CN108780289A - 电子照相设备用带电辊 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种抑制调色剂附着并且带电性优良的电子照相设备用带电辊，该电子照相设备用带电辊10具备轴体12、在轴体12的外周形成的弹性体层14、以及在弹性体层14的外周形成的表层16，表层16含有纤维素纳米纤维，在表面具有因纤维素纳米纤维的重叠而产生的细孔，该细孔径在0.05‑30μm的范围内。表层16优选为不含有粘合剂树脂，或者含有粘合剂树脂且该含量相对于表层16整体为5质量％以下。
Description
技术领域
本发明涉及在采用电子照相方式的复印机、打印机、传真机等电子照相设备中优选使用的电子照相设备用带电辊。
背景技术
在电子照相设备中的带电辊中，为了提高防污特性，进行如下处理，通过在表层中添加颗粒或切削表面等而在产品表面设置微小的凹凸，使带电辊和感光鼓的接触面减少，抑制调色剂、外部添加剂研碎混入到辊表面上(专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-116869号公报
专利文献2：日本特开2011-64783号公报
发明内容
本发明要解决的问题
在表层添加颗粒的结构中，存在颗粒从表层脱落，带电辊表面和感光体表面之间的放电空间(间隔)变小，放电不充分，带电性恶化的问题。另外，存在下述情况，受颗粒的硬度影响，感光体的表面因带电辊被切削，清洁刮板和感光鼓之间形成间隙且由于调色剂、调色剂外部添加剂的滑过而发生清洁不足，且滑过的调色剂、调色剂外部添加剂附着在带电辊上。如此，带电能力降低，输出图像中产生条纹，成为图像缺陷的原因。
此外，在专利文献2中，记载有在显影辊的表层，对粘合剂树脂添加纳米纤维的情况。但是，专利文献2的纳米纤维作为增强材料而添加，另外，若粘合剂树脂的配合量为30％以上则较多，因此没有在表层表面形成因纳米纤维的重叠而产生的细孔。
本发明要解决的问题在于，提供一种能够抑制调色剂的附着，并且带电性优良的电子照相设备用带电辊。
用于解决问题的手段
为了解决上述问题，本发明所涉及的电子照相设备用带电辊的要点在于，具备轴体、在上述轴体的外周形成的弹性体层、以及在上述弹性体层的外周形成的表层，上述表层含有纤维素纳米纤维，在表面具有因上述纤维素纳米纤维的重叠而产生的细孔，该细孔径在0.05-30μm的范围内。
上述表层优选为不含有粘合剂树脂，或者含有粘合剂树脂且该含量相对于上述表层整体为5质量％以下。上述表层的表面积优选在300-60000μm2的范围内。上述粘合剂树脂优选为亲水性的。
发明效果
根据本发明所涉及的电子照相设备用带电辊，利用因纤维素纳米纤维的重叠而产生的细孔，能够确保带电辊表面和感光体表面之间的放电空间(间隔)，维持优良的带电性。另外，与添加球状颗粒的情况相比由于抑制了部分的粗糙度，因此降低了对感光体的压力，抑制了感光体表面的切削。进一步的，利用因纤维素纳米纤维的重叠而产生的细孔，而使表面设置有微细的粗糙度，因此降低了表面能，变得难以产生调色剂的附着。由此，充分抑制了调色剂的附着。
附图说明
图1中的(a)是本发明的第一实施方式所涉及的电子照相设备用带电辊的外观示意图，图1中的(b)是其A-A线剖视图。
图2是图1所示的电子照相设备用带电辊的表层表面的放大示意图。
具体实施方式
对本发明所涉及的电子照相设备用带电辊(以下，有时简称为带电辊。)进行详细说明。图1中的(a)是本发明的第一实施方式所涉及的电子照相设备用带电辊的外观示意图，图1中的(b)是其A-A线剖视图。图2是图1所示的电子照相设备用带电辊的表层表面的放大示意图。
带电辊10具备轴体12、在轴体12的外周形成的弹性体层14、以及在弹性体层14的外周形成的表层16。弹性体层14是成为带电辊10的基底的层。表层16是出现在带电辊10的表面的层。
表层16含有纤维素纳米纤维，在表面具有因纤维素纳米纤维的重叠而产生的细孔。表层16成为含有纤维素纳米纤维的多孔质，利用因纤维素纳米纤维的重叠而产生的细孔，在带电辊10的表面和感光体表面之间产生并确保稳定的放电间隔。与球状颗粒的添加相比难以从表层16脱落，而长期维持在表层16上，耐久时也能维持优良的带电性。另外，由于没有像球状颗粒的局部粗糙度，而抑制了局部粗糙度，因此降低了对感光体的压力，抑制了感光体表面的切削。进一步的，由于表面设置有因纤维素纳米纤维的重叠而产生的细孔所导致的微细的粗糙度，因此降低了表面能，变得难以产生调色剂的附着。由此，充分抑制了调色剂的附着。纤维素纳米纤维是其宽度为纳米量级尺寸的纤维，对长度没有特别限定，但其宽度在1-100nm的范围内。
表层16中的表面的细孔径为0.05μm以上。由此，确保了带电辊10表面和感光体表面之间的放电间隔。从此观点出发，细孔径更优选为0.1μm以上。进一步优选细孔径为0.5μm以上。特别优选细孔径为1.0μm以上。另外，表层16中的表面的细孔径为30μm以下。由此，通过确保适当的细孔，而在表面设置因细孔所产生的微细的粗糙度，从而降低表面能，抑制调色剂附着。从此观点出发，更优选细孔径为25μm以下。进一步优选细孔径为20μm以下。而且，若表层16中的表面的细孔径在0.05-30μm的范围内，则恰当地确保了放电间隔，从而确保了微细的粗糙度。表层16中的表面的细孔径可以通过扫描电子显微镜(SEM)观察测定。在表层16中的表面的任意位置处选择在放大至5000-20000倍后的15×25μm的范围内照出的任意20个点的细孔，测量各细孔的最大直径，以这20个点的细孔的平均值作为该任意位置处的细孔径，对任意五个部位进行同样的测量，将任意五个部位的平均值作为表层16中的表面的细孔径来表示细孔径。
从确保稳定的放电间隔等的观点出发，表层16的表面积优选在300-6000μm2的范围内。更优选在1000-20000μm2的范围内。表层16的表面积可以用激光显微镜来测定。表层16的表面积是每单位体积(μm3)的值。
表层16优选不含有粘合剂树脂，或者即使含有粘合剂树脂其配合量也比较少。通过不含有粘合剂树脂，或者即使含有粘合剂树脂其配合量也比较少，能够因纤维素纳米纤维的重叠而在表层16的表面形成细孔，使表层16成为多孔质层。若含有粘合剂树脂，且其配合量较多，则因纤维素纳米纤维的重叠而产生的细孔被粘合剂树脂填埋，其结果是表层16的表面没有细孔。例如，若在增强材料的用途中使用纤维素纳米纤维，则表层16的主材料是粘合剂树脂，粘合剂树脂的配合量必然变多。在增强材料的用途中使用的情况下，粘合剂树脂的配合量较多，因此表层16的表面没有细孔。本发明是以纤维素纳米纤维彼此的粘合、纤维素纳米纤维向弹性体层14的表面的固定为目的而使用粘合剂树脂，在不堵塞因纤维素纳米纤维的重叠而产生的细孔的程度下配合。从此观点出发，粘合剂树脂的含量优选相对于表层16整体为5质量％以下。更优选为4质量％以下。进一步优选为3质量％以下。
对粘合剂树脂没有特别限定，与要求特性等对应地选择适当的材料即可。作为粘合剂树脂，可列举为丙烯酸类树脂、甲基丙烯酸类树脂、氟类树脂、有机硅类树脂、聚碳酸酯类树脂、聚氨酯类树脂、聚酰胺类树脂等。这些既可以作为表层16的粘合剂聚合物而单独使用1种，也可以2种以上组合使用。作为粘合剂树脂，从与纤维素纳米纤维并用而使用，作为水分散液容易调制等的观点出发，优选亲水性的树脂。从此观点出发，特别优选聚酰胺类树脂作为粘合剂树脂。
表层16，添加到纤维素纳米纤维中，或者添加到纤维素纳米纤维和粘合剂树脂中，可以含有添加剂，也可以不含有添加剂。作为添加剂，可列举为导电剂、稳定剂、紫外线吸收剂、润滑剂、脱模剂、染料、颜料、阻燃剂等。作为导电剂，可列举为离子导电剂(季铵盐等)、电子导电剂(炭黑等)等。
通过材料种类、导电剂的配合等，表层16能够调整到规定的体积电阻率。与用途等对应地将表层16的体积电阻率适当地设定在105-1011Ω·cm、108-1010Ω·cm等范围内即可。对表层16的厚度没有特别限定，与用途等对应地适当地设定在10-30μm等范围内即可。
对表层16的厚度没有特别限定，但是从防泄漏性的观点出发，优选为1μm以上。更优选为2μm以上。另外，从整理性的观点出发，优选为6μm以下。更优选为5μm以下。
通过使用含有纤维素纳米纤维的表层形成用组合物，将其涂覆在弹性体层14的外周面，适当地进行干燥处理能够形成表层16。在表层形成用组合物中，能够使用含有水的分散介质作为水分散液调制纤维素纳米纤维。
弹性体层14含有交联橡胶。弹性体层14由含有未交联橡胶的导电性橡胶组合物形成。通过使未交联橡胶交联而得到交联橡胶。未交联橡胶可以是极性橡胶，也可以是非极性橡胶。从导电性优良等观点出发，未交联橡胶更优选为极性橡胶。
极性橡胶是具有极性基团的橡胶，作为极性基团，可列举为氯基、腈基、羧基、环氧基等。作为极性橡胶，具体而言，可列举为氯醚橡胶、丁腈橡胶(NBR)、聚氨酯橡胶(U)、丙烯酸橡胶(丙烯酸酯和2-氯乙基乙烯基醚的共聚物、ACM)、氯丁橡胶(CR)、环氧化天然橡胶(ENR)等。在极性橡胶中，从特别容易降低体积电阻率等观点出发，更优选为氯醚橡胶(hydrin rubber)、丁腈橡胶(NBR)。
作为氯醚橡胶，可列举为环氧氯丙烷均聚物(CO)、环氧氯丙烷-环氧乙烷二元共聚物(ECO)、环氧氯丙烷-烯丙基缩水甘油醚二元共聚物(GCO)、环氧氯丙烷-环氧乙烷-烯丙基缩水甘油醚三元共聚物(GECO)等。
作为聚氨酯橡胶，可列举为分子内具有醚键的聚醚型的聚氨酯橡胶。聚醚型的聚氨酯橡胶可以通过在两个末端具有羟基的聚醚和二异氰酸酯的反应来制备。作为聚醚，没有特别限定，可列举为聚乙二醇、聚丙二醇等。作为二异氰酸酯没有特别限定，可列举为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯等。
作为非极性橡胶，可列举为异戊二烯橡胶(IR)、天然橡胶(NR)、丁苯橡胶(SBR)、丁二烯橡胶(BR)等。
作为交联剂，可列举为硫磺交联剂、过氧化物交联剂、脱氯交联剂。这些交联剂可以单独使用也可以2种以上组合使用。
作为硫磺交联剂，可列举为粉末硫磺、沉降硫磺、胶体硫磺、表面处理硫磺、不溶性硫磺、氯化硫磺、秋兰姆系硫化促进剂、高分子多硫化物等以往公知的硫磺交联剂。
作为过氧化物交联剂，可列举为过氧化缩酮、二烷基过氧化物、过氧化酯、过氧化酮、过氧化二碳酸酯、二酰基过氧化物、氢过氧化物等以往公知的过氧化物交联剂。
作为脱氯交联剂，可列举为二硫代碳酸酯化合物。更具体而言，可列举为喹喔啉-2,3-二硫代碳酸酯、6-甲基喹喔啉-2,3-二硫代碳酸酯、6-异丙基喹喔啉-2,3-二硫代碳酸酯、5,8-二甲基喹喔啉-2,3-二硫代碳酸酯等。
作为交联剂的配合量，从难以渗出等观点出发，以未交联橡胶为100质量份计，优选为0.1-2质量份的范围内，更优选为0.3-1.8质量份的范围内，进一步优选为0.5-1.5质量份的范围内。
在使用脱氯交联剂作为交联剂的情况下，可以与脱氯交联促进剂并用。作为脱氯交联促进剂，可列举为1,8-二氮杂双环(5,4,0)十一碳-7-烯(以下简称为DBU。)或其弱酸盐。脱氯交联促进剂可以以DBU的形态来使用，从其操作角度出发，优选以其弱酸盐的形态来使用。作为DBU的弱酸盐，可列举为碳酸盐、硬脂酸盐、2-乙基己酸盐、苯甲酸盐、水杨酸盐、3-羟基-2-萘甲酸盐、酚醛树脂盐、2-巯基苯并噻唑盐、2-巯基苯并咪唑盐等。
作为脱氯交联促进剂的含量，从难以渗出等观点出发，以未交联橡胶为100质量份计，优选为0.1-2质量份的范围内。更优选为0.3-1.8质量份的范围内，进一步优选为0.5-1.5质量份的范围内。
为了赋予导电性，可以在弹性体层14中适当添加炭黑、石墨、c-TiO2、c-ZnO、c-SnO2(c-表示导电性。)、离子导电剂(季铵盐、硼酸盐、表面活性剂等)等以往公知的导电剂。另外，可以根据需要适当添加各种添加剂。作为添加剂，可列举为润滑剂、硫化促进剂、防老化剂、光稳定剂、粘度调节剂、加工助剂、阻燃剂、增塑剂、发泡剂、填充剂、分散剂、消泡剂、颜料、脱模剂等。
可以通过交联橡胶的种类、离子导电剂的配合量、电子导电剂的配合等，将弹性体层14调整为规定的体积电阻率。弹性体层14的体积电阻率根据用途等适当地设定为102-1010Ω·cm、103-109Ω·cm、104-108Ω·cm的范围等即可。
对弹性体层14的厚度没有特别限定，根据用途等适当地设定为0.1-10mm的范围内等即可。
弹性体层14例如可以按照以下方法制造。首先，将轴体12同轴地设置于辊成形模具的中空部，注入未交联的导电性橡胶组合物，加热、固化(交联)后脱模，或者通过在轴体12的表面对未交联的导电性橡胶组合物进行挤出成形等，而在轴体12的外周形成弹性体层14。
只要轴体12具有导电性则对其没有特别限定。具体而言，可以举例说明为由铁、不锈钢、铝等金属制的实心体、中空体构成的芯棒等。可以在轴体12的表面根据需要涂布粘合剂、底涂剂等。即，弹性体层14可以经由粘合剂层(底涂剂层)而与轴体12粘合。可以根据需要对粘合剂、底涂剂等实施导电化。
根据以上构成的带电辊10，利用表层16上因纤维素纳米纤维的重叠而产生的细孔，确保了带电辊表面和感光体表面之间的放电空间(间隔)，能够维持优良的带电性。另外，与添加球状颗粒的情况相比抑制了局部粗糙度，因此降低了对感光体的压力，抑制了感光体表面的切削。进一步，利用因纤维素纳米纤维的重叠而产生的细孔，而在表面设置有微细的粗糙度，因此降低了表面能，变得难以产生调色剂的附着。由此，充分抑制调色剂的附着。
作为本发明所涉及的带电辊的结构，并不限定于图1所示的结构。例如，可以是在图1所示的带电辊10中在轴体12与弹性体层14之间具备其他弹性体层的结构。在这种情况下，其他弹性体层是成为导电性辊的基底的层，弹性体层14作为进行导电性辊的电阻调整的电阻调整层等而发挥功能。其他弹性体层，例如可以由作为构成弹性体层14的材料而列举的材料中的任意一种构成。另外，例如可以是在图1所示的带电辊10中在弹性体层14与表层16之间具备其他弹性体层的结构。在这种情况下，弹性体层14是成为带电辊的基底的层，其他弹性体层作为进行带电辊的电阻调整的电阻调整层等而发挥功能。
实施例
以下，使用实施例及对比例对本发明进行详细说明。
(实施例1-3、对比例1-2)
<导电性橡胶组合物的制备>
以氯醚橡胶(ECO，DAISO制造，“EPICHLOMER-CG102”)为100质量份计，添加5质量份的硫化助剂(氧化锌，三井金属制造，“氧化锌2种”)、10质量份的碳(Ketjen BlackInternational公司制造，“科琴炭黑EC300J”)，0.5质量份的硫化促进剂(2-巯基苯并噻唑，大内新兴化学工业公司制造，“NOCCELER M-P”)，2质量份的硫磺(鹤见化学工业公司制造，“SULFAX PTC”)，50质量份的填充剂(碳酸钙，白石工业制造，“白艳华CC”)，并用搅拌机对它们进行搅拌、混合，制备导电性橡胶组合物。
<弹性体层的制备>
将芯棒(轴体，直径为6mm)设置在成形模具中，注入上述导电性橡胶组合物，在170℃下加热30分钟后，冷却、脱模，在芯棒的外周形成厚度为1.5mm的弹性体层。
<表层的制备>
如表1所记载的固体成分浓度(质量％)那样，制备纤维素纳米纤维(CNF)的水分散液后，辊涂在弹性体层的表面，在100℃下加热30分钟，在弹性体层的外周形成厚度为2.5μm的表层。由此，制备带电辊。
·CNF1(纤维素纳米纤维1)：森机械制造的“木质纤维素纳米纤维45(LIGNO CNF45)”
·CNF2(纤维素纳米纤维2)：森机械制造的“木质纤维素纳米纤维250((LIGNO CNF250)”
(实施例4-5、对比例3)
在表层的制备中，在纤维素纳米纤维(CNF)的水分散液中添加了粘合剂树脂以外，与实施例1-3同样地，在弹性体层的外周形成表层。由此，制备带电辊。
·粘合剂树脂1：丙烯酸树脂，DIC制造的“VONCOAT SEP-119”
·粘合剂树脂2：尼龙树脂，铅市制造的“FINE RESIN FR-104”
对制备的各带电辊进行表层的细孔径以及表面积的测定。进一步，进行条纹图像、雾化的评价。将评价结果及表层形成用组合物的配合组成示于以下表中。
<细孔径>
在表层中的表面的任意位置处选择在放大至5000-20000倍后的15×25μm的范围内照出的任意20个点的细孔，测量各细孔的最大直径，以这20个点的细孔的平均值作为任意位置的细孔径，对任意五个部位进行同样的测量，将任意五个部位的平均值作为表层中的表面的细孔径表示。
<表面积>
用激光显微镜测定表层的表面，以每单位体积(μm3)的值表示。
测定机：与Keyence公司制造的彩色三维激光显微镜VK-X100相当的产品
测定条件：倍率×3000，亮度7850，测定间距0.05μm
解析条件：在体积、面积模式下，上限阈值为40000
<条纹图像>
将制备的带电辊安装于实机(HP制造的“CLJ4525dn”)的墨盒(cartridge)(黑)中，在15℃×10％RH的环境下，以25％浓度半色调进行图像输出。将图像不存在横条纹的情况评价为特别良好“◎”，将几乎不存在横条纹的情况评价为良好“○”，将图像出现横纹，因调色剂附着对图像的影响较大的情况评价为不良“×”。
<雾化>
将制备的带电辊安装于实机(HP制造的“CLJ4525dn”)的墨盒(黑)中，在15℃×10％RH的环境下，以进行全白图像输出。将图像反射率的变化为1％以下的情况评价为特别良好“◎”，将图像反射率的变化超过1％且在3％以下的情况评价为良好“○”，将图像反射率的变化超过1％且在4％以下的情况评价为稍差“△”，将图像反射率的变化超过4％的情况评价为不良“×”。利用白色光度计(东京电色公司制造的“数码白色高度计TC-6DS/A”)测定图像反射率。
表1
CNF1：LIGNO CNF 45
CNF2：LIGNO CNF 250
粘合剂1：丙烯酸树脂
粘合剂2：尼龙树脂
在对比例1中，纤维素纳米纤维的固体成分浓度较高，因此，在表层中，因纤维素纳米纤维的重叠而产生的细孔的直径过小。对比例2的纤维素纳米纤维的固体成分浓度较低，因此，在表层中，因纤维素纳米纤维的重叠而产生的细孔的直径过大。与此相对，在实施例中，在表层中，因纤维素纳米纤维的重叠而产生的细孔的直径被调整到适当的大小。由此，确保了带电辊表面和感光体表面之间的放电空间(间隔)，维持了优良的带电性，抑制了雾化。另外，利用细孔，而在表面设置有微细的粗糙度，因此降低了表面能，抑制了调色剂附着，抑制了条纹图像的缺陷。此外，在对比例3中，粘合剂树脂的固体成分浓度较高，因此，在表层中，没有形成因纤维素纳米纤维的重叠而产生的细孔。因此，没有抑制条纹图像的缺陷。
以上，虽然对本发明的实施方式、实施例进行了说明，但本发明不受上述实施方式、实施例的任何限定，可以在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种改变。
符号说明
10 带电辊
12 轴体
14 弹性体层
16 表层
Claims (4)
1.一种电子照相设备用带电辊，其特征在于，具备轴体、在所述轴体的外周形成的弹性体层、以及在所述弹性体层的外周形成的表层，
所述表层含有纤维素纳米纤维，在表面具有因所述纤维素纳米纤维的重叠而产生的细孔，其细孔径在0.05-30μm的范围内。
2.根据权利要求1所述的电子照相设备用带电辊，其特征在于，所述表层不含有粘合剂树脂，或者含有粘合剂树脂且其含量相对于所述表层整体为5质量％以下。
3.根据权利要求1或2所述的电子照相设备用带电辊，其特征在于，所述表层的表面积在300-60000μm2的范围内。
4.根据权利要求2所述的电子照相设备用带电辊，其特征在于，所述粘合剂树脂为亲水性的。
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