专利名称：导电弹性体辊及其制造方法和图像形成装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种导电弹性体辊及其制造方法和图像形成装置，尤其涉及一种表面层的构成和性质得到改进的导电弹性体辊以及利用该导电弹性体辊的显影装置，包括显影盒和图像形成装置，属于图像形成技术领域。
背景技术：
目前，复印机、激光打印机等各种图像形成装置广泛应用于人们的生活和工作中， 已成为人们生活和工作中不可或缺的设备。复印机和激光打印机等图像形成装置的成像原理主要有接触式显影和跳跃式显影。使用比较多的是采用接触式显影的设备或装置。采用接触式显影的图像形成装置中包括处理盒(也称显影盒)，所述处理盒包括有粉仓、送粉辊、显影辊、感光鼓、充电辊和出粉刀等。接触式显影的原理和过程为利用充电辊给感光鼓充电，使感光鼓表面形成均勻的带电层，激光器将载有欲打印或复印图像信息的激光束照射到感光鼓表面，使感光鼓表面形成相应图像信息的静电潜像；另一方面，送粉辊向显影辊提供显影剂，并在出粉刀的作用下使显影辊的表面形成均勻带电的显影剂层；承载显影剂的显影辊将显影剂输送至感光鼓，使感光鼓表面的静电潜像转化为可视图像。对于接触式显影的图像形成装置，显影辊和充电辊通常都是利用一种导电弹性体辊制成。显影辊和充电辊一般具有如下结构位于中心的导电轴芯、覆于导电轴芯外的单一层或多层弹性层以及覆于弹性层外的表面层，相比于其它部分，表面层的性质对显影辊的性能影响最大。可以归纳如下显影辊表面层的作用(1)与送粉辊接触，使显影辊表面吸附并承载显影剂层；(2)与出粉刀相接触，使显影剂摩擦带电；(3)与感光鼓相接触，向感光鼓的静电潜像区域输送显影剂；(4)防止弹性层内低分子物质渗出污染其它部件；(5)保护弹性层。因此，为了使显影辊表面层达到上述作用效果，显影辊表面层应具有以下性能(1)对显影剂有良好的起电性。表面层承载显影剂，同时通过周向转动而与送粉辊和出粉刀相对运动，使显影剂受到摩擦从而适量且均勻地带电。(2)具有合适的电性能，均化显影剂所带电量，并使显影剂在显影电压的作用下从显影辊输送至感光鼓的静电潜像区域。(3)具有良好的表面特性，防止显影剂在其表面因化学物质吸附或显影辊与其它部件摩擦生热过大导致显影剂熔融而产生的显影剂在显影辊表面难以脱离甚至成膜。(4)具有合理的结构，能够阻止弹性层内有可能存在的低分子物质迁移出显影辊的表面而污染其它部件。(5)具有良好的耐磨性，在长时间的工作过程中，即使与送粉辊、出粉刀、感光鼓等部件接触、摩擦，也不会产生表面层破损，因而不会因表面层缺陷而导致成像不良，并保护弹性层。充电辊表面层的主要作用(1)与感光鼓直接接触，为感光鼓充电；(2)防止弹性层内低分子物质渗出污染感光鼓；(3)保护弹性层。同样地，对于作为充电辊使用的弹性体辊，如何降低或避免因显影剂在表面粘附而影响充电效果，以及阻止弹性层内低分子物质迁出和在工作中有效保护弹性层，也是对充电辊的表面层性能提出的基本要求。现有技术中，显影辊和充电辊的表面层一般由单一层或多层的树脂材料覆于弹性层外侧而形成，比较常用的树脂多为一些含氟树脂、环氧树脂或一些含硅材料的树脂，例如含氟聚氨酯树脂、含氟丙烯酸树脂、环氧聚氨酯树脂、环氧有机硅树脂、有机硅聚氨酯树脂/ 丙烯酸树脂、MQ树脂、MVQ树脂以及硅溶胶等，一般是根据对于成膜性质的需要，选择其中一种分散或溶解于与之相容的溶剂中制成涂层树脂液，涂敷在弹性层外表面，形成均一的表面层。近年来，本领域的技术人员提出了大量与显影辊和充电辊的表面层起电性、电性能和耐磨性相关的技术方案，如使弹性层经过紫外光辐照或其它手段使弹性层表面生成致密程度高于弹性层的氧化结构或其它化学改性结构而成为形成于弹性体外侧的表面层。虽然经过了努力，显影辊仍存在一些缺陷，如显影剂在显影辊的表面附着难以脱离甚至成膜， 弹性层内低分子物质迁移导致显影辊而污染其它部件，表面层起电性不足导致显影剂带电不良而引起打印缺陷，如飞雾现象、花斑现象等。同时，在打印工作过程中，显影剂和显影剂的添加剂趋向于粘附于充电辊的表面，导致充电过程无法正常进行。防止显影剂粘附于充电辊表面的方案已有报道，但大多是通过非常复杂的化学手段实现，如改变树脂分子链结构或所含的官能团合成新树脂产品作为表面层的形成原料，如此也导致生产成本高。
发明内容
本发明所解决的主要技术问题在于提供一种制造导电弹性体辊的方法，通过对该弹性体辊表面层形成工艺的改进，达到提高弹性体辊特性，其作为显影辊或充电辊应用于图像成形装置，改善了图像品质。本发明还提供了导电弹性体辊，其具有改进的表面层的构成和性质，在作为显影辊和充电辊用于图像成形装置时，由于表面性能的改善，不仅提升了图像品质，而且能够提高使用寿命，降低生产成本。本发明的一个方面是提供了一种制造导电体弹性体辊的方法，该方法包括在导电性芯轴外设置弹性层、以及在该弹性层外敷设表面层的过程，其中，所述在弹性层外敷设表面层的过程包括将包含第一树脂材料的主体材料和包含第二树脂材料的非主体材料作为成膜材料按照55 45-95 5的质量比共同分散于有机溶剂中制成涂层树脂液；将该涂层树脂液涂覆于所述弹性层的外表面，使有机溶剂挥发和树脂材料固化， 在弹性层的外表面形成所述表面层；其中，所述第一树脂材料和第二树脂材料之间存在极性差异，并且，第一树脂选自能够或需要与固化剂反应而固化的树脂材料，第二树脂选自只能自身固化的树脂材料。根据本发明提供的制造方法，是针对现有技术中显影辊和充电辊表面性能存在的缺陷，采用具有极性差异的二种树脂材料，由于它们会按照不同的机理被固化，并且固化过程中溶剂挥发促使二种树脂发生相分离，在弹性层外表面形成连续相和分散相，基于树脂材料的特性，弹性层表面会由于分散相树脂的自我团聚而形成微粒，这些微粒的形成和分布是不规则，基于两种树脂间的极性差异，表面层的这种微观形貌可以是表现为微米级颗粒、纳米级颗粒以及二种结构共存的微纳米颗粒，通常表述为微纳米结构，将其置于原子力显微镜下，可以观察到具有明显颗粒结构的微观形貌。上述固化成膜过程也可能使表面层具有一定的粗糙度。发明人的研究和实验结果显示，按照本发明方法制成的弹性体辊无论是用于显影辊或充电辊，其表面性能均得到明显改善，使成像品质得到提高。该效果的产生可以归结为表面层的微纳米结构一方面利于与显影剂接触充分，对显影剂具有良好的起电特性，在接触中使显影剂摩擦带电，且电荷极性均一，带电量充分且电量分布均勻；另一方面，表面层的微粒结构可以表现为一定的表面粗糙度Rz，也使显影辊表面具有良好的自清洁性，避免在较长时间的工作过程中显影剂会在显影辊表面积累粘附甚至成膜；再一方面，这种微纳米结构微粒的形成是随机的，会同时存在于表面层的表面和/或内部，形成于表面的微粒提供了一定的表面粗糙度Rz，而表面层内部的微粒实际上也会对弹性层中低分子物质的迁出起到阻止作用，从而对防止显影辊对其它部件的污染产生良好的效果。本发明提出了利用二种不同极性的树脂材料形成表面层的制造工艺，为促进它们的相分离和分散相形成微粒，二种树脂材料的固化要求不同，第一树脂材料为那些需要或不需要固化剂配合发生交联反应实现固化的树脂(固化剂为选择性使用)，第二树脂材料则选择只能自身固化(例如，在适当条件下直接固化或通过自身交联而固化等，但其结构和性质决定了不能与固化剂反应而固化)的树脂，在固化成膜过程中，包含第一树脂材料 (可以有固化剂配合)占较大比例，本发明称为主体材料，而第二树脂材料以较小比例被使用，本发明称为非主体材料。无论是主体材料还是非主体材料，都是在弹性层表面易于成膜的，换句话说，本发明所使用的二种树脂材料都是行业内常用的成膜材料，从中选择二种极性明显不同的树脂材料即可，可以理解，二种树脂材料的极性差异越显著，它们在某种特定溶剂中的相容性越差，越利于成膜后微粒结构，乃至表面粗糙度Rz的形成。至于对具体树脂材料的选择，本领域技术人员基于其对成膜材料的基础知识，即，根据它们的固化性质和极性差异即可确定。根据本发明的实施方案，所述第一树脂材料可以包括含氟聚氨酯树脂、含氟丙烯酸树脂、环氧聚氨酯树脂、有机硅聚氨酯树脂、环氧有机硅树脂、或有机硅丙烯酸树脂等；所述第二树脂材料选自与所述第一树脂材料具有极性差异的含硅材料，例如MQ树脂、MVQ树脂、硅溶胶或水玻璃等；所述有机溶剂选自能使所述第一树脂材料和第二树脂材料同时在其中分散的单一溶剂或复合溶剂，所述复合溶剂是二种以上挥发性能不同的有机溶剂的组合。当选择复合溶剂时，优选使其中任一种溶剂的体积分数都不低于5%。该表面层的涂敷可以包括例如喷涂、滚涂或浸涂等手段，并且通过控制涂敷和固化过程，使表面层具有一定的厚度，例如可以控制在4-40微米。至于导电性芯轴和弹性层的设置方法和材料选择，均为行业内常规技术和手段。根据本发明的方案，在形成表面层过程中，也可以与现有技术相同，在制成的涂层树脂液中添加适当的添加剂，例如导电微粒、固化剂等，表现为更加明显的表面粗糙度Rz。 从利于形成表面粗糙度Rz考虑，在制成涂层树脂液时添加一种或二种以上微米级和/或纳米级微粒，所述微米级微粒的粒径分布为0. 1-50微米，所述纳米级微粒的粒径分布为 6-100纳米。对这些微粒的使用，利于使表面层外或内部形成微米级和/纳米级分布的微粒。尤其是表现出微纳米结构的外观形貌。本发明的另一方面还提供了一种导电弹性体辊，其具有导电性芯轴，以及在该导电性芯轴外依次设置的弹性层和表面层，且，所述表面层具有微纳米结构。本发明的一个实施方案中，提供了一种导电弹性体辊，其具有导电性芯轴，以及在该导电性芯轴外依次设置的弹性层和表面层，所述表面层为包含第一树脂材料的主体材料和包含第二树脂材料的非主体材料的成膜材料在弹性层表面成膜固化而成，且所述主体材料与非主体材料的质量比为55 45-95 5;其中，第一树脂材料和第二树脂材料之间存在极性差异，并且，第一树脂选自能够或需要与固化剂反应而固化的树脂材料，第二树脂选自只能自身固化的树脂材料。对于本发明提供的导电弹性体辊，可以是根据上述方法制成的，其因成分不同的表面层而具有不同于现有技术的微粒结构，微观形貌被改善，还可以表现出一定表面粗糙度的外观形貌。本发明提供的导电弹性体辊可用于图像形成装置的显影辊或充电辊。进一步地，本发明还提供了一种显影盒，其组成至少包括粉仓、送粉辊、显影辊、感光鼓和充电辊，其中，所述显影辊和/或充电辊为所述的导电弹性体辊。本发明还提供了一种图像形成装置，其中可拆卸地安装有上述显影盒，能够提供品质显著提高的图像产品。综上所述，本发明的技术方案具有如下有益效果1、本发明的导电弹性体辊，辊的表面性能得到显著改善，不仅可以解决现有技术中，显影辊因表面粘附显影剂而使表面层起电性不足导致的飞雾、花斑等打印缺陷，也减少或避免了打印作业过程中显影剂和显影添加剂粘附充电辊表面的不良现象。2、本发明的导电弹性体辊，调整了形成表面层原料的组成，使表面层的微观结构发生改变，在打印或复印等成像过程中，不仅利于提高图像的品质，而且具有一定粗糙度的表面和微观结构也因提高的表面自清洁能力和阻止辊内低分子物质迁出，无论是作为显影辊还是充电辊，都具有良好的工作性能，不仅使图像形成装置(打印机、复印机等)的成像品质优良，降低了因感光鼓被污染需要频繁清理或更换而导致的作业高成本。
图1是常用图像形成装置的结构示意图。图2是图像形成装置中的显影盒的结构示意图。图3是可作为显影辊和充电辊的导电弹性体辊的截面示意图。图4是本发明导电弹性体表面层具有的微粒结构示意图一。图5是本发明导电弹性体表面层具有的微粒结构示意图二。图6是本发明导电弹性体表面层具有的微粒结构示意图三。图7是本发明实施例1制造的显影辊表面层的原子力显微镜图。
具体实施例方式下面结合具体实施方案和实施例对本发明进行进一步详细阐述，旨在帮助阅读者更好地理解本发明的实质内容，不能理解为对本发明实施范围的任何限定。如图1所示，通常的图像形成装置1包括激光扫描器(LSU) 2、纸张托盘3、供给辊 4、传送辊5、转印辊6、定影单元7、排出辊8、排出盘9、显影盒10和外壳11。其中，显影盒 10可拆卸的安装于图像形成装置中。如图2所示，显影盒10包括粉仓20、送粉辊30、显影辊40、感光鼓50、废粉仓60、 清洁刮刀70、充电辊80和出粉刀90。图像形成过程如下粉仓20中的碳粉(未示出)由送粉辊30传递给显影辊40，在与送粉辊30和出粉刀90的相对运动中，在显影辊40的表面形成一层均勻带电的碳粉层； 同时，充电辊80给感光鼓50充电，使感光鼓50的表面形成均勻的带电层；激光扫描器2将载有图像信息的激光束照射感光鼓50表面，使感光鼓50表面形成相应图像信息的静电潜像；承载碳粉的显影辊40将碳粉传递给承载静电潜像的感光鼓50，在感光鼓50的表面形成可视碳粉图像，再经过转印作业将感光鼓上的碳粉图像转印到打印介质上，在打印介质上形成相应的可视碳粉图像，即完成成像过程(打印或复印)；感光鼓50上残留的碳粉被清洁刮刀70清理进入废粉仓60。在上述成像过程中，如果作为显影辊和充电辊的导电弹性体辊表面层的表面特性不好，就会导致显影剂在显影辊表面附着而难以脱离甚至成膜、因弹性层内低分子物质迁移而污染其它部件、表面层起电性不足导致显影剂带电不良而引起打印缺陷，如飞雾现象、 花斑现象等；或在打印工作过程中，显影剂和显影剂的添加剂趋向于粘附于充电辊的表面， 导致充电过程无法正常进行。本发明正是针对以上问题提出的解决手段。下面将详细描述本发明的导电弹性体辊及其形成方法，以及利用导电弹性体辊形成的显影盒与图像形成设备。如图3所示，本发明提出的导电弹性体辊100的结构主要由以下三部分构成导电性轴芯体110、围绕导电性轴芯体的弹性层120和表面层130。可以看出，本发明制造的导电弹性体辊在宏观结构上与现有技术基本没有区别。下面对这三部分构件进行详细说明〈导电性轴芯体〉导电性轴芯体110是用作电极和支撑构件的构件，与公知技术可以完全相同，形状可为圆柱形或中心呈中空的圆筒形，导体材料一般由金属或合金制成，本发明均不做特别限定。导电性轴芯体110表面可以进行处理，例如，可以涂布防腐蚀层、粘合剂层等，也都属于公知技术。<弹性层>弹性层120由导电弹性体构成。弹性层的基础材料可以是本领域，例如导电弹性体辊制造中使用的所有已知的弹性体，例如可以是以下橡胶中任意一种或至少两种以上的橡胶的混合物天然橡胶、乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、顺式丁二烯橡胶、丁基橡胶、丁苯橡胶、 丁腈橡胶、氯丁橡胶、氯醚橡胶、硅橡胶、氟橡胶、丙烯酸酯橡胶、聚硫橡胶等。其中优选丁腈橡胶与氯醚橡胶，因为这两种橡胶具有良好的电性能。所使用的橡胶或橡胶的混合物中一般还含有配合剂，如活化剂、防老化剂、软化剂、加工助剂、促进剂、硫化剂等，也可以含有导电材料，同时也可以含有填料。配合剂、导电材料、填料都为本领域中通常使用的材料。弹性层的制备方法一般是将橡胶与配合剂、导电材料、填料混合形成导电橡胶混合物，继而经过硫化形成导电弹性体。将该导电弹性体覆于导电性轴芯体110外侧成为导电弹性层120。对所得到的该具有弹性层的辊是否进行表面处理也不作限制，均属于本领域的常规技术。例如，若对所述辊进行表面处理，可以对其表面进行研磨或其它机械处理，也可以对其表面进行化学处理，如进行光化学改性或电化学改性，或涂布粘合剂层等。<表面层>表面层130由包含二种极性不同的树脂材料的涂层树脂液在弹性层外表面经涂敷而成。前面已经说明，为得到具有一定微粒结构的表面层130，采用二种具有极性差异的树脂，使涂层树脂液在固化过程中同时形成连续相(由主体材料构成)和分散相(由非主体材料构成)，利于形成的表面层具有微粒结构以及适当的表面粗糙结构和内部微粒结构。 所述主体材料与非主体材料混合物中，由于含有的二种树脂之间具有极性差异(两者难以相溶)，将两者共同分散于溶剂中并通过机械力混合，形成分散液，可以是溶液，也可以是较稳定的乳液或悬浮液。根据第一树脂材料的选择和需要，主体材料中该分散液中还可以包括固化剂。利用所形成的涂层树脂液，通过适当的工艺涂敷于弹性体层的外表面，固化过程中随着溶剂的挥发，主体材料与非主体材料发生相分离，主体材料构成连续相，非主体材料构成分散相，并且，提供分散相的第二树脂材料的只能发生自我团聚而形成微粒，这些微粒的尺寸可以分布较宽，例如直径从几纳米到几十微米不等，因而能够在表面层的内部和表面处呈现具有不同粒径的微粒共同存在的表面微粒结构形貌，并且有可能同时表现出为一定的表面粗糙度Rz，当这些微粒包括了纳米级微粒和微米级微粒时，即成为微纳米结构。为形成上述特点的表面层130，需要选择二种极性具有较明显差异的树脂材料，它们之间应该难以相溶并当溶剂挥发后可产生相分离，当然，无论是主体材料或非主体材料， 均为本领域常用的成膜材料，本领域技术人员只需对所使用的树脂材料进行简单测试，确定其极性程度，即可确定可以组合使用的具体材料。在本发明的一个实施方案中，所述主体材料中的第一树脂材料包括含氟聚氨酯树脂、含氟丙烯酸树脂、环氧聚氨酯树脂、环氧有机硅树脂、有机硅聚氨酯树脂、或有机硅丙烯酸树脂等，因为这些树脂材料具有优良的化学特性及良好的自润滑性，在一个具体实施方案中，可以采用其中的含氟树脂，并且其含氟量一般在5-40%。所述非主体材料(由第二树脂材料构成)为与第一树脂材料有极性差异且仅能通过自身固化的材料，可以为含硅材料，如MQ树脂、MVQ树脂、硅溶胶、水玻璃等，因为这些材料易于在溶剂挥发后与主体材料产生相分离，更利于形成微纳米结构，且自润滑性良好。对于MQ树脂和MVQ树脂，对其M、Q单体比例和M、V、Q单体比例没有特别限制；对于硅溶胶，二氧化硅含量、平均粒径、pH等也没有特别限制，均可按照现有技术确定。主体材料中一般还可以包括固化剂，主体材料中与第一树脂通过交联反应而实现固化的固化剂，可以选择异氰酸酯固化剂、异氰酸酯共聚物固化剂或氨基树脂固化剂，或其它适用的常规固化剂，主体材料中包含固化剂时，固化剂的含量可以按照其常规用量来确定，例如，相对于100质量份的第一树脂固态成分，固化剂的用量可以为20质量份到100质量份。常用的异氰酸酯固化剂和异氰酸酯共聚物固化剂，例如，甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷_4，4' -二异氰酸酯(MDI)、1，6-己二异氰酸酯(HDI)、 异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI) ,TDI/HDI共聚物、基于HDI的聚异氰酸酯(HDI三聚体、HDI缩二脲等)等等；氨基树脂固化剂为那些含有氨基的固化剂，例如，甲醚化、丁醚化、苯代及混醚化氨基树脂固化剂等。所用固化剂均可来自商购。在配制涂层树脂液时，所述有机溶剂的种类不做限定，其选自能使所述第一树脂材料和第二树脂材料同时在其中分散的单一溶剂或复合溶剂，所述复合溶剂是二种以上挥发性能不同的有机溶剂的组合对于所用的有机溶剂，只要可以使主体材料与非主体材料同时在其中均勻分散即可，均为常用的溶剂。可用的有机溶剂可以举例如下四氯化碳、乙酸甲酯、丙酮、正己烷、二氯乙烷、环己烷、乙酸乙酯、丁酮、四氢呋喃、正庚烷、乙酸丁酯、二甲苯、环己酮、二甲基甲酰胺、乙酸戊酯等。可以使用单一溶剂，也可以使用通过两种或两种以上相容性良好的溶剂混合而成的复合溶剂，而复合溶剂更利于多种材料在其中均勻分散， 且各溶剂由于挥发特性的不同，在表面层固化成膜的过程中易于形成微粒(微纳米)结构， 及易于控制形成合适的表面粗糙度Rz。另外，对复合溶剂中不同挥发性溶剂的含量调整，也能达到控制表面层的微粒结构和粗糙程度的效果，一般情况下，挥发性溶剂的含量越高，得到的表面层的微粒结构越显著，而粗糙度也会相应增加。所以，当使用复合溶剂时，各溶剂的配比可以根据树脂材料和溶剂的性质，以及对表面粗糙度Rz的要求，通过简单的摸索来确定，对于本领域技术人员来说是很容易做到的。在复合溶剂中任一种溶剂的体积分数一般不低于5%。具体操作中，将涂层树脂液涂覆于所述弹性层的外表面可以采用喷涂、滚涂或浸涂等常规方法 ，以使所述涂层树脂在弹性层外表面形成膜，经干燥和固化处理，在弹性层外形成厚度为4-40微米的所述表面层。表面层的固化成膜可以通过对涂敷有涂层树脂液的辊进行加热烘烤，使溶剂挥发而树脂固化形成表面层，具体操作过程均可按照常规技术处理。即，根据所使用的树脂材料和溶剂的性质，通过简单摸索即可确定相关的参数和步骤。 发明人的研究显示，该表面层130的厚度在4-40微米范围内，更利于平衡表面层的微粒结构(可以包括表面粗糙度Rz)与表面层的电性能之间的关系。表面层厚度太小，不利于阻止弹性层120内可能存在或生成的低分子物质迁出，且对显影剂的起电性能不佳；表面层厚度太大，则可能导致整个弹性体辊的硬度过高，作为显影辊使用时会出现打印品质缺陷， 而且表面层厚度越大，粗糙度越低。在该固化成膜过程中，通过对涂敷的过程，例如喷涂或滚涂的次数，浸涂的时间，以及树脂液的固态含量(二种树脂材料的固态成分浓度)的适当调整，就可以得到所要求厚度的表面层。在本发明的实施方案中，控制表面层厚度为4-20 微米，而在具体实施方案中，表面层的厚度为5-15微米。本发明的具体实施方案，还可以在所述涂层树脂液添加适当的微粒材料，利于所需要的表面粗糙结构和内部微观结构的形成。具体的实施方案是在制成所述涂层树脂液时，还包括添加一种或二种以上微米级和/或纳米级微粒，所述微粒添加质量为所述第一树脂材料与第二树脂材料总质量的5% 25%，按照这个比例范围添加微粒，是综合考虑了所形成表面层的微粒效果和实用效果。所述微米级微粒的粒径分布为0. 1-50微米，所述纳米级微粒的粒径分布为6-100纳米。所述微粒可以是导电性、弱导电性或非导电性微粒， 例如可以包括导电炭黑、石墨、ΑΤΟ、ΙΤ0、碳纳米管、导电云母粉、导电钛白粉、聚苯胺、聚吡口各、聚噻盼、弱导电性炭黑、蒙脱土、高岭土、埃洛石、二氧化硅、碳酸钙、金属氧化物微粒、金
10属盐微粒等、或它们的混合物。微粒的加入会对本发明方案产生如下作用(1)通过控制粒径分布，微粒可以参与表面层内部微观结构(微纳米结构)的形成；(2)微粒添加利于增强表面层130的导电性和电容特性，因而有助于控制表面层 130的电性能；(3)微粒的添加可以进一步阻止弹性层120中可能存在的小分子物质迁移渗出。根据本发明的方案，添加于涂层树脂液中的微粒，可以是纳米级微粒，也可以是微米级微粒，也可以同时采用这两种粒径级别的微粒。对于纳米级微粒的粒径分布范围可以控制为6-100纳米，例如8-95纳米，再例如10-90纳米；对于微米级微粒的粒径分布范围可以控制为0. 1-50微米，例如0. 2-40微米，再例如0. 4-30微米。在使用二种极性差异明显的树脂材料形成表面层的前提下，所述微粒的加入更有助于改善表面层的电性能和耐磨性，并且通过调整所加入微粒的粒径分布，使表面层内部微观结构以及表面颗粒度(表面粗糙度Rz)的控制成为可能。例如，可以选择只添加纳米级微粒提高表面层内部纳米微粒结构比例，或者只添加微米级微粒来提高表面层内部微米结构比例，还可以将二种级别的微粒按照适当比例共同添加，使表面层内部形成微纳米结构的比例增加。但是，粒径分布太小的纳米微粒(小于6纳米时)，其在树脂液中的分散性不好 (微粒容易团聚)，且材料成本较高；粒径大于50微米时，可能会影响表面层的均勻性且粗糙度难以控制。根据以上实施方案，在获得表面层的微粒结构前提下，可以控制表面层130的表面粗糙度Rz为3-20微米，以满足表面电性能的要求。在本发明的实施方案中，表面层130 的表面粗糙度Rz为4-15微米，尤其可以为4-12微米。如前所述，通过控制树脂材料、溶剂的选择，或进一步结合微粒的添加均可实现该粗糙度要求。同样地，通过以上制造工艺的调整，即调整所述微粒添加量，可以使所述表面层 130的电阻率达到IO4-IO9欧姆·厘米，一般为IO5-IO8欧姆·厘米，例如IO6-IO7欧姆·厘米。图4-图6示意了导电弹性体辊100表面层130的外表面的微米级结构单元和纳米结构单元的可能的分布形式，即，可以是(1)纳米级结构单元分布于微米级结构单元之间。
(2)纳米级结构单元分布于微米级结构单元表面。(3)以上两种形式同时存在。当然，这些结构单元也可以是具有一定空间形状的立体结构，例如，如图4所示， 可能是具有规整外形的微粒；如图5所示，也可能是具有不规则外形的微粒；如图6所示， 还可能是连续的山脉状表面形貌中的一个山峰状结构。需要说明的是，图4-图6仅仅是示意了按照本发明方法制造的导电弹性体辊表面层可能具有的微观结构，并不代表所得到的表面层一定是严格按照这样的结构形成。总之，本发明的实施方案制备了具有所述微纳米结构的表面涂层，并制备了以该涂层作为表面层的显影辊和充电辊。该显影辊的显像色调清晰，层次感强，分辨率高，并解决了显影剂和显影添加剂在充电辊粘附的缺陷。
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根据本发明的导电弹性体辊可用于显影盒中的显影辊和充电辊；也可用于使用该显影盒的图像形成设备如复印机、传真机和打印机。本发明的导电弹性体辊用于显影辊的方案，通过以下具体实施例来详细说明实施例1对于用于形成弹性层所采用的橡胶及其配合物，以下所述的“份”是指质量份。将100份氯醚橡胶(商品名EPICHL0MER CG-102 ；日本大曹株式会社生产)与6. 5 份氧化锌、1份硬脂酸、30份活性碳酸钙(粒度1250目；南京欧米亚精细化工有限公司生产)、8份炭黑(商品名VULCAN XC72 ；卡博特公司生产)在混合设备中共混均勻，然后加入 0. 5份硫磺、2份过氧化二异丙苯(商品名DCP-40C ；中石化上海高桥石油化工公司生产) 混合均勻，得到未硫化的导电橡胶混合物。将所述未硫化的导电橡胶混合物包覆于外径为8毫米的导电轴芯外侧，然后放置在内径15mm的圆筒状模具内，并使二者同心。将模具放于加热设备中，于160°C加热成型 20分钟，脱模后，得到具有导电弹性体的辊。在150°C的烘箱内二次硫化4小时，冷却后，用研磨设备将导电弹性体外表面进行研磨，得到导电弹性层厚度为3毫米的辊，其转动电阻为IO6欧姆，且该导电弹性体的邵氏A硬度为55度。将第一树脂(氟树脂，商品名ZB-F100 ；大连振邦氟涂料有限公司生产)与第二树脂(MQ树脂，商品名HL-MQ100 ；信越化学工业株式会社生产)共同溶于由乙酸丁酯和二甲苯以1 1的体积比组成的复合溶剂中，形成涂层树脂液，并使第一树脂和第二树脂的固态成分浓度依次分别为15%、6% ；相对于100质量份的第一树脂固态成分，添加5质量份的导电炭黑(商品名=Ketjenblack EC-300J ；阿克苏诺贝尔公司生产；其在树脂中会形成团聚，成为以纳米尺寸为主的团聚体)、10质量份纳米导电钛白粉(商品名DZC-03;广州市德昭化工有限公司生产)，用分散机分散后，相对于100质量份的第一树脂固态成分，添加有效物质为40质量份的HDI缩二脲固化剂(商品名=Desmodur N75 ；拜耳公司生产)，搅拌均勻后成为涂层用涂料。喷涂的操作工艺是将上述涂料装入喷涂设备的涂料容器中。使夹具夹持上述具有导电弹性体的辊的导电轴芯的两端，从而将该辊固定于夹具上，且使导电弹性体的外侧不被遮挡。该夹具在传动装置的带动下可以进行周向转动，从而使被夹持的辊以导电轴芯为转动轴进行周向转动。将喷涂设备的喷枪设置于导轨上，该导轨与被夹持的辊的轴向平行，喷枪可以沿导轨移动，移动长度等于辊的导电轴芯的轴向长度。设置导轨的位置，使喷口距辊25厘米，且喷口正对辊。喷涂时，使夹具带动辊转动，转速为15转/秒，同时使喷枪将涂料以喷雾状喷出，并使喷枪沿导轨从一端开始移动，移动速度为4. 6厘米/秒。喷枪移动至另一端后停止喷射涂料，如此，完成1个周期的喷涂。对于每支显影辊，连续进行2个周期的喷涂，完成表面层涂料的涂覆。将完成喷涂操作后的辊在80°C的烘箱内干燥30分钟后，在130°C的烘箱内固化2小时，得到涂敷了表面层的弹性体辊，用作显影辊，且该显影辊的表面层厚度为12微米。采用粗糙度测试仪(TR200型粗糙度测试仪，时代集团公司)测得表面层的表面粗糙度Rz为5-6微米。图7示意了实施例1中所得到的显影辊的表面层的外观形貌，从原子力显微镜图中可以看到该表面层确实有不同粒径的微粒存在(以下各实施例同样也可得到相似的原子力显微镜图，示意表面层结构的微观形貌)。
实施例2除了将丙烯酸树脂(商品名TCA-837B_1 ；台昌树脂有限公司生产)作为第一树脂以外，其余按照和实施例1同样的方法得到显影辊。得到的显影辊的表面层厚度为12微米，表面粗糙度Rz为5-7微米。实施例3除了在表面层中不采用导电炭黑而是以相对于100质量份的第一树脂固态成分采用12份弱导电性炭黑(商品牌号N990 ；台湾中橡集团生产；粒径主要分布为0.4微米， 导电性较弱)外，其余按照和实施例1同样的方法得到显影辊。得到的显影辊的表面层厚度为12微米，表面粗糙度Rz为5-7微米。实施例4除了形成涂层树脂溶液所用的复合溶剂中以乙酸乙酯取代乙酸丁酯外，其余按照和实施例1同样的方法得到显影辊。得到的显影辊的表面层厚度为12微米，表面粗糙度Rz 为5-7微米。实施例5除了将硅溶胶(商品名JN-30 ；青岛海洋化工有限公司生产)取代MQ树脂作为第二树脂以外，其余按照和实施例1同样的方法得到显影辊。得到的显影辊的表面层厚度为 12微米，表面粗糙度Rz为5-6微米。实施例6除了以硅溶胶(商品名JN-30 ；青岛海洋化工有限公司生产)取代MQ树脂作为第二树脂以外，其余按照和实施例2同样的方法得到显影辊。得到的显影辊的表面层厚度为 11微米，表面粗糙度Rz为5-6微米。实施例7除了在表面层中不再采用导电炭黑，取代以相对于100质量份的第一树脂固态成分采用12份导电碳粉(商品牌号EC ；粒径约5-7微米，诺诚微细粉体工业有限公司生产) 外，其余按照和实施例6同样的方法得到显影辊。得到的显影辊的表面层厚度为12微米， 表面粗糙度Rz为5-7微米。实施例8除了形成涂层树脂溶液所用的复合溶剂中采用乙酸乙酯取代乙酸丁酯以外，其余按照和实施例6同样的方法得到显影辊。得到的显影辊的表面厚度为11微米，表面粗糙度 Rz为5-7微米。比较例1除了涂层树脂溶液中第二树脂的固态成分浓度为0. 5%以外，其余按照和实施例 1同样的方法得到显影辊。得到的显影辊的表面层厚度为12微米，表面粗糙度Rz为4-5微米。比较例2除了涂层树脂溶液中第二树脂的固态成分浓度为0. 5%以外，其余按照和实施例 6同样的方法得到显影辊。得到的显影辊的表面层厚度为12微米，表面粗糙度Rz为4-5微米。比较例3
除了涂层树脂溶液中不含有第二树脂以外，其余按照和实施例1同样的方法得到显影辊。得到的显影辊的表面层厚度为11微米，表面粗糙度Rz为5-6微米。比较例4除了涂层树脂溶液中不含有第二树脂以外，其余按照和实施例2同样的方法得到显影辊。得到的显影辊的表面层厚度为11微米，表面粗糙度Rz为5-6微米。比较例5除了使涂层树脂溶液中第一树脂和第二树脂的固态成分浓度分别为10%、16%以外，其余按照和实施例1同样的方法得到显影辊。得到的显影辊的表面导厚度为12微米， 表面粗糙度Rz为5-7微米。图像评价将上述各实施例和比较例的显影辊安装在电子照相处理卡盒上，使用单色激光打印机(商品名=PANTUM P2000 ；珠海赛纳打印科技股份有限公司)，出图，从以下方面进行图像评价。实验环境的定义低温低湿环境(L/L):10°C, 20% RH常温常湿环境(N/N):25V,55% RH高温高湿环境(H/H):35°C,80% RH飞雾评价由上述各实施例和比较例的显影辊引起的飞雾的评价是分别在低温低湿环境(L/ L)、常温常湿环境(N/N)、高温高湿环境(H/H)下，进行覆盖率5%的连续图像形成。在每种环境下，进行2000张、5000张、10000张出图后形成飞雾判定图案。根据下述基准进行飞雾评价。A 飞雾值为0，即基本无飞雾现象；B:飞雾值为0.01，即有极轻微飞雾现象，通过目视难以辨别；C 飞雾值为0. 02，即有轻微飞雾现象，通过目视可辨别，但不明显；D 飞雾值大于0.02，有明显飞雾现象，目视可明显辨别，存在实用性方面的问题。色密度评价使用上述各实施例和比较例的显影辊进行的色密度评价是分别在低温低湿环境 (L/L)、常温常湿环境(N/N)、高温高湿环境(H/H)下进行覆盖率5%的连续图像形成。在每种环境下，进行2000张、5000张、10000张出图后形成色密度评价图案。通常，作为高品质图像，优选色密度值应大于1. 30。色调层次感评价使用上述各实施例和比较例的显影辊进行的色调层次感评价是分别在低温低湿环境(L/L)、常温常湿环境(N/N)、高温高湿环境(H/H)下进行覆盖率5%的连续图像形成。 在每种环境下，进行2000张、5000张、10000张出图后形成色调层次感评价图案。该图案是以10%灰度值为间隔，沿纸张运行方向平行无间隙排列0% -100%灰度值的十一个长度相等的长方形图案，通过目视，评价图案之间的色调差异，根据下述基准判断色调层次感。A 各相邻图案之间的色调差异显著，没有无法区别的现象。D 存在相邻图案之间色调差异不明显，无法区别，具有实用性方面的问题。显影剂成膜
上述各实施例和比较例的显影辊上的显影剂成膜的评价是在常温常湿环境(N/N) 下进行2000张、5000张、10000张出图后，以下述的基准判断显影辊上是否有显影剂成膜。A 完全没有发现显影剂成膜。B 在显影辊上发现显影剂成膜，但在实际应用中没有问题。D 在显影辊上发现显影剂成膜，该显影剂膜已经导致打印图像缺陷，具有实用性方面的问题。污染上述各实施例和比较例的显影辊对感光鼓的污染的评价是将具有显影辊的电子照相处理卡盒在高温高湿环境(50°C /90% RH)下放置21天，然后在常温常湿环境(N/N) 下输出全色图像，以下述基准判断是否有显影辊对感光鼓污染引起的横条。A 完全没有发现横条。D 发现横条。表1涂层用涂料的成分
权利要求
1.一种制造导电体弹性体辊的方法，该方法包括在导电性芯轴外设置弹性层、以及在该弹性层外敷设表面层的过程，其中，所述在弹性层外敷设表面层的过程包括将包含第一树脂材料的主体材料和包含第二树脂材料的非主体材料作为成膜材料按照55 45-95 5的质量比共同分散于有机溶剂中制成涂层树脂液；将该涂层树脂液涂覆于所述弹性层的外表面，使有机溶剂挥发和树脂材料固化，在弹性层的外表面形成所述表面层；其中，所述第一树脂材料和第二树脂材料之间存在极性差异，并且，第一树脂选自能够或需要与固化剂反应而固化的树脂材料，第二树脂选自只能自身固化的树脂材料。
2.根据权利要求1所述的制造导电弹性体辊的方法，其中，所述第一树脂材料包括含氟聚氨酯树脂、含氟丙烯酸树脂、环氧聚氨酯树脂、有机硅聚氨酯树脂、环氧有机硅树脂、或有机硅丙烯酸树脂；所述第二树脂材料包括MQ树脂、MVQ树脂、硅溶胶或水玻璃；所述有机溶剂选自能使所述第一树脂材料和第二树脂材料同时在其中分散的单一溶剂或复合溶剂， 所述复合溶剂是二种以上挥发性能不同的有机溶剂的组合。
3.根据权利要求2所述的制造导电弹性体辊的方法，其中，所述有机溶剂为二种以上挥发性能不同的有机溶剂组合的复合溶剂，且复合溶剂中任一种溶剂的体积分数不低于 5%。
4.根据权利要求2所述的制造导电弹性体辊的方法，其中，所述主体材料中还含有固化剂，且相对于100质量份的第一树脂固态成分，固化剂的用量为20质量份到100质量份。
5.根据权利要求4所述的制造导电弹性体辊的方法，其中，所述固化剂包括异氰酸酯固化剂、异氰酸酯共聚物固化剂或氨基树脂固化剂。
6.根据权利要求1所述的制造导电弹性体辊的方法，其中，将涂层树脂液涂覆于所述弹性层的外表面采用喷涂、滚涂或浸涂，使所述涂层树脂在弹性层外表面形成膜，经干燥和固化处理，在弹性层外形成厚度为4-40微米的所述表面层。
7.根据权利要求1或6所述的制造导电弹性体辊的方法，其中，在制成所述涂层树脂液时，还包括添加一种或二种以上微米级和/或纳米级微粒，所述微粒添加质量为所述第一树脂材料与第二树脂材料总质量的5% 25%，所述微米级微粒的粒径分布为0. 1-50微米，所述纳米级微粒的粒径分布为6-100纳米。
8.根据权利要求7所述的制造导电弹性体辊的方法，其中，所述微米级微粒的粒径分布为0. 2-40微米。
9.根据权利要求7所述的制造导电弹性体辊的方法，其中，所述纳米级微粒的粒径分布为8-95纳米。
10.根据权利要求7所述的制造导电弹性体辊的方法，其中，所述微粒为导电性、弱导电性或非导电性微粒。
11.一种导电弹性体辊，其具有导电性芯轴，以及在该导电性芯轴外依次设置的弹性层和表面层，且，所述表面层具有微纳米结构。
12.根据权利要求11所述的导电弹性体辊，其中，所述表面层的微粒结构呈微纳米结构分布，存在于表面层的表面和/或内部。
13.根据权利要求11或12所述的导电弹性体辊，其中，所述表面层的厚度为4-40微米。
14.根据权利要求13所述的导电弹性体辊，其中，所述表面层具有3-20微米的表面粗糙度Rz。
15.一种导电弹性体辊，其具有导电性芯轴，以及在该导电性芯轴外依次设置的弹性层和表面层，所述表面层为包含第一树脂材料的主体材料和包含第二树脂材料的非主体材料的成膜材料在弹性层表面成膜固化而成，且所述主体材料与非主体材料的质量比为 55 45-95 5;其中，第一树脂材料和第二树脂材料之间存在极性差异，并且，第一树脂选自能够或需要与固化剂反应而固化的树脂材料，第二树脂选自只能自身固化的树脂材料。
16.根据权利要求15所述的导电体弹性辊，其中，所述主体材料中还含有固化剂，所述第一树脂材料包括含氟聚氨酯树脂、含氟丙烯酸树脂、环氧聚氨酯树脂、有机硅聚氨酯树脂、环氧有机硅树脂、或有机硅丙烯酸树脂；所述第二树脂材料包括MQ树脂、MVQ树脂、硅溶胶或水玻璃。
17.根据权利要求15或16所述的导电弹性体辊，其中，所述形成表面层的成膜材料中还包含一种或二种以上微米级和/或纳米级微粒，其含量为所述第一树脂材料与第二树脂材料总质量的5% 25%，所述微米级微粒的粒径分布为0. 1-50微米，所述纳米级微粒的粒径分布为6-100纳米。
18.根据权利要求17所述的导电弹性体辊，其中，所述微米级微粒的粒径分布为 0. 2-40 微米。
19.根据权利要求17所述的导电弹性体辊，其中，所述纳米级微粒的粒径分布为8-95 纳米。
20.根据权利要求15或17所述的导电弹性体辊，其中，所述表面层的厚度为4-40微米。
21.根据权利要求20所述的导电弹性体辊，其中，所述表面层具有3-20微米的表面粗糙度Rz。
22.根据权利要求15所述的导电弹性体辊，其中，所述表面层的电阻率为IO4-IO9欧姆·厘米。
23.根据权利要求15所述的导电体弹性辊，该导电弹性体辊是按照权利要求1-10任一项所述方法制造而成。
24.权利要求11-14和15-23中任一项所述的导电弹性体辊作为图像形成装置的显影辊和/或充电辊的用途。
25.一种显影盒，其组成至少包括粉仓、送粉辊、显影辊、感光鼓和充电辊，其中，所述显影辊和/或充电辊为权利要求11-14和15-23中任一项所述的导电弹性体辊。
26.一种图像形成装置，其中可拆卸地安装有权利要求25所述的显影盒。
27.根据权利要求26所述的图像形成装置，其为复印机或激光打印机。
全文摘要
本发明涉及一种导电弹性体辊及其制造方法和图像形成装置，尤其提供了一种表面层结构得到改进的导电弹性体辊以及利用该导电弹性体辊显影装置。所述表面层为包含第一树脂材料的主体材料和包含第二树脂材料的非主体材料的成膜材料在弹性层表面成膜固化而成，且所述主体材料与非主体材料的质量比为55∶45-95∶5；第一树脂材料和第二树脂材料之间存在极性差异，第一树脂选自能够或需要与固化剂反应而固化的树脂材料，第二树脂选自只能自身固化的树脂材料。该导电弹性体辊作为显影辊和充电辊，不仅解决显影剂在显影辊表面附着成膜的现象和飞雾、花斑等打印缺陷，还避免在打印过程中显影剂和显影添加剂粘附充电辊表面的不良现象。
文档编号G03G15/02GK102436161SQ20111044492
公开日2012年5月2日 申请日期2011年12月26日 优先权日2011年12月26日
发明者杨正文, 林路, 欧召阳 申请人:珠海赛纳打印科技股份有限公司