CN1461979A - 橡胶辊筒 - Google Patents

Abstract

一种具有芯轴和在其外周侧的1层以上的层、且其最外层为橡胶层的橡胶辊筒，所述橡胶辊筒的最外层的橡胶层表面的表面粗糙度Rmax为2.0μm～15.0μm，同时，在上述橡胶层表层形成有氧化膜，设氧化膜形成前的外加电压50V时的辊筒电阻为R50，氧化膜形成后的外加电压50V时的辊筒电阻为R50a时，logR50a－logR50＝0.2～1.5。由此，可实现辊筒表面摩擦系数的降低，抑制辊筒使用时电阻的变化，进而实现高耐久性。

Description

橡胶辊筒

                                技术领域

本发明涉及一种橡胶辊筒，具体地，涉及一种具有良好的带电特性、适用于打印机等的图象形成机构所使用的导电性辊筒。

                                背景技术

近年来，激光打印机的高速化、图像高品质化迅速普及。在激光打印机中，在图象形成的初期阶段，要求直接与图象相关的感光体及其近旁部件等具有高精度、高耐久性、高速化(良好的响应性)。因此，对于使用于此类激光打印机的图象形成机构的、尤其是均匀地接收带电的色调剂(色粉)、将接收的色调剂均匀地向描写于感光体上的潜象供给的“显影辊”等来说，辊筒表面的表面精度(表面粗糙度)及辊筒形状的高精度(真圆度、耐振动性)化必不可缺。

此外，在激化的打印机市场的竞争中，广泛实行部件等的成本削减，因此人们要求更紧凑的设计。为此，上述显影辊由以往主流方式的磁体方式向使用橡胶等的弹性型逐渐转移。此类弹性辊筒被设定为使施加有偏压的色调剂能均匀地附着于其上。因此，此类弹性辊筒，当外加500V电压时，必须具有10⁴～10⁸Ω程度的电阻值。

还有，由上述高精度化、高耐久性等的要求，对弹性辊筒也要求具有与金属制辊筒相当的表面精度。因此，为了极大提高辊筒表面的表面精度或改良色调剂的附着性，已有人提出种种高度的涂覆方法及表面处理方法。

例如，日本国专利公开特开昭54-57576号公报中，提案有一种对硫化橡胶表面照射200～430nm的紫外线，对橡胶表面进行改性的硫化橡胶表面改性法。

又，日本国专利公开特开平8-292640号公报中，提案有一种橡胶辊筒，所述橡胶辊筒具有由ECO和不饱和橡胶的混合物形成的橡胶层，该橡胶层经过紫外线照射等的表面处理。

还有，日本国专利公开特开平4-246427号公报提出了一种橡胶辊筒，所述橡胶辊筒表面具有与被输送物接触的橡胶层，在此橡胶辊筒中，该橡胶层的表面由盐酸系溶剂或紫外线照射进行表面处理。

然而，日本国专利公开特开昭54-57576号公报提案的方法存在的问题是：其仅以紫外线照射对硫化橡胶表面进行改性为特征，而仅以紫外线照射的改性处理无法在形成橡胶辊筒时获得高精度及良好的带电特性。又，橡胶表皮为型压面的场合，不能形成上述的高精度辊筒，并且存在最外层的硫化状态也不均匀、不能制作高精度的橡胶辊筒的问题。

又，日本国专利公开特开平8-292640号公报公开的橡胶辊筒存在这样的问题：对橡胶表面照射200～450nm的紫外线虽降低了摩擦系数，但在形成显影辊时，无法形成均匀的表面，不能充分抑制辊筒使用时的电阻变化，另外，日本国专利公开特开平4-246427号公报的橡胶辊筒也有在制作显影辊时不能充分地抑制辊筒使用时的电阻变化、不能实现高耐久性的问题。

再有，也有人考虑了使用特殊涂层材料等以提高表面精度的方法，但也存在问题：由于涂层材料对基体材料性质产生影响，因此即使对橡胶辊筒进行涂层也不能得到所需要的辊筒性能。此外，涂覆装置等需要设备投资，造成成本增加。

本发明是鉴于上述问题而作，其课题是：提供一种可降低辊筒表面的摩擦系数、抑制使用时的电阻变化、进而实现高耐久性的橡胶辊筒。

                                发明内容

为了解决上述课题，本发明提供一种橡胶辊筒，所述橡胶辊筒具有芯轴和在其外周侧的1层以上的层，其最外层为橡胶层，其特征在于，

上述最外层的橡胶层表面的表面粗糙度Rmax为2.0μm～15.0μm，同时

在上述橡胶层表层形成有氧化膜，设氧化膜形成前的外加电压50V时的辊筒电阻为R50，氧化膜形成后的外加电压50V时的辊筒电阻为R50a时，logR50a-logR50＝0.2～1.5。

本发明者经锐意研究的结果，发现：在最外层的橡胶层表面加工成镜面状的橡胶辊筒中，通过在橡胶层表面形成氧化膜，获得其相对于不形成氧化膜状态下的辊筒电阻值的所定的电阻上升，由此，能降低辊筒表面的摩擦系数、抑制使用时的电阻变化及实现高耐久性。由此，因为辊筒表面的滑移小、且均匀，所以可以获得特别是适用于使单组份色调剂进行感光体潜象的显影辊的橡胶辊筒，所述橡胶辊筒的色调剂分离性良好，且长期具有优异的带电特性。

由于将最外层的橡胶层表面加工成镜面状，其表面粗糙度Rmax为2.0μm～15.0μm，因此，可在维持橡胶辊筒的橡胶弹性的同时，得到良好的表面精度，使色调剂粉的均匀递接成为可能，且能形成均匀的氧化膜。又，理想的表面粗糙度范围为4.0μm～10.0μm。

设氧化膜形成前的外加电压为50V时的辊筒电阻为R50，氧化膜形成后的外加电压为50V时的辊筒电阻为R50a时，使得logR50a-logR50＝0.2～1.5，这是因为，如所述数值较0.2小，则难以实现低摩擦系数，难以改善耐久性。另一方面，如所述数值较1.5大，则辊筒使用时的电阻变化增大，难以得到良好的导电特性。此外，因为以能够稳定外加电压的50V这一低电压时的辊筒电阻为指标值，所以能以良好的精度捕捉由氧化膜形成引起的微小的电阻上升。又，理想的上述数值范围为0.6～1.2。

上述氧化膜理想地由紫外线照射或/及臭氧照射形成。尤其是在进行紫外线照射的场合，理想地应根据橡胶层表面和紫外线灯的距离及橡胶的种类等因素，使用波长为100nm～400nm的紫外线照射3～30分钟。

作为上述最外层橡胶层的橡胶成分，将氯醚橡胶对整体橡胶成分以20重量％～100重量％的比例配合，同时，将酸接受体(剂)对该氯醚橡胶的重量以0.5重量％以上、5.0重量％以下的比例配合。

通过将作为卤化系橡胶的氯醚橡胶对整体橡胶成分以20重量％～100重量％的比例配合，可形成良好的氧化膜。在将氯醚橡胶与其他橡胶混合时，理想地，特别是与氯丁橡胶(CR)、丙烯晴丁二烯橡胶(NBR)混合。

对上述氯醚橡胶的重量，将酸接受体以0.5重量％以上、5.0重量％以下的比例配合。这是因为，如酸接受体比例少于0.5重量％，则不能产生防止由氯醚加硫反应时发生的盐酸引起的硫化阻碍及感光体污染的效果。另一方面，如酸接受体多于5.0重量％，则有硬度上升的问题。理想的酸接受体比例范围为1.0重量％以上、4.5重量％以下。

作为酸接受体，因为分散性优异，理想的为水滑石类。其他作为酸接受体，可以使用作为酸吸收体作用的种种物质。

作为上述氯醚橡胶，可以列举种种氯醚系聚合物。例如，可列举氯醚(EP)单独聚合橡胶、氯醚-环氧乙烷(EO)共聚物、氯醚-氧化丙烯(PO)共聚物、氯醚-烯丙基缩水甘油醚(AGE)共聚物、氯醚-环氧乙烷-烯丙基缩水甘油醚共聚物、氯醚-氧化丙烯-烯丙基缩水甘油醚共聚物、氯醚-环氧乙烷-氧化丙烯-烯丙基缩水甘油醚(AGE)共聚物等。

作为上述橡胶层的橡胶成分，理想的为极性橡胶。除了上述氯醚橡胶、氯丁橡胶(CR)、丙烯睛-丁二烯橡胶(NBR)以外，也可使用环氧卤丙烷橡胶、聚丁二烯橡胶(BR)、丁苯橡胶、丁基橡胶(IIR)、氟橡胶、异戊二烯橡胶(IR)、聚氨酯橡胶(U)、硅橡胶(Si)、丙烯酸酯橡胶、三元乙丙橡胶(EPDM)等的橡胶单体及其混合物。其他可使用各种橡胶、不饱和橡胶、热塑性橡胶等的种种橡胶材料。

氧化膜形成后的外加电压500V时的辊筒电阻为10⁴Ω～10⁸Ω，理想的为10⁴Ω～10⁷Ω。

之所以设定为上述范围，是因为如电阻较上述范围小则电流过大，容易发生图象不良。另一方面，如电阻较上述范围大，则色调剂供给等的效率降低难以适用于实用。

此外，对上述橡胶层的橡胶成分100重量份，理想地应配合5重量份以下的增塑剂。由此可形成良好的氧化膜。增塑剂若大于5重量份，则在形成氧化膜时容易起霜、或是在安装于打印机及运行后容易污染感光体。作为上述增塑剂可列举作为加工助剂使用的硬脂酸等的脂肪酸、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)及酞邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、磷酸三甲苯酯等的各种增塑剂、季铵盐等的离子导电剂。

作为硫化剂，特别是因为能够实现低电阻，故以硫磺粉为理想。此外，除硫磺、有机含硫化合物以外，也可使用过氧化物等。作为有机含硫化合物，例如，可列举二硫化四甲基秋兰姆、N，N-二硫代双吗啉。作为过氧化物可列举过氧化苯甲酰。硫化剂的添加量为，对100重量份的橡胶成分在0.5重量份以上、5重量份以下，理想的为1重量份以上、3重量份以下。

此外，理想地与硫磺一起应配合硫脲类。尤其是，如果对氯醚橡胶用硫磺和硫脲类进行硫化，则压缩永久变形降至15％以下，耐久性良好，并且能够容易地确保研磨加工时的精度，进一步提高在紫外线作用下的氧化膜形成效果。其他也可使用三嗪衍生物等。

具体地，对100重量份的上述橡胶成分，配合0.2重量份以上、3重量份以下比例的硫脲类，理想地为1重量份以上、2重量份以下。

作为上述硫脲类，可使用从四甲基硫脲、三甲基硫脲、亚乙基硫脲及(C_nH_2n+1NH)₂C＝S(n＝1～10的整数)所示的由硫脲类形成的群中选择的一种或者几种硫脲。

此外，在不影响氧化膜形成的范围内，为了防止橡胶层的劣化，可以配合各种防老化剂。进一步，为了提高机械强度，根据需要可以配合硅石、碳黑、陶土、滑石粉、硫酸钡、碳酸钙等的填充剂。理想地，填充剂应在橡胶组合物中占30重量％以下。这是因为如果填充剂的比率越过上述范围，则橡胶的柔软性有可能降低。

橡胶辊筒在成形为圆筒状的状态下，理想地其橡胶层的层厚为0.5mm～10mm，更理想地为2mm～6mm。

这是因为，如层厚小于2mm，则难以得到适当的辊距，如大于10mm，则部件太大难以实现小型轻量化。又，辊筒的外径尺寸精度的耐振动性为100μm以下，进一步理想的为50μm以下。

橡胶辊筒可做成仅有1层，也可做成除了最外层的橡胶层以外，考虑到辊筒的电阻调整及表面保护等因素的、具有2层、3层等的多层结构，可以根据要求性能适当设定各层的配合、最外层以外的积层顺序、积层厚度等。本发明的橡胶辊筒，除了显影辊以外，也可作为使用于打印机、复印机等的带电辊筒、转印辊筒等的导电性辊筒使用。

                                附图说明

图1为本发明的橡胶辊筒的示意图。

图2为表示橡胶辊筒电阻的测定方法的图。

图中，1为橡胶辊筒，2为芯轴，3为铝筒，4为电源。

                                具体实施方式

以下，参照图面说明本发明的实施形态。

如图1所示，橡胶辊筒1为圆筒形状，在其中空部压入圆筒形状的芯轴(轴)2，将两者用粘结剂粘结、安装。橡胶辊筒1配置在芯轴外周侧，成为仅由1层橡胶层形成的构成。

作为橡胶层的橡胶成分，使用75重量份的氯醚橡胶(环氧乙烷(EO)/环氧氯丙烷(EP)/烯丙基缩水甘油醚(AGE)的共聚比率为56％(摩尔)/40％(摩尔)/4％(摩尔))、25重量份的NBR。此外，对氯醚橡胶，以重量计配合3重量份酸接受体的水滑石。

还有，作为硫化剂配合硫磺粉末、硫化促进剂(亚乙基硫脲)、碳黑、碳酸钙得到橡胶组合物。混炼该橡胶组合物后，用单轴挤出机挤出预成形为圆筒状，将其切割成所要的尺寸得到预成形品。将该预成形品投入硫化器，在橡胶成分发生交联的温度下硫化。硫化后，将芯轴插入圆筒内得到辊筒。

由圆筒研磨机研磨辊筒表面，进行镜面加工。使表面粗糙度Rmax达到7.1μm，水洗后，由紫外线照射机照射紫外线(184.9nm)形成氧化膜。每90度照射5分钟紫外线，回转4次，在辊筒全周形成氧化膜。

氧化膜形成前的外加电压50V时的辊筒电阻R50为10^6.4Ω，氧化膜形成后的外加电压50V时的辊筒电阻R50a为10^7.2Ω，logR50a-logR50＝0.8。此外，氧化膜形成后的外加电压500V时的辊筒电阻为10^6.3Ω。

这样，在具有加工为表面粗糙度Rmax为7.1μm的光滑表面的橡胶辊筒中，通过在其表面形成氧化膜，使得到所定的电阻上升，实现了摩擦系数的降低和辊筒使用时电阻变化的抑制及高耐久性。由此，因为辊筒表面的滑移小、且均匀，所以色调剂分离性良好，具有长期使用时优异的带电特性，特别是适用于使单组份色调剂进行感光体潜象的显影辊的橡胶辊筒。

以下，就有关本发明的橡胶辊筒的实施例、比较例作详细说明。

有关实施例及比较例，分别在由下述的表1、2及下述记载的配合形成的材料中，根据需要适量添加硬脂酸、季胺盐等的增塑剂，由密闭式混炼机混炼后，用挤出机挤出加工成外径φ22mm、内径φ9.5mm的中空管状，安装于硫化用的芯轴，在硫化器中在160℃下进行1小时硫化。装着于涂覆有导电性粘结剂的φ10mm的芯轴，在160℃的炉中粘结。其后，将端部成型，用圆筒研磨机进行横进研磨、作为抛光研磨施以镜面研磨，在φ20mm(公差0.05)处分别精加工为所定的表面粗糙度。水洗辊筒表面后，通过后述的方法施加50V电压、测定了辊筒电阻R50。

进一步，如表1、2所示，根据需要用紫外线照射器(SEN特殊光源株式会社制，PL21-200)分别照射以所定时间的紫外线(184.9nm)，对最表层进行了抛光加工。每90度照射所定时间的紫外线，将辊筒回转4次，在辊筒全周(360度)形成氧化膜。表中的照射时间指的是每一面(90度范围)的时间。氧化膜形成后，通过后述的方法，测定了外加50V电压时的辊筒电阻R50a、及外加500V电压时的辊筒电阻。

表1

		实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6	实施例7
									橡胶	氯醚橡胶	75	100	100	20	100	70	100
CR						30
								NBR		25			80
辊筒表面粗糙度(Rmax：μm)		7.1	6.5	6.8	6.7	6.3	9.8										14.8
								辊筒阻抗(500V：log值)氧化后		6.3	6.4	6.0	6.4	6.0	6.4	6.0
辊筒阻抗50(50V：log值)氧化前		6.4	6.2	6.0	6.4	6.0	6.4										6.0
								辊筒阻抗50a(50V：log值)氧化后		7.2	7.2	6.8	6.8	7.1	7.0	6.6
R50a-R50		0.8	1	0.8	0.2	1.1	0.6										0.6
								氧化膜形成方法		紫外线5分钟	紫外线5分钟	紫外线5分钟	紫外线5分钟	紫外线5分钟	紫外线5分钟	紫外线5分钟
打印试验	初期图象	○	○	○	◎	◎	○										△
								打印3000张	○	◎	○	△	◎	○	△
	综合		○	◎～○	○	○	◎									○	△

表2

		比较例1	比较例2	比较例3	比较例4
						橡胶	氯醚橡胶	75	75	75	75
CR
					NBR		25	25	25	25
辊筒表面粗糙度(Rmax：μm)		7.1	7.1	10.1							15.8
					辊筒阻抗(500V：log值)氧化后		6.3	6.4	6.4	6.4
辊筒阻抗50(50V：log值)氧化前		6.4	6.4	6.4							6.4
					辊筒阻抗50a(50V：log值)氧化后		6.5	6.4	8.0	7.0
R50a-R50		0.1	0	1.6异臭橡胶劣化							0.6电阻不均发生
					氧化膜形成方法		紫外线2分钟	不照射紫外线	紫外线40分钟	紫外线2分钟
打印试验	初期图象	△～×	×	×							×图象不均匀程度大
					打印3000张	×	×	×	△
	综合		×	×						×	×

·橡胶层(表中各重量份使用的)

Daiso株式会社制：氯醚橡胶(GECO)CG 102(环氧乙烷(EO)/环氧氯丙烷(EP)/烯丙基缩水甘油醚(AGE)的共聚比率为56％(摩尔)/40％(摩尔)/4％(摩尔))

日本Zeon株式会社制：CR氯丁橡胶WRT

日本Zeon株式会社制：NBR尼坡而(ニツポ一ル)401LL

·硫化剂

硫磺粉：硫磺对橡胶成分为1.0重量份

硫化促进剂：川口化学制，促进剂22-S亚乙基硫脲对橡胶成为0.5重量份

·其他

酸接受体：水滑石(DHT-4A-2)，(对氯醚橡胶(GECO)以3重量％的比例配合)

碳：对橡胶成分为2重量份

碳酸钙：对橡胶成分为20重量份

(实施例1至实施例7)

实施例1至实施例7，作为橡胶成分在20重量份～100重量份的范围内使用氯醚橡胶。实施例1、4、6中，作为其他橡胶成分混合了CR和NBR。对氯醚橡胶配合了3重量％的水滑石。在表1的条件下形成氧化膜，分别将logR50a-logR50的值调整为0.2～1.5的范围。又，辊筒的表面粗糙度设定为2.0μm～15.0μm的范围。

(比较例1至比较例4)

如表2所示，分别调整logR50a-logR50的值，也设定辊筒的表面粗糙度。

对上述制作的各实施例及各比较例的橡胶辊筒，进行了下述的特性测定。其结果表示于上述表1、2的下方栏。

(辊筒电气电阻的测定)

如图2所示，将贯穿通过有芯轴2的导电性辊筒1抵接搭载于铝筒3上，将与电源4的+极相连的内部电阻r(100Ω)的导线前端与铝筒3的一个端面连接，同时将与电源4的一极相连的导线的前端与导电性辊筒1的另一端面连接，作了测定。

检测施加于上述电线的内部电阻r的电压，为检出电压V。

该装置中，若以外加电压为E，则辊筒电阻R为，R＝r×E/(V-r)，但这次-r的项视为极小，故可视为R＝r×E/V。

在芯轴2两端逐次加载500g的负荷，在使其以30rpm的速度回转的状态下，在4秒间测定了100个当外加电压为上述所定的电压(50V、500V)时的检出电压V，根据上式算出R。又，上述测定是在温度23℃、相对湿度55％的恒温恒湿条件下进行的。

(打印试验)

为了调查色调剂分离性、色调剂带电的均匀性、经时稳定性(耐久性)，在市售的激光打印机(兄弟工业制：HL1440)上安装实施例及比较例的各橡胶辊筒，通过确认图象进行了性能评价。

图象评价(初期图象)以打印半色调图象(初期图象)后的浓淡不均匀程度为评价对象。评价为：“◎”：极为良好，“○”：良好，“△”：不均匀程度显眼，“×”：不均匀程度大。

耐久评价(打印3000张)是通过打印显示一半的3000张，以使得色调剂盒不完全空，比较与初期图象的差，进行评价。评价为：“◎”：没有变化，“○”：几乎没有变化，“△”：变化大，“×”：变化非常大。

如表1所示，由于实施例1～7的辊筒的logR50a-logR50的值在规定范围内，并且辊筒表面粗糙度也在规定范围内，因此打印试验的结果没有问题，每一个橡胶辊筒都能确认作为实机使用不存在问题。

另一方面，如表2所示，由于比较例1的logR50a-logR50的值为0.1，非常小，因此打印试验的结果不好。尤其是耐久性不好。比较例2的logR50a-logR50的值为0，因此打印试验的结果不好。

比较例3的橡胶辊筒的logR50a-logR50的值为1.6，较大，因此打印试验的结果不好。另外，橡胶辊筒发生异臭，橡胶也劣化。在比较例4中，橡胶辊筒表面粗糙度为15.8μm，较大，因此打印试验的结果不好。

由以上说明可知，根据本发明，对于最外层的橡胶层表面抛光为镜面状的橡胶辊筒，通过在橡胶层表面形成氧化膜，相对对不形成氧化膜状态时的辊筒电阻值，得到所定的电阻的上升，可实现摩擦系数的降低和辊筒使用时电阻变化的抑制、进而实现高耐久性。由此，因为辊筒表面的滑移小、且均匀，所以色调剂分离性良好，且长期使用具有优异的带电特性，特别是适用于使单组份色调剂进行感光体潜象的显影辊的橡胶辊筒。

这样，由于与色调剂的摩擦系数小，可得到色调剂分离性良好、没有图象不均匀现象的良好的图象。又，在使用粒径小的色调剂、均匀形状的聚合色调剂的场合，也能得到良好的图象。因此，能实现对打印机的高速化、紧凑化、高图像品质化要求的响应。

Claims (3)

1.一种具有芯轴和在其外周侧的1层以上的层、且其最外层为橡胶层的橡胶辊筒，其特征在于，

上述最外层的橡胶层表面的表面粗糙度Rmax为2.0μm～15.0μm，同时，

在上述橡胶层表层形成有氧化膜，设氧化膜形成前的外加电压50V时的辊筒电阻为R50，氧化膜形成后的外加电压50V时的辊筒电阻为R50a时，logR50a-logR50＝0.2～1.5。

2.如权利要求1所述的橡胶辊筒，其特征在于，上述氧化膜由紫外线照射或/及臭氧照射形成。

3.如权利要求1所述的橡胶辊筒，其特征在于，作为上述最外层橡胶层的橡胶成分，系将氯醚橡胶对整体橡胶成分以20重量％～100重量％的比例配合，同时，将酸接受体对该氯醚橡胶的重量以0.5重量％以上、5.0重量％以下的比例配合。

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