JP2003029524A - トナー供給ローラおよび現像装置 - Google Patents

トナー供給ローラおよび現像装置

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JP2003029524A
JP2003029524A JP2001215059A JP2001215059A JP2003029524A JP 2003029524 A JP2003029524 A JP 2003029524A JP 2001215059 A JP2001215059 A JP 2001215059A JP 2001215059 A JP2001215059 A JP 2001215059A JP 2003029524 A JP2003029524 A JP 2003029524A
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supply roller
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Hirotaka Yamazaki
博貴 山崎
Junji Sakata
純二 坂田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ピッチむらや濃度むらなどの不具合のな
い画像を得ることのできる、発泡弾性体からなるトナー
供給ローラおよび該トナー供給ローラを搭載した現像装
置を提供すること。 【解決手段】 表面に担持したトナーを画像形成体に搬
送することにより可視画像を形成する現像ローラに当接
して、該現像ローラにトナーを供給するトナー供給ロー
ラであって、シャフトと該シャフトの外周に形成された
発泡弾性体層からなり、該発泡弾性体層表面のローラ長
手方向両端から10〜30mmの位置に、深さが0を超
え1mm以下で、幅が1〜5mmの円環状の溝が形成さ
れ、ローラ表面の摩擦抵抗係数が0.4〜3.0であり、か
つ発泡弾性体層の圧縮バネ定数が0.25〜5.0N/mm
であるトナー供給ローラである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真・静電記
録等のプリンターに搭載された現像装置において、感光
体や紙等の画像形成体にトナーを搬送してその表面に可
視画像を形成する現像ローラに対してトナーを供給する
ためのトナー供給ローラ、およびこれを搭載した現像装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、電子複写機,レーザービームプリ
ンター、ファクシミリなどの電子写真装置における現像
プロセスに配置される現像装置に用いられる現像ロー
ラ、トナー供給ローラに導電性ローラ方式が広く取り入
れられてきている。このような方式では、現像ローラに
トナー供給ローラを擦りつけることによりトナーを摩擦
帯電させるため、トナー供給ローラには、現像ローラと
の安定した摩擦性(押し付け力)、摩擦部位への高いト
ナー供給性が要求される。而して、従来この種のトナー
供給ローラには、ゴムやウレタン等を発泡させた発泡弾
性体材料が一般に用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者らが、発泡弾性体からなる従来のトナー供給ローラの
性能を検討したところ、現像した画像にピッチむらや濃
度むら等による不具合を発生する場合があることが分か
った。本発明はこのような従来の事情に鑑みてなされた
もので、発泡弾性体からなるトナー供給ローラを搭載し
た現像装置において、ピッチむらや濃度むらなどの不具
合のない画像を得ることのできる、発泡弾性体からなる
トナー供給ローラおよび該トナー供給ローラを搭載した
現像装置を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記のよ
うな画像不具合を発生させたトナー供給ローラについて
調べた結果、トナー供給ローラの発泡弾性体層表面がロ
ーラ長手方向に同一の高さであるために、現像ローラに
供給されるトナー量においてトナー供給ローラ長手方向
の両端付近と中央付近とで差が生じ、このため現像ロー
ラに供給されるトナー量が変動して、画像に濃度むらが
発生することを発見した。これは、トナー供給ローラ上
に乗ったトナーが、現像ローラと擦れ合うときにトナー
供給ローラ両端の方向に押し広げられるために、トナー
供給ローラ両端付近のトナー量が多くなってしまうこと
に起因することがわかった。そして、トナー供給ローラ
長手方向の両端から10〜30mmの位置に、円環状の
溝を設けることにより、現像ローラに供給されるトナー
量が安定し、濃度むら等の不具合のない画像を形成する
ことができることを見出した。さらに研究を重ねた結
果、円環状の溝の深さおよび幅を適性なものとし、かつ
発泡弾性体の硬度および表面摩擦抵抗を適性なものとし
た場合に、不具合のない画像を形成することができるこ
とを見出した。本発明はかかる知見に基づいてなされた
ものである。
【0005】すなわち、本発明は、表面に担持したトナ
ーを画像形成体に搬送することにより可視画像を形成す
る現像ローラに当接して、該現像ローラにトナーを供給
するトナー供給ローラであって、シャフトと該シャフト
の外周に形成された発泡弾性体層からなり、該発泡弾性
体層表面のローラ長手方向両端から10〜30mmの位
置に、深さが0を超え1mm以下で、幅が1〜5mmの
円環状の溝が形成され、ローラ表面の摩擦抵抗係数が0.
4〜3.0であり、かつ発泡弾性体層の圧縮バネ定数が0.
25〜5.0N/mmであることを特徴とするトナー供給
ローラ、該トナー供給ローラを搭載した現像装置、およ
び該現像剤装置を装着した画像形成装置を提供するもの
である。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明のトナー供給ローラは、発
泡弾性体層表面のローラ長手方向両端から10〜30m
mの位置に、円環状の溝が形成されたものである。この
円環状の溝の位置はローラ両端から20〜30mmが好
ましい。この円環状の溝が、ローラ両端から30mmを
超える位置にあると、トナーが局部的に帯電されなくな
るという不都合が生じ、ローラ両端から10mm未満の
位置にあると、トナーを留めることによるトナー量の調
整がなされなくなるという不都合が生じる。この円環状
の溝は、深さが0を超え1mm以下で、幅が1〜5mm
のものであるが、深さは0.5〜1mmが好ましく、幅は
1〜3mmが好ましい。この円環状の溝の深さが1mm
を超えると、トナーが局部的に摩擦帯電されないという
不都合が生じる。この円環状の溝の幅が5mmを超える
と、トナーが局部的に摩擦帯電されないという不都合が
生じ、1mm未満では、トナーを留めることによってト
ナー量を調整する機能がなされないという不都合が生じ
る。
【0007】本発明のトナー供給ローラの表面の摩擦抵
抗係数は0.4〜3.0であるが、0.4〜2.5が好ましい。
この摩擦抵抗係数が0.4未満であると、滑りが大きすぎ
るためトナーを搬送することができないという不都合が
あり、3.0を超えるとトナーへのダメージが大きくなる
ため、トナーが劣化しやすくなるという不都合が生じ
る。本発明のトナー供給ローラは、圧縮バネ定数が0.2
5〜5.0N/mmのものであるが、この圧縮バネ定数は
0.3〜3.0N/mmであることが好ましく、特に好まし
くは0.4〜1.5N/mmである。圧縮バネ定数が0.25
N/mm未満であると、トナーが十分に摩擦帯電されな
いという不都合があり、5.0N/mmを超えると、トナ
ーが受けるダメージが大きいという不都合がある。
【0008】このようなトナー供給ローラを形成する発
泡弾性体としては、上記特性を具備するものであればよ
く、例えばエステル系ポリウレタンフォーム,エーテル
系ポリウレタンフォームやニトリルゴム,エチレンプロ
ピレンゴム,エチレンプロピレンジエンゴム,スチレン
ブタジエンゴム,ブタジエンゴム,イソプレンゴム,天
然ゴム,シリコーンゴム,アクリルゴム,クロロプレン
ゴム,ブチルゴム,エピクロルヒドリンゴムなどのゴム
材料のフォームを挙げることができる。これらは単独で
用いてもよく二種以上を組み合わせて発泡体としてもよ
い。これらの中で特にエステル系ポリウレタンフォー
ム,エーテル系ポリウレタンフォーム,ニトリルゴムフ
ォーム,エチレンプロピレンゴムフォーム,エチレンプ
ロピレンジエンゴムフォーム,シリコーンゴムフォーム
が好適である。
【0009】また、本発明のトナー供給ローラは、導電
性であってもよく、従来、導電性トナー供給ローラとし
て通常に用いられているものと同様に、良導電性シャフ
トの外側に導電性発泡弾性層を形成して作製することが
できる。上記導電性発泡弾性層には、適当な発泡弾性体
に導電剤を添加して導電性を付与した発泡弾性材料が用
いられる。
【0010】また、発泡弾性体に導電性を付与する場合
に加える導電剤としては、イオン導電剤や電子導電剤が
用いられる。イオン導電剤の例としては、テトラエチル
アンモニウム,テトラブチルアンモニウム,ドデシルト
リメチルアンモニウム(例えばラウリルトリメチルアン
モニウム),へキサデシルトリメチルアンモニウム,オ
クタデシルトリメチルアンモニウム(例えばステアリル
トリメチルアンモニウム),ベンジルトリメチルアンモ
ニウム,変性脂肪酸ジメチルエチルアンモニウムなどの
過塩素酸塩,塩素酸塩,塩酸塩,臭素酸塩,ヨウ素酸
塩,ホウフッ化水素酸塩,硫酸塩,エチル硫酸塩,カル
ボン酸塩,スルホン酸塩などのアンモニウム塩、リチウ
ム,ナトリウム,カリウム,カルシウム,マグネシウム
などのアルカリ金属やアルカリ土類金属の過塩素酸塩,
塩素酸塩,塩酸塩,臭素酸塩,ヨウ素酸塩,ホウフッ化
水素酸塩,トリフルオロメチル硫酸塩,スルホン酸塩な
どが挙げられる。
【0011】また、電子導電剤の例としては、ケッチェ
ンブラック,アセチレンブラック等の導電性カーボン;
SAF,ISAF,HAF,FEF,GPF,SRF,
FT,MT等のゴム用カーボン;酸化処理を施したイン
ク用カーボン,熱分解カーボン,天然グラファイト,人
造グラファイト;酸化スズ,酸化チタン,酸化亜鉛等の
導電性金属酸化物;ニッケル,銅,銀,ゲルマニウム等
の金属などを挙げることができる。
【0012】これらの導電剤は単独で用いてもよく、二
種以上を組み合わせて用いてもよい。また、その添加量
は特に制限はないが、上記イオン導電剤の場合、前記発
泡弾性体100質量部に対して、通常0.01〜5質量
部、好ましくは0.05〜2質量部の範囲で選ばれる。一
方、電子導電剤の場合、ゴム系弾性体100質量部に対
して、1〜50質量部、好ましくは5〜40質量部の範
囲で選ばれる。なお、この導電性弾性層には、前記導電
剤以外に必要に応じて公知の充填剤や架橋剤など、他の
ゴム用添加剤を適宜添加することができる。
【0013】また、本発明においては、トナー供給ロー
ラの導電性発泡弾性体をポリウレタンフォームで形成す
る場合、該ローラ表面への析出物がトナーを融着させる
ことがないように、ポリウレタンフォームのアセトン抽
出率を5質量%以下とすることが好ましいので、添加す
る導電剤の配合量を十分に吟味することが必要である。
すなわち、揮発量の多いカーボンブラック(例えばチャ
ンネルブラック)を多量配合するとアセトン抽出率が増
大し、一方、吸油量の大きいカーボンブラック(例えば
アセチレンブラックや高ストラクチャのオイルファーネ
スブラック)を配合するとアセトン抽出率を低下させる
ことができる。
【0014】本発明のトナー供給ローラは、例えば、現
像装置の一例である図1に示すレーザープリンターの現
像部に搭載して使用することができる。図中の符号1は
感光体であり、その表面を1次帯電器2で一様に帯電し
た後、図示しない制御部から送信されてくる画像信号を
LEDアレイプリントヘッド3を用いて光信号に変換し
て、これを感光体1の表面に露光して静電潜像を形成す
る。この静電潜像は、トナーカートリッジ4に収納され
ており、トナー供給ローラ5および現像ローラ6を介し
て感光体1に供給されるトナーによって現像されてトナ
ー像が形成される。感光体1の表面に形成されたトナー
像は、ペーパーマガジン7から供給されるペーパー面に
転写帯電器8によって転写され、熱定着器9により定着
され、ペーパーは矢印方向に搬送、排出される。転写後
の感光体1はクリーニングユニット10によって初期状
態に戻る。
【0015】本発明の現像装置に使用する現像ローラ
は、導電性であり、従来導電性現像ローラとして通常用
いられているものと同様に、良導電性シャフトの外側に
導電性弾性層を形成したものである。上記導電性弾性層
には、適当なゴム状弾性体に上記のような導電剤を添加
して導電性を付与した弾性材料が用いられる。ここで、
ゴム状弾性体については特に制限はなく、従来導電性現
像ローラにおいて慣用されているものの中から任意に選
択して用いることができる。このゴム状弾性体として
は、例えばニトリルゴム,エチレンプロピレンゴム,エ
チレンプロピレンジエンゴム,スチレンブタジエンゴ
ム,ブタジエンゴム,イソプレンゴム,天然ゴム,シリ
コーンゴム,ウレタンゴム,アクリルゴム,クロロプレ
ンゴム,ブチルゴム,エピクロルヒドリンゴムなどを挙
げることができる。これらは単独で用いてもよく二種以
上を組み合わせて用いてもよいが、これらの中で特にニ
トリルゴム,ウレタンゴム,エピクロルヒドリンゴム,
エチレンプロピレンゴム,エチレンプロピレンジエンゴ
ム,シリコーンゴムが好適である。
【0016】本発明に係る現像ローラにおいては、感光
体の汚染防止などのために、例えばアルキッド樹脂,フ
ェノール樹脂,メラミン樹脂およびそれらの混合物など
の架橋性樹脂からなる厚さ1〜100μmの樹脂被覆層
がローラ表面に設けることが好ましい。これらの架橋性
樹脂には、所望により、荷電制御剤,滑剤,導電剤,そ
の他の樹脂など、種々の添加剤を含有させることができ
る。樹脂被覆層は、通常は、架橋性樹脂,架橋剤および
各種添加剤を溶解または分散させてなる塗工液(溶媒と
してメタノール等のアルコール系溶媒、メチルエチルケ
トン等のケトン系溶媒などを使用)をディッピング法,
ロールコーター法,ドクターブレード法,スプレー法な
どにより、弾性層上に塗布したのち、常温あるいは50
〜170℃程度の温度で乾燥し、架橋硬化させて形成す
ることができる。
【0017】
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に
説明するが、本発明の主旨を超えない限り、本実施例に
限定されるものではない。 実施例1〜3および比較例1〜12 図1に示したプリンターに、現像ローラAと、トナー供
給ローラB,C,D,E,F,G,H,I,J,K,
L,M,N,OまたはPとを組み合わせて組み込み、恒
温・恒湿(25℃・50%RH)の環境にて画像を作像
し、その画像の画質評価を行った。
【0018】ここで用いた現像ローラAは、以下に示し
た方法で作製した。グリセリンにプロピレンオキシドと
エチレンオキシドとを付加し、分子量5000としたポ
リエーテルポリオール(OH価:33mgKOH/g)
100部(質量部、以下同じ)に、1,4−ブタンジオ
ール1.0部、ニッケルアセチルアセトナト0.5部、ジブ
チルチンジラウレート0.01部および過塩素酸ナトリウ
ム0.005部を加え、混合機を用い混合してポリオール
組成物を調製した。このポリオール組成物を減圧下に撹
拌して脱泡した後、ウレタン変性MDI(ジフェニルメ
タンジイソシアネート)を17.5部加えて2分間撹拌し
た。次に、これを、金属シャフトを予め110℃に加熱
した金型に注型し、110℃で2時間硬化させて金属シ
ャフトの外周に導電性弾性層を形成してローラを得た。
得られたローラの表面を研磨して、表面をJIS 10
点平均粗さ4.0μmRzに調整した。
【0019】次に、樹脂被覆層を形成する樹脂として、
オイルフリーアルキッド樹脂(大日本インキ社製、M6
402)およびメラミン樹脂(大日本インキ社製、スー
パーベッカミンL−145−60、固形分率60質量
%)を用い、オイルフリーアルキッド樹脂とメラミン樹
脂とを固形分重量比80/20となるように溶媒である
メチルエチルケトンに混合し、固形分濃度が20質量%
となるように調整した。この混合物の固形分100質量
部に対して20質量部(20phr)のカーボン(De
gussa社製、PrintexL6:平均粒子径18
nm)を混合し、ペイントシェーカーを用いて分散さ
せ、塗工液を調製した。この塗工液中に、上記ローラを
浸漬し引き上げ、これを130℃にて3時間加熱し、硬
化した樹脂被覆層を有する現像ローラAを作製した。得
られた現像ローラAのローラ外径は16.0mmであっ
た。
【0020】また、ここで用いたトナー供給ローラB,
C,D,E,F,G,H,I,J,K,L,M,N,O
およびPは、その主原料となるポリオールプレポリマー
を以下に示した方法で調製し、作製した。グリセリンに
エチレンオキシド15質量%とプロピレンオキシド85
質量%を付加した分子量5000であるポリエーテルポ
リオールをべ一スポリオールとした固形分約28%のポ
リマーポリオール20質量部と、グリセリンにエチレン
オキシド75質量%とプロピレンオキシド25質量%を
付加した分子量3400である親水性ポリエーテルポリ
オール40質量部と、グリセリンにエチレンオキシド1
5質量%とプロピレンオキシド85質量%を付加した分
子量4800であるポリエーテルポリオール40質量部
とを組み合わせてトータル重量で90gとしたものに、
2,4−トリレンジイソシアネートと2,6−トリレン
ジイソシアネートを重量比で8:2の混合物20gを混
合し、十分に攪拌した後、60℃に保温し、12時間ご
とに攪拌を繰り返し、48時間後にポリエーテルポリオ
ールのプレポリマーを得た。このプレポリマー110g
に、水20g、テトラメチルエチレンジアミン( アミン
触媒) 0.1g、末端に水酸基を導入したシリコーン整泡
剤2.5gを混合した。
【0021】この混合物を、円筒の内面両端付近の所定
位置に円環状の凸部を有し、内表面がテフロン(登録商
標)でコーティングされ、端部が取り外し可能な蓋によ
り封鎖され、かつ中心部に硫黄快削鋼に亜鉛メッキを施
したシャフトを配置した円筒形の型に規定量(型の容積
に対応する値で、標準規定量を1とする)に対して0.9
〜1.5倍の範囲で注入量を調整して注入し、蓋を閉じ
て、70℃に調整した熱風オーブン中に8〜10時間放
置して、種々の硬度のポリウレタンフォームからなるト
ナー供給ローラを得た。また、円筒形の型として、その
円筒の内面に形成した円環状の凸部の高さ、幅、ローラ
両端からの距離を変えたものを準備し、ローラ表面に設
ける円環状の溝の深さ、幅、ローラ両端からの距離が異
なる種々のトナー供給ローラB,C,D,E,F,G,
H,I,J,K,L,M,N,OおよびPを得た。トナ
ー供給ローラPは、トナー供給ローラBと同様のローラ
表面に、シリコーン系塗料を塗布加工して表面摩擦抵抗
を低減したものである。トナー供給ローラB〜Pの、円
環状の溝以外の部分の外径は16.0mmとした。トナー
供給ローラB〜Pは、図2に示すように、金属製の回転
軸11の周囲に発泡弾性体のローラ12を配した発泡弾
性ローラに構成されている。図2において、12bは円
環状の溝である。本実施例では、このトナー供給ローラ
を図1に示したプリンターのトナー供給ローラ5として
配置して、画像形成テストを行った。
【0022】また、本実施例では、図3に示す測定方法
によって、トナー供給ローラの圧縮バネ定数を、ローラ
の周方向およびローラの長手方向に亘って測定した。図
3に示すように、トナー供給ローラ5の回転軸11をV
ブロック13にて水平に同定し、ローラ12上部に設置
したフォースゲージ14を下方向に一定速度(0.1mm
/sec)で移動させて、フォースゲージ14の先端部
に設けた直径13mmの円板状圧縮治具(円板圧子)1
5によって約1.0mmの深さまで圧縮し、測定された応
力−歪曲線から、バネ定数を算出する方法にて行った。
本測定は、ローラ長手方向に対しては30mm間隔で、
ローラ周方向に対しては30度間隔で行い、平均値とし
て算出した。また、新東科学(株)製の摩擦試験機「H
EIDONトライボギア」を用い、図4に示す方法に従
って、トナー供給ローラの表面摩擦抵抗を測定した。図
4に示すようにトナー供給ローラ5を可動ステージ16
に固定し、摩擦速度100mm/分にて矢印の方向に移
動させた。摩擦の相手材は直径12mmのアクリル製丸
棒17であり、トナー供給ローラ5に対して直角方向に
配置し、負荷荷重19により負荷を0.1Nとして摩擦さ
せた。このときの摩擦抵抗をロードセル18により測定
した。摩擦の相手材としてアクリル材を選択したのは、
トナーの主成分がアクリル材に類似しており、この組み
合わせによる摩擦が、トナー供給ローラとトナーとの摩
擦を模擬するものとなるからである。
【0023】本実施例に用いたトナー供給ローラは、図
3に示した方法によって、圧縮バネ定数測定を実施し、
さらに図4に示した方法によって、表面摩擦抵抗を測定
してから、図1に示したプリンターのトナー供給ローラ
5として配置して、画像形成テストを行った。また、現
像ローラ6として、現像ローラAを配置した。画像形成
テストは、A4サイズの用紙を縦方向に送り、恒温・恒
湿(25℃・50%RH)環境下で、濃灰色ベタ画像を
10枚印刷することにより行った。結果を表1に示す。
【0024】
【表1】
【0025】
【発明の効果】本発明によれば、トナー供給ローラと現
像ローラとの間でトナーが摩擦される際にローラ中央か
らローラ両端方向へ押し広げられるトナーに対してロー
ラ表面両端付近に形成された円環状の溝がトナー移動の
際のトナー溜まりとなり、トナー移動量が調整される結
果、ローラ長手方向全域に亘って一定量のトナーを現像
ローラへ供給することができ、さらにローラ表面の摩擦
抵抗係数および発泡弾性体層の硬度が適性となり、トナ
ー供給ローラの現像ローラへの押し付けおよび摩擦が好
適となり、トナー供給ローラと現像ローラとの間で行な
われるトナー搬送、トナー帯電やトナー掻き取りが好適
に行なわれるので、ピッチむらや濃度むらなどの欠陥の
ない良好な画像を形成することができる。従って、本発
明のトナー供給ローラを搭載した現像装置によれば、良
好な画像を確実に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る現像装置の一例であるレーザー
プリンターの現像部の概略図である。
【図2】 本発明に係るトナー供給ローラの概略斜視図
である。
【図3】 実施例に示したトナー供給ローラの圧縮バネ
定数の測定法を示す概略図である。
【図4】 実施例に示したトナー供給ローラの表面摩擦
抵抗の測定法を示す概略図である。
【符号の説明】
1:感光体 2:1次帯電器 3:LEDアレイプリントヘッド 4:トナーカートリッジ 5:トナー供給ローラ 6:現像ローラ 7:ペーパーマガジン 8:転写帯電器 9:熱定着器 10:クリーニングユニット 11:回転軸 12:発泡弾性体ローラ 12b:円環状の溝 13:Vブロック 14:フォースゲージ 15:圧縮治具(円板圧子) 16:可動ステージ 17:アクリル製丸棒 19:負荷荷重

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面に担持したトナーを画像形成体に搬
    送することにより可視画像を形成する現像ローラに当接
    して、該現像ローラにトナーを供給するトナー供給ロー
    ラであって、シャフトと該シャフトの外周に形成された
    発泡弾性体層からなり、該発泡弾性体層表面のローラ長
    手方向両端から10〜30mmの位置に、深さが0を超
    え1mm以下で、幅が1〜5mmの円環状の溝が形成さ
    れ、ローラ表面の摩擦抵抗係数が0.4〜3.0であり、か
    つ発泡弾性体層の圧縮バネ定数が0.25〜5.0N/mm
    であることを特徴とするトナー供給ローラ。
  2. 【請求項2】 円環状の溝が、発泡弾性体層表面のロー
    ラ長手方向両端から20〜30mmの位置にあり、深さ
    が0.5〜1mmで、幅が1〜3mmのものである請求項
    1に記載のトナー供給ローラ。
  3. 【請求項3】 シャフトが良導電性シャフトであり、発
    泡弾性体層が導電性発泡弾性層である請求項1または2
    に記載のトナー供給ローラ。
  4. 【請求項4】 請求項1〜3のいずれかに記載のトナー
    供給ローラを搭載した現像装置。
  5. 【請求項5】 請求項4に記載の現像装置を装着した画
    像形成装置。
JP2001215059A 2001-07-16 2001-07-16 トナー供給ローラおよび現像装置 Pending JP2003029524A (ja)

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