CN102132221B - 带电辊 - Google Patents

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Abstract

本发明提供可更简单地制作的、以少的导电剂量即可具有良好的导电特性的带电辊。所述带电辊为带电辊(10)、(20)，其具有轴(1)、和形成于轴(1)的外周的弹性层(2)、和形成于弹性层(2)的外周面的表层(3)，其中，弹性层(2)是用具有磷酸酯基的紫外线固化型树脂形成的。优选的是，紫外线固化型树脂由下述通式(1)所示的化合物形成(通式(1)中，R1为下述通式(2)(通式(2)中，m表示1～10的整数)，R2为下述通式(3)～(9)中的任意一个，R3为下述通式(10)～(12)中的任意一个(通式(10)～(12)中，r、s和t表示10～150的整数)，n表示1～10的整数)。

Description

带电辊
技术领域
本发明涉及带电辊(以下也简称为“辊”)，详细而言，涉及可更简单地制作的、以少的导电剂量即可具有良好的导电特性的带电辊。
背景技术
一般，对于复印机、打印机、传真机等使用电子照相方式的图像形成装置，在图像形成的各工序中，使用转印辊、显影辊、调色剂供给辊、带电辊、清洁辊、中间转印辊、带驱动辊等赋予了导电性的辊。
作为这种导电性辊，已知有在由金属或树脂形成的导电轴上设置由发泡或非发泡橡胶形成的弹性层、并在其上设置一层以上的表层来形成的带电辊等。尤其，为了使有机感光体(OPC)均匀带电，带电辊的弹性层需要用于保持其与感光体的接触面均匀的、适度的低硬度和低压缩永久变形，因此，一直以来使用橡胶、弹性体、发泡聚氨酯等作为弹性层的材料(专利文献1～3)。另外，一直以来，在带电辊中为了确保所需的电阻而使用炭黑、离子导电剂等导电剂。
另一方面，使用紫外线固化型树脂作为导电辊的弹性层的情况是已知的，在使用紫外线固化型树脂制作的各种导电性辊中也使用离子导电剂。
然而，离子导电剂的体积电阻率的环境依赖性大，另外，会因大量使用而发生渗出。
因此，对环境依赖性小的导电剂的使用进行了研究，专利文献4中公开了弹性层由紫外线固化型树脂形成的导电性辊，其中所述紫外线固化型树脂是以紫外线照射使包含聚氨酯丙烯酸酯低聚物、光聚合引发剂和锂盐的弹性层用原料固化而得到的。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平9-325563号公报
专利文献2：日本特开2007-163574号公报
专利文献3：日本特开2007-121445号公报
专利文献4：日本特开2007-206443号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，虽然专利文献4记载的方法因使用环境依赖性小的导电剂而可以提供具有良好的导电特性的带电辊，但由于导电剂的配合是必需的，因此在成本方面、导电特性方面仍存在改善的余地。
另外，由于专利文献1～3记载的现有的导电性辊的弹性层是由发泡橡胶或非发泡橡胶形成的，因此作为工序，需要组模工序、预热工序、铸型工序、加热固化工序、冷却工序、以及实心层(电阻调整层等)制作工序，尤其，干燥工序需要较长时间，希望对其进行改良。
因此，本发明的目的在于，解决上述问题，提供可更简单地制作的、以少的导电剂量即可具有良好的导电特性的带电辊。
用于解决问题的方案
本发明人等为了解决上述问题而进行了深入研究，结果发现，通过用特定的紫外线固化型树脂形成弹性层可以得到可更简单地制作的、以少的导电剂量即可具有良好的导电特性的带电辊，从而完成了本发明。
即，本发明的带电辊，其具有轴、和形成于该轴的外周的弹性层、和形成于该弹性层的外周面的表层，
其特征在于，前述弹性层是用具有磷酸酯基的紫外线固化型树脂形成的。
另外，在本发明的带电辊中，优选的是，前述紫外线固化型树脂由下述通式(1)所示的化合物形成：
(通式(1)中，R1为下述通式(2)，R2为下述通式(3)～(9)中的任意一个，R3为下述通式(10)～(12)中的任意一个，n表示1～10的整数，
(通式(2)中，m表示1～10的整数)，
(通式(10)～(12)中，r、s和t表示10～150的整数))，前述弹性层的体积电阻率优选为1×104～1×108Ω·cm。
进而，在本发明的带电辊中，前述弹性层的厚度优选为0.9～1.3mm，前述轴优选为金属制的中空圆筒体或实心圆柱体。
发明的效果
根据本发明，可以提供可更简单地制作的、以少的导电剂量即可具有良好的导电特性的带电辊。
附图说明
图1是示出本发明的适宜实施方式的带电辊的一个例子的图。
图2是示出本发明的适宜实施方式的带电辊的另一例子的图。
附图标记说明
1轴
2弹性层
3表层
10、20带电辊
具体实施方式
下面边参照附图边详细说明本发明的适宜实施方式。
图1是示出本发明的适宜实施方式的带电辊的一个例子的图。本发明的带电辊10具有轴1、和形成于该轴1的外周的弹性层2、和形成于该弹性层2的外周面的表层3。
另外，在本发明中，重要的是，弹性层2是用具有磷酸酯基的紫外线固化型树脂形成的。通过使用所述紫外线固化型树脂作为弹性层2，可以以短时间进行固化，可以节省干燥工序所耗费的时间和热能。另外，由于不使用离子导电剂或者可以使其用量极少，因此可以防止离子导电剂的渗出，还可以减少材料的成本。结果，可以提供可更简单地制作的、以少的导电剂量即可具有良好的导电特性的带电辊10。此外，在本发明中，优选不使用离子导电剂。
在本发明中，作为紫外线固化型树脂，只要具有磷酸酯基、可获得本发明所期望的效果则没有限定，其优选由下述通式(1)所示的化合物形成：
(通式(1)中，R1为下述通式(2)，R2为下述通式(3)～(9)中的任意一个，R3为下述通式(10)～(12)中的任意一个，n表示1～10的整数，
(通式(2)中，m表示1～10的整数)，
(通式(10)～(12)中，r、s和t表示10～150的整数))，特别优选为低聚物。
上述紫外线固化型树脂可以使用单独一种，或者也可以将两种以上的分子链不同的树脂混合使用。上述化合物中除了配合极少量的后述导电剂以外，根据需要还可以包含反应性稀释剂。上述化合物中优选包含光聚合引发剂、光聚合促进剂。此外，可以根据需要含有公知的添加剂。
另外，在本发明中，作为可以在弹性层2的紫外线固化型树脂中添加的导电剂，可采用适当的物质，作为碳系导电剂，可使用科琴黑(Ketjenblack)、乙炔黑，作为橡胶用炭黑，可使用SAF、ISAF、HAF、FEF、GPF、FT、MT等，此外，还可使用氧化炭黑等墨用炭黑、热解炭黑、石墨等。
另外，可以添加高分子离子导电剂作为导电剂，作为所述高分子离子导电剂，例如可以使用日本特开平9-227717号公报、日本特开平10-120924号公报和日本特开2000-327922号公报中记载的物质，对此没有特别限定。
具体而言，可举出由(A)有机聚合物材料、(B)可离子导电的聚合物或共聚物、和(C)无机盐或低分子量有机盐形成的混合物。在此，成分(A)是聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚酰胺、聚氨酯或聚酯；成分(B)是低聚乙氧基化的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯、芳香族环的低聚乙氧基化的苯乙烯，聚醚聚氨酯，聚醚脲，聚醚酰胺、聚醚酯酰胺或聚醚酯；另外，成分(C)是无机酸或低分子量有机质子酸的碱金属盐、碱土金属盐、锌盐或铵盐，优选为LiClO4、LiCF3SO3、NaClO4、LiBF4、NaBF4、KBF4、NaCF4SO3、KClO4、KPF6、KCF3SO3、KC4F9SO3、Ca(ClO4)2、Ca(PF6)2、Mg(ClO4)2、Mg(CF3SO3)2、Zn(ClO4)2、Zn(PF6)2、或Ca(CF3SO3)2等。
在本发明中，对形成上述弹性层2的方法没有特别限定，通常采用如下方法：制备分散或溶解有上述紫外线固化型树脂成分和导电剂等的涂料溶液，通过浸渍法、喷涂法、辊涂布法、模涂法等将该涂料溶液涂布于上述轴1上并使其干燥固化的方法，其中，特别优选使用浸渍法。通过将紫外线固化型树脂直接涂布于轴1，可以简化制造工序。
本发明的带电辊10的弹性层2的体积电阻率优选为1×104～1×108Ω·cm。通过设定为所述范围，可以得到具有更良好的导电特性的带电辊，通过在图像形成装置中使用该带电辊，可以得到更良好的图像。
另外，本发明的带电辊10的弹性层2的厚度优选为0.9～1.3mm。通过将弹性层2的厚度设定为所述范围，可以防止火花放电。如果弹性层2的厚度小于0.9mm，则特别是在以中美洲等为代表的高温低湿地区，有可能会由心轴(轴)对感光体产生火花放电，因而不优选。另一方面，如果弹性层2的厚度超过1.3mm，则浸渍涂布时的外径的控制会变得相当困难，容易产生左右差，因而不优选。此外，如果辊的外径左右差过大，则带电辊与感光体的密合性会变得不均匀，尤其在外径小的部分，其与感光体的密合变得不充分而无法充分发挥带电能力，有可能在图像评价中发生漏印这一不利情况。
在本发明中，作为轴1，可以使用金属制或塑料制的中空圆筒体或实心圆柱体的轴，优选为金属制的中空圆筒体或实心圆柱体，更优选为金属制的中空圆筒体。由此，可以进一步降低成本。
在本发明中，作为用于形成上述表层3的树脂，可以使用通常用于带电辊的树脂，例如可列举出后述紫外线固化型树脂和热固化型树脂等。
作为可用于表层3的紫外线固化型树脂，可列举出聚酯树脂、聚醚树脂、氟树脂、环氧树脂、氨基树脂、聚酰胺树脂、丙烯酸类树脂、丙烯酸-聚氨酯树脂、聚氨酯树脂、醇酸树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂、尿素树脂、有机硅树脂、聚乙烯醇缩丁醛树脂、乙烯基醚系树脂、乙烯基酯系树脂和在这些树脂中导入特定官能团而得到的改性树脂等，这些树脂可以使用单独一种，也可以将两种以上混合使用。上述化合物中可以包含极少量的上述导电剂、根据需要而定的反应性稀释剂等。上述化合物中优选包含光聚合引发剂、光聚合促进剂。此外，可以根据需要包含公知的添加剂。
在本发明中，作为可用于上述表层3的热固化型树脂，可以使用在形成带电部件的表层时使用的公知的橡胶、树脂，对此没有特别限定，可例示出聚氨酯改性丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸类树脂、聚酰胺树脂和氟树脂等，可以使用它们中的一种或将两种以上混合使用。在这些当中，从能够赋予带电辊表面的耐调色剂附着性的观点来看，优选使用氟树脂。
作为该氟树脂，具体可例示出聚四氟乙烯、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物、四氟乙烯-乙烯共聚物、聚氯三氟乙烯、氯三氟乙烯-乙烯共聚物、四氟乙烯-偏二氟乙烯共聚物、聚偏二氟乙烯、聚氟乙烯等。
另外，在用于形成该表层3的树脂中，没有特别限定，可以添加极少量的导电剂来赋予或调整表层的导电性(电阻)。在该情况下，作为导电剂，没有特别限定，可以使用各种电子导电剂、各种离子导电剂，在本发明中特别优选使用碳。
可以适当调整导电剂的添加量以获得所期望的电阻。在该情况下，表层3的体积电阻率优选为1×104～1×1012Ω·cm，特别优选为1×106～1×108Ω·cm，可以调整导电剂的添加量以实现这样的体积电阻率，使用碳作为导电剂时的添加量相对于基材树脂通常为1～100phr、特别是10～70phr左右。
此外，在用于形成该表层3的树脂组合物中，可以根据需要添加交联剂、增粘剂、触变性赋予剂、结构粘性赋予剂等添加剂。
对形成上述表层3的方法没有特别限定，通常而言，一般采用如下方法：制备分散或溶解有上述树脂成分和导电剂等的涂料溶液，并通过浸渍法、喷涂法、辊涂布法等涂布该涂料溶液，然后使其热固化等。此外，作为用于制备上述涂料溶液的溶剂，根据构成树脂组合物的基材树脂的种类等来适当选择即可，例如在使用氟树脂作为基材树脂时，可适宜地使用甲乙酮(MEK)、甲基异丁基酮(MIBK)、甲苯、二甲苯等。
另外，表层3的厚度可以根据带电辊10的形态等来设定，对此没有特别限定，通常可为1～30μm、特别是1～20μm，如果低于1μm，则有可能辊的耐久性差，另一方面，如果超过20μm，则有可能对带电特性产生不良影响，或者表面产生皱褶等，无法获得良好的表面性能。
图2是示出本发明的适宜实施方式的带电辊的另一例子的图。在其被挤压在感光鼓上时在长度方向上形成均匀的工作面是重要的，因此带电辊20具有长度方向的中央部的直径大于端部的中凸(crown)形状。
在辊长度方向的截面上，长度方向的中央部比端部突出，作为表示其突出程度的中凸量，优选设定为50～300μm，通过这样，可以使一般的图像更好。在将中凸量设定为小于50μm时，辊长度方向的中央部的接触压力降低，另一方面，在将其设定为超过300μm时，辊长度方向的中央部的接触过强，上述任一情况均有可能导致带电量不均匀。此外，本发明的带电辊的中凸量的测定使用MitutoyoCorporation制造的高精度激光测定仪LSM-430v进行。通过该测定仪在辊中央部和从中央部起向端部延伸90mm处测定外径，以中央部的外径与向两端部方向各延伸90mm处的外径的平均值的差为辊中凸量。例如，对于辊长250mm的带电辊，从一端起，在35mm、125mm、215mm的三个点测定外径。此时，将从一端起35mm处的外径记作A(mm)、125mm处的外径记作B(mm)、215mm处的外径记作C(mm)时，中凸量(μm)可以用下述计算式(1)来求出。
中凸量(μm)＝{B-(A+C)/2}×1000(1)
另外，在本发明中，带电辊10、20优选使偏差(膜厚精度)在辊长度方向整个区域中为70μm以下。带电辊10、20与感光体在接触的同时旋转，在带电辊10、20的偏差大时，带电辊10、20与感光体之间会产生空隙。进而，其空隙距离也多种多样。在该情况下，残留在感光体上的调色剂颗粒和外部添加剂容易侵入到该空隙中、附着于带电辊10、20而形成不均匀。因此，会产生辊表面被斑驳污染这一结果，会成为图像不良的原因。此外，本发明的带电辊10、20的偏差的测定使用MitutoyoCorporation制造的高精度激光测定仪LSM-430v进行。通过该测定仪，分别在辊长度方向上的5个点测定外径，以各点所测定的外径的最大值与最小值的差的平均值为偏差。
带电辊10、20的制造方法为：将配合有具有磷酸酯基的紫外线固化型树脂的涂料涂布于轴1，照射紫外线(UV)，从而形成弹性层2。接着，在弹性层2上涂布表层3的涂料溶液，然后进行热固化或者照射紫外线(UV)等。此外，在表层使用热固化型树脂的水系涂料时，此时的固化温度例如可以设定为高于溶剂的沸点的温度，设定为约105℃以上。通过用紫外线固化型树脂形成弹性层，可以简化带电辊的制作工序和制作时间。
另外，在本发明中，对于用于使紫外线固化型树脂固化的紫外线(UV)的照射量和累积光量，只要能充分固化紫外线固化型树脂则没有特别限定，例如在100～700W/cm2的UV照射强度下以累积光量为200～3000mJ/cm2的方式进行照射。
实施例
下面用实施例来更详细地说明本发明。
(实施例1、比较例1和2)
用模涂布机在中空圆筒体状的金属轴部件1(材质：铝A6063，长度：230mm，厚度0.7mm，外径φ18mm)的表面涂布下述表1所示的配方的涂布液，以1500W/cm2的UV照射强度照射5秒钟，得到由紫外线固化型树脂形成的厚度1mm的弹性层。测定所得由紫外线固化型树脂形成的弹性层的体积电阻率(Ω·cm)。此外，表1中的低聚物A～C具有相同的骨架，为仅在磷酸酯基的有无上不同的结构。
<体积电阻率的测定>
在温度23℃、相对湿度50％下，使用连接有UR探测器的HirestaUP(三菱化学公司制造)作为测定装置，测定在250V的测定电压下的体积电阻率(Ω·cm)。
进而，通过浸涂法在所得由紫外线固化型树脂形成的弹性层的外侧涂布下述表2所示的配方的涂料溶液来形成厚度7μm的树脂表层，得到图1所示的带电辊。
<图像评价>
将所得带电辊设置于市售的图像形成装置，对图像进行评价。结果一并记于表1。此外，图像评价的各个评价基准如下所示。
<评价基准>
良好：无浓度不均匀、无漏印(无转印残留)
不良：有浓度不均匀、有4处以上的漏印
*浓度不均匀和漏印是辊电阻值越低越不容易产生的不良情况。
[表1]
※1)聚氨酯低聚物A，二官能丙烯酸聚氨酯低聚物、有磷酸酯基
※2)聚氨酯低聚物B，二官能丙烯酸聚氨酯低聚物、无磷酸酯基
※3)聚氨酯低聚物C，二官能丙烯酸聚氨酯低聚物、无磷酸酯基(导入氨基)
※4)商品名：MTG-A，共荣社化学株式会社制造
※5)商品名：IRGACURE184，CibaSpecialtyChemicalsInc.制造
[表2]
※6)异氰脲酸酯改性HDI(六亚甲基二异氰酸酯)
与比较例1和2的带电辊相比，实施例1的带电辊具有良好的体积电阻率，这些均不存在导电剂渗出等问题。另外，将实施例1、比较例1和2的带电辊用于图像形成装置时的图像只有实施例1是良好的。
(实施例2～5)
接着，除了如下述表3所示地改变弹性层的厚度以外，与实施例1同样地制作带电辊。针对所得各带电辊，按照下述进行外径左右差的测定和图像评价。其结果一并示于下述表3。
<外径左右差的测定>
使用MitutoyoCorporation制造的高精度激光测定仪LSM-430v，在从辊中央部起向端部延伸90mm处测定外径，求出向两端部方向各延伸90mm处的外径的差，以其为外径左右差(μm)。
<图像的评价>
将所得带电辊安装在HP公司制造的打印机LaserjetCP1210中，通过调色剂浓度的均匀性来评价图像。图像评价的评价基准如下所示。
<评价基准>
○：整个图像没有浓度不均匀，是均匀的。
△：图像的一部分有漏印，确认到部分浓度不均匀。
×：图像的大部分有漏印，确认到多处浓度不均匀。
[表3]
如上述表中所示，可以看出，如果弹性层的厚度过厚，则辊的外径左右差增大，图像性能降低。

Claims (4)

1.一种带电辊，其具有轴、和形成于该轴的外周的弹性层、和形成于该弹性层的外周面的表层，
其特征在于，所述弹性层是用具有磷酸酯基的紫外线固化型树脂形成的，
其中，所述紫外线固化型树脂由下述通式（1）所示的化合物形成：
通式（1）中，R1为下述通式（2），R2为下述通式（3）～（9）中的任意一个，R3为下述通式（10）～（12）中的任意一个，n表示1～10的整数，
通式（2）中，m表示1～10的整数，
通式（10）～（12）中，r、s和t表示10～150的整数。
2.根据权利要求1所述的带电辊，其中，所述弹性层的体积电阻率为1×104～1×108Ω·cm。
3.根据权利要求1所述的带电辊，其中，所述弹性层的厚度为0.9～1.3mm。
4.根据权利要求1所述的带电辊，其中，所述轴为金属制的中空圆筒体或实心圆柱体。
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