JP2005148491A - 帯電ローラ、その製造用金型、該帯電ローラを有する電子写真装置用カートリッジ及び電子写真装置。 - Google Patents

帯電ローラ、その製造用金型、該帯電ローラを有する電子写真装置用カートリッジ及び電子写真装置。 Download PDF

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Abstract

【課題】 帯電が均一で良好な画像が全ての環境で長時間得られる帯電ローラとその製造方法、及び該帯電ローラを有するプロセスカートリッジ及び電子写真装置を提供する。
【解決手段】 芯金と該芯金外周上の弾性体と、シームレスな小径薄肉の帯電ローラ用被覆チューブを該弾性体に被覆してなる帯電ローラにおいて、該帯電ローラの表面の10点平均粗さRzjisを4〜15μmとする。
【選択図】 図1

Description

本発明は、被帯電体に接触し、電圧を印加することにより該被帯電体を帯電する帯電ローラ及びその製造用金型に関する。さらに、該帯電ローラを有する電子写真用カートリッジ及び電子写真装置に関する。
近年、電子写真装置や静電記録装置などの画像形成装置に用いられる帯電手段として、接触帯電方式の帯電手段の採用が進められている。接触帯電は、被帯電体に接触配置された帯電部材に電圧を印加することによって被帯電体を所定の極性及び電位に帯電させるものであり、電源の電圧を低くすることができる、オゾンなどのコロナ生成物の発生を少なくすることができる、及び構造が簡単で低コスト化を図ることができるなどの利点がある。
帯電部材に印加する電圧は直流のみを印加する方式(DC印加方式)の他に、直流電圧を接触帯電部材に印加したときの被帯電体の帯電開始電圧の2倍以上のピーク間電圧を有する振動電界(時間と共に電圧値が周期的に変化する電界)を接触帯電部材と被帯電体との間に形成して被帯電体面を帯電処理する手法(AC印加方式)があり、後者がより均一な帯電をすることが可能である。
なお、非帯電体に接触される部材として、帯電ローラは回転自由に軸受支持されて被帯電体に所定の圧力で圧接され、被帯電体の移動に伴い回転するので多用されている。
この帯電ローラは、通常、中心に設けた芯金と、該芯金の外周にローラ状に設けた導電性の弾性層と、更にその外周に設けた表面層などを有する多層構造体である。
上記各層のうち、芯金(金属層)はローラの形状を維持するための剛体であると共に、給電電極としての役割を有している。
また、上記弾性層は通常、104〜109Ω・cmの体積固有抵抗を有すること、及び弾性変形することにより被帯電体との均一な接触を確保する機能が要求されるため、通常、導電性が付与されたゴム硬度(JIS A)70度以下の柔軟性を有する加硫ゴムが使用される。そして、従来の帯電ローラには、弾性層としてゴム発泡体(またはスポンジ状ゴム)を使用した発泡タイプとゴム発泡体を使用しないソリッドタイプがあった。また、上記表面層は被帯電体の帯電均一性を向上させ、被帯電体表面のピンホールなどに起因するリークの発生を防止すると共に、トナー粒子や紙粉などの固着を防止する機能、更には弾性層の硬度を低下させるために用いられるオイルや可塑剤などの軟化剤のブリードを防止する機能なども求められている。上記表面層の体積固有抵抗は通常105〜1013Ω・cmであり、従来、導電性塗料を塗布すること、あるいはシームレスチューブを被覆すること(例えば、特許文献1)などにより形成されていた。
しかしながら、シームレスチューブを被覆する場合において、チューブに含有されている導電剤の分散ムラやチューブの偏肉等が設計値より大きい場合には、これが原因となり、ローラの周方向に抵抗ムラを生じ、直接画像不良になる場合があり、更なる改良が求められていた。
特開平11−125952号公報。
したがって、本発明の目的は、抵抗ムラを抑制した帯電ローラを提供し、また、その製造方法を提供することである。
さらに、該帯電ローラを搭載したプロセスカートリッジ、及び電子写真装置を提供することである。
本発明は、芯金と該芯金外周上の弾性体と、シームレスな小径薄肉の帯電ローラ用被覆チューブを該弾性体に被覆してなる帯電ローラにおいて、ローラ表面の10点平均粗さ(Rzjis)が4〜15μmであることを特徴とする帯電ローラである。
なお、ローラ表面の周方向の10点平均粗さ(RzjisO)と同軸長方向の10点平均粗さ(RzjisL)との関係が、RzjisO>RzjisLであり、表面に軸長方向に概略平行な筋模様を有していることが好ましい。
また、小径φが8〜25mmである帯電ローラ用被覆チューブを、芯金上に形成された弾性体に被覆して形成されることが好ましい。
本発明の帯電ローラを製造する際のシームレスな小径薄肉の被覆チューブの押出しに用いる金型として、該金型の出口部分(ダイス)の帯電ローラ表面となる側の被覆チューブと当接する面の10点平均粗さ(RzjisD)が5〜20μmである帯電ローラ用被覆チューブの押出し金型を用いることが好ましい。
さらに、本発明は、上記帯電用ローラを搭載した電子写真装置用プロセスカートリッジおよび電子写真装置である。
本発明によれば、抵抗ムラを抑制した帯電ローラが得られ、また、その製造の金型により帯電ローラの被覆チューブが適正に形成できる。さらに、該帯電ローラを搭載したプロセスカートリッジ、及び電子写真装置とすることにより、良質の画像が得られる。
以下、本発明につき更に詳しく説明する。
図1は本発明の帯電ローラの一例を示す断面図である。
帯電ローラ1は電子写真装置の帯電器として使用するものである。この帯電ローラ1は、ステンレススチール、メッキ処理した鉄、黄銅及び導電性プラスチックなどの良導電性材料からなる芯金1aの外周に導電性の弾性材料からなる、好ましくは発泡状の、弾性体層1bを設け、更にこの弾性体層1bの外周に複数層のシームレスな小径薄肉の帯電ローラ用被覆チューブ1c(以後、被覆チューブ)を被覆したものである。本図では、被覆チューブ1cは内部層1c(i)と外部層1c(o)からなる。
本発明における芯金(金属層)としては、例えばアルミニウム、銅、鉄、またはこれらを含む合金などの良導体が好適に用いられる。本発明に用いられる芯金は、厚み0.1〜1.5mm程度の金属管状であっても、また金属棒状であってもよい。
弾性体層1bを構成する導電性を有する弾性材料としては、導電材を含有した発泡導電性ゴム組成物あるいは導電性ポリウレタンフォームを用いることができる。
この場合、発泡導電性ゴム組成物を構成するゴム成分としては、特に制限されるものではないが、エチレン−プロピレン−ジエン系ゴム(EPDM)、クロロプレン、クロロスルホン化ポリエチレン、エピクロルヒドリンとエチレンオキサイドの共重合体ゴムなどを好適に使用することができる。
これらゴム組成物に配合する導電材としては、カーボンブラック、黒鉛、金属及び導電性の各種金属酸化物(酸化錫及び酸化チタンなど)などの導電性粉体や、カーボンファイバー及び金属酸化物の短繊維などの各種導電性繊維を用いることができる。その配合量は、全ゴム成分100質量部に対して、好ましくは3〜100質量部、特に好ましくは5〜50質量部であり、これにより弾性体層1bの体積抵抗を101〜109Ω・cm程度に調整する。
なお、この弾性体層1bの形成は、ゴム成分に上記導電材料を配合したゴム組成物に必要によりさらに発泡剤を添加して、公知の加硫成形法により行うことができ、その厚さは帯電ローラの用途などに応じて適宜設定されるが、通常1〜20mmが好ましい。
本発明においては、この弾性体層1b上にシームレスな小径薄肉の帯電ローラ用被覆チューブ1cを被覆する。この場合、この被覆チューブ1cを構成する熱可塑性樹脂、エラストマーとしては、押し出し成形可能な熱可塑性樹脂、エラストマーであればいずれのものでもよく、具体的には、エチレン−プロピレン系ゴム(EPM)、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−エチルアクリレート共重合体、エチレン−メチルアクリレート共重合体、スチレンブタジエンゴム、ポリエステル、ポリウレタン、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン11、ナイロン12及びその他の共重合ナイロンなどのポリアミド、スチレンエチレンブチレンゴム、エチレンブチレンゴム、ニトリルブタジエンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、多硫化ゴム、塩素化ポリエチレン、クロロプレン、ブタジエンゴム、1,2−ポリブタジエン、イソプレンゴム及びポリノルボルネンゴムなどの通常のゴム、及びスチレン−ブタジエン−スチレンゴム(SBS)及びスチレン−ブタジエン−スチレンゴムの水添加物(SEBS)などの熱可塑性ゴムを使用することができ、特に制限されるものではない。
あるいは、上記の各樹脂や共重合体よりなるエラストマー及び変性体などのエラストマーと、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)及びポリブチレンテレフタレート(PBT)などの飽和ポリエステル、ポリエーテル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体(ABS)、ポリスチレン、ハイインパクトポリスチレン(HIPS)、ポリウレタン、ポリフェニレンオキサイド、ポリ酢酸ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂(ABS)、アクリロニトリル−エチレン/プロピレンゴム−スチレン樹脂(AES)及びアクリロニトリル−アクリルゴム−スチレン樹脂(AAS)などのスチレン系樹脂及びアクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、などの各樹脂及び共重合体からなる材料の組み合わせが好ましい。
更に、上記ゴム、熱可塑性エラストマー及び熱可塑性樹脂から選ばれた2種以上の重合体からなるポリマーアロイまたはポリマーブレンドも使用できる。
該被覆チューブに使用される樹脂、エラストマー及び共重合体などは前記したものであり、導電材などを適宜配合することにより、所望の特性を有するチューブ構成が得られる。
上記導電材としては、公知の素材が使用でき、例えば、カーボンブラック及びグラファイトなどの炭素微粒子;ニッケル、銀、アルミニウム及び銅などの金属微粒子;酸化スズ、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化アルミニウム及びシリカなどを主成分とし、これに原子価の異なる不純物イオンをドーピングした導電性金属酸化物微粒子;炭素繊維などの導電性繊維;ステンレス繊維などの金属繊維;炭素ウイスカやチタン酸カリウムウイスカの表面を金属酸化物や炭素などにより導電化処理した導電性チタン酸カリウムウイスカなどの導電性ウイスカ;及びポリアニリン及びポリピロールなどの導電性重合体微粒子などが挙げられる。
本発明の被覆チューブは上記各種重合体と、上記導電材及び必要ならばその他の添加剤からなる導電性重合体組成物を押し出し成形法で形成する。なお、該被覆チューブは上記のように多層にすることも可能であり、その場合は多層に共押出することによって形成する。
更に、形成するチューブの各薄膜層の膜厚均一性、また導電材などの分散性がより均一であるものを得るために、図2に示すような縦型のチューブ押し出し機を使用することが好ましい。
本発明に用いられる被覆チューブは単に成形するならば、押し出し成形法、射出成形法及びブロー成形法などによりチューブ状に成膜することにより得ることができる。また、例えば、より優れた耐久性や耐環境性などを得ることを目的として、上記各種成形法により得られたシームレスチューブを更に架橋させて導電性架橋重合体とすることもできる。
チューブ状に成膜された導電性重合体を架橋させる方法としては、重合体の種類に応じて硫黄、有機過酸化物及びアミン類などの架橋剤を予め添加しておき、高温下に架橋結合を生成させる化学的架橋法や、電子線やγ線などの放射線を照射することにより架橋させる放射線架橋法などが有効である。上記各種架橋法のうちでは電子線架橋法が架橋剤またはその分解生成物の移行による被帯電体の汚染の恐れがなく、更に、高温処理の必要がない点及び安全性の点で好ましい。
本発明に用いられる被覆チューブの体積抵抗値は、104〜1010Ω・cmであることが好ましく、特には105〜109Ω・cmであることが好ましい。
また、本発明において、適切に機能分離した復数の極薄層のチューブが一体的に同時に形成することができるので、各層を必要以上に厚い膜とすることもなく、全体構成の中で、発泡弾性体層の柔軟性を効果的に引き出すことが可能となる。
次に、図2を参照して、本発明に好適に用いることができる押出し装置をさらに詳しく説明する。
上述したように各種重合体と、上記導電材及び必要ならばその他の添加剤からなる導電性重合体組成物を製造し、該導電性重合体組成物を押し出し機により出口にリング状スリットを有する金型より押し出し、冷却することによって連続的にシームレスチューブを製造することができる。
本発明における面を粗された金型出口付近の模式図を図3に示す。
本発明に用いる金型の出口部分は、帯電ローラ用被覆チューブの外表面を決めるダイス4と、該チューブの内表面を決めるニップル22からなる。ダイスの表面4aのRzjisDが5〜20μmの範囲とすることが適当である。該面4aを粗面化する手段としては、ダイスの表面4aを、サンドペーパー、ヤスリ等の粗面化工具によっても良いし、砥粒によるブラスト加工等によっても良い。また、高硬度の粗面をダイスの表面4aに強く当てて粗面化することも可能である。所定の粗さは、例えばブラスト加工を例にするならば、砥粒の粒径・形状・材質(硬度)等や、圧力、時間によって容易に粗さ調節ができる。
また、ダイスの表面4aの粗さは、被覆チューブの所望の粗さより若干大きくても、高温半流動体の成形物の粗さは残存温度でならされて金型の粗さよりも小さくなる傾向がある。よってダイスの表面の粗さRzjisDが5μmより小さすぎるとチューブ表面はならされほとんど粗面化されないことがある。逆に、該粗さRzjisDが20μmより大きすぎるとチューブ表面が所望の粗さより大きくなり過ぎ、チューブ表面にスジとして現れたり薄肉チューブの場合肉厚ムラとして現れたりしてしまうことがある。
チューブの周方向のRzjisをRzjisO、軸長方向のRzjisをRzjisLと定義する(図4参照)。
なお、本発明における表面10点平均粗さRzjisは、JIS B0601(2001)に基づき、サーフコーダSE3500(小阪研究所製)にて、基準長さを2.5mmとして測定を行ったものである。
該金型をチューブ表面4aを粗面化する一手段として用いた際、粗さのプロファイルの特徴として、押し出し成形であるが故に、チューブの周方向のRzjisOが縦長方向のRzjisLより若干大きくなり、縦長方向に概略平行なスジ模様を有す。
また、任意方向に測定した時のチューブ表面の10点平均粗さRzjisは4〜15μmの範囲であることが適当である。このチューブ表面のRzjisが、4μm未満では帯電均一性の効果はほとんど見られず、より粗くなるに連れ帯電均一性は向上していくが、15μmを超えると画像にスジとして現れてしまう。
該チューブ押し出し後、冷却の途中または冷却後再加熱して空気加圧などの手段を用いてチューブ径を拡大すれば熱収縮チューブが得られ、拡大処理をしなければ非熱収縮チューブが得られる。
本発明に用いられる被覆チューブは非熱収縮性と熱収縮性のいずれであってもよいが、後記する実施例では非熱収縮性のものを採用している。
非熱収縮チューブである場合、発泡弾性体層と被覆チューブの密着性を確保するためにはチューブ内径が発泡弾性体層外径以下であることが必要である。圧縮空気を吹き込むことにより一時的にチューブ径を拡大させた状態で芯金を有する発泡弾性体層を挿入し、空気圧を解除すれば外嵌処理が完了する。
図5に本発明の帯電ローラを搭載したプロセスカートリッジを組み込んでなる電子写真装置の概略構成図を示す。
図5において、12は電子写真感光体であり、矢印方向に所定の周速度で回転駆動される。感光体12は、回転過程において、本発明の帯電ローラ1によりその周面に正または負の所定電位の均一帯電を受け、次いで、スリット露光やレーザービーム走査露光などの像露光手段(不図示)からの画像露光光13を受ける。こうして感光体12の周面に静電潜像が順次形成されていく。
形成された静電潜像は、次いで現像手段14によりトナー現像され、現像されたトナー現像像は、不図示の給紙部から感光体12と転写手段15との間に感光体12の回転と同期取りされて給紙された転写材16に、転写手段15により順次転写されていく。
像転写を受けた転写材16は、感光体面から分離されて像定着手段17へ導入されて像定着を受けることにより複写物(コピー)として装置外へプリントアウトされる。
像転写後の感光体12の表面は、クリーニング手段18によって転写残りトナーの除去を受けて清浄面化され、繰り返し像形成に使用される。
本発明においては、上述の電子写真感光体12、帯電部材1、現像手段14及びクリーニング手段18などの構成要素のうち複数のものをプロセスカートリッジとして一体に結合して構成し、このプロセスカートリッジを複写機やレーザービームプリンターなどの電子写真装置本体に対して着脱可能に構成してもよい。
例えば、現像手段14及びクリーニング手段18を感光体12及び帯電部材1と共に一体に支持してカートリッジ化して、装置本体のレール19などの案内手段を用いて装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジ20とすることができる。
また、画像露光光13は、電子写真装置が複写機やプリンターである場合には、原稿からの反射光や透過光、あるいは、センサーで原稿を読取り、信号化し、この信号に従って行われるレーザービームの走査、LEDアレイの駆動及び液晶シャッターアレイの駆動などにより照射される光である。
本発明では、このように帯電部材が組み込まれたプロセスカートリッジを用いた画像形成装置により帯電均一性の評価を行っている。その方法はカートリッジに外部電源11で任意の一次電圧を印加する。詳しくは、DC電圧を使用本体の印加電圧称呼値に合わせ、AC電圧を1.5〜3.0kVまで可変する。同時にベタ白画像をプリントさせ、黒ポチ発生による画像不良の出現時のAC電圧を比較する。この時のAC電圧が小さいほど帯電能は高く、帯電均一性もより良いと判断できる。(砂地消失電圧評価)
より具体的には、実施例・比較例をもって以下に説明する。
《帯電ローラ用被覆チューブの形成》
被覆チューブの外部層の材料として、スチレン系の樹脂(スチレン−エチレン・ブチレン−オレフィン共重合樹脂、商品名ダイナロン、JSR社製、融点100℃)100質量部(61.3質量%)、ポリエチレン20質量部(12.3質量%)、カーボンブラックとしてケッチェンブラックEC(商品名、ライオンアクゾ社製)12質量部(7.4質量%)とSpecial Black 250(商品名、デグサ社製)20質量部(12.3質量%)、酸化マグネシウム10質量部(6.1質量%)及びステアリン酸カルシウム1質量部(0.6質量%)をV型ブレンダーで数分間混合した。これを更に加圧式ニーダーを用いて190℃で10分間溶融混練した。更に、冷却後、粉砕機で粉砕し、単軸押し出し機でペレット化した。
同内部層の材料として、ポリウレタンエラストマー(融点120℃)100質量部(76.3質量%)、カーボンブラックとしてケッチェンブラックEC(商品名)20質量部(15.3質量%)、酸化マグネシウム10質量部(7.6質量%)及びステアリン酸カルシウム1質量部(0.8質量%)を、外部層の材料と同様の工程でペレット化した。
実施例1
図2に示す縦型押し出し機(プラ技研社製)を用いて、これらを1つのクロスヘッドで2重層となるように合流し、RzjisDが10μmであるダイス4を用い、これらの温度155℃で適温の冷水10中に押し出し、更に冷却した後、1対の円形状回転体からなるチューブ引き取り装置23にて引き取った。このようにして、内径約12.0mmの被覆チューブを得た。
実施例2
実施例1と同様の手順でRzjisDが5μmであるダイス4を用い、被覆チューブを得た。
実施例3
実施例1と同様の手順でRzjisDが20μmであるダイス4を用い、被覆チューブを得た。
実施例4
実施例1と同様の手順でRzjisDが15μmであるダイス4を用い、被覆チューブを得た。
比較例1
実施例1と同様の手順でRzjisDが2μmであるダイス4を用い、被覆チューブを得た。
比較例2
実施例1と同様の手順でRzjisDが25μmであるダイス4を用い、被覆チューブを得た。
《ローラの作製》
内径4.5mm、外径11.5mmのホース状の発泡弾性体(エチレン−プロピレン−ジエン系ゴム(EPDM)に加硫剤、カーボンブラック(商品名:ケッチェンブッラクEC)および発泡剤を配合したものを押出し機によりホース状に押し出し、加硫管中で発泡させたもの)を長さ225mmに切り、径5mm×長さ260mmの芯金(鉄製の金属棒に化学メッキにより10μmのメッキ層を形成し、切断したもの)を挿入して、帯電ローラ原料ローラを得た。この原料ローラに実施例・比較例で製造した被覆チューブを230mm長さに切断し、チューブ被覆装置により弾性体層外周に嵌め込み、圧密着させ、帯電ローラを得た。
《評価》
これら帯電ローラをLBP(レーザービームプリンター;ヒューレットパッカード社製レーザージェット2−P)の一次帯電器に用いて帯電均一性の評価(砂地消失電圧)を行った。
評価結果を表1に示す。
Figure 2005148491
本発明の帯電ローラの一例の縦断図である。 被覆チューブの製造に適した縦型押出機の一例の模式図である。 図2の押出機の金型出口部分の模式図である。 帯電ローラの表面10点平均粗さ(Rzjis)の測定の周方向(RzjisO)及び軸長方向(RzjisL)を説明する図である。 本発明の帯電ローラを搭載したプロセスカートリッジを有する電子写真装置の概略構成図である。
符号の説明
1 帯電部材、帯電ローラ
1a 芯金
1b 弾性体層
1c 被覆チューブ
1c(i) 内部層
1c(o) 外部層
4 ダイス
5 中央通孔
6 押出し流路(内部層用)
7 押出し流路(外部層用)
8 第1押し出機(内部層用)
9 第2押し出機(外部層用)
10 水冷リング
11 電源
12 感光体
13 画像露光光
14 現像手段
15 転写手段
16 転写材
17 像定着手段
18 クリーニング手段
19 レール
20 プロセスカートリッジ
21 タイミングプーリー(チューブ引き取り装置部)
22 ニップル

Claims (6)

  1. 芯金と該芯金外周上の弾性体と、シームレスな小径薄肉の帯電ローラ用被覆チューブを該弾性体に被覆してなる帯電ローラにおいて、
    ローラ表面の10点平均粗さ(Rzjis)が4〜15μmである
    ことを特徴とする帯電ローラ。
  2. ローラ表面の周方向の10点平均粗さ(RzjisO)と同軸長方向の10点平均粗さ(RzjisL)との関係が、RzjisO>RzjisLであり、表面に軸長方向に概略平行な筋模様を有していることを特徴とする請求項1に記載の帯電ローラ。
  3. 小径φが8〜25mmである帯電ローラ用被覆チューブを、芯金上に形成された弾性体に被覆して形成されることを特徴とする請求項1または2に記載の帯電ローラ。
  4. シームレスな小径薄肉の帯電ローラ用被覆チューブの押出しに用いる金型において、該金型の出口部分(ダイス)の帯電ローラ表面となる側の被覆チューブと当接する面の10点平均粗さ(RzjisD)が5〜20μmであることを特徴とする帯電ローラ用被覆チューブの押出し金型。
  5. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の帯電ローラを搭載する電子写真装置用カートリッジ。
  6. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の帯電ローラを搭載した電子写真装置。
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