KR101764962B1 - 현상제 담지체, 현상 조립체, 프로세스 카트리지 및 화상 형성 장치 - Google Patents

현상제 담지체, 현상 조립체, 프로세스 카트리지 및 화상 형성 장치 Download PDF

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마코토 후카츠
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Abstract

토너를 표면에 담지할 수 있으며, 전압이 인가되면 상기 표면에 담지된 상기 토너를 감광체 드럼의 표면에 공급하는 현상 롤러는, 고무층과, 상기 고무층을 덮고, 알루미나를 포함하며, 상기 고무층보다 체적 저항율이 높은 표면층을 포함한다.

Description

현상제 담지체, 현상 조립체, 프로세스 카트리지 및 화상 형성 장치{DEVELOPER CARRYING MEMBER, DEVELOPING ASSEMBLY, PROCESS CARTRIDGE, AND IMAGE FORMING APPARATUS}
본 발명은 현상제 담지체, 현상 조립체, 프로세스 카트리지 및 화상 형성 장치에 관한 것이다.
종래의 전자 사진 방식을 이용한 화상 형성 장치는 상 담지체로서의 감광체 드럼과, 현상제 담지체로서의 현상 롤러를 포함한다. 이러한 화상 형성 장치에서는, 감광체 드럼 위에 형성된 잠상을 가시화하기 위한 현상 공정이, 현상 롤러에 담지되는 현상제로서의 토너를 잠상에 전이시킴으로써 행해진다.
종래의 1성분 토너를 이용한 현상 방식으로서, 탄성층을 가지는 현상 롤러를 이용한 접촉 현상 방식이 제안되었다. 감광체 드럼과 현상 롤러가 접촉하는 접촉 영역(이하, 현상 닙부라고 한다) 내의, 토너가 전이되기를 의도하지 않은 감광체 드럼의 영역(이하, 비화상부라고 한다)에서는, 감광체 드럼으로부터 현상 롤러를 향하는 힘을 토너가 받도록 전압이 인가된다.
여기서, 본래 토너가 전이되기를 의도하지 않은 감광체 드럼의 비화상부에 토너가 전이되는 비화상부 오염(이하, 흐림(fog)이라고 한다)이 발생하는 경우가 있다. 흐림은 감광체 드럼과 현상 롤러가 접촉하는 현상 닙부에서 토너의 전하가 감쇠하거나, 토너의 극성이 반전하는 경우에 발생한다. 특히, 고습 환경 하에서, 토너에 대한 대전 부여성(charge-providing performance)이 저하하는 것이 알려져 있다. 토너에 대한 대전 부여성이 저하하면, 토너의 전하가 감쇠하여, 흐림량이 증가한다.
일본 특공평7-31454호 공보에서는, 감광체 드럼의 비화상부에 토너가 전이하는 흐림의 발생을 억제하기 위해서, 현상 롤러의 체적 저항을 소정 값 이상으로 설정하는 것을 제안한다.
그러나, 단순히 현상 롤러의 체적 저항을 증가시키는 경우에는, 농도의 감소 등에 의해 현상성이 악화한다.
따라서, 상기 과제를 고려하여, 본 발명은 양호한 현상성을 유지하면서, 흐림의 발생을 억제하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 현상제를 표면에 담지할 수 있으며, 전압이 인가되면 상기 표면에 담지된 상기 현상제를 상 담지체의 표면에 공급하는, 본 발명에 따른 현상제 담지체는,
탄성층과,
상기 탄성층을 덮고, 알루미나를 포함하고, 상기 탄성층보다 체적 저항율이 높은 표면층을 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 현상 조립체는,
현상제를 수용하는 현상제 용기와,
현상제 담지체를 포함한다.
또한, 화상 형성 프로세스를 행하기 위해 화상 형성 장치의 본체에 착탈가능하게 부착될 수 있는, 본 발명에 따른 프로세스 카트리지는,
현상제 상을 담지할 수 있는 상 담지체와,
상기 상 담지체 상의 정전 잠상을 현상함으로써 상기 현상제 상을 형성하는 현상제 담지체를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 화상 형성 장치는,
현상제 상을 담지할 수 있는 상 담지체와,
상기 상 담지체 상의 정전 잠상을 현상함으로써 상기 현상제 상을 형성하는 현상제 담지체와,
상기 현상제 담지체에 전압을 인가하는 인가 수단을 포함한다.
본 발명에 따르면, 양호한 현상성을 유지하면서, 흐림의 발생을 억제할 수 있다.
본 발명의 추가적인 특징은 첨부된 도면을 참조하여 아래의 예시적인 실시 형태의 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 일 실시 형태에 따른 화상 형성 장치의 구성을 나타내는 개략 단면도.
도 2는 실시 형태 1에 따른 카트리지의 구성을 나타내는 개략 단면도.
도 3은 실시 형태 2에 따른 카트리지의 구성을 나타내는 개략 단면도.
도 4는 실시예 1에 따른 현상 롤러를 도시하는 사시도.
도 5는 현상 롤러의 체적 저항의 측정에 대해서 설명하기 위한 도면.
도 6은 현상 롤러의 각 층의 체적 저항율의 측정에 대해서 설명하기 위한 도면.
도 7은 현상 닙부 통과 전후의 토너 코팅층의 전하량을 나타내는 그래프.
도 8은 각 실시예 및 비교예에서의 내구 흐림에 관한 평가 결과를 나타내는 도면.
도 9a 내지 9c는 현상 닙부에서의 전류의 경로를 나타내는 도면.
도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 실시예를 이용하여 설명한다. 실시 형태에 따른 구성 부품의 치수, 재질, 형상과, 그 상대적인 배치는 본 발명이 적용되는 장치의 구성 및 각종 조건에 따라 적절히 변경되어야 할 것이다. 즉, 본 발명의 범위를 이하의 실시 형태에 한정하는 취지의 것이 아니다.
(실시 형태 1)
도 1, 도 2를 참조하여 실시 형태 1에 대해서 설명한다. 도 1은 실시 형태 1 및 실시 형태 2에 따른 화상 형성 장치의 구성을 나타내는 개략 단면도이다. 도 2는 실시 형태 1에 따른 카트리지의 구성을 나타내는 개략 단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 화상 형성 장치는 노광 장치로서의 레이저 광학 장치(3), 1차 전사 장치(5), 중간 전사체(6), 2차 전사 장치(7) 및 정착 장치(10)를 포함한다. 또한, 화상 형성 장치는 화상 형성 프로세스를 행하고, 장치 본체에 착탈가능한 프로세스 카트리지(이하, 간단히 카트리지라고 한다)(11)를 포함한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 카트리지(11)는 잠상을 담지할 수 있는 상 담지체로서의 감광체 드럼(1), 대전 장치로서의 대전 롤러(2), 현상 조립체(4) 및 클리닝 블레이드(9)를 포함한다.
감광체 드럼(1)은 도 2의 화살표 r 방향으로 회전가능하게 설치되어 있고, 감광체 드럼(1) 표면은 대전 롤러(2)에 의해 균일한 표면 전위 Vd로 대전된다(대전 공정). 레이저 광학 장치(3)로부터 레이저 광이 조사됨으로써, 감광체 드럼(1)의 표면에 정전 잠상이 형성된다(노광 공정). 또한, 현상 조립체(4)로부터 현상제로서의 토너가 공급됨으로써, 정전 잠상은 현상제 상으로서의 토너 상으로서 가시화된다(현상 공정).
가시화된 감광체 드럼(1) 상의(상 담지체 상의) 토너 상은 1차 전사 장치(5)에 의해 중간 전사체(6) 위로 전사된 후, 2차 전사 장치(7)에 의해 기록 매체인 용지(8)에 전사된다(전사 공정). 여기서, 전사 공정에서 전사되지 않고 감광체 드럼(1) 위에 잔존한 전사 잔여 토너는, 클리닝 블레이드(9)에 의해 긁어 제거한다(클리닝 공정). 감광체 드럼(1)의 표면의 클리닝이 행해진 후, 상술한 대전 공정, 노광 공정, 현상 공정 및 전사 공정이 되풀이해서 행하여진다. 한편, 용지(8) 상에 전사된 토너 상은 정착 장치(10)에 의해 정착된 후, 그 용지(8)가 화상 형성 장치 외부로 배출된다.
실시 형태 1에서, 장치 본체에는 카트리지(11)가 장착되는 장착부가 4개 마련되어져 있다. 중간 전사체(6)의 이동 방향 상류 측으로부터 순서대로 각각 옐로우, 마젠타, 시안, 블랙의 토너가 충전된 카트리지(11)가 장착되고, 그 각각의 색의 토너가 중간 전사체(6)에 순차적으로 전사되어서 컬러 화상이 형성된다.
감광체 드럼(1)은, 도전성 기체인 알루미늄(Al) 실린더 위에 양 전하 주입 방지층, 전하 발생층, 전하 수송층을 순서대로 코팅한 유기 감광체가 적층되어서 형성된다. 감광체 드럼(1)의 전하 수송층으로서 아릴레이트를 이용하고, 전하 수송층의 막 두께는 23㎛로 조정했다. 전하 수송층은 전하 수송 재료를 결착제와 함께 용제에 용해시켜서 형성된다. 유기 전하 수송 재료의 예는 아크릴 수지, 스티렌 수지, 폴리에스테르, 폴리카르보네이트 수지, 폴리아릴레이트, 폴리술폰, 폴리페닐렌 산화물, 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지, 알키드 수지 및 불포화수지를 포함한다. 이들 전하 수송 재료는 1종류를 이용해도 되고, 2종류 이상 조합하여 이용해도 된다.
대전 롤러(2)는 도전성 지지체인 코어 금속 상에 반도체 고무층이 마련되어져서 형성된다. 이 대전 롤러(2)는 도전성의 감광체 드럼(1)에 대하여 200V의 전압을 인가했을 때에 약 105Ω의 저항을 나타낸다.
도 2에 도시한 바와 같이, 현상 조립체(4)는 현상제 용기(13)와, 토너를 담지할 수 있는 현상제 담지체로서의 현상 롤러(14)와, 공급 롤러(15)와, 규제 부재인 규제 블레이드(16)를 포함한다. 현상제 용기(13)에는 현상제로서의 토너(12)가 수용된다. 현상 롤러(14)는 도 2의 화살표 R 방향으로 회전가능하게 마련되어져 있다. 공급 롤러(15)는 현상 롤러(14)에 토너(12)를 공급한다. 규제 블레이드(16)는 현상 롤러(14) 상의(현상제 담지체 상의) 토너를 규제한다. 또한, 공급 롤러(15)는 현상 롤러(14)에 접촉하여 회전가능하게 설치되어 있고, 규제 블레이드(16)는 그 일단이 현상 롤러(14)에 접촉하고 있다.
공급 롤러(15)는 도전성 지지체인 외경 φ 5.5㎜의 코어 금속 전극(15a)의 주위에 발포 우레탄층(15b)이 마련되어져서 구성된다. 발포 우레탄층(15b)을 포함하는 공급 롤러(15) 전체의 외경은 φ 13㎜이다. 공급 롤러(15)의 현상 롤러(14)에 대한 침입량은 1.2㎜이다. 공급 롤러(15)와 현상 롤러(14)는 공급 롤러(15)와 현상 롤러(14)의 접촉 영역에서 서로가 역방향의 속도를 가지는 방향으로 회전한다. 발포 우레탄층(15b)의 주위에 존재하는 토너(12)의 분체압(powder pressure)이 발포 우레탄층(15b)에 작용하고, 공급 롤러(15)가 회전하면, 토너(12)가 발포 우레탄층(15b) 내에 받아들여진다. 토너(12)를 포함하는 공급 롤러(15)는 현상 롤러(14)와의 접촉 영역에서 현상 롤러(14)에 토너(12)를 공급하고, 토너(12)와 마찰함으로서, 토너(12)에 예비적인 마찰 대전 전하를 부여한다. 한편, 공급 롤러(15)는, 감광체 드럼(1)과 현상 롤러(14)의 접촉 영역(이하, 현상 닙부라고 한다) N에서, 감광체 드럼(1)에 공급되지 않고 현상 롤러(14) 위에 잔류한 토너를 박리하는 역할도 한다.
공급 롤러(15)로부터 현상 롤러(14)에 공급된 토너(12)는, 현상 롤러(14)의 회전에 의해 규제 블레이드(16)에 도달하고, 토너(12)가 원하는 대전량 및 원하는 층 두께로 조정된다. 규제 블레이드(16)는 두께 80㎛의 스테인레스 강철(SUS) 블레이드이며, 현상 롤러(14)의 회전에 역행하는 방향(반대 방향)에 배치된다. 또한, 규제 블레이드(16)에는, 현상 롤러(14)에 대하여 전위차 200V가 발생하도록 전압이 인가된다. 이 전위차는 토너(12)의 코팅을 안정화시키기 위해 필요한 것이다. 규제 블레이드(16)에 의해 현상 롤러(14) 위에 형성된 토너층(현상제층)은 현상 닙부 N에 반송되고, 현상 닙부 N에서 반전 현상이 행하여진다.
현상 롤러(14) 단부에 마련되어지는, 도면에 도시되지 않은 롤러에 의해 현상 롤러(14)의 감광체 드럼(1)에 대한 침입량은 40㎛로 설정된다. 현상 롤러(14) 표면은 감광체 드럼(1)에 대하여 가압되면 변형되어서 현상 닙부 N을 형성하고, 이에 의해 안정적인 접촉 상태로 현상을 행할 수 있다. 또한, 현상 롤러(14)가 감광체 드럼(1)과 접촉하는 현상 닙부 N에서, 현상 롤러(14)는 감광체 드럼(1)에 대하여 117%의 주속비로 감광체 드럼(1)의 회전 방향(r 방향)과 동일한 방향(R 방향)으로 회전한다. 즉, 감광체 드럼(1)은, 현상 롤러(14)가 감광체 드럼(1)보다 빠른 회전의 속도로 회전하는 동안, 현상 닙부 N에서의 표면 이동 방향이 현상 롤러(14)와 동일하도록 회전가능하게 마련되어진다. 이러한 주속 차이는, 토너에 전단력을 가하여, 실질적인 부착력을 저감시켜서, 전계에 의한 제어성을 향상시키기 위해서 마련된다.
실시 형태 1을 구성하는 구체적인 전압에 대해서 설명한다. 대전 롤러(2)에 -1050V를 인가함으로써, 감광체 드럼(1) 표면을 -500V로 균일하게 대전하고, 그 결과, 암전위 Vd를 형성한다. 화상이 형성되는 화상부의 전위(명전위 Vl)는 레이저 광학 장치(3)에 의해 -100V로 조정한다. 이때, 현상 롤러(14)에 -300V의 전압을 인가함으로써, 음의 극성의 토너를 화상부(명전위 Vl의 영역)에 전이시킴으로써 반전 현상을 행한다. 또한, |Vd-Vdc|를 Vback이라고 부르고, Vback을 200V로 설정한다. 또한, 본 실시 형태에 따른 화상 형성 장치는 현상 롤러(14)에 전압을 인가하기 위한 인가 수단으로서의 전원을 가진다.
실시 형태 1에서는, 현상제인 토너(12)로서 1성분 비자성 토너를 이용했다. 토너(12)는 결착 수지 및 전하 제어제를 포함하도록 조정되고, 유동화제 등을 외첨제로서 첨가함으로써 음의 극성을 갖도록 제작했다. 또한, 토너(12)는 중합법을 이용하여 제작되고, 평균 입경은 약 5㎛로 조정했다.
또한, 현상 조립체(4)의 현상제 용기(13) 내에 충전되는 토너량은 화상 비율 5%의 환산 화상을 3000매 인자가능한 양으로 설정했다. 화상 비율 5%의 횡선의 구체예로는, 1 도트 라인의 인자 및 19 도트 라인 비인자를 되풀이하여 형성되는 화상을 들 수 있다.
화상 형성 프로세스 동안에, 감광체 드럼(1)은 화상 형성 장치에 의해 120㎜/sec의 회전 속도로 도면의 화살표 r 방향으로 회전 구동된다. 또한, 본 실시 형태에 따른 화상 형성 장치는, 두꺼운 기록지(두꺼운 용지)의 통과 시에 정착을 행하는 데 필요한 열량을 확보하기 위해서, 통상의 속도보다 느린 60㎜/sec로 프로세스 속도가 설정된 저속 모드를 포함한다. 본 실시 형태에서는, 2종류의 프로세스 모드에서만 동작이 행해지지만, 기록지의 두께 등에 따라서, 복수의 프로세스 모드가 마련되어 각 프로세스 모드에 대응하는 제어를 실행할 수도 있다.
(실시 형태 2)
다음으로, 도 3을 참조하여 실시 형태 2에 대해서 설명한다. 도 3은 실시 형태 2에 따른 카트리지의 구성을 나타내는 개략 단면도이다. 실시 형태 2에 따른 화상 형성 장치는, 전사식 전자 사진 프로세스를 이용하고, 토너 리사이클 프로세스(클리너리스 시스템)을 포함하는 레이저 프린터이다. 전술한 실시 형태 1의 화상 형성 장치와 동일한 점에 대한 중복 설명은 생략하고, 차이점에 대해서만 이하에서 설명한다. 실시 형태 1과 가장 다른 점은, 감광체 드럼(1)을 클리닝하는 클리닝 블레이드(9)를 생략하고, 전사 잔여 토너를 리사이클하는 것에 있다. 전사 잔여 토너는, 대전 등의 다른 프로세스에 악영향을 미치지 않도록 순환되어서 현상 조립체(4)에 회수된다. 보다 구체적으로는, 실시 형태 1에 대하여 이하와 같이 구성을 변경했다.
대전에 대해서, 실시 형태 1의 대전 롤러(2)와 마찬가지의 대전 롤러가 이용되고 있지만, 대전 롤러(2)가 토너에 의해 오염되는 것을 방지하기 위해 대전 롤러 접촉 부재(20)를 구비한다. 대전 롤러 접촉 부재(20)로서 100㎛의 폴리이미드 막을 사용하고, 이 폴리이미드 막은 10(N/m) 이하의 선압으로 대전 롤러(2)에 접촉한다. 폴리이미드를 이용한 것은, 토너에 대하여 음의 전하를 부여하는 마찰 대전 특성을 가지기 때문이다. 대전 롤러(2)가 그 대전 극성과 반대 극성(양의 극성)의 토너에 의해 오염된 경우에도, 대전 롤러 접촉 부재(20)는 토너의 전하를 양에서 음으로 전환하여, 대전 롤러(2)가 신속하게 토너를 토출해서, 토출된 토너를 현상 조립체(4)에 회수하는 것이 가능해 진다.
또한, 현상 조립체(4)의 토너 회수성을 향상시키기 위해서, 암전위 Vd의 절대값 및 Vback의 값을 크게 설정했다. 보다 구체적으로는, 대전 롤러(2)에의 인가 전압을 -1350V로 설정함으로써, 감광체 드럼(1) 표면을 -800V의 균일한 표면 전위 Vd로 설정했다. 또한, 현상 바이어스를 -300V로 설정함으로써, Vback을 500V로 설정했다.
(실시예 1)
다음으로, 도 4를 이용하여, 실시예 1에 따른 현상 롤러(14)에 대해서 설명한다. 도 4는 실시예 1에 따른 현상 롤러를 도시하는 사시도이다. 도 4에 나타내는 본 실시예에서 이용되는 현상 롤러는 아래와 같이 제작했다.
도전성 지지체인 외경 φ 6㎜의 코어 금속 전극(14a)의 주위에 도전제를 포함하는 도전성의 고무층(14b1)을 마련하여, 외경 φ 11.5㎜를 취득하였다. 여기서, 고무층(14b1)의 재질로서는, 실리콘 고무, 우레탄 고무, EPDM(에틸렌 프로필렌 공중합체), 히드린 고무, 또는 이것들이 혼합된 고무 등의 임의의 전형적인 형태의 고무가 사용될 수 있다.
실시예 1에서는 실리콘 고무 2.5㎜, 우레탄층 10㎛로부터 고무층(14b1)을 형성하였다. 도전제로서, 카본 입자, 금속 입자, 이온 도전 입자 등을 고무층(14b1)에 분산시킴으로써 원하는 저항값을 얻을 수 있으며, 실시예 1에서는 카본 입자를 이용했다. 또한, 고무층(14b1)은 현상 롤러(14) 전체의 경도를 조정하기 위해 실리콘 고무량과 충전제인 실리카량을 조정하여, 원하는 경도를 갖도록 제작했다.
다음으로, 콜로이드 알루미나 용액을 준비하고, 고무층(14b1)을 콜로이드 알루미나 용액에 침지 처리함으로써 알루미나 표면층(이하, 간단히 표면층이라고도 한다)(14b2)을 1.5㎛ 형성하여, 도전성 탄성층을 형성했다. 여기서 사용된 콜로이드 알루미나 용액은 Nissan Chemical Industries Ltd. 제조의 알루미나 졸 액(520)(평균 입경 20㎚, 보에마이트)과 에탄올을 체적 비율 1:4로 교반 및 혼합함으로써 준비했다.
또한, 실시예 1에서, 침지 전에 고무층(14b1) 표면에 UV 조사를 행함으로써, 콜로이드 알루미나 용액의 코팅성 및 밀착성을 향상시킨다. 알루미나 표면층(14b2)을 형성한 후, 편상 롤러(14)는 140℃에서 15분 동안 건조를 행하였다.
본 실시예에서의 알루미나는 α 알루미나 또는 γ 알루미나 등의 산화 알루미늄, 보에마이트 또는 의사 보에마이트 등의 산화 알루미늄 수화물, 수산 알루미늄, 또는 알루미늄 알콕시드에 대해서 가수 분해 및 축합 반응을 행하여 얻어지는 후술하는 알루미늄 화합물이다. 콜로이드 알루미나 용액의 안정성을 고려하여, 보에마이트 또는 의사 보에마이트가 바람직하게 이용되고, 표면층의 형성 안정성을 고려하여, 알루미늄 알콕시드를 가수 분해 및 축합 반응을 행하여 얻어지는 후술하는 산화 알루미늄 화합물이 바람직하게 이용된다.
또한, 본 발명에서는, 현상 롤러(14)의 전체 저항(체적 저항)은 2×104Ω보다 크고 5×106Ω보다 작은 것이 바람직하다. 2×104Ω이하에서는, 탄성층으로서의 고무층(14b1)에 흐르는 전류가 많아져서, 필요한 전류량이 증가한다. 또한, 5×106Ω이상이 되면, 현상 시에 흐르는 전류를 방해하기 쉬워진다. 실시예 1에 따른 현상 롤러(14)에서는, 전체 저항이 5×105Ω으로 설정되었다.
<<현상 롤러의 체적 저항의 측정법>>
다음으로, 도 5를 이용하여, 현상 롤러(14) 전체 체적 저항(이하, 간단히 저항이라고도 한다)의 측정법에 대해서 설명한다. 도 5는 현상 롤러(14) 전체의 체적 저항의 측정에 대해서 설명하기 위한 도면이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 측정 대상인 롤러(14)는 스테인레스 강철 등으로 이루어지는 도전성 코어 금속 전극(14a)과, 그 외주에 형성된 탄성층으로서의 고무층(14b1) 및 알루미나 표면층(14b2)에 의해 구성되는 복층 구조를 가진다. 또한, 현상 롤러(14)의 길이 방향의 폭은 약 230㎜이다.
이러한 전체 저항의 측정 방법으로는, φ 30㎜의 스테인레스 강철로 이루어지고, 약 48㎜/sec의 속도로 회전하는 원통 부재 G1을 이용한다. 저항을 측정할 때에는, 현상 롤러(14)는 원통 부재 G1의 회전에 따라 회전한다. 현상 롤러(14)의 단부에는 원통 부재 G1에의 침입량을 규제하는(롤러(14)와 원통 부재 G1의 접촉 영역을 일정하게 유지하는) 단부 롤러(도시 생략)가 끼워 맞춰진다. 단부 롤러는 현상 롤러(14)의 외경보다 작은 80㎛의 외경을 가지는 원통 형상으로 형성된다. 도 5의 F는 현상 롤러(14)의 각 단부(도전성 코어 금속 전극(14a)의 각 단부)에 부가되는 하중을 나타내며, 측정 시에, 전체 1kg중의 하중, 즉 각 측에 500g중씩의 하중에 의해 현상 롤러(14)가 원통 부재 G1 측으로 가압된다.
또한, 이 측정 방법에는 도 5에 나타내는 측정 회로 G2를 이용한다. 측정 회로 G2는 전원 Ein, 저항 Ro, 전압계 Eout에 의해 구성된다. 본 측정 방법에서는, Ein : 300V(DC)로 측정을 행하였다. 또한, 저항 Ro로서는 저항값 100Ω 내지 10MΩ의 저항이 사용될 수 있다. 또한, 저항 Ro는 미약 전류를 측정하는 데 이용되기 때문에, 측정 대상인 현상 롤러(14)의 저항의 10-2배 내지 10-4배의 저항값을 가지는 것이 바람직하다. 즉, 현상 롤러(14)의 저항값이 약 1×106Ω이면, 저항 Ro의 저항값은 약 1kΩ인 것이 바람직하다. 이러한 측정 회로 G2를 이용하면, 현상 롤러(14)의 저항값 Rb는 Rb=Ro×(Ein/Eout-1)Ω으로부터 산출된다. 또한, 전압을 인가하고 나서 10초 후에 얻어진 값을 Eout으로서 측정했다.
<<각 층의 체적 저항율의 측정>>
다음으로, 도 6을 참조하여, 각 층의 체적 저항율(이하, 간단히 저항율이라고도 한다)에 대해서 서술한다. 도 6은 현상 롤러의 각 층의 체적 저항율의 측정에 대해서 설명하기 위한 도면이다. 실시예 1에서, 알루미나 표면층(14b2)의 체적 저항율은 5×1011Ω㎝이고, 고무층(14b1)의 체적 저항율은 1×108Ωm이다. 즉, 실시예 1에서는, 알루미나 표면층(14b2)이 고무층(14b1)보다 체적 저항율이 높다.
저항율은 아래와 같이 측정한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 현상 롤러(14)의 표면 주위에 폭 5㎜의 도전성 테이프의 3개의 띠를 1㎜ 간격으로 감고, 3개의 도전성 테이프의 띠 중 중앙에 위치하는 도전성 테이프 D2와 현상 롤러(14)의 코어 금속 전극(14a) 간에 직류 전류에 교류 전류를 중첩하여 얻어지는 후술하는 전압이 전원 S0로부터 인가된다.
상기 중앙의 도전성 테이프 D2 이외의 2개의 도전성 테이프 띠 D1과 D3은 어스에 접지하고, 중앙의 도전성 테이프 D2와 코어 금속 전극(14a) 사이에 흐르는 전류를 전류계 S1을 이용하여 검지함으로써 현상 롤러(14)의 동경 방향의 체적 저항율을 측정한다. 여기에서 인가하는 전압은, 직류 전압 20V, 교류 전압의 Vpp 1V, 주파수는 1Hz 내지 1Me Hz로 변화시키고, Col-Col 플롯에 의해 각 층의 체적 저항이 산출된다. 또한, 현상 롤러(14)의 단면을 자르고, SEM 관찰을 이용하여 각 층의 막 두께를 10 점에서 측정하고, 각 층의 평균 막 두께를 산출하고, 전술한 체적 저항으로부터 각층의 체적 저항율을 산출한다. 여기서, 임피던스 측정은 30℃, 80% RH 환경 하에서 실시했다.
발명자들은 예의 검토한 결과, 표면층(14b2)의 체적 저항율과 고무층(14b1)의 체적저항율의 관계를 전술한 바와 같이 설정함으로써, 양호한 화상을 얻을 수 있는 것을 알았다. 우선, 도 9a 내지 9c를 참조하여, 표면층(14b2)의 저항율과 고무층(14b1)의 저항율의 관계에 대응하는 농도 변동 및 계조 변동에 대해서 조사한다. 도 9a 내지 9c는 현상 닙부에서의 전류의 경로를 나타내는 도면이다. 통상적으로, 안정적인 화상을 얻기 위해서는 고무층(14b1)의 저항을 조정함으로써 감광체 드럼(1)과 현상 롤러(14) 사이에 적절한 전위차를 마련하여 화상 농도 및 계조를 얻을 수 있다.
본 실시예에서는, 고무층(14b1)보다 체적 저항율이 높은 표면층(14b2)을 형성하고, 그렇게 함으로써, 화상 농도 및 계조의 변화를 억제할 수 있다고 생각된다. 도 9a에 도시한 바와 같이, 현상 롤러(14) 상의 대전된 토너가 현상 롤러(14)로부터 감광체 드럼(1) 위로 현상될 때, 현상되는 토너의 이동에 대응하는 전하량이 현상 롤러(14)에도 흐른다. 이때 발생하는 전류는, 고무층(14b1)의 체적 저항율보다 저저항의 표면층(14b2)을 가질 경우, 도 9c에 도시된 바와 같이, 표면층(14b2)을 흐르는 경로를 따라 흐르기 쉬워진다. 그 결과, 현상 롤러(14)와 감광체 드럼(1)이 접촉하는 현상 닙부 N의 힌 측에서 소정 값의 전압 강하가 발생하여, 현상 시에 원하는 전계 강도가 변동하고, 화상 농도 및 계조에 대응하는 변동이 발생한다. 또한, 그 상태로 층의 두께가 증가하면, 표면층(14b2)을 흐르는 전류량이 더욱 증가하여, 보다 현상 닙부 N에서의 전계 강도의 추가적인 저하를 발생시킨다.
한편, 본 실시예에서는 고무층(14b1)의 저항율보다 큰 저항율의 표면층(14b2)을 가지기 때문에, 스니크 전류(sneak current)가 현저하게 억제될 수 있어(도 9b), 현상 닙부 N 내에서의 전계 강도 저하를 억제할 수 있다. 그 결과, 원하는 대로 화상 농도 및 계조를 얻을 수 있다. 그 때문에, 본 실시예에서는, 고무층(14b1)의 저항율보다 표면층(14b2)의 저항율을 크게 함으로써 양호한 화상을 얻을 수 있다.
또한, 표면층(14b2)에 흐르는 전류를 억제하고, 전체 저항의 현저한 증가를 억제하기 위해서는, 표면층(14b2)의 평균 막 두께는 5.0㎛ 이하로 설정하는 것이 바람직하다. 표면층(14b2)의 평균 막 두께가 5.0㎛보다 큰 경우, 스니크 전류는 억제될 수 있지만, 표면층 상의 전압 강하가 커져서, 현상 닙 내에서 토너층에 인가되는 전계 강도가 저하하고, 그 결과, 현상될 수 있는 토너량이 감소하여, 농도 저하를 초래한다. 본 실시예에서, 표면층(14b2)의 평균 막 두께는 1.5㎛이다.
다음으로, 고습 환경 하에서의 흐림의 발생 요인에 대해서 서술한다. 흐림은 주로 현상 롤러(14)와 감광체 드럼(1) 사이의 현상 닙부 N에서 토너의 전하가 소실되어, 전계를 이용하여 토너를 제어할 수 없고, 그 결과, 토너가 감광체 드럼(1)과 접촉해서 비화상부에 전이되는 경우에 발생되는 것으로 생각된다.
흐림의 발생은, 베타 백(solid white) 용지의 통과 중에 본체 전원을 끄고, 현상 롤러(14) 상의 토너의 전하량 분포를 측정하고, 현상 닙부 N 통과 전후의 현상 롤러(14) 상의 토너의 전하량 분포를 측정하여 변화량을 평가함으로써 검증하였다. 도 7은 후술하는 비교예 1의 현상 롤러(14)를 이용했을 때의 감광체 드럼(1)과 현상 롤러(14)가 서로 접촉하는 현상 닙부 N 통과 전후의 현상 롤러(14) 상의 전하량 분포를 나타내고 있다. 종래 기술에 대응하는 비교예 1에서는 현상 닙부 N 통과 전의 전하량에 비하여 통과 후에 토너의 전하량이 크게 감소하는 것을 알았다.
여기서, 도 7을 이용하여, 현상 닙부 N 통과 전후의 현상 롤러(14) 상의 토너 코팅층의 전하량에 대해서 설명한다. 도 7은 실시예 1 및 비교예 1의 현상 닙부 통과 전후의 토너 코팅층의 전하량을 나타내는 그래프이다.
도 7의 횡축은 Q/d[fC/㎛]를 나타내고 있다. Q는 1개의 토너 샘플의 전하량이며, d는 토너 입경으로 Hosokawa Micron Group에 의해 제조된 E-스퍼트 분석기를 이용하여 측정했다. 토너 전하량의 감쇠는 특히 감광체 드럼(1)과 현상 롤러(14) 사이에 형성되는 전계 강도가 클수록 크다. 즉, 감광체 드럼(1)과 현상 롤러(14) 사이에 형성되는 전계 강도가 클수록 흐림량이 증가한다. 또한, 전계 강도와 마찬가지로, 프로세스 속도가 느릴수록 토너 전하의 감쇠량이 증가하여, 흐림량이 증가한다. 그 이유는, 감광체 드럼(1)과 현상 롤러(14)가 서로 접촉하는 현상 닙부 N을 현상 롤러 상의 토너가 통과하는 데 필요한 시간이 늘어나서, 토너 전하의 감쇠가 진행하기 때문이다.
토너 전하 감쇠 효과를 얻기 위해서는, 표면층(14b2)의 평균 막 두께는 0.01㎛ 이상인 것이 바람직하다. 표면층(14b2)의 평균 막 두께가 0.01㎛보다 작으면, 표면층(14b2)은 탄성층(14b1)을 충분히 피복할 수 없고, 피복되지 않은 부분에서의 토너 전하 감쇠를 억제할 수 없다고 추정될 수 있다.
또한, 토너 전하량의 감쇠 억제 효과 및 화상 농도 변동의 억제 효과를 안정적으로 얻기 위해서는, 표면층의 평균 막 두께는 0.1㎛ 이상 2.5㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. 평균 막 두께가 0.1㎛보다 작으면, 표면층(14b2)의 막 두께에는 변동이 존재하여, 두께가 0.01㎛ 이하인 부분, 또는 표면층이 형성되지 않는 부분이 발생할 수 있어, 흐림의 작은 증가를 초래할 경우도 있다. 한편, 막 두께가 2.5㎛보다 크면, 국소적으로 막 두께가 두터운 부분이 발생할 수 있어, 화상 농도의 균일성의 작은 감소를 초래할 경우도 있다.
또한, 표면층(14b2)의 저항율은 1010Ω㎝ 이상 1014Ω㎝ 이하인 것이 바람직하다. 표면층(14b2)의 저항율이 1014Ω㎝보다 크면, 표면층 막 두께의 변동에 의해 화상 농도의 균일성에 작은 감소를 초래한다. 표면층(14b2)의 저항율이 1010Ω㎝보다 작으면, 표면층 막 두께의 변동에 의해 국부적으로 토너의 전하 감쇠가 발생하기 때문에, 흐림량의 작은 증가가 발생하기 쉬워진다.
<<경도의 측정>>
현상 롤러(14)의 경도(평균 경도)는 Asker-C 경도계(Kobunshi Keiki Co., Ltd. 제조)를 이용해서 측정했다. 본 발명에서 사용된 현상 롤러(14)는 평균 Asker-C 경도가 30°보다 크고 80°보다 작은 것이 바람직하다(Asker-C). 평균 경도가 80°(Asker-C) 이상이 되면, 현상 롤러(14)와의 마찰에 의해 토너가 용융하고, 블레이드 융착 및 롤러 융착을 발생시키므로 바람직하지 못하다. 또한, 현상 롤러(14)와 감광체 드럼(1)의 접촉 상태가 불안정하게 되기 쉽다. 한편, 평균 경도가 30°(Asker-C) 이하가 되면, 압축 영구 왜곡에 의한 영구 변형이 발생하여, 현상 롤러(14)로서의 사용이 곤란해진다. 또한, 본 실시예에서는 평균 경도가 55°(Asker-C)로 설정된 현상 롤러(14)를 이용했다.
<<미소 경도의 측정>>
본 실시예의 미소 경도는 150MPa로 설정되었다. 미소 경도의 측정에는 HYSITRON 제조의 TriboScope 장치를 이용했다. 측정 시에, R 150㎚의 Berkovich 인덴터 팁을 무하중 조건으로부터 최대 하중 조건까지 5초간 변위시키고, 그 후에, 유지하지 않고 무하중 조건까지 5초간 변위시켜, 하중 변화로부터 미소 경도를 산출했다. 이때의 최대 하중은 표면층의 평균 막 두께가 10% 변위할 때에 얻어지는 하중량으로 설정했다.
<<세공 분포의 측정>>
표면층(14b2)의 세공 분포를 Micromeritics 제조의 Tristar 3000을 이용하여 측정했다. 본 실시예에서, 세공 분포의 평균 직경은 0.5㎚이었다.
(비교예 1)
종래 기술에 대응하는 비교예 1에 따른 현상 롤러(14)에 대해서 설명한다. 아래 설명은 주로 실시예 1과 다른 점에 대해서 서술한다. 비교예 1에서 이용되는 현상 롤러(14)는 아래와 같이 제작했다. 도전성 지지체인 외경 φ 6(㎜)의 코어 금속 전극(14a)의 주위에 도전제를 포함하는 도전성의 실리콘 고무층(14b)을 마련했다. 실리콘 고무층(14b)의 표면에는 러프닝 입자(roughening particle)와 도전제를 분산시킨 우레탄 수지 10㎛가 코팅되고, 외경은 φ11.5(㎜)로 설정했다. 현상 롤러(14)의 저항은 5×105Ω이며, 평균 경도(Asker-C)는 55°이었다.
(비교예 2)
이제, 비교예 2에 따른 현상 롤러(14)에 대해서 설명한다. 이하, 주로 실시예 1과 다른 점에 대해서 서술한다. 비교예 2에서 이용되는 현상 롤러(14)는 아래와 같이 제작했다. 도전성 지지체인 외경 φ 6(㎜)의 코어 금속 전극(14a)의 주위에는 도전제를 포함하는 도전성의 실리콘 고무층(14b1)을 마련했다. 실리콘 고무층(14b)의 표면에는 우레탄 수지를 10㎛ 코팅하고, 외경은 φ 11.5(㎜)로 설정했다. 현상 롤러(14)의 저항은 5×106Ω이며, 평균 경도(Asker-C)는 55°이었다. 또한, 표면층 저항율은 109Ω㎝, 고무층 저항율은 109Ω㎝이었다.
(실시예 2)
이제, 실시예 2에 따른 현상 롤러(14)에 대해서 설명한다. 이하, 주로 실시예 1과 다른 점에 대해서 서술한다. 실시예 2에서 이용되는 현상 롤러(14)는 아래와 같이 제작했다. 도전성 지지체인 외경 φ 6(㎜)의 코어 금속 전극(14a)의 주위에는 도전제를 포함하는 도전성 실리콘 고무층(14b1)을 마련하고, 외경은 φ 11.5(㎜)로 설정했다. 실시예 2에서는 고무층(14b1)으로서 우레탄 고무를 이용했다. 다음으로, 콜로이드 알루미나 용액을 준비하고, 상술한 도전성 탄성층을 가지는 현상 롤러(14)를 콜로이드 알루미나 용액에 침지하여 알루미나 표면층(14b2)을 1.5㎛ 형성했다.
여기서 사용한 콜로이드 알루미나 용액은 Nissan Chemical Industries Ltd. 제조의 알루미나 졸 액(520)과 에탄올을 체적 비율 1:4로 교반 및 혼합함으로써 준비했다. 또한, 실시예 2에서 침지 전에 현상 롤러(14)의 고무층(14b1)에 UV 조사를 행함으로써, 콜로이드 알루미나 용액의 코팅성 및 밀착성을 향상시켰다. 알루미나 표면층(14b2)을 형성한 후, 80℃에서 15분 동안 현상 롤러(14)에 대하여 건조를 행하였다. 현상 롤러(14)의 저항은 약 105Ω이며, 평균 경도(Asker-C)는 60°이었다. 또한, 알루미나 표면층(14b2)의 저항율은 2×1010Ω㎝, 고무층 저항율은, 108Ωm이었다. 또한, 나노인덴테이션법(nanoindentation method)에 따른 표면층 경도는 120MPa이었다.
(실시예 3)
이제, 실시예 3에 따른 현상 롤러(14)에 대해서 설명한다. 이하, 주로 실시예 1과 다른 점에 대해서 서술한다. 실시예 3에서 이용되는 현상 롤러(14)는 아래와 같이 제작했다. 도전성 지지체인 외경 φ 6㎜의 코어 금속 전극(14a)의 주위에는 도전제를 포함하는 도전성 고무층(14b)을 마련하고, 외경은 φ 11.5㎜로 설정했다. 또한, 제작된 현상 롤러 상에 진공 증착을 행하여 표면층(14b2)으로서의 산화 알루미늄 막을 약 200㎚ 형성했다. 보다 구체적으로는, Al2O3 과립을 전자선 가열에 의해 기화시킴으로써 현상 롤러(14)의 표면층(14b2)으로서 산화 알루미늄 막을 형성했다. 현상 롤러(14)의 저항은 5×105Ω이며, 평균 경도(Asker-C)는 55°이었다. 또한, 표면층 저항율은 8×1013Ω㎝, 고무층 저항율은, 108Ω㎝이었다. 또한,나노인덴션법에 따른 표면층 경도는 200MPa이었다.
(비교예 3)
이제, 비교예 3에 따른 현상 롤러(14)에 대해서 설명한다. 이하, 주로 실시예 1과 다른 점에 대해서 서술한다. 비교예 3에 이용하는 현상 롤러(14)는 아래와 같이 제작했다. 도전성 지지체인 외경 φ 6㎜의 코어 금속 전극(14a)의 주위에는 도전제를 포함하는 도전성의 고무층을 마련하고, 외경은 φ 11.5㎜로 했다. 또한, 제작된 현상 롤러(14)를 진공 증착 처리하여 알루미늄 금속 막을 약 200㎚ 형성했다. 보다 구체적으로는, Al 금속을 저항 가열에 의해 기화시킴으로써 현상 롤러(14) 표면에 알루미늄 금속 막을 형성했다. 현상 롤러의 저항은 5×105Ω이며, 평균 경도(Asker-C)는 55°이었다. 또한, 표면층 저항율은 10Ω㎝, 고무층 저항율은 109Ω㎝이다. 또한, 나노인덴테이션법에 따른 표면층 경도는 50MPa이었다.
<<평가 방법>>
이하, 실시 형태 1에 따른 화상 형성 장치에 각 실시예 및 각 비교예의 현상 롤러가 적용된 경우에 행해진 화상 농도 평가, 흐림 평가 및 베타 농도 차이 평가에 대해서 설명한다. 또한, 실시 형태 2에 따른 화상 형성 장치에 각 실시예 및 각 비교예의 현상 롤러가 적용된 경우에 행해진 초기 흐림 평가 및 하프톤 농도 평가에 대해서 이하에 설명한다. 이하, 100매의 용지 통과 후에 행해진 평가를 "초기", 3000매 용지의 통과 후에 행해진 평가를 "내구"라고 한다.
<실시 형태 1에서의 평가 방법>
이하, 실시 형태 1에서 이용된 평가 방법에 대해서 서술한다.
[화상 농도 평가]
화상 농도 평가는 화상 형성 장치를 평가 환경 30℃, 80% RH에서 1일 방치해서 해당 환경에 친숙해지게 한 후, 100매 인자 후 및 3000매 인자 후에 행하였다. 100매 및 3000매의 인자 테스트는 화상 비율 5%의 횡선의 기록 화상을 용지를 연속적으로 통과시키면서 인쇄함으로써 행하였다. 100매 통과 후에 얻어진 평가를 초기 화상 농도, 3000매 통과 후에 얻어진 평가를 내구 화상 농도로 설정했다.
또한, 화상 농도 평가에서는, 베타 흑 화상을 연속 3매 출력하고, 3매째의 베타 흑 화상 지면 내의 10점을 추출해서 그 평균치를 베타 흑 화상 농도로 설정했다. 여기서, 베타 화상 농도는 Spectrodensitometer 500(X-Rite Inc. 제조)을 이용해서 평가했다. 인자 테스트 및 평가 화상은 통상지 속도(120㎜/sec)에서 단색으로 출력되었다. 이하의 ○, △, ×의 기호를 이용하여 화상 농도 평가를 행하였다.
○: 베타 흑 화상에서 10점 평균이 1.3 이상
△: 베타 흑 화상에서 10점 평균이 1.1 이상, 1.3 미만
×: 베타 흑 화상에서 10점 평균이 1.1 미만
[흐림 평가]
흐림은 인자가 의도되지 않은 백색부(white portion)(미노광부)에 작은 양의 토너가 현상되는 경우에 오물과 같이 나타나는 화상 불량이다. 흐림은 감광체 드럼(1)과 현상 롤러(14)가 접촉하는 현상 닙부 N에서 토너의 전하가 감쇠하거나, 토너의 극성이 반전하는 경우에 발생한다. 특히, 고습 환경 하에서 토너에 대한 대전 부여성이 저하하는 것이 알려져 있다. 토너에 대한 대전 부여성이 저하하면, 토너의 전하가 감쇠하여 흐림량이 증가한다.
흐림량의 평가 방법은 아래와 같이 행하였다. 베타 백 화상의 인자 시에, 화상 형성 장치의 동작을 정지한다. 전사 공정 전후에 감광체 드럼(1) 상에 존재하는 토너를 투명성의 테이프에 전사하고, 토너를 담지하는 테이프를 기록지 등에 부착한다. 동일한 기록지에 토너를 담지하지 않은 테이프도 동시에 부착한다. 그 기록지에 부착된 테이프 위로부터 광학 반사율 측정기(Tokyo Denshoku 제조의 TC-6DS)를 이용하여 그린 필터에 의한 광학 반사율을 측정하고, 토너를 담지하지 않은 테이프의 반사율로부터 상기 측정된 광학 반사율을 감산하여 흐림에 대응하는 반사율량을 구하였다. 그 결과를 흐림량으로서 평가했다. 흐림량은 테이프 상의 3점 이상에서 측정하고, 그 평균치를 구했다. 이하의 ○, △, ×, ××의 기호를 이용하여 흐림 평가를 행하였다.
○: 흐림량이 1.0% 미만이다.
△: 흐림량이 1.0% 이상 3.0% 미만이다.
×: 흐림량이 3.0% 이상 5.0% 미만이다.
××: 흐림량이 5.0% 이상이다.
흐림 평가는 시험 환경 30℃, 80% RH에서, 100매 및 3000매 인자 종료 후, 화상 형성 장치를 24시간 방치 후에 행하였다. 인자 테스트는 화상 비율 5%의 횡선의 기록 화상을 용지를 연속적으로 통과시키면서 인쇄함으로써 행하였다. 보다 구체적으로, 여기에서는 화상 비율 5%의 횡선의 화상으로서는, 1 도트 라인 인자 후에 19 도트 라인 비인자를 되풀이하여 형성된 화상을 이용했다. 또한, 용지의 연속 통과는 통상 속도(120㎜/sec)에서 행하고, 흐림 평가는 저속 모드(60㎜/sec)에서 실시했다. 100매 통과 후에 얻어진 평가를 초기 흐림, 3000매 통과 후에 얻어진 평가를 내구 흐림으로 설정했다.
[베타 농도 차이 평가]
베타 농도 차이 평가는 화상 형성 장치를 평가 환경 30.0℃, 80% RH에서 24시간 방치하여 해당 환경에 친숙해지게 한 후, 100매 인자 후에 행하였다. 100매의 인자 테스트는 화상 비율 5%의 횡선의 기록 화상을 용지를 연속적으로 통과시키면서 인쇄함으로써 행하였다. 베타 농도 차이 평가는 베타 흑 화상을 1매 출력하고, 출력된 베타 화상의 선단과 후단의 농도 차이를 Spectrodensitometer 500(X-Rite Inc. 제조)을 이용해서 행하였다. 인자 테스트 및 평가 화상은 통상 속도(120㎜/sec)에서 단색으로 출력했다. 이하의 ○, ×의 기호를 이용하여 평가를 행하였다.
○: 베타 화상에서 용지 선단과 용지 후단의 농도 차이가 0.2 미만
×: 베타 화상에서 용지 선단과 용지 후단의 농도차이가 0.2 이상
[반복 사용 후의 하프톤 화상의 균일성 평가]
반복 사용 후의 하프톤 화상의 균일성 평가는 화상 형성 장치를 30.0℃, 80% RH에서 24시간 방치하여 해당 환경에 친숙해지게 한 후, 3000매 인자 후에 행하였다. 3000매의 인자 테스트는 화상 비율 5%의 종선의 기록 화상을 용지를 연속적으로 통과시키면서 인쇄함으로써 행하였다. 인자 테스트 및 평가 화상은 통상 속도(120㎜/sec)에서 단색으로 출력했다. 이하에 설명하는 ○, ×의 기호를 이용하여 평가를 행하였다. 본 평가에서, 하프톤 화상은 주주사 방향으로 1 라인을 기록하고, 그 후 4 라인을 비기록으로 함으로써 얻어진 줄무늬 패턴이다. 하프톤 화상은 전체로서 하프톤의 농도를 표현하고 있다.
○: 하프톤 화상에 종선 형상의 흑백(grayscale) 불균일이 시각적으로 인식될 수 없다.
×: 하프톤 화상에 종선 형상의 흑백 불균일이 시각적으로 인식될 수 있다.
<실시 형태 2의 평가 방법>
이하에, 실시 형태 2에서 이용된 평가 방법에 대해서 서술한다.
(클리너리스 시스템에서의 초기 흐림 평가)
실시 형태 2에 따른 클리너리스 시스템에서의 초기 흐림 평가는 실시 형태 1의 초기 흐림 평가에 준하기 때문에 그 설명은 생략한다.
[클리너리스 시스템에서의 초기의 하프톤 농도 평가]
실시 형태 2에 따른 클리너리스 시스템에서의 초기의 하프톤 농도 평가는 화상 형성 장치를 평가 환경 30.0℃, 80% RH에서 24시간 방치하여 해당 환경에 친숙해지게 한 후, 100매 인자 후에 행하였다. 100매의 인자 테스트는 화상 비율 5%의 횡선의 기록 화상을 용지를 연속적으로 통과시키면서 인쇄함으로써 행하였다. 화상 평가에서는 하프톤 화상을 1매 인자하였다. 다음으로, 폭 2㎝의 세로줄 화상을 용지를 연속적으로 20매 통과시키면서 인쇄하고, 21매째 용지도 연속적으로 통과시키면서 하프톤 화상을 다시 인자하였다. 인자 테스트 및 평가 화상은 통상 속도(120㎜/sec)에서 단색으로 출력했다. 이하의 ○, ×의 기호를 이용하여 하프톤 농도를 평가하였다. 본 평가에서, 하프톤 화상은 주주사 방향으로 1 라인을 기록하고, 그 후 4 라인을 비기록으로 남겨둠으로써 얻어지는 줄무늬 패턴이다. 하프톤 화상은 전체로서 하프톤의 농도를 표현하고 있다.
○: 1매째와 21매째의 하프톤 화상 간의 농도 차이를 시각적으로 인식할 수 없다.
×: 1매째와 21매째의 하프톤 화상 간의 농도 차이를 시각적으로 인식할 수 있다.
(평가 결과)
표 1에 상술의 각 평가 결과를 나타낸다.
Figure 112014108824855-pat00001
우선, 실시 형태 1의 평가 결과에 기초하여, 실시예 1과 비교예 1을 비교한다.
실시 형태 1에서의 평가 결과에서, 표면층(14b2)을 포함하지 않는 비교예 1에서는 흐림량의 증가가 관찰된다. 그 이유는, 현상 닙부 N에서의 토너 전하의 감쇠가 많기 때문인 것으로 생각되며, 반복 사용 후에는 특히 토너 전하의 감쇠 이외에 토너에 대한 전하 부여성의 저하에 의해, 흐림량이 현저하게 증가한다. 한편, 본 발명의 실시예 1에서는 반복 사용 이후에도 흐림량을 억제하고 있다.
본 발명의 실시예 1에서는, 고저항 알루미나 표면층(14b2)을 형성함으로써 효과적으로 토너 전하의 감쇠를 억제하고 있다. 특히, 반복 사용 후의 토너에 대한 대전 부여성 저하 시에도, 현상 닙부 N에서의 토너 전하의 감쇠를 억제하기 때문에, 흐림량을 억제할 수 있다. 또한, 알루미나 표면층(14b2)은 토너에의 음의 전하 부여성이 높기 때문에, 흐림량의 증가를 현저하게 억제할 수 있다(도 7 참조).
실시예 1 및 비교예 1의 초기의 화상 농도는 모두 양호하다. 실시예 1에서는, 고저항 표면층(14b2)을 박층으로 형성하기 때문에, 종래의 화상 형성 장치와 마찬가지의 화상 농도를 얻을 수 있다. 그러나, 비교예 1에서는, 반복 사용 후에 화상 농도의 저하가 발생한다. 그 이유는, 반복 사용 후에, 토너의 전하 부여성이 저하하기 때문에, 전사 효율이 저하하고, 그 결과, 용지에 도달하는 토너량이 감소한다.
또한, 실시 형태 1에서는 현상 롤러(14) 상의 토너 코팅층을 안정화하기 위해서, 현상 롤러(14)와 규제 블레이드(16) 사이에 전위차를 마련하고 있다. 그 전위차는 음 전하를 현상 롤러(14) 측으로 미는 방향으로 마련되므로, 음으로 대전된 토너 및 토너 표면 상의 전하를 현상 롤러(14) 측으로 향하게 하는 힘이 작용한다. 그 때문에, 규제 블레이드(16)와 현상 롤러(14)가 접촉하는 블레이드 닙부에서도 마찬가지로 토너 전하의 감쇠가 발생하여, 토너 전하량의 현저한 저하를 초래한다. 그 결과, 전하량이 보다 적은 토너가 드럼에 공급되기 때문에, 전사 닙부(감광체 드럼(1)과 1차 전사 장치(5)의 대향 위치)에서 토너가 이동하기 어려워진다.
실시예 1에서는, 알루미나 표면층(14b2)의 전하 부여성에 추가하여, 반복 사용 후에 토너가 열화하여 토너의 전하 부여성이 저하하는 경우에도, 현상 닙부 N과, 토너가 규제 블레이드(16)와 접촉하는 블레이드 닙 부에서의 토너의 전하 감쇠도 안정적으로 억제할 수 있다. 그 결과, 높은 전사성을 유지할 수가 있다.
다음으로, 실시 형태 2의 평가 결과에 대해서 서술한다.
실시 형태 2는 클리닝 블레이드(9)를 가지고 있지 않기 때문에, 전사되지 않고 감광체 드럼(1) 위에 잔류한 토너가 대전 롤러(2) 통과 시에 음으로 대전되어, 현상 닙부 N에서 현상 조립체(4)에 의해 회수되는 예이다. 또한, 이 예에서는, 현상 닙부 N에서 되돌아감 토너가 회수되는 회수성을 향상시키기 위해, Vback을 500V까지 증가시킨다. 종래 기술에 대응하는 비교예 1에서는, Vback이 크기 때문에, 현상 닙부 N 통과 시에 대량의 토너 전하의 감쇠가 발생하여, 그 결과, 흐림량의 증가가 관찰된다. 또한, 비교예 1에서는, 대량의 흐림 이외에도, 전사될 수 없는 잔류 토너량이 많기 때문에, 대전 롤러(2)와 감광체 드럼(1)의 접촉부에 도달하는 토너량이 현저하게 많다. 그 때문에, 대전 롤러(2) 표면에 축적되는 토너량이 많아서, 원하는 대전 성능을 얻을 수 없다. 그 결과, 하프톤 화상 농도에 변동이 생긴다.
한편, 본 발명의 실시예 1에서는, 실시 형태 2에서 Vback이 크기 때문에, 현상 닙부 N 통과 시에 토너 전하가 감쇠하기 쉬움에도 불구하고, 양호한 화상을 얻을 수 있다. 그 이유는, 본 발명의 실시예 1에서는, 효과적으로 토너 전하의 감쇠를 억제할 수 있고, 토너가 양호하게 대전될 수 있기 때문에, 흐림량의 현저한 증가를 억제할 수 있기 때문이다. 이에 따라, 우수한 전사성도 유지할 수 있기 때문에, 전사되지 않고 잔류하는 토너량을 현저하게 적게 할 수 있다. 그 결과, 대전 롤러 오염에 의한 하프톤 화상 농도 변동을 억제할 수 있다.
이상 설명한 본 발명의 실시예 1의 현상 롤러(14)에서는, 양 실시 형태 모두에서 안정적으로 양호한 화상을 얻을 수 있다. 실시 형태 2의 클리너리스 시스템에서는, 감광체 드럼(1) 위에 잔류한 미전사 토너량을 현저하게 억제할 수 있기 때문에, 대전 롤러(2)의 오염을 억제할 수 있다. 회수성을 향상시키기 위해 Vback이 크게 설정된 경우에도 흐림량을 억제할 수 있기 때문에, 미전사의 잔류 토너를 효과적으로 현상 조립체(4)에 회수할 수 있다.
<<실시예의 우위성>>
비교예에 대한 본 발명의 실시예의 우위성에 대해서 서술한다.
실시 형태 1에서, 비교예 1보다 적기는 하지만, 비교예 2에서 발생하는 흐림량은 여전히 많다. 비교예 2에서는, 현상 닙부 N 통과 시의 토너의 감쇠량을 억제하기 위해서 카본을 포함하지 않는 우레탄층을 표면 상에 마련하고 있다. 그 때문에, 통과 후의 전하 감쇠량이 약간 감소되기 때문에 흐림량의 증가를 억제하고 있다.
그러나, 토너에 대한 대전 부여성이 낮기 때문에, 실시 형태 2와 같은 클리너리스 시스템에서는, 비교예 1과 마찬가지의 방식으로 흐림량이 증가한다. 또한, 전사성 또한 나쁘기 때문에, 대전 롤러의 오염에 의해 하프톤 화상 농도의 변동이 발생한다. 또한, 막 두께가 고무층의 막 두께 보다 크지만 저항율은 고무층의 저항율과 대략 동일하기 때문에, 초기의 화상 농도도 약간 저하한다.
비교예 3에서는, 대전 부여성을 향상시키기 위해 알루미늄 금속막이 표면을 피복한다. 평균 막 두께가 단지 0.2㎛이므로, 초기의 화상 농도 변동은 관찰되지 않는다. 실시 형태 1에서는, 대전 부여성이 양호하기 때문에 흐림량의 증가도 억제된다. 단, 저저항층이 형성되고 있기 때문에, 현상 닙부 N 및 블레이드 닙부 통과 시에 토너 전하가 감쇠한다. 그 결과, 반복 사용에 의해 토너의 열화가 진행하여 토너의 대전성이 저하하면, 흐림량이 증가하고, 전사성 악화에 의해 화상 농도가 저하한다.
실시 형태 2의 클리너리스 시스템에서는 Vback이 크기 때문에, 현상 닙부 N 통과 시의 토너 전하 감쇠가 커져서, 흐림량이 증가한다. 그 결과, 흐림 토너는 전사되지 않고 대전 롤러(2)에 도달하여 축적되고, 그 결과, 대전성의 저하에 의한 하프톤 화상 농도의 변동이 발생한다. 또한, 현상되지 않고 현상 조립체(4)에 되돌려진 토너는, 통상 공급 롤러(15)에 의해 박리되어 현상 롤러(14) 상의 토너가 리프레시되고, 그 결과, 현상 이력이 억제된다.
비교예 3에서는, 토너에 대한 대전 부여성이 대단히 높기 때문에 공급 롤러(15)에 의한 토너가 양호하게 박리되지 않는다. 그 결과, 베타 농도의 선단과 후단 간에 농도 차이가 발생한다. 현상 롤러의 1 회전 시에 발생하는 베타 화상의 선단부와, 그 후에 박리성이 저하하는 때에 발생하는 부분 사이에 베타 화상의 농도 차이가 발생하는 이유는 아래와 같이 간단하게 설명될 수 있다. 토너의 박리성이 낮을 경우, 현상 롤러 1 회전에 대응하는 부분은, 화상 형성 전에 이전의 회전 등에 의해 인자되지 않는 상태로, 수 회전 동안 현상 롤러(14) 위에 유지된다. 그 결과, 과도하게 대전된 토너 및 박리하기 어려운 작은 입경의 토너가 축적되기 쉽다. 한편, 현상 롤러의 계속된 제2 회전에 의해 발생된 베타 농도에 관해서는, 공급 롤러로부터 현상 롤러에 토너를 공급해서 현상 롤러에 즉시 토너가 공급된다. 이에 따라, 토너 코팅층의 토너의 대전량, 입경 등이 이전의 값과는 상이하다. 그 결과, 베타 농도 화상을 인자할 때에, 현상 롤러의 1 회전에 의한 부분과, 그 이후의 부분 사이에 농도의 차이가 발생한다.
한편, 본 발명의 실시예 1에서는, 알루미나 표면층(14b2)이 형성됨으로써, 적당한 대전 부여성에 의해 토너가 대전된다. 이에 따라, 현상 닙부 N 통과 시의 토너 전하의 감쇠를 억제하기 때문에, 안정적으로 흐림량을 억제할 수 있다. 또한, 과도한 전하량을 인가하지 않고서 흐림량을 억제할 수 있기 때문에, 공급 롤러(15)의 박리성을 유지할 수 있다. 따라서, 현상 이력에 의한 베타 화상 농도 차이를 억제할 수 있고, 그 결과, 안정된 화상을 얻을 수 있다.
<<실시예 2와 실시예 3의 대비>>
이제, 실시예를 대비함으로써 본 발명에서의 우위성에 대해서 더욱 서술한다. 실시예 2에서는, 표면층 저항율은 2×1010Ω㎝이다. 실시예 3에서는, 표면층 저항율은 8×1013Ω㎝이며, 평균 막 두께는 0.2㎛이다. 실시예 2에서는, 표면층(14b2)의 저항이 약간 낮기 때문에, 현상 닙부 N에서 토너 전하의 감쇠가 발생하여, 거기에 대응하여 흐림량이 약간 증가한다. 또한, 반복 사용 후에, 화상 농도 차이, 클리너리스 시스템에 하프톤 화상 농도 차이가 발생한다.
한편, 실시예 3에서는, 고저항 박막을 형성하지만, 반복 사용 후에 하프톤 농도 화상의 균일성이 저하한다. 그 이유는 간단하게 아래와 같이 생각된다. 실시예 3에서는 마모가 발생하는 방식이 고 인자 영역과 저 인자 영역에서 상이하기 때문에, 저항 불균일이 발생한다. 보다 구체적으로는, 고 인자 시에는, 현상 롤러(14) 상의 토너량의 대부분은 소비되기 때문에, 공급 롤러부로 되돌아오는 토너량은 대단히 적다. 즉, 공급 롤러(15)와 현상 롤러(14)가 서로 직접 마찰되어, 알루미나 표면층(14b2)이 마모되기 더욱 쉽다.
한편, 저 인자 시에는, 현상 닙부 N에서 소비되는 현상 롤러(14) 상의 토너량은 적고, 공급 롤러(15)에 되돌아오는 토너량은 많다. 그 결과, 공급 롤러(15)와 현상 롤러(14)는 서로 직접 마찰되기 어려워지기 때문에, 알루미나 표면층(14b2)의 마모량은 적다. 실시예 3에서는, 표면층(14b2)이 8×1013Ω㎝의 고저항율을 가지기 때문에, 미소한 막 두께 불균일이 존재하더라도, 현상 롤러(14)와 감광체 드럼(1) 간에 인가된 전위차에도 현상 롤러(14) 부분의 전압 강하에 차이가 발생하여, 하프톤 화상 농도의 불균일이 증가하기 쉽다. 그 결과, 반복 사용 후에, 즉, 인자 매수가 증가한 경우에, 하프톤 농도 불균일이 생기는 것으로 생각된다. 이상으로부터, 본 발명의 알루미나 표면층(14b2)의 저항율은 1010Ω㎝ 이상 1014Ω㎝ 이하인 것이 바람직하고, 보다 안정적인 화상을 얻기 위해서는, 알루미나 표면층(14b2)의 저항율이 5×1010Ω㎝ 이상 5×1013Ω㎝ 이하인 것이 보다 바람직하다.
<<평균 경도, 미소 경도와 막 두께의 관계>>
이제, 평균 경도, 미소 경도 및 막 두께의 관계에 대해서 설명하기 위해서, 실시예 4 내지 7, 비교예 4 내지 10에 대해서 상세하게 서술한다.
(실시예 4)
실시예 4에 따른 현상 롤러(14)에 대해서 설명한다. 이하, 주로 실시예 1과 다른 점에 대해서 서술한다. 실시예 4에 이용되는 현상 롤러(14)는 아래와 같이 제작했다. 도전성 지지체인 외경 φ 6(㎜)의 코어 금속 전극(14a)의 주위에는 도전제를 포함하는 도전성의 고무층(14b1)을 마련하고, 외경을 φ 11.5(㎜)로 설정했다.
다음으로, 콜로이드 알루미나 용액을 준비하고, 현상 롤러(14)를 콜로이드 알루미나 용액에 고무층(14b1)까지 침지하여 알루미나 표면층(14b2)을 1.5㎛ 형성했다. 여기서 사용된 콜로이드 알루미나 용액은, Kawaken Fine Chemicals Co., Ltd. 제조의 알루미나 졸 액 50D와 에탄올을 체적 비율 1:3으로 교반 및 혼합함으로써 준비한다. 알루미나 표면층(14b2)을 형성한 후, 현상 롤러(14)를 140℃에서 15분 동안 건조하였다. 현상 롤러(14)의 평균 경도(Asker-C)는 55°, 나노인덴테이션법에 따른 표면층 경도는 60MPa이었다.
(실시예 5)
이제, 실시예 5에 따른 현상 롤러(14)에 대해서 설명한다. 이하, 주로 실시예 1과 다른 점에 대해서 서술한다. 실시예 5에 이용되는 현상 롤러(14)는 아래와 같이 제작했다. 도전성 지지체인 외경 φ 6(㎜)의 코어 금속 전극(14a)의 주위에는 도전제를 포함하는 도전성의 고무층(14b1)을 마련하고, 외경을 φ 11.5(㎜)로 설정했다.
다음으로, 콜로이드 알루미나 용액을 준비하고, 현상 롤러(14)를 고무층(14b1)까지 콜로이드 알루미나 용액에 침지하여 알루미나 표면층(14b2)을 1.5㎛ 형성했다. 여기서 사용한 콜로이드 알루미나 용액은 Nissan Chemical Industries Ltd. 제조의 알루미나 졸 액 520과 에탄올을 체적 비율 1:4로 교반 및 혼합함으로써 준비했다. 알루미나 표면층(14b2)을 형성한 후, 현상 롤러(14)를 200℃에서 15분 동안 건조하였다. 현상 롤러(14)의 평균 경도(Asker-C)는 68°, 나노인덴테이션법에 의한 표면층 경도는 210MPa이었다.
(실시예 6)
실시예 6에 따른 현상 롤러(14)에 대해서 설명한다. 이하, 주로 실시예 1과 다른 점에 대해서 서술한다. 실시예 6에 이용되는 현상 롤러(14)는 아래와 같이 제작했다. 도전성 지지체인 외경 φ 6(㎜)의 코어 금속 전극(14a)의 주위에는 도전제를 포함하는 도전성의 고무층(14b)을 마련하고, 현상 롤러(14)의 외경은 φ 11.5(㎜)로 설정했다.
다음으로, 콜로이드 알루미나 용액을 준비하고, 현상 롤러(14)를 콜러이드 알루미나 용액에 고무층(14b1)까지 침지하여 알루미나 표면층(14b2)을 1.5㎛ 형성했다. 여기서 사용한 콜로이드 알루미나 용액은 Kawaken Fine Chemical Co., Ltd. 제조의 알루미나 졸 액 50D와 에탄올을 체적 비율 1:3으로 교반 및 혼합함으로써 준비했다. 알루미나 표면층(14b2)을 형성한 후, 현상 롤러(14)를 140℃에서 15분 동안 건조하였다. 현상 롤러(14)의 평균 경도(Asker-C)는 46°, 나노인덴테이션법에 따른 표면층 경도는 60MPa이었다.
(실시예 7)
이제, 실시예 7에 따른 현상 롤러(14)에 대해서 설명한다. 이하, 주로 실시예 1과 다른 점에 대해서 서술한다. 실시예 6에 이용되는 현상 롤러(14)는 아래와 같이 제작했다. 도전성 지지체인 외경 φ 6(㎜)의 코어 금속 전극(14a)의 주위에는 도전제를 포함하는 도전성의 고무층(14b1)을 마련하고, 외경을 φ 11.5(㎜)로 설정했다.
다음으로, 콜로이드 알루미나 용액을 준비하고, 현상 롤러(14)를 콜로이드 알루미나 용액에 고무층(14b1)까지 침지하여 알루미나 표면층(14b2)을 1.5㎛ 형성했다. 여기서 사용된 콜로이드 알루미나 용액은 Nissan Chemical Industries Ltd. 제조의 알루미나 졸 액 520과 에탄올을 체적 비율 1:4로 교반 및 혼합함으로써 준비했다. 알루미나 표면층(14b2)을 형성한 후, 현상 롤러(14)를 140℃에서 15분 동안 건조하였다. 현상 롤러(14)의 평균 경도(Asker-C)는 68°, 나노인덴테이션법에 따른 표면층 경도는 150MPa이었다.
(비교예 4)
비교예 4에 따른 현상 롤러(14)에 대해서 설명한다. 이하, 주로 실시예 1과 다른 점에 대해서 서술한다. 비교예 4에 이용되는 현상 롤러(14)는 아래와 같이 제작했다. 도전성 지지체인 외경 φ 6(㎜)의 코어 금속 전극(14a)의 주위에는 도전제를 포함하는 도전성의 고무층(14b1)을 마련하고, 외경을 φ 11.5(㎜)으로 설정했다.
다음으로, 콜로이드 알루미나 용액을 준비하고, 현상 롤러(14)를 콜로이드 알루미나 용액에 침지하여 알루미나 표면층(14b2)을 1.5㎛ 형성했다. 여기서 사용된 콜로이드 알루미나 용액은 Kawaken Fine Chemicals Co., Ltd. 제조의 알루미나 졸 액 50D와 에탄올을 체적 비율 1:3으로 교반 및 혼합함으로써 준비했다. 알루미나 표면층(14b2)을 형성한 후, 현상 롤러(14)를 80℃에서 15분 동안 건조하였다. 현상 롤러(14)의 평균 경도(Asker-C)는 43°, 나노인덴테이션법에 따른 표면층 경도는 40MPa이었다.
(비교예 5)
비교예 5에 따른 현상 롤러(14)에 대해서 설명한다. 이하, 주로 실시예 1과 다른 점에 대해서 서술한다. 비교예 5에 이용되는 현상 롤러(14)는 아래와 같이 제작했다. 도전성 지지체인 외경 φ 6(㎜)의 코어 금속 전극(14a)의 주위에는 도전제를 포함하는 도전성의 고무층(14b1)을 마련하고, 외경을 φ 11.5(㎜)로 설정했다.
다음으로, 콜로이드 알루미나 용액을 준비하고, 현상 롤러(14)를 콜로이드 알루미나 용액에 고무층(14b1)까지 침지하여 알루미나 표면층(14b2)을 1.5㎛ 형성했다. 여기서 사용된 콜로이드 알루미나 용액은 Nissan Chemical Industries Ltd. 제조의 알루미나 졸 액 520과 에탄올을 체적 비율 1:4로 되도록 교반 및 혼합함으로써 준비했다. 알루미나 표면층(14b2)을 형성한 후, 현상 롤러(14)를 200℃에서 15분 동안 건조하였다. 현상 롤러(14)의 평균 경도(Asker-C)는 74°, 나노인덴테이션법에 따른 표면층 경도는 210MPa이었다.
(비교예 6)
비교예 6에 따른 현상 롤러(14)에 대해서 설명한다. 이하, 주로 실시예 1과 다른 점에 대해서 서술한다. 비교예 6에 이용되는 현상 롤러(14)는 아래와 같이 제작했다. 도전성 지지체인 외경 φ 6(㎜)의 코어 금속 전극(14a)의 주위에는 도전제를 포함하는 도전성의 고무층(14b1)을 마련하고, 외경을 φ 11.5(㎜)로 설정했다.
다음으로, 콜로이드 알루미나 용액을 준비하고, 현상 롤러(14)를 콜로이드 알루미나 용액에 고무층(14b1)까지 침지하여 알루미나 표면층(14b2)을 1.5㎛ 형성했다. 여기서 사용된 콜로이드 알루미나 용액은 Kawaken Fine Chemical Co., Ltd. 제조의 알루미나 졸 액 50D와 에탄올을 체적 비율 1:3로 되도록 교반 및 혼합함으로써 준비했다. 알루미나 표면층(14b2)을 형성한 후, 현상 롤러(14)를 80℃에서 15분 동안 건조하였다. 현상 롤러(14)의 평균 경도(Asker-C)는 66°, 나노인덴테이션법에 따른 표면층 경도는 40MPa이었다.
(비교예 7)
비교예 7에 따른 현상 롤러(14)에 대해서 설명한다. 이하, 주로 실시예 1과 다른 점에 대해서 서술한다. 비교예 7에 이용되는 현상 롤러(14)는 아래와 같이 제작했다. 도전성 지지체인 외경 φ 6(㎜)의 코어 금속 전극(14a)의 주위에는 도전제를 포함하는 도전성의 고무층(14b1)을 마련하고, 외경을 φ 11.5(㎜)로 설정했다.
다음으로, 콜로이드 알루미나 용액을 준비하고, 현상 롤러(14)를 고무층(14b1)까지 콜로이드 알루미나 용액에 침지하여 알루미나 표면층(14b2)을 1.5㎛ 형성했다. 여기서 사용된 콜로이드 알루미나 용액은 Nissan Chemical Industries Ltd. 제조의 알루미나 졸 액 520과 에탄올을 체적 비율 1:4로 되도록 교반 및 혼합함으로써 준비했다. 알루미나 표면층(14b2)을 형성한 후, 현상 롤러(14)를 200℃에서 60분 동안 건조하였다. 현상 롤러(14)의 평균 경도(Asker-C)는 55°, 나노인덴테이션법에 따른 표면층 경도는 240MPa이었다.
(비교예 8)
비교예 8에 따른 현상 롤러(14)에 대해서 설명한다. 이하, 주로 실시예 1과 다른 점에 대해서 서술한다. 비교예 8에 이용되는 현상 롤러(14)는 아래와 같이 제작했다. 도전성 지지체인 외경 φ 6(㎜)의 코어 금속 전극(14a)의 주위에는 도전제를 포함하는 도전성의 고무층(14b1)을 마련하고, 외경을 φ 11.5(㎜)로 설정했다.
다음으로, 콜로이드 알루미나 용액을 준비하고, 현상 롤러(14)를 콜로이드 알루미나 용액에 고무층(14b1)까지 침지하여 알루미나 표면층(14b2)을 1.5㎛ 형성했다. 여기서 사용된 콜로이드 알루미나 용액은 Nissan Chemical Industries Ltd. 제조의 알루미나 졸 액 520과 에탄올을 체적 비율 1:4로 되도록 교반 및 혼합함으로써 준비했다. 알루미나 표면층(14b2)을 형성한 후, 현상 롤러(14)를 200℃에서 60분 동안 건조하였다. 현상 롤러(14)의 평균 경도(Asker-C)는 68°, 나노인덴테이션법에 따른 표면층 경도는, 240MPa이었다.
(비교예 9)
비교예 9에 따른 현상 롤러(14)에 대해서 설명한다. 이하, 주로 실시예 1과 다른 점에 대해서 서술한다. 비교예 9에 이용되는 현상 롤러(14)는 아래와 같이 제작했다. 도전성 지지체인 외경 φ 6(㎜)의 코어 금속 전극(14a)의 주위에는 도전제를 포함하는 도전성의 고무층(14b1)을 마련하고, 외경을 φ 11.5(㎜)로 설정했다.
다음으로, 콜로이드 알루미나 용액을 준비하고, 현상 롤러(14)를 콜로이드 알루미나 용액에 고무층(14b1)까지 침지하여 알루미나 표면층을 1.5㎛ 형성했다. 여기서 사용된 콜로이드 알루미나 용액은 Nissan Chemical Industries Ltd. 제조의 알루미나 졸 액 520과 에탄올을 체적 비율 1:4로 되도록 교반 및 혼합함으로써 준비했다. 알루미나 표면층(14b2)을 형성한 후, 현상 롤러(14)를 140℃에서 15분 동안 건조하였다. 현상 롤러(14)의 평균 경도(Asker-C)는 43°, 나노인덴테이션법에 따른 표면층 경도는 150MPa이었다.
(비교예 10)
비교예 10에 따른 현상 롤러(14)에 대해서 설명한다. 이하, 주로 실시예 1과 다른 점에 대해서 서술한다. 비교예 10에 이용되는 현상 롤러(14)는 아래와 같이 제작했다. 도전성 지지체인 외경 φ 6(㎜)의 코어 금속 전극(14a)의 주위에는 도전제를 포함하는 도전성의 고무층(14b1)을 마련하고, 외경을 φ 11.5(㎜)로 설정했다.
다음으로, 콜로이드 알루미나 용액을 준비하고, 현상 롤러(14)를 콜로이드 알루미나 용액에 고무층(14b1)까지 침지하여 알루미나 표면층(14b2)을 1.5㎛ 형성했다. 여기서 사용된 콜로이드 알루미나 용액은 Nissan Chemical Industries Ltd. 제조의 알루미나 졸 액 520과 에탄올을 체적 비율 1:4로 되도록 교반 및 혼합함으로써 준비했다. 알루미나 표면층(14b2)을 형성한 후, 현상 롤러(14)를 80℃에서 15분 동안 건조하였다. 현상 롤러(14)의 평균 경도(Asker-C)는 74°, 나노인덴테이션법에 따른 표면층 경도는 120MPa이었다.
<<평가 방법>>
(내구 흐림 평가)
본 평가에서, 흐림의 산출은 실시 형태 1에서의 내구 흐림 평가와 동일하기 때문에 그 설명에 대해서는 생략한다.
(초기 점으로부터 반복 사용 후의 점까지의 토너 전하량 유지성)
상기 흐림 측정과 마찬가지로, 베타 백 화상의 인자 중에 화상 형성 장치를 정지한다. 다음으로, 현상 롤러(14) 상의 토너 코팅층의 평균 전하량을 Hosokawa Micron Group 제조의 E-스퍼트 분석기를 이용하여 측정하고, 이하에 설명하는 ○, ×의 기호를 이용하여 평가를 행하였다.
○: 100매 인자 후의 평균 토너 전하량에 대한 3000매 인자 후의 평균 토너 전하량이 60% 이상을 유지하고 있다.
×: 100매 인자 후의 평균 토너 전하량에 대한 3000매 인자 후의 평균 토너 전하량이 60% 미만이다.
이러한 평가는 시험 환경 30℃, 80% RH에서, 100매 및 3000매 인자 후에 24시간 방치한 후에 행하였다. 인자 테스트는 화상 비율 5%의 횡선의 기록 화상을 용지를 연속적으로 통과시키면서 인쇄함으로써 행하였다. 보다 구체적으로, 화상 비율 5%의 횡선이 화상으로서는, 1 도트 라인 인자 후, 19 도트 라인 비인자를 되풀이하여 형성된 화상을 여기에서 이용했다. 또한, 용지는 통상 속도(120㎜/sec)에서 연속적으로 통과되었고, 평가는 저속 모드(60㎜/sec)에서 실시했다.
(반복 사용 후의 토너 전하의 감쇠율 평가)
감광체 드럼(1)과 현상 롤러(14)가 접촉하는 현상 닙부 N을 현상 롤러(14) 상의 토너가 통과하기 전후의 토너 전하량의 변화를 평가했다. 보다 구체적으로는, 상기 흐림 측정과 마찬가지로, 베타 백 화상 인자 중에 화상 형성 장치를 정지한다. 다음으로, 현상 롤러(14) 상의 토너의 현상 닙부 N 통과 전후의 평균 토너 전하량을 Hosokawa Micron Group 제조의 E-스퍼트 분석기를 이용하여 측정한다. 토너 전하의 감쇠율은 현상 닙부 N 통과 전의 평균 토너 전하량(Q/d)에 대한 현상 닙부 N 통과 전후의 평균 토너 전하량 변화량으로 설정하고, 이하에 설명하는 기호를 이용하여 평가를 행하였다.
○: 감쇠율이 40% 미만이다.
×: 감쇠율이 40% 이상 60% 미만이다.
××: 감쇠율이 60% 이상이다.
이러한 평가는 시험 환경 30℃, 80% RH에서 3000매 인자 종료 후에 24시간 방치 후에 행하였다. 인자 테스트는 화상 비율 5%의 횡선의 기록 화상을 용지를 연속적으로 통과시키면서 인쇄함으로서 행하였다. 보다 구체적으로, 화상 비율 5%의 횡선의 화상으로서는, 1 도트 라인 인자 후, 19 도트 라인 비인자를 되풀이하여 형성되는 화상을 여기에서 이용했다. 또한, 용지는 통상 속도(120㎜/sec)에서 연속적으로 통과되었고, 평가는 저속 모드(60㎜/sec)에서 실시했다.
표 2에 평가 결과를 나타낸다.
Figure 112014108824855-pat00002
≪평가 결과≫
이제, 각 평가 결과에 기초하여, 평균 경도(Asker-C)와 미소 경도의 관계를 실시예 1 내지 7과 비교예 4 내지 10을 비교함으로써 서술한다.
도 8은 각 비교예의 내구 흐림에 대한 평가 결과를 나타낸다. 도 8로부터 알 수 있는 바와 같이, 우선, 평균 경도(Asker-C)가 70°를 초과하는 비교예 5, 10에서는 토너 전하량의 유지성이 저하하고, 반복 사용 후의 흐림량이 증가한다. 대전 부여성 및 감쇠성의 변화에 대하여, 주로 대전 부여성이 변화한다. 이로부터, 흐림량 증가의 요인으로서, 평균 경도(Asker-C)는 현상 롤러(14)의 평균적인 경도를 나타내므로, 토너에 가해지는 압력이 커져서, 외첨제 등이 현상 롤러(14) 내에 더 깊이 매몰되고, 그 결과, 토너에 대한 대전 부여성이 저하한다.
한편, 본 발명의 실시예 5, 7에서는, 평균 경도(Asker-C)가 70°이하이기 때문에 흐림량의 증가를 억제할 수 있다. 그 이유는, 토너 전하량 유지성이 양호하기 때문에, 토너 열화를 억제하기 때문인 것으로 생각된다. 평균 경도가 낮으므로, 토너에 과도한 스트레스가 가해지지 않기 때문에 토너 열화가 촉진되지 않는다. 또한, 평균 경도(Asker-C)가 마찬가지로 70°이하이지만, 45°보다 작은 비교예 4, 9에서 흐림량이 증가하고 있다. 그 이유는, 현상 롤러(14)의 전체의 경도인 평균 경도(Asker-C)가 45°보다 작으므로, 감광체 드럼(1)과 접촉 시에 현상 롤러(14)의 변형량이 커진다. 현상 롤러(14)의 표면에 형성된 알루미나 표면층(14b2)도 마찬가지로 변형될 필요가 있다. 그러나, 알루미나 표면층(14b2)은 고무층(14b1)과 같이 유연하지 않기 때문에, 고무층(14b1)의 변형에 따르는 것이 어렵다. 그 결과, 알루미나 표면층(14b2)에 균열이 형성된다. 고습 환경 하에서 알루미나 표면층(14b2)에 균열이 생기면, 틈이 형성되어, 그 결과, 수분 흡착에 의해 표면의 전기 저항이 저하한다. 이에 따라, 토너 전하의 감쇠를 억제하는 효과가 약해져서, 흐림량의 악화를 일으킨다.
또한, 비교예 4에서는, 비교예 9에서보다 흐림량의 더 많이 증가한다. 비교예 4에서는, 평균 경도(Asker-C)가 45°보다 작고, 미소 경도가 50MPa보다 작다. 미소 경도가 50MPa인 경우, 알루미나 표면층(14b2)이 유연해지므로, 현상 롤러(14)와 접촉하는 부재와의 마찰에 알루미나 표면층(14b2)이 마모된다. 그 때문에, 반복 사용 후에, 막 두께가 감소하여, 원하는 저항보다도 작아지기 때문에, 토너 전하의 감쇠가 진행한다. 그 결과, 흐림량이 현저하게 증가한다.
비교예 6에서도 마찬가지로, 미소 경도가 50Mpa보다 작기 때문에 알루미나 표면층(14b2)이 물러진다. 따라서, 알루미나 표면층(14b2)이 마모되어 흐림량이 증가한다. 비교예 7, 8에서는, 평균 경도(Asker-C)가 45°이상 70°이하이고, 미소 경도가 50MPa 이상인 경우에도 흐림량이 증가한다. 비교예 7, 8에서는, 미소 경도가 220MPa이므로, 알루미나 표면층(14b2)의 경도가 너무 높아서 고무층(14b1)의 변형에 따를 수 없는 것으로 생각된다. 그 때문에, 비교예 4, 9과 마찬가지 방식으로 균열이 형성되어, 토너의 감쇠량이 증가해 흐림량이 증가한다.
본 발명의 실시예 5에서는, 미소 경도 220MPa 이하이기 때문에 알루미나 표면층(14b2)이 고무층(14b1)의 변형에 따를 수 있으며, 이는 균열이 형성되지 않는 것을 의미한다. 그 결과, 토너 전하량의 감쇠를 억제할 수 있고, 흐림량의 증가를 억제할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는, 상술한 바와 같이, Asker-C 경도가 45°이상 70°이하인 것이 바람직하고, 미소 경도가 50MPa 이상 220MPa 이하인 것이 바람직하다. 이러한 조건 하에서는, 토너의 외첨제 등의 토너 열화에 의한 마찰 대전성의 저하, 알루미나 표면층의 균열 및 마모에 의한 토너 전하량의 감쇠를 적절하게 억제할 수 있다. 그 결과, 경시적으로 흐림량의 증가를 억제할 수 있다.
(실시예 8)
이제, 본 발명의 실시예 8에 대해서 설명한다. 이하, 주로 실시예 1과 다른 점에 대해서 서술한다. 실시예 8에 이용되는 현상 롤러(14)는 아래와 같이 제작했다. 도전성 지지체인 외경 φ 6(㎜)의 코어 금속 전극(14a)의 주위에는 도전제를 포함하는 도전성의 고무층(14b)을 마련하고, 외경을 φ 11.5(㎜)로 설정했다. 실시예 8에서는 우레탄 고무를 이용했다.
다음으로, 알루미나 졸 용액을 준비하고, 현상 롤러(14)를 알루미나 졸 용액에 고무층(14b1)까지 침지하여 알루미나 표면층(14b2)을 1.5㎛ 형성했다. 여기서 사용된 알루미나 졸 용액은, 알루미늄 알콕시드인 알루미늄-sec-부톡시드(Al(O-sec-Bu)(3))와 이소프로필 알콜을 체적 비율 1:9로 교반 및 혼합함으로써 준비했다. 또한, 안정화제인 아세틸 아세톤을 알루미늄 알콕시드에 대하여 상호혼합해서 몰 비율 1을 얻어서, 그 혼합물을 실온에서 3시간 교반하여 알루미늄 졸 액을 준비했다.
또한, 실시예 8에서는, 침지 전에 고무층(14b1)의 표면에 UV 조사를 행함으로써, 알루미나 졸 용액의 코팅성 및 밀착성을 향상시킨다. 알루미나 표면층(14b2)을 형성한 후, 200℃에서 15분 동안 현상 롤러(14)를 건조하였다. 현상 롤러(14)의 저항은 105Ω이며, Asker-C 경도는 45°이었다. 표면층 저항율은 1010Ω㎝, 고무층 저항율은 109Ω㎝이었다. 또한, 나노인덴테이션법에 따른 표면층 경도는 120MPa이었다.
본 발명에서, 알루미나 표면층(14b2)의 세공 분포의 평균치는 0.1㎚ 이상 500㎚ 이하인 것이 바람직하다. 알루미나 표면층(14b2)의 세공 분포의 평균치의 측정은 Micromeritics 제조의 Tristar 3000에 의해 행하였다. 세공 분포의 평균치가 0.1㎚보다 작으면, 막의 유연성이 저하하여, 알루미나 표면층(14b2)이 고무층(14b1)의 변형을 용이하게 따르지 못하고, 그 결과, 균열이 보다 빨리 형성된다.
한편, 세공 분포의 평균치가 500㎚보다 크면, 알루미나 표면층(14b2)이 물러져서 보다 빨리 마모된다. 그 결과, 균열 또는 마모에 의해 토너 전하의 감쇠의 증가에 의한 흐림량 증가가 발생한다. 실시예 8에서의 평균 세공 분포는 10㎚이므로 알루미나 표면층(14b2)은 유연성에 뛰어나다. 따라서, 실시 형태 1 및 실시 형태 2 모두에서 경시적으로 안정된 화상을 얻을 수 있다. 특히, 알루미늄 원료인 알루미나 알콕시드로부터 알루미나 표면층(14b2)을 형성했기 때문에, 알루미나 표면층(14b2)의 균일성과, 고무층(14b1)과의 밀착성이 양호하다. 그 결과, 알루미나 표면층(14b2)에 균열이 발생하여 고무층(14b1)으로부터 박리되는 것을 방지할 수 있기 때문에, 향상된 내구성이 얻어진다.
본 발명이 예시적인 실시 형태를 참조하여 설명되었지만, 본 발명이 개시된 예시적인 실시 형태에 한정되지 않음을 이해하여야 한다. 아래의 특허청구범위의 범위는 모든 변경과, 등가 구조 및 기능을 포함하도록 가장 넓은 해석과 일치하여야 한다.

Claims (11)

  1. 현상제를 표면에 담지할 수 있으며, 전압이 인가되면 상기 표면에 담지된 상기 현상제를 상 담지체의 표면에 공급하는 현상제 담지체이며,
    탄성층과,
    상기 탄성층을 덮고, 알루미나를 포함하며, 상기 탄성층보다 체적 저항율이 높은 표면층을 포함하고,
    Asker-C 경도가 45°이상 70°이하이며, 나노인덴테이션법(nanoindentation method)을 이용하여 측정되는 미소 경도가 50MPa 이상 220MPa 이하인, 현상제 담지체.
  2. 제1항에 있어서, 체적 저항이 2×104Ω 초과 5×106Ω 미만인, 현상제 담지체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 표면층의 두께가 0.01㎛ 이상 5.0㎛ 이하이고, 상기 표면층의 체적 저항율이 1010Ω㎝ 이상 1014Ω㎝ 이하인, 현상제 담지체.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 표면층의 두께가 0.1㎛ 이상 2.5㎛ 이하이고, 상기 표면층의 체적 저항율이 5×1010Ω㎝ 이상 5×1013Ω㎝ 이하인, 현상제 담지체.
  5. 삭제
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 표면층의 세공 분포의 평균 직경이 0.1㎚ 이상 500㎚ 이하인, 현상제 담지체.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 표면층은 콜로이드 알루미나 용액을 이용해서 형성되는, 현상제 담지체.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 표면층은 알루미늄 알콕시드의 가수 분해 공정 및 축합 공정을 거쳐 형성되는, 현상제 담지체.
  9. 현상제를 수용하는 현상제 용기와,
    제1항 또는 제2항에 기재된 현상제 담지체를 포함하는, 현상 조립체.
  10. 화상 형성 프로세스를 행하기 위해 화상 형성 장치의 본체에 착탈가능하게 부착될 수 있는 프로세스 카트리지이며,
    현상제 상을 담지할 수 있는 상 담지체와,
    상기 상 담지체 상의 정전 잠상을 현상함으로써 상기 현상제 상을 형성하는 제1항 또는 제2항에 기재된 현상제 담지체를 포함하는, 프로세스 카트리지.
  11. 현상제 상을 담지할 수 있는 상 담지체와,
    상기 상 담지체 상의 정전 잠상을 현상함으로써 상기 현상제 상을 형성하는 제1항 또는 제2항에 기재된 현상제 담지체와,
    상기 현상제 담지체에 전압을 인가하는 인가 수단을 포함하는, 화상 형성 장치.
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