WO2022163128A1 - 帯電ロール - Google Patents

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WO2022163128A1
WO2022163128A1 PCT/JP2021/044523 JP2021044523W WO2022163128A1 WO 2022163128 A1 WO2022163128 A1 WO 2022163128A1 JP 2021044523 W JP2021044523 W JP 2021044523W WO 2022163128 A1 WO2022163128 A1 WO 2022163128A1
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WO
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particles
charging roll
surface roughness
base material
surface layer
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PCT/JP2021/044523
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French (fr)
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章吾 鈴木
篤 池田
智 福岡
憲司 佐々木
Original Assignee
Nok株式会社
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03G—ELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G15/00—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern
    • G03G15/02—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for laying down a uniform charge, e.g. for sensitising; Corona discharge devices
    • G03G15/0208—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for laying down a uniform charge, e.g. for sensitising; Corona discharge devices by contact, friction or induction, e.g. liquid charging apparatus
    • G03G15/0216—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for laying down a uniform charge, e.g. for sensitising; Corona discharge devices by contact, friction or induction, e.g. liquid charging apparatus by bringing a charging member into contact with the member to be charged, e.g. roller, brush chargers
    • G03G15/0233—Structure, details of the charging member, e.g. chemical composition, surface properties

Definitions

  • the present invention relates to a charging roll of an image forming apparatus.
  • Patent Documents 1 to 3 are known as techniques referring to the surface roughness of charging rolls.
  • Patent Document 1 discloses a charging member comprising a conductive support, a conductive elastic layer laminated on the conductive support, and a conductive resin layer laminated as the outermost layer on the conductive elastic layer. (charging roll) is described.
  • the conductive resin layer contains a matrix material and at least one kind of particles selected from the group consisting of resin particles and inorganic particles.
  • Patent Document 2 a positive charging single-layer electrophotographic photosensitive drum, a charging device having a contact charging member for charging the surface of the photosensitive drum, and exposing the surface of the charged image carrier to light, An exposure device for forming an electrostatic latent image on the surface of an image carrier, a developing device for developing the electrostatic latent image into a toner image, and a device for transferring the toner image from the image carrier to a transfer medium. and a transfer device.
  • the contact charging member is a charging roller made of a conductive rubber having an Asker -C hardness of 62° to 81°. is 55 ⁇ m to 130 ⁇ m, and the ten-point average roughness RZ is 9 ⁇ m to 19 ⁇ m.
  • Patent Document 3 discloses a charging roller comprising a conductive support, a semiconductive elastic layer formed in a roll shape on the conductive support, and a protective layer formed on the surface of the semiconductive elastic layer. technology is described.
  • the protective layer is formed by applying a protective layer-forming coating liquid containing fine particles that exhibit the function of preventing adhesion of external substances to the protective layer, and the volume average particle diameter of the fine particles is the surface of the protective layer. It is miniaturized so that the roughness is 1 ⁇ m or less.
  • Patent Documents 1 to 3 by adjusting the surface roughness of the outermost surface of the charging roll with fine particles contained in the surface layer, the discharge between the charging roll and the photosensitive drum is made as uniform as possible, thereby improving the image quality. try to improve.
  • the surface roughness of the charging roll can be controlled by adjusting the thickness of the binder (matrix) on the surface layer, as well as the diameter and amount of particles added to the binder.
  • the charging roll can maintain high image quality over a long period of time.
  • the present invention provides a charging roll that can maintain high image quality over a long period of time.
  • the charging roll includes a core material, a rubber substrate arranged around the core material, and a surface layer arranged around the rubber substrate.
  • the surface layer has a base material made of an insulator, a conductive matrix containing a conductive material dispersed in the base material, and particles of a surface roughness imparting material dispersed in the conductive matrix.
  • the particles of the surface roughness imparting material are made of an insulating material, are porous, and have a specific surface area of 8.7 m 2 /g or more and 55 m 2 /g or less.
  • the porous particles have a larger surface area than spherical particles, and the conductive matrix enters the micropores, so the particles are firmly fixed to the conductive matrix. Therefore, even when the diameter of the particles of the roughness imparting material is large with respect to the thickness of the conductive matrix, the particles are less likely to come off from the conductive matrix. Further, by increasing the diameter of the particles of the roughness imparting material with respect to the thickness of the conductive matrix, the surface roughness of the surface layer can be appropriately increased. As a result, the contact area of the charging roll with respect to the surface of the photoreceptor drum can be reduced, and discharge inhibition due to adhesion of external additives in the toner particles on the photoreceptor drum can be suppressed. In this way, high image quality can be maintained over a long period of time.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of an image forming apparatus using a charging roll according to an embodiment of the invention
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a charging roll according to an embodiment of the invention
  • FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view of an example of a rubber base material and a surface layer cut along the axial direction of a charging roll
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of another example of the rubber base material and the surface layer cut along the axial direction of the charging roll.
  • 4 is a table showing compositions of coating liquids for forming surface layers of charging rolls. 5 is a table showing details of samples subjected to durability tests of charging rolls and test results.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a method of measuring the real contact area with respect to the flat surface of each sample of the charging roll.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a testing machine used for durability tests of charging roll samples.
  • the image forming apparatus includes a photoreceptor drum 1. As shown in FIG. 1, a photoreceptor drum 1. As shown in FIG. Around the photosensitive drum 1, a developing section 2, an exposing section 3, a charging section 4, a transfer section 6 and a cleaning section 5 are arranged.
  • the developing section 2 is provided with a developing roll 20 , a regulating blade 21 and a supply roll 22 , and is filled with toner 23 .
  • a charging roll 40 is provided in the charging section 4 .
  • the transfer unit 6 transfers the toner image onto a paper sheet 60 as a recording medium.
  • the toner image transferred by the transfer section 6 is fixed by a fixing section (not shown).
  • the cylindrical and rotating photosensitive drum 1 and the cylindrical and rotating charging roll 40 are in contact with each other at the nip 50 .
  • a region 51 before the nip 50 in the rotation direction of the photoconductor drum 1 and the charging roll 40 in some cases, a region 52 after the nip 50 in addition to the region 51 before the photoconductor drum 1 and the charging roll 40.
  • a discharge occurs between them, and the surface of the photosensitive drum 1 is charged. It is preferable that the charged state of the surface of the photoreceptor drum 1 be uniform over the circumferential direction and the axial direction of the photoreceptor drum 1 .
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a charging roll according to an embodiment of the invention.
  • the charging roll 40 has a core material 401, a rubber substrate 402 formed on the outer peripheral surface of the core material 401, and a surface layer 403 coated on the outer peripheral surface of the rubber substrate 402.
  • a surface layer 403 is formed on the outer peripheral surface of the rubber base material 402 with a coating component, and the surface roughness of the surface layer 403 is adjusted to eliminate uneven discharge between the photoreceptor drum 1 and the charging roll 40. It is possible to discharge the body drum 1 uniformly, and the developing section 2 can deposit the toner on the surface of the photosensitive drum 1 in an amount exactly corresponding to the latent image formed by the exposure section 3 .
  • the core material 401 can be made of a metal or resin material with excellent thermal conductivity and mechanical strength.
  • the material of the core material 401 is not limited, but for example, metal materials such as stainless steel, nickel (Ni), nickel alloy, iron (Fe), magnetic stainless steel, cobalt-nickel (Co—Ni) alloy, or PI (polyimide resin).
  • the structure of the core material 401 is not particularly limited, and may or may not be hollow.
  • the surface of the core material 401 is preferably smooth.
  • the rubber base material 402 is made of conductive rubber having electrical conductivity.
  • the rubber base material 402 may have one layer, or may have two or more layers. Further, an adhesion layer, an adjustment layer, or the like may be provided between the core material 401 and the rubber base material 402 as necessary.
  • the rubber base material 402 can be formed by molding, around the core material 401, a rubber composition obtained by adding a conductivity-imparting agent, a cross-linking agent, and the like to conductive rubber.
  • the conductive rubber includes polyurethane rubber (PUR), epichlorohydrin rubber (ECO), nitrile rubber (NBR), styrene rubber (SBR), chloroprene rubber (CR), and the like.
  • an electronic conductivity imparting agent such as carbon black or metal powder, an ionic conductivity imparting agent, or a mixture thereof can be used.
  • the ionic conductivity imparting material includes organic salts, inorganic salts, metal complexes, ionic liquids, and the like.
  • Organic salts include sodium trifluoroacetate and the like.
  • Inorganic salts include lithium perchlorate, quaternary ammonium salts and the like.
  • the metal complex includes ferric halide-ethylene glycol and the like, and specifically, those described in Japanese Patent No. 3655364 can be used.
  • the ionic liquid is a molten salt that is liquid at room temperature, and is also called a room temperature molten salt, and particularly has a melting point of 70° C. or lower, preferably 30° C. or lower. Specifically, those described in JP-A-2003-202722 can be used.
  • the cross-linking agent is not particularly limited, and for example, sulfur or peroxide vulcanizing agents can be used.
  • cross-linking aids include inorganic zinc oxide and magnesium oxide, and organic stearic acid and amines.
  • a thiazole-based or other cross-linking accelerator may be used for the purpose of shortening the cross-linking time, etc.
  • Other additives may be added to the rubber composition as needed.
  • the surface of the rubber base material 402 formed on the outer peripheral surface of the core material 401 is polished by a polishing machine, and after the rubber base material 402 has a predetermined thickness, dry polishing is performed using a polishing whetstone. After that, a surface layer 403 is formed on the outer peripheral surface of the rubber base material 402 .
  • the purpose of polishing in this manner is to appropriately adjust the surface roughness of the rubber base material 402 and adjust the surface roughness of the outer surface layer 403 .
  • the ten point height of irregularities ( Rz ) according to the surface roughness of the rubber substrate 402 is 8. 0.5 ⁇ m or less is preferred.
  • the surface roughness Rz is a value measured by a contact-type surface roughness meter.
  • Dry polishing is performed, for example, by moving the rotary grindstone in the axial direction of the core material 401 while keeping the rubber base material 402 in contact with the rubber base material 402 (traverse polishing).
  • the rotation speed of the grinding wheel of the polishing machine may be increased sequentially, for example, to 1000 rpm, 2000 rpm, and 3000 rpm.
  • the type of polishing grindstone may be changed, for example, GC (green carborundum) grindstone counts may be increased sequentially to GC60, GC120, and GC220.
  • the surface of the rubber base material 402 may be further wet-polished with a wet-polishing machine using water-resistant abrasive paper or the like.
  • water-resistant abrasive paper for example, water-resistant sandpaper is used, and the rubber substrate 402 is brought into contact with the rubber substrate 402 while being rotated while being supplied with a polishing liquid.
  • the hardness of the rubber substrate 402 measured using a durometer (“Type A” conforming to "JIS K 6253” and “ISO 7619”) is preferably in the range of 50° to 64°.
  • the surface hardness of the charging roll 400 is affected by the rubber base material 402 . If the hardness of the rubber base material 402 is less than 50°, the convex portions on the surface of the charging roll 400 are crushed, the photosensitive drum 1 is easily soiled, and image defects occur. On the other hand, if the hardness of the rubber base material 402 is greater than 64°, the projections on the surface of the charging roll 400 may be reflected in the image.
  • the surface layer 403 can be formed by applying a coating liquid to the outer peripheral surface of the rubber base material 402 and drying and curing it.
  • a method for applying the coating liquid a dip coating method, a roll coating method, a spray coating method, or the like can be used.
  • the cured surface layer 403 comprises a conductive matrix 404 and particles of, for example, an insulating surface roughness imparting agent (also called roughness imparting agent) dispersed in the conductive matrix 404. 405.
  • an insulating surface roughness imparting agent also called roughness imparting agent
  • the particles 405 of the roughness imparting material give the surface layer 403 an appropriate surface roughness. If the surface of the surface layer 403 is too smooth, the contact area between the surface layer 403 and the photosensitive drum 1 increases. As a result, it is considered that the external additive in the toner particles on the photosensitive drum 1 adheres to the surface of the surface layer 403 after long-term use, which causes discharge inhibition and image unevenness.
  • the surface roughness of the surface layer 403 is adjusted by dispersing the particles 405 of the roughness imparting material in the surface layer 403 formed on the rubber base material 402 whose surface roughness has been adjusted. ing.
  • the conductive matrix 404 has a role of holding the particles 405 of the roughness imparting material at a fixed position and a role of discharging the photosensitive drum 1 .
  • Conductive matrix 404 has a base material and a conductive agent dispersed in the base material. As noted above, discharge occurs between charge roll 400 and photoreceptor drum 1 in region 51 (and possibly region 52).
  • the particles 405 of the roughness imparting material are not completely embedded in the conductive matrix 404 in the examples shown in FIGS. 3 and 4, they may be completely embedded. If the thickness of the conductive matrix 404 is small, the ability to hold the particles 405 of the roughness imparting material is low. It is preferred to have On the other hand, when the thickness of the conductive matrix 404 is too large, the surface roughness of the surface layer 403 becomes too small, and the coefficient of friction between the surface layer 403 and the photosensitive drum 1 increases. Therefore, the thickness of conductive matrix 404 is preferably within a suitable range.
  • the thickness of the conductive matrix 404 is large, and the electrical resistance of the conductive matrix 404 is large, discharge tends to occur with difficulty.
  • the electrical resistance of the conductive matrix 404 can be reduced, making it easier to generate discharge.
  • the content of the particles 405 of the roughness imparting material in the surface layer 403 is within an appropriate numerical range. If the content of particles is large, the particles overlap each other, so the surface of the surface layer 403 becomes rough, which is considered to cause image unevenness.
  • the component of the coating liquid which is the material of the surface layer 403, contains at least particles 405 of the base material, the conductive agent, and the surface roughness imparting material. After curing the coating liquid, the base material and the conductive agent become components of the conductive matrix 404 .
  • the coating liquid is obtained, for example, by dissolving the components having the following composition in a diluent solvent.
  • Base material 10 to 80 parts by weight.
  • Conductive agent 1 to 50 parts by weight.
  • ⁇ Surface roughness imparting material 20% by weight or less of the total amount of the coating liquid.
  • the discharge between the charging roll 400 and the photosensitive drum 1 is substantially uniform in the region 51 before the nip 3 where the charging roll 400 and the photosensitive drum 1 contact each other, and the image is formed. It is believed that an image having a desired density is formed without uneven discharge during formation, and the image quality is improved.
  • the surface condition of the surface layer 403 can be appropriately adjusted by appropriately adjusting the diameter and addition amount of the particles 405 of the surface roughness imparting material.
  • the base material contained in the coating liquid is an insulator.
  • Insulators suitable as base materials include urethane resin, acrylic resin, acrylic urethane resin, amino resin, silicone resin, fluorine resin, polyamide resin, epoxy resin, polyester resin, polyether resin, phenol resin, urea resin, polyvinyl butyral. Resins, melamine resins, nylon resins and the like are included. These insulating materials can be used alone or in any combination as the base material.
  • Conductive agents suitable for inclusion in the coating solution include carbon blacks such as acetylene black, ketjen black, and toka black, carbon nanotubes, ions such as lithium perchlorate, 1-butyl-3-methylimidazo hexafluorophosphate. It includes ionic liquids such as lithium, metal oxides such as tin oxide, and conductive polymers. These conductive agents can be used in the coating liquid either singly or in any combination.
  • Particles 405 of the surface roughness imparting material suitable for inclusion in the coating liquid include acrylic particles, urethane particles, polyamide resin particles, silicone resin particles, fluororesin particles, styrene resin particles, phenol resin particles, polyester resin particles, Olefin resin particles, epoxy resin particles, nylon resin particles, carbon, graphite, balloon carbide, silica, alumina, titanium oxide, zinc oxide, magnesium oxide, zirconium oxide, calcium sulfate, calcium carbonate, magnesium carbonate, calcium silicate, aluminum nitride , boron nitride, talc, kaolin clay, diatomaceous earth, glass beads, hollow glass spheres, and the like. These particles can be used singly or in any combination in the coating liquid.
  • the diluent solvent contained in the coating liquid is not particularly limited, but water-based solvents, or methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, methyl ethyl ketone (MEK), methyl isobutyl ketone (MIBK), methanol, ethanol, butanol, 2- Solvents such as propanol (IPA), acetone, toluene, xylene, hexane, heptane, chloroform and the like are included.
  • MEK methyl ethyl ketone
  • MIBK methyl isobutyl ketone
  • 2- Solvents such as propanol (IPA), acetone, toluene, xylene, hexane, heptane, chloroform and the like are included.
  • the particles 405 of the roughness imparting material dispersed in the conductive matrix 404 give the surface layer 403 an appropriate surface roughness.
  • Applicants have the following knowledge about the relationship between the conductive matrix 404 and the particles 405 .
  • the embedding depth of the particles 405 in the conductive matrix 404 is small, and the adhesion between the conductive matrix 404 and the particles 405 is small. small in nature. Therefore, particles 405 are likely to fall off from conductive matrix 404 . When many particles 405 are lost, the distance between the charging roll 40 and the photoreceptor drum 1 in the area 51 is narrowed and the charging performance is changed.
  • the surface roughness of the surface layer 403 becomes too small, resulting in a photoreceptor.
  • the contact area of the charging roll 40 with respect to the surface of the drum 1 increases, and there is a concern that the adhesion of an external additive or the like in the toner particles on the photoreceptor drum 1 may accelerate discharge inhibition.
  • porous particle is a particle having at least a large number of recesses or micropores on its surface.
  • porous particles 405 particles having recesses formed only on the surface may be used.
  • porous particles 405 may be particles having, for example, a sponge- or foam-like structure in which micropores intersect to the inside.
  • a spherical shape without micropores on the surface is hereinafter referred to as a "true sphere".
  • porous particles have a larger surface area and the conductive matrix 404 enters the micropores, so the particles are firmly fixed (anchored) to the conductive matrix 404 . Therefore, even when the diameter of the particles 405 of the roughness imparting material is large with respect to the thickness of the conductive matrix 404, the particles 405 are less likely to fall off from the conductive matrix 404.
  • FIG. In this regard, the particles 405 of FIG. 4 are believed to be preferable to the particles 405 of FIG.
  • the diameter of the particles 405 of the roughness imparting material can be increased with respect to the thickness of the conductive matrix 404, the surface roughness of the surface layer 403 can be appropriately increased.
  • the contact area of the charging roll 40 with respect to the surface of the photoreceptor drum 1 can be reduced, and discharge inhibition due to adhesion of external additives in the toner particles on the photoreceptor drum 1 can be suppressed. In this way, high image quality can be maintained over a long period of time.
  • the applicant produced a plurality of samples of the charging roll 40 and conducted an endurance test to examine whether or not each sample could reduce the shedding of the particles 405 .
  • the samples prepared in the test are as follows.
  • the rubber base material 402 of each sample was formed as follows.
  • the kneaded rubber composition was made into a sheet-like material, wound around the surface of the core material 401, and press-molded to obtain a rubber base material 402 made of crosslinked epichlorohydrin rubber.
  • the surface of the rubber base material 402 was polished with a polishing machine. Specifically, the surface of the rubber base material 402 was polished with a grinder to form the rubber base material 402 with a predetermined thickness (2 mm), and then dry-polished with a whetstone-type grinder. Further, wet polishing was performed with a wet polishing machine using water-resistant polishing paper.
  • Cutoff: ⁇ c 0.8mm Measurement length: 4mm Measurement speed: 0.5mm/sec Measurement position: Surface roughness RZ was measured at three positions in one charging roll 40 . Then, the average value of these values was calculated.
  • the ten-point average roughness RZ of the rubber substrate 402 was 3 ⁇ m.
  • a coating liquid was prepared for forming the surface layer 403 on the outer peripheral surface of the rubber base material 402 described above.
  • the composition of the coating liquid is as shown in FIG.
  • porous urethane particles As the porous urethane particles, "ART PEARL TE-812T” manufactured by Neagari Kogyo Co., Ltd. (Ishikawa Prefecture, Japan) was used. Its average diameter was 6 ⁇ m. Its particle specific surface area was 55 m 2 /g. The particles were of the type shown in FIG. 4, in which a plurality of micropores intersect to the inside.
  • porous polyamide particles "Orgasol 2001 UD Nat1" manufactured by Arkema SA (Colombes, France) was used. Its average diameter was 5 ⁇ m. Its particle specific surface area was 8.7 m 2 /g. The particles were of the type shown in FIG. 3 with a plurality of recesses formed only on the surface. Although not used in the test, the particle specific surface area of true spherical polyamide particles having the same diameter is 1.2 m 2 /g.
  • the particles 405 of the surface roughness imparting material are contained at a rate of 2% or more and 4% or less with respect to the weight of the surface layer 403 (see FIG. 6).
  • the coating liquid with the above composition was dispersed and mixed using ultrasonic waves.
  • the surface layer 403 was formed by applying the above coating liquid to the outer peripheral surface of the rubber substrate 402 that had been polished, and the charging roll 40 was produced. Specifically, the coating liquid is spray-coated on the surface of the rubber substrate 402 and dried in an electric furnace at 80 to 160° C. for 20 to 60 minutes to form the surface layer 403 on the outer peripheral surface of the rubber substrate 402, Charge roll samples 1 to 7 were prepared.
  • the ten-point average roughness RZ was also measured for the surface layer 403 of each sample.
  • the measurement machine and measurement conditions were the same as the rubber substrate 402 measurement machine and measurement conditions.
  • FIG. 6 shows the average surface roughness RZ at three locations on each sample.
  • the film thickness of the surface layer 403 (conductive matrix 404) of each sample was measured.
  • a sample was cut along a cross section perpendicular to the axial direction of the charging roll 40, and the distance from the outer peripheral surface of the surface layer 403 (conductive matrix 404) to the outer peripheral surface of the rubber substrate 402 was measured.
  • the distance was measured using a non-contact laser microscope.
  • the laser microscope used was "VK-X200" manufactured by Keyence Corporation (Osaka, Japan).
  • the magnification was 1000 times and the area of the captured image was 200.0 ⁇ m ⁇ 285.1 ⁇ m.
  • the film thickness was measured at 20 locations in the photographed image, and the average value was calculated.
  • FIG. 6 shows the average film thickness of the surface layer 403 of each sample.
  • the applicant measured the true contact area with respect to the flat surface of each sample of the charging roll 40 by the method shown in FIG. As shown in FIG. 7, a load F1 of 0.6 N was applied to bring the charging roll 40 sample into contact with a transparent glass plate 70, and a transparent triangular prism 71 was placed on the opposite side of the charging roll 40. , one surface of the prism 71 is brought into surface contact with the glass flat plate 70 . Then, the charging roll 40 is irradiated with light from the light source 72 through the prism 71 and the flat glass plate 70 , and the charging roll 40 compressed by the flat glass plate 70 is magnified using the microscope 73 through the prism 71 and the flat glass plate 70 . I took a picture.
  • the microscope 73 used was "VHX-5000" manufactured by Keyence Corporation (Osaka, Japan). The magnification was 100 ⁇ and the area of the captured image was 3.05 ⁇ 2.28 mm. For each sample, an analysis area of 0.6 ⁇ 2.0 mm is selected from the photographed image, the image of the selected area is binarized, and the charging roll 40 actually in contact with the glass flat plate 70 is obtained. , the local area (true contact area) was calculated.
  • FIG. 6 shows the true contact area ratio (ie, the true contact area divided by the area of the analyzed area) for each sample.
  • FIG. 8 shows the testing machine used for the durability test.
  • the durability tester has a photoreceptor drum 1 and an LED (light emitting diode) 80.
  • the photoreceptor drum 1 of the durability tester was the same as that mounted on a color multifunction machine "TASKalfa 5550ci" manufactured by Kyocera Document Solutions Co., Ltd. (Osaka, Japan).
  • the diameter of the photosensitive drum 1 was 30 mm. Each sample had a diameter of approximately 12 mm.
  • a load F2 of 4.9 N was applied in the same manner as in normal use, a sample of the charging roll 40 was brought into contact with the photosensitive drum 1, the photosensitive drum 1 was driven to rotate, and a sample of the charging roll 40 was tested. was driven to rotate.
  • the peripheral speed of the photosensitive drum 1 was 390 mm/sec.
  • the LED 80 continued to irradiate the photoreceptor drum 1 with light while the photoreceptor drum 1 was rotating in order to remove the potential on the surface of the photoreceptor drum 1 .
  • the power supply 81 for supplying current to the samples of the photosensitive drum 1 and charging roll 40 was of the AC/DC voltage superimposition type.
  • the alternating current was 3.4 mA and the alternating frequency was 3 kHz.
  • DC current was 0.3 mA.
  • the test time for the endurance test is 30 hours, which corresponds to the printing time of 200,000 sheets when the short side direction of A4 paper is the passing direction of the sheet 60 .
  • the porous particles were firmly fixed to the conductive matrix 404 .
  • the particles 405 of the surface roughness imparting material are preferably porous and have a specific surface area of 8.7 m 2 /g or more and 55 m 2 /g or less.
  • the average diameter of the particles 405 is preferably 5 ⁇ m or more and 6 ⁇ m or less.
  • the larger the diameter of the porous particles 405, the higher the adherence to the conductive matrix 404, and spherical particles 405 with a diameter of 5 ⁇ m or more and 60 ⁇ m or less exhibit good performance in printing. Applicant knows that Therefore, the average diameter of particles 405 is preferably 5 ⁇ m or more and 60 ⁇ m or less.
  • the particles 405 are contained at a rate of 2% or more and 4% or less with respect to the weight of the surface layer 403.
  • the average value of the thickness of the conductive matrix 404 is preferably 0.5 or more and 3.4 or less of the average diameter of the particles 405 of the surface roughness imparting material.

Abstract

帯電ロールは、芯材と、芯材の周囲に配置されたゴム基材と、ゴム基材の周囲に配置された表層とを備える。表層は、絶縁体から形成されたベース材とベース材に分散された導電材を含む導電性マトリックスと、導電性マトリックスに分散された表面粗さ付与材の粒子を有する。表面粗さ付与材の粒子は、絶縁体から形成され、多孔質であり、８．７ｍ２／ｇ以上、５５ｍ２／ｇ以下である比表面積を有する。

Description

帯電ロール
　本発明は、画像形成装置の帯電ロールに関する。
　電子写真式複写機等の画像形成装置における画質は、感光体ドラムの帯電状態の均一性に依存しており、帯電ロールの表面粗さが、帯電状態の均一性に影響する。従来、帯電ロールの表面粗さに言及した技術としては、特許文献１～３が知られている。
　特許文献１には、導電性支持体と、導電性支持体上に積層された導電性弾性体層と、導電性弾性体層上に最外層として積層された導電性樹脂層とからなる帯電部材（帯電ロール）に関する技術が記載されている。導電性樹脂層はマトリックス材料と、樹脂粒子および無機粒子からなる群より選択される少なくとも一種の粒子を含有する。
　特許文献２には、正帯電単層型電子写真感光体ドラムと、感光体ドラムの表面を帯電するための接触帯電部材を有する帯電装置と、帯電された像担持体の表面を露光して、像担持体の表面に静電潜像を形成するための露光装置と、静電潜像をトナー像として現像するための現像装置と、トナー像を像担持体から被転写体へ転写するための転写装置とを備える画像形成装置に関する技術が記載されている。接触帯電部材は、ゴム硬度がＡｓｋｅｒ－Ｃ硬度で６２°～８１°である導電性のゴムからなる帯電ローラであり、接触帯電部材の帯電ローラのローラ表面粗度が、凹凸の平均間隔Ｓｍで５５μｍ～１３０μｍであり、かつ十点平均粗さＲＺで９μｍ～１９μｍである。
　特許文献３には、導電性支持体と、導電性支持体上にロール状に形成された半導電性弾性層と、半導電性弾性層の表面に形成された保護層とを具備する帯電ローラに関する技術が記載されている。保護層は、保護層への外部物質の付着を防止する機能を発現する微粒子を含有した保護層形成用塗工液を塗工することにより形成され、微粒子の体積平均粒径は保護層の表面粗さが１μｍ以下となるように微細化されている。
　特許文献１～３によれば、帯電ロールの最表面の表面粗さを、表層に含有させた微粒子により調整することで、帯電ロールと感光体ドラム間の放電をできるだけ均一化して、画像品質を向上させようとする。
特開２０１５－１２１７６９号公報 特開２０１２－１４１４１号公報 特開２００５－９１４１４号公報
　帯電ロールの表面粗さは、表層のバインダー（マトリックス）の厚さ、ならびにバインダーに添加する粒子の直径および添加量を調整することで制御することができる。
　帯電ロールは、高い画像品質を長期にわたって維持することができるのが望ましい。
　本発明は、高い画像品質を長期にわたって維持することができる帯電ロールを提供する。
　本発明のある態様は帯電ロールを提供する。帯電ロールは、芯材と、前記芯材の周囲に配置されたゴム基材と、前記ゴム基材の周囲に配置された表層とを備える。前記表層は、絶縁体から形成されたベース材と前記ベース材に分散された導電材を含む導電性マトリックスと、前記導電性マトリックスに分散された表面粗さ付与材の粒子を有する。前記表面粗さ付与材の粒子は、絶縁体から形成され、多孔質であり、８．７ｍ２／ｇ以上、５５ｍ２／ｇ以下である比表面積を有する。
　この態様によれば、真球粒子に比べて、多孔質の粒子は、表面積が大きく、かつ微細孔に導電性マトリックスが入るので、粒子が導電性マトリックスに強固に固定される。したがって、導電性マトリックスの厚さに対して、粗さ付与材の粒子の直径を大きい場合でも、粒子が導電性マトリックスから脱落しにくい。また、導電性マトリックスの厚さに対して、粗さ付与材の粒子の直径を大きくすることにより、表層の表面粗さを適切に大きくすることができる。これにより、感光体ドラムの表面に対する帯電ロールの接触面積を低減し、感光体ドラム上のトナー粒子中の外添剤などの付着による放電阻害を抑制することができる。このようにして、高い画像品質を長期にわたって維持することができる。
本発明の実施形態に係る帯電ロールを使用する画像形成装置の一例を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る帯電ロールの一例を示す断面図である。 帯電ロールの軸方向に沿って切断したゴム基材と表層の一例の断面図である。 帯電ロールの軸方向に沿って切断したゴム基材と表層の他の例の断面図である。 帯電ロールの表層を形成するためのコーティング液の組成を示す表である。 帯電ロールの耐久試験を実施したサンプルの詳細と試験結果を示す表である。 帯電ロールの各サンプルの平面に対する真実接触面積の測定方法を示す概略図である。 帯電ロールの各サンプルの耐久試験に用いた試験機を示す概略図である。
　以下に、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面において縮尺は、必ずしも実施形態の製品またはサンプルを正確に表してはおらず、一部の寸法を誇張して表現している場合もある。
　図１に示すように、本発明の実施形態に係る画像形成装置は、感光体ドラム１を備える。感光体ドラム１の周囲には、現像部２、露光部３、帯電部４、転写部６およびクリーニング部５が配置されている。現像部２には、現像ロール２０、規制ブレード２１および供給ロール２２が設けられ、トナー２３が充填されている。帯電部４には、帯電ロール４０が設けられている。転写部６は、記録媒体である紙のシート６０にトナー画像を転写する。転写部６で転写されたトナー画像は、図示しない定着部で定着される。
　円柱状であり回転する感光体ドラム１と円柱状であり回転する帯電ロール４０は、ニップ５０で接触する。感光体ドラム１と帯電ロール４０の回転方向におけるニップ５０の手前の領域５１（場合によっては、手前の領域５１に加えてニップ５０の後の領域５２）において、感光体ドラム１と帯電ロール４０の間で放電が起こり、感光体ドラム１の表面が帯電される。感光体ドラム１の表面の帯電状態は、感光体ドラム１の周方向および軸線方向にわたって一様であることが好ましい。
　図２は、本発明の実施形態に係る帯電ロールの一例を示す断面図である。図２に示すように、帯電ロール４０は、芯材４０１と、芯材４０１の外周面に形成されたゴム基材４０２と、ゴム基材４０２の外周面にコーティングされた表層４０３とを有する。ゴム基材４０２の外周面にコーティング成分によって表層４０３を形成し、その表層４０３の表面粗さを適切にすることにより、感光体ドラム１と帯電ロール４０の間の放電ムラが解消されて、感光体ドラム１に均一に放電することが可能となり、露光部３で形成された潜像に正確に対応する量のトナーを現像部２は感光体ドラム１の表面に付着させることができる。
　芯材４０１は、熱伝導性および機械的強度に優れた金属または樹脂材料から形成することができる。芯材４０１の材料は、限定されないが、例えば、ステンレス鋼、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル合金、鉄（Ｆｅ）、磁性ステンレス、コバルト－ニッケル（Ｃｏ－Ｎｉ）合金等の金属材料、またはＰＩ（ポリイミド樹脂）等の樹脂材料から形成することができる。また、芯材４０１の構造については特に制限はなく、中空であっても、中空でなくてもよい。芯材４０１の表面は滑らかであることが好ましい。
　ゴム基材４０２は、導電性を有する導電性ゴムによって形成されている。ゴム基材４０２は、１層であってもよいし、２層以上であってもよい。また、芯材４０１とゴム基材４０２の間に、必要に応じて密着層や調整層等を設けてもよい。
　ゴム基材４０２は、導電性ゴムに導電性付与材および架橋剤等を添加して得られたゴム組成物を、芯材４０１の周囲に、成形することによって形成できる。導電性ゴムとしては、ポリウレタンゴム（ＰＵＲ）、エピクロルヒドリンゴム（ＥＣＯ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、スチレンゴム（ＳＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）等が含まれる。
　導電性付与材としては、カーボンブラック、金属粉等の電子導電性付与材、イオン導電付与材、またはこれらの混合物を用いることができる。イオン導電付与材としては、有機塩類、無機塩類、金属錯体、イオン性液体等が含まれる。有機塩類としては、三フッ化酢酸ナトリウム等が含まれる。無機塩類としては、過塩素酸リチウム、４級アンモニウム塩等が含まれる。金属錯体としては、ハロゲン化第二鉄－エチレングリコール等が含まれ、具体的には、特許第３６５５３６４号公報に記載されたものを使用することができる。イオン性液体は、室温で液体である溶融塩であり、常温溶融塩とも呼ばれるものであり、特に、融点が７０℃以下、好ましくは３０℃以下のものをいう。具体的には、特開２００３－２０２７２２号公報に記載されたものを使用することができる。
　架橋剤としては、特に限定されず、例えば、硫黄や過酸化物加硫剤等を使用することができる。
　さらに、ゴム組成物には、必要に応じて架橋剤の働きを促進させる架橋助剤等を加えてもよい。架橋助剤としては、無機系の酸化亜鉛や酸化マグネシウム、有機系のステアリン酸やアミン類等が含まれる。また、架橋時間の短縮等の目的で、チアゾール系、またはその他の架橋促進剤を用いてもよい。ゴム組成物には、必要に応じて他の添加剤を加えてもよい。
　帯電ロール４００の製造において、芯材４０１の外周面に形成されたゴム基材４０２の表面を研磨機で研磨し、ゴム基材４０２を所定の厚さに合わせた後、研磨砥石による乾式研磨を行った後に、ゴム基材４０２の外周面に表層４０３を形成する。このように研磨を行うのは、ゴム基材４０２の表面粗さを適切に調整し、その外側の表層４０３の表面粗さを調整するためである。
　ゴム基材４０２の表面粗さを極力小さくする場合、ゴム基材４０２の表面粗さ（JIS B 0601:1994）に準拠する十点平均粗さ（ten point height of irregularities））Ｒｚは、８．５μｍ以下であることが好ましい。この場合、表面粗さＲｚは、接触式の表面粗さ計により測定された値である。
　乾式研磨は、例えば、ゴム基材４０２を回転させた状態で、回転砥石をゴム基材４０２に接触させながら芯材４０１の軸線方向に移動させることにより行う（トラバース研磨）。ゴム基材４０２の表面粗さを極力小さくする場合には、回転の際に、例えば、研磨機の砥石回転数を１０００ｒｐｍ、２０００ｒｐｍ、３０００ｒｐｍのように順次上げてもよい。或いは、研磨砥石の種類を変更してもよく、例えば、ＧＣ（green carborundum）砥石番手をＧＣ６０、ＧＣ１２０、ＧＣ２２０のように順次上げて研磨してもよい。
　また、ゴム基材４０２の表面を乾式研磨した後に、さらに耐水研磨ペーパー等を用いて湿式研磨機で湿式研磨を施して研磨してもよい。湿式研磨は、耐水研磨ペーパー、例えば、耐水性のサンドペーパーを用い、これに研磨液を供給しながらゴム基材４０２を回転させた状態で接触させることにより研磨する。
　デュロメータ（「ＪＩＳ　Ｋ　６２５３」および「ＩＳＯ　７６１９」に準拠した「タイプＡ」）を用いて測定したゴム基材４０２の硬度は、５０°～６４°の範囲が好ましい。
　ゴム基材４０２の外側の表層４０３は薄いため、帯電ロール４００の表面の硬度は、ゴム基材４０２に影響される。ゴム基材４０２の硬度が５０°未満であると、帯電ロール４００の表面の凸部が潰れて、感光体ドラム１が汚れやすく、画像不良が発生する。一方、ゴム基材４０２の硬度が６４°より大きいと、帯電ロール４００の表面の凸部が画像に反映されるおそれがある。
　表層４０３は、ゴム基材４０２の外周面に、コーティング液を塗布し、乾燥硬化させることにより、形成することができる。コーティング液を塗布する方法としては、ディップコート法、ロールコート法、スプレーコート法等を用いることができる。
　図３および図４に示すように、硬化した表層４０３は、導電性マトリックス４０４と、導電性マトリックス４０４に分散された例えば絶縁性の表面粗さ付与材（粗さ付与材ともいう。）の粒子４０５を有する。
　粗さ付与材の粒子４０５は、表層４０３に適切な表面粗さを与える。表層４０３の表面が平滑すぎると、表層４０３と感光体ドラム１との接触面積が増大する。それにより長期にわたる使用で、感光体ドラム１上のトナー粒子中の外添剤などが表層４０３表面に付着し、放電阻害が生じて画像ムラの原因になると考えられる。本実施形態においては、表面粗さが調整されたゴム基材４０２の上に形成された表層４０３に粗さ付与材の粒子４０５が分散されていることにより、表層４０３の表面粗さが調整されている。
　導電性マトリックス４０４は、粗さ付与材の粒子４０５を固定位置に保持する役割と、感光体ドラム１に対する放電を行う役割を果たす。導電性マトリックス４０４は、ベース材とベース材に分散された導電剤を有する。上記の通り、領域５１（および場合により領域５２）において、帯電ロール４００と感光体ドラム１の間で放電が起こる。
　図３および図４に示す例では、粗さ付与材の粒子４０５は導電性マトリックス４０４内に完全に埋没していないが、完全に埋没していてもよい。導電性マトリックス４０４の厚さが小さい場合には、粗さ付与材の粒子４０５を保持する能力が低いため、粗さ付与材の粒子４０５の直径に対して、導電性マトリックス４０４は十分な厚さを有するのが好ましい。一方、導電性マトリックス４０４の厚さが大きすぎる場合には、表層４０３の表面粗さが小さくなりすぎて、表層４０３と感光体ドラム１の間の摩擦係数が増大してしまう。したがって、導電性マトリックス４０４の厚さは、適切な範囲内にあることが好ましい。
　粗さ付与材の粒子４０５が絶縁体であって、導電性マトリックス４０４の厚さが大きく、導電性マトリックス４０４の電気抵抗が大きい場合には、放電が発生しにくくなりがちであるが、導電性マトリックス４０４に含まれる導電剤の割合を向上させることにより、導電性マトリックス４０４の電気抵抗を低減して、放電を発生させやすくすることができる。
　表層４０３の粗さ付与材の粒子４０５の含有率は、適切な数値範囲内にあることが好ましいと考えられる。粒子含有量が多い場合、粒子同士が重なり合うため、表層４０３の表面が粗くなり、画像ムラの原因となると考えられる。
　本実施形態において、表層４０３の材料であるコーティング液の成分は、ベース材、導電剤および表面粗さ付与材の粒子４０５を少なくとも含有する。コーティング液の硬化後に、ベース材と導電剤は、導電性マトリックス４０４の成分となる。
　コーティング液は、例えば、下記組成の成分を希釈溶剤に溶解させて得られる。
　・ベース材：１０重量部～８０重量部。
　・導電剤：１重量部～５０重量部。
　・表面粗さ付与材：コーティング液全量の２０重量％以下。
　表層４０３の表面状態が適切である場合に、帯電ロール４００と感光体ドラム１が接触するニップ３の手前の領域５１において、帯電ロール４００と感光体ドラム１間の放電がほぼ均一化され、画像形成時に放電ムラが生じることなく、所望の濃度の画像が形成され、画像品質が向上すると考えられる。
　表面粗さ付与材の粒子４０５の直径および添加量を適切に調整することにより、表層４０３の表面状態を適切に調整することができると考えられる。
　コーティング液に含まれるベース材は絶縁体である。ベース材として好適な絶縁体には、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、アクリルウレタン樹脂、アミノ樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、メラミン樹脂、ナイロン樹脂等が含まれる。これらの絶縁材は、単独でまたは任意の組み合わせで、ベース材として用いることができる。
　コーティング液に含まれるのに好適な導電剤には、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、トーカブラック等のカーボンブラック、カーボンナノチューブ、過塩素リチウム等のイオン、ヘキサフルオロリン酸１－ブチル－３－メチルイミダゾリウム等のイオン性液体、酸化スズ等の金属酸化物、導電性ポリマーが含まれる。これらの導電剤は、単独でまたは任意の組み合わせで、コーティング液に用いることができる。
　コーティング液に含まれるのに好適な表面粗さ付与材の粒子４０５としては、アクリル粒子、ウレタン粒子、ポリアミド樹脂粒子、シリコーン樹脂粒子、フッ素樹脂粒子、スチレン樹脂粒子、フェノール樹脂粒子、ポリエステル樹脂粒子、オレフィン樹脂粒子、エポキシ樹脂粒子、ナイロン樹脂粒子、カーボン、グラファイト、炭化バルン、シリカ、アルミナ、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、硫酸カルシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、タルク、カオリンクレー、珪藻土、ガラスビーズ、中空ガラス球等が含まれる。これらの粒子は、単独でまたは任意の組み合わせで、コーティング液に用いることができる。
　コーティング液に含まれる希釈溶剤としては、特に限定されないが、水系の溶剤、または、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）、メタノール、エタノール、ブタノール、２－プロパノール（ＩＰＡ）、アセトン、トルエン、キシレン、ヘキサン、ヘプタン、クロロホルム等の溶剤等が含まれる。
　上記の通り、導電性マトリックス４０４に分散された粗さ付与材の粒子４０５は、表層４０３に適切な表面粗さを与える。出願人は、導電性マトリックス４０４と粒子４０５の関係について下記の知識を得た。
　導電性マトリックス４０４の厚さに対して、粗さ付与材の粒子４０５の直径が大きい場合には、導電性マトリックス４０４への粒子４０５の埋没深さが小さく、導電性マトリックス４０４と粒子４０５の密着性が小さい。このため、粒子４０５が導電性マトリックス４０４から脱落しやすい。多くの粒子４０５が失われると、領域５１での帯電ロール４０と感光体ドラム１の間隔が狭まり、帯電性能が変化する。
　しかし、粒子４０５の脱落を低減するために、導電性マトリックス４０４の厚さに対して、粗さ付与材の粒子４０５の直径を小さくすると、表層４０３の表面粗さが小さくなり過ぎて、感光体ドラム１の表面に対する帯電ロール４０の接触面積が増加し、感光体ドラム１上のトナー粒子中の外添剤などの付着による放電阻害を促進させる懸念がある。
　そこで、出願人は、粒子４０５の脱落を低減し、高い画像品質を長期にわたって維持するために、粒子４０５として多孔質の粒子を使用することを検討した。「多孔質の粒子」とは少なくとも表面に多数の凹部すなわち微細孔がある粒子である。
　多孔質の粒子４０５としては、図３に示すように、表面のみに凹部が形成された粒子を使用してもよい。あるいは、図４に示すように、内部まで微細孔が交錯して形成された、例えばスポンジまたは発泡体のような構造を持つ粒子を多孔質の粒子４０５として使用してもよい。
　以下、表面に微細孔がない球形状を「真球」と呼ぶ。真球粒子に比べて、多孔質の粒子は、表面積が大きく、かつ微細孔に導電性マトリックス４０４が入るので、粒子が導電性マトリックス４０４に強固に固定される（アンカリングされる）。したがって、導電性マトリックス４０４の厚さに対して、粗さ付与材の粒子４０５の直径を大きい場合でも、粒子４０５が導電性マトリックス４０４から脱落しにくい。この点では、図３の粒子４０５よりも図４の粒子４０５が好ましいと考えられる。
　また、導電性マトリックス４０４の厚さに対して、粗さ付与材の粒子４０５の直径を大きくすることができるので、表層４０３の表面粗さを適切に大きくすることができる。これにより、感光体ドラム１の表面に対する帯電ロール４０の接触面積を低減し、感光体ドラム１上のトナー粒子中の外添剤などの付着による放電阻害を抑制することができる。このようにして、高い画像品質を長期にわたって維持することができる。
　出願人は、帯電ロール４０の複数のサンプルを作製し、各サンプルが粒子４０５の脱落を低減することができるか否かを調べる耐久試験を行った。
　試験において、作製したサンプルは下記の通りである。
　各サンプルのゴム基材４０２は、下記のように形成した。
　エピクロルヒドリンゴム（エピクロマーＣＧ－１０２、株式会社大阪ソーダ（日本国大阪府）製）１００重量部に、導電性付与材としてトリフルオロ酢酸ナトリウム０．５重量部、亜鉛華３重量部、ステアリン酸２重量部、架橋剤１．５重量部を添加したゴム組成物をロールミキサーで混練りした。
　混練りしたゴム組成物をシート状の生地にして、芯材４０１の表面に巻いて、プレス成形し、架橋したエピクロルヒドリンゴムからなるゴム基材４０２を得た。
　デュロメータ（「ＪＩＳ　Ｋ　６２５３」および「ＩＳＯ　７６１９」に準拠した「タイプＡ」）を用いて、得られたゴム基材４０２の硬度を測定した結果、測定値は、５０°～６４°であった。
　次に、ゴム基材４０２の表面を研磨機で研磨した。具体的には、ゴム基材４０２の表面を研磨機で研磨して、ゴム基材４０２を所定の厚さ（２ｍｍ）に形成した後、砥石式の研磨機で乾式研磨した。さらに、耐水研磨ペーパーを用いて湿式研磨機で湿式研磨を施した。
　接触式の表面粗さ測定機（株式会社小坂研究所（日本国東京都）製サーフコーダ「ＳＥ５００」）を用いて、以下に示した測定条件でゴム基材４０２の表面粗さ（十点平均粗さ）ＲＺ（JIS B 0601:1994に準拠）を測定した。
　カットオフ：λｃ＝０．８ｍｍ
　測定長：４ｍｍ
　測定速度：０．５ｍｍ／ｓｅｃ
　測定位置：１本の帯電ロール４０の内、３か所で表面粗さＲＺを測定した。そして、これらの値の平均値を計算した。
　ゴム基材４０２の十点平均粗さＲＺは３μｍであった。
　上記のゴム基材４０２の外周面に表層４０３を形成するためのコーティング液を作製した。コーティング液の組成は、図５に示す通りである。
　コーティング液中の粗さ付与材の粒子４０５としては、下記を準備した。
　真球ウレタン粒子として、根上工業株式会社（日本国石川県）製の「アートパールＣ－８００Ｔ」を用いた。その平均直径は６μｍであった。その粒子比表面積は０．９ｍ２/ｇであった。
　多孔質ウレタン粒子として、根上工業株式会社（日本国石川県）製の「アートパールＴＥ－８１２Ｔ」を用いた。その平均直径は６μｍであった。その粒子比表面積は５５ｍ２/ｇであった。当該粒子は、内部まで複数の微細孔が交錯する図４のタイプであった。
　多孔質ポリアミド粒子として、Arkema S.A.（フランス国コロンブ）製の「Ｏｒｇａｓｏｌ　２００１　ＵＤ　Ｎａｔ１」を用いた。その平均直径は５μｍであった。その粒子比表面積は８．７ｍ２/ｇであった。当該粒子は、表面のみに複数の凹部が形成された図３のタイプであった。試験に使用していないが、同直径の真球ポリアミド粒子の粒子比表面積は１．２ｍ２/ｇである。
　各粒子の平均直径を上記したが、実際には、一つの製品は、平均直径と異なる直径の粒子を含む。
　各サンプルにおいて、表面粗さ付与材の粒子４０５は、表層４０３の重量に対して、２％以上、４％以下の割合で含まれている(図６参照）。
　上記組成のコーティング液を、超音波を用いて分散混合した。
　研磨したゴム基材４０２の外周面に、上記コーティング液を塗布して表層４０３を形成し、帯電ロール４０を作製した。具体的には、コーティング液をゴム基材４０２の表面にスプレーコートして、電気炉にて８０～１６０℃で２０～６０分間乾燥し、ゴム基材４０２の外周面に表層４０３を形成し、帯電ロールのサンプル１～７を作製した。
　各サンプルの表層４０３についても、十点平均粗さＲＺを測定した。測定の機械および測定条件は、ゴム基材４０２の測定の機械および測定条件と同じであった。図６は、各サンプルの３か所で表面粗さＲＺの平均値を示す。
　また、各サンプルの表層４０３（導電性マトリックス４０４）の膜厚を測定した。測定においては、帯電ロール４０の軸線方向に直交する断面でサンプルをカットし、表層４０３（導電性マトリックス４０４）の外周面からゴム基材４０２の外周面までの距離を計測した。距離の測定には、非接触式のレーザー顕微鏡を用いて撮影した。使用したレーザー顕微鏡は、株式会社キーエンス（日本国大阪府）製の「ＶＫ－Ｘ２００」であった。倍率は１０００倍であり、撮影した画像の領域は、２００．０μｍ×２８５．１μｍであった。各サンプルにつき、撮影した画像中、２０箇所の膜厚を計測し、平均値を算出した。図６は、各サンプルの表層４０３の膜厚の平均値を示す。
　さらに、出願人は、図７に示す方法で、帯電ロール４０の各サンプルの平面に対する真実接触面積を測定した。図７に示すように、０．６Ｎの荷重Ｆ１を与えて、透明なガラス平板７０に帯電ロール４０のサンプルを接触させ、帯電ロール４０の反対側に透明な三角柱の形状のプリズム７１を配置し、プリズム７１の一面をガラス平板７０に面接触させた。そして、光源７２で光をプリズム７１とガラス平板７０越しに帯電ロール４０に照射し、プリズム７１とガラス平板７０越しに、ガラス平板７０で圧縮された帯電ロール４０をマイクロスコープ７３を用いて拡大して撮影した。使用したマイクロスコープ７３は、株式会社キーエンス（日本国大阪府）製の「ＶＨＸ－５０００」であった。倍率は１００倍であり、撮影した画像の領域は、３．０５×２．２８ｍｍであった。各サンプルにつき、撮影した画像中、０．６×２．０ｍｍの解析領域を選択して、選択した領域の画像を２値化処理して、ガラス平板７０に実際に接触している帯電ロール４０の局所的な面積（真実接触面積）を計算した。図６は、各サンプルの真実接触面積率（すなわち真実接触面積を解析領域の面積で除算したもの）を示す。
　また、出願人は、各サンプルが粒子４０５の脱落を低減することができるか否かを調べる耐久試験を行った。図８は耐久試験に用いた試験機を示す。
　耐久試験機は、感光体ドラム１とＬＥＤ（light emitting diode）８０を有する。耐久試験機の感光体ドラム１は、京セラドキュメントソリューションズ株式会社（日本国大阪）製のカラー複合機「ＴＡＳＫａｌｆａ　５５５０ｃｉ」に搭載されるものと同じであった。感光体ドラム１の直径は３０ｍｍであった。各サンプルの直径は約１２ｍｍであった。耐久試験では、通常の使用状態と同様に、４．９Ｎの荷重Ｆ２を与えて、感光体ドラム１に帯電ロール４０のサンプルを接触させ、感光体ドラム１を回転駆動し、帯電ロール４０のサンプルを従動回転させた。感光体ドラム１の周速は３９０ｍｍ／ｓｅｃであった。
　ＬＥＤ８０は、感光体ドラム１の表面の電位を除去するために、感光体ドラム１の回転の間、継続して光を感光体ドラム１に照射した。
　感光体ドラム１と帯電ロール４０のサンプルに電流を供給する電源８１は、交流直流電圧重畳印加式であった。交流電流は３．４ｍＡであり、交流周波数は３ｋＨｚであった。直流電流は０．３ｍＡであった。
　耐久試験の試験時間は、３０時間であり、これは、Ａ４の紙の短辺方向がシート６０の通過方向である場合、２００，０００枚の印刷時間に相当する。
　３０時間の経過後、粗さ付与材の粒子４０５が導電性マトリックス４０４から脱落したか否かを判断した。この判断においては、上記のレーザー顕微鏡「ＶＫ－Ｘ２００」を用いて、１０００倍の倍率で撮影した画像を観察した。撮影した画像の領域は、２００．０μｍ×２８５．１μｍであった。各サンプルにつき、サンプル表面(表層４０３）の２箇所を撮影し、各画像を目視で観察し、粗さ付与材の粒子４０５が導電性マトリックス４０４から脱落したか否かを判断した。図６において、「不良」は粒子４０５の脱落が発見されたことを示し、「良好」はそうではないことを示す。
　図６から明らかなように、真球ウレタン粒子を粗さ付与材の粒子４０５として有するサンプル１，２では、粒子４０５が導電性マトリックス４０４から脱落した。しかし、多孔質の粒子を粗さ付与材の粒子４０５として有するサンプル３～７では、粒子４０５が導電性マトリックス４０４から脱落しなかった。
　したがって、多孔質の粒子が導電性マトリックス４０４に強固に固定されることが証明された。図６の結果によれば、表面粗さ付与材の粒子４０５は、多孔質であり、粒子４０５の比表面積が８．７ｍ２／ｇ以上、５５ｍ２／ｇ以下であることが好ましい。
　また、図６の結果によれば、粒子４０５の平均直径は、５μｍ以上、６μｍ以下であることが好ましい。但し、多孔質の粒子４０５は、直径が大きいほど、導電性マトリックス４０４への固着性が高いと考えられ、直径５μｍ以上、６０μｍ以下の真球の粒子４０５が印刷に関しては良好な性能を発揮することを出願人は知っている。したがって、粒子４０５の平均直径は、５μｍ以上、６０μｍ以下であることが好ましい。
　また、図６の結果によれば、粒子４０５は、表層４０３の重量に対して、２％以上、４％以下の割合で含まれていることが好ましい。
　また、図６の結果によれば、導電性マトリックス４０４の厚さの平均値は、表面粗さ付与材の粒子４０５の平均直径の０．５以上、３．４以下であることが好ましい。
　以上、本発明の好ましい実施形態を参照しながら本発明を図示して説明したが、当業者にとって特許請求の範囲に記載された発明の範囲から逸脱することなく、形式および詳細の変更が可能であることが理解されるであろう。このような変更、改変および修正は本発明の範囲に包含されるはずである。
４０　帯電ロール
４０１　芯材
４０２　ゴム基材
４０３　表層
４０４　導電性マトリックス
４０５　粗さ付与材の粒子

Claims (8)

  1. 　芯材と、
    　前記芯材の周囲に配置されたゴム基材と、
    　前記ゴム基材の周囲に配置された表層とを備え、
    　前記表層は、
    　　絶縁体から形成されたベース材と前記ベース材に分散された導電材を含む導電性マトリックスと、
    　　前記導電性マトリックスに分散された表面粗さ付与材の粒子を有し、
    　前記表面粗さ付与材の粒子は、絶縁体から形成され、多孔質であり、８．７ｍ２／ｇ以上、５５ｍ２／ｇ以下である比表面積を有する
    ことを特徴とする帯電ロール。
  2. 　前記表面粗さ付与材の粒子は、ウレタンから形成されている
    ことを特徴とする請求項１に記載の帯電ロール。
  3. 　前記表面粗さ付与材の粒子の内部では複数の微細孔が交錯する
    ことを特徴とする請求項２に記載の帯電ロール。
  4. 　前記表面粗さ付与材の粒子は、ポリアミドから形成されている
    ことを特徴とする請求項１に記載の帯電ロール。
  5. 　前記表面粗さ付与材の粒子の表面のみに複数の凹部が形成されている
    ことを特徴とする請求項４に記載の帯電ロール。
  6. 　前記表面粗さ付与材の粒子は、５μｍ以上、６０μｍ以下である平均直径を有する
    ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の帯電ロール。
  7. 　前記表面粗さ付与材の粒子は、前記表層の重量に対して、２％以上、４％以下の割合で含まれている
    ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の帯電ロール。
  8. 　前記表層の前記導電性マトリックスは、前記表面粗さ付与材の粒子の平均直径の０．５以上、３．４以下である平均厚さを有する
    ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の帯電ロール。
     
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