JP5381028B2 - 導電性ロール、導電性ロールを備えたプロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、導電性ロール、導電性ロールを備えたプロセスカートリッジ及び画像形成装置に関する。

帯電ロールを感光体に接触させて使用する帯電装置において、軸体の外周に弾性層、表層または中間層が設けられた帯電ロールが主流となっている。このような帯電ロールの表層は、主に現像剤中のトナーの外添剤から帯電ロールの表層を保護するとともに、感光体への接触時に帯電ロールの内部からイオン性物質などの染み出しを防止する保護層としての役割が主体であったため、表層に用いられる樹脂には、電気抵抗を調整するためのカーボンブラックなどの導電剤が付与されているという構成が一般的であった。

近年、例えば感光体との放電音の発生を抑制するという目的で、帯電ロールの表層と感光体との接触面積を小さくするために、帯電性ロールの表層に対して、導電剤の代わりに弾性体粒子を分散し、表層の表面粗さＲｚを大きくした帯電ロールが提案されている（例えば、特許文献１）。

また、回転軸と、その周囲に設けられた導電性弾性体層を有する導電性ローラにおいて、前記導電性弾性体層の外周面に、ＪＩＳ Ａ硬度１０〜９９及び平均粒径２〜３０μｍの粒子を含む樹脂被覆層を設けた導電性ローラが提案されている（例えば、特許文献２）。

特許第３０２４２４８号 特開２００３−３０２８２７号公報

本発明は、導電性ロールのフィルミング、騒音を抑制し、耐久性のある表層を備えた導電性ロール、導電性ロールを備えたプロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題は、以下の本発明により達成される。すなわち、本発明の導電性ロール、導電性ロールを備えたプロセスカートリッジ及び画像形成装置は、以下の特徴を有する。

（１）軸体と、前記軸体の外周に設けられた弾性層と、表層とを有し、電圧が印加された状態で被帯電体に接触し、被帯電体を帯電させる導電性ロールであり、前記表層は、絶縁性粒子と前記絶縁性粒子が分散された樹脂膜からなり、前記絶縁性粒子の一部は、前記表層の厚み方向に少なくとも２個以上に重なり合って配置され、前記絶縁性粒子の体積平均粒径は、５μｍ以上２０μｍ以下であり、前記樹脂膜は、その膜厚が前記絶縁性粒子の体積平均粒径よりも薄い箇所を有し、前記表層の表面粗さＲｚは、８μｍ以上５０μｍ以下であり、前記絶縁性粒子の体積平均粒径の値よりも大きく、前記表層の表面粗さＳｍが７０μｍ以上２００μｍ以下である、導電性ロールである。

（２）前記絶縁性粒子の体積抵抗値は、前記表層中の樹脂バインダの体積抵抗値以上である上記（１）に記載の導電性ロールである。

（３）上記（１）または（２）に記載の導電性ロールが帯電ロールであって、前記帯電ロールを少なくとも備えるプロセスカートリッジである。

（４）少なくとも像保持体と、該像保持体に接触しその表面を帯電する帯電手段とを備える画像形成装置であって、前記帯電手段が上記（１）または（２）に記載の導電性ロールからなる画像形成装置である。

（５）前記像保持体は、感光体であり、前記感光体の表層は、少なくともダイナミック硬度が１３．０×１０⁹Ｎ／ｍ以上１００．０×１０⁹Ｎ／ｍ以下の最上層である上記（４）に記載の画像形成装置である。

請求項１に記載の発明によれば、導電性ロールのフィルミング、騒音が抑制され、また表層の耐久性も従来に比べ向上し、帯電ディフェクト（帯電欠陥）が防止されるとともに、従来に比べ耐汚染性、騒音防止性が向上する。

請求項２に記載の発明によれば、帯電ディフェクト（帯電欠陥）が防止されるとともに、従来に比べ耐汚染性、騒音防止性が向上し、表層の耐久性も従来に比べ向上する。

また、導電性ロールのフィルミング、騒音が抑制され、また表層の耐久性も従来に比べ向上する。

請求項３に記載の発明によれば、導電性ロールのフィルミング、騒音が抑制され、また表層の耐久性も従来に比べ向上する。

請求項４に記載の発明によれば、導電性ロールのフィルミング、騒音が抑制され、また表層の耐久性も従来に比べ向上する。

請求項５に記載の発明によれば、従来に比べ表層の耐久性が高い導電性ロールは、長期に亘って高硬度の最上層を有する感光体への従動性が維持される。

本発明の実施の形態について以下説明する。なお、本発明の実施の形態を詳細に説明するにあたり、まず本実施の形態における導電性ロールについて詳述し、その後、本実施の形態における導電性ロールを備えた帯電装置、プロセスカートリッジおよび画像形成装置について述べる。なお、本実施の形態の導電性ロールは、帯電ロールに限るものではなく、他の形態も許容するものである。また、図面の各構成の寸法は、実際の寸法と異なる場合がある。

＜導電性ロール＞
図１には、本実施の形態における導電性ロール一例であって、長手方向における断面図が示されており、図２は、図１のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。また、図３は、図１の波線で囲まれたＡ部分の拡大図である。

本発明における実施の形態の導電性ロール１３は、図１、図２及び図３に示すように、軸体であり導電性軸心である芯金４０と、芯金４０の外周に設けられた弾性層４２と、表層４４とを有し、電圧が印加された状態で被帯電体に接触し、被帯電体を帯電させる導電性ロールであり、表層４４は、絶縁性粒子４６を有し、絶縁性粒子４６の一部は、表層４４の厚み方向に少なくとも２個以上に重なり合って配置されている。また、表層４４は、絶縁性粒子４６と樹脂バインダ４８とを含む。

導電性ロール１３の表層４４に絶縁性粒子を含有させ、表層４４の厚み方向に２個以上重なるように形成することにより、例えば導電性ロール１３を帯電ロールとして用いた場合、従来に比べ帯電性能が向上するとともに、帯電ロールの汚染性（例えば、フィルミング）が改善される。

絶縁性粒子４６としては、例えば、図４に一例が示された１２ナイロン粒子、ポリスチレン粒子（「ＳＢＸ」（積水化成品工業株式会社製））、ポリアクリル酸エステル粒子（「ＡＲＸ」（積水化成品工業株式会社製））、図５に一例が示された炭酸カルシウム粒子、図６に一例が示されたオプトビーズ、多孔質炭酸カルシウム粒子、メラミン／シリカ複合粒子、粉砕シリカ、球形シリカ、フッ素粒子、シリコンボールなどが用いられる。

また、本実施の形態における絶縁性粒子４６は、図４に示すように多孔質、または、図５，６に示すように該表面に凹凸を有するものが好ましい。表面に凹凸を有する形状としては、例えば三角錐の集合体形状、テトラポット形状が挙げられる。ここで、絶縁性粒子の多孔質の細孔中に樹脂バインダが含浸されるため、表層からの粒子の脱落が抑制される。また、絶縁性粒子の表面に凹凸が有ることで、粒子体積あたりの樹脂バインダとの接触面積を多く確保することができるため、表層からの粒子の脱落が抑制される。その結果、長期間に亘って、導電性ロールの表層の耐汚染性、耐久性が維持され、また放電音の発生も長期に抑制される。

表層４４の平均膜厚は、例えば０．０１μｍ以上、１０００μｍ以下であり、好ましくは０．１μｍ以上、２５μｍ以下であり、さらに好ましくは０．５μｍ以上、１４μｍ以下である。

また、表層４４の平均膜厚は、表層４４の断面を切り取り、その断面を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）又は透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて複数回測定し、その平均値をとった値である。

絶縁性粒子４６の体積平均粒径Ｄ５０は、５μｍ以上、２０μｍ以下であり、好ましくは、１０μｍ以上２０μｍ以下である。絶縁性粒子４６の体積平均粒径Ｄ５０が５μｍ未満の場合には帯電ロール表面へのトナーおよび外添剤の付着が多くなることによる、すじ状のディフェクトが発生し、一方、絶縁性粒子４６の体積平均粒径Ｄ５０が２０μｍを超えると、帯電ディフェクト（帯電欠陥）が生じる。

上記体積平均粒径Ｄ５０は、測定装置としてはコールターマルチサイザー−ＩＩ型（ベックマン−コールター社製）を用い、電解液はＩＳＯＴＯＮ−ＩＩ（ベックマン−コールター社製）を使用した。

測定法としては、分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムの５％水溶液２ｍｌ中に測定試料を０．５〜５０ｍｇ加える。これを前記電解液１００ｍｌ中に添加する。

試料を懸濁した電解液は超音波分散器で約１分間分散処理を行い、前記コールターカウンターＴＡ−ＩＩ型により、アパーチャー径として１００μｍアパーチャーを用いて２〜６０μｍの粒子の粒度分布を測定して体積平均分布、個数平均分布を求めた。測定する粒子数は５０，０００である。

また、絶縁性粒子４６の粒度分布は以下の方法により求める。測定された粒度分布を分割された粒度範囲（チャンネル）に対し、粒度の小さい方から体積累積分布を描き、累積１６％となる累積体積粒径をＤ１６ｖと定義し、累積５０％となる累積体積粒径をＤ５０ｖと定義する。更に累積８４％となる累積体積粒径をＤ８４ｖと定義する。そして、本発明における体積平均粒径Ｄ５０は、上記Ｄ５０ｖである。

また、絶縁性粒子４６の粒度分布は、粒子経と存在比率の関係で１つのピーク値を有するものであっても、また少なくとも２つのピーク値を有するものであってもよい。例えば、粒度分布において少なくとも２つのピークを有する絶縁性粒子４６を含有する表層４４は、１つのピークを有する絶縁性粒子を含有する表層に比べ、絶縁性粒子４６が表層４４に多く含有され、表層４４の粗面化に加え、耐汚染性、表層の耐久性が向上する。

絶縁性粒子４６は、表層４４中に３０質量％以上、７０質量％以下で含有される。絶縁性粒子４６の含有量が３０質量％未満の場合には、表層４４の粗面化が不十分でフィルミングなどの汚染が抑制されず、一方、７０質量％を超えると、樹脂バインダ４８と絶縁性粒子４６を含む塗布液の粘度が高くなりすぎて表層が形成されない。

本実施の形態では、絶縁性粒子４６の粒径だけでなく、表層４４への絶縁性粒子４６の含有量を調整することによって、表層４４の粗面化が自在にコントロールされる。

また、本実施の形態における絶縁性粒子４６の体積抵抗値は、表層４４中の樹脂バインダ４８の体積抵抗値以上である。ここで、絶縁性粒子４６の体積抵抗が、表層４４中の樹脂バインダ４８の体積抵抗値未満の場合には、帯電ディフェクト（帯電欠陥）や、導電性ロール１３の内部からイオン性物質の染み出しが発生する。

図１から図３に示す表層４４に含有される樹脂バインダ４８と絶縁性粒子４６の体積抵抗値は、以下のようにして測定する。すなわち、１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ２ｍｍのアルミ材の上にスキマゲージを用いて、樹脂バインダ４８と絶縁性粒子４６とをそれぞれ含む塗液を用いて、１００μｍの塗液膜を作り、アドバンテスト社製デジタル超高抵抗計Ｒ８３４０Ａを用い１０Ｖの印加電圧のもと測定した。

ここで、体積抵抗率は、円形電極（例えば、アドバンテスト社製レジスティビティチャンバー１２７０４Ａまたは（株）ダイヤインスツルメント製ハイレスタＵＰＭＣＰ−４５０型ＵＲプローブ）を用い、ＪＩＳ Ｋ ６９１１（１９９５）に従って測定することができる。前記体積抵抗率の測定方法を、図を用いて説明する。図１０は、円形電極の一例を示す概略平面の図１０（ａ）及び概略断面の図１０（ｂ）からなる。図１０に示す円形電極は、第一電圧印加電極Ａと第二電圧印加電極Ｂとを備える。第一電圧印加電極Ａは、円柱状電極部Ｃと、該円柱状電極部Ｃの外径よりも大きい内径を有し、且つ円柱状電極部Ｃを一定の間隔で囲む円筒状のリング状電極部Ｄとを備える。第一電圧印加電極Ａにおける円柱状電極部Ｃ及びリング状電極部Ｄと第二電圧印加電極Ｂとの間に上述の測定試料Ｔを挟持し、第一電圧印加電極Ａにおける円柱状電極部Ｃと第二電圧印加電極Ｂとの間に電圧Ｖ（Ｖ）を印加したときに流れる電流Ｉ（Ａ）を電圧印加１０秒後に測定し、下記式により、測定試料の体積抵抗率ρｖ（Ωｃｍ）を算出することができる。ここで、下記式中、ｔは、測定試料の接着剤層の厚さを示す。
式：ρｖ＝１９．６×（Ｖ／Ｉ）×ｔ

本実施の形態における表層４４の体積抵抗率は、１×１０^３Ω・ｃｍ以上、１×１０^１４Ω・ｃｍ以下であり、好ましくは１×１０^５Ω・ｃｍ以上、１×１０^１２Ω・ｃｍ以下であり、さらに好ましくは、１×１０^７Ω・ｃｍ以上、１×１０^１０Ω・ｃｍ以下である。

また、本実施の形態における他の導電性ロールは、図１、図２及び図３に示す導電性ロール１３と同様に、軸体であり導電性軸心である芯金４０と、芯金４０の外周に設けられた弾性層４２と、表層４４とを有し、電圧が印加された状態で被帯電体に接触し、被帯電体を帯電させる導電性ロールであって、表層４４は、絶縁性粒子４６を有し、さらに、表層４４のＳｍが７０μｍ以上２００μｍ以下、表層のＲｚが８μｍ以上５０μｍ以下である。なお、表層４４中の絶縁性粒子４６は、上述したものと同様のものを用いることができるため、ここでは説明を省略する。

表層４４のＳｍ、Ｒｚが上記範囲の上限を超えると局所的に異常放電が発生し、均一帯電が妨げられ、細かい白抜けのような画像欠陥が起こる。一方、表層４４のＳｍ、Ｒｚが上記範囲の下限未満の場合には、放電音が発生する。

上述の表面粗さＲｚは、表面粗さ計サーフコム１４００Ａ（東京精密社製）を用い、ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４に従って、ロールの軸方向について、測定長４．０ｍｍ、カットオフ値０．８、測定速度０．３０ｍｍ／ｓｅｃの条件で１０箇所を測定し、その平均値とした。

また、上述の凹凸間距離Ｓｍは、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、光干渉式粗さ計、触針式粗さ計などにより測定される。特に、走査長が長く、かつ深さ方向のダイナミックレンジが大きいことから触針式粗さ計が好適である。本実施形態では、触針式粗さ計として、Ｖｅｅｃｏ社製ＤｅｋＴａｋ ＩＩＡを用いて特定した。基準長さＬを抜き取り、導電性ロール表面の一つの山及びそれに隣り合った谷の平均長さを複数算出し、その平均を取ってＳｍの測定結果とした。

次に、図１から図３に示す本実施の形態における導電性ロール１３及び上記他の導電性ロールの各構成について説明する。まず、軸体であり導電性軸心である芯金４０は、導電性を有するものであって、一般には鉄、銅、真鍮、ステンレス、アルミニウム、ニッケル等が用いられる。また、金属以外の材料としては、導電性と適度の剛性を有する材料が挙げられ、例えば、導電性粒子等を分散した樹脂成形品や、セラミックス等が用いられる。また、芯金４０は、ロール形状のほかに、中空のパイプ形状が用いられる。

また、弾性層４２は、導電性または半導電性を有するものであり、一般には樹脂材またはゴム材に導電性粒子または半導電性粒子を分散したものである。樹脂材は、例えば、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、尿素樹脂、ポリアミド樹脂等の合成樹脂などが用いられ、ゴム材は、例えば、エチレン−プロピレンゴム、ポリブタンジエン、天然ゴム、ポリイソブチレン、クロロプレンゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴム、エピクロルヒドリンゴム、フロロシリコーンゴム、エチレンオキシドゴムなど、または、これらを発泡させた発泡材が用いられる。

また、導電性粒子または半導電性粒子としては、例えば、カーボンブラック、亜鉛、アルミニウム、銅、鉄、ニッケル、クロム、チタニウム等の金属、ＺｎＯ−Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２−Ｓｂ_２Ｏ_３、Ｉｎ_２Ｏ_３−ＳｎＯ_２、ＺｎＯ−ＴｉＯ_２、ＭｇＯ−Ａｌ_２Ｏ_３、ＦｅＯ−ＴｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＳｎＯ_２、Ｓｂ_２Ｏ_３、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＭｇＯ等の金属酸化物や第４級アンモニウム塩等のイオン性化合物等が用いられ、これらの材料を単独または２種以上を混合して用いてもよい。さらに、必要に応じて、タルク、アルミナ、シリカ等の無機充填材、フッ素樹脂やシリコーンゴムの微粉等の有機充填材の１種または２種以上を混合してもよい。

表層４４に用いられる樹脂バインダとしては、例えば、アクリル樹脂、セルロース樹脂、ポリアミド樹脂、メトキシメチル化ナイロン、エトキシメチル化ナイロン、ポリウレタン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリビニル樹脂、ポリアクリレート樹脂、ポリチオフェン樹脂、テトラフルオロエチレン（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン（ＦＥＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のポリオレフィン樹脂、スチレンブタジエン樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、尿素樹脂、共重合ナイロン樹脂などが用いられるが、好ましくは、共重合ナイロン樹脂（「ＣＭ８０００」、東レ社製）、アルコール可溶性ポリアミド樹脂（「ファインレジンＦＲ−１０１」、株式会社鉛市社製）である。

さらに、表層４４上に表面保護層を形成しても良く、特に好ましい表面保護層としては、（１）架橋構造を持つ樹脂を含む表面保護層、（２）無機粒子を分散させた表面保護層が挙げられる。

（１）架橋構造を持つ樹脂を含む表面保護層において、架橋構造を有する樹脂としては、種々の材料が用いられるが、例えば、架橋構造を有するフェノール系樹脂、ウレタン系樹脂、シロキサン系樹脂等が挙げられ、シロキサン系樹脂がより好ましい。尚、架橋構造を有する樹脂は、電荷輸送性を有するものであることが好ましい。

（２）無機粒子を分散させた表面保護層において、上記表面保護層に分散させる無機粒子の好ましい例としては、アルミナ、チタニアが挙げられる。上記無機粒子を分散させる方法としては、ロールミル、ボールミル、振動ボールミル、アトライター、ダイノーミル、サンドミル、コロイドミルなどの公知の方法が適用される。また、上記表面保護層中における無機粒子の添加量としては、０．２質量％以上１．０質量％以下が好ましい。

さらに、上述した弾性層４２、表層４４および表面保護層は、各層のために組成が調製された塗液を、例えば、ブレードコーティング方法、マイヤーバーコティング法、スプレーコーティング法、浸漬コーティング法、ビードコーティング法、エアーナイフコーティング法、カーテンコーティング法等により塗布されることにより形成される。

＜画像形成装置＞
次いで、本発明の画像形成装置について、図を用いて詳細に説明する。本発明の画像形成装置は、潜像保持体と、該潜像保持体表面を帯電する帯電手段と、前記潜像保持体表面に潜像を形成する潜像形成手段と、前記潜像をトナーにより現像してトナー像を形成する現像手段と、前記トナー像を記録媒体上に転写する転写手段と、を備える画像形成装置であって、前記帯電手段に、上述した第１、第２の実施の形態の導電性ロール１１０，１２０を備えることを特徴とする。なお、後述する図７，８，９の帯電器１２として、第１、第２の実施の形態の導電性ロール１１０，１２０を適宜用いる。

図７には、上述した導電性ロール１３（図１）を帯電ロールとして搭載する画像形成装置の一例が示されている。

図７に示す画像形成装置１は、図示しないパーソナルコンピュータ等の画像データ入力装置から送られてくるカラー画像情報に基づいて画像処理を行い、電子写真方式によって記録用紙Ｐにカラー画像を形成するものである。

画像形成装置１には、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色のトナー像を形成する画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋを備えている。なお、以降、ＹＭＣＫを区別する必要がある場合は、符号の後にＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの何れかを付して説明し、ＹＭＣＫを区別する必要が無い場合は、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋを省略する。

画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋは、二次転写部において中間転写ベルト３０を背面から支持するためのバックアップロール３４と複数の張架ロール３２によって張架された無端状の中間転写ベルト３０の進行方向に対して、画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋの順番で直列に配列されている。また、中間転写ベルト３０は、各画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋの像保持体としての感光体ドラム１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｋと、それぞれ対向して配設される一次転写ロール１６Ｙ，１６Ｍ，１６Ｃ，１６Ｋとの間を挿通している。

次に、各画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋの構成と画像形成の動作とを、イエロートナー画像を形成する画像形成ユニット１０Ｙを代表して説明する。

感光体ドラム１２Ｙの表面は、帯電ロール１３Ｙにより一様に帯電される。次に、露光装置１４Ｙによりイエロー画像に対応するレーザー光Ｌが照射され、感光体ドラム１２Ｙの表面にイエロー画像に対応する静電潜像が形成される。

イエロー画像に対応する静電潜像は、現像装置１５Ｙの現像バイアスが印加された現像ロール１８Ｙに担持されたトナーによって現像され、イエロートナー画像となる。イエロートナー画像は、一次転写ロール１６Ｙの圧接力と、一次転写ロール１６Ｙに印加された転写バイアスによる静電吸引力と、によって、中間転写ベルト３０上に一次転写される。

この一次転写では、イエロートナー画像は全て中間転写ベルト３０に転写されず、一部が転写残留イエロートナーとして、感光体ドラム１２Ｙに残留する。また、感光体ドラム１２Ｙの表面には、トナーの外添剤なども付着している。一次転写後の感光体ドラム１２Ｙは、クリーニング装置２０Ｙとの対向位置を通過し、感光体ドラム１２Ｙの表面の転写残留トナーなどが除去される。その後、感光体ドラム１２Ｙの表面は、次の画像形成サイクルの為、帯電ロール１３Ｙで再び帯電される。

図７に示すように、画像形成装置１では、各画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋの相対的な位置の違いを考慮したタイミングで、上記と同様の画像形成工程が各画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋにおいて行われ、中間転写ベルト３０上に、順次、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの各色トナー像が重ねられ、多重トナー像が形成される。

そして、所定のタイミングで二次転写位置Ａへと搬送されてきた記録用紙Ｐに、転写バイアスが印加された二次転写ロール３６の静電吸引力によって、中間転写ベルト３０から多重トナー像が一括して、記録用紙Ｐに転写される。

多重トナー像が転写された記録用紙Ｐは、中間転写ベルト３０から分離された後、定着装置３１へと搬送され、熱と圧力とにより記録用紙Ｐに定着されてフルカラー画像が形成される。

記録用紙Ｐに転写されなかった中間転写ベルト３０上の転写残留トナーは、中間転写ベルト用クリーナ３３で回収される。

このような画像形成装置１では、各々の画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋに配置された感光体ドラム１２と帯電ロール１３とクリーニング装置２０などが一体となってプロセスカートリッジ（図示省略）を構成しており、このプロセスカートリッジが画像形成装置本体に着脱可能に構成されている。

図８に示すように、感光体ドラム１２の上方部には、感光体ドラム１２と接触する帯電ロール１３が配設されている。この帯電ロール１３の構成については後述する。帯電ロール１３の上方には、帯電ロール１３の表面をクリーニングするクリーニングロール５０が配設されている。クリーニングロール５０は、回転可能に支持されたシャフト５２の周囲にスポンジ層５４が形成されたものである。クリーニングロール５０はシャフト５２の両端部に配置された図示しないスプリングによって帯電ロール１３に所定の圧力で押圧され、スポンジ層５４が帯電ロール１３の周面に沿って弾性変形してニップ部を形成している。

感光体ドラム１２の支軸には図示しないモータが連結されており、感光体ドラム１２が図８中の時計回り（矢印２の方向）に回転駆動される。また、感光体ドラム１２の回転に従動して帯電ロール１３が矢印４の方向に回転する。また、帯電ロール１３の回転に従動してクリーニングロール５０が矢印６の方向に回転する。クリーニングロール５０が従動回転することにより、帯電ロール１３の表面のトナーや外添剤などの異物がクリーニングされる。なお、帯電ロール１３又はクリーニングロール５０は、モータを連結して独自に回転駆動するように構成してもよい。

本実施の形態における感光体ドラム１２の表層は、少なくともダイナミック硬度が１３．０×１０^９Ｎ／ｍ以上１００．０×１０^９Ｎ／ｍ以下の最上層である。

上記ダイナミック硬度は、以下の方法により測定される。前記ダイナミック硬度が、稜間角１１５°、先端曲率半径０．１μｍ以下のダイアモンド圧子を、前記感光体１０の前記表面保護層に対して０．０５ｍＮ／ｓｅｃの応力速度で押し込み、そのときの押込み荷重と押込み深さから、下記式（１）に基づき算出されるものである。
［数１］
ＤＨ＝３．８５８４（Ｐ／Ｄ^２） （１）
（式中、ＤＨはダイナミック硬度［Ｎ／ｍ^２］、Ｐは押込み荷重［Ｎ］、Ｄは押込み深さ［ｍ］を表す。）

次に、クリーニングロール５０について説明する。

クリーニングロール５０のシャフト５２の材質としては、快削鋼、ステンレス鋼等が使用されており、摺動性などの用途に応じ材質および表面処理方法は適時選択され、導電性を有さない材質についてはメッキ処理など一般的な処理により加工され導電化処理が行われてもよく、もちろんそのまま使用してもよい。また、クリーニングロール５０は、スポンジ層５４を介して帯電ロール１３と適度なニップ圧力で接触するため、ニップ時に撓みのない強度を持った材質またはシャフト長に対して十分剛性をもったシャフト径が選択される。

クリーニングロール５０のスポンジ層５４は、多孔質の３次元構造を有する発泡体からなり、内部や表面に空洞や凹凸部（以下、セルという。）が存在し、弾性を有している。このクリーニングロール５０は、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリアミド、オレフィン、メラミン又はポリプロピレン、ＮＢＲ、ＥＰＤＭ、天然ゴム及びスチレンブタジエンゴム、クロロプレン、シリコーン、ニトリル等の発泡性の樹脂又はゴムを材質としたものより選択される。これにより、多数のセルを有するクリーニングロール５０を安価に製造できる。クリーニングロール５０は、帯電ロール１３との従動摺擦により外添剤などの異物を効率的にクリーニングすると同時に、帯電ロール１３の表面にクリーニングロール５０の擦れによるキズをつけないために、また、長期にわたり千切れや破損が生じないようにするために、引き裂き、引っ張り強さなどに強いポリウレタンが特に好ましく用いられる。

ポリウレタンとして特に限定するものではなく、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリエステルやアクリルポリールなどのポリオールと、２，４−トリレンジイソシアネート、２，６−トリレンジイソシアネートや４，４−ジフェニルメタンジイソシアネート、トリジンジイソシアネート、１，６−ヘキサメチレンジイソシアネートなどのイソシアネートの反応を伴っていれば良く、１，４−ブタンジオール、トリメチロールプロパンなど鎖延長剤が混合されていることが好ましい。また、水やアゾジカルボンアミド、アゾビスイソブチロニトリルのようなアゾ化合物などの発泡剤を用いて発泡させるのが一般的である。さらに必要に応じて発泡助剤、整泡剤、触媒などの助剤を加えればよい。

以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。尚、実施例中「部」は「質量部」を表す。

＜実施例１＞
（導電性ロールの作製）
図１に示す導電性ロール１３の構成の一例を製作した。

−弾性層の形成−
金属芯金として、径φ８ｍｍのＳＵＭロールに無電解ニッケルめっき処理したものを用いた。以下の混合物をオープンロールで混練りし、上記めっき処理された芯金の周囲に、ゴム厚さ３ｍｍとなるように、半導電弾性層を形成し、その後プランジ研磨により厚さ２ｍｍで十点平均表面粗さＲｚが１μｍ以上５μｍ以下になるように表面を仕上げ、半導電弾性層を形成した。

・ゴム材 ・・・・・・・・・１００質量部
（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共重合ゴム：Ｇｅｃｈｒｏｎ３１０６：９５％、アクリロニトリルブタジエンゴム：Ｎｉｐｏｌ１３１２：５％：日本ゼオン社製）
・カーボンブラック（＃３０３０Ｂ：三菱カーボンブラック社製）・・１５質量部
・イオン導電剤 ・・・・１質量部
（塩化ベンジルトリエチルアンモニウム：関東化学社製）
・加硫剤（（硫黄）２００メッシュ：鶴見化学工業社製） ・・・・１質量部
・加硫促進剤（ノクセラーＤＭ：大内新興化学工業社製） ・・２．０質量部
・加硫促進剤（ノクセラーＴＴ：大内新興化学工業社製） ・・０．５質量部
・酸化亜鉛（亜鉛華１号：正同化学工業社製） ・・・・５質量部
・炭酸カルシウム（ホワイトンＳＳＢ：白石カルシウム） ・・・３０質量部

−表層の形成−
下記混合物をビーズミルにて分散し得られた分散液Ａを、ＭＥＫで希釈し、前記半導電弾性層に浸漬塗布した後、１８０℃で３０分間加熱乾燥し、厚さ９μｍの表層を形成し、導電性ロールを得た。

（分散液Ａ）
・高分子材料 ・・・・１００質量部
（ポリアミド樹脂溶液 ＦＲ−１０１：（株）鉛市社製）
・硬化剤 ・・・・２６．３質量部
（アミノ樹脂溶液 スーパーベッカミンＧ−８２１−６０：大日本インキ化学工業社製）
・絶縁性粒子 ・・・３０質量部
（１２ナイロン、体積平均粒径５μｍ、２００１ ＵＤ Ｎａｔ １：ＡＲＫＥＭＡ社製）

＜実施例２から実施例４＞
表層を形成する分散液Ａの絶縁性粒子の含有量をそれぞれ４０，５０，７０質量部に代えた以外は、実施例１に準じて導電性ロールを作製した。

＜実施例５から実施例８＞
表層を形成する分散液Ａの絶縁性粒子の粒径を１０μｍに代え、また絶縁性粒子の含有量をそれぞれ３０，４０，５０，７０質量部に代えた以外は、実施例１に準じて導電性ロールを作製した。

＜実施例９から実施例１２＞
表層を形成する分散液Ａの絶縁性粒子の粒径を２０μｍに代え、また絶縁性粒子の含有量をそれぞれ３０，４０，５０，７０質量部に代えた以外は、実施例１に準じて導電性ロールを作製した。

＜比較例１から比較例３＞
表層を形成する分散液Ａの絶縁性粒子の粒径を５，１０，２０μｍに代え、また絶縁性粒子の含有量をそれぞれ１０質量部に代えた以外は、実施例１に準じて導電性ロールを作製した。

＜比較例４から比較例６＞
表層を形成する分散液Ａの絶縁性粒子の粒径を５，１０，２０μｍに代え、また絶縁性粒子の含有量をそれぞれ８０質量部に代えた以外は、実施例１に準じて導電性ロールを作製した。なお、得られた分散液Ａはいずれも粘度が高すぎて、弾性層上に表面層を塗布により形成することができなかった。

＜比較例７＞
表層を形成する分散液Ａの絶縁性粒子の粒径が１０μｍであって、その含有量が３０質量部である実施例１の表層の体積抵抗値と同一の体積抵抗値を有するように、表層を形成する分散液Ａの絶縁性粒子の代わりにカーボンブラックを用い、カーボンブラックの含有量を３質量部に代えた以外は、実施例１に準じて導電性ロールを作製した。

＜実施例１３＞
（導電性ロールの作製）
−弾性層の形成−
上記実施例１に準拠して半導電弾性層を形成した。

−表層の形成−
下記混合物をビーズミルにて分散し得られた分散液Ａを、ＭＥＫで希釈し、前記半導電弾性層に浸漬塗布した後、１８０℃で３０分間加熱乾燥し、厚さ９μｍの表層を形成し、導電性ロールを得た。

（分散液Ａ）
・高分子材料 ・・・・１００質量部
（共重合ナイロン樹脂溶液 ＣＭ８０００：東レ社製）
・硬化剤 ・・・・２６．３質量部
（アミノ樹脂溶液 スーパーベッカミンＧ−８２１−６０：大日本インキ化学工業社製）
・絶縁性粒子 ・・・３０質量部
（１２ナイロン、体積平均粒径５μｍ、２００１ ＵＤ Ｎａｔ １：ＡＲＫＥＭＡ社製）

＜実施例１４，１５＞
表層を形成する分散液Ａの絶縁性粒子として、１２ナイロン粒子の代わりに、ベンゾグアナミン／ホルムアルデヒド縮合物粒子（体積平均粒径４μｍ以上６μｍ以下、「エポスターM０５」、株式会社日本触媒製）を用い、その含有量をそれぞれ３０，５０質量部に代えた以外は、実施例１に準じて導電性ロールを作製した。

＜実施例１６，１７＞
表層を形成する分散液Ａの絶縁性粒子として、１２ナイロン粒子の代わりに、図６に示すメラミン／シリカ複合粒子（体積平均粒径１０．５μｍ、「１０５００Ｍ」、日産化学工業株式会社製）を用い、その含有量をそれぞれ３０，５０質量部に代えた以外は、実施例１に準じて導電性ロールを作製した。

＜実施例１８，１９＞
表層を形成する分散液Ａの絶縁性粒子として、１２ナイロン粒子の代わりに、ポリスチレン粒子（体積平均粒径８μｍ、「ＳＢＸ−８」、積水化成品工業株式会社製）を用い、その含有量をそれぞれ３０，５０質量部に代えた以外は、実施例１に準じて導電性ロールを作製した。

＜実施例２０，２１＞
表層を形成する分散液Ａの絶縁性粒子として、１２ナイロン粒子の代わりに、ポリアクリル粒子（体積平均粒径８μｍ、「ＡＲＸ−８」、積水化成品工業株式会社製）を用い、その含有量をそれぞれ３０，５０質量部に代えた以外は、実施例１に準じて導電性ロールを作製した。

＜実施例２２，２３＞
表層を形成する分散液Ａの絶縁性粒子として、１２ナイロン粒子の代わりに、多孔質炭酸カルシウム粒子（体積平均粒径１５μｍ、「ＰＳ−１５Ａ」、株式会社ニューライム製）を用い、その含有量をそれぞれ３０，５０質量部に代えた以外は、実施例１に準じて導電性ロールを作製した。

＜実施例２４，２５＞
表層を形成する分散液Ａの絶縁性粒子として、１２ナイロン粒子（体積平均粒径５μｍ、「ダイアミド２０７０」、ダイセル化学工業株式会社製）を用い、その含有量をそれぞれ３０，５０質量部に代えた以外は、実施例１に準じて導電性ロールを作製した。

＜実施例２６，２７＞
表層を形成する分散液Ａの絶縁性粒子として、１２ナイロン粒子の代わりに、粉砕シリカ粒子（体積平均粒径２．９μｍ、「ＦＳ−３ＤＣ」）を用い、その含有量をそれぞれ３０，５０質量部に代えた以外は、実施例１に準じて導電性ロールを作製した。

＜実施例２８，２９＞
表層を形成する分散液Ａの絶縁性粒子として、１２ナイロン粒子の代わりに、球形シリカ粒子（体積平均粒径３．４μｍ、「ＦＢ−３ＳＤＣ」）を用い、その含有量をそれぞれ３０，５０質量部に代えた以外は、実施例１に準じて導電性ロールを作製した。

＜実施例３０，３１＞
表層を形成する分散液Ａの絶縁性粒子として、１２ナイロン粒子の代わりに、ポリメタクリル酸メチル粒子（体積平均粒径８μｍ、「ＭＢＰ−８」、積水化成品工業株式会社製）を用い、その含有量をそれぞれ３０，５０質量部に代えた以外は、実施例１に準じて導電性ロールを作製した。

＜実施例３２，３３＞
表層を形成する分散液Ａの絶縁性粒子として、１２ナイロン粒子の代わりに、シリコンボール（体積平均粒径４．５μｍ、「トスパール１４５」、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製）を用い、その含有量をそれぞれ３０，５０質量部に代えた以外は、実施例１に準じて導電性ロールを作製した。

＜実施例３４＞
実施例１において、表層を形成する前に、弾性層を砥石を用いて粗面化して、Ｒｚを９μｍにしたのち、１２ナイロン粒子（体積平均粒径３０μｍ、２００１ ＵＤ Ｎａｔ １：ＡＲＫＥＭＡ社製）を用い、その含有量をそれぞれ４０質量部に代えた以外は、実施例１に準じて導電性ロールを作製した。

＜実施例３５＞
実施例１において、表層を形成する前に、弾性層を砥石を用いて粗面化して、Ｒｚを９μｍにしたのち、１２ナイロン粒子（体積平均粒径４０μｍ、２００１ ＵＤ Ｎａｔ １：ＡＲＫＥＭＡ社製）を用い、その含有量をそれぞれ３０質量部に代えた以外は、実施例１に準じて導電性ロールを作製した。

＜実施例３６＞
実施例１において、表層を形成する前に、弾性層を砥石を用いて粗面化して、Ｒｚを９μｍにしたのち、１２ナイロン粒子（体積平均粒径５０μｍ、２００１ ＵＤ Ｎａｔ １：ＡＲＫＥＭＡ社製）を用い、その含有量をそれぞれ３０質量部に代えた以外は、実施例１に準じて導電性ロールを作製した。

［評価］
以下に示す方法により導電性ロールを帯電ロールとして用いた場合の汚染性、表層の耐久性について評価した。結果を、以下の表１，２，３に示す。

−初期画質確認試験−
導電性ロール１３を帯電ロールとして図７に示すカラー複写機ＤｏｃｕＣｅｎｔｒｅ Ｃｏｌｏｒ４００ＣＰ：富士ゼロックス社製に装着し、カラー複写機ＤｏｃｕＣｅｎｔｒｅ Ｃｏｌｏｒ４００ＣＰ用のカラートナー（シアントナー、マゼンタトナー、イエロートナー、黒トナー）を用い、Ａ４用紙５０，０００枚印字テスト（１０℃、１５％ＲＨ環境下で２５，０００枚印刷、および、２８℃、８５％ＲＨ環境下で２５，０００枚印字）を行った。

実施例１から実施例３６及び比較例１から比較例７の導電性ロールは、いずれも帯電電位の変動ΔＶＨは７Ｖ以下であり、安定して帯電した。また、得られたハーフトーン画像は、目視により、濃度ムラ等のディフェクトはなかった。

−表層耐久性試験−
導電性ロール１３を帯電ロールとして図７に示すカラー複写機ＤｏｃｕＣｅｎｔｒｅ Ｃｏｌｏｒ４００ＣＰ：富士ゼロックス社製に装着し、ストレス条件としては帯電ロールへの荷重を２倍にして感光体との間で１６５ｍｍ／ｓｅｃで１６時間空回しを行った。その後、顕微鏡観察による表層の全表面積に対するクラック数により評価した。なお、評価点数は、サンプル５点中の平均値である。

−耐汚染性試験−
導電性ロール１３を帯電ロールとし、また感光体ドラムとしてφ３０ｍｍ感光体ドラムを用い、図７に示すカラー複写機ＤｏｃｕＣｅｎｔｒｅ Ｃｏｌｏｒ４００ＣＰ：富士ゼロックス社製に装着し、２８℃、８５％ＲＨ環境下で１００，０００枚印字を行った。

ロール汚れ評価は、１００，０００枚走行後のロールについて、目視により以下の基準で目視評価した。
○：ほとんど異物付着なし、軽微の異物付着。
△：局所的な異物付着。
×：全面異物付着。

また、図９には、実施例１，５，７，８，１１，１２，３４，３５，３６及び比較例１，２の導電性ロールのＲｚ及びＳｍの関係を示した。

本発明の活用例として、電子写真方式を用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置等への適用がある。

本発明における導電性ロールの構成の一例を示す横断面図である。 図１に示すＩ−Ｉ線に沿った断面図である。 図１の波線で囲まれたＡ部分の拡大断面図である。 絶縁性粒子の一種である１２ナイロン粒子の一例の顕微鏡写真である。 絶縁性粒子の一種である炭酸カルシウム粒子の一例の顕微鏡写真である。 絶縁性粒子の一種であるオプトビーズの一例の顕微鏡写真である。 本発明の実施の形態における画像形成装置の一例を示す模式図である。 図７に示す画像形成装置に用いられる帯電ロールとクリーニングロールの構成を示す拡大図である。 実施例及び比較例の導電性ロールの表層のＲｚとＳｍの関係を示す図である。 抵抗率の計測方法を説明する図である。

符号の説明

１ 画像形成装置、１２ 帯電器、１３ 導電性ロール、４０ 芯金、４２ 弾性層、４４ 表層、４６ 絶縁性粒子、４８ 樹脂バインダ。

Claims (5)

1. 軸体と、前記軸体の外周に設けられた弾性層と、表層とを有し、電圧が印加された状態で被帯電体に接触し、被帯電体を帯電させる導電性ロールであり、
   前記表層は、絶縁性粒子と前記絶縁性粒子が分散された樹脂膜からなり、
   前記絶縁性粒子の一部は、前記表層の厚み方向に少なくとも２個以上に重なり合って配置され、
   前記絶縁性粒子の体積平均粒径は、５μｍ以上２０μｍ以下であり、
   前記樹脂膜は、その膜厚が前記絶縁性粒子の体積平均粒径よりも薄い箇所を有し、
   前記表層の表面粗さＲｚは、８μｍ以上５０μｍ以下であり、前記絶縁性粒子の体積平均粒径の値よりも大きく、
   前記表層の表面粗さＳｍが７０μｍ以上２００μｍ以下であることを特徴とする導電性ロール。
2. 前記絶縁性粒子の体積抵抗値は、前記表層中の樹脂膜の体積抵抗値以上であることを特徴とする請求項１に記載の導電性ロール。
3. 請求項１または請求項２に記載の導電性ロールが帯電ロールであって、前記帯電ロールを少なくとも備えることを特徴とするプロセスカートリッジ。
4. 少なくとも像保持体と、該像保持体に接触しその表面を帯電する帯電手段とを備える画像形成装置であって、前記帯電手段が請求項１または請求項２に記載の導電性ロールからなることを特徴とする画像形成装置。
5. 前記像保持体は、感光体であり、前記感光体の表層は、少なくともダイナミック硬度が１３．０×１０⁹Ｎ／ｍ以上１００．０×１０⁹Ｎ／ｍ以下の最上層であることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。