CN112596355A

CN112596355A - 充电辊

Info

Publication number: CN112596355A
Application number: CN202011054374.3A
Authority: CN
Inventors: 森冈爱实
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Arkema Co ltd
Priority date: 2019-10-02
Filing date: 2020-09-30
Publication date: 2021-04-02
Also published as: US20210103228A1; US11314180B2; JP2021060435A

Abstract

提供了一种充电特性(带电性/电荷赋予性)、弹性/挠性、耐久性、和抗成膜性均优异的充电辊；以及使用该充电辊的图像形成设备。所述充电辊包括轴、以及至少基层和表面层，所述基层和表面层在所述轴的径向外周部上，其中所述表面层包含平均粒径不同的大粒径颗粒和小粒径颗粒并且进一步包含亲水性颗粒；用座滴法测量的亲水性颗粒的水接触角优选为大于0度且90度以下，并且更优选50度以上且90度以下；该大粒径颗粒为大粒径丙烯酸系树脂颗粒；该小粒径颗粒为小粒径丙烯酸系树脂颗粒；该亲水性颗粒为亲水性二氧化硅颗粒。

Description

充电辊

技术领域

本公开涉及充电辊。

背景技术

在以复印机、或激光束打印机等为代表的图像形成设备中，通过以下一系列处理来进行图像形成和打印，并且以周期重复该一系列处理：

1)使感光体的表面均匀地带电(充电)；

2)通过光学系统读取目标的图像，将图像信息作为光投影在感光体上(曝光)，并且通过消除感光体的曝光部分的电荷来形成潜像(静电潜像的形成)；

3)将调色剂粘附到其上已经形成静电潜像的感光体，并且由静电潜像形成调色剂图像(显影)；

4)将调色剂图像覆盖在如纸等记录介质上并且定影(转印和定影)；

5)将残留在感光体上的调色剂除去(感光体清洁)；以及

6)将感光体的表面上的全部电荷除去(静电消除)。

在该一系列的图像形成和打印处理中，接触充电方法由于仪器的安全维护的容易性和较少有害物质的环境优势，已越来越多地用作“充电”方法。在接触充电方法中，使充电构件(向其施加电压)与感光体(其为待充电构件)在预定压力下接触，以致感光体的表面被均匀地充电。

关于充电构件，例如，已经使用具有多层结构的充电辊，其中由橡胶、或聚氨酯树脂等制成的导电性弹性层(基层)形成在轴的径向外周部上，并且进一步设置表面层以改善表面性能。

表明充电辊用于给感光体的表面均匀充电的性能的优越或低劣的特性(即，涉及图像形成和印刷品质的性能)的实例包括充电特性(带电性/电荷赋予性)、弹性/挠性和耐久性。公开了涉及充电辊的表面层的组成的发明，以致可以改善这些特性(JP 2019-105765A(PTL 1))。

另一方面，由于充电辊在“充电”处理中与感光体直接接触，由于不完全的“感光体清洁”而留在感光体上的调色剂可以粘附至充电辊的表面。因此，还必须清洁充电辊以除去粘附至充电辊的表面的调色剂。然而，调色剂的组分中包含的外部添加剂或蜡等经常粘在充电辊的表面上，这使得很难清洁充电辊(成膜现象，filming phenomenon)。结果，损害充电辊的充电特性(带电性/电荷赋予性)、弹性/挠性、耐久性和其他特性，并且充电辊和感光体之间的接触造成例如感光体上的污染和损坏，这进一步劣化图像形成和印刷品质，降低图像形成设备的耐久性，并且造成其他问题。因此，存在用于抑制充电辊中的成膜现象的出现(抗成膜性，filming resistance)的提高的技术需要以解决该问题。

关于抗成膜性，已公开了一种显影辊(其为在前述一系列的图像形成和打印处理中的“显影”期间使用的显影辊)，其中显影辊的抗成膜性通过将二氧化硅颗粒分散在显影辊的表面层的丙烯酸类树脂中而得以改善(JP2015-114392A(PTL 2))。然而，PTL 2还公开了，作为比较例，在将二氧化硅颗粒分散在聚氨酯树脂中时，显影辊的抗成膜性劣化而不是改善。

引文列表

专利文献

PTL 1：JP 2019-105765A

PTL 2：JP 2015-114392A

发明内容

因此，可有助的是提供一种充电辊，其具有优异的充电特性(带电性/电荷赋予性)、弹性/挠性和耐久性，以及优异的抗成膜性。因此，也可有助的是提供一种使用该充电辊的图像形成设备。

我们已经对充电辊关于表面层的组成进行了各种研究，所述充电辊具有轴、以及至少基层和表面层，所述基层和表面层在所述轴的径向外周部上，以解决上述问题。结果，我们发现，当充电辊的表面层的组成包含平均粒径不同的大粒径颗粒和小粒径颗粒并且进一步包含亲水性颗粒时，可以获得具有优异的充电特性(带电性/电荷赋予性)、弹性/挠性、耐久性和抗成膜性的充电辊。另外，我们发现，在亲水性颗粒的低水接触角(即，高亲水性)和充电辊的优异的抗成膜性之间有关联，并且完成了本公开。

即，本公开的充电辊为如下：

1.一种充电辊，其包括轴、以及至少的基层和表面层，所述基层和表面层在所述轴的径向外周部上，其中

所述表面层包含平均粒径不同的大粒径颗粒和小粒径颗粒，且进一步包含亲水性颗粒。

这样的充电辊在充电特性(带电性/电荷赋予性)、弹性/挠性、耐久性和抗成膜性上是优异的。

进一步，本公开的充电辊优选为如下：

2.根据1.所述的充电辊，其中所述亲水性颗粒的用座滴法测量的水接触角为大于0度且90度以下。

这样的充电辊在抗成膜性上是优异的。

进一步，本公开的充电辊优选为如下：

3.根据1.所述的充电辊，其中所述亲水性颗粒的用座滴法测量的水接触角为50度以上且90度以下。

这样的充电辊在抗成膜性上是优异的。另外，市售可得的亲水性颗粒可以在充电辊的制造期间使用，其使得可以以更低的成本且更容易地制造抗成膜性优异的充电辊。

进一步，本公开的充电辊优选为如下：

4.根据1.至3.任一项所述的充电辊，其中所述大粒径颗粒为大粒径丙烯酸系树脂颗粒。

这样的充电辊在充电特性(带电性/电荷赋予性)和耐久性上是优异的。另外，市售可得的大粒径丙烯酸系树脂颗粒可以在充电辊的制造期间使用，其使得可以以更低的成本且更容易地制造充电特性(带电性/电荷赋予性)优异的充电辊。

进一步，本公开的充电辊优选为如下：

5.根据1.至4.任一项所述的充电辊，其中所述小粒径颗粒为小粒径丙烯酸系树脂颗粒。

在这样的充电辊中，充电特性(带电性/电荷赋予性)在充电辊的表面层中更均匀。另外，市售可得的小粒径丙烯酸系树脂颗粒可以在充电辊的制造期间使用，其使得可以以更低的成本且更容易地制造充电特性(带电性/电荷赋予性)优异的充电辊。

进一步，本公开的充电辊优选为如下：

6.根据1.至5.任一项所述的充电辊，其中所述亲水性颗粒为亲水性二氧化硅颗粒。

这样的充电辊在抗成膜性上是优异的。另外，市售可得的亲水性二氧化硅颗粒可以在充电辊的制造期间使用，其使得可以以更低的成本且更容易地制造抗成膜性优异的充电辊。

进一步，本公开的充电辊优选为如下：

7.根据1.至6.任一项所述的充电辊，其中所述大粒径颗粒是平均粒径为10μm以上且20μm以下的大粒径颗粒，并且所述小粒径颗粒是平均粒径为2μm以上且小于10μm的小粒径颗粒。

这样的充电辊在充电特性(带电性/电荷赋予性)上是优异的，并且该特性在充电辊的表面层中更均匀。

进一步，本公开的充电辊优选为如下：

8.根据1.至7.任一项所述的充电辊，其中所述亲水性颗粒是平均粒径为2nm以上且10μm以下的亲水性颗粒。

这样的充电辊在抗成膜性上是优异的，并且抗成膜性在充电辊的表面层中更均匀。

进一步，本公开的充电辊优选为如下：

9.根据1.至8.任一项所述的充电辊，其中所述表面层包含聚氨酯树脂，并且所述表面层包含相对于100质量份所述聚氨酯树脂为5质量份以上且30质量份以下的大粒径颗粒。

进一步，本公开的充电辊优选为如下：

10.根据1.至9.任一项所述的充电辊，其中所述表面层包含聚氨酯树脂，并且所述表面层包含相对于100质量份所述聚氨酯树脂为15质量份以上且75质量份以下的小粒径颗粒。

在这样的充电辊中，充电特性(带电性/电荷赋予性)在充电辊的表面层中更均匀。另外，表面层组合物的粘度不是太高，因此操作更容易。

进一步，本公开的充电辊优选为如下：

11.根据1.至10.任一项所述的充电辊，其中所述表面层包含聚氨酯树脂，并且所述表面层包含相对于100质量份所述聚氨酯树脂为2质量份以上且15质量份以下的所述亲水性颗粒。

这样的充电辊在抗成膜性上是优异的。另外，表面层组合物的粘度不是太高，因此操作更容易。

另外，本公开的图像形成设备为如下：

12.一种图像形成设备，其使用根据1.至11.任一项所述的充电辊。

这样的图像形成设备具有良好的图像形成和印刷品质，并且良好的状态持续更长的时间。

本公开提供一种充电辊，其具有优异的充电特性(带电性/电荷赋予性)、弹性/挠性和耐久性、以及优异的抗成膜性。另外，本公开提供使用该充电辊的图像形成设备。

附图说明

在附图中：

图1为示意性示出本公开的充电辊的一个实施方案的截面图；

图2为示意性示出在本公开的充电辊的一个实施方案中的部分表面层的截面图；和

图3为示意性示出使用本公开的充电辊的图像形成设备的一个实例的部分截面图。

附图中发现的各附图标记表示如下：

附图标记说明

1 充电辊；

2 轴；

3 基层；

4 表面层；

22 充电辊用清洁辊；

23 感光体；

24 调色剂；

25 调色剂供给辊；

26 显影辊；

27 层形成用刮板；

28 转印辊；

29 感光体用清洁辊；

41 表面层形成用树脂；

42 大粒径颗粒；

43 小粒径颗粒；

44 亲水性颗粒；

具体实施方式

以下详细地描述本公开的实施方案。说明仅为示意性目的，并且不应被解释为限制本公开的范围。

以下将描述本公开的充电辊的各组分。

(轴)

本公开的充电辊包括轴2，如图1中的一个实施方案所示的。形成轴2的材料没有特别限制，只要其具有良好的导电性即可，并且其实例包括由金属制成的轴、由具有高刚性的树脂基材制成的轴、及其组合。其可以为由金属或高刚性树脂制成的具有中空内部的圆筒体。

在将具有高刚性的树脂用于轴的情况下，优选将导电剂添加至高刚性树脂并且使导电剂分散在高刚性树脂中，以确保充分的导电性。分散在高刚性树脂中的导电剂优选为粉状导电剂，例如炭黑粉末，石墨粉末，碳纤维，如铝、铜和镍等金属的粉末，如氧化锡、氧化钛和氧化锌等金属氧化物的粉末，以及导电性玻璃粉末。这些导电剂可以单独或以其两种以上的组合来使用。导电剂的共混量没有特别限制，但是相对于高刚性树脂的总和，其优选在5质量％以上且40质量％以下的范围内，且更优选在5质量％以上且20质量％以下的范围内。

金属轴或金属圆筒体的材料的实例包括铁、不锈钢和铝，其可以镀覆有锌或镍。另外，具有高刚性的树脂基材的材料的实例包括聚缩醛、聚酰胺6、聚酰胺6,6、聚酰胺12、聚酰胺4,6、聚酰胺6,10、聚酰胺6,12、聚酰胺11、聚酰胺MXD6、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚醚砜、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚酰胺-酰亚胺、聚醚-酰亚胺、聚砜、聚醚醚酮、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚芳酯(polyarylate)、液晶聚合物、聚四氟乙烯、聚丙烯、ABS树脂、聚苯乙烯、聚乙烯、三聚氰胺树脂、酚醛树脂和有机硅树脂。这些中，优选为聚缩醛、聚酰胺6,6、聚酰胺MXD6、聚酰胺6,12、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯醚、聚苯硫醚和聚碳酸酯。这些高刚性树脂可以单独或以其两种以上的组合来使用。

(基层)

本公开的充电辊1的基层3为位于充电辊1的轴2沿径向的外周部上的层，如图1中的一个实施方案中所示的。基层通常可以为形成在轴的径向外周部上的各层中的与轴最接近的层，并且通常可以以与轴直接邻接的方式形成在轴的径向外周部上。另外，本公开的充电辊的基层通常可以为形成在轴的径向外周部上的各层中的最厚层。基层主要贡献于充电辊的形状和弹性。

形成基层的材料没有特别限制，并且可以根据目的适当地选择。其实例包括聚氨酯树脂、橡胶弹性体、聚酰胺树脂、聚酯树脂、聚酰亚胺树脂、有机硅树脂、丙烯酸系树脂、聚偏二氟乙烯树脂、聚乙烯醇缩丁醛树脂、乙烯-四氟乙烯共聚物树脂、三聚氰胺树脂、氟树脂、环氧树脂、聚碳酸酯树脂、聚乙烯醇树脂、纤维素树脂、聚偏二氯乙烯树脂、聚氯乙烯树脂、聚乙烯树脂和乙烯-乙酸乙烯酯共聚物树脂。这些可以单独或以其两种以上的组合来使用。其中，优选聚氨酯树脂，因为其可以实现良好的挠性。

聚氨酯树脂可以通过用公知的反应方法将多元醇和异氰酸酯进行加聚反应来获得。聚氨酯树脂没有特别限制，并且可以根据目的适当地选择。其实例包括具有稳泡剂的通过发泡而获得的聚氨酯发泡体、和没有发泡而获得的非发泡聚氨酯。这些可以单独或以其两种以上的组合来使用。这些中，聚氨酯发泡体的优点在于其具有优异的挠性。

橡胶弹性体没有特别限制，并且可以根据目的适当地选择。其实例包括天然橡胶、异戊二烯橡胶、氯丁橡胶、表氯醇橡胶、丁基橡胶、氟橡胶、丁苯橡胶、丁二烯橡胶、丁腈橡胶、乙烯-丙烯橡胶、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)、以及这些橡胶的共混物。这些可以单独或以其两种以上的组合来使用。

基层可以由基层组合物来形成。基层组合物可以根据目的适当地选择，而没有任何限制，条件是其为可以形成基层的组合物。在形成聚氨酯树脂的弹性层的情况下，弹性层用组合物优选包含如多元醇、异氰酸酯、氨基甲酸酯键催化剂、和填料等组分。此外，在形成聚氨酯发泡体的弹性层的情况下，优选进一步包含稳泡剂。基层组合物除了上述组分以外，还可以根据需要包含导电剂、增塑剂、软化剂、增粘剂、抗粘剂(anti-tack agent)、分离剂、脱模剂、增量剂(extending agent)、着色剂、交联剂、硫化剂、和聚合抑制剂等。

多元醇没有特别限制，并且可以根据目的适当地选择。其实例包括聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚四亚甲基二醇、聚丁二烯多元醇、氧化烯烃改性的聚丁二烯多元醇和聚异戊二烯多元醇。这些可以单独或以其两种以上的组合来使用。这些中，从树脂的挠性、永久压缩应变的观点出发，以及从降低由于长期通电而引起的电阻波动的观点出发，优选为聚醚多元醇。

异氰酸酯没有特别限制，并且可以根据目的适当地选择。其实例包括甲苯二异氰酸酯(TDI)、预聚合的甲苯二异氰酸酯(预聚合的TDI)、二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)、粗制的二苯甲烷二异氰酸酯(粗制的MDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、氢化二苯甲烷二异氰酸酯、氢化甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)；以及这些异氰酸酯的异氰脲酸酯改性产物、碳二亚胺改性产物、二醇改性产物。这些可以单独或以其两种以上的组合来使用。这些中，优选为预聚合的甲苯二异氰酸酯(预聚合的TDI)，因为它在聚氨酯发泡反应中是高反应性的，并且容易改善基层的弹性，由此改善充电辊的弹性。

氨基甲酸酯键催化剂没有特别限制，并且可以根据目的适当地选择。其实例包括二月桂酸二丁基锡、乙酸二辛基锡、双(乙基苹果酸)二辛基锡、双(油基苹果酸)二丁基锡、二乙酸二丁基锡、硫代羧酸二丁基锡、二马来酸二丁基锡、硫代羧酸二辛基锡、辛烯酸锡和单丁基氧化锡。这些可以单独或以其两种以上的组合来使用。这些中，优选为二月桂酸二丁基锡，因为它具有高的催化活性。

稳泡剂没有特别限制，并且可以根据目的适当地选择。其实例包括有机硅系稳泡剂、离子表面活性剂和非离子表面活性剂。这些可以单独或以其两种以上的组合来使用。这些中，优选为有机硅系稳泡剂，因为其在发泡体中提供良好的泡沫均匀性。此外，有机硅系稳泡剂优选具有官能团。有机硅系稳泡剂的官能团没有特别限制，并且可以根据目的适当地选择。其实例包括OH基(羟基)、硫醇基、氨基、亚氨基、硝基、亚硝基、羧基、酰基(acroylgroup)、烷基、烯基和烷氧基。这些可以单独或以其两种以上的组合来使用。当官能团为OH基(羟基)时，如果异氰酸酯包含在后述的粘合层用组合物中，则异氰酸酯与来源于弹性层的有机硅系稳泡剂的OH基(羟基)形成氨基甲酸酯键，这可以进一步改善弹性层和粘合层之间的粘合性。因此，这些中，优选OH基(羟基)。当后述的水分固化性粘合剂包含具有两个以上的异氰酸酯基的MDI时，反应效率高且可以进一步改善粘合性，因为MDI是高度吸电子的且容易与稳泡剂的OH反应。

基层组合物可以包含如离子性导电剂或电子性导电剂等导电剂以获得导电性。离子性导电剂没有限制，并且其实例包括四乙铵、四丁铵、十二烷基三甲基铵(例如，月桂基三甲基铵)、十六烷基三甲基铵、十八烷基三甲基铵(例如，硬脂基三甲基铵)、苄基三甲基铵或改性的脂肪酸二甲基乙铵等与高氯酸、氯酸、盐酸、溴酸、碘酸、氢氟硼酸(hydroborofluoric acid)、硫酸、乙基硫酸、羧酸、或磺酸等的铵盐；以及如锂、钠、钾、钙、镁等碱金属和碱土金属与高氯酸、氯酸、盐酸、溴酸、碘酸、氢氟硼酸、三氟甲基硫酸或磺酸等的碱金属盐和碱土金属盐。另外，电子性导电剂没有限制，并且其实例包括炉黑，例如SAF、ISAF、HAF、FEF、GPF、SRF、FT、和MT，和导电性炭黑，例如乙炔黑和科琴黑(Ketjenblack)；墨用氧化碳、热解碳、天然石墨和人造石墨；导电性金属氧化物，例如氧化锡、氧化钛、和氧化锌；以及金属，例如镍、铜、银和锗。这些导电剂可以单独或以其两种以上的组合来使用。

(表面层)

本公开的充电辊1包括形成在基层3的径向外周部上的表面层4，直接或以其间有任选的中间层，如图1中的一个实施方案所示的。表面层为构成为形成在充电辊的最外侧上的表面的层。

表面层4包含平均粒径不同的大粒径颗粒42和小粒径颗粒43，如图2中的一个实施方案所示的。

如本文中所用的，颗粒为具有特定形状且尺寸在特定范围内的物质的单元。

另外，如本文中所用的，“平均粒径”的“粒度”、和“平均粒径”没有特别限制，并且可以例如定义如下，且分别测量和计算：

1)当根据一确定的规则测量的颗粒的长度原样地取作粒度(即，根据规则名称的主轴直径、短轴直径、单向直径等)时，粒度的算术平均值取作平均粒径；

2)当根据一规则测量一个颗粒中的两个以上的长度且它们的平均值取作粒度时，粒度的算术平均值取作平均粒径；

3)当将作为颗粒的尺寸直接测量的量(投影面积或体积)使用几何公式换算为具有规则形状(例如，圆形、球形或立方形)的颗粒的值且将该值取作颗粒的粒度(用图像分析方法、描影法(shading method)或库尔特法等测量的，并且换算值称为当量直径)时，当量直径的算术平均值取作平均粒径；和

4)当由测量的量计算的值使用在特定的颗粒形状(例如，球形)和特定的物理条件(用沉降法或激光衍射/散射法测量的，并且计算值称为有效直径)的假设下得出的物理定律(例如，米氏散射理论)而取作颗粒的粒度时，有效直径的算术平均值取作平均粒径。

注意，当颗粒为球状时，粒度对应于颗粒的直径。

本公开中，平均粒径是指用激光衍射/散射方法测量的尺寸，除非另有规定。

颗粒的形状没有特别限制，但是其优选为球状。

进一步，表述“平均粒径不同的”意指由下式(1)计算出的平均粒径的比率为0.5以下。

平均粒径的比率＝小粒径颗粒的平均粒径/大粒径颗粒的平均粒径(1)

本公开中，平均粒径的比率优选为0.1以上且更优选为0.3以上。

本公开的充电辊的表面层中包含的大粒径颗粒和小粒径颗粒如下定义。当存在平均粒径不同的至少两种粒度分布(其中横轴为颗粒的粒径和纵轴为颗粒数的分布)时，在任意两种的粒度分布的组合中，具有平均粒径较大的粒度分布的颗粒被称为大粒径颗粒，并且具有平均粒径较小的粒度分布的颗粒被称为小粒径颗粒。

据认为，大粒径颗粒主要有助于带电性和电荷赋予性。另外，据认为，小粒径颗粒通过填充大粒径颗粒之间的空间防止了大粒径颗粒在表面层中聚集且有助于大粒径颗粒在表面层中的均匀分散。因此，据认为，当表面层包含平均粒径不同的大粒径颗粒和小粒径颗粒时，高的带电性/电荷赋予性可以均匀地分配在表面层上。

大粒径颗粒和小粒径颗粒可以各自为由任意的材料形成的大粒径颗粒和小粒径颗粒，只要它们具有不同的平均粒径。大粒径颗粒和小粒径颗粒可以不为亲水性的。大粒径颗粒优选为大粒径丙烯酸系树脂颗粒和/或大粒径聚氨酯树脂颗粒，并且更优选为大粒径丙烯酸系树脂颗粒。小粒径颗粒优选为小粒径丙烯酸系树脂颗粒和/或小粒径聚氨酯树脂颗粒，并且更优选为小粒径丙烯酸系树脂颗粒。

大粒径颗粒可以为由不同材料形成的多种大粒径颗粒的混合物。这同样适用于小粒径颗粒，其中小粒径颗粒可以为由不同材料形成的多种小粒径颗粒的混合物。也可以组合由不同材料形成的大粒径颗粒和小粒径颗粒。

当丙烯酸系树脂颗粒和/或聚氨酯树脂颗粒用作大粒径颗粒和小粒径颗粒时，可以进一步改善充电辊的带电性/电荷赋予性，并且可以进一步提高大粒径颗粒和小粒径颗粒它们自身的刚性。结果，可以进一步改善图像形成和印刷品质并且进一步抑制由于颗粒被刮擦或从充电辊的表面层掉落而导致的劣化。另外，通过使用市售可得的丙烯酸系树脂颗粒和/或聚氨酯树脂颗粒，可以以更低的成本且更容易地制造具有优异的充电特性(带电性/电荷赋予性)和耐久性的充电辊。

丙烯酸系树脂颗粒的丙烯酸系树脂可以为公知的丙烯酸系树脂。丙烯酸系树脂的实例包括丙烯酸系树脂和甲基丙烯酸系树脂。

涉及到大粒径颗粒的刚性的杨氏模量优选为5mN/μm以上，更优选9mN/μm以上，特别优选15mN/μm以上。这是因为，当杨氏模量在上述范围时，可以更有效地防止大粒径颗粒被刮擦或从表面层掉落。

大粒径颗粒和小粒径颗粒各自的平均粒径没有特别限制，只要它们具有不同的平均粒径即可。然而，大粒径颗粒优选为平均粒径为10μm以上且20μm以下的大粒径颗粒，并且小粒径颗粒优选为平均粒径为2μm以上且小于10μm的小粒径颗粒。这是因为，当大粒径颗粒的平均粒径为10μm以上时，可以获得更充分的带电性/电荷赋予性；当大粒径颗粒的平均粒径为20μm以下时，大粒径颗粒更均匀地分散在表面层中(充电辊的表面层的带电性/电荷赋予性更均匀)。另外，这是因为，当小粒径颗粒的平均粒径为2μm以上时，小粒径颗粒适当地填充在大粒径颗粒之间的空间，并且可以进一步抑制表面层中大粒径颗粒的聚集；当小粒径颗粒的平均粒径小于10μm时，小粒径颗粒更容易进入大粒径颗粒之间的空间。

另外，表面层4进一步包含亲水性颗粒44，如由图2中的一个实施方案所示的。

当本公开的充电辊在表面层中包含亲水性颗粒时，抗成膜性改善。

如本文所用的，亲水性颗粒的“亲水性”是指颗粒的水接触角为大于0度至小于100度。如本文所用的，水接触角是指在颗粒的表面与水和空气接触时在三相彼此接触的边界线处由水面和颗粒表面形成的角度。颗粒的水接触角通常可以用座滴法、悬滴法、吊片法(Wilhelmy method)、或Washburn方程毛细上升方法(Washburn's equation capillaryrise method)等测量，并且本公开的充电辊的亲水性颗粒的水接触角用座滴法测量。本公开的充电辊的表面层中包含的亲水性颗粒的水接触角没有特别限制，只要其大于0度至小于100度即可。然而，下限更优选为50度以上，并且上限优选为90度以下，且更优选65度以下。其优选为例如大于0度且90度以下，更优选为例如50度以上且90度以下。这是因为，当亲水性颗粒的水接触角减小(即，亲水性增加)时，充电辊的抗成膜性进一步改善。

尽管表面层中包含的亲水性颗粒可以为由任意的亲水性材料形成的亲水性颗粒，但是它们优选为亲水性二氧化硅颗粒和/或亲水性聚氨酯树脂颗粒，且更优选亲水性二氧化硅颗粒。本公开中，二氧化硅颗粒还包括气相法二氧化硅颗粒。

亲水性颗粒可以为由不同材料形成的多种亲水性颗粒的混合物。

原因如下。通过使用亲水性二氧化硅颗粒和/或亲水性聚氨酯树脂颗粒，可以进一步改善充电辊的抗成膜性。另外，通过使用市售可得的亲水性二氧化硅颗粒和/或亲水性聚氨酯树脂颗粒，充电辊可以以更低的成本且更容易地制造。此外，亲水性二氧化硅颗粒和/或亲水性聚氨酯树脂颗粒不太容易损害充电辊的带电性/电荷赋予性、弹性/挠性、或其他性能。

亲水性颗粒的平均粒径没有特别限制。然而，下限优选为2nm以上且更优选为3μm以上。另外，上限优选为10μm以下且更优选为7μm以下。这是因为，当亲水性颗粒的平均粒径为2nm以上时，亲水性颗粒容易露出在充电辊的表面层的外部，这进一步改善抗成膜性；当其为10μm以下时，亲水性颗粒更均匀地分散在表面层中(充电辊的表面层的抗成膜性更均匀)。

表面层4由表面层形成用树脂41形成，如图2中的一个实施方案所示。

本公开的充电辊的表面层的表面层形成用树脂可以为作为形成充电辊的表面层的表面层形成用树脂常规已知的树脂，但是其优选为聚氨酯树脂。这是因为，当聚氨酯树脂用作表面层形成用树脂时，可以提高充电辊的挠性，并且可以抑制调色剂损坏。

如本文中所用，表面层中包含的聚氨酯树脂可以通过将多元醇和多异氰酸酯用已知的反应方法进行加聚反应来获得，并且可以为可用作形成基层用的聚氨酯树脂的常规已知的聚氨酯树脂。当表面层包含聚氨酯树脂时，可以提高充电辊的挠性，并且可以增加辊隙宽度。

表面层中包含的大粒径颗粒的量没有特别限制，但是其优选为5质量份以上且30质量份以下，相对于100质量份的聚氨酯树脂。这是因为，当表面层包含相对于100质量份的聚氨酯树脂为5质量份以上的大粒径颗粒时，可以获得更好的带电性/电荷赋予性；当表面层包含相对于100质量份的聚氨酯树脂为30质量份以下的大粒径颗粒时，表面层中的大粒径颗粒之间的凹凸空间不会是太窄的(小粒径颗粒进入凹处)，并且大粒径颗粒更均匀地分散在聚氨酯树脂中(充电辊的表面层的带电性/电荷赋予性更均匀)。

表面层中包含的小粒径颗粒的量没有特别限制，但是其优选为15质量份以上且75质量份以下，相对于100质量份的聚氨酯树脂。这是因为，当表面层包含相对于100质量份的聚氨酯树脂为15质量份以上的小粒径颗粒时，小粒径颗粒更充分地填充大粒径颗粒之间的空间，并且大粒径颗粒更均匀地分散在聚氨酯树脂中(充电辊的表面层的带电性/电荷赋予性更均匀)；当表面层包含相对于100质量份的表面层形成用树脂为75质量份以下的小粒径颗粒时，下述的表面层组合物的粘度不会太高，并且处理将是更容易的。

表面层中包含的亲水性颗粒的量没有特别限制。然而，下限优选为2质量份以上且更优选为5质量份以上，相对于100质量份的聚氨酯树脂。另外，上限优选为15质量份以下。这是因为，当表面层包含相对于100质量份的聚氨酯树脂为2质量份以上的亲水性颗粒时，可以获得更好的抗成膜性；当表面层包含相对于100质量份的聚氨酯树脂为15质量份以下的亲水性颗粒时，下述的表面层组合物的粘度不会太高，并且处理将是更容易的。

表面层的弹性模量优选为30MPa以下且更优选为25MPa以下。这是因为，当弹性模量在上述范围时，可以提高表面层的弹性并且可以增加辊隙宽度，这进一步改善图像形成和印刷品质。尽管表面层的弹性模量的下限没有特别限制，但是从例如辊耐久性的观点出发，其优选为1MPa以上。

表面层的厚度没有特别限制，但是其优选为1μm以上且40μm以下且更优选为5μm以上且35μm以下。这是因为，当该厚度在上述范围时，可以在确保基层的弹性的同时更可靠地防止大粒径颗粒、小粒径颗粒和亲水性颗粒掉落。

表面层可以由表面层组合物来形成。表面层组合物除了前述表面层形成用树脂、平均粒径不同的大粒径颗粒和小粒径颗粒、以及进一步包含的亲水性颗粒之外，如有需要，可以包含适当量的导电剂和添加剂，其中添加剂的实例包括如苯酚和苯基胺等抗氧化物，减少摩擦的试剂，调节电荷的试剂，稳泡剂，表面活性剂，填料，交联剂，分散剂，增稠剂，触变剂和结构粘度剂等。在该情况下，添加剂可以是无机的或有机的。

尽管表面层组合物中的导电剂没有特别限制，但是其优选为金属粉末、离子性导电剂、离子液体、导电性聚合物的共混物和炭黑，其中更优选为炭黑。这是因为，通过使用炭黑，可以在确保较高的放电量的同时有效地抑制图像缺陷的发生。另外，炭黑是有利的，原因在于其是廉价的且具有很少的环境变化。

<图像形成设备>

本公开的充电辊可以用于如复印机或激光束打印机等图像形成设备中。因为本公开的充电辊具有优异的充电特性(带电性/电荷赋予性)、弹性/挠性和耐久性、以及优异的抗成膜性，所以使用本公开的充电辊的图像形成设备可以更长时间地保持优异的图像形成和印刷品质。

图3示意性示出使用本公开的充电辊的图像形成设备的一个实施方案。本实施方案的图像形成设备包括其上形成静电潜像的感光体23、用于给感光体23充电的位于感光体23附近(图中的上侧)的充电辊1、用于供给调色剂24的调色剂供给辊25、配置在调色剂供给辊25与感光体23之间的显影辊26，设置在显影辊26附近(图中的上侧)的层形成用刮板27、位于感光体23附近(图中的下侧)的转印辊28、配置为与感光体23相邻的感光体用清洁辊29、和配置为与充电辊1相邻的充电辊用清洁辊22。本实施方案的图像形成设备可进一步包括已知的常用于图像形成设备中的构件(图中未示出)。

在图3中示出的图像形成设备中，首先，使充电辊1与感光体23接触，电压施加在感光体23与充电辊1之间以将感光体23充电至恒定的电位，然后静电潜像通过曝光装置(图中未示出)形成在感光体23上。接下来，感光体23、调色剂供给辊25和显影辊26沿图中的箭头的方向旋转，因此调色剂供给辊25上的调色剂24经由显影辊26供给至感光体23。显影辊26上的调色剂24通过层形成用刮板27而配置成均匀的薄层。随着显影辊26和感光体23在彼此接触的同时旋转，调色剂24从显影辊26粘附至感光体23上的静电潜像，并且潜像可视化。粘附至潜像的调色剂24通过转印辊28而转印至如纸等记录介质，并且转印之后残留在感光体23上的调色剂24通过感光体用清洁辊29去除。另一方面，粘附至充电辊1的调色剂24通过充电辊用清洁辊22去除。

实施例

以下参照实施例更详细地描述本公开，其中以下实施例不应被解释为限制本公开的范围。

<充电辊的制备方法>

作为比较例或实施例的充电辊用以下方法来制备。

如以下所述制备的由发泡聚氨酯制成的基层在外径为6.0mm的由含硫易切削钢(sulfur free-cutting steel)制成的轴的径向外周部上形成，调节至外径为8.5mm。

关于发泡聚氨酯，将100质量份的由甲苯二异氰酸酯(TDI)和聚醚多元醇(DaicelCorporation)合成的聚氨酯预聚物和2质量份的乙炔黑(Mikuni-Color Ltd.)混合以制备其中分散了乙炔黑的聚氨酯预聚物，并且其为组分A。另一方面，将30质量份的在一个分子中具有4个羟基的多元醇(EXCENOL 385SO，AGC Inc.)和0.1质量份的高氯酸钠(NaClO₄)在加热至70℃的同时混合，然后将4.5质量份的聚醚改性硅油(稳泡剂)和0.2质量份的二月桂酸二丁基锡(催化剂)混合以制备混合物，并且其为组分B。随后，将组分A和B用机械拉线法(mechanical floss method)来发泡以致密度为0.75g/cm³，从而形成基层。

接下来，将水分散的聚氨酯乳液(SUPERFLEX 300，DKS Co.Ltd.)和水分散的碳用作导电剂以制备涂布材料，将其涂布至基层的径向外周部且调节至100μm的厚度，从而形成中间层。

接下来，将如下所述制备的表面层组合物涂布至中间层的径向外周部，在120℃下加热1小时以固化，并且调节至10μm的厚度，从而形成表面层。

关于实施例和比较例的充电辊，表面层组合物通过以下来制备：相对于100质量份的聚苯乙烯换算的数均分子量(Mn)为2000的聚己内酯二醇(PLACCEL 220AL，DaicelCorporation)作为多元醇组分，配混30质量份的多异氰酸酯组分(EXCELHARDENER HX，ASIAINDUSTRY CO.,LTD.)，以及进一步的为了获得一定的表面特性的13.65质量份的大粒径丙烯酸类树脂(SSX-115，平均粒径15μm(由制造商公布的值)，Sekisui Plastics Co.,Ltd.)(相对于100质量份的聚氨酯树脂，相当于10.5质量份)、27.3质量份的小粒径丙烯酸类树脂(MBX-5，平均粒径5μm(由制造商公布的值)，Sekisui Plastics Co.,Ltd.)(相对于100质量份的聚氨酯树脂，相当于21质量份)和一定量的研究和添加以防止成膜的物质。

<水接触角的测量方法>

各种研究和添加以防止成膜的物质的水接触角用下述的方法来测量。包含各物质的辊的表面的水接触角用座滴法测量并且看作各物质的水接触角。

<充电辊的抗成膜性的评价方法>

将待评价的充电辊安装在其中充电辊的清洁结构已移除的图像形成设备上。在打印3000张之后，充电辊的表面的900-1300/cm的Si谱图面积通过IR测量(FT-IR分光光度计NICOLET iS5，由Thermo fisher scientific制造)来测量。对应于测量的面积值的以下评分用于表明充电辊的抗成膜性的评价结果。

小于0.5：极好

0.5以上且小于1：非常好

1以上且小于1.5：良好

1.5以上且小于2.5：差

2.5以上：非常差

<评价结果>

表1列出作为比较例或实施例制备的充电辊的抗成膜性的评价结果。

表1

A)关于表格中的平均粒径，“-”意指没有平均粒径值，因为没有添加抗成膜物质或者抗成膜物质不是颗粒。表格中的平均粒径值是基于各颗粒产品的制造商公布的值。

B)其为研究和添加的抗成膜物质相对于表面层的组成中100质量份的聚氨酯树脂的质量份的数值。

(各颗粒产品的来源)

氟系聚合物(SK-03)：DAIKIN INDUSTRIES,LTD

含氟共聚物(MODIPER F206)：NOF CORPORATION

含氟基低聚物(MEGAFACE F555)：DIC Corporation

疏水性气相法二氧化硅颗粒(AEROSIL RX200)：NIPPON AEROSIL Co.,Ltd.

尿素聚氨酯溶液(BYK-420)：BYK-Chemie

亲水性气相法二氧化硅颗粒(AEROSIL 200)：NIPPON AEROSIL Co.,Ltd.

亲水性二氧化硅颗粒(SYLYSIA 730)：FUJI SILYSIA CHEMICAL LTD.

亲水性二氧化硅颗粒(SYLYSIA430)：FUJI SILYSIA CHEMICAL LTD.

亲水性聚氨酯树脂颗粒(JB800)：Negami chemical industrial co.,ltd

根据表1中列出的结果，比较例1的没有添加抗成膜物质的充电辊、比较例2至4的所添加的抗成膜物质既不是亲水性物质也不是颗粒的充电辊、比较例5的所添加的抗成膜物质是颗粒但不是亲水性物质的充电辊、和比较例6的所添加的抗成膜物质为亲水性物质但不是颗粒的充电辊全部都具有"非常差"至"差"的抗成膜性的评价结果。

另一方面，实施例1至6的添加亲水性颗粒作为抗成膜物质的充电辊全部都具有“良好”至“极好”的抗成膜性的评价结果，相比于比较例的充电辊是更好的。

另外，发现了，当作为抗成膜物质添加的颗粒为亲水性颗粒时，即使使用亲水性二氧化硅颗粒(实施例1至5)或亲水性聚氨酯树脂颗粒(实施例6)，也可以改善充电辊的抗成膜性。

进一步，发现了，在作为抗成膜物质添加的颗粒(即，具有高亲水性的颗粒)的低水接触角与充电辊的优异的抗成膜性(比较例5、和实施例1至6)之间有关联。

产业上的可利用性

本公开提供具有优异的充电特性(带电性/电荷赋予性)、弹性/挠性和耐久性、以及优异的抗成膜性的充电辊。由本公开提供的充电辊可以用于如复印机或激光束打印机等图像形成设备中，其中图像形成和印刷品质是良好的，并且该良好的状态持续更长的时间。

Claims

1.一种充电辊，其包括轴、以及至少基层和表面层，所述基层和表面层在所述轴的径向外周部上，其中

2.根据权利要求1所述的充电辊，其中所述亲水性颗粒的用座滴法测量的水接触角为大于0度且90度以下。

3.根据权利要求1所述的充电辊，其中所述亲水性颗粒的用座滴法测量的水接触角为50度以上且90度以下。

4.根据权利要求1至3任一项所述的充电辊，其中所述大粒径颗粒为大粒径丙烯酸系树脂颗粒。

5.根据权利要求1至4任一项所述的充电辊，其中所述小粒径颗粒为小粒径丙烯酸系树脂颗粒。

6.根据权利要求1至5任一项所述的充电辊，其中所述亲水性颗粒为亲水性二氧化硅颗粒。

7.根据权利要求1至6任一项所述的充电辊，其中所述大粒径颗粒是平均粒径为10μm以上且20μm以下的大粒径颗粒，并且所述小粒径颗粒是平均粒径为2μm以上且小于10μm的小粒径颗粒。

8.根据权利要求1至7任一项所述的充电辊，其中所述亲水性颗粒是平均粒径为2nm以上且10μm以下的亲水性颗粒。

9.根据权利要求1至8任一项所述的充电辊，其中所述表面层包含聚氨酯树脂，并且所述表面层包含相对于100质量份所述聚氨酯树脂为5质量份以上且30质量份以下的所述大粒径颗粒。

10.根据权利要求1至9任一项所述的充电辊，其中所述表面层包含聚氨酯树脂，并且所述表面层包含相对于100质量份所述聚氨酯树脂为15质量份以上且75质量份以下的所述小粒径颗粒。

11.根据权利要求1至10任一项所述的充电辊，其中所述表面层包含聚氨酯树脂，并且所述表面层包含相对于100质量份所述聚氨酯树脂为2质量份以上且15质量份以下的所述亲水性颗粒。

12.一种图像形成设备，其使用根据权利要求1至11任一项所述的充电辊。