CN101241340A - 电子照相显影滚筒及使用该滚筒的成像设备 - Google Patents

Abstract

一种电子照相显影滚筒，其中在圆筒金属基体和金属凸缘之间的压合部分中的气密性以及导电性良好，且外径偏移精度也良好；并且提供一种相对廉价，在机械硬度、表面可处理性以及镀膜成形(抗腐蚀性)方面优良且能够满足预定尺寸精度的电子照相显影滚筒。电子照相显影滚筒是一种具有圆筒金属基体和金属凸缘的显影滚筒。金属凸缘具有要装配到圆筒金属基体的开口端内表面的较大直径部分以及用作与圆筒金属基体同轴的中央轴体的较小直径部分。在压配之前较大直径部分的压合部分表面具有不平坦的形状，从而由于通过切削处理而形成的圆周形纹沟所导致的最大表面粗糙度Ry为25μm到70μm。

Description

电子照相显影滚筒及使用该滚筒的成像设备

本申请是申请人于2006年3月16日提交的、申请号为“200480026751.5”的发明名称为“电子照相显影滚筒及使用该滚筒的成像设备”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种由诸如打印机、复印机和传真机等电子照相系统用在成像设备中的电子照相显影滚筒。特别地本发明涉及一种用在非磁性单成分非接触显影系统中的电子照相显影滚筒以及使用该滚筒的成像设备。

背景技术

电子照相系统的成像设备通过由放置在用于形成静电潜图像的感光器外围表面附近的充电器、曝光单元、显影单元、转印单元、清洗单元等依次执行充电、曝光、显影、转印和清洗步骤，来实现重复的图像成形，从而输出打印的图像。最近，还出现一种在显影步骤中同时执行清洗步骤的免清洗系统。

电子照相系统的显影方法包括使用粉状调色剂的干显影以及使用分散在液体中调色剂的显影液的液体显影。在这些方法之中，干显影包括仅使用一种调色剂作为显影剂的单成分显影系统以及使用调色剂和导染剂(磁性微粒)的双成分显影系统。此外，单成分显影系统依照调色剂呈现或缺失磁性，可分类为磁性单成分显影系统和非磁性单成分显影系统。

在各个显影系统中，通常将柱状显影滚筒用作显影剂载体，该显影滚筒接触或靠近感光器以给进显影剂。

例如，为了运载导染剂或磁性调色剂，需要在内部放置磁滚筒，其内有空间的圆筒形基体用作为在双成分显影系统或磁性单成分显影系统中使用的显影滚筒。此外，由于要在非磁性单成分显影系统中使用的显影滚筒不需要是圆筒形的，在接触系统中，还有使用软有机尿烷橡胶滚筒等的情形。但是在接触系统和非接触系统中，都使用其中具有空间的圆筒形基体，也是为了缩减重量等的原因。

通常，一种金属用作为圆筒状基体的优质材料，并且在双成分显影系统或磁性单成分系统中，为了不让内部放置的磁滚筒阻碍磁力，通常使用非磁性体的铝合金。除了铝合金之外，例如，专利文献1描述了使用非磁性奥氏体不锈钢钢管的用于磁刷显影的磁滚筒。另外，专利文献2描述了使用铝合金的显影剂载体(显影滚筒)，并同时建议使用铁合金。此外，专利文献3描述了包含0.1％到3％重量比的锰的显影滚筒的支撑。此外，专利文献4描述了使用奥氏体不锈钢钢焊接管(电阻焊接管)的显影剂载体(显影滚筒)。

在非磁性单成分显影系统中，也频繁地使用具有优良加工性能的铝合金。除了铝合金之外，例如，专利文献5描述了铁基金属、STKM、铁氧不锈钢合金或SUS340用作为在单成分接触显影系统中使用的显影滚筒。这些都旨在通过将磁性体用作显影滚筒并将弹性体磁滚筒用作抗调色剂滚筒来提供均一的邻接压力。

此外，圆筒金属基体的外围表面按需要经历各种处理或具有橡胶或树脂层。此外，在圆筒金属基体的端部分，为了支撑该基体并将其旋转驱动，通常需要使用与圆筒金属基体同轴的小型直径中央轴体。作为一种在圆筒金属基体的端部设置中央轴体的方法，已知一种用于将具有中央轴的金属凸缘压配到圆筒基体的端部的方法。

如前所述，非磁性单成分显影系统包括非磁性单成分接触显影系统，其中感光器与显影滚筒彼此接触，还包括非磁性单成分非接触显影系统，其中感光器和显影滚筒以一种非接触的状态彼此相邻。在该非磁性单成分非接触显影系统中使用的电子照相显影滚筒具有非接触显影功能，使得从调色剂容器通过给料滚筒给进的调色剂在显影滚筒上的指定薄层中形成，在感光器鼓表面附近传递，并通过要施加给显影滚筒的交流偏置电压，飞到与显影滚筒有缝隙的前述感光器鼓表面上的静电潜图像上，因此而实现了显影。在该非接触显影系统中，由于显影滚筒的表面可由硬质金属材料制成，一个优点就是较之在接触显影的情形中所用的软有机尿烷橡胶滚筒，它的寿命很长。同时，由于用于非磁性单成分的前述显影滚筒无需显影滚筒内部的磁体，则获得一种优点，即较之具有用于磁性调色剂的磁滚筒的显影滚筒，它不是很昂贵。但是，对于这些问题，即非磁性调色剂在显影滚筒上的均匀薄层中形成，并且对调色剂均匀充以必须稳定且足量的电荷量以形成适于在感光器鼓表面附近传递的显影滚筒的表面状态，难度还是很高的。

另一方面，最近在电子照相设备中，也对全彩色作出了响应。此后在全彩色电子照相设备中，频繁地使用单成分显影系统的非磁性显影剂。单成分显影系统是这样一种系统，其中显影剂附有显影剂的摩擦起电量，而无需载体和被传递，藉此实现显影。非磁性单成分显影系统有一些优点，即因为不用载体，所以维护很简单；因为在显影载体内部无需磁体，所以有可能使该单元在尺寸上做到很小；并且它并不昂贵。

在非磁性单成分非接触显影系统中，显影剂由于成像力而被保持在显影滚筒的表面上，并由于显影滚筒的旋转而在感光器表面附近传递，藉此实现显影。由于该成像力是取决于由于显影剂与显影滚筒表面及其层厚度限制部件的摩擦而产生的显影剂的摩擦起电量，显影滚筒的表面粗糙度(非规则成形)极为重要。由于该原因，对于显影滚筒，可使用将树脂涂敷在圆筒金属基体上而得出的滚筒，以及将圆筒金属基体经历机械处理或镀敷而得出的滚筒，并且铝合金广泛地用作圆筒金属基体。例如，专利文献4描述了喷砂(blast)处理的显影剂载体；专利文献6描述了经历喷砂处理以及随后的镀硬铬处理的显影剂支撑元件(显影滚筒)；以及专利文献2描述了分别从喷砂处理、蚀刻处理或非电解镀敷中得出的使用铝合金或铁合金的显影剂载体(显影滚筒)。

对于要安装在全彩色非磁性单成分非接触显影系统中的电子照相设备上的感光器鼓和显影滚筒，为了响应于全彩色所需的初始颜色图像的对准精度，需要在感光器鼓和显影滚筒之间形成一高度均匀的缝隙。在最近的全彩色电子照相设备中，要求极高的形状精度，使得感光器鼓和显影滚筒中的外径偏转特性不超过30μm，并且在提供有轴的状态下不超过20μm。这是因为在显影滚筒旋转驱动时外径偏转很大的情形中，由于在将显影剂从显影滚筒传递到感光器鼓的过程中，在显影滚筒和感光器鼓之间的表面距离变得不均匀，因此传递到具有潜图像的感光器鼓上的显影剂的量变得不均匀，从而显示出图像的不均匀性(unevenness)。由于该原因，特别对于要用在能够以高像质获得稳定彩色图像的电子照相成像设备中的显影滚筒，有必要进一步加强尺寸精度。

作为要用在非磁性单成分非接触显影系统中的显影滚筒，例如，有一种滚筒主要是圆筒金属基体和压合到两端部分用于支撑住基体并将其旋转驱动的中央轴体的组合而构成。在具有该构造的显影滚筒中，即便是以高精度完成了圆筒金属基体，但还是会在中央轴体压合之后产生压合偏离的情形，从而外径偏移可能会变得很大。因此，中央轴体的压合在获得高精度显影滚筒的过程中也是极为重要的。此外，在许多情形中，在前述轴体被压合到圆筒金属基体的两端之后，显影滚筒的外表面经历表面处理，以通过诸如喷砂(sand blast)或净喷(shot blast)的机械处理来达到所需的表面粗糙度，并且在进一步清洗之后，所得出的表面经过诸如镀镍的处理。此时，当中央轴体的压合部分的气密性不良时，清洗液、电镀液等有可能侵入到显影滚筒内部。当具有这些入侵液体的显影滚筒投入其实际应用中时，由于在使用过程中入侵的液体有可能泄漏，从而该显影滚筒是本应避免的次品。相应的，在压合部分的气密性对于具有该构造的显影滚筒是必需和不可缺的重要功能之一。

此外，为了生产前述尺寸精度(偏转特性)很高的显影滚筒，获取具有高机械硬度并能够轻易展示形状精度(平直性和同轴性)的管体材料、能使滚筒减少处理应力(残余应力的回复)的滚筒的处理方法等是关键。此外，为了使显影滚筒摩擦起电，确定在显影滚筒的外周围表面上形成预期表面粗糙度的不规则性的粗糙表面处理条件、确定确保摩擦阻力(保持摩擦起电性能)以及耐腐蚀性的硬镀处理条件等也是很重要的。

这里，已知一种发明，通过同时无中心研磨轴体和套筒圆筒主体在电子照相感光器和轴体沿轴向均匀的显影套筒之间形成间隙，借此抑制轴体偏移。(专利文献7的0010段)。

此外，还已知一种发明，其中在轴体和圆筒主体之间的配合部分的表面上形成有滚花(knurl)，以减小过盈量(压合固定边界)，借此可减小袖套的凸出(bulge)并且可使得电子照相感光器和显影套筒之间的间隙均匀。(专利文献8的0011段)。此外，也已知一种发明，对轴体和显影套筒之间的耦合应用了过盈量配合关系(专利文献9和10)。

专利文献1：JP-B-3-1805

专利文献2：JP-A-2003-263019

专利文献3：JP-A-7-261438

专利文献4：JP-A-2-54287

专利文献5：JP-A-2004-109525

专利文献6：JP-B-335664

专利文献7：JP-A-8-74839

专利文献8：JP-A-2001-221227

专利文献9：JP-A-8-184977

专利文献10：JP-A-11-216621

发明内容

本发明要解决的问题

前述的铝合金圆筒金属基体是一种模制原料(stock)管，通过挤压或起模铝合金模块而制成的，并且要经历用于定中心的切割处理，因为壁厚度的非均匀性很大；并且由于切割的量很大，原料管的壁厚度在处理之前必须做得很厚。为了满足前述的尺寸精度，由于铝管原料的机械硬度很弱，是一种难以切割的材料，用于减少由于展示形状精度(平直度与同轴度)的切割或抛光处理而导致的处理张力(剩余张力恢复)的专用处理方法是有必要的，并且为了承受处理张力，必须进一步加厚管原料的壁厚度，而导致了材料成本和处理成本增加，从而其价格很高。

此外，如前所述，作为一种在圆筒金属基体表面上形成不规则性的方法，使用一种喷砂处理等。但是，由于铝合金在机械硬度上很弱，在该粗糙处理中，壁厚度必须很厚，以经受施加在基体表面上的处理张力。此外，在用显影剂维持摩擦起电性能时，需要高抗磨性的材料，因为铝合金的硬度相对较弱。

此外，在镍镀层的无电成形中，铝合金是一种具有基础氧化还原电势的材料，并且镍几乎不能直接淀积其上，从而导致附着问题。因此，作为其应对措施，在形成镀层之前，铝合金经历一种锌酸盐处理(锌合金薄膜成形)，借此取得置换镀层。相应的，由于难以形成稳定的薄膜，就需要选择一种无需特定预处理的材料。

另一方面，在将前述金属凸缘压配到圆筒金属基体方面，当在压合部分中使用黏合剂来增强压合部分的气密性或固定强度时，则导电性可能变得更差。在显影滚筒中，由于通过中央轴体将交流电压施加到显影滚筒表面上的调色剂，则在中央轴体和圆筒金属基体之间有良好的导电性是必要的。但是，为了实现坚固压合而确保良好的导电率，在金属凸缘的外径和圆筒金属基体之间的过盈量(压力固定边界)增加时，由于压配需要巨大的力量，则有可能导致基体的形变。当基体变形影响基体的外径时，就可能如前所述影响到图像。因此，不能轻率地增加过盈量。相应的，需要一种在压合部分具有良好气密性和导电性、并且使能一种确保外径偏移精度的压合方法。

考虑如前所述的这些观点，已做出本发明，并且本发明旨在提供一种用于非磁性单成分非接触显影的电子照相显影滚筒，它在压配到圆筒金属基体两端的中央轴体的压合部分中具有良好的气密性和导电性，具有良好的直径偏移精度，并适于彩色图像成形。同时，本发明旨在提供一种相对廉价的电子照相显影滚筒，因为使用非磁性单成分调色剂的彩色图像成形设备显影滚筒的材料在机械硬度、表面可处理性以及镀层薄膜成形(抗腐蚀性)方面很优良，并且能满足前述尺寸精度。

解决问题的手段

为了解决前述问题，本发明的电子照相显影滚筒是一种具有圆筒金属基体和压配在对象圆筒金属基体的开口端部分中的金属凸缘的显影滚筒，显影滚筒的特征在于，对象金属凸缘具有较大的直径部分，用于固定在对象圆筒金属基体的开口端内表面，以及较小的直径部分，用作与对象圆筒金属基体同轴的中央轴体；并且该对象较大直径部分的压合部分表面在压配之前具有不平坦形状，从而由切割处理所形成的圆周形纹沟所导致的最大粗糙度Ry从25μm到70μm。

同时，本发明的另一种电子照相显影滚筒是一种具有圆筒金属基体和压配在对象圆筒金属基体的开口端部分中的金属凸缘的显影滚筒，显影滚筒的特征在于，对象金属凸缘具有较大的直径部分，用于固定在对象圆筒金属基体的开口端内表面，以及较小的直径部分，用作与对象圆筒金属基体同轴的中央轴体；并且前述圆筒金属基体的开口端部分内表面的压合部分表面在压配之前具有不平坦形状，从而由切割处理所形成的圆周形纹沟所导致的最大粗糙度Ry从25μm到70μm。

在本发明中，黏合剂最好是用在前述的压合部分中，并且厌氧黏合剂用作为前述的黏合剂。同时，插口部分最好是设在前述圆筒金属基体的开口端部分内表面上。前述圆筒金属基体的厚度最好是从0.75mm到2mm，并且压配时的过盈量最好是10μm到60μm。此外，前述圆筒金属基体和金属凸缘每个都最好是将钢或基于铝的合金用作为主要材料。尤其是前述的圆筒金属基体最好是由包含分别不超过0.25％质量比的碳、不超过0.30％质量比的硅、以及不超过0.85％质量比的锰的碳钢管或者是STKM11A碳钢管(JIS G3445)制成。

此外，本发明的又一电子照相显影滚筒是具有至少圆筒金属基体的显影滚筒，该圆筒金属基体与感光器相接触或相邻，藉此将显影剂给进到对象感光器的表面上，并且使在对象感光器上形成的静电潜图像显影，该显影滚筒的特征在于，前述圆筒金属基体是由包含分别不超过0.25％质量比的碳、不超过0.30％质量比的硅、以及不超过0.85％质量比的锰的碳钢管制成。

此外，本发明的又一电子照相显影滚筒是具有至少一个圆筒金属基体的显影滚筒，该圆筒金属基体与感光器相接触或相邻，藉此将显影剂给进到对象感光器的表面上，并且使在对象感光器上形成的静电潜图像显影，该显影滚筒的特征在于，前述圆筒金属基体是由STKM11A碳钢管制成(JIS G3445)。

最好是将电阻焊接管用作前述的圆筒金属基体。此外，最好是使前述的圆筒金属基体经历切割处理或抛光处理，或者是使前述圆筒金属基体的外表面经历喷砂处理或金属镀敷。经历喷砂处理的前述圆筒金属基体的外表面还要进一步经历金属镀敷。此外，作为前述金属镀敷，无电镀镍是合适的。经历金属镀敷的前述圆筒金属基体的外表面还要进一步经历铬酸盐处理。此外，可无需预先执行锌合金薄膜成形处理而实现前述的金属镀敷。较适宜的是前述圆筒金属基体具有不超过15μm的平直度以及不超过20μm的偏移精度。本发明的电子照相显影滚筒可适用于非磁性单成分非接触显影系统的电子照相设备，并且特别适用于彩色电子照相设备。

此外，本发明的图像成形设备特征为安装了前述的电子照相显影滚筒。

本发明优点

根据本发明，有可能对非磁性单成分非接触显影提供一种电子照相显影滚筒，该显影滚筒在被压配到圆筒金属基体两端部分的凸缘的压合部分中具有良好的气密性和导电性，良好的外径偏移，且适合彩色图像成形。同时，根据本发明，通过改善显影滚筒圆筒金属基体的材料，就有可能提供一种显影滚筒，它廉价并且机械硬度、表面可处理性以及抗腐蚀性优良，还有良好的预定尺寸精度，并且它特别适用于在用在非磁性单成分非接触显影系统彩色电子照相设备中的显影单元中作为显影滚筒。

附图说明

图1(a)是示出根据本发明显影滚筒在将金属凸缘5装配到圆筒金属基体1之前的状态的横截面图；并且(b)是(a)的凸缘的正视图；

图2(a)是示出根据本发明显影滚筒在将金属凸缘5装配到圆筒金属基体1之后的电子照相显影滚筒的横截面图；并且(b)是(a)的圆圈部分的放大图；

图3(a)是示出根据相关技术在将金属凸缘装配到圆筒金属基体中之前的状态的截面图；并且(b)是(a)的金属凸缘的正视图；

图4是示出根据本发明包含有显影单元的电子照相图像成形设备的示意性横截面图；以及

图5是示出根据本发明的显影滚筒尺寸精度(偏移特性)的测量方法的轮廓示意图、

标号说明

1：圆筒金属基体

2：插口部分

3：较大直径部分

4：较小直径部分

5：金属凸缘

6：条纹部分(非平坦形状)

7：黏合剂

10：电子照相显影滚筒

41：感光器

42：充电器

43：曝光单元

44：显影单元

44-1：显影滚筒

44-2：调色剂层限制部分

44-3：调色剂给进滚筒

44-4：调色剂搅拌部件

44-5：调色剂存储部分

45：转印单元

46：要转印的相纸

47：清除单元

51：圆筒金属基体

52：中央轴主体(金属凸缘)

53：表面板

54：滚筒支撑工具

55：千分表

具体实施方式

下文将参照附图对实现本发明的较佳模式进行描述。

首先，参照图1到3对本发明显影滚筒中的圆筒金属基体和金属凸缘的装配进行描述。图1(a)是根据本发明显影滚筒的主要部分的截面图，示出在通过将金属凸缘5的较大直径部分3压配到设置在前述圆筒基体1的开口端部分内表面上的插口部分2而使得金属凸缘5的较小直径部分4用作为与圆筒金属基体1同轴的中央轴主体之前的状态。图1(b)是图1(a)中的金属凸缘的正视图。图2(a)是示出在从图1中的状态将金属凸缘5压配到圆筒金属基体1之后的显影滚筒的主要部分的横截面图。图2(b)是在图2(a)中用圆圈标记的压合部分的放大图。图3(a)是常规显影滚筒的主要部分的横截面图，示出了在装配金属凸缘和圆筒基体之前的状态；而图3(b)是示出具有粗糙面的常规金属凸缘的正视图。

根据本发明的显影滚筒主要用在具有非磁性单成分调色剂的非接触显影系统中。对于非接触显影，如前述专利文献7到10所述，在电子照相感光器和显影滚筒之间呈现一间隙。由于调色剂通过该间隙在交流偏置电压下从显影滚筒飞到光电感光器表面上的静电潜图像上，藉此实现显影，在显影滚筒表面上的间隙间距在轴向上是否均匀将极大地影响到图像质量，特别是彩色图像的质量。为了使得该间隙的间距均匀，在具有轴体的金属凸缘被安装的状态中电子照相感光器和显影滚筒均旋转的情形下(即，实际的旋转驱动)，需要将各个圆筒主体的外径偏移做到很小。在此所说的“外径偏移”是指当作为基础的滚筒轴承被放置在圆筒主体两端的较低侧、且圆筒主体被设置为单向旋转时，圆筒主体上侧的最大偏移。通过放置在圆筒主体的较上侧中的千分表等来执行测量。

在将如图1和图2所示显影滚筒10的圆筒金属基体1和金属凸缘5相耦合的过程中，当金属凸缘5对圆筒金属基体1的耦合精度很差时，金属凸缘5可能在圆筒金属基体1的两端均耦合成弯曲状态(非同轴)。在该情形中，显影滚筒10的旋转行为变得不规则，从而在对应于圆筒金属基体1的旋转周期的密度中的非平坦性可能产生在已形成的图像上。此外，如图3(a)所示，由于如图3(b)中所示的粗糙面26，圆筒金属基体21和金属凸缘25是非均匀压配的，从而显影滚筒20的偏移可能更甚。此外，作为前述粗糙面26的结果，当成形的凹面线性裂缝以穿透的状态变为贯穿压合部分23时，有可能失去气密性。此处所说的“粗糙面26”是指在压合部分中，任一个金属表面的局部(例如，凸起具有比周围物体更高的硬度)在压配过程中局部擦伤相对的金属面，藉此形成线性凹面，并且当该线性凹面穿透压合部分23时，气密性将会失去。在本发明中，由于条纹由车床形成在压合部分中，可以估计这在进程中有一种阻止擦伤的效果。在压合部分内阻止进程中擦伤的情形中，通过使用黏合剂的结合(joint)可充分地确保气密性。但是，在前述的粗糙面中，在线性凹面已经呈现贯穿压合部分的状态中，要注意的是，通过黏合剂来增强气密性的效果是很有限的，从而不能充分地确保气密性。

金属凸缘5的较大直径部分3被装配在圆筒金属基体1的两端，并且金属凸缘5的较小直径部分4从圆筒金属基体1的两端部分伸出并用作中央轴体。

圆筒金属基体1的平直度最好不超过15μm。这是因为在与感光器鼓的相互间隙中，需要在轴向上保持均匀的间隙以达到获得良好图像的目的。通过切割或抛光圆筒金属基体的表面来获得圆筒金属基体的前述平直度的预期最终精度。在具有压配其中的金属凸缘的显影滚筒中，为了对调色剂起电并带来调色剂的传递功能，圆筒表面要经历诸如吹砂的预定表面处理以及进一步的镍镀敷处理。作为镍镀敷处理，可使用众所周知的无电镀敷等。

(实施例1到8)作为在前述图1(a)中示出的圆筒金属基体1，使用了长度为350mm、外径为18.00mm以及内径为16.00mm的碳钢管(STKM11A)，并且在其两端部形成有内径为16.12mm的插口部分。作为在同一张图中的金属凸缘5，通过切削或其他手段将高速切削钢(SUM24)的圆钢处理为较大直径部分3的外径为16.17mm，较小直径部分4的外径为10.00mm的形状。在该情形中，在前述插口部分的内表面和前述压合部分的外径之间的过盈量大约为50μm(由于在压合部分的外径和插口部分的内径均有精确的可容许尺寸误差，所以使用“大约”)。此外，具有最大表面粗糙度Ry为25到45μm，以及100到300μm的间距(pitch)的条纹部分6通过机床加工在金属凸缘5的较大直径部分3的外径(压合部分的表面)上形成。因此，厌氧黏合剂(商品名：LOCTITE638，由日本Henkel公司生产)涂敷为在该金属凸缘5的较大直径部分3的条纹部分6中的黏合剂7，并且该金属凸缘5被压配到前述圆筒金属基体1的插口部分2中。通过使用结合压配法的前述黏合剂7，不仅可以完全避免气密性上的失效，并且通过如图2(b)所示，黏合剂7塞住条纹凹面，条纹凸起没有被黏合剂所覆盖。因此，需要注意，在导电性上是没有问题的。在由于结合使用黏合剂的接合所导致的压配之后，当将显影滚筒10拆开并细查时，需要注意黏合剂侵入到条纹部分6以及部分擦伤凹面，因此增强了气密性。除了前述的LOCTITE638之外，用于装配或用于防止螺旋松动的厌氧黏合剂以及基于氰基丙烯酸盐的速干黏合剂也可用作黏合剂7。如上所述，通过切削而成形的条纹部分6具有一优点，作为通常处理成由切削所致的凸缘形状的一种扩展，仅需要在较大直径部分3表面上加上条纹部分6的成形，而无需引入与诸如硬节处理的切削不同的单独步骤。此外，铝合金等可用作除了在前述显影滚筒10中使用的基于铁的金属之外的金属。虽然在前述的解释中，形成有插口部分2，但是为了提高同轴性精度，插口部分2最好是现存的，或者可被省略。

在使用前述各个基于铁的金属来提供大约50μm的过盈量的情形中，对于圆筒金属基体和金属凸缘，考虑要通过机床在压合部分的表面上形成的条纹部分的成形条件，为了找到满足本发明目的的合适条纹条件，将执行如下实践。

(实验示例1)

在如上述描述的相同条件下制备显影滚筒，除了作为条纹条件的最大表面粗糙度Ry和间距分别改变为22μm和115μm之外。

(实验示例2)

在如上述描述的相同条件下制备显影滚筒，但作为条纹条件，最大表面粗糙度Ry和间距分别改变为25μm和148μm。

(实验示例3)

在如上述描述的相同条件下制备显影滚筒，但作为条纹条件，最大表面粗糙度Ry和间距分别改变为31μm和180μm。

(实验示例4)

在如上述描述的相同条件下制备显影滚筒，但作为条纹条件，最大表面粗糙度Ry和间距分别改变为42μm和216μm。

(实验示例5)

在如上述描述的相同条件下制备显影滚筒，但作为条纹条件，最大表面粗糙度Ry和间距分别改变为45μm和217μm。

(实验示例6)

在如上述描述的相同条件下制备显影滚筒，但作为条纹条件，最大表面粗糙度Ry和间距分别改变为70μm和250μm。

(实验示例7)

在如上述描述的相同条件下制备显影滚筒，但作为条纹条件，最大表面粗糙度Ry和间距分别改变为80μm和300μm。

(实验示例8)

在如上述描述的相同条件下制备显影滚筒，但作为条纹条件，最大表面粗糙度Ry和间距分别改变为80μm和350μm。

(常规的显影滚筒)

对于常规凸缘压合部分的表面粗糙度，最大表面粗糙度Ry和间距分别为5.5μm和37μm，并且在该常规切削表面原来的状态中把凸缘压配到圆筒基体中，藉此制备了显影滚筒。

对于前述实验示例1到8的显影滚筒以及常规的显影滚筒，对外径的形变、在圆筒基体和凸缘之间的导电性、气密性以及机械强度都分别做出测量。在切开(cutoff)0.8mm、测量距离4mm以及扫描速度0.5mm/s下，根据JIS B0601-1994表面粗糙度来执行测量。所获得的结果如下表格1中示出。

表格1

	最大表面粗糙度Ry(μm)	间距(μm)	外径形变(μm)	导电性	气密性	机械强度
							常规示例	5.5	37	10	△	×	○
实验示例1	22	115	5	○	×	○
							实验示例2	25	148	3.5	○	○	○
实验示例3	31	180	3.5	○	○	○
							实验示例4	42	216	3.5	○	○	○
实验示例5	45	217	3	○	○	○
							实验示例6	70	250	3	○	○	○
实验示例7	80	300	3	○	△	×
							实验示例8	80	350	3	○	×	×

在表格1中很清楚，由于在常规的显影滚筒中，压合部分表面的表面粗糙度太低，由于在压配中过盈量为50μm而导致的对圆筒金属基体的影响很大，从而需要巨大的功率用于压配。为了这个原因，诸如凸出的形变(10μm)在圆筒金属基体的外表面上产生。同时，需要注意，擦伤产生，从而在气密性上会出现问题。此外，当涂敷黏合剂时，在导电性上也会出现问题。

另一方面，在实验示例1中的最大表面粗糙度Ry为22μm的情形中，气密性并非良好。然后，作为细查的结果，需要注意，由于擦伤而导致气密性失效。在实验示例2到6中的最大表面粗糙度Ry从25μm到70μm的情况下，不仅不会产生擦伤，在气密性上不会出现问题，且不会在圆筒基体的外表面的形变、导电性以及机械强度上出现任何问题。在实验示例7到8的情形中，在气密性上会出现问题，它认为是由于最大表面粗糙度Ry大到80μm所导致的。同时，需要注意，在机械强度上的问题也开始出现。

在前述的实验中，虽然条纹部分形成在较大直径部分面对着金属凸缘的压合部分的表面上，条纹部分可能在开口端部分内表面上形成以面对着圆筒金属基体的压合部分，或者在其中所设有的插口部分中形成。同时，对于圆筒金属基体的厚度，要确认不仅在前述实验中的1mm情形中获得，还可在从0.75到2mm的范围的情形中获得同样的效果。此外，对于过盈量，虽然本发明的效果在前述实验示例中的大约50μm的情形中得到解释，还确认本发明的效果可在10到60μm的范围中出现。

其次，参照图4和5对本发明显影滚筒的圆筒金属基体的材料进行描述。

图4示出包含有显影单元的电子照相图像成形设备的主要部分的横截面图。根据图示出的图像成形设备，通过在感光器41的外周边表面附加设置各电子照相处理单元，诸如充电器42、曝光单元43、显影单元44、转印单元45以及清洗单元47、要传送的纸张46的固定设备(在图中未示出)等，前述各个处理被依次执行以形成重复的图像，藉此输出打印出的图像。图像成形的显影单元44由如下构成：调色剂存储部分44-5、调色剂搅拌部件44-4、将调色剂传递到显影滚筒44-1上的调色剂给进滚筒44-3、用于形成调色剂薄层的层厚度限制部件44-2以及显影滚筒44-1。

此外，图5示出本发明显影滚筒的尺寸精度(偏移特性)的测量方法。图示出的显影滚筒具有一种结构，其中具有中央轴体52(对应于图1中的符号4)的金属凸缘(对应于图1中的符号5，但在图中未示出)被压配到圆筒金属基体51(对应于图1中的符号1)的两端，并且中央轴体52通过一轴承被装配到显影单元(对应于图4中的符号44，但在图中未示出)的主要部分并且旋转。基于在使得显影滚筒单向旋转的时刻，基于在金属凸缘被压配到圆筒金属基体的两端的状态中的中央轴体的外径，根据圆筒金属基体上侧的最大偏移尺寸，要求显影滚筒(对应于图2中的符号10以及图4中的符号44-1)的尺寸精度作为一种偏移特性。具体地，滚筒支撑工具54被放置在表面板53上，中央轴体52的外径被设在在滚筒支撑工具54上，并且在使得显影滚筒单向旋转的同时，沿轴向对圆筒金属基体51中的三点(测量点L、M和R)测量千分表55的最大偏转。

(圆筒金属基体材料的旋转以及尺寸精度的确认)

作为用在使用非磁性单成分显影剂的电子照相图像成形设备中的显影滚筒的圆筒金属基体，因为没有使用通过磁力的传递手段，出于磁性金属的机械结构性，发明者注意到了碳钢管，它相对廉价，并且机械硬度很高。机械结构性碳钢管是一种包括具有碳、硅、锰等附加其中的铁的钢产品，并且在保持可处理性的同时对机械硬度(抗张强度、延展等)进行强化。对于要在圆筒金属基体的表面上形成的不规则性的抗磨损性，机械结构性碳钢管具有相对高的硬度并且是有效的。同时，在无电镍镀敷成形中，碳钢管是一种无需用催化活性金属进行特定预处理的材料。

下面的图表2对于在JIS3445中规定的机械结构性碳钢、以及在JIS H4080中规定的铝合金JIS 6063，示出了主要化学成分以及机械性质。

表格2

*)在铝合金的化学成分中，除了表格列出的成分之外，还包含铁、铜、镁、铬、锌等。

如前述表格2所示，在其中碳(C)的重量比不超过0.55％、硅(Si)的重量比不超过0.55％、以及锰的重量比不超过1.6％的化学成分范围内，碳钢管被分为10种类型。

首先，如前述图2所示的碳钢管中，具有相对较高化学硬度的STMK16A被选定为圆筒金属基体的材料，由此获得电阻焊接管。为了在该电阻焊接管中揭示形状精度(平直度)，执行抛光处理，藉此制备显影滚筒。对于常规的铝合金圆筒金属基体以及碳钢制圆筒金属基体，将比较和确认是否获得前述的尺寸精度。结果，确认在圆筒金属基体是由铝合金制成的情形中，厚度为4.0到5.0mm壁厚度的管体是有必要的，因为机械硬度很低，而在圆筒金属基体由碳钢管制成的情形中，1.0到2.5mm壁厚度的薄壁管体可达到形状精度，因为机械硬度很高。

(表面不规则性的成形)

在显影滚筒表面上形成不规则性的粗磨处理是确保非磁性单成分显影剂的摩擦起电量的重要生产步骤。作为粗磨处理方法，使用一种喷砂处理。虽然喷砂处理包括干类型和湿类型，但是在此使用干类型喷砂处理的应用磨料粒的吹砂处理。然后，确定预期的表面粗糙度(Rz)，同时在实际机器中通过磨料粒和粗磨处理条件的各种结合确认不规则性成形和摩擦起电性能(图像质量)之间的相关性。吹砂处理的生产因素不仅包括对适用于碳钢管原材料的磨料粒的选择，还包括注入磨料粒的喷嘴尺寸与注入压力、喷嘴工作距离、工作旋量、处理时间等的选择，并且设立这些条件。在选择磨料粒的过程中，虽然在铝合金中使用了氧化铝或玻璃珠等，但是根据常规的磨料粒是不能形成预期的不规则性。在碳钢管中，由于其硬度相对较高，就需要磨料粒有更高的硬度。从形成使调色剂摩擦起电所必需的预期不规则形状的观点看来，具有较高硬度的磨料粒和具有较低硬度的磨料粒的混合物是最适宜的。此外，由于通过要注入到表面上的磨料粒的压力而释放的内应力，在处理之后尺寸精度上的降低将会在铝合金薄壁管体中产生，但是在碳钢管的薄壁管体中，在粗磨处理之前和之后的变化中不会出现问题。

(硬镀敷的成形)

对于在显影滚筒圆筒金属基体表面上形成的不规则性的抗磨损性(摩擦起电性能的维持)和抗腐蚀性，设置了硬镀敷处理条件。虽然无电Ni镀敷的成形用作硬镀敷，但是可应用诸如无电Ni-B镀和无电Cr镀的其它硬镀敷。无电镀敷是一种方法，用于减少含金属盐的水溶液中的金属离子并使其淀积在基底材料表面上而形成薄膜，并被粗略地分为根据要经历薄膜成形的基底材料来使用还原剂的自催化镀敷和利用在溶液中的金属离子和基底材料的金属之间的置换反应的置换镀敷。铝合金是一种具有基础氧化-还原电势的材料，镍难以直接淀积其上，则导致附着问题。因此，作为一种对策，在形成镀敷之前，铝合金要经历锌酸盐处理(锌合金薄膜成形)，藉此实现前述的置换镀敷。此外，在铁合金中，对于加铬或镍的具有高抗腐蚀性的金属，在其表面形成有稳定的钝态薄膜，并且即使被激活，立即又形成钝态薄膜。因此，有必要在激活之后，立即采用由于电淀积而导致的镍电解镀敷，然后进行无电镍镀。相应的，处理管理变得复杂了，并且难以形成稳定的薄膜。因此，要选择无需特定预处理的材料。碳钢管是一种无需使用催化活性金属作特定预处理的材料并可相对容易地镀敷。

对于无电Ni-P镀敷的薄膜成形条件，确定在电镀液中的磷浓度以及除还原剂之外的添加剂(诸如缓冲液、络合剂以及稳定剂)、以及管理用于决定薄膜质量和薄膜成形的电镀浴液的pH和温度是很重要的。对于电镀液体的磷浓度，当磷含量在8％到10％重量比或更多时，得出的薄膜是无定型薄膜并具有低内部应力的细微薄膜质量，藉此硬度增加，机械性质和抗摩擦性也增强。此外，虽然据说无电镍镀敷是一种具有高抗腐蚀性的镀膜，抗腐蚀性会根据基底材料的组成、表面状态、光滑度、电镀浴成分、薄膜厚度等而大大改变。对于基底材料的组成，通过使用碳钢管可实现相对稳定的镀敷。在其上形成有镀敷的显影滚筒中，在表面上有可能会附着污迹(污点)，并且能经历长时间的镀膜表面可能被氧化而导致变色。此外，有一个问题，就是该污迹或变色会影响到图像厚度。此外，对于表面状态和薄膜质量，为了通过喷砂而正确地重现粗磨处理形成的不规则性，在镀膜的厚度很薄时，可能会生锈。作为防生锈的对策，在无电Ni-P镀层形成之后，执行铬酸盐处理：在包含作为主要成分的铬酸的混合酸中酸洗。铬酸盐处理具有增强抗腐蚀性并防止生锈的效果，藉此显影滚筒几乎不会生锈玷污。

(批量生产性的确认)

在前述情况(对圆筒金属基体材料的选择以及尺寸精度的确认)中，选择用作碳钢管的STKM16A，并且确认获得了预期的尺寸精度。随后，在确认(表面不规则性的成形)以及(硬镀敷的成形)等的批量生产性过程中，注意到表面粗糙度的分散(十点平均粗糙度Rz)变大，从而由于吹砂处理，表面粗糙度不稳定。此外，为实现图像，在基体表面上形成有无电Ni-P镀层。结果，在白纸复印件上出现有黑点的图像障碍。对对应于该图像障碍区域的显影滚筒的表面进行显微观察。结果，找到细微的刮痕，并且确认调色剂被固定。在STKM16A中，由于作为化学成分的碳、硅、锰的添加量相对较高，虽然增强了机械硬度以满足尺寸精度，但是材料质量太硬，在吹砂处理中降低了表面的可处理性。因此，再次有必要选择出具有化学成分最优添加量的材料。

(实验示例9)

使用机械结构性碳钢，STKM16A(由泉钢管(Izumikokan)有限公司制造)由外径φ18mm、长度350mm以及内径φ16.00mm的电阻焊接管所制成，在两端部分上均形成插口部分(φ16.12mm，长度：10mm)，藉此制备出圆筒金属基体。

把高速切削钢圆钢管(SUM24)用作金属凸缘、制备了通过分别使较大直径部分(外径φ16.17mm，长度：8mm)和较小直径部分(外径φ10.00mm，长度：25mm)经历切削处理而形成的金属凸缘A、以及通过如金属凸缘A中相同的处理(除了较小直径部分的长度变为42mm之外)而形成的金属凸缘(金属凸缘B)。

通过切削处理而形成的圆周形纹沟所组成的非平坦性，在如实验示例4中相同的条纹条件下，形成在前述每个金属凸缘A和金属凸缘B的较大直径部分的外表面上，厌氧黏合剂(商品名：LOCTITIE638，日本Henkel公司制造)涂敷在该非平坦的部分上，然后，两个金属凸缘均被压配到圆筒金属基体中，从而两个金属凸缘的较大直径部分被装配到前述每个圆筒金属基体两端的插口部分中。

其次，每个圆筒金属基体的外周围表面经历吹砂处理，从而表面粗糙度(Rz)的平均值为7μm，藉此形成不规则性。在洗涤之后，形成厚度为3.0μm的无电Ni-P镀层，紧跟着经历铬酸盐处理，藉此制备出显影滚筒。

(实验示例10)

如实验示例9中相同的方式(除了由外径φ18mm、长度350mm以及内径φ16mm的铝合金JIS 6063所制成的无缝管被用作为圆筒金属基体之外)制备出显影滚筒；在形成无电Ni-P镀敷之前执行锌合金薄膜成形处理；并且不执行铬酸盐处理。

(评估)

参照如下项对各个实验示例的显影滚筒进行评估。

(1)尺寸精度(偏移特性)的评估：

为了要确认按照前述表格2中示出的主要化学成分的添加量而增强的机械硬度(张力强度和延展)是否满足预定的尺寸精度，每个实验示例的显影滚筒的尺寸精度都要做出如图5所示的测量。具体地，如前所述，当在金属凸缘压配到圆筒金属基体中的状态中，显影滚筒基于中央轴体(设置在滚筒支撑工具上)的外径而单向旋转时，对于三点(测量点L、M和R)由放置在圆筒金属基体上侧的千分表做出测量偏移，并且把三点的平均值指定为单个测量值。示出了对于每个实验示例有关n＝20的(最小值)到(最大值)的结果。

表面可处理性的评估：

为了确认在形成不规则性的吹砂处理的表面可处理性，在每个实验示例中的吹砂处理之后，根据JIS B0601-1994按十点平均值粗糙度(Rz)测量圆筒金属基体表面粗糙度。对于各个实验示例，以最大值和最小值之差示出n＝20的Rz的分散。在界限0.8mm、测量距离4mm、扫描速度0.5mm/s中执行十点平均值粗糙度(Rz)的测量。

(3)抗腐蚀性的评估：

每个实验示例的显影滚筒都在35℃时盐水喷雾的5％NaCl饱和蒸汽空气中坚持24小时。并且在每个实验示例n＝20中确认存在或不存在锈迹的产生。

(4)图像评估：

在评估抗腐蚀性之后，每个实验示例的显影滚筒都被装配到非磁性单成分非接触显影系统的彩色电子照相设备中，并且具有各种图案的图像被印制在原纸上，藉此确认印制的图像质量。同时，细微地观察对应于产生印制图像障碍的显影滚筒表面。

在实验示例9到10的显影滚筒中，在吹砂处理之前和之后的比较和评估尺寸精度的结果如下表格3所示。

表格3

从评估结果中注意到，碳钢管较之铝合金，在尺寸精度上更加优良，并且在粗磨处理之后变化较少。

(实验示例11到14)

以实验示例9中同样的方式制备显影滚筒，但是每个机械结构性碳钢管是由直径φ18mm、长度350mm以及内径φ16mm的电阻焊接管：STKM11A(实验示例11)、STKM13A(实验示例12)、STKM14A(实验示例13)、STKM19A(实验示例14)(所有这些都由泉钢管有限公司制造)制成而被用作为圆筒金属基体。

对于实验示例9和实验示例11到14的显影滚筒，尺寸精度(偏移特性)、表面可处理性、抗腐蚀性的各个评估以及图像评估的结果如下表格4所示。

表格4

根据评估的结果，对于所有的实验示例9和实验示例11到14，在尺寸精度(偏移特性)不存在大的差异。同时在实验示例9到14中，通过形成不规则性的粗磨处理所致的表面粗糙度Rz的分散变大了，并且确认到了作为图像障碍的黑点和密度非平坦性。此外，在实验示例9中，细微地观察到对应于产生图像障碍的区域的显影滚筒表面上所产生的刮痕，并且确认到似乎是由抗腐蚀性评估测试所导致的锈迹。相应的，实验示例11到13的显影滚筒在尺寸精度、表面可处理性、抗腐蚀性以及无图像障碍等所有方面都良好，因而是合适的。

对用在实验示例9和实验示例11到14中的碳钢管的荧光X射线分析所得的化学成分分析值如下表格5所示。

表格5

从前述的结果中可得出如下结论。

1)实验示例9和实验示例11到14在尺寸精度(偏移特性)上基本彼此等同。从当前实验所用的化学成分的范围内的情况来看，不论所加入的化学成分的量，作为显影滚筒的圆筒金属基体，碳钢管具有足够机械硬度。因此，碳钢管适于用作为显影滚筒的圆筒金属基体。

2)在实验示例9中，产生了锈迹，并且抗腐蚀性是较差的。从该情况可认为碳的添加量与抗腐蚀性相关。在实验示例11到3中，抗腐蚀性是良好的，因此，碳的添加量最好是不超过0.25％重量比。经评估，当碳的附加量很高时，碳钢管太硬，在吹砂处理中的表面可处理性较差，从而产生了刮痕，并且对象部分没有被充分地遮盖住。因此，产生了锈迹。然后，在图像评估中，评估出调色剂固定在生锈部分中，从而产生了黑点。

3)在实验示例14中，虽然碳的添加量不超过0.25％的重量比，但是表面粗糙度的分散是很大的，并且在吹砂处理中的表面可处理性是较差的。从该情况可认为硅和锰的添加量与吹砂处理中的可处理性有关。在实验示例11到13中，表面粗糙度的分散很小，因此，硅的添加量最好不超过0.30％重量比，并且锰的添加量最好不超过0.85％重量比。然后，在图像评估中，评估出表面粗糙度的分散变成了密度非平坦性的成因。

4)可认为少量添加磷和硫增强了可处理性。

作为管的制造方法，可使用任何无缝管或缝合管(焊接管)。但是，缝合管的成本很高，因为壁厚度不均匀性很高，并且定中心的切削处理是必要的，从而具有厚壁的管体是必要的，并且用于揭示形状精度(平直性和同轴性)的多个处理步骤也是有必要的。为了制造具有高尺寸精度的显影滚筒，通过将具有均匀厚度的钢板圈成圆形、并通过高频焊接等将两端部分结合而制备的电阻焊接管(焊接管)是有效的。在这种电阻焊接管中，不仅作为管体的材料的成本可以降低，因为壁厚度的非均匀性很小而形状精度很高，而且揭示显影滚筒的尺寸精度的处理成本也可以降低，因为即便在薄壁管中，形状精度也很容易被揭示。此外，通过使用具有前述合适化学成分的碳钢管来制造电阻焊接管，就有可能实现具有较高的尺寸精度，同时处理张力恢复(剩余应力)的影响更小的显影滚筒。

为了满足前述尺寸精度，最好圆筒金属基体是切削或抛光以具有0.75到2.0mm厚度以及不超过15μm平直度的碳钢管。

圆筒金属基体的碳钢管的壁厚度在0.75到2mm的范围中，并且用作为显影滚筒，当壁厚度小于0.75mm时，机械硬度降低，从而不能获得尺寸精度。另一方面，当壁厚度大于2mm时，虽然满足了机械硬度，从重量、材料成本等角度看来壁厚度的上限规定为2mm。此外，为了满足尺寸精度，平直度有必要不超过15μm。

Claims (14)

1.一种至少具有圆筒形金属基体的电子照相显影滚筒，与感光器相接触或相邻，藉此将显影剂加在所述感光器的表面上，并使在所述感光器上形成的静电潜像显影，所述显影滚筒的特征在于，所述圆筒形金属基体是由包含分别不超过0.25％重量比的碳、不超过0.30％重量比的硅以及不超过0.85％重量比的锰的碳钢管制成的。

2.一种至少具有圆筒形金属基体的电子照相显影滚筒，与感光器相接触或相邻，藉此将显影剂加在所述感光器的表面上，并使在所述感光器上形成的静电潜像显影，所述显影滚筒的特征在于，所述圆筒形金属基体是由STKM11A碳钢管(JISG3445)制成的。

3.如权利要求1或2所述的电子照相显影滚筒，其特征在于，所述圆筒形金属基体是电阻焊接管。

4.如权利要求1或2所述的电子照相显影滚筒，其特征在于，所述圆筒形金属基体进行切削处理或抛光处理。

5.如权利要求1或2所述的电子照相显影滚筒，其特征在于，所述圆筒形金属基体的外表面进行喷砂处理。

6.如权利要求1或2所述的电子照相显影滚筒，其特征在于，所述圆筒形金属基体的外表面进行金属镀敷。

7.如权利要求5所述的电子照相显影滚筒，其特征在于，已进行喷砂处理的所述圆筒形金属基体的外表面还要进行金属镀敷。

8.如权利要求6所述的电子照相显影滚筒，其特征在于，所述金属镀敷是无电镀镍。

9.如权利要求6所述的电子照相显影滚筒，其特征在于，已进行金属镀敷的圆筒形金属基体的外表面还要进行铬酸盐处理。

10.如权利要求6所述的电子照相显影滚筒，其特征在于，所述金属镀敷无需预先执行锌合金薄膜成形处理就可获得。

11.如权利要求1或2所述的电子照相显影滚筒，其特征在于，所述圆筒形金属基体具有不超过15μm的平直度。

12.如权利要求1或2所述的电子照相显影滚筒，其特征在于，所述圆筒形金属基体具有不超过20μm的偏移精度。

13.如权利要求1或2所述的电子照相显影滚筒，其特征在于，所述电子照相显影滚筒用于非磁性单成分非接触型显影系统的电子照相图像设备中。

14.如权利要求1或2所述的电子照相显影滚筒，其特征在于，所述电子照相显影滚筒用在彩色电子照相图像设备中。

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