KR100933110B1 - 전자사진용 현상 롤러 및 이것을 이용한 화상 형성 장치 - Google Patents

Abstract

원통형상 금속 기체와 금속 플랜지와의 감합부에 있어서의 기밀성 및 전기적 도통성이 양호하고, 외경 흔들림 정밀도가 좋은 전자사진용 현상 롤러, 및, 비교적 염가이며, 기계적 강성, 표면 가공성 및 도금 피막 형성(내식성)에 우수하고, 또한 소정의 치수 정밀도를 만족할 수 있는 전자사진용 현상 롤러를 제공한다. 원통형상 금속 기체와 금속 플랜지를 구비한 현상 롤러이다. 금속 플랜지가, 원통형상 금속 기체의 개구 단부 내면과 감합하는 대경부 및 원통형상 금속 기체와 동축의 중심축체가 되는 소경부를 가지며, 압입 감합되기 전의 대경부의 감합부 표면이, 절삭 가공에 의해 형성된 원주 방향의 홈에 의한 최대 표면 조도(粗度)(Ry)가 25㎛ 내지 70㎛의 요철 형상을 갖고 있다.

현상 롤러

Description

전자사진용 현상 롤러 및 이것을 이용한 화상 형성 장치{ELECTROPHOTOGRAPH DEVELOPING ROLLER AND IMAGE FORMING DEVICE USING THE SAME}

본 발명은, 전자사진 방식에 의한 프린터, 복사기, 팩시밀리 등의 화상 형성 장치에 이용되는 전자사진용 현상 롤러에 관한 것으로, 특히, 비자성(非磁性) 1성분 비접촉 현상 방식에서 이용되는 전자사진용 현상 롤러 및 이것을 이용한 화상 형성 장치에 관한 것이다.

전자사진 방식에 의한 화상 형성 장치는, 정전잠상(靜電潛像)을 형성하는 감광체의 외주면상의 부근에 배치한 대전기, 노광기, 현상 유닛, 전사 유닛, 클리닝 유닛 등에 의해, 대전(帶電), 노광, 현상, 전사(傳寫), 클리닝의 각 공정을 순차적으로 실행시킴에 의해 반복 화상 형성을 행하고, 인자화상(印字畵像)을 출력하는 것이다. 또한, 최근에는, 클리닝의 공정을 현상의 공정에서 동시에 행하는 클리닝레스의 시스템도 존재한다.

전자사진 방식의 현상 방법으로서는, 분체의 토너를 이용하는 건식 현상과, 액체중에 토너를 분산시킨 현상액을 이용하는 액체 현상이 있다. 이 중 건식 현상으로서는, 현상제(現像劑)로서 토너만을 이용하는 1성분 현상 방식과, 토너와 캐리어(자성 입자)를 이용하는 2성분 현상 방식이 있다. 또한, 1성분 현상 방식은, 토 너의 자성의 유무에 따르고, 자성 1성분 현상 방식과 비자성 1성분 현상 방식으로 분류된다.

각 현상 방식에 있어서, 감광체에 접촉 또는 근접하여 현상제를 공급하는 현상제 담지체(擔持體)로서, 원주 형상의 현상 롤러를 이용하는 것이 일반적으로 행하여지고 있다.

예를 들면, 2성분 현상 방식이나 자성 1성분 현상 방식에 이용되는 현상 롤러로서는, 캐리어나 자성 토너를 담지시키기 위해 마그넷 롤러를 내부에 배치할 필요가 있기 때문에, 내부에 공간을 갖는 원통형상 기체(基體)가 이용된다. 또한, 비자성 1성분 현상 방식에 이용되는 현상 롤러는, 원통형상일 필요는 없기 때문에, 접촉 방식에서는 연질의 유기계의 우레탄 고무 롤러 등이 이용되는 경우가 있는 한편, 접촉 방식 및 비접촉 방식의 쌍방에 있어서, 경량화 등의 이유에 의해, 내부에 공간을 갖는 원통형상 기체도 이용된다.

원통형상 기체의 재질로서는, 일반적으로 금속이 사용되고 있고, 2성분 현상 방식이나 자성 1성분 방식에서는, 내부의 마그넷 롤러에 의한 자력을 방해하지 않기 위해, 비자성체인 알루미늄 합금이 많이 사용되고 있다. 알루미늄 합금 이외로서는, 예를 들면, 특허문헌1에, 비자성 오스테나이트계 스테인리스강 강관을 사용한 자기 브러시 현상용 자석 롤이 기재되어 있다. 또한, 특허문헌2에는, 알루미늄 합금을 사용한 현상제 담지체(현상 롤러)가 기재되어 있지만, 철합금의 사용도 시사되어 있다. 또한, 특허문헌3에는, 망간을 0.1 내지 3중량% 함유하는 현상 롤용 지지체가 기재되어 있다. 또한, 특허문헌4에는, 오스테나이트계 스테인리스강의 용 접관(전봉관(電縫管))을 사용한 현상제 담지체(현상 롤러)가 기재되어 있다.

비자성 1성분 현상 방식에서도, 가공성에 우수한 알루미늄 합금이 많이 사용되고 있다. 알루미늄 합금 이외로서는, 예를 들면, 특허문헌5에, 1성분 접촉 현상 방식에 이용되는 현상 롤러로서, 철계 금속, STKM, 페라이트계 스테인리스 합금, SUS430을 사용하는 것이 기재되어 있지만, 이것은 현상 롤러를 자성체로 하여, 토너 규제 롤러를 탄성체 마그넷 롤러로 함으로써, 맞닿는 압을 균일하게 하는 것을 목적으로 하는 것이다.

또한, 원통형상 금속 기체의 외주면에는, 필요에 따라, 다양한 처리가 행하여지거나, 고무나 수지의 층이 마련된다. 또한, 원통형상 금속 기체의 단부(端部)에는, 기체를 지지하고 회전 구동시키기 위해, 원통형상 금속 기체와 동축으로 소경의 중심축체(中心軸體)를 마련하는 것이 일반적으로 행하여진다. 원통형상 기체의 단부에 이러한 중심축체를 마련하는 방법으로서는, 중심축체를 갖는 금속 플랜지를 원통형상 기체의 단부에 압입하는 방법이 알려져 있다.

이미 기술한 바와 같이, 비자성 1성분 현상 방식에는, 감광체와 현상 롤러가 접촉하는 비자성 1성분 접촉 현상 방식과, 감광체와 현상 롤러가 비접촉으로 근접하는 비자성 1성분 비접촉 현상 방식이 있다. 이 중 비자성 1성분 비접촉 현상 방식에서 이용되는 전자사진용 현상 롤러는, 토너 용기로부터 공급 롤러를 경유하여 공급되는 토너를 현상 롤러상에서, 소정의 박층(薄層)으로 하여 감광체 드럼 표면의 부근으로 반송하고, 현상 롤러에 인가되는 교류 바이어스 전압에 의해, 현상 롤러와의 사이에 갭을 갖는 상기 감광체 드럼 표면상의 정전잠상에 토너를 비상(飛 翔)시켜서 현상하는 비접촉 현상 기능을 갖는다. 이와 같은 비접촉 현상 방식에서는 현상 롤러의 표면을 경질의 금속 재료로 할 수 있기 때문에, 접촉 현상의 경우에 이용되는 연질의 유기계의 우레탄 고무 롤러 등에 비하면 수명이 길다는 메리트가 있다. 또한, 상기 비자성 1성분용의 현상 롤러는 현상 롤러 내에 자석을 필요로 하지 않기 때문에, 자성 토너용의 마그넷 롤러를 갖는 현상 롤러에 비하면 염가라는 메리트도 얻어진다. 그러나, 비자성 토너를 현상 롤러상에서 균일하게 박층화하는 것과, 안정적으로 필요한 충분한 대전량으로, 게다가 균일하게 토너를 대전시켜서 감광체 드럼 표면 부근으로 반송하는데 적합한 현상 롤러의 표면 상태를 얻는 것에 관해서는, 난이도가 높다.

한편, 최근, 전자사진 장치에서도 풀컬러화에의 대응이 진전되고 있다. 이에 수반하여, 풀컬러의 전자사진 장치에서, 1성분 현상 방식의 비자성 현상제가 많이 사용되게 되어 있다. 성분 현상 방식은, 캐리어를 이용하지 않고 현상제의 마찰 대전량에 의해 현상제를 부착, 반송시켜서 현상하는 방식이다. 비자성 1성분 현상 방식은, 캐리어를 갖지 않기 때문에 메인티넌스가 용이하고, 현상제 담지체 내에 자석을 필요로 하지 않기 때문에 유닛의 소형화가 가능하고, 또한 염가라는 메리트가 있다.

비자성 1성분 비접촉 현상 방식에서는, 현상제는, 현상 롤러의 표면에 경상력(鏡像力)에 의해 지지되고, 현상 롤러의 회전에 의해 감광체 표면 부근으로 반송되어 현상이 행하여진다. 이 경상력은, 현상제와, 현상 롤러의 표면 및 층두께 규제 부재와의 마찰에 의해 생기는 현상제 마찰 대전량에 의존하기 때문에, 현상 롤 러의 표면 조도(粗度)(요철 형성)가 극히 중요해진다. 그 때문에, 현상 롤러에는, 원통형상 금속 기체의 위에 수지를 코팅한 것이나, 원통형상 금속 기체에 기계적 가공이나 도금 등의 처리를 시행한 것이 이용되고 있고, 원통형상 금속 기체로서는, 알루미늄 합금이 널리 사용되고 있다. 예를 들면, 특허문헌4에는, 블라스트 처리된 현상제 담지체가 기재되어 있고, 특허문헌6에는, 블라스트 처리한 후 경질 도금 처리를 시행한 현상제 지지 부재(현상 롤러)가, 특허문헌2에는, 블라스트 처리, 에칭 처리, 무전해 도금을 시행한 알루미늄 합금, 철 합금을 사용한 현상제 담지체(현상 롤러)가, 각각 기재되어 있다.

풀컬러의 비자성 1성분 비접촉 현상 방식의 전자사진 장치에 탑재되는 감광체 드럼 및 현상 롤러에 대해서는, 풀컬러화에 필요한 원색 화상의 겹침 정밀도에 대응시키기 위해, 감광체 드럼과 현상 롤러 사이의 갭을 고도로 균일하게 할 필요가 있다. 최근의 풀컬러용 전자사진 장치에서는, 감광체 드럼이나 현상 롤러에 있어서의 외경 흔들림 특성을 축부착 상태에서 30㎛ 이하, 나아가서는 20㎛ 이하라는 극히 높은 형상 정밀도로 할 것이 요구되고 있다. 왜냐하면, 현상 롤러의 회전 구동시에 외경의 흔들림이 큰 경우, 현상 롤러로부터 감광체 드럼으로 현상제를 반송할 때에 현상 롤러와 감광체 드럼과의 표면 거리가 일정하게 되지 않기 때문에, 잠상 화상을 형성한 감광체 드럼에의 현상제의 반송량이 일정하지 않게 되고, 이것이 화상 얼룩으로 되어 나타나기 때문이다. 그 때문에, 특히 고화질이며 안정된 컬러 화상을 얻는 전자사진용 화상 형성 장치에 이용하는 현상 롤러에 관해서는, 치수 정밀도를 보다 높게 할 것이 필요하게 되어 오고 있다.

비자성 1성분 비접촉 현상 방식용에 이용되는 현상 롤러로서는, 예를 들면, 원통형상 금속 기체와, 이 기체를 지지하고 회전 구동시키기 위해 양단부에 압입 감합(嵌合)되어 있는 중심축체와의 조합을 주요 구성으로 한 것이 있지만, 이와 같은 구성의 현상 롤러에서는, 원통체 금속 기체만을 아무리 고정밀도로 마무리하여도, 중심축체의 압입 감합 후에 축 맞춤 등에 이상이 생겨 외경 흔들림이 커지는 일이 있기 때문에, 중심축체의 압입 감합도, 고정밀도의 현상 롤러를 얻는데 매우 중요하다. 또한, 원통형상 금속 기체의 양단에 상기 축체가 압입 감합된 후, 현상 롤러의 외표면은, 샌드 블라스트, 쇼트 블라스트 등의 기계적 가공에 의해, 소요되는 표면 조도가 되도록 표면 처리되고, 또한 세정 처리된 후, 니켈 도금 등의 처리가 시행되는 경우가 많다. 이때, 중심축체의 감합부에 있어서의 기밀성이 나쁘면, 세정액이나 도금액 등이 현상 롤러 내로 침입하는 일이 있다. 이와 같은 침입액을 내부에 갖는 현상 롤러를 그대로 실사용(實使用)하면, 사용중에 침입액이 누출될 우려가 있기 때문에, 그와 같은 현상 롤러는 있어서는 안되는 불량품이다. 따라서, 감합부에 있어서의 기밀성도, 이와 같은 구성의 현상 롤러에서는 필요하고 빼놓을 수 없는 중요한 기능의 하나이다.

또한, 상기 치수 정밀도(흔들림 특성)가 높은 현상 롤러를 제조하기 위해서는, 기계적 강성이 높고 형상 정밀도(진직도(眞直度), 동축도(同軸度))를 내기 쉬운 소관(素管) 재료의 입수나, 가공 뒤틀림(잔류 응력이 되돌아옴)을 저감할 수 있는 가공 방법 등이 포인트로 된다. 또한, 현상제를 마찰 대전시키기 위해 현상 롤러의 외주 표면에 소요되는 표면 조도의 요철을 형성하는 조면화 표면 처리 조건의 결정이나, 내마모성(마찰 대전 성능의 유지) 및 내식성을 확보하기 위한 경질 도금 처리 조건의 결정 등에 관해서도 중요해진다.

여기서, 전자사진 감광체와 축부착 현상 슬리브 사이의 갭을, 축과 슬리브 원통체를 동시에 센터리스 연삭(centerless grinding)함에 의해, 축방향으로 균일하게 하여, 축 편차를 작게 하는 발명에 관해서는 잘 알려져 있다(특허문헌7-0010단락).

또한, 축과 원통체의 감합부의 표면에 널(knurl)을 형성함에 의해, 조이는 값(압입 값)을 적게 하여 슬리브의 팽창을 감소시킬 수 있고, 전자사진 감광체와 현상 슬리브 사이의 갭을 균일하게 하는 발명에 관해서도 공지이다(특허문헌8-0011단락). 또한, 축과 현상 슬리브 사이의 결합에 억지끼워맞춤(interference fit) 관계를 이용하는 발명도 알려져 있다(특허문헌9, 10).

특허문헌1 : 특공평3-1805호 공보

특허문헌2 : 특개2003-263019호 공보

특허문헌3 : 특개평7-261438호 공보

특허문헌4 : 특개평2-54287호 공보

특허문헌5 : 특개2004-109525호 공보

특허문헌6 : 특공평3-35664호 공보

특허문헌7 : 특개평8-74839호 공보

특허문헌8 : 특개2001-221227호 공보

특허문헌9 : 특개평8-184977호 공보

특허문헌10 : 특개평11-216621호 공보

발명이 이루고자 하는 기술적 과제

상기 알루미늄 합금으로 이루어지는 원통형상 금속 기체는, 알루미늄 합금 잉고트의 압출 또는 인발법에 의한 성형 소관으로서, 두께 불균일성이 크기 때문에 축심을 내기 위한 절삭 가공을 필요로 하고, 깎아내는 부분이 많아지기 때문에 가공 전의 소관 두께를 두껍게 하여야 한다. 상기 치수 정밀도를 만족하기 위해서는, 난삭재(難削材)이기 때문에 기계적 강성이 뒤떨어져서 형상 정밀도(진직도, 동축도)를 내기 위한 연삭, 연마 가공에 의한 가공 뒤틀림(잔류 응력의 되돌아옴)을 저감하기 위한 특수한 가공 방법과 가공 뒤틀림에 견디기 위해 더욱 소관 두께를 두껍게 할 필요가 있는 등, 재료 비용, 가공 비용이 들어 고가의 것으로 되고 있다.

또한 전술한 바와 같이, 원통형상 금속 기체의 표면에 요철을 형성하는 방법으로서 블라스트 처리 등이 행하여지고 있지만, 알루미늄 합금은 기계적 강성이 낮기 때문에, 이와 같은 조면화 처리에서는, 기체 표면에 걸리는 가공 뒤틀림에 견디기 위해서도 두께를 두껍게 할 필요가 있다. 또한, 현상제와의 마찰 대전 성능의 유지에 있어서, 비교적 저경도이기 때문에 내마모성이 높은 재료가 요구되고 있다.

또한, 무전해 니켈 도금층 형성에 있어서는, 알루미늄 합금은 산화 환원 전위가 비(卑, base)인 재료이고, 직접 니켈이 석출되기 어렵고 밀착성에 문제가 있기 때문에, 그 대책으로서, 도금층을 형성하기 전에 징케이트 처리(zincate treatment)(아연 합금 피막 생성)를 시행하여 치환 도금을 시행하고 있다. 따라서, 안정된 피막 형성이 어렵기 때문에, 특별한 전처리를 필요로 하지 않는 재료의 선 정이 요구되고 있다.

한편, 원통형상 금속 기체에 상기 금속 플랜지를 압입할 때에, 감합부의 기밀성이나 고착 강도를 높이기 위해 감합부에 접착제를 사용하면, 전기적인 도통성이 나빠질 우려가 있다. 현상 롤러에서는, 중심축체를 통하여 현상 롤러 표면의 토너에 교류 전압이 인가되기 때문에, 중심축체와 원통형상 금속 기체와의 사이에 양호한 전기적 도통을 필요로 한다. 그러나 양호한 전기적 도통을 확보하려고 강하게 감합시킬 목적으로, 금속 플랜지의 외경과 원통형상 금속 기체 내면과의 조이는 값(압입 값)을 많게 하면, 압입에 큰 힘을 필요로 하기 때문에 상기 기체에 변형을 생기게 할 우려가 있다. 기체가 변형하고 기체 외경에 영향이 나오면, 전술한 바와 같이 화상에 영향을 미칠지도 모르기 때문에, 함부로 조이는 값을 많게 할 수 없다. 따라서, 감합부에 있어서의 기밀성 및 전기적 도통성이 양호하고, 외경 흔들림 정밀도를 확보할 수 있는 감합 방법이 요구된다.

본 발명은, 이상 설명한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 원통형상 금속 기체의 양단부에 압입 감합되는 중심축체의 감합부에 있어서의 기밀성 및 전기적 도통성이 양호하고, 외경 흔들림 정밀도가 좋고, 컬러 화상 형성에 적합한 비자성 1성분 비접촉 현상용의 전자사진용 현상 롤러의 제공을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은, 비자성 1성분 토너를 사용한 컬러 화상 형성 장치 등의 현상 롤러의 재료로서 비교적 염가이며, 기계적 강성, 표면 가공성 및 도금 피막 형성(내식성)에 우수하고, 또한 소정의 치수 정밀도를 만족할 수 있는 전자사진용 현상 롤러의 제공을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 전자사진용 현상 롤러는, 원통형상 금속 기체와, 해당 원통형상 금속 기체의 개구 단부에 압입 감합된 금속 플랜지를 구비한 현상 롤러에 있어서, 해당 금속 플랜지가, 상기 원통형상 금속 기체의 개구 단부 내면과 감합하는 대경부, 및 해당 원통형상 금속 기체와 동축(同軸)의 중심축체가 되는 소경부를 가지며, 압입 감합되기 전의 해당 대경부의 감합부 표면이, 절삭 가공에 의해 형성된 원주 방향의 홈에 의한 최대 표면 조도(Ry)가 25㎛ 내지 70㎛의 요철 형상을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 전자사진용 현상 롤러는, 원통형상 금속 기체와, 해당 원통형상 금속 기체의 개구 단부에 압입 감합된 금속 플랜지를 구비한 현상 롤러에 있어서, 해당 금속 플랜지가, 상기 원통형상 금속 기체의 개구 단부 내면과 감합하는 대경부, 및 해당 원통형상 금속 기체와 동축의 중심축체가 되는 소경부를 가지며, 압입 감합되기 전의 상기 원통형상 금속 기체의 개구 단부 내면의 감합부 표면이, 절삭 가공에 의해 형성된 원주 방향의 홈에 의한 최대 표면 조도(Ry)가 25㎛ 내지 70㎛의 요철 형상을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 있어서, 상기 감합부에는 접착제가 사용되고 있는 것이 바람직하고, 상기 접착제로서는, 바람직하게는 혐기성(嫌氣性)접착제가 사용된다. 또한, 상기 원통형상 금속 기체의 개구 단부 내면에는 수전부(水栓部; faucet section)가 마련되어 있는 것이 바람직하고, 상기 원통형상 금속 기체의 두께가 0.75㎜ 내지 2㎜이고, 또한, 압입 감합시의 조이는 값이 10㎛ 내지 60㎛인 것도 바람직하다. 또한, 상기 원통형상 금속 기체 및 금속 플랜지는, 강(鋼) 또는 알루미늄계 합금을 주요 재료로 하는 것이 바람직하다. 특히 바람직하게는, 상기 원통형상 금속 기체가, 탄소를 0.25중량% 이하, 규소를 0.30중량% 이하 및 망간을 0.85중량% 이하로 각각 함유하는 탄소강 강관으로 이루어지거나, 또는, STKM11A 탄소강 강관(JIS G 3445)으로 이루어진다.

또한, 본 발명의 또다른 전자사진용 현상 롤러는, 적어도 원통형상 금속 기체를 구비하고, 감광체에 접촉 또는 근접하여 해당 감광체 표면상에 현상제를 공급하고, 해당 감광체상에 형성된 정전잠상을 현상하는 현상 롤러에 있어서, 상기 원통형상 금속 기체가, 탄소를 0.25중량% 이하, 규소를 0.30중량% 이하 및 망간을 0,85중량% 이하로 각각 함유하는 탄소강 강관으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명의 또다른 전자사진용 현상 롤러는, 적어도 원통형상 금속 기체를 구비하고, 감광체에 접촉 또는 근접하여 해당 감광체 표면상에 현상제를 공급하고, 해당 감광체상에 형성된 정전잠상을 현상하는 현상 롤러에 있어서, 상기 원통형상 금속 기체가, STKM11A 탄소강 강관(JIS G 3445)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 원통형상 금속 기체로서는, 전봉관을 이용하는 것도 바람직하고, 또한, 상기 원통형상 금속 기체에 절삭 가공 또는 연마 가공을 시행하는 것이나, 상기 원통형상 금속 기체의 외표면에 블라스트 처리 또는 금속 도금을 시행하는 것도 바람직하다. 상기 블라스트 처리가 시행된 원통형상 금속 기체의 외표면에, 또한, 금속 도금을 시행할 수도 있다. 또한, 상기 금속 도금으로서는, 무전해 니켈 도금이 알맞다. 상기 금속 도금이 시행된 원통형상 금속 기체의 외표면에, 또한, 크로메이트 처리를 시행하여도 좋다. 또한, 상기 금속 도금은, 미리 아연 합금 피막 생성 처리를 행한 일 없이 시행하는 것이 가능하다. 알맞게는, 상기 원통형상 금속 기체의 진직도가 15㎛ 이하이고, 흔들림 정밀도가 20㎛ 이하이다. 본 발명의 전자사진용 현상 롤러는, 비자성 1성분 비접촉 현상 방식의 전자사진 장치에 알맞게 이용할 수 있고, 특히, 컬러용의 전자사진 장치에, 보다 알맞다.

또한, 본 발명의 화상 형성 장치는, 상기 전자사진용 현상 롤러를 탑재한 것을 특징으로 하는 것이다.

발명의 효과

본 발명에 의하면, 원통형상 금속 기체의 양단부에 압입 감합되는 금속 플랜지의 감합부에 있어서의 기밀성 및 전기적 도통성이 양호하고, 외경 흔들림 정밀도가 좋고, 컬러 화상 형성에 적합한 비자성 1성분 비접촉 현상용의 전자사진용 현상 롤러를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 현상 롤러의 원통형상 금속 기체의 재료를 개량함으로써 염가이고 기계적 강성, 표면 가공성 및 내식성에 우수하고, 소정의 치수 정밀도를 만족하고, 특히, 비자성 1성분 비접촉 현상 방식의 컬러용 전자사진 장치에 사용되는 현상 유닛에 이용하는 현상 롤러로서 알맞는 현상 롤러를 제공할 수 있다.

도 1의 (a)는 본 발명의 현상 롤러에 관한 원통형상 금속 기체(1)에 금속 플 랜지(5)를 감합하기 전의 상태를 도시한 단면도, (b)는 (a)의 금속 플랜지의 정면도.

도 2의 (a)는 본 발명의 현상 롤러에 관한 금속 플랜지(5)를 원통형상 기체(1)에 압입 감합한 후의 전자사진용 현상 롤러의 단면도, (b)는 (a)의 둥근표시 부분의 확대도.

도 3의 (a)는 종래의 원통형상 금속 기체에 금속 플랜지를 감합하기 전의 상태를 도시한 단면도, (b)는 (a)의 금속 플랜지의 정면도.

도 4는 본 발명에 관한, 현상 유닛을 포함하는 전자사진용 화상 형성 장치를 도시한 모식적 단면도.

도 5는 본 발명에 관한 현상 롤러의 치수 정밀도(흔들림 특성)의 측정 방법을 도시한 개략 설명도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

1 : 원통형상 금속 기체 2 : 수전부(水栓部; faucet section)

3 : 대경부 4 : 소경부

5 : 금속 플랜지 6 : 선조부(旋條部)(요철 형상)

7 : 접착제 10 : 전자사진용 현상 롤러

41 : 감광체 42 : 대전기

43 : 노광기 44 : 현상 유닛

44-1 : 현상 롤러 44-2 : 토너층 두께 규제 부재

44-3 : 토너 공급 롤러 44-4 : 토너 교반 부재

44-5 : 토너 수용부 45 : 전사 유닛

46 : 피전사 용지 47 : 클리닝 유닛

51 : 원통형상 금속 기체 52 : 중심축체(금속 플랜지)

53 : 정반 54 : 롤러 베어링 툴

55 : 다이얼 게이지

이하, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태에 관해, 도면을 이용하여 상세히 설명한다.

우선, 본 발명의 현상 롤러에 있어서 원통형상 금속 기체와 금속 플랜지와의 감합에 관해, 도 1 내지 도 3을 이용하여 설명한다. 도 1의 (a)는 본 발명에 관한 현상 롤러에 관해, 원통형상 금속 기체(1)의 개구 단부 내면에 마련된 수전부(水栓部; faucet section; 2)에, 압입에 의해 금속 플랜지(5)의 대경부(3)가 감합됨에 의해, 소경부(4)를 상기 원통형상 기체(1)와 동축의 중심축체로 하기 전의 상태를 도시한 주요부 단면도이다. 도 1의 (b)는 도 1의 (a)의 금속 플랜지의 정면도이다. 도 2의 (a)는 도 1의 상태로부터, 금속 플랜지(5)를 원통형상 기체(1)에 압입 감합된 후의 현상 롤러를 도시한 주요부 단면도이다. 도 2의 (b)는 도 2의 (a)에서 둥근표시로 도시한 감합 부분의 확대도이다. 도 3의 (a)는 종래의 현상 롤러의 금속 플랜지와 원통형상 기체와의 감합 전의 상태를 도시한 주요부 단면도, 도 3의 (b)는 종래의 금속 플랜지로서, 긁힘 흔적이 있는 것을 도시한 정면도이다.

본 발명에 관한 현상 롤러는, 주로, 비자성 1성분 토너에 의한 비접촉 현상 방식에서 이용되는 것이다. 비접촉 현상에 관해서는, 전술한 특허문헌7 내지 10에서도 설명되어 있는 바와 같이, 전자사진 감광체와 현상 롤러 사이에는 갭이 존재하고 있다. 이 갭을 사이에 두고 토너가 교류 바이어스 전압하에서, 현상 롤러로부터 전자사진 감광체 표면의 정전잠상에 비상하여 현상하기 때문에, 이 갭의 거리가 현상 롤러의 축방향의 표면에서 균일한지의 여부가, 화질, 특히 컬러 화질에 크게 영향을 준다. 이 갭의 거리를 균일하게 하기 위해서는, 전자사진 감광체와 현상 롤러를 모두, 축부착의 금속 플랜지를 붙인 상태에서 회전시킨 경우(즉, 실제의 회전 구동 상태)의 각각의 원통체의 외경 흔들림이 작은 것이 필요하다. 여기서 외경 흔들림이란 원통체의 양단의 하측에 기준이 되는 롤러를 대고, 원통체를 1회전시킨 때의, 원통체의 상측의 최대 흔들림을 말한다. 측정은 원통체의 상측에 설치한 다이얼 게이지 등으로 행한다.

도 1, 2에 도시한 바와 같은 현상 롤러(10)의 원통형상 금속 기체(1)와 금속 플랜지(5)와의 결합에 있어서, 금속 플랜지(5)의 원통형상 금속 기체(1)에 대한 결합 정밀도가 나쁜 때, 원통형상 금속 기체(1)의 양단에 금속 플랜지(5)가 구부러져서(동축성 없이) 결합되는 경우가 있다. 이와 같은 경우에는, 현상 롤러(10)의 회전 거동이 불규칙하게 되고, 형성된 화상상에 원통형상 금속 기체(1)의 회전 주기에 따른 농도 얼룩이 나타나는 경우가 있다. 또한, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 원통형상 금속 기체(21)와 금속 플랜지(25)가, 도 3의 (b)에 도시한 긁힘(26)에 의해 불균일하게 압입되고, 현상 롤러(20)의 흔들림이 악화하는 경우도 있다. 또한, 상기 긁힘(26)의 결과, 만들어진 오목부선(요부선(凹部線) 형상의 틈이 감합 부(23)를 관통하는 상태가 되면, 그곳에서 기밀성이 없어질 우려가 크다. 여기서, 긁힘(26)이란 감합부에 있어서, 압입시킬 때에 어느 한쪽의 금속면의 국부적 일부분(예를 들면, 주위보다 고경도의 볼록부 등)이 대향하는 다른 금속면을 국부적으로 긁어서, 선형상(線狀) 오목부를 형성한 것이고, 이 선형상 오목부가 감합부(23)를 관통하면 기밀성을 잃어버린다. 본 발명에서는, 선반(旋盤)에 의한 선조(旋條)를 감합부에 형성하기 때문에, 전술한 긁힘을 도중에서 스톱시키는 효과가 있는 것이라고 추찰된다. 긁힘을 감합부 내의 도중에서 스톱시킨 경우는 접착제를 병용함으로써, 기밀성을 충분히 보증할 수 있게 된다고 생각된다. 그러나, 전술한 바와 같은 긁힘에 있어서, 감합부를 관통한 선형상 오목부가 존재하는 상태에서는, 이미, 예를 들어 접착제에 의한 기밀성 향상 효과에도 한계가 있어, 기밀성을 충분히 보증할 수 없다는 것도 알았다.

금속 플랜지(5)의 대경부(3)는, 원통형상 금속 기체(1)의 양단부에 각각 감합되고, 또한, 금속 플랜지(5)의 소경부(4)는, 원통형상 금속 기체(1)의 양단부로부터 각각 외부로 향하여 돌출하여 중심축체로 된다.

원통형상 금속 기체(1)의 진직도는, 15㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 이것은, 감광체 드럼과의 상호간의 갭에 있어서, 축방향으로 균일한 갭을 유지함에 의해, 양호한 화상을 얻기 위해 필요하기 때문이다. 원통형상 금속 기체(1)의 상기 진직도의 소망하는 최종 정밀도는, 원통형상 금속 기체 표면을 절삭 또는 연마함에 의해 얻어진다. 금속 플랜지를 압입 감합시킨 현상 롤러는, 토너에의 대전 부여 및 토너의 반송 기능을 주기 위해 원통 표면에, 소정의 샌드 블라스트 등의 표면 처리 가 시행되고, 또한 니켈 도금 처리가 시행된다. 니켈 도금으로서는, 잘 알려진 무전해 도금 등을 채용할 수 있다.

실시예

(실험예1 내지 8)

상기 도 1의 (a)에 도시한 원통형상 금속 기체(1)로서는, 길이 350㎜, 외경 18.00㎜, 내경 16.00㎜의 탄소강 강관(STKM11A)을 이용하고, 양단부에 내경 16.12㎜의 수전부를 형성한다. 동 도면의 금속 플랜지(5)로서는, 쾌삭강(SUM24)의 환봉을 절삭 등에 의해 가공하고, 대경부(3)의 외경을 16.17㎜, 소경부(4)의 외경을 10.00㎜의 형상으로 한다. 이 경우의 상기 수전부 내면과 상기 감합부 외경과의 조이는 값은 약 50㎛(상기 감합부 외경, 수전부 내경이 모두 정확하게는 허용 치수 오차가 있기 때문에, 약이라고 하였다)이다. 또한, 금속 플랜지(5)의 대경부(3)의 외경(감합부 표면)에 선반 가공에 의해, 최대 표면 조도(Ry)가 25부터 45㎛이고, 피치가 100부터 300㎛의 선조부(旋條部)(6)를 형성한다. 그 후, 이 금속 플랜지(5)의 대경부(3)의 선조부(6)에, 접착제(7)로서 혐기성 접착제(상품명 록타이트638에 헹켈 재팬사제)를 도포하고, 상기 원통형상 금속 기체(1)의 수전부(2)에 압입에 의해 감합시킨다. 상기 접착제(7)와 압입 감합을 병용함에 의해, 기밀성 불량을 거의 완전하게 없앨 수 있음과 함께, 접착제(7)가 도 2의 (b)에 도시한 바와 같이 선조 오목부를 메움에 의해, 선조 볼록부는 접착제(7)에 덮이지 않게 되기 때문에, 전기적 도통성에도 문제가 없는 것이 판명되었다. 접착제(7)와의 병용에 의한 압입 감합 후의 현상 롤러(10)를 해체하여 조사한 바, 접착제(7)가 선조부(6)의 오목부와 부분적인 긁힘 오목부에도 침입하여 기밀성을 높이고 있음을 알 수 있었다. 접착제(7)로서는, 전술한 록타이트638 외에, 혐기성의, 감합용, 나사의 풀림 방지용이나 시아노아크릴레이트계의 순간접착제도 사용 가능하다. 이상 설명한 바와 같은 절삭에 의한 선조부(6)의 형성은, 널링 가공과 같은 절삭과는 다른 별도 공정을 끼우는 일 없이, 절삭에 의한 플랜지 형상으로 통상의 가공의 연장으로서, 대경부(3)의 표면에의 선조부(6)의 형성을 추가하는 것만으로 좋다는 이점이 있다. 또한, 전술한 현상 롤러(10)에 이용한 철계의 금속 이외의 금속으로서, 알루미늄 합금 등을 사용하여도 좋다. 상기 설명에서는 수전부(2)를 형성하였지만, 수전부(2)는 동축 정밀도를 높이기 위해서는 있는 편이 바람직하지만, 없앨 수도 있다.

전술한 각 철계 재료를 사용하여, 약 50㎛의 조이는 값을 마련한 경우의 원통형상 금속 기체와 금속 플랜지에 관해, 감합부 표면에 형성한 선반에 의한 선조부의 형성 조건에 관해, 본 발명의 목적을 충족시키는데 적절한 선조 조건을 찾기 위해, 하기 실험을 행하였다.

(실험예1)

선조 조건으로서, 최대 표면 조도(Ry)를 22㎛, 피치 간격 115㎛으로 하고, 그 밖의 조건은 전술한 것과 같이 하여, 현상 롤러를 제작하였다.

(실험예2)

선조 조건으로서, 최대 표면 조도(Ry)를 25㎛, 피치 간격 148㎛으로 하고, 그 밖의 조건은 전술한 것과 같이 하여, 현상 롤러를 제작하였다.

(실험예3)

선조 조건으로서, 최대 표면 조도(Ry)를 31㎛, 피치 간격 180㎛으로 하고, 그 밖의 조건은 전술한 것과 같이 하여, 현상 롤러를 제작하였다.

(실험예4)

선조 조건으로서, 최대 표면 조도(Ry)를 42㎛, 피치 간격 216㎛으로 하고, 그 밖의 조건은 전술한 것과 같이 하여, 현상 롤러를 제작하였다.

(실험예5)

선조 조건으로서, 최대 표면 조도(Ry)를 45㎛, 피치 간격 217㎛으로 하고, 그 밖의 조건은 전술한 것과 같이 하여, 현상 롤러를 제작하였다.

(실험예6)

선조 조건으로서, 최대 표면 조도(Ry)를 70㎛, 피치 간격 250㎛으로 하고, 그 밖의 조건은 전술한 것과 같이 하여, 현상 롤러를 제작하였다.

(실험예7)

선조 조건으로서, 최대 표면 조도(Ry)를 80㎛, 피치 간격 300㎛으로 하고, 그 밖의 조건은 전술한 것과 같이 하여, 현상 롤러를 제작하였다.

(실험예8)

선조 조건으로서, 최대 표면 조도(Ry)를 80㎛, 피치 간격 350㎛으로 하고, 그 밖의 조건은 전술한 것과 같이 하여, 현상 롤러를 제작하였다.

(종래의 현상 롤러)

종래의 플랜지 감합부의 표면 조도는, 최대 표면 조도(Ry) 5.5㎛, 피치 간격 37㎛이고, 이 통상의 절삭 가공면을 그대로의 상태에서, 원통형상 기체에 압입시켜 서 현상 롤러를 제작하였다.

이상의 실험예1부터 8의 현상 롤러와 종래의 현상 롤러에 관해, 외경의 변형, 원통형상 기체와 플랜지와의 전기적 도통성, 기밀성, 기계적 강도에 관해 각각 측정하였다. 표면 조도의 측정은, JIS B 0601-1994에 따르고, 커트오프 0.8㎜, 측정 거리 4㎜, 스캔 스피드 0.5㎜/초로 행하였다. 그 결과를 하기한 표 1 중에 나타낸다.

	최대 표면 조도(Ry) (㎛)	피치 간격 (㎛)	외경 변형 (㎛)	전기적 도통	기밀성	기계적 강도
종래예	5.5	37	10	△	×	○
실험예1	22	115	5	○	×	○
실험예2	25	148	3.5	○	○	○
실험예3	31	180	3.5	○	○	○
실험예4	42	216	3.5	○	○	○
실험예5	45	217	3	○	○	○
실험예6	70	250	3	○	○	○
실험예7	80	300	3	○	△	×
실험예8	80	350	3	○	×	×

표 1에서, 종래의 현상 롤러는 감합부 표면의 표면 조도가 너무 적기 때문에, 감합할 때에 약 50㎛의 조이는 값에 의한 원통형상 금속 기체에 미치는 영향이 매우 크고, 압입에도 큰 힘이 필요하게 된다. 그 때문에 원통형상 금속 기체의 외표면에 부풀어오름 등의 변형(10㎛)이 생긴다. 또한, 긁힘이 발생하여, 기밀성에 문제가 생기고 있음을 알 수 있다. 또한 접착제를 도포하면 전기적 도통성에도 문제가 나오는 것이 있다.

한편, 실험예1과 같이 최대 표면 조도(Ry)가 22㎛인 경우, 기밀성이 좋지 않았기에 조사하여 보니 긁힘에 의한 기밀 불량인 것을 알 수 있었다. 실험예2 내지 6과 같이 최대 표면 조도(Ry)가 25㎛부터 70㎛인 경우, 긁힘도 없고 기밀성에 문제가 없었을 뿐만 아니라, 원통형상 기체의 외표면의 변형, 전기적 도통, 기계적 강도의 어느것에도 문제가 없었다. 실험예7, 8의 경우, 최대 표면 조도(Ry)가 80㎛으로 크기 때문이라고 생각되는 기밀성의 문제가 생겼다. 또한, 기계적 강도에도 문제가 나오기 시작한 것을 알 수 있다.

이상의 실험에서는, 선조부를 금속 플랜지의 감합부에 해당하는 대경부의 표면에 형성하여 왔지만, 원통형상 금속 기체의 감합부에 해당하는 개구 단부 내면, 또는 그곳에 마련한 수전부에 형성하여도 좋다. 또한, 원통형상 금속 기체의 두께는 상기 실험에서의 1㎜의 경우뿐만 아니라, 0.75 내지 2㎜의 범위에서, 같은 효과를 얻을 수 있음을 확인하였다. 또한 조이는 값에 관해서도, 상기 실험예에서는, 약 50㎛의 경우에 관해 본 발명의 효과를 설명하였지만, 10 내지 60㎛의 범위의 경우에 본 발명의 효과가 인정되는 것을 확인하였다.

다음에, 본 발명의 현상 롤러의 원통형상 금속 기체의 재료에 관해, 도 4, 도 5에 의거하여 설명한다.

도 4는, 현상 유닛을 포함하는 전자사진용 화상 형성 장치의 주요부 모식적 단면도를 도시한다. 도시한 화상 형성 장치는, 감광체(41)의 외주면상의 부근에 배치되는 대전기(42), 노광기(43), 현상 유닛(44), 전사 유닛(45), 클리닝 유닛(47) 등의 각 전자사진용 프로세스 유닛과, 별도 배치된 피전사 용지(46)의 정착 장치(도시 생략) 등에 의해, 순차적으로 상기 각 프로세스를 실행함에 의해 반복 화상을 형성하고, 인자화상을 출력한다. 화상 형성용의 현상 유닛(44)은, 토너 수용부(44-5)와, 토너 교반 부재(44-4)와, 현상 롤러(44-1)상으로 토너를 반송하는 공급 롤러(44-3)와, 토너의 박층을 형성하기 위한 층두께 규제 부재(44-2)와, 현상 롤러(44-1)에 의해 구성되어 있다.

또한, 도 5는, 본 발명의 현상 롤러의 치수 정밀도(흔들림 특성)의 측정 방법을 도시한다. 도시한 현상 롤러는, 원통형상 금속 기체(51)(도 1중의 부호 1에 상당)의 양단에 중심축체(52)(도 1중의 부호 4에 상당)를 갖는 금속 플랜지(도 1중의 부호 5에 상당, 도시 생략)이 압입되고, 중심축체(52)가 현상 유닛(도 4중의 부호 44에 상당, 도시 생략)의 본체에 베어링을 사이에 두고 고정되어 회전하는 구조로 되어 있다.

현상 롤러(도 2중의 부호 10 및 도 4중의 부호 44-1에 상당)의 치수 정밀도는, 원통형상 금속 기체의 양단에 금속 플랜지를 압입한 상태에서, 중심축체의 외경을 기준으로 하여 현상 롤러를 1회전시킨 때의 원통형상 금속 기체의 상측의 최대 흔들림의 크기에 의거하여, 흔들림 특성으로서 구하여진다. 구체적으로는, 정반(53)의 위에 롤러 베어링 툴(54)를 배치하고, 중심축체(52)의 외경을 롤러 베어링 툴(54)의 위에 세트하고, 현상 롤러를 1회전시키면서, 원통형상 금속 기체(51)에 있어서 축방향 3개소(측정점 L, M, R)에 대해, 다이얼 게이지(55)의 최대 흔들림을 측정한다.

(원통형상 금속 기체의 재료 선정과 치수 정밀도의 확인)

비자성 1성분 현상제를 이용한 전자사진용 화상 형성 장치에 이용하는 현상 롤러의 원통형상 금속 기체로서, 자력에 의한 반송 수단을 갖지 않기 때문에 비교적 염가이며 기계적 강성이 높은 자성 금속의 기계적 구조용 탄소강 강관에 착안하였다. 기계적 구조용 탄소강 강관은, 철에 탄소, 규소, 망간 등을 첨가한 강재로서, 가공성을 유지하면서 기계적 강성(항장력, 신율 등)을 향상시키고 있다. 원통형상 금속 기체의 표면에 형성하는 요철의 내마모성에 대해 비교적 경도가 높고 유효하다. 또한, 무전해 니켈 도금 형성에 있어서 탄소강 강관은 촉매 활성적인 금속으로서 특별한 전처리를 필요로 하지 않는 재료이다.

하기한 표 2에, JIS G 3445에서 규정하는 기계적 구조용 탄소강 강관 및 JIS H 4080에서 규정하는 알루미늄 합금 JIS 6063에 관해, 주요한 화학 성분과 기계적 성질을 나타낸다.

	화학 성분(중량%)			기계적 성질
탄소강 강관	탄소 C	규소 Si	망간 Mn	인장 강도 (N/㎟)	종방향신장(%)	편평성(H) (D:지름)
STKM11A	0.12이하	0.35이하	0.60이하	290이상	35이상	1/2D
STKM12A	0.20이하	0.35이하	0.60이하	340이상	35이상	2/3D
STKM13A	0.25이하	0.35이하	0.30~0.90	370이상	30이상	2/3D
STKM14A	0.30이하	0.35이하	0.30~1.00	410이상	25이상	3/4D
STKM15A	0.25~0.35	0.35이하	0.30~1.00	470이상	22이상	3/4D
STKM16A	0.35~0.45	0.40이하	0.40~1.00	510이상	20이상	7/8D
STKM17A	0.45~0.55	0.40이하	0.40~1.00	550이상	20이상	7/8D
STKM18A	0.18이하	0.55이하	1.50이하	440이상	25이상	7/8D
STKM19A	0.25이하	0.55이하	1.50이하	490이상	23이상	7/8D
STKM20A	0.25이하	0.55이하	1.60이하	540이상	23이상	7/8D
알루미늄 합금* JIS 6063		0.02~0.6	0.10이하	120이상	12이상

*)알루미늄 합금의 화학 성분에는, 표에 나타낸 외에, 철, 구리, 마그네슘, 크롬, 아연 등이 함유된다.

상기한 표 2에 나타낸 바와 같이, 탄소강 강관은, 주요한 화학 성분인 탄소(C)가 0.55중량% 이하, 규소(Si)가 0.55중량% 이하, 망간(Mn)이 1.6중량% 이하의 범위이고 10종류로 분류되어 있다.

우선, 원통형상 금속 기체의 재료로서, 상기 표 2에 나타낸 탄소강 강관중에서 비교적 기계적 강성이 높은 STKM16A를 선정하고, 전봉관을 입수하였다. 이 전봉관에 형상 정밀도(진직도)를 내기 위해 연마 가공을 행하고, 현상 롤러의 제작을 행하였다. 종래의 알루미늄 합금제와 탄소강 강관제에서 상기 치수 정밀도를 얻을 수 있는지 비교 확인한 결과, 원통형상 금속 기체가 알루미늄 합금제의 경우, 기계적 강성이 낮기 때문에 두께 약 4.0 내지 5.0㎜의 소관이 필요해지지만, 탄소강 강관제의 경우에는, 기계적 강성이 높기 때문에 두께 약 1,0 내지 2.5㎜의 박육 소관으로 달성할 수 있는 것을 확인하였다.

(표면 요철의 형성)

현상 롤러의 표면상에 요철을 형성하는 조면화 처리는, 비자성 1성분 현상제의 마찰 대전량을 확보하기 위한 중요한 제조 공정이 된다. 조면화 처리 방법으로서는, 블라스트 처리가 이용된다. 블라스트 처리에는, 건식과 습식이 있지만, 여기서는, 건식의 블라스트 처리인 연마 입자를 사용한 샌드 블라스트 처리로 하였다. 그리고, 여러가지의 연마 입자, 조면화 처리 조건의 조합으로의 요철 형성과 실기(實機)에서의 마찰 대전 성능(화상 품질)과의 상관을 확인하면서, 소요되는 표면 조도(Rz)를 결정하였다. 샌드 블라스트 처리의 제조 인자는, 탄소강 강관의 소재에 적합한 연마 입자의 선정으로부터 시작하여, 연마 입자를 분사하는 노즐의 지름과 분사 압력, 노즐-워크 사이 거리, 워크 회전수, 가공시 사이 등이 있고, 이러한 조건 설정을 행하였다. 연마 입자의 선정에 있어서, 알루미늄 합금에서는 알루미나 또는 유리 비즈 등이 채용되고 있지만, 종래의 연마 입자로는 소요되는 요철 형성을 할 수 없었다. 탄소강 강관에서는 비교적 경도가 높기 때문에 경도가 높은 연마 입자가 요구되고, 토너를 마찰 대전시키기 위해 필요한 소요되는 요철 형상을 형성하는 점에서는 경도가 높은 연마 입자와 낮은 연마 입자의 블렌드가 가장 적합하였다. 또한, 표면에 분사한 연마 입자의 압력에 의한 내부 응력의 해방에 의해, 알루미늄 합금의 박육 소관에서는 가공 후 치수 정밀도의 저하가 일어나지만, 탄소강 강관의 박육 소관으로는 조면화 처리 전후에서의 변화에 문제가 없는 것을 확인하였다.

(경질 도금층의 형성)

현상 롤러의 원통형상 금속 기체 표면에 형성한 요철의 내마모성(마찰 대전 성능의 유지) 및 내식성을 위해, 경질 도금 처리 조건을 설정하였다. 경질 도금은, 무전해 Ni-P 도금층을 형성하는 것으로 하였지만, 무전해 Ni-B 도금, 무전해 Cr 도금 등의 다른 경질 도금이 적용 가능하다. 무전해 도금은 금속염을 포함하는 수용액으로부터 금속 이온을 환원하여 소지 표면에 석출시킴에 의해 성막한 방법으로서, 성막하는 소재에 의해 환원제를 사용하는 자기 촉매 도금과 용액중의 금속 이온과 소지 금속간의 치환 반응을 이용하는 치환 도금으로 대별된다. 알루미늄 합금은 산화 환원 전위가 비(卑)인 재료로서, 직접 니켈이 석출되기 어렵고, 밀착성에 문제가 있기 때문에, 그 대책으로서 도금층을 형성하기 전에 징케이트 처리(아연 합금 피막 생성)를 시행하여 상기 치환 도금을 시행하고 있다. 또한, 철 합금중에서도 크롬이나 니켈을 첨가한 고내식성의 금속은 표면에 강고한 부동태 피막이 형성되어 있고 활성화 하여도 즉시 부동태 피막이 형성되기 때문에, 활성화 후 신속하게 전해석출에 의한 니켈 스트라이크 도금을 시행하고 나서 무전해 니켈 도금을 할 필요가 있다. 따라서, 공정 관리가 복잡하게 되고 안정된 피막 형성이 어렵기 때문에, 특별한 전처리를 필요로 하지 않는 재료의 선정을 행하였다. 탄소강 강관은 촉매 활성의 금속으로서 특별한 전처리를 필요로 하지 않고, 비교적 도금하기 쉬운 재료이다.

무전해 Ni-P 도금의 성막 조건은, 도금액의 인(燐) 농도와 환원제 외에 완충제, 착화제, 안정제 등의 첨가제의 결정과, 막질(膜質), 성막 속도를 결정하는 도금욕액의 pH와 온도의 관리가 중요하다. 도금액의 인 농도에 관해서는, 인 함량이 8 내지 10중량% 이상에서는 비정질 피막으로 되고, 내부 응력이 낮은 치밀한 막질로 되고 경도가 증가하고, 기계적 성질과 내마모성이 향상된다. 또한, 무전해 니켈 도금은 내식성이 높은 도금막으로 되어 있지만, 소재의 조성, 표면 상태, 평활성, 도금욕 조성, 피막 두께 등에 의해 내식성이 크게 변한다. 소재의 조성에 관해서는, 탄소강 강관으로 함에 의해 비교적 안정된 도금층 형성을 실현하였다. 도금층을 형성한 현상 롤러는, 표면에 오염(얼룩)이 부착하기 쉽고, 또한, 장기 방치된 도금막 표면은 산화되어 변색이 생기는 경우가 있다. 게다가 이와 같은 오염이나 변색은 화상 품질에 영향을 미친다는 문제가 있다. 또한, 표면 상태와 피막 두께에 관해, 블라스트에 의한 조면화 처리로 형성된 요철을 충실하게 재현하기 위해 도금 막두께를 얇게 하면, 녹이 발생하는 경우가 있다. 이 녹방지 대책으로서, 무전해 Ni-P 도금층 형성 후, 크롬산을 주성분으로 하는 혼산에 침지하여 크로메이트 처리를 행하고 있다. 크로메이트 처리는, 내식성 향상과 녹의 발생을 막고, 오염을 붙기 어렵게 하는 효과가 있다.

(양산성의 확인)

상기 (원통형상 금속 기체의 재료 선정과 치수 정밀도 확인)에서, 탄소강 강관의 STKM16A를 선정하고 소요되는 치수 정밀도를 얻을 수 있음을 확인하였다. 계속해서, (표면 요철의 형성), (경질 도금층의 형성) 등에서 양산성을 확인하는 중에, 표면 요철 형성의 샌드 블라스트 처리에 의해 표면 조도(10점 평균 조도(Rz))의 편차가 커져 안정되지 않는 것을 알 수 있었고, 또한, 기체 표면에 무전해 Ni-P 도금층을 형성하여 화상 생성을 행한 바, 백지 카피 위에 흑점의 화상 장애로 되는 것이 나왔다. 이 화상 장애 개소에 대응하는 현상 롤러의 표면을 현미경 관찰한 결과, 미소한 스크래치가 있고, 토너가 고착되어 있는 것이 확인되었다. STKM16A는 화학 성분인 탄소, 규소 및 망간의 첨가량이 비교적 많기 때문에 기계적 강성에 대해서는 향상하여 치수 정밀도를 만족하고 있지만, 재질이 너무 단단하여 샌드 블라스트 처리에서의 표면 가공성이 저하되고 있는 것으로 고려되어, 새롭게 화학 성분 첨가량이 최적인 재료 선정이 필요하게 되었다.

(실험예9)

외경 φ18㎜, 길이 350㎜, 내경 φ16.00㎜의 전봉관으로 이루어지는 기계적 구조용 탄소강 강관 STKM16A(이즈미강관주식회사제)를 사용하여, 양단부에 수전부(φ16.12㎜, 길이 10㎜)를 형성하여, 원통형상 금속 기체를 제작하였다.

금속 플랜지로서는 쾌삭강(SUM24)의 환봉을 사용하고, 절삭 가공에 의해 대경부(외경 φ16.17㎜, 길이 8㎜) 및 소경부(외경 φ10.00㎜, 길이 25㎜)를 각각 가공 형성한 것(금속 플랜지(A))과, 소경부의 길이를 42㎜로 한 이외는 금속 플랜지(A)와 마찬가지로 가공한 것(금속 플랜지(B))을 제작하였다.

다음에, 상기 금속 플랜지(A)와 금속 플랜지(B)의 대경부 외표면에, 실험예4와 같은 선조 조건으로 절삭 가공에 의한 원주 방향의 홈으로 이루어지는 요철을 형성하고, 이 요철 부분에 혐기성 접착제(상품명 록타이트638에 헹켈 재팬사제)를 도포하고, 뒤이어, 이 양 금속 플랜지의 대경부와 상기 각 원통형상 금속 기체의 양단의 수전부가 감합하도록, 양 금속 플랜지를 원통형상 금속 기체에 압입하였다.

다음에, 각 원통형상 금속 기체의 외주 표면에, 표면 조도(Rz)의 평균치가 7㎛으로 되도록 샌드 블라스트 처리를 행하여 요철을 형성하고, 세정 처리 후, 무전해 Ni-P 도금층을 막두께 3.0㎛으로 형성하고, 그 후 크로메이트 처리를 행하고, 현상 롤러를 제작하였다.

(실험예10)

원통형상 금속 기체로서, 외경 φ18㎜, 길이 350㎜, 내경 φ16.00㎜의 알루미늄 합금 JIS 6063재의 이음매가 없는 관을 이용하고, 무전해 Ni-P 도금층을 형성하기 전에 아연 합금 피막 생성 처리를 행하고, 크로메이트 처리를 행하지 않는 것 이외는 실험예9와 같이 하여 현상 롤러를 제작하였다.

(평가)

이하의 항목에 관해, 각 실험예의 현상 롤러의 평가를 행하였다.

(1) 치수 정밀도(흔들림 특성)의 평가

상기 표 2에 나타낸 주요 화학 성분의 첨가량에 의해, 기계적 강성(인장강도, 신장율)을 향상시키고, 소정의 치수 정밀도를 만족하고 있는지를 확인하는 것을 목적으로 하고, 각 실험예의 현상 롤러의 치수 정밀도를, 도 5에 도시한 바와 같이 하여 측정하였다. 구체적으로는, 전술한 바와 같이, 원통형상 금속 기체에 금속 플랜지를 압입한 상태에서, 중심축체의 외경을 기준으로 하여(롤러 베어링 툴상에 세트), 현상 롤러를 1회전시킨 때의 원통형상 금속 기체의 상측에 설치한 다이얼 게이지에 의한 흔들림 측정을 축방향 3개소(측정점 L, M, R)에서 행하고, 3개소의 평균치를 개개의 측정치로 하였다. 결과는, 각 실험예에 관해, n=20개의 최소치 내지 최대치의 값으로 나타낸다.

(2) 표면 가공성의 평가

요철 형성을 위한 샌드 블라스트 처리에서의 표면 가공성을 확인하는 것을 목적으로 하고, 각 실험예의 샌드 블라스트 처리 후의 원통형상 금속 기체의 표면 조도를 JIS B 0601-1994에 따라 10점 평균 조도(Rz)로 측정하고, 각 실험예에 관해, n=20개의 Rz의 편차를 최대치와 최소치의 차로 나타냈다. 10점 평균 조도(Rz)의 측정은 커트오프 0,8㎜, 측정 거리 4㎜, 스캔 스피드 0.5㎜/초로 행하였다.

(3) 내식성의 평가

각 실험예의 현상 롤러를, 35℃, 염수분무에 의한 5%NaCl 공기중 포화증기중에 24시간 방치하여, 각 실험예n=20개의 녹 발생의 유무를 확인하였다.

(4) 화상 평가

내식성 평가 후의 각 실험예의 현상 롤러를 비자성 1성분 비접촉 현상 방식의 컬러 전자사진 장치에 조립하고, 각종 패턴 화상을 보통지에 인자하고, 인자화상 품질을 확인하였다. 또한, 인자화상 장애 발생 개소에 대응하는 현상 롤러 표면의 현미경 관찰을 행하였다.

하기한 표 3에, 실험예9, 10의 현상 롤러에 있어서의 샌드 블라스트 처리 전후의 치수 정밀도를 비교한 평가 결과를 나타낸다.

	원통 형상 금속 기체	(1) 흔들림 특성
		샌드 블라스트 처리전	샌드 블라스트 처리후
실험예9	탄소강 강관(STKM16A)	10~15	11~16
실험예10	알루미늄합금(JIS 6063)	22~29	27~35

평가 결과로부터, 알루미늄 합금보다 탄소강 강관의 쪽이 치수 정밀도가 좋고, 조면화 처리 후의 변화도 적은 것을 알 수 있다.

(실험예11 내지 14)

원통형상 금속 기체로서, 외경 φ18㎜, 길이 350㎜, 내경 φ16.00㎜의 전봉관으로 이루어지는 기계적 구조용 탄소강 강관 STKM11A(실험예11), STKM13A(실험예12), STKM14A(실험예13), STKM19A(실험예14)(이즈미강관 주식회사제)를 각각 사용한 이외는, 실험예9와 같이 하여 현상 롤러를 제작하였다.

하기한 표 4에, 실험예9 및 실험예11 내지 14의 현상 롤러의 치수 정밀도(흔들림 특성), 표면 가공성, 내식성 및 화상 평가의 각 평가 결과를 나타낸다.

	원통 형상 금속 기체 (탄소강 강관)	(1) 흔들림 특성 [㎛]	(2) 표면 조도(Rz)의 편차 [㎛]	(3) 내식성	(4) 화상성
실험예9	STKM16A	11~16	1.8	4/20개 녹 확인	흑점, 농도 얼룩
실험예11	STKM11A	12~18	1.0	녹 발생 없음	양호
실험예12	STKM13A	12~18	0.9	녹 발생 없음	양호
실험예13	STKM14A	12~17	0.8	녹 발생 없음	양호
실험예14	STKM19A	11~18	1.3	녹 발생 없음	농도 얼룩

평가 결과는, 실험예9, 실험예11 내지 14에 관해서는, 모두 치수 정밀도(흔들림 특성)에 유의한 차가 보여지지 않았다. 또한, 실험예9 내지 14에서, 요철 형성의 조면화 처리로 표면 조도(Rz)의 편차가 커지고, 화상 장애로서 흑점, 농도 얼룩이 확인되었다. 또한, 실험예9에서는, 화상 장애 발생 개소에 대응하는 현상 롤러 표면의 현미경 관찰에서 스크래치의 발생이 보여지고, 내식성 평가 시험에 의해 발생하였다고 생각되는 녹이 확인되었다. 따라서, 실험예11 내지 13의 현상 롤러가, 치수 정밀도, 표면 가공성 및 내식성의 어느 것이나 만족하고, 화상 장애가 없고 알맞다.

하기한 표 5에, 실험예9 및 실험예11 내지 14에서 사용한 탄소강 강관의 형광X선 분석에 의한 화학 성분의 분석치를 나타낸다.

	화학 성분(wt%)
	탄소(C)	규소(Si)	망간(Mn)	인(P)	유황(S)
실험예9 (STKM16A)	0.42	0.35	0.88	0.019	0.006
실험예11 (STKM11A)	0.06	0.15	0.34	0.019	0.004
실험예12 (STKM13A)	0.15	0.23	0.56	0.018	0.005
실험예13 (STKM14A)	0.25	0.30	0.85	0.020	0.004
실험예14 (STKM19A)	0.20	0.44	1.30	0.017	0.005

상기 결과로부터, 이하와 같은 것을 알 수 있다.

1) 실험예9 및 실험예11 내지 14는, 치수 정밀도(흔들림 정밀도)가 거의 동등하다. 이것으로부터, 금회 실험을 행한 화학 성분의 범위 내에서는, 탄소강 강관은, 첨가되는 화학 성분의 량에 의하지 않고, 현상 롤러의 원통형상 금속 기체로서 충분한 기계적 강성을 갖고 있다고 고려된다. 따라서, 탄소강 강관은, 현상 롤러의 원통형상 금속 기체로서 알맞다.

2) 실험예9는, 녹이 발생하고 있고, 내식성에 떨어진다. 이것으로, 탄소의 첨가량이 내식성에 관계되어 있다고 생각된다. 실험예11 내지 실험예13은, 내식성이 양호하기 때문에, 탄소의 첨가량은 0.25중량% 이하가 보다 알맞다. 탄소의 첨가량이 많으면, 너무 단단하고, 샌드 블라스트 처리에서의 표면 가공성에 떨어지고, 그 때문에, 스크래치가 발생하고, 그 부분이 도금에 의한 피복이 충분하게 되지 않아 녹이 발생한다고 추측된다. 그리고, 화상 평가에서는, 녹 발생 부분에 토너가 고착되어, 흑점이 발생하였다고 추측된다.

3) 실험예14는, 탄소의 첨가량이 0.25중량% 이하임에도 불구하고, 표면 조도의 편차가 크고, 샌드 블라스트 처리에서의 표면 가공성이 떨어진다. 이것으로부터, 규소 및 망간의 첨가량이, 샌드 블라스트 처리에서의 표면 가공성에 관계되어 있다고 생각된다. 실험예11 내지 실험예13은, 표면 조도의 편차가 작기 때문에, 규소의 첨가량은 0.30중량% 이하가 보다 알맞고, 망간의 첨가량은, 0.85중량% 이하가 보다 알맞다. 그리고, 화상 평가에서는, 표면 조도의 편차가, 농도 얼룩의 원인으로 되었다고 추측된다.

4) 또한, 인, 유황의 약간의 첨가는, 가공성을 향상시키고 있다고 생각된다.

강관의 제조 방법으로서는, 이음매 없는 관 또는 이음매 있는 관(용접관)의 어느 것이라도 사용할 수 있지만, 이음매 없는 관 두께 불균일성이 크고, 축심을 내는 가공이 필요하게 되어 두꺼운 소관이 필요해지는 것, 형상 정밀도(진직도, 동축도)를 내기 위해 많은 가공 공정이 필요해지는 것 등 때문에 고비용으로 된다. 고치수 정밀도의 현상 롤러를 제조하기 위해서는, 균일한 두께의 강판을 둥글게 하여 양단부를 고주파 용접 등에 의해 접합한 전봉관(용접관)이 유효하다. 이러한 전봉관은, 두께 불균일성이 적고 형상 정밀도가 높기 때문에 소관으로서의 재료 비용을 저감할 수 있고, 또한, 박육관으로도 치수 정밀도를 내기 쉽기 때문에 현상 롤러로서 치수 정밀도를 내기 위한 가공 비용의 저감도 가능해진다. 또한, 전봉관을, 상기한 화학 성분의 적정한 탄소강 강관으로 제조함에 의해, 가공 뒤틀림(잔류 응력의 되돌아오는 영향)이 적고, 보다 높은 치수 정밀도의 현상 롤러를 실현할 수 있었다.

상기 치수 정밀도를 만족하는데는, 원통형상 금속 기체가, 절삭 또는 연마되고, 두께가 0.75 내지 2.0㎜이고, 진직도가 15㎛ 이하의 탄소강 강관인 것이 바람직하다.

원통형상 금속 기체의 탄소강 강관으로서의 두께는 0.75 내지 2㎜의 범위이고, 현상 롤러로서 적용하는 경우, 0.75㎜보다 얇으면 기계적 강성이 저하되어 치수 정밀도를 얻을 수 없게 된다. 한편, 두께가 2㎜보다 두꺼우면 기계적 강성은 만족하지만, 중량 및 재료 비용 등의 관점에서, 두께 2㎜을 상한으로 하였다. 또한, 치수 정밀도를 만족하는데는, 진직도 15㎛ 이하가 필요해진다.

Claims (24)

1. 원통형상 금속 기체(基體)와, 해당 원통형상 금속 기체의 개구 단부에 압입 감합된 금속 플랜지를 구비한 현상 롤러에 있어서,

   해당 금속 플랜지가, 상기 원통형상 금속 기체의 개구 단부 내면과 감합하는 대경부, 및 해당 원통형상 금속 기체와 동축의 중심축체가 되는 소경부를 가지며, 압입 감합되기 전의 해당 대경부의 감합부 표면이, 절삭 가공에 의해 형성된 원주 방향의 홈에 의한 최대 표면 조도(粗度)(Ry)가 25㎛ 내지 70㎛의 요철 형상을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 전자사진용 현상 롤러.
2. 원통형상 금속 기체와, 해당 원통형상 금속 기체의 개구 단부에 압입 감합된 금속 플랜지를 구비한 현상 롤러에 있어서,

   해당 금속 플랜지가, 상기 원통형상 금속 기체의 개구 단부 내면과 감합하는 대경부, 및 해당 원통형상 금속 기체와 동축의 중심축체가 되는 소경부를 가지며, 압입 감합되기 전의 상기 원통형상 금속 기체의 개구 단부 내면의 감합부 표면이, 절삭 가공에 의해 형성된 원주 방향의 홈에 의한 최대 표면 조도(Ry)가 25㎛ 내지 70㎛의 요철 형상을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 전자사진용 현상 롤러.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 감합부에 접착제가 사용되고 있는 것을 특징으로 하는 전자사진용 현상 롤러.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 접착제가 혐기성 접착제인 것을 특징으로 하는 전자사진용 현상 롤러.
5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 원통형상 금속 기체의 개구 단부 내면에 수전부(水栓部; faucet section)가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 전자사진용 현상 롤러.
6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 원통형상 금속 기체의 두께가 0.75㎜ 내지 2㎜이고, 또한, 압입 감합시의 조이는 값이 10㎛ 내지 60㎛인 것을 특징으로 하는 전자사진용 현상 롤러.
7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 원통형상 금속 기체 및 금속 플랜지가, 강 또는 알루미늄계 합금을 주요 재료로 하는 것을 특징으로 하는 전자사진용 현상 롤러.
8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 원통형상 금속 기체가, 탄소를 0.25중량% 이하, 규소를 0.30중량% 이하 및 망간을 0.85중량% 이하로 각각 함유하는 탄소강 강관으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자사진용 현상 롤러.
9. 적어도 원통형상 금속 기체를 구비하고, 감광체에 접촉 또는 근접하여 해당 감광체 표면상에 현상제를 공급하고, 해당 감광체상에 형성된 정전잠상을 현상하는 현상 롤러에 있어서,

   상기 원통형상 금속 기체가, 탄소를 0.25중량% 이하, 규소를 0.30중량% 이하 및 망간을 0.85중량% 이하로 각각 함유하는 탄소강 강관으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자사진용 현상 롤러.
10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

    상기 원통형상 금속 기체가, STKM11A 탄소강 강관(JIS G 3445)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자사진용 현상 롤러.
11. 적어도 원통형상 금속 기체를 구비하고, 감광체에 접촉 또는 근접하여 해당 감광체 표면상에 현상제를 공급하고, 해당 감광체상에 형성된 정전잠상을 현상하는 현상 롤러에 있어서, 상기 원통형상 금속 기체가, STKM11A 탄소강 강관(JIS G 3445)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자사진용 현상 롤러.
12. 제 1항, 제 2항, 제 9항, 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 원통형상 금속 기체가, 전봉관인 것을 특징으로 하는 전자사진용 현상 롤러.
13. 제 1항, 제 2항, 제 9항, 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 원통형상 금속 기체가, 절삭 가공 또는 연마 가공이 시행되어 있는 것을 특징으로 하는 전자사진용 현상 롤러.
14. 제 1항, 제 2항, 제 9항, 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 원통형상 금속 기체의 외표면에 블라스트 처리가 시행되어 있는 것을 특징으로 하는 전자사진용 현상 롤러.
15. 제 1항, 제 2항, 제 9항, 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 원통형상 금속 기체의 외표면에 금속 도금이 시행되어 있는 것을 특징으로 하는 전자사진용 현상 롤러.
16. 제 14항에 있어서,

    상기 블라스트 처리가 시행된 원통형상 금속 기체의 외표면에, 또한, 금속 도금이 시행되어 있는 것을 특징으로 하는 전자사진용 현상 롤러.
17. 제 15항에 있어서,

    상기 금속 도금이, 무전해 니켈 도금인 것을 특징으로 하는 전자사진용 현상 롤러.
18. 제 15항에 있어서,

    상기 금속 도금이 시행된 원통형상 금속 기체의 외표면에, 또한, 크로메이트 처리가 시행되어 있는 것을 특징으로 하는 전자사진용 현상 롤러.
19. 제 15항에 있어서,

    상기 금속 도금이, 미리 아연 합금 피막 생성 처리를 행하는 일 없이 시행되어 있는 것을 특징으로 하는 전자사진용 현상 롤러.
20. 제 1항, 제 2항, 제 9항, 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 원통형상 금속 기체의 진직도(眞直度; straightness)가 15㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 전자사진용 현상 롤러.
21. 제 1항, 제 2항, 제 9항, 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 원통형상 금속 기체가 흔들림 정밀도가 20㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 전자사진용 현상 롤러.
22. 제 1항, 제 2항, 제 9항, 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,

    비자성 1성분 비접촉 현상 방식의 전자사진 장치에 이용되는 것을 특징으로 하는 전자사진용 현상 롤러.
23. 제 1항, 제 2항, 제 9항, 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,

    컬러용의 전자사진 장치에 이용되는 것을 특징으로 하는 전자사진용 현상 롤러.
24. 제 1항, 제 2항, 제 9항, 제 11항 중 어느 한 항에 기재된 전자사진용 현상 롤러를 탑재하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.

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