CN101464651A - 导电性橡胶辊和转印辊 - Google Patents

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Abstract

一种导电性橡胶辊和转印辊，其电阻值容易控制并且其降低充电构件的污染并具有优异的电可变性以及以低成本提供压缩永久变形。提供一种用于电子照相法的导电性橡胶辊，其中导电性橡胶辊的橡胶组分至少具有丙烯腈含量为15质量％至25质量％(均包括)并且重均分子量(Mw)为500,000至1,000,000(均包括)的丁腈橡胶，和环氧乙烷含量为不低于70摩尔％至低于90摩尔％的表氯醇型橡胶；并且在100质量份所述橡胶组分中以5质量份至80质量份(均包括)的量包含所述丁腈橡胶。

Description

导电性橡胶辊和转印辊
技术领域
本发明涉及一种用于图像形成设备如电子照相复印机、打印机和静电记录设备的导电性橡胶辊。更具体地，本发明涉及一种用于将调色剂的可转印图像转印至记录介质如纸和转印材料上的转印设备的转印辊，所述调色剂的可转印图像在图像形成法如电子照相法或静电记录法中形成并通过图像承载构件如电子照相感光构件来承载。
背景技术
在各种类型的电子照相设备如静电复印机、激光打印机和传真机中，采用包括导电性辊的各种类型的导电性橡胶部件。作为用于导电性橡胶部件的材料，使用具有适当弹性和具有在从105Ω·cm以上至1010Ω·cm以下的中值电阻区域内的体积电阻率值和稳定电阻值(电阻值不很大地改变并且通过施加电压电阻值的改变低)的材料。其中，广泛使用表氯醇橡胶和丁腈橡胶(例如，参见日本专利申请特开No.2002-287456)。
最近，为响应在高速下形成彩色/高质量的图像，已期望导电性橡胶辊进一步降低电阻和硬度并具有优异的耐久性。在该情况下，为降低硬度，已提议使用低粘度材料。此外，为降低体积电阻率值，已提议使用含大量环氧乙烷并添加离子导电剂的表氯醇型橡胶(例如，参见日本专利申请特开No.2006-235519)。然而，使用此橡胶弹性材料的导电性橡胶辊通常具有以下问题：
·由于电阻值随着环境改变如温度和湿度而改变，所以图像质量随操作环境而改变。
·当添加离子导电剂以降低电阻值时，该试剂导致在构件表面上渗出并污染感光构件。
如上所述，在传统导电性橡胶辊中，其体积电阻率值通过使具有低体积电阻率值的表氯醇型橡胶或离子导电剂与丁腈橡胶共混来控制。然而，导电性橡胶辊的性质通过丙烯腈与表氯醇型橡胶的共混比来确定。为进一步降低电阻，使用含大量丙烯腈的丁腈橡胶。然而，由于环境改变导致电阻值变得更差并且硬度增加。可选择地，存在使用大量表氯醇型橡胶的方法。然而，在此方法中，材料成本增加。
发明内容
本发明的目的是解决前述问题并提供低成本的导电性橡胶辊和转印辊，其电阻值容易控制并且其降低充电构件的污染并具有优良的电可变性以及压缩永久变形。
根据本发明，提供用于电子照相法的导电性橡胶辊，其中导电性橡胶辊的橡胶组分至少具有丙烯腈含量为15质量％以上至25质量％以下并且重均分子量(Mw)为500,000以上至1,000,000以下的丁腈橡胶和环氧乙烷含量为70摩尔％以上至低于90摩尔％的表氯醇型橡胶；并且在100质量份所述橡胶组分中以5质量份以上至80质量份以下的量包含所述丁腈橡胶。
根据本发明，还提供用于转印设备的转印辊，所述转印设备用于使用前述导电性橡胶辊的电子照相法中。
如上所述，本发明能够提供低成本的导电性橡胶辊和转印辊，其电阻值容易控制，并且其不与充电构件粘附并具有优良的电可变性和压缩永久变形。
本发明进一步的特征从以下参考附图的示例性实施方案的描述将变得显而易见。
附图说明
图1是显示本发明的导电性橡胶辊的示意性结构的视图。
图2是根据本发明的整个图像形成设备的截面图。
图3是用于通过使用微波连续硫化来制造本发明的导电性橡胶辊的设备。
具体实施方式
现在将根据附图详细地描述本发明的优选实施方案。
在本发明的导电性橡胶辊中，橡胶组分至少具有丙烯腈含量为15质量％以上至25质量％以下并且重均分子量(Mw)为500,000以上至1,000,000以下的丁腈橡胶和环氧乙烷含量为70摩尔％以上至低于90摩尔％的表氯醇型橡胶；并且在100质量份所述橡胶组分中以5质量份以上至80质量份以下的量包含所述丁腈橡胶。
当丁腈橡胶的丙烯腈含量低于15质量％时，体积电阻率值高。当该含量超过25质量％时，电阻率值依赖于环境而极大地改变。另一方面，当重均分子量(Mw)低于500,000时，分子间的联锁(inter-locking)降低并且体积电阻率值增大。相反，当重均分子量(Mw)为500,000以上时，体积电阻率值降低。在本发明中，发现丁腈橡胶的重均分子量(Mw)对电性质具有大的影响。当丁腈橡胶的重均分子量(Mw)增大时，分子间的联锁度增大并且水合氢离子的配位作用/转移效率提高，提高离子电导率。结果，体积电阻率值降低。此外，与表氯醇型橡胶的共交联度提高，提高离子电导率。然而，当重均分子量超过1,000,000时，橡胶变得极硬并且其可加工性降低。此外，分子运动性降低并且体积电阻率值增大。如上所述，丁腈橡胶的重均分子量为500,000以上至1,000,000以下，优选700,000以上至1,000,000以下。
在本发明中，根据如下通常方法通过GPC(凝胶渗透色谱)来测量丁腈橡胶的重均分子量。
更具体地，将测量树脂放置于四氢呋喃中。静置几个小时后，将测量树脂与四氢呋喃很好地混合同时摇动(直到测量树脂的块消失)并且使其静置另外12个小时以上。
其后，将该混合物通过由Tosoh Corporation制造的样品处理过滤器My Shori-disk H-25-5以制备GPC样品。
接着，在40℃的热室中将柱稳定。为使柱保持在此温度下，将四氢呋喃作为溶剂以0.5ml/分钟的流速供给并注射100μl的GPC样品以测量该测量树脂的重均分子量。在此将两根ShodexKF-805L柱连接并使用。
当测量该测量树脂的重均分子量时，基于从几种类型的单分散聚苯乙烯标准样品获得的校正曲线的log值和计数之间的关系来计算测量树脂的分子量分布。作为用于形成标准曲线的聚苯乙烯标准样品，使用由POLYMER LABORATORIES制造的单分散聚苯乙烯。作为单分散聚苯乙烯，使用具有580、2，930、9,920、28,500、59,500、148,000、320,000、841,700、2,560,000和7,500,000分子量的10个样品。作为检测器，使用RI(折射率)检测器。
同样，当表氯醇型橡胶的环氧乙烷含量低于70摩尔％时，体积电阻率值增大。因此，为获得预定的电阻值，必须大量地包含单位成本昂贵的表氯醇型橡胶。原料成本增大。当该含量超过90摩尔％时，抑制导电性的结晶度增大并且体积电阻率值也增大。
此外，当在100质量份橡胶组分中具有500,000以上至1,000,000以下的重均分子量(Mw)的丁腈橡胶的含量低于5质量份时，分子的联锁不产生影响并且体积电阻率值不降低。此外，当丁腈橡胶的含量超过80质量份时，分子量的影响减少。因此，该含量为5质量份以上至80质量份以下，优选10质量份以上至60质量份以下。
表氯醇型橡胶的实例可包括表氯醇均聚物、表氯醇/环氧乙烷二元共聚物和表氯醇/环氧乙烷/烯丙基缩水甘油醚的三元共聚物。其中，考虑到导电性和渗出抑制，优选表氯醇/环氧乙烷/烯丙基缩水甘油醚的三元共聚物。表氯醇/环氧乙烷共聚物与烯丙基缩水甘油醚交联以适当地形成三维结构，由此抑制渗出。由于将环氧乙烷共聚合，所以体积电阻率值降低。
丁腈橡胶的电阻值依赖于环境的改变小于表氯醇型橡胶·表氯醇/环氧乙烷/烯丙基缩水甘油醚的三元共聚物，并且原料的单位成本低。因此，能够改进电阻值的改变并能够抑制原料成本。
本发明的导电性橡胶辊通过微波发生器(UHF)硫化和发泡来生产。设定在23℃/55％RH环境下的辊的电阻值由R[Ω]表示，logR优选为5.8以上至8.3以下。当辊的电阻值的对数值(logR)低于5.8时，依赖于环境的电阻的改变变得极大。结果，其变得难以控制转印性。另一方面，当对数值(logR)超过8.3时，不能均匀地转印调色剂。结果，其可能形成缺陷图像。
在本发明的导电性橡胶辊中，除橡胶组分之外使用填料。作为填料，可根据需要包含用于通用橡胶的其他组分。根据需要可共混的其他组分的实例包括：硫化剂如硫磺或有机含硫化合物，硫化促进剂，发泡剂，加工助剂如润滑剂或油膏，防老剂，硫化助剂如氧化锌或硬脂酸，以及填充剂如碳酸钙、滑石、二氧化硅、粘土或炭黑。
用于导电性橡胶辊的橡胶组合物通过使用开放式辊炼机(open roller)或密闭式捏合机等来捏合，并通过使用挤出机模塑。
将参考图1描述制造导电性橡胶辊的方法。本发明的导电性橡胶辊6的橡胶组合物通过挤出机以管形挤出并通过微波硫化装置(UHF)加热以形成导电性橡胶管(弹性体)。其后，插入导电性轴61并抛光该管直到获得规定的外径。根据需要，通过在硫化和发泡的橡胶层62的外周上设置由橡胶或树脂等形成的层，本发明的导电性橡胶辊6可为具有两层以上的层的层结构。
接着，将参考附图描述根据本发明的采用转印辊的图像形成设备的实例。
(图像形成设备)
示于图2的图像形成设备为使用电子照相处理盒的激光打印机。该图为显示该设备的示意性结构的纵截面图。此外，示于该图中的图像形成设备装配有具有转印辊的转印单元。
示于此图中的图像形成设备具有作为图像承载构件的鼓形电子照相感光构件1(下文中称为“感光鼓”)。感光鼓1具有设置于圆筒状铝基板的外周的有机光电导体(OPC)形成的感光层，所述铝基板是接地的。感光鼓1通过驱动单元(未示出)以规定的处理速度(圆周速度)，例如50mm/sec，沿箭头R1指示的方向旋转和驱动。
通过作为接触充电构件的充电辊2将感光鼓1的表面均匀地充电。充电辊2与感光鼓1的表面接触设置并根据沿箭头R1指示的方向的感光鼓1的旋转沿箭头R2指示的方向旋转和驱动。通过电荷偏压施加电源(高压电源)施加振荡电压(交流电压VAC+直流电压VDC)至充电辊2。以此方式，将感光鼓1的表面均匀地充电至-600V(暗区电压，Vd)。将发射自激光扫描器并通过镜子反射的激光光3，更具体地，将为相应于期望图像信息的时间序列电-数字信号而改变的激光光以扫描方式暴露于感光鼓1的表面。以此方式，相应于所期望图像信息的静电潜像(亮区电压V1＝-150V)形成于感光鼓1的表面上。
通过沉积调色剂5将静电潜像作为调色剂图像反转显影，所述调色剂5通过施加至显影设备4的显影套筒的显影偏压而带负电。
另一方面，与在感光鼓1上的调色剂图像的供给同步，将从纸进给器(未示出)进给的转印材料7如纸通过转印导向导入并供给至感光鼓1和转印辊6之间的转印部(转印辊隙部)T。通过转印偏压将感光鼓1上的调色剂图像转印至供给至转印部T的转印材料7上，所述转印偏压通过转印偏压施加电源施加到转印辊6。此时，残留在感光鼓1的表面上未转印至转印材料7的调色剂(残余调色剂)通过清洁设备9的清洁刮板8除去。
将通过转印部T的转印材料7从感光鼓1分离并引入定影设备10。在此处将调色剂图像定影并作为具有在其上形成的图像的材料(打印物质)从图像形成设备主体(未示出)排出。
接着，如下制造本发明的导电性橡胶辊。
(制造方法)
图3示出用于通过使用微波连续硫化来制造导电性橡胶辊的设备。用于本发明的挤出硫化设备具有13m的总长度并具有挤出机11、微波硫化单元(UHF)12、热风硫化单元13(下文中，称为＂HAV＂)、卷取机14和切割机15。
根据本发明的导电性橡胶辊的橡胶组合物使用本伯里氏(Banbury)密炼机或密闭式捏合机如捏合机来捏合。其后，将硫化剂和发泡剂通过开放式辊炼机添加至捏合过的材料中并将该混合物通过带形模塑机以带的形式模塑并装载至挤出机11中。在UHF 12中，从挤出机11挤出的橡胶管通过涂布有PTEE(聚四氟乙烯)树脂的网带或涂布有PTEE(聚四氟乙烯)树脂的杆传送。在HAV 13中，通过用PTFE树脂涂布的杆进行传输。UHF 12和HAV 13用涂布有PTFE树脂的杆连接。
单元12、13和14的长度如该图中所示。在此实施方案中，单元12、13和14的长度分别为4m、6m和1m。UHF 12和HAV 13之间的间隙以及HAV 13和卷取机14之间的间隙设定为0.1至1.0m。
在通过使用微波连续硫化的制造设备中，将橡胶管模塑为管形并通过挤出机11挤出后，立即将该管传送至UHF 12中，所述UHF 12的气氛设定在220℃的温度下。其后，将微波施加至橡胶管以加热该橡胶管，由此进行硫化和发泡。随后，将该管传输至HAV 13以完成硫化。
在上述的硫化/发泡步骤中，在UHF 12的微波硫化炉中施加的微波优选具有2450±50MHz。该橡胶管可通过具有在此范围内的频率的微波均匀并有效地照射。在UHF炉内的热风的温度优选150℃以上至250℃以下，并特别优选180℃以上至230℃以下。
硫化和发泡后，该橡胶管通过卷取机14排出。排出后，立即将该橡胶管通过切割机15切割成规定的期望大小的片以形成管形导电性橡胶模塑产品。随后，通过施加压力至管形导电性橡胶模塑产品的内核部将
Figure A200810186446D0010181609QIETU
4mm以上至10mm以下的导电性轴插入以获得辊形模塑产品。
实施例
以下将通过实施例和比较例更具体地描述本发明；然而，本发明不限于这些。
用于实施例和比较例的橡胶材料如下。注意，共混量的单位是质量份。
·丁腈橡胶
(1)商品名：由Zeon Corporation制造的NipolDN401LL[相关的丙烯腈的含量：18质量％，重均分子量：470,000]
(2)商品名：由Zeon Corporation制造的NipolDN401L[相关的丙烯腈的含量：18质量％，重均分子量：700,000]
(3)商品名：由Zeon Corporation制造的NipolDN401[相关的丙烯腈的含量：18质量％，重均分子量：780,000]
(4)商品名：由JSR Corporation制造的N230SV[相关的丙烯腈的含量：35质量％]
·表氯醇/环氧乙烷/烯丙基缩水甘油醚的三元共聚物(GECO)
商品名：由Zeon Corporation制造的EPION301[环氧乙烷的含量：73摩尔％]
商品名：由Daiso Co.，Ltd.制造的HydrinT3106S[环氧乙烷的含量：56摩尔％]
·硫化剂
硫磺(S)，商品名：由Tsurumi Chemical Industry Co.，Ltd.制造的SALFAX PMC
·硫化促进剂
二硫化二苯并噻唑(DM)，商品名：NOCCELER DM，由Ouchi Shinko Chemical Industrial Co.Ltd.制造
二硫化四乙基秋兰姆(TET)；商品名：NOCCELER TET，由Ouchi Shinko Chemical Industrial Co.，Ltd.制造
·硫化促进剂助剂
氧化锌；商品名：锌华(zinc flower)(2种类型)，由Hakusuitech Ltd.制造
·助剂
硬脂酸，商品名：Lunak S20，由Kao Corporation制造
·填料
炭黑，商品名：Asahi#35，由Asahi Carbon Co.，Ltd.制造
·发泡剂
p.p′-氧双磺酰肼(p.p′-oxybissulfonyl hydrazide)(OBSH)，商品名：NEOCELLBORN N1000#S，由Eiwa Chemical Ind.Co.，Ltd.制造
注意，实施例和比较例的导电性橡胶构件根据示于表1中的配方通过前述的制造设备来制造，更具体地，通过微波硫化炉(UHF)(其中施加2450MHz的微波)进行硫化和发泡，接着通过在该条件下的热风炉，在使所得管形硫化橡胶产品的硬度变为20°至50°(均包括)的条件下制造。随后，将
Figure A200810186446D0010181609QIETU
6mm的导电性轴插入管形硫化橡胶产品的芯部以获得辊形产品。将形成的产品抛光以获得
Figure A200810186446D0010181609QIETU
16mm的外径。
(至充电构件的粘附测试)
将该辊用作转印辊并与要用于激光打印机的盒的电子照相感光构件接触，该激光打印机为由Hewlett-Packard DevelopmentCompany，L.P.制造的Laser Jet 4000N。然后，将4.9N的重量施加至轴的两侧并且使该辊在40℃/95％RH的环境中放置一周。其后，除去重量并观察辊是否粘附至电子照相感光构件上。没有粘附至电子照相感光构件上的辊由A表示，而即使稍微粘附至电子照相感光构件上的辊也由C表示。
(用于测量辊的电阻和随环境改变而改变的量的方法)
将辊放置于正常温度/正常湿度(23℃/55％RH)环境下并施加4.9N的重量至导电性辊的轴的两侧并且与具有30mm外径的铝鼓压力接触。然后，当以50mm/sec的圆周速度旋转该辊时测量辊电阻。此时，在轴和铝鼓之间施加2kV电压。获得在低温/低湿环境(15℃/10％RH)下的辊电阻(T1)和在高温/高湿环境(32.5℃/80％RH)下的辊电阻(T2)。将随环境改变而改变的辊电阻的范围作为T1值和T2值对数的差值并根据以下方程计算：log10(T1)-log10(T2).
(测试压缩永久变形)
根据JIS K-6262通过将辊在70℃压缩24小时来测量应变量。
(评价)
具有在随环境改变的电阻的改变与压缩永久变形之间令人满意的平衡并显示不粘附至充电构件的辊由A表示，其他由C表示。
Figure A200810186446D00141
比较例1和2为不含有丙烯腈含量为15质量％以上至25质量％以下并且重均分子量(Mw)为500,000以上至1,000,000以下的丁腈橡胶的橡胶辊的实例。即使包含与实施例1相同量的丁腈橡胶和表氯醇型橡胶，分子的联锁度也低。因此，电阻值增大，辊粘附，并且随环境改变的电阻的改变和压缩永久变形降低。
比较例3是使用环氧乙烷含量在70摩尔％以上至低于90摩尔％的范围之外的表氯醇型橡胶的橡胶辊的实例。与实施例1相比，必须添加大量的表氯醇型橡胶以获得相同的电阻值。结果，随环境改变的电阻的改变和压缩永久变形降低。此外，由于包含大量表氯醇型橡胶，材料成本增加。
比较例4和5是基于100质量份橡胶组分以5质量份以上至80质量份以下的范围之外的量包含丙烯腈含量为15质量％以上至25质量％以下并且重均分子量(Mw)为500,000以上至1,000,000以下的丁腈橡胶的橡胶辊的实例。当比较例4与实施例4相比时，电阻值高，辊粘附，并且随环境改变的电阻的改变和压缩永久变形降低。此外，即使与比较例2相比，仅获得相同的性质。在比较例5中，可加工性降低，因而未获得辊形产品。
尽管已参考示例性实施方案描述本发明，但要理解本发明不限于公开的示例性实施方案。以下权利要求的范围符合最宽的解释，以致包括所有此类改进和等同结构和功能。

Claims (4)

1.一种用于电子照相法的导电性橡胶辊，其中
导电性橡胶辊的橡胶组分至少具有
丙烯腈含量为15质量％以上至25质量％以下并且重均分子量为500,000以上至1,000,000以下的丁腈橡胶，和
环氧乙烷含量为70摩尔％以上至低于90摩尔％的表氯醇型橡胶；并且
在100质量份所述橡胶组分中以5质量份以上至80质量份以下的量包含所述丁腈橡胶。
2.根据权利要求1所述的导电性橡胶辊，其中所述表氯醇型橡胶为表氯醇/环氧乙烷/烯丙基缩水甘油醚的三元共聚物。
3.根据权利要求1所述的导电性橡胶辊，其中所述导电性橡胶辊通过在微波发生器中硫化和发泡而形成，并具有5.8以上至8.3以下的logR，设定R为在23℃/55％RH环境下以Ω为单位的辊电阻值。
4.一种用于转印设备的转印辊，所述转印设备用于使用根据权利要求1所述的导电性橡胶辊的电子照相法中。
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