DE102016002024A1

DE102016002024A1 - Leitfähige Walze und Verfahren zur Herstellung der Walze

Info

Publication number: DE102016002024A1
Application number: DE102016002024.5A
Authority: DE
Inventors: Hirokazu Hamada; Lei Wang
Original assignee: Synztec Co Ltd
Current assignee: Synztec Co Ltd
Priority date: 2015-02-25
Filing date: 2016-02-19
Publication date: 2016-10-20
Also published as: CN105911831A; JP2016157014A; US20160246211A1

Abstract

Es wird eine leitfähige Walze bereitgestellt, die eine angestrebte Leitfähigkeit und einen niedrigen Druckverformungsrest aufweist und deren Herstellungskosten nieder sind. Eine leitfähige Walze mit einem Kern von einer leitfähigen, elastischen Schicht auf dem Kern wird bereitgestellt, wobei die leitfähige, elastische Schicht aus einem Vulkanisationsprodukt einer Kautschukgemisch-Grundlage mit einem Gehalt an NBR und ECO mit einem Peroxid-Vulkanisationsmittel gebildet worden ist. Beim NBR handelt es sich um Kautschuk mit niedrigem Nitrilgehalt, dessen Gehalt an Acrylnitril weniger als 25 Masse-% beträgt. Das Masseverhältnis von NBR zu ECO (NBR:ECO) genügt der folgenden Beziehung (1) 40:60 bis 75:25(1).

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrisch leitfähige Walze (nachstehend einfach als ”leitfähige Walze” bezeichnet) und ein Verfahren zur Herstellung der Walze.
Hintergrund der Erfindung
Bisher werden in Bilderzeugungsvorrichtungen, wie elektrofotografischen Kopiergeräten und Druckern und Toner-Strahl-Kopiergeräten und -Druckern, verschiedene Typen von leitfähigen Walzen verwendet. Beispielsweise beschreibt das Patentdokument 1 eine leitfähige Entwicklerwalze als eine derartige leitfähige Walze.
Eine derartige leitfähige Walze weist einen Kern und eine auf dem Kern vorgesehene elektrisch leitfähige, elastische Schicht (nachstehend kurz als ”leitfähige, elastische Schicht” bezeichnet) auf. Derartige leitfähige Walzen müssen eine leitfähige, elastische Schicht mit gemäßigtem elektrischem Widerstand (d. h. einer erwünschten Leitfähigkeit) aufweisen und sie müssen nach Druckverformung eine erhebliche Erholungskraft (d. h. einen geringen Druckverformungsrest) sowie andere Eigenschaften aufweisen.
Patentdokument 1: japanische Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. 2010-160285 .
Jedoch treten bei derartigen herkömmlichen leitfähigen Walzen Schwierigkeiten in Bezug auf die Erzielung einer angestrebten Leitfähigkeit und eines geringen Druckverformungsrests auf sowie auch in Bezug auf die Materialkosten. Speziell treten bei alleiniger Verwendung eines Polymers mit geringem spezifischem Widerstand, das im Allgemeinen teuer ist, als Kautschuk-Grundlage zur Erzielung einer angestrebten Leitfähigkeit Schwierigkeiten beim Einhalten von vernünftigen Herstellungskosten auf. Wenn ein Polymergemisch mit einem Gehalt an einer Mehrzahl von Polymeren als Kautschuk-Grundlage verwendet wird, zeigt die gebildete leitfähige, elastische Schicht eine Tendenz zu einer Beeinträchtigung des Druckverformungsrests.
Außer bei Entwicklungswalzen treten diese Probleme auch bei anderen leitfähigen Walzen (z. B. bei ladungsvermittelnden Walzen, Übertragungswalzen und Tonerzufuhrwalzen) auf, die in bilderzeugenden Geräten verwendet werden. Ferner tritt dieses Problem, abgesehen von leitfähigen Walzen, die in bilderzeugenden Geräten verwendet werden, auch bei leitfähigen Walzen (z. B. bei einer Reinigungswalze) auf, die in einem Karteneinführschlitz eines Bankterminals oder dergleichen angeordnet sind.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit in der Bereitstellung einer leitfähigen Walze, bei der eine angestrebte Leitfähigkeit und ein geringer Druckverformungsrest erreicht werden und mit der die Materialkosten bei der Produktion gesenkt werden können. Eine weitere Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer derartigen leitfähigen Walze.
Zusammenfassende Darstellung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird zur Lösung der vorerwähnten Aufgaben eine leitfähige Walze mit einem Kern und einer leitfähigen, elastischen. Schicht, die auf dem Kern angeordnet ist, bereitgestellt, wobei
die leitfähige, elastische Schicht aus einem vulkanisierten Produkt einer Kautschukgemisch-Grundlage mit einem Gehalt an einem Nitril-Kautschuk (NBR) und einem Epichlorhydrin-Kautschuk (ECO) mit einem Peroxid-Vulkanisationsmittel gebildet ist;
wobei es sich beim NBR um einen Kautschuk mit geringem Nitrilgehalt handelt, der einen Gehalt an Acrylnitril von weniger als 25 Masse-% aufweist; und
wobei das Massenverhältnis von NBR zu ECO (NBR:ECO) die folgende Beziehung erfüllt (1): 40:60 bis 75:25 (1).
Vorzugsweise beträgt der Gehalt an Peroxid-Vulkanisationsmittel 2 bis 6 Masseteile, bezogen auf 100 Masseteile der Kautschukgemisch-Grundlage.
Vorzugsweise wird die leitfähige Walze als Entwicklerwalze einer bilderzeugenden Vorrichtung verwendet.
Vorzugsweise weist die leitfähige, elastische Schicht einen Druckverformungsrest von 3,7% oder weniger und einen elektrischen Widerstand von 1 × 10⁶ bis 5 × 10⁷ Ω auf.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer leitfähigen Walze bereitgestellt, die einen Kern und eine auf dem Kern angeordnete leitfähige, elastische Schicht aufweist, wobei das Verfahren die Bildung der leitfähigen, elastischen Schicht durch Vulkanisieren einer Kautschukgemisch-Grundlage, die einen Nitril-Kautschuk (NBR) und einen Epichlorhydrin-Kautschuk (ECO) umfasst, mit einem Peroxid-Vulkanisationsmittel umfasst, wobei es sich beim NBR um einen Kautschuk mit geringem Nitrilgehalt, der einen Gehalt an Acrylnitril von weniger als 25 Masse-% aufweist, handelt, und wobei das Massenverhältnis von NBR zu ECO (NBR:ECO) die folgende Beziehung erfüllt (1) 40:60 bis 75:25 (1).
Mit dieser leitfähigen Walze und dem Herstellungsverfahren hierfür lassen sich die angestrebte Leitfähigkeit und der angestrebte geringe Druckverformungsrest erreichen und die Materialkosten bei der Herstellung senken.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Verschiedene weitere Aufgaben, Merkmale und zahlreiche damit verbundene Vorteile der vorliegenden Erfindung lassen sich leicht beim Studium der folgenden ausführlichen Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erkennen.
1 ist eine schematische Darstellung einer Bilderzeugungsvorrichtung unter Verwendung einer leitfähigen Walze gemäß Ausführungsform 1.
2A ist eine schematische Darstellung eines Beispiels des Aufbaus der leitfähigen Walze von Ausführungsform 1.
2B ist eine weitere schematische Darstellung des Beispiels des Aufbaus der leitfähigen Walze von Ausführungsform 1.
2C ist eine weitere schematische Darstellung eines Beispiels des Aufbaus der leitfähigen Walze von Ausführungsform 1.
3A ist eine schematische Darstellung einer Abänderung des Aufbaus der leitfähigen Walze von Ausführungsform 1.
3B ist eine schematische Darstellung einer weiteren Abänderung des Aufbaus der leitfähigen Walze von Ausführungsform 1.
4 ist eine Darstellung zur Erläuterung des Verfahrens der Messung des elektrischen Widerstands.
5A ist ein Diagramm zur Darstellung der Ergebnisse der Testbeispiele 1 bis 3.
5B ist ein Diagramm zur Darstellung der Ergebnisse der Testbeispiele 1 bis 3.
5C ist ein Diagramm zur Darstellung der Ergebnisse der Testbeispiele 1 bis 3.
5D ist ein Diagramm zur Darstellung der Ergebnisse der Testbeispiele 1 bis 3.
6A ist ein Diagramm zur Darstellung der Ergebnisse der Testbeispiele 4 bis 6.
6B ist ein Diagramm zur Darstellung der Ergebnisse der Testbeispiele 4 bis 6.
6C ist ein Diagramm zur Darstellung der Ergebnisse der Testbeispiele 4 bis 6.
7A ist ein Diagramm zur Darstellung der Ergebnisse der Testbeispiele 7 bis 9.
7B ist ein Diagramm zur Darstellung der Ergebnisse der Testbeispiele 7 bis 9.
7C ist ein Diagramm zur Darstellung der Ergebnisse der Testbeispiele 7 bis 9.
8 ist ein Diagramm zur Darstellung der Ergebnisse von Testbeispiel 10.
Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erfindungsgemäße Ausführungsformen beschrieben. Diese Ausführungsformen dienen jedoch nur Erläuterungszwecken. Bei der nachstehenden Beschreibung zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung können beliebige Modifikationen im Rahmen des Umfangs der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden. In den Zeichnungen werden für gleiche Bauteile die gleichen Bezugszeichen verwendet. Überlappende Beschreibungen werden gegebenenfalls weggelassen.
Ausführungsform 1
1 ist eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Bilderzeugungsvorrichtung unter Verwendung einer leitfähigen Walze von Ausführungsform 1. Eine Bilderzeugungsvorrichtung 1 weist eine Entwicklerwalze 2 auf, die die leitfähige Walze dieser Ausführungsform darstellt.
Wie in 1 dargestellt, weist die Bilderzeugungsvorrichtung 1 folgende Bauteile auf: ein ladungsvermittelndes Bauteil (z. B. eine ladungsvermittelnde Walze 4) zum Aufladen eines Photorezeptors 3; ein Belichtungsbauteil zum Belichten des geladenen Photorezeptors 3, um dadurch ein latentes Bild zu erzeugen; Entwicklerbauteile (z. B. eine Entwicklerwalze 2, eine Entwicklerklinge 6 und eine Tonerzufuhrwalze) zum tribologischen Aufladen eines Toners in einem Tonerbehälter 5 und zum Transportieren des Toners zum Photorezeptor 3; Übertragungselemente (z. B. eine Übertragungswalze 7 und ein Übertragungsband) zum Übertragen des dem Photorezeptor 3 zugeführten Toners auf ein Papierblatt; und ein Reinigungsbauteil (z. B. eine Reinigungsklinge 9) zum Abstreifen des auf dem Photorezeptor 3 verbleibenden Toners in einen Toner-Abfallbehälter 8.
Die Entwicklerwalze 2 muss zur Unterdrückung der Wanderung von Toner und aus anderen Gründen eine bestimmte Leitfähigkeit aufweisen. Die Entwicklerwalze 2 bleibt in Kontakt mit dem Photorezeptor 3, der Entwicklerklinge 6 und dergleichen. Wenn somit eine leitfähige, elastische Schicht der Entwicklerwalze 2 einer Druckverformung unterliegt, kommt es zu einer Veränderung der Ladungseigenschaften und dergleichen, was zu einer Beeinträchtigung der Qualität der gedruckten Bilder führt. Wie nachstehend ausgeführt, erreicht die leitfähige Walze von Ausführungsform 1 die angestrebte Leitfähigkeit und den angestrebten niederen Druckverformungsrest, wobei sich ferner die Materialkosten verringern lassen. Somit werden durch Verwendung der leitfähigen Walze von Ausführungsform 1 als Entwicklerwalze 2 hervorragende Eigenschaften für die Bilderzeugungsvorrichtung 1 (einschließlich Druckverhalten) sowie eine Verringerung der Materialkosten erreicht.
In einem Fall sind die Entwicklerwalze 2, der Photorezeptor 3, der Tonerbehälter 5 und dergleichen im Gehäuse der Bilderzeugungsvorrichtung 1 abnehmbar ausgebildet, um einen Kartuschenmodus zu erreichen. Dabei wird durch Verwendung der leitfähigen Walze von Ausführungsform 1 als Entwicklerwalze 2 eine Bilderzeugungsvorrichtung vom Kartuschentyp mit hervorragenden Eigenschaften (einschließlich Druckverhalten) realisiert und eine Verringerung der Materialkosten wird erreicht.
Bei der Ausführungsform 1 wird die leitfähige Walze als Entwicklerwalze 2 verwendet. Jedoch ist die erfindungsgemäße leitfähige Walze nicht auf die Entwicklerwalze 2 beschränkt. Abgesehen von der Entwicklerwalze 2, kann die erfindungsgemäße leitfähige Walze auch für andere leitfähige Walzen (z. B. eine ladungsvermittelnde Walze 4, eine Übertragungswalze 7 und eine Tonerzufuhrwalze) in einer Bilderzeugungsvorrichtung verwendet werden. Die vorliegende Erfindung ist also nicht nur auf eine leitfähige Walze, die in einer Bilderzeugungsvorrichtung verwendet wird, beschränkt, sondern auch auf eine leitfähige Walze (z. B. eine Reinigungswalze) anwendbar, die beispielsweise in einem Karteneinführschlitz von Bankomaten und Ticketautomaten angeordnet ist.
Die 2A bis 2C sind schematische Darstellungen eines beispielhaften Aufbaus der leitfähigen Walze von Ausführungsform 1. 2A zeigt eine perspektivische Ansicht der leitfähigen Walze. 2B zeigt einen Querschnitt der leitfähigen Walze entlang einer zur Kernachsenrichtung senkrechten Richtung. 2C zeigt einen Querschnitt der leitfähigen Walze entlang der Kernachsenrichtung.
Wie in den 2A bis 2C dargestellt ist, weist die leitfähige Walze dieser Ausführungsform einen Kern 10 und eine auf dem Kern 10 angeordnete leitfähige, elastische Schicht 11 auf. Die leitfähige, elastische Schicht 11 ist aus einem vulkanisierten Produkt einer Kautschuk-Grundlage mit einem Gehalt an einem Nitril-Kautschuk (NBR) und einem Epichlorhydrin-Kautschuk (ECO) mit einem Peroxid-Vulkanisationsmittel gebildet. Nachstehend wird die Kautschuk-Grundlage als ”Kautschukgemisch-Grundlage” bezeichnet. Der vorerwähnte NBR ist ein Kautschuk mit geringem Nitrilgehalt, dessen Gehalt an Acrylnitril weniger als 25 Masse-% beträgt und dessen Massenverhältnis von NBR zu ECO die folgende Beziehung (1) erfüllt: NBR:ECO = 40:60 bis 75:25 (1).
Der Kern 10 dient als eine Rotationsachse der leitfähigen Walze. Hinsichtlich des Materials des Kerns 10 bestehen im Rahmen der vorliegenden Erfindung keine speziellen Beschränkungen. Es kann entweder ein Metallmaterial oder ein Kunstharzmaterial verwendet werden. Hinsichtlich der Gestalt des Kerns 10 gibt es im Rahmen der vorliegenden Erfindung keine speziellen Beschränkungen. Der Kern 10 kann hohl sein oder nicht.
Die leitfähige, elastische Schicht 11 ist aus einem leitfähigen, elastischen Körper gebildet, der auf dem Kern 10 angeordnet ist. Bei verschiedenen Bilderzeugungsvorrichtungen müssen eine Entwicklerwalze, eine Übertragungswalze, eine Tonerzufuhrwalze und dergleichen zur Unterdrückung der Wanderung von Toner und aus anderen Gründen eine bestimmte Leitfähigkeit aufweisen. Ferner müssen eine ladungsvermittelnde Walze zur Steuerung der Aufladung des Photorezeptors und aus anderen Gründen eine bestimmte Leitfähigkeit aufweisen. Ferner müssen bei verschiedenen Bankomaten eine Reinigungswalze und dergleichen zur Entfernung von unerwünschten Materialien, die auf dem transportierten Druckobjekt abgeschieden sind, und aus anderen Gründen eine bestimmte Leitfähigkeit aufweisen. Bei allen diesen Anwendungen muss die leitfähige, elastische Schicht der leitfähigen Walze eine Zielleitfähigkeit aufweisen (d. h. einen nicht übermäßig hohen elektrischen Widerstand, z. B. einen Widerstand im mittleren Bereich).
Gemäß den Anforderungen in den letzten Jahren wird es angestrebt, dass derartige Vorrichtungen, Kartuschen und dergleichen, in die die leitfähige Walze eingesetzt wird, bei geringeren Abmessungen eine höhere Leistung erbringen. Bei allen derartigen Anwendungen muss die leitfähige Walze nach einer Druckverformung ein hervorragendes Erholungsvermögen (d. h. einen geringen Druckverformungsrest) aufweisen.
Demgemäß ist bei der Ausführungsform 1 die leitfähige, elastische Schicht 11 aus einer Kautschukgemisch-Grundlage gebildet, die einen Nitril-Kautschuk (NBR) mit geringem Nitrilgehalt und einen Epichlorhydrin-Kautschuk (ECO) enthält und durch Vulkanisation der Grundlage mit einem Peroxid-Vulkanisationsmittel gebildet worden ist. Unter den in einer derartigen Kautschuk-Grundlage verwendeten Polymeren weist NBR einen hohen spezifischen Widerstand auf und ist kostengünstig. Im Gegensatz dazu ist ECO teurer als NBR, weist aber einen geringen spezifischen Widerstand auf. Die Kautschukgemisch-Grundlage, aus der die leitfähige, elastische Schicht 11 der Ausführungsform 1 gebildet ist, ist aus einem derartigen Gemisch von NBR und ECO gebildet.
Bei Verwendung eines Polymergemisches aus einer Mehrzahl von Polymeren als Kautschuk-Grundlage besteht herkömmlicherweise die Tendenz, dass der Druckverformungsrest beeinträchtigt ist. Um dieses Problem zu lösen, wird bei der Ausführungsform 1 ein Peroxid-Vulkanisationsmittel dem Gemisch aus NBR und ECO, das ein bestimmtes Massenverhältnis im Gemisch aufweist, zugesetzt. Als Ergebnis davon weist die auf diese Weise erhaltene leitfähige, elastische Schicht 11 einen geringen Druckverformungsrest auf, obgleich die elastische Schicht 11 aus einem Polymergemisch als Kautschuk-Grundlage gebildet ist. Herkömmlicherweise wird eine derartige leitfähige, elastische Schicht aus einem System mit Schwefel als Vulkanisationsmittel gebildet. Dagegen ist die leitfähige, elastische Schicht 11 der Ausführungsform 1 aus einem System unter Verwendung eines Peroxids als Vulkanisationsmittel gebildet.
Somit beruht die Ausführungsform 1 auf dem folgenden Befund. Insbesondere wird in Ausführungsform 1 ein NBR mit einem bestimmten Nitrilgehalt als Kautschuk-Grundlage unter Polymeren mit hohem Widerstand und kostengünstiger Beschaffung (NBRs) ausgewählt und ein Polymer mit geringem Widerstand (ECO) wird in einem bestimmten Verhältnis in die Kautschuk-Grundlage eingearbeitet, um dadurch den elektrischen Widerstand der leitfähigen, elastischen Schicht 11 auf ein mittleres Niveau zu senken. Anschließend wird durch Einverleiben eines Peroxid-Vulkanisationsmittels in die Kautschukgemisch-Grundlage und durch anschließende Vulkanisation eine leitfähige, elastische Schicht 11 mit einem geringen Druckverformungsrest gebildet, wobei ein derartiger Druckverformungsrest mit einem herkömmlichen, mit Schwefel vulkanisierten Polymergemisch nicht erreicht werden kann. Ferner lassen sich die Materialkosten bei der Ausführungsform 1 senken, verglichen mit dem Fall, in dem nur ein teures Polymer mit geringem Widerstand verwendet wird.
In einigen Fällen wird die Leitfähigkeit eines elastischen Körpers durch Zugabe eines die Leitfähigkeit fördernden Mittels (Ruß) eingestellt. Jedoch hat Ruß einen starken Einfluss in Bezug auf eine Veränderung (Erhöhung oder Verringerung) des spezifischen Widerstands einer Kautschuk-Grundlage entsprechend der Zugabemenge, insbesondere im mittleren Widerstandsbereich der Kautschuk-Grundlage. Somit tritt bei alleiniger Verwendung von Ruß eine Schwierigkeit in Bezug auf die Abstimmung des elektrischen Widerstands eines elastischen Körpers und außerdem in Bezug auf eine Senkung des elektrischen Widerstands auf ein mittleres Niveau auf. Im Gegensatz dazu lässt sich bei der Ausführungsform 1 der elektrische Widerstand der leitfähigen, elastischen Schicht 11 leicht modifizieren, indem man das Massenverhältnis von NBR zu ECO abstimmt, wodurch der elektrische Widerstand leicht auf ein mittleres Niveau gesenkt werden kann.
Der elektrische Widerstand der leitfähigen, elastischen Schicht 11 kann aufgrund der Einverleibung eines Peroxid-Vulkanisationsmittels zunehmen. Jedoch werden bei der Ausführungsform 1 der NBR-Typ (d. h. Nitriltyp) und das Massenverhältnis von NBR zu ECO unter Berücksichtigung der vorerwähnten Zunahme festgelegt. Sofern die Zunahme des elektrischen Widerstands aufgrund des Peroxid-Vulkanisationsmittels gering ist oder auch dann, wenn die Zunahme des elektrischen Widerstands erheblich ist, führt eine Abstimmung des NBR-Typs (d. h. Nitriltyp) und des Massenverhältnisses von NBR zu ECO zu einer Senkung des elektrischen Widerstands der leitfähigen, elastischen Schicht 11 auf ein mittleres Niveau.
Das Massenverhältnis von NBR zu ECO genügt der vorstehenden Beziehung (1). Bei der Ausführungsform 1 kann trotz der Tatsache, dass die leitfähige, elastische Schicht, die aus einem mit Peroxid vulkanisierten System gebildet ist, dem Einfluss des Peroxid-Vulkanisationsmittels unterliegt, der elektrische Widerstand der leitfähigen, elastischen Schicht auf ein mittleres Niveau gesenkt werden, da die vorgenannte Beziehung (1) erfüllt wird. Die vorgenannte Beziehung (1) ist so festgelegt, dass sowohl die angestrebte Leitfähigkeit als auch der geringe Druckverformungsrest erreicht werden können und die Materialkosten gesenkt werden können.
Wenn der NBR-Gehalt übermäßig hoch ist (d. h. der ECO-Gehalt ist übermäßig gering), steigt der elektrische Widerstand der leitfähigen, elastischen Schicht in einem solchen Ausmaß, dass die leitfähige Walze bei bestimmten Anwendungen (z. B. als Entwicklerwalze) nicht verwendet werden kann. Im Gegensatz dazu lässt sich bei einem übermäßig geringen Gehalt an NBR (d. h. der ECO-Gehalt ist übermäßig hoch) der Vorteil niederer Kosten nicht erreichen, und zwar verglichen mit dem Fall, bei dem nur ein Polymer mit geringem Widerstand verwendet wird.
NBR ist ein Copolymer aus Acrylnitril und 1,3-Butadien. NBR wird im Allgemeinen auf der Grundlage des Gehalts an Acrylnitril in folgende Kategorien eingeteilt: NBR mit niedrigem Nitrilgehalt (Gehalt an Acrylnitril: weniger als 25 Masse-%), NBR mit mittlerem Nitrilgehalt (Gehalt an Acrylnitril: 25 bis 35 Masse-%) und NBR mit hohem Nitrilgehalt (Gehalt an Acrylnitril: mehr als 35 Masse-%).
Bei dem in Ausführungsform 1 verwendeten NBR handelt es sich um einen Typ mit geringem Nitrilgehalt. Nur wenn das der vorerwähnten Beziehung (1) genügende NBR ein Produkt mit geringem Nitrilgehalt ist, weist die gebildete leitfähige, elastische Schicht 11 einen geringen Druckverformungsrest auf. Wenn eine Mehrzahl von NBR-Produkten, die in Ausführungsform 1 verwendet werden, alle vom Typ mit geringem Nitrilgehalt sind, lässt sich bei der leitfähigen, elastischen Schicht 11 der geringe Druckverformungsrest noch leichter erreichen.
Jedoch kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine geringe Menge an NBR mit mittlerem Nitrilgehalt oder an NBR mit hohem Nitrilgehalt dem NBR mit geringem Nitrilgehalt zugesetzt werden. Wenn in diesem Fall NBR zugesetzt wird, das billiger als das NBR mit geringem Nitrilgehalt ist, lassen sich die Materialkosten verringern. Insbesondere sind ein NBR mit mittlerem Nitrilgehalt und ein NBR mit hohem Nitrilgehalt in den NBR-Produkten, die der vorerwähnten Beziehung (1) genügen, enthalten.
NBR-Produkte können einzeln oder in einer Kombination aus zwei oder mehr Arten verwendet werden. Handelsübliche NBR-Produkte können ebenfalls verwendet werden. Zu Beispielen für derartige handelsübliche NBR-Produkte (NBR-Produkte mit geringem Nitrilgehalt) gehören Nipol 401, Nipol 401LL und Nipol DN401L (Produkte der Firma Zeon Corporation) und JSR N250S, N260S und N250SL (Produkte der JSR Corporation).
ECO ist ein aus Epichlorhydrin und Ethylenoxid gebildetes Copolymer. ECO ist teurer als NBR, weist aber einen geringeren spezifischen Widerstand auf. Wie vorstehend ausgeführt, wird ein billiges Polymer mit hohem Widerstand (NBR) als eine Kautschuk-Grundlage verwendet und ein Polymer (ECO) mit geringem Widerstand wird in einer bestimmten Menge der Kautschuk-Grundlage zugesetzt, so dass dadurch der elektrische Widerstand der leitfähigen, elastischen Schicht 11 auf ein mittleres Niveau gesenkt wird.
ECO-Produkte können einzeln oder in einer Kombination aus zwei oder mehr Arten verwendet werden. Es können auch handelsübliche ECO-Produkte verwendet werden. Zu Beispielen für derartige handelsübliche ECO-Produkte gehören Epion 301, Epichlomer CG und Epichlomer DG (Produkte der Firma Daiso Chemical Co., Ltd.) und Hydrin 3106 und Hydrin 3108 (Produkte der Firma Zeon Corporation).
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann ein weiteres Polymer, dass sich von NBR und ECO unterscheidet, der Kautschukgemisch-Grundlage zugesetzt werden. In Bezug auf das zusätzliche Polymer gibt es keine speziellen Beschränkungen. Zu Beispielen hierfür gehören Polyurethan, Styrol-Kautschuk und Chloropren-Kautschuk. Auch bei Zugabe eines zusätzlichen Polymers bestehen vorzugsweise 90 Masse-% oder mehr der Kautschukgemisch-Grundlage aus NBR und ECO. Es muss nicht eigens darauf hingewiesen werden, dass die Kautschukgemisch-Grundlage vorzugsweise nur aus NBR und ECO gebildet wird.
Beim Peroxid-Vulkanisationsmittel handelt es sich um ein Vulkanisationsmittel auf der Basis eines organischen Peroxids, um die Vernetzungsreaktion der Kautschukgemisch-Grundlage zu beschleunigen. Hinsichtlich des Peroxid-Vulkanisationsmittels gibt es keine speziellen Beschränkungen. Zu Beispielen für das Peroxid-Vulkanisationsmittel gehören Dibutylperoxid, tert.-Butylcumylperoxid, 2,5-Dimethyl-2,5-dihexan, 2,5-Dimethyl-2,5-Dihexin-3, 1,3-Bis-(tert.-butylperoxyisopropyl)-benzol, 1,1-Bis-(tert.-butylperoxy)-3,3,5-trimethylcyclohexan, n-Butyl-4,4-bis-(tert.-butylperoxy)-valerat, tert.-Butylperoxybenzoat, tert.-Butylperoxyisopropylcarbonat und Dicumylperoxid.
Die Peroxid-Vulkanisationsmittel können einzeln oder in einer Kombination aus zwei oder mehr Arten verwendet werden. Handelsübliche Peroxid-Vulkanisationsmittel können verwendet werden. Zu Beispielen für derartige Produkte gehören Percumyl D-40 und Perbutyl P-40 (Produkte der Firma NOF Corporation).
Der Anteil des Peroxid-Vulkanisationsmittels beträgt vorzugsweise 2 bis 6 Masseteile, bezogen auf 100 Masseteile der Kautschukgemisch-Grundlage. Wenn der Anteil des Peroxid-Vulkanisationsmittels zu gering ist, besteht die Tendenz, dass der elektrische Widerstand der leitfähigen, elastischen Schicht steigt. Wenn ferner der Anteil des Peroxid-Vulkanisationsmittels zu gering ist, treten Schwierigkeiten bei der Erzielung der für die vorgesehene Anwendung erforderlichen mechanischen Festigkeit und ähnlicher Eigenschaften der leitfähigen Walze auf. Wenn dagegen der Anteil des Peroxid-Vulkanisationsmittels zu hoch ist, besteht die Tendenz, dass sich die Dauerhaftigkeit der leitfähigen, elastischen Schicht verringert. Außerdem besteht bei einem übermäßig hohen Anteil des Peroxid-Vulkanisationsmittels die Tendenz, dass die Härte der leitfähigen, elastischen Schicht ansteigt. Wenn die Härte der leitfähigen, elastischen Schicht ansteigt, besteht die Tendenz, dass das Transportverhalten eines zu transportierenden Objekts bei bestimmten Anwendungen der leitfähigen Walze verringert wird.
Der elektrische Widerstand und die Härte der leitfähigen, elastischen Schicht verändern sich nicht nur aufgrund des Anteils an Peroxid-Vulkanisationsmittel, sondern auch aufgrund der Art des Peroxid-Vulkanisationsmittels. Wenn das Peroxid-Vulkanisationsmittel in einem Anteil im Bereich von 2 bis 6 Masseteilen vorliegt, lässt sich selbst bei Verwendung einer beliebigen Art eines Peroxid-Vulkanisationsmittels ein übermäßiger Anstieg des elektrischen Widerstands und der Härte vermeiden.
Wie vorstehend ausgeführt, kann der elektrische Widerstand der leitfähigen, elastischen Schicht 11 aufgrund der Zugabe des Peroxid-Vulkanisationsmittels ansteigen. Der Betrag dieses Anstiegs variiert je nach der Art des verwendeten Peroxid-Vulkanisationsmittels. Somit kann der Anteil des Peroxid-Vulkanisationsmittels in geeigneter Weise vorher auf einen bevorzugten Wert aus dem Bereich von 2 bis 6 Masseteilen festgelegt werden, und zwar entsprechend dem Typ des verwendeten Peroxid-Vulkanisationsmittels.
Neben den vorerwähnten Bestandteilen Kautschukgemisch-Grundlage und Peroxid-Vulkanisationsmittel kann gegebenenfalls ein weiteres Material zugesetzt werden. Hinsichtlich des weiteren Materials gibt es keine speziellen Beschränkungen. Zu Beispielen hierfür gehören ein Verarbeitungshilfsmittel, ein Vulkanisationsbeschleuniger, ein Antioxidationsmittel, Ruß und Calciumcarbonat (CaCO₃). Auch hier können handelsübliche Produkte verwendet werden.
Beispielsweise können der Kautschukgemisch-Grundlage oder dem Peroxid-Vulkanisationsmittel Verarbeitungshilfsmittel zugesetzt werden, um die Verarbeitungseigenschaften (z. B. die Kautschuk-Verknetungseigenschaften) zu verbessern. Bei einer speziellen Ausführungsform wird ein optionales internes Trennmittel (z. B. ein internes Trennmittel mit einem Gehalt an einer Fettsäure), das einen Typ eines Verarbeitungshilfsmittels darstellt, der Kautschukgemisch-Grundlage oder dem Peroxid-Vulkanisationsmittel zugesetzt. Derartige Verarbeitungshilfsmittel können einzeln oder in einer Kombination aus zwei oder mehr Arten verwendet werden. Alternativ kann Zinkoxid als Vulkanisationsbeschleuniger zugesetzt werden.
Alternativ kann zur Verhinderung der Alterung der leitfähigen, elastischen Schicht 11 ein Antioxidationsmittel zur vorerwähnten Kautschukgemisch-Grundlage oder zum Peroxid-Vulkanisationsmittel gegeben werden. Bei einer Ausführungsform wird ein phenolisches Antioxidationsmittel der Kautschukgemisch-Grundlage oder dem Peroxid-Vulkanisationsmittel zugesetzt. Derartige Antioxidationsmittel können einzeln oder in einer Kombination aus zwei oder mehr Arten verwendet werden. Alternativ kann zur Regulierung der Leitfähigkeit der leitfähigen, elastischen Schicht 11 Ruß je nach Bedarf zugesetzt werden. Die Rußprodukte können einzeln oder in einer Kombination aus zwei oder mehr Arten verwendet werden.
Das zusätzliche Material wird vorzugsweise in einer Menge von etwa 50 Masseteilen oder weniger, bezogen auf 100 Masseteile der Kautschukgemisch-Grundlage, zugesetzt. Jedoch können in einem Fall, bei dem die zusätzlichen Materialien billiger als die vorerwähnten Bestandteile NBR, ECO oder Peroxid-Vulkanisationsmittel sind, die Materialkosten der leitfähigen Walze gesenkt werden, wenn große Mengen derartiger Materialien enthalten sind. Zu Beispielen für derartige kostengünstige Materialien gehört Calciumcarbonat (CaCO₃). Anders ausgedrückt, im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden unter derartigen zusätzlichen Materialien vorzugsweise keine teuren Materialien verwendet, und zwar im Hinblick auf die Materialkosten.
Es erübrigt sich die Feststellung, dass die Zugabe dieser zusätzlichen Materialien zur Kautschukgemisch-Grundlage oder zum Peroxid-Vulkanisationsmittel entfallen kann. Bei einer möglichen Ausführungsform wird die leitfähige, elastische Schicht ohne Zugabe eines Antioxidationsmittels gebildet. Bei Verzicht auf ein Antioxidationsmittel nimmt die Härte der leitfähigen, elastischen Schicht möglicherweise ab. Jedoch lassen sich in einem derartigen Fall sowohl die angestrebte Leitfähigkeit als auch ein geringer Druckverformungsrest erreichen. Auch ohne Verwendung eines Antioxidationsmittels bleibt die Vulkanisationszeit im Wesentlichen unverändert.
Alternativ kann die leitfähige, elastische Schicht ohne Zusatz von Ruß gebildet werden. Bei Verzicht auf einen Rußzusatz nimmt möglicherweise der wirtschaftliche Wert der leitfähigen, elastischen Schicht zu, während die Härte der leitfähigen, elastischen Schicht abnimmt und die Oberflächenrauigkeit der leitfähigen, elastischen Schicht ansteigt. Jedoch lassen sich in einem derartigen Fall sowohl die angestrebte Leitfähigkeit als auch ein geringer Druckverformungsrest erreichen.
Alternativ kann die leitfähige, elastische Schicht gebildet werden, indem man auf die Zugabe von Zinkoxid als Vulkanisationsbeschleuniger verzichtet. Bei Verzicht auf die Zugabe von Zinkoxid nimmt unter möglichen Situationen die Härte der leitfähigen, elastischen Schicht ab, während die Oberflächenrauigkeit der leitfähigen, elastischen Schicht sowie die Kautschuklebensdauer beeinträchtigt sind. Jedoch lassen sich in einem derartigen Fall sowohl die angestrebte Leitfähigkeit als auch der niedrige Druckverformungsrest erreichen. Auch bei Verzicht auf eine Zugabe von Zinkoxid ergibt sich kein wesentlicher Einfluss auf das Vulkanisationsverhalten. Bei Verringerung der Menge an Zinkoxid ist es bevorzugt, dass die Herstellungskosten durch Verwendung eines kostengünstigeren Füllstoffes gesenkt werden.
Durch Vulkanisation der vorerwähnten Kautschukgemisch-Grundlage unter Verwendung eines Peroxid-Vulkanisationsmittels und durch anschließende Härtung lässt sich die leitfähige, elastische Schicht 11 bilden. Hinsichtlich dieses zur Bildung der leitfähigen, elastischen Schicht 11 herangezogenen Verfahrens gibt es keine speziellen Beschränkungen; man kann sich eines Spritzgussverfahrens, eines Extrusionsverfahrens und anderer Techniken bedienen.
Ein Oberflächenbereich 11a der leitfähigen, elastischen Schicht 11 kann poliert werden. Alternativ kann der Oberflächenbereich 11a der leitfähigen, elastischen Schicht 11 mit einer Oberflächenbehandlungsschicht oder einer Überzugsschicht versehen werden. In einem derartigen Fall werden die Oberflächenbehandlungsschicht oder die Überzugsschicht vorzugsweise so gebildet, dass sich sowohl die angestrebte Leitfähigkeit als auch ein niedriger Druckverformungsrest erreichen lassen und sich die Materialkosten senken lassen.
Die 3A und 3B sind schematische Darstellungen von Abänderungen der leitfähigen Walze von Ausführungsform 1. 3A zeigt ein Beispiel, bei dem eine Oberflächenbehandlungsschicht 12 auf dem Oberflächenbereich 11a der leitfähigen, elastischen Schicht 11 vorgesehen ist, während 3B ein Beispiel zeigt, bei dem eine Überzugsschicht 13 auf dem Oberflächenbereich 11a der leitfähigen, elastischen Schicht 11 vorgesehen ist.
Die Oberflächenbehandlungsschicht 12 kann beispielsweise bereitgestellt werden, indem man sich einer Imprägnierungs- oder Sprühbeschichtungstechnik bedient. Im Fall einer Imprägnierung wird die leitfähige, elastische Schicht 11 mit einer Oberflächenbehandlungsflüssigkeit imprägniert, die mindestens eine Isocyanatverbindung und ein organisches Lösungsmittel enthält. Nach Beendigung der Imprägnierung der leitfähigen, elastischen Schicht 11 mit der Oberflächenbehandlungsflüssigkeit wird das organische Lösungsmittel entfernt und die Bestandteile, einschließlich der Isocyanatverbindung, werden gehärtet. Im Fall einer Sprühbeschichtung wird die Oberflächenbehandlungsflüssigkeit auf die leitfähige, elastische Schicht 11 aufgebracht und die Flüssigkeit wird zur Härtung getrocknet.
Die Isocyanatverbindung reagiert mit der Kautschukgemisch-Grundlage oder dergleichen zur Bildung der leitfähigen, elastischen Schicht 11, und die gebildete, vernetzte Struktur wird im Innern der leitfähigen, elastischen Schicht 11 bereitgestellt. Eine derartige Oberflächenbehandlungsflüssigkeit wird dem Oberflächenbereich 11a der leitfähigen, elastischen Schicht 11 durch Auftragen und Imprägnieren einverleibt, um dadurch die Oberflächenbehandlungsschicht 12 zu bilden. Die Oberflächenbehandlungsschicht 12 wird integral mit der leitfähigen, elastischen Schicht 11 gebildet, so dass die Dichte der Isocyanatkomponente allmählich von der Oberfläche der Schicht bis zum Innern des Oberflächenbereichs abnimmt. Durch Bereitstellung der Oberflächenbehandlungsschicht 12 lassen sich die Abriebbeständigkeit und andere Eigenschaften der leitfähigen, elastischen Schicht 11 verbessern, verglichen mit den Eigenschaften der leitfähigen, elastischen Schicht 11 vor der Bereitstellung der Oberflächenbehandlungsschicht 12.
Zu Beispielen für die in der Oberflächenbehandlungsflüssigkeit enthaltenen Isocyanatkomponente gehören Isocyanatverbindungen, wie 2,6-Tolylendiisocyanat (TDI), 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat (MDI), p-Phenylendiisocyanat (PPDI), 1,5-Naphthalindiisocyanat (NDI) und 3,3'-Dimethyldiphenyl-4,4'-diisocyanat (TODI) sowie Oligomere und modifizierte Produkte davon. Zu Beispielen gehört auch ein Präpolymer aus einem Polyol und einem Isocyanat.
Die Oberflächenbehandlungsflüssigkeit kann ferner ein Polymer enthalten, das aus einem Polyetherpolymer, einem Fluoracrylpolymer und einem Acrylsiliconpolymer ausgewählt ist. Ferner können beliebige der vorerwähnten zusätzlichen Materialien der Oberflächenbehandlungsflüssigkeit zugesetzt werden.
Die Oberflächenbehandlungsflüssigkeit enthält ein organisches Lösungsmittel, das die vorerwähnte Isocyanatkomponente und beliebige der vorerwähnten zusätzlichen Verbindungen lösen kann. Hinsichtlich des organischen Lösungsmittels gibt es keine speziellen Beschränkungen. Zu Beispielen für das organische Lösungsmittel, das erfindungsgemäß verwendet werden kann, gehören Ethylacetat, Methylethylketon (MEK) und Toluol.
Bei einem Verfahren zur Bildung der Überzugsschicht 13 auf dem Oberflächenbereich 11a der leitfähigen, elastischen Schicht 11 wird ein Beschichtungsmittel auf die leitfähige, elastische Schicht 11 aufgebracht und das Beschichtungsmittel wird zur Härtung getrocknet. Beim erfindungsgemäß verwendbaren Beschichtungsmittel kann es sich um ein Mittel handeln, das Urethan, Urethanacrylat, Nylon oder dergleichen enthält. Hinsichtlich des Verfahrens zum Auftragen des Beschichtungsmittels gibt es keine speziellen Beschränkungen. Zu Beispielen für das Beschichtungsverfahren gehören die Tauchbeschichtung, die Beschichtung mit einer Kautschukwalze prühbeschichtungund die S.
Wie vorstehend ausgeführt, kann die leitfähige Walze der Ausführungsform 1 eine Leitfähigkeit von Interesse und einen geringen Druckverformungsrest gewährleisten, wobei die Materialkosten verringert werden können. Die leitfähige Walze der Ausführungsform 1 kann als leitfähige Walze (zum Beispiel eine ladungsvermittelnde Walze, eine Entwicklerwalze, eine Übertragungswalze und eine Tonerzufuhrwalze) zur Verwendung beispielsweise in bilderzeugenden Vorrichtungen, wie elektrofotografischen Kopiergeräten und Druckern sowie Toner-Strahl-Kopiergeräten und -Druckern, dienen. Ferner kann die leitfähige Walze der Ausführungsform 1 auch als eine leitfähige Walze (z. B. als Reinigungswalze) dienen, die in einem Karteneinführschlitz von Bankautomaten und Ticketgeräten verwendet wird.
Die leitfähige Walze der Ausführungsform 1 kann durch Vulkanisieren einer Kautschukgemisch-Grundlage mit einem Peroxid-Vulkanisationsmittel hergestellt werden, wobei die Kautschukgemisch-Grundlage NBR und ECO in einem Masseverhältnis von NBR zu ECO enthält, das die vorerwähnte Beziehung (1) erfüllt, wobei es sich beim NBR um einen Typ mit geringem Nitrilanteil mit einem Gehalt an Acrylnitril von weniger als 25 Masse-% handelt. Abgesehen von diesen Bedingungen kann ein herkömmliches Herstellungsverfahren herangezogen werden.
Beispiele
Nachstehend wird die Erfindung ausführlich anhand von Beispielen, die jedoch nicht als eine Beschränkung der Erfindung anzusehen sind, beschrieben.
Bewertung 1
Eigenschaften der leitfähigen Walzen wurden unter verschiedenen Masseverhältnissen von NBR zu ECO bestimmt.
Beispiel 1
NBR (Nipol DN401L, Produkt der Firma Zeon Corporation) (80 Masseteile), ECO (Epion 310, Produkt der Firma Daiso Chemical Co., Ltd.) (20 Masseteile), ein Verarbeitungshilfsmittel (Stearinsäure) (0,5 Masseteile), ein Vulkanisationsbeschleuniger (Zinkoxid) (5 Masseteile), ein Antioxidationsmittel (BHT; 3,5-Di-tert.-butyl-4-methylphenol) (0,8 Masseteile), Ruß (SEAST GSO, Produkt der Firma Tokai Carbon Co., Ltd.) (10 Masseteile), Ruß (MT Carbon) (10 Masseteile) und ein Peroxid-Vulkanisationsmittel (Percumyl D-40, Produkt der Firma NOF Corporation) (5 Masseteile) wurden mittels eines Walzenmischers verknetet und das verknetete Produkt wurde zu einem Schaft (Kern) extrudiert. Der auf diese Weise geformte Schaft wurde 15 Minuten bei 180°C vulkanisiert, wodurch man die leitfähige Walze von Beispiel 1 erhielt.
Beispiele 1 bis 4
Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, dass das Masseverhältnis von NBR zu ECO innerhalb des in Tabelle 1 angegebenen Bereichs (NBR:ECO = 40:60 bis 75:25) abgeändert wurde, wodurch man leitfähige Walzen der Beispiele 1a bis 4 erhielt.
Vergleichsbeispiel 1
Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, dass das Masseverhältnis von NBR zu ECO so verändert wurde, dass es außerhalb des Bereichs von NBR:ECO = 40:60 bis 75:25) lag, wie in Tabelle 1 dargelegt ist. Man erhielt die leitfähige Walze von Vergleichsbeispiel 1.

Die leitfähigen, elastischen Schichten der Beispiele 1, 1a bis 4 und Vergleichsbeispiel 1 wiesen die in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzungsverhältnisse auf. Tabelle 1

	Vergl. Bsp. 1	Bsp. 1a	Bsp. 1	Bsp. 2	Bsp. 3	Bsp. 4
NBR	80	75	70	60	50	40
ECO	20	25	30	40	50	60
Stearinsäure	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5
Zinkoxid	5	5	5	5	5	5
BHT	0,8	0,8	0,8	0,8	0,8	0,8
Seast-GSO	10	10	10	10	10	10
MT Carbon	10	10	10	10	10	10
Peroxid-Vulkanisationsmittel	5	5	5	5	5	5

Testbeispiel 1
Die Härte der einzelnen leitfähigen, elastischen Schichten der Beispiele 1, 1a bis 4 und Vergleichsbeispiel 1 wurde mittels eines Mikro-Härtemessgeräts (MD-1; Produkt der Firma Kobunshi Keiki Co., Ltd.) gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengestellt.
Testbeispiel 2
Prüfkörper wurden aus den einzelnen leitfähigen, elastischen Schichten der Beispiele 1, 1a bis 4 und Vergleichsbeispiel 1 gewonnen. Der Druckverformungsrest der Prüfkörper wurde bestimmt. Der Druckverformungsrest wurde aus der Veränderung der Abmessungen 30 Minuten nach der Entlastung von einer 25%-Kompression für 22 Stunden bei 180°C berechnet (vergleiche die nachstehende Formel (2)): (Dicke des Prüfkörpers vor dem Test – Dicke des gleichen Prüfkörpers nach dem Test)/(Dicke des Prüfkörpers vor dem Test – Dicke eines Abstandhalters) (2).
Testbeispiel 3
Der elektrische Widerstand der einzelnen leitfähigen, elastischen Schichten der Beispiele 1, 1a bis 4 und Vergleichsbeispiel 1 wurde gemessen. Der elektrische Widerstand wurde mittels der in 4 dargestellten Vorrichtung gemessen. Speziell wurden die einzelnen leitfähigen, elastischen Schichten der Beispiele 1, 1a bis 4 und Vergleichsbeispiel 1 auf ein Elektrodenelement 20, das aus einem laminiertes Blech aus rostfreiem Stahl (SUS 304) gefertigt war, gelegt und auf beide Enden des Kerns 10 wurde eine Last von 100 g aufgebracht. In diesem Zustand wurde der elektrische Widerstand zwischen dem Kern 10 und dem Elektrodenelement 20 mittels eines ULTRA HIGH RESISTANCE METER R8340A (Produkt der Firma Advantest Corporation) unter NN-Bedingungen (25°C, 50% relative Luftfeuchtigkeit) gemessen.
Die Ergebnisse der Testbeispiele 1 bis 3 sind in Tabelle 2 und 5 aufgeführt. Tabelle 2

Vergl. Bsp. 1 Bsp. 1a Bsp. 1 Bsp. 2 Bsp. 3 Bsp. 4

Härte [°] 57 58 57 58 60 60

Druckverformungsrest [%] 4,1 3,2 3,6 3,1 2,7 2,6

Elektrischer Widerstand [Ω] 3E+8 5E+7 1E+7 3E+6 2E+6 1E+6
Die Testbeispiele 1 bis 3 ergaben, dass sämtliche leitfähigen Walzen der Beispiele 1 und 1a bis 4 eine mäßige Härte (°) der einzelnen leitfähigen, elastischen Schichten aufwiesen. Bemerkenswert ist, dass das als Kautschukgrundlage in den Beispielen 1 und 1a bis 4 verwendete NBR einen Kilogrammpreis aufweist, der etwa 1/2 des Preises von ECO beträgt. Somit erweisen sich die leitfähigen Walzen der Beispiele 1 und 1a bis 4 im Hinblick auf die Kosten als vorteilhaft, verglichen mit dem Fall der alleinigen Verwendung eines Polymers mit geringem Widerstand (NBR) als Kautschuk-Grundlage.
Ferner wurde festgestellt, dass die leitfähigen Walzen der Beispiele 1 und 1a bis 4 einen ausreichend niedrigen Druckverformungsrest (%) der jeweiligen leitfähigen elastischen Schichten aufwiesen. Es wurde festgestellt, dass die durch Vulkanisation von beliebigen der vorerwähnten Kautschukgemisch-Grundlagen mit einem Massenverhältnis von NBR zu ECO innerhalb des angegebenen Bereichs mit einem Peroxid-Vulkanisationsmittel hergestellte leitfähige, elastische Schicht einen niedrigen Druckverformungsrest aufwies. Ferner wurde festgestellt, dass mit abnehmendem NBR-Gehalt der Kautschukgemisch-Grundlage (d. h. mit steigendem ECO-Gehalt) der Druckverformungsrest (%) der leitfähigen, elastischen Schicht abnahm.
Es wurde jedoch festgestellt, dass die leitfähige Walze von Vergleichsbeispiel 1 einen erhöhten elektrischen Widerstand der leitfähigen, elastischen Schicht aufwies. Bei einer derartigen leitfähigen Walze treten Schwierigkeiten beispielsweise bei der Verwendung als Entwicklerwalze einer Bilderzeugungsvorrichtung auf. Im Gegensatz dazu wurde festgestellt, dass sämtliche leitfähigen Walzen der Beispiele 1 und 1a bis 4 die angestrebte Leitfähigkeit der leitfähigen, elastischen Schicht aufwiesen (d. h. der elektrische Widerstand war mäßig, d. h. ein mittlerer Widerstandswert). Derartige leitfähige Walzen lassen sich in geeigneter Weise beispielsweise als Entwicklerwalzen einer Bilderzeugungsvorrichtung verwenden. Ferner wurde festgestellt, dass der Anstieg des elektrischen Widerstands in den leitfähigen Walzen der Beispiele 1, 2, 3 und 4 im Vergleich zur leitfähigen Walze von Beispiel 1a noch wirksamer gesenkt wurde.
Der hier verwendete Ausdruck ”mittlerer Widerstand” bezieht sich auf einen Widerstand, der in einen Bereich fällt, der in 5D mit fetten Linien definiert ist. Dies bedeutet, dass der mittlere Widerstand etwa 1 × 10⁵ bis etwa 1 × 10⁸ Ω beträgt. Jedoch kann je nach Verwendung und dergleichen der leitfähigen Walze die Untergrenze des mittleren Widerstands auf 1 × 10⁶ Ω und die Obergrenze auf 5 × 10⁷ Ω eingestellt werden.
Wie vorstehend ausgeführt, ergaben die Testbeispiele 1 bis 3, dass die leitfähigen Walzen der Beispiele 1 und 1a bis 4 in wirksamerer Weise sowohl die angestrebte Leitfähigkeit als auch einen niedrigen Druckverformungsrest ergaben, verglichen mit der leitfähigen Walze von Vergleichsbeispiel 1. Ferner lassen sich damit die Materialkosten senken.
In den leitfähigen Walzen der Beispiele 1 und 1a bis 4 sinkt der elektrische Widerstand mit dem ECO-Anteil, wobei ECO im Vergleich zu NBR teurer ist, jedoch einen geringeren Widerstand aufweist. Mit anderen Worten, der elektrische Widerstand kann leicht eingestellt werden, indem man das Massenverhältnis von NBR zu ECO entsprechend abstimmt. Speziell lässt sich der angestrebte elektrische Widerstand, der für die leitfähige Walze erforderlich ist, leicht erreichen, indem man das Massenverhältnis von NBR zu ECO in entsprechender Weise abstimmt. Somit lässt sich die erfindungsgemäße leitfähige Walze in hohem Maße an verschiedene Anwendungsmöglichkeiten anpassen.
Bewertung 2
Die Eigenschaften von leitfähigen Walzen wurden unter Variation der Anteile des Peroxid-Vulkanisationsmittels bestimmt.
Beispiele 5 bis 9
Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, dass der Anteil des Peroxid-Vulkanisationsmittels gemäß den Angaben in Tabelle 3 variiert wurde. Dabei wurden die leitfähigen Walzen der Beispiele 5 und 6 erhalten. Ferner wurde das Verfahren von Beispiel 1 wiederholt, mit der Ausnahme, dass der Typ und das Massenverhältnis des Peroxid-Vulkanisationsmittels gemäß den Angaben in Tabelle 3 variiert wurden. Dadurch erhielt man die leitfähigen Walzen der Beispiele 7 bis 9. In den Beispielen 7 bis 9 wurde Perbutyl P-40 (Produkt der Firma NOF Corporation) als Peroxid-Vulkanisationsmittel verwendet.

Die Zusammensetzungen der leitfähigen, elastischen Schichten der Beispiele 5 bis 9 sind in Tabelle 3 angegeben. In Tabelle 3 wird ferner die Zusammensetzung der leitfähigen, elastischen Schicht von Beispiel 1 zu Vergleichszwecken angegeben. Tabelle 3

	Bsp. 5	Bsp. 1	Bsp. 6	Bsp. 7	Bsp. 8	Bsp. 9
NBR	70	70	70	70	70	70
ECO	30	30	30	30	30	30
Stearinsäure	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5
Zinkoxid	5	5	5	5	5	5
BHT	0,8	0,8	0,8	0,8	0,8	0,8
Seast-GSO	10	10	10	10	10	10
MT Carbon	10	10	10	10	10	10
Peroxid-Vulkanisationsmittel (Percumyl D-40)	4	5	6	-	-	-
Peroxid-Vulkanisationsmittel (Perbutyl P-40)	-	-	-	2	3	4

Testbeispiele 4 bis 6
Die Härte (°), der Druckverformungsrest (%) und der elektrische Widerstand (Ω) der leitfähigen, elastischen Schichten der Beispiele 5 bis 9 wurden durch die gleichen Techniken wie in den Testbeispielen 1 bis 3 bestimmt. Die Ergebnisse der Testbeispiele 4 bis 6 sind in Tabelle 4 und 6 aufgeführt. Die Testergebnisse von Beispiel 1 sind zu Vergleichszwecken ebenfalls in Tabelle 4 und 6 aufgeführt. Tabelle 4

Bsp. 5 Bsp. 1 Bsp. 6 Bsp. 7 Bsp. 8 Bsp. 9

Härte [°] 52 57 59 48 54 59

Druckverformungsrest [%] 3,3 3,6 3,5 5,5 3,7 3,4

Elektrischer Widerstand [Ω] 2E+7 1E+7 1E+7 3E+7 3E+7 3E+7
Die Testbeispiele 4 bis 6 ergaben, dass die Härte der einzelnen leitfähigen Walzen der Beispiele 5 bis 9 mit dem Gehalt an Peroxid-Vulkanisationsmittel zunimmt. Die Härte der leitfähigen, elastischen Schicht 11 lässt sich leicht modifizieren, indem man den Gehalt an Peroxid-Vulkanisationsmittel in entsprechender Weise abstimmt. Speziell lässt sich die angestrebte Härte, die für die leitfähige Walze erforderlich ist, leicht erreichen, indem man den Gehalt an Peroxid-Vulkanisationsmittel in entsprechender Weise abstimmt (z. B. 2 bis 6 Masseteile, bezogen auf 100 Masseteile der Kautschukgemisch-Grundlage).
Ferner war bei den leitfähigen Walzen der Beispiele 5 bis 9 der Druckverformungsrest beeinträchtigt, wenn der Gehalt an Peroxid-Vulkanisationsmittel gering war. Insbesondere war im Fall von Beispiel 7, bei dem der Gehalt an Peroxid-Vulkanisationsmittel gering war, der Druckverformungsrest ausreichend nieder, während er in den übrigen Beispielen höher war. In Beispiel 7 war möglicherweise die Vulkanisation unzureichend. Im Gegensatz dazu wurde festgestellt, dass die leitfähigen Walzen der Beispiele 5 und 7 bis 9, bei denen der Gehalt an Peroxid-Vulkanisationsmittel 3 Masseteile (3 Masseteile, bezogen auf 100 Masseteile der Kautschukgemisch-Grundlage) oder mehr betrug, in vorteilhafter Weise einen niedrigen Druckverformungsrest aufwiesen.
Ferner wurde auch bei Veränderung des Typs des Peroxid-Vulkanisationsmittels festgestellt, dass die leitfähigen Walzen der Beispiele 5 bis 9 eine angestrebte Leitfähigkeit der leitfähigen, elastischen Schicht aufwiesen (d. h. der elektrische Widerstand war mäßig, er lag auf einem mittleren Wert). Durch Verwendung eines kostengünstigen Peroxid-Vulkanisationsmittels lassen sich die Materialkosten in vorteilhafter Weise senken.
Wie vorstehend ausgeführt, ergaben die Testbeispiele 4 bis 6, dass die leitfähigen Walzen der Beispiele 5 bis 9 in wirksamerer Weise sowohl die angestrebte Leitfähigkeit als auch einen niedrigen Druckverformungsrest aufwiesen, verglichen mit der leitfähigen Walze von Vergleichsbeispiel 1. Ferner ließen sich die Materialkosten senken.
Bewertung 3
Die Eigenschaften der leitfähigen Walzen, die mit dem Peroxid-Vulkanisationssystem (vorliegende Erfindung) erhalten wurden, wurden mit Walzen verglichen, die mit einem Schwefel-Vulkanisationssystem erhalten worden waren.
Vergleichsbeispiele 2 und 3
Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, dass ein Vulkanisationsmittel auf der Basis von Schwefel (S) und ein Vulkanisationsbeschleuniger an Stelle eines Peroxid-Vulkanisationsmittels zugesetzt wurden, wodurch man die leitfähigen Walzen der Vergleichsbeispiele 2 und 3 erhielt. In den Vergleichsbeispielen 2 und 3 wurde Aktor R (Produkt der Firma Kawaguchi Chemical Industries, Co., Ltd.) als Vulkanisationsmittel verwendet und Nocceler TS, TET und CZ wurden als Vulkanisationsbeschleuniger (Produkte der Firma Ouchi Shinko Chemical Industrial Co., Ltd.) verwendet.

Die Zusammensetzungen der leitfähigen, elastischen Schichten der Vergleichsbeispiele 2 und 3 sind in Tabelle 5 aufgeführt. In Tabelle 5 ist zu Vergleichszwecken auch die Zusammensetzung der leitfähigen, elastischen Schicht von Beispiel 1 angegeben. Tabelle 5

	Bsp. 1	Vergl. Bsp. 2	Vergl. Bsp. 3
NBR	70	70	70
ECO	30	30	30
Stearinsäure	0,5	0,5	0,5
Zinkoxid	5	5	5
BHT	0,8	0,8	0,8
Seast GSO	10	10	10
MT Carbon	10	10	10
Vulkanisationsbeschleuniger (Nocceler TS)	-	1,5	1,5
Vulkanisationsbeschleuniger (Nocceler TET)	-	2	2
Vulkanisationsbeschleuniger (Nocceler CZ)	-	2	2
S-Vulkanisationsmittel (gefällter Schwefel)	-	0,5	-
S-Vulkanisationsmittel (Actor R)	-	-	1
Peroxid-Vulkanisationsmittel (Perbutyl P-40)	5	-	-

Testbeispiele 7 bis 9
Die Härte (°), der Druckverformungsrest (%) und der elektrische Widerstand (Ω) der leitfähigen, elastischen Schichten der Vergleichsbeispiele 2 und 3 wurden durch die gleichen Techniken wie in den Testbeispielen 1 bis 3 bestimmt. Die Ergebnisse der Testbeispiele 7 bis 9 sind in Tabelle 6 und 7 aufgeführt. Die Testergebnisse von Beispiel 1 sind zu Vergleichszwecken ebenfalls in Tabelle 6 und 7 aufgeführt. Tabelle 6

Bsp. 1 Vergl. Bsp. 2 Vergl. Bsp. 3

Härte [°] 57 47 51

Druckverformungsrest [%] 3,6 17 17

Elektrischer Widerstand [Ω] 1E+7 3E+6 2E+6
Die Testbeispiele 7 bis 9 ergaben, dass im Fall eines Schwefel-Vulkanisationssystems die Härte und der elektrische Widerstand verringert sind, während der Druckverformungsrest in erheblichem Maße beeinträchtigt ist. Die leitfähige Walze von Beispiel 1 wies im Vergleich zu den leitfähigen Walzen der Vergleichsbeispiele 2 und 3 eine größere Härte und einen höheren elektrischen Widerstand auf. Diese höheren Werte sind zufriedenstellend und können hingenommen werden. Jedoch wiesen die leitfähigen Walzen der Vergleichsbeispiele 2 und 3 einen Druckverformungsrest in erheblicher Höhe auf, was zu Schwierigkeiten beispielsweise bei der Verwendung als Entwicklerwalze einer Bilderzeugungsvorrichtung führt.
Bewertung 4
Die Eigenschaften der leitfähigen Walzen mit einem Gehalt an NBRs mit variierenden Anteilen an Nitril wurden bestimmt.
Vergleichsbeispiele 4 bis 6
Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, dass kein NBR mit niedrigem Nitrilgehalt verwendet wurde. Der Anteil des Peroxid-Vulkanisationsmittels wurde gemäß den Angaben in Tabelle 7 variiert, wodurch man die leitfähigen Walzen der Vergleichsbeispiele 4 bis 6 erhielt. Bei den Vergleichsbeispielen 4 bis 6 wurde Nipol DN2850 (Produkt der Firma Zeon Corporation) als NBR verwendet.

Die Zusammensetzungen der leitfähigen, elastischen Schichten der Vergleichsbeispiele 4 bis 6 sind in Tabelle 7 aufgeführt. In Tabelle 7 ist zu Vergleichszwecken auch die Zusammensetzung der leitfähigen, elastischen Schicht von Beispiel 1 angegeben. Tabelle 7

	Bsp. 1	Vergl. Bsp. 4	Vergl. Bsp. 5	Vergl. Bsp. 6
NBR (Typ mit niedrigem Nitrilgehalt)	70	-	-	-
NBR (Typ mit mittlerem Nitrilgehalt)	-	70	-	-
NBR (Typ mit mittlerem Nitrilgehalt)	-	-	70	-
NBR (Typ mit mittlerem Nitrilgehalt)	-	-	-	70
ECO	30	30	30	30
Stearinsäure	0,5	0,5	0,5	0,5
Zinkoxid	5	5	5	5
BHT	0,8	0,8	0,8	0,8
Seast GSO	10	10	10	10
MT Carbon	10	10	10	10
Peroxid-Vulkanisationsmittel (Percumyl D-40)	5	5	6	7

Testbeispiel 10
Der Druckverformungsrest (%) der leitfähigen, elastischen Schichten der Vergleichsbeispiele 4 bis 6 wurde durch die gleichen Techniken wie in Testbeispiel 2 bestimmt. Die Ergebnisse von Testbeispiel 10 sind in Tabelle 8 und 8 aufgeführt. Die Ergebnisse von Beispiel 1 sind zu Vergleichzwecken ebenfalls in Tabelle 8 und 8 angegeben. Tabelle 8

Bsp. 1 Vergl. Bsp. 4 Vergl. Bsp. 5 Vergl. Bsp. 6

Druckverformungsrest [%] 2,5 9,6 10,1 10,4
Das Testbeispiel 10 ergab, dass sich ein niedriger Druckverformungsrest nur dann erreichen lässt, wenn ein NBR-Typ mit geringem Nitrilgehalt verwendet wird und die vorerwähnte Beziehung (1) eingehalten wird. Bemerkenswerterweise ließ sich ein niedriger Druckverformungsrest nicht erreichen, wenn NBR mit einem Gehalt an Acrylnitril, der höher als der Gehalt in den NBRs der Vergleichsbeispiele 4 bis 6 war (z. B. NBR-Typ mit hohem Nitrilgehalt), verwendet wurde und die vorerwähnte Beziehung (1) eingehalten wurde.
Weitere Ausführungsformen
Vorstehend wurde eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorerwähnte Ausführungsform beschränkt. Selbstverständlich kann die vorerwähnte leitfähige, elastische Schicht auch aus einer Mehrzahl von Schichten gebildet werden und es kann eine weitere Schicht zwischen dem Kern und der leitfähigen, elastischen Schicht vorhanden sein.
Es ist darauf hinzuweisen, dass in den Zeichnungen wesentliche Elemente in Bezug auf die Eigenschaften (z. B. Breite und Dicke der einzelnen Schichten und deren relative Positionen) in einigen Fällen übertrieben dargestellt sein können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2010-160285 [0003]

Claims

Leitfähige Walze mit einem Kern und einer leitfähigen, elastischen Schicht, die auf dem Kern angeordnet ist, wobei die leitfähige, elastische Schicht aus einem vulkanisierten Produkt einer Kautschukgemisch-Grundlage mit einem Gehalt an einem Nitril-Kautschuk (NBR) und einem Epichlorhydrin-Kautschuk (ECO) mit einem Peroxid-Vulkanisationsmittel gebildet ist; wobei es sich beim NBR um einen Kautschuk mit geringem Nitrilgehalt handelt, der einen Gehalt an Acrylnitril von weniger als 25 Masse-% aufweist; und wobei das Massenverhältnis von NBR zu ECO (NBR:ECO) die folgende Beziehung erfüllt (1): 40:60 bis 75:25 (1).
Leitfähige Walze nach Anspruch 1, wobei der Anteil des Peroxid-Vulkanisationsmittels 2 bis 6 Masseteile, bezogen auf 100 Masseteile der Kautschukgemisch-Grundlage, beträgt.
Leitfähige Walze nach Anspruch 1 oder 2, die als Entwicklerwalze in einer Bilderzeugungsvorrichtung verwendet wird.
Leitfähige Walze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die leitfähige, elastische Schicht einen Druckverformungsrest von 3,7% oder weniger und einen elektrischen Widerstand von 1 × 10⁶ bis 5 × 10⁷ Ω aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer leitfähigen Walze, die einen Kern und eine auf dem Kern angeordnete leitfähige, elastische Schicht aufweist, wobei das Verfahren die Bildung der leitfähigen, elastischen Schicht durch Vulkanisieren einer Kautschukgemisch-Grundlage, die einen Nitril-Kautschuk (NBR) und einen Epichlorhydrin-Kautschuk (ECO) umfasst, mit einem Peroxid-Vulkanisationsmittel umfasst, wobei es sich beim NBR um einen Kautschuk mit geringem Nitrilgehalt, der einen Gehalt an Acrylnitril von weniger als 25 Masse-% aufweist, handelt, und wobei das Massenverhältnis von NBR zu ECO (NBR:ECO) die folgende Beziehung erfüllt (1) 40:60 bis 75:25 (1).