JP3605519B2 - Developing roller - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、ファクシミリ、レーザービームプリンタ等の現像装置に使用される現像ローラおよびその製造方法に係り、特には、非磁性一成分トナー現像方式の現像装置に用いられる現像ローラおよびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、レーザービームプリンタ等の現像装置については、磁性の二成分トナーを用いた現像方式が主流であった。しかしながら、近年ますます関心が高まっている地球環境の保全と資源の節約という観点から、トナーの回収が不要で廃トナーが発生せず、トナーカートリッジ内のトナーをすべて使用し尽くすことができる、非磁性一成分トナーを用いた現像方式が注目されるようになり、その実用化が進んでいる。
【0003】
この非磁性一成分トナー現像方式の現像装置は、基本に、感光体ドラムと、感光体ドラムに静電潜像を形成するための静電潜像形成手段と、感光体ドラムに直接接して回転する現像ローラと、現像ローラに非磁性一成分トナーを供給する、ウレタンスポンジ製の供給ローラ等からなるトナー供給部材と、現像ローラ上に供給されたトナーを均一な厚さに規制する、ウレタンゴム、ウレタン樹脂製のブレード等からなるトナー規制部材とを備える。一般に、まず、静電潜像手段が所定の画像情報に基づいて感光体ドラムの表面に静電潜像を形成する一方、トナー供給部材が現像ローラの表面にトナーを供給し、現像ローラ上に供給されたトナーをトナー規制部材が均一な厚さに規制し、現像ローラの表面に均一なトナーの薄層が形成される。表面に均一な厚さのトナー薄層が形成された現像ローラが、感光体ドラムとのニップ部において、感光体ドラム上に形成された静電潜像に順次トナーを付着させる。このようにトナー現像が行われる。
【0004】
このような非磁性一成分トナー現像方式の現像装置で使用される現像ローラは、摩擦接触によって正または負に帯電したトナーを、静電的にその表面に付着させるものであり、導電性のローラにより構成されている。このような導電性ローラは、通常、ローラ本体を構成する導電性芯材(芯金)の円柱面に導電性材料からなる導電層が設けられた構造を有する。この導電層を形成する導電性材料として、従来から、シリコーンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、ウレタンゴム、シリコーン変性エチレンプロピレンゴム等のゴム材料をベースとし、これに導電性を付与するためにカーボンブラックや金属粉等の導電物質を配合した導電性ゴム材料が用いられている。
【0005】
しかし、シリコーンゴムとシリコーン変性エチレンプロピレンゴムは低分子のシロキサンをゴム中に含有し、これが表面に移行するので、現像ローラと接触する感光体ドラムの表面がこの低分子のシロキサンによって汚染されるという問題がある。また、アクリロニトリルブタジエンゴムは、加硫剤に硫黄や硫黄誘導体を用いるので、やはり感光体ドラムの表面がこれら加硫剤により汚染される。他方、ウレタンゴムは、感光体ドラムを汚染することはほとんどないが、その体積抵抗値が環境の変化により大きく変化する(すなわち、抵抗値環境依存性が大きい)ので、実用性に欠けるという問題がある。
【0006】
そこで、従来のゴムベースの導電層の問題点、特に感光体ドラム表面の汚染問題を解決するために、特許第2504978号公報は、ゴムベースの導電層の表面に被覆層を設けるという技術を開示する。この被覆層は、ウレタン樹脂と官能基を有する含フッ素化合物との反応生成物(含フッ素ウレタン樹脂)からなる。この被覆層は、ゴムベースの導電層中の上記移行性汚染物質をそこで阻止し得るので、当該移行性汚染物質による感光体ドラム表面の汚染を防止し得るものである。
【0007】
しかしながら、含フッ素ウレタン樹脂からなる被覆層を備えた現像ローラにおいては、いわゆるネガゴーストの発生という問題がある。すなわち、例えば、文字の背景に黒ベタ部がある原紙を印刷すると、印刷後の紙において黒ベタ部に薄く文字が写るという問題があり、解決策が求められていた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明は、ネガゴーストを発生させないか、ネガゴーストの発生を大幅に軽減させ得る現像ローラを提供することを主要課題とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明者は、導電層を覆う被覆層について鋭意研究した結果、被覆層を多孔質体で構成し、しかもその厚さを所定の範囲内に制御することにより、ネガゴーストの発生を極めて抑制し得ることを見いだし、本発明を完成するに至った。
【0010】
すなわち、本発明によれば、芯金と、該芯金の周面上に設けられた導電層と、該導電層の周面上に設けられた被覆層とを備え、該被覆層は、30μm以下4μm以上の厚さを有し、かつ少なくともその表面領域が多孔質体からなり、該被覆層の少なくとも該表面領域における孔が、これと接触するトナー粒子がその中に入り込めない程度に小さいものであることを特徴とする現像ローラが提供される。
【0011】
本発明において、上記被覆層の少なくとも表面領域における孔の大きさは、3μm以下0.1μm以上であることが好ましく、また被覆層は、全体的に多孔質体により構成されていることが特に好ましい。
【0012】
本発明において、導電層は、導電性ゴム材料から形成されていることが好ましい。
【0013】
本発明において、通常、被覆層は、ポリオールとイソシアネート化合物との反応生成物を包含する。あるいは、被覆層は、ポリオール、イソシアネート化合物および活性水素を有する反応性シリコーン油の反応生成物を包含することもできる。これらの場合において、ポリオールは、フッ素含有ポリオールであることが特に好ましい。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図1を参照して詳しく説明する。
【0015】
図1は、本発明の一態様に係る現像ローラの断面を概略的に示す断面図である。
【0016】
図1に示すように、本発明の現像ローラ10は、基本的に、円柱状の導電性ローラ本体(芯金)12、この芯金12の円柱面を実質的に全面的に覆って設けられた導電層14、および導電層14の外周面を実質的に全体的に覆って設けられた被覆層16を備える。
【0017】
本発明において、芯金12は、従来の芯金と特に異なるものではなく、鉄等の金属で作製することができる。
【0018】
本発明において、導電層14は、好ましくは、弾性ポリマー材料をベースとし、これにカーボンブラック、金属粉末等の導電性付与剤を配合した導電性の弾性ポリマー材料により形成される。ベースの弾性ポリマー材料としては、シリコーンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、シリコーン変性エチレンプロピレンゴム、ウレタンゴム等の合成ゴム材料、または熱可塑性ウレタン樹脂等の熱可塑性エラストマーを用いることができる。本発明において好ましいベースポリマー材料は、合成ゴム材料であり、したがって、導電層は、導電性ゴム材料で形成することが好ましい。また、導電性付与剤は、導電層14が102 〜1010Ω・cmの体積抵抗値を示すような量的割合でベースポリマー材料に配合することが好ましい。さらに、導電層14は、20゜〜60゜のJIS A硬度を有することが好ましい。
【0019】
また、現像ローラ10は感光体ドラムやトナー規制部材とニップ部を形成して接触するので、下地の導電層14の圧縮歪が大きいと、ニップ跡が現像ローラに残ってしまい、画像に悪影響を与える。したがって、導電層14を構成する材料は、25%圧縮負荷の下に70℃で22時間置かれた後に、5%以下の圧縮永久歪を示すことが最も好ましいが、実用のレベルとして当該圧縮永久歪が10%以下であれば支障なく使用することができる。
【0020】
さて、本発明の被覆層16は、その表面および内部構造が従来の被覆層と異なる。本発明の被覆層16は少なくともその表面領域が多孔質体特に微小多孔質体で構成され、好ましくは本発明の被覆層16は、全体がそのような多孔質体により構成されている。被覆層16は、その少なくとも表面領域における孔が、これと接触するトナー粒子がその中に入り込めない程度に小さいものである。より好ましい孔の大きさは、3μm以下、0.1μm以上であり、最も好ましくは0.1〜1μmである。被覆層16は、そのようなサイズの孔を有する多孔質体により全体が構成されていることが特に好ましい。
【0021】
また、本発明の被覆層16は、その厚さが30μm以下であって4μm以上である。厚さが30μm超えると、得られる被覆層の表面粗さが粗くなる傾向にあり、他方厚さが4μm未満であるとと、その被覆層は、下地の導電層14からの汚染物質の表面への移行を防止するバリアー層として作用し得ず、しかもその耐磨耗性が低下する傾向にある。被覆層16の厚さは、約10〜約20μmであることが最も好ましい。
【0022】
本発明の被覆層は、例えば、ポリオール、イソシアネート化合物および揮発性シリコーン油を包含する気孔形成剤を含有する反応混合物を、ポリオールとイソシアネート化合物との反応条件に供することによって生成することができる。より具体的には、上記反応混合物は、ポリオールとイソシアネート化合物が反応してポリウレタンを生成させる(ポリオールをイソシアネート化合物により硬化させる)に十分な温度条件に置かれる(この反応中に揮発性シリコーン油が揮発する)。揮発性シリコーン油は、この反応中に揮発し、それにより反応生成物であるポリウレタンを微小多孔質にする気孔形成剤として作用し得る。この場合、被覆層16は、いうまでもなく、ポリオールとイソシアネート化合物との反応生成物(ポリウレタン)を包含する。
【0023】
上記ポリオールは、常温(20〜30℃)で液状のものであることが好ましく、各種のポリオールが使用できる。被覆層16は、帯電性を有することが必要であり、ポリオールとしては、イソシアネート化合物と反応して摩擦帯電列が大きい被覆層(ポリウレタン)を生成し得るものが好ましい。そのようなポリオールとしては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、テトラメチレングリコール、それらの共重合体等のポリアルキレングリコールのようなポリエーテルポリオールを好ましく例示することができる。
【0024】
しかしながら、本発明において使用されるポリオールとしては、フッ素含有ポリオールが特に好ましい。フッ素含有ポリオールは、イソシアネート化合物と反応してより大きい摩擦帯電列を有する被覆層を生成するばかりでなく、生成する被覆層の抵抗値環境依存性を減少させる。フッ素含有ポリオールのフッ素含有率が高いほど摩擦帯電列が負に大きくなる。そのようなフッ素含有ポリオールとしては、三フッ化エチレンモノマーを主原料とする共重合体(三フッ化エチレンモノマー単位を主成分として含む共重合体ポリオール)、四フッ化エチレンモノマーを主原料とする共重合体(四フッ化エチレンモノマー単位を主成分として含む共重合体ポリオール)を好ましく例示することができる。これらフッ素含有ポリオールは、ゼッフル(四フッ化エチレンモノマー単位を主成分として含む共重合体ポリオール)という商品名の下でダイキン工業(株)から、ルミフロン(トリフルオロモノハロエチレンモノマー単位を主成分として含む共重合体ポリオール)という商品名の下で旭ガラス工業(株)から市販されている。ディフェンサという商品名の下で大日本インキ化学工業(株)から市販されているフッ素含有ポリオールも使用することができる。そのようなフッ素含有ポリオールは、例えば、四フッ化エチレンモノマーを主原料とするものであって、これに共重合されたアクリル酸のヒドロキシモノカルボン酸エステルおよび/またはアクリル酸のグリコールモノエステルを合計で少なくとも2モル含有する。これらフッ素含有共重合体ポリオールは、上記アクリル酸エステルモノマーによりOH成分(アクリル酸のヒドロキシモノカルボン酸エステルにあってはカルボキシル基のOH、アクリル酸のグリコールモノエステルにあっては、エステル化されていないグリコールOH)が付与されている。本発明においては、四フッ化エチレンモノマーを主成分として含む共重合体ポリオールが特に好ましい。
【0025】
上記イソシアネート化合物としては、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、トリレンジイソシアネート(TDI)、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)等のジイソシアネート、およびそれらのビュレット変性体、イソシアヌレート変性体、ウレタン変性体等を好ましく使用することができる。特に好ましいイソシアネート化合物は、HDIおよびそのビュレット変性体、イソシアヌレート変性体、ウレタン変性体等である。イソシアネート化合物は、その分子鎖が長いほど、より高い柔軟性を有するポリウレタン被覆層16を生成し得る。
【0026】
本発明において使用される揮発性シリコーン油は、ポリオールとイソシアネート化合物とが反応してポリウレタン被覆層16を生成する温度条件の下で、ポリウレタン生成反応(ポリオールのイソシアネート化合物による硬化)が終了するまでに実質的に完全に揮発し得るシリコーン油である。ポリオールとイソシアネート化合物とのポリウレタン生成反応が実質的に完結するまでに揮発性シリコーン油が完全に揮発してしまわないと、生成したポリウレタン層(導電層16)にシリコーン油が残留し、これが感光体ドラム表面を汚染するおそれがある。最も望ましくは、揮発性シリコーン油は、150℃で加熱したときに30分以内に完全に揮発する揮発性を有するものである。特に好ましい揮発性シリコーン油は、使用するポリオールおよびイソシアネート化合物と反応しない非反応性シリコーン油である。揮発性シリコーン油としては、ジメチルシリコーン油、環状シリコーン油のほか、そのアルキル変性体、ポリエーテル変性体等の誘導体をも好適に使用することができる。その中でも、10個以下のシロキサン結合単位(−SiO−)を有するシリコーン油が特に好ましい。非反応性であるためには、各−SiO−結合単位におけるSiの残りの2つの原子価は、それぞれ、アルキル基、アラルキル基、アリール基等活性水素を持たない有機基により満たされ、直鎖シリコーン油にあっては、さらにその両末端にも上記非反応性有機基を有する。
【0027】
ポリオールとイソシアネート化合物は、ポリオールのヒドロキシル基当量とイソシアネート化合物のイソシアネート基当量とがほぼ1:1となるような割合で、上記反応混合物に含まれ、イソシアネート化合物がやや過剰に含まれる場合もある。また、揮発性シリコーン油は、好ましくは、使用するポリオールの重量の1ないし30%の割合で、より好ましくは使用するポリオールの重量の5ないし20%の割合で含まれる。
【0028】
被覆層16は、最も好ましくは、好適な溶剤に、上記液状ポリオール(特に、液状フッ素含有ポリオール)、イソシアネート化合物および揮発性シリコーン油からなる気孔形成剤を、必要に応じて、被覆層に導電性を付与する導電性付与剤(例えば、カーボンブラック、金属粉末等)および/または充填材(例えば、シリカ等)とともに分散させて含有する反応混合物を、必要に応じてプライマーを塗布した導電層14の表面にスプレー塗装等の手法により薄膜として塗布し、この塗膜をポリオールとイソシアネート化合物が反応し得る温度、通常約100〜約200℃の温度で加熱することによってその場で生成させることができる。この場合、用いる溶剤は、揮発性シリコーン油の揮発性と同等もしくはそれよりも高い揮発性を有するもの、例えば酢酸ブチル等である。通常、塗膜は、20ないし60分程度で硬化する。
【0029】
ポリオールとイソシアネート化合物との混合物中に揮発性シリコーン油が存在すると、この混合物を導電層14上にスプレー等により塗布した直後は、溶剤が存在するために揮発性シリコーン油は、溶剤を介してポリオールとイソシアネート化合物の混合物中に存在することができる。しかし、加熱により次第に溶剤が揮発してゆくと、ポリオールとイソシアネート化合物の混合物に不溶な揮発性シリコーン油は、ポリオールとイソシアネート化合物の混合物中に溶けこんでいられなくなる。その結果、揮発性シリコーン油は、ポリオールとイソシアネート化合物の混合物において互いに離散した多数の微小液滴を形成して、ポリオールとイソシアネート化合物を連続相(海)とし、揮発性シリコーン油の微小液滴を島とするいわゆる海島構造が生成すると考えられる。そして、溶剤が揮発したこの海島構造体がさらに加熱され、ポリオールとイソシアネート化合物とが反応してポリウレタンを生成する間に、島となっていた揮発性シリコーン油の微小液滴が揮発して、その揮発した部分が孔となり、ポリウレタン被覆層16が多孔質体となるものと考えられる。
【0030】
多孔質体からなる被覆層16の各孔の大きさは、上記の通りであるが、使用する揮発性シリコーン油の種類により決定され得、上に例示した揮発性シリコーン油は、いずれも、そのような範囲内の孔サイズを提供し得る。
【0031】
ところで、本発明者は、上に述べたように、イソシアネート化合物と好ましいポリオールとしてのフッ素含有ポリオールとの反応により生成する微小多孔質含フッ素ポリウレタン被覆層16は、フッ素の存在により、その摩擦帯電列は負帯電性が強くなっているところ、ポリウレタン生成反応の際に、活性水素を有する反応性シリコーン油を共存させることによって、被覆層を形成するポリウレタン中にシロキサン結合を有する成分が取り込まれ、微小多孔質含フッ素ポリウレタン被覆層の摩擦帯電列を変化させることができることを見いだした。フッ素含有ポリオールとともにイソシアネート化合物との反応に与る当該反応性シリコーン油は、ポリオールとイソシアネート化合物との反応により生成するポリウレタン内にそのシロキサン成分を導入する。シロキサンもしくはシリコーンは、それ自体摩擦帯電列が正帯電性であり、その含有量を多くするほど、得られる微小多孔質含フッ素ポリウレタン被覆層16の正帯電性を増加させることができる。すなわち、添加する反応性シリコーン油の量を変えることにより、被覆層の摩擦帯電列を制御することができる。この場合、いうまでもなく、被覆層16は、ポリオールおよび反応性シリコーン油とイソシアネート化合物との反応生成物(シリコーン変性ポリウレタン)を包含する。
【0032】
上記活性水素を有する反応性シリコーンは、イソシアネート化合物と反応し得るものであって、例えば、アミノ基(1級および/または2級アミノ基)を有するシリコーン油、メルカプト基を有するシリコーン油、ヒドロキシル基を有するシリコーン油(例えば、カルボキシル基を有するシリコーン油、フェノール性OH基を有するシリコーン油、アルコール性OH基を有するシリコーン油等が含まれる。これら反応性シリコーン油は、アミノ変性シリコーン油、メルカプト変性シリコーン油、カルボキシル変性シリコーン油、フェノール変性シリコーン油、カルビノール変性シリコーン油等として市販されている。本発明においては、上記反応性有機基を、一方の末端のみに、両末端に、および/または側鎖に有するシリコーン油のいずれをも使用することができる。シリコーン骨格中のケイ素に結合した水素を有するシリコーン油も好ましく使用することができる。
【0033】
より好ましい反応性シリコーン油は、下記一般式(1)または(2):
【化1】
【化2】
(一般式(1)および(2)において、各Rは、−C3 H6 OC2 H4 OHまたは−C3 H6 OCH2 −C(CH2 OH)2 C2 H5 を表し、nは、約20以下の整数を表す)で示すことができる。特に好ましい反応性シリコーン油は、各Rが−C3 H6 OC2 H4 OHである一般式(1)のシリコーン油であり、その中でもnが約10であるものが殊に好ましい。このような反応性シリコーン油も、市販されている。
【0034】
このシリコーンを導入した微小多孔質含フッ素ポリウレタンからなる被覆層を形成するためには、微小多孔質含フッ素ポリウレタン被覆層に関して説明した反応混合物にさらに上記活性水素を有する反応性シリコーン油を添加し、この混合物を上に述べたように導電層14に塗布し、同様の反応条件下で反応させることができる。この反応に際し、揮発性シリコーン油は、上記の通りの揮発挙動を示し、反応性シリコーン油は、フッ素含有ポリオール(およびイソシアネート化合物)とともに連続相を構成する。この反応により、シリコーンが導入されてはいるが、シリコーンが導入されていない前記微小多孔質含フッ素ポリウレタンと同様の孔サイズを有する微小多孔質含フッ素ポリウレタン被覆層が得られる。この場合には、反応混合物中におけるヒドロキシル基当量プラス活性水素当量とイソシアネート基当量とは1:1であるか、イソシアネート化合物がやや過剰に存在し得る。
【0035】
フッ素含有ポリオールと反応性シリコーン油の混合比率としては、反応性シリコーン油の量を過剰に多くすると、得られる被覆層自体にシリコーン化合物の特性が強く出現して、被覆層の耐摩耗性を低下させる等の悪影響が生じるので、好ましくない。一般に、フッ素含有ポリオールと反応性シリコーン油との重量比は、1:3以下であることが好ましく、その範囲内で反応性シリコーン油の割合を変えることにより、被覆層の摩擦帯電列を負帯電性から正帯電性まで変化させることができる。
【0036】
なお、市販の反応性シリコーン油の中には、本発明で使用し得る揮発性のシリコーン油を10重量%以上も含有しているものがある。このように多量の揮発性シリコーン油を含有する反応性シリコーン油製品を使用するときは、反応性シリコーン油の使用量によっては、多孔質体を形成するために加える揮発性シリコーン油を別途添加する必要がない(すなわち、含有されている揮発性シリコーン油をそのまま利用できる)場合や別途添加する揮発性シリコーン油の量を少なくし得る場合もあるので、事前にゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)等の分析手段によって反応性シリコーン油製品中の揮発性シリコーン油の量を把握しておく必要がある。
【0037】
本発明の現像ローラ10は、その最外層を構成する被覆層16が以上説明した多孔質体により形成され、かくしてその表面は当該孔により微視的に粗面を構成しているため、最外層が平滑面を形成する従来の現像ローラと比較して、トナーに働く鏡像力がより緩和される。その結果、本発明の現像ローラにあっては、トナー供給部材により行われる残留トナーの除去がより一層促進され、新たなトナーが当該最外層表面に付着しやすくなる。したがって、本発明の現像ローラは、表面が平滑な従来の現像ローラよりも、現像ローラ表面の残留トナーに起因して発生するネガゴーストが発生しにくくなる。また、本発明の現像ローラの最外層を構成する被覆層16は、多孔質体であるため、弾力性があり、外力に対して変形しやすく、しかもトナー粒子より柔らかな被膜となっているので、感光体ドラムとのニップ部等でトナーを傷つけることがない。
【0038】
【実施例】
以下に本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらにより限定されるものではない。
【0039】
実施例1
外径が10mmの鉄製のシャフト芯金に体積抵抗が106 Ω・cmでJIS A硬度が45゜の導電性シリコーンゴムを被覆して、外径が16mmのゴム被覆ローラを作製した。
【0040】
他方、フッ素含有ポリオール(ダイキン工業社製ゼッフル)100重量部と導電性カーボンブラック(キャボット社製)5重量部に酢酸ブチル300重量部を加え、分散機を用いて分散させた。この分散物に揮発性シリコーン油(信越化学工業社製 KF96L)5重量部を加え、攪拌し主剤とした。この主剤に硬化剤としてウレタン変性ヘキサメチレンジイソシアネート(旭化成工業社製 デュラネート)を主剤中のヒドロキシル基の当量と、硬化剤中のイソシアネート基の当量とが1:1となるように配合してコーティング材Aを調製した。このコーティング材Aを前記ゴム被覆ローラに厚さが10μmとなるようにスプレー塗装し、風乾した後、160℃で40分加熱して所望の微小多孔質被覆層を形成した。この被覆層の周方向の表面粗さRzは、4μmであった。
【0041】
比較例
揮発性シリコーン油を添加しなかった以外は、実施例1と同様の手法により、非多孔質(緻密)被覆層を有する現像ローラを作製した。この被覆層の周方向の表面粗さRzは、4μmであった。
【0042】
<ネガゴースト試験>
実施例1で作製した現像ローラが、比較例で作製した現像ローラと比較して、現像ローラとしての性能に優位性が有るかを評価するために、正帯電トナーを使用する三田工業社製のレーザービームプリンタ(DP−560)に実施例1と比較例で作製した各現像ローラを組み込んで、黒べた部を有する所定の試験チャートを印刷して、多数回印刷後の紙の黒ベタ部に文字のゴーストが発生するかどうかを調べた。使用した試験チャートは、A4サイズの紙であって、それぞれ多数の文字が印刷された多数の文字行からなる文字領域と、その文字領域の下側に複数の黒四角の図形を印刷した図形領域とを有し、チャートの両側部に文字領域のすべての文字行と交差して図形領域まで延びる縦長の帯状黒べた部が印刷されたものであった。図形は、2つの黒べた部の間に存在する。
【0043】
その結果、実施例1の現像ローラではネガーゴーストの発生は見られなかったが、比較例の現像ローラではネガゴーストが発生した。従って、被覆層の多孔質体の被覆層がネガゴーストの発生防止に効果があることが実証された。
【0044】
実施例2
主剤中にカルビノール変性の反応性シリコーン油(信越化学工業社製 X−22−160AS:各Rが−C3 H6 OC2 H4 OHであり、nが約10である前記一般式(1)のシリコーン油)75重量部を加え、かつ揮発性シリコーン油のフッ素含有ポリオールと反応性シリコーン油との合計量に対する比率が実施例1の主剤における揮発性シリコーン油のフッ素含有ポリオールに対する比率と同じになるように調整した以外は、実施例1と同様にしてコーティング材Bを調製した。このコーティング材Bを用いて実施例1と同様にして現像ローラを作製した。
【0045】
この現像ローラを用いて上記ネガゴースト試験と同様に試験を行ったところ、ネガゴーストは発生しなかった。
【0046】
<走査型電子顕微鏡観察>
被覆層が多孔質体となり、現像ローラの表面に3μm以下の孔が無数に開いていることを実証するために、実施例2で作製した現像ローラの被覆層の表面を走査型電子顕微鏡で写真撮影した。その写真を図2ないし図4に示す。図2は現像ローラの被覆層表面の倍率100倍の写真であり、図3は現像ローラの被覆層表面の倍率500倍の写真であり、図4は、導電層(導電性シリコーンゴム層)と被覆層との断面を示す倍率3000倍の写真である。これら写真を観察することにより、本発明の現像ローラの被覆層は、3μm以下の孔が無数に開いた多孔質体となっていることがわかる。
【0047】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、現像ローラの最外表面層として、多孔質被覆層を形成することにより、ネガゴーストの発生が抑制された現像ローラが提供される。従って、本発明の現像ローラは、一成分非磁性トナー現像方式の現像装置に好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係わる現像ローラの構成を示す概略断面図。
【図2】実施例2の現像ローラ表面の表面状態を示す倍率100倍の走査型電子顕微鏡写真。
【図3】実施例2の現像ローラ表面の表面状態を示す倍率500倍の走査型電子顕微鏡写真。
【図4】実施例2の現像ローラの導電層および被覆層の断面を示す倍率3000倍の走査型電子顕微鏡写真。
【符号の説明】
12…芯金
14…導電層
16…被覆層[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a developing roller used in a developing device such as a copying machine, a facsimile, a laser beam printer and the like, and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to a developing roller used in a developing device of a non-magnetic one-component toner developing system and the manufacturing thereof. About the method.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a developing method using a magnetic two-component toner has been mainly used for a developing device such as a laser beam printer. However, from the viewpoint of preserving the global environment and saving resources, which have been increasingly concerned in recent years, there is no need to collect toner, no waste toner is generated, and it is possible to use all the toner in the toner cartridge. Attention has been paid to a developing method using a magnetic one-component toner, and its practical use is progressing.
[0003]
The developing device of the non-magnetic one-component toner developing system basically includes a photosensitive drum, an electrostatic latent image forming means for forming an electrostatic latent image on the photosensitive drum, and a rotating member which is in direct contact with the photosensitive drum. A developing roller, a toner supply member including a urethane sponge supply roller for supplying a non-magnetic one-component toner to the developing roller, and a urethane rubber for regulating the toner supplied on the developing roller to a uniform thickness. And a toner regulating member formed of a urethane resin blade or the like. Generally, first, the electrostatic latent image means forms an electrostatic latent image on the surface of the photosensitive drum based on predetermined image information, while the toner supply member supplies toner to the surface of the developing roller, and The toner regulating member regulates the supplied toner to a uniform thickness, and a uniform thin layer of the toner is formed on the surface of the developing roller. A developing roller having a thin toner layer having a uniform thickness formed on the surface successively attaches toner to an electrostatic latent image formed on the photosensitive drum at a nip portion with the photosensitive drum. Thus, the toner development is performed.
[0004]
The developing roller used in such a non-magnetic one-component toner developing type developing device electrostatically adheres a toner positively or negatively charged by frictional contact to its surface, and is a conductive roller. It consists of. Such a conductive roller generally has a structure in which a conductive layer made of a conductive material is provided on a cylindrical surface of a conductive core material (core bar) constituting a roller main body. Conventionally, as a conductive material for forming the conductive layer, a rubber material such as silicone rubber, acrylonitrile butadiene rubber, urethane rubber, and silicone-modified ethylene propylene rubber is used as a base, and carbon black or metal is used to impart conductivity thereto. A conductive rubber material containing a conductive substance such as powder is used.
[0005]
However, silicone rubber and silicone-modified ethylene propylene rubber contain low-molecular siloxane in the rubber, which migrates to the surface, so that the surface of the photosensitive drum that comes into contact with the developing roller is contaminated by this low-molecular siloxane. There's a problem. Further, since acrylonitrile butadiene rubber uses sulfur or a sulfur derivative as a vulcanizing agent, the surface of the photosensitive drum is also contaminated by these vulcanizing agents. On the other hand, urethane rubber hardly contaminates the photoreceptor drum, but has a problem that it lacks practicality because its volume resistance greatly changes due to changes in the environment (that is, the resistance value environment largely depends). is there.
[0006]
In order to solve the problems of the conventional rubber-based conductive layer, particularly the problem of contamination of the surface of the photosensitive drum, Japanese Patent No. 2504978 discloses a technique of providing a coating layer on the surface of the rubber-based conductive layer. I do. This coating layer is made of a reaction product of a urethane resin and a fluorine-containing compound having a functional group (fluorine-containing urethane resin). The coating layer can prevent the above-mentioned migratory contaminants in the rubber-based conductive layer therefrom, so that the migrating contaminants can be prevented from contaminating the photosensitive drum surface.
[0007]
However, a developing roller provided with a coating layer made of a fluorine-containing urethane resin has a problem that a so-called negative ghost occurs. That is, for example, when printing a base paper having a black solid portion on the background of a character, there is a problem that a character is slightly reflected on the black solid portion on the printed paper, and a solution has been demanded.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a developing roller that does not generate a negative ghost or that can significantly reduce the generation of a negative ghost.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor has conducted extensive research on a coating layer covering the conductive layer, and as a result, by forming the coating layer with a porous body, and controlling the thickness thereof within a predetermined range, The inventors have found that generation of a negative ghost can be extremely suppressed, and have completed the present invention.
[0010]
That is, according to the present invention, there is provided a cored bar, a conductive layer provided on a peripheral surface of the cored bar, and a coating layer provided on a peripheral surface of the conductive layer, and the coating layer has a thickness of 30 μm. the following have 4μm or more thick, and at least a surface region Ri do a porous body, to the extent that the hole at least in the surface region of the coating layer, the toner particles in contact with it can not enter into it A developing roller characterized by being small is provided.
[0011]
In the present invention, the size of the pores in at least the surface region of the coating layer is preferably 3 μm or less and 0.1 μm or more, and the coating layer is particularly preferably entirely formed of a porous body. .
[0012]
In the present invention, the conductive layer is preferably formed from a conductive rubber material.
[0013]
In the present invention, the coating layer usually includes a reaction product of a polyol and an isocyanate compound. Alternatively, the coating layer can include a reaction product of a polyol, an isocyanate compound, and a reactive silicone oil having active hydrogen. In these cases, the polyol is particularly preferably a fluorine-containing polyol.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
[0015]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically illustrating a cross section of a developing roller according to one embodiment of the present invention.
[0016]
As shown in FIG. 1, the developing
[0017]
In the present invention, the
[0018]
In the present invention, the
[0019]
Further, since the developing
[0020]
Now, the
[0021]
The
[0022]
The coating layer of the present invention can be produced, for example, by subjecting a reaction mixture containing a pore-forming agent including a polyol, an isocyanate compound and a volatile silicone oil to reaction conditions between the polyol and the isocyanate compound. More specifically, the reaction mixture is placed under temperature conditions sufficient for the polyol to react with the isocyanate compound to form a polyurethane (curing the polyol with the isocyanate compound) (during which volatile silicone oil is Volatilizes). Volatile silicone oils can volatilize during this reaction, thereby acting as a pore-forming agent that renders the reaction product polyurethane microporous. In this case, it goes without saying that the
[0023]
The polyol is preferably liquid at room temperature (20 to 30 ° C.), and various polyols can be used. The
[0024]
However, a fluorine-containing polyol is particularly preferred as the polyol used in the present invention. The fluorine-containing polyol not only reacts with the isocyanate compound to form a coating layer having a larger triboelectric series, but also reduces the resistance value environment dependence of the formed coating layer. The higher the fluorine content of the fluorine-containing polyol, the more negatively the triboelectric series becomes. As such a fluorine-containing polyol, a copolymer containing ethylene trifluoride monomer as a main raw material (a copolymer polyol containing ethylene trifluoride monomer unit as a main component) and a tetrafluoroethylene monomer as a main material A copolymer (a copolymer polyol containing a tetrafluoroethylene monomer unit as a main component) can be preferably exemplified. These fluorine-containing polyols are available from Daikin Industries, Ltd. under the trade name of Zeffle (a copolymer polyol containing ethylene tetrafluoride monomer units as a main component), from Lumiflon (trifluoromonohaloethylene monomer units). Is commercially available from Asahi Glass Industry Co., Ltd. under the trade name of (including copolymer polyol). A fluorine-containing polyol commercially available from Dainippon Ink and Chemicals, Inc. under the trade name of Defensa can also be used. Such a fluorine-containing polyol is mainly composed of, for example, ethylene tetrafluoride monomer, and copolymerized with a hydroxymonocarboxylic acid ester of acrylic acid and / or a glycol monoester of acrylic acid. At least 2 mol. These fluorine-containing copolymer polyols are esterified with the acrylate component (OH of the carboxyl group in the case of hydroxymonocarboxylic acid ester of acrylic acid, and in the case of glycol monoester of acrylic acid) by the above acrylate monomer. Not glycol OH). In the present invention, a copolymer polyol containing a tetrafluoroethylene monomer as a main component is particularly preferred.
[0025]
As the isocyanate compound, diisocyanates such as diphenylmethane diisocyanate (MDI), tolylene diisocyanate (TDI), and hexamethylene diisocyanate (HDI), and buret-modified, isocyanurate-modified, and urethane-modified products thereof are preferably used. Can be. Particularly preferred isocyanate compounds are HDI and its burette-modified, isocyanurate-modified and urethane-modified products. The longer the molecular chain of the isocyanate compound, the more the
[0026]
The volatile silicone oil used in the present invention is used by the time the polyurethane-forming reaction (curing of the polyol by the isocyanate compound) is completed under the temperature conditions at which the polyol and the isocyanate compound react to form the
[0027]
The polyol and the isocyanate compound are contained in the above reaction mixture in such a ratio that the hydroxyl group equivalent of the polyol and the isocyanate group equivalent of the isocyanate compound become approximately 1: 1, and the isocyanate compound may be contained in a slightly excessive amount. Also, the volatile silicone oil is preferably contained in a proportion of 1 to 30% by weight of the polyol used, and more preferably in a proportion of 5 to 20% by weight of the polyol used.
[0028]
The
[0029]
If a volatile silicone oil is present in the mixture of the polyol and the isocyanate compound, immediately after the mixture is applied on the
[0030]
The size of each pore of the
[0031]
By the way, as described above, the present inventor has found that the microporous fluorine-containing
[0032]
The reactive silicone having an active hydrogen is capable of reacting with an isocyanate compound and includes, for example, a silicone oil having an amino group (primary and / or secondary amino group), a silicone oil having a mercapto group, and a hydroxyl group. (Eg, silicone oil having a carboxyl group, silicone oil having a phenolic OH group, silicone oil having an alcoholic OH group, etc.) These reactive silicone oils include amino-modified silicone oil and mercapto-modified silicone oil. It is commercially available as silicone oil, carboxyl-modified silicone oil, phenol-modified silicone oil, carbinol-modified silicone oil, etc. In the present invention, the above-mentioned reactive organic group is added to only one end, both ends, and / or Any silicone oil in the side chain It can be also be used. The silicone oils used preferably have a silicon-bonded hydrogen in the silicone backbone.
[0033]
More preferred reactive silicone oils have the following general formula (1) or (2):
Embedded image
Embedded image
(In the general formula (1) and (2), each R, -C 3 H 6 OC 2 H 4 OH or -C 3 H 6 OCH 2 -C ( CH 2 OH) represents a 2 C 2 H 5, n Represents an integer of about 20 or less). Particularly preferred reactive silicone oils are silicone oils of the general formula (1) each R is -C 3 H 6 OC 2 H 4 OH, are particularly preferred n Among them it is about 10. Such reactive silicone oils are also commercially available.
[0034]
In order to form a coating layer made of the microporous fluorine-containing polyurethane into which the silicone is introduced, a reactive silicone oil having the above active hydrogen is further added to the reaction mixture described for the microporous fluorine-containing polyurethane coating layer, This mixture can be applied to the
[0035]
As for the mixing ratio of the fluorine-containing polyol and the reactive silicone oil, if the amount of the reactive silicone oil is excessively increased, the characteristics of the silicone compound appear strongly in the obtained coating layer itself, and the wear resistance of the coating layer is reduced. It is not preferable because it causes adverse effects such as causing In general, the weight ratio of the fluorine-containing polyol to the reactive silicone oil is preferably 1: 3 or less. By changing the ratio of the reactive silicone oil within the range, the triboelectric series of the coating layer is negatively charged. From positive to positive charging.
[0036]
Some of the commercially available reactive silicone oils contain 10% by weight or more of volatile silicone oils usable in the present invention. When a reactive silicone oil product containing such a large amount of volatile silicone oil is used, the volatile silicone oil added to form the porous body is separately added depending on the amount of the reactive silicone oil used. In some cases, it is not necessary (that is, the contained volatile silicone oil can be used as it is) or in some cases, the amount of the volatile silicone oil added separately can be reduced. It is necessary to know the amount of volatile silicone oil in the reactive silicone oil product by analytical means.
[0037]
In the developing
[0038]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.
[0039]
Example 1
An iron shaft core having an outer diameter of 10 mm was coated with conductive silicone rubber having a volume resistance of 10 6 Ω · cm and a JIS A hardness of 45 ° to prepare a rubber-coated roller having an outer diameter of 16 mm.
[0040]
On the other hand, 300 parts by weight of butyl acetate were added to 100 parts by weight of a fluorine-containing polyol (Zeffle manufactured by Daikin Industries, Ltd.) and 5 parts by weight of conductive carbon black (manufactured by Cabot Corporation), and dispersed using a disperser. 5 parts by weight of a volatile silicone oil (KF96L manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) was added to the dispersion, and the mixture was stirred to obtain a base material. A urethane-modified hexamethylene diisocyanate (Duranate manufactured by Asahi Kasei Kogyo Co., Ltd.) is blended with the main agent such that the equivalent of the hydroxyl group in the main agent and the equivalent of the isocyanate group in the curing agent are 1: 1. A was prepared. The coating material A was spray-coated on the rubber-coated roller so as to have a thickness of 10 μm, air-dried, and heated at 160 ° C. for 40 minutes to form a desired microporous coating layer. The circumferential surface roughness Rz of this coating layer was 4 μm.
[0041]
Comparative Example A developing roller having a non-porous (dense) coating layer was produced in the same manner as in Example 1 except that no volatile silicone oil was added. The circumferential surface roughness Rz of this coating layer was 4 μm.
[0042]
<Negative ghost test>
In order to evaluate whether the developing roller manufactured in Example 1 has superiority to the performance of the developing roller as compared with the developing roller manufactured in the comparative example, Mita Kogyo Co., Ltd. Each developing roller prepared in Example 1 and Comparative Example was incorporated into a laser beam printer (DP-560), and a predetermined test chart having a solid black portion was printed. We examined whether character ghosting occurred. The test chart used is A4 size paper, a character area composed of a number of character lines on which a number of characters are printed, and a graphic area in which a plurality of black square figures are printed below the character area. And a vertically long black solid portion extending to the graphic region across all the character lines in the character region was printed on both sides of the chart. The graphic exists between the two solid black portions.
[0043]
As a result, no negative ghost was observed on the developing roller of Example 1, but a negative ghost was generated on the developing roller of Comparative Example. Therefore, it was proved that the coating layer of the porous body of the coating layer was effective in preventing the generation of negative ghost.
[0044]
Example 2
Carbinol-modified reactive silicone oil in the main agent (Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. X-22-160AS: each R is -C 3 H 6 OC 2 H 4 OH, the formula n is about 10 (1 ) Of silicone oil), and the ratio of the volatile silicone oil to the total amount of the fluorine-containing polyol and the reactive silicone oil is the same as the ratio of the volatile silicone oil to the fluorine-containing polyol in the base material of Example 1. A coating material B was prepared in the same manner as in Example 1, except that the coating material B was adjusted to be. Using this coating material B, a developing roller was produced in the same manner as in Example 1.
[0045]
When a test was performed using this developing roller in the same manner as in the negative ghost test, no negative ghost was generated.
[0046]
<Scanning electron microscope observation>
The surface of the coating layer of the developing roller prepared in Example 2 was photographed with a scanning electron microscope in order to demonstrate that the coating layer became a porous body and that countless holes of 3 μm or less were formed on the surface of the developing roller. Taken. The photographs are shown in FIGS. 2 is a photograph of the developing roller covering layer surface at a magnification of 100 times, FIG. 3 is a photograph of the developing roller covering layer surface at a magnification of 500 times, and FIG. 4 is a diagram showing a conductive layer (conductive silicone rubber layer) and a conductive layer. It is a photograph at 3000 times magnification which shows the cross section with a coating layer. By observing these photographs, it can be seen that the coating layer of the developing roller of the present invention is a porous body having a myriad of pores of 3 μm or less.
[0047]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, there is provided a developing roller in which the generation of a negative ghost is suppressed by forming a porous coating layer as the outermost surface layer of the developing roller. Therefore, the developing roller of the present invention can be suitably used for a developing device of a one-component non-magnetic toner developing system.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a configuration of a developing roller according to the present invention.
FIG. 2 is a scanning electron micrograph (magnification: 100) showing the surface condition of the developing roller surface of Example 2.
FIG. 3 is a scanning electron micrograph (magnification: 500) showing the surface condition of the developing roller surface of Example 2.
FIG. 4 is a scanning electron micrograph (magnification: 3,000) showing a cross section of a conductive layer and a coating layer of a developing roller of Example 2.
[Explanation of symbols]
12
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