專利名稱：半導電輥的制作方法
技術領域：
本發明涉及辦公自動化(OA)機器或設備如電子照相復印機、打印機和電傳復印機所用的半導電輥，例如，顯影輥。
背景技術：
半導電輥如顯影輥和充電輥安裝在辦公自動化(OA)機器或設備上，如電子照相復印機、打印機和電傳復印機上。例如，安裝顯影輥使之與墨粉接觸，從而作為圖像承載介質的感光鼓外周表面形成的靜電潛像被顯影為可見圖像。在機器上安裝充電輥使之旋轉并與感光鼓保持接觸。因此，半導電輥分別執行相應的功能。
更具體而言，顯影輥在其外周表面上帶有一層墨粉。顯影輥和感光輥旋轉時，顯影輥與潛像形成于其上的感光鼓保持接觸，從而潛像被顯影成墨粉圖像。充電輥和感光鼓旋轉時，加有電壓的充電輥與感光鼓的外周表面保持擠壓接觸，以向感光鼓的外周表面充電。
上述半導電輥包括作為導電體的適宜軸(金屬芯)和在軸的外周表面形成的適當厚度的導電基層，該導電基層由實心彈性體或泡沫彈性體等構成。需要時，半導電輥還可包括中間層和表層，它們以電阻調節層和保護層的形式從基層向外放射狀依次形成，用以調節輥的電阻并保護硬度相對較低的基層。
近年來，辦公自動化(OA)機器和設備如電子照相復印機、打印機和電傳復印機，在高圖像質量和節能(減少耗電量)方面的需求不斷增長。為滿足該類需求，采用球形高分子墨粉代替傳統的粉碎墨粉，該類高分子墨粉具有較小的粒徑和粒徑分布以及低熔點，使得墨粉粒子可均勻帶電。
在半導電輥和感光鼓之間接觸壓力較大的地方，低熔點的高分子墨粉趨于經軟化而破裂或變形，并且墨粉粒子容易聚集，使得很難達到預期的高圖像質量和節能效果。鑒于此，需要設置半導電輥，以確保謹慎操作墨粉從而避免在墨粉上施加大的應力。為此，降低了影響輥硬度的基層硬度。而且，考慮到如果基層硬度與從基層向外放射狀依次形成的中間層或表層硬度之間的差別增加，輥會容易起皺折，因此中間層和表層由柔軟的橡膠材料或彈性體材料構成。
根據已知的涂覆方法如浸漬涂裝或輥涂，利用橡膠材料或彈性體材料，在低硬度基層特別是實心彈性體構成的低硬度基層上形成中間層或表層時，由于作為涂覆層的中間層或表層沒有足夠大的交聯密度，因此輥不能表現出足夠高的耐磨性以經受長間使用。此外，由于涂覆液體中橡膠組分的焦燒過程，導致各輥的涂覆層厚度不均勻。在這種情況下，輥不具備達到高圖像質量所需的預期表面狀況。如果降低涂覆液體中所添加交聯劑的用量，以使涂覆液體能在室溫下高穩定地保存而不會焦燒，那么交聯或硫化就不會繼續下去，從而不利地增加硫化所需時間并降低生產效率。此外，還會有涂覆層的交聯密度降低的問題。
總之，由于為形成中間層或表層所制備涂覆液體的量，多于涂覆操作中的實際使用量，因此不可避免地會剩余一部分未使用的涂覆液體。考慮到成本，要回收和重復利用未使用的涂覆液體。在重復利用的過程中，涂覆液體中的橡膠組分會發生焦燒，使得涂覆液體趨于凝膠化而產生結塊。如果將含有結塊的涂覆液體涂覆在基層外表面，輥會有表面缺陷并且廢品率提高。
傳統上，為提高其墨粉的轉移性能，半導電輥的表面特別是顯影輥的表面被輕微粗糙化。例如，通過研磨或模塑將基層表面適當粗糙化，使輥具有預期的表面粗糙度。或者，如JP-A-2000-330372所公開的，可在涂覆層(用作中間層或表層)中加入粗糙劑如球形填料，從而使輥具有預期的表面粗糙度。由于使用了上述高分子墨粉，實現了高圖像質量所需的均勻帶電。為獲得更高的圖像質量，需要精確控制輥的表面粗糙度。但是，通過涂覆操作形成中間層或表層時，各個輥的涂覆層厚度不均勻，使得很難隨心所欲地控制表面粗糙度。
發明內容
本發明是在上述技術背景下完成的。因此本發明的首要目的是，提供一種半導電輥，其包括通過向外放射狀涂覆低硬度基層形成的涂覆層，通過提高涂覆層的交聯密度使該半導電輥表現出足夠高的耐磨性以經受長期使用，而且，由于可容易地控制涂覆層的厚度，該半導電輥具有高精度的表面狀況。
本發明的第二個目的是提供一種能高經濟、高效率生產的半導電輥，形成涂覆層時輥表面不會有涂覆液體凝膠化產生結塊導致的缺陷，即使重復利用涂覆液體時也是如此。
為達到上述目的，本發明的發明人經過大量研究發現，為交聯(硫化)涂覆層，在常規采用的硫黃交聯(硫黃硫化)過程中，涂覆層的交聯密度由于下列原因被破壞作為交聯劑(硫化劑)的硫黃經加熱會移動或遷移到低密度基層。此外，基層中抑制涂覆層交聯的抑制組分會遷移到涂覆層。發明人進一步發現在含有硫黃交聯劑的涂覆液體中，隨著時間的推移，室溫下會發生焦燒從而導致涂覆液體的粘度增加。如果通過使用溶劑將涂覆液體的粘度調節至適合所用涂覆方法的預期值，那么由于添加溶劑會導致涂覆液體中的固體組分含量改變，使得難以控制涂覆層的厚度。發明人發現，如果通過樹脂交聯代替常規的硫黃交聯來形成涂覆層，其中使用樹脂材料作為交聯劑交聯橡膠或彈性體材料，涂覆層會具有高交聯密度。上述具有高交聯密度涂覆層的半導電輥，其耐磨性增強。此外，由于包含樹脂交聯劑的涂覆液體不會由于涂覆液體中含有的橡膠或彈性體材料室溫下焦燒導致粘度增加，因此無需加入溶劑來調節粘度，因此涂覆液體中固體組分含量保持不變，使得可以容易地控制涂覆層的厚度。
在上述發現的基礎上開發了本發明，并且根據本發明的原理可實現上述目的。本發明提供一種半導電輥，其包括軸、在軸的外周表面形成的低硬度基層、和從低硬度基層向外放射狀涂覆形成的涂覆層，其中通過至少一種樹脂交聯劑將橡膠材料或彈性體材料交聯形成涂覆層。
在如上述構造的半導電輥中，通過使用樹脂交聯劑代替常規硫黃交聯劑形成涂覆層，可有效避免樹脂交聯劑轉移到低硬度基層中，從而提高了涂覆層的交聯密度。因此，本發明的半導電輥可被有利地賦予足夠高的耐磨性以經受長期使用。
在本發明半導電輥中，形成涂覆層的涂覆液體包含樹脂交聯劑。由于包含樹脂交聯劑的涂覆液體不會遭受其含有的橡膠或彈性體材料室溫下焦燒導致的粘度增加，因此根據所采用涂覆方法適當調節的預期粘度值保持不變。因此無需加入溶劑來調節粘度，涂覆液體中固體組分(即橡膠和彈性體組分)的含量保持不變，使得可以容易地控制涂覆層的厚度，從而使半導電輥具有高精度的預期表面狀況。
在含有樹脂交聯劑的涂覆液體中，避免了橡膠或彈性體材料的焦燒，而且幾乎不可能發生涂覆液體的凝膠化或結塊。因此，即使回收或重新利用該涂覆液體，半導電輥也不會遭受由于涂覆液體凝膠化或結塊導致的表面缺陷。因此，本發明的半導電輥具有高經濟度和高生產率。
在本發明半導電輥的一個優選形式中，至少一種樹脂交聯劑具有芳環結構或雜環結構。尤其優選采用甲階型苯酚-甲醛樹脂和甲階型二甲苯-甲醛樹脂作為樹脂交聯劑。具有芳環或雜環結構的樹脂交聯劑有利地避免了其移動或遷移到低硬度基層中，因此涂覆層具有預期的高交聯密度。
在本發明半導電輥的另一個優選形式中，每100重量份樹脂交聯劑和橡膠材料或彈性體材料的總量中，包含用量為1-60重量份的至少一種樹脂交聯劑。
對于橡膠材料，優選使用丙烯腈含量不低于30％的丁腈橡膠(丙烯腈-丁二烯橡膠)(NBR)。
低硬度基層優選由實心彈性體構成。鑒于，與其它材料構成的基層相比，硫黃交聯劑更容易移動或遷移到實心彈性體構成的基層中，因此從實心彈性體構成的低硬度基層向外放射狀形成的涂覆層，具有上述本發明的優點。
根據下列本發明優選實施方案的詳細描述，并結合附圖，將更好地理解本發明的上述和其它目的、特征、優點及其技術價值和工業價值，其中圖1是根據本發明一個實施方案構造的半導電輥的橫斷面圖。
圖2A-圖2D是根據本發明其它實施方案構造的半導電輥的局部放大圖。其中圖2A和圖2B顯示各自具有由低硬度基層和表層構成的兩層結構的半導電輥，圖2C和圖2D顯示各自具有由低硬度基層、中間層和表層構成的三層結構的半導電輥。
具體實施例方式
首先參照圖1的橫斷面圖，它顯示本發明半導電輥所采用的輥結構的一個代表性例子。圖1中10表示半導電輥，其包括，由金屬如不銹鋼構成的棒狀或管狀導電軸12(金屬芯)；在軸12的外周表面提供導電性低硬度基層14，該基層具有適當的厚度并由較低硬度的實心彈性體或泡沫彈性體構成；此外，通過浸漬涂裝或輥涂等涂覆方法，從低硬度基層14向外放射狀形成表層，該表層以具有適當厚度的涂覆層16的形式存在。
本發明的特征在于，取代常規采用的以硫黃材料為交聯劑的硫黃交聯，利用通過至少一種下述樹脂交聯劑交聯橡膠或彈性體材料的樹脂交聯，從低硬度基層14向外放射狀形成涂覆層16。
在根據本發明構造的半導電輥10中，利用具有實心結構的已知導電彈性材料或導電泡沫材料，在軸12的外周表面形成低硬度基層14，使低硬度基層14具有半導電輥所需的相當于JIS-A硬度約5°-50°的低硬度和高柔軟度。
構成低硬度基層14的彈性材料的例子包括，已知的橡膠彈性材料例如三元乙丙橡膠(EPDM)、丁苯橡膠(SBR)、天然橡膠(NR)、丁腈橡膠(NBR)、硅橡膠和聚降冰片烯橡膠；以及已知的彈性體材料如聚氨酯。通過使用上述至少一種橡膠彈性材料或至少一種彈性體材料，以本領域已知的方式在軸12上一體化形成由較低硬度彈性體構成的低硬度基層14。如本領域已知的，在軸12上一體化形成基層14時，若需要可使用適宜的粘合劑。基層14可由上述橡膠彈性材料或彈性體材料形成的實心彈性體構成。或者，基層14還可由可發泡橡膠材料或可發泡聚氨酯材料形成的泡沫彈性體構成。只要所得的半導電輥表現出輥所要求的特性并且不會遭受永久變形等，可使用任何已知的可發泡材料來制備泡沫彈性體。例如，利用已知的發泡劑如偶氮二甲酰胺、4，4’-氧雙苯磺酰肼、二亞硝基五亞甲基四胺或NaHCO3，使橡膠材料如丁腈橡膠(NBR)、氫化NBR(H-NBR)、聚氨酯橡膠、EPDM或硅橡膠發泡，由此提供泡沫彈性體構成的基層。
向上述用于基層14的材料中加入至少一種導電劑，以賦予基層14所需的導電性并將基層14的體積電阻率調節至預期值。導電劑的例子包括碳黑、石墨、鈦酸鉀、氧化鐵、c-TiO2、c-ZnO、c-SnO2，和離子導電劑如季胺鹽、硼酸鹽或表面活性劑。使用彈性材料如橡膠彈性材料形成實心結構的基層14時，在彈性材料中加入大量的柔軟劑如操作油或液體聚合物，使基層14具有低硬度和高柔軟度。
低硬度基層14由導電彈性材料形成時，基層14的體積電阻率通常為約1×103Ω·cm-約1×1012Ω·cm，基層厚度通常為0.1-10mm，優選約2-4mm。當低硬度基層14由導電可發泡材料形成時，基層14的體積電阻率通常為約1×103Ω·cm-約1×1012Ω·cm，基層厚度通常為0.5-10mm，優選約3-6mm。
圖1所示的本發明半導電輥中，從上述低硬度基層14向外放射狀形成涂覆層16，有效地避免了墨粉粘附或積聚在輥表面。通過至少一種下述樹脂交聯劑將橡膠材料或彈性體材料交聯形成本發明半導電輥的涂覆層16。這樣，有效地避免了涂覆層16中存有的交聯劑移動或遷移到基層14中，因此涂覆層16具有足夠高的交聯密度，使得半導電輥10具有優異的耐磨性。
涂覆層16所用的橡膠材料或彈性體材料選自已知的形成涂覆層常規所用的溶劑可溶性橡膠材料和彈性體材料。可適當選擇至少一種橡膠材料或至少一種彈性體材料。橡膠材料的例子包括NR、異戊二烯橡膠(IR)、丁二烯橡膠(BR)、SBR、NBR、H-NBR、EPDM、乙丙橡膠、丁基橡膠、丙烯酸類橡膠、聚氨酯橡膠、氯丁二烯橡膠、氯化聚乙烯橡膠、氯磺化聚乙烯橡膠和表氯醇橡膠。彈性體材料的例子包括熱塑性聚氨酯彈性體和聚酰胺彈性體。上述例子中，優選使用NR、IR、BR、SBR和NBR，因為使用這些材料形成的涂覆層16顯著具有上述本發明的效果。尤其優選使用丙烯腈(AN)含量不低于30％的NBR。通過使用上述NBR，可將體積電阻率容易地調節至半導電輥表面通常所需的數值(即約1×105-1×1012Ω·cm)。此外，上述NBR對于下述樹脂交聯劑如苯酚-甲醛樹脂的交聯性、共混性或相溶性而言都是優異的。
使用上述橡膠材料或彈性體材料制備一種形成涂覆層16的涂覆液體。向橡膠材料或彈性體材料中加入至少一種已知的樹脂交聯劑交聯橡膠材料或彈性體材料。因此，本發明采取利用樹脂交聯劑交聯橡膠材料或彈性體材料的樹脂交聯方法，確保涂覆液體在室溫下具有高穩定性。
對所用的樹脂交聯劑沒有具體的限制，可從已知的樹脂交聯劑中適當選擇。樹脂交聯劑的例子有熱塑性樹脂如苯酚-甲醛樹脂、二甲苯-甲醛樹脂、氨基樹脂、胍胺樹脂、不飽和聚酯樹脂、鄰苯二甲酸二烯丙酯樹脂、環氧樹脂、苯氧基樹脂和聚氨酯樹脂。更具體而言，氨基樹脂的例子包括三聚氰胺樹脂型交聯劑，如完全烷基型甲基化三聚氰胺樹脂、羥甲基型甲基化三聚氰胺樹脂、亞氨基型甲基化三聚氰胺樹脂、完全烷基型混合醚化三聚氰胺樹脂、羥甲基型混合醚化三聚氰胺樹脂、亞氨基型混合醚化三聚氰胺樹脂和高固體份丁基化三聚氰胺樹脂。環氧樹脂的例子包括環氧樹脂型交聯劑如雙酚A縮水甘油醚環氧樹脂、雙酚縮水甘油醚環氧樹脂、酚醛清漆縮水甘油醚環氧樹脂、聚乙二醇縮水甘油醚環氧樹脂、聚丙二醇縮水甘油醚環氧樹脂、丙三醇縮水甘油醚環氧樹脂、芳香族縮水甘油醚環氧樹脂、芳香族縮水甘油胺環氧樹脂、苯酚縮水甘油胺環氧樹脂、氫化苯二甲酸縮水甘油酯環氧樹脂和二聚酸縮水甘油酯環氧樹脂。聚氨酯樹脂的例子包括聚異氰酸酯如甲苯二異氰酸酯、二苯基甲烷二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯和異佛爾酮二異氰酸酯；這些異氰酸酯的縮二脲型、異氰脲酸酯型和三羥甲基丙烷改性型；以及其嵌段型。除了上述樹脂交聯劑，還可適當采用樹脂交聯劑的改性材料、高固體份苯胍胺樹脂、甘脲樹脂、羧基改性的氨基樹脂。
在上述各種已知的樹脂交聯劑中，優選使用具有芳環或雜環結構的樹脂交聯劑。尤其優選甲階型苯酚-甲醛樹脂或甲階型二甲苯-甲醛樹脂。這些甲階型樹脂是苯酚或二甲苯和甲醛與堿性催化劑通過加成-縮合反應得到的預聚物。本發明的發明人推測，具有芳環或雜環結構的樹脂交聯劑，特別是甲階型苯酚-甲醛樹脂或甲階型二甲苯-甲醛樹脂，由于其分子結構或分子尺寸的緣故，有效地避免了遷移或滲透到低硬度基層14，因此涂覆層16具有預期的交聯密度。但是，機理還不清楚。
根據預期的彎曲性或柔軟度級別適當選取樹脂交聯劑的用量。每100重量份樹脂交聯劑和橡膠材料或彈性體材料的總量中，樹脂交聯劑的用量保持在1-60重量份，優選10-50重量份。換言之，所選取的樹脂交聯劑和橡膠材料或彈性體材料的比例(樹脂交聯劑橡膠材料或彈性體材料)在1∶99-60∶40范圍內，優選在10∶90-50∶50的范圍內。如果交聯劑的用量太小，涂覆層16的交聯或硫化將不能充分進行。在這種情況下，交聯所需的時間變長，損害了生產效率。此外，涂覆層16不能充分交聯，導致耐磨性不足。另一方面，如果樹脂交聯劑的用量太大，涂覆層16的硬度過大，半導電輥可能會出現各種問題，例如，彎曲性或柔軟度不夠以及產生皺折。
為使半導電輥10具備各種物理性能，例如輥10所需的半導電性和柔軟性，除了上述橡膠材料或彈性材料以及樹脂交聯劑，涂覆層16的材料還可按需要包括適當用量的至少一種導電劑、至少一種填料、至少一種柔軟劑和各種添加劑。導電劑的例子包括碳黑、石墨、鈦酸鉀、氧化鐵、c-TiO2、c-ZnO、c-SnO2，和離子導電劑如季胺鹽、硼酸鹽、表面活性劑。當生產的半導電輥10用作顯影輥時，可按需要加入粗糙劑如具有適當形狀和尺寸的填料，將輥的表面按需要粗糙化，使顯影輥具有預期的墨粉轉移性能。
將混有多種上述組分的涂覆層16的材料以已知的方式溶于溶劑中，制得具有預期粘度的涂覆液體。只要橡膠材料或彈性體材料溶于溶劑中，可以采用任何已知溶劑制備包含橡膠材料或彈性體材料、樹脂交聯劑和添加劑的涂覆液體。例如，可以使用有機溶劑如丙酮、甲乙酮、甲醇、異丙醇、甲基溶纖劑、甲苯和二甲基甲酰胺。可使用至少一種溶劑或這些溶劑的任何組合。涂覆液體的粘度根據采用的涂覆方法適當調節，粘度通常保持在約5-1000mPa·s。
這樣制備的涂覆液體包含將橡膠材料或彈性體材料交聯所用的樹脂交聯劑，室溫下，橡膠材料或彈性體材料不會發生焦燒，因此涂覆液體的粘度發生改變的可能性較小。從而，涂覆液體的粘度保持在適合形成涂覆層16所用涂覆方法的預期值，因此可以容易地將涂覆層16的厚度高穩定地控制在預期值，而且半導電輥10具有相當高精度的預期表面狀況。
在上述制備的涂覆液體中，室溫下，其中含有的橡膠材料或彈性體材料不會發生焦燒，因此該涂覆液體不會產生凝膠化，其壽命比常規涂覆液體高許多。因此，即使將涂覆液體重復利用形成涂覆層16，半導電輥10也能有利地避免涂覆液體凝膠化引起結塊導致的表面缺陷和外觀被破壞。因此，可以高經濟高效率地生產半導電輥10。按照上述制備的涂覆液體可以重復利用，因此本涂覆液體是高經濟的，并對環境有利。
在低硬度基層14上涂覆上述制備的涂覆液體，使涂覆層層合在基層14上，從而獲得預期的半導電輥10。
如上述形成的涂覆層16，其體積電阻率通常為約1×103-1×1012Ω·cm，其厚度通常為約1-200μm。
可采用各種已知方法制造圖1中的半導電輥。例如，可采用已知方法如擠出和利用金屬模具模塑，將低硬度基層的材料在涂覆有粘合劑的軸12的外周表面形成基層14。在如此形成的低硬度基層14的外周表面上，通過涂覆形成涂覆層16，使之具有適當的厚度。這樣，獲得預期半導電輥。在本發明中，可采用各種已知涂覆方法，如浸漬涂裝、輥涂和噴涂。將覆蓋低硬度基層14的涂覆液體在普通條件下(例如在120-200℃，10-120分鐘)進行熱處理，除去溶劑并使橡膠材料或彈性體材料交聯，從而提供具有預期彎曲性或柔軟度的涂覆層16。
在軸12上按所述順序形成低硬度基層14和涂覆層16，這樣構造的半導電輥10，由于低硬度基層14的緣故，表現出低硬度或高柔軟度以及良好的導電性。而且，由于涂覆層16的緣故，有效地避免了墨粉粘附或積聚在輥表面。此外，半導電輥10表現出優良的耐磨性和高精度的預期表面狀況。
根據本發明的半導電輥10，可有利地以顯影輥、充電輥、轉印輥等形式應用于辦公自動化(OA)機器或設備如電子照相復印機、打印機和電傳復印機。
已參照附圖詳細描述了本發明的目前優選的實施方案，顯然，本發明也可以其它方式實施。
圖1的半導電輥10具有由低硬度基層14和在基層14的外周表面作為表層形成的涂覆層16構成的兩層結構。只要半導電輥至少包括從低硬度基層14向外放射狀形成的涂覆層，半導電輥的結構并不限于圖1所示結構。例如，半導電輥可以具有低硬度基層14、表層(16)和插入二者之間的一個中間層構成的三層結構，或具有由低硬度基層14、表層(16)和插入二者之間的至少兩個中間層構成的多層結構。中間層可用多種方法如涂覆法和擠出模塑法形成。在通過涂覆形成中間層時，可以采用硫黃交聯法或樹脂交聯法。
作為半導電輥實例之一的顯影輥，其表面被適當粗糙化，使顯影輥表現出改善的墨粉轉移性能。例如，如圖2A所示，在低硬度基層20的外周表面形成的涂覆層(用作表層24)中，含有規定粒徑的粗糙劑22。如圖2B所示，低硬度基層20的外周表面通過打磨或模塑被適當粗糙化，涂覆層(用作表層24)可以形成于其上并具有適當的厚度。如圖2C所示，當半導電輥具有低硬度基層、中間層和表層構成的三層結構時，在低硬度基層20的外周表面形成適當厚度的中間層26，在中間層26的外周表面形成包含粗糙劑22的涂覆層(用作表層24)。如圖2D所示，在低硬度基層20的外周表面形成包含粗糙劑22的涂覆層(用作中間層26)，在中間層26的外周表面形成適當厚度的涂覆層(用作表層24)。如圖2A到圖2D所示，輥表面如上所述被粗糙化，根據本發明涂覆層的厚度差別被減至最小，因此輥具有準確控制的高精度預期表面粗糙度。具有低硬度基層、中間層和表層構成的三層結構的顯影輥中，低硬度基層、中間層和表層的厚度分別保持在0.1-10mm、1-200μm(優選5-50μm)、1-200μm(優選5-50μm)。
當然，本領域技術人員可能以各種變化、修改和改進的方式來實現本發明，這些都在本發明的附加的權利要求范圍內。
實施例為進一步明確本發明，將描述本發明的部分實施例。當然，這些實施例的細節和前面的描述并不限制本發明。
為獲得具有圖1所示結構的半導電輥，準備導電硅橡膠(X34-264 A/B，構自Shin-etsu Chemicals，Co.，Ltd，日本)作為低硬度基層(14)的材料，并準備13種形成各涂覆層(16)的材料，它們分別具有下表1-3(即實施例A-M)中所列的相應組成。將每種用于涂覆層的這些材料溶于甲乙酮，從而分別提供具有預定粘度(約10mPa·s)的各種涂覆液體。
表1
表2
“PVB”和“HDI”分別為聚乙烯醇縮丁醛和六亞甲基二胺。粗糙劑“MX-1500”的平均粒徑為15μm。“DENKA BUTYRAL”和“DENACOL EX-622”是不含雜環結構和芳環結構的樹脂交聯劑。
表3
首先，以下列方式制備，由SUS 304制成的外徑為10mm的鍍鎳金屬芯(軸12)，和如上所述利用低硬度基層的材料制備低硬度基層(14)，二者構成中間體橡膠輥。更具體而言，在涂覆有適宜導電粘合劑的軸(12)的外周表面上，通過利用金屬模具模塑形成低硬度基層(14)。軸(12)上形成的低硬度基層(14)厚度為5mm，并由導電性硅橡膠彈性體構成。形成低硬度基層(14)所采用的硫化溫度和硫化時間為170℃，30分鐘。如此形成的低硬度基層(14)的JIS-A硬度為35°，體積電阻率為8×104Ω·cm。
將中間體橡膠輥分別從模具中取出后，將其利用按上述制備的涂覆液體通過浸漬進行涂覆操作，分別形成涂覆層。在各自條件下(也列于表1-3)，通過交聯形成涂覆層，從而得到實施例A-M的半導電輥。對于這樣得到的每個半導電輥，在上述中間體橡膠輥的外周表面上一體化形成厚度為15μm的涂覆層(16)。實施例A-L的半導電輥，其涂覆層的100％模量強度為約5MPa；而實施例M的半導電輥，其涂覆層的100％模量強度為約15MPa。實施例A-M的每一涂覆層(16)，其體積電阻率為約1×1010Ω·cm。
對于這樣得到的實施例A-M的每個半導電輥，用下列參數來評價(1)交聯度；(2)將輥進行耐久性試驗前，復制圖像的質量；(3)將輥進行耐久性試驗后，復制圖像的質量，即在6000張紙上復制圖像后和在15000張紙上復制圖像后，其中輥實際安裝在電子照相復印機上；(4)耐久性試驗后，輥表面是否出現皺折；(5)表面粗糙度的變化。
(1)交聯度將一片浸漬甲乙酮的廢紗壓在實施例A-L每個半導電輥的表面，并將每個輥表面與廢紗強烈摩擦。實施例M的半導電輥使用的是浸漬甲醇的廢紗。觀察摩擦后的廢紗，并根據下列標準評價交聯度，評價結果列于下表4。
○基本觀察不到變化×輥表面溶解并且廢紗被粘附于其上的碳黑污染。
(2)將輥進行耐久性試驗前復制圖像的質量每一半導電輥用作顯影輥，并安裝在可購買到的電子照相復印機上。在20℃×50％RH下，復制圖像。復制的圖像根據下列參數評價。評價結果列于表4。
○實黑圖像具有足夠的密度(即Macbeth密度不低于1.4)，無密度差別和白點。
印字無褪色和模糊。
×實黑圖像密度不足(即Macbeth密度低于1.4)，有密度差別和/或白點。
(3)將輥進行耐久性試驗后復制圖像的質量，其中輥實際安裝在電子照相復印機上每個半導電輥用作顯影輥，并安裝在可購買到的電子照相復印機上。在20℃×50％RH下，在6000張紙和15000張紙上復制圖像。在6000張紙和1 5000張紙上復制圖像后，復制的圖像根據下列參數評價。評價結果列于表4。
○實黑圖像具有足夠的密度(即Macbeth密度不低于1.4)，無密度差別和白點。
印字無褪色和模糊。
△實黑圖像無缺陷，但印字褪色或模糊。
×圖像有密度差別和/或白點。
(4)耐久性試驗后輥表面是否出現皺折6000張圖像復制操作后和15000張圖像復制操作后，觀察輥表面以檢查輥表面是否出現皺折。評價結果列于表4。(在表4中，“○”表明輥表面無皺折，而“×”表明輥表面出現皺折。)(5)表面粗糙度的變化6000張圖像復制操作后和15000張圖像復制操作后，以下列方式在輥表面的五個不同部分測量表面粗糙度(Ra)，檢查輥表面是否被磨損以及粒子是否移動或從表面脫落。根據JIS-B 0601，利用表面粗糙度表(“SURFCOM”，構自日本Tokyo Seimitsu Co.，Ltd.)在下列條件下測量表面粗糙度(Ra)測量長度4mm；觸針0102508；截止值(cutoff)0.8mm；觸針給進速度(feed rate)0.3mm/s。根據下列參數評價平均表面粗糙度(Ra)，評價結果列于表4。
○每次耐久性試驗前后表面粗糙度Ra的變化量低于0.2μm。
△每次耐久性試驗前后表面粗糙度Ra的變化量低于0.4μm。
×每次耐久性試驗前后表面粗糙度Ra的變化量為0.4μm或更大。
表4
從表4所列的結果中可顯然看出，按照樹脂交聯法形成涂覆層的實施例A-J的半導電輥，在6000張圖像復制操作后其所復制圖像仍具有高質量。另外，這些半導電輥(實施例A-J)表現出優異的耐磨性，即使在6000張圖像復制操作后仍無皺折。特別是其中使用含芳環結構或雜環結構樹脂交聯劑的實施例A-F、H和I的半導電輥，即使在15000張圖像復制操作后，仍然表現出上述優異特性。
與此相比，使用硫黃硫化法形成涂覆層的實施例K和L的半導電輥中，硫化不足，導致在6000張圖像復制操作后產生圖像缺陷。由甲氧甲基化尼龍(甲氧甲基化聚酰胺)形成其涂覆層的實施例M的半導電輥，由于涂覆層的硬度高于基層，其圖像質量下降并產生皺折。
為確定實施例H和L每種涂覆液體的壽命，在制備后即刻、制備后兩周、制備后一個月分別計算相應涂覆液體中固體組分(溶質)的濃度。算得的濃度列于下表5。需要時用溶劑稀釋涂覆液體，調節涂覆液體的粘度為約10mP·s。利用涂覆液體H和L，用上述類似的方式，按下列三個時間生產半導電輥制備涂覆液體后即刻；制備涂覆液體后兩周；制備涂覆液體后一個月。測量每個輥的涂覆層厚度和表面粗糙度(Ra)。結果也列于下表5中。實驗在實驗室(LABO)環境進行。通常，為確保高圖像質量，優選制造表面粗糙度Ra保持在1.0±0.2范圍內的輥。
表5
*1涂覆液體形成凝膠*2無法形成涂覆層從表5所列的結果中可顯然看出，使用樹脂交聯劑的實施例H避免了涂覆液體中發生焦燒，因此其涂覆液體未凝膠化。從而，包含樹脂交聯劑的涂覆液體形成的涂覆層厚度不發生變化。而且，由包含樹脂交聯劑的涂覆液體形成其涂覆層的半導電輥，具有相當高精度的預期表面粗糙度。
如前所述，顯然，通過利用樹脂交聯劑替代常規使用的硫黃交聯劑形成涂覆層的本發明半導電輥，其交聯密度顯著增加，因此半導電輥有利地表現出足夠高的耐磨性以經受長期使用。
由于使用了樹脂交聯劑，室溫下，涂覆液體中的橡膠材料或彈性體材料不會發生焦燒，因此涂覆液體的粘度不會改變。從而，涂覆液體中含有的橡膠材料或彈性體材料的量保持不變，使得很容易控制涂覆層的厚度。這樣，半導電輥有利地具有相當高精度的預期表面狀況。
既然包含樹脂交聯劑的涂覆液體避免了焦燒和導致凝膠化，即使涂覆液體是回收或重復利用的，半導電輥也不會出現涂覆液體凝膠化形成結塊導致的表面缺陷。因此，本發明半導電輥具有高經濟性和高生產率。
權利要求
1.一種半導電輥，其包含軸(12)、在所述軸的外周表面形成的低硬度基層(14)和在所述低硬度基層向外放射狀形成的涂覆層(16)，其特征在于通過至少一種樹脂交聯劑交聯橡膠材料或彈性體材料形成所述涂覆層。
2.權利要求1的半導電輥，其中所述的至少一種樹脂交聯劑具有芳環結構或雜環結構。
3.權利要求2的半導電輥，其中所述的至少一種樹脂交聯劑為甲階型苯酚-甲醛樹脂或甲階型二甲苯-甲醛樹脂。
4.權利要求1-3任一項的半導電輥，其中每100重量份所述樹脂交聯劑和所述橡膠材料或所述彈性體材料的總量中，包含所述的至少一種樹脂交聯劑的量為1-60重量份。
5.權利要求1-3任一項的半導電輥，其中每100份重量所述樹脂交聯劑和所述橡膠材料或所述彈性體材料的總量中，包含所述的至少一種樹脂交聯劑的量為10-50份重量。
6.權利要求1-3任一項的半導電輥，其中所述橡膠材料是丙烯腈含量不低于30％的丁腈橡膠。
7.權利要求1-3任一項的半導電輥，其中所述涂覆層的體積電阻率為1×103-1×1012Ω·cm。
8.權利要求1-3任一項的半導電輥，其中所述涂覆層的厚度為1-200μm。
9.權利要求1-3任一項的半導電輥，其中所述低硬度基層由實心彈性體構成。
10.權利要求1-3任一項的半導電輥，其中所述低硬度基層由泡沫彈性體構成。
11.權利要求1-3任一項的半導電輥，其中所述低硬度基層的JIS-A硬度為5°-50°。
12.權利要求1-3任一項的半導電輥，其中所述低硬度基層由至少一種導電劑賦予導電性。
全文摘要
一種半導電輥，其包含軸(12)、在軸的外周表面形成的低硬度基層(14)和從低硬度基層向外放射狀形成的涂覆層(16)，其中通過至少一種樹脂交聯劑交聯橡膠材料或彈性體材料形成涂覆層。
文檔編號B25F5/02GK1519665SQ20041003906
公開日2004年8月11日 申請日期2004年1月29日 優先權日2003年1月30日
發明者加地明彥, 石原基晴, 奧田博文, 大竹康貴, 文, 晴, 貴 申請人:東海橡膠工業株式會社