CN110471267A - 图像形成装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及图像形成装置。图像形成装置包括：图像承载部件，被配置为承载图像；以及充电辊，直流电压被施加到充电辊并且充电辊被配置为对图像承载部件的表面进行充电。充电辊包括轴部件、在轴部件周围形成的弹性层和在弹性层周围形成的表面层。具有在等于或大于2μm且等于或小于15μm的范围内的颗粒直径的颗粒分散在表面层中。相对于充电辊的表面层的最大高度Sz(μm)和自相关长度Sal(μm)满足8≤Sz≤16和13≤Sal≤30。

Description

图像形成装置

技术领域

本发明涉及包括被配置为在电子照相过程中对图像承载部件进行充电的充电辊的图像形成装置。

背景技术

对于电子照相系统的图像形成装置中的被配置为对图像承载部件进行充电的充电单元，其中向与图像承载部件接触的充电辊施加电压的接触充电系统被广泛使用。这种充电辊已知能够通过平滑其表面来抑制导致图像质量劣化的异常放电。同时，在充电辊的平滑度过高的情况下，充电辊与附着到图像承载部件的诸如调色剂之类的脏污物质之间的接触面积增加，从而脏污物质附着到充电辊的膜化(filming)现象变得非常有可能发生，作为结果，充电辊的寿命有时会变短。

传统上，已知赋予充电辊合适的表面粗糙度以在将异常放电抑制到可接受水平或更低的同时延长充电辊的寿命的技术。日本专利公开No.2010-096267公开了一种充电辊，该充电辊具有2～15μm的表面粗糙度并且被配置为使得在充电辊的表面高度的频率分布中低于模式的频率之和与等于或高于模式的频率之和具有预定比率。上述文档中指定的这种表面粗糙度是日本工业标准JIS B0601(1994)中定义的粗糙度轮廓(roughness profile)的十点高度Rzjis。根据上述文档，通过将表面粗糙度设定为这样的值，调色剂颗粒从感光鼓到充电辊的突起部分的转移被抑制，从而膜化的发生得到抑制。

近年来，伴随着用作图像承载部件的感光鼓的耐久性提高，要求充电辊也要长时间段地维持其性能。根据发明人的研究，已经发现，除了由调色剂的附着引起的膜化(即，调色剂膜化)以外，由小于调色剂颗粒的颗粒的附着引起的膜化也是个问题。小于调色剂颗粒的颗粒的典型例子是添加到显影剂的外部添加剂。

当由从调色剂颗粒脱落的外部添加剂附着到充电辊引起的膜化(即，外部添加剂膜化)发生时，典型地图像缺陷以半色调图像中的高浓度条纹的形式出现。然而，发明人的深入研究发现，由外部添加剂膜化引起的图像缺陷不能通过上述文档中公开的配置来有效地抑制。另外，虽然在充电辊的表面粗糙度被设定得较大以抑制调色剂膜化时可以看到好的趋势，但是在利用直流充电系统(DC充电系统)的情况下，存在当充电辊的表面粗糙度增大时半色调的均一性降低的趋势。也就是说，已经发现，在DC充电系统的情况下，存在调色剂膜化的抑制和半色调的均一性之间的权衡关系。

发明内容

本发明提供了一种采用DC充电系统的图像形成装置，该图像形成装置可以在抑制半色调的均一性的劣化的同时长时段地维持提高的膜化抗性。

根据本发明的一个方面，图像形成装置包括：图像承载部件，被配置为承载图像；以及充电辊，直流电压被施加到充电辊并且充电辊被配置为对图像承载部件的表面进行充电。充电辊包括轴部件、在轴部件周围形成的弹性层和在弹性层周围形成的表面层。具有在等于或大于2μm且等于或小于15μm的范围内的颗粒直径的颗粒分散在表面层中。相对于充电辊的表面层的最大高度Sz(μm)和自相关长度Sal(μm)满足8≤Sz≤16和13≤Sal≤30。

通过参照附图阅读示例性实施例的以下描述，本发明的更多特征将变得清楚。

附图说明

图1是例示了根据本公开的图像形成装置的配置的示意图。

图2A是图像形成装置中包括的充电辊的示意图。

图2B是充电辊的表面层的示意截面图。

具体实施方式

下面将参照附图描述本发明的实施例。

<图像形成装置>

图1是4鼓串联系统的图像形成装置100的配置图。图像形成装置100包括分别形成黄色、品红色、青色和黑色的图像的四个图像形成单元1a、1b、1c和1d。这四个图像形成单元1a、1b、1c和1d按相等的间隔被布置成一行。

图像形成单元1a至1d分别包括充当图像承载部件的感光鼓2a、2b、2c和2d。感光鼓2a至2d均在铝或其它的鼓基体上具有带负充电极性的有机光电导体(OPC)的感光层，并且均以预定的处理速度被驱动单元旋转驱动。

充电辊3a、3b、3c和3d、显影单元4a、4b、4c和4d以及鼓清洁单元6a、6b、6c和6d分别被设置在感光鼓2a至2d周围。此外，曝光单元7a、7b、7c和7d分别被设置在感光鼓2a至2d上方。显影单元4a至4d分别容纳包含黄色、青色、品红色和黑色的调色剂的显影剂。

图像形成单元1a至1d各自优选地被配置成可附连到图像形成装置100的装置主体并可从图像形成装置100的装置主体脱离的盒。根据本示例性实施例的盒至少分别包括感光鼓2a至2d和充电辊3a至3d。这些盒还可以被配置成进一步分别包括显影单元4a至4d和鼓清洁单元6a至6d的处理盒。

作为可旋转的环形带的中间转印带8被设置在与各个图像形成单元的感光鼓2a至2d相对的位置。充当中间转印体的中间转印带8被伸展于驱动辊11、二次转印对向辊12和张力辊13上。中间转印带8由连接到马达的驱动辊11驱动，从而在箭头方向上(即，在逆时针方向上)旋转。二次转印对向辊12与二次转印辊15在中间转印带8介于它们之间的情况下邻接，从而形成二次转印部。

去除并收集中间转印带8上剩余的转印残余调色剂的带清洁单元16被设置在中间转印带8的外周侧。另外，在中间转印带8的旋转方向上，包括定影辊17a和加压辊17b的、用于执行加热/加压处理以使记录材料上的调色剂定影的定影单元17被设置在二次转印部的下游，在二次转印部中二次转印对向辊12和二次转印辊15相互邻接。

在本示例性实施例中，感光鼓2a至2d充当图像承载部件。在本示例性实施例中，充电辊3a至3d充当用于对图像承载部件的表面进行充电的充电辊，并且其详细配置将在稍后描述。在本示例性实施例中，曝光单元7a至7d充当用于在图像承载部件上画出静电潜像的曝光单元。在本示例性实施例中，显影单元4a至4d充当用于使图像承载部件上承载的静电潜像显影的显影单元。在本示例性实施例中，包括中间转印带8和二次转印辊15的转印单元充当用于将图像承载部件上承载的调色剂图像转印到记录材料上的转印单元。

当用于开始图像形成操作的开始信号被从图像形成装置100的控制器输出时，记录材料一张一张地从盒中送出，并被输送到定位辊(registration roller)。记录材料在与处于静止状态的定位辊邻接的状态下做好准备。当开始信号被输出时，在图像形成单元1a至1d中感光鼓2a至2d开始以预定的处理速度旋转。感光鼓2a至2d分别由充电辊3a至3d均匀地充电为负极性。曝光单元7a至7d通过用激光扫描感光鼓2a至2d来分别对感光鼓2a至2d进行曝光，由此在感光鼓2a至2d的表面上形成静电潜像。这些静电潜像通过向显影单元4a至4d中的承载显影剂的显影剂承载部件施加充当显影偏置的具有负极性的偏置电压而被显影为调色剂图像。

例如，充电量和曝光量被调节，使得感光鼓的表面电位在被充电辊充电之后为-600V，并且在被曝光单元曝光的部分(在图像部分)为-200V。显影偏置被设定为-500V。作为感光鼓的驱动速度的处理速度为240mm/sec，并且作为在与对应于旋转方向的输送方向垂直的方向上的长度的图像形成宽度为300mm。另外，用于显影的调色剂的充电量被设定为-30μC/g，并且感光鼓的表面上的实心图像部分中的调色剂量被设定为0.4mg/cm²。

关于图像形成的顺序，首先，为了通过显影单元4a形成黄色图像，黄色调色剂附着到感光鼓2a上形成的静电潜像，从而静电潜像被可视化为调色剂图像。该黄色调色剂图像通过一次转印被转印到旋转的中间转印带8上。

中间转印带8上的黄色调色剂图像已被转印到的区域通过中间转印带8的旋转朝着品红色图像形成单元1b移动。然后，同样地在图像形成单元1b中，以类似的方式在感光鼓2b上形成的品红色调色剂图像被转印以叠加在中间转印带8上的黄色调色剂图像上。随后，分别在图像形成单元1c和1d的感光鼓2c和2d上形成的青色和黑色调色剂图像被依次转印以叠加在已经转印的黄色和品红色调色剂图像上，从而在中间转印带8上形成全色调色剂图像。

然后，在中间转印带8上承载的全色调色剂图像的前端到达二次转印部时的定时处，定位辊将记录材料输送到二次转印部。充当二次转印电压的具有与调色剂相反极性的偏置电压从转印电源19被施加到二次转印辊15。作为此结果，通过二次转印部处的二次转印，全色调色剂图像一起从中间转印带8被转印到记录材料上。其上已转印有调色剂图像的记录材料被输送到定影单元17，并在由显影辊17a和加压辊17b形成的定影压合部处被加热和加压。各个颜色的调色剂在融化之后固化并粘到记录材料，从而图像被定影到记录材料。然后，记录材料被排出到图像形成装置100中提供的排出托盘上或被排出到对记录材料执行诸如装订处理之类的后处理的片材处理装置。

上面描述的图像形成装置100是图像形成装置的例子。例如，可以利用其中在感光鼓上形成的调色剂图像被直接转印到记录材料而无需使用中间转印体的系统。另外，图像形成装置的例子包括打印机、复印件、传真机和具有这些装置的功能的多功能装置。

<充电辊的表面粗糙度>

这里，将描述充电辊的表面粗糙度、通过电子照相过程形成的图像的图像质量和充电辊的寿命之间的关系。传统上，已知这样的技术：向充电辊赋予合适的表面粗糙度，以便抑制到充电辊的调色剂附着，从而在将由于表面的不平坦导致的异常放电抑制至可接受水平或更低的同时提高充电辊的耐久性。作为表面粗糙度的指标，日本工业标准JIS B0601(1994)中定义的粗糙度轮廓的十点高度Rzjis被广泛使用(见JIS B0601(2013)的附件JA)。

电子照相装置中所用的调色剂的直径典型地为10μm或更小，并且就体积平均颗粒直径而言，具有4μm至8μm的平均颗粒直径(体积平均颗粒直径)的调色剂被经常采用。然而，当调色剂被从图像承载部件转印到中间转印体或记录材料时，具有越大颗粒直径的调色剂颗粒越有可能被转印，而具有越小颗粒直径的调色剂颗粒越不可能被转印。因此，在转印部处未被转印而剩余在感光鼓上的调色剂包括许多小颗粒，例如，具有3μm或更小的直径的颗粒。因此，可以假定：在例如充电辊的表面的粗糙度轮廓的十点高度Rzjis被设定为2μm至15μm的情况下，附着到感光鼓的调色剂颗粒与充电辊的表面之间的接触点的数量减少，从而到充电辊的调色剂附着受到抑制。

然而，已经发现，不能通过如上所述仅控制粗糙度轮廓的十点高度Rzjis来有效地抑制由外部添加剂的附着引起的膜化(即，外部添加剂膜化)。其原因被认为是因为外部添加剂的一次颗粒或二次颗粒具有几十纳米到几百纳米的颗粒直径，并且具有与具有几微米的颗粒直径的调色剂颗粒不同的行为。应注意，在本文中二次颗粒是指一次颗粒的集合体。

更具体而言，不能通过仅控制粗糙度轮廓的十点高度Rzjis来有效地抑制外部添加剂膜化的原因被认为如下。在充电辊的表面上存在陡峭的微细凹陷和突起的情况下，由微小颗粒构成的外部添加剂很可能附着到凹陷的底部和突起的周围，并且即使在提供用于清洁充电辊的表面的清洁部件时也不太可能被去除。然而，粗糙度轮廓的十点高度Rzjis被定义为测量范围中的五个最高部分的峰高度(peak height)的平均和测量范围中的五个最低部分的谷深度(valley depth)的平均之差。因此，即使凹陷和突起是陡峭的，具有小峰高度和小谷深度的凹陷和突起不影响粗糙度轮廓的十点高度Rzjis的计算。因此，可以看到，粗糙度轮廓的十点高度Rzjis不适合用于测量与外部添加剂有关的小的不平坦的程度。

因此，在下面的例子中，通过从多个视角定义充电辊的表面粗糙度来抑制外部添加剂膜化，实现长时间段地维持良好图像质量的配置。

<外部添加剂和外部添加剂膜化>

外部添加剂是用于指为了附着到调色剂颗粒的外表面而添加的有机或无机的微小颗粒的通用术语。典型地，一种或多种外部添加剂被添加到电子照相装置的显影剂，以通过减小调色剂颗粒之间的吸引力来提高流动性或者赋予诸如使调色剂的电荷保持能力稳定之类的功能。用作外部添加剂的颗粒的例子包括二氧化硅、氧化钛和硅烷化合物。外部添加剂被添加到通过聚合方法或粉碎方法等形成的调色剂颗粒并且与调色剂颗粒一起被摇动，从而通过库仑力或范德华力等的作用附着到调色剂颗粒的表面。

外部添加剂膜化是指从调色剂颗粒的表面脱落的外部添加剂从图像承载部件转移到充电辊的表面上并且逐渐蓄积的现象。然而，从图像承载部件转移到充电辊上的颗粒包括除了外部添加剂以外的物质，诸如感光鼓的磨屑和纸粉，并且有可能这些颗粒与外部添加剂一起在充电辊的表面上蓄积。因此，在本示例性实施例中，“外部添加剂膜化”不仅指仅由外部添加剂引起的膜化，还指由具有比调色剂的平均颗粒直径小的直径的微小颗粒引起的膜化现象。

<充电系统>

应注意，作为通过使用充电辊来对图像承载部件进行充电的方法，已知向充电辊施加直流电压的直流充电系统和向充电辊施加其中直流电压和交流电压相互叠加的电压的交流充电系统。其中，在交流充电系统中，在图像形成部件和充电辊被充电的压合部处重复正负方向上的放电，从而图像承载部件的表面电位维持在目标值。因此，根据交流充电系统，充电辊的表面形状的异常性、电阻率的不均匀性等不太可能出现为图像缺陷。相反，根据直流充电系统，虽然与交流充电系统相比，电源配置可以简化，但是在由充电辊的表面形状的异常等引起异常放电的情况下，在图像承载部件的充电电位中出现不均匀，从而可能出现图像缺陷。

也就是说，直流充电系统具有如下特性：与交流充电系统相比，外部添加剂膜化的影响更有可能表现为图像缺陷。因此，稍后将在例子中描述的充电辊的配置可以适宜用于直流充电系统的电子照相装置。然而，由于当外部添加剂膜化发展时在交流充电系统中也出现图像缺陷，所以在例子中将描述的充电辊对于交流充电系统的电子照相装置同样有效。

<图像承载部件的耐久性>

另外，近年来，通过诸如用硬材料涂敷感光鼓的表面层之类的方法，图像承载部件的耐久性已得到改善。通过与具有高耐久性的图像承载部件结合使用在下面的例子中将描述的充电辊，包括图像承载部件的盒整体的寿命或图像形成装置整体的寿命可以延长，从而可以降低运行成本。

具有高耐久性的图像承载部件的例子包括下面的感光鼓。包含有机光电导体(OPC)的感光层被形成在铝或其它的鼓基体上，并且外套层(OCL)被形成在鼓基体的外周上以作为最外面的层。外套层由耐磨性比感光层高的树脂材料形成。另外，可以执行通过在形成包含可聚合化合物的外套层之后照射电子束来改善耐磨性的处理。

为了确保感光鼓的耐磨性，优选的是感光鼓的表面的弹性变形力(elasticdeformation power)为47％或更高。应注意，弹性变形力是通过经由ISO 14577中定义的纳米压痕(nanoindentation)方法执行压痕测试而获得的，并且指弹性变形的工作与压头(indenter)在测试件上的总工作的比率。通过将弹性变形力设定在上述范围内，感光鼓的表面在鼓清洁单元的清洁刮刀的摩擦表面等上的磨损速度可以降低。

示例性实施例

下面将描述根据示例性实施例的充电辊。应注意，在下面的描述中，指示部件的构成材料的量的“份”是质量份(parts by mass)。图2A是本示例的充电辊3的截面图，并且图2B是表面层的示意截面图。充电辊3可以用作图像形成装置100中的图像形成单元1a至1d的充电辊3a至3d中的每一个。

充电辊3被设置为与感光鼓2相对，并且与图像形成装置100中提供的充当电压施加单元的充电电源39电连接。充电电源39包括生成直流充电电压的电压生成电路，并且基于来自图像形成装置100的控制器的命令来向充电辊3施加充电电压。

另外，如果必要的话，充电辊3与充电清洁部件5一起使用。充电清洁部件5是去除附着到充电辊3的表面的脏污物质的部件。脏污物质的例子包括调色剂、外部添加剂、感光鼓的磨屑和纸粉。作为充电清洁部件5，例如，可以使用具有刷子形状的旋转部件或包括由泡沫材料制成的表面层的海绵辊。

充电辊3包括支持体30、在支持体30的外周上形成的弹性层31和在弹性层31上形成的表面层32。支持体30是具有优异的耐磨性和挠曲应力的轴部件，并且可以使用由镀有镍的钢制成的轴部件。弹性层31可以由传统用于充电辊的弹性层的橡胶或热塑性弹性体等制成。具体地，可以使用热塑性弹性体或者包含聚氨酯、硅酮橡胶、丁二烯橡胶、异戊二烯橡胶、氯丁二烯橡胶、丁苯橡胶、乙丙橡胶、聚乙叉降冰片烯橡胶、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯橡胶、氯甲代氧丙环橡胶等作为基底橡胶的橡胶组成物。橡胶组成物和热塑性弹性体的种类不受特别限制，并且可以优选使用从通用的苯乙烯基弹性体和烯烃基弹性体中选择的一个或多个热塑性弹性体。另外，取决于所需要的弹性，可以使用实心橡胶或泡沫橡胶。

可以通过向弹性层31添加导电剂来赋予其预定的导电性。导电剂不受特别限制，并且导电剂的例子包括阳离子型表面活性剂(诸如季铵盐，如高氯酸盐、氯酸盐、氟硼酸盐、乙基硫酸盐，以及苄基卤化物，诸如苄基三甲基铵、硬脂基三甲基铵、十八烷基三甲基铵、十二烷基三甲基铵和改性脂肪酸-二甲基乙基铵的苄基溴和苄基氯)、阴离子表面活性剂(诸如脂肪族磺酸盐、高级醇硫酸盐、高级醇环氧乙烷加硫酸盐、高级醇磷酸盐和高级醇环氧乙烷加磷酸盐)、两性表面活性剂(诸如甜菜碱)、抗静电剂(诸如非离子型抗静电剂，如高级醇环氧乙烷、聚乙二醇脂肪酸酯和多元醇脂肪酸酯)、第1族金属的盐(诸如Li⁺、Na⁺和K⁺，诸如LiCF₃SO₃、NaClO₄、LiAsF₆、LiBF₄、NaSCN、KSCN和NaCL)、电解质(诸如NH⁴⁺盐)、第2族金属的盐(诸如Ca²⁺和Ba²⁺，诸如Ca(ClO₄)₂)，并且这些抗静电剂包括至少一个包含与异氰酸酯反应的活性氢的基团(如羟基团、羧基团或者伯胺或仲胺基团)。此外，导电剂的例子包括：离子导电剂(例如上述例子的络合物和多元醇，诸如1,4-丁二醇、乙二醇、聚乙二醇、丙二醇和聚乙二醇)、其衍生物等，以及上述例子和一元醇的络合物(诸如乙二醇单甲醚和乙二醇单乙醚)，导电碳(诸如科琴黑(ketjenblack)EC和乙炔黑)，用于橡胶的碳(诸如SAF、ISAF、HAF、FEF、GPF、SRF、FT和MT)，经过氧化处理的彩墨的碳，热解碳，天然石墨，人造石墨，金属和金属氧化物(诸如掺杂锑的氧化锡、氧化钛、氧化锌、镍、铜、银和锗)以及导电聚合物(诸如聚苯胺、聚吡咯和聚乙炔)。在这种情况下，这些导电剂的含量根据组合物的种类来适当地选择，并且通常被调节以使得弹性层31的体积电阻率为10²至10⁸Ω·cm，更优选地，为10³至10⁶Ω·cm。

表面层32由颗粒P1和P2分散在其中的导电树脂层35形成，如图2B中所示。构成导电树脂层35的树脂材料的具体例子包括聚酯树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸聚氨酯树脂、尼龙树脂、环氧树脂、聚乙烯醇缩醛树脂、偏二氯乙烯树脂、氟树脂和硅酮树脂，并且可以使用有机树脂和含水树脂中的任一种。另外，可以将导电剂添加到表面层32以赋予表面层32导电性或调节表面层32的导电性。在这种情况下，导电剂不受特别限制，并且导电剂的例子包括：导电碳(诸如科琴黑EC和乙炔黑)，用于橡胶的碳(诸如SAF、ISAF、HAF、FEF、GPF、SRF、FT和MT)，经过氧化处理的彩墨的碳，热解碳，天然石墨，人造石墨，金属和金属氧化物(如掺杂锑的氧化锡、氧化钛、氧化锌、镍、铜、银和锗)。此外，在有机溶剂中使用导电剂的情况下，考虑到分散性，优选的是对导电剂的表面进行诸如硅烷偶联处理之类的表面处理。另外，可以适当地调节导电剂的添加量，使得可以实现所需的电阻率。已经发现，当表面层32的电阻率高于弹性层31的电阻率时，充电是稳定的，因此要求体积电阻率在10³到10¹⁵Ω·cm的范围内，更优选地，在10⁵到10¹⁴Ω·cm的范围内。

作为向充当表面层32的这种最外面的导电树脂层中添加的颗粒P1、P2，可以使用作为体积电阻率为10¹⁰Ω·cm或更高的绝缘体颗粒的聚氨酯颗粒、尼龙颗粒、丙烯酸树脂颗粒和共聚树脂颗粒(诸如丙烯酸苯乙烯树脂颗粒)。除此之外，还可以使用二氧化硅颗粒和其中诸如氧化钛、氧化锌或氧化锡之类的无机材料通过树脂结合的颗粒，并且更优选的是，与导电剂的情况类似，进行诸如硅烷偶联处理之类的预处理以改善分散性。另外，尽管在所例示的例子中分散了具有不同颗粒直径的两种颗粒，即大颗粒P1和小颗粒P2，但是可以分散单种颗粒或者三种或更多种颗粒。另外，为了控制稍后将描述的表面纹理，例如，可以使用具有低球形度的扁平颗粒。

尽管形成上述充电辊的方式不受特别限制，但优选使用的是制备含有各组分的涂料并通过浸渍法、喷涂法或辊涂法涂敷该涂料以形成涂膜的方法。在这种情况下，当形成多个外层时，可以通过使用构成各个层的涂料重复浸涂、喷涂或辊涂。

<具体制造方法的描述>

这里，将描述制造充电辊3的具体方法。下面将描述的制造配置是稍后将示出的表1中的例子1的充电辊的配置，并且尽管其中的颗粒的外直径和含量不同于其它充电辊的配置例子，但是制造方法本身是相同的。

首先，关于弹性层31的制备方法，将100份表氯醇橡胶(产品名称：EpichlomerCG102，由Osaka Soda有限公司制造)、30份充当填料的碳酸钙、2份充当用于改善抛光性的增强材料的着色级碳(产品名称：Seast SO，由Tokai Carbon有限公司制造)、5份氧化锌、10份充当增塑剂的邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、3份用下面的式子(1)表示的高氯酸季铵盐和1份充当抗老化剂的2-巯基苯并咪唑用开放滚动捏合机(open roll kneader)捏合20分钟，然后进一步将1份硫化促进剂DM、0.5份硫化促进剂TS、1份作为硫化剂的硫添加到体系中，并用开放滚动捏合机进一步捏合该体系15分钟。用橡胶挤出机将其挤成管状，然后切割，在硫化机中用160℃的水蒸气进行一次硫化40分钟，得到用于导电弹性体基层的一次硫化橡胶管。

接下来，将用于金属和橡胶的热固性粘合剂(产品名称：Metaloc U-20)施加在由镀有镍的钢制成并在其轴向上具有柱状形状的支持体30的柱状表面的中间部分上，并将支持体30在80℃下干燥30分钟，然后在120℃下进一步干燥1小时。将该支持体插入用于导电弹性体基层的一次硫化橡胶管中，然后通过在电炉中将管和支持体在160℃下加热2小时来进行二次硫化和粘合剂的固化，从而获得了未抛光产品。切下未抛光产品的橡胶部分的两端，然后通过磨石抛光橡胶部分，从而获得了包括粗糙度轮廓的十点高度Rzjis为7μm、跳动(run-out)为25μm的弹性层31的辊部件。

接下来，形成表面层32。向50份导电氧化锡粉末(产品名称：由石原产业株式会社有限责任公司制造的SN-100P)中添加450份三氟丙基三甲基硅烷的1％异丙醇溶液和300份平均颗粒直径为0.8mm的玻璃珠，通过油漆搅拌器进行体系的分散48小时，并通过500目的网过滤分散体。接下来，在100℃水浴中加热该溶液，同时用nauta混合器搅拌以挥发和去除醇以干燥该体系，并通过向体系的表面添加硅烷偶联剂来获得经表面处理的导电氧化锡。此外，将145份内酯改性的丙烯酸多元醇(产品名称：Placcel DC2009，由Daicel公司制造，羟值为90KOHmg/g)溶解在455份甲基异丁基酮(MIBK)中，以获得具有按质量算有24.17％的固体的溶液。将200份这种丙烯酸多元醇溶液、50份经表面处理的导电氧化锡粉末、0.01份硅油(产品名称：SH-28PA，由Toray Dow Corning Silicone有限公司制造)、1.2份一次颗粒直径为0.02μm的二氧化硅颗粒、4.5份大直径颗粒(产品名称：Chemisnow MX-1000，由SokenChemical&Engineering有限公司制造，平均颗粒直径为10μm)、和18份小直径颗粒(产品名称：Chemisnow MX-500，由Soken Chemical&Engineering有限公司制造，平均颗粒直径为5μm)混合。向其中添加200份直径为0.8mm的玻璃珠，并在冷却的同时使用油漆搅拌器在450ml蛋黄酱罐中进行体系的分散12小时。

此外，向330份这种分散体中添加27份异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)的块型异氰脲酸酯三聚体(产品名称：Vestanat B1370，由Degussa-Hüls制造)和17份六亚甲基二异氰酸酯(HDI)的异氰脲酸酯三聚体(产品名称：Duranate TPA-B80E，由Asahi Kasei公司制造)，用球磨机搅拌混合物1小时，最后用200目的网过滤该溶液，从而获得按质量算固体含量为43％的用于表面层的涂料。通过浸渍将用于表面层的涂料涂敷在包括弹性层31的辊部件的表面上。以400mm/min的牵引速度进行涂敷，然后将该层风干30分钟。此后，使轴向反转，再次以400mm/min的牵引速度进行涂敷。然后，将该层风干30分钟并在160℃的烘箱中干燥1小时，然后将该层在室温为25℃和相对湿度为50％的环境中放置48小时。

充电辊的配置示例

表1示出了本示例性实施例的充电辊的配置示例和充电辊的测试结果。

表1

在表中，各行的项表示如下：

·“大颗粒直径D1”和“小颗粒直径D2”分别表示分散在充电辊的表面层中的颗粒的平均颗粒直径，以μm为单位。D1对应于较大的颗粒，D2对应于较小的颗粒。较大的颗粒和较小的颗粒将被称为大颗粒和小颗粒。应注意，在本示例性实施方式中，平均颗粒直径是体积平均颗粒直径。

·“D1/D2”是大颗粒直径与小颗粒直径之比。

·“大颗粒混合比”表示大颗粒与分散在表面层中的所有颗粒的质量比。即，在M1表示混合大颗粒的质量并且M2表示混合的小颗粒的质量的情况下，“大颗粒混合比”是M1/(M1+M2)。

·“混合颗粒的量”表示所有混合的颗粒相对于表面层中除颗粒之外的所有固体组分的百分比量。也就是说，在通过从表面层32的总质量中减去混合的大、小颗粒的质量M1和M2而获得的值是M0的情况下，混合颗粒的量是(M1+M2)/M0×100(％)。

·应注意，在仅混合一种颗粒的情况下，通过将D2和M2设定为0来进行关于大颗粒混合比和混合颗粒量的计算。

表中的“平均膜厚度”表示构成表面层的树脂材料的层厚度。换句话说，平均膜厚度表示在忽略表面上源自颗粒的突起部分的情况下充电辊的表面层的固体组分的平均厚度。突起部分在下文中也将被称为颗粒部分。具体地，充电辊的表面层的原型(prototype)被部分地切断，并且通过激光显微镜在与其截面垂直的方向上以适当的倍率观察切断部分。这里使用的激光显微镜是由KEYENCE制造的VK-X1000。然后，通过排除表面层的源自颗粒的突起部分而测量的从表面层和弹性层之间的界面到表面层的表面的平均距离被设定为在该截面中测量的膜厚度。为了减小取决于观察位置的测量值的偏差，对9个截面进行观察。9个截面分别取自一个充电辊的纵向上的3个不同点处和旋转方向上的3个不同点处。纵向上的3个不同点分别在纵向上充电辊的中心处和在纵向上距离充电辊的两个端部2cm的位置处。旋转方向上的3个不同点以任意位置作为标准以120°间隔设定。然后，针对各截面获得的膜厚度的平均被设定为充电辊的表面层的“平均膜厚度”。

应注意，在上述截面图像的观察中，在颗粒部分与其它部分(即，基底部分)之间的边界清楚的情况下，“颗粒部分”的范围可以通过视觉观察来确定。在边界不清楚的情况下，通过JIS B0601或ISO 4278中定义的方法从截面图像获得表面层的表面的粗糙度轮廓，并且将高于高度频率分布的峰值的部分视为颗粒部分。在存在多个峰值的情况下，使用最低峰值。

<充电辊的表面纹理的测量方法>

表1中的最大高度Sz和自相关长度Sal是通过以下方法获得的，其中最大高度Sz和自相关长度Sal是与充电辊的表面的面粗糙度相关的参数。首先，通过由KEYENCE制造的激光显微镜VK-X1000以50x倍率的物镜捕获充电辊的表面的图像，从而获得具有273μm(宽度)×204μm(长度)的区域的二维高度数据。在对表面的曲率执行自动校正之后，通过使用符合由KEYENCE制造的ISO 25178的多文件分析应用获得最大高度和自相关长度。为了减小取决于观察位置的测量值的偏差，从每个充电辊的9个位置处捕获的9个图像中的每一个获得最大高度和自相关长度。9个图像分别在纵向上的3个不同点和旋转方向上的3个不同点处拍摄。纵向上的3个不同点分别在纵向上的充电辊的中心处和在纵向上距离充电辊的两个端部2cm的位置处。旋转方向上的3个不同点以任意位置作为标准以120°间隔设定。然后，在各个观察位置处获得的最大高度和自相关长度的平均值被设定为该充电辊的表面层的最大高度Sz和自相关长度Sal。

这里，最大高度Sz是表示测量目标的轮廓的最高点和最低点之间的高度差的参数。另外，自相关长度Sal是从关于充当测量目标的表面(即，尺度限制表面)的自相关函数获得的。自相关函数是表示充当测量目标的表面与通过在高度方向是z轴方向的前提下在x轴方向和y轴方向上偏移充当测量目标的表面而获得的虚拟表面之间的相似性的函数。自相关函数是包括x轴方向上的偏移量tx和y轴方向上的偏移量ty作为变量的2变量函数，并且具有如下特性：在原始表面和偏移的虚拟表面完美地彼此重合的情况下，即，当tx＝ty＝0成立时，自相关函数的值为1，并且当它们之间的偏差越大时变得越小。自相关长度Sal是表示在自相关函数的值最快地衰减到特定值s的方向上的水平距离的参数。在本示例性实施例中，特定值s是0.2。换句话说，自相关长度Sal表示从原点到自相关函数的值为s或更小的点(txty)当中距原点的距离最小的点的距离。

在表面的形状快速变化的情况下，即，在连续出现陡峭的凹陷和凸起的情况下，随着该点变得远离原点，自相关函数迅速衰减，因此自相关长度Sal的值小。相反，在表面的形状是平坦或平滑的情况下，自相关函数的衰减小，因此自相关长度Sal的值大。因此，为了减少作为外部添加剂膜化的一个原因的微细且陡峭的凹陷和突起，控制自相关长度Sal是有效的。

<充电辊的耐久性试验及其评估方法>

接下来，将描述如何进行充电辊的耐久性测试，并且将描述用于图像评估的电子照相装置。在本测试中使用的电子照相复印机是用于A3水平输出的机器，记录材料的输出速度是240mm/sec，并且图像分辨率是600dpi。图像承载部件是反转显影系统的感光鼓，该感光鼓是通过用OPC层涂敷铝圆柱体并进一步用外套层涂敷OPC层而形成的。平均直径为6μm、含有聚酯作为主要材料和蜡作为内部添加剂、并已经用诸如二氧化硅之类的外部添加剂处理的研磨调色剂被用作调色剂。为了评价耐久性测试后的图像，使复印机在低温且低湿度的环境(即，15℃和10％RH的L/L环境)下在10万张片材上连续输出图像比为5％的图像。

关于图像评估，首先，评估在初始状态下输出的半色调图像中被称为黑点的图像缺陷的存在/不存在，即，评估半色调图像的均一性。半色调图像的均一性也将被称为HT均一性。黑点在例如充电辊的表面层中的颗粒太大或颗粒未成功分散并形成聚合体的情况下被观察到，因此充当用于确定颗粒的添加量是否为太大的指标。假设放电的部分和不放电的部分是局部形成的，因此产生具有相对高电位的部分和具有相对低电位的部分，并且具有相对低电位的部分表现为明显黑的部分。也就是说，在直流充电系统的情况下，当减小的峰高度Spk和芯高度Sk之和大于8μm时，不会发生放电，因为充电辊和感光鼓之间的接触压合部等于或小于8μm(这是Paschen放电发生的最小间隙)。然而，据认为，在表面层中的颗粒的分散度小的情况下，在一些部分处间隙宽度超过8μm，因此发生放电的区域增大，并且局部产生放电的部分和不放电的部分。

关于黑点的评估标准，在一张片材上输出A3尺寸的半色调图像，并检查黑点图像的存在/不存在。未产生黑点的情况被评估为“A”，黑点数为4或更少并且黑点尺寸为0.3mm或更小的情况被评估为“B”，而黑点数为20或更少并且黑点的尺寸为0.6mm或更小的情况被评估为“C”。另外，黑点的尺寸大于0.6mm或者黑点的尺寸等于或小于0.4mm但黑点的数量大于20的情况被评估为“D”。

接下来，关于表现为条纹形状的不均一性的评估，在复印机的耐久性测试之后，即，在上述条件下在10万张片材上输出图像之后，通过视觉检查半色调图像来执行评估。在半色调图像上没有出现条纹的图像缺陷的情况被评估为“A”，出现非常轻微并且在没有仔细观察时不能注意到的不均一性的情况被评估为“B”，出现很小但可以一眼发现的不均一性的情况被评估为“C”，并且出现明显突出的不均一性的情况被评估为“D”。另外，经确定，由于半色调图像上的低浓度的条纹(即，白条纹)是由调色剂膜化引起的，而高浓度的条纹(即，黑条纹)是由外部添加剂膜化引起的。这是因为本发明人从其它实验的结果发现，在直流充电系统和交流充电系统的任一种情况下，充电电位变化的方向取决于膜化的原因而不同。

在外部添加剂膜化的情况下，获得如下实验结果：该实验结果指示充电电位在其绝对值变小的方向(即，图像浓度增大的方向)上改变。相反，在直流充电系统的调色剂膜化的情况下，充电电位在其绝对值变大的方向(即，图像浓度减小的方向)上改变。应注意，在交流充电系统的调色剂膜化的情况下，充电电位在由于外部添加剂的脏污导致其绝对值变小的方向(图像浓度增大的方向)上改变，这与外部添加剂膜化的情况类似。在直流充电系统中对于图像的影响取决于外部添加剂膜化和调色剂膜化中的哪一种而变化的原因尚不清楚。在交流充电系统中充电电位的绝对值由于膜化而降低的原因被认为是因为附着的物质导致阻抗Z增加并且膜化部分的充电效率降低。另外，有可能的是，在直流充电系统中充电电位的绝对值由于调色剂膜化而增大的原因是局部异常放电的发生。

<评估结果>

将描述表1，表1示出了通过上述评估方法获得的评估结果。首先，涂敷有平均膜厚度为12μm的表面层的充电辊被制造作为例子1，在表面层中平均颗粒直径为5μm的单种颗粒被混合以使得其与表面层中的所有固体组分的混合比为25％。以这种配置制造的例子1的充电辊附接到复印机并使其输出半色调图像，结果没有观察到黑点的图像缺陷，因此关于黑点的评估是“A”。在输出10万张片材的耐久性测试之后进一步输出半色调图像的结果是，没有观察到黑条纹，因此关于黑条纹的评估是“A”。但是，观察到白条纹，因此关于白条纹的评估为“D”。

这里，为了测量颗粒的影响，除了其中单种颗粒的平均颗粒直径被设定为5μm的例子2的充电辊之外，还制造了包含具有大于5μm的颗粒直径的颗粒的例子3至6的充电辊。在例子3中，大颗粒直径D1被设定为10μm。在例子4中，大颗粒直径D1被设定为15μm。在例子5中，大颗粒直径D1被设定为20μm。在例子6中，大颗粒直径D1被设定为30μm。在这些配置例子中，经证实，在最大高度Sz和大颗粒直径D1之间存在相关性。

作为对例子2至6执行图像评估的结果，随着最大高度Sz变大，存在黑点的图像缺陷变差的趋势。在Sz小于16μm的例子2、3和4中，没有观察到黑点的图像缺陷，因此关于黑点的评估为“B”或更好。然而，在Sz大于16μm的例子5和6中，关于黑点的评估为“D”。然而，关于由调色剂膜化引起的白条纹的图像缺陷，经证实，当最大高度Sz越大时结果越好。在最大高度Sz大于8μm的例子3、4、5和6中，与例子1相比，关于白条纹的评估提高，并且变为“A”。然而，在最大高度Sz小于8μm的例子2中，关于白条纹的评估是“D”。也就是说，存在权衡关系：在颗粒的尺寸增大并且因此最大高度Sz增大的情况下，调色剂膜化被抑制，但是初始半色调图像的均一性劣化，并且经证实，在最大高度Sz在8μm至16μm的范围内的情况下，这两者都可以保持在良好水平。

从例子2至6的结果发现，大颗粒的平均颗粒直径需要为15μm或更小。另外，为了使最大高度Sz为8μm或更大(这是可以有效抑制调色剂膜化的值)，通过使用这样的颗粒，要求至少部分颗粒从树脂层突起而不是完全埋在构成表面层的树脂材料中。例如，在针对表面层的平均膜厚度的测量方法中描述的表面层的截面中，至少部分颗粒从被计算为表面层的膜厚度的高度位置向外周侧突起优选4μm或更多，更优选5μm或更多。另外，将平均颗粒直径在等于或大于2μm且等于或小于15μm的范围内的颗粒混合，同时将表面层的平均膜厚度限制为20μm或更小，对于确保颗粒的突起量是有效的。

另外，在这些配置例子中，关于由外部添加剂膜化引起的黑条纹的图像缺陷的评估在例子2和4中为“D”。在耐久性测试后通过光学显微镜观察这些充电辊，观察到外部添加剂在表面中的微小凹陷、皱纹和颗粒部分的附近蓄积的情况，并且认为在例子2和4的充电辊中外部添加剂膜化由于这种陡峭的形状而变差。

可以通过使用如上所述的自相关长度Sal来评估表面形状的这种快速变化。实际上，其中关于外部添加剂膜化的评估结果为“A”或“B”的例子1、3、5和6的充电辊具有大于13μm的Sal，其中关于外部添加剂膜化的评估结果为“D”的例子2和4的充电辊具有小于13μm的Sal。

此外，为了检查自相关长度Sal对外部添加剂膜化的影响，制造了例子7至9的充电辊。这些配置例子基于其中关于外部添加剂膜化的评估结果为“D”的例子2和4的配置，并且被设定为使得自相关长度Sal变得大于13μm，同时保持最大高度Sz具有与这些相似的水平。

首先，例子7被设定为使得通过相对于例子2，将颗粒直径从5μm增大至10μm并且将表面层的膜厚度从7μm增大至12μm，颗粒附近的表面形状不陡峭。例子7的充电辊的自相关长度Sal为13.3μm。接下来，在例子8和9中，其配置或制造方法相对于例子4改变，使得自相关长度Sal增大。关于变化点，改变表1中所示的大颗粒直径D1或小颗粒直径D2和混合颗粒的量，以及使用改变用于表面层的涂料中的颗粒的分散度的方法或改变用于表面层的涂料在被涂敷在弹性层上之后的挥发性的方法。例子8的充电辊中的自相关长度Sal为15.4μm，例子9的充电辊中的自相关长度Sal为20.0μm。

对例子7至9进行图像评估，作为结果，关于黑条纹的图像缺陷的评估为“B”或更好。如从这些结果可以看出的，发现将自相关长度Sal设定为较大值对于抑制充电辊的外部添加剂膜化是有效的。然而，如果Sal太大，则充电辊的不均一性降低太多，并且充电辊和感光鼓之间的接触面积增加。因此，存在调色剂污染变差的趋势。因此，在这些例子中，Sal被设定为小于30μm。更优选地，Sal被设定为等于或小于25μm。

此外，从在混合颗粒相对于表面层的固体组分的量大的例子4中自相关长度Sal小于13μm并且发生外部添加剂膜化的结果发现，相对于表面层的固体组分，混合颗粒的量优选不太大，例如为50％或更少。此外，关于充当第一颗粒的大颗粒和充当第二颗粒的小颗粒的平均颗粒直径D1和D2，发现在满足5<D1<20和3<D2≤(D1)/2的关系的情况下获得了良好的结果。

如上所述，根据这些例子，发现重要的是，关于充电辊的面粗糙度，通过符合ISO25178的测量方法获得的最大高度Sz和自相关长度Sal的值在特定范围内。也就是说，在这些变量满足8≤Sz≤16和Sal≥13的关系的情况下，确保了充电电位的均一性，并且可以抑制调色剂膜化和外部添加剂膜化的发生。作为此结果，变得可以提供能够长时间段地维持良好图像质量的充电辊。在电子照相装置中，这样的充电辊可以优选地与包含具有10μm或更小的平均颗粒直径的调色剂和具有0.5μm或更小的充当一次颗粒直径的体积平均颗粒直径的外部添加剂的显影剂一起使用。

另外，从上述测试的结果发现，在满足11.4≤Sz和Sal≥15.5的关系的情况下可以获得更好的评估，如可以从表1的例子3和9看到的。

如上所述，根据本发明，可以长时间段地维持良好的图像质量。

其它实施例

尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应被赋予最广泛的解释，以包含所有这些修改和等同的结构和功能。

Claims (7)

1.一种图像形成装置，包括：

图像承载部件，被配置为承载图像；以及

充电辊，直流电压被施加到所述充电辊并且所述充电辊被配置为对图像承载部件的表面进行充电，

其中，所述充电辊包括轴部件、在轴部件周围形成的弹性层和在弹性层周围形成的表面层，

其中，具有在等于或大于2μm且等于或小于15μm的范围内的颗粒直径的颗粒分散在所述表面层中，并且

其中，相对于所述充电辊的表面层的最大高度Sz(μm)和自相关长度Sal(μm)满足8≤Sz≤16和13≤Sal≤30。

2.根据权利要求1所述的图像形成装置，其中，所述最大高度Sz和所述自相关长度Sal进一步满足11.4≤Sz和15.5≤Sal≤25。

3.根据权利要求1所述的图像形成装置，其中，所述表面层的平均膜厚度为20μm或更小。

4.根据权利要求1或2所述的图像形成装置，其中，所述颗粒中的至少一部分相对于所述表面层的表面的没有所述颗粒的区域突起4μm或更多。

5.根据权利要求1或2所述的图像形成装置，其中，所述表面层中包含的所述颗粒的质量与不包括所述颗粒的所述表面层的质量之比为50％或更小。

6.根据权利要求1或2所述的图像形成装置，

其中，所述颗粒包括平均颗粒直径为D1(μm)的第一颗粒和平均颗粒直径为小于D1的D2(μm)的第二颗粒，并且

其中，第一颗粒的平均颗粒直径D1和第二颗粒的平均颗粒直径D2满足5<D1<20和3<D2≤(D1)/2。

7.根据权利要求1或2所述的图像形成装置，还包括显影单元，该显影单元被配置为通过使用显影剂对所述图像承载部件上承载的静电潜像进行显影，

其中，所述显影剂中包含的调色剂的平均颗粒直径为10μm或更小，并且

其中，所述显影剂中包含的外部添加剂的平均颗粒直径为0.5μm或更小。