CN103124932B - 充电构件、处理盒和电子照相设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开设置有能够更加可靠地抑制低分子量组分从弹性层渗出的表面层的充电构件。所述充电构件具有基体、弹性层和表面层。所述表面层具有Si-O-Ta键，并包含具有由下述结构式(1)表示的结构单元和由下述结构式(2)表示的结构单元的高分子化合物。<CNIPR:IMG <CNIPR:IMG file="DDA00002973039600011.GIF" wi="97" he="25" img-format="tif"TaO5/2(2)。

Description

充电构件、处理盒和电子照相设备
技术领域
本发明涉及用于电子照相设备的充电构件，并涉及各自使用所述充电构件的处理盒和电子照相设备。
背景技术
通常将通过抵接电子照相感光构件使所述感光构件充电的充电构件形成为具有包含橡胶的弹性层，以确保所述感光构件和所述充电构件之间的辊隙宽度。此类弹性层典型地包含低分子量组分，由于长期使用，所述低分子量组分可渗出到充电构件的表面从而粘附到感光构件的表面。另外，在用粘附有低分子量组分的感光构件形成的电子照相图像中可能出现条纹状不均匀。
另外，当使用长时间在高温高湿环境下放置的电子照相设备形成电子照相图像时，特别显著地发生该现象。
为应对弹性层中的低分子量组分的此类渗出，专利文献1公开了具有其外周面涂布有有机-无机混合涂层从而可抑制低分子量组分渗出到其表面的弹性层的充电辊。
引用文献
专利文献
专利文献1：
日本专利申请特开第2001-173641号公报
发明内容
发明要解决的问题
本发明的发明人已对专利文献1中所述的设置有有机-无机 混合涂层的充电辊进行了研究，结果，发现所述有机-无机混合涂层具有小的交联密度。这可能是由于侧重了所述有机-无机混合涂层的挠性。因此，发明人认识到有机-无机混合涂层的厚度必须为亚微米以上，以便可以可靠地抑制低分子量组分的渗出。此处，从充电效率的观点，充电构件的表面层厚度优选尽可能小。另外，从形成具有均匀厚度的表面层的观点，表面层的厚度优选尽可能小。
鉴于上述，本发明的目的是提供设置有能够更加可靠地抑制低分子量组分从弹性层渗出的表面层的充电构件。另外，本发明的目的是提供能够稳定地形成高品质电子照相图像的处理盒和电子照相设备。
用于解决问题的方案
根据本发明的一方面，提供充电构件，其包括：基体；弹性层和表面层，其中所述表面层包含具有Si-O-Ta键并具有由下述结构式(1)表示的结构单元和由下述结构式(2)表示的结构单元的高分子化合物。
TaO5/2                   (2) 
(上述结构式(1)中，R1和和R2各自独立地表示结构式(3)至(6)中的任意一种。
(结构式(3)至(6)中，R3至R7、R10至R14、R19、R20、R25和R26各自独立地表示氢、具有1至4个碳原子的烷基、羟基、羧基或氨基；R8、R9、R15至R18、R23、R24和R29至R32各自独立地表示氢或具有1至4个碳原子的烷基；R21、R22、R27和R28各自独立地表示氢、氧、具有1至4个碳原子的烷氧基或具有1至4个碳原子的烷基；n、m、l、q、s和t各自独立地表示1至8的整数；p和r各自独立地表示4至12的整数；x和y各自独立地表示0或1，符号“*”表示与结构式(1)中的硅原子的键合位置，和符号“**”表示与结构式(1)中的氧原子的键合位置。)
根据本发明另外的方面，提供处理盒，其包括上述充电构件和与所述充电构件抵接配置的电子照相感光构件，其中所述处理盒可拆卸地安装到电子照相设备的主体。
根据本发明另外的方面，提供电子照相设备，其包括：上述充电构件和配置为抵接充电构件的电子照相感光构件。
发明的效果
可获得设置有即使当其厚度小时也能够更加可靠的抑制渗出的表面层的充电构件。另外，可获得能够稳定地提供高品质电子照相图像的电子照相设备和处理盒。
附图说明
图1为根据本发明的充电构件的结构图。
图2为根据本发明的电子照相设备的结构图。
图3为实施例1中制备的缩合物的17O-NMR光谱。
图4为由实施例1中制备的表面层形成用涂料所形成的固化膜的29Si-NMR光谱。
图5为由实施例1中制备的表面层形成用涂料所形成的固化膜的13C-NMR光谱。
图6为在根据本发明的表面层形成步骤中的交联反应的说明图。
图7A为说明根据本发明的高分子化合物的化学结构的图。
图7B为说明根据本发明的高分子化合物的化学结构的图。
具体实施方式
图1为沿垂直于根据本发明的具有辊状的充电构件(充电辊)的轴的方向上的截面图。充电辊具有弹性层102和表面层103依次层压到基体101上这样的结构。应当指出在基体和弹性层之间可存在任意其它层。
[基体]
可使用如包括铁、铜、不锈钢、铝或镍以及它们的合金的金属等的基体作为基体。
[弹性层]
可将用于常规充电构件的弹性层的橡胶和热塑性弹性体的一种或两种以上的组合各自用作弹性层形成用材料。以下描述所述橡胶的具体实例。聚氨酯橡胶、硅橡胶、丁二烯橡胶、异戊二烯橡胶、氯丁橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、乙丙橡胶、聚降冰片烯橡胶、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯橡胶、丙烯腈橡胶、表氯 醇橡胶和烷基醚橡胶。
热塑性弹性体的实例包括苯乙烯系弹性体和烯烃系弹性体。作为苯乙烯系弹性体的商购可得的产品，具体给出由Mitsubishi Chemical Corporation制造的“Rabalon”(商品名)和由Kuraray Co.,Ltd.制造的“SEPTON compound”(商品名)。下面描述烯烃系弹性体的商购可得的产品的实例。由Mitsubishi Chemical Corporation制造的"Thermolan"(商品名)、由Mitsui Chemicals,Inc.,制造的"Milastomer"(商品名)、由Sumitomo Chemical Co.,Ltd.制造的"Sumitomo TPE"(商品名)和由Advanced Elastomer Systems Co.,Ltd.制造的"Santoprene"(商品名)。
通过适当地使用导电剂将弹性层形成为具有预定的导电性。弹性层的电阻约为102Ω至108Ω，特别地为103至106Ω。待用于弹性层的导电剂的实例包括阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、两性离子表面活性剂、抗静电剂和电解质。另外，从当充电辊和感光构件彼此抵接时抑制充电辊变形的观点，弹性层的硬度以AskerＣ计优选为70°以上，更优选73°至92°。决定充电构件形状的弹性层优选具有中央部比各端部厚的所谓的冠状。
[表面层]
表面层包含具有Si-O-Ta键并具有由下述结构式(1)表示的结构单元和由下述结构式(2)表示的结构单元的高分子化合物。
TaO5/2                     (2) 
结构式(1)中，R1和和R2各自独立地表示结构式(3)至(6)中的任意一种。
结构式(3)至(6)中，R3至R7、R10至R14、R19、R20、R25和R26各自独立地表示氢、具有1至4个碳原子的直链或支链烷基、羰基、羟基、羧基或氨基；R8、R9、R15至R18、R23、R24和R29至R32各自独立地表示氢或者具有1至4个碳原子的直链或支链烷基；R21、R22、R27和R28各自独立地表示氢、氧、具有1至4个碳原子的烷氧基或者具有1至4个碳原子的直链或支链烷基；n、m、l、q、s和t各自独立地表示1至8的整数；p和r各自独立地表示4至12的整数；x和y各自独立地表示0或1，符号“*”表示与结构式(1)中的硅原子的键合位置，和符号“**”表示与结构式(1)中的氧原子的键合位置。
图7A示出作为高分子化合物的实例，当结构式(1)中的R1由结构式(3)表示并且其中的R2由结构式(4)表示时的部分结构。另外，图7B示出作为高分子化合物的实例，当结构式(1)中的R1由结构式(3)表示并且其中的R2由结构式(6)表示时的部分结构。
由于高分子化合物具有Si-O-Ta键以及硅氧烷键和与硅原子键合的有机链部分彼此聚合的结构，所以高分子化合物具有非常致密的交联结构。因此，包含该高分子化合物的表面层即使当其厚度小时也可高度抑制渗出。
高分子化合物的结构式(1)中，优选R1和R2各自独立地表示选自由下述结构式(7)至(10)表示的结构的任一种。当R1和R2各自表示任意该结构时，表面层可更加强韧并且耐久性更加优异。特别地，包括由下述结构式(8)或(10)表示的醚基团的结构可进一步改善表面层对弹性层的粘合性。
结构式(7)至(10)中，N、M、L、Q、S和T各自独立地表示1至8的整数；x'和y'各自独立地表示0或1；符号“﹡”表示与结构式(1)中的硅原子的键合位置，和符号“**”表示与结构式(1)中的氧原子的键合位置。
高分子化合物中钽原子和硅原子之间的原子数比(Ta/Si)优选为0.1至5.0。当Ta/Si之比落入所述数值范围内时，可抑制高分子化合物的脆化。结果，包含该高分子化合物的表面层不仅可以更加可靠地抑制低分子量组分从弹性层的渗出，而且耐久性优异。
通过以下可获得作为交联产物的根据本发明的高分子化合物：使由下述结构式(11)表示的可水解硅烷化合物和由下述结构式(12)表示的可水解钽化合物进行脱水缩合以获得水解缩合物；并使水解缩合物所具有的自由基可聚合基团例如环氧基进行反应以形成交联。通过混合这些可水解化合物并适当地加热所述混合物可进行缩合。
R33-Si(OR34)(OR35)(OR36)                      (11) 
Ta(OR37)(OR38)(OR39)(OR40)(OR41)        (12) 
结构式(11)中，R33表示选自由下述结构式(13)至(16)表示的结构的任一种，和R34至R36各自独立表示具有1至4个碳原子的烷基。结构式(12)中，R37和R41各自独立地表示具有1至9个碳原 子的烷基。
结构式(13)至(16)中，R42至R44、R47至R49、R54、R55、R60和R61各自独立地表示氢、具有1至4个碳原子的直链或支链烷基、羟基、羰基、羧基、氯羰基或者氨基；R45、R46、R50至R53、 R58、R59和R64至R67各自独立地表示氢或具有1至4个碳原子的直链或支链烷基；R56、R57、R62和R63各自独立地表示氢、具有1至4个碳原子的烷氧基或具有1至4个碳原子的直链或支链烷基；CR45R46、CR50R51、CR52R53、CR58R59、CR64R65和CR66R67可表示羰基；R42、R43、R44或(CR45R46)n′中的至少两个碳原子以及R47、R48、R49或(CR50R51)m'中的至少两个碳原子可共同形成环烷；R54和R55或R60和R61可共同形成环烷；n'、m'、l'、q'、s'和t'各自独立地表示1至8的整数；p'和r'各自独立地表示4至12的整数；符号“*”表示与结构式(11)中的硅原子的键合位置。
高分子化合物优选为由结构式(11)和(12)表示的可水解化合物和由下述结构式(17)表示的可水解硅烷化合物的水解缩合物的交联产物。该交联产物可改善合成阶段时各式(11)和(12)的溶解性和涂布性能以及膜在其固化后的作为物理性质的电特性。特别地，就溶解性和涂布性能改善方面优选其中R68表示具有1至21个碳原子的烷基的情况。另外，由于高分子化合物有助于电特性，特别是体积电阻率的改善，所以优选其中R68表示苯基的情况。
R68-Si(OR69)(OR70)(OR71)                   (17) 
结构式(17)中，R68表示具有1至21个碳原子的烷基或苯基，和R69至R71各自独立表示具有1至6个碳原子的烷基。另外，当高分子化合物包含其中R68表示苯基的可水解硅烷化合物时，优选将所述化合物与其中R68表示具有1至21个碳原子烷基的可水解硅烷化合物组合使用，这是因为即使当经水解缩合反应所述化合物的结构变化时其也显示与溶剂的良好的相容性。
作为交联产物的高分子化合物可通过以下来获得：制备用于形成包含该水解缩合物的表面层的涂料；施涂所述涂料以形成涂膜；和在形成后进行交联反应。
用于形成表面层的涂料可通过以下步骤来制备。
步骤(1)：
制备由式(11)表示的可水解硅烷化合物(A)、由式(17)表示的可水解硅烷化合物(B)和由式(12)表示的可水解钽化合物(C)。步骤(2)
混合可水解硅烷化合物(A)和可水解硅烷化合物(B)，然后向所述混合物添加水(D)和醇(E)。通过加热回流使所得物进行水解和缩合。由此，获得可水解硅烷化合物的缩合物。
步骤(3)
将可水解钽化合物(C)添加并混合到所得溶液，然后通过适当地加热使混合物进行水解和缩合，从而可产生可水解硅烷化合物和可水解钽化合物的缩合物(也称为“硅烷-钽缩合物”)。由此，获得含缩合物的溶液。
步骤(4)
将光聚合引发剂(G)添加并混合到含缩合物的溶液中。
步骤(2)中，根据需要仅使用可水解硅烷化合物(B)。另外，可通过与例如可水解化合物(A)同时添加可水解钽化合物(C)而省略步骤(3)。
以下，详细描述各步骤(1)、步骤(2)和步骤(4)。
步骤(1)
以下描述可水解硅烷化合物的具体实例。可使用这些化合物中一种，或可组合使用其两种以上。
4-(1,2-环氧基丁基)三甲氧基硅烷、5,6-环氧基己基三乙氧基硅烷、8-环氧乙烷-2-基辛基三甲氧基硅烷、8-环氧乙烷-2-基辛基三乙氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷、1-(3,4-环氧基环己基)乙基三甲氧基硅烷、1-(3,4-环氧基环己基)乙基三乙氧基硅烷、3-(3,4-环氧基环己基)甲基氧丙基三甲氧基硅烷和3-(3,4-环氧基环己基)甲基氧丙基三乙氧基硅烷。
以下描述可水解硅烷化合物(B)的具体实例。可使用这些化合物中一种，或可组合使用其两种以上。
甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧甲硅烷、甲基三丙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、乙基三丙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、丙基三丙氧基硅烷、己基三甲氧基硅烷、己基三乙氧基硅烷、己基三丙氧基硅烷、癸基三甲氧基硅烷、癸基三乙氧基硅烷、癸基三丙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷和苯基三丙氧基硅烷。
以下描述可水解钽化合物(C)的具体实例。可使用这些化合物中一种，或可组合使用其两种以上。
五甲氧基钽、五乙氧基钽、五正丙氧基钽、五异丙氧基钽、正丁氧基钽、叔丁氧基钽和酚钽(tantalum phenoxide)。
在可水解硅烷化合物(A)、可水解硅烷化合物(B)和可水解钽化合物(C)中以摩尔比计的使用比优选满足式(20)。
0.1≤C/(A+B)≤5.0    (20) 
式(20)中：A表示由式(11)表示的可水解硅烷化合物(A)的摩尔数；B表示由式(17)表示的可水解硅烷化合物(B)的摩尔数；和C表示由式(12)表示的可水解钽化合物(C)的摩尔数。
另外，只要C/(A+B)之比的值为0.1以上，则可获得具有高交联密度和高抑制渗出效果的表面层。只要所述值为5.0以下，则抑制表面层形成用涂料中乳浊或沉淀的发生，并因此可改善其贮存稳定性。使用比更优选满足式(21)。
0.5≤C/(A+B)≤3.0    (21) 
步骤(2)
待添加的水(D)的添加量优选为使水的摩尔数D与可水解硅烷化合物(A)和(B)的总摩尔数(A+B)的比Ror(D/A+B))为0.3至6.0。所述Ror更优选为1.2至3.0。只要Ror为0.3以上，则缩合反应充分进行，并因此抑制未反应单体的残留。因此，获得具有高交联密度的膜。只要Ror为6.0以下，则缩合反应的速度高，并因此可抑制表面层形成用涂料中乳浊或沉淀的发生。另外，可抑制由极性升高所引起的与缩合物的相容性降低。使用醇(E)以便硅烷-钽缩合物相容。
作为醇(E)，可优选使用伯醇、仲醇、叔醇、伯醇和仲醇的混合物、或伯醇和叔醇的混合物。根据与缩合物的相容性以及涂布性能，特别优选乙醇、甲醇和2-丁醇的混合溶液或乙醇和2-丁醇的混合溶液作为醇。
步骤(4)
将光聚合引发剂(G)用于使硅烷-钽缩合物交联。还可使用路易斯酸或布朗斯台德酸的鎓盐，或者阳离子聚合催化剂作为光聚合引发剂(G)。阳离子聚合催化剂的实例包括硼酸盐、二酰亚胺化合物、三嗪化合物、偶氮化合物和过氧化物。
作为阳离子聚合催化剂，从感光度、稳定性和反应性的观点，优选芳族锍盐或芳族碘鎓盐。特别优选的阳离子聚合催化剂的实例可包括双(4-叔丁基苯基)碘鎓盐和由式(18)表示的化合物(商品名：Adekaoptomer SP150，由ADEKA CORPORATION制造)。
另外，还可适当地使用由式(19)表示的化合物(商品名：IRGACURE261，由Ciba Specialty Chemicals Inc.制造)。
在使用前优选预先将光聚合引发剂(G)溶解于溶剂例如醇或酮，例如，甲醇或甲基异丁基酮中，以便可改善其与表面层形成用涂料的相容性。
另外，用溶剂将表面层形成用涂料调节为具有适于涂布的浓度，以便改善涂布性。待使用的溶剂的实例可包括醇例如乙醇、甲醇和2-丁醇，和酮例如甲基乙基酮和甲基异丁基酮。可将这些醇和酮作为混合物使用。特别地，优选乙醇和2-丁醇的混合溶液。
作为表面层形成用涂料的涂布方法，可采用使用辊式涂布机的涂布、浸渍涂布或环涂布等。
在通过所述方法将表面层形成用涂料涂布到弹性层上所形成的涂膜中使硅烷-钽缩合物交联。可通过施加活性能量射线以引起光聚合引发剂(G)断裂并使硅烷-钽缩合物中的环氧基聚合来形成交联。作为待使用的活性能量射线优选紫外线，这是因为紫外线可在低温下产生光聚合引发剂(G)的自由基从而进行交联反应。
当在低温下进行交联反应时，抑制溶剂从涂膜的快速挥发，并抑制涂膜中相分离或卷曲的发生。因此，可形成与弹性层的粘合强度高的表面层。即使当在温度和湿度急剧变化的环境下使用充电构件，并且弹性层的体积由于温度和湿度的变化引起变动时，也可抑制与弹性层的粘合强度高的表面层中卷曲或裂纹的发生。另外，由于可抑制在交联反应进行时弹性层的热劣化，所以可抑制生产步骤中弹性层的电特性的降低。
作为紫外线源，可使用高压汞灯、金属卤化物灯、低压汞灯或准分子紫外灯等。其中，优选提供波长为150nm至480nm的紫外线的紫外线源。紫外线的累积光量可根据照射时间、灯输出以及灯与表面层之间的距离来调节。另外，累积光量可在照射时间内设置有梯度。可适当地选择紫外线的累积光量。紫外线的累积光量可由下述等式确定。
紫外线累积光量(mJ/cm2)=紫外线强度(mW/cm2)×照射时间(s)
当使用低压汞灯时，紫外线的累积光量可用由USHIO INC.制造的紫外线累积光度计“UIT-150-A”或“UVD-S254”(两者为商品名)来测量。另外，当使用准分子紫外线灯时，紫外线的累积光量可用由USHIO INC.制造的紫外线累积光度计“UIT-150-A”或“VUV-S172”(两者为商品名)来测量。
由此形成的表面层的厚度优选为10nm至100nm。通过将所述厚度设定在所述范围内可更加可靠地获得对低分子量组分从弹性层渗出的抑制效果。另外，抑制表面层形成时表面层形成用涂料的涂布不均匀，并因此可形成均匀涂膜。另外，就外观 和费用方面而言优选这样的厚度。
当可水解硅烷化合物(A)、可水解硅烷化合物(B)和可水解钽化合物(C)中的使用摩尔比满足式(20)时，表面层中的硅烷化合物的缩合度DC优选大于50%和75%以下。
此处，DC为表示相对于键合到硅原子的所有基团的缩合度的指标，并用等式(22)计算。
[数学式1]
DC = n 4 &times; &Sigma; i = 1 n i n &alpha; i &Sigma; i = 0 n &alpha; i - - - ( 22 )
等式(22)中，n表示可水解硅烷化合物所具有的可水解官能团例如烷氧基的数量，且在可水解硅烷化合物(A)或(B)的情况中表示3。当α由T表示时，DC可由等式(23)求得。
[数学式2]
DC = 3 4 &times; 1 3 &times; T 1 + 2 3 &times; T 2 + 3 3 &times; T 3 T 0 + T 1 + T 2 + T 3 - - - ( 23 )
此处，T0至T3各自表示可水解硅烷化合物的缩合的可水解部分的数量为0至3这样的组分的量。当DC超过50%时，获得对渗出具有高抑制效果的致密膜。当其中官能团数为3的硅烷化合物的所有可水解官能团缩合时，缩合度为75%。当缩合度超过75%时，涂料具有过高的粘度以致其涂布性降低或发生乳浊或分离。
参考图6描述在根据本发明的高分子化合物形成过程中发生的交联和固化反应。
例如，通过水解作为组分(A)的3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷和可水解钽化合物(C)而获得的硅烷钽缩合物具有环氧基 作为阳离子可聚合基团。在阳离子聚合催化剂(图6中表示为“R+X-”)的存在下，该硅烷钽缩合物的环氧基的环氧环打开，并因此以链方式进行聚合。结果，各自包含TaO5/2的聚硅氧烷分子彼此交联从而固化。由此，形成根据本发明的高分子化合物。应当指出图6中n表示1以上的整数。
<电子照相设备和处理盒>
图2示出设置有具有根据本发明的充电构件的处理盒的电子照相设备的实例。将圆筒状电子照相感光构件1与本发明的充电构件3(图2中的辊状充电构件)抵接配置，并绕轴2沿箭头所示方向在预定圆周速度下旋转驱动。通过充电构件3将被旋转驱动的电子照相感光构件1的表面均匀地充电至预定的正或负电位。接下来，电子照相感光构件1的表面接收从曝光单元(未示出)例如狭缝曝光或激光束扫描曝光输出的曝光光(图像曝光光)4，从而可形成对应于目标图像的静电潜像。
当通过充电构件使感光构件的表面充电时，将仅由DC电压形成的电压或通过在DC电压上叠加AC电压获得的电压从电压施加单元(未示出)施加到充电构件3。在稍后所述的实施例中，将仅由DC电压形成的电压(-1,000V)施加到充电构件。另外，在稍后所述的实施例中，将暗区电位和亮区电位分别设定至-500V和-150V。用显影单元5的显影剂中的调色剂使在感光构件1的表面上形成的静电潜像显影(反转显影或正显影)，从而转变为调色剂图像。显影单元的实例包括跳跃显影单元、接触显影单元和磁刷单元。其中，从减轻调色剂的飞散性的观点，优选接触显影单元。在稍后所述的实施例中，采用接触显影单元。在电子照相感光构件1表面上形成的调色剂图像通过来自转印单元6(例如转印辊)的转印偏压依次转印到转印材料P(例如纸)上。从转印材料供给单元(未示出)取出转印材料P并供给到电子 照相感光构件1和与电子照相感光构件1的旋转同步的转印单元6之间的抵接部。已在上面转印有调色剂图像的转印材料P从感光构件1的表面分离，以导入定影单元8，然后作为在上面已使调色剂图像定影的图像形成物(打印件或复印件)打印到设备之外。在调色剂图像转印后在感光构件1表面上的转印残留显影剂(调色剂)通过清洁单元7(例如清洁刮板)除去，从而可清洁表面。另外，通过来自预曝光单元(未示出)的预曝光光(未示出)使表面进行抗静电处理，然后重复地用于图像形成。应当指出，当充电单元为接触充电单元时预曝光并不是必需的。
本发明的处理盒包括上述感光构件1和充电构件3，并且可通过将选自，例如显影单元5、转印单元6和清洁单元7的任意其它单元一体化地结合到所述组件来形成。另外，处理盒可可拆卸地安装到电子照相设备例如复印机或激光束打印机的主体。图2所示的电子照相设备中，通过一体化地支承电子照相感光构件1、充电构件3、显影单元5和清洁单元7以使所述组件进入盒来形成处理盒9。用引导单元10例如电子照相设备主体的轨道使所述盒从电子照相设备的主体可拆除。
实施例
以下，通过具体实施例更详细地描述本发明。应当指出，下文中所述的术语“份”指“质量份”。
[实施例1]
[1]缩合物的制备和评价以及涂布液的制备和评价
<缩合物1的制备>
混合下表1所示的组分，然后在室温下搅拌混合物30分钟。
[表1]
随后，用120℃油浴加热回流混合组分20小时。由此，获得缩合物中间体1。缩合物中间体1以固成分计的浓度为28.0质量%(当假定全部可水解硅烷化合物进行脱水缩合时相对于溶液的总重量的质量比)。
接下来，混合缩合物中间体1和下表2所示的材料，然后在室温下搅拌混合物3小时。由此，获得液状缩合物1(硅烷-钽缩合物)。在750rpm下进行一系列搅拌。Ta/Si之比等于1.00。
[表2]
缩合物1 98.05g
五乙氧基钽(以下表示为"Ta-1")(由Gelest制造) 78.75g(0.194mol)
[评价1]
(1)Si-O-Ta键的有无
在缩合物1中Ta的缩合状态如下所述测量。对于测量用样品，除了将在缩合物中间体1的合成时使用的离子交换水变为 17O-H2O(7至9.9原子%，由CIL制造)以外，以与缩合物1相同的方式合成将要进行评价的缩合物1(以下简称为“评价用缩合物1”)。用核磁共振设备(Avance500，由BRUKER制造)使所得评价用液状缩合物1进行17O-NMR测量。结果，获得如图3所示具有在170至200ppm处的Si-17O-Ta的峰和在410至460ppm处的Ta-17O-Ta的峰的参考光谱。接下来，使评价用缩合物1进行 17O-NMR测量，然后，从所得光谱检出是否存在Si-O-Ta键。
(2)Ta-O-Ta键的数量与Si-O-Ta键和Ta-O-Ta键的数量之比的计算
从评价[1](1)中获得的评价用缩合物1的17O-NMR光谱中各峰的积分值计算Ta-O-Ta键的数量与Si-O-Ta键和Ta-O-Ta键的数量之比，即(Ta-O-Ta)/{(Si-O-Ta)+(Ta-O-Ta)}之比。
<涂布液1的制备>
将2.00克10质量%作为光阳离子聚合引发剂的芳族锍盐(商品名：Adekaoptomer SP-150，由ADEKA CORPORATION制造)在甲基异丁基酮中的溶液添加到25g缩合物1。由此制备涂布液1。
[评价2]
通过以下标准评价涂布液1的稳定性。表9示出所述结果。
A：溶液处于即使在静置1个月后也不出现乳浊或沉淀的状态。
B：溶液处于在经过约两周后略微出现乳浊的状态。
C：溶液处于在经过约一周后略微出现乳浊的状态。
D：溶液处于在合成时出现乳浊和/或沉淀的状态。
[评价3]
通过以下步骤来形成涂布液1的固化膜，然后分析其化学结构。另外，计算其缩合度(DC%)。
即，将涂布液1涂布到厚度为100μm的脱脂铝片上。在干燥后，通过用来自低压汞灯(由HARISON TOSHIBA LIGHTING Corporation制造)的波长为254nm的紫外线照射以使累积光量为9,000mJ/cm2来使涂布液1交联并固化。由此，获得固化膜。用玻璃板刮削(shave)所得固化膜并用玛瑙研钵粉碎。由此，生产测量用样品粉末。用核磁共振设备(JMN-EX400，由JEOL Ltd.制造)测量所述样品的29Si-NMR光谱。图4示出所得光谱数据。在检出的光谱中，将在-46至-40ppm处的峰定义为T0组分，将-55 至-47ppm处的峰定义为T1组分，将-61至-54ppm处的峰定义为T2组分，和在-71至-61ppm处的峰定义为T3组分。此处，T3组分表示与有机基团具有一个键的硅原子通过氧原子与其它硅原子或钽原子具有三个键的此类状态。基于这些检出的值由等式(23)测量键合到Si的可水解官能团的缩合度。
另外，测量样品的13C-NMR光谱。图5示出所得光谱。由所述光谱证实，固化膜中不存在环氧基并且所有环氧基进行开环。由上述证实，在由涂布液1形成的固化膜中，作为原料的环氧丙氧基丙基乙氧基硅烷中的所有环氧基进行开环和交联，并包含式(1)中的结构单元-SiO3/2。在稍后所述的实施例中能够类似地鉴别评价3的结果。
[2]充电辊的生产 
<表面层形成用涂料1-1至1-7的制备>
用乙醇和2-丁醇(乙醇：2-丁醇=1:1(质量比))的混合溶液稀释涂布液1。由此，制备固成分的浓度为1.0质量%、0.1质量%、0.2质量%、0.5质量%、3.5质量%、4.0质量%和5.0质量%的表面层形成用涂料1-1至1-7。
<弹性辊的制作>
[表3]
将上表3所示的组分在6L加压捏合机(由TOSHIN CO.,LTD.制造的TD6-15MDX)中以70体积%的填充率和30rpm的叶片速度混合24分钟。由此，获得未硫化橡胶组合物。将4.5份作为硫 化促进剂的二硫化四苄基秋兰姆(商品名：Sanceler TBzTD，由SANSHIN CHEMICAL INDUSTRY CO.,LTD.制造)和1.2份作为硫化剂的硫磺添加到174质量份未硫化的橡胶组合物。然后，用各自具有辊直径为12英寸的开炼机以前辊速度为8rpm、后辊速度为10rpm和2mm辊间隙双向切割混合物总计二十次。之后，以0.5mm辊间隙使所得物进行薄通(tight milling)十次。由此，获得弹性层用捏合产物I。
接下来，准备直径为6mm和长度为252mm的钢制圆柱形支承体(具有镀镍表面)。然后，将包含金属和橡胶的热固性粘合剂(商品名：METALOC U-20，由TOYO KAGAKU KENKYUSHO CO.,LTD.制造)涂布到相对于支承体圆柱表面的轴向中央两端各自延伸达115.5mm的区域(轴向上的总宽度为231mm的区域)。将所得物在80℃温度下干燥30分钟，然后在120℃温度下干燥另外一小时。同时，通过用十字头挤出成型将捏合产品I围绕具有粘合剂层的芯轴共轴地挤出为具有8.75至8.90mm外径的圆筒状，然后切断其端部。因此，生产其中将未硫化的弹性层层压于芯轴外周上的弹性辊1。使用圆筒直径为70mm(Φ70)和L/D之比为20的挤出机作为挤出机。关于挤出时的温度调节，将所述头的温度设定至90℃，圆筒的温度设定至90℃和螺杆的温度设定至90℃。
接下来，用具有设定至不同温度的两个区域的连续加热炉硫化所述辊1。使所述辊在30分钟内通过温度被设定至80℃的第一区域，然后在30分钟内通过温度被设定至160℃的第二区域。由此，获得硫化的弹性辊2。
接下来，切断表面研磨前弹性辊2的弹性层部分(橡胶部分)的两端，以使弹性层部分具有232mm的轴向宽度。之后，用旋转磨石研磨弹性层部分的表面(工件的转数：333rpm，磨石的转 数：2,080rpm，研磨时间：12秒)。由此，获得弹性辊3(表面研磨后的弹性辊)。弹性辊3为各端部直径为8.26mm和中央部直径为8.50mm的冠状，并且其表面具有5.5μm的十点平均粗糙度(Rz)、18μm的振摆和73°的硬度(Asker C)。
根据JIS B0601(1994)来测量十点平均粗糙度(Rz)。用由Mitutoyo Corporation制造的高精度激光测量机LSM-430v来测量振摆。具体地，用测量机测量外径，然后将最大外径和最小外径之差定义为外径差振摆。在五个点处进行测量，然后将五个点处的外径差振摆的平均值定义为被测物的振摆。在温度为25℃和相对湿度为55%RH的环境下，并在通过使Asker C型硬度计(由Kobunshi Keiki Co.，Ltd.)的压头尖(indenter point)与测量物的表面抵接1,000g负荷的条件下，测量Asker C硬度。
<表面层的形成>
通过环涂布(排出量：0.120ml/s，环部分相对于各弹性辊的移动速度：85mm/s，总排出量：0.130ml)将各表面层形成用涂料1-1至1-7涂布到七个弹性辊3的弹性层的外周面。接下来，用波长为254nm的紫外线照射各表面层用涂料的涂膜以使累积光量为9,000mJ/cm2。由此，固化涂膜，结果，形成表面层。由此，获得充电辊1-1至1-7。
应当指出，使用低压汞灯(由HARISON TOSHIBA LIGHTING Corporation制造)来施加紫外线。将所得充电辊1-1至1-7进行以下评价。
[评价4]
目视观察充电辊1-1至1-7表面的外观，然后通过以下标准来评价表面的涂布性。表10示出结果。
A：充电辊的表面完全没有任何涂布不良。
B：在充电辊的部分表面上发生涂布不良。
C：在充电辊表面的整个区域中发生涂布不良。
[评价5]
测量充电辊1-1至1-7的表面层的厚度。用扫描透射电子显微镜(STEM，产品名：HD-2000，由Hitachi High-Technologies Corporation制造)进行各所得充电辊的截面的测量。表10示出结果。
[评价6]
将充电辊1-1至1-7各自并入用于一体化地支持充电辊与感光构件的处理盒。此时，将施加到充电辊的总负荷设定至1kg。之后，将处理盒在高温高湿(温度：40℃，湿度：95%RH)下静置30天。接下来，将处理盒在常温常湿(温度：25℃，湿度：50%RH)下静置72小时。将处理盒安装到能够沿纵向输出A4大小纸的激光束打印机(商品名：Color LaserJet4700Printer，由Hewlett-Packard Company制造)，然后输出黑色实心图像作为电子照相图像。
应当指出，激光束打印机的显影模式为反转显影模式，并且激光束打印机以164mm/s的速度输出转印材料，并具有600dpi的图像分辨率。另外，感光构件为在支承体上具有19.0μm厚度的有机感光层的有机电子照相感光构件。此处，有机感光层为通过从支承体侧层压电荷产生层和包含改性聚碳酸酯(粘结剂树脂)的电荷输送层获得的层压型感光层。因此，电荷输送层充当电子照相感光构件的表面层。
另外，用于激光束打印机的调色剂为所谓的聚合调色剂，并具有63℃的玻璃化转变温度和6μm的体积平均粒径。聚合调色剂包含调色剂颗粒，所述调色剂颗粒是通过将二氧化硅细颗粒和氧化钛细颗粒外部添加到通过在水性介质中使包含蜡、电荷控制剂、染料、苯乙烯、丙烯酸丁酯和酯单体的可聚合单体 体系进行悬浮聚合获得的颗粒中而获得的。
通过下表4所示的标准，评价所得电子照相图像中是否出现由于充电辊与感光构件的抵接痕迹引起的水平条纹以及当出现条纹时所述条纹的浓度和长度。表4中所示的标准基于当以A4纵向纸上具有约1mm宽度的条纹为对象时的横向条纹的长度。
[表4]
评价等级 标准
5 在图像上观察到没有条纹。
4.5 在图像上几乎观察不到条纹。
4 在图像的端部可略微观察到条纹，并且长度为约4至5mm。
3.5 在图像的端部可观察到条纹，并且长度为5mm以上和小于15mm。
3 在图像的端部可观察到条纹，并且长度为15mm以上和小于30mm。
2 在图像上可观察到条纹，并且长度为30mm以上和小于70mm。
1 可观察到条纹，并且长度为70mm以上。
[实施例2至19]
<缩合物2至19的制备>
除了如表5所示改变所使用的原料及其量以外，以与缩合物中间体1相同的方式制备缩合物中间体2至11。应当指出表6示出由表5中的原料的缩写表示的化合物种类。
[表5]
[表6]
接下来，除了如下表7所示改变缩合物中间体2至11的种类和量以及可水解钽化合物的种类和量以外，以与缩合物1相同的方式制备缩合物2至19。应当指出上表6也示出由表7中的可水解钽化合物(Ta-1至Ta-3)的缩写表示的化合物种类。
[表7]
将所得缩合物2至19进行与缩合物1中相同的评价[1]。
<涂布液2至19的制备>
除了使用缩合物2至19以外，以与涂布液1相同的方式制备涂布液2至19。然后，将各涂布液进行评价[2]和[3]。
<充电辊2和3的生产>
用涂布液2和3以与实施例1相同的方式制备表面层形成用涂料2-1至2-5和3-1至3-5。应当指出，采用五个固成分浓度，即，0.1质量%、0.2质量%、1.0质量%、4.0质量%和5.0质量%。用这些涂料以与实施例1相同的方式生产充电辊2-1至2-5和3-1至3-5，然后进行评价[4]至[6]。
<充电辊4至7的生产>
用涂布液4至7以与实施例1相同的方式制备表面层形成用涂料4-1至4-3和7-1至7-3。应当指出，采用三个固成分浓度，即， 0.5质量%、1.0质量%和3.5质量%。用这些涂料以与实施例1相同的方式生产充电辊4-1至4-3、5-1至5-3、6-1至6-3和7-1至7-3，然后进行评价[4]至[6]。
<充电辊8至19的生产>
用涂布液8至19以与实施例1相同的方式制备表面层形成用涂料8至19。应当指出采用1.0质量%的固成分浓度。用这些涂料以与实施例1相同的方式生产充电辊8至19，然后进行评价[4]至[6]。
[比较例1和2]
<比较用缩合物20的制备>
除了采用下表8中所示的组成以外，以与缩合物1相同的方式制备比较用缩合物20。将比较用缩合物进行评价[1]。
<比较用涂布液20的制备>
除了使用比较用缩合物20以外，以与涂布液1相同的方式制备比较用涂布液20。将比较用涂布液进行评价[2]和[3]。
<比较用缩合物21的制备>
如下表8所示，不使用可水解硅烷化合物，并混合可水解钽化合物、水和乙醇。在室温下搅拌混合物3小时。由此，获得比较用缩合物21。将比较用缩合物进行评价[1]。
<比较用涂布液21的制备>
除了使用比较用缩合物21并且不添加光阳离子聚合引发剂以外，以与涂布液1相同的方式制备比较用涂布液21。将比较用涂布液进行评价[2]和[3]。应当指出，在比较用涂布液21的评价[2]和[3]时，不使用紫外线来固化比较用涂布液21的涂膜，而是通过在250℃的温度下加热涂膜1小时来进行固化。
[表8]
<充电辊20和21的生产>
除了将实施例1的表面层形成用涂料1变为比较用涂布液20或21以外，以与实施例1相同的方式各生产充电辊20和21。然后，将充电辊进行评价[4]至[6]。
下表9至11示出缩合物1至19和比较用缩合物20和21；涂布液1至19和比较用涂布液20和21；以及充电辊1至21的评价[1]至[6]的结果。
[表9]
[表10]
[表11]
附图标记说明 
1  电子照相感光构件
2  轴
3  充电构件
4  曝光光
5  显影单元
6  转印单元
7   清洁单元
8   定影单元
9   处理盒
10  引导单元
P   转印材料
101 芯轴(基体)
102 弹性层
103 表面层
本申请要求2010年9月27日提交的日本专利申请第2010-215809号的优先权，通过参考包含其内容作为本申请的一部分。

Claims (7)

1.一种充电构件，其包括：
基体；
弹性层；和
表面层，其特征在于
所述表面层包含具有Si-O-Ta键并具有由下述结构式(1)表示的结构单元和由下述结构式(2)表示的结构单元的高分子化合物：
TaO5/2     (2)
结构式(1)中，R1和和R2各自独立地表示结构式(3)至(6)中的任意一种：
结构式(3)至(6)中，R3至R7、R10至R14、R19、R20、R25和R26各自独立地表示氢、具有1至4个碳原子的烷基、羟基、羧基或氨基；R8、R9、R15至R18、R23、R24和R29至R32各自独立地表示氢或具有1至4个碳原子的烷基；R21、R22、R27和R28各自独立地表示氢、氧、具有1至4个碳原子的烷氧基或具有1至4个碳原子的烷基；n、m、l、q、s和t各自独立地表示1至8的整数；p和r各自独立地表示4至12的整数；x和y各自独立地表示0或1，符号“*”表示与结构式(1)中的硅原子的键合位置，和符号“**”表示与结构式(1)中的氧原子的键合位置。
2.根据权利要求1所述的充电构件，其中结构式(1)中的R1和R2各自独立地表示选自由下述结构式(7)至(10)组成的组的任意一种：
结构式(7)至(10)中，N、M、L、Q、S和T各自独立地表示1至8的整数；x'和y'各自独立地表示0或1；符号“﹡”表示与结构式(1)中的硅原子的键合位置，和符号“**”表示与结构式(1)中的氧原子的键合位置。
3.根据权利要求1所述的充电构件，其中所述高分子化合物中钽原子和硅原子的原子数比(Ta/Si)为0.1至5.0。
4.根据权利要求1所述的充电构件，其中所述高分子化合物包含由下述结构式(11)表示的可水解硅烷化合物和由下述结构式(12)表示的可水解钽化合物的水解缩合物的交联产物：
R33-Si(OR34)(OR35)(OR36)       (11)
Ta(OR37)(OR38)(OR39)(OR40)(OR41)        (12)
结构式(11)中，R33表示下述结构式(13)至(16)的任意一种，R34至R36各自独立地表示具有1至4个碳原子的烷基，和结构式(12)中，R37至R41各自独立地表示具有1至9个碳原子的烷基：
结构式(13)至(16)中，R42至R44、R47至R49、R54、R55、R60和R61各自独立地表示氢、具有1至4个碳原子的烷基、羟基、羰基、羧基、氯羰基或氨基；R45、R46、R50至R53、R58、R59和R64至R67各自独立地表示氢或具有1至4个碳原子的烷基；R56、R57、R62和R63各自独立地表示氢、具有1至4个碳原子的烷氧基或具有1至4个碳原子的烷基；n'、m'、l'、q'、s'和t'各自独立地表示1至8的整数；p'和r'各自独立地表示4至12的整数；符号“*”表示与结构式(11)中的硅原子的键合位置。
5.根据权利要求4所述的充电构件，其中所述高分子化合物包含由所述结构式(11)表示的可水解硅烷化合物、由所述结构式(12)表示的可水解钽化合物和由结构式(17)表示的可水解硅烷化合物的水解缩合物的交联产物：
R68-Si(OR69)(OR70)(OR71)        (17)
结构式(17)中，R68表示具有1至21个碳原子的烷基或苯基，和R69至R71各自独立地表示具有1至6个碳原子的烷基。
6.一种处理盒，其包括：
根据权利要求1至5任一项所述的充电构件；和
与所述充电构件抵接配置的电子照相感光构件，其中
所述处理盒可拆卸地安装到电子照相设备的主体。
7.一种电子照相设备，其包括：
根据权利要求1至5任一项所述的充电构件；和
与所述充电构件抵接配置的电子照相感光构件。
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