CN104011601A - 充电构件、其制造方法和电子照相设备 - Google Patents

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Abstract

提供一种充电构件，其具有能够在感光构件之间形成充分的辊隙宽度的足够的柔软性，同时不易于产生感光构件的清洁不良。所述充电构件包括：导电性支承体和弹性表面层。所述弹性层在表面上具有通过施加电子束而固化的区域。所述区域支承在弹性层表面上处于露出状态的球形聚乙烯颗粒，由此使所述表面粗糙化。

Description

充电构件、其制造方法和电子照相设备
技术领域
本发明涉及在电子照相设备等中使用的充电构件、其制造方法和电子照相设备。
背景技术
在电子图像形成设备中，通常用于感光构件等的接触充电的充电构件设置有包含橡胶或热塑性弹性体等的弹性层，以确保其与被充电构件之间的均匀辊隙和防止被充电构件擦伤。然而，调色剂或其外部添加剂易于附着至该弹性层的表面。此外，在弹性层和电子照相感光构件在静止状态下长期彼此保持接触的情况下，弹性层在其保持接触的部分可能发生永久变形(经历永久形变)。对于该现象，如专利文献1公开的，提出将充电构件的弹性层的表面用能量射线如紫外线或电子射线照射而设置表面改性层的充电构件。
引文列表
专利文献
专利文献1：日本专利申请特开H09-160355
发明内容
发明要解决的问题
然而，对根据专利文献1的充电构件进行的研究结果已揭示：此类充电构件可能引起电子照相感光构件上的清洁不良。电子照相感光构件上发生的该清洁不良是指应该用弹性刮板基本上除去的在电子照相感光构件表面上的任何残余调色剂滑过弹性刮板，从而降低通过随后的电子照相图像形成周期形成的电子照相图像品质的现象。
因此，本发明的目的是提供一种充电构件，其能够在具有足以以充分的宽度形成充电构件与电子照相感光构件之间的辊隙的高柔软性的同时不容易引起电子感光构件上的清洁不良，并提供所述充电构件的制造方法。
此外，本发明的另一目的是提供能够长期稳定地形成高品质电子照相图像的电子照相设备，这是因为其可以较少引起任何充电性能随时间的降低。
用于解决问题的方案
根据本发明，提供一种充电构件，其包括导电性支承体和作为表面层的弹性层，其中：在所述弹性层的表面上具有通过用电子射线的照射而固化的固化区域，和所述固化区域以球形聚乙烯颗粒露出所述弹性层的表面的状态支承所述球形聚乙烯颗粒，由此使所述弹性层的表面粗糙化。
根据本发明，还提供充电构件的制造方法，所述充电构件包括导电性支承体和作为表面层的弹性层，在所述弹性层的表面上具有通过用电子射线的照射而固化的固化区域，和所述固化区域以球形聚乙烯颗粒露出所述弹性层的表面的状态支承所述球形聚乙烯颗粒，由此使所述弹性层的表面粗糙化；所述方法包括以下步骤：
(1)在所述导电性支承体上形成包含所述球形聚乙烯颗粒的橡胶层；
(2)研磨所述橡胶层的表面从而使所述球形聚乙烯颗粒的一部分露出所述表面；和
(3)将通过所述步骤(2)中获得的、所述球形聚乙烯颗粒的一部分露出的所述橡胶层的表面用电子射线照射，从而在所述橡胶层的表面形成所述固化区域。
根据本发明，还提供一种电子照相设备，其包括上述充电构件和与所述充电构件接触设置并且可通过所述充电构件静电充电的被充电构件。
发明的效果
根据本发明，可以获得在具有足以以充分宽度形成充电构件与电子照相感光构件之间的辊隙的柔软性的同时防止清洁不良发生的充电构件。
附图说明
图1为示出根据本发明充电辊的结构的实例的模式的截面图。
图2为示出具有充电构件的电子照相设备的结构的实例的示意图。
图3A为示出根据本发明充电构件的表面部分的形态的模式的截面图。
图3B为示出根据本发明充电构件的表面部分的另一形态的模式的截面图。
图4为示出通用硬度的测量结果的实例的图。
图5为示出电子射线照射设备的结构的实例的示意图。
具体实施方式
本发明人对根据专利文献1的充电构件中发生清洁不良的原因进行了许多研究。结果，本发明人推测其机理如下所述。
图2示意性示出具有本发明的充电构件的电子照相设备的结构的实例。附图标记21表示作为被充电构件的电子照相感光构件。电子照相感光构件为鼓状电子照相感光构件，其具有导电性支承体21b和在支承体21b上形成的感光层21a作为基本构成的层。然后，感光构件围绕轴21c沿图中所示的顺时针方向以预定圆周速度旋转驱动。
将作为辊状充电构件的充电辊10配置为能够使电子照相感光构件21静电充电。这里，充电辊10与电子照相感光构件21保持接触。然后，将电子照相感光构件充电至规定的极性和电位(一次充电)。充电辊10由芯轴11和在芯轴11上形成的弹性层12构成，并通过按压装置(未示出)在芯轴11的两端部施加压力下压向电子照相感光构件21，并且随着电子照相感光构件的驱动旋转而从动旋转。
由电源23通过摩擦电极23a向芯轴11施加规定的直流(DC)偏压，由此使电子照相感光构件21静电充电至规定的极性和电位。随后将其周面借助充电辊10静电充电的电子照相感光构件21通过曝光装置24进行目标图像信息的曝光(例如，激光束扫描曝光或原稿图像的狭缝曝光)，由此在其周面上形成对应于目标图像信息的静电潜像。然后，将静电潜像通过显影组件25顺次显影成作为调色剂图像的可视图像。然后，将由此形成的调色剂图像通过转印装置26顺次转印至转印材料27上，所述转印材料27以与电子照相感光构件21的旋转同步的方式在适当时机从给纸装置部(未示出)输送至电子照相感光构件21和转印装置26之间的转印部。图2中示出的转印装置26为转印辊，将其从转印材料27的背面充电至与调色剂极性相反的极性，由此电子照相感光构件21侧上的调色剂图像转印至转印材料27上。将已转印有调色剂图像的转印材料27与电子照相感光构件21分离，然后输送至使调色剂图像定影的定影装置(未示出)，并且将具有定影图像的转印材料作为图像形成物输出。可选择地，当背面上也形成图像时，将具有定影图像的转印材料输送至用于将其再输送至转印部的装置。将已从其转印调色剂的电子照相感光构件21的周面通过预曝光装置(未示出)进行预曝光，由此除去在电子照相感光构件鼓上残留的电荷(除电)。作为该预曝光装置，可使用任何已知的装置，其可优选示例为LED芯片阵列、熔丝灯、卤素灯和荧光灯。
通过借助于以弹性刮板为代表的清洁构件28除去残留在感光构件表面上的任何调色剂而在其表面上清洁由此除电的电子照相感光构件21的周面。其涉及，在其表面已清洁的感光构件21上，进行下一个周期的电子照相图像形成过程。
在上述电子照相图像形成过程中，充电辊在其与感光构件21之间的辊隙附近形成的间隙发生放电，而使感光构件表面静电充电。在此情况下，在充电辊附近产生的任何放电产物和感光构件表面上的磨耗粉等附着至感光构件表面。然后，它们在充电辊和感光构件之间的辊隙处压向感光构件表面，由此它们在感光构件表面上持续积累。然后，感光构件和弹性刮板之间的摩擦系数持续逐渐变高。在适当的时候，弹性刮板由于感光构件和弹性刮板之间的高摩擦系数而开始振动，以致感光构件表面上的残余调色剂没有充分除去。结果，接着在残余调色剂附着至其表面的感光构件上进行下一个周期的电子照相图像形成过程。
这里，感光构件和弹性刮板之间摩擦系数的增加显著地出现在具有由弹性材料形成的表面层的充电辊中。为此的原因认为是以下：具有由弹性材料形成的表面层的充电辊具有柔软表面，以致具有大的充电辊和感光构件之间辊隙部的接触面积，从而使得引起摩擦系数增加的物质如放电产物可以容易地固着至感光构件表面。
因此，本发明人进行了各种研究，目的在于获得虽然具有用于确保在其与感光构件之间的适当辊隙的柔软性，但是可以使得任何放电产物不容易固着至感光构件表面的充电构件。
结果，他们发现，上述目的能够通过包括具有如下结构的弹性层作为表面层的充电构件来实现。即，其为在其表面具有通过用电子射线的照射而固化的区域的弹性层，其中该区域以球形聚乙烯颗粒(球形PE颗粒)露出弹性层表面的状态支承球形聚乙烯颗粒，并且所述表面借助所述球形PE颗粒粗糙化。
以下，描述根据本发明充电构件的实施方案。
<充电构件>
根据本发明的充电构件具有导电性支承体和作为表面层的弹性层。此外，所述弹性层在其表面具有通过用电子射线的照射而固化的区域，并且，关于球形PE颗粒中的至少一部分颗粒，各颗粒的一部分以露出弹性层表面的状态被已固化的区域支承。然后，弹性层的表面通过球形PE颗粒粗糙化。用于本发明的弹性层可以是导电性弹性层。弹性层也可通过例如将通过使包含球形PE颗粒的未硫化橡胶组合物的层硫化而获得的硫化橡胶层(vulcanizedrubber layer)研磨并进一步用电子射线照射该硫化橡胶层的表面而形成。
本发明的充电构件的形状可以适当选择，其可以为例如辊状或带状等。在下文中，本发明集中于辊状充电构件(充电辊)来描述。
图1中示意性示出作为本发明的充电构件的充电辊的结构的实例。充电辊10由芯轴11和在芯轴11上形成的弹性层12构成。根据本发明的充电构件可以用作图2中所示的电子照相设备的充电辊10。
图3A和3B为示出本发明充电辊的表面部的形态的模式图。
根据本发明的充电辊的弹性层包括球形PE颗粒31，并且弹性层的表面通过球形PE颗粒而粗糙化。此外，弹性层的表面通过用电子射线照射进行固化处理，并且关于上述球形PE颗粒中的至少一部分颗粒，各颗粒的一部分露出弹性层表面并且还通过弹性层的借助电子射线照射而固化的区域(固化区域13)来支承。
由于球形PE颗粒如此通过固化区域13支承，因此，即使当弹性层与被充电构件如感光构件接触时，球形PE颗粒也不易于包埋于在它的辊隙处的弹性层中。结果，即使在辊隙处，具有高硬度的球形PE颗粒能够以它们部分露出弹性层表面的状态维持表面的凹凸形状，并能够使得其与感光构件接触的面积小。此外，由于球形PE颗粒为球形的形状，即使当弹性层的表面未覆盖的部分与感光构件直接接触时也能够防止感光构件擦伤或在其表面上过度磨耗。
通过用电子射线照射的固化处理能够使得弹性层仅在其表面部分固化，从而弹性层可以在其内部即其深层部分保持低的硬度(50以上且小于80的MD-1硬度)。因此，能够防止伴随着充电辊和被充电构件之间的辊隙的宽度降低而由不良接触引起的任何不良充电或由调色剂或其外部添加剂随时间而固着至充电辊表面引起的任何不良图像的发生，这可以在是充电辊全体具有高硬度的场合，例如在使弹性层全体具有高至80度以上的MD-1的硬度的硬度的场合下看到。
(导电性支承体)
导电性支承体可以为任一种，只要其具有导电性，能够支承弹性层等，并且还能够维持充电辊所需的强度即可。
(弹性层)
弹性层可以包含基础聚合物或其交联产物和球形PE颗粒。作为基础聚合物，可使用在实际使用温度范围内能够赋予弹性层橡胶弹性的材料。此类基础聚合物可以包括热塑性弹性体和热固性橡胶。
热固性橡胶为通过将原料橡胶与交联剂配混获得的橡胶组合物。此处，原料橡胶的具体实例给出以下：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)、三元乙丙橡胶(EPDM)、表氯醇均聚物(CHC)、表氯醇-环氧乙烷共聚物(CHR)、表氯醇-环氧乙烷-烯丙基缩水甘油醚三聚物(CHR-AGE)、丙烯腈-丁二烯共聚物(NBR)、丙烯腈-丁二烯共聚物的氢化物(H-NBR)、氯丁橡胶(CR)和丙烯酸类橡胶(ACM、ANM)等。
此外，热塑性弹性体的具体实例列举如下：热塑性弹性体如热塑性聚烯烃类热塑性弹性体、聚苯乙烯类热塑性弹性体、聚酯类热塑性弹性体、聚氨酯类热塑性弹性体、聚酰胺类热塑性弹性体和氯乙烯类热塑性弹性体。
在本发明中使用的弹性层中引入有球形PE颗粒。球形PE颗粒可以是聚乙烯的聚合物颗粒，和可以由聚乙烯组成。关于球形PE颗粒的球形度，它们可优选为100以上且160以下作为以下所示的形状系数SF1的值。这里，形状系数SF1是由以下所示的式(1)表示的指数，并意味着其越接近100，颗粒越接近球形。只要它们的形状系数不超过160，即使在球形PE颗粒露出弹性层表面并与感光构件直接接触时，也可以更可靠地防止感光构件擦伤或磨损。
在本发明中使用的球形PE颗粒的形状系数SF1可以通过以下方法测量。将用扫描电镜拍摄的图像信息如稍后描述的球形PE颗粒粒径输入至图象分析仪(商品名：LUZEX3；由Nireco Corp.制造)，其中，关于随机选取的50个颗粒，它们的形状系数按照下式(1)计算。
SF1＝{(MXLNG)2/AREA}×(π/4)×(100)   (1)
其中MXLNG表示颗粒的绝对最大长度，和AREA表示颗粒的投影面积。
随着球形PE颗粒具有越高的重均分子量，所述颗粒具有越高的结晶度，并可以保持越高的硬度，因此，该颗粒本身即使在利用砂轮等的研磨处理时也绝不被研削，并能够保持球形的同时存在于弹性层表面。从这些观点考虑，球形PE颗粒可优选具有1,500,000以上的重均分子量(Mw)。另外，从维持挤出加工性的观点考虑，球形PE颗粒可优选具有4,000,000以下的Mw。
球形PE颗粒的粒径可优选10μm以上且130μm以下。只要它们的粒径为10μm以上，可更可靠地防止由于粒径小导致的与感光部件的接触面积的增加。另外，只要其粒径为130μm以下，可以防止充电辊的表面由于取决于颗粒的尺寸具有大的表面粗糙度的弹性层而被调色剂等污染。球形PE颗粒的粒径可进一步优选在10μm以上且30μm以下的范围。
借助于这些球形PE颗粒，弹性层的表面粗糙化。作为表面粗糙化的程度，优选充电构件表面(弹性层的表面)具有3μm以上且30μm以下的十点平均粗糙度Rz。只要其它们的Rz在该范围内，可以更可靠地防止任何由粗糙引起的图像不均匀发生。
球形PE颗粒的粒径为由下列方法测定的“长度平均粒径”。首先，球形PE颗粒通过扫描电镜(商品名：JEOL LV5910；由JEOL Ltd制造)观察以进行图像拍摄，以及拍摄的图像通过使用图像分析软件(商品名：IMAGE PRO PLUS；可从Planetron Co.获得)分析。为了进行分析，在拍摄时由每单位长度的像素数由微米棒校正，其中，关于从照片中随机选取的50个颗粒，其单向粒径由图像上的像素数测量，求得算术平均粒径，将其作为球形PE颗粒的粒径。
弹性层中的球形PE颗粒的含量总计可优选为5质量份以上且35质量份以下，基于100质量份的构成弹性层的原料聚合物组分。只要球形PE颗粒的含量为5质量份以上，颗粒可以以足够的数量存在于表面，并且可以使得与感光构件接触的面积特别小。另外，只要球形PE颗粒的含量为35质量份以下，可以防止由于大量引入的颗粒而导致的弹性层变硬。此外，在将热固性橡胶用于弹性层中的情况下，该原料聚合物组分是指原料橡胶，以及在将热塑性弹性体用于弹性层中的情况下，该原料聚合物组分是指原材料弹性体。
在本说明书中，弹性层是指作为表面层的弹性层(也经常称为“表面弹性层”)，除非特别说明。在本发明中，也可以在导电性支承体和表面弹性层之间形成粘合层。弹性层也可制成多个层(可以具有除了表面弹性层之外的至少一个弹性层)，条件是，当制成多个层时，含有球形PE颗粒(表面弹性层)的层必须形成在最表面。而且，当弹性层制成多层时，优选在将橡胶组合物挤出为管状的方法中或在通过使用十字头将其挤出的方法中通过使用多层挤出机同时成形各层，如后面详述。
在本发明中，为了最有效地简化生产工序，优选弹性层是单一的层，即，是根据本发明的充电构件中唯一的一层弹性层。于是，作为在这种情况下的弹性层厚度，从确保弹性层和充电体构件之间的辊隙宽度的观点，可以优选在0.8mm以上且4.0mm以下，特别1.2mm以上且3.0mm以下。
在本发明中，在弹性层中，炭黑可以作为导电性颗粒引入。炭黑可以以调节弹性层具有期望值的电阻的量引入。然而，基于100质量份的组成弹性层的原料聚合物组分，炭黑可优选以20质量份以上且70质量份以下的量引入。只要炭黑以20质量份以上的量引入，可以防止弹性层具有低硬度，从而容易地具有适当的硬度，并且可以很容易地有效地充分地防止任何清洁不良发生。另外，只要炭黑以70质量份以下的量引入，可以防止弹性层具有高硬度，从而容易地具有适当的硬度。此外，可以更可靠地防止由于可能具有高硬度的弹性层而导致的弹性层与感光构件的任何不良接触，因此可以更可靠地防止长期使用时调色剂和任何污垢如纸屑粘着至充电构件表面而导致不良图像。
向弹性层中，可进一步任选地加入作为橡胶配混剂的填料、加工助剂、交联剂、交联助剂、交联促进剂、交联促进剂活化剂、交联延迟剂、柔软剂、增塑剂和/或分散剂等。
<充电构件的制造方法>
根据本发明的充电构件可以通过具有以下步骤1-3的制造方法制造。
步骤1：在导电性支承体上形成包含球形PE颗粒的橡胶层。
步骤2：将该橡胶层的表面研磨，从而对于球形PE颗粒中的至少一部分颗粒，使各颗粒的一部分露出表面。
步骤3：用电子射线进行照射已研磨的橡胶层的表面以进一步固化该表面的步骤。
以下描述各步骤。
(步骤1)
在导电性支承体上形成包含球形PE颗粒的橡胶层。具体而言，首先，制备包含由如基础聚合物和球形PE颗粒等的弹性层形成用原料的混合物。作为用于混合这些原料的方法，它们可通过如下方法示例：使用密闭式混炼机如班伯里密炼机或加压捏合机的方法和利用开放式捏合机如开炼机的方法。这里，在基础聚合物是热塑性橡胶的情况下，该混合物称为橡胶组合物。另外，在基础聚合物是未硫化热塑性橡胶的情况下，该混合物称为未硫化橡胶组合物。含有球形PE颗粒的橡胶层是通过以规定的形状成形包含球形PE颗粒的混合物而获得的橡胶层，并可以由橡胶组合物或未硫化橡胶组合物组成。
这些混合物可以用于橡胶层的成型。橡胶层的形状也可以适当地进行选择。例如，可以形成在实心或中空圆柱状的导电性支承体的外周面上形成管状(圆筒状)的橡胶层，以产生辊状橡胶辊。本文中，通过用橡胶组合物覆盖支承体的外周而获得的辊称为橡胶辊，通过用未硫化橡胶组合物覆盖支承体的外周而获得的辊称为未硫化橡胶辊。对于未硫化橡胶辊，然后进行交联处理等，以实现固化，从而获得硫化橡胶辊。
作为这样的辊状硫化橡胶辊的制造方法，它可以具体包括下列方法(a)和(b)。
(a)其中将未硫化橡胶组合物借助挤出机挤出为管状，并向通过在硫化机中硫化挤出产品而形成的产品中压配芯轴，随后研磨表面，得到所需外径的方法。
(b)其中将未硫化橡胶组合物借助装配有十字头的挤出机围绕芯轴共挤出为圆筒状，并将挤出的产品固定在具有期望外径的模具中，接着加热以获得成形的产品的方法。
将未硫化橡胶辊通过热处理硫化。作为热处理的方法的一个具体实例，它可以包括利用齿轮(gear)烘箱的热风炉加热，利用远红外线的过热硫化，和利用硫化锅的蒸汽加热。特别地，热风炉加热和远红外线过热是优选的，这是因为它们是适合于连续生产。
(步骤2)
通过步骤1中得到的橡胶辊或未硫化橡胶辊的表面通过研磨来处理。该通过研磨的处理使得对于包含在弹性层中的球形PE颗粒中的至少一部分颗粒，各颗粒的一部分露出表面。作为研磨橡胶辊(橡胶层)表面的方法，它可以包括，例如，横向研磨系统，其中砂轮或辊沿辊的推力方向移动以进行研磨。它也可以包括切入式研磨方式，其中当辊围绕其芯轴转动的同时，辊利用宽度大于辊的长度的砂轮切入，而不使砂轮往复。
(步骤3)
接着，研磨后的橡胶层表面(橡胶辊表面)通过用电子射线照射进行表面固化处理，从而形成在其表面中具有固化区域的弹性层。
在本发明中，作为电子射线照射装置，可以使用其中在使得研磨后的橡胶辊滚动或旋转的同时用电子射线照射辊表面的装置，其示意性示出于图5中。例如，所述电子射线照射设备具有电子射线产生部51、照射室52和照射口53。
电子射线产生部51具有产生电子射线的端子54和在真空空间(加速空间)中使在端子54中产生的电子射线加速的加速管55。此外，为了防止电子与气体分子碰撞而损失能量，使电子射线产生部的内部用真空泵(未示出)等保持10-3Pa-10-6Pa的真空。
丝极56通过电源(未示出)通电以加热，由此丝极56释放热电子，并且，在释放的热电子中，仅仅通过端子54的热电子作为电子射线有效地取出。然后，电子射线在通过电子射线加速电压在加速管55内部的加速空间中加速，此后，穿过照射口箔57，由此照射在照射口53下方设置的照射室52内输送的研磨后的橡胶辊58。
因此，当用电子射线照射研磨后的橡胶辊58时，照射室52的内部可以保持在氮气气氛下。此外，将研磨后的橡胶辊58用辊旋转用构件59旋转，并且通过在照射室内部的输送装置如图5中所示从左侧移动至右侧。此外，电子射线产生部51和照射室52通过在其外周上的铅屏蔽(未示出)保持，从而用电子射线照射时二次产生的X射线不泄漏至外部。
照射口箔57由金属箔形成并且为将电子射线产生部内的真空气氛与照射室内的空气气氛分离的材料。经由该照射口箔57，将电子射线取出至照射室内。如上所述，当将电子射线用于照射辊时，用电子射线照射辊的照射室52内部可以保持在氮气气氛下。因此，电子射线产生部51和照射室52之间的边界处设置的照射口箔57不期望具有针孔，期望具有足以良好地维持电子射线产生部中的真空气氛的高机械强度，并且容易使得电子射线穿过。因此，照射口箔57期望为具有小的比重和小的壁厚的金属箔，通常使用铝箔或钛箔。
通过电子射线的有效处理的条件取决于电子射线的加速电压和剂量。加速电压影响固化处理深度(也称作固化处理厚度或固化区域的厚度)，并且作为本发明中使用的加速电压条件，可以优选在40kV以上且300kV以下的低能量区域。只要加速电压为40kV以上，能够容易获得足以获得本发明的效果的固化处理深度。此外，只要加速电压为300kV以下，能够特别抑制电子射线照射设备进一步地大型化而涉及高设备成本。作为更优选的加速电压条件，其为80kV以上且150kV以下。
用电子射线照射时电子射线的剂量通过以下等式(2)定义。
D＝(K·I)/V……(2)
这里，D表示剂量(kGy)，K表示设备常数，I表示电子电流(mA)，V表示处理速度(m/分钟)。设备常数K为表示各个设备的效率的常数并且为设备性能的指标。设备常数K可以通过测量在均匀加速电压的条件下而在改变电子电流和处理速度时的剂量而确定。
为了测量电子射线剂量，可以将剂量测量用膜粘贴至辊表面上，其实际上用电子射线照射设备处理，其中剂量测量用膜利用膜剂量计测量。在此情况下，可以使用商品名：FWT-60的剂量测量用膜和商品名：FWT-92D型的膜剂量计(两者由Far West Technology制造)。本发明中使用的电子射线的剂量可以优选30kGy以上且3,000kGy以下的。只要剂量为30kGy以上，能够容易获得足以获得本发明的效果的表面硬度。此外，只要剂量为3,000kGy以下时，能够特别抑制另外的电子射线照射设备大型化或由于处理时间另外地延长而涉及高设备成本。作为电子射线剂量的更优选条件，其为200kGy以上且2,000kGy以下。本发明中露出弹性层表面的球形PE颗粒通过用电子射线而固化的区域支承。
图3A和3B中概略地示出本发明充电辊的表面的形态。图3A示出该固化区域具有大厚度的情况，图3B示出固化区域具有小厚度的情况。固化区域的厚度不特别限制，但是可以优选为要使用的球形PE颗粒的平均粒径(长度平均粒径)的0.5倍以上。
由于固化区域的厚度为球形PE颗粒的平均粒径的0.5倍以上，能够更确实地抑制露出表面的球形PE颗粒包埋在与感光构件接触部分处的弹性层中。固化区域的厚度可以最优选不小于与球形PE颗粒的平均粒径相同的值(不小于平均粒径)至200μm以下。由于通过用电子射线照射而固化的区域的厚度为200μm以下，能够容易地确保充分地充电辊和与感光构件之间的辊隙宽度。
如上所述，用电子射线的固化处理深度可以取决于加速电压而变化。此外，通常已知电子射线的穿透深度取决于被照射物质的密度而不同。因此，作为确认已通过固化处理而固化的实际区域的厚度的方法，可以利用通过使用通用硬度计的表面硬度的测量。
通用硬度为通过将利用压头在施加负荷下压入至测量目标而求得的物理性质值并且作为(试验负荷)/(试验负荷下的压头的表面积)(N/mm2)的值求得。该通用硬度可以利用由Helmut Fischer GmbH制造的超微硬度计H-100V(商品名)示例的硬度测量设备测量。该测量设备中，将四角锥压头等在施加规定的相对小的试验负荷下压入测量物中，并且在当其达到规定压入深度时，与压头接触的表面积由压入深度求得，从而求得根据上述表达式的通用硬度。即，当将压头在恒定负荷测量的条件下压入测量目标时，在此时相对于压入深度的应力定义为通用硬度。
图4示出通用硬度测量的实例。其中示出的图表中，横轴表示压入深度(μm)和纵轴表示硬度(N/mm2)。如图4所示，由轴上150μm以上且200μm以下的测量区域(其显示相对于压入深度小的硬度变化且为直线区域)外推的直线开始偏离测量曲线的点处的横轴值可以定义为固化区域的厚度。这里，图4中示出的测量实例的固化区域的厚度为50μm。
实施例
本发明通过给出的实施例在下面更详细描述。在下文中，“份”是指“质量份”，除非特别说明。作为试剂等，使用商购可得的高纯度产品，除非特别指明。在各个实施例中，生产充电辊。
[实施例1]
(弹性层用未硫化橡胶组合物的制备)
将下表1中所示的材料用6-L加压捏合机(商品名：TD6-15MDX，由Toshin Co.,Ltd.制造)以70vol％的填充率和30rpm的叶片转数混合16分钟，从而获得A捏合的橡胶组合物。
表1
接着，将下表2中所示的材料借助辊直径为12英寸(0.30m)的开炼机在前辊转数为8rpm、后辊转数为10rpm和辊间隔为2mm下混合，进行总计二十次左右切割。其后将辊隙改变为0.5mm以进行薄通(tailing)十次，从而获得弹性层用未硫化橡胶组合物。
表2
(硫化橡胶层的成形)
将直径为6mm和长度为252mm的圆柱形导电性支承体(钢制并且其表面镀有镍)的圆柱面的沿轴向228mm的中央部用导电性硫化粘合剂(商品名：METALOC U-20，获自Toyo Kagaku Kenkyusho Co.,Ltd.)涂布，然后在80℃下干燥30分钟。
接着，将上述未硫化橡胶组合物通过使用十字头的挤出成形，在围绕导电性支承体同轴地并以圆筒状成形的同时与导电性支承体一起挤出，从而生产在导电性支承体外周上涂布有未硫化橡胶组合物的直径为8.8mm的未硫化橡胶辊。作为挤出机，使用具有圆筒直径为45mm(Φ45)和L/D为20的挤出机，挤出时头的温度控制至90℃、筒体的温度控制至90℃和螺杆的温度控制至90℃。
将由此成形的未硫化橡胶辊中未硫化橡胶组合物层沿其宽度方向在两端部切断，使得未硫化橡胶组合物层的轴向的长度为226mm。
此后，将其在160℃下借助电炉加热40分钟从而将未硫化橡胶组合物层硫化使其变成硫化橡胶层。随后，将硫化橡胶层的表面将借助切入式研磨方式的研磨机研磨，从而获得具有端部直径为8.35mm和中央部直径为8.50mm的冠状和球形PE颗粒的一部分露出表面的硫化橡胶层的硫化橡胶辊。
(硫化橡胶层的硬度测量)
测量用电子射线照射前(EB处理前)的硫化橡胶层的MD-1硬度。在测量时，使用显微硬度计(商品名：MD-1capa；由Kobunshi Keiki Co.,Ltd.制造)，在温度23℃和相对湿度55％的环境下以峰值保持模式进行测量。更具体地说，将硫化橡胶辊放置在由金属制成的板上，和设置由金属制成的块以简单地固定硫化橡胶辊，以便不翻转。然后，将型A测量端子精确地在未硫化橡胶辊的中心沿垂直于金属板的方向压向金属板，其中读取5秒后的值。其在位于距离硫化橡胶辊轴向的橡胶端部30-40mm的位置的两个端部和其中央部的3点以及沿其周向各3点即总计9点处测量。所获得的测量值的平均值取为硫化橡胶层的MD-1硬度。作为结果，确定硫化橡胶层具有76°的MD-1硬度。
(研磨后的硫化橡胶层的表面固化处理)
将研磨后的硫化橡胶辊表面(硫化橡胶层表面)用电子射线照射以进行固化处理，从而获得包括在其弹性层表面处具有固化区域的充电辊。在用电子射线照射时，使用最大加速电压为150kV和最大电子电流为40mA的电子射线照射设备(由Iwasaki Electric Co.,Ltd.制造)，和在用电子射线照射时进行氮气吹扫。处理条件如下：加速电压：150kV；电子电流：35mA；处理速度：1m/分钟；以及氧浓度：100ppm。这里，电子射线照射设备在加速电压为150kV下的设备常数为37.8，根据等式(2)计算的剂量为1,323kGy。
(用电子射线照射后的硫化橡胶层的硬度的测定)
用电子射线照射后的硫化橡胶层的MD-1硬度以与用电子射线照射前使用的方法相同的方式测量。作为结果，确定硫化橡胶层具有85°的MD-1硬度
(固化区域厚度的测量)
用通用硬度计测量充电辊的表面硬度，从而测量其固化处理厚度。测量时使用超微硬度计(商品名：H-100V，由Helmut Fischer GmbH制造)。作为压头使用四角锥金刚石压头。压入速度调整为以下等式(3)的条件。
dF/dt＝1,000mN/240s····(3)
在等式(3)中，F表示力和t表示时间。
如图4中所示，从显示相对于压入深度小的硬度变化的在横轴上150μm以上且200μm以下的测量区域外推的直线开始偏离测量曲线的点处的横轴值确定为固化区域的厚度。结果，固化区域的厚度求得为90μm。
(表面粗糙度的测量)
测量充电辊(弹性层)表面的十点平均粗糙度Rz。根据JIS B0601:1982使用表面粗糙度仪(商品名：SURFCORDER SE-3400，由Kosaka Laboratory Ltd.制造)测量。测量时，使用具有前端半径(tip radius)2μm的金刚石制接触针。测量速度设定为0.5mm/s，截止(cut-off)频率λc设定为0.8mm，基准长度设定为0.8mm，评价长度设定为8.0mm。为了测量表面粗糙度，对于每个充电辊，由在轴向的三点乘以周向的两点即总计六点上各自获得的粗糙度曲线计算Rz值。然后，求得在该六点的Rz的平均值，并将其作为充电辊的Rz值。结果，求得Rz为29.5μm。
(图像评价)
作为评价中使用的电子照相设备，准备激光束打印机(商品名：LASERJET P1005；由Hewlett-Packard Co.制造，用于A4纸纵向打印，使用弹性刮板作为清洁构件)。将上述生产的充电辊设置在激光束打印机的处理盒中并且安装至激光束打印机。在温度为23℃和相对湿度为50％的环境中，在一张上各自再现实心图像和半色调图像(其中沿电子照相感光构件的旋转方向和垂直方向画出各自为一点宽度和两点间隔的线的图像)。将这些分别称作初期实心图像和初期半色调图像。
接着，在一张上各自再现此类电子照相图像之后，进行耐久试验：其中重复完全停止电子照相感光构件的旋转，然后再次开始图像形成的操作的间歇图像形成操作，以在1,000张上再现电子照相图像。这里再现的图像为每2个点横线后重复118个点空格的格线状图像。
接着，在一张上再现实心图像和半色调图像。将这些分别称作耐久试验后的实心图像和耐久试验后的半色调图像。然后，关于由此获得的两张纸的实心图像和两张纸的半色调图像，目视观察是否看到由于不均匀充电引起的任何浓度不均匀及其程度，并且根据以下标准评价。
评价1：充电性能的评价(初期和耐久后)
目视观察初期的实心图像和初期的半色调图像是否看到由于不均匀充电引起的任何浓度不均匀，以根据以下标准评价。此外同样观察耐久试验后的实心图像和耐久试验后的半色调图像以进行类似的评价。这可以得知根据实施例1的充电辊的初期和耐久试验后的充电性能。
A：在实心图像和半色调图像中均未看到由于不均匀充电引起任何浓度不均匀。
B：只在半色调图像中看到轻微的由于不均匀充电引起的任何浓度不均匀。
C：在半色调图像中看到浓度不均匀，并在实心图像中看到轻微的由于不均匀充电引起的任何浓度不均匀。
D：在实心图像和半色调图像中均看到明显的由于不均匀充电引起的任何浓度不均匀。
(评价2)：由于清洁不良引起的图像缺陷的评价
目视观察在上述耐久试验中再现的1,000张上的图像是否看到由于感光构件的清洁不良引起的任何图像缺陷及其程度，以根据下述标准评价。
A：未看到出现由于清洁不良引起的图像缺陷的任意一张打印件。
B：出现由于清洁不良引起的任何非常轻微的图像缺陷的打印件的张数为1张以上且小于100张。
C：出现由于清洁不良引起的任何清楚的图像缺陷的打印件的张数为1张以上且小于100张。
D:出现由于清洁不良引起的任何清楚的图像缺陷的打印件的张数为100张以上。
评价(3)：感光构件和弹性刮板之间的扭矩的评价
以测量感光构件和弹性刮板之间的扭矩的状态，使弹性刮板与用于上述图像形成的激光束打印机的感光构件的表面对向接触。这种测量可以得知是否可以看到由于充电辊引起的任何调色剂等的附着及其程度。
作为用于测量的方法，首先，在激光束打印机中，将其中设置感光构件和弹性刮板的单元部从处理盒中取出。然后，将连接扭矩仪(商品名：TP-10KCE；由Kyowa Electronic Instruments Co.,Ltd.制造)的电机连接至用于感光构件的驱动单元，用扭矩仪测量当用电机以85rpm转数旋转感光构件时起作用的扭矩，其中对应于从感光构件的旋转开始第四次旋转的一周的测量值的平均值作为实施例1的扭矩值。
上述评价1-3的结果示于表4。
[实施例2]
除了将用于实施例1的A-捏合橡胶组合物的球形PE颗粒1改变为球形PE颗粒2(商品名：HIZEX MILLION240S；获自Mitsui Chemicals,Inc.)和将球形PE颗粒2以35质量份的量混入之外，以与实施例1相同的方式生产研磨后的硫化橡胶辊。以与实施例1相同的方式测量它的硫化橡胶层的硬度，测定其为78°。其后，以与实施例1相同的方式将研磨后的硫化橡胶辊的表面通过用电子射线照射进行固化处理，以生产充电辊，并类似地进行固化处理厚度的测量、其表面粗糙度的测量和图像评价。
[实施例3]
除了将用于实施例1的A-捏合橡胶组合物的聚合物(原料)改变为55份NBR和45份SBR(商品名：TOUGHDEN2000；获自Asahi Kasei ChemicalsCorporation)和将球形PE颗粒2以30质量份的量混入之外，以与实施例2相同的方式制备弹性层用未硫化橡胶组合物和生产研磨后的硫化橡胶辊。以与实施例2相同的方式测量研磨后的硫化橡胶辊的硫化橡胶层的硬度，测定其为76°。其后，以与实施例2相同的方式将研磨后的硫化橡胶辊的表面通过用电子射线照射进行固化处理，以生产充电辊，并类似地进行固化处理厚度的测量、其表面粗糙度的测量和图像评价。
[实施例4]
除了将用于实施例1的A-捏合橡胶组合物的球形PE颗粒1改变为同质量份的球形PE颗粒3(商品名：PM-200；获自Mitsui Chemicals,Inc.)之外，以与实施例1相同的方式制备弹性层用未硫化橡胶组合物和生产研磨后的硫化橡胶辊。以与实施例1相同的方式测量研磨后的硫化橡胶辊的硫化橡胶层的硬度，测定其为77°。其后，以与实施例1相同的方式将研磨后的硫化橡胶辊的表面通过用电子射线照射进行固化处理，以生产充电辊，并类似地进行固化处理厚度的测量、其表面粗糙度的测量和图像评价。
[实施例5]
除了将用于实施例1的A-捏合橡胶组合物的球形PE颗粒1改变为同质量份的球形PE颗粒4(商品名：MIPELON XM-220；获自Mitsui Chemicals,Inc.)之外，以与实施例1相同的方式制备弹性层用未硫化橡胶组合物和生产研磨后的硫化橡胶辊。以与实施例1相同的方式测量研磨后的硫化橡胶辊的硫化橡胶层的硬度，测定其为77°。其后，以与实施例1相同的方式将研磨后的硫化橡胶辊的表面通过用电子射线照射进行固化处理，以生产充电辊，并类似地进行固化处理厚度的测量、其表面粗糙度的测量和图像评价。
[实施例6]
除了将用于实施例1的A-捏合橡胶组合物的球形PE颗粒1改变为以10质量份的量混入的球形PE颗粒4(商品名：MIPELON XM-220；获自MitsuiChemicals,Inc.)之外，以与实施例1相同的方式制备弹性层用未硫化橡胶组合物和生产研磨后的硫化橡胶辊。以与实施例1相同的方式测量研磨后的硫化橡胶辊的硫化橡胶层的硬度，测定其为69°。其后，以与实施例1相同的方式将研磨后的硫化橡胶辊的表面通过用电子射线照射进行固化处理，以生产充电辊，并类似地进行固化处理厚度的测量、其表面粗糙度的测量和图像评价。
[实施例7]
除了将用于实施例6的A-捏合橡胶组合物的球形PE颗粒4以40质量份的量混入之外，以与实施例6相同的方式制备弹性层用未硫化橡胶组合物和生产研磨后的硫化橡胶辊。以与实施例1相同的方式测量研磨后的硫化橡胶辊的硫化橡胶层的硬度，测定其为79°。其后，以与实施例1相同的方式将研磨后的硫化橡胶辊的表面通过用电子射线照射进行固化处理，以生产充电辊，并类似地进行固化处理厚度的测量、其表面粗糙度的测量和图像评价。
[实施例8]
除了实施例5中用电子射线照射的条件改变为加速电压：80kV，电子电流：25mA，处理速度：1m/min，和氧浓度：100ppm之外，以与实施例5完全相同的方式生产充电辊。这里，电子射线照射设备的在80kV加速电压下的设备常数为20.4，和根据等式(2)计算的剂量为510kGy。以与实施例1相同的方式测量硫化橡胶层的硬度，测定其为77°。其后，以与实施例1相同的方式将研磨后的硫化橡胶辊的表面通过用电子射线照射进行固化处理，以生产充电辊，并类似地进行固化处理厚度的测量、其表面粗糙度的测量和图像评价。
[实施例9]
除了实施例5中用电子射线照射的条件改变为加速电压：150kV，电子电流：60mA，处理速度：1m/min，和氧浓度：100ppm之外，以与实施例5完全相同的方式生产充电辊。这里，电子射线照射设备的在150kV加速电压下的设备常数为37.8，和根据等式(2)计算的剂量为2,268kGy。以与实施例1相同的方式测量硫化橡胶层的硬度，测定其为77°。其后，以与实施例1相同的方式将研磨后的硫化橡胶辊的表面通过用电子射线照射进行固化处理，以生产充电辊，并类似地进行固化处理厚度的测量、其表面粗糙度的测量和图像评价。
[实施例10]
除了实施例5中用电子射线照射的条件改变为加速电压：150kV，电子电流：75mA，处理速度：1m/min，和氧浓度：100ppm和将球形PE颗粒的用量改变为10质量份之外，以与实施例5完全相同的方式生产充电辊。这里，电子射线照射设备的在150kV加速电压下的设备常数为37.8，和根据等式(2)计算的剂量为2,835kGy。以与实施例1相同的方式测量硫化橡胶层的硬度，测定其为69°。其后，以与实施例1相同的方式将研磨后的硫化橡胶辊的表面通过用电子射线照射进行固化处理，以生产充电辊，并类似地进行固化处理厚度的测量、其表面粗糙度的测量和图像评价。
[实施例11]
除了实施例5中用电子射线照射的条件改变为加速电压：80kV，电子电流：5mA，处理速度：1m/min，和氧浓度：100ppm之外，以与实施例5完全相同的方式生产充电辊。这里，电子射线照射设备的在80kV加速电压下的设备常数为20.4，和根据等式(2)计算的剂量为102kGy。以与实施例1相同的方式测量硫化橡胶层的硬度，测定其为76°。其后，以与实施例1相同的方式将研磨后的硫化橡胶辊的表面通过用电子射线照射进行固化处理，以生产充电辊，并类似地进行固化处理厚度的测量、其表面粗糙度的测量和图像评价。
[实施例12]
除了实施例5中用电子射线照射的条件改变为加速电压：80kV，电子电流：10mA，处理速度：1m/min，和氧浓度：100ppm之外，以与实施例5完全相同的方式生产充电辊。这里，电子射线照射设备的在80kV加速电压下的设备常数为20.4，和根据等式(2)计算的剂量为204kGy。以与实施例1相同的方式测量硫化橡胶层的硬度，测定其为76°。其后，以与实施例1相同的方式将研磨后的硫化橡胶辊的表面通过用电子射线照射进行固化处理，以生产充电辊，并类似地进行固化处理厚度的测量、其表面粗糙度的测量和图像评价。
[比较例1]
除了不添加任何球形颗粒至实施例1的A-捏合橡胶组合物和将未硫化橡胶组合物中的A-捏合橡胶组合物的量改变为170质量份之外，以与实施例1相同的方式制备弹性层用未硫化橡胶组合物和生产研磨后的硫化橡胶辊。以与实施例1相同的方式测量研磨后的硫化橡胶辊的硫化橡胶层的硬度，测定其为68°。其后，以与实施例1相同的方式将研磨后的硫化橡胶辊的表面通过用电子射线照射进行固化处理，以生产充电辊，并类似地进行固化处理厚度的测量、其表面粗糙度的测量和图像评价。
[比较例2]
除了将用于实施例1的A-捏合橡胶组合物的球形PE颗粒1改变为35质量份球形聚氨酯颗粒(商品名：ART PEARL C600；获自Negami ChemicalIndustrial Co.,Ltd.)之外，以与实施例1相同的方式制备弹性层用未硫化橡胶组合物和生产研磨后的硫化橡胶辊。以与实施例1相同的方式测量研磨后的硫化橡胶辊的硫化橡胶层的硬度，测定其为78°。其后，以与实施例1相同的方式将研磨后的硫化橡胶辊的表面通过用电子射线照射进行固化处理，以生产充电辊，并类似地进行固化处理厚度的测量、其表面粗糙度的测量和图像评价。
[比较例3]
除了将用于实施例1的A-捏合橡胶组合物的球形PE颗粒1改变为35质量份球形PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)颗粒(商品名：TECHPOLYMER MBX-12；获自Sekisui Chemical Co.,Ltd.)之外，以均以与实施例1相同的方式制备弹性层用未硫化橡胶组合物和生产研磨后的硫化橡胶辊。以与实施例1相同的方式测量研磨后的硫化橡胶辊未硫化橡胶层的硬度，测定其为78°。其后，以与实施例1相同的方式将研磨后的硫化橡胶辊的表面通过用电子射线照射进行固化处理，以生产充电辊，并类似地进行固化处理厚度的测量、其表面粗糙度的测量和图像评价。
[比较例4]
除了在实施例5中，不用电子射线照射研磨后的硫化橡胶辊的表面之外，以与实施例5完全相同的方式生产充电辊。类似地进行充电辊表面粗糙度的测量和图像评价。
用于上述实施例和比较例中的球形PE颗粒和其它颗粒的特性示于表3中。根据实施例的辊的组成和评价结果示于表4和表5。根据比较例的辊的组成和评价结果也示于表6中。
表3
表4
表5
表6
从表6中显而易见，在比较例1中，不使用任何球形颗粒，因为在充电辊(弹性层)的表面不存在任何球形颗粒，因此发生清洁不良，因此关于清洁不良的图像评价评级为“D”。
在比较例2中，球形颗粒为聚氨酯颗粒，因此当研磨辊表面时颗粒本身也磨削，结果清洁不良评级为“C”。在比较例3中，球形颗粒为PMMA颗粒，因此，当研磨辊表面时颗粒本身也磨削，结果清洁不良评级为“C”
在比较例4中，不用电子射线照射辊表面，因此发生清洁不良；评级为“C”。在耐久期间因为充电辊污染也发生不良图像；评级为“D”。
与此相对，在实施例1-12中，如在表4和5中所示，关于清洁不良的图像评价和耐久后的充电均匀性评级为“B”以上，其中获得在实际使用中没有任何问题的良好图像。
附图标记翻译
10 充电辊
11 芯轴
12 弹性层(弹性材料层)
13 固化区域
本申请要求了2011年12月12日提交的日本专利申请2011-281780的权益，将其全部内容在此引入以作参考。

Claims (8)

1.一种充电构件，其包括导电性支承体和作为表面层的弹性层，其中：
在所述弹性层的表面上具有通过用电子射线的照射而固化的固化区域，和
所述固化区域以球形聚乙烯颗粒露出所述弹性层的表面的状态支承所述球形聚乙烯颗粒，由此使所述表面粗糙化。
2.根据权利要求1所述的充电构件，其中所述球形聚乙烯颗粒的长度平均粒径为10μm以上且130μm以下。
3.根据权利要求1或2所述的充电构件，其中所述球形聚乙烯颗粒的重均分子量为1,500,000以上且4,000,000以下。
4.根据权利要求1-3任一项所述的充电构件，其中所述弹性层为单层并为唯一的弹性层和所述弹性层的厚度为0.8mm以上且4.0mm以下。
5.根据权利要求1-4任一项所述的充电构件，其中所述弹性层中的所述固化区域的厚度为所述球形聚乙烯颗粒的长度平均粒径的0.5倍以上。
6.根据权利要求5所述的充电构件，其中所述弹性层中的所述固化区域的厚度为所述球形聚乙烯颗粒的长度平均粒径以上且200μm以下。
7.一种充电构件的制造方法，所述充电构件包括导电性支承体和作为表面层的弹性层，在所述弹性层的表面上具有通过用电子射线的照射而固化的固化区域，和所述区域以球形聚乙烯颗粒露出所述弹性层的表面的状态支承所述球形聚乙烯颗粒，由此使所述表面粗糙化；所述方法包括以下步骤：
(1)在所述导电性支承体上形成包含所述球形聚乙烯颗粒的橡胶层；
(2)研磨所述橡胶层的表面，从而使所述球形聚乙烯颗粒的一部分露出所述表面；和
(3)将通过所述步骤(2)获得的、所述球形聚乙烯颗粒的一部分露出的所述橡胶层的表面用电子射线照射，从而在所述橡胶层的表面形成所述固化区域。
8.一种电子照相设备，其包括：
根据权利要求1-6任一项所述的充电构件；和
与所述充电构件接触设置并可通过所述充电构件静电充电的被充电构件。
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