JP2001013776A - トナー担持体及びそれを有する画像形成装置 - Google Patents

トナー担持体及びそれを有する画像形成装置

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JP2001013776A
JP2001013776A JP11184227A JP18422799A JP2001013776A JP 2001013776 A JP2001013776 A JP 2001013776A JP 11184227 A JP11184227 A JP 11184227A JP 18422799 A JP18422799 A JP 18422799A JP 2001013776 A JP2001013776 A JP 2001013776A
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toner
developing roller
resistance value
surface film
voltage
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English (en)
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Sadaaki Yoshida
貞秋 吉田
Michiaki Ito
道明 伊藤
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Hokushin Industries Corp
Fujitsu Ltd
Hokushin Industry Co Ltd
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Hokushin Industries Corp
Fujitsu Ltd
Hokushin Industry Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で、濃度むらやかぶり等のない高
品質の画質を得ることができるトナー担持体を提供す
る。 【解決手段】トナー担持体の軸体側にマイナス、表面側
にプラスの電圧を印加した時の抵抗値をR1とし、トナ
ー担持体の表面側にマイナス、軸体側にプラスの電圧を
印加した時の抵抗値をR2とすると、2<R1/R2<
40なる関係を満たす抵抗値特性を持つトナー担持体及
びそれを有する画像形成装置が提供される。これによ
り、軸体側から現像ローラ表面側には、所定の電流が流
れる抵抗値を持ち、現像ローラ表面側から軸体側には電
流が流れ難い抵抗値特性となることにより、感光ドラム
の表面からのリーク電流を受けないため、トナーの帯電
量が低下せず所定の帯電量を保て画像背景面にかぶりが
発生しない。しかも、軸体側から現像ローラ表面側には
電圧依存性がないため、画像濃度も安定して得ることが
でき、高品質の画像得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、トナー担持体(以
下、現像ローラという)及びそのトナー担持体を用い
て、静電潜像保持体(以下、感光ドラムという)に形成
された静電潜像を可視化する非磁性一成分現像装置など
の画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、オフィスオートメーションの進展
により、コンピュターの出力端末装置、ファクシミリ装
置及び複写機等にレーザプリンター等電子写真式の画像
形成装置が多用されている。これらの装置では、帯電器
により感光ドラムを帯電させ、光照射により感光ドラム
に静電潜像が形成される。そして、現像ローラ上に均一
な厚さに制御されたトナー(現像剤)が、感光ドラム上
の静電潜像に電気的に付着して現像された後、記録用紙
に転写されて定着する。一方、転写後、転写されなかっ
た感光ドラム上の残留トナーをクリナーにより回収し
て、次の印刷に備えている。
【0003】この時、回収した残留トナーは廃トナーと
なり、収容箱に収納されて廃棄処理されるが、廃トナー
は粉塵のため、その廃棄処理が問題となっている。従っ
て、廃トナーはランニングコスト及び環境保全上からも
使い切るか、或いはリサイクル利用することが望まし
い。しかしながら、転写後の感光ドラム上の残留トナー
は、トナーの品質バラツキ、例えばトナーの粒径、外添
剤の量や付着具合等により、不帯電或いは不均一帯電で
ある可能性がある。
【0004】また、転写の際、用紙が感光ドラムと接触
或いは近接するため、紙粉等の粉塵が感光ドラムに付着
し、クリーナーにより残留トナーと同様に回収されるこ
とにより、現像器内に戻されたトナーは劣化が著しく、
再帯電させることが難しいため、低帯電となり画像背景
面に所謂「かぶり」(以下、「かぶり」という)といわ
れる汚れが発生するという問題があり、再利用を困難に
している。
【0005】また、このような装置に用いられる現像方
法には、非磁性一成分系現像剤であるトナーのみを用い
る一成分系現像方法と、トナーの他にキャリアを使用す
る二成分系現像方法とが有る。一成分系現像方法はキャ
リアを使用しないため、キャリアの劣化、キャリアとト
ナーの混合比について特に配慮を払う必要がないため、
画像形成装置の構成を簡素化するという利点がある。
【0006】また、一成分系現像方法を用いる場合に
は、二成分系現像方法のようにキャリアとトナーの混合
させた現像剤を使用してマグネットローラに付着させる
場合と違い、一成分系現像剤はキャリアを使用しないた
め、現像剤を強制的に帯電させて、現像ローラに電荷を
付与して付着させている。
【0007】このため比較的体積抵抗の高いトナーが用
いられ、例えば1010〜1013Ω・cm上のトナーを用い
た場合には、強制的に所定の極性に帯電させる必要があ
る。そのために、摩擦帯電部材によりトナーに摩擦帯電
電荷を付与する構成が従来より公知である。摩擦帯電部
材として、トナー層厚規制ブレードについては、例えば
先端部がシリコーンゴムやポリウレタンゴム等の摩擦帯
電部材で構成したものや、トナーを供給回収するローラ
については、例えば導電性のシリコーンスポンジやポリ
ウレタンスポンジ等の摩擦帯電部材で構成したものが使
用されている。そして、両方の部材と圧接している現像
ローラを用いて、トナーを摩擦帯電させるのが最も構成
が簡単、且つ低コスト化が可能である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】以下、このような従来
の現像ローラを適用した場合の問題点ついて述べる。接
触現像法では、現像電極効果や現像バイアス効果を得る
ために、現像ローラは、その軸体の外周に導電性弾性体
層を形成し、必要に応じてこれにバイアス電圧を印加す
ることが好ましい。しかしながら、所定の抵抗値や硬度
を得るために可塑剤や軟化剤等を添加することで環境変
動(特に温度上昇)等で、これらの添加剤がブリード現
象を起こすため、感光ドラムを汚染する。
【0009】このように、現像ローラにゴム等の導電性
弾性体層を形成した場合、導電性弾性体層の軟化剤等の
感光ドラムへの移行によって、感光ドラムの表面が汚染
され、印刷面に画像欠落を起こす問題が生じる。従っ
て、感光ドラム表面を汚染しないためには、導電性弾性
体層の表面を汚染しない部材で皮膜する必要がある。
【0010】上記の問題を解決するため、導電性弾性体
層部材の表面皮膜としては樹脂でコーティングをしたも
のが知られている。しかしながら、樹脂皮膜の場合、弾
性体層との密着が悪いと、はがれが生じて使用不能にな
ったり、ゴムのように耐磨耗性が良くないという問題が
ある。さらに、例えば導電性カーボンを添加して硬い樹
脂層を形成すると、トナーが摩擦熱で溶け現像ブレード
の表面に融着したり、現像ローラの表面に付着しフィル
ミングを起こしたりする。
【0011】また、現像ローラの樹脂皮膜には摩擦帯電
部材としての機能もあり、トナーとの相性、例えば帯電
極性や摩擦係数等により、逆帯電極性のトナーが発生し
たり、或いは不帯電トナーや不均一帯電トナーが発生
し、かぶりが発生するという問題がある。
【0012】また、樹脂の部材に応じて吸水特性が異な
るため、環境に対する電気抵抗の変動が大きい。即ち、
常温時と比べて、低温低湿の場合では抵抗値が高くな
り、逆に高温多湿では低下するため、トナーの帯電量も
低温低湿の場合では高くなり、高温多湿では低下する。
従って、トナーの帯電量が所定の帯電量より高くなりす
ぎた場合は、少量のトナーで静電潜像を可視化するた
め、濃度低下が発生し、トナーの帯電量が所定の帯電量
より低下し過ぎた場合は、画像背景面にかぶりが発生す
るという問題がある。しかも、トナー粒子間の帯電量の
分布が広がると、上記濃度低下又はかぶりがさらに拡大
するという問題がある。
【0013】このように、トナーには適正な帯電量があ
り、それよりも高くても低くても問題を引き起こす。し
かも、トナーの粒子間分布が狭いことが重要である。さ
らに、高画質を安定的に提供するには、帯電量、帯電分
布を印刷枚数の量や環境の変化に依らず一定に維持しな
ければならない。そのためには環境や印刷枚数などが変
化しても、摩擦帯電量が変化しないことが重要である。
非磁性一成分の現像ローラは、トナーに対して安定的な
帯電を付与させねばならない。
【0014】従って、本発明の目的は、上記諸問題に鑑
み、トナーを適正帯電量に保つことができるトナー担持
体及びそれを用いた画像形成装置を提供することにあ
る。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の一つの側面は、導電性軸体の外周に設けられ
る導電性の弾性体層を覆う表面皮膜上にトナーが帯電付
着するトナー担持体及びそれを有する画像形成装置にお
いて、トナー担持体の軸体と表面皮膜間の電気抵抗値
が、軸体と表面皮膜間に印加される電圧の極性によって
異なることを特徴とする。
【0016】そして、上記目的を達成するための本発明
の別の側面は、軸体側にマイナス、表面皮膜側にプラス
の電圧を印加した場合の電気抵抗値をR1とし、表面皮
膜側にマイナス、軸体側にプラスの電圧を印加した場合
の電気抵抗値をR2とすると、2<R1/R2<40の
関係を満たす電気抵抗特性を有することを特徴とするト
ナー担持体及びそれを有する画像形成装置である。軸体
側から現像ローラ表面側には、所定の電流が流れる抵抗
値を持ち、現像ローラ表面側から軸体側には電流が流れ
難い抵抗値特性となることにより、感光ドラムの表面か
らのリーク電流を受けないため、トナーの帯電量が低下
せず所定の帯電量を保て画像背景面にかぶりが発生しな
い。しかも、軸体側から現像ローラ表面側には電圧依存
性がないため、画像濃度も安定して得ることができ、高
品質の画像得ることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態例を説明する。しかしながら、かかる実施の形
態例が本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【0018】図1は、本発明の実施の形態における画像
形成装置を示す図である。図1において、感光ドラム3
は、例えば直径30mmであって、周速72.8mm/secで回転す
る。前帯電は回転ブラシ8によって行われ、感光ドラム
3の表面電位は約-735Vに帯電される。印字情報は、レ
ーザ走査光学系12により、情報に応じて光照射が感光
ドラム3上に行われることで潜像を形成する。このと
き、潜像部分の電位は約-50Vに変化する。なお、レーザ
ーパワーは例えば0.24mwに設定される。
【0019】一方、トナー格納器11内に格納されるト
ナーは、トナー供給回収ローラ5の回転により現像ブレ
ード2側で現像ローラ1に供給され、現像ブレード2に
運ばれ、この現像ブレード2によって層厚が規定された
薄層トナーが現像ローラ1の表面に形成される。トナー
は、トナー格納器11内でアジテータ6で攪拌されなが
ら現像ローラ1側に運ばれ、トナー供給回収ローラ5に
トナーを効率良く供給される。なお、トナー格納器11
に格納されるトナーは、ポリエステル樹脂を主成分と
し、その帯電極性はマイナスである。
【0020】感光ドラム3と接触する現像ローラ1は、
感光ドラム3の周速の1.55倍で同方向に回転しながら、
感光ドラム3と接触する。現像ローラ1の表面には、約
-420Vの電位が与えられているため、現像ローラ1表面
電位と感光ドラム3の表面電位との差により、潜像部分
に対してトナーが現像ローラ1から感光ドラム3に移行
する。これにより、潜像は可視化される。感光ドラム3
に付着したトナーは、転写ローラ7により用紙に引きつ
けられ、定着器13で溶融されて用紙に定着する。ま
た、感光ドラム3表面上の残留トナーはクリーニングブ
レード9で回収され、スクリュー(図示せず)の回転に
よりトナー格納器11の上部中央部に運ばれ、そこで自
重で落ちトナー格納器11内に戻されリサイクル使用さ
れる。さらに、現像ローラ1の現像に寄与しなかったト
ナーは、現像ローラ1下方において逆方向に回転してい
るトナー供給回収ローラ5でかきとられ、このローラ5
下方部を通ってトナー格納器11内に戻される。
【0021】図2は、現像ローラ1、感光ドラム3、ト
ナー供給回収ローラ5付近の拡大図である。図2におい
て、矢印A、B、Cはそれぞれ感光ドラム3、現像ロー
ラ1、トナー供給回収ローラ5の回転方向を示してい
る。また、図3は、現像ローラ1の正面断面図であっ
て、軸体1a、弾性体層1c、表面皮膜(以下、表面と
いう)1bで構成される。図2に示すように、矢印A方
向に回転するローラ状の感光ドラム3には矢印B方向に
現像ローラ1が近接もしくは接触して配設され、現像ロ
ーラ1には、矢印C方向に回転するローラ5が接触して
配設されている。感光ドラム3とローラ5との間にはブ
レード2が、現像ローラ1の表面にブレード2の先端が
現像ローラ1の回転方向Bに向き合い摺接するように圧
接されて配設されている。
【0022】図2において、帯電ブラシ8には印加電圧
DC-735V とAC1150V P-P の電荷が付与される。また、帯
電ブラシ8より感光ドラム表面3bに所定の電圧が印加
され、感光ドラム表面3bが帯電すると同時に、ローラ
5及びブレード2には印加電圧-520V、現像ローラ1に
は印加電圧-420Vの電荷が付与される。ローラ5の回転
により運ばれたトナー4は、ローラ5と接触回転してい
る現像ローラ1との電荷注入及び摩擦帯電により帯電さ
れ、現像ローラ1の表面に付着する。付着した現像ロー
ラ1上のトナー4は現像ローラ1の回転によりブレード
2と現像ローラ1により、加圧摩擦及び電荷注入によ
り、さらに高く摩擦帯電されるとともに、所定のトナー
層が均一に形成されて通過する。そして、トナー4は、
現像ローラ1と感光ドラム3とが近接または接触して対
向している現像領域に運ばれる。そして、現像ローラ1
上のトナー4はその一部が感光ドラム3上の静電潜像部
分に付着してこの静電潜像を可視化し、残りのトナーは
現像ローラ1の回転とともに、ローラ5へと戻って行
く。
【0023】ところで、かぶりは、上述したように、現
像ローラ1上のトナーの帯電量が所定の帯電量に達して
いなくてかぶる場合の他、帯電したトナーが電荷を失っ
てかぶる場合とがある。トナー4が電荷を失ってかぶる
場合は、以下のような原因により発生する。即ち、静電
潜像を可視化するために、感光ドラム3の表面電位と現
像ローラ1の表面電位に電位差を設けている。つまり、
感光ドラム表面電位>現像ローラ表面電位という関係に
設定しているため、感光ドラム表面3bと現像ローラ表
面1bでリークする。その際、感光ドラム3と現像ロー
ラ1の間にあるトナー4がリーク電流を受け電荷を失う
ことにより、トナーの帯電量が所定の帯電量より低下す
るため、画像背景面にかぶりが発生する。このように、
現像ローラ上のトナーの帯電量が所定の帯電量に達して
いても、トナーの帯電量が所定の帯電量を維持できなけ
れば、かぶりが発生する。
【0024】従って、トナーが電荷を失ってかぶる場合
には、感光ドラム表面3bから現像ローラ表面1bに、
電流リークが行われ難くする必要がある。即ち、静電潜
像を可視化するためには、現像ローラ表面上に所定の帯
電量を持ったトナー4が必要である。そのためには、現
像バイアスを印加した時に、現像ローラの表面電極に所
定の抵抗値が必要で、且つ、電圧依存性が少ないこと
と、感光ドラム表面3bからのリーク電流を押さえる整
流性作用を兼ね備えた現像ローラ表面電極が必須であ
る。
【0025】そして、本発明の実施の形態において特徴
的な現像ローラ1は、軸体1a側にマイナス、現像ロー
ラ表面1b側にプラスの電圧を印加したときには、所定
の電流が流れる抵抗値R1を有し、現像ローラ表面1b
側にプラス、軸体1a側にマイナスの電圧を印加したと
きには、電流が流れ難い抵抗値R2を有する。これによ
り、トナーの帯電量が低下せず所定の帯電量を保てるた
め、画像背景面にかぶりが発生しない。即ち、現像ロー
ラ1は摩擦帯電機能を有し、且つ、電気抵抗値はR1<
R2の関係、つまり、一方向に電流が流れ難い整流性を
有していることが必須となる。
【0026】また、軸体1a側にマイナス、現像ローラ
表面1b側にプラスの電圧を印加したときには、電圧依
存性がないことにより、現像ローラ上のトナーが安定し
て帯電するため、画像濃度も安定して得ることができる
と共に、かぶりの無い高品質の画像得ることができる。
【0027】以下、本発明の現像ローラ1の実施例につ
いて説明する。
【0028】
【実施例】図4は本発明の実施例の現像ローラ1の抵抗
値特性を示す図であり、図5は従来の現像ローラの抵抗
値特性を示す図である。図4、図5及び下記表1を用い
て、本発明の実施例の現像ローラ1と従来の現像ローラ
との相違点を抵抗値特性及び画像品質を比較して説明す
る。なお、図4及び図5において、図の左側、即ち○又
は△印のグラフは、軸体1a側にマイナス、表面1b側
にプラスの電圧を印加した場合のグラフであって、図の
右側、即ち●又は▲印のグラフは、電圧の極性を反転さ
せ、軸体1a側にプラス、表面1b側にマイナスの電圧
を印加した場合のグラフである。
【0029】図5は、従来の現像ローラの抵抗値特性を
示すもので、従来例1は、弾性体層1cがNBRゴムでな
り、ゴム硬度は40°(JIS A)、現像ローラ表面1bはJIS
10点平均粗さ9.5μm Rzで、表面はポリウレタン樹脂を
スプレイ法で10.0μmの皮膜処理を行ったものである。
【0030】電気抵抗値は、軸体1aから現像ローラ表
面1bに印加電圧-100V で3.2×107Ω・cm、現像ローラ
表面1bから軸体1aに印加電圧100Vで6.4×107Ω・c
m、200Vで4.5×107Ω・cm、300Vで3.2×107Ω・cmとな
り、300V未満までは電圧依存性及び整流性の存在を確認
できたが、300V以上では、図5のグラフが示すように電
圧依存性及び整流性は無かった。
【0031】従来例1では、感光ドラム表面3bには-7
35V 、現像ローラには-420V の電圧が掛かっていること
により、電位差が-315Vの電荷注入(リーク) となるた
め、トナーの帯電量が所定の帯電量を維持できなくな
り、表1が示すかぶりが生じた。実用上でも感光ドラム
表面電位と現像ローラ表面電位差は-200V〜-450Vで、好
ましくは-250V 〜-400Vであるため、依然としてかぶり
の問題が残った。
【0032】また、画像濃度は、かぶりを少なくするた
め、弾性体層1cの抵抗値を高めに設定していることに
より、抵抗値変動が大きく低温低湿では抵抗値が大きく
上昇するため、帯電量が上昇し過ぎ濃度が低くなった。
【0033】従来例2は、本発明の表面皮膜処理を行う
前の現像ローラで弾性体層1cはNCO/OHモル比、
いわゆるインデックスが値「1」より大きいポリウレタ
ンゴムでなり、ゴム硬度は45°(JIS A)、現像ローラ表
面1bの表面粗さは9.0μm Rzで、表面皮膜処理は無
い。電気抵抗値は、軸体1aから現像ローラ表面1bに
印加電圧-100V で6.5×106 Ω・cm、現像ローラ表面1
bから軸体1aに印加電圧100Vで6.5×106Ω・cm、同様
に200V〜500Vと電圧を上げて行ったが、図5のグラフが
示すように変化は無く、抵抗値の電圧依存性及び整流性
は無かった。
【0034】従来例2は、従来例1より、トナーとの摩
擦帯電力が弱いことと、電圧依存性及び整流性は無かっ
たことにより、トナーがリークしたため、表1が示すか
ぶりとなった。また、トナー層電位が低いため、画像濃
度は高めとなった。
【0035】図4は、本発明の実施の形態における現像
ローラ1の抵抗値特性を示すものである。本発明の現像
ローラ1の弾性体層1cには、上述の従来例2の弾性体
層1cの抵抗値より低いものが用いられる。即ち、この
現像ローラ1の弾性体層1cのポリウレタンゴムはNC
O/OH<1のインデックスにて成形され、その抵抗値
は例えば1.2×106Ω・cmで形成され、表面に熱硬化性ポ
リウレタンを分散させた液にディピング法で、膜厚を7.
0 μmに皮膜処理を施し、2<R2/R1<40になる
ように構成したものである。
【0036】電気抵抗値は、軸体1a側にマイナス、現
像ローラ表面1b側にプラスの電圧100Vを印加したとき
に、2.7×106Ω・cmで、現像ローラ表面1b側にプラ
ス、軸体1a側にマイナスの電圧100Vを印加したとき
に、6.2×107Ω・cmで、500Vでは4.2×106Ω・cmと電圧
依存性及び整流性を有していた。また、電圧を大きくし
ていったときに、軸体1a側にマイナス、現像ローラ表
面1b側にプラスの電圧を印加したときの抵抗(R1)
と、軸体1a側にプラス、現像ローラ表面1b側にマイ
ナスの電圧を印加したときの抵抗(R2)の比(R1/
R2)が最低値(例えば、値「2」)を下回らないよう
にしたことにより、表1が示すようにかぶりの発生は無
かった。
【0037】下記表1及び図2を用いて、整流性の作用
について説明する。表1は、図2の感光ドラム表面3b
と現像ローラ1表面1bが接触する前のトナー層電位4
aと接触後のトナー層電位4bとの比較を示す。
【0038】従来例1及び従来例2では、感光ドラム表
面3bと接触する前のトナー層電位4aと比べ、接触後
のトナー層電位4bは低下し、かぶりが発生した。一
方、本発明の実施例では、感光ドラム表面3bと接触す
る前のトナー層電位4aと比べ、接触後のトナー層電位
4bは上昇し、かぶりの発生は無かった。
【0039】従来例1が感光ドラム表面3bと接触する
前のトナー層電位4a及び接触後のトナー層電位4bと
も、実施例より高い値なのにかぶるのは、このトナー層
電位は見かけ上は高いが、リークの影響を受けることに
より、不帯電トナーや不均一トナーが混在し、帯電電荷
量のバラツキが大きくなっているため、かぶりが発生す
る。このとき、接触後のトナー層電位4bが大きく低下
していることから、リークの影響を受けていることが判
る。
【0040】一方、実施例がかぶらないのは以下の理由
による。即ち、上述のように、現像ローラ表面1b側に
プラス、軸体1a側にマイナスの電流が流れ難い抵抗特
性 (整流性) を有しているため、感光ドラム表面3bと
現像ローラ表面1bが接触すると、逆にトナーが電荷注
入作用により更に帯電する。従って、このような特性を
利用することにより、現像ローラ1上のトナーの帯電量
が安定するため、かぶりのない高品質の画像得ることが
できる。また、表1で判るように、環境による温湿度の
抵抗値変動が少ないことにより、トナー層電位の変動が
少ないため、濃度も安定している。
【0041】
【表1】 次に、本発明の現像ローラ1の環境特性について図6〜
11を用いて説明する。なお、図6〜11は同一条件で
現像ローラのみを交換して採取したデータである。図
6、図7では、現像ローラ上のトナー層電位4a(4b)
(以下、「Vt」という) は、トナー層厚を8.0μm に設
定し、白べた印刷中に装置から強制的に画像形成装置を
外し、非接触プローブ及び表面電位計を用いて測定した
データである。また、図6は、温度を35℃に固定して、
現像ローラ上のトナー層電位4aが湿度に対して依存し
ているか調査したものである。図6が示すように、実施
例は従来例1に比べ Vt の下がり方が緩やかで、湿度に
対して帯電量が安定しているといえる。また、従来例2
に対して、 Vt は相対的に高い値を示していることが判
る。
【0042】図7は、湿度を20%Rhに固定して、現像ロ
ーラ上のトナー層電位4aが温度に対して依存している
か調査したものである。図7が示すように、実施例のVt
は相対的に従来例1に比べ低く、従来例2に対しては、
高い値を示している。
【0043】図6、図7と同様に、図8は温度を35℃に
固定して、用紙上の光学濃度(Optical Density : O.D.)
が湿度に対して依存しているか調査したものである。図
9は湿度を20%Rh に固定して、用紙上の光学濃度が温度
に対して依存しているか調査したものである。図8が示
すように、実施例、従来例1、従来例2とも、温度に対
してはいずれも相対的には差がないが、湿度に対して
は、湿度が上がるに連れ濃度が上昇しているのが判る。
これは、図6に示されるように、湿度を上げて行くと、
Vtは下がることにより、帯電電荷量は減少するため、静
電潜像にトナーが付着する量が増え濃度が上昇したもの
である。
【0044】同様に、図10は温度を35℃に固定して、
感光ドラム3上のかぶりが湿度に対して依存しているか
調査したものである。図11は湿度を20%Rhに固定し
て、感光ドラム3上のかぶりに対して依存しているか調
査したものである。図10、11が示すように、実施例
は温度、湿度に対してかぶりが発生しないが、従来例
1、従来例2とも、かぶりの実用限界光学濃度O.D.値0.
02を越えているのが判る。図10、図11のかぶりにつ
いて図6、図7を用いて説明する。図6、図7が示すよ
うに、実施例の Vtは相対的に従来例1に比べ低く、従
来例2 に対しては、高い値を示している。従来例1が実
施例より高いVt(トナー層電位4a)を示しているのに
対してかぶるのは、上述における感光ドラム表面3bと
現像ローラ表面1b間の電流リークによって、トナーの
帯電量が低下したためのかぶりであることがここでも判
る。
【0045】次に、本発明の実施の形態における現像ロ
ーラ1の安定性について図12〜14を用いて説明す
る。図12は、用紙上の光学濃度(O.D.)の印刷枚数依存
性について調査したもので、実施例、従来例1、従来例
2とも、初期濃度では差はないが、従来例1は、一時的
には濃度のO.D.値が上昇するが、印刷を重ねるに連れて
濃度が低下して行く。実施例及び従来例1は逆に印刷を
重ねに連れて濃度が徐々に上昇する。この結果は、図1
2が示すように Vt は印刷を重ねるに連れて低下傾向が
判る。実施例及び従来例2は、トナーが劣化することに
より、帯電電荷量が下がり、静電潜像にトナー付着する
量が増え濃度が上昇したものである。従来例1も同様に
なるのだが、その表面皮膜が硬いことと、感光ドラム汚
染性を避けるため、若干膜厚を厚くしたことにより、現
像ローラ表面の摩擦熱により、微粉トナーが溶けて、現
像ローラに付着し、フィルミングを起こす。そのため、
現像ローラ表面にトナーが付着しずらくなり、画像に白
点が多くなると共に、白たてすじが発生し、濃度低下と
なったものである。
【0046】図13は、かぶりの刷枚数依存性について
調査したもので、実施例は刷枚数に対して、かぶりが発
生しないのに、従来例1、従来例2は印刷を重ねるに連
れて、かぶりのO.D.値が徐々に上昇する。これは以下の
理由による。即ち、図14が示すように、Vtは印刷を重
ねるに連れて低下する。実施例は、トナーが劣化してVt
が低下しても、上述したリークによるかぶりが発生しな
いため、少々のVt低下では、かぶりが発生しない。従来
例1 、従来例2 はVtが低下すると、リークに対して敏感
に反応し、印刷を重ねるに連れて、かぶりのO.D.値が徐
々に上昇する。
【0047】次に、現像ローラ1の弾性体層1c及び表
面1bの材料について説明する。弾性体層1cは、水酸
基(OH)とイソシアネート基(NCO)により構成さ
れる。そして、そのモル比NCO/OH<1とする。そ
して、表面1bは、その体積固有抵抗が所定範囲(1×
108〜1012Ω・cm)内になるように設計される。そ
のために、表面1bの膜厚は、4〜16μmで形成される。
これにより、2<R1/R2<40の関係が得られる。
この表面1bの体積固有抵抗が得られる材料としてポリ
ウレタン、エピクロルヒドリン、NBR、CRなどの樹
脂もしくはエストラマーなどが挙げられる。また、その
形態は溶剤希釈、ラテックス、エマルジョンなどであ
る。
【0048】体積固有抵抗が上記所定範囲より低い、つ
まりR1/R2≦2、さらにはR1≒R2に近づくと、
バッファとしての効果がなくなり、感光ドラム3からの
逆帯電が起こってしまう。また、体積固有抵抗が上記所
定範囲より高い、つまりR1/R2≧40となると、ト
ナー担持体としての電気抵抗が極端に上昇してしまい、
トナー担持体としての機能を果たさなくなってしまう。
【0049】このように、現像ローラ1の表面皮膜の膜
厚を4 〜16μm で形成したのは、かぶりの要因である感
光ドラムからのリーク電流対策のため、必要な現像ロー
ラ1の抵抗値特性(整流性)を得ることと、安定した印
字濃度を得るために、表面に必要な膜厚の被膜を施し、
印字品質安定化させるためである。
【0050】図15は、抵抗値の膜厚依存性を示す図で
ある。図15に示されるように、表面膜厚が3 μm 以下
で形成した場合は、表面から軸体方向の抵抗値と、軸体
から表面への抵抗値が接近し、整流特性を失っていこと
が判る。
【0051】図16は、現像ローラ上のトナー層電位の
膜厚依存性を示す図である。表面を3 μm 以下で形成し
た場合は、トナー層電位が下がっている。そして、感光
ドラム表面3bと現像ローラ表面1bが接触する前のト
ナー層電位4aと接触後のトナー層電位4bを比べる
と、3 μm 以下で形成した場合には、接触する前のトナ
ー層電位4a比べ接触後のトナー層電位4bは低下し、
4μm 以上になると、逆に接触する前のトナー層電位4
a比べ接触後のトナー層電位4bは上昇する。また、膜
厚が厚くなると、更に、そのトナー層電位差は広がり、
特に高温多湿の環境下では顕著に現れる。
【0052】表2は、画像のシャープ性、画像の白抜け
の膜厚依存性を調査した結果である。膜厚が18μm 以上
から画像のシャープ性、画像の白抜けが生じた。
【0053】
【表2】 図17は、用紙上の光学濃度の膜厚依存性を示す図であ
る。図17において、膜厚を厚くして行くと光学濃度値
(O.D.)が低下し、膜厚を薄くして行くと濃度値は上が
り、18μm 以上で形成した場合には、実用上の好ましい
濃度 O.D. 値 1.20 以下となってしまう。この現象は軸
体1aから表面への抵抗値が上昇していないことから抵
抗値の要因ではなく、膜厚の要因である。
【0054】以下、図19、図20、図21、図22、
図23を用いて、膜厚の要因であることを説明する。図
19は、用紙上の光学濃度の表面粗さ依存性を示す図で
ある。図19において、表面粗さを大きくして行くと現
像ローラ1の表面凹凸が大きくなることにより、現像ロ
ーラ表面1bに付着するトナー量が多くなり搬送力が上
がるため、用紙上の濃度値は上がる。
【0055】図20は、表面粗さの膜厚依存性を示す図
である。図20において、表面粗さは膜厚を厚くして行
くことにより、表面凹凸が少なくなるため、膜厚を厚く
して行くと表面粗さ値は小さくなる。
【0056】図21は、膜厚の引上げ速度依存性を示す
図である。図21において、膜厚は現像ローラ1の引上
げ速度を上げて行くことにより、現像ローラ1表面1b
に溶液が付着している時間が長くなるため、膜厚は厚く
なる。
【0057】図22は、膜厚の液粘度依存性を示す図で
ある。図22において、膜厚は液粘度を上げて行くこと
により、現像ローラ1表面凹凸への付着力が強くなるた
め、膜厚は厚くなる。
【0058】図23は、液粘度の液温度依存性を示す図
である。図23において、液粘度は液温度を上げて行く
ことにより、溶液の樹脂は柔らかく成るため、粘度値は
下がる。
【0059】以上、図19〜図23について説明した
が、印字濃度は現像ローラ1の抵抗値のほかに、図20
から判るように、現像ローラの表面凹凸の影響が大き
く、コーティング前の所定の表面粗さをコーティング後
も維持しなければならない。従って、コーティング後の
表面粗さを管理するためには、所定の膜厚が必要であ
る。この膜厚を得るためには、図21、図22から判る
ように、所定引上げ速度及び液粘度の管理が必要であ
る。また、図23から判るように、液粘度は液温度管理
が重要である。
【0060】表2が示す画像の潰れ、画像の白抜けの膜
厚依存性及び印字濃度の低下については以上の説明で判
るように、膜厚を厚くし行く過程で表面粗さが小さくな
ったためである。
【0061】図18は、感光ドラム上かぶりの膜厚依存
性を示す図である。図18において、膜厚を厚くして行
くとかぶりは低下し、膜厚を薄くして行くとかぶりが上
昇する。 これは、表面から軸体への抵抗値が低下して
いるためで、感光ドラム3と現像ローラ1の間にあるト
ナー4がリーク電流を受け電荷を失うことにより、トナ
ーの帯電量が所定の帯電量より低下して発生するかぶり
である。つまり、現像ローラ1の膜厚が薄くなったため
で、図15で判るように3 μm 以下では、表面から軸体
への抵抗値が大きく低下して、軸体から表面への抵抗値
と接近して、抵抗値の整流性を失ってしまっためであ
る。
【0062】従って、以上の説明から明らかなように、
現像ローラ1の表面1bの膜厚はかぶりに対しては、4
μm 以上で形成するのが良く、さらに好ましくは5 μm
以上で形成するのが良い。また、濃度に対しては現像ロ
ーラ1の表面1bの膜厚は16μm 以下で形成するのが良
く、さらに好ましくは14μm 以下で形成するのが良い。
これにより、安定した印字濃度とかぶりの無い、高印字
品質を実現させることができる。
【0063】次に、表面粗さ(Rz)について、図19及び
表3を用いて説明する。現像ローラ1の表面1bにおい
て、表面粗さは、非磁性一成分トナーの平均粒径の0.4
〜1.5倍で形成される。
【0064】
【表3】 図19より、用紙上濃度は、表面粗さRzを大きくしてい
くと、現像ローラ1の表面凹凸粗面が大きくなることに
より、現像ローラ表面1bに付着するトナー量が多くな
り搬送力が上がるため、用紙上の濃度上昇する。実用上
の濃度の許容値を考慮すると、表面粗さ(Rz)は、3.0μm
以上必要であることが判る。
【0065】表3より、粒径7.5μm トナーを使用した
場合、表面粗さ(Rz)が3.0 μm以上 11.3 μm以下では、
濃度及び画像の白抜けの実用上の許容値を満たすが、1
2.0μm以上では、表面粗さによる画像の白抜けが発生
し、2.3μm以下では、表面粗さが小さくなったことによ
り、現像ローラ表面1bに付着するトナー量が少なくな
り搬送力が低下し、濃度が低下したため、画像の白抜け
が発生した。さらに、9.0μmトナーを使用した場合も同
様で、表面粗さ(Rz)が3.0 μm以上13.5μm 以下では、
濃度及びかぶりの実用上の許容値を満たすが、14.4μm
以上では、表面粗さによる画像の白抜け発生があり、2.
7μm以下では濃度低下による画像の白抜けが発生した。
【0066】従って、現像ローラ1の表面1bの凹凸粗
面は、非磁性一成分トナーの平均粒径の0.4〜1.5倍で形
成することにより、濃度の安定した、しかも、表面粗さ
や濃度低下による画像の白抜けの無い高品質の画像を提
供することができる。
【0067】次に、本発明の実施例における現像ローラ
1の製造方法について説明する。導電性軸体1a[JG-S6
26(SUS430)]の外周に、半導電性のポリウレタンゴムの
弾性層1cを用いた。その時のゴム硬度は40°(JIS A)
であり、現像ローラ表面1bは研磨した後、凹凸粗面を
フィニッシャー処理(サンドペーパを当て、現像ローラ
1をラジアル方向に回転させて仕上げる)によって仕上
げ形成した現像ローラ表面1bの表面粗さ(Rz)は、7μm
であった。
【0068】次に、処理前と同様に、温湿度環境を 23
℃−55%Rhに設定された場所で、この現像ローラ1の電
気特性を調べた結果、軸体1a側にマイナス、現像ロー
ラ表面1b側にプラスの電圧100Vを印加したときの電気
抵抗値が9.2×106Ω・cmであった。次に、電圧極性を変
え、軸体1a側にプラス、現像ローラ表面1b側にマイ
ナスの電圧-100Vを印加したときの電気抵抗値が9.2×10
6Ω・cmであった。図5は、この時の抵抗値の電圧依存
性を示すグラフである。電気抵抗値の極性依存(整流
性)がないことが示されている。
【0069】現像ローラ1の表面1bはディップコート
処理により生成される。例えば、ゼネカ(株)社製のポリ
ウレタン(商品名Neopac-R-9030)を調合することによ
り生成される熱硬化ポリウレタンをメタノールを用いて
希釈し、混合機を用いて予備混合をする。このときの環
境温度は23℃−55%Rhで、液温度は23±1℃に管理され
ており、液粘度は5.5(CP)であった。その後、溶解
した溶液中に浸漬した後、これを200mm/minの速度で引
き上げ、120℃に保持されたオーブンで1時間加熱乾燥
して表面皮膜が生成される。
【0070】上記ディップコート処理を行った結果、コ
ーティング皮膜1bの膜厚は7.0 μmで形成され、しか
も、表面が高硬度で弾性体との密着性も良い現像ローラ
1を得ることができた。処理前と同様に温湿度環境を 2
3 ℃−55%Rh に設定された場所で、このローラの電気特
性を調べた。その結果、軸体1a側にマイナス、現像ロ
ーラ1の表面1b側にプラスの電圧100Vを印加すると、
電気抵抗値は2.7×106Ω・cmであった。次に、電圧極性
を変え、軸体1a側にプラス、現像ローラ表面1b側に
マイナスの電圧-100Vを印加すると、電気抵抗値は 6.2
×107Ω・cmであった。図4は、この時の抵抗値の電圧
依存性を示すグラフである。図4に示されるように、電
気抵抗値の極性依存(整流性)があることが示されてい
る。
【0071】従って、このようなディピング法を用いて
皮膜する製造方法を用いることによって、トナー担持体
の軸体1a側にマイナス、表面1b側にプラスの電圧を
印加した時の現像ローラ1の抵抗値をR1とし、トナー
担持体の表面1b側にマイナス、軸体1a側にプラスの
電圧を印加した時の現像ローラ1の抵抗値をR2 とする
と、2<R1/R2<40なる関係を満たす抵抗値特性
を持つ現像ローラ1を得ることができる。
【0072】また、本発明の実施例における画像形成装
置において、記録用紙に転写後の残留トナーはクリーニ
ングブレード9で回収された後、スクリュー(図示せ
ず)の回転により、トナー格納器11内に戻される。そ
して、本発明の実施例における画像形成装置は、残留ト
ナーをトナー格納器11上部中央部より、トナー格納器
11内に自重落下で戻せるように形成される。これは、
転写されなかったトナーは帯電量が低く劣化しているた
め、端部に戻すとアジテータ6の攪拌だけでは、トナー
4を左右均等に混合するには限界があり、印字品質で左
右差が生じるからである。
【0073】表4を用いて残留トナーの落下位置につい
て説明する。トナー格納器11上部左右端部から自重落
下したものは、現像ローラ上のトナーの帯電量にバラツ
キが生じ、印字品質バラッキを示すΔO.D.値が大きい。
一方、中央部に自重落下させた物は、現像ローラ上のト
ナーの帯電量にバラツキが少なく、印字品質バラツキを
示すΔO.D.値が小さい。従って、トナー格納器11の上
部中央部からトナーを自重落下させることで、攪拌部材
を増やさず印字品質バラツキの問題を解決することがで
きる。
【0074】
【表4】 このように、本発明の画像形成装置は、クリーナーで回
収した残留トナーを廃棄せずにトナー格納器11内に還
流させ、トナーを使い切ることを可能としており、環境
保全対策に配慮がなされ、且つトナーの低ランニングコ
スト化が図られた装置であり、本発明の現像ローラが、
かぶりに対して強い抵抗値特性であることを利用した画
像形成装置である。
【0075】なお、本実施の形態例では、現像ローラ1
として非磁性一成分系の黒色トナーで説明したが、本発
明は上記実施例に限定されるものではなく、例えば、今
後拡大すると考えられるフルカラー印刷等にも適用可能
である。さらに、本発明の範囲内で上記実施例に多くの
修正及び変更を加え得ることは勿論である。そして、本
発明の保護範囲は上記実施例に限定されず、特許請求の
範囲に記載された発明とその均等物に及ぶものである。
【0076】
【発明の効果】以上、本発明によれば、トナー担持体の
軸体側にマイナス、表面側にプラスの電圧を印加した時
の抵抗値をR1とし、トナー担持体の表面側にマイナ
ス、軸体側にプラスの電圧を印加した時の抵抗値をR2
とすると、2<R1/R2<40なる関係を満たす抵抗
値特性を持つトナー担持体及びそれを有する画像形成装
置が提供される。これにより、簡単な構成でかぶりのな
い、画像濃度の安定した高画質が得られる。
【0077】また、かぶりの発生を抑止できるため、ク
リナーで回収した残留トナーを還流させ使い切ることが
可能となり、トナーの粉塵等の環境問題にも配慮された
低ランニングコストの高信頼性の画像形成装置を提供す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態における画像形成装置を示
す図である。
【図2】現像ローラ1、感光ドラム3、トナー供給回収
ローラ5付近の拡大図である。
【図3】現像ローラの正面断面図である。
【図4】本発明の実施例の現像ローラの抵抗値特性を示
すグラフである。
【図5】従来の現像ローラの抵抗値特性示すグラフであ
る。
【図6】現像ローラ上のトナー層電位の湿度依存性を示
すグラフである。
【図7】現像ローラ上のトナー層電位の温度依存性を示
すグラフである。
【図8】用紙上光学濃度の湿度依存性を示すグラフであ
る。
【図9】用紙上光学濃度の温度依存性を示すグラフであ
る。
【図10】感光ドラム上かぶりの湿度依存性を示すグラ
フである。
【図11】感光ドラム上かぶりの温度依存性を示すグラ
フである。
【図12】現像ローラ上のトナー層電位の印刷枚数依存
性を示すグラフである。
【図13】用紙上光学濃度の印刷枚数依存性を示すグラ
フである。
【図14】感光ドラム上かぶりの印刷枚数依存性を示す
グラフである。
【図15】抵抗値の表面皮膜の膜厚依存性を示すグラフ
である。
【図16】現像ローラ上のトナー層電位の膜厚依存性を
示すグラフである。
【図17】用紙上光学濃度の表面皮膜の膜厚依存性を示
すグラフである。
【図18】感光ドラム上かぶりの表面皮膜の膜厚依存性
を示すグラフである。
【図19】用紙上光学濃度の表面粗さ依存性を示すグラ
フである。
【図20】表面粗さRzの表面皮膜の膜厚依存性を示す
グラフである。
【図21】表面皮膜の膜厚の引上げ速度依存性を示すグ
ラフである。
【図22】表面皮膜の膜厚の液粘度依存性を示すグラフ
である。
【図23】液粘度の液温度依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
1 現像ローラ 1a 軸体 1b 表面 1c 弾性体層 2 現像ブレード 3 感光ドラム 4 トナー 5 トナー供給回収ローラ 6 アジテータ 7 転写ローラ 8 帯電ブラシ 9 クリーニングブレード 10 記録紙 11 トナー格納器 12 レーザ走査光学系 13 定着器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 道明 神奈川県横浜市鶴見区尻手2丁目3番6号 北辰工業株式会社内 Fターム(参考) 2H077 AB04 AC16 AD06 AD13 AD35 AE04 EA14 EA15 EA16 FA01 FA13 FA22 FA25

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】導電性軸体の外周に設けられる導電性の弾
    性体層を覆う表面皮膜上にトナーが帯電付着するトナー
    担持体において、 前記軸体と前記表面皮膜間の電気抵抗値が、前記軸体と
    前記表面皮膜間に印加される電圧の極性によって異なる
    ことを特徴とするトナー担持体。
  2. 【請求項2】請求項1において、 第一の極性における第一の電気抵抗値と第二の極性にお
    ける第二の電気抵抗値との比が、2<比<40の関係を
    満たすことを特徴とするトナー担持体。
  3. 【請求項3】請求項1において、 前記軸体側にマイナス、前記表面皮膜側にプラスの電圧
    を印加した場合の電気抵抗値をR1とし、前記表面皮膜
    側にマイナス、前記軸体側にプラスの電圧を印加した場
    合の電気抵抗値をR2とすると、2<R1/R2<40
    の関係を満たす電気抵抗特性を有することを特徴とする
    トナー担持体。
  4. 【請求項4】請求項1において、 前記弾性体層は、水酸基(OH)とイソシアネート基
    (NCO)により構成された基本骨格を持ち、そのモル
    比NCO/OH<1を満たし、 前記表面被膜の体積固有抵抗値は、実質的に1×108
    〜1×1012Ω・cmであることを特徴とするトナー担持
    体。
  5. 【請求項5】請求項1において、 前記表面皮膜の厚さは、実質的に4〜16μmであることを
    特徴とするトナー担持体。
  6. 【請求項6】請求項1において、 前記表面皮膜の表面粗さは、前記トナーの平均粒径の実
    質的に0.4〜1.5倍であることを特徴とするトナー担持
    体。
  7. 【請求項7】導電性軸体の外周に設けられる導電性の弾
    性体層を覆う表面皮膜上にトナーが帯電付着するトナー
    担持体と、表面に静電潜像を保持する静電潜像保持体と
    を有し、前記軸体と前記表面皮膜間に電圧が印加された
    前記トナー担持体が前記静電潜像保持体と接触すること
    により、前記トナーを前記静電潜像に移行して前記静電
    潜像を可視化する画像形成装置において、 前記トナー担持体の前記軸体と前記表面皮膜間の電気抵
    抗値が、印加される電圧の極性によって異なることを特
    徴とする画像形成装置。
  8. 【請求項8】請求項7において、 第一の極性における第一の電気抵抗値と第二の極性にお
    ける第二の電気抵抗値との比が、2<比<40の関係を
    満たすことを特徴とする画像形成装置。
  9. 【請求項9】請求項7において、 前記軸体側にマイナス、前記表面皮膜側にプラスの電圧
    を印加した場合の電気抵抗値をR1とし、前記表面皮膜
    側にマイナス、前記軸体側にプラスの電圧を印加した場
    合の電気抵抗値をR2とすると、2<R1/R2<40
    の関係を満たす電気抵抗特性を有することを特徴とする
    画像形成装置。
  10. 【請求項10】請求項7において、 前記弾性体層は、水酸基(OH)とイソシアネート基
    (NCO)により構成された基本骨格を持ち、そのモル
    比NCO/OH<1を満たし、 前記表面被膜の体積固有抵抗値は、実質的に1×108
    〜1×1012Ω・cmであることを特徴とする画像形成装
    置。
  11. 【請求項11】請求項7において、 前記表面皮膜の厚さは、実質的に4〜16μmであることを
    特徴とする画像形成装置。
  12. 【請求項12】請求項7において、 前記表面皮膜の表面粗さは、前記トナーの平均粒径の実
    質的に0.4〜1.5倍であることを特徴とする画像形成装
    置。
  13. 【請求項13】トナーを格納するトナー格納体と、導電
    性軸体の外周に設けられる導電性の弾性体層を覆う表面
    皮膜上に前記トナーが帯電付着するトナー担持体と、表
    面に静電潜像を保持する静電潜像保持体とを有し、前記
    軸体と前記表面皮膜間に電圧が印加された前記トナー担
    持体が前記静電潜像保持体と接触することにより、前記
    トナーを前記静電潜像に移行して前記静電潜像を可視化
    する画像形成装置において、 前記トナーを記録用紙に転写した後、前記静電潜像保持
    体上の残留トナーを前記トナー格納体内に戻す場合、前
    記残留トナーを前記トナー格納体上部中央部より、前記
    トナー格納体内部に自重落下させることを特徴とした画
    像形成装置。
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