JP6788399B2 - 現像装置及び電子写真画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は電子写真法を利用した現像装置及び電子写真画像形成装置に関する。
特許文献1には、特定の構造を有する化合物とポリイソシアネートとの反応に由来する部分構造を有するウレタン樹脂を含む表面層を備えた現像剤担持体が開示されている。本発明者らは、特許文献1に係る現像剤担持体が、現像剤に対する摩擦電荷付与性に優れ、現像剤(以下、「トナー」とも称する。)をより良く帯電させ得る効果を奏することを確認している。
特許5631447号公報
しかしながら、本発明者らは、特許文献1に係る現像剤担持体を、磁性接触現像方式を採用してなる現像装置の現像剤担持体として用いて電子写真画像を形成して、得られる電子写真画像の画像品位が必ずしも十分でない場合があることを確認した。この傾向は、温度15℃、相対湿度10%の如き低温低湿環境下で、電子写真画像の形成を行った場合に特に顕著であった。
本発明の一態様は、高品位な電子写真画像を安定して形成することができる現像装置の提供に向けたものである。また、本発明の他の態様は、高品位な電子写真画像を安定して形成することができる電子写真画像形成装置の提供に向けたものである。
本発明の一態様によれば、磁性一成分トナーと、該磁性一成分トナーを収容している現像容器と、マグネット部材を内包した現像剤担持体と、現像剤規制部材と、を備えた現像装置であって、該現像剤担持体は、基体、弾性層および表面層を有し、該表面層は、ウレタン樹脂、ウレア樹脂及びウレタン−ウレア樹脂から選ばれる少なくともひとつの樹脂を含み、該樹脂は、下記構造式(1)で示される化合物と、ポリイソシアネートとの反応に由来する構造を含み、該現像剤規制部材は、支持部材およびブレード部材を有し、該ブレード部材は、ポリアミド構造およびポリエーテル構造を有するブロック共重合体と、イオン導電剤と、を含み、該ブレード部材から切り出したサンプルからのメチルイソブチルケトンによる抽出成分の量が、該サンプルの質量を基準として、0.5質量%以上、5.0質量%以下であり、かつ、該抽出成分中の分子量5000以下の成分の量が70質量%以上である現像装置が提供される。
構造式(1)中、nは1以上4以下の整数であり、R1は各々独立に下記(a)〜(c)からなる群から選ばれる何れかである。R2は炭素数2以上4以下のアルキレン基である。
(a)炭素数1以上8以下のヒドロキシアルキル基、
(b)炭素数2以上8以下のアミノアルキル基、
(c)下記構造式(2)で示される基。
構造式(2)中、mは2以上3以下の整数であり、R3は炭素数2以上5以下のアルキレン基である。
また本発明の他の態様によれば、前記現像装置を有する電子写真画像形成装置が提供される。
本発明の一態様によれば、高品位な電子写真画像を安定して形成することができる現像装置を提供することができる。また、本発明の他の態様によれば、高品位な電子写真画像を安定して形成することができる電子写真画像形成装置を提供することができる。
本発明に係る現像剤担持体の一例を示す概略構成図である。 本発明に係る現像剤規制部材の一例を示す概略構成図である。 本発明に係る現像剤規制部材の他の例を示す概略構成図である。 本発明に係る現像剤規制部材の他の例を示す概略構成図である。 本発明に係る現像装置の一例を示す概略構成図である。
本発明者らは、特許文献1に係る現像剤担持体を磁性接触現像方式に用いたときに上記課題が生じる理由について、次のように推測している。磁性接触現像方式においては、磁性トナーが現像剤担持体の表面に磁力で拘束されるため、現像剤担持体の表面に形成されたトナー層中において、現像剤担持体の表面側に位置するトナーと、現像剤規制部材側に位置するトナーとの入れ替わりが生じ難いと考えられる。特に温度15℃、相対湿度10%の如き低温低湿環境下においては、現像剤担持体の表面側のトナーがチャージアップしやすく、現像剤担持体の表面から離れにくいために、よりトナーの入れ替わりが生じ難い。そのため、現像剤担持体の表面に保持されたトナー層が現像剤規制部材による規制部を通過した後に、当該トナー層の厚み方向において、トナーが有する電荷に差が生じやすくなっているものと考えられる。
そこで本発明者らは、現像剤担持体に担持されるトナー層の下層側、すなわち、トナー層の現像剤担持体の表面に対向する側に位置するトナーに対して積極的にトリボを付与すると共に、トナー層の上層側、すなわち、トナー層の現像剤規制部材の表面に対向する側とは反対側の面からも積極的なトリボ付与を行うことで、トナー層の厚み方向におけるトナーの電荷を均一化させることができるものと考え、更なる検討を重ねた。その結果、下記の現像剤担持体と、下記の現像剤規制部材とを組み合わせることで、トナー層の厚み方向のトリボの均一化を図れることを見出した。
〔現像装置〕
本発明に係る現像装置は、以下の現像剤担持体及び現像剤規制部材を備えている。現像剤担持体は、基体、弾性層および表面層を有し、該表面層は、ウレタン樹脂、ウレア樹脂及びウレタン−ウレア樹脂から選ばれる少なくともひとつの樹脂を含み、該樹脂は、下記構造式(1)で示される化合物と、ポリイソシアネートとの反応に由来する構造を含んでいる。
構造式(1)中、nは1以上4以下の整数であり、R1は各々独立に下記(a)〜(c)からなる群から選ばれる何れかである。R2は炭素数2以上4以下のアルキレン基である。
(a)炭素数1以上8以下のヒドロキシアルキル基、
(b)炭素数2以上8以下のアミノアルキル基、
(c)下記構造式(2)で示される基。
構造式(2)中、mは2以上3以下の整数であり、R3は炭素数2以上5以下のアルキレン基である。
現像剤規制部材は、支持部材およびブレード部材を有し、該ブレード部材は、ポリアミド構造およびポリエーテル構造を有するブロック共重合体と、イオン導電剤と、を含み、該ブレード部材から切り出したサンプルからのメチルイソブチルケトンによる抽出成分の量が、該サンプルの質量を基準として、0.5質量%以上、5.0質量%以下であり、かつ、該抽出成分中の分子量5000以下の成分の量が70質量%以上である。
本実施態様に係る現像剤担持体が優れた電荷付与能を持つ理由については次のように考えられる。
構造式(1)で示される化合物(以下、「化合物(1)」とも称する。)は、中心に窒素原子(N)を有し、該窒素原子は非共有電子対(ローンペア)を有しているため、化合物(1)はルイス塩基である。ルイス塩基は電子供与性であるため、トナーは化合物(1)と接することにより、迅速な帯電を得る事が出来る。また、化合物(1)はポリイソシアネートとの反応によって、化合物(1)のR1の位置にウレタン基またはウレア基が生成した架橋構造が多数形成される。その結果、表面層のミクロ的な硬度が高くなり、現像剤規制部材と現像剤担持体が当接する部分(以下、「規制部」とも称する。)にてトナー層の厚みを規制する際もトナーが現像剤担持体の表面層中にめり込む事が少なく、トナーの良好な転がり性を維持できるものと考えられる。さらに、一般的に低分子量かつ多官能の化合物は立体障害により全ての官能基が反応し難い傾向がある。しかし、化合物(1)は、分子内のアミノ骨格により末端の水酸基及び又はアミノ基の反応性が高い為、ポリイソシアネートとの反応の際に未反応成分の残存量が少ない。このため、現像剤担持体の帯電の均一性がさらに向上すると共に、上記架橋構造の均一性を高めることができると考えられる。
一方、本実施形態に係る現像剤規制部材が、トナーに対する優れた電荷付与能力を有する理由としては、ブレード部材に含まれる重合体が、窒素原子を含むポリアミド構造を有すること、当該重合体が有するポリエーテル構造によって、イオン導電剤によるイオン伝導が安定化させられていること、そして、特定の低分子量成分を特定量含むことによるものと考えられる。すなわち、ブレード部材中に含まれるポリアミド構造によって、当該ブレード部材は、トナーに対する良好な帯電付与能を発現する。しかし、トナーを摩擦帯電させると、ブレード部材の表面にはトナーの極性とは逆極性の電荷(カウンターチャージ)が載ってくる。カウンターチャージが蓄積されると、現像剤規制部材の帯電付与能が低下する。しかしながら、本実施態様に係るブレード部材が含むブロック共重合体中のポリエーテル構造は、ブレード部材中におけるイオン導電剤起因の導電性を安定化させるものと考えられる。また、特定の低分子量成分は、ブレード部材中のイオン導電剤起因のイオンの移動を補助するものと考えられる。その結果、ブレード部材にはカウンターチャージが蓄積されにくく、たとえ、カウンターチャージが蓄積されたとしても、速やかにブレード部材の表面から内部に移動するものと考えられる。
以下、本発明に係る現像装置を構成する各部材を順次説明する。
〔現像剤担持体〕
本発明に係る現像剤担持体は、基体と、弾性層と、ウレタン樹脂、ウレア樹脂及びウレタン−ウレア樹脂から選ばれる少なくともひとつの樹脂を含む表面層とを有し、該ウレタン樹脂、ウレア樹脂またはウレタン−ウレア樹脂は、構造式(1)で示される化合物とポリイソシアネートとの反応に由来する構造を有している。本発明に係る現像剤担持体の一実施形態を図1に示す。図1の現像剤担持体1において、中空円筒状の導電性の基体2の外周面に弾性層3が形成されている。また、表面層4は、弾性層3の外周面を被覆している。
<基体>
基体は、現像剤担持体の電極および支持部材として機能するものであり、アルミニウム、銅合金、ステンレス鋼の如き金属または合金、クロム、又はニッケルで鍍金処理を施した鉄、導電性を有する合成樹脂の如き導電性の材質で構成される。
<弾性層>
現像剤担持体の弾性層は、現像剤担持体と静電潜像担持体との当接部において、所定の幅のニップを形成するために必要な弾性を現像剤担持体に与えるものである。
弾性層は、通常ゴム材の成型体により形成されることが好ましい。ゴム材料としては以下のものが挙げられる。エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム(EPDM)、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、クロロプレンゴム(CR)、天然ゴム(NR)、イソプレンゴム(IR)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、フッ素ゴム、シリコーンゴム、エピクロロヒドリンゴム、NBRの水素化物、ウレタンゴム。これらは1種単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、特に、長期にわたり他の部材(現像剤規制ブレード等)が当接した場合にも圧縮永久歪みを弾性層に生じさせにくいシリコーンゴムが好ましい。シリコーンゴムとしては、付加硬化型のシリコーンゴムの硬化物などが挙げられる。更に、後述する表面層との接着性が優れることから、付加硬化型ジメチルシリコーンゴムの硬化物が特に好ましい。
弾性層中には、導電性付与剤、非導電性充填剤、導電性充填剤、架橋剤、触媒の如き各種添加剤が適宜配合される。導電性付与剤としては、カーボンブラック、アルミニウム、銅の如き導電性金属、酸化亜鉛、酸化錫、酸化チタンの如き導電性金属酸化物の微粒子を用いることができる。このうち、カーボンブラックは比較的容易に入手でき、良好な導電性が得られるので特に好ましい。導電性付与剤としてカーボンブラックを用いる場合は、ゴム材中のゴム100質量部に対して2〜50質量部配合される。非導電性充填剤としては、シリカ、石英粉末、酸化チタン、酸化亜鉛又は炭酸カルシウムが挙げられる。架橋剤としては、ジ−t−ブチルパ−オキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパ−オキシ)ヘキサン又はジクミルパーオキサイドが挙げられる。
弾性層の厚みは、0.3mm〜3.0mmの範囲であることが好ましい。
<表面層>
[ウレタン樹脂、ウレア樹脂]
現像剤担持体の表面層は、ウレタン樹脂、ウレア樹脂及びウレタン−ウレア樹脂から選ばれる少なくともひとつの樹脂を含み、該ウレタン樹脂、ウレア樹脂またはウレタン−ウレア樹脂は、下記構造式(1)で示される化合物とポリイソシアネートとの反応に由来する構造を有する。
構造式(1)中、nは、1以上4以下の整数である。R1は各々独立に下記(a)〜(c)からなる群から選ばれる何れかである。R2は、炭素数2以上4以下のアルキレン基である。
(a)炭素数1以上8以下のヒドロキシアルキル基、
(b)炭素数2以上8以下のアミノアルキル基、
(c)下記構造式(2)で示される基。
構造式(2)中、mは2以上3以下の整数であり、R3は炭素数2以上5以下のアルキレン基である。
かかるウレタン樹脂、ウレア樹脂またはウレタン−ウレア樹脂は、例えば、以下のようにして合成することができる。まず、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオールの如きポリオール成分とイソシアネート化合物とを反応させ、イソシアネート基末端プレポリマーを得る。次いで、該イソシアネート基末端プレポリマーを、上記化合物(1)と反応させることで、本発明に係るウレタン樹脂、ウレア樹脂またはウレタン−ウレア樹脂を得ることができる。
尚、本発明において、化合物(1)とポリイソシアネートとの反応によって形成される構造は、R1が、前記「(a)炭素数1以上8以下のヒドロキシアルキル基」である場合、または「(c)上記構造式(2)で示される基」である場合、構造式(1)の末端にウレタン基を有する構造を有する。また、化合物(1)とポリイソシアネートとの反応によって形成されてなる構造は、R1が、「前記(b)炭素数2以上8以下のアミノアルキル基」である場合、構造式(1)の末端にウレア基を有する構造を有する。
[ポリイソシアネート]
ポリイソシアネートである前記イソシアネート基末端プレポリマーの原料となるポリエーテル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、ポリテトラメチレングリコールが挙げられる。ポリエステルポリオールとしては、1,4−ブタンジオール、3−メチル−1,4−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコールの如きジオール成分、トリメチロールプロパンの如きトリオール成分と、アジピン酸、無水フタル酸、テレフタル酸、ヘキサヒドロキシフタル酸等のジカルボン酸との縮合反応により得られるポリエステルポリオールが挙げられる。上記以外のポリオール成分として、ポリブタジエンポリオール、ポリイソプレンポリオールの如きポリオレフィンポリオール、またはこれらの水素添加物、ポリカーボネートポリオールが挙げられる。
前記ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオールの数平均分子量は1000以上4000以下であることが特に好ましい。これらのポリオールの数平均分子量が1000以上4000以下であると、分子量に対する水酸基量が多いためにイソシアネートと高い反応性を示し、イソシアネート基末端プレポリマー中における未反応成分が少なくなるため、現像剤担持体の表面層は高温高湿環境下での帯電性がより良好となる。
これらのポリオール成分と反応させるイソシアネート化合物としては、特に限定されず、例えば以下が挙げられる。エチレンジイソシアネート、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)の如き脂肪族ポリイソシアネート、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、シクロヘキサン1,3−ジイソシアネート、シクロヘキサン1,4−ジイソシアネートの如き脂環式ポリイソシアネート;2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート(TDI)、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、ポリメリックジフェニルメタンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネートの如き芳香族イソシアネート;及びこれらの共重合物やイソシアヌレート体、TMPアダクト体、ビウレット体、そのブロック体。この中でもトリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ポリメリックジフェニルメタンジイソシアネートの如き芳香族イソシアネートがより好適に用いられる。
ポリオール成分とイソシアネート化合物の使用比は、ポリオール成分の水酸基1.0に対してイソシアネート基1.0〜2.0の範囲であることが好ましい。
化合物(1)と反応させるポリイソシアネートとしては、前記イソシアネート基末端プレポリマーの他に、本発明の効果を損なわない範囲で、前記ポリオール成分と反応させるイソシアネート化合物の共重合体やイソシアヌレート体、TMPアダクト体、ビウレット体、そのブロック体を挙げることができる。
[構造式(1)で示される化合物]
本発明に係る現像剤担持体の表面層は、上記構造式(1)で示される化合物とポリイソシアネートとの反応に由来する構造を有するウレタン樹脂、ウレア樹脂またはウレタン−ウレア樹脂を含むことにより、トナーに高い帯電性を付与することができる。すなわち、ウレタン樹脂、ウレア樹脂またはウレタン−ウレア樹脂中の化合物(1)とポリイソシアネートとの反応に由来する構造は、非共有電子対(ローンペア)を有する窒素原子を含むため、現像剤担持体の表面層は、負帯電性のトナーに対して優れた負電荷の付与能を示す。
また、一般に低分子量かつ多官能の化合物は立体障害により全ての官能基が反応し難い傾向がある。しかし、上記化合物(1)は、分子内のアミノ骨格により末端の水酸基及び又はアミノ基の反応性が高い。その為、該化合物とポリイソシアネートとの反応の際に未反応成分が生じ難い。その結果、ウレタン樹脂、ウレア樹脂またはウレタン−ウレア樹脂のハードセグメント部分における架橋構造がより密となり、ハードセグメント部分の硬度がより一層向上しているものと考えられる。そのため、本発明に係る現像剤担持体の表面層は、現像剤規制部材との当接部においても、トナーが該表面層中に過度に入り込むことを抑制し、トナーの良好な転がり性を維持し得ると考えられる。
また、本発明者らの検討によれば、上記の効果は、化合物(1)の水酸基及びまたはアミノ基の合計数が4以上7以下で生じる。そのため化合物(1)の末端官能基数は、少なくとも4個あればよい。従って、例えば、下記構造式(4)で示さる化合物とポリイソシアネートとの反応に由来する構造を有するものであってもよい。
構造式(4)において、R1及びR2は、構造式(1)におけるR1及びR2と同義である。一方、R6は、R1とイソシアネート基との反応の立体障害を防止する観点から炭素数が1以上3以下の低級アルキル基であることが好ましい。また、pは、0または1以上3以下の整数を示す。
化合物(1)中、R1がヒドロキシアルキル基である場合はその炭素数が1以上8以下であると、また、R1がアミノアルキル基である場合はその炭素数が2以上8以下であると、ウレタン基またはウレア基による架橋構造を形成し易く好ましい。
構造式(2)は所謂エーテルの繰り返し単位を有する末端が水酸基である基を表す。R1が構造式(2)で示される基である場合も、同様に架橋構造を形成し易くする観点から、R3は炭素数が2以上5以下のアルキレン基であり、エーテルの繰り返し数mは2以上3以下の整数である。
構造式(1)中、R2は炭素数2以上4以下のアルキレン基である。R2が炭素数2以上4以下のアルキレン基であると現像剤担持体の帯電性が向上する。これは、R2が炭素数2以上4以下のアルキレン基であると、化合物(1)が分子として適度な大きさとなり、イソシアネートと反応する際の分散性が良好となるためと考えられる。
化合物(1)のうち、構造式(3)で示される化合物、すなわち構造式(1)中、nが1または2であり、R1が各々独立に炭素数2または炭素数3のヒドロキシアルキル基であり、R2が炭素数2のアルキレン基である化合物、が特に好ましい。
構造式(3)に由来する構造を含むウレタン樹脂は、官能基価(4官能または5官能)の点、及びウレタン基間の距離が最も好適な範囲になる点で、規制部でのトナーの転がり性を良好なものとすることができるため、特に好ましい。
構造式(3)中、kは1または2であり、R4は各々独立に炭素数2または3のアルキレン基であり、R5は炭素数2のアルキレン基を表す。
ウレタン樹脂、ウレア樹脂またはウレタン−ウレア樹脂の原料である、構造式(1)で示される化合物と、ポリイソシアネートとの使用量の割合は、構造式(1)の水酸基1.0に対してイソシアネート基が1.0〜2.0であることが望ましい。
[導電剤]
表面層は導電性を有することが好ましい。表面層への導電性の付与手段としてはイオン導電剤や導電性微粒子の添加が挙げられる。本発明においては、電気抵抗の環境変動が少ない導電性微粒子が好適に用いられる。かかる導電性微粒子としては、優れた導電性付与と表面層の補強を図る観点から、カーボンブラックが特に好ましい。カーボンブラックの性状としては、一次粒子径18nm以上50nm以下、かつDBP吸油量が50ml/100g以上160ml/100g以下であると、導電性、硬度、分散性のバランスが良好であり好ましい。導電性微粒子の含有率は、表面層を形成する樹脂成分100質量部に対して10質量%以上30質量%以下であることが好ましい。
[粗さ制御用微粒子]
現像剤担持体として表面粗度が必要な場合は、表面層に粗さ制御のための微粒子を添加してもよい。粗さ制御用微粒子としては、体積平均粒径が3〜20μmであることが好ましい。また、該粒子の使用量が、表面層の樹脂固形分100質量部に対し、1〜50質量部であることが好ましい。粗さ制御用微粒子の例としては、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂の微粒子が挙げられる。
表面層の厚みは、5〜30μmの範囲であることが好ましい。
表面層の形成方法としては、特に限定されず、塗料によるスプレー、浸漬、又はロールコートが挙げられる。特開昭57−5047号公報に記載されているような浸漬槽の上端から塗料をオーバーフローさせる浸漬塗工方法は、表面層を形成する方法として簡便で生産安定性に優れている。
〔現像剤規制部材〕
本発明に係る現像剤規制部材は下記(1)〜(4)の要件を満たすものである。
(1)少なくとも支持部材及びブレード部材を有する。
(2)該ブレード部材は、ポリアミド構造およびポリエーテル構造を有するブロック共重合体と、イオン導電剤とを含む。
(3)該ブレード部材から切り出したサンプルからのメチルイソブチルケトンによる抽出成分の量が、該サンプルの質量を基準として0.5質量%以上、5.0質量%以下である。
(4)該抽出成分中の、分子量5000以下の成分の量が70質量%以上である。
本発明に係る現像剤規制部材の一実施形態を図2、図3及び図4に示す。図2、図3及び図4に示す現像剤規制部材は、少なくとも支持部材7と、ブレード部材6とを有している。このような現像剤規制部材5は、現像容器9に固定され、現像容器9の開口端と接する固定点8を支点として現像剤担持体1の表面に当接される。
<支持部材>
支持部材としては、ブレード部材の支持が可能であれば、特に制限されない。支持部材の材質としては、金属や樹脂を用い得る。具体的には、ステンレス鋼、りん青銅、アルミニウムの如き金属や、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエステル樹脂の如き樹脂を挙げることができる。このような樹脂には所望の導電性を有するものとするため、導電材料を加えることが好ましい。
支持部材の形状は、平板状又はこれを湾曲した曲面板状であることが好ましい。支持部材の厚さは特に制限されないが、0.05mm以上、0.15mm以下が好ましい。支持部材の厚さが0.05mm以上であれば、現像剤担持体にブレード部材を適正な当接圧で当接させることができ、現像剤担持体上のトナーを適正な層厚に規制することができる。一方、支持部材の厚さが0.15mm以下であれば、現像剤担持体へのブレード部材の追従を容易にし、現像剤規制部材はトナーに必要な圧力を付与するバネ性を有するものとなる。
<ブレード部材>
ブレード部材は、ポリアミド構造およびポリエーテル構造を有するブロック共重合体と、イオン導電剤とを含む部材である。
[ブロック共重合体]
ポリアミド構造およびポリエーテル構造を含むブロック共重合体のポリアミド構造としては、例えば以下が挙げられる。ナイロン6の繰り返し単位、ナイロン6・6の繰り返し単位、ナイロン6・10の繰り返し単位、ナイロン6・12の繰り返し単位、ナイロン12の繰り返し単位、ナイロン12・12の繰り返し単位等のアミド結合を有する繰り返し単位から構成されるポリアミド構造。これらのポリアミド構造のなかでは、特に、ナイロン12の繰り返し単位を含むポリアミド構造が好適である。
ポリエーテル構造は例えば−[(CHO]−で示される構造である。ここで、nは、1以上の整数を表す。ポリアミド構造およびポリエーテル構造を含むブロック共重合体の具体例としては、例えば、「ペレスタットN1200」(商品名;三洋化成工業社製)、「ダイアミドE40−S4」(商品名;ダイセル・エボニック社製)が挙げられる。
ブレード部材を構成するブロック共重合体中のポリアミド構造およびポリエーテル構造の構造解析は、赤外吸収スペクトル分析、核磁気共鳴スペクトル分析等により行うことができる。
ポリアミド構造およびポリエーテル構造を有するブロック共重合体とイオン導電剤とを含むブレード部材の体積固有抵抗値は1.0×10Ω・cm以上、5.0×10Ω・cm以下の範囲に調整することが好ましい。そして、該ブロック共重合体中のポリエーテル構造は、イオン導電剤に由来するイオン伝導を安定化させ、ブレード部材の導電性を安定化させる機能を有すると考えられる。
[イオン導電剤]
ブレード部材を構成するイオン導電剤は、ブレード部材を水で抽出処理し、抽出物を飛行時間型二次イオン質量分析(TOF−SIMS)、および、赤外吸収スペクトル分析によって検出することができる。
イオン導電剤としては例えば以下が挙げられる。テトラエチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、ラウリルトリメチルアンモニウム、ドデシルトリメチルアンモニウム、ステアリルトリメチルアンモニウム、オクタデシルトリメチルアンモニウム、ヘキサデシルトリメチルアンモニウム、ベンジルトリメチルアンモニウム、変性脂肪族ジメチルエチルアンモニウムの如きアンモニウムの、過塩素酸塩、塩素酸塩、塩酸塩、臭素酸塩、ヨウ素酸塩、ホウフッ化水素酸塩、硫酸塩、アルキル硫酸塩、カルボン酸塩、スルホン酸塩;リチウム、ナトリウム、カルシウム、マグネシウムの如きアルカリ金属又はアルカリ土類金属の、過塩素酸塩、塩素酸塩、塩酸塩、臭素酸塩、ヨウ素酸塩、ホウフッ化水素酸塩、トリフルオロメタンスルホン酸塩、トリフルオロメタン硫酸塩、スルホン酸塩、ビス(トリフルオロメタンスルホン酸)イミド塩;1,1,2,2,3,3−ヘキサフルオロプロパン−1,3−ジスルホニルジフルオライドなど。中でも、アルカリ金属のトリフルオロメタンスルホン酸塩、トリフルオロメタン硫酸塩、ビス(トリフルオロメタンスルホン酸)イミド塩が好ましい。これらの塩は、アニオンにフッ素を含有した構造を有しているため、導電性付与効果が大きいので好適である。イオン導電剤は、トリフルオロメタン部位を有することが特に好ましい。イオン導電剤は一種を用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
イオン導電剤の含有量は、特に限定されないが、ポリアミド構造およびポリエーテル構造を含むブロック共重合体100質量部に対し、0.01質量部以上、2.00質量部以下であることが好ましく、0.10質量部以上、1.00質量部以下であることがより好ましい。これにより、ブロック共重合体を含む組成物の体積固有抵抗値を1.0×10Ω・cm以上、5.0×10Ω・cm以下に調整することが容易であり、中抵抗領域で電気抵抗値のばらつきが少ないブレード部材がより容易に得られる。
[ブレード部材の形状、構造等]
ブレード部材の厚さは、特に制限されないが、支持部材の当接支持面上では、例えば10μm以上、1000μm以下である。支持部材の当接支持面上のブレード部材厚さが10μm以上であれば、現像剤担持体との摩擦による磨耗に対する耐久性を確保でき、1000μm以下であれば、現像剤担持体との安定した当接圧を得ることができる。
ブレード部材と支持部材との位置関係は特に限定されず、支持部材の現像剤担持体に当接する側の片面にブレード部材を配置してもよく、また支持部材の全面を被覆するようにブレード部材を配置してもよい。また、ブレード部材の、現像剤担持体との当接箇所の形状についても特に限定されず、平面、曲面、凸形状、凹形状であってもよい。
ブレード部材の形成は、押出成形、塗布成形、シートの貼り合せ成形、射出成型などによって行うことができる。具体的には、以下の形成方法(1)〜(3)が挙げられる。
(1)押出成形による場合、必要に応じて接着剤を塗布した支持部材を成形型内に設置し、成型金型に加熱溶融した上記ブロック共重合体を含む組成物を注入して成型する。
(2)シートの貼り合せ成形による場合、押出し成形等でシート状に成形した上記ブロック共重合体を含む組成物を、接着剤を塗布した支持部材に貼り合わせる。
(3)射出成型による場合、支持部材を配置した金型キャビティ内に上記ブロック共重合体を含む組成物を注入し、冷却して成型する。
ブレード部材を形成するにあたり、必要に応じて支持部材上に接着剤層を形成することができる。接着剤層の材質としては、例えば、ホットメルト系として、ポリウレタン系、ポリエステル系、エチレンビニルアルコール系(EVA系)、ポリアミド系等を挙げることができる。
[電荷付与能]
本発明に係る現像剤規制部材が優れた電荷付与能を持つ理由については、前述した通り、ブレード部材が、ポリアミド構造とポリエーテル構造を有する共重合体と、イオン導電剤と、特定の低分子量成分を特定量含むことによるものと考えられる。特定の低分子量成分とは、ブレード部材から切り出したサンプルからのメチルイソブチルケトンによる抽出成分である。尚、「抽出成分」としては、例えば、ポリエチレングリコール等が挙げられる。
ブレード部材は、該ブレード部材から切り出した、抽出処理に係るサンプルを基準として、該抽出成分を、0.5質量%以上、5.0質量%以下含んでいる。さらに、該抽出成分中の、分子量5000以下の成分の量は70質量%以上である。該抽出成分の量が0.5質量%以上であると、ブレード部材中で解離したイオンの移動の補助に寄与する分子の量が十分となる。また、該抽出成分の量が5.0質量%以下であると、ブレード部材からの材料の染み出しを有効に抑制し得る。また、当該抽出成分中における分子量5000以下の成分の量が70質量%以上であることで、ブレード部材中で解離したイオンの移動に寄与する分子の量を十分とすることができる。
〔現像装置〕
次に本発明の現像装置について図を用いて詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
図5は、本発明の現像装置の一例を示す概略断面図である。図5に示す現像装置は、現像剤担持体1、現像剤規制部材5及び現像剤を収容する現像容器9を有し、現像剤担持体1が静電潜像担持体(不図示)に接触するように配置されている。現像剤担持体1は矢印R方向に回転することによって、現像剤担持体1と静電潜像担持体とが対向している現像領域に現像剤12を搬送する。また、現像剤担持体1はマグネット部材10を内包しており、マグネット部材の磁力により現像剤12が現像剤担持体の表面に供給される。現像剤担持体に内包されたマグネット部材は多極を有していることが好ましく、3極以上10極以下の磁極を有することが好ましい。現像剤としては、例えば磁性一成分現像剤が使用され、現像装置によって、静電潜像担持体に形成された静電潜像が磁性一成分トナーにて接触現像される。
現像剤規制部材と現像剤担持体との当接圧力は、現像剤担持体の母線方向の線圧として、好ましくは、1.27乃至245.00N/m(3乃至250g/cm)、更に好ましくは4.9乃至118.0N/m(5乃至120g/cm)が有効である。当接圧力が1.27N/m以上である場合、現像剤の均一塗布が容易であり、カブリや現像剤の飛散が抑制可能である。当接圧力が245N/m(250g/cm)以下である場合、現像剤にかかる圧力が過剰でないので、現像剤の劣化が抑制可能である。
現像剤担持体上の現像剤層の量は、2.0g/m以上12.0g/m以下であることが好ましい。より好ましくは、3.0g/m以上10.0g/m以下である。現像剤担持体上の現像剤量が2.0g/m以上である場合、十分な画像濃度が得られる。一方、現像剤担持体上の現像剤量が12.0g/m以下である場合、規制不良が発生せず、また、均一帯電性が確保できカブリの抑制が可能である。
なお、本発明において、現像剤担持体上の現像剤量は、現像剤担持体の表面粗さ(Ra)、現像剤規制部材の自由長、現像剤規制部材の当接圧等を変えることにより任意に調整することが可能である。
現像剤担持体に担持された現像剤を現像させるため、現像剤担持体にはバイアス手段としての現像バイアス電圧が印加される。この現像バイアス電圧として直流電圧を使用するときに、静電潜像の画像部(現像剤が付着して可視化される領域)の電位と非画像部(現像剤が付着しない領域)の電位との間の値の電圧を現像剤担持体に印加するのが好ましい。静電潜像の画像部の電位と現像バイアス電位の差の絶対値(Vcontrast)の範囲としては50V以上400V以下であることが好ましい。この範囲にすることで、好適な濃度の画像が形成される。また、現像された画像の濃度を高め、且つ階調性を向上させるためには、現像剤担持体に交番バイアス電圧を印加し、現像領域に向きが交互に反転する振動電界を形成してもよい。
静電潜像の非画像部の電位と現像バイアス電位の差の絶対値(Vback)の範囲としては50V以上600V以下であることが好ましい。この範囲にすることで、非画像部に現像剤が現像することを好適に抑制することができる。特にクリーナレスシステムの場合は、ドラム上に付着する紙粉によってVbackが不足して画像欠陥が発生しやすくなること、紙に転写されずにドラム上に残った現像剤を再び現像剤が収容される現像容器内へ回収する必要があることから、Vbackを高めに設定することが好ましい。この値の範囲としては300V以上600V以下とすることが好ましい。
〔現像剤〕
現像剤の製造法としては、粉砕法、或いは重合法を使用することができる。粉砕法により製造する場合は、公知の方法が用いられる。例えば、結着樹脂、磁性体、離型剤、荷電制御剤の如き磁性現像剤として必要な成分及びその他の添加剤をヘンシェルミキサー、ボールミルの如き混合器により十分混合する。その後、加熱ロール、ニーダー、エクストルーダーの如き熱混練機を用いて熔融混練し、冷却固化、粉砕後、分級し、必要に応じて表面処理を行って現像剤を得ることが出来る。分級及び表面処理の順序はどちらが先でもよい。分級工程においては生産効率向上の為、多分割分級機を用いることが好ましい。粉砕工程は、機械衝撃式、ジェット式の如き公知の粉砕装置を用いた方法により行うことができる。
また、球状の現像剤を直接作る方法としては、現像剤の結着樹脂となる単量体を主成分とする混合物を水中に懸濁させ、重合して現像剤化する方法がある。一般的な方法としては、重合性単量体、着色剤、重合開始剤、さらに必要に応じて架橋剤、荷電制御剤、離型剤、その他の添加剤を均一に溶解又は分散せしめて単量体組成物とした後、この単量体組成物を、分散安定剤を含有する連続相、例えば、水相中に適当な攪拌機を用いて適度な粒径に分散し、さらに重合反応を行わせ、所望の粒径を有する現像剤を得る方法がある。
この好適に用いられる球形化度が高い現像剤は、フロー式粒子像測定装置で計測される円相当径3μm以上400μm以下の現像剤における平均円形度が0.970以上であることが好ましい。このように平均円形度を高くすることによって、個々の現像剤の表面を均一に摩擦帯電させることが容易になり、帯電均一性に優れるようになるからである。
また、さらに高画質のため、より微小な潜像ドットを忠実に現像するためには、本発明の現像剤の重量平均粒径は3μm以上10μm以下であることが好ましい。重量平均粒径が3μm以上である場合、転写効率の低下の抑制、感光体上の転写残現像剤の増加の抑制、接触帯電工程での感光体の削れの抑制、現像剤の融着の抑制が可能である。さらに、現像剤全体の表面積の増加の抑制、粉体としての流動性及び攪拌性の低下の抑制、個々の現像剤の均一帯電の確保が容易である。従って、カブリや転写性の悪化の抑制、画像の均一性の確保が容易である。また、現像剤の重量平均粒径が10μm以下である場合、文字やライン画像の飛び散りが抑制でき、高解像度が得られる。
現像剤には摩擦帯電特性を向上させる目的で、荷電制御剤を現像剤に包含させる(内添)こと、又は現像剤と混合して用いる(外添)ことができる。これは、荷電制御剤によって、現像システムに応じた最適の電荷量コントロールが可能となるためである。正の荷電制御剤としては、以下のものが挙げられる。ニグロシン、トリアミノトリフェニルメタン系染料及び脂肪酸金属塩による変性物;トリブチルベンジルアンモニウム−1−ヒドロキシ−4−ナフトスルホン酸塩、テトラブチルアンモニウムテトラフルオロボレートの如き四級アンモニウム塩。これらは1種単独であるいは2種類以上を組み合わせて用いることができる。また、負の荷電制御剤としては、有機金属化合物、キレート化合物が有効である。その例としては、アルミニウムアセチルアセトナート、鉄(II)アセチルアセトナート、3,5−ジターシャリーブチルサリチル酸クロムがある。特にアセチルアセトン金属錯体、モノアゾ金属錯体、ナフトエ酸あるいはサリチル酸系の金属錯体又は塩が好ましい。
磁性材料としては、以下のものが挙げられる。マグネタイト、マグヘマイト、フェライトの如き酸化鉄系金属酸化物;Fe、Co、Niの如き磁性金属;並びに、これらの金属とAl、Co、Cu、Pb、Mg、Ni、Sn、Zn、Sb、Be、Bi、Cd、Ca、Mn、Se、Ti、W、Vの如き金属との合金;これらの混合物等。
現像剤には離型剤を配合することが好ましい。離型剤としては、以下のものが挙げられる。低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックスの如き脂肪族炭化水素系ワックス;カルナウバワックス、フィッシャートロプシュワックス、サゾールワックス、モンタンワックスの如き脂肪酸エステルを主成分とするワックス類。その中でも、定着性の観点から、融点の低いワックスを用いることが好ましい。
さらに、現像剤には、環境安定性、摩擦帯電安定性、現像性、流動性、保存性向上及びクリーニング性向上のために、シリカ、酸化チタン、アルミナの如き無機微粉体を外添すること、すなわち現像剤の表面近傍に存在させていることが好ましい。無機微粉体の添加量は、現像剤中に0.1質量%乃至5.0質量%である。また、外添剤としては種々のものを組み合わせて使用してもよい。無機微粉体以外の外添剤をさらに加えて用いても良い。無機微粉体以外の外添剤としては、ポリテトラフルオロエチレン、ステアリン酸亜鉛、ポリフッ化ビニリデンの如き滑剤;酸化セリウム、チタン酸ストロンチウム、ケイ酸ストロンチウムの如き研磨剤がある。滑剤の中では、ポリフッ化ビニリデンが好ましい。
〔電子写真画像形成装置〕
本発明に係る現像装置は、電子写真画像形成装置に組み込んで使用することができる。
以下実施例によって本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例に先立って、現像剤担持体の製造例及び評価、現像剤規制部材の製造例及び評価、並びに現像剤の製造例を説明する。
1.現像剤担持体の製造例及び評価
1−1.弾性ローラの作製
[製造例R1]弾性ローラ1の作製
外径10mm、算術平均粗さRa0.2μmの研削加工したアルミニウム製円筒管にプライマー(商品名、DY35−051;東レダウコーニング社製)を塗布、焼付けして、基体を得た。この基体を金型内に配置し、下記表1に記載の材料を混合した付加型シリコーンゴム組成物を金型内に形成されたキャビティに注入した。
続いて、金型を加熱してシリコーンゴム組成物を温度150℃で15分間加硫して硬化させた。周面に硬化したシリコーンゴム層が形成された基体を金型から脱型した後、当該基体を、さらに温度180℃で1時間加熱して、シリコーンゴム層の硬化反応を完了させた。こうして、基体の外周に膜厚0.7mmのシリコーンゴム弾性層が形成された、直径が11.4mmの弾性ローラ1を作製した。
1−2.表面層形成用塗料の作製
現像剤担持体の表面層形成用の塗料(以下、「表層塗料」ともいう)の原料となる、ポリイソシアネート及びアミノ化合物を以下のようにして調製した。
1−2−1.ポリイソシアネートの合成
[製造例A1]イソシアネート基末端プレポリマーA−1の合成
窒素雰囲気下、反応容器中でトリレンジイソシアネート(TDI)(商品名:コスモネートT80;三井化学社製)17.7質量部に対し、ポリプロピレングリコール系ポリオール(商品名:エクセノール4030;旭硝子社製)100.0質量部を反応容器内の温度を65℃に保持しつつ、徐々に滴下した。滴下終了後、温度65℃で2時間反応させた。得られた反応混合物を室温まで冷却し、イソシアネート基含有量3.8質量%のイソシアネート基末端プレポリマーA−1を得た。
[製造例A2]イソシアネート基末端プレポリマーA−2の合成
窒素雰囲気下、反応容器中でポリメリックMDI(商品名:ミリオネートMR 日本ポリウレタン工業社製)26.0質量部に対し、ブチレンアジペート系ポリオール(商品名:ニッポラン136;日本ポリウレタン工業社製)を100.0質量部、反応容器内の温度を65℃に保持しつつ、徐々に滴下した。滴下終了後、温度65℃で2時間反応させた。得られた反応混合物を室温まで冷却し、イソシアネート基含有量4.3質量%のイソシアネート基末端プレポリマーA−2を得た。
1−2−2.アミノ化合物(構造式(1)で示される化合物)の合成
[製造例N1]アミノ化合物N−1の合成
撹拌装置、温度計、還流管、滴下装置および温度調整装置を取り付けた反応容器中で、攪拌しながらジエチレントリアミン100.0質量部、純水100質量部を40℃まで加温した。次に、反応温度を40℃以下に保持しつつ、付加材料としてプロピレンオキシド295.6質量部を30分かけて徐々に滴下した。さらに1.5時間攪拌して反応を行い、反応混合物を得た。得られた反応混合物を減圧(0.02MPa)下で温度70℃に加熱して水を留去し、アミノ化合物N−1を得た。
[製造例N2〜5及び11〜14]アミノ化合物N−2〜5、11〜14の合成
原料となるアミノ化合物の種類、付加材料の種類、配合量および反応時間を表2に記載の条件に変更した以外は、製造例N1と同様にして、アミノ化合物N−2〜5及びN−11〜14を得た。
[製造例N6]アミノ化合物N−6の合成
撹拌装置、温度計、還流管、滴下装置および温度調整装置を取り付けた反応容器中で、攪拌しながらテトラエチレンペンタミン100.0質量部、エタノール100質量部を40℃まで加温した。次に、反応温度を60℃以下に保持しつつ、8−ブロモ−1―オクタノール812.8質量部を30分かけて徐々に滴下した。さらに3時間攪拌して反応を行い、反応混合物を得た。得られた反応混合物を減圧(0.02MPa)下で温度50℃に加熱してエタノールを留去し、アミノ化合物N−6を得た。
[製造例N7]アミノ化合物N−7の合成
撹拌装置、温度計、還流管、滴下装置および温度調整装置を取り付けた反応容器中で、攪拌しながらエチレンジアミン100.0質量部、純水100質量部を40℃まで加温した。次に、反応温度を60℃以下に保持しつつ、パラホルムアルデヒド210.0質量部を30分かけて徐々に滴下した。さらに1時間攪拌して反応を行い、反応混合物を得た。得られた反応混合物を減圧(0.02MPa)下で温度70℃に加熱して水を留去し、アミノ化合物N−7を得た。
[製造例N8]アミノ化合物N−8の合成
原料となるアミノ化合物の種類、付加材料の種類、配合量および反応時間を表2に記載の条件に変更した以外は、製造例N6と同様にして、アミノ化合物N−8を得た。
[製造例N9]アミノ化合物N−9の合成
撹拌装置、温度計、還流管、滴下装置および温度調整装置を取り付けた反応容器中で、攪拌しながらブチレンジアミン100.0質量部、純水100質量部を40℃まで加温した。次に、反応温度を40℃以下に保持しつつ、エチレンイミン205.2質量部を30分かけて徐々に滴下した。さらに1時間攪拌して反応を行い、反応混合物を得た。得られた反応混合物を減圧(0.02MPa)下で温度70℃に加熱して水を留去し、アミノ化合物N−9を得た。
[製造例N10]アミノ化合物N−10の合成
撹拌装置、温度計、還流管、滴下装置および温度調整装置を取り付けた反応容器中で、攪拌しながらブチレンジアミン100.0質量部、エタノール100質量部を40℃まで加温した。次に、反応温度を40℃以下に保持しつつ、8−ブロモ−1−アミノオクタン992.7質量部を30分かけて徐々に滴下した。さらに1.5時間攪拌して反応を行い、反応混合物を得た。得られた反応混合物を減圧(0.02MPa)下で温度50℃に加熱してエタノールを留去し、アミノ化合物N−10を得た。
1−2−3.構造式(1)の化学構造を有しないアミノ化合物(対照化合物)の合成
[製造例N’1]アミノ化合物N’−1の合成
原料となるアミノ化合物の種類、付加材料の種類、配合量および反応時間を表2に記載の条件に変更した以外は、製造例N6と同様にして、アミノ化合物N’−1を得た。
[製造例N’2]アミノ化合物N’−2の合成
原料となるアミノ化合物の種類、付加材料の種類、配合量および反応時間を表2に記載の条件に変更した以外は、製造例N10と同様にして、アミノ化合物N’−2を得た。
[製造例N’3]アミノ化合物N’−3の合成
原料となるアミノ化合物の種類、付加材料の種類、配合量および反応時間を表2に記載の条件に変更した以外は、製造例N1と同様にして、アミノ化合物N’−3を得た。
上記製造例N1〜N14で得られたアミノ化合物N−1〜N−14の構造を表3に示す。表3中、「n」は構造式(1)のアミノ構造単位の繰り返し数であり、「m」はR1が構造式(2)である場合のエーテル構造単位の繰り返し数である。また、上記製造例N’1〜N’3で得られたアミノ化合物N’−1〜N’−3の構造も表3に併せて示す。なお、アミノ化合物N’−1〜N’−3は、構造式(1)で示される化合物に該当しないが、表3においては、便宜上、「n」、「m」、R1、R3及びR2に対応する部分の構造並びにR2を含む構造単位及びR3を含む構造単位の繰り返し数を、それぞれ、R1、R3及びR2並びに「n」、及び「m」として表記している。また表3中の「基数」は、アミノ化合物が1分子内に有する末端水酸基または末端アミノ基の数を表す。
1−3.現像剤担持体の作製
[製造例S1]現像剤担持体S−1の作製
表面層の材料として、イソシアネート基末端プレポリマーA−1 51.6質量部に対し、アミノ化合物N−1 783.4質量部、導電性を付与する目的でカーボンブラック(商品名、MA230;三菱化学社製)117.4質量部、及び現像剤担持体表面に粗さを付与する目的でウレタン樹脂微粒子(商品名、アートパールC−400;根上工業社製)130.4質量部、を撹拌混合した。次に、総固形分比が30質量%となるようにメチルエチルケトン(以下、「MEK」と称する。)を加えた後、サンドミルにて混合した。ついで、更に、MEKで粘度10〜13cpsに調整して表面層形成用塗料を調製した。
先に作成した弾性ローラ1を、表面層形成用塗料に浸漬して、弾性ローラ1の弾性層の表面に塗料の塗膜を形成し、乾燥させた。さらに温度160℃にて1時間加熱処理することで弾性層外周に膜厚約15μmの表面層を設け、現像剤担持体S−1を作製した。
[製造例S2〜S14]現像剤担持体S−2〜S−14の作製
表面層の材料として、下記表4−1に示す材料を下記表4−1に示す量で用いた以外は製造例S1と同様にして、現像剤担持体S−2〜S−14を作製した。
[製造例S’1〜S’4]現像剤担持体S’−1〜S’−4の作製
表面層の材料として、下記表4−2に示す材料を下記表4−2に示す量で用いた以外は製造例S1と同様にして現像剤担持体S’−1〜S’−4を作製した。なお、製造例S’4の構造式(1)の対照化合物であるN’−4はペンタエリスリトールであり、該化合物はその構造中に窒素原子を持たない化合物である。
1−4.現像剤担持体の評価
1−4−1.表面の表面粗さ(Ra:算術平均粗さ)測定
JIS B0601−2001に準じ、表面粗さ測定器(商品名:サーフコーダーSE−3500、小坂研究所社製)を用いて、現像剤担持体の表面層の表面の算術平均粗さRaを測定した。対象部材の軸方向を3等分した、各箇所につき周方向3箇所の合計9箇所を測定点として測定し、その平均値を算術平均粗さRaとした。
測定条件は以下の通りである。
(測定環境)室温:23℃±2℃、相対湿度:53%±10%
(放置環境)23℃±2℃、53%±10%、の環境下5時間以上
(接触針)先端形状:球状先端をもつ円錐、円錐のテーパ角度:60°
先端半径:2μm、材質:ダイヤモンド製
(測定力)0.75mN
(測定力変化の割合)0N/m
(測定スピード)0.2mm/s
(カットオフ)λc:0.8mm、λs:2.5μm
(カットオフ種別)2CR(位相非保障)
(基準長さ)0.8mm
(評価長さ)8.0mm
(その他)助走:1.25mm、後走:1.25mm
(ピッチ)1μm
(フィルタ)ガウシアン。
表面粗さ(Ra)の測定結果を表4−1及び表4−2に示す。
1−4−2.表面層の化学構造の評価
現像剤担持体S−1〜S−14の表面層について、熱分解装置(商品名:パイロホイルサンプラーJPS−700、日本分析工業社製)およびGC/MS装置(商品名:Focus GC/ISQ、サーモフィッシャーサイエンティフィック社製)を用い、熱分解温度を590℃、キャリアガスとしてヘリウムを使用し、分析を行った。その結果、いずれの場合も、得られたフラグメントピークから、構造式(1)で示される化合物とポリイソシアネートとの反応によって形成されてなる構造とを有していることが確認された。
2.現像剤規制部材の製造例及び評価
2−1.ブレード部材の作製
2−2−1.ブロック共重合体の調製
[製造例P1]ブロック共重合体P―1の調製
ポリアミド構造およびポリエーテル構造を有するブロック共重合体「ペレスタットN1200」(ポリアミド成分:12ナイロン、三洋化成工業社製;商品名)をメチルイソブチルケトンで抽出処理して得られた抽出物を、メチルイソブチルケトンで抽出処理を行った後の「ペレスタットN1200」に混合した。これによって、ブレード部材のメチルイソブチルケトン抽出量が0.5質量%に調整されたブロック共重合体P―1を得た。
[製造例P2]ブロック共重合体P―2の調製
「ペレスタットN1200」をメチルイソブチルケトンで抽出処理して得られた抽出物を、未抽出の「ペレスタットN1200」に混合した。これによって、ブレード部材のメチルイソブチルケトン抽出量が5.0質量%に調整されたブロック共重合体P―2を得た。
[製造例P3]ブロック共重合体P―3の調製
ポリアミド構造およびポリエーテル構造を有するブロック共重合体「ダイアミドE40−S4」(ポリアミド成分:12ナイロン、ダイセル・エボニック社製;商品名)をメチルイソブチルケトンで抽出処理して得られた抽出物を、メチルイソブチルケトンで抽出処理を行った後の「ダイアミドE40−S4」に混合によって、ブレード部材のメチルイソブチルケトン抽出量が0.5質量%に調整されたブロック共重合体P―3を得た。
[製造例P4]ブロック共重合体P―4の調製
抽出量を表5に記載の条件に変更した以外は、製造例P3と同様にして、ブロック共重合体P―4を得た。
[製造例P5]ブロック共重合体P―5の調製
「ダイアミドE40−S4」をメチルイソブチルケトンで抽出処理して得られた抽出物を、未抽出の「ダイアミドE40−S4」に混合した。これによって、ブレード部材のメチルイソブチルケトン抽出量が5.0質量%に調整されたブロック共重合体P―5を得た。
[製造例P6]ブロック共重合体P―6の調製
「ペレスタットN1200」をメチルイソブチルケトンで抽出処理して得られた抽出物54質量部と、「ダイアミドE40−S4」をメチルイソブチルケトンで抽出して処理して得られた抽出物46質量部とを混合したもの(以下「混合抽出物」とも言う。)を、メチルイソブチルケトンで抽出処理を行った。これを「ペレスタットN1200」に混合することによって、ブレード部材のメチルイソブチルケトン抽出量が0.2質量%に調整されたブロック共重合体P―6を得た。
[製造例P7]ブロック共重合体P―7の調製
抽出量を表5に記載の条件に変更した以外は、製造例P6と同様にして、ブロック共重合体P―7を得た。
2−2.現像剤規制部材の作製
[製造例B1]現像剤規制部材B−1の作製
「ペレスタットN1200」を100質量部を用い、イオン導電剤として、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(三菱マテリアル電子化成社製)1.00質量部を用いた。これらの材料をニーダー内に投入し、160℃で20分間混練して、熱可塑性エラストマー組成物を得た。次に、この熱可塑性エラストマー組成物を1軸押出機に投入し、温度160〜200℃で溶融し、押出機の先端のノズルから溶融ストランド状物を押出し、冷却、切断を行い、ペレットを得た。
前記熱可塑エラストマー組成物のペレットを温度200℃で溶融し、支持部材である、厚さ0.08mmのSUS板上に、ブレード部材として熱可塑性エラストマー組成物を押出成形することにより、現像剤規制部材B−1を作製した。
[製造例B2〜B6及びB10]現像剤規制部材B−2〜B−6及びB−10の作製
原料ポリマーの種類、イオン導電剤の種類、イオン導電剤の配合量を表6に記載の条件に変更した以外は、製造例B1と同様にして、現像剤規制部材B−2〜B−6及びB10を作製した。
[製造例B7]現像剤規制部材B−7の作製
原料ポリマーをブロック共重合体P−1の52質量部とブロック共重合体P−3の48質量部との組み合わせに変更した以外は、製造例B1と同様にして、現像剤規制部材B−7を作製した。評価結果を表6に示す。
[製造例B8及びB9]現像剤規制部材B−8及びB−9の作製
原料ポリマーの組み合わせを表6に記載の条件に変更した以外は、製造例B1と同様にして、現像剤規制部材B−8及びB−9を作製した。評価結果を表6に示す。
[製造例B’1〜B’6]現像剤規制部材B’−1〜B’−6の作製
原料ポリマーの種類、イオン導電剤の種類、イオン導電剤の配合量を表6に記載の条件に変更した以外は、製造例B1と同様にして、現像剤規制部材B’−1〜B’−6を作製した。
2−3.ブレード部材の溶剤抽出処理
上記各製造例で得られたブレード部材について以下の溶剤抽出処理を行った。
2−3−1.溶剤抽出成分の質量
前記現像剤規制部材からブレード部材のサンプルを長さ2〜5mm、幅2〜5mmのサイズで切り出し、温度80℃で12時間乾燥した。その後、メチルイソブチルケトンを溶剤として用い、メチルイソブチルケトンと該サンプルを、質量比を4:1として、容器内に仕込み、温度23℃で72時間静置して抽出処理を行った。抽出処理後に試料液をろ過して、ろ液を回収し、回収したろ液をエバポレーターを用いて減圧乾燥し、さらに温度80℃で6時間減圧乾燥を行い、抽出成分の乾燥物を得て、その質量を測定した。該サンプルに対する抽出成分の乾燥物の質量%を表6に示す。
2−3−2.抽出物の分子量
上記抽出成分中の分子量5000以下の成分の量はゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)で分析した。前記抽出成分の乾燥物に、テトラヒドロフラン(THF)を加え0.5質量%の溶液を調製し、この溶液をGPCに注入した。具体的には、GPC装置としては、GPCゲル浸透クロマトグラフ装置(HLC−8120、東ソー社製)、検出器には、示差屈折率検出器(商品名:RI−8020、東ソー社製)を用いた。また、カラムとしては、ポリスチレンゲルカラム(商品名:TSKgel Super HM−M、東ソー製)を2本組み合わせて使用した。溶離液としは、テトラヒドロフラン(THF)を用い、流速0.6ml/min、温度40℃でGPC測定を行った。分子量分布は、単分散ポリスチレン標準試料(商品名:TSKgel標準ポリスチレン「0005202」〜「0005211」、東ソー社製)により作製した検量線の対数値とリテンションタイムとの関係から算出した。前記抽出成分中の分子量5000以下の成分の質量%を表6に示す。
2−4.ブレード部材の体積固有抵抗値の測定
製造例B1〜9及びB’1〜6においてブレード部材の材料として使用された熱可塑性エラストマー組成物の各々を公知の方法(ホットプレス(商品名:HP−300TL−S、日新科学社製))を用いて厚さ1〜2mm、長さ80〜150mm、幅80〜150mmの評価用シートに成型した。ハイレスタMCP−HT450、URSプローブ(三菱化学アナリテック社製、商品名)にて、温度23℃、相対湿度50%、印加電圧500Vの条件下で、各評価用シートの体積固有抵抗値を測定した。評価結果を表6に示す。
3.現像剤の製造例
[製造例t1]磁性体1の製造
硫酸第一鉄水溶液中に、鉄元素に対して1.00〜1.10当量の苛性ソーダ溶液、鉄元素に対しリン元素換算で0.15質量%となる量のP、鉄元素に対して珪素元素換算で0.50質量%となる量のSiOを混合し、水酸化第一鉄を含む水溶液を調製した。水溶液のpHを8.0とし、空気を吹き込みながら85℃で酸化反応を行い、種晶を有するスラリー液を調製した。
次いで、このスラリー液に当初のアルカリ量(苛性ソーダのナトリウム成分)に対し0.90〜1.20当量の硫酸第一鉄水溶液を加えた後、スラリー液をpH7.6に維持して、空気を吹込みながら酸化反応を進め、磁性酸化鉄を含む含水スラリー液を得た。濾過、洗浄した後、この含水スラリー液を一旦取り出した。この時、含水サンプルを少量採取し、含水量を計った。次に、この含水サンプルを乾燥せずに別の水系媒体中に投入し、撹拌すると共にスラリーを循環させながらピンミルにて磁性酸化鉄を再分散させ、再分散液のpHを約4.8に調整した。そして、撹拌しながら磁性酸化鉄100質量部に対しn−ヘキシルトリメトキシシランカップリング剤を1.6質量部添加し、加水分解を行った。尚、磁性酸化鉄の量は含水サンプルから含水量を引いた値として計算した。その後、撹拌を十分行い、分散液のpHを8.6にしてシランカップリング剤による表面処理を行った。生成した疎水性磁性体をフィルタープレスにてろ過し、多量の水で洗浄した後に100℃で15分、90℃で30分乾燥し、得られた粒子を解砕処理して体積平均粒径が0.21μmの磁性体1を得た。
[製造例t2]ポリエステル樹脂1の製造
冷却管、撹拌機及び窒素導入管の付いた反応槽中に、下記表7に示す材料を入れ、230℃で窒素気流下に生成する水を留去しながら10時間反応させた。次いで5〜20mmHgの減圧下で反応させ、酸価が2mgKOH/g以下になった時点で180℃に冷却し、無水トリメリット酸10質量部を加え、常圧密閉下2時間反応後、反応生成物を取り出し、室温まで冷却後、粉砕してポリエステル樹脂1を得た。ポリエステル樹脂1は、ゲルパーミェーションクロマトグラフィ(GPC)で測定されたメインピーク分子量(Mp)が10500であった。
[製造例t3]トナー粒子1の製造
容器内に、イオン交換水720質量部に0.1M−NaPO水溶液450質量部を投入して60℃に加温した後、1.0M−CaCl水溶液67.7質量部を添加して、分散安定剤を含む水系媒体を得た。一方、下記表8の成分1の欄に示す材料をアトライター(商品名、三井三池化工機(株)製)を用いて均一に分散混合して、重合性単量体組成物を得た。この重合性単量体組成物を60℃に加温し、成分2の欄に示す材料を添加混合し、溶解した後に、重合開始剤として成分3の欄に示す材料を添加、混合、溶解し、トナー組成物を得た。
上記水系媒体中に上記トナー組成物を投入し、60℃、N雰囲気下においてTK式ホモミキサー(商品名、特殊機化工業(株)製)にて12000rpmで10分間撹拌し、造粒した。その後パドル撹拌翼で撹拌しつつ74℃で6時間反応させた。反応終了後、懸濁液を冷却し、塩酸を加えて洗浄した後に濾過・乾燥してトナー粒子1を得た。得られた磁性トナーであるトナー粒子1は重量平均粒径8.0μm、平均円形度0.938であった。
[製造例T1]現像剤T−1の製造
下記表9に示す材料をヘンシェルミキサーFM10C(三井三池化工機(株))内に投入し、回転数4000rpmで一定とし、5分間混合処理した。混合処理後、直径500mm、目開き75μmのスクリーンを設置した円形振動篩機で粗粒等を除去し、現像剤T−1を得た。
〔実施例1〕
1.現像装置の作製
画像形成装置としての、レーザープリンタ(商品名:レーザジェット・プロ(LaserJet Pro) P1606、HP社製)に下記の仕様変更を施した。まず、現像バイアスをAC(交流)からDC(直流)に変更した。次いで、現像バイアスを−500V、ドラム上の明部の電位を−300V、ドラム上の暗部の電位を−800Vに設定した。従ってこの画像形成装置において、Vcontrastは、200V、Vbackは300Vである。
このような仕様変更を施したプロセスカートリッジに、内部にマグネットローラを配置した現像剤担持体S−1と現像剤規制部材B−1を装着すると共にトナーT−1を充填した。このようにして現像装置を作製した。なお、このプロセスカートリッジの現像装置は、本来は磁性非接触型現像装置であるが、外径が11.4mmの弾性ローラ1を用いて作製した現像剤担持体S−1を装着することによって磁性接触型現像装置となった。
2.画像評価
上記2個のプロセスカートリッジを用いて、下記評価を行った。
2−1.帯電量
1個目のプロセスカートリッジをレーザープリンタに装填し、温度15℃、相対湿度10%の低温/低湿環境下において、印字率1%の画像を100枚連続出力した。引き続いて、1枚のベタ黒画像を出力した。当該ベタ黒画像の出力過程において、当該ベタ黒画像の現像に用いられる、現像剤担持体に担持されているトナーを吸引した。このとき、現像剤量担持体の長手方向の中心を基準として左側に担持されてなるトナーについては、弱い吸引力(吸入口の風速0.8m/s)で吸引して、第1の金属円筒管に捕集した。また、現像剤量担持体の長手方向の中心を基準として右側に担持されてなるトナーについては、強い吸引力(吸入口の風速5.8m/s)で吸引して、第2の金属円筒管に捕集した。
第1の金属円筒管に捕集したトナーについて、該金属円筒間を通じてコンデンサーに蓄えられた電荷量Q、捕集されたトナー質量Mを測定した。同様に、第2の金属円筒管に捕集したトナーについて、該金属円筒管を通じてコンデンサーに蓄えられた電荷量Q、捕集されたトナー質量Mを測定した。これらの値から、下記式1と式2を用い上層と下層の単位質量当たりの電荷量Q/M(mC/kg)を算出した。
なお、連続500枚の画像出力によって、現像剤規制部材のチャージアップが促進され帯電付与能の低下が起こるので、上層の帯電量に対して非常に厳しい評価条件である。
2−2.横スジ
2個目のプロセスカートリッジを高温高湿環境(温度40℃、相対湿度95%)下で30日間保管した。その後、プロセスカートリッジをレーザープリンタに装填し、ベタ黒画像を出力した際の横スジの発生の有無を目視で観察し、以下の基準でランク付けした。
ランクA:横スジの発生はない。
ランクB:横スジの発生が、わずかに認められる。
ランクC:横スジの発生が認められる。
得られた帯電量、横スジの評価結果を表10に示す。現像剤担持体、現像剤規制部材ともに帯電付与能が高く、ブレードのチャージアップの抑制効果も高いので、低温低湿環境下において上層のQ/Mと下層のQ/Mの差は小さく、連続500枚の画像出力後のゴースト画像の発生も見られなかった。また、ブレード部材から切り出したサンプルからのメチルイソブチルケトンによる抽出成分の量、および、該抽出成分中の分子量5000以下の成分の量も少ないことから、ブレード部材からの材料の染み出しが抑制され、横スジが発生していない画像が得られた。
〔実施例2〜23及び比較例1〜10〕
表10に示す現像剤担持体と現像剤規制部材の組み合わせで実施したこと以外は実施例1と同様にして現像装置を作製し、画像評価を行った。帯電量、横スジの評価結果を表10に示す。表10から明らかなように、実施例1から実施例23までは、本発明の現像剤担持体と現像剤規制部材を用いた現像装置であるため、良好な結果が得られた。
比較例1においては、上層Q/Mの値が相対的に低かった。これは現像剤規制部材にイオン導電剤を導入していないために、連続画像出力によりブレードのチャージアップが進み、現像剤規制部材の帯電付与能が低下したことに起因するものと考えられる。比較例2においても、上層Q/Mの値が相対的に低かった。現像剤規制部材に導入したイオン導電剤量が2.4質量%と多いために、連続画像出力によるチャージアップは抑制されるものの、トナーの電荷が部材中に流れたことに起因するものと考えられる。
比較例3においては、下層Q/Mの値が相対的に低かった。これは、現像剤担持体の表面層中のウレタン樹脂の原料のアミン化合物の重合度nが5と大きく、また、R1のヒドロキシアルキル基の炭素数9と多かったため、ウレタン樹脂のハードセグメント部分の硬度が十分でなかったことに起因するものと考えられる。比較例4においても、下層Q/Mの値が相対的に低かった。これは、現像剤担持体の表面層中のウレタン樹脂の原料のアミン化合物のR1のアミノアルキル基の炭素数が9と多く、また、R2のアルキレン基の炭素数が5と多かったため、ウレタン樹脂のハードセグメント部分の架橋構造が十分に形成されなかったことに起因するものと考えられる。
比較例5においても、下層Q/Mの値が相対的に低かった。これは、現像剤担持体の表面層中のウレタン樹脂の原料のアミン化合物のR3のアルキレン基の炭素数が6と多いこと、及び、重合度mが4と大きいことから、ハードセグメント部分の架橋構造が良好に形成されなかったことに起因するものと考えられる。比較例6においては、現像剤担持体の表面層の樹脂が、ウレタン樹脂の原料としてアミン化合物ではない化合物を用いたため、樹脂構造中にアミン骨格を有しない樹脂であった。そのため、現像剤担持体のトナーへの帯電付与能が不十分で、下層Q/Mの値が相対的に悪かったものと考えられる。
比較例7においては、上層Q/Mの値が相対的に低かった。これは、比較例7で使用したブレード部材のメチルイソブチルケトンによる抽出成分の量が0.2質量%と少ないために、イオンの移動に寄与する分子の量が少なく、連続通紙により現像剤規制部材がチャージアップしたことに起因するものと考えられる。比較例8においては、上層Q/Mの値が相対的に低く、横スジの発生も認められた。これは、比較例8で使用したブレード部材のメチルイソブチルケトンによる抽出成分の量が7.3質量%と多いために、ブレード部材から染み出した成分が現像剤担持体に付着したことに起因するものと考えられる。
比較例9及び0においては、上層Q/Mの値が相対的に低かった。これは、現像剤規制部材の抽出成分中の分子量5000以下の成分の量が41質量%と少ないために、イオンの移動に寄与する分子の量が少なく、連続通紙により現像剤規制部材がチャージアップしたことに起因するものと考えられる。
1:現像剤担持体
2:基体
3:弾性層
4:表面層
5:現像剤規制部材
6:支持部材
7:ブレード部材
9:現像容器
10:マグネット部材
12:現像剤

Claims (5)

  1. 磁性一成分トナーと、該磁性一成分トナーを収容している現像容器と、マグネット部材を内包した現像剤担持体と、現像剤規制部材と、を備えた現像装置であって、
    該現像剤担持体は、基体、弾性層および表面層を有し、
    該表面層は、ウレタン樹脂、ウレア樹脂及びウレタン−ウレア樹脂から選ばれる少なくともひとつの樹脂を含み、
    該樹脂は、下記構造式(1)で示される化合物と、ポリイソシアネートとの反応に由来する構造を含み、
    該現像剤規制部材は、支持部材およびブレード部材を有し、
    該ブレード部材は、ポリアミド構造およびポリエーテル構造を有するブロック共重合体と、イオン導電剤と、を含み、
    該ブレード部材から切り出したサンプルからのメチルイソブチルケトンによる抽出成分の量が、該サンプルの質量を基準として、0.5質量%以上、5.0質量%以下であり、かつ、
    該抽出成分中の分子量5000以下の成分の量が70質量%以上であることを特徴とする現像装置:
    [構造式(1)中、nは1以上4以下の整数であり、R1は各々独立に下記(a)〜(c)からなる群から選ばれる何れかである。R2は炭素数2以上4以下のアルキレン基である。
    (a)炭素数1以上8以下のヒドロキシアルキル基、
    (b)炭素数2以上8以下のアミノアルキル基、
    (c)下記構造式(2)で示される基。]。
    [構造式(2)中、mは2以上3以下の整数であり、R3は炭素数2以上5以下のアルキレン基である。]。
  2. 前記構造式(1)で示される化合物が、下記構造式(3)で示される化合物である請求項1に記載の現像装置:
    [構造式(3)中、kは1または2である。R4は各々独立に炭素数2または3のアルキレン基であり、R5は炭素数2のアルキレン基である。]。
  3. 前記イオン導電剤がトリフルオロメタン部位を有する請求項1または2に記載の現像装置。
  4. 前記イオン導電剤の含有量が、前記ブロック共重合体100質量部に対して、0.01質量部以上、2.00質量部以下である請求項1乃至3のいずれかの一項に記載の現像装置。
  5. 請求項1乃至4のいずれかの一項に記載の現像装置を有する電子写真画像形成装置。
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