以下、本発明の一実施形態を、図1ないし図14に基づいて説明する。図1は、本発明の一実施形態にかかる画像形成装置の要部を示す断面図である。図2は、図1に示された画像形成装置の本発明の一実施形態にかかる現像装置の断面図である。図3は、図2に示された現像装置の現像ローラの断面図である。図4は、図2に示された現像装置の一方の現像ローラの現像スリーブの斜視図である。図5は、図2に示された現像装置の他方の現像ローラの現像スリーブの斜視図である。
画像形成装置101は、図1に示すように、装置本体102(図1に一部のみ示す)と、レジストローラ103と、転写部材104と、定着装置105と、図示しないレーザ書き込み装置と、プロセスカートリッジ106とを少なくとも備えている。
装置本体102は、例えば、箱状に形成され、フロア上などに設置される。装置本体102は、レジストローラ103と、転写部材104と、定着装置105と、レーザ書き込み装置と、プロセスカートリッジ106とを収容している。レジストローラ103は、記録紙107を転写部材104と後述する感光体ドラム108との間に送り出す。転写部材104は、転写材としての記録紙107を感光体ドラム108の外周面に押し付けるとともに、該記録紙107を定着装置105に向けて送り出す。定着装置105は、感光体ドラム108などに形成されたトナー像を記録紙107に定着させる。レーザ書き込み装置は、後述の帯電ローラ109により一様に帯電された感光体ドラム108の外周面にレーザ光110を照射して、静電潜像を形成する。
プロセスカートリッジ106は、装置本体102に着脱自在である。プロセスカートリッジ106は、カートリッジケース111と、帯電装置としての帯電ローラ109と、像担持体としての感光体ドラム108と、クリーニング装置としてのクリーニングブレード112と、現像装置113と、を備えている。このため、画像形成装置101は、帯電ローラ109と、感光体ドラム108と、クリーニングブレード112と、現像装置113と、を少なくとも備えている。
カートリッジケース111は、装置本体102に着脱自在で、かつ帯電ローラ109と、感光体としての感光体ドラム108と、クリーニングブレード112と、現像装置113と、を収容している。帯電ローラ109は、感光体ドラム108の外周面を一様に帯電する。感光体ドラム108は、軸芯を中心として回転自在な円柱状又は円筒状に形成されている。感光体ドラム108は、レーザ書き込み装置により形成され且つ担持する静電潜像にトナーが付着して現像されて得られたトナー像を転写部材104との間に位置付けられた記録紙107に転写する。クリーニングブレード112は、記録紙107にトナー像を転写した後に、感光体ドラム108の外周面に残留した転写残トナーを除去する。
現像装置113は、図1及び図2に示すように、現像剤供給部114と、ケース119と、規制部材としての規制ブレード116と、複数の現像ローラ115と、連動回転手段としての連動回転部120(図2に示す)と、を少なくとも備えている。現像剤供給部114は、収容槽117と、攪拌部材としての攪拌スクリュー118と、を備えている。収容槽117は、感光体ドラム108と長さが略等しい箱状に形成されている。
収容槽117は、現像剤を収容する。現像剤は、トナーと、磁性キャリア(磁性粉ともいい、図8に断面を示す)135とを含んでいる。トナーは、前述した収容槽117内に適宜供給される。トナーは、乳化重合法又は懸濁重合法により製造された球状の微粒子である。なお、トナーは、種々の染料又は顔料を混入・分散した合成樹脂で構成される塊を粉砕して得られても良い。トナーの平均粒径は、3μm以上でかつ7μm以下である。また、トナーは、粉砕加工などにより形成されても良い。
磁性キャリア135は、収容槽117内に収容されている。磁性キャリア135の平均粒径は、20μm以上でかつ50μm以下である。磁性キャリア135は、図8に示すように、芯材136と、該芯材136の外表面を被覆した樹脂コート膜137と、樹脂コート膜137に分散されたアルミナ粒子138と、を備えている。
芯材136は、磁性材料としてのフェライトで構成されているとともに、球形に形成されている。樹脂コート膜137は、芯材136の外表面全体を被覆している。樹脂コート膜137は、アクリルなどの熱可塑性樹脂とメラミン樹脂とを架橋させた樹脂成分と、帯電調整剤とを含有している。この樹脂コート膜137は、弾力性と強い接着力を有している。アルミナ粒子138は、外径が樹脂コート膜137の厚みより大きな球形に形成されている。アルミナ粒子138は、樹脂コート膜137の強い接着力で保持されている。アルミナ粒子138は、樹脂コート膜137より磁性キャリア135の外周側に突出している。
攪拌スクリュー118は、収容槽117内に収容されている。攪拌スクリュー118の長手方向は、収容槽117、現像ローラ115及び感光体ドラム108の長手方向と平行である。攪拌スクリュー118は、軸芯周りに回転自在に設けられており、軸芯周りに回転することで、トナーと磁性キャリア135とを攪拌するとともに、該軸芯に沿って現像剤を搬送する。
前述した構成によれば、現像剤供給部114は、収容槽117内に供給されたトナーを、磁性キャリア135と攪拌しながら、軸方向に搬送する。そして、現像剤供給部114は、収容槽117内でトナーと磁性キャリア135とを攪拌し、軸芯方向に搬送しながら、後述の一方の現像ローラ115の外表面に供給する。
ケース119は、箱状に形成され、前述した現像剤供給部114の収容槽117に取り付けられて、該収容槽117とともに、複数の現像ローラ115などを覆う。また、ケース119の感光体ドラム108と相対する部分には、開口部が設けられている。
規制ブレード116は、前述したケース119の感光体ドラム108寄りの開口部の近傍に取り付けられている。規制ブレード116は、一方の現像ローラ115の現像スリーブ132の外表面と間隔をあけた状態で、前述したケース119に取り付けられている。規制ブレード116は、所望の厚さを越える前述した一方の現像ローラ115の現像スリーブ132の外表面上の現像剤を収容槽117内にそぎ落として、現像領域131に搬送される現像スリーブ132の外表面上の現像剤を所望の厚さにする。
現像ローラ115は、それぞれ、感光体ドラム108と間隔をあけて配置されている。複数の現像ローラ115は、互いに平行に配置されている。現像ローラ115の軸芯は、前述した感光体ドラム108の軸芯と収容槽117の長手方向と平行である。図示例では、現像ローラ115は、二つ設けられている。これら二つの現像ローラ115は、図示例では、鉛直方向に沿って、互いに並設されている。
それぞれの現像ローラ115と感光体ドラム108との間の空間は、現像剤のトナーを感光体ドラム108の外周面に付着させて、静電潜像を現像してトナー像を得る現像領域131をなしている。現像領域131では、現像ローラ115と感光体ドラム108とが相対する。
現像ローラ115は、図2及び図3に示すように、芯金134と、円筒状のマグネットローラ(磁石体ともいう)133と、前述した円筒状の現像スリーブ132とを備えている。芯金134は、長手方向が感光体ドラム108の長手方向と平行に配され、前述したケース119に回転することなく固定されている。
マグネットローラ133は、磁性材料で構成され、かつ円筒状に形成されているとともに、図示しない複数の固定磁極が取り付けられている。マグネットローラ133は、芯金134の外周に軸芯回りに回転することなく固定されている。
固定磁極は、長尺で棒状の磁石であり、マグネットローラ133に取り付けられている。固定磁極は、マグネットローラ133則ち現像ローラ115の長手方向に沿って延びており、該マグネットローラ133の全長に亘って設けられている。前述した構成のマグネットローラ133は、現像スリーブ132内に収容されている(内包されている)。
図2中に上方に位置する一方の現像ローラ115(以下、符号115aで示す)のマグネットローラ133に取り付けられた一つの固定磁極は、前述した攪拌スクリュー118と相対している。該一つの固定磁極は、汲み上げ磁極をなしており、現像スリーブ132即ち現像ローラ115aの外表面上に磁気力を生じて、収容槽117内の現像剤を現像ローラ115aの現像スリーブ132(以下、符号132aで示す)の外表面に吸着する。
現像ローラ115aのマグネットローラ133に取り付けられた他の一つの固定磁極は、前述した感光体ドラム108と相対している。この固定磁極は、現像磁極をなしており、現像スリーブ132a即ち現像ローラ115aの外表面上に磁気力を生じて、現像スリーブ132aと感光体ドラム108との間に磁界を形成する。この固定磁極は、該磁界によって磁気ブラシを形成することで、現像スリーブ132aの外表面に吸着された現像剤のトナーを感光体ドラム108に受け渡すようになっている。
図2中下方に位置する他方の現像ローラ115(以下、符号115bで示す)のマグネットローラ133に取り付けられた一つの固定磁極は、前述した感光体ドラム108と相対している。この固定磁極は、現像磁極をなしており、他方の現像ローラ115bの現像スリーブ132(以下、符号132bで示す)即ち現像ローラ115bの外表面上に磁気力を生じて、現像スリーブ132bと感光体ドラム108との間に磁界を形成する。この固定磁極は、該磁界によって磁気ブラシを形成することで、一方の現像ローラ115aによって一度トナーが感光体ドラム108に供給された後に、現像スリーブ132bの外表面に吸着された現像剤のトナーを感光体ドラム108に受け渡すようになっている。
前述した現像ローラ115a,115bのマグネットローラ133には、前述した汲み上げ磁極と現像磁極とに加え、少なくとも一つの固定磁極が設けられている。この少なくとも一つの固定磁極は、現像スリーブ132a即ち現像ローラ115aの外表面上に磁気力を生じて、現像前の現像剤を感光体ドラム108に向けて搬送するとともに、現像スリーブ132b即ち現像ローラ115bの外表面上に磁気力を生じて、一度現像された現像剤を感光体ドラム108に向けて搬送して、二度現像された現像剤を感光体ドラム108から収容槽117内まで搬送する。
前述した固定磁極は、現像スリーブ132a,132bの外表面に現像剤を吸着すると、現像剤の磁性キャリア135が該固定磁極が生じる磁力線に沿って複数重ねさせて、該現像スリーブ132a,132bの外表面上に立設(穂立ち)させる。このように、磁性キャリア135が磁力線に沿って複数重なって現像スリーブ132a,132bの外表面上に立設する状態を、磁性キャリア135が現像スリーブ132a,132bの外表面上に穂立ちするという。すると、この穂立ちした磁性キャリア135に前述したトナーが吸着する。則ち、現像スリーブ132a,132bは、マグネットローラ133の磁力により外表面に現像剤を吸着する。
現像スリーブ132a,132bは、図4及び図5に示すように、円筒状に形成されている。現像スリーブ132a,132bは、マグネットローラ133を内包し(収容し)て、軸芯回りに回転自在に設けられている。現像スリーブ132a,132bは、その内周面が固定磁極に順に相対するように回転される。現像スリーブ132a,132bは、アルミニウム合金、ステンレス鋼(SUS)などの非磁性材料で構成されている。
アルミニウム合金は、加工性、軽さの面で優れている。アルミニウム合金を用いる場合には、A6063、A5056及びA3003を用いるのが好ましい。SUSを用いる場合には、SUS303、SUS304及びSUS316を用いるのが好ましい。現像スリーブ132a,132bの外径は、10mm〜25mm程度であるのが望ましい。現像スリーブ132a,132bの軸(軸芯)方向の長さは、300mm〜350mm程度であるのが望ましい。
後述する現像剤の搬送方向の上流に位置する一方の現像ローラ115aの現像スリーブ132aの外表面には、図4に示すように、凹溝140が設けられている。該凹溝140は、複数の第1凹溝141と、複数の第2凹溝142とで構成されている。凹溝141,142は、それぞれ、直線状に延在しており、現像スリーブ132aの外表面から凹でかつ断面V字状に形成されている。複数の第1凹溝141は、互いに間隔をあけて平行に配置されている。複数の第2凹溝142は、互いに間隔をあけて平行に配置されている。第2凹溝142は、第1凹溝141と交差(傾斜)している。凹溝141,142は、それぞれ、現像スリーブ132aの軸芯に対して交差(傾斜)している。このため、現像スリーブ132aの外表面に形成された凹溝140は、あたかもあやめ状をなしている。なお本明細書でいう現像スリーブ132aの軸芯に対して傾斜している方向とは、該軸芯とのなす角度が90度未満であることを示している。
凹溝141,142は、それぞれ、深さが0.05mmから0.2mm程度に形成されるのが望ましい。凹溝140は、第1凹溝141と第2凹溝142とを併せて、50〜100本程度形成されるのが望ましい。こうして、複数の現像ローラ115a,115bのうちの最も現像剤の搬送方向の上流に位置する現像ローラ115aの現像スリーブ132aの外表面には、該現像スリーブ132aの軸芯に対して傾斜した方向に沿って直線状に延びた凹溝141,142が設けられている。
後述する現像剤の搬送方向の下流に位置する他方の現像ローラ115bの現像スリーブ132bの外表面には、図5乃至図7に示すように、平面形状が楕円形状の凹み139が多数設けられている。凹み139は、現像スリーブ132bの外表面にランダムに多数(複数)配置されている。勿論、凹み139は、長手方向が現像スリーブ132bの軸方向に沿う凹み139と、長手方向が現像スリーブ132bの周方向に沿う凹み139とを含んでいる。
長手方向が現像スリーブ132bの軸方向に沿う凹み139が、長手方向が現像スリーブ132bの周方向に沿う凹み139より多い。さらに、凹み139の長手方向の長さ(長径)は、0.05mm以上でかつ0.3mm以下となっており、幅方向の幅(端径)は、0.02mm以上でかつ0.1mm以下となっている。なお、図6及び図7では、図中の左右方向が現像スリーブ132の軸方向となっている。こうして、複数の現像ローラ115a,115bのうちの最も現像剤の搬送方向の下流に位置する現像ローラ115bの現像スリーブ132bの外表面には、多数の楕円形状の凹み139がランダムに設けられている。
前述した凹み139は、図示例では、表面処理装置1によって現像スリーブ132bの外表面に粗面化処理が施されて形成されている。
表面処理装置1は、図9に示すように、ベース3と、固定保持部4と、移動手段としての電磁コイル移動部5と、移動保持部6と、移動チャック部7と、磁場発生部としての電磁コイル8と、収容槽9と、回収部10と、冷却部11と、検出手段としてのリニアエンコーダ75と、制御手段としての制御装置76(図10に示す)とを備えている。
ベース3は、平板状に形成されて、工場のフロアやテーブル上等に設置される。ベース3の上面は、水平方向と平行に保たれる。ベース3の平面形状は、矩形状に形成されている。
固定保持部4は、ベース3の長手方向(以下、矢印Xで示す)の一端部から立設した複数の支柱12と、保持ベース13と、立設ブラケット14と、円筒保持部材15と、保持チャック16と、を備えている。
保持ベース13は、平板状に形成され、支柱12の上端に取り付けられている。立設ブラケット14は、平板状に形成され、保持ベース13から立設している。円筒保持部材15は、円筒状に形成され、立設ブラケット14と保持ベース13とに取り付けられている。円筒保持部材15は、その軸芯が水平方向と矢印Xとの双方と平行な状態でかつ前記立設ブラケット14よりベース3の中央部寄りに配置されている。円筒保持部材15は、内側に収容槽9の後述する一端部9aに取り付けられた後述するフランジ部材51b,51c,51d(即ち一端部9a)を収容する。
保持チャック16は、前述した円筒保持部材15即ち保持ベース13の近傍に配され、前述したベース3に取り付けられている。保持チャック16は、円筒保持部材15内に一端部9aが収容された収容槽9をチャックして、該収容槽9の一端部9aを保持する。前述した構成の固定保持部4は、収容槽9の一端部9aを保持する。
電磁コイル移動部5は、一対のリニアガイド17と、電磁コイル保持ベース18と、電磁コイル移動用アクチュエータ19と、を備えている。リニアガイド17は、レール20と、スライダ21とを備えている。レール20は、ベース3上に設置されている。レール20は、直線状に形成されているとともに、その長手方向がベース3の長手方向即ち矢印Xと平行に配されている。スライダ21は、レール20に該レール20の長手方向即ち矢印Xに沿って移動自在に支持されている。一対のリニアガイド17は、レール20がベース3の幅方向(以下、矢印Yで示す)に沿って互いに間隔をあけて配されている。なお、矢印Xと矢印Yとは、勿論、互いに直交しているとともに、それぞれ水平方向と平行である。
電磁コイル保持ベース18は、平板状に形成され、前述したスライダ21上に取り付けられている。電磁コイル保持ベース18の上面は、水平方向と平行に配されている。電磁コイル保持ベース18は、電磁コイル8を表面上に設置する。電磁コイル移動用アクチュエータ19は、ベース3に取り付けられているとともに、前述した電磁コイル保持ベース18を矢印Xに沿って、スライド移動させる。前述した電磁コイル移動部5は、電磁コイル移動用アクチュエータ19により電磁コイル保持ベース18即ち電磁コイル8を矢印Yに沿ってスライド移動させる。また、電磁コイル移動部5による電磁コイル8の移動速度は、0mm/秒〜300mm/秒の間で変更可能である。さらに、電磁コイル移動部5の電磁コイル8の移動範囲は、600mm程度である。
移動保持部6は、一対のリニアガイド22と、保持ベース23と、第1アクチュエータ24と、第2アクチュエータ25と、移動ベース26と、軸受け回転部27と、保持チャック28と、を備えている。
リニアガイド22は、レール29と、スライダ30とを備えている。レール29は、ベース3上に設置されている。レール29は、直線状に形成されているとともに、その長手方向が矢印X即ちベース3の長手方向と平行に配されている。スライダ30は、レール29に該レール29の長手方向即ち矢印Xに沿って移動自在に支持されている。一対のリニアガイド22は、レール29が矢印Y即ちベース3の幅方向に沿って互いに間隔をあけて配されている。
保持ベース23は、平板状に形成され、前述したスライダ30上に取り付けられている。保持ベース23の上面は、水平方向と平行に配されている。第1アクチュエータ24は、ベース3に取り付けられているとともに、前述した保持ベース23を矢印Xに沿って、スライド移動させる。
第2アクチュエータ25は、保持ベース23に取り付けられているとともに、移動ベース26を矢印Yに沿って、スライド移動させる。移動ベース26は、平板状に形成され、その上面が水平方向と平行に配されている。
軸受け回転部27は、一対の軸受31と、芯軸としての中空保持部材32と、回転手段としての駆動用モータ33と、チャック用シリンダ34とを備えている。一対の軸受31は、矢印Xに沿って、互いに間隔をあけて配置されているとともに、移動ベース26上に設置されている。中空保持部材32は、磁性材料で構成され、かつ円筒状に形成されているとともに、前述した軸受31により軸芯回りに回転自在に支持されている。中空保持部材32は、その軸芯が前述した矢印X即ち固定保持部4の円筒保持部材15の軸芯と平行に配置されている。中空保持部材32は、一端部32aが収容槽9内に位置するように移動ベース26上から固定保持部4に向かって突出した格好で、かつ、他端部32cが移動ベース26上に位置した状態に配されている。中空保持部材32は、図2に示すように、円筒状の現像スリーブ132b内に通される。また、中空保持部材32の移動ベース26上に位置付けられた他端部32cには、プーリ35が固定されている。プーリ35は、中空保持部材32と同軸に配置されている。
駆動用モータ33は、移動ベース26に設置されているとともに、その出力軸にプーリ36が取り付けられている。駆動用モータ33の出力軸の軸芯は、矢印Xと平行である。前述したプーリ35,36には、無端状のタイミングベルト37が掛け渡されている。駆動用モータ33は、中空保持部材32を軸芯回りに回転させる。駆動用モータ33は、中空保持部材32を軸芯回りに回転させることで、現像スリーブ132bを収容槽9の長手方向と平行な中空保持部材32の軸芯則ち現像スリーブ132bの軸芯を中心として回転させる。
チャック用シリンダ34は、移動ベース26に設置されたシリンダ本体38と、該シリンダ本体38にスライド自在に設けられたチャック軸39とを備えている。チャック軸39は、円柱状に形成されその長手方向が矢印Xと平行に配されている。チャック軸39は、中空保持部材32内に収容されているとともに、該中空保持部材32と同軸に配置されている。チャック軸39には、一対のチャック爪40が複数取り付けられている。
一対のチャック爪40は、チャック軸39の外周面から該チャック軸39の外周方向に突出する格好で、該チャック軸39に取り付けられている。また、チャック爪40は、中空保持部材32の外周面から該中空保持部材32の外周に向かって突出可能となっている。チャック爪40は、チャック軸39及び中空保持部材32からの突出量が変更自在に設けられている。複数対のチャック爪40は、前述したチャック軸39の長手方向即ち矢印Xに沿って、間隔をあけて配置されている。一対のチャック爪40は、チャック用シリンダ34のチャック軸39がシリンダ本体38に近づく方向に縮小すると、前述したチャック軸39及び中空保持部材32からの突出量が増加する。
前述したチャック用シリンダ34は、チャック軸39がシリンダ本体38に縮小することで、チャック爪40をよりチャック軸39の外周方向に突出させて、該チャック爪40を中空保持部材32の外周に取り付けられた現像スリーブ132bの内周面に押圧させて、チャック軸39と中空保持部材32と現像スリーブ132bとを固定する。このとき、勿論、チャック軸39と中空保持部材32と現像スリーブ132bと後述の円筒部材50即ち収容槽9は、同軸になる。
前述したチャック用シリンダ34とチャック爪40は、中空保持部材32と収容槽9と同軸となるように現像スリーブ132bを保持する。即ち、チャック用シリンダ34とチャック爪40は、現像スリーブ132bを収容槽9の中心に保持する。前述したチャック用シリンダ34とチャック爪40と、中空保持部材32とは、特許請求の範囲に記載された保持手段をなしている。
保持チャック28は、前述した移動ベース26上に設置されている。保持チャック28は、収容槽9の他端部9bに取り付けられた後述のフランジ部材51aをチャックして、該収容槽9の他端部9bを保持する。保持チャック28は、収容槽9がその軸芯回りに回転することを規制する。
前述した構成の移動保持部6は、保持チャック28及び中空保持部材32などをアクチュエータ24,25により互いに直交する矢印X,Yに沿って移動させる。即ち、移動保持部6は、保持チャック28で保持した収容槽9を矢印X,Yに沿って移動させる。
移動チャック部7は、保持ベース41と、リニアガイド42と、保持チャック43とを備えている。保持ベース41は、リニアガイド22のレール29の固定保持部4寄りの端部に固定されている。保持ベース41は、平板状に形成され、その上面が水平方向と平行に配されている。
リニアガイド42は、レール44と、スライダ45とを備えている。レール44は、保持ベース41上に設置されている。レール44は、直線状に形成されているとともに、その長手方向が矢印Y即ちベース3の幅方向と平行に配されている。スライダ45は、レール44に該レール44の長手方向即ち矢印Yに沿って移動自在に支持されている。
保持チャック43は、スライダ45上に設置されている。保持チャック43は、前述した保持チャック16,28間に位置付けられている。保持チャック43は、収容槽9の他端部9b寄りの箇所をチャックして、該収容槽9を保持する。前述した移動チャック部7は、保持チャック43が収容槽9を保持することで、該収容槽9を位置決めする。また、移動チャック部7は、保持チャック43が収容槽9を保持することで、収容槽9が軸芯に沿って移動する際に、前述した保持チャック28と協働して収容槽9を保持して、該収容槽9が軸受け回転部27即ち表面処理装置1から脱落することを防止する。
電磁コイル8は、図10に示すように、円筒状に形成された外皮46と該外皮46内に配された複数のコイル部47とを備えて、全体として円環状に形成されている。電磁コイル8の内径は、収容槽9の外径より大きい。即ち、電磁コイル8の内周面と収容槽9の外周面との間には、空間が形成されている。また、電磁コイル8の軸芯方向の全長は、収容槽9の軸芯方向の全長より十分に短い。電磁コイル8の軸芯方向の全長は、収容槽9の軸芯方向の全長の2/3以下であるのが望ましい。図示例では、電磁コイル8の内径は、90mmであるとともに、電磁コイル8の軸芯方向の長さは、85mmである。
外皮46は、その軸芯即ち電磁コイル8自身の軸芯が矢印Xと平行な状態で前述した電磁コイル保持ベース18に取り付けられている。電磁コイル8は、中空保持部材32、チャック軸39及び収容槽9と同軸に配置されている。複数のコイル部47は、外皮46即ち電磁コイル8の周方向に沿って互いに並設されている。コイル部47は、図10に示す三相交流電源48により印加される。複数のコイル部47には互いに移送のずれた電力が印加されて、これらの複数のコイル部47が互いに位相のずれた磁場を発生する。そして、電磁コイル8は、これらの磁場を合成して形成される該電磁コイル8の軸芯回りの回転方向の磁場(回転磁場)を内側に生じさせる。
前述した電磁コイル8は、三相交流電源48から印加されて、回転磁場を発生するとともに、電磁コイル移動部5によりその軸芯即ち収容槽9の長手方向に沿って移動される。そして、電磁コイル8は、前述した回転磁場により、収容槽9内に収容された線条材65を現像スリーブ132bの外周に位置付け、該線条材65を収容槽9及び現像スリーブ132bの軸芯回りに回転(移動)させる。そして、電磁コイル8は、前述した回転磁場により移動させた線条材65を現像スリーブ132bの外表面に衝突させる。
また、三相交流電源48と電磁コイル8との間には、磁場変更手段としてのインバータ49が設けられている。則ち、表面処理装置1は、磁場変更手段としてのインバータ49を備えている。インバータ49は、三相交流電源48が電磁コイル8に印加する電力の周波数、電流値、電圧値を変更自在である。インバータ49は、電磁コイル8に印加する電力の周波数、電流値、電圧値を変更することで、三相交流電源48が電磁コイル8に印加する電力を増減させて、該電磁コイル8が発生する回転磁場の強さを変更する。
収容槽9は、図10に示すように、外壁が一重構造(外壁が一枚の壁からなること)の円筒部材50と、複数のフランジ部材51と、一対の削り屑封止ホルダ52と、一対の削り屑封止板53と、一対の位置決め部材54と、複数の仕切手段としての仕切部材55と、一対の封止板56とを備えている。
円筒部材50は、円筒状に形成されており、収容槽9の外殻を構成している。このため、収容槽9は、円筒部材50が一重構造に形成されていることで、外壁が一重構造に形成されているとともに、円筒状に形成されている。円筒部材50即ち収容槽9の外径は、40mm〜80mm程度であるのが望ましい。さらに、円筒部材50の肉厚は、0.5mm〜2.0mm程度であるのが望ましい。円筒部材50の軸芯方向の長さは、600mm〜800mm程度であるのが望ましい。円筒部材50は、非磁性体で構成されている。
円筒部材50には、複数の砥粒供給孔57が設けられている。砥粒供給孔57は、勿論、円筒部材50を貫通して、該円筒部材50の内外を連通している。砥粒供給孔57には、封止キャップ58が取り付けられている。砥粒供給孔57は、内側に線条材65を通して、該線条材65を円筒部材50即ち収容槽9に出し入れする。また、封止キャップ58は、砥粒供給孔57を塞いで、線条材65が円筒部材50即ち収容槽9の外部に流出することを規制する。
複数のフランジ部材51は、円環状又は円柱状に形成されている。複数のフランジ部材51のうち一つを除く大多数のフランジ部材51(図示例では、三つ)は、円筒部材50の一端部9aに取り付けられ、一つのフランジ部材51(以下、符号51aで示す)は、円筒部材50の他端部9bに取り付けられている。
円筒部材50の一端部9aに取り付けられた複数のフランジ部材51のうち一つのフランジ部材51(以下、符号51bで示す)は、円環状に形成され、かつ円筒部材50の外周に嵌合している。他の一つのフランジ部材51(以下、符号51cで示す)は、円環状に形成され、かつ前述したフランジ部材51bの外周に嵌合している。残りのフランジ部材51(以下、符号51dで示す)は、円環状のリング部59と、円柱状の円柱部60とを一体に備えている。リング部59は、円柱部60の外縁から立設した格好となっている。フランジ部材51dは、リング部59がフランジ部材51cの外周に嵌合している。
前述したフランジ部材51dには、軸受74により従動軸73が回転自在に支持されている。従動軸73は、円柱状に形成され、かつ収容槽9の円筒部材50と同軸に配されている。従動軸73は、端面に中空保持部材32が押し付けられる。従動軸73は、中空保持部材32とともに回転するとともに、該中空保持部材32の自由端としての一端部32aを支持する。
前述した一つのフランジ部材51aは、円環状に形成され、かつ円筒部材50の他端部9bの外周に嵌合している。フランジ部材51aは、内側に中空保持部材32を通している。なお、円筒部材50の一端部9aは、収容槽9の一端部をなしているとともに、円筒部材50の他端部9bは、収容槽9の他端部をなしている。
一対の削り屑封止ホルダ52は、それぞれ、円環状に形成されている。一方の削り屑封止ホルダ52は、円筒部材50の一端部9aの内周に嵌合し、他方の削り屑封止ホルダ52は、円筒部材50の他端部9bの内周に嵌合している。該他方の削り屑封止ホルダ52は、内側に中空保持部材32を通している。
一対の削り屑封止板53は、それぞれ、メッシュ状に形成されている。一方の削り屑封止板53は、円板状に形成され、かつ円筒部材50の一端部9aの内周に配されているとともに、前述した一方の削り屑封止ホルダ52に取り付けられている。さらに、一方の削り屑封止板53は、内側に従動軸73を通している。他方の削り屑封止板53は、円環状に形成され、かつ円筒部材50の他端部9bの内周に配されているとともに、前述した他方の削り屑封止ホルダ52に取り付けられている。他方の削り屑封止板53は、内側に中空保持部材32を通している。削り屑封止板53は、後述の線条材65が現像スリーブ132bの外表面に衝突して、該現像スリーブ132bから削りとられて形成される削り屑が円筒部材50即ち収容槽9外に漏れ出ることを規制する。
一対の位置決め部材54は、円筒状に形成されている。一方の位置決め部材54は、中空保持部材32の自由端である一端部32aの外周に嵌合している。他方の位置決め部材54は、円筒部材50内に位置しかつ他端部9b寄りの中空保持部材32の中央部32bの外周に嵌合している。一対の位置決め部材54は、互いに間に現像スリーブ132bを挟んで、該現像スリーブ132bを中空保持部材32に位置決めする。なお、一端部32aは、中空保持部材32の固定保持部4寄りでかつ移動保持部6から離れた側の端部をなしている。中央部32bは、収容槽9内でかつ中空保持部材32の固定保持部から離れた側であるとともに移動保持部6寄りの端部をなしている。
仕切部材55は、円環状に形成された本体部61と、メッシュ部62とを備えている。本体部61即ち仕切部材55は、円筒部材50の内周に嵌合して、該円筒部材50に取り付けられているとともに、内側に中空保持部材32を通している。本体部61即ち複数の仕切部材55は、一対の削り屑封止板53間に配されている。また、本体部61即ち複数の仕切部材55は、円筒部材50の軸芯P即ち長手方向に沿って、互いに間隔をあけて、並設されている。図示例では、仕切部材55は、7つ設けられている。
本体部61には、貫通孔63が設けられている。メッシュ部62は、貫通孔63を塞ぐ格好で本体部61に取り付けられている。メッシュ部62は、メッシュ状に形成されており、気体と削り屑が通ることを許容するとともに、線条材65が通ることを規制する。
前述した複数の仕切部材55は、円筒部材50内即ち収容槽9内の空間を、該円筒部材50即ち収容槽9の軸芯即ち現像スリーブ132bの軸芯Pに沿って、仕切っている。また、軸芯Pは、収容槽9の軸芯と中空保持部材32の軸芯との双方をなしているとともに、収容槽9の長手方向をなしている。即ち、軸芯Pと収容槽9の長手方向とは、互いに平行である。さらに、前述した本体部61とメッシュ部62との双方即ち仕切部材55は、非磁性体で構成されている。
一対の封止板56は、円環状に形成されている。また、封止板56は、メッシュ状に形成されているとともに、気体と削り屑が通ることを許容するとともに、線条材65が通ることを規制する。一方の封止板56は、最も一端部9a寄りの仕切部材55に取り付けられているとともに、他方の封止板56は、最も他端部9b寄りの仕切部材55に取り付けられている。封止板56は、内側に現像スリーブ132bの両端に取り付けられた後述するキャップ64を通す。封止板56は、仕切部材55間に位置付けられた線条材65を通すことを規制して、該線条材65の円筒部材50即ち収容槽9の外部への流出を規制する。
前述した構成の収容槽9は、複数の仕切部材55間に磁性体で構成される線条材65を収容するとともに、中空保持部材32に取り付けられた現像スリーブ132bを円筒部材50内に収容する。即ち、収容槽9は、現像スリーブ132bと線条材65との双方を収容する。また、線条材65は、前述した回転磁場により現像スリーブ132bの外周を回転(移動)するなどして、現像スリーブ132bの外表面に衝突する。線条材65は、現像スリーブ132bの外表面に衝突して、現像スリーブ132bの外表面から該現像スリーブ132bの一部を削り取り、該現像スリーブ132bの外表面を粗面化する。
線条材65は、例えば、オーステナイト系のステンレス鋼又はマルチンサイト系のステンレス鋼などの磁性材料で構成されている。線条材65は、図11に示すように、短線状の円柱状に形成されている。線条材65は、その外径が0.5mm以上でかつ1.2mm以下に形成されている。線条材65は、その全長をLとし、その外径をDとすると、L/Dが4以上でかつ10以下に形成されている。
さらに、線条材65の両端の外縁部65aは、図11及び図12に示すように、全周に亘って、断面円弧状の面取り加工が施されている。外縁部65aの曲率半径Rは、0.05mm以上でかつ0.2mm以下に形成されている。
前述した線条材65は、図13に示すように、前述した回転磁場によりその長手方向の中央を中心に回転(自転)されながら、前述した収容槽9と現像スリーブ132bの周方向に回転(公転)される。
回収部10は、図10に示すように、気体流入管66と、気体排出用孔67と、メッシュ部材68と、気体排出用ダクト69と、集塵機70(図9に示す)とを備えている。気体流入管66は、他方の削り屑封止ホルダ52より円筒部材50即ち収容槽9の端(移動保持部6)寄りに設けられ、円筒部材50即ち収容槽9の内部に開口している。気体流入管66は、図示しない加圧気体供給源から加圧された気体などが供給される。気体流入管66は、加圧された気体を円筒部材50即ち収容槽9内に導く。
気体排出用孔67は、円筒部材50を貫通して、収容槽9の内外を連通しているとともに、一方の削り屑封止ホルダ52より円筒部材50即ち収容槽9の端寄り(移動保持部6から離れた側)に設けられている。メッシュ部材68は、気体排出用孔67を塞いだ格好で、円筒部材50に取り付けられている。メッシュ部材68は、削り屑と気体とが通ることを許容し、線条材65が通ることを規制する。メッシュ部材68は、線条材65が円筒部材50即ち収容槽9の外部に流出することを規制する。
気体排出用ダクト69は、配管であるとともに、気体排出用孔67の近傍に取り付けられている。気体排出用ダクト69は、気体排出用孔67の外縁を囲んでいる。気体排出用孔67及び気体排出用ダクト69は、気体流入管66から円筒部材50即ち収容槽9内に供給された気体を、円筒部材50即ち収容槽9の外部に導く。
集塵機70は、気体排出用ダクト69に接続しているとともに、該気体排出用ダクト69内の気体を吸引する。集塵機70は、気体排出用ダクト69内の気体を吸引することで、円筒部材50即ち収容槽9内の気体を前述した削り屑とともに吸引する。集塵機70は、削り屑を回収する。前述した回収部10は、気体流入管66を通して円筒部材50即ち収容槽9内に気体を供給し、該気体と集塵機70により気体排出用孔67と気体排出用ダクト69を通して、削り屑を円筒部材50即ち収容槽9の外部に導く。そして、回収部10は、集塵機70に削り屑を回収する。
冷却部11は、図9に示すように、冷却用ファン71と、冷却用ダクト72とを備えている。冷却用ファン71は、加圧された気体を冷却用ダクト72に供給する。冷却用ダクト72は、配管である。冷却用ダクト72は、冷却用ファン71から供給された加圧された気体を電磁コイル8に導く。冷却用ダクト72は、冷却用ファン71から供給された加圧された気体を、電磁コイル8に吹き付ける。冷却部11は、加圧された気体を電磁コイル8に吹き付けて、該電磁コイル8を冷却する。
リニアエンコーダ75は、図10に示すように、本体部77と、該本体部77に移動自在に設けられた検出子78とを備えている。本体部77は、直線状に延在しており、ベース3に取り付けられている。本体部77は、レール20と平行に、該一対のレール20間に配置されている。本体部77の全長は、前述した収容槽9より長い。本体部77は、長手方向の両端部が前述した収容槽9より該収容槽9の長手方向に沿って外側に突出した位置に配置されている。
検出子78は、本体部77則ち収容槽9の長手方向に沿って移動自在に設けられている。検出子78は、電磁コイル保持ベース18に取り付けられている。則ち、検出子78は、電磁コイル保持ベース18を介して、電磁コイル8に取り付けられている。
前述したリニアエンコーダ75は、本体部77則ち収容槽9に対する検出子78の位置を検出して、該検出した結果を制御装置76に向かって出力する。このように、リニアエンコーダ75は、電磁コイル8の収容槽9則ち現像スリーブ132bに対する相対的な位置を検出して、検出結果を制御装置76に向かって出力する。
制御装置76は、周知のRAM、ROM、CPUなどを備えたコンピュータである。制御装置76は、電磁コイル移動部5と、移動保持部6と、移動チャック部7と、電磁コイル8と、インバータ49と、回収部10と、冷却部11と、リニアエンコーダ75などと接続しており、これらを制御して、表面処理装置1全体の制御を司る。
制御装置76は、リニアエンコーダ75の検出した電磁コイル8の現像スリーブ132bに対する相対的な位置に応じた電磁コイル8の回転磁場の強さを記憶している。則ち、制御装置76は、電磁コイル8の現像スリーブ132bに対する相対的な位置に応じたインバータ49が電磁コイル8に印加する電力を記憶している。また、制御装置76は、前述した電力を現像スリーブ132bの品番毎に記憶している。
図示例では、制御装置76は、電磁コイル8が現像スリーブ132bの長手方向(軸方向)の中央部から両端部に向かうにしたがって、インバータ49が電磁コイル8に印加する電力を徐々に大きくするパターンを予め記憶している。そして、制御装置76は、予め記憶した前述した電力のパターン通りにインバータ49に電磁コイル8の発生する回転磁場の強さを変更させる。このように、図示例では、制御装置76は、現像スリーブ132bの両端部を加工する際の回転磁場が、現像スリーブ132bの中央部を加工する際の回転磁場より強くなるように、インバータ49に電磁コイル8の発生する磁場の強さを変更させる。前述したように、制御装置76は、リニアエンコーダ75が検出した電磁コイル8の収容槽9則ち現像スリーブ132bに対する相対的な位置に基づいて、インバータ49に電磁コイル8の発生する回転磁場の強さを変更させる。
さらに、制御装置76には、キーボードなどの各種の入力装置や、ディスプレイなどの各種の表示装置が接続している。
次に、前述した構成の表面処理装置1を用いて現像スリーブ132bの外表面を処理(粗面化)して、現像スリーブ132bを製造する工程を、以下説明する。
まず、制御装置76に入力装置から現像スリーブ132bの品番などを入力する。そして、現像スリーブ132bの長手方向(軸方向)の両端の外周に円筒状のキャップ64を嵌合させる。そして、前述した他方の位置決め部材54を中空保持部材32の外周に嵌合させる。そして、両端にキャップ64が取り付けられた現像スリーブ132b内に中空保持部材32を通す。その後、前述した一方の位置決め部材54を中空保持部材32の外周に嵌合させる。そして、チャック用シリンダ34のチャック軸39を縮小させて、中空保持部材32に現像スリーブ132bを固定する。このとき、中空保持部材32と現像スリーブ132bなどが同軸になる。こうして、現像スリーブ132bを中空保持部材32に取り付ける。
そして、収容槽9内に現像スリーブ132b及び中空保持部材32を収容するとともに、収容槽9の円筒部材50内に線条材65を供給する。こうして、収容槽9内に線条材65及び現像スリーブ132bを収容する。さらに、収容槽9を保持チャック28,43でチャックする。こうして、移動保持部6に現像スリーブ132bと収容槽9とを取り付ける。すると、収容槽9の円筒部材50と中空保持部材32と現像スリーブ132bなどが同軸になる。
前述した作業は、勿論、アクチュエータ24,25で移動ベース26の位置を調整しながら行われる。さらに、前述した作業は、勿論、保持ベース41の位置を調整しながら行われる。保持チャック16で収容槽9の一端部9aをチャックさせるなどして、固定保持部4に収容槽9の一端部9aを保持させる。
そして、回収部10の気体流入管66を通して収容槽9内に気体を供給するとともに、集塵機70で収容槽9内の気体を吸引するとともに、冷却部11に加圧された気体を電磁コイル8に吹き付けさせる。
そして、駆動用モータ33で中空保持部材32とともに現像スリーブ132bを軸芯P回りに回転させる。その後、電磁コイル8に三相交流電源48からの電力を印加して、電磁コイル8に回転磁場を発生させる。すると、電磁コイル8の内側に位置する線条材65が自転しながら軸芯P回りに公転(回転即ち移動)して、該線条材65が現像スリーブ132bの外表面に衝突して、該現像スリーブ132bの外表面を粗面化する。
そして、電磁コイル移動部5が、適宜、電磁コイル8を軸芯Pに沿って移動する。すると、電磁コイル8の内側に侵入した線条材65が前述した回転磁場により移動(自転及び公転)するとともに、電磁コイル8の内側から抜け出た線条材65が停止する。また、仕切部材55が収容槽9内の空間を仕切っているので、線条材65が仕切部材55を越えて移動することが規制され、電磁コイル8の内側から抜け出た線条材65が前述した回転磁場内から抜け出ることとなる。さらに、電磁コイル移動部5が予め定められた所定の回数電磁コイル8を矢印Xに沿って往復移動させると、現像スリーブ132bの外表面の粗面化が終了する。
さらに、電磁コイル8が現像スリーブ132bの中央部から両端部に向かうにしたがって、電磁コイル8の発生する回転磁場が強くなる。回転磁場が強くなるにしたがって、線条材65の動きが激しくなる。すると、回転磁場が強くなるのにしたがって、線条材65がより勢い良く加工対象物に衝突して、該現像スリーブ132bの外表面の表面粗さがより粗くなる。
前述した現像スリーブ132bの外表面の粗面化が終了すると、電磁コイル8への電力の印加を停止するとともに、駆動用モータ33を停止する。さらに、回収部10と冷却部11とを停止する。そして、固定保持部4の保持チャック16の収容槽9の保持を解除するとともに、移動チャック部7の保持チャック43と移動保持部6の保持チャック28とが収容槽9を保持したまま、第1アクチュエータ24で移動ベース26を矢印Xに沿って固定保持部4から離す。すると、収容槽9が固定保持部4から離れる。そして、収容槽9内から外表面の粗面化が終了した現像スリーブ132bを取り出して、新たな現像スリーブ132bを収容槽9内に収容する。こうして、現像スリーブ132bの外表面の粗面化を行って、外表面の表面粗さが中央部から両端部に向かうにしたがって徐々に粗くなる現像スリーブ132b(図5に示す)が得られる。
また、前述した回転磁場によって、図13に示すように、線条材65が、長手方向が収容槽9及び現像スリーブ132bの径方向などに沿う状態で長手方向の中央部を中心として自転しながら、現像スリーブ132bの外周を公転する。このため、図14中実線で示すように、現像スリーブ132bの外表面に線条材65の外縁部65aが衝突する。そして、図6及び図7に示すように、現像スリーブ132bの外表面に略楕円(長円)形状の凹み139が、ランダムに多数形成される。そして、現像スリーブ132bの外表面に形成された略楕円(長円)形状の凹み139は、長手方向が現像スリーブ132bの軸方向に沿うものが該現像スリーブ132bの周方向に沿うものより多い。
連動回転部120は、図2に示すように、駆動源としてのモータ143と、ピニオン144と、回動歯車145と、第1チェーン146と、各々の現像ローラ115a,115bの現像スリーブ132a,132bに固定された図示しない歯車と、第2チェーン148とを備えている。モータ143は、カートリッジケース111、収容槽117やケース119などと固定されている。
ピニオン144は、モータ143の出力軸に取り付けられている。回動歯車145は、カートリッジケース111、収容槽117やケース119などに回転自在に支持されている。第1チェーン146は、無端環状(輪状)に形成されており、ピニオン144と、回動歯車145とに掛け渡されて、これらと噛み合っている。第1チェーン146は、モータ143の駆動力によって、ピニオン144と回動歯車145の外周を循環して、回動歯車145を回転させる。
歯車は、それぞれ、現像スリーブ132a,132bと同軸に配置され、該現像スリーブ132a,132bの端部に固定されている。歯車の外径は、互いに等しい。第2チェーン148は、無端環状(輪状)に形成されており、回動歯車145と歯車とに掛け渡されて、これらと噛み合っている。第2チェーン148は、回動歯車145がモータ143の駆動力によって回転することで、回動歯車145及び歯車の外周を循環して、各歯車即ち現像スリーブ132a,132bを互いに同方向に同回転数で回転させる。
前述した構成の現像装置113は、現像剤供給部114の攪拌スクリュー118を回転してトナーと磁性キャリア135とを十分に攪拌するとともに、連動回転部120によって現像ローラ115a,115bの現像スリーブ132a,132bを同回転数で同方向に回転させる。そして、現像装置113は、この攪拌された現像剤を一方の現像ローラ115aの固定磁極により該一方の現像ローラ115aの現像スリーブ132aの外表面に付着させる。そして、現像装置113は、現像スリーブ132aを回転して、付着した現像剤を一方の現像ローラ115aの現像領域131に向かって搬送する。
現像装置113は、規制ブレード116で所望の厚さになった現像剤のトナーを感光体ドラム108に付着させる。こうして、現像装置113は、現像剤を一方の現像ローラ115aに担持し、現像領域131に搬送して、感光体ドラム108の外周面上の静電潜像を現像して、トナー像化する。さらに、一度、現像された現像剤は、一方の現像ローラ115aの現像スリーブ132aの外表面から他方の現像ローラ115bの現像スリーブ132bの外表面に移される。他方の現像ローラ115bのマグネットローラ133が、現像スリーブ132bの外表面に現像剤を吸着(担持)して、該一度現像された現像剤を他方の現像ローラ115bの現像領域131に向けて搬送する。
そして、他方の現像ローラ115bの現像スリーブ132bに付着した現像剤のトナーが感光体ドラム108の外周面上の静電潜像を再度現像して、トナー像化する。その後、他方の現像ローラ115bが、二度目の現像が行われた現像剤を、収容槽117内まで搬送する。現像済みの現像剤は、再度、収容槽117内で他の現像剤と十分に攪拌されて、感光体ドラム108の外周面の静電潜像の現像に用いられる。このように、現像装置113は、前記現像剤を複数の現像ローラ115a,115bの外表面上に順に搬送する。この現像剤が搬送される方向は、本明細書に記した現像剤の搬送方向という。
前述した構成の画像形成装置101は、以下に示すように、記録紙107に画像を形成する。まず、画像形成装置101は、感光体ドラム108を回転して、この感光体ドラム108の外周面を一様に帯電ローラ109により帯電する。感光体ドラム108の外周面にレーザ光110を照射して、該感光体ドラム108の外周面に静電潜像を形成する。そして、静電潜像が現像ロータ115a,115bの現像領域131順に位置付けられると、現像装置113の現像ローラ115a,115bの現像スリーブ132a,132bの外周面に付着した現像剤が順に感光体ドラム108の外周面に付着して、静電潜像を順に現像し、トナー像を感光体ドラム108の外周面に形成する。
そして、画像形成装置101は、レジストローラ103などにより搬送されてきた記録紙107が転写部材104と感光体ドラム108との間に位置して、感光体ドラム108の外周面上に形成されたトナー像を記録紙107に転写する。画像形成装置101は、定着装置105で、記録紙107にトナー像を定着する。こうして、画像形成装置101は、記録紙107に画像を形成する。
本実施形態によれば、現像剤の搬送方向の上流側の現像ローラ115aの現像スリーブ132aの外周面に凹溝140が形成されているので、経年変化によって該上流側の現像ローラ115aの現像スリーブ132aの凹溝140が摩耗することを防止でき、該上流側の現像ローラ115aが長期間に亘って安定的に現像剤をくみ上げることができる(経年変化によって、現像剤のくみ上げる量が減少することを防止できる)。
また、下流側の現像ローラ115bの現像スリーブ132bの外表面には、楕円形状の凹み139がランダムに配置されている。このため、現像剤が凹み139内に溜まるので、該現像剤の溜まる箇所が外表面にランダムに配置される。このため、現像ローラ115bの現像スリーブ132bが、長期間に亘って安定した量の現像剤をくみ上げることができ、現像ローラ115bの現像スリーブ132bが画像にムラが生じることを防止する。したがって、経年変化による現像剤の搬送量の低下を防止して、長期間に亘って、画像濃度が低下することなくムラの無い高品質な画像を得ることができる。
さらに、現像スリーブ132bの外表面に従来のサンドブラスト加工により形成される凹みより遙かに大きな楕円形状の凹み139(長径が、0.05mm以上でかつ0.3mm以下、短径が、0.02mm以上でかつ0.1mm以下)が形成されている。このため、経年変化によっても、凹み139が摩耗しにくくなる。したがって、経年変化による現像剤の搬送量の低下をより確実に抑制できる。
上流側の現像ローラ115aの現像スリーブ132aに設けられた凹溝140が互いに交差し現像スリーブ132aの軸芯に対して交差した第1凹溝141と第2凹溝142を備えているので、該現像スリーブ132aの外表面にあたかもあやめ状の溝が形成されている。そのために、長期間に亘って安定的に現像剤をくみ上げることが可能になることに加え、ムラが生じにくくなる。したがって、より確実にムラの無い高品質な画像を得ることができる。
また、長手方向が現像スリーブ132bの軸方向に沿う凹み139が、長手方向が現像スリーブ132bの周方向に沿う凹み139より多いので、汲み上げられる現像剤を現像スリーブ132bの軸方向に沿って並設させることとなる。このため、現像スリーブ132bが回転しても、汲み上げた現像剤が該現像スリーブ132bの外表面から脱落しにくくなる。したがって、楕円形状の凹み139が従来から用いられてきたV溝と同様の作用効果を奏でて、現像剤の汲み上げ量を確保することができる。
さらに、線条材65をランダムに外表面に衝突させて楕円形状の凹み139を形成するので、現像スリーブ132bの軸芯が湾曲したり内外径が変化したり断面形状が楕円形状になることを防止できる。則ち、現像スリーブ132bの振れ精度を高精度に保つことができる。
さらに、現像スリーブ132bにランダムな凹凸が形成される。したがって、感光体ドラム108に供給される現像剤の量にムラが生じることを防止でき、形成した画像に濃度のムラが生じることを防止できる。
回転磁場内に位置付けられた線条材65を現像スリーブ132bの外表面に衝突させるので、よりランダムに線条材65を現像スリーブ132bの外表面に衝突させることとなる。したがって、より一様な凹凸を現像スリーブ132bの外表面に形成でき、より一様な画像を得ることができる。
また、回転磁場内に線条材65を位置付けることで現像スリーブ132bの外表面に凹凸を形成できるので、現像スリーブ132bの外表面に凹凸を形成する際にかかる工程が増加することを防止できる。したがって、現像スリーブ132bの外表面に凹凸を形成するための工程が煩雑になることを防止でき、加工にかかるコストが高騰することを防止できる。
さらに、回転磁場内に線条材65を位置付けることで、現像スリーブ132bの外表面に凹凸を形成できるので、該線条材65の長手方向が該回転磁場の径方向に沿った状態で、長手方向の中央部を中心として自転しながら現像スリーブ132bの外周を公転する。このため、線条材65の長手方向の両端部の外縁部が現像スリーブ132bに衝突して、該現像スリーブ132bの外表面に形成された凹凸の特に凹み139が、現像スリーブ132bの軸(長手)方向に沿うものが多くなる。このため、現像スリーブ132bの外表面に形成された凹み139が、従来から用いられてきたV溝と同様の効果を確実に奏でて、現像剤の汲み上げ量を確保することができる。
また、回転磁場により線条材65をランダムに現像スリーブ132bの外表面に衝突されるので、該現像スリーブ132bの外表面に形成された凹凸がより確実にランダムになる。したがって、現像スリーブ132bが形成する画像にムラが生じることを防止できる。
現像スリーブ132bが線条材65とともに収容槽9内に収容されるので、該現像スリーブ132bの外表面に確実に衝突される。したがって、現像スリーブ132bの外表面に確実に粗面化処理を施すことができる。
収容槽9内で回転中の現像スリーブ132bに線条材65が衝突するので、より一層ランダムに線条材65が現像スリーブ132bの外表面に衝突する。したがって、より高精度に保ちながらより一様に凹み139を形成でき、ムラの少ない画像を得ることができる。
複数の現像ローラ115a,115bの現像スリーブ132a,132bが同速度で回転するので、現像ローラ115a,115b間などで現像剤に付与される摩擦力を強くなることを防止でき、該現像剤を順に現像ローラ115a,115bの外周に搬送することができる。したがって、現像剤の特に磁性キャリア135が摩耗することを防止できる。
前述した現像装置113によれば、磁性キャリア135の平均粒径が20μm以上でかつ50μm以下の現像剤を用いているので、粒状度に優れ、ムラの少ない優れた画像を得ることができる。磁性キャリア135の平均粒径が20μm未満であると、磁性キャリア135一つ一つの磁化の大きさが小さくなるために、磁性キャリア135の現像ローラ115a,115bからの磁気的拘束力が弱くなり、該磁性キャリア135が感光体ドラム108に吸着しやすくため、望ましくない。磁性キャリア135の平均粒径が50μmを越えると、磁性キャリア135と感光体ドラム108上の静電潜像との間の電界が疎になるため、均一な画像を得ることができない(画質が劣化する)ため、望ましくない。
また、芯材136の表面を熱可塑性樹脂とメラミン樹脂とを架橋させた樹脂成分に帯電調整剤を含有させた樹脂コート膜137で被覆した磁性キャリア135を有した現像剤を用いている。このように、芯材136を弾力性を有した樹脂コート膜137で被覆した磁性キャリア135を用いているため、樹脂コート膜が弾力性を有するので衝撃を吸収して、磁性キャリア135が削られることを防止する。このため、従来の磁性キャリアより長寿命化を図ることができる。
さらに、前述した樹脂コート膜137に、該樹脂コート膜137の厚みより大きなアルミナ粒子138分散している。このように、樹脂コート膜137の外表面より突出したアルミナ粒子138を設けた磁性キャリア135を有した現像剤を用いている。このため、該アルミナ粒子138が、樹脂コート膜137への衝突を阻止し、しかもスペント物のクリーニングを行うことができる。
したがって、樹脂コート膜137の削れスペント化を阻止できるので、従来の磁性キャリアに比べ、より長寿命化を図ることができる。したがって、長期間に亘って、トナーの汲み上げ量の安定化則ち高画質化を得ることができる。
トナーが乳化重合法又は懸濁重合法によるものに選定されたことにより、トナーの球形度が良好であるので、画像上に残留する濃度ムラが視認的に改善されるという効果が奏される。
また、前述した現像装置113を有しているため、長期間に亘って高品質な画像が得られるプロセスカートリッジ106及び画像形成装置101を提供することができる。
線条材65の外径Dが0.5mm以上でかつ1.2mm以下であるので、経年変化によっても加工対象物としての現像スリーブ132bの外表面に形成された凹凸が摩耗しにくくなり、現像スリーブ132bは、経年変化により現像剤の汲み上げ量が低下することを防止できる。したがって、経年変化によって、画像が薄くなることを防止できる。
したがって、現像スリーブ132bの経年変化により現像剤の搬送量の低下を抑制できるとともに、画像のムラが生じることを防止できるように現像スリーブ132bの外表面に粗面化処理を施すことができる線条材65及び表面処理装置1を提供することができる。
また、全長Lと外径Dの比(L/D)が4以上でかつ12以下であるので、該線条材65の長手方向の両端の外縁部65aが現像スリーブ132bに確実に衝突するとともに、線条材65の全長が現像スリーブ132bの外表面に十分な深さ(大きさ)の凹凸を形成するのに十分となる。このため、現像スリーブ132bの外表面に凹凸を確実に形成でき、該現像スリーブ132bの現像剤の汲み上げ量を十分な量にすることができる。
さらに、線条材65の長手方向の両端の外縁部65aが断面円弧状に面取り加工が施されている。このため、加工対象物としての現像スリーブ132bの外表面に滑らかな凹凸を形成でき、現像スリーブ132bの現像剤則ち磁性キャリア135などの経年変化を防止できる。
線条材65の長手方向の両端部に形成された外縁部65aの断面形状の曲率半径Rが、0.05mm以上でかつ0.2mm以下であるので、加工対象物としての現像スリーブ132bの外表面に滑らかな凹凸を形成できる。
線条材65は、オーステナイト系のステンレス鋼又はマルチンサイト系のステンレス鋼で構成されているので、該線条材65の入手が容易になり、該線条材65のコストを低減することができる。
制御装置76が、電磁コイル8の収容槽9則ち現像スリーブ132bに対する相対的な位置に基づいて、該電磁コイル8の発生する回転磁場の強さを変更できる。このため、回転磁場が強くなると、線条材65の動きが活発となって、線条材65が現像スリーブ132bの外表面に衝突する際の運動エネルギが高くなるため、現像スリーブ132bの外表面の表面粗さが粗くなる。
これにより、現像スリーブ132bの長手方向(軸方向)の任意の位置の外表面の表面粗さを、任意に変更できる。したがって、現像スリーブ132bを現像スリーブ132として用いた際に、該現像スリーブ132bの任意の位置の汲み上げ量を増やすことができるとともに任意の位置の汲み上げ量をへらすことができる。したがって、現像スリーブ132bの汲み上げ量の少ない位置の表面粗さを粗くして、該少ない位置の汲み上げ量を増やすことができ、該現像スリーブ132bを備えた画像形成装置101の形成する画像にムラが生じることを防止できる。したがって、画像のムラが生じることを防止できるように現像スリーブ132bの外表面に粗面化処理を施すことができる。
制御装置76が予め定められたパターンにしたがって回転磁場の強さを変更するので、常に一定のパターンに現像スリーブ132bの外表面に粗面化処理を施すことができる。
電磁コイル8が移動することにより、現像スリーブ132bの加工を行うと同時に、線条材65が回転磁場内から急激に抜け出ることとなる。このため、線条材65に作用する磁場の強さが急激に変化(減少)して、線条材65内で揃っていた磁区が、不揃いになることにより磁化が弱まり、現像スリーブ132bの加工と同時に線条材65の残留磁化を取り除く効果を奏でる。
この結果、表面処理装置1と別体の線条材65の残留磁化を取り除く消磁装置などが不要となる。したがって、容易に線条材65の消磁を行うことが可能になり、現像スリーブ132bの長時間に亘る連続した加工が可能になって、表面処理の加工効率を向上させることができる。したがって、現像スリーブ132bの大量生産を前提とした量産装置としての表面処理装置1を得ることができる。
現像スリーブ132bを収容槽9の中心に保持するので、該現像スリーブ132bの外表面に略一様に線条材65を衝突させることができる。したがって、現像スリーブ132bの外表面を一様に加工することができる。
電磁コイル8が収容槽9より短いので、電磁コイル8が収容槽9と略同等の長さの表面処理装置を用いるよりも、回転磁場を強くすることが可能となり、収容槽9内に発生させる回転磁場の損失を少なくすることが出来る。したがって、現像スリーブ132bの加工効率を向上させることが可能となるとともに、さらに消費電力を抑えることができる。
また、電磁コイル8が収容槽9より短いので、収容槽9の両端を支持することが可能となる。これにより、線条材65の移動などで収容槽9が振動(移動)することを防止でき、現像スリーブ132bの外表面により一層一様に線条材65を衝突させることができ、現像スリーブ132bの外表面をより一層一様に加工することができる。
収容槽9が円筒状であるので、線条材65に回転磁場を作用させた時の該線条材65の円周方向の挙動を収容槽9が妨げることがない。したがって、安定した加工が可能となる。
仕切部材55が収容槽9内の空間を長手方向に仕切っている。このため、仕切部材55により、線条材65の移動可能な領域(自転・公転領域)を限定することとなり、より効率的に加工することが可能になる。
また、線条材65が仕切部材55を越えて移動することを規制できるので、線条材65と回転磁場とを確実に相対的に移動でき、該線条材65を確実に消磁させることができる。
非磁性体で構成されているので、仕切部材55が磁化されることがなく、該仕切部材55が線条材65の挙動を妨げたり、削り屑などが磁化されて仕切部材55に張り付くこ
とがない。このため、安定して加工を行うことが可能となる。
仕切部材55が複数設けられているので、現像スリーブ132bの外表面の粗面化する範囲を区切ることができる。このため、仕切部材55により、線条材65の移動可能な領域(自転・公転領域)を確実に限定することとなり、より効率的に加工することが可能になる。
また、線条材65が仕切部材55を越えて移動することを規制できるので、線条材65の消磁を確実に行うことができる。
収容槽9の円筒部材50の外壁が一重構造であるため、電磁コイル8から現像スリーブ132bまでの距離を短くすることが可能となり、電磁コイル8が発生する回転磁場をより効率的に加工に使用することが可能となる。
封止板56により線条材65の収容槽9外への流出を防ぐことが可能となり加工時の作業性、生産性の向上が可能となり、連続加工することでその効果はさらに高くなり、表面処理装置1は、大量生産を前提とした量産装置としての現像スリーブ132bの生産(処理)が可能となる。
つぎに、本発明の発明者らは、前述した実施形態の現像装置113の効果を確認した、結果を表1に示す。
表1では、1枚目の初期画像と、100K枚目の画像とを形成して、該画像の評価を行った。表1中の○は、優れた画像を示し、△は、若干のムラ等があるが許容できる画像を示し、×は、許容できない欠陥の有る画像を示している。
また、表1では、1枚目の初期画像を形成する際の現像剤の汲み上げ量に対する100K枚目の画像を形成する際の現像剤の汲み上げ量の減少量を測定した。表1中の○は、減少量が10%以内であって問題が無いことを示し、×は減少量が20%以上で画質への影響が大きなことを示している。
さらに、表1の比較例1、2及び本発明品1乃至3では、現像スリーブ132a,132bの外径を20mmとし、感光体ドラム108の外径を60mmとした。
(比較例1)
比較例1では、現像ローラを一つのみ設け、該現像ローラの現像スリーブの外表面に軸方向と平行な凹溝を形成した。
(比較例2)
比較例1では、現像ローラを一つのみ設け、該現像ローラの現像スリーブの外表面にサンドブラスト加工を施した。
(本発明品1)
本発明品1では、現像ローラ115a,115bを二つ設け、現像ローラ115aの現像スリーブ132aの外表面に軸方向と平行な凹溝を形成し、現像ローラ115bの現像スリーブ132bの外表面にサンドブラスト加工を施した。
(本発明品2)
本発明品2では、現像ローラ115a,115bを二つ設け、現像ローラ115aの現像スリーブ132aの外表面に軸方向と平行な凹溝を形成し、現像ローラ115bの現像スリーブ132bの外表面に表面処理装置1を用いて線条材65をランダムに衝突させた。
(本発明品3)
本発明品3では、現像ローラ115a,115bを二つ設け、現像ローラ115aの現像スリーブ132aの外表面に前述した第1凹溝141と第2凹溝142とを形成し、現像ローラ115bの現像スリーブ132bの外表面に表面処理装置1を用いて線条材65をランダムに衝突させた。
表1によれば、比較例1は、初期画像からムラが生じることが明らかとなった。比較例2は、給紙(印刷)枚数が増加するのにしたがって、現像剤の汲み上げ量が徐々に減少することが明らかとなった。
さらに、本発明品1及び2は、初期画像と100K枚目の画像に殆ど問題が無いとともに、本発明品3は、初期画像と100K枚目の画像に全く問題が無いことが明らかとなった。また、本発明品1乃至3は、現像材の汲み上げ量が殆ど減少しないことが明らかとなった。
このように、本発明品1乃至3は、現像剤の汲み上げ量の低下が殆ど無く、非常に優れて実用に耐え得ることが明らかとなった。さらに、本発明品1乃至3は、テスト画像にムラが生じないので、画像ムラの観点から非常に優れた実用に耐え得るものであることが明らかとなった。
前述した実施形態では、画像形成装置101は、プロセスカートリッジ106はカートリッジケース111と帯電ローラ109と感光体ドラム108とクリーニングブレード112と現像装置113とを備えている。しかしながら、本発明ではプロセスカートリッジ106は少なくとも現像装置113を備えていれば良く、カートリッジケース111と帯電ローラ109と感光体ドラム108とクリーニングブレード112を必ずしも備えていなくても良い。
また、前述した実施形態では、画像形成装置101は装置本体102に着脱自在なプロセスカートリッジ106を備えている。しかしながら本発明では画像形成装置101は、現像装置113を備えていれば良く、プロセスカートリッジ106を必ずしも備えていなくても良い。
前述した実施形態では、現像スリーブ132の外径と、線条材65の大きさと、収容槽9の円筒部材50の外径を適宜変更しても良いことは勿論である。また、現像スリーブ132の両端の形状に関しても、面取りの曲率半径や面取りの形状の大きさなども目標とする粗面の粗さ、加工時間(加工条件)、電磁コイル8の往復回数及び線条材65の耐久性などから適切な形状を選定するのが望ましい。また、収容槽9内に収容する線条材65の総量も、目標とする粗面の粗さ、加工時間(加工条件)、電磁コイル8の往復回数及び線条材65の耐久性などから適切な量に定められるのが望ましい。
前述した実施形態では、現像ローラ115a,115bを二つ備えている。本発明では、現像ローラ115a,115bを三つ以上備えても良い。要するに、本発明では、複数の現像ローラ115a,115bのうち現像剤の搬送方向の最も上流の現像ローラ115aの現像スリーブ132aの外表面に凹溝140を形成し、最も下流の現像ローラ115bの現像スリーブ132bの外表面にランダムな凹み139を形成すれば良い。
さらに、前述した実施形態では、凹溝140に第1凹溝141と第2凹溝142とを設けて、該凹溝140をあやめ状に形成している。しかしながら、本発明では、全ての凹溝140を互いに平行な直線状に形成すれば、全ての凹溝140を現像スリーブ132の軸芯と平行にしても良く、該軸芯に交差(傾斜)させても良い。
また、前述した実施形態では、回転磁場内に線条材65とともに現像スリーブ132bを位置付けて、該現像スリーブ132bの外表面にランダムに凹み139を形成している。しかしながら、本発明では、加圧された気体によって砥粒を吹き付けるサンドブラスト加工によって、ランダムに凹み139を形成しても良い。さらに、本発明では、線条材65以外に例えば球状のガラスビーズを吹き付けて、ランダムに凹み139を形成しても良い。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。即ち、保持手段と回転手段と磁場変更手段は、実施形態に記載された構成及び配置に限定されることなく、種々の構成及び配置にしても良い。