JP2004101717A - 発泡導電性ローラ、その製造方法及びそれを用いた電子写真装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】電子写真の画像形成用導電性ローラにおいて、ローラの表面平滑性に優れ、表面電気抵抗が均一でかつ耐久性の良好なローラを提供する。また、本ローラの製造方法、本ローラを用いた電子写真装置も提供する。
【解決手段】発泡導電性ローラの表面空孔部に、少なくとも加熱により発泡する粒子を充填し、型内で加熱発泡することにより構成される。
【選択図】 図1
【解決手段】発泡導電性ローラの表面空孔部に、少なくとも加熱により発泡する粒子を充填し、型内で加熱発泡することにより構成される。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真プロセスを利用した画像形成装置に用いる帯電、転写、紙搬送、現像、クリーニングなどに用いる発泡導電性ローラ、その製造方法およびそれを用いた電子写真装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
電子写真プロセスにおいて、帯電、転写プロセスはコロナ放電を利用して行ってきた。しかし、コロナ放電時にオゾンが発生し感光体表面の劣化を進行させたり、ワイヤーの汚れが画像に影響し、画像白抜けや黒すじを生じるなどの問題があった。
【0003】
こうした欠点を補うために、従来から接触帯電、転写の方法が多く研究されている。
【0004】
従来、接触帯電方式で用いられてきた部材としては導電ゴムを用いたソリッドの帯電ローラが主に用いられてきた。これは帯電部材の表面に凹凸などの表面欠陥が存在すると、部分的な帯電の不均一性をもたらしてしまうためであった。しかしながら、帯電部材をソリッドのゴムローラなどにすると、ローラ硬度を下げるのが困難になるために、帯電音が発生するなどの問題が生じる。
【0005】
また、放電を介さずに、接触帯電部材から被帯電体へ電荷が直接注入されることで、被帯電体表面を帯電する機構である注入帯電方式が、特開平06−003921号公報などで提案されている。
【0006】
中抵抗の接触帯電部材が被帯電体表面に接触して、放電現象を介さずに、つまり放電機構を基本的に用いないで、被帯電体表面に直接電荷注入を行うものである。よって、接触帯電部材への印加電圧が放電闘値以下であっても、被帯電体を印加電圧相当の電位に帯電することができる。この直接注入帯電機構はイオンの発生を伴わないため放電生成による弊害は生じない。
【0007】
より具体的には、帯電ローラ、帯電ブラシ、帯電磁気ブラシなどの接触帯電部材に電圧を印加し、被帯電体(像担持体)表面にあるトラップ順位または電荷注入層の導電粒子などの電荷保持部材に電荷を注入して直接注入帯電を行う機構である。放電現象が支配的でないため、帯電に必要とされる電圧は所望する像担持体表面のみであり、オゾンの発生も無い。特に帯電ローラを用いた場合、注入帯電に十分な帯電時間を得るために帯電ニップを広くする必要があり、弾性発泡ローラを用いることは有効な手段である。
【0008】
図6に上述の各帯電方式の帯電特性を示す。
【0009】
Aの点線のデータが放電帯電方式によるもので、Bの実線が注入帯電方式によるものである。注入帯電方式では放電闘値が存在せず、印加電圧とドラム表面電位がほぼ一致している。
【0010】
一方、転写方式においては、近年転写ローラを用いた接触転写方式が広く用いられている。この場合、転写時における転写ローラ表面と感光体ドラム表面との圧接面で形成されるニップ領域を安定させるために、また転写と同時に、転写材の搬送力を得るために、導電粉を分散した弾性発泡体を用いて、硬度を減少させたものが用いられるようになってきた。
【0011】
その発泡導電性ローラの1例として、導電粉を分散した発泡ゴムで形成されるチューブを芯金に挿入し、そのチューブ表面を研磨砥石を用いて研磨し、最後に研磨粉をエアー、ブラシなどで除去することによって製造されたものがある。またこうして製造したローラは用途に応じて、表層に導電性の塗料を塗工することによってローラ抵抗を調節して用いるものもある。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の発泡導電性ローラにおいては、発泡の程度によってローラ硬度を下げようとすると、発泡体の空孔部の径を大きくする必要があった。その結果、研磨後のローラ表面に現われる発泡体の空孔部の径が大きくなることによって、感光ドラムなどの接触が均一にならないため、安定した帯電性が得られないという問題があった。
【0013】
また、ローラ表面の発泡体空孔部に導電性粉体を充填することにより、表面を平滑化するとともに空孔部も導電性とする方法などもある。しかしこの方法は充填した導電性粉体がローラ使用時に抜け落ちるという問題点があった。また導電性粉体をバインダー樹脂などに分散させてローラ表面に接着すると抜け落ちることは軽減されるが抵抗値が増大するという問題点があった。
【0014】
そこで本発明は、上記事情に鑑みて発明されたものであり特にローラの表面平滑性を任意にコントロール出来、表面電気抵抗が均一でかつ耐久性の良好な導電性ローラを提供することを目的とする。
【0015】
また、本発明の他の目的は、このような発泡導電性ローラの製造方法を提供することにある。
【0016】
また、本発明のさらに他の目的は、このような発泡導電性ローラを用いた電子写真装置を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明は発泡導電性ローラの表面の空孔部に加熱により膨張する粒子を充填し、型内で加熱し膨張させることで表面の平滑性を任意にコントロールし、併せて導電性付与物質をも付与し良好な導電性を保持する発泡導電性ローラを提供するものである。
【0018】
以下本発明を図面を用いて説明する。
【0019】
図1は、本発明による発泡導電性ローラの断面を模式的に表わした図である。13は導電性付与物質、12は加熱により膨張した粒子、11は充填されている空孔部である。14は導電性付与物質及び加熱により膨張した粒子が充填されてない空孔部である。15は発泡導電性ローラの非空孔部である。
【0020】
型を用いない場合の帯電ローラ表面の状態の概念図を図2に示す。
【0021】
型を用いない場合には、スポンジのセル部の方が発泡粒子が多数入り込んでいるために、加熱後、セル部の方が盛上がってしまい、それが、マクロな形状ムラを引き起こし、不均一な帯電を行ってしまう。しかし、型を用いることにより、図1に示すように、型の内面がその盛り上がりを押さえ、均一なローラ表面を作ることが出来る。さらに、型により発泡粒子に圧力がかかることによって、発泡粒子を破裂させてもよい。
【0022】
また、この型の内面形状を所望のものとすることで、好みの表面状態や外径形状を持つロールを得ることが出来る。
【0023】
例えば、ローラ表面に規則正しいムラを作ったり、ローラの外径に変化を付けることも可能である。
【0024】
発泡導電性ローラは、バインダー成分、導電性付与物質及び発泡剤を混練し、ローラ形状にし、加硫及び発泡化処理を行って形成させる。
【0025】
バインダー成分としては、天然ゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロプレンゴム、アクリロゴム、エチレンプロピレンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、塩素ゴムなどの合成ゴムあるいは樹脂などのいずれでもよい。
【0026】
導電性付与物質としては電子伝導機構により導電性が発現されるものが環境安定性の面から好ましい。具体的には、カーボンやグラファイト系の粉末あるいは繊維物質、銅、ニッケル、銀などの導電性金属粉末あるいは繊維物質、酸化スズ、酸化チタン、酸化インジウムなどの金属酸化物の粉末あるいは繊維状物質、各種フィラーに金属メッキを施して導電性を付与した物質、ポリピロール、ポリアセチレン、ポリアニリンなどの有機系の導電性微粉末、微粒子や繊維状物質などがありこれらの中から1種あるいは数種類選択され用いることができる。
【0027】
これら導電性付与物質としては、電気抵抗値が10−3〜109Ω・cmのものが一般に好適である。
【0028】
加熱により膨張する粒子は、ポリスチレン、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、ポリアミド樹脂、ポリアクリル酸エステル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレートなどの熱可塑性樹脂をカプセル壁とする中空粒子に、イソブタン、n−ペンタンなどの揮発性膨張剤を内包し、加熱により膨張するものである。その具体例としては、例えばマツモトマイクロスフェアーF−30、F−50、F−80シリーズ(松本油脂製薬株式会社製、商品名)、エクスパンセル(エクスパンセル社)などがある。これら加熱により膨張する粒子の粒径は0.1〜200μmが好ましく、更に好ましくは0.5〜100μmである。0.1μmより小さいと充分に膨張せず、また200μmより大きいとローラ表面を不均一にし、平滑性を下げたり帯電性能を不均一にし好ましくない。
【0029】
本発明による発泡導電性ローラの製造に際しては、種々の方法が挙げられる。例えば、
1.発泡ゴムで形成された導電性ローラ表面の発泡体の空孔部に加熱により膨張する粒子を充填後型内で加熱し加熱により膨張する粒子を膨張させる。
【0030】
2.発泡ゴムで形成された導電性ローラ表面の発泡体の空孔部に導電性付与物質及び加熱により膨張する粒子を充填後型内で加熱し加熱により膨張する粒子を膨張する。
【0031】
3.発泡ゴムで形成された導電性ローラ表面の発泡体の空孔部に加熱により膨張する粒子を充填後型内で加熱し加熱により膨張する粒子を膨張させた後導電性付与物質を充填する。
【0032】
4.発泡ゴムで形成された導電性ローラ表面の発泡体の空孔部に導電性付与物質を充填後加熱により膨張する粒子を充填、型内で加熱し加熱により膨張する粒子を膨張させる方法などがある。
【0033】
目的がローラ表面の形状変更のみを主とするならば上記1の方法が好ましく、併せて導電性の付与、向上をも目的とするならば上記2,3,4の方法を用いるのが好ましい。
【0034】
加熱により膨張する粒子、導電性付与物質を発泡導電性ローラに充填する具体的方法としては、加熱により膨張する粒子、導電性付与物質を適当な溶媒に分散または溶解し発泡導電性ローラをその分散液に含浸または分散液をローラ表面にコーティングさせる方法が好ましい。含浸する際は、超音波を用いたり、あらかじめローラ内の気泡を抜いておくことは有効である。
【0035】
分散する溶媒は、導電性付与物質、加熱により膨張する粒子が劣化せず分散が良好にできれば特に限定されない。好ましくは、水、トルエン、キシレン、アルコール類、グリコール類、ヘキサンなどが挙げられる。この溶媒中に界面活性剤、消泡剤、酸化防止剤、着色剤、紫外線吸収剤を適宜添加しても構わない。また発泡導電性ローラの抵抗値を劣化させない範囲でバインダーを添加したりしても構わない。
【0036】
導電性付加物質と加熱により膨張する粒子の割合は0:100〜96:4(重量比)、さらに好ましくは0:100〜90:10(重量比)である。目的が表面形状の変更のみであれば導電性付与物質を添加する必要はなく、併せて導電性の付与、向上をも目的であれば上記の重量比で導電性付与物質と加熱により膨張する粒子を用いれば良い。導電性付与物質を用いる場合、その量が上記の値より多くても効果は変わらずコストが増し好ましくない。
【0037】
発泡導電性ローラの表面の空孔部に充填された加熱により膨張する粒子を膨張させるには、膨張粒子を空孔部に充填したローラを型内に入れ、熱風を吹き付けるのが好ましい。その温度および時間は加熱により膨張する粒子の種類によっても異なるが、温度は概ね80℃から200℃、時間は概ね1分から15分の範囲が好ましい。
【0038】
このようにして作られる発泡導電性ローラは、放電機構を用いる電子写真装置の帯電ローラ、放電機構を用いずに電荷を直接受け渡しする注入帯電機構を用いる電子写真装置の帯電ローラ、及び転写ローラに用いることができ、各々の用途に合わせて電気抵抗(芯金から導電性ローラ表面間)を調整することが好ましい。
【0039】
<装置1:放電帯電方式装置>
放電帯電機構を用いる電子写真装置を図3を用いて説明する。
【0040】
図3は本発明による発泡導電性ローラを接触帯電部材として用いた電子写真装置の一例である。
【0041】
図において、1は被帯電体としてのドラム型の電子写真感光体であり、図面上矢印の時計方向に所定の周速度をもって回転駆動される。
【0042】
2はこの感光体1の面に接して感光体面を所定の極性、電位に一様に一次帯電処理するローラタイプの帯電部材である。帯電部材2は芯金2aと、その外周に形成した発泡導電性ローラ2bとさらにその外周に形成した表面層2dからなり、芯金2aの両端部を不図示の軸受け部材に回転自在に軸受けさせてドラム型の感光体1に並行に配置してバネなどの不図示の押圧手段で感光体1の面に対して所定の押圧力をもって圧接され、感光体1の回転駆動に伴い従動回転、または周速差をもたせたり、反転回転させたりする。
【0043】
そして電源S1で芯金2Cに所定の直流バイアス、あるいは直流+交流バイアスが印加されることで回転感光体1の周面が所定の極性、電位に接触帯電される。
【0044】
帯電部材2で均一に帯電処理を受けた感光体1面は次いで露光手段Lにより目的画像情報の露光(レーザビーム走査露光、原稿画像のスリット露光など)を受けることで、その周面に目的の画像情報に対応した静電潜像が形成される。
【0045】
その潜像は次いで現像手段3によりトナー画像として順次に可視像化されていく。
【0046】
このトナー画像は、次いで、転写手段4により不図示の給紙手段部から感光体1の回転と同期どりされて適正なタイミングを持って感光体1と転写手段4との間の転写部へ搬送された転写材Pの面に順次に転写されていく。本例の転写手段4は転写ローラであり、転写材Pの裏からトナーと逆極性の帯電を行うことで感光体1面側のトナー画像が転写材Pの表面に転写されていく。
【0047】
トナー画像の転写を受けた転写材Pは感光体1面から分離されて定着手段5へ先送されて像定着を受け、画像形成物として出力される。
【0048】
像転写後の感光体1面はクリーニング手段6で転写残りトナーなどの付着汚染物の除去を受けて清浄面化されて繰り返して作像に供される。
【0049】
本発明においては図3に示されるように、感光体、帯電部材、現像手段及びクリーニング手段のような電子写真装置の複数の要素がプロセスカートリッジに一体的に組み込まれることもできる。そうすることで、プロセスカートリッジは装置本体に対して着脱可能とすることができる。例えば、帯電部材として使用される本発明の発泡導電性ローラ及び必要に応じて現像手段及びクリーニング手段の少なくとも1つを感光体と共にプロセスカートリッジに一体的に組み込み、装置本体のレールなどの案内手段を用いて着脱自在に構成できる。
【0050】
本方式の帯電ローラに用いる発泡導電性ローラの抵抗値(芯金からローラ表面の間)は、105〜107Ω(250V印加時)が好ましい。
【0051】
<装置2:注入帯電方式装置>
次に放電機構を用いずに電荷を直接受け渡しする、注入帯電方式の電子写真装置について図4を用いて説明する。
【0052】
注入帯電の特徴は帯電部であり、それ以外については、上で述べた放電機構の電子写真装置と同じである。
【0053】
具体的には、本発明のローラは、ローラ表面が、発泡粒子により、微細な構造を構成し、かつ平滑な面を構成しているので、ローラ表面に後述の帯電促進粒子を保持しながら、まんべんなく感光体表面を摺擦し、十分に帯電部材表面と感光体表面が接触することが出来、直接電荷の受け渡しが可能となる。
【0054】
従って、注入帯電方式においては従来の放電を主にローラ帯電では得られなかった高い帯電性能が得られ、帯電部材に印加した電位とほぼ同などの電位を被帯電体に与えることができる。よって、帯電に必要なバイアスは被帯電体に必要な電位相当の電圧で十分であり、放電現象を用いない安定かつ安全な直接帯電(注入帯電)が実現できる。また本方式では導電性付与物質を有したローラも用いることができる。この場合導電性付与物質としては球形のものが、感光体表面を劣化させずまた帯電性も良好なため好ましい。
【0055】
ここで、本発明のローラ表面が発泡粒子のみで形成される場合は、以下の帯電促進粒子が必要である。
【0056】
ただし、導電性付与物質を有したローラは導電性付与物質が帯電促進粒子と同などな働きをするので、あえて帯電促進粒子を用いなくても良い。
【0057】
[帯電促進粒子]
本実施例では、比抵抗が1.7×103Ω・cm、平均粒径4.5μmの導電性酸化亜鉛粒子32を用いた。粒子の材料としては、他の金属酸化物などの導電性無機粒子や有機物との混合物など各種導電粒子が使用可能である。ここで、粒子抵抗は粒子を介した電荷の授受を行うため比抵抗としては1012Ω・cm以下が望ましい。粒子の抵抗測定は、錠剤法により測定し正規化して求めた。底面積2.26cm2の円筒内に凡そ0.5gの粉体試料を入れ上下電極に15kgの加圧を行うと同時に100Vの電圧を印加し抵抗値を計測、その後正規化して比抵抗を算出した。
【0058】
また、粒径は良好な帯電均一性を得るために50μm以下が望ましい。粒径の下限値は、粒子が安定して得られるものとして10nmが限界である。本発明において、粒子が凝集体として構成されている場合の粒径は、その凝集体としての平均粒径として定義した。粒径の測定には、光学あるいは電子顕微鏡による観察から、100個以上抽出し、水平方向最大弦長をもって体積粒度分布を算出しその50%平均粒径をもって決定した。
【0059】
[帯電器の動作]
本発明の帯電器2の動作について説明する。本実施例では、被帯電体を電子写真用感光体を想定して記述する。被帯電体である感光体1はφ30mmのドラム状であり一定速度で回転する。この表面を一様に帯電する帯電器とし本発明の帯電器を使用した。
【0060】
予め帯電促進粒子を表面に塗布した帯電ローラ2(B方向)はローラ表面が感光体(A方向)と互いに逆方向に移動するよう駆動している。よって、感光ドラムへの接触部(帯電ニップ)では帯電ローラ表面に存在する微小な突起に帯電促進粒子が保持されながら、帯電ローラ表面があらゆる形状で感光体表面に接触することで感光体表面への接触性が向上している。
【0061】
そして、ローラ芯金2aに−700Vの直流電圧を印加した。これにより、感光体表面は印加電圧とほぼ等しい電位に帯電される。本実施例において注入帯電は、帯電ローラと感光体の接触ニップに存在する帯電ローラ表面の突起とそこに保持される帯電促進粒子が感光体表面を隙間無く摺擦することで直接帯電が行われるのである。
【0062】
このような構成の帯電器で感光体の帯電を行ったところ、帯電ローラの表面の発泡粒子による微小な突起と帯電促進粒子が感光体に接触し帯電部材表面がより密に均一に感光体に接触することが出来、良好な帯電均一性が得られた。
【0063】
<装置3:注入帯電方式クリーナレス装置>
本実施形態は、特にクリーニング装置を持たない画像形成装置に本発明の帯電ローラを注入帯電方式で適用したものである。本発明の帯電ローラを用いることで、特にクリーニング装置を持たない画像形成装置においても転写残トナーによる弊害の無い良好な出力画像を得ることが出来る。
【0064】
[装置構成]
本実施例は、ドラムクリーニングを装備することなく、トナーリサイクルを可能にした電子写真画像形成装置である。本記録装置は図5に示されるように、感光ドラム1の周囲に配置された、帯電器2、露光装置L、現像器3、転写帯電器4、定着器5から構成される。ここで、感光ドラム1、帯電器2、現像器3は一体型のカートリッジ7に内包される構成をとっているが、装置形態はこれに限定するものではない。
【0065】
現像によりドラム上に得られた画像は記録材に転写されるが、トナーの一部は転写残としてドラムに残ることになる、従来トナーは絶縁体であるため、ドラムの帯電において帯電不良が生じる。しかし、本構成においては帯電器表面に予め塗布した帯電促進粒子が存在することと、現像剤に混合した帯電促進粒子が現像および転写行程を経て帯電器に供給されることにより、帯電器にトナーが混入した場合でも、感光体への接触性と接触抵抗を維持できるため直接注入による帯電を行うことができる。そして、帯電促進粒子が帯電器から脱落しても現像剤として供給され続けるため、帯電性を安定して維持することが可能になる。次に詳細について述べる。
【0066】
[帯電装置]
本発明の帯電器は、主に導電性弾性ローラ21(以降、帯電ローラと称する)及び帯電促進を目的とした導電性粒子32(以降、帯電促進粒子と称する)から構成される。帯電ローラ21表面には、初期より良好な帯電状態にしておくために、予め帯電促進粒子32を塗布しておく。構成としては、弾性ローラを回転駆動あるいは固定して感光体と帯電部材に速度差を設けることになる。好ましくは転写残トナーを一時的に回収し均すために、帯電部材を回転駆動し、さらに、その回転方向は感光体表面の移動方向とは逆に回転するように構成することが望ましい。
【0067】
特に、本発明では予め帯電ローラ表面に帯電促進粒子を塗布し、さらにトナーとともに帯電促進粒子を安定して帯電器に供給することにより装置使用の全くの初期より、長期の使用後まで安定した帯電性を維持することができる。
【0068】
[帯電促進粒子]
本実施例で用いた帯電促進粒子32は、特に感光体の帯電に用いる場合に潜像露光時に妨げにならないよう、無色あるいは白色に近い粒子が適切である。さらに、カラー記録を行う場合、帯電促進粒子32が感光体上から記録紙Pに転写した場合を考えると無色、あるいは白色に近いものが望ましい。また、画像露光時に粒子による光散乱を防止するためにもその粒径は構成画素サイズ以下であることが望ましい。
【0069】
本実施例では、帯電促進粒子として先の実施形態2で示した酸化亜鉛粒子を用いた。
【0070】
[現像器]
現像器は一成分磁性トナーによる現像器を例に説明するが、現像器構成について特に限定するものではない。現像器3はマグネットロール3cを内包した現像スリーブ3a、規制ブレード3dから構成される。現像器内のトナーはスリーブ上を搬送される過程において、規制ブレード3dで層厚規制及び電荷付与され、現像部位に導入され、感光ドラム1上に形成された静電潜像を現像する。
【0071】
[現像剤]
現像剤3aは結着樹脂、磁性体粒子、電荷制御剤を混合し、混練、粉砕、分級の各行程を経て作成し、更に前述の現像器用帯電促進粒子や流動化剤を外添剤としてトナーに添加し作成されたものである。ここで、トナーの重量平均粒径(D4)は7μであった。一方、導電性酸化亜鉛粒子32の粒径は4.5μで添加量は重量部で2部である。
【0072】
[帯電器の動作]
本発明の帯電器の動作について説明する。感光体1はφ30mmのドラム状であり、周速が50mm/secの一定速度で回転する。帯電ローラ21はローラ表面が感光体と互いに逆方向に等速度で移動するよう凡そ80rpmで駆動し、そのローラ芯金2aに−700Vの直流電圧を印加した。これにより、感光体表面は印加電圧と等しい電位に帯電される。また、従来の構成では帯電促進粒子は現像剤に混合して供給されるため、印字初期においては帯電ローラ表面に帯電促進粒子が供給されず帯電が行えないので塗布しておく必要があったが本構成では、発泡導電性ローラに初期より導電性付与物質が加えられているものを用いるのであれば塗布する必要はない。
【0073】
[装置全体の動作]
次に本装置全体の動作について述べる。前述の帯電ローラ芯金2aには−700Vの直流電圧が印加され、感光ドラム1表面は印加電圧とほぼ同電位に帯電される。その後プリントパターンに応じ画像部をレーザスキャナなどの露光器Lで走査し感光ドラム1上に静電潜像を作る。その後、感光ドラム1上の静電潜像を摩擦帯電したトナー3aにより可視化する。現像された感光体1上のトナー像は最終的に記録材Pに転写され定着5により記録画像を得る。その後、転写残となったトナーはトナーリサイクルのため、帯電器表面の微小な突起により帯電器へ撹乱されつつ混入するが、本発明の帯電器ではトナーと同時に帯電促進粒子も帯電ローラに回収され保持されるため、感光ドラムに対し緻密な接触性と接触抵抗を保つことができる。従って、直接帯電が可能になる。そして、混入したトナーは徐々に帯電器からはきだされ現像器にて再度回収あるいは現像される。以上の行程を繰り返すことによりトナーリサイクルを可能にしながら、直接帯電を行い、かつそれを長期に渡り維持することができる。
【0074】
<他の感光ドラム>
[注入帯電促進ドラム]
注入帯電促進ドラムは電荷注入帯電をよりおこないやすくするものであり、ここでは、感光体表面に電荷注入層を形成する例について述べる。
【0075】
図5に本件で用いた感光体1の断面図を示す。感光体1はアルミドラム基体11上に下引き層12、正電荷注入防止層13、電荷発生層14、電荷輸送層15の順に重ねて塗工された一般的な有機感光体ドラムに電荷注入層16を塗布することにより、帯電性能を向上した感光体を用いた。電荷注入層は光硬化型のアクリル樹脂にSnO2超微粒子16a(径が約0.03μm)、テフロン(登録商標)などの滑剤、重合開始剤などを混合分散し、塗工後、光硬化法により膜形成したものである。
【0076】
電荷注入層として重要な点は、表層の抵抗にある。
【0077】
電荷の直接注入による帯電方式においては、被帯電体側の抵抗を下げることでより効率良く電荷の授受が行えるようになる。一方、感光体として用いる場合には静電潜像を一定時間保持する必要があるため、電荷注入層16の体積抵抗値としては1×109(Ω・cm)以上1×1014(Ω・cm)の範囲が適当である。また本構成のように電荷注入層を用いない場合でも、例えば電荷輸送層が上記抵抗範囲に或る場合は同等の効果が得られる。さらに、表層の体積抵抗が約1013Ωcmであるアモルファスシリコン感光体などを用いても同様な効果が得られる。
【0078】
この様な注入帯電促進ドラムを用いることで、より注入帯電性が向上する。
【0079】
本発明の発泡導電性ローラは、転写用、帯電用、除電用の他、給紙用ローラなどの搬送用として用いることができる。
【0080】
本発明の発泡導電性ローラを使用し得る電子写真装置としては、複写機、レーザビームプリンタ、LEDプリンタ、あるいは電子写真製版システムなどの電子写真応用装置などが挙げられる。
【0081】
【発明の実施の形態】
本発明で用いた加工前の発泡導電性ローラを次のようにして製造した。
【0082】
EPDM(エチレン・プロピレン・ジエン・モノマー)にケッチェンブラックと有機系の発泡剤を混練りし、得られたゴムをチューブ状に押し出して、それを加硫し、同時に発泡させた。次に、チューブの中心部分に直径5mmの芯金を挿入し表面を研磨し、外径15mm、長さ220mm、発泡体の空孔部の径が平均で80μm、抵抗が1×106Ω(250V印加時)である発泡導電性ローラA、2×105Ω(100V印加時)である発泡導電性ローラB及び抵抗が3×108Ω(2000V印加時)である発泡導電性ローラCの3本を製造した。このローラを下記製造例1〜12に示す本発明の発泡性導電ローラの製造に用いた。
【0083】
(製造例1)
発泡粒子としてマツモトマイクロスフェアーF−30D(松本油脂製薬株式会社製)の5%(重量比)IPA分散液を調製した。
【0084】
更にこの分散液中に上記発泡導電性ローラを含浸させた。含浸後のローラを型内にセットし、140℃のオーブンで5分間加熱し本発明の発泡導電性ローラを得た。
【0085】
(製造例2)
発泡粒子としてマツモトマイクロスフェアーF−50D(松本油脂製薬株式会社製)の8%(重量比)IPA分散液を調製した。
【0086】
更にこの分散液中に上記発泡導電性ローラを含浸させた。含浸後のローラを型内にセットし、150℃のオーブンで5分間加熱し本発明の発泡導電性ローラを得た。
【0087】
(製造例3)
導電性付与物質としてポリピロールの球形粒子を以下のように製造した。すなわち蒸留水1000mlにポリエチレンオキサイド(明成化学(株)製E−60)を10g攪拌しながら溶かした。更に第二塩化鉄6水和物98gを添加し溶かした。この溶液中にポリピロール10g添加し15時間攪拌した。得られた黒色溶液を遠心分離機により採取し洗浄、乾燥後12gのポリピロール粉末を得た。このポリピロール粉末の粒径は約80nmの単分散であり、その体積抵抗率は0.05Ω・cmであった。
【0088】
このポリピロール粒子の2%(重量比)IPA分散液100gとマツモトマイクロスフェアーF−30D(松本油脂製薬株式会社製)の5%(重量比)IPA分散液50gを混合調製した。
【0089】
更にこの分散液中に上記発泡導電性ローラを入れ超音波振動を与えながら含浸させた。含浸後のローラを型内にセットし、140℃のオーブンで5分間加熱し本発明の発泡導電性ローラを得た。
【0090】
(製造例4)
製造例3におけるポリピロール粒子の2%(重量比)IPA分散液に発泡導電性ローラを含浸、乾燥後更にマツモトマイクロスフェアーF−30D(松本油脂製薬株式会社製)の5%(重量比)IPA分散液に含浸漬させた。含浸後のローラを型内にセットし、140℃のオーブンで5分間加熱し本発明の発泡導電性ローラを得た。
【0091】
(製造例5)
製造例1において得られた導電性発泡ローラを更に製造例3におけるポリピロール粒子の2%(重量比)IPA含浸、乾燥して本発明の導電性発泡ローラを得た。
【0092】
(製造例6)
製造例3においてポリピロール粒子の代わりに酸化亜鉛粉末(三井金属(株)製 パストランII−2100 粒径0.3μm 体積抵抗率9.8×103Ω・cm)を用い同様に発泡導電性ローラを得た。
【0093】
(製造例7)
製造例3においてポリピロール粒子の代わりにピッチ系炭素繊維((株)ペトカ製 メルブロンミルド黒鉛グレード 平均粒径11μm 体積抵抗率8.2×10−4Ω・cm)を用い同様に発泡導電性ローラを得た。
【0094】
(製造例8)
製造例3においてポリピロール粒子の代わりに銅粉末(キシダ化学(株)製 325メッシュ 体積抵抗率7.5×10−5Ω・cm)を用い同様に発泡導電性ローラを得た。
【0095】
(製造例9)
製造例3においてポリピロール粒子の代わりにポリスチレン粒子(JSR(株)製 平均粒径1μm)に亜鉛をメッキして得られた粒子を用い同様に発泡導電性ローラを得た。
【0096】
(製造例10)
製造例4により製造されたローラをさらに製造例3に合成したポリピロール粒子の2%(重量比)IPA分散液に含浸し、乾燥させた。
【0097】
(比較製造例11)
製造例1において型を用いずに発泡導電性ローラを得た。
【0098】
(比較製造例12)
製造例7において型を用いずに発泡導電性ローラを得た。
【0099】
評価
・放電機構を用いるプリンタでの帯電ローラとしての評価(実施例1〜5、比較例1)
このようにして得たローラを先に記述した電子写真装置(装置1)の1つであるキヤノン製レーザーショットLBP−450の帯電ローラとして用いたところ良好な帯電性能を得ることが出来、高品位な画像出力が得られた。結果を表1に示す。表1において評価方法項目中の1は本評価方法であることを示す。評価結果項目中のAは高品位な画像出力が得られたことを示し、Cは画像中に不均一部が存在することを示す。
【0100】
・注入帯電機構を用いるプリンタでの帯電ローラとしての評価(実施例6〜15、比較例2)
このようにして得たローラを先に記述した電子写真装置(装置2)の注入帯電ローラとして用いたところ良好な帯電性能を得ることが出来、高品位な画像出力が得られた。結果を表1に示す。表1において評価方法項目中の2は本評価方法であることを示す。評価結果項目中のAは高品位な画像出力が得られたことを示し、Cは画像中に不均一部が存在することを示す。また、評価結果2は感光体として注入帯電促進ドラムを用いた結果である。
【0101】
・注入帯電機構を用いるクリーナレスプリンタでの帯電ローラとしての評価(実施例16〜25、比較例3)
このようにして得たローラを先に記述したクリーナレス電子写真装置(装置3)の注入帯電ローラとして用いたところ良好な帯電性能を得ることが出来、高品位な画像出力が得られた。結果を表1に示す。表1において評価方法項目中の3は本評価方法であることを示す。評価結果項目中のAは5000枚印字においても高品位な画像出力が得られたことを示し、Bは3000枚印字までの高品位名画像出力が得られたことを示し、Cは画像中に不均一部が存在することを示す。また、評価結果2は感光体として注入帯電促進ドラムを用いた結果である。
【0102】
・プリンターでの転写ローラとしての評価(実施例26〜28)
このようにして得たローラを先に述べた、LBP−450(装置1)に転写ローラとして用いたところ、従来よりもローラ表面の発泡径を緻密に出来るので、転写時の転写均一性が向上し、特に、低湿環境下や両面印字時の2面目などの転写材が高抵抗化した場合の転写の均一性が向上した。この評価をGとした。
【0103】
【発明の効果】
本発明により、表面平滑性に優れ、表面電気抵抗が均一でかつ耐久性の良好な導電性ローラが提供される。
【0104】
また、このような発泡導電性ローラの製造方法が提供される。
【0105】
更に本発明の他の目的は、このような発泡導電性ローラを用いた高画質で耐久性の良好な電子写真装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における型内で加熱により発泡した粒子及び導電性付与物質を空孔部に有したローラの模式図
【図2】図1の比較図
【図3】放電機構による電子写真装置の模式図
【図4】注入帯電機構による電子写真装置の模式図
【図5】注入帯電機構によるクリーナレス電子写真装置の模式図
【図6】注入帯電促進ドラムの断面図
【図7】帯電機構を説明するグラフ
【図8】実施例の一覧および評価結果(表1)
【符号の説明】
1 感光ドラム
2 帯電ローラ
3 現像装置
4 転写装置
5 定着装置
6 クリーニング装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真プロセスを利用した画像形成装置に用いる帯電、転写、紙搬送、現像、クリーニングなどに用いる発泡導電性ローラ、その製造方法およびそれを用いた電子写真装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
電子写真プロセスにおいて、帯電、転写プロセスはコロナ放電を利用して行ってきた。しかし、コロナ放電時にオゾンが発生し感光体表面の劣化を進行させたり、ワイヤーの汚れが画像に影響し、画像白抜けや黒すじを生じるなどの問題があった。
【0003】
こうした欠点を補うために、従来から接触帯電、転写の方法が多く研究されている。
【0004】
従来、接触帯電方式で用いられてきた部材としては導電ゴムを用いたソリッドの帯電ローラが主に用いられてきた。これは帯電部材の表面に凹凸などの表面欠陥が存在すると、部分的な帯電の不均一性をもたらしてしまうためであった。しかしながら、帯電部材をソリッドのゴムローラなどにすると、ローラ硬度を下げるのが困難になるために、帯電音が発生するなどの問題が生じる。
【0005】
また、放電を介さずに、接触帯電部材から被帯電体へ電荷が直接注入されることで、被帯電体表面を帯電する機構である注入帯電方式が、特開平06−003921号公報などで提案されている。
【0006】
中抵抗の接触帯電部材が被帯電体表面に接触して、放電現象を介さずに、つまり放電機構を基本的に用いないで、被帯電体表面に直接電荷注入を行うものである。よって、接触帯電部材への印加電圧が放電闘値以下であっても、被帯電体を印加電圧相当の電位に帯電することができる。この直接注入帯電機構はイオンの発生を伴わないため放電生成による弊害は生じない。
【0007】
より具体的には、帯電ローラ、帯電ブラシ、帯電磁気ブラシなどの接触帯電部材に電圧を印加し、被帯電体(像担持体)表面にあるトラップ順位または電荷注入層の導電粒子などの電荷保持部材に電荷を注入して直接注入帯電を行う機構である。放電現象が支配的でないため、帯電に必要とされる電圧は所望する像担持体表面のみであり、オゾンの発生も無い。特に帯電ローラを用いた場合、注入帯電に十分な帯電時間を得るために帯電ニップを広くする必要があり、弾性発泡ローラを用いることは有効な手段である。
【0008】
図6に上述の各帯電方式の帯電特性を示す。
【0009】
Aの点線のデータが放電帯電方式によるもので、Bの実線が注入帯電方式によるものである。注入帯電方式では放電闘値が存在せず、印加電圧とドラム表面電位がほぼ一致している。
【0010】
一方、転写方式においては、近年転写ローラを用いた接触転写方式が広く用いられている。この場合、転写時における転写ローラ表面と感光体ドラム表面との圧接面で形成されるニップ領域を安定させるために、また転写と同時に、転写材の搬送力を得るために、導電粉を分散した弾性発泡体を用いて、硬度を減少させたものが用いられるようになってきた。
【0011】
その発泡導電性ローラの1例として、導電粉を分散した発泡ゴムで形成されるチューブを芯金に挿入し、そのチューブ表面を研磨砥石を用いて研磨し、最後に研磨粉をエアー、ブラシなどで除去することによって製造されたものがある。またこうして製造したローラは用途に応じて、表層に導電性の塗料を塗工することによってローラ抵抗を調節して用いるものもある。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の発泡導電性ローラにおいては、発泡の程度によってローラ硬度を下げようとすると、発泡体の空孔部の径を大きくする必要があった。その結果、研磨後のローラ表面に現われる発泡体の空孔部の径が大きくなることによって、感光ドラムなどの接触が均一にならないため、安定した帯電性が得られないという問題があった。
【0013】
また、ローラ表面の発泡体空孔部に導電性粉体を充填することにより、表面を平滑化するとともに空孔部も導電性とする方法などもある。しかしこの方法は充填した導電性粉体がローラ使用時に抜け落ちるという問題点があった。また導電性粉体をバインダー樹脂などに分散させてローラ表面に接着すると抜け落ちることは軽減されるが抵抗値が増大するという問題点があった。
【0014】
そこで本発明は、上記事情に鑑みて発明されたものであり特にローラの表面平滑性を任意にコントロール出来、表面電気抵抗が均一でかつ耐久性の良好な導電性ローラを提供することを目的とする。
【0015】
また、本発明の他の目的は、このような発泡導電性ローラの製造方法を提供することにある。
【0016】
また、本発明のさらに他の目的は、このような発泡導電性ローラを用いた電子写真装置を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明は発泡導電性ローラの表面の空孔部に加熱により膨張する粒子を充填し、型内で加熱し膨張させることで表面の平滑性を任意にコントロールし、併せて導電性付与物質をも付与し良好な導電性を保持する発泡導電性ローラを提供するものである。
【0018】
以下本発明を図面を用いて説明する。
【0019】
図1は、本発明による発泡導電性ローラの断面を模式的に表わした図である。13は導電性付与物質、12は加熱により膨張した粒子、11は充填されている空孔部である。14は導電性付与物質及び加熱により膨張した粒子が充填されてない空孔部である。15は発泡導電性ローラの非空孔部である。
【0020】
型を用いない場合の帯電ローラ表面の状態の概念図を図2に示す。
【0021】
型を用いない場合には、スポンジのセル部の方が発泡粒子が多数入り込んでいるために、加熱後、セル部の方が盛上がってしまい、それが、マクロな形状ムラを引き起こし、不均一な帯電を行ってしまう。しかし、型を用いることにより、図1に示すように、型の内面がその盛り上がりを押さえ、均一なローラ表面を作ることが出来る。さらに、型により発泡粒子に圧力がかかることによって、発泡粒子を破裂させてもよい。
【0022】
また、この型の内面形状を所望のものとすることで、好みの表面状態や外径形状を持つロールを得ることが出来る。
【0023】
例えば、ローラ表面に規則正しいムラを作ったり、ローラの外径に変化を付けることも可能である。
【0024】
発泡導電性ローラは、バインダー成分、導電性付与物質及び発泡剤を混練し、ローラ形状にし、加硫及び発泡化処理を行って形成させる。
【0025】
バインダー成分としては、天然ゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロプレンゴム、アクリロゴム、エチレンプロピレンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、塩素ゴムなどの合成ゴムあるいは樹脂などのいずれでもよい。
【0026】
導電性付与物質としては電子伝導機構により導電性が発現されるものが環境安定性の面から好ましい。具体的には、カーボンやグラファイト系の粉末あるいは繊維物質、銅、ニッケル、銀などの導電性金属粉末あるいは繊維物質、酸化スズ、酸化チタン、酸化インジウムなどの金属酸化物の粉末あるいは繊維状物質、各種フィラーに金属メッキを施して導電性を付与した物質、ポリピロール、ポリアセチレン、ポリアニリンなどの有機系の導電性微粉末、微粒子や繊維状物質などがありこれらの中から1種あるいは数種類選択され用いることができる。
【0027】
これら導電性付与物質としては、電気抵抗値が10−3〜109Ω・cmのものが一般に好適である。
【0028】
加熱により膨張する粒子は、ポリスチレン、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、ポリアミド樹脂、ポリアクリル酸エステル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレートなどの熱可塑性樹脂をカプセル壁とする中空粒子に、イソブタン、n−ペンタンなどの揮発性膨張剤を内包し、加熱により膨張するものである。その具体例としては、例えばマツモトマイクロスフェアーF−30、F−50、F−80シリーズ(松本油脂製薬株式会社製、商品名)、エクスパンセル(エクスパンセル社)などがある。これら加熱により膨張する粒子の粒径は0.1〜200μmが好ましく、更に好ましくは0.5〜100μmである。0.1μmより小さいと充分に膨張せず、また200μmより大きいとローラ表面を不均一にし、平滑性を下げたり帯電性能を不均一にし好ましくない。
【0029】
本発明による発泡導電性ローラの製造に際しては、種々の方法が挙げられる。例えば、
1.発泡ゴムで形成された導電性ローラ表面の発泡体の空孔部に加熱により膨張する粒子を充填後型内で加熱し加熱により膨張する粒子を膨張させる。
【0030】
2.発泡ゴムで形成された導電性ローラ表面の発泡体の空孔部に導電性付与物質及び加熱により膨張する粒子を充填後型内で加熱し加熱により膨張する粒子を膨張する。
【0031】
3.発泡ゴムで形成された導電性ローラ表面の発泡体の空孔部に加熱により膨張する粒子を充填後型内で加熱し加熱により膨張する粒子を膨張させた後導電性付与物質を充填する。
【0032】
4.発泡ゴムで形成された導電性ローラ表面の発泡体の空孔部に導電性付与物質を充填後加熱により膨張する粒子を充填、型内で加熱し加熱により膨張する粒子を膨張させる方法などがある。
【0033】
目的がローラ表面の形状変更のみを主とするならば上記1の方法が好ましく、併せて導電性の付与、向上をも目的とするならば上記2,3,4の方法を用いるのが好ましい。
【0034】
加熱により膨張する粒子、導電性付与物質を発泡導電性ローラに充填する具体的方法としては、加熱により膨張する粒子、導電性付与物質を適当な溶媒に分散または溶解し発泡導電性ローラをその分散液に含浸または分散液をローラ表面にコーティングさせる方法が好ましい。含浸する際は、超音波を用いたり、あらかじめローラ内の気泡を抜いておくことは有効である。
【0035】
分散する溶媒は、導電性付与物質、加熱により膨張する粒子が劣化せず分散が良好にできれば特に限定されない。好ましくは、水、トルエン、キシレン、アルコール類、グリコール類、ヘキサンなどが挙げられる。この溶媒中に界面活性剤、消泡剤、酸化防止剤、着色剤、紫外線吸収剤を適宜添加しても構わない。また発泡導電性ローラの抵抗値を劣化させない範囲でバインダーを添加したりしても構わない。
【0036】
導電性付加物質と加熱により膨張する粒子の割合は0:100〜96:4(重量比)、さらに好ましくは0:100〜90:10(重量比)である。目的が表面形状の変更のみであれば導電性付与物質を添加する必要はなく、併せて導電性の付与、向上をも目的であれば上記の重量比で導電性付与物質と加熱により膨張する粒子を用いれば良い。導電性付与物質を用いる場合、その量が上記の値より多くても効果は変わらずコストが増し好ましくない。
【0037】
発泡導電性ローラの表面の空孔部に充填された加熱により膨張する粒子を膨張させるには、膨張粒子を空孔部に充填したローラを型内に入れ、熱風を吹き付けるのが好ましい。その温度および時間は加熱により膨張する粒子の種類によっても異なるが、温度は概ね80℃から200℃、時間は概ね1分から15分の範囲が好ましい。
【0038】
このようにして作られる発泡導電性ローラは、放電機構を用いる電子写真装置の帯電ローラ、放電機構を用いずに電荷を直接受け渡しする注入帯電機構を用いる電子写真装置の帯電ローラ、及び転写ローラに用いることができ、各々の用途に合わせて電気抵抗(芯金から導電性ローラ表面間)を調整することが好ましい。
【0039】
<装置1:放電帯電方式装置>
放電帯電機構を用いる電子写真装置を図3を用いて説明する。
【0040】
図3は本発明による発泡導電性ローラを接触帯電部材として用いた電子写真装置の一例である。
【0041】
図において、1は被帯電体としてのドラム型の電子写真感光体であり、図面上矢印の時計方向に所定の周速度をもって回転駆動される。
【0042】
2はこの感光体1の面に接して感光体面を所定の極性、電位に一様に一次帯電処理するローラタイプの帯電部材である。帯電部材2は芯金2aと、その外周に形成した発泡導電性ローラ2bとさらにその外周に形成した表面層2dからなり、芯金2aの両端部を不図示の軸受け部材に回転自在に軸受けさせてドラム型の感光体1に並行に配置してバネなどの不図示の押圧手段で感光体1の面に対して所定の押圧力をもって圧接され、感光体1の回転駆動に伴い従動回転、または周速差をもたせたり、反転回転させたりする。
【0043】
そして電源S1で芯金2Cに所定の直流バイアス、あるいは直流+交流バイアスが印加されることで回転感光体1の周面が所定の極性、電位に接触帯電される。
【0044】
帯電部材2で均一に帯電処理を受けた感光体1面は次いで露光手段Lにより目的画像情報の露光(レーザビーム走査露光、原稿画像のスリット露光など)を受けることで、その周面に目的の画像情報に対応した静電潜像が形成される。
【0045】
その潜像は次いで現像手段3によりトナー画像として順次に可視像化されていく。
【0046】
このトナー画像は、次いで、転写手段4により不図示の給紙手段部から感光体1の回転と同期どりされて適正なタイミングを持って感光体1と転写手段4との間の転写部へ搬送された転写材Pの面に順次に転写されていく。本例の転写手段4は転写ローラであり、転写材Pの裏からトナーと逆極性の帯電を行うことで感光体1面側のトナー画像が転写材Pの表面に転写されていく。
【0047】
トナー画像の転写を受けた転写材Pは感光体1面から分離されて定着手段5へ先送されて像定着を受け、画像形成物として出力される。
【0048】
像転写後の感光体1面はクリーニング手段6で転写残りトナーなどの付着汚染物の除去を受けて清浄面化されて繰り返して作像に供される。
【0049】
本発明においては図3に示されるように、感光体、帯電部材、現像手段及びクリーニング手段のような電子写真装置の複数の要素がプロセスカートリッジに一体的に組み込まれることもできる。そうすることで、プロセスカートリッジは装置本体に対して着脱可能とすることができる。例えば、帯電部材として使用される本発明の発泡導電性ローラ及び必要に応じて現像手段及びクリーニング手段の少なくとも1つを感光体と共にプロセスカートリッジに一体的に組み込み、装置本体のレールなどの案内手段を用いて着脱自在に構成できる。
【0050】
本方式の帯電ローラに用いる発泡導電性ローラの抵抗値(芯金からローラ表面の間)は、105〜107Ω(250V印加時)が好ましい。
【0051】
<装置2:注入帯電方式装置>
次に放電機構を用いずに電荷を直接受け渡しする、注入帯電方式の電子写真装置について図4を用いて説明する。
【0052】
注入帯電の特徴は帯電部であり、それ以外については、上で述べた放電機構の電子写真装置と同じである。
【0053】
具体的には、本発明のローラは、ローラ表面が、発泡粒子により、微細な構造を構成し、かつ平滑な面を構成しているので、ローラ表面に後述の帯電促進粒子を保持しながら、まんべんなく感光体表面を摺擦し、十分に帯電部材表面と感光体表面が接触することが出来、直接電荷の受け渡しが可能となる。
【0054】
従って、注入帯電方式においては従来の放電を主にローラ帯電では得られなかった高い帯電性能が得られ、帯電部材に印加した電位とほぼ同などの電位を被帯電体に与えることができる。よって、帯電に必要なバイアスは被帯電体に必要な電位相当の電圧で十分であり、放電現象を用いない安定かつ安全な直接帯電(注入帯電)が実現できる。また本方式では導電性付与物質を有したローラも用いることができる。この場合導電性付与物質としては球形のものが、感光体表面を劣化させずまた帯電性も良好なため好ましい。
【0055】
ここで、本発明のローラ表面が発泡粒子のみで形成される場合は、以下の帯電促進粒子が必要である。
【0056】
ただし、導電性付与物質を有したローラは導電性付与物質が帯電促進粒子と同などな働きをするので、あえて帯電促進粒子を用いなくても良い。
【0057】
[帯電促進粒子]
本実施例では、比抵抗が1.7×103Ω・cm、平均粒径4.5μmの導電性酸化亜鉛粒子32を用いた。粒子の材料としては、他の金属酸化物などの導電性無機粒子や有機物との混合物など各種導電粒子が使用可能である。ここで、粒子抵抗は粒子を介した電荷の授受を行うため比抵抗としては1012Ω・cm以下が望ましい。粒子の抵抗測定は、錠剤法により測定し正規化して求めた。底面積2.26cm2の円筒内に凡そ0.5gの粉体試料を入れ上下電極に15kgの加圧を行うと同時に100Vの電圧を印加し抵抗値を計測、その後正規化して比抵抗を算出した。
【0058】
また、粒径は良好な帯電均一性を得るために50μm以下が望ましい。粒径の下限値は、粒子が安定して得られるものとして10nmが限界である。本発明において、粒子が凝集体として構成されている場合の粒径は、その凝集体としての平均粒径として定義した。粒径の測定には、光学あるいは電子顕微鏡による観察から、100個以上抽出し、水平方向最大弦長をもって体積粒度分布を算出しその50%平均粒径をもって決定した。
【0059】
[帯電器の動作]
本発明の帯電器2の動作について説明する。本実施例では、被帯電体を電子写真用感光体を想定して記述する。被帯電体である感光体1はφ30mmのドラム状であり一定速度で回転する。この表面を一様に帯電する帯電器とし本発明の帯電器を使用した。
【0060】
予め帯電促進粒子を表面に塗布した帯電ローラ2(B方向)はローラ表面が感光体(A方向)と互いに逆方向に移動するよう駆動している。よって、感光ドラムへの接触部(帯電ニップ)では帯電ローラ表面に存在する微小な突起に帯電促進粒子が保持されながら、帯電ローラ表面があらゆる形状で感光体表面に接触することで感光体表面への接触性が向上している。
【0061】
そして、ローラ芯金2aに−700Vの直流電圧を印加した。これにより、感光体表面は印加電圧とほぼ等しい電位に帯電される。本実施例において注入帯電は、帯電ローラと感光体の接触ニップに存在する帯電ローラ表面の突起とそこに保持される帯電促進粒子が感光体表面を隙間無く摺擦することで直接帯電が行われるのである。
【0062】
このような構成の帯電器で感光体の帯電を行ったところ、帯電ローラの表面の発泡粒子による微小な突起と帯電促進粒子が感光体に接触し帯電部材表面がより密に均一に感光体に接触することが出来、良好な帯電均一性が得られた。
【0063】
<装置3:注入帯電方式クリーナレス装置>
本実施形態は、特にクリーニング装置を持たない画像形成装置に本発明の帯電ローラを注入帯電方式で適用したものである。本発明の帯電ローラを用いることで、特にクリーニング装置を持たない画像形成装置においても転写残トナーによる弊害の無い良好な出力画像を得ることが出来る。
【0064】
[装置構成]
本実施例は、ドラムクリーニングを装備することなく、トナーリサイクルを可能にした電子写真画像形成装置である。本記録装置は図5に示されるように、感光ドラム1の周囲に配置された、帯電器2、露光装置L、現像器3、転写帯電器4、定着器5から構成される。ここで、感光ドラム1、帯電器2、現像器3は一体型のカートリッジ7に内包される構成をとっているが、装置形態はこれに限定するものではない。
【0065】
現像によりドラム上に得られた画像は記録材に転写されるが、トナーの一部は転写残としてドラムに残ることになる、従来トナーは絶縁体であるため、ドラムの帯電において帯電不良が生じる。しかし、本構成においては帯電器表面に予め塗布した帯電促進粒子が存在することと、現像剤に混合した帯電促進粒子が現像および転写行程を経て帯電器に供給されることにより、帯電器にトナーが混入した場合でも、感光体への接触性と接触抵抗を維持できるため直接注入による帯電を行うことができる。そして、帯電促進粒子が帯電器から脱落しても現像剤として供給され続けるため、帯電性を安定して維持することが可能になる。次に詳細について述べる。
【0066】
[帯電装置]
本発明の帯電器は、主に導電性弾性ローラ21(以降、帯電ローラと称する)及び帯電促進を目的とした導電性粒子32(以降、帯電促進粒子と称する)から構成される。帯電ローラ21表面には、初期より良好な帯電状態にしておくために、予め帯電促進粒子32を塗布しておく。構成としては、弾性ローラを回転駆動あるいは固定して感光体と帯電部材に速度差を設けることになる。好ましくは転写残トナーを一時的に回収し均すために、帯電部材を回転駆動し、さらに、その回転方向は感光体表面の移動方向とは逆に回転するように構成することが望ましい。
【0067】
特に、本発明では予め帯電ローラ表面に帯電促進粒子を塗布し、さらにトナーとともに帯電促進粒子を安定して帯電器に供給することにより装置使用の全くの初期より、長期の使用後まで安定した帯電性を維持することができる。
【0068】
[帯電促進粒子]
本実施例で用いた帯電促進粒子32は、特に感光体の帯電に用いる場合に潜像露光時に妨げにならないよう、無色あるいは白色に近い粒子が適切である。さらに、カラー記録を行う場合、帯電促進粒子32が感光体上から記録紙Pに転写した場合を考えると無色、あるいは白色に近いものが望ましい。また、画像露光時に粒子による光散乱を防止するためにもその粒径は構成画素サイズ以下であることが望ましい。
【0069】
本実施例では、帯電促進粒子として先の実施形態2で示した酸化亜鉛粒子を用いた。
【0070】
[現像器]
現像器は一成分磁性トナーによる現像器を例に説明するが、現像器構成について特に限定するものではない。現像器3はマグネットロール3cを内包した現像スリーブ3a、規制ブレード3dから構成される。現像器内のトナーはスリーブ上を搬送される過程において、規制ブレード3dで層厚規制及び電荷付与され、現像部位に導入され、感光ドラム1上に形成された静電潜像を現像する。
【0071】
[現像剤]
現像剤3aは結着樹脂、磁性体粒子、電荷制御剤を混合し、混練、粉砕、分級の各行程を経て作成し、更に前述の現像器用帯電促進粒子や流動化剤を外添剤としてトナーに添加し作成されたものである。ここで、トナーの重量平均粒径(D4)は7μであった。一方、導電性酸化亜鉛粒子32の粒径は4.5μで添加量は重量部で2部である。
【0072】
[帯電器の動作]
本発明の帯電器の動作について説明する。感光体1はφ30mmのドラム状であり、周速が50mm/secの一定速度で回転する。帯電ローラ21はローラ表面が感光体と互いに逆方向に等速度で移動するよう凡そ80rpmで駆動し、そのローラ芯金2aに−700Vの直流電圧を印加した。これにより、感光体表面は印加電圧と等しい電位に帯電される。また、従来の構成では帯電促進粒子は現像剤に混合して供給されるため、印字初期においては帯電ローラ表面に帯電促進粒子が供給されず帯電が行えないので塗布しておく必要があったが本構成では、発泡導電性ローラに初期より導電性付与物質が加えられているものを用いるのであれば塗布する必要はない。
【0073】
[装置全体の動作]
次に本装置全体の動作について述べる。前述の帯電ローラ芯金2aには−700Vの直流電圧が印加され、感光ドラム1表面は印加電圧とほぼ同電位に帯電される。その後プリントパターンに応じ画像部をレーザスキャナなどの露光器Lで走査し感光ドラム1上に静電潜像を作る。その後、感光ドラム1上の静電潜像を摩擦帯電したトナー3aにより可視化する。現像された感光体1上のトナー像は最終的に記録材Pに転写され定着5により記録画像を得る。その後、転写残となったトナーはトナーリサイクルのため、帯電器表面の微小な突起により帯電器へ撹乱されつつ混入するが、本発明の帯電器ではトナーと同時に帯電促進粒子も帯電ローラに回収され保持されるため、感光ドラムに対し緻密な接触性と接触抵抗を保つことができる。従って、直接帯電が可能になる。そして、混入したトナーは徐々に帯電器からはきだされ現像器にて再度回収あるいは現像される。以上の行程を繰り返すことによりトナーリサイクルを可能にしながら、直接帯電を行い、かつそれを長期に渡り維持することができる。
【0074】
<他の感光ドラム>
[注入帯電促進ドラム]
注入帯電促進ドラムは電荷注入帯電をよりおこないやすくするものであり、ここでは、感光体表面に電荷注入層を形成する例について述べる。
【0075】
図5に本件で用いた感光体1の断面図を示す。感光体1はアルミドラム基体11上に下引き層12、正電荷注入防止層13、電荷発生層14、電荷輸送層15の順に重ねて塗工された一般的な有機感光体ドラムに電荷注入層16を塗布することにより、帯電性能を向上した感光体を用いた。電荷注入層は光硬化型のアクリル樹脂にSnO2超微粒子16a(径が約0.03μm)、テフロン(登録商標)などの滑剤、重合開始剤などを混合分散し、塗工後、光硬化法により膜形成したものである。
【0076】
電荷注入層として重要な点は、表層の抵抗にある。
【0077】
電荷の直接注入による帯電方式においては、被帯電体側の抵抗を下げることでより効率良く電荷の授受が行えるようになる。一方、感光体として用いる場合には静電潜像を一定時間保持する必要があるため、電荷注入層16の体積抵抗値としては1×109(Ω・cm)以上1×1014(Ω・cm)の範囲が適当である。また本構成のように電荷注入層を用いない場合でも、例えば電荷輸送層が上記抵抗範囲に或る場合は同等の効果が得られる。さらに、表層の体積抵抗が約1013Ωcmであるアモルファスシリコン感光体などを用いても同様な効果が得られる。
【0078】
この様な注入帯電促進ドラムを用いることで、より注入帯電性が向上する。
【0079】
本発明の発泡導電性ローラは、転写用、帯電用、除電用の他、給紙用ローラなどの搬送用として用いることができる。
【0080】
本発明の発泡導電性ローラを使用し得る電子写真装置としては、複写機、レーザビームプリンタ、LEDプリンタ、あるいは電子写真製版システムなどの電子写真応用装置などが挙げられる。
【0081】
【発明の実施の形態】
本発明で用いた加工前の発泡導電性ローラを次のようにして製造した。
【0082】
EPDM(エチレン・プロピレン・ジエン・モノマー)にケッチェンブラックと有機系の発泡剤を混練りし、得られたゴムをチューブ状に押し出して、それを加硫し、同時に発泡させた。次に、チューブの中心部分に直径5mmの芯金を挿入し表面を研磨し、外径15mm、長さ220mm、発泡体の空孔部の径が平均で80μm、抵抗が1×106Ω(250V印加時)である発泡導電性ローラA、2×105Ω(100V印加時)である発泡導電性ローラB及び抵抗が3×108Ω(2000V印加時)である発泡導電性ローラCの3本を製造した。このローラを下記製造例1〜12に示す本発明の発泡性導電ローラの製造に用いた。
【0083】
(製造例1)
発泡粒子としてマツモトマイクロスフェアーF−30D(松本油脂製薬株式会社製)の5%(重量比)IPA分散液を調製した。
【0084】
更にこの分散液中に上記発泡導電性ローラを含浸させた。含浸後のローラを型内にセットし、140℃のオーブンで5分間加熱し本発明の発泡導電性ローラを得た。
【0085】
(製造例2)
発泡粒子としてマツモトマイクロスフェアーF−50D(松本油脂製薬株式会社製)の8%(重量比)IPA分散液を調製した。
【0086】
更にこの分散液中に上記発泡導電性ローラを含浸させた。含浸後のローラを型内にセットし、150℃のオーブンで5分間加熱し本発明の発泡導電性ローラを得た。
【0087】
(製造例3)
導電性付与物質としてポリピロールの球形粒子を以下のように製造した。すなわち蒸留水1000mlにポリエチレンオキサイド(明成化学(株)製E−60)を10g攪拌しながら溶かした。更に第二塩化鉄6水和物98gを添加し溶かした。この溶液中にポリピロール10g添加し15時間攪拌した。得られた黒色溶液を遠心分離機により採取し洗浄、乾燥後12gのポリピロール粉末を得た。このポリピロール粉末の粒径は約80nmの単分散であり、その体積抵抗率は0.05Ω・cmであった。
【0088】
このポリピロール粒子の2%(重量比)IPA分散液100gとマツモトマイクロスフェアーF−30D(松本油脂製薬株式会社製)の5%(重量比)IPA分散液50gを混合調製した。
【0089】
更にこの分散液中に上記発泡導電性ローラを入れ超音波振動を与えながら含浸させた。含浸後のローラを型内にセットし、140℃のオーブンで5分間加熱し本発明の発泡導電性ローラを得た。
【0090】
(製造例4)
製造例3におけるポリピロール粒子の2%(重量比)IPA分散液に発泡導電性ローラを含浸、乾燥後更にマツモトマイクロスフェアーF−30D(松本油脂製薬株式会社製)の5%(重量比)IPA分散液に含浸漬させた。含浸後のローラを型内にセットし、140℃のオーブンで5分間加熱し本発明の発泡導電性ローラを得た。
【0091】
(製造例5)
製造例1において得られた導電性発泡ローラを更に製造例3におけるポリピロール粒子の2%(重量比)IPA含浸、乾燥して本発明の導電性発泡ローラを得た。
【0092】
(製造例6)
製造例3においてポリピロール粒子の代わりに酸化亜鉛粉末(三井金属(株)製 パストランII−2100 粒径0.3μm 体積抵抗率9.8×103Ω・cm)を用い同様に発泡導電性ローラを得た。
【0093】
(製造例7)
製造例3においてポリピロール粒子の代わりにピッチ系炭素繊維((株)ペトカ製 メルブロンミルド黒鉛グレード 平均粒径11μm 体積抵抗率8.2×10−4Ω・cm)を用い同様に発泡導電性ローラを得た。
【0094】
(製造例8)
製造例3においてポリピロール粒子の代わりに銅粉末(キシダ化学(株)製 325メッシュ 体積抵抗率7.5×10−5Ω・cm)を用い同様に発泡導電性ローラを得た。
【0095】
(製造例9)
製造例3においてポリピロール粒子の代わりにポリスチレン粒子(JSR(株)製 平均粒径1μm)に亜鉛をメッキして得られた粒子を用い同様に発泡導電性ローラを得た。
【0096】
(製造例10)
製造例4により製造されたローラをさらに製造例3に合成したポリピロール粒子の2%(重量比)IPA分散液に含浸し、乾燥させた。
【0097】
(比較製造例11)
製造例1において型を用いずに発泡導電性ローラを得た。
【0098】
(比較製造例12)
製造例7において型を用いずに発泡導電性ローラを得た。
【0099】
評価
・放電機構を用いるプリンタでの帯電ローラとしての評価(実施例1〜5、比較例1)
このようにして得たローラを先に記述した電子写真装置(装置1)の1つであるキヤノン製レーザーショットLBP−450の帯電ローラとして用いたところ良好な帯電性能を得ることが出来、高品位な画像出力が得られた。結果を表1に示す。表1において評価方法項目中の1は本評価方法であることを示す。評価結果項目中のAは高品位な画像出力が得られたことを示し、Cは画像中に不均一部が存在することを示す。
【0100】
・注入帯電機構を用いるプリンタでの帯電ローラとしての評価(実施例6〜15、比較例2)
このようにして得たローラを先に記述した電子写真装置(装置2)の注入帯電ローラとして用いたところ良好な帯電性能を得ることが出来、高品位な画像出力が得られた。結果を表1に示す。表1において評価方法項目中の2は本評価方法であることを示す。評価結果項目中のAは高品位な画像出力が得られたことを示し、Cは画像中に不均一部が存在することを示す。また、評価結果2は感光体として注入帯電促進ドラムを用いた結果である。
【0101】
・注入帯電機構を用いるクリーナレスプリンタでの帯電ローラとしての評価(実施例16〜25、比較例3)
このようにして得たローラを先に記述したクリーナレス電子写真装置(装置3)の注入帯電ローラとして用いたところ良好な帯電性能を得ることが出来、高品位な画像出力が得られた。結果を表1に示す。表1において評価方法項目中の3は本評価方法であることを示す。評価結果項目中のAは5000枚印字においても高品位な画像出力が得られたことを示し、Bは3000枚印字までの高品位名画像出力が得られたことを示し、Cは画像中に不均一部が存在することを示す。また、評価結果2は感光体として注入帯電促進ドラムを用いた結果である。
【0102】
・プリンターでの転写ローラとしての評価(実施例26〜28)
このようにして得たローラを先に述べた、LBP−450(装置1)に転写ローラとして用いたところ、従来よりもローラ表面の発泡径を緻密に出来るので、転写時の転写均一性が向上し、特に、低湿環境下や両面印字時の2面目などの転写材が高抵抗化した場合の転写の均一性が向上した。この評価をGとした。
【0103】
【発明の効果】
本発明により、表面平滑性に優れ、表面電気抵抗が均一でかつ耐久性の良好な導電性ローラが提供される。
【0104】
また、このような発泡導電性ローラの製造方法が提供される。
【0105】
更に本発明の他の目的は、このような発泡導電性ローラを用いた高画質で耐久性の良好な電子写真装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における型内で加熱により発泡した粒子及び導電性付与物質を空孔部に有したローラの模式図
【図2】図1の比較図
【図3】放電機構による電子写真装置の模式図
【図4】注入帯電機構による電子写真装置の模式図
【図5】注入帯電機構によるクリーナレス電子写真装置の模式図
【図6】注入帯電促進ドラムの断面図
【図7】帯電機構を説明するグラフ
【図8】実施例の一覧および評価結果(表1)
【符号の説明】
1 感光ドラム
2 帯電ローラ
3 現像装置
4 転写装置
5 定着装置
6 クリーニング装置
Claims (12)
- 少なくとも、発泡導電性ローラの表面の空孔部に加熱により膨張した粒子を有するローラで、加熱膨張を型内で行うことを特徴とする発泡導電性ローラ。
- 前記発泡導電性ローラの表面の発泡体の空孔部に膨張粒子とともに導電性付与物質を有することを特徴とする請求項1記載の発泡導電性ローラ。
- 前記発泡導電性ローラの表面の発泡体の空孔部に導電性の膨張粒子を有することを特徴とする請求項1記載の発泡導電性ローラ。
- 発泡導電性ローラが帯電ローラであることを特徴とする請求項1,2記載の発泡導電性ローラ。
- 発泡導電性ローラが転写ローラであることを特徴とする請求項1,2記載の発泡導電性ローラ。
- 発泡ゴムで形成された導電性ローラの表面の発泡体の空孔部に加熱により膨張する粒子を充填後、型内で加熱し、加熱により膨張する粒子を膨張させることを特徴とする発泡導電性ローラの製造方法。
- 発泡ゴムで形成された導電性ローラの表面の発泡体の空孔部に導電性付与物質及び加熱により膨張する粒子を充填後、型内で加熱し、加熱により膨張する粒子を膨張することを特徴とする発泡導電性ローラの製造方法。
- 発泡ゴムで形成された導電性ローラの表面の発泡体の空孔部に加熱により膨張する導電粒子を充填後、型内で加熱し、加熱により膨張する導電粒子を膨張させることを特徴とする発泡導電性ローラの製造方法。
- 発泡ゴムで形成された導電性ローラの表面の発泡体の空孔部に加熱により膨張する粒子を充填後、型内で加熱し、加熱により膨張する粒子を膨張させた後導電性付与物質を充填することを特徴とする発泡導電性ローラの製造方法。
- 発泡ゴムで形成された導電性ローラの表面の発泡体の空孔部に導電性付与物質を充填後加熱により膨張する粒子を充填、型内で加熱し、加熱により膨張する粒子を膨張させたことを特徴とする発泡導電性ローラの製造方法。
- 帯電ローラ及び電子写真感光体を有する電子写真装置において、該帯電ローラが請求項3記載の発泡導電性ローラであることを特徴とする電子写真装置。
- 転写ローラ及び電子写真感光体を有する電子写真装置において、該転写ローラが請求項4記載の発泡導電性ローラであることを特徴とする電子写真装置。
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JP2008026415A (ja) * | 2006-07-18 | 2008-02-07 | Fuji Xerox Co Ltd | 弾性ローラおよびその製造方法、画像形成装置並びにプロセスカートリッジ |
WO2013084454A1 (ja) * | 2011-12-06 | 2013-06-13 | キヤノン株式会社 | 導電性部材、プロセスカートリッジ及び電子写真装置 |
JP2014126680A (ja) * | 2012-12-26 | 2014-07-07 | Canon Inc | 帯電部材および電子写真装置 |
US11576837B2 (en) | 2019-10-03 | 2023-02-14 | Jfxd Trx Acq Llc | Multi-zonal roller and method of use thereof |
-
2002
- 2002-09-06 JP JP2002261507A patent/JP2004101717A/ja not_active Withdrawn
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