CN105900019B - 充电构件、充电构件的制造方法、电子照相设备和处理盒 - Google Patents

Abstract

提供一种充电构件，其能够抑制污染物附着在其表面上并且能够抑制C永久变形图像的产生。所述充电构件具有导电性支承体和作为表面层的弹性层。所述弹性层在沿厚度方向的各位置的杨氏模量分布中具有至少一个极大值。所述充电构件的特征在于，所述弹性层满足数学式(1‑3)的条件。(1)0.8μm≤Tmax≤2.5μm。(2)0.6MPa≤b≤1.2MPa。(3)(a‑b)/b≥0.40。

Description

充电构件、充电构件的制造方法、电子照相设备和处理盒

技术领域

本发明涉及用于电子照相设备的充电构件。本发明还涉及所述充电构件的制造方法。本发明还涉及包括所述充电构件的电子照相设备和处理盒。

背景技术

作为使例如复印机或打印机等电子照相设备中的感光构件带电的手段，提出了涉及使充电构件与感光构件接触从而使感光构件带电的接触充电系统。作为充电构件，通常已知具有其中导电性弹性层形成在导电性支承体上并且表面层形成在导电性弹性层上的构成的充电构件。由金属制成的轴用作导电性支承体。为了可以满足作为充电构件的功能，将其中混合有各种添加剂的硫化橡胶用于导电性弹性层。此外，为了可以满足例如控制电阻值和防止污染等功能，将树脂等用于表面层。

导电性弹性层通常具有体积固有电阻率(volume specific resistivity)为约1×10³至1×10⁷Ω·cm的此类导电性。为了获得具有此类导电性的弹性层，专利文献1公开了使用其中配混有例如炭黑等导电性颗粒的电子导电型导电性橡胶组合物以形成弹性层。

然而，在包括使用橡胶或热塑性弹性体的此类弹性层的充电构件中，当使弹性层长时间以静止状态与感光构件抵接时，在抵接部会产生不容易回复的变形(压缩永久变形)。应该注意的是，在下文中"压缩永久变形"有时简称为"C永久变形"。当其中产生C永久变形的充电构件用于电子照相图像形成时，在电子照相图像中会产生缺陷。此处，具有由充电构件的C永久变形导致的横条纹状缺陷的此类电子照相图像下文中有时称为"C永久变形图像"。为了抑制C永久变形图像的产生，已经提出了涉及在弹性层的表面上形成由树脂材料等形成的高硬度且低摩擦的表面层的方法(参见专利文献2)。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本专利申请特开No.H09-090714

专利文献2：日本专利申请特开No.2000-267394

发明内容

发明要解决的问题

然而，如专利文献2中公开的，包括此类高硬度的表面层的充电构件的表面易于污染。其中污染物附着至表面的此类充电构件会导致电子照相图像的缺陷。

因此，本发明的目的是提供一种充电构件，其能够抑制污染物附着在其表面上并且也能够抑制C永久变形图像的产生。此外，本发明的目的是提供在长期使用期间抑制污染物的附着的充电构件。此外，本发明的目的是提供能够稳定地形成高品质的电子照相图像的电子照相设备。

用于解决问题的方案

根据本发明的一方面，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：弹性层在沿其深度方向的各位置的杨氏模量的分布中具有至少一个极大值(local maximum value)；并且当在杨氏模量的极大值之中，沿深度方向最接近于弹性层表面的位置Pmax处的杨氏模量的极大值定义为“a”(MPa)，位置Pmax距离弹性层表面的深度定义为“Tmax”(μm)，和在距离弹性层表面的深度为0.1(μm)的位置处的弹性层的杨氏模量定义为“b”(MPa)时，

“a”、“Tmax”和“b”满足以下表达式(1)至(3)。

0.8μm≤Tmax≤2.5μm (1)

0.6MPa≤b≤1.2MPa (2)

(a-b)/b≥0.40 (3)

另外，根据本发明的另一方面，提供一种所述充电构件的制造方法，所述制造方法包括以下步骤：在氧浓度为500ppm以上且13,000ppm以下的气氛下，使用电子束来照射导电性支承体的外周上的硫化橡胶层，从而形成弹性层。

此外，根据本发明的又一方面，提供一种电子照相设备，其包括：电子照相感光构件；和与电子照相感光构件接触配置的充电构件。此外，根据本发明的又一方面，提供一种处理盒，其包括：电子照相感光构件；和与电子照相感光构件接触配置的充电构件，所述处理盒可拆卸地安装至电子照相设备的主体。

发明的效果

根据本发明，提供一种充电构件，其能够抑制污染物附着在其表面上并且也能够抑制C永久变形图像的产生。另外，根据本发明，提供能够稳定地形成高品质的电子照相图像的电子照相设备。

附图说明

图1是根据本发明的充电辊的截面图。

图2是电子束照射设备的说明图。

图3是根据本发明的电子照相设备的示意性构成图。

图4是示出使用原子力显微镜的杨氏模量的测量实例的图。

具体实施方式

本发明的发明人进行了深入的研究，目的在于获得一种充电构件：其较不易于产生由压缩永久变形导致的图像缺陷并且抑制污染物附着在其表面上。

结果，本发明人发现，上述目的可以通过包括以下的充电构件来实现：导电性支承体；和作为表面层的弹性层，其中：弹性层在沿其深度方向的各位置的杨氏模量的分布中具有至少一个极大值；并且当在杨氏模量的极大值之中，沿深度方向最接近于弹性层表面的位置Pmax处的杨氏模量的极大值定义为“a”(MPa)，位置Pmax距离弹性层表面的深度定义为“Tmax”(μm)，和在距离弹性层表面的深度为0.1(μm)的位置处的弹性层的杨氏模量定义为“b”(MPa)时，“a”、“Tmax”和“b”满足以下表达式(1)至(3)。

0.8μm≤Tmax≤2.5μm (1)

0.6MPa≤b≤1.2MPa (2)

(a-b)/b≥0.40 (3)

应该注意的是，在以下说明中，距离弹性层表面的深度为0.1(μm)的位置有时称为"最外表面部"或"表面附近"，并且杨氏模量“b”有时称为"最外表面部的杨氏模量b"或"表面附近的杨氏模量b"。在下文中根据本发明的充电构件通过作为充电构件的代表性实例的充电辊的方式来描述。

本发明的发明人推测，可以通过使作为表面层的弹性层沿其深度方向的杨氏模量分布满足由数学表达式(1)至(3)表示的条件来获得本发明效果的原因如下所述。

来自感光构件的压力主要施加至充电构件的表面。因此，为了抑制弹性层的压缩永久变形，必要的是在构成弹性层的聚合物分子之间形成稳定的交联链，由此抑制在充电构件长期放置之后的应变。为此，提高弹性层的硬度是有效的。另一方面，考虑到污染物附着在弹性层上，降低弹性层的硬度是有效的。结果，对于本领域技术人员难以高度平衡压缩永久变形的抑制和污染物附着的减少。

本发明的发明人已经观察到附着在充电构件的表面层上的污染物，并且发现污染物的主要原因物质是调色剂的外部添加剂。该外部添加剂是各自粒径为约1μm以下的细颗粒。当与细颗粒接触的弹性层的最外表面部具有高硬度时，易于使细颗粒与其压接从而附着至弹性层的表面。因此，当满足由数学表达式(2)表示的条件时，与外部添加剂压接的弹性层的最外表面部可以具有低硬度，并且可以减少外部添加剂的附着。

另一方面，为了抑制C永久变形的产生、以及相关地C永久变形图像的产生(在下文中，有时称为"C永久变形性的改进")，如上所述提高弹性层表面的硬度是有效的。然而，本发明的发明人已经进行了研究并且发现，即使当弹性层的表面如上所述为了抑制污染物的附着而具有满足数学表达式(2)的此类相对低的硬度时，通过在距离弹性层的表面的深度为0.8μm以上且2.5μm以下的区域内形成具有高杨氏模量的部分也可以改进C永久变形性。

结果，可以同时实现C永久变形性的改进和污染物附着的减少，这是本发明的目的。

在根据本发明的充电构件中，Tmax优选为0.8μm以上且1.8μm以下。弹性层内部的杨氏模量的极大值“a”优选为1.5MPa以上。最外表面部的杨氏模量b优选为0.7MPa以上且1.2MPa以下。

另外，在本发明中，在距离弹性层表面的深度超过2.5μm的深位置处弹性层内部的杨氏模量c优选小于杨氏模量b。当在距离充电构件的表面的深度为300μm的位置处的杨氏模量c小于在距离表面的深度为0.1μm的位置处的杨氏模量b时，当充电构件在与感光构件的表面接触的同时驱动时充电构件对感光构件的追随性提高，并且充电均匀性可以进一步改进。此处，例如，杨氏模量c的具体值优选为0.5MPa以下。

下文中参考图1来描述本发明的实施方案。应该注意的是，本发明不限于该实施方案。

<充电构件>

图1是作为本发明的充电构件的充电辊的示意性构成实例的说明。充电辊1包括导电性支承体11和形成在导电性支承体11上的作为表面层的弹性层12。根据本发明的充电构件可以用作用于形成图3所示的电子照相设备的充电辊1。

(导电性支承体)

导电性支承体的材料可以列举为例如：如铁、铜、不锈钢、铝或镍等金属和这些金属的合金。另外，鉴于导电性支承体与弹性层的粘接，要使用的导电性支承体可以在其上施涂有粘接剂。粘接剂的实例是在其中引入了导电剂的热固性树脂或热塑性树脂。作为粘接剂，可以使用聚氨酯树脂系粘接剂、丙烯酸树脂系粘接剂、聚酯树脂系粘接剂、聚醚树脂系粘接剂、或环氧树脂系粘接剂等。

<充电构件的制造方法>

根据本发明的弹性层可以例如如下所述来形成。

首先，通过将未硫化橡胶组合物层压在导电性支承体(芯轴)上形成未硫化橡胶辊。作为橡胶辊的形成方法，给出例如：(1)涉及将未硫化橡胶组合物使用挤出机挤出从而使组合物成形为管状，并且在其中插入芯金属的方法；(2)涉及将未硫化橡胶组合物使用装配有十字头的挤出机与设置在其中央的芯轴共挤出为圆筒状，从而获得具有期望的外径的成形体的方法；或(3)涉及将未硫化橡胶组合物使用注射成形机注入具有期望的外径的模具内部，从而获得成形体的方法。在这些方法中，方法(2)是优选的，这是因为该方法便于连续生产，包括少的步骤数，并且适于低成本制造。

下一步，使成形的未硫化橡胶硫化，从而生产其中硫化橡胶层形成在支承体周围的硫化橡胶辊。硫化通过热处理来进行。加热装置可以采用使用齿轮炉(gear oven)的热风炉加热、通过远红外线的加热硫化、或使用硫化机的蒸汽加热等。其中，热风炉加热和通过远红外线的加热是优选的，这是因为能够连续生产。

之后，硫化橡胶辊的表面可以进一步进行研磨处理。作为硫化橡胶辊的表面的研磨方法，给出例如横向研磨系统的方法，其涉及通过使磨石或硫化橡胶辊沿其推力方向移动来进行研磨。可选择地，给出切入式研磨系统的方法，其涉及使硫化橡胶辊围绕芯轴的中心旋转，并且使宽度大于辊长度的磨石切入辊而不使磨石往复。切入式圆筒研磨系统的方法是更优选的，这是因为该方法具有以下优势：可以一次研磨遍及硫化橡胶辊的整个宽度；并且与横向圆筒研磨系统的方法的情况相比，可以缩短加工时间。

然后，作为本发明的特征的沿深度方向具有特定杨氏模量(硬度)分布的弹性层可以通过在氧浓度为500ppm以上且13,000ppm以下的气氛下使用电子束照射硫化橡胶辊的硫化橡胶层来形成。

为了抑制由氧化导致的聚合物分子链的裂解反应，电子束照射通常在具有低的氧浓度的气氛下(在氮气气氛下)进行。然而，在本发明中，电子束照射在具有适当的氧浓度的气氛下进行，由此可以形成根据本发明的沿深度方向具有特定杨氏模量曲线(硬度曲线)的弹性层。

在充电构件的硫化橡胶层使用电子束的传统表面处理中，在具有尽可能低的氧浓度的气氛下进行照射，由此充电构件的弹性层的最外表面部的硬度提高。然而，在本发明中，通过使聚合物分子链通过氧化而进行裂解反应而不形成自由基交联链，由此降低聚合物的交联密度，充电辊的弹性层的最外表面部的杨氏模量降低。相反地，弹性层的内部侧的杨氏模量提高，导致极大的硬度，这是因为内部侧较少受氧影响，因此抑制氧化，从而聚合物的交联效率提高。然后，弹性层的杨氏模量逐渐降低，这是因为随着距离弹性层的表面的深度变得越大，电子束照射能量逐渐变得越小。结果，提升了弹性层的最外表面部与其内部之间的硬度差。因而，改进充电构件的C永久变形性，另外，通过弹性层的最外表面部的柔软性抑制由颗粒压缩导致的在弹性层的表面上污染物的附着，导致充电均匀性改进。

虽然先前已经描述了通过控制气氛中的氧浓度来控制弹性层沿深度方向的硬度分布的方法，但硬度分布可以通过使用用于使电子束渗透弹性层的深度方向的能量差来控制。使用电子束的弹性层的硬化处理的条件通过加速电压和电子束的剂量来确定，并且弹性层沿深度方向的硬度分布可以通过加速电压的大小(magnitude)来控制。另外，弹性层沿深度方向的硬度分布也可以通过调节在弹性层中聚合物或炭黑等的配混量来控制。

如上所述，本发明的充电构件的弹性层具有其中表面附近柔软并且内部硬的特定硬度曲线(杨氏模量曲线)。因而，同时抑制压缩永久变形和污染物的附着。应该注意的是，稍后描述弹性层的杨氏模量的测量方法。

(弹性层)

用于形成弹性层的原料(弹性层形成用橡胶组合物)是例如粘结剂聚合物和添加剂的混合物。对粘结剂聚合物没有特别地限制，只要其为展示出橡胶弹性的材料即可。橡胶材料的具体实例包括：通过将例如硫化剂等交联剂配混在例如天然橡胶(NR)、异戊二烯橡胶(IR)、丁二烯橡胶(BR)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、异丁烯-异戊二烯橡胶(IIR)、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物橡胶(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元共聚物(CHR-AGE)、丙烯腈-丁二烯橡胶(NBR)、氢化丙烯腈-丁二烯共聚物(H-NBR)、氯丁橡胶(CR)和丙烯酸系橡胶(ACM,ANM)等原料橡胶中获得的热固性橡胶材料；和例如聚烯烃系热塑性弹性体、聚苯乙烯系热塑性弹性体、聚酯系热塑性弹性体、聚氨酯系热塑性弹性体、聚酰胺系热塑性弹性体和聚氯乙烯系热塑性弹性体等热塑性弹性体。此外，可以使用这些聚合物的配混混合物。其中，从赋予弹性层导电性和改进在通过使用电子束等的照射的弹性层的表面处理时的交联效率的观点，丙烯腈-丁二烯橡胶是优选的。对在丙烯腈-丁二烯橡胶中丙烯腈的含有率没有特别地限制，但优选为18质量％以上且41质量％以下。

弹性层可以根据需要包含作为导电性颗粒的炭黑。炭黑可以配混在其中，在调节之后使得弹性层展示出期望的电阻值。相对于100质量份的粘结剂聚合物，炭黑的含量优选为20质量份以上且70质量份以下。当炭黑的含量是20质量份以上时，抑制弹性层的硬度降低，并且可以获得适度的硬度。另外，当炭黑的含量是70质量份以下时，抑制弹性层的硬度提高，并且可以容易地获得适度的硬度。当弹性层的硬度太大时，与感光构件的抵接不良会发生，并且在长期使用时例如调色剂或纸粉等污染物会不均匀地附着至充电构件的表面，导致图像缺陷。

配混的炭黑的种类的实例包括，但不特别限于，气炉黑(gas furnace black)、油料炉黑、热裂炭黑、灯黑、乙炔黑、和科琴黑。

此外，作为通常用作橡胶的配混剂的填料、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、增塑剂或分散剂等可以根据需要添加至弹性层形成用橡胶组合物。作为这些原料的混合方法，可以给出例如：涉及使用例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，或涉及使用例如开炼辊等开放型混合机的混合方法。

对根据本发明的弹性层的厚度没有特别地限制，但优选为约1.0mm至1.8mm。

<电子束照射设备>

图2是用于形成根据本发明的弹性层的电子束照射设备的示意性说明图。电子束照射设备是构成为在使橡胶辊旋转的同时使用电子束来照射橡胶辊的表面的设备。如图2所示，该设备包括电子束产生部21、照射室22和照射口23。

电子束产生部21包括用于产生电子束的接线端(terminal)24和用于使由接线端24产生的电子束在真空空间(加速空间)中加速的加速管25。此外，为了防止电子与气体分子碰撞而损失能量，使用真空泵(未示出)等使电子束产生部的内部保持在10^-3至10^-6Pa的真空。

当长丝(filament)26通过由电源(未示出)施加电流来加热时，长丝26释放出热电子，并且仅通过接线端24的热电子作为电子束而有效地提取。然后，将电子束使用其加速电压在加速管25内的加速空间中加速。之后，电子束穿过照射口箔27从而照射在照射口23的下方的照射室22内输送的橡胶辊28。

另外，使橡胶辊28使用辊旋转用构件29旋转并且通过照射室内的输送部件从图2中的左侧移动至右侧。应该注意的是，为了防止在电子束照射时二次产生的X射线泄露至外部，电子束产生部21和照射室22由铅遮蔽(未示出)围绕。

照射口箔27由金属箔形成并且使电子束产生部21内的真空气氛与照射室22内的空气气氛分离。另外，电子束经由照射口箔27提取至照射室22内。因此，在电子束产生部21与照射室22之间的边界处设置的照射口箔27不具有针孔，具有足以维持电子束产生部21内的真空气氛的机械强度，并且使电子束容易地穿过其中。因此，期望照射口箔27是具有小的比重和薄的厚度的金属箔，并且通常使用铝箔或钛箔。

使用电子束的固化处理条件取决于电子束的加速电压和剂量。加速电压影响固化处理深度。在本发明中加速电压的条件优选为作为低能量区域的40kV以上且300kV以下的范围。在40kV以上时，可以实现用于获得本发明效果的充分的处理厚度。另外，将加速电压控制在300kV以下可以抑制电子束照射设备尺寸的增大和设备成本的增加。加速电压的条件更优选为70kV以上且150kV以下的范围。

在电子束照射时电子束的剂量通过以下数学表达式(4)来定义。

D＝(K·I)/V (4)

在该数学表达式中，D表示剂量(kGy)，K表示设备常数，I表示电子电流(mA)，和V表示处理速度(m/min)。设备常数K是表示各设备的效率的常数，并且是设备的性能的指标。设备常数K可以通过在恒定加速电压条件下改变电子电流和处理速度的同时测量剂量来求得。如下所述测量电子束的剂量。剂量测定用膜贴附至橡胶辊的表面，将橡胶辊的表面实际上使用电子束来照射，并且使剂量测定用膜使用膜剂量计进行剂量的测量。要使用的剂量测定用膜和膜剂量计可以分别是FWT-60和FWT-92D(其各自由Far West Technology,Inc.制造)。

在本发明中电子束的剂量优选落在30kGy以上且3,000kGy以下的范围内。将剂量控制在30kGy以上可以容易地提供足以获得本发明的效果的表面硬度。另外，将剂量控制在3,000kGy以下可以抑制由于电子束照射设备大型化或处理时间的增加导致的制造成本的增加。电子束的剂量更优选落在200kGy以上且2,000kGy以下的范围内。

在本发明中，在电子束照射处理时照射室22内的氧浓度是500ppm以上且13,000ppm以下。当氧浓度小于500ppm时，辊的表面由于具有低的氧浓度的气氛而较不易受氧化的影响，这防止最外表面部具有柔软的构成，并且耐污染性降低。当氧浓度超过13,000ppm时，辊的表面高度地易受氧化的影响，这降低表面内部的杨氏模量以及其中的极大值，并且C永久变形性降低。

在本发明中，扫描型电子束照射源(未示出)或区域型电子束照射源(area-typeelectron beam irradiation source)(未示出)可以用作电子束照射源。

<电子照相设备和处理盒>

根据本发明的电子照相设备包括电子照相感光构件和与电子照相感光构件接触配置的充电构件。作为充电构件，使用根据本发明的充电构件。另外，根据本发明的处理盒包括电子照相感光构件和与电子照相感光构件接触配置的充电构件。处理盒可拆卸地安装至电子照相设备的主体。作为充电构件，使用根据本发明的充电构件。

图3是包括根据本发明的充电构件的电子照相设备的截面图的说明。电子照相感光构件31是包括由铝等制成的具有导电性的导电性支承体31b和形成在导电性支承体31b上的感光层31a作为其基本构成层的鼓形状的电子照相感光构件。驱动电子照相感光构件31以围绕轴31c沿图3的顺时针方向在预定的圆周速度下旋转。根据本发明的充电辊1通过设置在导电性支承体11的两端部的按压装置(press device)(未示出)压向电子照相感光构件31。当电子照相感光构件31通过驱动装置(未示出)来旋转时，充电辊1随着电子照相感光构件31的旋转而从动旋转。当通过连接至电源33的滑动电源(sliding power source)33a将预定的直流(DC)偏压施加至导电性支承体11时，使电子照相感光构件31充电从而具有预定的极性和预定的电位。

然后，使具有使用充电辊1充电的周面的电子照相感光构件31通过曝光装置34进行对应于目标图像信息的曝光(激光束扫描曝光或原稿图像的狭缝曝光等)，从而在周面上形成对应于目标图像信息的静电潜像。静电潜像循序地通过显影构件35可视化为调色剂图像。调色剂图像然后通过转印装置36与电子照相感光构件31的旋转同步地在适当的时间循序地转印至从供纸装置部(未示出)输送至位于电子照相感光构件31与转印装置36之间的转印部的转印材料37。转印装置36在该实例中是转印辊，并且通过使转印材料37带电以具有与调色剂相反的极性使电子照相感光构件31侧的调色剂图像从转印材料37的背面转印至转印材料37。将其中调色剂图像转印至表面上的转印材料37与电子照相感光构件31分离，输送至用于图像定影的定影装置(未示出)，并且最终作为图像形成物输出。可选择地，在图像也形成在转印材料的背面的情况下，转印材料输送至转印部的再输送装置。

在图像转印之后，使电子照相感光构件31的周面通过预曝光装置38进行预曝光，由此除去残留在电子照相感光鼓上的电荷(除电)。已知的装置可以用作预曝光装置38，并且其优选的实例可以包括LED芯片阵列、熔丝灯、卤素灯、和荧光灯。使除电之后的电子照相感光构件31的周面通过清洁构件39进行例如转印残留调色剂等附着污染物的去除，从而成为清洁的表面，并且重复用于图像形成。

充电辊1可以使用由表面移动驱动的电子照相感光构件31来从动驱动，可以防止旋转，或者可以在沿着电子照相感光构件31的表面移动方向的方向或在与其相反的方向以预定的圆周速度积极地驱动旋转。另外，在电子照相设备用作复印机的情况下，例如，通过使用来自原稿的反射光或穿过其的透射光，通过阅读原稿从而将其转换为信号并且基于该信号扫描激光束，或通过驱动LED阵列，进行曝光。

作为可以使用根据本发明的充电构件的电子照相设备，给出例如：复印机，激光束打印机，LED打印机，或例如采用电子照相制版系统的电子照相设备等电子照相应用设备。

实施例

现在，通过实施例和比较例的方式更具体地描述本发明。

[实施例1]

(1.弹性层用未硫化橡胶组合物的制备)

将以下表1中示出的材料在6升的加压捏合机(商品名：TD6-15MDX，由Toshin Co.,Ltd.制造)中以70体积％的填充率和30rpm的叶片旋转数混合16分钟。由此，获得A捏合橡胶组合物。

[表1]

表1

下一步，使用辊直径为12英寸(0.30m)的开炼辊以10rpm的前辊旋转数和8rpm的后辊旋转数、2mm的辊间隔将以下表2中示出的材料双侧切割总计20次。之后，使混合物在0.5mm的辊间隔下进行薄通十次。由此，获得弹性层用未硫化橡胶组合物。

[表2]

表2

(2.硫化橡胶层的成形)

使用的导电性支承体通过以下来获得：将导电性硫化粘接剂(Metaloc U-20，由Toyo Kagaku Kenkyusho Co.,Ltd.制造)施涂至直径为6mm和长度为252mm的由钢制成的圆柱形棒(具有镀镍表面)的圆柱面的沿轴方向中央部长度为228mm的范围，接着将粘接剂在80℃下干燥30分钟。下一步，将未硫化橡胶组合物通过使用十字头的挤出与设置在其中心的导电性支承体一起同轴挤出为圆筒形。由此，生产其中导电性支承体的外周覆盖有未硫化橡胶组合物的未硫化橡胶辊。此处使用的挤出机具有45mm的圆筒直径和L/D＝20。在挤出期间，将十字头、圆筒和螺杆的温度各自设定至90℃。

将成形的未硫化橡胶辊的未硫化橡胶组合物层沿轴方向的两端部切断，使得未硫化橡胶组合物层沿轴方向的长度是226mm。之后，将未硫化橡胶辊在电炉中在160℃的温度下加热40分钟，从而使未硫化橡胶组合物层硫化以形成硫化橡胶层。下一步，将硫化橡胶层的表面使用切入式研磨系统的研磨机来研磨。由此，获得包括端部(从中央部朝向两端方向的距离各自为90mm的位置)的直径为8.35mm和中央部的直径为8.50mm的凸起状橡胶层的硫化橡胶辊。

(3.硫化橡胶层的表面硬化处理)

使获得的硫化橡胶辊的表面通过使用电子束照射来进行硬化处理。由此，获得在弹性层的表面中具有硬化区域的"充电辊1"。通过使用最大加速电压为70kV并且最大电子电流为4.5mA的电子束照射设备(商品名："低能量电子束照射源EB-ENGINE"，由HamamatsuPhotonics K.K.制造)来进行电子束照射。应该注意的是，在电子束照射之前，将照射室内的空气使用氮气来清除从而调节照射室内的氧浓度。处理条件如下：加速电压为70kV；电子电流(照射电流)为3.2mA；处理速度(扫描速度)为0.6m/min；和氧浓度为800ppm。此时，电子束照射设备在70kV的加速电压下的装置常数是218，并且剂量基于数学表达式(4)计算为1,163kGy。

(4.评价)

通过以下方法进行各种评价。

(4-1.硫化橡胶层的硬度的测量)

测量电子束照射之后的硫化橡胶层的MD-1硬度。通过使用显微硬度计(商品名：MD-1capa，由Kobunshi Keiki Co.,Ltd.制造)在温度为23℃和相对湿度为55％的环境下以峰值保持模式来进行测量。更具体地，将硫化橡胶辊放置在金属板上，并且通过放置金属块以致防止硫化橡胶辊滚动而简单地固定。将型号(type)A的测量末端沿与金属板垂直的方向精确地压向硫化橡胶辊的中心，并且在按压5秒之后读取值。对在硫化橡胶辊的中央部和与硫化橡胶辊的沿轴方向的橡胶端部的距离各自为30至40mm的两端部各自在沿圆周方向的3个位置进行测量。由此，对总计9个位置进行测量。将获得的测量值的平均值定义为硫化橡胶层的MD-1硬度。结果，发现硫化橡胶层的MD-1硬度为70.8°。

(4-2.弹性层的杨氏模量的测量)

通过以下方法，评价充电辊1的弹性层沿从弹性层的表面朝向其内部的厚度方向的各位置的弹性模量(杨氏模量)。

使用低温切片机(FC6，由Leica制造)在其中充电辊1保持在-110℃下的状态下通过使用金刚石刀从充电辊1中切出弹性层，从而获得沿厚度方向具有平滑的截面的橡胶样品。由使用悬臂(商品名"SI-DF20"，由SII Nano Technology,Inc.制造，材料：SiN，探针长度：12.5μm，顶端半径：10nm)的原子力显微镜(AFM，E-sweep，由SII Nano Technology,Inc.制造)，测量获得的橡胶样品在距离弹性层的表面具有预定深度的各点处的杨氏模量。应该注意的是，测量节距设定为0.1μm。在各测量点(测量位置)处，测量10次力曲线(forcecurve)并且求得作为排除最大值和最小值的8个点的算术平均值的杨氏模量。

图4是弹性层沿深度方向的杨氏模量的测量结果的实例。图的横轴表示测量深度(μm)，即，从弹性层的表面至测量位置的距离。图的纵轴表示杨氏模量(MPa)。结果，杨氏模量的极大值“a”是1.3MPa，深度Tmax是0.8μm，杨氏模量b是0.7MPa，并且深度为300μm的位置处的杨氏模量c是0.4MPa。

(4-3.C永久变形图像的评价)

通过将500g的荷重施加至充电辊1的两端从而使辊同轴地与的感光构件压接而使充电辊1安装至处理盒。将处理盒在温度为40℃和相对湿度为95％的环境下放置30天(下文中，称为"严苛环境试验")。下一步，将处理盒引入至电子照相设备(LBP7200C，由Canon Inc.制造)，并且评价由充电辊的压缩永久变形导致的C永久变形图像。将评价结果基于以下标准A至E来分级。充电辊1评价为等级B。

A：没有观察到C永久变形图像。

B：非常极其轻微地观察到C永久变形图像。

C：极其轻微地观察到C永久变形图像。

D：轻微地观察到C永久变形图像。

E：清楚地观察到C永久变形图像。

(4-4.应变量的测量)

测量在进行上述部分4-3的严苛环境试验之后的充电辊在与感光构件压接部位的变形量。常规的激光尺寸计(LS-5500，由Keyence Corporation制造)用于该测量，并且"应变量"定义为"压接部位的外径d₂与压接前的该压接部位的外径d₁之差"。测量在从充电辊的中央部朝向两端方向的距离各自为90mm的位置的压接部位的外径，并且采用其平均值作为压接部位的外径。结果，发现应变量是4.8μm。

(4-5.耐久前后的图像评价)

将充电辊1引入至电子照相处理盒，并且将处理盒引入至构成为以纵向输出A4纸的电子照相设备(LBP7200C，由Canon Inc.制造)。通过使用该设备进行图像评价。

具体地，半色调图像(其中沿与电子照相感光构件的旋转方向垂直的方向以两点的间隔绘制一点宽的线的图像)作为最初的图像输出在A4尺寸纸上。这称为"初期图像"。下一步，在2,500张A4尺寸纸上连续输出其中以1％的打印浓度形成字母尺寸为4点的字母"E"的图像(下文中，也称为"E字母图像")。随后，在A4尺寸纸上再次输出半色调图像。这称为"耐久后图像"。应该注意的是，图像在温度为23℃和相对湿度为50％的环境下输出。

目视观察获得的初期图像和耐久后图像，并且基于以下标准来评价。另外，关于耐久后图像，在其中观察到图像缺陷的情况下，为了研究图像缺陷的原因而进行以下操作：在输出耐久后图像之后，从电子照相设备中取出处理盒，然后从处理盒中取出充电辊，并且观察在充电辊的表面污染物的有无。观察其中观察到图像缺陷的耐久后图像的图像缺陷部位与充电辊的污染物附着部位之间的对应关系，并且分析图像缺陷是否源自充电辊表面的污染物。

A：没有产生图像缺陷。

B：极其轻微地产生图像缺陷。

C：轻微地产生图像缺陷。

D：清楚地产生图像缺陷。

结果，初期图像的等级是A，和耐久后图像的等级是A。

[实施例2至30]

除了将聚合物(丙烯腈-丁二烯橡胶)、氧浓度、扫描速度和照射电流中的至少之一改变为表3-1至5-2中示出的条件以外，以与实施例1相同的方式来生产充电辊；并且进行各评价。评价结果在表3-1至5-2中示出。应该注意的是，用作丙烯腈-丁二烯橡胶的N230SV(由JSR Corporation制造)和N220S(由JSR Corporation制造)的丙烯腈含有率分别为35质量％和41质量％。

[实施例31]

除了将炭黑1的配混量改变为30质量份以外，以与实施例1相同的方式来生产充电辊；并且进行各评价。评价结果在表5-2中示出。

应该注意的是，使根据实施例31的充电辊进行表面观察，并且与根据其它实施例的充电辊相同，没有观察到由外部添加剂等的附着导致的污染。然而，距离表面层的深度为300μm的位置处的杨氏模量c大于表面的杨氏模量b。因此，与其它实施例相比，与电子照相感光构件的抵接是不稳定的，因此，耐久后图像的评价结果的等级是"B"。

[比较例1至3和7]

除了将氧浓度改变为表6-1和6-2中示出的值以外，以与实施例2相同的方式来生产充电辊；并且进行各评价。评价结果在表6-1和6-2中示出。

[比较例4和8]

除了仅将氧浓度、或将氧浓度和照射电流改变为表6-1和6-2中示出的值以外，以与实施例1相同的方式来生产充电辊；并且进行各评价。评价结果在表6-1和6-2中示出。

[比较例5]

除了将氧浓度、照射电流和扫描速度分别改变为26,000ppm、3.8mA和0.4m/min以外，以与实施例3相同的方式来生产充电辊；并且进行各评价。评价结果在表6-2中示出。

[比较例6]

除了将氧浓度改变为18,000ppm以外，以与实施例9相同的方式来生产充电辊；并且进行各评价。评价结果在表6-2中示出。

[表3-1]

表3-1

[表3-2]

表3-2

[表4-1]

表4-1

[表4-2]

表4-2

[表5-1]

表5-1

[表5-2]

表5-2

[表6-1]

表6-1

[表6-2]

表6-2

如从表6-1和6-2可见，在比较例1中，最外表面部(表面附近)的杨氏模量b等于极大值“a”，因此，促进污染物附着在辊的表面上，导致较低等级的耐久后图像。在各比较例2和3中，Tmax的位置位于更内部，因此辊的变形量大，导致较低等级的C永久变形图像。在比较例4中，表面附近的杨氏模量b低并且耐久后图像是令人满意的，但C永久变形图像的等级较低。在比较例5中，表面附近的杨氏模量b高，并且耐久后图像的等级较低。在各比较例6至8中，表面附近的杨氏模量b与内部的极大值“a”之间的变化率小，并且C永久变形图像的等级和耐久后图像的等级中的任意之一较低。

与这些结果相比，在各实施例1至31中，C永久变形图像的评价等级和耐久后图像的评价等级是A或B，并且获得没有实用问题的令人满意的图像。

附图标记说明

1 充电辊

11 导电性支承体

12 弹性层

本申请要求2014年3月11日提交的日本专利申请No.2014-047795的权益，通过参考将其整体并入本文中。

Claims (13)

1.一种充电构件，其特征在于，其包括：

导电性支承体；和

作为表面层的弹性层，

其中：所述弹性层在沿其深度方向的各位置的杨氏模量的分布中具有至少一个极大值；并且

当在杨氏模量的所述极大值之中，沿所述深度方向最接近于所述弹性层的表面的位置Pmax处的杨氏模量的极大值定义为以MPa计的“a”，

所述位置Pmax距离所述弹性层的表面的深度定义为以μm计的“Tmax”，和

在距离所述弹性层的表面的深度为0.1μm的位置处的所述弹性层的杨氏模量定义为以MPa计的“b”时，

“a”、“Tmax”和“b”满足以下表达式(1)至(3)：

0.8μm≤Tmax≤2.5μm (1)

0.6MPa≤b≤1.2MPa (2)

(a-b)/b≥0.40 (3)。

2.根据权利要求1所述的充电构件，其中以MPa计的所述杨氏模量“b”大于在距离所述弹性层的表面的深度为300μm的位置处的所述弹性层的以MPa计的杨氏模量“c”。

3.根据权利要求1或2所述的充电构件，其中所述弹性层的构成材料包括作为粘结剂聚合物的丙烯腈-丁二烯橡胶。

4.根据权利要求1或2所述的充电构件，其中所述弹性层包含相对于100质量份的粘结剂聚合物为20至70质量份的炭黑。

5.根据权利要求1或2所述的充电构件，其中所述深度“Tmax”是0.8μm以上且1.8μm以下。

6.根据权利要求1或2所述的充电构件，其中所述杨氏模量的极大值“a”是1.5MPa以上。

7.根据权利要求1或2所述的充电构件，其中所述杨氏模量“b”是0.7MPa以上且1.2MPa以下。

8.根据权利要求1或2所述的充电构件，其中所述充电构件具有辊形状。

9.一种根据权利要求1至8任一项所述的充电构件的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括以下步骤：在氧浓度为500ppm以上且13,000ppm以下的气氛下，使用电子束来照射所述导电性支承体的外周上的硫化橡胶层，从而形成所述弹性层。

10.根据权利要求9所述的充电构件的制造方法，其中所述电子束的加速电压是40kV以上且300kV以下。

11.根据权利要求9所述的充电构件的制造方法，其中所述电子束的剂量是30kGy以上且3,000kGy以下。

12.一种电子照相设备，其特征在于，其包括：

电子照相感光构件；和

与所述电子照相感光构件接触配置的充电构件，

其中所述充电构件是根据权利要求1至8任一项所述的充电构件。

13.一种处理盒，其特征在于，其包括：

电子照相感光构件；和

与所述电子照相感光构件接触配置的充电构件，

所述处理盒可拆卸地安装至电子照相设备的主体，

其中所述充电构件是根据权利要求1至8任一项所述的充电构件。