特許 7337176 帯電ロール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-24

(45)【発行日】2023-09-01

(54)【発明の名称】帯電ロール

(51)【国際特許分類】

   G03G 15/02 20060101AFI20230825BHJP

【ＦＩ】

G03G15/02 101

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021542630

(86)(22)【出願日】2020-07-20

(86)【国際出願番号】 JP2020028082

(87)【国際公開番号】W WO2021039203

(87)【国際公開日】2021-03-04

【審査請求日】2021-12-23

(31)【優先権主張番号】P 2019153967

(32)【優先日】2019-08-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000004385

【氏名又は名称】ＮＯＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109380

【弁理士】

【氏名又は名称】小西 恵

(74)【代理人】

【識別番号】100109036

【弁理士】

【氏名又は名称】永岡 重幸

(74)【代理人】

【識別番号】100125335

【弁理士】

【氏名又は名称】矢代 仁

(72)【発明者】

【氏名】大浦 孝祐

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 章吾

(72)【発明者】

【氏名】福岡 智

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 憲司

【審査官】市川 勝

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－０８９４１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１６４６５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１２２９１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２１８９９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－００９０４５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０３Ｇ １５／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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、
前記表層の表面の凹凸の平均円柱面に対する前記表層の表面の複数の凸部の輪郭の高さの平均が２．０μm以上、８．４μm以下であり、
前記表層の表面の前記複数の凸部の頂点の間隔の平均が６．７μm以上、３９．８μm以下であり、前記表層の表面の前記複数の凸部の頂点の間隔の平均は、撮影された視野内に凸部を均等に分配したと仮定した場合の各凸部が分配された区画の面積の平方根として計算された
ことを特徴とする帯電ロール。

【請求項2】

前記表層は、ウレタン樹脂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ウレタン製の表面粗さ付与材の粒子を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の帯電ロール。

【請求項3】

前記表面粗さ付与材の粒子は、６μｍから３２μｍの平均粒径を有する
ことを特徴とする請求項２に記載の帯電ロール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電子写真式の画像形成装置に用いられる帯電ロールに関する。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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、樹脂粒子及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し、粒子は第一の粒子を含有し、導電性樹脂層におけるマトリックス材料単独で形成される部分の層厚をＡ［μｍ］、粒子の平均粒子径をＢ１［μｍ］、及び粒子の粒子間距離をＳ_ｍ［μｍ］としたとき、Ａが１０μｍ～７．０μｍであり、Ｂ１／Ａが５．０～３０．０であり、Ｓ_ｍが５０μｍ～４００μｍである。

【0004】

特許文献２には、正帯電単層型電子写真感光体と、感光体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Ｓ_ｍで５５μｍ～１３０μｍであり、かつ十点平均粗さＲ_Ｚで９μｍ～１９μｍである。

【0005】

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。

【0006】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２０１５－１２１７６９号公報

【文献】特開２０１２－１４１４１号公報

【文献】特開２００５－９１４１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

画像形成装置に対して、高い画像品質の要求が高まっている。

【0009】

本発明は、画像ムラを低減することが可能な帯電ロールを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明のある態様に係る帯電ロールは、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。前記表層の表面の凹凸の平均円柱面に対する前記表層の表面の複数の凸部の輪郭の高さの平均が２．０μm以上、８．４μm以下であり、前記表層の表面の前記複数の凸部の頂点の間隔の平均が６．７μm以上、３９．８μm以下である。

【0011】

この態様によれば、画像ムラを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施形態に係る帯電ロールの用途を示す概略図である。

【図2】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3】帯電ロールの軸線を含む平面で切断したゴム基材と表層の断面図である。

【図4】帯電ロールの軸線に直交する平面で切断したゴム基材と表層の断面図である。

【図5】帯電ロールの円柱状の表層の表面を平面に投影したと想定したときの表面の概略斜視図である。

【図6】帯電ロールの表層の表面の一領域にある複数の凸部を示す概略図である。

【図7】図６に示す複数の凸部を領域内の複数の区画に均等に割り当てたと想定したときの仮想的概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、添付の図面を参照しながら本発明に係る様々な実施の形態を説明する。図面の縮尺は必ずしも正確ではなく、一部の特徴は誇張または省略されることもある。

【0014】

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と、感光体ドラム１の周囲に配置された帯電ロール２を有する。感光体ドラム１の周囲には、現像ユニット、露光ユニット、転写ユニット、クリーニングユニットが配置されるが、これらは周知であるので図示を省略する。

【0015】

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２は、ニップ３で接触する。感光体ドラム１と帯電ロール２の回転方向におけるニップ３の手前の領域４（場合によっては、手前の領域４に加えてニップ３の後の領域５）において、感光体ドラム１と帯電ロール２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。一般に、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と考えられている。

【0016】

図２に示すように、帯電ロール２の一例は、芯材２１と、芯材２１の外周面に形成されたゴム基材２２と、ゴム基材２２の外周面にコーティングされた表層２３を有する。ゴム基材２２の外周面にコーティング成分によって表層２３を形成し、その表層２３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２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、露光で形成された潜像に正確に対応する量のトナーを感光体ドラム１の表面に付着させることができる。

【0017】

芯材２１は、熱伝導性及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２１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。芯材２１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。

【0018】

ゴム基材２２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２２は、１層であってもよいし、２層以上であってもよい。芯材２１とゴム基材２２の間に、必要に応じて密着層や調整層等を設けてもよい。

【0019】

ゴム基材２２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２１の周囲に、成形することによって形成できる。導電性ゴムには、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。

【0020】

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、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。また、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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

帯電ロール２の製造において、芯材２１の外周面に形成されたゴム基材２２の表面を研磨機で研磨し、ゴム基材２２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２２の外周面に表層２３を形成する。このように研磨を行うのは、ゴム基材２２の表面粗さを適切に調整し、その外側の表層２３の表面粗さを調整するためである。

【0024】

ゴム基材２２の表面粗さを極力小さくする場合、ゴム基材２２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））Ｒ_Ｚは、８．５μｍ以下であることが好ましい。この場合、表面粗さＲ_Ｚは、接触式の表面粗さ計により測定された値である。

【0025】

乾式研磨は、例えば、ゴム基材２２を回転させた状態で、回転砥石をゴム基材２２に接触させながら芯材２１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２２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。

【0026】

また、ゴム基材２２の表面を乾式研磨した後に、更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２２を回転させた状態で接触させることにより研磨する。

【0027】

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２２の硬度は、５０°～６４°の範囲が好ましい。

【0028】

ゴム基材２２の外側の表層２３は薄いため、帯電ロール２の表面の硬度は、ゴム基材２２に影響される。ゴム基材２２の硬度が５０°未満であると、帯電ロール２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２２の硬度が６４°より大きいと、帯電ロール２の表面の凸部が画像に反映されるおそれがある。

【0029】

表層２３は、ゴム基材２２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。

【0030】

図３および図４に示すように、硬化した表層２３は、導電性マトリックス２４と、導電性マトリックス２４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２５を有する。

【0031】

粗さ付与材の粒子２５は、表層２３に適切な表面粗さを与える。表層２３の表面が平滑すぎると、表層２３と感光体ドラム１の間の摩擦係数が増大し、感光体ドラム１と帯電ロール２のトルクが増加するだけでなく、摩擦に起因する静電気が帯電状態に悪影響を及ぼす。これは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は、表面粗さが調整されたゴム基材２２の上に形成された表層２３に粗さ付与材の粒子２５が分散されていることにより、表層２３の表面粗さが調整されている。

【0032】

導電性マトリックス２４は、粗さ付与材の粒子２５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２４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４（および場合により領域５）において、帯電ロール２と感光体ドラム１の間で放電が起こる。

【0033】

図３に示す例では、粗さ付与材の粒子２５は導電性マトリックス２４内に完全に埋没し、粗さ付与材の粒子２５は導電性マトリックス２４の薄膜で被覆されている。導電性マトリックス２４の厚さが小さい場合には、粗さ付与材の粒子２５を保持する能力が低いため、粗さ付与材の粒子２５の直径に対して、導電性マトリックス２４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２４の厚さが大きすぎる場合には、表層２３の表面粗さが小さくなりすぎて、表層２３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２４の厚さは、適切な範囲内にあることが好ましい。

【0034】

粗さ付与材の粒子２５が絶縁体であって、導電性マトリックス２４の厚さが大きく、導電性マトリックス２４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２４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２４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。

【0035】

表層２３の粗さ付与材の粒子２５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２３の表面が粗くなり、画像ムラの原因となると考えられる。

【0036】

本実施形態において、表層２３の材料であるコーティング液の成分は、ベース材、導電剤及び表面粗さ付与材の粒子２５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２４の成分となる。

【0037】

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７０重量％以下。

【0038】

表層２３の表面状態が適切である場合に、帯電ロール２と感光体ドラム１が接触するニップ３の手前の領域４において、帯電ロール２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。

【0039】

表面粗さ付与材の粒子２５の粒径および添加量を適切に調整することにより、表層２３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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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２５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。

【0043】

画像品質を向上するために、コーティング液中の表面粗さ付与材の粒子２５の粒径と粒子含有率との関係については、好ましい範囲があると考えられる。

【0044】

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。

【0045】

発明者は、帯電ロール２と感光体ドラム１間の放電状態を制御する表層２３の表面状態を表すパラメータとして、表層２３の凸部の高さＨと、表層２３の凸部の間隔Ｄに注目する（図３および図４参照）。ここで「凸部」とは、表層２３の表面の凹凸を平均して得られる平均円柱面Ｐよりも径方向外側に突出した部分である。これに対して、平均円柱面Ｐよりも径方向内側にある部分を以下「凹部」と呼ぶ。図３および図４では、理解の容易のため、凸部の高さとして凸部の頂点の高さＨを示す。

【0046】

ニップ３の手前の領域４において、表層２３のうち感光体ドラム１に最も近い凸部で感光体ドラム１に対する放電が主に発生すると想定する。この場合、領域４での感光体ドラム１と帯電ロール２の間の放電距離は、凸部の高さＨに支配される。また、領域４での放電は、帯電ロール２の表面に対する接平面において、局部的な箇所（凸部に対応する）で発生すると考えられ、局部的な放電箇所同士の間隔は、凸部の間隔Ｄに等しい。

【0047】

発明者は、画像ムラを低減するのに適した、帯電ロール２の表層２３の表面の凸部の輪郭の高さの平均と凸部の頂点の間隔の平均を調べる実験を行った。

【0048】

実験１
実験１では、実施形態に係る帯電ロール２としてサンプル１～４を製造した。

【0049】

サンプル１～４のゴム基材２２は、下記のように形成した。

【0050】

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。

【0051】

混練りしたゴム組成物をシート状の生地にして、直径６ｍｍの芯材２１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２２を得た。

【0052】

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２２の硬度を測定した結果、測定値は、５０°～６４°であった。

【0053】

次に、ゴム基材２２の表面を研磨機で研磨した。具体的には、ゴム基材２２の表面を研磨機で研磨して、ゴム基材２２を所定の厚さ（１．２５ｍｍ）に合わせた後、研磨機の砥石回転数を１０００ｒｐｍ、２０００ｒｐｍ、３０００ｒｐｍのように順次上げて乾式研磨で研磨した。すなわち、実験１では、ゴム基材２２の表面粗さを極力小さくした。

【0054】

上記のゴム基材２２の外周面に表層２３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、表１に示す通りである。

【表1】

【0055】

コーティング液中のウレタン粒子としては、根上工業株式会社（日本国石川県）製のウレタンビーズを用いた。実験１，２で使用したウレタンビーズの平均粒径と製品名との関係は以下の通りである。但し、実際には、一つの製品は、平均粒径と異なる粒径の粒子を含む。
６μｍ：ウレタンビーズ「Ｃ－８００」
１０μｍ：ウレタンビーズ「Ｃ－６００」
１５μｍ：ウレタンビーズ「Ｃ－４００」
２２μｍ：ウレタンビーズ「Ｃ－３００」
３２μｍ：ウレタンビーズ「Ｃ－２００」

【0056】

実験１では、異なる粒径と異なる量の表面粗さ付与材の粒子２５を含むコーティング液の塗布によって、表層２３の表面状態が異なるサンプル１～４を製造した。

【0057】

上記組成のコーティング液を、ボールミルで３時間分散混合した。

【0058】

研磨したゴム基材２２の外周面に、上記コーティング液を塗布して表層２３を形成し、帯電ロール２を作製した。具体的には、コーティング液を撹拌し、その液をゴム基材２２の表面にスプレーコートして、電気炉にて１２０℃で６０分間乾燥し、ゴム基材２２の外周面に表層２３を形成し、帯電ロールのサンプル１～４を作製した。

【0059】

これらのサンプル１～４について、下記の手順で、表層２３の表面の凸部の輪郭の高さの平均と凸部の頂点の間隔の平均を計算した。

【0060】

まず、帯電ロール２の軸線方向の中央部の１カ所の表面を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４００倍であり、使用した対物レンズの倍率は２０倍であって、撮影された視野は、帯電ロール２の周方向に５３５．０４８μｍの長さを有し、帯電ロール２の軸線方向に７１３．３９７μｍの長さを有し、視野の面積は３８１７０１．６μｍ^２であった。

【0061】

次に、株式会社キーエンス製のマルチファイル解析アプリケーション「ＶＫ－Ｈ１ＸＭ」のＶｅｒｓｉｏｎ１．３．０．１１６で、撮影で得られた幾何学データの２次曲面補正を行った。２次曲面補正は、撮影で得られた幾何学データから、帯電ロール２の円柱状の表面の円柱面に相当するデータ成分を除去する処理である。換言すれば、撮影で得られた円柱表面の幾何学データを、図５に示すように平面に対する幾何学データに変換する処理である。

【0062】

次に、そのアプリケーションの機能である「体積面積計測」を利用して、撮影された視野において、表面の凹凸の（表面の輪郭の）平均高さを計算した。計算では、「体積面積計測」の機能での「微小領域を無視」を選択し、さらに微小領域として「１００ ｐｉｘｅｌ」を選択した。つまり、レーザー顕微鏡で撮影された画像において、１００ピクセルのピッチで表面の凹凸を含む輪郭の高さが取得され、表面の輪郭の平均高さが計算された。「体積面積計測」の機能での「高さしきい値の設定」では「最小値」を選択した。

【0063】

図５において平均高さに相当する平均平面Ｐ１を示す。平均平面Ｐ１は、上記の平均円柱面Ｐを平面に投影したと想定したときの平面である。

【0064】

次に、そのアプリケーションの機能である「体積面積計測」を利用して、計算された表面の凹凸の平均高さをゼロ水準として、凸部１０の輪郭の高さの平均を計算した。具体的には、「体積面積計測」の機能での「高さしきい値の設定」において、計算された表面の凹凸の平均高さを「高さしきい値」として入力した。これにより、平均高さ以上の高さを有する部分（平均平面Ｐ１より高い部分）が図５に示す凸部１０として認識され、これらの凸部１０の輪郭の高さの平均が計算された。つまり、平均高さ未満の高さを有する部分である凹部１２は無視された。計算では、「体積面積計測」の機能での「微小領域を無視」を選択し、さらに微小領域として「１００ ｐｉｘｅｌ」を選択した。つまり、レーザー顕微鏡で撮影された画像において、１００ピクセルのピッチで表面の凸部１０の輪郭の高さが取得され、凸部１０の輪郭の高さの平均が計算された。

【0065】

さらに、そのアプリケーションの機能である「体積面積計測」を利用して、撮影された視野において、すべての凸部１０の体積（合計体積）を計算した。「微小領域を無視」は上記と同様であり、「高さしきい値の設定」において、凹凸の平均高さを「高さしきい値」として使用したままであった。

【0066】

次に計算された凸部１０の合計体積を凸部１０の輪郭の高さの平均で除算した。この結果をすべての凸部１０の面積（合計面積）とみなした。つまり、平均平面Ｐ１より高い部分の合計面積を得た。

【0067】

こうして得られた凸部１０の合計面積を、平均粒径を有する粗さ付与材の粒子２５の最大断面積で除算することによって、凸部１０の合計面積あたりの粗さ付与材の粒子２５の個数を計算した。平均粒径を有する粗さ付与材の粒子２５の最大断面積は、平均粒径の半分の２乗にπを乗算することにより計算された。さらに撮影された視野の面積（撮影面積）を、凸部１０の合計面積あたりの粗さ付与材の粒子２５の個数で除算することによって、視野内に凸部１０を均等に分配したと仮定した場合の各凸部１０が分配された区画の面積を計算した。さらにこの区画の面積の平方根を凸部１０の頂点の間隔の平均として計算した。

【0068】

図６に示すように、撮影された視野においては、凸部１０はランダムに分散されており、中には複数の凸部１０が重畳していることもある。撮影面積を、凸部１０の合計面積あたりの粗さ付与材の粒子２５の個数で除算することによって、図７に示すように、視野内に凸部１０を均等に分配したと仮定した場合の各凸部１０が分配された正方形の区画Ａの面積が計算される。正方形の区画Ａの平方根は、正方形の区画Ａの一辺の長さであり、かつ均等に分散された凸部１０の頂点の間隔である。

【0069】

このようにして計算された各サンプルの表層２３の表面の凸部１０の輪郭の高さの平均と凸部１０の頂点の間隔の平均を表２に示す。計算された表層２３の表面の凸部１０の輪郭の高さの平均は、表層２３の表面の凹凸の平均円柱面Ｐに対する複数の凸部１０の輪郭の高さの平均であると考えられる。計算された表層２３の表面の凸部１０の頂点の間隔の平均は、表層２３の表面の複数の凸部１０の頂点の間隔の平均であると考えられる。

【表2】

【0070】

複写機を用いて帯電ロール２の各サンプルの画像評価試験を行った。複写機は、コニカミノルタ株式会社（日本国東京都）製のカラー複合機（ＭＦＰ）「bizhub C3850」(直流電圧印加式)であった。

【0071】

テスターにより、帯電印加電圧を計測した。実験１では、通常電圧（ＲＥＦ）より１００Ｖ下げた電圧（ＲＥＦ－１００Ｖ）を、外部電源を用いて印加した。

【0072】

帯電ロールを複写機に適用し、下記印刷条件で印刷した画像（ハーフトーン画像および白ベタ画像）について、画像ムラを評価した。結果を表２に示す。
［印刷条件］
速度 ：３８枚／分
印刷環境：温度２３℃、湿度５５％

【0073】

画像ムラの評価は、ハーフトーン画像について局所放電の判定を行い、白ベタ画像について明度判定を行った。

【0074】

局所放電があったことは、ハーフトーン画像において、白点、黒点、白スジ、黒スジの発生を目視で発見することで確認することができた。表２において、「良」は局所放電に起因する画像ムラがなかったことを表し、「不良」は局所放電に起因する画像ムラがあったことを表す。

【0075】

明度判定においては、白ベタ画像について、色彩色差計（chroma meter、コニカミノルタ株式会社製「ＣＲ－４００」）を用いて、画像内７箇所についてＬ*値（L* value、明度）を測定した。明度の判定は以下の評価基準で評価した。明度を測定する理由は、地汚れ、すなわちカブリ（印刷されるべきでない箇所に印刷されること）の有無を判断するためである。

【0076】

［明度判定の評価基準］
良：地汚れなし（Ｌ*９５．５以上）
不良：地汚れあり（Ｌ*９５．５より低い）

【0077】

局所放電に起因する画像ムラまたは地汚れが発生したサンプルについては、画像総合判定で不良と判定し、表２にこれらを記載した。

【0078】

実験２
実験２では、実施形態に係る帯電ロール２としてサンプル５～２３を製造した。

【0079】

サンプル５～２３のゴム基材２２は、実験１のゴム機材２２と同じ手法で形成した。

【0080】

上記ゴム基材２２の表面を研磨機で研磨した。具体的には、得られたゴム基材２２の表面を研磨機で研磨して、ゴム基材２２を所定の厚さ（２ｍｍ）に合わせた後、さらに乾式研磨で研磨した。実験２では、砥石回転数を変化させなかった。

【0081】

上記のゴム基材２２の外周面に表層２３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、表１に示す通りである。コーティング液中のウレタン粒子としては、根上工業株式会社製のウレタンビーズを用いた。

【0082】

実験２では、表２に示す粒径と量の表面粗さ付与材の粒子２５を含むコーティング液の塗布によって、表層２３の表面状態が異なるサンプル５～２３を製造した。

【0083】

上記組成のコーティング液を、ボールミルで３時間分散混合した。

【0084】

実験１と同じ手法で、研磨したゴム基材２２の外周面に、上記コーティング液を塗布して表層２３を形成し、帯電ロール２を作製した。

【0085】

これらのサンプル５～２３について、実験１と同じ手順で、表層２３の表面の凸部の輪郭の高さの平均と凸部の頂点の間隔の平均を計算した。計算された各サンプルの表層２３の表面の凸部の輪郭の高さの平均と凸部の頂点の間隔の平均を表２に示す。計算された表層２３の表面の凸部１０の輪郭の高さの平均は、表層２３の表面の凹凸の平均円柱面Ｐに対する複数の凸部１０の輪郭の高さの平均であると考えられる。計算された表層２３の表面の凸部１０の頂点の間隔の平均は、表層２３の表面の複数の凸部１０の頂点の間隔の平均であると考えられる。

【0086】

実験１と異なる複写機を用いて帯電ロール２の各サンプルの画像評価試験を行った。複写機は、株式会社リコー（日本国東京都）製のカラー複合機（ＭＦＰ）「MP C5503」（交流直流電圧重畳印加式）であった。

【0087】

直流電圧は通常電圧（ＲＥＦ）であり、交流電圧Ｖｐｐは、複写機の制御に依存した。実験２では、複写機の通常交流電流（ＲＥＦ）よりも低い交流電流（１．４０ｍＡ）に設定した。

【0088】

帯電ロールを複写機に適用し、下記印刷条件で印刷した画像（ハーフトーン画像および白ベタ画像）について、画像ムラを評価した。結果を表２に示す。
［印刷条件］
速度 ：３０枚／分
印刷環境：温度２３℃、湿度５５％

【0089】

画像ムラの評価は、ハーフトーン画像について局所放電の判定を行い、白ベタ画像について、目視によって、地汚れ、すなわちカブリの判定を行った。

【0090】

局所放電があったことは、ハーフトーン画像において、白点、黒点、白スジ、黒スジの発生を目視で発見することで確認することができた。表２において、「良」は局所放電に起因する画像ムラがなかったことを表し、「不良」は局所放電に起因する画像ムラがあったことを表す。

【0091】

白ベタ画像について、目視によって、地汚れ、すなわちカブリ（印刷されるべきでない箇所に印刷されること）の有無を判定した。表２において、「良」は地汚れがなかったことを表し、「不良」は地汚れがあったことを表す。

【0092】

表２から明らかな通り、表層２３の表面の凹凸の平均円柱面Ｐに対する複数の凸部１０の輪郭の高さの平均が２．０μm以上、８．４μm以下であって、表層２３の表面の複数の凸部１０の頂点の間隔の平均が６．７μm以上、３９．８μm以下であることが好ましい。

【符号の説明】

【0093】

１ 感光体ドラム
２ 帯電ロール
３ ニップ
１０ 凸部
１２ 凹部
２１ 芯材
２２ ゴム基材
２３ 表層
２４ 導電性マトリックス
２５ 粗さ付与材の粒子
Ｐ 平均円柱面
Ｐ１ 平均平面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】