導電橡膠部件的製作方法
2023-10-26 13:23:27 2
專利名稱：導電橡膠部件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種導電橡膠部件，更具體地說，本發明涉及一種清潔部件用導電橡膠部件，該清潔部件用於清除粘附到感光器和成像設備其他部件上並與之相接觸的色調劑(toner，亦稱墨粉)。
背景技術：
在成像設備領域，為實現高速的操作和形成高質量圖像和高質量彩色圖像做了廣泛的研究。在通過提高色調劑的質量以使成像設備具有上述這些性能方面做了調研。發現，通過把色調劑的直徑從傳統的10μm減小到5μm可以使成像設備具有上述性能。因此在減小色調劑直徑方面做了積極的和廣泛的研究。
但是，5μm的小直徑色調劑很容易相互粘結。此外，很難除去粘附到成像設備的部件如感光器上的色調劑。色調劑中加入了添加劑以防止其相互粘結。但是，不僅是色調劑，而且連外添加劑也粘附到感光器和成像設備其他部件上。成像設備最嚴重的問題是色調劑和外添加劑對所接觸的感光器和其他部件的如上所述的粘附問題。
色調劑和外添加劑從顯影輥被靜電傳送給成像設備的感光器。色調劑和外添加劑在轉印過程中從感光器傳送到紙張或中間介質上。在轉印過程中，色調劑和外添加劑沒有完全從感光器轉印至紙張或中間介質上，而實際上部分色調劑和外添加劑殘留下來粘附到感光器上。因此有必要進行清除操作。但是，當色調劑的直徑小至5μm時，在清除過程中完全將色調劑和外添加劑從感光器上清除是十分困難的。在清除過程之後進行的充電過程中，導電部件如充電輥被在清除過程中沒有除去的色調劑和外添加劑所汙染。隨後會產生缺陷充電或導電部件受損，這嚴重影響了成像設備的可靠性。
在清除過程中，刮板被廣泛用於將色調劑和外添加劑從感光器等部件表面上刮除。被刮下的色調劑和外添加劑被收進一個色調劑收集盒。這一機制導致成像設備必須具有複雜的機械裝置來把刮下的色調劑和外添加劑傳送到色調劑收集盒。這使得對色調劑的回收利用變得困難。在該機械裝置中，由於只使用刮板來完成清除操作，所以必須對其施加較大的壓力以刮除色調劑和外添加劑。因此色調劑劣化非常嚴重。即使在該機制下色調劑能被回收，色調劑也難以保持足夠的可充電性。
在成像設備中，要求通過回收或重複使用色調劑來達到高速操作、獲取高質量圖像和彩色圖像、提高可靠性、以及節能的目的。根據這些要求，迫切需要開發一種防止色調劑劣化的新穎清除機制和部件。
日本專利公開No.6342237(專利文獻1)提示了一種輥充電裝置以作為滿足上述要求的一種清除機制。該清除機制包括接觸型充電輥和清除刮板，後者在受壓狀態下安裝到充電輥上，用以清除外來物質如粘附到充電輥表面的色調劑。但是，如在該說明書中的實施例所公開的描述，充電輥的表面被塗以聚醯胺樹脂或碳氟樹脂。因此從充電輥上收集來的色調劑未脫除靜電且帶電程度較高，這要求清除刮板在較高壓力下安裝到充電輥上。因此色調劑易於劣化。此外，在充電輥的表面上形成的塗層材料在重複使用充電輥過程中磨損。其結果是難以維持最初優良的可充電性，且外來物質如色調劑的清除效率也很低。
日本專利公開No.2001-209239(專利文獻2)公開了一種清除裝置。該清除裝置包括彈性體，其與充電輥相接觸且極性同色調劑相反，以及磁體，其與彈性體相接且不與充電輥接觸。在該清除裝置中，粘附到充電輥上的色調劑被彈性體刮除、並被磁體收集。該清除裝置對從充電輥上去除磁性色調劑非常有效但對粘附在充電輥上的非磁性色調劑和外添加劑的清除效果不充分。因此外添加劑和非磁性色調劑留在充電輥上，所以該清除裝置不能可靠地長期使用。
日本專利公開No.2002-82537(專利文獻3)公開的清除設備用來清除殘留在中間轉印體上的液態顯影劑。該清除設備對使用液體顯影劑的成像設備有效，但不適合使用幹顯影劑的成像設備，也不適於具有顯影劑回收機制的成像設備。
發明內容
本發明正是針對上述問題而完成的。因此本發明的目的是提供一種導電橡膠部件，其適於用作清潔輥，能夠清除粘附在如成像設備的感光器等部件表面的色調劑和外添加劑以及能夠在將色調劑從感光器和其他部件上清除過程中非常有效地抑制了色調劑的劣化。
為達到上述目的，本發明提供了一種導電橡膠部件，其最外層是由含有離子導電橡膠的橡膠組合物構成的橡膠層。橡膠組合物進一步含有填充劑，它使得在對導電橡膠部件加以頻率為100Hz、電壓為5V的交流電的條件下將導電橡膠部件的介電損耗正切調節為不低於2.0且不高於5.0。
本發明人經過反覆試驗和研究發現，通過在上述條件下設定導電橡膠部件的介電損耗正切不低於2.0且不高於5.0，粘附到用作清潔輥的導電橡膠部件上帶電的色調劑和外添加劑、具有清潔功能的充電輥、清潔刮板等脫除了靜電，且其充電量降低了。脫除了靜電的色調劑和外添加劑很容易使用刮板等在不施加機械壓力如對其施加壓力的情況下從導電橡膠部件上清除。因此在清除色調劑的過程中能高度抑制色調劑的劣化。
在本發明中，用作清潔輥、具有清潔功能的充電輥、清潔刮板等的導電橡膠部件的介電損耗正切在上述測量條件下設定為不低於2.0且不高於5.0。該導電橡膠部件設置成與感光器和其他部件相接觸，而所述其他部件與色調劑和外添加劑相接觸的形式，以使全部或至少部分粘附到感光器和其他部件上的色調劑和外添加劑被轉印其上。從而色調劑和外添加劑能夠有效脫除靜電，並容易從感光器等部件上除去。測量介電損耗正切的測量條件是對導電橡膠部件施以微弱的5V電壓，因為當色調劑粘附到導電橡膠部件上或被傳送到感光器上時，電壓會發生極輕微的變化。此外，將頻率設定為100Hz，因為低頻非常適於該情況。
如上所述，在本發明中，構成導電橡膠部件最外層的橡膠層的介電損耗正切在對導電橡膠部件加以頻率為100Hz、電壓為5V的交流電的測量條件下優選設定為不低於2.0也不高於5.0，更優選為不低於2.0也不高於4.0，最優選為不低於2.0也不高於3.0。
介電損耗正切是顯示電流的流動性(導電性)和電容部件的感應度(靜電容量)的指數。介電損耗正切是表示對導電橡膠部件施加交流電時相延遲的參數。介電損耗正切以tan(靜電容量/導電率)計算。
更具體的說，指數介電損耗正切是用來測量粘附到本發明的導電橡膠部件上的帶電色調劑和外添加劑所能帶的電荷程度的指數。當介電損耗正切在上述範圍內時，帶電色調劑和外添加劑的帶電量可有效的減少，從而經過一段預定時間後使其脫除靜電。更具體講，將介電損耗正切設置成使得粘附到導電橡膠輥上的色調劑的帶電量在經過5分鐘後不超過10μC/g。
將導電橡膠部件的介電損耗正切設定在上述範圍內的理由是如果介電損耗正切設置得小於2.0，帶電色調劑和外添加劑的帶電量不會減少，從而導電橡膠部件的脫靜電性能差。如果導電橡膠部件的介電損耗正切設置得大於5.0，則需要對橡膠部件使用大量的介電損耗正切調節填料，這使得橡膠難以獲得足夠的彈性。
為把構成導電橡膠部件最外層的橡膠層的介電損耗正切調節到上述範圍內，構成導電橡膠部件最外層的橡膠層的橡膠組合物中含有介電損耗正切調節填料。
介電損耗正切調節填料可使用水合矽酸鋁化合物、碳酸鈣或有機和無機顏料。尤其是，優選水合矽酸鋁化合物，因為僅在橡膠組分中加入少量即可將介電損耗正切調節至不低於2.0。水合矽酸鋁化合物和碳酸鈣的混合物也可用作介電損耗正切調節填料。
優選將用Al2O3·xSiO2·yH2O(x和y為不小於1的整數)表示的化合物作為水合矽酸鋁化合物。尤其是，更優選其中的(x，y)為(2，2)、(2，4)或(4，1)的化合物。最優選用Al2O3·2SiO2·2H2O表示的化合物作為水合矽酸鋁化合物。對於這些化合物的分子結構，尤其優選二八面體型1∶1層狀結構。
天然礦物如高嶺土和粘土可作為水合矽酸鋁化合物。尤其優選高嶺土礦物如高嶺石、地開石和珍珠石。
尤其優選具有小粒徑和高增強性能的硬質粘土。尤其優選經過烘焙降低了含水率的硬質粘土，因為這樣的導電橡膠部件具有均一的電性能。
介電損耗正切調節填料的混合量根據其種類有所不同，只要其混合量使得構成導電橡膠部件最外層的橡膠層的介電損耗正切在上述範圍內。例如，介電損耗正切調節填料使用水合矽酸鋁化合物或/和碳酸鈣時，其混合量以100質量份橡膠組分為基準優選不少於2質量份，更優選為5～100質量份。
構成導電橡膠部件最外層的橡膠層的橡膠組合物含有離子導電橡膠作為主要組分。離子導電橡膠的含量以100質量份橡膠組合物為基準優選不少於30質量份，更優選不少於50質量份，最優選不少於70質量份。
對於離子導電橡膠，可選用各種不飽和橡膠或熱塑性橡膠。這些橡膠可作為共聚橡膠、混合橡膠等使用。更具體的，可使用表滷醇橡膠(如表氯醇橡膠)、丙烯腈橡膠、丙烯腈丁二烯橡膠、氯丁二烯橡膠、丁二烯橡膠、苯乙烯-丁二烯橡膠、丁基橡膠、氟橡膠、異戊二烯橡膠、聚氨酯橡膠和矽樹脂橡膠。這項橡膠可單獨使用也可組合使用。
對於離子導電橡膠，優選極性橡膠和含滷橡膠。對於含滷橡膠，優選表氯醇橡膠和表氯醇聚合物。更具體的，可使用表氯醇(EP)均聚橡膠、表氯醇-環氧乙烷(EO)共聚物、表氯醇-環氧丙烷(PO)共聚物、表氯醇-烯丙基縮水甘油醚(AGE)共聚物、表氯醇-環氧乙烷-烯丙基縮水甘油醚共聚物、表氯醇-環氧丙烷-烯丙基縮水甘油醚共聚物、表氯醇-環氧乙烷-環氧丙烷-烯丙基縮水甘油醚共聚物。
作為含滷橡膠的一種，表氯醇橡膠可同其他橡膠組分組合使用。優選在整個橡膠組分中加入不少於20質量份、不大於100質量份。從而可形成很好的氧化物膜。
為控制導電橡膠部件的介電損耗正切，構成導電橡膠部件最外層的橡膠層的橡膠組合物除含有離子導電橡膠外還可含有導電劑。對於導電劑，可使用已知的炭黑如灶黑、爐黑、乙炔黑；導電金屬氧化物如氧化鋅、鈦酸鉀、摻銻氧化鈦、氧化錫和石墨；金屬鹽如LiClO4、LiCF3SO3、NaClO4、LiAsF6、LiBF4、NaSCN、KSCN和NaCl；以及電解質如季銨鹽和磷酸鹽。
特別優選加入具有弱導電性的炭黑到本發明的導電橡膠部件的橡膠組分中。炭黑的混合量根據其種類而不同。基於100質量份橡膠組分，炭黑的混合量為0.5～20質量份，優選1～10質量份，更優選1～4質量份。
構成導電橡膠部件最外層的橡膠層的橡膠組合物可含有添加劑如硫化劑、加工助劑、增塑劑、酸接受劑和防劣化劑。這些添加劑的總量以100質量份橡膠組分為基準優選為30～70質量份。將這些添加劑的總量設置為不小於30質量份的理由是為了能夠通過充分調節介電損耗正切來提高加工精度和提高耐磨性(可加工性)。將這些添加劑的總量設置為不大於70質量份是為了防止導電橡膠部件的硬度變大，不至於使對與導電橡膠部件相接觸的部件受損傷。
可使用含有硫、三嗪衍生物、硫脲和單體的硫化劑。這些硫化劑可單獨使用也可組合使用。對於硫化劑，可使用有機含硫化合物如硫粉末、四甲基秋蘭姆化二硫和N，N-二硫代雙嗎啉等有機含硫化合物。作為硫脲系硫化劑，可使用一種或多種選自四甲基硫脲、三甲基硫脲、亞乙基硫脲和由(CnH2n+1NH)2C＝S(式中，n為1～10的整數)表示的硫脲。
硫化劑的混合量以100質量份橡膠組分為基準為0.5～5質量份，優選為1～3質量份。
本發明優選使用將表氯醇橡膠或表氯醇聚合物用硫脲系硫化劑尤其是亞乙基硫脲硫化得到的橡膠，因為該橡膠的壓縮形變不超過15％，從而具有優越的耐久性，可用來高精度拋光，以及具有使用紫外線形成氧化膜的功效。在這種情況下，每100質量份橡膠組分中，硫脲系硫化劑的添加量為不小於0.2質量份且不大於3質量份，優選不小於1質量份且不大於2質量份。優選將硫粉與上述硫脲系硫化劑一同使用。此時，相對於100質量份橡膠組分，硫粉的添加量為0.1～1.0質量份。
對於增塑劑，除了鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)、鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)和磷酸三甲苯酯外，多種用作導電劑、加工助劑的物質中也含有增塑成分。例如，用作加工助劑的脂肪酸如硬脂酸和用作離子導電劑的季銨鹽也可作為增塑劑使用。在100質量份用作橡膠層的橡膠組分中，優選加入小於5質量份的增塑劑，以防止形成氧化膜時發生滲色，以及防止在將導電橡膠部件裝到印表機上或印表機運行時對感光器造成汙染。
對於上述酸接受劑，優選使用水滑石和magsarat，因為其分散性很好。對於酸接受劑，可使用那些具有酸接受作用的物質。對於橡膠組分，優選使用含滷橡膠。當使用表氯醇橡膠或表氯醇聚合物時，加入其中的酸接受劑以100質量份表氯醇橡膠或表氯醇聚合物為基準優選不小於1質量份且不大於10質量份，更優選不小於1質量份且不大於5質量份。酸接受劑的加入量優選不低於1質量份是為了防止硫化被抑制、以及防止感光器遭汙染。為防止橡膠層硬度變大，酸接受劑的加入量優選不超過10質量份。
對於上述防劣化劑，可使用各種防老化劑。對於防老化劑，可使用各種抗氧化劑。當使用抗氧化劑時，優選適當選擇其加入量，以滿足在表面有效形成氧化膜的需要。
優選在構成本發明的導電橡膠部件的最外層的橡膠層的表面形成氧化膜。該氧化膜可有效調節介電損耗正切，增強表面硬度，降低橡膠層表面的摩擦係數，以及允許色調劑脫除靜電，從而無需施加機械壓力將其收集。此外氧化膜能夠提高橡膠層的耐磨性。
氧化膜優選含有大量C＝O基團或C-O基團。氧化膜可通過用紫外線或/和臭氧照射橡膠層表面並氧化橡膠層表面來形成。優選使用紫外線照射橡膠層表面來形成氧化膜，因為使用紫外線縮短了處理時間並降低成本。用於形成上述氧化膜的處理方法可採用公知的方法。儘管波長和照射時間根據橡膠層表面和紫外線燈之間的距離和橡膠種類而有所不同，但優選使用波長為100nm～400nm，更優選為100nm～200nm的紫外線照射橡膠層表面3～30分鐘。
氧化膜的厚度優選為1μm～20μm，更優選為3μm～5μm。
當成像設備的結構被設置成導電橡膠部件不與要清潔的部件相接觸時，未經紫外線照射的橡膠層優選用來提高導電橡膠部件的介電損耗正切。
假定在氧化膜形成前施加50V電壓時的電阻表示為R50，在氧化膜形成後施加50V電壓時的電阻表示為R50a，優選(logR50a-logR50)＝0.2～1.5，用以提高導電橡膠部件的耐久性，以及減少施加給色調劑的壓力。
假定在本發明的導電橡膠部件中，施加500V電壓時的電阻表示為R500，施加100V電壓時的電阻表示為R100，優選(logR100-logR500)＜0.5。即是說，將施加100V電壓時的電阻值與施加接近於顯色偏壓的500V電壓時的基準電阻值之差作為評價導電橡膠部件對電壓的相關性的指數。從而導電橡膠輥電性能的均一性得到了澄清。該公式的值優選小於0.5，以降低導電橡膠部件對電壓的相關性。
本發明的導電橡膠部件不限於某特殊用途，可應用於要求脫靜電性能的應用。
優選將本發明的導電橡膠部件用於成像設備的清潔部件。可將本發明的導電橡膠部件用作清潔部件，用於清潔如同色調劑接觸的感光器和色調劑將被轉印其上的部件(如充電輥)等部件。更具體的，本發明的導電橡膠部件可在形成於感光器上的色調劑圖像被轉印到介質(如紙張或中間轉印帶)上之後，用作清除外來物質如色調劑、外添加劑以及殘留在感光器上的紙屑的清潔輥。通過提高導電橡膠部件的清潔性能可獲得高質量的圖像。
將導電橡膠部件和刮板相結合可更為有效的清潔感光器等部件。作為一個實施方式，可列舉一個具有本發明的輥型導電橡膠部件的清潔設備，其上裝配有與導電橡膠部件的表面相接觸的刮板。
在該清潔設備中，本發明的導電橡膠部件設置成與待清潔的感光器、充電輥等部件相接觸的形式，使得粘附到這些部件上待清潔的外來物質如色調劑、外添加劑和紙屑粘附到了本發明的導電橡膠部件上，粘附到導電橡膠部件上的這些外來物質脫除靜電。隨後外來物質從感光器等上被安裝於其上並與導電橡膠部件的表面相接觸的刮板清除。
可以將本發明的導電橡膠部件作為充電輥安裝到成像設備上，通過給導電橡膠部件提供充電輥的功能來作為清潔輥使用。
在充電輥被與其相接觸的感光器驅動時，對充電輥施加電壓。這樣充電輥在充電輥和感光器之間很小的間隙內放電，從而使感光器表面帶電。因此，要將本發明的導電橡膠部件作為充電輥使用，導電橡膠部件需具備給感光器充電的均勻性能和防止當感光器上有針孔(微瑕疵如小直徑的孔)生成時電流全都集中到針孔處的漏電阻性能。為達到這一效果，可使用熟知的方法。例如，導電橡膠部件的電阻值調整到半導體電阻範圍的106～109Ω，或其JIS A硬度設置為35～45。
如果導電橡膠部件最外層具有導電橡膠層，則不要求導電橡膠部件具有特定的結構，但可以含有數個層，例如根據所要求性能內容設置兩層。但是，導電橡膠層優選為單層結構，因為具有單層結構的導電橡膠層的性質變化微小且製造成本低。不要求導電橡膠部件具有特定的構型，但根據其使用狀態可以是輥型或平板型。
本發明的導電橡膠部件能夠使粘附到感光器等部件上的帶電的色調劑、添加到色調劑中的外添加劑或紙屑脫除靜電。經脫靜電的色調劑、外添加劑或紙屑可用刮板在不使用壓力的情況下輕易的從感光器等部件上除掉，而不需要像傳統工藝中那樣僅藉助刮板來清除色調劑等物質。因此可以在清潔操作中減少施加到色調劑上的機械壓力，並在很大程度上抑制了色調劑的劣化。因此可使用導電橡膠部件回收色調劑並有利於節能。
通過使用本發明的導電橡膠部件作為清潔部件，或使用包含本發明導電橡膠部件與刮板組合的清潔部件，使殘留到感光器等部件上的外來物質如色調劑、外添加劑或紙屑減少了。因此有可能防止外來物質汙染充電部件如充電輥。於是有可能防止感光器等部件被缺陷充電以及防止充電部件遭損壞。從而有可能提高成像設備的可靠性並提高成像質量性能。
圖1是本發明輥形導電橡膠部件的示意圖。
圖2是一個彩色成像設備的示意圖，其中安裝了本發明的導電橡膠部件作為感光器的清潔部件。
圖3是一個彩色成像設備的示意圖，其中安裝了本發明的帶有充電輥功能的導電橡膠部件作為充電輥。
圖4是一個彩色成像設備的示意圖，其中安裝了本發明的導電橡膠部件作為充電輥的清潔部件。
圖5顯示了測量本發明的導電橡膠部件的電阻的方法。
圖6顯示了測量本發明的導電橡膠部件的介電損耗正切的方法。
具體實施例方式
本發明的導電橡膠部件的實施方式描述如下。在下面所描述的實施方式中，導電橡膠部件是用作清潔輥。
如圖1所示，導電橡膠輥10具有圓筒狀橡膠層1和通過壓入配合插入到橡膠層1空心部分中並使用導電粘結劑與其相粘接的圓柱形金屬芯(軸)2。
在本實施方式中，橡膠層1的厚度設定為6mm。通過壓入配合插入到橡膠層1空心部分中並使用導電粘結劑與其相粘接的圓柱形金屬芯2的直徑為10mm。
橡膠層1的厚度為0.5mm～10mm，優選為1mm～7mm。
橡膠層1的表面用紫外線氧化以在表面形成的氧化膜。
橡膠層1由含有離子導電橡膠作為主要組分的橡膠組合物構成。更具體的，橡膠組分為56mol％的環氧乙烷(EO)、40mol％表氯醇(EP)和4mol％烯丙基縮水甘油醚(AGE)的共聚物。以100質量份橡膠組分為基準，橡膠組合物含有30～40質量份粘土(水合矽酸鋁化合物)作為介電損耗正切調節填料。以100質量份橡膠組分為基準，橡膠組合物進一步含有0.5質量份的硫粉末作為其硫化劑，1.4質量份的硫脲作為其硫化促進劑，3質量份的水滑石作為其酸接受劑，以及2質量份的導電炭黑作為其導電劑。
導電橡膠輥10用下面的方法製造以上述比例共聚合的含有上述組分的橡膠組合物經揉合之後，用擠出機將其擠出成圓筒狀。將擠出後的橡膠組合物按照預定尺寸切割得到預成型坯。接著將預成型坯投入到硫化罐中，在橡膠組分的交聯溫度下硫化。適當選擇硫化條件。但預成型坯優選在160℃下硫化1小時。隨後將金屬芯插入圓筒狀橡膠層內。
如有需要，可在構成導電橡膠輥10的最外層的導電橡膠層表面形成氧化膜。上述氧化膜可用以下方法形成
用圓筒拋光機對橡膠輥表面進行鏡面拋光，使橡膠輥表面粗糙度Rz不超過6.5μm，優選3～5μm。橡膠輥表面經水洗後，用紫外線照射器往橡膠輥表面照射紫外線(184.9nm)以形成氧化膜。
更具體的，沿橡膠輥的圓周方向每隔90度用紫外線優選照射1～15分鐘，更優選照射5～10分鐘。橡膠輥在其圓周方向旋轉90度4次以在其整個圓柱體表面形成氧化膜。
調節用上述方法獲得的本發明的導電橡膠輥10的介電損耗正切不小於2.0且不大於5.0。
假定給導電橡膠輥10加100V電壓時其電阻為R100，加500V電壓時其電阻為R500，那麼(logR100-logR500)優選小於0.5。
通過把導電橡膠輥10的電阻值設定在上述範圍內，有可能將大量殘留在感光器上的色調劑轉印到導電橡膠輥10的表面。
通過把導電橡膠輥10的電阻值設定在上述範圍內，有可能將已殘留在感光器上的色調劑轉印到導電橡膠輥10的表面。
作為脫靜電效果的指數，粘附到導電橡膠輥10上的色調劑的帶電量在5分鐘後優選不超過10μC/g。通過減少色調劑的帶電量使色調劑脫除靜電，很容易清除已經從感光器等部件上轉移到導電橡膠輥10表面上的色調劑。
已粘附到導電橡膠輥10上的色調劑的帶電量用下面例子所描述的方法測量。
圖2是將本發明的導電橡膠輥10安裝到彩色成像設備上作為其感光器的清潔輥的一個實施方式。彩色成像設備包括感光器12、作為感光器12的清潔部件的導電橡膠輥10、刮板20、充電輥11、中間轉印帶13、定位輥14、四色色調劑15(15a，15b，15c和15d)、鏡子16以及轉印輥19a和19b。
至於彩色成像設備的運行機理，首先，感光器12沿圖2中箭頭所示的方向旋轉。在感光器12被充電輥11充電後，雷射17通過鏡子16照射到感光器12的非成像部分。結果是，非成像部分脫靜電。感光器12上與成像部分相對應的部分帶上了電。此後將色調劑15a供給感光器12並粘附到帶電的成像部分以形成第一色色調劑圖像。給主轉印輥19a施加電場使色調劑圖像轉印到中間轉印帶13上。沒有被轉印到中間轉印帶13上而留在了感光器12上的色調劑粘附到導電橡膠輥10上，並在此脫除靜電，與導電橡膠輥10相接觸的刮板20在受壓下很容易將這些色調劑從感光器12上清除，並收集在色調劑收集盒(未示出)中。以相同的方式，每個在感光器12上形成的其他色調劑15b～15d的色調劑圖像轉印到中間轉印帶13上。由四色色調劑15(15a～15d)構成的全色圖像在中間轉印帶13上形成。對第二轉印輥19b施加電場使全色圖像轉印到紙張18上。當紙張18通過一對事先加熱到預定溫度的定位輥14之間時，全色圖像便轉印到了紙張18的表面。在進行雙面列印時，已通過定位輥14的紙張18在印表機內翻轉。然後重複上述成像過程。這樣圖像在紙張18的背面形成。
圖3是將本發明的導電橡膠輥10安裝到彩色成像設備上作為充電輥11的一個實施方式。
將導電橡膠輥10以與感光器12相接觸的方式安裝到彩色成像設備上，從而使導電橡膠輥10由感光器12驅動。導電橡膠輥10使感光器12帶電。與此同時，沒被轉印到中間轉印帶13上而粘在感光器12上的色調劑粘附到導電橡膠輥10上並脫除靜電。脫除了靜電的色調劑很容易用與導電橡膠輥10相接觸的刮板20在受壓狀態下從導電橡膠輥10上清除掉，並用收集盒(未示出)收集。
該彩色成像設備的其他機理參照上面圖2中所述。
圖4是將本發明的導電橡膠輥10安裝到彩色成像設備上作為充電輥的清潔部件的一個實施方式。
上述成像設備具有一個已知的感光器12用清潔器21。沒有轉印到中間轉印帶13上而留在了感光器12上的色調劑由清潔器21清除。但是，如上所述，色調劑和外添加劑沒有完全從感光器12上清除，而是留在其上並與充電輥接觸。當粘附在充電輥上的色調劑和外添加劑粘附到導電橡膠輥10上之後，色調劑脫除靜電並被與導電橡膠輥10相接觸的刮板20在受壓下清除掉。該彩色成像設備的其他機理參照上面圖2中所述。
對所製備的本發明的實施例1和實施例2的導電橡膠輥和對照例1和對照例2的導電橡膠輥，測量其介電損耗正切、電阻、色調劑的帶電量和清潔性能。實施例和對照例的導電橡膠輥的材料以及它們的形成方法如表1所示。
每個實施例1、2和對照例1、2的導電橡膠輥由下面的方法形成用班伯裡密煉機將表1中示出的下述組分進行混煉。經過混煉的組分用擠出機擠出成為外徑φ20mm、內徑φ9.3mm的管材。將該管材安裝在硫化用軸上。待橡膠組分在硫化罐中於160℃硫化1小時後，將管材安裝在直徑φ為10mm的塗布有導電性粘合劑的軸上。將管和軸在160℃的爐中粘接。待所得到的每根管的端部成形後，使用圓筒拋光機對其表面進行橫向拋光和精拋光，使其達到鏡面表面的拋光，從而達到φ16mm(公差0.05)的管徑以及預定的表面粗糙度。所獲得的導電橡膠輥的表面粗糙度Rz根據JIS B 0601(1994)測定。
待每根導電橡膠輥的表面經過水洗之後，使用紫外線照射器(「PL21-200」，Sen TokushuKogen Inc製造)用紫外線照射其表面以在其表面上形成氧化層。將橡膠輥與紫外線燈之間的距離設為10cm，沿輥的圓周方向每隔90度向橡膠輥按預定時間長度照射紫外線(184.9nm)。橡膠輥旋轉4次，每次90度，以在其整個圓柱體表面(360度)形成氧化膜。表1所示的照射時間長度是指照射橡膠輥的整個圓柱體表面的1/4(90度範圍)所用的時間長度。
表1
各實施例和對照例的導電橡膠輥使用了以下組分·表氯醇橡膠(GECO)；DAISO公司生產的「EPICHLOMER CG102」。表氯醇橡膠是56mol％的環氧乙烷(EO)、40mol％的表氯醇(EP)和4mol％的烯丙基縮水甘油醚(AGE)的共聚物。
·硫粉(硫化劑)·亞乙基硫脲(硫化劑)Kawaguchi Kagaku公司生產的「ACCEL22-S」·水滑石(酸接受劑)Kyowa Kagaku Kogyo公司生產的「DHT-4A-2」·水合矽酸鋁化合物東南粘土公司生產的硬質粘土「Crown」(Al2O3·2SiO2·2H2O)·導電炭黑Tokai Carbon公司生產的「Sheast 3」·碳酸鈣Maruo鈣公司生產的「SUPER S」·橡膠輥電阻的測定為測量導電橡膠部件10的電阻，如圖5所示，將插有金屬芯2的橡膠層1安裝在鋁鼓3上使鋁鼓3與橡膠層1相接觸。將內阻為r(100Ω)的導線的一端與電源4的正極相連。導線另一端與鋁鼓3的一端面相連。將另一導線的一端與電源4的負極相連。該導線的另一端與導電橡膠輥10的一端面相連。
檢測施加在導線內阻r上的電壓V。假定加在該設備上的電壓為E，則橡膠輥10的電阻R＝r×E/(V-r)。由於-r項可視為非常小，故R＝r×E/V。在金屬芯2的兩端分別加上500g的載荷。將500V或100V的電壓E施加到導電橡膠部件上，同時使其以30rpm的速度旋轉。在4秒鐘內測定100次電壓V。電阻R用上式計算。該測定在23℃的恆溫以及55％的恆定溼度下進行。
·橡膠輥介電損耗正切的測定如圖6所示，通過軸52和金屬板53分別作為電極，橡膠輥51置於金屬板53上，對橡膠輥51施加頻率為100Hz、電壓為5V的交流電。分量R(電阻)和分量C(電容)分別用LCR計(AG-4311B，Ando Denki公司製造)在23℃～24℃(室溫)的溫度下測量。使用下面的公式從R值和C值計算出介電損耗正切、阻抗和相角。
介電損耗正切(tanδ)＝G/ωCG＝1/R當把橡膠輥的電性能設計成橡膠輥電阻分量的並聯等效電路和橡膠輥電容分量的並聯等效電路時，發現介電損耗正切就是G/ωC。清潔刮板的介電損耗正切在上述同樣的條件下測定，即是說，在裝有清潔刮板的金屬芯清潔刮板的表面施加頻率為100Hz、電壓為5V的交流電。
·對橡膠輥脫除粘附色調劑的性能的評價為檢驗粘附到本發明的導電橡膠部件上的帶電色調劑脫靜電到何種程度進行了如下的測試。將每個實施例和對照例的橡膠輥作為充電輥安裝到一臺市面可購得的雷射印表機(LP2000C，精工愛普生公司製造)上。在5％的列印在50頁紙上完成後，在其上列印25％的半色調圖像。隨後測量粘附到充電輥上的色調劑的帶電量，從而獲得評價參數。
更具體的，在形成半色調圖像後，將充電輥從雷射印表機中取出。然後在充電輥上放置一臺用來測量色調劑帶電量的抽吸型機(「METER Model 210HS-2」，Trek公司製造)來抽吸色調劑。5分鐘後測量色調劑的帶電量(μC)及其重量(g)。單位重量的靜電量作為帶電量(μC/g)。即，帶電量(μC/g)＝帶電量(μC/g)/色調劑重量(g)
·刮板的清潔性能將每個實施例和對照例的橡膠輥作為充電輥安裝到一臺市面可購得的雷射印表機(LP2000C，精工愛普生公司製造)上。在5％的列印在50頁紙上完成後，在其上列印25％的半色調圖像。隨後將充電輥從雷射印表機中取出。將聚氨酯制的刮板在1.5g/cm2的壓力下與充電輥接觸，以刮除粘附到充電輥表面上的色調劑。從視覺上評估色調劑在充電輥表面上的殘留程度。將沒有殘留色調劑的充電輥標記為◎。殘留有微量色調劑的充電輥標記為○。殘留有色調劑的充電輥標記為△。殘留許多色調劑的充電輥標記為×。
從表1可看出，實施例1中含有水合矽酸鋁化合物(硬質粘土)和碳酸鈣作為介電損耗正切調節填料的導電橡膠部件的介電損耗正切為2.1。實施例2中含有水合矽酸鋁化合物作為介電損耗正切調節填料的導電橡膠部件的介電損耗正切為2.8。對照例1中不含介電損耗正切調節填料的導電橡膠部件的介電損耗正切為1.7，小於2.0。對照例2中不含介電損耗正切調節填料的導電橡膠部件的介電損耗正切為0.50。粘附到實施例1的導電橡膠輥上的色調劑的帶電量為-7.0μC/g。粘附到實施例2的導電橡膠輥上的色調劑的帶電量為-3.5μC/g。因此在實施例1和實施例2中，色調劑的帶電量都很小。另一方面，粘附到對照例1的導電橡膠輥上的色調劑的帶電量為-18.0μC/g。粘附到對照例2的導電橡膠輥上的色調劑的帶電量為-27.5μC/g。因此在對照例1和對照例2的導電橡膠部件中，帶電量沒有減少多少。就是說，在實施例1和實施例2的導電橡膠部件中，帶電量減少到1/7.9～1/2.6。從而證實實施例1和實施例2的導電橡膠部件有效的使色調劑脫除了靜電。因此脫除了靜電的色調劑可輕易的被刮板等部件除去。
將對實施例1和實施例2的導電橡膠輥所進行的上述「刮板清潔性能」測試中收集的色調劑重新裝入墨盒中供使用，結果是得到了較好的圖像。這表明清潔過程中色調劑的劣化得到了有效的抑制。
當每個實施例1和實施例2的導電橡膠輥用作充電輥時，可獲得較好的可充電性。
權利要求
1.一種導電橡膠部件，其最外層是由含有離子導電橡膠的橡膠組合物構成的橡膠層，所述橡膠組合物進一步含有介電損耗正切調節填充劑，用來調節所述導電橡膠部件在被施加頻率為100Hz、電壓為5V的交流電時的介電損耗正切不低於2.0且不高於5.0。
2.根據權利要求1所述的導電橡膠部件，其特徵在於，作為所述介電損耗正切調節填料，以所述離子導電橡膠以100質量份橡膠組分為基準，含有5～100質量份的水合矽酸鋁化合物。
3.根據權利要求1所述的導電橡膠部件，其特徵在於，所述橡膠層的表面形成有氧化膜。
4.根據權利要求1所述的導電橡膠部件，其特徵在於，如果所述導電橡膠輥被加以100V電壓時的電阻表示為R100，而被加500V電壓時的電阻表示為R500，則成立如下關係logR100-logR500＜0.5
5.根據權利要求1所述的導電橡膠部件，其特徵在於，其作為清潔輥被安裝在成像設備中，用以清除至少一部分殘留到所述成像設備的感光器和其他部件上的色調劑和加入到所述色調劑中的外添加劑以及紙屑。
6.根據權利要求1所述的導電橡膠部件，其特徵在於，其作為一個輥被安裝在成像設備中，至少一部分殘留在感光器上的色調劑、加入到所述色調劑中的外添加劑以及紙屑粘附到所述輥子上，而且所述輥子還具有使所述色調劑、所述外添加劑和所述紙屑脫除靜電的功能。
7.一種清潔設備，它包括一個輥型的根據權利要求1所述的導電橡膠部件和與所述導電橡膠部件相接觸的刮板。
8.一種成像設備，其中安裝了根據權利要求1所述的導電橡膠部件作為清潔輥或具有清潔功能的充電輥。
全文摘要
一種導電橡膠部件，其最外層是由含有離子導電橡膠的橡膠組合物構成的橡膠層。所述橡膠組合物進一步含有介電損耗正切調節填充劑。在其被施加頻率為100Hz、電壓為5V的交流電時，所述導電橡膠部件的介電損耗正切為不低於2.0且不高於5.0。
文檔編號C08L101/12GK1654545SQ20051000806
公開日2005年8月17日 申請日期2005年2月7日 優先權日2004年2月12日
發明者水本善久 申請人:住友橡膠工業株式會社