JP5653195B2 - 現像ローラ、電子写真プロセスカートリッジおよび電子写真画像形成装置 - Google Patents
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Description
しかし、一般的な窒素や酸素を含む荷電制御剤で摩擦帯電能を高めるだけでは、低温低湿環境下におけるブロッチが発生する可能性は高い。そこで、電気陰性度が酸素や窒素などよりも小さい硫黄原子を含み、かつπ電子が豊富であるチオフェンのような化合物に着目した。硫黄原子は電気陰性度が酸素や窒素より小さく、炭素原子よりも少し大きい。
また、チオフェン環は共役π電子系により硫黄原子周辺の電子密度を低下させることができ、電子的に安定な構造となる。この電気陰性度と共役π電子系との組み合わせによる安定的な電子状態が、環境に依存せずにトナーへの摩擦帯電付与能のバランスを安定に保てるものと考えた。
また、シリコーン化合物は表面自由エネルギーが小さいので、現像ローラの表面層にシリコーン化合物を添加すると、現像ローラの最表面にトナーが集まりやすいという性質を有する。そこで、現像ローラ表面近傍のチオフェン化合物の濃度を最大にするために、チオフェン化合物を側鎖に有するシリコーン化合物に着目し、高温高湿環境下における画像濃度の均一性を検討した。
その結果、高温高湿環境下における画像濃度の均一性の改善と、低温低湿環境下におけるブロッチの発生の抑制とを高いレベルで両立し得る現像ローラを得るに至った。以下、本発明につき、さらに詳しく説明する。
本発明に係る現像ローラの断面構造の一例を図1に示す。図1に係る現像ローラ100は、良導電性の軸芯体1の外周に表面層としての樹脂層2を有している。樹脂層2は、非発泡である中実(ソリッド)な層であることが好ましい。
R1乃至R3は、それぞれ独立するアルキル基であれば特に制限はない。R4はアルキレン基であれば特に制限はない。R5乃至R7の部分はそれぞれ水素原子である。
また、mおよびnは、それぞれ独立する1以上の整数である。mとnの比は特に制限はないが、n/(m+n)が0.2以上0.5以下であることが好ましい。また、xは2以上の整数であるが、6以下にすることがシリコーン化合物の表面配向性を向上させ、本発明の効果を促進するため好ましい。
〔再平衡化反応〕
チオフェン化合物を含む環状または直鎖状のシロキサンオリゴマーと、ケイ素原子数が約3以上5以下のジメチルサイクリックス(環状体)または直鎖状のジメチルシロキサンオリゴマーとを、ランダム共重合する方法。より具体的には、酸またはアルカリ系触媒の存在下、所定温度で所定時間保持して再平衡化反応を行うことによって、ランダム共重合体を合成する。
〔付加反応〕
ケイ素−水素結合を有するシリコーンとアルケニル基を有するチオフェン化合物とを、白金系等の触媒の存在下、所定温度で所定時間付加反応させた後、過剰の原料、揮発成分、溶媒等を除去する方法。
また、上記方法以外に、縮合重合(脱水、脱アルコール、脱塩素等)反応等により合成することもできる。
カラムとしては、市販のポリスチレンジェルカラムを複数本組み合わせるのが良い。例えば、昭和電工社製のshodex GPC KF−801、802、803、804、805、806、807(以上商品名)の組み合わせを用いることができる。また、Waters社製のμ−styragel500、103、104、105(以上商品名)の組み合わせを用いることができる。
中でもウレタン樹脂は摩擦帯電特性が良好で、樹脂層2の基材として本発明の効果を促進するので好ましく用いられる。ウレタン樹脂は、ポリオールとイソシアネート、必要に応じて鎖延長剤から得ることができる。ウレタン樹脂の原料たるポリオールとしては、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリオレフィンポリオール、アクリルポリオール、およびこれらの混合物が挙げられる。ウレタン樹脂の原料たるイソシアネートとしては、トリレンジイソシアネート(TDI)、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、ナフタレンジイソシアネート(NDI)、トリジンジイソシアネート(TODI)、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)、フェニレンジイソシアネート(PPDI)、キシリレンジイソシアネート(XDI)、テトラメチルキシリレンジイソシアネート(TMXDI)、シクロヘキサンジイソシアネート、およびこれらの混合物が挙げられる。ウレタン樹脂の原料たる鎖延長剤としては、エチレングリコール、1、4−ブタンジオール、3−メチルペンタンジオールの如き2官能性低分子ジオール、トリメチロールプロパンの如き3官能性低分子トリオール、およびこれらの混合物が挙げられる。
樹脂層2に導電性を付与するために用いられる電子導電性物質としては、ケッチェンブラックEC、アセチレンブラックの如き導電性カーボン;SAF、ISAF、HAF、FEF、GPF、SRF、FT、MTの如きゴム用カーボン;酸化処理を施したカラー(インク)用カーボン;銅、銀、ゲルマニウムの如き金属および金属酸化物が挙げられる。この中でも、少量で導電性を制御しやすいことからカーボンブラック〔導電性カーボン、ゴム用カーボン、カラー(インク)用カーボン〕が好ましい。また、本発明のシリコーン化合物のチオフェン部分には導電性の機能を要求しないので、ドーパントなどは特に必要がない。
また、樹脂層2に導電性を付与するために用いられるイオン導電性物質としては、過塩素酸ナトリウム、過塩素酸リチウム、過塩素酸カルシウム、塩化リチウムの如き無機イオン導電性物質;変性脂肪族ジメチルアンモニウムエトサルフェート、ステアリルアンモニウムアセテートの如き有機イオン導電性物質が挙がられる。
これら導電性付与剤は、樹脂層2を前記のような適切な体積抵抗率にするのに必要な量が用いられるが、通常基材100質量部に対して、1質量部以上50質量部以下の範囲で用いられる。
添加する粗し粒子としては、EPDM、NBR、SBR、CR、シリコーンゴムの如きゴム粒子;ポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、およびポリアミド系の熱可塑性エラストマー(TPE)の如きエラストマーの粒子;PMMA、ウレタン樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ナフタレン樹脂、フラン樹脂、キシレン樹脂、ジビニルベンゼン重合体、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体、ポリアクリロニトリル樹脂の如き樹脂粒子が挙げられ、これらの粒子は単独または組み合わせて用いることができる。このとき、現像ローラの表面粗さRzは一般的に1μm以上15μm以下に調整される。現像ローラの表面粗さは、JIS B0601:2001によるRzとする。
表面粗さRzの測定には、接触式表面粗さ計((株)小阪研究所製:サーフコーダ−SE−3300)を用いた。測定条件は、カットオフ値が0.8mm、測定長さが2.5mm、送りスピードが0.1mm/秒、倍率が5000倍の設定で行った。測定点数は現像領域の現像ローラ表面を任意で10点測定し、その相加平均値を求めた。
また、樹脂層201は、導電性付与剤を配合し、適切な抵抗領域(体積抵抗率)に調整することが好ましい。樹脂層201の体積抵抗率は、103Ωcm以上1010Ωcm以下であることが好ましく、104Ωcm以上109Ωcm以下であることが特に好ましい。導電性付与剤としては、前記樹脂層2に添加することのできる導電性付与剤と同様のものが挙げられる。またその添加量についても、前記樹脂層2の場合と同様である。
樹脂層201の硬度は、アスカーC硬度で25度以上70度以下、好ましくは35度以上50度以下とすることが好ましい。アスカーC硬度の測定は、ゴム材硬度の測定法に従い、具体的には、基準規格アスカーC型SRIS(日本ゴム協会規格)0101に従って別途作製した試験片を用いて、アスカーゴム硬度計(高分子計器(株)製)により測定した。
樹脂層201の厚さは、通常0.3mm以上10mm以下、特には1.0mm以上5.0mm以下の範囲とすることが好ましい。樹脂層202の厚さは、下層の樹脂層201の弾性を損なわないようにするために、0.5μm以上100μm以下とすることが好ましい。
1)軸芯体1を予め配した成型金型のキャビティ内に、樹脂層201を形成するための組成物を注入して、加熱硬化する工程を含む方法。
2)予め樹脂層201を形成するための組成物を用いてスラブやブロックを形成する工程と、該スラブやブロックから切削加工または押し出し加工によりチューブを形成し、これを所定の形状、寸法に切り出した後、軸芯体1を圧入する工程とを有する方法。
なお、上記1)および2)の方法のいずれの場合も、軸芯体1の周囲に樹脂層201を形成した後に、必要に応じてさらに、切削や研磨処理により、所定の外径に調整してもよい。
樹脂層202は、前記した樹脂層2と同様の材料構成で、かつ同様の形成方法のいずれかを用いて樹脂層201の上に積層形成することができる。
本発明は、以下の構成を有する電子写真画像形成装置である。
・静電潜像を担持するための像担持体
・該像担持体を一次帯電するための帯電装置
・一次帯電された像担持体に静電潜像を形成するための露光装置
・該静電潜像をトナーにより現像してトナー画像を形成するための現像装置
・該トナー画像を転写材に転写するための転写装置
そして、該現像装置が、上記のような本発明の現像ローラを有することを特徴とする。
また、本発明は、電子写真画像形成装置の本体に着脱可能に構成されている電子写真プロセスカートリッジである。そして、上記のような本発明の現像ローラを具備することを特徴とする。本発明の電子写真プロセスカートリッジは、現像ローラ以外に、任意の電子写真画像形成装置の構成と組み合わせることができる。
次に、電子写真画像形成装置本体に対し着脱可能に構成されている電子写真プロセスカートリッジに内蔵された現像ローラ24によって負極性に帯電したトナーが静電潜像に付与(現像)され、トナー像が形成され、静電潜像が可視像に変換される。このとき、現像ローラ24には不図示のバイアス電源によって−500V以上−300V以下程度の電圧が印加される。なお、現像ローラ24は、像担持体21と0.5mm以上3mm以下のニップ幅をもって接触している。本電子写真プロセスカートリッジにおいては、トナー規制部材である現像ブレード26と現像ローラ24との当接部に対して現像ローラ24の回転の上流側に、トナー供給ローラ25が回転可能な状態で現像ローラ24に当接される。
電子写真画像形成装置がフルカラー画像形成装置である場合、上記の帯電、露光、現像、1次転写工程を、イエロー色、シアン色、マゼンタ色、ブラック色の各色に対して行う必要がある。そのために、図3に示す電子写真画像形成装置では、前記各色のトナーを内蔵したプロセスカートリッジが各1個、合計4個、電子写真画像形成装置本体に対し着脱可能な状態で装着されている。そして、上記の帯電、露光、現像、1次転写工程は、所定の時間差をもって順次実行され、中間転写ベルト27上に、フルカラー画像を表現するための4色のトナー像が重ね合わせた状態が作り出される。
中間転写ベルト27上のトナー像は、中間転写ベルト27の回転に伴って、2次転写部材29と対向する位置に搬送される。このとき、中間転写ベルト27と2次転写部材29との間には、所定のタイミングで記録用紙の搬送ルート32に沿って転写材である記録用紙が搬送されてきており、2次転写部材29に2次転写バイアスを印加することにより、中間転写ベルト27上のトナー像を記録用紙に転写する。このとき、2次転写部材29に印加されるバイアス電圧は、+1000V以上+4000V以下程度である。2次転写部材29によってトナー像が転写された記録用紙は、定着装置31に搬送され、記録用紙上のトナー像を溶融させて記録用紙上に定着させた後、記録用紙を電子写真画像形成装置の外に排出することで、プリント動作が終了する。
(シリコーン化合物1の作製)
2,2’−bithiophene(Aldrich社製)10gとacetyl chloride(Aldrich社製)8.5gとaluminum chloride(Aldrich社製)14.5gとをジクロロメタン中、室温で1時間反応させた。溶媒を留去した後、残留物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離溶媒はヘキサン−酢酸エチル)で精製して、モノアシル化した中間化合物Aを得た。
得られたシリコーン化合物1の1H−NMRスペクトルを図6に示す。
測定装置:FT NMR装置 JNM−EX400(日本電子(株)製)
測定周波数:400MHz
パルス条件:5.0μS
データポイント:32768
周波数範囲:10500Hz
積算回数:100回
測定温度:25℃
測定用サンプルは測定試料50mgを直径5mmのサンプルチューブに入れ、溶媒として重クロロホルム(テトラメチルシラン0.05%)を添加することによって調製した。 5.0ppm以上6.0ppm以下付近に出るビニル基のプロトンに起因するピークの消滅、7.0ppm付近のチオフェン環のプロトンや0.2ppm付近のジメチルシリコーン由来のメチル基のプロトンに起因するピークの存在から、目的のシリコーン化合物1が得られていることを確認した。また、n/(m+n)=0.48であった。
シリコーン化合物1の作製において、出発原料の2,2’−bithiophene(Aldrich社製)10gを2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’−Quaterthiophene(Aldrich社製)19.9gに変えた以外はすべてシリコーン化合物1の作製と同様にしてシリコーン化合物2を作製した。シリコーン化合物2の重量平均分子量は4800であった。また、n/(m+n)=0.32であった。
シリコーン化合物1の作製において、出発原料の2,2’−bithiophene(Aldrich社製)10gをalpha−Sexithiophene(Aldrich社製)29.7gに変えた以外はすべてシリコーン化合物1の作製と同様にしてシリコーン化合物3を作製した。シリコーン化合物3の重量平均分子量は5000であった。また、n/(m+n)=0.21であった。
(実施例1)
本実施例では、図2に示す構成の現像ローラ200を作製した。
SUS304からなる外径8mmの芯金(軸芯体1)を、内径16mmの円筒状の成型金型内に金型と同心となるように設置した。そして、樹脂層202の下層の樹脂層201を形成する材料として、液状導電性シリコーンゴム(東レダウコーニングシリコーン社製、アスカーC硬度40度、体積抵抗率1×107Ω・cm品)を注型した。注型後、温度130℃のオーブンに入れて20分間加熱成型し、脱型後、温度200℃のオーブンで4時間2次加硫を行い、厚さ4mmの弾性の樹脂層201を形成した。
・メタノール:100質量部
・可溶性ナイロン CM8000(東レ社製):15質量部
・シリコーン化合物1:0.3質量部
上記成分を混合したものを樹脂層202の形成用の原料液とした。この原料液の固形分100質量部に対してカーボンブラック(商品名:MA77、三菱化学社製)20質量部と、アクリル樹脂粒子(商品名:MX−1000、綜研化学社製)30質量部とを添加し、ボールミルで攪拌分散して塗料を作製した。得られた塗料を、先に成型した樹脂層201の上にディッピングにより塗布し、温度80℃のオーブンで30分間乾燥し、表面層としての樹脂層202(膜厚15μm)を形成し、現像ローラを得た。
実施例1において、「シリコーン化合物1:0.3質量部」を「シリコーン化合物2:0.75質量部」に変えた以外は、実施例1と同様にして現像ローラを作製した。
実施例1において、「シリコーン化合物1:0.3質量部」を「シリコーン化合物3:0.15質量部」に変えた以外は、実施例1と同様にして現像ローラを作製した。
SUS304からなる外径8mmの芯金(軸芯体1)を、内径16mmの円筒状の成型金型内に金型と同心となるように設置した。そして、樹脂層202の下層の樹脂層201を形成する材料として、液状導電性シリコーンゴム(東レダウコーニングシリコーン社製、アスカーC硬度40度、体積抵抗率1×107Ω・cm品)を注型した。注型後、温度130℃のオーブンに入れて20分間加熱成型し、脱型後、温度200℃のオーブンで4時間2次加硫を行い、厚さ4mmの弾性の樹脂層201を形成した。
・ポリオール(商品名:PTG2000、保土ヶ谷化学工業社製):100質量部
・イソシアネート(商品名:C2521、日本ポリウレタン工業社製):62質量部
・シリコーン化合物1:5質量部
上記成分を混合したものにメチルエチルケトンを加えて固形分が28質量%になるように調整したものを樹脂層202の形成用の原料液とした。この原料液の固形分100質量部に対してカーボンブラック(商品名:MA77、三菱化学社製)20質量部と、アクリル樹脂粒子(商品名:MX−1000、綜研化学社製)30質量部とを添加し、ボールミルで攪拌分散して塗料を作製した。得られた塗料を、先に成型した樹脂層201の上にディッピングにより塗布し、温度80℃のオーブンで15分間乾燥後、温度140℃のオーブンで4時間硬化することにより、表面層としての樹脂層202(膜厚15μm)を形成し、現像ローラを得た。
実施例4において、「シリコーン化合物1:5質量部」を「シリコーン化合物2:5質量部」に変えた以外は、実施例4と同様にして現像ローラを作製した。
実施例4において、「シリコーン化合物1:5質量部」を「シリコーン化合物3:5質量部」に変えた以外は、実施例4と同様にして現像ローラを作製した。
表面層としての樹脂層202を形成するための塗料にシリコーン化合物1を添加しなかった以外は、実施例1と同様にして現像ローラを作製した。
表面層としての樹脂層202を形成するための塗料に添加した「シリコーン化合物1:0.3質量部」を「SH200(東レダウコーニング社製):0.3質量部、かつ2,2’−bithiophene(Aldrich社製):0.3質量部」に変更し、それら以外は実施例1と同様にして現像ローラを作製した。
表面層としての樹脂層202を形成するための塗料に添加した「シリコーン化合物1:0.3質量部」を「2,2’−bithiophene(Aldrich社製):0.3質量部」に変更し、それ以外は実施例1と同様にして現像ローラを作製した。
表面層としての樹脂層202を形成するための塗料にシリコーン化合物1を添加しなかった以外は、実施例4と同様にして現像ローラを作製した。
表面層としての樹脂層202を形成するための塗料に添加した「シリコーン化合物1:5質量部」を「SH200(東レダウコーニング社製):3質量部、かつ2,2’−bithiophene(Aldrich社製):3質量部」に変更し、それら以外は実施例4と同様にして現像ローラを作製した。
表面層としての樹脂層202を形成するための塗料に添加した「シリコーン化合物1:5質量部」を「2,2’−bithiophene(Aldrich社製):5質量部」に変更し、それ以外は実施例4と同様にして現像ローラを作製した。
(高温高湿環境(温度30℃/湿度85%RH)下画像濃度均一性評価)
上記現像ローラを、下記カラーレーザープリンタ用の電子写真プロセスカートリッジに装着し、カラーレーザープリンタ(商品名:Color LaserJet 4700、ヒューレットパッカード社製)を用いて評価した。トナーはColor LaserJet 4700(商品名)のシアンプリントカートリッジに搭載されているシアントナーをそのまま使用した。評価手順は、高温高湿環境下にて2%印字画像を15000枚画出しした。その後、高温高湿環境下に24時間放置した後、高温高湿環境下にて1枚ベタ画像を記録用紙に出力した。記録用紙にはキヤノン社製のCLC(カラーレーザーコピア)用紙(A4サイズ、坪量=81.4g/m2)を用いた。得られたベタ画像について、マクベス反射濃度計(マクベス社製)を用いて、SPI補助フィルタ−を用い、画像1枚につき10点測定(ベタ画像を左右に2等分割する排紙方向に平行な線を11等分割する10点測定)を行った。得られた10点の画像濃度の最大濃度(MAX)と最小濃度(MIN)との濃度差(MAX−MIN)を算出して、画像濃度均一性を以下のように評価した。評価結果を表2に示す。
濃度差が0.025以下である場合、実質上濃度ムラがない。
濃度差が0.025を超え0.05以下である場合、画像上問題がない。
濃度差が0.05を超え0.1以下である場合、画像上認識できるが問題ないレベルにある。
濃度差が0.1を超える場合、画像上問題がある。
上記現像ローラを、下記カラーレーザープリンタ用の電子写真プロセスカートリッジに装着し、カラーレーザープリンタ(商品名:Color LaserJet 4700、ヒューレットパッカード社製)を用いて評価した。トナーはColor LaserJet 4700(商品名)のシアンプリントカートリッジに搭載されているシアントナーをそのまま使用した。評価手順は、常温常湿環境下にて2%印字画像を15000枚画出しした。その後、常温常湿環境下に24時間放置した後、常温常湿環境下にて1枚ベタ画像を記録用紙に出力した。記録用紙にはキヤノン社製のCLC(カラーレーザーコピア)用紙(A4サイズ、坪量=81.4g/m2)を用いた。得られたベタ画像について、マクベス反射濃度計(マクベス社製)を用いて、SPI補助フィルタ−を用い、画像1枚につき10点測定(ベタ画像を左右に2等分割する排紙方向に平行な線を11等分割する10点測定)を行った。得られた10点の画像濃度の最大濃度(MAX)と最小濃度(MIN)との濃度差(MAX−MIN)を算出した。画像濃度均一性の規準は、高温高湿環境下と同じ基準で判断した。評価結果を表2に示す。
上記現像ローラを、下記カラーレーザープリンタ用の電子写真プロセスカートリッジに装着し、カラーレーザープリンタ(商品名:Color LaserJet 4700、ヒューレットパッカード社製)を用いて評価した。トナーはColor LaserJet 4700(商品名)のシアンプリントカートリッジに搭載されているシアントナーをそのまま使用した。記録用紙にはキヤノン社製のCLC(カラーレーザーコピア)用紙(A4サイズ、坪量=81.4g/m2)を用いた。評価手順は、低温低湿環境下に48時間放置した後、ベタ画像とハーフトーン(画像濃度0.6)画像とを各々出力した。それぞれの画像においてトナーの過剰帯電により発生し易いブロッチ(斑点画像)を目視により観察し、下記の指標で評価した。評価結果を表2に示す。
AA:ベタ画像、ハーフトーン画像共にブロッチが全くみられない。
A:ハーフトーン画像のみに軽微なブロッチはみられるが、実用レベルである。
B:ベタ画像、ハーフトーン画像に軽微なブロッチはみられるが、実用レベルである。
C:ベタ画像、ハーフトーン画像共にブロッチがみられる。
上記現像ローラを、下記カラーレーザープリンタ用の電子写真プロセスカートリッジに装着し、カラーレーザープリンタ(商品名:Color LaserJet 4700、ヒューレットパッカード社製)を用いて評価した。トナーはColor LaserJet 4700(商品名)のシアンプリントカートリッジに搭載されているシアントナーをそのまま使用した。記録用紙にはキヤノン社製のCLC(カラーレーザーコピア)用紙(A4サイズ、坪量=81.4g/m2)を用いた。評価手順は、常温常湿環境下に48時間放置した後、ベタ画像とハーフトーン(画像濃度0.6)画像とを各々出力した。
低温低湿環境下と同じ基準でブロッチ(斑点画像)を目視により評価した。
2:樹脂層
21:像担持体
22:帯電部材
23:露光手段
24:現像ローラ
25:トナー供給ローラ
26:現像ブレード
27:中間転写ベルト
28:1次転写部材
29:2次転写部材
30:クリーニング部材
31:定着装置
32:記録用紙の搬送ルート
50:電源
51:抵抗
52:電圧計
53:金属ドラム
100:現像ローラ
200:現像ローラ
201:樹脂層
202:樹脂層
501:現像ローラ
502:芯金両端部
Claims (5)
- 前記樹脂層がウレタン樹脂を含む請求項1に記載の現像ローラ。
- 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の現像ローラを少なくとも有することを特徴とする電子写真プロセスカートリッジ。
- 静電潜像を担持するための像担持体と、該像担持体を一次帯電するための帯電装置と、一次帯電された像担持体に静電潜像を形成するための露光装置と、該静電潜像をトナーにより現像してトナー画像を形成するための現像装置と、該トナー画像を転写材に転写するための転写装置とを有する画像形成装置において、該現像装置が、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の現像ローラを少なくとも有することを特徴とする電子写真画像形成装置。
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