专利名称：充电辊的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种充电辊，并且更具体地，涉及一种在接触充电部件中使用的充电辊，该接触充电部件施加电压至与电子照相感光部件接触的导电部件，以将电子照相感光部件表面充电至预定的电势。
背景技术：
尽管很多方法作为电子照相方法已被提出，通常使用的方法具有以下处理电潜像通过使用光导物质、通过各种方法形成在感光部件上，在通过使用调色剂显影潜像以形成可见图像、以及根据需要将调色剂图像转印到转印介质例如纸上之后，该调色剂图像通过热、压力等被定影在转印介质上，以获得复制物。这里，残留在感光部件上而没有被转印到转印介质上的调色剂颗粒通过清洁步骤从感光部件上去除。
传统地，电晕充电器(corona charger)被用作电子照相用充电装置。近年来，代替该电晕充电器，接触充电部件已经进入实际应用中。该装置旨在低臭氧和低能量消耗，并且在这种类型的装置中，特别地，从充电稳定性的角度出发，导电辊被用作其充电部件的辊充电系统已被令人满意地使用。
在该辊充电系统中，使导电弹性辊与待充电的部件压力接触，以便电压被施加至该部件；这样，实现对待充电部件的充电过程。
更具体地，因为充电过程是通过从充电部件放电至待充电部件而实现，该充电过程通过施加超过一定阈值的电压而开始。例如，当使充电辊与具有25μm厚度的光导层的有机感光部件(OPC感光部件)压力接触时，在施加按绝对值大约640V或更高的电压时，表面电势开始升高，此后，感光部件表面电势相对于所施加的电压以1为斜率线性升高。在下文中，该阈电压值被定义为充电起始电压Vth。
换句话说，为获得电子照相所需的感光部件表面电势Vd，该充电辊需要DC电压，Vd+Vth，该电压比图像形成过程本身所需的电压高。这种施加仅仅DC电压给接触充电部件来实现充电过程的方法被称为DC充电。
但是，在DC充电中，因为接触充电部件的电阻值易于因为环境变化等而变化，或者因为当厚度由于感光部件磨损而变化时Vth波动，结果是难以将感光部件的电势设定至所期望的值。
因此，为了进一步获得充电的均匀性，使用AC+DC充电系统，该系统将通过具有高于2×Vth的峰-峰电压的AC分量叠加至对应于所期望的Vd的DC电压上而产生的电压施加至接触充电部件。该系统，旨在通过使用AC来的电势的均平效应(equalizing effect)，会聚待充电部件的电势至达到AC电压峰值的中央的Vd，使得该电势几乎不受环境扰动等的影响。
关于用于充电的导电部件，例如，已提出一种通过使用导电无缝管在导电支撑部件上形成表面层的部件(见美国专利No.4,967,231说明书)。此外，由氟树脂制成的无缝管(见日本特开平No.H05-2313)和由具有不同导电性质的层构成的多层管(见日本特开平No.H05-96648)已被公开。关于制造充电部件的方法，上述的传统技术包括通过使用插入处理形成充电部件的方法。此外，已提出使用十字头挤出机(cross-head extruder)的表面形成方法(见日本特开平No.H06-58325)。
在通过使用无缝管形成充电辊的方法中，甚至当发泡材料被用作在基体部件上的弹性体层时，该发泡材料进一步覆盖有该无缝管，使得能够形成光滑面，以提供更为均匀的充电过程。
关于使无缝管具有导电性的方法，总体上，已提出了将其中盐用作导电剂的离子导电方法、和将材料例如炭黑、导电金属氧化物和金属粉末用作导电剂的电子导电方法。当导电性由离子导电赋予时，出现这样的问题电阻值易于由于环境而剧烈波动，并且因为盐与电子照相感光部件接触而使盐易于污染感光部件。因此，在本发明中，炭黑被用作导电剂。
但是，当生产使用热塑性树脂作为基体材料的无缝管时，电阻由于管膨胀和收缩而变化，该管膨胀和收缩是由在覆盖该管时形成基体层的发泡层的尺寸所引起的。出现另一个问题，因为管膨胀或者收缩和电阻变化，其由于伴随环境的变化或时间推移，形成基体层的发泡层的影响。
发明内容
因此，本发明的目的是提供充电辊，该充电辊能够针对辊的膨胀和收缩而将电流值变化控制在较小程度，并且提供稳定、优越、均匀的充电性质和图像质量。
也就是说，本发明提供包含至少支撑部件和导电覆盖部件的充电辊，其中该导电覆盖部件由无缝管构成，该无缝管包括至少(1)非极性树脂或弹性体，和(2)极性树脂或弹性体。
在本发明中，由于含有上述材料，使提供能够减少因为管的膨胀和收缩引起的电阻值变化的充电辊成为可能，并且获得稳定、优越、均匀的充电性质和图像质量。
图1是示出根据本发明的充电辊的结构的图。
图2是示出SUS棒直径与辊电流值之间关系的图。
图3是示出SUS棒直径和辊电流值之间关系的图。
具体实施例方式
以下对本发明进行更为详细地说明。
本发明的导电覆盖部件作为无缝管被生产，该无缝管由非极性树脂或弹性体、极性树脂或弹性体、和作为导电剂的炭黑构成。在(1)非极性树脂或弹性体与(2)极性树脂或弹性体之间的质量比设定在95∶5-20∶80的范围内。
关于该非极性树脂或弹性体，它的例子包括苯乙烯类热塑性弹性体，具体包括聚(苯乙烯-氢化丁二烯-结晶烯烃)三元嵌段共聚物(SEBC)、聚(苯乙烯-氢化丁二烯-苯乙烯)三元嵌段共聚物(SEBS)、聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)三元嵌段共聚物(SBS)、聚(苯乙烯-氢化异戊二烯-苯乙烯)三元嵌段共聚物(SEPS)和聚(苯乙烯-乙烯基异戊二烯-苯乙烯)三元嵌段共聚物。
该极性树脂包括含有至少氮或氧的键。该键包含选自于由氨基甲酸乙酯类、酰胺类、酯类、丙烯酰基类和醚类键所组成的集合中的至少一种键。对于极性树脂或弹性体，它的例子包括聚氨酯、聚酰胺、聚酯、聚乙烯醇、聚(醚-酯)共聚物、聚(氨酯-醚)共聚物、聚(酰胺-醚)共聚物和聚(氨酯-酯)共聚物。
具有极性官能团的苯乙烯共聚物的极性官能团是含有至少氮或氧的官能团。该极性官能团是选自于由腈基、氨基、环氧基、乙烯基、酚基、羰基和羧基所组成的集合中的至少一个成员。关于具有极性官能团的苯乙烯共聚物，它的例子包括聚(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)三元嵌段共聚物(ABS)、聚(丙烯腈-苯乙烯)嵌段共聚物(AS)、聚(丙烯腈-乙丙橡胶-苯乙烯)嵌段共聚物(AES)、聚碳酸酯树脂、酚树脂、聚(苯乙烯-丁二烯环氧)共聚物(ESBS)和聚(苯乙烯-酯)共聚物。
上述两种组分的适当含量比例取决于材料，并且当苯乙烯类热塑性弹性体的比例变得过量时，减少针对膨胀的电阻改变的效果降低。相反，当具有极性官能团的苯乙烯共聚物的比例变得过量时，作为弹性体的性质被削弱，结果是出现这样的问题因为在覆盖过程中，由于没有弹性而导致管破裂或出现裂缝，使其难以用作充电辊。
另外，为了改善上述材料的兼容性，如果需要，可以使用兼容性增强剂。
用于提供导电性的炭黑相对于(1)非极性树脂或弹性体与(2)极性树脂或弹性体的总质量，以10-60％质量的量使用，更优选地20-40％质量。在炭黑的比例小于10％质量的情况下，当通电使用时，电阻的升高变大，并因此产生因为作为充电辊的耐久性劣化的问题。相反，当炭黑的比例大于60％质量时，管变得过于硬，导致弹性性能降低而引起覆盖失败。
关于炭黑的类型，可以使用任何炭黑，只要导电覆盖部件的电阻值被设定在1×106到1×1011Ω·cm且满足上述含量范围即可，并且两种或者更多种炭黑可被混合并使用。
关于在本发明中的炭黑，它的商业产品的例子包括Ketchenblack(Lion Akzo Co.，Ltd.制造)、Printex、Special Black、ColorBlack(Degussa Industries，Inc.制造)、BLACK PEARLS(CabotCorp.制造)、Asahi Carbon(Asahi Carbon Co.，Ltd.制造)、Mitsubishi carbon(Mitsubishi Chemical Corporation制造)、Denka black(Denki Kagaku Kogyo K.K.制造)、Sheast andToka Black(其由Tokai Carbon Co.，Ltd.制造)。
关于其它添加剂，如果需要，使用导电填料、抗氧化剂、软化剂、塑化剂、增强剂、填充剂等。关于导电填料，上述炭黑可被用作必要组分，向其中加入石墨和金属氧化物。关于金属氧化物，它的例子包括氧化钛和氧化铅。
本发明的形成导电覆盖层的无缝管的制造方法可以按以下步骤进行首先，非极性树脂或弹性体、极性树脂或弹性体、和炭黑与必需的添加剂一起混合并捏和，并随后形成为小球；接着，通过使用挤出成型机(extrusion molding machine)，将所得到的小球形成无缝管；然后，支撑部件以这样成型的无缝管覆盖，从而形成导电部件。
在用无缝管覆盖支撑部件中，例如，可以使用下面的方法使无缝管的内径大于将被覆盖的支撑部件的外径，使得通过使用物理或化学方法，例如热，使管收缩以适合支撑部件，或者使无缝管的内径小于将被覆盖的支撑部件的外径，使得通过使用物理或化学方法，例如气压，使管受压并膨胀以适合那里。根据本发明，因为适于生产的无缝管如上所述获得，因而能制备具有良好特性的导电部件。
尽管没有特别限定，本发明的无缝管的厚度优选设置在100-600μm的范围内。而且，可以使用多层同时成型的管。
以下说明将讨论可在本发明中使用的将被覆盖的支撑部件的结构、材料或制造方法。
作为其形式，使用弹性辊。关于它的材料，金属例如铁、铜和不锈钢，碳分散树脂，或者金属或金属氧化物分散树脂可被作导电基体；关于其形状，可以使用棒形、盘形等。关于弹性辊的结构，例如，使用通过在导电基体上放置弹性层，在其上进一步形成导电层或电阻层而形成的辊，并且弹性层可以通过使用橡胶例如氯丁二烯橡胶、异戊二烯橡胶、EPDM橡胶、聚氨酯橡胶、环氧橡胶和丁基橡胶，或海绵，或热塑性树脂例如苯乙烯-丁二烯、聚氨酯、聚酯和乙烯乙酸乙烯酯树脂形成。这些橡胶和树脂可以包含导电剂，例如炭黑、金属和金属氧化物颗粒。
对于导电层，例如，可以使用金属蒸镀膜、导电粒子分散树脂、导电树脂等，其具体的例子包括由铝、铟、镍、铜或铁制成的蒸镀膜，关于导电粒子分散树脂，其例子包括分散树脂，其中导电粒子例如碳、铝、镍或氧化钛分散在树脂例如聚氨酯树脂、聚酯树脂、乙酸乙烯酯-氯乙烯共聚物和聚甲基丙烯酸甲酯树脂中。关于导电树脂，它的例子包括含有季铵盐的聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯基苯胺、聚乙烯基吡咯、聚丁二炔和聚乙烯亚胺。
对于电阻层，例如，可以使用导电树脂和导电粒子分散绝缘树脂。作为导电树脂，使用树脂例如乙基纤维素、硝酸纤维素、甲氧基甲基化尼龙、乙氧基甲基化尼龙、共聚尼龙、聚乙烯醇(polyvinyl hydrin)和酪蛋白。导电粒子分散树脂的例子包括通过将少量导电粒子例如碳、铝、氧化铟和氧化钛分散到绝缘树脂例如聚氨酯树脂、聚酯树脂、乙酸乙烯酯-氯乙烯共聚物和聚甲基丙烯酸甲酯中而制备的材料。
根据本发明的构造的具有支撑部件和无缝管的充电辊在生产稳定性方面优越，并且稳定地提供已被认为难以在稳定方式中生产的中阻抗区域。
图1显示根据本发明的充电辊1’的结构的例子。在图1中，附图标记1代表导电基体，2代表弹性体层，3代表覆盖层，3(i)代表导电层，以及3(o)代表在本发明中的导电覆盖层。这里，导电基体1、弹性体层2和导电层3(i)合起来被称为支撑部件。
实施例以下说明将具体讨论根据本发明的覆盖层的形成。在下面的实施例和对比例中，提及的份以质量计。
实施例1-1在本实施例中，作为以无缝管的形式覆盖支撑部件的导电覆盖部件的材料，使用40份苯乙烯类热塑性弹性体(Dinaron4600P，JSR Co.，Ltd.制造)和60份酰胺类热塑性弹性体(Pebax4033，Atofina Japan K.K.制造)，并且向其中进一步加入40份炭黑(Toka Black#4300Tokai Carbon Co.，Ltd.)、10份氧化镁和1份硬脂酸钙。
在上述材料已在20℃-220℃通过使用加压式捏和机(pressurization-type kneader)熔化捏和之后，得到的混合物被冷却并由粉碎机粉碎，然后通过使用单轴挤出机(single-axisextruder)在140-200℃造粒，以制造导电覆盖部件(导电覆盖层)用的小球。
对于双色管的管内层，16份Ketchen Black EC、10份氧化镁和1份硬脂酸钙被加入100份热塑性聚氨酯弹性体(TPU)中，并且得到的混合物通过使用加压式捏和机在180℃捏和15分钟，并且在已被冷却并磨碎后，通过使用造粒挤出机而形成小球。
使用如上所述的导电覆盖层用小球和管内层用小球，借助于具有内径φ16.5mm的模和外径φ18.5mm的尖端的双色挤出机进行挤出成型，接下来被确定尺寸(sizing)和冷却，这样形成具有内径φ11.1mm、外层厚度100μm和内层厚度400μm的无缝管。
实施例1-2进行与在实施例1-1中相同的步骤，除了使用酯类热塑性弹性体(Hitrel 3046，DuPont-Toray Co.，Ltd.制造)代替酰胺类热塑性弹性体作为导电覆盖部件用材料以生产小球。使用这些小球和在实施例1-1中生产的内层用小球，无缝管按与在实施例1-1中相同的方式形成。
对比例1-1进行与在实施例1-1中相同的步骤，除了使用60份耐冲击聚苯乙烯(HIPS 9152，PS Japan Co.，Ltd.制造)代替酰胺类热塑性弹性体作为导电覆盖部件用材料，并且炭黑的添加量从40份改变为30份，生产小球。使用这些小球和在实施例1-1中制造的内层用小球，无缝管按与在实施例1-1中相同的方式形成。
实施例2-1作为导电覆盖部件用材料，使用60份苯乙烯类热塑性弹性体(Dinaron 4600P，JSR Co.，Ltd.制造)和40份丙烯腈-苯乙烯共聚物树脂(SAN-R Techno Polymer Co.，Ltd.)，并且向其中进一步加入50份炭黑(Special Black 550，Degussa Huels JapanIndustries，Inc.制造)、10份氧化镁和1份硬脂酸钙。
除上述之外，进行与在实施例1-1中相同的步骤来生产小球。使用这些小球和在实施例1-1中制造的内层用小球，无缝管按与在实施例1-1中相同的方式形成。
实施例2-2进行与在实施例2-1中相同的步骤，除了使用80份苯乙烯类热塑性弹性体(Dinaron 4600P，JSR Co.，Ltd.制造)和20份丙烯腈-苯乙烯共聚物树脂(SAN-R Techno Polymer Co.，Ltd.)作为导电覆盖部件用材料，这样形成无缝管。
实施例2-3进行与在实施例2-1中相同的步骤，除了使用90份苯乙烯类热塑性弹性体(Dinaron 4600P，JSR Co.，Ltd.制造)和10份丙烯腈-苯乙烯共聚物树脂(SAN-R Techno Polymer Co.，Ltd.)作为导电覆盖部件用材料，这样形成无缝管。
实施例2-4进行与在实施例2-3中相同的步骤，除了使用聚(苯乙烯-丁二烯-环氧)共聚物(Epofriend A1020，Daicel ChemicalIndustries Ltd.制造)代替丙烯腈-苯乙烯共聚物树脂作为导电覆盖部件用材料，并且炭黑的加入量从50份改变到40份，这样形成无缝管。
比较例2-1进行与在实施例2-2中相同的步骤，除了使用耐冲击聚苯乙烯(HIPS 9152，PS Japan Co.，Ltd.制造)代替丙烯腈-苯乙烯共聚物树脂作为导电覆盖部件用材料，这样无缝管被成型并形成。
图1所示的充电辊具有这样的结构弹性体层(发泡弹性体层)2由导电弹性材料制成，其形成在由良好导电的材料例如不锈钢(SUS)、镀处理的铁、黄铜和导电塑料制成的导电基体(心轴)1的外围，并且弹性体层2的外围进一步覆盖有上述双色无缝管。这里，在本评价过程中，弹性体层的中心部分的外径被设定为12.1mm，该值比管的内径大1mm，这样管被允许充分地膨胀。在图1中，导电层(内层)3(i)代表低阻抗导电层，并且导电覆盖层(外层)3(o)代表在本发明中的管，这样构成根据本发明的管结构。该辊被安装在处理盒中以执行成像。
评价通过使用上述辊而形成的图像，评价结果显示在表1中。在使用极性树脂的本发明的实施例中，在图像中没有问题出现，但在对比例中，出现由于管的电阻升高而引起的黑色带状不规则性。
响应无缝管的膨胀的电阻值的变化的测定方法解释如下上述单层无缝管附着至分别具有不同的直径的SUS棒(φ11.0、11.2、11.4、11.6、11.8、12.0mm)，并且每个棒被放置在温度25℃和湿度55％的环境中持续24小时。管的膨胀率分别是φ11.0mm，0％；φ11.2mm，0.9％；φ11.4mm，2.7％；φ11.6mm，4.5％；φ11.8mm，6.3％；以及φ12.0mm，8.1％。其后，具有各自不同直径的每个SUS棒被与SUS鼓(φ30mm)接触，并且当对以30rpm旋转的SUS鼓施加200V的DC电压时测定电流值。测定结果在图2和3中显示。此外，在直径φ12.0mm的SUS棒上的电流值与直径φ11.0mm的SUS棒上的电流值的比率在表2中显示。
如图2和3以及表2所示，在使用极性树脂的本发明的实施例中，与膨胀有关的电阻值的改变被保持在较小程度。另一方面，在没有使用极性树脂的对比例中，电阻值的变化变得非常大，这被认为引起前述图像评价中的不规则性。
表1
A没有由于充电辊电阻的不规则性而导致的图像不规则性B由于充电辊电阻的不规则性而导致的黑色带状图像不规则性表2
权利要求
1.一种充电辊，其包含至少支撑部件和导电覆盖部件，其中，该导电覆盖部件由含有至少非极性树脂或弹性体、和极性树脂或弹性体的无缝管构成。
2.根据权利要求1所述的充电辊，其中，该非极性树脂或弹性体是苯乙烯类热塑性弹性体，以及该极性树脂或弹性体是由具有极性官能团的苯乙烯共聚物构成的热塑性树脂或热塑性弹性体。
3.根据权利要求1所述的充电辊，其中，非极性树脂或弹性体与极性树脂或弹性体之间的质量比被设定在95∶20-20∶80的范围内。
4.根据权利要求1所述的充电辊，其中，该极性树脂具有包含至少氮或氧的键。
5.根据权利要求4所述的充电辊，其中，该包含至少氮或氧的键包括选自于由氨基甲酸乙酯类、酰胺类、酯类、丙烯酰基类和醚类键所组成的集合中的至少一个键。
6.根据权利要求2所述的充电辊，其中，该具有极性官能团的苯乙烯共聚物的官能团是包含至少氮或氧的官能团。
7.根据权利要求6所述的充电辊，其中，该官能团包括选自于由腈基、氨基、环氧基、乙烯基、酚基、羰基和羧基所组成的集合中的至少一个基团。
8.根据权利要求1所述的充电辊，其中，该导电覆盖部件包含炭黑。
全文摘要
公开了一种由支撑部件和导电覆盖部件构成的接触充电辊。该导电覆盖部件由含有非极性树脂或弹性体、和极性树脂或弹性体的无缝管构成。
文档编号G03G15/02GK1749874SQ20051010299
公开日2006年3月22日 申请日期2005年9月16日 优先权日2004年9月17日
发明者高桥宏文, 川上智哉, 奥田步, 阿边博司 申请人:佳能化成株式会社