導電性構件、處理盒和電子照相設備的製作方法

2023-05-24 22:30:51

導電性構件、處理盒和電子照相設備的製作方法
【專利摘要】本發明提出在抑制導電性輥在H/H環境下過度的低電阻化的同時，降低其在L/L環境下的電阻值的問題。一種電子照相用導電性構件，其具有導電性芯軸和設置在芯軸的外周的導電層，電子照相用導電性構件的特徵在於，導電層包含其分子內具有氧化烯結構和作為離子交換基團的磺基或季銨基團的粘結劑樹脂以及具有與離子交換基團極性相反的極性的離子，導電層在30℃的溫度和80％的相對溼度的環境下的含水率為10質量％以下，並且導電層在15℃的溫度和10％的相對溼度的環境下通過使用氫核作為測量核的脈衝NMR測量求得其自旋-自旋鬆弛時間為200μsec以上。
【專利說明】 導電性構件、處理盒和電子照相設備
【技術領域】
[0001]本發明涉及導電性構件、處理盒和電子照相設備。
【背景技術】
[0002]電子照相圖像形成設備中，導電性構件已用於如充電輥、顯影輥和轉印輥等各領域。所述導電性構件的電阻值優選落在IO3-1OkiQ的範圍內。因此，導電性構件包含的導電層的導電性已經用導電劑調整。此處，將導電劑大致分類為由炭黑代表的電子導電劑和如季銨鹽化合物等離子導電劑。這些導電劑各自具有優點和缺點。
[0003]用如炭黑等電子導電劑而導電化的導電層隨著使用環境顯示小的電阻值變化。另夕卜，電子導電劑幾乎不滲出至導電層的表面，因此該電子導電劑汙染包含所述導電層的導電性構件抵接的構件例如電子照相感光構件(以下，稱為「感光構件」)的表面的可能性小。然而，難以將電子導電劑均勻地分散於粘結劑樹脂中，因此導電層中電子導電劑易於聚集。因此，導電層中可能發生電阻值的局部不均勻。
[0004]另一方面，在已用離子導電劑而導電化的導電層的情況下，與電子導電劑相比，離子導電劑均勻地分散於粘結劑樹脂中。因此，導電層中幾乎不發生局部電阻不均勻。然而，離子導電劑的離子導電性能在使用環境下易受粘結劑樹脂中的水分量的影響。因此，已用離子導電劑而導電化的導電層在低溫低溼環境(具有15°C的溫度和10%的相對溼度(以下，有時也稱為「L/L環境」)下其電阻值上升，並且在高溫高溼環境(具有30°C的溫度和80%的相對溼度)(以下，有時也稱為「H/H環境」)下其電阻值降低。即，導電層涉及其電阻值的環境依賴性大的問題。
[0005]此外，當將直流電壓長時間施加至包含已用離子導電劑而導電化的導電層的導電性構件時，觀察到以下傾向。構成離子導電劑的陽離子和陰離子在導電層中極化，導電層中的離子密度降低，並且導電層的電阻值逐漸上升。
[0006]專利文獻I提出，代替使用如碳粉末等導電劑的除電方法，將離子性官能團導入矽酮改性聚氨酯聚合物的分子結構中以賦予聚合物本身除電性。
[0007]引f列表
[0008]專利文獻
[0009]專利文獻1:日本專利申請特開2000-186129
[0010]專利文獻2:日本專利申請特開2000-63659

【發明內容】

[0011]發明要解決的問題
[0012]在作為導電性構件的實例的、設置為抵接在電子照相設備中的感光鼓上並且使感光鼓充電的充電輥的情況下，當在L/L環境下高電阻化時，可能發生充電不良。另外，在H/H環境下過度低電阻化可能導致針孔洩漏。針孔洩漏為以下現象。當感光鼓的感光層具有缺陷部位時，過大電流從充電輥集中至缺陷部位，因此感光層的缺陷部位的周圍發生不能充電的部分。
[0013]另外，當將離子導電性充電輥用於作為包括將通過在直流電壓(DC電壓)上疊加交流電壓(AC電壓)獲得的電壓施加至充電輥的系統的AC/DC充電系統時，在高溫高溼環境下離子導電性充電輥的低電阻化導致過剩的放電電流量。儘管AC/DC充電系統為幾乎不受如環境等外界狀況影響的優良的接觸充電法，但是施加的電壓振蕩，因此與DC充電系統相比放電電流的總量增大。結果，與DC充電系統相比感光鼓劣化的速度顯著增大，由此縮短感光鼓的壽命。此外，該速度引起作為由如氮氧化物等放電生成物引起的圖像不良的圖像缺失。因此，需要額外減小AC/DC充電系統的放電電流量。然而，當放電電流量不充分時，可能發生在整個表面上以斑點狀發生微小黑點的電子照相圖像(以下，有時稱為「砂地圖像」)。在抑制上述砂地圖像的發生的同時，難以解決AC/DC充電系統中的問題。特別是在高溫高溼環境下，在一些情況下由於離子導電性充電輥的電阻的降低，導致用於抑制砂地圖像所需要的放電電流量變得過大。
[0014]作為導電性輥的另一實例，在用作使電子照相設備中感光構件上形成的靜電潛像作為調色劑圖像可視化時的調色劑承載構件的顯影輥的情況下，同樣，電阻值的高電阻化和過度低電阻化導致問題。
[0015]當顯影輥在L/L環境下的高電阻化時，顯影輥上累積的電荷可能變得不太可能放出。結果，可能發生其中在除圖像部以外的部分中使調色劑顯影的「起霧」圖像。另一方面，當顯影輥在H/H環境下過度低電阻化時，在充電輥的情況下可能發生針孔洩漏。
[0016]對於作為導電性輥的另一實例的轉印輥同樣如此。其電阻偏離適當範圍可影響轉印圖像的質量。
[0017]如上所述，作為由使用環境導致的電阻值的大變化的結果，包含用離子導電劑而導電化的導電層的導電性構件可導致如上所述的各種問題。
[0018]鑑於上述，本發明的目的是提供在各種使用環境下顯示穩定的電阻值的電子照相用導電性構件。此外，本發明的目的是提供能夠長時間穩定地提供高品質電子照相圖像的處理盒和電子照相設備。
[0019]用於解決問題的方案
[0020]根據本發明的一方面，提供一種電子照相用導電性構件，其包括:導電性芯軸和設置在芯軸的外周的導電層，其中導電層包含分子中具有氧化烯結構和作為離子交換基團的磺基或季銨基團的粘結劑樹脂以及具有與離子交換基團的極性相反的極性的離子，導電層在30°C的溫度和80%的相對溼度的環境下的含水率為10質量％以下，並且在15°C的溫度和10%的相對溼度的環境下，用氫核作為測量核通過脈衝NMR測量求得的導電層的自旋-自旋鬆弛時間T2為200 μ sec以上。
[0021]根據本發明的另一方面，提供一種處理盒，其包括上述導電性構件，其中處理盒可拆卸地安裝至電子照相設備的主體。根據本發明的進一步方面，提供包括上述導電性構件的電子照相設備。
[0022]發明的效果
[0023]根據本發明，可抑制導電性構件在H/H環境下過度低電阻化，同時，可降低L/L環境下的電阻值。結果，可使電阻值最優化而不依賴使用條件和使用環境，並且可獲得其中抑制感光構件的汙染的導電性構件。此外，根據本發明，提供能夠提供高品質電子照相圖像的處理盒和電子照相設備。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1A為示出本發明電子照相用導電性構件的實例的示意性截面圖。
[0025]圖1B為示出本發明電子照相用導電性構件的示例的示意性截面圖。
[0026]圖1C為示出本發明電子照相用導電性構件的實例的示意性截面圖。
[0027]圖2為根據本發明處理盒的說明圖。
[0028]圖3為根據本發明電子照相設備的說明圖。
[0029]圖4A為用於將直流電壓施加至導電性構件並且測量電流的裝置的說明圖。
[0030]圖4B為用於將直流電壓施加至導電性構件並且測量電流的裝置的說明圖。
【具體實施方式】
[0031]本發明的發明人考慮到以下。為了可以使電子照相用導電性構件的電阻值最優化而不依賴使用環境，有必要首先通過降低粘結劑樹脂中的水分量來抑制H/H環境下過度的低電阻化，並且降低L/L環境下的電阻值。
[0032]表示電特性的 導電率σ可通過以下數學式I來表示。
[0033][數學式I]
[0034](數學式I) σ = qn μ
[0035]此處，σ表示導電率，q表示載流子的電荷，η表示載流子密度，和μ表示載流子遷移率。離子導電情況下的載流子為通過陰離子和陽離子的離解而離子化的離子導電劑。一般地，離子導電劑由如季銨基團等離子交換基團和與所述基團的極性相反的離子(如氯離子)形成，並且顯示由於粘結劑樹脂中所述基團和所述離子二者的移動引起的離子導電性。
[0036]因為粘結劑樹脂中的水促進離子導電劑的離子解離，所以所述水使數學式I中的η增加。此外，因為粘結劑樹脂中具有低粘度的水的存在使離子的移動容易所以該水的存在使μ增加。換言之，隨著使用環境導電性輥的電阻值大的變化的主要因素可能是粘結劑樹脂中水分量的變化。因此，在其中粘結劑樹脂易於吸收水的Η/Η環境下，不可避免其中粘結劑樹脂的低電阻化在必要以上的現象。
[0037]於是，本發明的發明人考慮到不依賴粘結劑樹脂中的水分量而降低電阻值，從而降低導電性輥的電阻值的使用環境依賴性。結果，本發明人發現滿足以下4個條件的導電層顯示穩定的電阻值而不依賴使用環境。
[0038][條件I]:在30°C的溫度和80%的相對溼度的環境下導電層的含水率為10質
量％以下。
[0039][條件2]:在15°C的溫度和10%的相對溼度的環境下，用氫核作為測量核通過脈衝NMR測量求得的導電層的自旋-自旋鬆弛時間T2為200 μ sec以上。
[0040][條件3]:用於形成導電層的粘結劑樹脂在其分子中具有氧化烯結構。
[0041][條件4]:有助於離子導電的磺基或季銨基團經由化學鍵連接至粘結劑樹脂。
[0042]即，通過滿足條件1，可降低粘結劑樹脂中的水分量從而抑制在H/H環境下電阻值的過度降低。這是不依賴粘結劑樹脂中的水分量而降低電阻值的必要條件。[0043]為了在滿足條件I的同時降低L/L環境下的電阻，條件2是必要的。通過滿足條件2，可提高粘結劑樹脂的分子運動性。結果，可實現不依賴粘結劑樹脂中的水分量而在L/L環境下的低電阻化。這意味著在L/L環境下數學式I中的μ增大。應當注意的是，粘結劑樹脂的分子運動性一般可基於用氫核作為測量核通過脈衝NMR測量求得的自旋-自旋鬆弛時間Τ2來評價，並且鬆弛時間Τ2越長意味著分子運動性越高。
[0044]此外，作為由本發明的發明人的研究結果，發現，為了實現L/L環境下的低電阻化，僅條件2是不充分的，並且除了條件I和2以外還需要滿足條件3。氧化烯結構具有以與水相同的方式促進離子解離的效果，因此，即使在粘結劑樹脂中的水分量少的條件下，也可在L/L環境下降低電阻。這意味著在L/L環境下數學式I中的η增加。通過滿足條件1-3，可抑制在Η/Η環境下過度的低電阻化，同時，可降低L/L環境下的電阻值。
[0045]此外，為了將導電性構件的電阻值穩定地控制至期望值，條件4也是必要的。滿足條件1-3的粘結劑樹脂與離子導電劑的那些相比具有高疏水性和高撓性。因此，在將由陽離子和陰離子形成的一般的離子導電劑添加至粘結劑樹脂中的情況下，離子導電劑滲出至根據本發明粘結劑樹脂的表面，結果粘結劑樹脂變得易於高電阻化。通過經由化學鍵將有助於離子導電的磺基或季銨基團連接至用於形成導電層的粘結劑樹脂，可抑制粘結劑樹脂的高電阻化。
[0046]通過作為電子照相用導電性構件的代表性實例的輥形狀的導電性輥、充電輥和顯影輥等詳細描述本發明。
[0047]圖1A-1C為示出根據本發明導電性構件的形態的各示意圖。輥形狀的導電性構件，例如如圖1A中所示， 由導電性芯軸11和設置在導電性芯軸11的外周的彈性層12構成。在這種情況下，彈性層12為根據本發明的導電層並且包含根據本發明的粘結劑樹脂。另外，導電性構件可以為如圖1B所示在彈性層12的外周上形成表面層13的導電性構件。在這種情況下，彈性層12和表面層13的至少之一為根據本發明的導電層並且包含根據本發明的粘結劑樹脂。此外，必要時，可以引入其它導電層，只要不損害本發明的效果即可。此外，導電性構件可以為其中如圖1C所示在彈性層12與表面層13之間配置中間層14的3層結構，或者其中配置多個中間層14的多層結構。在這種情況下，以如上所述相同的方式，這些層的至少一層為根據本發明的導電層，並且導電層包含根據本發明的粘結劑樹脂。
[0048]〈導電性芯軸〉
[0049]適當地選自電子照相用導電性構件領域中已知的那些的芯軸可用作導電性芯軸。上述芯軸為，例如通過用具有約5μπι的厚度的鎳電鍍碳鋼合金的表面獲得的圓柱。
[0050]
[0051]根據本發明的導電層包含其分子中具有氧化烯結構和作為離子交換基團的磺基或季銨基團的粘結劑樹脂，以及具有與離子交換基團的極性相反的極性的離子。另外，根據本發明的導電層具有10質量％以下的在30°C的溫度和80%的相對溼度的環境下的含水率，並且具有200 μ sec以上的在15°C的溫度和10%的相對溼度的環境下用氫核作為測量核通過脈衝NMR測量求得的自旋-自旋鬆弛時間T2。
[0052]以下，描述根據本發明的導電層。
[0053][離子交換基團]
[0054]根據本發明的離子交換基團為具有離子解離性的官能團並且經由共價鍵鍵合至根據本發明的粘結劑樹脂。根據本發明的離子交換基團為具有高離子解離性能的磺基或季
銨基團。
[0055]共價鍵合至粘結劑樹脂的離子交換基團對於防止離子導電劑滲出並且當直流電流長時間流過時對抑制電阻值的變化是有利的。可以將離子交換基團導入粘結劑樹脂的主鏈並且還可以導入分子末端。
[0056][具有與離子交換基團的極性相反的極性的離子]
[0057]根據本發明的導電層包含具有與離子交換基團的極性相反的極性的離子(以下，稱為「抗衡離子」)。
[0058]當離子交換基團為磺基時，抗衡離子的實例包括陽離子如質子，例如鋰離子、鈉離子和鉀離子等鹼金屬離子，咪唑鎗化合物的離子，吡咯烷鎗化合物的離子和季銨化合物的離子。
[0059]當離子交換基團為季銨基團時，抗衡離子的實例包括陰離子如例如氟離子、氯離子、溴離子和碘離子等滷素離子，高氯酸根離子，磺酸化合物的離子，磷酸化合物的離子，硼酸化合物的離子和磺醯亞胺離子。
[0060]這些離子種類中，優選磺醯亞胺離子、咪唑鎗離子或吡咯烷鎗離子作為抗衡離子，因為優選根據本發明的導電層可實現在L/L環境下的低電阻化。特別是，從以下觀點，磺醯亞胺離子是合適的。該離子具有高疏水性，因此與一般的具有高親水性的離子相比容易改進其對根據本發明的粘結劑樹脂的親和性。結果，離子均勻地分散於粘結劑樹脂中，因此可額外降低由分散不均勻導致的電阻值的不均勻。
[0061]磺醯亞胺離子的具體實例包括，但不限於，雙(三氟甲烷磺醯基)亞胺離子、雙(五氟甲烷磺醯基)亞胺離子、雙(九氟丁烷磺醯基)亞胺離子和環-六氟丙烷-1，3-雙(磺醯基)亞胺離子。
[0062]導電層中抗衡離子的存在可通過包括利用離子交換反應的提取實驗來驗證。在鹽酸或氫氧化鈉的稀水溶液中攪拌導電層，接著在水溶液中提取導電層的離子。乾燥提取後的水溶液，然後回收提取物。其後，提取物用飛行時間質譜儀(TOF-MS)進行質譜分析。由此，可鑑定離子。此外，通過經由提取物的電感耦合等離子體(ICP)發射光譜進行元素分析並且將該結果與質譜分析的結果組合使得根據本發明的離子的鑑別額外容易。
[0063][粘結劑樹脂]
[0064]根據本發明的粘結劑樹脂需要滿足全部條件1-4。以下，描述其細節。
[0065][條件I]
[0066]通過使粘結劑樹脂疏水，降低粘結劑樹脂中的水分量以防止在H/H環境下過度的低電阻化。所述粘結劑樹脂具有降低粘結劑樹脂中的水分量的特徵。因此，即使在除粘結劑樹脂以外導電層還包含粗糙賦予顆粒、填料、軟化劑等的情況下，也需要充分降低導電層的含水率。因此，導電層的在H/H環境下的含水率為10質量％以下是必要的。作為研究的結果，本發明的發明人確認，當導電層的含水率超過10質量％時，導電層的電阻值在H/H環境下變得基本恆定而不依賴含水率。認為其原因如下。在10質量％的含水率的條件下，導電層中離子的大部分已解離，因此，即使在含水率超過10質量％的情況下，導電層中的離子數也幾乎不變化。如從上述結果可知，通過將含水率設定為10質量％以下可抑制在H/H環境下電阻值的降低。導電層的在H/H環境下的含水率更優選為6質量％以下，還更優選4質量％以下，還更優選2質量％以下。在H/H環境下的電阻值非常強的依賴導電層的含水率。在滿足條件2-4的同時將含水率設定為6質量％以下的情況下，可將H/H環境下的導電層的體積電阻率控制在I XlO4 Ω.οιι-1Χ107Ω.αιι。通過將導電層的體積電阻率設定在上述範圍內，可抑制由洩漏引起的異常放電的發生。在滿足條件2-4的同時將含水率設定為4質量％以下的情況下，可將導電層的體積電阻率控制在I XlO5 Ω.Cm-1XlO7Q.cm。通過將導電層的體積電阻率設定在上述範圍內，可抑制由洩漏引起的異常放電的發生並且可降低在AC/DC充電情況下的過度放電。在將含水率設定在2質量％以下的情況下，可進一步降低在AC/DC充電情況下的過度放電。
[0067]儘管可通過使用任意的粘結劑樹脂形成導電層，只要粘結劑樹脂滿足上述條件即可，但是通過將矽氧烷結構導入粘結劑樹脂中可容易滿足條件I。此外，矽氧烷結構具有高分子運動性，因此，還適合作為滿足條件2的手段。此外，優選將具有導入其中的矽氧烷結構的導電層用作導電性輥的最外層，因為導電性輥的表面自由能降低，從而降低如調色劑和調色劑的外部添加劑等異物的附著。作為矽氧烷結構，例如，由下式(2)表示的結構是優選的。
[0068][化學式I]
[0069]
【權利要求】
1.一種電子照相用導電性構件，其包括:導電性芯軸；和設置在所述導電性芯軸外周的導電層， 其中 所述導電層包含分子中具有氧化烯結構和作為離子交換基團的磺基或季銨基團的粘結劑樹脂，以及具有與所述離子交換基團的極性相反的極性的離子， 所述導電層在30°c的溫度和80%的相對溼度的環境下的含水率為10質量％以下，和所述導電層的自旋-自旋鬆弛時間T2為200μ sec以上，所述自旋-自旋鬆弛時間T2在15°C的溫度和10%的相對溼度的環境下用氫核作為測量核通過脈衝NMR測量求得。
2.根據權利要求1所述的導電性構件，其中所述氧化烯結構包括選自由以下化學式(I)-1至以下化學式(1)-3表示的結構組成的組的任意結構: [化學式1]
3.根據權利要求2所述的導電性構件，其中所述粘結劑樹脂中的由化學式(I)-1表示的結構的含量為30質量％以下。
4.根據權利要求1-3任一項所述的導電性構件，其中所述粘結劑樹脂包含矽氧烷結構。
5.根據權利要求1-4任一項所述的導電性構件，其中所述粘結劑樹脂包括選自由環氧樹脂、聚氨酯樹脂、脲醛樹脂、醯胺樹脂和酯樹脂組成的組的任意樹脂。
6.根據權利要求1-5任一項所述的導電性構件，其中所述粘結劑樹脂具有通過將選自由化學式(I)-1至化學式(1)-3表示的結構組成的組的任意結構與由以下化學式(2)表示的結構用包含選自由以下化學式(3)-1至以下化學式(3)-7表示的結構組成的組的任意結構的連接基團連接而獲得的部分: [化學式2]
7.根據權利要求1-6任一項所述的導電性構件，其中所述粘結劑樹脂具有通過將選自由化學式(I)-1至化學式(1)-3表示的結構組成的組的任意結構與由以下化學式(2)表示的結構用包含選自由以下化學式(4)-1至以下化學式(4)-3表示的結構組成的組的任意結構的連接基團連接而獲得的部分: [化學式4]
8.根據權利要求1-7任一項所述的導電性構件，其中所述粘結劑樹脂的分子末端包含選自由以下化學式(5)-1至以下化學式(5)-6表示的結構組成的組的至少一種結構: [化學式5]
9.根據權利要求1-8任一項所述的導電性構件，其中所述離子交換基團包括季銨基團，以及所述具有與所述離子交換基團的極性相反的極性的離子包括磺醯亞胺離子。
10.一種處理盒，其包括根據權利要求1-9任一項所述的導電性構件，其中所述處理盒可拆卸地安裝至電子照相設備的主體。
11.一種電子照相設備，其包括根據權利要求1-9任一項所述的導電性構件。
【文檔編號】G03G15/16GK104024954SQ201280064406
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2012年12月21日 優先權日:2011年12月26日
【發明者】山內一浩, 西岡悟, 渡邊政浩, 菊池裕一, 山田聰, 村中則文 申請人:佳能株式會社