JP3240865B2 - 現像ロール - Google Patents

現像ロール

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JP3240865B2
JP3240865B2 JP196195A JP196195A JP3240865B2 JP 3240865 B2 JP3240865 B2 JP 3240865B2 JP 196195 A JP196195 A JP 196195A JP 196195 A JP196195 A JP 196195A JP 3240865 B2 JP3240865 B2 JP 3240865B2
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紀雄 神原
均 吉川
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明彦 加地
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、電子写真複写機,プ
リンター等に用いられる現像ロールに関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】一般に、電子写真複写機による複写はつ
ぎのようにして行われる。すなわち、軸中心に回転する
感光ドラムに原稿像を静電潜像として形成し、これにト
ナーを付着させてトナー像を形成し、このトナー像を複
写紙に転写することにより複写を行うものである。この
場合、上記感光ドラム表面に対して静電潜像を形成させ
るためには、予め感光ドラム表面を帯電させ、この帯電
部分に対して原稿像を光学系を介して投射し、光の当た
った部分の帯電を打ち消すことにより静電潜像をつくる
ということが行われている。そして、上記静電潜像の形
成に先立って感光ドラム表面を帯電させる方式として
は、最近では、帯電ロールを感光ドラム表面に直接接触
させて感光ドラム表面を帯電させるロール帯電方式が採
用されている。このようにして感光ドラム表面に形成さ
れた静電潜像にトナー像を形成させる方法としては、図
3に示すように、現像ロール2を用いた方式(接触現像
方式)が採られている。すなわち、トナーが磁性一成分
の場合、まず、トナーボックス6内のトナー4を矢印方
向に回転するマグネットロール3表面に付着させ、この
マグネットロール3と摺接し、かつ感光ドラム1とも摺
接し逆に回る現像ロール2表面にトナー4を移行させ
る。現像ロール2表面に移行したトナー4は、感光ドラ
ム1表面の静電潜像部分に移行して感光ドラム1表面に
トナー像が形成される。このようにして形成されたトナ
ー像は、移送された複写紙上に、転写装置を介して転写
され、続いて定着ロール等によって複写紙に定着され
る。このようにして複写が行われる。図3において、5
はドクターである。
【0003】このような現像ロール2に対しては、つぎ
のような特性が要求される。すなわち、感光ドラム1
表面に形成された静電潜像へのトナーの移行がなされる
よう、良好なトナー離型性を備え、感光ドラム1およ
びマグネットロール3との摺接の度合いをソフトにし
て、モータートルクを軽減し、かつトナー固着を防止す
るための低硬度化が図られ、感光ドラム1とマグネッ
トロール3の双方に圧接しているため、圧接部分にへた
りの生じにくい低へたり性を備え、現像ロール2表面
に電荷がたまると良好なトナーの搬送性を制御すること
が困難となるため、適正な導電性を有すること等が要求
されている。
【0004】このような要求に応えるため、例えば、軸
体(導電性基体)の外周に、体積固有抵抗が107 Ω・
cm以下に調整された導電性弾性体層を形成し、この導
電性弾性体層の表面に、体積固有抵抗が105 Ω・cm
以下に調整された導電性樹脂層を形成し、さらにこの導
電性樹脂層の表面に、ポリフッ化ビニリデン樹脂とフッ
化ゴムと制電性物質の混合物からなる半導電性樹脂層を
形成したロールが提案されている(特開平5−1077
94号公報)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成の現像ロールは、弾性体層の硬度が25〜35(JI
S A硬度)程度と高く、また、その表面に形成した樹
脂層の硬度はさらに高いため、上記低硬度化の要求に
応えることが困難である。
【0006】この発明は、このような事情に鑑みなされ
たもので、良好なトナー離型性,低へたり性,適正な導
電性を備え、しかも全体を低硬度に設定することにより
良好な画質が得られる現像ロールの提供をその目的とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明の現像ロールは、軸体と、上記軸体の外周
に沿って形成された最内層(A)と、上記最内層(A)
の外周面に形成された中間層(B)と、上記中間層
(B)の外周面に形成された最外層(C)とを備えたと
いう構成をとる。 (A)導電性シリコーンゴムを主成分とする形成材料に
より形成され、硬度(Hs)が15°未満、圧縮永久歪
(Cs)が5%未満、体積固有抵抗(Rv)が107 Ω
・cm未満に設定された最内層。 (B)導電剤を含むゴムを主成分とする形成材料によっ
て形成され、硬度(Hs)が85°以下、体積固有抵抗
(Rv)が106 Ω・cm未満に設定された中間層。 (C)フッ素ゴムを主成分とする形成材料によって形成
され、硬度(Hs)が85°以下、体積固有抵抗(R
v)が107 〜1012Ω・cmに設定された最外層。
【0008】
【作用】すなわち、本発明者らは、接触現像方式におい
て、良好な複写画像を得るための現像ロールについて一
連の研究を重ねた。そして、その研究の課程で、現像ロ
ールに要求される特性(トナー離型性,低硬度化,低へ
たり性,適正な導電化)について検討し、これら特性を
全て満たすための構成条件を突き止めるべく研究を重ね
た。まず、前述のように、現像ロールは、感光ドラムと
マグネットロールの双方に圧接していることから、例え
ば、ロール内部のみを低硬度に設定しても要求されるモ
ータートルクの軽減,トナーの固着を防止することは困
難であるという知見を得、ロール全体を低硬度に設定す
ることで低硬度化の要求に応えることができるのではな
いかと着想し軸体の表面に積層形成される各層の特性に
ついて研究を行った。そして、その結果、最内層の硬度
(Hs)を15°未満に設定し、また、中間層の硬度
(Hs)を85°以下に、さらに、最外層の硬度(H
s)を85°以下に設定すると上記要求を満足させるこ
とができることを突き止めた。さらに、上記硬度(H
s)の設定に続いて、低へたり性,適正な導電性に対す
る要求に応えるために研究を重ねた結果、上記各層の硬
度(Hs)の設定に加えて、最内層の圧縮永久歪(C
s)を5%未満、体積固有抵抗(Rv)を107Ω・c
m未満に設定し、中間層の体積固有抵抗(Rv)を10
6 Ω・cm未満に設定し、かつ最外層の体積固有抵抗
(Rv)を107 〜1012Ω・cmに設定すると、現像
ロールに要求される諸特性(トナー離型性,低硬度化,
低へたり性,適正な導電化)を満足させることが可能と
なることを見出しこの発明に到達した。なお、この発明
において、各層における「主成分」とは主成分のみから
なる場合も含める趣旨である。
【0009】つぎに、この発明について詳しく説明す
る。
【0010】この発明の現像ロールは、図1に示すよう
に、軸体10と、この軸体10の外周に沿って形成され
る最内層11と、この最内層11の外周面に形成される
中間層12と、この中間層12の外周面に形成される最
外層13とを備えたものである。
【0011】上記軸体10としては、導電性を有するも
のであれば特に限定されるものではなく、金属製の中実
体からなる芯金や、内部を中空にくり抜いた金属製の円
筒体が用いられる。上記軸体の材料としては、アルミニ
ウム,ステンレス等があげられる。
【0012】上記軸体10の外周に形成される最内層1
1は、導電性シリコーンゴムを主成分とした形成材料を
用いて形成される。
【0013】上記導電性シリコーンゴムは、シリコーン
ゴムに、導電剤を配合することにより得られる。
【0014】上記シリコーンゴムとしては、ジメチルシ
リコーンポリマーに架橋サイトとしてビニル基を付加し
たものに、ジメチルシリコーンオイルを添加したものを
用いることが好ましい。
【0015】また、上記導電剤としては、カーボンブラ
ック(ファーネスブラック,アセチレンブラック)等が
用いられる。上記導電剤のなかでも、特に高い導電性が
必要という点から、表面積が大きく、また吸油量が大き
く、ストラクチャ(導電パス)を作り易いファーネスブ
ラック(導電性カーボンブラック:ケッチェンブラッ
ク)を用いることが好ましい。上記導電剤の配合量は、
シリコーンゴム100重量部(以下「部」と略す)に対
して3〜15部の範囲に設定することが好ましい。特に
好ましくは4〜8部である。すなわち、導電剤の配合量
が、3部未満では、充分な導電性が得られず、逆に15
部を超えると、硬度が高くなってしまう傾向がみられる
からである。
【0016】上記最内層11の外周面に形成される中間
層12は、導電剤を含むゴムを主成分とする形成材料に
よって形成される。
【0017】上記ゴムとしては、エピクロルヒドリン−
エチレンオキサイドゴム,水素添加アクリロニトリル−
ブタジエンゴム(水素化ニトリルゴム)等があげられ
る。特に、最外層13の形成材料であるフッ素ゴムとの
良好な接着性、およびゴムとの馴染み性という点から、
水素化ニトリルゴムを用いることが好ましい。
【0018】また、上記導電剤としては、ケッチェンブ
ラック等のカーボンブラック、金属酸化物、第四級アン
モニウム塩等のイオン導電剤が用いられるが、導電性付
与の容易さの面からカーボンブラックが好ましい。
【0019】そして、上記カーボンブラックの配合量
は、ゴム成分100部に対して15〜35部の割合に設
定することが好ましく、特に好ましくは20〜30部で
ある。すなわち、上記配合量に設定することにより、中
間層を所望の硬度、および体積固有抵抗に設定すること
が可能となるからである。
【0020】中間層12形成材料には、上記ゴム成分,
カーボンブラック以外に、硫黄等の加硫剤、加硫促進剤
を、また、必要に応じてステアリン酸、亜鉛華(Zn
O)、軟化剤等を適宜に添加してもよい。
【0021】上記中間層12の外周に形成される最外層
13は、フッ素ゴムを主成分とする形成材料によって形
成される。
【0022】上記フッ素ゴムとしては、特に限定するも
のではなく従来公知のものが用いられ、テトラフルオロ
エチレン−ポリプロピレン(TFE−PP)共重合体が
好ましく用いられ、具体的には、下記に示す構造を有す
るランダム共重合体を用いることが好ましい。
【0023】
【化1】
【0024】上記構造において、各繰り返し部分m,
n,pの割合は、重量比で、m:n:p=(30〜6
0):(10〜40):(10〜40)に設定されたも
のを用いることが好ましく、特に好ましくはm:n:p
=(30〜50):(30〜40):(20〜30)で
ある。
【0025】そして、上記最外層13形成材料には、フ
ッ素ゴム以外に、この最外層に適正な体積電気抵抗を付
与するためのイオン導電性導電剤が配合される。
【0026】上記イオン導電性導電剤としては、例え
ば、トリメチルオクタデシルアンモニウムクロライド、
ベンジルトリメチルアンモニウムクロライド、トリオク
チルプロピレンアンモニウムクロライド、トリオクチル
プロピルアンモニウムブロマイド、トリメチルオクタデ
シルアンモニウムパークロレート、テトラブチルアンモ
ニウムハイドロゲンサルフェート、テトラブチルアンモ
ニウムヒドロキサイド等の四級アンモニウム化合物およ
びこれら四級アンモニウム化合物の過塩素酸塩、安息香
酸塩、亜硝酸塩、硫酸塩、水酸塩等があげられる。これ
らは単独でもしくは2種以上併せて用いられる。なかで
も、テトラブチルアンモニウムハイドロゲンサルフェー
ト、テトラブチルアンモニウムヒドロキサイドを用いる
ことが好ましい。
【0027】なお、上記各層の形成に加えて、最内層と
中間層との間に、シランカップリング剤層を形成するこ
とが、上記最内層と中間層との接着性向上という点から
好ましい。すなわち、上記最内層形成材料として、導電
性シリコーンゴムを用い、中間層形成材料として、水素
化ニトリルゴムとカーボンブラックを主成分とするもの
を用いる場合、両者の接着性が悪いため、2層間の接着
性向上を図るために、シランカップリング剤層を形成す
ることが好ましい。上記シランカップリング剤として
は、具体的には、γ−グリシドキシプロピルトリメトキ
シシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシ
ラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、ビニル
トリエトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシ
シラン等があげられる。
【0028】この発明の現像ロールは、例えばつぎのよ
うにして製造される。すなわち、まず、前記最内層形成
材料用の各成分をニーダー等の混練機で混練してコンパ
ウンドである最内層形成材料を、また、中間層形成材
料、最外層形成材料である各コーティング液を作製す
る。上記各コーティング液は、各成分を適宜に配合し、
ボールミル等で混練し、この混合物に有機溶媒を加えて
混合,攪拌することにより調製される。そして、このよ
うにして調製されたコーティング液の濃度は、形成する
各層の厚みに応じて適宜に設定される。すなわち、各層
の厚みはコーティング液の粘度調整が大きな要因とな
り、この粘度調整によって設定され、上記粘度は各コー
ティング液の濃度によって決定される。このような観点
から、上記各コーティング液の濃度は、中間層形成材料
に関しては、10〜30%の範囲に設定することが好ま
しい。特に好ましくは12〜15%である。さらに、最
外層形成材料に関しては、10〜30%の範囲に設定す
ることが好ましい。特に好ましくは12〜17%であ
る。
【0029】上記有機溶媒としては、メチルエチルケト
ン,メタノール,トルエン,イソプロピルアルコール,
メチルセロソルブ,ジメチルホルムアミド等があげられ
る。これらは単独でもしくは2種以上併せて用いられ
る。
【0030】ついで、金属製の軸体(芯金)を準備し、
図2に示すように、上記金属製の軸体(芯金)10をセ
ットした下蓋15および円筒型16内に、シリコンゴム
コンパウンド(最内層形成材料)を注型し、上蓋17を
円筒型16に外嵌する。ついで、このロール型全体を加
熱してシリコンゴムコンパウンドを加硫する(150〜
220℃×1時間)。そして、加熱加硫した後、ロール
型から取り出して、2次加硫により加硫剤の残渣を蒸発
させる(200℃×4時間)。このようにして最内層を
形成する。上記最内層を形成した後、この最内層表面に
中間層形成材料となるコーティング液を塗布し、もしく
はこの最内層形成済みのものをコーティング液中に浸漬
して引き上げた後、乾燥および加熱処理を行うことによ
り最内層の外周面に中間層を形成する。さらに、上記中
間層を形成した後、この中間層表面に、最外層形成材料
となるコーティング液を塗布し、もしくはコーティング
液中に浸漬して引き上げた後、乾燥および加熱処理を行
うことにより最外層を形成する。このコーティング液の
塗布方法としては、ディッピング法,スプレーコーティ
ング法,ロールコート法等があげられる。このようにし
て目的の図1に示すような3層構造の現像ロールを作製
することができる。
【0031】なお、前述のように、上記最内層を形成し
た後、中間層を形成する前に、最内層の外周に、シラン
カップリング剤層を形成することが好ましい。このシラ
ンカップリング剤層の形成方法としては、スプレーコー
ト、ディッピング、刷毛による塗布等があげられる。
【0032】上記現像ロールにおいて、最内層11の厚
みは、2〜10mmの範囲に設定することが好ましく、
特に好ましくは厚み3〜6mmである。また、中間層1
2の厚みは、3〜90μmの範囲に設定することが好ま
しく、特に好ましくは厚み5〜15μmである。そし
て、最外層13の厚みは、20〜100μmの範囲に設
定することが好ましく、特に好ましくは厚み30〜50
μmである。
【0033】さらに、この現像ロールにおいて、各層は
つぎのように設定される。すなわち、最内層11は、硬
度(Hs)が15°未満、圧縮永久歪(Cs)が5%未
満、体積固有抵抗(Rv)が107 Ω・cm未満に設定
される。好ましくは、硬度(Hs)が5〜10°、圧縮
永久歪(Cs)が4%以下、体積固有抵抗(Rv)が1
5 Ω・cm以下である。
【0034】また、中間層12は、硬度(Hs)が85
°以下、体積固有抵抗(Rv)が106 Ω・cm未満に
設定される。好ましくは、硬度(Hs)が75°以下、
体積固有抵抗(Rv)が105 Ω・cm以下である。
【0035】さらに、最外層13は、硬度(Hs)が8
5°以下、体積固有抵抗(Rv)が107 〜1012Ω・
cmに設定される。好ましくは、硬度(Hs)が75°
以下、体積固有抵抗(Rv)が108 〜1011Ω・cm
である。
【0036】このように、最内層11,中間層12およ
び最外層13の各特性を上記値に設定することにより、
諸特性(トナー離型性,低硬度化,低へたり性,適正な
導電化)の全てを満足させることが可能となる。
【0037】なお、上記各層の硬度(Hs)は、JIS
−A硬度に基づき、上記最内層の圧縮永久歪(Cs)
は、JIS K 6301に準じる。また、各層の体積
固有抵抗(Rv)は、つぎのようにして測定した。すな
わち、各層形成材料のシートを作製し、シート外表面上
に銀ペーストで10mm四方の電極を描き(ガード電極
付)、シートの反対側の面に対抗電極を設け、電極間の
電気抵抗を測定した。なお、電極間には直流電圧100
Vを印加した。
【0038】
【発明の効果】以上のように、この発明の現像ロール
は、軸体の外周に形成される、最内層、中間層および最
外層の各層が、それぞれ、前記特定の特性(硬度,圧縮
永久歪、体積固有抵抗)に設定されている。このため、
従来のように、内部の硬度のみが低硬度に設定されたも
のではなく、ロール全体が低硬度のものとなる。したが
って、この発明の現像ロールは、良好なトナー離型性,
低へたり性,適正な導電性を備えたものである。したが
って、この発明の現像ロールを、例えば電子写真複写機
に組み込み使用すると、長期間の使用による画質の低下
が防止され、高画質の複写画像が得られる。さらに、上
記最内層と中間層との間に、シランカップリング剤層を
形成することにより上記2層間の接着性の向上が図られ
る。
【0039】つぎに、実施例について比較例と併せて説
明する。
【0040】
【実施例1〜4、比較例1〜6】SUS303製芯金
(直径10mm)を準備し、後記の表1〜表3に示す各
成分を配合した。そして、周囲に接着剤を塗布した上記
芯金のセット済み円筒金型に、上記最内層形成材料であ
るコンパウンドを注型し(図2参照)、加熱加硫(18
0℃×1時間)させた後、脱型して、さらに2次加硫処
理(200℃×4時間)することにより芯金の外周に最
内層を形成した。ついで、シランカップリング剤とし
て、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランを用
いコーティング法により、上記最内層の外周面に、シラ
ンカップリング剤層(厚み0.5μm)を形成した。そ
して、中間層形成材料および最外層形成材料を用い、上
記最内層およびシランカップリング剤層の形成された芯
金表面に、ロールコートのコーティング方法により中間
層,最外層の順に各層を形成した。なお、上記最内層,
中間層,最外層の各々の厚み,硬度(Hs)および体積
固有抵抗(Rv)と、最内層の圧縮永久歪(Cs)(7
0℃×22時間×25%圧縮)を前述の方法に従い測定
し下記の表1〜表3に併せて示した。
【0041】
【表1】
【0042】
【表2】
【0043】
【表3】
【0044】
【従来例】ステンレス製芯金にウレタン系接着剤を塗布
した後、カーボンブラックを20%添加した導電性発泡
ポリウレタンシートを芯金の外周に巻き付け、金型内に
入れ加圧してロールに成形した。得られたロールの表面
硬度(Hs)は30であり、体積固有抵抗(Rv)は1
4 Ω・cmであった。
【0045】一方、ポリフッ化ビニリデン樹脂22.7
5部と、フッ素ゴム71.0部と、ポリエーテルエステ
ルアミド6.0部と、ドデシルベンゼンスルホン酸ナト
リウム0.25部とからなる混合物を押出機に供給して
押出成形法により半導電性チューブを作製した。
【0046】また、塩化ビニルグラフトエチレン−酢酸
ビニル共重合体100部と、カーボンブラック15.9
部からなる混合物を押出機に供給して押出成形法で製膜
して体積固有抵抗が5.1×102 Ω・cmの導電性フ
ィルムを得た。
【0047】そして、円筒形金型に上記導電性フィルム
を被覆し、さらに上記半導電性チューブを被せて加熱さ
せることにより、内層に導電性樹脂層、外層に半導電性
樹脂を有する積層チューブを得た。ついで、上記積層チ
ューブを、上記ロールに外嵌して加熱することにより3
層構造の現像ロールを作製した。この現像ロールの各層
の厚み、硬度、体積固有抵抗を下記の表4に示した。
【0048】
【表4】
【0049】このようにして得られた各現像ロールのロ
ール全体の硬度をJIS−Aに基づいて測定した。ま
た、各現像ロールを電子写真複写機(接触現像方式)に
組み込み、初期の画質、画像濃度を下記の方法に従って
測定した。これらの結果を下記の表5〜表6に示す。
【0050】〔画質〕プリントした画質を目視し評価し
た。すなわち、文字を印刷し、原稿の再現性を評価し
た。そして、特に細線がコピーにより正確に再現され良
好なものを○として表示し、欠点の発生したもの(かす
れ、かぶり)はその欠点を表示した。なお、かすれとは
細線がとぎれたものをいい、かぶりとはイメージのない
ところにトナーが飛んでいるものをいう。
【0051】〔画像濃度〕現像ロールを電子写真複写機
に組み込み、画像出しを行いベタ黒コピーをとった。そ
して、そのコピーの濃度を反射濃度計(マクベス社製)
により測定した。この測定における測定値が1.40以
上の場合を画像濃度が良好であるとして○、1.40未
満のものを不良とし×として表示した。
【0052】〔モータートルク〕各現像ロールを、固定
された感光体に対して、接触部が径方向に1mm凹む程
度の圧力で、押圧接触させて、このような状態下におい
て、各ロールをトルクモーターで回転させ、その動き始
めの電流値をそれぞれ測定した。そして、得られた測定
値をトルクに換算し、その算出値が常に3kgf・cm
未満であった場合には○、3kgf・cm未満を示す
が、初期等に3kgf・cm以上の場合には△、その値
が3kgf・cm以上であった場合には×として評価し
た。
【0053】
【表5】
【0054】
【表6】
【0055】上記表5〜表6の結果から、従来例品は、
画質(印字)にかすれが発生し、ロール全体の硬度が高
いため、モータートルク評価に関しても悪かった。さら
に、画像濃度も低く満足のいくものではなかった。ま
た、比較例1,4,5,6品は、画質に関しては良好で
あったが、画像濃度が低く満足のいくものではなかっ
た。そして、比較例2,3品は、画像濃度は満足のいく
値であったが、画質に関してかすれ、かぶりが発生し
た。これに対して全ての実施例品は画質に問題がなく、
しかも画像濃度も優れた測定結果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の現像ロールを示す断面図である。
【図2】この発明の現像ロールの製法を示す説明図であ
る。
【図3】電子写真複写機の複写機構の一部を示す構成図
である。
【符号の説明】
10 軸体 11 最内層 12 中間層 13 最外層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加地 明彦 愛知県小牧市大字北外山字哥津3600 東 海ゴム工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平5−46020(JP,A) 特開 平5−61346(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G03G 15/08 G03G 15/09

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 軸体と、上記軸体の外周に沿って形成さ
    れた最内層(A)と、上記最内層(A)の外周面に形成
    された中間層(B)と、上記中間層(B)の外周面に形
    成された最外層(C)とを備えたことを特徴とする現像
    ロール。 (A)導電性シリコーンゴムを主成分とする形成材料に
    より形成され、硬度(Hs)が15°未満、圧縮永久歪
    (Cs)が5%未満、体積固有抵抗(Rv)が107 Ω
    ・cm未満に設定された最内層。 (B)導電剤を含むゴムを主成分とする形成材料によっ
    て形成され、硬度(Hs)が85°以下、体積固有抵抗
    (Rv)が106 Ω・cm未満に設定された中間層。 (C)フッ素ゴムを主成分とする形成材料によって形成
    され、硬度(Hs)が85°以下、体積固有抵抗(R
    v)が107 〜1012Ω・cmに設定された最外層。
  2. 【請求項2】 中間層(B)の導電剤が、カーボンブラ
    ックである請求項1記載の現像ロール。
  3. 【請求項3】 最内層(A)と中間層(B)との間に、
    シランカップリング剤層が形成されている請求項1また
    は2記載の現像ロール。
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