发明内容
本发明的第1目的在于提供一种导电性橡胶辊的制造方法和电子照相装置用辊,其中所述导电性橡胶辊是具有发泡橡胶层的转印辊、带电辊、显影辊等电子照相装置用的导电性橡胶辊,通过利用微波照射对橡胶组合物管进行升温加热,使其发泡·硫化,从而制造内外径的纵横比小、内径的尺寸稳定、孔分布均匀、且没有圆周方向的硬度不均、电阻不均的导电性橡胶辊。
本发明的第2目的在于提供一种用于图像形成装置中的导电性橡胶辊的制造方法,其为孔分布均匀、且没有硬度不均、电阻不均的导电性橡胶辊的制造方法,以及提供一种通过该制造方法制得的导电性橡胶辊以及作为其应用形式的转印辊。
本发明的第3目的在于解决上述课题,并提供一种用于图像形成装置中的导电性橡胶辊,其为孔分布均匀、且没有硬度不均的导电性橡胶辊,以及提供一种该导电性橡胶辊的制造方法和作为其应用形式的转印辊。
本发明的第4目的在于提供一种用于电子照相装置中的导电性橡胶辊的制造方法,其为孔分布均匀、没有硬度、电阻不均、而且将橡胶的研磨量降至最低限度的导电性橡胶辊的制造方法,以及提供一种作为其最终产品的导电性橡胶辊和作为其应用形式的转印辊。
本发明的第5目的在于提供一种导电性橡胶辊的制造方法和电子照相装置用辊以及转印辊,其中所述导电性橡胶辊是具有发泡橡胶层的转印辊、带电辊、显影辊等电子照相装置用的导电性橡胶辊,通过微波照射对未硫化橡胶组合物管进行升温加热,使其发泡·硫化,从而制造内外径的纵横比小、孔分布均匀、且没有圆周方向的硬度不均、电阻不均、而且由温度、湿度的环境变化所导致的电阻值波动小、硬度稳定的导电性橡胶辊。
用于完成上述第1目的的本发明(以下称为“第1发明”)是一种导电性橡胶辊的制造方法,所述导电性橡胶辊在导电性芯材上具有发泡橡胶层,其特征在于,
形成该发泡橡胶层的橡胶组合物包含表氯醇橡胶、丙烯腈丁二烯橡胶、环氧乙烷-环氧丙烷-烯丙基缩水甘油醚三元共聚物或它们的混合物,
并且该制造方法包括:
挤出工序:在微波硫化装置内,从橡胶挤出装置连续挤出未硫化的该橡胶组合物的管;以及
成形工序:接着,使用微波照射区的长度为4m以下的微波照射装置,使该未硫化橡胶组合物在以0.5~3.0m/min的输送速度输送的过程中发泡·硫化而成形,
并且,发泡·硫化而成形的发泡橡胶管的内径在作为该导电性橡胶辊的长度方向整个区域相对该导电性芯材的外径尺寸小20~35%,并且在不使用粘接剂的情况下将该发泡橡胶管压入该导电性芯材。
另外,本发明是一种电子照相装置用辊,其特征在于,将通过上述本发明的导电性橡胶辊的制造方法制得的导电性橡胶辊用作底层部件。
用于完成上述第2目的的本发明(以下称为“第2发明”)是一种导电性橡胶辊的制造方法,其特征在于,所述导电性橡胶辊在导电性芯材上具有橡胶层,
该橡胶层至少含有丙烯腈橡胶和表氯醇橡胶以及发泡剂,该橡胶层在170℃~230℃下的气体产生速度为2ml/g·min~4ml/g·min,
该制造方法具有利用产生热风和微波的微波硫化炉进行的该橡胶层的硫化发泡工序,
对该硫化发泡工序中的微波硫化炉的加热气氛温度进行温度管理,使得该橡胶层的初始硫化时间T10与初始发泡时间Tp10之比T10/Tp10为1以上且小于3,并使该T10在90秒以内。
另外,本发明是上述导电性橡胶辊的用途,其被用作搭载到具有电子照相感光体、带电部件、曝光部件、显影部件和转印部件的图像形成装置的该显影部件中的转印辊。
用于完成上述第3目的的本发明(以下称为“第3发明”)是一种导电性橡胶辊的制造方法,其特征在于,所述导电性橡胶辊在导电性芯材上具有橡胶层,
该橡胶层至少包含丙烯腈橡胶和表氯醇橡胶以及炭黑,
该制造方法包括:
混炼工序:将该橡胶的总量设为100质量份时,按照该炭黑为5~30质量份的比例进行混炼;以及
硫化发泡工序:接着利用产生热风和2450±50MHz微波的微波硫化炉进行该橡胶层的硫化发泡,
该混炼工序后的未硫化橡胶的介质损耗系数εr·tanδ为0.3~0.5。
另外,本发明是上述导电性橡胶辊的用途,其被用作搭载到具有电子照相感光体、带电部件、曝光部件、显影部件和转印部件的图像形成装置的该显影部件中的转印辊。
用于完成上述第4目的的本发明(以下称为“第4发明”)是一种导电性橡胶辊的制造方法,所述导电性橡胶辊在导电性芯材上具有发泡橡胶层,其特征在于,所述发泡橡胶层经由利用进行微波照射的微波硫化炉中的微波照射和热风所进行的硫化发泡工序形成,所述微波硫化炉中的输送部件是施加了聚四氟乙烯涂层的网带,所述橡胶层的硫化后的外径A(mm)与所述网带的开孔率B(%)之比A/B为0.2~0.4。另外,本发明是一种导电性橡胶辊,其特征在于,所述导电性橡胶辊用于电子照相装置,该导电性橡胶辊通过前述导电性橡胶辊的制造方法制造,其圆周方向的ASKER C硬度差为1°以下。另外,本发明是所述导电性橡胶辊的用途,其被用作搭载到电子照相装置的转印装置中的转印辊。
用于完成第5目的的本发明(以下称为第5发明)是一种导电性橡胶辊的制造方法,所述导电性橡胶辊在导电性芯材上具有发泡橡胶层,其特征在于,
形成该发泡橡胶层的橡胶组合物是在100质量份总聚合物成分中包含0.1~50.0质量份环氧乙烷-环氧丙烷-烯丙基缩水甘油醚三元共聚物的组合物,其中,所述三元共聚物的环氧丙烷的组成比例为1~20mol%、烯丙基缩水甘油醚的组成比例为5~15mol%,
该制造方法包括:
挤出工序:在具有0.1~1.5kW的功率的微波硫化装置内,从橡胶挤出装置连续挤出未硫化的该橡胶组合物的管;以及
成形工序:接着,使用微波照射区的长度为4m以下的微波照射装置,使该未硫化橡胶组合物管在以0.5~3.0m/min的输送速度输送的过程中发泡·硫化而使发泡橡胶管成形。
另外本发明是一种电子照相装置用辊,特别是转印辊,其将通过上述本发明的导电性橡胶辊的制造方法制得的导电性橡胶辊用作底层部件。
根据第1发明的导电性橡胶辊的制造方法,可以提供减小了发泡橡胶管的内外径的纵横比、孔分布均匀、且没有圆周方向的硬度不均、电阻不均的导电性橡胶辊。另外,将通过上述导电性橡胶辊的制造方法制造的导电性橡胶辊用作底层部件的辊,其可适宜作为电子照相装置用辊、特别是转印辊来使用。
根据第2发明的导电性橡胶辊的制造方法,由于消除了圆周方向的发泡不均,因此可以提供电阻值和硬度在辊的整个区域都均匀的导电性橡胶辊。
根据第3发明的导电性橡胶辊的制造方法,能够提供尤其是没有圆周方向的孔不均、硬度不均的导电性橡胶辊。
根据第4发明的导电性橡胶辊的制造方法,由于所述硫化发泡前的橡胶层与输送用网带的接触面积被最佳化、发泡不均消失,因此能够提供电阻值和硬度在辊的整个区域都均匀的导电性橡胶辊。另外,由于没有发泡不均,因此也可以将研磨量降至最低限度,可以提供在经济方面、环境方面都优选的制造方法。
根据第5发明的导电性橡胶辊的制造方法,可以提供一种导电性橡胶辊,其发泡橡胶层的孔均匀、没有圆周方向的硬度不均、电阻不均、而且在低电阻区域由温度、湿度的环境变化所导致的电阻值波动小、硬度稳定。另外,将通过上述导电性橡胶辊的制造方法制造的导电性橡胶辊用作底层部件的辊,其可适宜作为电子照相装置用辊、特别是转印辊来使用。
因此,利用上述制造方法制成的导电性橡胶辊可适宜作为电子照相装置用辊使用,特别适宜用于转印辊等。
具体实施方式
下面,对本发明进行详细说明。
(本发明的导电性橡胶辊与图像形成装置的关系的说明)
图2表示具备本发明中得到的导电性橡胶辊或本发明的电子照相装置用辊的图像形成装置的一个例子。同图所示的图像形成装置是电子照相方式的使用了处理盒的激光打印机,同图为显示其大致结构的纵剖面图。另外,在同图所示的图像形成装置中,作为带电辊2、转印辊6或显影辊30,安装有本发明中得到的导电性橡胶辊或本发明的电子照相装置用辊。
同图所示的图像形成装置具有鼓型的电子照相感光体(有时表示为感光鼓)1作为图像载体。感光鼓1是在接地的圆筒铝支撑体的外周面设置由有机光导电体(有时表示为OPC)形成的感光层而成的。该感光鼓1沿箭头R1的方向以规定的处理速度(圆周速度)例如50mm/s被驱动装置(未图示)旋转驱动。
感光鼓1表面被作为接触带电部件的带电辊2均匀地带电。带电辊2被接触配置在感光鼓1表面,随着感光鼓1沿箭头R1方向旋转,带电辊2沿箭头R2方向从动旋转。在带电辊2上被带电偏压施加电源(高压电源)施加振荡电压(交流电压VAC+直流电压VDC),由此,感光鼓1表面同样被带电处理为-600V(暗区电位Vd)。带电后的感光鼓1表面受到激光的扫描曝光,所述激光为由激光扫描器输出并被镜子反射的激光3,即,与目标图像信息的时间序列电子数字图像信号相对应地调制的激光。由此,在感光鼓1表面形成与目标图像信息相对应的静电潜像(明区电位V1=-150V)。
该静电潜像如下进行显影:调色剂5通过施加到显影装置4的显影辊30的显影偏压而带负电,并被附着到感光鼓1表面,以调色剂像的方式被反转显影。
另一方面,从供纸部(未图示)供给输送的纸等被转印材料7由转印引导件引导,并与感光鼓1上的调色剂像同步地被供给至感光鼓1与转印辊6之间的转印部(转印辊隙部)T。通过由转印偏压施加电源(未图示)施加到转印辊6的转印偏压,感光鼓1上的调色剂像被转印到供给至转印部T的被转印材料7的表面。此时,未被转印至被转印材料7而残留在感光鼓1表面的调色剂(残留调色剂)被清洁装置9的清洁刮板8除去。
通过了转印部T的被转印材料7从感光鼓1分离,被导入至定影装置10,在此,接受调色剂像的定影处理,作为图像形成物(印刷物)被排出到图像形成装置主体外部。
(关于导电性橡胶辊的制造方法的说明)
图1表示本发明中得到的一个实施方式的导电性橡胶辊的立体图。
本发明的导电性橡胶辊在导电性芯材61上具有发泡橡胶层62。作为导电性芯材61,可适宜使用外径φ为4~10mm的铁、铜、不锈钢等金属材料的圆棒。进而,为了赋予这些材料的表面以防锈、耐损伤性,还可以实施镀层处理。
特别是作为用于形成第1发明中的发泡橡胶层62的原料的橡胶组合物,其包含表氯醇橡胶、丙烯腈丁二烯橡胶、环氧乙烷-环氧丙烷-烯丙基缩水甘油醚三元共聚物、或它们的混合物,进而,在期望的情况下包含偶氮二甲酰胺类发泡剂,硫磺、有机过氧化物、三嗪、多胺等硫化剂,秋兰姆类、噻唑类、胍类、亚磺酰胺类、二硫代氨基甲酸盐类、硫脲类的硫化促进剂,炭黑等导电剂,碳酸钙等填充材料,其它助剂。作为表氯醇橡胶,可以优选使用例如日本Zeon(株)生产的ゼクロン3106(商品名);作为丙烯腈丁二烯橡胶,可以优选使用例如日本Zeon(株)生产的DN401(商品名);作为环氧乙烷-环氧丙烷-烯丙基缩水甘油醚三元共聚物,可以优选使用日本Zeon(株)生产的ゼ才スパン8030(商品名);作为偶氮二甲酰胺类发泡剂,可以优选使用例如永和化成工业(株)生产的VINYFOR AC(商品名)。
特别是作为用于第2~4发明的橡胶材料的原料橡胶,包含丙烯腈丁二烯橡胶、表氯醇橡胶、或它们的混合物作为橡胶主成分,并以规定量混合这些物质。另外,还可以使用聚苯乙烯类高分子材料、聚烯烃类高分子材料、聚酯类高分子材料、聚氨酯类高分子材料、聚氯乙烯(RVC)等热塑性弹性体、丙烯酸类树脂、苯乙烯醋酸乙烯酯共聚物、丁二烯-丙烯腈共聚物等高分子材料等、这些橡胶、弹性体、树脂的混合物。
另外,第2~4发明中,炭黑等导电材料、碳酸钙等填充材料、以及为对所述橡胶赋予导电性而添加的导电性物质可以使用公知的物质。作为导电性物质可以列举出导电性颗粒、离子导电剂,例如作为导电性颗粒可以列举出导电性炭黑、TiO2、SnO2、ZnO、SnO2和SbO3的固溶体等金属氧化物、Cu、Ag等金属粉末等,另外,作为离子导电剂可以列举出LiCIO4、NaSCN等,通过单独或多种添加并使其分散在所述橡胶中,可以得到所期望的电阻。另外,还可以通过在橡胶主链中或在侧链导入具有极性的分子等,使所述橡胶导电。
第3发明中,将橡胶的总量设为100质量份时,炭黑为5~30质量份。当小于5质量份时,照射微波时橡胶的发热量变得不充分,伴随的发泡反应、硫化反应也变得不充分。另一方面,如果超过30质量份,则虽然橡胶的发热量增高,但在炭黑的分散较差时会导致加热不均,而且过度发热而发生热劣化。另外,对于炭黑的种类并没有特别限定,但可以优选使用平均粒径为70~100纳米的炭黑。
另外,在第2~4发明中使用的发泡剂特别优选有机发泡剂的A.D.C.A(偶氮二甲酰胺)类。作为其它有机发泡剂可以单独或混合使用D.P.T(二硝基五亚甲基四胺)类、T.S.H(对甲苯磺酰肼)类、O.B.S.H(氧代双苯磺酰肼)类等。还可以添加尿素树脂、氧化锌等发泡助剂等使发泡剂的分解温度降低。对本发明中使用的发泡剂的配合进行调整,使得本发明所规定的橡胶配合在170℃~230℃下的气体产生速度为2ml/g·min~4ml/g·min。
作为在第2~4发明中使用的发泡助剂,可以列举出尿素类化合物,氧化锌、氧化铅等金属氧化物,以水杨酸或硬脂酸等为主要成分的化合物等,还可以对应所用发泡剂添加可期待适当作用的发泡助剂。
作为在第2~4发明中使用的硫化剂,可以列举出硫磺、金属氧化物等。已知有各种硫化促进剂,但使用噻唑类促进剂、秋兰姆类促进剂。一般来说,已知结合使用噻唑类促进剂和秋兰姆类促进剂在应对压缩引起的橡胶变形的C阶热固性方面具有效果。作为具体的噻唑类促进剂有2-巯基苯并噻唑、二硫化二苯并噻唑等,本发明中优选的是表示未硫化胶料的储存稳定性的焦烧性小、并与秋兰姆类促进剂结合使用的二硫化二苯并噻唑。另外,作为秋兰姆类促进剂,可以列举出一硫化四甲基秋兰姆、二硫化四乙基秋兰姆、二硫化四(2-乙基己基)秋兰姆以及四硫化双五亚甲基秋兰姆等,优选耐焦烧性优异的二硫化四(2-乙基己基)秋兰姆。另外,对于其它噻唑类促进剂和秋兰姆类促进剂而言,也可以通过调整使用条件来适用于本发明。
特别是第2发明中的秋兰姆类促进剂,优选使用分子量为200~650的促进剂,由此调整本发明中的初始硫化时间T10与初始发泡时间T10的平衡。当分子量小于200时,硫化速度加快,并且在微波硫化中难以得到充分的发泡,另一方面,如果超过650,则由于交联密度变低,因此不仅发泡孔变大、硬度降低,而且容易发生在图像上产生由辊的C阶热固化导致的白条纹这样的问题。
特别是作为用于形成第5发明中的发泡橡胶层62的原料的橡胶组合物,其在100质量份总聚合物成分中包含0.1~50.0质量份的三元共聚物,该三元共聚物由环氧乙烷、环氧丙烷、烯丙基缩水甘油醚组成、并且环氧丙烷的组成比例为1~20mol%、烯丙基缩水甘油醚的组成比例为5~15mol%,作为其它聚合物成分包含表氯醇橡胶、丙烯腈丁二烯橡胶、EPDM、丁二烯橡胶、丁苯橡胶、异戊二烯橡胶、丁基橡胶、氯丁二烯橡胶中的任何一个或它们的混合物。进而,在期望的情况下包含偶氮二甲酰胺类发泡剂、硫磺、有机过氧化物、三嗪、多胺等硫化剂,秋兰姆类、噻唑类、胍类、亚磺酰胺类、二硫代氨基甲酸盐类、硫脲类硫化促进剂、炭黑等增强材料、碳酸钙等填充材料、其它助剂。作为环氧乙烷、环氧丙烷、烯丙基缩水甘油醚的三元共聚物,可以优选使用例如环氧乙烷为86.0~88.0mol%、环氧丙烷为1.2~1.4mol%、烯丙基缩水甘油醚为11.0~13.0mol%的组成比例的三元共聚物、或者日本Zeon(株)生产的ゼオスパン8030;作为表氯醇橡胶,可以优选使用例如日本Zeon(株)生产的ゼクロン3106(商品名);作为丙烯腈丁二烯橡胶,可以优选使用例如日本Zeon(株)生产的DN401(商品名);作为偶氮二甲酰胺类发泡剂,可以优选使用例如永和化成工业(株)生产的VINYFOR AC(商品名)。
本发明中,由上述各成分调制橡胶组合物的方法并没有特别限定,例如只要根据所用原料、组成等从公知的方法中选择适当方法即可。具体地说,可以使用班伯里密炼机或捏合机等密闭式混炼机将橡胶成分、发泡剂、导电剂、硫化剂、硫化促进剂等规定成分混炼,调制橡胶组合物。
图3表示可在本发明中使用的硫化成形装置的一个例子。本装置由挤出机11、作为升温加热手段的微波硫化装置(有时表示为UHF硫化装置)12、在期望的情况下作为热风加热手段的热风硫化装置(有时表示为HAV硫化装置)13、卷取传送装置14、冷却槽15、定尺切断机16和自动芯棒压入机17构成。
利用上述的例如班伯里密炼机或捏合机等密闭式混炼机进行混炼而调制的橡胶组合物,被开放式辊和带状成形压片机(未图示)成形为带状后,投入到挤出机11中。UHF硫化装置12具备涂布有聚四氟乙烯(PTFE)的网带或覆盖有PTFE的滚轮,由挤出机11挤出并成形的未硫化的橡胶组合物管在其上被输送,在输送的期间照射微波并进行升温加热使其发泡、硫化(有时表示为“发泡·硫化”)而形成发泡橡胶管。该发泡橡胶管被输送至HAV硫化装置13中。在UHF硫化装置12和HAV硫化装置13之间由覆盖有PTFE的滚轮连接。HAV硫化装置13具备覆盖有PTFE的滚轮,发泡橡胶管在其上被输送,在输送的期间暴露在热风中而被加热、进而被硫化。发泡橡胶管由传送装置14传送,从传送装置14排出后立即在冷却槽15中将管冷却,利用定尺切断机16切断成所需尺寸。其后继续利用自动芯棒压入机17将芯棒压入导电性橡胶管,制备出具有导电性的发泡橡胶管。
在本实施方式中,UHF硫化装置12、HAV硫化装置13和传送装置14、冷却槽15、定尺切断机16、自动芯棒压入机17的长度依次为4m、6m、1m、1m、1.5m、2m。UHF硫化装置12与HAV硫化装置13之间以及HAV硫化装置13与传送装置14之间的间隙设定为0.1~1.0m。
接着,将发泡橡胶管输送至HAV硫化装置13中,边输送发泡橡胶管边在HAV硫化装置13的热风炉中加热,使发泡橡胶管完成硫化。HAV硫化装置13的热风炉的加热条件没有特别限定,通常优选在150~300℃下热风加热2分钟~10分钟。另外,HAV硫化装置13的热风炉优选使用以煤气炉作为热源的热风炉。当使用以煤气炉作为热源的热风炉时,通过在气体燃烧时微量产生的水蒸气,可以得到均匀的加热状态。
完成硫化而得到的上述发泡橡胶管被传送装置14传送,从传送装置14排出后立即在冷却槽15中将管冷却,利用定尺切断机16切断成所需尺寸。
特别是在第1发明中,在上述硫化成形装置中,利用挤出机11将橡胶组合物挤出并成形为管状的未硫化的橡胶组合物管,在被该挤出机11挤出后立即被输送至UHF硫化装置12内,以0.5~3.0m/min的输送速度在该UHF硫化装置内输送。在该UHF硫化装置12内,使用微波照射区的长度为4m以下的微波照射装置,照射照射功率优选为0.3~3.0kW的微波,使该橡胶组合物管发泡·硫化而形成发泡橡胶管。微波照射区的长度为4m以下,优选为3m以下。另外,其界限被认为是1m左右。如果微波照射区的长度为4m以下,则可以得到均匀、稳定的发泡状态,并成为均匀的内径尺寸。在作为界限的1m左右的情况下,有起火花的可能性,是不实际的。输送速度为0.5~3.0m/min,更优选为1.0~3.0m/min。当输送速度为0.5m/min以上时,可以得到更为稳定的硫化状态,另外,当输送速度为3.0m/min以下时,可以得到更为稳定的发泡状态并成为均匀的内径尺寸。微波照射功率优选为0.3~3.0kW,更优选为0.3~2.0kW。如果微波照射功率为0.3kW以上,则即便是短的装置结构时也可以进行充分的照射。另一方面,如果微波照射功率为3.0kW以下,则可以容易避免被过度加热,即便在制造需要精细的内径尺寸的导电性橡胶辊的情况下,其控制也变得非常容易。
另外,第1发明中,发泡·硫化而成形的发泡橡胶管的内径(b)必须在导电性橡胶辊的长度方向整个区域相对导电性芯材的外径尺寸(a)小20~35%,优选小20~30%。如果比20%小,则在压入后会发生发泡橡胶管从导电性芯材脱落的不良情况;如果比35%大,则会产生不能压入导电性芯材的不良情况。另外,由定尺切断机16切断后,利用自动芯棒压入机17将未涂布有热熔粘接剂或硫化粘接剂等粘接剂的导电性芯材压入上述发泡橡胶管的内径部,使具有导电性的发泡橡胶管覆盖该导电性芯材。
特别是第2发明中,在上述UHF中,微波的强度优选为0.5~3.0kW。当小于0.5kW时,由于温度不上升,因而硫化、发泡都易变得不充分。另一方面,当照射高于3.0kW的强度时,橡胶被加热至250℃以上,变成过硫化,而且还有起火的危险性,不仅在品质方面不优选,在生产方面也不优选。此时,对UHF的加热气氛温度进行控制,使得上述橡胶层的初始硫化时间T10与初始发泡时间Tp10之比T10/Tp10为1以上且小于3、并且上述T10在90秒以内。通过设定该温度条件,该橡胶层的硫化和发泡平衡良好地进行,能够制造没有发泡不均的橡胶管。即,此时,在T10/Tp10小于1的气氛温度下,硫化比发泡更快地进行,难以形成孔。另一方面,在T10/Tp10为3以上的气氛温度下,发泡反应比硫化反应更快地进行。特别是在上述UHF炉内,由于橡胶全体被微波均匀且高速地加热,因此发泡反应急剧地加速。但是,由于T10/Tp10为3以上,因此硫化反应不能跟上发泡反应,难以均匀地形成孔。特别是,当该橡胶管的温度比气氛温度高时,该橡胶管的表面放热,与内部形成温度差。其结果是由于表面附近的硫化变慢,因而容易在表面附近产生发泡不均。另外,UHF炉的加热气氛温度需要设定·管理成所述T10在90秒以内的温度。在超过90秒的温度下,在UHF炉中不能充分地进行硫化,在HAV中从外侧进行硫化,因此该橡胶管的外径侧的孔变大。而且,当较高地设定微波的功率时,由于该橡胶管的表面与内部的温度差变大,因此产生发泡不均。
另外,第2发明中,橡胶层在170℃~230℃下的气体产生速度为2ml/g·min~4ml/g·min。通过调整该橡胶层的温度、即调整UHF炉的加热气氛温度以使成为该气体产生速度,从而能够在第2发明中使用的装置中完成发泡反应。另外,在所述气体产生速度不足2ml/g·min的情况下,发泡变得不充分。另一方面,当所述气体产生速度超过4ml/g·min时,会产生放气。另外,通过将上述T10/Tp10和T10、以及气体产生速度如上所述地进行最优化,将发泡孔调整为均匀且直径在0.3mm以下。当超过0.3mm时,在前述转印辊中,容易在感光鼓上留下孔的痕迹,故不优选。
特别是第3发明中,橡胶层的未硫化时的介质损耗系数εr·tanδ为0.3~0.5。这是在可适用于第3发明中的具有含极性橡胶的橡胶层的转印辊等导电性辊中良好地进行微波照射硫化发泡工序的范围。当脱离该范围时,例如小于0.3时,微波加热变得不充分,硫化不会进行或者硫化不充分。另一方面,当超过0.5时,成为过度加热、该橡胶层的热劣化让人担忧。
第3发明中,必须在例如炉内气氛温度设定为200℃的UHF12内使用2450±50MHz的微波来进行上述微波的照射。通过微波为2450±50MHz,可实现照射不均较少且效率良好地对该橡胶管进行照射。在UHF炉内的热风的温度优选为150℃~250℃,特别优选为180℃~230℃。
特别是第4发明中,在上述UHF12中,必须利用涂布有PTFE的网带输送从上述挤出机11挤出的橡胶管。对于所述网带,基材的材质没有特别限定,但需要用PTFE涂层实施表面处理以使所述橡胶层不会附着,另外,为了防止接触部的温度不均,优选热容量小、具有耐热性的材质。另外,网带的开孔部的形状没有特别限定,常使用能够耐受加热条件和一定程度张力的格子状等形状。所述网带被设计成所述橡胶层的硫化后外径A(mm)与所述网带的开孔率B(%)之比A/B为0.2~0.4。通过规定在该范围,可以将与所述网带的接触面积降至最小限度、且可以消除发泡不均。当脱离该范围时,例如在A/B小于0.2的情况下,网带的开孔率相对上述外径而言较大、接触面积是变小了,但施加到接触部的橡胶层的质量增大。因此,由于硫化时的粘度降低导致所述橡胶层的网眼接触痕迹加重。另一方面,如果超过0.4,则网眼开孔率相对管外径而言较小,对UHF炉的热风循环带来障碍。
特别是第5发明中,每台微波振荡器的功率必须为0.1~1.5kW,优选为0.15~1.0kW。如果微波照射功率为0.1kW以上,则即便是短的装置结构时也能进行充分的照射。另一方面,如果微波照射功率为1.5kW以下,则可以容易地避免过度加热,即便在制造需要均匀发泡的导电性橡胶辊时,也变得非常容易控制。微波照射装置优选使用2台或4台每台功率为0.1~1.5kW的微波振荡器,更优选使用4台功率为0.1~1.5kW的微波振荡器。如果使用1台或3台功率为0.1~1.5kW的微波振荡器,则在装置内发生微波的漫反射、且存在难以进行均匀的硫化和发泡的倾向。另一方面,如果使用5台以上功率为0.1~1.5kW的微波振荡器,则过度地照射微波,容易变成不均匀的发泡状态,进而还存在电阻值高于所需电阻值的不良情况。
另外,第5发明中,在上述硫化成形装置中,利用挤出机11将橡胶组合物挤出并成形为管状的未硫化的橡胶组合物管,其被该挤出机11挤出后立即被输送至UHF硫化装置12内,以0.5~3.0m/min的输送速度在该UHF硫化装置内输送。在该UHF硫化装置12内,使用微波照射区的长度为4m以下的微波照射装置,优选使用使用了2台或4台每台功率为0.1~1.5kW的微波振荡器的微波照射装置照射微波,使该橡胶组合物管发泡·硫化而形成发泡橡胶管。
另外,第5发明中,输送速度为0.5~3.0m/min,更优选为1.0~3.0m/min。如果输送速度为0.5m/min以上,则可以得到更为稳定的硫化状态,如果输送速度为3.0m/min以下,则可以得到更为稳定的发泡状态并成为均匀的内径尺寸。另外,微波照射区的长度为4m以下,优选为3m以下。考虑到起火花的可能性,其界限为1m左右。如果微波照射区的长度为4m以下,则可以得到均匀且稳定的发泡状态、并成为均匀的内径尺寸。另外,利用定尺切断机16切断后,接着利用自动芯棒压入机17将导电性芯材压入上述发泡橡胶管的内径部,使具有导电性的发泡橡胶管覆盖该导电性芯材。此时的导电性芯材既可以在所需区域涂布热熔粘接剂或者硫化粘接剂等粘接剂,也可以未涂布粘接剂。
接着,将该辊状成形体置于研磨机(未图示)中,在规定的研磨条件下进行研磨,制造具有规定外径的导电性橡胶辊。
另外,将所得的导电性橡胶辊作为底层部件,可以得到带电辊、显影辊、转印辊等电子照相装置用辊。
另外,例如显影辊或带电辊,还可以根据需要在上述导电性橡胶辊的发泡橡胶层的外周面上设置防止橡胶的低分子量成分或硬脂酸等配合化学试剂从发泡橡胶层中渗出的防渗层、电极层或控制电特性的电阻控制层、以及为了不对感光体等造成损伤和污染而设置的覆盖层等用于赋予所需功能的层。作为设置所述防渗层、电极层或电阻控制层、以及覆盖层等的方法,可以列举出公知的方法,例如浸涂法或辊涂法等使用涂布液的方法、覆盖同时成形的多层无缝管的方法等。
另外,例如转印辊,还可以根据需要在上述导电性橡胶辊的发泡橡胶层的外周面设置防止橡胶的低分子量成分或硬脂酸等配合化学试剂从发泡橡胶层中渗出的防渗层、控制电特性的电阻控制层、为了改良被转印材料的输送性而控制表面性状的表面性状控制层等用于赋予所需功能的层。这些层可以用与上述显影辊或带电辊同样的方法形成。另外,当具有所需性能的情况下,上述导电性橡胶辊还可以直接作为转印辊使用。
以下举出实施例对本发明进行详细说明。在实施例中,虽然特别对转印辊进行了记载,但本发明并不仅仅限于该转印辊,还可以适用于带电辊、显影辊中。
(实施例1-1~1-5、比较例1-1~1-5)
证实本发明的导电性橡胶辊(图1)是如下制作的。
使用班伯里密炼机混炼75质量份的丙烯腈丁二烯橡胶(日本Zeon(株)生产、DN401;商品名)、23质量份的表氯醇橡胶(日本Zeon(株)生产、ゼクロン3106;商品名)、2质量份的环氧乙烷-环氧丙烷-烯丙基缩水甘油醚三元共聚物(日本Zeon(株)生产、ゼオスパン8030;商品名)、4质量份的偶氮二甲酰胺(永和化成工业(株)生产、VINYFORA C;商品名)、1质量份的硬脂酸(花王(株)生产、ルナツクS20;商品名)、5质量份的氧化锌(白水化学(株)生产、锌白1号;商品名)、10质量份的炭黑(Asahi Carbon(株)生产、旭35;商品名),利用开放式辊和带状成形压片机成形为带状,将该成形为带状的橡胶组合物投入到图3记载的硫化成形装置的挤出机11(Micro Denshi(株)生产)中,在各种条件下挤出未硫化橡胶组合物管。
利用UHF硫化装置12(Micro Denshi(株)生产),以微波照射区4m、在表1-1和表1-2所示的条件下,将该橡胶组合物管加热升温,进行发泡·硫化,利用卷取传送装置14传送所制得的发泡管,从传送装置14排出后立即在冷却槽15中使管冷却,利用定尺切断机16切断成所需尺寸,得到外径φ16.0mm、内径φ4.2mm、长250mm的发泡橡胶管。然后,利用自动芯棒压入机17将未涂布粘接剂的外径φ6mm的导电性芯材压入发泡橡胶管的内径部,得到将发泡橡胶管作为发泡橡胶层的辊状成形体。将该辊状成形体置于安装有研磨磨石GC80的研磨机(未图示)中,以旋转速度2000rp m、进给速度0.5m/分钟的研磨条件进行研磨,使得辊状成形体外径成为φ17mm,制成导电性橡胶辊。
如下所述地进行上述实施例和比较例中的微波照射时的发泡橡胶管的内外径纵横比的测定、发泡橡胶管的孔径分布的评价、压入性的评价、导电性橡胶辊的硬度不均的测定、导电性橡胶辊的电阻不均测定。所得结果示于表1-1和表1-2中。
(导电性芯材的外径和发泡橡胶管的内径的测定方法)
分别使用游标卡尺和销规测定导电性芯材的外径(a)和发泡橡胶管的内径(b),求出其差值的比例[((a-b)/a)×100]。此时,差值的比例优选为20~35%。
(发泡橡胶管的压入性)
将发泡橡胶管压入导电性芯材时,能够压入的记为○、能够压入但发泡橡胶管破损的或者脱落的记为△、完全不能压入的记为×。
(发泡橡胶管的内外径纵横比的测定方法)
在任意位置切断发泡橡胶管,利用投影仪((株)尼康制、Profile Projector V-12B;商品名)测定内外径各自的最大部(tmax)和最小部(tmin),求出其之比(tmax/tmin)。此时,优选该比例更接近于1。
(导电性橡胶辊的硬度不均的测定方法)
使用硬度计(ASKER C型、4.9N负荷),在导电性橡胶辊的发泡层的任意位置沿圆周方向每隔90°测定四处,求出其最大值和最小值之差并作为硬度不均。优选硬度不均接近于0。
(发泡橡胶管的孔径分布的评价方法)
在任意位置切断发泡橡胶管,使用视频显微镜(Keyence公司生产、Digital Microscope VH-8000;商品名)记录其截面,利用视频显微镜的监测器中标出的量规来测量并确认外径侧的孔径和内径侧的孔径的大小差别。此时,优选外径侧的孔径(Dou)与内径测的孔径(Din)没有差别。评价按照下述标准进行。
○:没有差别(|Dou-Din|/Dou)≤1.5或(|Dou-Din|/Din)≤1.5
△:稍有差别1.5<(|Dou-Din|/Dou)≤2.0或1.5<(|Dou-Din|/Din)≤2.0
×:有差别(|Dou-Din|/Dou)>2.0或(|Dou-Din|/Din)>2.0
(导电性橡胶辊的电阻不均的测定方法)
在23℃×55%RH的环境下放置48小时后,在导电性橡胶辊的轴体两端分别负载4.9N的负荷并压接到外径30mm的铝制鼓上使之旋转,在该状态下,在导电性橡胶辊的导电性芯材与铝制鼓之间施加2kV的电压,测定电阻。以冥[log(Rmax/Rmin)]表示此时的电阻值的最大值Rmax与最小值Rmin之差(Rmax-Rmin)。电阻不均优选小于1.2次冥。
如表1-1所示可知,在实施例1-1~1-5中,边在微波照射区域的长度为4m以下的微波硫化装置内以输送速度0.5~3.0m/min输送,边以总照射功率0.3~3.0kW进行照射,在该情况下,发泡橡胶管向导电性芯材的压入性良好,发泡橡胶管的内外径纵横比小至1.05以下,而且孔径的分布均匀。另外,导电性橡胶辊的圆周方向的硬度不均也小,电阻不均也小至1.05次冥以下。
相对于此,在比较例1-1~1-5中,如表1-2所示那样列举了微波照射功率为0.1kW、1.5Kw、2.0kW、4.0kW、输送速度为0.3m/min、3.5m/min的情况。在比较例1-1中,发泡橡胶管在压入后从导电性芯材脱落,在比较例1-3和1-4中,发泡橡胶管虽然可以压入,但会发生开裂等破损,不能成形为导电性橡胶辊。另外,在比较例1-2和比较例1-5中,发泡橡胶管的内径小、不可能压入到导电性芯材上。另外,孔径分布差、发泡橡胶管的内外径的纵横比也比实施例大。
表1-1
|
实施例1-1 |
实施例1-2 |
实施例1-3 |
实施例1-4 |
实施例1-5 |
微波照射功率(kW) |
0.3 |
1.0 |
1.5 |
2.0 |
3.0 |
输送速度(m/min) |
0.5 |
0.5 |
2.0 |
3.0 |
3.0 |
导电性芯材外径a(mm) |
5.0 |
6.0 |
10.0 |
8.0 |
6.0 |
发泡橡胶管内径b(mm) |
4.0 |
3.9 |
8.0 |
5.2 |
4.8 |
(a-b)/a×100(%) |
20 |
35 |
20 |
35 |
20 |
压入性 |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
管纵横比(外径) |
1.01 |
1.01 |
1.05 |
1.03 |
1.01 |
管纵横比(内径) |
1.00 |
1.01 |
1.02 |
1.03 |
1.02 |
硬度不均 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
电阻不均(冥) |
1.02 |
1.03 |
1.04 |
1.05 |
1.03 |
孔径分布 |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
表1-2
|
比较例1-1 |
比较例1-2 |
比较例1-3 |
比较例1-4 |
比较例1-5 |
微波照射功率(kW) | 0.1 | 4.0 | 1.5 | 1.5 | 2.0 |
输送速度(m/min) | 0.3 | 3.5 | 3.5 | 0.3 | 0.3 |
导电性芯材外径a(mm) | 5.0 | 6.0 | 6.0 | 10.0 | 8.0 |
发泡橡胶管内径b(mm) | 4.3 | 3.6 | 5.4 | 8.8 | 4.8 |
(a-b)/a×100(%) | 15.0 | 40.0 | 10.0 | 12.0 | 40.0 |
压入性 |
△ |
× |
△ |
△ |
× |
管纵横比(外径) |
2.1 |
2.3 |
2.6 |
2.5 |
3.1 |
管纵横比(内径) |
3.0 |
2.1 |
2.5 |
2.6 |
2.6 |
硬度不均 |
不能测定 |
不能测定 |
不能测定 |
不能测定 |
不能测定 |
电阻不均(冥) |
孔径分布 |
× |
× |
× |
× |
△ |
(实施例2-1~2-9和比较例2-1~2-6)
在硫化发泡后从卷取传送装置中排出后,立即利用定尺切断机切断成所需尺寸,得到管状的导电性橡胶成形物。接着,将在所需区域涂布有热熔粘接剂或硫化粘接剂的φ4~10mm的导电性芯材压入所述管状的导电性橡胶成形物的内径部,得到辊状的成形体。将该成形体置于安装有研磨磨石GC80(未图示)的研磨机中,以旋转速度2000RPM、进给速度500mm/分钟的研磨条件进行研磨,使得外径成为16~20mm,制作导电性橡胶辊。
另外,在各实施例和比较例中使用的配合和质量份如下。
·丙烯腈丁二烯橡胶[商品名:DN401LL、日本Zeon(株)公司生产] 84质量份
·表氯醇橡胶[商品名:ゼクロン3106、日本Zeon(株)公司生产] 16质量份
·导电性炭黑[商品名:旭#35、Asahi Carbon(株)公司生产] 10质量份
·氧化锌[商品名:锌白2种、HAKUSUI TECH(株)公司生产] 5质量份
·硬脂酸[商品名:ルナツクS、花王(株)公司生产]
1质量份
·噻唑类促进剂:二硫化二苯并噻唑[商品名:NOCCELERDM-P、大内新兴化学(株)公司生产] 2质量份
·二硫化秋兰姆类促进剂:二硫化四(2-乙基己基)秋兰姆[商品名:NOCCELER TOT-N(分子量633.18)、大内新兴化学(株)公司生产] 2.5质量份
·硫磺[商品名:SULFAX PMC、鹤见化学(株)公司生产]
2质量份
·偶氮二甲酰胺[商品名:セルマルクM 257、三协化成(株)公司生产] 4质量份
·尿素[商品名:セルマルクM258、三协化成(株)公司生产] 2质量份
对于橡胶材料以上述配合构成的该橡胶层,改变UHF炉的气氛温度、输送速度、微波功率,通过以下方法进行评价。结果示于表2-1和表2-2中。
<T10/Tp10的测定方法>
使用无转子硫化仪(moving die rheometer)MDR2000(ALPHATECHNOLOGIES公司生产),在被设定为规定温度的模具中设置规定量的所使用的未硫化橡胶,进行硫化和发泡曲线的测定。由所得的初始硫化时间T10和初始发泡时间Tp10,计算出T10/Tp10。
<微波照射时的橡胶温度的测定方法>
使用荧光温度计(安立计器(株)生产、荧光式光纤温度计FL-2000),将荧光温度计的检测部插入到从挤出机挤出的未硫化橡胶管内部,与未硫化的橡胶管一起输送至UHF炉内,测定此时的温度。
<气体产生速度的测定方法>
使用气体示踪装置(永和化成工业(株)生产、Gas Tracer250),将所使用的5g未硫化橡胶和10ml流动石蜡放入试验管中。在预先将温度设定在170℃~230℃温度范围的任意温度下的油浴中,将试验管浸渍30分钟,浸渍后每隔10秒测定气体产生量。气体的产生速度通过气体产生量达到平衡时的产生量除以至此所需的时间而求得。
<发泡孔直径的测定方法>
在任意位置切断橡胶管,使用视频显微镜(Keyence公司生产、Digital Microscope VH-8000)观察其截面。测定是以50倍的倍率观察该橡胶管的从内径侧到外径侧的整个区域,在N=30下测定孔径。将测定值的最大值作为该橡胶管的孔径(直径)。
<硬度不均的测定方法>
使用硬度计(ASKER C型、4.9N负荷),在制成导电性辊的管的任意位置沿圆周方向每隔90°测定四处,将其最大值与最小值之差表示为硬度不均。硬度差优选为0或者接近于0。
<电阻不均的测定方法>
辊电阻按如下测定,即,在N/N(23℃/55%RH)环境下放置48小时后,对导电性橡胶辊的轴体两侧施加单侧为4.9N的负荷并压接到外径30mm的铝制鼓上并使其旋转,在该状态下,在轴体与铝鼓之间施加2kV的电压,测定电阻。将此时的电阻值的最大值与最小值之比表示为圆周不均。圆周不均优选为1.6以下,特别优选小于1.2。
表2-1
|
实施例2-1 |
实施例2-2 |
实施例2-3 |
实施例2-4 |
实施例2-5 |
实施例2-6 |
实施例2-7 |
实施例2-8 |
实施例2-9 |
UHF炉气氛温度(℃) | 200 | 200 | 200 | 180 | 180 | 180 | 170 | 170 | 170 |
输送速度(m/min) | 1.2 | 2.4 | 3.2 | 1.2 | 2.4 | 3.2 | 1.2 | 2.4 | 3.2 |
微波功率(kW) |
1.0 |
2.0 |
3.0 |
1.0 |
2.0 |
3.0 |
1.0 |
2.0 |
3.0 |
橡胶层到达温度(℃) | 205 | 200 | 203 | 185 | 180 | 178 | 175 | 173 | 176 |
气体产生速度(ml/g·min) | 3.5 | 3.5 | 3.5 | 3.0 | 3.0 | 3.0 | 2.2 | 2.2 | 2.2 |
气体产生量(ml/g) | 16 | 16 | 16 | 14 | 14 | 14 | 12 | 12 | 12 |
初始硫化时间T10(sec) | 18 | 18 | 18 | 33 | 33 | 33 | 49 | 49 | 49 |
初始发泡时间Tp10(sec) | 13 | 13 | 13 | 19 | 19 | 19 | 25 | 25 | 25 |
T10/Tp10 |
1.38 |
1.38 |
1.38 |
1.74 |
1.74 |
1.74 |
1.96 |
1.96 |
1.96 |
孔直径(mm) |
0.24 |
0.22 |
0.22 |
0.24 |
0.21 |
0.23 |
0.25 |
0.26 |
0.26 |
发泡不均 |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
电阻圆周不均 |
1.04 |
1.07 |
1.06 |
1.05 |
1.07 |
1.09 |
1.09 |
1.10 |
1.11 |
硬度差 |
0.8 |
1.1 |
0.9 |
1.2 |
1.4 |
1.2 |
1.6 |
1.6 |
1.5 |
表2-2
|
比较例2-1 |
比较例2-2 |
比较例2-3 |
比较例2-4 |
比较例2-5 |
比较例2-6 |
UHF炉气氛温度(℃) |
160 |
160 |
160 |
130 |
130 |
130 |
输送速度(m/min) |
1.2 |
2.4 |
3.2 |
1.2 |
2.4 |
3.2 |
微波功率(kW) |
1.0 |
2.0 |
3.0 |
1.0 |
2.0 |
3.0 |
橡胶层到达温度(℃) |
160 |
158 |
162 |
125 |
130 |
128 |
气体产生速度(ml/g·min) |
1.3 |
1.3 |
1.3 |
0.2 |
0.2 |
0.2 |
气体产生量(ml/g) |
10 |
10 |
10 |
4 |
4 |
4 |
初始硫化时间T10(sec) | 85 | 85 | 85 | 506 | 506 | 506 |
初始发泡时间Tp10(sec) |
28 |
28 |
28 |
99 |
99 |
99 |
T10/Tp10 |
3.04 |
3.04 |
3.04 |
5.11 |
5.11 |
5.11 |
孔直径(mm) |
0.30 |
0.31 |
0.32 |
0.35 |
0.34 |
0.36 |
发泡不均 |
△ |
△ |
△ |
× |
× |
× |
电阻圆周不均 |
1.12 |
1.15 |
1.14 |
1.34 |
1.32 |
1.37 |
硬度差 |
3 |
2.5 |
2.8 |
5 |
5 |
5 |
对于实施例2-1~2-9:
根据表2-1,利用UHF炉的气氛温度和微波功率来控制该橡胶层的达到温度。若将上述橡胶层的达到温度作为测定条件并用前述气体示踪装置测定发泡气体产生速度,则在本发明的技术特征范围内。因此,该橡胶层是发泡充分地进行并且孔均匀、没有不均的橡胶层。而且,硬度差也小,电阻不均也在1.6次冥以下。
对于比较例2-1~2-6:
在比较例2-1中,由于T10/Tp10的值脱离了本发明的技术特征、硫化相对于发泡变慢,因此所形成的孔变得不均匀、产生发泡不均。另外,在比较例2-4中,当将气氛温度设定为130℃时,T10、T10/Tp10均脱离了本发明的技术特征,硫化相对于发泡大大变慢,可观察到显著的发泡不均。其它比较例,还存在利用本发明中介绍的装置不能完成在UHF炉或HAV炉内的硫化·发泡的情况,不仅难以得到适当的橡胶管,而且还有不能制作辊的情况。在能够制作辊的情况中,会产生显著的发泡不均,还存在发泡孔的直径超过0.3mm的情况。因此,硬度不均、电阻不均发生恶化。
(实施例3-1~3-3和比较例3-1~3-3)
在硫化发泡后由卷取传送装置排出,然后立即利用定尺切断机切断成所需尺寸,制成管状的导电性橡胶成形物。接着,将在所需区域涂布有热熔粘接剂或硫化粘接剂的φ4~10mm的导电性芯材压入所述管状的导电性橡胶成形物的内径部,得到辊状的成形体。将该成形体置于安装有研磨磨石GC80的研磨机(未图示)中,以旋转速度2000RPM、进给速度500mm/分钟的研磨条件进行研磨,使得外径成为16~20mm,制作导电性橡胶辊。
在各实施例和比较例中使用的材料如下所述。
·丙烯腈丁二烯橡胶[商品名:DN401LL、日本Zeon(株)公司生产]
·表氯醇橡胶[商品名:ゼク口ン3106、日本Zeon(株)公司生产]
·导电性炭黑[商品名:旭#35、Asahi Carbon(株)公司生产]
·硫磺[商品名:SULFAX PMC、鹤见化学(株)公司生产]
·噻唑类促进剂:二硫化二苯并噻唑[商品名:NOCCELERDM-P、大内新兴化学(株)公司生产]
·秋兰姆类促进剂:二硫化四(2-乙基己基)秋兰姆)[商品名:NOCCELER TOT-N(分子量633.18)、大内新兴化学(株)公司生产]
·偶氮二甲酰胺[商品名:セルマルクM257、三协化成(株)公司生产]
·尿素[商品名:セルマルクM258、三协化成(株)公司生产]
使用上述所示的制造方法,按照表3-1所示的配合和质量份制得管,形成导电性辊。
接着,对于本发明的评价方法进行说明。
<介质损耗系数εr·tanδ的测定方法>
介质损耗系数εr·tanδ是如下测得的:使用AglientTechnologies公司生产的ENA系列网络分析仪(SeriesNetwork Analyzers)E5071B(300kHz-8.5MHz),使电极接触测定样品并对橡胶照射微波。另外,测定频率使用2450MHz,在23℃的常温下使用未硫化橡胶。结果示于表3-1中。
<微波照射时的UHF炉内的橡胶温度的测定方法>
使用荧光温度计(安立计器(株)生产荧光式光纤温度计FL-2000),将荧光温度计的检测部插入到从挤出机挤出的未硫化的橡胶管内部,与未硫化的橡胶管一起输送到UHF内,测定此时的温度。结果示于表3-1。
<硬度、硬度差的测定方法>
使用硬度计(ASKER C型、4.9N负荷),在制成导电性橡胶辊的管的任意位置沿圆周方向每隔90°测定四处,将平均值表示为硬度、将其最大值和最小值之差表示为硬度差。优选硬度差为0或者接近于0。结果示于表3-1中。
<发泡不均的确认方法>
在任意位置切断管,使用视频显微镜(Keyence公司生产、Digital Microscope VH-8000)观察其截面有无发泡不均。此时,优选在观察面的整个区域都没有发泡不均,特别是优选外径侧的孔径与内径侧的孔径没有差别,将没有差别的评价为○,稍有差别的评价为△,有差别的评价为×。结果示于表3-1中。
表3-1
|
实施例3-1 |
实施例3-2 |
实施例3-3 |
比较例3-1 |
比较例3-2 |
比较例3-3 |
丙烯腈丁二烯橡胶 |
80 |
80 |
80 |
80 |
80 |
80 |
表氯醇橡胶 |
20 |
20 |
20 |
20 |
20 |
20 |
炭黑 |
10 |
20 |
30 |
50 |
90 |
0 |
硫磺 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
噻唑类促进剂 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
秋兰姆类促进剂 |
2.5 |
2.5 |
2.5 |
2.5 |
2.5 |
2.5 |
偶氮二甲酰胺 |
4 |
4 |
4 |
4 |
4 |
4 |
尿素 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
介电常数εr |
3.64 |
4.77 |
5.89 |
8.15 |
12.66 |
2.45 |
介电功率因数tanδ |
0.09 |
0.09 |
0.08 |
0.07 |
0.05 |
0.09 |
介质损耗系数εr·tanδ | 0.33 | 0.41 | 0.47 | 0.57 | 0.64 | 0.21 |
UHF炉内橡胶温度 |
195 |
210 |
223 |
240 |
- |
160 |
硬度(ASKER C) |
25 |
30 |
35 |
40 |
- |
35 |
硬度差 |
1 |
1 |
1 |
4 |
- |
2 |
发泡不均 |
○ |
○ |
○ |
× |
- |
× |
对于实施例3-1~3-3:
根据表3-1,介质损耗系数处于合适的范围,其结果是发泡不均和硬度差都变小。
对于比较例3-1~3-3:
将脱离本发明技术特征的实例作为比较例。都是介质损耗系数脱离本发明的例子,但在炭黑量多的比较例3-1中发泡不均和硬度差大,在比较例3-2中可以确认橡胶的过度加热。另一方面,在未添加炭黑的比较例3-3中,微波照射下橡胶温度并未充分地达到发泡剂的分解温度,其结果是在HAV炉内进行发泡,产生圆周方向的发泡不均。
(实施例4-1~4-7、比较例4-1~4-5)
在硫化发泡后从卷取传送装置排出,然后立即利用定尺切断机切断成所需尺寸,制作管状的导电性橡胶成形物。接着,将在所需区域上涂布有热熔粘合剂或硫化粘合剂的φ4~10mm导电性芯材压入上述管状的导电性橡胶成形物的内径部,制得辊状的成形体。将该成形体置于安装有研磨磨石GC80的研磨机(未图示)中,以旋转速度2000RPM、进给速度500mm/分钟的研磨条件进行研磨,使得外径成为16~20mm,制作导电性橡胶辊。
接着,对于本发明的评价方法进行说明。
(硫化后的管外径)
硫化后在任意位置,使用数字测径器(Digital Caliper;安立计器生产)测定硫化后的橡胶管外径。然后,研磨成所需外径,从硫化后的橡胶管外径减去研磨后的外径,得到磨削余量mm。
(网带痕迹)
网带痕迹是按照如下确认的,即,硫化后在任意位置切断橡胶管,目视确认切断面和接触面。评价时,将网带痕迹在直径方向上为1mm以下的情况作为“没有网带痕迹”、大于1mm的情况作为“有网带痕迹”。
(确认发泡不均的方法)
在任意位置切断橡胶管,使用视频显微镜(Keyence公司生产、Digital Microscope VH-8000)观察其截面。
(硬度不均的测定方法)
使用硬度计(ASKER C型、4.9N负荷),在制成导电性橡胶辊的管的任意位置沿圆周方向每隔90°测定四处,将其最大值和最小值之差表示为硬度不均。优选硬度差为0或接近于0。
(电阻不均的测定方法)
辊电阻按照如下测定,即,在N/N(23℃×55%RH)环境下放置48小时后,对导电性橡胶辊的导电性芯材(芯棒、轴体)两侧施加单侧为4.9N的负荷并压接到外径30mm的铝制鼓上使其旋转,在该状态下,在轴体与铝鼓之间施加2kV的电压,测定电阻。将此时的电阻值的最大值和最小值之比表示为圆周不均。
圆周不均优选小于1.2次冥。
在各实施例和比较例中使用的橡胶配合和质量份如下。
·丙烯腈丁二烯橡胶[商品名:DN401LL、日本Zeon(株)公司生产] 84质量份
·表氯醇橡胶[商品名:ゼクロン3106、日本Zeon(株)公司生产] 16质量份
·导电性炭黑[商品名:旭#35、Asahi Carbon(株)公司生产] 10质量份
·氧化锌[商品名:锌白2种、HAKUSUI TECH(株)公司生产] 5质量份
·硬脂酸[商品名:ルナツクS、花王(株)公司生产]
1质量份
·噻唑类促进剂:二硫化二苯并噻唑[商品名:NOCCELERDM-P、大内新兴化学(株)公司生产] 2质量份
·二硫化秋兰姆类促进剂:二硫化四(2-乙基己基)秋兰姆[商品名:NOCCELER-TOT-N(分子量633.18)、大内新兴化学(株)公司生产] 2.5质量份
·硫磺[商品名:SULFAX PMC、鹤见化学(株)公司生产]
2质量份
·偶氮二甲酰胺[商品名:セルマルクM257、三协化成(株)公司生产] 4质量份
·尿素[商品名:セルマルクM258、三协化成(株)公司生产] 2质量份
对于本发明所提供的由丙烯腈橡胶和表氯醇橡胶构成橡胶材料的该橡胶层,就本发明特定的条件,举出了几个例子。结果示于表4-1中。
根据表4-1可知,没有网带痕迹、发泡均匀、没有不均,其结果是硬度差也小、电阻不均也为1.1次冥以下。另外,磨削余量也在2mm以下,从经济方面出发也有效果。
将脱离本发明特定条件的实例作为比较例。结果示于表4-2中。在任何情况下都可确认网带痕迹。其结果是发泡不均、硬度差、圆周方向的电阻不均也变大。另外,由于有发泡不均,因此磨削余量也增加。
表4-1
|
实施例4-1 |
实施例4-2 |
实施例4-3 |
实施例4-4 |
实施例4-5 |
实施例4-6 |
实施例4-7 |
管外径(A)mm |
16 |
16 |
16 |
20 |
20 |
20 |
20 |
网眼开孔率(B)% |
56 |
64 |
69 |
56 |
64 |
69 |
79 |
比A/B |
0.29 |
0.25 |
0.23 |
0.36 |
0.31 |
0.29 |
0.25 |
网带痕迹 |
无 |
无 |
无 |
无 |
无 |
无 |
无 |
磨削余量mm |
1.3 |
1.2 |
1.5 |
1.3 |
1.2 |
1.5 |
1.6 |
发泡不均 |
无 |
无 |
无 |
无 |
无 |
无 |
无 |
硬度差(ASKER C) |
1 |
0.8 |
1.2 |
1.3 |
0.8 |
1 |
1 |
电阻圆周不均 |
1.02 |
1.03 |
1.05 |
1.04 |
1.03 |
1.08 |
1.08 |
表4-2
|
比较例4-1 |
比较例4-2 |
比较例4-3 |
比较例4-4 |
比较例4-5 |
管外径(A)mm |
16 |
16 |
16 |
16 |
16 |
网眼开孔率(B)% |
11 |
25 |
83 |
85 |
91 |
比A/B |
1.45 |
0.64 |
0.19 |
0.19 |
0.18 |
网带痕迹 |
有 |
有 |
有 |
有 |
有 |
磨削余量mm |
3 |
2.5 |
2.2 |
2.5 |
3 |
发泡不均 |
有 |
有 |
稍有 |
有 |
有 |
硬度差(ASKER C) |
6 |
4 |
3 |
5 |
7 |
圆周方向的电阻不均 |
1.2 |
1.3 |
1.1 |
1.4 |
1.3 |
(实施例5-1~5-5、比较例5-1~5-5)
证实本发明的导电性橡胶辊(图1)如下制作。
使用班伯里密炼机混炼75质量份的丙烯腈丁二烯橡胶(日本Zeon(株)生产、DN401;商品名),10质量份的表氯醇橡胶(日本Zeon(株)生产、ゼクロン3106;商品名),15质量份的环氧乙烷-环氧丙烷-烯丙基缩水甘油醚三元共聚物(环氧丙烷的组成比例:1.30mol%、烯丙基缩水甘油醚的组成比例:11.7mol%;试制品),4质量份的偶氮二甲酰胺(永和化成工业(株)生产、VINYFOR AC;商品名)、1质量份的硬脂酸(花王(株)生产、ルナツクS20;商品名)、5质量份的氧化锌(白水化学(株)生产、锌白1号;商品名)、10质量份的炭黑(Asahi Carbon(株)生产、旭35;商品名),利用开放式辊和带状成形压片机成形为带状,将该成形为带状的橡胶组合物投入到图3记载的硫化成形装置的挤出机11(Micro Denshi(株)生产)中,在任意条件下挤出未硫化橡胶组合物管。
利用UHF硫化装置12(Micro Denshi(株)生产),以微波照射区域4m、在表5-1和表5-2所示的条件下,将该橡胶组合物管加热升温,进行发泡·硫化,利用卷取传送装置14传送所制得的发泡管,由传送装置14排出后立即在冷却槽15中将管冷却,利用定尺切断机16切断成所需尺寸,得到外径φ16.0mm、内径φ4.2mm、长250mm的发泡橡胶管。然后,使用自动芯棒压入机17将外径φ6mm的导电性芯材压入发泡橡胶管的内径部,得到将发泡橡胶管作为发泡橡胶层的辊状成形体。将该辊状成形体置于安装有研磨磨石GC80的研磨机(未图示)中,以旋转速度2000rpm、进给速度0.5m/分钟的研磨条件进行研磨,使得外径成为φ17mm,制成导电性橡胶辊。
上述实施例和比较例中的发泡橡胶管的内外径纵横比测定、发泡橡胶管的孔径分布的评价、导电性橡胶辊的硬度不均的测定、导电性橡胶辊的电阻值和环境波动量的测定、导电性橡胶辊的电阻不均的测定按照如下所述地进行。所得结果示于表5-1和表5-2中。
(发泡橡胶管的内外径纵横比的测定方法)
在任意位置、任意条件下切断发泡橡胶管,利用投影机((株)尼康制、Profile Projector V-12B;商品名)测定该截面的内外径各自的最大部(tmax)和最小部(tmin),求出其比值(tmax/tmin)。此时,优选该比值更加接近1。
(导电性橡胶辊的硬度不均的测定方法)
使用硬度计(ASKER C型、4.9N负荷),在导电性橡胶辊的发泡橡胶层的任意位置沿圆周方向每隔90°测定四处,求出其最大值与最小值之差,作为硬度不均。优选硬度不均接近于0。
(发泡橡胶管的孔径分布的评价方法)
在任意位置切断发泡橡胶管,利用视频显微镜(Keyence公司生产、Digital Microscope VH-8000;商品名)记录其截面,利用视频显微镜的监测器中标出的量规来测量并确认外径侧的孔径和内径侧的孔径的大小差别。此时,优选外径侧的孔径(Dou)与内径测的孔径(Din)没有差别。评价按照下述标准进行。
○:没有差别(|Dou-Din|/Dou)≤1.5或(|Dou-Din|/Din)≤1.5
△:稍有差别1.5<(|Dou-Din|/Dou)≤2.0或1.5<(|Dou-Din|/Din)≤2.0
×:有差别(|Dou-Din|/Dou)>2.0或(|Dou-Din|/Din)>2.0
(导电性橡胶辊的电阻不均和环境波动量的测定方法)
导电性橡胶辊的电阻如下测定,即,对导电性橡胶辊的轴体两侧施加单侧为4.9N的负荷并压接到外径30mm的铝制鼓上使其旋转,在该状态下,在轴体和铝鼓之间施加2kV的电压,测定电阻。该测定是在L/L(15℃×10%RH)、N/N(23℃×55%RH)、H/H(35℃×85%RH)的各环境下放置48小时后进行的。以冥[log(RLL/RHH)]表示此时的L/L环境下的电阻值最大值RLL与H/H环境下的电阻值RHH之差(RLL-RHH)。电阻的环境波动量优选小于1.2次冥。
(导电性橡胶辊的电阻不均的测定方法)
在23℃×55%RH的环境下放置48小时后,在导电性橡胶辊的轴体两端分别负载4.9N的负荷并压接到外径30mm的铝制鼓上使其旋转,在该状态下,在导电性橡胶辊的导电性芯材和铝制鼓之间施加2kV的电压,测定电阻。以冥[log(Rmax/Rmin)]表示此时的电阻值的最大值Rmax与最小值Rmin之差(Rmax-Rmin)。电阻不均优选小于1.2次冥。
如表5-1所示可知,在实施例5-1~5-5中是如下情况,即,成形为发泡橡胶层的橡胶组合物为包含0.1质量份环氧乙烷-环氧丙烷-烯丙基缩水甘油醚三元共聚物(其中,环氧丙烷的组成比例为1.30mol%、烯丙基缩水甘油醚的组成比例为11.7mol%)、75质量份丙烯腈丁二烯橡胶、24.9质量份表氯醇橡胶的橡胶组合物、以及包含50质量份环氧乙烷-环氧丙烷-烯丙基缩水甘油醚三元共聚物(其中,环氧丙烷的组成比例为1.30mol%、烯丙基缩水甘油醚的组成比例为11.7mol%)、50质量份丙烯腈丁二烯橡胶,0质量份表氯醇橡胶的橡胶组合物,在微波照射区的长度为4m以下的微波硫化装置内,边以输送速度0.5~3.0m/min的速度输送橡胶组合物,边使用2台或4台功率为0.1~1.5kW的微波振荡器对该橡胶组合物进行照射,该情况下,发泡导电性橡胶成形物的内外径的纵横比小至1.06以下,并且孔径的分布均匀。而且,导电性橡胶辊在圆周方向上的硬度不均也小,可以得到所需的电阻值,并且电阻不均、环境波动量也小至1.2次冥以下。
相对于此,在比较例5-1~5-5中,如表5-2所示那样,可以列举出如下情况,即,成形为发泡橡胶层的橡胶组合物是包含0质量份环氧乙烷-环氧丙烷-烯丙基缩水甘油醚三元共聚物(其中,环氧丙烷的组成比例为1.30mol%、烯丙基缩水甘油醚的组成比例为11.7mol%)、70质量份丙烯腈丁二烯橡胶、30质量份表氯醇橡胶的橡胶组合物、以及包含60质量份环氧乙烷-环氧丙烷-烯丙基缩水甘油醚三元共聚物(其中,环氧丙烷的组成比例为1.30mol%、烯丙基缩水甘油醚的组成比例为11.7mol%)、40质量份丙烯腈丁二烯橡胶、0质量份表氯醇橡胶的橡胶组合物,在微波照射区的长度为4m以下的微波硫化装置内,边以输送速度0.3m/min、3.5m/min输送橡胶组合物,边使用1、6台或2、4台功率为0.1~1.5kW的微波振荡器对该橡胶组合物进行照射。在比较例5-4中,发泡橡胶管不能硫化、发泡,不能成形为导电性橡胶辊。此外,在比较例5-1、5-2、5-3、5-5中,硬度不均、电阻不均、环境波动量大,且孔径分布差,发泡导电性橡胶成形物的内外径纵横比也比实施例大。
表5-1
|
实施例5-1 |
实施例5-2 |
实施例5-3 |
实施例5-4 |
实施例5-5 |
EO-PO-AGE三元共聚物 |
0.1 |
50 |
0.1 |
50 |
0.1 |
丙烯腈丁二烯橡胶 |
75 |
50 |
75 |
50 |
75 |
表氯醇橡胶 |
24.9 |
0 |
24.9 |
0 |
24.9 |
微波功率装置数n(个) | 2 | 2 | 2 | 2 | 4 |
微波功率[1kW×n个](kW) |
2 |
2 |
2 |
2 |
4 |
输送速度(m/min) |
0.5 |
0.5 |
2.0 |
3.0 |
3.0 |
管纵横比(外径) |
1.02 |
1.06 |
1.02 |
1.04 |
1.01 |
管纵横比(内径) |
1.01 |
1.05 |
1.03 |
1.03 |
1.02 |
硬度不均 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
电阻值(Ω) |
7.30E+07 |
1.46E+05 |
7.56E+07 |
1.35E+05 |
7.67E+07 |
电阻环境波动量(冥) |
0.98 |
1.12 |
0.97 |
1.11 |
0.95 |
电阻不均(冥) |
1.02 |
1.04 |
1.02 |
1.06 |
1.01 |
孔径分布 |
○ |
○ |
○ |
○ |
○ |
表5-2
|
比较例5-1 |
比较例5-2 |
比较例5-3 |
比较例5-4 |
比较例5-5 |
EO-PO-AGE三元共共聚物 | 0 | 60 | 60 | 0 | 0 |
丙烯腈丁二烯橡胶 |
70 |
40 |
40 |
70 |
70 |
表氯醇橡胶 |
30 |
0 |
0 |
30 |
30 |
微波功率装置数n(个) |
2 |
2 |
4 |
1 |
6 |
微波功率[1kW×n个](kW) | 2 | 2 | 4 | 1 | 6 |
输送速度(m/min) |
0.3 |
3.5 |
3.5 |
0.3 |
0.3 |
管纵横比(外径) |
2.35 |
1.31 |
1.56 |
不能测 |
1.91 |
管纵横比(内径) |
2.98 |
1.21 |
1.66 |
定 |
2.23 |
硬度不均 |
7 |
4 |
5 |
7 |
电阻值(Ω) |
1.21E+07 |
5.10E+06 |
8.20E+05 |
9.16E+08 |
电阻环境波动量(冥) |
1.87 |
1.14 |
1.21 |
1.95 |
电阻不均(冥) |
1.38 |
1.78 |
2.11 |
2.03 |
孔径分布 |
× |
△ |
△ |
× |
由本发明的制造方法制得的导电性橡胶辊和本发明的电子照相装置用辊,可以适合作为转印辊等在电子照相复印装置、打印机、静电记录装置等图像形成装置中使用。
本申请要求享有于2005年2月14日申请的日本专利申请第2005-036079号、于2005年2月14日申请的日本专利申请第2005-036080号、于2005年2月23日申请的日本专利申请第2005-047222号、于2005年2月24日申请的日本专利申请第2005-049003号、于2005年2月28日申请的日本专利申请第2005-053816号、以及于2006年2月3日申请的日本专利申请第2006-027022号的优先权,引用其内容作为该申请的一部分。