CN1442765A - 带电辊、成像处理盒和电子照相装置 - Google Patents

带电辊、成像处理盒和电子照相装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种带电辊和装有该带电辊的成像处理盒以及电子照相装置。所说的带电辊包括支持部件和导电性被覆层，该导电性被覆层用无缝管形成，该无缝管含有以下(A)、(B)和(C)成分：(A)塑性苯乙烯类弹性体，(B)聚苯乙烯树脂，(C)炭黑，且(A)成分和(B)成分的质量比(A)/(B)＝60/40～20/80。

Description

带电辊、成像处理盒和电子照相装置
技术领域
本发明涉及带电辊、成像处理盒和电子照相装置，具体而言，本发明涉及一种用于接触带电装置的带电辊、使用该带电辊的成像处理盒和电子照相装置，所说的接触带电装置通过向接触配置于电子照相感光体的导电性部件施加电压而使电子照相感光体表面带上规定电位。
背景技术
已知有很多种电子照相方法，但一般而言是利用光导电性物质通过各种手段在电子照相感光体上形成电潜像，然后用调色剂将该潜像显影成为可视图像，再根据需要将调色剂像转印在纸等转印材料上，之后利用热或压力等在转印材料上定影调色剂像，得到复印物。另外，未转印在转印材料上而残留在电子照相感光体上的调色剂粒子通过清洁步骤被从电子照相感光体上除去。
以前，作为电子照相的带电装置，一直使用电晕带电器。近年来，代替电晕带电器的接触带电装置已逐渐开始实用化。该接触带电装置以降低臭氧、降低电力消耗为目的，其中使用导电辊作为带电部件的辊带电方式因为在带电稳定性方面出色所以被优选采用。
在辊带电中，将导电性弹性辊加压接触在被带电体上，向其施加电压而进行向被带电体的带电。
具体而言，带电是通过从带电部件向被带电体的放电而进行的，所以通过施加域值电压以上的电压而开始带电。举例来说，使具有厚度25μm感光层的有机电子照相感光体(OPC电子照相感光体)与带电辊加压接触时，如果施加绝对值640V以上的电压，则电子照相感光体的表面电位开始上升，之后随着外加电压的增高，电子照相感光体的表面电位以斜率1呈线性增加。以下将该域值电压定义为带电开始电压Vth。
换言之，为得到电子照相所必须的电子照相感光体表面电位Vd，在带电辊上必须存在图像形成自身所必须的DC电压即Vd+Vth。这种在接触带电部件上只施加DC电压而使其带电的方法称为DC带电。
但是，在DC带电中，因为环境的变化等而使电阻值容易变动，所以因电子照相感光体的剥落而使膜厚发生变化，从而导致Vth变动，因此难以得到所希望的电子照相感光体的电位值。
因此，为进一步实现带电的均一化，如特开昭63-149669号公报中所公开的那样，使用在接触带电部件上施加在相当于所希望的Vd的DC电压上重合具有2×Vth以上峰间电压的AC成分的电压的AC+DC带电方式。该方式以AC产生电位的平均效果为目的，被带电体的电位集中在AC电压的峰值中央，很难受环境等外界因素的影响。
另外，作为带电用的导电性部件，在美国专利4967231号说明书中公开了在导电性支持部件上用导电性无缝管形成表层的例子。另外，在特开平5-2313号公报中公开了由含氟树脂形成的无缝管，在特开平5-96648号公报中公开了由导电性不同的层构成的多层管。作为制造带电部件的方法例如有插入形成法。在特开平6-58325号公报中公开了用十字头挤出机形成表面的方法。
这样，利用无缝管形成带电辊的方法，即使使用发泡体作为基体上的弹性层，也进一步被无缝管所被覆，形成平滑面，所以容易进行均匀带电。
但是，使用以热塑性树脂为基的无缝管时，因环境变化、经时性变化而导致辊的伸缩，从而容易引起电阻值的变化，出现表面划痕等不良情况，容易对图像产生影响，所以难以提供具有稳定且良好均匀带电特性和可以得到良好图像品质的带电辊。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带电辊，该带电辊可以减少相对于环境变化、经时变化引起的辊收缩的电流变化值，且表面划痕等不良状况难以对图像产生影响，能够得到稳定且良好的带电特性和输出图像品质。
本发明的目的还在于提供带有上述带电辊的成像处理盒和电子照相装置。
本发明的带电辊包括支持部件和导电性被覆层，该导电性被覆层用无缝管形成，该无缝管含有以下(A)、(B)和(C)成分，
(A)热塑性苯乙烯类弹性体，
(B)聚苯乙烯树脂，
(C)炭黑，
且(A)成分和(B)成分的质量比(A)/(B)＝60/40～20/80。
另外，本发明还涉及具备上述带电辊的成像处理盒和电子照相装置。
附图说明
图1是表示本发明带电辊的构成例。
图2是具备成像处理盒的电子照相装置的构成简图，所说的成像处理盒具有本发明带电辊作为一次带电装置。
图3是由本发明无缝管构成的带电辊制造装置的构成简图。
图4是测定相对于无缝管(1-1～1-6)伸长的电阻值变化的图。
图5是测定相对于无缝管(2-1～2-3和3)伸长的电阻值变化的图。
具体实施方式
本发明的带电辊具有的导电性被覆层用无缝管形成，该无缝管含有以下(A)、(B)和(C)成分，
(A)热塑性苯乙烯类弹性体，
(B)聚苯乙烯树脂，
(C)炭黑，
且(A)成分和(B)成分的质量比(A)/(B)＝60/40～20/80。
(A)成分的热塑性苯乙烯类弹性体是指硬链段是由聚苯乙烯(苯乙烯的聚合物)构成，软链段是由丁二烯、丙烯及其氢化物等构成的2元或3元嵌段共聚物，优选的例子有：聚(苯乙烯-氢化丁二烯-结晶烯烃)3元嵌段共聚物(SEBC)、聚(苯乙烯-氢化丁二烯-苯乙烯)3元嵌段共聚物(SEBS)、聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)3元嵌段共聚物(SBS)、聚(苯乙烯-氢化异戊二烯-苯乙烯)3元嵌段共聚物(SEPS)和聚(苯乙烯-乙烯基异戊二烯-苯乙烯)3元嵌段共聚物等。其中特别优选软链段被氢化的SEBC、SEBS和SEPS。
另外(B)成分的聚苯乙烯树脂的优选例子有广泛使用的聚苯乙烯(GPPS)、耐冲击性聚苯乙烯(HIPS)。
(A)成分和(B)成分的比例按质量比为(A)/(B)＝60/40～20/80，优选为60/40～40/60。  (A)成分与(B)成分的比例低于20/80(A成分少)时，管变得过硬，且弹性差，无法被覆，或即使能够被覆，辊的形状也变差，难以用作带电辊。相反，(A)成分和(B)成分的比例高于60/40(A成分多)时，相对于伸缩的电流值(电阻值)变化大，耐划痕性变差。
本发明中，对于无缝管的基础树脂构成，通过以特定的量比混合热塑性苯乙烯类弹性体和聚苯乙烯树脂，可以使其具有微相分离结构。由此可以在不损害较软的苯乙烯类弹性体(肖氏A硬度至75°)的弹性的条件下提高表面硬度，所以很难被划伤。另外，因为发生了微相分离，所以管被伸长时只有弹性体相伸长，聚苯乙烯树脂相不伸长，相对于无缝管的伸缩的电流值(电阻值)变化也可以变小。于是，通过难以产生划痕性和难以发生电阻变化性的协同效果，使得产生划痕等管变化就很难对图像产生影响。因此，只是通过提高苯乙烯类弹性体的苯乙烯含量来增加硬度的方法得不到本发明这样显著的效果。
另外，本发明中，(A)成分和(B)成分的总量优选为无缝管固形成分总质量的40-90质量％，特别优选为60-80质量％。
使无缝管具有导电性的方法有，用盐作导电剂的离子传导法，和用炭黑、导电性金属氧化物、金属粉末等作导电剂的电子传导法。利用离子传导具有导电性的情况下，电阻值的环境变动容易变大，另外因为与电子照相感光体接触，所以容易污染电子照相感光体。因此，本发明中使用炭黑作为导电剂((C)成分)。
作为(C)成分炭黑的优选例子有，作为市售品的Kitchen Black(LionAkzo公司制)、Printex、Special Black、Color Black(以上为Deggusa公司制)、Black Pearls(CABOT公司制)、旭Carbon(旭Carbon公司制)、三菱Carbon(三菱化学公司制)、Denka Black(电气化学工业公司制)、Seast和Toka Black(以上为东海Carbon公司制)。
只要是能使导电性被覆层的电阻值达到1×106～1×1011Ω·cm，且能够满足下述含量，(C)成分的炭黑可以是任何种类的炭黑，另外，也可以混合2种以上的炭黑。本发明中，优选混合使用高导电性炭黑和低导电性炭黑。
(C)成分炭黑的使用比例优选为无缝管固形成分总质量的10-60质量％，更优选为20-40质量％。(C)成分的炭黑比例低于10质量％时，通电使用时电阻升高变大，所以容易引起带电辊耐久性的恶化。相反，如果(C)成分的炭黑比例高于60质量％，则管变得过硬，弹性差，难以进行被覆。
本发明中根据需要还可以使用其他的添加剂，如导电性填充剂、抗氧化剂、软化剂、可塑剂、补强剂、填充剂等。作为导电性填充剂例如有石墨、金属氧化物等，金属氧化物例如可以举出氧化钛和氧化铅等。
用于形成本发明的导电性被覆层的无缝管通过以下方法制成：首先将苯乙烯类热塑性弹性体、聚苯乙烯和炭黑与必要的添加剂共混，然后进行颗粒化，用挤出成形机挤出得到的颗粒，从而得到。然后将成形加工的无缝管被覆在支持部件上，制成导电性部件。
在支持部件上被覆无缝管时，要使无缝管的内径大于应被覆的支持部件的外径，利用物理的或化学的方法例如利用热使管收缩嵌合，或使无缝管的内径小于应被覆的支持部件的外径，利用物理或化学方法如空气压力将管扩张后再嵌合。具体例子有特开平10-228156中记载的方法。本发明可以得到适合用于上述制造的无缝管，结果可以提供具有极为优良特性的导电性部件。
对于本发明中无缝管的厚度没有特别限制，但优选为100-600μm。无缝管的厚度在管的被覆前后没有大的变动，所以即使是导电性被覆层的厚度也可以采用无缝管的厚度。另外，本发明中，如特开平11-125952号公报中所述，优选将无缝管制成多层同时成形管。在制成多层同时成形管时，无缝管可以具有不符合本发明构成的层，但在本发明中至少表面层要满足本发明导电性被覆层的构成。
本发明中使用的支持部件例如有在导电性支持体上具有弹性层的弹性辊。
对于材质没有特别限定，例如特开平1-211799号公报所述，作为导电性基体可以使用铁、铜、不锈钢等金属，炭分散树脂、金属或金属氧化物分散树脂等，形状可以是棒状或板状等。作为弹性层，可以使用氯丁二烯橡胶、异戊橡胶、EPDM橡胶、聚氨酯橡胶、环氧树脂橡胶、丁基橡胶等橡胶或海绵，苯乙烯丁二烯、聚氨酯、聚酯和乙烯-醋酸乙烯等热塑性树脂。在这些橡胶或树脂中可以含有炭黑、金属和金属氧化物粒子等导电剂。
本发明中还可以在弹性层上设置导电层或电阻层。
作为导电层，例如可以使用金属蒸镀膜、导电性粒子分散树脂和导电性树脂等。具体例如有铝、铟、镍、铜和铁等蒸镀膜。作为导电性粒子分散树脂例如有炭、铝、镍、氧化钛等导电性粒子分散在尿烷、聚酯、醋酸乙烯-氯乙烯共聚物中和聚甲基丙烯酸甲酯等树脂中的产物。导电性树脂例如有含有季铵盐的聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯基苯胺、聚乙烯基吡咯、聚二乙炔和聚乙抱亚胺等。
电阻层可以使用导电性树脂和导电性粒子分散绝缘树脂等。作为导电性树脂可以使用乙基纤维素、硝基纤维素、甲氧基甲基化聚酰胺、乙氧基甲基化聚酰胺、共聚聚酰胺、聚乙烯醇、酪素等树脂。导电性粒子分散树脂例如有将少量炭、铝、氧化铟和氧化钛等导电性粒子分散在尿烷、聚酯、醋酸乙烯-氯乙烯共聚物和聚甲基丙烯酸甲酯等绝缘性树脂中的产物。
作为带电辊，具有支持部件和无缝管的本发明构成品，制造稳定性良好，可以在以前难以稳定生产的中电阻区域稳定生产。
本发明带电辊1’的构成例如图1所示。图中1是导电性基体、2是弹性层、3是被覆层、3(i)是导电层、3(o)是本发明的导电性被覆层。此时，导电性基体1、弹性层2和导电层3(i)在一起统称为支持部件。
对于用于本发明中的电子照相感光体、曝光装置、显影装置、转印装置和清洁装置没有特别限定。
图2中给出了具备带有本发明带电辊作为一次带电装置的成像处理盒的电子照相装置的构成例。
图2中，13是电子照相感光体，按箭头方向以规定的线速度被驱动旋转。电子照相感光体13在旋转过程中，通过作为一次带电装置的本发明带电辊1’在其圆周面上接受正或负的规定电位均匀带电，然后，接受由狭缝曝光或激光束扫描曝光等曝光装置(图中未示出)发出的曝光光14。这样在电子照相感光体13的圆周面上顺次形成静电潜像。
形成的静电潜像然后由显影装置15进行调色剂显影，显影的调色剂显影像由未图示的给纸部与电子照相感光体13的旋转同步向电子照相感光体13和转印装置16之间给纸，在被给纸的转印材料17上由转印装置16顺次转印。
接受像转印的转印材料17，从电子照相感光体面分离，导入图像定影装置18，接受图像定影，作为复印物(copy)向装置外输出。
像转印后的电子照相感光体13的表面利用清洁装置19除去转印残余调色剂，达到表面洁净化，重复用于图像形成。
本发明中，上述电子照相感光体13、导电性部件1’、显影装置15和清洁装置19等构成要素中的多个可收纳一个容器中，构成一体的成像处理盒，该成像处理盒可以自由装卸于复印机和激光打印机等电子照相装置本体中。例如，显影装置15和清洁装置19中的至少1个与电子照相感光体13和导电性部件1’被支持成为一体，成为处理盒，用装置本体的导轨等导引装置20形成在装置本体内装卸自由的成像处理盒21。
以下用具体的实施例详细说明本发明。本实施例中用以下所示的方法制备2层同时成形管。
如图3所示，在用于成形的模4上，在空气导入用中央通孔5的周围设有内外2层的环状挤出流路6、7，成形时由第1挤出机8将内层用材料加压注入内侧流路6中，由第2挤出机9将外层用材料加压注入外测流路7中，将内层3(i)和外层3(o)重合成一体挤出，利用设置在得到的2层同时成形管3外周的水冷环10冷却，将其利用送管装置11拉直，顺次切断成规定长度，作为带电辊用的无缝管，在之后的工序中被覆在具有导电性基体(金属芯)1的发泡弹性体层上。
这样，利用多层同时挤出成形形成无缝管3，可以容易地制造含有薄壁层的多层膜被覆管，而这在以前是难以单独作为管来被覆的。
得到的无缝管被覆在上述的发泡弹性体层上，如图1所示制成带电辊1’。内层是低电阻导电层、外层(表面层)是对应于本发明的管。本实施例中的“份”表示质量份。
无缝管制造例 1-1～1-6
作为外层管，将SEBC(苯乙烯含量20％)和GPPS按份数分别以SEBC/GPPS＝0/100、20/80、40/60、60/40、80/20、100/0的配比混合，分别加入Kitchen BlackEC 5份、Special Black250 20份、氧化镁10份、硬脂酸钙1份，利用加压式捏合机在180℃下混炼15分钟，冷却粉碎后用造粒用挤出机制成颗粒。SEBC/GPPS＝0/100的样品号为1-1，20/80的样品号为1-2，40/60的样品号为1-3，60/40的样品号为1-4，80/20的样品号为1-5，100/0的样品号为1-6。样品号1-2～1-4在本发明范围内，样品号1-1、1-5和1-6在本发明范围外。
另外，作为内层管，在热塑性聚氨酯弹性体(TPU)100份中加入Kitchen Black EC16份、氧化镁10份、硬脂酸钙1份，用加压式捏合机在180℃下混炼15分钟，冷却粉碎后用造粒用挤出机制成颗粒。
用上述颗粒，以具有内径φ16.5mm模和外径φ18.5mm岬嘴的2层挤出机挤出成形后，经过定形、冷却工序后，成形加工为内径φ11.1mm、外层厚度100μm、内层厚度400μm的无缝管。
按以下方法评价相对于得到的无缝管伸长的电阻值的变化。
首先，将成形加工的无缝管被覆在直径不同的不锈钢棒(φ：11.2mm、11.4mm、11.6mm、11.8mm、12.0mm)上，在温度25℃、湿度55％的环境中放置24小时。管的伸长率分别为，φ11.2mm：0.9％、φ11.4mm：2.7％、φ11.6mm：4.5％、φ11.8mm：6.3％、φ12.0mm：8.1％。之后，使各直径不同的不锈钢棒与不锈钢圆筒(φ30mm)接触，使不锈钢圆筒以30rpm的速度旋转，测定外加200V直流电压时的电流值，求出电阻值。结果在图4和图5中给出。另外，在表1中给出了不锈钢棒的直径为φ11.2mm时的电阻值和为φ12.0mm时的电阻值的比率。应予说明，样品号1-1的不锈钢棒的直径为11.8mm以上，管变得过硬，无法被覆。
无缝管的制造例2-1～2-3
作为外层管，在SEBC(苯乙烯含量20％)40份、HIPS60份中加入Kitchen Black EC 5份、Special Black 250 20份、氧化镁10份、硬脂酸钙1份，利用加压式捏合机在180℃下混炼15分钟，冷却粉碎后用造粒用挤出机制成颗粒(样品号2-1)。之后，经与无缝管制造例1-1同样的制造工序成形加工为内径φ11.1mm、外层厚度100μm、内层厚度400μm的无缝管。为了比较，以低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)代替上述的HIPS，同样进行混炼、颗粒化，分别制成样品2-2和2-3。
按与无缝管制造例1-2同样的方法评价相对于得到的无缝管伸长的电阻值的变化。
结果在图4和图5和表1中给出。
无缝管制造例3
作为外层管，在SEBS(苯乙烯含量65％)100份中加入KitchenBlack EC 5份、Special Black 250 20份、氧化镁10份、硬脂酸钙1份，利用加压式捏合机在180℃下混炼15分钟，冷却粉碎后用造粒用挤出机制成颗粒(样品号3)。之后，经与无缝管实施例/比较例1同样的制造工序成形加工为内径φ11.1mm、外层厚度100μm、内层厚度400μm的无缝管(样品号3)。
按与无缝管制造例1-2同样的方法评价相对于得到的无缝管伸长的电阻值的变化，与无缝管1-1同样，对于不锈钢棒的直径为φ11.8mm以上的产品来说，因为管过硬，所以无法被覆。
表1
样品号 1-2实施例 1-3实施例 1-4实施例 1-5比较例 1-6比较例 2-1实施例 2-2比较例 2-3比较例
电阻比φ12.0/φ11.2 0.82 2.9 5.5 38 130 5.2 150 710
由图4、图5和表1可知，热塑性苯乙烯类弹性体/聚苯乙烯之比为60/40～20/80时，相对于无缝管伸长的电阻值变化特别小，被抑制在10倍以内。
实施例和比较例
在φ6.0mm的不锈钢棒上设置的由弹性材料制成的厚度2.7mm发泡弹性体层的外周上被覆由上述各制造例得到的无缝管，制造具有与图1同样层结构的带电辊。此时导电性被覆层的厚度在外层为100μm、在内层为400μm。
耐划痕性的评价如下进行：将#1000的纸锉以一定荷重压接在带电辊上，使辊旋转以在其表面上产生划痕，将带有划痕的带电辊装入具有图2所示构成的成像处理盒中，输出中间色调图像，目视评价有无来自划痕的图像不良状况发生。结果在表2和表3中给出。表中，○表示在图像上几乎不能确认来自划痕的图像不良，△表示在图像上稍微能确认来自划痕的图像不良，×表示来自划痕的图像很清楚。
表2
    1-1比较例     1-2实施例     1-3实施例     1-4实施例     1-5比较例     1-6比较例
(A) 苯乙烯类弹性体种类     -   SEBC   SEBC   SEBC   SEBC   SEBC
苯乙烯类弹性体(质量份)     0     20     40     60     80     100
(B) 聚苯乙烯种类   GPPS   GPPS    GPPS   GPPS   GPPS      -
聚苯乙烯(质量份)   100     80     60     40     20     0
(A)/(B)   0/100   20/80    40/60     60/40     80/20     100/0
锉压接压力(500g/cm2)     *     ○     ○     ○     ×     ×
锉压接压力(1500g/cm2)     *     ○     ○     △     ×     ×
*：表示管无法被覆表3
     2-1实施例     2-2比较例     2-3比较例     3比较例
(A) 苯乙烯类弹性体种类   SEBC   SEBC   SEBC 高苯乙烯含量SEBC
苯乙烯类弹性体(质量份)     40     40     40     100
(B) 聚苯乙烯种类(或其替代物)   HIPS   LDPE   HDPE     -
聚苯乙烯(质量份)     60     60     60     0
(A)/(B)   40/60   40/60   40/60   100/0
锉压接压力(500g/cm2)     ○     ×     ×     ×
锉压按压力(1500g/cm2)     ○     ×     ×     ×
由以上结果可知，随着聚苯乙烯含量的增加，相对于伸长的电阻值变得稳定，相应地也改善了耐划痕性，难以发生来自于划痕的图像不良现象。但是，如果聚苯乙烯含量按热塑性苯乙烯类弹性体/聚苯乙烯之比计高于20/80即聚苯乙烯含量多时，难以被覆发泡弹性体层，被覆时如果使管过度膨胀，则辊的形状恶化。
利用本发明可以提供一种带电辊、具有该带电辊的成像处理盒和电子照相装置，本发明的带电辊含有热塑性苯乙烯类弹性体和聚苯乙烯2成分树脂和作为导电剂的炭黑，可以减小相对于因环境变化、经时变化而导致的辊伸缩的电流值变化，且表面划痕等不良状况难以对图像造成影响，可以得到稳定且良好的均匀带电特性和输出图像品质。

Claims (7)

1.带电辊，包括支持部件和导电性被覆层，该导电性被覆层用无缝管形成，该无缝管含有以下(A)、(B)和(C)成分，
(A)热塑性苯乙烯类弹性体，
(B)聚苯乙烯树脂，
(C)炭黑，
且(A)成分和(B)成分的质量比(A)/(B)＝60/40～20/80。
2.权利要求1的带电辊，其中(A)成分和(B)成分的质量比(A)/(B)为60/40～40/60。
3.权利要求1的带电辊，其中导电性被覆层的电阻值为1×106～1×1011Ω·cm。
4.权利要求1的带电辊，其中无缝管是同时成形多层而得到的管。
5.权利要求1的带电辊，其中导电性被覆层是表面层。
6.成像处理盒，包括电子照相感光体和与该电子照相感光体接触配置的带电辊，该带电辊经施加电压可使该电子照相感光体带电，该电子照相感光体和该带电辊被支持成为一体，可以在电子照相装置本体上自由装卸，该带电辊具有支持部件和导电性被覆层，该导电性被覆层用无缝管形成，该无缝管含有以下(A)、(B)和(C)成分，
(A)热塑性苯乙烯类弹性体，
(B)聚苯乙烯树脂，
(C)炭黑，
且(A)成分和(B)成分的质量比(A)/(B)＝60/40～20/80。
7.电子照相装置，包括电子照相感光体和与该电子照相感光体接触配置的带电辊，该带电辊经施加电压可使该电子照相感光体带电，该带电辊具有支持部件和导电性被覆层，该导电性被覆层用无缝管形成，该无缝管含有以下(A)、(B)和(C)成分，
(A)热塑性苯乙烯类弹性体，
(B)聚苯乙烯树脂，
(C)炭黑，
且(A)成分和(B)成分的质量比(A)/(B)＝60/40～20/80。
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