专利名称：色粉供应辊的制作方法
与相关申请的交叉参照本申请依据并要求2002年1月24日提出的第2002-15860号和2002年6月25日提出的第2002-184604号在先日本专利申请的优先权，两个申请的全部内容于此合并作为参考。
上述用于色粉显像系统的成像设备的色粉供应辊包括金属心轴和位于轴外表面的导电弹性层。在现有技术中，导电弹性层是将一种用作导电材料的导电碳分散到某种树脂泡沫如聚氨酯泡沫中经过揉制形成的。但是，就采用导电碳调制色粉供应辊达到通常要求的106Ω至1010Ω的表面电阻来说，导电碳无法均匀地分散于树脂原料中，继而使得弹性层全部、辊的相同一块部分或者辊的某个位置的表面电阻分布不均匀。所以很难生产出一种表面电阻不均匀性低于10％的色粉供应辊。
因此，本发明的一个目的是为了提供一种色粉供应辊，其包括可以显示大体均匀的表面电阻的导电弹性层。
根据本发明的第二方面，提供一种色粉供应辊，其包括心轴和形成在心轴外周表面的导电弹性层，导电弹性层包括开孔形聚氨酯泡沫，聚氨酯泡沫的孔壁上附着有导电聚合物和粘合剂，并且形成聚氨酯泡沫的聚氨酯暴露于导电弹性层的外周表面。
而且，根据本发明的第三方面，提供了一种制造色粉供应辊的方法，包括将一块开孔形聚氨酯泡沫浸渍于包括导电聚合物和粘合剂的浸渍溶液中，使导电聚合物和粘合剂附着在聚氨酯泡沫的孔壁上，然后将浸渍的聚氨酯泡沫干燥；将心轴插入干燥的聚氨酯泡沫块中；将聚氨酯泡沫块的外表面抛光形成圆周表面。
本发明中的导电聚合物可以选用聚苯胺盐基聚合物，聚苯胺磺酸盐基聚合物，聚吡咯，聚乙炔或者是这些聚合物的混合物。
本发明中的粘合剂可以选用丙烯盐基树脂，如丙烯酸树脂，聚丙烯酸酯树脂，丙烯-苯乙烯酸共聚物树脂或者丙烯酸-乙酸-乙烯共聚物树脂，聚乙烯醇，聚丙烯酰胺，聚氯乙烯树脂，聚氨酯树脂，乙酸乙烯树脂，丁二烯树脂，环氧树脂，醇酸树脂，三聚氰胺树脂，氯丁二烯橡胶，或者是它们的混合物。
在本发明中，导电聚合物和粘合剂包含于聚氨酯泡沫的孔中，并附着在孔壁上，其重量总量为聚氨酯泡沫的5％至18％是可以令人满意的。粘合剂与导电聚合物的重量比在0.1至10之间也是可以令人满意的。
下面将阐述本发明的其他目的和优点，其一部分从下面的说明变得显而易见，或者可以通过本发明的实例中了解。本发明的目的和优点可以通过下面指出的结构和结合实现和得到。
图1为本发明一个实施例的色粉供应辊结构的剖视示意图；图2为本发明一个实施例的色粉供应辊上的导电弹性层的部分剖视示意图；图3为本发明一个实施例的色粉供应辊的导电弹性层中的粘合剂/导电聚合物比率和导电弹性层的表面电阻之间关系的曲线图；图4为本发明一个实施例的色粉供应辊的导电弹性层中的粘合剂与导电聚合物的总体附着率和导电弹性层的表面电阻之间关系的曲线图1示出了用于说明本发明一个实施例的色粉供应辊10的结构的剖视图。如图1所示，色粉供应辊10包括柱形金属心轴12和环绕于除心轴12两个端部之外的心轴12外表面的导电弹性层14。即导电弹性层14为圆柱形，色粉直接与导电弹性层14的外圆周表面接触，导电弹性层14内包括多个孔壁。
本发明中的心轴12与传统的心轴没有显著的区别。心轴12可由金属材料制成，如铁。
导电弹性层14由聚氨酯泡沫141构成，聚氨酯泡沫141浸渍了导电聚合物和粘合剂。
构成导电弹性层14的实质部分的聚氨酯泡沫141是开孔。泡沫141可通过普通的方法将至少具有两个活性氢原子的化合物和至少具有两个异氰酸酯基的化合物的混合物与添加剂如催化剂、发泡剂、泡沫稳定剂一起搅拌以便发泡和固化(cure)混合物而制成。至少有两个活性氢原子的化合物包括例如用作普通聚氨酯泡沫原料的多元醇，如聚醚多元醇、聚酯型多元醇、聚醚酯多元醇，其两个末端各带有一个羟基。至少有两个活性氢原子的化合物也可以使用多羟基聚合物。另一方面，至少有两个异氰酸酯基的化合物包括例如用作普通聚氨酯泡沫原料的聚亚氨脂，如甲苯二异氰酸酯(TDI)或4，4-二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)。至少有两个异氰酸酯基的化合物也可以使用一种混合物和一种聚亚氨脂改性材料。聚氨酯泡沫的密度和硬度可以依据使用的情况随意设定。但对聚氨酯泡沫而言，依据JTS6400测量的其平均泡沫直径范围为50μm至600μm是令人满意的范围。而且，对导电弹性层14而言，其厚度范围为1mm至10mm是令人满意的。聚氨酯泡沫的膨胀率大约为15至50(密度20至60kg/m3)，最好为18至35(30至55kg/m3)。
如上文所述，本发明的聚氨酯泡沫的孔中包括导电聚合物和粘合剂。本发明中使用的导电聚合物包括例如聚苯胺聚合物，聚苯胺磺酸聚合物，聚吡咯和聚乙炔。这些导电聚合物可以单独使用或者以至少其中两种聚合物的混合物形式使用。采用聚苯胺磺酸聚合物作为导电聚合物是可以令人满意的。这些导电聚合物显示的电阻大约为104Ω至105Ω。
本发明中使用的粘合剂包括例如丙烯酰基树脂，如丙烯酸树脂、聚丙烯酸酯树脂、丙烯酸-苯乙烯共聚物树脂、丙烯酸-乙酸乙烯酯共聚物树脂，还可以是聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚氯乙烯树脂、聚氨酯树脂、乙酸乙烯酯树脂、丁二烯树脂、环氧树脂、醇酸树脂、三聚氰胺树脂和氯丁二烯橡胶。这些粘合剂可以单独使用或者以至少其中两种材料的混合物形式使用。对于导电聚合物而言，当其单独使用时，不可能牢固地粘附于聚氨酯泡沫的孔壁之上。但是，在粘合剂和导电聚合物一起使用的情况下，导电聚合物可以牢固地粘附于聚氨酯泡沫的孔壁之上，从而聚氨酯泡沫的孔内形成一个稳定的导电层。
为了在聚氨酯泡沫的孔内包含导电层和粘合剂，浸渍溶液是通过将例如粉状导电聚合物和粘合剂与其他添加剂如矿物油反发泡剂、硅树脂反发泡剂、表面活性剂一起，根据要求，分散在水或有机溶剂中，然后将聚氨酯泡沫浸渍于浸渍溶液中，以便用浸渍溶液浸渍聚氨酯泡沫的孔，而制备的。顺便说明一下，上述例举的添加剂与导电聚合物和粘合剂一起附着于聚氨酯泡沫。然后将聚氨酯泡沫从浸渍溶液中取出，挤压聚氨酯泡沫以便除去多余的浸渍溶液，接着通过加热和干燥聚氨酯泡沫除去水等。结果，导电聚合物在聚氨酯泡沫的孔内与粘合剂混合。顺便说明一下，浸渍溶液可以通过在水中或有机溶剂中加入乳胶形或乳剂形的粘合剂便捷地调制而成，其中可以加入导电聚合物等。
另外，令人满意的是导电弹性层14末设置覆盖层。换句话说，构成聚氨酯泡沫的聚氨酯暴露于外圆周表面。如果聚氨酯暴露于外圆周表面，就可能有效地抑制导电弹性层14表面装料总量随着时间的变化。
更具体而言，图2示出了导电弹性层14的部分放大剖视图。如图所示，开孔143内设有一个层15，层15包括导电聚合物和粘合剂。构成聚氨酯泡沫141的聚氨酯142暴露于外圆周表面141a。开孔143向外圆周表面141a的外部开口并延伸至导电弹性层的内圆周表面以便在内圆周表面上开口。在导电弹性层14的特殊结构中，外圆周表面上没有设置导电材料层以便让聚氨酯暴露于其外部，聚氨酯泡沫的开孔内设有一个层，层包括导电聚合物和粘合剂。因此，即便导电弹性层14的外圆周表面被色粉刮掉，外圆周表面的装料总量几乎没有变化，因为延伸至导电弹性层14的内圆周表面的开孔中设有导电聚合物。从而得知，表面上的装料总量随时间的变化被有效地降低。
为了配制带有特定导电弹性层的色粉供应辊，较好地是将一块聚氨酯泡沫浸渍于上述的浸渍溶液中，然后就如上述的浸渍方法一样，将聚氨酯泡沫块从浸渍溶液中取出，并除去聚氨酯泡沫块中多余的浸渍溶液。而且，通过加热干燥方法除去聚氨酯泡沫块中多余的水等。然后，在浸渍了导电聚合物和粘合剂的聚氨酯泡沫块上通过冲孔形成用于插入心轴的通孔。然后，将其上涂着有粘合剂的心轴插入聚氨酯泡沫的通孔中，接着将聚氨酯泡沫块抛光以便形成具有均匀厚度的导电弹性层14。通过抛光，将连续的导电聚合物层从导电弹性层14的表面上去除。
对包括于本发明的色粉供应辊中的导电弹性层14而言，其令人满意的表面电阻范围介于105Ω至1010Ω之间，最好是介于106Ω至108Ω之间。
在本发明中，包含在聚氨酯泡沫中的粘合剂和导电聚合物的重量比率，即粘合剂/导电聚合物比率范围介于0.1至10之间是令人满意的。导电聚合物和粘合剂的总体附着量设定不变，即A/B×100的数值，其中，A表示粘合剂和导电聚合物的总体附着量，B表示聚氨酯泡沫浸渍于浸渍溶液之前的重量，导电弹性层的表面电阻可以通过改变粘合剂/导电聚合物的比率得以控制到所需的数值。当粘合剂/导电聚合物的比率小于0.1时，用于粘结聚氨酯泡沫的导电聚合物的粘合剂趋于造成不够充足。另一方面，当粘合剂/传到聚合物的比率超过10时，合成弹性导电层的表面电阻趋于产生不稳定。顺便说一下，粘合剂和导电聚合物的总量可以通过聚氨酯泡沫浸渍于浸渍溶液之后的重量减去聚氨酯泡沫浸渍于浸渍溶液之前的重量获得。
在本发明中，如上述的导电聚合物和粘合剂的总体附着率介于5％至18％之间是令人满意的。如果总体附着率属于5％至18％之间的范围，合成导电弹性层的表面电阻的变化得到更好地抑制。顺便说一下，如果总体附着率超过18％，合成导电弹性层的硬度(F硬度)趋于过高。而当导电聚合物和粘合剂的总体附着率介于5％至18％之间时，才可能制造出所要求的导电弹性层，其中聚氨酯泡沫的开孔没有被实质上的关闭。
对导电聚合物而言，其附着量占聚氨酯泡沫重量的0.2％至14％之间是令人满意的。
下面将阐述本发明的实例，但本发明并不局限于下面的实例。
实例1至实例4浸渍溶液可以按照表1中所示的比率通过在水中分散用作粘合剂的Diyanal MX-1845(由Mitsubisi Rayon K.K生产的一种丙烯酸树脂的商品名称)和用作导电聚合物的Aqua Pass01(由Mitsubishi Rayon K.K生产的一种聚苯胺磺酸聚合物的商品名称)配制。然后，将聚氨酯泡沫浸入装满上述配置好的浸渍溶液的池中，聚氨酯泡沫的平均孔直径为570μm，密度为35kg/m3，F硬度为42°至50°，其形状呈尺寸为25mm×25mm×300mm的矩形块状。浸泡于浸渍溶液的聚氨酯泡沫块在两个滚筒之间被挤压，接着释放聚氨酯泡沫块以便让聚氨酯泡沫浸渍于浸渍溶液之中。将浸渍后的聚氨酯泡沫块引导至溶液池的上方区域，并经过夹紧滚筒之间的间隔以除去多余的浸渍溶液，然后将聚氨酯泡沫块加热到80℃以干燥块，从而获得导电聚氨酯泡沫。顺便说一下，可以通过控制挤压聚氨酯泡沫块去除其浸渍溶液的压力或者改变浸渍溶液中的导电聚合物和粘合剂的浓度来控制导电聚合物和粘合剂的总附着率。
在浸渍了导电聚合物和粘合剂的合成聚氨酯泡沫块上贯穿冲出用于插入心轴的孔。接着将一根金属心轴插入聚氨酯泡沫块上的通孔中，轴的直径为6mm，长度为210mm，其上附着有粘合剂。随后，将聚氨酯泡沫块抛光以便形成一个均匀厚度为4mm的导电弹性层，至此制成一个色粉供应辊。
采用Hiresta IP MCP-HT260 HA型探针(由Mitsubishi化学有限公司制造的电阻表的商品名称)在10V电压下测量如此制成的每一个色粉供应辊的弹性导电层的电阻10秒钟。在每一个色粉供应辊上取4个点测量其电阻(测量点1右侧边缘部分；测量点2距右侧边缘70mm；测量点3距右侧边缘140mm；测量点4左侧边缘部分)。表1示出了测量结果。而且，附图3示出了表1中显示出的粘合剂/导电聚合物比率与表面电阻之间关系的曲线图。表1粘合剂/导电聚合物比率和表面电阻之间的关系
根据表1和附图3的显示，包括在本发明的色粉供应辊中的导电弹性层的表面电阻变化很小。也就是说，导电弹性层具有均匀的表面电阻。同样根据表1和附图3的显示，导电聚合物和粘合剂的总体附着率大体上稳定不变，这就可能通过改变粘合剂/导电聚合物比率，控制导电弹性层的表面电阻达到介于105Ω至1010Ω之间的所需数值。
实例5至实例17除了粘合剂与导电聚合物的比率固定于3.00以及如表2所示变化的导电聚合物与粘合剂的总体附着率之外，如实例1一样准备一个色粉供应辊，并如实例1一样测量色粉供应辊的导电弹性层的表面电阻。表2示出了这些测量结果。附图4示出了如表2显示的粘合剂与导电聚合物的总体附着率和导电弹性层的表面电阻之间关系的曲线图。表2粘合剂与导电聚合物的总体附着率和表面电阻之间关系
根据表2和附图4的显示，包括在本发明的色粉供应辊中的导电弹性层在测量点之间的表面电阻变化很小。也就是说，导电弹性层具有均匀的表面电阻。同样根据表2和附图4的显示，粘合剂/导电聚合物的比率大体上一致，在导电聚合物与粘合剂的总体附着率介于5％至18％之间的情况下，就可能获得大体固定不变的表面电阻。
一种浸渍溶液按照粘合剂/导电聚合物为3.0的比率通过在水中分散用作粘合剂的Diyanal MX-1845(由Mitsubisi Rayon K.K生产的一种丙烯酸树脂的商品名称)和用作导电聚合物的Aqua Pass01(由MitsubishiRayon K.K生产的一种聚苯胺磺酸聚合物的商品名称)配制而成。然后，将聚氨酯泡沫浸入装满有上述配置好的浸渍溶液的池中，聚氨酯泡沫的平均孔直径为570μm，密度为35kg/m3，F硬度为42至50°，其形状是尺寸为25mm×25mm×300mm的矩形块状。浸泡于浸渍溶液的聚氨酯泡沫块在两个滚筒之间被挤压，接着释放聚氨酯泡沫块以便让聚氨酯泡沫浸渍于浸渍溶液之中。将浸渍后的聚氨酯泡沫块引导至溶液池的上方区域，并经过夹紧滚筒之间的间隔以便除去多余的浸渍溶液，然后将聚氨酯泡沫块加热到80℃以便干燥块，从而获得导电聚氨酯泡沫。导电聚氨酯泡沫的粘合剂附着率为4.9％，导电聚合物的附着率为1.6％，粘合剂和导电聚合物的总体附着率为6.5％。顺便说一下，可以通过改变挤压聚氨酯泡沫块去除其浸渍溶液的压力或者改变浸渍溶液中的导电聚合物和粘合剂的浓度来控制导电聚合物和粘合剂的总附着率。
在浸渍了导电聚合物和粘合剂的合成聚氨酯泡沫块上贯穿冲出用于插入一根金属心轴的孔。接着将一根金属心轴插入聚氨酯泡沫块上的通孔中，轴的直径为6mm，长度为210mm，其上附着有粘合剂。随后，将聚氨酯泡沫块抛光以便形成一个具有均匀厚度的导电弹性层，至此制成本发明的一个色粉供应辊。
另一方面，如同本发明的色粉供应辊一样制造的一个色粉供应辊的导电弹性层的全部圆周表面上涂敷了如上所述配制的浸渍溶液，然后干燥浸渍溶液层，从而制成了另一个色粉供应辊。调节粘合剂附着率、导电聚合物附着率和如此制成的色粉供应辊的表面层的总体附着率分别等于浸渍了粘合剂和导电聚合物的聚氨酯泡沫块的粘合剂附着率、导电聚合物附着率和本发明的色粉供应辊的总体附着率。
如此制造的色粉供应辊可安装于一种DP560打印机(由Kyocera MitaK.K.制造的一种正向装料型打印机的商品名称)和一种V930打印机(由Murata Kikai K.K.制造的一种反向装料型打印机的商品名称)以便如下所述测量色粉的装料总量。顺便说一下，调整色粉供应辊的外部直径以适合于其所使用的那种打印机，例如直径为14.3mm可用于DP560打印机，直径为13.9mm可用于V930打印机。
装料总量的测量(1)测试的次数对每一种打印机使用同一种类的三个色粉供应辊进行测试。
(2)色粉筒的存储量色粉筒在温度为20℃至22℃，相对湿度为60％的房间中储存24小时或更长时间以便调节色粉筒的温度和湿度。色粉装料量的测量试验在具有相同空气条件的试验房间中完成。
(3)测量色粉装料量的程序和计算色粉装料率(a)测量装料后的筒的重量用于确定色粉的残留量。当色粉残留量低于50％，用一个新的色粉筒替换使用过的色粉筒。
(b)使用单独一个色粉供应辊将存储于一种打印机中的图像确定的图样连续打印在四张A4纸上。
(c)在上述程序(b)完成之后测量色粉装料量。这样，显像辊就暴露于外面，呈现在显像辊的圆周表面上直到感光体接触部分下游至色粉调节刀片的色粉被吸收并收集起来以便测量装料量和所收集的色粉的重量。采用由Trek制造的210-2AHS装料量测量装置测量色粉装料量，采用由Zaltorium制造的M1-221电子秤测量色粉的重量。通过用色粉装料量除以色粉的总量计算色粉的装料量每克(色粉装料率)。
(d)在上述程序(c)完成之后在单张A4纸上打印图像，并按照程序(c)计算色粉装料率。
(e)在上述程序(d)完成之后在单张A4纸上打印图像，并按照程序(c)计算色粉装料率。
(f)将按照上述程序(c)和(e)测量的色粉装料率平均以便记录其平均值作为单根棍的最初的色粉装料率。
(g)在上述程序(e)完成之后将图像连续打印在2000张A4纸上以便按照程序(c)计算色粉装料率。如此计算得出的色粉装料率记录为采用单根色粉供应辊连续打印之后的色粉装料率。
(h)将两个残留色粉供应辊中每个辊都重复上述程序(a)至(g)以便计算最初的色粉装料率和连续打印后的色粉装料率。并记录最初的色粉装料率和连续打印后的色粉装料率的计算结果。
(i)最初的色粉装料率和连续打印后的色粉装料率分别进行平均以便获得平均最初的色粉装料率和连续打印后的平均色粉装料率，并予以记录。
测量结果表3表示测量结果。表3
根据表3的显示，在色粉供应辊连续打印之后最初装料率的变化非常大，色粉供应辊包括含有导电聚合物的表面涂层。但是，对于聚氨酯暴露于外部的色粉供应辊，即便是在连续打印之后，其色粉装料率基本等于最初色粉装料率，这说明对于这种色粉供应辊，其表面装料量随时间的变化量相当小。
本领域的普通技术人员从本技术方案中还很容易想到其他的优点和改进。所以本发明并不限于具体的细节和在此描述和图示的实施例。在不脱离权利要求限定的范围内，可以对本发明作出许多的变形和改进。
权利要求
1.一种色粉供应辊，包括心轴(12)和形成在心轴(12)外周表面上的导电弹性层(14)，导电弹性层(14)包括开孔形聚氨酯泡沫(141)，其中聚氨酯泡沫(141)的孔壁上附着有导电聚合物和粘合剂。
2.根据权利要求1所述的色粉供应辊，其特征在于，导电聚合物是从包括聚苯胺聚合物，聚苯胺磺酸聚合物，聚吡咯和聚乙炔及其混合物的一组聚合物中选择的。
3.根据权利要求1所述的色粉供应辊，其特征在于，粘合剂是从一组聚合物中选择的，该组聚合物包括丙烯酰基树脂，如丙烯酸树脂、聚丙烯酸酯树脂、丙烯酸-苯乙烯共聚物树脂、丙烯酸-乙酸乙烯酯共聚物树脂，还可以是聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚氯乙烯树脂、聚氨酯树脂、乙酸乙烯酯树脂、丁二烯树脂、环氧树脂、醇酸树脂、三聚氰胺树脂和氯丁二烯橡胶及其混合物。
4.根据权利要求1所述的色粉供应辊，其特征在于，导电聚合物和粘合剂附着于聚氨酯泡沫(141)的孔壁上，它们的重量总量为聚氨酯泡沫(141)的5％至18％。
5.根据权利要求1所述的色粉供应辊，其特征在于，粘合剂与导电聚合物的重量比介于0.1至10之间。
6.根据权利要求1所述的色粉供应辊，其特征在于，构成聚氨酯泡沫(141)的聚氨酯暴露于导电弹性层的外圆周表面。
7.根据权利要求6所述的色粉供应辊，其特征在于，导电聚合物是从包括聚苯胺聚合物，聚苯胺磺酸聚合物，聚吡咯和聚乙炔及其混合物的一组聚合物中选择的。
8.根据权利要求6所述的色粉供应辊，其特征在于，粘合剂是从一组聚合物中选择的，该组聚合物包括丙烯酰基树脂，如丙烯酸树脂、聚内烯酸酯树脂、丙烯酸-苯乙烯共聚物树脂、丙烯酸-乙酸乙烯酯共聚物树脂，还可以是聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚氯乙烯树脂、聚氨酯树脂、乙酸乙烯酯树脂、丁二烯树脂、环氧树脂、醇酸树脂、三聚氰胺树脂和氯丁二烯橡胶及其混合物。
9.根据权利要求6所述的色粉供应辊，其特征在于，导电聚合物和粘合剂包含在聚氨酯泡沫(141)的孔内，并附着于聚氨酯泡沫(141)孔壁上，它们的重量总量为聚氨酯泡沫(141)的5％至18％。
10.根据权利要求6所述的色粉供应辊，其特征在于，粘合剂与导电聚合物的重量比介于0.1至10之间。
11.一种用于制造色粉供应辊的方法，包括将一块聚氨酯泡沫浸渍于包括导电聚合物和粘合剂的浸渍溶液中，以便使导电聚合物和粘合剂附着在聚氨酯泡沫的孔壁上，然后将浸渍的聚氨酯泡沫干燥；将一个心轴插入干燥的聚氨酯泡沫块中；及将聚氨酯泡沫块的外表面抛光以形成圆周表面。
全文摘要
一种色粉供应辊(10)包括金属心轴(12)和环绕于该轴(12)外表面的导电弹性层(14)，该导电弹性层(14)由开孔形聚氨酯泡沫(141)制成，该聚氨酯泡沫(141)浸渍了导电聚合物和粘合剂。
文档编号G03G15/08GK1434354SQ03101909
公开日2003年8月6日 申请日期2003年1月23日 优先权日2002年1月24日
发明者中岛正幸, 西野徹, 谷口武生, 西山育央 申请人:日东工业株式会社, 仓敷纺织株式会社