导电橡胶部件的制作方法

专利名称：导电橡胶部件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种导电橡胶部件，更具体地说，本发明涉及一种清洁部件用导电橡胶部件，该清洁部件用于清除粘附到感光器和成像设备其他部件上并与之相接触的色调剂(toner，亦称墨粉)。
背景技术：
在成像设备领域，为实现高速的操作和形成高质量图像和高质量彩色图像做了广泛的研究。在通过提高色调剂的质量以使成像设备具有上述这些性能方面做了调研。发现，通过把色调剂的直径从传统的10μm减小到5μm可以使成像设备具有上述性能。因此在减小色调剂直径方面做了积极的和广泛的研究。
但是，5μm的小直径色调剂很容易相互粘结。此外，很难除去粘附到成像设备的部件如感光器上的色调剂。色调剂中加入了添加剂以防止其相互粘结。但是，不仅是色调剂，而且连外添加剂也粘附到感光器和成像设备其他部件上。成像设备最严重的问题是色调剂和外添加剂对所接触的感光器和其他部件的如上所述的粘附问题。
色调剂和外添加剂从显影辊被静电传送给成像设备的感光器。色调剂和外添加剂在转印过程中从感光器传送到纸张或中间介质上。在转印过程中，色调剂和外添加剂没有完全从感光器转印至纸张或中间介质上，而实际上部分色调剂和外添加剂残留下来粘附到感光器上。因此有必要进行清除操作。但是，当色调剂的直径小至5μm时，在清除过程中完全将色调剂和外添加剂从感光器上清除是十分困难的。在清除过程之后进行的充电过程中，导电部件如充电辊被在清除过程中没有除去的色调剂和外添加剂所污染。随后会产生缺陷充电或导电部件受损，这严重影响了成像设备的可靠性。
在清除过程中，刮板被广泛用于将色调剂和外添加剂从感光器等部件表面上刮除。被刮下的色调剂和外添加剂被收进一个色调剂收集盒。这一机制导致成像设备必须具有复杂的机械装置来把刮下的色调剂和外添加剂传送到色调剂收集盒。这使得对色调剂的回收利用变得困难。在该机械装置中，由于只使用刮板来完成清除操作，所以必须对其施加较大的压力以刮除色调剂和外添加剂。因此色调剂劣化非常严重。即使在该机制下色调剂能被回收，色调剂也难以保持足够的可充电性。
在成像设备中，要求通过回收或重复使用色调剂来达到高速操作、获取高质量图像和彩色图像、提高可靠性、以及节能的目的。根据这些要求，迫切需要开发一种防止色调剂劣化的新颖清除机制和部件。
日本专利公开No.6342237(专利文献1)提示了一种辊充电装置以作为满足上述要求的一种清除机制。该清除机制包括接触型充电辊和清除刮板，后者在受压状态下安装到充电辊上，用以清除外来物质如粘附到充电辊表面的色调剂。但是，如在该说明书中的实施例所公开的描述，充电辊的表面被涂以聚酰胺树脂或碳氟树脂。因此从充电辊上收集来的色调剂未脱除静电且带电程度较高，这要求清除刮板在较高压力下安装到充电辊上。因此色调剂易于劣化。此外，在充电辊的表面上形成的涂层材料在重复使用充电辊过程中磨损。其结果是难以维持最初优良的可充电性，且外来物质如色调剂的清除效率也很低。
日本专利公开No.2001-209239(专利文献2)公开了一种清除装置。该清除装置包括弹性体，其与充电辊相接触且极性同色调剂相反，以及磁体，其与弹性体相接且不与充电辊接触。在该清除装置中，粘附到充电辊上的色调剂被弹性体刮除、并被磁体收集。该清除装置对从充电辊上去除磁性色调剂非常有效但对粘附在充电辊上的非磁性色调剂和外添加剂的清除效果不充分。因此外添加剂和非磁性色调剂留在充电辊上，所以该清除装置不能可靠地长期使用。
日本专利公开No.2002-82537(专利文献3)公开的清除设备用来清除残留在中间转印体上的液态显影剂。该清除设备对使用液体显影剂的成像设备有效，但不适合使用干显影剂的成像设备，也不适于具有显影剂回收机制的成像设备。

发明内容
本发明正是针对上述问题而完成的。因此本发明的目的是提供一种导电橡胶部件，其适于用作清洁辊，能够清除粘附在如成像设备的感光器等部件表面的色调剂和外添加剂以及能够在将色调剂从感光器和其他部件上清除过程中非常有效地抑制了色调剂的劣化。
为达到上述目的，本发明提供了一种导电橡胶部件，其最外层是由含有离子导电橡胶的橡胶组合物构成的橡胶层。橡胶组合物进一步含有填充剂，它使得在对导电橡胶部件加以频率为100Hz、电压为5V的交流电的条件下将导电橡胶部件的介电损耗正切调节为不低于2.0且不高于5.0。
本发明人经过反复试验和研究发现，通过在上述条件下设定导电橡胶部件的介电损耗正切不低于2.0且不高于5.0，粘附到用作清洁辊的导电橡胶部件上带电的色调剂和外添加剂、具有清洁功能的充电辊、清洁刮板等脱除了静电，且其充电量降低了。脱除了静电的色调剂和外添加剂很容易使用刮板等在不施加机械压力如对其施加压力的情况下从导电橡胶部件上清除。因此在清除色调剂的过程中能高度抑制色调剂的劣化。
在本发明中，用作清洁辊、具有清洁功能的充电辊、清洁刮板等的导电橡胶部件的介电损耗正切在上述测量条件下设定为不低于2.0且不高于5.0。该导电橡胶部件设置成与感光器和其他部件相接触，而所述其他部件与色调剂和外添加剂相接触的形式，以使全部或至少部分粘附到感光器和其他部件上的色调剂和外添加剂被转印其上。从而色调剂和外添加剂能够有效脱除静电，并容易从感光器等部件上除去。测量介电损耗正切的测量条件是对导电橡胶部件施以微弱的5V电压，因为当色调剂粘附到导电橡胶部件上或被传送到感光器上时，电压会发生极轻微的变化。此外，将频率设定为100Hz，因为低频非常适于该情况。
如上所述，在本发明中，构成导电橡胶部件最外层的橡胶层的介电损耗正切在对导电橡胶部件加以频率为100Hz、电压为5V的交流电的测量条件下优选设定为不低于2.0也不高于5.0，更优选为不低于2.0也不高于4.0，最优选为不低于2.0也不高于3.0。
介电损耗正切是显示电流的流动性(导电性)和电容部件的感应度(静电容量)的指数。介电损耗正切是表示对导电橡胶部件施加交流电时相延迟的参数。介电损耗正切以tan(静电容量/导电率)计算。
更具体的说，指数介电损耗正切是用来测量粘附到本发明的导电橡胶部件上的带电色调剂和外添加剂所能带的电荷程度的指数。当介电损耗正切在上述范围内时，带电色调剂和外添加剂的带电量可有效的减少，从而经过一段预定时间后使其脱除静电。更具体讲，将介电损耗正切设置成使得粘附到导电橡胶辊上的色调剂的带电量在经过5分钟后不超过10μC/g。
将导电橡胶部件的介电损耗正切设定在上述范围内的理由是如果介电损耗正切设置得小于2.0，带电色调剂和外添加剂的带电量不会减少，从而导电橡胶部件的脱静电性能差。如果导电橡胶部件的介电损耗正切设置得大于5.0，则需要对橡胶部件使用大量的介电损耗正切调节填料，这使得橡胶难以获得足够的弹性。
为把构成导电橡胶部件最外层的橡胶层的介电损耗正切调节到上述范围内，构成导电橡胶部件最外层的橡胶层的橡胶组合物中含有介电损耗正切调节填料。
介电损耗正切调节填料可使用水合硅酸铝化合物、碳酸钙或有机和无机颜料。尤其是，优选水合硅酸铝化合物，因为仅在橡胶组分中加入少量即可将介电损耗正切调节至不低于2.0。水合硅酸铝化合物和碳酸钙的混合物也可用作介电损耗正切调节填料。
优选将用Al2O3·xSiO2·yH2O(x和y为不小于1的整数)表示的化合物作为水合硅酸铝化合物。尤其是，更优选其中的(x，y)为(2，2)、(2，4)或(4，1)的化合物。最优选用Al2O3·2SiO2·2H2O表示的化合物作为水合硅酸铝化合物。对于这些化合物的分子结构，尤其优选二八面体型1∶1层状结构。
天然矿物如高岭土和粘土可作为水合硅酸铝化合物。尤其优选高岭土矿物如高岭石、地开石和珍珠石。
尤其优选具有小粒径和高增强性能的硬质粘土。尤其优选经过烘焙降低了含水率的硬质粘土，因为这样的导电橡胶部件具有均一的电性能。
介电损耗正切调节填料的混合量根据其种类有所不同，只要其混合量使得构成导电橡胶部件最外层的橡胶层的介电损耗正切在上述范围内。例如，介电损耗正切调节填料使用水合硅酸铝化合物或/和碳酸钙时，其混合量以100质量份橡胶组分为基准优选不少于2质量份，更优选为5～100质量份。
构成导电橡胶部件最外层的橡胶层的橡胶组合物含有离子导电橡胶作为主要组分。离子导电橡胶的含量以100质量份橡胶组合物为基准优选不少于30质量份，更优选不少于50质量份，最优选不少于70质量份。
对于离子导电橡胶，可选用各种不饱和橡胶或热塑性橡胶。这些橡胶可作为共聚橡胶、混合橡胶等使用。更具体的，可使用表卤醇橡胶(如表氯醇橡胶)、丙烯腈橡胶、丙烯腈丁二烯橡胶、氯丁二烯橡胶、丁二烯橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、丁基橡胶、氟橡胶、异戊二烯橡胶、聚氨酯橡胶和硅树脂橡胶。这项橡胶可单独使用也可组合使用。
对于离子导电橡胶，优选极性橡胶和含卤橡胶。对于含卤橡胶，优选表氯醇橡胶和表氯醇聚合物。更具体的，可使用表氯醇(EP)均聚橡胶、表氯醇-环氧乙烷(EO)共聚物、表氯醇-环氧丙烷(PO)共聚物、表氯醇-烯丙基缩水甘油醚(AGE)共聚物、表氯醇-环氧乙烷-烯丙基缩水甘油醚共聚物、表氯醇-环氧丙烷-烯丙基缩水甘油醚共聚物、表氯醇-环氧乙烷-环氧丙烷-烯丙基缩水甘油醚共聚物。
作为含卤橡胶的一种，表氯醇橡胶可同其他橡胶组分组合使用。优选在整个橡胶组分中加入不少于20质量份、不大于100质量份。从而可形成很好的氧化物膜。
为控制导电橡胶部件的介电损耗正切，构成导电橡胶部件最外层的橡胶层的橡胶组合物除含有离子导电橡胶外还可含有导电剂。对于导电剂，可使用已知的炭黑如灶黑、炉黑、乙炔黑；导电金属氧化物如氧化锌、钛酸钾、掺锑氧化钛、氧化锡和石墨；金属盐如LiClO4、LiCF3SO3、NaClO4、LiAsF6、LiBF4、NaSCN、KSCN和NaCl；以及电解质如季铵盐和磷酸盐。
特别优选加入具有弱导电性的炭黑到本发明的导电橡胶部件的橡胶组分中。炭黑的混合量根据其种类而不同。基于100质量份橡胶组分，炭黑的混合量为0.5～20质量份，优选1～10质量份，更优选1～4质量份。
构成导电橡胶部件最外层的橡胶层的橡胶组合物可含有添加剂如硫化剂、加工助剂、增塑剂、酸接受剂和防劣化剂。这些添加剂的总量以100质量份橡胶组分为基准优选为30～70质量份。将这些添加剂的总量设置为不小于30质量份的理由是为了能够通过充分调节介电损耗正切来提高加工精度和提高耐磨性(可加工性)。将这些添加剂的总量设置为不大于70质量份是为了防止导电橡胶部件的硬度变大，不至于使对与导电橡胶部件相接触的部件受损伤。
可使用含有硫、三嗪衍生物、硫脲和单体的硫化剂。这些硫化剂可单独使用也可组合使用。对于硫化剂，可使用有机含硫化合物如硫粉末、四甲基秋兰姆化二硫和N，N-二硫代双吗啉等有机含硫化合物。作为硫脲系硫化剂，可使用一种或多种选自四甲基硫脲、三甲基硫脲、亚乙基硫脲和由(CnH2n+1NH)2C＝S(式中，n为1～10的整数)表示的硫脲。
硫化剂的混合量以100质量份橡胶组分为基准为0.5～5质量份，优选为1～3质量份。
本发明优选使用将表氯醇橡胶或表氯醇聚合物用硫脲系硫化剂尤其是亚乙基硫脲硫化得到的橡胶，因为该橡胶的压缩形变不超过15％，从而具有优越的耐久性，可用来高精度抛光，以及具有使用紫外线形成氧化膜的功效。在这种情况下，每100质量份橡胶组分中，硫脲系硫化剂的添加量为不小于0.2质量份且不大于3质量份，优选不小于1质量份且不大于2质量份。优选将硫粉与上述硫脲系硫化剂一同使用。此时，相对于100质量份橡胶组分，硫粉的添加量为0.1～1.0质量份。
对于增塑剂，除了邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)和磷酸三甲苯酯外，多种用作导电剂、加工助剂的物质中也含有增塑成分。例如，用作加工助剂的脂肪酸如硬脂酸和用作离子导电剂的季铵盐也可作为增塑剂使用。在100质量份用作橡胶层的橡胶组分中，优选加入小于5质量份的增塑剂，以防止形成氧化膜时发生渗色，以及防止在将导电橡胶部件装到打印机上或打印机运行时对感光器造成污染。
对于上述酸接受剂，优选使用水滑石和magsarat，因为其分散性很好。对于酸接受剂，可使用那些具有酸接受作用的物质。对于橡胶组分，优选使用含卤橡胶。当使用表氯醇橡胶或表氯醇聚合物时，加入其中的酸接受剂以100质量份表氯醇橡胶或表氯醇聚合物为基准优选不小于1质量份且不大于10质量份，更优选不小于1质量份且不大于5质量份。酸接受剂的加入量优选不低于1质量份是为了防止硫化被抑制、以及防止感光器遭污染。为防止橡胶层硬度变大，酸接受剂的加入量优选不超过10质量份。
对于上述防劣化剂，可使用各种防老化剂。对于防老化剂，可使用各种抗氧化剂。当使用抗氧化剂时，优选适当选择其加入量，以满足在表面有效形成氧化膜的需要。
优选在构成本发明的导电橡胶部件的最外层的橡胶层的表面形成氧化膜。该氧化膜可有效调节介电损耗正切，增强表面硬度，降低橡胶层表面的摩擦系数，以及允许色调剂脱除静电，从而无需施加机械压力将其收集。此外氧化膜能够提高橡胶层的耐磨性。
氧化膜优选含有大量C＝O基团或C-O基团。氧化膜可通过用紫外线或/和臭氧照射橡胶层表面并氧化橡胶层表面来形成。优选使用紫外线照射橡胶层表面来形成氧化膜，因为使用紫外线缩短了处理时间并降低成本。用于形成上述氧化膜的处理方法可采用公知的方法。尽管波长和照射时间根据橡胶层表面和紫外线灯之间的距离和橡胶种类而有所不同，但优选使用波长为100nm～400nm，更优选为100nm～200nm的紫外线照射橡胶层表面3～30分钟。
氧化膜的厚度优选为1μm～20μm，更优选为3μm～5μm。
当成像设备的结构被设置成导电橡胶部件不与要清洁的部件相接触时，未经紫外线照射的橡胶层优选用来提高导电橡胶部件的介电损耗正切。
假定在氧化膜形成前施加50V电压时的电阻表示为R50，在氧化膜形成后施加50V电压时的电阻表示为R50a，优选(logR50a-logR50)＝0.2～1.5，用以提高导电橡胶部件的耐久性，以及减少施加给色调剂的压力。
假定在本发明的导电橡胶部件中，施加500V电压时的电阻表示为R500，施加100V电压时的电阻表示为R100，优选(logR100-logR500)＜0.5。即是说，将施加100V电压时的电阻值与施加接近于显色偏压的500V电压时的基准电阻值之差作为评价导电橡胶部件对电压的相关性的指数。从而导电橡胶辊电性能的均一性得到了澄清。该公式的值优选小于0.5，以降低导电橡胶部件对电压的相关性。
本发明的导电橡胶部件不限于某特殊用途，可应用于要求脱静电性能的应用。
优选将本发明的导电橡胶部件用于成像设备的清洁部件。可将本发明的导电橡胶部件用作清洁部件，用于清洁如同色调剂接触的感光器和色调剂将被转印其上的部件(如充电辊)等部件。更具体的，本发明的导电橡胶部件可在形成于感光器上的色调剂图像被转印到介质(如纸张或中间转印带)上之后，用作清除外来物质如色调剂、外添加剂以及残留在感光器上的纸屑的清洁辊。通过提高导电橡胶部件的清洁性能可获得高质量的图像。
将导电橡胶部件和刮板相结合可更为有效的清洁感光器等部件。作为一个实施方式，可列举一个具有本发明的辊型导电橡胶部件的清洁设备，其上装配有与导电橡胶部件的表面相接触的刮板。
在该清洁设备中，本发明的导电橡胶部件设置成与待清洁的感光器、充电辊等部件相接触的形式，使得粘附到这些部件上待清洁的外来物质如色调剂、外添加剂和纸屑粘附到了本发明的导电橡胶部件上，粘附到导电橡胶部件上的这些外来物质脱除静电。随后外来物质从感光器等上被安装于其上并与导电橡胶部件的表面相接触的刮板清除。
可以将本发明的导电橡胶部件作为充电辊安装到成像设备上，通过给导电橡胶部件提供充电辊的功能来作为清洁辊使用。
在充电辊被与其相接触的感光器驱动时，对充电辊施加电压。这样充电辊在充电辊和感光器之间很小的间隙内放电，从而使感光器表面带电。因此，要将本发明的导电橡胶部件作为充电辊使用，导电橡胶部件需具备给感光器充电的均匀性能和防止当感光器上有针孔(微瑕疵如小直径的孔)生成时电流全都集中到针孔处的漏电阻性能。为达到这一效果，可使用熟知的方法。例如，导电橡胶部件的电阻值调整到半导体电阻范围的106～109Ω，或其JIS A硬度设置为35～45。
如果导电橡胶部件最外层具有导电橡胶层，则不要求导电橡胶部件具有特定的结构，但可以含有数个层，例如根据所要求性能内容设置两层。但是，导电橡胶层优选为单层结构，因为具有单层结构的导电橡胶层的性质变化微小且制造成本低。不要求导电橡胶部件具有特定的构型，但根据其使用状态可以是辊型或平板型。
本发明的导电橡胶部件能够使粘附到感光器等部件上的带电的色调剂、添加到色调剂中的外添加剂或纸屑脱除静电。经脱静电的色调剂、外添加剂或纸屑可用刮板在不使用压力的情况下轻易的从感光器等部件上除掉，而不需要像传统工艺中那样仅借助刮板来清除色调剂等物质。因此可以在清洁操作中减少施加到色调剂上的机械压力，并在很大程度上抑制了色调剂的劣化。因此可使用导电橡胶部件回收色调剂并有利于节能。
通过使用本发明的导电橡胶部件作为清洁部件，或使用包含本发明导电橡胶部件与刮板组合的清洁部件，使残留到感光器等部件上的外来物质如色调剂、外添加剂或纸屑减少了。因此有可能防止外来物质污染充电部件如充电辊。于是有可能防止感光器等部件被缺陷充电以及防止充电部件遭损坏。从而有可能提高成像设备的可靠性并提高成像质量性能。


图1是本发明辊形导电橡胶部件的示意图。
图2是一个彩色成像设备的示意图，其中安装了本发明的导电橡胶部件作为感光器的清洁部件。
图3是一个彩色成像设备的示意图，其中安装了本发明的带有充电辊功能的导电橡胶部件作为充电辊。
图4是一个彩色成像设备的示意图，其中安装了本发明的导电橡胶部件作为充电辊的清洁部件。
图5显示了测量本发明的导电橡胶部件的电阻的方法。
图6显示了测量本发明的导电橡胶部件的介电损耗正切的方法。
具体实施例方式
本发明的导电橡胶部件的实施方式描述如下。在下面所描述的实施方式中，导电橡胶部件是用作清洁辊。
如图1所示，导电橡胶辊10具有圆筒状橡胶层1和通过压入配合插入到橡胶层1空心部分中并使用导电粘结剂与其相粘接的圆柱形金属芯(轴)2。
在本实施方式中，橡胶层1的厚度设定为6mm。通过压入配合插入到橡胶层1空心部分中并使用导电粘结剂与其相粘接的圆柱形金属芯2的直径为10mm。
橡胶层1的厚度为0.5mm～10mm，优选为1mm～7mm。
橡胶层1的表面用紫外线氧化以在表面形成的氧化膜。
橡胶层1由含有离子导电橡胶作为主要组分的橡胶组合物构成。更具体的，橡胶组分为56mol％的环氧乙烷(EO)、40mol％表氯醇(EP)和4mol％烯丙基缩水甘油醚(AGE)的共聚物。以100质量份橡胶组分为基准，橡胶组合物含有30～40质量份粘土(水合硅酸铝化合物)作为介电损耗正切调节填料。以100质量份橡胶组分为基准，橡胶组合物进一步含有0.5质量份的硫粉末作为其硫化剂，1.4质量份的硫脲作为其硫化促进剂，3质量份的水滑石作为其酸接受剂，以及2质量份的导电炭黑作为其导电剂。
导电橡胶辊10用下面的方法制造以上述比例共聚合的含有上述组分的橡胶组合物经揉合之后，用挤出机将其挤出成圆筒状。将挤出后的橡胶组合物按照预定尺寸切割得到预成型坯。接着将预成型坯投入到硫化罐中，在橡胶组分的交联温度下硫化。适当选择硫化条件。但预成型坯优选在160℃下硫化1小时。随后将金属芯插入圆筒状橡胶层内。
如有需要，可在构成导电橡胶辊10的最外层的导电橡胶层表面形成氧化膜。上述氧化膜可用以下方法形成
用圆筒抛光机对橡胶辊表面进行镜面抛光，使橡胶辊表面粗糙度Rz不超过6.5μm，优选3～5μm。橡胶辊表面经水洗后，用紫外线照射器往橡胶辊表面照射紫外线(184.9nm)以形成氧化膜。
更具体的，沿橡胶辊的圆周方向每隔90度用紫外线优选照射1～15分钟，更优选照射5～10分钟。橡胶辊在其圆周方向旋转90度4次以在其整个圆柱体表面形成氧化膜。
调节用上述方法获得的本发明的导电橡胶辊10的介电损耗正切不小于2.0且不大于5.0。
假定给导电橡胶辊10加100V电压时其电阻为R100，加500V电压时其电阻为R500，那么(logR100-logR500)优选小于0.5。
通过把导电橡胶辊10的电阻值设定在上述范围内，有可能将大量残留在感光器上的色调剂转印到导电橡胶辊10的表面。
通过把导电橡胶辊10的电阻值设定在上述范围内，有可能将已残留在感光器上的色调剂转印到导电橡胶辊10的表面。
作为脱静电效果的指数，粘附到导电橡胶辊10上的色调剂的带电量在5分钟后优选不超过10μC/g。通过减少色调剂的带电量使色调剂脱除静电，很容易清除已经从感光器等部件上转移到导电橡胶辊10表面上的色调剂。
已粘附到导电橡胶辊10上的色调剂的带电量用下面例子所描述的方法测量。
图2是将本发明的导电橡胶辊10安装到彩色成像设备上作为其感光器的清洁辊的一个实施方式。彩色成像设备包括感光器12、作为感光器12的清洁部件的导电橡胶辊10、刮板20、充电辊11、中间转印带13、定位辊14、四色色调剂15(15a，15b，15c和15d)、镜子16以及转印辊19a和19b。
至于彩色成像设备的运行机理，首先，感光器12沿图2中箭头所示的方向旋转。在感光器12被充电辊11充电后，激光17通过镜子16照射到感光器12的非成像部分。结果是，非成像部分脱静电。感光器12上与成像部分相对应的部分带上了电。此后将色调剂15a供给感光器12并粘附到带电的成像部分以形成第一色色调剂图像。给主转印辊19a施加电场使色调剂图像转印到中间转印带13上。没有被转印到中间转印带13上而留在了感光器12上的色调剂粘附到导电橡胶辊10上，并在此脱除静电，与导电橡胶辊10相接触的刮板20在受压下很容易将这些色调剂从感光器12上清除，并收集在色调剂收集盒(未示出)中。以相同的方式，每个在感光器12上形成的其他色调剂15b～15d的色调剂图像转印到中间转印带13上。由四色色调剂15(15a～15d)构成的全色图像在中间转印带13上形成。对第二转印辊19b施加电场使全色图像转印到纸张18上。当纸张18通过一对事先加热到预定温度的定位辊14之间时，全色图像便转印到了纸张18的表面。在进行双面打印时，已通过定位辊14的纸张18在打印机内翻转。然后重复上述成像过程。这样图像在纸张18的背面形成。
图3是将本发明的导电橡胶辊10安装到彩色成像设备上作为充电辊11的一个实施方式。
将导电橡胶辊10以与感光器12相接触的方式安装到彩色成像设备上，从而使导电橡胶辊10由感光器12驱动。导电橡胶辊10使感光器12带电。与此同时，没被转印到中间转印带13上而粘在感光器12上的色调剂粘附到导电橡胶辊10上并脱除静电。脱除了静电的色调剂很容易用与导电橡胶辊10相接触的刮板20在受压状态下从导电橡胶辊10上清除掉，并用收集盒(未示出)收集。
该彩色成像设备的其他机理参照上面图2中所述。
图4是将本发明的导电橡胶辊10安装到彩色成像设备上作为充电辊的清洁部件的一个实施方式。
上述成像设备具有一个已知的感光器12用清洁器21。没有转印到中间转印带13上而留在了感光器12上的色调剂由清洁器21清除。但是，如上所述，色调剂和外添加剂没有完全从感光器12上清除，而是留在其上并与充电辊接触。当粘附在充电辊上的色调剂和外添加剂粘附到导电橡胶辊10上之后，色调剂脱除静电并被与导电橡胶辊10相接触的刮板20在受压下清除掉。该彩色成像设备的其他机理参照上面图2中所述。
对所制备的本发明的实施例1和实施例2的导电橡胶辊和对照例1和对照例2的导电橡胶辊，测量其介电损耗正切、电阻、色调剂的带电量和清洁性能。实施例和对照例的导电橡胶辊的材料以及它们的形成方法如表1所示。
每个实施例1、2和对照例1、2的导电橡胶辊由下面的方法形成用班伯里密炼机将表1中示出的下述组分进行混炼。经过混炼的组分用挤出机挤出成为外径φ20mm、内径φ9.3mm的管材。将该管材安装在硫化用轴上。待橡胶组分在硫化罐中于160℃硫化1小时后，将管材安装在直径φ为10mm的涂布有导电性粘合剂的轴上。将管和轴在160℃的炉中粘接。待所得到的每根管的端部成形后，使用圆筒抛光机对其表面进行横向抛光和精抛光，使其达到镜面表面的抛光，从而达到φ16mm(公差0.05)的管径以及预定的表面粗糙度。所获得的导电橡胶辊的表面粗糙度Rz根据JIS B 0601(1994)测定。
待每根导电橡胶辊的表面经过水洗之后，使用紫外线照射器(“PL21-200”，Sen TokushuKogen Inc制造)用紫外线照射其表面以在其表面上形成氧化层。将橡胶辊与紫外线灯之间的距离设为10cm，沿辊的圆周方向每隔90度向橡胶辊按预定时间长度照射紫外线(184.9nm)。橡胶辊旋转4次，每次90度，以在其整个圆柱体表面(360度)形成氧化膜。表1所示的照射时间长度是指照射橡胶辊的整个圆柱体表面的1/4(90度范围)所用的时间长度。
表1

各实施例和对照例的导电橡胶辊使用了以下组分·表氯醇橡胶(GECO)；DAISO公司生产的“EPICHLOMER CG102”。表氯醇橡胶是56mol％的环氧乙烷(EO)、40mol％的表氯醇(EP)和4mol％的烯丙基缩水甘油醚(AGE)的共聚物。
·硫粉(硫化剂)·亚乙基硫脲(硫化剂)Kawaguchi Kagaku公司生产的“ACCEL22-S”·水滑石(酸接受剂)Kyowa Kagaku Kogyo公司生产的“DHT-4A-2”·水合硅酸铝化合物东南粘土公司生产的硬质粘土“Crown”(Al2O3·2SiO2·2H2O)·导电炭黑Tokai Carbon公司生产的“Sheast 3”·碳酸钙Maruo钙公司生产的“SUPER S”·橡胶辊电阻的测定为测量导电橡胶部件10的电阻，如图5所示，将插有金属芯2的橡胶层1安装在铝鼓3上使铝鼓3与橡胶层1相接触。将内阻为r(100Ω)的导线的一端与电源4的正极相连。导线另一端与铝鼓3的一端面相连。将另一导线的一端与电源4的负极相连。该导线的另一端与导电橡胶辊10的一端面相连。
检测施加在导线内阻r上的电压V。假定加在该设备上的电压为E，则橡胶辊10的电阻R＝r×E/(V-r)。由于-r项可视为非常小，故R＝r×E/V。在金属芯2的两端分别加上500g的载荷。将500V或100V的电压E施加到导电橡胶部件上，同时使其以30rpm的速度旋转。在4秒钟内测定100次电压V。电阻R用上式计算。该测定在23℃的恒温以及55％的恒定湿度下进行。
·橡胶辊介电损耗正切的测定如图6所示，通过轴52和金属板53分别作为电极，橡胶辊51置于金属板53上，对橡胶辊51施加频率为100Hz、电压为5V的交流电。分量R(电阻)和分量C(电容)分别用LCR计(AG-4311B，Ando Denki公司制造)在23℃～24℃(室温)的温度下测量。使用下面的公式从R值和C值计算出介电损耗正切、阻抗和相角。
介电损耗正切(tanδ)＝G/ωCG＝1/R当把橡胶辊的电性能设计成橡胶辊电阻分量的并联等效电路和橡胶辊电容分量的并联等效电路时，发现介电损耗正切就是G/ωC。清洁刮板的介电损耗正切在上述同样的条件下测定，即是说，在装有清洁刮板的金属芯清洁刮板的表面施加频率为100Hz、电压为5V的交流电。
·对橡胶辊脱除粘附色调剂的性能的评价为检验粘附到本发明的导电橡胶部件上的带电色调剂脱静电到何种程度进行了如下的测试。将每个实施例和对照例的橡胶辊作为充电辊安装到一台市面可购得的激光打印机(LP2000C，精工爱普生公司制造)上。在5％的打印在50页纸上完成后，在其上打印25％的半色调图像。随后测量粘附到充电辊上的色调剂的带电量，从而获得评价参数。
更具体的，在形成半色调图像后，将充电辊从激光打印机中取出。然后在充电辊上放置一台用来测量色调剂带电量的抽吸型机(“METER Model 210HS-2”，Trek公司制造)来抽吸色调剂。5分钟后测量色调剂的带电量(μC)及其重量(g)。单位重量的静电量作为带电量(μC/g)。即，带电量(μC/g)＝带电量(μC/g)/色调剂重量(g)
·刮板的清洁性能将每个实施例和对照例的橡胶辊作为充电辊安装到一台市面可购得的激光打印机(LP2000C，精工爱普生公司制造)上。在5％的打印在50页纸上完成后，在其上打印25％的半色调图像。随后将充电辊从激光打印机中取出。将聚氨酯制的刮板在1.5g/cm2的压力下与充电辊接触，以刮除粘附到充电辊表面上的色调剂。从视觉上评估色调剂在充电辊表面上的残留程度。将没有残留色调剂的充电辊标记为◎。残留有微量色调剂的充电辊标记为○。残留有色调剂的充电辊标记为△。残留许多色调剂的充电辊标记为×。
从表1可看出，实施例1中含有水合硅酸铝化合物(硬质粘土)和碳酸钙作为介电损耗正切调节填料的导电橡胶部件的介电损耗正切为2.1。实施例2中含有水合硅酸铝化合物作为介电损耗正切调节填料的导电橡胶部件的介电损耗正切为2.8。对照例1中不含介电损耗正切调节填料的导电橡胶部件的介电损耗正切为1.7，小于2.0。对照例2中不含介电损耗正切调节填料的导电橡胶部件的介电损耗正切为0.50。粘附到实施例1的导电橡胶辊上的色调剂的带电量为-7.0μC/g。粘附到实施例2的导电橡胶辊上的色调剂的带电量为-3.5μC/g。因此在实施例1和实施例2中，色调剂的带电量都很小。另一方面，粘附到对照例1的导电橡胶辊上的色调剂的带电量为-18.0μC/g。粘附到对照例2的导电橡胶辊上的色调剂的带电量为-27.5μC/g。因此在对照例1和对照例2的导电橡胶部件中，带电量没有减少多少。就是说，在实施例1和实施例2的导电橡胶部件中，带电量减少到1/7.9～1/2.6。从而证实实施例1和实施例2的导电橡胶部件有效的使色调剂脱除了静电。因此脱除了静电的色调剂可轻易的被刮板等部件除去。
将对实施例1和实施例2的导电橡胶辊所进行的上述“刮板清洁性能”测试中收集的色调剂重新装入墨盒中供使用，结果是得到了较好的图像。这表明清洁过程中色调剂的劣化得到了有效的抑制。
当每个实施例1和实施例2的导电橡胶辊用作充电辊时，可获得较好的可充电性。
权利要求
1.一种导电橡胶部件，其最外层是由含有离子导电橡胶的橡胶组合物构成的橡胶层，所述橡胶组合物进一步含有介电损耗正切调节填充剂，用来调节所述导电橡胶部件在被施加频率为100Hz、电压为5V的交流电时的介电损耗正切不低于2.0且不高于5.0。
2.根据权利要求1所述的导电橡胶部件，其特征在于，作为所述介电损耗正切调节填料，以所述离子导电橡胶以100质量份橡胶组分为基准，含有5～100质量份的水合硅酸铝化合物。
3.根据权利要求1所述的导电橡胶部件，其特征在于，所述橡胶层的表面形成有氧化膜。
4.根据权利要求1所述的导电橡胶部件，其特征在于，如果所述导电橡胶辊被加以100V电压时的电阻表示为R100，而被加500V电压时的电阻表示为R500，则成立如下关系logR100-logR500＜0.5
5.根据权利要求1所述的导电橡胶部件，其特征在于，其作为清洁辊被安装在成像设备中，用以清除至少一部分残留到所述成像设备的感光器和其他部件上的色调剂和加入到所述色调剂中的外添加剂以及纸屑。
6.根据权利要求1所述的导电橡胶部件，其特征在于，其作为一个辊被安装在成像设备中，至少一部分残留在感光器上的色调剂、加入到所述色调剂中的外添加剂以及纸屑粘附到所述辊子上，而且所述辊子还具有使所述色调剂、所述外添加剂和所述纸屑脱除静电的功能。
7.一种清洁设备，它包括一个辊型的根据权利要求1所述的导电橡胶部件和与所述导电橡胶部件相接触的刮板。
8.一种成像设备，其中安装了根据权利要求1所述的导电橡胶部件作为清洁辊或具有清洁功能的充电辊。
全文摘要
一种导电橡胶部件，其最外层是由含有离子导电橡胶的橡胶组合物构成的橡胶层。所述橡胶组合物进一步含有介电损耗正切调节填充剂。在其被施加频率为100Hz、电压为5V的交流电时，所述导电橡胶部件的介电损耗正切为不低于2.0且不高于5.0。
文档编号C08L101/12GK1654545SQ20051000806
公开日2005年8月17日 申请日期2005年2月7日 优先权日2004年2月12日
发明者水本善久 申请人:住友橡胶工业株式会社