CN103080849B - 充电构件、处理盒和电子照相设备 - Google Patents

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Abstract

提供一种充电构件，其以高水平结合电子照相感光构件的带电特性和抑制低分子量组分从弹性层渗出至表面。所述充电构件具有基体、弹性层和表面层，所述表面层包括具有由式(1)、(2)和(3)表示的结构单元并且具有Si-O-Ti键、Ti-O-Ta键和Si-O-Ta键的高分子化合物： 式(1)TiO4/2 式(2)TaO5/2 式(3)。

Description

充电构件、处理盒和电子照相设备
技术领域
本发明涉及用于使电子照相设备接触充电的充电构件、处理盒和电子照相设备。
背景技术
通常，接触电子照相感光构件以使电子照相感光构件充电的充电构件具有存在含橡胶的弹性层的构造以便充分和均匀地确保电子照相感光构件和充电构件之间的接触辊隙。弹性层不可避免地包含低分子量组分。为此原因，如果长期使用充电构件，则低分子量组分会从充电构件表面渗出从而污染电子照相感光构件的表面。对于该问题，日本专利申请特开2001-173641提出其中弹性层的周面涂布有无机氧化物涂膜或无机-有机杂化涂膜从而抑制低分子量组分从充电构件表面渗出的构造。
近来，随着电子照相图像形成工艺的高速化，电子照相感光构件和充电构件之间的接触时间相对更短。该趋势不利于使得电子照相感光构件稳定和可靠的充电。在该环境下，具有形成于其周面上的用于抑制低分子量组分渗出的厚膜的充电构件不利于使得电子照相感光构件稳定和可靠的充电。
另一方面，即使在将调色剂图像从电子照相感光构件转印至纸等上之后电子照相感光构件的表面也会具有残余调色剂或外部添加剂。该残余物由于长期使用会粘附至充电构件的表面，导致充电构件的充电性能的降低和电子照相图像品质的降低。为了抑制通过调色剂粘附引起的该调色剂成膜，日本专利申请特开2000-337355公开了具有包括特定有机硅接枝聚合物(silicone graft polymer)的最外层的导电辊。
引用列表
专利文献
PTL1：日本专利申请特开2001-173641。
PTL1：日本专利申请特开2000-337355。
发明内容
发明要解决的问题
本发明旨在提供具有其中抑制低分子量组分从弹性层渗出和调色剂粘附至表面从而减少表面层的污物的高带电性能的充电构件。本发明还旨在提供能够稳定形成具有高品质电子照相图像的电子照相设备和处理盒。
用于解决问题的方案
根据本发明的一方面，提供一种充电构件，其包括基体、弹性层和表面层，其中所述表面层包括具有由下式(1)、(2)和(3)表示的结构单元，并且具有Si-O-Ti键、Ti-O-Ta键和Si-O-Ta键的高分子化合物：
                               式(1)
TiO4/2                         式(2)
TaO5/2                         式(3)
其中R1和R2各自独立地表示下式(4)-(7)的任一种：            式(4)       式(5)
                 式(6)
                式(7)
其中，R3-R7、R10-R14、R19、R20、R25和R26各自独立地表示氢、具有1-4个碳原子的烷基、羟基、羧基或氨基；R8、R9、R15-R18、R23、R24和R29-R32各自独立地表示氢或具有1-4个碳原子的烷基；R21、R22、R27和R28各自独立地表示氢、具有1-4个碳原子的烷氧基或具有1-4个碳原子的烷基；n、m、l、q、s和t各自独立地表示不小于1且不大于8的整数，p和r各自独立地表示不小于4且不大于12的整数，以及x和y各自独立地表示0或1；*和**各自表示与式(1)中的硅原子和氧原子键合的位置。
根据本发明的另一方面，提供一种电子照相设备，其包括与电子照相感光构件接触配置的充电构件。
根据本发明的另一方面，提供一种处理盒，其包括与电子照相感光构件接触配置的充电构件，所述处理盒可拆卸地安装至电子照相设备的主体。
发明的效果
本发明能够提供其中减少引起带电不足的表面层污物的充电构件，以及包括该充电构件的处理盒和电子照相设备。
附图说明
图1为说明根据本发明的充电构件的构造实例的图。
图2为包括根据本发明处理盒的电子照相设备的截面图。
图3为说明用于测量动摩擦系数的设备的图。
图4为说明29Si-NMR中谱图的图。
图5为说明13C-NMR中谱图的图。
图6为在形成根据本发明的表面层的步骤中用于描述交联反应的图。
图7A为说明根据本发明的高分子化合物的化学结构的图。
图7B为说明根据本发明的高分子化合物的化学结构的图。
具体实施方式
示于图1的根据本发明的充电构件具有其中基体101、导电性弹性层102和表面层103依次层压的构造。
[基体]
作为基体，可使用由铁、铜、不锈钢、铝、铝合金或镍形成的金属(或合金)基体。
[弹性层]
作为形成弹性层的材料，可以使用一种或两种以上的橡胶和弹性体如用于常规充电构件的弹性层(导电性弹性层)的热塑性弹性体。橡胶的实例包括：聚氨酯橡胶、硅酮橡胶、丁二烯橡胶、异戊二烯橡胶、氯丁橡胶、丁苯橡胶、乙丙橡胶、聚降冰片烯橡胶、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯橡胶、丙烯腈橡胶、表氯醇橡胶和烷基醚橡胶。
弹性层包括导电剂以便具有预定的导电性。弹性层电阻值的适当范围为不小于102Ω且不大于108Ω，更适当范围为不小于103Ω且不大于106Ω。用于导电性弹性层的导电剂实例包括阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、两性离子表面活性剂、抗 静电剂和电解质。
阳离子表面活性剂的实例包括：季铵盐(如月桂基三甲基铵、硬脂基三甲基铵、八-十二烷基三甲基铵(octadodecyl trimethyl ammonium)、十二烷基三甲基铵、十六烷基三甲基铵和改性的脂肪酸-二甲基乙基铵)、高氯酸盐、氯酸盐、氟硼酸盐、乙基硫酸盐(ethosulfate salt)和卤化苄基盐(如溴化苄盐和氯化苄盐)。阴离子表面活性剂的实例包括：脂肪族磺酸盐、高级醇硫酸酯盐、高级醇环氧乙烷加成的硫酸酯盐、高级醇磷酸酯盐和高级醇环氧乙烷加成的磷酸酯盐。
抗静电剂的实例包括非离子性抗静电剂如高级醇环氧乙烷、聚乙二醇脂肪酸酯和多元醇脂肪酸酯。电解质的实例包括元素周期表中第I族金属(如Li、Na和K)的盐(如季铵盐)。元素周期表中第I族金属盐的实例具体包括LiCF3SO3、NaClO4、LiAsF6、LiBF4、NaSCN、KSCN和NaCl。
作为导电性弹性层用导电剂，也可以使用元素周期表中第II族金属(如Ca和Ba)的盐(如Ca(ClO4)2)和衍生自这些的抗静电剂。可以使用离子导电剂如这些和多元醇(如1,4-丁二醇、乙二醇、聚乙二醇、丙二醇和聚乙二醇)或其衍生物的配合物，和这些与一元醇(如乙二醇单甲醚和乙二醇单***)的配合物。
作为弹性层用导电剂，也可以使用碳材料(如导电性炭黑和石墨)、金属氧化物(如氧化锡、氧化钛和氧化锌)和金属(如镍、铜、银和锗)。
对于导电性弹性层的硬度，从当使充电构件与作为被充电体的电子照相感光构件抵接时抑制充电构件变形的观点，MD-1硬度优选为不小于60°且不大于85°，特别更优选为不小于70°且不大于80°。导电性弹性层优选具有其中中央部的层厚度比端部的层厚度大的所谓冠状，以便沿横向方向均匀地抵接感光体。
[表面层]
根据本发明的充电构件的表面层包括具有Si-O-Ti键、Ti-O-Ta键和Si-O-Ta键的高分子。所述高分子具有由下式(1)、(2)和(3)表示的结构单元。
                                式(1)
TiO4/2                          式(2)
TaO5/2                          式(3)
其中，R1和R2各自独立地表示下式(4)-(7)的任一种： 
        式(4)
       式(5)
          式(6)
              式(7)
其中，R3-R7、R10-R14、R19、R20、R25和R26各自独立地表示氢、具有1-4个碳原子的烷基、羟基、羧基或氨基；R8、R9、R15-R18、R23、R24和R29-R32各自独立地表示氢或具有1-4个碳原子的烷基；R21、R22、R27和R28各自独立地表示氢、具有1-4个碳原子的烷氧基或具有1-4个碳原子的烷基；n、m、l、q、s和t各自独立地表示不小于1且不大于8的整数，p和r各自独立地表示不小于4且不大于12的整数，以及x和y各自独立地表示0或1；*和**各自表示与式(1)中的硅原子和氧原子键合的位置。
作为根据本发明的高分子的实例，图7A中示出其中式(1)中的R1具有由式(4)表示的结构和R2具有由式(5)表示的结构的 高分子的部分结构。
作为根据本发明的高分子的另一实例，图7B中示出其中式(1)中的R1具有由式(4)表示的结构和R2具有由式(7)表示的结构的高分子的部分结构。
如果具有Si-O-Ti键、Ti-O-Ti键和Si-O-Si键和由式(1)表示的结构单元的高分子化合物用于充电构件的表面层，则充电构件由于其高介电常数能够稳定地供给电位而不受到打印图像期间鼓转动速度的影响。除此之外，因为高分子化合物进一步包含Ta原子并且具有Ti-O-Ta键和Si-O-Ta键，所以根据本发明的充电构件的表面层具有降低的动摩擦系数。此外，因为Si、Ti和Ta原子以分子水平混合，所以摩擦是均匀的。所述特性仅仅由Si和Ti或仅仅由Si和Ta没有表明，其仅仅对于其中Si、Ti和Ta的三种原子经由氧彼此键合的高分子化合物是特有的。用该高分子化合物形成的表面层是致密的。即使表面层是薄膜，也能够抑制低分子组分从弹性层渗出。
在根据本发明的充电构件的高分子化合物中，优选地，式(1)中的R1和R2各自独立地为选自由下式(8)-(11)表示的结构的任一种。
        式(8)
        式(9)
        式(10)
        式(11)
其中，N、M、L、Q、S和T各自独立地表示不小于1且不大于8的整数，以及x'和y'各自独立地表示0或1；*和**各自独立地表示式(1)中要键合的位置。
[原子比]
在根据本发明的充电构件的高分子化合物中，钛和钽的原子总数与硅原子数的比(Ti+Ta)/Si优选为不小于0.1且不大于5.0。在该范围内，能够显著地降低表面层的动摩擦系数。
根据本发明的充电构件的高分子化合物优选为具有由式(12)表示的结构的可水解化合物与具有由式(13)和式(14)表示结构的可水解化合物的交联产物。在本发明的高分子化合物是此类交联产物的情况下，各组分以分子水平混合且键合，并且形成有组成可能均一的膜。此外，分子的致密键合在防止渗出等方面是有效的。
R33-Si(OR34)(OR35)(OR36)              式(12)
Ti(OR37)(OR38)(OR39)(OR40)            式(13)
Ta(OR41)(OR42)(OR43)(OR44)(OR45)      式(14)
其中，在式(12)中，R33表示具有环氧基团的式(15)-(18)的任一种，R34-R36各自独立地表示烃基(如具有1-4个碳原子的烷基)；烃基可以为直链的、支链的或环状的，并且可以具有不饱和键；在式(13)和(14)中，R37-R45各自独立地表示烃基或者被氧和氮的至少一种取代的烃基；烃基可以为直链的、支链的或环状的，并且可以具有不饱和键。
        式(15)
        式(16)
        式(17)
        式(18)
其中，R46-R48、R51-R53、R58、R59、R64和R65各自独立地表示氢、具有1-4个碳原子的烷基、羟基、羧基或氨基；R49、R50、R54-R57、R62、R63和R68-R71各自独立地表示氢或具有1-4个碳原子的烷基；R60、R61、R66和R67各自独立地表示氢、具有1-4个碳原子的烷氧基或具有1-4个碳原子的烷基；n'、m'、l'、q'、s'和t'各自独立地表示不小于1且不大于8的整数，以及p'和r'各自独立地表示不小于4且不大于12的整数；*表示在式(12)中硅原子键合的位置。
优选地，根据本发明的充电构件中的高分子化合物是由式 (12)、(13)和(14)表示的可水解化合物和由下式(19)表示的可水解化合物的交联产物。
R72-Si(OR73)(OR74)(OR75)          式(19)
其中，R72表示具有1-21个碳原子的烷基或苯基，R73-R75各自独立地表示具有1-6个碳原子的烷基。
如果根据本发明的高分子化合物为此类交联产物，则膜的硬度能够通过由式(19)表示的化合物的量来调节。各种特性能够根据R72的种类而赋予。特别地，在R72为具有1-21个碳原子的烷基的情况下，溶解性和涂布性得到优选改进。在R72为苯基的情况下，电特性和特别地体积电阻率得到优选改进。
[表面层的生产]
如下获得根据本发明的高分子化合物：制备从由式(12)、(13)和(14)表示的可水解化合物合成的可水解缩合物，使可水解缩合物的R33中的环氧基团断开，并且使可水解缩合物交联。可选地，如下获得根据本发明的高分子化合物：制备从由式(12)、(13)、(14)和(19)表示的可水解化合物合成的可水解缩合物，使可水解缩合物的R33中的环氧基团断开，并且使可水解缩合物交联。能够如下形成根据本发明的充电构件：在弹性层上形成包含可水解缩合物的涂料的涂膜，接着将涂膜中的可水解缩合物交联从而形成表面层。
这里，作为根据本发明的高分子化合物的生产实例，将更详细描述在弹性层上形成表面层的方法。通过以下步骤(1)-(6)来生产高分子化合物。组分(A)是由式(12)表示的可水解硅烷化合物，组分(B)是由式(19)表示的可水解硅烷化合物，组分(C)是由式(13)表示的可水解钛化合物，组分(D)是由式(14)表示的可水解钽化合物。
(1)：将组分(A)和(B)与组分(C)和(D)的摩尔比 {(C)+(D)}/{(A)+(B)}调节为不小于0.1且不大于5.0的步骤；
(2)：将组分(A)与组分(B)混合，添加作为组分(E)的水和作为组分(F)的醇，接着通过在回流下加热进行水解和缩合的步骤；
(3)：将组分(C)和(D)添加至进行水解和缩合的溶液并将混合液混合的步骤；
(4)：添加作为组分(G)的光聚合引发剂并用作为组分(F)的醇使溶液浓度稀释从而获得涂布剂(涂料)的步骤；
(5)：将涂布剂施涂至形成于基体上的弹性层上的步骤；和
(6)：将可水解缩合物交联以使涂布剂固化的步骤。
在步骤(2)中，组分(A)、(B)、(C)和(D)可以同时添加。在可水解硅烷化合物中，可以使用仅一种组分(A)，并且可以组合使用两种以上的组分(A)或两种以上的组分(B)。
由式(12)表示的化合物的具体实例包括：4-(1,2-环氧丁基)三甲氧基硅烷、5,6-环氧己基三乙氧基硅烷、8-环氧乙烷-2-基辛基三甲氧基硅烷、8-环氧乙烷-2-基辛基三乙氧基硅烷、3-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧丙基三乙氧基硅烷、1-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、1-(3,4-环氧环己基)乙基三乙氧基硅烷、3-(3,4-环氧环己基)甲氧基丙基三甲氧基硅烷和3-(3,4-环氧环己基)甲氧基丙基三乙氧基硅烷。
由式(19)表示的化合物的具体实例包括：甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、己基三甲氧基硅烷、己基三乙氧基硅烷、己基三丙氧基硅烷、癸基三甲氧基硅烷、癸基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷和苯基三丙氧基硅烷。
由式(13)表示的化合物的具体实例包括：四甲氧基钛 (titanium tetramethoxide)、四乙氧基钛、四正丙氧基钛、四异丙氧基钛、四正丁氧基钛、四叔丁氧基钛、四正壬氧基钛、四硬脂氧基钛和二(三乙醇胺)钛酸二异丙酯(titanium bis(triethanolamine)-diisopropoxide)。
由式(14)表示的化合物的具体实例包括：五甲氧基钽、五乙氧基钽、五正丁氧基钽和四乙氧基二甲氨基乙氧基钽(tantalum tetraethoxidedimethylaminoethoxide)。
优选地，将组分的摩尔比{(C)+(D)}/{(A)+(B)}调节至不小于0.1且不大于5.0，其在降低摩擦方面是有效的。摩尔比更优选不小于0.5且不大于3.0。在摩尔比大于5.0时，合成之后的溶液可能浑浊或者沉淀，并且保存性差。摩尔比可以通过原子数之比(Ti+Ta)/Si来表示。
作为组分(E)的水的添加量以摩尔比(E)/{(A)+(B)}计优选为不小于0.3且不大于6.0。更优选不小于1.2且不大于3.0的范围。在比例不小于0.3时，缩合充分地进行，并且未反应的残余单体减少。在不大于6.0的摩尔比时，缩合进展不太快，并且抑制浑浊和沉淀。过量的作为组分(E)的水在与醇混合时增加相容性和极性，并且降低与缩合物的相容性。结果，合成之后的溶液如上所述可能浑浊或者沉淀。
作为组分(F)的醇，优选使用伯醇、仲醇、叔醇、伯醇和仲醇的混合物以及伯醇和叔醇的混合物。特别地，优选为乙醇、甲醇和2-丁醇的混合液以及乙醇和2-丁醇的混合液。
作为组分(G)的光聚合引发剂，优选使用路易斯酸或布朗斯台德酸(Bronsted acid)的鎓盐。其它阳离子聚合催化剂的实例包括硼酸盐、具有亚胺结构的化合物、具有三嗪结构的化合物、偶氮化合物或过氧化物。光聚合引发剂优选通过溶剂如醇和酮预先稀释以便改进与涂布剂的相容性。作为溶剂，优选甲醇和 甲基异丁基酮。在多种阳离子聚合催化剂中，从感光度、稳定性和反应性的观点，优选芳香族锍盐和芳香族碘鎓盐。特别地，优选为双(4-叔丁基苯基)碘鎓盐，具有由下式(20)表示的结构的化合物(商品名：ADEKA OPTOMER-S P150，由Adeka Corporation制造)，和具有由下式(21)表示的结构的化合物(商品名：IRGACURE261，由BASF SE制造)。
        式(20)
        式(21)
将由此合成的高分子化合物调节至具有适当浓度以便改进涂布性，并且用作涂布剂。适于调节浓度的溶剂实例包括醇类如乙醇、甲醇和2-丁醇，乙酸乙酯，酮类如甲乙酮和甲基异丁基酮，或其混合物。特别地，优选乙醇或甲醇和2-丁醇的混合液以及乙醇和2-丁醇的混合液。
[表面层的形成]
将由此制备的涂布剂通过诸如用辊涂机的辊涂、浸渍涂布 和环涂布的方法施涂至导电性弹性层上从而形成涂层。将涂层用活性能量束照射以将在包含于涂布剂的硅烷缩合物中的阳离子可聚合基团断开而聚合。因此，硅烷缩合物彼此交联并固化从而形成表面层。通过阳离子聚合获得的此类高分子化合物具有由式(1)表示的交联结构，其中键合至有机基团(R1或R2)的Si原子经由氧键合至其它三个原子(Si、Ti和Ta)。
使用图6将具体描述在形成根据本发明的高分子化合物的过程中的交联和固化反应。
例如，通过作为组分(A)的3-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷、组分(B)和组分(C)水解而获得的缩合物具有作为阳离子可聚合基团的环氧基团。在可水解缩合物的环氧基团中，环氧环在阳离子聚合催化剂(图6中，表示为R+X-)的存在下打开，并且聚合作为链锁反应进行。结果，具有Si-O-Ti键、Ti-O-Ta键和Si-O-Ta键的聚硅氧烷彼此交联并且固化从而形成根据本发明的高分子化合物。图6中，n表示不小于1的整数。
优选的活化能量束为紫外线。不像热固化的情况，如果表面层通过紫外线固化，不可能产生过量的热，并且在溶剂挥发期间不可能产生相分离和皱纹。因此，获得非常均匀状态的膜。为此原因，可以将电位均匀和稳定地给予至感光体。
在用于充电构件的环境为温度和湿度剧烈变化的环境的情况下，除非表面层充分追随由于温度和湿度变化而引起的导电性弹性层的膨胀和收缩，否则皱纹或裂纹会在表面层上产生。然而，如果交联反应通过产生较少热的紫外线进行，则导电性弹性层对表面层的粘合性增加，并且表面层能够充分追随导电性弹性层的膨胀和收缩。因此，由于温度和湿度的环境变化而引起的表面层的皱纹或裂纹也能够得到抑制。如果交联反应通过紫外线进行，则由于热史引起的导电性弹性层的劣化能够得 到抑制。因此，导电性弹性层的电特性的降低也能够得到抑制。
对于用紫外线的照射，例如，可以使用高压汞灯、金属卤化物灯、低压汞灯和准分子UV灯。这些中，使用极大包含在不小于150nm且不大于480nm波长紫外线的紫外线光源。紫外线的累积光量如下定义：
紫外线的累积光量[mJ/cm2]=紫外线的强度[mW/cm2]×照射时间[s]
紫外线的累积光量能够通过照射时间、灯的输出和灯与被照射物体之间的距离来调节。累积光量可以在照射时间内具有梯度。在使用低压汞灯的情况下，紫外线的累积光量能够使用由Ushio Inc.制造的紫外线累积光量计UIT-150-A或UVD-S254(二者均为商品名)来测量。在使用准分子UV灯的情况下，紫外线的累积光量能够使用由Ushio Inc.制造的紫外线累积光量计UIT-150-A或VUV-S172(二者均为商品名)来测量。
表面层的厚度优选为不小于10nm且不大于100nm作为准则。厚度在该范围内时，不可能产生由于不均匀涂布或固化收缩引起的裂纹，并且能够更有效抑制从导电性弹性层的渗出。
[动摩擦系数的测量]
充电构件层表面的动摩擦系数在对聚对苯二甲酸乙二酯(PET)片的测量中优选为不小于0.1且不大于0.3。动摩擦系数在该范围内时，与感光体鼓的追随性高，并且不可能出现滑移。因此，感光体鼓能够稳定地充电。图3示出用于测量动摩擦系数的设备。图3中，待测量的充电构件201与带202(厚度100μm，宽度30mm，长度180mm，用PET(商品名：Lumirror S10#100，由Toray Industries,Inc.制造)形成)以预定角度θ相接触。重物203设置在带202的一端，并且载荷计204设置在其另一端。载荷计204连接至记录器205。动摩擦系数通过以下等式确定，其中当 充电构件201在图3中示出的状态下沿预定方向和在预定速度下旋转时，通过载荷计204测量的力为F[克-力]，重物重量与带重量之和为W[克-力]。测量方法是根据欧拉带公式(Euler's belt formula)：
动摩擦系数=(1/θ)ln(F/W)
本发明中，W=100[克-力]，充电构件的转动速度为115rpm，测量环境为23℃/50%RH。
[电子照相设备和处理盒]
参照图2，将描述使用根据本发明的充电构件作为充电辊的电子照相设备和处理盒的示意构造。旋转鼓式电子照相感光构件(感光体)21为图像承载构件。将感光体21如附图中箭头所示顺时针在预定圆周速度(处理速度)下旋转和驱动。作为感光体21，例如，可以使用至少包括辊状导电性基体、基体上的含有无机感光材料或有机感光材料的感光层的已知感光体。感光体21可以进一步具有用于使感光体表面以预定的极性和电位充电的电荷注入层。
充电单元包括充电辊22，和将充电偏压(charge bias)施加至充电辊22的充电偏压施加电源(charge bias applying power supply)S2。将充电辊22与感光体21在预定加压压力下接触，并且沿相对于本实例感光体21的旋转的正方向旋转和驱动。将预定DC电压(在本实例中为-1050V)从充电偏压施加电源S2施加至充电辊22(DC充电方法)。因此，使感光体21的表面以预定的极性和电位(本实例中暗区电位为-500V)均匀充电。
对于曝光单元23，可以使用已知的单元。其适合的实例可以包括激光束扫描器。附图标记L表示曝光光。感光体21要充电的表面通过曝光单元23根据目标图像上的信息来曝光。因此，选择性地降低(削弱)感光体要充电表面的曝光亮部的电位(本 实例中亮区电位-150V)从而在感光体21上形成静电潜像。
对于反转显影单元，可以使用已知的单元。例如，本实例中的显影单元24包括配置在容纳调色剂的显影容器开口处并且承载和输送调色剂的调色剂承载体24a、搅拌容纳的调色剂的搅拌构件24b和调整通过调色剂承载体承载的调色剂的量(调色剂层的厚度)的调色剂调整构件24c。显影单元24将以与感光体21的带电极性相同的极性充电的调色剂(负调色剂)选择性施用至感光体21表面上的静电潜像的曝光亮部从而使静电潜像可视化为调色剂图像(本实例中显影偏压为-400V)。作为显影方法，可以使用已知的跳跃显影方法(jumping developing method)、接触显影方法和磁刷法。在输出彩色图像的电子照相设备中，优选使用能够改进调色剂飞散的接触显影方法。
对于转印辊25，可以使用通过用制备的弹性树脂层涂布金属导电性基体等以具有中值电阻值而形成的转印辊。转印辊25在预定的加压压力下与感光体21接触，并且沿相对于感光体21旋转的正方向以与感光体21的旋转圆周速度几乎相同的圆周速度旋转。从转印偏压施加电源S4施加具有与调色剂的带电极性相反的极性的转印电压。将转印材料P在预定的时刻从未示出的纸张供进给机构进给至感光体21和转印辊的接触部。转印材料P的背面通过施加转印电压的转印辊25以与调色剂的带电极性相反的极性带电。因此，在感光体21和转印辊的接触部中，将感光体21表面上的调色剂图像静电转印至转印材料P的表面上。
将具有转印的调色剂图像的转印材料P从感光体的表面分离，并且将其引导至未示出的调色剂图像定影单元从而使调色剂图像定影，并作为图像成形品输出。在双面图像形成模式和多图像形成模式的情况下，将图像成形品引入至未示出的再循环输送机构，并且再引入至转印单元。将感光体21上的残余物如转印残余调色剂通过清洁单元26如刮板从感光体回收。根据本发明的处理盒一体化支承感光体21和与感光体21接触配置的根据本发明的充电构件22，并且可拆卸地安装至电子照相设备的主体。
实施例
下文中，使用具体实施例，将更详细描述本发明。实施例中的"份"是指"质量份"。
(实施例1)
[1]导电性弹性层的形成和评价
表1
将表1中示出的组分通过6-L加压捏合机(所用设备：TD6-15 MDX，由Toshin Co.,Ltd.制造)在70体积％的填充率和叶片的转数为30rpm下混合24分钟，从而获得未硫化的橡胶组合物。向174质量份未硫化的橡胶组合物，添加4.5份作为硫化促进剂的二硫化四苄基秋兰姆[商品名：Sanceler TBzTD，由Sanshin Chemical Industry Co.,Ltd.制造]和1.2份作为硫化剂的硫磺。使用辊直径为12英寸的开放式辊轧机(open roll mill)，在前辊的转数为8rpm和后辊的转数为10rpm以及辊之间的间隔为2mm下进行沿水平方向的旋转(turning)共计20次。随后，在辊之间的间 隔为0.5mm下进行薄通(tight milling)10次，从而获得导电性弹性层用捏合产物I。
接着，制备直径为6mm和长度为252mm的圆柱形钢支承体(具有镀镍表面)。将在支承体上从圆柱面中央至沿轴向方向距离两侧为115.5mm的部分的区域(沿轴向宽度总计为231mm的区域)用包括金属和橡胶的热固性粘合剂(商品名：METALOCU-20，由Toyokagaku Kenkyusho,Co.,Ltd.制造)涂布。将热固性粘合剂在80℃的温度下干燥30分钟，并且在120℃的温度下进一步干燥1小时。
接着，使用十字头挤出机，将捏合产物I挤出至具有与基体同轴的粘合剂层的基体上成为具有外径8.75-8.90mm的圆筒状。将端部切断从而生产其中未硫化的导电性弹性层层压于基体外周上的导电性弹性辊。作为挤出机，使用具有圆筒直径为70mm和L/D=20的挤出机。对于在挤出期间温度的调节，头的温度为90℃，圆筒的温度为90℃和螺杆的温度为90℃。
接着，将辊使用具有其中一个区温度不同于另一个区温度的两个区的连续加热炉硫化。第一区设定在80℃的温度，并且将该辊在30分钟内通过第一区。第二区设定在160℃的温度，并且将该辊也在30分钟内通过第二区。因而，获得硫化的导电性弹性辊。
接着，将表面研磨之前的导电性弹性辊的导电性弹性层部分(橡胶部分)的两端切断以致沿导电性弹性层部分的轴向的宽度可以为232mm。随后，将导电性弹性层部分的表面通过旋转砂轮研磨(工件转数为333rpm，砂轮转数为2080rpm，研磨时间为12秒)。因此，获得具有端部直径为8.26mm和中央部直径为8.50mm的冠状的导电性弹性辊(表面研磨之后的导电性弹性辊)，其中表面的不平度十点高度(ten-point height of irregularities)(Rz)为5.5μm，偏心度(run-out)为18μm，硬度为73°(MD-1)。
不平度十点高度(Rz)根据JIS B0601(1994)来测量。偏心度使用由Mitutoyo Corporation制造的高精度激光测量设备LSM-430v来测量。具体地，使用该测量设备测量外径，并且将最大外径和最小外径之间的差定义为外径差的偏心度。在5个点处进行测量，并且将5个点的外径差的偏心度平均值定义为被测量物体的偏心度。
MD-1硬度在25℃/55%RH的测量环境中在以下条件下来测量：MD-1型硬度计(由Kobunshi Keiki Co.,Ltd.制造)的揿针(press needle)与被测量物体的表面接触并且施加1000g的载荷。
[2]缩合物的生产和评价
接着，合成表面层形成用处理剂。
(合成-1)
首先，将下表2中示出的组分混合，并在室温下搅拌30分钟。
表2
随后，使用油浴，在120℃下进行在回流下的加热20小时，从而获得缩合物中间体I。缩合物中间体I的理论固成分(如果所有可水解硅烷化合物均脱水缩合时的聚硅氧烷聚合产物基于溶液总重量的质量比)为28.0质量%。
(合成-2)
接着，向冷却至室温的缩合物中间体I：73.89g中，添加异丙氧基钛(下文中，称为Ti-1)(可水解钛化合物)[由Gelest,Inc.制造]：87.49g(0.324mol)和乙氧基钽(下文中，称为Ta-1)(可水解钽化合物)[由Gelest,Inc.制造]：19.80g(0.049mmol)，并且在室温下搅拌3小时，从而最终获得缩合物1。一系列搅拌在750rpm下进行。Si:Ti:Ta的摩尔比为30:60:10，(Ti+Ta)/Si=2.33。
[评价1]缩合物溶液的外观评价：
关于缩合物1，在当合成溶液时一个月之后的溶液外观根据以下标准来评价。结果示于表4。
A：在溶液放置1个月之后既没有发现浑浊也没有发现沉淀。
B：在2周左右之后稍微发现浑浊。
C：在1周左右之后稍微发现浑浊。
D：在合成时产生浑浊和沉淀。
[评价2]缩合物的化学结构的评价：
接着，使用29Si-NMR和13C-NMR测量，发现缩合物1具有由式(1)表示的结构[所用设备：JMN-EX400，由JEOL,Ltd.制造]。被测量样品的生产方法如下。
首先，作为光阳离子聚合引发剂，将通过甲醇稀释为10质量%的芳香族锍盐(商品名：ADEKA OPTOMER SP-150，由Adeka Corporation制造)0.7g添加至25g缩合物1。此外，向所得溶液中，添加乙醇和2-丁醇的混合液(乙醇:2-丁醇=1:1(质量比))，并且将其稀释以致理论固成分可以为7.0质量%。将缩合物1的稀释液通过旋涂施涂至厚度为100μm的铝片的脱脂表面上。作为旋涂机，使用1H-D7[由Mikasa Co.,Ltd.制造]。作为旋涂用条件，转数为300rpm，旋转时间为2秒。
将施涂至铝片表面的溶液的涂膜干燥，并且将涂膜用波长为254nm的紫外线照射以致累积光量可以为9000mJ/cm2。因此，使缩合物1交联，并且使涂膜固化。在用紫外线照射中，使用低压汞灯(由Harison Toshiba Lighting Corporation制造)。
将固化的涂膜从铝片分离，并且使用玛瑙研钵粉碎。将所得产物用作NMR用被测量样品。
通过29Si-NMR测量获得的谱图示于图4。图4还示出通过谱图的波形分离获得的峰。在-64ppm至-74ppm附近的峰表示T3组分。这里，T3组分示出其中具有一个与有机官能团的键的Si具有三个经由O的与其它原子的键(Si、Ti和Ta)的状态。从图4中，发现存在其中具有包含环氧基团的有机链的可水解硅烷化合物缩合并以-SiO3/2状态存在的种类。
通过13C-NMR测量获得的谱图示于图5。表明开环之前的环氧基团的峰出现在44ppm和51ppm附近，在开环聚合之后的峰出现在69ppm和72ppm附近。从图5中，发现环氧基团聚合而未进行开环的那些几乎不残存。从以上29Si-NMR和13C-NMR中，发现在固化膜内缩合物1具有由式(1)表示的结构。
[3]表面层的形成和评价
首先，将描述表面层形成用涂料的生产方法。作为光阳离子聚合引发剂，将通过甲醇稀释为10质量%的芳香族锍盐(商品名：ADEKA OPTOMER SP-150，由Adeka Corporation制造)0.7g添加至25g缩合物1。此外，向所得溶液中，添加乙醇和2-丁醇的混合液(乙醇:2-丁醇=1:1(质量比))，并且将其稀释以致固成分可以为3.0质量%。将其用作表面层形成用涂料1。
随后，使用涂料1，通过以下方法生产充电辊1。首先，将涂料1通过环涂布(排出量：0.120ml/s，环部的速度：85mm/s，总排出量：0.130ml)施涂至导电性弹性辊1(表面研磨之后)上的 导电性弹性层。将涂料1用波长为254nm的紫外线照射以致累积光量可以为9000mJ/cm2。因此，将涂料1的涂膜固化(通过交联反应固化)从而形成表面层。在用紫外线照射中，使用低压汞灯(由Harison Toshiba Lighting Corporation制造)。使用由此获得的充电辊1，进行以下[评价3]至[评价7]。
[评价3]对于充电辊的涂布性的评价：
目视观察充电辊表面的外观，并根据以下标准评价。评价结果示于表4。
A：充电辊的表面不具有涂布缺陷。
B：充电辊的表面部分具有涂布缺陷。
C：充电辊的表面整个具有涂布缺陷。
[评价4]动摩擦系数的评价：
使用图3中的测量设备，测量充电辊1的动摩擦系数。测量条件如上所述。评价结果示于表4。
[评价5]Si-O-Ti、Si-O-Ta和Ti-O-Ta键的确认：
随后，在充电辊层表面内Si-O-Ti、Si-O-Ta和Ti-O-Ta键的存在通过ESCA(所用设备：Quantum2000，由ULVAC-PHI,Inc.制造)证实。辊表面用X射线照射，并且评价在表面层内的键的状态。
从检测的O1谱图中，发现Si-O-Ti、Si-O-Ta和Ti-O-Ta键的存在。
[4]耐久试验
将充电辊安装在用于激光束打印机[商品名：LBP7200C，由Canon Inc.制造]的处理盒上，并且将其原样放置在高温高湿环境(温度40℃，相对湿度95%)下1个月。随后，将10000张图像在低温低湿环境(温度15℃/湿度10%RH)下输出。
[评价6]耐久试验之后输出图像的评价：
根据以下标准，评价第10000张输出图像。结果示于表4。输出的电子照相图像为4点大小的字母表字母"E"可以以打印率为1%形成于A4大小纸张上的图像。电子照相图像以间歇模式形成。具体地，每次当输出两张电子照相图像时，电子照相感光鼓旋转10秒而不输出电子照相图像。与连续的图像形成相比，即使输出的纸张数相同，以该间歇模式形成图像也具有大量的充电辊和电子照相感光鼓之间的摩擦。为此原因，这是用于充电辊表面的污物的更严格的评价条件。处理速度为115.5mm/s。
A：在图像上没有发现由通过充电辊表面上的污物引起的带电导致的横条纹。
B：在图像的端部3cm内稍微发现由通过充电辊表面上的污物引起的带电导致的横条纹。
C：在图像的端部5cm内稍微发现由通过充电辊表面上的污物引起的带电导致的横条纹。
D：在图像的端部5cm内发现由通过充电辊表面上的污物引起的带电导致的横条纹，并且条纹较大。
E：在充电辊的整个表面上发现由通过充电辊表面上的污物引起的带电导致的横条纹，并且条纹较大。具体地，发现由于白色细横条纹的带电不均匀。
[评价7]耐久试验之后辊的外观评价：
在打印10000张图像之后，将充电辊从处理盒取出，目视观察，并且表面上污物的程度根据以下标准评价。结果示于表4。
A：没有发现污物。
B：仅在辊端部发现轻微污物。
C：仅在辊端部发现污物。
D：在整个辊均发现污物。
(实施例2)-(实施例48)
作为可水解硅烷化合物、可水解钛化合物和可水解钽化合物，使用具有表5中示出的化学结构的那些。将这些组分、水和醇要共混的量改变为表3中示出的值。除那些之外，以与实施例1中相同的方式合成缩合物。此外，表面层形成用涂料以与实施例1中相同的方式制备，并且生产充电辊2-48。合成时的(Ti+Ta)/Si值示于表3-1和表3-2。以与实施例1中相同的方式进行的各评价结果示于表4。在各实施例中，如在实施例1中的情况下，发现由式(1)表示的结构和Si-O-Ti、Si-O-Ta和Ti-O-Ta键。各实施例具有在正重影(posi ghost)评价的[评价8]中的AA等级。
(比较例1)
除了缩合物的生产(合成1)中各组分以表6中的值共混，并且省略添加可水解钛化合物和可水解钽化合物的合成2以外，以与实施例1中相同的方式生产充电辊49。以与实施例1中相同的方式进行的各评价结果示于表6。
(比较例2)
将Ti-1、水和乙醇如表6中所示共混，并且将混合的溶液在室温下搅拌3小时。所得缩合物沉淀，并且不适于涂布液。因此，未生产出充电辊。
(比较例3)
将Ta-1、水和乙醇如表6中所示共混，并且将混合的溶液在室温下搅拌3小时。所得缩合物沉淀，并且不适于涂布液。因此，未生产出充电辊。
表3-1
表3-2
表4
表6
[附图标记列表]
101基体
102导电性弹性层 
103表面层
本申请要求2010年8月19日提交的日本专利申请2010-183984的优先权，在此将其以整体引入作为参考。

Claims (7)

1.一种充电构件，其包括基体、弹性层和表面层，其特征在于，
所述表面层包括具有由式(1)、(2)和(3)表示的结构单元并且具有Si-O-Ti键、Ti-O-Ta键和Si-O-Ta键的高分子化合物：
TiO4/2    式(2)
TaO5/2    式(3)
其中，R1和R2各自独立地表示式(4)-(7)的任一种：
其中，R3-R7、R10-R14、R19、R20、R25和R26各自独立地表示氢、具有1-4个碳原子的烷基、羟基、羧基或氨基；R8、R9、R15-R18、R23、R24和R29-R32各自独立地表示氢或具有1-4个碳原子的烷基；R21、R22、R27和R28各自独立地表示氢、具有1-4个碳原子的烷氧基或具有1-4个碳原子的烷基；n、m、l、q、s和t各自独立地表示不小于1且不大于8的整数，p和r各自独立地表示不小于4且不大于12的整数，以及x和y各自独立地表示0或1；*和**各自表示与所述式(1)中的硅原子和氧原子键合的位置。
2.根据权利要求1所述的充电构件，其中在所述高分子化合物中，所述式(1)中的R1和R2各自独立地表示任一种选自由式(8)-(11)表示的结构：
其中，N、M、L、Q、S和T各自独立地表示不小于1且不大于8的整数，以及x'和y'各自独立地表示0或1；*和**各自表示在所述式(1)中要键合的位置。
3.根据权利要求1所述的充电构件，其中在所述高分子化合物中，钛和钽的原子总数与硅原子数之比(Ti+Ta)/Si为不小于0.1且不大于5.0。
4.根据权利要求1所述的充电构件，其中所述高分子化合物是由式(12)、式(13)和式(14)表示的可水解化合物的缩合物的交联产物：
R33-Si(OR34)(OR35)(OR36)          式(12)
Ti(OR37)(OR38)(OR39)(OR40)        式(13)
Ta(OR41)(OR42)(OR43)(OR44)(OR45)   式(14)
其中，在所述式(12)中，R33表示式(15)-(18)的任一种，R34-R36各自独立地表示具有1-4个碳原子的烷基；在所述式(13)和(14)中，R37-R45各自独立地表示烃基或被氧和氮的至少任一种取代的烃基；烃基可以为直链的、支链的或环状的，并且具有不饱和键或不具有不饱和键：
其中，R46-R48、R51-R53、R58、R59、R64和R65各自独立地表示氢、具有1-4个碳原子的烷基、羟基、羧基或氨基；R49、R50、R54-R57、R62、R63和R68-R71各自独立地表示氢或具有1-4个碳原子的烷基；R60、R61、R66和R67各自独立地表示氢、具有1-4个碳原子的烷氧基或具有1-4个碳原子的烷基；n'、m'、l'、q'、s'和t'各自独立地表示不小于1且不大于8的整数，以及p'和r'各自独立地表示不小于4且不大于12的整数；*表示在所述式(12)中的硅原子键合的位置。
5.根据权利要求1所述的充电构件，其中所述高分子化合物是由式(12)、(13)和(14)表示的可水解化合物与由式(19)表示的可水解化合物的交联产物：
R33-Si(OR34)(OR35)(OR36)             式(12)
Ti(OR37)(OR38)(OR39)(OR40)           式(13)
Ta(OR41)(OR42)(OR43)(OR44)(OR45)      式(14)
其中，在所述式(12)中，R33表示式(15)-(18)的任一种，R34-R36各自独立地表示具有1-4个碳原子的烷基；在所述式(13)和(14)中，R37-R45各自独立地表示烃基或被氧和氮的至少任一种取代的烃基；烃基可以为直链的、支链的或环状的，并且具有不饱和键或不具有不饱和键：
其中，R46-R48、R51-R53、R58、R59、R64和R65各自独立地表示氢、具有1-4个碳原子的烷基、羟基、羧基或氨基；R49、R50、R54-R57、R62、R63和R68-R71各自独立地表示氢或具有1-4个碳原子的烷基；R60、R61、R66和R67各自独立地表示氢、具有1-4个碳原子的烷氧基或具有1-4个碳原子的烷基；n'、m'、l'、q'、s'和t'各自独立地表示不小于1且不大于8的整数，以及p'和r'各自独立地表示不小于4且不大于12的整数；*表示在所述式(12)中的硅原子键合的位置，
R72-Si(OR73)(OR74)(OR75)    式(19)
其中，R72表示具有1-21个碳原子的烷基或苯基，R73-R75各自独立地表示具有1-6个碳原子的烷基。
6.一种电子照相设备，其特征在于，其包括电子照相感光构件和与所述电子照相感光构件接触配置的根据权利要求1-5任一项所述的充电构件。
7.一种处理盒，其特征在于，其包括电子照相感光构件和与所述电子照相感光构件接触配置的根据权利要求1-5任一项所述的充电构件，所述处理盒可拆卸地安装至电子照相设备的主体。
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