JP2024018911A - 帯電装置および画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 弾性層の成分の染み出しに起因する印刷不良、および、被接触部材の帯電不良に起因する印刷不良の低減を目的とする。【解決手段】 帯電装置3は、回転可能であって、感光体ドラム11(被接触部材)に接触可能に設けられた帯電ローラ12(帯電部材)を備える。帯電ローラ12は、芯金(軸体)12aと、感光体ドラム11に接触し、多孔質粒子12dを含む表面層12cと、芯金12aと表面層12cとの間に設けられた弾性層12bとを有する。表面層12cの表面積のうち、多孔質粒子12dにより形成される凸部の割合は、68.4[%]以上である。【選択図】図3
Description
本開示は、像担持体を帯電する帯電装置、および、帯電装置を備えた画像形成装置に関する。
電子写真プロセスを利用した画像形成装置は、感光体ドラム(被接触部材)に接触してその表面を一様に帯電させる帯電ローラ(帯電部材)を備える。
特許文献1には、帯電ローラの弾性層の成分の染み出しに起因する横スジを抑制するため、帯電ローラの表面に大粒子と小粒子とを分散させることが提案されている。
しかしながら、従来の技術では、帯電ローラと感光体ドラムとの接触面積が小さくなるため、感光体ドラム(被接触部材)の帯電状態が不安定になり、その結果、カブリと呼ばれる印刷不良が発生する可能性がある。
本開示は、上記の課題を解決するためになされたものであり、被接触部材(例えば感光体ドラム)の帯電状態が不安定になることに起因する印刷不良の低減を目的とする。
本開示の帯電装置は、回転可能であって、被接触部材に接触可能に設けられた帯電部材を備える。帯電部材は、軸体と、被接触部材に接触し、多孔質粒子を含む表面層と、軸体と表面層との間に設けられた弾性層とを有する。表面層の表面積のうち、多孔質粒子により形成される凸部の割合は、68.4[%]以上である。
本開示によれば、被接触部材の帯電不良に起因する印刷不良を低減することができる。
≪実施の形態1≫
<画像形成装置の構成>
実施の形態1の画像形成装置について説明する。図1は、実施の形態1の画像形成装置1を示す図である。画像形成装置1は、電子写真法によってカラー画像を形成するものであり、例えばカラープリンタである。なお、画像形成装置1は、カラープリンタに限らず、モノクロプリンタであってもよい。
<画像形成装置の構成>
実施の形態1の画像形成装置について説明する。図1は、実施の形態1の画像形成装置1を示す図である。画像形成装置1は、電子写真法によってカラー画像を形成するものであり、例えばカラープリンタである。なお、画像形成装置1は、カラープリンタに限らず、モノクロプリンタであってもよい。
画像形成装置1は、印刷用紙等の媒体Pを供給する媒体供給部40と、ブラック(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)およびイエロー(Y)のトナー像を形成する画像形成部10K,10C,10M,10Yと、トナー像を媒体Pに転写する転写ユニット30と、トナー像を媒体Pに定着する定着装置50と、媒体Pを排出する媒体排出部60とを有する。
媒体供給部40は、媒体トレイ41と、ホッピングローラ42と、レジストローラ対43と、搬送ローラ対44とを有する。媒体トレイ41は、媒体Pを積層状態で収容する。媒体Pは、例えば、印刷用紙、OHPシート、封筒、複写紙、特殊紙等である。ホッピングローラ42は、搬送モータ45(図6)の駆動力によって回転し、媒体トレイ41の媒体Pを一枚ずつ搬送路に送り出す。
レジストローラ対43は、搬送モータ45(図6)の駆動力によって回転し、媒体トレイ41から送り出された媒体Pを、搬送路に沿って搬送する。なお、レジストローラ対43は、両者のニップ部に媒体Pの先端が当接してから所定時間後に回転を開始することで、媒体Pのスキューを矯正して搬送する。搬送ローラ対44は、搬送モータ45(図6)の駆動力によって回転し、媒体Pを搬送路に沿って転写ユニット30まで搬送する。
画像形成部10K,10C,10M,10Yは、媒体Pの搬送路に沿って上流側から下流側、すなわち図1における右側から左側に配列されている。画像形成部10K,10C,10M,10Yは、特に区別する必要がない場合には、「画像形成部10」と称する。
画像形成部10の感光体ドラム11(後述)に対向するように、露光装置としての露光ヘッド21が配置されている。露光ヘッド21は、発光素子としてのLED(発光ダイオード)を配列したLEDアレイとレンズアレイとを有し、感光体ドラム11の表面に光を照射する。露光ヘッド21は、筐体1Aの上部を覆うトップカバー1Bに懸架されて支持されている。また、LEDの代わりにレーザ素子を用いてもよい。
<画像形成部の構成>
図2は、画像形成部10の構成を示す図である。画像形成部10は、像担持体としての感光体ドラム11と、帯電部材としての帯電ローラ12と、クリーニング部材としてのクリーニングローラ13とを有する帯電装置3を備える。
図2は、画像形成部10の構成を示す図である。画像形成部10は、像担持体としての感光体ドラム11と、帯電部材としての帯電ローラ12と、クリーニング部材としてのクリーニングローラ13とを有する帯電装置3を備える。
画像形成部10は、さらに、現像剤担持体としての現像ローラ14と、供給部材としての供給ローラ15と、層規制部材としての現像ブレード16と、クリーニングブレード17とを有する。画像形成部10の本体部には、現像剤収容体としてのトナーカートリッジ18が取り付けられている。
上記構成において、像担持体としての感光体ドラム11は、帯電ローラ12に接触する被接触部材に相当する。また、クリーニング部材としてのクリーニングローラ13も、帯電ローラ12に接触する被接触部材に相当する。
なお、帯電装置3は、少なくとも、回転可能であって被接触部材に接触可能に設けられた帯電部材としての帯電ローラ12を有していればよい。また、帯電装置3は、少なくとも、帯電部材としての帯電ローラ12と、被接触部材としての感光体ドラム11とを有していればよい。また、帯電装置3は、少なくとも、帯電部材としての帯電ローラ12と、被接触部材としてのクリーニングローラ13とを有していればよい。
感光体ドラム11は、導電性支持体の表面に電荷発生層と電荷輸送層とを積層した円筒状の部材であり、図中時計回りに回転する。感光体ドラム11は、その表面に静電潜像を担持する。感光体ドラム11の構成の詳細については、後述する。
帯電ローラ12は、感光体ドラム11の表面に接触するように配置され、感光体ドラム11に追従して回転する。帯電ローラ12は、帯電ローラ用電源111(図6)から帯電電圧を印加され、感光体ドラム11の表面を一様に帯電させる。
クリーニングローラ13は、帯電ローラ12の表面に接触するように配置され、帯電ローラ12に追従して回転する。クリーニングローラ13は、帯電ローラ12の表面に付着した異物を除去し、帯電ローラ12の表面を清掃する。
現像ローラ14は、感光体ドラム11の表面に接触するように配置され、感光体ドラム11とは逆方向(接触部分での表面の移動方向が順方向となる方向)に回転する。現像ローラ14は、現像ローラ用電源112(図6)から現像電圧を印加され、感光体ドラム11の表面の静電潜像をトナー(現像剤)により現像する。
供給ローラ15は、現像ローラ14の表面に接触するように配置され、現像ローラ14と同方向(接触部分での表面の移動方向が逆方向となる方向)に回転する。供給ローラ15は、供給ローラ用電源113(図6)から供給電圧を印加され、現像ローラ14にトナーを供給する。
現像ブレード16は、現像ローラ14の表面に接触するように配置されたブレードである。現像ブレード16は、現像ブレード用電源114(図6)からブレード電圧を印加され、現像ローラ14の表面のトナー層を一定の厚さに規制する。
画像形成部10のうち、現像ローラ14と供給ローラ15と現像ブレード16とを含む部分は、現像部20を構成する。現像部20は、現像に用いられるトナーを貯蔵するトナー貯蔵部22を有する。トナー貯蔵部22には、現像ローラ14、供給ローラ15および現像ブレード16のほか、トナーを撹拌・搬送するクランク状の撹拌バー19a,19b,19cが配置されている。
画像形成部10は、現像部20の上方にカートリッジ装着部23を有する。カートリッジ装着部23には、現像剤収容体としてのトナーカートリッジ18が着脱可能に取り付けられる。トナーカートリッジ18は、現像剤としてのトナー(符号Tで示す)を収容する容器であり、現像部20のトナー貯蔵部22にトナーを供給する。
クリーニングブレード17は、感光体ドラム11の表面に接触するように配置され、感光体ドラム11の表面に残存するトナーを掻き取る。クリーニングブレード17によって掻き取られた廃トナーは、図示しない搬送スクリューによって廃トナー回収部に搬送される。
図1に示すように、転写ユニット30は、各画像形成部10の感光体ドラム11に対向するように配置された4つの転写ローラ31と、感光体ドラム11と転写ローラ31との間を通過する搬送ベルト32と、搬送ベルト32が張架された駆動ローラ33および従動ローラ34とを有する。
転写ユニット30は、また、搬送ベルト32上の残留トナーを除去するベルトクリーニング部材35と、ベルトクリーニング部材35によって除去された残留トナーを収容する廃トナー収容部36とを有する。
搬送ベルト32は、高抵抗の半導電性プラスチックフィルムで形成された無端状のベルトである。搬送ベルト32は、光沢のある表面を有し、当該表面で媒体Pを吸着保持して搬送する。
駆動ローラ33は、駆動モータ108(図6)の駆動力によって回転し、搬送ベルト32を矢印Bで示す方向に走行させる。従動ローラ34は、搬送ベルト32に所定の張力を付与する。
転写ローラ31は、金属製のシャフトの表面に、半導電性の弾性体層を形成したものである。転写ローラ31は、転写ローラ用電源115(図6)によって転写電圧を印加され、感光体ドラム11の表面のトナー像を搬送ベルト32上の媒体Pに転写する。
定着装置50は、ヒートローラ51と加圧ローラ52を有する。ヒートローラ51は、ハロゲンランプ等のヒータを内蔵する。ヒートローラ51は、定着モータ53(図6)の駆動力によって回転する。
加圧ローラ52はヒートローラ51に押し当てられ、ヒートローラ51との間で定着ニップを形成する。ヒートローラ51および加圧ローラ52は、媒体P上に転写されたトナーを加圧、加熱して媒体Pに定着させる。
媒体排出部60は、媒体Pの搬送方向において定着装置50の下流側に配置される。媒体排出部60は、定着装置50を通過した媒体Pを排紙口62から排出する排出ローラ対61を有する。排出ローラ対61は、定着モータ53(図6)からの回転伝達によって回転し、媒体Pを排紙口62から排出する。トップカバー1Bの上部には、排出された媒体Pを積載するスタッカ63が設けられている。
図1において、感光体ドラム11の軸方向を、X方向とする。X方向は、画像形成装置1内の各ローラの軸方向であり、搬送される媒体Pの幅方向でもある。媒体Pが画像形成部10を通過するときの媒体Pの移動方向を、Y方向とする。X方向とY方向に直交する方向を、Z方向とする。ここでは、Z方向は上下方向である。
<画像形成部の各構成要素>
次に、画像形成部10の各構成要素について、より詳細に説明する。まず、画像形成部10の帯電装置3(感光体ドラム11、帯電ローラ12およびクリーニングローラ13)の各構成要素から説明する。
次に、画像形成部10の各構成要素について、より詳細に説明する。まず、画像形成部10の帯電装置3(感光体ドラム11、帯電ローラ12およびクリーニングローラ13)の各構成要素から説明する。
<帯電装置>
図3は、帯電装置3を示す図である。帯電装置3は、感光体ドラム11と、帯電ローラ12と、クリーニングローラ13とを有する。帯電ローラ12は、感光体ドラム11の表面に接触するように配置され、両者の間にニップを形成する。ニップ圧は、例えば、700[gf]である。クリーニングローラ13は、帯電ローラ12の表面に接触するように配置されている。帯電ローラ12およびクリーニングローラ13は、感光体ドラム11の表面を帯電させる帯電部を構成する。
図3は、帯電装置3を示す図である。帯電装置3は、感光体ドラム11と、帯電ローラ12と、クリーニングローラ13とを有する。帯電ローラ12は、感光体ドラム11の表面に接触するように配置され、両者の間にニップを形成する。ニップ圧は、例えば、700[gf]である。クリーニングローラ13は、帯電ローラ12の表面に接触するように配置されている。帯電ローラ12およびクリーニングローラ13は、感光体ドラム11の表面を帯電させる帯電部を構成する。
ニップ圧は、具体的には、センサシート(PINCH A4-40 NS-SET-PA4-40)を用いたローラ間圧力分布測定システム「PINCH」(ニッタ株式会社製)により測定することができる。
<帯電ローラ>
帯電ローラ12は、軸体としての芯金12aと、芯金12aの表面に形成された弾性層12bと、弾性層12bの表面を覆う表面層12cとを有する。芯金12aおよび弾性層12bは、導電性を有する材料で形成されている。
帯電ローラ12は、軸体としての芯金12aと、芯金12aの表面に形成された弾性層12bと、弾性層12bの表面を覆う表面層12cとを有する。芯金12aおよび弾性層12bは、導電性を有する材料で形成されている。
芯金12aは、例えば、無電解ニッケルメッキを施した快削鋼(SUM)、またはステンレス鋼(SUS)等の金属で構成される。弾性層12bは、感光体ドラム11との間で適正な放電が生じるニップを形成できるよう、ゴム、熱可塑性エラストマー、樹脂等で形成される。弾性層12bは、単層であってもよく、2層以上の多層構造を有していてもよい。
弾性層12bは、例えば、エピクロルヒドリンゴム(CO,ECO,GECO)、エチレンプロピレンゴム(EPM,EPDM)、アクリロニトリル-ブタジエンゴム(NBR)、水素化アクリロニトリル-ブタジエンゴム(H-NBR)、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム(BR)、イソプレンゴム(IR)、クロロプレンゴム(CR)、ウレタンゴム、およびシリコーンゴム等のうち、一種もしくは二種以上を混合したものを主成分とするゴム組成物で形成される。
特に、エピクロルヒドリンゴム(ECO)を主成分とするゴム、あるいは、エピクロルヒドリンゴム(ECO)とアクリロニトリル-ブタジエンゴム(NBR)とを混合したものを主成分とするゴムを用いることが望ましい。実施の形態1では、エピクロルヒドリンゴム(ECO)を主成分とするゴムを使用した。
弾性層12bの電気抵抗が高すぎると、感光体ドラム11の表面の帯電ムラあるいは過帯電によって印刷不良が発生する。逆に、弾性層12bの電気抵抗が低すぎると、感光体ドラム11の表面の傷に起因する電流リークにより印刷不良が発生する。従って、弾性層12bの電気抵抗には適正範囲がある。弾性層12bの電気抵抗を適正範囲とするために、弾性層12bには、イオン導電性の材料、イオン導電剤、カーボンブラック、金属性酸化物等を添加して所定の導電性を与える。
弾性層12bは、電子導電性を有していてもよく、イオン導電性を有していてもよい。弾性層12bの部分的な抵抗ムラは感光体ドラム11の帯電ムラにつながりやすいため、抵抗ムラ抑制の観点からイオン導電性を有する弾性層を用いる場合が多いが、電子導電性を有する弾性層を用いてもよい。
弾性層12bの体積抵抗値は、106~109Ωであることが望ましい。帯電ローラ12がイオン導電性を有する場合、体積抵抗値は温度・湿度によって変化するが、ここでは温度20℃、相対湿度50%の環境下で測定した値を示す。
弾性層12bの硬さは、帯電ローラ12の表面と感光体ドラム11の表面との間に微小のギャップを形成し、パッシェンの法則に基づいた適正な放電を生じさせることができるように調整する。弾性層12bの硬さの測定には、高分子計器株式会社製のマイクロゴム硬度計「MD-1capa」(Type_A)を用い、ピーク測定を行う。この方法で測定した場合、弾性層12bの硬さは、35度~80度の範囲にあることが望ましい。弾性層12bの硬さがこの範囲にあれば、帯電ローラ12および感光体ドラム11の偏心あるいは形状のバラツキを吸収することができる。但し、帯電ローラ12と感光体ドラム11との間に適正なニップが形成されるのであれば、硬さの範囲は上記範囲に限定されない。
弾性層12bの表面(すなわち外周面)には、切削、研磨工程、型成型等により所定の表面粗さが付与される。帯電ローラ12の十点平均粗さRzは、印加電圧および使用環境にもよるが、パッシェンの法則により、例えば1~30 [μm]程度であることが望ましい。弾性層12bの表面には、表面処理、コーティング、紫外線照射あるいは電子線照射を施してもよい。これらの処理により、感光体ドラム11の汚染防止、または弾性層12bの抵抗調整が可能になる。また、感光体ドラム11に付着したトナーおよびその外添剤が帯電ローラ12に表面に付着しにくくなる。
表面層12cは、弾性層12bの表面に、酢酸エチル(溶媒)にウレタン系ポリマーおよび多孔質粒子を混合した溶液を塗布することにより形成される(後述する実施例1-1~1-5参照)。塗布は、ディッピング、スプレーまたはコーター等によって行われる。なお、ウレタン系ポリマーとは、イソシアネート基とアルコール基が縮合してできるウレタン結合を有する単独重合体または共重合体である。
表面層12cの形成には、例えば、トルエンジイソシアネート(TDI)、メチレンジジイソシアネート(MDI)、キシリレンジイソシアネート(XDI)、ナフタレンジイソシアネート(NDI)、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、ポリエステル系ポリオール、ポリカーボネート系ポリオール、シリコーン系ジオール、アクリルフッ素系ポリマー、アクリルシリコーン系ポリマー、フッ素系ポリマーおよびこれらの多重体、変性体などを用いることができる。また、必要に応じて、カーボンブラック、イオン導電剤、電子導電剤等の導電剤を添加することができる。
表面層12cに含まれる多孔質粒子は、例えば、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ナイロン樹脂、フッ素樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、イソシアネート樹脂等であり、これらを一種もしくは二種以上を併用して用いることができる。
ここでは、一例として、帯電ローラ12の芯金12aの外径を8[mm]とし、弾性層12bの外径を12[mm]としている。
<クリーニングローラ>
クリーニングローラ13は、軸体としての芯金13aと、その芯金13aの表面に形成された弾性層13bとを有する。芯金13aには、例えば、無電解ニッケルメッキを施した快削鋼(SUM)、ステンレス鋼(SUS)等の金属、またはポリアセタール(POM)等の樹脂で形成される。弾性層13bは1層でもよく、2層以上の積層構造を有していてもよい。弾性層13bは、発泡体を含んで構成されてもよいし、ソリッド層と発泡層との2層構造を有していてもよい。また、弾性層13bは、芯金13aの軸方向端部を除く表面全体を覆っていてもよく、芯金13aの表面を螺旋状に覆っていてもよい。クリーニングローラ13の弾性層13bは、帯電ローラ12の表面を清掃する機能を有していればよい。
クリーニングローラ13は、軸体としての芯金13aと、その芯金13aの表面に形成された弾性層13bとを有する。芯金13aには、例えば、無電解ニッケルメッキを施した快削鋼(SUM)、ステンレス鋼(SUS)等の金属、またはポリアセタール(POM)等の樹脂で形成される。弾性層13bは1層でもよく、2層以上の積層構造を有していてもよい。弾性層13bは、発泡体を含んで構成されてもよいし、ソリッド層と発泡層との2層構造を有していてもよい。また、弾性層13bは、芯金13aの軸方向端部を除く表面全体を覆っていてもよく、芯金13aの表面を螺旋状に覆っていてもよい。クリーニングローラ13の弾性層13bは、帯電ローラ12の表面を清掃する機能を有していればよい。
弾性層13bは、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリアミド、若しくはポリプロピレン等の発泡性の樹脂、またはシリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、エチレンプロピレンゴム(EPM、EPDM)、エチレンプロピレンゴム(EPM,EPDM)、アクリロニトリル-ブタジエンゴム(NBR)、水素化アクリロニトリル-ブタジエンゴム(H-NBR)、スチレン-ブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム(BR)、イソプレンゴム(IR)、若しくはクロロプレンゴム(CR)等のゴムのうち、一種もしくは二種以上を混合したもので形成される。必要に応じて、発泡助剤、整泡剤、触媒、硬化剤、可塑剤、加硫促進剤等の助剤を加えてもよい。
弾性層13bは、上記材料の中でも特に、帯電ローラ12の表面の異物を除去する機能の観点から、気泡を有する材料(すなわち発泡体)で形成されることが特に望ましい。特に、摩擦による帯電ローラ12の表面の損傷を抑制し、また、長期間に亘って弾性層13bの千切れ、破損等を生じないようにするため、引き裂きおよび引っ張りに強いポリウレタンの発泡体を用いることが好ましい。
具体的には、日本工業規格JIS_K7222による密度(見掛け密度)が20~80[kg/m3]であり、JIS_K6400-2による25%圧縮硬さが100~410[N]であり、JIS_K6400-5による引張強度が60~300[kPa]であり、JIS_K6400-5による伸びが100~220[%]である材料が、弾性層13bとして望ましい。
実施の形態1で使用したクリーニングローラ13は、快削鋼に無電解ニッケルメッキを施した芯金13aと、ポリウレタン発泡体で形成された弾性層13bとを有する。弾性層13bのポリウレタン発泡体は、HONG_KONG_FIT社製の「モルトプレンSM-55」(製品名)を用いた。芯金13aの外径は4[mm]とし、弾性層13bの外径は5.7[mm]とした。
<感光体ドラム>
次に、像担持体としての感光体ドラム11について説明する。図4(A)は、感光体ドラム11の断面構造を示す図である。図4(B)は、図4(A)に示した感光体ドラム11の断面の一部を拡大して示す図である。
次に、像担持体としての感光体ドラム11について説明する。図4(A)は、感光体ドラム11の断面構造を示す図である。図4(B)は、図4(A)に示した感光体ドラム11の断面の一部を拡大して示す図である。
感光体ドラム11は、静電潜像を表面(表層部分)に担持する部材である。図4(A)に示すように、感光体ドラム11は、円筒状の部材であり、その軸方向一端にドラムギア11gを有し、他端にドラムフランジ11fを有する。ドラムギア11gは、駆動モータ108(図6)からの駆動力の伝達を受ける部分である。感光体ドラム11の円筒部分(ドラムギア11gとドラムフランジ11fを除く部分)の外径は、例えば、30[mm]である。
図4(B)に示すように、感光体ドラム11は、導電性支持体11aと、導電性支持体11aの表面を覆う光導電層11bとを有する。導電性支持体11aは、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼からなる金属で形成されたパイプである。光導電層11bは、電荷発生層11cと電荷輸送層11dとを順に積層した構造を有する。なお、導電性支持体11aと光導電層11bとの間に、下引き層11eを形成してもよい。
電荷発生層11cは、電荷発生物質およびバインダ樹脂(結着樹脂)を主成分とする。電荷発生物質としては、各種有機顔料および有機染料を使用することができる。特に、無金属フタロシアニン、銅、インジウム、ガリウム、錫、チタン、亜鉛、バナジウム等の金属、またはその酸化物、塩化物の配位したフタロシアニン類が望ましい。また、モノアゾ、ヒスアゾ、トリスアゾもしくはポリアゾ類などのアゾ顔料などが好ましい。
電荷発生層11cのバインダ樹脂は、例えば、ポリエステル樹脂、ポリビニルアセテート、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステル、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリビニルアセトアセタール、ポリビニルプロピオナール、ポリビニルブチラール、フェノキシ樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、セルロースエステルまたはセルロースエーテルなどである。
電荷輸送層11dは、電荷輸送物質およびバインダ樹脂を主成分とする。電荷輸送物質は、例えば、カルバゾール、インドール、イミダゾール、オキサゾール、ピラゾール、オキサジアゾール、ピラゾリン、チアジアゾールなどの複素環化合物、アニリン誘導体、ヒドラゾン化合物、芳香族アミン誘導体、スチルベン誘導体、またはこれらの化合物からなる基を主鎖もしくは側鎖に有する重合体などの電子供与性物質である。
電荷輸送層11dのバインダ樹脂は、例えば、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニルなどのビニル重合体、ポリエステル、ポリエステルカーボネート、ポリスルホン、ポリイミド、フェノキシ、エポキシ、シリコーン樹脂またはこれらの重合体もしくは部分的架橋硬化物などであり、特にポリカーボネートが好ましい。必要に応じて、酸化防止剤、増感剤などの添加物を含んでいてもよい。
<トナー>
次に、トナーについて説明する。トナーは、非磁性一成分の負帯電性トナーである。トナーの平均粒径は約6.0[μm]であり、円形度は約0.96である。平均粒径の測定には、コールター株式会社製「マルチサイザー3」を使用する。円形度の測定には、シスメックス株式会社製「フロー式粒子像分析装置FPIA-3000」を使用する。
次に、トナーについて説明する。トナーは、非磁性一成分の負帯電性トナーである。トナーの平均粒径は約6.0[μm]であり、円形度は約0.96である。平均粒径の測定には、コールター株式会社製「マルチサイザー3」を使用する。円形度の測定には、シスメックス株式会社製「フロー式粒子像分析装置FPIA-3000」を使用する。
トナーは、少なくともバインダ樹脂を含有するトナー母粒子に、無機微粉体または有機微粉体等の外部添加剤(外添剤)を添加したものである。
バインダ樹脂としては、ポリエステル系樹脂、スチレン-アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、またはスチレン-ブタジエン系樹脂が好ましい。また、複数種類のバインダ樹脂を混合してもよい。ここでは、二種類以上の非晶性ポリエステル樹脂と、結晶構造を持った結晶性ポリエステル樹脂とを混合したものを用いる。
バインダ樹脂には、離型剤および着色剤が添加される。これらに加えて、帯電制御剤、導電性調整剤、流動性向上剤またはクリーニング性向上剤等の添加剤を添加してもよい。
離型剤としては、特に限定するものではないが、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、オレフィンの共重合物、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックス、フィッシャートロプシュワックス等の脂肪族炭化水素系ワックス、酸化ポリエチレンワックス等の脂肪族炭化水素系ワックスの酸化物、またはそれらのブロック共重合物、カルナバワックス、モンタン酸エステルワックス等の脂肪酸エステルを主成分とするワックス類、脱酸カルナバワックス等の脂肪酸エステル類を一部または全部を脱酸化したもの等を用いることができる。離型剤の含有量は、バインダ樹脂100[重量部]に対して、0.1~20[重量部]が好ましく、より好ましくは0.5~12[重量部]である。また、複数のワックスを併用してもよい。
着色剤としては、特に限定するものではないが、一般にイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー用着色剤として用いられている染料、顔料等を、単独または複数種併用して用いることができる。具体的には、例えば、カーボンブラック、酸化鉄、フタロシアニンブルー、パーマネントブラウンFG、ブリリアントファーストスカーレット、ピグメントグリーンB、ローダミン-Bベース、ソルベントレッド49、ソルベントレッド146、ピグメントブルー15:3、ソルベントブルー35、キナクリドン、カーミン6B、ジスアゾイエロー等を用いることができる。着色剤の含有量は、バインダ樹脂100[重量部]に対して、2~25[重量部]が好ましく、より好ましくは2~15[重量部]である。
帯電制御剤としては、公知のものを用いることができる。例えば、負帯電性トナーの場合には、アゾ系錯体帯電制御剤、サリチル酸系錯体帯電制御剤、カリックスアレン系帯電制御剤等がある。帯電制御剤の含有量は、バインダ樹脂100[重量部]に対して、0.05~15[重量部]が好ましく、より好ましくは0.1~10[重量部]である。
外添剤は、環境安定性、帯電安定性、現像性、流動性、保存性向上のために添加され、公知のものを用いることができ、外添剤の含有量は、バインダ樹脂100[重量部]に対して0.01~10[重量部]、好ましくは0.05~8[重量部]添加される。本実施例では、母粒子100[重量部]に、平均粒径14[μm]のシリカを数種類(帯電極性が正のものと、負のもの)と、平均粒径110[μm]のコロイダルシリカ(負帯電)、平均粒径200[μm]のメラミン(正帯電)を添加し、その総量は、上記範囲に収まるようにした。
トナーの帯電量(ブローオフ帯電量)は、トナーとキャリアとを振とうにより撹拌して測定した。ここでは、キャリアとして、パウダーテック株式会社製のフェライトキャリア「EF96-35」を用い、トナー0.5[g]とキャリアとを9.5[g]を混合した。トナーとキャリアの混合物(150[mg])を容器に収容し、株式会社ヤヨイ製の振とう器「YS-LD」を用いて振とうした。振とう回数を200[回/分]とし、振とう時間は300秒間とした。
振とう後、京セラケミカル株式会社製の粉体帯電量測定装置「TB-203」を使用し、ブロー圧力を7.0[kPa]、吸引圧力を-4.5[kPa]として10秒間の吸引を行い、PC(パーソナルコンピュータ)に0.1秒毎の電荷量と吸引量を出力させた。吸引時間(10秒間)の最後の2秒間に出力された電荷量および吸引量の各平均値から算出されたトナー粒子の単位重量当たりの電荷量Q/Mは、およそ-35[μC/g]であった。なお、測定は、温度25[℃]、相対湿度50[%]で行った。
<現像ローラ>
次に、現像ローラ14について説明する。図5(A)は、現像ローラ14の断面構造を示す図である。現像ローラ14は、導電性の芯金14aと、芯金14aの表面に形成された弾性層14bと、弾性層14bの表面を覆う表面層14cとを備える。芯金14aは、例えば、鉄、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属で形成される。
次に、現像ローラ14について説明する。図5(A)は、現像ローラ14の断面構造を示す図である。現像ローラ14は、導電性の芯金14aと、芯金14aの表面に形成された弾性層14bと、弾性層14bの表面を覆う表面層14cとを備える。芯金14aは、例えば、鉄、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属で形成される。
弾性層14bは、シリコーンゴム、ウレタン等の一般的なゴム材料で形成される。弾性層14bとしてポリウレタンを用いる場合には、ポリエーテル系ポリオールを主体とするポリウレタンであるのが好ましい。エーテル系ポリウレタンは、ポリエーテル系ポリオールを主体とするポリオールとポリイソシアネートとを反応することにより得られる、いわゆる注型タイプのポリウレタンである。これは、圧縮永久ひずみを小さくするためである。一方、エステル系ポリウレタンを用いた場合には、加水分解特性が悪く、長期に亘って安定して使用できない。
また、弾性層14bとしてポリウレタンを用いる場合、ポリオールと反応させるイソシアネートとしては、例えば、トリフェニルメタントリイソシアネート、トリス(イソシアネートフェニル)チオホスフェート、ビシクロヘプタントリイソシアネート等の3官能イソシアネート単体、ヘキサメチレンジイソシアネートのネレート変性ポリイソシアネートや、ポリメリックMDI等の混合物を用いることができる。
また、これら3官能以上のポリイソシアネートと、一般的な2官能イソシアネート化合物との混合物としてもよい。2官能イソシアネート化合物の例として、2,4-トリレンジイソシアネート(TDI)、4,4-ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、パラフェニレンジイソシアネート(PPDI)、1,5-ナフタレンジイソシアネート(NDI)、3,3-ジメチルジフェニル-4,4-ジイソシアネート(TODI)、およびこれらのイソシアネートを両末端に有するプレポリマー等の変性体や多量体等が挙げられる。
弾性層14bは、上述したようなゴム基材にカーボンブラックを添加し、カーボンの分散状態を保持したまま加熱硬化させて形成する。これにより、固有抵抗として0.1~10[Ω・cm]程度を示すカーボンブラックを絶縁体ともいえるエラストマー(1012~1016[Ω・cm])に分散させて104~108[Ω・cm]の中抵抗領域を安定になるように形成することができる。
表面層14cは、例えば、弾性層14bの表層部に表面処理液を含浸させて形成する。表面処理液は、有機溶媒に少なくともイソシアネート成分を溶解させたものである。有機溶媒としては、酢酸メチル、酢酸ブチル、酢酸ペンチル等が挙げられる。このような有機溶媒を用いる場合、例えば、表面処理液に含まれるイソシアネート成分として、2,4-トリレンジイソシアネート(TDI)、4,4-ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)等のイソシアネート化合物、およびこれらの多量体および変性体等を用いることができる。
表面処理液には、ポリエーテル系ポリマーを含有させてもよい。ポリエーテル系ポリマーは、有機溶剤に可溶であるのが好ましく、また、活性水素を有して、イソシアネート化合物と反応して化学的に結合可能なものが好ましい。活性水素を有する好適なポリエーテル系ポリマーとしては、水酸基またはアリル基を有するポリマーが挙げられ、例えば、末端イソシアネートプレポリマーに用いるポリオール、グリコール等が挙げられる。
また、表面処理液には、アクリルフッ素系ポリマーおよびアクリルシリコーン系ポリマーから選択されるポリマーを含有させてもよい。アクリルフッ素系ポリマーおよびアクリルシリコーン系ポリマーは、所定の溶剤に可溶でイソシアネート化合物と反応して化学的に結合可能なものである。アクリルフッ素系ポリマーは、例えば、水酸基、アルキル基、またはカルボキシル基を有する溶剤可溶性のフッ素系ポリマーであり、例えば、アクリル酸エステルとアクリル酸フッ化アルキルのブロックコポリマーやその誘導体が挙げられる。また、アクリルシリコーン系ポリマーは、溶剤可溶性のシリコーン系ポリマーであり、例えば、アクリル酸エステルとアクリル酸シロキサンエステルのブロックコポリマーやその誘導体が挙げられる。
また、表面処理液には、導電性付与材としてさらにアセチレンブラック等のカーボンブラックを添加してもよい。
表面処理液中のポリエーテル系ポリマー、アクリルフッ素系ポリマーおよびアクリルシリコーン系ポリマーは、イソシアネート成分に対し、ポリエーテル系ポリマー、アクリルフッ素系ポリマーおよびアクリルシリコーン系ポリマーの総量を10~70[質量%]となるようにするのが好ましい。10[質量%]より少ないとカーボンブラック等を表面処理液中に保持する効果が小さくなる。一方、70[質量%]より多いと、電気抵抗値が上昇し、あるいは相対的にイソシアネート成分が少なくなって有効な表面処理層が形成できないという問題がある。
上述した表面処理液に弾性層14bを浸漬させることにより塗布し、乾燥硬化させることにより、表面処理液が弾性層14bの表層部に含浸されて表面層14cとなる。
<供給ローラ>
次に、供給ローラ15について説明する。図5(B)は、供給ローラ15の断面構造を示す図である。供給ローラ15は、導電性の芯金15aと、芯金15aの表面に形成されたスポンジ状の発泡弾性層15bとを有する。芯金15aは、例えば、鉄、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属で形成される。
次に、供給ローラ15について説明する。図5(B)は、供給ローラ15の断面構造を示す図である。供給ローラ15は、導電性の芯金15aと、芯金15aの表面に形成されたスポンジ状の発泡弾性層15bとを有する。芯金15aは、例えば、鉄、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属で形成される。
発泡弾性層15bを形成するゴム組成物は、ゴムと発泡剤と導電性付与剤とを含有し、さらに必要に応じて添加剤を含有する。ゴムは、耐熱性および帯電特性に優れるシリコーンゴムまたはシリコーン変性ゴムが好ましい。発泡剤は、発泡ゴムに用いられる発泡剤であればよい。無機系発泡剤としては、重炭酸ソーダ、炭酸アンモニウム等が挙げられる。有機系発泡剤としては、ジアゾアミノ誘導体、アゾニトリル誘導体、アゾジカルボン酸誘導体等の有機アゾ化合物が挙げられる。発泡弾性層15bに連続セルを形成する場合には無機系発泡剤が用いられ、独立セルを形成する場合には有機系発泡剤が用いられる。添加剤は、例えば、充填剤、着色剤、離型剤等である。
<現像ブレード>
図2に示した現像ブレード16は、例えばステンレス鋼等の金属で構成された板状部材である。現像ブレード16は、現像ローラ14との当接部に曲げ加工が施されている。現像ブレード16が現像ローラ14の表面に当接することで、現像ローラ14上のトナー層の厚さが規制される。
図2に示した現像ブレード16は、例えばステンレス鋼等の金属で構成された板状部材である。現像ブレード16は、現像ローラ14との当接部に曲げ加工が施されている。現像ブレード16が現像ローラ14の表面に当接することで、現像ローラ14上のトナー層の厚さが規制される。
<クリーニングブレード>
図2に示したクリーニングブレード17は、板状弾性体で構成されている。板状弾性体の材料は、例えば、可撓性のゴム材料またはプラスチックである。クリーニングブレード17は、感光体ドラム11の表面に摺接して、残留トナー(搬送ベルト32に転写されずに感光体ドラム11の表面に残ったトナー)を掻き取って除去する。
図2に示したクリーニングブレード17は、板状弾性体で構成されている。板状弾性体の材料は、例えば、可撓性のゴム材料またはプラスチックである。クリーニングブレード17は、感光体ドラム11の表面に摺接して、残留トナー(搬送ベルト32に転写されずに感光体ドラム11の表面に残ったトナー)を掻き取って除去する。
<画像形成装置の制御系>
次に、画像形成装置1の制御系について説明する。図6は、画像形成装置1の制御系を示すブロック図である。画像形成装置1は、制御部100と、受信メモリ121と、画像データ編集メモリ122と、操作部123と、センサ群124と、電源回路110とを有する。
次に、画像形成装置1の制御系について説明する。図6は、画像形成装置1の制御系を示すブロック図である。画像形成装置1は、制御部100と、受信メモリ121と、画像データ編集メモリ122と、操作部123と、センサ群124と、電源回路110とを有する。
制御部100は、印刷制御部(主制御部)101と、I/F(インタフェース)制御部102と、ヘッド制御部103と、定着制御部104と、定着駆動制御部105と、搬送制御部106と、駆動制御部107とを有する。
印刷制御部101は、マイクロプロセッサ、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、入出力ポート、タイマ等を有する。印刷制御部101は、予め定められたプログラムを実行することにより、画像形成装置1の動作の全体を制御する。具体的には、印刷制御部101は、外部装置からI/F制御部102を介して印刷データおよび制御コマンドを受信し、ヘッド制御部103、定着制御部104、定着駆動制御部105、搬送制御部106、駆動制御部107および電源回路110を統括的に制御して、印刷動作を実行する。
I/F制御部102は、パーソナルコンピュータなどの外部装置から印刷データおよび制御コマンドを受信し、また、画像形成装置1の状態に関する情報を外部装置に送信する。
受信メモリ121は、外部装置からI/F制御部102を介して入力された印刷データを一時的に記憶する。
画像データ編集メモリ122は、受信メモリ121に記憶した印刷データを受け取ると共に、その印刷データを編集処理して得られた画像データを記録する。
操作部123は、画像形成装置1の状態に関する情報を表示する表示部と、使用者の操作入力を受け付ける入力部とを有する。表示部は、例えばLEDランプで構成され、入力部は、例えばボタンあるいはタッチパネルで構成される。
センサ群124は、画像形成装置1の動作状態を監視する各種センサを有する。具体的には、搬送路における媒体Pの位置を検知する位置検出センサ、温湿度センサ、印刷濃度センサ、およびトナー残量センサ等である。
電源回路110は、帯電ローラ12に帯電電圧を印加する帯電ローラ用電源111と、現像ローラ14に現像電圧を印加する現像ローラ用電源112と、供給ローラ15に供給電圧を印加する供給ローラ用電源113と、現像ブレード16にブレード電圧を印加する現像ブレード用電源114と、転写ローラ31に転写電圧を印加する転写ローラ用電源115とを有する。
ヘッド制御部103は、画像データ編集メモリ122に記録されたイメージデータに基づき、露光ヘッド21の各LEDを発光制御する。
定着制御部104は温度調節回路を有し、定着装置50に設けられたサーミスタ等の温度センサの出力信号に基づき、ヒートローラ51内のヒータに電流を供給する。
定着駆動制御部105は、ヒートローラ51を回転駆動する定着モータ53の回転を制御する。なお、排出ローラ対61は、定着モータ53からの回転伝達によって回転する。
搬送制御部106は、ホッピングローラ42、レジストローラ対43および搬送ローラ対44を駆動する搬送モータ45の回転を制御する。搬送モータ45の回転は、図示しない電磁クラッチ等を介して、ホッピングローラ42、レジストローラ対43および搬送ローラ対44に伝達される。
駆動制御部107は、感光体ドラム11を回転駆動する駆動モータ108の回転を制御する。なお、感光体ドラム11の回転は、図示しないギア列を介して現像ローラ14、供給ローラ15および駆動ローラ33にも伝達される。
<画像形成装置の印刷動作>
次に、画像形成装置1の印刷動作について、図1,2,6を参照して説明する。印刷制御部101は、外部装置からI/F制御部102を介して印刷コマンドと印刷データを受信すると、印刷動作を開始する。
次に、画像形成装置1の印刷動作について、図1,2,6を参照して説明する。印刷制御部101は、外部装置からI/F制御部102を介して印刷コマンドと印刷データを受信すると、印刷動作を開始する。
印刷制御部101は、駆動制御部107により、各画像形成部10に対応する駆動モータ108を駆動し、これにより感光体ドラム11が回転を開始する。駆動モータ108の駆動力は、現像ローラ14、供給ローラ15および駆動ローラ33にも伝達され、これらも回転を開始する。感光体ドラム11の回転に追従して帯電ローラ12も回転する。
印刷制御部101は、また、電源回路110から帯電ローラ12に帯電電圧を印加し、現像ローラ14に現像電圧を印加し、供給ローラ15に供給電圧を印加し、現像ブレード16にブレード電圧を印加する。
一例としては、帯電ローラ12に-888[V]の帯電電圧を印加し、感光体ドラム11の表面を帯電させる。現像ローラ14には-210[V]の現像電圧を印加し、供給ローラ15には-340[V]の供給電圧を印加し、現像ブレード16には-340[V]のブレード電圧を印加する。
また、印刷制御部101は、1ページごとの画像データをヘッド制御部103に送信する。ヘッド制御部103は、画像データに基づき、露光ヘッド21の各LEDを発光させて感光体ドラム11を露光する。感光体ドラム11の露光部分は電位の絶対値が低下し、これにより静電潜像が形成される。
図2に示すように、現像部20のトナー貯蔵部22に収容されているトナーは、供給ローラ15と現像ローラ14との間の電位差によって生じる磁界により、現像ローラ14に付着する。
現像ローラ14に付着したトナーは、現像ブレード16によって一定の厚さのトナー層となる。現像ローラ14上のトナーは、感光体ドラム11の潜像(露光部分)との電位差によって生じる磁界により、感光体ドラム11の潜像に付着する。これにより、感光体ドラム11の表面にトナー像(現像剤像)が形成される。
画像形成部10における画像形成の開始と略同時に、搬送制御部106が搬送モータ45を駆動する。これにより、ホッピングローラ42は媒体トレイ41の媒体Pを繰り出し、レジストローラ対43は繰り出された媒体Pを搬送路に沿って搬送し、搬送ローラ対44は媒体Pを転写ユニット30まで搬送する。
転写ユニット30では、駆動ローラ33の回転によって走行する搬送ベルト32が、媒体Pを吸着保持して搬送する。搬送ベルト32上に静電吸着された媒体Pは、各画像形成部10の感光体ドラム11と転写ローラ31との間の転写ニップに送られる。
媒体Pの先端が、感光体ドラム11と転写ローラ31との間の転写ニップに到達するタイミングに合わせて、転写ローラ用電源115から転写ローラ31に転写電圧が印加される。
転写ローラ31には、+3000[V]の転写電圧が供給される。感光体ドラム11上に現像されたトナー像と転写ローラ31との電位差により、トナー像が感光体ドラム11から搬送ベルト32上の媒体Pに転写される。
トナー像の転写後に感光体ドラム11の表面に残った残トナーは、クリーニングブレード17によって掻き取られ、廃トナー搬送部材によって排出される。
このように各画像形成部10K,10C,10M,10Yの感光体ドラム11で形成された各色のトナー像が媒体Pに順次転写され、重ね合わされる。各色のトナー像が転写された媒体Pは、搬送ベルト32によってさらに定着装置50に向けて搬送される。
搬送ベルト32の表面に残った残留トナーは、ベルトクリーニング部材35により除去され、廃トナー収容部36に収容される。
定着装置50では、ヒートローラ51が定着制御部104によって定着温度まで加熱され、定着モータ53によって回転している。定着装置50に到達した媒体Pは、ヒートローラ51と加圧ローラ52との間で加熱および加圧され、トナー像が媒体Pに定着される。トナー像が定着された媒体Pは、媒体排出部60の排出ローラ対61によって排紙口62から排出され、スタッカ63上に積載される。これにより、印刷動作が完了する。
<評価方法>
ここでは、後述するように実施例1-1~1-5および比較例1-1~1-7の12種類の帯電ローラ12を作製し、帯電ローラ12の保存性、凸部表面積率、凸部の最大高さ、およびカブリについて評価した。以下では、それぞれの評価方法について説明する。
ここでは、後述するように実施例1-1~1-5および比較例1-1~1-7の12種類の帯電ローラ12を作製し、帯電ローラ12の保存性、凸部表面積率、凸部の最大高さ、およびカブリについて評価した。以下では、それぞれの評価方法について説明する。
<保存性>
まず、帯電ローラ12の保存性の評価について説明する。感光体ドラム11と帯電ローラ12とがニップを形成した状態で長期間放置された場合、帯電ローラ12の弾性層12bの成分が染み出して感光体ドラム11に付着する可能性がある。この場合、印刷画像には、感光体ドラム11の周長に相当する周期で横スジが発生する。保存性の評価では、以下のようにして横スジの発生状況を評価する。
まず、帯電ローラ12の保存性の評価について説明する。感光体ドラム11と帯電ローラ12とがニップを形成した状態で長期間放置された場合、帯電ローラ12の弾性層12bの成分が染み出して感光体ドラム11に付着する可能性がある。この場合、印刷画像には、感光体ドラム11の周長に相当する周期で横スジが発生する。保存性の評価では、以下のようにして横スジの発生状況を評価する。
まず、感光体ドラム11と帯電ローラ12とがニップを形成した画像形成部10M(マゼンタ)を、温度50℃、相対湿度90%の環境下で6日間保存した。なお、このような高温高湿環境としたのは、ニップ圧が印加された条件下での帯電ローラ12の状態変化を促進させるためである。
6日間の保存後、画像形成部10Mを、画像形成装置1(沖電気工業株式会社製のLEDプリンタ「C844dnw」)に装着し、印刷テストを行った。媒体Pとしては、A4サイズの普通紙(沖電気工業株式会社製「エクセレントホワイト」)を用いた。
印刷テストは、2by2パターン(ハーフトーン)を3枚、1by1パターンを3枚、ベタパターンを3枚、白紙パターンを1枚の計10枚1セットとし、2セット行った。なお、2by2パターンとは、縦方向の4ドットおよび横方向の4ドットで形成される16マスのうち、縦方向の2ドットおよび横方向の2ドットで4マスのドットを形成するものである。
その後、1セット目の2by2パターンを目視で観察し、感光体ドラム11(外径30[mm])の周期の横スジの有無を判断した。目視観察の結果、横スジが観察された場合には、保存性の評価結果を「不良」とした。横スジが観察されなければ、保存性の評価結果を「良好」とした。
<凸部表面積率>
次に、帯電ローラ12の凸部表面積率について説明する。帯電ローラ12の表面を、レーザーテック株式会社製のコンフォーカル顕微鏡「ハイブリッドレーザーマイクロスコープ」を用いて観察した。コンフォーカル顕微鏡の倍率は20倍とし、光源にはランプを用いた。コンフォーカル顕微鏡による観察画像を輝度に変換することにより、輝度画像を得た。
次に、帯電ローラ12の凸部表面積率について説明する。帯電ローラ12の表面を、レーザーテック株式会社製のコンフォーカル顕微鏡「ハイブリッドレーザーマイクロスコープ」を用いて観察した。コンフォーカル顕微鏡の倍率は20倍とし、光源にはランプを用いた。コンフォーカル顕微鏡による観察画像を輝度に変換することにより、輝度画像を得た。
図7(A)は、帯電ローラ12の表面の輝度画像70を概念的に示す図である。輝度画像70では、輝度が高い部分ほど、帯電ローラ12の表面から大きく突出していると考えることができる。
次に、帯電ローラ12の表面の輝度画像70を二値化処理した。二値化処理には、画像解析ソフトImage-Jを用いた。輝度画像70の有効領域における輝度の下限を0とし、上限を255とすると、二値化処理の閾値は、120とした。図7(B)は、二値化処理画像71を概念的に示す図である。図7(B)に示すように、二値化処理画像71における色付きの部分(輝度が閾値以上である部分)は、帯電ローラ12の表面から突出する凸部72と判断することができる。
二値化処理画像71において、凸部72(輝度が閾値以上である部分)の面積の合計を算出する。そして、算出した凸部72の面積の合計を、二値化処理画像71の全体の面積で除算し、これを凸部表面積率Aとした。
<凸部の最大高さ>
次に、帯電ローラ12の凸部の最大高さについて説明する。図8(A)は、上述した帯電ローラ12の表面の二値化処理画像71である。直線Cは、帯電ローラ12の軸方向に平行な直線であって、二値化処理画像71の周方向中心を通る直線である。この直線Cは、帯電ローラ12の表面でコンフォーカル顕微鏡に最も近い部分である。
次に、帯電ローラ12の凸部の最大高さについて説明する。図8(A)は、上述した帯電ローラ12の表面の二値化処理画像71である。直線Cは、帯電ローラ12の軸方向に平行な直線であって、二値化処理画像71の周方向中心を通る直線である。この直線Cは、帯電ローラ12の表面でコンフォーカル顕微鏡に最も近い部分である。
二値化処理前の輝度画像70(図7(A))の輝度データの解析により、中心線C上の各点について、帯電ローラ12の表面からの高さ[μm]を算出することができる。図8(B)は、中心線Cに沿った高さ分布を概念的に表したものである。
図8(B)に示すように、帯電ローラ12の凸部は、表面層12cの多孔質粒子12dを含む部分である。多孔質粒子12dは、例えば多孔質ウレタン粒子であり、表面層12cのウレタン系ポリマーで覆われている。図8(B)では、1つの凸部に1つの多孔質粒子12dが含まれているが、1つの凸部に複数の多孔質粒子12dが含まれている場合もある(後述する図11(A),(B))。
図8(B)に示す高さ分布において、最も高さの低い部分12eと、最も高さの高い部分12fとの差を、凸部72の最大高さH[μm]とする。凸部72の最大高さHが高いほど、弾性層12bから感光体ドラム11までの距離が長くなる。
図8(C)は、帯電ローラ12の表面層12cの凸部72と、二値化処理時の閾値との関係を説明するための図である。図8(C)には、二値化処理時の閾値に対応する高さを、hで示している。すなわち、表面層12cにおいて高さh以上の部分が、二値化処理画像の凸部72となっている。
ここでは、輝度画像(図7(A))における輝度の上限(0)と下限(255)に対し、120を閾値としている。そのため、閾値に相当する高さhは、最大高さH(図8(B))の概ね1/2となる(h≒H/2)。但し、二値化処理の閾値は120に限らず、多孔質粒子12dによって形成される凸部が明確になる閾値であればよい。
<カブリ>
次に、カブリの評価について説明する。印刷条件あるいは環境条件により、逆極性に帯電したトナー(逆帯電トナー)あるいは帯電性の低いトナー(低帯電トナー)が発生する場合がある。これらのトナーは、感光体ドラム11上の非露光部に付着し、媒体Pの白地に散らばって転写される。このような現象をカブリと称し、カブリを生じるトナーをカブリトナーと称する。特に、耐水紙のように平滑性の高い媒体Pを用いた場合には、カブリが目視されやすい。
次に、カブリの評価について説明する。印刷条件あるいは環境条件により、逆極性に帯電したトナー(逆帯電トナー)あるいは帯電性の低いトナー(低帯電トナー)が発生する場合がある。これらのトナーは、感光体ドラム11上の非露光部に付着し、媒体Pの白地に散らばって転写される。このような現象をカブリと称し、カブリを生じるトナーをカブリトナーと称する。特に、耐水紙のように平滑性の高い媒体Pを用いた場合には、カブリが目視されやすい。
感光体ドラム11の表面電位のばらつきが大きいほど、表面電位の局所的に高い部分が生じ、この部分に逆帯電トナー等が付着するため、カブリの発生が顕著になる。一方、感光体ドラム11の表面電位のばらつきが小さいほど、表面電位の局所的に高い部分が生じにくいため、カブリの発生が抑制される。
カブリの測定に際しては、まず、感光体ドラム11と帯電ローラ12とがニップを形成した画像形成部10M(マゼンタ)を、温度28℃、相対湿度80%の環境下で2日間保存した。保存後、画像形成部10Mを、画像形成装置1(沖電気工業株式会社製のLEDプリンタ「C844dnw」)に装着した。
図9(A)~(C)は、カブリの測定方法を説明するための模式図である。上記の画像形成装置1(沖電気工業株式会社製のLEDプリンタ「C844dnw」)を用い、媒体90としてのA4サイズの普通紙(沖電気工業株式会社製「エクセレントホワイト」)に印刷を行った。図9(A)に示すように、マゼンタの画像形成部10Mにより、媒体90の全面にデューティ比0%のパターン(白紙パターン)を印刷した。
帯電電圧は-888[V]とし、現像電圧は-210[V]とし、供給電圧およびブレード電圧はいずれも-340[V]とした。この場合、感光体ドラム11の表面電圧は-350[V]となった。印刷環境は、温度28[℃]、相対湿度80[%]とした。
印刷動作中に画像形成装置1を停止し、画像形成部10Mを画像形成装置1から取り出した。そして、図9(B)に示すように、感光体ドラム11の表面に粘着性のテープ92(住友スリーエム株式会社製「スコッチメンディングテープ」)を貼り付けて剥がすことにより、感光体ドラム11の表面に付着しているトナー(カブリトナー)を採取した。
なお、感光体ドラム11の表面におけるテープ92の貼り付け位置は、感光体ドラム11と現像ローラ14との接触位置C1(現像位置)から、感光体ドラム11と転写ローラ31との接触位置C2(転写位置)までの間の部分である。
このテープ92(以下、採取テープ)を、図9(C)に示すA3サイズの普通紙である用紙91(沖電気工業株式会社製「エクセレントホワイト」)に貼り付けた。また、比較の基準となるテープ93(以下、比較テープ)を、同じ用紙91に貼り付けた。
そして、分光測色計(コニカミノルタ株式会社製「CM-2600d」、測定径:8[mm])により、採取テープ92と比較テープ93との色相差ΔE(L*a*b表色系色度)を、以下の式(1)により求めた。
ここでは、色相差ΔEは、後述する比較例1-2を基準とした相対値で表す。色相差ΔEの相対値が1.0以下の場合には、カブリの評価を良好(〇)とした。一方、色相差ΔEの相対値が1.0よりも大きい場合には、カブリの評価を不良(×)とした。
<実施例および比較例>
実施例1-1~1-5および比較例1-1~1-7として、12種類の帯電ローラ12を作製した。帯電ローラ12(図3参照)の芯金12aは、快削鋼(SUM)に無電解ニッケルメッキを施したものを用いた。弾性層12bは、エピクロルヒドリンゴム(ECO)を主成分とするゴムで形成した。芯金12aの外径は8[mm]とし、弾性層12bの外径は12[mm]とした。
実施例1-1~1-5および比較例1-1~1-7として、12種類の帯電ローラ12を作製した。帯電ローラ12(図3参照)の芯金12aは、快削鋼(SUM)に無電解ニッケルメッキを施したものを用いた。弾性層12bは、エピクロルヒドリンゴム(ECO)を主成分とするゴムで形成した。芯金12aの外径は8[mm]とし、弾性層12bの外径は12[mm]とした。
比較例1-1.
比較例1-1の帯電ローラ12は、次のようにして作製した。まず、芯金12aの表面に弾性層12bを形成し、弾性層12bの表面を円筒研磨方法により砥石を用いて乾式研磨した後、テープを用いて湿式研磨した。その後、酢酸エチル(溶媒)にヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)を混合した溶液を作製し、この溶液を弾性層12bの表面に塗布し、溶媒を気化させた。
比較例1-1の帯電ローラ12は、次のようにして作製した。まず、芯金12aの表面に弾性層12bを形成し、弾性層12bの表面を円筒研磨方法により砥石を用いて乾式研磨した後、テープを用いて湿式研磨した。その後、酢酸エチル(溶媒)にヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)を混合した溶液を作製し、この溶液を弾性層12bの表面に塗布し、溶媒を気化させた。
比較例1-2.
比較例1-2の帯電ローラ12は、次のようにして作製した。まず、芯金12aの表面に弾性層12bを形成した。水/アルコール混合溶媒に、ポリアミド(ナイロン)系ポリマーと非多孔質のナイロン粒子とを混合した溶液を作製し、この溶液を弾性層12bの表面に塗布し、溶媒を気化させた。ナイロン粒子としては、体積平均粒径が30[μm]のナイロン粒子と、体積平均粒径が20[μm]のナイロン粒子とを含むものを使用した。
比較例1-2の帯電ローラ12は、次のようにして作製した。まず、芯金12aの表面に弾性層12bを形成した。水/アルコール混合溶媒に、ポリアミド(ナイロン)系ポリマーと非多孔質のナイロン粒子とを混合した溶液を作製し、この溶液を弾性層12bの表面に塗布し、溶媒を気化させた。ナイロン粒子としては、体積平均粒径が30[μm]のナイロン粒子と、体積平均粒径が20[μm]のナイロン粒子とを含むものを使用した。
比較例1-3.
比較例1-3の帯電ローラ12は、次のようにして作製した。まず、芯金12aの表面に弾性層12bを形成し、弾性層12bの表面を円筒研磨方法により砥石を用いて乾式研磨した後、テープを用いて湿式研磨した。その後、酢酸エチル(溶媒)にウレタン系ポリマーと非多孔質のウレタン粒子とを混合した溶液を作製し、この溶液を弾性層12bの表面に塗布し、溶媒を気化させた。ウレタン粒子としては、体積平均粒径が20[μm]のウレタン粒子を使用した。
比較例1-3の帯電ローラ12は、次のようにして作製した。まず、芯金12aの表面に弾性層12bを形成し、弾性層12bの表面を円筒研磨方法により砥石を用いて乾式研磨した後、テープを用いて湿式研磨した。その後、酢酸エチル(溶媒)にウレタン系ポリマーと非多孔質のウレタン粒子とを混合した溶液を作製し、この溶液を弾性層12bの表面に塗布し、溶媒を気化させた。ウレタン粒子としては、体積平均粒径が20[μm]のウレタン粒子を使用した。
実施例1-1.
実施例1-1の帯電ローラ12は、次のようにして作製した。まず、芯金12aの表面に弾性層12bを形成し、弾性層12bの表面を円筒研磨方法により砥石を用いて乾式研磨した。その後、酢酸エチル(溶媒)に、ウレタン系ポリマーおよび多孔質ウレタン粒子を混合した溶液を作製し、この溶液を弾性層12bの表面に塗布し、溶媒を気化させた。
実施例1-1の帯電ローラ12は、次のようにして作製した。まず、芯金12aの表面に弾性層12bを形成し、弾性層12bの表面を円筒研磨方法により砥石を用いて乾式研磨した。その後、酢酸エチル(溶媒)に、ウレタン系ポリマーおよび多孔質ウレタン粒子を混合した溶液を作製し、この溶液を弾性層12bの表面に塗布し、溶媒を気化させた。
なお、ウレタン粒子とは、ウレタンを主成分とする粒子を言う。より具体的には、粒子の50[wt%]以上がウレタンであるものを言う。多孔質とは、粒子の表面に細孔を有することを言う。ここでは、体積平均粒径が10±0.2[μm](すなわち9.8[μm]~10.2[μm])の多孔質ウレタン粒子を使用した。
実施例1-2.
実施例1-2の帯電ローラ12は、実施例1-1と同様の方法で、多孔質ウレタン粒子の量のみを変更して作製した。実施例1-1の多孔質ウレタン粒子の量に対し、実施例1-2の多孔質ウレタン粒子の量を0.7倍とした。
実施例1-2の帯電ローラ12は、実施例1-1と同様の方法で、多孔質ウレタン粒子の量のみを変更して作製した。実施例1-1の多孔質ウレタン粒子の量に対し、実施例1-2の多孔質ウレタン粒子の量を0.7倍とした。
実施例1-3.
実施例1-3の帯電ローラ12は、実施例1-1と同様の方法で、多孔質ウレタン粒子の量のみを変更して作製した。実施例1-1の多孔質ウレタン粒子の量に対し、実施例1-3の多孔質ウレタン粒子の量を0.5倍とした。
実施例1-3の帯電ローラ12は、実施例1-1と同様の方法で、多孔質ウレタン粒子の量のみを変更して作製した。実施例1-1の多孔質ウレタン粒子の量に対し、実施例1-3の多孔質ウレタン粒子の量を0.5倍とした。
実施例1-4.
実施例1-4の帯電ローラ12は、実施例1-1と同様の方法で、多孔質ウレタン粒子の量のみを変更して作製した。実施例1-1の多孔質ウレタン粒子の量に対し、実施例1-4のウレタン粒子の量を1.2倍とした。
実施例1-4の帯電ローラ12は、実施例1-1と同様の方法で、多孔質ウレタン粒子の量のみを変更して作製した。実施例1-1の多孔質ウレタン粒子の量に対し、実施例1-4のウレタン粒子の量を1.2倍とした。
実施例1-5.
実施例1-5の帯電ローラ12は、実施例1-1と同様の方法で、ウレタン系ポリマーの架橋剤の量のみを変更して作製した。実施例1-1の架橋剤の量に対し、実施例1-5の架橋剤の量を0.5倍とした。
実施例1-5の帯電ローラ12は、実施例1-1と同様の方法で、ウレタン系ポリマーの架橋剤の量のみを変更して作製した。実施例1-1の架橋剤の量に対し、実施例1-5の架橋剤の量を0.5倍とした。
比較例1-4.
比較例1-4の帯電ローラ12は、実施例1-1と同様の方法で、多孔質ウレタン粒子の量のみを変更して作製した。実施例1-1の多孔質ウレタン粒子の量に対し、比較例1-4の多孔質ウレタン粒子の量を0.3倍とした。
比較例1-4の帯電ローラ12は、実施例1-1と同様の方法で、多孔質ウレタン粒子の量のみを変更して作製した。実施例1-1の多孔質ウレタン粒子の量に対し、比較例1-4の多孔質ウレタン粒子の量を0.3倍とした。
比較例1-5.
比較例1-5の帯電ローラ12は、次のようにして作製した。まず、芯金12aの表面に弾性層12bを形成し、弾性層12bの表面を円筒研磨方法により砥石を用いて乾式研磨した。その後、酢酸エチル(溶媒)にウレタン系ポリマーを混合した溶液を作製し、この溶液を弾性層12bの表面に塗布し、溶媒を気化させた。
比較例1-5の帯電ローラ12は、次のようにして作製した。まず、芯金12aの表面に弾性層12bを形成し、弾性層12bの表面を円筒研磨方法により砥石を用いて乾式研磨した。その後、酢酸エチル(溶媒)にウレタン系ポリマーを混合した溶液を作製し、この溶液を弾性層12bの表面に塗布し、溶媒を気化させた。
比較例1-6.
比較例1-6の帯電ローラ12は、比較例1-5と同様の方法で、ウレタン系ポリマーの電子導電剤の量のみを変更して作製した。比較例1-5の電子導電剤の量に対し、比較例1-6の電子導電剤の量を0.5倍とした。
比較例1-6の帯電ローラ12は、比較例1-5と同様の方法で、ウレタン系ポリマーの電子導電剤の量のみを変更して作製した。比較例1-5の電子導電剤の量に対し、比較例1-6の電子導電剤の量を0.5倍とした。
比較例1-7.
比較例1-7の帯電ローラ12は、比較例1-5と同様の方法で、ウレタン系ポリマーの架橋剤の量のみを変更して作製した。比較例1-5の架橋剤の量に対し、比較例1-7の架橋剤の量を0.5倍とした。
比較例1-7の帯電ローラ12は、比較例1-5と同様の方法で、ウレタン系ポリマーの架橋剤の量のみを変更して作製した。比較例1-5の架橋剤の量に対し、比較例1-7の架橋剤の量を0.5倍とした。
<評価結果>
以上のように作成した実施例1-1~1-5および比較例1-1~1-7の帯電ローラ12について、凸部表面積率A[%]および凸部の最大高さH[μm]を求め、保存性(感光体ドラム周期の横スジの有無)を評価し、カブリを表す色相差ΔEを求めた。結果を表1に示す。
以上のように作成した実施例1-1~1-5および比較例1-1~1-7の帯電ローラ12について、凸部表面積率A[%]および凸部の最大高さH[μm]を求め、保存性(感光体ドラム周期の横スジの有無)を評価し、カブリを表す色相差ΔEを求めた。結果を表1に示す。
図10は、表1の結果をグラフに表したものである。図10の横軸は凸部表面積率A[%]を示し、縦軸は凸部の最大高さH[μm]を示している。また、図10には、保存性の評価が良好であったもの(横スジが見られなかったもの)を〇で示し、不良であったもの(横スジが見られたもの)を×で示している。また、保存性の評価は良好であったがカブリまたは他の評価が不良であったものを、□で示している。
保存性の評価結果については、以下のように考えられる。表1および図10に示すように、実施例1-1~1-5では、横スジの発生が見られず、保存性の評価は良好であった。一方、比較例1-3~1-7では、横スジの発生が見られ、保存性の評価は不良であった。
帯電ローラ12と感光体ドラム11とがニップを形成した状態で長期間放置されると、帯電ローラ12の弾性層12bの成分(より具体的にはオリゴマー)が帯電ローラ12の表面に染み出し、感光体ドラム11の表面に付着して、印刷画像に横スジとなって表れる。
実施例1-1~1-5の帯電ローラ12では、弾性層12bを覆う表面層12cが多孔質粒子12dを有するため、多孔質粒子12dの表面の多数の細孔に、弾性層12bから染み出した成分が吸収される。その結果、長期間の放置後であっても、弾性層12bから染み出した成分が感光体ドラム11の表面に付着せず、横スジの発生を抑制することができたと考えられる。
図11(A),(B)は、凸部の最大高さHの違いを説明するための概念図である。図11(A)に示すように、凸部の最大高さHが低いほど、弾性層12bから染み出した成分が感光体ドラム11に到達するまでの経路が短い。図11(B)に示すように、凸部の最大高さHが高いほど、弾性層12bから染み出した成分が感光体ドラム11に到達するまでの経路が長い。
実施例1-1~1-5では、帯電ローラ12の表面層12cが多孔質粒子12dを有しており、凸部表面積率Aが68.4[%]以上と大きく、また最大高さHが14.3[μm]以上であるため、特に効果的に横スジの発生を抑制できたと考えられる。
なお、比較例1-4では、表面層12cが多孔質粒子12dを有するものの、凸部表面積率Aが17.2[%]と小さく、凸部の最大高さHも9.4[μm]と低い。弾性層12bを覆う多孔質粒子12dの量が少なく、凸部の高さHも低いため、弾性層12bから染み出した成分が感光体ドラム11に到達しやすく、横スジが発生したと考えられる。
カブリの評価結果については、以下のように考えられる。実施例1-1~1-3および実施例1-5では、色相差ΔEの相対値が1.0以下であり、カブリの発生が見られなかった。一方、比較例1-1では、色相差ΔEの相対値が1.0よりも大きく、カブリの発生が見られた。
また、比較例1-2では、カブリの発生は見られなかったが、クリーニングローラ13の粘着剤が帯電ローラ12に付着したことによる黒点が見られた。実施例1-4では、色相差ΔEの相対値が1.0よりも大きく、カブリの発生が見られた。
図12には、比較例1-1,1-2および実施例1-1,1-4の色相差ΔEをグラフで示している。上記の通り、色相差ΔEの値は、比較例1-2を基準とした相対値で表している。比較例1-1と実施例1-4では、色相差ΔEの相対値が1.0よりも大きく、カブリが発生している。
帯電ローラ12の表面に局所的に電位の高い部分があると、その部分に逆帯電トナーあるいは低帯電トナーが付着してカブリが生じる。実施例1-1~1-3および実施例1-5の帯電ローラ12では、表面層12cが多孔質粒子12dを有するため、多孔質粒子12dの細孔での放電により、帯電ローラ12の表面電位を安定させることができ、これによりカブリの発生を抑制できたと考えられる。
なお、実施例1-4の帯電ローラ12は、表面層12cが多孔質粒子12dを有するものの、凸部表面積が95.8[%]と大きく、また凸部の最大高さが40.0[μm]と高い。この場合、弾性層12bの成分は感光体ドラム11に到達しにくいため横スジの発生は抑制されるが、凸部の最大高さHが高いため電位が不安定になりやすく、カブリが発生したと考えられる。
以上の結果をまとめると、帯電ローラ12の表面層12cが多孔質粒子12dを有し、凸部表面積率Aが68.4[%]以上であれば(実施例1-1~1-5)、弾性層12bの成分の染み出しに起因する横スジの発生を抑制し、保存性を向上することができる。
さらに、凸部表面積率が68.4[%]以上、90.9[%]以下であれば(実施例1-1~1-3、および実施例1-5)、保存性を向上し、なお且つカブリの発生を抑制することができる。
また、凸部の最大高さが14.3[μm]以上、34.7[μm]以下であれば(実施例1-1~1-3、および実施例1-5)、保存性を向上し、カブリの発生を抑制することができる。
ここでは、帯電ローラ12の表面層12cの多孔質粒子12dは、多孔質ウレタン粒子(すなわちウレタンを主成分とする多孔質粒子)とした。ウレタンを主成分とすることによるメリットとしては、例えば、感光体ドラム11に対して長時間圧接された場合でも、塑性変形しにくいというメリットがある。
但し、帯電ローラ12の表面層12cの多孔質粒子12dは、多孔質ウレタン粒子に限らず、他の多孔質粒子を用いてもよい。なお、多孔質粒子か否かは、例えば、帯電ローラ12から表面層12cを削り取り、溶媒でウレタン系ポリマー等を溶解させたのちに、残渣物である粒子の表面を光学顕微鏡で観察することにより判断することができる。
また、ここでは、帯電ローラ12の表面層12cを構成するポリマーとして、ウレタン系ポリマーを用いた。ウレタン系ポリマーを用いたことによるメリットとしては、例えば、感光体ドラム11に対して長時間圧接された場合でも、塑性変形しにくいというメリットがある。但し、ウレタン系ポリマー以外のポリマーを用いてもよい。
なお、表面層12cの主成分は、多孔質粒子12dの主成分(本実施の形態ではウレタン)と同じことが好ましい。このようにすれば、表面層12cと多孔質粒子12dとの界面に弾性層12bからの染み出した成分が滞留させずに、多孔質粒子12dの表面の多数の細孔に染み出した成分を吸収させることができる。
帯電装置3は、帯電ローラ12と、これに接触する被接触部材を有していればよい。被接触部材は、ここでは感光体ドラム11であるが、クリーニングローラ13であってもよい。
<実施の形態1の効果>
以上説明したように、実施の形態1の帯電装置3は、回転可能であって感光体ドラム(被接触部材)11に接触可能に設けられた帯電ローラ(帯電部材)12を有する。帯電ローラ12は、芯金(軸体)12aと、弾性層12bと、多孔質粒子12dを有する表面層12cとを有する。表面層12cの表面積のうち、多孔質粒子12dにより形成される凸部の割合(すなわち凸部表面積率A)は、68.4[%]以上である。そのため、弾性層12bの成分の染み出しに起因する横スジの発生を抑制し、帯電ローラ12の保存性を向上することができる。
以上説明したように、実施の形態1の帯電装置3は、回転可能であって感光体ドラム(被接触部材)11に接触可能に設けられた帯電ローラ(帯電部材)12を有する。帯電ローラ12は、芯金(軸体)12aと、弾性層12bと、多孔質粒子12dを有する表面層12cとを有する。表面層12cの表面積のうち、多孔質粒子12dにより形成される凸部の割合(すなわち凸部表面積率A)は、68.4[%]以上である。そのため、弾性層12bの成分の染み出しに起因する横スジの発生を抑制し、帯電ローラ12の保存性を向上することができる。
特に、表面層12cの表面積のうち、多孔質粒子12dにより形成される凸部の割合(すなわち凸部表面積率A)が68.4[%]~90.9[%]であるため、帯電ローラ12の保存性を向上し、さらに、帯電ローラ12の表面電位を安定させてカブリの発生を抑制することができる。
また、表面層12cの凸部の最大高さが14.3[μm]~34.7[μm]であるため、より効果的に帯電ローラ12の保存性を向上し、カブリの発生を抑制することができる。
≪実施の形態2≫
次に、実施の形態2について説明する。実施の形態2は、実施の形態1で説明したように、帯電ローラ12の表面層12cの凸部表面積率Aが68.4[%]以上(望ましくは68.4[%]~90.9[%]の範囲内)であり、凸部の最大高さHが14.3[μm]~34.7[μm]の範囲にあることを前提として、さらなるカブリの抑制を図っている。
次に、実施の形態2について説明する。実施の形態2は、実施の形態1で説明したように、帯電ローラ12の表面層12cの凸部表面積率Aが68.4[%]以上(望ましくは68.4[%]~90.9[%]の範囲内)であり、凸部の最大高さHが14.3[μm]~34.7[μm]の範囲にあることを前提として、さらなるカブリの抑制を図っている。
<カブリ>
まず、カブリの評価について説明する。カブリの測定に先立ち、感光体ドラム11と帯電ローラ12とがニップを形成した画像形成部10M(マゼンタ)を、温度28℃、相対湿度80%の環境下で2日間保存した。保存後、画像形成部10Mを、画像形成装置1(沖電気工業株式会社製のLEDプリンタ「C844dnw」)に装着した。
まず、カブリの評価について説明する。カブリの測定に先立ち、感光体ドラム11と帯電ローラ12とがニップを形成した画像形成部10M(マゼンタ)を、温度28℃、相対湿度80%の環境下で2日間保存した。保存後、画像形成部10Mを、画像形成装置1(沖電気工業株式会社製のLEDプリンタ「C844dnw」)に装着した。
その後、画像形成部10Mを組み込んだ画像形成装置1(沖電気工業株式会社製のLEDプリンタ「C844dnw」)を用い、温度28℃、相対湿度80%の環境下で、媒体90の全面にデューティ比0%のパターン(白紙パターン)を2,000枚印刷した。
印刷テストでは、A4サイズの耐水紙(中川製作所株式会社製「ラミフリー」)を用い、マゼンタの画像形成部10Mにより、デューティ比0%のパターン(白紙パターン)を印刷した。帯電電圧は-888[V]とし、現像電圧は-210[V]とし、供給電圧およびブレード電圧はいずれも-340[V]とした。印刷環境は、温度28[℃]、相対湿度80[%]とした。
印刷動作中に画像形成装置1を停止し、画像形成部10Mを画像形成装置1から取り出した。そして、実施の形態1で図9(A)~(C)を参照して説明したように、感光体ドラム11の表面に粘着性のテープ92(住友スリーエム株式会社製「スコッチメンディングテープ」)を貼り付けて剥がすことにより、感光体ドラム11の表面に付着しているトナー(カブリトナー)を採取した。
このテープ92(以下、採取テープ)を、A3サイズの普通紙である用紙91(沖電気工業株式会社製「エクセレントホワイト」)に貼り付け、比較の基準となるテープ93(以下、比較テープ)を、同じ用紙91に貼り付けた。
そして、分光測色計(コニカミノルタ株式会社製「CM-2600d」)により、採取テープ92および比較テープ93の色相差ΔE(L*a*b表色系色度)を、上記の式(1)により求めた。
実施の形態2では、色相差ΔEが1.6以下の場合には、カブリの評価を良好と判断した。色相差ΔEが1.6よりも大きい場合には、カブリの評価を不良と判断した。
なお、実施の形態1では色相差ΔEを相対値で表したが、実施の形態2では色相差ΔEを相対値ではなく、実際の値で表している。
<横スジ>
次に、横スジの評価について説明する。画像形成部10M(マゼンタ)を、上記のように温度28℃、相対湿度90%の環境下で6日間保存したのち、画像形成部10Mを、画像形成装置1(沖電気工業株式会社製のLEDプリンタ「C844dnw」)に装着し、印刷テストを行った。
次に、横スジの評価について説明する。画像形成部10M(マゼンタ)を、上記のように温度28℃、相対湿度90%の環境下で6日間保存したのち、画像形成部10Mを、画像形成装置1(沖電気工業株式会社製のLEDプリンタ「C844dnw」)に装着し、印刷テストを行った。
印刷テストでは、A4サイズの普通紙(沖電気工業株式会社製「エクセレントホワイト」を用い、マゼンタの画像形成部10Mにより、2by2パターン(ハーフトーン)を3枚、1by1パターンを3枚、ベタパターンを3枚、白紙パターンを1枚の計10枚を1セットとし、2セット行った。
なお、2by2パターンとは、縦方向の4ドットおよび横方向の4ドットで形成される16マスのうち、縦方向の2ドットおよび横方向の2ドットで4マスのドットを形成するものである。また、1by1パターンとは、縦方向の2ドットおよび横方向の2ドットで形成される4マスに、1マスの1ドットを形成するものである。
印刷した1セット目の2by2パターンを目視で観察し、横スジの有無を判断した。特に、感光体ドラム11(外径30[mm])の周長と同一周期の横スジ(以下、ドラム周期の横スジと称する)、および、帯電ローラ12(外径12[mm])の周長と同一周期の横スジ(以下、帯電ローラ周期の横スジと称する)の有無を判断した。
なお、ドラム周期の横スジは、感光体ドラム11の変形によって生じるものであり、帯電ローラ周期の横スジは、帯電ローラ12の変形によって生じるものである。
<カブリトナーの分布の可視化>
図13(A)は、上述したカブリ評価時に感光体ドラム11の表面から剥がした採取テープ92(図9(B),(C))の表面の観察画像である。観察には、精密ウエーブ株式会社製のマイクロスコープ「AR-1260」を用いた。観察範囲は、感光体ドラム11の周方向に長さ0.9[mm]、軸方向に長さ1.2[mm]の範囲とし、倍率は160倍とした。
図13(A)は、上述したカブリ評価時に感光体ドラム11の表面から剥がした採取テープ92(図9(B),(C))の表面の観察画像である。観察には、精密ウエーブ株式会社製のマイクロスコープ「AR-1260」を用いた。観察範囲は、感光体ドラム11の周方向に長さ0.9[mm]、軸方向に長さ1.2[mm]の範囲とし、倍率は160倍とした。
次に、採取テープ92の表面の観察画像(図13(A))を、画像解析ソフトImage-Jを用いて二値化処理した。図13(B)は、二値化処理画像の一例を示す図である。図13(B)に示すように、二値化処理画像に現れた色つきの部分は、カブリトナーの付着部分である。
図13(B)の二値化処理画像に基づき、カブリトナー付着部分の個々の面積[pixel]、並びに、0.9[mm]×1.2[mm]の範囲におけるカブリトナー付着部分の個数[個]および合計面積[pixel]を算出した。但し、5[pixel]以下の微小な面積については、算出から除外した。
負帯電トナーを用いる場合、正極性に帯電したトナー(逆帯電トナー)または帯電量の不足したトナー(低帯電トナー)が、感光体ドラム11の非露光部(負電位)に付着してカブリが生じる。感光体ドラム11の非露光部の表面電位の絶対値が大きいほど、カブリトナーが付着しやすくなる。そのため、二値化処理画像(図13(B))におけるカブリトナーの付着部分は、感光体ドラム11の表面電位が局所的に高い部分(高電位部とも称する)と考えることができる。
<接触面積率>
次に、帯電ローラ12と感光体ドラム11との接触面積率について説明する。図14は、接触面積率の測定方法を示す図である。顕微鏡80として、レーザーテック株式会社製のコンフォーカル顕微鏡「HYBRID_L3」を用い、顕微鏡80の直下に帯電ローラ12を配置した。
次に、帯電ローラ12と感光体ドラム11との接触面積率について説明する。図14は、接触面積率の測定方法を示す図である。顕微鏡80として、レーザーテック株式会社製のコンフォーカル顕微鏡「HYBRID_L3」を用い、顕微鏡80の直下に帯電ローラ12を配置した。
また、帯電ローラ12の頂点に、ガラス製の透明板81(対象物)を水平に載置した。透明板81の一端は台座82に固定し、他端にはウエイト83を取り付けた。ウエイト83の重量は、60[g]とした。これにより、ウエイト83の重量によって透明板81が帯電ローラ12に押圧されるようにした。
ウエイト83の重量(60[g])は、画像形成時の感光体ドラム11と帯電ローラ12との間のニップ圧が得られるように決定した。画像形成時の感光体ドラム11と帯電ローラ12との間のニップ圧は700[gf]であり、透明板81の幅は26[mm]であり、帯電ローラ12のローラ部分の長さ(すなわち弾性層12bの軸方向の長さ)は300[mm]であるため、以下の式によりウエイト83の重量Wを決定した。
W=700[g]×26[mm]/305[mm]=60[g]
W=700[g]×26[mm]/305[mm]=60[g]
帯電ローラ12と透明板81との接触エリアは、帯電ローラ12の周方向に幅0.8[mm]を有し、軸方向に長さ1.5[mm]を有する。この帯電ローラ12と透明板81との接触エリアを、図14に矢印で示すように透明板81を介して顕微鏡80で観察した。接触エリアのうち、帯電ローラの周方向に800[μm]、軸方向に1500[μm]のエリア(観察エリアと称する)を、顕微鏡80で観察した。観察エリアの面積は、800[μm]×1500[μm]=1,200,000[μm2]、すなわち1.2[mm2]である。
観察エリアを顕微鏡80で観察すると、帯電ローラ12の凸部と透明板81とが接触している部分が変色して見える。この接触部(すなわち凸部)の面積を、顕微鏡80であるコンフォーカル顕微鏡の付属の解析ソフトにより算出した。但し、7μm2以下の点は面積算出の対象外とした。
観察エリアに含まれる接触部の面積の合計[μm2]を、観察エリアの面積[μm2]で除算して、接触面積率Sを算出した。また、観察エリアに含まれる接触部の個数をカウントした。
<表面粗さおよび硬度>
次に、帯電ローラ12の表面粗さおよび硬度の測定について説明する。帯電ローラ12の表面粗さとしては、十点平均粗さRz[μm]および凹凸の平均間隔Sm[μm]を測定した。十点平均粗さRz[μm]および凹凸の平均間隔Sm[μm]は、JIS_B0601:1994に準拠し、表面粗さ測定器「サーフコーダSEF3500」(株式会社小坂研究所製)を用いて測定した。
次に、帯電ローラ12の表面粗さおよび硬度の測定について説明する。帯電ローラ12の表面粗さとしては、十点平均粗さRz[μm]および凹凸の平均間隔Sm[μm]を測定した。十点平均粗さRz[μm]および凹凸の平均間隔Sm[μm]は、JIS_B0601:1994に準拠し、表面粗さ測定器「サーフコーダSEF3500」(株式会社小坂研究所製)を用いて測定した。
また、帯電ローラ12の硬度としては、アスカーC硬度[度]を測定した。アスカーC硬度は高分子計器株式会社製のマイクロゴム硬度計「MD-1capa」(Type_A)を用いて測定した。
<実施例および比較例>
実施例2-1~2-4および比較例2-1~2-3として、7種類の帯電ローラ12を作製した。実施例2-1~2-4および比較例2-1~2-3の帯電ローラ12の芯金12aは、快削鋼(SUM)に無電解ニッケルメッキを施したものを用い、外径は8[mm]とした。
実施例2-1~2-4および比較例2-1~2-3として、7種類の帯電ローラ12を作製した。実施例2-1~2-4および比較例2-1~2-3の帯電ローラ12の芯金12aは、快削鋼(SUM)に無電解ニッケルメッキを施したものを用い、外径は8[mm]とした。
実施例2-1.
実施例2-1の帯電ローラ12は、上記の芯金12aの表面に、次のように弾性層12bと表面層12cを形成して作製した。エピクロルヒドリンゴム100[重量部]に、導電性付与剤としてトリフルオロ酢酸ナトリウム0.5[重量部]、亜鉛華3[重量部]、ステアリン酸2[重量部]、および架橋剤1.5[重量部]を添加してゴム組成物を得た。さらに、ゴム組成物をロールミキサーで混練し、混練したゴム組成物をシート状の生地にし、芯金12aの表面に巻いてプレス成形し、架橋したエピクロルヒドリンゴムからなる弾性層12bを得た。
実施例2-1の帯電ローラ12は、上記の芯金12aの表面に、次のように弾性層12bと表面層12cを形成して作製した。エピクロルヒドリンゴム100[重量部]に、導電性付与剤としてトリフルオロ酢酸ナトリウム0.5[重量部]、亜鉛華3[重量部]、ステアリン酸2[重量部]、および架橋剤1.5[重量部]を添加してゴム組成物を得た。さらに、ゴム組成物をロールミキサーで混練し、混練したゴム組成物をシート状の生地にし、芯金12aの表面に巻いてプレス成形し、架橋したエピクロルヒドリンゴムからなる弾性層12bを得た。
弾性層12bの表面を研磨機で研磨した。具体的には、弾性層12bの表面を研磨機で研磨して所定の厚さに調整した後、研磨機の砥石回転数を1000[rpm]、2000[rpm]、3000[rpm]のように順次上げて乾式研磨で研磨した。
表面層12cは次のようにして形成した。ポリオール10.8[重量部]と、イソシアネート化合物9.1[重量部]と、カーボン分散液18.4[重量部]と、添加剤アクリルシリコーンポリマー1.0[重量部]と、表面粗さ付与剤として平均粒径10[μm]の多孔質ウレタン粒子とを混合した。混合した溶液を弾性層12bの表面にスプレーコートし、電気炉にて乾燥して溶剤を気化させることにより、表面層12cを形成した。
実施例2-2.
実施例2-2の帯電ローラ12は、実施例2-1に対して多孔質ウレタン粒子の添加量を変化させ、これにより表面粗さを変化させて作製した。具体的には、実施例2-1の多孔質ウレタン粒子の添加量に対し、実施例2-2の多孔質ウレタン粒子の添加量を0.7倍とした。
実施例2-2の帯電ローラ12は、実施例2-1に対して多孔質ウレタン粒子の添加量を変化させ、これにより表面粗さを変化させて作製した。具体的には、実施例2-1の多孔質ウレタン粒子の添加量に対し、実施例2-2の多孔質ウレタン粒子の添加量を0.7倍とした。
実施例2-2.
実施例2-3の帯電ローラ12は、実施例2-1に対して多孔質ウレタン粒子の添加量を変化させ、これにより表面粗さを変化させて作製した。具体的には、実施例2-1の多孔質ウレタン粒子の添加量に対し、実施例2-3の多孔質ウレタン粒子の添加量を0.5倍とした。
実施例2-3の帯電ローラ12は、実施例2-1に対して多孔質ウレタン粒子の添加量を変化させ、これにより表面粗さを変化させて作製した。具体的には、実施例2-1の多孔質ウレタン粒子の添加量に対し、実施例2-3の多孔質ウレタン粒子の添加量を0.5倍とした。
実施例2-4.
実施例2-4の帯電ローラ12は、実施例2-1に対して多孔質ウレタン粒子の添加量を変化させ、これにより表面粗さを変化させて作製した。具体的には、実施例2-1の多孔質ウレタン粒子の添加量に対し、実施例2-4の多孔質ウレタン粒子の添加量を0.3倍とした。
実施例2-4の帯電ローラ12は、実施例2-1に対して多孔質ウレタン粒子の添加量を変化させ、これにより表面粗さを変化させて作製した。具体的には、実施例2-1の多孔質ウレタン粒子の添加量に対し、実施例2-4の多孔質ウレタン粒子の添加量を0.3倍とした。
比較例2-1.
比較例2-1の帯電ローラ12は、実施例2-1に対して表面層12cのポリオールの分子量を変化させ、これにより表面層12cの架橋密度を低減させて作製した。具体的には、実施例2-1のポリオールの分子量に対し、比較例2-1のポリオールの分子量を2倍とした。
比較例2-1の帯電ローラ12は、実施例2-1に対して表面層12cのポリオールの分子量を変化させ、これにより表面層12cの架橋密度を低減させて作製した。具体的には、実施例2-1のポリオールの分子量に対し、比較例2-1のポリオールの分子量を2倍とした。
比較例2-2.
比較例2-2の帯電ローラ12は、次のようにして作製した。実施例2-1で説明した弾性層12bの表面を、軸方向の十点平均粗さRz(JIS B0601:1994)が10~20[μm]、Smが0.08~0.15[mm]となるように、且つ周方向に研磨目が形成されるように研磨した。その後、弾性層12bの表面を表面処理した。表面処理液は、酢酸エチル90質量部に、イソシアネート化合物(MDI)10質量部を混合して溶解させたものを用いた。表面処理液を23℃に保ったまま、ロール成型物(芯金12a上に弾性層12bを形成したもの)を30秒間浸漬後、120℃に保持されたオーブンで1時間加熱することにより、弾性層12bの表面に表面処理層を形成した。
比較例2-2の帯電ローラ12は、次のようにして作製した。実施例2-1で説明した弾性層12bの表面を、軸方向の十点平均粗さRz(JIS B0601:1994)が10~20[μm]、Smが0.08~0.15[mm]となるように、且つ周方向に研磨目が形成されるように研磨した。その後、弾性層12bの表面を表面処理した。表面処理液は、酢酸エチル90質量部に、イソシアネート化合物(MDI)10質量部を混合して溶解させたものを用いた。表面処理液を23℃に保ったまま、ロール成型物(芯金12a上に弾性層12bを形成したもの)を30秒間浸漬後、120℃に保持されたオーブンで1時間加熱することにより、弾性層12bの表面に表面処理層を形成した。
比較例2-3.
比較例2-3の帯電ローラ12は、次のようにして作製した。弾性層12bは、エピクロルヒドリンゴム100[重量部]に過酸化架橋剤1.3~1.6[重量部]を混合し、さらに充填剤、架橋助剤、架橋促進剤などの各種添加剤を添加したものを成型することで形成した。表面層12cは、N-メトキシメチル化ナイロンに平均粒径30[μm]の非多孔質のナイロン樹脂粒子を配合したものを、弾性層12bの表面に塗布することで形成した。
比較例2-3の帯電ローラ12は、次のようにして作製した。弾性層12bは、エピクロルヒドリンゴム100[重量部]に過酸化架橋剤1.3~1.6[重量部]を混合し、さらに充填剤、架橋助剤、架橋促進剤などの各種添加剤を添加したものを成型することで形成した。表面層12cは、N-メトキシメチル化ナイロンに平均粒径30[μm]の非多孔質のナイロン樹脂粒子を配合したものを、弾性層12bの表面に塗布することで形成した。
<評価結果>
実施例2-1~2-4および比較例2-1~2-3の帯電ローラ12のそれぞれについて、十点平均粗さRz[μm]、凹凸の平均間隔Sm[μm]、およびアスカーC硬度[度]を測定した。測定方法は、実施の形態1で説明した通りである。
実施例2-1~2-4および比較例2-1~2-3の帯電ローラ12のそれぞれについて、十点平均粗さRz[μm]、凹凸の平均間隔Sm[μm]、およびアスカーC硬度[度]を測定した。測定方法は、実施の形態1で説明した通りである。
また、実施例2-1~2-4および比較例2-1~2-3の帯電ローラ12のそれぞれについて、図14を参照して説明した方法で、接触面積率S[%]、および観察エリア内の接触部の個数を測定した。
また、実施例2-1~2-4および比較例2-1~2-3の帯電ローラ12のそれぞれについて、カブリを表す色相差ΔEを測定し、さらに印刷テスト後の横スジの発生の有無を評価した。横スジについては、ドラム周期の横スジと、帯電ローラ周期の横スジの有無について、それぞれ評価した。
また、実施例2-1~2-4および比較例2-1~2-3の帯電ローラ12のそれぞれについて、採取テープの二値化処理画像(図13(B))におけるカブリトナー付着部分(すなわち感光体ドラム11の高電位部)の合計面積[pixel]、カブリトナー付着部分の個数、カブリトナー付着部分の平均面積[pixel]を測定した。これらの結果を、表2,3,4に示す。
図15は、接触面積率Sと色相差ΔE(カブリ)との関係を示すグラフである。図16(A)は、二値化処理画像中のカブリトナー付着部分(すなわち感光体ドラムの高電位部)の合計面積と、色相差ΔEとの関係を示すグラフである。図16(B)は、接触面積率Sと、二値化処理画像中のカブリトナー付着部分の合計面積との関係を示すグラフである。図16(A),(B)では、黒丸は実施例2-1~2-4を示し、ドットハッチングが付された丸は比較例2-1~2-3を示す。
図15に示すように、接触面積率Sが大きくなるほど、色相差ΔEが大きくなる、言い換えるとカブリが発生しやすくなる。また、図15の各プロットから、接触面積率Sをxとし、色相差ΔEをyとした近似直線y=1.0457x+1.2468が得られる。この直線とy=1.60との交点は、x=0.34[%]である。
図15から、接触面積率Sが0.34[%]よりも大きい場合(比較例2-1~2-3)には、色相差ΔEが1.6よりも大きくなり、カブリの発生が見られる。
これに対し、接触面積率Sが0.34[%]以下の場合(実施例2-1~2-4)には、色相差ΔEが1.6以下となり、カブリの発生が抑制される。
図16(A)に示すように、色相差ΔEは感光体ドラム11の高電位部が増加するほど大きくなり、図16(B)に示すように、感光体ドラム11の高電位部は接触面積率Sが大きくなるほど増加する。このことから、接触面積率Sを低減することで、感光体ドラム11において局所的に高電位となる部分を少なくし、カブリを抑制できることが分かる。
なお、接触面積率Sが0.34[%]以下であれば、カブリの発生は抑制されるが、接触面積率Sが0.08を下回ると、感光体ドラム11の表面に電位の低い箇所が生じ、微小な横スジが発生する可能性がある。このことから、接触面積率Sの最も望ましい範囲は、0.08[%]~0.34[%]の範囲である。
また、接触面積率Sが0.08[%]~0.34[%]の範囲内であっても、帯電ローラ12の観察エリア(1.2[mm2])内の接触部の個数が57を下回る場合(実施例2-4)には、帯電ローラ周期の横スジの発生が見られる。これは、帯電ローラ12の表面において感光体ドラム11との接触部(凸部)の数が少ないほど、帯電ローラ12と感光体ドラム11との間にニップ圧が各接触部に集中し、接触部に含まれるウレタン粒子の変形が生じやすくなるためである。
帯電ローラ12の観察エリア内の接触部の個数を57以上とすることにより、帯電ローラ12と感光体ドラム11とが圧接された状態で長期間放置された場合であっても、帯電ローラ12の表面状態の変化が生じにくく、横スジ(特に帯電ローラ周期の横スジ)の発生を抑制することができる。
また、実施の形態1でも説明したように、帯電ローラ12の表面層12cの表面積率が68.4[%]以上(望ましくは68.4[%]~90.9[%]の範囲内)であることにより、弾性層12bの成分の染み出しによる横スジの発生を抑制することができる。また、凸部の最大高さが14.3[μm]~34.7[μm]の範囲にあることにより、帯電ローラ12の表面電位を安定させ、カブリの発生を抑制することができる。
<実施の形態2の効果>
以上説明したように、実施の形態2の帯電装置3は、帯電部材としての帯電ローラ12と、帯電ローラ12と所定のニップ圧で接触する被接触部材としての感光体ドラム11とを備える。帯電ローラ12は、芯金(軸体)12aと、弾性層12bと、多孔質粒子12dを含む表面層12cとを有する。表面層12cに透明板81を当該ニップ圧で押し当てた場合に、所定面積当たりの表面層12cと透明板81との接触面積の割合(接触面積率S)が0.34[%]以下であり、当該所定面積当たりの接触部の数が57個以上である。
以上説明したように、実施の形態2の帯電装置3は、帯電部材としての帯電ローラ12と、帯電ローラ12と所定のニップ圧で接触する被接触部材としての感光体ドラム11とを備える。帯電ローラ12は、芯金(軸体)12aと、弾性層12bと、多孔質粒子12dを含む表面層12cとを有する。表面層12cに透明板81を当該ニップ圧で押し当てた場合に、所定面積当たりの表面層12cと透明板81との接触面積の割合(接触面積率S)が0.34[%]以下であり、当該所定面積当たりの接触部の数が57個以上である。
接触面積率Sが0.34[%]以下であるため、感光体ドラム11において局所的に高電位となる部分を少なくし、カブリの発生を抑制することができる。また、接触部の数が57個以上であるため、帯電ローラ12の変形を抑制し、横スジの発生を抑制することができる。また、表面層12cが多孔質粒子12dを有するため、弾性層12bの成分の染み出しによる横スジの発生を抑制することができる。
特に、接触面積率Sが0.08[%]~0.34[%]の範囲内にあるため、上記効果に加えて、帯電ローラ12の表面電位を安定させ、横スジ等の印刷不良を抑制することができる。
≪実施の形態3≫
次に、実施の形態3について説明する。実施の形態1,2の帯電ローラ12では、表面層12cに多孔質粒子(例えばウレタン粒子)を用いることでカブリを抑制しているが、長期間に亘って放置された場合には、永久歪が発生し、帯電ローラ12の周長に相当する周期の横スジが発生する場合がある。例えば、帯電ローラ12が、温度50℃、相対湿度90%という環境で6日間放置された場合には、横スジが発生することが確認されており、横スジの抑制が課題となる。
次に、実施の形態3について説明する。実施の形態1,2の帯電ローラ12では、表面層12cに多孔質粒子(例えばウレタン粒子)を用いることでカブリを抑制しているが、長期間に亘って放置された場合には、永久歪が発生し、帯電ローラ12の周長に相当する周期の横スジが発生する場合がある。例えば、帯電ローラ12が、温度50℃、相対湿度90%という環境で6日間放置された場合には、横スジが発生することが確認されており、横スジの抑制が課題となる。
そこで、実施の形態3では、実施形態1および実施の形態2で規定された帯電ローラ12の範囲内で、表面層12cのウレタン系ポリマーの架橋密度、あるいはウレタン系ポリマーに含まれる硬化剤などの量を変更して表面層12cの硬さを調整し、帯電ローラ12が長期間に亘って放置された場合の横スジの発生の抑制を図っている。
ここでは、表5に示すように硬度を調整した実施例3-1~3-3および比較例3-1~3-4の7種類の帯電ローラ12を作製し、それぞれについてマルテンス硬度A[MPa]を測定した(比較例3-5については後述する)。帯電ローラ12の硬度の調整は、上記の通り、表面層12cのウレタン系ポリマーの架橋密度、あるいはウレタン系ポリマーに含まれる硬化剤などの量を変更して行った。
なお、実施例3-1~3-3および比較例3-1~3-4の帯電ローラ12は、実施の形態1で説明したように表面層12cの凸部表面積率Aが68.4[%]以上(望ましくは68.4[%]~90.9[%]の範囲内)であり、凸部の最大高さHが14.3[μm]~34.7[μm]の範囲にあり、また、実施の形態2で説明したように接触面積率Sが0.34[%](望ましくは0.08[%]~0.34[%]の範囲)にある。
図17は、帯電ローラ12のマルテンス硬度の測定方法を示す模式図である。マルテンス硬度の測定には、株式会社東陽テクニカ製の「ナノインデンター」を使用している。図17に示すように、変位計200のニードル201を帯電ローラ12の表面層12cに垂直に押し込み、押し込み荷重Fが0.2mNに達したところで、ニードル201の押し込みを停止し、10秒後にニードル201に加える荷重を除荷することで、マルテンス硬度を測定する。
なお、帯電ローラ12の表面層12cの厚さTsは、約10[μm]とする。一般に、ナノインデンターの測定では、測定深度Dを、表面層12cの厚さTs(表面層12cの表面から弾性層12bまでの距離)の20%以下に抑える必要がある。そのため、本実施の形態では、測定深度Dを約2[μm]以下に設定している。
表5に示した実施例3-1~3-3および比較例3-1~3-4の各帯電ローラ12を、感光体ドラム11と共に画像形成部10Mに組み込み、帯電ローラ12と感光体ドラム11とでニップを形成した状態で、温度50℃、相対湿度90%の環状で6日間放置した。
帯電ローラ12の保存性の評価は、実施の形態1で説明した通りであり、6日間放置した後の画像形成部10Mを、画像形成装置1に装着して印刷テストを行った。印刷テストの条件は、実施の形態1で説明した通りである。
印刷されたパターンを目視観察し、感光体ドラム11の周長に相当する周期(ドラム周期)の横スジの有無と、帯電ローラ12の周長に相当する周期(帯電ローラ周期)の横スジの有無を評価した。目視観察の結果、横スジが観察された場合には、保存性の評価結果を「不良」とした。横スジが観察されなければ、保存性の評価結果を「良好」とした。
表5の結果から、帯電ローラ12の表面層12cのマルテンス硬度が高いほど、帯電ローラ周期の横スジが発生している。この横スジは、永久歪によるものである。すなわち、表面層12cが変形しても元に戻りにくくなっているためと考えられる。
また、逆に、帯電ローラ12の表面層12cのマルテンス硬度が低いほど、ドラム周期の横スジが発生している。この横スジは、帯電ローラ12の弾性層12bからのオリゴマ―成分の析出(染み出し)による汚染によるものである。すなわち、帯電ローラ12の表面層12cが破壊され、弾性層12bのオリゴマ―成分が析出したためと考えられる。
図18は、帯電ローラ12の表面層12cの保存後の状態を概略的に示す図(A),(B),(C)である。図18(A)には、比較例3-3~3-4の帯電ローラ12の表面層12cの状態を示す。これらの帯電ローラ12は、感光体ドラム11との間でニップを形成した状態で6日間放置された後、除荷されても、表面層12cの歪(符号12hで示す)が元に戻らない。
図18(B)には、実施例3-1~3-3の帯電ローラ12の表面層12cの状態を示す。これらの帯電ローラ12は、感光体ドラム11との間でニップを形成した状態で6日間放置された後、除荷されると、符号12jで示すように表面層12cの歪が元に戻っている。
図18(C)には、比較例3-1~3-2の帯電ローラ12の表面層12cの状態を示す。これらの帯電ローラ12は、感光体ドラム11との間でニップを形成した状態で6日間放置されたことにより、表面層12cが破壊され、亀裂から弾性層12bのオリゴマ―成分(符号12sで示す)が析出している。
すなわち、放置による永久歪とオリゴマ―成分の析出とは、いずれも表面層12cのマルテンス硬度によって変化するが、互いにトレードオフの関係にある。
表5に示した結果から、マルテンス硬度Aが4.8~7.1[Mpa]の範囲にある場合(すなわち実施例3-1~3-3)には、放置による永久歪とオリゴマ―成分の析出が共に抑制され、ドラム周期の横スジおよび帯電ローラ周期の横スジの発生が共に抑制されることが理解される。
また、比較例3-5として、比較例1-2の帯電ローラ12の表面層12cにナイロン粒子を添加し、マルテンス硬度Aを8.2[Mpa]としたものを作成した。保存性の評価を行った結果、ドラム周期の横スジは観察されなかったが、帯電ローラ周期の横スジは観察された。マルテンス硬度Aの8.2[Mpa]という値は、上述した良好範囲(4.8~7.1[Mpa])から外れるため、実施例3-1~3-3および変形例3-1~3-4から得られた結果とは矛盾しない。
<実施の形態3の効果>
以上説明したように、実施の形態3の帯電装置3では、帯電ローラ12の表面層12cのマルテンス硬度Aが4.8~7.1[Mpa]の範囲にあるため、帯電ローラ12が長期間放置された場合の横スジの発生を抑制することができる。
以上説明したように、実施の形態3の帯電装置3では、帯電ローラ12の表面層12cのマルテンス硬度Aが4.8~7.1[Mpa]の範囲にあるため、帯電ローラ12が長期間放置された場合の横スジの発生を抑制することができる。
上述した実施の形態2及び実施の形態3においては、実施の形態1でも説明したように、帯電ローラ12の表面層12cの多孔質粒子12dは、ウレタン粒子に限らず、他の多孔質粒子を用いてもよい。また、表面層12cを構成するポリマーは、ウレタン系ポリマーに限らず、他のポリマーを用いてもよい。
また、帯電装置3は、帯電ローラ12と、これに接触する被接触部材を有していればよい。被接触部材は、ここでは感光体ドラム11であるが、クリーニングローラ13であってもよい。
以上、望ましい実施の形態について具体的に説明したが、本開示は上記の実施の形態に限定されるものではなく、各種の改良または変形を行なうことができる。
本開示は、プリンタ、複写機、ファクシミリ装置、MFP(Multi Function Peripheral)等、媒体に画像を形成する画像形成装置に利用することができる。
以下に、本開示の諸態様を、付記としてまとめて記載する。
(付記1)
回転可能であって、被接触部材に接触可能に設けられた帯電部材を備え、
前記帯電部材は、
軸体と、
前記被接触部材に接触し、多孔質粒子を含む表面層と、
前記軸体と前記表面層との間に設けられた弾性層と
を有し、
前記表面層の表面積のうち前記多孔質粒子により形成される凸部の割合は、68.4[%]以上である
ことを特徴とする帯電装置。
(付記2)
前記表面層の表面積のうち前記凸部の割合は、90.9[%]以下である
ことを特徴とする付記1に記載の帯電装置。
(付記3)
前記表面層における前記凸部の高さは、14.3[μm]以上、34.7[μm]以下である
ことを特徴とする付記1または2に記載の帯電装置。
(付記4)
前記多孔質粒子は、ウレタンを主成分とする
ことを特徴とする付記1から3までのいずれか1項に記載の帯電装置。
(付記5)
前記表面層は、ウレタン系ポリマーを主成分とする
ことを特徴とする付記1から4までのいずれか1項に記載の帯電装置。
(付記6)
前記帯電部材は前記被接触部材に所定のニップ圧で押し当てられ、
前記帯電部材に前記ニップ圧で前記被接触部材を接触させた場合に、所定面積当たりの前記帯電部材と前記被接触部材との接触部の面積の割合が0.34[%]以下であり、当該所定面積当たりの接触部の数が57個以上である
ことを特徴とする付記1から5までのいずれか1項に記載の帯電装置。
(付記7)
前記表面層のマルテンス硬度は4.8[Mpa]以上、7.1[Mpa]以下であることを特徴とする
付記1に記載の帯電装置。
(付記8)
前記被接触部材は、静電潜像を担持する像担持体である
ことを特徴とする付記1から7までのいずれか1項に記載の帯電装置。
(付記9)
前記被接触部材は、前記帯電部材の表面の異物を除去するクリーニング部材である
ことを特徴とする付記1から7までのいずれか1項に記載の帯電装置。
(付記10)
付記1から9までのいずれか1項に記載の帯電装置と、
前記帯電部材により帯電した像担持体の表面に潜像を形成する露光装置と、
前記像担持体の表面に形成された潜像を現像する現像部と、
前記現像部で現像されて媒体に転写された現像剤像を、前記媒体に定着する定着装置と
を備えたことを特徴とする画像形成装置。
(付記1)
回転可能であって、被接触部材に接触可能に設けられた帯電部材を備え、
前記帯電部材は、
軸体と、
前記被接触部材に接触し、多孔質粒子を含む表面層と、
前記軸体と前記表面層との間に設けられた弾性層と
を有し、
前記表面層の表面積のうち前記多孔質粒子により形成される凸部の割合は、68.4[%]以上である
ことを特徴とする帯電装置。
(付記2)
前記表面層の表面積のうち前記凸部の割合は、90.9[%]以下である
ことを特徴とする付記1に記載の帯電装置。
(付記3)
前記表面層における前記凸部の高さは、14.3[μm]以上、34.7[μm]以下である
ことを特徴とする付記1または2に記載の帯電装置。
(付記4)
前記多孔質粒子は、ウレタンを主成分とする
ことを特徴とする付記1から3までのいずれか1項に記載の帯電装置。
(付記5)
前記表面層は、ウレタン系ポリマーを主成分とする
ことを特徴とする付記1から4までのいずれか1項に記載の帯電装置。
(付記6)
前記帯電部材は前記被接触部材に所定のニップ圧で押し当てられ、
前記帯電部材に前記ニップ圧で前記被接触部材を接触させた場合に、所定面積当たりの前記帯電部材と前記被接触部材との接触部の面積の割合が0.34[%]以下であり、当該所定面積当たりの接触部の数が57個以上である
ことを特徴とする付記1から5までのいずれか1項に記載の帯電装置。
(付記7)
前記表面層のマルテンス硬度は4.8[Mpa]以上、7.1[Mpa]以下であることを特徴とする
付記1に記載の帯電装置。
(付記8)
前記被接触部材は、静電潜像を担持する像担持体である
ことを特徴とする付記1から7までのいずれか1項に記載の帯電装置。
(付記9)
前記被接触部材は、前記帯電部材の表面の異物を除去するクリーニング部材である
ことを特徴とする付記1から7までのいずれか1項に記載の帯電装置。
(付記10)
付記1から9までのいずれか1項に記載の帯電装置と、
前記帯電部材により帯電した像担持体の表面に潜像を形成する露光装置と、
前記像担持体の表面に形成された潜像を現像する現像部と、
前記現像部で現像されて媒体に転写された現像剤像を、前記媒体に定着する定着装置と
を備えたことを特徴とする画像形成装置。
1 画像形成装置、 3 帯電装置、 10,10K,10C,10M,10Y 画像形成部、 11 感光体ドラム(像担持体)、 12 帯電ローラ(帯電部材)、 12a 芯金(軸体)、 12b 弾性層、 12c 表面層、 12d 多孔質粒子、 13 クリーニングローラ(クリーニング部材)、 13a 芯金(軸体)、 13b 弾性層、 14 現像ローラ(現像剤担持体)、 15 供給ローラ(供給部材)、 16 現像ブレード、 18 トナーカートリッジ(現像剤収容体)、 20 現像部、 21 露光ヘッド(露光装置)、 30 転写ユニット、 40 媒体供給部、 50 定着装置、 60 媒体排出部、 70 輝度画像、 71 二値化処理画像、 72 凸部、 80 顕微鏡、 81 透明板(対象物)、 82 台座、 83 ウエイト、 90 媒体、 91 用紙、 92 採取テープ、 93 比較テープ。
Claims (10)
- 回転可能であって、被接触部材に接触可能に設けられた帯電部材を備え、
前記帯電部材は、
軸体と、
前記被接触部材に接触し、多孔質粒子を含む表面層と、
前記軸体と前記表面層との間に設けられた弾性層と
を有し、
前記表面層の表面積のうち前記多孔質粒子により形成される凸部の割合は、68.4[%]以上である
ことを特徴とする帯電装置。 - 前記表面層の表面積のうち前記凸部の割合は、90.9[%]以下である
ことを特徴とする請求項1に記載の帯電装置。 - 前記表面層における前記凸部の高さは、14.3[μm]以上、34.7[μm]以下である
ことを特徴とする請求項1に記載の帯電装置。 - 前記多孔質粒子は、ウレタンを主成分とする
ことを特徴とする請求項1に記載の帯電装置。 - 前記表面層は、ウレタン系ポリマーを主成分とする
ことを特徴とする請求項1に記載の帯電装置。 - 前記帯電部材は前記被接触部材に所定のニップ圧で押し当てられ、
前記帯電部材に前記ニップ圧で前記被接触部材を接触させた場合に、所定面積当たりの前記帯電部材と前記被接触部材との接触部の面積の割合が0.34[%]以下であり、当該所定面積当たりの接触部の数が57個以上である
ことを特徴とする請求項1に記載の帯電装置。 - 前記表面層のマルテンス硬度は4.8[Mpa]以上、7.1[Mpa]以下であることを特徴とする
請求項1に記載の帯電装置。 - 前記被接触部材は、静電潜像を担持する像担持体である
ことを特徴とする請求項1に記載の帯電装置。 - 前記被接触部材は、前記帯電部材の表面の異物を除去するクリーニング部材である
ことを特徴とする請求項1に記載の帯電装置。 - 請求項1から9までのいずれか1項に記載の帯電装置と、
前記帯電部材により帯電した像担持体の表面に潜像を形成する露光装置と、
前記像担持体の表面に形成された前記潜像を現像する現像部と、
前記現像部で現像されて媒体に転写された現像剤像を、前記媒体に定着する定着装置と
を備えたことを特徴とする画像形成装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US18/353,439 US12105437B2 (en) | 2022-07-28 | 2023-07-17 | Charging device and image formation apparatus |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022120208 | 2022-07-28 | ||
JP2022120208 | 2022-07-28 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2024018911A true JP2024018911A (ja) | 2024-02-08 |
Family
ID=89806964
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2023043300A Pending JP2024018911A (ja) | 2022-07-28 | 2023-03-17 | 帯電装置および画像形成装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2024018911A (ja) |
-
2023
- 2023-03-17 JP JP2023043300A patent/JP2024018911A/ja active Pending
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