DE102004004575A1

DE102004004575A1 - Halbleitende Walze

Info

Publication number: DE102004004575A1
Application number: DE102004004575A
Authority: DE
Inventors: Akihiko Komaki Kaji; Motoharu Komaki Ishihara; Hirofumi Komaki Okuda; Yasuki Komaki Ohtake
Original assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Priority date: 2003-01-30
Filing date: 2004-01-29
Publication date: 2004-10-14
Also published as: JP4354189B2; US20040152575A1; US7288058B2; JP2004233607A; CN100354765C; CN1519665A

Abstract

Eine halbleitende Walze, die einen Schaft (12), eine Basisschicht mit niedriger Härte (14), die auf einer äußeren umlaufenden Oberfläche des Schaftes ausgebildet ist, und eine Beschichtungsschicht (16), die durch Beschichten radial auswärts der Basisschicht mit niedriger Härte ausgebildet ist, beinhaltet, wobei die Beschichtungsschicht derart ausgebildet ist, dass ein Kautschukmaterial oder ein elastomeres Material durch wenigstens ein Harzvernetzungsmaterial vernetzt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine halbleitende Walze, wie etwa eine Entwicklungswalze, zur Verwendung in Büroautomatisierungs-(OA)Maschinen oder Vorrichtungen, wie etwa elektrofotografische Kopiermaschinen, Drucker und Telekopiervorrichtungen.
Halbleitende Walzen, wie etwa eine Entwicklungswalze und eine Aufladungswalze, sind in Büroautomatisierungs- (OA) Maschinen oder Vorrichtungen, wie etwa elektrofotografischen Kopiermaschinen, Druckern und Telekopiervorrichtungen eingebaut. Zum Beispiel ist die Entwicklungswalze eingebaut, sodass diese in Kontakt mit dem Toner kommt, sodass ein latentes elektrostatisches Bild, das auf der äußeren umlaufenden Oberfläche einer fotoempfindlichen Trommel, als ein Bildtragemedium, gebildet ist, in ein sichtbares Bild entwickelt wird. Die Aufladungswalze ist in den Maschinen eingebaut, sodass die Aufladungswalze rotiert wird, während diese in Kontakt mit der lichtempfindlichen Trommel gehalten wird. So führen die halbleitenden Walzen jeweilige Funktionen durch.
Genauer beschrieben trägt die Entwicklungswalze eine Schicht aus Toner auf ihrer äußeren umlaufenden Oberfläche. Die Entwicklungswalze und die lichtempfindliche Trommel werden rotiert, während die Entwicklungswalze in Kontakt mit der lichtempfindlichen Trommel gehalten wird, auf welcher das latente Bild gebildet ist, sodass das latente Bild in ein Tonerbild entwickelt wird. Die Aufladungswalze und die lichtempfindliche Trommel werden rotiert, sodass die Aufladungswalze, auf welcher eine Spannung angelegt wird, in Presskontakt mit der äußeren umlaufenden Oberfläche der lichtempfindlichen Trommel gehalten wird, um hierdurch die äußere umlaufende Oberfläche der lichtempfindlichen Trommel aufzuladen.
Derartige, vorstehend beschriebene halbleitende Walzen, beinhalten einen geeigneten Schaft (Metallkern) als einen elektrisch leitenden Körper und eine elektrisch leitende Basisschicht mit einer geeigneten Dicke, die auf einer äußeren umlaufenden Oberfläche des Schaftes gebildet ist, und durch einen festen elastischen Körper zusammengesetzt ist, einen geschäumten elastischen Körper oder dergleichen. Die halbleitenden Walzen beinhalten ferner, sofern benötigt, eine Zwischenschicht bzw. intermediäre Schicht und eine Oberflächenschicht in der Form einer Widerstands-Einstellungsschicht und einer Schutzschicht, die radial auswärts der Basisschicht ausgebildet sind, zum Zweck des Einstellens des elektrischen Widerstands der Walze und zum Schützen der Basisschicht, die eine relativ niedrige Härte aufweist.
In den letzten Jahren hat es zunehmenden Bedarf nach hoher Bildqualität und Energiesparen (Verminderung des elektrischen Leistungsverbrauchs) bei den Büroautomatisierungs-(OA)Maschinen oder Vorrichtungen, wie etwa Kopiermaschinen, Druckern und Telekopiervorrichtungen, gegeben. Um einen derartigen Bedarf zu erfüllen, wird anstelle eines herkömmlich verwendeten zerkleinerten Toners ein sphärischer Polymertoner mit einer relativ kleinen Teilchengröße und Teilchengrößenunterschied und einem niedrigen Schmelzpunkt verwendet, sodass die Tonerteilchen gleichförmig aufgeladen werden können.
Wenn ein Kontaktdruck zwischen der halbleitenden Walze und der lichtempfindlichen Trommel relativ groß ist, tendiert der Polymertoner mit einem erniedrigten Schmelzpunkt dazu, durch Erweichen gebrochen oder deformiert zu werden, und die Teilchen des Toners tendieren dazu, sich zu aggregieren, was es erschwert, die beabsichtigte hohe Bildqualität und das Energiesparen zu erreichen. Angesichts hiervon muss die halbleitende Walze derart angeordnet werden, dass sie eine sorgfältige Handhabung des Toners sicherstellt, um eine große Spannung zu verhindern, die auf den Toner wirkt. Hierzu wird die Härte der Basisschicht, welche die Härte der Walze beeinflusst, herabgesenkt. Ferner werden die intermediäre Schicht und die Oberflächenschicht aus einem weichen Kautschukmaterial oder einem elastomeren Material gebildet, angesichts der Tatsache, dass die Walze dazu tendiert, zu zerknittern oder Falten zu bilden, wenn eine Differenz zwischen der Härte der Basisschicht und der Härte der Zwischen- oder Oberflächenschicht, die radial auswärts von der Basisschicht ausgebildet sind, zunimmt.
Wenn die intermediäre Schicht oder die Oberflächenschicht gebildet wird, indem das Kautschukmaterial oder das Elastomermaterial gemäß einem bekannten Beschichtungsverfahren, wie etwa Eintauch- oder Walzenbeschichtungsverfahren auf der Basisschicht mit niedriger Härte gebildet wird, insbesondere auf der Basisschicht mit niedriger Härte, die durch einen festen, elastischen Körper zusammengesetzt ist, besitzt die intermediäre Schicht oder die Oberflächenschicht, die als die Beschichtungsschicht dient, keine ausreichende Vernetzungsdichte, sodass die Walze keinen ausreichend hohen Abriebswiderstand zeigen kann, um einer langen Nutzungsdauer zu widerstehen. Zudem besitzen die Beschichtungsschichten von individuellen Walzen verschiedene Dickewerte aufgrund eines Voranschreitens von Sengschaden der Kautschukkomponente in der Beschichtungsflüssigkeit. In diesem Fall besitzen die Walzen nicht die beabsichtigte Oberflächenbedingung, die zum Erreichen der hohen Bildqualität benötigt wird. Wenn die Menge des Vernetzungsmittels, das zu der Beschichtungsflüssigkeit zugegeben wird, verringert wird, um zu ermöglichen, dass die Beschichtungsflüssigkeit bei Raumtemperatur mit hoher Stabilität gelagert wird, ohne an dem Sengschaden zu leiden, schreitet das Vernetzen oder Vulkanisieren nicht voran, was in nicht erwünschter Weise eine Zeitdauer erhöht, die zur Vulkanisierung benötigt wird, und die Produktionseffizienz verschlechtert. Zudem wird die Vernetzungsdichte der Beschichtungsschicht in nicht erwünschter Weise herabgesenkt.
Da im Allgemeinen die Menge der Beschichtungsflüssigkeit, die für das Beschichtungsverfahren zum Ausbilden der intermediäre Schicht oder der Oberflächenschicht gebildet wird, größer ist als diejenige, die tatsächlich in dem Beschichtungsverfahren verwendet wird, wird ein Teil der Beschichtungsflüssigkeit unvermeidlicherweise nicht verbraucht. Die nicht verwendete Beschichtungsflüssigkeit wird angesichts der Kosten wiedergewonnen und recycelt. In dem Recyclingverfahren schreitet der Sengschaden der Kautschukkomponente in der Beschichtungsflüssigkeit voran, sodass die Beschichtungsflüssigkeit dazu tendiert, geliert zu werden, wobei Agglomerate hergestellt werden. Wenn die Beschichtungsflüssigkeit, welche die Agglomerate beinhaltet, auf die äußere Oberfläche der Basisschicht beschichtet wird, leidet die Walze unerwünschterweise an Oberflächendefekten, was die Ausschussrate erhöht.
Herkömmlicherweise wird die Oberfläche der halbleitenden Walze, insbesondere die Oberfläche der Entwicklungswalze, leicht aufgeraut, um deren Tonerübertragungsfähigkeit zu verbessern. Zum Beispiel wird die Oberfläche der Basisschicht in geeigneter Weise durch Schleifen oder Formen aufgeraut, sodass die Walze eine gewünschte Oberflächenrauheit besitzt. Alternativ wird, wie in JP-A-2000-330372 offenbart, ein Aufrauungsmittel, wie etwa ein sphärischer Toner, zu der Beschichtungsschicht gegeben (die als die intermediäre Schicht oder die Oberflächenschicht dient), sodass die Walze eine gewünschte Oberflächenrauigkeit aufweist. Aufgrund der Verwendung des Polymertoners, der vorstehend beschrieben wurde, wird das gleichförmige Aufladen des Toners zum Erreichen einer hohen Bildqualität realisiert. Um eine weiter verbesserte Bildqualität zu erreichen, muss man die Oberflächenrauheit der Walze genau steuern. Wenn die intermediäre Schicht oder die Oberflächenschicht der Walze durch das Beschichtungsverfahren gebildet wird, besitzen die Beschichtungsschichten von individuellen Walzen in unerwünschter Weise unterschiedliche Dickenwerte, was es ziemlich erschwert, die Oberflächenrauheit, wie erwünscht, zu steuern.

Die vorliegende Erfindung wurde angesichts des vorstehend beschriebenen Stands der Technik geschaffen. Es ist daher eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine halbleitende Walze bereitzustellen, die eine Beschichtungsschicht beinhaltet, die gebildet wird, indem radial nach außen von einer Basisschicht mit niedriger Härte beschichtet wird, welche halbleitende Walze einen Abriebswiderstand zeigt, der hoch genug ist, um einer lange Nutzungsdauer zu widerstehen, indem die Vernetzungsschicht der Beschichtungsschicht verbessert wird, und welche eine gewünschte Oberflächenbedingung mit hoher Genauigkeit besitzt, die auf die Leichtigkeit der Steuerung der Dicke der Beschichtungsschicht zurückgeht.

Es ist eine zweite Aufgabe der Erfindung, eine halbleitende Walze bereitzustellen, welche hoch ökonomisch und effizient hergestellt wird, ohne an Defekten auf ihre Oberfläche aufgrund von Agglomeraten zu leiden, welche von der Gelierung der Beschichtungsflüssigkeit zum Bilden der Beschichtungsschicht stammen; sogar wenn die Beschichtungsflüssigkeit recycelt wird.

Um die vorstehend angegebenen Aufgaben zu erreichen, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung umfangreiche Studien durchgeführt und herausgefunden, dass beim Schwefelvernetzen (Schwefelvulkanisieren), das herkömmlicherweise zum Vernetzen (Vulkanisieren) der Beschichtungsschicht durchgeführt wird, die Vernetzungsdichte der Beschichtungsschicht aus den folgenden Gründen verschlechtert wird: der Schwefel als das Vernetzungsmittel (Vulkanisierungsmittel) wandert in die Basisschicht mit niedriger Härte durch Erhitzen oder wird in diese übertragen. Ferner wird die Inhibitorkomponente der Basisschicht, welche das Vernetzen der Beschichtungsschicht verhindert, in die Beschichtungsschicht übertragen. Die Erfinder haben ferner das Folgende herausgefunden: in der Beschichtungsschicht, welche das Schwefelvernetzungsmittel enthält, schreitet der Sengschaden bei Raumtemperatur mit der Zeit voran, was die Viskosität der Beschichtungsflüssigkeit vergrößert. Wenn die Viskosität der Beschichtungsflüssigkeit eingestellt wird, indem ein Lösungsmittel verwendet wird, auf einen beabsichtigten Wert, der für das verwendete Beschichtungsverfahren geeignet ist, wird die Menge der festen Komponente in der Beschichtungsflüssigkeit in unerwünschter Weise aufgrund der Zugabe des Lösungsmittels geändert, was es erschwert, die Dicke der Beschichtungsschicht zu steuern. Die Erfinder haben herausgefunden, dass die Beschichtungsschicht eine hohe Vernetzungsdichte besitzt, wenn die Beschichtungsschicht durch Harzvernetzen gebildet wird, in welcher der Kautschuk oder das Elastomermaterial durch ein Harzmaterial als ein Vernetzungsmittel vernetzt wird, anstelle des herkömmlichen Schwefelvernetzens. Die halbleitende Walze, deren Beschichtungsschicht eine hohe Vernetzungsdichte besitzt, die vorstehend beschrieben wurde, zeigt einen verbesserten Widerstand gegenüber Verschleiß. Da zudem die Beschichtungsflüssigkeit, welche das Harzvernetzungsmittel beinhaltet, nicht an einer Zunahme ihrer Viskosität aufgrund des Sengschadens des Kautschuks oder Elastomermaterials leidet, das in der Beschichtungsschicht eingeschlossen ist, welcher Sengschaden bei Raumtemperatur stattfindet, gibt es keinen Bedarf, die Viskosität durch Zugabe des Lösungsmittels einzustellen, sodass die Menge der festen Komponente, die in der Beschichtungsflüssigkeit enthalten ist, konstant gehalten wird, was es ermöglicht, die Dicke der Beschichtungsschicht zu steuern.

Die vorliegende Erfindung ist, basierend auf den vorstehend beschriebenen Untersuchungen, entwickelt worden, und die vorstehend angegebenen Aufgaben können gemäß dem Prinzip der vorliegenden Erfindung gelöst werden, welche eine halbleitende Walze inklusive eines Schaftes bereitstellt, eine Basisschicht mit niedriger Härte, die auf einer äußeren umlaufenden Oberfläche des Schaftes gebildet ist, und eine Beschichtungsschicht, die gebildet wird, indem radial auswärts der Basisschicht mit niedriger Härte beschichtet wird, wobei die Beschichtungsschicht derart gebildet wird, dass ein Kautschukmaterial oder ein Elastomermaterial durch wenigstens ein Harzvernetzungsmittel vernetzt wird.

In der vorliegenden halbleitenden Walze, die wie vorstehend beschrieben, aufgebaut ist, wobei die Beschichtungsschicht gebildet wird, indem das Harzvernetzungsmittel anstelle des herkömmlicherweise verwendeten Schwefelvernetzungsmittels verwendet wird, wird effektiv verhindert, dass das Harzvernetzungsmittel in die Basisschicht mit niedriger Härte wandert oder übertragen wird, um hierdurch die Vernetzungsdichte der Beschichtungsschicht zu verbessern. Daher wird der vorliegenden halbleitenden Walze vorteilhafterweise ein Verschleißwiderstand gegeben, der hoch genug ist, um einer Langzeitnutzung zu widerstehen.

In der vorliegenden halbleitenden Walze beinhaltet die Beschichtungsflüssigkeit zum Ausbilden der Beschichtungsschicht das Harzvernetzungsmittel. Die Beschichtungsflüssigkeit, welche das Harzvernetzungsmittel beinhaltet, leidet nicht an einer Zunahme der Viskosität aufgrund des Sengschadens des Kautschuk- oder Elastomermaterials, das darin eingeschlossen ist, welcher Sengschaden bei Raumtemperatur stattfindet, sodass die Viskosität, die in geeigneter Weise auf einen gewünschten Wert, abhängig von dem verwendeten Beschichtungsverfahren eingestellt ist, unverändert bleibt. Demgemäß besteht kein Bedarf, die Viskosität durch Zugabe des Lösungsmittels einzustellen, sodass die Menge der festen Komponente, d.h. die Kautschuk- oder Elastomerkomponente in der Beschichtungsflüssigkeit, konstant gehalten wird, wodurch die Dicke der Beschichtungsschicht leicht gesteuert werden kann, was ermöglicht, dass die halbleitende Walze eine gewünschte Oberflächenbedingung mit hoher Genauigkeit besitzt.

In der Beschichtungsflüssigkeit, welche das Harzvernetzungsmittel enthält, wird der Sengschaden des Kautschuk- oder Elastomermaterials verhindert und eine Gelierung oder Agglomeration der Beschichtungsflüssigkeit ist nicht wahrscheinlich. Demgemäß leidet, sogar wenn die Beschichtungsflüssigkeit recycelt oder wiederverwendet wird, die halbleitende Walze nicht an unerwünschten Oberflächendefekten aufgrund der Gelierung oder Agglomeration der Beschichtungsflüssigkeit. So wird mit der vorliegenden halbleitenden Walze eine hohe Ökonomie und eine hohe Produktionseffizienz erreicht.

In einer bevorzugten Ausführungsform der halbleitenden Walze gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt das wenigstens eine Harzvernetzungsmittel eine aromatische Ringstruktur oder eine heterocyclische Struktur. Es ist insbesondere bevorzugt, als das Harzvernetzungsmittel Phenol-Formaldehyd-Harz vom Resoltyp oder Xylol-Formaldehyd-Harz vom Resoltyp zu verwenden. Vorzugsweise wird verhindert, dass das Harzvernetzungsmittel mit einer derartigen aromatischen Ringstruktur oder einer heterocyclischen Struktur in die Basisschicht mit niedriger Härte wandert oder übertragen wird, wodurch die Beschichtungsschicht die beabsichtigte hohe Vernetzungsdichte besitzt.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der halbleitenden Walze gemäß der vorliegenden Erfindung ist das wenigstens eine Harzvernetzungsmittel in einer Menge von 1 bis 60 Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teilen einer Gesamtmenge des Harzvernetzungsmittels und des Kautschukmaterials oder des Elastomermaterials eingeschlossen.

Als das Kautschukmaterial ist es bevorzugt, Acrylnitril-Butadienkautschuk (NBR) zu verwenden, dessen Acrylnitrilgehalt nicht weniger als 30% beträgt.

Die Basisschicht mit niedriger Härte ist vorzugsweise durch einen festen, elastischen Körper zusammengesetzt. Die Beschichtungsschicht, die radial auswärts der Basisschicht mit niedriger Härte, die durch den festen, elastischen Körper zusammengesetzt ist, gebildet ist, genießt die Vorteile der vorliegenden Erfindung, die vorstehend beschrieben wurden, angesichts der Tatsache, dass das Schwefelvernetzungsmittel dazu tendiert, leichter in die Basisschicht zu wandern oder übertragen zu werden, die durch den festen, elastischen Körper zusammengesetzt ist, als Basisschichten, die aus anderen Materialien gebildet sind.

Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale, Vorteile und die technische und industrielle Bedeutung der vorliegenden Erfindung wird anhand der folgenden detaillierten Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung besser verstanden werden, wenn im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet, in welchen:
1 eine Schnittansicht einer halbleitenden Walze ist, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist; und
2A bis 2D fragmentarische, vergrößerte Ansichten der halbleitenden Walzen sind, die gemäß anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aufgebaut sind, wobei 2A und 2B jeweilige halbleitende Walzen zeigen, von welchen jede eine zweischichtige Struktur besitzt, die aus einer Basisschicht mit niedriger Härte und einer Oberflächenschicht bestehen, während 2C und 2D jeweilige halbleitende Walzen zeigen, von welchen jede eine dreilagige Struktur besitzt, die aus einer Basisschicht mit niedriger Härte, einer intermediären Schicht, und einer Oberflächenschicht besteht.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Zunächst, bezugnehmend auf die Querschnittsansicht von 1, dort wird ein repräsentatives Beispiel für eine Walzenstruktur gezeigt, die in einer halbleitenden Walze gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Die halbleitende Walze, der Bezugszeichen 10 in 1 zugeordnet ist, beinhaltet einen balken- oder rohrförmigen, elektrisch leitenden Schaft 12 (Metallkern), der aus Metall gebildet ist, wie etwa rostfreier Stahl. Auf einer äußeren umlaufenden Oberfläche des Schaftes 12 wird eine elektrisch leitende Basisschicht mit niedriger Härte 14 bereitgestellt, die eine geeignete Dicke besitzt und durch einen festen, elastischen Körper oder einen geschäumten, elastischen Körper zusammengesetzt ist, die jeweils eine relativ niedrige Härte besitzen. Ferner ist eine Oberflächenschicht in der Form einer Beschichtungsschicht 16 mit einer geeigneten Dicke radial auswärts von der Basisschicht mit niedriger Härte 14 durch Beschichten gebildet, wie etwa Walzenbeschichten oder Eintauchen.
Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsschicht 16, die radial auswärts der Basisschicht mit niedriger Härte 14 durch Harzvernetzen gebildet wird, wobei das Kautschuk- oder Elastomermaterial durch wenigstens ein Vernetzungsmittel, das nachstehend beschrieben wird, vernetzt wird, anstelle des herkömmlicherweise verwendeten Schwefelvernetzens, in welchem das Schwefelmaterial als ein Vernetzungsmittel verwendet wird.
In der halbleitenden Walze 10, die gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, ist die Basisschicht mit niedriger Härte 14 auf der äußeren umlaufenden Oberfläche des Schaftes 12 ausgebildet, indem bekannte, leitende, elastische Materialien verwendet werden, welche eine feste Struktur ergeben, oder leitende, schäumbare Materialien, sodass die Basisschicht mit niedriger Härte 14 einen geringen Grad der Härte oder einen hohen Grad der Weichheit besitzt, die der JIS-A-Härte von ungefähr 5° bis 50° entspricht, die durch die halbleitende Walze benötigt wird.
Beispiele für das elastische Material, welches die Basisschicht mit niedriger Härte 14 ergibt, beinhalten bekannte, elastische Kautschukmaterialien, wie etwa Ethylen-Propylen-Dienkautschuk (EPDM), Styrol-Butadienkautschuk (SBR), natürlichen Kautschuk (NR), Acrylnitril-Butadienkautschuk (NBR), Silikonkautschuk und Polynorbornenkautschuk, und bekannte Elastomermaterialien, wie etwa Polyurethan. Indem wenigstens eines der elastischen Kautschukmaterialien oder wenigstens eines der Elastomermaterialien verwendet wird, die vorstehend beschrieben wurden, wird die Basisschicht mit niedriger Härte 14, die durch einen elastischen Körper mit einer relativ niedrigen Härte zusammengesetzt ist, einstückig auf dem Schaft 12 auf eine Weise gebildet, die in der Technik bekannt ist. Wie in der Technik bekannt, wird ein geeignetes Klebemittel zum einstückigen Ausbilden der Basisschicht 14 auf dem Schaft 12 verwendet, sofern benötigt. Die Basisschicht 14 kann durch den festen elastischen Körper zusammengesetzt sein, der unter Verwendung der elastischen Kautschukmaterialien oder der Elastomermaterialien, die vorstehend beschrieben wurden, ausgebildet wurde. Alternativ kann die Basisschicht 14 durch einen geschäumten, elastischen Körper zusammengesetzt sein, der unter Verwendung von schäumbaren Kautschukmaterialien oder schäumbaren Urethanmaterialien ausgebildet wurde. Als die schäumbaren Materialien, welche den geschäumten elastischen Körper ergeben, können beliebige bekannte schäumbare Materialien verwendet werden, vorausgesetzt, dass die halbleitende Walze, die erhalten wird, die Eigenschaften zeigt, die durch die Walze benötigt werden, ohne an permanenter Einstellung etc. zu leiden. Zum Beispiel wird ein Kautschukmaterial, wie etwa Acrylnitril-Butadienkautschuk (NBR), hydrierter NBR (H-NBR), Polyurethankautschuk, EPDM oder Silikonkautschuk durch ein bekanntes Schäumungsmittel, wie etwa Azodicarbonamid, 4,4'-Oxybisbenzol-Sulfonylhydrazid, Dinitrosopentamethylentetramin oder NaHCO₃ zum Beispiel zum Bereitstellen der durch den geschäumten, elastischen Körper zusammengesetzten Basisschicht geschäumt.
Zu dem zuvor beschriebenen Material für die Basisschicht 14 wird wenigstens ein elektrisch leitendes Mittel zugegeben, sodass der Basisschicht 14 die benötigte Leitfähigkeit gegeben wird, und der spezifische Volumenwiderstand der Basisschicht 14 auf einen gewünschten Wert eingestellt wird. Beispiele für das leitende Mittel beinhalten Ruß, Grafit, Kaliumtitanat, Eisenoxid, c-TiO₂, c-ZnO, c-SnO₂ und ein Ionen leitendes Mittel, wie etwa quartäres Ammoniumsalz, Borat oder ein oberflächenaktives Mittel. Wenn die Basisschicht 14 aus der festen Struktur unter Verwendung des elastischen Materials, wie etwa des elastischen Kautschukmaterials ausgebildet wird, wird eine große Menge an Weichmacher, wie etwa einem Prozessöl oder einem flüssigen Polymer, zu dem elastischen Material gegeben, sodass die Basisschicht 14 einen niedrigen Grad an Härte und einen hohen Grad an Weichheit aufweist.
Wenn die Basisschicht mit niedriger Härte 14 aus dem leitenden, elastischen Material ausgebildet ist, besitzt die Basisschicht 14 einen spezifischen Volumenwiderstand im Allgemeinen in einem Bereich von ungefähr 1 × 10³ Ω·cm bis ungefähr 1 × 10¹² Ω·cm und weist eine Dicke im Allgemeinen in einem Bereich von ungefähr 0,1 bis 10 mm auf, vorzugsweise in einem Bereich von ungefähr 2 bis 4 mm. Wenn die Basisschicht mit niedriger Härte 14 aus dem leitenden, schäumbaren Material ausgebildet ist, besitzt die Basisschicht 14 einen spezifischen Volumenwiderstand im Allgemeinen in einem Bereich von ungefähr 1 × 10³ Ω·cm bis ungefähr 1 × 10¹² Ω·cm und weist eine Dicke im Allgemeinen in einem Bereich von ungefähr 0,5 bis 10 mm, vorzugsweise in einem Bereich von ungefähr 3 bis 6 mm auf.
In der in 1 gezeigten vorliegenden, halbleitenden Walze ist die Beschichtungsschicht 16 radial auswärts der Basisschicht mit niedriger Härte 14, die vorstehend beschrieben wurde, ausgebildet, wodurch effektiv verhindert wird, dass der Toner an der Oberfläche der Walze anhaftet oder sich akkumuliert. Die Beschichtungsschicht 16 der halbleitenden Walze gemäß der vorliegenden Erfindung wird derart ausgebildet, dass das Kautschukmaterial des elastomeren Materials sich durch wenigstens ein nachstehend beschriebenes Harzvernetzungsmittel vernetzt. Gemäß der vorliegenden Anordnung wird effektiv verhindert, dass das in der Beschichtungsschicht 16 vorhandene Vernetzungsmittel in die Basisschicht 14 übertragen wird oder zu dieser wandert, wodurch die Beschichtungsschicht 16 eine ausreichend hohe Vernetzungsdichte aufweist. Daher wird der halbleitenden Walze 10 ein herausragender Verschleißwiderstand verliehen.
Das Kautschukmaterial oder das elastomere Material für die Beschichtungsschicht 16 wird aus bekannten Kautschukmaterialien und Elastomermaterialien ausgewählt, welche herkömmlicherweise zum Ausbilden der Beschichtungsschicht verwendet werden und welche in Lösungsmitteln löslich sind. Wenigstens eines der Kautschukmaterialien oder wenigstens eines der Elastomermaterialien können in geeigneter Weise ausgewählt werden. Beispiele für die Kautschukmaterialien beinhalten NR, Isoprenkautschuk (IR), Butadienkautschuk (BR), SBR, NBR, H-NBR, EPDM, Ethylen-Propylenkautschuk, Butylkautschuk, Acrylkautschuk, Polyurethankautschuk, Chloroprenkautschuk, chlorierten Polyethylenkautschuk, chlorsulfonierten Polyethylenkautschuk und Epichlorhydrinkautschuk. Beispiele für das Elastomermaterial beinhalten thermoplastisches Polyurethanelastomer und Polyamidelastomer. Unter den vorstehend Beschriebenen ist es bevorzugt, NR, IR, BR, SBR und NBR zu verwenden, da die Beschichtungsschicht 16, die unter Verwendung der Kautschukmaterialien ausgebildet wird, in bemerkenswerter Weise die vorstehend beschriebenen Effekte der vorliegenden Erfindung zeigt. Es ist insbesondere bevorzugt, NBR zu verwenden, dessen Acrylnitril-(AN)Gehalt nicht weniger als 30% beträgt. Unter Verwendung des vorstehend beschriebenen NBR kann der spezifische Volumenwiderstand leicht auf einen Wert eingestellt werden, der im Allgemeinen für die Oberfläche der halbleitenden Walze benötigt wird (d.h. ungefähr 1 × 10⁵ bis 1 × 10¹² Ω·cm). Ferner besitzt das vorstehend beschriebene NBR eine herausragende Vernetzungsfähigkeit in Bezug auf das Harzvernetzungsmittel, wie etwa das nachstehend beschriebene Phenol-Formaldehyd-Harz, und herausragende Mischfähigkeit oder Löslichkeit hinsichtlich eines derartigen Harzvernetzungsmittels.
Unter Verwendung des Kautschukmaterials oder des Elastomermaterials, das vorstehend beschrieben wurde, wird eine Beschichtungsflüssigkeit zum Ausbilden der Beschichtungsschicht 16 hergestellt. Zu dem Kautschukmaterial oder dem Elastomermaterial wird wenigstens ein bekanntes Harzvernetzungsmittel zum Vernetzen des Kautschukmaterials oder des Elastomermaterials gegeben. So verwendet die vorliegende Erfindung ein Harzvernetzungsverfahren, wobei das Kautschukmaterial oder das Elastomermaterial durch das Harzvernetzungsmittel vernetzt wird, welches hohe Stabilität der Beschichtungsflüssigkeit bei Raumtemperatur sicherstellt.
Das Harzvernetzungsmittel, das verwendet wird, ist nicht besonders begrenzt, sondern kann in geeigneter Weise aus bekannten Harzvernetzungsmitteln ausgewählt werden.
Beispiele für das Harzvernetzungsmittel sind thermoplastisches Harz, wie etwa Phenol-Formaldehyd-Harz, Xylol-Formaldehyd-Harz, Amino-Harz, Guanamin-Harz, ungesättigtes Polyester-Harz, Diallylphthalat-Harz, Epoxid-Harz, Phenoxy-Harz und Urethan-Harz. Genauer beinhalten Beispiele für das Amino-Harz melaminharzartige Vernetzungsmittel, wie etwa vollständig alkylmethyliertes Melamin-Harz, Methylolgruppen-methyliertes Melamin-Harz, Iminogruppen-methyliertes Melamin-Harz, vollständig alkylvermischtes etherifiziertes Melamin-Harz, Methylolgruppen-vermischtes, etherifiziertes Melamin-Harz, Iminogruppen-vermischtes, etherifiziertes Melamin-Harz und hochfestes butyliertes Melamin-Harz. Beispiele für das Epoxidharz beinhalten epoxidharzartige Vernetzungsmittel, wie etwa Bisphenol-A-Glycidylether-Epoxid-Harz, Bisphenol-Glycidylether-Epoxid-Harz, Novolak-Glycidylether-Epoxid-Harz, Polyethylenglykolglycidylether-Epoxid-Harz, Polypropylenglykolglycidylether-Epoxid-Harz, Glyceringlycidylether-Epoxid-Harz, aromatisches Glycidylether-Epoxid-Harz, aromatisches Glycidylamin-Epoxid-Harz, Phenolglycidylamin-Epoxid-Harz, Hydrophthalsäure-Glycidylester-Epoxid-Harz und Dimersäureglycidylester-Epoxid-Harz. Beispiele des Urethan-Harzes beinhalten Polyisocyanat(e), wie Tolyloldiisocyanat, Diphenylmethandiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat und Isophorondiisocyanat; derartige Isocyanate vom Diuret-Typ, Isocyanurattyp und Trimethylolpropan-modifizierten Typ und von deren blockierten Typ. Zudem kann zu dem vorstehend beschriebenen Harzvernetzungsmittel in geeigneter Weise verwendete, modifizierte Materialien der Harzvernetzungsmittel, hochfestes Benzoguanamin-Harz, Glycoluryl-Harz, carboxymodifiziertes Amino-Harz zugegeben werden.
Unter den verschiedenen bekannten Harzvernetzungsmitteln, die vorstehend beschrieben wurden, ist es bevorzugt, ein Harzvernetzungsmittel mit einer aromatischen Ringstruktur oder einer heterocyclischen Struktur zu verwenden. Insbesondere wird Phenolformaldehyd-Harz vom Resoltyp oder Xylolformaldehyd-Harz vom Resoltyp vorzugsweise verwendet. Diese Harze vom Resoltyp sind Präpolymere, die durch Additions-Kondensations-Reaktion von Phenol oder Xylol und Formaldehyd mit einem Alkalikatalysator erhalten wurden. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung spekulieren, dass das Harzvernetzungsmittel mit der aromatischen Ringstruktur oder heterocyclischen Struktur insbesondere, das Phenol-Formaldehyd-Harz vom Resoltyp oder Xylol-Formaldehyd-Harz vom Resoltyp effektiv daran gehindert wird, in die Basisschicht mit niedriger Härte 14 übertragen zu werden oder einzudringen, was auf die Molekülstruktur oder Molekülgröße zurückgeht, sodass die Beschichtungsschicht 16 eine gewünschte Vernetzungsdichte aufweist. Jedoch ist der Mechanismus nicht klar.
Die Menge des Harzvernetzungsmittels wird in geeigneter Weise, abhängig von dem gewünschten Grad der Flexibilität oder Weichheit, ermittelt. Die Menge des Harzvernetzungsmittels wird in einem Bereich von 1 bis 60 Gew.-Teilen gehalten, vorzugsweise 10 bis 50 Gew.-Teile pro 100 Gew.-Teile der Gesamtmenge des Harzvernetzungsmittels und des Kautschukmaterials oder des elastomeren Materials. Mit anderen Worten, das Verhältnis des Harzvernetzungsmittels zu dem Kautschukmaterial oder dem elastomeren Material (das Harzvernetzungsmittel:das Kautschukmaterial oder das Elastomermaterial) wird innerhalb eines Bereichs von 1:99 bis 60:40, vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 10:90 bis 50:50 ausgewählt. Wenn die Menge des Harzvernetzungsmittels exzessiv klein ist, schreitet das Vernetzen oder das Vulkanisieren der Beschichtungsschicht 16 nicht ausreichend voran. In diesem Fall ist die Zeitdauer, die für das Vernetzen benötigt wird, in nicht erwünschter Weise erhöht, was die Produktionseffizienz verschlechtert. Zudem ist die Beschichtungsschicht 16 nicht ausreichend vernetzt, was zu einem unzureichenden Verschleißwiderstand führt. Wenn die Menge des Harzvernetzungsmittels exzessiv groß ist, ist die Härte der Beschichtungsschicht 16 andererseits exzessiv erhöht, sodass die halbleitende Walze unerwünschterweise an verschiedenen Problemen leiden kann, wie etwa unzureichende Flexibilität oder Weichheit und Knitter oder Falten.
Um zu ermöglichen, dass die halbleitende Walze 10 verschiedene physikalische Eigenschaften, wie etwa Halbleiterfähigkeit und Weichheit besitzt, die für die Walze 10 benötigt wird, beinhaltet das Material für die Beschichtungsschicht 16 ferner, sofern benötigt, wenigstens ein leitendes Mittel, wenigstens einen Füllstoff, wenigstens einen Weichmacher und verschiedene Zusatzstoffe in jeweiligen geeigneten Mengen, zusätzlich zu dem Kautschukmaterial oder dem elastomeren Material und dem Harzvernetzungsmittel, die vorstehend beschrieben wurden. Beispiele für das leitende Mittel beinhalten Ruß, Grafit, Kaliumtitanat, Eisenoxid, c-TiO₂, c-ZnO, c-SnO₂, Ionen leitende Mittel, wie etwa quartäres Ammoniumsalz, Borat, ein oberflächenaktives Mittel. Wenn die halbleitende Walze 10 als eine Entwicklungswalze hergestellt wird, kann, sofern benötigt, ein Aufrauungsmittel eingeschlossen sein, wie etwa ein Füllstoff mit einer geeigneten Gestalt und Größe, um zu ermöglichen, dass die Oberfläche der Walze aufgeraut wird, sofern benötigt, sodass die Entwicklungswalze eine beabsichtigte Toner-Übertragungsfähigkeit besitzt.
Das Material für die Beschichtungsschicht 16, in welcher verschiedene, vorstehend beschriebene Komponenten vermischt werden, wird in einem Lösungsmittel auf eine bekannte Weise aufgelöst, um so eine Beschichtungsflüssigkeit mit einer beabsichtigten Viskosität bereitzustellen. Beliebige bekannte Lösungsmittel können zum Herstellen der Beschichtungsflüssigkeit verwendet werden, welche das Kautschukmaterial oder das elastomere Material, das Harzvernetzungsmittel und die Zusatzstoffe einschließt, solange wie das Kautschukmaterial oder das elastomere Material in Lösungsmitteln aufgelöst werden. Zum Beispiel können organische Lösungsmittel verwendet werden, wie etwa Aceton, Methylethylketon, Methanol, Isopropylalkohol, Methylcellosolv, Toluol und Dimethylformamid. Wenigstens eines hiervon oder eine beliebige Kombination von diesen Lösungsmitteln können verwendet werden. Während die Viskosität der Beschichtungsflüssigkeit in geeigneter Weise, abhängig von dem Beschichtungsverfahren, das verwendet wird, eingestellt wird, wird die Viskosität im Allgemeinen in einem Bereich von ungefähr 5 bis 1000 mPa·s gehalten.
Die so hergestellte Beschichtungsflüssigkeit, wobei das Harzvernetzungsmittel zum Vernetzen des Kautschukmaterials oder des elastomeren Materials eingeschlossen ist, besitzt keine Tendenz für einen Sengschaden des Kautschukmaterials oder des elastomeren Materials bei Raumtemperatur, sodass keine Tendenz besteht, dass die Beschichtungsflüssigkeit an einer Änderung der Viskosität leidet. Demgemäß wird die Viskosität der Beschichtungsflüssigkeit bei einem bestimmten Wert gehalten, der für das Beschichtungsverfahren geeignet ist, das zum Ausbilden der Beschichtungsschicht 16 verwendet wird, wodurch die Dicke der Beschichtungsschicht 16 leicht auf einen gewünschten Wert mit einer hohen Stabilität gesteuert werden kann und die halbleitende Walze 10 eine gewünschte Oberflächenbedickung mit beträchtlich hoher Genauigkeit besitzt.
In der Beschichtungsflüssigkeit, die wie vorstehend beschrieben hergestellt wurde, findet der Sengschaden des Kautschukmaterials oder des elastomeren Materials, das darin enthalten ist, nicht bei Raumtemperatur statt, sodass es keine Tendenz gibt, dass die Beschichtungsflüssigkeit an Gelierung leidet und eine viel längere Lebensdauer besitzt als herkömmliche Beschichtungsflüssigkeiten. Demgemäß wird, sogar wenn die Beschichtungsflüssigkeit wiederholt zum Ausbilden der Beschichtungsschicht 16 verwendet wird, Vorteilhafterweise verhindert, dass die halbleitende Walze 10 an Oberflächendefekten und Verschlechterung der Erscheinung leidet, welche von Agglomeraten aufgrund der Gelierung der Beschichtungsflüssigkeit stammen. So kann die halbleitende Walze 10 hoch ökonomisch und hoch effizient hergestellt werden. Die vorstehend beschriebene Beschichtungsflüssigkeit kann wiederholt verwendet werden, sodass die vorliegende Beschichtungsflüssigkeit hoch ökonomisch und umweltfreundlich ist.
Die vorstehend beschriebene Beschichtungsflüssigkeit wird auf der Basisschicht 14 mit niedriger Härte beschichtet, sodass die Beschichtungsschicht 16 auf der Basisschicht 14 laminiert wird, wodurch die beabsichtigte halbleitende Walze 10 bereitgestellt wird.
Die Beschichtungsschicht 16, die wie vorstehend beschrieben gebildet wurde, besitzt im Allgemeinen einen spezifischen Volumenwiderstand von ungefähr 1 × 10³ bis 1 × 10¹² Ω·cm und eine Dicke von ungefähr 1 bis 200 μm.
Beim Herstellen der halbleitenden Walze, die in 1 gezeigt ist, können verschiedene bekannte Verfahren verwendet werden. Zum Beispiel wird unter Verwendung des Materials für die Basisschicht mit niedriger Härte, die Basisschicht 14 gebildet, auf der äußeren umlaufenden Oberfläche des Schaftes 12, der mit einem Klebemittel beschichtet ist, durch bekannte Verfahren, wie etwa Extrusion und Formen unter Verwendung einer Metallform. Auf der äußeren umlaufenden Oberfläche der so gebildeten Basisschicht 14 mit niedriger Härte wird die Basisschicht 16 durch Beschichten gebildet, damit sie so eine geeignete Dicke aufweist. So wird die beabsichtigte halbleitende Walze erhalten. In der vorliegenden Erfindung können verschiedene bekannte Beschichtungsverfahren, wie etwa Eintauchen, Walzenbeschichten, und Sprühbeschichten, verwendet werden. Die Beschichtungsflüssigkeit, welche die Basisschicht 14 mit niedriger Härte bedeckt, wird einer Wärmebehandlung unter gewöhnlichen Bedingungen (z.B. bei 120 bis 200°C für 10 bis 120 Minuten) unterzogen, sodass das Lösungsmittel entfernt wird und das Kautschukmaterial oder das Elastomermaterial vernetzt wird, um hierdurch die Beschichtungsschicht 16 bereitzustellen, die die gewünschte Flexibilität oder Weichheit aufweist.
Die so aufgebaute halbleitende Walze 10, in der die Basisschicht 14 mit niedriger Härte und die Beschichtungsschicht 16 in der Reihenfolge der Beschreibung auf dem Schaft 12 ausgebildet sind, zeigt einen niedrigen Grad an Härte oder einen hohen Grad an Weichheit und gute Leitfähigkeit aufgrund der Basisschicht 14 mit niedriger Härte. Ferner wird effektiv verhindert, dass der Toner an der Oberfläche der Walze anhaftet oder an dieser sich akkumuliert, was auf die Beschichtungsschicht 16 zurückgeht. Zudem zeigt die halbleitende Walze 10 einen herausragenden Verschleißwiderstand und die gewünschte Oberflächenbedingung mit hoher Genauigkeit.
Die halbleitende Walze 10 gemäß der vorliegenden Erfindung wird vorteilhafterweise in der Form der Entwicklungswalze, Aufladungswalze, Transferwalze etc. für die Büroautomatisierungs-(OA)Maschinen oder Vorrichtungen verwendet, wie etwa die elektrofotografischen Kopiermaschinen, Drucker und Telekopierer.
Während die vorliegend bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung im Detail anhand der Zeichnung beschrieben worden ist, muss verstanden werden, dass die Erfindung auf andere Weise verwirklicht werden kann.
Die halbleitende Walze 10, die in 1 gezeigt wird, besitzt eine zweilagige Struktur, die aus der Basisschicht 14 mit niedriger Härte und der Beschichtungsschicht 16, die als die Oberflächenschicht auf der äußeren umlaufenden Oberfläche der Basisschicht 14 ausgebildet ist, besteht. Die Struktur der halbleitenden Walze ist nicht auf die in 1 Gezeigte beschränkt, vorausgesetzt, dass die halbleitende Walze wenigstens die Beschichtungsschicht einschließt, die durch Beschichten radial auswärts der Basisschicht 14 mit niedriger Härte ausgebildet ist. Zum Beispiel kann die halbleitende Walze eine dreilagige Struktur aufweisen, die aus der Basisschicht 14 mit niedriger Härte, der Oberflächenschicht (16), und einer dazwischen eingefügten intermediären Schicht besteht, oder einer vielschichtigen Struktur, die aus der Basisschicht 14 mit niedriger Härte, der Oberflächenschicht (16), und wenigstens zwei intermediären Schichten, die dazwischen eingefügt sind, besteht. Die intermediäre Schicht/Schichten ist/sind durch verschiedene Verfahren, wie etwa Beschichten und Extrusionsformen, ausgebildet. Beim Ausbilden der intermediären Schicht/Schichten durch Beschichten können das Schwefelvernetzungsverfahren oder das Harzvernetzungsverfahren verwendet werden.
Die Oberfläche der Entwicklungswalze als ein Beispiel der halbleitenden Walze wird in geeigneter Weise aufgeraut, sodass die Entwicklungswalze eine verbesserte Tonertransfereigenschaft zeigt. Zum Beispiel kann eine Beschichtungsschicht (die als eine Oberflächenschicht 24 dient), in welcher ein Aufrauungsmittel 22 mit einer vorbestimmten Teilchengröße enthalten ist, auf der äußeren umlaufenden Oberfläche einer Basisschicht 20 mit niedriger Härte ausgebildet werden, wie in 2A gezeigt. Wie in 2B gezeigt, kann auf der äußeren umlaufenden Oberfläche der Basisschicht 20 mit niedriger Härte, welche in geeigneter Weise durch Schleifen oder Formen aufgeraut ist, eine Beschichtungsschicht (die als die Oberflächenschicht 24 dient) ausgebildet werden, um eine geeignete Dicke aufzuweisen. Wenn die halbleitende Walze die dreilagige Struktur besitzt, die aus der Basisschicht mit niedriger Härte, der intermediären Schicht und der Oberflächenschicht besteht, wird eine intermediäre Schicht 26 mit einer geeigneten Dicke auf der äußeren umlaufenden Oberfläche der Basisschicht 20 mit niedriger Härte ausgebildet, und eine Beschichtungsschicht (die als die Oberflächenschicht 24 dient), in welcher das Aufrauungsmittel 22 enthalten ist, wird auf der äußeren umlaufenden Oberfläche der intermediären Schicht 26 gebildet, wie in 2C gezeigt. Wie in 2D gezeigt, wird eine Beschichtungsschicht (die als die intermediäre Schicht 26 dient), in welcher das Aufrauungsmittel 22 enthalten ist, auf der äußeren umlaufenden Oberfläche der Basisschicht 20 mit niedriger Härte ausgebildet, und eine Beschichtungsschicht (die als die Oberflächenschicht 24 dient), die eine geeignete Dicke aufweist, wird auf der äußeren umlaufenden Oberfläche der intermediäre Schicht 26 ausgebildet. Sogar wo die Oberfläche der Walze aufgeraut wird, wie vorstehend in 2A bis 2D beschrieben, kann die Variation der Dicke der Beschichtungsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung minimiert werden, wodurch die Walze eine genau gesteuerte gewünschte Oberflächenrauheit mit beträchtlich hoher Genauigkeit aufweist. In der Entwicklungswalze mit der dreilagigen Struktur, die aus der Basisschicht mit niedriger Härte, der intermediären Schicht und der Oberflächenschicht besteht, werden die Dickenwerte der Basisschicht mit niedriger Härte und der intermediären Schicht jeweils vorzugsweise in einem Bereich von 0,1 bis 10 mm gehalten, in einem Bereich von 1 bis 200 μm (vorzugsweise in einem Bereich von 5 bis 50 μm) gehalten und in einem Bereich von 1 bis 200 μm (vorzugsweise in einem Bereich von 5 bis 50 μm) gehalten.
Es muss verstanden werden, dass die vorliegende Erfindung mit verschiedenen Änderungen, Modifikationen und Verbesserungen verwirklicht werden kann, die dem Fachmann geläufig sind, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen, der in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.
BEISPIELE
Um die vorliegende Erfindung weiter zu erläutern, werden einige Beispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Es muss verstanden werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Details dieser Beispiele und die vorhergehende Beschreibung begrenzt ist.
Um die halbleitende Walze mit der in 1 gezeigten Struktur zu erhalten, wurde elektrisch leitender Silikonkautschuk (X34-264 A/B, der von Shin-etsu Chemicals, Co. Ltd., Japan erhältlich ist) als das Material für die Basisschicht (14) mit niedriger Härte hergestellt, während 13 Arten von Materialien zum Ausbilden jeweiliger Beschichtungsschichten (16) hergestellt wurden, um so jeweilige Zusammensetzungen aufzuweisen, wie in den folgenden Tabelle 1 bis 3 angegeben (d.h. Beispiele A bis M). Jedes von denjenigen Materialien für die Beschichtungsschichten wurde in Methylethylketon aufgelöst, um hierdurch jeweilige Beschichtungsflüssigkeiten bereitzustellen, die jeweils eine bestimmte Viskosität (ungefähr 10 mPa·s) aufwiesen.
Tabelle 3
Anfangs wurden auf die folgende Weise intermediäre Kautschukwalzen hergestellt, die jeweils aus einem Nickelplattierten Metallkern (Schaft 12), der aus SUS 304 hergestellt wurde und einen äußeren Durchmesser von 10 mm besaß, und aus der Basisschicht (14) mit niedriger Härte unter Verwendung des Materials für die Basisschicht mit niedriger Härte, das vorstehend beschrieben wurde, bestand. Genauer beschrieben wurde die Basisschicht (14) mit niedriger Härte durch Formen unter Verwendung einer Metallform auf einer äußeren umlaufenden Oberfläche des Schaftes (12), der mit einem geeigneten leitenden Clearmittel beschichtet war, ausgebildet. Die Basisschicht (14) mit niedriger Härte, die auf dem Schaft (12) ausgebildet ist, besitzt eine Dicke von 5 mm und ist durch einen leitenden elastischen Körper aus Silikonkautschuk zusammengesetzt. Die Vulkanisierungstemperatur und die Zeitdauer, die zum Ausbilden der Basisschicht (14) mit niedriger Härte verwendet wird, betrugen 170°C und 30 Minuten. Die so ausgebildete Basisschicht (14) mit niedriger Härte besitzt eine JIS-A-Härte von 35° und einen spezifischen Volumenwiderstand von 8 × 10⁴ Ω·cm.
Nachdem die intermediären Kautschukwalzen aus den jeweiligen Formen herausgenommen wurden, wurden sie einem Beschichtungsverfahren durch Eintauchen unter Verwendung der wie vorstehend beschrieben hergestellten Beschichtungsflüssigkeiten zum Ausbilden der jeweiligen Beschichtungsschichten unterzogen. Die Beschichtungsschichten wurden durch Vernetzen unter den jeweiligen Bedingungen ausgebildet, die auch in der Tabelle 1 bis 3 angegeben sind. So wurden halbleitende Walzen gemäß Beispielen A bis M erhalten. In jeder der so erhaltenen halbleitenden Walzen wurde die Beschichtungsschicht (16) mit einer Dicke von 15 μm einstückig auf der äußeren umlaufenden Oberfläche der intermediären Kautschukwalze, die vorstehend beschrieben wurde, ausgebildet. Jede der Beschichtungsschichten (16) der halbleitenden Walzen gemäß Beispielen A bis L besitzt 100 % Modulusfestigkeit von ungefähr 5 MPa, während die Beschichtungsschicht (16) der halbleitenden Walze gemäß Beispiel M 100 Modulusfestigkeit von 15 MPa besitzt. Jede der Beschichtungsschichten (16) gemäß Beispielen A bis M besitzt einen spezifischen Volumenwiderstand von ungefähr 1 × 10¹⁰ Ω·cm.
Jede der so erhaltenen halbleitenden Walzen gemäß Beispielen A bis M wurde bewertet in Bezug auf: (1) Vernetzungsgrad; (2) Qualität der Bilder, die hergestellt wurden, bevor die Walze Ausdauertests unterzogen wurde; (3) Qualität von Bildern, die nach den Ausdauertests wiedergegeben wurden, d.h. nach Bildwiedergabe auf 6000 Papierblättern und nach Bildwiedergabe auf 15000 Papierblättern, wobei die Walze tatsächlich auf einer elektrofotografischen Kopiermaschine eingebaut war; (4) Vorhandensein von Knittern auf der Walzenoberfläche nach dem Ausdauertest; und (5) eine Änderung der Oberflächenrauheit.
(1) Vernetzungsgrad
Ein Stück Watte, das mit Methylethylketon imprägniert war, wurde auf die Oberfläche von jeder der halbleitenden Walzen gemäß Beispielen A bis L gepresst, und die Oberfläche von jeder Walze wurde stark mit der Watte abgerieben. Für die Halbleiterwalze gemäß Beispiel M wurde ein Stück Watte, das mit Methanol imprägniert war, verwendet. Nach Abrieb wurde die Watte zum Bewerten des Vernetzungsgrads gemäß der folgenden Kriterien beobachtet, und die Ergebnisse der Bewertung sind in der folgenden Tabelle 4 angegeben.
❍: Im Wesentlichen wurden keine Änderungen beobachtet.
X: Die Oberfläche der Walze wurde aufgelöst und die Watte war mit Ruß, der hieran anhaftete, gefärbt.
(2) Qualität der wiedergegebenen Bilder, bevor die Walze Ausdauertests unterzogen wurde.
Jede halbleitende Walze wurde als eine Entwicklungswalze verwendet und auf einer kommerziell erhältlichen, elektrofotografischen Kopiermaschine eingebaut. Bilder wurden unter 20°C und 50% relativer Feuchtigkeit wiedergegeben. Die wiedergegebenen Bilder wurden gemäß der folgenden Kriterien bewertet. Die Ergebnisse der Bewertung sind in der Tabelle 4 angegeben.
❍: Einfarbige schwarze Bilder besaßen einen ausreichenden Grad an Dichte (d.h. nicht geringer als 1,4 in Macbethdichte), ohne an Dichtevariation und weißen Bildpunkten zu leiden. Gedruckte Schriftzeichen litten nicht an Fading und Verschmieren.
X: Einfarbige schwarze Bilder besaßen einen unzureichenden Grad an Dichte (d.h. weniger als 1,4 in Macbethdichte), und litten an Dichtevariationen und/oder weißen Bildpunkten.
(3) Qualität der wiedergegebenen Bilder nach den Ausdauertests, wobei Walze tatsächlich auf einer elektrofotografischen Kopiermaschine eingebaut war.
Jede halbleitende Walze wurde als eine Entwicklungswalze verwendet und auf einer kommerziell erhältlichen elektrofotografischen Kopiermaschine eingebaut. Bilder wurden unter 20°C und 50 % relativer Feuchtigkeit auf 6000 Papierblättern und 15000 Papierblättern wiedergegeben. Nach dem 6000 Blatt Bildwiedergabeverfahren und dem 15000 Blatt Bildwiedergabeverfahren wurden die wiedergegebenen Bilder gemäß der folgenden Kriterien bewertet. Das Ergebnis der Bewertung wird in Tabelle 4 angegeben.
❍: Einfarbige schwarze Bilder besaßen einen unzureichenden Grad an Dichte (d.h. nicht weniger als 1,4 in Macbethdichte), ohne an Dichtevariation und weißen Bildpunkten zu leiden. Gedruckte Schriftzeichen litten nicht an Fading und Verschmieren.
Δ: Einfarbige schwarze Bilder litten nicht an Defekten, während Schriftzeichen an Fading und Verschmieren litten.
X: Bilder litten an Dichtevariation und/oder weißen Bildpunkten.
(4) Anwesenheit von Knittern auf der Walzenoberfläche nach den Ausdauertests
Nach dem 6000 Blatt Bildwiedergabeverfahren und dem 15000 Blatt Bildwiedergabeverfahren wurde die Walzenoberfläche zum Prüfen, ob die Walzenoberfläche an Knitter litt, überprüft. Die Ergebnisse der Bewertung sind in Tabelle 4 angegeben. (In der Tabelle 4 gibt "❍" an, dass die Walzenoberfläche keine Knitter besaß, während "X" angibt, dass die Walzenoberfläche an Knitter litt.)
(5) Änderung der Oberflächenrauheit
Nach dem 6000 Blatt Bildwiedergabeverfahren und dem 15.000 Blatt Bildwiedergabeverfahren wurde die Oberflächenrauheit (Ra) an fünf verschiedenen Teilen der Oberfläche der Walze auf die folgende Weise gemessen, zum Überprüfen, ob die Walzenoberfläche verschlissen war und die Teilchen entfernt wurden oder von der Oberfläche sich separierten. Die Oberflächenrauheit (Ra) wurde gemäß JIS-B 0601 unter Verwendung eines Oberflächenrauheits-Meßgeräts ("SURFCOM", erhältlich von Tokyo Seimitsu Co., Ltd., Japan) unter den folgenden Bedingungen gemessen: gemessene Länge: 4 mm, Stylus: 0102508, Cutoff: 0,8 mm, Zuführrate des Stylus: 0,3 mm/s. Die durchschnittliche Oberflächenrauheit Ra wurde gemäß der folgenden Kriterien bewertet und die Ergebnisse der Bewertung sind in Tabelle 4 angegeben.
❍: Die Menge der Änderung der Oberflächenrauheit Ra vor und nach jedem Ausdauertest betrug weniger als 0,2 μm.
Δ: Die Menge der Änderung der Oberflächenrauheit Ra vor und nach jedem Ausdauertest betrug weniger als 0,4 μm.
X: Die Menge der Änderung der Oberflächenrauheit Ra vor und nach jedem Ausdauertest betrug 0,4 μm oder mehr.
Wie aus den in der Tabelle 4 angegebenen Ergebnissen ersichtlich ist, besaßen in den halbleitenden Walzen gemäß Beispielen A bis J, deren Beschichtungsschichten gemäß dem Harzvernetzungsverfahren ausgebildet wurden, die wiedergegebenen Bilder einen hohen Qualitätsgrad nach dem 6000 Blatt Bildwiedergabeverfahren. Ferner zeigten diese halbleitenden Walzen (Beispiele A bis J) herausragenden Verschleißwiderstand und litten nicht an Knitter, sogar nach dem 6000 Blatt Bildwiedergabeverfahren. Insbesondere die halbleitenden Walzen gemäß Beispielen A bis F, H und I, wobei die Harzvernetzungsverfahren mit der aromatischen Ringstruktur oder der heterocyclischen Ringstruktur verwendet wurden, zeigten die herausragenden Eigenschaften, die vorstehend beschrieben wurden, sogar nach dem 15000 Blatt Bildwiedergabeverfahren.
Im Gegensatz dazu war in den halbleitenden Walzen gemäß Beispielen K und L, deren Beschichtungsschichten gemäß dem Schwefel-Vulkanisierungsverfahren ausgebildet wurden, die Vulkanisierung unzureichend, was unerwünschte Bilddefekte nach dem 6000 Blatt Bildwiedergabeverfahren verursachte. Die halbleitende Walze gemäß Beispiel M, deren Beschichtungsschicht aus Methoxy-methyliertem Nylon (Methoxy-methyliertem Polyamid) ausgebildet war, litt an herabgesetzter Bildqualität und Knitter aufgrund der Beschichtungsschicht, deren Härte höher war als die Basisschicht.
Zum Bestätigen der Lebensdauer von jeder der Beschichtungsflüssigkeiten gemäß Beispielen H und L wurden die Konzentrationswerte der festen Komponente (solute) in den jeweiligen Beschichtungsflüssigkeiten sofort nach Herstellung, zu einem Zeitpunkt von 2 Wochen nach Herstellung und zu einem Zeitpunkt von einem Monat nach Herstellung berechnet. Die berechneten Konzentrationen sind in der folgenden Tabelle 5 angegeben. Jede Beschichtungsflüssigkeit wurde durch das Lösungsmittel, sofern benötigt, verdünnt, sodass die Viskosität der Beschichtungsflüssigkeit auf ungefähr 10 MPa·s eingestellt wurde. Indem die Beschichtungsflüssigkeiten H und L verwendet wurden, wurden halbleitende Walzen auf eine Weise hergestellt, die ähnlich zu der vorstehend Beschriebenen an den folgenden drei Zeitpunkten war: sofort nach Herstellung der Beschichtungsflüssigkeiten; zwei Wochen nach der Herstellung; und einen Monat nach der Herstellung. Für jede Walze wurden die Dicke der Beschichtungsschicht und die Oberflächenrauheit (Ra) gemessen. Die Ergebnisse sind auch in der folgenden Tabelle 5 angegeben. Die Experimente wurden in der Laborumgebung (LABO) durchgeführt. Im Allgemeinen wird die Walze so hergestellt, sodass die Oberflächenrauheit Ra vorzugsweise in einem Bereich von 1,0 ± 0,2 aufweist, um die hohe Bildqualität sicherzustellen.
Tabelle 5
Wie aus den in Tabelle 5 angegebenen Ergebnissen ersichtlich ist, muss verstanden werden, dass der Sengschaden in der Beschichtungsflüssigkeit gemäß Beispiel H verhindert werden kann, welche das Harzvernetzungsmittel verwendet, sodass die Beschichtungsflüssigkeit nicht an Gelierung leidet. Demgemäß wird bestätigt, dass die Beschichtungsschicht, die aus der Beschichtungsflüssigkeit ausgebildet ist, die das Harzvernetzungsmittel beinhaltet, nicht an Variation der Dicke leidet. Ferner besitzt die halbleitende Walze, deren Beschichtungsschicht aus der Beschichtungsflüssigkeit ausgebildet ist, die das Harzvernetzungsmittel einschließt, die gewünschte Oberflächenrauheit mit beträchtlich hoher Genauigkeit. Wie aus der vorhergehenden Beschreibung ersichtlich ist, ist in der vorliegenden halbleitenden Walze, deren Beschichtungsschicht unter Verwendung des Harzvernetzungsmittels ausgebildet ist, anstelle des herkömmlicherweise verwendeten Schwefelvernetzungsmittels die Vernetzungsdichte der Beschichtungsschicht wesentlich verbessert, sodass die halbleitende Walze Vorteilhafterweise einen Verschleißwiderstand zeigt, der hoch genug ist, um einer langen Benutzungsdauer zu widerstehen.
Da der Sengschaden des Kautschukmaterials oder des elastomeren Materials in der Beschichtungsflüssigkeit nicht bei Raumtemperatur aufgrund der Verwendung des Harzvernetzungsmittels stattfindet, leidet die Beschichtungsflüssigkeit nicht an einer Änderung in deren Viskosität. Daher kann die Menge des Kautschukmaterials oder des elastomeren Materials, die in der Beschichtungsflüssigkeit enthalten ist, konstant gehalten werden, was eine leichte Steuerung der Dicke der Beschichtungsschicht ermöglicht, wodurch die halbleitende Walze Vorteilhafterweise die gewünschte Oberflächenbedingung mit beträchtlich hoher Genauigkeit aufweist.
Da die Beschichtungsflüssigkeit, die das Harzvernetzungsmittel beinhaltet, frei von Sengschaden und resultierender Gelierung ist, leidet die halbleitende Walze nicht an Oberflächendefekten aufgrund von Agglomeraten, welche durch Gelierung der Beschichtungsflüssigkeit gebildet werden würden, sogar wenn die Beschichtungsflüssigkeit recycelt oder wiederverwendet wird. Demgemäß kommt der vorliegenden halbleitenden Walze eine hohe Ökonomie und hohe Produktivität zu.
Eine halbleitende Walze, die einen Schaft (12), eine Basisschicht mit niedriger Härte (14), die auf einer äußeren umlaufenden Oberfläche des Schaftes ausgebildet ist, und eine Beschichtungsschicht (16), die durch Beschichten radial auswärts der Basisschicht mit niedriger Härte ausgebildet ist, beinhaltet, wobei die Beschichtungsschicht derart ausgebildet ist, dass ein Kautschukmaterial oder ein elastomeres Material durch wenigstens ein Harzvernetzungsmittel vernetzt wird.

Claims

Halbleitende Walze, die einen Schaft (12), eine Basisschicht mit niedriger Härte (14), die auf einer äußeren umlaufenden Oberfläche des Schaftes ausgebildet ist, und eine Beschichtungsschicht (16), die durch Beschichten radial auswärts der Basisschicht mit niedriger Härte ausgebildet ist, beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsschicht derart ausgebildet ist, dass ein Kautschukmaterial oder ein elastomeres Material durch wenigstens ein Harzvernetzungsmittel vernetzt ist.
Halbleitende Walze gemäß Anspruch 1, wobei das wenigstens eine Harzvernetzungsmittel eine aromatische Ringstruktur oder eine heterocyclische Struktur aufweist.
Halbleitende Walze gemäß Anspruch 2, wobei das wenigstens eine Harzvernetzungsmittel Phenol-Formaldehyd-Harz vom Resoltyp oder Xylol-Formaldehyd-Harz vom Resoltyp ist.
Halbleitende Walze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das wenigstens eine Harzvernetzungsmittel in einer Menge von 1 bis 60 Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teilen einer Gesamtmenge des Harzvernetzungsmittels und des Harzmaterials oder des elastomeren Materials eingeschlossen ist.
Halbleitende Walze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das wenigstens eine Harzvernetzungsmittel in einer Menge von 10 bis 50 Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teilen, bezogen auf das Gewicht einer Gesamtmenge des Harzvernetzungsmittels und des Kautschukmaterials oder des elastomeren Materials eingeschlossen ist.
Halbleitende Walze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Kautschukmaterial Acrylnitril-Butadienkautschuk ist, dessen Acrylnitrilgehalt nicht weniger als 30% beträgt.
Halbleitende Walze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Beschichtungsschicht einen spezifischen Volumenwiderstand von 1 × 10³ bis 1 × 10¹² Ω·cm besitzt.
Halbleitende Walze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Beschichtungsschicht eine Dicke von 1 bis 200 μm besitzt.
Halbleitende Walze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Basisschicht mit niedriger Härte durch einen festen elastischen Körper zusammengesetzt ist.
Halbleitende Walze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Basisschicht mit niedriger Härte durch einen geschäumten elastischen Körper zusammengesetzt ist.
Halbleitende Walze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Basisschicht mit niedriger Härte eine JIS-A-Härte von 5° bis 50° besitzt.
Halbleitende Walze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Basisschicht mit niedriger Härte durch wenigstens ein elektrisch leitendes Mittel eine elektrische Leitfähigkeit verliehen ist.