JP2021067743A - Image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子写真方式を用いた複写機、プリンタ、ファクシミリ装置等の画像形成装置に関するものである。 The present invention relates to an image forming apparatus such as a copier, a printer, and a facsimile apparatus using an electrophotographic method.
電子写真方式の画像形成装置は、像担持体としての電子写真感光体（感光ドラム）に形成した静電潜像を現像装置によってトナー像（現像剤像）に現像し、このトナー像をシート等の記録材に転写、定着させることで記録材に画像を形成する。上述した静電潜像の形成に先立ち、感光ドラムの表面は、帯電装置によって一様に帯電される。
帯電装置としては、帯電ローラ等の帯電部材を感光ドラム表面に接触させ、帯電ローラに所定の帯電バイアスを印加することで感光ドラム表面を帯電させる接触帯電方式のものを搭載する画像形成装置が増え、近年、帯電装置の主流になっている。この接触帯電方式のほとんどは、帯電ローラとして導電性ローラを用い、この導電性ローラを感光ドラムに接触させて電圧を印加するローラ帯電が用いられている。そして、帯電ローラに対してバイアスを印加して、感光ドラムとの間で放電を繰り返すことで、感光ドラム表面を一様に帯電するが、その放電により感光ドラムがダメージを受けて摩耗する。
感光ドラムは一般的に、支持体と支持体上に形成された感光層とを有し、感光層は電荷発生層及び電荷輸送層を有している。感光層は、電荷発生物質を含有する電荷発生層上に電荷輸送物質を含有する電荷輸送層を積層している積層型感光層が好ましく用いられている。
そして、ランニングコスト低減のため画像形成装置の更なる長寿命化が求められており、その対応として、例えば、感光ドラムの電荷輸送層の膜厚を厚くすることが求められることがある。しかしながら、この電荷輸送層の膜厚が厚いと、電荷輸送層を露光が通過して電荷発生層に達する前に露光光の分散が生じることや、電荷発生層で発生した電荷が感光ドラム表面に達する前に距離が長いため拡散してしまうことがある。その結果、露光パターンに忠実な静電潜像が形成できないことによる画質の低下が問題となることがある。
そこで、特許文献１では、感光ドラムの電荷輸送層の膜厚に応じて露光手段のビーム径を小さくすることで、静電潜像の広がりを抑え、露光パターンに忠実な静電潜像を形成する方法が提案されている。
The electrophotographic image forming apparatus develops an electrostatic latent image formed on an electrophotographic photosensitive member (photosensitive drum) as an image carrier into a toner image (developer image) by a developing apparatus, and develops this toner image into a sheet or the like. An image is formed on the recording material by transferring and fixing it on the recording material. Prior to the formation of the electrostatic latent image described above, the surface of the photosensitive drum is uniformly charged by the charging device.
As a charging device, an increasing number of image forming devices are equipped with a contact charging method in which a charging member such as a charging roller is brought into contact with the surface of a photosensitive drum and a predetermined charging bias is applied to the charging roller to charge the surface of the photosensitive drum. In recent years, it has become the mainstream of charging devices. Most of the contact charging methods use a conductive roller as a charging roller, and roller charging is used in which the conductive roller is brought into contact with a photosensitive drum to apply a voltage. Then, by applying a bias to the charging roller and repeating the discharge with the photosensitive drum, the surface of the photosensitive drum is uniformly charged, but the discharge damages the photosensitive drum and wears it.
The photosensitive drum generally has a support and a photosensitive layer formed on the support, and the photosensitive layer has a charge generating layer and a charge transporting layer. As the photosensitive layer, a laminated photosensitive layer in which a charge transporting layer containing a charge transporting substance is laminated on a charge generating layer containing a charge generating substance is preferably used.
Further, in order to reduce the running cost, it is required to further extend the life of the image forming apparatus, and as a countermeasure, for example, it may be required to increase the film thickness of the charge transport layer of the photosensitive drum. However, if the thickness of the charge transport layer is large, the exposure light is dispersed before the exposure passes through the charge transport layer and reaches the charge generation layer, and the charge generated in the charge generation layer is transferred to the surface of the photosensitive drum. It may spread due to the long distance before it reaches. As a result, deterioration of image quality due to the inability to form an electrostatic latent image faithful to the exposure pattern may become a problem.
Therefore, in
しかしながら、露光装置のビーム径は、技術的に最低限確保しなければならない径寸法があり、小径化には限界がある。したがって、上記特許文献１の構成では、更なる長寿命を目的に、さらに電荷輸送層の膜厚を厚くしていく場合に、技術的に対応が困難となる場合がある。そこで、静電潜像の広がりによる画質の低下を改善する別の手段として、感光ドラムの表面電位を高くした状態で、露光光量を強くすることで静電潜像を深くシャープに形成する方法を採用している製品もある。しかしながら、電荷輸送層の膜厚を厚くすると静電容量が小さくなることで、異常放電などが発生しやすくなることが知られている。さらに、帯電後の帯電電位が高い、つまり帯電前後での帯電電位差である帯電コントラストが大きいほど、この異常放電がさらに発生しやすくなる。電荷輸送層の膜厚が厚くなると静電容量が小さくなるため、所望の帯電電位に必要な帯電電荷量が小さくなり、電子の衝突による電離がなだれ式に発生し、空気中で絶縁破壊が生じ、一気に大電流が流れるこ
とになる。これにより、必要量以上に電荷が溜まることで感光ドラムの帯電電位が過帯電状態になり、異常放電などが発生しやすくなる。さらに、帯電コントラストを大きくすると、空気層の電界が強くなり、放電電流量が多くなることで異常放電がより厳しくなる。
However, the beam diameter of the exposure apparatus has a diameter that must be technically minimized, and there is a limit to the reduction in diameter. Therefore, in the configuration of
本発明の目的は、長寿命と高画質の両立を目的に、静電容量が小さく、帯電コントラストが高く放電電荷量が多い状態においても異常放電による画像不良を抑制することができる技術を提供することである。 An object of the present invention is to provide a technique capable of suppressing image defects due to abnormal discharge even in a state where the capacitance is small, the charge contrast is high, and the amount of discharge charge is large, for the purpose of achieving both long life and high image quality. That is.
上記目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、
記録材に画像を形成する画像形成装置であって、
少なくとも、電荷発生物質を含有する電荷発生層と、電荷輸送物質を含有する電荷輸送層と、が積層された像担持体と、
前記像担持体と対向する帯電部において前記像担持体の表面を帯電させる帯電部材と、
前記帯電部材にバイアスを印加する帯電バイアス印加手段と、
を備え、
前記帯電部材は、振幅が１Ｖの交流電圧を周波数を変化させながら前記帯電部材に印加することによって測定したインピーダンス特性を、周波数を横軸、インピーダンスを縦軸として両対数プロットしたときの、１．０×１０５Ｈｚ〜１．０×１０６Ｈｚの周波数における傾きが、−０．８以上、−０．３以下であり、周波数が１．０×１０−２Ｈｚ〜１．０×１０１Ｈｚにおけるインピーダンスが、１．０×１０３Ω〜１．０×１０７Ωであって、
前記像担持体は、前記電荷輸送層の単位面積当たりの静電容量が、１．５６×１０−１０Ｆ／ｃｍ２以下であり、
前記帯電バイアス印加手段は、前記像担持体の表面電位のうち、前記帯電部において形成される前記表面電位と、前記帯電部を通過する前における前記表面電位と、の差が５００Ｖ以上となるように、前記帯電部材に印加するバイアスを制御することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the image forming apparatus of the present invention
An image forming device that forms an image on a recording material.
At least, an image carrier in which a charge generating layer containing a charge generating substance and a charge transporting layer containing a charge transporting substance are laminated.
A charging member that charges the surface of the image carrier at the charging portion facing the image carrier,
A charging bias applying means for applying a bias to the charging member, and
With
The charging member has the impedance characteristics measured by applying an AC voltage having an amplitude of 1 V to the charging member while changing the frequency, when the frequency is plotted on the horizontal axis and the impedance is plotted on the vertical axis. The gradient at the frequency of 0 × 10 5 Hz to 1.0 × 10 6 Hz is -0.8 or more and -0.3 or less, and the frequency is 1.0 × 10 -2 Hz to 1.0 × 10 1 The amplitude at Hz is 1.0 × 10 3 Ω to 1.0 × 10 7 Ω.
The image carrier has a capacitance of 1.56 × 10 -10 F / cm 2 or less per unit area of the charge transport layer.
The charging bias applying means has such that the difference between the surface potential formed in the charged portion and the surface potential before passing through the charged portion of the surface potential of the image carrier is 500 V or more. In addition, it is characterized in that the bias applied to the charging member is controlled.
本発明によれば、感光ドラムの電荷輸送層の静電容量が小さく、帯電コントラストが大きく放電電荷量が多い状態においても、異常放電による画像不良を抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress image defects due to abnormal discharge even in a state where the capacitance of the charge transport layer of the photosensitive drum is small, the charge contrast is large, and the amount of discharge charge is large.
本発明において、数値範囲を表す「○○以上××以下」や「○○〜××」の記載は、特に断りのない限り、端点である下限及び上限を含む数値範囲（○○を下限値、××を上限値とする数値範囲）を意味する。
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。すなわち、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。
In the present invention, unless otherwise specified, the description of "○○ or more and XX or less" and "○○ to XX" indicating a numerical range is a numerical range including the lower limit and the upper limit which are end points (○○ is the lower limit value). , XX is the upper limit).
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail exemplarily with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, and relative arrangements of the components described in this embodiment should be appropriately changed depending on the configuration of the apparatus to which the invention is applied and various conditions. That is, it is not intended to limit the scope of the present invention to the following embodiments.
［実施形態１］
＜画像形成装置の概略構成＞
図１、図２を参照して、本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略構成について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す模式的断面図である。図２は、本発明の実施形態に係る画像形成装置における制御ブロック図である。図１は、画像形成装置が水平な設置面に載置される通常の設置状態における画像形成装置の構成を示しており、紙面左右方向が水平方向、紙面上下方向が装置上下方向にそれぞれ対応する。
[Embodiment 1]
<Outline configuration of image forming apparatus>
A schematic configuration of an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a control block diagram of the image forming apparatus according to the embodiment of the present invention. FIG. 1 shows the configuration of an image forming apparatus in a normal installation state in which the image forming apparatus is placed on a horizontal installation surface, and the horizontal direction of the paper surface corresponds to the horizontal direction and the vertical direction of the paper surface corresponds to the vertical direction of the device. ..
本実施形態の画像形成装置Ａとしては、画像情報に応じて電子写真方式にて例えば、記録用紙、ＯＨＰシートなどの記録媒体（記録材）６に画像を形成するレーザビームプリンタが一例として挙げられる。また、本実施形態の画像形成装置Ａは、詳しくは後述するように、プロセスカートリッジＢが画像形成装置Ａの装置本体に対して着脱可能とされている。ここで、装置本体とは、画像形成装置ＡにおいてプロセスカートリッジＢを除いた構成部分を指す。なお、本実施形態では、感光ドラムに形成したトナー像（現像剤像）を被転写体としての記録材に直接転写する構成の画像形成装置について説明するが、画像形成装置の構成は特に限定されるものではない。例えば、複数の画像形成部で形成したそれぞれ色の異なるトナー像を被転写体としての中間転写体上に重畳転写してカラートナー像を形成し、これを記録材に転写する画像形成装置（カラーレーザプリンタなど）に対しても本発明は適用可能である。 As an example of the image forming apparatus A of the present embodiment, a laser beam printer that forms an image on a recording medium (recording material) 6 such as a recording paper or an OHP sheet by an electrophotographic method according to image information can be mentioned as an example. .. Further, in the image forming apparatus A of the present embodiment, the process cartridge B is detachable from the apparatus main body of the image forming apparatus A, as will be described in detail later. Here, the apparatus main body refers to a component portion of the image forming apparatus A excluding the process cartridge B. In this embodiment, an image forming apparatus having a structure in which a toner image (developer image) formed on a photosensitive drum is directly transferred to a recording material as a transfer target will be described, but the configuration of the image forming apparatus is particularly limited. It's not something. For example, an image forming apparatus (color) in which toner images of different colors formed by a plurality of image forming portions are superimposed and transferred onto an intermediate transfer body as a transfer target to form a color toner image, and this is transferred to a recording material. The present invention can also be applied to (such as a laser printer).
画像形成装置Ａは、パーソナルコンピュータなどのホスト１４に接続されて用いられる。コントローラ部３１において、ホスト１４からのプリント要求信号並びに画像データを処理し、露光手段であるスキャナ３を制御することで、感光ドラム１上に静電潜像（静電像）を形成する。つまり、画像形成装置Ａは、像担持体（回転体）として、図中矢印Ｒ１方向に回転駆動される円筒状の感光ドラム１を有している。本実施形態において、感光ドラム１は、円筒状の基体であるアルミシリンダの周囲に感光層（電子写真感光体）として膜厚２４μｍのＯＰＣ層が塗工されたものである。この感光ドラム１の良好な画質を維持できる最低感光体膜厚は９μｍであり、その時点で感光体寿命となる。
The image forming apparatus A is used by being connected to a
感光ドラム１は、帯電手段である、感光ドラム１に加圧当接されたローラ状の帯電部材、即ち、ＤＣ接触帯電ローラ（帯電ローラ）２によって一様に帯電される。本実施形態では、帯電ローラ２は、芯金上に導電性ゴム層を設けた構成とされる。本実施形態では、詳しくは後述するように、帯電ローラ２には帯電バイアスとして所定の値に固定された直流電圧が電源３４から印加され、感光ドラム１表面の帯電ローラ２と接触する帯電部において感光ドラム１の表面を負極性に一様に帯電させる。帯電ローラ２は、感光ドラム１の回転により、図中矢印Ｒ４方向に従動回転（感光ドラム１の回転に追従して回転）する。帯電ローラ２は、感光ドラム１の長手方向（記録媒体６の搬送方向に直交する方向）略全域に亙って当接されている。
The
一様に帯電された感光ドラム１は、露光手段であるスキャナ３からのレーザ光Ｌ１により露光され、その表面に静電潜像が形成される。スキャナ３は、レーザ光源３ａ、ポリゴ
ンミラー３ｂ、レンズ系３ｃなどを有し、コントローラ部３１の制御により、感光ドラム１上を走査露光することができる。本実施形態の潜像設定は、感光ドラム１の膜厚によらず、Ｖｄ＝−７００Ｖ、Ｖｌ＝−２００Ｖとした。
The uniformly charged
その後、この静電潜像は、現像装置４によって現像剤が供給されて、トナー像として可視化される。現像装置４は、一成分現像剤として本実施例において正規極性である負帯電性の非磁性トナー（トナー）２２を収容する現像容器２１を有する。本実施形態では、トナー２２には、小粒径化及び低融点化を達成し、且つ、転写効率を向上させるために、重量平均粒径約７μｍの略球形トナーを用いた。
After that, the electrostatic latent image is visualized as a toner image by supplying a developer by the developing
感光ドラム１と対向する現像容器２１の一部は、感光ドラム１の長手方向略全域に亙り開口しており、この開口部にローラ状の現像剤担持体（現像手段）である現像ローラ２３が配置されている。現像ローラ２３は、現像装置４の図中左上方に位置する感光ドラム１に所定の侵入量となるように押圧、接触され、図中矢印Ｒ２方向に回転駆動される。また、その表面は、トナー２２との摺擦確率を高め、且つ、トナー２２の搬送を良好に行うために、適度な凹凸を有している。
A part of the developing
現像ローラ２３の図中右下方には、現像ローラ２３への現像剤を供給し、また未現像トナーを現像ローラ２３から剥ぎ取る手段として、弾性ローラ２４（現像剤供給部材）が当接されている。弾性ローラ２４は、回転可能に現像容器２１に支持されている。また、弾性ローラ２４は、現像ローラ２３へのトナー供給及び未現像トナーの剥ぎ取り性の点からゴムスポンジローラとし、現像ローラ２３と同一方向である図中矢印Ｒ３方向に回転駆動する。また、現像装置４は、現像ローラ２３に担持させるトナー量を規制する現像剤層厚規制部材として、現像ブレード２５を備えている。現像ブレード２５は、弾性を有するＳＵＳ製の金属薄板で構成され、自由端側の先端近傍を現像ローラ２３の外周面に面接触にて当接するように設けられている。弾性ローラ２４との摺擦により現像ローラ２３上に担持されたトナーは、現像ブレード２５との当接部を通過する際に摩擦帯電により電荷付与され、且つ、薄層に規制される。
At the lower right of the developing
このような構成の現像装置４において、現像ローラ２３には、高圧電源３７から現像バイアスとして所定の値に固定された直流電圧が印加される。本実施形態では、感光体膜厚によらず現像バイアスはＶｄｃ＝−５００Ｖで一定とした。これによって、本実施形態では、一様に帯電された感光ドラム１の表面の、負電荷が減衰した露光部を反転現像により現像する。
In the developing
一方、記録媒体６は、記録媒体収容部１６から供給ローラ１２ａなどにより分離給送され、レジストローラ１２ｂで一旦停止する。レジストローラ１２ｂは、記録媒体６の記録位置と感光ドラム１へのトナー像の形成タイミングとの同期をとり、転写手段（転写部材）である転写ローラ５と感光ドラム１との対向部（転写部）へと、記録媒体６を送り出す。そして可視化された感光ドラム１上のトナー像は、転写ローラ５（高圧電源３８から転写ローラ５に印加される転写バイアス）の作用によって記録媒体６に転写される。本実施形態では、制御部３５により、転写電流を検知する電流検知部３９の検知結果に基づいて画像形成時の転写電圧の設定が可能となっている。また、制御部３５は、記憶された情報に基づいて画像形成動作の制御を行うための情報を記憶する記憶部としてメモリ３３を有する。
On the other hand, the
こうしてトナー像を転写された記録媒体６は、定着装置９に搬送される。ここで、記録媒体６上の未定着のトナー像は、熱、圧力よって記録媒体６に永久定着される。その後、記録媒体６は排出ローラ１２ｃなどにより機外に排紙される。
The
一方、記録媒体６にトナー像を転写した後の感光ドラム１は、前露光手段である前露光ユニット２７が発するレーザ光Ｌ２により全面露光（全面光照射）されることにより、前回の形成画像によって不均一となった感光ドラム１表面の電位が一様に均される。即ち、除電手段として、感光ドラム１表面の残留電荷を除去するように感光ドラム１表面に光を照射する。前露光ユニット２７（前露光部）は、転写ローラ５よりも感光ドラム１回転方向下流側で、帯電ローラ２よりも感光ドラム１回転方向上流側の間に配設される。前露光ユニット２７の光源としてはＬＥＤ、ハロゲンランプ等を用いることができる。使用する光源は特に限定されないが、駆動電圧が低く、また装置の小型化が容易という観点から、ＬＥＤを用いるのが好ましい。本実施形態では、前露光光源としてＬＥＤを用いた。また、前露光ユニット２７の動作は制御部３５により制御されるものである。
On the other hand, the
また、転写されずに感光ドラム１上に残留した転写残トナーは、クリーニング手段（クリーナ）１０によって清掃する。つまり、クリーナ１０は、クリーニング部材であるクリーニングブレード７により転写残トナーを感光ドラム１から掻き取り、廃トナー容器８に収納する。クリーニングされた感光ドラム１は、上述と同様にして、繰り返し画像形成に供される。
Further, the transfer residual toner that remains on the
本実施形態では、画像形成装置Ａは、像担持体としての電子写真感光体と、この像担持体に作用するプロセス手段とを一体的にカートリッジ化し、このカートリッジを装置本体に対して着脱可能とするプロセスカートリッジ方式とされている。ここで、プロセス手段としては、電子写真感光体を帯電する帯電手段、電子写真感光体に現像剤を供給する現像手段、電子写真感光体をクリーニングするクリーニング手段が含まれる。つまり、プロセスカートリッジとは、次のような構成である。すなわち、帯電手段、現像手段及びクリーニング手段と、電子写真感光体とを一体的にカートリッジ化し、このカートリッジを装置本体に着脱可能とするものである。或いは、帯電手段、現像手段、クリーニング手段のうち少なくとも１つと、電子写真感光体とを一体的にカートリッジ化し、装置本体に対して着脱可能とするものでもよい。或いは、少なくとも現像手段と電子写真感光体とを一体的にカートリッジ化し、このカートリッジを装置本体に対して着脱可能とするものでもよい。 In the present embodiment, the image forming apparatus A integrally forms a cartridge of an electrophotographic photosensitive member as an image carrier and a process means acting on the image carrier, and the cartridge can be attached to and detached from the apparatus main body. It is said to be a process cartridge method. Here, the process means include a charging means for charging the electrophotographic photosensitive member, a developing means for supplying a developing agent to the electrophotographic photosensitive member, and a cleaning means for cleaning the electrophotographic photosensitive member. That is, the process cartridge has the following configuration. That is, the charging means, the developing means, the cleaning means, and the electrophotographic photosensitive member are integrally formed into a cartridge, and the cartridge can be attached to and detached from the apparatus main body. Alternatively, at least one of the charging means, the developing means, and the cleaning means and the electrophotographic photosensitive member may be integrally formed into a cartridge so that the device can be attached to and detached from the main body of the apparatus. Alternatively, at least the developing means and the electrophotographic photosensitive member may be integrally formed into a cartridge so that the cartridge can be attached to and detached from the apparatus main body.
本実施形態では、感光ドラム１、帯電ローラ２、現像装置４、クリーナ１０が一体的にカートリッジ化され、プロセスカートリッジＢを形成し、装置本体１３に着脱可能とされている。プロセスカートリッジＢは、装置本体１３が備えた装着手段１５を介して、取り外し可能に装置本体１３に装着される。また、上記記録媒体供給ローラ１２ａ、レジストローラ１２ｂ、排出ローラ１２ｃなどにより、プロセスカートリッジＢに対して記録媒体６を搬送し、また画像形成後の記録媒体６を装置本体１３から排出するための、記録媒体搬送手段が構成されている。
In the present embodiment, the
本実施形態では、プロセスカートリッジＢには記憶手段２６（記憶部）が設けられている。記憶手段２６としては、例えば、接触不揮発性メモリ、非接触不揮発性メモリ、電源を有する揮発性メモリなど、任意の形態を用いることができる。本実施形態では、記憶手段として非接触不揮発性メモリ２６がプロセスカートリッジＢに搭載されている。非接触不揮発性メモリ２６は、メモリ側の情報伝達手段であるアンテナ（図示せず）を有し、無線で画像形成装置本体１３が備えた制御手段（ＣＰＵ）３２と通信することで、情報の読み出し及び書き込みが可能である。本実施形態では、ＣＰＵ３２は装置本体側の情報伝達手段、メモリ２６の情報の読み書き手段の機能を備えている。この記憶手段２６には、後述する感光ドラム１の感光体膜厚に関する情報、帯電ローラ２の情報、使用環境に関する情報が記憶される。
In the present embodiment, the process cartridge B is provided with a storage means 26 (storage unit). As the storage means 26, any form can be used, for example, a contact non-volatile memory, a non-contact non-volatile memory, a volatile memory having a power supply, and the like. In the present embodiment, the non-contact
以上の構成において、帯電ローラ２及び転写ローラ５への電圧印加に関わる電源３４、
３８や制御部３５、ＣＰＵ３２などの構成が、本発明の電圧印加部（帯電バイアス印加手段、転写バイアス印加手段）に対応する。
In the above configuration, the
The configuration of 38, the
＜異常放電現象について＞
異常放電は、帯電ローラ２に直流電圧を印加した場合に、帯電ローラ２により形成されるニップよりも感光ドラム１回転方向の上流側の長ギャップ部で発生する過放電により、感光ドラム１の表面が過帯電する現象である。長ギャップ部では、帯電ローラ２への帯電バイアスを上げていく（本実施例においては、帯電バイアスを上げるとは、正規極性である負極性側に帯電バイアスを変化させることを指す）と微弱で時間的に連続であった正常放電が、放電電流が大きく時間的にも空間的にも不連続な断続放電へと変化する。この異常放電は、正常放電時のタウンゼント放電の範疇であると考えられている。このタウンゼント放電は、電極間の電界およびガスの種類、ガスの圧力、電極材料によって変化する放電現象である。
<About abnormal discharge phenomenon>
Abnormal discharge occurs on the surface of the
大気中の近接放電現象は、パッシェン則に従い発生する。この異常放電現象は、遊離した電子が電界によって加速され、電極間に存在する分子や電極と衝突して電子、陽イオン及び陰イオンを生成する過程を繰り返す、電子雪崩の拡散現象である。この電子雪崩は電界に従って拡散し、拡散が最終的な放電電荷量を決定する。パッシェン則に従う条件よりも過剰な電界となれば、局所的な強い放電、すなわち異常放電が発生しやすくなる。
この異常放電現象は、以下のような条件において発生しやすい。
The proximity discharge phenomenon in the atmosphere occurs according to Paschen's law. This abnormal discharge phenomenon is an electron avalanche diffusion phenomenon in which liberated electrons are accelerated by an electric field and collide with molecules and electrodes existing between electrodes to generate electrons, cations, and anions. This electron avalanche diffuses according to the electric field, and the diffusion determines the final amount of discharge charge. If the electric field is excessive than the condition according to Paschen's law, a strong local discharge, that is, an abnormal discharge is likely to occur.
This abnormal discharge phenomenon is likely to occur under the following conditions.
低温低湿下では、常温常湿下と比較して電極間に存在する分子が少ないことから、パッシェンの法則から導かれる放電開始電圧よりも放電開始電圧が高くなる傾向にある。放電開始電圧が高くなることで、パッシェン則に従う条件よりも過剰な電界になりやすく、低温低湿下では異常放電が発生しやすくなっている。 Under low temperature and low humidity, the number of molecules existing between the electrodes is smaller than that under normal temperature and humidity, so the discharge start voltage tends to be higher than the discharge start voltage derived from Paschen's law. As the discharge start voltage becomes higher, the electric field tends to be excessive than the condition according to Paschen's law, and abnormal discharge tends to occur under low temperature and low humidity.
また、異常放電は、感光ドラム１の電荷輸送層の膜厚が厚いと発生しやすい。膜厚が厚くなると一般的に静電容量が小さくなるため、所望の帯電電位Ｖｄに必要な帯電電荷量Ｑが小さくなる。電子の衝突による電離がなだれ式に発生し、ネズミ算的に荷電粒子が増加することによって、空気中で絶縁破壊が生じ、一気に大電流が流れると、必要量以上に電荷が溜まることで感光ドラム１の帯電電位は過帯電状態になると推定されている。つまり、異常放電の感光ドラム１による寄与度は静電容量の変化によるものである。よって、同一材料の感光ドラム１であれば電荷輸送層の膜厚に依存するが、同一膜厚でも材料が変わることで静電容量が変化することで異常放電の発生閾値も変化する。
Further, abnormal discharge is likely to occur when the film thickness of the charge transport layer of the
また、帯電ローラ２による帯電前後での感光ドラム１の表面電位の差である帯電コントラストが大きくなると異常放電は発生しやすくなる。具体的には、帯電ローラ２による帯電直前の感光ドラム１の表面電位（以下、帯電前電位）と、帯電直後の感光ドラム１の表面電位との電位差が大きいと、空気層（ギャップ部）の電界が強くなり、放電電流量が多くなり異常放電が発生しやすい。
Further, when the charging contrast, which is the difference in surface potential of the
露光パターンに忠実な静電潜像とするために帯電電位Ｖｄを高くすると、露光工程や帯電工程とは逆極性である正極性のバイアスを印加する転写工程、前露光等の除電工程等で減衰した帯電前電位に対して帯電コントラストが大きくなる。つまり、異常放電に重要な要件は帯電コントラストであるが、帯電電位Ｖｄを高くすると自ずと帯電コントラストが大きくなり、異常放電が発生しやすくなる。 When the charging potential Vd is increased in order to obtain an electrostatic latent image faithful to the exposure pattern, it is attenuated in the exposure process, the transfer process of applying a positive polarity opposite to the charging process, the static electricity elimination process such as preexposure, etc. The charging contrast becomes larger than the pre-charging potential. That is, an important requirement for abnormal discharge is charge contrast, but when the charge potential Vd is increased, the charge contrast naturally increases, and abnormal discharge is likely to occur.
＜感光ドラム＞
電子写真感光体の形状としては、例えば、円筒状、ベルト（エンドレスベルト）状、シート状などが挙げられる。本実施形態において、円筒状の感光ドラム１を用いた。円筒状
の感光ドラム１は、支持体の外周に感光層を備えた構成となっている。感光層としては、電荷発生物質を含有する電荷発生層と、電荷輸送物質を含有する電荷輸送層と、に分離した積層型（機能分離型）感光層を用いた。
<Photosensitive drum>
Examples of the shape of the electrophotographic photosensitive member include a cylindrical shape, a belt (endless belt) shape, and a sheet shape. In this embodiment, a cylindrical
支持体としては、導電性を示すもの（導電性支持体）であることが好ましい。支持体の材質としては、例えば、鉄、銅、金、銀、アルミニウム、亜鉛、チタン、鉛、ニッケル、スズ、アンチモン、インジウム、クロム、アルミニウム合金、ステンレスなどの金属（合金）が挙げられる。また、アルミニウム、アルミニウム合金、酸化インジウム−酸化スズ合金などを用いて真空蒸着によって形成した被膜を有する金属製支持体やプラスチック製支持体を用いることもできる。支持体の表面は、レーザ光の散乱による干渉縞の抑制を目的として、切削処理、粗面化処理、アルマイト処理などを施してもよい。支持体と、後述の下引き層または感光層（電荷発生層、電荷輸送層）との間には、レーザ光の散乱による干渉縞の抑制や、支持体の傷の被覆などを目的として、導電層を設けてもよい。
導電層は、カーボンブラック、導電性顔料、抵抗調節顔料などを結着樹脂とともに分散処理することによって得られる導電層用塗布液を塗布し、得られた塗膜を乾燥させることによって形成することができる。
また、導電層用塗布液には、加熱、紫外線照射、放射線照射などにより硬化重合する化合物を添加してもよい。導電性顔料や抵抗調節顔料などを分散させてなる導電層は、その表面が粗面化される傾向にある。導電層の膜厚は、０．２μｍ以上４０μｍ以下であることが好ましく、５μｍ以上３０μｍ以下であることがより好ましい。
導電層に用いられる結着樹脂としては、例えば、スチレン、酢酸ビニル、塩化ビニル、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、フッ化ビニリデン、トリフルオロエチレンなどのビニル化合物の重合体や、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリスルホン、ポリフェニレンオキサイド、ポリウレタン、セルロース樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ケイ素樹脂、エポキシ樹脂などが挙げられる。導電性顔料および抵抗調節顔料としては、例えば、アルミニウム、亜鉛、銅、クロム、ニッケル、銀、ステンレスなどの金属（合金）の粒子や、これらをプラスチックの粒子の表面に蒸着したものなどが挙げられる。また、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化スズ、酸化アンチモン、酸化インジウム、酸化ビスマス、スズがドープされている酸化インジウム、アンチモンやタンタルがドープされている酸化スズなどの金属酸化物の粒子を用いることもできる。これらは、１種のみ用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。２種以上を組み合わせて用いる場合は、混合するだけでもよいし、固溶体や融着の形にしてもよい。
As the support, it is preferable that the support exhibits conductivity (conductive support). Examples of the material of the support include metals (alloys) such as iron, copper, gold, silver, aluminum, zinc, titanium, lead, nickel, tin, antimony, indium, chromium, aluminum alloy, and stainless steel. Further, a metal support or a plastic support having a coating film formed by vacuum vapor deposition using aluminum, an aluminum alloy, an indium tin oxide alloy, or the like can also be used. The surface of the support may be subjected to cutting treatment, roughening treatment, alumite treatment or the like for the purpose of suppressing interference fringes due to scattering of laser light. Conduction between the support and the undercoat layer or the photosensitive layer (charge generation layer, charge transport layer) described later for the purpose of suppressing interference fringes due to scattering of laser light and covering scratches on the support. Layers may be provided.
The conductive layer can be formed by applying a coating liquid for a conductive layer obtained by dispersing carbon black, a conductive pigment, a resistance adjusting pigment, etc. together with a binder resin, and drying the obtained coating film. it can.
Further, a compound that cures and polymerizes by heating, ultraviolet irradiation, irradiation, or the like may be added to the coating liquid for the conductive layer. The surface of the conductive layer formed by dispersing a conductive pigment, a resistance adjusting pigment, or the like tends to be roughened. The film thickness of the conductive layer is preferably 0.2 μm or more and 40 μm or less, and more preferably 5 μm or more and 30 μm or less.
Examples of the binder resin used for the conductive layer include polymers of vinyl compounds such as styrene, vinyl acetate, vinyl chloride, acrylic acid ester, methacrylic acid ester, vinylidene fluoride, and trifluoroethylene, polyvinyl alcohol, and polyvinyl acetal. , Polycarbonate, polyester, polysulfone, polyphenylene oxide, polyurethane, cellulose resin, phenol resin, melamine resin, silicon resin, epoxy resin and the like. Examples of the conductive pigment and the resistance adjusting pigment include particles of a metal (alloy) such as aluminum, zinc, copper, chromium, nickel, silver and stainless steel, and those obtained by depositing these on the surface of plastic particles. .. It is also possible to use particles of metal oxides such as zinc oxide, titanium oxide, tin oxide, antimony oxide, indium oxide, bismuth oxide, tin-doped indium oxide, and antimony and tantalum-doped tin oxide. it can. These may be used alone or in combination of two or more. When two or more kinds are used in combination, they may be simply mixed, or may be in the form of a solid solution or a fused solution.
支持体または導電層と感光層（電荷発生層、電荷輸送層）との間には、感光層の接着性改良、塗工性改良、支持体からの電荷注入性改良、感光層の電気的破壊に対する保護などを目的として、バリア機能や接着機能を有する下引き層（中間層）を設けてもよい。
下引き層は、樹脂（結着樹脂）を溶剤に溶解させることによって得られる下引き層用塗布液を塗布し、得られた塗膜を乾燥させることによって形成することができる。下引き層に用いられる樹脂としては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリ−Ｎ−ビニルイミダゾール、ポリエチレンオキシド、エチルセルロース、エチレン−アクリル酸共重合体、カゼイン、ポリアミド、Ｎ−メトキシメチル化６ナイロン、共重合ナイロン、にかわ、ゼラチンなどが挙げられる。下引き層の膜厚は、０．０５μｍ以上７μｍ以下であることが好ましく、０．１μｍ以上２μｍ以下であることがより好ましい。
Between the support or conductive layer and the photosensitive layer (charge generation layer, charge transport layer), the adhesiveness of the photosensitive layer is improved, the coatability is improved, the charge injection property from the support is improved, and the photosensitive layer is electrically destroyed. An undercoat layer (intermediate layer) having a barrier function and an adhesive function may be provided for the purpose of protecting against the electric charge.
The undercoat layer can be formed by applying a coating liquid for an undercoat layer obtained by dissolving a resin (binding resin) in a solvent and drying the obtained coating film. Examples of the resin used for the undercoat layer include polyvinyl alcohol, poly-N-vinylimidazole, polyethylene oxide, ethyl cellulose, ethylene-acrylic acid copolymer, casein, polyamide, N-
感光層に用いられる電荷発生物質としては、例えば、ピリリウム、チアピリリウム染料や、各種の中心金属および各種の結晶形（α、β、γ、ε、Ｘ型など）を有するフタロシアニン顔料や、アントアントロン顔料や、ジベンズピレンキノン顔料や、ピラントロン顔料や、モノアゾ、ジスアゾ、トリスアゾなどのアゾ顔料や、インジゴ顔料や、キナクリドン顔料や、非対称キノシアニン顔料や、キノシアニン顔料などが挙げられる。これら電荷
発生物質は、１種のみ用いてもよく、２種以上用いてもよい。
感光層に用いられる電荷輸送物質としては、例えば、ピレン化合物、Ｎ−アルキルカルバゾール化合物、ヒドラゾン化合物、Ｎ，Ｎ−ジアルキルアニリン化合物、ジフェニルアミン化合物、トリフェニルアミン化合物、トリフェニルメタン化合物、ピラゾリン化合物、スチリル化合物、スチルベン化合物などが挙げられる。
Examples of the charge generating substance used in the photosensitive layer include pyrylium and thiapyrylium dyes, phthalocyanine pigments having various central metals and various crystal forms (α, β, γ, ε, X type, etc.), and anthanthron pigments. Examples thereof include dibenzpyrene quinone pigments, pyranthron pigments, azo pigments such as monoazo, disazo and trisazo, indigo pigments, quinacridone pigments, asymmetric quinosianin pigments and quinosianin pigments. Only one kind of these charge generating substances may be used, or two or more kinds may be used.
Examples of the charge transporting substance used in the photosensitive layer include pyrene compounds, N-alkylcarbazole compounds, hydrazone compounds, N, N-dialkylaniline compounds, diphenylamine compounds, triphenylamine compounds, triphenylmethane compounds, pyrazoline compounds, and styryl. Examples include compounds and stylben compounds.
電荷発生層は、電荷発生物質を結着樹脂および溶剤とともに分散処理することによって得られた電荷発生層用塗布液を塗布し、得られた塗膜を乾燥させることによって形成することができる。また、電荷発生層は、電荷発生物質の蒸着膜としてもよい。
電荷輸送層は、電荷輸送物質および結着樹脂を溶剤に溶解させることによって得られる電荷輸送層用塗布液を塗布し、得られた塗膜を乾燥させることによって形成することができる。また、単独で成膜性を有する電荷輸送物質を用いる場合は、結着樹脂を用いずに電荷輸送層を形成することもできる。
電荷発生層および電荷輸送層に用いられる結着樹脂としては、例えば、スチレン、酢酸ビニル、塩化ビニル、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、フッ化ビニリデン、トリフルオロエチレンなどのビニル化合物の重合体や、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリスルホン、ポリフェニレンオキサイド、ポリウレタン、セルロース樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ケイ素樹脂、エポキシ樹脂などが挙げられる。電荷発生層の膜厚は、５μｍ以下であることが好ましく、０．１〜２μｍであることがより好ましい。
The charge generation layer can be formed by applying a coating liquid for a charge generation layer obtained by dispersing a charge generation substance together with a binder resin and a solvent, and drying the obtained coating film. Further, the charge generation layer may be a vapor deposition film of a charge generation substance.
The charge transport layer can be formed by applying a coating liquid for a charge transport layer obtained by dissolving a charge transport substance and a binder resin in a solvent, and drying the obtained coating film. Further, when a charge transporting substance having a film forming property is used alone, a charge transporting layer can be formed without using a binder resin.
Examples of the binder resin used for the charge generation layer and the charge transport layer include polymers of vinyl compounds such as styrene, vinyl acetate, vinyl chloride, acrylic acid ester, methacrylic acid ester, vinylidene fluoride, and trifluoroethylene. Examples thereof include polyvinyl alcohol, polyvinyl acetal, polycarbonate, polyester, polysulfone, polyphenylene oxide, polyurethane, cellulose resin, phenol resin, melamine resin, silicon resin, epoxy resin and the like. The film thickness of the charge generation layer is preferably 5 μm or less, more preferably 0.1 to 2 μm.
電荷輸送層の膜厚は、５〜５０μｍであることが好ましく、１０〜３５μｍであることがより好ましい。 The film thickness of the charge transport layer is preferably 5 to 50 μm, more preferably 10 to 35 μm.
また、電子写真感光体の耐久性の向上の観点から、電子写真感光体の表面層を架橋有機高分子で構成することも可能である。
例えば、電荷発生層上の電荷輸送層を電子写真感光体の表面層として架橋有機高分子で構成することができる。また、電荷発生層上の電荷輸送層上に第二電荷輸送層または保護層として架橋有機高分子で構成された表面層を形成することができる。また、架橋有機高分子で構成された表面層に要求される特性は、膜の強度と電荷輸送能力の両立であり、その観点から、電荷輸送物質または導電性粒子と、架橋重合性のモノマー／オリゴマーとを用いて表面層を形成することが好ましい。
電荷輸送物質としては、上述の電荷輸送物質を用いることができる。架橋重合性のモノマー／オリゴマーとしては、例えば、アクリロイルオキシ基やスチリル基などの連鎖重合性官能基を有する化合物や、水酸基、アルコキシシリル基、イソシアネート基などの逐次重合性官能基を有する化合物などが挙げられる。
また、膜の強度と電荷輸送能力の両立の観点から、同一分子内に電荷輸送性構造（好ましくは正孔輸送性構造）およびアクリロイルオキシ基の両方を有する化合物を用いることがより好ましい。
架橋硬化させる方法としては、例えば、熱、紫外線、放射線を用いる方法が挙げられる。
架橋有機高分子で構成された表面層の膜厚は、０．１〜３０μｍであることが好ましく、１〜１０μｍであることがより好ましい。
Further, from the viewpoint of improving the durability of the electrophotographic photosensitive member, the surface layer of the electrophotographic photosensitive member can be made of a crosslinked organic polymer.
For example, the charge transport layer on the charge generation layer can be composed of a crosslinked organic polymer as a surface layer of the electrophotographic photosensitive member. Further, a surface layer made of a crosslinked organic polymer can be formed as a second charge transport layer or a protective layer on the charge transport layer on the charge generation layer. Further, the characteristics required for the surface layer composed of the crosslinked organic polymer are both the strength of the film and the charge transporting ability, and from this viewpoint, the charge transporting substance or the conductive particles and the crosslinkable monomer / It is preferable to form a surface layer with an oligomer.
As the charge transporting substance, the above-mentioned charge transporting substance can be used. Examples of the crosslinkable monomer / oligomer include a compound having a chain polymerizable functional group such as an acryloyloxy group and a styryl group, and a compound having a stepwise polymerizable functional group such as a hydroxyl group, an alkoxysilyl group and an isocyanate group. Can be mentioned.
Further, from the viewpoint of achieving both the strength of the membrane and the charge transporting ability, it is more preferable to use a compound having both a charge transporting structure (preferably a hole transporting structure) and an acryloyloxy group in the same molecule.
Examples of the method of cross-linking and curing include a method using heat, ultraviolet rays, and radiation.
The film thickness of the surface layer composed of the crosslinked organic polymer is preferably 0.1 to 30 μm, and more preferably 1 to 10 μm.
電子写真感光体の各層には、添加剤を添加することができる。添加剤としては、例えば、酸化防止剤、紫外線吸収剤などの劣化防止剤や、フッ素原子含有樹脂粒子、アクリル樹脂粒子などの有機樹脂粒子や、シリカ、酸化チタン、アルミナなどの無機粒子などが挙げられる。 Additives can be added to each layer of the electrophotographic photosensitive member. Examples of the additive include deterioration inhibitors such as antioxidants and ultraviolet absorbers, organic resin particles such as fluorine atom-containing resin particles and acrylic resin particles, and inorganic particles such as silica, titanium oxide and alumina. Be done.
図１４は、本実施形態における感光ドラム１の形態例を示す模式的断面図である。図１
４に示すように、感光ドラム１は、円筒状で導電性を有する支持体１ｄと、支持体１ｄの下引き層としての導電層１ｅと、下引き層１ｅ上に形成される感光層（電荷発生層１ｆ１、電荷輸送層１ｆ２）１ｆと、感光層１ｆ上に形成される保護層１ｇからなっている。
＜感光ドラムの静電容量の測定方法＞
感光ドラム１の静電容量Ｃは、下記式（Ｘ）で示される。
Ｃ＝ε０×Ｓ／ｄ 式（Ｘ）
ε０：自由空間の誘電率、ε：比誘電率、Ｓ：単位面積、ｄ：電極間の距離
Ｓの単位面積は、１ｃｍ２で一定の面積を想定しており定数と扱え、ε０は定数である。よって、感光ドラム１の静電容量は比誘電率と膜厚で決定する値となる。
静電容量の測定用サンプルは、測定器に設置できるくらいの大きさに切り取り、感光ドラム１の表面である電荷輸送層１ｆ２の上に金の電極を１ｃｍ２の大きさになるようにスパッタリングにより形成して測定用サンプルとした。
電極の材料に関しては、導電性があり電極として用いられるものなら、材料及び電極形成法は、これらに限定されるものではなく、また、電極面積も１ｃｍ２でなくとも計算により１ｃｍ２当たりに換算できるため、これに限定されるものではない。
このようなサンプルを用いて、インピーダンス測定装置（ＹＨＰ ４１９２Ａ）を用い測定を行い、１ｋＨｚの値を測定値とした。
感光ドラム１の静電容量は、それぞれの層の静電容量の和となるが、コンデンサーを直列につないだ時と同じに考えられる。積層型の感光体を考えた時、電荷注入阻止層、電荷発生層の静電容量は、電荷輸送層１ｆ２の静電容量に比べてかなり小さく、通常、感光ドラム１の静電容量は、電荷輸送層１ｆ２の静電容量にほとんど依存する。
よって、本実施例においては比誘電率が一律となるように同一材料を用い、電荷輸送層の膜厚を振ることで、感光ドラム１の静電容量、つまり電荷輸送層１ｆ２の静電容量に対する検証を行った。
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing a embodiment of the
As shown in 4, the
<Measuring method of capacitance of photosensitive drum>
The capacitance C of the
C = ε0 × S / d equation (X)
ε0: Permittivity of free space, ε: Relative permittivity, S: Unit area, d: Distance between electrodes S unit area is assumed to be 1 cm 2 and can be treated as a constant, and ε0 is a constant. is there. Therefore, the capacitance of the
The sample for measuring the capacitance is cut into a size that can be installed in a measuring instrument, and a gold electrode is sputtered on the charge transport layer 1f2, which is the surface of the
Regarding the electrode material, if it is conductive and used as an electrode, the material and the electrode forming method are not limited to these, and even if the electrode area is not 1 cm 2, it is converted per 1 cm 2 by calculation. It is not limited to this because it can be done.
Using such a sample, measurement was performed using an impedance measuring device (YHP 4192A), and a value of 1 kHz was used as the measured value.
The capacitance of the
Therefore, in this embodiment, the same material is used so that the relative permittivity is uniform, and the film thickness of the charge transport layer is changed to match the capacitance of the
＜帯電ローラの詳細＞
通常、帯電ローラと感光ドラムとの当接部である帯電部近傍における微小空隙において、電界の強さと、微小空隙の距離の関係がパッシェンの法則を満たす領域において放電が発生する。
電子写真感光体を回転させながら放電を発生させる帯電プロセスにおいては、帯電ローラ表面の一点を経時で追跡した際に、放電の開始地点から終了地点までに、放電が持続的に発生するのではなく、複数回の放電が繰り返し発生することが分かっている。
従来の帯電ローラにおいては、支持体の外表面からその外周を覆う導電層５３の外表面に至る、電荷を輸送できる導電パスが形成されていると考えられる。そのため、１回の放電で、導電層内に蓄積されている電荷の大半が感光体やトナーの如き被帯電体に向けて放出される。ここで、本発明者らは、従来の帯電ローラの一例として、以下で説明する比較例１に係る帯電ローラの放電状態を、オシロスコープで詳細に測定、解析した。その結果、比較例１に係る帯電ローラでは、プロセススピードが速くなるにつれて、本来放電が生じなければいけないタイミングで放電されない、いわゆる放電の抜けが生じていることが確認された。
<Details of charging roller>
Normally, an electric discharge occurs in a region where the relationship between the strength of the electric field and the distance between the minute voids satisfies Paschen's law in the minute voids near the charged portion, which is the contact portion between the charging roller and the photosensitive drum.
In the charging process in which an electrophotographic photosensitive member is rotated to generate a discharge, when one point on the surface of the charging roller is traced over time, the discharge is not continuously generated from the start point to the end point of the discharge. , It is known that multiple discharges occur repeatedly.
In the conventional charging roller, it is considered that a conductive path capable of transporting electric charges is formed from the outer surface of the support to the outer surface of the
図１３に放電の抜けが発生している状態のイメージ図を示す。図１３（ａ）は、放電の抜けがなく、放電の総量が充足されている状態、図１３（ｂ）は、放電の抜けが生じて放電の総量が不足している状態である。
放電の抜けが生じる理由としては、帯電ローラ２の支持体５２を覆う導電層５３からの放電で導電層５３内に蓄積された電荷の大半が消費された後、次の放電のための導電層５３への電荷の蓄積が間に合わないためであると考えられる。ここで、本発明者らは、導電層５３内に多量の電荷を蓄積でき、かつ、１回の放電によっても蓄積された電荷が一度に消費されないようにすれば、放電の抜けを解消し得るものと考察した。このような考察に基づきさらなる検討を重ねた結果、本開示に係る構成を備えた帯電ローラは、上記の要求
によく応え得ることを見出した。
FIG. 13 shows an image diagram of a state in which a discharge is generated. FIG. 13 (a) shows a state in which there is no discharge and the total amount of discharge is satisfied, and FIG. 13 (b) shows a state in which discharge occurs and the total amount of discharge is insufficient.
The reason why the discharge is discharged is that after the electric charge from the
＜インピーダンスの傾き＞
本発明の実施形態における帯電ローラ２は、所定のインピーダンス特性を有することを特徴とする。帯電ローラ２に、振幅が１Ｖの交流電圧を、周波数１．０×１０−２Ｈｚ〜１．０×１０６Ｈｚの間で変化させながら印加することによってインピーダンスを測定する。その測定結果を、交流電圧の周波数を横軸、取得されるインピーダンスを縦軸に両対数プロットしたときの傾きが、周波数１．０×１０５Ｈｚ〜１．０×１０６Ｈｚの範囲において、−０．８以上、−０．３以下である。
従来の帯電ローラをインピーダンス測定すると、１．０×１０５Ｈｚ〜１．０×１０６Ｈｚの間で、必ず傾きが−１となる。
ここで、傾きとは、図３に示すように、導電性部材（帯電ローラ）のインピーダンス特性を周波数に対して両対数プロットした際の、横軸に対する傾きのことである。従来は、実線で示すように、傾きが−１であり、対して本実施形態では、破線で示すように、傾きが１．０×１０５Ｈｚ〜１．０×１０６Ｈｚの間で−０．８以上、−０．３以下である。
<Slope of impedance>
The charging
When conventional charging roller to the impedance measurement, between 1.0 × 10 5 Hz~1.0 × 10 6 Hz, always slope is -1.
Here, as shown in FIG. 3, the inclination is an inclination with respect to the horizontal axis when the impedance characteristics of the conductive member (charging roller) are log-log plotted with respect to the frequency. Conventionally, the slope is -1 as shown by the solid line, whereas in the present embodiment, the slope is between 1.0 × 10 5 Hz and 1.0 × 10 6 Hz as shown by the broken line. It is 0.8 or more and -0.3 or less.
導電性部材（帯電ローラ）の等価回路は、電気抵抗Ｒと静電容量Ｃの並列回路で表され、インピーダンスの絶対値｜Ｚ｜は、下記式（１）で表現することができる。このとき、式（１）内のｆは印加交流電圧の周波数を示す。
高周波数側で、インピーダンスの傾き−１の直線になるのは、高周波の電圧に対して電荷の動きが追随できず、停滞するため、電気抵抗値Ｒが大きく増大した、いわば絶縁の静電容量を計測している状態であると推測できる。電荷が停滞した状態を想定すると、式（１）の中で、式（１）でＲを無限大に近似した状態とすることができる。このとき、分母の要素を抜き取った式（２）において、Ｒ−２が（２πｆＣ）２に対して非常に小さい値をとる近似が可能になる。したがって、式（１）はＲ−２を除去した式（３）のような近似を施した式変形が可能となる。最後に、式（３）に対して両辺対数をとる式変形を行うと、式（４）となり、ｌｏｇｆの傾きが−１になる。
Ｒ−２＋（２πｆＣ）２ 式（２）
R- 2 + (2πfC) 2 equations (2)
上記式（１）〜（４）の意味を、図４を用いて説明する。図４において、縦軸は、インピーダンスの絶対値の対数、横軸は、測定振動電圧の周波数の対数を示す。図４は、式（１）で表現されるインピーダンスの挙動を示している。まず、上記で説明してきたように、式（１）を満たすインピーダンスは、周波数が大きくなると、ある周波数でその絶対値が低下してくる。そして低下する挙動は、図４のような両対数プロットにおいては、式（４）で示したように、傾きが帯電ローラの電気抵抗値や静電容量などに依存せずに、―１の傾きの直線となる。 The meanings of the above equations (1) to (4) will be described with reference to FIG. In FIG. 4, the vertical axis represents the logarithm of the absolute value of impedance, and the horizontal axis represents the logarithm of the frequency of the measured vibration voltage. FIG. 4 shows the behavior of the impedance expressed by the equation (1). First, as described above, the absolute value of the impedance satisfying the equation (1) decreases at a certain frequency as the frequency increases. Then, in the log-log plot as shown in FIG. 4, the decreasing behavior is such that the inclination does not depend on the electric resistance value or the capacitance of the charging roller, as shown by the equation (4), and the inclination is -1. It becomes a straight line of.
絶縁性の導電性部材のインピーダンス特性を測定すると、傾きが−１の直線となることから、導電性部材のインピーダンス測定において、傾きが−１になる状態は、高周波数側で電荷の動きが停滞している特性が現れていると推測される。高周波数側での電荷の動き
が停滞すると、放電のための電荷の供給が放電の周波数に追随できなくなる。その結果、放電のできないタイミングが生じ、放電の抜けが生じていると推測される。
When the impedance characteristics of the insulating conductive member are measured, the slope becomes a straight line of -1, so in the impedance measurement of the conductive member, when the slope is -1, the movement of electric charge is stagnant on the high frequency side. It is presumed that the characteristic that is being used appears. When the movement of electric charge on the high frequency side is stagnant, the supply of electric charge for discharge cannot keep up with the frequency of discharge. As a result, it is presumed that there is a timing at which discharge cannot be performed, and that discharge is lost.
一方、インピーダンスの傾きが、１．０×１０５Ｈｚ〜１．０×１０６Ｈｚの高周波数領域において、−０．８以上、−０．３以下である導電性部材（帯電ローラ２）は、高周波数側で電荷の供給が停滞し難い。その結果、インピーダンスが一定値をとる低周波数域から高周波数域までの周波数の放電、特に電荷の停滞が生じやすい高周波数側の放電に対して、電荷の供給を可能にする。電荷の供給が潤沢に実現できるために、放電の抜けを抑制し、放電の総量を向上させることができる。当該高周波数領域の範囲は、導電性部材（帯電ローラ２）から発生する放電の周波数のうちで、最も周波数が大きい領域の放電であるため、放電の抜けが発生しやすい領域であると考えられる。このような周波数領域において傾きが−１よりも大きい上記の範囲の値を示すことで、当該周波数領域より低い高周波数領域においても−１よりも大きい傾きを得て、放電抜けの発生を抑制し、放電の総量を向上させることができる。 On the other hand, the conductive member (charging roller 2) having an impedance gradient of −0.8 or more and −0.3 or less in a high frequency region of 1.0 × 10 5 Hz to 1.0 × 10 6 Hz , The charge supply is unlikely to stagnate on the high frequency side. As a result, it is possible to supply electric charge to the discharge of the frequency from the low frequency region to the high frequency region where the impedance takes a constant value, particularly to the discharge on the high frequency side where the charge stagnation is likely to occur. Since the electric charge can be supplied abundantly, it is possible to suppress the discharge from the discharge and improve the total amount of the discharge. Since the range of the high frequency region is the region having the highest frequency among the frequencies of the discharge generated from the conductive member (charging roller 2), it is considered that the discharge is likely to occur. .. By showing a value in the above range in which the slope is larger than -1 in such a frequency region, a slope larger than -1 is obtained even in a high frequency region lower than the frequency region, and the occurrence of discharge omission is suppressed. , The total amount of discharge can be improved.
帯電ローラ２と感光ドラム１を組合せた場合を用いて、具体的に放電の周波数を予測すると、次のような範囲となると発明者らは考えている。
感光ドラム１への放電が行われる放電領域は、感光ドラム１や帯電ローラ２の直径等に依る。例えば、感光ドラム１の外表面に対向して設けられ、感光ドラム１と同期して回転移動する帯電ローラ２の表面の移動方向における放電領域の幅（帯電ローラの回転方向に帯電ローラ周面に沿って測った幅）、あるいは感光ドラム１の周面の円周方向の幅（感光ドラム１の回転方向に感光ドラム１の周面に沿って測った幅）を０．５ｍｍ〜１ｍｍに設定する。電子写真装置のプロセススピードが最大で１００〜５００ｍｍ／ｓｅｃ（感光ドラムの表面速度）とすると、感光ドラムの表面が放電領域を通過する時間は、１０−３ｓｅｃ〜１０−２ｓｅｃ以上である。また、放電を詳細に観察すると、単発の放電による放電領域の長さ（感光ドラム周面の領域）は０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍであるため、帯電ローラの表面の同一点が放電領域を通過する間に、少なくとも５〜１００回の放電が発生していることが推測される。従って、帯電ローラが発生させる放電の周波数は、数Ｈｚ〜１．０×１０６Ｈｚの範囲であることが推測される。より高速プロセスになるにしたがって、放電の周波数をより高くして放電の回数を増大させる必要があるため、上記範囲の中でも特に、１．０×１０５Ｈｚ〜１．０×１０６Ｈｚの如き高周波数領域における放電および導電機構の制御が重要である。
以上のように、放電の回数を増大させるためには、高周波数領域におけるインピーダンスの傾きを−１から逸脱させることが有効である。これにより、放電とその次の放電のための電荷の供給を迅速に行う特性を良く達成させ得る。インピーダンスの傾きが−１から逸脱することは、導電性部材（帯電ローラ２）内の電荷の供給が停滞していないことを意味するため、かかる帯電ローラは、放電の抜けを抑制する方向の特性を得られる。
The inventors think that when the discharge frequency is specifically predicted by using the case where the charging
The discharge region where the discharge to the
As described above, in order to increase the number of discharges, it is effective to deviate the slope of the impedance in the high frequency region from -1. Thereby, the property of rapidly supplying the electric charge for the discharge and the subsequent discharge can be well achieved. When the slope of the impedance deviates from -1, it means that the supply of electric charge in the conductive member (charging roller 2) is not stagnant. Can be obtained.
＜低周波側のインピーダンス＞
低周波数側のインピーダンスは、電荷の停滞が発生し難いという特性を表しているものである。
これは、低周波数側のインピーダンスの傾きが−１ではない領域であることからもわかる。そして、式（１）において、周波数をゼロに近似すると、電気抵抗値Ｒに近似できることから、電気抵抗値Ｒは、電荷が単一方向に移動する際の能力を表すことが分かる。
従って、低周波数の電圧を印加しながらの測定では、電圧の振動に電荷の動きが追随できた状態での電荷の移動量を模擬していると想定できる。
低周波数における電荷の移動量は、帯電ローラから測定電極との間での電荷の移動しやすさの指標であり、更に、帯電ローラの表面から感光ドラムに対して、放電によって電荷を移動させられる電荷量の指標とすることができる。
また、インピーダンスの測定に用いられる交流電圧は振幅が１Ｖである。この測定用の
振動電圧は、実際に電子写真方式の画像形成装置の中で帯電ローラに印加される電圧が数１００Ｖ〜数１０００Ｖであるのに対し大幅に低い。従って、帯電ローラの表面からの放電の出やすさをより高次元で評価できると考えている。
また、放電の出やすさを適切な範囲に制御可能である。インピーダンスが１．０×１０３Ωより低くなると、一つの放電の量が大きくなりすぎて、次の放電のための電荷の供給が追随できなくなり、放電の抜けが発生する方向に働く。一方で、インピーダンスが１．０×１０７Ωを超えると、放電の出やすさが低下する。
すなわち、周波数が１．０×１０−２Ｈｚ〜１．０×１０１Ｈｚにおけるインピーダンスは、１．０×１０３Ω〜１．０×１０７Ωあると好適である。
なお、図４で説明したように、低周波数の領域においては、インピーダンスの絶対値は一定値をとり、１．０×１０−２Ｈｚ〜１．０×１０１Ｈｚにおけるインピーダンスは、例えば１Ｈｚの周波数におけるインピーダンスの値で代用することができる。
<Impedance on the low frequency side>
The impedance on the low frequency side expresses the characteristic that charge stagnation is unlikely to occur.
This can be seen from the fact that the slope of the impedance on the low frequency side is not -1. Then, in the equation (1), when the frequency is approximated to zero, it can be approximated to the electric resistance value R. Therefore, it can be seen that the electric resistance value R represents the ability of the electric charge to move in one direction.
Therefore, in the measurement while applying a low frequency voltage, it can be assumed that the amount of electric charge movement in a state where the electric charge movement can follow the vibration of the voltage is simulated.
The amount of charge transfer at a low frequency is an index of the ease of charge transfer from the charging roller to the measurement electrode, and further, the charge can be transferred from the surface of the charging roller to the photosensitive drum by electric discharge. It can be used as an index of the amount of electric charge.
Further, the AC voltage used for measuring the impedance has an amplitude of 1 V. The vibration voltage for this measurement is significantly lower than the voltage actually applied to the charging roller in the electrophotographic image forming apparatus of several 100V to several 1000V. Therefore, it is considered that the ease of discharging from the surface of the charging roller can be evaluated at a higher level.
In addition, the ease of discharge can be controlled within an appropriate range. When the impedance becomes lower than 1.0 × 10 3 Ω, the amount of one discharge becomes too large, the supply of electric charge for the next discharge cannot follow, and the discharge works in the direction of discharge. On the other hand, when the impedance exceeds 1.0 × 10 7 Ω, out easiness of discharge is reduced.
That is, the impedance at a frequency of 1.0 × 10 -2 Hz to 1.0 × 10 1 Hz is preferably 1.0 × 10 3 Ω to 1.0 × 10 7 Ω.
As described with reference to FIG. 4, in the low frequency region, the absolute value of the impedance takes a constant value, and the impedance at 1.0 × 10 −2 Hz to 1.0 × 10 1 Hz is, for example, 1 Hz. The value of impedance at frequency can be substituted.
＜インピーダンスの測定方法＞
インピーダンスの測定に際し、導電性部材（帯電ローラ２）と測定電極との間の接触抵抗の影響を排除するために、低抵抗な薄膜を導電性部材（帯電ローラ２）の表面に堆積させ、当該薄膜を電極として使用し、一方で導電性の支持体５２を接地電極として２端子でインピーダンスを測定する。
<Measurement method of impedance>
In measuring impedance, in order to eliminate the influence of contact resistance between the conductive member (charging roller 2) and the measuring electrode, a low-resistance thin film is deposited on the surface of the conductive member (charging roller 2). A thin film is used as an electrode, while the
当該薄膜の形成方法としては、金属蒸着、スパッタリング、金属ペーストの塗布、金属テープを貼付するなどの金属膜の形成方法を挙げることができる。これらの中でも、導電性部材との接触抵抗の低減という観点で、白金やパラジウムのような金属薄膜を蒸着によって電極として形成する方法が好ましい。 Examples of the method for forming the thin film include a method for forming a metal film such as metal vapor deposition, sputtering, application of a metal paste, and application of a metal tape. Among these, a method of forming a metal thin film such as platinum or palladium as an electrode by vapor deposition is preferable from the viewpoint of reducing the contact resistance with the conductive member.
帯電ローラ２の表面に金属薄膜を形成する場合、その簡便さおよび薄膜の均一性を考慮すると、真空蒸着装置に対して帯電ローラを把持できる機構を付与し、断面が円柱状の帯電ローラ２に対しては、さらに回転機構を付与した、真空蒸着装置を使用することが好ましい。断面が円形状などの曲面で構成される、例えば円柱状の帯電ローラ２に対しては、上記の測定電極としての金属薄膜と、インピーダンスの測定装置との接続が困難になるため、次のような方法を用いることが好ましい。具体的には、帯電ローラ２の長手方向に、１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度の幅の金属薄膜電極を形成したのち、金属シートを隙間なく巻き付け、当該金属シートと、測定装置から出ている測定電極と接続して測定すればよい。これにより、帯電ローラ２の導電層からの電気信号を好適に測定装置に取得でき、インピーダンス測定を実施することができる。金属シートとしては、インピーダンスを測定するに際して、測定装置の接続ケーブルの金属部と同等の電気抵抗値である金属シートであればよく、例えば、アルミホイルや金属テープ等を用いることができる。
When forming a metal thin film on the surface of the charging
インピーダンスの測定装置は、インピーダンスアナライザ、ネットワークアナライザ、スペクトルアナライザ等、１．０×１０６Ｈｚまでの周波数領域におけるインピーダンスを測定できる装置であればよい。これらの中でも帯電ローラの電気抵抗域から、インピーダンスアナライザによって測定することが好ましい。
インピーダンスの測定条件に関して述べる。インピーダンス測定装置を使用し、１．０×１０−２Ｈｚ〜１．０×１０６Ｈｚの周波数領域におけるインピーダンスを測定する。測定は、温度２３℃湿度５０％ＲＨの環境下で行なう。測定ばらつきを低減するために、周波数１桁あたり５点以上の測定点を設けることが好ましい。また、交流電圧の振幅は１Ｖである。
測定電圧に関しては、電子写真画像形成装置内の帯電ローラに印加される分担電圧を考慮して直流電圧を印加しながら測定してもよい。具体的には、１０Ｖ以下の直流電圧を振動電圧と重畳印加しながらの測定によって電荷の輸送と蓄積の特性を定量化するために好適である。
Impedance measuring devices, impedance analyzer, network analyzer, spectrum analyzer or the like, may be any device that impedance can be measured in the frequency range of up to 1.0 × 10 6 Hz. Among these, it is preferable to measure from the electric resistance range of the charging roller with an impedance analyzer.
The impedance measurement conditions will be described. An impedance measuring device is used to measure the impedance in the frequency range of 1.0 × 10 -2 Hz to 1.0 × 10 6 Hz. The measurement is performed in an environment of a temperature of 23 ° C. and a humidity of 50% RH. In order to reduce measurement variation, it is preferable to provide 5 or more measurement points per digit of frequency. The amplitude of the AC voltage is 1V.
The measured voltage may be measured while applying a DC voltage in consideration of the shared voltage applied to the charging roller in the electrophotographic image forming apparatus. Specifically, it is suitable for quantifying the characteristics of charge transport and accumulation by measurement while superimposing a DC voltage of 10 V or less on the vibration voltage.
図１２に、インピーダンスの測定結果の一例を示す。実線は本実施形態の帯電ローラ２のインピーダンスの測定結果を示し、破線は従来の帯電ローラのインピーダンスの測定結果を示している。この両対数プロットで得られたグラフの、１．０×１０５〜１．０×１０６Ｈｚの周波数領域におけるインピーダンスの絶対値の傾きが従来の帯電ローラでは−１なのに対し、本発明の帯電ローラ２では−０．５程度になっていることが読み取れる。
FIG. 12 shows an example of the impedance measurement result. The solid line shows the impedance measurement result of the charging
＜インピーダンスの傾きの算出方法＞
上記の条件で測定した測定結果に対し、表計算ソフト（例えば、「ウインドウズエクセル」(商品名、マイクロソフト社製)を使用して、インピーダンスの絶対値を、測定周波数に対して両対数グラフでプロットする。この両対数プロットで得られたグラフの、１．０×１０５Ｈｚ〜１．０×１０６Ｈｚの周波数領域におけるインピーダンスの絶対値の傾きを、１．０×１０５Ｈｚ〜１．０×１０６Ｈｚの周波数領域の測定点を利用して求めればよい。具体的には、当該周波数範囲のグラフのプロットに対し、一次関数の近似直線を最小二乗法で算出し、その傾きを算出すればよい。
次いで、当該両対数グラフ内の１．０×１０−２Ｈｚ〜１．０×１０１Ｈｚの周波数領域での測定点の算術平均値を算出し、得られた値を低周波数側のインピーンダンスとすればよい。円柱状の帯電ローラにおけるインピーダンスの傾きの測定では、軸方向としての長手方向を５等分した際のそれぞれの領域内の任意の場所で測定を５か所行い、５か所の傾きの測定値の算術平均を算出すればよい。
<Calculation method of impedance slope>
For the measurement results measured under the above conditions, plot the absolute value of impedance with a log-log graph against the measurement frequency using spreadsheet software (for example, "Windows Excel" (trade name, manufactured by Microsoft)). to. graph obtained in this log-log plot, the slope of 1.0 × 10 5 Hz~1.0 × 10 6 absolute value of the impedance in the frequency region of Hz, 1.0 × 10 5 Hz~1. It may be obtained by using the measurement points in the frequency region of 0 × 10 6 Hz. Specifically, the approximate straight line of the linear function is calculated by the minimum square method for the plot of the graph in the frequency range, and the gradient is calculated. It may be calculated.
Next, the arithmetic mean value of the measurement points in the frequency domain of 1.0 × 10 -2 Hz to 1.0 × 10 1 Hz in the log-log graph is calculated, and the obtained value is used as the impeen on the low frequency side. It can be a dance. In the measurement of the slope of the impedance in the cylindrical charging roller, the measurement is performed at 5 places in each region when the longitudinal direction as the axial direction is divided into 5 equal parts, and the measured values of the slopes at 5 places. The arithmetic mean of
図５を参照して、本実施形態に係る帯電ローラ２について、ローラ形状を有する帯電ローラ２を例に、説明する。図５は、帯電ローラ２の軸方向である長手方向に対して垂直な模式的断面図である。帯電ローラ２は、円柱状の導電性の支持体５２、支持体５２の外周、すなわち外表面上に形成された導電層５３を有している。
また、本実施形態における測定は、前処理として、帯電ローラ２に対し、回転しながら真空白金蒸着をすることよって、測定電極を作成した。このとき、マスキングテープを使用して、長手方向の幅１．５ｃｍの帯状で、周方向に均一な電極を作成した。当該電極を形成することによって、帯電ローラの表面粗さによって、測定電極と帯電ローラの接触抵抗の影響を極力排除することができる。次に、当該電極に、アルミシートを隙間なく巻きつけ、帯電ローラ側の測定電極を形成した。
With reference to FIG. 5, the charging
Further, in the measurement in the present embodiment, as a pretreatment, a measurement electrode was prepared by vacuum platinum vapor deposition on the charging
図６に帯電ローラに測定電極を形成した状態の概要図を示す。図６の中で、５２が導電性の支持体、５３が後述するマトリックスドメイン構造を有する導電層、６０が測定電極である白金蒸着層、６１がアルミシートである。
図７に帯電ローラに測定電極を形成した状態の模式的断面図を示す。図７のように、導電性の支持体５２と、測定電極である白金蒸着層６０と、によって、マトリックスドメイン構造を有する導電層５３を挟む状態にすることが重要である。
そして、当該アルミシート６１を、インピーダンス測定装置７０（ソーラトロン１２６０、およびソーラトロン１２９６ ソーラトロン社製）側の測定電極に接続した。
図８に、本測定系の概要図を示す。導電性の支持体５２と、アルミシート６１を測定のための２つの電極にすることで、インピーダンス測定を行なった。
インピーダンスの測定に際し、後述する帯電ローラ２を温度２３℃、湿度５０％ＲＨ環境に４８時間放置し、導電性部材内の水分量を飽和させた。
FIG. 6 shows a schematic view of a state in which a measurement electrode is formed on a charging roller. In FIG. 6, 52 is a conductive support, 53 is a conductive layer having a matrix domain structure described later, 60 is a platinum-deposited layer which is a measurement electrode, and 61 is an aluminum sheet.
FIG. 7 shows a schematic cross-sectional view of a state in which a measurement electrode is formed on a charging roller. As shown in FIG. 7, it is important that the
Then, the
FIG. 8 shows a schematic diagram of this measurement system. Impedance measurement was performed by using the
When measuring the impedance, the charging
インピーダンスの測定は、温度２３℃、湿度５０％ＲＨ環境において、振幅が１Ｖｐｐの交流電圧、周波数１．０×１０−２Ｈｚ〜１．０×１０６Ｈｚで測定（周波数が１桁変化する際に、５点ずつ測定）し、インピーダンスの絶対値を得た。次いで、測定結果をエクセル（登録商標）などの表計算ソフトを用いて、当該インピーダンスの絶対値と、周波数を両対数プロットした。両対数プロットにより得られたグラフから、（ａ）１．０×１
０５Ｈｚ〜１．０×１０６Ｈｚにおける傾き、および（ｂ）１．０×１０−２Ｈｚ〜１．０×１０１Ｈｚにおけるインピーダンスの絶対値のそれぞれの算術平均値を算出した。測定位置に関して、後述する帯電ローラ２（長手方向の長さ：２３０ｍｍ）の導電層を長手方向に５個の領域に５等分し、それぞれの領域内から任意に１点ずつ、合計５点に測定電極を形成し、上記測定及び算術平均値の算出を行った。
Measurements of impedance,
The arithmetic averages of the slopes from 0 5 Hz to 1.0 × 10 6 Hz and (b) absolute values of impedance from 1.0 × 10 -2 Hz to 1.0 × 10 1 Hz were calculated. Regarding the measurement position, the conductive layer of the charging roller 2 (length in the longitudinal direction: 230 mm), which will be described later, is divided into five equal regions in the longitudinal direction, and one point is arbitrarily divided from each region, for a total of five points. A measurement electrode was formed, and the above measurement and arithmetic mean value were calculated.
＜マトリックスドメイン構成の形成方法＞
本実施形態の帯電ローラ２の一様態としては、ドメインマトリックス構造（海島構造）を有する導電層を有する帯電ローラ２が例示される。ドメインマトリックス構造とは、マトリックス５４（海相を形成する）および、マトリックス５４中に分散、散在した複数個のドメイン５５（島相を形成する）を有する構造とする。
本発明の効果を発現するために重要な役割を果たすマトリックスドメイン構造を形成するための具体的達成手段について説明する。
<Method of forming matrix domain structure>
As a uniform state of the charging
Specific means for achieving the matrix domain structure that plays an important role in exhibiting the effects of the present invention will be described.
本実施形態に係る導電相としてのドメイン５５と絶縁相としてのマトリックス５４の構成は、本発明の効果を阻害しない範囲で、導電の材料と、絶縁の材料を、相分離または分散させる手法によって得ることができる。その中でも、導電層５３として、他の部材に当接させてその機能を安定的に発現させるために、絶縁の特性を持つ第一のゴムを含むマトリックス５４と、導電性の特性をもつ第二のゴムの相分離によって、マトリックスドメイン型の相分離構造を有することが必須である。
ここで、本明細書において「導電相」と「導電層」は、それぞれ別のものを示す。導電“相”とは、相分離したドメインマトリックス構造のドメイン５５を形成する“相”を示し、一方、導電“層”とはドメイン５５とマトリックス５４を含めたドメインマトリックス構造を有する材料でできた“層”を示す。
The configuration of the
Here, in the present specification, the "conductive phase" and the "conductive layer" are different from each other. The conductive "phase" refers to the "phase" forming the
このようなマトリックスドメイン型の相分離構造を形成する方法としては、非相溶の二種類のゴム材料を混練させることで、相分離構造を形成できる。
相溶／非相溶を表現するパラメータとして、ＳＰ値がある。ＳＰ値は、分子の凝集エネルギー密度の平方根であり、分子同士の凝集する力（分子間力）の大小を表す。従って、二者間のＳＰ値差を適正化することで、混和（相溶）状態を制御し、相分離構造の制御を可能とする。ゴムのＳＰ値は、材料の選択や極性基を含むセグメントの共重合比の選択などで、調整することで制御できる。
As a method for forming such a matrix domain type phase-separated structure, a phase-separated structure can be formed by kneading two types of incompatible rubber materials.
There is an SP value as a parameter expressing compatible / incompatible. The SP value is the square root of the agglutination energy density of molecules, and represents the magnitude of the agglutination force (intermolecular force) between molecules. Therefore, by optimizing the SP value difference between the two, the miscibility (compatibility) state can be controlled and the phase separation structure can be controlled. The SP value of rubber can be controlled by adjusting it by selecting a material or a copolymerization ratio of a segment containing a polar group.
本実施形態においては、ドメインマトリックス構造を形成するために、２種類のゴム材料のＳＰ値差が、５．０以下の材料であることが好ましい。ＳＰ値を２．０以下にすることがより好ましく、より小さいサイズのドメインを有するドメインマトリクス構造を形成することができる。 In the present embodiment, in order to form the domain matrix structure, it is preferable that the SP value difference between the two types of rubber materials is 5.0 or less. It is more preferable that the SP value is 2.0 or less, and a domain matrix structure having a domain of a smaller size can be formed.
本発明者らは、単発の放電の電荷量を増大させるために、導電層５３を移動する電荷の経路を限定して、体積分率の少ないドメインにのみ、電荷を輸送させることによって、上記のインピーダンスの特性を実現できることを見出した。
周波数が１．０×１０−２Ｈｚ〜１．０×１０１Ｈｚにおけるインピーダンスを制御するためには、次のような制御が必要である。
まず、マトリックス５４ではなく、ドメイン５５にのみ、電荷を輸送させ、さらに、ドメイン５５間の電界集中を抑制して、マトリックス５４に局所的に電荷が流れようとすることを抑制するために、マトリックス５４の体積抵抗率、ドメイン５５の体積抵抗率、ドメイン５５間の距離、ドメイン５５の配置の均一性、およびドメイン５５の形状の制御さらに、ドメイン５５の体積抵抗率の均一性、電子導電剤の量の均一性、ドメイン５５のサイズ、ドメイン５５のサイズの均一性、ドメイン５５の体積分率などを制御することが、ドメイン５５に電荷の輸送を限定させるための制御因子である。
In order to increase the amount of charge in a single discharge, the present inventors limit the path of the charge moving through the
In order to control the impedance when the frequency is 1.0 × 10 -2 Hz to 1.0 × 10 1 Hz, the following control is required.
First, in order to transport the charge only to the
＜導電層＞
本発明の実施形態における帯電ローラ２（帯電部材）としては、例えば、導電層５３が、以下の構成要素（ｉ）〜構成要素（ｉｉｉ）を満たすことが好ましい。以降、本発明の導電性部材に関しては帯電ローラを一例として説明しているが、導電性部材は帯電ローラ２に限られない。すなわち、感光ドラム１の表面との間で放電を発生させることができる部材に対して、本発明は好適に適用することができる。例えば、帯電ローラ２とは別の導電性ローラを設け、その構成を本実施形態の帯電ローラ２と同様に構成してもよい。あるいは、転写ローラ５に本発明を適用し、感光ドラム１との間で放電量のムラの少ない放電を発生させるように構成してもよい。転写ローラ５として本発明を適用する場合、感光ドラム４表面で放電量のムラの少ない放電（放電量の均一化）を、画像形成中に転写と同時に行うようにしても良い。また、上記放電量のムラの少ない放電（放電量の均一化）を、転写ローラ５と帯電ローラ２の両方を用いて行っても、どちらか一方を用いて行っても良い。
構成要素（ｉ）：該マトリックスの体積抵抗率が、１．０×１０１２Ω・ｃｍより大きく１．０×１０１７Ω・ｃｍ以下であること。
構成要素（ｉｉ）：該ドメインの体積抵抗率が、１．０×１０１Ω・ｃｍ以上、１．０×１０４Ω・ｃｍ以下であること。
構成要素（ｉｉｉ）：該ドメインの隣接壁面間距離が、０．２μｍ以上、２．０μｍ以下の範囲内であること。
<Conductive layer>
As the charging roller 2 (charging member) in the embodiment of the present invention, for example, it is preferable that the
Component (i): The volume resistivity of the matrix is greater than 1.0 × 10 12 Ω · cm and not more than 1.0 × 10 17 Ω · cm.
Component (ii): The volume resistivity of the domain is 1.0 × 10 1 Ω · cm or more and 1.0 × 10 4 Ω · cm or less.
Component (iii): The distance between adjacent wall surfaces of the domain is within the range of 0.2 μm or more and 2.0 μm or less.
図９に、帯電ローラの長手方向に対して垂直な方向の導電層５３の部分断面図を示す。導電層５３は、マトリックス５４とドメイン５５とを有するマトリックスドメイン構造を有する。そして、ドメイン５５は、電子導電剤としての導電性粒子５６を含む。
構成要素（ｉ）〜（ｉｉｉ）を満たす導電層５３を備えた帯電ローラ２は、感光ドラム１との間にバイアスを印加したときに各々のドメイン５５に十分な電荷を蓄積でき、また、ドメイン５５間での同時的な電荷の授受を抑制できる。これにより一回の放電で、導電層５３内に蓄積された電荷の大半が放出されることを防ぐことができる。その結果、導電層５３内には、次の放電のための電荷が未だ蓄積されている状態とすることができるため、短いサイクルで安定して放電を生じさせることが可能となる。本開示に係る帯電ローラによって達成されるこのような放電状態を、以降、「微細放電」とも呼ぶ。
FIG. 9 shows a partial cross-sectional view of the
The charging
微細放電を発生可能な本実施形態の帯電ローラ２の場合、放電により感光ドラム１を一様に帯電することで得られる暗部電位（ＶＤ）は、従来の帯電ローラと同等である。しかしながら、上述の通り、一回一回の放電量を小さく、かつ、多量にすることでＶＤを形成させるため、ＶＤのミクロな均一性が従来の帯電ローラと比較し、飛躍的に向上する。そのため本発明の実施形態に係る帯電ローラ２を用いた場合、異常放電に対し、放電均一性が飛躍的に向上したことで、局所的に生じる過剰な放電が抑制されるため、異常放電を効果的に解消することができる。
以下、上記（ｉ）〜（ｉｉｉ）の構成要素について説明する。
In the case of the charging
Hereinafter, the components (i) to (iii) above will be described.
＜構成要素（ｉ）＞
・マトリックスの体積抵抗率；
マトリックス５４の体積抵抗率を、１．０×１０１２Ω・ｃｍよりも大きくすることで、電荷が、ドメイン５５を迂回してマトリックス５４中を移動することを抑制できる。また、一回の放電で蓄積された電荷の大半が消費されることを抑制できる。また、ドメイン５５に蓄積された電荷が、マトリックス５４に漏洩することによって、あたかも導電層内を連通する導電経路が形成されているかの如き状態となることを防止できる。
また、マトリックス５４の体積抵抗率の上限としては、特に限定されないが、目安としては、１．０×１０１７Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。上述した微細放電の様態を
達成するために、導電層中を、ドメイン５５を介して電荷を移動させるためには、電荷が十分に蓄積された領域（ドメイン５５）が、電気的に絶縁性の領域（マトリックス５４）で分断されている構成が有効であると本発明者らは考えている。そして、マトリックス５４の体積抵抗率を上記したような高抵抗領域の範囲とすることで、各ドメイン５５との界面において十分な電荷を留めることができ、また、ドメイン５５からの電荷漏洩を抑制できる。
また、放電が微細でかつ必要十分な放電量を達成するためには、すなわち、上記低周波側でのインピーダンスの傾きが−1ではなくなる条件を満たす導電層５３とするためには
、電荷の移動経路が、ドメイン５５を介在した経路に限定することが極めて有効である。ドメイン５５からのマトリックス５４への電荷の漏洩を抑制し、電荷の輸送経路を複数のドメイン５５を介した経路に限定することにより、ドメイン５５に存在する電荷の密度を向上させることができるため、各ドメイン５５における電荷の充填量をより増大させることができる。これにより、放電の起点である導電相としてのドメイン５５の表面において、放電に関与できる電荷の総数を向上させることができ、結果、帯電ローラ２の表面からの放電の出やすさを向上させることができると考えられる。
<Component (i)>
・ Volume resistivity of matrix;
By making the volume resistivity of the
The upper limit of the volume resistivity of the
Further, in order to achieve a fine discharge and a necessary and sufficient discharge amount, that is, in order to obtain the
・マトリックスの体積抵抗率の測定方法；
マトリックス５４の体積抵抗率は、導電層５３を薄片化し、微小探針によって計測することができる。薄片化する手段としては、例えば、鋭利なカミソリや、ミクロトーム、収束イオンビーム法（ＦＩＢ）などがあげられる。
薄片の作製に関しては、ドメイン５５の影響を排除し、マトリックス５４のみの体積抵抗率を計測する必要があるため、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）などであらかじめ計測したドメイン５５間距離よりも小さい膜厚の薄片を作成する必要がある。したがって、薄片化の手段としては、ミクロトームのような非常に薄いサンプルを作成できる手段が好ましい。
-Measurement method of matrix volume resistivity;
The volume resistivity of the
Regarding the preparation of flakes, it is necessary to eliminate the influence of the
体積抵抗率の測定は、まず、当該薄片の片面を接地した後に、薄片中のマトリックス５４とドメイン５５の場所を特定する。これらの場所の特定は、走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、などで、マトリックス５４とドメイン５５の体積抵抗率あるいは硬度の分布を計測できる手段によって行うことができる。次いで、当該マトリックス５４に探針を接触させ、５０ＶのＤＣ電圧を５秒間印加しての接地電流値の５秒間の算術平均値を測定し、電圧で除することで電気抵抗値を算出する。そして、薄片の膜厚を用いて、体積抵抗率に変換すればよい。このとき、薄片のＳＰＭやＡＦＭのような形状測定も可能な手段であれば、当該薄片の膜厚が計測でき、体積抵抗率が測定可能であるため、好適である。
円柱状の帯電ローラ２の導電層５３におけるマトリックス５４の体積抵抗率の測定は、導電層５３を周方向に４分割、長手方向に５分割した領域のそれぞれから各１つずつ薄片サンプルを切り出し、上記の測定値を得た後に、合計２０サンプルの体積抵抗率の算術平均値を算出することによって行なうことができる。図１１（ａ）は、５分割した領域の１つにおいて薄片サンプルを切り出した様子を示している。
In the measurement of volume resistivity, first, one side of the flakes is grounded, and then the locations of the
To measure the volume resistivity of the
＜構成要素（ｉｉ）＞
・ドメインの体積抵抗率；
個々のドメイン５５の体積抵抗率は、該マトリックス５４の体積抵抗率よりも小さい。これにより、マトリックス５４で目的としない電荷の移動を抑制しつつ、電荷の輸送経路を複数のドメイン５５を介する経路に限定しやすくなるため好ましい。
また、該ドメイン５５の体積抵抗率は、該マトリックス５４の体積抵抗率よりも５桁以上大きいことが好ましい。
より具体的には、ドメイン５５の体積抵抗率は１．０×１０１Ωｃｍ以上１．０×１０４Ωｃｍ以下にすることが好ましい。ドメイン５５の体積抵抗率をより低い状態にするこ
とで、マトリックス５４で目的としない電荷の移動を抑制しつつ、電荷の輸送経路を、より効果的に複数のドメイン５５を介する経路に限定することができる。
<Component (ii)>
・ Volume resistivity of the domain;
The volume resistivity of the
Further, the volume resistivity of the
More specifically, the volume resistivity of the
更に、ドメイン５５の体積抵抗率は、１．０×１０２Ωｃｍ以下であることがより好ましい。ドメイン５５の体積抵抗率を当該範囲まで下げることで、ドメイン５５内で移動する電荷の量を飛躍的に向上できる。そのため、効果的に電荷の輸送経路をドメイン５５経由に限定することができる。
Further, the volume resistivity of the
ドメイン５５の体積抵抗率は、ドメイン５５のゴム成分に対し、導電剤を使用することによって、その導電性を所定の値にすることで調整する。
ドメイン５５用のゴム材料としては、マトリックス５４用としてのゴム成分を含むゴム組成物を用いることができるが、マトリックスドメイン構造を形成するためにマトリックス５４を形成するゴム材料との溶解度パラメータ（ＳＰ値）の差が、０．４（Ｊ／ｃｍ３）０．５以上、５．０（Ｊ／ｃｍ３）０．５以下、特には、０．４（Ｊ／ｃｍ３）０．５以上２．２（Ｊ／ｃｍ３）０．５以下にすることがより好ましい。
The volume resistivity of the
As the rubber material for the
ドメイン５５の体積抵抗率は、電子導電剤の種類、およびその添加量を適宜選択することによって調整することができる。ドメイン５５の体積抵抗率を１．０×１０１Ωｃｍ以上１．０×１０４Ωｃｍ以下に制御するために使用する導電剤としては、分散する量によって高抵抗から低抵抗まで体積抵抗率を大きく変化させることができる電子導電剤が好ましい。
ドメイン５５に配合される電子導電剤については、カーボンブラック、グラファイト、酸化チタン、酸化錫等の酸化物；Ｃｕ、Ａｇ等の金属；酸化物または金属が表面に被覆され導電化された粒子等を例として挙げられる。また、必要に応じて、これらの導電剤の２種類以上を適宜量配合して使用しても良い。
以上の様な電子導電剤のうち、ゴムとの親和性が大きく、電子導電剤間の距離の制御が容易な、導電性のカーボンブラックを使用することが好ましい。ドメイン５５に配合されるカーボンブラックの種類については、特に限定されるものではない。具体的には、例えば、ガスファーネスブラック、オイルファーネスブラック、サーマルブラック、ランプブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等が挙げられる。
中でも、高い導電性をドメイン５５に付与し得る、ＤＢＰ吸油量が４０ｃｍ３／１００ｇ以上１７０ｃｍ３／１００ｇ以下である導電性カーボンブラックを好適に用いることができる。
導電性のカーボンブラック等の電子導電剤は、ドメイン５５に含まれるゴム成分の１００質量部に対して、２０質量部以上１５０質量部以下でドメイン５５に配合されることが好ましい。特に好ましい配合割合は、５０質量部以上１００質量部以下である。これらの割合での導電剤の配合は、一般的な電子写真用の帯電ローラと比較して、導電剤が多量に配合されていることが好ましい。これにより、ドメインの体積抵抗率を１．０×１０１Ωｃｍ以上１．０×１０４Ω・ｃｍ以下の範囲に容易に制御することができる。
また、必要に応じて、ゴムの配合剤として一般に用いられている充填剤、加工助剤、架橋助剤、架橋促進剤、老化防止剤、架橋促進助剤、架橋遅延剤、軟化剤、分散剤、着色剤等を、本発明に係る効果を阻害しない範囲でドメイン用のゴム組成物に添加してもよい。
The volume resistivity of the
Regarding the electronic conductive agent blended in the
Among the above-mentioned electronic conductive agents, it is preferable to use conductive carbon black, which has a high affinity with rubber and can easily control the distance between the electronic conductive agents. The type of carbon black blended in the
Among them, high conductivity can be imparted to a
It is preferable that the conductive electronic conductive agent such as carbon black is blended in the
In addition, if necessary, fillers, processing aids, cross-linking aids, cross-linking accelerators, anti-aging agents, cross-linking accelerators, cross-linking retarders, softeners, and dispersants commonly used as rubber compounding agents. , Colorants and the like may be added to the rubber composition for the domain as long as the effects according to the present invention are not impaired.
・ドメインの体積抵抗率の測定方法；
ドメイン５５の体積抵抗率の測定は、上記のマトリックス５４の体積抵抗率の測定方法に対して、測定箇所をドメイン５５に相当する場所に変更し、電流値の測定の際の印加電圧を１Ｖに変更した以外は同様の方法で実施すればよい。
ここで、ドメイン５５の体積抵抗率は、均一であることが好ましい。ドメイン５５の体積抵抗率の均一性を向上させるためには、各ドメイン５５内の電子導電剤の量を均一化することが好ましい。これにより、帯電ローラ２の外表面からの、被帯電体への放電をより
安定化させることができる。
具体的には、導電層５３の厚み方向の断面に現れるドメイン５５の各々の断面積に対して、ドメイン５５の各々が含む電子導電剤からなる部分、例えば導電性粒子の断面積の合計の、ドメイン５５の断面積に対する割合の標準偏差をσｒ、平均値をμｒとしたとき、変動係数σｒ／μｒが、０以上、０．４以下であることが好ましい。
σｒ／μｒが、０以上、０．４以下であるために、各ドメイン５５中に含まれる導電剤の数または量のばらつきを低減することができる。かかる指標に基づくドメイン５５の体積抵抗率の均一性が付与されることで、導電層５３内の電界集中を抑制でき、局所的に電界が印加されるマトリックス５４の存在を低減できる。これにより、マトリックス５４での導電を極力低減することができる。
より好ましいσｒ／μｒは、０以上０．２５以下であり、導電層５３内の電界集中を更に効果的に抑制することができ、１．０×１０−２Ｈｚ〜１．０×１０１Ｈｚにおけるインピーダンスを１．０×１０５Ω以下に更に低減することが可能となる。
ドメイン５５の体積抵抗率の均一性を向上させるためには、後述するドメイン形成用ゴム混合物（ＣＭＢ）の調製工程において、第二のゴムに対するカーボンブラックの配合量を多くすることが好ましい。
-Measurement method of domain volume resistivity;
For the measurement of the volume resistivity of the
Here, the volume resistivity of the
Specifically, for each cross-sectional area of the
Since σr / μr is 0 or more and 0.4 or less, it is possible to reduce variations in the number or amount of conductive agents contained in each
A more preferable σr / μr is 0 or more and 0.25 or less, and the electric field concentration in the
In order to improve the uniformity of the volume resistivity of the
・ドメインの体積抵抗率の均一性の測定方法；
ドメイン５５の体積抵抗率の均一性は、ドメイン５５内の電子導電剤の量によって支配されるため、各ドメイン５５内の電子導電剤の量のばらつきを測定することで、評価することができる。
まず、前述のマトリックス５４の体積抵抗率の測定における方法と同様の方法で切片を作製する。次いで、凍結割断法、クロスポリッシャー法、収束イオンビーム法（ＦＩＢ）等の手段で破断面を形成する。破断面の平滑性と、観察のための前処理を考慮すると、ＦＩＢ法が好ましい。また、マトリックスドメイン構造の観察を好適に実施するために、染色処理、蒸着処理など、導電相としてのドメイン５５と絶縁相としてのマトリックス５４とのコントラストが好適に得られる前処理を施してもよい。
破断面の形成、前処理を行った切片を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）によって観察して、マトリックスドメイン構造の存在を確認する。これらの中でも、ドメイン５５の面積の定量化の正確性から、ＳＥＭで１０００倍〜１０００００倍で観察を行うことが好ましい。
-Measuring method of domain volume resistivity uniformity;
Since the uniformity of the volume resistivity of the
First, a section is prepared by the same method as the method for measuring the volume resistivity of the
The presence of the matrix domain structure is confirmed by observing the fractured surface formed and pretreated sections with a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM). Among these, from the viewpoint of the accuracy of quantification of the area of the
ドメイン５５の体積抵抗率の均一性の測定は、マトリックス−ドメイン構造が現れている破断面の撮影画像を定量化することによって行なうことが好ましい。ＳＥＭでの観察により得られた破断面画像に対し、画像処理ソフト（例えば、「ＩｍａｇｅＰｒｏＰｌｕｓ」、Ｍｅｄｉａ Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ社製）を使用して、８ビットのグレースケール化を行い、２５６諧調のモノクロ画像を得る。次いで、破断面内のドメイン５５が白くなるように、画像の白黒を反転処理し、２値化を実施する。次いで、当該２値化画像に対し、画像処理ソフト内のカウント機能により、ドメイン５５の断面積Ｓおよび、それぞれのドメイン５５内の導電剤からなる部分の断面積Ｓｃを算出する。そして、電子導電剤のドメイン５５内の面積割合Ｓｃ／Ｓの標準偏差σｒおよび平均値μｒを算出し、ドメイン５５の体積抵抗率の均一性の指標としてσｒ／μｒを算出すればよい。
The measurement of the uniformity of the volume resistivity of the
円柱形状の帯電ローラ２の場合では、導電層５３の長手方向の長さをＬ、導電層５３の厚さをＴとしたとき、導電層５３の長手方向の中央、及び導電層５３の両端から中央に向かってＬ／４の３か所における、図１１（ｂ）に示されるような導電層５３の厚さ方向の断面を取得する。得られた断面の各々について、導電層５３の外表面から支持体５２方向への深さ０．１Ｔ〜０．９Ｔまでの厚み領域の任意の３か所において、１５μｍ四方の観察領域を取得する。当該観察領域を上記の方法によって２値化、定量化することでドメイン５５の体積抵抗率の均一性の指標としてのσｒ／μｒを算出し、合計９点の観察領域か
らの測定値の算術平均をドメインサイズの均一性の指標として定量化すればよい。
In the case of the
＜構成要素（ｉｉｉ）＞
・ドメイン間の隣接壁面間距離（以降、「ドメイン間距離」ともいう）
ドメイン５５間距離は、０．２μｍ以上、２．０μｍ以下であることが好ましい。
ドメイン５５間での電荷の授受を行わせるうえで、導電層５３中のドメイン５５間距離は２．０μｍ以下、特には、１．０μｍ以下とすることが好ましい。また、ドメイン５５同士を絶縁領域（マトリックス）で電気的に確実に分断し、電荷をドメインに蓄積しやすくなるため、ドメイン５５間距離を、０．２μｍ以上、特には、０．３μｍ以上とすることが好ましい。
<Component (iii)>
-Distance between adjacent walls between domains (hereinafter also referred to as "distance between domains")
The distance between the
The distance between the
・ドメイン間距離の測定方法；
ドメイン５５間距離の測定方法は、次のように実施すればよい。
まず、前述のマトリックス５４の体積抵抗率の測定における方法と同様の方法で切片を作製する。次いで、凍結割断法、クロスポリッシャー法、収束イオンビーム法（ＦＩＢ）等の手段で破断面を形成する。破断面の平滑性と、観察のための前処理を考慮すると、ＦＩＢ法が好ましい。また、マトリックスドメイン構造の観察を好適に実施するために、染色処理、蒸着処理など、導電相と絶縁相とのコントラストが好適に得られる前処理を施してもよい。
破断面の形成、前処理を行った切片を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）によって観察して、マトリックスドメイン構造の存在を確認する。これらの中でも、ドメインの面積の定量化の正確性から、ＳＥＭで１０００倍〜１０００００倍で観察を行うことが好ましい。
・ Measurement method of inter-domain distance;
The method for measuring the distance between the
First, a section is prepared by the same method as the method for measuring the volume resistivity of the
The presence of the matrix domain structure is confirmed by observing the fractured surface formed and pretreated sections with a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM). Among these, from the viewpoint of the accuracy of quantification of the domain area, it is preferable to perform the observation by SEM at 1000 to 100,000 times.
ドメイン５５間距離の測定は、マトリックス−ドメイン構造が現れている破断面の撮影画像を定量化することによって行なうことが好ましい。ＳＥＭでの観察により得られた破断面画像に対し、画像処理ソフト（例えば、「Ｌｕｚｅｘ」（商品名、ニレコ社製））を使用して、８ビットのグレースケール化を行い、２５６諧調のモノクロ画像を得る。次いで、破断面内のドメイン５５が白くなるように、画像の白黒を反転処理し、２値化を実施する。次いで、画像内のドメインサイズ群の壁面間距離を算出する。このときの壁面間距離は、近接したドメイン５５間の最短距離である。
The measurement of the distance between the
円柱形状の帯電ローラの場合では、導電層５３の長手方向の中央、及び導電層５３の両端から中央に向かってＬ／４の３か所における、図１１（ｂ）に示されるような導電層５３の厚さ方向の断面を取得する。得られた断面の各々について、導電層５３の外表面から支持体５２方向への深さ０．１Ｔ〜０．９Ｔまでの厚み領域の任意の３か所に５０μｍ四方の観察領域を置き、この全９個の観察領域の各々で観察される各ドメイン５５間距離を測定すればよい。切片は、電荷の移動方向である支持体５２から導電層５３外表面を含む面を観察することが必要であることから、支持体５２の中心軸を起点とする法線を含む断面を観察することができる方向で切り出す。
In the case of a cylindrical charging roller, the conductive layer as shown in FIG. 11B is located at the center of the
・ドメイン間距離の均一性；
上記構成要素（ｉｉｉ）に関して、ドメイン５５間距離の分布は均一であることが、より好ましい。例えば、導電層５３内で局所的にドメイン５５間距離が長い箇所が一部にできることで、電荷の供給が周囲比べて滞る箇所が生じた場合などに、放電の出やすさが抑制される現象が発生することがある。ドメイン５５間の距離の分布が均一であることで、そのような現象の発生を低減することができる。
・ Uniform distance between domains;
It is more preferable that the distribution of the distance between the
電荷が輸送される断面、すなわち、図１１（ｂ）に示されるような導電層５３の厚さ方向の断面において、導電層５３の外表面から支持体５２方向への深さ０．１Ｔ〜０．９Ｔ
までの厚み領域の任意の３か所における、５０μｍ四方の観察領域を取得した際に、当該観察領域内のドメイン５５間距離の算術平均値Ｄｍおよびドメイン５５間距離のばらつきσｍを用いて変動係数σｍ／Ｄｍが０以上０．４以下であることが好ましい。
In the cross section in which the electric charge is transported, that is, in the cross section in the thickness direction of the
When an observation region of 50 μm square is acquired at any three locations in the thickness region up to, the coefficient of variation is used by using the arithmetic mean value Dm of the distance between
・ドメイン間距離の均一性の測定方法；
ドメイン５５間距離の均一性の測定は、先に説明したドメイン５５間距離の測定と同様に、破断面の直接観察で得られる画像を定量化することによって行なうことができる。
上記ドメイン５５間距離の測定で得られる、破断面の２値化画像に対し、ＬＵＺＥＸ（株式会社ニレコ社製）のような画像処理ソフトを用いて、画像内のドメインサイズ群のドメイン間距離の平均値Ｄｍおよび、Ｄｍの標準偏差σｍを算出し、ドメイン間距離の均一性の指標としてσｍ／Ｄｍを算出すればよい。
・ Measurement method of inter-domain distance uniformity;
The measurement of the uniformity of the distance between the
For the binarized image of the fracture surface obtained by measuring the distance between
円柱形状の帯電ローラの場合では、導電層５３の長手方向の中央、及び導電層５３の両端から中央に向かってＬ／４の３か所における、図１１（ｂ）に示されるような導電層５３の厚さ方向の断面を取得する。得られた断面の各々について、導電層５３の外表面から支持体５２方向への深さ０．１Ｔ〜０．９Ｔまでの厚み領域の任意の３か所において、５０μｍ四方の観察領域を取得する。当該観察領域を上記の方法によって２値化、定量化することでドメイン５５間距離のσｍ／Ｄｍを算出し、合計９点の観察領域からの測定値の算術平均をドメイン５５間距離の均一性の指標として定量化すればよい。
In the case of a cylindrical charging roller, the conductive layer as shown in FIG. 11B is located at the center of the
本実施態様に用いた帯電ローラ２は、例えば、下記工程（ｉ）〜（ｉｖ）を含む方法を経て形成することができる。
工程（ｉ）：カーボンブラックおよび第二のゴムを含む、ドメイン形成用ゴム混合物（以降、「ＣＭＢ」とも称する）を調製する工程；
工程（ｉｉ）：第一のゴムを含むマトリックス形成用ゴム混合物（以降、「ＭＲＣ」とも称する）を調製する工程；
工程（ｉｉｉ）：ＣＭＢとＭＲＣとを混練して、マトリックス−ドメイン構造を有するゴム混合物を調製する工程；
工程（ｉｖ）：工程（ｉｉｉ）で調製したゴム混合物の層を、導電性支持体上に直接または他の層を介して形成し、該ゴム組成物の層を硬化させて、本実施態様に係る導電層を形成する工程。
The charging
Step (i): Preparing a domain-forming rubber mixture (hereinafter, also referred to as “CMB”) containing carbon black and a second rubber;
Step (ii): A step of preparing a matrix-forming rubber mixture (hereinafter, also referred to as “MRC”) containing the first rubber;
Step (iii): A step of kneading CMB and MRC to prepare a rubber mixture having a matrix-domain structure;
Step (iv): A layer of the rubber mixture prepared in step (iii) is formed on the conductive support directly or via another layer, and the layer of the rubber composition is cured to obtain the present embodiment. A step of forming the conductive layer.
そして、構成要素（ｉ）〜構成要素（ｉｉｉ）は、例えば、上記各工程に用いる材料の選択、製造条件の調整により制御することができる。以下説明する。 Then, the component (i) to the component (iii) can be controlled, for example, by selecting the material used in each of the above steps and adjusting the manufacturing conditions. This will be described below.
まず、構成要素（ｉ）に関して、マトリックス５４の体積抵抗率は、ＭＲＣの組成によって定まる。
ＭＲＣに用いる第一のゴムとしては、導電性の低い、天然ゴム、ブタジエンゴム、ブチルゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム、ポリノルボルネンゴムの如きゴムの少なくとも１種を用いる。また、ＭＲＣには、マトリックスの体積抵抗率を上記範囲内にすることができることを前提として、必要に応じて、充填剤、加工助剤、架橋剤、架橋助剤、架橋促進剤、架橋促進助剤、架橋遅延剤、老化防止剤、軟化剤、分散剤、着色剤を添加してもよい。一方、ＭＲＣには、マトリックスの体積抵抗率を上記範囲内とするために、カーボンブラックの如き電子導電剤は含有させないことが好ましい。
First, with respect to component (i), the volume resistivity of the
The first rubber used for MRC is natural rubber, butadiene rubber, butyl rubber, acrylonitrile butadiene rubber, urethane rubber, silicone rubber, fluororubber, isoprene rubber, chloroprene rubber, styrene-butadiene rubber, ethylene-propylene, which have low conductivity. At least one kind of rubber such as rubber and polynorbornene rubber is used. Further, on the premise that the volume resistivity of the matrix can be within the above range for MRC, if necessary, a filler, a processing aid, a cross-linking agent, a cross-linking aid, a cross-linking accelerator, and a cross-linking accelerator Agents, cross-linking retarders, anti-aging agents, softeners, dispersants, colorants may be added. On the other hand, it is preferable that the MRC does not contain an electron conductive agent such as carbon black in order to keep the volume resistivity of the matrix within the above range.
また、構成要素（ｉｉ）に関しては、ＣＭＢ中の電子導電剤の量によって調整し得る。例えば、電子導電剤として、ＤＢＰ吸油量が、４０ｃｍ３／１００ｇ以上、１７０ｃｍ３／１００ｇ以下である導電性カーボンブラックを用いる場合を例に挙げると、ＣＭＢの全
質量を基準として、４０質量％以上、２００質量％以下の導電性カーボンブラックを含むようにＣＭＢを調製することで構成要素（ｉｉ）を達成し得る。
Further, the component (ii) can be adjusted by the amount of the electron conductive agent in the CMB. For example, as an electron conductive agent, DBP oil absorption amount, 40
さらに、構成要素（ｉｉｉ）に関しては、下記（ａ）〜（ｄ）の４つを制御することが有効である。
（ａ）ＣＭＢ、及びＭＲＣの各々の界面張力σの差；
（ｂ）ＣＭＢの粘度（ηｄ）、及びＭＲＣの粘度（ηｍ）の比（ηｍ／ηｄ）；
（ｃ）工程（ｉｉｉ）における、ＣＭＢとＭＲＣとの混練時のせん断速度（γ）、及びせん断時のエネルギー量（ＥＤＫ）；
（ｄ）工程（ｉｉｉ）における、ＣＭＢのＭＲＣに対する体積分率。
Further, regarding the component (iii), it is effective to control the following four (a) to (d).
(A) Difference in interfacial tension σ between CMB and MRC;
(B) The ratio of the viscosity of CMB (ηd) to the viscosity of MRC (ηm) (ηm / ηd);
(C) Shear velocity (γ) during kneading of CMB and MRC and energy amount (EDK) during shearing in step (iii);
(D) Volume fraction of CMB with respect to MRC in step (iii).
（ａ）ＣＭＢとＭＲＣとの界面張力差
一般的に二種の非相溶のゴムを混合した場合、相分離する。これは、異種高分子間の相互作用よりも、同一高分子間の相互作用が強いため、同一高分子同士で凝集し、自由エネルギーを低下させ安定化しようとするためである。相分離構造の界面は異種高分子と接触するため、同一分子同士の相互作用で安定化されている内部より、自由エネルギーが高くなる。その結果、界面の自由エネルギーを低減させるために、異種高分子と接触する面積を小さくしようとする界面張力が発生する。この界面張力が小さい場合、エントロピーを増大させるために異種高分子でもより均一に混合しようとする方向に向かう。均一に混合した状態とは溶解であり、溶解度の目安となるＳＰ値（溶解度パラメーター）と界面張力は相関する傾向にある。
(A) Difference in interfacial tension between CMB and MRC Generally, when two kinds of incompatible rubbers are mixed, they are phase-separated. This is because the interaction between the same polymers is stronger than the interaction between different polymers, so that the same polymers aggregate to reduce the free energy and stabilize it. Since the interface of the phase-separated structure comes into contact with different macromolecules, the free energy is higher than that of the inside stabilized by the interaction between the same molecules. As a result, in order to reduce the free energy of the interface, an interfacial tension is generated to reduce the area of contact with the dissimilar polymer. When this interfacial tension is small, even dissimilar polymers tend to be mixed more uniformly in order to increase entropy. The uniformly mixed state is dissolution, and the SP value (solubility parameter), which is a measure of solubility, tends to correlate with the interfacial tension.
つまり、ＣＭＢとＭＲＣとの界面張力差は、各々が含むゴムのＳＰ値差と相関すると考えられる。ＭＲＣ中の第１のゴムと、ＣＭＢ中の第２のゴムとしては、溶解度パラメータの絶対値の差が、０．４（Ｊ／ｃｍ３）０．５以上、５．０（Ｊ／ｃｍ３）０．５以下、特には、０．４（Ｊ／ｃｍ３）０．５以上２．２（Ｊ／ｃｍ３）０．５以下となるようなゴムを選択することが好ましい。この範囲であれば安定した相分離構造を形成でき、また、ＣＭＢのドメイン径Ｄを小さくすることができる。ここで、ＣＭＢに用い得る第二のゴムの具体例としては、例えば、天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＭ、ＥＰＤＭ）、クルルプレンゴム（ＣＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素添加ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、シリコーンゴム、ウレタンゴム（Ｕ）が挙げられる。これらの少なくとも１種を用いることができる。
導電層５３の厚みは、目的とする導電性部材（帯電ローラ）の機能及び効果が得られるものであれば特に限定されない。導電層５３の厚みは、１．０ｍｍ以上４．５ｍｍ以下とすることが好ましい。
That is, it is considered that the difference in interfacial tension between CMB and MRC correlates with the difference in SP value of the rubber contained therein. For the first rubber in MRC and the second rubber in CMB, the difference between the absolute values of the solubility parameters is 0.4 (J / cm 3 ) 0.5 or more, 5.0 (J / cm 3). ) It is preferable to select a rubber having a value of 0.5 or less, particularly 0.4 (J / cm 3 ) 0.5 or more and 2.2 (J / cm 3 ) 0.5 or less. Within this range, a stable phase-separated structure can be formed, and the domain diameter D of the CMB can be reduced. Here, specific examples of the second rubber that can be used for CMB include, for example, natural rubber (NR), isoprene rubber (IR), butadiene rubber (BR), styrene-butadiene rubber (SBR), butyl rubber (IIR), and the like. Examples thereof include ethylene-propylene rubber (EPM, EPDM), kururuprene rubber (CR), nitrile rubber (NBR), hydrogenated nitrile rubber (H-NBR), silicone rubber, and urethane rubber (U). At least one of these can be used.
The thickness of the
＜ＳＰ値の測定方法＞
ＳＰ値は、ＳＰ値が既知の材料を用いて、検量線を作成することで、精度良く算出することが可能である。この既知のＳＰ値は、材料メーカーのカタログ値を用いることもできる。例えば、ＮＢＲ及びＳＢＲは、分子量に依存せず、アクリロニトリルおよびスチレンの含有比率でＳＰ値がほぼ決定される。従って、マトリックスおよびドメインを構成するゴムを、熱分解ガスクロマトグラフィー（Ｐｙ−ＧＣ）及び固体ＮＭＲ等の分析手法を用いて、アクリロニトリルまたはスチレンの含有比率を解析することで、ＳＰ値が既知の材料から得た検量線から、ＳＰ値を算出することができる。また、イソプレンゴムは、１，２−ポリイソプレン、１，３−ポリイソプレン、３，４−ポリイソプレン、およびｃｉｓ−１，４−ポリイソプレン、ｔｒａｎｓ−１，４−ポリイソプレンなどの、異性体構造でＳＰ値が決定される。従って、ＳＢＲおよびＮＢＲと同様にＰｙ−ＧＣ及び固体ＮＭＲ等で異性体含有比率を解析し、ＳＰ値が既知の材料から、ＳＰ値を算出することができる。
<Measurement method of SP value>
The SP value can be calculated accurately by creating a calibration curve using a material having a known SP value. As this known SP value, the catalog value of the material manufacturer can also be used. For example, for NBR and SBR, the SP value is almost determined by the content ratio of acrylonitrile and styrene regardless of the molecular weight. Therefore, a material whose SP value is known by analyzing the content ratio of acrylonitrile or styrene in the rubber constituting the matrix and domain by using an analysis method such as pyrolysis gas chromatography (Py-GC) and solid-state NMR. The SP value can be calculated from the calibration curve obtained from. The isoprene rubber is an isomer such as 1,2-polyisoprene, 1,3-polyisoprene, 3,4-polyisoprene, and cis-1,4-polyisoprene, trans-1,4-polyisoprene. The structure determines the SP value. Therefore, the isomer content ratio can be analyzed by Py-GC, solid-state NMR, or the like in the same manner as SBR and NBR, and the SP value can be calculated from a material having a known SP value.
（ｂ）ＣＭＢとＭＲＣとの粘度比
ＣＭＢとＭＲＣとの粘度比（ηｄ／ηｍ）は、１に近い程、ドメイン５５の最大フェレ径Ｄｍａｘを小さくできる。具体的には、粘度比は１．０以上２．０以下であることが好ましい。ＣＭＢとＭＲＣの粘度比は、ＣＭＢ及びＭＲＣに使用する原料ゴムのムーニー粘度の選択や、充填剤の種類や量の配合によって調整が可能である。また、相分離構造の形成を妨げない程度に、パラフィンオイルなどの可塑剤を添加することでも可能である。また混練時の温度を調整することで、粘度比の調整を行うことができる。なおドメイン形成用ゴム混合物やマトリックス形成用ゴム混合物の粘度は、ＪＩＳ Ｋ６３００−１：２０１３に基づきムーニー粘度ＭＬ（１＋４）を混練時のゴム温度で測定することで得られる。
(B) Viscosity ratio between CMB and MRC The closer the viscosity ratio between CMB and MRC (ηd / ηm) is, the smaller the maximum ferret diameter Dmax of the
（ｃ）ＭＲＣとＣＭＢとの混練時のせん断速度、及びせん断時のエネルギー量
ＭＲＣとＣＭＢとの混練時のせん断速度は速いほど、また、せん断時のエネルギー量は大きいほど、ドメイン間距離を小さくすることができる。
せん断速度は、混練機のブレードやスクリューといった撹拌部材の内径を大きくし、撹拌部材の端面から混練機内壁までの間隙を小さくすることや、回転数を大きくすることで上げることができる。またせん断時のエネルギーを上げるには、撹拌部材の回転数を上げることや、ＣＭＢ中の第一のゴムとＭＲＣ中の第二のゴムの粘度を上げることで達成できる。
(C) Shear velocity during kneading between MRC and CMB and amount of energy during shearing The faster the shear rate during kneading between MRC and CMB, and the greater the amount of energy during shearing, the smaller the distance between domains. can do.
The shear rate can be increased by increasing the inner diameter of the stirring member such as the blade or screw of the kneader, reducing the gap from the end face of the stirring member to the inner wall of the kneader, or increasing the rotation speed. Further, the energy at the time of shearing can be increased by increasing the rotation speed of the stirring member or increasing the viscosities of the first rubber in the CMB and the second rubber in the MRC.
（ｄ）ＭＲＣに対するＣＭＢの体積分率
ＭＲＣに対するＣＭＢの体積分率は、マトリックス形成用ゴム混合物に対するドメイン形成用ゴム混合物の衝突合体確率と相関する。具体的には、マトリックス形成用ゴム混合物に対するドメイン形成用ゴム混合物の体積分率を低減させると、ドメイン形成用ゴム混合物とマトリックス形成用ゴム混合物の衝突合体確率が低下する。つまり必要な導電性を得られる範囲において、マトリックス中におけるドメインの体積分率を減らすことでドメイン間距離を小さくすることができる。そして、ＣＭＢのＭＲＣに対する体積分率は、１５％以上、４０％以下とすることが好ましい。
(D) Volume Fraction of CMB with respect to MRC The volume fraction of CMB with respect to MRC correlates with the collision coalescence probability of the domain-forming rubber mixture with respect to the matrix-forming rubber mixture. Specifically, reducing the volume fraction of the domain-forming rubber mixture with respect to the matrix-forming rubber mixture reduces the collision-coalescence probability of the domain-forming rubber mixture and the matrix-forming rubber mixture. That is, the interdomain distance can be reduced by reducing the volume fraction of the domains in the matrix within the range in which the required conductivity can be obtained. The volume fraction of CMB with respect to MRC is preferably 15% or more and 40% or less.
また、本実施態様に係る導電性部材（帯電ローラ２）は、下記構成要素（ｉｖ）および構成要素（ｖ）を満たすことが好ましい。具体的には、先ず、導電層５３の長手方向の長さをＬとしたとき、導電層５３の長手方向の中央、及び導電層５３の両端から中央に向かってＬ／４の３か所における、導電層５３の厚さ方向の断面をとる。そして、各断面の各々について、導電層５３の外表面から深さ０．１Ｔ〜０．９Ｔまでの厚み領域の任意の３か所に１５μｍ四方の観察領域を置いたときに、全９個の該観察領域の各々においてドメイン５５を観察する。観察されるドメイン５５のうちの８０個数％以上が、下記構成要素（ｉｖ）および構成要素（ｖ）を満たすことが好ましい。
Further, it is preferable that the conductive member (charging roller 2) according to the present embodiment satisfies the following component (iv) and component (v). Specifically, first, when the length of the
＜構成要素（ｉｖ）＞
ドメイン５５の断面積に対する該ドメイン５５が含む該導電性粒子の断面積の割合が、２０％以上であること。
＜構成要素（ｖ）＞
ドメイン５５の周囲長をＡ、該ドメイン５５の包絡周囲長をＢとしたとき、Ａ／Ｂが、１．００以上、１．１０以下であること。
<Component (iv)>
The ratio of the cross-sectional area of the conductive particles contained in the
<Component (v)>
When the perimeter of the
上記構成要素（ｉｖ）及び構成要素（ｖ）は、ドメイン５５の形状に係る規定ということができる。「ドメインの形状」とは、導電層５３の厚さ方向の断面に現れたドメイン５５の断面形状として定義される。円柱形状の帯電ローラの場合では、導電層５３の長手方向の中央、及び導電層５３の両端から中央に向かってＬ／４の３か所における、図１１（ｂ）に示されるような導電層５３の厚さ方向の断面を取得する。得られた断面の各々につ
いて、導電層５３の外表面から支持体５２方向への深さ０．１Ｔ〜０．９Ｔまでの厚み領域の任意の３か所に１５μｍ四方の観察領域を置く。ドメイン形状は、この全９個の観察領域の各々で観察される各ドメイン５５の形状で定義される。
The above-mentioned component (iv) and the component (v) can be said to be related to the shape of the
ドメイン５５の形状はその周面に凹凸がない形状であることが好ましい。形状に関する凹凸構造の数を低減することによって、ドメイン５５間の電界の不均一性を低減でき、つまり、電界集中が生じる箇所を少なくして、マトリックス５４で必要以上の電荷輸送が起きる現象を低減できる。
The shape of the
本発明者は、１個のドメイン５５に含まれる導電性粒子の量が、当該ドメイン５５の外形形状に影響を与えているとの知見を得た。すなわち、１個のドメイン５５の導電性粒子の充填量が増えるにつれて、該ドメイン５５の外形形状がより球体に近くなるとの知見を得た。球体に近いドメイン５５の数が多いほど、ドメイン５５間での電子の授受の集中点を少なくすることができる。
The present inventor has obtained the finding that the amount of conductive particles contained in one
そして、本発明者らの検討によれば、その理由は明らかでないが、１つのドメイン５５の断面の面積を基準として、当該断面において観察される導電性粒子の断面積の総和の割合が２０％以上であるドメイン５５は、より、球体に近い形状を取り得る。その結果、ドメイン５５間での電子の授受の集中を有意に緩和し得る外形形状を取り得るため好ましい。具体的には、ドメイン５５の断面積に対する該ドメイン５５が含む該導電性粒子の断面積の割合が、２０％以上であることが好ましい。
According to the study by the present inventors, the reason is not clear, but the ratio of the total cross-sectional area of the conductive particles observed in the cross section is 20% based on the area of the cross section of one
ドメイン５５の周面の凹凸がない形状に関しては、下記式（５）を満たすことが好ましいことを本発明者らは見出した。
１．００≦Ａ／Ｂ≦１．１０ （５）
（Ａ：ドメイン５５の周囲長、Ｂ：ドメイン５５の包絡周囲長）
The present inventors have found that it is preferable to satisfy the following formula (5) with respect to the shape of the peripheral surface of the
1.00 ≤ A / B ≤ 1.10 (5)
(A: Perimeter of
式（５）は、ドメイン５５の周囲長Ａと、ドメイン５５の包絡周囲長Ｂとの比を示している。ここで、包絡周囲長とは、図１０に示されるように、観察領域で観察されるドメイン５５の凸部を結んだときの周囲長である。
ドメイン５５の周囲長と、ドメイン５５の包絡周囲長との比は１が最小値であり、１である状態は、ドメイン５５が真円或いは楕円等の断面形状に凹部がない形状であることを示す。これらの比が１．１を超えると、ドメイン５５に大きな凸凹形状が存在することとなり、すなわち、電界の異方性が発現する。
Equation (5) shows the ratio of the perimeter A of the
The ratio of the peripheral length of the
＜ドメインの形状に関する各パラメータの測定方法＞
まず、前述のマトリックス５４の体積抵抗率の測定における方法と同様の方法で切片を作製する。ただし、下記のように、帯電ローラ２の長手方向に対して垂直な断面によって、切片を作成し、当該切片の破断面におけるドメイン５５の形状を評価する必要がある。この理由を下記に述べる。
<Measurement method of each parameter related to domain shape>
First, a section is prepared by the same method as the method for measuring the volume resistivity of the
図１１では、帯電ローラ２を、３軸、具体的にはＸ、Ｙ、Ｚ軸の３次元としてその形状を示した図を示す。図１１においてＸ軸は帯電ローラ２の長手方向（軸方向）と平行な方向、Ｙ軸、Ｚ軸は帯電ローラ２の軸方向と垂直な方向を示す。
FIG. 11 shows a diagram showing the shape of the charging
図１１（ａ）は、帯電ローラ２の導電層５３に対して、ＸＺ平面８２と平行な断面８２ａで導電層５３の一部を切り出すイメージ図を示す。ＸＺ平面は、帯電ローラ２の軸を中心として、３６０°回転することができる。帯電ローラ２が感光ドラム１に対して当接されて回転し、感光ドラム１との隙間を通過する際に放電することを考慮すると、当該ＸＺ平面８２と平行な断面８２ａは、あるタイミングに同時に放電が起きる面を示しているこ
とになる。一定量の断面８２ａに相当する面が通過することによって、感光ドラム１の表面電位が形成される。
FIG. 11A shows an image diagram in which a part of the
したがって、帯電ローラ２内の電界集中と相関する、ドメイン５５の形状の評価のためには、断面８２ａのようなある一瞬において同時に放電が発生する断面の解析ではなく、一定量の断面８２ａを含むドメイン形状の評価ができる帯電ローラ２の軸方向と垂直なＹＺ平面８３と平行な断面での評価が必要である。この評価に、導電層５３の長手方向の中央での断面８３ｂと、及び該導電層５３の両端から中央に向かってＬ／４の２か所の断面（８３ａ及び８３ｃ）の計３か所を選択する。
また、当該断面８３ａ〜８３ｃの観察位置に関しては、各切片のそれぞれ外表面から深さ０．１Ｔ以上０．９Ｔ以下までの厚み領域の任意の３か所で１５μｍ四方の観察領域を置いたときの、合計９か所の観察領域で測定を行えばよい。
Therefore, in order to evaluate the shape of the
Regarding the observation positions of the
破断面の形成は、凍結割断法、クロスポリッシャー法、収束イオンビーム法（ＦＩＢ）等の手段で破断面を形成することができる。破断面の平滑性と、観察のための前処理を考慮すると、ＦＩＢ法が好ましい。また、マトリックスドメイン構造の観察を好適に実施するために、染色処理、蒸着処理など、導電相と絶縁相とのコントラストが好適に得られる前処理を施してもよい。 The fracture surface can be formed by means such as a freeze fracture method, a cross polisher method, and a focused ion beam method (FIB). The FIB method is preferable in consideration of the smoothness of the fracture surface and the pretreatment for observation. Further, in order to preferably observe the matrix domain structure, a pretreatment such as a dyeing treatment or a thin-film deposition treatment may be performed to obtain a suitable contrast between the conductive phase and the insulating phase.
破断面の形成、前処理を行った切片に対して、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）によってマトリックスドメイン構造を観察することができる。これらの中でも、ドメイン５５の面積の定量化の正確性から、ＳＥＭで１０００倍〜１０００００倍で観察を行うことが好ましい。
The matrix domain structure can be observed with a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM) on the sections to which the fracture surface has been formed and pretreated. Among these, from the viewpoint of the accuracy of quantification of the area of the
ドメイン５５の周囲長、包絡周囲長、及びドメイン５５の個数の測定は、上記で撮影画像を定量化することによって行なうことができる。ＳＥＭでの観察により得られた破断面画像に対し、ＩｍａｇｅＰｒｏＰｌｕｓ（Ｍｅｄｉａ Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ社製）のような画像処理を使用して、それぞれの観察位置で得られる９枚の画像から、それぞれ１５μｍ四方の解析領域抽出し、８ビットのグレースケール化を行い、２５６諧調のモノクロ画像を得る。次いで、破断面内のドメイン５５が白くなるように、画像の白黒を反転処理し、２値化して解析用の２値化画像を得ることができる。
The perimeter of the
＜＜ドメイン内の導電性粒子の断面積割合μｒの測定方法＞＞
ドメイン５５内の導電性粒子の断面積割合の測定は、上記の２値化画像を定量化することによって行なうことができる。２値化画像に対し、画像処理ソフトＩｍａｇｅＰｒｏＰｌｕｓ（Ｍｅｄｉａ Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ社製）内のカウント機能により、ドメイン５５の断面積Ｓおよび、それぞれのドメイン５５内の導電剤からなる部分の断面積の総和Ｓｃを算出する。そして、Ｓｃ／Ｓの算術平均値μｒ（％）を算出すればよい。
<< Method for measuring the cross-sectional area ratio μr of conductive particles in the domain >>
The cross-sectional area ratio of the conductive particles in the
円柱形状の帯電ローラ２の場合では、導電層５３の長手方向の中央、及び導電層５３の両端から中央に向かってＬ／４の３か所における、図１１（ｂ）に示されるような導電層５３の厚さ方向の断面を取得する。得られた断面の各々について、導電層５３の外表面から支持体５２方向への深さ０．１Ｔ〜０．９Ｔまでの厚み領域の任意の３か所の１５μｍ四方の領域において、上記の測定を行い、合計９点の領域からの測定値の算術平均から算出すればよい。
In the case of the
＜＜ドメインの周囲長Ａ、包絡周囲長Ｂの測定方法＞＞
ドメイン５５の周囲長、包絡周囲長、及びドメイン５５の個数の測定は、上記の２値化画像を定量することで行うことができる。２値化画像に対し、画像処理ソフトＩｍａｇｅＰｒｏＰｌｕｓ（Ｍｅｄｉａ Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ社製）のカウント機能を用いて、
画像内のドメインサイズ群のそれぞれのドメインの周囲長Ａ、ドメインの包絡周囲長Ｂ、を算出し、ドメインの周囲長比Ａ／Ｂの算術平均値を算出すればよい。
<< Measurement method of domain perimeter A and envelope perimeter B >>
The perimeter of the
The peripheral length A of each domain of the domain size group in the image and the envelope peripheral length B of the domain may be calculated, and the arithmetic mean value of the domain peripheral length ratio A / B may be calculated.
円柱形状の帯電ローラの場合では、導電層５３の長手方向の中央、及び導電層５３の両端から中央に向かってＬ／４の３か所における、図１１（ｂ）に示されるような導電層５３の厚さ方向の断面を取得する。得られた断面の各々について、導電層５３の外表面から支持体方向への深さ０．１Ｔ〜０．９Ｔまでの厚み領域の任意の３か所の１５μｍ四方の領域において、上記の測定を行い、合計９点の領域からの測定値の算術平均から算出すればよい。
In the case of a cylindrical charging roller, the conductive layer as shown in FIG. 11B is located at the center of the
＜＜ドメインの形状指数の測定方法＞＞
ドメイン５５の形状指数は、μｒ（％）が２０％以上であり、かつ、ドメイン５５の周囲長比Ａ／Ｂが上記式（５）を満たすドメイン群の、ドメイン５５の総数に対する個数パーセントを算出すればよい。上記２値化画像に対して、画像処理ソフトＩｍａｇｅＰｒｏＰｌｕｓ（Ｍｅｄｉａ Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ社製）のカウント機能を用いて、ドメイン群の２値化画像内の個数を算出し、さらに、μｒ≧２０および上記式（５）を満たすドメインの個数パーセントを求めればよい。
<< Measurement method of domain shape index >>
For the shape index of the
円柱形状の帯電ローラの場合では、導電層５３の長手方向の中央、及び導電層５３の両端から中央に向かってＬ／４の３か所における、図１１（ｂ）に示されるような導電層５３の厚さ方向の断面を取得する。得られた断面の各々について、導電層５３の外表面から支持体方向への深さ０．１Ｔ〜０．９Ｔまでの厚み領域の任意の３か所の１５μｍ四方の領域において、上記の測定を行い、合計９点の領域からの測定値の算術平均から算出すればよい。
In the case of a cylindrical charging roller, the conductive layer as shown in FIG. 11B is located at the center of the
構成要素（ｉｖ）で規定したように、ドメイン５５中に導電性粒子を高密度に充填することで、ドメイン５５の外形形状を球体に近づけることができると共に、構成要素（ｖ）に規定したように凹凸が小さいものとすることができる。
As specified in the component (iv), by filling the
構成要素（ｉｖ）で規定したような、導電性粒子が高密度に充填されたドメイン５５を得るために、導電性粒子として、ＤＢＰ吸油量が４０ｃｍ３／１００ｇ以上８０ｃｍ３／１００ｇ以下であるカーボンブラックを特に好適に用い得る。ＤＢＰ吸油量（ｃｍ３／１００ｇ）とは、１００ｇのカーボンブラックが吸着し得るジブチルフタレート（ＤＢＰ）の体積であり、日本工業規格（ＪＩＳ） Ｋ ６２１７−４：２０１７（ゴム用カーボンブラック−基本特性−第４部：オイル吸収量の求め方（圧縮試料を含む））に従って測定される。一般に、カーボンブラックは、平均粒径１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の一次粒子がアグリゲートした房状の高次構造を有している。この房状の高次構造はストラクチャーと呼ばれ、その程度はＤＢＰ吸油量（ｃｍ３／１００ｇ）で定量化される。
As defined in component (iv), since the conductive particles to obtain a
一般的に、ストラクチャーが発達したカーボンブラックは、ゴムに対し補強性が高く、ゴムへのカーボンブラックの取り込みが悪くなり、また、混練時のシェアトルクが非常に高くなる。そのため、ドメイン中に充填量を多くすることが困難である。
一方、ＤＢＰ吸油量が上記範囲内にある導電性カーボンブラックは、ストラクチャー構造が未発達のため、カーボンブラックの凝集が少なく、ゴムへの分散性が良好である。そのため、ドメイン５５中への充填量を多くでき、その結果として、ドメインの外形形状を、より球体に近いものを得られやすい。
In general, carbon black with a well-developed structure has a high reinforcing property against rubber, the uptake of carbon black into rubber is poor, and the share torque at the time of kneading becomes very high. Therefore, it is difficult to increase the filling amount in the domain.
On the other hand, the conductive carbon black having the DBP oil absorption amount within the above range has an undeveloped structure structure, so that the carbon black is less agglomerated and has good dispersibility in rubber. Therefore, the filling amount in the
さらに、ストラクチャーが発達したカーボンブラックは、カーボンブラック同士が凝集し易く、また、凝集体は、大きな凸凹構造を有する塊となりやすい。このような凝集体がドメイン５５に含まれると、構成要素（ｖ）に係るドメイン５５が得られ難い。凝集体の
形成はドメイン５５の形状にまで影響を与え凹凸構造を形成する場合がある。一方、ＤＢＰ吸油量が、上記した範囲内にある導電性カーボンブラックは、凝集体を形成し難いため、構成要素（ｖ）に係るドメイン５５を作成するうえで有効である。
Further, in the carbon black having a developed structure, the carbon blacks are likely to aggregate with each other, and the aggregates are likely to be a mass having a large uneven structure. When such an aggregate is contained in the
＜ドメインサイズ＞
本実施態様に係るドメイン５５は、先に挙げた構成要素（ｉｖ）および構成要素（ｖ）を満たしているドメイン５５の各々に含まれるドメイン５５の最大フェレ径（以降、単に「ドメイン径」ともいう）Ｄｍａｘの平均Ｄを０．１μｍ以上、５．０μｍ以下とすることが好ましい。
ドメイン径Ｄｍａｘの平均値Ｄを、０．１μｍ以上とすることで、導電層５３において、電荷の移動する経路を効果的に限定することができる。また、ドメイン径Ｄｍａｘの平均値Ｄを５．０μｍ以下にすることで、ドメイン５５の全体積に対する表面積の割合、すなわち、比表面積を指数関数的に大きくすることができ、ドメイン５５からの電荷の放出効率を飛躍的に向上させ得る。ドメイン径Ｄｍａｘの平均値Ｄは、上記の理由から、２．０μｍ以下、更には、１．０μｍ以下とすることが好ましい。
<Domain size>
The
By setting the average value D of the domain diameter Dmax to 0.1 μm or more, it is possible to effectively limit the path of charge transfer in the
なお、ドメイン５５間での電界集中を軽減する上では、ドメイン５５の外形形状をより球体に近づけることが好ましい。そのためには、ドメイン径Ｄｍａｘを、前記した範囲内でより小さくすることが好ましい。その方法としては、例えば、工程（ｉｖ）において、ＭＲＣとＣＭＢとを混練して、ＭＲＣとＣＭＢとを相分離させて、ＭＲＣのマトリックス５４中にＣＭＢのドメイン５５を形成されたゴム混合物を調製する工程において、ＣＭＢのドメイン径Ｄｍａｘを小さくするように制御する方法が挙げられる。ＣＭＢのドメイン径Ｄｍａｘを小さくすることでＣＭＢの比表面積が増大し、マトリックス５４との界面が増加するため、ＣＭＢのドメイン５５の界面には張力を小さくしようとする張力が作用する。その結果、ＣＭＢのドメイン５５は、その外形形状が、より球体に近づく。
In order to reduce the electric field concentration between the
ここで、非相溶のポリマー２種を溶融混練させたときに形成されるマトリックス−ドメイン構造におけるドメイン径Ｄｍａｘを決定する要素に関して、Ｔａｙｌｏｒの式（式（６））、Ｗｕの経験式（式（７）、（８））、及びＴｏｋｉｔａの式（式（９））が知られている。
・Ｔａｙｌｏｒの式
Ｄｍａｘ＝［Ｃ・σ／ηｍ・γ］・ｆ（ηｍ／ηｄ） （６）
・Ｗｕの経験式
γ・Ｄｍａｘ・ηｍ／σ＝４（ηｄ／ηｍ）０．８４・ηｄ／ηｍ＞１ （７）
γ・Ｄｍａｘ・ηｍ／σ＝４（ηｄ／ηｍ）−０．８４・ηｄ／ηｍ＜１ （８）
・Ｔｏｋｉｔａの式
Ｄｍａｘ＝１２・Ｐ・σ・φ／（π・η・γ）・（１＋４・Ｐ・φ・ＥＤＫ／（π・η・γ）） （９）
Here, with respect to the factors that determine the domain diameter Dmax in the matrix-domain structure formed when two incompatible polymers are melt-kneaded, Taylor's formula (formula (6)) and Wu's empirical formula (formula). (7), (8)), and Tokita's formula (formula (9)) are known.
・ Taylor's formula Dmax = [C ・ σ / ηm ・ γ] ・ f (ηm / ηd) (6)
・ Wu's empirical formula γ ・ Dmax ・ ηm / σ = 4 (ηd / ηm) 0.84 ・ ηd / ηm> 1 (7)
γ ・ Dmax ・ ηm / σ = 4 (ηd / ηm) −0.84 ・ ηd / ηm <1 (8)
・ Tokita's formula Dmax = 12 ・ P ・ σ ・ φ / (π ・ η ・ γ) ・ (1 + 4 ・ P ・ φ ・ EDK / (π ・ η ・ γ)) (9)
式（６）〜（９）において、Ｄｍａｘは、ＣＭＢのドメイン５５の最大フェレ径、Ｃは、定数、σは、界面張力、ηｍは、マトリックス５４の粘度、ηｄは、ドメイン５５の粘度、γは、せん断速度、ηは、混合系の粘度、Ｐは、衝突合体確率、φは、ドメイン体積、ＥＤＫは、ドメイン切断エネルギーを表す。
In formulas (6) to (9), Dmax is the maximum shear diameter of the
上記構成要素（ｉｉｉ）に関連して、ドメイン間距離の均一化を図るためには、上記式（６）〜（９）に従って、ドメインサイズを小さくすることが有効である。さらに、マトリックスドメイン構造が混錬工程において、ドメイン５５の原料ゴムが***し、徐々にその粒系が小さくなっていく過程において、混錬工程をどこで止めたかによっても支配される。したがって、そのドメイン間距離の均一性は、混錬過程における混錬時間およびその混錬の強度の指数となる混錬回転数によって制御可能であり、混錬時間が長いほど、混錬
回転数が大きいほどドメイン間距離の均一性を向上させることができる。
In order to make the inter-domain distance uniform in relation to the above component (iii), it is effective to reduce the domain size according to the above equations (6) to (9). Further, the matrix domain structure is dominated by where the kneading step is stopped in the process in which the raw rubber of the
・ドメインサイズの均一性；
ドメインサイズは均一であるほど、つまり、粒度分布が狭い方が好ましい。導電層５３内の電荷が通るドメイン５５のサイズの分布を均一とすることで、マトリックスドメイン構造内での電荷の集中を抑制し、帯電ローラ２の全面にわたって放電の出やすさを効果的に増大することができる。電荷が輸送される断面、すなわち、図５に示されるような導電層５３の厚さ方向の断面において、導電層５３の外表面から支持体５２方向への深さ０．１Ｔ〜０．９Ｔまでの厚み領域の任意の３か所における、５０μｍ四方の観察領域を取得した際に、ドメインサイズの標準偏差σｄおよびドメインサイズの平均値Ｄの比σｄ／Ｄ（変動係数σｄ／Ｄ）が０以上０．４以下であることが好ましい。
・ Domain size uniformity;
It is preferable that the domain size is uniform, that is, the particle size distribution is narrow. By making the size distribution of the
ドメインサイズの均一性を向上させるためには、前述のドメイン間距離の均一性を向上させる手法と等しく、式（６）〜（９）に従い、ドメインサイズを小さくすればドメインサイズの均一性も向上する。さらに、マトリックスドメイン構造が混錬工程において、ドメイン５５の原料ゴムが***し、徐々にその粒系が小さくなっていく過程において、混錬工程をどこで止めたかによっても支配される。したがって、そのドメインサイズの均一性は、混錬過程における混錬時間およびその混錬の強度の指数となる混錬回転数によって制御可能であり、混錬時間が長いほど、混錬回転数が大きいほどドメインサイズの均一性を向上させることができる。
In order to improve the uniformity of the domain size, it is the same as the above-mentioned method of improving the uniformity of the distance between domains, and if the domain size is reduced according to the equations (6) to (9), the uniformity of the domain size is also improved. To do. Further, the matrix domain structure is dominated by where the kneading process is stopped in the process in which the raw rubber of the
・ドメインサイズの均一性の測定方法；
ドメインの均一性の測定は、先に説明したドメイン間距離の均一性の測定と同様の方法で得られる、破断面の直接観察で得られる画像を定量化することによって行なうことができる。
具体的には、先に説明したドメイン５５間距離の測定で得られる、ドメイン５５とマトリックス５４を有する２値化画像に対し、画像処理ソフトＩｍａｇｅＰｒｏＰｌｕｓ（Ｍｅｄｉａ Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ社製）内のカウント機能により、ドメインサイズ群の標準偏差σｄと平均値Ｄとの比σｄ／Ｄを算出すればよい。
・ Measurement method of domain size uniformity;
The measurement of domain uniformity can be performed by quantifying the image obtained by direct observation of the fracture surface, which is obtained by the same method as the measurement of the uniformity of the inter-domain distance described above.
Specifically, for the binarized image having the
円柱状の帯電ローラ２の場合は、支持体５２の中心軸を起点とする法線上の、ドメイン間距離のσｄ／Ｄを算出することによって、ドメインサイズの均一性の指標を定量化できる。
円柱形状の帯電ローラの場合では、導電層５３の長手方向の中央、及び導電層５３の両端から中央に向かってＬ／４の３か所における、図１１（ｂ）に示されるような導電層５３の厚さ方向の断面を取得する。得られた断面の各々について、導電層５３の外表面から支持体方向への深さ０．１Ｔ〜０．９Ｔまでの厚み領域の任意の３か所において、５０μｍ四方の観察領域を取得する。当該観察領域を上記の方法によって２値化、定量化することでドメイン間距離のσｄ／Ｄを算出し、合計９点の観察領域からの測定値の算術平均をドメインサイズの均一性の指標として定量化すればよい。
In the case of the
In the case of a cylindrical charging roller, the conductive layer as shown in FIG. 11B is located at the center of the
＜マトリックスドメイン構造の確認方法＞
導電層５３中のマトリックスドメイン構造の存在は、導電層５３から薄片を作製して、薄片に形成した破断面の詳細観察により確認することができる。
薄片化する手段としては、例えば、鋭利なカミソリや、ミクロトーム、ＦＩＢなどがあげられる。また、マトリックスドメイン構造のより正確な観察を実施するために、染色処理、蒸着処理など、導電相としてのドメイン５５と絶縁相としてのマトリックス５４とのコントラストが好適に得られる前処理を観察用の薄片に施してもよい。
破断面の形成、及び必要に応じて前処理を行った薄片に対して、レーザ顕微鏡、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）によって破断面を観察してマトリッ
クスドメイン構造の存在を確認することができる。簡易的、かつ正確に海島構造を確認できる手法として、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察することが好ましい。
<How to check the matrix domain structure>
The presence of the matrix domain structure in the
Examples of the means for thinning include a sharp razor, a microtome, and a FIB. Further, in order to carry out a more accurate observation of the matrix domain structure, a pretreatment such as a dyeing treatment or a vapor deposition treatment in which the contrast between the
Existence of matrix domain structure by observing the fracture surface with a laser microscope, scanning electron microscope (SEM) or transmission electron microscope (TEM) on the slices that have been formed and pretreated as necessary. Can be confirmed. As a method for confirming the sea-island structure easily and accurately, it is preferable to observe with a scanning electron microscope (SEM).
上記のような手法で導電層５３の薄片を取得し、当該薄片の表面を１０００倍〜１００００倍で観察して得られる画像を取得した後、ＩｍａｇｅＰｒｏＰｌｕｓ（Ｍｅｄｉａ Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ社製）のような画像処理を使用して、８ビットのグレースケール化を行い、２５６諧調のモノクロ画像を得る。次いで、破断面内のドメイン５５が白くなるように、画像の白黒を反転処理し、２値化をして解析画像を取得する。ドメイン５５およびマトリックス５４を２値化によって区別する状態に画像処理した当該解析画像によって、マトリックスドメイン構造の有無を判断すればよい。
A thin piece of the
当該解析画像に、図９のように、複数のドメイン５５がマトリックス５４中に孤立した状態で存在する構造が含まれている場合に、導電層５３中でのマトリックスドメイン構造の存在を確認することができる。ドメイン５５の孤立状態は、各ドメイン５５が他のドメイン５５と連結していない状態で配置され、かつ、マトリックス５４は画像内で連通し、ドメイン５５がマトリックス５４によって分断されている状態であればよい。具体的には、当該解析画像内の５０μｍ四方内を解析領域としたとき、当該解析領域の枠線と接点を持たないドメイン群の総数に対して、上記のように孤立状態で存在するドメイン５５の個数が、８０個数パーセント以上存在する状態を、海島構造を有する状態とする。
上記のような確認を、導電層５３を長手方向に均等に５等分し、周方向に均等に４等分し、それぞれの領域から任意に１点ずつ、合計２０点から当該切片を作製して上記測定を行えばよい。
When the analysis image contains a structure in which a plurality of
For the above confirmation, the
＜実施例／比較例＞
本実施形態に用いた帯電ローラの製造方法について説明する。
（１．ドメイン形成用未加硫ゴム混合物（ＣＭＢ）の製造）
［１−１．未加硫ゴム混合物の調製］
表１に示す各材料を、表１に示す配合量で、６リットル加圧ニーダー（商品名：ＴＤ６−１５ＭＤＸ、トーシン社製）を用いて混合してＣＭＢを得た。混合条件は、充填率７０ｖｏｌ％、ブレード回転数３０ｒｐｍ、２０分間とした。
<Example / Comparative example>
The manufacturing method of the charging roller used in this embodiment will be described.
(1. Production of unvulcanized rubber mixture (CMB) for domain formation)
[1-1. Preparation of unvulcanized rubber mixture]
Each material shown in Table 1 was mixed with a 6-liter pressurized kneader (trade name: TD6-15MDX, manufactured by Toshin Co., Ltd.) in the blending amount shown in Table 1 to obtain CMB. The mixing conditions were a filling rate of 70 vol%, a blade rotation speed of 30 rpm, and 20 minutes.
（表１）
［１−２．マトリックス形成用ゴム混合物（ＭＲＣ）の調製］
表２に示す各材料を、表２に示す配合量で、６リットル加圧ニーダー（（商品名：ＴＤ６−１５ＭＤＸ、トーシン社製）を用いて混合してＭＲＣを得た。混合条件は、充填率７０ｖｏｌ％、ブレード回転数３０ｒｐｍ、１６分間とした。
[1-2. Preparation of rubber mixture for matrix formation (MRC)]
Each material shown in Table 2 was mixed with a 6-liter pressurized kneader (trade name: TD6-15MDX, manufactured by Toshin Co., Ltd.) at the blending amount shown in Table 2 to obtain MRC. The rate was 70 vol%, the blade rotation speed was 30 rpm, and the blade rotation speed was 16 minutes.
（表２）
［１−３．導電層形成用未加硫ゴム混合物の調製］
上記で得たＣＭＢ及びＭＲＣを、表３に示す配合量で、６リットル加圧ニーダー（商品名：ＴＤ６−１５ＭＤＸ、トーシン社製）を用いて混合した。混合条件は、充填率７０ｖｏｌ％、ブレード回転数３０ｒｐｍ、１６分間とした。
[1-3. Preparation of unvulcanized rubber mixture for forming conductive layer]
The CMB and MRC obtained above were mixed in the blending amounts shown in Table 3 using a 6-liter pressurized kneader (trade name: TD6-15MDX, manufactured by Toshin Co., Ltd.). The mixing conditions were a filling rate of 70 vol%, a blade rotation speed of 30 rpm, and 16 minutes.
（表３）
次いで、ＣＭＢ及びＭＲＣの混合物１００質量部に対して、表４に示す加硫剤及び加硫促進剤を、表４に示す配合量加え、ロール径１２インチ（０．３０ｍ）のオープンロールを用いて混合し、導電層成形用ゴム混合物を調製した。混合条件は、前ロール回転数１０ｒｐｍ、後ロール回転数８ｒｐｍで、ロール間隙２ｍｍとして合計２０回左右の切り返しを行った後、ロール間隙を０．５ｍｍとして１０回薄通しを行った。 Next, the vulcanizing agent and the vulcanization accelerator shown in Table 4 were added to 100 parts by mass of the mixture of CMB and MRC in the blending amounts shown in Table 4, and an open roll having a roll diameter of 12 inches (0.30 m) was used. To prepare a rubber mixture for forming a conductive layer. The mixing conditions were a front roll rotation speed of 10 rpm and a rear roll rotation speed of 8 rpm, and after turning left and right 20 times in total with a roll gap of 2 mm, thinning was performed 10 times with a roll gap of 0.5 mm.
（表４）
（２．導電性部材（帯電ローラ２）の作製）
［２−１．導電性の外表面を有する支持体の用意］
導電性の外表面を有する支持体５２として、ステンレス鋼（ＳＵＳ）の表面に無電解ニッケルメッキ処理を施した全長２５２ｍｍ、外径６ｍｍの丸棒を用意した。
(2. Fabrication of Conductive Member (Charging Roller 2))
[2-1. Preparation of a support with a conductive outer surface]
As the
［２−２．導電層の成形］
支持体５２の供給機構、及び未加硫ゴムローラの排出機構を有するクロスヘッド押出機の先端に、内径９．５ｍｍのダイスを取付け、押出機とクロスヘッドの温度を８０℃に、支持体の搬送速度を６０ｍｍ／ｓｅｃに調整した。この条件で、押出機から、導電層形成
用ゴム混合物を供給して、クロスヘッド内にて支持体５２の外周部を、該導電層形成用ゴム混合物で被覆し、未加硫ゴムローラを得た。
次に、１６０℃の熱風加硫炉中に前記未加硫ゴムローラを投入し、６０分間加熱することで導電層形成用ゴム混合物を加硫し、支持体５２の外周部に導電層５３が形成されたローラを得た。その後、導電層５３の両端部を各１０ｍｍ切除して、導電層５３部の長手方向の長さを２３２ｍｍとした。
最後に、導電層５３の表面を回転砥石で研磨した。これによって、中央部から両端部側へ各９０ｍｍの位置における各直径が８．４４ｍｍ、中央部直径が８．５ｍｍのクラウン形状である帯電ローラ２を得た。
このように得られた、本実施形態で用いる帯電ローラ２のドメインマトリックス構造は図９のような構造をしている。
[2-2. Molding of conductive layer]
A die with an inner diameter of 9.5 mm is attached to the tip of a crosshead extruder having a supply mechanism for the
Next, the unvulcanized rubber roller is put into a hot air vulcanizer at 160 ° C. and heated for 60 minutes to vulcanize the rubber mixture for forming the conductive layer, and the
Finally, the surface of the
The domain matrix structure of the charging
本実施形態の帯電ローラ２の具体例である実施例１〜３として用いた帯電ローラは、ドメインマトリックス構造を有する帯電ローラである（表５：帯電ローラａ、帯電ローラｂ、帯電ローラｃ）。
実施例２として用いた帯電ローラｃは、マトリックス５４のゴム組成物としてタフデン２１００Ｒ（ＳＢＲ）を用い、ドメイン５５のゴム組成物として２３０ＳＬ（ＮＢＲ）を用いた。ドメイン５５の体積抵抗率は６９．９Ω・ｃｍ、平均ドメインサイズ４．４μｍ、マトリックスの体積抵抗率５．９×１０１２Ω・ｃｍ、平均ドメイン間距離０．３μｍ、ドメイン間距離の分布σｍ／Ｄｍが０．２２、ドメイン形状が円形であった。このマトリックスドメイン構造をもったゴムを上記導電性ローラに被覆するように成形させゴムローラを形成した。ゴムローラの抵抗は８．８×１０４Ωで周波数１．０×１０５Ｈｚ〜１．０×１０６Ｈｚにおけるインピーダンスの傾きは−０．６３であった（表５：帯電ローラｃ）。
The charging rollers used in Examples 1 to 3 which are specific examples of the charging
As the charging roller c used as Example 2, Toughden 2100R (SBR) was used as the rubber composition of the
比較例として用いた帯電ローラｄ及び帯電ローラｅは、実施例とは異なり、ドメインマトリックス構造を持たない、導電層がゴム組成物に導電剤であるカーボンブラックが分散しており、導電性部材として単一の導電パスをもつ構成となっている。
ゴム組成物としてＮＢＲを用い、ゴムローラの抵抗は６．２×１０７Ωで周波数１．０×１０５Ｈｚ〜１．０×１０６Ｈｚにおけるインピーダンスの傾きは−１．００であった（表５：帯電ローラｄ）。
Unlike the examples, the charging roller d and the charging roller e used as comparative examples have no domain matrix structure, and the conductive layer is a rubber composition in which carbon black, which is a conductive agent, is dispersed, and as a conductive member. It has a single conductive path.
NBR was used as the rubber composition, the resistance of the rubber roller was 6.2 × 10 7 Ω, and the impedance gradient at frequencies of 1.0 × 10 5 Hz to 1.0 × 10 6 Hz was -1.00 (Table). 5: Charging roller d).
（表５）
（実験）
表５の中から実施例として帯電ローラｃを、比較例として帯電ローラｄを用いて、５００００枚の画像形成を行った。確認は、異常放電が発生しやすい低温低湿環境（温度１５℃、湿度１０％）において行った。
(Experiment)
From Table 5, using the charging roller c as an example and the charging roller d as a comparative example, 50,000 images were formed. The confirmation was performed in a low temperature and low humidity environment (
表６に、画像評価結果を示す。
画像評価としては、静電容量の異なる感光ドラム１を用意し、帯電前電位と帯電後電位の差である帯電コントラストを変化させて画出しを行った。帯電コントラストは、感光ドラム１の回転方向上流に除電工程として前露光ユニット２７を配置し、帯電前電位を常に除電した状態で、帯電電位Ｖｄを可変することで調整を行った。
異常放電に伴う画像不良が少しでも発生したものは「×」、全く発生のなかったものを「○」とし、各項の左側に本実施例の帯電ローラｃ、右側に比較例の帯電ローラｄを用いた時の検討結果である。
Table 6 shows the image evaluation results.
For image evaluation,
The one in which image defects due to abnormal discharge occurred even a little was marked with "x", and the one in which no image defect occurred was marked with "○". It is the result of the examination when using.
（表６）
表６に示した通り、比較例として用いたドメインマトリックス構成を持たない帯電ローラｄは、単位面積当たりの静電容量が１．５６×１０−１０Ｆ／ｃｍ２以下の感光ドラムに対して帯電コントラストが５００Ｖ以上で異常放電による画像不良が発生した。また、静電容量が１．３２×１０−１０Ｆ／ｃｍ２以下の感光ドラムでは、帯電コントラストが４００Ｖでも異常放電による画像不良が発生した。本実施例のドメインマトリックス構成を有する帯電ローラｃでは、静電容量が１．５６×１０−１０Ｆ／ｃｍ２以下の感光ドラム及び、帯電コントラストが５００Ｖ以上であっても、異常放電は全く発生しなかった。 As shown in Table 6, the charging roller d having no domain matrix configuration used as a comparative example charges a photosensitive drum having a capacitance of 1.56 × 10 -10 F / cm 2 or less per unit area. Image defects occurred due to abnormal discharge when the contrast was 500 V or higher. Further, in a photosensitive drum having a capacitance of 1.32 × 10 -10 F / cm 2 or less, image defects due to abnormal discharge occurred even when the charging contrast was 400 V. In the charging roller c having the domain matrix configuration of this embodiment, even if the photosensitive drum has a capacitance of 1.56 × 10-10 F / cm 2 or less and the charging contrast is 500 V or more, abnormal discharge does not occur at all. I didn't.
本実施例の帯電ローラｃを用いることにより異常放電を抑制することができた理由は、帯電ローラ２のインピーダンス特性により、長ギャップ部での異常放電となり得る電荷の供給を制御することができたことによるものである。
これは、ドメインマトリックス構造を有することで、絶縁相のマトリックス５４中に島状に分散配置されたドメイン５５である導電相内に電荷が多く留まりながら部材表面に到達する。つまり、電荷の移動に際し、ドメイン−ドメイン間には絶縁のマトリックス５４相が常に存在するとともに、ドメイン５５の導電相中に十分な電荷を常に存在させた状態が可能となる。これにより、局所的な過剰な放電を制御するとともに、異常放電の継続も抑制することが可能となる。つまり、低周波領域でのインピーダンスに対して、高周波側でのインピーダンスの変化が小さく、傾きの絶対値が小さくなることにより、長ギャップ部の局所的な過放電による異常放電を抑制することができた。
The reason why the abnormal discharge could be suppressed by using the charging roller c of this embodiment was that the supply of electric charge that could cause an abnormal discharge in the long gap portion could be controlled by the impedance characteristic of the charging
By having a domain matrix structure, a large amount of electric charge stays in the conductive phase, which is the
ここで、改めて説明するが、異常放電は感光ドラム１としては電荷輸送層１ｆ２の膜厚が厚い、つまり静電容量が小さいと発生しやすい。また、帯電電位はより高い帯電コント
ラストで発生しやすい。
そして、異常放電は放電電流が過剰に流れることで発生する現象であることからも、帯電ローラ２に関してはメカニズム的にも電流が流れにくい高抵抗にすることで良化する傾向を示すことが知られている。しかし、高抵抗にしすぎると帯電性能が不足するため、帯電ローラ２の抵抗を上げる方向には限りがある。
そこで、その他の実施例としてマトリックスドメイン構成を有し、ドメインサイズやドメイン抵抗の異なる帯電ローラａと帯電ローラｂを、帯電性能を維持する範囲においてインピーダンスの異なる比較例として帯電ローラｄよりも大きいインピーダンスの帯電ローラｅを、同様に画像評価した。
その結果、帯電ローラａ及び帯電ローラｂは、帯電ローラｃと同様に異常放電が未発生だった。
そして、帯電ローラｄに対して倍以上のインピーダンスである帯電ローラｅは、帯電ローラｄと同じ領域で異常放電による画像不良が発生した。
つまり、インピーダンスが倍以上も異なる帯電ローラｄとｅの異常放電の発生範囲は同じであった。
Here, as will be described again, abnormal discharge is likely to occur when the charge transport layer 1f2 has a large film thickness, that is, a small capacitance, as the
Since abnormal discharge is a phenomenon that occurs when the discharge current flows excessively, it is known that the charging
Therefore, as another example, a charging roller a and a charging roller b having a matrix domain configuration and different domain sizes and domain resistances have an impedance larger than that of the charging roller d as a comparative example having different impedances in the range of maintaining the charging performance. The charging roller e of the above was similarly image-evaluated.
As a result, the charging roller a and the charging roller b did not undergo abnormal discharge like the charging roller c.
Then, the charging roller e, which has an impedance more than double that of the charging roller d, has an image defect due to an abnormal discharge in the same region as the charging roller d.
That is, the range of occurrence of abnormal discharge of the charging rollers d and e having impedances that differ by more than twice was the same.
一方、感光ドラム１の静電容量として発生有無の差が生じた１．５６×１０−１０［Ｆ／ｃｍ２］と１．３２×１０−１０［Ｆ／ｃｍ＾２］の電荷輸送層１ｆ２の膜厚の差は３μｍである。一般的な画像形成装置における感光ドラム１は、新品時から使用後で１０μｍ以上の削れ、つまり電荷輸送層１ｆ２の膜厚の変化は一般的にありうる。
つまり、異常放電の発生は、帯電ローラ２のインピーダンスによる感度に対して、感光ドラム１の静電容量の影響が非常に大きい。
よって、マトリックスドメイン構成を持たない従来の帯電ローラにおいては、感光ドラム１の静電容量が１．５６×１０−１０［Ｆ／ｃｍ２］以下で異常放電の発生リスクが大きいことがわかる。
On the other hand, the charge transport layer 1f2 of 1.56 × 10 -10 [F / cm 2 ] and 1.32 × 10 -10 [F / cm ^ 2] in which the capacitance of the
That is, the occurrence of abnormal discharge is greatly affected by the capacitance of the
Therefore, it can be seen that in the conventional charging roller having no matrix domain configuration, the capacitance of the
以上の結果から、マトリックスドメイン構造を持たない従来の帯電ローラでは異常放電の発生可能性が高くなる条件である、感光ドラム１の静電容量が１．５６×１０−１０［Ｆ／ｃｍ２］以下で、帯電コントラスト５００Ｖ以上であっても、帯電ローラ２がマトリックスドメイン構造を有し、上述した所定のインピーダンス特性を有することで、異常放電の発生を改善することが可能となる。
From the above results, the capacitance of the photosensitive drum 1 is 1.56 × 10 -10 [F / cm 2 ], which is a condition in which the possibility of abnormal discharge is high in the conventional charging roller having no matrix domain structure. Below, even if the charging contrast is 500V or more, the charging
Ａ…画像形成装置、１…感光ドラム、２…帯電ローラ、３…スキャナ、４…現像装置、３５…制御部、５２…支持体、５３…導電層、５４…マトリックス、５５…ドメイン A ... Image forming device, 1 ... Photosensitive drum, 2 ... Charging roller, 3 ... Scanner, 4 ... Developing device, 35 ... Control unit, 52 ... Support, 53 ... Conductive layer, 54 ... Matrix, 55 ... Domain
Claims (16)
少なくとも、電荷発生物質を含有する電荷発生層と、電荷輸送物質を含有する電荷輸送層と、が積層された像担持体と、
前記像担持体と対向する帯電部において前記像担持体の表面を帯電させる帯電部材と、
前記帯電部材にバイアスを印加する帯電バイアス印加手段と、
を備え、
前記帯電部材は、振幅が１Ｖの交流電圧を周波数を変化させながら前記帯電部材に印加することによって測定したインピーダンス特性を、周波数を横軸、インピーダンスを縦軸として両対数プロットしたときの、１．０×１０５Ｈｚ〜１．０×１０６Ｈｚの周波数における傾きが、−０．８以上、−０．３以下であり、周波数が１．０×１０−２Ｈｚ〜１．０×１０１Ｈｚにおけるインピーダンスが、１．０×１０３Ω〜１．０×１０７Ωであって、
前記像担持体は、前記電荷輸送層の単位面積当たりの静電容量が、１．５６×１０−１０Ｆ／ｃｍ２以下であり、
前記帯電バイアス印加手段は、前記像担持体の表面電位のうち、前記帯電部において形成される前記表面電位と、前記帯電部を通過する前における前記表面電位と、の差が５００Ｖ以上となるように、前記帯電部材に印加するバイアスを制御することを特徴とする画像形成装置。 An image forming device that forms an image on a recording material.
At least, an image carrier in which a charge generating layer containing a charge generating substance and a charge transporting layer containing a charge transporting substance are laminated.
A charging member that charges the surface of the image carrier at the charging portion facing the image carrier,
A charging bias applying means for applying a bias to the charging member, and
With
The charging member has the impedance characteristics measured by applying an AC voltage having an amplitude of 1 V to the charging member while changing the frequency, when the frequency is plotted on the horizontal axis and the impedance is plotted on the vertical axis. The gradient at the frequency of 0 × 10 5 Hz to 1.0 × 10 6 Hz is -0.8 or more and -0.3 or less, and the frequency is 1.0 × 10 -2 Hz to 1.0 × 10 1 The amplitude at Hz is 1.0 × 10 3 Ω to 1.0 × 10 7 Ω.
The image carrier has a capacitance of 1.56 × 10 -10 F / cm 2 or less per unit area of the charge transport layer.
The charging bias applying means has such that the difference between the surface potential formed in the charged portion and the surface potential before passing through the charged portion of the surface potential of the image carrier is 500 V or more. An image forming apparatus characterized in that the bias applied to the charging member is controlled.
前記インピーダンス特性は、前記導電層の外表面に金属膜を設け、温度２３℃湿度５０％ＲＨの環境下で、前記支持体の外表面と、前記金属膜と、の間に、振幅が１Ｖの交流電圧を、周波数１．０×１０−２Ｈｚ〜１．０×１０６Ｈｚの間で変化させながら印加することによって測定されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。 The charged member has a conductive support and a conductive layer provided on the outer surface of the support.
The impedance characteristic is that a metal film is provided on the outer surface of the conductive layer, and the amplitude is 1 V between the outer surface of the support and the metal film in an environment of a temperature of 23 ° C. and a humidity of 50% RH. the image forming apparatus according to claim 1, an alternating voltage, characterized in that it is measured by applying while changing between the frequency 1.0 × 10 -2 Hz~1.0 × 10 6 Hz.
前記導電層は、海相を形成するマトリックス中に島相を形成する複数のドメインが散在した海島構造を有することを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。 The charged member has a conductive support and a conductive layer provided on the outer surface of the support.
The image forming apparatus according to claim 1 or 2, wherein the conductive layer has a sea-island structure in which a plurality of domains forming an island phase are scattered in a matrix forming the sea phase.
をσｍとしたときに、前記ドメイン間距離の変動係数σｍ／Ｄｍが０以上０．４以下であることを特徴とする請求項３乃至８のいずれか１項に記載の画像形成装置。 When the arithmetic mean value of the inter-domain distances of the plurality of domains is Dm and the standard deviation of the distribution of the Dm is σm, the coefficient of variation σm / Dm of the inter-domain distance is 0 or more and 0.4 or less. The image forming apparatus according to any one of claims 3 to 8, wherein the image forming apparatus is characterized.
要件（１）：前記ドメインの断面積に対する前記ドメインが含む導電性粒子の断面積の割合が、２０％以上である。
要件（２）：前記ドメインの周囲長をＡ、前記ドメインの包絡周囲長をＢとしたとき、Ａ／Ｂが、１．００以上、１．１０以下である。 When the length of the conductive layer in the longitudinal direction of the columnar support is L and the thickness of the conductive layer is T, the center of the conductive layer in the longitudinal direction and from both ends of the conductive layer to the center. For each of the cross sections of the conductive layer in the thickness direction at three locations of L / 4, any three locations in the thickness region from the outer surface of the conductive layer to a depth of 0.1 T to 0.9 T. When an observation area of 15 μm square is placed in, 80% or more of the domains observed in each of the nine observation areas satisfy the following requirements (1) and (2). The image forming apparatus according to any one of claims 3 to 11.
Requirement (1): The ratio of the cross-sectional area of the conductive particles contained in the domain to the cross-sectional area of the domain is 20% or more.
Requirement (2): When the perimeter of the domain is A and the perimeter of the domain is B, the A / B is 1.00 or more and 1.10 or less.
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