专利名称：充电辊、处理盒和电子照相设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过接触充电法使被充电体充电的充电辊、处理盒和电子照相设备。
背景技术：
日本专利申请特开2007-127777公开了具有表面层的充电辊，所述表面层含有由其中分散有炭黑的树脂形成的树脂颗粒(下文，也称作“CB-分散的树脂颗粒”)。
发明内容
基于常规技术，本发明人研究了具有表面层的充电辊，所述表面层含CB-分散的树脂颗粒，并在所述表面层的表面具有源自CB-分散的树脂颗粒的凸部。结果，本发明人发现形成凸部的CB-分散的树脂颗粒易于诱导静电放电，这是因为通过炭黑使CB-分散的树脂颗粒导电，因此即使调色剂和外部添加剂根据其使用粘附到充电辊表面上，该充电辊也表现出稳定的带电性。另一方面，还发现在通过使用该充电辊的充电步骤形成的电子照相图像上能够发生“起雾”。然后，本发明目的在于提供具有稳定带电性并能够防止电子照相图像上“起雾”发生的充电辊。本发明目的还在于提供各自能够稳定地提供高质量电子照相图像的处理盒和电子照相设备。根据本发明的充电辊是包含导电性支承体和表面层的接触充电型充电辊，其中所述表面层包含粘结剂、分散于粘结剂中含有炭黑的树脂颗粒、和分散于粘结剂中的石墨化颗粒；以及表面层在其表面上具有源自树脂颗粒的凸部和源自石墨化颗粒的凸部，其中具有距包括与一个源自所述石墨化颗粒的凸部相邻的三个源自所述树脂颗粒的凸部的各顶点的平面的距离为正值的源自所述石墨化颗粒的凸部的数量为源自石墨化颗粒的凸部的总数的80%以上。根据本发明的电子照相设备包括充电辊和安装以通过该充电辊充电的电子照相感光构件。另外，根据本发明的处理盒包括充电辊和电子照相感光构件，其中该处理盒适于可拆卸地安装到电子照相设备的主体。本发明的充电辊能够防止由于感光构件的充电缺陷(它是由附着到充电辊表面上的异物引起的)导致的横向条纹图像的产生(这是由附着到充电辊表面的附着物引起的)，并能够防止图像质量随着图像浓度的增加而降低。本发明的充电辊即使在施加大输出电流载荷下也能够使放电性能稳定，并适合用于试图实现进一步的图像高质化、高速化和更长寿命的电子照相设备。
图IA和IB是说明在充电辊和电子照相感光构件之间的辊隙部中的放电状态的图。图2是说明根据本发明的充电辊表面层的图。
图3是用于根据本发明的充电辊的导电性测定装置的构成图。图4是根据本发明的充电辊的截面图。图5是使用根据本发明的充电辊的电子照相设备的截面图。图6是设置有根据本发明的充电辊的处理盒的截面图。
具体实施例方式本发明人推测通过使用在其表面具有源自炭黑(CB)分散的树脂颗粒的凸部的充电辊，在电子照相图像中发生“起雾”的机理如下。图IB是示意性说明在充电辊和电子照相感光构件之间的辊隙部中的放电状态的图，所述充电辊在其表面上具有源自CB-分散的树脂颗粒的凸部(下文也称作“CB-分散的树脂颗粒来源的凸部”)。当电子照相感光构件105的表面层101通过包含CB-分散的树脂颗粒103的充电辊充电时，在CB-分散的树脂颗粒来源的凸部107和电子照相感光构件105 之间产生的放电111在强度方面极大的不同于在平面部109 (其中不具有CB-分散的树脂颗粒103)和电子照相感光构件105之间产生的放电113。因此，在电子照相感光构件105 的表面上产生区域115和117。区域115通过由充电辊上CB-分散的树脂颗粒来源的凸部产生的放电来充电，区域117通过由充电辊表面的平面部109产生放电来充电。由于在区域115和区域117之间产生大的电位差，所以在这些区域之间诱导局部电场119。在该条件下，包含带电颗粒的调色剂120由局部电场119捕集以沿着电子照相感光构件的表面移动。 本发明人认为由于调色剂的这种移动，使调色剂粘附到电子照相感光构件表面的非潜像部上，引起电子照相图像的“起雾”。基于该推测，本发明人认为通过使电在保持适当的由CB-分散的树脂颗粒来源的凸部产生的放电的同时也从两个CB-分散的树脂颗粒来源的凸部之间的平面部稳定、适当的放电，以弱化在电子照相感光构件表面上产生的局部电场的强度可以防止“起雾”粘着到电子照相感光构件上。为此目的，本发明人生产了在平面部109上形成源自石墨化颗粒(下文也称作“石墨化颗粒来源的凸部”)的凸部的充电辊，所述源自石墨化颗粒的凸部具有比 CB-分散的树脂颗粒来源的凸部更低的高度。接下来，本发明人研究并检验了由此生产的充电辊的带电性和使用该充电辊形成的电子照相图像中的“起雾”。结果，本发明人发现充电辊具有稳定的带电性，并且在使用充电辊形成的电子照相图像中基本上降低了“起雾”的产生。基于这些发现，本发明人完成了本发明。可以认为通过使用本发明的充电辊能够降低电子照相图像上产生“起雾”的原因如下。图IA是示意性说明在根据本发明的充电辊和电子照相感光构件之间形成的辊隙部中产生的放电现象的图。充电辊的表面层201包含CB-分散的树脂颗粒103和具有比CB-分散的树脂颗粒103更高的导电性的石墨化颗粒203。表面层201在其表面具有CB-分散的树脂颗粒来源的凸部107和石墨化颗粒来源的凸部205。另外，石墨化颗粒来源的凸部205 基本上构造为使其不比CB-分散的树脂颗粒来源的凸部107与电子照相感光构件105的表面更接近。此时，从石墨化颗粒来源的凸部205产生比从图IB中的平面部109向电子照像感光构件产生的放电113更强，但不如CB-分散的树脂颗粒来源的凸部107的放电强度111 强的放电207。因此，可以防止如图IB所示各自具有电位差的两个区域115和117在电子照相感光构件105的表面中形成。即，可以弱化在电子照相感光构件表面上形成的局部电场209的强度。结果，可以想像能够使调色剂120沿电子照相感光构件表面向非潜像部移动的移动距离尽可能短，并抑制调色剂粘着到非潜像部上。下文将进一步详细地描述本发明的充电辊的构造。〈导电性支承体〉作为导电性支承体的材料，例如例举铁、铜、不锈钢、铝、镍及其合金等金属。〈表面层〉表面层包含粘结剂和分散于粘结剂中的含有炭黑的导电性树脂颗粒(CB-分散的树脂颗粒)，和分散于粘结剂中的石墨化颗粒。另外，表面层在其表面具有源自CB-分散的树脂颗粒的凸部(CB-分散的树脂颗粒来源的凸部)和源自石墨化颗粒的凸部(石墨化颗粒来源的凸部)。关于石墨化颗粒来源的凸部，具有距包括与一个源自所述石墨化颗粒的凸部相邻的三个源自所述树脂颗粒的凸部的各顶点的平面的距离为正值的源自所述石墨化颗粒的凸部的数量为源自石墨化颗粒的凸部的总数的80%以上。本文中，关于某些石墨化颗粒来源的凸部，将“距包括与所述石墨化颗粒来源的凸部相邻的三个源自所述树脂颗粒的凸部的各顶点的平面的距离为“正值”的描述定义如下。换言之，它意指石墨化颗粒来源的凸部的顶点位于比包含三个CB-分散的树脂颗粒来源的凸部(与石墨化颗粒来源的凸部相邻) 的各顶点的平面低的位置。采用上述构造的一种技术意义在于防止石墨化颗粒来源的凸部与电子照相感光构件表面接触。更具体地说，石墨化颗粒比CB-分散的树脂颗粒更导电。因此，当石墨化颗粒来源的凸部直接与电子照相感光构件表面接触时，可能发生泄漏。为了避免发生泄漏，防止石墨化颗粒来源的凸部与电子照相感光构件的表面接触具有技术意义。关于不直接与电子照相感光构件表面接触的石墨化颗粒来源的凸部的数量为石墨化颗粒来源的凸部总数的80%以上的定义，该值“80%”本身不具有临界的意思。它表示具体数值，并且意指几乎或所有的石墨化颗粒来源的凸部不与电子照相感光构件的表面接触。以下描述石墨化颗粒来源的凸部高度与置于石墨化颗粒来源的凸部周围的 CB-分散的树脂颗粒高度的关系的观察方法。如图2所示，使用激光显微镜(未示出)将激光束照射到表面层的凸部，从而得到反射光谱，由该反射光谱检测石墨化颗粒来源的凸部 31。然后，使用激光束检测与一个石墨化颗粒来源的凸部31相邻的CB-分散的树脂颗粒来源的凸部32。“与石墨化颗粒来源的凸部31相邻的CB-分散的树脂颗粒来源的凸部”的描述意指各自具有顶点的，即，以距石墨化颗粒来源的凸部的顶点沿平面距离的最短长度至第三最短长度设置的三个顶点的三个树脂颗粒来源的凸部。接下来，测定包含三个顶点的平面32a，并测定在平面3 和石墨化颗粒来源的凸部31的顶点之间的距离33。然后，将不具有任何凸部的表面层表面(平面部)定义为基准面，测定以相对于基准面在比平面32a 低的位置处设置的石墨化颗粒来源的凸部的数量，计算由此测定的石墨化颗粒来源的凸部的数量与石墨化颗粒来源的凸部的总数之比。所得计算值为80%以上。当在低于平面32a 的位置设置的石墨化颗粒来源的凸部的比率为80%以上时，可以防止在电子照相感光构件表面上形成由高强度放电引起的高电位区域，防止电子照相感光构件附近的高强度电场的产生，并防止非潜像部中增加的图像浓度的发生。
下文中，将进一步详细地描述石墨化颗粒来源的凸部的测定方法。首先，通过激光显微镜(商品名LSM 5 PASCAL,由Carl Zeiss AG制造)观察0. 5mmX0. 5mm视野中的表面层的表面。通过改变待激发的激光波长并通过检测激发光束的给定光谱来鉴定视野中的凸部是否源自CB-分散的树脂颗粒或源自石墨化颗粒。然后，用激光扫描视野中的x-y平面以得到平面图像数据，并从平面图像数据中检测出石墨化颗粒来源的凸部和CB-分散的树脂颗粒来源的凸部。另外，沿Z方向移动激光的焦点，并反复扫描以得到三维数据。然后， 任意选定石墨化颗粒来源的凸部，并测定与该石墨化颗粒来源的凸部相邻的三个CB-分散的树脂颗粒来源的凸部。包含三个CB-分散的树脂颗粒来源的凸部的顶点的平面远离选定的石墨化颗粒来源的凸部的顶点的距离由三维数据计算。对视野内的10个石墨化颗粒进行该步骤。与上述相似，检测充电辊在纵向上的表面，以测定以基本上有规律的间隔的10 个视野。检测由此得到的总共100个部分中的石墨化颗粒来源的凸部的各顶点远离包含 CB-分散的树脂颗粒来源的凸部的三个顶点的平面的距离。当石墨化颗粒来源的凸部的数量小于100时，增加视野数量，并重复测量。当相对于基准面，石墨化颗粒来源的凸部的顶点位于比包含CB-分散的树脂颗粒来源的凸部(与石墨化颗粒来源的凸部相邻)的三个顶点的平面低时，将距离定义为“正”， 和当相对于基准面，其位于平面上面时，将距离定义为“负”。将以百分数表示的该距离为 “正”的石墨化颗粒来源的凸部的数量定义为“正石墨化颗粒来源的凸部的比”。本发明的充电构件中，将“正石墨化颗粒来源的凸部的比”设定为80%以上是必要的。包含相邻的CB-分散的树脂颗粒来源的凸部的三个顶点的平面与石墨化颗粒来源的凸部(其顶点位于比平面低)之间的距离优选为0. 5 μ m至15 μ m,更优选3 μ m至 IOum0对于该距离在上述范围内，由于降低了局部电场的强度，其有效地防止电子照相图像中“起雾”的产生。当在充电辊表面和导电性支承体之间施加15V电压时，石墨化颗粒来源的凸部和 CB-分散的树脂颗粒来源的凸部中的导电性优选满足以下不等式(1)、(2)和(3)。I(C) < I(A) < I(B) (1)3 ^ I (B)/I (A) ^ 100 (2)IOnA ^ I (B) (3)以上不等式中，I㈧表示CB-分散的树脂颗粒来源的凸部内的平均电流值；I (B) 表示石墨化颗粒来源的凸部内的平均电流值；I(C)表示平面部中的平均电流值。如上所述，以石墨化颗粒来源的凸部、CB-分散的树脂颗粒来源的凸部和平面部的顺序导电性增高。当向其施加15V电压时，石墨化颗粒来源的凸部内的平均电流值为IOnA以上，优选是 CB-分散的树脂颗粒来源的凸部内的平均电流值的三倍以上至100倍以下。当石墨化颗粒来源的凸部内的平均电流值为IOnA以上时，照相感光构件的表面能够通过由石墨化颗粒来源的凸部产生的放电来充电。通过满足不等式O)，与由树脂颗粒来源的凸部的放电相比较，由石墨化颗粒来源的凸部产生恰当的少量放电，与由这些凸部高度得到的效果相结合， 可以得到降低电子照相感光构件表面上的局部电场产生的进一步的有益效果。关于石墨化颗粒来源的凸部、CB-分散的树脂颗粒来源的凸部和平面部内的导电性，可以采用通过原子力显微镜(AFM)(商品名Q-scope250，由Quesant instruments Corp.制造)以导电性模式测量的导电性。图3是根据本发明的充电辊的导电性测定装置的构成图。将直流电源(6614C 由Agilent Technologies制造)44连接到充电辊41的导电性支承体，向导电性支承体施加15V电压，使悬臂42的自由端与充电辊41的表面层接触，并在下表1所示的条件下测量电流。随着视野改变测量石墨化颗粒来源的凸部、树脂颗粒来源的凸部和平面部各自在100个位置(point)的电流值，从而给出平均值。作为测定对像，希望在同一视野下测定石墨化颗粒来源的凸部、CB-分散的树脂颗粒来源的凸部和平面部。表 1
测定模式接触(i)悬臂CSC17测定范围80μιη χ 80μιη扫描速度4Hz施力口的电压15V关于表面层表面上存在的CB-分散的树脂颗粒来源的凸部和石墨化颗粒来源的凸部在0. 5mm平方平面中的各密度，CB-分散的树脂颗粒来源的凸部的数量优选为10至 1，000，并且石墨化颗粒来源的凸部的数量优选为100至10，000。以下描述构成上述表面层的材料。《粘结剂》作为粘结剂，可以使用热固性树脂、热塑性树脂、橡胶和热塑性弹性体。其具体实例包括聚氨酯树脂、氟树脂、有机硅树脂、丙烯酸类树脂、聚酰胺树脂、丁醛树脂、苯乙烯-乙烯丁烯-烯烃共聚物、烯烃-乙烯丁烯-烯烃共聚物。可以单独或以组合使用它们。 其中，因其与感光构件的剥离性和耐污染性优良，优选热固性树脂。《CB(炭黑)-分散的树脂颗粒》分散于表面层中的CB-分散的树脂颗粒是在表面层上由其中分散有炭黑的树脂组成的、并形成作为放电点的凸部的导电性颗粒。CB-分散的树脂颗粒的平均粒径为Ιμπι 至30 μ m，特别的为2 μ m至20 μ m。本文中，作为表面层中CB-分散的树脂颗粒的平均粒径，采用通过以下方法测定的体积平均粒径。通过聚焦离子束(FB-2000C，由Hitachi Ltd. 制造)从任意选定点在500 μ m距离内，以20nm为间隔切割表面层，并通过电子显微镜拍摄其截面图像。然后以20nm间隔组合为相同颗粒拍摄的图像，并计算立体的颗粒形状。对于来自树脂颗粒的任意选定的100个颗粒进行该加工，将这100个颗粒用于测定体积平均粒径。将由得到的单个立体颗粒形状计算的具有相同体积的球体的当量直径定义为体积平均粒径。将所有对像颗粒的体积平均粒径的平均值定义作平均粒径。在CB-分散的树脂颗粒的粒径分布中，假定CB-分散的树脂颗粒的平均粒径由 A μ m表示，90%以上颗粒优选具有Α/5 μ m至5A μ m,更优选Α/3 μ m至3A μ m的粒径。当树脂颗粒具有上述范围内的粒径分布时，可以使由源自树脂颗粒的凸部产生的放电强度更均勻。该树脂颗粒的粒径分布是其中平均粒径Aym在体积平均粒径的上述范围内的分布。作为CB-分散的树脂颗粒的粒径分布，可以采用通过上述方法已测定其立体颗粒形状的100个测量对像颗粒计算的值。
CB-分散的树脂颗粒越接近球形，在表面层表面上形成的凸部的表面越光滑，附着物(extraneous matter)的堆积越困难，因此越是优选的。具有0. 9以上圆形度(作为表示球形的指标)的颗粒的数量与分散于表面层中的树脂颗粒总数之比为80%以上。在具有 0.9以上圆形度的颗粒的比率为80%以上的情况下，可以防止图像不均勻如由充电辊表面的污迹产生的斑点状污点的发生。作为分散于表面层中的树脂颗粒的圆形度，使用通过上述方法已测定其立体颗粒形状的100个颗粒的测定结果，可以采用由以下等式计算的值。圆形度=(具有与投影颗粒图像面积相等的圆的周长)/(投影的颗粒图像的周长)当颗粒具有完整球形时，圆形度为1. 000。表面形状越复杂，圆形度越低。注意，CB-分散的树脂颗粒的上述平均粒径、粒径分布和圆形度是通过测定已分散于表面层中的树脂颗粒得到的值。然而，也可以采用通过使用分散于表面层之前的树脂颗粒得到的值。首先，通过显微镜，如透射电子显微镜(TEM)观察100个树脂颗粒(在100个树脂颗粒中已除去二次聚集颗粒，从而仅为一次颗粒)。在使用图像分析软件(Image-Pro Plus，由Planetron Inc.制造)的计算机中分析所得结果以通过计数/大小功能(count/ size function)自动计算圆形度。考虑到与石墨化颗粒的体积电阻率的关系，优选选定CB-分散的树脂颗粒的体积电阻率。CB-分散的树脂颗粒的体积电阻率为1.0Χ1012Ω .cm至1.0Χ103Ω · cm，特别地为1.0Χ108Ω .cm至1.0Χ105Ω .cm。这是因为随着体积电阻率在上述范围内，可以形成放电点，利用该放电点电子照相感光构件的表面能够顺利的接触充电。作为CB-分散的树脂颗粒的体积电阻率，可以采用当在温度为23°C、相对湿度为50%的环境下向样品施加 IOV 电压时，使用电阻表(商品名:L0RESTA-GP，由 Mitsubishi Chemical Co.，Ltd.制造) 测定的值。作为用于测定体积电阻率的目标样品，可以使用通过施加10. lMPa(102kgf/cm2) 压力压缩的那些。作为构成CB-分散的树脂颗粒的树脂，可例举丙烯酸类树脂、聚丁二烯树脂、聚苯乙烯树脂、酚醛树脂、聚酰胺树脂、尼龙树脂、氟树脂、有机硅树脂、环氧树脂和聚酯树脂。作为要分散于树脂中的炭黑，可例举炉黑、热裂炭黑、乙炔黑和KETJEN BLACK(商品名)。关于平均粒径，这些炭黑期望具有IOnm至300nm的一次粒径，这是因为这样的炭黑能够均勻地分散于树脂中。作为炭黑的平均粒径，可以采用根据以下方法测量的值。从拍照的树脂颗粒的截面图中任意选定100个炭黑颗粒。测定各炭黑颗粒的投影面积，并测定相当于具有与投影颗粒图像面积相等的面积的圆的直径，并可以将结果作为炭黑的平均粒径。此时，将具有5nm至500nm范围内圆-当量直径的颗粒用于测量。包含于CB-分散的树脂颗粒的炭黑的量是向CB-分散的树脂颗粒提供上述体积电阻率所需的量。通常地，期望炭黑的量适当地调节至每100质量份树脂颗粒的树脂组分为 1质量份至15质量份的范围内。随着炭黑的量在该范围内，可以向CB-分散的树脂颗粒提供上述导电性以及适当的硬度。作为生产CB-分散的树脂颗粒的方法的实例，可以例举以下方法。例如，存在以下方法将树脂和炭黑捏合以使炭黑分散于树脂中，冷却分散的产物以使其固化，粉碎以形成颗粒，机械加工并热处理该颗粒以使其具有球形，然后分级的方法；将聚合引发剂、炭黑和其它添加剂添加到可聚合单体，将单体组合物通过搅拌器悬浮于含有分散稳定剂的水相中石墨化颗粒或在表面层截面处的石墨化颗粒
拉曼分光器(商品名"LabRAM HR",由HORIBA JOBIN YVON Inc.制造)
权利要求
1.一种充电辊，其包括导电性支承体和表面层，其中，所述表面层包含粘结剂、分散于所述粘结剂中含有炭黑的树脂颗粒、和分散于所述粘结剂中的石墨化颗粒；并且所述表面层在其表面上具有源自所述树脂颗粒的凸部和源自所述石墨化颗粒的凸部，其中具有与下述平面的距离为正值的源自所述石墨化颗粒的凸部的数量为源自所述石墨化颗粒的凸部的总数的80%以上，所述平面包括与一个源自所述石墨化颗粒的凸部相邻的三个源自所述树脂颗粒的凸部的各顶点。
2.一种电子照相设备，其包括根据权利要求1所述的充电辊和电子照相感光构件。
3.—种处理盒，其包括根据权利要求1所述的充电辊和电子照相感光构件，其中所述处理盒适于可拆卸地安装于电子照相设备的主体上。
全文摘要
公开一种充电辊，其具有稳定的充电性能并能够抑制电子照相图像“起雾”的产生。具体公开了用于接触充电的充电辊，其包括导电性支承体和表面层。表面层含有粘结剂、含有炭黑并分散于粘结剂中的树脂颗粒，和分散于粘结剂中的石墨化颗粒。表面层的表面具有由树脂颗粒形成的凸部和由石墨化颗粒形成的凸部。这些凸部具有特定的关系。
文档编号G03G15/02GK102203682SQ200980143618
公开日2011年9月28日 申请日期2009年10月29日 优先权日2008年10月31日
发明者八木泽勇介, 古川匠, 松田秀和, 谷口智士 申请人:佳能株式会社