专利名称：导电性辊筒及其制造方法
技术领域：
本发明涉及复印机、激光打印机、传真机、ATM等办公设备用的导电性辊筒。
办公设备的图像形成机构中，采用带电辊筒、显影辊筒、转印辊筒等导电性辊筒。用该设备形成图像时，首先带电辊筒使感光鼓等静电潜像保持体均匀带电。然后，通过图像曝光在静电潜像保持体上形成静电潜像。接着，用显影辊筒，将色粉提供到静电潜像保持体上，形成色粉像。该该色粉像再通过转印辊筒转印到纸等印刷体上并定影。这样就可印刷出所希望的图像。
带电辊筒、显影辊筒以及转印辊筒均与静电潜像保持体直接接触，因此需要具有某种程度的柔软，使得与静电潜像保持体之间能获得适当的压接余量。例如日本专利公报特开平8-334995号中揭示了一种通过海绵橡胶层与硬橡胶层迭层来提高柔软性的导电性辊筒。
但这些辊筒，在图像形成机构方面，其电阻值需要为105Ω至1010Ω量级(即半导电区)。为了达到使辊筒具有导电性的目的，往往采用离子导电性聚合物、离子导电剂等，使辊筒呈离子导电性。这种离子导电性辊筒，随自由离子的移动使电流流过。因而，由隧道效应(具体内容后面述及)引起的电阻值变化很少。
可发现该离子导电性辊筒存在离子移动性随温度、湿度等环境变化，故而电阻值会发生变化这种趋势。而且，离子导电性辊筒其自由离子量往往还随使用次数、制造后天数的增加而减少，电阻值会增大(所谓日积月累的变化)。电阻值的误差、逐日变化会给图像形成带来不良影响。
为了达到使辊筒具有导电性的目的，往往在橡胶中掺有碳黑或金属粉末等电子导电性物质。若对辊筒加上电压，电子便通过电子导电性物质而传导，使电流流过。电子导电性辊筒，由于不需要采用离子导电性物质，因此可抑制电阻值随环境的变动、电阻值日积月累的变化。
但发现这种电子导电性辊筒其所加电压越高电阻值便越小这种现象。电阻值与所加电压有关，估计是因为低电压下未通电的电子导电物质间在高电压下会通电(所谓的隧道效应)所引起的。而且，该电子导电性辊筒若电子导电性物质分布不均匀，便会随部位而产生电阻值误差。电阻值的变动、误差会给图像形成带来不良影响。
这样，电阻值与所加电压关联度小的导电性辊筒，其电阻值与环境的关联度较大，而且电阻值日积月累的变化也大。另一方面，电阻值与环境关联度小的导电性辊筒，其电阻值与所加电压的关联度又较大，而且电阻值随部位产生的误差也较大。目前的实际情况，是尚未得到一种满足上述全部性能、总可以形成良好图像的导电性辊筒。
本发明正是鉴于这种实际情况，其目的在于，提供一种可获得良好图像的导电性辊筒。
为达到上述目的，本发明的导电性辊筒，具有轴芯、在该轴芯的表面一侧形成的海绵橡胶层、以及在该海绵橡胶层的表面一侧形成的硬橡胶层，其特征在于，令加上1000V电压状态下沿圆周方向测量的电阻最大值为Rmax(Ω)，最小值为Rmin(Ω)时，用下式(1)D＝log(Rmax)-log(Rmin)……(1)计算出的D值小于0.3。
该导电性辊筒，用上述式(1)计算出的D值小于0.3，电阻值因部位产生的误差较小。因而所获得的图像良好。
最好，令加上1000V电压状态下沿圆周方向测量的电阻平均值为R1(Ω)，加上100V电压状态下沿圆周方向测量的电阻平均值为R2(Ω)时，用下式(2)d＝log(R2)-log(R1)……(2)计算出的d值小于1.0。
该导电性辊筒，用上述式(2)计算出的d值小于1.0，电阻值与所加电压的关联度小。因而所获得的图像良好。
最好，硬橡胶层可用电子导电性物质使之呈现导电性，该硬橡胶层通过涂覆橡胶糊状组成物形成。该硬橡胶层靠电子导电性物质实现导电性，因此硬橡胶层不需要混合离子导电性物质。因而，电阻值与环境的关联度小，而且电阻值日积月累的变化也小。此外，硬橡胶层通过涂覆橡胶糊状组成物形成，因此可解决电阻值因与所加电压关联度以及部位造成的误差这种电子导电性辊筒的固有问题。
最好，海绵橡胶层以耐油性橡胶为主要成分，硬橡胶层以非极性橡胶为主要成分。海绵橡胶层以耐油性橡胶为主要成分，就可在该海绵橡胶层涂覆橡胶糊状组成物时，抑制橡胶糊状组成物的溶剂使海绵橡胶层浸润膨胀或变差。另外，硬橡胶层以非极性橡胶为主要成分，这样橡胶糊状组成物就可以使用极性小的溶剂，因此可进一步防止该溶剂使海绵橡胶层的耐油性橡胶浸润膨胀。
附图简要说明图1是示出本发明一实施形态导电性辊筒的立体图。
下面适当参照
本发明实施形态。
图1是示出本发明一实施形态导电性辊筒1的立体图。该导电性辊筒1具有轴芯2、海绵橡胶层3以及硬橡胶层4。
轴芯2为近似圆柱形，由金属材料构成。图像形成时，电流通过该轴芯2流到海绵橡胶层3和硬橡胶层4。
海绵橡胶层3可以是离子导电性的，也可以是电子导电性的。为了使海绵橡胶层3为离子导电性，可以采用丙烯腈-丁二烯共聚物、氢化丙烯腈-丁二烯共聚物、氯丁橡胶、丙烯酸橡胶、聚氨酯橡胶、表氯醇橡胶等离子导电性、聚合物本身电阻较小的橡胶，或者也可以混合离子导电剂。为了使海绵橡胶层3为电子导电性，可在乙烯-丙烯-二烯共聚物(EPDM)、苯乙烯-丁二烯共聚物、天然橡胶、丁二烯橡胶、异戊二烯橡胶、硅橡胶等当中掺入碳黑、金属粉末等电子导电性物质。当然也可以同时使用离子导电性物质与电子导电性物质。
特别希望海绵橡胶层3采用耐油性橡胶。通过采用耐油性橡胶，当涂覆后面述及的橡胶糊状组成物时，可以防止橡胶糊状组成物中所含的溶剂使海绵橡胶层3浸润膨胀。本说明书中所用的所谓耐油性的术语，意味着SP值为9.0以上的橡胶。作为理想的耐油性橡胶，可以举出丙烯腈-丁二烯共聚物、聚氨酯橡胶、氯丁橡胶等。采用耐油性橡胶时，该耐油性橡胶也可以和非耐油性橡胶混合。作为理想的非耐油性橡胶，可以举出耐气候性优异的乙烯-丙烯-二烯共聚物。即使混合非耐油性橡胶的场合，从抑制浸润膨胀的观点出发，最好也以耐油性橡胶为主要成分。具体来说，耐油性橡胶占整个橡胶成分的比例最好为50质量％以上。
海绵橡胶层3含有气泡，气泡通常通过发泡剂发泡形成。作为所用的理想发泡剂，可以举出偶氮二酰胺、N，N-二亚硝基五甲撑四胺等化学反应型有机发泡剂。通常，与橡胶加热和交联反应同时发生发泡。化学反应型有机发泡剂的混合量(质量比)，相对于橡胶100份，大致在3份以上11份以下。混合量若达不到上述范围，往往会发泡倍数低，导电性辊筒1的柔软性不够。反之混合量若超过上述范围，又往往会使发泡剂阻碍橡胶的交联反应，使导电性辊筒1强度不够。也可以用低沸点型发泡剂替代化学反应型有机发泡剂，另外也可以靠微型格形成气泡。
海绵橡胶层3的发泡倍数，希望是2倍以上7倍以下，特别希望是3倍以上6倍以下。发泡倍数若达不到上述范围，往往会导电性辊筒1的柔软性不够。反之，发泡倍数若超过上述范围，往往导电性辊筒1的强度会不够。
海绵橡胶层3是靠例如挤出成型等预成型为圆筒状的橡胶组成物经过加热·交联形成的。交联后可将轴芯2插入海绵橡胶层3的内周。海绵橡胶层3和轴芯2可用粘结剂固定，另外也可以通过压入来固定。与轴芯2固定后，为了调整尺寸和对表面状态进行调整，还可以对海绵橡胶层3的外圆周表面研磨。
海绵橡胶层3的厚度无特别限制，通常在2mm以上10mm以下。厚度若达不到上述范围，往往会有损于导电性辊筒1的柔软性。反之，厚度若超过上述范围，往往导电性辊筒1的强度会不够。
硬橡胶层4可以是电子导电性的，也可以是离子导电性的，但从抑制电阻值随环境的变动和抑制日积月累变化的观点出发，最好是电子导电性的。为了使硬像胶层4为电子导电性，在例如乙烯-丙烯-二烯共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、天然像胶、丁二烯橡胶、异戊二烯橡胶、硅橡胶等非离子导电性橡胶中掺入例如碳黑、金属粉末等电子导电性物质即可。
硬橡胶层4特别希望采用非极性橡胶。通过用非极性橡胶，橡胶糊状组成物中可以用极性小的溶剂，因此可以更好地防止该溶剂使海绵橡胶层的耐油性橡胶浸润膨胀。另外，本说明书中所用的所谓非极性橡胶的术语，意味着SP值为8.0以下的橡胶。特别理想的非极性橡胶是耐气候性优异的乙烯-丙烯-二烯共聚物。
硬橡胶层4的厚度无特别限制，通常在50μm以上300μm以下。厚度若达不到上述范围，往往会在导电性辊筒1表面表现出海绵橡胶层3的电阻特性。反之，厚度若超过上述范围，往往会有损于导电性辊筒1的柔软性。
硬橡胶层4是通过在海绵橡胶层3的表面涂覆橡胶糊状组成物，并经过加热和交联形成的。由此，电子导电性物质均匀分布在硬橡胶层4中，可以抑制电阻值因部位产生的误差。另外，由于电子导电性物质各向同性，电子导电性物质随机分布，因此可抑制电阻值与所加电压的关联度。这样，通过涂覆橡胶糊状组成物来形成海绵导电层3，便可解决电子导电固有的问题。
硬橡胶层4形成过程中，首先将橡胶、交联剂、电子导电性物质、各种添加剂等混合，可得到橡胶组成物。然后，将这种橡胶组成物溶解或分布于溶剂中，得到橡胶糊状组成物。接着将该橡胶糊状组成物涂覆在海绵橡胶层3的表面。涂覆可采用刮板涂覆法、喷涂法、浸渍法等已知方法。然后，在溶剂干燥后通过加热使橡胶交联，形成硬橡胶层4。
当然，也可以采用使管状硬橡状层4套住海绵橡胶层3这种穿管或双层挤出方法形成导电性辊筒1，但用穿管方法，海绵橡胶层3容易变形，而采用双层挤出，硬橡胶层4的电子导电性物质容易分布不均匀或者容易形成取向，因此希望采用上述橡胶糊状组成物涂覆方法。
本发明导电性辊筒1的迭层结构不限于图1所示结构。例如，也可以在不损害本发明特性的范围内，在轴芯2和海绵橡胶层3之间、海绵橡胶层3和硬橡胶层4之间或硬橡胶层4更外面一侧设置其它层。
该导电性辊筒1，令加上1000V电压状态下沿圆周方向测量的电阻值最大值为Rmax(Ω)，最小值为Rmin(Ω)时，用上述式(1)计算出的D值小于0.3。该D值是表示电阻值因部位所产生误差的程度的指标。通过使D值小于0.3，可防止电阻值误差造成图像失真。出于这种观点，D值最好在0.1以下。作为使D值处于上述范围的具体手段，可举出例如通过上述橡胶糊状组成物涂覆方法形成硬橡胶层4。另外，电阻值的测量是就导电性辊筒1的外圆周表面其长度方向中央部位，沿圆周方向连续测量。另外，D值理想状况下为零，因此本发明未规定D值的下限。
令加上1000V电压状态下沿圆周方向测量的电阻平均值为R1(Ω)，加上100V电压状态下沿圆周方向测量的电阻平均值为R2(Ω)时，用上述式(2)计算出的d值较好小于1.0。该d值是表示电阻值与所加电压关联度的指标。通过使d值小于1.0，可防止电阻值变动造成图像失真。出于这种观点，d值最好在0.5以下。作为使d值处于上述范围的具体手段，可举出例如通过上述橡胶糊状组成物涂覆方法形成硬橡胶层4。另外，电阻平均值的计算是按照前述测量Rmax和Rmin的情形沿圆周方向测量电阻值，将其最大值和最小值的中间值作为平均值。另外，d值理想状况下为零，因此本发明未规定d值的下限。
实施例下面根据实施例便可明白本发明的效果，但不用说，不应根据该实施例的记载对本发明进行限定性解释。另外，下面混合量的说明中所用的所谓“份”的术语，意味着以质量为基准的比值。将丙烯腈-丁二烯共聚物(日本ゼォン公司的商品名“DN401LL”)70份、乙烯-丙烯-二烯共聚物(三井化学公司的商品名“EPT4021”)30份、碳黑(东海碳公司的商品名“シ-スト 3”)27份、硫(鹤见化学公司的商品名“粉末硫”)3份、硫化促进剂(大内新兴化学工业公司的商品名“ノクセラ-CZ”)1份、发泡剂(永和化成公司的商品名“ビニホ-ル AC#3”)6份以及发泡助剂(永和化成公司的商品名“セルペ-スト 101”)6份按常规方法混合，得到橡胶组成物。将该橡胶组成物用挤出机挤出成为圆筒状，按规定尺寸截断，得到预成型体。将该预成型体放入硫化罐中，以温度160℃加热30分钟，使之产生交联反应。交联的同时发泡剂发泡，得到海绵橡胶层。将金属制轴芯(直径约6mm)插入该海绵橡胶层内周，用粘结剂将两者粘结。然后，用砂轮研磨海绵橡胶层表面。海绵橡胶层厚度约为4mm。
然后，将乙烯-丙烯-二烯共聚物(上述“EPT4021”)100份。碳黑(上述“シ-スト3”)33份、硫(上述“粉末硫”)2份以及硫化促进剂(上述“ノクセラ-CZ”)1份按常规方法混合，得到橡胶组成物。使该橡胶组成物溶解于甲苯中，得到橡胶糊状组成物。增减甲苯量，使橡胶糊状组成物的粘度为5000厘泊。接下来，将该橡胶组成物用刮板涂覆法涂覆在海绵橡胶层的表面。接着使甲苯挥发后，以温度160℃交联20分钟，形成硬橡胶层。硬橡胶层的厚度约为100μm。这样便得到实施例1的导电性辊筒。该导电性辊筒的海绵橡胶层和硬橡胶层的长度约为220mm。除了硬橡胶层中混合的碳黑量改为下面表1所示量以外，其它均与实施例1相同，得到实施例2和实施例3的导电性辊筒。使硬橡胶层中混合的碳黑量为27份，通过双层挤出使硬橡胶层覆盖海绵橡胶层，除此之外，其它均与实施例1相同，得到对比例1的导电性辊筒。另外，海绵橡胶层的交联和发泡以及硬橡胶层的交联均在双层挤出后进行。除了设置由聚氟亚乙烯(PVDF)制成的覆盖层来替代硬橡胶层以外，其它均与实施例1相同，得到对比例2的导电性辊筒，覆盖层利用穿管方法进行覆盖。不设置硬橡胶层，仅由轴芯和海绵橡胶层组成来形成对比例3的导电性辊筒。该导电性辊筒的海绵橡胶层其厚度与实施例1的导电性辊筒的海绵橡胶层厚度与硬橡胶层厚度的总和相同。将导电性辊筒的外圆周表面与长为350mm、直径为30mm的铝制圆柱侧面碰接。然后，在轴芯两侧各加上4.9N的负荷。接下来，在温度为23℃、相对湿度为55％的环境下，对导电性辊筒加上1000V电压。在此状态下，在2秒钟时间内使导电性辊筒旋转1圈，测量导电性辊筒的电阻值。测量是就导电性辊筒外圆周表面其长度方向中央部位，沿圆周方向连续进行的。这样，便得到Rmax、Rmin以及R1。而且，除了使所加电压为100V以外，其它均用同样的方法，得到R2。根据上述测量结果，计算D值和d值。这些结果示于下面表1中。测量各导电性辊筒的肖氏硬度E。其结果示于下面表1中。
综上所述，按照本发明的导电性辊筒，可获得良好的图像。
表1导电性辊筒评价结果
*硬橡胶层的混合
权利要求
1.一种导电性辊筒，具有轴芯、在该轴芯的表面一侧形成的海绵橡胶层、以及在该海绵橡胶层的表面一侧形成的硬橡胶层，其特征在于，令加上1000V电压状态下沿圆周方向测量的电阻最大值为Rmax(Ω)，最小值为Rmin(Ω)时，用下式(1)D＝log(Rmax)-log(Rmin) ……(1)计算出的D值小于0.3。
2.如权利要求1所述的导电性辊筒，其特征在于，令加上1000V电压状态下沿圆周方向测量的电阻平均值为R1(Ω)，加上100V电压状态下沿圆周方向测量的电阻平均值为R2(Ω)时，用下式(2)d＝log(R2)-log(R1) ……(2)计算出的d值小于1.0。
3.如权利要求1或2所述的导电性辊筒，其特征在于，所述硬橡胶层可用电子导电性物质使之呈现导电性，该硬橡胶层通过涂覆橡胶糊状组成物形成。
4.如权利要求3所述的导电性辊筒，其特征在于，所述海绵橡胶层以耐油性橡胶为主要成分，硬橡胶层以非极性橡胶为主要成分。
5.一种导电性辊筒的制造方法，所述导电性辊筒具有轴芯、在该轴芯的表面一侧形成的海绵橡胶层、以及在该海绵橡胶层的表面一侧形成的硬橡胶层，其特征在于，所述导电性辊筒的制造方法包含在衬底上涂覆橡胶糊状组成物形成硬橡胶层的工序。
全文摘要
本发明提供一种能得到良好图像的导电性辊筒。导电性辊筒1具有轴芯2、海绵橡胶层3以及硬橡胶层4。海绵橡胶层3以耐油性橡胶为主要成分,含有气泡。硬橡胶层4以非极性橡胶为主要成分,含有电子导电性物质。通过在海绵橡胶层3表面涂覆橡胶糊状组成物来形成硬橡胶层4。令加上1000V电压状态下沿圆周方向测量的电阻最大值为Rmax(Ω),最小值为Rmin(Ω)时,用下式(1)D=log(Rmax)－log(Rmin) ……(1)计算出的D值小于0.3。
文档编号G03G15/16GK1379293SQ0111630
公开日2002年11月13日 申请日期2001年4月6日 优先权日2001年4月6日
发明者上坂宪市 申请人:住友橡胶工业株式会社