JP2019197164A - 帯電ローラ、カートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】長期間に亘って画像品位を維持可能な帯電ローラ、並びに帯電ローラを備えたカートリッジ及び画像形成装置を提供する。【解決手段】帯電ローラ（３）は、支持体（３０）と、弾性層（３１）と、表層（３２）とを有する。表層は、粒子（Ｐ１，Ｐ２）が分散された樹脂材料（３５）で形成される。粒子の平均粒径が２μｍ以上１５μｍ以下であり、樹脂材料の平均膜厚が２０μｍ以下である。帯電ローラの表面の面粗さに関する突出山部高さＳｐｋ［μｍ］、突出谷部深さＳｖｋ［μｍ］、及びコア部レベル差Ｓｋ［μｍ］が、４≦Ｓｐｋ＋Ｓｋ≦８かつ０．５≦Ｓｖｋ≦１の関係を満たす。【選択図】図２

Description

本発明は、電子写真プロセスにおいて像担持体を帯電させる帯電ローラ、並びに帯電ローラを備えたカートリッジ及び画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置において像担持体を帯電させる帯電装置としては、像担持体に接触させた帯電ローラに電圧を印加する接触帯電方式が広く普及している。このような帯電ローラは、表面を滑らかにすることで、画質低下につながる異常放電を低減可能であることが知られている。その一方で、帯電ローラの平滑度が高すぎると、像担持体に付着しているトナー等の汚れ物質と帯電ローラとの接触面積が増え、汚れ物質が帯電ローラに付着するフィルミング現象が発生しやすくなり、結果として帯電ローラの寿命が短くなる場合がある。

従来、帯電ローラに適度な表面粗さを持たせることで、異常放電を許容レベル以下に抑えつつ帯電ローラの耐用期間を延ばす技術が知られている。特許文献１には、帯電ロールの表面粗さが２〜１５μｍであって、帯電ロール表面の高さの度数分布において、最頻値未満の度数の総和と最頻値以上の度数の総和とが所定の割合となるように構成された帯電ロールが記載されている。この文献が指定する表面粗さとは、ＪＩＳ Ｂ０６０１（１９９４）で規定されていた十点平均粗さ（Ｒｚｊｉｓ）のことである。この文献によれば、表面粗さをこのような値に設定することで、感光ドラムから帯電ロールの凸部へのトナー粒子の転移が抑制され、フィルミングの発生が低減される。

特開２０１０−９６２６７号公報

近年、像担持体として用いられる感光ドラムの耐久性が向上したことに伴って、帯電ローラも長期間に亘って性能を維持することが求められている。発明者らの検討によると、帯電ローラの耐用期間を延ばそうとすると、トナーの付着により生じるフィルミング（トナーフィルミング）以外にも、トナー粒子より小さな粒子の付着により生じるフィルミングが課題となることが判明した。トナー粒子より小さな粒子の典型例は、現像剤に添加される外添剤である。

トナー粒子から脱落した外添剤が帯電ローラに付着することによるフィルミング（外添剤フィルミング）が発生すると、典型的にはハーフトーン画像中に濃度の濃いスジ状の画像欠陥が発生する。しかしながら、発明者らが検討したところ、上記文献に記載の構成では、外添剤フィルミングによる画像欠陥を効果的に低減することができなかった。

そこで、本発明は、長期間に亘って画像品位を維持可能な帯電ローラ、並びに帯電ローラを備えたカートリッジ及び画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、像担持体の表面を帯電させる帯電ローラであって、支持体と、前記支持体より外周側に設けられた弾性層と、前記弾性層より外周側に設けられ、帯電ローラの表面を構成する表層と、を有し、前記表層は、粒子が分散された樹脂材料で形成され、前記粒子の平均粒径が２μｍ以上１５μｍ以下であり、前記樹脂材料の平均膜厚が２０μｍ以下であり、帯電ローラの表面の面粗さに関する突出山部高さＳｐｋ［μｍ］、突出谷部深さＳｖｋ［μｍ］、及びコア部レベル差Ｓｋ［μｍ］が、４≦Ｓｐｋ＋Ｓｋ≦８ かつ ０．５≦Ｓｖｋ≦１の関係を満たす、ことを特徴とする。

本発明によれば、長期間に亘って画像品位を維持することができる。

本開示に係る画像形成装置の構成を示す概略図。 画像形成装置が備える帯電ローラの概略図（ａ）及び帯電ローラの表層断面の模式図（ｂ）。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について説明する。

＜画像形成装置＞
図１は、インライン方式（４ドラム系）の画像形成装置１００の構成図である。画像形成装置１００は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の画像を形成する４つの画像形成部（画像形成ユニット）１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを備えている。これらの４つの画像形成部１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは一定の間隔をおいて一列に配置されている。

各画像形成部１ａ〜１ｄには、それぞれ像担持体である感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが配置されている。感光ドラム２ａ〜２ｄは、アルミニウム等のドラム基体に負の帯電極性を有する有機感光体（ＯＰＣ）の感光層を有しており、駆動装置によって所定のプロセススピードで回転駆動される。

各感光ドラム２ａ〜２ｄの周囲には、帯電ローラ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ、現像装置４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ及びドラムクリーニング装置６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄがそれぞれ設置されている。さらに、各感光ドラム２ａ〜２ｄの上方には、露光装置７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄがそれぞれ設置されている。各現像装置４ａ〜４ｄには、それぞれイエロー、シアン、マゼンタ、又はブラックのトナーを含む現像剤が収納されている。

各画像形成部１ａ〜１ｄは、好ましくは画像形成装置１００の装置本体に対して着脱可能なカートリッジとして構成される。本実施形態に係るカートリッジは、少なくとも感光ドラム２ａ〜２ｄと帯電ローラ３ａ〜３ｄとを含むものとする。このカートリッジは、さらに現像装置４ａ〜４ｄ及びドラムクリーニング装置６ａ〜６ｄを含むプロセスカートリッジとして構成することもできる。

各画像形成部の感光ドラム２ａ〜２ｄと対向する位置に、回転可能な無端状の中間転写ベルト８が設置されている。中間転写体である中間転写ベルト８は、駆動ローラ１１、二次転写対向ローラ１２、テンションローラ１３によって張架されている。モータが接続された駆動ローラ１１の駆動によって、中間転写ベルト８は、矢印方向（反時計方向）に回転される。二次転写対向ローラ１２は、中間転写ベルト８を介して二次転写ローラ１５と当接して二次転写部を形成している。

中間転写ベルト８の外周側には、中間転写ベルト８の表面に残った転写残トナーを除去して回収するベルトクリーニング装置１６が設置されている。また、中間転写ベルト８の回転方向において、二次転写対向ローラ１２と二次転写ローラ１５とが当接する二次転写部の下流側には、トナーを記録材に定着させる熱圧処理を行う為に、定着ローラ１７ａと加圧ローラ１７ｂを有する定着装置１７が設置されている。

上記感光ドラム２ａ〜２ｄは、本実施形態における像担持体である。帯電ローラ３ａ〜３ｄは、像担持体の表面を帯電させるための本実施形態の帯電ローラであり、詳細な構成は後述する。露光装置７ａ〜７ｄは像担持体に静電潜像を書き込むための本実施形態の露光手段である。現像装置４ａ〜４ｄは、像担持体に担持された静電潜像を現像するための本実施形態の現像手段である。中間転写ベルト８及び二次転写ローラ１５を含む転写ユニットは、像担持体に担持されたトナー像を記録材に転写するための本実施形態の転写手段である。

画像形成装置１００のコントローラから画像形成動作を開始するための開始信号が発せられると、カセットから記録材が一枚ずつ送り出され、レジストレーションローラまで搬送される。記録材は、停止状態のレジストレーションローラに当接した状態で待機する。各画像形成部１ａ〜１ｄでは、開始信号が発せられると、各感光ドラム２ａ〜２ｄが所定のプロセススピードで回転し始める。各感光ドラム２ａ〜２ｄは、それぞれ帯電ローラ３ａ〜３ｄによって一様に、負極性に帯電される。露光装置７ａ〜７ｄは、レーザー光を各感光ドラム２ａ〜２ｄに照射して走査露光を行い、ドラム表面に静電潜像を形成する。この静電潜像は、現像装置４ａ〜４ｄの現像剤を担持する現像剤担持体に負極性のバイアス電圧（現像バイアス）が印加されることにより、トナー像として現像される。

一例として、感光ドラムの表面電位は、帯電ローラにより帯電された後の電位が−６００Ｖ、露光装置により露光された部分（画像部）の電位が−２００Ｖとなるように帯電量、露光量が調整される。現像バイアスは−５００Ｖに設定される。プロセススピード（感光ドラムの駆動速度）は２４０ｍｍ／ｓｅｃであり、搬送方向（回転方向）に対して垂直な方向の長さである画像形成幅は３００ｍｍである。また、現像に用いられるトナー帯電量は約―３０μＣ／ｇ、感光ドラム表面における画像ベタ塗り部のトナー量は約０．４ｍｇ／ｃｍ２となるよう設定される。

画像形成の順番としては、先ずイエロー画像を形成する為に、感光ドラム２ａに形成された静電潜像に、現像装置４ａによりイエローのトナーを付着させて、トナー像として可視像化する。このイエローのトナー像は、回転している中間転写ベルト８に一次転写される。

中間転写ベルト８上のイエローのトナー像が転写された領域は、中間転写ベルト８の回転によってマゼンタの画像形成部１ｂに向かって移動する。そして、画像形成部１ｂにおいても、同様にして感光ドラム２ｂに形成されたマゼンタのトナー像が、中間転写ベルト８のイエローのトナー像上に重ね合わせて転写される。以下、既に転写されたイエロー、マゼンタのトナー像に、画像形成部１ｃ，１ｄの感光ドラム２ｃ，２ｄに形成されたシアン、ブラックのトナー像が、順次重ね合わせて転写されることで、フルカラーのトナー像が中間転写ベルト８の上に形成される。

そして、中間転写ベルト８に担持されたフルカラーのトナー像先端が二次転写部に到達するタイミングに合わせて、レジストレーションローラが記録材を二次転写部に搬送する。二次転写ローラ１５には、転写電源１９からトナーと逆極性のバイアス電圧（二次転写電圧）が印加される。これにより、二次転写部において、フルカラーのトナー像が中間転写ベルト８から記録材に一括して二次転写される。トナー像が転写された記録材は定着装置１７に搬送され、定着ローラ１７ａと加圧ローラ１７ｂによって形成される定着ニップ部で、加熱及び加圧される。各色のトナーが溶融した後に記録材に固着することで、画像が記録材に定着する。その後、記録材は画像形成装置１００に設けられた排出トレイ、或いは記録材に綴じ処理等の後処理を施すシート処理装置に排出される。

以上説明した画像形成装置１００は画像形成装置の一例であり、例えば、感光ドラムに形成したトナー像を、中間転写体を介さずに記録材に直接転写する方式であってもよい。また、画像形成装置には、プリンタ、複写機、ファクシミリ、及びこれらの機能を備えた複合機が含まれる。

＜帯電ローラの表面粗さ＞
ここで、帯電ローラの表面粗さと、電子写真プロセスによって形成される画像の画質並びに帯電ローラの寿命との関係について説明する。従来、帯電ローラに適度な表面粗さを持たせることで、表面の凹凸に起因する異常放電を許容レベル以下に抑えつつ、帯電ローラへのトナー付着を抑えて帯電ローラの耐久性向上を図ることが知られている。表面粗さの指標としては、ＪＩＳ Ｂ０６０１（１９９４）に規定されていた十点平均粗さＲｚｊｉｓ（ＪＩＳ Ｂ０６０１（２０１３）附属書ＪＡ参照）が広く用いられている。

電子写真装置に用いられるトナーの直径は、一般的に１０μｍ以下であり、平均粒径と４μｍから８μｍの範囲のものがよく採用されている。ただし、像担持体から中間転写体又は記録材にトナーが転写される際、粒径が大きいトナー粒子が転写され易く、粒径が小さいものは転写されにくい。そのため、転写部において転写されずに感光ドラムに残留するトナーは、小さな（例えば直径が３μｍ以下の）粒子を多く含んでいる。従って、例えば帯電ローラ表面の十点平均粗さＲｚｊｉｓを２〜１５μｍに設定すれば、感光ドラムに付着したトナー粒子と帯電ローラの表面との接触点が減り、帯電ローラへのトナーの付着が低減されることが推測できる。

しかしながら、このように十点平均粗さＲｚｊｉｓを制御するのみでは、外添剤の付着により生じるフィルミング（外添剤フィルミング）を効果的に低減できないことが判明した。その理由として、外添剤の一次粒子又は二次粒子は、粒径が数十ｎｍ〜数百ｎｍの範囲にあって、数μｍの大きさであるトナー粒子とは挙動が異なっていることが考えられる。ただし、二次粒子とは、個々の粒子（一次粒子）が凝集して凝集塊となったものを指す。

より具体的には、十点平均粗さＲｚｊｉｓの制御のみでは外添剤フィルミングを効果的に低減できない理由は次のようなものであると考えられる。帯電ローラの表面に微小な凹凸が存在する場合、凹部の底や凸部の周辺に微小な粒子である外添剤が吸着されやすく、また、帯電ローラの表面を清掃する清掃部材があったとしても除去されにくい。ところが、十点平均粗さＲｚｊｉｓは、測定長さ内で最も高い５箇所の山部高さの平均と、測定長さ内で最も低い５箇所の谷部高さの平均との差として定義される。そのため、十点平均粗さＲｚｊｉｓは、測定長さに比べて小さなスケールで観察される微小な凹凸の程度を測定するのに適していないことが分かる。

そこで、後述の各実施例では、複数の観点から帯電ローラの表面粗さを規定することで外添剤フィルミングを低減し、長期間に亘って画像品位を維持可能な構成を実現している。

＜外添剤及び外添剤フィルミングについて＞
外添剤とは、トナー粒子の外面に付着するように添加される、有機又は無機の微粒子の総称である。通常、電子写真装置の現像剤には、トナー粒子間の付着力を低下させて流動性を向上させたり、トナーの保持電荷を安定させたりといった機能を付与するために、１種類又は複数種類の外添剤が添加される。外添剤として用いられる粒子としては、シリカ、酸化チタン、及びシラン化合物を挙げることができる。外添剤は、重合法又は粉砕法等によって形成されたトナー粒子に添加されて撹拌されることにより、クーロン力及びファンデルワールス力等の作用でトナー粒子表面に付着する。

外添剤フィルミングとは、トナー粒子の表面から剥がれた外添剤が像担持体から帯電ローラの表面に転移し、次第に堆積する現象を指している。ただし、像担持体から帯電ローラに転移する粒子には、感光ドラムの削れ粉や紙粉のような外添剤以外のものが含まれ、このような粒子が外添剤と共に帯電ローラの表面に堆積することもあり得る。従って、本実施形態において、「外添剤フィルミング」とは外添剤のみによって生じるものに限らず、広く、トナーの平均粒径より小さな微粒子によって引き起こされるフィルミング現象一般を表すものとする。

＜帯電方式について＞
なお、帯電ローラを用いて像担持体を帯電させる方法としては、帯電ローラに直流電圧を印加する直流帯電方式と、帯電ローラに直流電圧と交流電圧とが重畳された電圧を印加する交流帯電方式とが知られている。このうち、交流帯電方式では、像担持体と帯電ローラとが帯電するニップ部において正逆方向の放電が繰り返され、像担持体の表面電位が目標値へと収束する。このため、交流帯電方式では、帯電ローラの表面形状の異常や抵抗のムラ等は、画像不良として表れにくい。一方、直流帯電方式では、交流帯電方式に比べて電源構成を簡素化できる一方で、帯電ローラの表面形状の異常等によって異常放電が発生した場合に、像担持体の帯電電位にムラが生じ、画像不良が発生しやすい。

即ち、直流帯電方式は、交流帯電方式に比べて外添剤フィルミングの影響が画像不良として顕在化しやすい性質がある。そのため、以下の各実施例で説明する帯電ローラの構成は、直流帯電方式の電子写真装置に対して好適に用いることができる。ただし、外添剤フィルミングが進行すれば交流帯電方式であっても画像不良が生じ得るため、以下の各実施例で説明する帯電ローラを交流帯電方式の電子写真装置に用いても有効である。

＜像担持体の耐久性について＞
また、近年、感光ドラムの表層を硬い材料で被覆する等の方法により、像担持体の耐久性が向上している。以下の各実施例で説明する帯電ローラは、耐久性が高い像担持体と組み合わせて用いることで、像担持体を含むカートリッジ全体又は画像形成装置全体の耐用期間を延ばすことが可能となり、ランニングコストの低減が可能となる。

耐久性が高い像担持体の構成例として、次のような感光ドラムが挙げられる。アルミニウム等のドラム基体に有機感光体（ＯＰＣ）を含む感光層を形成し、さらにその外周側に、最外層として（オーバーコート層／ＯＣＬ）を形成する。オーバーコート層は、感光層よりも耐摩耗性の高い樹脂材料からなる。また、重合性化合物を含むオーバーコート層を形成した後に電子線を照射することで耐摩耗性を高める処理を行ってもよい。

感光ドラムの耐摩耗性を確保するため、感光ドラム表面の弾性変形仕事率は４７％以上であると好適である。ただし、弾性変形仕事率とは、ＩＳＯ１４５７７で規定されたナノインデンテーション法により押し込み試験を実施することで求められるものであり、圧子が試験片に対して行った全仕事量に対する弾性変形の仕事量の比率を指す。弾性変形仕事率を上記数値範囲に設定することにより、ドラムクリーニング装置のクリーニングブレードとの摩擦面等における感光ドラム表面の摩耗速度を低減可能である。

以下、第１の実施例に係る帯電ローラについて説明する。なお、以下の説明において、ある部材の構成材料の量を表す「部」は質量部を示す。図２（ａ）は、本実施例における帯電ローラ３の断面図であり、図２（ｂ）は表層断面を表す模式図である。帯電ローラ３は、上述した画像形成装置１００において、各画像形成部１ａ〜１ｄの帯電ローラ３ａ〜３ｄとして使用することができる。

帯電ローラ３は、感光ドラム２に対向して配置され、画像形成装置１００に設けられた電圧印加手段である帯電電源３９に電気的に接続される。帯電電源３９は、直流の帯電電圧を生成する電圧生成回路を有し、画像形成装置１００のコントローラからの指令に基づいて帯電ローラ３に帯電電圧を印加する。

また、帯電ローラ３は、必要に応じ、帯電清掃部材５と共に使用される。帯電清掃部材５は、帯電ローラ３の表面に付着した汚れ物質（トナー、外添剤、感光ドラムの削れ粉、紙粉等）を除去する部材である。帯電清掃部材としては、例えば、ブラシ状の回転部材や、表層が発泡材料で構成されたスポンジローラを用いることができる。

帯電ローラ３は、支持体３０の外周に弾性層３１が形成され、その上に表層３２が形成されている。支持体３０は、耐摩耗性と撓み応力に優れたシャフト部材であり、鋼製で表面をニッケルメッキしたものを用いることができる。弾性層３１としては、従来から帯電ローラの弾性層として用いられているゴムや熱可塑性エラストマー等で形成することができる。具体的には、ポリウレタン、シリコーンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム、ポリノルボルネンゴム、スチレン−ブタジエン−スチレンゴム又はエピクロルヒドリンゴム等を基材ゴムとするゴム組成物、あるいは熱可塑性エラストマーで、その種類としては特に制限はなく、汎用のスチレン系エラストマー及びオレフィン系エラストマー等から選ばれる１種あるいは複数種の熱可塑性エラストマーを好適に用いることができる。また、必要とされる弾性力に応じて、ソリッドゴムを用いても良いし、発泡ゴムを用いても良い。

弾性層３１には、導電剤を添加することにより、所定の導電性を付与することができる。導電剤としては、特に制限されず、ラウリルトリメチルアンモニウム、ステアリルトリメチルアンモニウム、オクタドデシルトリメチルアンモニウム、ドデシルトリメチルアンモニウム、ヘキサデシルトリメチルアンモニウム、変性脂肪酸・ジメチルエチルアンモニウムの過塩素酸塩、塩素酸塩、ホウフッ化水素酸塩、エトサルフェート塩、臭化ベンジル塩、塩化ベンジル塩等のハロゲン化ベンジル塩等の第四級アンモニウム塩等の陽イオン性界面活性剤、脂肪族スルホン酸塩、高級アルコール硫酸エステル塩、高級アルコールエチレンオキサイド付加硫酸エステル塩、高級アルコール燐酸エステル塩、高級アルコールエチレンオキサイド付加燐酸エステル塩等の陰イオン界面活性剤、各種ベタイン等の両性イオン界面活性剤、高級アルコールエチレンオキサイド、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、多価アルコール脂肪酸エステル等の非イオン性帯電防止剤等の帯電防止剤、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＮａＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＢＦ４、ＮａＳＣＮ、ＫＳＣＮ、ＮａＣｌ等のＬｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋等の周期律表第１族の金属塩、あるいはＮＨ４＋塩等の電解質、またＣａ（ＣｌＯ４）２等のＣａ２＋、Ｂａ２＋等の周期律表第２族の金属塩、及びこれらの帯電防止剤が、少なくとも１個以上の水酸基、カルボキシル基、一級ないし二級アミン基等のイソシアネートと反応する活性水素を有する基を持ったものが挙げられる。更には、それら等と１，４−ブタンジオール、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール等の多価アルコールとその誘導体等の錯体あるいはエチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル等のモノオールとの錯体等のイオン導電剤、又はケッチェンブラックＥＣ、アセチレンブラック等の導電性カーボン、ＳＡＦ、ＩＳＡＦ、ＨＡＦ、ＦＥＦ、ＧＰＦ、ＳＲＦ、ＦＴ、ＭＴ等のゴム用カーボン、酸化処理を施したカラー（インク）用カーボン、熱分解カーボン、天然グラファイト、人造グラファイト、アンチモンドープの酸化錫、酸化チタン、酸化亜鉛、ニッケル、銅、銀、ゲルマニウム等の金属及び金属酸化物、ポリアニリン、ポリピロール、ポリアセチレン等の導電性ポリマー等が挙げられる。この場合、これら導電剤の配合量は、組成物の種類に応じて適宜選定され、通常は弾性層３１の体積抵抗率が１０２〜１０８Ω・ｃｍ、より好ましくは１０３〜１０６Ω・ｃｍとなるように調整される。

上記表層３２は、粒子Ｐ１，Ｐ２が分散された導電性樹脂層３５によって形成される（図２（ｂ）参照）。導電性樹脂層３５を構成する樹脂材料は、具体的には、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、アクリルウレタン樹脂、ナイロン樹脂、エポキシ樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、塩化ビニリデン樹脂、フッ素樹脂及びシリコーン樹脂等が挙げられ、有機系、水系のいずれのものも使用することができる。また表層３２には、導電剤を添加して導電性を付与又は調整することができ、この場合導電剤としては、特に制限されるものではないが、ケッチェンブラックＥＣ、アセチレンブラック等の導電性カーボン、ＳＡＦ、ＩＳＡＦ、ＨＡＦ、ＦＥＦ、ＧＰＦ、ＳＲＦ、ＦＴ、ＭＴ等のゴム用カーボン、酸化処理を施したカラー（インク）用カーボン、熱分解カーボン、天然グラファイト、人造グラファイト、アンチモンドープの酸化錫、酸化チタン、酸化亜鉛、ニッケル、銅、銀、ゲルマニウム等の金属又は金属酸化物等を用いることができる。更に、前記導電剤を有機系溶剤で使用する場合は、分散性を考慮し、導電剤の表面をシランカップリング処理等の表面処理を施すことが好ましい。また上記導電剤の添加量は、所望とする抵抗が得られるように適宜調整することができる。表層３２の電気的抵抗値は弾性層３１よりも基本的に高抵抗であると帯電が安定することが分かっており、体積抵抗率１０３〜１０１５Ω・ｃｍの範囲に入っている事が求められ、更には１０５〜１０１４Ω・ｃｍとすることが好ましい。

この表層３２となる最外層の導電性樹脂層中に添加する粒子Ｐ１，Ｐ２として、絶縁性粒子（１０１０Ω・ｃｍ以上）であるウレタン粒子、ナイロン粒子、アクリル粒子、アクリル／スチレン等の共重合体樹脂を用いることができる。それ以外にもシリカ粒子、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ等の無機系材料を樹脂で固めた粒子を用いることも可能であり、分散性を向上させる為に、導電剤と同様にシランカップリング処理等の前処理を施した方がより好ましい。また、図示した例では粒径が異なる２種類の粒子（大粒子Ｐ１と小粒子Ｐ２）を分散させているが、単一粒子又は３種類以上の粒子を分散させてもよい。また、後述する表面性状の制御を行うために、例えば球形度の低い扁平な粒子を用いてもよい。

上記帯電ローラの形成方法は、特に制限されるものではないが、各成分を含む塗料を調製し、この塗料をディッピング法やスプレー法、ロールコート法により塗布して塗膜を形成する方法が好ましく用いられる。この場合、外層を複数層とする場合には、それぞれの層を形成する塗料を用いてディピングやスプレー、ロールコートを繰り返せばよい。

＜具体的な製造方法の説明＞
ここで、帯電ローラ３の具体的な製造方法について説明する。以下に説明する製造処方は、後述の表１における（例１）の帯電ローラの処方であり、それ以外の帯電ローラの処方例とは粒子の外径や質量部数等が異なるが、製造方法自体は同じである。

まず、弾性層３１の調製方法であるが、エピクロルヒドリンゴム（商品名：エピクロマーＣＧ１０２、ダイソー（株）製）１００部、充填剤としての炭酸カルシウム３０部、研磨性改善のための補強材としての着色グレードカーボン（商品名：シーストＳＯ、東海カーボン製）２部、酸化亜鉛５部、可塑剤ＤＯＰ１０部、下記式（１）で示される過塩素酸四級アンモニウム塩３部、老化防止剤（２−メルカプトベンズイミダゾール）１部をオープンロールで２０分間混練し、更に加硫促進剤ＤＭ１部、加硫促進剤ＴＳ０．５部、加硫剤として硫黄１部を加えて更に１５分間オープンロールで混練した。これをゴム押出機で円筒形に押出し後に裁断し、加硫缶で、１６０℃の水蒸気で４０分間一次加硫し、導電性弾性体基層一次加硫チューブを得た。

次に、円柱形の支持体３０（鋼製、表面をニッケルメッキしたもの）の円柱面の軸方向中央部に金属とゴムとの熱硬化性接着剤（商品名：メタロックＵ−２０）を塗布し、８０℃で３０分間乾燥後、更に１２０℃で１時間乾燥した。この支持体を上記導電性弾性体基層ゴム一次加硫チューブに挿入し、その後、電気オーブン中で１６０℃、２時間の加熱により、２次加硫と接着剤硬化を行い、未研磨品を得た。この未研磨品のゴム部分の両端をカットした後、ゴム部分を回転砥石で研磨し、十点平均粗さＲｚｊｉｓ７μｍ、振れ２５μｍの弾性層３１を有するローラ部材を得た。

次に表層３２の形成を行った。導電性酸化錫粉体（商品名：ＳＮ−１００Ｐ、石原産業（株）製）５０部に、トリフルオロプロピルトリメトキシシランの１％イソプロピルアルコール溶液を４５０部と平均粒径０．８ｍｍのガラスビーズ３００部を加え、ペイントシェーカーで４８時間分散後、分散液を５００メッシュの網でろ過した。次にこの溶液をナウターミキサーで攪拌しながら１００℃の湯浴で温め、アルコールを飛ばして乾燥させ、表面にシランカップリング剤を付与し、表面処理導電性酸化錫を得た。更に、ラクトン変性アクリルポリオール（商品名：プラクセルＤＣ２００９（水酸基価９０ＫＯＨｍｇ／ｇ）、ダイセル化学工業（株）製）１４５部を、４５５部のメチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）に溶解し、固形分２４．１７質量％の溶液とした。このアクリルポリオール溶液２００部に対して、前記表面処理導電性酸化錫粉体５０部、シリコーンオイル（商品名：ＳＨ−２８ＰＡ、東レ・ダウコーニングシリコーン（株）製）０．０１部、微粒子シリカ（一次粒径０．０２μｍ）１．２部、大粒径粒子４．５部（商品名：ケミスノーＭＸ−１０００（平均粒径１０μｍ）、綜研化学（株）製）、小粒径粒子１８部（商品名：ケミスノーＭＸ−５００（平均粒径５μｍ）、綜研化学（株）製）を配合した。これに直径０．８ｍｍのガラスビーズ２００部を加えて、４５０ｍｌのマヨネーズビンに入れて、ペイントシェーカーを使用し、冷却を行いながら１２時間分散した。

更に、この分散液３３０部にイソホロンジイソシアネートのブロックタイプのイソシアヌレート型３量体（ＩＰＤＩ）（商品名：ベスタナートＢ１３７０、デグサ・ヒュルス製）２７部と、ヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート型３量体（ＨＤＩ）（商品名：デュラネートＴＰＡ−Ｂ８０Ｅ、旭化成工業（株）製）１７部を混合し、ボールミルで１時間攪拌し、最後に２００メッシュの網で溶液をろ過して、表面層塗料の固形分を４３質量％とし、表面層用塗料を得た。前記表面層用塗料をディッピングにより、前記弾性層３１を有するローラ部材の表面に塗工した。引き上げ速度４００ｍｍ／ｍｉｎで塗工し、３０分間風乾後、軸方向を反転し、再度引き上げ速度４００ｍｍ／ｍｉｎで塗工し、３０分間風乾後、オーブンで１６０℃×１時間乾燥した後、室温２５℃、相対湿度５０％の環境下で４８時間放置した。

＜帯電ローラの処方例＞
表１は本実施例に係る帯電ローラの処方例及びその帯電ローラの試験結果を示している。

表中の各行の表記は次のものを表している。
・「大粒子径Ｄ１」及び「小粒子径Ｄ２」は、いずれも帯電ローラ表層に分散させた粒子の平均粒径（単位はμｍ）を表し、Ｄ１がより大きい粒子（以下、大粒子とする）に対応し、Ｄ２がより小さい粒子（以下、小粒子とする）に対応する。
・「Ｄ１／Ｄ２」は、小粒子径に対する大粒子径の比である。
・「大粒子の配合比」は、表層に分散した全粒子に対する大粒子の質量比を表す。即ち、Ｍ１を大粒子の配合質量とし、Ｍ２を小粒子の配合質量としたときのＭ１／（Ｍ１＋Ｍ２）である。
・「粒子配合量」は、粒子を除いた表層の全固形分に対する全粒子の配合量をパーセント表示したものである。即ち、上記表層３２の全質量から大粒子及び小粒子の配合質量Ｍ１，Ｍ２を除いた値をＭ０としたときの（Ｍ１＋Ｍ２）／Ｍ０×１００（％）である。
・なお、単一の粒子のみを配合した場合、大粒子配合比及び粒子配合量についてはＤ２及びＭ２が０であるものとして計算を行った。

表中の「平均膜厚」は、表層を構成する樹脂材料の層厚を表す。言い換えると、平均膜厚とは、粒子によって表面が凸状となった部分（粒子部）を無視した場合の、帯電ローラ表層の固形分の平均厚さを表す。具体的には、試作した帯電ローラの表層を一部カットし、断面に垂直な方向からレーザー顕微鏡（ＶＫ−Ｘ１０００、ＫＥＹＥＮＣＥ（キーエンス）社製）で適切な倍率で観察を行う。そして、粒子によって形成される表層の凸部（粒子部）を除いて測定した場合の、表層と弾性層の界面から表層表面までの平均距離を、この断面における膜厚とする。観察位置による測定値の偏差を低減するため、一本の帯電ローラにつき長手方向に３箇所（中心位置及びローラ両端部から２ｃｍの位置）、回転方向に３箇所（任意の地点を基準に１２０度刻み）、合計で９箇所の断面を観察する。そして、各断面で取得した膜厚の平均を、この帯電ローラにおける表層の「平均膜厚」とする。

なお、上述した断面画像の観察において、「粒子部」の範囲は、それ以外の部分（素地部）との境界が明確であるときは目視により決定可能である。境界が明確でないとき、ＪＩＳ Ｂ０６０１又はＩＳＯ４２７８に規定する方法で断面画像から表層表面の粗さ曲線を取得し、高さの度数分布においてピーク値（複数のピークが存在する場合は最も低いピーク値）より高い部分を粒子部とする。

＜帯電ローラの表面性状の測定方法＞
表１において、突出山部高さＳｐｋ、コア部のレベル差Ｓｋ、及び突出谷部高さＳｖｋ（いずれも単位はμｍ）は、次の方法で取得される。まず、レーザー顕微鏡（ＶＫ−Ｘ１００、キーエンス製）を用い、５０倍の対物レンズで帯電ローラの表面画像を撮影し、横２７３μｍ×縦２０４μｍの面積の三次元高さデータを取得し、表面の曲率に対して自動補正を行った。その後、ＩＳＯ２５１７８に準拠したキーエンス製のマルチファイル解析アプリケーションを用い、突出山部高さＳｐｋ、コア部のレベル差Ｓｋ、及び突出谷部深さＳｖｋを得た。また、観察位置による測定値の偏差を低減するため、一本の帯電ローラにつき長手方向に３箇所（中心位置及びローラ両端部から２ｃｍの位置）、回転方向に３箇所（任意の地点を基準に１２０度刻み）、合計で９箇所の画像を撮影した。そして、各画像について算出された値の平均値を、この帯電ローラの面粗さに関する突出山部高さＳｐｋ、コア部のレベル差Ｓｋ、及び突出谷部高さＳｖｋとした。

ここで、ＩＳＯ２５１７８に準拠した非接触式表面粗さ測定器の測定方法について説明する。まず測定器は、測定対象の表面を走査し、縦Ｍピクセル、横Ｎピクセル毎の高さデータを取得する。この各ピクセルの高さデータを、高さの高い順から低い順に累積度数分布を計算する。このプロセスにより、縦軸が表面の高さ、横軸がその高さに対応した面積の割合の曲線が得られる。この曲線の事を負荷曲線と呼び、高さがｃ以上の領域の面積が、高さｃにおける負荷面積率であると定義される。測定対象の表面の最も高い位置は、負荷面積率０％に対応する高さであり、最も低い位置は負荷面積率１００％に対応する高さである。

続いて、負荷曲線の中央部分を決定し、等価直線を定義する。負荷曲線の中央部分とは、負荷曲線上の負荷面積率Ｘ％の点と負荷面積率（Ｘ＋４０）％の点とを結ぶ割線を引き、Ｘ＝０からＸ＝６０まで変化させた場合に最も傾斜が緩くなる負荷面積率Ｘ％〜負荷面積率（Ｘ＋４０）％の区間である。また、この中央部分の負荷曲線に対して、縦軸方向（表面の高さ方向）の偏差の二乗和が最小になる直線が等価直線である。

さらに、等価直線を用いて突出山部高さＳｐｋ、コア部のレベル差Ｓｋ、及び突出谷部深さＳｖｋを算出する。コア部のレベル差Ｓｋは、等価直線が負荷面積率０％の直線に交わる交点の高さｈ１と、等価直線が負荷面積率１００％の直線に交わる交点の高さｈ２との差である。高さｈ１から高さｈ２の区間に相当する部分がこの表面のコア部であり、高さｈ１より高い部分が突出山部であり、高さｈ２より低い部分が突出谷部である。

突出山部高さＳｐｋは、負荷曲線のグラフ平面上で、突出山部の体積Ｖ１に等しい直角三角形の高さとして与えられる。ここで、突出山部の体積Ｖ１は、グラフ平面上で負荷曲線、高さｈ１の直線、及び負荷面積率０％の直線で囲まれる領域の面積であり、直角三角形の底辺の長さは、高さｈ１における負荷曲線の負荷面積率Ｓｍｒ１である。そして、Ｓｍｒ１×Ｓｐｋ／２＝Ｖ１となるように、突出山部高さＳｐｋが決定される。突出山部高さＳｐｋは、コア部に対する突出山部の頂点位置の平均的な突出高さを表す。

同様にして、突出谷部深さＳｖｋは、負荷曲線のグラフ平面上で、突出谷部の体積Ｖ２に等しい直角三角形の高さとして与えられる。ここで、突出谷部の体積Ｖ２は、グラフ平面上で負荷曲線、高さｈ２の直線、及び負荷面積率１００％の直線で囲まれる領域の面積であり、直角三角形の底辺の長さは、高さｈ２における負荷曲線の負荷面積率Ｓｍｒ２である。そして、Ｓｍｒ２×Ｓｖｋ／２＝Ｖ２となるように、突出谷部高さＳｖｋが決定される。突出谷部高さＳｖｋは、コア部に対する突出谷部の底部位置の平均的な突出深さを表す。

＜帯電ローラの耐久試験及び評価方法＞
次に、帯電ローラの耐久試験の方法と、画像評価に用いた電子写真装置の説明を行う。本試験で使用した電子写真式複写機は、Ａ３横出力用のマシンで、記録材の出力スピードは２４０ｍｍ／ｓｅｃ、画像解像度は６００ｄｐｉである。像担持体はアルミニウムシリンダーにＯＰＣ層をコートし、更にその上にオーバーコート層をコートした反転現像方式の感光ドラムである。トナーは、ポリエステルを主材料とした平均直径６μｍの粉砕ワックス内添トナーをシリカ等で外添処理を施したものである。耐久後の画像評価を行う際は複写機に低温低湿（Ｌ／Ｌ：１５℃／１０％ＲＨ）の環境下で画像比率５％の画像を１０万枚連続して出力させた。

画像の評価は、まず初期状態で出力させたハーフトーン画像について、黒ポチと呼ばれる画像欠陥の有無、つまりハーフトーン画像の均一性（ＨＴ均一性）を評価した。この黒ポチは、帯電ローラ表層の粒子が大きすぎたり、粒子の分散がうまくいかず凝集塊が形成された場合等に観察されるため、粒子の添加量が多すぎることを判断する指標になる。これは、局所的に放電部と非放電部が発生することで、相対的に電位が高い部分と低い部分が発生し、電位の低い部分が顕著に黒く見えるようになっていたものと推測される。すなわち、直流帯電方式の場合、突山部高さＳｐｋとコア部レベル差Ｓｋの合計値が８μｍを超えると、本来であれば帯電ローラと感光ドラムの接触ニップ部はパッシェン放電可能な最小ギャップである８μｍ以下であるため放電しない。しかし、表層の粒子の分散性が低い場合に、ギャップ幅が部分的に８μｍを超えることで放電する領域が増加し、局所的に放電部と非放電部が発生したと考えられる。

黒ポチの評価基準は、Ａ３サイズのハーフトーン画像を一枚出力し、黒いドット画像の有無を調べた。黒いドットが発生していない場合は◎、黒いドットの大きさが０．３ｍｍ以下でかつ４個以下の場合は〇、黒いドットの大きさが０．６ｍｍ以下かつ数が２０個以下の場合は△と評価した。また、黒いドットの大きさが０．６ｍｍを超えるか、０．４ｍｍ以下でも数が２０個を超える場合は×と評価した。

次に、スジ状の汚れムラの評価であるが、複写機の耐久後に、すなわち上述の条件で１０万枚の画像を出力させた後に、ハーフトーン画像上の目視チェックで評価を行った。目視チェックについては、ハーフトーン画像上のスジ汚れが発生していないものを◎、発生したが極めて軽微で注視しないと分からないレベルの汚れムラを○、軽微だがぱっと見で判別可能な汚れムラのレベルを△、明らかに目立つ汚れムラを×と評価した。また、ハーフトーン画像上で濃度が薄い部分がスジ状に発生するもの（白スジ）に関してはトナーフィルミングによるもの、濃度が濃い部分がスジ状に発生するもの（黒スジ）に関しては外添剤フィルミングによるものと判断した。これは、発明者らが行った他の実験結果から、直流帯電方式及び交流帯電方式のいずれの場合も、フィルミングの原因によって帯電電位が変化する方向が異なるという知見を得たためである。

外添剤フィルミングの場合、帯電電位の絶対値が低下する側へ、すなわち画像濃度が濃くなる方向に変化するという実験結果が得られている。これに対し、直流帯電方式のトナーフィルミングに関しては、帯電電位の絶対値が上昇する側、すなわち画像濃度が薄くなる方向に変化する。なお、交流帯電方式におけるトナーフィルミングは、外添剤フィルミングと同様に外添剤汚れによる帯電電位の絶対値が低下する側、すなわち画像濃度が濃くなる方向に変化する。このように、直流帯電方式では外添剤フィルミングとトナーフィルミングの画像への影響が変化する理由についてはよく分かっていない。交流帯電方式においてフィルミングにより帯電電位の絶対値が低下する理由に関しては、付着した物質によりインピーダンスＺが上昇してフィルミング部の帯電効率が低下するという解釈がなされている。また、直流帯電方式でトナーフィルミングにより帯電電位の絶対値が上昇する理由としては、局所的な異常放電が生じている可能性がある。

＜評価結果＞
以上のような評価方法で行った結果を記載した表１に関して説明する。まず、帯電ローラの表層に平均粒径５μｍの単一粒子を、表層全固形分に対する配合比が２５％になるように配合し、平均膜厚が１２μｍになるように表層をコーティングした帯電ローラ（例１）を製造した。（例１）の表面の面粗さを測定した所、突出山部高さＳｐｋとコア部高さＳｋの合計値（Ｓｐｋ＋Ｓｋ）は２．５μｍ、突出谷部深さＳｖｋは０．４μｍであった。この帯電ローラを複写機に装着し、ハーフトーン画像を出力した所、黒ポチは無く評価は◎であった。１０万枚耐久後のハーフトーン画像を出力した所、黒スジは発生せず◎の評価だったが、白スジが発生し評価は×であった。このことから、例１では表面粗さが低い為にトナーフィルミングが発生していると予想した。

次に、帯電ローラの表層に平均粒径５μｍの単一粒子を、表層全固形分に対する配合比が４２％になるように配合し、平均膜厚が７μｍになるように表層をコーティングして帯電ローラ（例２）を製造した。（例２）の表面の面粗さを測定した所、Ｓｐｋ＋Ｓｋは３．５、Ｓｖｋは１．２となった。これは、表層の膜厚が薄くなったことで粒子部の突出量が増え、山部の高さは若干上がった一方で、微小な谷部の深さも同時に増えたことを意味している。（例２）に対して（例１）と同様の評価を行った所、初期の黒ポチは◎であったが、白スジ、黒スジ共に×であった。このことから、直径の小さい単一粒子のみで表面の膜厚を減少させて表面粗さを上げようとしても、トナー及び外添剤のフィルミングは良化しないことが確認された。また、Ｓｖｋの値が大きくなると外添剤フィルミングが悪化する傾向が見て取れた。

そこで、二種類の直径の異なる粒子を分散させ、トナーフィルミングと外添剤フィルミングに対応する機能を分離することで、両者を解決する方法を考えた。具体的には、大粒子の平均粒径をＤ１、その配合量をＭ１、小粒子の平均粒径をＤ２、その配合量をＭ２として、これらの変数を変化させた処方例において画像評価を行い、各変数の最適値を探すことにした。

まず、大粒子径Ｄ１が１０μｍ、小粒子径Ｄ２が５μｍの組み合わせを選んだ。また、大粒子配合比が０．０８、表層固形分に対する粒子配合量が１２％になる組み合わせで、平均膜厚が１５μｍになるように表層をコーティングして帯電ローラ（例３）を製造した。（例３）の表面の面粗さを測定した所、Ｓｐｋ＋Ｓｋは４．５μｍ、Ｓｖｋは０．６μｍであった。この（例３）に対して（例１）と同様の評価を行った所、初期の黒ポチ、耐久後の白スジ、黒スジの全てが◎であった。このことから、Ｓｐｋ＋Ｓｋは白スジと相関がありそうで、その下限側のスレショルドは３．５μｍと４．５μｍの間にある可能性が示唆された。また、Ｓｖｋの値は、０．４μｍでは低すぎるか、１．２μｍでは高すぎる可能性があるが、スレショルドに関してはこれまでの実験結果だけでは判断できなかった。

次に、大粒子径Ｄ１が１５μｍ、小粒子径Ｄ２が５μｍ、大粒子配合比が０．０８、表層固形分に対する粒子配合量が６４％になる組み合わせで表層平均膜厚１５μｍの帯電ローラ（例４）を製造した。（例４）の表面の面粗さを測定した所、Ｓｐｋ＋Ｓｋは７．３μｍ、Ｓｖｋは１．４μｍであった。（例４）を評価した所、初期の黒ポチは○であり、耐久後の白スジは発生せず◎の評価だったが、黒スジが発生し評価は×であった。ここまでの結果から、外添剤フィルミングである黒スジはＳｖｋの値に依存しており、Ｓｖｋの値が１．２μｍを超えると発生する可能性が示唆された。

次に、大粒子径Ｄ１が２０μｍ、小粒子径Ｄ２が５μｍ、大粒子配合比が０．１５、表層固形分に対する粒子配合量が３８％になる組み合わせで、平均膜厚が１５μｍの帯電ローラ（例５）を製造した。（例５）の表面の面粗さを測定した所、Ｓｐｋ＋Ｓｋは８．７μｍ、Ｓｖｋは０．９μｍであった。（例５）を評価した所、初期の黒ポチは×であったが、耐久後の白スジ、黒スジ共に発生せず◎の評価だった。以上の結果から、黒ポチの発生原因としてはＳｖｋ＋Ｓｋの値がある上限を超えたことである可能性が示唆され、そのスレショルドは７．３μｍから８．７μｍの間である事が分かった。

次に、大粒子径Ｄ１が３０μｍ、小粒子径Ｄ２が５μｍ、大粒子配合比が０．２２、表層固形分に対する粒子配合量が３８％になる組み合わせで平均膜厚が１５μｍの帯電ローラ（例６）を製造した。狙いとしては、大粒子の量を少なくし、その代わりに直径を上げることで黒ポチが良化するかどうかを確認することである。（例６）の表面の面粗さを測定した所、Ｓｐｋ＋Ｓｋは８．９μｍ、Ｓｖｋは０．６μｍであった。また、（例６）では初期の黒ポチは×であったが、耐久後の白スジ、黒スジ共に発生せず◎の評価だった。

（例４）、（例５）、（例６）の結果から、黒ポチを発生させない為には、大粒子の平均粒径が１５μｍ以下である必要があることが判明した。また、そのような粒子によって、Ｓｐｋ＋Ｓｖｋがトナーフィルミングを効果的に低減し得る値である４μｍ以上となるようにするには、粒子が表層を構成する樹脂材料に埋没することなく、少なくとも一部の粒子が樹脂層から突出している必要がある。例えば、表層の平均膜厚の測定方法で説明した表層の断面において、少なくとも一部の粒子が、表層の膜厚として算出された高さ位置から外周側に４μｍ以上突出していると好適であり、５μｍ以上突出しているとさらに好適である。また、平均粒径が２μｍ以上１５μｍ以下の粒子を配合しつつ、表層の平均膜厚を２０μｍ以下に抑えることが、粒子の突出量を確保する上で有効であった。

また、表層固形分に対する粒子配合量が多い（例６）では突出谷部深さＳｖｋが大きくなり、結果として外添剤フィルミングが発生していることから、表層固形分に対する粒子配合量が多すぎないこと（例えば５０％以下）が好ましい。さらに、大粒子（第１の粒子）と小粒子（第２の粒子）の平均粒径（Ｄ１，Ｄ２）については、５＜Ｄ１＜２０かつ３＜Ｄ２≦Ｄ１／２の関係が満たされる場合に良好な結果が得られることが分かった。

次に、単一粒子と二粒子の違いを確認するために、帯電ローラの表層に平均粒径１０μｍの単一粒子を、表層全固形分に対して質量比で３４％になるように配合し、表層の平均膜厚が１２μｍになるように帯電ローラ（例７）を製造した。（例７）の表面の面粗さを測定した所、Ｓｐｋ＋Ｓｋは３．７μｍ、Ｓｖｋは１．１μｍとなった。この（例７）の評価を行った所、初期の黒ポチは◎であったが、白スジが×で、黒スジ共に△であった。このことから、Ｓｐｋ＋Ｓｋが４．０μｍ未満の場合、トナーフィルミングが悪化することが分かった。また、Ｓｖｋが１．０μｍを超える場合、外添剤フィルミングが悪化する事が分かった。

次に、大粒子径Ｄ１が１５μｍ、小粒子径Ｄ２が５μｍ、大粒子配合比が０．２７、表層固形分に対する粒子配合量が３８％になる組み合わせで表層の平均膜厚が１５μｍの帯電ローラ（例８）を製造した。狙いとしては（例３）から更に粒子の量を増やしていった場合の上限値の確認である。（例８）の表面の面粗さを測定した所、Ｓｐｋ＋Ｓｋは７．３μｍ、Ｓｖｋは０．９μｍで、また、初期の黒ポチは○、耐久後の白スジは◎、黒スジは○の評価だった。ここから、やはりＳｐｋ＋Ｓｋは８μｍ以下にすること、Ｓｖｋは１．０μｍ以下にすることが必要であることが見て取れた。

最後に、大粒子径Ｄ１が１０μｍ、小粒子径Ｄ２が５μｍ、大粒子配合比が０．６０、表層固形分に対する粒子配合量が２３．６％になる組み合わせで表層の膜厚が１５μｍの帯電ローラ（例９）を製造した。（例９）の表面の面粗さを測定した所、Ｓｐｋ＋Ｓｋは７．０μｍ、Ｓｖｋは０．６μｍで、また、初期の黒ポチは○、耐久後の白スジ、黒スジ共に発生せず◎の評価だった。このことから、大粒子の平均粒径を下げた場合でも大粒子の量を増加しつつ、Ｓｐｋ＋ＳｋとＳｖｋの値を維持することで、黒ポチ白スジ、黒スジのいずれも良好な帯電ローラを製造することが可能であることが分かった。

以上説明したように、本実施例によれば、帯電ローラの面粗さに関してＩＳＯ２５１７８準拠の測定方式で得られる突出山部高さＳｐｋ、突出谷部深さＳｖｋ、及びコア部のレベル差Ｓｋが所定の数値範囲を満たすことが重要であることが判明した。即ち、これらの変数が、
４≦Ｓｐｋ＋Ｓｋ≦８ かつ ０．５≦Ｓｖｋ≦１
の関係を満たす場合に、帯電電位の均一性を確保すると共に、トナーフィルミング及び外添剤フィルミングの発生が抑制される。これにより、長期間に亘って画像品位を維持することが可能な帯電ローラを提供することが可能となった。このような帯電ローラは、電子写真装置において、トナーの平均粒径が１０μｍ以下であり、外添剤の平均粒径（一次粒径）が０．５μｍ以下であるような現像剤と共に好適に使用することができる。

また、上述の試験結果から、
Ｓｐｋ＋Ｓｋ＜７．０ かつ Ｓｖｋ＜０．９
の関係が満たされる場合（表１の例３、８、９参照）に、より良好な評価が得られることが判明した。

次に第２の実施例に係る帯電ローラについて説明する。本実施例では、実施例１とは異なり、線粗さのパラメータを用いて帯電ローラの表面性状を規定する。

上述した通り、十点平均粗さＲｚｊｉｓを規定するのみでは外添剤フィルミングを効果的に低減できないが、これは、トナー粒子より小さな微粒子である外添剤が帯電ローラ表面の微小な凹部に吸着されることによると考えられる。また、このような微小な凹部に吸着された凹部は、帯電清掃部材によるクリーニングをすり抜けてしまい、帯電ローラの表面に留まりやすいと考えられる。そこで、本実施例では帯電ローラの表面全体の表面粗さとは別に、帯電ローラ表面の素地部（表面全体から粒子部を除いた部分）の表面粗さを規定する。

＜帯電ローラの処方例＞
表２は本実施例に係る帯電ローラの処方例及びその帯電ローラの試験結果を示している。

表中の表記の内、「大粒子径Ｄ１」、「小粒子径Ｄ２」、「Ｄ１／Ｄ２」、「大粒子配合比」、及び「粒子配合量」の定義は実施例１と同様である。また、「平均膜厚」の意味及びその測定方法も実施例１と同様である。

＜帯電ローラの表面粗さの測定方法＞
表２において、Ｒｚ１，Ｒｚ２はいずれも十点平均粗さ（ＪＩＳ Ｂ０６０１（１９９４）及びＪＩＳ Ｂ０６０１（２０１３）附属書ＪＡ）参照）である。Ｒｚ１は、粒子部（凸部）を含む帯電ローラの表面についての十点平均粗さであり、Ｒｚ２は、粒子部を除いた素地部（海部）の十点平均粗さである。以下、Ｒｚ１を「全体の十点平均粗さ」とし、Ｒｚ２を「素地部の十点平均粗さ」として区別する。

全体の十点平均粗さＲｚ１は、次の方法で求められる。まず、レーザー顕微鏡（ＶＫ−Ｘ１０００、キーエンス製）を用い、５０倍の対物レンズで帯電ローラの表面画像を撮影し、横２７３μｍ×縦２０４μｍの面積の二次元高さデータを取得する。表面の曲率に対して自動補正を行った後、キーエンス製の解析アプリケーションを用い、周方向３箇所（任意の場所を起点に１２０°刻み）の十点平均粗さの平均値を求めたものを、この帯電ローラの全体の十点平均粗さＲｚ１とした。

また、素地部の十点平均粗さＲｚ２に関しても、同レーザー顕微鏡を用いて５０倍の対物レンズで帯電ローラの表面画像を撮影し、表面の曲率に対して自動補正を行った二次元高さデータから算出する。ここで、粒子部と素地部とを分離するため、二次元高さデータの高さの度数分布を作成し、ヒストグラムのピークを基準に２値化処理を行う。ただし、ピークが複数存在する場合には下限側のピーク値を基準とする。ピーク値より高さが大きい地点を元の二次元高さデータから除き、残った部分を素地部とする。モニター上に２値化処理後の二次元高さデータを表す画像を表示させた状態で、素地部の位置を確認しながら横１０μｍ×縦１０μｍの範囲１０ヶ所を選び、各範囲で算出した十点平均粗さの平均値を求めた。また、観察位置による測定値の偏差を低減するため、一本の帯電ローラにつき長手方向に３箇所（中心位置及びローラ両端部から２ｃｍの位置）、回転方向に３箇所（任意の地点を基準に１２０度刻み）、合計で９箇所の画像を撮影した。そして、各画像について取得した素地部の十点平均粗さの平均値を、この帯電ローラの素地部の十点平均粗さＲｚ２とした。

＜帯電ローラの耐久試験および評価方法＞
帯電ローラの耐久試験の方法と、画像評価に用いた電子写真装置の説明を行う。本試験で使用した電子写真式複写機の構成、トナーの組成、耐久試験における画像の出力枚数は実施例１と同様である。また、画像の評価は、実施例１と同様に、黒ポチの有無（ハーフトーン画像の均一性）及びスジ状の汚れムラ（白スジ又は黒スジ）を対象とし、評価基準は実施例１と共通とした。

＜評価結果＞
以上のような評価方法で行った結果を記載した表２に関して説明する。まず、帯電ローラの表層に平均粒径５μｍの単一粒子を、表層全固形分に対する配合比が２５％になるように配合し、表層の膜厚が７μｍになるように表層をコーティングした帯電ローラ（例１）を製造した。この処方で製造した帯電ローラを複写機に装着し、ハーフトーン画像を出力させた所、黒ポチ状の画像欠陥は無く評価は◎であったが、１０万枚耐久後にハーフトーン画像を出力させた所、黒スジは発生せず◎の評価だったが、白スジが発生し評価は×であった。

ここで、粒子の効果を測る為に、単一粒子の平均粒径を５μｍに設定したもの（例２）以外に、５μｍより大きな粒子を含む（例３）〜（例５）の帯電ローラを製造した。（例３）の大粒子径Ｄ１は１０μｍに設定し、（例４）の大粒子径Ｄ１は１５μｍに設定し、（例５）の大粒子径Ｄ１は３０μｍに設定した。これらの処方例において、全体の十点平均粗さＲｚ１が、大粒子径Ｄ１と相関があることを確認した。

（例２）〜（例５）の画像評価を行った所、全体の十点平均粗さＲｚ１が大きくなる程、黒ポチ状の画像欠陥が悪化する傾向が見られた。Ｒｚ１が２０μｍ以下である（例２）、（例３）、及び（例４）では、黒ポチ状の画像欠陥は無く評価は○以上であったが、Ｒｚ１が２０μｍを超えている（例５）では評価が×であった。一方、（例３）、（例４）、及び（例５）では、耐久後のハーフトーン画像を評価するとトナーフィルミングによる白スジ状の汚れが（例１）に比べて良化して◎の評価になったが、（例２）は×の評価となった。つまり、粒子を大径化し、全体の十点平均粗さＲｚ１を大きくすると、トナーフィルミングが低減される一方で、初期のハーフトーン画像均一性は損なわれるトレードオフの関係があることが示唆された。

ここで、（例２）〜（例５）における黒スジ状の汚れは、いずれも○以上の評価となった。これらの帯電ローラを光学顕微鏡で観察すると、所々に粒子同士が凝集している部分がある事がハーフトーン画像の悪化原因であり、表面に微細な起伏やシワがある事などが外添剤フィルミングの悪化の原因であることが推測された。

次に、帯電ローラ表面の微細な起伏やシワの外添剤フィルミングへの影響を測る為に、（例１）の処方から、素地部の十点平均粗さＲｚ２が変化するように処方又は製造方法を変更した（例６）〜（例８）の帯電ローラを製造した。変更した点は、表２に記載された大粒子径Ｄ１又は小粒子径Ｄ２及び粒子の配合量の他、表層用塗料における粒子の分散性を変化させ、或いは弾性層の上に表層用塗料を塗布した後の揮発性を変化させる方法を用いた。素地部の十点平均粗さＲｚ２は、（例６）で約２．００μｍ、（例７）で約１．２６μｍ、（例８）で約０．１７μｍであった。

（例６）〜（例８）の画像評価を行った所、素地部の十点平均粗さＲｚ２が大きくなる程、黒スジ状の汚れが悪化する傾向が見られた。Ｒｚ２が２．００μｍの（例６）は黒スジ状の汚れが悪化し×の評価、Ｒｚ２が１．２６μｍの（例７）は△の評価、Ｒｚ２が０．１７μｍの（例８）は◎の評価となった。このことから、素地部の十点平均粗さＲｚ２を小さく抑えることが、帯電ローラの外添剤フィルミングを抑制する上で有効であることが判明した。

以上説明したように、本実施例によれば、帯電ローラの表面における全体の十点平均粗さＲｚ１及び素地部の十点平均粗さＲｚ２が所定の数値範囲を満たすことが重要であることが判明した。即ち、これらのパラメータＲｚ１，Ｒｚ２が、
１０≦Ｒｚ１≦２０ かつ ≦Ｒｚ２≦１
の関係を満たす場合に、帯電電位の均一性を確保すると共に、トナーフィルミング及び外添剤フィルミングの発生が抑制された。これにより、長期間に亘って画像品位を維持することが可能な帯電ローラを提供することが可能となった。このような帯電ローラは、電子写真装置において、トナーの平均粒径が１０μｍ以下であり、外添剤の平均粒径が０．５μｍ以下であるような現像剤と共に好適に使用することができる。

１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ…カートリッジ（画像形成部）／２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ…像担持体（感光ドラム）／３，３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ…帯電ローラ／４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ…現像手段（現像装置）／７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ…露光手段（露光装置）／８，１５…転写手段（中間転写ベルト、二次転写ローラ）／３０…支持体／３１…弾性層／３２…表層／３５…樹脂材料（導電性樹脂層）／３９…電圧印加手段（帯電電源）／１００…画像形成装置／Ｐ１，Ｐ２…粒子（第１の粒子、第２の粒子）

Claims (10)

1. 像担持体の表面を帯電させる帯電ローラであって、
   支持体と、
   前記支持体より外周側に設けられた弾性層と、
   前記弾性層より外周側に設けられ、帯電ローラの表面を構成する表層と、を有し、
   前記表層は、粒子が分散された樹脂材料で形成され、
   前記粒子の平均粒径が２μｍ以上１５μｍ以下であり、
   前記樹脂材料の平均膜厚が２０μｍ以下であり、
   帯電ローラの表面の面粗さに関する突出山部高さＳｐｋ［μｍ］、突出谷部深さＳｖｋ［μｍ］、及びコア部レベル差Ｓｋ［μｍ］が、
   ４≦Ｓｐｋ＋Ｓｋ≦８ かつ ０．５≦Ｓｖｋ≦１
   の関係を満たす、
   ことを特徴とする帯電ローラ。
2. 前記突出山部高さＳｐｋ、前記突出谷部深さＳｖｋ、及び前記コア部レベル差Ｓｋが、
   Ｓｐｋ＋Ｓｋ＜７．０ かつ Ｓｖｋ＜０．９
   の関係を満たす、
   ことを特徴とする請求項１に記載の帯電ローラ。
3. 前記樹脂材料の前記平均膜厚に対する前記粒子の突出量が４μｍ以上である、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の帯電ローラ。
4. 前記表層の前記粒子を含まない質量に対する、前記表層に含まれる前記粒子の質量の比が５０％以下である、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の帯電ローラ。
5. 前記粒子は、第１の粒子と、前記第１の粒子に比べて平均粒径が小さい第２の粒子と、を含み、
   前記第１の粒子の平均粒径をＤ１［μｍ］とし、前記第２の粒子の平均粒径をＤ２［μｍ］とした場合、５＜Ｄ１＜２０かつ３＜Ｄ２≦Ｄ１／２である、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の帯電ローラ。
6. 回転可能な像担持体と、
   前記像担持体の表面を帯電させる、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の帯電ローラと、を備え、
   画像形成装置に対して着脱可能に装着される、
   ことを特徴とするカートリッジ。
7. 前記像担持体に担持された静電潜像を、現像剤を用いて現像する現像手段をさらに備え、
   前記現像剤に含まれるトナーの平均粒径が１０μｍ以下であり、
   前記現像剤に含まれる外添剤の平均粒径が０．５μｍ以下である、
   ことを特徴とする請求項６に記載のカートリッジ。
8. 回転可能な像担持体と、
   前記像担持体の表面を帯電させる、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の帯電ローラと、
   前記帯電ローラによって帯電した前記像担持体を露光して、前記像担持体の表面に静電潜像を書き込む露光手段と、
   前記像担持体に担持された静電潜像を、トナーを含む現像剤を用いて現像する現像手段と、
   前記現像手段によって現像され前記像担持体に担持されているトナー像を記録材に転写する転写手段と、を備える、
   ことを特徴とする画像形成装置。
9. 前記現像剤に含まれるトナーの平均粒径が１０μｍ以下であり、
   前記現像剤に含まれる外添剤の平均粒径が０．５μｍ以下である、
   ことを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
10. 前記帯電ローラに直流電圧を印加することで前記像担持体の表面を帯電させる電圧印加手段をさらに備える、
    ことを特徴とする請求項８又は９に記載の画像形成装置。

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