CN103969987A - 充电辊 - Google Patents

Abstract

一种充电辊包括导电芯；设置在所述导电芯上的电阻性弹性层（resistive elastic layer）；以及设置在所述电阻性弹性层上的表面层。在大约10℃的环境温度和大约15%RH的湿度中，在所使用的图像形成装置的交流电压频率范围中测量到的所述电阻性弹性层的阻抗和所述表面层的阻抗满足：|ZE/(ZE+ZS)|≤0.81，其中，ZE是所述电阻性弹性层的阻抗，并且ZS是所述表面层的阻抗。

Description

充电辊

技术领域

本发明涉及充电辊。

背景技术

日本特开第2007-025647号公报中公开一种电子照相充电部件，该电子照相充电部件包括弹性层，该弹性层含有半导电性颗粒并且在20Hz的频率处其阻抗的绝对值是5×10⁵Ω或更大。

日本特开第2008-083404号公报中公开一种充电辊，该充电辊包括作为最外层的、具有3μm至12μm的十点平均表面粗糙度Rz的表面层。

发明内容

本发明的目的是提供一种抑制白斑以实现高图像质量和低功率消耗这两者的充电辊。

根据本发明的第一方面，提供了一种充电辊，该充电辊包括导电芯；设置在所述导电芯上的电阻性弹性层；以及设置在所述电阻性弹性层上的表面层。在大约10℃的环境温度和大约15%RH的湿度下，在所使用的图像形成装置的交流电压频率范围中测量到的所述电阻性弹性层的阻抗和所述表面层的阻抗满足：

|ZE/(ZE+ZS)|≤0.81

其中，ZE是所述电阻性弹性层的阻抗，并且ZS是所述表面层的阻抗。

根据本发明的第二方面，提供了一种充电辊，该充电辊包括导电芯；设置在所述导电芯上的电阻性弹性层；以及设置在所述电阻性弹性层上的表面层。在大约10℃的环境温度和大约15%RH的湿度处，在大约800Hz至大约3000Hz的交流电压频率范围中测量到的所述电阻性弹性层的阻抗和所述表面层的阻抗满足：

|ZE/(ZE+ZS)|≤0.81

其中，ZE是所述电阻性弹性层的阻抗，并且ZS是所述表面层的阻抗。

根据本发明的第三方面，所述电阻性弹性层和所述表面层沿根据第一方面或第二方面的充电辊的轴方向的每单位长度的电阻和电容满足：

RE≤6.0×10⁴Ω·m；

CE≥3.5×10^-10F/m；

RS≥3.6×10⁶Ω·m；以及

CS≤2.2×10^-9F/m，

其中，RE是所述电阻性弹性层的所述电阻，CE是所述电阻性弹性层的所述电容，RS是所述表面层的所述电阻，并且CS是所述表面层的所述电容。

根据第一方面的充电辊与不包括根据该方面的电阻性弹性层和表面层的充电辊相比，允许抑制白斑并且所使用的图像形成装置的功率消耗更低。

根据第二方面的充电辊与不包括根据该方面的电阻性弹性层和表面层的充电辊相比，允许抑制白斑并且所使用的图像形成装置的功率消耗更低。另外，根据该方面的充电辊由于可以用于包括低速装置和高速装置的综合性装置阵列，所以是经济的。

根据第三方面的充电辊与不包括根据该方面的电阻性弹性层和表面层的充电辊相比，允许抑制白斑并且所使用的图像形成装置的功率消耗更低。另外，可以根据基于阻抗的同一特性值来控制充电辊的电阻和表面结构。

附图说明

将基于以下附图对本发明的示例性实施方式进行详细说明，附图中：

图1是例示图像形成装置中的图像形成部的结构和功能的示意图；

图2是例示提供给充电辊的交流电流与感光鼓的表面电势之间的关系的曲线图，该曲线图示出了拐点电压；

图3例示用于测量阻抗的测量方案的示例；

图4例示充电辊的电阻R和电容C的等效电路模型；

图5例示基于阻抗测量值的柯尔-柯尔图（奈奎斯特图）的示例；

图6是描绘出所施加电压与响应电流之间的相位差相对于所施加电压的频率的曲线图；

图7A是例示在所施加电压的频率为1,306Hz处相位θ与白斑消失余量之间的关系的示例的曲线图；

图7B是例示在所施加电压的频率为1,306Hz处的阻抗比与白斑消失余量之间的关系的示例的曲线图；

图8A是示出用于示例1和示例2以及比较例1和比较例2的基本配方的表；

图8B是示出在示例1和示例2以及比较例1和比较例2中测量得的阻抗和确定的白斑消失余量的表；以及

图9是例示在示例1和示例2以及比较例1和比较例2中，在10℃的环境温度和15%RH的湿度处，在800Hz至3000Hz的交流电压频率的范围中测量到的阻抗的曲线图。

具体实施方式

现在将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式和具体示例，虽然这些示例性实施方式和具体示例不旨在限制本发明。

应当注意，以下描述中所使用的附图是示意性的，而不是按比例绘制，并且未示出除了例示所需要的那些部件之外的部件。

（1）充电辊和图像形成装置的结构和操作

（1.1）充电辊的整体结构

如图4所示，根据示例性实施方式的充电辊1包括导电芯2、设置在导电芯2上的电阻性弹性层3和设置在电阻性弹性层3上的表面层4。

充电辊1用于包括接触充电装置的图像形成装置。在10℃或大约10℃的环境温度、15%RH或大约15%RH的湿度中，在所使用的图像形成装置的交流电压频率范围中所测量到的电阻性弹性层3的阻抗和表面层4的阻抗满足|ZE/(ZE+ZS)|≤0.81，其中，ZE是电阻性弹性层3的阻抗，并且ZS是表面层4的阻抗。

（1.2）图像形成装置的整体结构

接触充电是这样一种充电类型：通过将诸如充电辊等的导电充电部件与感光鼓直接接触，来对充当图像承载体的感光鼓进行充电。接触充电几乎不产生臭氧和氮氧化物，并且具有包括环境友好性、节省空间、低成本和高电源效率的各种优点。接触充电广泛用于电子照相图像形成装置。

图1是例示包括根据本示例性实施方式的充电辊1的图像形成装置100中的图像形成部的功能的示意图。图像形成部包括控制装置10、感光鼓21、曝光装置LH、显影装置30和一次转印辊42。

如图1所示，充电辊1可旋转地与感光鼓21接触设置。清洁辊23与充电辊1相对设置并且与充电辊1接触。曝光装置LH的曝光位置被设置在充电辊1的下游。显影辊32在该曝光位置的下游与感光鼓21相对设置。在显影辊32的下游，一次转印辊42与感光鼓21相对设置，中间转印带41被保持在一次转印辊42与感光鼓21之间，形成转印部。在转印部的下游且充电辊1的上游，清洁刮刀24与感光鼓21以接触的方式弹性设置。

控制装置10包括对图像形成装置100的操作进行控制的控制器11、由控制器11控制的图像处理器12、和电源装置13。电源装置13向充电辊1施加直流电压和交流电压的叠加电压，并且还向诸如显影辊32、一次转印辊42和二次转印辊43等的其它组件施加所需要的电压。

图像处理器12将从外部信息发送装置（诸如个人计算机）接收到的打印信息转换为用于形成潜像的图像信息，并且在预定定时向曝光装置LH输出驱动信号。本示例性实施方式中使用的曝光装置LH包括具有LED线性阵列的发光二极管（LED）头。

（1.3）图像形成部的操作

在用充电辊1进行接触充电时，用于充电的直流电压（Vdc）和交流电压（Vac）的叠加电压被施加到充电辊1。

因为电流将只流经阻抗低的感光鼓21，所以仅直流电压（Vdc）无法均匀地对充电辊1进行充电。另外，如果感光鼓21的表面被局部污染，则可能无法对被污染部进行充电。因此，施加直流电压（Vdc）与交流电压（Vac）的叠加电压，以对感光鼓21的表面进行充电。

如果直流电压（Vdc）与交流电压（Vac）的特定叠加电压施加于与旋转感光鼓21接触设置的充电辊1，则即使交流电压（峰到峰，Vpp）增加到特定水平之上，感光鼓21的表面电势也不上升到特定电压（拐点电压）之上（饱和电流Iac0，参见图2）。

实际上，使交流电流增加到比饱和电流（Iac0）更高的交流电流（Iac1），以确保高图像质量并允许环境变化。如果交流电流（Iac1）过高，则感光鼓21磨损。如果交流电流（Iac1）过低，则充电辊1无法被均匀充电，并且具体地，当在低温、低湿度环境中形成图像时，往往会出现诸如白斑等的图像缺陷。

为了抑制白斑，通常将交流电流（Iac1）设置为比拐点电流（Iac0）高了一定程度的水平。随着交流电压（Vpp）的振幅从拐点电流（Iac0）逐渐增大，出现更少的白斑，并且这些白斑最终消失。从拐点电流（Iac0）到白斑消失时的交流电流（Iac1）的范围被称为白斑消失余量。

还通常在制造期间对充电辊1的表面进行抛光，使得表面层4具有3μm至12μm的十点平均表面粗糙度Rz，以抑制因表面层4表面中的凸部与凹部之间的高度差而引起的局部异常放电，由此抑制诸如白斑等的图像缺陷。

如果表面层4具有小于3μm的十点平均表面粗糙度Rz，则诸如色调剂和外部添加剂等的杂质可能附着到表面层4。如果表面层4具有大于12μm的十点平均表面粗糙度Rz，则色调剂和纸粉容易沉积在表面层4表面的凹部中，并且由于表面层4表面中凸部与凹部之间大的高度差，也会引起局部异常放电。这阻碍了均匀充电，由此导致诸如白斑等的图像缺陷。

如果表面层4具有低的十点平均表面粗糙度Rz，则也可能出现极小的白斑，并且需要更高的电流来抑制这样的白斑。由此，如果表面层4具有低于下限的十点平均表面粗糙度Rz，则需要极高的电流，这引起相当大的放电噪声。

充电辊1可以具有10⁵Ω·cm至10¹⁰Ω·cm的体电阻率。任何更高的体电阻率都将导致不充分放电而引起的图像缺陷。

关于上述问题的研究已经显示出如果当在10℃或大约10℃的环境温度、15%RH或大约15%RH的湿度中，在所使用的图像形成装置的交流电压频率范围中测量阻抗时，电阻性弹性层3和表面层4的阻抗之比的绝对值落入特定范围中，则可以抑制白斑的产生，同时抑制感光鼓31的磨损。

具体地，如果在10℃或大约10℃的环境温度、15%RH或大约15%RH的湿度中，在所使用的图像形成装置的交流电压频率800至3,000Hz或大约800至大约3000Hz的范围中测量到的电阻性弹性层3的阻抗以及表面层4的阻抗满足|ZE/(ZE+ZS)|≤0.81，其中，ZE是电阻性弹性层3的阻抗，并且ZS是表面层4的阻抗，则可以抑制白斑的产生，同时抑制感光鼓31的磨损。

具体地，如果电阻性弹性层3和表面层4的电阻和电容满足RE≤6.0×10⁴Ω·m、CE≥3.5×10^-10F/m、RS≥3.6×10⁶Ω·m并且CS≤2.2×10^-9F/m（其中RE是电阻性弹性层3每单位长度的电阻，CE是电阻性弹性层3每单位长度的电容，RS是表面层4沿充电辊1的轴方向的每单位长度的电阻，并且CS是表面层4沿充电辊1的轴方向的每单位长度的电容），则可以抑制白斑的产生，同时抑制感光鼓31的磨损。

（2）阻抗的测量和计算

（2.1）用于测量阻抗的方法

图3例示用于测量阻抗的测量方案的示例。现在将参照附图描述用于测量充电辊1的电阻性弹性层3的阻抗ZE和表面层4的阻抗ZS的方法。

使用能够在0.1Hz至1MHz的范围上进行测量的测量装置，诸如阻抗分析器或频率分析器，来测量阻抗。例如，可以使用Solartron1260型阻抗分析器。

在与所使用的图像形成装置同等条件下，使充电辊1接触直径为30mm并且表面粗糙度Rmax为1.6μm或更小的铝管（金属导体）并且使充电辊1挤压铝管（一侧上的挤压力是5N）。充电辊1在阻抗测量期间处于静止。

具体地，通过在10℃或大约10℃的温度并且15%RH或大约15%RH的湿度的环境中，在1MHz至10mHz的频率范围上从较高频率起施加1Vpp的交流电压，来测量阻抗。

如图4所示，充电辊1的层结构近似于其中各层彼此串联连接并且各层由并联连接的电阻R和电容C组成的等效电路模型。因为附着层不影响电气特性，所以附着层不被包括在内；如果附着层影响电气特性，则附着层可以被包括在内。

如图5所示，阻抗测量给出在各频率处的实阻抗Re[Z(ω)]和虚阻抗Im[Z(ω)]。利用Re[Z(ω)]和Im[Z(ω)]，由称为柯尔-柯尔（Cole-Cole）方法的方法来确定充电辊1的RC常数。对于电阻R和电容C并联连接的等效电路，画出圆心位于Re[Z(ω)]轴上并且直径是电阻R的半圆形曲线。该技术允许非破坏地测量充电辊1的RC常数。

使用可从Solartron公司购买的ZView2分析软件的Instant Fit（即时拟合）功能，可以执行拟合。

配方变化和各层测量的结果表明电阻性弹性层3比表面层4具有更高的固有频率。可以根据柯尔-柯尔图（奈奎斯特图）中的针对各个频率范围的半圆来确定各层的RC常数。

结果，得到电阻性弹性层3的电阻RE和电容CE以及表面层4的电阻RS和电容CS。时间常数τ₀是各层的电阻和电容的乘积。固有频率f₀是τ₀的倒数除以2π。

测得的表面层4的阻抗不仅包含由表面层4的材料的电阻和电容构成的阻抗，还包括表面层结构（凸部与凹部）中以及充电辊1与铝管之间的楔形间隙中的空气层的阻抗。

因此，因为阻抗不仅受表面层结构的影响，还受其它因素（包括充电辊1沿轴方向的王冠形状及其咬合面积（咬合力））的影响，所以期望在接近所使用的图像形成装置的实际使用的状态下测量阻抗。

在低温、低湿度环境中，更有可能出现白斑。为了控制充电辊1的特性值，在10℃或大约10℃的温度、15%RH或大约15%RH的湿度的环境中执行测量。

利用氯醇橡胶的半导电性的充电辊1通常是依赖于环境的。具体地，充电辊1具有的问题在于在低温环境中，放电特性随着电阻增大而变化。充电辊1的放电特性与基于氯醇橡胶的电阻性弹性层3的电阻特性紧密相关。

例如，在利用充电辊1进行接触充电时，如上所述，直流电压（Vdc）和交流电压（Vac）的叠加电压被施加到充电辊1。基于处理速度、条纹可见性以及电源容量的经济效率，确定所施加的频率，使得每当感光鼓21沿圆周方向前进1mm（线对），出现五次或六次放电。然而，根据充电辊1的电阻和电容与所施加频率之间的关系，可能出现相位延迟。

已经发现，如果存在大的相位延迟，则需要增大交流电流（Iac1），以确保足够的白斑消失余量，并且需要更高的功率，以抑制白斑。

相位超前表示在上述等效电路模型中，与电阻R相比，交流电流更容易流过电容C，而相位滞后表示电流更容易流过电阻R。

由此，当存在大的相位延迟时，出现因电阻引起的功率损失，这导致更多的白斑。

（2.2）阻抗的计算

阻抗由两个参数表示：施加电压（1Vpp）对于响应电流的振幅比和施加电压（1Vpp）与响应电流之间的相位差。可以根据相对于施加电压（1Vpp)的频率标绘的施加电压与响应电流之间的相位差来确定使相位θ最大的频率。

如图6所示，在高频率范围和低频率范围中具有两个固有频率的充电辊1的相位中，在高频率范围和低频率范围中存在两个相位峰值（低频率侧接近相位0°，该相位0°在本文中被称为“峰值”）。由此，相同相位出现在不同频率。如果相位θ用作特性值，则白斑消失余量被不唯一地确定。

因此，阻抗比被定义为特性值，其可以被唯一控制以定量并唯一代表相对于整个充电辊1的阻抗、由阻抗ZE（阻抗ZE是电阻性弹性层3的电阻RE和电容CE的组合）和阻抗ZS（阻抗ZS是表面层4的电阻RS和电容CS的组合）引起的损耗度。

分开计算电阻性弹性层3的阻抗ZE和表面层4的阻抗ZS。各阻抗由R/(1+jωRC)（其中，j是虚数单位）表示，并且阻抗比由ZE/(ZE+ZS)的绝对值表示。

即，阻抗比是施加电压的频率范围中出现的损耗阻抗除以整个充电辊1的阻抗。

图7A是例示在1306Hz的施加电压频率处相位θ与白斑消失余量之间的关系的示图。图7B是例示在1306Hz的施加电压频率处阻抗比与白斑消失余量之间的关系的示图。

图7A中在1306Hz的施加电压频率处相位θ与白斑消失余量之间的关系示出因为在宽范围中存在与相同相位对应的不同白斑消失余量，所以相位θ不适于作为用于控制充电辊1的属性的特性值。

图7B中在1306Hz的施加电压频率处相位比与白斑消失余量之间的关系示出因为仅在有限范围中存在与相同阻抗比对应的不同白斑消失余量，所以作为用于控制充电辊1的属性的特性值，阻抗比是高度唯一的。

（3）充电辊的整体结构

现在将更详细地描述根据本示例性实施方式的充电辊1的组件，诸如导电芯2、电阻性弹性层3和表面层4。

（3.1）导电芯

充电辊1的导电芯2可以由诸如易切钢或不锈钢等的材料制成。根据例如可滑动性来选择所使用的材料和表面处理方法。利用诸如电镀等的普通表面处理技术可以使非导电材料导电，或者可以在没有进行表面处理的情况下使用非导电材料。

因为在适当的咬合压力（一侧上的挤压力为5N）下导电芯2与感光鼓21接触（电阻性弹性层3在导电芯2与感光鼓21之间），所以用于导电芯2的材料可以具有在咬合期间不会弯曲的足够强度，或者相对于轴长度提供足够刚性的轴直径。

（3.2）附着层

电阻性弹性层3可以形成在导电芯2周围，附着层在电阻性弹性层3与导电芯2之间。用于形成附着层的粘合剂的示例包括，但不限于，橡胶和诸如聚烯烃类树脂、氯化橡胶、丙烯酸类树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、丁腈橡胶、氯乙烯树脂、乙酸乙烯酯树脂、聚酯树脂、酚醛树脂和硅酮树脂等的树脂以及诸如硅烷偶联剂等的粘合剂。

附着层可以由单一粘合剂的层组成或者由多层不同的粘合剂组成。附着层可以含有例如，诸如导电科琴黑和乙炔黑等的炭黑粉末；各种导电金属与合金，诸如铝、铜、镍、铬和钛；各种导电金属氧化物，诸如氧化锡、氧化铟、氧化钛、氧化锡-氧化锑固体溶液和氧化锡-氧化铟固溶体；以及表面被处理以具有导电性的绝缘材料。附着层的厚度优选地，但不限于，5μm至100μm，更优选地，10μm至50μm。

（3.3）电阻性弹性层

充电辊1的电阻性弹性层（还被称为“弹性层”）3可以由例如诸如橡胶等的弹性材料和用于调整电阻性弹性层3的电阻的导电体（诸如炭黑或离子导电体）的混合物来制成。该混合物可以选择性地含有通常被添加到橡胶中的其它添加剂。该其它添加剂的示例包括软化剂、增塑剂、固化剂、硫化剂、硫化促进剂、抗氧化剂和诸如硅石和碳酸钙等的填充剂。

通过向导电芯2的周面涂敷含有通常被添加到橡胶的添加剂的混合物，形成电阻性弹性层3。例如，用于调整电阻的导电体可以是电性传导作为电荷载流子的电子和离子中的至少一种的材料（诸如添加到基质的炭黑或颗粒导体）的分散物。弹性材料可以是泡沫体。

用于电阻性弹性层3的弹性材料通过例如在橡胶中分散导电体来制备。橡胶的示例包括：异戊二烯橡胶、氯丁二烯橡胶、表氯醇橡胶、丁基橡胶、聚氨酯橡胶、硅橡胶、氟化橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、丁二烯橡胶、腈橡胶、乙烯-丙烯橡胶、表氯醇-环氧乙烷共聚物橡胶、表氯醇-环氧乙烷-烯丙基缩水甘油醚共聚物橡胶、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物橡胶（EPDM）、丙烯腈-丁二烯共聚物橡胶、自然橡胶及其共混物。橡胶的典型示例包括硅橡胶、乙烯-丙烯橡胶、表氯醇-环氧乙烷共聚物橡胶、表氯醇-环氧乙烷-烯丙基缩水甘油醚共聚物橡胶、丙烯腈-丁二烯共聚物橡胶及其共混物。

这些橡胶可以是发泡或不发泡的。

例如，电阻性弹性层3中含有的导电体是电子导电体或离子导电体。

电子导电体的示例包括诸如科琴黑和乙炔黑等的炭黑的粉末；各种导电金属与合金，诸如铝、铜、镍、铬和钛；各种导电金属氧化物，诸如氧化锡、氧化铟、氧化钛、氧化锡-氧化锑固溶体和氧化锡-氧化铟固溶体；以及表面被处理以具有导电性的绝缘材料。

离子导电体的示例包括四乙铵和十二烷基三甲铵的高氯酸盐和氯酸盐以及碱金属（诸如锂）和碱土金属（诸如镁）的高氯酸盐和氯酸盐。

这些导电体可以单独使用或组合使用。导电体的添加量可以是，但不限于，对于电子导电体，每100质量份的橡胶添加1至60质量份的导电体，而对于离子导电体，每100质量份的橡胶添加0.1至5.0质量份的导电体。

（3.5）表面层

表面层4可以由粘结剂树脂制成，其中分散有导电颗粒或半导电颗粒以控制其电阻。表面层4可以具有10³Ω·cm至10¹⁴Ω·cm的电阻率，优选地为10⁵Ω·cm至10¹²Ω·cm，甚至更优选地为10⁷Ω·cm到10¹⁰Ω·cm。表面层4可以具有0.01μm至1,000μm的厚度，优选地为0.1μm至500μm，甚至更优选地为0.5μm至100μm。

粘结剂树脂的示例包括丙烯酸树脂、纤维素树脂、聚酰亚胺树脂、甲氧基甲基化尼龙、乙氧基甲基化尼龙、聚氨酯树脂、聚碳酸酯树脂、诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）等的聚酯树脂、诸如聚乙烯等的聚烯烃树脂、聚乙烯树脂、聚芳酯树脂、聚噻吩树脂、诸如全氟烷氧基共聚物（PFA）和氟化乙烯-丙烯共聚物（FEP）等的氟化树脂、苯乙烯-丁二烯树脂、三聚氰胺树脂、环氧树脂、尿烷树脂、硅树脂和尿素树脂。

导电颗粒或半导电颗粒的示例包括针对电阻性弹性层3所例示的炭黑、金属和金属氧化物以及提供离子导电性的离子化合物，诸如四价铵盐。这些材料可以单独使用或作为混合物使用。

可选地，可以添加一种或更多种添加剂，这些添加剂包括抗氧化剂，诸如受阻酚和受阻胺；无机填充剂，诸如黏土、瓷土、滑石、硅石和矾土；有机填充剂，诸如氟化树脂和硅树脂的细粉；以及润滑剂，诸如硅油。其它可选添加剂包括流平剂、表面活性剂和电荷控制剂。

可以利用相关技术中所使用的技术形成表面层4，这些技术诸如刮涂、迈尔棒涂布、喷涂、浸渍涂布、液珠涂布、沟槽涂布、气刀刮涂或淋涂。

示例

由以下示例和比较例进一步例示本发明，虽然这些示例不旨在限制本发明。

充电辊的制造

图8A示出用于示例1和示例2以及比较例1和比较例2的基本配方。

在12英寸的双辊磨机中将图8A所示的聚合物（表氯醇橡胶）粉碎三分钟。粉碎之后，在双辊磨机工作期间，将聚合物与炭黑、碳酸钙和离子导电体逐渐混合，最后与硫化剂和硫化促进剂混合。将混合物揉捏五分钟，以制备电阻性弹性层3的生橡胶。

此后，利用注射成型机将生橡胶注入到模具中，保持三分钟，然后从模具脱模。

所使用的模具是内直径为14.5mm的、用于注射成型的圆筒模具。导电芯2设置在圆筒模具中，利用加热器将该圆筒模具维持在170℃±5℃。

使用往复研磨机将成型后的橡胶精加工为外直径12mm，以获得弹性辊。弹性辊的根据JIS B0601（1982）的十点平均表面粗糙度Rz是6μm。弹性辊的外直径在其中央部比在其端部大了大约55μm（王冠形状）。

将精加工后的弹性辊浸在用于形成表面层4的溶液中；该溶液是通过相对于用于形成表面层4的导电溶液中的每100质量份的固体成分按照图8A所示的量加入平均粒径为5μm的尼龙颗粒作为填充剂而制备的。然后，以预定速度拉动弹性辊，以形成用于形成平均厚度为9μm的表面层4的溶液涂层。

使涂层干燥并进行烘烤，以形成表面层。利用抛光机对表面层进行抛光，以在表面层表面中的凸部形成平滑部。由此，制造各个充电辊1。

阻抗比的测量

利用图3所示的测量方案，测试示例1和示例2以及比较例1和比较例2的充电辊1的电阻性弹性层3的阻抗ZE和表面层4的阻抗ZS。

使用Solartron1260型阻抗分析器来测量阻抗。用在一侧上5N的挤压力使充电辊1接触直径为30mm并且表面粗糙度Rmax为1.6μm或更小的铝管（金属导电体）并且挤压上述铝管。充电辊1在阻抗测量期间处于静止。

具体地，通过在10℃的温度、15%RH的湿度的环境中，在1MHz至10mHz的频率范围上从较高频率起施加1Vpp的交流电压，来测量阻抗。

白斑消失余量的评估

示例1和示例2以及比较例1和比较例2的充电辊1与图像形成装置100的充电装置一起使用，以确定白斑消失余量。

如上所述，白斑消失余量是从拐点电流（Iac0）到白斑消失时的交流电流（Iac1）的范围，即，白斑消失时的交流电流（Iac1）相对于拐点电流（Iac0）的大小。随着交流电流（Iac1）变小，充电辊1可以在更小的交流电流下使用。结果是抑制了感光鼓21的磨损并且降低了图像形成装置100的功率消耗。

图8B示出在示例1和示例2以及比较例1和比较例2中测量的阻抗和确定的白斑消失余量。

在示例1和示例2中，阻抗比在宽频率范围上，即，800Hz至3000Hz，不超过0.81。

在比较例1和比较例2中，阻抗比在800Hz至3000Hz的整个频率范围上超过0.81。

因此，在频率为1703Hz的交流电压（Vac）施加于图像形成装置100（处理速度：300mm/sec）时所确定的白斑消失余量在示例1中是17%，在示例2中是11%，在比较例1中是25%，而在比较例2中是23%。

在频率为2794Hz的交流电压（Vac）施加于图像形成装置100（处理速度：500mm/sec）时所确定的白斑消失余量在示例1中是19%，在比较例1中是25%，而在比较例2中是23%（在示例2中未进行测量）。

由此，如果在10C或大约10℃的环境温度并且15%RH或大约15%RH的湿度下，在所使用的图像形成装置的800Hz至3000Hz或大约800Hz至大约3000Hz的交流电压频率范围中测量到的阻抗比满足|ZE/(ZE+ZS)|≤0.81，则可以提供白斑消失余量缩小的充电辊1。

示例1的充电辊1在阻抗比和白斑消失余量这两方面比示例2的充电辊优越。示例2的表面层4的十点平均表面粗糙度Rz（Rz=9.4μm）大于示例1中表面层4的十点平均表面粗糙度Rz（Rz=4.8μm）。例如，示例2的充电辊1适用于抑制感光鼓磨损比诸如颗粒度的图像质量具有更高优先级的图像形成装置。

期望的是，充电辊1可应用于包括低速装置和高速装置的宽范围装置，并且需要更高的图像质量和更低的功率消耗。

因此，阻抗比被定义为可以唯一受控的特性值。如果在10℃或大约10℃的环境温度和15%RH或大约15%RH的湿度下，在所使用的图像形成装置的800Hz至3000Hz或大约800Hz至大约3,000Hz的交流电压频率范围中测量到的电阻性弹性层3的阻抗和表面层4的阻抗满足|ZE/(ZE+ZS)|≤0.81，其中，ZE是电阻性弹性层3的阻抗，并且ZS是表面层4的阻抗，则可以提供允许在抑制感光鼓21的磨损的同时抑制白斑的充电辊1。

如果加上感光鼓21的阻抗，则所产生的阻抗比的绝对值低于仅充电辊1的阻抗比的绝对值。在这种情况下，阻抗比被定义为|ZE/(ZE+ZS+ZC)|，其中，ZC是感光鼓21的阻抗（包括底涂层的阻抗）。由此，可以使用上述值。

如果加上感光鼓21的阻抗，则相位峰值朝向更高的频率移动，并且组合不会对特性值的控制有负面影响。由此，可以根据仅充电辊1的测量得的阻抗来控制充电辊1的属性。

充电辊1和感光鼓21在与图像形成装置100一起使用时随时间磨损。然而，因为充电辊1的磨损量小于感光鼓21的磨损量，所以与初始阻抗比相比，阻抗比不随时间增大，并且白斑消失余量减小。

用作特性值的阻抗比是在使用图像形成装置100的环境中测量的，即，在10℃或大约10℃的温度、15%RH或大约15%RH的湿度。例如，在正常环境（在20℃的温度、50%RH的湿度）和高温、高湿环境（28℃的温度、85%RH的湿度）中，电阻性弹性层3的电阻RE趋向于更低，因此，阻抗比更低。由此，即使使用图像形成装置100的环境变化，也不会产生问题。

对本发明的示例性实施方式的上述说明是为了例示和说明的目的而提供的。并非旨在对本发明进行穷尽或者将本发明限于所公开的精确形式。明显地，对于本领域的普通技术人员来说，很多修改例和变型例都是显而易见的。选择了这些实施方式进行说明以最好地解释本发明的原理及其实际应用，以使本领域技术人员能够理解本发明的各种实施方式，以及适合于所设想的具体用途的各种变型。本发明的范围旨在由所附权利要求及其等同物来限定。

Claims (3)

1.一种充电辊，该充电辊包括：

导电芯；

设置在所述导电芯上的电阻性弹性层；以及

设置在所述电阻性弹性层上的表面层，

其中，在大约10℃的环境温度、大约15%RH的湿度中，在所使用的图像形成装置的交流电压频率范围中测量到的所述电阻性弹性层的阻抗和所述表面层的阻抗满足：

|ZE/(ZE+ZS)|≤0.81

其中，ZE是所述电阻性弹性层的阻抗，并且ZS是所述表面层的阻抗。

2.一种充电辊，该充电辊包括：

导电芯；

设置在所述导电芯上的电阻性弹性层；以及

设置在所述电阻性弹性层上的表面层，

其中，在大约10℃的环境温度、大约15%RH的湿度中，在大约800Hz至大约3000Hz的交流电压频率范围中测量到的所述电阻性弹性层的阻抗和所述表面层的阻抗满足：

|ZE/(ZE+ZS)|≤0.81

其中，ZE是所述电阻性弹性层的阻抗，并且ZS是所述表面层的阻抗。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的充电辊，其中，所述电阻性弹性层和所述表面层沿轴方向的每单位长度的电阻和电容满足：

RE≤6.0×10⁴Ω·m；

CE≥3.5×10^-10F/m；

RS≥3.6×10⁶Ω·m；以及

CS≤2.2×10^-9F/m，

其中，RE是所述电阻性弹性层的电阻，CE是所述电阻性弹性层的电容，RS是所述表面层的电阻，并且CS是所述表面层的电容。