和其后剥离弹性层以目测金属芯表面上产生的锈的存在或不存在。结果见表1。在表中，
“○”表示不生锈和表面良好，
“×”表示生锈，和
“××”表示大量生锈。
[表1]
Figure C200610109781D00121
(对比例4)
将100质量份聚醚多元醇与0.1质量份高氯酸钠(NaClO4)在70℃加热的同时混合，并进一步与2质量份Ketjen黑和0.2质量份二月桂酸二丁基锡(催化剂)混合以制备混合物，并将该混合物加入聚氨酯用二元类型铸塑机的组分A(多元醇组分)的罐。另一方面，将甲苯二异氰酸酯(TDI)加入聚氨酯用铸塑机的组分B(多异氰酸酯组分)的罐。将组分A和B注入具有其中放置金属芯的圆筒形模具，同时调节组分A/组分B的流量比到102.12质量份/9质量份，然后由RIM成型法制备具有由聚氨酯泡沫组成的弹性层的导电辊。
(实施例3)
由与对比例4中相同的方式制备导电辊，区别在于使用0.1质量份四氟硼酸钠(使用溶于二甘醇单甲基醚(DEGMME)的四氟硼酸钠的溶液)代替0.1质量份高氯酸钠。
(实施例4)
由与对比例4中相同的方式制备导电辊，区别在于使用0.1质量份四氟硼酸钠(使用溶于聚醚多元醇(PPG)的四氟硼酸钠的溶液)代替0.1质量份高氯酸钠。
(对比例5)
由与对比例4中相同的方式制备导电辊，区别在于使用0.1质量份N3576(由NICCA CHEMICAL制造的季铵盐)(使用溶于二甘醇单甲基醚(DEGMME)的季铵盐的溶液)代替0.1质量份高氯酸钠。
(对比例6)
由与对比例4中相同的方式制备导电辊，区别在于使用0.1质量份N3576(由NICCA CHEMICAL制造的季铵盐)(使用溶于聚醚多元醇(PPG)的季铵盐的溶液)代替0.1质量份高氯酸钠。
在对比例4-6和实施例3-4的导电辊中，弹性层的电阻为105-106Ω。同样，将这些导电辊的每一个在32.5℃和85％RH的高温度和高湿度条件下贮存不同的贮存周期，和其后目测金属芯表面上产生的锈的存在或不存在。结果见表2。
[表2]
如从表1和2的结果所见，由于在对比例的导电辊中，其中高氯酸盐或季铵盐选择作为离子导电剂，当在高温度和高湿度条件下的贮存周期长时，在金属芯的表面上产生锈，而在实施例的导电辊中，其中一价四氟硼酸盐选择作为离子导电剂，在金属芯表面上不产生锈，即使是在高温度和高湿度条件下的贮存周期长时。

Claims (7)

1.一种导电辊，其包括金属轴和在该金属轴外围上形成的并由聚氨酯泡沫或聚氨酯弹性体组成的弹性层，其特征在于该弹性层包含选自由四氟硼酸钠和四氟硼酸钾组成的组中的至少一种一价四氟硼酸盐。
2.根据权利要求1所述的导电辊，其中该弹性层具有102-107Ω的电阻值。
3.根据权利要求1所述的导电辊，其中，该弹性层由预聚物方法使用聚氨酯原材料形成，该聚氨酯原材料包括1-50质量份多元醇和0.1-10质量份一价四氟硼酸盐，基于100质量份从多元醇和多异氰酸酯合成的氨基甲酸酯预聚物。
4.根据权利要求1所述的导电辊，其中，该弹性层由一步法使用聚氨酯原材料形成，该原材料包括1-50质量份多异氰酸酯和0.1-10质量份一价四氟硼酸盐，基于100质量份多元醇。
5.根据权利要求1所述的导电辊，其中，弹性层由聚氨酯泡沫组成，该聚氨酯泡沫采用机械搅拌通过发泡聚氨酯原材料获得。
6.一种成像设备，其包括权利要求1-5任一项所述的导电辊。
7.根据权利要求6所述的成像设备，其中，该导电辊用作显影辊、充电辊、调色剂进料辊和转印辊的至少一种。
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