JP4732745B2 - 帯電ローラならびにこれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式を採用する複写機やプリンタ等からなる画像形成装置の帯電ローラに関するものである。

電子写真方式の画像形成装置は、複写機だけでなく、近年需要の伸びの著しいコンピュータ等の出力手段であるプリンタなどにも広く利用されるに至っている。この電子写真方式の画像形成装置における画像形成は、一般的に次のように行われる。感光層を備える電子写真感光体の表面を帯電ローラによって一定の電位に帯電し、露光装置によって画像情報に対応する光を照射することによって、電子写真感光体上に静電潜像を形成する。電子写真感光体の表面に現像装置から現像剤であるトナーを供給して現像、すなわち静電潜像を可視化する。電子写真感光体表面で可視化された画像は、転写装置によって静電的に転写材たとえば記録紙上に転写される。その後、転写材上に転写された画像は、定着装置によって加熱加圧されて定着される。以上のような工程を経ることによって、画像が形成される。

このような画像形成装置に備えられ、電子写真感光体を一定の電位に帯電させる帯電ローラは、一般的に、良導電金属軸体の外周上に半導電性および弾性を有する弾性層を被覆して構成される。半導電性弾性層は、ウレタンゴム、アクリルニトリルブタジエンゴム（略称ＮＢＲ）、エチレンプロピレンゴム（略称ＥＰＤＭ）、シリコーンゴム等の材料に、電子伝導性物質またはイオン伝導性物質等の導電性付与剤を添加、配合することによって形成される。この帯電ローラは、形成画像の高画質化のために、電気抵抗値が所望の値に均一かつ精度よく調整されなければならない。

帯電ローラの電気抵抗値は、導電性付与剤によって調整され、導電性付与剤は、電子伝導性物質とイオン伝導性物質とに大別される。電子伝導性物質は、電気抵抗値の環境変動が小さいけれども、電気抵抗値を均一に制御することが困難である。また、イオン伝導性物質は、電気抵抗値が均一になるように制御しやすいけれども、電気抵抗値の環境変動が大きい。

電子伝導物質としては、一般にカーボンブラックが用いられる。たとえば、帯電ローラに限らず、電子写真方式を用いる複写機、プリンタなどの電子写真感光体まわりに設けられるローラの半導電性弾性層に係る従来技術に、シリコーンゴムコンパウンドに対して、特定の粒子径およびＤＢＰ吸油量を有するカーボンブラックを含有させるシリコーンゴム組成物がある（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。

半導電性弾性層を構成するベース素材にカーボンブラックを含有させることによって電気抵抗値を調整するに際し、部分的な電気抵抗のばらつきを小さくするためには、ベース素材に対するカーボンブラックの分散性が重要である。したがって、ベース素材にカーボンブラックを含有させる場合、シラン系、チタネート系、アルミネート系のカップリング剤を初め、界面活性剤、脂肪酸塩などの分散剤が用いられている。

しかしながら、帯電ローラにおける半導電性弾性層のベース素材が熱硬化樹脂のような反応性を有する場合、分散剤の選択肢に制限があるので、電気抵抗値の均一な帯電ローラを得ることが困難なことがある。また、分散剤によるカーボンブラックの分散性に対する影響は非常に大きく、分散剤の選択肢に制限がある場合、半導電性弾性層の電気抵抗値を調整することが困難になる。半導電性弾性層の電気抵抗値が均一でなければ、電子写真感光体を帯電させる際の電位のばらつきが大きくなるので、印字むらの無い高品質の画像を得ることができないという問題がある。
特開平１１−１０６６５７号公報 特開平１１−１９０３２８号公報

しかしながら、帯電ローラにおける半導電性弾性層のベース素材が熱硬化樹脂のような反応性を有する場合、分散剤の選択肢に制限があるので、電気抵抗値の均一な帯電ローラを得ることが困難なことがある。また、分散剤によるカーボンブラックの分散性に対する影響は非常に大きく、分散剤の選択肢に制限がある場合、半導電性弾性層の電気抵抗値を調整することが困難になる。半導電性弾性層の電気抵抗値が均一でなければ、電子写真感光体を帯電させる際の電位のばらつきが大きくなるので、印字むらの無い高品質の画像を得ることができない。

また、上記電位バラツキを克服し、製品抵抗値として所望の抵抗値を得たとしても、上記弾性層の抵抗値が高いと印加電圧および帯電電位の間にロスを生じてしまい、所望の帯電電位を得るには、より高電圧を印加する必要がある。これにより、通電により起こる抵抗上昇に対して電圧補正の上げ幅のマージンが少なくなり、高スペックの電源の必要性が発生しコストアップに繋がってしまう。

本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、小さな印加電圧で所望の帯電電位を得ることのできる有用な帯電ローラおよびこれを用いた画像形成装置を提供するものである。

本発明の帯電ローラは、弾性を有し導電性軸体の外周面上に形成される弾性層と、弾性層の外周面を覆うように形成される表面層との積層構造を備え、電子写真方式の画像形成に用いられる帯電ローラにおいて、表面層の表面には凹凸が形成され、弾性層の電気抵抗値をＲｅ（Ω）とし、表面層を設けた時の電気抵抗値をＲｒ（Ω）とするとき、弾性層の電気抵抗値Ｒｅが、表面層を設けた時の電気抵抗値Ｒｒよりも大きく（Ｒｅ＞Ｒｒ）、上記弾性層の電気抵抗値が４．０×１０⁷Ω以下であることを特徴とする。

また、本発明は、好ましくは、以下に示す特徴の少なくとも１つを備える。
１．表面層を設けた時の電気抵抗値が３．０×１０⁵〜１．０×１０⁷Ωである。
２．表面層の表面に形成される凹凸の十点平均粗さＲｚが、６．４μｍ以上である。
３．弾性層が、シリコーンゴムを含む。
４．表面層が、フッ素樹脂を含む。
５．表面層が、フィラーを含有する。
６．フィラーが、予めカップリング剤により前処理されている。

また、本発明の画像形成装置は、電子写真方式によって画像を形成する画像形成装置において、前記いずれか１つの帯電ローラと、感光層を備え画像情報に応じた光で露光されることによって感光層に静電潜像が形成される電子写真感光体と、電子写真感光体の表面に現像剤を供給して静電潜像を現像する現像装置と、現像装置によって現像された画像を転写材に転写する転写装置とを含み、帯電ローラは、電子写真感光体に接触した状態で電子写真感光体を帯電させることを特徴とする。電子写真感光体が、好ましくは、直流電圧印加のみによって帯電される。

本発明によれば、上記弾性層の電気抵抗値が４．０×１０⁷Ω以下であるため、十分に小さい印加電圧で所望の帯電電位を得ることができ、従って、通電による抵抗上昇に対して電圧補正の上げ幅にマージンができるとともに電源のコストダウンが可能となる。

また、上記表面層を設けた時の電気抵抗値が１．０×１０⁵〜１．０×１０⁷Ω以内である場合、非常に安定した帯電特性を得ることのでき、感光体ドラムリークの危険性も回避することができる。

また、表面層の表面に形成される凹凸の十点平均粗さＲｚが、６．４μｍ以上である場合、電子写真感光体へ電荷を付与する際、凹凸を構成する微小な突起が放電のトリガーとなるので、ばらつきの小さい安定した電位を得ることができる。

また、弾性層がシリコーンゴムを含む場合、環境に対する物性変化が小さく、特に圧縮に対する歪特性に優れた、有用な帯電ローラを得ることができる。

また、表面層がフッ素樹脂を含む場合、耐摩耗性や離型性に優れた、有用な帯電ローラを得ることができる。

また、表面層がフィラーを含有する場合、帯電ローラ表面に所望の表面粗度を与えることが可能となる。このときの表面層の表面に形成される凹凸の十点平均粗さＲｚが、６．４μｍ以上であり、このように表面層の表面を好適な粗さにすることによって、電子写真感光体へ電荷を付与する際、凹凸を構成する微小な突起が放電のトリガーとなるので、ばらつきの小さい安定した電位を得ることができる。

また、フィラーが、予めカップリング剤により前処理されている場合、親水基側がフィラーと反応し、フィラー表面に有機鎖を出すことによってフィラーの表面活性を減少させることができるため、フィラーの分散性を向上させることができる。

また、本発明の画像形成装置は、ばらつきの小さい安定した電位で電子写真感光体を帯電させることのできる接触帯電方式の帯電ローラを備えるので、安定した印字特性（初期印字特性および経時印字特性）を有する。

また、電子写真感光体は直流電圧印加のみで帯電させる場合（すなわち、電子写真感光体に接触して従動回転する帯電ローラに直流電圧（ＤＣ）のみを印加し、電子写真感光体の表面を一様に帯電させるように構成する場合）、装置自体のコスト上昇、電源コスト上昇、オゾンの大量発生が抑制される。したがって、帯電ローラおよび電子写真感光体の劣化を回避するとともに、公害問題を回避することができる。

１．帯電ローラの構成
図１は、本発明の実施の一形態である帯電ローラ１の構成を簡略化して示す図である。図１（ａ）は帯電ローラ１の斜視図であり、図１（ｂ）は帯電ローラ１の正面図である。帯電ローラ１は、良好な導電性を有する導電性軸体２と、弾性を有し導電性軸体２の外周面上に形成される弾性層３と、弾性層３の外周面を覆うように形成される表面層４とを備え、弾性層３と表面層４とは積層構造を成す。帯電ローラ１は、電子写真方式の画像形成装置に設けられ、電子写真感光体を一定の電位に帯電させることを通じて画像形成に用いられる。なお、帯電ローラ１は、弾性層３が他の弾性層を介して導電性軸体２の外周に設けられるように構成されてもよい。

１−１．導電性軸体
導電性軸体２は、円柱状または円筒状の部材であり、良好な導電性を有するものであれば、特に素材は限定されない。その素材について例示すると、たとえば鉄合金、アルミニウム、ステンレス鋼、真鍮などの金属、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂などの絶縁性芯体の表面にめっきを施して導電化したもの、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂などに導電性付与剤としてカーボンブラック、金属粉体等を配合した導電性樹脂で形成されたものなどが、挙げられる。導電性軸体２は、その一端を接地するかまたはバイアス電圧を印加することにより、電子写真感光体への電荷の付与などの機能を発揮する。

１−２．弾性層
弾性層３は、導電性を有するけれども、その導電性が導電性軸体２の導電性よりも低いので、半導電性弾性層とも呼ぶことがある。弾性層３は、その材質、硬度および強度について特に限定されるものではない。好ましくは、ゴム材料に導電性付与剤等を添加した弾性体が用いられる。ゴム材料としては、たとえばニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ；エチレンプロピレンジエンゴムを含む）、エチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、イソプロピレンゴム、天然ゴム、シリコーンゴム、アクリルゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、エピクロルヒドリンゴム、ウレタンゴム等が挙げられる。これらのゴム材料は、１種単独または２種以上が混合して用いられる。上記のゴム材料なかでも、環境に対する物性変化が小さく、特に圧縮に対する歪特性に優れるので、シリコーンゴムが好ましい。

弾性層３の形成方法について例示すると、導電性軸体２と上記ゴム材料をベース素材とする組成物とを、クロスヘッド付きの押出機で一体化して分出し、ギヤオーブンあるいはＩＲ炉で一次加硫する方法、金型に導電性軸体２をセットし、ゴム組成物を注入し、常温または加熱下で一次加硫する方法、金型内で導電性軸体２とゴム組成物とを同時に加熱・圧縮成形する方法等が挙げられる。その後、ギヤオーブン等で一定時間二次加硫を実施することにより、物性の安定化を図ることもできる。導電性軸体２の外周面上に弾性層３が形成されて成る成形品は、必要に応じて、円筒研削盤、ショットブラスター、サンドブラスター、ラッピング機、バフ等により所望の表面状態に仕上げられる。

このようにして形成される弾性層３の電気抵抗値Ｒｅは、４．０×１０⁷Ω以下、好ましくは２．５×１０⁵〜２．５×１０⁷Ωになるように調整される。この弾性層３の電気抵抗値Ｒｅの所望値への調整は、上記ゴム材料に添加する導電性付与剤の添加量を変えることにより可能となる。

上記方法により得られたローラは、ローラの全長（長さ３１０ｍｍ）よりも５ｍｍ長い金メッキ平板電極の上に置き、このローラ１の導電性軸体２の端部にそれぞれ５００ｇの分銅をかけ、１００Ｖの電圧をローラの導電軸体と弾性層表面との間に印加して、弾性層の電気抵抗値を測定した。なお、ローラの全長が異なる場合には、金メッキ平板電極に加わる線圧が上述したものと等しくなる条件で、弾性層の電気抵抗値の測定を行う。

１−３．表面層
次に、弾性層の外表面を覆うように表面層４を形成する。表面層４は、好ましくは、分散性の向上のためにカップリング剤で前もって処理されたフィラーが添加配合された樹脂で形成される。

表面層４は、そのベース素材として、ゴムまたは樹脂などが用いられる。樹脂としては、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、アミノ樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、アクリルウレタン樹脂、ウレタン樹脂、アルキッド樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、シリコーン樹脂、ポリビニルブチラート樹脂等およびそれらの変性物または混合物が挙げられる。表面層４のベース素材は、特定のものに限定されることはないけれども、耐摩耗性や離型性に優れたフッ素樹脂が好適に用いられる。また、導電材の他に、充填材や荷電制御材などの各種添加剤が配合されていてもよい。

次に、表面層４の表面に微小な凹凸を形成するため、カップリング剤で処理されたフィラー（以下、処理フィラーという）を任意の配合比で添加混合したものが用いられる。この処理フィラーは、未処理のフィラーとカップリング剤をヘンシェル型ミキサー、Ｖ型ブレンダ等で混合処理する方法（乾式方という）、カップリング剤の水溶液、アルコール等の溶液中に分散した後、余分な溶剤分を除去・乾燥させる方法（湿式方という）等で得られる。

カップリング剤としては、例えばビニルトリクロルシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス（βメトキシエトキシ）シラン、β-（３，４エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、Ｎ-β（アミノエチル）γ-アミノプロピルメチルジエトキシシラン、Ｎ-β（アミノエチル）γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ-β（アミノエチル）γ-アミノプロピルトリエトキシシラン、γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ-フェニル-γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、γ-クロロプロピルトリメトキシシラン、γ-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、アセトアルコキシアルミニウムジイソプロピレート等が挙げられる。

処理フィラーとしては、煙霧質シリカ、湿式シリカ、石英粉、珪藻土、カーボンブラック、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、フェライト、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸カリウム、酸化錫、タルク、マイカ、グラファイト、炭酸マグネシウム、シリコーンレジンパウダー、ポリメタクリル酸メチルパウダー、ポリメタクリル酸エチルパウダー、架橋ポリスチレンパウダー、架橋ポリメタクリル酸ブチルパウダー、ポリアクリル酸エステルパウダー等が挙げられる。

上記の樹脂組成物を弾性層３の外周面上に被覆する手法も特に制限されるものではなく、スプレー法、ディッピング法などによって、必要に応じた塗膜厚で被覆すればよい。なお、表面層４と弾性層３との接着性を増すために、プライマーをアンカー材として設けるようにしてもよい。

この表面層４の凹凸は、表面粗さすなわち日本工業規格（ＪＩＳ）Ｂ０６０１に規定される十点平均粗さＲｚが、好ましくは、６．４μｍ以上になるように形成される。表面層４の十点平均粗さＲｚが、６．４μｍ以上では、電子写真感光体を帯電させる際に、電位のばらつきが小さくなり、安定した電位を得ることができるからである。十点平均粗さＲｚの上限は、特に限定されるものではないけれども、過度に十点平均粗さＲｚが大きいと、帯電ロールと電子写真感光体との接触によって、表面層４の凹凸の凸部が圧縮変形を受けやすくなり、表面層４の表面状態が変化してしまうおそれがあるので、好ましくは、十点平均粗さＲｚが１５μｍ以下である。なお、表面層の十点平均粗さＲｚは、たとえばＳＥ−３０Ｈ（株式会社 小坂研究所社製、商品名）によって測定することができる。このような表面層４に形成される凹凸の十点平均粗さＲｚの所望の値への調整は、表面層４を形成するための樹脂組成物に含有させる粒子状物質の添加量を調整することによって実現できる。

表面層４は、好ましくは、表面層を設けた時の電気抵抗値（弾性層と表面層を合わせた電気抵抗値）が３．０×１０⁵〜１．０×１０⁷Ωになるように調整される。この表面層４の調整は、上記弾性層３と同様に添加する導電性付与剤の添加量を変えることにより可能となる。なお、表面層を設けた時の電気抵抗値は、弾性層の電気抵抗値と同様の方法で測定することができる。

２．画像形成装置
図２は、本発明のもう一つの実施の形態である画像形成装置１０の構成を簡略化して示す図である。本発明の画像形成装置１０は、電子写真方式によって画像を形成するものであり、前述の帯電ローラ１を備えることを特徴とする。

画像形成装置１０は、電子写真感光体１１（以後、感光体と呼ぶ）と、帯電ローラ１と、露光手段である発光ダイオード（略称ＬＥＤ）アレイ１２と、現像装置１３と、転写装置１４と、クリーニングユニット１５と、除電器１６と、定着ローラ１７とを含んで構成される。帯電ローラ１、ＬＥＤアレイ１２、現像装置１３、転写装置１４、クリーニングユニット１５および除電器１６は、感光体１１の外周に沿って、矢符１８に示す感光体１１の回転方向上流側から下流側に向ってこの順序で設けられる。

感光体１１は、導電性支持体の外周に感光層が形成されたものである。感光層は、電荷発生層と電荷輸送層とが積層されたタイプでもよく、また電荷発生層と電荷輸送層とが単層に形成されるタイプのいずれであってもよい。本発明の画像形成装置１０において、帯電ローラ１は、直流電圧のみが印加され、感光体１１に接触した状態で、感光体１１をほぼ一定の電位になるように帯電させる。

帯電された後、感光体１１は、ＬＥＤアレイ１２によって画像情報に応じた光で露光され、感光層に静電潜像が形成される。ＬＥＤアレイ１２は、電気信号として与えられる画像情報に従って発光し、感光層の表面を光で走査することができる。ＬＥＤアレイ１２は、たとえば原稿画像を光走査ユニットで読取った画像情報、またパーソナルコンピュータなどで形成されて出力される画像情報などが、不図示の画像処理装置で画像処理されて出力される信号に従って、感光体の表面を光走査し、感光層に静電潜像を形成する。

現像装置１３は、現像ローラ２１と、規制ブレード２２と、攪拌供給ローラ２３ａ，２３ｂと、これらが装着される現像剤収容部２４とを含む。現像剤収容部２４は、たとえば硬質の合成樹脂などからなる容器状部材であり、その内方空間には静電潜像を顕像化するために用いられるトナーを含む現像剤が収容される。

現像ローラ２１は、感光体１１の軸線が延びる方向と同一方向に軸線を有し、感光体１１を臨みまたは感光体１１に接するようにして現像剤収容部２４に回転自在に装着される。この現像ローラ２１が、現像剤収容部２４内に収容される現像剤２５を感光体１１の表面に供給して静電潜像を現像する。

規制ブレード２２は、たとえば金属製の平板状部材であり、現像ローラ２１の軸線と平行方向に延び、その一端部が現像ローラ２１に当接するように設けられ、現像ローラ２１表面の現像剤の穂立高さ、すなわち感光体１１に供給するべき現像剤の量を調整する。攪拌供給ローラ２３ａ，２３ｂは、現像ローラ２１の軸線が延びる方向と同一方向に軸線を有するようにして現像剤収容部２４に回転自在に設けられ、現像剤収容部２４に収容される現像剤２５を現像ローラ２１へ供給する。

転写装置１４は、感光体１１の軸線が延びる方向と同一方向に軸線を有して装置本体に回転自在に装着される転写ローラを含んで構成される。転写装置１４の転写ローラは、不図示のたとえば記録紙供給装置から供給される記録紙２６を感光体１１との間で押圧するとともに、感光体１１に帯電される電位と逆電位の電圧が印加されることによって、現像されて顕像化されたトナー画像を記録紙２６上に転写する。

クリーニングユニット１５は、クリーニングブレード２７と、クリーニングローラ２８と、トナー回収部２９とを含む。クリーニングユニット１５は、トナー画像が記録紙２６に転写された後も感光体１１の表面にわずかに残留することのある残留トナーを、感光体１１表面から除去回収する装置である。クリーニングブレード２７は、たとえば金属製の平板状部材であり、感光体１１の軸線方向に延びて設けられ、その先端部２７ａが感光体１１の表面に接し、残留トナーを掻取ることができる。クリーニングブレード２７で感光体１１表面から掻取られた残留トナーは、装置本体内に飛散しないようにトナー回収部２９に回収される。クリーニングローラ２８は、感光体１１の軸線が延びる方向と同一方向に軸線を有してトナー回収部２９に回転自在に装着され、クリーニングブレード２７と同様に感光体１１表面に当接して残留トナーを除去する。除電器１６は、帯電ローラ１による次の帯電に備えて、クリーニング後の感光体１１表面の電荷を、たとえば一様露光するなどして除去するものである。

定着ローラ１７は、加熱ローラ３０と、加圧ローラ３１とを含んで構成される。加熱ローラ３０は不図示の加熱手段によって加熱され、加圧ローラ３１は不図示の加圧機構によって加熱ローラ３０に押圧され、両者の間にニップ部が形成される。トナー画像の転写された記録紙２６は、定着ローラ１７のニップ部を通過する際に加熱加圧されるので、トナー画像が記録紙に定着されて、堅牢な画像が形成される。

このように、本発明の画像形成装置１０では、感光体１１に接触して従動回転する帯電ローラ１に直流電圧のみを印加し、感光体１１の表面を一様に帯電させるように構成されるので、安定した印字特性が発現され、装置自体のコスト上昇、電源コスト上昇、オゾンの大量発生が抑制される。したがって、帯電ローラ１および感光体１１の劣化を回避するとともに、公害問題を回避することができる。

弾性層；カーボンブラックとしてファインサーマルクラスのカーボンブラックであるアサヒサーマル（旭カーボン社製、商品名）〔粒子径８０ｎｍ、ＤＢＰ吸油量２８ｃｍ³ ／１００ｇ、イオウ含有量２０００ｐｐｍ〕を用い、シリコーンゴムコンパウンドとしてＫＥ−１５１Ｕ（信越化学工業社製、商品名）を用いた。このＫＥ−１５１Ｕ（同前）１００重量部に、アサヒサーマル（同前）２０重量部を加え、インテンシブミキサーで３０分間混練を行い、カーボンブラックを充分に分散させた。これに架橋剤として有機過酸化物２，５ジメチル−２，５ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）−ヘキサンを１重量部加え、ミキシングロールで充分に混練しシリコーンゴム組成物と調製した。

次にクロスヘッドを備えた押出機を用いてシリコーンゴム組成物を導電性軸体上に一体分出しした。導電性軸体としては、直径８ｍｍ、長さ３６０ｍｍのＳＵＳ３０４製シャフトを使用した。

その後、ギヤオーブン中で１７０℃、１０分間の成形、加硫を行った。成形終了後、２００℃で２時間二次加硫を行い終了後冷却した。常温に戻った後に研削機により仕上げ研磨を行って、直径１４ｍｍ、長さ３１０ｍｍの弾性層となるシリコーンゴムローラを成形した。このとき、上記弾性層の抵抗値Ｒｅが４．０×１０⁷Ωを超えるサンプルを作製した。同様の方法で、上記アサヒサーマル（同前）を４０重量部とし、上記弾性層の抵抗値Ｒｅが４．０×１０⁷Ω以下のサンプルを作製した。

その後、分散性の向上を目的として、シランカップリング剤ＫＢＭ−６０３（信越化学株式会社製、商品名）５．０重量％で導電性亜鉛華としてＥＣＺ−５０（堺化学株式会社製、商品名）１００重量％を、ヘンシェル型ミキサーを用いて処理した。

表面層；上記弾性層の抵抗値が４．０×１０⁷Ωを超えるサンプルにおいては、シリコーンゴムローラ表面に、フッ素系塗料：ＧＬＳ２１３（ダイキン工業社製、商品名）１００重量部に、分散性の向上のため先にシランカップリング剤で処理した導電性酸化亜鉛ＥＣＺ−５０（同前）４０重量部を添加し、ポットミルで８時間攪拌、分散し、ポリイソシアネート系架橋剤のコロネート−Ｌ（日本ポリウレタン株式会社製、商品名）５重量部を添加し、スプレーコーティングした。そして、１５０℃、３０分間の条件で加熱硬化し、サンプル＃１とした。上記弾性層の抵抗値が４．０×１０⁷Ω以下のサンプルにおいても同様の方法で、上記シランカップリング剤で処理した導電性酸化亜鉛ＥＣＺ−５０（同前）を２０重量部としスプレーコーティングした。そして１５０℃、３０分間の条件で加熱硬化し、サンプル＃２とした。このときの製品抵抗値（表面層を設けた時の抵抗値）はともに同等の抵抗値となるよう調整されており、サンプル＃１が９．０６×１０⁵Ω、サンプル＃２が８．９２×１０⁵Ωであった。

本実施例において作製した、上記サンプルを感光体ドラムに当接し、従動回転させるとともに、上記サンプルに一定の直流電圧（ＤＣ電圧）を印加し、感光体表面の電位が−６２０Ｖとなるように帯電させ、上記サンプルそれぞれにおいてどれだけの印加電圧が必要であるかを確認した。その結果、上記弾性層の抵抗値が４．０×１０⁷Ωを超えるサンプル＃１では、感光体ドラムを−６２０Ｖに帯電するために−１６１２Ｖの印加電圧を要した。これに対し、上記弾性層の抵抗値が４．０×１０⁷Ω以下のサンプル＃２では、同じく−６２０Ｖに帯電させるために要した印加電圧は−１３８２Ｖであり、サンプル＃１に対し−２３０Ｖもの電圧を抑えることができた。

実施例１と同様の工程により、 アサヒサーマル（同前）４０重量部を加えた弾性層となるシリコーンゴムローラを成形し、実施例１と同様の工程により、分散性の向上のため先にシランカップリング剤で処理した導電性酸化亜鉛ＥＣＺ−５０（同前）４０重量部を添加し、製品抵抗値が３．０×１０⁵を下回るサンプル＃３を作製した。同様の方法で、分散性の向上のため先にシランカップリング剤で処理した導電性酸化亜鉛ＥＣＺ−５０（同前）を２０重量部とし製品抵抗値が３．０×１０⁵以上となるサンプル＃４を作製した。

本実施例において作製した、上記サンプルを感光体ドラムに当接し、１１７ｍｍ／ｓ相当のプロセス速度を想定し従動回転させるとともに、上記サンプルに一定の直流電圧（ＤＣ電圧）を印加し、感光体表面の電位が−６２０Ｖとなるよう帯電させ、エージングを実施した。その結果、製品抵抗値が３．０×１０⁵を下回るサンプル（サンプル＃３）は、１０００枚相当でドラムリークが発生したのに対し、製品抵抗値が３．０×１０⁵以上としたサンプル（サンプル＃４）では、２００００枚相当のエージングにおいてもドラムリークは発生しなかった。

実施例１と同様の工程により、 アサヒサーマル（同前）４０重量部を加えた弾性層となるシリコーンゴムローラを成形し、実施例１と同様の工程により、分散性の向上のため先にシランカップリング剤で処理した導電性酸化亜鉛ＥＣＺ−５０（堺化学株式会社製、商品名）２０重量部を添加した表面層を形成し表面粗度が６．４μｍに満たないサンプル＃５を作製した。同様の方法で、粒子径の異なる導電性酸化亜鉛ＥＣＺ−５０（同前）にシランカップリング剤による前処理を施し２０重量部とし、表面粗度が６．４μｍ以上のサンプル＃６を作製した。

本実施例において作製した、上記サンプルを感光体ドラムに当接し、従動回転させるとともに、上記サンプルに一定の直流電圧（ＤＣ電圧）を印加し、感光体表面の電位が−６２０Ｖとなるよう帯電させ、そのときの電位バラツキをそれぞれ出力し、表面粗度との関連性を確認した。その結果、電位バラツキの目標値１０Ｖ以下に対し、表面粗度が６．４に満たないサンプル（サンプル＃５）は、電位バラツキが１０Ｖを大きく超え、良好な帯電特性は得られなかったのに対し、表面粗度が６．４μｍ以上のサンプル（サンプル＃６）では電位バラツキが１０Ｖ以下であり、非常に良好な帯電特性が得られた。

実施例１と同様の工程により、上記アサヒサーマル（旭カーボン社製、商品名）２０重量部を加えた弾性層となるシリコーンゴムローラを成形し、実施例１と同様の工程により、シランカップリング剤での処理を施していない、導電性酸化亜鉛ＥＣＺ−５０（同前）２０重量部を添加したコーティング層を成形し、サンプル＃７とした。

同様の方法で、分散性の向上のため先にシランカップリング剤で処理した導電性酸化亜鉛ＥＣＺ−５０（堺化学株式会社製、商品名）２０重量部を添加したコーティング層を成形し、サンプル＃８とした。

本実施例において作製した上記サンプルを、幅２ｍｍ、直径８ｍｍのベアリング上の電極をサンプル表面に１０ｇの荷重で接触させ、該電極と上記導電性軸体間へ１００Ｖの電圧を印加したときの電流値から、各電極の位置での抵抗値を算出する。上記電極の位置を周方向で１００ポイント、幅方向で１００ポイント、計１００００ポイントの均等間隔の測定点として、各測定点において得られた抵抗値の平均値を算出して平均抵抗値とした。また、上記１００００ポイントの測定点における抵抗値の最大値を最小値で除した値を算出して抵抗バラツキとした。その結果、シランカップリング剤で処理を施していないサンプル＃７は、フィラーの分散不良が起因し抵抗バラツキが非常に大きいのに対し、シランカップリング剤で処理したサンプル＃８は抵抗バラツキが非常に小さく安定した抵抗値を得ることができた。

上記、実施例１から実施例４で得られた各サンプルについて、市販の電子写真式プリンタ（シャープ株式会社製、ＡＲ−２６０Ｍ）に帯電ローラとして装着し、温度２５℃、湿度５０％ＲＨの条件下でハーフトーンを印字し、濃度ムラの有無を目視判定によって評価した。評価結果を表１に示す。なお表１には、印字むらの評価結果に併せて、弾性層抵抗および製品抵抗とそのばらつき、各サンプルの表面粗さＲｚ、印加電圧および電位のばらつき、ドラムリークの有無についての結果も示す。表１に示すように、実施例の帯電ローラであるサンプル＃１〜＃４およびサンプル＃６、サンプル＃８を用いた場合には、印字むらなしの良好な評価であるが、これに対しサンプル＃５、サンプル＃７を用いた場合には、印字むらありの評価であった。

本発明の実施の一形態である帯電ローラ１の構成を簡略化して示す図である。 本発明のもう一つの実施の形態である画像形成装置の構成を簡略化して示す図である。

符号の説明

１ 帯電ローラ
２ 導電性軸体
３ 弾性層
４ 表面層
１０ 画像形成装置
１１ 電子写真感光体
１２ ＬＥＤアレイ
１３ 現像装置
１４ 転写装置
１５ クリーニングユニット
１６ 除電器
１７ 定着ローラ

Claims (6)

1. 導電性軸体の外周面上に形成される弾性層と、弾性層の外周面を覆うように形成される表面層との積層構造を備え、電子写真方式の画像形成に用いられる帯電ローラにおいて、
   表面層の表面には凹凸が形成され、
   前記弾性層は、シリコーンゴムを含み、
   前記表面層は、フッ素樹脂を含み、かつ、カップリング剤で処理したフィラーを含有し、
   弾性層が形成された導電性軸体を平板電極の上に置き、電圧を導電性軸体と平板電極との間に印加して測定した弾性層の電気抵抗値をＲｅ（Ω）とし、前記弾性層の外周面を更に覆うように形成された表面層を積層構造として備えた導電性軸体を平板電極の上に置き、電圧を導電性軸体と平板電極との間に印加して測定した弾性層と表面層との積層構造の電気抵抗値をＲｒ（Ω）とするとき、
   Ｒｅが１．８８×１０⁷Ω以上２．７２×１０⁷Ω以下であり、Ｒｒが８．７８×１０⁵Ω以上１５．２×１０⁵Ω以下であることを特徴とする帯電ローラ。
2. 表面層の表面に形成される凹凸の十点平均粗さＲｚが６．５μｍ以上６．９μｍ以下である請求項１に記載の帯電ローラ。
3. 表面層の均等間隔の測定点にベアリング状の電極を接触させ電圧を該電極と導電性軸体との間に印加して弾性層と表面層との電気抵抗値をそれぞれ測定した場合、
   該電気抵抗値の最大値を該電気抵抗値の最小値で除した値は、１．０４以下である請求項２に記載の帯電ローラ。
4. 電子写真方式によって画像を形成する画像形成装置において、前記請求項１〜３のいずれか１つに記載の帯電ローラと、感光層を備え画像情報に応じた光で露光されることによって感光層に静電潜像が形成される電子写真感光体と、電子写真感光体の表面に現像剤を供給して静電潜像を現像する現像装置と、現像装置によって現像された画像を転写材に転写する転写装置とを含み、帯電ローラは、電子写真感光体に接触した状態で電子写真感光体を帯電させることを特徴とする画像形成装置。
5. 電子写真感光体が、直流電圧印加のみによって帯電されることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記帯電ローラは、請求項２に記載の帯電ローラであり、
   前記電子写真感光体は、感光体ドラムであり、
   表面層を感光体ドラムに当接させ帯電ローラを従動回転させ感光体ドラムの表面の電位が−６２０Ｖとなるように帯電ローラに電圧を印加した場合、
   感光体ドラムの電位バラツキは、８Ｖ以下である請求項５に記載の画像形成装置。

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