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JP7444675B2 - 現像ローラ及び画像形成装置 - Google Patents

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JP7444675B2
JP7444675B2 JP2020057822A JP2020057822A JP7444675B2 JP 7444675 B2 JP7444675 B2 JP 7444675B2 JP 2020057822 A JP2020057822 A JP 2020057822A JP 2020057822 A JP2020057822 A JP 2020057822A JP 7444675 B2 JP7444675 B2 JP 7444675B2
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Description

本発明は、現像ローラ及び画像形成装置に関する。
複写機、プリンタ等の電子写真装置や静電記録装置などの画像形成装置においては、静電潜像を担持した像担持体に、現像剤を供給して静電潜像を可視化する現像操作が行われる。像担持体に接して現像剤を供給する現像ローラは、一般的に、軸と軸の周りに設けられた半導電性の弾性層及び被覆層を備えている。
このような画像形成装置において、現像ローラは、現像剤担持体に押圧して接しているため、長期間待機又は停止させると現像ローラにひずみが生じ、再度稼動させたときに白スジが発生するという問題がある。
そこで、現像ローラのこのような問題点を解決するために、現像ローラの弾性層及び被覆層について種々の提案がなされている。例えば、特許文献1には、現像ローラの被覆層として、ポリエステルポリオールとポリイソシアネートと2つの水酸基を有するイオン液体とを含有させたウレタン樹脂組成物を硬化させたウレタン樹脂を用いた現像ローラが提案されている。
また、画像形成装置においては、劣化した現像剤(トナー)が現像ローラ、ブレード、又は供給ローラに固着して(フィルミングと称される)、印刷された画像に横筋又は縦筋が発生するという問題もある。
特開2011-118113号公報
現像剤の劣化の原因の一つとして、現像ローラの硬度が高いことが挙げられる。しかしながら、現像ローラの硬度は低すぎても、ニップ痕の発生に繋がり、白スジが発生する。このように、現像ローラの表面の硬度の調整は、現像剤の搬送性も担保しながら行う必要があり、また、画像の高精細化、高品質化に伴い、フィルミング防止に要求されるレベルも高くなっている。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、フィルミングが良好に防止され、耐久印字性能に優れる現像ローラ及びその現像ローラを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
発明者は、鋭意検討の結果、アクリル系ウレタン樹脂を被覆層として、カーボンブラックを含まず、樹脂粒子とイオン液体を含有させることによって、フィルミングを効果的に防止できることを見出し、本発明に至った。
すなわち、本発明は、現像ローラは、軸体の外周面に形成された弾性層と、弾性層の外周面に形成されたウレタン樹脂からなる被覆層とを備えた現像ローラであって、被覆層が、ポリアクリルポリオール、ポリイソシアネート、樹脂粒子、及びイオン液体を含むウレタン樹脂組成物を硬化してなるものである。
ウレタン樹脂組成物中の樹脂粒子の含有量は、ポリアクリルポリオール及びポリイソシアネートの合計100質量部に対し、5質量部以上30質量部以下であることが好ましい。
ウレタン樹脂組成物中のイオン液体の含有量は、ポリアクリルポリオール及びポリイソシアネートの合計100質量部に対し、0.1質量部以上3.0質量部以下であることが好ましい。
樹脂粒子は、ウレタン樹脂粒子、シリコーン樹脂粒子であることが好ましい。
被覆層の厚さは、1μm以上7μm以下であることが好ましい。
現像ローラのJIS-A硬度は、35以上45以下であることが好ましい。
現像ローラの表面粗さRaは、0.7μm以上1.3μm以下であることが好ましい。
現像ローラの光沢度は、2.0以上8.0以下であることが好ましい。
本発明の画像形成装置は、本発明の現像ローラを備えたものである。
本発明によれば、フィルミングが良好に防止され、耐久印字性能に優れる現像ローラ及びその現像ローラを備えた画像形成装置を得ることができる。
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。 本発明の画像形成装置を示す概略断面図である。
以下、本発明の実施形態について詳細に説明するが、以下の実施形態は例示の目的で提示するものであり、本発明は、以下に示す実施形態に何ら限定されるものではない。
[現像ローラ]
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ウレタン樹脂からなる被覆層4とを備えた現像ローラであって、被覆層4が、ポリアクリルポリオール、ポリイソシアネート、樹脂粒子、及びイオン液体を含むウレタン樹脂組成物を硬化してなるものである。
本発明の現像ローラ1の被覆層4は、実質的にカーボンブラックを含まない。「実質的に含まない」とは、全く含有していない場合に加えて、不可避不純物として存在する場合を包含する。
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)
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、絶縁性樹脂を含むものであってもよい。絶縁性樹脂は、例えば、熱可塑性樹脂であってもよく、熱硬化性樹脂であってもよい。軸体2は、例えば、絶縁性樹脂からなる芯体と、この芯体上に設けられたメッキ層と、を備えるものであってよい。このような軸体2は、例えば、絶縁性樹脂からなる芯体にメッキを施して導電化することにより得ることができる。
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。
軸体2の形状は、例えば、棒状、管状等であることが好ましい。軸体2の断面形状は、例えば、円形、楕円形であってもよく、多角形等の非円形であってもよい。軸体2の外周面には、弾性層3との接着性を向上させるため、洗浄処理、脱脂処理、プライマー処理等の処理が施されていてもよい。
軸体2の軸線方向の長さは特に限定されず、設置される画像形成装置の形態に応じて適宜調整してもよい。例えば、印字対象がA4サイズである場合、軸体2の軸線方向の長さは250mm以上320mm以下であることが好ましく、260mm以上310mm以下であることがより好ましい。また、軸体2の直径(外接円の直径)も特に限定されず、設置される画像形成装置の形態に応じて適宜調整すればよい。例えば、軸体2の外径(外接円の直径)は、4mm以上14mm以下であることが好ましく、6mm以上10mm以下であることがより好ましい。
(弾性層)
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。
ゴム組成物中のゴムとしては、例えば、シリコーン又はシリコーン変性ゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム(エチレンプロピレンジエンゴムを含む。)、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、天然ゴム、アクリルゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、エピクロルヒドリンゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴム等が挙げられる。シリコーン若しくはシリコーン変性ゴム又はウレタンゴムであることが好ましく、シリコーン又はシリコーン変性ゴムが、圧縮永久歪を低減することができるとともに、低温環境下における柔軟性に優れる点、更には、耐熱性及び帯電特性等に優れる点で、特に好ましい。シリコーンゴムとしては、例えば、ジメチルポリシロキサン、ジフェニルポリシロキサン等のオルガノポリシロキサンの架橋物が挙げられる。
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、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-
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。
SiO(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、R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。
としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基及びドデシル基等のアルキル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、ビニル基、アリル基、ブテニル基及びヘキセニル基等のアルケニル基、フェニル基及びトリル基等のアリール基、β-フェニルプロピル基等のアラルキル基などが挙げられる。また、Rは、これらの炭化水素基が有する水素原子の一部又は全部が置換基で置換された基であってもよい。置換基は、例えばハロゲン原子、シアノ基等であってよい。置換基を有する炭化水素基としては、例えば、クロロメチル基、トリフルオロプロピル基、シアノエチル基等が挙げられる。
(A)オルガノポリシロキサンは、分子鎖末端が、トリメチルシリル基等のトリアルキルシリル基、ジメチルビニルシリル基等のジアルキルアラルキルシリル基、ジメチルヒドロキシシリル基等のジアルキルヒドロキシシリル基、トリビニルシリル基等のトリアラルキルシリル基などで封鎖されていることが好ましい。
(A)オルガノポリシロキサンは、分子中に2つ以上のアルケニル基を有することが好ましい。(A)オルガノポリシロキサンは、Rのうち0.001モル%以上5モル%以下(より好ましくは0.01モル%以上0.5モル%以下)のアルケニル基を有することが好ましい。(A)オルガノポリシロキサンが有するアルケニル基としてはビニル基が特に好ましい。
(A)オルガノポリシロキサンは、例えば、オルガノハロシランの1種若しくは2種以上を共加水分解縮合することによって、又は、シロキサンの3量体若しくは4量体等の環状ポリシロキサンを開環重合することによって得ることができる。(A)オルガノポリシロキサンは、基本的には直鎖状のジオルガノポリシロキサンであってよく、一部分岐していてもよい。また、(A)オルガノポリシロキサンは、分子構造の異なる2種又はそれ以上の混合物であってもよい。
(A)オルガノポリシロキサンは、25℃における動粘度が100cSt以上であることが好ましく、100000cSt以上10000000cSt以下であることがより好ましい。また、(A)オルガノポリシロキサンの重合度は、例えば100以上であることが好ましく、3000以上10000以下であることがより好ましい。
(B)充填材としては、例えばシリカ系充填材が挙げられる。シリカ系充填材としては、例えば、煙霧質シリカ、沈降性シリカ等が挙げられる。
シリカ系充填材としては、RSi(ORで示されるシランカップリング剤で表面処理された、表面処理シリカ系充填材を好適に用いることができる。ここで、Rは、ビニル基又はアミノ基を有する基であってよく、例えば、グリシジル基、ビニル基、アミノプロピル基、メタクリロキシ基、N-フェニルアミノプロピル基、メルカプト基等であってよい。Rはアルキル基であってよく、例えばメチル基、エチル基等であってよい。シランカップリング剤は、例えば信越化学工業株式会社製の商品名「KBM1003」、「KBE402」等として、容易に入手できる。表面処理シリカ系充填材は、定法に従って、シリカ系充填材の表面をシランカップリング剤で処理することにより得ることができる。表面処理シリカ系充填材としては、市販品を用いてもよく、例えば、J.M.HUBER株式会社製の商品名「Zeothix 95」等が挙げられる。
シリカ系充填材の配合量は、(A)オルガノポリシロキサン100質量部に対して11質量部以上39質量部以下であることが好ましく、15質量部以上35質量部以下であることがより好ましい。また、シリカ系充填材の平均粒子径は、1μm以上80μm以下であることが好ましく、2μm以上40μm以下であることがより好ましい。なお、シリカ系充填材の平均粒子径は、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。
(C)導電性付与剤の配合量は、(A)オルガノポリシロキサン100質量部に対して、0.5質量部以上であることが好ましく、1質量部以上であることがより好ましい。また、(C)導電性付与剤の配合量は、(A)オルガノポリシロキサン100質量部に対して、15質量部以下であることが好ましく、10質量部以下であることがより好ましい。
付加硬化型ミラブル導電性シリコーンゴム組成物は、(A)から(C)以外の添加剤を更に含有していてよい。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。
添加剤の具体例としては、(A)オルガノポリシロキサンより重合度の低いジメチルシロキサンオイル、ポリエーテル変性シリコーンオイル、シラノール、ジフェニルシランジオール及びα,ω-ジメチルシロキサンジオール等の両末端シラノール基封止低分子シロキサン、シラン等の分散剤が挙げられる。また、添加剤の具体例としては、オクチル酸鉄、酸化鉄、酸化セリウム等の耐熱性向上剤が挙げられる。また、添加剤としては、接着性、成形加工性等を向上させるための各種カーボンファンクショナルシラン、各種オレフィン系エラストマー等を用いてもよい。
-付加硬化型液状導電性シリコーンゴム組成物-
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。
(D)オルガノポリシロキサンとしては、下記平均組成式(2)で示される化合物が好適である。
SiO(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、R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R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。
としては、上記Rとして例示した基と同じ基が例示できる。また、一分子中のRのうち少なくとも2つがアルケニル基であり、それ以外のRはアルキル基であることが好ましい。アルケニル基はビニル基であることが好ましく、アルキル基はメチル基であることが好ましい。また、Rのうち、例えば90%以上がアルキル基(好ましくはメチル基)であってよい。(D)オルガノポリシロキサンにおけるアルケニル基の含有量は、例えば、1.0×10-6mol/g以上5.0×10-3mol/g以下であることが好ましく、5.0×10-6mol/g以上1.0×10-3mol/g以下であることがより好ましい。
(D)オルガノポリシロキサンは、25℃で液状であることが好ましく、25℃における粘度が100mPa・s以上1000000mPa・s以下であることが好ましく、200mPa・s以上100000mPa・s以下であることがより好ましい。また、(D)オルガノポリシロキサンの平均重合度は100以上800以下であることが好ましく、150以上600以下であることがより好ましい。
(E)オルガノハイドロジェンポリシロキサンとしては、下記平均組成式(3)で示される化合物が好適である。
SiO(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、R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、Rとしては、上記Rとして例示した基と同じ基が例示できる。
(E)オルガノハイドロジェンポリシロキサンは、ケイ素原子に結合した水素原子(Si-H)を一分子中に2つ以上有しており、3つ以上有していることが好ましい。また、(E)オルガノハイドロジェンポリシロキサンが一分子中に有する、ケイ素原子に結合した水素原子の個数は、200以下であることが好ましく、100以下であることがより好ましい。
(E)オルガノハイドロジェンポリシロキサンにおいて、ケイ素原子に結合した水素原子の含有量は、0.001mol/g以上0.017mol/g以下であることが好ましく、0.002mol/g以上0.015mol/g以下であることがより好ましい。
(E)オルガノハイドロジェンポリシロキサンとしては、例えば、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンポリシロキサン、両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン、両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・ジフェニルシロキサン共重合体、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンシロキサン・ジフェニルシロキサン・ジメチルシロキサン共重合体、(CHHSiO1/2単位とSiO4/2単位とからなる共重合体、及び、(CHHSiO1/2単位とSiO4/2単位と(C)SiO3/2単位とからなる共重合体等が挙げられる。
(E)オルガノハイドロジェンポリシロキサンの配合量は、(D)オルガノポリシロキサン100質量部に対して0.1質量部以上30質量部以下であることが好ましく、0.3質量部以上20質量部以下であることがより好ましい。また、(D)オルガノポリシロキサンのアルケニル基に対する、(E)オルガノハイドロジェンポリシロキサンのSi-Hのモル比は、0.3から5.0であることが好ましく、0.5から2.5であることがより好ましい。
(F)充填材は、例えば、無機質充填材であってよい。付加硬化型液状導電性シリコーンゴム組成物に(F)充填材を配合することで、圧縮永久歪が低くなり、体積抵抗率が経時で安定し、かつ十分なローラ耐久性が得られる。
(F)充填材の平均粒子径は、1μm以上30μm以下であることが好ましく、2μm以上20μm以下であることがより好ましい。(F)充填材の平均粒子径が1μm以上であると、体積抵抗率の経時変化が一層抑制される。また、(F)充填材の平均粒子径が30μm以下であると、耐久性に一層優れる弾性層3を得ることができる。なお、(F)充填材の平均粒子径は、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。
(F)充填材の嵩密度は、0.1g/cm以上0.5g/cm以下であることが好ましく、0.15g/cm以上0.45g/cm以下であることがより好ましい。(F)充填材の嵩密度を上記の範囲に調整することにより、圧縮永久歪をより低くすることができ、体積抵抗率の経時変化が一層抑制され、また、耐久性に一層優れる弾性層3を得ることができる。(F)充填材の嵩密度は、JIS K 6223の見かけ比重の測定方法に基づいて求めることができる。
(F)充填材としては、例えば、珪藻土、パーライト、マイカ、炭酸カルシウム、ガラスフレーク、中空充填材等が挙げられる。これらの中でも、(F)充填材としては、珪藻土、パーライト及び発泡パーライトの粉砕物を好適に用いることができる。
(F)充填材の配合量は、(D)オルガノポリシロキサン100質量部に対して5質量部以上100質量部以下であることが好ましく、10質量部以上80質量部以下であることがより好ましい。
(G)導電性付与剤の配合量は、(D)オルガノポリシロキサン100質量部に対して、0.5質量部以上15質量部以下であることが好ましく、1質量部以上10質量部以下であることがより好ましい。
(H)付加反応触媒は、(D)オルガノポリシロキサンと(E)オルガノハイドロジェンポリシロキサンとの付加反応を活性化できる触媒であればよい。(H)付加反応触媒としては、例えば、白金族元素を有する触媒が挙げられる。白金族元素を有する触媒としては、例えば、白金系触媒(例えば、白金黒、塩化第二白金、塩化白金酸、塩化白金酸と一価アルコールとの反応物、塩化白金酸とオレフィン類との錯体、白金ビスアセトアセテート等)、パラジウム系触媒、ロジウム系触媒等が挙げられる。
(H)付加反応触媒の配合量は、触媒量であってよい。例えば、(H)付加反応触媒の配合量は、白金族元素量が、(D)オルガノポリシロキサン及び(E)オルガノハイドロジェンポリシロキサンの合計質量に対して0.5質量ppm以上1000質量ppm以下となる量であることが好ましく、1質量ppm以上500質量ppm以下となる量であることがより好ましい。
付加硬化型液状導電性シリコーンゴム組成物は(D)から(H)以外の添加剤を更に含有してもよい。添加剤としては、例えば、助剤(鎖延長剤、架橋剤等)、発泡剤、分散剤、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、イオン導電剤、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、希釈剤、反応性希釈剤、溶剤等が挙げられる。
添加剤の具体例としては、低分子シロキサンエステル、ポリエーテル変性シリコーンオイル、シラノール、フェニルシランジオール等の分散剤が挙げられる。また、オクチル酸鉄、酸化鉄、酸化セリウム等の耐熱向上剤が挙げられる。また、接着性、成形加工性等を向上させるための各種カーボンファンクショナルシラン、各種オレフィン系エラストマー等を用いてもよい。また、難燃性を付与させるハロゲン化合物等を用いてもよい。
付加硬化型液状導電性シリコーンゴム組成物の25℃における粘度は、5Pa・s以上500Pa・s以下であることが好ましく、5Pa・s以上200Pa・s以下であることがより好ましい。
弾性層3の厚さは特に限定されず、0.1mm以上6mm以下であることが好ましく、1mm以上4mm以下であることがより好ましい。なお、本明細書における厚さは、現像ローラ1の軸線方向に垂直な方向の厚さを示す。
弾性層3の外径は特に限定されず、例えば6mm以上25mm以下であることが好ましく、7mm以上21mm以下であることがより好ましい。
弾性層3の外周面には、被覆層4との接着性向上等の目的で、プライマー処理、コロナ処理、プラズマ処理、エキシマ処理、UV処理、イトロ処理、フレーム処理等の表面処理が施されていてよい。
弾性層3は、公知の成形方法によって、加熱硬化と成形とを同時に又は連続して行い、軸体2の外周面に形成される。ゴム組成物の硬化方法はゴム組成物の硬化に必要な熱を加えられる方法であればよく、また、弾性層3の成形方法も押出成形による連続加硫、プレス、インジェクションによる型成形等、特に制限されるものではない。例えば、ゴム組成物が付加硬化型ミラブル導電性シリコーンゴム組成物である場合には、押出成形等を選択することができる。また、軸体2上に形成された弾性体(シリコーンゴム組成物の硬化物)の研削又は研磨等によって形成してもよい。
ゴム組成物を硬化させる際の加熱温度は、付加硬化型ミラブル導電性シリコーンゴム組成物の場合は、100℃以上500℃以下が好ましく、120℃以上300℃以下がより好ましい。加熱時間は数秒以上1時間以下が好ましく、10秒以上35分以下がより好ましい。付加硬化型液状導電性シリコーンゴム組成物の場合は、加熱温度は、100℃以上300℃以下が好ましく、110℃以上200℃以下がより好ましい。加熱時間は5分以上5時間以下が好ましく、1時間以上3時間以下がより好ましい。また、必要に応じ、二次加硫してもよい。付加硬化型ミラブル導電性シリコーンゴム組成物の場合は、例えば、100℃以上200℃以下で1時間以上20時間以下程度の硬化条件が選択される。また、付加硬化型液状導電性シリコーンゴム組成物の場合は、例えば、120℃以上250℃以下で2時間以上70時間以下程度の硬化条件が選択される。また、ゴム組成物は既知の方法で発泡硬化させることにより、気泡を有するスポンジ状弾性層を容易に形成することもできる。
(被覆層)
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って、ウレタン樹脂からなるものである。被覆層4は、弾性層3、又は、所望により弾性層3上に形成されたプライマー層の外周面に、ウレタン樹脂組成物を塗工し、次いで、塗工されたウレタン樹脂組成物を加熱硬化させて形成される。
ウレタン樹脂組成物は、少なくとも(a)ポリアクリルポリオール、(b)ポリイソシアネート、(c)樹脂粒子、及び(d)イオン液体を含有する。
以下、ウレタン樹脂組成物の各成分(a)~(d)について説明する。
(a)ポリアクリルポリオール
ポリアクリルポリオールは、アクリル系モノマー由来の繰り返し単位と2つ以上のヒドロキシル基とを有していればよい。アクリル系モノマーは、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸エステル、アクリルアミド等が挙げられる。
ポリアクリルポリオールのガラス転移温度Tgは-70℃~10℃であることが好ましく、-70℃~-10℃であることがより好ましい。
ポリアクリルポリオールとしては、例えば、アクリル酸2-ヒドロキシエチル、アクリル酸2-ヒドロキシプロピル、アクリル酸2-ヒドロキシブチル等の活性水素を持つアクリル酸エステル、又はグリセリンのアクリル酸モノエステルあるいはメタクリル酸モノエステル、トリメチロールプロパンのアクリル酸モノエステルあるいはメタクリル酸モノエステルの群から選ばれる1つ以上とアクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸n-ブチル、アクリル酸2-エチルヘキシルなどのアクリル酸エステル、メタクリル酸2-ヒドロキシエチル、メタクリル酸2-ヒドロキシプロピル、メタクリル酸2-ヒドロキシブチル、メタクリル酸3-ヒドロキシプロピル、メタクリル酸4-ヒドロキシブチル等の活性水素を持つメタクリル酸エステル、又はメタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸n-ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸n-ヘキシル、メタクリル酸ラウリル等のメタクリル酸エステルの群から選ばれた単独又は混合物を用い、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、イタコン酸等の不飽和カルボン酸、アクリルアミド、N-メチロールアクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド等の不飽和アミド、及びメタクリル酸グリシジル、スチレン、ビニルトルエン、酢酸ビニル、アクリロニトリル、フマル酸ジブチル等のその他の重合性モノマーの群から選ばれた単独又は混合物の存在下若しくは非存在下において重合させて得られるポリアクリルポリオールが挙げられる。その重合方法としては、乳化重合、懸濁重合、分散重合、溶液重合などが挙げられる。乳化重合では段階的に重合することもできる。
(a)ポリアクリルポリオールは、後述するポリイソシアネート等との相溶性に優れる点で、800以上15000以下の数平均分子量を有することが好ましく、1000以上5000以下の数平均分子量を有することがより好ましい。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。
ポリアクリル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、ポリアクリル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)とのモル比率(NCO/OH)が0.7~1.15であるのが好ましい。このモル比率(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、0.85~1.10であるのがより好ましい。
(b)ポリイソシアネート
ポリイソシアネートは、分子内に好ましくは末端にイソシアネート基を少なくとも2つ有する、ポリウレタンの調製に通常使用される各種ポリイソシアネートであればよく、例えば、脂肪族ポリイソシアネート、芳香族ポリイソシアネート及びこれらの誘導体等が挙げられる。ポリイソシアネートは、画像形成装置の長期間にわたる待機又は停止後においても、また低湿度環境下においても高品質の画像を形成することができる点で、脂肪族ポリイソシアネートであることが好ましい。芳香族ポリ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。脂肪族ポリ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。
(b)ポリイソシアネートは、ジイソシアネートであることが好ましく、脂肪族ジイソシアネートであることが特に好ましい。ポリイソシアネートは、500以上2000以下の分子量を有することが好ましく、700以上1500以下の分子量を有することがより好ましい。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。
(c)樹脂粒子
樹脂粒子としては、樹脂からなる粒子であれば特に限定されず、シリコーン樹脂粒子、ウレタン樹脂粒子、アクリル樹脂粒子、エポキシ樹脂、ポリオレフィン樹脂等が挙げられる。なかでも、ウレタン樹脂粒子、シリコーン樹脂粒子が好ましい。
樹脂粒子の平均粒子径は、現像ローラ1の適度な硬度を得ること及びフィルミングを防止する観点から、1μm以上20μm以下であることが好ましく、2μm以上15μm以下であることがより好ましい。
樹脂粒子は、被覆層4の表面に樹脂粒子による凹凸が現われることが好ましい。使用する樹脂粒子は、被覆層4の膜厚を考慮して適宜選択される。
被覆層4を構成するウレタン樹脂組成物中の樹脂粒子の含有量は、ポリアクリルポリオール及びポリイソシアネートの合計100質量部に対して、1質量部以上30質量部以下が好ましく、1質量部以上20質量部以下がより好ましく、5質量部以上15質量部以下が更に好ましい。
ウレタン樹脂粒子の市販品としては、根上工業社製の「アートパール」(商品名)の製品区分「Pシリーズ」(「P-400T(製品名)」(ショアA硬度70、ガラス転移温度-34℃、平均粒径15μm)、及び、「P-800T(製品名)」(ショアA硬度70、ガラス転移温度-34℃、平均粒径6μm))が挙げられる。また、同「アートパール」(商品名)の製品区分「JBシリーズ」(「JB-400T(製品名)」(ショアA硬度56、ガラス転移温度-52℃、平均粒径6μm)、「JB-600T(製品名)」(ショアA硬度56、ガラス転移温度-52℃、平均粒径10μm)、及び、「JB-800T(製品名)」(ショアA硬度56、ガラス転移温度-52℃、平均粒径6μm)等が挙げられる。
本発明の現像ローラに被覆層4は、実質的にカーボンブラックを含有せず、樹脂粒子を含有することにより、現像ローラの表面の硬度が高すぎず、トナーが劣化しにくい。また、トナー搬送性も良好となる。「実質的に」とは、不可避的に含有されるカーボンブラックは許容することを意味する。被覆層4中のカーボンブラックの含有量は、1質量%以下であり、0.5質量%以下であることが好ましい。
(d)イオン液体
被覆層4を形成するウレタン樹脂組成物はイオン液体を含む。
「イオン液体」とは、陽イオンと陰イオンとからなるオニウム塩の1種であり、少なくとも室温付近の温度で液体状態にある高導電率を有する液体化合物であって、「イオン性液体」とも称される。本発明におけるイオン液体は、被覆層4に導電性を付与するイオン導電剤の役割を有する。イオン液体を用いることにより、長時間の印字による残電位を低減することができ、フィルミングを良好に抑制することができる。
本発明におけるイオン液体としては、ピリジニウムイオンを陽イオンとするピリジニウム系イオン液体、アンモニウムイオンを陽イオンとする脂肪族アミン系イオン液体、イミダゾリウムイオンを陽イオンとするイミダゾリウム系イオン液体が好ましい。ウレタン樹脂組成物に含有されるイオン液体は1種でもよく複数でもよい。
イオン液体を構成する陰イオンは、特に限定されず、例えば、ハロゲンイオン、BF 、PF 、CFSO (トリフルオロメタンスルホニルイオン)、(CFSO(ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドイオン:TFSI)等が挙げられる。これらの中でも、有機酸陰イオンであるBF 、PF 、CFSO 及び(CFSOが好ましく、(CFSOが特に好ましい。
-ピリジニウム系イオン液体-
ピリジニウム系イオン液体は、陽イオンとして、ピリジン環を構成する窒素原子にアルキル基等が結合してなるピリジニウムイオンを基本骨格とするイオン液体である。
アルキル基は、置換基を有していてもよい炭素数1~18の直鎖状、分岐鎖状若しくは環状のものが好ましく、炭素数4~18の直鎖状のアルキル基がより一層好ましく、炭素数5~18の直鎖状のアルキル基がさらに好ましく、炭素数6~12の直鎖状のアルキル基が特に好ましい。例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、イソヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基、ヘキサデシル基、オクタデシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。
ピリジン環は、その環を構成する炭素原子に結合する水素原子がアルキル基で置換されたアルキル基置換ピリジン環であってもよい。水素原子を置換するアルキル基は、1つでも複数でもよく、ピリジン環を構成する窒素原子に結合するアルキル基と基本的に同様であり、炭素数1~18の直鎖状、分岐鎖状若しくは環状のアルキル基が好ましく、炭素数4~18の直鎖状のアルキル基が特に好ましい。アルキル基置換ピリジン環として、具体的には、アルキル基として1つのメチルを有するα-ピコリン、β-ピコリン及びγ-ピコリン、アルキル基として1つのエチルを有するα-エチルピリジン、β-エチルピリジン及びγ-エチルピリジン、アルキル基として2つのメチルを有する2,3-ルチジン、2,4-ルチジン、2,6-ルチジン、3,4-ルチジン等が挙げられる。これらの中でもγ-ピコリンがよい。
ピリジニウム系イオン液体を構成する陰イオンは、特に限定されず、例えば、ハロゲンイオン、BF-、PF-、CFSO-(トリフルオロメタンスルホニルイオン)、(CFSON-(ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドイオン:TFSI)等が挙げられる。これらの中でも、有機酸陰イオンであるBF-、PF-、CFSO-及び(CFSON-が好ましく、(CFSON-が特に好ましい。すなわち、ピリジニウム系イオン液体は、ピリジン環を構成する窒素原子にアルキル基が結合して成るピリジニウムイオンを陽イオンとし、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドイオンを陰イオンとするイオン液体であるのが特に好ましい。
ピリジン環を構成する炭素原子がアルキル基で置換されていないピリジニウムイオンを陽イオンとし、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドイオンを陰イオンとするピリジニウム系イオン液体として、具体的には、例えば、N-プロピルピリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N-ブチルピリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N-ペンチルピリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N-ヘキシルピリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N-ヘプチルピリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N-オクチルピリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N-ノニルピリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N-デシルピリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N-アリルピリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド等が挙げられる。
また、ピリジン環を構成する炭素原子がアルキル基で置換されたピリジニウムイオンを陽イオンとし、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドイオンを陰イオンとするピリジニウム系イオン液体として、具体的には、例えば、N-プロピル-2-メチルピリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N-ブチル-2-メチルピリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N-ペンチル-2-メチルピリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N-ヘキシル-2-メチルピリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N-ヘプチル-2-メチルピリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N-オクチル-2-メチルピリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N-ノニル-2-メチルピリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N-デシル-2-メチルピリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N-プロピル-3-メチルピリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N-ブチル-3-メチルピリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N-ペンチル-3-メチルピリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N-ヘキシル-3-メチルピリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N-ヘプチル-3-メチルピリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N-オクチル-3-メチルピリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N-ノニル-3-メチルピリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N-デシル-3-メチルピリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N-プロピル-4-メチルピリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N-ブチル-4-メチルピリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N-ペンチル-4-メチルピリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N-ヘキシル-4-メチルピリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N-ヘプチル-4-メチルピリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N-オクチル-4-メチルピリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N-ノニル-4-メチルピリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N-デシル-4-メチルピリジニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド等が挙げられる。
さらに、アルキル基で置換されたピリジニウムイオンを陽イオンとし、ヘキサフルオロホスファートイオンを陰イオンとするピリジニウム系イオン液体として、具体的には、例えば、1-オクチル-4-メチルピリジニウムヘキサフルオロホスファート、1-ノニル-4-メチルピリジニウムヘキサフルオロホスファート、1-デシル-4-メチルピリジニウムヘキサフルオロホスファート等が挙げられる。
-アミン系イオン液体-
アミン系イオン液体は、陽イオンとして、脂肪族系アミン化合物の窒素原子にアルキル基等が結合してなるアンモニウムイオンを基本骨格とする脂肪族のイオン液体である。アルキル基はピリジニウム系イオン液体における窒素原子に結合するアルキル基と基本的に同様である。
脂肪族系アミン化合物としては、例えば、脂環式アミン化合物、脂肪族アミン化合物等が挙げられる。これらのアミン化合物からなるアンモニウムイオンとしては、例えば、R N+イオン(4つのRは同一でも異なっていてもよい炭素数1~18の直鎖状、分岐鎖状若しくは環状のアルキル基であり、複数のR1が環を形成していてもよい。)等が挙げられる。
アミン系イオン液体を構成する陰イオンはピリジニウム系イオン液体を構成する陰イオンと基本的に同様であり、アミン系イオン液体はアンモニウムイオンを陽イオンとし、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドイオンを陰イオンとするイオン液体であるのが特に好ましい。
4つのアルキル基Rが同じアンモニウムイオンを陽イオンとし、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドイオンを陰イオンとするアミン系イオン液体として、具体的には、例えば、N,N,N,N-テトラブチルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N,N,N,N-テトラペンチルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N,N,N,N-テトラヘキシルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N,N,N,N-テトラヘプチルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N,N,N,N-テトラオクチルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N,N,N,N-テトラノニルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N,N,N,N-テトラデシルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N,N,N,N-テトラドデシルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N,N,N,N-テトラヘキサデシルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N,N,N,N-テトラオクタデシルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド等が挙げられる。
3つのアルキル基Rが同じアンモニウムイオンを陽イオンとし、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドイオンを陰イオンとするアミン系イオン液体として、具体的には、例えば、N,N,N-トリメチル-N-プロピルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N,N,N-トリメチル-N-ブチルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N,N,N-トリメチル-N-ペンチルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N,N,N-トリメチル-N-ヘキシルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N,N,N-トリメチル-N-ヘプチルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N,N,N-トリメチル-N-オクチルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N,N,N-トリメチル-N-ノニルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、N,N,N-トリメチル-N-デシルアンモニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド等が挙げられる。
-イミダゾリウム系イオン液体-
イミダゾリウム系イオン液体は、陽イオンとして、イミダゾリウムの一方又は両方の窒素原子にアルキル基等が結合して成るイミダゾリウムイオンを基本骨格とするイオン液体である。
イミダゾリウムイオンとしては、特に限定されないが、例えば、2置換イミダゾリウムイオン及び3置換イミダゾリウム等が挙げられる。置換基は、アルキル基が好ましく、ジアルキルイミダゾリウムイオン、トリアルキルイミダゾリウムイオンが好ましい。置換基としてのアルキル基は、炭素数が1~10であるのが好ましく、1~6であるのがより好ましく、1~4であるのが特に好ましい。
イミダゾリウム系イオン液体を構成する陰イオンはピリジニウム系イオン液体を構成する陰イオンと基本的に同様であり、イミダゾリウム系イオン液体は、上述のイミダゾリウムイオンのいずれかを陽イオンとし、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドイオンを陰イオンとするイオン液体であるのが特に好ましい。
イミダゾリウム系イオン液体として、1,3-ジメチルイミダゾリウム、1-エチル-3-メチルイミダゾリウム、1-メチル-3-プロピルイミダゾリウム、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウム、1-メチル-3-ペンチルイミダゾリウム、1-ヘキシル-3-メチルイミダゾリウム、1-ヘプチル-3-メチルイミダゾリウム、1-メチル-3-オクチルイミダゾリウム、1-デシル-3-メチルイミダゾリウム、1-ドデシル-3-メチルイミダゾリウム、1-エチル-3-プロピルイミダゾリウム、1-ブチル-3-エチルイミダゾリウム、1-メトキシエチル-3-メチルイミダゾリウム、1-シアノエチル-3-メチルイミダゾリウム等の2置換イミダゾリウムイオン、及び、3-エチル-1,2-ジメチル-イミダゾリウム、1,2-ジメチル-3-プロピルイミダゾリウム、1-ブチル-2,3-ジメチルイミダゾリウム、1,2-ジメチル-3-ヘキシルイミダゾリウム、1,2-ジメチル-3-オクチルイミダゾリウム、1-エチル-3,4-ジメチルイミダゾリウム、1-イソプロピル-2,3-ジメチルイミダゾリウム等の3置換イミダゾリウムイオン等の各イミダゾリウムイオンを陽イオンとし、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドイオンを陰イオンとするイオン液体が好ましい。
各種の(d)イオン液体の中でも、脂肪族アミン系イオン液体が、フィルミングの防止の観点からより好ましい。
ウレタン樹脂組成物中における(d)イオン液体の含有量は、(a)ポリアクリルポリオール及び(b)ポリイソシアネートの合計含有量を100質量部としたときに0.1質量部以上10質量部以下であることが好ましい。
ウレタン樹脂組成物は、(a)ポリアクリルポリオールと(b)ポリイソシアネートとの反応に通常使用される助剤、例えば、鎖延長剤、架橋剤等を含有していてもよい。鎖延長剤、架橋剤としては、例えば、グリコール類、ヘキサントリオール、トリメチロールプロパン及びアミン類等が挙げられる。
被覆層4は、ウレタン樹脂組成物に使用される溶媒は、(a)ポリアクリルポリオール及び(b)ポリイソシアネートを溶解可能な溶媒であることが好ましく、例えば、酢酸エチル、酢酸ブチル等であってよい。
被覆層4は更に添加剤を含有してもよい。例えば、被覆層4は、シランカップリング剤、潤滑剤、重合触媒、分散剤、充填材の添加剤を更に含有してもよい。
被覆層4の厚さは、フィルミングを良好に抑制しつつ、耐久印字性能を向上させる観点から、具体的には1μm以上30μm以下であることが好ましく、1μm以上20μm以下であることがより好ましい。この膜厚は、樹脂粒子の平均粒子径より薄いことが好ましい。被覆層4の厚さが、樹脂粒子の平均粒子より小さいことにより、樹脂粒子による凹凸が現像ローラ1の表面に現れるため、像担持体上に残る現像剤を良好に掻き取りながら、現像剤を像担持体に搬送することができる。
被覆層4の厚さは、弾性層3から被覆層4を剥離し、例えば、マイクロメーター(商品名「直進式ミクロンマイクロメーター OMV-25M」株式会社ミツトヨ製)で測定することができる。
ウレタン樹脂組成物の塗工は、例えば、ウレタン樹脂組成物の塗工液を塗工する塗布法、塗工液に弾性層等を浸漬するディッピング法、塗工液を弾性層等に吹き付けるスプレーコーティング法等の公知の塗工方法によって行われる。ウレタン樹脂組成物は、そのまま塗工してもよいし、ウレタン樹脂組成物に、例えば、メタノール及びエタノール等のアルコール、キシレン及びトルエン等の芳香族系溶媒、酢酸エチル及び酢酸ブチル等のエステル系溶媒等の揮発性溶媒、又は、水を加えた塗工液を塗工してもよい。このようにして塗工されたウレタン樹脂組成物を硬化する方法は、ウレタン樹脂組成物の硬化等に必要な熱を加えられる方法であればよく、例えば、ウレタン樹脂組成物が塗工された弾性層等を加熱器で加熱する方法、ウレタン樹脂組成物が塗工された弾性層等を高湿度下に静置する方法等が挙げられる。ウレタン樹脂組成物を加熱硬化させる際の加熱温度は、例えば、100℃以上200℃以下であることが好ましく、特に120℃以上160℃以下であることがより好ましく、加熱時間は10分以上120分間以下であることが好ましく、30分以上60分間以下であることがより好ましい。
(その他の構成)
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。
プライマー層としては、現像ローラのプライマー層として通常用いられるものを使用することができるが、例えば、アクリレート基を有するウレタン樹脂からなるプライマー層を形成することにより、現像ローラ1の現像性能を良好に維持することができる。
(硬度)
現像ローラ1のJIS-A硬度は、35以上45以下であることが好ましい。JIS-A硬度は上記範囲であることにより、現像ローラ1と像担持体との接触面積を大きくすることができるので、現像を良好に行うことができる。また、硬度が上記範囲であることにより、現像剤に与えるストレスを小さくすることができるので、現像剤の破壊を防止することができる。
(表面粗さRa)
現像ローラ1の表面粗さRaは、0.7μm以上1.3μm以下であることが好ましく、1.0μm以上1.3μm以下であることがより好ましい。表面粗さRaが、上記範囲であることにより、フィルミングを良好に防止することができる。
表面粗さRaは、例えば、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)により測定することができる。
(光沢度)
現像ローラの光沢度は、現像剤の搬送性と摩擦力とをバランスよく両立できる観点から、2.0以上8.0以下であることが好ましく、2.0以上6.0以下であることがより好ましい。
光沢度とは、現像ローラ1の被覆層4の表面における、入射角が60°での光沢度を示す。
光沢度が2.0以上であることにより、被覆層4の表面粗さが大きくなり過ぎず、現像ローラ1として適量の現像剤を搬送することができる。光沢度が8.0以下であることにより、被覆層4と像担持体との摩擦及びタックが生じることなく、良好な画像品質を得ることができる。
光沢度は、ウレタン樹脂組成物中の樹脂粒子の大きさ若しくは含有量、被覆層4の厚さ等により所定の範囲に設定することができる。
光沢度は、DIN 67530による黒色ガラス標準板の反射指数1.567を光沢度100としたときに、この光沢度100に対する割合で表される。光沢度を測定する際の入射角は被覆層4の表面(被覆層4の入射点の接線を含む平面)に対して60°である。光沢度の測定は、例えば、表面光沢度計(商品名「GM-26D」、村上色彩研究所社製)を用いて、測定面積3×3mmで測定することができる。
本発明の現像ローラ1は、被覆層4に、実質的にカーボンブラックを含まず、被覆層4のウレタン樹脂を構成するポリオールとして、ポリアクリルポリオールを用い、導電剤としてイオン液体を用いることにより、フィルミングを良好に防止することができ、高い耐久印字性能を得ることができる。
[画像形成装置]
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。
画像形成装置10は、各色(黒色、シアン、マゼンタ、黄色)の現像ユニットB、C、M及びYに装備された複数の像担持体11B、11C、11M及び11Yを転写搬送ベルト6上に直列に配置したタンデム型カラー画像形成装置であり、現像ユニットB、C、M及びYが転写搬送ベルト6上に直列に配置されている。現像ユニットBは、像担持体11B例えば感光体(感光ドラムとも称される。)と、帯電手段12B例えば帯電ローラと、露光手段13Bと、現像装置20Bと、転写搬送ベルト6を介して像担持体11Bに当接する転写手段14B例えば転写ローラと、クリーニング手段15Bとを備えている。
現像装置20Bは、本発明の現像装置の一例であり、図2に示されるように、本発明の現像ローラ1と現像剤22Bとを備えている。したがって、この画像形成装置10において、現像ローラ1は、現像剤担持体23B、23C、23M及び23Yとして装着されている。現像装置20Bは、具体的には、一成分非磁性の現像剤22Bを収容する筐体21Bと、現像剤22Bを像担持体11Bに供給する現像剤担持体23Bと、現像剤担持体23Bに現像剤22Bを供給するトナー供給ローラ25Bと、現像剤22Bの厚さを調整する現像剤量調節手段24B例えばブレードとを備えてなる。現像装置20Bにおいて、現像剤量調節手段24Bは、図2に示されるように、現像剤担持体23Bの外周面に接触又は圧接している。すなわち、現像装置20Bは「接触式現像装置」である。現像ユニットC、M及びYは現像ユニットBと基本的に同様に構成されており、同じ要素には、同じ符号と各ユニットを示す記号C、M又はYとを付して、説明を省略する。
画像形成装置10において、現像装置20Bの現像剤担持体23Bは、その表面が像担持体11Bの表面に接触又は圧接するように配置されている。現像装置20C、20M及び20Yも、現像装置20Bと同様に、その表面が現像剤担持体23C、23M及び23Yが像担持体11C、11M及び11Yの表面に接触又は圧接するように配置されている。すなわち、この画像形成装置10は「接触式画像形成装置」である。
定着手段30は、現像ユニットYの下流側に配置されている。この定着手段30は、記録体16を通過させる開口部35を有する筐体34内に、定着ローラ31と、定着ローラ31の近傍に配置された無端ベルト支持ローラ33と、定着ローラ31及び無端ベルト支持ローラ33に巻き掛けられた無端ベルト36と、定着ローラ31と対向配置された加圧ローラ32とを備え、無端ベルト36を介して定着ローラ31と加圧ローラ32とが互いに当接又は圧接するように回転自在に支持されてなる圧力熱定着装置である。画像形成装置10の底部には、記録体16を収容するカセット41が設置されている。転写搬送ベルト6は複数の支持ローラ42に巻回されている。
画像形成装置10に使用される現像剤22B、22C、22M及び22Yはそれぞれ、摩擦により帯電可能な現像剤であれば、乾式現像剤でも湿式現像剤でもよく、また、非磁性現像剤でも磁性現像剤でもよい。各現像ユニットB、C、M及びYの筐体21B、21C、21M及び21Y内には、一成分非磁性の、黒色現像剤22B、シアン現像剤22C、マゼンタ現像剤22M及び黄色現像剤22Yがそれぞれ収納されている。
画像形成装置10は、以下のようにして記録体16にカラー画像を形成する。まず、現像ユニットBにおいて、帯電手段12Bで帯電した像担持体11Bの表面に露光手段13Bにより静電潜像が形成され、現像剤担持体23Bにより供給された現像剤22Bで黒色の静電潜像が現像される。そして、記録体16が転写手段14Bと像担持体11Bとの間を通過する際に黒色の静電潜像が記録体16表面に転写される。次いで、現像ユニットBと同様にして、現像ユニットC、M及びYによって、静電潜像が黒像に顕像化された記録体16に、それぞれシアン像、マゼンタ像及び黄色像が重畳され、カラー像が顕像化される。次いで、カラー像が顕像化された記録体16は、定着手段30によりカラー像が永久画像として記録体16に定着される。このようにして、記録体16にカラー画像を形成することができる。
現像装置20Bは、現像ローラ1を備えており、現像剤搬送性に優れるとともにトナーフィルミングの発生を抑えて、高濃度で高画質の画像を長期にわたって形成することに貢献できる。また、この現像装置20Bを備えた画像形成装置は高濃度で高画質の画像を長期にわたって形成できる。
本発明の現像装置及び画像形成装置10は、上記したものに限定されることはなく、本発明の目的を達成することができる範囲において、種々の変更が可能である。
画像形成装置は、電子写真方式の画像形成装置とされているが、この発明において、画像形成装置は、電子写真方式には限定されず、例えば、静電方式の画像形成装置であってもよい。また、本発明の現像ローラ1配設される画像形成装置は、各色の現像ユニットを備えた複数の像担持体を転写搬送ベルト上に直列に配置したタンデム型カラー画像形成装置に限られず、例えば、単一の現像ユニットを備えたモノクロ画像形成装置、像担持体上に担持された現像剤像を無端ベルトに順次一次転写を繰り返す4サイクル型カラー画像形成装置等であってもよい。また、画像形成装置に用いられる現像剤は、一成分非磁性現像剤とされているが、この発明においては、一成分磁性現像剤であってもよく、二成分非磁性現像剤であっても、また、二成分磁性現像剤であってもよい。
画像形成装置は、現像剤担持体が、像担持体、トナー供給ローラ及びブレード等に接触又は圧接して配置される接触式画像形成装置である。なお、本発明の画像形成装置は、現像剤担持体の表面が像担持体の表面に接触しないように間隙を有して配置される非接触式画像形成装置であってもよい。
以上、本発明を、実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記の実施形態に記載の発明の範囲には限定されないことは言うまでもなく、上記実施形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。また、そのような変更又は改良を加えた発明も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
以下、本発明について、実施例を挙げて詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施例に何ら限定されるものではない。
[実施例1]
(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。
(弾性層の形成)
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110m/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/cm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。
調製した付加硬化型液状導電性シリコーンゴム組成物を、金型を用いて射出成形し、軸体の外周面上にゴム材料からなる弾性層成形した。射出成形では、付加硬化型液状導電性シリコーンゴム組成物を120℃で10分間加熱して硬化させ、200℃4時間の2次加硫を行い外径16mmの弾性層を成形した。
(被覆層の形成)
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ウレタン樹脂組成物における、(a)ポリアクリルポリオール、(b)ポリイソシアネートの合計含有量、(d)イオン液体の含有量(質量部)を表1に示す。
-ウレタン樹脂組成物-
(a)ポリアクリルポリオール(商品名「ARUFON UH-2041」、東亜合成株式会社製) 70質量部
(b)ポリイソシアネート(商品名「デュラネート E402-80B」、旭化成株式会社製) 30質量部
(c)樹脂粒子(商品名「アートパール P-800T」、根上工業株式会社製)8.7質量部
(d)イオン液体(ビス(2-ヒドロキシエチル)-メチル-(9-エン-オクタデシ ル)アンモニウム ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド) 1.1質量部
ポリイソシアネートと縮合系ポリアクリルポリオールとのモル比[NCO/OH]は1.1/1であった。
上記ウレタン樹脂組成物を弾性層の外周面にスプレーコーティング法によって塗布し、160℃で30分間加熱して、層厚6μmの被覆層を形成した。このようにして、軸体、弾性層及び被覆層を備えた現像ローラを製造した。
[実施例2]
(c)を樹脂粒子(商品名「アートパール CE-800T」、根上工業株式会社製)8.7質量部とした以外は実施例実施例1と同様に現像ローラを作製した。
[実施例3]
(c)を樹脂粒子(商品名「KMP-597」信越化学工業株式会社製)28.2質量部とした以外は実施例1と同様に現像ローラを作製した。
[比較例1]
(a)ポリアクリルポリオール(商品名「ARUFON UH-2041」、東亜合成株式会社製)70質量部をポリエステルポリオール(商品面「POLYCASTOR #10」、伊藤製油株式会社製)55.6質量部に変更し、(b)ポリイソシアネート(商品名「デュラネート E402-80B」、旭化成株式会社製)30質量部を44.4質量部へ変更した以外は実施例1と同様に現像ローラを作製した。
[評価]
上記実施例及び比較例について、被覆層の厚さ、JIS-A硬度、表面粗さRa、光沢度、フィルミング、耐久印字性能、他部材汚染を評価した。
(被覆層の厚さ)
被覆層を弾性層より剥離し、マイクロメーター(商品名「直進式ミクロンマイクロメーター OMV-25M」株式会社ミツトヨ製)で被覆層の厚さを測定した。
(JIS-A硬度)
JIS-A硬度計(商品名「Asker CL-150」、高分子計器株式会社製)で、現像ローラの表面の硬度を測定した。
(表面粗さRa)
表面粗さRaは、JIS B0601-2001に基づき、現像ローラを先端半径2μmの測定プローブを備えた表面粗さ計(商品名「サーフコム 1400G」、株式会社東京精密製)にセットし、測定長2.4mm、カットオフ波長0.8mm、カットオフ種別ガウシアンにより、現像ローラ表面を3ヶ所測定し、測定した値の平均値とした。
(光沢度)
光沢度は、表面光沢度計(商品名「GM-26D」、村上色彩研究所社製)を用いて、現像ローラの周方向に等間隔で4箇所及び現像ローラの長手方向に等間隔で3箇所、合計12箇所をそれぞれ測定し、測定した値の平均値とした。
(フィルミングの評価)
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10℃、湿度20%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0.08mg未満
D:転写した現像剤の質量が0.08以上
(耐久印字性能)
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10℃、湿度20%RHの条件で、10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のM/A(単位面積当たりの質量、mg/cm)を測定した。次に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M/A測定した。耐久印字性能の評価に関しては、二つのM/Aの質量差を下記基準により評価した。本試験において、M/Aの質量差は、評価がBであると合格である。
-評価基準-
A:二つのM/Aの質量差の絶対値が0.05mg/cm以下
B:二つのM/Aの質量差の絶対値が0.05mg/cmより大きく0.10mg/cm以下
C:二つのM/Aの質量差の絶対値が0.10mg/cmより大きく、0.20以下
D:二つのM/Aの質量差の絶対値が0.20より大きい。
(他部材汚染)
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50℃、湿度80%RHの条件で、6日間放置しベタ印字を行なった。他部材汚染の評価に関しては、印字画像にOPC(像担持体)周期や供給ローラ周期、ブレード周期の白横筋の発生を下記の基準により評価した。評価はBであると合格である。
-評価基準-
A:ベタ印字画像にOPC周期と供給ローラ周期、ブレード周期のいずれも横白筋の発生がなかった。
B:ベタ印字画像にOPC周期と供給ローラ周期、ブレード周期のいずれか一つの横白筋の発生があった。
C:ベタ印字画像にOPC周期と供給ローラ周期、ブレード周期のいずれか二つの横白筋の発生があった。
D:ベタ印字画像にOPC周期と供給ローラ周期、ブレード周期のいずれも横白筋の発生があった。
Figure 0007444675000001
表1に示すように、ウレタン樹脂を構成するポリオールとして、ポリアクリルポリオールを用いた本発明は、ポリエステルポリオールを用いた比較例1に比べてフィルミング、耐久印字性能、及び他部材汚染の評価において、良好な結果を得ることができた。
1 現像ローラ
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 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
34 筐体
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

Claims (9)

  1. 軸体の外周面に形成された弾性層と、前記弾性層の外周面に形成されたウレタン樹脂からなる被覆層とを備えた現像ローラであって、
    前記被覆層が、ポリアクリルポリオール、ポリイソシアネート、樹脂粒子、及びイオン液体を含むウレタン樹脂組成物を硬化してなる現像ローラ。
  2. 前記ウレタン樹脂組成物中の樹脂粒子の含有量が、前記ポリアクリルポリオール及び前記ポリイソシアネートの合計100質量部に対し、5質量部以上30質量部以下である請求項1記載の現像ローラ。
  3. ウレタン樹脂組成物中の前記イオン液体の含有量が、前記ポリアクリルポリオール及び前記ポリイソシアネートの合計100質量部に対し、0.1質量部以上3.0質量部以下である請求項1又は2記載の現像ローラ。
  4. 前記樹脂粒子が、ウレタン樹脂粒子、シリコーン樹脂粒子である請求項1から3いずれか1項記載の現像ローラ。
  5. 前記被覆層の厚さが、1μm以上7μm以下である請求項1から4いずれか1項記載の現像ローラ。
  6. 前記現像ローラのJIS-A硬度が、35以上45以下である請求項1から5いずれか1項記載の現像ローラ。
  7. 前記現像ローラの表面粗さRaが、0.7μm以上1.3μm以下である請求項1から6いずれか1項記載の現像ローラ。
  8. 前記現像ローラの光沢度が、2.0以上8.0以下である請求項1から7いずれか1項記載の現像ローラ。
  9. 請求項1から8いずれか1項記載の現像ローラを備えた画像形成装置。
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