CN107229204B - 导电部件、处理盒和图像形成设备 - Google Patents

导电部件、处理盒和图像形成设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及导电部件、处理盒和图像形成设备，具体涉及一种导电部件，其包括基材、在所述基材上的弹性层和在所述弹性层上的表面层。所述表面层包含树脂和绝缘颗粒。所述绝缘颗粒在表面层的取自厚度方向上的截面中占50％～70％的面积。

Description

导电部件、处理盒和图像形成设备
技术领域
本发明涉及导电部件、处理盒及图像形成设备。
背景技术
电子照相图像形成涉及通过充电和曝光在感光体的表面形成静电潜像、通过用充电的色调剂对所述静电潜像显影形成色调剂图像、转印所述色调剂图像至诸如纸张等记录介质上、并在所述记录介质上对所述色调剂图像定影。一种用于图像形成的图像形成设备配置作为充电单元或转印单元的导电部件。
例如，日本特开2011-095546号公报公开了一种充电辊，其中在轴的外周表面安置导电弹性层并在所述导电弹性层的外面安置表面层。所述导电弹性层由包含特定量的氯醚橡胶和/或丁腈橡胶和过氧化物交联剂的橡胶组合物形成。所述表面层由合成树脂组合物形成，所述合成树脂组合物包含特定比例的选自具有特定的平均粒径的二氧化硅、酚醛树脂、聚苯乙烯树脂、聚烯烃树脂和氟树脂中的至少一种粗糙度生成颗粒。
日本特开2002-278218号公报公开了一种给待充电部件充电的充电部件。此充电部件与待充电的部件接触并通过在所述充电部件和待充电的部件之间施加电压给所述待充电的部件充电。至少与待充电部件接触的充电部件的表面是由包含含有疏水性粉末的树脂组合物的表面层形成的。
发明内容
当所述导电部件的外周表面由于操作而污染，在所述污染区域的导电性变得与未污染的区域的导电性不同。由于此差异，可能产生电阻不均匀性。
具体而言，当导电部件用作图像形成设备的充电部件时，导电部件的外周表面可能被如色调剂的外添剂等高度绝缘的污染物污染，且所述导电部件可能具有电阻不均匀性。当通过使用具有电阻不均匀性的导电部件作为充电部件形成图像时，充电部件的充电性(充电能力)可能变得不均匀，并且因为电荷不均匀性可能出现图像浓度不均匀性。
本发明的一个目的是提供一种导电部件，当与绝缘颗粒在表面层取自厚度方向上的截面占少于50％的面积时相比，其由于绝缘污染物的污染导致的电阻不均匀性的发生被抑制。
根据本发明的第一方面，提供包括基材、在所述基材上的弹性层和在所述弹性层上的表面层的导电部件。所述表面层包含树脂和绝缘颗粒。所述绝缘颗粒在表面层的取自厚度方向上的截面中占50％～70％的面积。
根据本发明的第二方面，提供如第一方面所述的导电部件，其中，所述绝缘颗粒是无机颗粒。
根据本发明的第三方面，提供如第一方面所述的导电部件，其中，所述绝缘颗粒包含选自SiO2、TiO2和Al2O3中的至少一种。
根据本发明的第四方面，提供如第一方面所述的导电部件，其中，所述绝缘颗粒是树脂颗粒。
根据本发明的第五方面，提供如第一方面所述的导电部件，其中，所述表面层具有裂纹。
根据本发明的第六方面，提供如第五方面所述的导电部件，其中，相对于表面层的整个外周表面，所述裂纹的面积分数为0.1％～30％。
根据本发明的第七方面，提供如第五方面所述的导电部件，其中，相对于表面层的整个外周表面，所述裂纹的面积分数为0.1％～20％。
根据本发明的第八方面，提供如第五方面所述的导电部件，其中，相对于表面层的整个外周表面，所述裂纹的面积分数为0.1％～15％。
根据本发明的第九方面，提供如第一方面所述的导电部件，其中，所述树脂包含聚酰氨树脂。
根据本发明的第十方面，提供如第一方面所述的导电部件，其中，所述树脂包含甲氧基甲基化聚酰氨树脂。
根据本发明的第十一方面，提供一种能够可拆卸地安装到图像形成设备的处理盒，所述处理盒包括图像支持体和给所述图像支持体充电并包括如第一到第十方面中任一方面所述的导电部件的充电装置。
根据本发明的第十二方面，提供一种图像形成设备，所述图像形成设备包括图像支持体；给所述图像支持体充电并包括如第一到第十方面中任一方面所述的导电部件的充电装置；在所述图像支持体的经充电表面形成潜像的潜像形成装置；通过用色调剂在所述图像支持体的表面上使潜像显影以形成色调剂图像的显影装置；及将图像支持体表面上的色调剂图像转印到记录介质上的转印装置。
根据本发明的第一、第二、第三、第四、第九或第十方面，当与绝缘颗粒在表面层取自厚度方向上的截面占少于50％的面积时相比，提供一种由于绝缘污染物的污染导致的电阻不均匀性的发生被抑制的导电部件。
根据本发明的第五、第六、第七、或第八方面，当与绝缘颗粒在表面层取自厚度方向上的截面占50％～70％的面积且所述表面层不具有裂纹时相比，提供一种具有更高充电性的导电部件。
根据本发明的第十一或十二方面，当与使用绝缘颗粒在表面层取自厚度方向上的截面占少于50％面积的导电部件时相比，提供一种由于其导电部件的电阻不均匀性引起的电荷不均匀性导致的图像浓度不均匀性被抑制的处理盒或图像形成设备。
附图说明
基于下列附图，对本发明的示例性实施方式进行详细描述，其中：
图1是例示根据示例性实施方式的导电部件的实例的示意性透视图；
图2是例示根据该示例性实施方式的导电部件的实例的示意性截面图；
图3是例示根据该示例性实施方式的导电部件的实例的表面层和弹性层在取自厚度方向上的截面的示意图；
图4是例示根据该示例性实施方式的导电部件的实例的表面层的外周表面的示意图；
图5是用于示例性实施方式中的充电装置的示意性透视图；
图6是例示根据示例性实施方式的图像形成设备的实例的示意图；及
图7是例示根据示例性实施方式的处理盒的实例的示意图。
具体实施方式
下面，将详细描述根据本发明的示例性实施方式。
导电部件
根据示例性实施方式的导电部件包括基材、在所述基材上的弹性层和在所述弹性层上的表面层。所述表面层包含树脂和绝缘颗粒。所述绝缘颗粒在表面层取自厚度方向上的截面占50％～70％的面积(下文该比例也称为“绝缘颗粒面积分数”)。出于本说明书的目的，“绝缘”指20℃时的体积电阻率为1×1014Ω·cm以上。
因为根据本示例性实施方式的导电部件具有上述特征，由绝缘污染物污染引起的电阻不均匀性被抑制。推测其是由于如下原因。
当导电部件的外周表面由于操作被污染时，污染区域的导电性变得与未污染区域的导电性不同。因为此差异，可能产生电阻的不均匀性。
特别是，当导电部件用作给电子照相图像形成设备的图像支持体充电的充电部件且反复形成图像时，导电部件的外周表面有时是被污染物逐渐污染的。污染物的一个实例为用于色调剂的外添剂。具体而言，例如推测当残留在图像支持体上的色调剂的外添剂等迁移到充电部件时，用作充电部件的导电部件的外周表面被污染。一旦导电部件的外周表面被诸如色调剂的外添剂等高度绝缘污染物污染，污染区域的导电性下降(电阻增加)而未污染的区域的导电性仍然是高的(低电阻)，且因为此差异可能发生电阻不均匀性。导电部件外周表面上的污染物随着使用而逐渐积累，推测导电部件的电阻分布会随着使用历史而变化。
当通过使用具有电阻不均匀性的导电部件作为充电部件形成图像时，在给图像支持体充电的时间，绝缘污染物出现在充电部件和图像支持体之间，并可能导致电荷不均匀性。当所述图像支持体以不均匀性方式充电，因为电荷不均匀性可能发生图像浓度不均匀性。
相反地，在本示例性实施方式中，表面层中的绝缘颗粒的面积分数为50％～70％。即，在所述导电部件用于操作之前，所述表面层包含比现有技术中数量更大的绝缘颗粒。因此，即使当导电部件的外周表面被绝缘污染物污染时，污染区域导电性的变化仍然很小，因为其中的导电性原本就低(电阻原本就高)。污染区域和非污染区域之间导电性的差异(电阻差异)也小。换句话说，推测导电部件的电阻分布不会因污染而发生很大变化，而这抑制了电阻不均匀性的发生。
当使用电阻不均匀性被抑制的导电部件作为充电部件形成图像时，电荷不均匀性被抑制，并且因此由电荷不均匀性导致的图像浓度不均匀性被抑制。
推测因为本示例性实施方式的导电部件的表面层中的绝缘颗粒的面积分数是50％～70％，由于绝缘污染物污染导致的电阻不均匀性被抑制。
所述表面层中的绝缘颗粒的面积分数的测量如下。
通过冷冻切片机方法从导电部件的表面层的厚度方向上制备截面样品。所述样品用扫描电子显微镜观察。任意选择十个4μm×4μm的区域。测量每个区域中被绝缘颗粒占据的区域面积，平均值被认为是“表面层中绝缘颗粒的面积分数”。如果表面层的厚度小于4μm，则增加观察区域的数量以使总的观察面积保持相同。
在本示例性实施方式中，因为表面层中绝缘颗粒的面积分数是在上述范围内，当与面积分数低于上述范围时相比，由绝缘污染物引起的电阻不均匀性更少，而当与面积分数超过上述范围时相比，所述表面层的耐久性更高。因此，所述表面层容易保持为膜。
根据本示例性实施方式的导电部件可以仅包含基材、弹性层、表面层。作为另一种选择，例如，可以在弹性层和基材之间安置中间层(粘合层)或者可以在弹性层和表面层之间安置另一个中间层(例如，电阻调节层或迁移预防层)。
下面，将参考附图详细描述根据本示例性实施方式的导电部件。图1是例示根据本示例性实施方式的导电部件的实例的示意性透视图。图2是图1中示出的导电部件的沿线II-II取得的示意性截面图。
参考图1和图2，本示例性实施方式的导电部件121A是辊形部件(充电辊)，其包括例如基材30(轴)、基材30的外周表面上的粘合层33、粘合层33的外周表面上的弹性层31和弹性层31的外周表面上的表面层32。
下面，将详细描述根据本示例性实施方式的导电部件的组成元件。以下描述中忽略附图标记。
基材
基材是起电极和导电部件的支撑部件作用的部件(轴)。
用于基材的材料的实例包括如铁(易切削钢等)、铜、黄铜、不锈钢、铝、和镍等金属。具有电镀外表面的部件(例如，树脂部件或陶瓷部件)或包含分散的导电剂的部件(例如，树脂部件或陶瓷部件)也可以用作基材。
基材可以是中空部件(圆柱形部件)或实心部件(柱状部件)。基材可以是导电部件。
对于本说明书的目的，“导电”指20℃时的体积电阻率小于1×1014Ω·cm。
弹性层
所述弹性层例如包含，弹性材料、导电剂和其他添加剂。
弹性材料的实例包括异戊二烯橡胶、氯丁橡胶、氯醚橡胶、丁基橡胶、聚氨酯、硅橡胶、氟橡胶、丁苯橡胶、聚丁橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶、表氯醇-环氧乙烷共聚物橡胶、表氯醇-环氧乙烷-烯丙基缩水甘油醚共聚物橡胶、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物橡胶(EPDM)、丙烯腈-丁二烯共聚物橡胶(NBR)、天然橡胶以及前述物质的混合橡胶。其中，可以使用聚氨酯、硅橡胶、EPDM、表氯醇-环氧乙烷共聚物橡胶、表氯醇-环氧乙烷-烯丙基缩水甘油醚共聚物橡胶、NBR以及前述物质的混合橡胶。弹性材料可以是发泡的或不发泡的。
所述导电剂的实例包括电子导电剂和离子导电剂。
电子导电剂的实例包括下列的粉末：如科琴黑和乙炔黑等炭黑；热解碳和石墨；如铝、铜、镍和不锈钢等金属和合金；如氧化锡、氧化铟、氧化钛、氧化锡-氧化锑固溶体和氧化锡-氧化铟固溶体等导电金属氧化物；及具有导电表面的绝缘基材。
离子导电剂的实例包括如四乙基铵和月桂基三甲基铵等鎓离子的高氯酸盐或氯酸盐；及如锂和镁等碱土金属和碱金属的高氯酸盐和氯酸盐。
这些导电剂可以单独使用或组合使用。
炭黑的具体实例包括全部由Orion Engineered Carbons LLC生产的"SpecialBlack350"、"Special Black 100"、"Special Black 250"、"Special Black 5"、"SpecialBlack 4"、"Special Black 4A"、"Special Black 550"、"Special Black 6"、"ColorBlack FW200"、"Color Black FW2"、和"Color Black FW2V"，及全部由Cabot公司生产的"MONARCH 880"、"MONARCH 1000"、"MONARCH 1300"、"MONARCH 1400"、"MOGUL-L"、和"REGAL400R"。
所述导电剂的平均粒径例如是1nm～200nm。平均粒径从取自弹性层的样品测定。使用电子显微镜观察样品，测量导电剂的100个颗粒的直径(最长轴)，其平均值(数量平均值)被认为是平均粒径。
当所述导电剂是电子导电剂时，不特别限制待添加的导电剂的量，相对于100重量份的弹性材料，可以为1重量份～30重量份。所述量可以为15重量份～25重量份。当所述导电剂是离子导电剂时，相对于100重量份的弹性材料，所述导电剂的量可以为0.1重量份～5.0重量份或者可以为0.5重量份～3.0重量份。
添加到弹性层的其他添加剂的实例包括可以被混入弹性层的常用材料，如软化剂、塑化剂、固化剂、硫化剂、硫化促进剂、抗氧化剂、表面活性剂、偶联剂和填料(二氧化硅、碳酸钙等)。
当弹性层也作为电阻调节层时，弹性层的体积电阻率可以是103Ω·cm～1014Ω·cm、105Ω·cm～1012Ω·cm或者107Ω·cm～1012Ω·cm。
弹性层的体积电阻率为通过下面的过程测定的值。
即，从弹性层取得片状测量样品。根据日本工业标准(Japanese IndustrialStandards，JIS)K 6911(1995)使用测量夹具(ADVANTEST公司生产的R12702A/BResistivity Chamber)和高电阻计(ADVANTEST公司生产的R8340A数字超高电阻/微电流计)，给测量样品施加电压30秒以使电场(所施加电压/复合板厚度)为1000V/cm，然后将电流值代入到以下公式中以测定体积电阻率：
体积电阻率(Ω·cm)＝(19.63×所施加电压(V))/(电流值(A)×测量样品厚度(cm))
尽管其厚度取决于使用导电部件的设备，弹性层的厚度例如是1mm～15mm，可以是2mm～10mm，或可以是2mm～5mm。
弹性层的厚度为通过下面的过程测定的值。
通过用单刃刀切割弹性层，从三处位置获取弹性层样品，即在轴向上距一端20mm的位置、在轴向上距另一端20mm的位置以及在轴向的中心。取决于厚度在5～50倍的适当放大倍数下观察每个切割出的样品的截面以测定厚度，其平均值被认为是弹性层的厚度。使用KEYENCE公司生产的VHX-200数字显微镜进行测量。
粘合层
粘合层是可选层。例如，粘合层由包含粘合剂(树脂或橡胶)的组合物形成。粘合层可能由包含粘合剂和诸如导电剂等其他添加剂的组合物形成。
所述树脂的实例包括聚氨酯树脂、丙烯酸树脂(例如，聚甲基丙烯酸甲酯树脂和聚甲基丙烯酸丁酯树脂)、聚乙烯醇缩丁醛树脂、聚乙烯醇缩乙醛树脂、聚芳酯树脂、聚碳酸酯树脂、聚酯树脂、苯氧树脂、聚乙酸乙烯酯树脂、聚酰氨树脂、聚乙烯吡啶树脂、和纤维素树脂。
所述树脂的其他实例包括丁二烯树脂(RB)、聚苯乙烯树脂(例如，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯弹性体(SBS))、聚烯烃树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂、聚乙烯树脂(PE)、聚丙烯树脂(PP)、聚氯乙烯树脂(PVC)、丙烯酸树脂、苯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物树脂、丁二烯丙烯腈共聚物树脂、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物树脂、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物树脂、乙烯-甲基丙烯酸(EMAA)共聚物树脂以及前述物质的改性树脂。
所述橡胶的实例包括乙烯-丙烯-二烯三元共聚物橡胶(EPDM)、聚丁二烯、天然橡胶、聚异戊二烯、丁苯橡胶(SBR)、氯丁橡胶(CR)、丁腈橡胶(NBR)、硅橡胶、氨基甲酸酯橡胶和氯醚橡胶。
其中，可以使用氯丁橡胶、氯醚橡胶、氯磺化聚乙烯或氯化聚乙烯作为所述树脂或橡胶。
所述导电剂的实例包括下列的导电粉末：如科琴黑和乙炔黑等炭黑；热解碳和石墨；如铝、铜、镍和不锈钢等金属和合金；如氧化锡、氧化铟、氧化钛、氧化锡-氧化锑固溶体和氧化锡-氧化铟固溶体等导电金属氧化物；及具有导电表面的绝缘基材。
所述导电剂的平均粒径例如是0.01μm～5μm、0.01μm～3μm或0.01μm～2μm。
平均粒径通过从粘合层切割出的样品测定，使用电子显微镜观察样品，测量所述导电剂的100个颗粒的直径(最长轴)，并对结果进行平均。
相对于100重量份的粘合层，所述导电剂的含量是0.1重量份～6重量份、0.5重量份～6重量份、或者1重量份～3重量份。
除了导电剂之外的添加剂的实例包括交联剂、固化加速剂、无机填料、有机填料、阻燃剂、抗静电剂、导电性赋予剂、润滑剂、滑动性赋予剂、表面活性剂、着色剂和酸受体。可以选择或包含两种以上的所述添加剂。
表面层
所述表面层包含树脂和绝缘颗粒，如果需要，其可以包含导电剂和其他添加剂。
表面层中使用的树脂的实例包括丙烯酸树脂、纤维素树脂、聚酰氨树脂、共聚物尼龙、聚氨酯树脂、聚碳酸酯树脂、聚酯树脂、聚乙烯树脂、聚乙烯基树脂、聚芳酯树脂、苯乙烯丁二烯树脂、三聚氰胺树脂、环氧树脂、氨基甲酸酯树脂、硅树脂、氟树脂(例如，四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物和聚偏氟乙烯)及脲树脂。
共聚物尼龙是包含选自尼龙610、尼龙11和尼龙12的一种或多种单元作为聚合单元的共聚物。也可以包含尼龙6或尼龙66等作为其它聚合单元。
添加到弹性层的弹性材料可以用作此树脂。
从表面层电子性质、抗污染性、适当的硬度、机械强度的保持性、导电剂的分散性、膜形成性等出发，表面层中使用的树脂可以是聚酰胺树脂(尼龙)，或更具体地是甲氧基甲基化聚酰胺树脂(甲氧基甲基化尼龙)。
这些树脂可以单独使用或组合使用。
当在表面层中使用超过两种树脂时，所述表面层可以具有由第一树脂组成海和第二树脂组成岛的海-岛结构。
所述海-岛结构通过调节第一树脂和第二树脂之间的溶解度参数(SP值)的差和第一树脂和第二树脂的混合比而形成。第一树脂和第二树脂之间SP值的差可以是2～10，因为海岛结构在此差值时是平滑形成的。从形成适当尺寸的岛出发，第一树脂和第二树脂的混合比可以是2～20重量份的第二树脂相对于100重量份的第一树脂。在某些情况下，第二树脂的量可以是5～15重量份。
在此示例性实施方式中，溶解度参数(SP值)通过《聚合物手册》(第4版，JohnWiley&Sons)的VII 680-683中描述的方法计算。主要树脂的溶解度参数在该书的VII702-711中描述。
当表面层具有上述的海-岛结构时，第一树脂的具体实例包括如上在表面层中使用的示例性树脂的那些树脂。从表面层电子性质、抗污染性、适当的硬度、机械强度的保持性、导电剂的分散性、膜形成性等出发，第一树脂可以是聚酰胺树脂(尼龙)，或更具体地是甲氧基甲基化聚酰胺树脂(甲氧基甲基化尼龙)。
第二树脂的实例包括聚乙烯醇缩丁醛树脂、聚苯乙烯树脂和聚乙烯醇。这些树脂可以单独使用或组合使用。
表面层中使用的绝缘颗粒可以是任何绝缘颗粒。所述绝缘颗粒的一个实例是无机颗粒。
所述无机颗粒的具体实例包括选自SiO2、TiO2、Al2O3、CuO、ZnO、SnO2、CeO2、Fe2O3、MgO、BaO、CaO、K2O、Na2O、ZrO2、CaO·SiO2、K2O·(TiO2)n、Al2O3·2SiO2、CaCO3、MgCO3、BaSO4、MgSO4、10CaO·3P2O5·H2O、玻璃和云母中的至少一种的颗粒。
树脂颗粒也可以用作绝缘颗粒。所述树脂颗粒的具体实例包括聚苯乙烯树脂、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、三聚氰胺树脂、氟树脂和硅树脂的颗粒。
所述绝缘颗粒可以是无机颗粒，或特别是包括SiO2、TiO2、Al2O3、玻璃或云母的颗粒，或者或从抑制电阻不均匀性出发是包括SiO2的颗粒。
绝缘颗粒在20℃的体积电阻率可以是等于或大于1×1014Ω·cm的任意值。从抑制电阻不均匀性出发，体积电阻率可以是1×1014Ω·cm～1×1019Ω·cm或1×1016Ω·cm～1×1018Ω·cm。
绝缘颗粒的体积电阻率如下进行测量。测量环境为温度为20℃且相对湿度(RH)为50％。
首先，从所述层中分离绝缘颗粒。将待测量的分离的绝缘颗粒放置在配备20cm2的电极板的圆形夹具的表面以形成具有约1mm～3mm厚度的绝缘颗粒层。放置另一个20cm2的电极板至绝缘颗粒层上以夹持所述绝缘颗粒层。为了去除绝缘颗粒之间的间隙，在绝缘颗粒层上的电极板上放置4kg的负重，然后测量所述绝缘颗粒层的厚度(cm)。将所述绝缘颗粒层之上和之下的两个电极连接至静电计和高压电源上。在两个电极之间施加高压以使电场达到特定的值，测量此时流过的电流值(A)以计算绝缘颗粒的体积电阻率(Ω·cm)。用于计算绝缘颗粒的体积电阻率(Ω·cm)的公式如下：
ρ＝E×20/(I-I0)/L
其中，ρ表示绝缘颗粒的体积电阻率(Ω·cm)，E表示外加电压(V)，I表示电流值(A)，I0表示外加电压为0V时的电流值(A)，且L表示绝缘颗粒层的厚度(cm)。在此公式中，使用在1,000V的施加电压下的体积电阻率。
绝缘颗粒的数均粒径例如是0.01μm～3.0μm、0.05μm～2.0μm或0.1μm～1μm。
当绝缘颗粒的数均粒径在上述范围内，当与数均粒径低于此范围时相比，图像支持体和导电部件的污染更少，且当与数均粒径超过该范围时相比，从导电部件脱离的绝缘颗粒对图像的副作用更少。
绝缘颗粒的数均粒径通过观察测量上述表面层中的绝缘颗粒的面积分数的截面来计算，测量100个绝缘颗粒的直径(最长轴)，并对结果进行平均。
只要绝缘颗粒的面积分数在上述范围内，表面层中绝缘颗粒的含量可以是任意值。例如，所述绝缘颗粒的含量可以是40％重量份～90％重量份或者可以是50％重量份～80％重量份。
表面层中绝缘颗粒的面积分数是50％～70％，或者从对电阻不均匀性的抑制和表面层耐久性出发，可以是53％～70％或55％～70％。
表面层中使用的导电剂的实例包括电子导电剂和离子导电剂。电子导电剂的实例包括下列的粉末：如科琴黑和乙炔黑等炭黑；热解碳和石墨；如铝、铜、镍和不锈钢等金属和合金；如氧化锡、氧化铟、氧化钛、氧化锡-氧化锑固溶体、和氧化锡-氧化铟固溶体等导电金属氧化物；及具有导电表面的绝缘基材。离子导电剂的实例包括如四乙基铵和月桂基三甲基铵等鎓离子的高氯酸盐或氯酸盐；及如锂和镁等碱土金属和碱金属的高氯酸盐和氯酸盐。所述导电剂可以单独使用或组合使用。
所述导电剂可以是炭黑。所述炭黑可以是科琴黑、乙炔黑或pH为5以下的氧化炭黑等。这样的炭黑的具体实例包括全部由Orion Engineered Carbons LLC生产的"SpecialBlack 350"、"Special Black 100"、"Special Black 250"、"Special Black 5"、"SpecialBlack 4"、"Special Black 4A"、"Special Black 550"、"Special Black 6"、"ColorBlack FW200"、"Color Black FW2"、和"Color Black FW2V"，及全部由Cabot公司生产的"MONARCH 880"、"MONARCH 1000"、"MONARCH 1300"、"MONARCH 1400"、"MOGUL-L"、和"REGAL400R"。
相对于分离绝缘颗粒后剩余的表面层的整个重量，表面层中导电剂的含量例如是3％重量份～30％重量份。从导电部件充电性出发，导电剂含量可以是5％重量份～20％重量份。
表面层中使用的其他添加剂的实例包括诸如塑化剂、软化剂、硫化促进剂、和硫化剂等已知化合物。
表面层的厚度例如是1μm～30μm。从保持机械强度出发，所述厚度可以是1μm～20μm或3μm～15μm。表面层的厚度是通过与弹性层厚度测量相同的过程而测量的值。
表面层可以具有裂纹。“裂纹”是从表面层的外周表面向弹性层延伸的槽状区域。
图3是示出本示例性实施方式的导电部件的表面层和弹性层在厚度方向上的截面的示意图，图4是示出本示例性实施方式的导电部件的表面层的外周表面的示意图。
如图3所示，导电部件的表面层32中存在某些穿透表面层32的裂纹34。裂纹34是在径向上从表面层32的外周表面32A穿透到中心的沟槽并且最远到达表面层32和弹性层31之间的界面32B。
尽管图3中示出的裂纹34全部穿透表面层32，可以与此相反。裂纹34可以是在表面层32的外周表面32A中形成的任何槽状裂纹，并且不必穿透表面层32。
裂纹34可以是从表面层32的外周表面32A延伸到弹性层31的任意裂纹，并且其不必垂直于外周表面32A。
导电部件表面层32的外周表面32A中的裂纹34的形状不进行特别限制。例如，如图4所示，裂纹34可以具有与在干涸土地中形成的裂纹类似的形状，即无规形状。裂纹34可以包括在表面层32的外周表面32A中彼此相交的裂纹和/或不与其他裂纹交叉的裂纹。
在此示例性实施方式中，表面层中的裂纹提高了导电部件的充电性。
如上所讨论，根据本示例性实施方式的导电部件，表面层中绝缘颗粒的面积分数在上述范围内，并且因此与现有技术的导电部件相比，表面层的体积电阻率趋于更高。然而，当所述表面层具有裂纹时，弹性层的导电性自然地有助于导电部件的充电能力，并且因此，推测其获得高充电性而抑制由于污染导致的电阻不均匀性。当失效了较少的电阻不均匀性和高充电性的导电部件用作充电部件以形成图像时，由电阻不均匀性导致的电荷不均匀性引起的图像浓度的不均匀性和在非图像部分由充电性减少引起的起雾均被抑制。
用于获得具有裂纹的表面层的方法的实例为一种涉及调节添加到表面层的绝缘颗粒的量的方法。有助于形成表面层中的裂纹的绝缘颗粒的量取决于诸如绝缘颗粒的粒径和树脂类型等条件。例如，绝缘颗粒的量可以被设定为使表面层中绝缘颗粒的面积分数为50％～70％的水平。
表面层中裂纹的面积分数不进行特别限制，且其例如是，0.1％～30％、可以是0.1％～20％或0.1％～15％。
表面层中裂纹的面积分数为裂纹的总面积与表面层的外周表面的全部面积之比。
与裂纹的面积分数超过此范围相比，当裂纹的面积分数在上述范围内时，表面层的耐久性得以提高并且外周表面的污染趋于更少。与裂纹的面积分数低于此范围相比，充电性被提高。
表面层中每个裂纹的宽度不进行特别限制，且其例如是，0.1μm～20μm或者0.1μm～10μm。
表面层中裂纹宽度为在裂纹的长度方向上以100μm间隔测量的外周表面中的裂纹的平均宽度。一个裂纹的宽度在厚度方向上和在深度方向上可以不同。
与宽度超过此范围相比，当裂纹的宽度在上述范围内时，外周表面更少被污染，且当与宽度低于此范围相比，充电性提高。
表面层中裂纹的存在/缺失、裂纹的面积分数、和裂纹的宽度可通过分析通过电子显微镜观察表面层的外周表面获得的图像(例如，500μm×500μm区域)进行测定。
表面层中裂纹的面积分数和裂纹的宽度可通过调节添加到表面层中的绝缘颗粒的量进行调节。
制造导电部件的方法
首先，例如，制备由圆柱形或柱状基材形成的辊状部件和基材外周表面上的弹性层。此辊状部件可以通过任意方法制备。例如，橡胶材料的混合物、导电剂和其他添加剂(如果需要)可以环绕在基材周围并加热进行硫化以形成弹性层。
用于形成弹性层的外周表面上的表面层的方法可以是任意方法，例如可以将通过在溶剂中溶解和分散树脂、绝缘颗粒、导电剂和其他添加剂(如果需要)所制备的分散体施涂到弹性层的外周表面，可将施涂的分散体干燥以形成表面层。施涂分散体的方法的实例包括刮刀涂布法、迈耶棒涂布法、喷涂法、浸涂法、珠涂法、气刀涂布法和幕涂法。
尽管辊状导电部件作为导电部件的实例在本示例性实施方式中进行描述，本示例性实施方式的导电部件并不限于此，并且可以是环带状部件、板状部件或刮片状部件。
充电装置
现在将对用于示例性实施方式的充电装置进行描述。图5是用于本示例性实施方式的充电装置的实例的透视示意图。用于本示例性实施方式的充电装置是本示例性实施方式的导电部件用作充电部件的实例。
参考图5，用于本示例性实施方式的充电装置12包括例如彼此接触的充电部件121和清洁部件122。充电部件121的轴(基材)的两个末端和清洁部件122的轴122A在轴向上通过导电轴承123支撑，从而充电部件121和清洁部件122是可旋转的。电源124连接到导电轴承123中的一个。用于本示例性实施方式的充电装置不限制于此结构。例如，可以省略清洁部件122。
提供清洁部件122是为了清洁充电部件121的表面，其例如具有辊型形状。清洁部件122例如由轴122A和轴122A的外周表面上的弹性层122B构成。
轴122A是导电的圆柱形或柱形部件。用于轴122A的材料的实例包括如铁(易切削钢等)、铜、黄铜、不锈钢、铝、和镍等金属。轴122A的其他实例包括具有电镀外表面的部件(例如，树脂部件或陶瓷部件)和包含分散的导电剂的部件(例如，树脂部件或陶瓷部件)。
弹性层122B由具有三维多孔结构的发泡体形成。弹性层122B可以在表面的内侧和突出和凹处具有孔，并且可以是有弹性的。用于弹性层122B的材料的实例包括可拉伸的树脂和橡胶材料，诸如聚氨酯、聚乙烯、聚酰胺、烯烃、三聚氰胺和丙烯、丙烯腈-丁二烯共聚物橡胶(NBR)、乙烯-丙烯-二烯共聚物橡胶(EPDM)、天然橡胶、丁苯橡胶、氯丁二烯、硅氧烷和腈。
在这些可拉伸的树脂和橡胶材料中，从有效地通过与充电部件121摩擦而移除如色调剂和外添剂等外来物质出发，且从避免通过与清洁部件122摩擦而引起的充电部件121表面的划痕出发，并从长时间抑制撕裂和断裂出发，可以使用聚氨酯作为材料。
所述聚氨酯可以是任意聚氨酯。聚氨酯的实例包括多元醇(例如，聚酯多元醇、聚醚多元醇或丙烯酰多元醇)和异氰酸酯(例如，2,4-甲苯二异氰酸脂、2,6-甲苯二异氰酸脂、4,4-二苯甲烷二异氰酸酯、二异氰酸联甲苯胺或1,6-六亚甲基二异氰酸酯)之间的反应产物和通过使用前述物质的链增长物(例如，1,4-丁二醇和三羟甲基丙烷)获得的反应产物。聚氨酯通常使用发泡剂(水或诸如偶氮二甲酰胺或偶氮二异丁腈等偶氮化合物)发泡。
导电轴承123旋转地支撑充电部件121和清洁部件122并且在导电轴承123和充电部件121之间保持轴与轴的距离。导电轴承123可以由任何导电材料形成并且可以是任何形式。例如，可以使用导电轴承和导电滑动轴承。
电源124是通过施加电压至导电轴承123而给充电部件121和清洁部件122充电的装置，并且可以是任何已知的高压电源。
图像形成设备和处理盒
根据示例性实施方式的图像形成设备包括图像支持体、给所述图像支持体充电的充电装置、在充电的图像支持体表面形成潜像的潜像形成装置、通过用色调剂在图像支持体表面上显影潜像以形成色调剂图像的显影装置、和转印图像支持体的表面上的色调剂图像到记录介质上的转印装置。配备根据本示例性实施方式的导电部件的充电装置用作此图像形成设备的充电装置。
用于形成图像的色调剂可以包含具有与本示例性实施方式的导电部件的表面层中使用的绝缘颗粒的体积电阻率大约相同(例如，0.9～1.1倍)的体积电阻率的外添剂。以此方式，由色调剂的外添剂引起的本示例性实施方式的导电部件的外周表面的污染造成的电阻不均匀性被抑制，且由电阻不均匀性引起的电荷不均匀性导致的图像浓度的不均匀性被抑制。
根据示例性实施方式的的处理盒是能够可拆卸地安装到图像形成设备上的，并且包括图像支持体和给所述图像支持体充电的充电装置。配备本示例性实施方式的导电部件的充电装置(其为用于本示例性实施方式的充电装置)用作处理盒的充电装置。
可选地，根据本示例性实施方式的处理盒可以进一步包括通过用色调剂在图像支持体表面上显影潜像而形成色调剂图像的显影装置、转印图像支持体的表面上的色调剂图像到记录介质上的转印装置、及在转印后移除图像支持体表面上的残留色调剂的清洁装置中的至少一种。
下面将参考附图对根据本示例性实施方式的图像形成设备和处理盒进行描述。图6是例示本示例性实施方式的图像形成设备的实例的示意图。图7是例示本示例性实施方式的处理盒的实例的示意图。
参考图6，图像形成设备101包括图像支持体10。给图像支持体10充电的充电装置12、通过充电装置12给图像支持体10充电曝光形成潜像的曝光装置14、将通过使用曝光装置14形成的潜像用色调剂显影以形成色调剂图像的显影装置16、将通过显影装置16形成的色调剂图像转印到记录介质A上的转印装置18、在转印后移除图像支持体10表面上的残留色调剂的清洁装置20、和定影通过转印装置18转印到记录介质A上的色调剂图像的定影装置22。
例如，使用图5中示出的充电装置12作为图像形成设备101的充电装置12。通常在电子照相图像形成设备中使用的装置用作图像形成设备101的图像支持体10、曝光装置14、显影装置16、转印装置18、清洁装置20、和定影装置22。以下描述所述装置的实例。
图像支持体10可以是任意已知的感光体。图像支持体10可以是有机感光体，也就是分别提供电荷产生层和电荷传输层的分立功能类型，或具有由具有电荷传输性质和交联结构的硅氧烷树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂、胍胺树脂或丙烯酸树脂形成的表面层的感光体。
例如，使用激光光学系统或发光二极管(LED)阵列作为曝光装置14。
显影装置16例如是使得在表面上具有显影剂层的显影剂支持体接触或接近图像支持体10从而使色调剂附着到图像支持体10表面上的潜像上以形成色调剂图像的显影装置。显影装置16的显影模式可以是使用双组分显影剂的显影模式。
转印装置18的实例包括诸如电晕管或栅极电晕管等非接触式转印装置，以及通过使导电转印辊与图像支持体10与其间的记录介质A接触而转印色调剂图像至记录介质A上的接触式转印装置。
清洁装置20是通过使得清洁刮板直接接触图像支持体10表面而移除附着在该表面的色调剂、纸粉、外来物质等的部件。可以使用清洁刷或清洁辊等作为清洁装置20代替清洁刮板。
定影装置22可以是使用加热辊的热定影装置。所述热定影装置例如包括，定影辊和设置在与定影辊接触的加压辊或带。所述定影辊例如包括，具有用于加热的内置式加热灯的圆柱形芯，和在所述圆柱形芯的外周表面上的防粘层(例如，耐热树脂涂层或耐热橡胶涂层)。所述加压辊例如包括，圆柱形芯和在所述圆柱形芯的外周表面上的弹性层。所述加压带例如包括，带状基材和在基材表面上的耐热弹性层。
用未定影的色调剂图像的定影过程可以例如涉及，在定影辊和加压辊或带之间插入已转印有未定影的色调剂图像的记录介质A，从而色调剂图像由于色调剂中所含的粘合剂素质和添加剂等的热融合而被定影。
图像形成设备101不限于具有上述结构的装置。例如，图像形成设备101可以是包括中间转移体的中间转移型图像形成设备或其中用于形成不同颜色的色调剂图像的图像形成单元平行放置的串联图像形成设备。
参考图7，根据示例性实施方式的处理盒102包括整合到壳体24中的图像支持体10、充电装置12、显影装置16和清洁装置20。壳体24具有用于曝光的开口24A、用于电荷清除曝光的开口24B和安装轨道24C。处理盒102能够可拆卸地安装到图像形成设备101上。
在以上说明中，使用本示例性实施方式的导电部件作为充电装置(充电装置的充电部件)的图像形成设备是作为本示例性实施方式的图像形成设备被描述的。作为另一种选择，本示例性实施方式的图像形成设备可以包括本示例性实施方式的导电部件作为转印装置(转印装置的转印部件)。
实施例
现在将通过使用实施例对示例性实施方式进行描述。这些实施例不限制示例性实施方式的范围。除非另有说明，“份”指“重量份”。
实施例1：充电辊的制备
弹性层的形成
通过添加15重量份的导电剂(炭黑，ASAHI CARBON有限公司生产的AsahiThermal)、1重量份的硫化剂(硫，200目，Tsurumi Chemical Industry有限公司生产)、和2.0重量份的硫化促进剂(OUCHI SHINKO CHEMICAL INDUSTRIAL有限公司生产的NOCCELERDM)到100重量份的弹性材料(表氯醇-环氧乙烷-烯丙基缩水甘油醚共聚物橡胶)中制备的混合物，用开放辊捏合以获得用于形成弹性层的组合物。通过压力成型机将用于形成弹性层的组合物环绕在直径8mm的SUS303轴(基材)的外周表面，其间设有粘合层。放置基材和环绕在基材周围的组合物到180℃炉中，进行热处理30分钟。作为结果，在基材的粘合层上形成了具有3.5mm厚度的弹性层。
所述粘合层是由粘合剂(LORD Far East公司生产，序列号：XJ150)形成的层(厚度：15μm)。
对获得的弹性层的外周表面进行抛光。作为结果，获得具有厚度3.0mm的弹性层和直径为14mm的导电弹性辊。
表面层的形成
通过在甲醇/1-丁醇(基于重量为3:1)混合溶剂中溶解作为第一树脂的尼龙树脂(NAMARIICHI有限公司生产的N-甲氧基甲基化尼龙，FR-101)制备100重量份的第一树脂溶液(固体浓度：8重量％)，通过在甲醇/1-丁醇(基于重量为3:1)混合溶剂中溶解10重量份的聚乙烯醇缩丁醛树脂(Denka有限公司生产的Denka Butyral)制备第二树脂溶液，添加8重量份的炭黑(Cabot公司生产的MONARCH 880)，并搅动获得的混合物30分钟，混合2重量份的固化剂(柠檬酸)和90重量份数均粒径为0.1μm的二氧化硅颗粒。在珠磨机中分散获得的混合物以获得分散体。
分散体的温度被调节至18.5℃，在21℃的环境温度通过浸涂将所述分散体施涂至导电弹性辊的外周表面，施涂的分散体保持在相同的温度以干燥。
然后在160℃进行20分钟加热以形成具有8μm厚度的表面层。
实施例2～8和比较例1～3：充电辊的制备
以与实施例1相同的方式获得充电辊，不同之处在于，在实施例1的“表面层的形成”中，如表中所示改变添加的绝缘颗粒的类型、数均粒径和量。在此表中，"-"指不存在对应成分。
实施例9：充电辊的制备
以与实施例1相同的方式获得导电弹性辊。
通过在甲醇/1-丁醇(基于重量为3:1)混合溶剂中溶解作为第一树脂的尼龙树脂(NAMARIICHI有限公司生产的N-甲氧基甲基化尼龙，FR-101)制备100重量份的第一树脂溶液(固体浓度：8重量％)，混合8重量份的炭黑(Cabot公司生产的MONARCH880)、2重量份的固化剂(柠檬酸)和54重量份数均粒径为0.1μm的二氧化硅颗粒。在珠磨机中分散获得的混合物以获得分散体。
分散体的温度被调节至18.5℃，在21℃的环境温度通过浸涂将所述分散体施涂至导电弹性辊的外周表面，施涂的分散他保持在相同的温度以干燥。
然后在160℃进行20分钟加热以形成具有8μm厚度的表面层。
充电辊的评价
表面层的性质
使用上述方法用扫描电子显微镜(SEM)测量表面层中绝缘颗粒的面积分数。使用上述方法测定表面层中裂纹的存在/缺失、裂纹的面积分数和裂纹的宽度。结果在表中示出。
电阻不均匀性(图像浓度的不均匀性)的评价
将所制备的充电辊加载到彩色复印机(富士施乐株式会社生产的DocuCentreColor 450)的处理盒中，在10℃、15％RH的环境中输出中间色调图像(图像浓度：50％)。在第10张和第10,000张上裸眼观察浓度不均匀性，且对进行图像如下分类。使用仅包含二氧化硅颗粒(数均粒径：0.3μm，体积电阻率：1×1016Ω·cm)作为外添剂的色调剂作为用于形成图像的色调剂。
G1(AA)：没有观察到浓度不均匀性。
G2(A)：在多于两个位置观察到在仔细观察下勉强可分辨的浓度不均匀性。
G3(B)：在多于三个位置观察到在仔细观察下勉强可分辨的浓度不均匀性，但所述不均匀性是可接受的。
G4(F)：可清楚分辨的不均匀性且其是不可接受的。
充电性的评价(起雾)
将所制备的充电辊加载到彩色复印机(富士施乐株式会社生产的DocuCentreColor 450)的处理盒中，在10℃、15％RH的环境中输出具有图像部分和非图像部分的图像。在第10张和第10,000张上观察在非图像部分中的起雾。对进行图像如下分类。使用仅包含二氧化硅颗粒(数量-平均粒径：0.3μm，体积电阻率：1×1016Ω·cm)作为外添剂的色调剂作为用于形成图像的色调剂。
G1(A)：未观察到起雾。
G2(B)：在仔细观察下勉强可分辨的起雾，且其是可接受的。
G3(F)：可清楚分辨的起雾且其是不可接受的。
Figure BDA0001112261450000201
上述结果显示，与比较例相比，由导电部件的电阻不均匀性引起的电荷不均匀性所导致的图像浓度不均匀性在实施例中被抑制。
提供对本发明的实施方式的前述描述是为了说明和描述的目的。并非试图穷尽本发明所披露的精确形式或将本发明限制于所披露的精确形式。显然，许多改进和变化对于本领域技术人员是显而易见的。选择并描述所述实施方式是为了能够最好地解释本发明的原理及其实际用途，由此使得本领域的其他技术人员能够理解适用于预计的特定用途的本发明的各种实施方式和各种改进方案。本发明的范围由下述权利要求及其等同物所限定。

Claims (8)

1.一种导电部件，其包括：
基材；
在所述基材上的弹性层；及
在所述弹性层上的表面层，所述表面层包含树脂和绝缘颗粒，
其中，所述绝缘颗粒在所述表面层的取自厚度方向上的截面中占50％～70％的面积，
其中，所述绝缘颗粒是无机颗粒，
其中，所述表面层具有裂纹，并且
其中，相对于所述表面层的整个外周表面，所述裂纹的面积分数为0.1％～30％。
2.如权利要求1所述的导电部件，其中，所述绝缘颗粒包含选自SiO2、TiO2、和Al2O3中的至少一种。
3.如权利要求1所述的导电部件，其中，相对于所述表面层的整个外周表面，所述裂纹的面积分数为0.1％～20％。
4.如权利要求1所述的导电部件，其中，相对于所述表面层的整个外周表面，所述裂纹的面积分数为0.1％～15％。
5.如权利要求1所述的导电部件，其中，所述树脂包含聚酰氨树脂。
6.如权利要求1所述的导电部件，其中，所述树脂包含甲氧基甲基化聚酰氨树脂。
7.一种能够可拆卸地附接在图像形成设备上的处理盒，其包括：
图像支持体；及
给所述图像支持体充电并包括权利要求1～6中任一项所述的导电部件的充电装置。
8.一种图像形成设备，其包括：
图像支持体；
给所述图像支持体充电并包括如权利要求1～6中任一项所述的导电部件的充电装置；
在所述图像支持体的经充电表面形成潜像的潜像形成装置；
通过用色调剂在所述图像支持体的表面上使潜像显影以形成色调剂图像的显影装置；及
将图像支持体表面上的色调剂图像转印到记录介质上的转印装置。
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