CN112005172A

CN112005172A - 电子照相设备用导电性辊

Info

Publication number: CN112005172A
Application number: CN201980025635.8A
Authority: CN
Inventors: 柏原伸吉; 堀内健; 明乐直树
Original assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Priority date: 2018-06-01
Filing date: 2019-05-08
Publication date: 2020-11-27
Anticipated expiration: 2039-05-08
Also published as: US20210054167A1; JP7030019B2; CN112005172B; JP2019211552A; WO2019230311A1; US11753519B2

Abstract

本发明提供一种在对电子导电的弹性体层施加了旋转负荷的情况下在长期内电阻稳定性优异的电子照相设备用导电性辊。电子照相设备用导电性辊10具备轴体12和形成于轴体12的外周的弹性体层14，弹性体层14是含有(a)二烯系聚合物、(b)交联剂、(c)炭黑、(d)偶联剂的组合物的交联体，(b)为硫磺交联剂或过氧化物交联剂，(c)的比表面积在40～300m²/g的范围内，(d)为下述(d1)或(d2)。(d1)为具有NHR¹基团以及SSO₃H基团的偶联剂，(d2)为具有NHR¹基团以及烯结构的偶联剂，其中，R¹为H或碳原子数为1～8的烃基。

Description

电子照相设备用导电性辊

技术领域

本发明涉及适宜使用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的电子照相设备用导电性辊。

背景技术

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，在感光鼓的周围配设有带电辊、显影辊、转印辊、调色剂供给辊等导电性辊。作为导电性辊，已知有在由芯棒构成的轴体的外周具有导电性的弹性体层的导电性辊。在弹性体层中配合有用于导电性的导电剂。导电剂包括离子导电剂和电子导电剂。作为导电方式之一的离子导电因通电时的电荷极化而逐渐消耗导电剂，从而引起电阻上升。另外，由环境导致的电阻变动较大。因而，为了实现电阻稳定性，优选为电子导电的方式。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平05-134515号公报

发明内容

发明所要解决的问题

电子照相设备的导电性辊在与配合部件接触的状态下进行旋转。若对导电性辊的弹性体层施加旋转负荷，则在电子导电的方式中也会产生电阻上升，有时无法确保稳定的电阻。在专利文献1中，记载了在带电体的半导电性弹性体层中配合作为导电物质的炭黑和作为该导电物质的分散稳定剂的偶联剂来减小带电体的电阻偏差的内容，但在专利文献1的构成中，在对电子导电的弹性体层施加了旋转负荷的情况下，无法长期确保电阻稳定性。

本发明所要解决的问题在于，提供一种在对电子导电的弹性体层施加了旋转负荷的情况下在长期内电阻稳定性优异的电子照相设备用导电性辊。

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导电性辊的主旨在于，具备轴体和形成于所述轴体的外周的弹性体层，所述弹性体层是含有(a)二烯系聚合物、(b)交联剂、(c)炭黑、(d)偶联剂的组合物的交联体，所述(b)为硫磺交联剂或过氧化物交联剂，所述(c)的比表面积在40～300m²/g的范围内，所述(d)为下述(d1)或(d2)，

(d1)为具有NHR¹基团以及SSO₃H基团的偶联剂，

(d2)为具有NHR¹基团以及烯结构的偶联剂，

其中，R¹为H或碳原子数为1～8的烃基。

以所述(a)为100质量份计，所述组合物中的所述(d)的含量优选在0.5～20质量份的范围内。以所述(a)为100质量份计，所述组合物中的所述(c)的含量优选在10～45质量份的范围内。本发明所涉及的电子照相设备用导电性辊可以适宜地用作带电辊。

发明效果

根据本发明所涉及的电子照相设备用导电性辊，由于弹性体层包含(c)炭黑且导电方式为电子导电，因此能够减小由通电导致的电阻变动以及由环境导致的电阻变动。而且，(c)炭黑具有特定的比表面积，并且(d)偶联剂为上述(d1)或(d2)，因此，在对电子导电的弹性体层施加了旋转负荷的情况下，在长期内电阻稳定性优异。

附图说明

图1中的(a)是本发明的一个实施方式所涉及的电子照相设备用导电性辊的外观示意图，图1中的(b)是其A-A线剖面图。

图2中的(a)是本发明的另一实施方式所涉及的电子照相设备用导电性辊的外观示意图，图2中的(b)是其B-B线剖面图。

具体实施方式

以下，对本发明进行详细说明。

图1表示本发明的一个实施方式所涉及的导电性辊。图1所示的导电性辊10具备在轴体12的外周设置有一层弹性体层14的构成。弹性体层14是成为导电性辊10的基底的层。弹性体层14成为出现在导电性辊10的表面的层。

弹性体层14是含有以下的(a)～(d)的组合物的交联体。弹性体层14由导电性橡胶弹性体构成。

(a)二烯系聚合物

(b)交联剂

(c)炭黑

(d)偶联剂

(a)二烯系聚合物是使用二烯作为单体的聚合物，是在聚合物中具有烯结构、且能够通过(b)交联剂进行交联的聚合物。作为二烯系聚合物，可列举为天然橡胶(NR)、异戊二烯橡胶(IR)、丁二烯橡胶(BR)、苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)、苯乙烯异戊二烯橡胶(SIR)、苯乙烯丁二烯苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、苯乙烯异戊二烯苯乙烯嵌段共聚物(SIS)、丙烯腈丁二烯橡胶(NBR)、丁基橡胶(IIR)、卤化丁基橡胶(Br-IIR、Cl-IIR)、氯丁橡胶(CR)、乙烯-丙烯-二烯橡胶(EPDM)等。它们可以单独使用一种，也可以组合使用两种以上作为(a)二烯系聚合物。其中，从容易使组合物的体积电阻率变得特别低等观点出发，优选为NBR。

(b)交联剂是(a)二烯系聚合物的交联剂。(b)交联剂由硫磺交联剂或过氧化物交联剂构成。

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、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。

在上述组合物中，考虑到弹性体层14的硬度、交联度等，(b)交联剂的含量优选为，以(a)二烯系聚合物为100质量份计，0.5～7.0质量份的范围内。更优选为1.0～5.0质量份的范围内。

(c)炭黑的比表面积在40～300m²/g的范围内。由此，(c)炭黑容易与(d)偶联剂相互作用。另外，从该观点出发，(c)炭黑的比表面积更优选为50～200m²/g的范围内，进一步优选为100～180m²/g的范围内。可以通过氮吸附法来测定(c)炭黑的比表面积。

在上述组合物中，以(a)二烯系聚合物为100质量份计，(c)炭黑的含量优选为10～45质量份的范围内。更优选为15～40质量份的范围内，进一步优选为15～30质量份的范围内。以(a)二烯系聚合物为100质量份计，通过将(c)炭黑的含量设为10质量份以上，能够形成低电阻。另外，以(a)二烯系聚合物为100质量份计，通过将(c)炭黑的含量设为45质量份以下，不会变得过硬，能够使与感光鼓的压区稳定。

(d)偶联剂为下述(d1)或(d2)。

(d1)为具有NHR¹基团以及SSO₃H基团的偶联剂，

(d2)为具有NHR¹基团以及烯结构的偶联剂，

其中，R¹为H或碳原子数为1～8的烃基。

(d1)或(d2)的NHR¹基团具有与氮原子键合的活性氢，因此与(c)炭黑的表面官能团(羧酸基)反应而形成化学键。(d1)的SSO₃H基团产生硫自由基。产生的硫自由基与(a)二烯系聚合物的烯结构部分反应而形成化学键。(d2)的烯结构部分通过(b)交联剂与(a)二烯系聚合物的烯结构部分形成化学键。于是，在(a)与(d1)之间以及(c)与(d1)之间形成化学键，并且，在(a)与(d2)之间以及(c)与(d2)之间形成化学键，因此(a)与(c)的键变强，即使在对弹性体层14施加了旋转负荷的情况下，也可抑制(a)与(c)之间的界面剥离，维持基于(c)的导电路径。因此，即使在对弹性体层14施加了旋转负荷的情况下，也能够抑制电阻上升，在长期内电阻稳定性优异。

(d2)的烯结构为碳-碳双键部位，可以为末端，也可以为内部。

(d1)例如可以由下述通式(1)表示。

(化1)

HR¹N-R²-SSO₃H (1)

其中，R¹为H或碳原子数为1～8的烃基，R²为碳原子数为1～8的二价的烃链。R¹更优选为H或碳原子数为1～4的烃基。R²更优选为碳原子数为1～4的二价的烃链。

(d2)例如可以由下述通式(2)表示。

[化2]

其中，R¹为H或碳原子数为1～8的烃基，R⁴为碳原子数为1～8的二价的烃链，R⁵、R⁶为H或碳原子数为1～8的烃基。R¹更优选为H或碳原子数为1～4的烃基。R⁵、R⁶更优选为H或碳原子数为1～4的烃基。R⁵、R⁶可以是彼此相同结构的基团，也可以是不同结构的基团。

(d2)也可以是由上述通式(2)表示的化合物的开环物。可以通过对由上述通式(2)表示的化合物在碱的存在下进行水解而得到开环物。

在(d1)以及(d2)中，作为烃基，可列举为脂肪族烃基、脂环族烃基、芳香族烃基、包含芳香环的烃基、包含脂环的烃基等。作为二价的烃链，可列举为二价的脂肪族烃链、二价的脂环族烃链、二价的芳香族烃链、二价的包含芳香环的烃链、二价的包含脂环的烃链等。

在上述组合物中，以(a)二烯系聚合物为100质量份计，(d)偶联剂的含量优选为0.5～20质量份的范围内。更优选为2.0～7.0质量份的范围内，进一步优选为2.0～5.0质量份的范围内。以(a)二烯系聚合物为100质量份计，通过将(d)偶联剂的含量设为0.5质量份以上，在对弹性体层14施加了旋转负荷的情况下抑制电阻上升的效果较高。另外，以(a)二烯系聚合物为100质量份计，通过将(d)偶联剂的含量设为20质量份以下，容易抑制未反应的(d)偶联剂的渗出所导致的图像恶化。

上述组合物可以根据需要含有(d)炭黑以外的电子导电剂、离子导电剂、润滑剂、抗老化剂、光稳定剂、粘度调节剂、加工助剂、反应助剂、阻燃剂、增塑剂、发泡剂、填充剂、分散剂、消泡剂、颜料、脱模剂等各种添加剂中的一种或两种以上。

弹性体层14的厚度没有特别限定，作为导电性辊10，优选为0.1～10mm的范围内，更优选为0.5～5mm的范围内，进一步优选为1～3mm的范围内。

作为弹性体层14的体积电阻率，没有特别限定，作为导电性辊10，优选为10²～10¹⁰Ω·cm，更优选为10³～10⁹Ω·cm，进一步优选为10⁴～10⁸Ω·cm的范围内。

轴体12只要具有导电性即可，没有特别限定。具体而言，可以举例示出为由铁、不锈钢、铝等金属制的实心体、中空体构成的芯棒等。也可以根据需要在轴体12的表面涂布粘接剂、底涂剂等。可以根据需要对粘接剂、底涂剂等进行导电化。

导电性辊10例如可以按照如下方法进行制造。首先，将轴体12同轴地设置在辊成形模具的中空部内，注入上述组合物，进行加热、固化后，进行脱模，或者将上述组合物挤出成形在轴体12的表面等，由此在轴体12的外周形成弹性体层14。由此，能够制造导电性辊10。

根据以上构成的导电性辊10，由于弹性体层14包含(c)炭黑且导电方式为电子导电，因此能够减小由通电导致的电阻变动以及由环境导致的电阻变动。而且，由于(c)炭黑具有特定的比表面积并且(d)偶联剂为上述(d1)或(d2)，因此在对电子导电的弹性体层14施加了旋转负荷的情况下，在长期内电阻稳定性优异。

本发明所涉及的导电性辊能够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适宜地用作配设在感光鼓的周围的带电辊、显影辊、转印辊、调色剂供给辊等导电性辊。

在本发明中，导电性辊可以如图1所示那样仅由轴体12和一层橡胶弹性体层14构成，也可以进一步具有一层橡胶弹性体层14以外的其他层。作为其他层，可列举为表层、中间层等。表层是出现在导电性辊的表面的层，出于对辊表面进行保护、赋予表面特性等目的而设置。中间层在轴体12与一层橡胶弹性体层14之间、一层橡胶弹性体层14与表层之间等设置一层以上。中间层出于对导电性辊的电阻进行调整、提高密接性、防止成分向其他层扩散等目的而设置。

图2表示本发明的另一实施方式所涉及的电子照相设备用导电性辊。图2所示的导电性辊20具备在轴体12的外周设置有一层弹性体层14、且在弹性体层14的外周设置有一层表层16的构成。弹性体层14是成为导电性辊20的基底的层。在导电性辊20中，弹性体层14不出现在表面(外周表面)，而是被表层16覆盖。表层16成为出现在导电性辊20的表面的层。

作为表层16的材料，可列举为聚氨酯树脂、聚酰胺、丙烯酸树脂、丙烯酸硅树脂、丁醛树脂、醇酸树脂、聚酯树脂、氟橡胶、氟树脂、硅树脂、丙烯酸改性硅树脂、硅改性丙烯酸树脂、氟改性丙烯酸树脂、三聚氰胺树脂、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等甲基丙烯酸树脂、聚碳酸酯、环氧树脂、酚醛树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚缩醛、改性聚亚苯基氧化物(改性聚苯醚)、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚醚砜、聚砜、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酰亚胺、聚芳酯、聚烯丙基醚腈、丁腈橡胶、聚氨酯橡胶、它们交联而成的树脂等。在表层16中，可以根据需要添加离子导电剂、电子导电剂、各种添加剂。可以通过在弹性体层14的外周涂布表层形成用组合物等方法来形成表层16。根据需要对表层16实施交联处理。

为了赋予导电性，可以在表层16中适当添加炭黑、石墨、c-TiO₂、c-ZnO、c-SnO₂(c-是指导电性。)、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，也可以根据需要适当添加各种添加剂。另外，为了确保表面粗糙度，也可以添加粗糙度形成用颗粒。

粗糙度形成用颗粒在表层16上形成表面凹凸。作为粗糙度形成用颗粒，可以列举为树脂颗粒、二氧化硅颗粒等。作为树脂颗粒，可以列举为聚氨酯颗粒、硅酮颗粒、丙烯酸颗粒等。粗糙度形成用颗粒的平均粒径优选在3～50μm的范围内。可以使用激光衍射式粒度分布测定装置并通过中值粒径计算出粗糙度形成用颗粒的平均粒径。

表层形成用组合物由含有上述主材料、导电剂、根据需要含有的其他添加剂的组合物构成。作为其他添加剂，可以列举为聚合物成分的交联剂、流平剂、表面改性剂等。从调整粘度等观点出发，表层形成用组合物可以适当含有甲基乙基酮、甲苯、丙酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲基异丁基酮(MIBK)、THF、DMF等有机溶剂、甲醇、乙醇等水溶性溶剂等溶剂。作为涂布方法，可以应用辊涂法、浸渍法、喷涂法等各种涂布法。

表层16的厚度没有特别限定，优选为0.01～100μm的范围内，更优选为0.1～20μm的范围内，进一步优选为0.3～10μm的范围内。表层16的体积电阻率优选为10⁷～10¹²Ω·cm，更优选为10⁸～10¹¹Ω·cm，进一步优选为10⁹～10¹⁰Ω·cm的范围内。

在未设置表层作为其他层的情况下，也可以通过实施对橡胶弹性体层14的表面进行改性的表面改性处理来赋予与设置表层的情况下同样的功能。作为表面改性方法，可以列举为照射UV、电子束的方法、与能够与橡胶弹性体层14的不饱和键、卤素反应的表面改性剂、例如含有异氰酸酯基、氢化甲硅烷基、氨基、卤素基团、硫醇基等反应活性基团的化合物接触的方法等。

作为中间层的材料，可列举为氯醇橡胶(CO、ECO、GCO、GECO)、乙烯-丙烯橡胶(EPDM)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、聚降冰片烯橡胶、硅橡胶、丁二烯橡胶(BR)、异戊二烯橡胶(IR)、丙烯酸橡胶(ACM)、氯丁橡胶(CR)、聚氨酯橡胶、聚氨酯系弹性体、氟橡胶、天然橡胶(NR)、丙烯腈-丁二烯橡胶(NBR)、氢化丙烯腈-丁二烯橡胶(H-NBR)等。中间层可以根据需要添加离子导电剂、电子导电剂、各种添加剂。可以通过利用注塑成形法、挤出成形法等方法在橡胶弹性体层14的外周等对中间层形成用组合物进行成形而形成中间层。根据需要对中间层实施交联处理。

实施例

以下，使用实施例以及比较例对本发明进行详细说明。此外，实施例列举在轴体的外周依次层叠有基层和表层的两层结构的带电辊为例，但本发明并不限定于该构成。

作为弹性体层形成用的组合物的材料，准备以下的材料。

(a)二烯系聚合物

·丁腈橡胶：NBR，日本瑞翁公司制造的“NipolDN302”

(b)交联剂

·过氧化物：日油制造的“PERCUMYL D40”

(c)炭黑

·碳1：东海碳素造的“SeastSO”，比表面积为42m²/g

·碳2：东海碳素造的“Seast9”，比表面积为142m²/g

·碳3：Cabot制造的“BLACK PEARLS 880”，比表面积为240m²/g

(d)偶联剂

·(d1)偶联剂1：SIGMA-ALDRICH制造的“S-(3-氨基丙基)硫代硫酸氢盐”

·(d2)偶联剂2：SIGMA-ALDRICH制造的“1-(4-氨基苯基)-1H-吡咯-2,5-二酮”

(e)添加剂

·硬脂酸(加工助剂)[日本油脂(株)制造，“硬脂酸SAKURA”]

·氧化锌(反应助剂)[堺化学工业(株)制造，“氧化锌2种”]

·水滑石(反应助剂)[协和化学工业制造的“DHT4A”]

(f)其他

·比较材料3：丁胺(试剂)

·比较材料4：1-丁硫醇(试剂)

(实施例1)

<弹性体层形成用组合物的制备>

以NBR为100质量份计，配合0.7质量份的硬脂酸、5质量份的氧化锌、2质量份的水滑石、3质量份的交联剂、20质量份的炭黑(碳2)、2质量份的偶联剂(偶联剂1)，利用搅拌机对它们进行搅拌、混合，制备实施例1所涉及的弹性体层形成用组合物。

<弹性体层的制作>

将芯棒(直径为6mm)设置在成形模具中，注入上述组合物，在170℃下加热30分钟后，冷却、脱模，在芯棒的外周形成厚度为1.75mm的由导电性橡胶弹性体构成的弹性体层。

<表层的制作>

混合100质量份的N-甲氧基甲基化尼龙(长濑精细化工公司制造，“EF30T”)、60质量份的导电性氧化锡(三菱综合材料公司制造，“S-2000”)、30质量份的聚氨酯颗粒(根上工业制造的“ART-pearl C600”，平均粒径为10μm)、1质量份的柠檬酸(交联剂)和300质量份的甲醇，制备表层形成用组合物。接着，将表层形成用组合物辊涂于弹性体层的表面，在120℃下加热50分钟，在弹性体层的外周形成厚度为10μm的表层。由此，制作实施例1所涉及的带电辊。

(实施例2～4)

除了在弹性体层形成用组合物的制备中变更偶联剂1的配合量以外，按照与实施例1同样的方式制作带电辊。

(实施例5～6)

除了在弹性体层形成用组合物的制备中变更炭黑(碳2)的配合量以外，按照与实施例1同样的方式制作带电辊。

(实施例7～8)

除了在弹性体层形成用组合物的制备中变更炭黑的种类以外，按照与实施例1同样的方式制作带电辊。

(实施例9)

除了在弹性体层形成用组合物的制备中变更偶联剂的种类以外，按照与实施例1同样的方式制作带电辊。

(比较例1)

除了在弹性体层形成用组合物的制备中使用比较材料3代替偶联剂1以外，按照与实施例1同样的方式制作带电辊。

(比较例2)

除了在弹性体层形成用组合物的制备中使用比较材料4代替偶联剂1以外，按照与实施例1同样的方式制作带电辊。

(比较例3)

除了在弹性体层形成用组合物的制备中未配合偶联剂以外，按照与实施例1同样的方式制作带电辊。

对所制作的各带电辊进行电阻变化的评价、渗出的评价。将评价结果与弹性层形成用组合物的配比组成(质量份)示于以下的表中。

<电阻变化评价方法>

在φ30mm的金属鼓上，以在所制作的带电辊上一端负载500g载荷(两端的合计为1kg载荷)的状态下，使金属鼓以90rpm旋转2小时。求出外加-200V时的试验前后的电阻值，以位数计算电阻变化。将电阻变化小于0.1位的情况评价为电阻变化较小，记作“○”，将电阻变化为0.1位以上的情况评价为电阻变化较大，记作“×”。

<渗出>

将所制作的带电辊在规定的湿热环境下放置14天后，观察在带电辊的表面上是否存在渗出物。将在50℃×95％RH的湿热环境下也未观察到渗出物的情况记作“○”，将虽然在50℃×95％RH的湿热环境下观察到渗出物，但是在40℃×95％RH的湿热环境下未观察到渗出物的情况记作“△”。

在配合二烯系聚合物、过氧化物交联剂、规定的比表面积的炭黑的组合物中，比较例1～3未配合偶联剂，比较例1配合丁胺代替偶联剂，比较例2配合1-丁硫醇代替偶联剂。在比较例1～3中，若对电子导电的弹性体层施加旋转负荷，则电阻变化变大，确认到电阻上升。因此，可知在长期的使用中电阻稳定性较差。另一方面，可知在实施例中，在配合二烯系聚合物、过氧化物交联剂、规定的比表面积的炭黑的组合物中配合有特定的偶联剂，因此即使对电子导电的弹性体层施加旋转负荷，电阻变化也较小，能够抑制电阻上升。因此，可知即使在长期的使用中，电阻稳定性也很优异。

以上，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。

Claims

1.一种电子照相设备用导电性辊，其特征在于，所述电子照相设备用导电性辊具备轴体和形成于所述轴体的外周的弹性体层，

所述弹性体层是含有(a)二烯系聚合物、(b)交联剂、(c)炭黑、(d)偶联剂的组合物的交联体，

所述(b)为硫磺交联剂或过氧化物交联剂，

所述(c)的比表面积在40～300m²/g的范围内，

所述(d)为下述(d1)或(d2)，

(d1)为具有NHR¹基团以及SSO₃H基团的偶联剂，

(d2)为具有NHR¹基团以及烯结构的偶联剂，

其中，R¹为H或碳原子数为1～8的烃基。

2.根据权利要求1所述的电子照相设备用导电性辊，其特征在于，以所述(a)为100质量份计，所述组合物中的所述(d)的含量在0.5～20质量份的范围内。

3.根据权利要求1或2所述的电子照相设备用导电性辊，其特征在于，以所述(a)为100质量份计，所述组合物中的所述(c)的含量在10～45质量份的范围内。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的电子照相设备用导电性辊，其特征在于，所述电子照相设备用导电性辊为带电辊。