充电构件、其生产方法和电子照相设备的制作方法

专利名称：充电构件、其生产方法和电子照相设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及在电子照相设备等中使用的充电构件、其生产方法和电子照相设备。
技术背景
通常用于被充电构件(charging object member)例如电子照相感光构件的接触 充电中的充电构件设置有包含橡胶或热塑性弹性体等的弹性层，以确保与被充电构件的辊 隙均匀并防止被充电构件擦伤。然而，调色剂及其外部添加剂趋于粘附到该弹性层表面。另 外，当弹性层和电子照相感光构件以静置状态长时间保持彼此接触时，弹性层在其保持接 触的部分会永久性变形(经历永久变形)。对于该问题，如日本专利申请特开第H09-160355 号公报所公开的，提出一种充电构件，其弹性层表面用能量射线例如紫外线或电子射线照 射从而提供表面改性的层。
引文列表
专利文献
专利文献1:日本专利申请特开第H09-160355号公报 发明内容
发明要解决的问题
然而，根据日本专利申请特开第H09-160355号公报对充电构件进行的研究揭示 该充电构件可导致电子照相感光构件上的清洁不良。电子照相感光构件上发生的该清洁不 良是指如下现象电子照相感光构件表面上的任何残余调色剂(其应该基本上已用弹性刮 板除去)滑过弹性刮板从而降低通过随后的电子照相图像形成的循环形成的电子照相图 像的品位(grade)。
因此，本发明的目的是提供充电构件，其在具有足够高的柔软性从而以足够的宽 度形成所述充电构件与电子照相感光构件之间的辊隙的同时，不能容易地引起在电子照相 感光构件上的清洁不良，并提供其生产方法。另外，本发明的目的是提供可长时间稳定地形 成高品位电子照相图像而可以较少地引起带电性能随时间的任何降低的电子照相设备。 _9] 用于解决问题的方案
根据本发明的一方面，提供充电构件，其包括导电性支承体和作为表面层的弹性 层；其中所述弹性层在其表面上具有固化区域，所述区域已通过用电子射线照射而固化，所 述固化区域中以球状颗粒从所述弹性层的表面露出的状态支持所述球状颗粒，从而使所述 充电构件的表面粗糙化；和其中所述球状颗粒为选自由球状二氧化硅颗粒、球状氧化铝颗 粒和球状氧化锆颗粒组成的组的至少一种类型的球状颗粒。
根据本发明的另一方面，提供生产上述充电构件的方法；所述方法包括以下步 骤
(I)在支承体上形成包含球状颗粒的橡胶层；
(2)研磨所述橡胶层的表面从而使部分所述球状颗粒露出所述表面；和
(3)用电子射线照射由步骤(2)获得的部分所述球状颗粒保持露出其表面的橡胶 层的表面，从而固化所述表面以形成弹性层。
根据本发明的另一方面，提供具有上述充电构件和与所述充电构件接触配置的感 光构件的电子照相设备。
发明的效果
根据本发明，能够获得在具有柔软性表面的同时防止任何清洁不良发生的充电构 件，并获得其生产方法。根据本发明，还能够获得可长时间稳定地形成高品位电子照相图像 的电子照相设备。


图1为示出充电辊构成例的概略截面图。
图2为示出具有充电构件的电子照相设备的构成例的示意图。
图3A为示出充电辊表面形态的概略截面图。
图3B为示出充电辊表面另一形态的概略截面图。
图4为示出通用硬度(universal hardness)测量例的图。
图5为示出电子射线照射装置的构成例的示意图。
具体实施方式
本发明人对根据对比文件I的充电构件引起清洁不良的原因进行了大量研究。结 果，他们认为其机理如下所述。
具有充电构件的电子照相设备的构成例在图2中示意性示出。用作被充电构件的 电子照相感光构件(下文中简称“感光构件”)21由导电性支承体21b和形成于导电性支承 体21b上的感光层21a构成，并具有鼓状。然后，其绕轴21c以图上所示的顺时针方向在规 定圆周速度下旋转驱动。
充电辊10与感光构件21接触配置，并使感光构件静电充电至规定的极性和电位 (一次充电)。充电辊10由芯轴11和形成于芯轴11周围的弹性层12构成，并借助于压下 (press-down)手段(未示出)在芯轴11两端部施加压力下保持压向感光构件21。其随着 感光构件21的旋转驱动而从动旋转。通过摩擦电极23a从电源23将规定的直流(DC)偏 压(bias)施加到芯轴21，由此使感光构件21静电充电至规定的极性和电位。借助于充电 辊10已使其外周表面静电充电的感光构件21随后通过曝光手段24进行所需图像信息的 曝光(例如，激光束扫描曝光或原稿图像的狭缝曝光)，由此将相应于所需图像信息的静电 潜像形成于其外周表面上。
然后借助于显影组件25将静电潜像连续地显影为作为调色剂图像的可见图像。 由此形成的调色剂图像然后以与感光构件21的旋转同步的方式在适当的时刻通过转印手 段26依次地转印到已经从纸供给手段部(未示出)输送至感光构件21和转印手段26之 间的转印区域的转印材料27。图2所示的转印手段26为转印辊，其充电至与来自转印材料 27背后(back)的调色剂极性相反的极性，由此将感光构件21侧的调色剂图像转印到转印 材料27上。
将已转印有调色剂图像的转印材料27从感光构件21分离，然后输送到定影手段(未示出)，在此使调色剂图像定影。具有定影图像的转印材料作为图像形成物被输出。而 在图像也形成于背面的情况中，将具有定影图像的转印材料输送至用于将其再输送至转印 区的手段。已转印图像的感光构件21的外周表面通过借助于以弹性刮板为代表的清洁构 件28除去感光构件21表面上残余的任何调色剂而清洁其表面。结果，在表面已经清洁的 感光构件21上，进行下次循环的电子照相图像形成过程。
在上述电子照相图像形成过程中，充电辊通过在其与感光构件21的辊隙附近形 成的间隙处发生放电而使感光构件表面静电充电。此时，在充电辊附近发生的任何放电生 成物和在感光构件表面上剩余的任何磨耗粉尘等附着到感光构件表面。然后，它们在充电 辊和感光构件之间的辊隙处被压向感光构件表面，由此使它们连续积聚到感光构件的表面 上。然后，感光构件和弹性刮板之间的摩擦系数连续地逐渐变高。在适当的时候，弹性刮板 因感光构件和弹性刮板之间的高摩擦系数而开始振动，从而不会充分地除去在感光构件表 面上的残余调色剂。结果，随后在表面粘附有残余调色剂的感光构件上进行下次循环的电 子照相图像形成过程。
此处，在具有由弹性材料形成的表面层的充电辊中显著地发生该感光构件和弹性 刮板之间的摩擦系数的增加。其原因被认为如下具有由弹性材料形成的表面层的充电辊 具有柔性表面，从而引起在充电辊和感光构件之间的辊隙处具有大面积接触，因此可使引 起摩擦系数增加的任何物质，例如放电生成物更容易地粘着到感光构件表面。
因此，为了获得虽然具有确保充电构件和感光构件之间的适当辊隙的柔软性，但 仍可使任何放电生成物不易粘着到感光构件表面的充电构件，本发明人进行了各种研究。 结果，他们发现通过下述充电构件可以实现上述目的，所述充电构件具有作为表面层的弹 性层，所述弹性层中形成有用电子射线照射而固化其表面的区域，以及通过该区域，选自球 状二氧化硅颗粒、球状氧化铝颗粒和球状氧化锆颗粒的至少一种类型的球状颗粒以使其至 少一部分露出表面的状态得到支持，其中所述表面通过球状颗粒而粗糙化。
将本发明的优选实施方案描述如下。
〈充电构件〉
根据本发明的充电构件具有导电性支承体和作为表面层的弹性层。另外，弹性层 的表面通过选自球状二氧化硅颗粒、球状氧化铝颗粒和球状氧化锆颗粒的至少一种类型的 球状颗粒而粗糙化。此外，弹性层还在其表面上具有通过用电子射线照射而固化的区域，并 且球状颗粒中约至少一部分颗粒、各颗粒的一部分以露出到弹性层表面的状态通过固化区 域所支持。
作为本发明充电构件的充电辊的构成例示意性示于图1。充电辊10由芯轴11和 形成于芯轴11周围上的弹性层12构成。根据本发明的充电构件可用作示于图2的电子照 相设备的充电辊10。图3A和3B是示出本发明的充电辊表面的形态的概略图。
根据本发明的充电辊的弹性层包含选自球状二氧化硅颗粒、球状氧化铝颗粒和球 状氧化锆颗粒的至少一种类型的球状颗粒31，并且其表面通过球状颗粒而粗糙化。另外，弹 性层的表面已通过用电子射线照射进行固化处理，和上述球状颗粒中约至少一部分颗粒、 各颗粒的一部分露出弹性层表面，并且还由弹性层的已通过用电子射线照射而固化的区域 13所支持。
由于球状颗粒由此通过该固化区域13而支持，因此即使当弹性层与被充电构件例如感光构件接触时，在其辊隙处球状颗粒也不易包埋于弹性层中。结果，即使在辊隙处， 具有高硬度的球状颗粒也可以其部分露出弹性层表面的状态保持表面的凹凸形状，并可使其与感光构件的接触面积小。另外，由于球状二氧化硅颗粒、球状氧化铝颗粒和球状氧化锆颗粒的形状为球状，所以即使当从弹性层表面保持露出的部分与感光构件直接接触时，也可以抑制感光构件被擦伤或其表面上的过度磨耗。
另外，通过用电子射线照射的固化处理能够使弹性层仅在其表面部固化，因此弹性层可以在其内部，即其深层部保持低硬度(MD-1硬度为50以上且小于80)。因此，可以抑制发生由伴随充电辊和被充电构件之间辊隙宽度减少的接触不良引起的任何不良充电或者由调色剂或其外部添加剂随时间粘着到充电辊表面引起的任何不良图像，这些不良充电或不良图像可在使充电辊整体具有高硬度的情况，例如，在使充电辊整体具有高达80度以上的MD-1硬度的情况中看到。
导电性支承体
导电性支承体可以是任意一种，只要其具有导电性以及可保持作为充电辊所需的强度即可。
弹性层
弹性层包含基础聚合物或其交联产物和球状颗粒。作为基础聚合物，可使用在实际使用温度范围内能够使弹性层具有橡胶弹性的材料。该基础聚合物可包括热塑性弹性体和热固性橡胶。
热固性橡胶为通过配混原料橡胶与交联 剂而获得的橡胶组合物。此处，热固性橡胶的具体实例例举下述天然橡胶(NR)、异戊二烯橡胶(IR)、丁二烯橡胶(BR)、丁苯橡胶 (SBR)、丁基橡胶(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-丙烯酸缩水甘油醚三元共聚物 (CHR-AGE)、丙烯腈-丁二烯共聚物(NBR)、丙烯腈-丁二烯共聚物的氢化产物(H-NBR)、氯丁橡胶(CR)和丙烯酸类橡胶(ACM、ANM)等。另外热塑性弹性体的具体实例例举下述热塑性弹性体例如热塑性聚烯烃型热塑性弹性体、聚苯乙烯型热塑性弹性体、聚酯型热塑性弹性体、聚氨酯型热塑性弹性体、聚酰胺型热塑性弹性体和氯乙烯型热塑性弹性体。
在本发明中使用的弹性层引入有选自球状二氧化硅颗粒、球状氧化铝颗粒和球状氧化锆颗粒的至少一种类型的球状颗粒。该球状颗粒由具有高硬度(新莫氏硬度为7以上)的二氧化硅、氧化铝或氧化锆组成，因此即使在稍后所述的使用砂轮等的研磨步骤中所述颗粒本身也绝不会被磨损，并能够在保持球状的同时存在于弹性层表面上。球状颗粒为由作为主要组分的二氧化硅、氧化铝或氧化锆组成，并可包含杂质例如Na20、K2O, Fe203、 MnO, Ca0、Mg0和Ti02。这些杂质在球状颗粒中的含量可优选为5质量％以下。
球状颗粒可优选具有2 μ m以上且80 μ m以下的粒径。只要其粒径为2 μ m以上， 则可抑制由于与其相反地粒径小因而与感光构件的接触面积的增加。另外，只要其粒径为 80 μ m以下，则可抑制由于弹性层具有取决于颗粒大小的大表面粗糙度因而充电辊表面被调色剂等污染。球状颗粒可进一步优选具有5μπι以上且40 μπι以下范围内的粒径。通过这些球状颗粒，弹性层的表面粗糙化。关于表面粗糙化的程度，优选充电构件表面(弹性层的表面)具有3 μ m以上且20 μ m以下的十点粗糙度Rz。
另外，作为球状颗粒的球形度，可优选作为下述形状系数SFl的值为100以上且160以下。此处，形状系数SFl为由下述等式(I)表示的指数，并且意思是其越接近于100， 则颗粒越接近于球形。只要其形状系数不超过160，则即使球状颗粒保持露出到弹性层表面 并与感光构件直接接触时也可抑制感光构件被擦伤或磨耗。
球状颗粒的粒径为通过以下方法测定的“长度平均粒径”。首先，通过扫描电子显 微镜(商品名JEOL LV5910 ;由JEOL Ltd.制造)观察球状颗粒，从而进行图像拍照，并通 过使用图像分析软件(商品名IMAGE-PR0 PLUS ;获自Planetixm Co.)分析拍照的图像。 为了进行分析，在拍摄时由微米尺(micron bar)校准单位长度的像素数，其中关于从图片 中随机挑选的50个颗粒，由图像上的像素数测量其定方向粒径从而测定算术平均粒径，将 其取作球状颗粒的粒径。
在本发明中使用的球状颗粒的形状系数SFl通过以下方法测量。将通过扫 描电子显微镜拍摄的图像信息例如粒径输入图像分析仪(商品名LUZEX3 ;由Nireco Corp.制造)，其中，关于随机挑选的50个颗粒，根据以下等式(I)来计算其形状系数。 SF-1= {(MXLNG) 2/AREA} X ( ji/4) X (100) (I)
其中MXLNG表示颗粒的绝对最大长度，AREA表示颗粒的投影面积。
此外，球状颗粒的比表面积作为通过根据JIS Z8830(2001)的测量求得的值可优 选为10m2/g以下。因为当球状颗粒具有10m2/g以下的比表面积，可使由于球状颗粒引起的 弹性层增强效果小。这能够抑制弹性层具有高硬度。引入弹性层的球状颗粒可作为单种类 型引入或可以两种以上类型的共混物的形式引入。在这种情况中，球状颗粒在弹性层中的 含量基于弹性层的总质量总计可优选10质量份以上且100质量份以下。只要球状颗粒的 含量为10质量份以上，则球状颗粒可以足够量存在于表面上，并且可使与感光构件的接触 面积特别小。另外，只要球状颗粒的含量为100质量份以下，则可抑制弹性层因为与其相反 地大量引入的球状颗粒而变硬。
弹性层中还可引入导电剂、填料、加工助剂、抗氧化剂、交联剂、交联促进剂、交联 促进活化剂、交联延迟剂和/或分散剂等。导电剂的具体实例例举如下。炭材料例如炭黑 和石墨，氧化物例如氧化钛和氧化锡，和金属例如Cu和Ag，电子导电剂例如通过用氧化物 或金属涂布颗粒表面而导电化的导电性颗粒，无机离子物质例如高氯酸锂、高氯酸钠和高 氯酸钙，阳离子表面活化剂例如月桂基三甲基氯化铵和十八烷基三甲基氯化铵，两性表面 活化剂例如月桂基甜菜碱，季铵盐例如高氯酸四乙铵，和离子导电剂例如有机酸锂盐(三 氟甲烷磺酸锂)。
本说明书中，弹性层是指作为表面层的弹性层(也经常为“表面弹性层”)，除非特 别注明。本发明中，也可在导电性支承体和表面弹性层之间形成粘合层。弹性层还可制成 多层(可具有除了表面弹性层之外的至少一个弹性层)；条件是，当制成多层时，包含球状 颗粒的层(表面弹性层)必须形成于最外表面上。另外，当将弹性层制成多层时，优选在稍 后详述的以管状挤出橡胶组合物的方法或通过使用十字头将其挤出的方法中通过使用多 层挤出机同时成型各层。本发明中，为了最有效地简化生产方法，优选为单层，即在根据本 发明的充电构件中仅一层弹性层的弹性层。然后，作为在此情况下的弹性层的厚度，可优选 在O. 8mm至4. Omm,并特别地1. 2mm至3. Omm的范围内，以确保弹性层和被充电构件之间的 辊隙宽度。
〈充电构件的生产方法〉
本发明的充电构件的生产方法具有以下步骤I至步骤3。
步骤1:在导电性支承体上形成包含选自球状二氧化硅颗粒、球状氧化铝颗粒和 球状氧化锆颗粒的至少一种类型的球状颗粒的橡胶层的步骤。
步骤2 :研磨橡胶层的表面从而使球状颗粒中的约至少一部分颗粒、各颗粒的一 部分露出到表面的步骤。
步骤3 :用电子射线照射已研磨的橡胶层表面，进一步固化表面的步骤。
将各步骤的描述如下。
步骤1:
首先，在导电性支承体上形成包含球状颗粒的橡胶层。此处，橡胶层为通过以规定 形状挤出含有球状颗粒的混合物(其可包含基础聚合物和添加剂等)获得的橡胶层。具体 实例描述如下。
制备i)构成弹性层的基础聚合物和ii)选自球状二氧化硅颗粒、球状氧化铝颗粒 和球状氧化锆颗粒的至少一种类型的球状颗粒的混合物。此处，在基础聚合物为热塑性橡 胶的情况中，混合物称为橡胶组合物。另外，在基础聚合物为未硫化的热塑性橡胶的情况 中，混合物称为未硫化橡胶组合物。
随后，用橡胶组合物或未硫化橡胶组合物包覆导电性支承体的外周，从而成型为 辊。此处，通过用橡胶组合物包覆支承体的外周获得的辊简称为橡胶辊。另外，通过用未硫 化橡胶组合物包覆支承体的外周获得的辊称为未硫化橡胶辊。关于未硫化橡胶辊，然后进 行交联处理等来产生固化从而获得硫化橡胶辊。
作为用于使橡胶组合物或未硫化橡胶组合物成型为辊的方法，可包括以下方法 (a)至(C)。
(a)其中借助于挤出机将橡胶组合物以管状挤出并将芯轴插入其中的方法。
(b)其中借助于固定有十字头的挤出机将橡胶组合物绕芯轴以圆筒状共挤出，从 而获得具有所需外径的挤出产品的方法。
(C)其中使用注模机将橡胶组合物注入到提供所需外径的模具内部，从而获得模 制成型品的方法。
特别地，最优选方法(b)，因为其有利于连续制造，步骤数少并且适于以低成本生 产。未硫化橡胶辊通过热处理来硫化。作为热处理方法的具体实例，可包括使用恒温箱 (gear oven)的热风炉加热、使用远红外线的过热硫化和使用硫化锅的蒸汽加热。特别地， 优选热风炉加热和远红外线过热，这是因为它们适于连续制造。
步骤2
将通过步骤(I)获得的橡胶辊或未硫化橡胶辊的表面通过研磨来处理从而使球 状颗粒中约至少一部分颗粒，各颗粒的一部分露出到表面。作为球状颗粒，使用球状二氧化 硅颗粒、球状氧化铝颗粒和球状氧化锆颗粒的至少一种类型。这些颗粒通常坚硬，因此即使 在使用砂轮等的研磨步骤中颗粒本身也不能容易地被磨损。因此，即使在研磨后，颗粒也能 容易地保持球状以及可存在于橡胶层表面上。
作为研磨橡胶辊(橡胶层)表面的方法的实例，可包括其中使砂轮或辊沿辊的 推力方向移动从而进行研磨的横向研磨系统，和其中在辊绕其芯轴旋转的同时，用宽度大 于所述棍长度的砂轮切削棍而不往复所述砂轮的切入式磨削系统(plunge-cut grindingsystem)。切入式磨削系统具有在橡胶辊整个长度上可一次研磨的优点，并且由于可使加工时间比横向研磨系统中的时间短所以是优选的。
步骤3:
最后，将已研磨的橡胶层表面(橡胶辊表面)用电子射线照射从而使该表面进行固化处理以形成在其表面上具有已固化的区域的弹性层。
将电子射线照射装置示意性示于图5中。作为可用于本发明中的电子射线照射装置，可优选使用其中在已研磨的橡胶辊滚动或旋转的同时用电子射线照射辊表面的装置。 例如，如图5所示，其为具有电子射线产生部51、照射室52和照射窗53的装置。电子射线产生部51具有产生电子射线的终端54和在真空空间(加速空间)中使在终端54产生的电子射线加速的加速管55。另外，借助于真空泵(未示出)等将电子射线产生部的内部保持于10_3Pa以上且10_6Pa以下的真空，从而防止电子与气体分子碰撞而失去能量。
通过电源(未示出)使细丝(filament) 56通电来加热，由此使细丝56发出热离子，并且在所发出的热离子中，只有通过终端54的那些有效地取出作为电子射线。然后，通过电子射线加速电压在加速管55内部的加速空间中使电子射线加速，并之后穿透通过照射窗箔57，在此用其照射已研磨并输送到设置于照射窗53下方的照射室52内部的橡胶辊 58。
当用电子射线照射已研磨的橡胶辊58时，可将照射室52的内部保持于氮气气氛下。另外，用辊滚动构件59滚动的已研磨的橡胶辊58，通过输送手段在照射室52内部如图5中所示从左侧向右侧移动。另外，将电子射线产生部51和照射室52通过在它们的周围的铅屏蔽来保持，从而使用电子射线照射期间二次发生的任何X射线不会外泄。
照射窗箔57由金属箔制成，并且是将电子射线产生部内部的真空气氛与照射室内部的空气气氛分离的材料。通过该照射窗箔57，使电子射线射出进入照射室52。如上所述，当将电子射线用于照射辊时，照射室52的内部(其中用电子射线照射辊)可保持于氮气气氛 下。因此，需要设置于电子射线产生部51和照射室52之间的边界处的照射窗箔57 无针孔(pinhole)，具有足以在电子射线产生部内部良好地保持真空气氛的高机械强度，并且易于使电子射线从其中透过。因此，期望照射窗箔57为比重低并且壁厚小的金属，因此， 通常使用铝或钛箔。
通过电子射线来有效处理的条件依赖于加速电压和电子射线的剂量。加速电压影响固化处理深度(也称为固化处理厚度或固化区厚度)，作为用于本发明的加速电压的条件，可优选为从40kV以上且300kV以下的低能量范围。只要其为40kV以上，可容易地获得足以获得本发明效果的固化处理深度。另外，由于其为300kV以下，可特别地防止电子射线照射装置与其相反地大型化而涉及高装置成本。作为进一步优选的加速电压条件，其为从 80kV以上至150kV以下。
在用电子射线照射中电子射线的剂量由下面的等式(2)定义
D= (K · I)/V(2)。
此处，D为剂量(kGy)，K为装置常数，I为电子电流(mA)，和V为处理速度(M/min)。 装置常数K为表示单个装置效率的常数，并为装置性能的指标。装置常数K可通过在均匀加速电压但改变电子电流和处理速度的条件下测量剂量来测定。
为了测量电子射线的剂量，可将剂量测量膜粘着到辊表面，这用电子射线照射装置实际处理，其中可用膜剂量计测量剂量测量膜。在那种情况中，可使用商品名FWT_60的剂量测量膜和商品名FWT_92D型的膜剂量计(均由Far West Technology, Inc.制造)。 用于本发明的电子射线的剂量可优选为30kGy以上至3，OOOkGy以下。只要剂量为30kGy 以上，则可容易地获得足以获得本发明效果的表面硬度。另外，由于其为3，OOOkGy以下，可特别地防止与之相反的情况下的电子射线照射装置大型化，或涉及由于处理时间与之相反的延长的高装置成本。作为电子射线剂量进一步优选的条件，其为200kGy以上至2，OOOkGy 以下。
本发明中保持露出到弹性层表面的球状颗粒通过借助用电子射线照射而固化的区域所支持。本发明充电辊的表面形态概略性示于图3A和3B。图3A示出其中该固化区域具有大厚度的情况和图3B示出其中固化区域具有小厚度的情况。固化区域的厚度可不特别规定，但可优选不小于所用球状颗粒的平均粒径(长度平均粒径)的O. 5倍。由于固化区域的厚度不小于平均粒径的O. 5倍，可更加确定地防止在与感光构件的接触部保持露出到表面的球状颗粒被包埋于弹性层中。固化区域的厚度可最优选为不小于与球状颗粒的平均粒径相同的值至200 μ m以下。由于·通过用电子射线照射而固化的区域的厚度为200 μ m 以下，可充分地确保充电构件和感光构件之间的辊隙宽度。
如前面所述，固化处理深度可根据加速电压而改变。还通常已知电子射线的透射深度可根据待照射的物质的密度而不同。因此，作为确定已通过固化处理而固化的实际区域的厚度的方法，可利用通过使用通用硬度计的表面硬度测量。
通用硬度为在施加负荷下通过用压头对测量对象制作压痕而求得的物理性质的值，并作为(试验负荷)/(试验负荷下穿透器(penetrator)表面面积)的值(N/mm2)而求得。该通用硬度可用由由Helmut Fischer GmbH制造的由超显微硬度计H-100V(商品名) 为代表的硬度测量仪器来测量。
在该测量仪器中，在施加规定的相对小的试验负荷下使棱锥形压头等压入测量对象物，并在到达规定压痕深度的时刻，测定与压头接触的表面的面积，从而根据上述表达式求出通用硬度。即，当在恒定负荷测量的条件下压头被压入测量对象物时，将此时相对于压痕深度的应力定义为通用硬度。
通用硬度测量的实例示于图4。在图表中，压痕深度(μ m)绘制为横坐标和硬度 (N/mm2)为纵坐标。如图4所示,可将在从在横坐标上150 μ m以上至200 μ m以下的测量区域(其显示相对于压痕深度硬度变化小并为直线区域)外推的直线开始偏离测量曲线的点处的横坐标值定义为固化区域的厚度。此处，图4所示的测量例中的固化区域的厚度为 50 μ m0
实施例
通过给出实施例将本发明更详细地描述如下，然而，实施例绝不限制本发明。在下文中，“份”指“质量份”，除非特别注明。作为试剂等，使用商购可得的高纯度产品，除非特别规定。在各实施例中，生产橡胶辊。
实施例1
弹性层用未硫化橡胶组合物的制备借助于6升加压捏合机(产品名称 TD6-15MDX，由Toshin Co.，Ltd.制造)以70体积％的填充率和30rpm的叶片旋转数混合下表I所示的材料16分钟，从而获得第一阶段经捏合的橡胶组合物。
表 I
原料橡胶 NBR (商品名JSRN230SV;获自 JSRCorporation)100份硬脂酸锌I份氧化锌5份碳酸钙(商品名NANOX #30;获自 Marao Calcium Co., Ltd.)20份炭黑(商品名:TOKA BLACK #7360SB;获自 Tokai Carbon Co., Ltd.)45份球状二氧化娃颗粒1(商品名FB-20D;获自Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha)4U 1 /
接下来，借助于辊直径为12英寸(O. 30m)的开炼机(open roll)在前辊旋转数为 Srpm和后辊旋转数为IOrpm下以及在2mm辊隙下来混合下表2所示的材料，共进行20次切 削。之后，将辊缝变为O. 5_来进行薄通(tailing) 10次从而获得弹性层用未硫化橡胶组 合物。
表2
第一阶段捏合的橡胶组合物211份咸磺1.2份二破化四千基秋兰姆 [商品名:PERKACIT-TBzTD (简称“TBzTD”);获自 Flexsys Co.]4.5份
硫化橡胶层的形成将直径为6mm和长度为244mm的圆柱形导电性芯轴(钢制 并且在其表面上镀有镍)用导电性硫化粘合剂(商品名METAL0C U-20，获自Toyokagaku Kenkyusho Co.，Ltd.)涂布其沿轴向的222mm的中间部的柱表面,接着在8(TC下干燥30分钟。
接下来，借助于使用十字头的挤出设备将上述未硫化橡胶组合物与芯轴一起挤出 同时绕芯轴并以圆筒状共轴地成型，从而生产在芯轴外周上涂布有未硫化橡胶组合物的直 径为8. 8mm的未硫化橡胶辊。此时，作为挤出机，使用圆筒直径为45mm和L/D为20的挤出 机，挤出时对于圆筒使温度控制为90°C和对于螺杆为90°C。
由此成型的未硫化橡胶辊的未硫化橡胶组合物层沿其宽度方向在两端部切断，从 而使未硫化橡胶组合物层沿其轴长度为226_。之后，借助于电炉将其在160°C下加热40分 钟，从而硫化未硫化橡胶组合物层，使其成为硫化橡胶层。随后，借助于切入式磨削系统的 砂磨机在其表面上研磨硫化橡胶层，从而获得具有有端部直径为8. 35mm和中间部直径为 8. 50mm的冠状形状的并且其部分球状颗粒保持露出到表面的硫化橡胶层的硫化橡胶辊。
硫化橡胶辊硬度的测量测量用电子射线照射前硫化橡胶辊的MD-1硬度。测量 中，使用显微硬度计(商品名:MD-lcapa，由Kobunshi Keiki Co. , Ltd.制造)在温度23°C 和相对湿度55%的环境中以峰值保持模式进行测量。更具体而言，将硫化橡胶辊放于金属 制的板上，并放置金属制的块(block)从而简单地固定硫化橡胶辊以免翻滚。然后，沿垂直 方向将型A测量终端准确地压向在硫化橡胶辊中央的金属板，其中读取5秒后的值。在沿 轴向距硫化橡胶辊的橡胶端30至40mm位置的两端部以及其中央部的3点和各自沿周向的 3个点处(即，在共计9个点处)测量该值。将获得的测量值的平均值取作硫化橡胶层的 MD-1硬度。结果，发现硫化橡胶层具有76°的MD-1硬度。
已研磨的硫化橡胶层的表面固化处理
用电子射线照射已研磨的硫化橡胶辊的表面(硫化橡胶层表面)从而进行固化处理以获得在其弹性层表面上具有固化区域的充电辊。在用电子射线的照射中，使用150kv 的最大加速电压和40mA的最大电子电流的电子射线照射装置(由Iwasaki Electric Co.，Ltd.制造)，并在用电子射线照射时进行氮气吹扫。处理条件为加速电压150kV,电子电流35mA，处理速率lm/min和氧浓度lOOppm。此处，电子射线照射装置在150kV的加速电压时的装置常数为37. 8，和根据等式(2)计算的剂量为1，323kGy。
固化区域厚度的测量
用通用硬度计测量充电辊的表面硬度，由此测量其固化处理厚度。测量中使用超微硬度计(商品名H-100V ;由Helmut Fischer GmbH制造)。还使用棱锥形金刚石压头作为压头。压痕率为下述等式(3)的条件
dF/dt=l, 000mN/240s(3)。
等式(3)中，F表示力，和t表示时间。
如图4所示，可将在从在横坐标上从150 μ m以上至200 μ m以下的测量区域(其显示相对于压痕深度硬度变化小)外推的直线开始偏离测量曲线的点处的横坐标值测定为固化区域的厚度。结果，固化区域的厚度为90 μ m。
表面粗糙度的测量
测量充电辊(弹性层)的十点平均表面粗糙度Rz。其根据JIS B0601:1982，使用表面糖粗度计(商品名S URFCORDER SE-3400 ;*Kosaka Laboratory Ltd.制造)来测量。 测量中，使用具有2μπι的尖部半径的金钢石制接触触针。测量速度设定为O. 5mm/s ;截取频率λ c为O. 8mm ;标准长度为O. 8mm和评价长度为8. 0mm。为了测量表面粗糙度，由在每个充电辊中的轴向上的3个点X周向上的2个点，即共计6个点上分别获得的粗糙度曲线计算Rz值。然后，求出在这6个点处的Rz的平均值，并其将取作充电辊的Rz值。结果，测定 Rz 为 8. 9 μ m。
图像评价
准备激光束打印机(商品名LASER JET P1005 ;由Hewlett-Packard Co.制造； 对于A4纸纵向打印)作为评价中使用的电子照相设备。将如上生产的充电辊装入激光束打印机用处理盒中，并将该处理盒安装到激光束打印机。在温度23°C和相对湿度50%的环境中，在一张纸上各自独立地输出实心图像和半色调图像(沿电子照相感光构件的转动方向和垂直方向绘制各自为I点宽度和2点间隔的线的图像)。并分别将它们称为初始阶段的实心图像和初始阶段的半色调图像。
接下来，在一张纸上输出该电子照相图像后，进行如下耐久试验(running-test)， 其中重复使电子照相感光构件的旋转完全停止然后再次启动图像形成动作的间歇图像形成动作，从而在1，000张上输出电子照相图像。此处输出的图像为其中在每2点水平线后重复118点间隔的规定线形的图像。
之后，在一张纸上各自独立地输出实心图像和半色调图像。分别将它们称为耐久试验后的实心图像和耐久试验后的半色调图像。
然后，目视观察由此获得的约两张纸的实心图像和两张纸的半色调图像，是否看到由非均匀带电引起的任何浓度不均匀及其程度，从而根据以下标准做出评价。
评价⑴带电性能的评价(初始阶段和耐久后):
目视观察初始阶段的实心图像和初始阶段的半色调图像是否看到由非均匀带电 引起的任何浓度不均匀，从而根据以下标准做出评价。另外同样地观察耐久试验后的实心 图像和耐久试验后的半色调图像，从而同样做出评价。由此可知依据本实施例的充电辊的 初始阶段时和耐久试验后的带电性能。
A :在实心图像和半色调图像中均未看到由非均匀带电引起的任何浓度不均匀。
B :仅在半色调图像中看到由非均匀带电引起的轻微的浓度不均匀。
C :在半色调图像是看到浓度不均匀，以及在实心图像中看到由非均匀带电引起的 轻微的浓度不均匀。
D :在实心图像和半色调图像中均看到由非均匀带电引起的浓度不均匀。
评价⑵由清洁不良引起的任何图像缺陷的评价
目视观察在上述耐久试验中输出的1，000张上的图像是否看到由感光构件的清 洁不良引起的任何图像缺陷及其程度，从而根据以下标准做出评价。
A :未看到任何I张打印件上发生由清洁不良引起的图像缺陷的。
B :已发生由清洁不良引起的任何轻微图像缺陷的打印件的数量为I张以上至小 于100张。
C :已发生由清洁不良引起的任何明显图像缺陷的打印件的数量为I张以上至小 于100张。
D :已发生由清洁不良引起的任何明显图像缺陷的打印件的数量为100张以上。
评价(3):感光构件和弹性刮板之间的摩擦系数的评价
使弹性刮板沿相反方向与用于上述图像形成的激光束打印机的感光构件表面接 触，在该状态中测量感光构件和弹性刮板之间的摩擦系数。由该测量可以知晓是否看到由 充电辊引起的调色剂等的任何粘着及其程度。
作为测量方法，首先，在激光束打印机中，将其中安装感光构件和弹性刮板的单 元部位从处理盒取出。然后，将连接扭矩计(商品名TP-10KCE ;由Kyowa Electronic Instruments Co.，Ltd.制造)的马达连接到感光构件的驱动单元，并且使用扭矩计测量当 用马达以85rpm的转数旋转感光构件时作用的扭矩，其中将对应于从感光构件开始旋转的 第四个旋转的I周的测量值的平均值取作本实施例中扭矩的值。
上述评价I至3的结果示于表4。
实施例2
除了在实施例1的构成第一阶段捏合的橡胶组合物中，将球状二氧化硅颗粒I 变为相同质量份的表4所示的球状二氧化硅颗粒2(商品名FB-20D ;获自Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha)以外，以与实施例1相同的方式生产硫化橡胶棍。以与实施例1 相同的方式来测量其硫化橡胶层的硬度，测定其为75°。以与实施例1中相同的方式通过 用电子射线照射来将已研磨的硫化橡胶辊的表面进行固化处理，从而生产充电辊。
实施例3
除了将用于实施例1的第一阶段捏合的橡胶组合物的球状二氧化硅颗粒I变为相 同质量份的球状二氧化硅颗粒3 (商品名HS-301 ;获得Micron Inc.)以外，以与实施例1 相同的方式来制备弹性层用未硫化橡胶组合物，以生产已研磨的硫化橡胶辊。以与实施例I相同的方式来测量已研磨的硫化橡胶辊的硫化橡胶层的硬度，测定其为77°。以与实施 例I相同的方式通过用电子射线照射来将已研磨的硫化橡胶辊的表面进行固化处理，从而 生产充电辊。
实施例4
除了将用于实施例1的第一阶段捏合的橡胶组合物的球状二氧化硅颗粒I变为相 同质量份的球状二氧化硅颗粒4 (商品名HS-305 ;获得Micron Inc.)以外，以与实施例1 相同的方式来制备弹性层用未硫化橡胶组合物，以生产已研磨的硫化橡胶辊。以与实施例1相同的方式来测量已研磨的硫化橡胶辊的硫化橡胶层的硬度，测定其为74°。以与实施 例I相同的方式通过用电子射线照射来将已研磨的硫化橡胶辊的表面进行固化处理，从而 生产充电辊。
实施例5
除了将实施例4中的用电子射线照射的条件变为加速电压80kV，电子电 流35mA,处理速率lm/min和氧浓度IOOppm以外，以与实施例4全部相同的方式生产充 电辊。此处，电子射线照射装置在SOkV的加速电压时的装置常数为20. 4，并且根据等式(2) 计算的剂量为714kGy。以与实施例1中相同的方式来进行充电辊的固化处理厚度的测量， 其表面粗糙度的测量以及图像评价。
实施例6
将在实施例2的第一阶段捏合的橡胶组合物中的球状二氧化硅颗粒2的引入量变 为10质量份，并使未硫化橡胶组合物中的第一阶段捏合的橡胶组合物的量变为181质量 份。除了这些以外以与实施例2全部相同的方式制备弹性层用未硫化橡胶组合物，以生产 已研磨的硫化橡胶辊。以与实施例1相同的方式来测量已研磨的硫化橡胶辊的硫化橡胶层 的硬度，测定其为72°。以与实施例1相同的方式通过用电子射线照射来将已研磨的硫化 橡胶辊的表面进行固化处理，从而生产充电辊。
实施例7
将用于实施例1的第一阶段捏合的橡胶组合物中的球状二氧化硅颗粒I变为50 质量份球状氧化招颗粒I (商品名AY-118 ;获自Micron Inc.),并使未硫化橡胶组合物中 的第一阶段捏合的橡胶组合物的量变为221质量份。除了这些以外以与实施例1全部相同 的方式来制备弹性层用未硫化橡胶组合物，以生产已研磨的硫化橡胶辊。以与实施例1相 同的方式来测量已研磨的硫化橡胶辊的硫化橡胶层的硬度，测定其为75°。以与实施例1 相同的方式通过用电子射线照射来将已研磨的硫化橡胶辊的表面进行固化处理，从而生产 充电辊。
实施例8
将用于实施例7中的第一阶段捏合的橡胶组合物中的原料橡胶NBR变为相同质量 份的 SBR(商品名T0UGHDEN ;获自 Asahi Kasei Chemicals Corporation),并将炭黑的混 合量变为47质量份。另外，使未硫化橡胶组合物中的第一阶段捏合的橡胶组合物的量变 为223质量份，并将硫化促进剂二硫化四苄基秋兰姆的用量变为1. O质量份。另外，添加1. O质量份N-叔丁基-2-苯并噻唑基亚磺酰胺(商品名SANT0⑶RE-TBSI (简称“TBSI” ； 获自Flexsys Co.)。除了这些以外以与实施例7全部相同的方式来制备弹性层用未硫化 橡胶组合物，以生产已研磨的硫化橡胶辊。以与实施例1相同的方式来测量已研磨的硫化橡胶辊的硫化橡胶层的硬度，测定其为77°。然后除了将实施例1中的用电子射线照射的 条件的加速电压变为125kV以外，以与实施例1全部相同的方式生产充电棍。此时，电子 射线照射装置在125kV的加速电压时的装置常数为36. 2，并且根据等式(2)计算的剂量为 I,267kGy。
实施例9
将用于实施例1的第一阶段捏合的橡胶组合物中的球状二氧化硅颗粒I变为60 质量份球状氧化招颗粒2(商品名AX3-32 ;获自Micron Inc.)。还使未硫化橡胶组合物中 的第一阶段捏合的橡胶组合物的量变为231质量份。除这些以外以与实施例1全部相同的 方式制备未硫化橡胶组合物，以生产已研磨的硫化橡胶辊。以与实施例1相同的方式来测 量已研磨的硫化橡胶辊的硫化橡胶层的硬度，测定其为78°。以与实施例1相同的方式通 过用电子射线照射来将已研磨的硫化橡胶辊的表面进行固化处理，从而生产充电辊。
实施例10
将用于实施例1的第一阶段捏合的橡胶组合物中的球状二氧化硅颗粒I变为50 质量份球状氧化错颗粒I (商品名NZ Beads ;获自Niimi Sangyo Co.，Ltd.)。还使未硫化 橡胶组合物中的第一阶段捏合的橡胶组合物的量变为221质量份。除这些以外以与实施例1全部相同的方式来制备未硫化橡胶组合物，以生产已研磨的硫化橡胶辊。以与实施例1相 同的方式来测量已研磨的硫化橡胶辊的硫化橡胶层的硬度，测定其为73°。以与实施例1 中相同的方式通过用电子射线照射来将已研磨的硫化橡胶辊的表面进行固化处理，从而生 产充电辊。
实施例11
将在实施例10的第一阶段捏合的橡胶组合物中的球状氧化锆颗粒I的引入量变 为100质量份，并使未硫化橡胶组合物中的第一阶段捏合的橡胶组合物的量变为271质量 份。除了这些以外以与实施例10全部相同的方式制备弹性层用未硫化橡胶组合物，以生产 已研磨的硫化橡胶辊。以与实施例1相同的方式来测量已研磨的硫化橡胶辊的硫化橡胶层 的硬度，测定其为76°。以与实施例5相同的方式通过用电子射线照射来将已研磨的硫化 橡胶辊的表面进行固化处理，从而生产充电辊。
实施例12
将实施例1的第一阶段捏合的橡胶组合物中的球状二氧化硅颗粒I的引入量变为 20质量份，并且进一步添加20质量份球状二氧化硅颗粒2。除了这些以外以与实施例1全 部相同的方式制备弹性层用未硫化橡胶组合物，以生产已研磨的硫化橡胶辊。以与实施例1相同的方式来测量已研磨的硫化橡胶辊的硫化橡胶层的硬度，测定其为75°。以与实施 例I相同的方式通过用电子射线照射来将已研磨的硫化橡胶辊的表面进行固化处理，从而 生产充电辊。
比较例I
除了不将球状二氧化硅颗粒添加到实施例1的第一阶段捏合的橡胶组合物，并且 使未硫化橡胶组合物中的第一阶段捏合的橡胶组合物的量变为171质量份以外，以与实施 例I相同的方式制备弹性层用未硫化橡胶组合物，以生产已研磨的硫化橡胶辊。以与实施 例I相同的方式来测量已研磨的硫化橡胶辊的硫化橡胶层的硬度，测定其为70°。以与实 施例I相同的方式通过用电子射线照射来将已研磨的硫化橡胶辊的表面进行固化处理，从而生产充电辊。
比较例2
将用于实施例1的第一阶段捏合的橡胶组合物的球状二氧化硅颗粒I变为20质量份无定形二氧化娃颗粒(商品名BY-001 ;获自Tosoh Silica Corporation),并且使未硫化橡胶组合物中的第一阶段捏合的橡胶组合物的量变为191质量份。除了这些以外以与实施例1相同的方式来制备弹性层用未硫化橡胶组合物，以生产已研磨的硫化橡胶辊。以与实施例1相同的方式来测量已研磨的硫化橡胶辊的硫化橡胶层的硬度，测定其为88°。 以与实施例1相同的方式通过用电子射线照射来将已研磨的硫化橡胶辊的表面进行固化处理，从而生产充电辊。
比较例3
将在实施例1的第一阶段捏合的橡胶组合物中使用的球状二氧化硅颗粒I变为相同质量份的球状PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)颗粒(商品名TECHN0P0LYMER;获自Sekisui Chemical Co.，Ltd.)。除此之外以与实施例1相同的方式制备弹性层用未硫化橡胶组合物， 以生产已研磨的硫化橡胶辊。以与实施例1相同的方式来测量已研磨的硫化橡胶辊的硫化橡胶层的硬度，测定其为83°。以与实施例1中相同的方式通过用电子射线照射来将已研磨的硫化橡胶辊的表面进行固化处理，从而生产充电辊。
比较例4
除了在实施例10中不用电子射线照射已研磨的硫化橡胶辊的表面以外，以与实施例10相同的方式来生产充电辊。相同地进行表面粗糙度的测量和图像评价。
在上述实施例和比较例中使用的球状颗粒和其它颗粒示于表3中。根据实施例的辊的组成和评价结果示于表4和5中。另外根据比较例的组成和评价结果示于表6中。
表权利要求
1.一种充电构件，其包括导电性支承体和作为表面层的弹性层；其中，所述弹性层在其表面上具有固化区域，所述区域已通过用电子射线照射而固化，所述固化区域中以球状颗粒从所述弹性层的表面露出的状态支持所述球状颗粒，从而使所述充电构件的表面粗糙化；和其中所述球状颗粒为选自由球状二氧化硅颗粒、球状氧化铝颗粒和球状氧化锆颗粒组成的组的至少一种类型的球状颗粒。
2.根据权利要求1所述的充电构件，其中所述球状颗粒具有2μ m以上至80 μ m以下的长度平均粒径。
3.根据权利要求1或2所述的充电构件，其中所述弹性层为单层并且为唯一的弹性层；和所述弹性层具有O. 8mm以上至4. Omm以下的厚度。
4.根据权利要求2或3所述的充电构件，其中在所述弹性层中的所述固化区域的厚度不小于所述球状颗粒的长度平均粒径的O. 5倍。
5.根据权利要求4所述的充电构件，其中在所述弹性层中的所述固化区域的厚度为不小于所述球状颗粒的长度平均粒径至200 μ m以下。
6.一种根据权利要求1所述的充电构件的生产方法；所述方法包括以下步骤(1)在支承体上形成包含所述球状颗粒的橡胶层；(2)研磨所述橡胶层的表面从而使部分所述球状颗粒露出到所述表面；和(3)用电子射线照射由步骤(2)获得的部分所述球状颗粒保持露出的橡胶层的表面，从而固化所述表面以形成弹性层。
7.一种电子照相设备，其包括根据权利要求1至5任一项所述的充电构件；和与所述充电构件接触配置并由所述充电构件可静电充电的被充电构件。
全文摘要
公开不能发生清洁不良的充电构件。具体公开的是包括导电性支承体和作为表面层的弹性层的充电构件。弹性层的表面设置有通过用电子束照射而固化的区域，并且选自球状二氧化硅颗粒、球状氧化铝颗粒和球状氧化锆颗粒中的至少一种球状颗粒以所述球状颗粒从弹性层表面露出的方式被支持于所述区域中。结果，使弹性层的表面粗糙化。
文档编号F16C13/00GK103003755SQ201180034410
公开日2013年3月27日 申请日期2011年7月6日 优先权日2010年7月13日
发明者原田昌明, 铃木敏郎, 渡边宏晓, 佐藤太一, 野濑启二 申请人:佳能株式会社