JP4816413B2 - 現像ローラの製造方法、現像装置および画像形成装置 - Google Patents
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Description
現像工程では、例えば、静電的な潜像を担持する感光体に、トナーを担持する現像ローラを接触させた状態で、帯電したトナーを現像ローラから潜像へ付与し、潜像をトナー像として可視化する。
しかしながら、この現像ローラは、ローラとなる円筒部材にブラスト処理を施すことで、該円筒部材の表面を粗面化して製造されている。そのため、円筒部材が砥粒(研磨材)によって変形し、歩留まりが悪いという問題がある。
しかしながら、この現像ローラの研削目(凹凸)はローラの回転方向に沿って形成されているため、トナーを摩擦帯電させる場合、ローラの回転方向に沿って現像剤が転がり、凹凸による摩擦抵抗が小さくなる。その結果、該現像ローラは、トナーの帯電不良、かぶりの発生を引き起こしている。
しかしながら、このような現像ローラでは、溝の横断面形状がU字状であり、凸部の頂面が平滑面であるため、帯電不良、カートリッジからのトナー漏れ、画像に濃淡ムラが発生してしまうという問題がある。
本発明の現像装置は、トナーと、外周面に前記トナーを保持する現像ローラと、を備える現像装置であって、
前記現像ローラは、互いに平行でありかつ前記現像ローラの前記外周面の周方向に対して傾斜する方向に略等間隔で形成された複数の第1の溝と、互いに平行でありかつ前記現像ローラの外周面の周方向に対して傾斜する方向に略等間隔で形成され、前記各第1の溝と交差する複数の第2の溝と、を有し、
前記第1の溝と前記第2の溝はそれぞれ横断面がU字形状をなし、
前記第1の溝と前記第2の溝とで囲まれる領域に凸部が設けられ、
該凸部の頂面には複数の微小な突起が形成され、当該頂面の表面粗さRzをR0としたとき、R0は、前記トナー粒子の平均粒径の0.5〜2倍であり、
前記表面粗さR0の粗さ曲線の平均線から前記第1の溝の最大深部までの距離をD1、前記表面粗さR0の粗さ曲線の平均線から前記第2の溝の最大深部までの距離をD2としたとき、D1およびD2は、それぞれ前記トナー粒子の平均粒径の0.5〜2倍であり、
前記R0<D1、かつ、前記R0<D2となる関係を満たすことを特徴とする。
これにより、現像ローラの外周面にトナーが転動する面積が増大するので、トナーが微小な突起や凸部の上を転動することで、トナーを均一に帯電することできる。その結果、かぶり消費量が少なく、ムラのない高画質な画像の印字が可能となる。
これにより、各凸部の頂面の表面粗さが一定になるので、トナーが現像ローラの外周面を転動することで、トナーをより均一に帯電することができる。その結果、常に一定の性能で、高画質な画像の印字が可能となる。
これにより、トナーが溝を滑らかに移動するので、トナーが溝から凸部へと効率的に転動することができる。
本発明の現像装置では、前記第1の溝と前記第2の溝とは、90°よりも小さい角度で交差していることが好ましい。
これにより、現像ローラの外周面の周方向に沿って凸部が多く形成されるので、トナーが凸部の上を転動する回数が増え、トナーの帯電性が良好になる。
これにより、現像ローラの外周面に適切な量の凸部を設定することができるので、溝から凸部、凸部から溝へとトナーが転動することにより、トナーの帯電性を良好にすることができる。
円柱状のローラ基材の前記外周面に粗面加工を施して多数の微小な突起を形成する第1の工程と、
前記粗面加工された前記ローラ基材の前記外周面に、互いに平行でありかつ前記ローラ基材の前記外周面の周方向に対して傾斜する方向に略等間隔で複数の第1の溝と、互いに平行でありかつ前記ローラ基材の前記外周面の周方向に対して傾斜する方向に略等間隔で、前記各第1の溝と交差する複数の第2の溝とを転造により形成する第2の工程とを有し、
前記第1の工程で前記粗面加工が施された前記外周面の表面粗さRzをR0としたとき、R0は、前記トナー粒子の平均粒径の0.5〜2倍であり、
前記第2の工程の前記転造は、前記第1の溝および前記第2の溝以外の部分に形成された微小な突起が残存するように行われることを特徴とする。
これにより、粗面化された面が残存するように転造が行われるので、トナーの帯電性が良好な現像ローラを簡単に製造することができる。
これにより、感光体との距離を精度よく設定することができる。
本発明の現像ローラの製造方法では、前記第1の工程における前記粗面加工は、前記ローラ基材の外周面に全周にわたって環状に凸条が形成されるように行われることが好ましい。
これにより、ローラ基材の表面粗さが一定になるので、各凸部の頂面の表面粗さにばらつきがない現像ローラを確実に製造することができる。
前記R0<D1、かつ、前記R0<D2となる関係を満たすように行われることが好ましい。
これにより、現像ローラの外周面に寸法精度よく溝や凸部が形成されるので、トナー帯電性が良好な現像ローラを製造することができる。
前記第1の転造用ダイスと前記第2の転造用ダイスとを同方向に回転して行われることが好ましい。
これにより、簡単かつ確実に第1の溝と第2の溝とを有する現像ローラを製造することができる。
本発明の画像形成装置は、本発明の現像装置を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い画像形成装置を得ることができる。
<第1実施形態>
図1は、本発明の画像形成装置の概略構成を示す模式的断面図、図2は、本発明の現像装置(第1実施形態)の概略構成を示す模式的断面図である。なお、以下の説明では、図中の上側を「上」、下側を「下」という。
まず、図1に基づいて、画像形成装置の一例としてレーザビームプリンタ(以下単に「プリンタ」と言う)10について説明する。
図1に示すように、プリンタ10は、潜像を担持し図中矢印方向に回転する感光体20を有し、その回転方向(時計方向)に沿って帯電ユニット30、露光ユニット40、現像ユニット50、一次転写ユニット60および中間転写体70、クリーニングユニット75がこの順に配設されている。また、プリンタ10は、図1の下部に、紙などの記録媒体P1を給紙する給紙トレイ92を有し、該給紙トレイ92からの記録媒体P1の搬送方向下流に向かって、二次転写ユニット80、定着ユニット90が順次配設されている。
露光ユニット40は、図示しないパーソナルコンピュータなどのホストコンピュータから画像情報を受け、これに応じて、一様に帯電された感光体20にレーザ光を所望のパターンで照射することにより、感光体20の外周面に静電的な潜像(静電潜像)を担持(形成)させる装置である。
中間転写体70は、エンドレスのベルトで構成されており、図1に示す矢印方向に、感光体20とほぼ同じ周速度にて回転駆動(循環)される。中間転写体70上には、ブラック、マゼンタ、シアン、イエローのうちの少なくとも1色のトナー像が担持され、例えばフルカラー画像の形成時に、ブラック、マゼンタ、シアン、イエローの4色のトナー像が順次重ねて転写されて、フルカラーのトナー像が形成される。
定着ユニット90は、前記トナー像の転写を受けた記録媒体P1を加熱および加圧することにより、前記トナー像を記録媒体P1上に融着させて永久像として定着させるための装置である。
クリーニングユニット75は、一次転写ユニット60と帯電ユニット30との間で感光体20の表面に当接するゴム製のクリーニングブレード76を有し、一次転写ユニット60によって中間転写体70上にトナー像が転写された後に、感光体20上に残存するトナーをクリーニングブレード76により掻き落として除去するための装置である。
まず、図示しないホストコンピュータからの指令により、感光体20、現像ユニット50の各現像装置51、52、53、54に対応して設けられた後述の現像ローラ510(図2、図3参照)、および中間転写体70が回転を開始する。そして、感光体20は、回転することによって帯電ユニット30により順次帯電される。
感光体20上に形成された潜像は、感光体20の回転に伴って現像位置に至り、イエロー現像装置54によってイエロートナーで現像される。これにより、感光体20上にイエロートナー像が形成される。このとき、現像ユニット50は、イエロー現像装置54が、前記現像位置にて感光体20と対向している(図1参照)。
一方、記録媒体P1は、給紙トレイ92から、給紙ローラ94、レジローラ96によって二次転写ユニット80へ搬送される。
一方、感光体20は、一次転写位置を経過した後に、クリーニングユニット75のクリーニングブレード76によって、その表面に付着しているトナーが掻き落とされ、次の潜像を形成するための帯電に備える。掻き落とされたトナーは、クリーニングユニット75内の残存トナー回収部(図示しない)に回収される。
次に、現像ユニット50の現像装置51、52、53、54について詳細に説明するが、これらは、ほぼ同一の構成であるため、以下、図2に基づき、イエロー現像装置54を代表的に説明する。
図2に示すイエロー現像装置54は、イエロートナーであるトナーTを収容するハウジング540と、トナー担持体たる現像ローラ510と、この現像ローラ510にトナーTを供給するトナー供給ローラ550と、現像ローラ510に担持されたトナーTの層厚を規制する規制ブレード560とを有している。
現像ローラ510は、外周部にトナーTを保持(担持)して、該保持されたトナーTを感光体20へ付与する、すなわち、保持されたトナーTを感光体20と対向する現像位置に搬送するものである。また、現像ローラ510は、軸線まわりに回転可能な円柱状物であり、本実施形態では、感光体20の回転方向と逆の方向に回転する。
また、本実施形態では、規制ブレード560の現像ローラ510側とは逆側には、ブレード裏部材570が設けられ、ゴム支持部560bとハウジング540との間にトナーTが入り込むことを防止するとともに、ゴム部560aを現像ローラ510へ押圧して、ゴム部560aを現像ローラ510に押しつけている。
なお、現像ユニット50の現像装置51、52、53の各部の構成、作用、効果も、前記現像装置54と同様である。
次に、図3〜図5に基づき、本発明の現像ローラ510について詳細に説明する。
図3は、現像ローラの概略構成を示す平面図、図4は、図3に示す現像ローラに形成された溝の拡大平面図、図5は、図4中のA−A線断面図である。
図3に示すように、現像ローラ510は、円柱状の本体300と、該本体300の回転軸(中心軸)Oに沿って本体300の両端からそれぞれ突出し、本体300の外径より縮径した縮径部310とを有している。この現像ローラ510の本体300は、アルミニウム、ステンレス、鉄等のような金属材料を主材料として構成されている。これにより、後述する溝2を例えば転造(転写法)によって本体300(現像ローラ510)の外周部301に形成するとき、当該溝2を容易かつ確実に形成することができる。また、トナーTが本体300の外周部301上を搬送することで、トナーTを効率よく帯電させることができる。
また、本体300の直径は、特に限定されないが、例えば、10〜30mmであるのが好ましく、15〜20mmであるのがより好ましい。
現像ローラ510には、図3に示すように、その外周部301に、トナーTの粒子が入る溝2が形成されている。該溝2は、複数の第1の溝21と、各第1の溝21と交差する複数の第2の溝22とで構成されている。そして、第1の溝21と第2の溝22とで囲まれる領域に凸部3が形成されている。
また、図4に示すように、複数の第2の溝22は、複数の第1の溝21と同様に、互いに平行であり、それぞれ、外周面301aの周方向に対して傾斜する方向に略等間隔で形成されている。そして、本実施形態では、図4に示すように、第2の溝22は第1の溝21と直交している。
図5に示すように、各第1の溝21および各第2の溝22のそれぞれには、トナー供給ローラ550から供給されたトナーTの粒子が入る。そして、これら第1の溝21および第2の溝22のそれぞれをトナーTが転動することにより、トナーTが現像ローラ510と接触し、擦られる。これにより、トナーが均一に帯電される。
第1の溝21は、前述したように、互いに平行であり、それぞれ、外周面301aの周方向に対して傾斜する方向に略等間隔で形成されている。これにより、トナーTが第1の溝21に収容され、適正な量のトナーTを搬送することができる。
トナーTの平均粒径が前記下限値よりも小さければ、第1の溝21にトナーTが積み重なって収容され、トナーTの帯電が不均一となる。
また、第1の溝21の最大幅A1は、トナーT粒子の平均粒径の2.5〜20倍であることが好ましく、3〜10倍であることがより好ましい。
これにより、トナーTが第1の溝21に確実に収容され、適正量の搬送が可能となる。また、トナーT粒子と現像ローラ510の外周面301aとの接触面が大きくなり、トナーTが良好に帯電される。
一方、第1の溝21の最大幅A1がそれぞれトナーT粒子の平均粒径の前記上限値よりも大きければ、トナーTが第1の溝21に大量に収容され、トナーT漏れを引き起こすおそれがある。また、トナーTと外周面301aとの接触する面が上記好ましい範囲よりも小さくなるため、トナーTの帯電性が悪くなる。
第1の溝21の幅をこのような範囲とすることで、外周面301aに対して第1の溝21の割合が多くなり、トナーTが第1の溝21に収容されることにより、十分なトナーT量を搬送することができる。また、寸法精度のよい凸部3が形成され、トナーT粒子と現像ローラ510の外周面301aとの接触面が大きくなる。したがって、トナーTが外周面301aを転動することにより、良好に帯電される。その結果、かぶりが少ない高画質な印字が可能となる。
一方、第1の溝の最大幅A1が前記上限値よりも大きければ、第1の溝21にトナーTが大量に収容され、トナーT漏れを引き起こす。また、上記好ましい範囲の場合よりも、外周面301aとの接触面が小さくなり、帯電性が低下する。
一方、第1の溝21の深さD1が、トナーTの粒子の平均直径(平均粒径)の前記上限値よりも大きければ、第1の溝21内をトナーTが転動しにくくなる。よって、トナーTの搬送性が低下し、帯電性も悪くなる。
また、第1の溝21の深さD1と第2の溝22の深さD2との比D2/D1は、特に限定されないが、例えば、0.5〜2であるのが好ましく、0.8〜1.5であるのがより好ましい。これにより、現像ローラ510の外周面301aが段差のない滑らかな形状となるため、トナーTが当該外周面301aを滑らかに転動することができる。
また、図5に示すように、第1の溝21のU字形状は、左右対称に形成されている。これにより、トナーT粒子の第1の溝21への収容、離脱がスムーズに進行し、トナーTを滑らかに搬送することができる。したがって、トナーTが外周面301aと接することにより、トナーTを均一に帯電させることができる。
これにより、トナーT粒子が第1の溝21中で転動し易い溝形状となり、トナーTと外周面301aが接触することにより、トナーT粒子が良好に帯電される。
一方、第1の溝21の底面212の曲率半径が前記上限値よりも大きければ、第1の溝21内をトナーTが滑らかに転動せず、トナーTの帯電性が悪くなる。
第1の溝21同士の間隔は、略等間隔で形成される。具体的には、後述するC1の長さの範囲であることが好ましい。かかる範囲内であれば、外周面301aに対して適度な間隔で第1の溝21が形成され、適正な量のトナーTを搬送することができる。また、外周面301aとの接触により、トナーTが均一に帯電される。したがって、かぶりの少ない、高画質な印字が可能となる。
一方、溝形成部320の面積率が外周面301aの面積の前記上限値より大きければ、第1の溝21から凸部3へと転動する割合が少なくなるため、トナーTの帯電性が悪くなる。また、トナーTと外周面301aとの接触する面が上記好ましい範囲よりも小さくなるため、トナーTの帯電性が悪くなる。
第2の溝22は、その各部の寸法、形状について、前記第1の溝21のものと同様である。また、その作用、効果も同様である。
凸部3は、第1の溝21と第2の溝22とが交差することにより生じる、第1の溝21と第2の溝22とのそれぞれで囲まれる領域に形成される。このような領域に凸部が形成されることにより、例えば、第1の溝21に位置するトナーTが、現像ローラ510の回転に伴なって、凸部3に向って転動し、さらに、第2の溝22に収容される。これにより、トナーTは、現像ローラ510の外周面301aと多く接触し、トナーTが均一に帯電される。また、トナーTが溝2に収用されることにより、適正なトナーT量を搬送することができる。
なお、凸部3は現像ローラ510の外周面301a上に形成されているので、その頂面31は現像ローラ510の外径の曲率半径と略同程度に湾曲している。この程度の湾曲は、前記「略平面」に含まれるものとする。
また、凸部3の頂面31の中心を通り第1の溝21と平行な方向の頂面31の長さをC2としたとき、C2は10〜50μmであることが好ましく、10〜30μmであることがより好ましい。
C1およびC2のそれぞれが前記下限値よりも小さければ、長時間の使用により規制ブレードやトナーとの摩擦で凸部が磨耗しやすくなり、トナー搬送量、帯電量を維持することができなくなる。
なお、凸部3の高さは、第1の溝21の深さD1および第2の溝22の深さD2と同じである。
一方、隣り合う凸部3との離間距離dが前記上限値よりも大きければ、第1の溝21の最大幅A1が大きくなり、トナーT漏れを引き起こしてしまう恐れがある。また、トナーTと外周面301aとの接触する面が上記好ましい範囲よりも小さくなるため、トナーTの帯電性が悪くなる。
頂面31の表面粗さRz(JIS B 0601)をR0としたとき、R0はトナーTの平均粒径の0.5〜2倍であることが好ましく、0.7〜1.5倍であることがより好ましい。
R0がトナーT粒子の平均粒径の前記下限値よりも小さいければ、トナーTが頂面31を滑らかに転動し、十分な帯電性が得られないおそれがある。
R0の具体的な大きさとしては、0.5〜20μmであることが好ましく、1〜14μmであることがより好ましい。R0の大きさがこのような範囲であることにより、トナーTが頂面31の突起32に衝突しながら転動するので、トナーTの帯電性が向上する。したがって、かぶりを抑えた、ムラのない高画質な印字が可能となる。
一方、R0の大きさが前記上限値よりも大きければ、トナーTが頂面31を転動しにくくなり、十分な帯電性が得られず、その結果、かぶり量の増加を招くおそれがある。
このような頂面31の表面粗さR0は、現像ローラ510の本体300の溝形成部320全体で同一であっても、本体300の長手方向に沿って部分的に変化していてもよい。本実施形態では、各頂面31の表面粗さR0は、溝形成部320全体で同じであるとして説明する。
また、頂面31の表面粗さR0は、R0<D1、かつ、R0<D2の関係を満たしていることが条件となる。
このような条件であれば、D1およびD2のそれぞれが均一となり、トナーTが溝2から凸部3、凸部3から溝2へと確実に転動するので、帯電性が良好になる。
各凸部3の頂面31に形成されている微小な突起32は、図4に示すように、現像ローラ510の外周面301aの周方向に沿って延在して形成されているが、傾斜していてもよい。そして、凸条321は、ほぼ平行に複数形成されている。その間隔は、ほぼ等間隔となっている。
なお、凸部3の頂面31における凸条321の数量は、複数に限らず、1本であってもよい。また、微小な突起32は、凸条321に限らず、例えば、散点状に形成されていてもよい。
凸条321の形成は、例えば、後述するように、ローラ基材400を回転しながら、センタレス研削によって、容易に行うことができる。
R1がこのような範囲であることにより、トナーTが第1の溝21を滑らかに転動するので、トナーTの第1の溝21、第2の溝22への収容、離脱が容易となる。
また、現像ローラ510の外周面301aにおいて、前述した条件を満たす表面粗さR0を有する頂面31が占める割合は、特に限定されないが、例えば、全ての凸部3の頂面31に対して50〜100%であるのが好ましく、60〜100%であるのがより好ましい。
前述した条件を満たす表面粗さR0を有する頂面31の割合が多ければ、凸部3の頂面31に微小な突起32を設けたことによる、前述した効果が十分に発揮される。
このように、トナーTが溝2内で積み重なることなく、凸条321に衝突しながら転動するので、トナーTを均一かつ良好に帯電させることができる。したがって、かぶりが少なく、ムラのない高画質な画像の印字が可能となる。
図6〜図8および図11は、それぞれ、図3に示す現像ローラの製造方法の工程の一例を説明するための図(図6は平面図、図7、図8は断面図、図11は側面図)である。
なお、以下の説明では、図7および図8中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
本発明の現像ローラ製造方法は、例えば、円柱状のローラ基材の前記外周面に粗面加工を施して多数の微小な突起を形成する第1の工程と、粗面加工されたローラ基材の外周面に、互いに平行でありかつローラ基材の外周面の周方向に対して傾斜する方向に略等間隔で複数の第1の溝と、互いに平行でありかつローラ基材の外周面の周方向に対して傾斜する方向に略等間隔で、各第1の溝と交差する複数の第2の溝とを転造により形成する第2の工程とを有する。
[1]第1の工程
まず、図6(a)および図7(a)に示すように、現像ローラ510の本体300となるローラ基材400を用意する。
次に、図6(b)および図7(b)に示すように、ローラ基材400の外周面401に対し粗面加工(突起32を形成するための加工)を施すことにより、本体300を作製する。
A.粗面加工としてセンタレス研削を用いる場合
図6(a)、図7(a)に示すローラ基材400をセンタレス研削機を用いて、粗面化する。これにより、図6(b)、図7(b)に示すように、突起32である凸条321が、ローラ基材400の外周面401に形成される。
すなわち、センタレス研削は、ローラ基材400をこのセンタレス研削機に設置する。そして、研削砥石をローラ基材400に接触し、ローラ基材400の回転と送りを調整車の回転で調整しながらローラ基材400の外周面401を研削する。これにより、外周面401の全面または一部に凸条321を形成する。
また、ローラ基材400の端部と中間部とに対応する研削砥石の位置に粗さが異なる2種類の研削砥石を用いれば、ローラ基材400の端部と中間部とで表面粗さが異なる研削をすることができる。
図6(a)、図7(a)に示すローラ基材400をブラスト処理により粗面化する。これにより、図6(b)、図7(b)に示すように、微小な突起32がローラ基材400の外周面401に形成される。
ブラスト処理は、例えば、砥粒を噴出するノズルと、砥粒を貯蔵する砥粒タンクと、砥粒の粒度を分ける分級機と、砥粒とともにノズルから噴出するキャリアガスを供給するガス供給手段とを有するブラスト装置を用いて行うことができる。
以上のような粗面加工により、図6(b)および図7(b)に示すように、ローラ基材400の外周面401が粗面化され、凸条321が形成された現像ローラ510が得られる。
[2−1]転造用ダイス(転造装置)の用意
次に、図7(c)、図11に示すように、凸条321が形成された本体300の外周面301aに、第1の溝21と第2の溝22とを形成するために、第1の溝21転造用のダイス(ローラ)900aと、第2の溝22転造用のダイス(ローラ)900bとを用意する。
[2−2]第1の溝、第2の溝の転造
次に、図7(d)、図11に示すように、ダイス900a、bを本体300に押圧する。すなわち、ダイス900a、bの溝902、904が凸部3の頂面31の凸条321に接触しないようにダイス900a、bを本体300に押圧し、第1の溝21と第2の溝22とを転造する。
具体的には、粗面化されたローラ基材400(本体300)をダイス900aとダイス900bとの間に支持(狭持)する。そして、ダイス900aとダイスbとを同じ方向に回転させつつ、本体300をダイス900a、bと逆方向に回転させる。
一方、ダイス900bと本体300とが回転すると、図7(d)、図11に示すように、ダイス900bの凸条903が本体300を押圧し、それに応じて本体300の外周面301aが変形する。そして、第2の溝22が転造される。
そして、転造後、転造装置から本体300を離脱させる。
このように、ダイス900aとダイス900bとの間に狭持して転造を行うことにより、特に、第1の溝21と第2の溝22とを別々のダイス900a、bで形成することにより、本体300に過剰な押圧力がかからず、均等な圧力がかかるので、第1の溝21と第2の溝22とを効率よく、正確に形成することができる。
該軸間距離が短過ぎると、ダイス900a、bが本体300を過剰に押圧してしまうので、凸部3の頂面31が設計値より小さくなるか、または平滑面になるおそれがある。
したがって、前述した条件を満たす頂面31を形成するためには、前記規定手段を設けることが好ましい。このような規定手段を設けることにより、適度な深さの第1の溝21および第2の溝と、凸部3の頂面31の凸条321とを確実かつ再現性よく形成することができる。
なお、以上説明したダイス900a、bは、ダイス900aに第1の溝21に対応する凸条901が、ダイス900bに第2の溝22に対応する凸条903がそれぞれ分離して形成されていたが、これに限らず、例えば、ダイス900aに第1の溝21と第2の溝22とに対応する凸条901、903が形成されていてもよい。
図9は、現像ローラ510に形成された溝2の拡大平面図である。
以下、この図を参照して本発明の現像ローラ510の第2実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
本実施形態は、凸部3の形状、第1の溝21と第2の溝22との交わる角度が第1実施形態と相違している。
なお、微小な突起32の条件は、第1実施形態で述べたものと同様である。
図10は、現像ローラ510の概略構成を示す平面図である。
以下、この図を参照して本発明の現像ローラ510の第3実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
本実施形態は、凸部3の頂面31の表面粗さR0が本体300の長手方向に沿って部分的に異なっていること以外は第1実施形態と同様である。
具体的には、本体300の溝形成部320の端部323に位置する頂面31の表面粗さR0は、溝形成部320の中央部322に位置する頂面31の表面粗さR0の好ましくは50〜90%、より好ましくは60〜80%とされる。
このように、凸部3の頂面31の表面粗さR0は、現像ローラ510の本体300の端部323と中央部322とで異なっていてもよいが、各凸部3の頂面31毎に異なっていてもよい。例えば、頂面31の表面粗さR0が、長手方向の1つおきに異なっていてもよい。
なお、本実施形態では、端部323に位置する頂面31の表面粗さR0は、中央部322に位置する頂面31の表面粗さR0よりも小さいが、第1実施形態で説明した表面粗さR0の条件は満たしている。
また、本発明の現像装置および画像形成装置は、前記各実施形態のうちの、任意の2以上の構成(特徴)を組み合わせたものであってもよい。
また、粗面化された凸部の頂面の一部が、第1実施形態で説明した条件を満たしていなくてもよい。
以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
(実施例1)
[1.1]現像ローラの製造
[1.1.1]センタレス研削
長さ314.5mm、直径18mmの機械構造用炭素鋼鋼管STKM11Aで形成された円柱状のローラ基材を、センタレス研削機(ミクロン社製MD600III−4W)に設置した。なお、このセンタレス研削機は、研削するローラ基材の端部と中間部とに対応する研削砥石の位置において、それぞれ粗さが異なる砥石を用いている。
その結果、ローラ基材の外周面全面が粗面化され、凸条が形成された。このときのローラ基材の外周面の、中間部の表面粗さR0は5.9μmであり、端部の表面粗さは、2.4μmであった。
第1の溝に対応する凸条が形成されているダイスと、第2の溝に対応する凸条が形成されているダイスとを用意した。
次に、[1.1.1]で得られた粗面化されたローラ基材(本体)を転造装置((株)ニッセー社製 ND−10/CNC)に設置した。そして、2つのダイスと本体とを逆方向に、回転速度150rpmで回転させながら、ダイスを本体に14秒間押圧し、第1の溝と第2の溝とを本体に転造した。転造後、ダイスと本体の回転を停止し、本体を転造装置から離脱した。
このときの本体の外周面に形成された、第1の溝の最大幅A1は40μm、第1の溝の深さD1は6.5μm、第2の溝の最大幅A2は40μm、第2の溝の深さD2は6.5μm、溝ピッチ(凸部ピッチ)は80μmであった。また、凸部の頂面は、40μm×40μmの平面であった。
次に、第1の溝と第2の溝とが形成された現像ローラを脱脂液に浸漬し、60℃で、5分間脱脂処理を行った。
その後、脱脂処理した現像ローラを、NiPめっき液(上村工業社製ニムデンSX)に浸漬し、80℃、1分間、無電解めっきを施した。得られた現像ローラを洗浄、乾燥したところ、現像ローラの外周面に膜厚4μmのNiP層が形成された。
以上により、現像ローラの外周面に第1の溝、第2の溝および頂面に凸条が残存した凸部を有する、図3に示す構造の現像ローラを製造した。
なお、めっき後の凸部の頂面の表面粗さR0、表面粗さR0の粗さ曲線の平均線から第1の溝の最大深部までの距離D1、表面粗さRの粗さ曲線の平均線から第2の溝の最大深部までの距離をD2、凸部ピッチ(d)などは表1中にも示した。
この現像ローラを組み込んだ図2に示す構造の現像装置を製造した。
[1.3]画像形成装置の製造
この現像装置を組み込んだ図1に示す構造の画像形成装置を製造した。
(実施例2)〜(実施例14)
実施例1において、現像ローラのR0、D1、D2、dなどの条件を表1に示すように変えた以外は、実施例1と同様に行い、画像形成装置を製造した。
[1.1]現像ローラの製造
[1.1.1]ブラスト処理
長さ31.45cm、直径1.8cmの機械構造用炭素鋼鋼管STKM11Aで形成された円柱状のローラ基材をステージに設置した。
12×12)のノズルから砥粒をローラ基材に噴出(圧力0.35〜0.45Mpa)し、ローラを12rpmで回転させながら、ローラ基材の外周面全体を粗面化した。
なお、砥粒は平均粒径125μmのジルコニアを、キャリアガスは空気を用いた。
その結果、ローラ基材の外周面全面が粗面化され、微小な突起が複数形成された。このときのローラ基材の外周面の表面粗さR0は、6.2μmであった。
次に、実施例1と同様の方法により、第1の溝および第2の溝を転造した。なお、第1の溝の最大幅A1、第1の溝の深さD1、第2の溝の最大幅A2、第2の溝の深さD2、溝ピッチ(凸部ピッチ)、凸部の頂面の大きさは、実施例1と同様だった。
[1.1.3]NiPめっき処理
次に、実施例1と同様の方法により、第1の溝と第2の溝とが形成された現像ローラにNiPめっき処理を施した。なお、NiPの膜厚は、4μmだった。
このときの凸部の頂面の表面粗さR0は6.1μm、第1の溝と第2の溝のそれぞれの内表面の表面粗さR1は、0.55μmだった。
なお、めっき後の凸部の頂面の表面粗さR0、表面粗さR0の粗さ曲線の平均線から第1の溝の最大深部までの距離D1、表面粗さRの粗さ曲線の平均線から第2の溝の最大深部までの距離をD2、凸部ピッチ(d)などは表1中にも示した。
実施例1と同様にして行い、[1.1]で得られた現像ローラを組み込んだ図2に示す構造の現像装置を製造した。
[1.3]画像形成装置の製造
実施例1と同様にして行い、[1.2]で得られた現像装置を組み込んだ図1に示す構造の画像形成装置を製造した。
実施例15において、現像ローラのR0、D1、D2、dなどの条件を表1に示すように変えた以外は、実施例15と同様に行い、画像形成装置を製造した。
(実施例19)
実施例15の[1.1.1]ブラスト処理において、砥粒の平均粒径を100μmに変えて実施例15と同様の方法でブラスト処理を行った。その結果、ローラ基材の外周面の表面粗さR0は、3.8μmであった。
その後、実施例15と同様に行い、画像形成装置を製造した。
なお、めっき処理後の凸部の頂面の表面粗さR0は3.3μmであった。
実施例1において、センタレス研削を行わない以外は、実施例1と同様に行い、画像形成装置を製造した。
(比較例2)〜(比較例10)
実施例1において、現像ローラのR0、D1、D2、dなどの条件を表2に示すように変えた以外は、実施例1と同様に行い、画像形成装置を製造した。
実施例1において、第1の溝の転造および第2の溝の転造を行わない(D1=0、D2=0)以外は、実施例1と同様に行い、画像形成装置を製造した。
なお、めっき前の現像ローラの本体の表面粗さは6.8μm、めっき後の現像ローラの本体の表面粗さは6.3μmであった。
以上のように、実施例1〜19、比較例1〜11で得られた各現像ローラについて、帯電量、かぶり消費量を下記の方法により測定した。
なお、トナーは、平均粒径は6.5μmのポリエステル系樹脂の組成のものを用いた。また、紙は市販のコピー用紙を用い、紙送り速度40PPMで評価した。
実施例1〜19、比較例1〜11で得られた画像形成装置において、印字途中で画像形成装置を停止させ、カートリッジを取り外した。そして、粉黛帯電量分布測定装置(ホソカワミクロン社製、E−spart analyzer)を用いて、帯電量分布を測定した。その結果から、帯電量を求めた。
実施例1〜19、比較例1〜11で得られた画像形成装置において、100枚印字毎に印字で消費したトナーを補給してゆき、合計2000枚印字を行った。そのときの安定時(100枚連続印字後)のかぶり消費量とトナー補給直後のかぶり消費量(補給時かぶり消費量)を測定した。
実施例1〜19、比較例1〜11で得られた画像形成装置において、30000枚印字した後の印字特性を目視により確認し、以下の4段階の基準に従い評価した。
◎:ムラが全く認められなかった。
○:ムラがわずかに認められた。
△:ムラが顕著に認められた。
×:トナー規制漏れ発生。
これらの結果を表1および表2にまとめて示した。なお、表1および表2中、R<D1、R<D2の条件の○は当該条件を満たすことを意味し、×は当該条件を満たさないことを示す。
特に実施例1〜5、12〜14では、凸部の頂面の表面粗さ、D1、D2が、それぞれトナー平均粒径の0.5〜2倍の範囲内であるため、帯電量、かぶり消費量、印字特性に特に優れていた。
また、実施例8、9では、隣り合う凸部同士のピッチが50〜100μmであるため、帯電量、かぶり消費量、印字特性に優れていた。
また、実施例10、11では、隣り合う凸部同士のピッチが上記範囲外であるが、凸部の頂面の表面粗さ、D1、D2が、それぞれトナー平均粒径の0.5〜2倍の範囲内であるため、帯電量、かぶり消費量、印字特性に優れていた。
これに対して、比較例の現像ローラでは、本発明の所定の条件を満たしていないので、帯電量、かぶり消費量および印字特性のいずれも実施例に劣るものであった。
特に、比較例1〜4は、凸部の頂面の表面粗さが、トナー平均粒径の0.5〜2倍の範囲外であるため、帯電特性に劣っていた。
また、比較例5〜10では、D1、D2が、それぞれトナー平均粒径の0.5〜2倍の条件またはR<D1、R<D2の条件を満たしていないため、帯電量、かぶり消費量、印字特性のいずれも劣っていた。
Claims (11)
- トナーと、外周面に前記トナーを保持する現像ローラと、を備える現像装置であって、
前記現像ローラは、互いに平行でありかつ前記現像ローラの前記外周面の周方向に対して傾斜する方向に略等間隔で形成された複数の第1の溝と、互いに平行でありかつ前記現像ローラの外周面の周方向に対して傾斜する方向に略等間隔で形成され、前記各第1の溝と交差する複数の第2の溝と、を有し、
前記第1の溝と前記第2の溝はそれぞれ横断面がU字形状をなし、
前記第1の溝と前記第2の溝とで囲まれる領域に凸部が設けられ、
該凸部の頂面には複数の微小な突起が形成され、当該頂面の表面粗さRzをR0としたとき、R0は、前記トナー粒子の平均粒径の0.5〜2倍であり、
前記表面粗さR0の粗さ曲線の平均線から前記第1の溝の最大深部までの距離をD1、前記表面粗さR0の粗さ曲線の平均線から前記第2の溝の最大深部までの距離をD2としたとき、D1およびD2は、それぞれ前記トナー粒子の平均粒径の0.5〜2倍であり、
前記R0<D1、かつ、前記R0<D2となる関係を満たすことを特徴とする現像装置。 - 前記微小な突起は、前記現像ローラの外周面の周方向に沿って延在する凸条に形成されている請求項1に記載の現像装置。
- 前記第1の溝と前記第2の溝は、それぞれ内表面の表面粗さRzが前記凸部の前記頂面の前記表面粗さR0よりも小さいものである請求項1または2に記載の現像装置。
- 前記第1の溝と前記第2の溝とは、90°よりも小さい角度で交差している請求項1ないし3のいずれかに記載の現像装置。
- 隣り合う前記凸部同士のピッチが、50〜100μmである請求項1ないし4のいずれかに記載の現像装置。
- 外周面にトナーを保持する現像ローラを製造する方法であって、
円柱状のローラ基材の前記外周面に粗面加工を施して多数の微小な突起を形成する第1の工程と、
前記粗面加工された前記ローラ基材の前記外周面に、互いに平行でありかつ前記ローラ基材の前記外周面の周方向に対して傾斜する方向に略等間隔で複数の第1の溝と、互いに平行でありかつ前記ローラ基材の前記外周面の周方向に対して傾斜する方向に略等間隔で、前記各第1の溝と交差する複数の第2の溝とを転造により形成する第2の工程とを有し、
前記第1の工程で前記粗面加工が施された前記外周面の表面粗さRzをR0としたとき、R0は、前記トナー粒子の平均粒径の0.5〜2倍であり、
前記第2の工程の前記転造は、前記第1の溝および前記第2の溝以外の部分に形成された微小な突起が残存するように行われることを特徴とする現像ローラの製造方法。 - 前記第1の工程における前記粗面加工は、前記外周面の両端部の表面粗さR0が前記外周面の中間部の表面粗さR0よりも小さくなるように行われる請求項6に記載の現像ローラの製造方法。
- 前記第1の工程における前記粗面加工は、前記ローラ基材の外周面に全周にわたって環状に凸条が形成されるように行われる請求項6または7に記載の現像ローラの製造方法。
- 前記第2の工程における前記転造は、前記表面粗さR0の粗さ曲線の平均線から前記第1の溝の最大深部までの距離をD1、前記表面粗さR0の粗さ曲線の平均線から前記第2の溝の最大深部までの距離をD2としたとき、D1およびD2は、それぞれ前記トナー粒子の平均粒径の0.5〜2倍であり、
前記R0<D1、かつ、前記R0<D2となる関係を満たすように行われる請求項6ないし8のいずれかに記載の現像ローラの製造方法。 - 前記第2の工程における前記転造は、前記第1の溝に対応する凸条が形成された第1の転造用ダイスと、前記第2の溝に対応する凸条が形成された第2の転造用ダイスとの間に前記粗面化された前記ローラ基材を狭持し、
前記第1の転造用ダイスと前記第2の転造用ダイスとを同方向に回転して行われる請求項6ないし9のいずれかに記載の現像ローラの製造方法。 - 請求項1ないし5のいずれかに記載の現像装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
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