Brevet FR2852408A1 — publié le 20040917

ROULEAU CONDUCTEUR D'ELECTRICITE La présente invention concerne de façon générale un rouleau conducteur d'électricité utilisé dans un appareil électrophotographique 5 tel qu'un copieur, une imprimante ou un télécopieur. Un rouleau conducteur d'électricité utilisé dans un appareil électrophotographique tel qu'un copieur, une imprimante ou un 10 télécopieur, peut être un rouleau de développement, un rouleau de charge, un rouleau de transfert ou autres. Le rouleau conducteur d'électricité peut avoir de façon classique une structure laminaire comprenant une couche de 15 base en caoutchouc élastique formée avec interposition d'une couche adhésive sur une périphérie extérieure d'une âme telle qu'un arbre et, en outre, une couche de surface formée sur une périphérie extérieure de la couche de 20 base en caoutchouc élastique. Dans le cas o on utilise comme un matériau pour former la couche de base en caoutchouc un élastomère de type silicone à traitement par réaction d'addition, on applique de façon classique sur une 25 périphérie extérieure de l'arbre un adhésif à un ou deux composants comprenant principalement du caoutchouc de silicone ou un agent de couplage à base de silane ayant chacun un groupe vinyle ou un groupe hydrosilyle, et on forme ensuite la 30 couche de base en caoutchouc (voir par exemple la publication de brevet du Japon non examinée n0 2002-337161). Cependant, du fait que l'adhésif à deux composants comprenant principalement du caoutchouc de silicone ou un agent de couplage à base de silane ayant chacun un groupe vinyle ou 5 un groupe hydrosilyle, a une courte durée d'emploi, l'adhésif tend à occasionner des défauts d'adhérence lorsqu'on le laisse attendre pendant un certain temps après mélange. D'autre part, dans le cas de l'adhésif à un seul 10 composant comprenant principalement du caoutchouc de silicone ou un agent de couplage à base de silane ayant chacun un groupe vinyle ou un groupe hydrosilyle, l'agent de couplage à base de silane de celui-ci peut être désactivé 15 par réaction avec de l'humidité dans l'air, et l'adhésif peut aisément être affecté par l'environnement pendant l'utilisation. Ainsi, lorsqu'une couche de base en caoutchouc est formée sur la périphérie extérieure d'une âme 20 métallique après que l'âme métallique sur laquelle un adhésif a été appliqué, a été stockée pendant une certaine durée dans des conditions de chaleur humide, la couche de base en caoutchouc peut s'exfolier de l'âme 25 métallique à l'interface. De plus, l'adhérence de l'adhésif mentionné ci-dessus dépend fortement de l'épaisseur de l'adhésif appliqué. En d'autres termes, lorsque l'épaisseur de l'adhésif appliqué est trop grande, une 30 exfoliation peut aisément se produire. Pour cette raison, l'application de l'adhésif doit être effectuée avec précision, ce qui conduit à un coût de production accru pour les rouleaux. La présente invention a été dévelopée compte tenu des circonstances cidessus, et un but de celle-ci est de procurer un rouleau conducteur d'électricité peu coûteux qui est 5 produit aisément en comparaison avec des rouleaux classiques, qui offre une adhérence stable à l'interface au cours du temps après mélange de composants d'adhésif, et qui n'est pas affecté par l'environnement pendant le 10 stockage de l'âme métallique après qu'un adhésif lui ait été appliqué. Pour atteindre le but mentionné cidessus, le rouleau conducteur d'électricité conforme à la présente invention comprend un 15 arbre, une couche d'adhésif formée sur une périphérie extérieure de l'arbre et une couche de base en caoutchouc formée sur une périphérie extérieure de la couche d'adhésif, et dans ce rouleau la couche de base en caoutchouc comprend 20 un élastomère de silicone à traitement par réaction d'addition et la couche d'adhésif comprend un adhésif époxy à un seul composant. Les présents inventeurs ont effectué des études étendues dans le but de résoudre les 25 problèmes mentionnés ci- dessus. Dans ce processus, les présents inventeurs sont parvenus au concept de l'utilisation d'un adhésif époxy à un seul composant, qui n'a pas tendance à occasionner une mauvaise adhérence au cours du 30 temps, pour assurer l'adhérence entre une couche de base en caoutchouc formée d'un élastomère de silicone à traitement par réaction d'addition, et une âme métallique telle qu'un arbre. Une série de rouleaux conducteurs d'électricité ont été produits sur la base d'un tel concept. Il en résulte qu'on a trouvé que lorsqu'on utilise l'adhésif époxy à un seul composant mentionné 5 ci-dessus, une adhérence stable peut être obtenue sans l'utilisation d'un agent de couplage à base de silane indispensable de façon classique, l'adhérence ne se dégrade pas dans des conditions de chaleur humide, et en outre 10 une exfoliation supplémentaire de la couche de base en caoutchouc ne peut pas se produire à cause d'une couche adhésive épaisse. Par conséquent, on a atteint le but précité et on est parvenu à la présente invention. On pense que la raison pour laquelle l'adhésif époxy peut produire l'adhérence efficace mentionnée ci-dessus est la suivante. Le groupe époxy de l'adhésif époxy devient un groupe fonctionnel tel qu'un groupe hydroxyle 20 par contact avec l'humidité dans l'air de façon à provoquer une réaction d'ouverture de cycle comme suit: R1 -H2 + .20 Ri-YH- YHZ O O O J H Puis une réaction de déshydrogénation peut se produire entre le groupe fonctionnel et un 25 groupe hydrosilyle de l'élastomère de silicone à traitement par réaction d'addition comme suit CH2 Rl-îH- 42 + R2-Si-O--3 Ri-CH-CH2-O-Sj-O-R3 + H2 O O H O CH2 H H D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La suite de la description se réfère 5 à la figure unique qui est une coupe illustrant un mode de réalisation du rouleau conducteur d'électricité de la présente invention. Un rouleau conducteur d'électricité de l'invention comprend, comme représenté par 10 exemple sur la figure, une couche de base en caoutchouc 13 formée sur une surface périphérique extérieure d'un arbre 11, avec interposition d'une couche d'adhésif 12 entre elles. Dans la présente invention, la couche de 15 base en caoutchouc 13 est formée par un élastomère de silicone à traitement par réaction d'addition, et de plus la couche d'adhésif 12 est formée par un adhésif époxy à un seul composant. Aucune restriction particulière n'est imposée à l'arbre 11. Par exemple, on peut utiliser une âme métallique pleine ou une âme métallique creuse. Des exemples de matériaux pour l'arbre comprennent l'aluminium, l'acier 25 inoxydable et le fer plaqué. On utilise un adhésif époxy à un seul composant comme matériau employé pour former la couche d'adhésif 12 précitée, formée sur une périphérie extérieure de l'arbre 11. Il est 30 préférable que l'adhésif ne contienne pas un groupe amide ou un groupe amine, du fait que l'inclusion de tels groupes tend à empêcher le durcissement de la couche de base en caoutchouc 13. Des exemples de l'adhésif époxy à un seul composant comprennent l'époxy à base de bisphénol A, l'époxy à base de bisphénol F, l'époxy à base de bisphénol AD, l'époxy à base 5 de novolaque phénolique, l'époxy à base de novolaque crésolique, l'époxy alicyclique, la résine d'ester de glycidyle et la résine époxy hétérocyclique, qui peuvent être utilisés seuls ou en combinaison. Parmi eux, l'adhésif époxy à 10 base de bisphénol A est préféré à cause de son excellente adhérence avec la couche de base en caoutchouc 13. Ces adhésifs peuvent être conducteurs d'électricité, en fonction des besoins. Une résine phénolique, une résine de xylène ou des substances similaires peuvent être ajoutées au matériau de la couche adhésive 12, en fonction des besoins. En ce qui concerne un matériau utilisé 20 pour la couche de base en caoutchouc 13 formée sur la périphérie extérieure de la couche d'adhésif 12, comme mentionné ci-dessus, on emploie un élastomère de silicone à traitement par réaction d'addition. Des exemples de celui25 ci comprennent, de façon spécifique, un composé de silicone comprenant un élastomère de silicone contenant un groupe vinyle, un organosiloxane contenant un groupe hydrosilyle, un catalyseur en platine et un retardant. Le composé de 30 silicone peut être appliqué formulé en tant que système à deux composants ou en tant que système à composants multiples en séparant les matériaux mentionnés ci-dessus en deux ou plus. Un ou plusieurs agents conducteurs d'électricité peuvent être ajoutés au matériau pour former la couche de base en caoutchouc 13, en fonction des besoins. Des exemples de celui5 ci comprennent des agents conducteurs d'électricité classiques, tels que le noir de carbone, le graphite, le titanate de potassium, l'oxyde de fer, le dioxyde de titane, le c-TiO2, le c-ZnO, le c-SnO2, et des conducteurs ioniques 10 (comme un sel d'ammonium quaternaire, un borate et un agent tensioactif). Dans la présente invention, le préfixe "c-" signifie conducteur d'électricté. Une ou plusieurs charges peuvent être 15 ajoutées au matériau pour former la couche de base en caoutchouc 13, si nécessaire. Des exemples de cellesci incluent la silice sèche, la silice humide, le quartz, la terre d'infusoires et les charges inorganiques telles 20 que le carbonate de calcium. Le rouleau conducteur d'électricité de l'invention peut être préparé, par exemple, de la façon suivante. Premièrement, on prépare un adhésif époxy 25 à un seul composant en dispersant chaque composant pour former la couche d'adhésif 12 dans un solvant organique tel que la méthyléthylcétone (MEK). Ensuite, chaque composant pour former la couche de base en 30 caoutchouc 13 est malaxé au moyen d'un malaxeur pour la préparation du matériau de la couche de base en caoutchouc 13. D'1autre part, on prépare un arbre métallique 11 et on applique l'adhésif, préparé préalablement, sur une périphérie extérieure de l'arbre en employant un procédé de pulvérisation, un procédé d'immersion ou 5 similaire, l'adhésif étant ensuite séché et cuit par exemple à 100 à 2000C, pendant 10 minutes, par de l'air chaud, un rayonnement infrarouge ou autres, pour former la couche d'adhésif 12 sur la périphérie extérieure de l'arbre 11. L'arbre 10 il (sur lequel la couche d'adhésif 12 est formée) est installé à l'intérieur d'un espace creux d'un moule cylindrique. Après avoir rempli avec le matériau préparé préalablement pour la couche de base en caoutchouc 13 un espace défini 15 par l'arbre à l'intérieur du moule, on recouvre le moule avec un couvercle et on chauffe l'ensemble du moule pour réticuler le matériau pour la couche de base en caoutchouc 13, par exemple à 150 à 2200C, pendant 30 minutes, pour 20 former la couche de base en caoutchouc 13. Ensuite, on retire du moule cylindrique le produit ainsi moulé, pour obtenir un rouleau conducteur d'électricité (un rouleau de base) dans lequel la couche de base en caoutchouc 13 25 est formée sur la périphérie extérieure de l'arbre 11 avec interposition de la couche d'adhésif 12 (voir la figure). Dans le rouleau conducteur d'électricité de l'invention, l'épaisseur de chaque couche est 30 de façon générale déterminée de manière appropriée conformément à l'utilisation particulière du rouleau. Par exemple, lorsqu'on utilise le rouleau comme un rouleau de développement, l'épaisseur de la couche d'adhésif 12 est de préférence dans une plage de 0,1 à 5 gm, une plage de 0,2 à 3 gm étant particulièrement préférable. L'épaisseur de la 5 couche de base en caoutchouc 13 est de préférence dans une plage de 0,1 à 10 mm, une plage de 0,5 à 5 mm étant particulièrement préférable. La structure du rouleau conducteur 10 d'électricité de l'invention n'est pas limitée à la structure laminaire ci-dessus, du fait que le rouleau conducteur d'électricité peut avoir de façon appropriée un nombre quelconque de couches en fonction de l'utilisation du rouleau (un 15 rouleau de charge, un rouleau de transfert, ou autres), en formant une couche intermédiaire ou une couche de surface sur une périphérie extérieure de la couche de base en caoutchouc 13. On décrira ci-après des Exemples, ainsi que des Exemples Comparatifs. EXEMPLE 1 Matériau pour la couche de base en caoutchouc On a préparé un caoutchouc de silicone conducteur d'électricité à deux composants (X34264 A/B commercialisé par Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., Tokyo, Japon). Adhésif On a préparé un mélange époxy-phénol à un seul composant (Canycoat P-100, un adhésif en mélange à base de résine époxy à base de bisphénol A et de résine phénolique, commercialisé par Toagosei Co., Ltd., Tokyo, Japon). Production d'un rouleau conducteur d'électricité On a préparé sous la forme d'un arbre une 5 âme métallique en SUS303 (ayant un diamètre de mm). On a appliqué sur une périphérie extérieure de l'arbre l'adhésif, préparé préalablement, et ensuite on l'a séché et cuit à 2000C pendant 10 minutes avec de l'air chauffé, 10 pour former une couche d'adhésif sur la périphérie extérieure de l'arbre. Ensuite, on a installé l'arbre (sur lequel la couche d'adhésif a été formée) à l'intérieur d'un espace creux d'un moule cylindrique. Après avoir rempli avec 15 le matériau préparé préalablement pour la couche de base, un espace défini par l'arbre à l'intérieur du moule, on a recouvert le moule avec un couvercle et on a chauffé l'ensemble du moule pour réticuler le matériau pour la couche 20 de base en caoutchouc, à 1700C pendant 30 minutes, pour former la couche de base en caoutchouc. Ensuite, on a retiré du moule cylindrique le produit ainsi moulé, pour obtenir un rouleau conducteur d'électricité dans lequel 25 la couche de base en caoutchouc (ayant une épaisseur de 3 mm) a été formée sur la périphérie extérieure de l'arbre avec interposition de la couche d'adhésif (ayant une épaisseur de 1,4 Mm) (voir la figure). 30 EXEMPLE 2 On a préparé pour un adhésif un mélange époxy-phénol à un seul composant (Canycoat P105, un adhésif à base d'un mélange de résine époxy à base de bisphénol A et de résine phénolique, commercialisé par Toagosei Co., Ltd.). On a préparé un rouleau conducteur d'électricité pratiquement de la même manière 5 que dans l'EXEMPLE 1, à l'exception du fait que cet adhésif a été utilisé à la place de l'adhésif employé dans l'EXEMPLE 1. EXEMPLE 3 Comme adhésif, on a préparé un adhésif 10 époxy à un seul composant (Canycoat P-105, un adhésif époxy à base de bisphénol A, commercialisé par Toagosei Co., Ltd.). On a préparé un rouleau conducteur d'électricité pratiquement de la même manière que dans 15 l'EXEMPLE 1, à l'exception du fait que cet adhésif a été utilisé à la place de l'adhésif employé dans l'EXEMPLE 1. EXEMPLE 4 Comme adhésif, on a préparé un adhésif 20 époxy à un seul composant (Canycoat P-200, un adhésif époxy à base de bisphénol A, commercialisé par Toagosei Co., Ltd.). On a préparé un rouleau conducteur d'électricité pratiquement de la même manière que dans 25 l'EXEMPLE 1, à l'exception du fait que cet adhésif a été utilisé à la place de l'adhésif employé dans l'EXEMPLE 1. EXEMPLE COMPARATIF 1 Comme adhésif, on a préparé un adhésif à 30 couplage par silane à deux composants (Primer n0 101 A/B commercialisé par Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.). On a préparé un rouleau conducteur d'électricité pratiquement de la même manière que dans l'EXEMPLE 1, à l'exception du fait que cet adhésif a été utilisé à la place de l'adhésif employé dans l'EXEMPLE 1 et a été cuit à 1500C pendant 30 minutes. EXEMPLE COMPARATIF 2 Comme adhésif, on a préparé un adhésif à couplage par silane à un seul composant (Primer n0 4 commercialisé par Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.). On a préparé un rouleau conducteur 10 d'électricité pratiquement de la même manière que dans l'EXEMPLE 1, à l'exception du fait que cet adhésif a été utilisé à la place de l'adhésif employé dans l'EXEMPLE 1 et a été cuit à 1500C pendant 30 minutes. 15 EXEMPLE COMPARATIF 3 Comme adhésif, on a préparé un adhésif à couplage par silane à deux composants (DY39-051 A/B commercialisé par Dow Corning Toray Silicone Co., Ltd, Tokyo, Japon). On a préparé un rouleau 20 conducteur d'électricité pratiquement de la même manière que dans l'EXEMPLE 1, à l'exception du fait que cet adhésif a été utilisé à la place de l'adhésif employé dans l'EXEMPLE 1 et a été cuit à 1500C pendant 30 minutes. 25 EXEMPLE COMPARATIF 4 Comme adhésif, on a préparé un adhésif à couplage par silane à deux composants (DY39-104 A/B commercialisé par Dow Corning Toray Silicone Co., Ltd, Tokyo, Japon). On a préparé un rouleau 30 conducteur d'électricité pratiquement de la même manière que dans l'EXEMPLE 1, à l'exception du fait que cet adhésif a été utilisé à la place de l'adhésif employé dans l'EXEMPLE 1 et a été cuit à 1500C pendant 30 minutes. On a évalué sur la base des critères suivants les propriétés de chacun des rouleaux conducteurs d'électricité ainsi produits. Les 5 résultats sont indiqués dans le Tableau 1 suivant. Fiabilité de l'adhésif Pendant la production de chaque rouleau, après avoir formé une couche d'adhésif et 10 l'avoir ensuite laissée pendant une heure à la température ambiante, on a formé une couche de base en caoutchouc. On a observé visuellement chaque rouleau en ce qui concerne l'état d'adhérence de sa couche de base en caoutchouc, 15 pour l'évaluation de la fiabilité de l'adhésif. De façon spécifique, on a produit et évalué 50 exemplaires des mêmes rouleaux. Le symbole O indique qu'on n'a trouvé aucune exfoliation intercouche entre la couche d'adhésif et la 20 couche de base en caoutchouc pour chacun des 50 rouleaux, le symbole A indique que la couche d'adhésif et la couche de base en caoutchouc n'étaient pas liées, ce qui a entraîné une séparation inter-couche dans 1 à 4 rouleaux 25 parmi 50 rouleaux, et le symbole X indique que la couche d'adhésif et la couche de base en caoutchouc n'étaient pas liées, ce qui a entraîné une séparation intercouche dans au moins 5 rouleaux parmi 50 rouleaux. 30 Fiabilité de production Pendant la production de chaque rouleau, après avoir formé une couche d'adhésif et l'avoir ensuite laissée dans des conditions de chaleur humide (à 400C sous 95% d'humidité relative) pendant 24 heures, on a formé une couche de base en caoutchouc. On a observé visuellement l'état d'adhérence de la couche de 5 base en caoutchouc de chaque rouleau, pour l'évaluation de la fiabilité de l'adhésif. De façon spécifique, on a produit et évalué 50 exemplaires des mêmes rouleaux. Le symbole O indique qu'on n'a trouvé aucune exfoliation 10 inter-couche entre la couche d'adhésif et la couche de base en caoutchouc pour chacun des 50 rouleaux, le symbole A indique que la couche d'adhésif et la couche de base en caoutchouc n'étaient pas liées, ce qui a entraîné une 15 séparation inter-couche dans 1 à 4 rouleaux parmi 50 rouleaux, et le symbole X indique que la couche d'adhésif et la couche de base en caoutchouc n'étaient pas liées, ce qui a entraîné une séparation inter- couche dans au 20 moins 5 rouleaux parmi 50 rouleaux. Dépendance vis-à-vis de l'épaisseur de la couche d'adhésif On a fait varier l'épaisseur de la couche d'adhésif à cinq niveaux (0,24 hm, 0,43 um, 1,4 Mm, 3,9 Mm et 6,5 bm) entre 0,24 et 6,5 im. On a produit des rouleaux ayant une couche d'adhésif de chacun des cinq niveaux. Le symbole O indique que la couche de base en caoutchouc s'est rompue à l'ensemble des cinq niveaux au moment de 30 l'arrachement de la couche de base en caoutchouc. Le symbole X indique qu'une séparation inter-couche a été trouvée à l'un quelconque des cinq niveaux. 2852408 15 Tableau l EXEMPLE EXEMPLE COMPARATIF 1 2 3 4 1 2 3 4 Fiabilité de O O O O x A x l'adhésif Fiabilité de O A O O x x x x production Dépendance vis-à-vis O O O O x x x x de l'épaisseur de la couche d'adhésif Les résultats indiqués dans le Tableau 1 suggèrent que tous les rouleaux conducteurs d'électricité des Exemples ont montré une 5 excellente fiabilité de l'adhésif et n'ont occasionné aucune séparation inter-couche, même lorsqu'on a laissé attendre l'âme métallique dans des conditions de chaleur humide après lui avoir appliqué l'adhésif. En outre, on a trouvé 10 que tous les rouleaux conducteurs d'électricité des Exemples peuvent aisément être produits, d'après l'évaluation en termes de dépendance vis-à-vis de l'épaisseur de la couche d'adhésif. D'autre part, on a trouvé que tous les 15 rouleaux conducteurs d'électricité des exemples comparatifs étaient inférieurs en ce qui concerne la fiabilité de l'adhésif, qui s'est encore détériorée davantage après qu'on a laissé attendre l'adhésif dans des conditions de 20 chaleur humide, et étaient inférieurs en ce qui concerne la dépendance vis-à-vis de l'épaisseur d'une couche d'adhésif. Comme mentionné ci-dessus, le rouleau conducteur d'électricité de l'invention utilise 5 l'élastomère de silicone à traitement par réaction d'addition en tant que matériau pour former la couche de base en caoutchouc, et utilise un adhésif époxy à un seul composant comme un matériau pour former la couche 10 d'adhésif entre la couche de base en caoutchouc et l'arbre. Par conséquent, on peut obtenir une bonne fiabilité de l'adhésif par réaction entre la couche de base en caoutchouc et la couche d'adhésif, en comparaison avec le cas dans 15 lequel on utilise un agent de couplage à base de silane. En outre, le rouleau conducteur d'électricité de l'invention n'a pas tendance à être affecté par l'environnement de production, et l'adhérence n'est pas dégradée dans des 20 conditions de chaleur humide, ce qui conduit à une excellente fiabilité du produit. De plus, du fait que l'adhésif époxy à un seul composant mentionné ci-dessus n'a pas tendance à occasionner des défauts d'adhérence après qu'on 25 l'ait laissé attendre, et qu'en plus l'adhérence ne dépend pas notablement de l'épaisseur de la couche d'adhésif, le rouleau conducteur d'électricité de l'invention est produit aisément et est économique en comparaison avec 30 les rouleaux classiques. En particulier, lorsque l'adhésif époxy à un seul composant est un adhésif époxy à base de bisphénol A, l'adhérence avec la couche de base en caoutchouc formée par l'élastomère de silicone à traitement par réaction d'addition, est particulièrement améliorée. REVENDICATIONS 1. Rouleau conducteur d'électricité comprenant un arbre (11), une couche d'adhésif 5 (12) formée sur une périphérie extérieure de l'arbre et une couche de base en caoutchouc (13) formée sur une périphérie extérieure de la couche d'adhésif (12), caractérisé en ce que la couche de base en caoutchouc (13) comprend un 10 élastomère de silicone à traitement par réaction d'addition, et la couche d'adhésif (12) comprend un adhésif époxy à un seul composant. 2. Rouleau conducteur d'électricité selon 15 la revendication 1, caractérisé en ce que l'adhésif époxy à un seul composant est un adhésif époxy à base de bisphénol A.