JP2008083404A - 帯電ロール、プロセスカートリッジ、及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】帯電ロールの表面にトナーや外添剤などの異物が付着することを抑制する。
【解決手段】帯電ロール１３の最外面に、樹脂バインダー４８Ａに微粒子４９を混練することによって表面層４８を形成する。表面層４８の膜厚に対する微粒子４９の体積平均粒径を規定することで、表面層４８の十点平均表面粗さＲｚを３〜１２μｍに規定することが可能となる。これによって、表面層４８にトナーや外添剤などの異物が付着することを抑制できる。
【選択図】図４

Description

本発明は、帯電ロール、プロセスカートリッジ、及び画像形成装置に関するものである。

電子写真方式を採用した複写機やプリンタ等の画像形成装置の帯電装置として、導電性の帯電ロールを感光体に直接接触させて感光体の帯電を行う接触帯電方式はオゾンや窒素酸化物の発生が大幅に少なく、電源効率も良いことから、最近では主流となっている。

このような接触帯電方式の帯電装置では、帯電ロールが感光体に常時接触しているため、帯電ロール表面に異物の付着による汚れが発生しやすい。

このため、帯電ロールの下地の表面粗さを粗くして表面層の表面粗さを制御したものが開示されている（例えば、特許文献１参照)。
特許第３４０００５４号公報

本発明は、異物の付着による汚れを生じにくい帯電ロール、およびそれを備えたプロセスカートリッジ、画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明に係る帯電ロールは、像保持体に接触して回転し、前記像保持体の表面を帯電させる導電性材料を含むロール部材からなり、少なくとも前記ロール部材の外周面に、微粒子を含有して表面粗さを持たせたことを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の帯電ロールにおいて、前記外周面を更に被覆する保護層が形成されていることを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の帯電ロールにおいて、前記外周面または前記保護層の表面の十点平均表面粗さＲｚが、３〜１２μｍであることを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の帯電ロールにおいて、前記微粒子の体積平均粒径が、前記微粒子を含有する層の平均膜厚の１〜５０％であることを特徴としている。

請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の帯電ロールにおいて、前記微粒子の体積平均粒径が、前記微粒子を含有する層の平均膜厚よりも大きいことを特徴としている。

請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の帯電ロールにおいて、前記微粒子が、高分子微粒子、又は無機微粒子であることを特徴としている。

請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の帯電ロールにおいて、前記微粒子は、導電性微粉末を混練して半導電性を持たせたことを特徴としている。

請求項８に記載の発明は、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の帯電ロールにおいて、前記微粒子が、前記ロール部材の外周面を形成するために前記微粒子を混練するバインダー樹脂と同じ樹脂からなることを特徴としている。

請求項９に記載の発明は、請求項７に記載の帯電ロールにおいて、前記導電性微粉末が、前記微粒子を混練するバインダー樹脂に含まれる導電性粒子と同じ材料であることを特徴としている。

請求項１０に記載の発明係るプロセスカートリッジは、画像形成装置本体に対して着脱可能に設けられ、像保持体と、前記像保持体の表面を帯電させる請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の帯電ロールと、を有することを特徴としている。

請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載のプロセスカートリッジにおいて、前記帯電ロールと接触して従動回転するスポンジロールを備えることを特徴としている。

請求項１２に記載の発明に係る画像形成装置は、請求項１乃至請求項９の何れか１項に記載の帯電ロールを備えることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、本構成を使用しない場合と比較して、トナーや外添剤などの異物が付着することを低減でき、サンドブラスト処理による粗面化処理に比べて、ロールの電気抵抗の上昇を抑えながら、長期にわたり安定した帯電性能を得ることができる。

請求項２に記載の発明によれば、本構成を使用しない場合と比較して、保護層によって帯電ロールの表面に露出した微粒子の離脱を防止できる。

請求項３に記載の発明によれば、本構成を使用しない場合と比較して、帯電ロールの表面にトナーや外添剤などの異物が付着することを抑制でき、帯電不良による画質劣化の発生を抑制できる。

請求項４に記載の発明によれば、微粒子の体積平均粒径をこの範囲に規定することにより、表面粗さのバラツキを低減する効果がある。

請求項５に記載の発明によれば、常に表層に対して一定量突き出し、かつ形状がほぼ等しい状態の突起物を形成することが可能となるため、場所によるクリーニング性のばらつきが起こりにくいという効果がある。

請求項６に記載の発明によれば、微粒子の抵抗値を任意に設定しやすく、特に帯電ロール表面の抵抗値として必要である、半導電〜絶縁領域の抵抗値をもたせやすいという効果がある。

請求項７に記載の発明によれば、微粒子を半導電性とすることにより、表層材料との抵抗差をおさえる事ができるため、低温低湿から高温高湿まで安定した帯電性能を得ることができるという効果がある。

請求項８に記載の発明によれば、表層材料を製造する上で、相溶性が良く、分散性も安定するため、歩留まりのよい帯電ロールをつくることができるという効果がある。また、相溶性が良くことにより、微粒子とバインダー樹脂との密着性が高くなる。

請求項９に記載の発明によれば、表層材料に含まれる導電性微粉末と同じものを用いることにより、ＰＨによる相性を考慮する必要がない。また、同程度の導電経路をもつため、微粒子の存在する表面と存在しない表面での帯電性の違いによるムラが発生しにくくなる効果がある。

請求項１０に記載の発明によれば、本構成を使用しない場合と比較して、画像形成装置本体に対してプロセスカートリッジの交換が容易である。

請求項１１に記載の発明によれば、本構成を使用しない場合と比較して、スポンジロールによって帯電ロールの表面をクリーニングすることができると共に、低コスト化が可能である。

請求項１２に記載の発明によれば、本構成を使用しない場合と比較して、帯電不良による筋などのディフェクトの発生を抑制できる。

以下、本発明の画像形成装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１には、本発明の第１実施形態に係る画像形成装置１が示されている。

この画像形成装置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。

つぎに、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。つぎに、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、つぎ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１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ー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２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２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。

次に、帯電ロール１３の詳細について説明する。

帯電ロール１３は、感光体ドラム１２の表面に接触して配設され、直流電圧あるいは直流電圧に交流電圧が印加されて、感光体ドラム１２の表面を帯電させるものである。帯電ロール１３は、図３に示すように、シャフト４０の周囲に抵抗弾性層４２を備えており、抵抗弾性層４２を、外側から抵抗層４６とそれらを支持する弾性層４４の順に分割した構成である。また、帯電ロール１３の耐久性や耐汚染性の付与のために、抵抗層４６の外側に表面層４８が設けられている。

シャフト４０の材質としては、導電性を有するもので、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、金属以外の材料でも、導電性と適度の剛性を有する材料であれば用いることができ、例えば導電性粒子等を分散した樹脂成形品や、セラミックス等を用いることもできる。また、ロール形状のほか，中空のパイプ形状とすることも可能である。

弾性層４４の材質としては、導電性あるいは半導電性を有するもので、一般には樹脂材あるいはゴム材に導電性粒子あるいは半導電性粒子を分散したものである。樹脂材料としては、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、ゴム材料としてはエチレン−プロピレンゴム，ポリブタジエン，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，それらを発泡させた発泡材が用いられる。

導電性粒子あるいは半導電性粒子としてはカーボンブラック，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を用いることができ、これらの材料を単独あるいは２種以上混合して用いても良い。更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、有機充填材の１種または２種以上を混合しても良い。

抵抗層４６及び表面層４８の材質としてはバインダー樹脂に導電性粒子あるいは半導電性粒子を分散し、その抵抗を制御したもので、抵抗率としては１０^３〜１０^１４Ωｃｍが好ましい。また平均膜厚としては０．０１〜１０００μｍが好ましい。バインダー樹脂としてはアクリル樹脂，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，ポリアリレート樹脂，ポリチオフェン樹脂，ＰＦＡ，ＦＥＰ，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、尿素樹脂等が用いられる。

導電性粒子あるいは半導電性粒子としては弾性層４４と同様のカーボンブラック，金属，金属酸化物や、イオン導電性を発現する第４級アンモニウム塩等のイオン性化合物等の１種または２種以上が混合される。また必要に応じてヒンダードフェノール，ヒンダードアミン等の酸化防止剤，クレー，カオリン，タルク，シリカ，アルミナ等の無機充填剤や、フッ素樹脂やシリコーン樹脂の微粉等の有機充填材や、シリコーンオイル等の潤滑剤などの、１種または２種以上を添加することができる。また更に界面活性剤や帯電制御剤等が必要に応じて添加される。

また、これらの層を形成する手段としてはブレードコーティング法，マイヤーバーコーティング法，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を用いることができる。

図４に示すように、本発明では、帯電ロール１３の表面層４８は、バインダー樹脂４８Ａに微粒子４９を混練することによって、所定の表面粗さを持たせている。すなわち、微粒子４９によって表面層４８の最外面に微小な凹凸を形成している。微粒子４９は、球形、不定形のどちらでも良い。なお、図４では、構成をわかりやすくするために表面層４８のバインダー樹脂４８Ａや微粒子４９を模式的に表現している。

表面層４８の十点平均表面粗さＲｚは、３〜１２μｍであることが好ましく、７〜１２μｍであることがより好ましく、１０〜１２μｍであることが特に好ましい。このような範囲に設定することによって、表面層４８にトナーや外添剤などの異物が付着しにくくなり、耐汚染性が高くなる。十点平均表面粗さＲｚが３μｍ未満であると、トナーや外添剤などの異物が付着する懸念があり、十点平均表面粗さＲｚが１２μｍよりも大きい場合には、凹凸部分にトナー及び紙粉等が溜まり易くなり、また、凹凸の高低差が大きいことによって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。

なお、当該十点平均表面粗さＲｚとは、ＪＩＳ Ｂ０６０１（１９９４）に規定された表面粗さのことである。十点平均表面粗さＲｚは、表面粗さ測定器等を用いて測定することができるが、本発明においては、２３℃・５５ＲＨ％の環境下において、接触式表面粗さ測定装置（サーフコム５７０Ａ、東京精密社製）を用いた。半導電性ベルト表面の測定に際しては、測定距離を２．５ｍｍとし、接触針としてはその先端がダイヤモンド（５μｍＲ、９０°円錐）のものを用い、場所を変えて３回繰り返し測定した際の平均値を半導電性ベルトの十点平均表面粗さＲｚとして求めた。

微粒子４９の材質としては、抵抗値が高い材質が好ましく、例えば、ポリイミド、メタクリル樹脂などの高分子微粒子、シリカなどの無機微粒子、又はセラミック微粒子などが用いられる。

ここで、微粒子４９の体積平均粒径は、表面層４８の平均膜厚の１〜５０％（バインダー樹脂４８Ａの厚み寸法に対して微粒子４９の長さ寸法が１〜５０％）であることが好ましい。表面層４８の平均膜厚の１％未満であると、所望の十点平均表面粗さＲｚを得ることが困難である。また、表面層４８の平均膜厚の５０％を超えると、微粒子４９の配合量によっては所望の十点平均表面粗さＲｚを得ることが困難である。本実施形態では、表面層４８の平均膜厚は、例えば３〜１５μｍであり、微粒子４９の体積平均粒径は、例えば１．０〜７．５μｍに設定されている。なお、微粒子４９の配合量は、バインダー樹脂４８Ａに対して約５〜３５容量％に設定されている。

一方、微粒子４９の体積平均粒径や配合量によっては、微粒子４９の体積平均粒径を表面層４８の平均膜厚より大きくすることもできる。この場合、表面層４８の表面から微粒子４９の周面の一部がはみ出した状態となることにより、所望の十点平均表面粗さＲｚに制御される。

なお、微粒子４９の体積平均粒径は、コールターカウンターＴＡ−ＩＩ型（コールター社製）を用いて測定した値である。この場合、微粒子の粒径レベルにより、最適なアパーチャーを用いて測定した。

また、表面層４８の平均膜厚は、表面層４８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。

また、微粒子４９の材質として、導電性微粉末を混練することによって半導電性を持たせてもよい。導電性微粉末としては、例えば、金、銀、銅のような金属；カーボンブラック；更に酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、ホウ酸アルミニウム、チタン酸カリウム、チタン酸カルシウム粉末等の金属酸化物；酸化チタン、酸化亜鉛、硫酸バリウム、ホウ酸アルミニウム、チタン酸カリウム粉末等の表面を、酸化錫、カーボンブラック、または金属で覆った微粉末；等を挙げることができる。これらは、単独で使用しても、２種以上を併用してもよい。導電性微粉末は、表面層４８のバインダー樹脂４８Ａに含まれる上記の導電性粒子（例えばカーボンブラックなど）と同じ材料としてもよい。

また、微粒子４９の材質として、バインダー樹脂４８Ａと同じ樹脂で形成してもよい。バインダー樹脂４８Ａと同じ樹脂を用いることで、相溶性がよくなり、微粒子４９とバインダー樹脂４８Ａとの密着性が高くなる。

バインダー樹脂４８Ａの材質としては、ポリフッ化ビニリデン、４フッ化エチレン共重合体、ポリエステル、ポリイミド、共重合ナイロンが好ましく用いられる。共重合ナイロンは、６１０ナイロン、１１ナイロン、１２ナイロン、の内のいずれか１種または複数種を重合単位として含むものであって、この共重合体に含まれる他の重合単位としては、６ナイロン、６６ナイロン等が挙げられる。本実施形態では、アルコール可溶性共重合ナイロンが用いられている。

なお、帯電ロール１３の表面層４８の外側（最表面）に薄いコーティング層（保護層）を設けてもよい。コーティング層の厚みは、１０μｍ以下が好ましい。コーティング層を設けても微粒子４９によって最外面の十点平均表面粗さを所定の範囲に規定することが可能である。

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。

次に、帯電ロール１３の、汚染性、クリーニング性を評価するために行った実験について説明する。

帯電ロール１３について、表面層４８に樹脂からなる微粒子４９を混ぜた状態で表面コートを行い、それぞれの十点平均表面粗さＲｚを、１〜２μｍ、３〜４μｍ、７〜８μｍ、１０〜１２μｍの４段階に振ったサンプルを作成し、汚染性とクリーニング性の評価を行った。

汚染性、クリーニング性を評価する方法としては、図１に示す画像形成装置１の画像形成ユニット１０において、クリーニングロール５０をつけない状態でプリントテストを行ってあらかじめ帯電ロール１３を汚しておき、次に感光体ドラム１２と帯電ロール１３とクリーニングロール５０だけを設置して感光体ドラム１２を所定回数回転させ、帯電ロール１３表面の変化を測定することとした。このときの測定方法は、帯電ロール１３表面に付着した外添剤による白色度の変化をグレード付けして測定した。汚染性、クリーニング性のグレードは、Ｇ１が良、Ｇ５が悪であり、Ｇの後の数字が大きくなるに従って悪化している。新品の帯電ロール１３はＧ０としている。また、汚染性とクリーニング性のグレードの付け方は異なっており、クリーニング性のグレードについては、絵として問題のないレベルがＧ３以下で、Ｇ３を超えるとＮＧである。また、汚染性のグレードについては、評価した１２水準（表１参照）のうち、最も悪かったものをＧ５とし、Ｇ１までの間をほぼ均等となるようにグレード分けした。

サンプル材料としては、表面層４８のバインダー樹脂４８Ａとして、アルコール可溶性共重合ナイロンを用い、導電性微粉末としてカーボンブラックを微粒子４９に混練して、微粒子４９の粒径と配合量をふって作成した。表面層４８の平均膜厚は、３〜４μｍ、８〜９μｍ、１４〜１５μｍの３水準とした。表面層４８の平均膜厚が３〜４μｍでは体積平均粒径が１．５μｍの微粒子、平均膜厚８〜９μｍでは体積平均粒径が４μｍの微粒子、平均膜厚１４〜１５では体積平均粒形が８μｍの微粒子を用い、微粒子の配合量は粗さに応じて１５〜７０％（表層樹脂固形分に対する重量％として）として実施した。

汚染性とクリーニング性を評価した結果を表１、表２に示す。

表１及び表２に示す結果より、十点平均表面粗さＲｚが大きいほど汚染性、クリーニング性が向上していることがわかる。

また、同じ帯電ロール１３を使用して図１に示す画像形成装置１を用いて通常のプリントテストを実施し、クリーニング性の数値と実際のディフェクト（画像欠陥）との相関を調べたところ、表２の結果を得たテストでクリーニング性がＧ３以下となる条件では１０万枚のプリントテストでも良好な維持性を示すことがわかった。この結果より、十点平均表面粗さＲｚは３μｍ以上であることが好ましいことがわかる。さらに、３μｍ以上では、帯電ロール１３の軸方向の場所によるクリーニング性のばらつきも発生せず、ほぼ均一に異物を除去できるうえ、異物付着量そのものも低減できることがわかった。

また、十点平均表面粗さＲｚの上限に関しては、１０μｍ以上の領域でクリーニング性は良好な値のまま推移しているが、初期的な帯電均一性としては、十点平均表面粗さＲｚが１２μｍを超えると白点などの不均一帯電が発生し、初期画質が目標未達になることがわかった。以上より、十点平均表面粗さＲｚが３μｍ〜１２μｍになるように表面層４８に微粒子４９を混ぜることが効果的であることが実証できた。

次に、帯電ロールの表面層の粗さを粗くする方法として、サンドブラストを用いて同様の十点平均表面粗さＲｚになるようにサンプル（比較例）を作成し、汚染性、クリーニング性の評価を行った。

サンドブラストを用いても、所望の十点平均表面粗さＲｚにすることは可能であるが、表３に示すように、帯電ロールとして最も重要な抵抗値が全ての条件で１桁前後上昇してしまい、特に低温低湿環境での帯電性が著しく劣る結果になってしまった。また、抵抗値の上昇も問題であるが、表３に示すように、抵抗値のばらつき（σ）の悪化も重要であり、一般的に、０．１を超えると均一帯電が難しい。

このサンドブラストとの比較結果からも、本発明の微粒子４９による十点平均表面粗さＲｚの制御が非常に効果が高いことが示された。

微粒子４９の体積平均粒径について、小さすぎると配合量を増やしても粗くなりにくい。また、大きすぎると、微粒子４９の欠落が発生しやすいことが実験から明らかになった。微粒子４９の体積平均粒径としては、表面層４８の平均膜厚の１％〜５０％が適切であった。また、微粒子４９に導電性微粉末としてカーボンブラックを混ぜることにより、帯電ロール１３の表面抵抗のバラツキを抑えられ、異常放電が発生しにくい。

なお、上記実施形態の画像形成装置１は、中間転写ベルトの移動方向に沿ってイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像形成ユニットを並設する構成であったが、この構成に限定するものではない。例えば、回転式現像装置を用いて感光体ドラム上に各色のトナー像を順次形成する構成であっても本発明を適用することが可能である。

本発明の第１実施形態に係る画像形成装置を示す概略構成図である。 図１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付近を示す構成図である。 帯電ロールを示す構成図である。 帯電ロールの表面層を模式的に表した図である。

符号の説明

１ 画像形成装置
１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ 画像形成ユニット（プロセスカートリッジ）
１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｋ 感光体ドラム（像保持体）
１３ 帯電ロール
４０ シャフト
４２ 抵抗弾性層
４４ 弾性層
４６ 抵抗層
４８ 表面層（最外面）
４８Ａ バインダー樹脂
４９ 微粒子
５０ クリーニングロール（スポンジロール）
５２ シャフト
５４ スポンジ層

Claims (12)

1. 像保持体に接触して回転し、前記像保持体の表面を帯電させる導電性材料を含むロール部材からなり、
   少なくとも前記ロール部材の外周面に、微粒子を含有して表面粗さを持たせたことを特徴とする帯電ロール。
2. 前記外周面を更に被覆する保護層が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. 前記外周面または前記保護層の表面の十点平均表面粗さＲｚが、３〜１２μｍであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の帯電ロール。
4. 前記微粒子の体積平均粒径が、前記微粒子を含有する層の平均膜厚の１〜５０％であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の帯電ロール。
5. 前記微粒子の体積平均粒径が、前記微粒子を含有する層の平均膜厚よりも大きいことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の帯電ロール。
6. 前記微粒子が、高分子微粒子、又は無機微粒子であることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の帯電ロール。
7. 前記微粒子は、導電性微粉末を混練して半導電性を持たせたことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の帯電ロール。
8. 前記微粒子が、前記ロール部材の外周面を形成するために前記微粒子を混練するバインダー樹脂と同じ樹脂からなることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の帯電ロール。
9. 前記導電性微粉末が、前記微粒子を混練するバインダー樹脂に含まれる導電性粒子と同じ材料であることを特徴とする請求項７に記載の帯電ロール。
10. 画像形成装置本体に対して着脱可能に設けられ、
    像保持体と、
    前記像保持体の表面を帯電させる請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の帯電ロールと、
    を有することを特徴とするプロセスカートリッジ。
11. 前記帯電ロールと接触して従動回転するスポンジロールを備えることを特徴とする請求項１０に記載のプロセスカートリッジ。
12. 請求項１乃至請求項９の何れか１項に記載の帯電ロールを備えることを特徴とする画像形成装置。

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