JP2021067729A - Image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画像形成装置に関するものである。ここで、画像形成装置とは、電子写真画像形成方式を用いて記録材（記録媒体）に画像を形成するものである。画像形成装置の例としては、複写機、プリンタ（レーザービームプリンタ、ＬＥＤプリンタ等）、ファクシミリ装置、ワードプロセッサ、及び、これらの複合機（マルチファンクションプリンタ）などが含まれる。 The present invention relates to an image forming apparatus. Here, the image forming apparatus forms an image on a recording material (recording medium) by using an electrophotographic image forming method. Examples of the image forming apparatus include a copier, a printer (laser beam printer, LED printer, etc.), a facsimile apparatus, a word processor, and a multifunction printer thereof.
従来から、電子写真方式を用いた画像形成装置は、像担持体としての回転ドラム型を一般とする感光ドラムを有する。その感光ドラムを一様に帯電する帯電装置（帯電工程）、帯電処理された感光ドラムに静電潜像を形成する情報書き込み手段としての露光装置（露光工程）を有する。さらに、感光ドラム上に形成された静電潜像を現像剤としてのトナーにより顕像化する現像ユニット（現像工程）、上記トナー画像を感光ドラムから記録媒体に転写する転写装置（転写工程）を有する。加えて、転写後の残留トナーを感光ドラムから除去・清掃するクリーニング装置（クリーニング工程）、記録媒体上のトナーを定着させる定着装置（定着工程）などから構成されている。感光ドラムは、上記工程を繰り返して電子写真プロセスが適用され作像に供される。 Conventionally, an image forming apparatus using an electrophotographic method has a photosensitive drum generally of a rotating drum type as an image carrier. It has a charging device (charging step) for uniformly charging the photosensitive drum, and an exposure device (exposure step) as an information writing means for forming an electrostatic latent image on the charged photosensitive drum. Further, a developing unit (development process) for visualizing an electrostatic latent image formed on the photosensitive drum with toner as a developer, and a transfer device (transfer process) for transferring the toner image from the photosensitive drum to a recording medium. Have. In addition, it is composed of a cleaning device (cleaning step) for removing and cleaning residual toner after transfer from the photosensitive drum, a fixing device (fixing step) for fixing the toner on the recording medium, and the like. The photosensitive drum is subjected to an electrophotographic process by repeating the above steps and subjected to image formation.
転写工程後の感光ドラム上に残留するトナーは、クリーニング装置により感光ドラムの表面から除去されてクリーニング装置内に溜って廃トナーとなるが、環境保全や資源の有効利用、装置の小型化等の点から廃トナーは出ないことが望ましい。そこで、特許文献１に示すように、転写残トナーを現像ユニットにおいて「現像同時クリーニング」を実行することで、トナーを感光ドラムの表面上から除去・回収し、再利用するようにしたクリーナレス方式の画像形成装置が知られている。 The toner remaining on the photosensitive drum after the transfer process is removed from the surface of the photosensitive drum by the cleaning device and accumulated in the cleaning device to become waste toner. However, environmental protection, effective use of resources, miniaturization of the device, etc. From the point of view, it is desirable that no waste toner is generated. Therefore, as shown in Patent Document 1, a cleanerless method in which the transfer residual toner is removed and recovered from the surface of the photosensitive drum by executing "simultaneous development cleaning" in the developing unit and reused. Image forming apparatus is known.
しかしながら、感光ドラムの表面の残留トナーの電荷量が小さい場合において、現像ユニットで残留トナーを回収することが困難となり、画像弊害が発生することがあった。 However, when the amount of charge of the residual toner on the surface of the photosensitive drum is small, it becomes difficult for the developing unit to recover the residual toner, which may cause an image problem.
そこで、本発明では、クリーナレス構成において、感光ドラムの表面の残留トナーに適切に電荷を与えることで、現像ユニットによる回収性を向上させることを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to improve the recoverability by the developing unit by appropriately applying an electric charge to the residual toner on the surface of the photosensitive drum in the cleanerless configuration.
この目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、回転可能な像担持体と、前記像担持体の表面と接触して帯電部を形成し、前記帯電部において前記像担持体の表面を帯電する回転可能な帯電部材と、前記帯電部材によって帯電された前記像担持体の表面に形成された静電潜像に現像剤を供給する現像部材と、前記現像部材により顕像化された現像剤像を被転写体に転写する転写部材と、を有し、前記転写部材によって前記現像剤像を前記被転写体に転写した後に前記像担持体の表面に残った現像剤を前記帯電部材によって正規極性に帯電して、前記現像部材に回収する画像形成装置であって、前記帯電部材は、振幅が１Ｖの交流電圧を、周波数を変化させながら前記帯電部材に印加することによって測定したインピーダンス特性を、周波数を横軸、インピーダンスを縦軸として両対数プロットしたときの、１．０×１０５Ｈｚ〜１．０×１０６Ｈｚの周波数における傾きが、−０．８以上、−０．３以下であり、周波数が１．０×１０−２Ｈｚ〜１．０×１０１Ｈｚにおけるインピーダンスが、１．０×１０３Ω〜１．０×１０７Ωであって、前記現像剤の体積平均粒径をＤμｍとした場合において、前記帯電部材が前記帯電部材の回転軸線に平行な剛性の平板によって荷重３００ｇｆ以上５００ｇｆ以下で加圧された状態の前記帯電部材の十点平均粗さＲｚが、（Ｄ×１．１）μｍ≦Ｒｚ≦２０μｍの関係を満たすことを特徴とする。 In order to achieve this object, the image forming apparatus of the present invention makes contact between the rotatable image carrier and the surface of the image carrier to form a charged portion, and the surface of the image carrier is formed in the charged portion. A rotatable charging member that is charged, a developing member that supplies a developer to an electrostatic latent image formed on the surface of the image carrier charged by the charging member, and a development visualized by the developing member. It has a transfer member that transfers the agent image to the transfer target, and the developer remaining on the surface of the image carrier after the developer image is transferred to the transfer target by the transfer member is transferred by the charging member. An image forming apparatus that is charged to a normal polarity and collected by the developing member. The charging member has an impedance characteristic measured by applying an AC voltage having an amplitude of 1 V to the charging member while changing the frequency. the horizontal axis of the frequency, when the log-log plot of impedance as a vertical axis, the slope in the frequency of 1.0 × 10 5 Hz~1.0 × 10 6 Hz, -0.8 or -0.3 The impedance at a frequency of 1.0 × 10 −2 Hz to 1.0 × 10 1 Hz is 1.0 × 10 3 Ω to 1.0 × 10 7 Ω, and the volume of the developer. When the average particle size is D μm, the ten-point average roughness Rz of the charged member in a state where the charged member is pressed by a flat plate having a rigidity parallel to the rotation axis of the charged member with a load of 300 gf or more and 500 gf or less is obtained. , (D × 1.1) μm ≦ Rz ≦ 20 μm.
本発明によれば、クリーナレス構成において、感光ドラムの表面の残留トナーに適切に電荷を与えることで、現像ユニットによる回収性を向上させることが可能となる。 According to the present invention, in the cleanerless configuration, it is possible to improve the recoverability by the developing unit by appropriately charging the residual toner on the surface of the photosensitive drum.
本発明において、数値範囲を表す「○○以上××以下」や「○○〜××」の記載は、特に断りのない限り、端点である下限及び上限を含む数値範囲（○○を下限値、××を上限値とする数値範囲）を意味する。 In the present invention, unless otherwise specified, the description of "○○ or more and XX or less" and "○○ to XX" indicating a numerical range is a numerical range including the lower limit and the upper limit which are end points (○○ is the lower limit value). , XX is the upper limit).
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。すなわち、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail exemplarily based on examples with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, and relative arrangements of the components described in this embodiment should be appropriately changed depending on the configuration of the apparatus to which the invention is applied and various conditions. That is, it is not intended to limit the scope of the present invention to the following embodiments.
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置１００の概略構成を示す図である。図１は画像形成時の概略構成図を示す。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an
（画像形成装置の全体構成）
図１を参照して、クリーナレス構成における画像形成装置の全体の構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置１００の概略構成を断面的に示したものであり、各構成について簡略的に示している。
(Overall configuration of image forming apparatus)
The overall configuration of the image forming apparatus in the cleanerless configuration will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view of a schematic configuration of an
本実施の形態に係る画像形成装置１００は、着脱自在に構成されたプロセスカートリッジ１１を備えている。プロセスカートリッジ１１は、像担持体としての感光ドラム１を備えている。他にもプロセスカートリッジ１１の感光ドラム１の周囲には、感光ドラム１の表面を帯電するための帯電部材たる帯電ローラ２、感光ドラム１の表面に形成された静電潜像を現像剤４４により現像するための現像部材たる現像ローラ４１が設けられている。現像ローラ４１上に形成された正規極性の電荷を保持したトナーにより、形成された静電潜像がトナー像（現像剤像）として現像される。なお、本実施例では帯電ローラ２は残留トナー帯電部材を兼ねている。つまり、帯電ローラ２による感光ドラム１の表面の帯電と、残留トナー９０の帯電が同時に行われる。残留トナー９０の帯電プロセスに関しては後述する。本実施例におけるトナーの正規極性は負極性とした。
The
画像形成装置１００には感光ドラム１に当接し、被転写体として記録材Ｋにトナーの転写を行う転写部材たる転写ローラ５、帯電された感光ドラム１に対し画像データに対応した静電潜像を形成させるためのレーザ露光ユニット３が取り付けられている。また、感光ドラム１の回転方向において転写ローラ５の下流側、帯電ローラ２の上流側に、転写後の感光ドラム１の表面に形成された表面電位をリセットするための前露光装置としての前露光ユニット（ＬＥＤ）６が取り付けられている。
The
本実施の形態におけるプロセスカートリッジ１１は、感光ドラムユニット１０と、現像ユニット（現像装置）２０の２つのユニットからなるカートリッジ構成である。感光ドラムユニット１０は、感光ドラム１、帯電ローラ２、前露光ユニット６等が一体化されたユニット（カートリッジ）である。現像ユニット２０は、現像ローラ４１、現像ブレード４３、トナー供給部材（トナー供給ローラ）４２、現像枠体４０等が一体化されたユニット（カートリッジ）である。２つのユニットは、一体的にプロセスカートリッジ１１として、あるいはそれぞれ個別に、画像形成装置１００の装置本体に着脱可能に構成されている。なお、ここでは画像形成装置１００の構成のうちカートリッジを除いた構成部分のことを「装置本体」とする。
The
現像枠体４０は、トナー（現像剤）４４を収容する現像剤収容部を有するとともに、現像ローラ４１、トナー供給部材４２、現像ブレード４３、撹拌部材４５を支持する枠体である。現像ローラ４１、トナー供給部材４２、撹拌部材４５はそれぞれ現像枠体４０に対して回転可能に設けられている。
The developing
トナー供給部材４２は、現像ローラ４１に対しトナーの供給、剥ぎ取りを行う現像剤供給部材であり、現像ローラ４１に圧接されるように現像枠体４０に設けられている。
The
現像ブレード４３は、現像ローラ４１上に担持されるトナーに対し、その層厚を規制し、かつ帯電させる現像剤規制部材であり、現像枠体４０に固定されている。
The developing
撹拌部材４５は、現像枠体４０の現像剤収容部内で回転することで、収容されているトナーを撹拌するとともに、トナー供給部材４２に向けてトナーを搬送する。
The stirring
感光ドラム１、現像ローラ４１、トナー供給部材４２、撹拌部材４５、転写ローラ５や、記録材Ｋを搬送するための不図示の搬送ローラ、定着装置７の加圧ローラ等は、装置本体に設けられた各種モータ（動力源）から伝達される駆動力によりそれぞれ回転する。
The photosensitive drum 1, the developing
また、装置本体には、帯電ローラ２、現像ローラ４１、トナー供給部材４２、現像ブレード４３、転写ローラ５のそれぞれに所定の電圧を印加するための、電源が取り付けられている。
Further, a power source for applying a predetermined voltage to each of the charging
図２に示す制御ブロック図は、本実施の形態に係る画像形成装置１００の制御構成の一例を概略的に示している。制御部１０１は、ＣＰＵやメモリ等を有し、ホストコンピュータ等の外部装置から送信される画像情報及びプリント指示を受信し、画像形成装置１００の画像形成動作を制御する。すなわち、ここで説明する画像形成動作の各種動作は、制御部１０１によって制御される。
The control block diagram shown in FIG. 2 schematically shows an example of a control configuration of the
（画像形成動作）
次に、図１を参照して、本実施の形態での画像形成動作について詳細に説明する。
(Image formation operation)
Next, with reference to FIG. 1, the image forming operation in the present embodiment will be described in detail.
画像形成動作が開始されると、感光ドラム１は、感光ドラム１の駆動モータ（図２）にて図中矢印方向に回転駆動される。その表面速度は１８０ｍｍ／ｓｅｃである。感光ドラム１は、アルミニウム等からなる導電性の芯金上に、電荷発生層を形成し、その上層に電荷輸送層を形成した、所謂有機感光ドラムである。電荷輸送層の層厚は２３μｍである。 When the image forming operation is started, the photosensitive drum 1 is rotationally driven by the drive motor (FIG. 2) of the photosensitive drum 1 in the direction of the arrow in the drawing. Its surface velocity is 180 mm / sec. The photosensitive drum 1 is a so-called organic photosensitive drum in which a charge generation layer is formed on a conductive core metal made of aluminum or the like, and a charge transport layer is formed on the upper layer. The layer thickness of the charge transport layer is 23 μm.
感光ドラム１に当接された帯電ローラ２は、円筒状の導電性の支持体５２の外表面上（外周面上）を規定の抵抗層（導電層）５３で覆ったローラである（図３）。帯電ローラ２は、導電性支持体５２の円筒両端部をバネ加圧されることで、感光ドラム１の回転に伴って（追従して）従動回転を行う。帯電ローラ２は駆動させてもよいし、感光ドラム１と周速差が付いてもよい。すなわち、帯電ローラ２の表面移動速度と感光ドラム１の表面移動速度が異なっていてもよい。感光ドラム１の表面を帯電すべく、帯電ローラ２の支持体５２には帯電用電源（図２）から所定のタイミングで帯電電圧（帯電バイアス）として−１１００Ｖが印加され、感光ドラム１の表面上は一様に負帯電し、暗部電位として−５５０Ｖの表面電位が形成される。
The charging
帯電された感光ドラム１を露光するレーザ露光ユニット３は、画像データに応じて、レーザビームを用いて、感光ドラム１にその主走査方向（感光ドラム１の回転軸方向）に露光を繰り返しつつ、副走査方向（感光ドラム１の表面の回転移動方向）にも露光を行う。この露光により、感光ドラム１の表面に静電潜像が形成されて画像形成部となり、明部電位として−１００Ｖの表面電位が形成される。 The laser exposure unit 3 that exposes the charged photosensitive drum 1 uses a laser beam to repeatedly expose the photosensitive drum 1 in the main scanning direction (direction of rotation axis of the photosensitive drum 1) according to the image data. Exposure is also performed in the sub-scanning direction (rotational movement direction of the surface of the photosensitive drum 1). By this exposure, an electrostatic latent image is formed on the surface of the photosensitive drum 1 to form an image forming portion, and a surface potential of −100 V is formed as a bright portion potential.
現像手段である現像ユニット２０に取り付けられた現像ローラ４１は、画像形成時に感光ドラム１と接触し、形成された静電潜像に対し、現像ローラ４１用の電源（図２）から現像電圧（現像バイアス）として−３５０Ｖが印加されトナーにより現像を行う。現像ローラ４１は、感光ドラム１と逆方向に回転し、また表面速度は感光ドラム１の表面速度に対し１．４倍の速度で回転している。速度差をもって回転することで、現像ローラ４１上から感光ドラム１へ適切なトナー量を供給している。
The developing
感光ドラム１の表面上に可視化されたトナー像は、さらに転写ローラ５の接触部に送られ、タイミングを合わせて搬送されてくる記録材Ｋ上に転写される。転写ローラ５には、転写ローラ用の電源（図８）により転写電圧（転写バイアス）として５００Ｖが印加されている。
The toner image visualized on the surface of the photosensitive drum 1 is further sent to the contact portion of the
トナー像が転写された記録材Ｋは、定着装置７に送られる。定着装置７において、記録材Ｋには熱及び圧力が加えられ、転写されたトナー像は記録材Ｋに定着される。トナー像が定着された（画像が形成された）記録材Ｋは、装置本体上部のトレイに排出される。
The recording material K to which the toner image is transferred is sent to the
ここで、転写部で転写されなかった残留トナー９０が少なからず感光ドラム１上に存在する。本実施の形態に係るクリーナレス構成における画像形成装置１００では、そのような残留トナー９０を、残留トナー帯電部材からの放電により、正規極性である負極性に帯電する。クリーナレス構成においては、感光ドラム１に接触して感光ドラム１の表面に残留した残留トナー９０を回収、清掃するクリーニング部材を配置しない構成である。そこで、残留トナー９０を適正な電荷を有するトナーとすることによって、現像ユニット２０に回収させる。具体的には、残留トナー９０を放電により正規極性である負極性のトナーに帯電させる。
Here, not a little
本実施の形態では、残留トナー帯電部材として帯電ローラ２を用いる。このとき、後述のような放電による電荷付与を行うことで、その後に続く工程での現像ユニット２０による残留トナー９０の回収に不利となる低電荷成分を極力少なくしている。また、残留トナー帯電部材による放電を確実に行うために前露光ユニット６により感光ドラム１上の電位の絶対値を小さくしている。これにより、残留トナー帯電部材である帯電ローラ２による放電が確実に行われる。続いて、帯電された残留トナー９０は、残留トナー帯電部材である帯電ローラ２と感光ドラム１の接触部である帯電部に突入する。このとき、帯電部における残留トナー９０は、帯電ローラ２による放電により負帯電されているため、感光ドラム１の表面上に静電的に留まった状態で帯電部を通過する。続いて、帯電部を通過した残留トナー９０は、現像ローラ４１と感光ドラム１の接触部である現像部まで移動する。この現像部において、残留トナー９０が付着している感光ドラム１の表面が非画像形成部（暗部電位形成領域）である場合は、感光ドラム１と現像ローラ４１の静電気力の関係により、感光ドラム１の表面から現像ローラ４１に残留トナー９０が回収される。このとき、現像回収は、残留トナー９０の電荷が本実施の形態において正規極性である負極性のため生じる。そのため、感光ドラム１の暗部電位である−５５０Ｖと現像電位である−３５０Ｖとの電位差である２００Ｖの電位差により回収が行われる。この電位差を大きくすると回収性は向上するが、画像形成における潜像において、現像に適した電位差としている。また、感光ドラム１と現像ローラ４１との表面移動速度差によっても現像回収性が変わり、表面移動速度差が大きくなると現像回収性は向上する。一方、残留トナー９０が付着している感光ドラム１の表面が画像形成部（明部電位形成領域）の場合は、残留トナー９０はそのまま感光ドラム１の表面上に留まり、画像形成するためのトナーとして使用される。また、本実施の形態では、残留トナー９０を極力少なくするために、トナーの電荷が適正な範囲となるようにしている。更に、トナーの外添剤として外径１００ｎｍ程度のシリカを、トナー母粒子に外添することで転写性の向上を図っている。上記工程を繰り返して画像形成動作が実行される。
In this embodiment, the charging
（帯電ローラ２によるトナー帯電）
続いて、帯電ローラ２による残留トナー９０のトナー帯電について説明する。
(Toner charging by charging roller 2)
Subsequently, the toner charging of the
本実施の形態で用いる帯電ローラ２は、放電によって残留トナー９０に電荷を供給し、残留トナー９０の現像ユニット２０による回収性を向上させている。放電による電荷供給により、現像回収性に不利な低電荷成分を極力少なくするために、帯電ローラ２が放電を行うための電荷供給を継続させる特性を用いる。
The charging
放電による帯電により残留トナー９０の低電荷成分を少なくするためには、放電を出来るだけ細かく継続させる必要がある。従来から用いられている帯電ローラにおいては、感光ドラム１に対する帯電には支障がない程度の放電の抜け（断続的な放電）が発生している。そのため、従来の帯電ローラのような断続的な放電をする部材を残留トナー帯電部材として用いると、断続的な放電であるため放電領域内で帯電を受けないトナーが出来てしまう。
In order to reduce the low charge component of the
一方、放電を細かく継続させることが出来れば、放電を受けないトナーを減少させることが出来るため残留トナー９０の現像ユニット２０による回収性は向上する。
（帯電プロセス）
帯電プロセスに関してさらに説明する。通常、帯電部近傍における微小空隙において、電界の強さと、微小空隙の距離の関係がパッシェンの法則を満たす領域において放電が発生する。
On the other hand, if the discharge can be continued finely, the toner that is not discharged can be reduced, so that the recoverability of the
(Charging process)
The charging process will be further described. Usually, in the minute voids near the charged portion, a discharge occurs in a region where the relationship between the strength of the electric field and the distance of the minute voids satisfies Paschen's law.
感光ドラム１を回転させながら放電を発生させる帯電プロセスにおいては、帯電ローラ２の表面の一点を経時で追跡した際に、放電の開始地点から終了地点までに、放電が持続的に発生するのではなく、複数回の放電が繰り返し発生することが分かっている。
In the charging process in which a discharge is generated while rotating the photosensitive drum 1, when a point on the surface of the charging
従来の帯電ローラにおいては、支持体の表面からその外周を覆う導電層の外表面に至る、電荷を輸送することが出来る導電パスが導電層内に形成されていると考えられる。そのため、１回の放電で、導電層内に蓄積されている電荷の大半が、感光ドラム１やトナーのような被帯電体に向けて放出される。ここで、本発明者らは、従来の帯電ローラの一例として、以下で説明する比較例１に係る帯電ローラの放電状態を、オシロスコープで詳細に測定、解析した。その結果、比較例１に係る帯電ローラ２では、本来放電が生じなければいけないタイミングで放電されない、いわゆる放電の抜けが生じていることが確認された。特に、プロセススピードが速くなるにつれて、その現象は顕著となった。
In a conventional charging roller, it is considered that a conductive path capable of transporting electric charges is formed in the conductive layer from the surface of the support to the outer surface of the conductive layer covering the outer periphery thereof. Therefore, most of the electric charges accumulated in the conductive layer are discharged toward the charged body such as the photosensitive drum 1 and the toner in one discharge. Here, as an example of the conventional charging roller, the present inventors have measured and analyzed the discharge state of the charging roller according to Comparative Example 1 described below in detail with an oscilloscope. As a result, it was confirmed that the charging
図４に、放電の抜けが発生している状態のイメージ図を示す。図４（ａ）は、放電の抜けがなく、放電の総量が充足されている状態、図４（ｂ）は、放電の抜けが生じて放電の総量が不足している状態、をそれぞれ示している。 FIG. 4 shows an image diagram of a state in which a discharge is generated. FIG. 4A shows a state in which there is no discharge and the total amount of discharge is satisfied, and FIG. 4B shows a state in which discharge occurs and the total amount of discharge is insufficient. There is.
放電の抜けが生じる理由としては、帯電ローラの支持体を覆う導電層からの放電で導電層内に蓄積された電荷の大半が消費された後、次の放電のための導電層への電荷の蓄積が間に合わないためであると考えられる。ここで、本発明者らは、導電層５３内に多量の電荷を蓄積でき、かつ、１回の放電によっても蓄積された電荷が一度に消費されないようにすれば、放電の抜けを解消し得るものと考察した。このような考察に基づき、更なる検討を重ねた結果、本実施の形態で示す構成を備えた帯電ローラ２は、上記の要求によく応え得ることを見出した。
The reason why the discharge is released is that the electric charge from the conductive layer covering the support of the charging roller consumes most of the electric charge accumulated in the conductive layer, and then the electric charge to the conductive layer for the next discharge is generated. It is thought that this is because the accumulation is not in time. Here, the present inventors can eliminate the discharge from the discharge if a large amount of electric charge can be accumulated in the
（インピーダンスの傾き）
そこで、本実施の形態における帯電ローラ２において、放電を細かく継続させるために帯電ローラ２のインピーダンス特性を用いる。その特性は周波数を横軸、インピーダンスを縦軸に両対数プロットした際の周波数１．０×１０５Ｈｚ〜１．０×１０６Ｈｚにおける傾きが−０．８以上で−０．３以下になるようにすることである。従来の放電による帯電ローラにおいてインピーダンスを測定すると、高周波数側で両対数プロットした際の傾きが−１になる。図５に、インピーダンスの周波数特性図を示す。図５に示すように、インピーダンスの傾きとは、インピーダンス特性を周波数に対して両対数プロットした際の、横軸に対する傾きのことである。
(Slope of impedance)
Therefore, in the charging
インピーダンスの絶対値｜Ｚ｜は、等価回路で表すと、 The absolute value of impedance | Z | is expressed by an equivalent circuit.
と表すことが出来る。このとき、Ｒは電気抵抗、Ｃは静電容量、ｆは印加交流電圧の周波数である。高周波数側で、傾きが−１になるのは高周波では電圧に対して電荷の動きが追随出来ずに停滞し、電気抵抗値Ｒが大きく増大した状態、いわば絶縁の静電容量を計測している状態であると推測出来る。このように、電荷が停滞した状態を想定すると、式（１）でのＲを無限大に近似した状態とし、 Can be expressed as. At this time, R is the electric resistance, C is the capacitance, and f is the frequency of the applied AC voltage. On the high frequency side, the slope becomes -1 when the electric charge movement cannot follow the voltage at high frequency and stagnates, and the electric resistance value R increases significantly, so to speak, the capacitance of insulation is measured. It can be inferred that it is in a state of being. Assuming a state in which the electric charge is stagnant in this way, R in Eq. (1) is assumed to be a state approximated to infinity.
と近似することが出来る。この式（２）に対し両辺の対数をとる式変形を行うと、 Can be approximated to. When the formula transformation that takes the logarithm of both sides is performed on this formula (2),
となり、電荷が停滞した状態は周波数ｆに対する傾きが−１となることが分かる。 It can be seen that the slope with respect to the frequency f becomes -1 in the state where the charge is stagnant.
帯電ローラ２のインピーダンス特性を測定すると、図５の特性が得られる。従来の帯電ローラでは実線のように１．０×１０５Ｈｚ〜１．０×１０６Ｈｚでは傾きが−１、本実施の形態の帯電ローラ２では点線のように、１．０×１０５Ｈｚ〜１．０×１０６Ｈｚでは傾きが−０．８以上、−０．３以下となる。
When the impedance characteristic of the charging
従来の帯電ローラでは、高周波数側でみられる周波数に対するインピーダンスの傾きが−１の直線となる。この状態は、電荷の動きが停滞している特性が現れていると推測される。 In the conventional charging roller, the slope of the impedance with respect to the frequency seen on the high frequency side is a straight line of -1. In this state, it is presumed that the characteristic that the movement of electric charge is stagnant appears.
それに対して、本実施の形態における帯電ローラ２では、インピーダンスの傾きが−０．８以上で−０．３以下になることで、絶縁のような電荷の供給が停滞した状態を抑制することが出来る。そのため、あらゆる周波数での放電、特に、電荷の停滞が生じやすい高周波の放電に対しても電荷供給を継続させることが出来る。
On the other hand, in the charging
しかしながら、放電を継続させるためにインピーダンスを極端に小さくしてしまう（インピーダンスの傾きが極端に小さい）と、電荷供給が速くなりすぎて放電の瞬間に電荷供給過多になり異常放電が発生してしまう。つまり、放電を安定に行うためには、ある程度のインピーダンスを持ちながら電荷供給を継続させる必要がある。そのために、インピーダンスの傾きの範囲を規定している。 However, if the impedance is made extremely small in order to continue the discharge (the slope of the impedance is extremely small), the charge supply becomes too fast and the charge supply becomes excessive at the moment of discharge, resulting in abnormal discharge. .. That is, in order to perform stable discharge, it is necessary to continue the charge supply while having a certain impedance. Therefore, the range of impedance gradient is defined.
特に、周波数で１．０×１０５Ｈｚ〜１．０×１０６Ｈｚにおける傾きを、−０．８以上で−０．３以下にすることが重要であると考えている。感光ドラム１への放電が行われる放電領域は、感光ドラム１や帯電ローラ２の直径等に依る。感光ドラム１の周面の円周方向の幅（感光ドラム１の回転方向に感光ドラム１の周面に沿って測った幅）として、一般的に０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度である。感光ドラム１の表面移動速度は１００〜５００ｍｍ／ｓｅｃであるため、放電領域を通過する時間は１０−３〜１０−２ｓｅｃ程度である。また、放電を詳細に観察すると、放電は領域内で何度か発生し、その一つの放電の大きさは感光ドラム１の円周方向において０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍである。そのため、帯電ローラ２の同一点が放電領域を通過する間に、少なくとも数十回程度の放電が発生していることが推測される。したがって、帯電ローラ２が発生させる放電の周波数は、数Ｈｚ〜１．０×１０６Ｈｚの範囲であることが推測される。上述したように、放電を細かく継続させるためには、一つの放電と次の放電のための供給を迅速に行う特性を達成させることが重要である。そして、その特性として特に、１．０×１０５Ｈｚ〜１．０×１０６Ｈｚにおける傾きを、−０．８以上で−０．３以下にすることが重要となる。
In particular, the slope of 1.0 × 10 5 Hz~1.0 × 10 6 Hz in frequency, to be -0.3 or less -0.8 or more are considered to be important. The discharge region where the discharge to the photosensitive drum 1 is performed depends on the diameter of the photosensitive drum 1 and the charging
ここまでは、インピーダンスの傾きの範囲を規定することについて述べたが、インピーダンスの大きさも、ある程度の範囲に収めることが必要である。ある程度の範囲とは、インピーダンスが大きすぎると、電荷が供給されなくなり放電自体が発生しなくなってしまうため、放電が行われる程度のインピーダンスが必要である。そのために低周波数側（１．０×１０−２Ｈｚ〜１．０×１０１Ｈｚ）でのインピーダンスを１．０×１０３Ω〜１．０×１０７Ωの範囲内にしておく。低周波領域でのインピーダンスを上記範囲内にしておくと、それ以上の周波数帯におけるインピーダンスは小さくなり、放電が発生するため問題無い。 Up to this point, we have described defining the range of impedance gradient, but it is also necessary to keep the magnitude of impedance within a certain range. In a certain range, if the impedance is too large, the electric charge will not be supplied and the discharge itself will not occur. Therefore, an impedance sufficient for discharge is required. Keep the impedance at lower frequencies (1.0 × 10 -2 Hz~1.0 × 10 1 Hz) in the range of 1.0 × 10 3 Ω~1.0 × 10 7 Ω for this purpose. If the impedance in the low frequency region is kept within the above range, the impedance in the frequency band higher than that becomes small and discharge occurs, so that there is no problem.
図６に、帯電ローラ２のインピーダンスの測定結果の一例を示す。実線は、本実施の形態における帯電ローラ２のインピーダンスの測定結果を示し、破線は、従来の帯電ローラのインピーダンスの測定結果を示している。この両対数プロットで得られたグラフの、１．０×１０５Ｈｚ〜１．０×１０６Ｈｚの周波数領域におけるインピーダンスの絶対値の傾きが、従来の帯電部材では−１なのに対し、本実施の形態における帯電ローラ２では−０．５程度になっていることが読み取れる。
FIG. 6 shows an example of the measurement result of the impedance of the charging
（低周波数側のインピーダンス）
低周波数側のインピーダンスは、電荷の停滞が発生し難いという特性を表しているものである。これは、低周波数側のインピーダンスの傾きが−１ではない領域であることからも分かる。そして、上記式（１）において、周波数をゼロに近似すると、電気抵抗値Ｒに近似出来ることから、電気抵抗値Ｒは、電荷が単一方向に移動する際の能力を表すことが分かる。したがって、低周波数の電圧を印加しながらの測定では、電圧の振動に電荷の動きが追随することが出来た状態での電荷の移動量を模擬していると想定することが出来る。
(Impedance on the low frequency side)
The impedance on the low frequency side expresses the characteristic that charge stagnation is unlikely to occur. This can be seen from the fact that the slope of the impedance on the low frequency side is not -1. Then, in the above equation (1), if the frequency is approximated to zero, it can be approximated to the electric resistance value R. Therefore, it can be seen that the electric resistance value R represents the ability of the electric charge to move in one direction. Therefore, in the measurement while applying a low frequency voltage, it can be assumed that the amount of electric charge movement in a state where the movement of the electric charge can follow the vibration of the voltage is simulated.
低周波数における電荷の移動量は、帯電ローラ２から測定電極との間での電荷の移動しやすさの指標であり、更に、帯電ローラ２の表面から感光ドラム１に対して、放電によって電荷を移動させられる電荷量の指標とすることが出来る。
The amount of charge transfer at a low frequency is an index of the ease of charge transfer from the charging
また、インピーダンスの測定に用いられる交流電圧の振幅を１Ｖとした。この測定用の振動電圧は、画像形成装置１００において、帯電ローラ２に印加される電圧が−数１００Ｖ〜−数１０００Ｖであるのに対して大幅に低い。従って、帯電ローラ２の表面からの放電の出やすさをより高次元で評価することが出来ると考えている。
The amplitude of the AC voltage used for impedance measurement was set to 1 V. The vibration voltage for this measurement is significantly lower than the voltage applied to the charging
また、放電の出やすさを適切な範囲に制御可能である。インピーダンスが１．０×１０３Ωより低くなると、一つの放電の量が大きくなりすぎて、次の放電のための電荷の供給が追随出来なくなり、放電の抜けが発生する方向に働く。一方で、インピーダンスが１．０×１０７Ωを超えると、放電の出やすさが低下する。 In addition, the ease of discharge can be controlled within an appropriate range. When the impedance becomes lower than 1.0 × 10 3 Ω, the amount of one discharge becomes too large, the supply of electric charge for the next discharge cannot follow, and the discharge works in the direction of discharge. On the other hand, when the impedance exceeds 1.0 × 10 7 Ω, out easiness of discharge is reduced.
なお、図５で説明したように帯電ローラ２においては、低周波数の領域においてインピーダンスの絶対値は一定値をとる。１．０×１０−２Ｈｚ〜１．０×１０１Ｈｚにおけるインピーダンスは、例えば１Ｈｚの周波数におけるインピーダンスの値で代用することが出来る。
As described with reference to FIG. 5, in the charging
（インピーダンスの測定方法）
インピーダンスの測定に際し、帯電ローラ２と測定電極との間の接触抵抗の影響を排除するために、低抵抗な薄膜を帯電ローラ２の表面に堆積させ、当該薄膜を電極として使用する。一方で、帯電ローラ２の支持体５２を接地電極として２端子でインピーダンスを測定する。
(Impedance measurement method)
In measuring impedance, in order to eliminate the influence of contact resistance between the charging
当該薄膜の形成方法としては、金属蒸着、スパッタリング、金属ペーストの塗布、金属テープを貼付するなどの金属膜の形成方法を挙げることが出来る。これらの中でも、帯電ローラ２との接触抵抗の低減という観点で、白金やパラジウムのような金属薄膜を蒸着によって電極として形成する方法が好ましい。
Examples of the method for forming the thin film include a method for forming a metal film such as metal vapor deposition, sputtering, application of a metal paste, and application of a metal tape. Among these, a method of forming a metal thin film such as platinum or palladium as an electrode by vapor deposition is preferable from the viewpoint of reducing the contact resistance with the charging
帯電ローラ２の表面に金属薄膜を形成する場合、その簡便さおよび薄膜の均一性を考慮すると、真空蒸着装置に対して帯電ローラ２を把持出来る機構を付与することが好ましい。また、断面が円柱状の帯電ローラ２に対しては、さらに回転機構を付与した、真空蒸着装置を使用することが好ましい。断面が円形状などの曲面で構成されるような、例えば、円柱状の帯電ローラ２に対しては、上記の測定電極としての金属薄膜と、インピーダンスの測定装置との接続が困難になるため、次のような方法を用いることが好ましい。具体的には、帯電ローラ２の長手方向に、１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度の幅の金属薄膜電極を形成したのち、金属シートを隙間なく巻き付け、当該金属シートと、測定装置から出ている測定電極と接続して測定すればよい。これにより、帯電ローラ２の導電層からの電気信号を好適に測定装置に取得することが出来、インピーダンス測定を実施することが出来る。金属シートとしては、インピーダンスを測定するに際して、測定装置の接続ケーブルの金属部と同等の電気抵抗値である金属シートであればよく、例えば、アルミホイルや金属テープ等を用いることが出来る。
When forming a metal thin film on the surface of the charging
インピーダンスの測定装置は、インピーダンスアナライザ、ネットワークアナライザ、スペクトルアナライザ等、１．０×１０６Ｈｚまでの周波数領域におけるインピーダンスを測定することが出来る装置であればよい。これらの中でも、帯電ローラ２の電気抵抗域から、インピーダンスアナライザによって測定することが好ましい。
Impedance measuring devices, impedance analyzer, network analyzer, spectrum analyzer or the like, may be any device capable of measuring the impedance in the frequency region of up to 1.0 × 10 6 Hz. Among these, it is preferable to measure from the electric resistance range of the charging
インピーダンスの測定条件に関して述べる。インピーダンス測定装置を使用し、１．０×１０−２Ｈｚ〜１．０×１０６Ｈｚの周波数領域におけるインピーダンスを測定する。測定は、温度２３℃、湿度５０％ＲＨの環境下で行う。測定ばらつきを低減するために、周波数１桁あたり５点以上の測定点を設けることが好ましい。また、交流電圧の振幅は上述したように１Ｖである。 The impedance measurement conditions will be described. An impedance measuring device is used to measure the impedance in the frequency range of 1.0 × 10 -2 Hz to 1.0 × 10 6 Hz. The measurement is performed in an environment of a temperature of 23 ° C. and a humidity of 50% RH. In order to reduce measurement variation, it is preferable to provide 5 or more measurement points per digit of frequency. The amplitude of the AC voltage is 1V as described above.
測定電圧に関しては、画像形成装置１００内の帯電ローラ２に印加される分担電圧を考慮して、直流電圧を印加しながら測定してもよい。具体的には、１０Ｖ以下の直流電圧を振動電圧と重畳印加しながらの測定によって、電荷の輸送と蓄積の特性を定量化するために好適である。
The measured voltage may be measured while applying a DC voltage in consideration of the shared voltage applied to the charging
（インピーダンスの傾きの算出方法）
上記の条件で測定した測定結果に対し、表計算ソフト（例えば、「ウインドウズエクセル」（商品名、マイクロソフト社製）を使用して、インピーダンスの絶対値を、測定周波数に対して両対数グラフでプロットする。この両対数プロットで得られたグラフの、１．０×１０５Ｈｚ〜１．０×１０６Ｈｚの周波数領域におけるインピーダンスの絶対値の傾きを、１．０×１０５Ｈｚ〜１．０×１０６Ｈｚの周波数領域の測定点を利用して求めればよい。具体的には、当該周波数範囲のグラフのプロットに対し、一次関数の近似直線を最小二乗法で算出し、その傾きを算出すればよい。
(Calculation method of impedance slope)
For the measurement results measured under the above conditions, plot the absolute value of impedance with a log-log graph against the measurement frequency using spreadsheet software (for example, "Windows Excel" (trade name, manufactured by Microsoft)). to. graph obtained in this log-log plot, the slope of 1.0 × 10 5 Hz~1.0 × 10 6 absolute value of the impedance in the frequency region of Hz, 1.0 × 10 5 Hz~1. It may be obtained by using the measurement points in the frequency region of 0 × 10 6 Hz. Specifically, the approximate straight line of the linear function is calculated by the minimum square method for the plot of the graph in the frequency range, and the gradient is calculated. It may be calculated.
次いで、当該両対数グラフ内の１．０×１０−２Ｈｚ〜１．０×１０１Ｈｚの周波数領域での測定点の算術平均値を算出し、得られた値を低周波数側のインピーダンスとすればよい。円柱状の帯電ローラ２におけるインピーダンスの傾きの測定では、軸方向としての長手方向を５等分した際のそれぞれの領域内の任意の場所で測定を５か所行い、５か所の傾きの測定値の算術平均を算出すればよい。
Next, the arithmetic mean value of the measurement points in the frequency domain of 1.0 × 10 -2 Hz to 1.0 × 10 1 Hz in the log-log graph is calculated, and the obtained value is used as the impedance on the low frequency side. do it. In the measurement of the impedance inclination of the
また、本実施例における測定は、前処理として、帯電ローラ２に対し、回転しながら真空白金蒸着をすることよって、測定電極を作成した。この時、マスキングテープを使用して、長手方向の幅１．５ｃｍの帯状で、周方向に均一な電極を作成した。当該電極を形成することによって、帯電ローラ２の表面粗さによって、測定電極と帯電ローラ２の接触抵抗の影響を極力排除することが出来る。次に、当該電極に、アルミシートを隙間なく巻きつけ、帯電ローラ２側の測定電極を形成した。
Further, in the measurement in this embodiment, as a pretreatment, a measurement electrode was prepared by vacuum platinum vapor deposition on the charging
図７（Ａ）に、帯電ローラ２に測定電極を形成した状態の概要図を示す。図７の中で、５２が導電性の支持体、５３がマトリックスドメイン構造を有する導電層、６０が白金蒸着層、６１がアルミシートである。
FIG. 7A shows a schematic view of a state in which the measuring electrode is formed on the charging
図７（Ｂ）に帯電ローラ２に測定電極を形成した状態の断面図を示す。５２が導電性の支持体、５３がマトリックスドメイン構造を有する導電層、６０が白金蒸着層、６１がアルミシートである。図７（Ｂ）のように、導電性の支持体５２と、測定電極によってマトリックスドメイン構造を有する導電層５３を挟む状態にすることが重要である。
FIG. 7B shows a cross-sectional view of a state in which a measuring electrode is formed on the charging
そして、当該アルミシート６１を、インピーダンス測定装置７０（ソーラトロン１２６０、およびソーラトロン１２９６ ソーラトロン社製）側の測定電極に接続した。図７（ｃ）に、本測定系の概要図を示す。導電性の支持体５２と、アルミシート６１を測定のための２つの電極にすることで、インピーダンス測定を行った。
Then, the
インピーダンスの測定に際し、帯電ローラ２を温度２３℃、湿度５０％ＲＨ環境に４８時間放置し、帯電ローラ２の水分量を飽和させた。
In measuring the impedance, the charging
インピーダンスの測定は、温度２３℃、湿度５０％ＲＨ環境において、振幅が１Ｖの交流電圧、周波数１．０×１０−２Ｈｚ〜１．０×１０６Ｈｚで測定（周波数が１桁変化する際に、５点ずつ測定）し、インピーダンスの絶対値を得た。次いで、測定結果をエクセル（登録商標）などの表計算ソフトを用いて、当該インピーダンスの絶対値と、周波数を両対数プロットした。両対数プロットにより得られたグラフから、（ａ）１．０×１０５Ｈｚ〜１．０×１０６Ｈｚにおける傾き、および（ｂ）１．０×１０−２Ｈｚ〜１．０×１０１Ｈｚにおけるインピーダンスの絶対値のそれぞれの算術平均値を算出した。測定位置に関して、帯電ローラ２（長手方向の長さ：２３０ｍｍ）の導電層５３を長手方向に５個の領域に５等分し、それぞれの領域内から任意に１点ずつ、合計５点に測定電極を形成し、上記測定及び算術平均値の算出を行った。
Impedance is measured in an AC voltage with an amplitude of 1 V and a frequency of 1.0 x 10 -2 Hz to 1.0 x 10 6 Hz in an environment with a temperature of 23 ° C and a humidity of 50% RH (when the frequency changes by an order of magnitude). The absolute value of the impedance was obtained by measuring 5 points at a time. Next, the measurement results were log-log plotted with the absolute value of the impedance and the frequency using spreadsheet software such as Excel (registered trademark). From the graphs obtained by the log-log plot, (a) tilt at 1.0 × 10 5 Hz to 1.0 × 10 6 Hz, and (b) 1.0 × 10 -2 Hz to 1.0 × 10 1 The arithmetic average value of each absolute value of the impedance in Hz was calculated. Regarding the measurement position, the
（帯電ローラ２の構成）
本実施の形態における帯電ローラ２の一様態としては、図８に示したようなマトリックスドメイン構造（海島構造）を有する導電層５３を有する帯電ローラ２が例示される。マトリックスドメイン構造とは、マトリックス２１（海相を形成する）および、マトリックス２１中に分散、散在した複数個のドメイン２２（島相を形成する）を有する構造とする。
(Structure of charging roller 2)
As a uniform state of the charging
本実施の形態において、効果を発現するために重要な役割を果たすマトリックスドメイン構造を形成するための具体的達成手段について説明する。 In the present embodiment, specific achievement means for forming a matrix domain structure that plays an important role in exerting an effect will be described.
本実施の形態における導電相としてのドメイン２２と、絶縁相としてのマトリックス２１の構成は、本実施の形態の効果を阻害しない範囲で、導電の材料と、絶縁の材料を、相分離または分散させる手法によって得ることが出来る。帯電ローラ２として、他の部材に当接させて機能を発現させるために、絶縁性の第一のゴムを含むマトリックス２１と、導電性の第二のゴムの相分離によって、マトリックスドメイン型の相分離構造を有する導電層５３とすることが必須である。
ここで、本明細書において「導電相」と「導電層」は、それぞれ別のものを示す。導電“相”とは、相分離したマトリックスドメイン構造のドメイン２２を形成する“相”を示す。一方、導電“層”とはドメイン２２とマトリックス２１を含めたマトリックスドメイン構造を有する材料で形成された“層”（帯電ローラ２の支持体５２の外周に形成される導電層５３）を示す。
The configuration of the
Here, in the present specification, the "conductive phase" and the "conductive layer" are different from each other. The conductive "phase" refers to a "phase" that forms the
このようなマトリックスドメイン型の相分離構造を形成する方法としては、非相溶の二種類のゴム材料を混練させることで、相分離構造を形成出来る。 As a method for forming such a matrix domain type phase-separated structure, a phase-separated structure can be formed by kneading two types of incompatible rubber materials.
相溶／非相溶を表現するパラメータとして、ＳＰ値がある。ＳＰ値は、分子の凝集エネルギー密度の平方根であり、分子同士の凝集する力（分子間力）の大小を表す。したがって、二者間のＳＰ値差を適正化することで、混和（相溶）状態を制御し、相分離構造の制御を可能とする。ゴムのＳＰ値は、材料の選択や極性基を含むセグメントの共重合比の選択などで、調整することで制御することが出来る。 There is an SP value as a parameter expressing compatible / incompatible. The SP value is a square root of the agglutination energy density of molecules, and represents the magnitude of the agglutination force (intermolecular force) between molecules. Therefore, by optimizing the SP value difference between the two, it is possible to control the miscibility (compatibility) state and control the phase separation structure. The SP value of rubber can be controlled by adjusting it by selecting a material or a copolymerization ratio of a segment containing a polar group.
本実施の形態においては、マトリックスドメイン構造を形成するために、２種類のゴム材料のＳＰ値差が、５．０以下の材料であることが好ましい。ＳＰ値を２．０以下にすることがより好ましく、より小さいサイズのドメイン２２を有するマトリックスドメイン構造を形成することが出来る。
In the present embodiment, in order to form the matrix domain structure, it is preferable that the SP value difference between the two types of rubber materials is 5.0 or less. The SP value is more preferably 2.0 or less, and a matrix domain structure having a
本発明者らは、単発の放電の電荷量を増大させるために、帯電ローラ２を移動する電荷の経路を限定して、体積分率の少ないドメイン２２にのみ、電荷を輸送させることによって、上記のインピーダンスの特性を実現することが出来ることを見出した。
In order to increase the amount of charge in a single discharge, the present inventors limit the path of the charge moving through the charging
周波数が１．０×１０−２Ｈｚ〜１．０×１０１Ｈｚにおけるインピーダンスを制御するためには、次のような制御が必要である。 In order to control the impedance when the frequency is 1.0 × 10 -2 Hz to 1.0 × 10 1 Hz, the following control is required.
まず、マトリックス２１ではなく、ドメイン２２にのみ電荷を輸送させ、さらに、ドメイン２２間の電界集中を抑制して、マトリックス２１に局所的に電荷が流れようとすることを抑制する。そのために、マトリックス２１の体積抵抗率、ドメイン２２の体積抵抗率、ドメイン２２間の距離、ドメイン２２の配置の均一性、およびドメイン２２の形状を制御する。さらに、ドメイン２２の体積抵抗率の均一性、電子導電剤の量の均一性、ドメイン２２のサイズ、ドメイン２２のサイズの均一性、ドメイン２２の体積分率などを制御する。以上が、ドメイン２２に電荷の輸送を限定させるための制御因子である。
First, the electric charge is transported only to the
本実施の形態における帯電ローラ２としては、例えば、導電層５３が、以下の構成要素（ｉ）〜構成要素（ｉｉｉ）を満たすことが好ましい。
As the charging
構成要素（ｉ）：該マトリックス２１の体積抵抗率が、１．０×１０１２Ω・ｃｍより大きく１．０×１０１７Ω・ｃｍ以下であること。
Component (i): The volume resistivity of the
構成要素（ｉｉ）：該ドメイン２２の体積抵抗率が、１．０×１０１Ω・ｃｍ以上、１．０×１０４Ω・ｃｍ以下であること。
Component (ii): The volume resistivity of the
構成要素（ｉｉｉ）：該ドメイン２２の隣接壁面間距離が、０．２μｍ以上、２．０μｍ以下の範囲内であること。
Component (iii): The distance between adjacent wall surfaces of the
図９に、帯電ローラ２の長手方向に対して垂直な方向の導電層５３の部分断面図を示す。導電層５３は、マトリックス２１とドメイン２２とを有するマトリックスドメイン構造を有する。そして、ドメイン２２は、電子導電剤としての導電性粒子を含む。
FIG. 9 shows a partial cross-sectional view of the
構成要素（ｉ）〜（ｉｉｉ）を満たす導電層５３を備えた帯電ローラ２は、感光ドラム１との間に電圧を印加したときに各々のドメイン２２に十分な電荷を蓄積することが出来る。また、ドメイン２２の間での同時的な電荷の授受を抑制することが出来る。これにより、一回の放電で、導電層５３の内に蓄積された電荷の大半が放出されることを防ぐことが出来る。その結果、導電層５３の内には、次の放電のための電荷が未だ蓄積されている状態とすることが出来るため、図４（ａ）に示したように、短いサイクルで安定して放電を生じさせることが可能となる。本実施の形態における帯電ローラ２によって達成されるこのような放電状態を、以降、「微細放電」とも呼ぶ。
The charging
微細放電を発生可能な本実施の形態における帯電ローラ２の場合、感光ドラム１の表面上の残留トナー９０に対する放電による帯電電荷の総量は、従来の帯電ローラと同等である。しかしながら、上述の通り、一回一回の放電量を小さく、かつ、多量にする（放電発生の単位時間における頻度を高める）ことで、トナーの帯電均一性が従来の帯電ローラと比較し、飛躍的に向上する。よってトナーの帯電ムラが抑制され、放電を受けないトナーを減少することで現像ユニット２０での残留トナー９０の回収性を向上させることが出来ることが、発明者らの検討により分かった。
In the case of the charging
以下、上記（ｉ）〜（ｉｉｉ）の構成要素について説明する。 Hereinafter, the components (i) to (iii) above will be described.
＜構成要素（ｉ）＞
・マトリックス２１の体積抵抗率；
マトリックス２１の体積抵抗率を、１．０×１０１２Ω・ｃｍより大きく１．０×１０１７Ω・ｃｍ以下とすることで、電荷が、ドメイン２２を迂回してマトリックス２１の内部を移動することを抑制することが出来る。また、ドメイン２２に蓄積された電荷が、マトリックス２１に漏洩することによって、あたかも導電層５３内を連通する導電経路が形成されているかのような状態となることを防止することが出来る。
<Component (i)>
-Volume resistivity of
By setting the volume resistivity of the
電圧印加下において、導電層５３中をドメイン２２を介して電荷を移動させるためには、電荷が十分に蓄積された領域（ドメイン２２）が、電気的に絶縁性の領域（マトリックス２１）で分断されている構成が有効であると本発明者らは考えている。そして、マトリックス２１の体積抵抗率を、上記したような高抵抗領域の範囲とすることで、各ドメイン２２との界面において十分な電荷を留めることが出来、ドメイン２２からの電荷漏洩を抑制することが出来る。
In order to move the charge through the
また、上記低周波数側でのインピーダンスの傾きが−１ではなくなる条件を満たす導電層５３とするためには、電荷の移動経路が、ドメイン２２を介在した経路に限定することが効果的であることを見出した。ドメイン２２からのマトリックス２１への電荷の漏洩を抑制し、電荷の輸送経路を複数のドメイン２２を介した経路に限定することにより、ドメイン２２に存在する電荷の密度を向上させることが出来る。そのため、各ドメイン２２における電荷の充填量をより増大させることが出来る。これにより、放電の起点である導電相としてのドメイン２２の表面において、放電に関与される電荷の総数を向上させることが出来る。その結果、帯電ローラ２の表面からの放電の出やすさを向上させることが出来ると考えられる。
Further, in order to obtain the
また、導電層５３の外表面から発生する放電は、ドメイン２２から電界によって電荷が引き出されることにより生じる。同時に、空気が電界によって電離して発生するプラスイオンが、マイナスの電荷が存在する導電層５３の表面に衝突して、導電層５３の表面から電荷を放出するγ効果も含む。帯電ローラ２の表面（導電層５３の表面）にある導電相としてのドメイン２２には、上記で説明したように、高密度で電荷を存在させることが出来る。したがって、プラスイオンが電界によって導電層５３の表面に衝突した際の、放電電荷の発生効率も向上することが出来、従来の帯電ローラと比較して、より多くの放電電荷を発生しやすい状態にすることが出来ていると推測している。
Further, the electric discharge generated from the outer surface of the
・マトリックス２１の体積抵抗率の測定方法；
マトリックス２１の体積抵抗率は、導電層を薄片化し、微小探針によって計測することが出来る。薄片化する手段としては、例えば、鋭利なカミソリや、ミクロトーム、収束イオンビーム法（ＦＩＢ）などがあげられる。
-Method of measuring the volume resistivity of the
The volume resistivity of the
薄片の作製に関しては、ドメイン２２の影響を排除し、マトリックス２１のみの体積抵抗率を計測する必要があるため、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）などで予め計測したドメイン間距離よりも小さい膜厚の薄片を作成する必要がある。したがって、薄片化の手段としては、ミクロトームのような非常に薄いサンプルを作成することが出来る手段が好ましい。
Regarding the preparation of flakes, since it is necessary to eliminate the influence of the
体積抵抗率の測定は、まず、当該薄片の片面を接地した後に、薄片中のマトリックス２１とドメイン２２の場所を特定する。これらの場所の特定は、走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、などで、マトリックス２１とドメイン２２の体積抵抗率あるいは硬度の分布を計測することが出来る手段によって行うことが出来る。次いで、当該マトリックス２１に探針を接触させ、５０ＶのＤＣ電圧を５秒間印加しての接地電流値の５秒間の算術平均値を測定し、電圧で除することで電気抵抗値を算出する。そして、薄片の膜厚を用いて、体積抵抗率に変換すればよい。このとき、薄片のＳＰＭやＡＦＭのような形状測定も可能な手段であれば、当該薄片の膜厚が計測することが出来、体積抵抗率が測定可能であるため、好適である。
In the measurement of volume resistivity, first, one side of the flakes is grounded, and then the locations of the
帯電ローラ２におけるマトリックス２１の体積抵抗率の測定は、導電層を周方向に４分割、長手方向に５分割した領域の、それぞれから各１つずつ薄片サンプルを切り出して行う。そして、上記の測定値を得た後に、合計２０サンプルの体積抵抗率の算術平均値を算出することによって行うことが出来る。図９（ａ）は、５分割した領域の１つにおいて薄片サンプルを切り出した様子を示している。図９に関する詳細な説明は後述する。
The volume resistivity of the
＜構成要素（ｉｉ）＞
・ドメイン２２の体積抵抗率；
ドメイン２２の体積抵抗率は、１．０×１０１Ωｃｍ以上１．０×１０４Ωｃｍ以下にすることが好ましい。ドメイン２２の体積抵抗率をより低い状態にすることで、マトリックス２１で目的としない電荷の移動を抑制しつつ、電荷の輸送経路を、より効果的に複数のドメイン２２を介する経路に限定することが出来る。
<Component (ii)>
-Volume resistivity of
The volume resistivity of the
更に、ドメイン２２の体積抵抗率は、１．０×１０２Ωｃｍ以下であることがより好ましい。ドメイン２２の体積抵抗率を当該範囲まで下げることで、ドメイン２２内で移動する電荷の量を飛躍的に向上させることが出来る。そのため、周波数が１．０×１０−２Ｈｚ〜１．０×１０１Ｈｚにおける導電層のインピーダンスを、１．０×１０５Ω以下の更に低い範囲に制御することが出来、更に効果的に電荷の輸送経路をドメイン２２経由に限定することが出来る。
Further, the volume resistivity of the
ドメイン２２の体積抵抗率は、ドメイン２２のゴム成分に対し、導電剤を使用することによって、その導電性を所定の値にすることで調整する。ドメイン２２用のゴム材料としては、マトリックス２１用としてのゴム成分を含むゴム組成物を用いることが出来る。マトリックスドメイン構造を形成するためにマトリックス２１を形成するゴム材料との溶解度パラメータ（ＳＰ値）の差は以下の範囲が好ましい。したがって、ＳＰ値は、０．４（Ｊ／ｃｍ３）０．５以上、５．０（Ｊ／ｃｍ３）０．５以下、特には、０．４（Ｊ／ｃｍ３）０．５以上２．２（Ｊ／ｃｍ３）０．５以下にすることがより好ましい。
The volume resistivity of the
ドメイン２２の体積抵抗率は、電子導電剤の種類、およびその添加量を適宜選択することによって調整することが出来る。ドメイン２２の体積抵抗率を１．０×１０１Ωｃｍ以上１．０×１０４Ωｃｍ以下に制御するために使用する導電剤としては、分散する量によって高抵抗から低抵抗まで体積抵抗率を大きく変化させることが出来る電子導電剤が好ましい。ドメイン２２に配合される電子導電剤については、カーボンブラック、グラファイト、酸化チタン、酸化錫等の酸化物；Ｃｕ、Ａｇ等の金属；酸化物または金属が表面に被覆され導電化された粒子等を例として挙げられる。また、必要に応じて、これらの導電剤の２種類以上を適宜量配合して使用しても良い。以上のような電子導電剤のうち、ゴムとの親和性が大きく、電子導電剤間の距離の制御が容易な、導電性のカーボンブラックを使用することが好ましい。ドメイン２２に配合されるカーボンブラックの種類については、特に限定されるものではない。具体的には、例えば、ガスファーネスブラック、オイルファーネスブラック、サーマルブラック、ランプブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等が挙げられる。
The volume resistivity of the
中でも、高い導電性をドメイン２２に付与し得る、ＤＢＰ吸油量が４０ｃｍ３／１００ｇ以上１７０ｃｍ３／１００ｇ以下である導電性カーボンブラックを好適に用いることが出来る。ＤＢＰ吸油量（ｃｍ３／１００ｇ）とは、１００ｇのカーボンブラックが吸着し得るジブチルフタレート（ＤＢＰ）の体積である。日本工業規格（ＪＩＳ） Ｋ ６２１７−４：２０１７（ゴム用カーボンブラック−基本特性−第４部：オイル吸収量の求め方（圧縮試料を含む））に従って測定される。一般に、カーボンブラックは、平均粒径１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の一次粒子がアグリゲートした房状の高次構造を有している。この房状の高次構造はストラクチャーと呼ばれ、その程度はＤＢＰ吸油量（ｃｍ３／１００ｇ）で定量化される。一般的に、ストラクチャーが発達したカーボンブラックは、ゴムに対し補強性が高く、ゴムへのカーボンブラックの取り込みが悪くなり、また、混練時のシェアトルクが非常に高くなる。そのため、ドメイン２２中に充填量を多くすることが困難である。
Among them, high conductivity can be imparted to a
導電性のカーボンブラック等の電子導電剤は、ドメイン２２に含まれるゴム成分の１００質量部に対して、２０質量部以上１５０質量部以下でドメイン２２に配合されることが好ましい。特に好ましい配合割合は、５０質量部以上１００質量部以下である。これらの割合での導電剤の配合は、一般的な帯電ローラ２と比較して、導電剤が多量に配合されていることが好ましい。これにより、ドメイン２２の体積抵抗率を１．０×１０１Ωｃｍ以上１．０×１０４Ωｃｍ以下の範囲に容易に制御することが出来る。
It is preferable that the conductive carbon black or other electronic conductive agent is blended in the
また、必要に応じて、ゴムの配合剤として一般に用いられる充填剤、加工助剤、架橋助剤、架橋促進剤、老化防止剤、架橋促進助剤、架橋遅延剤、軟化剤、分散剤、着色剤等を、本発明に係る効果を阻害しない範囲でドメイン２２用のゴム組成物に添加してもよい。
In addition, if necessary, fillers, processing aids, cross-linking aids, cross-linking accelerators, anti-aging agents, cross-linking accelerators, cross-linking retarders, softeners, dispersants, and colorings generally used as rubber compounding agents are used. Agents and the like may be added to the rubber composition for
・ドメイン２２の体積抵抗率の測定方法；
ドメイン２２の体積抵抗率の測定は、上記のマトリックス２１の体積抵抗率の測定方法に対して、測定箇所をドメイン２２に相当する場所に変更し、電流値の測定の際の印加電圧を１Ｖに変更した以外は同様の方法で実施すればよい。
-Measuring method of volume resistivity of
For the measurement of the volume resistivity of the
ここで、ドメイン２２の体積抵抗率は、均一であることが好ましい。ドメイン２２の体積抵抗率の均一性を向上させるためには、各ドメイン２２内の電子導電剤の量を均一化することが好ましい。これにより、帯電ローラ２の外表面からの、被帯電体への放電をより安定化させることが出来る。
Here, the volume resistivity of the
具体的には、導電層５３の厚み方向の断面に現れるドメイン２２の各々の断面積に対して、ドメイン２２の各々が含む電子導電剤からなる部分は以下の条件とすることが好ましい。例えば導電性粒子の断面積の合計の、ドメイン２２の断面積に対する割合の標準偏差をσｒ、平均値をμｒとしたとき、変動係数σｒ／μｒが、０以上、０．４以下であることが好ましい。
Specifically, it is preferable that the portion made of the electron conductive agent contained in each of the
σｒ／μｒが、０以上、０．４以下であるために、各ドメイン２２中に含まれる導電剤の数または量のばらつきを低減する方法を用いることが出来る。かかる指標に基づくドメイン２２の体積抵抗率の均一性が付与されることで、導電層５３内の電界集中を抑制することが出来、局所的に電界が印加されるマトリックス２１の存在を低減することが出来る。これにより、マトリックス２１での導電を極力低減することが出来る。
Since σr / μr is 0 or more and 0.4 or less, a method for reducing the variation in the number or amount of the conductive agent contained in each
より好ましいσｒ／μｒは、０以上０．２５以下であり、導電層５３内の電界集中を更に効果的に抑制することが出来、１．０×１０−２Ｈｚ〜１．０×１０１Ｈｚにおけるインピーダンスを１．０×１０５Ω以下に更に低減することが可能となる。
A more preferable σr / μr is 0 or more and 0.25 or less, and the electric field concentration in the
ドメイン２２の体積抵抗率の均一性を向上させるためには、後述するドメイン２２の形成用ゴム混合物（ＣＭＢ）の調製工程において、第二のゴムに対するカーボンブラックの配合量を多くすることが好ましい。
In order to improve the uniformity of the volume resistivity of the
・ドメイン２２の体積抵抗率の均一性の測定方法；
ドメイン２２の体積抵抗率の均一性は、ドメイン２２内の電子導電剤の量によって支配されるため、各ドメイン２２内の電子導電剤の量のばらつきを測定することで、評価することが出来る。
-Method of measuring the uniformity of volume resistivity of
Since the uniformity of the volume resistivity of the
まず、前述のマトリックス２１の体積抵抗率の測定における方法と同様の方法で切片を作製する。ただし、下記のように、帯電ローラ２の長手方向に対して垂直な断面によって、切片を作成し、当該切片の破断面におけるドメイン２２の形状を評価する必要がある。この理由を下記に述べる。
First, a section is prepared by the same method as the method for measuring the volume resistivity of the
図９では、帯電ローラ２を、３軸、具体的にはＸ、Ｙ、Ｚ軸の３次元としてその形状を示した図を示す。図９においてＸ軸は帯電ローラ２の長手方向（軸方向）と平行な方向、Ｙ軸、Ｚ軸は帯電ローラ２の軸方向と垂直な方向を示す。
FIG. 9 shows a diagram showing the shape of the charging
図９（ａ）は、帯電ローラ２に対して、ＸＺ平面８２と平行な断面８２ａで帯電ローラ２を切り出すイメージ図を示す。ＸＺ平面は導電性部材の軸を中心として、３６０°回転することが出来る。帯電ローラ２が感光ドラム１に対して当接されて回転し、感光ドラム１との隙間を通過する際に放電することを考慮する。すると、当該ＸＺ平面８２と平行な断面８２ａは、あるタイミングに同時に放電が起きる面を示していることになる。一定量の断面８２ａに相当する面が通過することによって、感光ドラム１の表面電位が形成される。
FIG. 9A shows an image of the charging
したがって、帯電ローラ２内の電界集中と相関するドメイン２２の形状の評価のためには以下のような条件が必要となる。断面８２ａのようなある一瞬において同時に放電が発生する断面の解析ではなく、一定量の断面８２ａを含むドメイン２２形状の評価が出来る帯電ローラ２の軸方向と垂直なＹＺ平面８３と平行な断面での評価が必要である。この評価に、該導電層５３の長手方向の長さをＬとしたとき、導電層の長手方向の中央での断面８３ｂと、及び該導電層の両端から中央に向かってＬ／４の２か所の断面（８３ａ及び８３ｃ）の計３か所を選択する。
Therefore, the following conditions are required for the evaluation of the shape of the
また、当該断面８３ａ〜８３ｃの観察位置に関しては、導電層の厚さをＴとしたとき、各切片の外表面から深さ０．１Ｔ以上０．９Ｔ以下までの厚み領域の任意の３か所で１５μｍ四方の観察領域を置いたときの合計９か所の観察領域で測定を行えばよい。
Regarding the observation positions of the
破断面の形成は、凍結割断法、クロスポリッシャー法、収束イオンビーム法（ＦＩＢ）等の手段で破断面を形成することが出来る。破断面の平滑性と、観察のための前処理を考慮すると、ＦＩＢ法が好ましい。また、マトリックスドメイン構造の観察を好適に実施するために、染色処理、蒸着処理など、導電相と絶縁相とのコントラストが好適に得られる前処理を施してもよい。 The fracture surface can be formed by means such as a freeze fracture method, a cross polisher method, and a focused ion beam method (FIB). The FIB method is preferable in consideration of the smoothness of the fracture surface and the pretreatment for observation. Further, in order to preferably observe the matrix domain structure, a pretreatment such as a dyeing treatment or a thin-film deposition treatment may be performed to obtain a suitable contrast between the conductive phase and the insulating phase.
破断面の形成、前処理を行った切片に対して、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）によってマトリックスドメイン構造を観察することが出来る。これらの中でも、ドメイン２２の面積の定量化の正確性から、ＳＥＭで１０００倍〜１０００００倍で観察を行うことが好ましい。また、マトリックスドメイン構造の観察を好適に実施するために、染色処理、蒸着処理など、導電相としてのドメイン２２と絶縁相としてのマトリックス２１とのコントラストが好適に得られる前処理を施してもよい。
The matrix domain structure can be observed with a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM) on the sections to which the fracture surface has been formed and pretreated. Among these, from the viewpoint of the accuracy of quantification of the area of the
ドメイン２２の体積抵抗率の均一性の測定は、マトリックスドメイン構造が現れている破断面の撮影画像を定量化することによって行うことが好ましい。ＳＥＭでの観察により得られた破断面画像に対し、画像処理ソフト（例えば、「ＩｍａｇｅＰｒｏＰｌｕｓ」、Ｍｅｄｉａ Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ社製）を使用して、８ビットのグレースケール化を行い、２５６諧調のモノクロ画像を得る。次いで、破断面内のドメイン２２が白くなるように、画像の白黒を反転処理し、２値化を実施する。次いで、当該２値化画像に対し、画像処理ソフト内のカウント機能により、ドメイン２２の断面積Ｓおよび、それぞれのドメイン２２内の導電剤からなる部分の断面積Ｓｃを算出する。そして、電子導電剤のドメイン２２内の面積割合Ｓｃ／Ｓの標準偏差σｒおよび平均値μｒを算出し、ドメイン２２の体積抵抗率の均一性の指標としてσｒ／μｒを算出すればよい。
The measurement of the uniformity of the volume resistivity of the
導電層５３の長手方向の長さをＬ、導電層５３の厚さをＴとする。以下に記載の内容に関しても、Ｌ、Ｔは同様の定義とする。円柱形状の帯電ローラ２の場合では、導電層５３の長手方向の中央、及び導電層５３の両端から中央に向かってＬ／４の３か所における、図９（ｂ）に示されるような導電層５３の厚さ方向の断面を取得する。得られた断面の各々について、導電層５３の外表面から支持体方向への深さ０．１Ｔ〜０．９Ｔまでの厚み領域の任意の３か所において、１５μｍ四方の観察領域を取得する。当該観察領域を上記の方法によって２値化、定量化することでドメイン２２の体積抵抗率の均一性の指標としてのσｒ／μｒを算出し、合計９点の観察領域からの測定値の算術平均をドメイン２２の体積抵抗率の均一性の指標として定量化すればよい。
Let L be the length of the
＜構成要素（ｉｉｉ）＞
・ドメイン２２間の隣接壁面間距離（以降、「ドメイン間距離」ともいう）
ドメイン間距離は、０．２μｍ以上、２．０μｍ以下であることが好ましい。
<Component (iii)>
-Distance between adjacent walls between domains 22 (hereinafter also referred to as "distance between domains")
The distance between domains is preferably 0.2 μm or more and 2.0 μm or less.
構成要素（ｉ）に係る体積抵抗率を有するマトリックス２１中に、構成要素（ｉｉ）に係る体積抵抗率のドメイン２２が分散されている導電層５３が、低周波数側でのインピーダンス要件を満たすようにする。そのために、ドメイン間距離を２．０μｍ以下、特には、１．０μｍ以下とすることが好ましい。一方、ドメイン２２同士を絶縁領域で確実に分断することで、十分な電荷をドメイン２２に蓄積させるためには、ドメイン間距離を、０．２μｍ以上、特には、０．３μｍ以上とすることが好ましい。
The
・ドメイン間距離の測定方法；
ドメイン間距離の測定方法は、次のように実施すればよい。
・ Measurement method of inter-domain distance;
The method of measuring the distance between domains may be carried out as follows.
まず、前述のマトリックス２１の体積抵抗率の測定における方法と同様の方法で切片を作製する。次いで、凍結割断法、クロスポリッシャー法、収束イオンビーム法（ＦＩＢ）等の手段で破断面を形成する。破断面の平滑性と、観察のための前処理を考慮すると、ＦＩＢ法が好ましい。また、マトリックスドメイン構造の観察を好適に実施するために、染色処理、蒸着処理など、導電相と絶縁相とのコントラストが好適に得られる前処理を施してもよい。
First, a section is prepared by the same method as the method for measuring the volume resistivity of the
破断面の形成、前処理を行った切片を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）によって観察して、マトリックスドメイン構造の存在を確認する。これらの中でも、ドメイン２２の面積の定量化の正確性から、ＳＥＭで１０００倍〜１０００００倍で観察を行うことが好ましい。ドメイン間距離の測定は、マトリックスドメイン構造が現れている破断面の撮影画像を定量化することによって行うことが好ましい。ＳＥＭでの観察により得られた破断面画像に対し、画像処理ソフト（例えば、「Ｌｕｚｅｘ」（商品名、ニレコ社製））を使用して、８ビットのグレースケール化を行い、２５６諧調のモノクロ画像を得る。次いで、破断面内のドメイン２２が白くなるように、画像の白黒を反転処理し、２値化を実施する。次いで、画像内のドメイン２２サイズ群の壁面間距離を算出する。このときの壁面間距離は、近接したドメイン２２間の最短距離である。
The presence of the matrix domain structure is confirmed by observing the fractured surface formed and pretreated sections with a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM). Among these, from the viewpoint of the accuracy of quantification of the area of the
円柱形状の帯電ローラ２の場合では、導電層５３の長手方向の中央、及び導電層５３の両端から中央に向かってＬ／４の３か所における、図９（ｂ）に示されるような導電層５３の厚さ方向の断面を取得する。得られた断面の各々について、導電層５３の外表面から支持体５２方向への深さ０．１Ｔ〜０．９Ｔまでの厚み領域の任意の３か所に５０μｍ四方の観察領域を置き、この全９個の観察領域の各々で観察される各ドメイン間距離を測定すればよい。切片は、電荷の移動方向である支持体５２から導電層５３外表面を含む面を観察することが必要であることから、図９（ａ）に示すように、支持体５２の中心軸を起点とする法線を含む断面を観察することが出来る方向で切り出す。
In the case of the
・ドメイン間距離の均一性；
上記構成要素（ｉｉｉ）に関して、ドメイン間距離の分布は均一であることが、より好ましい。例えば、導電層５３内で局所的にドメイン間距離が長い箇所が一部に出来ることで、電荷の供給が周囲に比べて滞る箇所が生じた場合などに、放電の出やすさが抑制される現象が発生することがある。ドメイン２２間の距離の分布が均一であることで、そのような現象の発生を低減することが出来る。
・ Uniform distance between domains;
It is more preferable that the distribution of the inter-domain distance is uniform with respect to the above component (iii). For example, by forming a part of the
電荷が輸送される断面、すなわち、図９（ｂ）に示されるような導電層５３の厚さ方向の断面において、導電層５３の外表面から支持体方向への深さ０．１Ｔ〜０．９Ｔまでの厚み領域の任意の３か所における、５０μｍ四方の観察領域を取得する。その際に、当該観察領域内のドメイン間距離の算術平均値Ｄｍおよびドメイン間距離のばらつきσｍを用いて変動係数σｍ／Ｄｍが０以上０．４以下であることが好ましい。
In the cross section in which the electric charge is transported, that is, in the cross section in the thickness direction of the
・ドメイン間距離の均一性の測定方法；
ドメイン間距離の均一性の測定は、先に説明したドメイン間距離の測定と同様に、破断面の直接観察で得られる画像を定量化することによって行うことが出来る。
・ Measurement method of inter-domain distance uniformity;
The measurement of the uniformity of the inter-domain distance can be performed by quantifying the image obtained by the direct observation of the fracture surface, similar to the measurement of the inter-domain distance described above.
上記ドメイン間距離の測定で得られる、破断面の２値化画像に対し、Ｌｕｚｅｘ（株式会社ニレコ社製）のような画像処理ソフトを用いて、画像内のドメイン２２のサイズ群のドメイン間距離の平均値Ｄｍおよび、Ｄｍの標準偏差σｍを算出する。そして、ドメイン間距離の均一性の指標としてσｍ／Ｄｍを算出すればよい。
円柱形状の帯電ローラ２の場合では、導電層５３の長手方向の中央、及び導電層５３の両端から中央に向かってＬ／４の３か所における、図９（ｂ）に示されるような導電層５３の厚さ方向の断面を取得する。得られた断面の各々について、導電層５３の外表面から支持体５２方向への深さ０．１Ｔ〜０．９Ｔまでの厚み領域の任意の３か所において、５０μｍ四方の観察領域を取得する。当該観察領域を上記の方法によって２値化、定量化することでドメイン間距離のσｍ／Ｄｍを算出し、合計９点の観察領域からの測定値の算術平均をドメイン間距離の均一性の指標として定量化すればよい。
本実施の形態に係る帯電ローラ２は、例えば、下記工程（ｉ）〜（ｉｖ）を含む方法を経て形成することが出来る。
工程（ｉ）：カーボンブラックおよび第二のゴムを含む、ドメイン形成用ゴム混合物（以降、「ＣＭＢ」とも称する）を調製する工程；
工程（ｉｉ）：第一のゴムを含むマトリックス形成用ゴム混合物（以降、「ＭＲＣ」とも称する）を調製する工程；
工程（ｉｉｉ）：ＣＭＢとＭＲＣとを混練して、マトリックスドメイン構造を有するゴム混合物を調製する工程；
工程（ｉｖ）：工程（ｉｉｉ）で調製したゴム混合物の層を、支持体５２上に直接または他の層を介して形成し、該ゴム組成物の層を硬化させて、本実施の形態に係る導電層５３を形成する工程。
For the binarized image of the fracture surface obtained by the measurement of the inter-domain distance, the inter-domain distance of the size group of the
In the case of the
The charging
Step (i): Preparing a domain-forming rubber mixture (hereinafter, also referred to as “CMB”) containing carbon black and a second rubber;
Step (ii): A step of preparing a matrix-forming rubber mixture (hereinafter, also referred to as “MRC”) containing the first rubber;
Step (iii): A step of kneading CMB and MRC to prepare a rubber mixture having a matrix domain structure;
Step (iv): A layer of the rubber mixture prepared in step (iii) is formed on the
そして、構成要素（ｉ）〜構成要素（ｉｉｉ）は、例えば、上記各工程に用いる材料の選択、製造条件の調整により制御することが出来る。以下に詳細に説明する。 Then, the component (i) to the component (iii) can be controlled, for example, by selecting the material used in each of the above steps and adjusting the manufacturing conditions. This will be described in detail below.
まず、構成要素（ｉ）に関して、マトリックス２１の体積抵抗率は、ＭＲＣの組成によって定まる。ＭＲＣに用いる第一のゴムとしては、導電性の低い、天然ゴム、ブタジエンゴム、ブチルゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、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のうち、少なくとも１種を用いる。また、ＭＲＣには、マトリックス２１の体積抵抗率を上記範囲内にすることが出来ることを前提として、必要に応じて、充填剤、加工助剤、架橋剤、架橋助剤、架橋促進剤、架橋促進助剤、架橋遅延剤、老化防止剤、軟化剤、分散剤、着色剤を添加してもよい。一方、ＭＲＣには、マトリックス２１の体積抵抗率を上記範囲内とするために、カーボンブラックのような電子導電剤は含有させないことが好ましい。
First, with respect to component (i), the volume resistivity of the
また、構成要素（ｉｉ）に関しては、ＣＭＢ中の電子導電剤の量によって調整し得る。電子導電剤として、ＤＢＰ吸油量が、４０ｃｍ３／１００ｇ以上、１７０ｃｍ３／１００ｇ以下である導電性カーボンブラックを用いる場合を例に挙げる。ＣＭＢの全質量を基準として、４０質量％以上、２００質量％以下の導電性カーボンブラックを含むようにＣＭＢを調製することで構成要素（ｉｉ）を達成し得る。
Further, the component (ii) can be adjusted by the amount of the electron conductive agent in the CMB. As the electron conductive agent,
さらに、構成要素（ｉｉｉ）に関しては、下記（ａ）〜（ｄ）の４つを制御することが有効である。
（ａ）ＣＭＢ、及びＭＲＣの各々の界面張力σの差；
（ｂ）ＣＭＢの粘度（ηｄ）、及びＭＲＣの粘度（ηｍ）の比（ηｍ／ηｄ）；
（ｃ）工程（ｉｉｉ）における、ＣＭＢとＭＲＣとの混練時のせん断速度（γ）、及びせん断時のエネルギー量（ＥＤＫ）；
（ｄ）工程（ｉｉｉ）における、ＣＭＢのＭＲＣに対する体積分率。
Further, regarding the component (iii), it is effective to control the following four (a) to (d).
(A) Difference in interfacial tension σ between CMB and MRC;
(B) The ratio of the viscosity of CMB (ηd) to the viscosity of MRC (ηm) (ηm / ηd);
(C) Shear velocity (γ) during kneading of CMB and MRC and energy amount (EDK) during shearing in step (iii);
(D) Volume fraction of CMB with respect to MRC in step (iii).
（ａ）ＣＭＢとＭＲＣとの界面張力差
一般的に二種の非相溶のゴムを混合した場合、相分離する。これは、異種高分子間の相互作用よりも、同一高分子間の相互作用が強いため、同一高分子同士で凝集し、自由エネルギーを低下させ安定化しようとするためである。相分離構造の界面は異種高分子と接触するため、同一分子同士の相互作用で安定化されている内部より、自由エネルギーが高くなる。その結果、界面の自由エネルギーを低減させるために、異種高分子と接触する面積を小さくしようとする界面張力が発生する。この界面張力が小さい場合、エントロピーを増大させるために、異種高分子でもより均一に混合しようとする方向に向かう。均一に混合した状態とは溶解であり、溶解度の目安となるＳＰ値（溶解度パラメータ）と界面張力は相関する傾向にある。
(A) Difference in interfacial tension between CMB and MRC Generally, when two kinds of incompatible rubbers are mixed, they are phase-separated. This is because the interaction between the same polymers is stronger than the interaction between different polymers, so that the same polymers aggregate to reduce the free energy and stabilize it. Since the interface of the phase-separated structure comes into contact with different macromolecules, the free energy is higher than that of the inside stabilized by the interaction between the same molecules. As a result, in order to reduce the free energy of the interface, an interfacial tension is generated to reduce the area of contact with the dissimilar polymer. When this interfacial tension is small, in order to increase the entropy, even dissimilar polymers tend to be mixed more uniformly. The uniformly mixed state is dissolution, and the SP value (solubility parameter), which is a measure of solubility, tends to correlate with the interfacial tension.
つまり、ＣＭＢ及びＭＲＣの界面張力は、各々が含むゴムのＳＰ値差と相関すると考えられる。ＭＲＣ中の第１のゴムと、ＣＭＢ中の第２のゴムとしては、溶解度パラメータの絶対値の差は以下のようにすることが好ましい。したがって、０．４（Ｊ／ｃｍ３）０．５以上、５．０（Ｊ／ｃｍ３）０．５以下、特には、０．４（Ｊ／ｃｍ３）０．５以上２．２（Ｊ／ｃｍ３）０．５以下となるようなゴムを選択することが好ましい。この範囲であれば、安定した相分離構造を形成することが出来、また、ＣＭＢのドメイン２２径Ｄを小さくすることが出来る。ここで、ＣＭＢに用いる第二のゴムの具体例としては、例えば、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＭ、ＥＰＤＭ）、クルルプレンゴム（ＣＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素添加ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、シリコーンゴム、ウレタンゴム（Ｕ）が挙げられる。これらの少なくとも１種を用いることが出来る。
That is, it is considered that the interfacial tension of CMB and MRC correlates with the difference in SP value of the rubber contained therein. As the first rubber in the MRC and the second rubber in the CMB, the difference in the absolute value of the solubility parameter is preferably as follows. Therefore, 0.4 (J / cm 3 ) 0.5 or more, 5.0 (J / cm 3 ) 0.5 or less, especially 0.4 (J / cm 3 ) 0.5 or more 2.2 ( J / cm 3 ) It is preferable to select a rubber having a value of 0.5 or less. Within this range, a stable phase-separated structure can be formed, and the
導電層５３の厚みは、目的とする帯電ローラ２の機能及び効果が得られるものであれば特に限定されない。本実施の形態における導電層５３の厚みは、１．０ｍｍ以上４．５ｍｍ以下とすることが好ましい。
The thickness of the
（ＳＰ値の測定方法）
ＳＰ値は、ＳＰ値が既知の材料を用いて、検量線を作成することで、精度良く算出することが可能である。この既知のＳＰ値は、材料メーカーのカタログ値を用いることも出来る。例えば、ＮＢＲ及びＳＢＲは、分子量に依存せず、アクリロニトリルおよびスチレンの含有比率でＳＰ値がほぼ決定される。したがって、マトリックス２１およびドメイン２２を構成するゴムに対して、熱分解ガスクロマトグラフィー（Ｐｙ−ＧＣ）及び固体ＮＭＲ等の分析手法を用いて、アクリロニトリルまたはスチレンの含有比率を解析する。それによって、ＳＰ値が既知の材料から得た検量線から、ＳＰ値を算出することが出来る。また、イソプレンゴムは、１，２−ポリイソプレン、１，３−ポリイソプレン、３，４−ポリイソプレン、およびｃｉｓ−１，４−ポリイソプレン、ｔｒａｎｓ−１，４−ポリイソプレンなどの、異性体構造でＳＰ値が決定される。従って、ＳＢＲおよびＮＢＲと同様に、Ｐｙ−ＧＣ及び固体ＮＭＲ等で異性体含有比率を解析し、ＳＰ値が既知の材料から、ＳＰ値を算出することが出来る。
(Measurement method of SP value)
The SP value can be calculated accurately by creating a calibration curve using a material having a known SP value. As this known SP value, the catalog value of the material manufacturer can also be used. For example, for NBR and SBR, the SP value is almost determined by the content ratio of acrylonitrile and styrene regardless of the molecular weight. Therefore, the content ratio of acrylonitrile or styrene is analyzed for the rubber constituting the
（ｂ）ＣＭＢとＭＲＣとの粘度比
ＣＭＢとＭＲＣとの粘度比（ηｄ／ηｍ）は、１に近い程、ドメイン２２の最大フェレ径を小さくすることが出来る。具体的には、粘度比は１．０以上２．０以下であることが好ましい。ＣＭＢとＭＲＣの粘度比は、ＣＭＢ及びＭＲＣに使用する原料ゴムのムーニー粘度の選択や、充填剤の種類や量の配合によって調整が可能である。また、相分離構造の形成を妨げない程度に、パラフィンオイルなどの可塑剤を添加することでも可能である。また、混練時の温度を調整することで、粘度比の調整を行うことが出来る。なお、ドメイン形成用ゴム混合物やマトリックス形成用ゴム混合物の粘度は、ＪＩＳ Ｋ６３００−１：２０１３に基づき、ムーニー粘度ＭＬ（１＋４）を混練時のゴム温度で測定することで得られる。
(B) Viscosity ratio between CMB and MRC The closer the viscosity ratio (ηd / ηm) between CMB and MRC is to 1, the smaller the maximum ferret diameter of the
（ｃ）ＭＲＣとＣＭＢとの混練時のせん断速度、及びせん断時のエネルギー量
ＭＲＣとＣＭＢとの混練時のせん断速度は速いほど、また、せん断時のエネルギー量は大きいほど、ドメイン間距離を小さくすることが出来る。
(C) Shear velocity during kneading between MRC and CMB and amount of energy during shearing The faster the shear rate during kneading between MRC and CMB, and the greater the amount of energy during shearing, the smaller the distance between domains. Can be done.
せん断速度は、混練機のブレードやスクリューといった撹拌部材の内径を大きくし、撹拌部材の端面から混練機内壁までの間隙を小さくすることや、回転数を大きくすることで上げることが出来る。またせん断時のエネルギーを上げるには、撹拌部材の回転数を上げることや、ＣＭＢ中の第一のゴムとＭＲＣ中の第二のゴムの粘度を上げることで達成することが出来る。 The shear rate can be increased by increasing the inner diameter of the stirring member such as the blade or screw of the kneader, reducing the gap from the end face of the stirring member to the inner wall of the kneader, or increasing the rotation speed. Further, the energy at the time of shearing can be increased by increasing the rotation speed of the stirring member or increasing the viscosities of the first rubber in the CMB and the second rubber in the MRC.
（ｄ）ＭＲＣに対するＣＭＢの体積分率
ＭＲＣに対するＣＭＢの体積分率は、マトリックス形成用ゴム混合物に対するドメイン形成用ゴム混合物の衝突合体確率と相関する。具体的には、マトリックス形成用ゴム混合物に対するドメイン形成用ゴム混合物の体積分率を低減させると、ドメイン形成用ゴム混合物とマトリックス形成用ゴム混合物の衝突合体確率が低下する。つまり、必要な導電性を得られる範囲において、マトリックス２１中におけるドメイン２２の体積分率を減らすことでドメイン間距離を小さく出来る。そして、ＣＭＢのＭＲＣに対する体積分率は、１５％以上、４０％以下とすることが好ましい。
(D) Volume Fraction of CMB with respect to MRC The volume fraction of CMB with respect to MRC correlates with the collision coalescence probability of the domain-forming rubber mixture with respect to the matrix-forming rubber mixture. Specifically, reducing the volume fraction of the domain-forming rubber mixture with respect to the matrix-forming rubber mixture reduces the collision-coalescence probability of the domain-forming rubber mixture and the matrix-forming rubber mixture. That is, the inter-domain distance can be reduced by reducing the volume fraction of the
また、本実施の形態に係る帯電ローラ２において、導電層５３は、導電層５３の長手方向の中央、及び導電層５３の両端から中央に向かってＬ/４の３か所における、導電層５３の厚さ方向の断面を取得する。弾性層５３の外表面から深さ０．１Ｔ〜０．９Ｔまでの厚み領域の任意の３か所に１５μｍ四方の観察領域を置いたときに、全９個の観察領域で観察されるドメイン２２のうち８０個数％以上が、構成要素（ｉｖ）および構成要素（ｖ）を満たすことが好ましい。
構成要素（ｉｖ）
ドメイン２２の断面積に対する該ドメイン２２が含む該導電性粒子の断面積の割合が、２０％以上であること。
構成要素（ｖ）
ドメイン２２の周囲長をＡ、該ドメイン２２の包絡周囲長をＢとしたとき、Ａ／Ｂが、１．００以上、１．１０以下であること。
Further, in the charging
Component (iv)
The ratio of the cross-sectional area of the conductive particles contained in the
Component (v)
When the perimeter of the
上記構成要素（ｉｖ）及び構成要素（ｖ）は、ドメイン２２の形状に係る規定ということが出来る。「ドメイン２２の形状」とは、導電層５３の厚さ方向の断面に現れたドメイン２２の断面形状として定義される。円柱形状の帯電ローラ２の場合では、導電層５３の長手方向の中央、及び導電層５３の両端から中央に向かってＬ／４の３か所における、図８（ｂ）に示されるような導電層５３の厚さ方向の断面を取得する。得られた断面の各々について、導電層５３の外表面から支持体５２方向への深さ０．１Ｔ〜０．９Ｔまでの厚み領域の任意の３か所に１５μｍ四方の観察領域を置く。ドメイン２２形状は、この全９個の観察領域の各々で観察される各ドメイン２２の形状で定義される。
The above-mentioned component (iv) and the component (v) can be said to be related to the shape of the
ドメイン２２の形状はその周面に凹凸がない形状であることが好ましい。形状に関する凹凸構造の数を低減することによって、ドメイン２２間の電界の不均一性を低減することが出来る。つまり、電界集中が生じる箇所を少なくして、マトリックス２１で必要以上の電荷輸送が起きる現象を低減することが出来る。
The shape of the
本発明者は、１個のドメイン２２に含まれる導電性粒子の量が、当該ドメイン２２の外形形状に影響を与えているとの知見を得た。すなわち、１個のドメイン２２の導電性粒子の充填量が増えるにつれて、該ドメイン２２の外形形状がより球体に近くなるとの知見を得た。球体に近いドメイン２２の数が多いほど、ドメイン２２間での電子の授受の集中点を少なくすることが出来る。そして、本発明者らの検討によれば、１つのドメイン２２の断面の面積を基準として、当該断面において観察される導電性粒子の断面積の総和の割合が２０％以上であるドメイン２２は、球体に近い形状を取り得ることが分かった。その結果、ドメイン２２間での電子の授受の集中を緩和し得る外形形状を取り得る。具体的には、ドメイン２２の断面積に対する該ドメイン２２が含む該導電性粒子の断面積の割合が、２０％以上であることが好ましい。
The present inventor has obtained the finding that the amount of conductive particles contained in one
ドメイン２２の周面の凹凸がない形状に関しては、下記式（４）を満たすことが好ましいことを本発明者らは見出した。
１．００≦Ａ／Ｂ≦１．１０ 式（４）
（Ａ：ドメイン２２の周囲長、Ｂ：ドメイン２２の包絡周囲長）
式（４）は、ドメイン２２の周囲長Ａと、ドメイン２２の包絡周囲長Ｂとの比を示している。ここで、包絡周囲長とは、図１０に示されるように、観察領域で観察されるドメイン２２の凸部を結んだときの周囲長である。
The present inventors have found that it is preferable to satisfy the following formula (4) with respect to the shape of the peripheral surface of the
1.00 ≤ A / B ≤ 1.10 Equation (4)
(A: Perimeter of
Equation (4) shows the ratio of the perimeter A of the
ドメイン２２の周囲長と、ドメイン２２の包絡周囲長との比は１が最小値であり、１である状態は、ドメイン２２が真円或いは楕円等の断面形状に凹部がない形状であることを示す。これらの比が１．１を超えると、ドメイン２２に大きな凸凹形状が存在することとなり、すなわち、電界の異方性が発現する。
The ratio of the peripheral length of the
（ドメイン２２の形状に関する各パラメータの測定方法）
まず、前述のマトリックス２１の体積抵抗率の測定における方法と同様の方法で切片を作製する。ドメイン２２の周囲長、包絡周囲長、及びドメイン２２の個数の測定は、上記で撮影画像を定量化することによって行なうことが出来る。ＳＥＭでの観察により得られた破断面画像に対し、ＩｍａｇｅＰｒｏＰｌｕｓ（Ｍｅｄｉａ Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ社製）のような画像処理を使用する。そして、それぞれの観察位置で得られる９枚の画像から、それぞれ１５μｍ四方の解析領域抽出し、８ビットのグレースケール化を行い、２５６諧調のモノクロ画像を得る。次いで、破断面内のドメイン２２が白くなるように、画像の白黒を反転処理し、２値化して解析用の２値化画像を得ることが出来る。
(Measurement method of each parameter related to the shape of domain 22)
First, a section is prepared by the same method as the method for measuring the volume resistivity of the
（ドメイン２２内の導電性粒子の断面積割合μｒの測定方法）
ドメイン２２内の導電性粒子の断面積割合の測定は、上記の２値化画像を定量化することによって行なうことが出来る。２値化画像に対し、画像処理ソフトＩｍａｇｅＰｒｏＰｌｕｓ（Ｍｅｄｉａ Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ社製）内のカウント機能により、ドメイン２２の断面積Ｓおよび、それぞれのドメイン２２内の導電剤からなる部分の断面積の総和Ｓｃを算出する。そして、Ｓｃ／Ｓの算術平均値μｒ（％）を算出すればよい。
(Measuring method of cross-sectional area ratio μr of conductive particles in domain 22)
The cross-sectional area ratio of the conductive particles in the
円柱形状の帯電ローラ２の場合では、導電層５３の長手方向の中央、及び導電層５３の両端から中央に向かってＬ／４の３か所における、図８（ｂ）に示されるような導電層５３の厚さ方向の断面を取得する。得られた断面の各々について、導電層５３の外表面から支持体５２方向への深さ０．１Ｔ〜０．９Ｔまでの厚み領域の任意の３か所の１５μｍ四方の領域において、上記の測定を行い、合計９点の領域からの測定値の算術平均から算出すればよい。
In the case of the
（ドメイン２２の周囲長Ａ、包絡周囲長Ｂの測定方法）
ドメイン２２の周囲長、包絡周囲長、及びドメイン２２個数の測定は、上記の２値化画像を定量することで行うことが出来る。２値化画像に対し、画像処理ソフトＩｍａｇｅＰｒｏＰｌｕｓ（Ｍｅｄｉａ Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ社製）のカウント機能を用いて、画像内のドメイン２２のサイズ群のそれぞれのドメイン２２の周囲長Ａ、ドメイン２２の包絡周囲長Ｂ、を算出する。そして、ドメイン２２の周囲長比Ａ／Ｂの算術平均値を算出すればよい。
(Measuring method of perimeter A of
The perimeter of the
円柱形状の帯電ローラ２の場合では、導電層の長手方向の中央、及び導電層の両端から中央に向かってＬ／４の３か所における、図８（ｂ）に示されるような導電層の厚さ方向の断面を取得する。得られた断面の各々について、導電層の外表面から支持体方向への深さ０．１Ｔ〜０．９Ｔまでの厚み領域の任意の３か所の１５μｍ四方の領域において、上記の測定を行い、合計９点の領域からの測定値の算術平均から算出すればよい。
In the case of the
（ドメイン２２の形状指数の測定方法）
ドメイン２２の形状指数は、μｒ（％）が２０％以上であり、かつ、ドメイン２２の周囲長比Ａ／Ｂが上記式（４）を満たすドメイン２２群の、ドメイン２２総数に対する個数パーセントを算出すればよい。上記２値化画像に対して、画像処理ソフトＩｍａｇｅＰｒｏＰｌｕｓ（Ｍｅｄｉａ Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ社製）のカウント機能を用いて、ドメイン２２群の２値化画像内の個数を算出する。さらに、μｒ≧２０および上記式（４）を満たすドメイン２２の個数パーセントを求めればよい。
(Measuring method of shape index of domain 22)
For the shape index of the
円柱形状の帯電ローラ２の場合では、導電層５３の長手方向の中央、及び導電層５３の両端から中央に向かってＬ／４の３か所における、図８（ｂ）に示されるような導電層５３の厚さ方向の断面を取得する。得られた断面の各々について、導電層５３の外表面から支持体５２方向への深さ０．１Ｔ〜０．９Ｔまでの厚み領域の任意の３か所の１５μｍ四方の領域において、上記の測定を行い、合計９点の領域からの測定値の算術平均から算出すればよい。
In the case of the
構成要素（ｉｖ）で規定したように、ドメイン２２中に導電性粒子を高密度に充填することで、ドメイン２２の外形形状を球体に近づけることが出来ると共に、構成要素（ｖ）に規定したように凹凸が小さいものとすることが出来る。
As specified in the component (iv), by filling the
構成要素（ｉｖ）で規定したような、導電性粒子が高密度に充填されたドメイン２２を得るために、導電性粒子として、ＤＢＰ吸油量が４０ｃｍ３／１００ｇ以上８０ｃｍ３／１００ｇ以下であるカーボンブラックを特に好適に用いることが出来る。
As defined in component (iv), since the conductive particles to obtain a
一方、ＤＢＰ吸油量が上記範囲内にある導電性カーボンブラックは、ストラクチャー構造が未発達のため、カーボンブラックの凝集が少なく、ゴムへの分散性が良好である。そのため、ドメイン２２中への充填量を多くすることが出来る。その結果として、ドメイン２２の外形形状が球体に近いものを得られやすい。
On the other hand, the conductive carbon black having the DBP oil absorption amount within the above range has an undeveloped structure structure, so that the carbon black is less agglomerated and has good dispersibility in rubber. Therefore, the filling amount in the
さらに、ストラクチャーが発達したカーボンブラックは、カーボンブラック同士が凝集し易く、また、凝集体は、大きな凸凹構造を有する塊となりやすい。このような凝集体がドメイン２２に含まれると、構成要素（ｖ）に係るドメイン２２が得られにくい。凝集体の形成は、ドメイン２２の形状にまで影響を与え凹凸構造を形成する場合がある。一方、ＤＢＰ吸油量が、上記した範囲内にある導電性カーボンブラックは、凝集体を形成し難いため、構成要素（ｖ）に係るドメイン２２を作成する上で有効である。
Further, in the carbon black having a developed structure, the carbon blacks tend to agglomerate with each other, and the agglomerates tend to become a mass having a large uneven structure. When such an aggregate is contained in the
（ドメイン２２のサイズ）
本実施の形態に係るドメイン２２は、先に挙げた構成要素（ｉｖ）および構成要素（ｖ）を満たしているドメイン２２に含まれるドメイン２２の最大フェレ径（以降、単に「ドメイン径」ともいう）の平均を０．１μｍ以上、５．０μｍ以下とすることが好ましい。
(Size of domain 22)
The
ドメイン径Ｍの平均値を、０．１μｍ以上とすることで、導電層５３において、電荷が移動する経路を効果的に限定することが出来る。また、ドメイン径Ｍの平均値を５．０μｍ以下にすることで、ドメイン２２の全体積に対する表面積の割合、すなわち、比表面積を指数関数的に大きくすることが出来る。そして、ドメイン２２からの電荷の放出効率を飛躍的に向上させることが可能となる。ドメイン径Ｍの平均値は、上記の理由から、２．０μｍ以下、更には、１．０μｍ以下とすることが好ましい。
By setting the average value of the domain diameter M to 0.1 μm or more, the path through which the electric charge moves can be effectively limited in the
なお、ドメイン２２間での電界集中の軽減を図る上では、ドメイン２２の外形形状をより球体に近づけることが好ましい。そのためには、ドメイン径を、前記した範囲内でより小さくすることが好ましい。その方法としては、例えば、工程（ｉｖ）で、ＭＲＣとＣＭＢを混練し、ＭＲＣとＣＭＢを相分離させる。そして、ＭＲＣのマトリックス２１中にＣＭＢのドメイン２２を形成されたゴム混合物を調製する工程において、ＣＭＢのドメイン径を小さくするように制御する方法が挙げられる。ＣＭＢのドメイン径を小さくすることでＣＭＢの比表面積が増大し、マトリックス２１との界面が増加するため、ＣＭＢのドメイン２２の界面には張力を小さくしようとする張力が作用する。その結果、ＣＭＢのドメイン２２の外形形状が球体に近づく。
In order to reduce the concentration of electric fields between the
ここで、非相溶のポリマー２種を溶融混練させたときに形成されるマトリックスドメイン構造におけるドメイン径Ｍを決定する要素に関して、Ｔａｙｌｏｒの式（式（５））、Ｗｕの経験式（式（６）、（７））、及びＴｏｋｉｔａの式（式（８））を用いる。
・Ｔａｙｌｏｒの式
Ｄ＝［Ｃ・σ／ηｍ・γ］・ｆ（ηｍ／ηｄ） 式（５）
・Ｗｕの経験式
γ・Ｄ・ηｍ／σ＝４（ηｄ／ηｍ）０．８４・ηｄ／ηｍ＞１ 式（６）
γ・Ｄ・ηｍ／σ＝４（ηｄ／ηｍ）−０．８４・ηｄ／ηｍ＜１ 式（７）
・Ｔｏｋｉｔａの式
Ｄ＝１２・Ｐ・σ・φ／（π・η・γ）・（１＋４・Ｐ・φ・ＥＤＫ／（π・η・γ））式（８）
式（５）〜（７）において、ＤはＣＭＢのドメイン２２の最大フェレ径、Ｃは定数、σは界面張力、ηｍはマトリックス２１の粘度、ηｄはドメイン２２の粘度、γはせん断速度、ηは混合系の粘度を表す。式（８）において、Ｐは衝突合体確率、φはドメイン２２の相体積、ＥＤＫはドメイン２２相切断エネルギーを表す。
Here, with respect to the elements that determine the domain diameter M in the matrix domain structure formed when two incompatible polymers are melt-kneaded, Taylor's formula (formula (5)) and Wu's empirical formula (formula (formula). 6), (7)), and Tokita's formula (formula (8)) are used.
・ Taylor's formula D = [C ・ σ / ηm ・ γ] ・ f (ηm / ηd) formula (5)
・ Wu's empirical formula γ ・ D ・ ηm / σ = 4 (ηd / ηm) 0.84 ・ ηd / ηm> 1 formula (6)
γ ・ D ・ ηm / σ = 4 (ηd / ηm) −0.84 ・ ηd / ηm <1 Equation (7)
・ Tokita's formula D = 12 ・ P ・ σ ・ φ / (π ・ η ・ γ) ・ (1 + 4 ・ P ・ φ ・ EDK / (π ・ η ・ γ)) formula (8)
In formulas (5) to (7), D is the maximum ferret diameter of the
前記構成（ｉｉｉ）に関連して、ドメイン間距離の均一化を図るためには、前記式（５）〜（８）にしたがって、ドメイン２２のサイズを小さくすることが有効である。さらに、マトリックスドメイン構造が混錬工程において、ドメイン２２の原料ゴムが分裂し、徐々にその粒系が小さくなっていく過程において、混錬工程をどこで止めたかによっても支配される。したがって、そのドメイン間距離の均一性は、混錬過程における混錬時間およびその混錬の強度の指数となる混錬回転数によって制御可能であり、混錬時間が長いほど、混錬回転数が大きいほどドメイン間距離の均一性を向上させることが出来る。
In order to make the inter-domain distance uniform in relation to the configuration (iii), it is effective to reduce the size of the
・ドメイン２２のサイズの均一性；
ドメイン２２のサイズは均一であるほど、粒度分布が狭い方が好ましい。導電層５３内の電荷が通るドメイン２２のサイズの分布を均一とすることで、マトリックスドメイン構造内での電荷の集中を抑制し、帯電ローラ２の全面にわたって放電のしやすさを効果的に増大することが出来る。電荷が輸送される断面、すなわち、図３に示されるような導電層５３の厚さ方向の断面において、導電層５３の外表面から支持体５２方向への深さ０．１Ｔ〜０．９Ｔまでの厚み領域の任意の３か所における、５０μｍ四方の観察領域を取得する。その際に、ドメイン２２のサイズの標準偏差σｄおよびドメイン２２のサイズの平均値Ｄの比σｄ／Ｄ（変動係数σｄ／Ｄ）が０以上０．４以下であることが好ましい。
It is preferable that the more uniform the size of the
ドメイン２２のサイズの均一性を向上させるためには、前述のドメイン間距離の均一性を向上させる手法と等しく、式（５）〜（８）に従い、ドメイン２２のサイズを小さくすればドメイン２２のサイズの均一性も向上する。さらに、マトリックスドメイン構造が混錬工程において、ドメイン２２の原料ゴムが分裂し、徐々にその粒系が小さくなっていく過程において、混錬工程をどこで止めたかによっても支配される。したがって、そのドメイン２２のサイズの均一性は、混錬過程における混錬時間およびその混錬の強度の指数となる混錬回転数によって制御可能であり、混錬時間が長く、混錬回転数が大きいほど、ドメイン２２のサイズの均一性を向上させることが出来る。
In order to improve the uniformity of the size of the
・ドメイン２２のサイズの均一性の測定方法；
ドメイン２２の均一性の測定は、先に説明したドメイン間距離の均一性の測定と同様の方法で得られる。破断面の直接観察で得られる画像を定量化することによって行うことが出来る。
-Measuring method of
The measurement of the uniformity of the
具体的には、先に説明したドメイン間距離の測定で得られる、ドメイン２２とマトリックス２１を有する２値化画像に対し、画像処理ソフトＩｍａｇｅＰｒｏＰｌｕｓ（Ｍｅｄｉａ Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ社製）を使用する。そして、画像処理ソフトＩｍａｇｅＰｒｏＰｌｕｓ内のカウント機能により、ドメイン２２のサイズ群の標準偏差σｄと平均値Ｄとの比σｄ／Ｄを算出すればよい。
Specifically, the image processing software ImageProPlus (manufactured by Media Cybernetics) is used for the binarized image having the
円柱状の帯電ローラ２の場合は、支持体５２の中心軸を起点とする法線上の、ドメイン間距離のσｄ／Ｄを算出することによって、ドメイン２２のサイズの均一性の指標を定量化することが出来る。導電層５３の長手方向の中央、及び導電層５３の両端から中央に向かってＬ／４の３か所における、図８（ｂ）に示されるような導電層５３の厚さ方向の断面を取得する。得られた断面の各々について、導電層５３の外表面から支持体５２方向への深さ０．１Ｔ〜０．９Ｔまでの厚み領域の任意の３か所において、５０μｍ四方の観察領域を取得する。当該観察領域を上記の方法によって２値化、定量化することでドメイン間距離のσｄ／Ｄを算出し、合計９点の観察領域からの測定値の算術平均をドメイン２２のサイズの均一性の指標として定量化すればよい。
In the case of the
＜マトリックスドメイン構造の確認方法＞
導電層５３中のマトリックスドメイン構造の存在は、導電層５３から薄片を作製して、薄片に形成した破断面の詳細観察により確認することが出来る。
<How to check the matrix domain structure>
The presence of the matrix domain structure in the
薄片化する手段としては、例えば、鋭利なカミソリや、ミクロトーム、ＦＩＢなどがあげられる。また、マトリックスドメイン構造のより正確な観察を実施するために、染色処理、蒸着処理など、導電相としてのドメイン２２と絶縁相としてのマトリックス２１とのコントラストが好適に得られる前処理を観察用の薄片に施してもよい。
Examples of the means for thinning include a sharp razor, a microtome, and a FIB. Further, in order to carry out more accurate observation of the matrix domain structure, pretreatments such as dyeing treatment and thin-film deposition treatment in which the contrast between the
破断面の形成、及び必要に応じて前処理を行った薄片に対して、レーザ顕微鏡、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）によって破断面を観察してマトリックスドメイン構造の存在を確認することが出来る。簡易的、かつ正確に海島構造を確認出来る手法として、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察することが好ましい。 Existence of matrix domain structure by observing the fracture surface with a laser microscope, scanning electron microscope (SEM) or transmission electron microscope (TEM) on the slices that have been formed and pretreated as necessary. Can be confirmed. As a method for confirming the sea-island structure easily and accurately, it is preferable to observe with a scanning electron microscope (SEM).
上記のような手法で導電層５３の薄片を取得し、当該薄片の表面を１０００倍〜１００００倍で観察して得られる画像を取得する。取得した後、ＩｍａｇｅＰｒｏＰｌｕｓ（Ｍｅｄｉａ Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ社製）のような画像処理を使用して、８ビットのグレースケール化を行い、２５６諧調のモノクロ画像を得る。次いで、破断面内のドメイン２２が白くなるように、画像の白黒を反転処理し、２値化をして解析画像を取得する。ドメイン２２およびマトリックス２１を２値化によって区別する状態に画像処理した当該解析画像によって、マトリックスドメイン構造の有無を判断すればよい。
A thin piece of the
当該解析画像に、図８のように、複数のドメイン２２がマトリックス２１中に孤立した状態で存在する構造が含まれている場合に、導電層５３中でのマトリックスドメイン構造の存在を確認することが出来る。ドメイン２２の孤立状態は、各ドメイン２２が他のドメイン２２と連結していない状態で配置され、かつ、マトリックス２１は画像内で連通し、ドメイン２２がマトリックス２１によって分断されている状態であればよい。具体的には、当該解析画像内の５０μｍ四方内を解析領域としたとき、解析領域の枠線と接点を持たないドメイン２２群の総数に対して、孤立状態で存在するドメイン２２の個数が、８０個数パーセント以上存在する状態を、海島構造を有する状態とする。
When the analysis image contains a structure in which a plurality of
上記のような確認を、帯電ローラ２の導電層５３を長手方向に均等に５等分し、周方向に均等に４等分し、それぞれの領域から任意に１点ずつ、合計２０点から当該切片を作製して上記測定を行えばよい。
To confirm the above, the
（帯電ローラ２の表面形状）
帯電ローラ２の表面粗さを適切に形成することにより、放電を細かく継続させる効果を長期に渡り維持することが出来る。その結果、長期に渡り残留トナー９０の現像回収性を良好に維持することが出来るためゴースト画像と呼ばれる画像不良の発生を抑制することが出来る。
(Surface shape of charging roller 2)
By appropriately forming the surface roughness of the charging
クリーナレス構成ではクリーニング部材がないために、転写後の感光ドラム１に残留したトナーが帯電ローラ２を通過し、現像部で現像ユニット２０内に回収される。ここで、現像部でのトナーの回収が不十分であると、感光ドラム１の表面上にトナーが残留し、次の画像形成に影響を及ぼす。これをゴースト画像と呼ぶ。高印字画像は残留トナー９０が多いのでゴースト画像が発生しやすい。また、転写ローラ５と感光ドラム１の接触部である転写部で発生した残留トナー９０が、現像部で回収されずに次の転写部まで到達することで、画像に影響する。具体的には、紙上において感光ドラム１の１周後に画像履歴が発生する。また、放電を細かく継続させる効果を持った帯電ローラ２を用いた場合でも、クリーナレス構成においては、帯電ローラ２がトナーや外添剤で汚染されやすく、上記の放電を細かく継続させる効果を長期に渡り維持することが難しい。
Since there is no cleaning member in the cleanerless configuration, the toner remaining on the photosensitive drum 1 after transfer passes through the charging
本実施の形態において、帯電ローラ２の表面形状を適切に形成することにより、放電を細かく継続させる効果を維持し、ゴースト画像の発生を抑制することが出来る理由について、以下で詳しく説明する。
In the present embodiment, the reason why the effect of finely continuing the discharge and the generation of the ghost image can be suppressed by appropriately forming the surface shape of the charging
帯電ローラ２と感光ドラム１との当接部である帯電部の概略図を図１１に示す。図１１において、帯電部では、帯電ローラ２の表面に感光ドラム１の表面と接触する部分（凸部）と接触しない部分（凹部）が形成されることが分かる。帯電ローラ２の凸部と感光ドラム１は接触するため、感光ドラム１の表面上の残留トナー９０が凸部と接触して帯電ローラ２の表面に付着することがある。一方、凹部は感光ドラム１の表面上の残留トナー９０と接触しないため、帯電ローラ２への残留トナー９０の付着は発生しにくい。残留トナー９０が帯電ローラ２の表面に付着しにくい凹部では、耐久を通じて放電を細かく継続させる効果を維持することが出来るため、ゴースト画像の発生を抑制することが出来る。ここで、帯電ローラ２は感光ドラム１に対して両端部を片側荷重３００ｇｆで加圧されて当接しているため、帯電ローラ２の凸部は変形し、その変形の程度により帯電ローラ２の凹部の表面と感光ドラム１との距離が変わる。帯電ローラ２の表面の凹部に残留トナー９０を付着させないためには、両端部を片側荷重３００ｇｆで加圧された帯電部における帯電ローラ２の表面粗さを適正に形成することが必要である。
FIG. 11 shows a schematic view of the charging portion, which is the contact portion between the charging
帯電ローラ２の表面の凹部に残留トナー９０を付着させないために、表面粗さに求められる特性として、（Ａ）凹部の深さ、（Ｂ）凹部のサイズ、がある。上記（Ａ）、（Ｂ）に対応する箇所を図１２に示す。上記２つの特性が、帯電部において残留トナー９０が凹部に入り、かつ、凹部内壁に接触しにくくするために必要である。上記（Ａ）、（Ｂ）の特性を表す表面粗さパラメータとして、以下を用いる。
（１） 十点平均粗さＲｚ
（２） 負荷長さ率Ｒｍｒ（ｃ）
（３） 凹凸の間隔Ｓｍ
上記（１）から（３）の値は、帯電ローラ２の導電層５３に含有する粗し粒子の粒径や硬度、配合量によって制御することが出来る。本実施の形態では、粗し粒子として体積平均粒径６μｍのウレタン粒子を導電層５３に含有している。
In order to prevent the
(1) Ten-point average roughness Rz
(2) Load length ratio Rmr (c)
(3) Concavo-convex spacing Sm
The values (1) to (3) above can be controlled by the particle size, hardness, and blending amount of the coarse particles contained in the
（ガラス板当接部における帯電ローラ２の３次元形状測定）
帯電部における帯電ローラ２の表面粗さを測定する方法を以下で説明する。ガラス板当接部における帯電ローラ２の形状測定は、特許第６５０９０２０号公報に記載の測定方法を用いた。図５にガラス板当接部における帯電ローラ２の３次元形状測定の概略図を示す。当接状態の形状を観察する方法において、下記に示すガラス板３０の両面に反射防止膜３２を備える当接部材を使用した。
(Measurement of the three-dimensional shape of the charging
A method of measuring the surface roughness of the charging
ガラス板（ＢＫ７、シグマ光機（株））：波長４５０ｎｍ以上７００ｎｍの範囲で９０％以上の透過率を有する。 Glass plate (BK7, Sigma Kouki Co., Ltd.): Has a transmittance of 90% or more in the wavelength range of 450 nm or more and 700 nm.
反射防止膜（ＷＢＭＡコート、シグマ光機（株））：
波長４５０以上７００ｎｍ以下の範囲において、当接部材における弾性ローラ側の反射率は、
最も高い反射率が波長（λ１）７００ｎｍで０．７％、
最も低い反射率が波長（λ２）４５０ｎｍで０．１％、
最も高い反射率と最も低い反射率との差が０．５％以上である。
Anti-reflection film (WBMA coat, Sigma Kouki Co., Ltd.):
In the wavelength range of 450 or more and 700 nm or less, the reflectance of the abutting member on the elastic roller side is
The highest reflectance is 0.7% at a wavelength (λ1) of 700 nm,
The lowest reflectance is 0.1% at a wavelength (λ2) of 450 nm,
The difference between the highest reflectance and the lowest reflectance is 0.5% or more.
当接部からの反射光と、非当接部からの反射光とを区別して検出する工程には、白色共焦点顕微鏡（ＯＰＴＥＬＩＣＳ ＨＹＢＲＩＤ、レーザーテック（株））を用い、当接状態を観察した。 In the step of distinguishing and detecting the reflected light from the contact portion and the reflected light from the non-contact portion, a white confocal microscope (OPTELICS HYBRID, Lasertec Co., Ltd.) was used to observe the contact state.
観察結果を図１３に示す。図１３の画像の倍率は、（ａ）（ｂ）ともに、２０倍である。 The observation results are shown in FIG. The magnification of the image in FIG. 13 is 20 times for both (a) and (b).
ここで、反射防止膜としては弾性ローラ（帯電ローラ２）の表面の可視光域における最も低い反射率が約１％である。よって、波長７００ｎｍで当接部材における弾性ローラ側の反射率が約０．７％となる反射防止膜を使用することで、下記式（９）の値を８０％以下としている。 Here, as the antireflection film, the lowest reflectance in the visible light region on the surface of the elastic roller (charged roller 2) is about 1%. Therefore, by using an antireflection film having a reflectance of about 0.7% on the elastic roller side of the abutting member at a wavelength of 700 nm, the value of the following formula (9) is set to 80% or less.
（当接部材の被測定物側の反射率であって、可視光域で最も高い反射率）／（被測定物の表面の反射率であって、可視光域で最も低い反射率）×１００［％］ 式（９）
ここで、当接部材とはガラス板３０であり、被測定物とは帯電ローラ２のことである。帯電ローラ２の芯金部５２の両端を、ガラス板３０に対して片側荷重３００ｇｆで加圧させている。これによりガラス板３０と帯電ローラ２の導電層５３を接触させている。
(Reflectance of the contact member on the object to be measured, which is the highest reflectance in the visible light region) / (Reflectance of the surface of the object to be measured, which is the lowest reflectance in the visible light region) × 100 [%] Equation (9)
Here, the contact member is a
この測定方法により、観察画像上において、帯電ローラ２とガラス板３０との当接部と非当接部とを波長により区別出来る。また、当接前後を比較すると、当接により帯電ローラ２の表面の凸部が変形していること、凹部の多くが当接しない（変形しない）ことを確認することが出来る。
By this measurement method, the contact portion and the non-contact portion between the charging
図１３（ａ）は、帯電ローラ２とガラス板３０を当接させる前の、帯電ローラ２の断面の輪郭を示す形状プロファイルである。
FIG. 13A is a shape profile showing the outline of the cross section of the charging
図１３（ｂ）は、帯電ローラ２とガラス板３０を当接している状態の、帯電ローラ２の断面の輪郭を示す形状プロファイルである。
FIG. 13B is a shape profile showing the outline of the cross section of the charging
図１３（ｂ）に示す形状プロファイルから十点平均粗さＲｚ、負荷長さ率Ｒｍｒ（ｃ）、凹凸の平均間隔Ｓｍを算出する。 From the shape profile shown in FIG. 13B, the ten-point average roughness Rz, the load length ratio Rmr (c), and the average interval Sm of the unevenness are calculated.
次に、表面粗さを示す各パラメータの測定方法について説明する。十点平均粗さＲｚ、および凹凸の平均間隔Ｓｍの測定はＪＩＳ規格（ＪＩＳ−Ｂ０６０１：１９９４）を参考にし、いずれも図６（ｂ）に示すガラス板３０を当接した状態での形状プロファイルを用い、評価長さは０．７５ｍｍとした。測定値は、軸方向３点×周方向２点の計６点について、各々粗さ曲線を測定して各パラメータの値を算出し、それらの６点の平均値を求めて各測定値とした。負荷長さ率Ｒｍｒ（ｃ）の測定について以下で説明する。
Next, a method for measuring each parameter indicating the surface roughness will be described. The measurement of the ten-point average roughness Rz and the average interval Sm of the unevenness is based on the JIS standard (JIS-B0601: 1994), and both are shape profiles in the state where the
ガラス板３０の当接部における帯電ローラ２の表面の負荷長さ率Ｒｍｒ（ｃ）を測定した。本実施の形態におけるＲｍｒ（ｃ）は、切断レベルｃにおける帯電ローラ２の実存部を合計し、評価長さＷで除した値である。切断レベルｃは、対象となる断面曲線の山の頂点（最大山高さ）での値を０μｍとしたときの切断面までの距離を表す。評価長さは０．７５ｍｍとした。測定は、軸方向３点×周方向２点の計６点について各々粗さ曲線を測定した。そして、切断レベルｃ＝７μｍにおけるＲｍｒ（ｃ）の値を算出し、それらの６点のＲｍｒ（ｃ）の平均値を求めてＲｍｒ（ｃ）の値とした。その結果、Ｒｍｒ（ｃ）は３０％であった。ここで、切断レベルｃ＝７μｍとした理由は、本実施の形態では、トナーの体積平均粒径として７μｍを用いており、トナーが凹部の内壁に接触することなく入るためには切断レベルｃ＝７μｍにおいて十分な凹部サイズが必要だからである。
The load length ratio Rmr (c) on the surface of the charging
（各表面粗さパラメータの意味）
・十点平均粗さＲｚ
十点平均粗さＲｚの本実施の形態における意味について図１２を用いて説明する。十点平均粗さＲｚは、図１２に示す（ｉ）凹部の深さに対応するパラメータである。感光ドラム１の表面上の残留トナー９０が、凸部及び凹部の内壁に触れることなく、凹部で形成される空隙に入るためには、（ｉ）凹部の深さがトナー粒径に対して大きい必要がある。
(Meaning of each surface roughness parameter)
・ Ten-point average roughness Rz
The meaning of the ten-point average roughness Rz in the present embodiment will be described with reference to FIG. The ten-point average roughness Rz is a parameter corresponding to (i) the depth of the recess shown in FIG. In order for the
・凹凸の平均間隔Ｓｍ及び負荷長さ率Ｒｍｒ（ｃ）
凹凸の平均間隔Ｓｍ及び負荷長さ率Ｒｍｒ（ｃ）の本実施の形態における意味について図１２、図１４を用いて説明する。上記２つのパラメータは、図１２に示す（ｉｉ）凹部の内部サイズに対応するパラメータである。感光ドラム１上の残留トナー９０が凸部及び凹部の内壁に触れることなく、凹部で形成される空隙に入るためには（ｉｉ）凹部の内部サイズが十分に大きい必要がある。そのためには、図１４に示すＳｍが十分に大きいことと、Ｒｍｒ（ｃ）が十分に小さいことが必要である。ここで、残留トナー９０が凹部内壁に触れないために、切断レベルｃはトナー平均粒径の値を用いる。
・ Average interval Sm of unevenness and load length ratio Rmr (c)
The meanings of the average spacing Sm of the unevenness and the load length ratio Rmr (c) in the present embodiment will be described with reference to FIGS. 12 and 14. The above two parameters are parameters corresponding to the internal size of the recess (ii) shown in FIG. In order for the
（実施例１〜３／比較例１、２における帯電ローラ２の製造方法）
本実施の形態に用いた帯電ローラ２の製造方法について説明する。
(Methods for manufacturing the charging
The manufacturing method of the charging
（１．導電層形成用未加硫ゴム混合物の製造）
［１−１．ドメイン形成用未加硫ゴム混合物（ＣＭＢ）の調製］
表１に示す各材料を、表１に示す配合量で、６リットル加圧ニーダー（商品名：ＴＤ６−１５ＭＤＸ、トーシン社製）を用いて混合してＣＭＢを得た。混合条件は、充填率７０Ｖｏｌ％、ブレード回転数３０ｒｐｍ、２０分間とした。
(1. Production of unvulcanized rubber mixture for forming conductive layer)
[1-1. Preparation of unvulcanized rubber mixture (CMB) for domain formation]
Each material shown in Table 1 was mixed with a 6-liter pressurized kneader (trade name: TD6-15MDX, manufactured by Toshin Co., Ltd.) in the blending amount shown in Table 1 to obtain CMB. The mixing conditions were a filling rate of 70 Vol%, a blade rotation speed of 30 rpm, and 20 minutes.
［１−２．マトリックス形成用ゴム混合物（ＭＲＣ）の調製］
表２に示す各材料を、表２に示す配合量で、６リットル加圧ニーダー（（商品名：ＴＤ６−１５ＭＤＸ、トーシン社製）を用いて混合してＭＲＣを得た。混合条件は、充填率７０Ｖｏｌ％、ブレード回転数３０ｒｐｍ、１６分間とした。
[1-2. Preparation of rubber mixture for matrix formation (MRC)]
Each material shown in Table 2 was mixed with a 6-liter pressurized kneader (trade name: TD6-15MDX, manufactured by Toshin Co., Ltd.) at the blending amount shown in Table 2 to obtain MRC. The rate was 70 Vol%, the blade rotation speed was 30 rpm, and the blade rotation speed was 16 minutes.
［１−３．導電層形成用未加硫ゴム混合物の調製］
上記で得たＣＭＢ及びＭＲＣを、表３に示す配合量で、６リットル加圧ニーダー（商品名：ＴＤ６−１５ＭＤＸ、トーシン社製）を用いて混合した。混合条件は、充填率７０Ｖｏｌ％、ブレード回転数３０ｒｐｍ、１６分間とした。
[1-3. Preparation of unvulcanized rubber mixture for forming conductive layer]
The CMB and MRC obtained above were mixed in the blending amounts shown in Table 3 using a 6-liter pressurized kneader (trade name: TD6-15MDX, manufactured by Toshin Co., Ltd.). The mixing conditions were a filling rate of 70 Vol%, a blade rotation speed of 30 rpm, and 16 minutes.
次いで、ＣＭＢ及びＭＲＣの混合物１００質量部に対して、表４に示す加硫剤及び加硫促進剤を、表４に示す配合量加え、ロール径１２インチ（０．３０ｍ）のオープンロールを用いて混合し、導電層成形用ゴム混合物を調製した。混合条件は、前ロール回転数１０ｒｐｍ、後ロール回転数８ｒｐｍで、ロール間隙２ｍｍとして合計２０回左右の切り返しを行った後、ロール間隙を０．５ｍｍとして１０回薄通しを行った。 Next, the vulcanizing agent and the vulcanization accelerator shown in Table 4 were added to 100 parts by mass of the mixture of CMB and MRC in the blending amounts shown in Table 4, and an open roll having a roll diameter of 12 inches (0.30 m) was used. To prepare a rubber mixture for forming a conductive layer. The mixing conditions were a front roll rotation speed of 10 rpm and a rear roll rotation speed of 8 rpm, and after turning left and right 20 times in total with a roll gap of 2 mm, thinning was performed 10 times with a roll gap of 0.5 mm.
（２．帯電ローラ２の作製）
［２−１．導電性の外表面を有する支持体の用意］
導電性の外表面を有する支持体５２として、ステンレス鋼（ＳＵＳ）の表面に無電解ニッケルメッキ処理を施した全長２５２ｍｍ、外径５ｍｍの丸棒を用意した。
(2. Preparation of charging roller 2)
[2-1. Preparation of a support with a conductive outer surface]
As the
［２−２．導電層の成形］
支持体５２の供給機構、及び未加硫ゴムローラの排出機構を有するクロスヘッド押出機の先端に、内径７．８ｍｍのダイスを取付け、押出機とクロスヘッドの温度を８０℃に、支持体の搬送速度を６０ｍｍ／ｓｅｃに調整した。この条件で、押出機から、導電層形成用ゴム混合物を供給して、クロスヘッド内にて支持体５２の外周部を、該導電層形成用ゴム混合物で被覆し、未加硫ゴムローラを得た。
[2-2. Molding of conductive layer]
A die with an inner diameter of 7.8 mm is attached to the tip of a crosshead extruder having a supply mechanism for the
次に、１６０℃の熱風加硫炉中に未加硫ゴムローラを投入し、６０分間加熱することで導電層形成用ゴム混合物を加硫し、支持体５２の外周部に導電層５３が形成された帯電ローラ２を得た。その後、導電層５３の両端部を各１０ｍｍ切除して、導電層５３の長手方向の長さを２３２ｍｍとした。
Next, an unvulcanized rubber roller is put into a hot air vulcanizer at 160 ° C. and heated for 60 minutes to vulcanize the rubber mixture for forming the conductive layer, and the
本実施の形態に係る帯電ローラ２の導電層５３の外形形状をクラウン形状にする場合には、クロスヘッドからの芯金の押出速度および未加硫ゴム組成物の押出速度を制御することにより、未加硫ゴム層の外径形状をクラウン形状に成形することが好ましい。なお、クラウン形状とは、導電層５３の芯金５２の長手方向の中央部の外径が、端部の外径よりも大きい形状をいう。
When the outer shape of the
具体的には、芯金５２の搬送ローラによる芯金送り速度と、シリンダからの未加硫ゴム組成物送り速度との相対比を変化させる。このとき、シリンダからクロスヘッドへの未加硫ゴム組成物の送り速度は一定とする。芯金５２の送り速度と未加硫ゴム組成物の送り速度の比によって、未加硫ゴム組成物の肉厚が決定される。これにより、研磨を行うことなく、導電層５３をクラウン形状とすることが出来る。
Specifically, the relative ratio between the core metal feed rate by the transfer roller of the
加硫ゴムローラの両端部の加硫ゴム組成物は、後の別工程にて除去され、加硫ゴムローラが完成する。したがって、完成した加硫ゴムローラは芯金５２の両端部が露出している。導電層５３には、紫外線や電子線を照射することによる表面処理を行ってもよい。
The vulcanized rubber composition at both ends of the vulcanized rubber roller is removed in a separate step later to complete the vulcanized rubber roller. Therefore, both ends of the
本実施の形態では、中央部から両端部側へ各９０ｍｍの位置における各直径が７．４４ｍｍ、中央部直径が７．５ｍｍのクラウン形状である帯電ローラ２を得た。このように得られた、本実施の形態で用いる帯電ローラ２のマトリックスドメイン構造は、上記のように図８のような構造をしている。
In the present embodiment, a crown-shaped
実施例１〜３として用いた帯電ローラ２はマトリックスドメイン構造を有する（表５に記載の帯電ローラ２ａ、帯電ローラ２ｂ、帯電ローラ２ｃ）。
The charging
実施例３として用いた帯電ローラ２は、マトリックス２１のゴム組成物としてタフデン２１００Ｒ（ＳＢＲ）を用い、ドメイン２２のゴム組成物として２３０ＳＬ（ＮＢＲ）を用いた。ドメイン２２の体積抵抗率は６９．６Ω・ｃｍ、平均ドメインサイズ４．４μｍ、マトリックス２１の体積抵抗率６．０×１０１2Ω・ｃｍ、平均ドメイン間距離０．２６μｍ、ドメイン間距離の分布σｍ／Ｄｍ＝０．２２であった。このマトリックスドメイン構造をもったゴムを、帯電ローラ２に被覆するように成形させ、ゴムローラを形成した。ゴムローラの抵抗は９．０×１０４Ωで、周波数１．０×１０５〜１．０×１０６Ｈｚにおけるインピーダンスの傾きは−０．６３であった（帯電ローラ２ｃ）。
As the charging
また、比較例１として用いた帯電ローラ２は実施例とは異なり、マトリックスドメイン構造を持たない、導電層５３がゴム組成物に導電剤であるカーボンブラックが分散しており、帯電ローラ２として単一の導電パスを持つ構成となっている。最後に、導電層５３の表面を回転砥石で研磨している。ゴム組成物としてＮＢＲを用い、ゴムローラの抵抗は６．２２×１０７Ωで周波数１．０×１０５〜１．０×１０６Ｈｚにおけるインピーダンスの傾きは−１．００であった（帯電ローラ２ｄ）。
Further, unlike the example, the charging
比較例２として用いた帯電ローラ２は、マトリックスドメイン構造を有する帯電ローラ２ではあるが、本実施の形態のインピーダンス特性を有していない（帯電ローラ２ｅ）。
The charging
その他、実施例１〜３、比較例１〜２として、表５に示すようなインピーダンスの傾きの異なる帯電ローラ２ａ〜２ｅを準備した。 In addition, as Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 2, charging rollers 2a to 2e having different impedance slopes as shown in Table 5 were prepared.
表５の中から帯電ローラ２ａを用い、転写後の残留トナー９０に対し放電による電荷付与を行った結果を図１５に示す。比較例として帯電ローラ２ｄを用いて測定を行った。残留トナー９０の電荷分布は、実施例１における帯電ローラ２ａと、比較例１における帯電ローラ２ｄとをそれぞれ通過させた後のトナーの電荷分布を測定している。
FIG. 15 shows the results of charging the
現像ユニット２０により回収される、帯電ローラ２を通過する前の残留トナー９０は、電荷としては−３０μＣ／ｇより正極性側に帯電されている（図１５点線）。その後、残留トナー９０は帯電部を通過する際に、帯電ローラ２からの放電により帯電される。もともと、負極性に帯電されていて電荷量がそれなりに大きいトナーに関しては、放電により図１５の電荷分布範囲外（−３０μＣ／ｇより負極性側で絶対値が大）まで帯電される。
The
しかし、帯電部において放電を受けることが出来なかったトナーの電荷量は変化しない。このことから、残留トナー９０の現像ユニット２０による回収を考えると、低電荷量（−５μＣ／ｇより正極性側）成分が多くなると、現像ユニット２０による静電的な回収性が低下するため、回収不良による画像不良が発生する。
However, the amount of charge of the toner that could not be discharged in the charged portion does not change. From this, considering the recovery of the
図１５において、比較例１の帯電ローラ２ｄでは、低電荷成分が多く残っている。一方、実施例１の帯電ローラ２ａでは、マトリックスドメイン構造を用い、インピーダンスを調整した結果、放電を細かく継続させることが出来るため、低電荷成分が減少していることが分かる。つまり、放電を細かく継続させる実施例１のような帯電ローラ２を用いることで、比較例１の帯電ローラ２では放電の抜けにより帯電することが出来なかったトナーに対しても、帯電機会を与えて負極性に帯電することが出来る。そのため、残留トナー９０の現像回収性を向上させることが出来る。同様の実験を、表５の実施例２、実施例３の帯電ローラ２ｂ、２ｃ、および比較例２の帯電ローラ２ｅに対しても実施したところ、それぞれ実施例２、３は実施例１と、比較例２は比較例１とほぼ同様の結果が得られた。すなわち、放電を細かく継続させる、つまりインピーダンスの傾きが−１から外れる実施例２、３の帯電ローラ２ｂ、２ｃでは、比較例２の帯電ローラ２よりも帯電機会を与えることが出来る。それによって、残留トナー９０の現像回収性を向上させることが出来る。一方、比較例２の帯電ローラ２ｅでは低電荷成分が多く残り、現像回収性の向上は見られなかった。
In FIG. 15, a large amount of low-charge components remain in the charge roller 2d of Comparative Example 1. On the other hand, in the charging roller 2a of Example 1, as a result of adjusting the impedance by using the matrix domain structure, it can be seen that the low charge component is reduced because the discharge can be continued finely. That is, by using the charging
さらに、本実施の形態では、帯電ローラ２のインピーダンスの傾きを適正にすることに加えて、帯電ローラ２の表面粗さを適正に形成することにより放電を細かく継続させる効果を、長期の画像出力に対しても維持することを発見した。
Further, in the present embodiment, in addition to making the slope of the impedance of the charging
本実施の形態における効果を確認するための実施例４〜８、比較例３〜５について説明する。比較例の構成は、以下に特に説明する点を除いて本実施例のものと同じであり、比較例において本実施例と同一のものには同一符号を付す。 Examples 4 to 8 and Comparative Examples 3 to 5 for confirming the effect in the present embodiment will be described. The configuration of the comparative example is the same as that of the present embodiment except for the points particularly described below, and the same reference numerals are given to the same components as those of the present embodiment in the comparative example.
（実施例４）
本実施例が実施例３と異なる点は、ガラス板３０との当接部における帯電ローラ２の表面粗さである。表面粗さの測定値を以下に示す。
(Example 4)
The difference between this embodiment and the third embodiment is the surface roughness of the charging
十点平均粗さＲｚ＝８μｍ
負荷長さ率Ｒｍｒ（ｃ）＝３０％、ｃ＝７μｍ
凹凸の平均間隔Ｓｍ＝２５μｍ
（実施例５）
本実施例が実施例４と異なる点は、ガラス板３０との当接部における帯電ローラ２の表面の十点平均粗さＲｚが１５μｍである点である。本実施例では帯電ローラ２に含有する粗し粒子として体積平均粒径が２０μｍのウレタン粒子を使用している。
Ten-point average roughness Rz = 8 μm
Load length ratio Rmr (c) = 30%, c = 7 μm
Average spacing of irregularities S m = 25 μm
(Example 5)
The difference between this embodiment and the fourth embodiment is that the ten-point average roughness Rz of the surface of the charging
（実施例６）
本実施例が実施例４と異なる点は、ガラス板３０との当接部における帯電ローラ２の表面の十点平均粗さＲｚが２０μｍである点である。本実施例では帯電ローラ２に含有する粗し粒子として体積平均粒径が３０μｍのウレタン粒子を使用している。
(Example 6)
The difference between this embodiment and the fourth embodiment is that the ten-point average roughness Rz of the surface of the charging
（実施例７）
本比較例が実施例５と異なる点は、ガラス板３０との当接部における帯電ローラ２の表面の切断レベルｃ＝７μｍにおける負荷長さ率Ｒｍｒ（ｃ）が４０％である点である。
(Example 7)
This comparative example differs from the fifth embodiment in that the load length ratio Rmr (c) at the cutting level c = 7 μm on the surface of the charging
（実施例８）
本比較例が実施例５と異なる点は、ガラス板３０との当接部における帯電ローラ２の表面の凹凸の平均間隔Ｓｍが１０である点である。
(Example 8)
That this comparative example is different from Example 5 is that the mean spacing S m of unevenness of the charging
（比較例３）
本比較例が実施例４と異なる点は、帯電ローラ２のインピーダンス測定において周波数１．０×１０５〜１．０×１０６Ｈｚにおけるインピーダンスの傾きが−１であり、ガラス板３０との当接部における帯電ローラ２の十点平均粗さＲｚが５μｍである点である。本比較例では帯電ローラ２に粗し粒子を含有していない。
(Comparative Example 3)
The difference between this comparative example and the fourth embodiment is that the impedance measurement of the charging
（比較例４）
本比較例が実施例４と異なる点は、ガラス板３０との当接部における帯電ローラ２の表面の十点平均粗さＲｚが５μｍである点である。本比較例では帯電ローラ２に粗し粒子を含有していない。
(Comparative Example 4)
The difference between this comparative example and the fourth embodiment is that the ten-point average roughness Rz of the surface of the charging
（比較例５）
本比較例が実施例４と異なる点は、ガラス板３０との当接部における帯電ローラ２の表面の十点平均粗さＲｚが３０μｍである点である。本比較例では帯電ローラ２に含有する粗し粒子として体積平均粒径が５０μｍのウレタン粒子を使用している。
(Comparative Example 5)
The difference between this comparative example and the fourth embodiment is that the ten-point average roughness Rz of the surface of the charging
（各実施例及び比較例の評価方法）
実施例４〜８及び比較例３〜５において作製された各帯電ローラ２を、それぞれ、図１に示す画像形成装置１００において、以下の画像評価を行った。
(Evaluation method of each example and comparative example)
Each of the charging
まず、電子写真装置として、電子写真方式のレーザープリンタ（商品名：Ｌａｓｅｒｊｅｔ Ｍ６０８ｄｎ、ＨＰ社製）を用意した。次に、帯電ローラ２、電子写真画像形成装置１００、プロセスカートリッジ１１を、測定環境にならす目的で、２３℃／５０％ＲＨの環境に４８時間放置した。なお、高速プロセスにおける評価とするために、当該レーザープリンタを、単位時間当たりの出力枚数が、オリジナルの出力枚数よりも多い、Ａ４サイズの用紙で、７５枚／分となるように改造した。その際、記録メディアの出力スピードは３７０ｍｍ／秒、画像解像度は１２００ｄｐｉとした。さらに、当該レーザープリンタ内の前露光装置を撤去した。上記環境下に放置した帯電ローラ２をプロセスカートリッジ１１にセットし、レーザープリンタに組み込んだ。
First, as an electrophotographic apparatus, an electrophotographic laser printer (trade name: Laserjet M608dn, manufactured by HP) was prepared. Next, the charging
評価画像は、画像上部に「Ｅ」文字、画像中央部から下部はハーフトーン画像を有するものとした。 The evaluation image has an "E" character in the upper part of the image and a halftone image from the center to the lower part of the image.
具体的には、画像の上端１０ｃｍは、サイズが４ポイントのアルファベットの「Ｅ」の文字が、Ａ４サイズの紙の面積に対し被覆率が４％となるように印字されるような画像とした。さらに、１０ｃｍより下部は、ハーフトーン（感光ドラム１の回転方向と垂直方向に幅１ドット、間隔２ドットの横線を描く画像）画像を出力した。これにより、画像上部の「Ｅ」の文字が感光ドラム１上に現像されてから、転写プロセス後に感光ドラム１上に残留した残留トナー９０が、帯電ローラ２を通過した後、現像部において良好に回収できた程度を評価することが出来る。図１６に当該評価画像の説明図を示した。このハーフトーン画像を観察し、下記の基準で評価した。
Specifically, the
＜ハーフトーン画像上の「Ｅ」文字の評価＞
ランクＡ：顕微鏡で観察してもハーフトーン画像上に「Ｅ」の文字に由来する画像ムラが全く見えない。
ランクＢ：目視ではハーフトーン画像上の一部に「Ｅ」のに由来する画像むらはないが、顕微鏡で観察すると、「Ｅ」の文字に由来する画像ムラが観察される。
ランクＣ：目視でハーフトーン画像上の一部に「Ｅ」の文字の転写残ゴースト画像が見られる。
ランクＤ：目視でハーフトーン画像上の全面に「Ｅ」の文字の転写残ゴースト画像が見られる。
<Evaluation of the "E" character on the halftone image>
Rank A: Even when observed with a microscope, no image unevenness due to the letter "E" can be seen on the halftone image.
Rank B: Visually, there is no image unevenness due to "E" in a part of the halftone image, but when observed with a microscope, image unevenness due to the letter "E" is observed.
Rank C: A ghost image of the transfer residue of the letter "E" can be visually seen on a part of the halftone image.
Rank D: A ghost image of the transfer residue of the letter "E" can be visually seen on the entire surface of the halftone image.
表６に、実施例４〜８と比較例３〜５のインピーダンス測定結果及び当接面における表面粗さの測定結果と、初期及び４０００枚通紙後の転写残ゴースト評価の結果を示す。ランクＡ、ランクＢの画像に関しては、実用上問題ないと判断し、ランクＡとランクＢは便宜的に能力を比較するためにのみ導入している。 Table 6 shows the impedance measurement results of Examples 4 to 8 and Comparative Examples 3 to 5, the measurement results of the surface roughness on the contact surface, and the results of the transfer residue ghost evaluation at the initial stage and after passing 4000 sheets. Regarding the images of rank A and rank B, it is judged that there is no problem in practical use, and rank A and rank B are introduced only for convenience of comparing the abilities.
（従来技術に対する本発明の優位性）
まず、従来技術である比較例３に対する本実施例の優位性について述べる。転写残ゴースト評価の初期評価において、実施例４は比較例３よりも転写残ゴーストが良い。その理由は、表５に示す実施例１と比較例１の説明と同じなので省略する。
(Superiority of the present invention over the prior art)
First, the superiority of this embodiment over Comparative Example 3 which is a conventional technique will be described. In the initial evaluation of the transfer residual ghost evaluation, the transfer residual ghost is better in Example 4 than in Comparative Example 3. The reason is the same as the description of Example 1 and Comparative Example 1 shown in Table 5, and will be omitted.
次に、４０００枚通紙後の転写残ゴースト評価において、実施例４は初期よりも若干転写残ゴーストが悪化したが、実用上は問題無いレベルに落ち着いた。その理由について説明する。 Next, in the evaluation of the transfer residual ghost after passing 4000 sheets, in Example 4, the transfer residual ghost was slightly worse than the initial stage, but it settled down to a level where there was no problem in practical use. The reason will be explained.
４０００枚通紙後の比較例３の帯電ローラ２の表面を顕微鏡で観察すると、トナーや外添剤などによる付着物が帯電ローラ２の表面全域に付着していることが分かった。これは、繰り返し画像出力を行うことにより、転写プロセス後に感光ドラム１の表面上に残留した残留トナー９０が、帯電ローラ２と感光ドラム１との当接部である帯電部を通過する際に、帯電ローラ２の表面に付着したためである。比較例３の帯電ローラ２は、ガラス板３０の当接部における表面粗さの十点平均粗さのＲｚが５μｍであり、体積平均粒径７μｍのトナーに対して表面粗さが小さい。このことから、比較例３では長期に渡って画像出力を行うことで帯電ローラ２の表面の凸部、凹部の両方でトナーや外添剤が付着する可能性が高い。帯電ローラ２の表面に上記付着物が付着することにより、残留トナー９０に対する帯電が阻害され、低電荷成分が多く発生する。これにより、比較例３では４０００枚通紙後の転写残ゴースト評価が初期よりも悪くなったと考えられる。
When the surface of the charging
一方、４０００枚通紙後の実施例４の帯電ローラ２の表面を顕微鏡で観察すると、帯電ローラ２の表面の凸部においては、トナーや外添剤などの付着物が見られたが、凹部においては付着物が比較例３に比べると少なかった。実施例４の帯電ローラ２は、ガラス板３０の当接部における表面粗さの十点平均粗さのＲｚが８μｍであり、体積平均粒径７μｍのトナーに対して表面粗さが大きい。それによって、実施例４の帯電ローラ２では表面の凹部においてトナーや外添剤などの付着を抑制することが出来、４０００枚通紙後の転写残ゴースト評価において比較的良いランクであったと考えられる。
On the other hand, when the surface of the charging
次に、比較例４及び比較例５と、実施例４を対比することで、本実施例の優位性について述べる。転写残ゴースト評価の４０００枚通紙後の評価において、比較例４及び比較例５は、実施例４よりも転写残ゴーストが悪い。その理由について説明する。 Next, the superiority of this example will be described by comparing Comparative Examples 4 and 5 with Example 4. In the evaluation of the transfer residual ghost after passing 4000 sheets, Comparative Example 4 and Comparative Example 5 have worse transfer residual ghost than Example 4. The reason will be explained.
比較例４及び比較例５で用いた帯電ローラ２は、ガラス板３０の当接部での十点平均粗さのＲｚがそれぞれ５μｍ、３０μｍであった。比較例４では、インピーダンス特性の周波数１．０×１０５〜１．０×１０６Ｈｚにおける傾きが−０．６３であり、初期のゴースト画像評価は実施例４と同様に良好であった。しかし、ガラス板３０の当接部の十点平均粗さのＲｚが５μｍであるために、比較例３と同じ理由で４０００枚通紙後のゴースト画像評価が悪いと考えられる。
In the charging
また、比較例５では、インピーダンス特性の周波数１．０×１０５〜１．０×１０６Ｈｚにおける傾きが−０．６３であり、初期のゴースト画像に問題は無いが、実施例４よりも１ランク悪かった。これは、比較例５で用いた帯電ローラ２のガラス板３０の当接部の十点平均粗さのＲｚが３０μｍであるために、帯電ローラ２の表面の凹部と感光ドラム１の表面との距離が広く、凹部において感光ドラム１への帯電が不安定になることが要因と考えられる。これは、従来の帯電ローラ２にも起こる現象である。４０００枚通紙後は、帯電ローラ２の表面の凸部にトナーや外添剤が付着し、残留トナー９０に対して十分に帯電することが出来なくなるため、初期評価よりも悪い結果になったと考えられる。
Further, in Comparative Example 5, the slope of the impedance characteristic at frequencies of 1.0 × 10 5 to 1.0 × 10 6 Hz is −0.63, and there is no problem in the initial ghost image, but it is higher than that in Example 4. It was one rank bad. This is because the Rz of the ten-point average roughness of the contact portion of the
次に、実施例５及び実施例６について説明する。実施例５は４０００枚通紙後のゴースト画像評価が実施例４よりも良好である。これは、ガラス板３０の当接部における表面粗さの十点平均粗さのＲｚが１５μｍであり、実施例４よりも大きいことが要因である。実施例４では、残留トナー９０の内、粒径が８μｍ以上のトナーは、帯電ローラ２と感光ドラム１との当接部である帯電部において、凹部に付着する可能性がある。実施例４においては、長期に渡る画像出力により、帯電ローラ２の凹部にも若干のトナー付着が発生するためにゴースト画像が軽微に発生する。
Next, Example 5 and Example 6 will be described. In Example 5, the ghost image evaluation after passing 4000 sheets is better than that in Example 4. This is because the Rz of the ten-point average roughness of the surface roughness at the contact portion of the
これに対して、実施例５で用いた帯電ローラ２では、ガラス板３０の当接部における表面粗さの十点平均粗さＲｚが１５μｍである。よって、体積平均粒径７μｍのトナー２個分以上の凹部を形成しているため、長期に渡る画像出力においても凹部におけるトナー付着が少ないと考えられる。また、比較例５と異なり、凹部の深さが大きすぎないために、凹部において感光ドラム１及び感光ドラム１の表面上のトナーや外添剤への帯電が十分に行われて、ゴースト画像の発生を抑制することが出来ていると考えられる。さらに、ガラス板３０の当接部におけるＲｍｒ（ｃ）が３０％であり、帯電ローラ２の表面における凹部の割合が十分に多い。さらに、ガラス板３０の当接部の凹凸の平均距離Ｓｍが２５μｍであるため、凹部１つのサイズがトナー粒径に対して十分に大きく、帯電部で残留トナー９０が凹部の内壁に接触することなく、凹部内部に収まる確率が高い。これにより、実施例５においては、長期に渡ってゴーストの発生のない良好な画像を維持することが出来ていると考えられる。
On the other hand, in the charging
一方、実施例６は、初期と４０００枚通紙後のゴースト画像評価結果自体は問題ないレベルに収まるが、初期評価において実施例４よりも１ランク悪かった。実施例６で用いた帯電ローラ２のガラス板３０の当接部の十点平均粗さＲｚが２０μｍであるために、帯電ローラ２の表面の凹部と感光ドラム１の表面との距離が大きい。よって、一部のサイズの大きい凹部においては、感光ドラム１及びトナーや外添剤に対しての帯電が不安定になることが要因と考えられる。
On the other hand, in Example 6, the ghost image evaluation results themselves in the initial stage and after passing 4000 sheets were within a problematic level, but in the initial evaluation, they were one rank worse than in Example 4. Since the ten-point average roughness Rz of the contact portion of the
次に、実施例５と、実施例７及び実施例８を対比することで、本実施例において、より効果の高い構成である実施例５について詳細に説明する。 Next, by comparing Example 5 with Example 7 and Example 8, Example 5, which is a more effective configuration in this example, will be described in detail.
実施例７及び実施例８が実施例５と異なる点は、ガラス板３０の当接部における帯電ローラ２の表面粗さの負荷長さ率Ｒｍｒ（ｃ）と凹凸平均間隔Ｓｍの値である。ゴースト画像評価の４０００枚通紙後の評価において、実施例７及び実施例８は、ゴースト画像評価結果自体は問題ないレベルに収まるが、実施例５よりもゴースト画像評価が１ランク悪い。その理由について説明する。
The difference between Example 7 and Example 8 is the value of the load length ratio Rmr (c) of the surface roughness of the charging
実施例７の帯電ローラ２の十点平均粗さＲｚの値は、実施例５と同様に１５μｍであるため、凹部の深さは残留トナー９０が付着しにくくかつ、感光ドラム１及び残留トナー９０に帯電可能な値であるといえる。実施例７はガラス板３０の当接部における帯電ローラ２の表面粗さの負荷長さ率がＲｍｒ（ｃ）＝４０％、ｃ＝７μｍであり、実施例５よりも大きい。つまり、実施例５と比較して、帯電ローラ２の表面において凸部が占める割合が多く、凹部の割合は少ないといえる。その結果、長期に渡り画像出力を行った場合、トナーや外添剤が付着していない領域（凹部）が、実施例５と比較して少なく、残留トナー９０の全体を十分に帯電することが出来ない場合がある。これにより、実施例７は４０００枚通紙後のゴースト画像評価が実施例５と比較して多少悪かったと考えられるが、実用上は問題無い。
Since the value of the ten-point average roughness Rz of the charging
実施例８の帯電ローラ２の十点平均粗さＲｚの値は、実施例５、実施例７と同様に１５μｍであるため、凹部の深さは残留トナー９０が付着しにくくかつ、感光ドラム１及び残留トナー９０に帯電可能な値であるといえる。また、負荷長さ率がＲｍｒ（ｃ）＝３０％、ｃ＝７μｍであり、実施例５と同様に帯電ローラ２の表面における凹部が占める割合が十分に多いといえる。実施例８はガラス板３０の当接部における帯電ローラ２表面粗さの凹凸の平均間隔がＳｍ＝１０μｍであり、凹凸の間隔が小さい。つまり、凹部１つのサイズが小さく、トナー１つのサイズに対して近い値である。この場合、帯電部において残留トナー９０が凹部に入る確率が少なくなり、長期に渡り画像出力を行った場合、トナーや外添剤が付着していない領域（凹部）での帯電を受ける残留トナー９０の割合が少なくなる。これにより、実施例８は４０００枚通紙後のゴースト画像評価が、実施例５と比較して多少悪かったと考えられるが、実用上は問題無い。
Since the value of the ten-point average roughness Rz of the charging
以上のことから、本実施の形態では、帯電ローラ２の１．０×１０５〜１．０×１０６Ｈｚにおけるインピーダンス特性の傾きを、−０．８以上で−０．３以下とする。そして、１．０×１０−２〜１．０×１０１Ｈｚでのインピーダンスの値を１．０×１０３〜１．０×１０７Ωの範囲内にする。それによって、感光ドラム１の表面上の残留トナー９０に対して放電を細かく継続的に行うことが出来、残留トナー９０の低電荷成分を減らすことが出来る。これにより、現像回収性が向上し、転写残ゴーストの発生を抑制し良好な画像を形成することが出来る。
From the above, in this embodiment, the slope of the impedance characteristic in 1.0 × 10 5 ~1.0 × 10 6 Hz of the charging
さらに、帯電部において、帯電ローラ２の表面粗さを適正に制御することで、長期に渡って画像出力を行った場合に、帯電ローラ２の表面に形成された凹部において、残留トナー９０が付着する可能性を低減することが出来る。よって、長期に渡って現像回収性の良い状態を保つことが出来る。凹部において、帯電ローラ２の表面に残留トナー９０が付着する可能性を低減する観点では、表面凹凸の高さ、つまり、十点平均粗さＲｚはトナーの高さ×１．１以上であることが好ましい。十点平均粗さＲｚがトナーの高さと同じであると、帯電ローラ２の凹部にトナーが接触する可能性がある。そのため、わずかに十点平均粗さＲｚを大きくしておくことが好ましい。さらに、凹部はトナーの体積平均粒径×２以上の平面方向の空間が好ましい。凹部の平面方向の空間を、トナーの体積平均粒径をＤμｍとすると、Ｄ×２以上に制御するためには、切断面ｃ＝トナーの体積平均粒径における負荷長さ率Ｒｍｒ（ｃ）≦３０％かつ凹凸の平均間隔Ｓｍ≧Ｄ×３が必要である。何故ならＳｍ＝Ｄ×３μｍ、Ｒｍｒ（ｃ）＝３０％のとき凹部の平均径はＤ×３μｍ×（１００％−３０％）＝Ｄ×２．１でありトナーの粒径×２個分に相当するからである。
Further, by appropriately controlling the surface roughness of the charging
本実施の形態では、ガラス板３０の当接部における帯電ローラ２の表面粗さ測定において、帯電ローラ２の芯金５２の両端を、剛性を有する平板としてのガラス板３０に対して片側荷重３００ｇｆで加圧させている。ガラス板３０は、帯電ローラ２の回転軸線に平行に設置されている。また、本実施例の帯電ローラ２において、ばね荷重を片側５００ｇｆにした場合も各表面粗さパラメータに大きな数値差はなく、転写残ゴースト評価の結果に差が無いことを確認することが出来た。したがって、本実施の形態における効果を得る実施形態として、帯電ローラ２の芯金に掛かる荷重は片側荷重３００ｇｆ〜５００ｇｆが適当であるが、これに限定されるものではない。
In the present embodiment, in the surface roughness measurement of the charging
また、本実施の形態では、カートリッジが画像形成装置１００に対し、１つ装着出来る所謂モノクロの画像形成装置に対し、説明を行った。しかし、カートリッジを複数有し、中間転写体に対しトナーを転写するフルカラーの画像形成装置に対しても同様の構成を用いることで現像回収性を向上させることが出来る。
Further, in the present embodiment, a description has been given to a so-called monochrome image forming apparatus in which one cartridge can be attached to the
（第２の実施形態）
第２の実施形態の特徴は、残留トナー帯電部材９を兼ねた帯電ローラ２を備えた画像形成装置において、感光ドラム１の表面上のトナーに対して、積極的に帯電ローラ２の凹部が対向するように帯電ローラ２と感光ドラム１を構成するところにある。これにより、長期に渡る耐久テストにおいても帯電ローラ２による残留トナー９０の帯電が十分に行うことが出来るため、長期にわたり良好な出力画像が得られる。
(Second Embodiment)
A feature of the second embodiment is that in an image forming apparatus including a charging
はじめに、実施例４〜８で行った条件と同様に耐久テストを行った。耐久テストは高温高湿環境（温度３０℃／湿度８０％ＲＨ）、常温常湿環境（温度２５℃／湿度６０％ＲＨ）、低温低湿環境（温度１５℃／湿度１０％ＲＨ）でそれぞれ合計８０００枚の耐久テストを行った。ここで用いた評価画像、画像形成装置１００は第１の実施形態と同様とした。帯電ローラ２は実施例５で示した帯電ローラ２と同様の構成とした。評価画像を観察し、実施例４〜８と同様に下記の基準で評価した。
First, a durability test was performed in the same manner as in the conditions performed in Examples 4 to 8. The durability test is a total of 8000 in a high temperature and high humidity environment (
＜ハーフトーン画像上の「Ｅ」文字の評価＞
ランクＡ：顕微鏡で観察してもハーフトーン画像上に「Ｅ」の文字に由来する画像ムラが全く見えない。
ランクＢ：目視ではハーフトーン画像上の一部に「Ｅ」のに由来する画像むらはないが、顕微鏡で観察すると、「Ｅ」の文字に由来する画像ムラが観察される。
ランクＣ：目視でハーフトーン画像上の一部に「Ｅ」の文字の転写残ゴースト画像が見られる。
ランクＤ：目視でハーフトーン画像上の全面に「Ｅ」の文字の転写残ゴースト画像が見られる。
<Evaluation of the "E" character on the halftone image>
Rank A: Even when observed with a microscope, no image unevenness due to the letter "E" can be seen on the halftone image.
Rank B: Visually, there is no image unevenness due to "E" in a part of the halftone image, but when observed with a microscope, image unevenness due to the letter "E" is observed.
Rank C: A ghost image of the transfer residue of the letter "E" can be visually seen on a part of the halftone image.
Rank D: A ghost image of the transfer residue of the letter "E" can be visually seen on the entire surface of the halftone image.
初期及び枚４０００枚後、８０００枚後の転写残ゴースト評価の結果を表７に示す。ランクＡ、ランクＢの画像に関しては、実用上問題ないと判断し、ランクＡとランクＢは便宜的に能力を比較するためのみに導入している。表７に示すように長期に渡る耐久テストを実施したときに、温度３０℃／湿度８０％ＲＨの高温高湿環境での耐久テスト後半において転写残ゴーストがわずかに発生する場合があった。 Table 7 shows the results of the transfer residual ghost evaluation at the initial stage, after 4000 sheets, and after 8000 sheets. Regarding the images of rank A and rank B, it is judged that there is no problem in practical use, and rank A and rank B are introduced only for convenience of comparing the abilities. As shown in Table 7, when a long-term durability test was carried out, a slight transfer residue ghost may occur in the latter half of the durability test in a high-temperature and high-humidity environment with a temperature of 30 ° C. and a humidity of 80% RH.
そこで、本実施の形態では長期の耐久テストに渡って良好な出力画像を得るという観点から更なる改良／改善を行った。 Therefore, in the present embodiment, further improvements / improvements have been made from the viewpoint of obtaining a good output image over a long-term durability test.
（耐久後半での転写残ゴースト発生メカニズム）
画像形成装置１００で長期に渡って画像形成を繰り返し行うと、帯電ローラ２の導電層５３が感光ドラム１の表面に接触しているため、転写後に感光ドラム１の表面上に残ったトナーなどが帯電ローラ２の表面に付着する。したがって、耐久が進むと、帯電ローラ２の導電層５３のトナーによる汚れにより帯電ローラ２の放電が阻害されるため、残留トナー９０の帯電が弱くなる。
(Mechanism of transcription residue ghost generation in the latter half of durability)
When the
第１の実施形態における実施例４〜８では、帯電ローラ２の導電層５３に適切に粗さを設けることで、残留トナー９０への帯電が発揮される凹部が確保され、残留トナー９０の帯電が出来るようになった。しかしながら、表７に示すように、実施例５の構成においても、高温高湿環境では転写残ゴーストがわずかに観察されるようになった。理由を以下に説明する。
In Examples 4 to 8 of the first embodiment, the
低温低湿環境や常温常湿環境での耐久テストでは、帯電ローラ２の導電層５３の表面はトナーで汚れるが、汚れはわずかであった。このため、帯電部を通過する際に凹部に対向した残留トナー９０は十分に帯電することが出来ている。さらに、凹部以外の帯電ローラ２の導電層５３のトナー汚れがわずかであれば、汚れた領域に対向した残留トナー９０に対しても弱い帯電を行うことが出来ていると考えられる。
In the durability test in a low temperature and low humidity environment or a normal temperature and humidity environment, the surface of the
一方、高温高湿環境での耐久テストにおいては、帯電ローラ２の導電層５３の粘着性が高くなるため、帯電ローラ２の導電層５３のトナー汚れが多少悪化する。この場合、凹部以外の帯電ローラ２の導電層５３の、トナーで汚れた領域では放電が阻害される可能性がある。このため、帯電部を通過する際に凹部に対向した残留トナー９０は十分に放電される。しかし、凹部以外の帯電ローラ２の導電層５３のトナーで汚れた領域が、感光ドラム１の表面上の残留トナー９０と対向した際には、残留トナー９０に対する帯電が不十分になったと考えられる。
On the other hand, in the durability test in a high temperature and high humidity environment, the adhesiveness of the
したがって、残留トナー９０に対する帯電ムラが生じることにより現像ユニット２０で回収されにくくなり、表７のように高温高湿環境においては現像ユニット２０で未回収の残留トナー９０によってレベルが悪くなったが、実用上は問題無い。
Therefore, uneven charging of the
（転写残ゴーストの抑制）
本実施の形態では、感光ドラム１の表面上の残留トナー９０が帯電ローラ２との帯電部を通過する間に、残留トナー９０を積極的に移動させることで、帯電ローラ２の凹部と対向させる。これにより、凹部以外の帯電ローラ２の導電層５３のトナー汚れがひどくなった場合でも、残留トナー９０が帯電される機会が増加する。そして、残留トナー９０の帯電が十分に行われるため、転写残ゴーストが発生しない良好な出力画像が得られる。
(Suppression of transfer residue ghost)
In the present embodiment, the
本実施の形態における特徴を、図１７を用いて具体的に説明する。図１７は、帯電部における当接ニップ部Ｎの略断面を示した図である。画像形成などによって感光ドラム１が駆動されると、感光ドラム１の表面は矢印Ｙ方向に移動する。同時に、帯電ローラ２の表面は、感光ドラム１に対して周速Ｓで矢印Ｘ方向に移動する。帯電ローラ２の導電層５３は、粒子直径Ｒ１の粗し粒子を含有し、適正な粗さＲｚを有している。感光ドラム１の表面の移動と、帯電ローラ２の表面の移動に伴って、残留トナー９０は感光ドラム１と共に矢印Ｙ方向に移動する。残留トナー９０が当接ニップＮを通過する際に、下記の式（１０）を満足するように帯電ローラ２と感光ドラム１が構成される。
The features of this embodiment will be specifically described with reference to FIG. FIG. 17 is a diagram showing a substantially cross section of the contact nip portion N in the charged portion. When the photosensitive drum 1 is driven by image formation or the like, the surface of the photosensitive drum 1 moves in the Y direction of the arrow. At the same time, the surface of the charging
｜（（Ｎ×Ｓ）−Ｎ） ｜ ＞ （Ｒ１−ｒ） …… 式（１０）
Ｎ：ニップ幅
Ｒ１：帯電ローラにおける凸部の移動方向の長さ（粗し粒子径）
ｒ：トナー粒径
Ｓ：帯電ローラの速度比（対感光ドラム）
式（１０）において、｜（（Ｎ×Ｓ）−Ｎ） ｜は、当接ニップＮを通過する間に帯電ローラ２が移動する距離を示している。一方、（Ｒ１−ｒ）は、帯電ローラ２の凸部とトナー粒径ｒとの差分である。式（１０）の関係性は、残留トナー９０が当接ニップ部Ｎに侵入し、凹部以外と対向する位置にあっても当接ニップ部Ｎを通り過ぎる間に、必ず帯電ローラ２の凹部と対向することを表している。したがって、残留トナー９０は当接ニップ部Ｎを通過する間に、帯電ローラ２の凹部から放電を受けて十分に帯電される。これにより、残留トナー９０は現像ユニット２０で回収されるため、転写残ゴーストが発生しない良好な画像が得られる。
｜ ((N × S) -N) ｜ ＞ (R1-r) …… Equation (10)
N: Nip width R1: Length of the convex portion in the charging roller in the moving direction (coarse particle diameter)
r: Toner particle size S: Speed ratio of charging roller (to photosensitive drum)
In the formula (10), | ((N × S) −N) | indicates the distance that the charging
ここで、本実施の形態では、帯電ローラ２としての帯電ローラ２の導電層５３に粗し粒子を含有することによって、帯電ローラ２の導電層５３に凹凸を形成し、適正な粗さを形成しているため、帯電ローラ２における凸部の移動方向の長さＲ１は粗し粒子径とした。
Here, in the present embodiment, by containing the coarse particles in the
（検証結果）
次に、本実施の形態の効果の検証のために、高温高湿環境において８０００枚のプリント耐久テストを行った。帯電ローラ２は実施例５と同様の帯電ローラ２を用いた。具体的な条件を以下に示す。
(inspection result)
Next, in order to verify the effect of this embodiment, a print durability test of 8000 sheets was performed in a high temperature and high humidity environment. As the charging
＜条件＞
感光ドラム 径：φ２０ｍｍ
帯電ローラ 径：φ８ｍｍ
粗し粒子 径Ｒ１：２０μｍ
帯電ローラ Ｒｚ：１５μｍ
トナー 径ｒ：７μｍ
帯電ローラ周速Ｓ：１０２％（対感光ドラム１）
感光ドラム１と帯電ローラ２の当接ニップ幅Ｎ：８００μｍ
環境：温度３０℃、湿度８０％ＲＨ
印字モード：１枚間欠
評価用画像出力間隔：通紙１０００枚ごと
表８に初期、４０００枚後、８０００枚後の転写残ゴースト評価結果を示す。前述の第１の実施形態と同様に、評価画像は、画像上部に「Ｅ」文字、画像中央部から下部はハーフトーン画像を有するものとした。
<Conditions>
Photosensitive drum diameter: φ20 mm
Charging roller diameter: φ8 mm
Rough particle diameter R1: 20 μm
Charging roller Rz: 15 μm
Toner diameter r: 7 μm
Charging roller peripheral speed S: 102% (against photosensitive drum 1)
Contact nip width N between the photosensitive drum 1 and the charging roller 2: 800 μm
Environment:
Print mode: Image output interval for intermittent evaluation: Every 1000 sheets of paper Table 8 shows the transfer residual ghost evaluation results after the initial 4000 sheets and 8000 sheets. Similar to the first embodiment described above, the evaluation image has an "E" character in the upper part of the image and a halftone image from the center to the lower part of the image.
＜ハーフトーン画像上の「Ｅ」文字の評価＞
ランクＡ：顕微鏡で観察してもハーフトーン画像上に「Ｅ」の文字に由来する画像ムラが全く見えない。
ランクＢ：目視ではハーフトーン画像上の一部に「Ｅ」のに由来する画像むらはないが、顕微鏡で観察すると、「Ｅ」の文字に由来する画像ムラが観察される。
ランクＣ：目視でハーフトーン画像上の一部に「Ｅ」の文字の転写残ゴースト画像が見られる。
ランクＤ：目視でハーフトーン画像上の全面に「Ｅ」の文字の転写残ゴースト画像が見られる。
<Evaluation of the "E" character on the halftone image>
Rank A: Even when observed with a microscope, no image unevenness due to the letter "E" can be seen on the halftone image.
Rank B: Visually, there is no image unevenness due to "E" in a part of the halftone image, but when observed with a microscope, image unevenness due to the letter "E" is observed.
Rank C: A ghost image of the transfer residue of the letter "E" can be visually seen on a part of the halftone image.
Rank D: A ghost image of the transfer residue of the letter "E" can be visually seen on the entire surface of the halftone image.
本実施の形態では、温度３０℃、湿度８０％ＲＨの高温高湿環境における８０００枚の耐久においても、転写残ゴーストが発生しない良好な出力画像が得られた。本実施の形態における条件を上記式（１０）に代入すると、
Ｎ×Ｓ−Ｎ＝８００μｍ×１．０２−８００μｍ＝１６μｍ
Ｒ１−ｒ＝１５μｍ−７μｍ＝８μｍ
となり、上記式（１０）において、｜（（Ｎ×Ｓ）−Ｎ）｜ ＞ Ｒ１−ｒを満足している。したがって、帯電ローラ２の導電層５３のトナー汚れが多くなった場合でも、感光ドラム１の表面上の残留トナー９０が帯電ローラ２との当接ニップＮを通過する間に、残留トナー９０が帯電ローラ２の凹部と対向することが出来る。これにより、残留トナー９０が帯電される機会が増加し、残留トナー９０の帯電が十分に行われるため、現像ユニット２０においてトナーの回収が行われたことで転写残ゴーストが発生しない良好な画像が得られたと考えられる。
In the present embodiment, a good output image in which no transfer residual ghost is generated was obtained even in a durability of 8000 sheets in a high temperature and high humidity environment at a temperature of 30 ° C. and a humidity of 80% RH. Substituting the conditions in this embodiment into the above equation (10),
N × SN = 800 μm × 1.02-800 μm = 16 μm
R1-r = 15 μm-7 μm = 8 μm
Therefore, in the above formula (10), | ((N × S) -N) |> R1-r is satisfied. Therefore, even if the
以上のように、帯電ローラ２の導電層５３に適正な粗さを有し、帯電部における当接ニップにおいて、式（１０）の関係を満足するように構成することで良好な出力画像が長期に渡って得られる。
As described above, the
（第３の実施形態）
第３の実施形態について説明する。第１の実施形態および第２の実施形態において、残留トナー帯電部材は帯電ローラ２を兼ねて構成されている。第３の実施形態は、機能を分離させ、残留トナー帯電部材９と帯電ローラ２と、をそれぞれ配置させている構成を採用している点が異なる。第３の実施形態の画像形成装置２００を図１８に示す。残留トナー帯電部材９と感光ドラム１を対向部にて帯電する帯電ローラ２と、をそれぞれ配置させる場合、残留トナー帯電部材９は感光ドラム１の回転方向に対し、前露光ユニット６よりも下流で帯電ローラ２よりも上流に配置される。そして、前露光ユニット６よりも下流で帯電ローラ２よりも上流における感光体ドラム１の表面を除電すると効果が大きい。その理由は、残留トナー帯電部材９の継続する細かな放電によって残留トナー９０の帯電を行うため、前露光ユニット６と帯電ローラ２との間に配置することで、十分な放電機会を得ることが出来る。このような構成とすることで、まず、転写残留トナー９０は、まず残留トナー帯電部材９を通過することでネガ化され、低電荷トナーが減少する。続く帯電ローラ２において帯電される際も放電で更にネガ化が行われ、低電荷が更に減少する。一方、残留トナー帯電部材９を継続する細かな放電が行われない通常の帯電ローラ２を用いると、放電機会としては残留トナー帯電部材９と帯電ローラ２の二度放電機会があるため、帯電ローラ２と兼用した際よりは低電荷成分のトナーは減少する。しかし、継続する細かな放電が生じる残留トナー帯電部材９を、継続する細かな放電が生じる帯電ローラ２と共に用いた際よりは低電荷のトナー量は多い。
(Third Embodiment)
A third embodiment will be described. In the first embodiment and the second embodiment, the residual toner charging member also serves as a charging
１ 感光ドラム
２ 帯電ローラ
３ 露光ユニット
５ 転写ローラ
４１ 現像ローラ
１００ 画像形成装置
1
Claims (19)
前記像担持体の表面と接触して帯電部を形成し、前記帯電部において前記像担持体の表面を帯電する回転可能な帯電部材と、
前記帯電部材によって帯電された前記像担持体の表面に形成された静電潜像に現像剤を供給する現像部材と、
前記現像部材により顕像化された現像剤像を被転写体に転写する転写部材と、を有し、
前記転写部材によって前記現像剤像を前記被転写体に転写した後に前記像担持体の表面に残った現像剤を前記帯電部材によって正規極性に帯電して、前記現像部材に回収する画像形成装置であって、
前記帯電部材は、
振幅が１Ｖの交流電圧を、周波数を変化させながら前記帯電部材に印加することによって測定したインピーダンス特性を、周波数を横軸、インピーダンスを縦軸として両対数プロットしたときの、１．０×１０５Ｈｚ〜１．０×１０６Ｈｚの周波数における傾きが、−０．８以上、−０．３以下であり、
周波数が１．０×１０−２Ｈｚ〜１．０×１０１Ｈｚにおけるインピーダンスが、１．０×１０３Ω〜１．０×１０７Ωであって、
前記現像剤の体積平均粒径をＤμｍとした場合において、前記帯電部材が前記帯電部材の回転軸線に平行な剛性の平板によって荷重３００ｇｆ以上５００ｇｆ以下で加圧された状態の前記帯電部材の十点平均粗さＲｚが、
（Ｄ×１．１）μｍ≦Ｒｚ≦２０μｍ
の関係を満たすことを特徴とする画像形成装置。 With a rotatable image carrier,
A rotatable charging member that contacts the surface of the image carrier to form a charged portion and charges the surface of the image carrier in the charged portion.
A developing member that supplies a developing agent to an electrostatic latent image formed on the surface of the image carrier charged by the charging member, and a developing member.
It has a transfer member that transfers the developer image visualized by the developing member to the transfer target.
An image forming apparatus that charges the developer image remaining on the surface of the image carrier after the developer image is transferred to the transfer target by the transfer member to a normal polarity by the charging member and collects the developing agent image on the developing member. There,
The charging member is
An AC voltage of amplitude 1V, the impedance characteristic measured by applying to the charging member while changing the frequency, when the log-log plot of frequency horizontal axis, the impedance as the vertical axis, 1.0 × 10 5 The gradient at a frequency of Hz to 1.0 × 10 6 Hz is -0.8 or more and -0.3 or less.
Frequency impedance of 1.0 × 10 -2 Hz~1.0 × 10 1 Hz, a 1.0 × 10 3 Ω~1.0 × 10 7 Ω,
When the volume average particle diameter of the developer is D μm, ten points of the charged member in a state where the charged member is pressurized with a load of 300 gf or more and 500 gf or less by a flat plate having a rigidity parallel to the rotation axis of the charged member. Average roughness Rz
(D × 1.1) μm ≦ Rz ≦ 20 μm
An image forming apparatus characterized by satisfying the relationship of.
前記導電層は第一のゴムを含むマトリックスと、前記マトリックス中に分散された複数個のドメインとを有することを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。 The charged member is a conductive member having a conductive support and a conductive layer provided on the outer surface of the support.
The image forming apparatus according to claim 1 or 2, wherein the conductive layer has a matrix containing the first rubber and a plurality of domains dispersed in the matrix.
前記像担持体の表面を帯電する第１の帯電部材と、
前記帯電部材によって帯電された前記像担持体の表面に形成された静電潜像に現像剤を供給する現像部材と、
前記現像部材により顕像化された現像剤像を被転写体に転写する転写部材と、
前記転写部材によって転写した後に前記像担持体の表面に残った現像剤を帯電する回転可能な第２の帯電部材と、を有し、
前記第２の帯電部材によって前記転写部材によって転写した後に前記像担持体の表面に残った現像剤を正規極性に帯電して、前記現像部材に回収する画像形成装置であって、
前記第２の帯電部材は、
振幅が１Ｖの交流電圧を、周波数を変化させながら前記第２の帯電部材に印加することによって測定したインピーダンス特性を、周波数を横軸、インピーダンスを縦軸として両対数プロットしたときの、１．０×１０５Ｈｚ〜１．０×１０６Ｈｚの周波数における傾きが、−０．８以上、−０．３以下であり、
周波数が１．０×１０−２Ｈｚ〜１．０×１０１Ｈｚにおけるインピーダンスが、１．０×１０３Ω〜１．０×１０７Ωであって、
前記現像剤の体積平均粒径をＤμｍとした場合において、前記第２の帯電部材が前記第２の帯電部材の回転軸線に平行な剛性の平板によって荷重３００ｇｆ以上５００ｇｆ以下で加圧された状態の前記第２の帯電部材の十点平均粗さＲｚが、
（Ｄ×１．１）μｍ≦Ｒｚ≦２０μｍ
の関係を満たすことを特徴とする画像形成装置。 With a rotatable image carrier,
A first charging member that charges the surface of the image carrier,
A developing member that supplies a developing agent to an electrostatic latent image formed on the surface of the image carrier charged by the charging member, and a developing member.
A transfer member that transfers the developer image visualized by the developing member to the transfer target, and
It has a second rotatable charging member that charges the developer remaining on the surface of the image carrier after being transferred by the transfer member.
An image forming apparatus that charges the developer remaining on the surface of the image carrier after being transferred by the transfer member by the second charging member to a normal polarity and collects the developer on the developing member.
The second charging member is
The impedance characteristics measured by applying an AC voltage with an amplitude of 1 V to the second charging member while changing the frequency are 1.0 when both logarithmic plots are performed with the frequency as the horizontal axis and the impedance as the vertical axis. The gradient at frequencies of × 10 5 Hz to 1.0 × 10 6 Hz is -0.8 or more and -0.3 or less.
Frequency impedance of 1.0 × 10 -2 Hz~1.0 × 10 1 Hz, a 1.0 × 10 3 Ω~1.0 × 10 7 Ω,
When the volume average particle diameter of the developer is D μm, the second charging member is pressurized with a load of 300 gf or more and 500 gf or less by a flat plate having a rigidity parallel to the rotation axis of the second charging member. The ten-point average roughness Rz of the second charging member is
(D × 1.1) μm ≦ Rz ≦ 20 μm
An image forming apparatus characterized by satisfying the relationship of.
前記導電層は第一のゴムを含むマトリックスと、前記マトリックス中に分散された複数個のドメインとを有することを特徴とする請求項９または１０に記載の画像形成装置。 The second charging member is a conductive member having a conductive support and a conductive layer provided on the outer surface of the support.
The image forming apparatus according to claim 9 or 10, wherein the conductive layer has a matrix containing the first rubber and a plurality of domains dispersed in the matrix.
回転可能な像担持体と、
前記像担持体の表面と接触して帯電部を形成し、前記帯電部において前記像担持体の表面を帯電する回転可能な帯電部材と、
前記帯電部材によって帯電された前記像担持体の表面に形成された静電潜像に現像剤を供給する現像部材と、
前記現像部材により顕像化された現像剤像を被転写体に転写する転写部材と、を有し、
前記転写部材によって転写した後に前記像担持体の表面に残った現像剤を前記帯電部材によって正規極性に帯電して、前記現像部材に回収する画像形成装置であって、
前記帯電部材は、
振幅が１Ｖの交流電圧を、周波数を変化させながら前記帯電部材に印加することによって測定したインピーダンス特性を、周波数を横軸、インピーダンスを縦軸として両対数プロットしたときの、１．０×１０５Ｈｚ〜１．０×１０６Ｈｚの周波数における傾きが、−０．８以上、−０．３以下であり、
周波数が１．０×１０−２Ｈｚ〜１．０×１０１Ｈｚにおけるインピーダンスが、１．０×１０３Ω〜１．０×１０７Ωであって、
前記現像剤の体積平均粒径をＤμｍとした場合において、前記帯電部材が前記帯電部材の回転軸線に平行な剛性の平板によって荷重３００ｇｆ以上５００ｇｆ以下で加圧された状態の前記帯電部材の十点平均粗さＲｚが、
（Ｄ×１．１）μｍ≦Ｒｚ≦２０μｍ
の関係を満たすことを特徴とするプロセスカートリッジ。 A process cartridge that can be attached to and detached from the main body of the image forming device.
With a rotatable image carrier,
A rotatable charging member that contacts the surface of the image carrier to form a charged portion and charges the surface of the image carrier in the charged portion.
A developing member that supplies a developing agent to an electrostatic latent image formed on the surface of the image carrier charged by the charging member, and a developing member.
It has a transfer member that transfers the developer image visualized by the developing member to the transfer target.
An image forming apparatus that charges a developer remaining on the surface of the image carrier after being transferred by the transfer member to a normal polarity by the charging member and collects the developing agent on the developing member.
The charging member is
An AC voltage of amplitude 1V, the impedance characteristic measured by applying to the charging member while changing the frequency, when the log-log plot of frequency horizontal axis, the impedance as the vertical axis, 1.0 × 10 5 The gradient at a frequency of Hz to 1.0 × 10 6 Hz is -0.8 or more and -0.3 or less.
Frequency impedance of 1.0 × 10 -2 Hz~1.0 × 10 1 Hz, a 1.0 × 10 3 Ω~1.0 × 10 7 Ω,
When the volume average particle diameter of the developer is D μm, ten points of the charged member in a state where the charged member is pressurized with a load of 300 gf or more and 500 gf or less by a flat plate having a rigidity parallel to the rotation axis of the charged member. Average roughness Rz
(D × 1.1) μm ≦ Rz ≦ 20 μm
A process cartridge characterized by satisfying the relationship of.
回転可能な像担持体と、
前記像担持体の表面を帯電する第１の帯電部材と、
前記帯電部材によって帯電された前記像担持体の表面に形成された静電潜像に現像剤を供給する現像部材と、
前記現像部材により顕像化された現像剤像を被転写体に転写する転写部材と、
前記転写部材によって転写した後に前記像担持体の表面に残った現像剤を帯電する回転可能な第２の帯電部材と、を有し、
前記第２の帯電部材によって前記転写部材によって転写した後に前記像担持体の表面に残った現像剤を正規極性に帯電して、前記現像部材に回収する画像形成装置であって、
前記第２の帯電部材は、
振幅が１Ｖの交流電圧を、周波数を変化させながら前記第２の帯電部材に印加することによって測定したインピーダンス特性を、周波数を横軸、インピーダンスを縦軸として両対数プロットしたときの、１．０×１０５Ｈｚ〜１．０×１０６Ｈｚの周波数における傾きが、−０．８以上、−０．３以下であり、
周波数が１．０×１０−２Ｈｚ〜１．０×１０１Ｈｚにおけるインピーダンスが、１．０×１０３Ω〜１．０×１０７Ωであって、
前記現像剤の体積平均粒径をＤμｍとした場合において、前記第２の帯電部材が前記第２の帯電部材の回転軸線に平行な剛性の平板によって荷重３００ｇｆ以上５００ｇｆ以下で加圧された状態の前記第２の帯電部材の十点平均粗さＲｚが、
（Ｄ×１．１）μｍ≦Ｒｚ≦２０μｍ
の関係を満たすことを特徴とするプロセスカートリッジ。 A process cartridge that can be attached to and detached from the main body of the image forming device.
With a rotatable image carrier,
A first charging member that charges the surface of the image carrier,
A developing member that supplies a developing agent to an electrostatic latent image formed on the surface of the image carrier charged by the charging member, and a developing member.
A transfer member that transfers the developer image visualized by the developing member to the transfer target, and
It has a second rotatable charging member that charges the developer remaining on the surface of the image carrier after being transferred by the transfer member.
An image forming apparatus that charges the developer remaining on the surface of the image carrier after being transferred by the transfer member by the second charging member to a normal polarity and collects the developer on the developing member.
The second charging member is
The impedance characteristics measured by applying an AC voltage with an amplitude of 1 V to the second charging member while changing the frequency are 1.0 when both logarithmic plots are performed with the frequency as the horizontal axis and the impedance as the vertical axis. The gradient at frequencies of × 10 5 Hz to 1.0 × 10 6 Hz is -0.8 or more and -0.3 or less.
Frequency impedance of 1.0 × 10 -2 Hz~1.0 × 10 1 Hz, a 1.0 × 10 3 Ω~1.0 × 10 7 Ω,
When the volume average particle diameter of the developer is D μm, the second charging member is pressurized with a load of 300 gf or more and 500 gf or less by a flat plate having a rigidity parallel to the rotation axis of the second charging member. The ten-point average roughness Rz of the second charging member is
(D × 1.1) μm ≦ Rz ≦ 20 μm
A process cartridge characterized by satisfying the relationship of.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019191115A JP2021067729A (en) | 2019-10-18 | 2019-10-18 | Image forming apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2019191115A JP2021067729A (en) | 2019-10-18 | 2019-10-18 | Image forming apparatus |
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| Publication Number | Publication Date |
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| JP2021067729A true JP2021067729A (en) | 2021-04-30 |
Family
ID=75637879
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2019191115A Pending JP2021067729A (en) | 2019-10-18 | 2019-10-18 | Image forming apparatus |
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| JP (1) | JP2021067729A (en) |
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2019
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