JP4404258B2

JP4404258B2 - 帯電ロール

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Publication number: JP4404258B2
Application number: JP2004109345A
Authority: JP
Inventors: 順也星; 卓野田; 剛弥延
Original assignee: Synztec Co Ltd
Current assignee: Synztec Co Ltd
Priority date: 2004-04-01
Filing date: 2004-04-01
Publication date: 2010-01-27
Anticipated expiration: 2024-04-01
Also published as: JP2005292600A

Description

本発明は、電子写真式複写機及びプリンタ、またはトナージェット式複写機及びプリンタなどの画像形成装置の感光体等に一様な帯電を付与するために用いられる帯電ロールに関する。

電子写真式複写機及びプリンタなどの画像形成装置の帯電ロールには、感光体等への非汚染性、導電性等が要求される。そこで、従来、ポリウレタン、シリコーンゴム製のものが用いられていたが、感光体等への汚染性、帯電性等の理由から、各種弾性層表面に各種コーティング層、表面処理層又は被覆チューブを設けたものが提案されている（特許文献１〜特許文献４参照）。しかしながら、上記のロールでは帯電特性等を維持しつつ放電音を軽減することはできなかった。

特開平６−１７５４７０号公報（請求項等）特開平５−２８１８３１号公報（請求項等）特開２００２−０４０７６０号公報（請求項等）特開平４−２１４５７９号公報（請求項２、［００２２］等）

本発明は、このような事情に鑑み、放電音が小さく且つ帯電特性に優れた帯電ロールを提供することを課題とする。

前記課題を解決する本発明の第１の態様は、芯金上に設けられた第１の導電性弾性層と、この第１の導電性弾性層上に設けられた第２の導電性弾性層とを具備する帯電ロールにおいて、前記第１の導電性弾性層がニトリル系ゴムと導電性カーボンブラックとを含有し且つゴム硬度がＡｓｋｅｒＣで１０〜５０°であるニトリル系ゴム発泡体からなり、前記第２の導電性弾性層がエピクロルヒドリン系ゴムからなると共に表面にイソシアネートを含む表面処理液により表面処理された表面処理層を有し、前記第１の導電性弾性層の長手方向の平均外径をｄ、前記第２の導電性弾性層の長手方向の平均内径をＤと表した場合、−０．０５≦Ｄ−ｄ≦０．１（ｍｍ）であり当該第１の導電性弾性層と第２の導電性弾性層とは両端のみが接着剤により接着されているが他の部分では接着されず且つ実質的に圧着されていないことを特徴とする帯電ロールにある。

本発明によると、放電音が小さく帯電特性にも優れた帯電ロールを提供することができる。

以下に本発明の帯電ロールを詳細に説明する。

図１に本発明の帯電ロールの横断面（ａ）及び縦断面（ｂ）を示す。図１に示すように帯電ロール１０は、芯金１１上に、第１の導電性弾性層１２、第２の導電性弾性層１３を順に具備するものであり、第２の導電性弾性層１３は表面に表面処理層を有する。さらに、図１（ａ）には図示しないが、接着剤１４により帯電ロールの両端で第１の導電性弾性層１２と第２の導電性弾性層１３とが接着されている。なお、図１（ｂ）では、帯電ロール１０の両端部からはみ出さないように接着剤１４を第１の導電性弾性層１２と第２の導電性弾性層１３との間に設けたが、帯電ロール１０の両端部からはみ出すように設けてもよく、また、帯電ロール１０の端面のみに設けてもよい。

本発明の帯電ロールは、第１の導電性弾性層の長手方向の平均外径をｄ、第２の導電性弾性層の長手方向の平均内径をＤと表した場合（図１参照）、−０．０５≦Ｄ−ｄ≦０．１（ｍｍ）、好ましくは−０．０５≦Ｄ−ｄ≦０．０５（ｍｍ）であり、第１の導電性弾性層と第２の導電性弾性層とは両端のみが接着剤により接着されているが、他の部分では接着されず且つ実質的に圧着されていない。なお、部分的な外径ｄ_０、内径Ｄ_０を考えた場合、帯電ロールの全ての領域で−０．０５≦Ｄ_０−ｄ_０≦０．１（ｍｍ）を満たしている必要はなく、部分的には−０．１≦Ｄ_０−ｄ_０≦０．１（ｍｍ）を満たしていればよい。

また、「実質的に圧着されていない」とは、帯電ロールのほとんどの領域において、第１の導電性弾性層の外径が第２の導電性弾性層の内径よりも小さいまたは同一であり、第１の導電性弾性層が第２の導電性弾性層内で実質的に圧縮されない状態をいい、ほとんどすべての領域において第１の導電性弾性層の外径が第２の導電性弾性層の内径よりも大きい場合は除かれる意味であり、上述した条件を満たしていることに基づくものである。ここで、研磨時の製造上のバラツキにより第１の導電性弾性層の外径が均一にならないことがあるが、一部の領域のみであれば第１の導電性弾性層の外径が第２の導電性弾性層の内径より大きい場合も、「実質的に圧着されていない」範囲に含まれる。第１の導電性弾性層の外径が均一でない場合としては、例えば、第１の導電性弾性層の中央部での外径ｄ２よりも両端部での外径ｄ１のほうが小さい場合（クラウン形状：ｄ２＞ｄ１（図２参照））や、第１の導電性弾性層の中央部での外径ｄ２よりも両端部での外径ｄ１のほうが大きい場合（逆クラウン形状：ｄ２＜ｄ１）が挙げられるが、後者の逆クラウン形状の場合は放電音は低減されるものの画像が劣化する傾向にあり好ましくない。

このように、第１の導電性弾性層と第２の導電性弾性層とが実質的に圧着されていない帯電ロールとすることにより、帯電音を大幅に低減することができる。但し、第１の導電性弾性層の外径と第２の導電性弾性層の外径との差が大きすぎる場合は画像の均一性が得られないため、Ｄ−ｄ≦０．１（ｍｍ）でなければならない。

本発明の帯電ロールの芯金上に設けられた第１の導電性弾性層は、ニトリル系ゴムと導電性カーボンブラックとを含有し且つゴム硬度がＡｓｋｅｒＣで１０〜５０°であるニトリル系ゴム発泡体からなる。

所定の導電性（電気抵抗値）を満たすためには第１の導電性弾性層に十分量の導電性カーボンブラックを添加する必要があるが、導電性カーボンブラックを添加すると硬度が高くなり十分なニップが得られなくなる。一方、低硬度とするために可塑剤の添加量を多くすると、可塑剤が帯電ロールの外表面に移行して、当接した感光体を汚染してしまい、また、低硬度とするための発泡を困難にする。しかしながら、第１の導電性弾性層としてニトリル系ゴム発泡体、特に中高ニトリル又は高ニトリル系ゴムを用いると、ニトリル系ゴムの低ガス透過性のため高発泡とすることができ、高導電性で低汚染性であり且つ低硬度の発泡体が実現できる。

ニトリル系ゴムは特に限定されないが、ニトリル量が３１％以上の中高ニトリル、高ニトリル又は極高ニトリル系ゴムであることがガス透過性の観点等から好ましい。さらに、発泡し易さの観点から、低ムーニー粘度のもの、例えば、ムーニー粘度がＭＬ_１＋４（１００℃）で４５以下のものを用いるのが好ましい。なお、水添ＮＢＲを用いてもよいが、過酸化物架橋でへたりやすくなるため、水素化率は９５％以下が好ましい。なお、特に高温高湿環境下においては、通常帯電ロールの弾性層と芯金との間に錆が発生するという問題が生じる場合があるが、本発明においてはニトリル系ゴムを用いることにより錆の発生を軽減させることもできる。

帯電ロールとしての特性を満たすための第１の導電性弾性層のＤＣ−１００Ｖ印加時の電気抵抗値は１．０×１０^５Ω以下であるため、導電性付与剤として導電性カーボンブラックを電気抵抗値１．０×１０^５Ω以下となるように添加する。例えばニトリル系ゴム１００重量部に対して２５重量部以上添加すればよい。導電性カーボンブラックの種類は特に限定されず、例えば、ケッチェンブラック（ライオン社製）、トーカブラック＃５５００（東海カーボン社製）などが挙げられる。なお、電気抵抗値は、図３に示すように、帯電ロール１０をＳＵＳ３０４板からなる電極部材４０の上に載置し、芯金１１の両端に１００ｇ荷重をかけた状態で、芯金１１と電極部材４０との間の電気抵抗値を、ＵＬＴＲＡＨＩＧＨＲＥＳＩＳＴＡＮＣＥＭＥＴＥＲＲ８３４０Ａ（株式会社アドバンテスト製）を用いて測定する。

また、帯電ロールとして十分なニップを確保するために、第１の導電性弾性層はゴム硬度がＡｓｋｅｒＣで１０〜５０°である必要がある。このように低硬度とするとニップ幅を大きく設定できるため、好適にムラなく帯電できる。なお、ＡｓｋｅｒＣのゴム硬度は、１２ｍｍ厚以上のテストピースを用い、１０００ｇｆ定荷重で測定したものであり、第１の導電性弾性層と同条件で作成したものである。ここで、製造した帯電ロールの第２の導電性弾性層を剥がして第１の導電性弾性層を厚さ１２ｍｍ以上となるように重ねて測定した場合も、ほぼ同一の硬度を示す。

前述のように電気抵抗値が１．０×１０^５Ω以下となる量の導電性カーボンブラックを添加すると硬度が高くなる。したがって、硬度を低くするためには可塑剤を添加する必要がある。ここで、電気抵抗値が１．０×１０^５Ω以下となる量のカーボンブラックを添加した場合には、通常、可塑剤を基材ゴム１００重量部に対して７０〜８０重量部程度添加する必要がある。しかしながら、本発明で用いるニトリル系ゴムはガス透過性が低く、高発泡とすると硬度を低くできるため、可塑剤の添加量は、例えば、ニトリル系ゴム１００重量部に対して２８〜４０重量部と低くてよい。このように可塑剤の添加量が低いため、可塑剤が帯電ロールの外表面に移行して、当接した感光体を汚染することはない。また、可塑剤の添加量が多いと混練りし難くなるが、本発明においては、可塑剤含有量が低いため好適に混練りすることができる。なお、可塑剤は特に限定されないが、ジ−（２−エチルヘキシル）フタレート（ＤＯＰ）等の極性オイルを挙げることができる。ＤＯＰを可塑剤として用いると、エピクロルヒドリン系ゴムからなる第２の導電性弾性層に移行し難くなるためか、汚染性に優れた帯電ロールとなる。

ニトリル系ゴム発泡体の発泡倍率は２．０〜４．０倍であることが好ましい。この発泡倍率は、発泡前の第１の導電性弾性層と金型の空間と、発泡前の第１の導電性弾性層の量との割合や、発泡剤の種類及び量、加熱条件等で規定することができる。また、発泡体は、独立気泡でも連通気泡でもよい。ここで、本発明で用いるニトリル系ゴムはガス透過性が低いため、ガス透過防止剤等を添加しなくても上記のような高発泡倍率の導電性弾性層とすることができる。したがって、ガス透過防止剤等の添加により帯電ロールの特性が低下することがない。また、ニトリル系ゴム発泡体の平均セル径は１００〜３００μｍであることが好ましい。

本発明の帯電ロールは、この第１の導電性弾性層上に第２の導電性弾性層を具備する。第２の導電性弾性層はエピクロルヒドンリン系ゴムからなり、且つ表面にイソシアネートを含む表面処理液により表面処理された表面処理層を有する。

エピクロルヒドリン系ゴムとしては、エピクロルヒドリン単独重合体、エピクロルヒドリン−エチレンオキシド共重合体、エピクロルヒドリン−アリルグリシジルエーテル共重合体、エピクロルヒドリン−エチレンオキシド−アリルグリシジルエーテル三元共重合体等を挙げることができる。

また、表面処理層はイソシアネートを含む表面処理液を含浸させて形成する。この表面処理液としてはイソシアネート化合物を有機溶剤に溶解させたもの、さらには、これにカーボンブラックを添加したものを用いることができるが、アクリルフッ素系ポリマー及びアクリルシリコーン系ポリマーから選択される少なくとも１種のポリマーと、導電性付与剤との少なくとも一方をイソシアネート成分と共に含有する表面処理液を用いるのが好ましい。

ここで、イソシアネート化合物としては、２，６−トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、４，４′−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、パラフェニレンジイソシアネート（ＰＰＤＩ）、１，５−ナフタレンジイソシアネート（ＮＤＩ）及び３，３−ジメチルジフェニル−４，４′−ジイソシアネート（ＴＯＤＩ）および前記記載の多量体および変性体などを挙げることができる。

また、アクリルフッ素系ポリマー及びアクリルシリコーン系ポリマーは、所定の溶剤に可溶でイソシアネート化合物と反応して化学的に結合可能なものである。アクリルフッ素系ポリマーは、例えば、水酸基、アルキル基、又はカルボキシル基を有する溶剤可溶性のフッ素系ポリマーであり、例えば、アクリル酸エステルとアクリル酸フッ化アルキルのブロックコポリマーやその誘導体等を挙げることができる。また、アクリルシリコーン系ポリマーは、溶剤可溶性のシリコーン系ポリマーであり、例えば、アクリル酸エステルとアクリル酸シロキサンエステルのブロックコポリマーやその誘導体等を挙げることができる。これらのポリマーは一種又は二種以上混合して用いることができる。表面処理液中のポリマーは、イソシアネート成分に対して２〜３０重量％とするのが好ましい。少ないとカーボンブラックを表面処理層中に保持する効果が小さくなり、多すぎると相対的にイソシアネート成分が少なくなって有効な表面処理層が形成できない。

また、表面処理液には導電性付与剤としてカーボンブラックを用いることが好ましい。カーボンブラックの種類は特に限定されず、上記と同様である。表面処理液中のカーボンブラックは、イソシアネート成分に対して１０〜４０重量％であるのが好ましい。これより少ないと有効な帯電特性が発揮できず、多すぎると脱落等の問題が生じ好ましくないからである。

さらに、表面処理液は、これらアクリルフッ素系ポリマー又はアクリルシリコーン系ポリマー及びイソシアネート化合物を溶解する溶剤を含有する。溶剤としては特に限定されないが、酢酸エチル、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、トルエン等の有機溶剤を用いればよい。

帯電ロールに表層として表面処理層を設けていることにより、第１の導電性弾性層に添加した可塑剤の帯電ロール表面へのブリードを防ぐことができるため、感光体への汚染性に優れた帯電ロールとなる。

第２の導電性弾性層のゴム硬度はＪＩＳＡで３５〜７５°であることが好ましく、さらに好ましくは４５〜７０°である。上記範囲より低いと帯電ロールとしての耐久性を満足せず、また、上記範囲より高いと製品硬度が高くなってしまうからである。

第２の導電性弾性層の表面粗さは８μｍ以下であることが好ましく、さらに好ましくは６μｍ以下、最も好ましくは２．５μｍ以下である。表面粗さを８μｍ以下とすると、トナー成分が付着しにくい帯電ロールとすることができる。但し、８μｍより大きくても１２μｍ以下であれば、トナーによっては使用することができる。

なお第２の導電性弾性層の厚さは０．３〜１．２ｍｍであることが好ましい。ここで、帯電ロール全体及び芯金の直径は特に限定されないが、通常使用するものは、帯電ロールはφ１４〜１８ｍｍ、芯金はφ６〜８ｍｍ程度であるため、第１の導電性弾性層の肉厚も好ましい範囲は決まることとなる。また、帯電ロールの長さも特に限定されないが、例えば、２１０ｍｍ〜３２０ｍｍ程度とすることができる。

第１の導電性弾性層と第２の導電性弾性層とを接着する接着剤としては、ホットメルト型ウレタン接着剤等を挙げることができる。また、接着剤の接着量は、帯電ロールの両端部から０．５〜１０．０ｍｍ程度であることが好ましい。

本発明の帯電ロールはＤＣ−１００Ｖ印加時の電気抵抗値は、低温低湿環境下（１０℃、３０％ＲＨ）〜高温高湿環境下（４０℃、８０％ＲＨ）で、１０^３〜１０^７Ωとすることができる。

本発明の帯電ロールは、第１の導電性弾性層をこのような高発泡で低硬度なニトリル系ゴム発泡体とし、第２の導電性弾性層をエピクロルヒドリン系ゴムとし、さらに、第１の導電性弾性層と第２の導電性弾性層とが実質的に圧着していないため、使用時の放電音を大幅に軽減することができる。

本発明の帯電ロールの製造方法は特に限定されないが、例えば、第２の導電性弾性層となるスリーブ部材を成形する工程と、このスリーブ部材の外表面に表面処理層を設ける工程と、芯金上に発泡前の第１の導電性弾性層を成形して金型内で発泡する工程と、発泡後の第１の導電性弾性層を研磨した後にスリーブ部材を被覆する工程と、接着剤により第１の導電性弾性層と第２の導電性弾性層とを接着する工程により製造できる。以下に製造方法の一例を示す。

まず、第２の導電性弾性層となるスリーブ部材を、トランスファー、インジェクション又は押出成形により成形する。トランスファー又はインジェクション成形によって成形すると、スリーブ部材は鏡面研磨された金型を用いれば、別途外表面を研磨するよりも高精度且つ平滑なものになるため、寸法調整のために外表面を研磨しなくてもよい。このスリーブ部材をスリーブ部材と同径の芯金に被覆して表面処理液に浸漬するなどして、表面に表面処理液を塗布し、その後加熱することにより、スリーブ部材の外表面に表面処理層を形成する。

次に図４の断面図に示すクロスヘッドダイス２０を用いて、発泡前の第１の導電性弾性層１２ａを芯金１１上に押出成形する。図４に示すように、発泡前の第１の導電性弾性層１２ａを成形するためのクロスヘッドダイス２０内部に、芯金１１が芯金ガイド２１によって位置決め保持されている。このようなクロスヘッドダイス２０に図示しない注入孔から、発泡前の第１の導電性弾性層１２ａとなる未発泡未加硫ゴムを注入しながら芯金１１を前進させ、芯金１１上に発泡前の第１の導電性弾性層１２ａを押出成形する。その後、所望の長さに芯金１１及び発泡前の第１の導電性弾性層１２ａを切断する。なお、発泡前の第１の導電性弾性層１２ａは金型を用いてインジェクション成形等により形成してもよい。この発泡前の第１の導電性弾性層１２ａを金型内で加熱することにより、発泡前の第１の導電性弾性層１２ａを発泡させると共に加硫する。その後所定の外径に第１の導電性弾性層を研磨加工する。この研磨加工の際、上述したように逆クラウン形状では画像が不均一な帯電ロールとなるため、第１の導電性弾性層の外径が均一（ストレート）またはクラウン形状となるように第１の導電性弾性層を研磨することが好ましい。第２の導電性弾性層を第１の導電性弾性層上に被覆し、接着剤により第１の導電性弾性層と第２の導電性弾性層とを接着することにより、本発明の帯電ロールを製造することができる。なお、接着剤の塗布は第２の導電性弾性層を被覆する前でも後でもよく、また、塗布法法も特に限定されず、スプレー法、ディスペンサー法等を適用できる。

以下本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

（実施例１〜４及び比較例１〜７）
エピクロルヒドリンゴム（ＥＣＯ）１００重量部に、導電材としてトーカブラック♯４５００を２０重量部、亜鉛華５重量部、ステアリン酸２重量部、加硫剤を１．５重量部、それぞれ添加してロールミキサーで混練りし、これをインジェクション成形後、１７０℃×３０分で加硫を行い、厚さ０．５ｍｍ、内径１３．０ｍｍのゴムスリーブを形成した。次にこのゴムスリーブを、酢酸エチル１００重量部、イソシアネート化合物（ＭＤＩ）２０重量部、アセチレンブラック（電気化学社製）４重量部、及びアクリルシリコーンポリマー（モディパーＦＳ７００；日本油脂社製）２重量部をボールミルで３時間分散混合した表面処理液を用いて表面処理をおこない、表面処理層を形成し第２の導電性弾性層とした。すなわち、表面処理液を２３℃に保ったままゴムスリーブを６０秒浸漬し、その後１２０℃に保持されたオーブンで１時間加熱することにより表面処理層を形成した。

ニトリル量３３％の中高ニトリル系ゴム（ムーニー粘度：ＭＬ_１＋４（１００℃）３０）１００重量部に、亜鉛華５重量部、ステアリン酸１重量部、トーカブラック♯５５００を２５重量部、ＤＯＰ３０重量部、加硫剤（硫黄）１重量部、加硫助剤３．５重量部、発泡剤ＡＤＣＡ５重量部、発泡助剤３重量部をそれぞれ添加してロールミキサーで混練りしたゴム（発泡前の第１の導電性弾性層）を、φ８ｍｍの芯金上に厚さ１ｍｍで押出により予備成形した後、電気炉１５０℃で１時間加熱して発泡前の第１の導電性弾性層を発泡させ、表１の外径になるように研磨加工を行い、第１の導電性弾性層に第２の導電性弾性層を被覆後、帯電ロールの両端部から２ｍｍまで第１の導電性弾性層と第２の導電性弾性層との間にウレタン系のホットメルト接着剤をディスペンサーで塗布して帯電ロールの両端部接着を行い、φ１４×３２０ｍｍの各実施例１〜４及び比較例１〜７の帯電ロールを製造した。なお、表１及び表２中、Ｄ、ｄ１及びｄ２は図１及び図２と同義である。

（試験例１）
上記各実施例および比較例の帯電ロールについて、第１の導電性弾性層の硬度（ＡｓｋｅｒＣ）を測定した。測定結果を表１及び表２に示す。

（試験例２）：画像評価
市販のレーザープリンター（ＥＰＳＯＮ社製ＬＰ−８６００ＦＸ）の帯電部分に、上記各実施例及び比較例の帯電ロールを取り付けた。このプリンターを起動し、２３℃×５５％の環境下で画像を出力し、○：画像にムラが見られなかった、△：画像にムラがやや見られた、×：黒点が大量に発生した、として評価した。結果を表１及び表２に示す。

（試験例３）：放電音評価
サイレンサーとしてのスポンジ部材等を内蔵しない感光体に交換した市販のレーザープリンター（ＥＰＳＯＮ社製ＬＰ−８６００ＦＸ）に、上記各実施例及び比較例の帯電ロールを取り付け画出し、放電音を広帯域精密騒音計（小野測器製ＬＡ−５１１）にて測定した。結果を表１及び表２に示す。なお、実施例１と比較例３については、測定結果を図５及び図６に示す。

各実施例の帯電ロールは放電音が小さかった。また、画像にもムラがみられなかったため各実施例の帯電ロールは均一な帯電特性を有することも分かった。一方、Ｄ−ｄ＞０．１である比較例１では放電音は小さいが画像の均一性が得られず、逆に、ｄ＞Ｄの比較例２及び比較例３では、画像は良好だが放電音は大きかった。クラウン形状及び逆クラウン形状については、第１の導電性弾性層と第２の導電性弾性層とが実質的に圧着している比較例４及び７は、画像は良好だが放電音は大きかった。また、逆クラウン形状の場合、第１の導電性弾性層と第２の導電性弾性層とが実質的に圧着していない比較例５及び比較例６では放電音は良好だが画像の均一性が得られなかった。

本発明の帯電ロールの概略断面図である。本発明の帯電ロールの概略断面図である。電気抵抗値の測定方法を示す図である本発明の帯電ロールの製造方法の一例を示す断面図である。実施例１の放電音の測定結果を示す図である。比較例３の放電音の測定結果を示す図である。

符号の説明

１０帯電ロール
１１芯金
１２第１の導電性弾性層
１２ａ発泡前の第１の導電性弾性層
１３第２の導電性弾性層
１４接着剤
２０クロスヘッドダイス
２１芯金ガイド

Claims

芯金上に設けられた第１の導電性弾性層と、この第１の導電性弾性層上に設けられた第２の導電性弾性層とを具備する帯電ロールにおいて、前記第１の導電性弾性層がニトリル系ゴムと導電性カーボンブラックとを含有し且つゴム硬度がＡｓｋｅｒＣで１０〜５０°であるニトリル系ゴム発泡体からなり、前記第２の導電性弾性層がエピクロルヒドリン系ゴムからなると共に表面にイソシアネートを含む表面処理液により表面処理された表面処理層を有し、前記第１の導電性弾性層の長手方向の平均外径をｄ、前記第２の導電性弾性層の長手方向の平均内径をＤと表した場合、−０．０５≦Ｄ−ｄ≦０．１（ｍｍ）であり当該第１の導電性弾性層と第２の導電性弾性層とは両端のみが接着剤により接着されているが他の部分では接着されず且つ実質的に圧着されていないことを特徴とする帯電ロール。