DE69907364T2

DE69907364T2 - Aufladerolle deren Aussenschicht gepfropftem Kohlenstoff enthält

Info

Publication number: DE69907364T2
Application number: DE69907364T
Authority: DE
Inventors: Hirofumi Komaki-shi Okuda; Yuichiro Komaki-shi Maruyama; Hiroyasu Komaki-shi Kato; Hiroki Komaki-shi Sugiura
Original assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Priority date: 1998-10-30
Filing date: 1999-10-29
Publication date: 2004-03-25
Anticipated expiration: 2019-10-30
Also published as: JP2000137369A; EP0997789B1; EP0997789A2; DE69907364D1; EP0997789A3; US6454688B1; US20020086781A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Aufladungswalze zur Verwendung in einem Bildbildungsgerät, wie etwa eine elektrofotografische Kopiermaschine oder Drucker.
Es ist eine Aufladungswalze bekannt, welche in ein Bildbildungsgerät, wie etwa eine elektrofotografische Kopiermaschine oder Drucker, eingebaut ist, wie etwa, dass die Aufladungswalze in Rollkontakt mit einer fotoempfindlichen Trommel zum Aufladen der umlaufenden Oberfläche der fotoempfindlichen Rolle gehalten wird. Im Einzelnen wird eine derartige Aufladungswalze in einem sogenannten "Walzenaufladungs"-Verfahren verwendet, welches eines der bekannten Verfahren zum Aufladen einer fotoempfindlichen Trommel ist, auf welcher ein elektrostatisches latentes Bild ausgebildet ist. In dem "Walzenaufladungs"-Verfahren wird die Aufladungswalze, auf welche eine Aufladungsspannung angelegt wird, in Presskontakt mit der äußeren umlaufenden Oberfläche der fotoempfindlichen Trommel gehalten. Die Aufladungswalze und die fotoempfindlichen Trommel werden zusammen rotiert, so dass die äußere umlaufende Oberfläche der fotoempfindlichen Trommel gleichförmig durch die Aufladungswalze aufgeladen wird.
Da die Aufladungswalze in Rollkontakt mit der äußeren umlaufenden Oberfläche der fotoempfindlichen Trommel gehalten wird, muss die Aufladungswalze eine geringe Härte (hohe Weichheit) und hohe Flexibilität besitzen. Ferner muss die Aufladungswalze einen geeigneten Grad der elektrischen Leitfähigkeit aufweisen, so dass die fotoempfindliche Trommel effektiv aufgeladen wird.
In den letzten Jahren besteht ein zunehmender Bedarf nach höherer Bildbildungsfähigkeit und herausragender Energiespareigenschaft des Bildbildungsgeräts, genauso wie höherer Verfahrensgeschwindigkeit und herausragender Haltbarkeit des Bildbildungsgeräts. In einem Versuch, die Energiespareigenschaften zum Reduzieren der elektrischen Leistung, die durch das Bildbildungsgerät verbraucht wird, zu verringern, wird der Schmelzpunkt des Toners zum Zweck des Fixierens des Toners auf ein Aufzeichnungsmedium bei einer niedrigeren Temperatur verringert. Ferner wird zum Verbessern der Leistung des Bildbildungsgeräts, um eine ausreichend hohe Bildqualität bereitzustellen, die Größe der Tonerteilchen kleiner gemacht.
Wenn jedoch der Schmelzpunkt des Toners abgesenkt wird oder die Größe der Tonerteilchen kleiner gemacht wird, tendiert der Toner unerwünschterweise dazu, an die Aufladungswalze anzuhaften, welche unvermeidlicherweise in dem Bildbildungsgerät während dessen Betrieb erwärmt wird. Der Toner, welcher an der Aufladungswalze anhaftet oder klebt, verursacht Verschlechterung der Bildbildungsfähigkeit des Bildbildungsgeräts. Genauer beschrieben, tendiert der elektrische Widerstand der Aufladungswalze mit einer Zunahme der Zahl der Betriebsvorgänge um die elektrostatischen latenten Bilder in sichtbare Tonerbilder auf der äußeren umlaufenden Oberfläche der fotoempfindlichen Trommel zu entwickeln, dazu, als ein Ganzes aufgrund der Anhaftung des Toners an die Aufladungswalze erhöht zu werden. Ferner verursacht eine ungleichförmige Anhaftung des Toners an lokale Teile der Walze eine Variation des elektrischen Widerstands der Walze an die lokalen Teile. Folglich wird das auszubildende Bild oder durch das Bildbildungsgerät wiedergegebene Bild in unerwünschter Weise verschlechtert.
In letzter Zeit besteht ein zunehmender Bedarf nach einem Bildbildungsgerät, das ein Farbbild wiedergeben kann. Bei der Wiedergebung eine Farbbildes wird ein nichtmagnetischer Einkomponententoner im Allgemeinen verwendet, um einen gewünschten Ton oder Farbe zu etablieren. Der nichtmagnetische Einkomponententoner tendiert dazu, leicht in der Abwesenheit einer magnetischen Komponente, wie etwa Magnetit oder Ferrit darin, aufgeladen zu werden, welches als ein Schwarz-Farbpigment dient. Folglich werden zum Steuern der Menge der Aufladung des Toners eine große Menge an feinteiligen Zusatzstoffen, wie etwa SiO₂, TiO₂ oder Al₂O₃ zu dem Toner zugegeben.
Herkömmlicherweise wird eine geeignete Menge an Ruß oder anderen elektrisch leitenden Mittel zu einem Material zugegeben, welches einer Oberflächenschicht (äußerste Schicht) der Aufladungswalzen zusammensetzt, so dass die Oberflächenschicht einen gewünschten Wert des elektrischen Widerstands besitzt. Im Allgemeinen muss die Oberflächenschicht der Aufladungswalze einen Volumenwiderstand innerhalb eines Bereichs von ungefähr 10⁷–10¹⁵ Ω·cm besitzen. Zum Steuern des Volumenwiderstands innerhalb eines derartigen begrenzten Bereichs wird vorgeschlagen, ein elektrisch leitendes Mittel zu verwenden, welches den elektrischen Widerstand nicht exzessiv beeinflusst oder vermindert, so dass der elektrische Widerstand sich mit einer Änderung der Menge des leitenden Mittels, das zu dem Material der Oberflächenschicht zugegeben wird, sich nicht erheblich ändert. Folglich ermöglicht die Verwendung eines derartigen elektrisch leitenden Mittels, dass der Volumenwiderstand, feingesteuert wird, indem eine große Menge des elektrisch leitenden Mittels zu dem Material der Oberflächenschicht gegeben wird, ohne Notwendigkeit einer genauen Einstellung der Menge des leitenden Mittels, das zugegeben wird. Jedoch führt der Ruß und die große Menge an leitenden Mitteln, die zu dem Material der Oberflächenschicht zugegeben wird, zu einer vergrößerten Größe der Sekundärteilchen des Rußes und einer vergrößerten Menge des leitenden Mittels, das auf der Oberfläche der Aufladungswalze aufgeladen wird. Folglich wird die Oberfläche der Aufladungswalze aktiviert und beträchtlich mit einer Vielzahl von winzigen Aussparungen und Vorsprüngen aufgrund der vergrößerten Größe der Sekundärteilchen und der vergrößerten Menge des ausgesetzten leitenden Mittels aufgerauht, wodurch es wahrscheinlicher ist, dass der Toner und die Zusatzstoffe, die in dem Toner eingeschlossen sind, an die aktivierte Oberfläche des ausgesetzten leitenden Mittels kleben oder anhaften, oder in den Aussparungen der rauhen Oberfläche der Aufladungswalze sich akkumulieren, was die zuvor beschriebene Variation des elektrischen Widerstands an den lokalen Teilen der Oberfläche der Walze verursacht und demzufolge es erschwert, eine gleichförmige Verteilung des elektrischen Widerstands über den gesamten Oberflächenbereich der Aufladungswalze zu etablieren. Folglich ist es wahrscheinlich, dass das Bild, das durch das Bildbildungsgerät ausgebildet oder wiedergegeben wurde, auf problematische Weise verschlechtert ist.
JP 10 186 794 A offenbart eine Aufladungswalze, welche in Kontakt mit einer fotoempfindlichen Trommel zum Aufladen der fotoempfindlichen Trommel gehalten wird; wobei die Aufladungswalze eine äußerste Schicht umfasst, die aus einer Harzzusammensetzung gebildet ist, die polymeraufgepfropften Ruß als elektrisch leitendes Mittel enthält.
EP-A-O 787 777 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines polymeraufgepfropften Rußes.
JP 10 148 997 A offenbart eine Aufladungswalze mit einer Schutzschicht, wobei Ruß in ein Polyamidharz dispergiert ist.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine lokale Variation des elektrischen Widerstandswertes der Oberflächenschicht einer Aufladungswalze zu minimieren, indem die Adhäsion oder Akkumulierung von Toner und Zusatzstoffen an oder auf die äußere Oberfläche der Aufladungswalze verhindert wird, um die Verschlechterung eines Bildes, das durch ein Bildbildungsgerät, auf welcher die Aufladungswalze eingebaut ist, verhindert wird.
Es ist eine andere Aufgabe dieser Erfindung, eine Aufladungswalze bereitzustellen, welche eine verbesserte Leichtigkeit der Steuerung des elektrischen Widerstandswertes, eine ausreichende gleichförmige Verteilung des elektrischen Widerstandswertes der Oberflächenschicht der Aufladungswalze und eine verbesserte Glattheit der äußeren Oberfläche der Aufladungswalze bereitzustellen.
Die vorstehenden Aufgaben werden durch eine Aufladungswalze gemäß Anspruch 1 erreicht.
In einer herkömmlichen Aufladungswalze wird Ruß als ein elektrisch leitendes Mittel verwendet, welches ein Bestandteil der Harzzusammensetzung, die die äußerste Schicht bildet, ist. Bei dem elektrisch leitenden Mittel, das aus dem aufgepfropften Kohlenstoff zusammengesetzt ist, welches erhalten wird, indem das geeignete Polymer auf dem Ruß aufgepfropft wird, wird das Ruß mit dem aufgepfropften Polymer beschichtet, und aktive Punkte oder Spots auf der Oberfläche des Rußes werden demgemäß durch das aufgepfropfte Polymer bedeckt. Dieses Bedecken der aktiven Spots durch das aufgepfropfte Polymer gewährleistet vorteilhafterweise eine verbesserte Dispergibilität von Teilchen des Rußes und eine minimierte Akkumulierung oder Kohäsion der Rußteilchen, was zu einer ausreichend gleichförmigen Verteilung des elektrischen Widerstandswertes und verbesserter Glattheit der äußeren Oberfläche der Aufladungswalze führt. Ferner gewährleistet das Bedecken der Oberfläche des Rußes durch aufgepfropftes Polymer andere Vorteile, dass die Leichtigkeit der Steuerung der elektrischen Widerstands verbessert wird, und, dass kein Risiko einer chemischen Bindung zwischen dem Ruß und dem Toner besteht, sogar, wo der aufgepfropfte Kohlenstoff als das elektrisch leitende Mittel auf der äußeren Oberfläche der Walze ausgesetzt wird. Die Anordnung gemäß der Erfindung wie in Anspruch 1 definiert, ist effektiv, um die Entfernung des Toners und der Zusatzstoffe aus der äußeren Oberfläche der Walze zu erleichtern und demgemäß eine Adhäsion und Akkumulierung des Toners und Hilfsstoffe an oder auf die Oberfläche der Walze zu verhindern oder zu minimieren. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen 2–9 definiert.
Die vorstehenden und optionalen Aufgaben, Merkmale, Vorteile und technische Bedeutung der vorliegenden Erfindung wird besser verstanden werden, indem die folgende detaillierte Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung zusammen mit den begleitenden Zeichnungen gelesen wird, in welchen:
1 eine transversale Querschnittsansicht einer Aufladungswalze ist, die gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist; und
2 eine transversale Querschnittsansicht einer Aufladungswalze ist, die gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist.
Bezugnehmend auf 1 wird eine Aufladungswalze gezeigt, die gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Die Aufladungswalze von 1 beinhaltet einen elektrisch leitenden Mittelschaft (Metallkern) 10, der aus einem Metallmaterial hergestellt ist, und eine weiche Basisschicht 12, welche auf der äußeren umlaufenden Oberfläche des Mittelschaftes 10 gebildet ist und durch einen elektrisch leitenden festen elastischen Körper zusammengesetzt ist, der eine relativ geringe Härte aufweist. Auf der äußeren umlaufenden Oberfläche der weichen Basisschicht 12 werden eine Weichmacher-Blockierschicht 14, eine Widerstandseinstellungsschicht 16 und eine Schutzschicht 18 in der Reihenfolge der Beschreibung in der Richtung radial auswärts von der Walze laminiert. Die Schutzschicht 18 setzt eine äußerste Schicht der Walze zusammen. Jede der Schichten 12, 14, 16, 18 besitzt einen geeigneten vorbestimmten Dickewert.
Bezugnehmend als nächstes auf 2 wird eine Aufladungswalze einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt, in welcher die weiche Basisschicht 12 durch einen elektrisch leitenden Schaumkörper zusammengesetzt ist, und die Weichmacher-Blockierschicht 14 nicht zwischen der weichen Basisschicht 12 und der Widerstandseinstellungsschicht 16 liegt.
Genauer beschrieben wird die weiche Basisschicht 12, die auf der äußeren umlaufenden Oberfläche des Mittelschaftes 10 gebildet ist, aus einem belieben bekannten elektrisch leitenden elastischen Material oder einem beliebigen bekannten elektrisch leitenden schäumbaren Material gebildet, so dass die weiche Basisschicht 12, die erhalten wird, eine Härte besitzt, die auf ungefähr 30° (HS: JIS-A Härte, JIS: japanischer Industriestandard) eingestellt wird, um der Aufladungswalze wesentlich benötigte Eigenschaften der niedrigen Härte (hohe Weichheit) und hoher Flexibilität zu geben. Das elastische Material, das zum Bereitstellen des elektrisch leitenden festen elastischen Körpers verwendet wird, kann nur aus einem beliebigen bekannten Kautschukmaterial, wie etwa EPDM, SBR, NR, Polynorbornenkautschuk bestehen, oder kann eine Mischung aus zwei oder mehreren dieser Kautschukmaterialien sein. Das schäumbare Material, das zum Bereitstellen des elektrisch leitenden Schaumkörpers verwendet wird, ist nicht besonders begrenzt, sondern kann in geeigneter Weise aus beliebigen bekannten schäumbaren Materialien ausgewählt werden, wie etwa Epichlorhydrinkautschuk, NBR, Urethankautschuk, hydrogeniertes NBR, und EPDM, solange wie das verwendete schäumbare Material einen ausreichenden Widerstand gegenüber Ermüdung des erhaltenen Schaumkörpers besitzt, und der erhaltene Schaumkörper die Eigenschaften erfüllt, die für die Aufladungswalze benötigt werden. Das schäumbare Material wird unter Verwendung eines bekannten Schäumungsmittels oder Treibmittels, wie etwa Azodicarbonamid, 4,4-Oxybisbenzolsulfonylhydrazid, Dinitrosopentamethylentetramin oder NaHCO₃, geschäumt. Zu dem elastischen Material oder schäumbaren Material, das vorstehend beschrieben wurde, wird ein elektrisch leitendes Mittel, wie etwa Ruß, Metallpulver oder quartäres Ammoniumsalz, zugegeben, so dass die erhaltene Basisschicht 12 einen gewünschten Volumenwiderstandswert besitzt. Wenn die Basisschicht 12 durch den festen elastischen Körper zusammengesetzt ist, beinhaltet das elastische Material für den festen elastischen Körper ferner eine relativ große Menge an Weichmacher, wie etwa Verfahrensöl bzw. Weichmacheröl oder ein flüssiges Polymer, so dass die erhaltene Basisschicht 12 eine ausreichend geringe Härte und ausreichend hohe Flexibilität besitzt.
Wenn die weiche Basisschicht 12 durch den elektrisch leitenden festen elastischen Körper, wie vorstehend beschrieben, zusammengesetzt ist, besitzt die erhaltene Basisschicht 12 im Allgemeinen eine Volumenwiderstand von ungefähr 10¹–10⁴Ω·cm, und eine Dicke von ungefähr 1–10 mm, vorzugsweise ungefähr 2–4 mm. Wenn die weiche Basisschicht 12 durch den elektrisch leitenden Schaumkörper zusammengesetzt ist, besitzt die erhalte Basisschicht 12 einen Volumenwiderstand von ungefähr 10³–10⁶Ω·cm, und eine Dicke von ungefähr 2–10 mm, vorzugsweise ungefähr 3-6 mm.
Die Aufladungswalze von 1 beinhaltet die Weichmacher-Blockierschicht 14, die auf der äußeren umlaufenden Oberfläche der weichen Basisschicht 12 angeordnet ist. Die Weichmacher-Blockierschicht 14 wird aus einem Material gebildet, das einem Material ähnlich ist, das herkömmlicherweise zum Bilden einer Weichmacher-Blockierschicht verwendet wird, zum Beispiel einer Mischung aus einem Nylonmaterial, wie etwa N-Methoxymethyliertes Nylon und einem elektrisch leitenden Mittel, wie etwa Ruß oder Metallpulver. Die Weichmacher-Blockierschicht 14, die aus der so hergestellten Mischung hergestellt ist, besitzt einen Volumenwiderstand von ungefähr 10¹–10⁵Ω·cm, vorzugsweise ungefähr 10³Ω·cm und eine Dicke von im Allgemeinen ungefähr 3–20 μm, vorzugsweise ungefähr 4–10 μm.
Die Aufladungswalze der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Widerstandseinstellungsschicht 16, welche radial auswärts der weichen Basisschicht 12 über der in der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform dazwischenliegenden Weichmacher-Blockierschicht 14 angeordnet ist, oder welche direkt auf der äußeren umlaufenden Oberfläche der weichen Basisschicht 12 in der in 2 gezeigten zweiten Ausführungsform gebildet ist. Die Widerstandseinstellungsschicht 16 ist aus einem Material gebildet, das einem Material ähnlich ist, das herkömmlicherweise zum Bilden einer Widerstandseinstellungsschicht verwendet wird, zum Beispiel ein Kautschukmaterial, wie etwa NBR, Epichlorhydrinkautschuk und Acrylkautschuk. Zu dem Kautschukmaterial wird ein elektrisch leitendes Mittel, wie etwa quartäres Ammoniumsalz, und ein antistatisches Mittel gegeben. Die Widerstandseinstellungsschicht 16 besitzt eine Dicke von ungefähr 50–300 μm, und besitzt einen Volumenwiderstand von ungefähr 10⁸–10¹¹Ω·cm (wo die weiche Basisschicht 12 durch den elektrisch leitenden festen elastischen Körper zusammengesetzt ist), oder einen Volumenwiderstand von ungefähr 10⁵–10⁹Ω·cm (wo die weiche Basisschicht 12 durch den elektrisch leitenden Schaumkörper zusammengesetzt ist). Die so gebildete Widerstandseinstellungsschicht 16 steuert den elektrischen Widerstand der Aufladungswalze, um hierdurch die Haltespannung zu vergrößern oder den Durchschlagwiderstand (Widerstand gegenüber Leck eines elektrischen Stromes) der Aufladungswalze zu verbessern.
Die Aufladungswalze der vorliegenden Erfindung beinhaltet ferner die äußerste Schicht in der Form der Schutzschicht 18 mit einem vorbestimmten geeigneten Widerstandswert, wie in 1 und 2 gezeigt. Die primäre Eigenschaft der vorliegenden Erfindung ist es, die Schutzschicht 18 einer Harzzusammensetzung zu bilden, die ein elektrisch leitendes Mittel in der Form eines aufgepfropften Kohlenstoffs enthält, welcher gebildet wird, indem ein Polymer auf einer Oberfläche von Ruß aufgepfropft wird. Die Verwendung der Harzzusammensetzung, die aufgepfropften Kohlenstoff als das elektrisch leitende Mittel enthält, ist effektiv, um verbesserte Steuerbarkeit des elektrischen Widerstandes in der Aufladungswalze, eine ausreichend gleichförmige Verteilung des elektrischen Widerstandswertes der Aufladungswalze, und einer verbesserte Glattheit der äußeren Oberfläche der Aufladungswalze zu gewährleisten, wodurch das herkömmlich erfahrene Problem der Verschlechterung des gebildeten Bildes aufgrund der Adhäsion oder Akkumulierung des Toners und Zusatzstoffe an oder auf die Walzenoberfläche eliminiert wird.
Der aufgepfropfte Kohlenstoff, der in der Harzzusammensetzung enthalten ist, welche die Schutzschicht 18 ergibt, besitzt eine bekannte Struktur, welche das Polymer, das auf den Ruß aufgepfropft ist, reaktive Gruppen beinhaltet, welche mit Carboxylgruppen, Hydroxylgruppen oder anderen funktionalen Gruppen reagieren, welche auf der Oberfläche des Rußes existieren. JP-A-09-59331, JP-A-09-272706 und andere Veröffentlichungen beschreiben spezifisch verschiedene Formen des so aufgebauten aufgepfropften Kohlenstoffs, von welchen jede als das elektrisch leitende Mittel, das in der äußerste Schicht der Aufladungswalze der vorliegenden Erfindung enthalten ist, verwendet werden kann.
Der Ruß als ein Material, das zum Bereitstellen des aufgepfropften Kohlenstoffs verwendet wird, ist nicht besonders begrenzt, sondern kann in geeigneter Weise unter beliebigen bekannten Rußmaterialien ausgewählt werden, solange sie das ausgewählte Ruß einer Carboxylgruppe, einer Hydroxylgruppe oder andere funktionale Gruppe auf dessen Oberfläche besitzt. Jedoch wird Ruß mit einem pH von nicht mehr als 5 vorzugsweise verwendet, so dass das Ruß effizient mit dem Polymer reagiert. Wenn Ruß mit einem pH von mehr als 5 verwendet wird, ist es weniger wahrscheinlich, dass das Polymer ausreichend auf der Oberfläche des Rußes reagiert, wodurch die Dispergibilität von Teilchen des Rußes nicht ausreichend verbessert wird und demzufolge die Akkumulierung oder Kohäsion der Rußteilchen nicht ausreichend verhindert wird, was es erschwert, einen hohen Grad an Oberflächenglattheit der Schutzschicht zu erhalten und den elektrischen Widerstand der Aufladungswalze zu steuern.
Das Polymer, das zum Aufpfropfen auf den Ruß verwendet wird, ist nicht besonders begrenzt, sondern kann in geeigneter Weise aus verschiedenen Arten von bekannten Polymeren ausgewählt werden, wie etwa Polysiloxan, Acrylpolymer, Methacrylpolymer, Styrol-Acrylpolymer, Polyurethan, Polyether, Polyester, Polyamid, und Polyimid, solange wie das ausgewählte Polymer eine Reaktivität mit der funktionalen Gruppe besitzt, die auf der Oberfläche des Rußes besteht, solange wie das ausgewählte Polymer einer reaktiven Gruppe aufweist, die mit der funktionalen Gruppe auf der Oberfläche des Rußes verbunden werden kann.
Während der aufgepfropfte Kohlenstoff erhalten werden kann, indem das so ausgewählte Polymer auf dem Ruß aufgepfropft wird, wie vorstehend beschrieben, ist es möglich, das aufgepfropfte Polymer zu erhalten, in dem Monomere polymerisiert werden. Das heißt, die Monomere werden zunächst mit der funktionalen Gruppe auf der Oberfläche des Rußes verbunden, und die gebundenen Monomere mit der funktionalen Gruppe werden dann polymerisiert. Ein derartiger aufgepfropfter Kohlenstoff, der durch Polymerisation der Monomere erhalten wurde, kann auch als das elektrisch leitende Mittel in der Aufladungsrolle der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Bei der Herstellung des aufgepfropften Kohlenstoffes wird das Gewichtsverhältnis des Polymers zum Ruß in geeigneter Weise bestimmt, so dass ein gewünschter Effekt des aufgepfropften Kohlenstoffs erhalten wird. Zum Erreichen der Aufgaben der Erfindung beträgt das Gewichtsverhältnis des Polymers, welches auf dem Ruß aufgepfropft ist, zu dem Ruß 0,2–1,0. Das heißt, der aufgepfropfte Kohlenstoff besitzt vorzugsweise 20–100 Gewichtsteile des Polymers pro 100 Gewichtsteile des Rußes. Wie vorstehend beschrieben gewährleistet die Anordnung, in welcher die aktivierte Oberfläche des Rußes durch das aufgepfropfte Polymer bedeckt ist, die Vorteile, dass der Toner und die Zugangsstoffe leicht von der äußeren Oberfläche der Aufladungswalze entfernt werden und dass die Dispergibilität der Rußteilchen verbessert ist. Zum Sicherstellen dieser Vorteile beträgt das Gewichtsverhältnis des Polymers zu dem Ruß 0,2 oder mehr. Wenn das Gewichtsverhältnis des Polymers zu dem Ruß exzessiv erhöht wird, wird die Schutzschicht beträchtlich durch die Eigenschaften oder Charakteristik des aufgepfropften Polymers beeinflusst, so dass es wahrscheinlich ist, dass die Schutzschicht an Rissbildung auf deren Oberfläche oder einem anderen Problem leidet, wenn die Schutzschicht deformiert wird. In dieser Hinsicht beträgt das Gewichtsverhältnis des Polymers zum Ruß 1,0 oder weniger.
Der aufgepfropfte Kohlenstoff kann gemäß beliebigen bekannten Verfahren, die in den vorstehend identifizierten Druckschriften beschrieben wurden, hergestellt werden. Im Allgemeinen wird das Polymer auf dem Ruß in einem geeigneten Dispersionsmedium (Lösungsmittel) aufgepfropft, welches ausgewählt ist, abhängig von der Art des Polymers, aus: Wasser, Alkohol, wie etwa Methylalkohol oder Ethylalkohol; Keton, wie etwa Aceton oder Methylethylketon; Ester, wie etwa Methylacetat oder Ethylacetat; und Cellosolve. Die Menge des Dispersionsmediums, das verwendet wird, wird in geeigneter Weise abhängig von der Art eines chemischen Reaktors, das für die Herstellung des aufgepfropften Kohlenstoffs verwendet wird, bestimmt.
Die ausgewählten Ruß, Polymer und Dispersionsmedium werden zunächst in einem geeigneten chemischen Reaktor gestellt, und dann gerührt und unter Hitze vermischt, so dass der Ruß und das Polymer miteinander reagieren. Der chemische Reaktor kann zum Beispiel ein Knetgerät, wie etwa eines vom Zweiwalzen- oder Dreiwalzentyp sein, oder ein Bewegungsgerät, wie etwa eine Kugelmühle oder eine Perlenmühle, welches Gerät beinhaltet: eine Aufwärmvorrichtung zum Anwenden von Wärme auf dem Ruß, Polymer und Dispersionsmedium, und eine Steuerungsvorrichtung zum Steuern der Betriebstemperatur der Aufwärmvorrichtung. Die chemische Reaktion wird in dem chemischen Reaktor für ungefähr 1–10 Stunden betrieben, vorzugsweise 1–5 Stunden, während die Reaktionstemperatur bei ungefähr 50–200°C, vorzugsweise 70–150°C gehalten wird.
In dem so erhaltenen aufgepfropften Kohlenstoff wird die Oberfläche des Rußes durch das Polymer bedeckt, so dass die funktionale Gruppe, die auf der Oberfläche des Rußes existiert, nicht außerhalb der Oberfläche des aufgepfropften Kohlenstoffes ausgesetzt wird. So werden die Teilchen des Rußes nicht polarisiert, wodurch die Dispergibilität der Teilchen des Rußes verbessert wird und demgemäß eine Akkumulation oder Kohäsion der Teilchen in der Harzzusammensetzung der äußersten Schutzschicht 18 verhindert wird.
Der aufgepfropfte Kohlenstoff, der wie vorstehend beschrieben aufgebaut ist, wird in die Harzzusammensetzung, die die äußerste Schicht (Schutzschicht 18) der Aufladungswalze von 1 oder 2 bildet, zugegeben, so dass der Gehalt des aufgepfropften Kohlenstoffs in der Harzzusammensetzung im Allgemeinen 5- 50 Gew.-% beträgt. Wenn der Gehalt des aufgepfropften Kohlenstoffs in der Harzzusammensetzung kleiner als die untere Grenze von 5 Gew.-% ist, würde es erschwert, den elektrischen Widerstand der Harzzusammensetzung innerhalb des gewünschten Bereichs zu halten. Wenn der Gehalt des aufgepfropften Kohlenstoffs größer als die obere Grenze von 50 Gew.-% ist, würde die Aufladungswalze an Problemen leiden, das der elektrische Widerstand exzessiv auf einen Wert verringert wird, der geringer als die untere Grenze des gewünschten Bereichs ist, dass die Festigkeit der äußersten Schicht verringert wird, was möglicherweise eine Rissbildung auf der Oberfläche verursacht, und, dass die Oberfläche der äußersten Schicht aufgerauht wird. Daher wird der Gehalt des aufgepfropften Kohlenstoffs in der Harzzusammensetzung auf 5-50 Gew.-% eingestellt, so dass die äußerste Schutzschicht 18 einen Volumenwiderstand innerhalb eines Bereichs von 10⁷-10¹⁵Ω·cm besitzt, wodurch die Aufladungswalze ausreichend die erforderliche Funktion der Aufladung einer fotoempfindlichen Trommel zeigt.
Die Harzzusammensetzung, die die äußerste Schicht (Schutzschicht 18) zusammensetzt, besteht aus einer Harzkomponente (Basisharzkomponente), welche ein bekanntes Harzmaterial ist, und einem elektrisch leitenden Mittel in der Form des aufgepfropften Kohlenstoffs, welcher gleichförmig in der Basisharzkomponente dispergiert ist. In der Aufladungswalze gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Basisharzkomponente vorzugsweise wenigstens ein fluormodifiziertes Acrylatharz, um so sicher die vorstehend beschriebenen Aufgaben der vorliegenden Erfindung zu erreichen. Wie in JP-A-7-228820 offenbart, ist das fluormodifizierte Acrylatharz, welches in der Basisharzkomponente eingeschlossen ist, ein fluormodifiziertes Acrylharz, wobei eine fluorierte organische Gruppe, wie etwa eine Perfluoralkylgruppe mit 1–20 Kohlenstoffatomen oder eine teilweise fluorierte Alkylgruppe mit 1–20 Kohlenstoffatomen, in einer Polymerhauptkette eines Acrylharzes als eine Polymerseitenkette mit oder ohne geeigneter chemischer Bindung oder Kupplungsgruppe, die zwischen der Polymerhauptkette des Acrylharzes und der fluorierten organischen Gruppe liegt, eingeführt wird. Ein derartiges fluormodifiziertes Acrylatharz ist ein Polymer, das durch Polymerisation von wenigstens einem fluoriertem Acrylat oder Methacrylat und wenigstens einem anderen Acrylat oder Methacrylat erhalten wurde, d. h. wenigstens ein fluorunmodifiziertes Acrylat oder Methacrylat. Beispiele des fluorierten Acrylats oder Methacrylats sind Perfluoralkylester oder teilweise fluorierte Alkylester der Acrylsäure oder Methacrylsäure, und Ester der Acrylsäure oder Methacrylsäure, wobei die fluorierte Alkylgruppe, die vorstehend beschrieben wurde, an die Polymerhauptgruppe des Acrylharzes über die organische Bindungsgruppe gebunden ist. Das Polymer des fluormodifizierten Acrylatharzes kann mit einer relativ kleinen Menge des Polysiloxan-enthaltenen Acrylats oder Methacrylats copolymerisiert werden, sofern benötigt. Das fluormodifizierte Acrylatharz verhindert ferner besser, dass die Tonerteilchen an die Oberfläche der Schutzschicht 18 aufgrund von Copolymerisation des polysiloxanhaltigen Acrylats oder Methacrylats haften.
Die Basisharzkomponente kann ferner ein Harz beinhalten, das sich von den fluormodifizierten Acrylatharz unterscheidet. Zum Beispiel wird vorzugsweise wenigstens eines aus einem fluorhaltigen Olefinharz und einem fluorunmodifizierten Acrylatharz mit dem fluormodifizierten Acrylatharz kombiniert, um so mit dem fluormodifizierten Acrylatharz zu kooperieren, um eine binäre oder ternäre Harzzusammensetzung zum Bilden der Basisharzkomponente der Schutzschicht 18 zusammenzusetzen. Die Kombination des fluormodifizierten Acrylatharzes und des fluorhaltigen Olefinharzes ermöglicht eine leichte Entfernung des Toners von der Oberfläche des Schutzschicht 18, sogar wenn der Toner dauernd anhaftet. Die Kombination des fluormodifizierten Acrylatharzes und des fluorunmodifiziertes Acrylatharzes erhöht effektiv die Anhaftung der Schutzschicht 18 an die Widerstandseinstellungsschicht 16. Wenn ferner sowohl das fluorhaltige Olefinharz und das fluorunmodifizierte Acrylatharz in Kombination mit dem fluormodifizierten Acrylatharz verwendet werden, kann die Schutzschicht 18, die aus einer derartigen Harzzusammensetzung gebildet wird, herausragende Eigenschaften zeigen, die auf einen synergetischen Effekt zurückgehen, der durch die Komponenten als das Basisharzmaterial bereitgestellt wird.
Das fluorhaltige bzw. fluorierte Olefinharz, das in Kombination mit dem fluormodifizierten Acrylatharz verwendet wird, wird durch Polymerisation und Copolymerisation eines fluorierten Olefinmonomers, wie etwa Tetrafluorethylen, Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen oder fluorhaltigen Vinylether, erhalten. Beispiele des fluorhaltigen Olefinharzes sind Poly(vinylidenfluorid), ein Copolymer aus Vinylidenfluorid und Tetrafluorethylen, ein Terpolymer aus Vinylidenfluorid, Tetrafluorethylen und Hexafluorpropylen, ein Copolymer aus Tetrafluorethylen und Hexafluorpropylen, und ein Copolymer aus Vinylidenfluorid und Hexafluorpropylen.
Das fluorunmodifizierte Acrylatharz, das in Kombination mit dem fluormodifizierten Acrylatharz verwendet wird, wird durch Polymerisation von wenigstens einem fluorunmodifizierten oder nicht fluorierten Acrylatmonomer erhalten, und ist das sogenannte Acrylatharz. Genauer beschrieben ist das fluorunmodifizierte Acrylatharz ein Homopolymer oder ein Copolymer aus Acrylatmonomer oder Monomeren. Zum Beispiel beinhaltet ein derartiges Acrylatmonomer: Alkylester, wie etwa Methylester, Ethylester, Butylester, Oktylester oder Dodekylester von Acrylsäure oder Methacrylsäure; Hydroxyalkylester, wie etwa Hydroxyethylester oder Hydroxybutylester oder Acrylsäure oder Methacrylsäure; und Glycidylester von Acrylsäure oder Methacrylsäure. Es ist insbesondere bevorzugt, ein Homopolymer von Methylmethacrylat oder ein Copolymer zu verwenden, welches Methylmethacrylat als eine Hauptkomponente enthält.
Das fluorhaltige Olefinharz wird in Kombination mit dem fluormodifizierten Acrylatharz in einer Menge von ungefähr 5–95 Gew.-%, vorzugsweise in einer Menge von ungefähr 20–50 Gew.-% verwendet. Das heißt, wenn das fluorierte Olefinharz mit den fluorierten modifizierten Acrylatharz kombiniert wird, wird das Gewichtsverhältnis des fluorierten Olefinharzes zu der Basisharzkomponente auf ungefähr 5–95% vorzugsweise ungefähr 20–50% eingestellt.
Das fluorunmodifizierte Acrylatharz wird in Kombination mit dem fluormodifizierten Acrylatharz in einer Menge von ungefähr 30–95 Gew.-%, vorzugsweise in einer Menge von ungefähr 35–65 Gew.-% verwendet. Das heißt, wenn das fluorunmodifizierte Acrylatharz mit dem fluormodifizierten Acrylatharz kombiniert wird, wird das Gewichtsverhältnis des fluorunmodifizierten Acrylatharzes zu der Basisharzkomponente auf ungefähr 30–95%, vorzugsweise ungefähr 35–65% eingestellt.
Wenn das fluorierte Olefinharz und das fluorierte unmodifizierte Acrylatharz beide mit dem fluorierten modifizierten Acrylatharz kombiniert werden, das heißt, wenn die Basisharzkomponente aus dem fluormodifizierten Acrylatharz, dem fluorierten Olefinharz, und dem fluorunmodifizierten Acrylatharz besteht, werden die Mengen der Harzkomponenten innerhalb der jeweiligen Bereich von 0,5–15 Gew.-%, 15–85 Gew.-%, und 10–75 Gew.-% gehalten, so dass ein Gesamtgehalt der drei Harzkomponenten auf 100 Gew.-% eingestellt wird.
Die Schutzschicht 18, welche hauptsächlich durch die Basisharzkomponente zusammengesetzt ist, die wenigstens das fluormodifizierte Acrylatharz beinhaltet, besitzt eine Dicke, welche in geeigneter Weise abhängig von der besonderen Anwendung der Aufladungswalze bestimmt wird. Im Allgemeinen beträgt die Dicke der Schutzschicht 18 ungefähr 1–50 μm, vorzugsweise ungefähr 3–10 μm.
Die Aufladungswalzen in der vorliegenden Erfindung, die in 1 und 2 gezeigt werden, können auf eine bekannte Weise hergestellt werden, indem die zuvor beschriebenen Materialien für die jeweiligen Schichten 12, 14, 16, 18 verwendet werden. Die weiche Basisschicht 12 wird anfangs auf dem Mittelschaft 10 unter Verwendung des leitenden festen elastischen Materials oder elektrisch leitenden schäumbaren Materials gemäß einem bekannten Verfahren, wie etwa Formung, gebildet. Auf der äußeren umlaufenden Oberfläche der erhaltenen Basisschicht 12 werden die Weichmacher-Blockierschicht 14 (in der ersten Ausführungsform von 1 allein), die Widerstandseinstellungsschicht 16 und die Schutzschicht 18 mit jeweiligen Dickewerten in der Reihenfolge der Beschreibung durch ein bekanntes Beschichtungsverfahren, wie etwa Eintauchen, gebildet, wodurch die gewünschte Aufladungswalze von 1 oder 2 erhalten wird.
In der gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebauten Aufladungswalze werden die weiche Basisschicht 12, die Weichmacher-Blockierschicht 14 (sofern bereitgestellt), die Widerstandseinstellungsschicht 16 und die Schutzschicht 18 aufeinander in der Reihenfolge der Beschreibung auf der äußeren umlaufenden Oberfläche des Mittelschaftes 10 laminiert. Die weiche Basisschicht 12 gibt der Aufladungswalze die gewünschte geringe Härte oder hohe Flexibilität und herausragende elektrische Leitfähigkeit. Die Weichmacher-Blockierschicht 14, welche, sofern benötigt, bereitgestellt wird, dient zum Verhindern des Ausblutens eines Weichmachers, wie etwa eines Öls, aus der weichen Basisschicht 12. Die Widerstandseinstellungsschicht 16 dient zum Erhöhen der Haltespannung oder Verbessern des Durchschlagwiderstands (Widerstands gegenüber Leck eines elektrischen Stroms) der Aufladungswalze.
Da die Schutzschicht 18 den aufgepfropften Kohlenstoff als das elektrisch leitende Mittel beinhaltet, dessen Dispergibilität aufgrund von dessen Struktur, in welcher die Oberfläche des Rußes durch das Polymer bedeckt ist, verbessert ist, wird darüber hinaus eine gleichförmige Verteilung des elektrischen Widerstands in der Schutzschicht 18 sichergestellt, während die Oberflächenglattheit der Schutzschicht 18 in einem derartigen Ausmaß verbessert wird, dass die Schutzschicht 18 einer Oberflächenrauheit Rz (zehn Punkt Höhe von Irregularitäten) von nicht größer als 3 μm, weiter bevorzugt nicht größer als 2 μm besitzt. Die verbesserte Oberflächenglattheit der Schutzschicht 18 ist effektiv, um eine Adhäsion oder Akkumulation des Toners und Zusatzstoffen an oder auf der Oberfläche der Walzen zu verhindern oder minimieren, wodurch effektiv das herkömmlich erfahrene Problem der lokalen Variation des elektrischen Widerstands der Oberfläche der Walze eliminiert wird und demgemäß es ermöglicht wird, eine gleichförmige Verteilung des elektrischen Widerstands über die gesamte Oberfläche der Walze zu etablieren.
Ferner wird aufgrund der Struktur, in welcher die Oberfläche des Rußes durch das Polymer bedeckt wird, die funktionale Gruppe, die auf der Oberfläche des Rußes existiert, nicht außerhalb der Oberfläche des aufgepfropften Kohlenstoffes ausgesetzt. So werden die Teilchen des Rußes nicht polarisiert, wodurch die Leichtigkeit der Steuerung des elektrischen Widerstands verbessert wird und effektiv das herkömmlicherweise erfahrene Problem der Verschlechterung des gebildeten Bildes aufgrund der Adhäsion oder Akkumulierung des Toners und Zusatzstoffen an oder auf die Walzenoberfläche eliminiert wird.
Beispiele Um das Prinzip der vorliegenden Erfindung weiter zu verdeutlichen werden einige Beispiele der Aufladungswalze, die gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, beschrieben werden. Jedoch muss verstanden werden, dass die Erfindung nicht auf Details dieser Beispiele beschränkt ist, sondern durch verschiedenen Änderungen, Modifikationen, Verbesserungen verwirklicht werden kann, welche dem Fachmann geläufig sind, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen.
Anfangs wurden sieben Arten von aufgepfropften Kohlenstoffen (elektrisch leitende Mittel A-G) durch Aufpfropfen eines Styrol-Acrylpolymers auf eine aufgepfropftes Polymer in verschiedene Arten von Rußen, die in Tabelle 1 gezeigt werden, hergestellt, so dass jeder aufgepfropfte Kohlenstoff ein vorbestimmtes Aufpfropfungsverhältnis besaß, das in Tabelle 1 angegeben ist. Genauer wurden zum Herstellen jedes aufgepfropften Kohlenstoffs vorbestimmte Gewichtsteile des Rußes, vorbestimmte Gewichtsteile des Styrol-Acrylpolymers, vorbestimmte Gewichtsteile des Methylisobutylketon als ein Dispersionsmedium (Lösungsmittel) in einem chemischen Reaktor, im Form einer Perlenmühle eingeführt, während gerührt und bei einer Temperatur von 110°C für drei Stunden vermischt wurde, so dass Styrol-Acrylpolymer und der Ruß miteinander reagierten. Die vorbestimmten Gewichtsteile der zwei Materialien und des Dispersionsmediums zum Herstellen jedes aufgepfropften Kohlenstoffs wurden in Tabelle 2 angegeben. Es sei bemerkt, dass das vorstehend angegebene Aufpfropfungsverhältnis ein Gewichtsverhältnis des aufgepfropften Polymers zum dem Ruß darstellt, das heißt ein Verhältnis des Gewichts des aufgepfropften Polymers zu dem Gewicht des Rußes, welches vor dem Aufpfropfen gemessen wurde.
Jeder Ruß besaß Eigenschaften, wie etwa Teilchengröße, DBP (Dibutylphtalat) Absorptionszahl und pH, wie in Tabelle 1 angegeben, welche gemessen wurden, bevor das Polymer auf den Ruß aufgepfropft wurde. Die Teilchengröße stellt einen arithmetischen Durchschnitt der Größe dar, die durch ein Elektronenmikroskop gemessen wurde. Die DBP-Absorptionszahl stellt eine Menge von DBP dar, die in 100 g des Rußes absorbiert wurde, wenn das DBP zu dem Ruß gegeben wurde, und wurde gemäß einem in JIS-K-6221-A definierten Verfahrens unter Verwendung eines Absorptionsmessgeräts bestimmt. Die Menge des absorbierten DBP wurde gemessen, wenn das Drehmoment einen vorgeschriebene Wert (maximales Drehmoment × 0,7) erreichte. Der pH stellt einen pH-Wert einer Flüssigkeit dar, die erhalten wurde, indem der Ruß in ein destilliertes Wasser vermischt wurde, und der pH-Wert wurde durch ein Glaselektrodenmessgerät gemäß einem in JIS-K-6221 definierten Verfahren gemessen.
[Tabelle 1]
[Tabelle 2]
Die so erhaltenen sieben Typen von aufgepfropften Kohlenstoffen (leitende Mittel A-G) und andere leitende Mittel H, I wurden verwendet, um elf Proben der Aufladungswalze (wie in 1 gezeigt) wie in Tabellen 3 und 4 angegeben, zu erhalten. Jede der Walzenproben wurde auf die folgenden Weise hergestellt.
Anfangs wurde ein zylindrischer Balken aus einem eisenhaltigen Material, wie etwa SUM22, mit Nickel mit einer dicke vom 5 μm durch stromloses Abscheiden platiniert, um so den Mittelschaft 10 mit einem Durchmesser von 8 mm bereitzustellen, während Materialien für die weiche Basisschicht (12), die Weichmacher-Blockierschicht (14), die Widerstandseinstellungsschicht (16) und Schutzschicht (18) gemäß den Zusammensetzungen für die jeweiligen Schichten, die vorstehend beschrieben wurden, hergestellt wurden. Es sei bemerkt, dass die Materialien für die Weichmacher-Blockierschicht (14) und die Widerstandseinstellungsschicht (16) in Methylethylketon aufgelöst wurden, um so eine Beschichtungsflüssigkeit mit einer geeigneten Viskositätswert bereitzustellen.

<<Zusammensetzung für die weiche Basisschicht (12)>>

Polynorbornenkautschuk	100 (Gewichtsteile)
Zinkoxid	5
Stearinsäure	1
Ketjenblack EC	70
Naphthenöl	400
Vulkanisationsbeschleuniger (TT)	1
Vulkanisationsbeschleuniger (TBT)	1
Vulkanisationsbeschleuniger (M)	1
Vulkanisationsbeschleuniger (TL)	0,5
Sulfur	1

Bemerkung:

TT: Tetramethylthiuramidsulfid
TBT: Tetrabutylthiuramidsulfid
M: Mercaptobenzothiazol
TL: Telluriumdiethyldithiocarbamat

<<Zusammensetzung für die Weichmacher-Blockierschicht (14)>>

N-Methoxymethyliertes Nylon 70 (Gewichtsteile)

Trimethylolmethoxymelamin 30

Ketjenblack EC 15
<<Zusammensetzung für die Widerstandseinstellungsschicht (16)>>

Epichlorohydrin-Kautschuk 100 (Gewichtsteile)

Verarbeitungshilfe 1

Ton 40

Minimum 5

Vulkanisationsbeschleuniger 22 1,5

Quartäres Ammoniumsalz 0,1

Bemerkung:

Vulkanisationsbeschleuniger 22: Ethylthioharnstoff

Nachfolgend wurde der Mittelschaft 10 in einer Position innerhalb einer Formungskavität einer Metallform plaziert, und die Formungskavität wurde dann mit dem Material für die weiche Basisschicht (12), die die vorstehend beschriebene Zusammensetzung aufwies, gefüllt. Das Material für die weiche Basisschicht (12) wurde dann vulkanisiert, so dass die weiche Basisschicht 12 mit einer Härte von 20° (JIS-A Härte), einen Volumenwiderstand von 10³Ω·cm und eine dicke von 3 mm wurde integral auf die äußere Oberfläche des Mittelschaftes 10 gebildet. Nachdem der wechselseitig integrierte Mittelschaft 10 und die weiche Basisschicht 12 aus der Metallform genommen wurden, wurde die weiche Basisschicht 12 einem bekannten Beschichtungsverfahren durch Eintauchen überzogen, wobei die Beschichtungsflüssigkeit verwendet wurde, die zum Bilden der Weichmacher-Blockierschicht (14) und der Widerstandseinstellungsschicht (16) hergestellt wurden, um hierdurch die Weichmacher-Blockierschicht 14 und die Widerstandseinstellungsschicht 16, die in dieser Reihenfolge auf die äußere Oberfläche der weichen Basisschicht 12 laminiert wurden, bereitzustellen. Die Widerstandseinstellungsschicht 16 wurde dann bei einer Temperatur 160°C für 45 Minuten vulkanisiert, um hierdurch eine intermediäre Kautschukwalze bereitzustellen, welch die Weichmacher-Blockierschicht 14 einen Volumenwiderstand von 10³Ω·cm besaß, während die Widerstandseinstellungsschicht 16 einen Volumenwiderstand von 10⁷Ω·cm und eine Dicke von 180 μm besaß.
Zum Bereitstellen der Schutzschicht 18 als die äußerste Schicht auf der so erhaltenen intermediären Kautschukwalze wurde jede der leitenden Mittel A-I mit der Basisharzkomponente durch jeweilige in Tabellen 3 und 4 angegebenen Gewichtsteilen vermischt, und die Mischung des leitenden Mittels und der Basisharzkomponente wurde in Methylethylketon aufgelöst, um so eine Beschichtungsflüssigkeit zum Bilden der Schutzschicht (18) bereitzustellen. Es sei bemerkt, dass die Basisharzkomponente, die aus 10 Gew.-% fluormodifizierten Acrylatharz (Copolymer, das teilweise fluorierte Acrylester aus Acrylsäure und Methylmethacrylat als Hauptkomponenten) 40 Gew.-% fluoriertes Olefinharz (Copolymer aus Vinylidenfluorid und Tetrafluorethylen), und 50 Gew.-% fluorunmodifiziertes Acrylatharz (Polymethylmethacrylat) bestand.
Die so erhaltene Beschichtungsflüssigkeit wurde verwendet, um die Schutzschicht 18 mit einer vorbestimmten Dicke, die in Tabellen 3 und 4 angegeben ist, auf die äußere umlaufende Oberfläche der intermediären Kautschukwalze bereitzustellen, d. h. auf die Oberfläche der Widerstandseinstellungsschicht 16, so dass jeweils eine der elf Proben der Aufladungswalzen hergestellt wurden.
Jede der so erhaltenen elf Proben der Aufladungswalzen (Nr. 1–11) wurden hinsichtlich der in Tabellen 3 und 4 angegebenen Eigenschaften bewertet. Zum Messen des Volumenwiderstands der Schutzschicht 18 von jeder Aufladungswalze wurde eine Probe der Schutzschicht 18 zunächst hergestellt, unabhängig von der Aufladungswalze, in dem das gleiche Material wie für die Schutzschicht 18 verwendet, in der Aufladungswalze verwendet wurde, und der Volumenwiderstand der Probe wurde gemessen, wenn 100V hieran angelegt wurde. Zum bestimmen, ob irgendeine Rißbildung der Schutzschicht 18 auftrat, wurde die Oberfläche der Schutzschicht 18 visuell beobachtet, wenn die Walze in ein Bildbildungsgerät eingebaut wurde. Das heißt die Oberfläche der Schutzschicht 18 wurde beobachtet, um so zu prüfen, ob irgendeine Rißbildung auf der Oberfläche der Schutzschicht 18 auftrat, wenn die Walze bei deren Einbau in das Bildbildungsgerät deformiert wurde. Die Oberflächenrauheit (Rz) der Walze wurde gemäß JIS-B-0601 gemessen.
Der Grad an Adhäsion des Toners an jede Probenwalze wurde wie folgt bewertet. Anfangs wurde die Probenwalze in einem herkömmlich erhältlichen Laserstrahldrucker ("Laserstrahl 4000", hergestellt durch Japan Hewlett Packard Co., Ltd., Japan) eingebaut, um so als dessen Aufladungswalze zu dienen. Unter der Arbeitsumgebung von 23°C und 53% relativer Feuchtigkeit wurde ein geeignetes Bild aufeinanderfolgend auf 1000 Papierblättern gedruckt. Nach dem Drucken wurde der Toner, der in der äußeren Oberfläche der jeweiligen Walze anhaftete, unter Verwendung eines Bandes ("Scotch Mending Tape" erhältlich von Sumitomo 3M Company, Japan) entfernt. Die Konzentration des auf das Band übertragenen Toners wurde durch ein Dichtemessgerät (hergestellt durch X-Rite Company, U.S.A.) gemessen. Der so gemessene Konzentrationswert stellt den Grad der Adhäsion des Toners an die äußere Oberfläche der Walze dar.
Im Allgemeinen scheint die äußere Oberfläche der schwarz gefärbten Walze durch weiße Pulver der Zusatzstoffe, die zu dem Toner gegeben wurden, bedeckt zu sein, wenn die Zusatzstoffe an die Walze anhaften. In dieser Hinsicht wurde der Grad der Adhäsion der Zusatzstoffe an jede Probenwalze bewertet, indem die äußere Oberflächenerscheinung der Walze beobachtet wurde. In den folgenden Tabellen 3 und 4 zeigt "O" an, dass die äußere Oberfläche der Walze fast schwarz beleibt, oder dass ein Teil oder Teile der äußere Oberfläche leicht durch die weißen Pulver gepudert wurden, "Δ" zeigt an, dass die gesamt äußere Oberfläche der Walze durch die weißen Pulver leicht gepudert wurde, und "X" zeigt an, dass die gesamte äußere Oberfläche der Walze weiß statt grau aufgrund der die gesamte Oberfläche bedeckenden weißen Pulver erschien.
Die Qualität des Bildes wurde bewertet, indem dessen Halbtoneigenschaften nach Drucken eines geeigneten Bildes auf 5000 Blättern unter Betriebsbedingungen von 15°C und 10% relativer Feuchtigkeit geprüft wurden während jede Probenwalze als die Aufladungswalze in dem vorstehend beschriebenen Laserstrahldrucker verwendet wurde. In den folgenden Tabellen 3 und 4 zeigt "0", dass das gebildete Bild nicht an Qualitätsverschlechterung leidet, "Δ" zeigt an, dass das gebildete Bild zur praktischen Verwendung tolerierbar war, "X" zeigt an, dass das gebildete Bild an ernsthafter Qualitätsverschlechterung litt, und zur praktischen Verwendung nicht zufriedenstellend war.
[Tabelle 3]
[Tabelle 4]
Die aus den in den vorstehenden Tabellen 3 und 4 angegebenen Ergebnissen ersichtlich ist, zeigten die unter Verwendung der Probenwalzen Nr. 1–6 gebildeten Bilder wesentlich hohe Qualität, da diesen Probenwalzen nicht an Rißbildung auf deren Oberflächen litten und relativ geringe Grade an Adhäsion des Toners und Zusatzstoffen an deren äußeren Oberflächen aufwiesen. Im Gegensatz dazu besaßen die Probenwalzen Nr. 10 und 11, in welchen Ruß oder enthaltendes Titandioxid als ein elektrisch leitendes Mittel verwendet wurde, relativ hohe Grade an Adhäsion des Toners und Zusatzstoffen an die äußeren Oberflächen der Walzen aufgrund der erhöhten Oberflächenrauheit (Rz), wodurch diese an ernsthafter Qualitätsverschlechterung des gebildeten Bildes litten, und keine zur praktischen Verwendung geeignete zufriedenstellende Qualität sicherstellen konnten.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, ist die gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaute Aufladungswalze so, dass die äußerste Schicht, welche in Kontakt mit der fotoempfindlichen Trommel gehalten wird, aus der Harzzusammensetzung gebildet, die das elektrisch leitende Mittel in der Form des aufgepfropften Kohlenstoffs beinhaltet, welches gebildet wird, indem das Polymer auf den Ruß aufgepfropft wird, so dass die Dispergibilität der Teilchen des Rußes oder aufgepfropften Kohlenstoffs verbessert wird. Die verbesserte Dispergibilität der Teilchen führt zu einer ausreichend gleichförmigen Verteilung des elektrischen Widerstandswertes und einer verbesserten Glattheit der äußeren Oberflächen der Aufladungswalze, wodurch vorteilhafterweise verhindert wird oder minimiert wird, dass der Toner und Zusatzstoffe an oder auf die Oberfläche der Walze anhaften oder sich akkumulieren. Ferner verbessert die Beschichtung der Oberfläche des Rußes durch das aufgepfropfte Polymer nicht nur die Leichtigkeit der Steuerung des elektrischen Widerstands, sonder verhindert auch die Polarisierung der jeweiligen Teilchen des Rußes, wodurch ferner in sicherer Weise die Adhäsion oder Akkumulierung des Toners und Zusatzstoffe an oder auf die Oberfläche der Walze verhindert wird, welches das herkömmlicherweise erfahrene Problem der Verschlechterung des gebildeten Bildes verursacht.

Claims

Aufladungswalze, welche in Rollkontakt mit einer fotoempfindlichen Trommel zum Aufladen der fotoempfindlichen Trommel gehalten wird, wobei die Aufladungswalze eine äußerste Schicht (18) umfasst, die aus einer Harzzusammensetzung, die aufgepfropften Kohlenstoff als ein elektrisch leitendes Mittel enthält, gebildet ist, wobei der aufgepfropfte Kohlenstoff ein Ruß und ein Polymer, welches auf dem Rußaufgepfropft ist, um so eine Oberfläche des Rußes zu bedecken, enthält, wobei die Aufladungsrolle dadurch gekennzeichnet ist, dass das Gewichtsverhältnis des Polymers, welches auf dem Rußaufgepfropft ist, zu dem Ruß in dem aufgepfropften Kohlenstoff 0,2 bis 1,0 beträgt, dass ein Gehalt des aufgepfropften Kohlenstoffs in der Harzzusammensetzung 5 bis 50 Gewichtsprozent beträgt, und dass die Harzzusammensetzung ein fluormodifiziertes Acrylat Harz als eine Harzkomponente der Harzzusammensetzung enthält.
Aufladungsrolle gemäß Anspruch 1, wobei die äußerste Schicht (18) eine äußere Oberfläche besitzt, welche eine Oberflächenrauheit Rz von nicht mehr als 3 μm besitzt.
Aufladungswalze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die äußerste Schicht (18) einen Volumenwiderstand innerhalb eines Bereichs von 10⁷–10¹⁵ Ωxcm besitzt.
Aufladungsrolle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Harzzusammensetzung ferner wenigstens eines aus einem fluorierten Olefinharz und einem nicht mit Fluor modifizierten Acrylatharz als eine Harzkomponente der Harzzusammensetzung enthält.
Aufladungswalze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, das ferner einen Mittelschaft (10), eine weiche Basisschicht (12), die auf einer umlaufenden Oberfläche des Mittelschaftes gebildet ist, eine Widerstandseinstellungsschicht (16), die radial auswärts der weichen Basisschicht gebildet ist, und eine Schutzschicht (18), welche auswärts der Widerstandseinstellungsschicht gebildet ist, und welche als die äußerste Schicht (18) dient.
Aufladungswalze gemäß Anspruch 5, wobei die weiche Basisschicht (12) aus einem festen elastischen Körper besteht, welcher elektrisch leitend ist.
Aufladungswalze gemäß Anspruch 5, wobei die weiche Basisschicht (12) aus einem Schaumkörper besteht, welcher elektrisch leitend ist.
Aufladungswalze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, die ferner eine Weichmacherblockierschicht (14) umfasst, die zwischen der weichen Basisschicht (12) und der Widerstandseinstellungsschicht (16) liegt.
Aufladungswalze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Ruß einen pH Wert von nicht mehr als 5 besitzt.