JP4671709B2 - 現像ローラ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、複写機やプリンタに代表される電子写真方式の画像形成装置において用いられる現像装置に適用可能な現像ローラに関する。また、この現像ローラの製造方法に関する。

複写機やプリンタに代表される電子写真方式の画像形成装置では、像担持体表面を一様に帯電させた後、光照射により部分的に電位を光減衰させて原稿画像の静電潜像を形成し、この静電潜像をトナーで現像した可視トナー像を用紙に転写する。用紙へのトナー像転写後、像担持体表面においては、残留したトナーがクリーニングされ、新たな静電潜像の形成に備えて除電される。

上記のような画像形成プロセスの主要部である現像装置においては、一般的に、静電潜像の現像方法として、現像ローラに備えられた現像スリーブ表面にトナーを付着させ、この現像スリーブ表面から像担持体表面へと静電気力によりトナーを移動させるという手法がとられる。このような現像ローラを備えた現像装置の一例を特許文献１に見ることができる。

現像装置は、像担持体表面に形成した静電潜像を、トナーの過不足や不均一を生じることのないように現像しなければならない。このため、現像ローラの現像スリーブ表面に、過不足や不均一を生じることなく一様にトナーを分布させる必要がある。しかしながら、現像ローラを繰り返し使用することにより現像スリーブ表面が次第に磨耗し、その表面にトナーを一様に保持できなくなり、画像不良を発生させる恐れがある。このような問題の対策として、現像スリーブ表面の耐磨耗性を向上させるために、特許文献１に記載の現像装置の現像スリーブ表面にはニッケルメッキ処理が施されている。同様にして、現像スリーブ表面の耐磨耗性を向上させるために、アルマイト処理を施したものの一例を特許文献２に、クロムメッキ処理を施したものの一例を特許文献３に見ることができる。
特開昭５８−１３２７６８号公報（第２−４頁、図２−３） 特開２００３−３５９９２号公報（第３−４頁、図１−２） 特開２００１−２３５９４０号公報（第４−６頁、図３）

しかしながら、特許文献１に記載の現像装置の現像ローラにおいて施された現像スリーブ表面のニッケルメッキ処理は、耐磨耗性が高いという一方で、トナーの電荷が逃げ易いということが懸念されている。これにより、現像スリーブの表面にトナーを保持し難くなるので、像担持体表面に移動するトナー量も必然的に少なくなり、十分な画像濃度を得ることができなくなる可能性がある。

また、特許文献２に記載の円筒状現像剤担持体（現像スリーブ）において施されたような現像スリーブ表面のアルマイト処理は、一般的に、耐磨耗性が向上し、特許文献１に記載のニッケルメッキ処理のようなトナー電荷が逃げ易いといった問題を克服しているものの、逆にトナーの電荷が逃げ難くなる傾向が高い。これにより、現像スリーブ表面から像担持体表面に向かってトナーが移動し難くなり、前回の現像時の画像パターンが次回の現像に悪影響を及ぼすゴースト画像といった問題を引き起こす可能性がある。また、トナーが現像スリーブ表面から移動しないことに起因してトナーの帯電量が高くなり、トナーが現像スリーブ表面で凝集してしまう薄層乱れという現象が発生する恐れもある。

そして、特許文献３に記載の現像装置の現像ローラにおいて施された現像スリーブ表面のクロムメッキ処理は、耐磨耗性、及びトナー電荷の保持特性に関して好適な性能が得られるものの、クロムの環境への影響が懸念されている。従来金属のメッキ処理に多用されているクロム（六価クロム）は、ＥＵ諸国において環境負荷物質として指定され、使用が規制されつつある。これに対応して、昨今のメッキ業界においては、多くの企業でクロムフリー化が進められている。

本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、像担持体表面の静電潜像を現像する現像ローラにおいて、環境問題に配慮しつつ、耐磨耗性と、トナー電荷の保持特性とを向上させた現像スリーブを用いることにより、ゴースト画像や薄層乱れといった画像不良を防止し、且つ好適な画像濃度を得ることが可能な現像ローラを提供することを目的とする。また、このような現像ローラの製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明は、現像ローラにおいて、現像スリーブの基体表面にニッケルメッキ層を形成し、このニッケルメッキ層の表面にニッケル酸化被膜を形成することとした。

また、前記現像スリーブの基体は、アルミニウム系金属材料で構成されていることとした。

また、現像スリーブの基体表面にニッケルメッキ層を備えた現像ローラを製造するに際し、前記現像スリーブの前記ニッケルメッキ層の表面にニッケル酸化被膜を形成することとした。

また、前記ニッケル酸化被膜の形成は、酸化処理を複数回繰り返すことにより遂行されることとした。

また、前記ニッケル酸化被膜の形成は、弱酸を用いて酸化処理を施した後に、強酸を用いて酸化処理を施すことにより遂行されることとした。

また、前記ニッケル酸化被膜の形成は、基体表面にニッケルメッキ層を備えた前記現像スリーブを酸の水溶液中に浸漬することにより遂行されることとした。

本発明の構成によれば、現像ローラにおいて、現像スリーブの基体表面にニッケルメッキ層を形成し、このニッケルメッキ層の表面にニッケル酸化被膜を形成することとしたので、現像スリーブの表面を不動態化することができる。このニッケル酸化被膜による不動態化は、現像スリーブの表面がニッケルメッキ処理によりトナー電荷を逃がし易い状態にあるのを抑制することが可能である。これにより、ニッケルメッキ層が有する耐磨耗性と併せて、ニッケル酸化被膜の作用によってトナー電荷の保持特性を好適な状態に維持することができる。したがって、環境に対して有害な物質を使用することなく、ゴースト画像や薄層乱れといった画像不良を防止し、且つ好適な画像濃度を得ることが可能な現像ローラを得ることが可能となる。

また、上記構成の現像ローラにおいて、現像スリーブの基体は、アルミニウム系金属材料で構成されていることとしたので、加工が容易である。現像スリーブ表面は、トナーを保持し易くするために適度な粗さが必要である。現像スリーブ基体をアルミニウム系金属材料にすることにより、その表面粗さを容易に、且つ正確に形成することが可能となる。したがって、現像スリーブ表面のトナーの状態が安定するので、現像ローラによる現像性能が向上する。

また、現像スリーブの基体表面にニッケルメッキ層を備えた現像ローラを製造するに際し、現像スリーブのニッケルメッキ層の表面にニッケル酸化被膜を形成することとしたので、ニッケルメッキ層による耐磨耗性と、ニッケル酸化被膜による好適なトナー電荷保持特性とを兼ね備えた、画像不良の発生することのない現像ローラを製造することが可能となる。

また、上記構成の現像ローラの製造方法において、ニッケル酸化被膜の形成は、酸化処理を複数回繰り返すことにより遂行されることとしたので、酸化処理の回数の選択により、ニッケル酸化被膜を任意の厚さに調節することができる。したがって、好適なトナー電荷の保持特性を維持するために必要な厚さの酸化被膜を形成することができ、不良が発生することのない画像を形成し続けることが可能な現像ローラを製造することができる。

また、上記構成の現像ローラの製造方法において、ニッケル酸化被膜の形成は、弱酸を用いて酸化処理を施した後に、強酸を用いて酸化処理を施すことにより遂行されることとしたので、ニッケルメッキ層の表面を損傷させてしまう恐れのある強酸を直接用いることなく、強酸による好適な厚さの酸化被膜を形成することが可能である。したがって、弱酸によって酸化処理を繰り返すよりも手間や時間が掛からず、作業能率が高い。

また、上記構成の現像ローラの製造方法において、ニッケル酸化被膜の形成は、基体表面にニッケルメッキ層を備えた現像スリーブを酸の水溶液中に浸漬することにより遂行されることとしたので、加熱炉を用いた高温の酸化処理方法と比較して、熱膨張による寸法精度の低下を防止することが可能となる。したがって、寸法精度が高く、好適な状態で現像スリーブ表面にトナーを保持することが可能な現像ローラを製造することができる。

以下、本発明の実施形態を図１〜図６に基づき説明する。

最初に、本発明の第１の実施形態に係る現像ローラについて、図１〜図３を用いてその構造を説明する。図１は現像ローラが備えられた現像装置の垂直断面部分正面図、図２は現像ローラの模型的斜視図、図３は、現像スリーブの垂直断面部分拡大図である。

図１に示すように、画像形成装置の現像装置１は、現像容器２を備えている。現像容器２は、画像形成装置内の用紙搬送方向と直角をなす用紙幅方向、すなわち図１の紙面奥行き方向に細長い形状を有し、その長手方向を水平にして配置されている。現像容器２の内部は、現像容器２の長手方向に延びる隔壁３により、図１において左右２個の区画に仕切られている。右方の区画がトナー収容室４、左方の区画が現像室５となる。

現像容器２は、現像剤として、磁性トナーからなる一成分系磁性現像剤を収容している。現像剤であるトナーは、トナー収容室４から現像室５へと供給されるものであり、これを可能にするため、隔壁３の両端には開口部（図示せず）が設けられ、トナー収容室４と現像室５とがそこで連通する形になっている。トナー収容室４にはトナーの攪拌を行うための攪拌スクリュー６が、現像室５にはトナーの搬送を行うための搬送スクリュー７が、各々軸線を水平にして設けられている。

現像室５は、感光体ドラム１００と隣接する箇所に開口部８を備えている。開口部８には現像剤担持体である現像ローラ２０が配置されている。現像ローラ２０の片側は現像室５の内部に露出し、他の片側は現像室５の外部に露出して像担持体である感光体ドラム１００に向き合っている。現像ローラ２０と感光体ドラム１００とは、互いに近接、または接触する位置関係にある。現像ローラ２０は、図示しない駆動手段により図１において反時計方向に回転せしめられるものである。現像ローラ２０の現像室５内部に露出する箇所から回転方向下流側、すなわち図１において現像ローラ２０の上方には、規制板９が設けられている。規制板９は、その下端と現像ローラ２０表面との間に、所定の幅の隙間１０を設けて配置されている。

現像ローラ２０は、図１及び図２に示すように、その表面であってトナーを吸着する箇所である現像スリーブ３０と、その内側に配置されたマグネット２１と、軸部２２とを備えている。現像スリーブ３０は、図３に示すように、その基体３１がアルミニウム系金属材料によって構成されている。現像スリーブ３０の基体３１表面は、トナーを保持し易くすることを目的として、適度な粗さを有するようにブラスト処理等が施されている。このような基体３１の表面には、厚さ２〜１０μｍの無電解ニッケルメッキ層３２が形成されている。さらに、そのニッケルメッキ層３２の表面には、ニッケル酸化被膜３３が形成されている。

このような現像ローラ２０の製造方法として、現像スリーブ３０のニッケル酸化被膜３３の形成は、酸の水溶液である２０％硝酸水溶液に数十秒間、１回浸漬することによって遂行されている。

上記構成の現像装置１において、磁界の作用により現像室５から現像ローラ２０表面に吸着されたトナーは、現像ローラ２０の回転とともに、規制板９下端の隙間１０の箇所に到達する。ここでトナーは、隙間１０による規制を受けて、現像ローラ２０表面で所定厚さの薄層を形成する。そして、現像ローラ２０と感光体ドラム１００とが対向する箇所で、トナーが感光体ドラム１００に移動して静電潜像を現像する。消費された分のトナーは、トナー補充容器（図示せず）からトナー収容室に補充される。

続いて、現像ローラ２０に備えられた現像スリーブ３０の基体３１の材質及びその表面処理方法の、画像濃度や加工性等の特性に対する評価について、図４を用いて説明する。図４は、現像スリーブの基体材質及びその表面処理方法の、画像濃度や加工性等の特性に対する評価を示す表である。

図４に示すように、現像スリーブ３０の基体３１の材質としては、ＳＵＳ（ステンレス鋼）とアルミニウム系金属材料とを挙げている。アルミニウム系金属材料については、表面処理なし、Ｎｉ（ニッケル）メッキ、Ｃｒ（クロム）メッキ、アルマイト処理、及びＮｉメッキ＋酸化被膜の５種類の表面処理に関して評価した。評価する特性としては、画像濃度、ゴースト（画像）、薄層乱れ、加工性、及び環境性の５項目を挙げた。

上記のような現像スリーブ３０の基体３１に対して、まず画像形成に関する特性の評価について説明する。画像濃度は、GretagMacbeth（グレタグマクベス）社製反射濃度計RD-918により、用紙に印刷された画像の濃度を測定して、測定値１．２以上を○、それ以下を×とした。図４によると、基体３１の材質がＳＵＳの場合、またアルミニウム系金属材料の場合においてクロムメッキ、アルマイト処理、或いはニッケルメッキ＋酸化被膜を施したものは評価が良い。一方、基体３１の材質がアルミニウム系金属材料の場合において、表面処理なし、及びニッケルメッキを施したものは評価が悪い。これらの現像スリーブ３０は、トナー電荷が逃げ易いことが分かる。

ゴースト画像、及び薄層乱れについては、材質がアルミニウム系金属材料の基体３１にアルマイト処理を施したもののみ評価が悪かった。これにより、アルマイト処理はトナー電荷が逃げ難いことが分かる。

加工性については、ＳＵＳよりもアルミニウム系金属材料のほうが優れている。また、環境性については、前述のように、クロムの環境に及ぼす影響を考慮して、クロムメッキの使用を控えるべきという評価を下している。

以上、総合的に判断すると、現像スリーブ３０の基体３１の材質としてはアルミニウム系金属材料であって、その表面処理としてニッケルメッキ層を形成し、さらにニッケルメッキ層の表面にニッケル酸化被膜を形成した本発明の現像ローラ２０の構成が、好適な評価を得るという結果となった。

このようにして、現像ローラ２０において、現像スリーブ３０の基体３１表面にニッケルメッキ層３２を形成し、このニッケルメッキ層３２の表面にニッケル酸化被膜３３を形成したので、現像スリーブ３０の表面を不動態化することができる。このニッケル酸化被膜３３による不動態化は、現像スリーブ３０の表面がニッケルメッキ処理によりトナー電荷を逃がし易い状態にあるのを抑制することが可能である。これにより、ニッケルメッキ層３２が有する耐磨耗性と併せて、ニッケル酸化被膜３３の作用によってトナー電荷の保持特性を好適な状態に維持することができる。したがって、環境に対して有害な物質を使用することなく、ゴースト画像や薄層乱れといった画像不良を防止し、且つ好適な画像濃度を得ることが可能な現像ローラ２０を得ることが可能となる。

また、上記構成の現像ローラ２０において、現像スリーブ３０の基体３１は、アルミニウム系金属材料で構成されているので、加工が容易である。現像スリーブ３０表面は、トナーを保持し易くするために適度な粗さが必要である。現像スリーブ３０の基体３１をアルミニウム系金属材料にすることにより、その表面粗さを容易に、且つ正確に形成することが可能となる。したがって、現像スリーブ３０表面のトナーの状態が安定するので、現像ローラ２０による現像性能が向上する。

そして、現像スリーブ３０の基体３１表面にニッケルメッキ層３２を備えた現像ローラ３０を製造するに際し、現像スリーブ３０のニッケルメッキ層３２の表面にニッケル酸化被膜３３を形成したので、ニッケルメッキ層３２による耐磨耗性と、ニッケル酸化被膜３３による好適なトナー電荷保持特性とを兼ね備えた、画像不良の発生することのない現像ローラを製造することが可能となる。

さらに、上記構成の現像ローラ２０の製造方法において、ニッケル酸化被膜３３の形成は、基体３１表面にニッケルメッキ層３２を備えた現像スリーブ３０を酸の水溶液中に浸漬することにより遂行されるので、加熱炉を用いた高温の酸化処理方法と比較して、熱膨張による寸法精度の低下を防止することが可能となる。したがって、寸法精度が高く、好適な状態で現像スリーブ３０表面にトナーを保持することが可能な現像ローラ２０を製造することができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る現像ローラについて、図５を用いて説明する。図５は、現像スリーブ表面のニッケル酸化被膜形成における酸化処理回数が、画像濃度の維持に対する耐久性に及ぼす影響を示すグラフである。なお、この実施形態の基本的な構成は、前記第１の実施形態と同じであるので、その構成については図面の記載、及びその説明を省略するものとする。

第２の実施形態に係る現像ローラ２０は、現像スリーブ３０の基体３１表面に形成されたニッケル酸化被膜３３の形成方法が、第１の実施形態と異なっている。第２の実施形態では、ニッケル酸化被膜３３の形成は、弱酸である２０％硝酸水溶液に数十秒間浸漬させる酸化処理を１０回繰り返すことにより遂行されている。

そして、図５に示すように、ニッケル酸化被膜３３を形成するための酸化処理の回数を変更して、画像濃度の維持に対する耐久性を評価した。図５の横軸は、用紙への印刷枚数を示し、最大５万枚まで印刷を行った。縦軸は、前述の反射濃度計RD-918による画像濃度測定値を示し、上に行くほど濃度が濃くなる。そして、本実施形態の場合を破線（丸印）にて、また比較例として、酸化処理を２回繰り返した場合を一点鎖線（三角印）にて示している。

図５によると、ニッケル酸化被膜３３を形成するための酸化処理回数が１０回の場合は、５万枚印刷した後も画像濃度にほとんど変化が見られず、好適な濃度を維持し続けている。しかしながら、酸化処理回数が２回の場合は、印刷枚数が１万５千枚を過ぎた頃から画像濃度が低下し始め、４万枚を過ぎると前記第１の実施形態において基準とした１．２という濃度を下回ってしまっている。

このようにして、上記構成の現像ローラ２０の製造方法において、現像スリーブ３０のニッケル酸化被膜３３の形成は、酸化処理を複数回繰り返すことにより遂行されるので、酸化処理の回数の選択により、ニッケル酸化被膜３３を任意の厚さに調節することができる。したがって、好適なトナー電荷の保持特性を維持するために必要な厚さのニッケル酸化被膜３３を形成することができ、不良が発生することのない画像を形成し続けることが可能な現像ローラ２０を製造することができる。

次に、本発明の第３の実施形態に係る現像ローラについて、図６を用いて説明する。図６は、現像スリーブ表面のニッケル酸化被膜形成に使用する酸の種類が、所定の膜厚形成に至るまでの酸化処理回数に及ぼす影響を示すグラフである。なお、この実施形態の基本的な構成は、前記第１の実施形態と同じであるので、その構成については図面の記載、及びその説明を省略するものとする。

第３の実施形態に係る現像ローラ２０は、現像スリーブ３０の基体３１表面に形成されたニッケル酸化被膜３３の形成方法が、第１、及び第２の実施形態と異なっている。第３の実施形態では、ニッケル酸化被膜３３の形成は、弱酸である２０％硝酸水溶液を用いて酸化処理を施した後に、強酸である７０％硝酸水溶液を用いて酸化処理を施すことにより遂行されている。なお、各酸化処理は、現像スリーブ３０を硝酸水溶液に数十秒間浸漬させることにより遂行されている。

そして、図６に示すように、ニッケル酸化被膜３３の形成に使用する酸の種類を変更して、所定の膜厚形成に至るまでの酸化処理回数を評価した。図６の横軸は、ニッケル酸化被膜３３の形成時の酸化処理回数を示している。縦軸は、ニッケル酸化被膜３３の膜厚を示している。図６に示す本実施形態の評価においては、ニッケル酸化被膜３３の基準膜厚を４．０μｍとし、この膜厚形成に至るまでの酸化処理回数を計測した。そして、本実施形態では初回のみ弱酸である２０％硝酸水溶液を、２回目以降に強酸である７０％硝酸水溶液を使用して酸化処理を繰り返し、実線（四角印）にて示している。また、比較例として、２０％硝酸水溶液による酸化処理のみを繰り返した場合を破線（丸印）にて示している。

図６によると、ニッケル酸化被膜３３の形成に使用する酸の種類が、弱酸の後に強酸を用いた場合は、酸化処理回数５回目において基準膜厚４．０μｍに到達している。しかしながら、弱酸のみで酸化処理を繰り返した場合は、８回目にしてようやく基準膜厚に到達している。

このようにして、上記構成の現像ローラ２０の製造方法において、ニッケル酸化被膜３３の形成は、弱酸である２０％硝酸水溶液を用いて酸化処理を施した後に、強酸である７０％硝酸水溶液を用いて酸化処理を施すことにより遂行されるので、ニッケルメッキ層３２の表面を損傷させてしまう恐れのある強酸を直接用いることなく、強酸による好適な厚さのニッケル酸化被膜３３を形成することが可能である。したがって、弱酸によって酸化処理を繰り返すよりも手間や時間が掛からず、作業能率が高い。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。

例えば、本発明の実施形態において、ニッケル酸化被膜３３の形成には硝酸水溶液を用いたが、酸の水溶液とはこれに限定されるものではなく、硫酸や蓚酸等の他の酸の水溶液であっても構わない。また、弱酸として２０％硝酸水溶液を、強酸として７０％硝酸水溶液を用いたが、弱酸、及び強酸に係る酸の割合（パーセンテージ）はこれらに限定されるものではなく、他の割合であっても構わない。さらに、ニッケル酸化被膜３３の形成時の酸化処理回数も、本実施形態にて説明した回数に限定されるものではなく、他の回数により酸化処理を施しても良い。

本発明は、現像スリーブを備えた現像ローラ全般において利用可能である。

本発明の実施形態に係る現像ローラが備えられた現像装置の垂直断面部分正面図である。 図１の現像ローラの模型的斜視図である。 図１の現像スリーブの垂直断面部分拡大図である。 現像スリーブの基体材質及びその表面処理方法の、画像濃度や加工性等の特性に対する評価を示す表である。 現像スリーブ表面のニッケル酸化被膜形成における酸化処理回数が、画像濃度の維持に対する耐久性に及ぼす影響を示すグラフである。 現像スリーブ表面のニッケル酸化被膜形成に使用する酸の種類が、所定の膜厚形成に至るまでの酸化処理回数に及ぼす影響を示すグラフである。

符号の説明

１ 現像装置
２０ 現像ローラ
３０ 現像スリーブ
３１ 基体
３２ ニッケルメッキ層
３３ ニッケル酸化被膜
１００ 感光体ドラム

Claims (7)

1. 現像スリーブの基体表面にニッケルメッキ層を形成し、このニッケルメッキ層の表面にニッケル酸化被膜を形成し、前記ニッケル酸化被膜の形成は、酸化処理を複数回繰り返すことにより遂行されることを特徴とする現像ローラ。
2. 前記現像スリーブの基体は、アルミニウム系金属材料で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の現像ローラ。
3. 前記ニッケル酸化被膜の形成は、弱酸を用いて酸化処理を施した後に、強酸を用いて酸化処理を施すことにより遂行されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の現像ローラ。
4. 前記ニッケル酸化被膜の形成は、基体表面にニッケルメッキ層を備えた前記現像スリーブを酸の水溶液中に浸漬することにより遂行されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の現像ローラ。
5. 現像スリーブの基体表面にニッケルメッキ層を備えた現像ローラを製造するに際し、前記現像スリーブの前記ニッケルメッキ層の表面にニッケル酸化被膜を形成し、前記ニッケル酸化被膜の形成は、酸化処理を複数回繰り返すことにより遂行されることを特徴とする現像ローラの製造方法。
6. 前記ニッケル酸化被膜の形成は、弱酸を用いて酸化処理を施した後に、強酸を用いて酸化処理を施すことにより遂行されることを特徴とする請求項５に記載の現像ローラの製造方法。
7. 前記ニッケル酸化被膜の形成は、基体表面にニッケルメッキ層を備えた前記現像スリーブを酸の水溶液中に浸漬することにより遂行されることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の現像ローラの製造方法。

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