CN103733140B - 充电构件和电子照相设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有低压缩永久变形并且可抑制图像缺陷的产生的充电构件。将包括未硫化的丁腈橡胶和N,N’-亚甲基双(1,4-亚苯基)二马来酰亚胺的未硫化的橡胶组合物的层硫化。

Description

充电构件和电子照相设备

技术领域

本发明涉及充电构件和电子照相设备。

背景技术

近几年，如复印机或光学打印机等电子照相设备中，作为使感光体或介电体等充电的充电方法，已经采用接触充电法(direct charging method)。接触充电法为通过电压施加使构件(充电构件)与鼓状电子照相感光体的表面接近设置或接触以使其表面带电的充电方法。通常，操作中，由导电性支承体和在其上设置的导电性弹性层形成的橡胶辊型充电构件(以下称为“充电辊”)在旋转的同时压向感光体。

此类充电辊中，为了使感光体均匀带电，需要确保沿辊轴方向的辊与感光体的均匀接触。然而，当充电辊长时间对感光体压接时，在有些情况下在充电辊的一部分产生不容易恢复的变形，即压缩永久变形(以下也简称为“C永久变形”)。

当将产生C永久变形的充电辊用于接触充电，并且产生压缩永久变形的部分通过与感光体鼓形成的辊隙部时，使在充电辊的表面与感光体鼓的表面之间的间隙中产生的放电不稳定。结果，在感光体鼓上产生带电不均匀，并且在一些情况下在电子照相图像中产生如条纹等缺陷。

专利文献1公开了通过将氟系嵌段共聚物或硅酮系嵌段共聚物的添加剂添加至粘结剂，在弹性层的表面形成具有高硬度的低摩擦表面层的方法。

[引文列表]

[专利文献]

[专利文献1]

日本专利特开2000-267394

发明内容

发明要解决的问题

然而，通过专利文献1中公开的方法，伴随着近几年电子照相技术在处理速度和图像质量的精细化的改进，即使充电构件中产生非常低的C永久变形，在一些情况下也不能防止通过上述C永久变形引起的电子照相图像中横条纹缺陷的产生。在下文中，具有由C永久变形引起的条纹缺陷的电子照相图像也称作“C永久变形图像”。

因此，本发明提供可更可靠地抑制C永久变形图像的产生的充电构件。

另外，本发明还提供可稳定形成高质量电子照相图像的电子照相设备。

用于解决问题的方案

根据本发明，可提供具有通过将包含未硫化的丁腈橡胶和N,N'-亚甲基双(1,4-亚苯基)二马来酰亚胺的未硫化的橡胶组合物的层硫化形成的导电性弹性层的充电构件。

另外，根据本发明，可提供包括如上所述的充电构件和电子照相感光体的电子照相设备。

发明的效果

根据本发明，获得即使长时间使用也具有低压缩永久变形并且可用于稳定地形成高质量电子照相图像的充电构件。

附图说明

[图1]图1为根据本发明的充电辊的截面图。

[图2]图2为示出电子束照射装置的图。

[图3]图3为示出使用根据本发明的充电构件的电子照相设备的结构图。

具体实施方式

在下文中，将参考图1描述根据本发明的充电辊。充电辊1由芯金属11和绕其外周设置的弹性层12形成，并且如果需要可具有绕弹性层12的外周的表面层13。

弹性层

弹性层12包括硫化橡胶。硫化橡胶通过将包含未硫化的丁腈橡胶和由以下结构式(1)表示的N,N’-亚甲基双(1,4-亚苯基)二马来酰亚胺的组合物硫化而形成。

[化学式1]

结构式(1)

通常，将来自感光体的压力最大地施加至充电辊的表面。因此，认为为了抑制压缩永久变形，表面层的交联密度的提高是有效的。然而，在形成表面层的过程中，认为由于粘结剂聚合物的交联和通过交联时生成的热等引起的其分子解离竞争地发生，表面层的交联密度在一些情况下不能充分提高。

另一方面，本发明中，还认为当使得通过表面附近的分子解离生成的聚合物自由基与由上述结构式(1)表示的化合物的双键反应从而使得生成的聚合物自由基再交联时，可抑制由通过加热导致的粘结剂聚合物的分子解离引起的分子量的降低。即，根据本发明的表面层，除了通过通常的硫磺硫化形成的交联结构以外，还具有通过上述马来酰亚胺化合物形成的粘结剂聚合物分子链之间的交联结构，因此，表面层的交联结构高度发达。结果，根据本 发明的充电构件可进一步降低压缩永久变形和由其引起的图像缺陷的产生。

本发明中，如果需要，组合物可包含除丁腈橡胶外的至少一种其它聚合物。作为包含的其它聚合物的量的指导，当将总的聚合物的量设定为100质量份时，丁腈橡胶与其它聚合物的质量比优选设定在100:0-40:60的范围内。作为其它聚合物的具体实例，例如，可提及天然橡胶(NR)、异戊二烯橡胶(IR)、丁二烯橡胶(BR)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、丁基橡胶(IIR)、表氯醇均聚物(CHC)、氯丁橡胶(CR)和丙烯酰基橡胶(acryl rubber)(ACM或ANM)。

本发明中，如果需要，组合物包含作为导电性颗粒的电子导电性填料。作为电子导电性填料的具体实例，例如，可提及炭黑。可调整要包含的炭黑的量以使得弹性层的电阻具有期望的值。作为要包含的炭黑的量的指导，相对于总计100质量份的聚合物，使用其30-70质量份。要包含的炭黑的类型没有特别地限定。作为炭黑的具体实例，例如，可提及天然气炉黑、油料炉黑、热裂法炭黑、灯黑、乙炔黑和科琴黑。

此外，如果需要，例如，可将通常用作橡胶的配合剂的填料、加工助剂、交联助剂、交联促进剂、交联促进助剂、交联延迟剂、软化剂、增塑剂和/或分散剂添加至组合物。作为混合这些原料的方法，例如，可提及使用如班伯里密炼机或加压捏合机等密闭型混合机的混合方法，和使用如开炼辊机等开放型混合机的混合方法。

弹性层例如可通过以下方法形成。

通过在导电性支承体(芯金属)上层压上述橡胶组合物将未硫化的橡胶辊成型。作为将橡胶辊成型的方法，可提及将弹性层橡胶组合物通过挤出而成型为管，并且将芯金属插入管中的方法。另外，还可提及将未硫化的橡胶组合物通过安装有十字头的挤出机与设置在中心的芯金属共挤出成圆筒状以获得具有期望外径的成型体的方法。此外，还可提及另一方法，其中将未硫化的橡胶组合物通过注塑机注入具有期望外径的模具以获得成型体。上述提 及的这些方法中，最优选使用安装有十字头的挤出机的挤出成型法，这是由于连续生产可容易进行、步骤数少并且适合进行低成本生产。

然后，将成型的未硫化的橡胶辊硫化以形成硫化橡胶辊。通过热处理进行硫化，并且作为热处理方法，例如，可提及使用齿轮炉(gear oven)的热风炉加热、通过远红外线的过热硫化和使用硫化罐的水蒸汽加热等。以上提及的这些方法中，优选热风炉加热和远红外线过热，这是由于其可进行连续生产。

其后，硫化橡胶辊的表面可通过研磨处理进一步处理。作为研磨辊的表面的方法，例如，可提及通过沿其推力方向移动磨石或辊来研磨辊的表面的横向研磨法。另外，还可提及在辊绕芯金属轴旋转的同时，将具有宽度长于辊的长度的磨石切入辊中而不使磨石往复运动的切入式研磨法。更优选切入式圆筒形研磨法，这是由于可一次研磨弹性辊的整个宽度，并且与横向圆筒形研磨法相比加工时间可缩短。

另外，在使用配备有十字头的挤出机的挤出成型法中，当由芯金属供给装置供给的芯金属的供给速度连续地变化时，可形成具有冠形状的辊。即，芯金属的前端通过模具出口并且直到芯金属的中央部通过模具出口后供给速度降低，并且芯金属的中央部通过模具出口并且直到芯金属的后端通过模具出口后供给速度增加。通过芯金属供给速度的该调整，形成具有沿径向辊的中央部的直径大于辊各末端的直径的冠形状的弹性层。

为了抑制如调色剂和纸粉等污物附着到充电构件的表面，弹性层的表面可通过进行紫外线照射或电子束照射等改性，或可形成表面层以覆盖弹性层的周面。

电子束照射装置

图2为电子束照射装置的示意图。

本发明中使用的电子束照射装置在辊旋转的同时采用电子束照射辊的 表面，并且具有如图2中所示的电子束产生部21、照射室22和照射口23。

电子束产生部21具有产生电子束的端子24和在真空空间(加速空间)中使由端子24产生的电子束加速的加速管25。另外，为了防止电子通过与气体分子碰撞失去其能量，电子束产生部的内部例如通过真空泵(未示出)保持在10^-3-10^-6Pa的压力范围内的真空状态。当通过由电源(未示出)使电流通过丝极26进行加热时，丝极26发出热电子，并且在由此发出的热电子中，有效地取出通过端子24的热电子作为电子束。另外，通过在加速管25内的加速空间中电子束的加速电压加速后，电子束通过照射口箔27并且照射位于照射口23下方的照射室22内输送的橡胶辊28。

当用电子束照射橡胶辊28时，照射室22的内部设置为氮气气氛。另外，橡胶辊28在通过辊旋转构件29旋转的同时，通过输送单元从图2中所示的照射室的左侧输送至右侧。另外，沿电子束产生部21和照射室22的外周设置铅屏蔽(未示出)以防止电子束照射时二次产生的x射线漏出外部。

照射口箔27由金属箔形成并且功能为分离电子束产生部内的真空气氛与照射室内的空气气氛，以及通过照射口箔27将电子束取出至照射室。因此，设置在电子束产生部21与照射室22之间的边界的照射口箔27优选不具有针孔和优选具有充分保持电子束产生部内的真空气氛的机械强度并优选使电子束容易穿过。因此，照射口箔27优选具有低比重并且由薄金属形成，通常，使用铝或钛箔。

通过电子束的效果处理条件由电子束的加速电压和曝光剂量来决定。加速电压对硬化处理的深度具有影响，并且作为本发明中加速电压的指导，低能区如在40-300kV的范围内是优选的，特别地，更优选80-150kV的范围。当加速电压设置在上述范围内时，可在不增加电子束照射装置的大小的情况下抑制为低的装置成本，另外，可获得充分的硬化处理的深度以获得本发明的效果。电子束照射中的电子束的曝光剂量通过下式(1)定义。

[式1]

D＝(K·I)/V...(1)

上式中，D表示曝光剂量(kGy)，K表示装置常数，I表示电子电流(mA)，以及V表示处理速度(m/min)。装置常数K为表示各装置的效率的常数并且为装置性能的指标。当在预定加速电压下通过改变电子电流和处理速度测量曝光剂量时，可获得装置常数K。电子束的曝光剂量的测量可以以下方式进行：将曝光剂量测量用的膜粘贴在辊的表面，然后通过电子束照射装置进行实际处理，最后通过膜剂量计(film dose meter)测量。本发明中，用于曝光剂量测量的膜为“FWT-60U”(商品名，由Far West Technology制造)，并且膜剂量计为“FWT-92D型”(商品名，由Far West Technology制造)。

除充电辊的弹性层以外，根据本发明的导电性橡胶弹性层还可用作例如显影构件、转印构件、除电构件和如进纸辊等的输送构件的弹性层。

电子照相设备

图3为示出包括根据本发明的充电构件的电子照相设备的截面图。电子照相感光体31为包括具有导电性的铝等的导电性支承体31b和在导电性支承体31b上形成的感光层31a作为基本结构层的鼓状电子照相感光体。电子照相感光体31绕轴31c沿图中示出的顺时针方向以预定圆周速度旋转驱动。

根据本发明的充电辊1通过设置在芯金属11的两端的按压单元(未示出)压向电子照相感光体31。另外，当电子照相感光体31通过驱动单元(未示出)旋转时，充电辊1随电子照相感光体31的旋转而从动旋转。当将预定直流(DC)偏压通过电源33通过摩擦电源33a施加至芯金属时，使电子照相感光体31带电以具有预定的极性和预定的电位。

然后使用曝光单元34使通过充电辊1而带电的电子照相感光体31的周面进行目标图像信息的曝光(激光束扫描曝光、原稿图像的狭缝曝光等)，并且在周面上形成对应于目标图像信息的静电潜像。

静电潜像通过显影构件35顺次可视化为调色剂图像。然后将该调色剂图像通过转印辊36顺次转印至与电子照相感光体31的旋转同步地在适当的时刻从进纸单元(未示出)输送至位于电子照相感光体31和转印辊36之间的转印部的转印构件37。

将其表面上接收调色剂图像的转印的转印构件37与电子照相感光体31分离，然后输送至用于图像定影的定影单元(未示出)，并且最后作为图像形成物输出。可选地，当图像也在转印构件的背面形成时，转印构件输送至转印部的再输送单元。图像转印后，从电子照相感光体31的周面，通过使用预曝光单元38的预曝光除去电子照相感光体鼓上残留的电荷(除电)。对于该预曝光单元38，可使用公知的单元，例如优选提及LED芯片阵列、熔丝灯、卤素灯和荧光灯。

由此除电的电子照相感光体31的周面通过除去如上述表面上残留的调色剂等附着的污染物的清洁构件39清洁，因此电子照相感光体31重复用于图像形成。

充电辊1可随表面移动而驱动的电子照相感光体31从动驱动，可不旋转，或可以沿电子照相感光体31的表面移动方向的顺方向或其反方向以预定圆周速度积极地旋转驱动。

另外，当电子照相设备用作复印机时，曝光以以下的方式进行：通过使用来自原稿的反射光或通过原稿的透射光，将原稿转换成读取的信号，并且基于该信号，例如扫描激光束或驱动LED阵列。作为可使用根据本发明的导电性橡胶弹性体的电子照相设备，例如，可提及复印机、激光束打印机、LED打印机，以及如电子照相制版系统等的电子照相应用装置。

实施例

在下文中，将参考以下实施例详细描述本发明。实施例中，除非另有特别说明，“份”表示“质量份”，并且除非另有特别指定，将高纯度的商购可 得的物质用作试剂等。

实施例1

弹性层用橡胶材料的制备

将表1中列出的材料在6-升加压捏合机(商品名：TD6-15MDX，由Toshin Co.,Ltd.制造)中以70体积%的填充率并且以30rpm的叶片转速一起混合12分钟，从而获得A-捏合橡胶组合物。

[表1]

表1

将表2中列出的材料与159质量份A-捏合橡胶组合物使用各自具有12英寸的直径的开炼辊，以8rpm的前辊旋转速度和10rpm的后辊旋转速度、具有2mm的辊隙混合20分钟，从而获得弹性层用未硫化的橡胶组合物。

[表2]

表2

充电辊的形成 

将导电性硫化粘合剂(METALOC U-20，由Toyokagaku Kenkyusho Co.,Ltd.制造)施涂于沿轴方向具有228mm长度的中央部的圆柱状导电性支承体的圆柱面，然后在80摄氏度下干燥30分钟，并且上述圆柱状导电性支承体(由钢形成并且在其表面镀有镍)具有6mm的直径和252mm的长度。然后，将如上所述获得的未硫化的橡胶组合物通过使用十字头的挤出成型与设置在其中心的导电性支承体一起同轴挤出成圆筒状，从而形成沿导电性支承体的外周涂布未硫化的橡胶组合物的未硫化的橡胶辊。作为挤出机，使用气缸直径为45mm和L/D为20的挤出机，并且进行挤出时的温度控制以使得头温度、气缸温度和螺杆温度各自设定为90摄氏度。将由此成型的未硫化的橡胶辊在两端切断以使得其弹性层部分沿轴方向具有228mm的宽度，使用电炉在160摄氏度的温度下进行热处理40分钟，从而获得硫化橡胶辊。

将由此获得的硫化橡胶辊的表面通过切入式研磨法的研磨机研磨，从而获得具有端部直径为8.35mm和中央部直径为8.5mm冠状弹性层的橡胶辊。通过采用紫外线照射由此获得的橡胶辊的表面进行表面改性处理。进行表面处理以使得具有254nm波长的紫外线的累积光量为8,500mJ/cm²，并且使用由Harison Toshiba Lighting Corporation制造的低压汞灯进行紫外线的照射。如上所述形成充电辊1。

MD-1硬度的测量 

对于充电辊1的表面硬度的测量，使用显微硬度计(商品名：MD-1，由Kobunshi Keiki Co.,Ltd.制造)，并且以峰值保持模式在23摄氏度的温度和55%RH的相对湿度下测量。

更具体地，将充电构件放置在金属板上并且通过简单地放置金属块固定以免滚走后，沿与金属板垂直的方向在充电构件的中心精确地按压测量终端，并且读取经过5秒后的值。在充电构件的中央部及其距各橡胶端部 30-40mm的各两端沿圆周方向在3个位置进行测量，从而测量9个位置。由此获得的测量值的平均值视为弹性层的硬度，并且其结果显示在表6-1中。

通用硬度的测量

充电辊1的表面硬度使用通用硬度计(商品名：超微硬度计H-100V，由Fischer Corp.制造)来测量。作为测量用的压头，使用四角锥型金刚石。压入速度通过下式(2)求得。

dF/dt=1000mN/240s      (2)

(F表示力，和t表示时间)

压头的0-10微米的压入深度的最大硬度视为充电辊1的表面硬度。另外，100微米的压入深度的硬度视为弹性层内部的硬度。

导电性弹性层的溶胀度

导电性弹性层的溶胀度通过以下方法来测量。结果显示在表6-1中。作为测量方法，根据JIS K6258，在室温23摄氏度下将导电性弹性层在甲苯中浸渍24小时，并且从浸渍前弹性层的体积和其浸渍后的体积，通过下式(3)计算溶胀度。

通过将导电性弹性层的橡胶部分切割成具有20mm的长度和2mm的厚度的圆弧形状来形成样品。

溶胀度(%)=100*((浸渍后的体积)/(浸渍前的体积)-1)     (3)

图像评价

将充电辊1安装至处理盒(在施加至辊的两端的5N的载荷下与具有30mm的直径的感光体压接)，并且该处理盒在40摄氏度的温度和95%的相对湿度下静置30天。其后，将该处理盒安装至电子照相设备(商品名：LBP5050，由CANON KABUSHIKI KAISHA制造)，并且输出半色调图像(沿垂直于感光体的旋转方向的方向以2点间隔画单点宽度的横线的图像)。另外，目视观察由此获得的半色调图像，并且基于表3中示出的标准进行其评价。

[表3]

表3

评价等级	评价标准
		A	没有观察到由C永久变形引起的条纹
B	观察到由C永久变形引起的轻微的条纹
		C	观察到由C永久变形引起的稀疏的条纹
D	观察到由C永久变形引起的清晰的条纹
		E	观察到由C永久变形引起的密集的条纹

应变量的测量 

从用于上述图像评价的处理盒中取出充电辊1，测量在与电子照相感光体的压接部位产生的充电辊的C永久变形的量。在该测量中，将C永久变形的量定义为从压接部位与非压接部位之间的外形差获得的应变量。在该实施例中，对于该测量，使用激光形状测量装置(商品名：LS-5500，由KEYENCE Corporation制造)。

实施例2

除了将丁腈橡胶改变为N250SL(丙烯腈的含量：20%，由JSR Corp.制造)外，以与实施例1相同的方式制备弹性层用橡胶材料，并且由获得的未硫化的橡胶，以与实施例1相同的方式形成充电辊2。

实施例3

除了将丁腈橡胶改变为表4中示出的橡胶混合物外，以与实施例1相同的方式制备弹性层用橡胶材料，并且由获得的未硫化的橡胶，以与实施例1相同的方式形成充电辊3。

[表4]

表4

实施例4

除了将丁腈橡胶改变为表5中示出的橡胶混合物外，以与实施例1相同的方式制备弹性层用橡胶材料，并且由获得的未硫化的橡胶，以与实施例1相同的方式形成充电辊4。

[表5]

表5

实施例5

除了将N,N’-亚甲基双(1,4-亚苯基)二马来酰亚胺的量改变为相对于100质量份丁腈橡胶为5质量份外，以与实施例1相同的方式制备弹性层用橡胶材料，并且由获得的未硫化的橡胶，以与实施例1相同的方式形成充电辊5。

实施例6

除了将研磨后的充电辊的紫外线照射改变为其电子束照射外，以与实施例1相同的方式制备弹性层用橡胶材料，并且由获得的未硫化的橡胶，以与实施例1相同的方式形成充电辊6。对于电子束照射，使用具有150kV的最大加速电压和40mA的最大电子电流的电子束照射装置(由Iwasaki Electric Co.,Ltd.制造)，并且在电子束照射时，进行氮气吹扫。作为处理条件，加速电压设定为150kV，电子电流设定为2.5mA，处理速度设定为1m/min，氧浓度设定为100ppm，以及装置常数K设定为40。如上所述，获得充电辊6。

实施例7

除了在与实施例6相同的条件下将研磨后的充电辊用电子束照射外，以与实施例3相同的方式获得充电辊7。

实施例8

除了在与实施例6相同的条件下将研磨后的充电辊用电子束照射外，以与实施例4相同的方式获得充电辊8。

实施例9

除了将研磨后的充电辊的紫外线照射改变为其热风炉加热外，以与实施例1相同的方式获得充电辊9。热风炉加热在210摄氏度的温度下进行15分钟。

实施例10

除了当未硫化的橡胶组合物通过使用十字头的挤出而成型时，调整芯金属供给速度以形成具有端部直径为8.4mm并且中央直径为8.5mm的冠状弹性层的未硫化的橡胶辊，并且未进行研磨外，以与实施例1相同的方式获得充电辊10。

实施例11

除了不进行紫外线照射外，以与实施例10相同的方式获得充电辊11。

比较例1

除了不添加N,N’-亚甲基双(1,4-亚苯基)二马来酰亚胺外，以与实施例1相同的方式获得充电辊12。

比较例2

除了不添加N,N’-亚甲基双(1,4-亚苯基)二马来酰亚胺外，以与实施例6相同的方式获得充电辊13。

比较例3

除了不添加N,N’-亚甲基双(1,4-亚苯基)二马来酰亚胺外，以与实施例9相同的方式获得充电辊14。

表6-1和6-2中示出实施例1-11和比较例1-3的评价结果。

[表6-1]

[表6-2]

表6-2

从表6-1和6-2明显发现，比较例1-3中，在甲苯中的溶胀度高，压缩永久变形的量高，充电辊的表面的硬度低，并且C永久变形图像低劣。

由于实施例1-11在本发明的范围内，在甲苯中的溶胀度低，压缩永久变形的量低，并且各实施例的C永久变形图像排在等级C以上；因此，获得无实用问题的优良图像。

尽管已经参考示例性实施方案描述了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性实施方案。以下权利要求的范围应符合于最宽的解释，以涵盖所有的改进和等同的结构与功能。

本申请要求2011年8月12日提交的日本专利申请2011-176754的利益，通过将其整体并入于此以作参考。

附图标记说明

1  充电辊

11 芯金属

12 弹性层

13 表面层

Claims (4)

1.一种充电构件，其包括：导电性弹性层，其中

所述弹性层通过将未硫化的橡胶组合物的层硫化而形成，其特征在于，所述未硫化的橡胶组合物包含：

未硫化的丁腈橡胶和N,N’-亚甲基双(1,4-亚苯基)二马来酰亚胺。

2.根据权利要求1所述的充电构件，其中：通过进一步用电子束照射所述橡胶组合物的层的表面形成所述弹性层。

3.根据权利要求1所述的充电构件，其中：所述弹性层进一步包含电子导电性填料。

4.一种电子照相设备，其包括电子照相感光体，其特征在于，所述电子照相设备还包括根据权利要求1-3任一项所述的充电构件。