专利名称：导电性构件、处理盒和电子照相设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于电子照相设备的导电性构件和使用该导电性构件等的处理盒等。
背景技术：
以导电性辊为代表的用于电子照相设备的导电性构件通常具有导电性芯轴和设置在所述导电性芯轴的外周上的导电层。导电层通常包括粘结剂树脂和分散在粘结剂树脂中的导电剂。作为能够比较容易地降低导电层电阻的导电剂，已知电子导电剂如导电性金属氧化物颗粒。然而，由电子导电剂导电化的导电层可依赖于导电层中电子导电剂的分散条件而使其电阻的变化大。出于抑制导电层电阻的变化并由此获得品质稳定的导电性构件的目的，已需求在组成导电层的粘结剂树脂中具有令人满意的分散性的电子导电剂。日本专利申请特开H10-7932公开了其中通过硅烷偶联处理将具有离子导电性的磺酸基引入到无机粉末的表面上的导电性无机粉末，作为电阻低且在树脂中的均一分散性优异的无机粉末。引用列表专利文献PTL1:日本专利申请特开H10-793
发明内容
_6] 发明要解决的问题本发明进行了设置有通过使用根据日本专利申请特开H10-7932的导电性无机粉末使其导电化的导电层的导电性构件的研究。因此，已发现，无机粉末在粘结剂树脂中的分散性优异，还具有使得导电层的电阻稳定化的效果。然而，已发现，当将导电性构件用于充电构件并长时间施加直流电压时，导电层的电阻视情况而随时间增加。因此，本发明的目的在于提供其中即使长期施加直流电压电阻也几乎不变化的导电性构件。另外，本发明的目的在于提供能够稳定提供高品质电子照相图像的电子照相设备和处理盒。
_9] 用于解决问题的方案根据本发明的一个方面，提供一种导电性构件，其包括导电性芯轴和导电层，其中所述导电层包含粘结剂树脂和分散在所述粘结剂树脂中的导电性金属氧化物颗粒；所述金属氧化物颗粒在其表面上具有由以下结构式(I)表示的基团；和其中所述由以下结构式(I)表示的基团为通过用由以下结构式(I)表示的基团取代源自所述金属氧化物颗粒的作为官能团的羟基的氢原子而引入的基团-R-SO3H (I)其中，在结构式(I)中，R表示具有I至4个碳原子的二价饱和烃基。根据本发明的另一方面，提供一种可拆卸地安装至电子照相设备的主体而形成的处理盒，其中所述处理盒包括上述导电性构件作为充电构件和显影构件中的至少之一。根据本发明的另一方面，提供一种电子照相设备，其包括上述导电性构件作为充电构件和显影构件中的至少之一。发明的效果根据本发明，可以即使通过长时间施加直流电压导电性构件的电阻也几乎不变化的方式获得耐久性优异的导电性构件。此外，根据本发明，可获得稳定提供高品质电子照相图像的处理盒和电子照相设备。
图1为说明娃烧偶联反应的作用机理的不意图。图2为说明根据本发明的导电性构件的示意图。图3为说明根据本发明的金属氧化物颗粒的示意图。图4为说明使用磺内酯的磺化反应机理的示意图。图5为说明具有通过常规方法引入的磺酸基的金属氧化物颗粒的图。图6为说明具有通过本发明的方法引入的磺酸基的金属氧化物颗粒的图。图7为说明电阻测量设备的示意图。图8为说明根据本发明的电子照相设备的图。图9为说明根据本发明的处理盒的图。
具体实施例方式本发明人对在设置有使用根据日本专利申请特开H10-7932的导电性无机粉末使其导电化的导电层的导电性构件中，由于长期施加直流电压而导致的电阻变化的机理进行了一系列的研究。因此，本发明人发现有关电阻变化的原因归因于在硅烷偶联处理中引入
离子交换基团如磺酸基。图1为说明硅烷偶联反应的作用机理的图。硅烷偶联剂的烷氧基在水中水解，并相继发生硅烷醇基之间的脱水缩合，从而产生低聚物状硅氧烷。在所产生的低聚物状硅氧烷的部分羟基与金属氧化物颗粒表面上的羟基之间通过脱水缩合形成共价键。因此，磺酸基引入到金属氧化物的表面上。然而，应理解，其中通过借由硅烷偶联剂中的烷氧基的水解所产生的羟基之间的相互缩合(mutual condensation)而产生低聚物状娃氧烧的反应和有关轻基与金属氧化物表面上的羟基之间的反应在开始时相互竞争地进行。还应理解，在硅烷偶联剂的低聚化进行中，由于有关低聚化硅氧烷相对低的分子运动性，使得有关低聚化硅氧烷的羟基与金属氧化物颗粒表面上的羟基之间的反应难以发生。因此，低聚化硅氧烷通过较少量的共价键保持在金属氧化物颗粒的表面上。具体地，如图5示意性所示，该状况如下低聚化硅氧烷51通过单共价键键合至金属氧化物颗粒52的表面上。换言之，可假设发生的条件为大分子几乎不通过少量的共价键停留在金属氧化物颗粒的表面上。因此，应理解，直流电压的长期施加断裂了低聚化硅氧烷与金属氧化物颗粒之间的共价键，因而分离出具有磺酸基的低聚化硅氧烷，从而导致电阻变化。相反，如图3和4所示，根据本发明的金属氧化物颗粒31具有在其表面上的含有尺寸相对小且由以下结构式(I)表示的基团32的有机基团。通过用由结构式(I)表示的基团取代由金属氧化物颗粒固有的作为表面官能团的羟基的氢原子而将由结构式(I)表示的基团各自引入到金属氧化物颗粒。R-SO3H (I)其中，在结构式(I)中，R表示具有I至4个碳原子的二价饱和烃基。因此，推测即使长期施加直流电压也几乎不使磺酸基从金属氧化物颗粒中分离，因而，减少了用此类金属氧化物颗粒导电化的导电层的电阻随时间的变化。图2为根据本发明的导电辊沿垂直于辊轴方向的截面图。导电辊包括作为导电性芯轴的芯轴21和设置在芯轴21外周上的导电层22。导电层22包括具有磺酸基(-SO3H)的导电性金属氧化物颗粒和具有分散于其中的金属氧化物颗粒的粘结剂树脂。<金属氧化物颗粒>根据本发明的金属氧化物颗粒在其表面上具有由以下结构式(I)表示的基团，该基团通过用由结构式(I)表示的基团取代由金属氧化物颗粒固有的作为表面官能团的羟基的氢原子而引入。-R-SO3H (I)其中，在结构式(I)中，R表示具有I至4个碳原子的二价饱和烃基。图3为说明具有引入其上的磺酸基的金属氧化物颗粒的示意性图。图3示出金属氧化物颗粒31表面上的源自金属氧化物颗粒的羟基的氢原子被磺酸基取代的状态。金属氧化物颗粒为在其表面固有地具有羟基的金属氧化物颗粒。此类金属氧化物颗粒的具体实例包括包含S1、Mg、Al、T1、Zr、V、Cr、Mn、Fe、Co、N1、Cu、Sn和Zn的氧化物的颗粒。更具体地，此类金属氧化物颗粒的实例包括以下金属氧化物颗粒二氧化硅、氧化铝、氧化铝溶胶、氧化锆、氧化铁和氧化铬的球状和针状颗粒；层状粘土矿物如硅酸盐矿物、磷酸盐矿物、钛酸盐矿物、锰酸盐矿物和铌酸盐矿物的颗粒；以及多孔氧化钛、沸石、介孔二氧化娃、多孔氧化招、多孔娃招(porous silica alumina)和娃藻土的颗粒。在本发明中，金属氧化物颗粒表面上的羟基的量影响离子导电性。通过存在于金属氧化物颗粒表面上的羟基的取代来引入磺酸基，因而金属氧化物颗粒表面上的羟基数量越大，金属氧化物颗粒越好。存在于金属氧化物表面上的羟基数量相对较大的金属氧化物的实例包括二氧化硅和氧化钛。 二氧化硅的具体实例包括气相氧化硅、胶体二氧化硅、沉淀二氧化硅、结晶二氧化硅、粉碎二氧化硅和熔融二氧化硅。氧化钛的具体实例包括氧化钛溶胶。层状粘土矿物的实例包括硅酸盐矿物，具体实例包括如下云母族(白云母、黑云母、铁云母、金云母、白水云母(shirozulite)、钠云母、铁叶云母(siderophylite)、富镁黑云母(eastonite)、多娃锂云母、锂白云母(trilithionite)、锂云母、铁锂云母、珍珠云母、伊利石和海绿石)；蒙脱石族(蒙脱石、贝德石、绿脱石、皂石、锂蒙脱石、硅镁石(stevensite)和滑石)；高岭土族(高岭石和多水高岭石)；蛭石；麦羟硅钠石(magadiite);水娃钠石(kanemite);和水轻娃钠石(kenyaite)。这些中特别优选蒙脱石、麦羟硅钠石、水硅钠石和水羟硅钠石。必要时，还可通过施以处理如UV处理和水热处理来增加任意金属氧化物颗粒的表面上的羟基数量。作为金属氧化物颗粒的形状，可使用诸如球状、棒状、针状和板状形状的任意形状。另外，颗粒是否为多孔或无孔并不重要。在本发明中，如基于激光衍射/散射法的粒度分布测量所测定的，金属氧化物颗粒的平均粒径的标准为50nm以上和500nm以下。当具有引入其上的磺酸基的金属氧化物颗粒与粘结剂树脂如合成橡胶混合时，控制为落入如上所述的范围内的金属氧化物颗粒的平均粒径能够更加确定地抑制金属氧化物颗粒的相互凝聚。由于基于每单位质量金属氧化物颗粒的磺酸基的引入量的降低，落入该如上所述的范围内的平均粒径还能够有效抑制电阻增加至高值。<金属氧化物颗粒的生产方法>描述根据本发明的金属氧化物颗粒的生产方法。将磺酸基引入到金属氧化物颗粒的表面上的方法的实例包括使用磺内酯磺化和在具有磺酸基的烷基卤与金属氧化物颗粒表面上的羟基之间的亲核置换反应(mucleophilic displacement reaction)。图4示出使用磺内酯的磺化反应机理的概述。金属氧化物颗粒的表面42上的羟基中的氧原子与磺内酯41的氧原子44相邻的碳原子进行亲核反应，结果，获得了其表面上具有磺酸基的金属氧化物颗粒。换言之，使用磺内酯的磺化反应基于每一个羟基引入一个磺酸基到金属氧化物颗粒表面上，从而形成稳定的共价键。该反应不产生低聚物，并能够一步反应从而将磺酸基引入到金属氧化物颗粒的表面上。另外，未反应的磺内酯仍溶解在反应溶液中，并可在引入磺酸基后，纯化金属氧化物颗粒时，通过减压下过滤而除去。换言之，即使当合成的金属氧化物颗粒混合在粘结剂树脂中时，杂质如低聚物也不混合。作为磺内酯，可使用由以下结构式⑵表示的磺内酯化合物。
权利要求
1.一种导电性构件，其包括导电性芯轴和导电层，其中所述导电层包含粘结剂树脂和分散在所述粘结剂树脂中的导电性金属氧化物颗粒，所述金属氧化物颗粒在其表面上具有由以下结构式(I)表示的基团，和其中所述由以下结构式(I)表示的基团为通过用所述由以下结构式(I)表示的基团取代作为源自所述金属氧化物颗粒的官能团的羟基的氢原子而引入的基团-R-SO3H (I)其中，在结构式(I)中，R表示具有I至4个碳原子的二价饱和烃基。
2.根据权利要求1所述的导电性构件，其中所述由结构式(I)表示的基团为通过所述羟基与磺内酯之间的反应而引入的基团。
3.根据权利要求2所述的导电性构件，其中所述磺内酯由以下结构式⑵表示
4.一种处理盒，其以使得可拆卸地安装至电子照相设备的主体而形成，其中所述处理盒包括根据权利要求1至3任一项所述的导电性构件作为充电构件和显影构件中的至少之O
5.一种电子照相设备，其包括根据权利要求1至3任一项所述的导电性构件作为充电构件和显影构件中的至少之一。
全文摘要
本发明公开了一种长时间通电耐久性优异的导电性构件。所述导电性构件具有导电性芯轴和导电层，所述导电层包含粘结剂树脂；和分散在所述粘结剂树脂中的导电性金属氧化物颗粒。所述金属氧化物颗粒在其表面上具有由结构式(1)表示的基团。所述由结构式(1)表示的基团通过取代作为所述金属氧化物颗粒上的表面官能团的羟基的氢原子而引入。结构式(1)-R-SO3H。
文档编号G03G15/08GK103003756SQ20118003520
公开日2013年3月27日 申请日期2011年6月16日 优先权日2010年7月20日
发明者平社由夏, 山田聪, 都留诚司, 山内一浩, 村中则文 申请人:佳能株式会社