专利名称：带电辊的制作方法
技术领域：
本发明涉及为了使电子照相式复印机和打印机、或者喷墨式(卜f 一夕工7卜 式)复印机和打印机等的图像形成装置的感光体等具有均勻的静电而使用的带电辊。
背景技术：
电子照相式复印机和打印机等的图像形成装置等中使用的带电辊除了要求不污 染感光体等的性质之外还要求规定的导电性。
但是，以往的带电辊有感光体容易残留色粉(toner)或附着外部添加剂的问题。 如果容易附着外部添加剂等，则长期使用导致外部添加剂等大量附着，发生电阻值变化或 其偏差，带电特性降低。带电特性降低则导致图像形成装置的图像不良。
因此，人们提出了可降低表面粗糙度(Rz 10点平均粗糙度)、使表面平滑的带电 辊(参照专利文献1)。还提出了为了防止色粉及其外部添加剂的附着而在导电性覆盖部件 的表面形成0. 3 μ m以下有机或无机微粒子层的带电辊(参照专利文献2)。
带电辊还进一步要求即使长期使用仍可保持带电特性。
先行专利文献
专利文献
专利文献1 日本特开2000-137369号公报
专利文献2 日本特开2006-091495号公报发明内容
本发明针对上述情况，其课题在于提供可长期保持带电特性的带电辊。
解决上述课题的本发明的方案1的带电辊的特征在于在芯轴(芯金)的外周具 有至少一层导电性橡胶弹性层的带电辊中，该带电辊的轴向10点平均粗糙度为Rz1、该带电 辊的圆周方向10点平均粗糙度为Rz2、该带电辊的轴向凹凸的平均间隔为Sm1、该带电辊的 圆周方向凹凸的平均间隔为Sm2时，上述带电辊的表面状态满足下式，上述带电辊的显微硬 度(〗夕口硬度)为48 60°。
[数1]
1. 00 < Rz1ZRz2 ^ 2. 00
0 < Sm1ZSm2 ^ 1. 00
Rz1 > 11 μ m
本发明的方案2是方案1所述的带电辊，其特征在于，该带电辊满足下式
[数2]
Rz1 <34 μ m
50ym < Sm1 < 130 μ m
本发明的方案3的带电辊是方案1或2的带电辊，其特征在于，上述导电性橡胶弹 性层的表层部设置用含有异氰酸酯化合物的表面处理液进行了表面处理的表面处理层。
本发明的方案4是方案1-3中任一项的带电辊，其特征在于，上述导电性橡胶弹性 层的表面通过利用耐水研磨纸进行的湿式研磨形成。
本发明的带电辊，使轴向的表面粗糙度比圆周方向的表面粗糙度大，且比规定的 值大，使轴向的凹凸平均间隔为圆周方向的凹凸平均间隔以下，同时为规定的硬度，由此， 色粉、外部添加剂难以被凹部捕获，发挥可长期保持带电特性的效果。
图1是表示本发明的带电辊图像的概略斜视图。
图2是表示一个实施方案的带电辊的湿式研磨情形图
图3是试·H列2中样品1的带电辊的表面放大照片。
图4是试·H列2中样品7的带电辊的表面放大照片。
图5是试·H列2中样品10的带电辊的表面放大照片。
图6是试·H列2中样品13的带电辊的表面放大照片。
图7是试·H列2中样品18的带电辊的表面放大照片。
图8是试·H列2中样品27的带电辊的表面放大照片。
图9是试·H列2中样品观的带电辊的表面放大照片。
图10是试 险例2中样品四的带电辊的表面放大照片
图11是试 险例2中样品40的带电辊的表面放大照片
图12是试 险例2中样品41的带电辊的表面放大照片
图13是试 险例2中样品42的带电辊的表面放大照片
图14是试 险例2中样品43的带电辊的表面放大照片
符号说明
1带电辊
11耐水研磨纸
12抽取辊
13支撑辊
14卷绕辊
15研磨液具体实施方式
本发明的带电辊并不象以往的带电辊那样使表面整体的粗糙度减小，而是使轴向 的表面粗糙度比圆周方向的表面粗糙度大、且比规定的值大，使轴向的凹凸的平均间隔为 圆周方向凹凸的平均间隔以下，同时为规定的硬度，由此，色粉、外部添加剂难以被凹部捕 获，可长期保持带电特性。
本发明的带电辊只要包含具有规定导电性的橡胶弹性体即可，没有特别限定，可 以由1层形成也可以是2层以上。另外，可以在最表面设置涂层，也可以在最上层设置表面 处理层。总之，辊的表面是满足轴向表面粗糙度与圆周方向的粗糙度的关系、轴向的凹凸平 均间隔与圆周方向的凹凸平均间隔的关系、以及轴向的粗糙度满足规定的条件的状态，辊 的显微硬度为48-60°。具体来说，当带电辊的轴向10点平均粗糙度为Rz1、带电辊的圆周方向10点平均粗糙度为Rz2、带电辊的轴向凹凸平均间隔为Sm1、该带电辊圆周方向凹凸的 平均间隔为Sm2时，辊的表面满足下式。
[数3]
1. 00 < RZ/RZ2 ( 2. 00
0 < Sm1ZSm2 ^ 1. 00
Rz1 > 11 μ m
通过形成这样的表面状态，可以在保持良好的摩擦系数和充分的带电特性的状态 下抑制色粉、外部添加剂被捕获到凹部。即，可在不降低带电特性的情况下抑制色粉、外部 添加剂的附着，可以长期保持带电特性。
本发明的带电辊的显微硬度为48-60°。如果带电辊的显微硬度在该范围，则在图 像形成时可获得良好的图像。带电辊的显微硬度低于48°，则凸部破裂，容易受脏污，发生 图像不良。如果显微硬度比60°大，则表面的凸部呈现在图像上。
另外，优选轴向的10点平均粗糙度Rz1、圆周方向的10点平均粗糙度Rz2、轴向的 凹凸平均间隔Sm1满足下式。
[数4]
Rz1 < 34 μ m
50ym < Sm1 < 130 μ m
通过使带电辊的表面状态在上述范围，可以良好地保持带电特性，同时可以抑制 色粉、外部添加剂的附着。如果Rz1为34 μ m以上，则可能无法获得足够的带电特性。
带电辊进一步优选满足下式。
[数5]
13.Rz1 ^ 27. 6 μ m
53. Oym^ Sm1 ^ 123. 5 μ m
由此可以保持优异的带电特性，并抑制色粉、外部添加剂的附着，可以长期保持带 电特性。
这里，采用附图对本发明的带电辊进行说明。图1是表示本发明的带电辊图像的 概略斜视图。如图1所示，带电辊1在轴2上设置有导电性橡胶弹性层3。该导电性橡胶弹 性层3的外周面通过断续地设置在圆周方向长的规定宽度的凸部4，形成沿圆周方向延伸 的规定宽度的凹部。即，构成凹凸部的凹部由长沟槽构成，该长沟槽是在间隔配置的、圆周 方向长的凸部4和凸部4之间形成的。上述式[数3]表示设置如上所述沿圆周方向延伸 的规定宽度的沟槽的状态。这里，上述的RZl/fc2> 1.00表示设置沿圆周方向延伸的规定 宽度的沟槽，0 < Sm1ZSm2 ( 1. 00表示沿轴向延伸的规定宽度的沟槽比沿圆周方向延伸的 规定宽度的沟槽小。本发明的带电辊设置有沿圆周方向延伸的规定宽度的凹部，圆周方向 的凹凸的平均间隔根据测定部分的不同而有很大不同，而沿轴向的凹凸的平均间隔Sm1并 不受测定部分不同的影响。这里所述的“沿圆周方向”是指相对于轴向例如呈45° -135° 左右的角度。所述沟槽无需横跨圆周方向形成，可以以某种程度的长度断开，优选设置成沟 槽与沟槽交叉。通过设置沿圆周方向延伸的沟槽，色粉等滑走，难以附着在带电辊的表面。 另外，即使色粉附着在凹部，在与感光体等的接触部分，色粉等的附着部分的相对面积小， 因此可以使感光体等均勻带电。另外，如果低于1，则形成设置沿轴向延伸的规定宽度的沟槽的状态，长期使用则色粉等大量附着在凹部，带电特性降低，在图像形成时图像 上产生横纹。而如果比2大，则图像形成时凹凸过大，发生放电不均勻，发生图像不 良。另外，如果Rz1S Ilym以下，则无法获得充分的效果，容易附着色粉等。
上述[数3]-[数5]中，通过对轴向的10点平均粗糙度Rz1和轴向的凹凸平均间 隔Sm1进行规定，规定了轴向的凸部的高度、轴向的的凸部的宽度等。
为了形成上述表面状态，例如优选在研磨辊时，实施利用耐水研磨纸进行的湿式 研磨。此时，可以研磨得轴向的表面粗糙度比圆周方向的表面粗糙度大。
这里，湿式研磨是使用耐水研磨纸例如耐水性的砂纸，一边对其供给研磨液一边 在辊旋转的状态下使辊与其接触进行研磨。具体来说如图2所示，将耐水研磨纸11由抽取 辊(卷t出口一 > ) 12卷至支撑辊(受(t 口一 > ) 13，卷到卷绕辊14上，同时向耐水研磨 纸11上供给研磨液15，在使与支撑辊13相对配置的带电辊1旋转的状态下，使其与耐水 研磨纸11接触。在该状态下一边使带电辊1沿轴向移动一边进行研磨，则得到上述表面状 态。即，设置沿圆周方向延伸的规定的凹凸，使轴向的表面粗糙度比圆周方向的表面粗糙度 大，使轴向的凹凸平均间隔为圆周方向的凹凸平均间隔以下。
还可根据需要，在实施利用耐水纸进行的湿式研磨之前通过磨具(研磨砥石)进 行干式研磨。具体来说干式研磨例如在使辊旋转的状态下边与旋转磨石接触边沿轴向移动 来进行。
这里，本发明的导电性橡胶弹性层是在橡胶基材中添加赋予导电性的材料，成形 并硫化得到。橡胶基材可以是聚氨酯、表氯醇橡胶、丁腈橡胶(NBR)、苯乙烯橡胶(SBR)、氯 丁二烯橡胶等。聚氨酯特别优选醚系或酯系多元醇与异氰酸酯反应得到的聚氨酯，特别优 选使用醚系聚氨酯。醚系聚氨酯优选为以醚系多元醇为主体的多元醇与多异氰酸酯反应获 得的、所谓的浇注型聚氨酯。是由于这可以减小压缩永久变形的缘故。
与多元醇反应的异氰酸酯例如有2，4_甲苯二异氰酸酯(TDI)、4，4’ - 二苯基甲 烷二异氰酸酯(MDI)、对苯二异氰酸酯(PPDI)、1，5_萘二异氰酸酯(NDI)、3，3-二甲基联 苯-4，4’_ 二异氰酸酯(TODI)以及两个末端具有这些异氰酸酯的预聚物等的改性体、聚合 体等。
赋予导电性的材料可以是碳黑、金属粉等的赋予电子导电性的材料、赋予离子导 电性的材料、或将它们两者混合使用。赋予离子导电性的材料有有机盐类、无机盐类、金属 络合物、离子性液体等。有机盐类、无机盐类有高氯酸锂、季铵盐、三氟乙酸钠等。金属络 合物有卤化铁-乙二醇等。具体来说，可以是日本特许第3655364号公报所述的材料。离 子性液体可以是室温下为液体的熔融盐，也称为常温熔融盐，特别指熔点为70°C以下、优选 30°C以下的熔融盐。具体来说可以是日本特开2003-202722号公报所述的材料。
本发明的带电辊在研磨后可以设置表面处理层、涂层，优选实施表面处理，使其保 持表面状态且具有规定的摩擦系数和带电特性。通过进行表面处理，辊的轴向凹凸数有增 加倾向，但最终的表面状态仍要保持上述状态。
表面处理层是将导电性橡胶弹性层浸渍在表面处理液中或通过喷涂等涂布表面 处理液，使其干燥固化来形成。将表面处理液浸渗在导电性橡胶弹性层的表层部，形成表面处理层。
这里，表面处理液是将至少异氰酸酯成分溶解于有机溶剂中得到。6
表面处理液中所含的异氰酸酯成分有2，6_甲苯二异氰酸酯(TDI)、4，4’_ 二苯基 甲烷二异氰酸酯(MDI)、对苯二异氰酸酯(PPDI)、1，5-萘二异氰酸酯(NDI)和3，3_ 二甲基 联苯_4，4’ - 二异氰酸酯(TODI)等的异氰酸酯化合物，以及上述的聚合体和改性体等。还 可以是由多元醇和异氰酸酯形成的预聚物。
表面处理液中可以含有聚醚系聚合物。这里，聚醚系聚合物优选可溶解于有机溶 剂，还优选具有活性氢、可与异氰酸酯化合物反应而进行化学键合。
具有活性氢的优选的聚醚系聚合物例如有表氯醇橡胶。这里所述的表氯醇橡胶是 指未硫化状态的表氯醇橡胶。表氯醇橡胶可以使表面处理层在具有导电性的同时具有弹 性，因此优选。表氯醇橡胶末端具有活性氢(羟基)，也优选在单元中具有羟基、烯丙基等活 性氢的。表氯醇橡胶可以是表氯醇均聚物、表氯醇-环氧乙烷共聚物、表氯醇-烯丙基缩水 甘油基醚共聚物、表氯醇-环氧乙烷-烯丙基缩水甘油基醚三元共聚物或其衍生物等。
具有活性氢的其它优选的聚醚系聚合物有具有羟基或烯丙基的聚合物，例如有 多元醇、二醇等。作为上述聚醚系聚合物，与两末端具备具活性氢的基团相比，优选只在一 个末端具备具活性氢的基团。另外，优选数均分子量为300-1000。这可以使表面处理层具 有弹性。上述聚醚系聚合物例如有聚亚烷基二醇单甲醚、聚亚烷基二醇二甲醚、烯丙基化 聚醚、聚亚烷基二醇型二元醇(水。〗J 7 > * l· >夕'<J a ” t^jl· )、聚亚烷基二醇型三 元醇(水° 1J T Jl· ^ l· y夕’U - 一卟卜IJ才一卟)等。
如上所述，通过在表面处理液中添加聚醚系聚合物，可以使表面处理层的柔软性、 强度提高，结果不会使所需要的辊的表面磨损、或相接触的感光体等表面划伤。
表面处理液中还可以含有选自丙烯酸氟系聚合物(7夕U > 7 〃素系f 'J-^-) 和丙烯酸有机硅系聚合物(7夕U > * U ^ — >系*1 一)的聚合物。
本发明的表面处理液中所使用的丙烯酸氟系聚合物和丙烯酸有机硅系聚合物是 可溶解于规定的溶剂中、可与异氰酸酯化合物反应而化学键合的物质。丙烯酸氟系聚合物 例如是具有羟基、烷基、或羧基的溶剂可溶性的氟系聚合物，例如有丙烯酸酯与丙烯酸氟 代烷基酯的嵌段共聚物或其衍生物等。丙烯酸有机硅系聚合物是溶剂可溶性的有机硅系聚 合物，例如有丙烯酸酯与丙烯酸硅氧烷酯的嵌段共聚物或其衍生物等。
表面处理液中可以进一步添加乙炔黑、科琴黑、T0KABLACK(卜一力巧〃夕)等 的碳黑作为赋予导电性的材料。
表面处理液中使用的碳黑优选相对于异氰酸酯成分为0 40质量％。过多则发 生脱落、物性降低等问题，不优选。
表面处理液中的丙烯酸氟系聚合物和丙烯酸有机硅系聚合物相对于异氰酸酯成 分，优选使丙烯酸氟系聚合物和丙烯酸有机硅系聚合物的总量为10 70质量％。如果少 于10质量％，则将碳黑等保持在表面处理层中的效果减小。而如果聚合物的量多于70质 量％，则带电辊的电阻值升高，放电特性降低，或者异氰酸酯成分相对减少，无法形成有效 的表面处理层。
进一步地，表面处理液中含有溶解异氰酸酯成分、以及根据需要含有的这些聚醚 系聚合物、丙烯酸氟系聚合物和丙烯酸有机硅系聚合物的有机溶剂。有机溶剂没有特别限 定，可以使用乙酸乙酯、甲基乙基酮(MEK)、甲苯等有机溶剂。
如上所述，通过使表面处理液浸渗在导电性橡胶弹性层的表层部并使其固化而设置表面处理层，表面处理层浸渗在导电性橡胶弹性层的表层部而一体地设置。上述表面处 理层主要是异氰酸酯成分固化形成的，是异氰酸酯成分的密度自表面向内部依次稀疏地一 体形成的。
这里，如上所述，在橡胶弹性层的表面设置用含有异氰酸酯的表面处理液进行了 表面处理的表面处理层时，通过该表面处理可获得规定的表面状态和摩擦系数，同时电阻 值偏差小，发挥可获得具有规定的电阻值的带电辊的效果。
导电性橡胶弹性层的表面设置涂层时，例如可在导电性橡胶弹性层上涂布涂剂， 使其干燥固化，由此成形为涂层。涂剂可以使用聚氨酯、丙烯酸聚氨酯、尼龙、NBR等公知的 材料。涂布涂剂的方法优选采用浸涂法、辊涂法、喷涂法等。
以下根据实施例说明本发明，但本发明并不受其限定。
(样品1)
<辊的制备方法>
在100质量份表氯醇橡胶(工C夕π — CG-102,夕· ^ ” 一社制)中分别添加 0. 5质量份三氟乙酸钠作为导电性赋予剂、3质量份锌白、2质量份硬脂酸、1. 5质量份硫化 剂，用辊式搅拌机混炼，在直径6mm的芯轴的表面加压成形，得到在芯轴表面形成了弹性层 的辊。
〈辊表面的研磨〉
将辊用磨具研磨，在符合了尺寸后用图2所示的装置进行湿式研磨，形成沿圆周 方向延伸的凹凸，使轴向的表面粗糙度比圆周方向的表面粗糙度大。
<表面处理液的制备>
将100质量份乙酸乙酯、20质量份异氰酸酯化合物(MDI)用球磨机分散混合3小 时。
<辊的表面处理>
在将表面处理液保持20°C的状态下将上述辊浸渍30秒，然后用保持为100°C的烘 箱加热10小时，得到带电辊。
(样品2-39)
改变耐水研磨纸的粗糙度、表面处理液的浓度、橡胶基材的显微硬度等，得到表1 和2所示的带电辊。
(样品40-43)
不进行湿式研磨，改变表面处理液的浓度、橡胶基材的显微硬度等，得到表2所示 的带电辊。
(试验例1)
对于各带电辊，用表面粗糙度计(小坂研究所制，SE-3300)，按照JISB0601-1994 测定轴向表面粗糙度Rz1(Pm)、轴向的凹凸平均间隔Sm1(Pm)、圆周方向的表面粗糙度 Rz2(Pm)。各带电辊的表面粗糙度和凹凸平均间隔是在两个端部以及中央部共三处进行测 定，求出平均值。结果如表1和2所示。
(试验例2)
通过激光显微镜(VK-9500，Keyence社制)观察样品1、样品7、样品10、样品13、 样品18、样品27、样品28、样品29、样品40-43的带电辊的表面。结果如图3_14所示。
(试验例幻耐污性
将各带电辊组装到市售的激光打印机(LP-8900，EPSON社制)中，在印刷20000张 后目视观察各带电辊的表面脏污状态。耐污性以〇没有脏污，Δ 稍有脏污，X 有脏污判 定。结果如表1和2所示。
(试验例4)图像评价
将各带电辊组装到市售的激光打印机(LP-8900，EPSON社制)中，进行实心印刷试 验，目视评价印刷的图像。表面粗糙度的单位为ym。图像评价是以〇没有不均、均勻的 画像，Δ:图像稍有不均，X 观察到露白进行判定。结果如表1和表2所示。
(试验例幻显微硬度
用显微硬度计(MD-1，高分子计器社制)测定各带电辊的显微硬度。结果如表1和 表2所示。
[表1]
权利要求
1.带电辊，该带电辊是在芯轴的外周具有至少一层导电性橡胶弹性层的带电辊，其特 征在于，在该带电辊轴向的10点平均粗糙度为Rz1、该带电辊圆周方向的10点平均粗糙度 为Rz2、该带电辊的轴向凹凸的平均间隔为Sm1、该带电辊圆周方向的凹凸的平均间隔为Sm2 时，带电辊的表面状态满足下式，上述带电辊的显微硬度为48-60°， [数1]1.00 < Rz1ZRz2 ( 2. 00 0 < Sm1ZSm2 ^ 1. 0011 μ m < Rz1O
2.权利要求1所述的带电辊，其特征在于，该带电辊满足下式 [数2]Rz1 < 34μ m50 μ m < Sm1 < 130 μ m。
3.权利要求1的带电辊，其特征在于，上述导电性橡胶弹性层的表层部设置用含有异 氰酸酯化合物的表面处理液进行了表面处理的表面处理层。
4.权利要求1-3中任一项的带电辊，其特征在于，上述橡胶弹性层的表面通过利用耐 水研磨纸进行的湿式研磨形成。
全文摘要
本发明涉及带电辊。本发明提供可长期保持带电特性的带电辊。该带电辊在芯轴的外周具有至少一层导电性橡胶弹性层，在该带电辊轴向的10点平均粗糙度为Rz1、该带电辊圆周方向的10点平均粗糙度为Rz2、该带电辊的轴向凹凸平均间隔为Sm1、该带电辊圆周方向的凹凸平均间隔为Sm2时，带电辊的表面状态满足下式，上述带电辊的显微硬度为48-60°。[数1]1.00＜Rz1/Rz2≤2.00；0＜Sm1/Sm2≤1.00；11μm＜Rz1。
文档编号G03G15/02GK102033459SQ201010501499
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月30日 优先权日2009年9月30日
发明者大浦孝祐 申请人:新智德株式会社