JPH1195542A - Resistance against oxidation and ageing of surface oxidized roller - Google Patents

Resistance against oxidation and ageing of surface oxidized roller

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JPH1195542A
JPH1195542A JP10170470A JP17047098A JPH1195542A JP H1195542 A JPH1195542 A JP H1195542A JP 10170470 A JP10170470 A JP 10170470A JP 17047098 A JP17047098 A JP 17047098A JP H1195542 A JPH1195542 A JP H1195542A
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JP
Japan
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roller
polybutadiene
antioxidant
developing member
polydiene
Prior art date
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Application number
JP10170470A
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Japanese (ja)
Inventor
Reonarudo Biichi Buratsudorii
ブラッドリー・レオナルド・ビーチ
Marii Matsushii Jiin
ジーン・マリー・マッシー
Deeru Matsushii Sekando Jiyonii
ジョニー・デール・マッシー・セカンド
Roido Roo Ronarudo
ロナルド・ロイド・ロー
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Original Assignee
Lexmark International Inc
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03GELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G5/00Recording members for original recording by exposure, e.g. to light, to heat, to electrons; Manufacture thereof; Selection of materials therefor
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03GELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
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    • G03G15/06Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for developing
    • G03G15/08Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for developing using a solid developer, e.g. powder developer
    • G03G15/0806Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for developing using a solid developer, e.g. powder developer on a donor element, e.g. belt, roller
    • G03G15/0818Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for developing using a solid developer, e.g. powder developer on a donor element, e.g. belt, roller characterised by the structure of the donor member, e.g. surface properties

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain excellent printing performance and to prolong the effective life of a roller by using an antioxidant such as a hindered phenol. SOLUTION: This roller consists of an injection molded urethane conductive rubber roller having a surface layer of high electric resistivity and is prepared by blending a polydiene such as polyisoprene as the prepolymer of polyol or urethane with a second prepolymer of polyurethane and conductive additive such as iron (III) chloride. The surface of the hardened roller is oxidized to form a surface layer of a material having high electric resistivity. The roller is hardened by baking at a rather high temp. in air for several hours. By the reaction of oxygen and polybutadiene with iron (III) chloride as a catalyst, the surface of the roller is oxidized. To suppress further oxidation of the roller in the functional life to the min. as possible, an antioxidant such as hindered phenol is used.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】この出願は、1997年5月14日に出願
した米国特許分割出願60/046,884号の継続出
願である。1996年4月9日に出願した米国特許出願
番号08/629,855号は登録されているが、耐酸
化老化性のための本発明によって修飾されたローラに関
する。1997年6月6日に出願した米国特許出願番号
08/870,782号は上記出願番号08/629,
855号の分割であり、方法の範囲に関するものであ
る。1995年4月19日に出願した米国特許出願番号
08/423,481号の対応部分は、本願と共通の発
明者による1996年10月23日の英国特許出願23
00050として公開されているが、本願の実施態様に
示すように、この米国特許出願はポリカプロラクトンエ
ステルの本体と塩化第二鉄とを有する現像ローラにつて
のものである。
[0001] This application is a continuation of US Patent Application Serial No. 60 / 046,884, filed May 14, 1997. US patent application Ser. No. 08 / 629,855, filed Apr. 9, 1996, relates to a roller modified according to the present invention for oxidation aging resistance. U.S. patent application Ser. No. 08 / 870,782, filed Jun. 6, 1997, is incorporated herein by reference.
No. 855, which relates to the scope of the method. A corresponding part of U.S. patent application Ser. No. 08 / 423,481, filed Apr. 19, 1995, is filed by British patent application No. 23 / Oct.
Although disclosed in US Pat. No. 0,050, as shown in the embodiments of the present application, this U.S. patent application is directed to a developing roller having a polycaprolactone ester body and ferric chloride.

【0002】[0002]

【発明の属する技術分野】本発明は電子写真に使用する
現像ローラに関するものであり、さらに詳細には、表面
に電気抵抗率の高い層を有するローラと、その製造方法
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a developing roller for use in electrophotography, and more particularly, to a roller having a layer having a high electric resistivity on its surface and a method for producing the same.

【0003】[0003]

【従来の技術】密着電子写真印刷に使用し、半導電性の
コア上に高抵抗の表面層を有する機能性現像ローラによ
れば、印刷部材の移動速度(プロセス速度という)に関
係なく、優れた印刷特性が得られる。本発明は、半導電
性コアを製作した後、スプレー・コーティングまたはデ
ィップ・コーティングなどの別工程で、そのコアを高抵
抗の材料でコーティングする一般的な方法を改善するも
のである。
2. Description of the Related Art According to a functional developing roller used for contact electrophotographic printing and having a high-resistance surface layer on a semiconductive core, excellent performance can be obtained irrespective of the moving speed (process speed) of a printing member. Printing characteristics are obtained. The present invention improves upon the general method of fabricating a semiconductive core and then coating the core with a high resistance material in a separate step such as spray coating or dip coating.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記の出願番号第08
/629,855号で説明される材料の新規な組み合わ
せを用いれば、ローラの表面を単に酸化させることによ
り、高抵抗の表面層を、これより導電性の高いコアの上
に形成することができる。これにより、別工程により導
電性のローラに抵抗層をコーティングする必要がなくな
る。この工程は、半導電性コアを製作した後、スプレー
・コーティングまたはディップ・コーティングなどの別
工程において、そのコアを抵抗材料でコーティングする
一般的な方法を改善するものである。ベーキングはスプ
レー・コーティングやディップ・コーティングより費用
効率が高く、欠陥の少ないローラを形成する。本発明の
ベーキングしたポリジエン・ベースのローラは、コーテ
ィングされたローラの電気特性と類似した特性を有し、
広範囲のプロセス速度において優れた印刷性能を与え
る。
The above-mentioned application No. 08
With the novel combination of materials described in US Pat. No. 6,629,855, a high resistance surface layer can be formed on a more conductive core by simply oxidizing the surface of the roller. . This eliminates the need to coat the conductive roller with a resistive layer in a separate step. This step improves the general method of fabricating the semiconductive core and then coating the core with a resistive material in a separate step such as spray coating or dip coating. Baking is more cost effective than spray coating and dip coating and produces rollers with less defects. The baked polydiene based roller of the present invention has properties similar to the electrical properties of the coated roller,
Provides excellent printing performance over a wide range of process speeds.

【0005】しかしながら、ローラの機能性の寿命の
間、この材料セットは老化又は酸化による老化として知
られるさらなる酸化を受け易く、これらはローラの特性
に対する有害な影響を有する。
[0005] However, during the life of the functionality of the roller, this set of materials is susceptible to further oxidation, known as aging or aging due to oxidation, which has a detrimental effect on the properties of the roller.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、その機
能性の寿命の間にローラのさらなる酸化を最小限にする
ために、ヒンダードフェノールのような酸化防止剤が用
いられる。酸化防止剤により、優れた印刷性能を提供さ
れつつローラの有効寿命は約10倍以上延びる。
According to the present invention, an antioxidant such as hindered phenol is used to minimize further oxidation of the roller during its functional life. The antioxidant extends the useful life of the roller by a factor of about 10 or more while providing excellent printing performance.

【0007】本発明のローラは、電気抵抗率の高い表面
層を有する注型ウレタン導電性ゴムローラである。この
ローラの電気特性は、コーティングしたローラの電気特
性と類似する。このローラは、ポリイソプレンなどのポ
リジエン、さらに具体的にはポリブタジエンをポリオー
ル又はウレタンのプレポリマーとして、第2のポリウレ
タンのプレポリマー及び塩化第二鉄などの導電性添加剤
とブレンドしたもので構成されている。ローラのバルク
抵抗率は、温度22℃、相対湿度50%で、約1×10
8オーム−cmである。硬化したローラの表面を酸化し
て、電気抵抗率の高い材料の表面層を形成させる。ロー
ラの酸化は、ローラを空気中でかなりの高温(80℃を
越える)で数時間ベーキングすることにより行われる。
塩化第二鉄を触媒とする酸素とポリブタジエンとの反応
により、ローラの表面が酸化される。酸化層は非常に高
抵抗である。製造コストは低い。
The roller of the present invention is a cast urethane conductive rubber roller having a surface layer having a high electric resistivity. The electrical properties of this roller are similar to those of a coated roller. The roller is composed of a polydiene such as polyisoprene, more specifically, a blend of polybutadiene as a polyol or urethane prepolymer with a second polyurethane prepolymer and a conductive additive such as ferric chloride. ing. The bulk resistivity of the roller is about 1 × 10 at a temperature of 22 ° C. and a relative humidity of 50%.
8 ohm-cm. The cured roller surface is oxidized to form a surface layer of a high electrical resistivity material. Oxidation of the rollers is accomplished by baking the rollers in air at fairly high temperatures (above 80 ° C.) for several hours.
The surface of the roller is oxidized by a reaction between oxygen and polybutadiene using ferric chloride as a catalyst. The oxide layer has a very high resistance. Manufacturing costs are low.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】電子写真では、現像ローラの機能
は像パターンに帯電させた光伝導体ドラム上の、トナー
層を現像することである。光伝導体、トナー及び現像ロ
ーラの誘電厚さによって決定される現像バイアスの1ボ
ルト当たりのトナー固定量が、二つの層が塗布されたロ
ーラで現像されるであろう。この現像特性は、限度内で
はプロセス速度に依存しない。これとは対照的に、単一
抵抗の均質ローラは、光伝導体とトナーの誘電定数、な
らびに光伝導体ニップ中のローラの抵抗に基づくトナー
量を現像する。これはプロセス速度に依存する。さら
に、二層ローラは均質ローラより大きな時定数を有す
る。大きな時定数をもつ材料では、光伝導体ニップの入
口の現像ロール上をより高い有効表面ポテンシャルの状
態にする。これによりローラの単一ペルドット印刷性能
が改善される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In electrophotography, the function of the developing roller is to develop a toner layer on a photoconductor drum charged to an image pattern. A fixed amount of toner per volt of development bias, determined by the photoconductor, toner, and dielectric thickness of the development roller, will be developed on the roller with the two layers applied. This development characteristic does not depend on the process speed within limits. In contrast, a single resistance homogeneous roller develops a toner quantity based on the dielectric constant of the photoconductor and toner, as well as the resistance of the roller in the photoconductor nip. This depends on the process speed. Further, a two-layer roller has a larger time constant than a homogeneous roller. A material with a large time constant places a higher effective surface potential on the developer roll at the entrance of the photoconductor nip. This improves the single pel dot printing performance of the roller.

【0009】したがって、二層ローラの印刷性能は、広
いプロセス速度範囲で均質ローラより優れ、オフィス環
境に左右されにくい。正常な動作中での二層ローラの望
ましい電気特性は、コアの抵抗率が温度22℃、相対湿
度(RH)50%で1×109オーム−cm未満、好ま
しくは3×108オーム−cm未満、コーティングの抵
抗率が温度22℃、50%RHで5×109オーム−c
m〜2×1012オーム−cm、好ましくは1×1011オ
ーム−cm、コーティングの厚さが温度22℃、50%
RHで約50〜150ミクロン、好ましくは約100ミ
クロンである。時定数は温度22℃、50%RHで約5
〜2,000ミリ秒、好ましくは約100ミリ秒とすべ
きである。
Therefore, the printing performance of a two-layer roller is superior to a homogeneous roller over a wide range of process speeds and is less susceptible to office environments. Desirable electrical properties of the two-layer roller during normal operation include a core resistivity of less than 1.times.10@9 ohm-cm, preferably less than 3.times.10@8 ohm-cm at a temperature of 22 DEG C. and 50% relative humidity (RH). The resistivity of the coating is 5.times.10@9 ohm-c at 22 DEG C. and 50% RH.
m to 2 × 10 12 ohm-cm, preferably 1 × 10 11 ohm-cm, coating thickness 22 ° C., 50%
RH is about 50-150 microns, preferably about 100 microns. The time constant is about 5 at 22 ° C and 50% RH.
It should be 0002000 ms, preferably about 100 ms.

【0010】抵抗層を有する半導電性のローラを製造す
る一般的な方法では、例えば液状のウレタンの注型又は
ゴムのトランスファー成形などのあらゆる標準的なゴム
成型法を用いてコアを形成する。次にコアを正規の寸法
に研磨し、抵抗材料を所望の厚さにスプレー・コーテイ
ングまたはディップ・コーティングする。コーティング
は通常数層塗布して、望ましい厚さである100ミクロ
ンになるようにする。この方法での問題は、複数のコー
ティング工程のためコストが高くなることや、コーティ
ング工程の間に表面層に欠陥が生じることである。
[0010] A common method of producing a semi-conductive roller having a resistive layer is to form the core using any standard rubber molding method, such as casting liquid urethane or transfer molding rubber. The core is then ground to size and the resistive material is spray coated or dip coated to the desired thickness. The coating is typically applied in several layers to a desired thickness of 100 microns. The problem with this method is that the costs are high due to the multiple coating steps and that the surface layer is defective during the coating steps.

【0011】本明細書に記載する材料の独自の組み合わ
せを用いれば、単に空気中で高温でベーキングすること
により、注型したウレタンローラ上に抵抗表面層を形成
することができる。塩化第二鉄の存在下でポリブタジエ
ンを酸化すると、表面に高抵抗層を形成させることがで
きる。この層の厚さおよび抵抗率は、ポリブタジエンの
量、塩化第二鉄の量、ベーキング時間、ベーキング温
度、及び酸素濃度を変化させることにより制御すること
ができる。しかしながら、抵抗性の表面層を形成するた
めのこの制御された酸化プロセスの後にローラに残存す
る材料により、ローラはさらに酸化され易くなり、この
酸化は、プリンタの使用前又はその機能的な寿命の間の
両方の貯蔵において遭遇する可能性があるより高温で促
進される。
With the unique combination of materials described herein, a resistive surface layer can be formed on cast urethane rollers simply by baking at high temperatures in air. When polybutadiene is oxidized in the presence of ferric chloride, a high-resistance layer can be formed on the surface. The thickness and resistivity of this layer can be controlled by varying the amount of polybutadiene, amount of ferric chloride, baking time, baking temperature, and oxygen concentration. However, the material remaining on the roller after this controlled oxidation process to form a resistive surface layer makes the roller more susceptible to oxidation, which oxidation may affect the life of the printer prior to use or its functional life. Accelerated at higher temperatures that may be encountered in both storages in between.

【0012】本発明では、ウレタンのプレポリマーを、
ジオール又はウレタン・プレポリマー型のポリブタジエ
ン、ならびに導電性変性剤としての塩化第二鉄とブレン
ドしたものの使用を含む。ブレンドした材料をローラの
形状に硬化させた後、高温(≧80℃)で様々な時間で
ベーキングしてローラの表面を酸化させる。この酸化に
より、ローラの表面に高抵抗の材料の層が形成される。
In the present invention, the urethane prepolymer is
Includes the use of polybutadienes of the diol or urethane prepolymer type, as well as blends with ferric chloride as a conductivity modifier. After the blended material is cured into the shape of a roller, it is baked at elevated temperature (≥80 ° C.) for various times to oxidize the surface of the roller. This oxidation forms a layer of high resistance material on the surface of the roller.

【0013】ポリカプロラクトンのウレタン・プレポリ
マー、例えばVibrathane6060(ユニロー
ヤルケミカルの登録商標の製品)が、温度及び湿度変化
に対して電気抵抗率が安定であるため、ベース・ウレタ
ンとして好ましい。Vibrathane6060はポ
リカプロラクトン・エステル・トルエン−ジイソシアネ
ート・プレポリマーである。ウレタンに塩化第二鉄を添
加して、ローラ・コアの電気抵抗率を1×109オーム
−cm未満に減少させる。ポリカプロラクトン・ウレタ
ンと塩化第二鉄との組み合わせにより、ローラの表面か
ら中心部すなわちコアまで単一の抵抗率のローラが形成
される。表面層の抵抗が高いローラを形成するために
は、配合中にポリジエンが含まれなければならない。
Urethane prepolymers of polycaprolactone, such as Vibrathane 6060 (a product of Uniroyal Chemical Corporation) are preferred as base urethanes because of their stable electrical resistivity to changes in temperature and humidity. Vibrathane 6060 is a polycaprolactone ester toluene-diisocyanate prepolymer. Ferric chloride is added to the urethane to reduce the electrical resistivity of the roller core to less than 1 × 10 9 ohm-cm. The combination of polycaprolactone urethane and ferric chloride forms a single resistivity roller from the roller surface to the center or core. To form a roller with a high surface layer resistance, a polydiene must be included in the formulation.

【0014】ポリブタジエンジオール(PBD)をトル
エンジイソシアネート(TDI)と反応させてポリブタ
ジエン・プレポリマーを生成させる。このPBD−TD
Iプレポリマーを種々の割合でカプロラクトン・プレポ
リマーとブレンドすることができる。適当なポリブタジ
エン・プレポリマーは、ユニローヤルケミカルの試験的
製品である。これらのプレポリマーをブレンドしたもの
を、三官能性ポリエーテルポリオールであるVoran
ol234−630(ダウケミカル、カンパニーインコ
ーポの登録商標の製品)などの硬化剤を使用して硬化す
る。典型的なポリカプロラクトン/ポリブタジエンのブ
レンド比は、ポリカプロラクトンとポリブタジエンを含
むゴム全体を100重量部として、95/5重量部〜6
0/40重量部である。
The polybutadiene diol (PBD) is reacted with toluene diisocyanate (TDI) to form a polybutadiene prepolymer. This PBD-TD
The I prepolymer can be blended in various proportions with the caprolactone prepolymer. A suitable polybutadiene prepolymer is a pilot product of Uniroyal Chemical. A blend of these prepolymers is made into Voran, a trifunctional polyether polyol.
234-630 (a product of Dow Chemical Co., Ltd.). A typical blend ratio of polycaprolactone / polybutadiene is from 95/5 parts by weight to 6 parts by weight based on 100 parts by weight of the whole rubber containing polycaprolactone and polybutadiene.
0/40 parts by weight.

【0015】上記に代わる処方として、ポリカプロラク
トン・ウレタンは、ポリブタジエンジオール(Elf
Atochemの製品である登録商標R−45HTのp
oly bdなど)と、Voranol234−630
などの三官能性の硬化剤との組み合わせを使用して硬化
させることができる。商標poly bd R−45H
Tポリブタジエンは2800の分子量Mnを有すると共
に、cis−1,4−ポリブタジエン20%、tran
s−1,4−ポリブタジエン60%、及び1,2−ポリ
ブタジエン20%からなるミクロ構造を有する。Vor
anol234−630は、官能性が3のポリエーテル
ポリオールである。この場合、ポリブタジエンジオール
はウレタンのポリマー連鎖延長剤として機能する。商標
polybd R−45HTに対するVoranolの
代表的な重量比は、1/0〜1/7の範囲である。
As an alternative formulation, polycaprolactone / urethane is a polybutadiene diol (Elf)
A-chem product R-45HT registered trademark p
oly bd) and Voranol 234-630
It can be cured using a combination with a trifunctional curing agent such as Trademark poly bd R-45H
T-polybutadiene has a molecular weight Mn of 2800 and cis-1,4-polybutadiene 20%, tran
It has a microstructure consisting of 60% s-1,4-polybutadiene and 20% 1,2-polybutadiene. Vor
nanol 234-630 is a polyether polyol with a functionality of 3. In this case, the polybutadiene diol functions as a urethane polymer chain extender. Typical weight ratios of Voranol to the trademark polybd R-45HT range from 1/0 to 1/7.

【0016】ポリブタジエン・プレポリマーは抵抗の非
常に高い材料である。塩化銅(II)又は塩化第二鉄な
どの粉末状の導電性添加剤を高濃度で添加しても、この
材料の電気抵抗率は低下しない。これとは対照的に、ゴ
ム100重量部に対して0.1重量部の塩化第二鉄粉
を、100重量部のポリカプロラクトン・ウレタンに添
加すると、電気抵抗率は5×1010オーム−cmの範囲
から1.5×108オーム−cmまで減少する。塩化第
二鉄は、ポリブタジエン・プレポリマーには不溶性であ
る。
[0016] Polybutadiene prepolymer is a very high resistance material. Even if a powdery conductive additive such as copper (II) chloride or ferric chloride is added at a high concentration, the electrical resistivity of this material does not decrease. In contrast, when 0.1 part by weight of ferric chloride powder is added to 100 parts by weight of polycaprolactone / urethane per 100 parts by weight of rubber, the electrical resistivity is 5 × 10 10 ohm-cm. From the range to 1.5 × 10 8 ohm-cm. Ferric chloride is insoluble in the polybutadiene prepolymer.

【0017】塩化第二鉄をポリブタジエン/ポリカプロ
ラクトン・ウレタンのブレンドしたものに添加して、ブ
レンドしたもののバルク抵抗率を1×109オーム−c
m未満に減少させる。塩化第二鉄の代表的な濃度は、ゴ
ム100重量部に対して0.05〜0.30重量部であ
る。塩化第一鉄、塩化カルシウム、及びコバルトヘキサ
フルオロアセチルアセトネートなど、他の粉末状の導電
性添加剤を、塩化第二鉄の代替品として使用することが
できる。
Ferric chloride is added to the polybutadiene / polycaprolactone / urethane blend, and the bulk resistivity of the blend is 1 × 10 9 ohm-c.
m. Typical concentrations of ferric chloride are 0.05 to 0.30 parts by weight per 100 parts by weight of rubber. Other powdered conductive additives, such as ferrous chloride, calcium chloride, and cobalt hexafluoroacetylacetonate, can be used as a replacement for ferric chloride.

【0018】次にウレタン配合物を、中央の金属シャフ
ト周囲の金型に注型した後、金型内硬化、取り出し、お
よびオーブン内での後硬化を組み合わせて、約100℃
で16時間硬化させる。次にローラを正規の寸法に研磨
する。このローラは表面に抵抗層を有していない。抵抗
層は、研磨したローラを空気中で、高温で、所定時間ベ
ーキングすることにより形成される。このベーキングに
より塩化第二鉄とポリブタジエンが酸化される。ポリブ
タジエンは高度に不飽和であり、このためきわめて酸化
され易い。塩化第二鉄の存在は、この酸化過程において
触媒として機能するのに必要である。実施例1に、この
ような材料の組合わせを用いた配合と製造条件を例示す
る。塩化銅(II)は高抵抗の表面層を形成する酸化反
応に触媒として十分機能しないため、塩化銅(II)の
存在では高抵抗層は形成されない。
The urethane formulation is then cast into a mold around a central metal shaft and then combined with in-mold cure, removal, and post-cure in an oven at about 100 ° C.
And cure for 16 hours. Next, the rollers are polished to regular dimensions. This roller has no resistance layer on the surface. The resistance layer is formed by baking the polished roller in air at a high temperature for a predetermined time. This baking oxidizes ferric chloride and polybutadiene. Polybutadiene is highly unsaturated and is therefore very susceptible to oxidation. The presence of ferric chloride is necessary to function as a catalyst in this oxidation process. Example 1 illustrates the composition and manufacturing conditions using such a combination of materials. Since copper (II) chloride does not function sufficiently as a catalyst for an oxidation reaction forming a high-resistance surface layer, a high-resistance layer is not formed in the presence of copper (II) chloride.

【0019】塩化第二鉄の存在下でのポリブタジエンの
酸化により、高抵抗の表面層が形成される。この表面層
の厚さと電気抵抗率は、塩化第二鉄の濃度、ポリブタジ
エンの濃度、ベーキング温度、酸素の量、およびベーキ
ング時間を変えることにより制御することができる。
Oxidation of polybutadiene in the presence of ferric chloride forms a high resistance surface layer. The thickness and electrical resistivity of the surface layer can be controlled by changing the concentration of ferric chloride, the concentration of polybutadiene, the baking temperature, the amount of oxygen, and the baking time.

【0020】ローラの加工後に、室温(22℃)でさえ
酸化がさらに起こる可能性がある。酸化防止剤なしに、
ローラの寿命の間にローラの印刷性能を変える、抵抗性
の表面層の厚さは増加し得る。したがって、ローラの有
効な寿命を延ばすためにローラに酸化防止剤を加えるこ
とが必要であり、このような寿命により機能的な寿命だ
けでなく使用前の貯蔵寿命も延びる。
After processing the rollers, further oxidation can occur even at room temperature (22 ° C.). Without antioxidants,
The thickness of the resistive surface layer, which changes the printing performance of the roller during the life of the roller, can increase. Therefore, it is necessary to add an antioxidant to the roller in order to extend the useful life of the roller, and such a life increases not only the functional life but also the storage life before use.

【0021】酸化防止剤は、ゴム工業の規格にあった酸
化防止剤の主な種類から選ばれ、例えば、ジフェニルア
ミン又はジハイドロキノリンのような芳香族アミン;置
換フェノールのようなフェノール;亜リン酸塩又は硫化
物のようなハイドロパーオキサイドの分解剤;である。
キャスティングプロセスの間に酸化防止剤を加えること
は、より高い酸化ベーキング温度及び/又はより長いベ
ーキング時間を必要とすことにより、抵抗性の表面層を
形成するためのベークプロセスの修正を必要とする。例
えば、BTHとしても知られる2,6−ジ−ターシャリ
ーブチル−4−メチル−フェノール、又は、サイテック
インダストリーズのCYANOX2246としても知ら
れる2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−ターシ
ャリーブチル)フェノールのヒンダードフェノールのよ
うな酸化防止剤を用いることができる。ポリブタジエン
ジオール又はプレポリマー原材料にプレブレンドし、次
いで前述の標準タイプのプロセスを用いてローラをキャ
ストすることによって、或いは、酸化防止剤の希釈溶液
をローラ表面にティップ又はスプレー・コーティングす
るような後処理プロセスを用いて塗布し、酸化防止剤を
ゴムローラ内に拡散させることによって、酸化防止剤を
ローラに加えることができる。酸化防止剤の濃度は、用
いる酸化防止剤のタイプとローラに加える方法によって
変化させてもよい。例えば、用いるBHTは、混合した
ウレタン原材料をキャストする間にローラに加えられる
ときに、0.05重量%(w/w)〜1.0%(w/
w)、好ましくは0.08%(w/w)〜0.40%
(w/w)の範囲としてもよい。また、CYANOX2
246は、溶媒に溶解することによるティップ・コーテ
ィングのような後処理プロセスでローラに加えられると
きに、2.0%〜28.0%(w/w)、好ましくは1
0.0%〜20.0%(w/w)の範囲としてもよい。
実施例2と3に、配合とこのような材料とプロセスを用
いるための加工条件とを例示する。
The antioxidant is selected from the main types of antioxidants which meet the standards of the rubber industry, for example, aromatic amines such as diphenylamine or dihydroquinoline; phenols such as substituted phenols; Hydroperoxide decomposers such as salts or sulfides;
Adding an antioxidant during the casting process requires modification of the bake process to form a resistive surface layer by requiring higher oxidation bake temperatures and / or longer bake times. . For example, 2,6-di-tert-butyl-4-methyl-phenol, also known as BTH, or 2,2'-methylenebis (4-methyl-6-tert-butyl), also known as Cytec Industries' CYANOX2246. Antioxidants such as hindered phenols of phenol can be used. Post-treatment by pre-blending with the polybutadiene diol or prepolymer raw material and then casting the roller using the standard type of process described above, or by tipping or spray coating a dilute solution of antioxidant on the roller surface The antioxidant can be added to the roller by applying using a process and diffusing the antioxidant into the rubber roller. The concentration of antioxidant may be varied depending on the type of antioxidant used and the method of adding to the roller. For example, the BHT used can be between 0.05% by weight (w / w) and 1.0% (w / w) when added to the rollers during casting of the mixed urethane raw material.
w), preferably 0.08% (w / w) to 0.40%
(W / w). Also, CYANOX2
246 is 2.0% to 28.0% (w / w), preferably 1% when added to the rollers in a post-treatment process such as tip coating by dissolving in a solvent.
The range may be 0.0% to 20.0% (w / w).
Examples 2 and 3 illustrate the formulations and processing conditions for using such materials and processes.

【0022】ローラは、各種の電気的方法により特徴づ
けられる。ローラは通常、イソプロピルアルコールで洗
浄し、ローラの下方に10mmの帯状に導電性カーボン
塗料を塗布する。この代わりに、ローラの下方に導電性
カーボンテープ片を配置してもよい。塗装した表面とロ
ーラのシャフトを電気的に接触させて回路を形成する。
100VでのローラのDC抵抗率、1kHzでのAC抵
抗率、および時定数を測定する。時定数の測定は、ロー
ラに100Vのバイアスを印加し、この電圧を除去し、
ローラ上の電圧が元の値の1/e(37%)に減少する
までの時間を測定することにより行う。この時定数はロ
ーラの表面層の厚さと抵抗率に関係する。ローラは、2
つの並列回路を直列に接続したものとしてモデル化され
る。ひとつのRC回路はコアを表し、第2のRC回路は
コーティングを表す。このモデルに基づき、下記の式を
適用する。 τ=R×C=rhoc×Kc×ε0 rhoc=τ/(Kc×ε0) T=R×A/rhoc ここで、 τ=時定数 rhoc=コーティングの抵抗率 C=キャパシタンス Kc=コーティングの誘電率 ε0=8.85×10-12クーロン2/ニュートン×メー
トル2(自由空間の誘電率) T=抵抗層の厚さ R=ローラのDC抵抗 A=ローラの表面積
The rollers are characterized by various electrical methods. The roller is usually cleaned with isopropyl alcohol, and a conductive carbon paint is applied in a 10 mm band below the roller. Alternatively, a conductive carbon tape piece may be arranged below the roller. The painted surface is brought into electrical contact with the roller shaft to form a circuit.
The DC resistivity of the roller at 100 V is measured, the AC resistivity at 1 kHz, and the time constant. To measure the time constant, apply a bias of 100 V to the roller, remove this voltage,
This is performed by measuring the time until the voltage on the roller decreases to 1 / e (37%) of the original value. This time constant is related to the thickness and resistivity of the surface layer of the roller. Roller is 2
It is modeled as a series connection of two parallel circuits. One RC circuit represents the core and the second RC circuit represents the coating. Based on this model, the following equation is applied. τ = R × C = rhoc × Kc × ε0 rhoc = τ / (Kc × ε0) T = R × A / rhoc where τ = time constant rhoc = resistivity of coating C = capacitance Kc = dielectric constant of coating ε0 = 8.85 × 10 −12 coulomb 2 / Newton × meter 2 (dielectric constant of free space) T = thickness of resistive layer R = DC resistance of roller A = surface area of roller

【0023】したがって、コーティングの厚さおよび抵
抗率は、時定数とDC抵抗の測定値から算出することが
できる。コーティングの誘電率は、ポリウレタン・ゴム
の代表的な値である10と推定される。
Thus, the thickness and resistivity of the coating can be calculated from the measured time constant and DC resistance. The dielectric constant of the coating is estimated to be 10, which is a typical value for polyurethane rubber.

【0024】試験的な観察によれば、ローラに酸化防止
剤を加えることによってローラ性能が劇的に改善される
ことが示され、これは、酸化防止剤を加えていないロー
ラでは43℃でたった39日のエージング後に許容でき
ない厚さを示すものが、上記の酸化防止剤を加えたもの
は43℃で140日のエージング後でさえ許容される電
気特性を示すものである。ティップ・コーティングプロ
セスを用いてローラに酸化防止剤を塗布することによっ
て劇的な改善が示され、これは、酸化防止剤を加えてい
ないローラに対して80℃で1日のエージングに比べ
て、上記の酸化防止剤を加えたものは80℃で11日の
エージング後でさえ許容される電気特性を示し、11倍
を越す改善を示すものである。
Experimental observations have shown that the addition of antioxidants to the rollers dramatically improves roller performance, which was only 43 ° C. for rollers without antioxidants. Those showing an unacceptable thickness after 39 days of aging, while those with the addition of the above antioxidant show acceptable electrical properties even after 140 days of aging at 43 ° C. Applying the antioxidant to the rollers using a tip coating process shows a dramatic improvement, as compared to 1 day aging at 80 ° C. for rollers without added antioxidant. The addition of the above antioxidants shows acceptable electrical properties even after aging at 80 ° C. for 11 days, showing an improvement of over 11 times.

【0025】ポリブタジエンの量を増加することによ
り、コーティングの抵抗率が増大する。ベーキングの時
間と温度を増加することにより、コーティングの厚さお
よびコーティングの電気抵抗率が増大する。ポリブタジ
エンの量とベーキング条件を正しく組み合わせることに
より、温度22℃、相対湿度50%で測定した抵抗率が
5×109オーム−cm〜2×1012オーム−cm、表
面層の厚さが約50〜150ミクロンの表面層を有する
ローラが形成される。
[0025] Increasing the amount of polybutadiene increases the resistivity of the coating. Increasing the baking time and temperature increases the thickness of the coating and the electrical resistivity of the coating. By properly combining the amount of polybutadiene and the baking conditions, the resistivity measured at a temperature of 22 ° C. and a relative humidity of 50% is 5 × 10 9 ohm-cm to 2 × 10 12 ohm-cm, and the thickness of the surface layer is about 50 to 150. A roller having a micron surface layer is formed.

【0026】酸化プロセスによって生成する抵抗性の表
面層は、永久的である。酸化防止剤が加えられたローラ
を、22℃で数ケ月間ならびに43℃と80℃のような
より高い温度でこれより短い適当な期間、電気的特性に
おけるかなりの変化なしに分析した。
The resistive surface layer created by the oxidation process is permanent. The rollers to which the antioxidant was added were analyzed for months at 22 ° C. and at higher temperatures such as 43 ° C. and 80 ° C. for shorter periods of time without significant changes in electrical properties.

【0027】酸化防止剤を含有する、酸化されたポリブ
タジエンローラの印刷試験結果によれば、このローラは
広い速度範囲にわたる優れた印刷性能を示す。これらの
性能は分離プロセスにおいて抵抗材料でコーティングし
た導電性ローラのそれと似たものである。
According to the printing test results of an oxidized polybutadiene roller containing an antioxidant, this roller shows excellent printing performance over a wide speed range. Their performance is similar to that of a conductive roller coated with a resistive material in a separation process.

【0028】オフィス環境では、高湿度であることが稀
でなく、プリンタ、特にプリンタ内の現像ローラにとっ
ては、運転時に高温(>40℃)にさらされることが多
い。ポリウレタンは、80%もの高い相対湿度に長時間
さらされると劣化し、高温になるとウレタン・ゴムの劣
化が促進される。また、酸性源も劣化を促進する。高酸
性材料である塩化第二鉄をポリウレタンに添加すると、
ウレタンの劣化が促進される。劣化とは、デュロメータ
硬度の経時的な低下をいい、ここでは、60℃、相対湿
度80%のような高温多湿の環境に規定の時間さらされ
た場合のデュロメータ硬度の低下をいう。各種の環境
で、長時間にわたってローラの物理的、電気的特性を維
持するには、加水分解安定剤を必要とする。TIPA
(ダウケミカルカンパニーの登録商標)(化学的にはト
リイソプロパノールアミン99)を添加すると、上述の
ウレタン・ベースの現像ローラを加水分解に対して安定
化する。
In an office environment, high humidity is not uncommon, and printers, especially developing rollers in printers, are often exposed to high temperatures (> 40 ° C.) during operation. Polyurethanes degrade when exposed to relative humidities as high as 80% for extended periods of time, and at elevated temperatures accelerates the degradation of urethane rubber. Acid sources also promote degradation. When ferric chloride, a highly acidic material, is added to polyurethane,
Urethane degradation is promoted. The term “deterioration” refers to a decrease in durometer hardness over time. Here, it refers to a decrease in durometer hardness when exposed to a high-temperature and high-humidity environment such as 60 ° C. and 80% relative humidity for a specified time. In various environments, maintaining the physical and electrical properties of the roller over an extended period of time requires a hydrolysis stabilizer. TIPA
The addition of (registered trademark of Dow Chemical Company) (chemically triisopropanolamine 99) stabilizes the urethane-based developing roller against hydrolysis.

【0029】本発明の特定的に実行された応用には、下
記のものが含まれる。
[0029] Specific implemented applications of the present invention include the following.

【0030】[0030]

【表1】 [Table 1]

【0031】[0031]

【表2】 [Table 2]

【0032】[0032]

【表3】 [Table 3]

【0033】変形例は明らかであり予想可能である。特
許請求の範囲を特に参照しながら、法によって与えられ
る特許保護を請求する。
Modifications are obvious and predictable. We claim patent protection conferred by law, with particular reference to the claims.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジーン・マリー・マッシー アメリカ合衆国 40509 ケンタッキー、 レキシントン、ジンジャーミル・レーン 583 (72)発明者 ジョニー・デール・マッシー・セカンド アメリカ合衆国 40509 ケンタッキー、 レキシントン、ジンジャーミル・レーン 583 (72)発明者 ロナルド・ロイド・ロー アメリカ合衆国 40515 ケンタッキー、 レキシントン、ウッドグレン・コート 932 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Jean Marie Massy United States 40509 Kentucky, Lexington, Gingermill Lane 583 (72) Inventor Johnny Dale Massy Second United States 40509 Kentucky, Lexington, Gingermill Lane 583 (72) Inventor Ronald Lloyd Low United States 40515 Kentucky, Lexington, Woodglen Court 932

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ポリカプロラクトン・エステル・トルエ
ン−ジイソシアネート・ポリウレタンの本体、導電性フ
ィラー、低級アルカンのポリジエン、及び酸化防止剤を
含むエンドレス現像部材であって、前記酸化防止剤はこ
の現像部材を電気的に安定化させるものであり、酸化さ
せた前記低級アルカンのポリジエンからなる外表面を有
するエンドレス現像部材。
1. An endless developing member comprising a body of polycaprolactone / ester / toluene / diisocyanate / polyurethane, a conductive filler, a lower alkane polydiene, and an antioxidant, wherein the antioxidant electrically charges the developing member. An endless developing member having an outer surface made of the oxidized lower alkane polydiene, which is to be stably stabilized.
【請求項2】 前記導電性フィラーが塩化第二鉄であ
る、請求項1に記載の現像部材。
2. The developing member according to claim 1, wherein said conductive filler is ferric chloride.
【請求項3】 前記酸化防止剤が前記外表面のみであ
る、請求項2に記載の現像部材。
3. The developing member according to claim 2, wherein the antioxidant is only on the outer surface.
【請求項4】 前記酸化防止剤が2,2’−メチレンビ
ス(4−メチル−6−ターシャリーブチル)フェノール
である、請求項3に記載の現像部材。
4. The developing member according to claim 3, wherein said antioxidant is 2,2′-methylenebis (4-methyl-6-tert-butyl) phenol.
【請求項5】 前記ポリジエンがポリブタジエンであ
る、請求項1に記載の現像部材。
5. The developing member according to claim 1, wherein said polydiene is polybutadiene.
【請求項6】 前記ポリジエンがポリブタジエンであ
る、請求項2に記載の現像部材。
6. The developing member according to claim 2, wherein said polydiene is polybutadiene.
【請求項7】 前記ポリジエンがポリブタジエンであ
る、請求項3に記載の現像部材。
7. The developing member according to claim 3, wherein said polydiene is polybutadiene.
【請求項8】 前記ポリジエンがポリブタジエンであ
る、請求項4に記載の現像部材。
8. The developing member according to claim 4, wherein said polydiene is polybutadiene.
【請求項9】 前記酸化防止剤が2,6ジ−ターシャリ
ーブチル−4−メチル−フェノールである、請求項1に
記載の現像部材。
9. The developing member according to claim 1, wherein said antioxidant is 2,6-di-tert-butyl-4-methyl-phenol.
【請求項10】 前記酸化防止剤が2,6ジ−ターシャ
リーブチル−4−メチル−フェノールである、請求項2
に記載の現像部材。
10. The method according to claim 2, wherein said antioxidant is 2,6-di-tert-butyl-4-methyl-phenol.
5. The developing member according to item 1.
【請求項11】 前記ポリジエンがポリブタジエンであ
る、請求項9に記載の現像部材。
11. The developing member according to claim 9, wherein said polydiene is polybutadiene.
【請求項12】 前記ポリジエンがポリブタジエンであ
る、請求項10に記載の現像部材。
12. The developing member according to claim 10, wherein said polydiene is polybutadiene.
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