CN103105762B - 显影辊及成像装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种显影辊，包括金属轴芯及覆盖该金属轴芯的导电弹性体，所述导电弹性体中的导电剂为占该导电弹性体橡胶质量份数5-50%的四丁基高氯酸铵和聚乙二醇的混合物，所述四丁基高氯酸铵与聚乙二醇的比例为2:8~6:4。本发明还提供了一种成像装置，包括上述显影辊。本发明提供的显影辊具有较为均匀的电特性，能调整电性能，使显影辊电阻均匀，可在不增加弹性体硬度的同时，保证显影辊电阻具有较小的环境依赖性和较低的电压依赖性，即具有优异的环境稳定性和电压稳定性，并且该导电剂不会析出污染感光鼓，能够有效的避免打印图像不均匀等打印缺陷。采用上述显影辊的成像装置，打印图像密度均匀，图像质量好，品质高。

Description

显影辊及成像装置

【技术领域】

本发明涉及显影辊，尤其是应用于打印机、复印机内将墨粉转移至静电潜像承载构建（感光鼓）使静电潜像形成可见的墨粉图像的显影辊及成像装置。

【背景技术】

通常，打印机、复印机都由静电潜像承载构建（也称感光鼓）、为感光鼓充电的的充电辊、将墨粉转移至感光鼓使静电潜像形成可见的墨粉图像的显影辊、将墨粉由感光鼓转印至其它介质上的转印辊等导电胶胶辊构成。

近几年来，以打印机为代表的成像设备在人们的日常生活中得到了广泛的普及，并且打印机的小型化已经成为一种趋势。在这种背景下，不含磁粉的单组分墨粉得到了迅速的普及。

当使用含有磁粉的双组分墨粉时，由于电磁作用，墨粉可以相对容易的传输到感光鼓上。但是若是用无磁性的单组分墨粉时，不能在使用磁性来传输到感光鼓上。

对于显影辊，为了保证显影辊和感光鼓之间的辊系宽度，显影辊的基本构造都是金属轴芯外侧包覆有弹性体，有些为了防止小分子析出污染感光鼓，通常也会在弹性层外包覆一层树脂层。

对于显影辊，弹性层具有均匀的电特性，对于打印图像质量是至关重要的。目前，现有大多数显影辊俱是在金属轴芯外侧包覆有导电弹性体，即在作为弹性体的橡胶中使之含有导电剂，一般采用电子导电（例如金属、炭黑等导电剂）和离子导电两种导电模式，对于离子导电性橡胶，橡胶中存在醚键或酯键，橡胶整体显示亲水性。这样，特别是在高温高湿环境下，由于吸水，电阻值有降低的趋势，相反在低温低湿环境下，由于橡胶通过干燥，电荷载体的游离离子浓度下降，因此离子导电性下降，电阻值上升。简而言之，即离子导电模式的显影辊电阻对环境的依附性太强，会直接影响显影辊的性能。

对于电子导电显影辊，由于炭黑或金属氧化物等导电性物质一般很难分散于橡胶中，以至于显影辊的电特性不稳定而且随着添加量的增加，弹性层的硬度也会明显增加，这样会导致打印浓度不均匀的缺陷，并且硬度过高也会导致感光鼓严重划伤。

对于上述问题，中国专利局公开的专利文献CN102243459A提出使用四丁基高氯酸铵或N-丁基-3-甲基吡啶鎓双（三氟甲磺酰）亚胺中的一种来解决电阻稳定性方面的问题，但是此专利存在严重缺陷：

1）、氯醚橡胶的加工性很差，而且压缩永久变形大；

2）、氯醚橡胶为主体橡胶，氯醚橡胶中由于含有氯，具有较高的表面自由能，这样墨粉和墨粉中的添加剂容易附着于氯醚橡胶表面，墨粉粘附在显影辊表面对初始带电图像影响不大，但是随着打印的进行便会产生鬼影、底灰等缺陷；

3）、氯醚橡胶属于强极性橡胶，具有离子导电性，橡胶自身环境稳定性便很差；

4）、四丁基高氯酸铵或N-丁基-3-甲基吡啶鎓双（三氟甲磺酰）亚胺价格都非常昂贵，而且单独使用四丁基高氯酸铵或N-丁基-3-甲基吡啶鎓双（三氟甲磺酰）亚胺并不能保证很好的环境稳定性。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述现有技术缺陷，提供一种对环境依附性小，电特性均一，硬度低的显影辊胶辊。

本发明提供的显影辊技术方案是：

一种显影辊，包括金属轴芯及含有导电剂的导电弹性体，所述导电弹性体包覆所述金属轴芯，所述导电弹性体中的导电剂为占该导电弹性体橡胶质量份数5-50%的四丁基高氯酸铵和聚乙二醇的混合物。

具体地，所述导电剂占导电弹性体中橡胶质量份数的10-30%，优选10-30%。

具体地，所述导电剂是由固态聚乙二醇与四丁基高氯酸铵组成。

优选地，所述四丁基高氯酸铵与固态聚乙二醇的比例为2:8~6:4。

优选地，所述聚乙二醇的分子量范围为2000-10000。

优选地，所述导电弹性体是由丁腈橡胶和顺丁橡胶共混组成，其中顺丁橡胶占该混合胶质量份数的20%-60%，丁腈橡胶占该混合胶质量份数的40-80%；

优选地，所述导电弹性体固有电阻在104-1011Ω。

优选地，所述导电弹性体硬度ASKERA在30-80°之间。

本发明还提供了一种成像装置，包括上述所述的显影辊。

本发明提供的显影辊，选用四丁基高氯酸铵和聚乙二醇的混合物作为导电弹性体的导电剂，其具有较为均匀的电特性，能调整电性能，使显影辊电阻均匀，可在不增加弹性体硬度的同时，保证显影辊电阻具有较小的环境依赖性和较低的电压依赖性，即具有优异的环境稳定性和电压稳定性，并且该导电剂不会析出污染感光鼓，能够有效的避免打印图像不均匀等打印缺陷。

采用上述显影辊的成像装置，打印图像密度均匀，图像质量好，品质高，具有广阔的应用前景。

【附图说明】

图1为本发明显影辊结构示意图。

【具体实施方式】

为实现本发明目的，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例，仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1，本发明提供的显影辊实施例结构包括金属轴芯1、覆盖该金属轴芯1的导电弹性体2。

所述金属轴芯1材料没有特殊限制，具体可使用不锈钢、铝、铁、镍、铝合金等金属材料，也可以由导电树脂构成。

所述导电弹性体2中的橡胶主要使用丁腈橡胶和顺丁橡胶。其中顺丁橡胶含量控制在导电弹性体2中的橡胶总量的20%-60%，丁腈橡胶的含量控制在40%-80%。对于顺丁橡胶，若含量低于20%，则显影辊导电弹性体2的弹性将会变差，若高于70%，则整个导电弹性体2橡胶体系的电阻会变高。对于丁腈橡胶，若含量低于40%，则不能很好的保证导电弹性体2配方体系的电阻，若高于80%，则导电弹性体2橡胶的混炼性、整个显影辊的研磨性和尺寸精度都会变差。对于丁腈橡胶，可以使用丙烯腈含量在43%以上的及高丙烯腈含量的丁腈橡胶或丙烯腈含量在36-43%的高丙烯腈含量的丁腈橡胶、丙烯腈含量25-35%的中丙烯腈含量的丁腈橡胶，也可以使用丙烯腈含量在24%以下的低丙烯腈含量丁腈橡胶。但是考虑到环境稳定性，优选丙烯腈含量在25-35%的丁腈橡胶。对于顺丁橡胶，可以使用市面上任意一款顺丁橡胶，可以用非充油顺丁橡胶，如BR9000、BR9002、BR9003、BR9004、BR9100等；也可以使用充油顺丁橡胶，如BR9175、BR9075、BR9073等。但是考虑到对OPC的污染情况，优选非充油顺丁橡胶。

进一步地，为了保证良好的辊隙宽度，对导电弹性体2的硬度做一定的限制，其ASKER A控制在30-80°之间，优选在30-50°之间。

由于现有显影辊弹性体中的导电剂之电子导电体系如炭黑导电、金属粉末导电等存在导电剂分散不均匀和电压依附性强的问题。因此，本发明显影辊导电弹性体2中的导电剂选择离子导电体系，为了克服离子导电剂环境稳定性差的问题，经过大量实验，提供了在不增加导电弹性体硬度、导电性优秀、环境依附性非常小而且很容易分散的离子导电剂，该导电剂选用四丁基高氯酸铵和聚乙二醇的混合物，可满足上述要求。其中聚乙二醇为固体聚乙二醇，四丁基高氯酸铵与聚乙二醇比例范围为2:8-6:4。上述范围中，当四丁基高氯酸铵所占比例少于20%时，则显影辊的电阻会增加，若高于60%则会大大增加显影辊的成本。

所述四丁基高氯酸铵可以使用市面上任意一款四丁基高氯酸铵，固体聚乙二醇要求分子量范围为2000-10000，如PEG2000、PEG4000、PEG6000、PEG8000等，考虑到电性能和稳定性综合性质，优选PEG2000。

大量试验证明，本发明显影辊中，导电剂添加量应控制在整个橡胶质量份数的5%-50%，最好控制在10%-30%。若低于5%则电阻值可能过高，若高于50%虽对电阻的影响不大，但显影辊环境稳定性会变差，成本也会增加很多。

关于导电剂的制备方法，所有固体混合的方法都适用于本发明，具体可采用下述步骤：首先将两种成分的粉末或片状固体在三辊机上研磨粉碎研细，然后分别按照一定的比例使两种固体在三辊机上混炼、研磨均匀即可。

本发明显影辊中导电弹性体2制备过程中，交联剂可以选自元素硫、硒、碲，含硫化合物如二硫化二吗啡啉、四硫化二吗啡啉、烷基苯酚一硫化物等，还可以是有机过氧化物如过氧化苯甲酰、二叔丁基过氧化物、过氧化二异丙苯等，也可以是醌类、胺类、树脂类化合物。这些交联剂可以一种单独使用也可以是两种或两种以上共混使用。

本发明中显影辊中导电弹性体2制备过程中，使用硫化剂的同时还可以使用硫化助剂，硫化助剂选自二硫代氨基甲酸盐如二丁基二硫代氨基甲酸钠等，黄原酸盐如乙基黄原酸锌等，秋兰姆类一硫化四甲基秋兰姆等，噻唑类如二硫化二苯并噻唑等，次磺酰胺类如N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺中的一种或一种以上。

进一步地，本发明中显影辊中导电弹性体2制备过程中，硫化活性剂选自氧化锌、氧化镁、一氧化铅、硬脂酸、碳酸锌中的一种或一种以上。

显影辊的制备方法：

1）使用密闭式炼胶机或开放式炼胶机，素炼丁腈橡胶和顺丁橡胶，然后向密炼机内投入氧化锌、硬脂酸、碳酸钙、炭黑、离子导电剂、硫磺等填料，加至上述混炼胶中，并分散均匀，得到导电混炼胶；

2）使用挤出机成型，成型过程中中间插入轴芯，使其预成形为中间是金属轴芯1、外层为导电弹性体2的胶辊；

3）将该预成型胶辊放入硫化罐中，在150℃、压力0.4MPa的条件下，加热1.5h，通过硫化交联反应使胶辊真正成型。

4）使用砂轮将胶辊外层研磨掉，并控制尺寸。

下面结合实施例多本发明进一步详述。

实施例1：

将丁腈橡胶40份、顺丁橡胶60份；氧化锌5份、硬脂酸1份、碳酸钙20份、1#炭黑（补强炭黑）15份、离子导电剂（四丁基高氯酸铵：聚乙二醇=2:8）10份、硫磺1.5份，在开放式炼胶机或密闭式炼胶机上将他们混炼均匀，得到导电橡胶组合物。

然后将导电橡胶组合物挤出机成型，成型过程中中间插入金属轴芯1，使其形成中间为金属轴芯，外层为导电弹性体的胶辊。

最后将该预成型胶辊放入硫化罐中，以150℃、压力0.4MPa的条件下，加热1.5h，通过硫化交联反应使胶辊真正成型，并使用砂轮将胶辊外层研磨掉，并控制尺寸。

实施例2：

将丁腈橡胶40份、顺丁橡胶60份；氧化锌5份、硬脂酸1份、碳酸钙20份、1#炭黑（补强炭黑）15份、离子导电剂（四丁基高氯酸铵：聚乙二醇=3:7）10份、硫磺1.5份，在开放式炼胶机或密闭式炼胶机上将他们混炼均匀，得到导电橡胶组合物。

然后将导电橡胶组合物挤出机成型，成型过程中中间插入金属轴芯，使其形成中间为金属轴芯，外层为导电弹性体的胶辊。

最后将该预成型胶辊放入硫化罐中，以150℃、压力0.4MPa的条件下，加热1.5h，通过硫化交联反应使胶辊真正成型，并使用砂轮将胶辊外层研磨掉，并控制尺寸。

本实施例中，除离子导电剂组份比例不同外，其余均和实施例1相同。

实施例3：

将丁腈橡胶40份、顺丁橡胶60份；氧化锌5份、硬脂酸1份、碳酸钙20份、1#炭黑15份（补强炭黑）、离子导电剂（四丁基高氯酸铵：聚乙二醇=4:6）10份、硫磺1.5份，在开放式炼胶机或密闭式炼胶机上将他们混炼均匀，得到导电橡胶组合物。

然后将导电橡胶组合物挤出机成型，成型过程中中间插入金属轴芯，使其形成中间为金属轴芯，外层为导电弹性体的胶辊。

最后将该预成型胶辊放入硫化罐中，以150℃、压力0.4MPa的条件下，加热1.5h，通过硫化交联反应使胶辊真正成型，并使用砂轮将胶辊外层研磨掉，并控制尺寸。本实施例中，除离子导电剂组份比例、不同外，其余均和实施例1相同。

实施例4：

将丁腈橡胶30份、顺丁橡胶70份；氧化锌5份、硬脂酸1份、碳酸钙20份、1#炭黑15份、离子导电剂（四丁基高氯酸铵：聚乙二醇=2:8）10份、硫磺1.5份在开放式炼胶机或密闭式炼胶机上将他们混炼均匀，得到导电橡胶组合物。

然后将导电橡胶组合物挤出机成型，成型过程中中间插入金属轴芯，使其形成中间为金属轴芯，外层为导电弹性体的胶辊。

最后将该预成型胶辊放入硫化罐中，以150℃、压力0.4MPa的条件下，加热1.5h，通过硫化交联反应使胶辊真正成型，并使用砂轮将胶辊外层研磨掉，并控制尺寸。

本实施例中，除混炼胶橡胶组成比例不同外，其余均和实施例1相同。

对比例1：

将丁腈橡胶40份、顺丁橡胶60份；氧化锌5份、硬脂酸1份、碳酸钙20份、1#炭黑15份、离子导电剂（四丁基高氯酸铵：聚乙二醇=1:9）10份、硫磺1.5份在开放式炼胶机或密闭式炼胶机上将他们混炼均匀，得到导电橡胶组合物。

然后将导电橡胶组合物挤出机成型，成型过程中中间插入金属轴芯，使其形成中间为金属轴芯，外层为导电弹性体的胶辊。

最后将该预成型胶辊放入硫化罐中，以150℃、压力0.4MPa的条件下，加热1.5h，通过硫化交联反应使胶辊真正成型，并使用砂轮将胶辊外层研磨掉，并控制尺寸。

本实施例中，除离子导电剂组份比例不同外，其余均和实施例1相同。

对比例2：

将丁腈橡胶40份、顺丁橡胶60份；氧化锌5份、硬脂酸1份、碳酸钙20份、1#炭黑15份、离子导电剂（四丁基高氯酸铵：聚乙二醇=2:8）3份、硫磺1.5份在开放式炼胶机或密闭式炼胶机上将他们混炼均匀，得到导电橡胶组合物。

然后将导电橡胶组合物挤出机成型，成型过程中中间插入金属轴芯，使其形成中间为金属轴芯，外层为导电弹性体的胶辊。

最后将该预成型胶辊放入硫化罐中，以150℃、压力0.4MPa的条件下，加热1.5h，通过硫化交联反应使胶辊真正成型，并使用砂轮将胶辊外层研磨掉，并控制尺寸。

本实施例中，除离子导电剂添加份数与实施例1不同外，其余均和实施例1相同。

对比例3：

本实施例中，除混炼胶橡胶组成比例（丁腈橡胶20份、顺丁橡胶80份）与实施例3不同外，其余均和实施例3相同。

对比例4：

与实施例1相比，本实施例使用2#导电炭黑20份做导电剂，其余均和实施例1相同。

对比例5：

与实施例3相比，本实施例橡胶选择100份氯醚橡胶，其余均和实施例1相同。

对比例6：

与对比例5相比，本实施例橡胶选择100份氯醚橡胶，使用2#导电炭黑15份作为导电剂，其余均和实施例1相同。

上述实验结果见表1。

表1

对比例1：由于离子导电剂成分四丁基高氯酸胺和聚乙二醇的比例没有在给定范围内，所以导致电阻值偏高，从而导致打印密度偏低，图像质量偏差，后期更为严重；

对比例2：与实施例1相比，离子导电剂添加量过少，所以该显影辊电阻值过高，以至于打印浓度偏低，后期更为严重；

对比例3：由于橡胶组分比例没有在给定区域内，所以导致电阻值偏高，从而导致打印密度偏低，图像质量偏差，后期更为严重；

对比例4：导电体系为电子导电剂，虽然打印初期没有问题，但是炭黑很难分散均匀而且电压依赖性很强，导致打印后期图像密度不均匀，图像质量变差；

对比例5、6：橡胶为氯醚橡胶，由于醚橡胶中含有氯，具有较高的表面自由能，添加至色粉中的色粉和添加剂容易附着于氯醚橡胶表面，色粉粘附在显影辊表面对初始带电图像影响不大，但是随着打印的进行便会产生鬼影、底灰等缺陷。

环境稳定性评估：

将上述制成的显影辊分别放置在L/L（10℃*20%）、N/N（25℃*50%）、H/H（50℃*80%）三种条件下24h，之后测定显影辊的体积电阻（100V）,并计算其lgR。

电阻测试方法：

将显影辊辊筒圆周表面置于长400mm、直径30mm的铝制圆柱的圆周表面上。然后，在显影辊辊筒的轴芯两侧各加0.5kg的负荷。在湿度为55%、温度25℃的环境下，使显影辊辊筒以每分钟60转的速度旋转。对该显影辊辊筒分别施加500V、125V的电压，测出显影辊辊筒的电阻值R为500Ω和125Ω，对其取对数，结果见表2。

表2环境依赖性

大量的实践证明，当半导电性胶辊的环境依赖性指数低于0.5时，才可以满足使用要求。

由表2可以看出，实施例1-4所制成的显影辊电阻的环境依赖性指数均在0.5以下，所以均满足实际生产使用。

以上所述实施例仅表达了本发明优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种显影辊，包括金属轴芯及含有导电剂的导电弹性体，所述导电弹性体包覆所述金属轴芯，其特征在于：所述导电弹性体是由丁腈橡胶和顺丁橡胶共混组成，其中顺丁橡胶占该混合胶质量份数的20％-60％，丁腈橡胶占该混合胶质量份数的40-80％；所述导电弹性体中的导电剂为占该导电弹性体橡胶质量份数5-50％的四丁基高氯酸铵和聚乙二醇的混合物，所述四丁基高氯酸铵与聚乙二醇的比例为2:8～6:4。

2.如权利要求1所述的显影辊，其特征在于：所述导电剂占导电弹性体中橡胶质量份数优选10-30％。

3.如权利要求1所述的显影辊，其特征在于：所述导电剂是由固态聚乙二醇与四丁基高氯酸铵组成。

4.如权利要求1所述的显影辊，其特征在于：所述聚乙二醇的分子量范围为2000-10000。

5.如权利要求1-4任一项所述的显影辊，其特征在于：所述导电弹性体固有电阻为104-1011Ω。

6.如权利要求1-4任一项所述的显影辊，其特征在于：所述导电弹性体硬度ASKER A在30-80°之间。

7.一种成像装置，其特征在于：包括权利要求1-6任一项所述的显影辊。

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