CN105404111B - 导电性构件、处理盒、电子照相设备和加成固化型硅橡胶混合物 - Google Patents

导电性构件、处理盒、电子照相设备和加成固化型硅橡胶混合物 Download PDF

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Abstract

提供了一种导电性构件、处理盒、电子照相设备和加成固化型硅橡胶混合物。提供了一种电子照相用导电性构件。所述电子照相用导电性构件依次包括导电性基体、导电性弹性层和树脂层。所述弹性层包含具有特定组成的加成固化型硅橡胶混合物的固化物。所述加成固化型硅橡胶混合物包含:在其分子中含有结合至硅原子的烯基的有机聚硅氧烷、在其分子中含有结合至硅原子的氢原子的有机聚硅氧烷、炭黑和球状实心无机颗粒。

Description

导电性构件、处理盒、电子照相设备和加成固化型硅橡胶混 合物
技术领域
本发明涉及一种导电性构件,其用于电子照相设备,例如复印机、激光打印机、传真机、和印刷机;包括所述导电性构件的处理盒;和包括所述导电性构件的电子照相设备。本发明也涉及一种加成固化型硅橡胶混合物。
背景技术
在电子照相设备的图像形成过程中,用作静电潜像承载构件的感光鼓由充电构件均一地充电。静电潜像由于激光等的曝光通过电荷的消减形成在感光鼓上。将在显影剂容器中的适当地充电的显影剂使用显影辊和设置为调节显影剂的量的调节构件来均一地施涂至显影辊上。将在感光鼓上的静电潜像在感光鼓与显影辊之间的接触部处使用调色剂来显影。将在感光鼓上的调色剂使用转印辊转印至记录纸张并且使用定影装置来定影,因此生产了电子照相图像。
将残留在感光鼓上的调色剂通过清洁刮板来除去从而完成打印过程。
在这样的图像形成过程中,用作充电构件或显影构件的电子照相用导电性构件典型地包括:在导电性基体上的导电性弹性层和在弹性层外侧的树脂层。
需要导电性构件具有以下特性:适当的导电性和优异的耐久性等。作为这样的导电性构件的弹性层,可以使用硅橡胶弹性层,其中即使在长期压缩下也不易恢复的变形较不可能发生,即,其具有优异的压缩永久变形性。硅橡胶弹性层通过将其中将例如炭黑等的导电性填料添加至加成固化型液体硅橡胶的硅橡胶混合物固化来生产。日本专利特开No.2003-55553和6-221321各自公开了一种硅橡胶组合物,其中电阻的变化通过将球状有机硅弹性体颗粒添加至有机聚硅氧烷来降低。
然而,本发明人的研究已经显示:其导电性由炭黑来赋予的硅橡胶弹性层具有问题:当电流在长时间内持续流动时,电阻增加。下文中,该问题也称为“由于通电的电阻增加”。
本发明的一个方面是指:提供了一种电子照相用导电性构件,所述导电性构件包括具有即使当电流在长时间内流动时电阻也较不可能变化的硅橡胶弹性层;包括所述导电性构件的处理盒;和包括所述导电性构件的电子照相设备。
本发明的又一方面是指:提供了一种加成固化型硅橡胶混合物,其形成为具有即使当电流在长时间内流动时电阻也较不可能变化的硅橡胶弹性层。
发明内容
根据本发明的一个方面,提供了一种电子照相用导电性构件,其依次包括:导电性基体、导电性弹性层和树脂层,
其中所述弹性层包含含有组分(a)至(d)的加成固化型硅橡胶混合物的固化物,
组分(a):在其分子中含有结合至硅原子的烯基的有机聚硅氧烷,
组分(b):在其分子中含有结合至硅原子的氢原子的有机聚硅氧烷,
组分(c):炭黑,和
组分(d):球状实心无机颗粒;
其中在所述加成固化型硅橡胶混合物中,
相对于所述组分(a)和所述组分(b)的总质量,所述组分(c)的含量是2.0质量%以上且60.0质量%以下,
相对于所述组分(a)和所述组分(b)的总质量,所述组分(d)的含量是0.4质量%以上且20.0质量%以下,并且
所述组分(d)具有
数均粒径为1μm以上且100μm以下,
比重为1.5以上,和
球形度为0.8以上。
根据本发明的又一方面,提供了一种加成固化型硅橡胶混合物,其包括:
组分(a):在其分子中含有结合至硅原子的烯基的有机聚硅氧烷,
组分(b):在其分子中含有结合至硅原子的氢原子的有机聚硅氧烷,
组分(c):炭黑,和
组分(d):球状实心无机颗粒;
其中在所述加成固化型硅橡胶混合物中,
相对于所述组分(a)和所述组分(b)的总质量,所述组分(c)的含量是2.0质量%以上且60.0质量%以下,
相对于所述组分(a)和所述组分(b)的总质量,所述组分(d)的含量是0.4质量%以上且20.0质量%以下,并且
所述组分(d)具有
数均粒径为1μm以上且100μm以下,
比重为1.5以上,和
球形度为0.8以上。
根据本发明的另一方面,提供了一种处理盒,其可拆卸地安装至电子照相设备的主体,所述处理盒包括上述导电性构件。
根据本发明的又另一方面,提供了一种电子照相设备,其包括上述导电性构件。
本发明的进一步特征将参考附图从示意性实施方案的以下说明而变得明显。
附图说明
图1是根据本发明的实施方案的导电性构件的一个实例的示意图。
图2是部分地表明根据本发明的实施方案的导电性构件的炭黑含量和无机颗粒含量的测量方法的示意图。
图3是根据本发明的实施方案的无机颗粒的球形度的测量方法的说明图。
图4A和图4B是各自表明根据本发明的实施方案的导电性构件的电阻的测量方法的示意性说明图。
图5A和图5B是各自表明根据本发明的实施方案的带状导电性构件的电阻的测量方法的示意性说明图。
图6是表明包括根据本发明的实施方案的导电性构件的处理盒的一个实例的示意图。
图7是表明包括根据本发明的实施方案的导电性构件的电子照相设备的一个实例的示意图,所述导电性构件用作显影辊。
具体实施方式
本发明人已经进行了研究并且已经发现:其导电性由炭黑来赋予的硅橡胶弹性层具有问题:当电流在长时间内持续流动时,电阻增加。下文中,该问题也称为“由于通电的电阻增加”。
本发明人推测由于通电导致的其导电性由炭黑来赋予的硅橡胶弹性层的电阻增加以以下方式发生。
硅橡胶分子的主链具有螺旋结构,其中硅原子带正电,氧原子带负电,并且六个硅氧烷键形成结构的一个回转。此处,作为硅橡胶分子的侧链存在的例如甲基等的烷基配置在螺旋结构的外侧。硅橡胶的这样的分子结构特性导致在硅橡胶分子之间的低的分子间力和以下特征:分子之间的大的空隙和低的密度。
为了不使用于固化加成固化型硅橡胶材料的例如Pt催化剂等的催化剂中毒,可以典型地使用具有少量的表面官能团的炭黑。因此,硅橡胶和炭黑具有少量的表面官能团并且彼此弱地相互作用。
为了使炭黑起到导电剂的作用,炭黑的颗粒需要形成一次聚集体(聚集体)和二次聚集体(团聚体)从而形成导电路径。典型地,在其中相邻的聚集体和团聚体不彼此接触并且彼此紧密接近的情况下,其由于隧道效应形成导电路径。这使电流在施加电压时流动。
对含炭黑的硅橡胶弹性层的电压的施加使炭黑颗粒(聚集体或团聚体)沿着电场极化。即,在电场的上游侧(正电极侧)处的各炭黑颗粒的部分中,产生负电荷;并且在电场的下游侧(负电极侧)处的各炭黑颗粒的部分中,产生正电荷。这产生在炭黑颗粒之间起作用的静电引力。即,沿着在施加电压时从上游侧(正电极侧)至下游侧(负电极侧)延伸的基本直线的电力线的静电引力对炭黑颗粒起作用。如上所述,炭黑颗粒与硅橡胶分子之间的弱的相互作用使炭黑颗粒缓慢地经过交联的硅橡胶的网络。结果,炭黑颗粒逐步地聚集。换言之,导电路径通过施加电压而改变。
当终止电压的施加时,在炭黑颗粒之间起作用的静电引力消失。然而,一旦炭黑颗粒聚集,内聚力在炭黑颗粒之间起作用,以致炭黑颗粒的聚集状态固定化。
这是当直流电压在长时间内持续施加至硅橡胶弹性层时由于通电的电阻增加的可能原因。
例如,当由于通电的电阻增加在用作导电性构件的显影辊中发生时,没有适当地控制在显影辊与感光鼓之间形成的显影区域,在一些情况下,导致图像的不利效果,例如重影。
鉴于这些考虑,本发明人已经进行了硅橡胶混合物的电性能和机械性能的研究,所述硅橡胶混合物通过将各种填料添加至含炭黑的硅橡胶来生产。本发明人已经集中注意力在以下事实上:当添加特定的球状填料时,在一些情况下,提供了一种硅橡胶混合物,其能够同时降低电阻的变化和由于通电的电阻增加。鉴于实验结果,本发明人已经进行了硅橡胶混合物的进一步研究,所述硅橡胶混合物能够同时降低电阻的变化和由于通电的电阻增加。
本发明人已经发现:能够同时降低电阻的变化和由于通电的电阻增加的硅橡胶混合物通过添加特定量的具有特定的物理性能的填料来生产。这些发现已经导致本发明的完成。
根据本发明的实施方案的电子照相用导电性构件依次包括:导电性基体、导电性弹性层和树脂层。
所述弹性层包含含有组分(a)至(d)的加成固化型硅橡胶混合物的固化物,
组分(a):在其分子中含有结合至硅原子的烯基的有机聚硅氧烷,
组分(b):在其分子中含有结合至硅原子的氢原子的有机聚硅氧烷,
组分(c):炭黑,和
组分(d):球状实心无机颗粒;
在所述加成固化型硅橡胶混合物中,
相对于所述组分(a)和所述组分(b)的总质量,所述组分(c)的含量是2.0质量%以上且60.0质量%以下,
相对于所述组分(a)和所述组分(b)的总质量,所述组分(d)的含量是0.4质量%以上且20.0质量%以下,并且
所述组分(d)具有数均粒径为1μm以上且100μm以下,比重为1.5以上,和球形度为0.8以上。
根据本发明的实施方案的硅橡胶混合物,所述硅橡胶混合物提供了其中抑制了由于通电的电阻增加的硅橡胶弹性层,其包括:
组分(a):在其分子中含有结合至硅原子的烯基的有机聚硅氧烷,
组分(b):在其分子中含有结合至硅原子的氢原子的有机聚硅氧烷,
组分(c):炭黑,和
组分(d):球状实心无机颗粒;
其中在所述加成固化型硅橡胶混合物中,
相对于所述组分(a)和所述组分(b)的总质量,所述组分(c)的含量是2.0质量%以上且60.0质量%以下,
相对于所述组分(a)和所述组分(b)的总质量,所述组分(d)的含量是0.4质量%以上且20.0质量%以下,并且
所述组分(d)具有数均粒径为1μm以上且100μm以下,比重为1.5以上,和球形度为0.8以上。
本发明人推测:以下描述了将抑制了由于通电的电阻增加并且仅具有小的电阻的变化的硅橡胶弹性层由前述硅橡胶混合物来生产的原因。
以上已经描述了由于通电的电阻增加的机理。在含有根据本发明的实施方案的硅橡胶混合物的固化物的弹性层中,炭黑颗粒在通电时极化。因此,静电引力在炭黑颗粒之间起作用,从而使炭黑颗粒互相接近。然而,分散在由具有前述组成的加成固化型硅橡胶混合物的固化物组成的弹性层中的球状实心无机颗粒抑制了由于通电导致的炭黑颗粒的移动。这将抑制由于通电的电阻增加。
具体地,例如羟基等的很多极性基团存在于如炭黑的球状无机颗粒的表面上。因此,球状无机颗粒与有机硅分子强烈地相互作用,并且固定在硅橡胶混合物中。当电压施加至硅橡胶混合物时,位于电场的上游侧(正电极侧)处的炭黑颗粒和位于下游侧(负电极侧)处的炭黑颗粒沿着从上游侧(正电极侧)至下游侧(负电极侧)延伸的电力线彼此吸引。然而,当球状无机颗粒存在于炭黑颗粒之间时,球状无机颗粒抑制了炭黑颗粒的移动。
推测的是,球状无机颗粒用于抑制如上所述的炭黑颗粒的移动,因此抑制了由于通电的电阻增加。
无机颗粒的较高比重将进一步提高抑制炭黑颗粒的移动的效果,因为无机颗粒不由炭黑颗粒的移动来拖动。这是在本发明的实施方案中的无机颗粒的比重下限存在的原因,设置所述下限从而提供该效果。
对于提供该效果的无机颗粒的尺寸,具有特定直径以下的粒径的无机颗粒提供了该效果。该原因推测如下:当电压施加至硅橡胶混合物的固化物时,炭黑沿着从上游侧(正电极侧)至下游侧(负电极侧)延伸的直线电力线移动。然而,在其中将无机颗粒添加至硅橡胶混合物的情况下,电力线在无机颗粒的附近扭曲,这是因为无机颗粒具有与硅橡胶不同的介电常数。虽然相似的扭曲发生在炭黑颗粒的附近,但炭黑颗粒具有小于无机颗粒的粒径,因此仅具有对电力线的小的效果。
在其中电力线扭曲的情况下,存在其中炭黑的极化方向不平行于电场的一些区域。在区域中,静电引力在炭黑颗粒之间起作用。在其它区域中,静电斥力在炭黑颗粒之间起作用。结果,硅橡胶混合物的全部固化物将促进炭黑颗粒的移动。因此,过大的无机颗粒导致电力线进一步扭曲,以致将较不可能提供抑制由于通电的电阻增加的效果。
本发明人的研究进一步表明:当无机颗粒的球形度小于0.8时,电力线的扭曲大。在此情况下,将较不可能提供抑制由于通电的电阻增加的效果。
另外,相对于组分(a)和(b)的总量,即,有机聚硅氧烷组分的总量,无机颗粒的过度的添加量较不可能提供抑制由于通电的电阻增加的效果。该原因推测是:即使在球状无机颗粒的情况下,过度的添加量导致电力线的严重的扭曲。炭黑颗粒的移动通过与上述粒径相同的原因来促进。因此,较不可能提供抑制由于通电的电阻增加的效果。
在本发明的实施方案中,电子照相设备用导电性构件是指:充电构件、显影构件、调色剂调节构件、定影构件、或转印构件。
以下将描述用于导电性构件的弹性层的硅橡胶混合物。此处使用的硅橡胶混合物是指含有有机聚硅氧烷作为主要材料的混合物。按需要,混合物可以含有各种添加剂,例如,导电剂,例如炭黑;填料,例如石英粉末、硅藻土、干法二氧化硅、或湿法二氧化硅;用于调节固化速度的反应抑制剂;着色剂;增塑剂;和阻燃剂。
用于根据本发明的实施方案的弹性层的形成的加成固化型硅橡胶混合物实质上含有下述组分(a)至(d)。
组分(a)
组分(a)是在其分子中含有结合至硅原子的烯基的有机聚硅氧烷。对组分(a)的分子量没有特别限制。组分(a)优选具有重均分子量(Mw)为10,000以上且1,000,000以下,并且特别优选50,000以上且700,000以下。
有机聚硅氧烷的烯基用作与作为下述组分(b)的有机氢聚硅氧烷的活性氢反应从而形成交联点的部分。对其种类没有特别限制。例如,因为与活性氢的高反应性,可以使用乙烯基和烯丙基的至少一种。其中,可以使用乙烯基。
组分(b)
组分(b)是在其分子中含有结合至硅原子的氢原子的有机聚硅氧烷(下文中,也称为“有机氢聚硅氧烷”)。
组分(b)用作在交联和固化步骤中用于加成反应的交联剂。结合至硅原子的氢原子数需要是每分子两个以上。为了适当地进行固化反应,优选三个以上的氢原子。对有机氢聚硅氧烷的分子量没有限制。有机氢聚硅氧烷优选具有重均分子量(Mw)为1,000以上且10,000以下。
为了适当地进行固化反应,有机氢聚硅氧烷更优选具有重均分子量为1,000以上且5,000以下,这是相对低的分子量。
组分(c)
组分(c)是炭黑,其用于将导电性和额外的强度赋予至导电性构件的弹性层。
炭黑的实例包括乙炔黑、炉黑、热裂炭黑、和槽法炭黑。
为了将适当的导电性和机械强度赋予至导电性构件,相对于组分(a)和组分(b)的总质量,炭黑含量需要是2.0质量%以上且60.0质量%以下。
为了将适当的导电性和额外的强度赋予至导电性构件,炭黑可以具有平均一次粒径为10至100nm和DBP吸附量为30至200mL/100g。为了实现需要的物理性能,两种以上的炭黑可以以组合使用。
组分(d)
组分(d)是无机颗粒,其具有比重为1.5以上,和以下定义的球形度为0.8以上,和数均粒径为1μm至100μm。无机颗粒的实例包括沸石、二氧化硅、氧化锆、氧化铝、氧化镁、氧化钛、钛酸钡、玻璃、氧化锌、氧化钙、氧化锡、氧化铜、氧化铁、氧化铅、氧化锰、碳酸钙、碳酸钠、铝、铜、铁、钛、碘化锌、碘化锡、碘化铅、和碘化铜的颗粒。
这些材料可以单独或以组合使用。按需要,各无机颗粒可以使用树脂或金属进行表面处理。可以实现较好的根据本发明的实施方案的效果的无机颗粒的实例是选自由沸石、氧化铝、氧化锆和二氧化硅组成的组的至少一种的无机颗粒。
在无机颗粒具有数均粒径为1μm以上且100μm以下的情况下,无机颗粒可以均一地存在于弹性层中,从而抑制在弹性层中的炭黑的移动,因此抑制了当通电时根据本发明的实施方案的导电性构件的电阻的增加。
相对于组分(a)和(b)的总质量,组分(d)需要添加量为0.4质量%以上且20.0质量%以下。0.4质量%以上且20.0质量%以下的量同时导致电阻的变化和对由于通电的电阻增加的抑制。特别地,相对于组分(a)和(b)的总质量,组分(d)优选添加量为0.4质量%以上且18.0质量%以下。
组分(d)的添加量(质量%)可以是组分(c)的0.2倍以上至10倍以下。
当组分(d)的球形度小于0.8时,组分(d)的形状偏离球状并且接近不规则形状。炭黑颗粒的移动的抑制效果根据表面的曲率和凹凸而变化。因此难以有效地抑制由于通电的电阻增加。在球形度为0.8以上时,球状无机颗粒具有均一的形状,因此提供了抑制炭黑颗粒的移动的效果。
图1是根据本发明的实施方案的导电性构件的示意性截面图。在图1中,导电性构件4包括:在芯轴1的外周上的弹性层2;和在弹性层2上的树脂层3。
为了实现期望的性能,例如增塑剂、耐热性改进剂、阻燃剂、抗氧化剂、交联促进剂、交联延迟剂、交联助剂、和触变剂等各种添加剂可以适当地添加至硅橡胶混合物至不阻害根据本发明的实施方案的效果的程度。增塑剂的实例包括聚二甲基硅氧烷油、二苯基硅烷二醇、三甲基硅醇、邻苯二甲酸衍生物、和己二酸衍生物。
加成固化型硅橡胶混合物可以含有已知的铂系催化剂作为交联催化剂。铂系催化剂的实例包括铂化合物,例如氯化铂、氯化铂与醇化合物、醚化合物和水合物的络合物。相对于有机聚硅氧烷,交联催化剂的添加量可以在1ppm以上且2000ppm以下的范围内。
导电性基体
具有充分的强度从而支承弹性层2和树脂层3并且输送调色剂并且具有充分的用于电极的导电性的任何导电性基体可以用作用于本发明的实施方案的导电性基体1,而没有特别限制。用于导电性基体1的材料的实例包括:金属,例如铝、铜、不锈钢和铁;合金;和导电性合成树脂。这些材料可以由铬或镍镀覆。为了将导电性基体粘合至在导电性基体的外侧形成的弹性层,底涂剂可以涂布至导电性基体。底涂剂的实例包括硅烷偶联系底涂剂。对导电性基体的尺寸没有特别限制。例如,导电性基体具有外径为约4至约20mm和长度为约200至约380mm。
弹性层
在导电性基体1上的弹性层2的形成方法的实例包括模具成型法、挤出成型法、注射成型法、和涂布成型法。其它实例是:其中将导电性基体使用环状涂布头由在未固化状态下具有流动性的硅橡胶混合物来涂布,然后进行固化的方法。从改善对树脂层3的粘合性的观点,弹性层2的表面可以通过例如表面研磨、电晕处理、火焰处理或准分子处理等的表面改性方法来改性。
各种已知添加剂可以用于本发明的实施方案的硅橡胶混合物。例如,按需要,可以添加用于调节固化速度的反应抑制剂、用于赋予额外的强度的填料、着色剂、增塑剂、和阻燃剂等。
用于促进氢化硅烷化反应的催化剂可以添加至用于本发明的实施方案的硅橡胶混合物。可以使用用于促进氢化硅烷化反应的任何已知的催化剂。这样的催化剂的实例包括:铂系、钯系和铑系催化剂。特别地,可以使用铂系催化剂。可以使用的铂系催化剂的实例包括:氯化铂、氯化铂的醇溶液、氯化铂与烯烃的络合物、氯化铂与乙烯基硅氧烷的络合物、和二氧化硅负载的铂。
弹性层优选具有厚度为0.1mm以上且50mm以下,并且更优选0.3mm以上且10mm以下。
弹性层需要具有作为导电性构件的适当的硬度。弹性层可以具有Asker C硬度为例如10°以上且80°以下。在弹性层的Asker C硬度为10°以上时,抑制了从包含于弹性层中的橡胶材料的油组分的渗出,因此抑制对其它构件的污染。在弹性层的Asker C硬度为80°以下时,抑制了其它构件的恶化,例如,感光鼓的恶化,因此抑制输出图像的图像品质的降低。此处,Asker C硬度由通过以下获得的测量值来定义:测量使用Asker C型硬度计(Kobunshi Keiki Co.,Ltd制造)依照由Society of Rubber Science and Technology规定的标准SRIS 0101分别制备的样品。
树脂层
以下将描述根据本发明的实施方案的导电性构件的树脂层。树脂层的材料的实例包括:热塑性树脂,例如苯乙烯系树脂、乙烯基系树脂、聚醚砜树脂、聚碳酸酯树脂、聚苯醚树脂、聚酰胺树脂、氟碳树脂、纤维素系树脂、和丙烯酸系树脂;和热固性树脂和光固化性树脂,例如环氧树脂、聚酯树脂、醇酸树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂、苯并胍胺树脂、聚氨酯树脂、尿素树脂、硅树脂、和聚酰亚胺树脂。这些材料可以单独或以组合使用。
在其中表面粗糙度需要被控制的情况下,用于控制粗糙度的细颗粒可以添加至树脂层。作为用于控制粗糙度的细颗粒,例如,可以使用由聚氨酯树脂、聚酯树脂、聚醚树脂、聚酰胺树脂、丙烯酸树脂和聚碳酸酯树脂组成的细颗粒。其可以单独或以组合使用。用于控制粗糙度的细颗粒可以具有体积平均粒径为3μm以上且20μm以下。相对于100质量份的在树脂层中的树脂固体含量,在树脂层中的用于控制粗糙度的细颗粒的含量可以是1质量份以上且50质量份以下。
炭黑可以添加至用作树脂层的原料的树脂层分散液。炭黑的实例包括:具有高导电性的炭黑,例如EC300J和EC600JD(商品名,Lion Corporation制造);和具有中等导电性的炭黑,例如橡胶用炭黑和涂料用炭黑。其中,从实现分散性和导电性的良好的控制的观点,可以使用涂料用炭黑。其可以单独或以组合使用。从将均一的导电性赋予至树脂层的观点,相对于树脂组分,在树脂层中的炭黑的含量可以是3质量%以上且30质量%以下。
只要不损害功能,则除了前述材料以外,树脂层可以进一步含有例如交联剂、增塑剂、填料、增量剂、硫化剂、硫化助剂、交联助剂、抗氧化剂、防老剂、加工助剂、和流平剂。
树脂层可以具有厚度为1μm以上且100μm以下。在树脂层的厚度为1μm以上时,抑制了由于磨耗的恶化。在树脂层的厚度为100μm以下时,导电性构件的表面不具有高硬度,以致抑制了其它构件的恶化,例如,感光鼓的恶化,因此抑制输出图像的图像品质的降低。
对树脂层的形成方法没有特别限制。例如,将树脂层的组分在溶剂中在搅拌下进行分散处理从而形成了涂布分散液,因此制备了树脂层涂布分散液。将树脂层涂布分散液施涂至弹性层,并且通过干燥固体化或固化,因此形成树脂层。在搅拌下的分散处理可以使用例如砂磨机、油漆搅拌器、DYNO-MILL和珠磨机等的使用珠子的已知分散装置。作为涂布方法,例如,可以使用浸涂法、环涂法、喷涂法、或辊涂法。
处理盒和电子照相设备
图6是包括根据本发明的实施方案的导电性构件的处理盒的截面图,所述导电性构件用作显影辊。在图6中表明的处理盒17中,将显影辊16、显影刮板21、电子照相感光体18、清洁刮板26、废调色剂容器25和充电辊24一体化。处理盒可拆卸地安装至电子照相设备的主体。显影装置22包括调色剂容器20。调色剂容器20装填有调色剂15。将在调色剂容器20中的调色剂使用调色剂供给辊19供给至显影辊16的表面。将具有预定的厚度的调色剂层使用显影刮板21形成在显影辊16的表面上。
图7是包括根据本发明的实施方案的导电性构件的电子照相设备的截面图,所述导电性构件用作显影辊16。在图7中表明的电子照相设备中,将各自包括显影辊16、调色剂供给辊19、调色剂容器20和显影刮板21的显影装置22可拆卸地安装。
安装了可拆卸地安装至电子照相设备的主体的处理盒17。各处理盒17包括电子照相感光体18、清洁刮板26、废调色剂容器25和充电辊24。除了处理盒17以外,选自由电子照相感光体18、清洁刮板26、废调色剂容器25和充电辊24组成的组的至少一种构件可以安装在电子照相设备的主体上。
电子照相感光体18以由箭头表示的方向旋转并且使用构成为使电子照相感光体18进行充电处理的充电辊24来均一地充电。将静电潜像使用从构成为使静电潜像书写在电子照相感光体18上的曝光装置发出的激光23形成在电子照相感光体18的表面上。使用与电子照相感光体18接触配置的显影装置22,通过将调色剂供给至静电潜像,将静电潜像显影和可视化为调色剂图像。
此处进行的显影是所谓的反转显影,其中调色剂图像形成在曝光部上。将在电子照相感光体18上的可视化的调色剂图像使用用作转印构件的转印辊29对应的一种转印至用作记录介质的纸34。纸34经由供给辊35和吸引辊36供给至设备,然后使用环形带状转印输送带32输送至在各电子照相感光体18与转印辊29的对应的一种之间的间隙。将转印输送带32通过从动辊33、驱动辊28和张力辊31来操作。电压从偏置电源30施加至转印辊29和吸引辊36。将已经转印了调色剂图像的纸34使用定影装置27进行定影处理并且从设备排出。因此,完成打印操作。
将残留在电子照相感光体18上而没有转印至纸34的残留调色剂使用清洁刮板26刮除并且回收在废调色剂容器25中。
各显影装置22包括:含有用作单组分显影剂的调色剂的调色剂容器20;和用作显影剂承载构件的显影辊16;所述显影辊16位于在调色剂容器20的长度方向上延伸并且面对电子照相感光体18的对应的一种的在调色剂容器20中的开口部。将显影装置22构成为使在电子照相感光体18上的静电潜像显影和可视化。
根据本发明的实施方案提供了一种导电性构件,其抑制了当通电时包括于导电性构件中的弹性层的电阻增加并且其具有优异的耐久性。
根据本发明的另一个实施方案提供了一种处理盒和电子照相设备,其有助于形成高品质的电子照相图像。
本发明的又一个实施方案提供了一种加成固化型硅橡胶混合物,其可以用于能够形成高品质的电子照相图像的导电性构件。
实施例
虽然本发明将通过实施例在以下更详细地描述,但本发明不限于这些实施例。首先,以下将描述在这些实施例中进行的各种评价和测量方法。
实施例1
芯轴的制备
此处制备的芯轴通过以下来生产:将底涂剂(商品名:DY35-051,Dow CorningToray Co.,Ltd.制造)施涂至具有外径为6mm并且长度为278.9mm的由不锈钢(SUS304)组成的芯骨,并且将该底涂剂在170℃下烘焙20分钟。
硅橡胶混合物的制备
无机颗粒的制备
对于此处使用的颗粒,研究了具有各种粒径、特定比重和球形度的颗粒。表1列出此处使用的颗粒和它们的物理性能。
表1
有机硅组合物的制备
将表2中列出的材料混合在一起从而制备硅橡胶混合物1。
表2
弹性层的形成
制备的芯轴同心地配置在具有内径为12mm的圆筒状模具中。将硅橡胶混合物1用作弹性层的原料并且注射入模具。在热成型在115℃下进行5分钟之后,模具冷却至50℃。将与芯轴一体化的所得弹性层从模具取出。以这样的方式,具有直径为12mm的弹性层形成在芯轴的外周上。
树脂层的形成
作为树脂层的材料,将100.0质量份的聚酯多元醇(商品名:Nipporan3027,NipponPolyurethane Industry Co.,Ltd.制造)、102.6质量份的MDI系聚异氰酸酯(商品名:C2521,Nippon Polyurethane Industry Co.,Ltd.制造)、和50质量份的炭黑(商品名:MA230,Mitsubishi Chemical Corporation制造)在搅拌下混合在一起。将该混合物以固体含量是30质量%的这样的方式在甲基乙基酮(MEK)中分散和搅拌。该混合物均一地进行分散处理。将MEK进一步添加至混合物从而使固体含量调节至25质量%。向该混合物,添加20质量份的聚氨酯树脂颗粒(商品名:Art-Pearl C400,体积平均粒径:14μm,NegamiChemical Industrial Co.,Ltd.制造)。将该混合物使用球磨机在搅拌下进行分散处理,因此制备了表面层涂布分散液。
将表面层涂布分散液以13μm的膜厚度通过浸涂法施涂至形成在芯轴的外周上的弹性层的表面。在干燥在80℃的烘箱中进行15分钟之后,固化在140℃的烘箱中进行1小时从而生产导电性构件4。
对所得导电性构件4评价下述项目。表2列出结果。
有机硅的分子量和分子量分布的测量
将有机硅的重均分子量Mw、数均分子量Mn和分子量分布Mw/Mn通过凝胶渗透色谱法测量。具体地,使用装配有串联连接的两个GPC色谱柱(TSKgel SuperHM-m,TosohCorporation制造)的高效液相色谱法(HLC-8120GPC,Tosoh Corporation制造)。
测量条件如下:温度:40℃,流动速度:0.6mL/min,检测器:折光指数(RI)检测器。样品的0.1质量%的甲苯溶液用作测量样品。使用单分散标准聚苯乙烯(TSK标准聚苯乙烯:F-128、F-80、F-40、F-20、F-10、F-4、F-2、F-1、A-5000、A-2500、A-1000和A-500,TosohCorporation制造)作为标准试样,建立校正曲线。将分子量分布从测量样品的保留时间或计数来获得。将数均分子量Mn、重均分子量Mw和分散度Mw/Mn从分布测定。
炭黑含量和无机颗粒含量的测量
图2是部分地表明根据本发明的实施方案的导电性构件的炭黑含量和无机颗粒含量的测量方法的示意图。如图2中表明,在导电性橡胶层部11在长度方向上四等分的各个位置处,将9个样品(各样品为10mg)从总计9个区域,即,导电性橡胶层部11的三个区域(表面附近,表面与芯轴之间的中间,和芯轴附近)取出。依照JIS K6227:1998使用“Thermo Plus2TG8120”(商品名,Rigaku Corporation制造)来进行测量。将9个样品的测量的算术平均值定义为测量数据。测量条件如下:将温度在流动速度为200mL/min的氮气气流下保持在50℃下5分钟,然后以50℃/min升高至800℃。接着,将温度以50℃/min降低至300℃并且保持5分钟从而稳定化。下一步,氮气切换至空气。温度在流动速度为200mL/min的空气气流下以50℃/min升高至900℃。在第二温度升高时(空气中)的重量减少提供了关于在橡胶组分中的炭黑的重量的信息。炭黑的重量与构成样品的组分的总重量的比提供了炭黑含量(质量%)。在测量之后的尚未燃烧的残留物质的重量提供了无机颗粒含量(质量%)。
颗粒的数均粒径的测量
在测量炭黑含量和无机颗粒含量时获得的残留物质(灰分)是无机颗粒。将所得无机颗粒使用扫描电子显微镜来观察。从所得二维图像,任选不彼此重叠的100个颗粒。测量由在各颗粒的二维图像的相反侧处的两个平行线之间的距离定义的固定方向的切线直径(Feret直径)并且定义为各颗粒的粒径。将100个颗粒的测量的算术平均值定义为根据本发明的实施方案的数均粒径。
颗粒的球形度的测量
在测量炭黑含量和无机颗粒含量时获得的残留物质(灰分)是无机颗粒。将所得无机颗粒使用扫描电子显微镜来观察。对于颗粒的粒径,可以适当地选择观察的放大倍率。表3列出了颗粒的粒径与观察时适当的放大倍率之间的关系。
表3
颗粒的粒径 扫描电子显微镜的放大倍率
小于1μm 10000倍
1μm以上且小于10μm 1000倍
10μm以上且小于50μm 500倍
50μm以上且小于100μm 100倍
100μm以上 小于100倍
从所得二维图像,任选不彼此重叠的100个颗粒。对于选择的各颗粒,将相对于各颗粒的轮廓9的外接圆直径7和内接圆直径8如图3中表明来测定。将内接圆直径与外接圆直径的比,即,内接圆直径/外接圆直径定义为各颗粒的球形度。将100个颗粒的测量的算术平均值定义为根据本发明的实施方案的球形度。
导电性构件的电阻值
使导电性构件在测量之前静置在温度为15℃和相对湿度为10%的环境中24小时,然后进行以下测量。使用图4A中表明的电阻测量装置。将不形成树脂层的导电性构件5在前述环境中与具有30mm的直径的金属鼓6接触配置,同时将4.9N的负荷施加至导电性构件5的芯轴的两端。金属鼓6以25rpm旋转从而旋转导电性构件5。将具有小于导电性构件5的电阻两个以上数量级的给定电阻的电阻器R连接在金属鼓6与地面之间。将-50V的电压(恒定电压)从恒压电源12施加至导电性构件5的芯轴。将穿过电阻器R的电位差使用数字万用表DMM(例如,189TRUE RMS MULTIMETER,Fluke Corporation制造)来测量。此处,使用电位差的测量值是施加电压的1/100以下的这样的电阻器R的值。将经由导电性构件5流动至金属鼓6的电流从电位差的测量和电阻器R的电阻来计算。将导电性构件5的电阻值从该电流和50V的施加电压来测定。对于使用数字万用表的测量,从在施加电压之后2秒,取样进行3秒。在此情况下,取样速度是100Hz。将导电性构件的电阻值从在3秒的取样时间中测量的电流值的平均值和施加电压来计算。将在3秒的取样时间中测量的电流值的最大值与最小值的比,即,最大电流值/最小电流值定义为电阻不均一性。
在其中导电性构件具有叶片形状的情况下,除了金属鼓不旋转以外,测量以与以上相同的方式来进行。
在其中导电性构件具有带状的情况下,除了以带38的表面速度是100mm/s的这样的方式使用图5A中表明的电阻测量装置来旋转金属鼓37以外,测量以与以上相同的方式来进行。在此情况下,在将4.9N的负荷施加至金属鼓39的芯轴的两端的同时,进行测量。
由于通电的电阻增加的测量
使导电性构件在测量之前静置在温度为15℃和相对湿度为10%的环境中24小时,然后进行以下测量。使用图4B中表明的电阻测量装置,在前述环境中,进行测量。将具有30mm的直径的金属鼓6以25rpm的表面速度旋转,同时将4.9N的负荷施加至目标导电性构件5的芯轴的两端从而使导电性构件5与金属鼓压接。在将100μA的电流(恒定电流)使用恒流电源13通电10小时之后,测量电压值。将连接在金属鼓6与地面之间的具有给定电阻的穿过电阻器R的电位差使用数字万用表DMM(例如,189TRUE RMS MULTIMETER,FlukeCorporation制造)来测量。此处,使用电位差的测量值是施加电压的1/100以下的这样的电阻器R的值。将从初始电压的电压的改变(通电之后的电压/初始电压)定义为由于通电的电阻增加的指标。
在其中导电性构件具有叶片形状的情况下,除了金属鼓不旋转以外,测量以与以上相同的方式来进行。
在其中导电性构件具有带状的情况下,除了以带38的表面速度是100mm/s的这样的方式使用图5B中表明的电阻测量装置来旋转金属鼓37以外,测量以与以上相同的方式来进行。在此情况下,在将4.9N的负荷施加至金属鼓39的芯轴的两端的同时,进行测量。
重影的评价
使已经进行由于通电的电阻增加的前述测试的导电性构件和尚未进行由于通电的电阻增加的测试的导电性构件在测量之前静置在温度为15℃和相对湿度为10%的环境中24小时,然后进行以下测量。
具有如图7中表明的结构的激光打印机(商品名:LBP7700C,CANON KABUSHIKIKAISHA制造)放置在温度为15℃和相对湿度为10%的环境中。将根据该实施例的导电性构件安装为显影辊16。进行重影图像的评价。
具体地,将包括位于前端部的15mm×15mm四方的实黑图像和位于贯穿以下部分的半色调图像的图像图案通过在纸上由黑色调色剂打印来形成。此处,目测评价在显影辊的周期内的在15mm×15mm四方的形式中半色调部分中出现的不均一的密度。根据下述评价标准来进行重影的评价。
A:没有重影发生。
B:重影非常轻微地发生。
C:重影轻微地发生。
D:重影显著地发生。
实施例2至37
除了炭黑的使用量和无机颗粒的种类和使用量如表4中列出来改变以外,如实施例1来制备硅橡胶混合物。将导电性构件使用所得硅橡胶混合物如实施例1来生产并且评价。表4也列出结果。
表4
比较例1
除了不使用无机颗粒并且炭黑(Denka Black,Denki Kagaku Kogyo K.K.制造)的使用量为10质量%以外,如实施例1来制备硅橡胶混合物。如实施例1来生产比较用导电性构件1。进行与实施例1相同的评价。
比较例2至17
除了炭黑的使用量和颗粒的种类和使用量如表5中列出来改变以外,如实施例1来制备硅橡胶混合物。将导电性构件使用所得硅橡胶混合物如实施例1来生产并且评价。表5也列出结果。
表5
在实施例1至37中,生产了其中抑制了由于通电的电阻增加的导电性构件。这原因推测是,数均粒径、球形度和比重在适用于抑制由于通电的电阻增加的范围内,以致生产了仅具有低程度的电阻不均一性和其中抑制了由于通电的电阻增加的导电性构件。
相反地,在比较例1中,没有添加颗粒,以致将电阻不均一性和由于通电的电阻增加评价为差。在比较例2至17中,导电性构件含有颗粒。虽然改善了电阻不均一性,但不提供抑制由于通电的电阻增加的效果,这是因为例如:不充分或过度的添加量、小于0.8的球形度、或小于1.5的比重。
虽然本发明已经参考示意性实施方案来描述,但要理解的是,本发明不限于公开的示意性实施方案。以下权利要求的范围要符合最广泛的解释从而涵盖全部这样的修改和等同的结构和功能。

Claims (7)

1.一种电子照相用导电性构件,其依次包括:
导电性基体;
导电性弹性层;和
树脂层;
其特征在于,所述弹性层包含含有组分a至组分d的加成固化型硅橡胶混合物的固化物,
组分a:在其分子中含有结合至硅原子的烯基的有机聚硅氧烷,
组分b:在其分子中含有结合至硅原子的氢原子的有机聚硅氧烷,
组分c:炭黑,和
组分d:球状实心无机颗粒;
其中在所述加成固化型硅橡胶混合物中,
相对于所述组分a和所述组分b的总质量,所述组分c的含量是2.0质量%以上且60.0质量%以下,
相对于所述组分a和所述组分b的总质量,所述组分d的含量是0.4质量%以上且20.0质量%以下,并且
所述组分d具有
数均粒径为1μm以上且100μm以下,
比重为1.5以上,和
球形度为0.8以上。
2.根据权利要求1所述的导电性构件,其中所述组分d是无机颗粒,其由选自由沸石、氧化铝、氧化锆和二氧化硅组成的组的至少一种组成。
3.一种加成固化型硅橡胶混合物,其特征在于,其包括
组分a:在其分子中含有结合至硅原子的烯基的有机聚硅氧烷,
组分b:在其分子中含有结合至硅原子的氢原子的有机聚硅氧烷,
组分c:炭黑,和
组分d:球状实心无机颗粒;
在所述加成固化型硅橡胶混合物中,
相对于所述组分a和所述组分b的总质量,所述组分c的含量是2.0质量%以上且60.0质量%以下,
相对于所述组分a和所述组分b的总质量,所述组分d的含量是0.4质量%以上且20.0质量%以下,并且
所述组分d具有
数均粒径为1μm以上且100μm以下,
比重为1.5以上,和
球形度为0.8以上。
4.一种处理盒,其可拆卸地安装至电子照相设备的主体,其特征在于包括:
根据权利要求1或2所述的导电性构件。
5.根据权利要求4所述的处理盒,其进一步包括:
感光鼓;和
显影辊,
其中所述导电性构件用作所述显影辊。
6.一种电子照相设备,其特征在于包括:
根据权利要求1或2所述的导电性构件。
7.根据权利要求6所述的电子照相设备,其进一步包括:
电子照相感光体;
设置为使所述电子照相感光体带电的充电构件;
设置为使静电潜像形成在所述电子照相感光体上的曝光装置;和
设置为使显影剂承载在显影构件的表面上并且使所述静电潜像显影在所述电子照相感光体上的显影构件,
其中所述导电性构件用作所述显影构件。
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