JP7207631B2 - 現像ローラ、現像装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
また、現像に用いられなかった古い現像剤が現像ローラの表面上に残ると、次に新たに現像剤が供給されると、古い現像剤と新しい現像剤とが混在した状態となる。そうすると、古い現像剤と新しい現像剤で帯電量に差が生じ、現像ローラ上で一周前の画像履歴が、次の周に対応する画像に現れる現象、いわゆるゴースト現象が発生するという問題がある。
このため、ゴースト現象及びフィルミングの発生が抑制され、耐久印字性能に優れる現像ローラが種々検討されている。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ゴースト現象及びフィルミングの発生が良好に抑制され、耐久印字性能に優れる現像ローラ、現像装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
図1は、本発明の現像ローラの一実施形態を示す概略斜視図である。
本発明の現像ローラ1は、図1に示すように、軸体2の外周面に形成された弾性層3と、弾性層3の外周面に形成された被覆層4とを備える現像ローラであって、被覆層4は、ガラス転移点Tgが-50℃以上0℃以下であり、動摩擦係数μDが0.05以上0.6以下であり、かつ算術平均粗さRaが0.4以上1.5以下である。
以下、本発明の現像ローラ1の構成について説明する。
軸体2は、好ましくは、導電性を有する、従来公知の現像ローラに用いられる軸体を用いることができる。軸体2は、例えば、鉄、アルミニウム、ステンレス鋼、及び真鍮からなる群より選択される少なくとも1種の金属で構成されていることが好ましい。このような金属で構成される軸体2は、一般に、「芯金」の名称でも知られている。
軸体2は、良好な導電性を得るために、芯金であることが好ましい。
弾性層3は、ゴム組成物を軸体2の外周面に加熱硬化して形成される。弾性層3を形成するためのゴム組成物は、ゴムと、導電性付与剤と、所望により各種添加剤とを含有するのが好ましい。
シリコーンゴム組成物としては、例えば、付加硬化型ミラブル導電性シリコーンゴム組成物、及び付加硬化型液状導電性シリコーンゴム組成物等が挙げられる。
付加硬化型ミラブル導電性シリコーンゴム組成物は、例えば、(A)下記平均組成式(1)で示されるオルガノポリシロキサン、(B)充填材、(C)導電性付与剤を含有するものであってよい。
R1 nSiO(4-n)/2 …(1)
式(1)中、nは1.95以上2.05以下の正数を示す。また、R1は、同一又は異なってもよい、置換又は非置換の一価の炭化水素基を示す。炭化水素基の炭素原子数は、好ましくは1以上12以下であり、より好ましくは1以上8以下である。
付加硬化型液状導電性シリコーンゴム組成物は、例えば、(D)分子中に2つ以上のアルケニル基を有するオルガノポリシロキサンと、(E)分子中にケイ素原子と結合する水素原子を2つ以上有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンと、(F)充填材と、(G)導電性付与剤と、(H)付加反応触媒と、を含有していてよい。
R4 aSiO(4-a)/2 …(2)
式(2)中、aは1.5以上2.8以下の正数を示し、好ましくは1.8以上2.5以下、より好ましくは1.95以上2.05以下である。また、R4は、同一又は異なっていてよい、置換又は非置換の一価の炭化水素基を示す。ただし、一分子中のR4のうち少なくとも2つはアルケニル基である。炭化水素基の炭素原子数は、好ましくは1以上12以下であり、より好ましくは1以上8以下である。
R5 bHcSiO(4-b-c)/2 …(3)
式(3)中、bは0.7以上2.1以下の正数を示し、cは0.001以上1.0以下の正数を示し、b-cは0.8以上3.0以下である。また、R5は、同一又は異なっていてよい、置換又は非置換の一価の炭化水素基を示す。炭化水素基の炭素原子数は、1以上10以下であることが好ましい。なお、R5としては、上記R1として例示した基と同じ基が例示できる。
ゴム組成物は上記以外の各種添加剤を更に含有してもよい。各種添加剤としては、例えば、助剤(鎖延長剤、架橋剤等)、触媒、分散剤、発泡剤、老化防止剤、酸化防止剤、顔料、着色剤、加工助剤、軟化剤、可塑剤、乳化剤、耐熱性向上剤、難燃性向上剤、受酸剤、熱伝導性向上剤、離型剤、溶剤等が挙げられる。
被覆層4は、弾性層3の外周であって、現像ローラ1の最表面に設けられるものである。被覆層4は、弾性層3、又は、所望により形成されたプライマー層の外周面に、被覆層用樹脂組成物を塗工し、次いで、塗工された被覆層用樹脂組成物を加熱硬化させて、形成される。
被覆層用樹脂組成物は、(a)ポリオール、(b)イソシアネート、(c)水酸基と1質量%以上10質量%以下のフッ素原子とを含有する(メタ)アクリレート共重合体、(d)表面粗さ材、及び(e)イオン導電材を含有する。
以下、被覆層用樹脂組成物の各成分(a)~(e)について説明する。
ポリオールは、ポリウレタンの調製に通常使用される各種のポリオールであればよく、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリアクリレートポリオール、ポリカーボネートポリオールから選択された少なくとも1種のポリオールであるのが好ましい。
ポリオールは、後述するイソシアネート等との相溶性に優れる点で、1000~8000の数平均分子量を有するのが好ましく、1000~5000の数平均分子量を有するのが更に好ましく、イオン液体が水酸基含有イオン液体である場合には、800~15000の数平均分子量を有するのが好ましく、1000~5000の数平均分子量を有するのが更に好ましい。数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)による標準ポリスチレンに換算したときの分子量である。
イソシアネートは、ポリウレタンの調製に通常使用される各種イソシアネートであればよく、例えば、脂肪族イソシアネート、芳香族イソシアネート及びこれらの誘導体等が挙げられる。イソシアネートは、貯蔵安定性に優れ、反応速度を制御しやすい点で、脂肪族イソシアネートであるのが好ましい。
芳香族イソシアネートとしては、例えば、キシリレンジイソシアネート(XDI)、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、トルエンジイソシアネート(トリレンジイソシアネートとも称する。TDI)、3,3’-ビトリレン-4,4’-ジイソシアネート、3,3’-ジメチルジフェニルメタン-4,4’-ジイソシアネート、2,4-トリレンジイソシアネートウレチジンジオン(2,4-TDIの二量体)、キシレンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート(NDI)、パラフェニレンジイソシアネート(PDI)、トリジンジイソシアネート(TODI)、メタフェニレンジイソシアネート等が挙げられる。
脂肪族イソシアネートとしては、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、4,4’-ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(水添MDI)、オルトトルイジンジイソシアネート、リジンジイソシアネートメチルエステル、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、ノルボルナンジイソシアネートメチル、トランスシクロヘキサン-1,4-ジイソシアネート、トリフェニルメタン-4,4’,4’’-トリイソシアネート等が挙げられる。
誘導体としては、ポリイソシアネートの多核体、ポリオール等で変性したウレタン変性物(ウレタンプレポリマーを含む)、ウレチジオン形成による二量体、イソシアヌレート変性物、カルボジイミド変性物、ウレトンイミン変性物、アロハネート変性物、ウレア変性物、ビュレット変性物等が挙げられる。ポリイソシアネートは、1種単独で又は2種以上を用いることができる。ポリイソシアネートは、500~2000の分子量を有するのが好ましく、700~1500の分子量を有するのがより好ましい。
ポリオールとポリイソシアネートとの混合物における混合割合は、特に限定されないが、通常、ポリオールに含まれる水酸基(OH)と、ポリイソシアネートに含まれるイソシアネート基(NCO)とのモル比(NCO/OH)が0.7以上1.15以下であるのが好ましい。このモル比(NCO/OH)は、ポリウレタンの加水分解を防止することができる点で、0.85以上1.10以下であるのがより好ましい。なお、実際には、作業環境、作業上の誤差を考慮して適正モル比の3倍から4倍相当量を配合してもよい。
水酸基と1質量%以上10質量%以下のフッ素原子とを含有する(メタ)アクリレート共重合体(以下、単に(c)(メタ)アクリレート共重合体と記載する場合がある)は、少なくとも、共重合体中に水酸基と、1質量%以上10質量%以下のフッ素原子を有するものである。このような共重合体は、少なくともフッ素含有(メタ)アクリレートモノマー(c-1)、及び水酸基含有(メタ)アクリレートモノマー(c-2)から構成される。
-X-Y-(CH2)n2- (n2=2~43)
-X-(CH2)n3- (n3=1~44)
-CH2CH2(OCH2CH2)n4- (n4=1~24)
-XCO(OCH2CH2)n5- (n5=1~21)
(式中、Xは炭素数1~3のアルキル基、炭素数1~4のアルコキシ基、ハロゲン原子からなる群から選ばれる置換基を1~3個有していてもよいフェニレン、ビフェニレン又はナフチレンを示す。Yは、-O-CO-、-CO-O-、-CONH-又はNHCO-を示す。)
-C6H4OCO(CH2)n2- (n2=2~10)
-C6H4(CH2)n3- (n3=1~10)
-CH2CH2(OCH2CH2)n4- (n4=1~10)
-C6H4CO(OCH2CH2)n5- (n5=1~10)
-(CH2CH2O)n7CH2CH2- (n7=1~20)
-(CHCH3CH2O)n8CHCH3CH2- (n8=1~10)
被覆層4は、表面粗さ材を含有する。表面粗さ材は、被覆層4の表面粗さを調整する粒子である。被覆層4に配合される表面粗さ材の平均粒子径は、好ましくは0.1μm以上20μm以下であり、より好ましくは1μm以上15μm以下である。被覆層4にこのような表面粗さ材を配合することで、外周面の表面粗さを、容易に適切な範囲に調整することができる。現像ローラ1の外周面の表面粗さを調整することで、トナー搬送性が向上し、一層優れた印字特性が得られる。なお、表面粗さ材の平均粒子径は、レーザー光回折法による粒度分布測定装置を用いて、メジアン径として測定できる。
イオン導電性物質としては、例えば、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、リチウム ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、カリウム ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド等の無機イオン性導電性物質などが挙げられる。イオン導電材の被覆層用樹脂組成物中における含有量は、被覆層用樹脂組成物100質量部に対し、0.01~5質量部であることが好ましく、0.1~3質量部であることがより好ましい。
このようにして形成される被覆層においては、樹脂を形成する前駆体とイオン導電材が反応して一体になっていてもよく、複合体を形成していてもよい。また、イオン導電材が樹脂を形成する前駆体と反応せず、樹脂中に分散していてもよい。
本発明の現像ローラの被覆層は、ガラス転移点Tgが、-50℃以上0℃以下である。ガラス転移点Tgは、好ましくは、-40℃以上0℃以下である。
ガラス転移点Tgが-50℃以上であることにより、現像剤の付着性が良好となり、搬送力が向上する。また、ガラス転移点Tgが0℃以下であることにより、柔軟性を持った塗膜になり、トナーダメージを減らし、摩耗性も良好であるため耐久性が向上する。
なお、被覆層のガラス転移点Tgは、後述の実施例で示す測定方法によって測定された値とする。
本発明の現像ローラの動摩擦係数μDは、0.05以上0.6以下である。動摩擦係数μDは、好ましくは、0.05以上0.5以下である。動摩擦係数μDが0.05以上であることにより、現像剤の掻き取り性が良くなるため、ゴースト現象の発生を抑制することができる。また、動摩擦係数μDが0.6以下であることにより、現像剤を良好に搬送することができる。
なお、動摩擦係数μDは、後述の実施例で示す測定方法によって測定される値とする。
本発明の現像ローラの被覆層は、算術表面粗さRaが0.4以上1.5以下である。算術表面粗さRaは、好ましくは、0.4以上0.9以下である。算術表面粗さRaが0.4以上であることにより、現像剤の搬送力を大きくすることができる。また、算術表面粗さRaが1.5以下であることにより、トナーが被覆層の表面の凹凸に残留することがないため、フィルミングを良好に防止することができる。
なお、算術表面粗さRaは、後述の実施例で示す測定方法によって測定される値とする。
本発明の現像ローラ1は、軸体2と弾性層3との間、及び弾性層3と被覆層4との間に、接着層又はプライマー層等の中間層を備えていてもよい。ここで、これらの中間層のうち、特に、弾性層3と被覆層4の間に設けられる接着層及びプライマー層については、その電気的特性を調整することにより、現像ローラ1としての電気的特性を調整することができ、これにより、現像ローラ1の現像性能を良好に調整することができる。
次に、本発明の現像装置及び画像形成装置の一実施形態について図2を参照して、説明する。
本発明の現像ローラ1は、現像装置及び画像形成装置における現像剤担持体として、好適に用いることができる。本実施形態において、画像形成装置における現像ローラ以外の構成は特に限定されない。
(プライマー層の形成)
無電解ニッケルメッキ処理が施された軸体(SUM22製、直径10mm、長さ275mm)をエタノールで洗浄し、その表面にシリコーン系プライマー(商品名「プライマーNo.16」、信越化学工業株式会社製)を塗布した。プライマー処理した軸体を、ギヤオーブンを用いて、150℃の温度にて10分焼成処理した後、常温にて30分以上冷却し、軸体の外周面にプライマー層を形成した。
次いで、弾性層を形成するためのシリコーンゴム組成物を次のように調製した。すなわち、両末端がジメチルビニルシロキシ基で封鎖されたジメチルポリシロキサン(重合度300)100質量部、BET比表面積が110m2/gである疎水化処理されたヒュームドシリカ(商品名「R-972」、日本アエロジル株式会社製)1質量部、平均粒子径6μm、嵩密度が0.25g/cm3である珪藻土(商品名「オプライトW-3005S」、中央シリカ株式会社製)40質量部、及び、アセチレンブラック(商品名「デンカブラックHS-100」、デンカ株式会社製)5質量部、をプラネタリーミキサーに入れ、30分撹拌した後、3本ロールに1回通した。これを再度プラネタリーミキサーに戻し、両末端及び側鎖にSi-H基を有するメチルハイドロジェンポリシロキサン(重合度17、Si-H量0.0060mol/g)2.1質量部、エチニルシクロヘキサノール0.1質量部、白金系触媒(Pt濃度1質量%)0.1質量部を添加し、30分撹拌脱泡混練して、付加硬化型液状導電性シリコーンゴム組成物を調製した。
次いで、被覆層を形成するための樹脂組成物を次のように調製した。
なお、各実施例及び比較例の被覆層用樹脂組成物における、(a)ポリオール、(b)イソシアネートの合計含有量、(c)水酸基と1質量%以上10質量%以下のフッ素原子とを含有する(メタ)アクリレート共重合体、(d)表面粗さ材、及び(e)イオン導電材の含有量(質量部)を表1に示す。
(a)アクリルポリオール(UH-2041、東亜合成製) 20質量部
(b)イソシアネート(ヘキサメチレンジイソシアネート) 25質量部
(c)水酸基と1質量%以上10質量%以下のフッ素原子とを含有する(メタ)アクリレート共重合体 0.5質量部
(d)表面粗さ材(シリカ)ACEMATT OK607 エボニック製
3質量部
(e)イオン導電材(カリウム ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、商品名「EF-N112」、三菱マテリアル電子化成株式会社製) 0.2質量部
ポリイソシアネートと縮合系ポリエステルポリオールとのモル比[NCO/OH]は1.1/1であった。
(c)水酸基と1質量%以上10質量%以下のフッ素原子とを含有する(メタ)アクリレート共重合体を0.5質量部から1.0質量部に代えて、(d)表面粗さ材シリカをACEMATT OK412 5質量部にした以外は、実施例1と同様に被覆層用樹脂組成物を調製し、被覆層を形成した。
(a)アクリルポリオールの20質量部のうち4質量部をアクリル共重合フッ素樹脂(商品名「TR-101」、DIC株式会社製)に代えて、(d)表面粗さ材シリカをACEMATT OK412 3質量部にした以外は、実施例1と同様に被覆層用樹脂組成物を調製し、被覆層を形成した。
(c)水酸基と1質量%以上10質量%以下のフッ素原子とを含有する(メタ)アクリレート共重合体を0.5質量部から0.25質量部に代えた以外は実施例3と同様に被覆層用樹脂組成物を調製し、被覆層を形成した。
(c)水酸基と1質量%以上10質量%以下のフッ素原子とを含有する(メタ)アクリレート共重合体を添加しなかった以外は、実施例2と同様に被覆層用樹脂組成物を調製し、被覆層を形成した。
(a)アクリルポリオールをSU-28(綜研化学製)20質量部にし、(b)イソシアネート(ヘキサメチレンジイソシアネート)12質量部にし、(d)表面粗さ材シリカをACEMATT OK607 1質量部にし、(c)水酸基と1質量%以上10質量%以下のフッ素原子とを含有する(メタ)アクリレート共重合体を添加しなかった以外は、実施例1と同様に被覆層用樹脂組成物を調製し、被覆層を形成した。
(d)表面粗さ材シリカをACEMATT OK412 3質量部に変更し、ポリエステルポリオールに代えて、アクリルポリオールを20質量部配合し、(c)水酸基と1質量%以上10質量%以下のフッ素原子とを含有する(メタ)アクリレート共重合体を0.5質量部加えた以外は比較例2と同様に被覆層用樹脂組成物を調製し、被覆層を形成した。
次いで、画像形成装置C610dn2(型番、株式会社沖データ製)を用意し、この画像形成装置の現像ローラを作製した各実施例及び各比較例の現像ローラに差し替えて、画像形成装置を得た。得られた画像形成装置について、以下の方法で、フィルミングの評価、印字濃度の評価、及び画像均一性の評価をそれぞれ行い、結果を表1に示した。
X-DSC7000(商品名、株式会社日立ハイテクサイエンス製)を用い、試料約10mgをアルミ製容器に入れてアルミ製の蓋を載せてクリンプし、装置にセットした。-80℃から60℃まで窒素雰囲気中で、昇温速度(10℃/min)で昇温してDSC測定を行った。ガラス転移点Tgは、ガラス転移点Tg近傍の吸熱カーブの接線とベースラインとの接点から算出した。
現像ローラの動摩擦係数μDの測定は以下の手順で行った。
本発明において動摩擦係数の測定に用いる測定機の概略図を図3に示す。この測定方法は、オイラーのベルト式に準拠している。
測定機100は、図3に示すように、測定対象である現像ローラ101と、現像ローラ101に所定の角度θで接触させたベルト(厚さ100μm、幅30mm、長さ200mm、ポリエチレンテレフタレート(PET)製、商品名:ルミラーS10 #100、東レ株式会社製)102と、ベルト102の一端に繋がれた錘103と、ベルト102の他端に繋がれたフォースゲージ104とから構成される。図3に示す状態で、現像ローラ101を所定の方向に所定の速度で回転させたとき、フォースゲージ104で測定された力をF[g重]、錘の重さとベルトの重さとの和をW[g重]とするとき、摩擦係数は以下の式で求められる。
摩擦係数μD=(1/θ)ln(F/W)
現像ローラを回転させた直後の値が、回転を開始するのに必要な力であり、それ以降の値が回転を継続するのに必要な力である。したがって、回転開始点(すなわちt=0[秒]の時点)の摩擦係数が静摩擦係数であり、t>0[秒]の任意の時間における摩擦係数が、任意の時間における動摩擦係数である。本発明では、回転開始5秒後(すなわちt=5[秒]の時点)から10秒後(すなわちt=10[秒]の時点)までの5秒間に得られる摩擦係数の平均値をもって、上記の動摩擦係数μDとした。なお、本発明においては、W=50[g重]とし、現像ローラの回転速度を200rpmとし、測定環境を23℃/55%RHとした。
上記のようにして作製された現像ローラを、JIS B0601-2001に基づき、表面粗さ計(商品名「サーフコム 1400G」、株式会社東京精密製)により算術平均粗さRaを測定した。
被覆層用樹脂組成物を切りだし、0.01gを試料燃焼装置AQF-2100H(商品名、株式会社三菱ケミカルアナリテック製)で燃焼及び吸収し、吸収液をイオンクロマトグラフ(島津製作所製)で分析し、フッ素の含有量を求めた。
作製した現像ローラを装着した画像形成装置を用い、温度23℃、湿度55%RHの条件で、10000枚印字した後の現像ローラの表面に付着している現像剤を吸引後、フィルミング重量測定ジグに転写した質量を測定した。フィルミング評価については、転写した現像剤の質量で下記基準により評価した。本試験において、フィルミング量は、評価がBであると合格である。
-評価基準-
A:転写した現像剤の質量が0mg以上0.02mg未満
B:転写した現像剤の質量が0.02mg以上0.05mg未満
C:転写した現像剤の質量が0.05mg以上
温度23℃、湿度55%RHの条件下、温度30℃、湿度80%RHの条件下、及び、温度10℃、湿度20%RHの条件下で、それぞれベタ画像を2枚印字し、X-Rite社製の508分光濃度計を用いてベタ画像の印字濃度を測定し、以下の評価基準により評価した。
-評価基準-
A:印字濃度が1.4以上
B:印字濃度が1.2以上1.4未満
C:印字濃度が1.0以上1.2未満
温度23℃、湿度55%RHの条件下、温度30℃、湿度80%RHの条件下、温度10℃、湿度20%RHの条件下で、それぞれベタ画像を印字し、1枚目の印字濃度と2000枚目の印字濃度とを比較した。具体的には、ベタ印字の初期印字形成部分と終期印字形成部分との濃度段差率を求め、下記評価基準により評価した。
-評価基準-
A:濃度段差率が1.1以内
B:濃度段差率が1.1より大きく1.2以内
C:濃度段差率が1.2より大きい
2 軸体
3 弾性層
4 被覆層
6 転写搬送ベルト
10 画像形成装置
11B、11C、11M、11Y 像担持体
12B、12C、12M、12Y 帯電手段
13B、13C、13M、13Y 露光手段
14B、14C、14M、14Y 転写手段
15B、15C、15M、15Y クリーニング手段
16 記録体
20B、20C、20M、20Y 現像装置
21B、21C、21M、21Y、34 筐体
22B、22C、22M、22Y 現像剤
23B、23C、23M、23Y 現像剤担持体
24B、24C、24M、24Y 現像剤量調節手段
25B、25C、25M、25Y トナー供給ローラ
30 定着手段
31 定着ローラ
32 加圧ローラ
33 無端ベルト支持ローラ
35 開口部
36 無端ベルト
41 カセット
42 支持ローラ
B、C、M、Y 現像ユニット
100 測定機
101 現像ローラ101
102 ベルト
103 錘1
104 フォースゲージ
Claims (3)
- 軸体の外周面に形成された弾性層と、該弾性層の外周面に形成された被覆層とを備える現像ローラであって、
前記被覆層が、被覆層用樹脂組成物を硬化させてなり、前記被覆層用樹脂組成物中のフッ素原子の含有量が5質量%未満であり、
前記被覆層用樹脂組成物が、(a)ポリオール、(b)イソシアネート、(c)水酸基と1質量%以上10質量%以下のフッ素原子とを含有する(メタ)アクリレート共重合体、(d)表面粗さ材、及び(e)イオン導電材を含有し、
前記被覆層は、ガラス転移点Tgが-50℃以上0℃以下であり、動摩擦係数μDが0.05以上0.6以下であり、かつ算術平均粗さRaが0.4以上1.5以下である現像ローラ。 - 請求項1記載の現像ローラを備えた現像装置。
- 請求項1記載の現像ローラを備えた画像形成装置。
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