CN113924423A - 充电辊和图像形成设备 - Google Patents

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CN113924423A CN201980097218.4A CN201980097218A CN113924423A CN 113924423 A CN113924423 A CN 113924423A CN 201980097218 A CN201980097218 A CN 201980097218A CN 113924423 A CN113924423 A CN 113924423A
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Abstract

本发明所要解决的问题为提供一种充电辊，其具有优异的图像品质并且可以抑制表面层中的颗粒的脱离。为了解决所述问题，本发明的充电辊1的特征在于，其包括轴2、以及在该轴2的外周侧上的至少基层3和表面层4，其中：该表面层4包含粘结剂树脂41和颗粒42；该颗粒42包含至少50质量％的与选自构成所述粘结剂树脂41的组分中的至少一种相同的组分A；并且所述表面层中的所述颗粒的含量相对于100质量份的所述粘结剂树脂为30‑120质量份。

Description

充电辊和图像形成设备
技术领域
本公开涉及充电辊和图像形成设备。
背景技术
在诸如复印机和激光束打印机(LBP)等电子照相设备中，通常使用以下印刷方法：首先，静电潜像通过静电潜像处理来获得，其中使感光体的表面均匀地带电，将图像从光学系统投影到该感光体上，并且将暴露于光的部分上的电荷除去以形成潜像。然后，调色剂图像通过调色剂的附着而形成，并且将调色剂图像转印到如纸等记录介质上。
对于使感光体带电的第一操作，以往通常使用电晕放电方法。然而，电晕放电方法在机器安全和维护方面是不理想的，因为需要施加6kV～10kV的高电压，并且还因为在电晕放电期间排放如臭氧和NOX等有害物质而对环境不利。因此，已经努力开发一种新的充电方法，其能够通过比电晕放电更低的施加电压进行充电，而不会排放如臭氧等有害物质。具体地，已经提出了一种接触类型的充电方法，其中使向其施加了电压的充电构件以预定压力与如感光体等待充电物体接触，以使该物体带电。
作为在该接触充电法中使用的充电构件，例如，已知一种具有多层结构的充电辊，在该多层结构中，在轴的外周侧上形成有由橡胶或聚氨酯泡沫等制成的导电性弹性层(基层)，并且进一步设置用于改善表面性的表面层。已知的技术涉及在充电辊的表面层中包含由树脂等制成的颗粒，以控制表面粗糙度并且获得高的放电特性。
作为在表面层中包含颗粒的技术，例如，JP 2011-65188A(PTL 1)公开了一种在轴的外侧上具有至少一个树脂层的显影辊，相对于100重量份的树脂，该树脂层包含0.1～100重量份的细颗粒。
JP 2013-142879 A(PTL 2)公开了一种具有表面层的充电辊，相对于100质量份的树脂，该表面层包含10质量份以上的含氟球状丙烯酸系颗粒。
引用列表
专利文献
PTL 1：JP 2011-65188 A
PTL 2：JP 2013-142879 A
发明内容
发明要解决的问题
在PTL 1和PTL 2中公开的每一种技术中，当充电辊与感光体接触时，负载可以施加在充电辊的表面层中的颗粒上，并且使颗粒从表面层脱离。在其中颗粒从充电辊的表面层脱离的情况下，难以实现期望的带电性，从而导致图像品质下降。因此，需要一种可以抑制颗粒脱离的技术。
因此，可有助的是提供一种充电辊，其可以实现优异的图像品质并且抑制其表面层中的颗粒的脱离。还可有助的是提供一种图像形成设备，其可以抑制充电辊的表面层中的颗粒的脱离并且实现优异的图像品质。
用于解决问题的方案
根据本公开的充电辊为一种充电辊，其包括轴、以及在所述轴的外周侧上的至少基层和表面层，所述表面层形成辊表面，其中所述表面层包含粘结剂树脂和颗粒，并且所述颗粒包含50质量％以上的与选自构成所述粘结剂树脂的组分中的至少一种相同的组分。
因此，可以提供一种充电辊，其可以抑制包含在其表面层中的颗粒的脱离并且实现优异的图像品质。
优选地，在根据本公开的充电辊中，所述颗粒包含丙烯酸系单体作为与选自构成所述粘结剂树脂的组分中的至少一种相同的组分。因此，可以以更高的水平同时实现表面层中的颗粒的脱离抑制效果和图像品质二者。
优选地，在根据本公开的充电辊中，所述颗粒的平均粒径为3μm～30μm。因此，可以以更高的水平同时实现表面层中的颗粒的脱离抑制效果和图像品质二者。
优选地，在根据本公开的充电辊中，所述表面层中的所述颗粒的含量相对于100质量份的所述粘结剂树脂为30～120质量份。因此，可以以更高的水平同时实现表面层中的颗粒的脱离抑制效果和图像品质二者。
优选地，在根据本公开的充电辊中，所述基层包含紫外线固化性树脂。因此，可以进一步改善图像品质。
优选地，在根据本公开的充电辊中，所述丙烯酸系单体包含多官能丙烯酸酯。更优选地，所述多官能丙烯酸酯为乙氧基化异氰脲酸三丙烯酸酯。因此，可以以更高的水平同时实现表面层中的颗粒的脱离抑制效果和图像品质二者。
优选地，在根据本公开的充电辊中，所述表面层中的粘结剂树脂通过将包含氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物、光聚合引发剂、导电剂、和丙烯酸系单体的紫外线固化性树脂组合物固化而形成。
根据本公开的图像形成设备包括上述根据本公开的充电辊。
因此，可以抑制充电辊的表面层中的颗粒的脱离并且可以实现优异的图像品质。
发明的效果
因此，可以提供一种充电辊，其可以实现优异的图像品质并且抑制其表面层中的颗粒的脱离。还可有助的是提供一种图像形成设备，其可以抑制充电辊的表面层中的颗粒的脱离并且实现优异的图像品质。
附图说明
在附图中：
图1为示意性示出根据本公开的充电辊的一个实施方案的截面图；
图2为示意性示出根据本公开的充电辊的一个实施方案中的表面层的一部分的截面图；和
图3为示意性示出根据本公开的图像形成设备的一个实施方案的部分截面图。
具体实施方式
根据本公开的充电辊为一种充电辊，其包括轴、以及在所述轴的外周侧上的至少基层和表面层，所述表面层形成辊表面，其中所述表面层包含粘结剂树脂和颗粒，并且所述颗粒包含50质量％以上的与选自构成所述粘结剂树脂的组分中的至少一种相同的组分。
下面将参照附图描述本公开的实施方案。
图1为示意性示出根据本公开的充电辊的一个实施方案的截面图。图2为示意性示出根据本公开的充电辊的一个实施方案中的表面层的一部分的放大图。
<充电辊>
本实施方案中的充电辊为充电辊1，其包括轴2、以及在轴2的外周侧上的至少基层3和表面层4，表面层4形成辊的表面，如图1所示。
在本实施方案中，表面层4包含粘结剂树脂41和颗粒42，如图2所示。颗粒42包含50质量％以上的与选自构成粘结剂树脂的组分中的至少一种相同的组分(在图2中表示为A)，并且表面层中的颗粒的含量相对于100质量份的粘结剂树脂为30～120质量份。
在本实施方案中的充电辊1中，颗粒42以预定量(50质量％)以上包含与粘合剂树脂41中的组分A相同的组分，并且将颗粒42的含量限制在适当的范围内。因此，改善了颗粒42和粘结剂树脂41之间的相容性，并且提高了颗粒42和粘结剂树脂41之间的粘合性，从而可以显著地提高颗粒42的脱离抑制效果。因此，本实施方案中的充电辊1可以通过在辊中包含颗粒42而长时间保持图像品质改善效果。
另一方面，在常规的充电辊中，颗粒42和粘结剂树脂41之间的相容性不高，因此，颗粒脱离抑制效果不充分。
下面将描述本实施方案中的充电辊中的各个结构构件。
(表面层)
包括在本实施方案中的充电辊1中的表面层4为直接在基层3上形成的层，或在其间具有任选的中间层，如图1所示。
表面层4包含粘结剂树脂41和颗粒42，如图2所示。颗粒42包含50质量％以上的与选自构成粘结剂树脂的组分中的至少一种相同的组分(在图2中表示为A)。因此，可以有效地抑制颗粒42从粘结剂树脂41脱离。从相同的观点，颗粒42优选包含70质量％以上的选自构成粘结剂树脂的组分中的至少一种相同的组分，更优选包含80质量％以上的相同的组分，并且最优选包含100质量％的相同的组分。
本文中，包含在颗粒中的“与选自构成粘结剂树脂的组分中的至少一种相同的组分”表示不仅在类别上属于与选自构成粘结剂树脂的组分中的至少一种相同的组，而且具有与所述至少一种组分相同的组成的组分。
如图2所示，由于表面层4包含颗粒42，因此当使充电辊1与感光体接触以使感光体带电时，在表面层4的表面处的许多颗粒与感光体的表面接触。由于这些颗粒支承感光体，因此，在充电辊1和感光体之间容易形成微小间隙(minute gap)(间隙(space))。这些微小间隙(间隙)允许从向其施加了电压的充电辊1向感光体均匀放电，从而可以改善图像品质。
表面层中形成颗粒的材料没有限制，只要其包含50质量％以上的与选自构成粘结剂树脂的组分中的至少一种相同的组分即可。颗粒的材料的实例包括丙烯酸系单体、胺和三聚氰胺。
其中，从同时实现表面层中的颗粒的脱离抑制效果和更高水平的图像品质的观点，与选自构成表面层中的粘结剂树脂的组分中的至少一种相同的组分优选为丙烯酸系单体。
在其中包含在颗粒中的与选自构成粘结剂树脂的组分中的至少一种相同的组分为丙烯酸系单体的情况下，丙烯酸系单体优选为多官能丙烯酸酯，并且更优选为乙氧基化异氰脲酸三丙烯酸酯。因此，可以以更高的水平实现表面层中的颗粒的脱离抑制效果和图像品质。
丙烯酸系单体的种类等将在后面的粘结剂树脂中的丙烯酸系单体的描述中描述。
颗粒可以为一种颗粒，或多种颗粒的混合物。在使用多种颗粒的混合物的情况下，各种颗粒需要包含50质量％以上的与粘结剂树脂中所含组分相同的组分。
在本实施方案中，颗粒的平均粒径优选为3μm～30μm，更优选6μm～10μm，并且进一步优选10μm～28μm。由于颗粒的平均粒径为3μm以上，因此充电辊和感光体之间的微小间隙可以充分均匀地形成在表面层上，同时保持微小间隙之间的适当距离。如果颗粒的平均粒径过大，则在具有大的粒径的颗粒中不会发生从充电辊向感光体的放电，从而导致称为空隙的现象。这导致图像分辨率的降低。由于颗粒的平均粒径为30μm以下，则适当地发生从充电辊向感光体的放电，使得可以有效地确保图像分辨率。
在其中包含在表面层中的颗粒为多种颗粒的混合物的情况下，颗粒的平均粒径为在其中多种颗粒混合的状态下测量的平均粒径。本文中，颗粒的平均粒径表示通过激光衍射/散射方法确定的体积平均粒径(Mv)。在其中包含在表面层4中的颗粒为多种颗粒的混合物的情况下(在其中包含在表面层中的颗粒的粒径分布曲线的形状为多峰性的情况下)，颗粒的平均粒径为在其中多种颗粒混合的状态下测量的平均粒径。
表面层中的颗粒的含量相对于100质量份的粘结剂树脂需要为30～120质量份。由于颗粒的含量相对于100质量份的粘结剂树脂为30质量份以上，因此微小间隙可以形成在充电辊的表面层上，从而可以改善图像品质。由于颗粒的含量相对于100质量份的粘结剂树脂为120质量份以下，因此可以更有效地抑制颗粒的脱离。
从相同的观点，颗粒的含量相对于100质量份的粘结剂树脂优选为50～100质量份，并且更优选60～90质量份。
本实施方案中的充电辊1的表面层4除了颗粒42以外还包含粘结剂树脂41，如图2所示。粘结剂树脂41为用作表面层4的基材的组分。
包含粘结剂树脂41和颗粒42的表面层4例如可以由下述层形成用原料形成。
层形成用原料包含颗粒。层形成用原料可以进一步包含紫外线固化性树脂组合物，该紫外线固化性树脂组合物以50质量％以上的量包含与颗粒中包含的组分相同的组分，并且还包含例如氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物、光聚合引发剂、和导电剂，作为构成粘结剂树脂的组分。除非根据本公开的目的被破坏，否则层形成用原料可以包含各种添加剂。
作为包含在层形成用原料中的氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物，可以使用以下化合物：使用满足以下式(I)的高纯度多元醇作为多元醇来合成该化合物
y≤0.6/x+0.01…(I)
(其中x为多元醇的羟值(mgKOH/g)，并且y为多元醇的总不饱和度(meq/g))单独或与另一种多元醇组合，具有一个以上的丙烯酰氧基(CH2＝CHCOO-)并且具有多个氨基甲酸酯键(-NHCOO-)。例如，这种氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物可以通过(i)将含羟基的丙烯酸酯添加至由单独的高纯度多元醇或高纯度多元醇和另一种多元醇的混合物与多异氰酸酯合成的氨基甲酸酯预聚物中来合成，或者(ii)将含羟基的丙烯酸酯添加至由单独的高纯度多元醇或高纯度多元醇和另一种多元醇的混合物与多异氰酸酯合成的氨基甲酸酯预聚物和由另一种多元醇与多异氰酸酯合成的氨基甲酸酯预聚物的混合物中来合成。用于氨基甲酸酯预聚物的合成的高纯度多元醇可以例如通过在如二乙基锌、氯化铁、金属卟啉、复合金属氰化物配合物或铯化合物等催化剂的存在下，将如环氧丙烷或环氧乙烷等环氧烷添加至多元醇如乙二醇、丙二醇、甘油、新戊二醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇、或通过使这些中的任意之一与环氧烷反应而获得的化合物来合成。这种高纯度多元醇具有极少的一元醇副产物如不饱和末端，并且具有比常规多元醇更高的纯度。
通过使用由满足式(I)的高纯度多元醇合成的氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物通过紫外线照射形成层，可以减少充电辊对邻接构件的污染性，同时减少压缩残余应变。从实现该效果的观点，高纯度多元醇的总不饱和度优选为0.05meq/g以下，更优选0.025meq/g以下，并且进一步优选0.01meq/g以下。
用于氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物的合成的高纯度多元醇优选具有重均分子量(Mw)为1,000～16,000。由于高纯度多元醇的分子量为1,000以上，因此层的硬度可以保持为低的，从而确保良好的图像性。由于高纯度多元醇的分子量为16,000以下，因此可以抑制压缩残余应变的增加，从而防止由于充电辊的变形而导致的图像缺陷。
在氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物的合成中，可以与上述高纯度多元醇一起使用的其它多元醇为具有多个羟基(OH基团)的化合物，这种多元醇的具体实例包括聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚丁二烯多元醇、环氧烷改性的聚丁二烯多元醇、和聚异戊二烯多元醇。聚醚多元醇例如通过将如环氧乙烷或环氧丙烷等环氧烷添加至如乙二醇、丙二醇或甘油等多元醇中来获得。聚酯多元醇例如由如乙二醇、二甘醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、丙二醇、三羟甲基乙烷或三羟甲基丙烷等多元醇，以及如己二酸、戊二酸、琥珀酸、癸二酸、庚二酸或辛二酸等多元羧酸来获得。可以单独使用这些多元醇中的一种，或可以使用这些多元醇中的两种以上的共混物。
在其中在氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物的合成中，另一种多元醇(a2)与上述高纯度多元醇(a1)一起使用的情况下，高纯度多元醇(a1)与另一种多元醇(a2)之间的质量比(a1/a2)优选在100/0至30/70的范围内。由于高纯度多元醇(a1)在高纯度多元醇(a1)和另一种多元醇(a2)的总量(a1+a2)中的比例为30质量％以上(即，由于另一种多元醇(a2)的比例为70质量％以下)，因此可以充分地减少在与如感光体等邻接构件的污染性，同时减少层的压缩残余应变。
在氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物的合成中，优选使用氨基甲酸酯化反应用催化剂。氨基甲酸酯化反应用催化剂的实例包括有机锡化合物，如二月桂酸二丁基锡、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；无机锡化合物，如氯化亚锡；有机铅化合物，如辛烯酸铅；单胺类，如三乙胺和二甲基环己胺；二胺类，如四甲基乙二胺、四甲基丙二胺和四甲基己二胺；三胺类，如五甲基二亚乙基三胺、五甲基二亚丙基三胺和四甲基胍；环状胺类，如三亚乙基二胺、二甲基哌嗪、甲基乙基哌嗪、甲基吗啉、二甲基氨基乙基吗啉、二甲基咪唑和吡啶；醇胺类，如二甲基氨基乙醇、二甲基氨基乙氧基乙醇、三甲基氨基乙基乙醇胺、甲基羟乙基哌嗪和羟乙基吗啉；醚胺类，如双(二甲基氨基乙基)醚和乙二醇双(二甲基)氨基丙基醚；有机磺酸，如对甲苯磺酸、甲烷磺酸和氟磺酸；无机酸，如硫酸、磷酸和高氯酸；碱类，如醇钠、氢氧化锂、醇铝和氢氧化钠；钛化合物，如钛酸四丁酯、钛酸四乙酯和钛酸四异丙酯；铋化合物；以及季铵盐。在这些催化剂当中，优选有机锡化合物。这些催化剂中的一种可以单独使用，或这些催化剂中的两种以上可以组合使用。催化剂的使用量相对于100质量份的多元醇优选在0.001～2.0质量份的范围内。
可以用于氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物的合成的含羟基的丙烯酸酯为具有一个以上的羟基和一个以上的丙烯酰氧基(CH2＝CHCOO-)的化合物。含羟基的丙烯酸酯可以添加至氨基甲酸酯预聚物的异氰酸酯基。含羟基的丙烯酸酯的实例包括丙烯酸2-羟基乙酯、丙烯酸2-羟基丙酯和季戊四醇三丙烯酸酯。这些含羟基的丙烯酸酯中的一种可以单独使用，或这些含羟基的丙烯酸酯中的两种以上可以组合使用。
用于层形成用原料的光聚合引发剂当用紫外线射线照射时具有引发上述氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物的聚合并且引发后述丙烯酸系单体的聚合的作用。光聚合引发剂的实例包括二苯甲酮衍生物，如4-二甲氨基苯甲酸、4-二甲氨基苯甲酸酯、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、苯乙酮二乙基缩酮、烷氧基苯乙酮、苄基二甲基缩酮、二苯甲酮3,3-二甲基-4-甲氧基二苯甲酮、4,4-二甲氧基二苯甲酮、和4,4-二氨基二苯甲酮；苄基衍生物，如苯甲酰基苯甲酸烷基、双(4-二烷基氨基苯基)酮、苄基、和苄基甲基缩酮；苯偶酰衍生物，如苯偶姻和苯偶姻异丁基醚；苯偶姻异丙基醚、2-羟基-2-甲基苯丙酮、1-羟基环己基苯基酮、氧杂蒽酮、噻吨酮和噻吨酮衍生物；和芴、2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦、双(2,6-二甲氧基苯甲酰基)-2,4,4-三甲基戊基氧化膦、双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)-苯基氧化膦和2-甲基-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-吗啉代丙烷-1,2-苄基-2-二甲基氨基-1-(吗啉代苯基)-丁酮-1。这些光聚合引发剂中的一种可以单独使用，或这些光聚合引发剂中的两种以上可以一起使用。
包含在层形成用原料中的导电剂具有赋予层导电性的作用。导电剂优选能够透射紫外线。优选离子导电剂和透明电子导电剂，并且特别优选离子导电剂。离子导电剂溶解在氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物中并且具有透明性。因此，在其中离子导电剂用作导电剂的情况下，即使层形成用原料厚涂在轴上，紫外线也会充分地到达内部并且使得层形成用原料充分地固化。离子导电剂的实例包括如高氯酸盐、氯酸盐、盐酸盐、溴酸盐、碘酸盐、氟硼酸、硫酸盐、乙基硫酸盐、羧酸盐和磺酸盐的铵盐，如四乙铵、四丁铵、十二烷基三甲基铵、十六烷基三甲基铵、苄基三甲基铵、和改性脂肪酸二甲基乙基铵等；以及如锂、钠、钾、钙、和镁等碱金属或碱土金属的高氯酸盐、氯酸盐、盐酸盐、溴酸盐、碘酸盐、氟硼酸盐、硫酸盐、三氟甲基硫酸盐、和磺酸盐。透明电子导电剂的实例包括如ITO、氧化锡、氧化钛、和氧化锌等金属氧化物的细颗粒；如镍、铜、银、和锗等金属的细颗粒；以及如导电性氧化钛晶须和导电性钛酸钡晶须等导电性晶须。电子导电剂的实例包括如科琴黑和乙炔黑等导电性碳、如SAF、ISAF、HAF、FEF、GPF、SRF、FT和MT等橡胶用炭黑、经过氧化处理等的着色用炭黑、热解炭黑、天然石墨、和人造石墨。这些导电剂中的一种可以单独使用，或这些导电剂中的两种以上可以一起使用。
层形成用原料优选进一步包含丙烯酸系单体。由于丙烯酸系单体包含在粘结剂树脂中，在其中颗粒包含丙烯酸系单体的情况下，与颗粒的相容性高，并且可以进一步提高颗粒从表面层的脱离抑制效果。丙烯酸系单体为具有一个以上的丙烯酰氧基(CH2＝CHCOO-)的单体，并且用作反应性稀释剂。即，丙烯酸系单体能够通过紫外线来固化，并且还降低层形成用原料的粘度。丙烯酸系单体的官能团数目优选为1.0～10，并且官能团数目更优选为1.0～3.5。丙烯酸系单体的分子量优选为100～2,000，并且分子量更优选为100～1,000。
丙烯酸系单体的实例包括异氰脲酸三丙烯酸酯、异肉豆蔻基丙烯酸酯、甲氧基三甘醇丙烯酸酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异戊酯、丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸丁氧基乙酯、乙氧基二甘醇丙烯酸酯、甲氧基二丙二醇丙烯酸酯、丙烯酸苯氧基乙酯、丙烯酸2-羟基乙酯、丙烯酸2-羟基丙酯和季戊四醇三丙烯酸酯。这些丙烯酸系单体中的一种可以单独使用，或这些丙烯酸系单体中的两种以上可以组合使用。
其中，优选包含多官能丙烯酸酯作为丙烯酸系单体。使用多官能丙烯酸酯合成的颗粒的硬度高于使用官能丙烯酸酯合成的颗粒的硬度，从而可以更充分地保持充电辊和感光体之间的微小间隙之间的距离，并且可以获得更高的图像品质。
多官能丙烯酸酯的种类没有限制。实例包括乙氧基化异氰脲酸三丙烯酸酯、ε-己内酯改性的三-(2-丙烯酰氧乙基)异氰脲酸酯、乙氧基化甘油三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，双三羟甲基丙烷四丙烯酸酯、乙氧基化季戊四醇四丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、双季戊四醇聚丙烯酸酯、和双季戊四醇六丙烯酸酯。其中，从同时实现表面层中的颗粒的脱离抑制效果和更高水平的图像品质的观点，优选使用乙氧基化异氰脲酸三丙烯酸酯。
层形成用原料中的光聚合引发剂的共混量相对于氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物和丙烯酸系单体的总计100质量份优选在0.2～5.0质量份的范围内。由于光聚合引发剂的共混量为0.2质量份以上，因此可以确保引发层形成用原料的紫外线固化的效果。由于光聚合引发剂的共混量为5.0质量份以下，因此可以抑制如压缩残余应变等物性的降低，并且可以提高层形成用原料的成本效率。
层形成用原料中的导电剂的共混量相对于氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物和丙烯酸酯单体的总计100质量份优选在0.1～5.0质量份的范围内。由于导电剂的共混量为0.1质量份以上，因此可以确保层的充分的导电性，以赋予充电辊期望的导电性。由于导电剂的共混量为5.0质量份以下，可以适当地限制层的导电性，从而抑制如压缩残余应变等物性的降低，并且可以确保良好的图像品质。
表面层的厚度优选为5μm～10μm。由于表面层的厚度为5μm以上，因此可以充分地保持颗粒。由于表面层的厚度为10μm以下，可以减少包含在内部而不从表面层4的表面露出的颗粒。
(基层)
本实施方案中的充电辊1包括位于轴2的径向外侧的基层3，如图1所示。作为形成基层3的层形成用原料，除了包含在表面层4中的颗粒不是必要成分以外，可以使用与用于形成表面层4的相同的层形成用原料。
使用层形成用原料形成的基层的Asker C硬度优选为30度～70度。Asker C硬度为在高度为12.7mm且直径为29mm的圆柱状样品的平面部分(flat part)中测量的值。由于Asker C硬度为30度以上，因此可以确保作为充电辊的足够的硬度。由于Asker C硬度为70度以下，可以获得对于其它辊或刮板的良好的追随性。
基层的压缩残余应变(压缩永久变形)优选为3.0％以下。压缩残余应变可以依照JIS K 6262(1997)来测量。具体地，压缩残余应变可以通过在规定的热处理条件(即，在70℃下22小时)下，将高度为12.7mm且直径为29mm的圆柱状样品在高度方向上压缩25％来测量。由于基层的压缩残余应变为3.0％以下，在充电辊的表面上难以产生由其它构件引起的压痕，并且防止了所形成的图像中的条纹状图像缺陷。
基层的厚度优选为1μm～3,000μm。由于基层的厚度为1μm以上，充电辊具有充分的弹性。由于基层的厚度为3,000μm以下，在紫外线照射期间，紫外线充分地深入地到达基层，并且可以可靠地对层形成用原料进行紫外线固化。因此可以减少昂贵的紫外线固化树脂原料的使用量。
基层的比电阻优选为104Ω～108Ω，但不限于此。在其中以预定压力将具有仅在轴上形成的基层的辊的外周面按压在平板或圆筒状对电极上的状态下，在轴和对电极之间施加300V的电压时，可以从电流值计算比电阻。
基层优选包含紫外线固化性树脂，但并不限于此。因此可以快速并且可靠地制造基层。
在使用层形成用原料形成基层的情况下，本实施方案中的充电辊可以容易地通过以下来制造：将层形成用原料涂布在轴的外表面上，然后对层形成用原料进行紫外线照射以形成基层，进一步将包含多种颗粒的层形成用原料涂布在所形成的基层的表面上，并且对层形成用原料进行紫外线照射以形成表面层。
以此方式，本实施方案中的充电辊可以在不需要大量热能的情况下在短时间内制造。此外，由于在制造时不需要固化炉等，因此不需要高的设备成本。将层形成用原料涂布在轴2的外表面或基层3的表面上的方法的实例包括喷涂法、辊涂法、浸渍法、模涂法。用于紫外线照射的光源的实例包括汞灯、高压汞灯、超高压汞灯、金属卤化物灯和氙灯。紫外线照射条件根据例如层形成用原料的组分、组成、和涂布量来适当地选择。可以适当地调节照射强度和累积光量等。
本实施方案中的充电辊的基层可以由聚氨酯泡沫形成。在该情况下，例如，由聚氨酯泡沫制成的基层可以直接支承在后述金属轴2A(参见图1)的径向外侧。
用于可以形成基层的聚氨酯泡沫的聚氨酯树脂没有限制，并且可以适当地选择和使用常规已知的材料。聚氨酯泡沫的发泡倍率没有限制，但优选为约1.2倍～50倍，特别优选为约1.5倍～10倍。泡沫密度优选为约0.1g/cm3～0.7g/cm3。
导电剂可以添加至可以形成基层的聚氨酯泡沫中。以此方式，可以赋予导电性或调节导电性以设定预定的电阻值。导电剂没有限制，并且可以适当地单独或以两种以上的混合物使用与可以包含在上述紫外线固化性树脂中的导电剂相同的导电剂。这种导电剂的共混量根据所需要的性能来适当地选择，并且例如调整为使得基层3的比电阻限制在上述范围内。
除了导电剂之外，基层可以任选地进一步以适当的量包含已知的添加剂如耐水剂、湿润剂、发泡剂、稳泡剂、固化剂、增稠剂、消泡剂、流平剂、分散剂、触变性赋予剂、防粘连剂、交联剂、成膜助剂。
该情况下的基层的厚度优选为1.0mm～5.0mm，并且更优选1.0mm～3.0mm。由于基层的厚度在这样的范围内，可以防止火花放电。
在通过聚氨酯泡沫形成基层的情况下，本实施方案中的充电辊可以通过以下来制造：通过例如使用圆筒状模具的模具成形使聚氨酯泡沫支承在轴2的外周上，然后将包含颗粒的层形成用原料涂布在由该聚氨酯泡沫形成的基层的表面上，并且对层形成用原料进行紫外线照射以形成表面层。在该情况下，层形成用原料涂布方法、紫外线照射用光源、和照射条件没有限制，并且可以与前述条件相同。
(其它层)
在本实施方案中的充电辊中，可以在基层和表面层之间设置至少一个其它层如中间层。形成其它层的材料没有限制。例如，可以使用湿气固化性树脂，或可以使用通过将含丙烯酸酯的低聚物与如丙烯酰吗啉单体等含酰胺的单体共混而获得的紫外线固化性树脂。
本实施方案中的充电辊的比电阻优选为104Ω～108Ω。在其中以预定压力将辊的外周面按压在平板或圆筒状对电极上的状态下，在轴和对电极之间施加300V的电压时，可以从电流值计算比电阻。
(轴)
根据本公开的充电辊包括轴2，如图1所示。形成轴2的材料没有限制，只要其具有良好的导电性即可。例如，轴2可以仅由金属制的轴2A构成，仅由高刚性树脂基材2B构成，或者由金属制的轴2A和高刚性树脂基材2B的组合构成。轴2可以为由金属或高刚性树脂制成的中空圆筒体。
在轴中使用高刚性树脂的情况下，优选将导电剂添加并且分散在高刚性树脂中，以确保充分的导电性。作为分散在高刚性树脂中的导电剂，优选如炭黑粉末，石墨粉末，碳纤维，铝、铜或镍等金属粉末，氧化锡、氧化钛或氧化锌等金属氧化物粉末，或导电性玻璃粉末等粉末状导电剂。这些导电剂中的一种可以单独使用，或这些导电剂中的两种以上可以组合使用。导电剂的共混量没有限制，但相对于全部高刚性树脂，优选在5质量％～40质量％的范围内，并且更优选在5质量％～20质量％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。这种金属轴或金属圆筒体可以涂布有锌或镍等。高刚性树脂基材2B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(polyphenylene oxide)、聚苯醚(polyphenylene ether)、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、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。其中，优选聚缩醛、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。这些高刚性树脂中的一种可以单独使用，或这些高刚性树脂中的两种以上可以组合使用。
在其中轴2为金属轴2A或在金属轴2A的外侧具有高刚性树脂基材2B的轴的情况下，金属轴2A的外径优选在4.0mm～8.0mm的范围内。在其中轴2为在金属轴2A的外侧具有高刚性树脂基材2B的轴的情况下，树脂基材2B的外径优选在10mm～25mm的范围内。通过在轴2中使用高刚性树脂，即使在其中轴2的外径增大的情况下，也可以抑制轴2的质量的增加。
<图像形成设备>
根据本公开的图像形成设备包括上述根据本公开的充电辊。
由于图像形成设备包括上述根据本公开的充电辊，因此可以提高充电辊的耐久性并且可以实现优异的图像品质。
图3示意性示出根据本公开的图像形成设备的一个实施方案。本实施方案中的图像形成设备包括：保持静电潜像的感光体10；位于感光体10附近(图中的感光体10的上方)并且构成为使感光体10带电的充电辊1；构成为供给调色剂11的调色剂供给辊12；位于调色剂供给辊12和感光体10之间的显影辊13；位于显影辊13附近(图中的显影辊13的上方)的分层刮板14；位于感光体10附近(图中的感光体10的下方)的转印辊15；以及位于与感光体10相邻位置的清洁辊16。图像形成设备可以进一步包括已知的常用于图像形成设备中的部件(图中未示出)。
在图3所示的图像形成设备中，首先，使充电辊1与感光体10接触，将电压施加在感光体10和充电辊1之间，以将感光体10充电至固定的电位。然后，静电潜像通过曝光装置(图中未示出)形成在感光体10上。接下来，感光体10、调色剂供给辊12和显影辊13各自沿图中的箭头方向旋转，因此调色剂供给辊12上的调色剂11经由显影辊13输送至感光体10。显影辊13上的调色剂11通过分层刮板14制成均匀的薄层。由于显影辊13和感光体10在彼此接触的同时旋转，因此调色剂从显影辊13粘附至感光体10上的静电潜像，从而使潜像可视化。粘附至潜像的调色剂通过转印辊15转印至如纸等记录介质，并且转印之后残留在感光体10上的任何调色剂通过清洁辊16除去。
实施例
下面将通过实施例更详细地描述本公开的技术，尽管本公开不限于以下实施例。
用于制造各样品的充电辊的材料如下：
(1)氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物
将100质量份的分子量为4,000的双官能高纯度多元醇(由AGC Inc.制造的PREMINOL S-X4004，由PO链制成的多元醇，羟值＝27.9mgKOH/g，总不饱和度＝0.007meq/g，式(I)的右侧(0.6/x+0.01)＝0.03)、8.29质量份的异佛尔酮二异氰酸酯((异氰酸酯基)/(多元醇的羟基)＝3/2＝1.50(摩尔比))、和0.01质量份的二月桂酸二丁基锡在70℃下反应2小时，同时在加热的状态下搅拌并且混合，从而合成在分子链的各末端具有异氰酸酯基的氨基甲酸酯预聚物。进一步，将100质量份的氨基甲酸酯预聚物与2.88质量份的丙烯酸2-羟基乙酯(HEA)搅拌并且混合，并且在70℃下反应2小时，从而合成分子量为9,000的氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物。所获得的氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物使用B型粘度计测量的在25℃下的粘度为80,000mPas/秒。
(2)光聚合引发剂
IRGACURE 819(由BASF Japan Ltd.制造)。
(3)导电剂
导电剂(i)：钾金属离子。
导电剂(ii)：科琴黑(由Kao Corporation制造)。
(4)丙烯酸系单体
乙氧基化异氰脲酸三丙烯酸酯(由Shin-Nakamura Chemical Co.,Ltd.制造的“NKEster A-9300”)。
(样品1～26)
下面将描述各样品的充电辊的制造方法。
将通过共混100质量份的氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物与3质量份的光聚合引发剂和3质量份的导电剂(i)而获得的层形成用原料使用模涂机以1,500μm的厚度涂布在外径为6.0mm的金属轴的外表面上。在涂布期间，层形成用原料通过点UV照射(spot UVirradiation)来固化，从而形成基层。在氮气气氛下旋转的同时，以700mW/cm2的UV照射强度对获得的其中形成有基层的辊进一步进行UV照射5秒。
接下来，通过将100质量份的氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物与3质量份的光聚合引发剂、3质量份的导电剂(ii)、15质量份的丙烯酸系单体、以及预先制备的表1和2中示出的种类和含量的颗粒(仅包含表1中的“颗粒A”(样品1～20)，以及包含表2中的“颗粒A”和“市售颗粒”(样品21～26))共混来制造层形成用原料。然后使用辊涂机将所制造的层形成用原料涂布在其中形成有基层的辊的表面上，并且进行UV照射，以形成厚度为15μm的表面层。由此获得各样品的充电辊。
(评价)
对于所制造的各充电辊样品，在其中将充电辊安装在复印机(由SamsungElectronics Co.,Ltd.制造的“SLX-4300LX”)中的状态下进行印刷，并且进行以下评价。
(1)颗粒脱离
对于各样品的充电辊中的颗粒脱离，在将充电辊置于温度为35℃和湿度为80％的环境中24小时并且印刷50,000份后，使用激光显微镜(500倍)在三个位置，即，充电辊的轴向中心的表面和距离充电辊的两端25mm的部分的表面，观察颗粒是否脱离(在其中包含多种颗粒的情况下，每种颗粒是否脱离)，并且基于以下标准进行评价。结果示于表1和2。
○：未观察到颗粒脱离。
×：观察到颗粒脱离(在至少一个位置处)。
(2)图像品质
对于各样品的充电辊的图像品质，目视观察印刷50,000份后的印刷图像上的横条纹(微抖动)状态，并且基于以下标准进行评价。结果示于表1和2。
○：未观察到横条纹。
△：观察到极少的细横条纹，但未观察到明显的横条纹。
×：观察到明显的横条纹。
Figure BDA0003393173170000191
Figure BDA0003393173170000201
从表1中的结果可以理解，与对应于比较例的样品的充电辊相比，对应于实施例的样品的充电辊表现出良好的结果，而没有在表面层中的颗粒脱离。
从表2中的结果可以理解，在使用颗粒混合物的情况下，包含与粘结剂树脂中的丙烯酸系单体相同的丙烯酸系单体的颗粒A没有从表面层脱离，但市售颗粒从表面层脱离。此外，在其中颗粒A的含量相对于100质量份的粘结剂树脂为40质量％以上的情况下，实现了特定水平的图像品质。
产业上的可利用性
因此，可以提供一种充电辊，其可以实现优异的图像品质并且抑制其表面层中的颗粒的脱离。还可以提供一种图像形成设备，其可以抑制充电辊的表面层中的颗粒的脱离并且实现优异的图像品质。
附图标记说明
1 充电辊
2 轴
3 基层
4 表面层
41 粘结剂树脂
42 颗粒
10 感光体
11 调色剂
12 调色剂供给辊
13 显影辊
14 分层刮板
15 转印辊
16 清洁辊

Claims (8)

1.一种充电辊，其包括轴、以及在所述轴的外周侧上的至少基层和表面层，所述表面层形成辊表面，
其中所述表面层包含粘结剂树脂和颗粒，并且所述颗粒包含50质量％以上的与选自构成所述粘结剂树脂的组分中的至少一种相同的组分，并且
所述表面层中的所述颗粒的含量相对于100质量份的所述粘结剂树脂为30～120质量份。
2.根据权利要求1所述的充电辊，其中所述颗粒包含丙烯酸系单体作为与选自构成所述粘结剂树脂的组分中的至少一种相同的组分。
3.根据权利要求1或2所述的充电辊，其中所述颗粒的平均粒径为3μm～30μm。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的充电辊，其中所述基层包含紫外线固化性树脂。
5.根据权利要求2所述的充电辊，其中所述丙烯酸系单体包含多官能丙烯酸酯。
6.根据权利要求5所述的充电辊，其中所述多官能丙烯酸酯为乙氧基化异氰脲酸三丙烯酸酯。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的充电辊，其中所述表面层中的粘结剂树脂通过将包含氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物、光聚合引发剂、导电剂、和丙烯酸系单体的紫外线固化性树脂组合物固化而形成。
8.一种图像形成设备，其包括根据权利要求1至7中任一项所述的充电辊。
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