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CN114556232B - 导电性构件、处理盒和电子照相图像形成设备 - Google Patents

导电性构件、处理盒和电子照相图像形成设备 Download PDF

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CN114556232B CN202080073042.1A CN202080073042A CN114556232B CN 114556232 B CN114556232 B CN 114556232B CN 202080073042 A CN202080073042 A CN 202080073042A CN 114556232 B CN114556232 B CN 114556232B
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Abstract

提供一种导电性构件，其即使在长时间通电之后，其中橡胶的硬度也不显示劣化或改变。该导电性构件包括具有导电性外表面的支承体介质和配置在支承体介质的所述表面上的导电层，其中：导电层包括包含第一橡胶的交联产物的基质和分散在所述基质中的多个域；各个域包含导电性颗粒和第二橡胶的交联产物；基质的体积电阻率R1大于1.0×1012Ω·cm；域的体积电阻率R2小于基质的体积电阻率R1；导电层进一步设置有孔；孔的内壁由基质的一部分和域的一部分构成；构成所述内壁的域在内壁的多个位置处突出至孔内。

Description

导电性构件、处理盒和电子照相图像形成设备
技术领域
本公开涉及电子照相用导电性构件、处理盒、和电子照相图像形成设备。
背景技术
在电子照相图像形成设备中，作为充电构件和转印构件各自，使用电子照相用导电性构件。作为电子照相用导电性构件，已知有包括导电性支承体和设置在支承体上的导电层的电子照相用导电性构件。电子照相用导电性构件用于通过将电荷从导电性支承体输送至电子照相用导电性构件的表面而通过放电或摩擦带电来赋予抵接的物体电荷。充电构件是构成为使其自身和电子照相感光构件之间发生放电从而使电子照相感光构件的表面带电的构件。另外，转印构件是构成为将显影剂从电子照相感光构件转印至印刷介质或中间转印构件，同时还引起放电以使转印的显影剂稳定化的构件。
在专利文献1中，公开了由橡胶组合物形成的电子照相用导电性构件，所述橡胶组合物具有包括由离子导电性橡胶材料形成的聚合物连续相，和由电子导电性橡胶材料形成的聚合物颗粒相的海-岛结构，其中离子导电性橡胶材料主要由固有体积电阻率为1×1012Ω·cm以下的原料橡胶A形成，并且其中通过将导电性颗粒共混在原料橡胶B中而将电子导电性橡胶材料导电化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利申请特开No.2002-3651
发明内容
发明要解决的问题
在通过使用专利文献1中所述的电子照相用导电性构件作为充电构件而形成电子照相图像时，本发明人尝试将充电构件和电子照相感光构件之间的充电偏压设定为高于一般值，以便获得高对比度的电子照相图像。当在此类状态下长期进行电子照相图像的形成时，确认电子照相用导电性构件的硬度增大。充电构件的硬度增大会降低充电构件和电子照相感光构件之间的抵接辊隙宽度，因此在一些情况下无法确保充分的放电量。结果，一些情况下会出现由于带电不良导致的横条纹状异常图像。
另外，同样当将根据专利文献1的电子照相用导电性构件应用至转印构件时，电子照相用导电性构件的硬度增大，因此无法确保充分的放电量。结果，调色剂无法充分地从电子照相感光构件转印到纸上，一些情况下导致图像浓度降低或图像的一部分为空白点。
鉴于上述情况，本公开的一个方面旨在提供即使当在施加电压增大的状态下长期使用时，也防止硬度增大的电子照相用导电性构件。
本公开的另一个方面旨在提供有助于高品质电子照相图像的稳定形成的处理盒。
本公开的又一个方面旨在提供能够稳定地形成高品质电子照相图像的电子照相图像形成设备。
用于解决问题的方案
根据本公开的一个方面，提供一种电子照相用导电性构件，其包括：
具有导电性外表面的支承体；和
在支承体的外表面上的导电层，
其中导电层具有：
包含第一橡胶的交联产物的基质；和
分散在基质中的多个域，
域各自包含：
第二橡胶的交联产物；
导电性颗粒，
基质的体积电阻率R1大于1.0×1012Ω·cm，并且域各自的体积电阻率R2小于基质的体积电阻率R1，
导电层进一步具有孔，
孔的内壁由基质的一部分和域的一部分构成，和
构成内壁的域在内壁的多个部位处突出至孔内。
根据本公开的另一个方面，提供包括上述电子照相用导电性构件的电子照相图像形成设备。
根据本公开的又一个方面，提供一种电子照相用处理盒，其可拆卸地安装至电子照相图像形成设备的主体，该处理盒包括上述电子照相用导电性构件。
发明的效果
根据本公开的一个方面，可以获得即使当在施加电压增大的状态下长期用于电子照相图像形成时也防止硬度增大的电子照相用导电性构件。另外，根据本公开的另一个方面，可以获得有助于高品质电子照相图像的稳定形成的处理盒。此外，根据本公开的另一个方面，可以获得能够稳定形成高品质电子照相图像的电子照相图像形成设备。
附图说明
[图1]为根据本公开的一个方面的电子照相用导电性构件的整体的示意图。
[图2]为根据本公开的一个方面的电子照相用导电性构件在垂直于长度方向的方向上的导电层的截面图。
[图3]为根据本公开的导电辊在垂直于长度方向的方向上的导电层的截面中，孔的内壁和橡胶交联产物之间的界面的截面图。
[图4]为电子照相图像形成设备和处理盒的示意图。
具体实施方式
本发明人认为，当根据专利文献1的电子照相用导电性构件在施加电压增大的状态下长期用于电子照相图像形成时，电子照相用导电性构件的硬度增大的原因如下所述。
当电子照相用导电性构件在电子照相图像形成设备内长期处于通电状态时，在电子照相用导电性构件内产生聚合物自由基。聚合物自由基经由氧气变成聚合物过氧化自由基，以在链式反应中生成聚合物自由基。当自由基彼此结合以形成交联作为终止反应时，电子照相用导电性构件的硬度增大。现在，专利文献1中所述的充电构件包括导电域和导电基质。认为在通过施加电压通电时，发生如上所述的自由基反应，以使形成域和基质的聚合物劣化，导致电子照相用导电性构件的硬度增大。
鉴于上述情况，本发明人以通过抑制聚合物的劣化来抑制硬度经时增加为目的进行研究。结果，本发明人发现，具有以下构成的电子照相用导电性构件对于通过抑制聚合物的劣化而防止硬度增大是有效的。
即，根据本公开的一个方面的电子照相用导电性构件包括：具有导电性外表面的支承体；和在支承体的外表面上的导电层。
导电层具有：包含第一橡胶的交联产物的基质；和分散在基质中的多个域。
域各自包含：第二橡胶的交联产物；和导电性颗粒。
基质的体积电阻率R1大于1.0×1012Ω·cm，并且域各自的体积电阻率R2小于基质的体积电阻率R1。
另外，导电层进一步具有孔，孔的内壁由基质的一部分和域的一部分构成，并且构成内壁的域在内壁的多个部位处突出至孔内。
以下详细描述上述构成。
导电层具有其中包含导电性颗粒的域由大于1.0×1012Ω·cm的高电阻的基质包围的结构。因此，基质中电荷的移动受到抑制。因此，当将高电压施加至支承体时，电场集中在域中。在孔的内壁中，电场集中在突出至孔内的域中，因此在突出至同一孔内的域之间发生放电。此类放电在突出至同一孔内的域之间相继发生，并且由此电荷在孔内朝向导电层的表面侧移动。然后，到达孔内导电层的表面侧的电荷穿过导电层内的树脂，以移动至更靠近导电层的表面一侧的其它孔的壁面。然后，在下一个孔中再次发生放电，并且电荷移动至孔内的导电层表面侧。通过如此反复，电荷从导电性支承体到达导电层的最外表面(导电层的与支承体相对的一侧的相对侧的表面)。以该方式，在根据本公开的电子照相用导电性构件中，可以使电荷从支承体侧朝向导电层的最外表面流过孔内部。因此，可以减少流过非孔部分，即，导电层的实心部分的电流量。结果，可以抑制实心部分中存在的聚合物的劣化，因此可以防止硬度经时增大。
可以基于例如，突出至孔内的域之间的距离、孔的体积、和各域的电阻来控制孔内的电流量。
作为根据本公开的一个方面的电子照相用导电性构件，描述辊形状的电子照相用导电性构件(以下有时称为"导电辊")，但根据本公开的电子照相用导电性构件不限于该方面。
图1为根据本公开的一个方面的导电辊的透视图，其包括圆柱状或中空圆筒状的导电性支承体11，和形成在支承体的外周上的导电层12。
图2为根据本公开的导电辊在垂直于长度方向的方向上的导电层的截面图。导电层12具有由用作海区域的基质12a和用作岛区域的域12b形成的海-岛型相分离结构(以下称为"基质-域结构")。另外，导电层12的特征在于，导电性颗粒12c位于域12b中。
<导电性支承体>
导电性支承体11优选由例如铝、铝合金、不锈钢、或铁等金属制成。另外，为了改善耐腐蚀性或耐摩擦性，可以用铬、或镍等各自对那些金属进行镀覆处理。导电性支承体11的形状可以为中空状或实心状中的任一者，并且可以相对于安装导电辊的电子照相图像形成设备而适当地选择其外径，并且例如，通常可以落入4mm至10mm的范围内。
<导电层>
<基质>
基质包含第一橡胶的交联产物。基质的体积电阻率R1大于1.0×1012Ω·cm。
通过将R1设定为大于1.0×1012Ω·cm，可以抑制基质中电荷的移动，并且因此可以将电场集中在域中。结果，可以引起孔内突出的域之间放电的发生。
<第一橡胶>
对用于构成基质的第一橡胶没有特别限制，只要橡胶可以与后述第二橡胶发生相分离以形成基质-域结构，并且还可以形成突出至孔内的域即可。第一橡胶最终硫化，以变成交联产物，因此使用表述"第一橡胶的交联产物"，但有时为了简单使用表述"第一橡胶"，其包括组合物的阶段。这同样适用于"第二橡胶"。
如上所述的此类第一橡胶的优选实例可以包括天然橡胶(NR)、异戊二烯橡胶(IR)、丁二烯橡胶(BR)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、丁基橡胶(IIR)、乙烯-丙烯橡胶(EPM)、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物橡胶(EPDM)、氯丁橡胶(CR)、和硅橡胶。
另外，可以以不影响基质的导电性的程度将增强炭黑作为增强剂共混在基质中。在该情况下使用的增强炭黑的实例可以包括各自导电性低的FEF、GPF、SRF、和MT碳。
此外，可以根据需要将通常用于橡胶的共混剂的填料、加工助剂、硫化助剂、硫化促进剂、硫化促进助剂、硫化延迟剂、抗老化剂、软化剂、分散剂、或着色剂等添加至用于构成基质的第一橡胶中。
<域>
各域的体积电阻率R2小于基质的体积电阻率R1。本公开中的域是导电的，并且各自包含第二橡胶的交联产物和导电性颗粒。R2优选为1.0×101Ω·cm以上且1.0×104Ω·cm以下。当R2为1.0×104Ω·cm以下时，获得相对于基质的导电性充分高的导电性，因此电荷可以更有效地累积在域中。因此，可以更有效地进行孔内电荷的移动。另外，从在使用电子照相用导电性构件作为电子照相图像形成设备中的转印构件或充电构件期间防止电流从电子照相用导电性构件的表面泄露到感光构件的观点，R2优选为1.0×101Ω·cm以上。
<第二橡胶>
对第二橡胶没有特别限制，只要橡胶可以与第一橡胶发生相分离以形成基质-域结构，并且还可以形成突出至孔内的域即可。
如上所述的此类第二橡胶的优选实例可以包括如第一橡胶的实例中给出的NR、IR、BR、SBR、IIR、EPM、EPDM、CR、丙烯腈-丁二烯橡胶(NBR)、氢化的丙烯腈-丁二烯橡胶(H-NBR)、表氯醇橡胶(ECO)、和硅橡胶，以及聚氨酯橡胶(U)。从中选择和使用与第一橡胶发生相分离的橡胶。
<导电性颗粒>
共混在域中的导电性颗粒的实例包括电子导电剂，该电子导电剂包括：例如导电性炭黑和石墨等碳材料；例如氧化钛和氧化锡等氧化物；例如Cu和Ag等金属；和通过用氧化物或金属被覆其表面而导电化的颗粒。另外，这些导电性颗粒的两种以上可以根据需要通过以适当的量共混来使用。
如上所述的此类导电性颗粒当中，导电性炭黑由于例如导电化效率高、与橡胶的亲和性高、增强效果高、并且容易控制导电性颗粒之间的距离等原因而是优选的。对共混在域中的导电性炭黑的种类没有特别限制。其实例包括气炉法炭黑、油炉法炭黑、热裂法炭黑、灯黑、乙炔黑、和科琴黑。
其中，从增强性的观点，可以适合地使用DBP吸收量为50cm3/100g以上且20cm3/100g以下的炭黑，因为在后述的突出至孔内的域的形成中，使域硬是有用的。DBP吸收量(cm3/100g)是指100g炭黑可以吸附的邻苯二甲酸二丁酯(DBP)的体积，并且根据JIS K6217测量。通常，炭黑具有其中聚集有平均粒径为10nm以上且50nm以下的一次颗粒的簇状的高阶结构。将簇状的高阶结构称为"结构"，并且其程度通过DBP吸收量(cm3/100g)来定量化。通常，具有先进结构的炭黑对橡胶具有高增强性。
<基质的体积电阻率的测量方法>
基质的体积电阻率可以通过例如，从导电层切出预定厚度(例如，1μm)的包括基质-域结构的薄片，并且使扫描探针显微镜(SPM)或原子力显微镜(AFM)的微探针与薄片中的基质接触来测量。
关于从弹性层切出的薄片，例如，在将电子照相用导电性构件的长度方向设定为X轴、导电层的厚度方向设定为Z轴、并且导电层的周向设定为Y轴的情况下，切出薄片以使得包括平行于XZ面的截面的至少一部分。可选地，切出薄片以使得包括电子照相用导电性构件的垂直于轴向的YZ面的至少一部分。切出薄片的方式的实例包括剃刀、切片机、和聚焦离子束(FIB)。
如下所述进行体积电阻率的测量。将从导电层切出的薄片的一个表面接地。然后，使扫描探针显微镜(SPM)或原子力显微镜(AFM)的微探针与薄片的与接地表面相反侧的表面的基质部分接触，并且施加50V的DC电压5秒。然后，从通过测量接地电流值5秒获得的值来计算算术平均值，并且施加的电压除以计算值，以计算电阻值。最终，通过使用薄片的厚度将电阻值换算为体积电阻率。此处，SPM和AFM各自也能够在测量电阻值的同时测量薄片的厚度。
圆柱状充电构件中基质的体积电阻率的值例如通过以下来确定：从通过将导电层在其周向上分为四份并且在其长度方向上分为五份获得的各个区域中切出一个薄片样品；获得上述测量值；然后计算总计20个样品的体积电阻率的算术平均值。
<域的体积电阻率的测量方法>
除了：将测量部位改变为与域对应的部位；并且将电流值的测量中施加的电压改变为1V以外，通过与前述部分<基质的体积电阻率的测量方法>中相同的方法来进行各个域的体积电阻率的测量是合适的。
<基质-域结构的识别方法>
如下所述进行基质-域结构的识别是合适的。具体地，从电子照相用导电性构件制作导电层的薄片并且进行详细观察是合适的。切出薄片的方式的实例包括剃刀、切片机、和FIB。另外，为了合适地观察基质-域结构，可以进行例如染色处理或气相沉积处理等能够合适地获得导电相和绝缘相之间的对比度的预处理。可以用激光显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、或透射电子显微镜(TEM)观察经历断裂面形成和预处理的薄片。
<相邻域之间的距离(以下有时称为"域间距离")>
域间距离优选落入0.3μm以上且5.0μm以下的范围内。
为了进行孔之间的电荷移动，域间距离优选为5.0μm以下，特别优选3.0μm以下。同时，为了通过绝缘区域将域彼此可靠地分离，以由此促进突出至孔内的域之间的放电，将域间距离设定为优选0.3μm以上，特别优选0.5μm以上。
·域间距离的测量方法
如下所述进行域间距离的测量是合适的。
首先，通过与基质的体积电阻率的测量中的上述方法相同的方法制作切片。然后，通过例如冷冻断裂法、交叉抛光法、或聚焦离子束(FIB)法等方法从弹性层切出弹性层的具有截面的薄片。考虑到截面的平滑度和用于观察的预处理，FIB法是优选的。另外，为了合适地观察基质-域结构，可以进行例如染色处理或气相沉积处理等能够合适地获得导电相和绝缘相之间的对比度的预处理。
用扫描电子显微镜(SEM)或透射电子显微镜(TEM)观察所得的薄片，以识别基质-域结构的存在。其中，从域面积的定量化的精度的观点，优选使用SEM，以在1,000倍至100,000倍的放大倍率下进行观察。
域间距离可以通过定量化其中出现基质-域结构的截面的SEM图像来测量。通过使用图像处理软件(例如，Luzex"(产品名，由Nireco Corporation制造))对SEM图像进行8位灰度处理，以获得256级灰度的单色图像。接下来，对图像的白和黑进行反转处理，使得单色图像中的域变为白色。由此，获得二值化的图像。然后，计算二值化的图像中域组之间的距离。在该情况下的距离是彼此邻近的域之间的最短距离，并且在彼此邻近的域的壁面(白和黑之间的边界)之间计算。
在圆柱形状的转印构件的情况下，当导电层在其长度方向上的长度由L表示，并且导电层的厚度由T表示时，在以下三个位置获得导电层在其厚度方向上的截面：导电层在其长度方向上的中央，和从导电层的两端朝向中央L/4处。对于各个所得的截面，在从导电层的外表面至朝向支承体方向0.1T至0.9T深度的厚度区域中的三个随机位置处设定50μm见方的观察区域，并且测量在总计九个观察区域的每一个中观察的各个域间距离是合适的。在使得可以观察包括开始点为支承体的中心轴的法线的截面的方向上切出薄片，因为需要观察包括电荷的移动方向，即，从支承体至导电层的外表面的平面。
<孔>
<孔隙率>
孔隙率优选落入30％以上且90％以下的范围内。当孔隙率为30％以上时，可以确保足够的通电空间。另外，当孔隙率为90％以下时，可以防止由发泡引起的域的连接，因此可以充分引起孔内的放电。
<孔隙率的测量方法>
将剃刀应用于电子照相用导电性构件的发泡导电层，以在长度方向上的五个点的每一个处切出2mm见方的切片。接下来，通过使用X射线CT检查设备(产品名：TX-300，由MarsTohken Solution Co.,Ltd.制造)，以每个像素1μm的分辨率测量切片的透射图像，并且从其中获得断层图像以构建三维图像。从所得的三维图像确定闭孔(单元)的体积。孔的体积相对于整个三维图像的体积的比率定义为孔隙率(％)。
<发泡剂>
作为包含在未硫化的橡胶组合物中以形成导电层中的孔的发泡剂，给出偶氮二甲酰胺、碳酸氢钠、和p,p′-氧代双苯磺酰肼((4,4′-氧代双苯磺酰肼))。
图3示出根据本公开的导电辊在垂直于长度方向的方向上的导电层，孔的内壁和橡胶交联产物之间的界面的示意图。基质12a中的多个域12b突出至孔31内。
<突出至孔内的域>
<突出至孔内的域的形成>
描述引起孔31的内壁中域12b突出至孔31内的方法。将基质形成用橡胶组合物、具有分散在其中的导电性颗粒的橡胶(域形成用橡胶组合物)、和硫化剂、和化学发泡剂等混合并且成形为导电管。然后，在烘箱中进行化学发泡剂的发泡和硫化。此时，将包含化学发泡剂的橡胶组合物加热，以随着发泡剂的分解产生气体。产生的气体聚集，以推开橡胶，由此构成大致球形的孔。一些情况下，球形孔彼此连接，以形成连泡形状。当产生气体以推开橡胶时，在橡胶硬度不同的情况下，较硬的部分更难推开，并且较软的部分容易推开。因此，硬度的不同引起推开程度的不同，由此形成球形孔壁面上的凹凸。即，域12b硬，而基质12a软，因此可以获得其中孔31的内壁中的域12b突出至孔31内的结构。
对于与凹凸形成相关的硬度，例如，可以参考MD-1硬度。MD-1硬度是用由KobunshiKeiki Co.,Ltd.制造的微橡胶硬度计(产品名：MD-1capa，A型)测量的值。在该情况下使用的压针的形状为高度0.50mm并且直径0.16mm的圆柱形。随着基质和各个域之间的该值之差增大，凹凸更显著地形成。例如，各自不含发泡剂但包含任意量硫化剂的基质形成用橡胶组合物和域形成用橡胶组合物各自填充在厚度为2mm的板状模具中，并且在发泡剂的发泡温度下加热的同时加压，以生产各自厚度为2mm的板状硫化橡胶组合物。作为测量方法，用微橡胶硬度计对此类组合物进行测量，并且计算其MD-1硬度。各个域和基质之间的MD-1硬度之差优选为30以上。更具体地，优选各个域的MD-1硬度为80以上，并且基质的MD-1硬度为50以下。
硬度可以基于组合物在发泡温度下的粘度、和填料的种类和量来控制。
为了使域各自具有高硬度，期望的是，域各自具有其中第二橡胶的门尼粘度大并且交联度大，并且包含大量填料的构成。特别期望的是，域各自高度填充有增强性高的炭黑。具体地，优选的是，域各自填充有DBP吸收量为50cm3/100g以上且200cm3/100g以下的炭黑，使得其在域中的含量相对于域中的全部橡胶组分可以为60质量％以上且120质量％以下。
对于基质，优选的是，第一橡胶仅限于门尼粘度小，并且包含少量填料或者仅包含增强性低的填料。门尼粘度为基于日本工业标准(JIS)K6300-1:2013的门尼粘度ML(1+4)，并且其单位为门尼单位(M)。
<突出至孔内的域的识别>
从导电层切出包括孔壁面的切片。在该情况下，切片包括孔的壁面，因此其形状不是制成为50μm见方并且没有孔部的立方体。另外，切出切片使得切片中孔壁面的面积可以为2,500μm2以上。然后，通过FIB以例如，10nm的间隔从切出的切片在垂直于孔壁面的方向上切出截面。用SEM以10K倍至20K倍的放大倍率观察所有截面。将截面的图像堆叠在一起以构建50μm见方的三维图像。例如，使用分析软件(由The MathWorks,Inc.制造，产品名："MATLAB(注册商标)2015b")如下所述评价所得的三维图像。首先，使用大津法(Otsu'smethod)将三维图像二值化，以创建其中橡胶区域和孔区域分离的三维二值图像。此外，类似地创建分为域区域和基质+孔区域的三维二值图像。通过比较创建的其中橡胶区域和孔区域分离的三维二值图像，和创建的分为域区域和基质+孔区域的三维二值图像，将域区域、基质区域、和孔区域彼此分离。然后，创建其中将域区域、基质区域、和孔区域任意颜色编码的三维图像。
接下来，从所得的三维图像，对于一个域，通过连接使各个基质、域、和孔全部彼此接触的点而获得的面通过最小二乘法进行平面近似，并且将所得的面设定为域的底面。当域相对于底面在孔侧突出时，将域定义为突出至孔内的域，并且将相对于底面存在于孔侧的区域定义为突出部。
然后，从所得的三维图像，对存在于三维图像上的突出至孔内的所有域计算突出至孔内的域的突出部之间的距离。在本文中，域的突出部之间的距离是指，着眼于一个突出至孔内的域时，域在孔内的露出部和空间上最接近的其它域在孔内的露出部之间的距离(空间距离)。另外，进行测量的90％以上的域优选为突出部之间的距离为20μm以下的域。
当其它域的露出部存在于以距一个突出域在孔内的露出部的空间距离为20μm以下的区域中时，在那些露出部之间容易发生放电。
当导电层在其长度方向上的长度由L表示，并且导电层的厚度由T表示时，在以下三个位置获得导电层在其厚度方向上的截面：导电层在其长度方向上的中央，和从导电层的两端朝向中央L/4处。对于各个所得的截面，在从导电层的外表面至朝向支承体方向0.1T至0.9T深度的厚度区域中的三个随机位置处以包括孔壁面的形式切出50μm见方的切片。对总计九个切片进行上述分析。
<电子照相图像形成设备和处理盒>
根据本公开的一个方面的电子照相图像形成设备包括：电子照相感光构件；与电子照相感光构件抵接配置的转印构件；与电子照相感光构件抵接配置的充电构件；和与电子照相感光构件抵接配置的显影构件。
现在，详细描述其中施用上述电子照相用导电性构件作为转印构件的电子照相图像形成设备的实例。
图4为根据本公开的一个方面的电子照相图像形成设备的示意构成图。
图4中，圆筒状电子照相感光构件41围绕轴42在箭头方向(顺时针方向)上以预定的圆周速度旋转驱动。旋转驱动的电子照相感光构件41的表面在旋转过程中通过例如充电辊等充电构件43均匀充电至预定的正或负电位。然后，电子照相感光构件41的带电表面接收从例如狭缝曝光或激光束扫描曝光等曝光装置(未示出)输出的曝光光44，并且其强度已经根据目标图像上的信息的时间序列电数字图像信号进行调制。以该方式，对应于目标图像的静电潜像依次形成在电子照相感光构件41的表面上。
将形成在电子照相感光构件41的表面上的静电潜像用显影构件45的显影剂中所含的调色剂通过正显影或反显影而显影为调色剂图像。然后，将形成和支承在电子照相感光构件41的表面上的调色剂图像通过来自包括上述电子照相用导电性构件的作为转印构件46的转印辊的转印偏压依次转印在例如纸等转印材料P上。将转印材料P与电子照相感光构件41的旋转同步地从转印材料供给构件(未示出)中取出，并且供给至电子照相感光构件41和转印构件46之间的空间(抵接部)。另外，将与调色剂所保持的电荷极性相反的偏压从偏压电源(未示出)施加至转印构件46。
将其上转印有调色剂图像的转印材料P从电子照相感光构件41的表面分离，输送至定影构件48，并且进行调色剂图像的定影处理，以作为图像形成产品(打印品或复印品)输送至设备外部。
通过例如清洁刮板等清洁构件47对调色剂图像转印之后的电子照相感光构件41的表面进行转印残余显影剂(转印残余调色剂)的除去，以变成清洁的表面。也适用构成为用显影装置等直接除去转印残余调色剂的无清洁器系统。
然后，用来自预曝光装置(未示出)的预曝光光(未示出)对电子照相感光构件41进行除电处理，然后反复用于图像形成。当充电构件43为如图4中所示的使用充电辊等的接触充电构件时，不一定需要预曝光。
选自例如电子照相感光构件41、充电构件43、显影构件45、和清洁构件47等上述组件的至少包括电子照相感光构件41的组件可以贮存在容器中，并且一体化支承以形成处理盒。另外，处理盒可以可拆卸地安装至例如复印机或激光束打印机等电子照相图像形成设备的主体。在图4中，电子照相感光构件41与充电构件43、显影构件45、和清洁构件47一体化支承以形成盒。另外，通过使用例如电子照相图像形成设备的主体的导轨等引导构件410使得处理盒49可拆卸地安装至电子照相图像形成设备的主体。图4中所示的电子照相图像形成设备包括清洁构件47和定影构件48，但不一定必须配置这些构件。
另外，处理盒可以包括根据本公开的电子照相用导电性构件作为充电辊。
实施例
以下详细地具体描述本公开的电子照相用导电性构件、处理盒、和电子照相图像形成设备，但本公开的技术范围不限于此。
表1-1至1-6示出本公开的实施例和比较例中使用的材料。
[表1-1]
橡胶材料
Figure GDA0003601320170000151
[表1-2]
导电性颗粒
Figure GDA0003601320170000152
[表1-3]
填料
材料简称 材料名 产品名 制造商名
#30 碳酸钙 NANOX#30 Maruo Calcium Co.,Ltd.
AQ 二氧化硅 Nipsil AQ Tosoh Corporation
[表1-4]
硫化促进助剂和加工助剂
材料名 产品名 制造商名
氧化锌 氧化锌No.2 Sakai Chemical Industry Co.,Ltd.
硬脂酸锌 SZ-2000 Sakai Chemical Industry Co.,Ltd.
[表1-5]
发泡剂
Figure GDA0003601320170000161
[表1-6]
硫化剂和硫化促进剂
材料简称 材料名 产品名 制造商名
硫磺 硫磺 SULFAX PMC Tsurumi Chemical Industry Co.,Ltd.
DM-P 二硫化二苯并噻唑 Nocceler DM-P Ouchi Shinko Chemical Industrial Co.,Ltd.
TET-G 二硫化四乙基秋兰姆 Nocceler TET-G Ouchi Shinko Chemical Industrial Co.,Ltd.
[实施例1]
<电子照相用导电性构件形成用橡胶组合物的制备>
[1-1.域形成用橡胶组合物的制备]
用加压混炼机将以下所示种类和量的各材料混合，以获得域形成用橡胶组合物。将混合条件设定为填充率为70体积％，叶片转速为30rpm，和16分钟。
<域形成用橡胶组合物>
NBR(产品名：JSR NBR N230SV，由JSR Corporation制造) 100质量份
炭黑(产品名：TOKABLACK#7360SB，Tokai Carbon Co.,Ltd.) 70质量份
氧化锌(氧化锌No.2，Sakai Chemical Industry Co.,Ltd.) 5质量份
硬脂酸锌(产品名：SZ-2000，由Sakai Chemical Industry Co.,Ltd.制造) 1质量份
[1-2.基质形成用橡胶组合物的制备]
用加压混炼机将以下所示种类和量的各材料混合，以获得基质形成用橡胶组合物。将混合条件设定为填充率为70体积％，叶片转速为30rpm，和16分钟。
<基质形成用橡胶组合物>
SBR(产品名：TUFDENE 2003，由Asahi Kasei Corporation制造) 100质量份
碳酸钙(产品名：NANOX#30，由Maruo Calcium Co.,Ltd.制造) 40质量份
氧化锌(氧化锌No.2，Sakai Chemical Industry Co.,Ltd.) 5质量份
硬脂酸锌(产品名：SZ-2000，由Sakai Chemical Industry Co.,Ltd.制造) 1质量份
[1-3.电子照相用导电性构件形成用橡胶组合物的制备]
将以下所示种类和量的各材料混合，以制备电子照相用导电性构件形成用橡胶组合物。
首先，使用加压混炼机将22质量份域形成用橡胶组合物和78质量份基质形成用橡胶组合物混合。将混合条件设定为填充率为70体积％，叶片转速为30rpm，和16分钟。
接下来，使用加压混炼机将材料混合，并且用开炼机将其它材料混合，以制备电子照相用导电性构件形成用橡胶组合物。作为混合机，使用辊直径为12英寸(0.30m)的开炼机。在以下条件下进行混合：将混合物以前辊转速为10rpm、后辊转速为8rpm、和辊隙为2mm双侧切割总计20次，并且然后以0.5mm的辊隙进行10次薄通。
<电子照相用导电性构件形成用橡胶组合物>
域形成用橡胶组合物 22质量份
基质形成用橡胶组合物 78质量份
4,4′-氧代双(苯磺酰肼)(产品名：Neocellborn N#1000M，由Eiwa ChemicalInd.Co.,Ltd.制造) 5质量份
二硫化二苯并噻唑(产品名：Nocceler DM-P，由Ouchi Shinko ChemicalIndustrial Co.,Ltd.制造) 1.5质量份
二硫化四乙基秋兰姆(产品名：Nocceler TET-G，由Ouchi Shinko ChemicalIndustrial Co.,Ltd.制造) 2.0质量份
硫磺(产品名：SULFAX PMC，由Tsurumi Chemical Industry Co.,Ltd.制造)3.0质量份
<电子照相用导电性构件的生产>
用60mm的排气式橡胶挤出机(由Mitsuba Mfg.Co.,Ltd.制造)将未硫化的橡胶组合物挤出为管状。接下来，用包括3.0kW微波硫化机的硫化机(由Micro Denshi Co.,Ltd.制造)将所得物硫化和发泡以生产橡胶管。将微波硫化机设定为频率为2,450±50MHz，输出功率为0.8kW，并且炉内温度为180℃。在硫化机中硫化和发泡之后，使用设定为炉内温度为200℃的热风硫化机进行进一步硫化和发泡。
硫化和发泡后的管的外径为14.0mm并且内径为4.0mm。通过牵引机以2.0m/分钟的速度在微波硫化机和热风硫化机各自中输送橡胶管。微波硫化机的长度为4m，热风硫化机的长度为6m，并且牵引机的长度为1m。即，穿过微波硫化机的内部所需的时间为2分钟，穿过热风硫化机的内部所需的时间为3分钟，并且穿过牵引机的内部所需的时间为30秒。硫化和发泡之后，使用标准尺寸切断机将橡胶管切割为长度为250mm，将外径为5mm的导电性支承体11加压装配至橡胶管中，然后切割两端部，以获得橡胶长度为216mm的辊。以1,800RPM的转速和800mm/分钟的进给速度研磨辊的外周面，使得外径为12.5mm。因此，生产在导电性支承体11上具有具有孔的导电层12的电子照相用导电性构件。
接下来，描述特性评价。
<基质和域的体积电阻率的测量>
根据本公开的基质和域的体积电阻率各自用扫描探针显微镜(SPM)(产品名：Q-Scope 250，由Quesant Instrument Corporation制造)以接触模式来测量。
首先，使用切片机(产品名：Leica EM FCS，由Leica Microsystems制造)在-100℃的切割温度下从电子照相用导电性构件的导电层切出厚度为约2μm的薄片。从以下三个位置各自切出薄片：电子照相用导电性构件的导电层在其长度方向上的中央，和从导电层的两端朝向中央L/4处的位置，导电层在其长度方向上的长度由L表示。接下来，将薄片设置在金属板的表面上，使得薄片对应于导电层的截面的一个表面与金属板的表面接触。然后，使SPM的悬臂与薄片对应于与金属板的表面接触侧的相反侧的表面上的基质的部分接触。将50V的电压施加至悬臂5秒，以测量电流值，并且计算其5秒的平均值。接下来，用SPM测量薄片的表面形状，并且从获得的高度轮廓确定测量点处的薄片的厚度。此外，从表面形状的观察结果，计算与悬臂接触部的薄片的凹部的面积。使用所得的厚度和凹部面积的值以计算基质的体积电阻率。除了将施加至悬臂的电压改变为1V以外，以与如上所述相同的方式计算各个域的体积电阻率。
当导电层的厚度由T表示时，在包括在从各切片的外表面到0.1T至0.9T深度的厚度区域中基质部分和域部分的三个随机位置的总计九个位置的测量位置进行测量。采用其平均值作为基质的体积电阻率。评价结果示出在表3中。
<域间距离的测量>
为了评价域之间的距离，进行以下测量。
以与基质或域的体积电阻率的测量中相同的方式切出观察用薄片(厚度：2μm)，并且使用扫描电子显微镜(SEM)(产品名：S-4800，由Hitachi High-TechnologiesCorporation制造)以5,000倍拍摄切出的截面，以获得观察图像。对图像使用图像处理软件(产品名：LUZEX，由Nireco Corporation制造)以获得二值化图像。然后，对于二值化图像计算域的壁面之间的距离的分布，然后计算分布的算术平均值。
如下所述进行域间距离的测量。选择总计九个位置，即，从上述三个测量位置获得的三个薄片的每一个的导电层的外表面到0.1T至0.9T深度的厚度区域中的三个随机位置，T表示导电层的厚度。提取50μm见方的区域作为分析图像，并且进行测量，并且计算九个位置的算术平均值。评价结果作为基质的"域间距离"示出在表3中。
<孔隙率的测量>
将剃刀应用于电子照相用导电性构件的导电层，以在长度方向上在五个点的各自处切出2mm见方的切片。接下来，通过使用X射线CT检查设备(产品名：TX-300，由MarsTohken Solution Co.,Ltd.制造)，以每个像素1μm的分辨率测量切片的透射图像，并且从其中获得断层图像以构建三维图像。从所得的三维图像确定闭孔(单元)的体积，并且计算孔的体积与整个三维图像的体积之比(孔隙率(％))。结果示出在表3中。
<突出至孔内的域的识别>
通过FIB以包括孔壁面的形式将孔壁面切割为50μm见方的切片。在该情况下，切出切片使得其中孔壁面的面积为2,500μm2以上。。
通过FIB以10nm的间隔从切片在垂直于孔壁面的方向上切出截面。
然后，用SEM以10K倍至20K倍(10,000倍至20,000倍)的放大倍率观察所有截面。将截面的图像堆叠在一起以形成50μm见方的三维图像。使用分析软件(产品名：MATLAB2015b，由The MathWorks,Inc.制造)如下所述评价所得的三维图像。
首先，使用大津法将三维图像二值化，以创建其中橡胶区域和孔区域分离的三维二值图像。此外，类似地创建分为域区域和基质+孔区域的三维二值图像。将这些图像分为三个区域来使用，即，基质区域、域区域、和孔区域，以创建其中将域区域、基质区域、和孔区域任意颜色编码的三维图像。
接下来，从所得的三维图像，对于一个域，通过连接使各个基质、域、和孔全部彼此接触的点而获得的面通过最小二乘法进行平面近似，并且将所得的面设定为域的底面。当域相对于底面在孔侧突出时，将域定义为突出至孔内的域，并且将相对于底面存在于孔侧的区域定义为突出部。
然后，从所得的三维图像，对存在于三维图像上的突出至孔内的所有域计算突出至孔内的域之间的突出部间距离(到最接近的突出域的距离)。
当导电层在其长度方向上的长度由L表示，并且导电层的厚度由T表示时，在以下三个位置获得导电层在其长度方向上的截面：导电层在其长度方向上的中央，和从导电层的两端朝向中央L/4的位置。对于各个所得的截面，在从导电层的外表面至朝向支承体方向0.1T至0.9T深度的厚度区域中的三个随机位置处以如上所述包括孔壁的形式切出50μm见方的切片。对总计九个切片各自进行上述分析。
结果以如下方式示出在表3中：当进行测量的域的90％以上为突出部之间的距离为20μm以下的域时，突出部之间的距离为20μm以下的其它域为"有"，当进行测量的域的小于90％为突出部之间的距离为20μm以下的域时，突出部之间的距离为20μm以下的其它域为"无"。
<通电耐久>
在温度为30℃并且相对湿度为50％的环境下，将电子照相用导电性构件放在金属鼓上，在电子照相用导电性构件的两端处将每一侧500g的负荷施加至导电性支承体，以使得金属鼓和电子照相用导电性构件彼此抵接。以10rpm驱动金属鼓。
电子照相用导电性构件追随金属鼓旋转。在导电性支承体和金属鼓之间施加电压，并且在控制此时的电流使得为100μA的恒定电流的同时，进行通电24小时。这对应于在使用电子照相用导电性构件作为转印构件，假设转印电流为15μA和40ppm的单色机的情况下的300,000张。
<硬度测量>
在温度为23℃并且相对湿度为50％的环境下，将制成5mm×5mm见方的长方体形压头垂直压入电子照相用导电性构件中0.6mm，并且测量0.5mm压痕处的负荷(g)。在总计三个点，即，电子照相用导电性构件的中央，和距电子照相用导电性构件的两端部L/4的位置处进行测量，L表示电子照相用导电性构件的长度方向的长度，并且平均值用作硬度。
在通电前和通电24小时后进行上述操作。通电24小时之后，从通电结束开始在温度为23℃并且相对湿度为50％的环境下老化30分钟之后进行测量。计算通电前和通电24小时后之间的硬度变化率。结果示出在表3中。
接下来，描述图像评价。
<图像评价>
电子照相用导电性构件作为转印辊引入至电子照相系统的激光束打印机(LaserJet P1606dn，由HP制造)中，并且在温度为23℃并且相对湿度为55％的环境下进行连续耐久。在200,000张和300,000张时进行图像评价(实心黑色)。所得的图像通过目视观察各自检查转印空白，并且通过以下标准进行评价。结果示出在表3中。
(转印空白)
等级A：没有观察到转印空白。
等级B：观察到转印空白，但非常轻微。
等级C：观察到转印空白，但对于实际使用可以接受。
等级D：转印空白显著，并且对于实际使用不可接受。
<实施例2至实施例20>
参照表2-1中所示的配方，以与实施例1中相同的方式制备根据各实施例2至20的基质形成用橡胶组合物和域形成用橡胶组合物。然后，使用根据各实施例的基质形成用橡胶组合物和域形成用橡胶组合物参照表2-2中所示的配方以与实施例1中相同的方式制备根据各实施例的电子照相用导电性构件形成用橡胶组合物。
除了使用电子照相用导电性构件形成用的那些橡胶组合物以外，以与实施例1中相同的方式生产根据各实施例的电子照相用导电性构件2至20。以与实施例1中相同的方式对根据实施例2至20的电子照相用导电性构件各自进行测量和评价。获得的结果示出在表3中。
[表2-1]
Figure GDA0003601320170000231
[表2-2]
Figure GDA0003601320170000241
[表3]
Figure GDA0003601320170000251
<实施例21>
参照表4-1中所示的配方以与实施例1中相同的方式制备基质形成用橡胶组合物和域形成用橡胶组合物。然后，使用所得的基质形成用橡胶组合物和域形成用橡胶组合物，参照表4-2中所示的配方，以与实施例1中相同的方式制备根据该实施例的电子照相用导电性构件形成用橡胶组合物。
除了使用该电子照相用导电性构件形成用橡胶组合物以外，以与实施例1中相同的方式生产电子照相用导电性构件21。以与实施例1中相同的方式对根据该实施例的电子照相用导电性构件进行测量和评价。获得的结果示出在表5中。
在该实施例中，从作为充电构件所需的放电均匀性的观点，选择比实施例1至20中使用的发泡剂产生的气体量少的发泡剂，以便降低表面粗糙度。结果，孔径减小，因此能够降低表面粗糙度。
[表4-1]
Figure GDA0003601320170000261
[表4-2]
Figure GDA0003601320170000262
描述图像评价。
根据实施例21的电子照相用导电性构件作为充电辊引入至电子照相系统的激光束打印机(产品名：Laser Jet P1606dn，由HP制造)的处理盒中。处理盒安装至激光打印机，并且在温度为23℃并且相对湿度为55％的环境下进行电子照相图像的形成。在当打印张数达到200,000张和300,000张时的各时间点，在一张纸上输出半色调图像。目视观察所得的两张半色调图像，并且通过以下标准评价由于带电不良导致的横条纹的有无和程度。结果示出在表5中。
(带电横条纹)
等级A：没有观察到带电横条纹。
等级B：观察到极其轻微的带电横条纹。
等级C：观察到带电横条纹。
等级D：显著地观察到带电横条纹。
[表5]
Figure GDA0003601320170000271
<比较例1至3>
参照表6-1中所示的配方以与实施例1中相同的方式制备根据比较例1至3各自的基质形成用橡胶组合物和域形成用橡胶组合物。然后，使用根据各比较例的基质形成用橡胶组合物和域形成用橡胶组合物，参照表6-2中所示的配方，以与实施例1中相同的方式制备根据各比较例的电子照相用导电性构件形成用橡胶组合物。
除了使用电子照相用导电性构件形成用的那些橡胶组合物以外，以与实施例1中相同的方式生产根据比较例1至3的电子照相用导电性构件。以与实施例1中相同的方式对所得的电子照相用导电性构件各自进行测量和评价。获得的结果示出在表7中。
[表6-1]
Figure GDA0003601320170000272
[表6-2]
Figure GDA0003601320170000281
[表7]
Figure GDA0003601320170000282
本发明不限于上述实施方式，并且在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变和修改。附上权利要求以便公开本发明的范围。
本申请基于2019年10月18日提交的日本专利申请No.2019-191552要求优先权，并且通过引用将其全部内容并入本文中。
附图标记说明
11 导电性支承体
12 导电层
12a 基质
12b 域
12c 导电性颗粒
31 孔
41 电子照相感光构件
42 轴
43 充电构件
44 曝光光
45 显影构件
46 转印构件
47 清洁构件
48 定影构件
49 处理盒
410 引导构件

Claims (9)

1.一种电子照相用导电性构件，其包括：
具有导电性外表面的支承体；和
在所述支承体的所述外表面上的导电层，
其特征在于，
所述导电层具有：
包含第一橡胶的交联产物的基质；和
分散在所述基质中的多个域，
所述域各自包含：
第二橡胶的交联产物；和
导电性颗粒，
所述基质的体积电阻率R1大于1.0×1012Ω·cm，
所述域各自的体积电阻率R2小于所述基质的体积电阻率R1，
所述导电层进一步具有孔，
所述孔的内壁由所述基质的一部分和所述域的一部分构成，和
构成所述内壁的所述域在所述内壁的多个部位处突出至所述孔内。
2.根据权利要求1所述的电子照相用导电性构件，其中所述域的突出至所述孔内的突出部之间的距离为20μm以下。
3.根据权利要求1或2所述的电子照相用导电性构件，其中所述域各自的体积电阻率R2为1.0×101Ω·cm以上且1.0×104Ω·cm以下。
4.根据权利要求1或2所述的电子照相用导电性构件，其中所述导电层的孔隙率在30％以上至90％以下的范围内。
5.根据权利要求1或2所述的电子照相用导电性构件，其中所述导电层的彼此相邻的所述域之间的距离落在0.3μm以上且5.0μm以下的范围内。
6.根据权利要求1或2所述的电子照相用导电性构件，其中所述电子照相用导电性构件为转印构件。
7.一种电子照相图像形成设备，其特征在于，其包括根据权利要求1至5中任一项所述的电子照相用导电性构件。
8.根据权利要求7所述的电子照相图像形成设备，其中所述电子照相图像形成设备包括所述电子照相用导电性构件作为转印构件。
9.一种电子照相用处理盒，其可拆卸地安装至电子照相图像形成设备的主体，其特征在于，所述处理盒包括根据权利要求1至6中任一项所述的电子照相用导电性构件。
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