JP3332695B2 - 帯電ローラ、該帯電ローラを有するプロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

帯電ローラ、該帯電ローラを有するプロセスカートリッジ及び画像形成装置

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JP3332695B2 JP30415695A JP30415695A JP3332695B2 JP 3332695 B2 JP3332695 B2 JP 3332695B2 JP 30415695 A JP30415695 A JP 30415695A JP 30415695 A JP30415695 A JP 30415695A JP 3332695 B2 JP3332695 B2 JP 3332695B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は主として電子写真方
式の画像形成装置に用いられる、被帯電体に接触配置さ
れ、電圧を印加されることにより被帯電体を帯電する帯
電ローラ、該帯電ローラを有するプロセスカートリッジ
及び画像形成装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、電子写真方式の画像形成装置にお
いて、像保持部材としての感光体の1次帯電処理を行う
帯電装置としては、ワイヤに高電圧をかけてコロナ放電
を生じさせ、そのコロナに被帯電体をさらすコロナ帯電
器が広く利用されてきた。
【0003】近年、接触帯電式の帯電装置、即ち帯電部
材を被帯電体に当接させて配置し、これに電圧を印加し
て被帯電体面を帯電する帯電装置の開発が進められてい
る。接触帯電は非接触式であるコロナ帯電と比べて、被
帯電体面に所望の電位を得るために必要とされる印加電
圧が低い、帯電時に発生するオゾンの量も少ない等の長
所があり、中でも特に帯電部材として導電性ローラを用
いたローラ帯電方式が帯電の安定性という点で好まし
く、広く用いられている。
【0004】従来の電子写真方式の画像形成装置におけ
る帯電ローラの一例を図12に示す。
【0005】帯電ローラ110は、給電電極を兼ねた導
電性軸111、弾性層112、コート層113から構成
されている。従来、弾性層112用の樹脂としては、ス
チレン−ブタジエンゴム(SBR)、イソプレンゴム及
びシリコーンゴム等のソリッドゴムが挙げられ、コート
層113用の樹脂としては、ポリアミド樹脂、ヒドリン
ゴム、ウレタン及びシリコーンゴム等が挙げられる。こ
の帯電ローラは、交流バイアスを印加すると感光体との
間で騒音を発生し易く、その音を軽減するために感光体
の中空部分に重りを詰める、弾性層材料としてスポンジ
を用い、被覆層として樹脂チューブを用いる、等の試み
がなされていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の帯電ローラは硬度が大きく、また、スポンジを用
いたものは表面粗度が大きくなってしまい、帯電時の感
光体上の放電領域の形状は、図4に示されるように感光
体長手方向に対して略直線的にならなかった。図中、4
2は放電領域を示し、41は感光体と帯電ローラのニッ
プ部を示している。
【0007】このように、放電領域が不均一であると、
繰り返し使用に伴い感光体表面が不均一に削れ易く、そ
の結果、感光体の削れ量が増加し、感光体寿命が短くな
り易い。特に、プロセススピードが高速化すると、交流
バイアスの周波数を高く(1000Hz以上)する必要
があるので、感光体と帯電ローラ間で起こる放電による
電流量が増加し、感光体が放電により受けるダメージが
大きくなるため上述の傾向はより顕著になる。
【0008】本発明の目的は、上記の感光体の削れ量を
低下させ、その寿命を伸ばすことのできる帯電ローラ、
該帯電ローラを有するプロセスカートリッジ及び画像形
成装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段及び作用】即ち、本発明
は、被帯電体に接触配置され、電圧を印加されることに
より被帯電体を帯電する帯電ローラにおいて、該帯電ロ
ーラが導電性支持体、該導電性支持体上の弾性層、及び
該弾性層上の少なくともひとつの被覆層を有し、該帯電
ローラの表面粗度が0.1μm以上8μm以下であり、
かつ該弾性層のアスカーC硬度(A)と該帯電ローラの
マイクロゴム硬度(B)が下記式10° ≦A≦45° A<B<A+20° を満足することを特徴とする帯電ローラである。
【0010】また、本発明は、上記帯電ローラを有する
プロセスカートリッジ及び画像形成装置である。
【0011】上記の構成により、感光体上の放電領域の
形状は図3(32は放電領域、31は感光体と帯電ロー
ラのニップ部)のように感光体の長手方向に対して略直
線的になり、感光体表面の削れ量が低下し、感光体の寿
命の延長が達成される。表面粗度が8μmを越えると、
感光体と帯電ローラの接触境界面において、帯電ローラ
表面の凹凸により、図3に示すような略直線的な放電領
域にすることができず、図4に示されるようにニップ部
41と放電領域42の境界は波打ったような状態を示
す。また、放電領域には、放電の集中部43が発生し、
感光体表面の削れを促進することになる。
【0012】放電の集中を起こしている状態で繰り返し
使用された場合の感光体表面の断面図は図5に示されて
おり、本発明の帯電ローラを用いた場合の感光体表面の
断面図は図6に示されている。図5に示すように、感光
体の表面が不均一に削れてしまった場合には、感光体の
表面はクリーニングブレードなどによって、よりダメー
ジの大きい部分にならって削られてしまうので、その削
れ量は、図6に示すような均一なダメージを受けた場合
よりも大きくなる。
【0013】また、表面粗度が8μm以下という条件を
満たしていても、被覆層形成前の帯電ローラにおける弾
性層のアスカーC硬度(A)と全ての層を形成した帯電
ローラのマイクロゴム硬度(B)との間に、 A<B という関係を満たしていない場合には、弾性層が十分に
つぶれず、帯電ローラと感光体との接触面(ニップ部)
に隙間が生じ易い。また、 B<A+20° という関係を満たしていない場合には、被覆層部分が弾
性層に比べて硬度が高過ぎ、弾性層のみつぶれ、被覆層
部分が十分つぶれず、帯電ローラと感光体との接触面
(ニップ部)に隙間が生じる。特に弾性層のアスカーC
硬度(A)と被覆層形成後のマイクロゴム硬度(B)の
関係が感光体表面の削れ量に及ぼす影響は、後述の実施
例及び比較例の結果に基づいて得られた図7に示されて
いる感光体表面のドラム削れ量と(B−A)の関係より
分かる。つまり、図7によると(B−A)の値が大きく
なると削れ量は大きくなる傾向にあり、B−A=20°
付近で傾きが変化し、B−A≧20°では特に、感光体
表面の削れ量が大きくなっていることが分かる。また、 A≦45° という関係を満たしていない場合には、帯電ローラ全体
の硬度が高すぎ、帯電ローラ全体のつぶれ量が小さくな
り、帯電ローラと感光体との接触面(ニップ部)に隙間
が生じ易くなる。
【0014】このように帯電ローラと感光体との接触面
(ニップ部)に隙間が生じた場合には、図8に示されて
いるようにニップ部にも島状の放電領域71が生じてし
まう。島状の放電領域71は、放電領域の増加及び放電
の集中を引き起こし、表面粗度が8μmを越える場合と
同様に感光体のダメージを部分的に促進してしまうの
で、感光体の削れ量は大きくなってしまう。
【0015】本発明における表面粗度は、製造の容易性
の点も考慮して、0.1μm以上8μm以下である。特
には0.1〜3μmであることが好ましい。
【0016】また、弾性層のアスカーC硬度は、製造の
容易性の点も考慮して、10〜45°であ、特には2
0〜45°であることが好ましい。
【0017】更に、全ての層のマイクロゴム硬度はアス
カーC硬度より大きく65°未満であるが、特には45
°を超えて55°以下であることが好ましい。
【0018】なお、本発明における表面粗度はJIS
B0601で規定される10点平均粗さに基づくもので
あるが、KOSAKA Laboratory製Sur
fcorder(SE3300)を用いて、帯電ローラ
の周方向4箇所とそれぞれの長手方向3箇所(中央部及
び両端部)の計12箇所について測定長2.5mmで測
定した10点平均粗さの平均値とする。
【0019】また、アスカーC硬度はJIS K605
0で規定されるスプリング式硬度計アスカーC型(高分
子計器製)を用いて測定される硬度である。本発明にお
いては荷重を500gとし、被覆層を設けずに、導電性
支持体上に弾性層のみを有する帯電ローラについて直接
測定した。
【0020】更に、マイクロゴム硬度はKOBUNSH
I KEIKI製MICRO DUROMETER(M
D−1)を用いて全ての層を設けた帯電ローラを直接測
定した。
【0021】本発明の帯電ローラ12の断面図の例を図
2に示す。図2において帯電ローラ12は8φの給電電
極を兼ねた導電性支持体12a上に14.0φになるよ
うに弾性層12b及び被覆層12cを有する。
【0022】弾性層12bは、上記物性を満足するもの
であればいずれものでも良く、材料としてはエチレン−
プロピレン−ジエン三元共重合体(EPDM)、シリコ
ーンゴム、ウレタンゴム及びエピクロル−ヒドリンゴム
等が挙げられるが、A≦45°を満たすためにはこれら
の樹脂やゴムの発泡加硫させたスポンジであることが好
ましい。
【0023】また、弾性層の厚みは2.0〜10mmで
あることが好ましく、厚すぎると抵抗値が高くなり易
く、薄すぎると硬度が十分低くなりにくくなる。なお、
本発明における弾性層の導電性を調整する方法として
は、弾性層にカーボンブラック、金属及び金属酸化物等
の導電性物質を含有させること等が挙げられる。
【0024】被覆層12cは弾性層12b上に設けられ
る層であり、弾性層12bからのオイルの浸みだしの防
止をはかると共に弾性層12bの抵抗ムラをキャンセル
し、抵抗の均一化をはかる、帯電ローラ12の表面を保
護する、帯電ローラの硬度を調整する、等の機能を果た
している。被覆層12cは上記物性を満足するものであ
れば、いずれのものでも良く、ひとつの層でも、複数の
層でも良い。材料としてはヒドリンゴム、ウレタンゴム
及びナイロン樹脂等が挙げられる。また、被覆層12c
の厚みは100〜1000μmであることが好ましく、
抵抗値は105〜109 Ω・cmであることが好まし
い。また、表層に近づくにつれ抵抗値は大きくなってい
ることが好ましい。抵抗を調整する方法としては、被覆
層にカーボンブラック、金属及び金属酸化物等の導電性
物質を含有させること等が挙げられる。
【0025】図1に本発明の画像形成装置であるレーザ
ービームプリンターの概略構成の例を示す。
【0026】図1において、画像形成装置は被帯電体で
ある導電性支持体11a上に感光層11bを形成した電
子写真感光体11、直流電圧と交流電圧を重畳した脈流
電圧を印加する帯電電源18に接続された本発明の帯電
ローラ12、露光光13、現像電源19に接続された現
像装置14、転写電源20に接続された転写装置15、
クリーナー16、紙搬送ガイド21及び22、及び定着
装置17を主要素として構成されている。
【0027】以上のように構成された画像形成装置にお
いて感光体11は一定方向に回転し、帯電ローラ12は
感光体11に圧接従動しながら感光体11の表面を均一
に帯電する。その後、像露光装置(不図示)からの露光
光13により感光体11上に静電潜像が形成される。静
電潜像は、現像装置14により現像剤粉体であるトナー
の像として顕像化され、そのトナー像は搬送ガイド21
により感光体11と転写ローラ15の間に搬送された転
写材23上に転写される。その後、転写材23は搬送ガ
イド22上を移動し、定着装置17に導入され、転写材
23は定着装置17で加圧加熱されることでトナー像と
して転写材23上に定着される。一方、感光体11上に
残った廃トナーはクリーナー16により回収される。
【0028】本発明においては、上述の感光体11、帯
電ローラ12、現像装置14及びクリーナー16等の構
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等の画像形成装置本
体に対して着脱自在に構成しても良い。例えば、現像装
置14及びクリーナー16の少なくとも一方を感光体1
1及び帯電ローラ12と共に一体に支持してカートリッ
ジ化し、画像形成装置本体に設けたレール等の案内手段
を用いて画像形成装置本体に着脱自在なプロセスカート
リッジとすることができる。
【0029】
【実施例】
(実施例1及び比較例1)本実施例では、30φのアル
ミニウムシリンダー上に下引層、該下引層上に電荷発生
層、該電荷発生層上に結着樹脂としてビスフェノールZ
型ポリカーボネート樹脂を用いた電荷輸送層を有する有
機感光体を有する、プロセススピードが約100mm/
secのレーザービームプリンターに下述の帯電ローラ
を搭載し、A3画像を繰り返しプリントした。この帯電
ローラには、周波数1000Hz、ピーク間電圧
(VPP)2500Vの交流電圧と約−700Vの直流電
圧を重畳して印加した。また、片側600gのバネと帯
電ローラの自重により、感光体と帯電ローラの接触圧を
1350gとした。
【0030】図9は本発明の帯電ローラ80の層構成を
示す断面図である。
【0031】帯電ローラ80は3層で構成され、給電電
極を兼ねた導電性支持体81上に弾性層82、被覆層8
3及び84を順次有し、外径約14φ、長さ310mm
である。また、帯電ローラ80は弾性層82と被覆層8
3を同時に押し出した後、金型内で発泡加硫させ、その
後被覆層84をロールコーティング法によって形成し
た。
【0032】図9の構成において、導電性支持体81は
8φのニッケルメッキ鋼棒、弾性層82は厚さ2.5m
m、抵抗106 Ω・cmで、導電性カーボンブラックを
分散した発泡加硫したEPDMスポンジ、被覆層83は
厚さ250μm、抵抗107Ω・cmで、導電性酸化ス
ズを分散したヒドリンゴム、被覆層84は厚さ10μ
m、抵抗108 Ω・cmで、導電性カーボンブラックを
分散したナイロン樹脂である。
【0033】ここで、被覆層83は弾性層82からのオ
イルの浸みだしの防止をはかると共に弾性層82の抵抗
ムラの均一化をはかっている。被覆層84は感光体に対
する耐圧を高める機能を持ち、被覆層83による感光体
汚染を防止すると共に帯電ローラ80の表面を保護する
機能を果たしている。
【0034】帯電ローラ80は、表面粗度(10点平均
粗さ)を8μm以下とするために被覆層83の硬度を大
きくすることによって、被覆層83の表面粗度を小さく
している。それにより、被覆層84を形成した後の帯電
ローラの表面粗度を6μmにすることができた。一方、
被覆層83の硬度を大きくしなかった以外は帯電ローラ
80と同様にして作製した帯電ローラ80aは、表面粗
度が10μmとなった。これらの2つの帯電ローラの硬
度A及びB、及びこれらを用いた際の感光体表面の削れ
量の結果を表1に示す。なお、感光体の削れ量は、初期
の感光体の膜厚と1000(1K)枚プリント後の感光
体の膜厚の差で定義されている。なお、膜厚は渦電流方
式膜厚測定計(インスコープMP3型、フィッシャー社
製)により測定した。
【0035】
【0036】上記のように本発明の帯電ローラ80は、
帯電ローラ80aと比較して、40%の感光体削れ量の
軽減が達成できている。これにより、感光体の寿命を伸
ばすことが可能となった。
【0037】(実施例2及び比較例2)本実施例では、
実施例1と同様のレーザービームプリンターを用いた。
但し、プロセススピードを約150mm/secとし、
感光体には下述の帯電ローラを接触させた。この帯電ロ
ーラには、周波数1500Hzの交流電圧と約−700
Vの直流電圧を重畳して印加した。なお、VPPは放電電
流量が実施例1と同様になるように設定した。
【0038】図10は本発明の帯電ローラ90の層構成
を示す断面図である。
【0039】帯電ローラ90は3層で構成され、給電電
極を兼ねた導電性支持体91上に弾性層92、被覆層9
3及び94を順次有し、外径約14φ、長さ310mm
である。また、帯電ローラ90は弾性層92を発泡加硫
させた後、被覆層93及び94をディップコーティング
法によって形成した。
【0040】図10の構成において、導電性支持体91
は8φのニッケルメッキ鋼棒、弾性層92は厚さ3.0
mm、抵抗106 Ω・cmで、導電性カーボンブラック
を分散した発泡ウレタンスポンジ、被覆層93は厚さ2
50μm、抵抗107 Ω・cmで、カーボンブラックを
分散したウレタンアクリル、被覆層94は厚さ10μ
m、抵抗108 Ω・cmで、導電性カーボンブラック及
び導電性酸化チタンを分散したナイロン樹脂である。
【0041】ここで、被覆層93は弾性層92からのオ
イルの浸みだしの防止をはかると共に弾性層92の抵抗
ムラの均一化をはかっている。被覆層94は感光体に対
する耐圧を高める機能を持ち、被覆層93による感光体
の汚染を防止すると共に帯電ローラ90の表面を保護す
る機能を果たしている。
【0042】帯電ローた90は、被覆層93の硬度を下
げることによって帯電ローラ硬度を下げ、更には表面粗
度を小さくしている。表面粗度(10点平均粗さ)は
1.5μm、弾性層のアスカーC硬度は45°、全ての
層を形成した後の帯電ローラのマイクロゴム硬度は55
°である。
【0043】この構成から被覆層94をなくし、弾性層
硬度は上記と変えず、被覆層93の硬度を上げ、表面粗
度を8μm以下となるように帯電ローラ90aを作っ
た。帯電ローラ90aは硬度Bが70°となり、表面粗
度は4.5μmとなっている。つまり、表面粗度に関し
ては、8μm以下となっているが、A及びBの条件を満
たすことができていない。
【0044】これらの2つの帯電ローラ90と90aを
用いた際の感光体表面の削れ量を評価した結果を表2に
示す。
【0045】
【0046】上記のように本発明の帯電ローラ90は帯
電ローラ90aに比べて、感光体の削れ量が約70%と
なっており、感光体の寿命を伸ばすことが可能となって
いる。
【0047】(実施例3及び比較例3)本実施例では、
実施例1と同様のレーザービームプリンターを用いた。
但し、感光体には下述の帯電ローラを接触させた。
【0048】図11は本発明の帯電ローラ100の層構
成を示す断面図である。
【0049】帯電ローラ100は2層で構成され、給電
電極を兼ねた導電性支持体101上に弾性層102、被
覆層103を順次有し、外径約14φ、長さ310mm
である。また、帯電ローラ100は弾性層102を発泡
加硫させた後研磨し、その後被覆層103をディップコ
ーティング法によって形成した。なお、この帯電ローラ
においては、弾性層102を成形後、研磨することで弾
性層102の表面性を良化させ、8μm以下の表面粗度
を達成した。
【0050】図11の構成において、導電性支持体10
1は8φのニッケルメッキ鋼棒、弾性層102は厚さ
3.0mm、抵抗106 Ω・cmで、導電性カーボンブ
ラックを分散した発砲ウレタンゴム、被覆層103は厚
さ250μm、抵抗107 Ω・cmで、導電性カーボン
ブラックを分散したウレタンアクリルである。
【0051】ここで、被覆層103は弾性層102から
のオイルの浸みだしの防止をはかると共に弾性層102
の抵抗ムラの均一化をはかっている。
【0052】帯電ローラ100は表面粗度(10点平均
粗さ)7.0μm、弾性層のアスカーC硬度は45°、
全ての層を形成した後の帯電ローラのマイクロゴム硬度
は62°である。
【0053】そこで、この帯電ローラ100と比較例2
で用いた帯電ローラ90aを用いた際の感光体表面の削
れ量を評価した結果を表3に示す。
【0054】
【0055】上記のように本発明の帯電ローラ100は
帯電ローラ90aに比べて感光体の削れ量が約75%と
なっており、感光体の寿命を伸ばすことが可能となる。 (比較例4)EPDMスポンジの発泡倍率を下げて、弾
性層のアスカーC硬度を50°とした以外は実施例1と
同様にして帯電ローラを作製し、評価した。結果を表4
に示す。
【0056】
【0057】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の帯電ロー
ラ、該帯電ローラを有するプロセスカートリッジ及び画
像形成装置によれば、感光体の削れ量の軽減が可能とな
り、感光体の寿命の延長も達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例に用いた画像形成装置の概略構成の例
を示す。
【図2】本発明の帯電ローラの模式断面図を示す。
【図3】本発明における感光体上の放電跡形状である。
【図4】大きい表面粗度を有する帯電ローラを用いた際
の感光体上の放電跡形状である。
【図5】不均一な放電を受けた感光体表面の断面図を示
す。
【図6】本発明の帯電ローラを用いた際の感光体表面の
断面図を示す。
【図7】1000枚プリント後の感光体の削れ量と硬度
の差(B−A)の関係を示す。
【図8】硬度の条件を満たしていない場合の放電跡形状
である。
【図9】実施例1に用いた帯電ローラの模式断面図を示
す。
【図10】実施例2に用いた帯電ローラの模式断面図を
示す。
【図11】実施例3に用いた帯電ローラの模式断面図を
示す。
【図12】従来例の帯電ローラの模式断面図を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−224506(JP,A) 特開 平5−341620(JP,A) 特開 平6−250437(JP,A) 特開 平8−129283(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G03G 15/02

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被帯電体に接触配置され、電圧を印加さ
    れることにより被帯電体を帯電する帯電ローラにおい
    て、 該帯電ローラが導電性支持体、該導電性支持体上の弾性
    層、及び該弾性層上の少なくともひとつの被覆層を有
    し、 該帯電ローラの表面粗度が0.1μm以上8μm以下で
    あり、かつ該弾性層のアスカーC硬度(A)と該帯電ロ
    ーラのマイクロゴム硬度(B)が下記式10° ≦A≦45° A<B<A+20° を満足することを特徴とする帯電ローラ。
  2. 【請求項2】 表面粗度が3μm以下である請求項
    載の帯電ローラ。
  3. 【請求項3】 弾性層のアスカーC硬度が20°以上で
    ある請求項1または2に記載の帯電ローラ。
  4. 【請求項4】 帯電ローラのマイクロゴム硬度が45°
    を超えて55°以下である請求項1乃至3のいずれかに
    記載の帯電ローラ。
  5. 【請求項5】 弾性層の厚さが2〜10mmである請求
    項1乃至4のいずれかに記載の帯電ローラ。
  6. 【請求項6】 被覆層の厚さが100〜1000μmで
    ある請求項1乃至5のいずれかに記載の帯電ローラ。
  7. 【請求項7】 弾性層がスポンジを含有する請求項1
    至6のいずれかに記載の帯電ローラ。
  8. 【請求項8】 B−Aが10°以上である請求項1乃至
    7のいずれかに記載の帯電ローラ。
  9. 【請求項9】 被帯電体が電子写真感光体である請求項
    乃至8のいずれかに記載の帯電ローラ。
  10. 【請求項10】 電子写真感光体、及び該電子写真感光
    体に接触配置され、電圧を印加されることにより該電子
    写真感光体を帯電する帯電ローラを有するプロセスカー
    トリッジにおいて、 該帯電ローラが導電性支持体、該導電性支持体上の弾性
    層、及び該弾性層上の少なくともひとつの被覆層を有
    し、 該帯電ローラの表面粗度が0.1μm以上8μm以下で
    あり、かつ該弾性層のアスカーC硬度(A)と該帯電ロ
    ーラのマイクロゴム硬度(B)が下記式を満足し、10° ≦A≦45° A<B<A+20° 該電子写真感光体及び帯電ローラは一体に支持され、電
    子写真装置本体に着脱自在であることを特徴とするプロ
    セスカートリッジ。
  11. 【請求項11】 電子写真感光体、該電子写真感光体に
    接触配置され、電圧を印加されることにより該電子写真
    感光体を帯電する帯電ローラ、露光手段及び現像手段を
    有する電子写真装置において、 該帯電ローラが導電性支持体、該導電性支持体上の弾性
    層、及び該弾性層上の少なくともひとつの被覆層を有
    し、 該帯電ローラの表面粗度が0.1μm以上8μm以下で
    あり、かつ該弾性層のアスカーC硬度(A)と該帯電ロ
    ーラのマイクロゴム硬度(B)が下記式10° ≦A≦45° A<B<A+20° を満足することを特徴とする画像形成装置。
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