JP2014153455A - 帯電ロール - Google Patents

Abstract

【課題】白点の発生を抑制して高画質化と低電力を両立することができる帯電ロールを提供する。
【解決手段】導電性芯体と、前記導電性芯体上に形成された抵抗弾性層と表面層と、を有し、前記抵抗弾性層のインピーダンスと前記表面層のインピーダンスを、環境温度１０℃湿度１５％ＲＨにおいて、用いられる画像形成装置の交流電圧周波数の範囲において測定したとき、｜ＺＥ／（ＺＥ＋ＺＳ）｜≦０．８１である。ここで前記抵抗弾性層のインピーダンスをＺＥ、前記表面層のインピーダンスをＺＳとする。
【選択図】図９

Description

本発明は、帯電ロールに関する。

半導性粒子を含有し、かつ、周波数２０Ｈｚにおけるインピーダンスの絶対値が５×１０^５Ω以上である弾性体層を有する電子写真用帯電部材が知られている（特許文献１）。
最外面に、十点平均表面粗さＲｚが３〜１２μｍの表面層を持たせた帯電ロールも知られている（特許文献２）。

特開２００７−０２５６４７号公報 特開２００８−０８３４０４号公報

本発明は、白点の発生を抑制して高画質化と低電力を両立することができる帯電ロールを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、請求項１記載の帯電ロールは、
導電性芯体と、
前記導電性芯体上に形成された抵抗弾性層と表面層と、を有し、
前記抵抗弾性層のインピーダンスと前記表面層のインピーダンスを、環境温度１０℃湿度１５％ＲＨにおいて、用いられる画像形成装置の交流電圧周波数の範囲において測定したとき、
｜ＺＥ／（ＺＥ＋ＺＳ）｜≦０．８１である、
ことを特徴とする。
ここで前記抵抗弾性層のインピーダンスをＺＥ、前記表面層のインピーダンスをＺＳとする。

前記課題を解決するために、請求項２記載の帯電ロールは、
導電性芯体と、
前記導電性芯体上に形成された前記抵抗弾性層と前記表面層と、を有し、
前記抵抗弾性層のインピーダンスと前記表面層のインピーダンスを、環境温度１０℃湿度１５％ＲＨにおいて８００〜３０００Ｈｚまでの範囲の交流電圧で測定したとき、
｜ＺＥ／（ＺＥ＋ＺＳ）｜≦０．８１である、
ことを特徴とする。
ここで前記抵抗弾性層のインピーダンスをＺＥ、前記表面層のインピーダンスをＺＳとする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の帯電ロールにおいて、
前記抵抗弾性層と前記表面層の帯電ロール軸方向単位長さ当たりの抵抗と静電容量が、
ＲＥ≦６．０×１０^４Ω・ｍ、ＣＥ≧３．５×１０^−１０Ｆ／ｍ、ＲＳ≧３．６×１０^６Ω・ｍ、ＣＳ≦２．２×１０^−９Ｆ／ｍ、である、
ことを特徴とする。
ここで前記抵抗弾性層の抵抗をＲＥ、前記抵抗弾性層の静電容量をＣＥ、前記表面層の抵抗をＲＳ、前記表面層の静電容量をＣＳとする。

請求項１に係る発明によれば、本構成の抵抗弾性層及び表面層を有しない帯電ロールに比して、用いられる画像形成装置の低電力を達成しつつ白点の発生を抑制することができる。
請求項２に係る発明によれば、本構成の抵抗弾性層及び表面層を有しない帯電ロールに比して、用いられる画像形成装置の低電力を達成しつつ白点の発生を抑制しつつ、一種類の帯電ロールで低速機から高速機まで装置ラインナップを網羅することができ経済的である。
請求項３に係る発明によれば、本構成の抵抗弾性層及び表面層を有しない帯電ロールに比して、用いられる画像形成装置の低電力を達成しつつ白点の発生を抑制することができる帯電ロールの抵抗と表面構造をインピーダンスによる同一の特性値で管理することができる。

画像形成装置１００における作像部の構成と機能を説明するための模式図である。 帯電ロールに供給する交流電流値と感光体ドラムの表面電位との関係を示す図であり肩電圧を示す図である。 インピーダンスを測定する計測構成の一例を示す図である。 帯電ロール１の抵抗Ｒと静電容量Ｃによる等価回路モデルを示す図である。 インピーダンス測定に基づくＣｏｌｅ−Ｃｏｌｅプロット（ナイキスト線図）の一例を示す図である。 印加電圧の周波数に対する印加電圧−応答電流間の位相差をプロットしたグラフの一例を示す図である。 （ａ）は印加電圧の周波数１３０６Ｈｚにおける位相θと白点消失マージンの関係の一例を示す図、（ｂ）は印加電圧の周波数１３０６Ｈｚにおけるインピーダンス比と白点消失マージンの関係の一例を示す図である。 （ａ）は実施例１、実施例２、比較例１、比較例２のそれぞれについての基本配合を示す図、（ｂ）はそれぞれのインピーダンス測定結果及び確認された白点消失マージンを示す図である。 実施例１、実施例２、比較例１、比較例２のそれぞれについて環境温度１０℃湿度１５％ＲＨにおいて８００〜３０００Ｈｚまでの範囲の交流電圧で測定したインピーダンス測定結果を示す図である。

次に図面を参照しながら、以下に実施形態及び具体例を挙げ、本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態及び具体例に限定されるものではない。
また、以下の図面を使用した説明において、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。

（１）帯電ロール及び画像形成装置の構成と動作
（１．１）帯電ロールの全体構成
本実施形態に係る帯電ロール１は、導電性芯体２と、導電性芯体２の外周に形成された抵抗弾性層３と、抵抗弾性層３の外周に形成された表面層４とを備える。
そして、抵抗弾性層３のインピーダンスと表面層４のインピーダンスを、環境温度１０℃湿度１５％ＲＨにおいて、用いられる画像形成装置の交流電圧周波数の範囲において測定したとき、
｜ＺＥ／（ＺＥ＋ＺＳ）｜≦０．８１であり、接触帯電方式の帯電装置を有する画像形成装置に用いられる。
ここで抵抗弾性層３のインピーダンスをＺＥ、表面層４のインピーダンスをＺＳとする。

（１．１）画像形成装置の全体構成
導電性の帯電部材である帯電ロール等を像保持体としての感光体ドラムに直接接触させて感光体ドラムの帯電を行う接触帯電方式は、オゾンや窒素酸化物等の発生が大幅に少なく、環境面、スペース、コスト面、電源効率等で優位であるために、電子写真方式を利用した画像形成装置に多く用いられている。

図１は、本実施形態に係る帯電ロール１が用いられる画像形成装置１００における作像部の機能を説明するための模式図である。作像部は、制御装置１０、感光体ユニット２０、露光装置ＬＨ、現像装置３０、転写装置４０等から構成される。

図１に示すように、感光体ドラム２１には、帯電ロール１が回転可能に接触して配置され、帯電ロール１にはクリーニングロール２３が対向・接触して配置されている。帯電ロール１の下流側には、露光装置ＬＨの露光位置が設定され、その下流側には、現像ロール３２が対向して配置されている。現像ロール３２の下流側には、一次転写ロール４２が中間転写ベルト４１を挟んで接触配置され転写部を形成している。転写部の下流側で帯電ロール１の上流側にはクリーニングブレード２４が弾力的に接触している。

制御装置１０は、画像形成装置１００の動作を制御するコントロール１１と、コントロール１１により作動を制御される画像処理部１２、電源装置１３等を有する。電源装置１３は、帯電ロール１に直流電圧と交流電圧とが重畳された重畳電圧を印加するほか、現像ロール３２、一次転写ロール４２、二次転写ロール４３等に必要な電圧を印加する。

画像処理部１２は、外部の情報送信装置（例えばパーソナルコンピュータ等）から入力された印刷情報を潜像形成用の画像情報に変換して予め設定されたタイミングで、駆動信号を露光装置ＬＨに出力する。本実施形態の露光装置ＬＨは、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）が線状に配置されたＬＥＤヘッドにより構成されている。

（１．２）作像部の作用
帯電ロール１を用いた接触帯電方式においては、帯電ロール１に帯電のための直流電圧（Ｖｄｃ）と交流電圧（Ｖａｃ）とが重畳された重畳電圧が印加される。
直流電圧（Ｖｄｃ）の印加だけでは、感光体ドラム２１上の抵抗の低いところにだけ電流が流れるため均一に帯電することができない。また、感光体ドラム２１表面が局所的に汚れると、その部分だけ帯電しなくなるという問題が生じる。そのため、直流電圧（Ｖｄｃ）と交流電圧（Ｖａｃ）とが重畳された重畳電圧を印加して、感光体ドラム２１表面を帯電させている。

また、回転駆動される感光体ドラム２１に対して接触配置された帯電ロール１に所定の直流電圧（Ｖｄｃ）と交流電圧（Ｖａｃ）とが重畳された重畳電圧が印加されると、交流電圧（ピーク・トウ・ピーク：Ｖｐｐ）を一定値以上印加しても、感光体ドラム２１の表面電位は、ある電圧（肩電圧）以上には上がらない（飽和電流値Ｉａｃ０：図２参照）。

実際には、画質的観点や環境変動に対応するため飽和電流値（Ｉａｃ０）に対して交流電流を増加した交流電流値（Ｉａｃ１）に設定されるが、交流電流値（Ｉａｃ１）が大きすぎると感光体ドラム２１が磨耗するという不具合が生じる。逆に小さすぎると、帯電の均一性が保てなくなり、特に低温低湿環境下において画像形成したときに白点等の画像欠損が発生しやすくなる。

白点を抑制するためには交流電流値（Ｉａｃ１）を肩電流値（Ｉａｃ０）に対して一定程度高く設定して用いるのが一般的であり、肩電流値（Ｉａｃ０）から徐々に交流電圧の振幅（ピーク・トウ・ピーク：Ｖｐｐ）を増加させると白点は減少していき、やがて消失する。そして、肩電流値（Ｉａｃ０）から白点が消滅する交流電流値（Ｉａｃ１）までの範囲を白点消失マージンと定義する。

また、帯電ロール１は、その製作過程において表面が研磨加工され、表面層４の十点平均表面粗さＲｚを３〜１２μｍの範囲に設定することによって、凹凸の高低差による局所的な異常放電を抑制し白点等の画像欠損を軽減することも行われている。
十点平均表面粗さＲｚが３μｍ未満であると、トナーや外添剤などの異物が付着する虞があり、十点平均表面粗さＲｚが１２μｍよりも大きい場合には、凹凸部分にトナー及び紙粉等が溜まり易くなり、また、凹凸の高低差が大きいことによって局所的に異常放電が発生し、均一帯電が妨げられ、白点等の画像欠損が生じてしまう。

一方、表面層４の十点平均表面粗さＲｚが小さい条件の場合にも微細な白点が発生することはあり、さらにこれを抑制するためには電流増加が必要であった。そのために表面層４の十点平均表面粗さＲｚが下限を下回るときには過大な電流が必要となり、放電音が増大するという問題もあった。

また、帯電ロール１としての体積抵抗値は１０^５〜１０^１０Ω・ｃｍの範囲にあることが好ましく、体積抵抗値がこの範囲より高くなると帯電量の不足により画質欠陥が生じる。

上記課題を検討した結果、抵抗弾性層３のインピーダンスと表面層４のインピーダンスを、環境温度１０℃湿度１５％ＲＨにおいて、用いられる画像形成装置の交流電圧周波数の範囲において測定し、各インピーダンス値の比の絶対値が特定の範囲内にあるときに、感光体ドラム２１の摩耗を抑制しながら白点の発生が抑制されることが明らかとなった。
具体的には、抵抗弾性層３のインピーダンスをＺＥ、表面層４のインピーダンスをＺＳとするときに、環境温度１０℃湿度１５％ＲＨにおいて、用いられる画像形成装置の交流電圧周波数８００〜３０００Ｈｚまでの範囲で測定し、｜ＺＥ／（ＺＥ＋ＺＳ）｜≦０．８１の範囲内にあるときに、感光体ドラム３１の摩耗を抑制しながら白点の発生を抑制することができる。

また、抵抗弾性層３の単位長さ当たりの抵抗をＲＥ、静電容量をＣＥ、表面層４の帯電ロール軸方向単位長さ当たりの抵抗をＲＳ、静電容量をＣＳとしたときに、ＲＥ≦６．０×１０^４Ω・ｍ、ＣＥ≧３．５×１０^−１０Ｆ／ｍ、ＲＳ≧３．６×１０^６Ω・ｍ、ＣＳ≦２．２×１０^−９Ｆ／ｍの範囲内にあるときに、感光体ドラム２１の摩耗を抑制しながら白点の発生を抑制することができる。

（２）インピーダンスの測定と算出
（２．１）インピーダンスの測定方法
図３はインピーダンスを測定する計測構成の一例を示す図である。以下、図面を参照しながら帯電ロール１の抵抗弾性層３のインピーダンスＺＥ、表面層４のインピーダンスＺＳの測定方法について説明する。
インピーダンスの測定には、計測装置として０．１Ｈｚ〜１ＭＨｚを計測できるもので、インピーダンスアナライザ、周波数解析装置等、例えばＳｏｌａｒｔｒｏｎ社製１２６０を用いる。

インピーダンスの測定はφ３０ｍｍの表面粗さＲｍａｘ１．６μｍ以下のアルミ製素管（金属導電体）に帯電ロール１を、用いられる画像形成装置と同等の条件で接触・押圧（押圧力としてそれぞれ片側５Ｎ）させ、静止状態で計測する。
具体的には、温度１０℃、湿度１５ＲＨ％の環境下で、１Ｖｐ−ｐの交流電圧を周波数１ＭＨｚから１０ｍＨｚまでの範囲で高周波側から印加して、インピーダンスを測定する。

図４に示すように、帯電ロール１はその層構造に応じ、各層ごとの抵抗Ｒと静電容量Ｃが並列接続し、これを層数で直列接続した等価回路モデルで近似できる。尚、接着層は電気特性に影響しないので除外するが、影響する場合は加えることもできる。

図５に示すように、インピーダンス計測ではそれぞれの周波数における実部インピーダンスＲｅ［Ｚ（ω）］、虚部インピーダンスＩｍ［Ｚ（ω）］が得られ、Ｒｅ［Ｚ（ω）］−Ｉｍ［Ｚ（ω）］でｃｏｌｅ−ｃｏｌｅ法と呼ばれる定数特定法により、抵抗Ｒと静電容量Ｃが並列接続している等価回路の場合、Ｒｅ［Ｚ（ω）］軸上に中心を有し、そのＲ値を直径とした半円上のカーブを描き、帯電ロール１のＲＣ定数を非破壊で測定できる。
フィッティングはＳｏｌａｒｔｒｏｎ社製解析ソフトウェアＺＶｉｅｗ２のＩｎｓｔａｎｔ
Ｆｉｔ機能を使用して実施できる。

処方変更や単層計測での結果から，抵抗弾性層３の固有周波数は，表面層４の固有周波数よりも高い値となっており，Ｃｏｌｅ−Ｃｏｌｅプロット（ナイキスト線図）による周波数帯域別の半円形状からそれぞれのＲＣ定数が特定できる。
その結果、抵抗弾性層３の抵抗ＲＥ、静電容量ＣＥ、表面層４の抵抗ＲＳ、静電容量ＣＳが得られる。各々のＲＣを乗じた値が時定数τ_０であり，τ_０の逆数を２πで除した値が固有周波数ｆ_０となる。

尚、計測される表面層４のインピーダンスは，表層材料からなる抵抗と静電容量からなるインピーダンスに加え，表層構造（凹凸）や帯電ロール１とアルミ素管間のクサビ状の隙間による空気層によるインピーダンスが含まれている。
従って、表層構造に加え，帯電ロール１の軸方向クラウン形状，ニップ面積（ニップ力）等の要因が影響するためにインピーダンスの計測は用いられる画像形成装置での実使用に近い状態での測定が望ましい。

又、白点は低温低湿環境で発生しやすく、その帯電ロール１の物性値を管理するために計測環境は温度１０℃、湿度１５ＲＨ％の環境下にて行う。
一般にエピクロルヒドリンゴムの半導電性を利用した帯電ロール１は環境依存性があり、特に低温環境でその抵抗が大きくなることにより放電特性が変化するという課題があった。帯電ロール１の放電特性は、このエピクロルヒドリンゴムを主体とした抵抗弾性層３の抵抗特性に強い関連性がある。

例えば、帯電ロール１を用いた接触帯電においては、上述のように直流電圧（Ｖｄｃ）と交流電圧（Ｖａｃ）とが重畳された重畳電圧が印加され、プロセススピードと筋状のムラの視認性と電源容量の経済性をもとに感光体ドラム２１の周方向の進行距離１ｍｍ当たりの放電回数（ラインペア）として、５回ないし６回の放電がなされる印加周波数とされるが、帯電ロール１の抵抗と静電容量と印加周波数との関係で位相が進みにくい状況が発生する。

そして、位相遅れが大きいときには、白点消失マージンを確保するために交流電流値（Ｉａｃ１）を大きく設定することが必要であり，白点を抑制するために多くの電力を要していることが判明した。
ここで、位相が進むということは上述の等価回路モデルにおいて、交流を印加することで、電流が抵抗成分Ｒよりも静電容量成分Ｃを通りやすい状況であることを意味しており、位相が遅れということは、電流が抵抗成分Ｒを通り易いことを意味している。
すなわち、位相遅れが大きいときには、抵抗による電力損失が発生しており、白点悪化の原因となっている。

（２．２）インピーダンスの算出
インピーダンスは印加電圧（１Ｖｐ−ｐ）に対する応答電流の振幅比と、印加電圧（１Ｖｐ−ｐ）と応答電流の位相の２つのパラメータで表現され、印加電圧（１Ｖｐ−ｐ）の周波数に対する印加電圧−応答電流間の位相から、位相θが極大になる周波数を求められる。
一方、図６に示すように，高周波帯域と低周波帯域で２つの固有周波数を有する帯電ロール１の位相においては、低周波帯域と高周波帯域に２つの位相ピークが存在する（低周波側は位相０ｄｅｇに漸近し、これをピークと称している）。そのために、同じ位相値が複数の周波数に現れることになり、位相θを特性値とした場合には白点消失マージンが一意に決定されないことになる。

そこで一意的に管理できる特性値としてインピーダンス比を定義することにより、帯電ロール１全体に対する抵抗弾性層３の抵抗ＲＥと抵抗弾性層３の静電容量ＣＥによる合成抵抗であるインピーダンスＺＥと、表面層４の抵抗ＲＳと表面層４の静電容量ＣＳによる合成抵抗であるインピーダンスＺＳとによる損失度合いが定量的かつ一意に表される。

インピーダンスは抵抗弾性層３のインピーダンスＺＥと表面層４のインピーダンスＺＳごとに算出し、それぞれのインピーダンスはＲ／（１＋ｊωＲＣ）で表され（ｊは虚数単位）、インピーダンス比はＺＥ／（ＺＥ＋ＺＳ）の絶対値で表される。
すなわち、インピーダンス比は、印加電圧の周波数内で発生する損失インピーダンスを、帯電ロール１全体を表わすインピーダンスで除した値として構成される。

図７（ａ）は印加電圧の周波数１３０６Ｈｚにおける位相θと白点消失マージンの関係を示す図、図７（ｂ）は印加電圧の周波数１３０６Ｈｚにおけるインピーダンス比と白点消失マージンの関係を示す図である。
図７（ａ）の印加電圧の周波数１３０６Ｈｚにおける位相θと白点消失マージンの関係によれば、同じ位相値に対して、複数の白点消失マージンが存在する範囲が広く帯電ロール１の管理に用いる特性値としては適切ではない。
図７（ｂ）は印加電圧の周波数１３０６Ｈｚにおけるインピーダンス比と白点消失マージンの関係によれば、同じインピーダンス比に対して、複数の白点消失マージンが存在する場合が少なく帯電ロール１の管理に用いる特性値として一意性が高い。

（３）帯電ロールの全体構成
以下、本実施形態に係る帯電ロール１の導電性芯体２、抵抗弾性層３、表面層４等についてより詳細に説明する。

（３．１）導電性芯体
帯電ロール１の導電性芯体２の材質としては、快削鋼、ステンレス鋼等が使用され、摺動性等の用途に応じて、材質および表面処理方法は適時選択され、導電性を有さない材質についてはメッキ処理等一般的な処理により加工されて導電化処理が行われてもよく、そのまま使用してもよい。
また、抵抗弾性層３を介して感光体ドラム２１と適度なニップ圧力（押圧力としてそれぞれ片側５Ｎ）で接触するため、ニップ時に撓みのない強度を持った材質またはシャフト長に対して十分剛性をもったシャフト径が選択されることが好ましい。

（３．２）接着層
導電性芯体２の外周には、接着層を介して、抵抗弾性層３を形成してもよい。接着層を形成する接着剤としては、ポリオレフィン系、塩素ゴム系、アクリル系、エポキシ系、ポリウレタン系、ニトリルゴム系、塩化ビニル系、酢酸ビニル系、ポリエステル系、フェノール系、シリコン系のゴムや樹脂やシランカップリング剤等の接着剤を用いればよく、特に制限はない。

接着層は、接着剤単独使用による１層構成のほか、複数の接着剤の組み合わせによる複数層構成でもよい。接着層には導電性付与ケッチェンブラック、アセチレンブラック等のカーボンブラック、アルミニウム、銅、ニッケル、クロム、チタニウム等の各種導電性金属または合金、酸化スズ、酸化インジウム、酸化チタン、酸化スズ−酸化アンチモン固溶体、酸化スズ−酸化インジウム固溶体等の各種導電性金属酸化物、絶縁物質の表面を導電化処理したもの等の粉末を添加してもよい。接着層の厚みは特に限定はしないが、５μｍ以上１００μｍ以下の範囲が好ましく、１０μｍ以上５０μｍ以下の範囲がより好ましい。

（３．３）抵抗弾性層
帯電ロール１の抵抗弾性層（弾性層という場合もある）３を構成する材料としては、例えば、弾性を有するゴム等の弾性材、抵抗弾性層３の抵抗を調整するカーボンブラックやイオン導電剤等の導電剤の他に、必要に応じて軟化剤、可塑剤、硬化剤、加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤、シリカおよび炭酸カルシウム等の充填剤等、通常ゴムに添加され得る材料を加えてもよい。
抵抗弾性層３は、通常ゴムに添加される材料を添加した混合物を、導電性芯体２の周面に被覆することにより形成される。抵抗値の調整を目的とした導電剤として、マトリックス材に配合されるカーボンブラックやイオン導電剤のような、電子およびイオンのうち少なくとも１つを電荷キャリアとして電気伝導する材料を分散したもの等を用いてもよい。また、上記弾性材は発泡体であってもかまわない。

抵抗弾性層３を構成する弾性材としては、例えばゴム材中に導電剤を分散させることによって形成される。ゴム材としては、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、エピクロルヒドリンゴム、ブチルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、エピクロルヒドリン−エチレンオキシド共重合ゴム、エピクロルヒドリン−エチレンオキシド−アリルグリシジルエーテル共重合ゴム、エチレン−プロピレン−ジエン３元共重合ゴム（ＥＰＤＭ）、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、天然ゴム等、およびこれらのブレンドゴムが挙げられる。中でも、シリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム、エピクロルヒドリン−エチレンオキシド共重合ゴム、エピクロルヒドリン−エチレンオキシド−アリルグリシジルエーテル共重合ゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴムおよびこれらのブレンドゴム等が挙げられる。
これらのゴム材は発泡したものであっても無発泡のものであってもよい。

抵抗弾性層３に含まれる導電剤としては、電子導電剤やイオン導電剤等が用いられる。
電子導電剤の例としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック等のカーボンブラック、アルミニウム、銅、ニッケル、クロム、チタニウム等の各種導電性金属または合金、酸化スズ、酸化インジウム、酸化チタン、酸化スズ−酸化アンチモン固溶体、酸化スズ−酸化インジウム固溶体等の各種導電性金属酸化物、絶縁物質の表面を導電化処理したもの等の粉末を挙げることができる。
また、イオン導電剤の例としては、テトラエチルアンモニウム、ラウリルトリメチルアンモニウム等の過塩素酸塩、塩素酸塩等、リチウム、マグネシウム等のアルカリ金属、アルカリ土類金属の過塩素酸塩、塩素酸塩等が挙げられる。

これらの導電剤は、単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。また、その添加量は特に制限はないが、上記電子導電剤の場合は、ゴム材１００質量部に対して、１質量部以上６０質量部以下の範囲であることが好ましく、一方、上記イオン導電剤の場合は、ゴム材１００質量部に対して、０．１質量部以上５．０質量部以下の範囲であることが好ましい。

（３．５）表面層
表面層４の材質としては結着樹脂に導電性粒子あるいは半導電性粒子を分散し、その抵抗を制御したもので、抵抗率としては１０^３〜１０^１４Ωｃｍ、好ましくは１０^５〜１０^１２Ωｃｍ、さらに好ましくは１０^７〜１０^１０Ωｃｍがよい。また膜厚としては０．０１〜１０００μｍ、好ましくは０．１〜５００μｍ、さらに好ましくは０．５〜１００μｍがよい。
結着樹脂としてはアクリル樹脂、セルロース樹脂、ポリアミド樹脂、メトキシメチル化ナイロン、エトキシメチル化ナイロン、ポリウレタン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリビニル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリチオフェン樹脂、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＰＥＴ等のポリオレフィン樹脂、スチレンブタジエン樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、尿素樹脂等が用いられる。

導電性粒子あるいは半導電性粒子としては抵抗弾性層３と同様のカーボンブラック、金属、金属酸化物や、イオン導電性を発現する第４級アンモニウム塩等のイオン性化合物等の１種または２種以上が混合される。
また、必要に応じてヒンダードフェノール、ヒンダードアミン等の酸化防止剤、クレー、カオリン、タルク、シリカ、アルミナ等の無機充填剤や、フッ素樹脂やシリコン樹脂の微粉等の有機充填材や、シリコンオイル等の潤滑剤等を、１種または２種以上を添加することができる。更に、必要に応じてレベリング剤、界面活性剤、帯電制御剤等が添加される。

表面層４の形成方法としては、ブレードコーティング法、マイヤーバーコーティング法、スプレーコーティング法、浸漬コーティング法、ビードコーティング法、エアーナイフコーティング法、カーテンコーティング法等、従来の方法を用いることができる

以下、実施例及び比較例に基づき本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

「帯電ロールの作製」
図８（ａ）に実施例１、実施例２、比較例１、比較例２のそれぞれについての基本配合を示す。
図８（ａ）に示すポリマ（エピクロルヒドリンゴム）を１２インチオープンロールで３分間素練りを行った後、オープンロール回転中にカーボンブラック、炭酸カルシウム、イオン導電剤を徐々に添加し、最後に加硫剤と加硫促進剤を混入させた後、５分間混錬を行い抵抗弾性層３の生ゴムを作成した。
その後、上記生ゴムを射出成形機にて金型内に注入し、３分間保持した後、金型から脱型した。
尚、金型は、φ１４．５ｍｍの内径を持つ射出成形用の円筒金型を用い、ヒータによって１７０℃±５℃に保たれている状態であり、その中に導電性芯体２をセットした。
ロール成形後は、トラバース研削盤を用いて外径をφ１２ｍｍに仕上げて、弾性ロールを得た。そのときの表面粗さは、ＪＩＳ
Ｂ０６０１（１９８２）に規定された十点平均粗さＲｚで６μｍであり、端部に比べて中央部の外径は、５５μｍ程度大きな状態に仕上げた（クラウン形状）。

次に、表面層４の材料導電液中の固形分１００質量部に対して、フィラとして平均粒径Φ５μｍのナイロン粒子を図８（ａ）に示す質量部入れて作成された表面層形成用液に、外径を研削仕上げした弾性ロールを浸漬させたのち、一定速度で引き上げ平均膜厚９μｍの表面層形成用液をディップコートした。
そして、表面層形成用液を乾燥・焼成して表面層の凹凸部の凸部に平滑部を形成するために、研磨機で表面層形成弾性ロールの表面を研磨して、それぞれの帯電ロール１を得た。

「インピーダンス比の測定」
作成した実施例１、実施例２、比較例１、比較例２のそれぞれの帯電ロール１を、図３に示す計測構成で、抵抗弾性層３のインピーダンスＺＥ、表面層４のインピーダンスＺＳの測定を行った。
インピーダンスの測定には、インピーダンスアナライザとしてＳｏｌａｒｔｒｏｎ社製１２６０を用い、φ３０ｍｍの表面粗さＲｍａｘ１．６μｍ以下のアルミ製素管（金属導電体）に帯電ロール１を、押圧力としてそれぞれ片側５Ｎで接触・押圧させ、静止状態で計測した。
具体的には、温度１０℃、湿度１５ＲＨ％の環境下で、１Ｖｐ−ｐの交流電圧を周波数１ＭＨｚから１０ｍＨｚまでの範囲で高周波側から印加して、インピーダンスを測定した。

「白点消失マージンの評価」
作成した実施例１、実施例２、比較例１、比較例２のそれぞれの帯電ロール１を、画像形成装置１００の帯電装置に用いて白点消失マージンの確認を行った。
白点消失マージンは、上述のように肩電流値（Ｉａｃ０）から白点が消滅する交流電流値（Ｉａｃ１）までの範囲、すなわち白点が消滅する交流電流値（Ｉａｃ１）の肩電流値（Ｉａｃ０）に対する大きさであり、この交流電流値（Ｉａｃ１）が小さい程、低い交流電流値で使用することができ、感光体ドラム２１の摩耗を抑制し、画像形成装置１００の低電力化を図ることができる。

図８（ｂ）に、作成した実施例１、実施例２、比較例１、比較例２のそれぞれのインピーダンス測定結果及び確認された白点消失マージンを示す。
実施例１、実施例２においては、８００〜３０００Ｈｚの広範囲な周波数帯域においてインピーダンス比が０．８１以下であった。
一方、比較例１、比較例２は、８００〜３０００Ｈｚの全ての周波数帯域においてインピーダンス比が０．８１以下にはならなかった。

その結果、周波数１７０３Ｈｚの交流電圧（Ｖａｃ）が印加された画像形成装置１００（プロセススピード３００ｍｍ／ｓｅｃ）において、確認された白点消失マージンは実施例１が１７％、実施例２が１１％、比較例１が２５％、比較例２が２３％であった。
また、周波数２７９４Ｈｚの交流電圧（Ｖａｃ）が印加された画像形成装置１００（プロセススピード５００ｍｍ／ｓｅｃ）において、確認された白点消失マージンは実施例１が１９％、比較例１が２５％、比較例２が２３％であった。（実施例２は非測定）
すなわち、環境温度１０℃湿度１５％ＲＨにおいて、用いられる画像形成装置の交流電圧周波数８００〜３０００Ｈｚまでの範囲で測定したとき、｜ＺＥ／（ＺＥ＋ＺＳ）｜≦０．８１の範囲内にあるときに、白点消失マージンを軽減できる帯電ロール１を得ることができた。
尚、インピーダンス比と白点消失マージンともに実施例２は実施例１より優れているが、表面層４の十点平均表面粗さＲｚが実施例２（Ｒｚ９．４μｍ）は実施例１（Ｒｚ４．８μｍ）よりも大きく、例えば粒状性等の画質よりも感光体摩耗削減を優先する画像形成装置においては好適である。

帯電ロール１は１種類で低速機から高速機まで広範囲に適用できることが望ましく、さらにより高画質、低電力が要求されている。
そのために、一義的に管理できる特性値としてインピーダンス比を定義して、抵抗弾性層３のインピーダンスをＺＥ、表面層４のインピーダンスをＺＳとするときに、環境温度１０℃湿度１５％ＲＨにおいて、用いられる画像形成装置の交流電圧周波数８００〜３０００Ｈｚまでの範囲で測定したとき、｜ＺＥ／（ＺＥ＋ＺＳ）｜≦０．８１の範囲内にあるときに、感光体ドラム２１の摩耗を抑制しながら白点の発生を抑制することができる帯電ロール１を提供することができる。

尚、感光体ドラム２１のインピーダンスを加算するとインピーダンス比の絶対値は，帯電ロール１単体より小さい値になる。従って、感光体ドラム２１のインピーダンスをＺＣとすると（下引層のインピーダンスを含む）、インピーダンス比は、｜ＺＥ／（ＺＥ＋ＺＳ＋ＺＣ）｜と定義され、その値を使用することで足りる。
感光体ドラム２１のインピーダンスが加わることで位相ピーク位置もより高周波帯域側に移動し、特性値管理上組合せで悪化することはない。従って、帯電ロール１は帯電ロール単体でのインピーダンス測定値で管理すればよい。

また帯電ロール１や感光体ドラム２１は画像形成装置１００で使用されると、経時的に摩耗していくが、帯電ロール１の摩耗量が感光体ドラム２１の摩耗量よりも小さいために、初期状態に比較して経時状態においてもインピーダンス比が増大することはなく、白点消失マージンは良化する。
また、用いられる画像形成装置１００の使用環境である温度１０℃湿度１５％ＲＨにおいて得られたインピーダンス比を特性値としているために、例えば通常環境（温度２０℃湿度５０％ＲＨ）や高温・高湿環境（温度２８℃湿度８５％ＲＨ）では抵抗弾性層３の抵抗ＲＥがより低下する傾向にあり、インピーダンス比もより低下する。従って、画像形成装置１００の使用環境の変動においても問題ない。

以上、本発明に係る実施形態を詳述したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で種々の変更を行うことが可能である。

１・・・帯電ロール
２・・・導電性芯体
３・・・抵抗弾性層
４・・・表面層
１０・・・制御装置
１１・・・コントローラ
１２・・・画像処理部
１３・・・電源装置
２０・・・感光体ユニット
２１・・・感光体ドラム
２３・・・クリーニングロール
２４・・・クリーニングブレード
３０・・・現像装置
３２・・・現像ロール
４０・・・転写装置
４１・・・中間転写ベルト
４２・・・一次転写ロール
１００・・・画像形成装置

Claims (3)

1. 導電性芯体と、
   前記導電性芯体上に形成された抵抗弾性層と表面層と、を有し、
   前記抵抗弾性層のインピーダンスと前記表面層のインピーダンスを、環境温度１０℃湿度１５％ＲＨにおいて、用いられる画像形成装置の交流電圧周波数の範囲において測定したとき、
   ｜ＺＥ／（ＺＥ＋ＺＳ）｜≦０．８１である、
   ことを特徴とする帯電ロール。
   ここで前記抵抗弾性層のインピーダンスをＺＥ、前記表面層のインピーダンスをＺＳとする。
2. 導電性芯体と、
   前記導電性芯体上に形成された前記抵抗弾性層と前記表面層と、を有し、
   前記抵抗弾性層のインピーダンスと前記表面層のインピーダンスを、環境温度１０℃湿度１５％ＲＨにおいて８００〜３０００Ｈｚまでの範囲の交流電圧で測定したとき、
   ｜ＺＥ／（ＺＥ＋ＺＳ）｜≦０．８１である、
   ことを特徴とする帯電ロール。
   ここで前記抵抗弾性層のインピーダンスをＺＥ、前記表面層のインピーダンスをＺＳとする。
3. 前記抵抗弾性層と前記表面層の軸方向単位長さ当たりの抵抗と静電容量が、
   ＲＥ≦６．０×１０４Ω・ｍ、ＣＥ≧３．５×１０−１０Ｆ／ｍ、ＲＳ≧３．６×１０６Ω・ｍ、ＣＳ≦２．２×１０−９Ｆ／ｍ、である、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の帯電ロール。
   ここで前記抵抗弾性層の抵抗をＲＥ、前記抵抗弾性層の静電容量をＣＥ、前記表面層の抵抗をＲＳ、前記表面層の静電容量をＣＳとする。

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