DE69209005T2

DE69209005T2 - Silikonkautschuk-Rolle für die Elektrophotographie

Info

Publication number: DE69209005T2
Application number: DE69209005T
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Itani; Hirotoshi Murakami; Hiroshi Yamazaki
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 1991-11-12
Filing date: 1992-11-11
Publication date: 1996-10-31
Anticipated expiration: 2012-11-12
Also published as: EP0542522A3; US5443873A; DE69209005D1; EP0542522A2; EP0542522B1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine elektrisch leitende Kautschukrolle, die als Auflademittel für Kopiergeräte, Laserdrucker und dergleichen dient.
Bei der elektrophotographischen Aufzeichnung, die vielfach in Kopiergeräten, Laserdrukkern und dergleichen zum Einsatz kommt, erfolgt die Aufzeichnung in einer Reihe von Schritten wie Aufladen, Belichten, Entwickeln, Bildtransfer, Entladen und Reinigen, wie in Fig. 3 dargestellt. Fig. 4 zeigt zusätzlich ein Beispiel für ein Gerät zur elektrophotographischen Aufzeichnung. Bezugszeichen 1 bezeichnet eine Glasplatte für das Original, Bezugszeichen 2 eine Kopierlampe, Bezugszeichen 3 eine Selfoc-Linse, Bezugszeichen 4 einen Photorezeptor, Bezugszeichen 5 eine Aufladerolle, Bezugszeichen 6 eine Bildtransferwalze, Bezugszeichen 7 eine Entwicklungswalze, Bezugszeichen 8 eine Papiertransportwalze, Bezugszeichen 9 eine Druckunterlage, Bezugszeichen 10 und 11 Widerstandswalzen, Bezugszeichen 12 eine Entwicklungspatrone, Bezugszeichen 13 eine Tonerabdichtung, Bezugszeichen 14 eine Reinigungsleiste und Bezugszeichen 15 einen Behälter für verbrauchten Toner.
Für den Aufladevorgang ist bisher vielfach das Corona-Aufladungsverfahren zum Einsatz gekommen, bei dem an einen als Corona-Auflader bezeichneten Draht eine hohe Spannung angelegt wird. Bei dem Corona-Aufladungsverfahren gibt es folgende Probleme: Während des Corona-Aufladungsvorgangs werden der Photorezeptor und andere Teile durch aktive Moleküle wie Ozon geschädigt, die auch für den menschlichen Körper schädlich sein sollen. Außerdem ist für dieses Verfahren eine hohe Spannung von mehreren tausend Volt erforderlich, die eine Gefahrenquelle ist. Außerdem gibt es hinsichtlich der Wartung die Probleme der Drahtverunreinigung und des Drahtbruchs.
Daher ist vor kurzem statt des mit den genannten Problemen behafteten Corona-Aufladungsverfahrens ein Kontakt-Aufladungsverfahren zum praktischen Einsatz gekommen, bei dem eine elektrisch leitende Kautschukrolle verwendet wird. Bei diesem Kontakt-Aufladungsverfahren unter Verwendung einer elektrisch leitenden Kautschukrolle wird die elektrisch leitende Kautschukrolle, die von außen unter Spannung gesetzt wird, mit der Photorezeptoroberfläche in Berührung gebracht, wodurch eine elektrische Ladung direkt auf die Photorezeptoroberfläche übertragen wird, um letztere bis zu einem vorgegebenen Potential aufzuladen.
Das vorgenannte Kontakt-Aufladungsverfahren wird auch beim Bildtransferverfahren angewendet, d.h. ein auf der Photorezeptoroberfläche gebildetes Tonerbild wird auf die Oberfläche des Transferpapierbogens übertragen, eine Spannung von einigen Kilovolt wird an die elektrisch leitende Kautschukrolle angelegt, die die Transfereinrichtung ist, die mit der Oberfläche des Transferpapierbogens in Berührung gebracht wird, so daß auf der Oberfläche des Transferpapierbogens ein elektrostatisches Feld gebildet wird, wodurch das auf der Photorezeptoroberfläche gebildete Tonerbild auf die Oberfläche des Transferpapierbogens übertragen wird.

Druckschriften

1. Japanische Patentanmeldung Nr.302 777/1970,
2. "Charging and transfer process", Seite 47, aus dem 30. Schulungstext "From Fundamentals of Elements of Electrophotographic Technology to Recent Trends" der Electrophotography Society,
3. "Contact Type Charging Technique not Using Corona Charger", Seite 573, aus der Zeitschrift der Electrophotography Society, Band 27, Nr.4 (1988).
Bei diesem Kontakt-Aufladungsverfahren ist bisher eine Schwammrolle aus EPDM (Ethylenpropylenkautschuk) als elektrisch leitende Kautschukrolle verwendet worden, deren Widerstand durch Beigabe von Ruß, einem verbreiteten Mittel zur Verleihung elektrischer Leitfähigkeit, auf 10&sup7; bis 10¹&sup0; Ω eingestellt wurde.
Bei dieser elektrisch leitenden Kautschukrolle jedoch ändert sich der Widerstand in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit (32 ºC/85 % rel. Feuchte) stark auf 5 x 10&sup7; bis 10 x 10&sup7; Ω und auf 10&sup9; Ω in einer Umgebung mit niedriger Temperatur und niedriger Feuchtigkeit (15 ºC/10 % rel. Feuchte) (vgl. japanische Patentanmeldung Nr. 302 777/1970). Es wird angenommen, daß der Grund dafür darin liegt, daß in einer Umgebung mit hoher Feuchtigkeit das elektrisch leitende Elastomer normalerweise dazu neigt, Wasser zu absorbieren und dadurch den elektrischen Widerstand herabzusetzen. Bei der genannten elektrisch leitenden Kautschukrolle sind daher die Änderungen des elektrischen Widerstands aufgrund der Umgebungsbedingungen so groß, daß das Ladungspotential infolge der Änderung der Umgebungsbedingungen nicht stabil wird, wodurch keine gute Bildqualität erzielt werden kann.
Das Drucken mit einem Laserdrucker (Laser Shot Printer A-404 von Canon Inc.), bei dem die genannte elektrisch leitende Kautschukrolle verwendet wurde, erbrachte folgendes Ergebnis, das auf Änderungen des elektrischen Widerstands der elektrisch leitenden Kautschukrolle zurückgeführt wird:
1. In einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit und in einer Umgebung mit niedriger Temperatur und niedriger Feuchtigkeit zeigten sich Mängel in der Bildqualität im durchgehenden Bereich.
2. Wird trockenes Papier bedruckt, zeigen sich Mängel in der Bildqualität im durchgehenden Bereich.
In der US-A-4 702 964 wird eine Fixierwalze offenbart, die eine Oberfläche aufweist, die mit einer Kautschukverbindung vernetzt ist, die hauptsächlich aus einem Methylvinylsiliconkautschuk und Silicon besteht und auf der Walze eine Siliconkautschukschicht mit einer Vernetzungsdichte von 0,0001 bis 0,0008 bildet.
Die Erfindung wurde also vor dem Hintergrund des oben Gesagten gemacht. Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine elektrisch leitende Kautschukrolle für die Elektrophotographie zur Verfügung zu stellen, die nur geringe Änderungen des elektrischen Widerstands zeigt, wenn sie wechselnden Umgebungsbedingungen ausgesetzt ist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Erfindung eine Siliconkautschukrolle für die Elektrophotographie zur Verfügung stellt, die einen porösen Körper aus einer vernetzten Siliconkautschukzusammensetzung aufweist und einen Siciliumdioxid-Füllstoff und Ruß enthält, welche zusammen mit einem Schaumbildner in einem Siloxanpolymer enthalten sind, und die einen elektrischen Widerstand von 10³ bis 10&sup8; Ω hat.
Die Siliconkautschukzusammensetzung enthält:
Bestandteil:
Siloxanpolymer 100 Gewichtsteile
Siliciumdioxid-Füllstoff 18 bis 28 Gewichtsteile
Ruß 5 bis 12 Gewichtsteile
Schaumbildner, Zusatz, Vulkanisiermittel
usw. 10 bis 30 Gewichtsteile.
Der Widerstand der erfindungsgemäßen elektrisch leitenden Kautschukrolle für die Elektrophotographie wurde unter verschiedenen Umgebungsbedingungen gemessen; die Meßergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefaßt. Tabelle 1 hohe Temperatur/hohe Feuchtigkeit (35,0 ºC/85 % rel. Feuchte) normale Temperatur/normale Feuchtigkeit (23,5 ºC/55 % rel. Feuchte) niedrige Temperatur/niedrige Feuchtigkeit (10,0 ºC/15 % rel. Feuchte)
Aus Tabelle 1 ist zu ersehen, daß die erfindungsgemäße Siliconkautschukrolle für die Elektrophotographie bei Änderung der Umgebungsbedingungen kleine Änderungen des elektrischen Widerstands zeigt.
Fig. 1 zeigt die Beziehung zwischen angelegter Spannung und Strom bei der erfindungsgemäßen Siliconkautschukrolle für die Elektrophotographie in Umgebungen mit hoher Temperatur/hoher Feuchtigkeit (32,5 ºC/90 % rel. Feuchte), normaler Temperatur/normaler Feuchtigkeit (23,5 ºC/55 % rel. Feuchte) und niedriger Temperatur/niedriger Feuchtigkeit (10,0 ºC/15 % rel. Feuchte). Es ist zu erkennen, daß die umgebungsbedingten Änderungen der Spannungs/Strom-Kennlinien sehr gering sind.
Die Erfindung hat durch Verwendung eines porösen Körpers in Form einer vernetzten Siliconkautschukzusammensetzung eine Siliconkautschukrolle für die Elektrophotographie erzielt, deren elektrischer Widerstand sich bei Änderung der Umgebungsbedingungen nur wenig ändert.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1: graphische Darstellung der Beziehung zwischen angelegter Spannung und Strom in einer erfindungsgemäßen elektrisch leitenden Kautschukrolle für die Elektrophotographie in Umgebungen mit hoher Temperatur/hoher Feuchtigkeit, normaler Temperatur/normaler Feuchtigkeit, niedriger Temperatur/niedriger Feuchtigkeit;
Fig. 2: graphische Darstellung der zeitabhängigen Änderungen von elektrischem Widerstand, Härte, Breite und Außendurchmesser der erfindungsgemäßen elektrisch leitenden Kautschukrolle für die Elektrophotographie;
Fig. 3: ein Ablaufdiagramm der Elektrophotographie;
Fig. 4: ein Beispiel für die elektrophotographische Aufzeichnung;
Fig. 5: graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Konzentration von Siloxanen von niedrigem Polymerisationsgrad (Polymerisationsgrad zwischen 4 und 25) und Verfahren zum Behandeln von Rollen für Rollen in der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform und in Vergleichsbeispielen; und
Fig. 6: graphische Darstellung der zeitabhängigen Änderungen der Konzentration von Siloxanen mit niedrigem Polymerisationsgrad im Vergleichsbeispiel 2.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Im folgenden wird die Ausführung der Erfindung beschrieben.
Eine erfindungsgemäße elektrisch leitende Kautschukrolle für die Elektrophotographie wird dadurch gebildet, daß man einen Siliciumdioxid-Füllstoff, Ruß, einen Schaumbildner, ein Additiv, ein Vulkanisiermittel und dergleichen einem Siloxanpolymer zugibt und dieses der Preßspritzformung, dem Spritzguß, dem Preßformen, dem Extrusionsformen o.ä. unterwirft, wobei es vernetzt und in Rollenform gebracht wird.
Als Siloxanpolymer für die vernetzte Siliconkautschukzusammensetzung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind ein Phenylsiloxan, ein Dimethylsiloxan und dergleichen geeignet. Durch Verwendung eines Siloxanpolymers allein erhält man jedoch nicht die Haltbarkeit, die für eine elektrisch leitende Kautschukrolle für die Elektrophotographie erforderlich ist. Aus diesem Grund wird ein Siliciumdioxid-Füllstoff zugesetzt. Als Siliciumdioxid-Füllstoff werden hydratisiertes Siliciumdioxid, dehydratisiertes Siliciumdioxid und Salze davon verwendet. Wenn die Menge des Additivs so gewählt wird, daß sie 18 bis 28 Gewichtsteile auf 100 Gewichtsteile Siloxanpolymer ausmacht, erhält man eine Zusammensetzung von geringer Härte nicht über 35º (Asker C). Übersteigt die Härte 35º, erhöht sich der Kontaktdruck gegenüber dem Photorezeptor, durch Verringerung der Kontaktfläche erfolgt kein Druck, so daß die Bilder nicht stabilisiert werden (es wird kein stabihsierter Bildtransfer erzielt).
Erfindungsgemäß wird außerdem Ruß zugesetzt, um elektrische Leitfähigkeit zu vermitteln. Bevorzugte Ruße sind beispielsweise Furnaceruße wie FEF und GPF, Acetylenruß und Ketjenblack. Wird die Menge des Additivs so gewählt, daß sie 5 bis 12 Gewichtsprozent auf 100 Gewichtsteile Siloxanpolymer ausmacht, erhält man eine Zusammensetzung mit einem elektrischen Wiederstand von 10³ bis 10&sup8;.
Tabelle 2 enthält die Ergebnisse von Druckversuchen mit den Rollen für die Versuche 1 - 5 in unterschiedlicher Umgebung unter Verwendung eines Laserdruckers (LB-A404 von Canon Inc.). Tabelle 2 Ausführungsform Siliconschwamm elektrischer Widerstand Ω Härte hohe Temp. hohe Feuchtigkeit normale Temp. normale Feuchtigkeit niedrige Temp. niedrige Feuchtigkeit Asker
Bewertungskriterien:
: Buchstaben und graphische Darstellungen sind klar und deutlich, ohne Unregelmäßigkeiten in flächigen Bereichen.
Δ: Buchstaben und graphische Darstellungen sind klar und deutlich, mit geringen Unregelmäßigkeiten in flächigen Bereichen und mit Unschärfen.
X: Buchstaben und graphische Darstellungen sind klar und deutlich, mit zahlreichen Unregelmäßigkeiten in flächigen Bereichen und mit Unschärfen.
hohe Temperatur/hohe Feuchtigkeit: 32,5 ºC/90 % rel. Feuchte
normale Temperatur/normale Feuchtigkeit: 23,5 ºC/55 % rel. Feuchte
niedrige Temperatur/niedr. Feuchtigkeit: 10,0 ºC/15 % rel. Feuchte
Die vorstehenden Ergebnisse zeigen, daß Mängel in der Bildqualität wie schlechtes Absetzen und Unregelmäßigkeiten in flächigen Bereichen mit der Rolle von Versuch 1 bei hoher Temperatur/hoher Feuchtigkeit sowie mit der Rolle von Versuch 5 bei hoher Temperatur/hoher Feuchtigkeit und bei normaler Temperatur/normaler Feuchtigkeit auftreten, daß jedoch bei den Rollen der Versuche 2 bis 4 Änderungen des elektrischen Widerstands gering sind, so daß unter allen Umgebungsbedingungen eine befriedigende Bildqualität erzielt wird.
Fig. 2 zeigt die zeitabhängigen Änderungen von elektrischem Widerstand, Härte Asker C (gemessen mit einer Last von 500 g), Breite und Außendurchmesser der Rolle in Ausführungsform 3; es ist zu erkennen, daß trotz zeitabhängiger Änderungen ein stabiler elektrischer Widerstand und eine stabile Härte erzielt werden können.
Wie bereits beschrieben, sind bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durch Verwendung eines porösen Körpers in Form einer vernetzten Siliconkautschukzusammensetzung die umgebungsbedingten Änderungen des elektrischen Widerstands so gering, daß eine befriedigende Bildqualität unabhängig von Umgebungsänderungen erzielt wird. Daß der elektrische Widerstand trotz Umgebungsänderungen stabil bleibt, hat außerdem den Vorteil, daß die angelegte Spannung leicht gesteuert werden kann.
Vorstehend ist eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben worden; im folgenden wird eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Für das Kontaktaufladungsverfahren verwendete Kautschukrollen müssen Stabilität gegenüber sich ändernden Umgebungsbedingungen, Ozonbeständigkeit und Hitzebeständigkeit aufweisen; eine Rolle, die diesen Anforderungen genügt, ist die Siliconkautschukrolle, die die angegebene chemische und physikalische Beständigkeit aufweist.
Eine Rolle aus Siliconkautschuk liefert im Neuzustand eine hervorragende Bildqualität, bei längerem Gebrauch jedoch zeigen sich Spuren der Rolle auf den gedruckten Bildern, das sogenannte "Berührungsgedächtnis"-Phänomen, durch das sich allmählich die Bildqualität verschlechtert.
Es wird angenommen, daß dieses Problem durch cyclische Siloxane von relativ niedrigem Polymerisationsgrad verursacht wird, die folgende Formel haben:
(CH&sub3;)&sub2;SiOn
(wobei n etwa 3 bis 30 ist), oder aber durch Dimethylsiliconöl, Methylphenylsiliconöl, Methylwasserstoffsiliconöl oder sonstige nicht-funktionelle Siliconöle, die beim Transfer auf den Photorezeptor gelangen.
Die Siloxane mit niedrigem Polymerisationsgrad und die nicht-funktionellen Siliconöle, die auf den Photorezeptor gelangen, denaturieren nämlich die isolierenden Photoleiter, die den Photorezeptor bilden, und beeinträchtigen deren Funktion. Da diese Substanzen stark wasserabweisend sind und sehr gute Isolationseigenschaften haben, wird schon durch ihr bloßes Vorhandensein die Funktion des Photorezeptors beeinträchtigt. Und wenn die Siliconkautschukrolle relativ lange mit dem Photorezeptor in Kontakt bleibt (beispielsweise während Stillstandszeiten des Geräts), verunreinigen diese Substanzen den Photorezeptor stellenweise, wodurch die Rollenspuren (Berührungsgedächtnis) auf dem Bild erscheinen. Bei langem Gebrauch der Siliconkautschukrolle wird dann der ganze Photorezeptor mit diesen Substanzen verunreinigt mit dem Ergebnis, daß die Bildqualität immer schlechter wird.
Das Ausschwitzen von Siloxanen mit niedrigem Polymerisationsgrad und nichtfunktionellen Siliconölen ist dem Fachmann bekannt, und einige der im Handel erhältlichen Siliconkautschukverbindungen (bei denen Siliconrohkautschuk als Basispolymer mit Zusatz eines verstärkenden Füllstoffs und dergleichen verwendet ist) haben eine Qualität, bei der diese Substanzen zu einem gewissen Grad durch zwangsweise Absorption entfernt werden. Beim normalen Gebrauch, z.B. für Berührungsfelder, ist das Problem des Ausschwitzens bei dieser Qualität gelöst, jedoch bei einer Rolle für die Elektrophotographie reicht die bei der handelsüblichen Qualität erzielte Entfernung nicht aus, so daß es zur Kontamination des Photorezeptors durch Spuren von Siloxanen von niedrigem Polymerisationsgrad und von nicht-funktionellen Siliconölen kommt.
Es ist bekannt, daß Siloxane von niedrigem Polymerisationsgrad bis zu einem gewissen Grad durch Wärmezufuhr während der Vernetzung entfernt werden können. Bei walkfähigem Siliconkautschukmaterial werden beispielsweise bei der sekundären Vernetzung, die durch Wärmezufuhr während etwa 2 bis 5 Stunden erfolgt, Siloxane von niedrigem Polymerisationsgrad entfernt. Die Wirkung ist jedoch noch unzureichend, und von den Siloxanen von niedrigem Polymerisationsgrad können diejenigen mit relativ hohem Polymerisationsgrad sowie nichtfunktionelle Siliconöle durch Wärmezufuhr in dem für die erwähnte sekundäre Vernetzung erforderlichen Umfang kaum entfernt werden, d.h. durch Wärmezufuhr bei Normaldruck kann eine Kontamination des Photorezeptors nicht verhindert werden.
Zwar können Siloxane von niedrigem Polymerisationsgrad und nicht-funktionelle Siliconöle durch Extraktion mittels eines Lösungsmittels entfernt werden, jedoch ist die Wirksamkeit einer solchen Behandlung sehr gering. Wenn allein durch diese Behandlung eine ausreichend gute Entfernung erreicht werden soll, ist dafür ein sehr langer Zeitraum erforderlich, so daß unter dem Gesichtspunkt der Produktivität ein praktischer Einsatz nicht in Frage kommt.
Die zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist unter Berücksichtigung des vorstehend Gesagten geschaffen worden, und es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Siliconkautschukrolle für die Elektrophotographie zur Verfügung zu stellen, bei der Spurenmengen von Siloxanen von niedrigem Polymerisationsgrad und von nicht-funktionellen Siliconölen nahezu vollständig entfernt worden sind und eine Kontamination des Photorezeptors nicht nur unmittelbar nach dem anfänglichen Gebrauch, sondern auch noch lange Zeit danach nicht möglich ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Siliconkautschukrolle zur Verfügung zu stellen.
Zur Lösung der genannten Aufgaben haben wir verschiedene Behandlungsverfahren untersucht und festgestellt, daß bei Erwärmung von Siliconkautschuk im Vakuum Siloxane von niedrigem Polymerisationsgrad, die einen ziemlich hohen Polymerisationsgrad haben, sowie nicht-funktionelle Siliconöle in wirksamer Weise zur Entfernung abgesaugt werden können, wenngleich der Grund dafür nicht klar ist. Unsere weitere Untersuchung hatte das Ergebnis, daß die Siloxane von niedrigern Polymerisationsgrad und nicht-funktionelle Siliconöle nahezu vollständig entfernt werden können, wenn eine Siliconkautschukverbindung von einer Qualität, bei der Siloxane von niedrigem Polymerisationsgrad und nicht-funktionelle Siliconöle in gewissem Umfang entfernt worden sind, geformt und anschließend im Vakuum erwärmt wird, so daß man eine Siliconkautschukrolle für die Elektrophotographie erhält, bei deren Gebrauch nicht nur anfänglich, sondern lange Zeit keine Gefahr einer Kontamination des Photorezeptors gegeben ist.
Mit der zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird also eine Siliconkautschukrolle für die Elektrophotographie zur Verfügung gestellt, bei der ein Formmaterial, das eine Kautschukverbindung enthält, bei der Siliconrohkautschuk als Basispolymer verwendet ist, wobei die Summe der Konzentrationen von Siloxanen von niedrigem Polymerisationsgrad und von nicht-funktionellen Siliconölen, die in der Kautschukverbindung enthalten sind, 5000 ppm nicht übersteigt, vernetzt und zu einer Rolle geformt ist, wobei das Formmaterial im Anschluß an das Formen im Vakuum erhitzt wird.
Die beanspruchte Siliconkautschukrolle für die Elektrophotographie kann mit einem Verfahren hergestellt werden, bei dem ein Formmaterial, das eine Kautschukverbindung mit Siliconrohkautschuk als Basispolymer enthält, wobei die Summe der in der Kautschukverbindung enthaltenen Konzentrationen der Siloxane von niedrigem Polymerisationsgrad und nicht-funktionellen Siliconölen 5000 ppm nicht übersteigt, vernetzt, zu einer Rolle geformt und anschließend im Vakuum erhitzt wird.
Das für die zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfindung verwendete Formmaterial kann flüssig oder walkfähig sein, jedoch ist ein walkfähiges Formmaterial, das nach demselben Verfahren, wie es für herkömmliches Kautschukmaterial verwendet wird, geknetet werden kann, besonders geeignet. Ein walkfähiges Formmaterial wird dadurch hergestellt, daß man verschiedene Zusätze wie ein Vernetzungsmittel, einen Katalysator, einen nicht verstärkenden (aufblähenden) Füllstoff und ein widerstandsregulierendes Mittel zu einer handelsüblichen Siliconkautschukverbindung hinzugibt, nachdem man dehydratisiertes Siliciumdioxid als verstärkenden Füllstoff, z.B. als Aerosol, hinzugegeben hat, wobei als Basis ein gelartiger Siliconrohkautschuk (lineares Organopolysiloxanpolymer) mit einem Polymerisationsgrad von etwa 5000 bis 10000 verwendet wird, und das Gemisch beispielsweise mit einem Walzwerk schmilzt/durcharbeitet. Außerdem hat die erfindungsgemäße Siliconkautschukrolle für die Elektrophotographie vorzugsweise die Form eines weichen Schwamms, damit sich eine vergrößerte Kontaktfläche mit dem Photorezeptor ergibt, um die Aufladungseigenschaften zu stabilisieren. Zu diesem Zweck kann dem Formmaterial ein Schäumungsmittel zugesetzt werden, das durch die bei der primären oder der sekundären Vernetzung entstehende Wärme Schaum entwickelt. Die Mengen dieser Zusätze können in etwa den vorgenannten entsprechen.
Als Siliconrohkautschuk, der das Basispolymer ist, können verschiedene bekannte Kautschukarten, beispielsweise Dimethylsilicon-, Methylvinylsilicon-, Methylphenylvinylsilicon- und Ferrosiliconkautschuk verwendet werden.
Die Summe der Konzentrationen von Siloxanen mit niedrigem Polymerisationsgrad und nicht-funktionellen Siliconölen, die in der Siliconkautschukverbindung enthalten sind, darf 5000 ppm nicht übersteigen. Übersteigt die Summe der Konzentrationen der beiden Substanzarten 5000 ppm, können die beiden Substanzarten nicht allein durch Erhitzen im Vakuum nach dem Formen vollständig entfernt werden; auch wenn deshalb nicht gleich zu Beginn der Verwendung der Rolle eine Kontamination des Photorezeptors erfolgt, so werden die Siloxane mit niedrigem Polymerisationsgrad und die nicht-funktionellen Siliconöle, die in der Rolle verblieben sind, doch allmählich zur Oberfläche hin ausgeschwitzt und kontaminieren dann den Photorezeptor. Damit geht die Wirkung der Entfernung verloren.
Für die Einstellung der Summe der Konzentrationen der beiden genannten Arten von Inhaltsstoffen der Siliconkautschukverbindung auf maximal 5000 ppm soll ein Verfahren erwähnt werden, bei dem der Siliconrohkautschuk im Vakuum behandelt wird und die beiden Arten von lnhaltsstoffen zwangsabgesaugt werden, um sie zu entfernen. Allerdings ist bei einigen der handelsüblichen Siliconkautschukverbindungen die Summe der Konzentrationen der beiden Arten von Inhaltsstoffen bereits auf den genannten Bereich eingestellt. Im Hinblick auf Produktivität und Kosten sollten diese gleich so verwendet werden. Unter den handelsüblichen Siliconkautschukverbindungen, bei denen die Summe der Konzentrationen der beiden Arten von Inhaltsstoffen auf den genannten Bereich eingestellt ist, können das Produkt Nr. X-30-1807U (elektrisch leitfähige Siliconverbindung) und das Produkt Nr. X-30-1807M (isolierende Siliconverbindung) der Shin-Etus Chemical Co., Ltd., genannt werden.
Als Vernetzungsmittel können beispielsweise organische Peroxid-Vernetzungsmittel verwendet werden. Als organische Peroxid-Vernetzungsmittel können Benzoylperoxid, Bis-2,4-dichlorbenzoylperoxid, Dicumylperoxid, 2,5-Dimethyl-2,5-bis-(tert.- butylperoxid)hexan und Tert.-butylcumylperoxid genannt werden. Außerdem können auch aliphatische Azoverbindungen und Schwefel als Vernetzungsmittel verwendet werden.
Als Fülle verleihende Füllstoffe können anorganische Füllstoffe wie Verstärkungs füllstoffe, Calciumcarbonat, harter Ton, Bariumsulfat, Talkum, Mica, Asbest und Graphit sowie organische Füllstoffe wie regenerierter Kautschuk, pulverisierter Kautschuk, Asphalte, Styrolharz und Leim genannt werden.
Um eine Siliconkautschukrolle für die Elektrophotographie aus einem Formmaterial, das die genannten Inhaltsstoffe enthält, herzustellen, wird das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren verwendet, bei dem das Formmaterial vernetzt, in Rollenform gebracht und anschließend im Vakuum erhitzt wird.
Es wird das bekannte Verfahren verwendet, um das Formmaterial zu vernetzen und in Rollenform zu bringen. Beispielsweise wird ein knetbares Formmaterial beim Formen primär vernetzt, wobei als Formverfahren das Formpressen, der Spritzguß oder das Spritzpreßverfahren verwendet wird, oder es wird mit einer Kalanderwalze oder durch Extrusionsformen in Rollenform gebracht und mit einem bekannten Vernetzungsverfahren, z.B. Heißluftvulkanisation, primär vernetzt und dann mit einem Heißlufttrockner oder ähnlichem sekundär vernetzt. Außerdem kann das sekundäre Vernetzen durch das nachstehend beschriebene Erhitzen im Vakuum ersetzt werden.
Zur Erhitzung der geformten Rolle im Vakuum wird ein Vakuumofen oder ähnliches verwendet.
Zwar sind die Bedingungen für die Erhitzung im Vakuum nicht genau vorgeschrieben, bevorzugt ist jedoch eine Vakuum-Endstufe von 5 mm Hg oder darunter, eine Erhitzungstemperaturr (Ofenwandtemperatur) von 150 bis 250 ºC und eine Behandlungsdauer von 3 bis 25 Stunden. Liegt die Vakuum-Endstufe deutlich über 5 mm Hg oder die Erhitzungstemperatur weit unter 150 ºC, oder ist die Behandlungsdauer wesentlich kürzer als 3 Stunden, ist es unmöglich, Siloxane von niedrigem Polymerisationsgrad und nicht-funktionelle Siliconöle gründlich zu entfernen. Ist die Erhitzungstemperatur wesentlich höher als 250 ºC, oder übersteigt die Behandlungsdauer 25 Stunden, bedeutet dies nicht nur eine Energieverschwendung, sondern es kommt auch zu einer Denaturierung oder einer Schädigung der Rolle.
Durch dieses Erhitzen im Vakuum werden die Siloxane von niedrigem Polymerisationsgrad und die nicht-funktionellen Siliconöle nahezu vollständig entfernt, und man erhält eine Siliconkautschukrolle für die Elektrophotographie, bei der eine Kontamination des Photorezeptors nicht zu befürchten ist.
Zusätzlich kann die geformte Rolle bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vor oder nach dem Erhitzen im Vakuum einer Lösungsmittelextraktionsbehandlung unterzogen werden. Wird eine Lösungsmittelextraktion vorgenommen, können nicht-funktionelle Silicone mit relativ hohem Molekulargewicht und Siloxane von niedrigem Polymerisationsgrad zuverlässig entfernt und die Restkonzentrationen dieser Substanzen weiter verringert werden.
Als Lösungsmittel können verschiedene Lösungsmittel verwendet werden, die Siloxane mit niedrigem Polymerisationsgrad und nicht-funktionelle Silicone lösen, und zwar vorzugsweise Lösungsmittel wie Aceton, Hexan, Ethylacetat und Toluol.
Die erfindungsgemäße Siliconkautschukrolle für die Elektrophotographie, die nach dem vorstehenden erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren hergestellt worden ist, enthält fast gar keine Siloxane von niedrigem Polymerisationsgrad und nichtfunktionelle Siliconöle mehr, weil diese fast vollständig durch das Erhitzen im Vakuum entfernt worden sind. Auch wenn die Rolle also mit der Oberfläche des Photorezeptors in Berührung gebracht wird, besteht daher keine Gefahr einer Kontamination des Photorezeptors, und zwar nicht nur anfänglich, sondern auch noch lange Zeit danach. Daher kann die erfindungsgemäße Siliconkautschukrolle für die Elektrophotographie für bilderzeugende Geräte wie elektrostatische Kopierer und Laserdrucker verwendet werden, und zwar als Kontakt-Aufladerolle, die mit der Oberfläche des Photorezeptors in Berührung gebracht wird, beispielsweise als Aufladerolle zum gleichmäßigen Aufladen der Oberfläche des Photorezeptors, als Transferrolle zum Transfer von Tonerbildern, die auf der Oberfläche des Photorezeptors gebildet worden sind, auf eine Druckunterlage, beispielsweise Papier, und als Entladungsrolle zum Entfernen der Restladung von der Oberfläche des Photorezeptors.
Wird die erfindungsgemäße Siliconkautschukrolle für die Elektrophotographie als Kontakt-Aufladerolle verwendet, hat sie vorzugsweise einen Oberflächenwiderstand zwischen 10³ und 10¹&sup0; Ω. Liegt der Oberflächenwiderstand unter 10³ Ω, und wird die Rolle als Aufladerolle verwendet, kommt es gelegentlich dazu, daß die im Photorezeptor erzeugte Ladung von der Rolle aufgenommen wird, so daß es unmöglich wird, eine vorgegebene Aufladung des Photorezeptors zu erreichen. Übersteigt der Oberflächenwiderstand 10¹&sup0; Ω, erhöht sich die Spannung, die zum Aufladen des Photorezeptors auf einen vorgegebenen Wert erforderlich ist, so daß eine stärkere Spannungsquelle erforderlich ist, wodurch die Größe des Geräts zunimmt.
Zur Einstellung des Oberflächenwiderstands der Siliconkautschukrolle für die Elektrophotographie auf den genannten Bereich können eine elektrisch leitfähige Siliconkautschukverbindung und eine isolierende Siliconkautschukverbindung verwendet werden, wobei man deren Mischungsverhältnis in geeigneter Weise einstellt und die Menge des als Widerstandsregulierungsmittel verwendeten Zusatzes entsprechend wählt.
Die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Siliconkautschukrolle für die Elektrophotographie ist vorzugsweise schwammförmig, damit die Kontaktfläche mit dem Photorezeptor vergrößert und die Aufladungseigenschaft stabilisiert werden.
Die erfindungsgemäße Siliconkautschukrolle für die Elektrophotographie kann außer als Aufladungsrolle auch als Papierzuführ- oder Transportrolle verwendet werden, die nicht mit der Oberfläche des Photorezeptors in Berührung kommt, deren Bestandteile sich jedoch leicht zum Photorezeptor hin bewegen und diesen kontaminieren können.
Im folgenden werden Beispiele für die erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf Vergleichsbeispiele beschrieben.

Ausführungsbeispiel 1

60 Gewichtsteile einer elektrisch leitfähigen Siliconkautschukverbindung (Produkt Nr. X-30-1807U von The Shin-Etus Chemical Co., Ltd.), bei der die Summe der Konzentrationen von Siloxanen von niedrigem Polymerisationsgrad und von nichtfunktionellen Siliconölen auf maximal 5000 ppm eingestellt war, und 40 Gewichtsteile einer isolierenden Siliconkautschukverbindung (Produkt Nr. X-30-1807M von The Shin-Etus Chemical Co., Ltd.), bei der die Summe der Konzentrationen der beiden Arten von Inhaltsstoffen gleichfalls auf nicht über 5000 ppm eingestellt war, wurden mit den nachstehend aufgeführten Zusätzen vermischt und geschmolzen und durchgearbeitet mit einem Walzwerk, wodurch ein walkfähiges Formmaterial entstand. Zusatz Zusatzmenge Formmittel Vernetzungsmittel Katalysator katalytisches Regulationsmittel Produkt Nr. Hersteller: The Shin-Etus Chemical Co., Ltd.
Dann wurde das Formmaterial durch Extrusionsformen in Rollenform gebracht und im Heißluftvulkanisationsverfahren bei 200 ºC während 30 Minuten primär vernetzt, womit eine Rolle geformt wurde.
Die Rolle wurde sekundär vernetzt und im Vakuum erhitzt unter Verwendung eines Vakuumofens (Vakuumkonstanttemperaturtrockner Typ DP61, hergestellt von Yamato Science Co., Ltd.) mit einer Vakuum-Endstufe von 2 mm Hg und einer Ofenwandtemperatur von 240 ºC während 6 Stunden, wobei eine Siliconkautschukrolle für die Elektrophotographie hergestellt wurde.

Ausführungsbeispiele 2 bis 6

Rollen aus demselben Formmaterial wie bei Ausführungsbeispiel 1 wurden unter den gleichen Bedingungen wie bei Ausführungsbeispiel 1 primär vernetzt und geformt, in einem Trockner mit Normaldruck und konstanter Temperatur (Typ DNF64, hergestellt von Yamato Science Co., Ltd.) im Heißluftvulkanisationsverfahren bei 200 ºC während 4 Stunden sekundär vernetzt und dann im vorgenannten selben Vakuumofen unter den in Tabelle 1 genannten Bedingungen im Vakuum erhitzt, wodurch Siliconkautschukrollen für die Elektrophotographie hergestellt wurden. Tabelle 1 Bedingungen für das Erhitzen im Vakuum Vakuum (mm Hg) Temperatur (ºC) Zeit (h) Ausführungsbeispiel [0031]

Vergleichsbeispiel 1

60 Gewichtsteile einer elektrisch leitfähigen Siliconkautschukverbindung (Produkt Nr. X-30-289U, hergestellt von The Shin-Etus Chemical Co., Ltd.), bei der die Summe der Konzentrationen von Siloxanen mit niedrigem Polymerisationsgrad und von nicht-funktionellen Siliconölen nicht auf nicht mehr als 5000 ppm eingestellt worden war, und 40 Gewichtsteile einer isolierenden Siliconverbindung (Produkt Nr. KE-1551U, hergestellt von The Shin-Etus Chemical Col., Ltd.), bei der die Summe der Konzentrationen der beiden Arten von Bestandteilen nicht auf nicht mehr als 5000 ppm eingestellt worden war, wurden mit den nachstehenden Zusätzen vermischt und mit einem Walzwerk geschmolzen und durchgearbeitet, wodurch ein walkfähiges Formmaterial hergestellt wurde. Zusatz Zusatzmenge Formmittel Vernetzungsmittel Katalysator katalytisches Regulationsmittel Produkt Nr. Hersteller: The Shin-Etus Chemical Co., Ltd.
Dieses Formmaterial wurde unter denselben Formbedingungen wie bei Ausführungsbeispiel 1 primär vernetzt und geformt, um eine Rolle zu erhalten, die dann unter Verwendung eines Normaldruck-Konstanttemperatur-Trockners (Typ DNF64, hergestellt von Yamato Science Co., Ltd.) im Heißluftvulkanisationsverfahren bei 200 ºC während 4 Stunden sekundär vernetzt wurde, wodurch eine Silikonkautschukrolle für die Elektrophotographie hergestellt wurde.

Vergleichsbeispiel 2

Es wurde auf die gleiche Weise wie bei Ausführungsbeispiel 1 eine Siliconkautschukrolle für die Elektrophotographie hergestellt, jedoch wurde das gleiche Formmaterial wie bei Vergleichsbeispiel 1 verwendet.

Vergleichsbeispiel 3

Es wurde auf die gleiche Weise wie bei Vergleichsbeispiel 1 eine Siliconkautschukrolle für die Elektrophotographie hergestellt, jedoch wurde das gleiche Formmaterial wie bei Ausführungsbeispiel 1 verwendet.

Vergleichsbeispiel 4

Es wurde auf die gleiche Weise wie bei Vergleichsbeispiel 3 eine Siliconkautschukrolle für die Elektrophotographie hergestellt, jedoch wurde die sekundäre Vernetzung bei 250 ºC während 4 Stunden durchgeführt.

Vergleichsbeispiel 5

Eine aus dem gleichen Formmaterial wie bei Ausführungsbeispiel 1 hergestellte und unter denselben Bedingungen wie bei Ausführungsbeispiel 1 primär vernetzte und geformte Rolle wurde mit Trichlorethan gewaschen und 10 Minuten lang auf 80 ºC erhitzt, wobei auf die gleiche Weise wie bei Vergleichsbeispiel 3 eine Siliconkautschukrolle für die Elektrophotographie hergestellt wurde, jedoch mit dem Unterschied, daß die sekundäre Vernetzung bei 250 ºC während 4 Stunden durchgeführt wurde.

Vergleichsbeispiele 6 bis 10

Rollen, die aus dem gleichen Formmaterial wie bei Ausführungsbeispiel 1 hergestellt und unter denselben Bedingungen wie bei Ausführungsbeispiel 1 primär vernetzt und geformt worden waren, wurden zur Extraktionsbehandlung 76 Stunden lang in die in Tabelle 2 aufgeführten Lösungsmittel getaucht, wodurch Siliconkautschukrollen für die Elektrophotographie hergestellt wurden. Tabelle 2 Lösungsmittel Vergleichsbeispiel Aceton Hexan Ethylacetat Toluol Ethanol
Jede der Siliconkautschukrollen für die Elektrophotographie der genannten Ausführungs- und Vergleichsbeispiele wurde gegen den Photorezeptor eines Laserdruckers (Laser Shot Printer A404 von Canon Inc.) gedrückt und verblieb 72 Stunden bei einer Umgebungstemperatur von 23,5 ºC und einer Umgebungsfeuchtigkeit von 55 % rel. Feuchte; anschließend wurden aufeinanderfolgend fünf vollflächige Probedrucke ausgedruckt, die auf das Vorhandensein oder das Fehlen eines Berührungsgedächtnisses überprüft wurden. Die Kontamination des Photorezeptors wurde nach folgenden Kriterien bewertet:
0: kein Berührungsgedächtnis
Δ: geringes Berührungsgedächtnis
X: Berührungsgedächtnis deutlich zu sehen
Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 zusammengefaßt. Tabelle 3 Probedruck Ausführungsbeispiel Vergleichsbeispiel
Wie aus Tabelle 3 zu ersehen ist, bewirkten die Rollen der Ausführungsbeispiele 1, 3 und 4, bei denen sie nur sekundär vernetzt und nicht im Vakuum erhitzt wurden, sowie die Rollen der Vergleichsbeispiele 6, 8, 9 und 10, bei denen sie nur einer Lösungsmittelextraktion ohne Erhitzen im Vakuum unterzogen wurden, die Kontamination des Photorezeptors unabhängig von der Summe der Konzentrationen von Siloxanen mit niedrigem Polymerisationsgrad und von nicht-funktionellen Siliconölen im Siliconrohkautschuk. Von den Vergleichsbeispielen, bei denen nur eine Lösungsmittelextraktion ohne Erhitzen im Vakuum durchgeführt wurde, verursachte das Vergleichsbeispiel 7, bei dem Hexan als Lösungsmittel verwendet wurde, keine nennenswerte Kontamination des Photorezeptors, jedoch erwies es sich als für den praktischen Gebrauch ungeeignet, weil die Behandlung 76 Stunden dauerte.
Im Vergleich dazu verursachten die Rollen der Ausführungsbeispiele 1 - 6, bei denen das Formmaterial eine Siliconkautschukverbindung enthielt, bei der die Summe der Konzentrationen von Siloxanen mit niedrigem Polymerisationsgrad und von nicht-funktionellen Siliconölen auf nicht mehr als 5000 ppm eingestellt war, und bei denen die Rolle im Anschluß an das Formen im Vakuum erhitzt wurde, unabhängig von den Bedingungen beim Erhitzen im Vakuum und vom Vorhandensein oder Fehlen einer sekundären Vernetzung bei Normaldruck keine Kontamination des Photorezeptors.
Bei den Rollen von Ausführungsbeispiel 3 (Erhitzen im Vakuum), Vergleichsbeispiel 1 (Erhitzen bei Normaldruck) und Vergleichsbeispiel 4 (Lösungsmittelextraktion) wurde die Konzentration der Siloxane mit niedrigem Polymerisationsgrad gemessen mit dem Ergebnis, daß - wie in Fig. 5 gezeigt - die Konzentration der Siloxane mit niedrigem Polymerisationsgrad bei Ausführungsbeispiel 3 wesentlich niedriger war als bei den Rollen der Vergleichsbeispiele 1 und 4.
Aus den vorstehenden Ergebnissen ist zu ersehen, daß eine Kontamination des Photorezeptors am effektivsten dadurch verhindert werden kann, daß die Rolle nach dem Formen im Vakuum erhitzt wird.
Die Rolle von Vergleichsbeispiel 2, für die ein Formmaterial verwendet wurde, welches eine Verbindung enthielt, bei der die Summe der Konzentrationen von Siloxanen mit niedrigem Polymerisationsgrad und von nicht-funktionellen Siliconölen nicht auf maximal 5000 ppm eingestellt worden war, und die nach dem Formen im Vakuum behandelt wurde, verursachte ebenso wie die Ausführungsbeispiele 1 - 6 keine Kontamination des Photorezeptors. Die Rolle von Vergleichsbeispiel 2 wurde zusammen mit den Rollen der Ausführungsbeispiele 2, 3 und 4 18 Tage aufbewahrt, und anschließend wurden dieselben Tests durchgeführt. Dabei ergab sich, daß - wie in Tabelle 4 ausgewiesen - die Rolle von Vergleichsbeispiel 2 eine Kontamination des Photorezeptors verursachte, während die Rollen der Ausführungsbeispiele 2, 3 und 4 keine Kontamination des Photorezeptors verursachten. Tabelle 4 Probeausdruck Ausführungsbeispiel Vergleichsbeispiel
Außerdem wurde die Konzentration der Siloxane von niedrigem Polymerisationsgrad, der zwischen 4 und 25 lag, an der Oberfläche der Rolle von Vergleichsbeispiel 2 unmittelbar nach der Herstellung der Rolle und 26 Tage danach gaschromatographisch gemessen. Dabei ergab sich, daß die Konzentration der Siloxane von niedrigem Polymerisationsgrad mit der Zeit zunahm, wie in Fig. 6 dargestellt.
Das vorstehende Ergebnis bestätigte, daß bei Verwendung eines Formmaterials, das eine Siliconkautschukverbindung enthält, bei der die Summe der Konzentrationen der beiden Stoffarten nicht auf maximal 5000 ppm eingestellt worden ist, die beiden Stoffarten nicht allein durch Erhitzen im Vakuum vollständig entfernt werden können und daß die Siloxane von niedrigem Polymerisationsgrad und die nicht-funktionellen Siliconöle, die in der Rolle zurückbleiben, mit der Zeit zur Oberfläche hin ausgeschwitzt werden und dann den Photorezeptor kontaminieren. Damit geht die Wirkung der Entfernung verloren.
Es wurde bestätigt, daß die Kontamination des Photorezeptors über einen langen Zeitraum nur dann verhindert werden kann, wenn ein Formmaterial verwendet wird, das eine Siliconkautschukverbindung enthält, bei der die Summe der Konzentrationen der beiden Stoffarten auf maximal 5000 ppm eingestellt worden ist, und wenn das Formmaterial im Vakuum erhitzt wird.
Wie vorstehend beschrieben, wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Siliconkautschukverbindung in einer Qualität verwendet, bei der die Summe der Konzentrationen der beiden Stoffarten auf maximal 5000 ppm eingestellt worden ist und die nach dem Formen im Vakuum erhitzt wird, wodurch die Siloxane mit niedrigem Polymerisationsgrad und die nicht-funktionellen Siliconöle nahezu vollständig entfernt werden. Dadurch ist es möglich, eine Siliconkautschukrolle für die Elektrophotographie herzustellen, bei der nicht nur unmittelbar nach Beginn des Gebrauchs der Rolle, sondern auch lange Zeit danach keine Gefahr einer Kontamination des Photorezeptors besteht. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es somit möglich, ein bilderzeugendes Gerät mit Kontaktaufladung in der Praxis einzusetzen, das weder eine Kontamination der Luft noch eine Qualitätsminderung des Photorezeptors durch Erzeugung einer großen Ozonmenge bewirkt.

Claims

1. Siliconkautschuk-Rolle für die Elektrophotographie, die einen porösen Körper aus einer vernetzten Siliconzusammensetzung aufweist und einen Siliciumdioxid-Füllstoff und Ruß enthält, welche zusammen mit einem Schaumbildner in einem Siloxanpolymer enthalten sind, und die einem elektrischen Widerstand von 10³ bis 10&sup8; Ω hat.