JP4760646B2

JP4760646B2 - 現像ローラ用シャフトの洗浄方法

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Publication number: JP4760646B2
Application number: JP2006260203A
Authority: JP
Inventors: 幸一菅間; 晃大平; 信昭小林
Original assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Current assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Priority date: 2006-09-26
Filing date: 2006-09-26
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2026-09-26
Also published as: JP2008083129A

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に使用される現像ローラを構成するシャフト表面をレーザにより洗浄する現像ローラ用シャフトの洗浄方法に関する。

プリンタや複写機、ファクシミリ等、電子写真方式の画像形成装置には、着脱が自在に行える現像カートリッジに代表される現像装置を用いるもの等、現像ローラ上にトナーを介し画像形成を行うものがある。現像ローラを用いた画像形成方法は、現像装置内の現像ローラを回転駆動させ、感光ドラムに形成された静電潜像に現像ローラ上のトナーを供給することにより可視画像化を行い、これを転写シート上に転写、定着することにより画像形成を行うものである。

現像ローラは、金属等の導電性を有するシャフト上に樹脂層形成をはじめとする種々の工程を経て作製されるもので、特に、樹脂層を形成するシャフト表面は汚れのない加工精度が要求されるものである。したがって、現像ローラの生産工程には、シャフト表面の洗浄工程があり、従来技術においては、洗浄液を満たした槽（以下、洗浄槽ともいう）内にシャフトを浸漬して洗浄を行う洗浄方法が主に採られていた。

ところで、金属部品表面に付着した樹脂等の付着物を除去する技術の１つにレーザによる除去方法がある。レーザによる金属部品表面からの樹脂除去技術としては、たとえば、積層型感光層を有する感光体ドラム端部の感光層を炭酸ガスレーザを用いて除去する技術がある（たとえば、特許文献１参照）。また、熱伝導性に優れた金属製円筒表面に耐熱性の合成樹脂膜を被覆した金属ローラ表面に赤外線を用いたレーザ光線を照射することにより、合成樹脂膜を金属ローラ表面からきれいに除去できる様にした技術もある（たとえば、特許文献２参照）。また、残さの付着した金型にパルスレーザビームを照射して、入射位置の残さを金型から剥離できる様にした半導体製造封止金型等の金型クリーニングに関する技術がある（たとえば、特許文献３参照）。

さらには、金属部品表面にレーザを照射して部品表面への加工処理を行う技術もあり（たとえば、特許文献４参照）、この様に、レーザを用いて金属材料表面の付着物除去や加工処理を行う技術がある。
特開平９−２６９６０３号公報特開２０００−３５６９１７号公報特開２００４−２３０７５０号公報特開平８−３２８３７４号公報

しかしながら、上記特許文献に開示されたものは、感光体や金属ローラ表面、あるいは、金型表面に付着した樹脂をレーザで除去するものや、レーザによる部品表面の加工に関するもので、レーザで金属部品表面を洗浄することを示唆するものではなかった。

また、前述の洗浄槽を用いた洗浄方法は、洗浄槽内に満たされた水系・溶剤系の洗浄媒中に金属部品を浸漬させて洗浄を行うものであるが、部品表面の洗浄性能を高める上でいくつかの支障を有するものであった。先ず、洗浄槽では部品表面より除去した汚れが浮遊し易く、除去した汚れが部品表面に再度付着するおそれがある。また、洗浄に使用された界面活性剤をはじめとする洗剤成分を部品表面から完全に除去することも困難で、現像ローラ用シャフト表面に洗剤が残存すると、樹脂層の接着性や画像形成能に影響を与えていた。

この様に、洗浄槽を用いた洗浄方法は洗浄性能を向上させる上で限界があり、洗浄槽を用いずに高い洗浄性能を発現させる新たな洗浄技術が求められていた。本発明は、現像ローラ用のシャフト等の金属部品を洗浄する際、洗浄槽を使用せずに部品表面の汚れを除去することが可能な金属部品の洗浄方法を提供することを目的とするものである。

本発明の課題は、下記に記載の構成により解消されることが確認された。すなわち、
請求項１に記載の発明は、『電子写真方式の画像形成装置に使用される現像ローラ用シャフト表面にレーザを照射して、該シャフトの洗浄を行うことを特徴とする現像ローラ用シャフトの洗浄方法。』である。

請求項２に記載の発明は、『前記レーザが、発振波長が１０４７ｎｍ以上１３４２ｎｍ以下のパルスレーザであることを特徴とする請求項１に記載の現像ローラ用シャフトの洗浄方法。』である。

請求項３に記載の発明は、『前記現像ローラ用シャフトは、前記パルスレーザに対する反射率が４０％以上９５％以下の金属材料より構成されるものであることを特徴とする請求項２に記載の現像ローラ用シャフトの洗浄方法。』である。

請求項４に記載の発明は、『前記パルスレーザが、発振波長が１０６４ｎｍのＹＡＧレーザであることを特徴とする請求項２または３に記載の現像ローラ用シャフトの洗浄方法。』である。

本発明では、現像ローラ用シャフトに代表される金属部品表面にレーザを照射することにより、金属部品表面の汚れを除去できる様にした。すなわち、金属部品にレーザを照射して金属部品を発熱させ、その熱により金属部品表面の汚れを燃焼あるいはガス化させて部品表面から除去することにより、部品表面からの汚れの除去を可能にした。したがって、本発明によれば、洗浄槽を用いずに金属部品表面の洗浄が行え、しかも、洗浄槽を用いた場合よりも高い洗浄性能が得られる様になった。その結果、現像ローラ用のシャフトにおいては汚れのないシャフト表面上に樹脂層を形成するので、画像欠陥のないトナー画像を安定して形成することが可能な現像ローラを確実に提供できる様になった。

また、本発明によれば、洗浄槽を使用せずに表面に汚れのない金属部品が得られるので、従来よりもコンパクトで簡便な構造を有するとともに、エネルギーや資源の消費量を低減させた地球環境にやさしい洗浄技術の提供を可能にした。

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に使用される現像ローラ用のシャフトに代表される金属部品表面をレーザを用いて洗浄するものである。すなわち、本発明は金属部品表面にレーザを照射して金属部品を発熱させ、その熱で部品表面に付着した汚れを燃焼あるいは蒸発させることにより、部品表面から汚れを除去するものである。

前述した様に、金属部品を浸漬させて洗浄を行う洗浄槽による洗浄方法は、洗浄槽中を浮遊する汚れや残留洗剤の金属部品表面への付着を十分に解消することができなかった。すなわち、洗浄槽による洗浄方法では、汚れが再付着し易く、また、洗剤として使用される界面活性剤が部品表面で配向する等の理由で、これらを完全に除去することは困難だったのである。したがって、洗浄槽で洗浄処理したシャフトで作製された現像ローラは、これらの影響により、画像欠陥のない安定した画像形成を行うことが困難なものであった。

たとえば、極性の強い洗剤がシャフト表面に残存すると、洗剤付着部分は電気的安定性が損なわれ部分的なリーク現象が発生する。その結果、洗剤付着部分に対応するローラ表面は電荷がたまりにくくトナーの帯電が十分に行えず、白抜けと呼ばれる画像欠陥を発生させる。また、極性の弱い洗剤が残存する場合や汚れが付着した場合では、シャフト表面と樹脂層との間にこれらの付着物が存在するので樹脂層の接着性を損なわれる。その結果、樹脂層がシャフト表面から剥離し、剥離した樹脂層では過剰に電荷が溜まり、トナーが像担持体に十分に供給されず、濃度低下等の画像欠陥を発生させた。

本発明は、上記事情を鑑みて、レーザを金属部品表面に照射し、部品表面の付着物を燃焼あるいはガス化することにより、金属部品表面の洗浄を行える様にした。その結果、本発明では、洗浄槽を用いずに金属部品表面の洗浄が行えるので、洗浄槽を用いる方法で起こった汚れの再付着や洗剤付着に起因する問題が起きず、汚れのないシャフト上に樹脂層を塗布することができる様になった。

レーザを用いた除去技術は、上記特許文献３等にも開示されているが、これらは金属部品表面に樹脂層を形成後、樹脂層の不要個所をレーザで部分的に除去するもので、樹脂層形成前の金属部品表面の洗浄にレーザを用いることは記載も示唆もない。一方、本発明は、金属部品表面にレーザを照射して金属部品を発熱させ、その熱で金属部品表面の汚れを燃焼あるいはガス化させて、部品表面の汚れを除去するものであり、前述の技術とは除去の仕組みが異なるものである。この様に、本発明は、レーザにより金属部品を発熱させ、その熱で表面に付着した汚れを燃焼、ガス化させて除去するという思想に基づくものである。以下、本発明について詳細に説明する。

本発明では、金属部品表面にレーザを照射することにより、部品表面を洗浄するものである。ここで、レーザとは、誘導放出により光を電気信号の様に増幅することにより得られる、方向、位相、波長の揃った光源のことである。また、レーザという用語は、「ＬＡＳＥＲ；ＬｉｇｈｔＡｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎｂｙＳｔｉｍｕｌａｔｅｄＥｍｉｓｓｉｏｎｏｆＲａｄｉａｔｉｏｎ」の英語の頭文字をとったものである。なお、上記英文を日本語に訳すと「放射の誘導放出による光の増幅」という意味である。

レーザは、波長、周波数が１つの光源からなるいわゆる単色光より構成され、また、光源より発する光がほとんど拡がらずに進行する指向性を有する。また、光の位相が揃っていることにより良好な干渉性が得られることや、レンズ等により集光すると高エネルギー有し、かつ、高い輝度性の光が得られるといった特徴を有する。

レーザを発振形式で分類すると、連続的にレーザを発振する連続波レーザと単一のパルスまたは一連のパルス列の形で断続的にレーザを発振するパルスレーザに大別され、本発明ではパルスレーザが好ましく使用される。

また、レーザをレーザ媒質に基づいて分類すると、固体レーザ、半導体レーザ、液体レーザ、気体レーザに分類され、発振波長により分類すると、赤外線レーザと紫外線レーザに分類される。固体レーザは、非晶質や結晶等の母材に活性原子や活性分子を均一に蒸着塗布してレーザ媒質としたものである。また、気体レーザは、気体の活性原子や活性分子、または、これを含む混合気体をレーザ媒質としたものである。

レーザ媒質で分類される本発明に使用可能なレーザとしては、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ₄レーザ、ＹＬＦレーザ、ＣＯ₂レーザ、エキシマレーザ、半導体レーザ等が挙げられる。この中でも、ＹＡＧレーザは、高出力のレーザが得られることや、伝送媒体として光ファイバが使用可能な様に汎用性が広いことから、特に好ましい。

最初に、本発明に使用可能なレーザの代表例であるＹＡＧレーザについて説明する。ＹＡＧレーザは、レーザ媒質がガラス（非晶質）や結晶等の固体であるいわゆる固体レーザに分類され、形成されるレーザは赤外線レーザに分類される。

ＹＡＧレーザは、レーザ媒質にネオジウム（Ｎｄ）をドープしたＹＡＧ結晶（イットリウム（Ｙｉｔｔｒｉｕｍ）・アルミニウム（Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ）・ガーネット（Ｇａｒｎｅｔ）；Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂結晶）を用いる。そして、ＹＡＧ結晶にフラッシュランプやレーザダイオード等の強力な光を照射することにより、励起状態となり、発振波長が１０６４ｎｍのレーザを形成する。

ＹＡＧレーザは、連続発振、パルス発振のいずれの発振形式からも得られ、特に、パルス発振では高いピーク出力を有するレーザが得られ、また、レーザの伝送に光ファイバが使用可能なことから、穿孔、切断、溶接等の各種加工作業に利用することが可能である。このＹＡＧレーザの波長により、金属自体を効果的に加熱することができるので、容易に汚れの除去が行えるものと推測される。

また、ＹＡＧレーザと同様、結晶表面にネオジウムをドープしてなる構造を有するレーザ媒質を用いるものとして、ＹＶＯ₄レーザがある。ＹＶＯ₄レーザは、イットリウム・オルソバナデート（ＹｉｔｔｒｉｕｍＯｒｔｈｏｖａｎａｄａｔｅ）結晶にネオジウム（Ｎｄ）をドープしたレーザ媒質を用いて形成されるものである。ＹＡＧレーザと同様、結晶にフラッシュランプやレーザダイオード等の光を照射すると、励起状態となって、発振波長が１０６４ｎｍの赤外レーザを形成する。ＹＶＯ₄レーザは、ＹＡＧレーザよりも高出力のレーザが得られる反面、ＹＡＧレーザよりも結晶の励起寿命が短い。

ＣＯ₂レーザは、レーザ媒質に二酸化炭素を用いる気体レーザで、発振波長が１０．６μｍの赤外線レーザを形成するものである。ＣＯ₂レーザは、常時光を発している連続発振（ＣＷ）と瞬間的に光を発するパルス発振（Ｐ）のいずれの発振形式より得られ、発振効率も高いといった特徴を有し、種々のレーザ技術に使用されている。

エキシマレーザは、レーザ媒質に希ガスエキシマ、希ガスハライド、水銀ハライド等のヘテロエキシマを用いて形成されるレーザで、発振波長が１５０〜３５０ｎｍの気体レーザで、発振波長の視点から見ると紫外線レーザに分類されるものである。エキシマレーザは、希ガスとハロゲンの混合気体中の放電、または電子ビーム照射によって生じる励起状態のエキシマが基底状態に戻るときの誘導放出により、短波長可視域、紫外または真空紫外域で光をパルス発振する。例えば、レーザ媒質がＫｒＦの場合、発振波長が２４８ｎｍのレーザが、ＸｅＣｌの場合、発振波長が３０８ｎｍのレーザが、さらに、ＡｒＦの場合、発振波長が１９３ｎｍのレーザが、数ｎｓのパルス幅で数ＭＷ以上の先頭出力で高い繰り返し周波数で得られる。この様に、エキシマレーザは高エネルギーを有する紫外線光を取り出せることを特徴とする。なお、エキシマとは、励起状態の原子または分子と基底状態の原子または分子とが結合してなる２量体のことで、種類の異なる２個の原子または分子からなるものは特にヘテロエキシマと呼ばれる。

半導体レーザは、レーザダイオードと呼ばれる半導体を用いたダイオード構造のレーザ媒質により形成されるもので、電流印加によりレーザ発振を行って、発振波長が６００〜１６００ｎｍの可視領域から近赤外領域の光が得られるものである。半導体レーザは、レーザ媒質にガリウム・ヒ素（Ｇａ・Ａｓ）結晶、ガリウム・アルミニウム・ヒ素（Ｇａ・Ａｌ・Ａｓ）結晶、インジウム・ガリウム・ヒ素・リン（Ｉｎ・Ｇａ・Ａｓ・Ｐ）結晶が用いられ、連続発振、パルス発振のいずれの発振形式より得られる。また、半導体レーザは、光ファイバ通信、ＣＤプレーヤ、レーザプリンタ、レーザスキャナ等に幅広く使用されており、現在最も生産量の多いレーザ発振素子である。

次に、パルスレーザを用いたシャフトの洗浄について、具体的な実施形態を用いて説明する。なお、本発明は以下に示す現像ローラ用シャフトの洗浄形態に限定されるものではない。

図１は、本発明の第１の実施形態による現像ローラ用シャフトのクリーニング方法に使用可能なシャフトクリーニング装置の概略図である。レーザ光源１、たとえばパルス発振するＮｄ：ＹＡＧレーザ発振器から、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの基本波（波長１０６４ｎｍ）が出射される。レーザビームは、光ファイバ２を伝って、筐体９に伝送される。この様に、ＹＡＧレーザではレーザの伝送に光ファイバを使用することが可能である。筐体９には、ビーム整形光学系３、貫通孔４ａを有するマスク４、集光レンズ５、レンズ移動機構６、ミラー７及びミラー回転機構８が組み込まれ、側面にウィンドウ１０が設けられている。

光ファイバ２により筐体９に伝送されたレーザビームは、ビーム整形光学系３に入射する。ビーム整形光学系３は、レンズを含む複数の光学部品で構成され、レーザビームを適切なビームサイズに修正し、平行光として出射する。

ビーム整形光学系３を出射したレーザビームは、たとえば四角形または六角形の貫通孔４ａを有するマスク４で、その断面形状を四角形または六角形に整形される。

マスク４を出射したレーザビームは、集光レンズ５に入射する。集光レンズ５は、マスク４の貫通孔４ａをビーム照射面上に結像させる。集光レンズ５は、レンズ移動機構６に保持されている。レンズ移動機構６は、集光レンズ５をレーザビームの光軸方向に移動させることができる。集光レンズ５を出射したレーザビームは、ミラー７で反射され、たとえば平板な石英ガラスで形成されたウィンドウ１０を通過して、シャフト１３表面に入射する。

ミラー回転機構８は、ミラー７を回転させ、シャフト１３表面に入射するレーザビームの入射位置を変えることができる。ミラー回転機構８は、筐体９のウィンドウ１０から出射するレーザビームの出射方向を、ウィンドウ１０と垂直にすることができる。また、レーザビームの出射方向を、筐体９の長さ方向（図１における左右方向）及び幅方向（図１における紙面の表裏方向）のそれぞれに沿って、ウィンドウ１０に垂直な方向から両側に、少なくとも各４０°以上変えることができる。また、筐体駆動系１１は、筐体９を、所望の速度で、シャフト１３に沿って移動させ、レーザビームの入射位置を変えることができる。制御装置１２は、レンズ移動機構６による集光レンズ５の移動、ミラー回転機構８によるミラー７の回転、及び筐体駆動系１１による筐体９の移動を制御する。シャフト１３の表面には、たとえば、油脂等の有機化合物系の汚れ１４が、たとえば皮膜状に付着している。レーザビームは、シャフト１３表面に入射する。

貫通孔４ａにより四角形または六角形状に整形されたレーザビームは、汚れ１４上で、たとえば５ｍｍ²程度の面積を有する。残渣１４に、レーザビーム、たとえばＮｄ：ＹＡＧレーザの基本波が入射すると、汚れ１４は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの基本波の多くを透過し、シャフト１３は、これを４０〜９０％反射する。リフティング現象により、レーザビームが入射した位置の汚れ１４は、シャフト１３表面から剥離、分離し、汚れ１４に除去部分１４ａが形成される。除去部分１４ａは、レーザビームの結像面積とほぼ同じ面積の汚れ１４が、シャフト１３表面から除去された結果、形成されたものである。

シャフト１３上をビーム入射位置が移動するように、パルスレーザビームを走査すると、シャフト１３上の異なる位置に、次々と除去部分１４ａが形成される。ビームの入射位置の調整は、筐体駆動系１１による筐体９の移動、及びミラー回転機構８によるミラー７の回転で行う。

レーザビームの照射位置が変わると、集光レンズ５からシャフト１３のビーム照射位置に至るレーザビームの光路長も変化し、貫通孔４ａがビーム照射面に結像しなくなる。レンズ移動機構６は、集光レンズ５からビーム照射位置までの光路長が一定となるように、集光レンズ５をレーザビームの光軸方向に移動し、貫通孔４ａがビームの入射位置に常に結像するようにする。

シャフト１３には、その端部にたとえば６〜１５°ほどのテーパ加工を施したものがある。このテーパ部分の汚れ１４を除去する場合、ミラー回転機構８によりミラー７を回転させ、シャフト１３の他の部分に入射するレーザビームの入射角に比べてなるべく小さな入射角になる様に、テーパ部分にレーザビームを入射させることが好ましい。これは、シャフト１３に入射するレーザビームの入射角が大きくなるとビーム照射面におけるビームスポットが大きくなり、その結果、入射するビームのフルエンスが小さくなって、汚れ１４の剥離及び分離が十分に行えなくなるおそれがあるためである。また、シャフト１３にレーザビームを走査し、ビームの入射位置を変化させるに当たっては、レンズ５をレンズ移動機構６によって移動させながら、筐体駆動系１１によって筐体９を移動させ、また、ミラー回転機構８によりミラー７を回転させる。

筐体駆動系１１による筐体９の移動、ミラー回転機構８によるミラー７の回転、レンズ移動機構６による集光レンズ５の移動は、すべて制御装置１２で制御される。制御装置１２には、あらかじめシャフト１３の形状が入力されており、ビームを入射させる位置にしたがって、貫通孔４ａがシャフト１３上に結像するように、これらを制御する。

レーザビームを照射し、リフティング現象を用いて、汚れ１４をシャフト１３から分離、除去する際、シャフト１３表面には損傷がほとんど加わらない。したがって、レーザビームの重ね撃ち（同一位置に複数ショットのパルスレーザビームを入射させること。）が可能である。１ショットで分離が困難な汚れ１４も、重ね撃ちにより、分離、除去が可能である。また、レーザビームを走査しながら、重ね撃ちを行うことで、汚れ１４を全て、高速で簡便に、除去することができる。

また、四角形または六角形の貫通孔４ａを有するマスク４を用いて、シャフト１３に入射するレーザビームのビームスポット（貫通孔４ａの像）を四角形または六角形に形成するのは、シャフト１３表面に存在する汚れを効率よく除去する上で好ましいためである。

また、筐体９には、１つの面と、それに向かい合う面とに、ウィンドウ１０が、１つずつ設けられている。それらが、それぞれ、シャフト１３に対向するように、シャフトクリーニング装置は設置される。この様に設置することにより、図１に示すシャフトクリーニング装置は、シャフト１３表面を効率よく洗浄することが可能である。

なお、シャフト１３表面におけるレーザビームのビームスポット内の強度分布が均一に近いほど良好に汚れ１４を除去することができるので、ビーム照射面におけるビームの強度を均一に近づけるホモジナイザを、ビーム整形光学系３に加入することもできる。

また、レーザ光源１から筐体９までビームを伝送するのに光ファイバ２を用いるのは、筐体駆動系１１によって２次元方向に変位する筐体９に、ビームを導入するのに適しているからである。光ファイバ２は、筐体９が移動しても、レーザ光源１と筐体９との光学的な結合を確保することができる。

さらに、レーザ光源１と光ファイバ２とを別々に設けるかわりに、双方の機能をもつファイバレーザを使用することもできる。

なお、マスク４を通過した後のレーザビームの干渉が無視できる場合には、図１に示したシャフトクリーニング装置から、集光レンズ５及びレンズ移動機構６を除いても、良好な汚れ除去処理を行うことが可能である。

次に、図２（ａ）は、第２の実施形態におけるシャフトクリーニング装置の概略図である。図２（ａ）に示すシャフトクリーニング装置は、図１に示すシャフトクリーニング装置から、集光レンズ５、レンズ移動機構６、ミラー７及びミラー回転機構８を除き、新たに筐体揺動系１５を加えたものである。筐体揺動系１５は、レーザビームの出射方向を２次元方向に振るように、筐体９を揺動させることが可能である。なお、図２（ａ）に示すシャフトクリーニング装置では、ウィンドウ１０が筐体９の一面に筐体揺動系１５と向かい合う様に１つだけ設けられている。そのウィンドウ１０が汚れ１４を除去しようとするシャフト１３に対向する様に、シャフトクリーニング装置が設置される。また、制御装置１２は、筐体駆動系１１による筐体９の２次元方向への変位、及び、筐体揺動系１５による筐体９の揺動を制御する。なお、図２（ａ）に示すシャフトクリーニング装置は、集光レンズ５及びレンズ変位機構６を含んでいないため、マスク４を通過した後のレーザビームの干渉が無視できる場合に使用することが好ましい。

また、マスク４とウィンドウ１０との間に、シャフト１３上に貫通孔４ａを結像させる集光レンズ５、及び、集光レンズ５をレーザビームの光軸方向に変位させるレンズ変位機構６を加えることも可能である。この場合、制御装置１２は、上記制御に加えて、レーザビームの入射位置が変化しても、常に、シャフト１３上に貫通孔４ａが結像するようにレンズ変位機構６による集光レンズ５の変位を制御する。

次に、図２（ｂ）は、筐体揺動系１５により筐体９が揺動された、図２（ａ）に示す金型クリーニング装置の概略図である。筐体９が揺動することにより、ビームの出射方向を変え、シャフト１３表面へのビームの入射角を変化させることができる。たとえば、シャフト１３の端部にテーパ部分に設けられたものの場合、テーパ部分に向けてレーザビームを出射する際、筐体９を揺動させてビームの出射方向を変え、シャフト１３上をビーム入射位置が移動するように、パルスレーザビームを走査する。テーパ部分へはシャフト１３の他の部分に入射するレーザビームの入射角に比べ、入射角の変動がなるべく小さくなる様にレーザビームを入射させることが可能である。

図３（ａ）は、図２に示した金型クリーニング装置から、筐体駆動系１１、筐体揺動系１５及び制御装置１２を除いたシャフトクリーニング装置の概略図である。このシャフトクリーニング装置は、筐体９を人間の手で任意の方向に移動させたり傾けたりし、レーザビームの出射方向を変化させ、ビームをシャフト１３の所望の位置に入射させることができる。このため、筐体９をシャフト１３の面内方向（２次元方向）に移動させる筐体駆動系１１、筐体９を回転させる筐体揺動系１５及びそれらを制御する制御装置２０が除かれてある。光ファイバ２は、筐体９を変位させ、筐体９から出射するパルスレーザビームの出射方向が変化しても、レーザ光源１と筐体９との光学的な結合を確保する。また、図３（ａ）はシャフト１３を立ててクリーニングを行っていることを示している。

図３（ｂ）は、図１に示す金型クリーニング装置から筐体駆動系１１を除いたものに、マジックハンド２０に組み込んだシャフトクリーニング装置を示す概略図である。マジックハンド２０は、シャフト１３に取り付ける部品を搬送、設置し、また、シャフトを組み立てる際に不要になった部品を取り出す等の作業を行うのに使用することが可能である。制御装置１２は、マジックハンド２０の動きに同期させて、レンズ移動機構６による集光レンズ５の変位、ミラー回転機構８によるミラー７の回転を制御して、シャフト１３表面の洗浄を効率よく行う様に制御する。

また、図１〜図３に示したシャフトクリーニング装置では、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ発振器を用いたが、Ｎｄ：ＹＶＯ₄レーザ発振器やＣＯ₂レーザ発振器、エキシマレーザ用発振器、半導体レーザ用発振器を使用することも可能である。

本発明では、特に、ＹＡＧレーザの反射率が４０％以上９５％以下となる金属材料を洗浄する際に、表面に存在する油脂等の有機物の汚れの除去が確実に行える。すなわち、ＹＡＧレーザに対する反射率が４０％未満の金属材料では、レーザ照射を行うと材料の表面状態に影響を与えることが懸念され、反射率が９５％を超えると、レーザを照射しても汚れを十分に除去できなくなることが懸念される。上記反射率を有する金属材料では、ＹＡＧレーザの照射により、表面状態を損ねずに十分な汚れの除去が行えるので、照射後にそのまま材料表面に塗布等の処理を行うことが可能である。

レーザに対する反射率は、反射分光光度計に代表される市販の反射率測定装置により測定、算出が可能である。図６はＹＡＧレーザを照射した金属材料の反射率測定の一例を示す概略図である。図６中、レーザ光源１から供給されるパルスレーザをＹ型の光ファイバ２を介してシャフト１３表面に照射する。図６では、パルスレーザのシャフト面への照射はシャフト面の法線方向より入射させている。そして、シャフト１３表面で反射したレーザをＹ型の光ファイバ２を介して反射率測定装置３０に送ることにより、金属材料表面における反射率を測定、算出するものである。反射率測定装置３０はシャフト１３上のレーザ照射個所で生じた反射光を全て集められる様に設定されている。反射率測定装置の具体例としては、たとえば、反射測定システムＭＣＰＤ−５０００（大塚電子（株）製）等が挙げられる。

なお、反射率は、特定波長（たとえば、１０６４ｎｍ）のパルスレーザをシャフト１３に照射したとき、照射面上で吸収され洗浄に使用されたレーザの量を除いた残りのレーザの比率を表す。反射率は、照射面で吸収されたレーザの比率、すなわち、吸収率との間に以下の関係が成立するものである。すなわち、
反射率（％）＝１−吸収率（％）
という関係を有する。

次に、本発明に係る現像ローラ用シャフト洗浄方法を経て作製される現像ローラについて説明する。本発明に係る洗浄方法を経て作製される現像ローラは、本発明により洗浄処理した導電性を有するシャフト１３の周りに樹脂層１７が設けられた構造を有するものである。図４に本発明に係る洗浄方法を経て作製された現像ローラの代表的な断面構成を示す。なお、本発明に係る洗浄方法を経て作製される現像ローラは図４に示す断面構成のみに限定されるものではない。

図４に示す現像ローラ１８は、導電性のシャフト１３と、シャフト１３上にカーボンブラックを含有する導電性の樹脂層１７より構成される。導電性樹脂層１７（以下、単に樹脂層１７ともいう）は樹脂からなり、樹脂中にカーボンブラックを分散させた構造を有する。この様に、樹脂層１７中にカーボンブラックを含有させることにより、樹脂層１７にある程度の導電性が付与されローラ表面に発生した残留電荷が導電性のシャフト１３にリークし易くなるものと推測される。

シャフト１３は、導電性の部材で構成され、具体的には、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼、鉄、アルミニウム、ニッケル、アルミニウム合金、ニッケル合金等の金属材料が好ましい。また、前述した金属の粉体物やカーボンブラック等の導電性材料を樹脂中に充填させた導電性樹脂も使用可能である。上記導電性部材は、いずれも発振波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザに対する反射率を４０〜９０％に制御することが可能なものである。

現像ローラ１８を構成する樹脂層１７は、その表面にトナー層を形成して摩擦帯電によりトナーを帯電するものである。また、樹脂層１７はシャフト１３との間に強固な接着力を発現させることが求められる。

この性能を発現させる樹脂の例として、たとえば、ポリオールとイソシアネートとを反応させて得られるポリウレタン系樹脂が挙げられる。また、前記ポリウレタン系樹脂の作製時に、ポリオールとイソシアネートに加えて鎖伸長剤を必要に応じて添加することも可能である。

前記ポリオールの具体例としては、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ポリ−ε−カプロラクトンジオール、ポリカーボネートポリオール、ポリプロピレングリコール等のポリウレタン用ポリオール化合物が挙げられる。これらの中でも、高温高湿環境下での画像形成時にトナーの帯電量低下の発生を防止するポリウレタン樹脂を形成するポリカーボネートポリオールが好ましい。具体的には、ポリヘキサメチレンカーボネートジオール等の脂肪族または脂環式のポリカーボネートポリオールがより好ましい。

また、前記イソシアネートの具体例としては、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、シクロヘキサンジイソシアネート、水添ＭＤＩ、イソホロンジイソシアネート、１，３−キシリレンジイソシアネート、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等が挙げられる。

また、上記イソシアネートやポリオール、さらにはポリアミンとを用い、分子末端にイソシアネート基を有する様に反応させて得られるウレタンプレポリマーを用いることも可能である。

前記鎖伸長剤としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、エチレンジアミン、トリメチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、イソホロンジアミン（ＩＰＤＡ）、ヒドラジン等が挙げられる。

上記現像ローラ１８は、以下の様な手順で作製することが可能である。すなわち、本発明に係るシャフトの洗浄方法により洗浄処理されたシャフト１３の周りに、たとえば、カーボンブラック等を含有する樹脂からなる塗布液を塗布し、塗布後、加熱処理を行って、樹脂層を形成する。また、前述したカーボンブラックを含有した導電性樹脂層以外に別の塗布液を塗布し、乾燥及び加熱処理を行うことにより、図４（ｂ）に示す多層構造を有する現像ローラを作製することも可能である。現像ローラの作製手順についてさらに説明する。

先ず、本発明に係るシャフトの洗浄方法により洗浄処理されたシャフト１３の周りに形成する樹脂層１７を形成する材料を有機溶剤に混合、溶解させて樹脂層形成用塗布溶液を作製する。たとえば、カーボンブラックを含有する塗布溶液を調製する。また、前述した様に、必要に応じて、樹脂層形成用溶液中に無機・有機の微粒子を含有させることも可能で、この場合、微粒子が塗布溶液中で分散状態を形成する様に調製する。この様にして、樹脂層形成用塗布溶液を用意する。

次に、シャフト１３上に前述の樹脂層形成用塗布溶液を塗布する。塗布方法は、樹脂層形成用塗布溶液の粘度等に応じて種々の方法を選択することが可能である。具体的な塗布方法としては、具体的にはディッピング法、スプレー法、ロールコート法または刷毛塗り法等の方法が挙げられ、本発明ではこれらの塗布方法を限定するものではない。

そして、シャフト１３上に樹脂層形成用塗布液を塗布後は乾燥及び加熱処理（温度；１２０〜２００℃、処理時間；２０〜９０分）を行って樹脂層形成用塗布溶液中の溶剤を除去することにより樹脂層１７を形成する。

また、前述したカーボンブラックを含有する樹脂層の形成前後に、例えば、シリコーン共重合体樹脂を含有する塗布溶液等の別の塗布溶液を塗布する等により、図４（ｂ）に示す様な多層構造の現像ローラ１８を作製することも可能である。

次に、前述の現像ローラ１８を搭載することが可能な現像装置について説明する。

図５は図４に示した現像ローラ１８を搭載することが可能な現像装置２０の断面図である。図５に示す現像装置２０は、非磁性１成分系トナー（非磁性１成分現像剤）を用いて現像を行うことが可能である。現像装置２０は、図示しないモータにより図中反時計回り方向に回転駆動され、画像形成装置に組み込んだ状態で図示しない像担持体に接触または近接する本発明に係る現像ローラ１８と、現像ローラ１８の左側に設けられたバッファ室２２と、バッファ室２２に隣接するホッパ２３とを有する。

現像ローラ１８は、本発明により洗浄処理が行われた導電性のシャフト１３と、シャフト１３の外周にポリウレタン樹脂等の物質を用いて形成された樹脂層１７を有する。

バッファ室２２にはトナー規制部材であるブレード２４が現像ローラ１８に圧接させた状態で配置されている。ブレード２４は、現像ローラ１８上のトナーの帯電量及び付着量を規制するものである。また、現像ローラ１８の回転方向に対してブレード２４の下流側に、現像ローラ１８上のトナー帯電量・付着量の規制を補助するための補助ブレード２５をさらに設けることも可能である。

現像ローラ１８には供給ローラ２６が押圧されている。供給ローラ２６は、図示しないモータにより現像ローラ１８と同一方向（図中反時計回り方向）に回転駆動する。供給ローラ２６は、導電性の円柱基体と基体の外周にウレタンフォームなどで形成された発泡層を有する。

ホッパ２３には一成分現像剤であるトナーＴが収容されている。また、ホッパ２３にはトナーＴを攪拌する回転体２７が設けられている。回転体２７には、フィルム状の搬送羽根が取付けられており、回転体２７の矢印方向への回転によりトナーＴを搬送する。搬送羽根により搬送されたトナーＴは、ホッパ２３とバッファ室２２を隔てる隔壁に設けられた通路２８を介してバッファ室２２に供給される。なお、搬送羽根の形状は、回転体２７の回転に伴い羽根の回転方向前方でトナーＴを搬送しながら撓むとともに、通路２８の左側端部に到達すると真っ直ぐの状態に戻るようになっている。このように羽根はその形状を湾曲状態を経て真っ直ぐに戻るようにすることでトナーＴを通路２８に供給している。

また、通路２８には通路２８を閉鎖する弁２８１が設けられている。この弁はフィルム状の部材で、一端が隔壁の通路２８右側面上側に固定され、トナーＴがホッパ２３から通路２８に供給されると、トナーＴからの押圧力により右側に押されて通路２８を開けるようになっている。その結果、バッファ室２２内にトナーＴが供給される。

また、弁２８１の他端には規制部材２８２が取り付けられている。規制部材２８２と供給ローラ２６は、弁２８１が通路２８を閉鎖した状態でも僅かな隙間を形成する様に配置される。規制部材２８２は、バッファ室２２の底部に溜まるトナー量が過度にならないように調整するもので、現像ローラ１８から供給ローラ２６に回収されたトナーＴがバッファ室２２の底部に多量に落下しないように調整される。

現像装置２０では、画像形成時に現像ローラ１８が矢印方向に回転駆動するとともに供給ローラ２６の回転によりバッファ室２２のトナーが現像ローラ１８上に供給される。現像ローラ１８上に供給されたトナーＴは、ブレード２４、補助ブレード２５により帯電、薄層化された後、像担持体との対向領域に搬送され、像担持体上の静電潜像の現像に供される。現像に使用されなかったトナーは、現像ローラ１８の回転に伴ってバッファ室２２に戻り、供給ローラ２６により現像ローラ１８から掻き取られ回収される。

また、現像装置２０に設けられる現像バイアス電源装置２９は、図示していないが、現像バイアス電圧を出力する直流電圧電源と交番電界を形成する交流電源装置より構成される。

画像形成時、図示しない静電潜像担持体は、図示しない帯電装置により一様に帯電され、その後、所定部分がレーザ等の光学ヘッドにより露光されると、静電潜像担持体上の電位が減衰され静電潜像が形成される。

現像領域では、現像バイアス電源装置２９から印加される現像バイアス電圧と交番電圧により形成される電界の作用により、現像ローラ１８上で薄層を形成していたトナーが現像ローラ１８周面から飛翔してパウダクラウド化する。そして、静電潜像が形成されている静電潜像担持体上にトナー供給が行われ、静電潜像を現像してトナー像を形成する。

現像ローラ１８上に形成されるトナー層の厚さは、例えば静電潜像担持体の周速を１００ｍｍ／ｓｅｃ、現像ローラ１８の周速を２００ｍｍ／ｓｅｃ、トナー規制部材２４が現像ローラ１８を押圧する押圧力を１０〜１００Ｎ／ｍとすると、１．５層程度（トナー粒子１．５個分程度）の厚みを形成することができる。

なお、図４に示す現像ローラ１８が搭載可能な現像装置は、図５に示すものに限定されるものではない。

以下、実施例を挙げて本発明の実施態様を具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
（実験その１）
以下に示す条件に設定したレーザ洗浄装置を用い、各種シャフトの洗浄性能と表面状態について以下の手順により評価を行った。先ず、表１に示す反射率と材質（銅、アルミニウム、ステンレス（ＳＵＳ３０３）、及び、ニッケル）のシャフト（直径１６ｍｍ、長さ３００ｍｍ）を用意し、レーザ洗浄装置ＣｌｅａｎＬａｓｅｒｓｙｓｔｅｍｅＣＬ１２０Ｑ（クリーンレーザ社製）を用いて洗浄処理を行った。

なお、洗浄処理前の各シャフトは、油とほこり、及び、作業者の指紋で、いずれも表面の光沢が認められないほど汚れていたものであり、各種シャフトの反射率は、公知の方法による表面処理で得たものである。

シャフト表面に照射するレーザは、発振波長が１０６４ｎｍのＹＡＧレーザを、以下の特性を有する様に変換させて断続照射を行うパルスレーザとし、パルス強度を下記に示す４点のパルス強度における反射率と洗浄性能を測定、評価した。

スポット径：４００μｍ
照射スポット面積：０．００１２６ｃｍ²
オーバーラップ率：５０％
パルス強度（Ｗ／ｃｍ²）：
８．３×１０⁶、１．３×１０⁷、６．４×１０⁷、１．７×１０⁸
ここでいうオーバーラップ率とは、断続的に照射されるレーザの照射スポットの重なりを百分率で表したものである。また、パルス強度とは、レーザ１回の照射によりシャフト上に付与される単位面積あたりの仕事量のことをいうものである。

洗浄処理は、シャフト面の法線方向よりレーザを照射し、シャフト軸方向にレーザをスキャニングして、シャフト全面の洗浄を６０秒間で完了させる様に、シャフトを回転させながら行った。

また、各シャフトの反射率は、前述の反射測定システムＭＣＰＤ−５０００（大塚電子（株）製）を用い、シャフト表面より生ずる全ての反射光をカウントする様に設定し、測定、算出したものである。各パルス強度のレーザ照射後のシャフト表面の反射率を測定することにより、レーザ照射に伴うシャフトの表面状態変動を評価した。

また、後述する表１中に示す各種シャフトの当初反射率は、発振波長が１０６４ｎｍで、パルス強度が２．５×１０⁶Ｗ／ｃｍ²のＹＡＧレーザを、各種シャフトに照射した時に得られるものである。

洗浄性能の評価は、目視によりシャフトの表面状態を評価するとともに、洗浄処理を行ったシャフトを用いて現像ローラを作製し、これを画像形成装置に搭載してベタ画像の評価を行ったものである。

現像ローラは以下の手順で作製した。先ず、ウレタン樹脂「ニッポラン５１２０（日本ポリウレタン社製）」１００質量部、ファーネスブラック３０質量部、アクリル樹脂粒子（平均１次粒径１５μｍ）２０質量部を、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）４００質量部に混合分散させて樹脂層用塗布液を作製する。次に、この樹脂層用塗布液を乾燥時の厚さが１０μｍとなる様に各シャフト上に塗布し、１３０℃の加熱処理を行ってシャフトの材質の異なる現像ローラを作製した。

作製した現像ローラを、市販のカラーレーザプリンタ「Ｍａｇｉｃｏｌｏｒ２４３０ＤＬ（コニカミノルタビジネステクノロジーズ（株）製）」に搭載し、常温常湿環境（２０℃、５５％ＲＨ）下でＡ４サイズの黒色ベタ画像を出力して評価を行った。

洗浄性能の評価内容は、以下に示す様に、シャフト上における汚れの発生と黒色ベタ画像上における画像欠陥（白抜けと濃度低下）の発生を評価したものである。
〈洗浄性能〉
◎：シャフト上に汚れは全く見られず、画像欠陥（白抜け、及び、濃度低下）のない良好なベタ画像が得られた
○：シャフト上に若干の汚れが見られたが、画像欠陥（白抜け、及び、濃度低下）のない良好なベタ画像が得られた
△：シャフト上に汚れが見られ、また、ベタ画像上にかすかな白抜けが見られたが、実用上問題なしと判断した
×：シャフト上の汚れとベタ画像上での画像欠陥（白抜け、及び、濃度低下）が顕著にあらわれ、実用上問題ありと判断した
結果を表１に示す。

表１に示す様に、上記レーザ洗浄装置におけるパルス強度が高くなるにしたがって、洗浄性能が向上していく結果が得られ、反射率が低い材質のシャフトほど、パルス強度が低い条件下でも良好な洗浄性能が得られることが確認された。特に、パルス強度を１．３×１０⁷Ｗ／ｃｍ²以上に設定した時、いずれの材質のシャフトに対して良好な洗浄性能が発現されることを確認した。この様に、現像ローラ用シャフト表面にパルスレーザを照射することで良好な洗浄性能が得られ、従来技術の様な洗浄槽を用いずに良好な洗浄性能が得られることが、実施例の結果からも確認された。

また、ベタ黒画像出力後に連続で３０００枚のプリント作成を行い、プリント作成後の現像ローラを目視で観察したが、現像ローラはいずれも評価前の状態が維持されていることが確認された。なお、３０００枚のプリント作成では、画素率が６％となる画像（細線画像、フルカラー人物顔写真、ベタ白画像、ベタ黒画像がそれぞれ１／４等分となっている画像）をＡ４判の用紙上に出力してプリント作成を行った。

（実験その２）
実験その１と同様の処理を行った試料を用い、照射レーザを下記波長を有するパルスレーザに変更し、レーザのパルス強度を６．４×１０⁷（Ｗ／ｃｍ²）のみとした他は実験その１と同様の条件でレーザ照射を行って、表面状態と洗浄性能の評価を行った。また、比較例として、市販の洗濯用石鹸を１リットルの水に１０ｇ溶解した洗浄液を満たした洗浄槽を用いて処理を行い、表面状態と洗浄性能を評価した。
（１）発振波長が１３４２ｎｍのＮｄ：ＹＶＯ₄（ネオジウムドープトイットリウムオルソバナデート）レーザ
（２）発振波長が１０４７ｎｍのＮｄ：ＹＬＦレーザ
なお、後述する表２中に示す各種シャフトの反射率は、前述した様に、発振波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザ、及び、上記（１）、（２）に示すレーザのパルス強度を６．４×１０⁷Ｗ／ｃｍ²に設定して、各種シャフトに照射した時に得られるものである。

また、後述する表２中に示す各種シャフトの当初反射率は、前述した様に、発振波長が１０６４ｎｍで、パルス強度が２．５×１０⁶Ｗ／ｃｍ²のＹＡＧレーザを、各種シャフトに照射した時に得られるものである。

結果を表２に示す。

表２に示す様に、上記（１）及び（２）のレーザにおいても、各シャフトでは良好な反射率と洗浄性能が得られることが確認された。一方、比較例である石けん水を満たした洗浄槽で処理を行ったものは、パルスレーザで処理を行ったもので得られた洗浄性能を得ることができなかった。

また、ベタ黒画像出力後に連続で３０００枚のプリント作成を行い、プリント作成後の現像ローラを目視で観察した。その結果、（１）及び（２）のレーザ処理を経て作製された現像ローラは、実験その１と同様、何も変化は見られなかったが、洗浄槽での処理を経て作製された現像ローラは樹脂層端部が僅かに剥離しかかっているものがあることが観察された。なお、３０００枚のプリント作成では、画素率が６％となる画像（細線画像、フルカラー人物顔写真、ベタ白画像、ベタ黒画像がそれぞれ１／４等分になっている画像）をＡ４の用紙上に出力して、プリント作成を行った。

第１の実施形態によるシャフト洗浄装置の概略図である。第２の実施形態によるシャフト洗浄装置の概略図である。第３の実施形態によるシャフト洗浄装置の概略図である。現像ローラの断面構成の一例を示す図である。現像ローラを搭載した現像装置の断面図である。シャフト表面におけるレーザの反射率測定の概略図である。

符号の説明

１レーザ光源
２光ファイバ
３ビーム整形光学系
４マスク
４ａ貫通孔
５集光レンズ
６レンズ移動機構
７ミラー
８ミラー回転機構
９筐体
１０ウィンドウ
１１筐体駆動系
１２制御装置
１３シャフト
１４汚れ
１４ａ（汚れ）除去部分
１５筐体駆動系
１６マジックハンド
１７樹脂層
１８現像ローラ
２０現像装置
３０反射率測定装置

Claims

電子写真方式の画像形成装置に使用される現像ローラ用シャフト表面にレーザを照射して、該シャフトの洗浄を行うことを特徴とする現像ローラ用シャフトの洗浄方法。
前記レーザが、発振波長が１０４７ｎｍ以上１３４２ｎｍ以下のパルスレーザであることを特徴とする請求項１に記載の現像ローラ用シャフトの洗浄方法。
前記現像ローラ用シャフトは、前記パルスレーザに対する反射率が４０％以上９５％以下の金属材料より構成されるものであることを特徴とする請求項２に記載の現像ローラ用シャフトの洗浄方法。
前記パルスレーザが、発振波長が１０６４ｎｍのＹＡＧレーザであることを特徴とする請求項２または３に記載の現像ローラ用シャフトの洗浄方法。