專利名稱：導電彈性體輥及其制造方法和圖像形成裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種導電彈性體輥及其制造方法和圖像形成裝置，尤其涉及一種表面層的構成和性質得到改進的導電彈性體輥以及利用該導電彈性體輥的顯影裝置，包括顯影盒和圖像形成裝置，屬于圖像形成技術領域。
背景技術：
目前，復印機、激光打印機等各種圖像形成裝置廣泛應用于人們的生活和工作中， 已成為人們生活和工作中不可或缺的設備。復印機和激光打印機等圖像形成裝置的成像原理主要有接觸式顯影和跳躍式顯影。使用比較多的是采用接觸式顯影的設備或裝置。采用接觸式顯影的圖像形成裝置中包括處理盒(也稱顯影盒)，所述處理盒包括有粉倉、送粉輥、顯影輥、感光鼓、充電輥和出粉刀等。接觸式顯影的原理和過程為利用充電輥給感光鼓充電，使感光鼓表面形成均勻的帶電層，激光器將載有欲打印或復印圖像信息的激光束照射到感光鼓表面，使感光鼓表面形成相應圖像信息的靜電潛像；另一方面，送粉輥向顯影輥提供顯影劑，并在出粉刀的作用下使顯影輥的表面形成均勻帶電的顯影劑層；承載顯影劑的顯影輥將顯影劑輸送至感光鼓，使感光鼓表面的靜電潛像轉化為可視圖像。對于接觸式顯影的圖像形成裝置，顯影輥和充電輥通常都是利用一種導電彈性體輥制成。顯影輥和充電輥一般具有如下結構位于中心的導電軸芯、覆于導電軸芯外的單一層或多層彈性層以及覆于彈性層外的表面層，相比于其它部分，表面層的性質對顯影輥的性能影響最大。可以歸納如下顯影輥表面層的作用(1)與送粉輥接觸，使顯影輥表面吸附并承載顯影劑層；(2)與出粉刀相接觸，使顯影劑摩擦帶電；(3)與感光鼓相接觸，向感光鼓的靜電潛像區域輸送顯影劑；(4)防止彈性層內低分子物質滲出污染其它部件；(5)保護彈性層。因此，為了使顯影輥表面層達到上述作用效果，顯影輥表面層應具有以下性能(1)對顯影劑有良好的起電性。表面層承載顯影劑，同時通過周向轉動而與送粉輥和出粉刀相對運動，使顯影劑受到摩擦從而適量且均勻地帶電。(2)具有合適的電性能，均化顯影劑所帶電量，并使顯影劑在顯影電壓的作用下從顯影輥輸送至感光鼓的靜電潛像區域。(3)具有良好的表面特性，防止顯影劑在其表面因化學物質吸附或顯影輥與其它部件摩擦生熱過大導致顯影劑熔融而產生的顯影劑在顯影輥表面難以脫離甚至成膜。(4)具有合理的結構，能夠阻止彈性層內有可能存在的低分子物質遷移出顯影輥的表面而污染其它部件。(5)具有良好的耐磨性，在長時間的工作過程中，即使與送粉輥、出粉刀、感光鼓等部件接觸、摩擦，也不會產生表面層破損，因而不會因表面層缺陷而導致成像不良，并保護彈性層。充電輥表面層的主要作用(1)與感光鼓直接接觸，為感光鼓充電；(2)防止彈性層內低分子物質滲出污染感光鼓；(3)保護彈性層。同樣地，對于作為充電輥使用的彈性體輥，如何降低或避免因顯影劑在表面粘附而影響充電效果，以及阻止彈性層內低分子物質遷出和在工作中有效保護彈性層，也是對充電輥的表面層性能提出的基本要求。現有技術中，顯影輥和充電輥的表面層一般由單一層或多層的樹脂材料覆于彈性層外側而形成，比較常用的樹脂多為一些含氟樹脂、環氧樹脂或一些含硅材料的樹脂，例如含氟聚氨酯樹脂、含氟丙烯酸樹脂、環氧聚氨酯樹脂、環氧有機硅樹脂、有機硅聚氨酯樹脂/ 丙烯酸樹脂、MQ樹脂、MVQ樹脂以及硅溶膠等，一般是根據對于成膜性質的需要，選擇其中一種分散或溶解于與之相容的溶劑中制成涂層樹脂液，涂敷在彈性層外表面，形成均一的表面層。近年來，本領域的技術人員提出了大量與顯影輥和充電輥的表面層起電性、電性能和耐磨性相關的技術方案，如使彈性層經過紫外光輻照或其它手段使彈性層表面生成致密程度高于彈性層的氧化結構或其它化學改性結構而成為形成于彈性體外側的表面層。雖然經過了努力，顯影輥仍存在一些缺陷，如顯影劑在顯影輥的表面附著難以脫離甚至成膜， 彈性層內低分子物質遷移導致顯影輥而污染其它部件，表面層起電性不足導致顯影劑帶電不良而引起打印缺陷，如飛霧現象、花斑現象等。同時，在打印工作過程中，顯影劑和顯影劑的添加劑趨向于粘附于充電輥的表面，導致充電過程無法正常進行。防止顯影劑粘附于充電輥表面的方案已有報道，但大多是通過非常復雜的化學手段實現，如改變樹脂分子鏈結構或所含的官能團合成新樹脂產品作為表面層的形成原料，如此也導致生產成本高。

發明內容
本發明所解決的主要技術問題在于提供一種制造導電彈性體輥的方法，通過對該彈性體輥表面層形成工藝的改進，達到提高彈性體輥特性，其作為顯影輥或充電輥應用于圖像成形裝置，改善了圖像品質。本發明還提供了導電彈性體輥，其具有改進的表面層的構成和性質，在作為顯影輥和充電輥用于圖像成形裝置時，由于表面性能的改善，不僅提升了圖像品質，而且能夠提高使用壽命，降低生產成本。本發明的一個方面是提供了一種制造導電體彈性體輥的方法，該方法包括在導電性芯軸外設置彈性層、以及在該彈性層外敷設表面層的過程，其中，所述在彈性層外敷設表面層的過程包括將包含第一樹脂材料的主體材料和包含第二樹脂材料的非主體材料作為成膜材料按照55 45-95 5的質量比共同分散于有機溶劑中制成涂層樹脂液；將該涂層樹脂液涂覆于所述彈性層的外表面，使有機溶劑揮發和樹脂材料固化， 在彈性層的外表面形成所述表面層；其中，所述第一樹脂材料和第二樹脂材料之間存在極性差異，并且，第一樹脂選自能夠或需要與固化劑反應而固化的樹脂材料，第二樹脂選自只能自身固化的樹脂材料。根據本發明提供的制造方法，是針對現有技術中顯影輥和充電輥表面性能存在的缺陷，采用具有極性差異的二種樹脂材料，由于它們會按照不同的機理被固化，并且固化過程中溶劑揮發促使二種樹脂發生相分離，在彈性層外表面形成連續相和分散相，基于樹脂材料的特性，彈性層表面會由于分散相樹脂的自我團聚而形成微粒，這些微粒的形成和分布是不規則，基于兩種樹脂間的極性差異，表面層的這種微觀形貌可以是表現為微米級顆粒、納米級顆粒以及二種結構共存的微納米顆粒，通常表述為微納米結構，將其置于原子力顯微鏡下，可以觀察到具有明顯顆粒結構的微觀形貌。上述固化成膜過程也可能使表面層具有一定的粗糙度。發明人的研究和實驗結果顯示，按照本發明方法制成的彈性體輥無論是用于顯影輥或充電輥，其表面性能均得到明顯改善，使成像品質得到提高。該效果的產生可以歸結為表面層的微納米結構一方面利于與顯影劑接觸充分，對顯影劑具有良好的起電特性，在接觸中使顯影劑摩擦帶電，且電荷極性均一，帶電量充分且電量分布均勻；另一方面，表面層的微粒結構可以表現為一定的表面粗糙度Rz，也使顯影輥表面具有良好的自清潔性，避免在較長時間的工作過程中顯影劑會在顯影輥表面積累粘附甚至成膜；再一方面，這種微納米結構微粒的形成是隨機的，會同時存在于表面層的表面和/或內部，形成于表面的微粒提供了一定的表面粗糙度Rz，而表面層內部的微粒實際上也會對彈性層中低分子物質的遷出起到阻止作用，從而對防止顯影輥對其它部件的污染產生良好的效果。本發明提出了利用二種不同極性的樹脂材料形成表面層的制造工藝，為促進它們的相分離和分散相形成微粒，二種樹脂材料的固化要求不同，第一樹脂材料為那些需要或不需要固化劑配合發生交聯反應實現固化的樹脂(固化劑為選擇性使用)，第二樹脂材料則選擇只能自身固化(例如，在適當條件下直接固化或通過自身交聯而固化等，但其結構和性質決定了不能與固化劑反應而固化)的樹脂，在固化成膜過程中，包含第一樹脂材料 (可以有固化劑配合)占較大比例，本發明稱為主體材料，而第二樹脂材料以較小比例被使用，本發明稱為非主體材料。無論是主體材料還是非主體材料，都是在彈性層表面易于成膜的，換句話說，本發明所使用的二種樹脂材料都是行業內常用的成膜材料，從中選擇二種極性明顯不同的樹脂材料即可，可以理解，二種樹脂材料的極性差異越顯著，它們在某種特定溶劑中的相容性越差，越利于成膜后微粒結構，乃至表面粗糙度Rz的形成。至于對具體樹脂材料的選擇，本領域技術人員基于其對成膜材料的基礎知識，即，根據它們的固化性質和極性差異即可確定。根據本發明的實施方案，所述第一樹脂材料可以包括含氟聚氨酯樹脂、含氟丙烯酸樹脂、環氧聚氨酯樹脂、有機硅聚氨酯樹脂、環氧有機硅樹脂、或有機硅丙烯酸樹脂等；所述第二樹脂材料選自與所述第一樹脂材料具有極性差異的含硅材料，例如MQ樹脂、MVQ樹脂、硅溶膠或水玻璃等；所述有機溶劑選自能使所述第一樹脂材料和第二樹脂材料同時在其中分散的單一溶劑或復合溶劑，所述復合溶劑是二種以上揮發性能不同的有機溶劑的組合。當選擇復合溶劑時，優選使其中任一種溶劑的體積分數都不低于5%。該表面層的涂敷可以包括例如噴涂、滾涂或浸涂等手段，并且通過控制涂敷和固化過程，使表面層具有一定的厚度，例如可以控制在4-40微米。至于導電性芯軸和彈性層的設置方法和材料選擇，均為行業內常規技術和手段。根據本發明的方案，在形成表面層過程中，也可以與現有技術相同，在制成的涂層樹脂液中添加適當的添加劑，例如導電微粒、固化劑等，表現為更加明顯的表面粗糙度Rz。 從利于形成表面粗糙度Rz考慮，在制成涂層樹脂液時添加一種或二種以上微米級和/或納米級微粒，所述微米級微粒的粒徑分布為0. 1-50微米，所述納米級微粒的粒徑分布為 6-100納米。對這些微粒的使用，利于使表面層外或內部形成微米級和/納米級分布的微粒。尤其是表現出微納米結構的外觀形貌。本發明的另一方面還提供了一種導電彈性體輥，其具有導電性芯軸，以及在該導電性芯軸外依次設置的彈性層和表面層，且，所述表面層具有微納米結構。本發明的一個實施方案中，提供了一種導電彈性體輥，其具有導電性芯軸，以及在該導電性芯軸外依次設置的彈性層和表面層，所述表面層為包含第一樹脂材料的主體材料和包含第二樹脂材料的非主體材料的成膜材料在彈性層表面成膜固化而成，且所述主體材料與非主體材料的質量比為55 45-95 5;其中，第一樹脂材料和第二樹脂材料之間存在極性差異，并且，第一樹脂選自能夠或需要與固化劑反應而固化的樹脂材料，第二樹脂選自只能自身固化的樹脂材料。對于本發明提供的導電彈性體輥，可以是根據上述方法制成的，其因成分不同的表面層而具有不同于現有技術的微粒結構，微觀形貌被改善，還可以表現出一定表面粗糙度的外觀形貌。本發明提供的導電彈性體輥可用于圖像形成裝置的顯影輥或充電輥。進一步地，本發明還提供了一種顯影盒，其組成至少包括粉倉、送粉輥、顯影輥、感光鼓和充電輥，其中，所述顯影輥和/或充電輥為所述的導電彈性體輥。本發明還提供了一種圖像形成裝置，其中可拆卸地安裝有上述顯影盒，能夠提供品質顯著提高的圖像產品。綜上所述，本發明的技術方案具有如下有益效果1、本發明的導電彈性體輥，輥的表面性能得到顯著改善，不僅可以解決現有技術中，顯影輥因表面粘附顯影劑而使表面層起電性不足導致的飛霧、花斑等打印缺陷，也減少或避免了打印作業過程中顯影劑和顯影添加劑粘附充電輥表面的不良現象。2、本發明的導電彈性體輥，調整了形成表面層原料的組成，使表面層的微觀結構發生改變，在打印或復印等成像過程中，不僅利于提高圖像的品質，而且具有一定粗糙度的表面和微觀結構也因提高的表面自清潔能力和阻止輥內低分子物質遷出，無論是作為顯影輥還是充電輥，都具有良好的工作性能，不僅使圖像形成裝置(打印機、復印機等)的成像品質優良，降低了因感光鼓被污染需要頻繁清理或更換而導致的作業高成本。


圖1是常用圖像形成裝置的結構示意圖。圖2是圖像形成裝置中的顯影盒的結構示意圖。圖3是可作為顯影輥和充電輥的導電彈性體輥的截面示意圖。圖4是本發明導電彈性體表面層具有的微粒結構示意圖一。圖5是本發明導電彈性體表面層具有的微粒結構示意圖二。圖6是本發明導電彈性體表面層具有的微粒結構示意圖三。圖7是本發明實施例1制造的顯影輥表面層的原子力顯微鏡圖。
具體實施例方式下面結合具體實施方案和實施例對本發明進行進一步詳細闡述，旨在幫助閱讀者更好地理解本發明的實質內容，不能理解為對本發明實施范圍的任何限定。如圖1所示，通常的圖像形成裝置1包括激光掃描器(LSU) 2、紙張托盤3、供給輥 4、傳送輥5、轉印輥6、定影單元7、排出輥8、排出盤9、顯影盒10和外殼11。其中，顯影盒 10可拆卸的安裝于圖像形成裝置中。如圖2所示，顯影盒10包括粉倉20、送粉輥30、顯影輥40、感光鼓50、廢粉倉60、 清潔刮刀70、充電輥80和出粉刀90。圖像形成過程如下粉倉20中的碳粉(未示出)由送粉輥30傳遞給顯影輥40，在與送粉輥30和出粉刀90的相對運動中，在顯影輥40的表面形成一層均勻帶電的碳粉層； 同時，充電輥80給感光鼓50充電，使感光鼓50的表面形成均勻的帶電層；激光掃描器2將載有圖像信息的激光束照射感光鼓50表面，使感光鼓50表面形成相應圖像信息的靜電潛像；承載碳粉的顯影輥40將碳粉傳遞給承載靜電潛像的感光鼓50，在感光鼓50的表面形成可視碳粉圖像，再經過轉印作業將感光鼓上的碳粉圖像轉印到打印介質上，在打印介質上形成相應的可視碳粉圖像，即完成成像過程(打印或復印)；感光鼓50上殘留的碳粉被清潔刮刀70清理進入廢粉倉60。在上述成像過程中，如果作為顯影輥和充電輥的導電彈性體輥表面層的表面特性不好，就會導致顯影劑在顯影輥表面附著而難以脫離甚至成膜、因彈性層內低分子物質遷移而污染其它部件、表面層起電性不足導致顯影劑帶電不良而引起打印缺陷，如飛霧現象、 花斑現象等；或在打印工作過程中，顯影劑和顯影劑的添加劑趨向于粘附于充電輥的表面， 導致充電過程無法正常進行。本發明正是針對以上問題提出的解決手段。下面將詳細描述本發明的導電彈性體輥及其形成方法，以及利用導電彈性體輥形成的顯影盒與圖像形成設備。如圖3所示，本發明提出的導電彈性體輥100的結構主要由以下三部分構成導電性軸芯體110、圍繞導電性軸芯體的彈性層120和表面層130。可以看出，本發明制造的導電彈性體輥在宏觀結構上與現有技術基本沒有區別。下面對這三部分構件進行詳細說明〈導電性軸芯體〉導電性軸芯體110是用作電極和支撐構件的構件，與公知技術可以完全相同，形狀可為圓柱形或中心呈中空的圓筒形，導體材料一般由金屬或合金制成，本發明均不做特別限定。導電性軸芯體110表面可以進行處理，例如，可以涂布防腐蝕層、粘合劑層等，也都屬于公知技術。<彈性層>彈性層120由導電彈性體構成。彈性層的基礎材料可以是本領域，例如導電彈性體輥制造中使用的所有已知的彈性體，例如可以是以下橡膠中任意一種或至少兩種以上的橡膠的混合物天然橡膠、乙丙橡膠、三元乙丙橡膠、順式丁二烯橡膠、丁基橡膠、丁苯橡膠、 丁腈橡膠、氯丁橡膠、氯醚橡膠、硅橡膠、氟橡膠、丙烯酸酯橡膠、聚硫橡膠等。其中優選丁腈橡膠與氯醚橡膠，因為這兩種橡膠具有良好的電性能。所使用的橡膠或橡膠的混合物中一般還含有配合劑，如活化劑、防老化劑、軟化劑、加工助劑、促進劑、硫化劑等，也可以含有導電材料，同時也可以含有填料。配合劑、導電材料、填料都為本領域中通常使用的材料。彈性層的制備方法一般是將橡膠與配合劑、導電材料、填料混合形成導電橡膠混合物，繼而經過硫化形成導電彈性體。將該導電彈性體覆于導電性軸芯體110外側成為導電彈性層120。對所得到的該具有彈性層的輥是否進行表面處理也不作限制，均屬于本領域的常規技術。例如，若對所述輥進行表面處理，可以對其表面進行研磨或其它機械處理，也可以對其表面進行化學處理，如進行光化學改性或電化學改性，或涂布粘合劑層等。<表面層>表面層130由包含二種極性不同的樹脂材料的涂層樹脂液在彈性層外表面經涂敷而成。前面已經說明，為得到具有一定微粒結構的表面層130，采用二種具有極性差異的樹脂，使涂層樹脂液在固化過程中同時形成連續相(由主體材料構成)和分散相(由非主體材料構成)，利于形成的表面層具有微粒結構以及適當的表面粗糙結構和內部微粒結構。 所述主體材料與非主體材料混合物中，由于含有的二種樹脂之間具有極性差異(兩者難以相溶)，將兩者共同分散于溶劑中并通過機械力混合，形成分散液，可以是溶液，也可以是較穩定的乳液或懸浮液。根據第一樹脂材料的選擇和需要，主體材料中該分散液中還可以包括固化劑。利用所形成的涂層樹脂液，通過適當的工藝涂敷于彈性體層的外表面，固化過程中隨著溶劑的揮發，主體材料與非主體材料發生相分離，主體材料構成連續相，非主體材料構成分散相，并且，提供分散相的第二樹脂材料的只能發生自我團聚而形成微粒，這些微粒的尺寸可以分布較寬，例如直徑從幾納米到幾十微米不等，因而能夠在表面層的內部和表面處呈現具有不同粒徑的微粒共同存在的表面微粒結構形貌，并且有可能同時表現出為一定的表面粗糙度Rz，當這些微粒包括了納米級微粒和微米級微粒時，即成為微納米結構。為形成上述特點的表面層130，需要選擇二種極性具有較明顯差異的樹脂材料，它們之間應該難以相溶并當溶劑揮發后可產生相分離，當然，無論是主體材料或非主體材料， 均為本領域常用的成膜材料，本領域技術人員只需對所使用的樹脂材料進行簡單測試，確定其極性程度，即可確定可以組合使用的具體材料。在本發明的一個實施方案中，所述主體材料中的第一樹脂材料包括含氟聚氨酯樹脂、含氟丙烯酸樹脂、環氧聚氨酯樹脂、環氧有機硅樹脂、有機硅聚氨酯樹脂、或有機硅丙烯酸樹脂等，因為這些樹脂材料具有優良的化學特性及良好的自潤滑性，在一個具體實施方案中，可以采用其中的含氟樹脂，并且其含氟量一般在5-40%。所述非主體材料(由第二樹脂材料構成)為與第一樹脂材料有極性差異且僅能通過自身固化的材料，可以為含硅材料，如MQ樹脂、MVQ樹脂、硅溶膠、水玻璃等，因為這些材料易于在溶劑揮發后與主體材料產生相分離，更利于形成微納米結構，且自潤滑性良好。對于MQ樹脂和MVQ樹脂，對其M、Q單體比例和M、V、Q單體比例沒有特別限制；對于硅溶膠，二氧化硅含量、平均粒徑、pH等也沒有特別限制，均可按照現有技術確定。主體材料中一般還可以包括固化劑，主體材料中與第一樹脂通過交聯反應而實現固化的固化劑，可以選擇異氰酸酯固化劑、異氰酸酯共聚物固化劑或氨基樹脂固化劑，或其它適用的常規固化劑，主體材料中包含固化劑時，固化劑的含量可以按照其常規用量來確定，例如，相對于100質量份的第一樹脂固態成分，固化劑的用量可以為20質量份到100質量份。常用的異氰酸酯固化劑和異氰酸酯共聚物固化劑，例如，甲苯二異氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷_4，4' -二異氰酸酯(MDI)、1，6-己二異氰酸酯(HDI)、 異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI) ,TDI/HDI共聚物、基于HDI的聚異氰酸酯(HDI三聚體、HDI縮二脲等)等等；氨基樹脂固化劑為那些含有氨基的固化劑，例如，甲醚化、丁醚化、苯代及混醚化氨基樹脂固化劑等。所用固化劑均可來自商購。在配制涂層樹脂液時，所述有機溶劑的種類不做限定，其選自能使所述第一樹脂材料和第二樹脂材料同時在其中分散的單一溶劑或復合溶劑，所述復合溶劑是二種以上揮發性能不同的有機溶劑的組合對于所用的有機溶劑，只要可以使主體材料與非主體材料同時在其中均勻分散即可，均為常用的溶劑。可用的有機溶劑可以舉例如下四氯化碳、乙酸甲酯、丙酮、正己烷、二氯乙烷、環己烷、乙酸乙酯、丁酮、四氫呋喃、正庚烷、乙酸丁酯、二甲苯、環己酮、二甲基甲酰胺、乙酸戊酯等。可以使用單一溶劑，也可以使用通過兩種或兩種以上相容性良好的溶劑混合而成的復合溶劑，而復合溶劑更利于多種材料在其中均勻分散， 且各溶劑由于揮發特性的不同，在表面層固化成膜的過程中易于形成微粒(微納米)結構， 及易于控制形成合適的表面粗糙度Rz。另外，對復合溶劑中不同揮發性溶劑的含量調整，也能達到控制表面層的微粒結構和粗糙程度的效果，一般情況下，揮發性溶劑的含量越高，得到的表面層的微粒結構越顯著，而粗糙度也會相應增加。所以，當使用復合溶劑時，各溶劑的配比可以根據樹脂材料和溶劑的性質，以及對表面粗糙度Rz的要求，通過簡單的摸索來確定，對于本領域技術人員來說是很容易做到的。在復合溶劑中任一種溶劑的體積分數一般不低于5%。具體操作中，將涂層樹脂液涂覆于所述彈性層的外表面可以采用噴涂、滾涂或浸涂等常規方法 ，以使所述涂層樹脂在彈性層外表面形成膜，經干燥和固化處理，在彈性層外形成厚度為4-40微米的所述表面層。表面層的固化成膜可以通過對涂敷有涂層樹脂液的輥進行加熱烘烤，使溶劑揮發而樹脂固化形成表面層，具體操作過程均可按照常規技術處理。即，根據所使用的樹脂材料和溶劑的性質，通過簡單摸索即可確定相關的參數和步驟。 發明人的研究顯示，該表面層130的厚度在4-40微米范圍內，更利于平衡表面層的微粒結構(可以包括表面粗糙度Rz)與表面層的電性能之間的關系。表面層厚度太小，不利于阻止彈性層120內可能存在或生成的低分子物質遷出，且對顯影劑的起電性能不佳；表面層厚度太大，則可能導致整個彈性體輥的硬度過高，作為顯影輥使用時會出現打印品質缺陷， 而且表面層厚度越大，粗糙度越低。在該固化成膜過程中，通過對涂敷的過程，例如噴涂或滾涂的次數，浸涂的時間，以及樹脂液的固態含量(二種樹脂材料的固態成分濃度)的適當調整，就可以得到所要求厚度的表面層。在本發明的實施方案中，控制表面層厚度為4-20 微米，而在具體實施方案中，表面層的厚度為5-15微米。本發明的具體實施方案，還可以在所述涂層樹脂液添加適當的微粒材料，利于所需要的表面粗糙結構和內部微觀結構的形成。具體的實施方案是在制成所述涂層樹脂液時，還包括添加一種或二種以上微米級和/或納米級微粒，所述微粒添加質量為所述第一樹脂材料與第二樹脂材料總質量的5% 25%，按照這個比例范圍添加微粒，是綜合考慮了所形成表面層的微粒效果和實用效果。所述微米級微粒的粒徑分布為0. 1-50微米，所述納米級微粒的粒徑分布為6-100納米。所述微粒可以是導電性、弱導電性或非導電性微粒， 例如可以包括導電炭黑、石墨、ΑΤΟ、ΙΤ0、碳納米管、導電云母粉、導電鈦白粉、聚苯胺、聚吡口各、聚噻盼、弱導電性炭黑、蒙脫土、高嶺土、埃洛石、二氧化硅、碳酸鈣、金屬氧化物微粒、金
10屬鹽微粒等、或它們的混合物。微粒的加入會對本發明方案產生如下作用(1)通過控制粒徑分布，微粒可以參與表面層內部微觀結構(微納米結構)的形成；(2)微粒添加利于增強表面層130的導電性和電容特性，因而有助于控制表面層 130的電性能；(3)微粒的添加可以進一步阻止彈性層120中可能存在的小分子物質遷移滲出。根據本發明的方案，添加于涂層樹脂液中的微粒，可以是納米級微粒，也可以是微米級微粒，也可以同時采用這兩種粒徑級別的微粒。對于納米級微粒的粒徑分布范圍可以控制為6-100納米，例如8-95納米，再例如10-90納米；對于微米級微粒的粒徑分布范圍可以控制為0. 1-50微米，例如0. 2-40微米，再例如0. 4-30微米。在使用二種極性差異明顯的樹脂材料形成表面層的前提下，所述微粒的加入更有助于改善表面層的電性能和耐磨性，并且通過調整所加入微粒的粒徑分布，使表面層內部微觀結構以及表面顆粒度(表面粗糙度Rz)的控制成為可能。例如，可以選擇只添加納米級微粒提高表面層內部納米微粒結構比例，或者只添加微米級微粒來提高表面層內部微米結構比例，還可以將二種級別的微粒按照適當比例共同添加，使表面層內部形成微納米結構的比例增加。但是，粒徑分布太小的納米微粒(小于6納米時)，其在樹脂液中的分散性不好 (微粒容易團聚)，且材料成本較高；粒徑大于50微米時，可能會影響表面層的均勻性且粗糙度難以控制。根據以上實施方案，在獲得表面層的微粒結構前提下，可以控制表面層130的表面粗糙度Rz為3-20微米，以滿足表面電性能的要求。在本發明的實施方案中，表面層130 的表面粗糙度Rz為4-15微米，尤其可以為4-12微米。如前所述，通過控制樹脂材料、溶劑的選擇，或進一步結合微粒的添加均可實現該粗糙度要求。同樣地，通過以上制造工藝的調整，即調整所述微粒添加量，可以使所述表面層 130的電阻率達到IO4-IO9歐姆·厘米，一般為IO5-IO8歐姆·厘米，例如IO6-IO7歐姆·厘米。圖4-圖6示意了導電彈性體輥100表面層130的外表面的微米級結構單元和納米結構單元的可能的分布形式，即，可以是(1)納米級結構單元分布于微米級結構單元之間。
(2)納米級結構單元分布于微米級結構單元表面。(3)以上兩種形式同時存在。當然，這些結構單元也可以是具有一定空間形狀的立體結構，例如，如圖4所示， 可能是具有規整外形的微粒；如圖5所示，也可能是具有不規則外形的微粒；如圖6所示， 還可能是連續的山脈狀表面形貌中的一個山峰狀結構。需要說明的是，圖4-圖6僅僅是示意了按照本發明方法制造的導電彈性體輥表面層可能具有的微觀結構，并不代表所得到的表面層一定是嚴格按照這樣的結構形成。總之，本發明的實施方案制備了具有所述微納米結構的表面涂層，并制備了以該涂層作為表面層的顯影輥和充電輥。該顯影輥的顯像色調清晰，層次感強，分辨率高，并解決了顯影劑和顯影添加劑在充電輥粘附的缺陷。
11
根據本發明的導電彈性體輥可用于顯影盒中的顯影輥和充電輥；也可用于使用該顯影盒的圖像形成設備如復印機、傳真機和打印機。本發明的導電彈性體輥用于顯影輥的方案，通過以下具體實施例來詳細說明實施例1對于用于形成彈性層所采用的橡膠及其配合物，以下所述的“份”是指質量份。將100份氯醚橡膠(商品名EPICHL0MER CG-102 ；日本大曹株式會社生產)與6. 5 份氧化鋅、1份硬脂酸、30份活性碳酸鈣(粒度1250目；南京歐米亞精細化工有限公司生產)、8份炭黑(商品名VULCAN XC72 ；卡博特公司生產)在混合設備中共混均勻，然后加入 0. 5份硫磺、2份過氧化二異丙苯(商品名DCP-40C ；中石化上海高橋石油化工公司生產) 混合均勻，得到未硫化的導電橡膠混合物。將所述未硫化的導電橡膠混合物包覆于外徑為8毫米的導電軸芯外側，然后放置在內徑15mm的圓筒狀模具內，并使二者同心。將模具放于加熱設備中，于160°C加熱成型 20分鐘，脫模后，得到具有導電彈性體的輥。在150°C的烘箱內二次硫化4小時，冷卻后，用研磨設備將導電彈性體外表面進行研磨，得到導電彈性層厚度為3毫米的輥，其轉動電阻為IO6歐姆，且該導電彈性體的邵氏A硬度為55度。將第一樹脂(氟樹脂，商品名ZB-F100 ；大連振邦氟涂料有限公司生產)與第二樹脂(MQ樹脂，商品名HL-MQ100 ；信越化學工業株式會社生產)共同溶于由乙酸丁酯和二甲苯以1 1的體積比組成的復合溶劑中，形成涂層樹脂液，并使第一樹脂和第二樹脂的固態成分濃度依次分別為15%、6% ；相對于100質量份的第一樹脂固態成分，添加5質量份的導電炭黑(商品名=Ketjenblack EC-300J ；阿克蘇諾貝爾公司生產；其在樹脂中會形成團聚，成為以納米尺寸為主的團聚體)、10質量份納米導電鈦白粉(商品名DZC-03;廣州市德昭化工有限公司生產)，用分散機分散后，相對于100質量份的第一樹脂固態成分，添加有效物質為40質量份的HDI縮二脲固化劑(商品名=Desmodur N75 ；拜耳公司生產)，攪拌均勻后成為涂層用涂料。噴涂的操作工藝是將上述涂料裝入噴涂設備的涂料容器中。使夾具夾持上述具有導電彈性體的輥的導電軸芯的兩端，從而將該輥固定于夾具上，且使導電彈性體的外側不被遮擋。該夾具在傳動裝置的帶動下可以進行周向轉動，從而使被夾持的輥以導電軸芯為轉動軸進行周向轉動。將噴涂設備的噴槍設置于導軌上，該導軌與被夾持的輥的軸向平行，噴槍可以沿導軌移動，移動長度等于輥的導電軸芯的軸向長度。設置導軌的位置，使噴口距輥25厘米，且噴口正對輥。噴涂時，使夾具帶動輥轉動，轉速為15轉/秒，同時使噴槍將涂料以噴霧狀噴出，并使噴槍沿導軌從一端開始移動，移動速度為4. 6厘米/秒。噴槍移動至另一端后停止噴射涂料，如此，完成1個周期的噴涂。對于每支顯影輥，連續進行2個周期的噴涂，完成表面層涂料的涂覆。將完成噴涂操作后的輥在80°C的烘箱內干燥30分鐘后，在130°C的烘箱內固化2小時，得到涂敷了表面層的彈性體輥，用作顯影輥，且該顯影輥的表面層厚度為12微米。采用粗糙度測試儀(TR200型粗糙度測試儀，時代集團公司)測得表面層的表面粗糙度Rz為5-6微米。圖7示意了實施例1中所得到的顯影輥的表面層的外觀形貌，從原子力顯微鏡圖中可以看到該表面層確實有不同粒徑的微粒存在(以下各實施例同樣也可得到相似的原子力顯微鏡圖，示意表面層結構的微觀形貌)。
實施例2除了將丙烯酸樹脂(商品名TCA-837B_1 ；臺昌樹脂有限公司生產)作為第一樹脂以外，其余按照和實施例1同樣的方法得到顯影輥。得到的顯影輥的表面層厚度為12微米，表面粗糙度Rz為5-7微米。實施例3除了在表面層中不采用導電炭黑而是以相對于100質量份的第一樹脂固態成分采用12份弱導電性炭黑(商品牌號N990 ；臺灣中橡集團生產；粒徑主要分布為0.4微米， 導電性較弱)外，其余按照和實施例1同樣的方法得到顯影輥。得到的顯影輥的表面層厚度為12微米，表面粗糙度Rz為5-7微米。實施例4除了形成涂層樹脂溶液所用的復合溶劑中以乙酸乙酯取代乙酸丁酯外，其余按照和實施例1同樣的方法得到顯影輥。得到的顯影輥的表面層厚度為12微米，表面粗糙度Rz 為5-7微米。實施例5除了將硅溶膠(商品名JN-30 ；青島海洋化工有限公司生產)取代MQ樹脂作為第二樹脂以外，其余按照和實施例1同樣的方法得到顯影輥。得到的顯影輥的表面層厚度為 12微米，表面粗糙度Rz為5-6微米。實施例6除了以硅溶膠(商品名JN-30 ；青島海洋化工有限公司生產)取代MQ樹脂作為第二樹脂以外，其余按照和實施例2同樣的方法得到顯影輥。得到的顯影輥的表面層厚度為 11微米，表面粗糙度Rz為5-6微米。實施例7除了在表面層中不再采用導電炭黑，取代以相對于100質量份的第一樹脂固態成分采用12份導電碳粉(商品牌號EC ；粒徑約5-7微米，諾誠微細粉體工業有限公司生產) 外，其余按照和實施例6同樣的方法得到顯影輥。得到的顯影輥的表面層厚度為12微米， 表面粗糙度Rz為5-7微米。實施例8除了形成涂層樹脂溶液所用的復合溶劑中采用乙酸乙酯取代乙酸丁酯以外，其余按照和實施例6同樣的方法得到顯影輥。得到的顯影輥的表面厚度為11微米，表面粗糙度 Rz為5-7微米。比較例1除了涂層樹脂溶液中第二樹脂的固態成分濃度為0. 5%以外，其余按照和實施例 1同樣的方法得到顯影輥。得到的顯影輥的表面層厚度為12微米，表面粗糙度Rz為4-5微米。比較例2除了涂層樹脂溶液中第二樹脂的固態成分濃度為0. 5%以外，其余按照和實施例 6同樣的方法得到顯影輥。得到的顯影輥的表面層厚度為12微米，表面粗糙度Rz為4-5微米。比較例3
除了涂層樹脂溶液中不含有第二樹脂以外，其余按照和實施例1同樣的方法得到顯影輥。得到的顯影輥的表面層厚度為11微米，表面粗糙度Rz為5-6微米。比較例4除了涂層樹脂溶液中不含有第二樹脂以外，其余按照和實施例2同樣的方法得到顯影輥。得到的顯影輥的表面層厚度為11微米，表面粗糙度Rz為5-6微米。比較例5除了使涂層樹脂溶液中第一樹脂和第二樹脂的固態成分濃度分別為10%、16%以外，其余按照和實施例1同樣的方法得到顯影輥。得到的顯影輥的表面導厚度為12微米， 表面粗糙度Rz為5-7微米。圖像評價將上述各實施例和比較例的顯影輥安裝在電子照相處理卡盒上，使用單色激光打印機(商品名=PANTUM P2000 ；珠海賽納打印科技股份有限公司)，出圖，從以下方面進行圖像評價。實驗環境的定義低溫低濕環境(L/L):10°C, 20% RH常溫常濕環境(N/N):25V,55% RH高溫高濕環境(H/H):35°C,80% RH飛霧評價由上述各實施例和比較例的顯影輥引起的飛霧的評價是分別在低溫低濕環境(L/ L)、常溫常濕環境(N/N)、高溫高濕環境(H/H)下，進行覆蓋率5%的連續圖像形成。在每種環境下，進行2000張、5000張、10000張出圖后形成飛霧判定圖案。根據下述基準進行飛霧評價。A 飛霧值為0，即基本無飛霧現象；B:飛霧值為0.01，即有極輕微飛霧現象，通過目視難以辨別；C 飛霧值為0. 02，即有輕微飛霧現象，通過目視可辨別，但不明顯；D 飛霧值大于0.02，有明顯飛霧現象，目視可明顯辨別，存在實用性方面的問題。色密度評價使用上述各實施例和比較例的顯影輥進行的色密度評價是分別在低溫低濕環境 (L/L)、常溫常濕環境(N/N)、高溫高濕環境(H/H)下進行覆蓋率5%的連續圖像形成。在每種環境下，進行2000張、5000張、10000張出圖后形成色密度評價圖案。通常，作為高品質圖像，優選色密度值應大于1. 30。色調層次感評價使用上述各實施例和比較例的顯影輥進行的色調層次感評價是分別在低溫低濕環境(L/L)、常溫常濕環境(N/N)、高溫高濕環境(H/H)下進行覆蓋率5%的連續圖像形成。 在每種環境下，進行2000張、5000張、10000張出圖后形成色調層次感評價圖案。該圖案是以10%灰度值為間隔，沿紙張運行方向平行無間隙排列0% -100%灰度值的十一個長度相等的長方形圖案，通過目視，評價圖案之間的色調差異，根據下述基準判斷色調層次感。A 各相鄰圖案之間的色調差異顯著，沒有無法區別的現象。D 存在相鄰圖案之間色調差異不明顯，無法區別，具有實用性方面的問題。顯影劑成膜
上述各實施例和比較例的顯影輥上的顯影劑成膜的評價是在常溫常濕環境(N/N) 下進行2000張、5000張、10000張出圖后，以下述的基準判斷顯影輥上是否有顯影劑成膜。A 完全沒有發現顯影劑成膜。B 在顯影輥上發現顯影劑成膜，但在實際應用中沒有問題。D 在顯影輥上發現顯影劑成膜，該顯影劑膜已經導致打印圖像缺陷，具有實用性方面的問題。污染上述各實施例和比較例的顯影輥對感光鼓的污染的評價是將具有顯影輥的電子照相處理卡盒在高溫高濕環境(50°C /90% RH)下放置21天，然后在常溫常濕環境(N/N) 下輸出全色圖像，以下述基準判斷是否有顯影輥對感光鼓污染引起的橫條。A 完全沒有發現橫條。D 發現橫條。表1涂層用涂料的成分
權利要求
1.一種制造導電體彈性體輥的方法，該方法包括在導電性芯軸外設置彈性層、以及在該彈性層外敷設表面層的過程，其中，所述在彈性層外敷設表面層的過程包括將包含第一樹脂材料的主體材料和包含第二樹脂材料的非主體材料作為成膜材料按照55 45-95 5的質量比共同分散于有機溶劑中制成涂層樹脂液；將該涂層樹脂液涂覆于所述彈性層的外表面，使有機溶劑揮發和樹脂材料固化，在彈性層的外表面形成所述表面層；其中，所述第一樹脂材料和第二樹脂材料之間存在極性差異，并且，第一樹脂選自能夠或需要與固化劑反應而固化的樹脂材料，第二樹脂選自只能自身固化的樹脂材料。
2.根據權利要求1所述的制造導電彈性體輥的方法，其中，所述第一樹脂材料包括含氟聚氨酯樹脂、含氟丙烯酸樹脂、環氧聚氨酯樹脂、有機硅聚氨酯樹脂、環氧有機硅樹脂、或有機硅丙烯酸樹脂；所述第二樹脂材料包括MQ樹脂、MVQ樹脂、硅溶膠或水玻璃；所述有機溶劑選自能使所述第一樹脂材料和第二樹脂材料同時在其中分散的單一溶劑或復合溶劑， 所述復合溶劑是二種以上揮發性能不同的有機溶劑的組合。
3.根據權利要求2所述的制造導電彈性體輥的方法，其中，所述有機溶劑為二種以上揮發性能不同的有機溶劑組合的復合溶劑，且復合溶劑中任一種溶劑的體積分數不低于 5%。
4.根據權利要求2所述的制造導電彈性體輥的方法，其中，所述主體材料中還含有固化劑，且相對于100質量份的第一樹脂固態成分，固化劑的用量為20質量份到100質量份。
5.根據權利要求4所述的制造導電彈性體輥的方法，其中，所述固化劑包括異氰酸酯固化劑、異氰酸酯共聚物固化劑或氨基樹脂固化劑。
6.根據權利要求1所述的制造導電彈性體輥的方法，其中，將涂層樹脂液涂覆于所述彈性層的外表面采用噴涂、滾涂或浸涂，使所述涂層樹脂在彈性層外表面形成膜，經干燥和固化處理，在彈性層外形成厚度為4-40微米的所述表面層。
7.根據權利要求1或6所述的制造導電彈性體輥的方法，其中，在制成所述涂層樹脂液時，還包括添加一種或二種以上微米級和/或納米級微粒，所述微粒添加質量為所述第一樹脂材料與第二樹脂材料總質量的5% 25%，所述微米級微粒的粒徑分布為0. 1-50微米，所述納米級微粒的粒徑分布為6-100納米。
8.根據權利要求7所述的制造導電彈性體輥的方法，其中，所述微米級微粒的粒徑分布為0. 2-40微米。
9.根據權利要求7所述的制造導電彈性體輥的方法，其中，所述納米級微粒的粒徑分布為8-95納米。
10.根據權利要求7所述的制造導電彈性體輥的方法，其中，所述微粒為導電性、弱導電性或非導電性微粒。
11.一種導電彈性體輥，其具有導電性芯軸，以及在該導電性芯軸外依次設置的彈性層和表面層，且，所述表面層具有微納米結構。
12.根據權利要求11所述的導電彈性體輥，其中，所述表面層的微粒結構呈微納米結構分布，存在于表面層的表面和/或內部。
13.根據權利要求11或12所述的導電彈性體輥，其中，所述表面層的厚度為4-40微米。
14.根據權利要求13所述的導電彈性體輥，其中，所述表面層具有3-20微米的表面粗糙度Rz。
15.一種導電彈性體輥，其具有導電性芯軸，以及在該導電性芯軸外依次設置的彈性層和表面層，所述表面層為包含第一樹脂材料的主體材料和包含第二樹脂材料的非主體材料的成膜材料在彈性層表面成膜固化而成，且所述主體材料與非主體材料的質量比為 55 45-95 5;其中，第一樹脂材料和第二樹脂材料之間存在極性差異，并且，第一樹脂選自能夠或需要與固化劑反應而固化的樹脂材料，第二樹脂選自只能自身固化的樹脂材料。
16.根據權利要求15所述的導電體彈性輥，其中，所述主體材料中還含有固化劑，所述第一樹脂材料包括含氟聚氨酯樹脂、含氟丙烯酸樹脂、環氧聚氨酯樹脂、有機硅聚氨酯樹脂、環氧有機硅樹脂、或有機硅丙烯酸樹脂；所述第二樹脂材料包括MQ樹脂、MVQ樹脂、硅溶膠或水玻璃。
17.根據權利要求15或16所述的導電彈性體輥，其中，所述形成表面層的成膜材料中還包含一種或二種以上微米級和/或納米級微粒，其含量為所述第一樹脂材料與第二樹脂材料總質量的5% 25%，所述微米級微粒的粒徑分布為0. 1-50微米，所述納米級微粒的粒徑分布為6-100納米。
18.根據權利要求17所述的導電彈性體輥，其中，所述微米級微粒的粒徑分布為 0. 2-40 微米。
19.根據權利要求17所述的導電彈性體輥，其中，所述納米級微粒的粒徑分布為8-95 納米。
20.根據權利要求15或17所述的導電彈性體輥，其中，所述表面層的厚度為4-40微米。
21.根據權利要求20所述的導電彈性體輥，其中，所述表面層具有3-20微米的表面粗糙度Rz。
22.根據權利要求15所述的導電彈性體輥，其中，所述表面層的電阻率為IO4-IO9歐姆·厘米。
23.根據權利要求15所述的導電體彈性輥，該導電彈性體輥是按照權利要求1-10任一項所述方法制造而成。
24.權利要求11-14和15-23中任一項所述的導電彈性體輥作為圖像形成裝置的顯影輥和/或充電輥的用途。
25.一種顯影盒，其組成至少包括粉倉、送粉輥、顯影輥、感光鼓和充電輥，其中，所述顯影輥和/或充電輥為權利要求11-14和15-23中任一項所述的導電彈性體輥。
26.一種圖像形成裝置，其中可拆卸地安裝有權利要求25所述的顯影盒。
27.根據權利要求26所述的圖像形成裝置，其為復印機或激光打印機。
全文摘要
本發明涉及一種導電彈性體輥及其制造方法和圖像形成裝置，尤其提供了一種表面層結構得到改進的導電彈性體輥以及利用該導電彈性體輥顯影裝置。所述表面層為包含第一樹脂材料的主體材料和包含第二樹脂材料的非主體材料的成膜材料在彈性層表面成膜固化而成，且所述主體材料與非主體材料的質量比為55∶45-95∶5；第一樹脂材料和第二樹脂材料之間存在極性差異，第一樹脂選自能夠或需要與固化劑反應而固化的樹脂材料，第二樹脂選自只能自身固化的樹脂材料。該導電彈性體輥作為顯影輥和充電輥，不僅解決顯影劑在顯影輥表面附著成膜的現象和飛霧、花斑等打印缺陷，還避免在打印過程中顯影劑和顯影添加劑粘附充電輥表面的不良現象。
文檔編號G03G15/02GK102436161SQ20111044492
公開日2012年5月2日 申請日期2011年12月26日 優先權日2011年12月26日
發明者楊正文, 林路, 歐召陽 申請人:珠海賽納打印科技股份有限公司