現像ローラの製造方法、現像ローラ、現像装置、及び該現像装置を備えた画像形成装置
【課題】 表面が磨耗しにくく、かつ、表面粗さが小さく、精度よく作製できる現像ローラの製造方法を実現する。
【解決手段】 現像ローラ表面に開口部を有するマスクを形成するマスク形成工程と、前記マスク形成後、現像ローラ表面に陽極酸化処理を行う陽極酸化工程と、前記マスクを除去するマスク除去工程を含むことを特徴とする。
【解決手段】 現像ローラ表面に開口部を有するマスクを形成するマスク形成工程と、前記マスク形成後、現像ローラ表面に陽極酸化処理を行う陽極酸化工程と、前記マスクを除去するマスク除去工程を含むことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機等の画像形成装置に用いられる現像ローラ及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置においては、例えば感光体のような静電潜像担持体の表面を帯電させ、その帯電域を画像情報に応じて露光することで静電潜像を形成し、静電潜像を現像して可視化する現像方法が採用されている。
【０００３】
従来の現像装置の主要な構成としては、トナーを感光体に現像するための現像ローラと、現像ローラに対するトナーの供給と剥ぎ取りを行う供給ローラと、供給ローラから現像ローラに供給されたトナーを所定量に規制しつつ、帯電させるトナー層規制ブレード（以下ブレードと記載）から成っている。
【０００４】
層規制後のトナー層を安定化するためには、現像ローラで搬送するトナー量の安定化が不可欠である。現像ローラ表面に均一な凹凸部を設けることで、ここにトナーを均一に留まらせて搬送することが出来る。この凹凸部を形成するためには、現像ローラ表面をサンドブラスト処理する手法が一般的である。サンドブラスト処理は、砂などの研磨剤を吹き付けてその表面に凹凸を形成する加工方法である。
【０００５】
一般に、現像ローラとしては安価なアルミを主成分とした材質を用いることが多い。アルミをサンドブラスト処理したものを現像ローラに用いた場合、アルミは硬度が低いため、現像ローラ表面がトナーの外添剤等によって表面が磨耗しやすく、徐々にトナーの搬送性が悪化する現象が見られる。この磨耗を防ぐために、例えば、特許文献１には、サンドブラスト処理したアルミ製の現像ローラ表面を陽極酸化処理した現像ローラが開示されている。
【０００６】
図１３は該文献に示された現像ローラ１４０の一部を切り欠いた正面図である。現像ローラ１４０は、マグネットローラ１４１上に現像スリーブ１４２が被覆されている。現像スリーブ１４２はアルミ製であり、その表面に十点平均粗さでＲｚ＝４０μｍのサンドブラスト処理が施され、さらにその表面に膜厚３μｍの陽極酸化処理が施されている。アルミに対して陽極酸化処理を行うと、表面が硬化するため、ブレードや感光体ドラムとの小さなギャップにより摩擦力が大きくなっても、現像ローラの磨耗が少なく、トナーの保持力が長期にわたって維持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−１６６９０２号公報（平成９年６月２４日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
アルミに対して陽極酸化処理を行うと、アルミ中に酸素が入り込むために体積が増加する。このため、サンドブラスト処理した、初期のアルミの形状をそのまま保つことができず、なだらかになる。表面がなだらかになると、トナーが表面に滞留しづらくなり、搬送性が悪化する。これを解消するために、あらかじめ、初期のサンドブラストによる表面粗さを大きくしておくことになる。特許文献１に示されるように、表面粗さを十点平均粗さＲｚ＝４０μｍと大きくした上で、例えば、膜厚３μｍの陽極酸化膜を形成しても、わずか３μｍの表面粗さ変化なので表面粗さ全体には大きな影響を与えない。このため、初期のアルミ形状を保つことが出来る。
【０００９】
一方、現像ローラの表面粗さと、ブレードを通過するトナー量には相関がある。図１４は、ブレード圧が一定の場合における、現像ローラの表面粗さとブレード通過後のトナー量との関係を示している。図１４（ａ）における縦軸はトナー量、横軸は十点平均粗さＲｚ、図１４（ｂ）における縦軸はトナー量、横軸は算術平均粗さＲａを示す。図に示されるように、十点平均粗さＲｚ、算術平均粗さＲａいずれの算出方法によっても、現像ローラの表面粗さが大きいと現像ローラで搬送するトナー量が非常に多くなることがわかる。このため、現像ローラの表面粗さが大きくなると、それに合わせてブレードの押圧力も大きくしなければならない。
【００１０】
しかしながら、ブレードでの押圧力は、トナーの劣化を考慮すると、できるだけ小さく抑えることが望ましい。ブレードでの押圧力が大きいと、トナーの外添剤がはがれたり、あるいは外添剤がトナー内部に入り込んだりするため、トナー同士の吸着、硬化の原因となる。したがって、現像ローラの表面粗さをあまり大きくすることは、ブレードの押圧力が必要になり、トナー劣化の観点から望ましくない。一般に、ブレード圧が低い領域では、十点平均粗さＲｚは少なくとも５μｍ以下に抑える必要があり、特許文献１で示されている十点平均粗さＲｚ＝４０μｍでは、トナー劣化を抑制するという観点からは大きすぎるという問題がある。
【００１１】
さらに、サンドブラスト処理では現像ローラ表面に均一な凹凸を作るのが難しく、表面粗さをコントロールするのが難しいという課題もある。
【００１２】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、表面が磨耗しにくく、かつ、陽極酸化後において十点平均粗さＲｚ＝５μｍ程度の理想的な表面粗さが得られ、精度よく作製できる現像ローラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る現像ローラの製造方法は、現像ローラ表面に開口部を有するマスクを形成するマスク形成工程と、前記マスク形成後、前記現像ローラ表面に陽極酸化処理を行う陽極酸化工程と、前記マスクを除去するマスク除去工程を含む。
【００１４】
また、前記マスク除去工程の後に、前記現像ローラ表面に、陽極酸化処理を行ってもよい。また、前記マスク形成工程の前に、前記現像ローラ表面に陽極酸化処理を行ってもよい。また、前記現像ローラの製造方法は、少なくとも１回の陽極酸化処理を１０℃以下の低温で行ってもよい。
【００１５】
本発明に係る現像ローラは、表面に凸部を形成した現像ローラであって、前記凸部は、陽極酸化膜で形成されている。また、前記凸部は、前記現像ローラ表面に千鳥状に配置されてもよい。
【００１６】
また、前記現像ローラ表面が陽極酸化膜で覆われていてもよい。また、前記凸部の間隔がトナーの平均粒径よりも小さい構成としてもよい。また、前記現像ローラは、アルミを主成分としてもよい。
【００１７】
本発明に係る現像装置は、上記のいずれかに記載の現像ローラを備える。
【００１８】
本発明に係る画像形成装置は、上記の現像装置を備える。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、表面が磨耗しにくく、かつ、表面粗さが小さく、精度の高い現像ローラを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態に係る画像形成装置の構成を示す概略図である。
【図２】現像装置の構成を示す概略図である。
【図３】実施形態１に係る現像ローラ２の断面図である。
【図４】実施形態１に係る陽極酸化膜の作成工程を示す概略図である
【図５】現像ローラの表面に形成されたマスクパターンの一例である。
【図６】陽極酸化膜厚と液温の関係について示した図である。
【図７】陽極酸化膜厚と液温の関係の計算方法を説明する図である。
【図８】陽極酸化膜厚と液温の関係の計算結果を示す図である。
【図９】現像ローラの表面に形成されたマスクパターンの一例である。
【図１０】実施形態２の現像ローラの断面図を示す。
【図１１】実施形態２に係る陽極酸化膜の作成工程を示す概略図である。
【図１２】実施形態３に係る陽極酸化膜の作成工程を示す概略図である。
【図１３】従来の現像ローラの概略図である。
【図１４】現像ローラの表面粗さとブレード通過後のトナー量との関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について図１〜図１２を用いて以下に説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
【００２２】
図１は、本発明の実施形態である画像形成装置１００の構成を示す概略図である。なお、図１は、画像形成装置１００の主な構成要素を中心に簡略化して記載された一例である。画像形成装置１００は、静電潜像担持体となる感光体５１を複数備えるタンデム方式のカラー画像形成装置である。本実施形態に示す画像形成装置１００は、イエロー画像用、マゼンタ画像用、シアン画像用、および黒色画像用の４つの感光体を備え、ネットワークを介して接続されたＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等の各種端末装置から送信される画像データや、スキャナ等の原稿読み取り装置によって読み取られた画像データに基づいて、被転写材となる用紙Ｐに対して、カラー画像またはモノクロ画像を形成するプリンタ機能を有するものである。
【００２３】
画像形成装置１００は、図１に示すように、用紙Ｐにトナー画像を形成する機能を有する画像形成ステーション部５０（５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂ）、当該画像形成ステーション部５０で用紙Ｐに形成されたトナー像を定着させる機能を有する定着装置４０、用紙Ｐを載置する供給トレイ６０から画像形成ステーション部５０および定着装置４０へと用紙Ｐを搬送する機能を有する搬送部３０を備えている。
【００２４】
画像形成ステーション部５０は、４つの画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂから構成されている。具体的には、供給トレイ６０と定着装置４０との間において、供給トレイ６０側から、イエロー画像形成ステーション５０Ｙ、マゼンタ画像形成ステーション５０Ｍ、シアン画像形成ステーション５０Ｃ、および黒色画像形成ステーション５０Ｂがこの順に配置されている。これら各色の画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂは、それぞれ、使用するトナーの種類以外は、実質的に同一の構成を有しており、各色に対応する画像データに基づいて、イエロー、マゼンタ、シアン、および黒色のトナー画像を形成して、最終的に記録媒体となる用紙Ｐ上に転写するものである。
【００２５】
次に、図１における各画像形成ステーションの構成部品について、イエロー画像用の画像形成ステーション５０Ｙを代表として説明する。画像形成ステーション５０Ｙは、静電潜像が形成される潜像担持体となる感光体５１を備え、これらの感光体５１の周囲には、周方向に帯電装置５２、露光装置５３、現像装置１、転写ローラ５４、およびクリーニング装置５５がそれぞれ配置されている。
【００２６】
感光体５１は、ＯＰＣ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｐｈｏｔｏｃｏｎｄｕｃｔｏｒ；有機光導電体）等の感光性材料を表面に有する略円筒のドラム形状を呈し、露光装置５３の下方に配設され、駆動手段と制御手段によって、所定方向（図中矢印Ｆ方向）に回転駆動されるように制御されている。
【００２７】
帯電装置５２は、感光体５１の表面を所定の電位に均一に帯電するための帯電手段であって、感光体５１の上方でその外周面に近接して配置されている。本実施の形態では、接触型のローラ方式の帯電ローラが使用されているが、チャージャー型やブラシ方式、イオン放出帯電方式等の帯電装置を用いてもよい。
【００２８】
露光装置５３は、画像処理部から出力された画像データに基づいて、帯電装置５２にて帯電された感光体５１の表面に、レーザ光を照射して露光することにより、当該表面に画像データに応じた静電潜像を書き込む機能を有する。露光装置５３は、各画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂに応じて、イエロー、マゼンタ、シアン、または黒色にそれぞれ対応する画像データが入力されることにより、対応する色に応じた静電潜像をそれぞれ形成する。露光装置５３としては、レーザ照射部および反射ミラーを備えたレーザスキャニングユニットや、例えば書き込みヘッドのような、ＥＬやＬＥＤ等の発光素子をアレイ状に並べた書込み装置を使用することができる。
【００２９】
現像装置１は、現像ローラ、供給ローラ及びブレードから成っている。詳細は後述するが、この現像装置１は、本実施の形態では、現像剤としてトナーを使用する、いわゆる一成分現像装置であり、露光装置５３によって感光体５１表面に形成された静電潜像を現像してトナー画像（可視像）を形成する。
【００３０】
転写ローラ５４は、感光体５１上に形成されたトナー像を搬送ベルト３３にて搬送される用紙Ｐ表面に転写するものであり、トナーの帯電極性とは、逆極性、すなわち本実施形態では、正（プラス）極性のバイアス電圧が印加される。
【００３１】
クリーニング装置５５は、用紙Ｐへのトナー画像転写後に、感光体５１の外周面上に残存しているトナーを除去および回収する。本実施形態では、感光体５１を挟んで現像装置１と略対向する位置で、かつ感光体５１の側方に配置されている。
【００３２】
搬送部３０は、駆動ローラ３１、従動ローラ３２、および搬送ベルト３３を備え、各画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂにおいて、各色のトナー像が転写される用紙Ｐを搬送する。搬送部３０は、無端状の搬送ベルト３３が駆動ローラ３１と従動ローラ３２との間に張架された構成となっており、供給トレイ６０から給紙された用紙Ｐを各画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂへと順に搬送する。
【００３３】
定着装置４０は、加熱ローラ４１および加圧ローラ４２を備え、これらが当接する定着ニップ部に用紙Ｐを搬送することで、用紙Ｐ上に転写されたトナー像を熱圧着して用紙Ｐに定着させる。
【００３４】
このように構成された画像形成装置１００では、搬送部３０によって搬送される用紙Ｐは、各画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂの感光体５１との対向位置を通過する際に、それら対向位置において、搬送ベルト３３を介して下方に配置された転写ローラ５４による転写電界の作用にて、各感光体５１上のトナー像が順次用紙Ｐ上に転写される。これによって、各色のトナー像が用紙Ｐ上に重なり合うように転写され、用紙Ｐ上に所望のフルカラートナー像が形成される。こうしてトナー像が転写された用紙Ｐは、定着装置４０によってトナー像の定着処理が行われた後に、排紙トレイに送出される。
【００３５】
なお、本実施形態の画像形成ステーション部５０では、イエロー、マゼンタ、シアン、および黒色の４色の画像を形成する構成であるが、特にこれら４色に限定せず、例えばシアンおよびマゼンタと同一の色相で濃度がより低いライトシアン（ＬＣ）およびライトマゼンタ（Ｌｍ）を加えた６色のトナー画像を形成する構成であっても良い。
【００３６】
図２は、図１に示す画像形成ステーション部５０が備える現像装置１の構成を示す概略図である。現像装置１は、トナーを感光体５１に現像するための現像ローラ２と、現像ローラ２に対するトナーの供給と剥ぎ取りを行う供給ローラ３と、供給ローラ３から現像ローラ２に供給されたトナーを所定量に規制しつつ帯電量を付加するブレード４から成っている。
【００３７】
現像ローラ２は、感光体５１と近接し、トナーが感光体５１へと移動する現像領域へと現像剤を搬送するように構成される。また、現像ローラ２は感光体５１との現像ギャップを保持しており、現像ギャップはギャップ保持部材（図示せず）で１５０〜５００μｍに調整されている。現像ローラ２には表面の一部に陽極酸化膜が形成されている。現像ローラ２の表面処理については後に詳述する。
【００３８】
また、現像ローラ２には、ＤＣ電圧またはＤＣ電圧に重畳したＡＣ電圧が印加されている。現像ローラ２とブレード４は同じバイアス電圧を印加することが多い。なお、供給ローラ３には現像ローラ２と同じバイアス電圧を印加する場合と、供給ローラ３から現像ローラ２にトナーが移行しやすいように５０Ｖから２００Ｖ程度の直流電位差を設ける場合がある。
【００３９】
供給ローラ３は、現像ローラ２とニップ部で接触している。供給ローラ３はウレタンゴム等で構成され、現像ローラ２とのニップ部の食い込み量は０．２〜１．０ｍｍである。感光体５１の回転方向に対して、現像ローラ２と供給ローラ３は回転方向が逆に設定されている。図示していないが、トナーを撹拌し、供給ローラ２までトナーを搬送するトナー撹拌ローラがある。
【００４０】
ブレード４は、金属製のプレート４ａの先端部にウレタン等のゴム部材４ｂが取り付けられた構成になっている。プレート４ａはリン青銅製で厚さ０．１〜０．２ｍｍ、先端部のゴム部材４ｂは厚さ１〜２ｍｍ程度の弾性ゴムから成っている。
【００４１】
トナーは、平均体積粒径６〜９μｍのポリエステルトナーであって、外添材として、シリカが３．０ｗｔ％、酸化チタンが０．５〜２．０ｗｔ％がそれぞれ添加されている。供給ローラ３に搬送されたトナーは、ニップ部で現像ローラと摺擦、帯電され、現像ローラへくみ上げられトナー層が形成される。次にトナーはブレード４のゴム層を通過する際に、ブレード４からの圧力で層規制されると同時に再度帯電される。ブレード４を通過したトナーは、現像ローラ２に印加された電圧と感光体５１上の潜像電位に応じて感光体５１に現像が行われ、潜像が可視化される。
【００４２】
現像装置１には、各画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂの画像形成に応じて、イエロー、マゼンタ、シアン、または黒色の現像剤が収容されている。これらの現像剤は、帯電された感光体５１の表面電位と同極性に帯電されたトナーを含んでいる。なお、感光体５１の表面電位の極性および使用するトナーの帯電極性は、正負を問わないが、本実施形態では負（マイナス）とした。
【００４３】
＜実施形態１＞
図３は、本実施形態における現像ローラ２の概略断面図である。現像ローラ２の表面の少なくとも一部には陽極酸化膜２１が形成されている。陽極酸化処理を行うと、金属部に酸素が入り込むため、陽極酸化された部分は体積が増加する。このため、陽極酸化された部分と陽極酸化されていない部分で凹凸が形成される。以下、陽極酸化膜２１の形成方法について説明する。
【００４４】
図４は、実施形態１に係る陽極酸化膜の作製工程を示す概略図である。まず、図４（ａ）に示すように、アルミ製の現像ローラ２の表面に、レジストを塗布し、厚み１〜２μｍ程度のマスク２２を形成する。なお、現像ローラ２の内部は、中空になっていてもよい。現像ローラ２の材質としては一般に安価なアルミニウムが用いられる。本実施形態でも、現像ローラ２にアルミを用いているが、陽極酸化膜を形成可能であって、その膜が硬化し、磨耗しにくくなる材料であればどのようなものでも構わない。
【００４５】
次に、図４（ｂ）に示すように、陽極酸化処理を行う。陽極酸化処理は、処理浴として希硫酸やシュウ酸などを用い、現像ローラ２のアルミニウム材を陽極として電気分解することにより行う。この処理により、アルミニウムの表面は電気化学的に酸化され、陽極酸化膜２１が生成される。
【００４６】
最後に、図４（ｃ）に示すように、陽極酸化処理終了後、レジスト剥離液を用いてマスク２２を除去する。陽極酸化処理を行うことにより、凸部が硬質の陽極酸化膜２１で形成されるので、トナーによる現像ローラ２表面の磨耗や削れが少なくなり、トナーの搬送性の低下を抑えることができる。
【００４７】
図５は、現像ローラ２の表面に形成されたマスクパターンの一例である。マスク２２の形状および配置については、図５に示すように、マスク２２の幅ＷがトナーＴの平均粒径Ｄよりも小さくなるようにすることが望ましい。マスク２２が形成された部分は陽極酸化されず、表面が凹部となる。この凹部がトナーの平均粒径より大きいと、トナーが凹部に入り込んでブレードに押されることにより融着し、硬化し、現像ローラ２の劣化の原因となるためである。
【００４８】
また、現像ローラ２の表面において、表面凹凸のピッチが大きくなると、トナーの分散が疎な箇所が発生しやすい。トナーの分散が疎な部分があると、現像量が少なくなり、その領域は出力画像の濃度が薄くなるため、濃度の濃淡ムラが出やすくなってしまう。マスク２２の幅ＷがトナーＴの平均粒径Ｄよりも小さくなるようなマスクパターンを形成することにより、現像ローラ上に密にトナー層が形成され、トナーが疎なところの発生を防ぐという効果も期待できる。
【００４９】
次に、陽極酸化条件について検討を行った。本発明では、陽極酸化後に体積が増加することを利用して、現像ローラ２の表面に凹凸を形成するので、体積が増えやすい陽極酸化条件が望ましい。陽極酸化膜の体積の増加は、アルミニウムが処理浴中に溶け出す割合に関係する。そこで、陽極酸化膜の体積の増加について検討を行った。
【００５０】
図６（ａ）は、アルミニウム表面にマスクを施さず、シュウ酸３％の処理浴中で、液温を変化させ、陽極酸化処理を行ったときの陽極酸化膜厚ｄを示している。処理条件としては、電流密度５ｍＡ／ｃｍ２、酸化時間は２０分固定とした。液温が高いと、酸化膜厚はやや減少するが、さほど大きな変化は見られない。図６（ｂ）は、アルミニウム表面の一部をマスクして陽極酸化処理を行い、酸化した箇所と酸化していない箇所の段差、つまり凸部高さＨを調べた結果である。処理条件は、図６（ａ）と同じである。液温による高さＨの変化量は、陽極酸化膜の厚さｄの変化量よりも大きくなっていることがわかる。
【００５１】
図６（ａ）、（ｂ）の結果から、厚さ１のアルミニウムに対して、陽極酸化膜がどれだけの厚さに膨張したかを計算で求めた。図７を用いて具体的な計算方法を説明する。
【００５２】
図７は、現像ローラ２の表面の陽極酸化処理を行った模式図である。図７（ａ）に示すように、レジストを塗布してマスク２２を形成し、その後、陽極酸化膜２１を形成する。次に、図７（ｂ）に示すようにレジストを除去する。ここで、陽極酸化膜厚をｄ、現像ローラ２の表面からの凸部の高さをＨとすると、ｄ−Ｈにより、この陽極酸化膜２１形成のために使用されたアルミニウムの厚さが算出される。これを１とし、陽極酸化膜２１がどれだけの厚さに膜厚膨張したかを以下の式（１）で算出した。
【００５３】
膜厚膨張率＝ｄ／（ｄ−Ｈ）・・・（１）
図８に、上記の式（１）により算出された結果を示す。液温が高くなると、膜厚膨張の割合が小さくなっている。この結果から、液温が高くなるとアルミニウムの溶出量が増えるために、陽極酸化による膜厚があまり増加しないことがわかる。
【００５４】
本発明では、陽極酸化膜の体積増加が重要な要素になることから、低温での陽極酸化が適していると言える。低温で陽極酸化処理を行うと、アルミニウムの溶出は非常に少なく、酸素がアルミニウム中に入り込む分だけ体積が増加する。液温としてはおおむね０℃〜１０℃で陽極酸化を行うことが望ましく、この条件で行えば、表面凹凸を大きくすることができる。本実形態では、シュウ酸３％、液温１０℃の処理浴中で、電流密度５ｍＡ／ｃｍ２、酸化時間は２０分固定として、陽極酸化を行い、十点平均粗さＲｚが約２μｍの表面粗さを形成することができた。さらに、酸化時間を変えることによって膜厚膨張率を調整することが可能なので、所望の十点平均粗さＲｚを得るためには、現像ローラ２の表面からの凸部の高さＨは、処理時間で調整すれば良い。
【００５５】
なお、マスクパターンについては種々のパターンが用いられる。図９は、現像ローラ２の表面に形成されたマスクパターンの一例を示す平面図である。図９（ａ）に示すように、陽極酸化される部分が略円形でもよいし、図９（ｂ）に示すように、略平行四辺形、あるいは図９（ｃ）に示すようにストライブ状でも構わない。また、陽極酸化される部分は、縦横に規則正しく並ぶ必要は無く、ランダムに配置されるようなマスクパターンでも構わないが、前述の図５や、図９（ａ）、（ｂ）のように、陽極酸化パターンが千鳥状に配置されるのが好ましい。現像ローラ２の回転により、トナー搬送ムラが少なくなるためである。また、いずれの場合でも、上述同様にマスク２２の幅がトナーＴの平均粒径よりも小さいことが望ましい。
【００５６】
このようにマスクパターンの形状及び分布を変えることにより、トナーの粒径、形状に適合した最適な表面形状を細かく設定することができるので、精度の高い理想的な現像ローラ２を作製することが可能となる。
【００５７】
＜実施形態２＞
次に、実施形態２について説明する。本実施形態では、現像ローラ２の表面全体が陽極酸化膜で覆われている点が実施形態１とは異なる。
【００５８】
図１０に、本実施形態の現像ローラ２の表面部分の断面図を示す。陽極酸化膜の厚い部分２１ａと陽極酸化膜の薄い部分２１ｂから成っている。実施形態１のように陽極酸化膜がある部分とアルミが露出した部分があると、水平方向に電界が生じ、現像電界によるトナーの飛翔性を落とす要因になる可能性がある。このために、アルミが露出した部分に薄い陽極酸化膜を形成するようにしている。つまり、現像ローラ２の表面において、凸部の陽極酸化膜が厚く、凹部の陽極酸化膜が薄い構成になっている。
【００５９】
図１１を用いて、本実施形態の現像ローラ２の陽極酸化膜の作製方法について説明する。まず、図１１（ａ）に示すように、アルミニウムの表面にレジストを塗布し、マスク２２を形成する。次に、図１１（ｂ）に示すように、実施形態１と同様の方法で、陽極酸化処理を行う。次に、図１１（ｃ）に示すように陽極酸化処理終了後、レジスト剥離液を用いてマスクを除去する。最後に、図１１（ｄ）に示すように、全面に再度陽極酸化処理を行う。このときの条件は、例えば、シュウ酸３％、液温１０℃の処理浴中で、電流密度は５ｍＡ／ｃｍ２、酸化時間は５分である。これにより、厚み１．３μｍの陽極酸化膜２１が形成される。最終的に、陽極酸化膜の厚い部分は厚み６．０μｍ、薄い部分は１．３μｍ、段差は１．８μｍとなる。なお、既に陽極酸化されていた部分は絶縁部となるので、やや酸化が進みにくい。本実施形態では、凹凸の凹部の方も陽極酸化するため、最初に形成したマスク開口部の陽極酸化膜によって形成された段差は若干小さくなるので、１回目の陽極酸化処理はその分を考慮して条件を決める必要がある。
【００６０】
このように、現像ローラ２表面を陽極酸化膜の厚い部分と陽極酸化膜の薄い部分で覆うことにより、現像電界によるトナーの飛翔性の低下を防ぐことが出来る。また、陽極酸化処理により、表面が硬質の陽極酸化膜２１で形成されるので、トナーによる現像ローラ２表面の磨耗や削れが少なくなり、トナーの搬送性の低下を抑えることができる。
【００６１】
＜実施形態３＞
次に実施形態３について説明する。本実施形態では、現像ローラ２の表面の形状は実施形態２と同じであり、作製方法が異なる。
【００６２】
図１２は、本実施形態の現像ローラ２の陽極酸化膜２１の作製方法を示す概略図である。まず、図１２（ａ）に示すように、現像ローラ２の表面全面に陽極酸化処理を行う。このときの条件は、例えば、シュウ酸３％の１０℃の処理浴中で、電流密度は５ｍＡ／ｃｍ２、酸化時間は５分である。これにより、厚み１．３μｍの陽極酸化膜２１が形成される。次に、図１２（ｂ）に示すように、図１２（ａ）で形成された陽極酸化膜上に、レジストを塗布し、マスク２２を形成する。次に図１２（ｃ）に示すように、陽極酸化処理を行う。ここで、マスクの開口部の陽極酸化処理を行う。このときの条件は、例えば、シュウ酸３％の１０℃の処理浴中で、電流密度は５ｍＡ／ｃｍ２、酸化時間は２０分である。この工程により、マスク開口部とマスク被覆部分に十点平均粗さＲｚが約２μｍの表面粗さが生じる。最後に、図１２（ｄ）に示すように、レジスト等の剥離液を用いてマスク２２を除去する。
【００６３】
実施形態２、３に示すように、現像ローラ２表面を陽極酸化膜の厚い部分と陽極酸化膜の薄い部分で覆うことにより、現像電界によるトナーの飛翔性の低下を防ぐことが出来る。
【００６４】
なお、上記それぞれの実施形態においては１成分現像を例として説明したが、２成分用の現像ローラの場合にも現像剤搬送量安定化を目的として使用することができることは言うまでも無い。
【００６５】
以上説明したように、本発明の現像ローラを用いることで、長期的にトナー搬送量が安定した現像装置を提供することができる。また、本現像装置を用いることで、トナー搬送量低下に伴う濃度低下のない、濃度安定性に優れた画像形成装置を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明に係る現像ローラ及びその製造方法は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機等の画像形成装置に好適に利用できる。
【符号の説明】
【００６７】
１ 現像装置
２ 現像ローラ
３ 供給ローラ
４ ブレード
４ａ プレート
４ｂ ゴム部材
２１、２１ａ、２１ｂ 陽極酸化膜
２２ マスク
３０ 搬送部
３１ 駆動ローラ
３２ 従動ローラ
３３ 搬送ベルト
４０ 定着装置
４１ 加熱ローラ
４２ 加圧ローラ
５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｍ、５０Ｙ 画像形成ステーション
５１ 感光体
５２ 帯電装置
５３ 露光装置
５４ 転写ローラ
５５ クリーニング装置
６０ 供給トレイ
１００ 画像形成装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機等の画像形成装置に用いられる現像ローラ及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置においては、例えば感光体のような静電潜像担持体の表面を帯電させ、その帯電域を画像情報に応じて露光することで静電潜像を形成し、静電潜像を現像して可視化する現像方法が採用されている。
【０００３】
従来の現像装置の主要な構成としては、トナーを感光体に現像するための現像ローラと、現像ローラに対するトナーの供給と剥ぎ取りを行う供給ローラと、供給ローラから現像ローラに供給されたトナーを所定量に規制しつつ、帯電させるトナー層規制ブレード（以下ブレードと記載）から成っている。
【０００４】
層規制後のトナー層を安定化するためには、現像ローラで搬送するトナー量の安定化が不可欠である。現像ローラ表面に均一な凹凸部を設けることで、ここにトナーを均一に留まらせて搬送することが出来る。この凹凸部を形成するためには、現像ローラ表面をサンドブラスト処理する手法が一般的である。サンドブラスト処理は、砂などの研磨剤を吹き付けてその表面に凹凸を形成する加工方法である。
【０００５】
一般に、現像ローラとしては安価なアルミを主成分とした材質を用いることが多い。アルミをサンドブラスト処理したものを現像ローラに用いた場合、アルミは硬度が低いため、現像ローラ表面がトナーの外添剤等によって表面が磨耗しやすく、徐々にトナーの搬送性が悪化する現象が見られる。この磨耗を防ぐために、例えば、特許文献１には、サンドブラスト処理したアルミ製の現像ローラ表面を陽極酸化処理した現像ローラが開示されている。
【０００６】
図１３は該文献に示された現像ローラ１４０の一部を切り欠いた正面図である。現像ローラ１４０は、マグネットローラ１４１上に現像スリーブ１４２が被覆されている。現像スリーブ１４２はアルミ製であり、その表面に十点平均粗さでＲｚ＝４０μｍのサンドブラスト処理が施され、さらにその表面に膜厚３μｍの陽極酸化処理が施されている。アルミに対して陽極酸化処理を行うと、表面が硬化するため、ブレードや感光体ドラムとの小さなギャップにより摩擦力が大きくなっても、現像ローラの磨耗が少なく、トナーの保持力が長期にわたって維持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−１６６９０２号公報（平成９年６月２４日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
アルミに対して陽極酸化処理を行うと、アルミ中に酸素が入り込むために体積が増加する。このため、サンドブラスト処理した、初期のアルミの形状をそのまま保つことができず、なだらかになる。表面がなだらかになると、トナーが表面に滞留しづらくなり、搬送性が悪化する。これを解消するために、あらかじめ、初期のサンドブラストによる表面粗さを大きくしておくことになる。特許文献１に示されるように、表面粗さを十点平均粗さＲｚ＝４０μｍと大きくした上で、例えば、膜厚３μｍの陽極酸化膜を形成しても、わずか３μｍの表面粗さ変化なので表面粗さ全体には大きな影響を与えない。このため、初期のアルミ形状を保つことが出来る。
【０００９】
一方、現像ローラの表面粗さと、ブレードを通過するトナー量には相関がある。図１４は、ブレード圧が一定の場合における、現像ローラの表面粗さとブレード通過後のトナー量との関係を示している。図１４（ａ）における縦軸はトナー量、横軸は十点平均粗さＲｚ、図１４（ｂ）における縦軸はトナー量、横軸は算術平均粗さＲａを示す。図に示されるように、十点平均粗さＲｚ、算術平均粗さＲａいずれの算出方法によっても、現像ローラの表面粗さが大きいと現像ローラで搬送するトナー量が非常に多くなることがわかる。このため、現像ローラの表面粗さが大きくなると、それに合わせてブレードの押圧力も大きくしなければならない。
【００１０】
しかしながら、ブレードでの押圧力は、トナーの劣化を考慮すると、できるだけ小さく抑えることが望ましい。ブレードでの押圧力が大きいと、トナーの外添剤がはがれたり、あるいは外添剤がトナー内部に入り込んだりするため、トナー同士の吸着、硬化の原因となる。したがって、現像ローラの表面粗さをあまり大きくすることは、ブレードの押圧力が必要になり、トナー劣化の観点から望ましくない。一般に、ブレード圧が低い領域では、十点平均粗さＲｚは少なくとも５μｍ以下に抑える必要があり、特許文献１で示されている十点平均粗さＲｚ＝４０μｍでは、トナー劣化を抑制するという観点からは大きすぎるという問題がある。
【００１１】
さらに、サンドブラスト処理では現像ローラ表面に均一な凹凸を作るのが難しく、表面粗さをコントロールするのが難しいという課題もある。
【００１２】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、表面が磨耗しにくく、かつ、陽極酸化後において十点平均粗さＲｚ＝５μｍ程度の理想的な表面粗さが得られ、精度よく作製できる現像ローラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る現像ローラの製造方法は、現像ローラ表面に開口部を有するマスクを形成するマスク形成工程と、前記マスク形成後、前記現像ローラ表面に陽極酸化処理を行う陽極酸化工程と、前記マスクを除去するマスク除去工程を含む。
【００１４】
また、前記マスク除去工程の後に、前記現像ローラ表面に、陽極酸化処理を行ってもよい。また、前記マスク形成工程の前に、前記現像ローラ表面に陽極酸化処理を行ってもよい。また、前記現像ローラの製造方法は、少なくとも１回の陽極酸化処理を１０℃以下の低温で行ってもよい。
【００１５】
本発明に係る現像ローラは、表面に凸部を形成した現像ローラであって、前記凸部は、陽極酸化膜で形成されている。また、前記凸部は、前記現像ローラ表面に千鳥状に配置されてもよい。
【００１６】
また、前記現像ローラ表面が陽極酸化膜で覆われていてもよい。また、前記凸部の間隔がトナーの平均粒径よりも小さい構成としてもよい。また、前記現像ローラは、アルミを主成分としてもよい。
【００１７】
本発明に係る現像装置は、上記のいずれかに記載の現像ローラを備える。
【００１８】
本発明に係る画像形成装置は、上記の現像装置を備える。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、表面が磨耗しにくく、かつ、表面粗さが小さく、精度の高い現像ローラを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態に係る画像形成装置の構成を示す概略図である。
【図２】現像装置の構成を示す概略図である。
【図３】実施形態１に係る現像ローラ２の断面図である。
【図４】実施形態１に係る陽極酸化膜の作成工程を示す概略図である
【図５】現像ローラの表面に形成されたマスクパターンの一例である。
【図６】陽極酸化膜厚と液温の関係について示した図である。
【図７】陽極酸化膜厚と液温の関係の計算方法を説明する図である。
【図８】陽極酸化膜厚と液温の関係の計算結果を示す図である。
【図９】現像ローラの表面に形成されたマスクパターンの一例である。
【図１０】実施形態２の現像ローラの断面図を示す。
【図１１】実施形態２に係る陽極酸化膜の作成工程を示す概略図である。
【図１２】実施形態３に係る陽極酸化膜の作成工程を示す概略図である。
【図１３】従来の現像ローラの概略図である。
【図１４】現像ローラの表面粗さとブレード通過後のトナー量との関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について図１〜図１２を用いて以下に説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
【００２２】
図１は、本発明の実施形態である画像形成装置１００の構成を示す概略図である。なお、図１は、画像形成装置１００の主な構成要素を中心に簡略化して記載された一例である。画像形成装置１００は、静電潜像担持体となる感光体５１を複数備えるタンデム方式のカラー画像形成装置である。本実施形態に示す画像形成装置１００は、イエロー画像用、マゼンタ画像用、シアン画像用、および黒色画像用の４つの感光体を備え、ネットワークを介して接続されたＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等の各種端末装置から送信される画像データや、スキャナ等の原稿読み取り装置によって読み取られた画像データに基づいて、被転写材となる用紙Ｐに対して、カラー画像またはモノクロ画像を形成するプリンタ機能を有するものである。
【００２３】
画像形成装置１００は、図１に示すように、用紙Ｐにトナー画像を形成する機能を有する画像形成ステーション部５０（５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂ）、当該画像形成ステーション部５０で用紙Ｐに形成されたトナー像を定着させる機能を有する定着装置４０、用紙Ｐを載置する供給トレイ６０から画像形成ステーション部５０および定着装置４０へと用紙Ｐを搬送する機能を有する搬送部３０を備えている。
【００２４】
画像形成ステーション部５０は、４つの画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂから構成されている。具体的には、供給トレイ６０と定着装置４０との間において、供給トレイ６０側から、イエロー画像形成ステーション５０Ｙ、マゼンタ画像形成ステーション５０Ｍ、シアン画像形成ステーション５０Ｃ、および黒色画像形成ステーション５０Ｂがこの順に配置されている。これら各色の画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂは、それぞれ、使用するトナーの種類以外は、実質的に同一の構成を有しており、各色に対応する画像データに基づいて、イエロー、マゼンタ、シアン、および黒色のトナー画像を形成して、最終的に記録媒体となる用紙Ｐ上に転写するものである。
【００２５】
次に、図１における各画像形成ステーションの構成部品について、イエロー画像用の画像形成ステーション５０Ｙを代表として説明する。画像形成ステーション５０Ｙは、静電潜像が形成される潜像担持体となる感光体５１を備え、これらの感光体５１の周囲には、周方向に帯電装置５２、露光装置５３、現像装置１、転写ローラ５４、およびクリーニング装置５５がそれぞれ配置されている。
【００２６】
感光体５１は、ＯＰＣ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｐｈｏｔｏｃｏｎｄｕｃｔｏｒ；有機光導電体）等の感光性材料を表面に有する略円筒のドラム形状を呈し、露光装置５３の下方に配設され、駆動手段と制御手段によって、所定方向（図中矢印Ｆ方向）に回転駆動されるように制御されている。
【００２７】
帯電装置５２は、感光体５１の表面を所定の電位に均一に帯電するための帯電手段であって、感光体５１の上方でその外周面に近接して配置されている。本実施の形態では、接触型のローラ方式の帯電ローラが使用されているが、チャージャー型やブラシ方式、イオン放出帯電方式等の帯電装置を用いてもよい。
【００２８】
露光装置５３は、画像処理部から出力された画像データに基づいて、帯電装置５２にて帯電された感光体５１の表面に、レーザ光を照射して露光することにより、当該表面に画像データに応じた静電潜像を書き込む機能を有する。露光装置５３は、各画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂに応じて、イエロー、マゼンタ、シアン、または黒色にそれぞれ対応する画像データが入力されることにより、対応する色に応じた静電潜像をそれぞれ形成する。露光装置５３としては、レーザ照射部および反射ミラーを備えたレーザスキャニングユニットや、例えば書き込みヘッドのような、ＥＬやＬＥＤ等の発光素子をアレイ状に並べた書込み装置を使用することができる。
【００２９】
現像装置１は、現像ローラ、供給ローラ及びブレードから成っている。詳細は後述するが、この現像装置１は、本実施の形態では、現像剤としてトナーを使用する、いわゆる一成分現像装置であり、露光装置５３によって感光体５１表面に形成された静電潜像を現像してトナー画像（可視像）を形成する。
【００３０】
転写ローラ５４は、感光体５１上に形成されたトナー像を搬送ベルト３３にて搬送される用紙Ｐ表面に転写するものであり、トナーの帯電極性とは、逆極性、すなわち本実施形態では、正（プラス）極性のバイアス電圧が印加される。
【００３１】
クリーニング装置５５は、用紙Ｐへのトナー画像転写後に、感光体５１の外周面上に残存しているトナーを除去および回収する。本実施形態では、感光体５１を挟んで現像装置１と略対向する位置で、かつ感光体５１の側方に配置されている。
【００３２】
搬送部３０は、駆動ローラ３１、従動ローラ３２、および搬送ベルト３３を備え、各画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂにおいて、各色のトナー像が転写される用紙Ｐを搬送する。搬送部３０は、無端状の搬送ベルト３３が駆動ローラ３１と従動ローラ３２との間に張架された構成となっており、供給トレイ６０から給紙された用紙Ｐを各画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂへと順に搬送する。
【００３３】
定着装置４０は、加熱ローラ４１および加圧ローラ４２を備え、これらが当接する定着ニップ部に用紙Ｐを搬送することで、用紙Ｐ上に転写されたトナー像を熱圧着して用紙Ｐに定着させる。
【００３４】
このように構成された画像形成装置１００では、搬送部３０によって搬送される用紙Ｐは、各画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂの感光体５１との対向位置を通過する際に、それら対向位置において、搬送ベルト３３を介して下方に配置された転写ローラ５４による転写電界の作用にて、各感光体５１上のトナー像が順次用紙Ｐ上に転写される。これによって、各色のトナー像が用紙Ｐ上に重なり合うように転写され、用紙Ｐ上に所望のフルカラートナー像が形成される。こうしてトナー像が転写された用紙Ｐは、定着装置４０によってトナー像の定着処理が行われた後に、排紙トレイに送出される。
【００３５】
なお、本実施形態の画像形成ステーション部５０では、イエロー、マゼンタ、シアン、および黒色の４色の画像を形成する構成であるが、特にこれら４色に限定せず、例えばシアンおよびマゼンタと同一の色相で濃度がより低いライトシアン（ＬＣ）およびライトマゼンタ（Ｌｍ）を加えた６色のトナー画像を形成する構成であっても良い。
【００３６】
図２は、図１に示す画像形成ステーション部５０が備える現像装置１の構成を示す概略図である。現像装置１は、トナーを感光体５１に現像するための現像ローラ２と、現像ローラ２に対するトナーの供給と剥ぎ取りを行う供給ローラ３と、供給ローラ３から現像ローラ２に供給されたトナーを所定量に規制しつつ帯電量を付加するブレード４から成っている。
【００３７】
現像ローラ２は、感光体５１と近接し、トナーが感光体５１へと移動する現像領域へと現像剤を搬送するように構成される。また、現像ローラ２は感光体５１との現像ギャップを保持しており、現像ギャップはギャップ保持部材（図示せず）で１５０〜５００μｍに調整されている。現像ローラ２には表面の一部に陽極酸化膜が形成されている。現像ローラ２の表面処理については後に詳述する。
【００３８】
また、現像ローラ２には、ＤＣ電圧またはＤＣ電圧に重畳したＡＣ電圧が印加されている。現像ローラ２とブレード４は同じバイアス電圧を印加することが多い。なお、供給ローラ３には現像ローラ２と同じバイアス電圧を印加する場合と、供給ローラ３から現像ローラ２にトナーが移行しやすいように５０Ｖから２００Ｖ程度の直流電位差を設ける場合がある。
【００３９】
供給ローラ３は、現像ローラ２とニップ部で接触している。供給ローラ３はウレタンゴム等で構成され、現像ローラ２とのニップ部の食い込み量は０．２〜１．０ｍｍである。感光体５１の回転方向に対して、現像ローラ２と供給ローラ３は回転方向が逆に設定されている。図示していないが、トナーを撹拌し、供給ローラ２までトナーを搬送するトナー撹拌ローラがある。
【００４０】
ブレード４は、金属製のプレート４ａの先端部にウレタン等のゴム部材４ｂが取り付けられた構成になっている。プレート４ａはリン青銅製で厚さ０．１〜０．２ｍｍ、先端部のゴム部材４ｂは厚さ１〜２ｍｍ程度の弾性ゴムから成っている。
【００４１】
トナーは、平均体積粒径６〜９μｍのポリエステルトナーであって、外添材として、シリカが３．０ｗｔ％、酸化チタンが０．５〜２．０ｗｔ％がそれぞれ添加されている。供給ローラ３に搬送されたトナーは、ニップ部で現像ローラと摺擦、帯電され、現像ローラへくみ上げられトナー層が形成される。次にトナーはブレード４のゴム層を通過する際に、ブレード４からの圧力で層規制されると同時に再度帯電される。ブレード４を通過したトナーは、現像ローラ２に印加された電圧と感光体５１上の潜像電位に応じて感光体５１に現像が行われ、潜像が可視化される。
【００４２】
現像装置１には、各画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂの画像形成に応じて、イエロー、マゼンタ、シアン、または黒色の現像剤が収容されている。これらの現像剤は、帯電された感光体５１の表面電位と同極性に帯電されたトナーを含んでいる。なお、感光体５１の表面電位の極性および使用するトナーの帯電極性は、正負を問わないが、本実施形態では負（マイナス）とした。
【００４３】
＜実施形態１＞
図３は、本実施形態における現像ローラ２の概略断面図である。現像ローラ２の表面の少なくとも一部には陽極酸化膜２１が形成されている。陽極酸化処理を行うと、金属部に酸素が入り込むため、陽極酸化された部分は体積が増加する。このため、陽極酸化された部分と陽極酸化されていない部分で凹凸が形成される。以下、陽極酸化膜２１の形成方法について説明する。
【００４４】
図４は、実施形態１に係る陽極酸化膜の作製工程を示す概略図である。まず、図４（ａ）に示すように、アルミ製の現像ローラ２の表面に、レジストを塗布し、厚み１〜２μｍ程度のマスク２２を形成する。なお、現像ローラ２の内部は、中空になっていてもよい。現像ローラ２の材質としては一般に安価なアルミニウムが用いられる。本実施形態でも、現像ローラ２にアルミを用いているが、陽極酸化膜を形成可能であって、その膜が硬化し、磨耗しにくくなる材料であればどのようなものでも構わない。
【００４５】
次に、図４（ｂ）に示すように、陽極酸化処理を行う。陽極酸化処理は、処理浴として希硫酸やシュウ酸などを用い、現像ローラ２のアルミニウム材を陽極として電気分解することにより行う。この処理により、アルミニウムの表面は電気化学的に酸化され、陽極酸化膜２１が生成される。
【００４６】
最後に、図４（ｃ）に示すように、陽極酸化処理終了後、レジスト剥離液を用いてマスク２２を除去する。陽極酸化処理を行うことにより、凸部が硬質の陽極酸化膜２１で形成されるので、トナーによる現像ローラ２表面の磨耗や削れが少なくなり、トナーの搬送性の低下を抑えることができる。
【００４７】
図５は、現像ローラ２の表面に形成されたマスクパターンの一例である。マスク２２の形状および配置については、図５に示すように、マスク２２の幅ＷがトナーＴの平均粒径Ｄよりも小さくなるようにすることが望ましい。マスク２２が形成された部分は陽極酸化されず、表面が凹部となる。この凹部がトナーの平均粒径より大きいと、トナーが凹部に入り込んでブレードに押されることにより融着し、硬化し、現像ローラ２の劣化の原因となるためである。
【００４８】
また、現像ローラ２の表面において、表面凹凸のピッチが大きくなると、トナーの分散が疎な箇所が発生しやすい。トナーの分散が疎な部分があると、現像量が少なくなり、その領域は出力画像の濃度が薄くなるため、濃度の濃淡ムラが出やすくなってしまう。マスク２２の幅ＷがトナーＴの平均粒径Ｄよりも小さくなるようなマスクパターンを形成することにより、現像ローラ上に密にトナー層が形成され、トナーが疎なところの発生を防ぐという効果も期待できる。
【００４９】
次に、陽極酸化条件について検討を行った。本発明では、陽極酸化後に体積が増加することを利用して、現像ローラ２の表面に凹凸を形成するので、体積が増えやすい陽極酸化条件が望ましい。陽極酸化膜の体積の増加は、アルミニウムが処理浴中に溶け出す割合に関係する。そこで、陽極酸化膜の体積の増加について検討を行った。
【００５０】
図６（ａ）は、アルミニウム表面にマスクを施さず、シュウ酸３％の処理浴中で、液温を変化させ、陽極酸化処理を行ったときの陽極酸化膜厚ｄを示している。処理条件としては、電流密度５ｍＡ／ｃｍ２、酸化時間は２０分固定とした。液温が高いと、酸化膜厚はやや減少するが、さほど大きな変化は見られない。図６（ｂ）は、アルミニウム表面の一部をマスクして陽極酸化処理を行い、酸化した箇所と酸化していない箇所の段差、つまり凸部高さＨを調べた結果である。処理条件は、図６（ａ）と同じである。液温による高さＨの変化量は、陽極酸化膜の厚さｄの変化量よりも大きくなっていることがわかる。
【００５１】
図６（ａ）、（ｂ）の結果から、厚さ１のアルミニウムに対して、陽極酸化膜がどれだけの厚さに膨張したかを計算で求めた。図７を用いて具体的な計算方法を説明する。
【００５２】
図７は、現像ローラ２の表面の陽極酸化処理を行った模式図である。図７（ａ）に示すように、レジストを塗布してマスク２２を形成し、その後、陽極酸化膜２１を形成する。次に、図７（ｂ）に示すようにレジストを除去する。ここで、陽極酸化膜厚をｄ、現像ローラ２の表面からの凸部の高さをＨとすると、ｄ−Ｈにより、この陽極酸化膜２１形成のために使用されたアルミニウムの厚さが算出される。これを１とし、陽極酸化膜２１がどれだけの厚さに膜厚膨張したかを以下の式（１）で算出した。
【００５３】
膜厚膨張率＝ｄ／（ｄ−Ｈ）・・・（１）
図８に、上記の式（１）により算出された結果を示す。液温が高くなると、膜厚膨張の割合が小さくなっている。この結果から、液温が高くなるとアルミニウムの溶出量が増えるために、陽極酸化による膜厚があまり増加しないことがわかる。
【００５４】
本発明では、陽極酸化膜の体積増加が重要な要素になることから、低温での陽極酸化が適していると言える。低温で陽極酸化処理を行うと、アルミニウムの溶出は非常に少なく、酸素がアルミニウム中に入り込む分だけ体積が増加する。液温としてはおおむね０℃〜１０℃で陽極酸化を行うことが望ましく、この条件で行えば、表面凹凸を大きくすることができる。本実形態では、シュウ酸３％、液温１０℃の処理浴中で、電流密度５ｍＡ／ｃｍ２、酸化時間は２０分固定として、陽極酸化を行い、十点平均粗さＲｚが約２μｍの表面粗さを形成することができた。さらに、酸化時間を変えることによって膜厚膨張率を調整することが可能なので、所望の十点平均粗さＲｚを得るためには、現像ローラ２の表面からの凸部の高さＨは、処理時間で調整すれば良い。
【００５５】
なお、マスクパターンについては種々のパターンが用いられる。図９は、現像ローラ２の表面に形成されたマスクパターンの一例を示す平面図である。図９（ａ）に示すように、陽極酸化される部分が略円形でもよいし、図９（ｂ）に示すように、略平行四辺形、あるいは図９（ｃ）に示すようにストライブ状でも構わない。また、陽極酸化される部分は、縦横に規則正しく並ぶ必要は無く、ランダムに配置されるようなマスクパターンでも構わないが、前述の図５や、図９（ａ）、（ｂ）のように、陽極酸化パターンが千鳥状に配置されるのが好ましい。現像ローラ２の回転により、トナー搬送ムラが少なくなるためである。また、いずれの場合でも、上述同様にマスク２２の幅がトナーＴの平均粒径よりも小さいことが望ましい。
【００５６】
このようにマスクパターンの形状及び分布を変えることにより、トナーの粒径、形状に適合した最適な表面形状を細かく設定することができるので、精度の高い理想的な現像ローラ２を作製することが可能となる。
【００５７】
＜実施形態２＞
次に、実施形態２について説明する。本実施形態では、現像ローラ２の表面全体が陽極酸化膜で覆われている点が実施形態１とは異なる。
【００５８】
図１０に、本実施形態の現像ローラ２の表面部分の断面図を示す。陽極酸化膜の厚い部分２１ａと陽極酸化膜の薄い部分２１ｂから成っている。実施形態１のように陽極酸化膜がある部分とアルミが露出した部分があると、水平方向に電界が生じ、現像電界によるトナーの飛翔性を落とす要因になる可能性がある。このために、アルミが露出した部分に薄い陽極酸化膜を形成するようにしている。つまり、現像ローラ２の表面において、凸部の陽極酸化膜が厚く、凹部の陽極酸化膜が薄い構成になっている。
【００５９】
図１１を用いて、本実施形態の現像ローラ２の陽極酸化膜の作製方法について説明する。まず、図１１（ａ）に示すように、アルミニウムの表面にレジストを塗布し、マスク２２を形成する。次に、図１１（ｂ）に示すように、実施形態１と同様の方法で、陽極酸化処理を行う。次に、図１１（ｃ）に示すように陽極酸化処理終了後、レジスト剥離液を用いてマスクを除去する。最後に、図１１（ｄ）に示すように、全面に再度陽極酸化処理を行う。このときの条件は、例えば、シュウ酸３％、液温１０℃の処理浴中で、電流密度は５ｍＡ／ｃｍ２、酸化時間は５分である。これにより、厚み１．３μｍの陽極酸化膜２１が形成される。最終的に、陽極酸化膜の厚い部分は厚み６．０μｍ、薄い部分は１．３μｍ、段差は１．８μｍとなる。なお、既に陽極酸化されていた部分は絶縁部となるので、やや酸化が進みにくい。本実施形態では、凹凸の凹部の方も陽極酸化するため、最初に形成したマスク開口部の陽極酸化膜によって形成された段差は若干小さくなるので、１回目の陽極酸化処理はその分を考慮して条件を決める必要がある。
【００６０】
このように、現像ローラ２表面を陽極酸化膜の厚い部分と陽極酸化膜の薄い部分で覆うことにより、現像電界によるトナーの飛翔性の低下を防ぐことが出来る。また、陽極酸化処理により、表面が硬質の陽極酸化膜２１で形成されるので、トナーによる現像ローラ２表面の磨耗や削れが少なくなり、トナーの搬送性の低下を抑えることができる。
【００６１】
＜実施形態３＞
次に実施形態３について説明する。本実施形態では、現像ローラ２の表面の形状は実施形態２と同じであり、作製方法が異なる。
【００６２】
図１２は、本実施形態の現像ローラ２の陽極酸化膜２１の作製方法を示す概略図である。まず、図１２（ａ）に示すように、現像ローラ２の表面全面に陽極酸化処理を行う。このときの条件は、例えば、シュウ酸３％の１０℃の処理浴中で、電流密度は５ｍＡ／ｃｍ２、酸化時間は５分である。これにより、厚み１．３μｍの陽極酸化膜２１が形成される。次に、図１２（ｂ）に示すように、図１２（ａ）で形成された陽極酸化膜上に、レジストを塗布し、マスク２２を形成する。次に図１２（ｃ）に示すように、陽極酸化処理を行う。ここで、マスクの開口部の陽極酸化処理を行う。このときの条件は、例えば、シュウ酸３％の１０℃の処理浴中で、電流密度は５ｍＡ／ｃｍ２、酸化時間は２０分である。この工程により、マスク開口部とマスク被覆部分に十点平均粗さＲｚが約２μｍの表面粗さが生じる。最後に、図１２（ｄ）に示すように、レジスト等の剥離液を用いてマスク２２を除去する。
【００６３】
実施形態２、３に示すように、現像ローラ２表面を陽極酸化膜の厚い部分と陽極酸化膜の薄い部分で覆うことにより、現像電界によるトナーの飛翔性の低下を防ぐことが出来る。
【００６４】
なお、上記それぞれの実施形態においては１成分現像を例として説明したが、２成分用の現像ローラの場合にも現像剤搬送量安定化を目的として使用することができることは言うまでも無い。
【００６５】
以上説明したように、本発明の現像ローラを用いることで、長期的にトナー搬送量が安定した現像装置を提供することができる。また、本現像装置を用いることで、トナー搬送量低下に伴う濃度低下のない、濃度安定性に優れた画像形成装置を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明に係る現像ローラ及びその製造方法は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機等の画像形成装置に好適に利用できる。
【符号の説明】
【００６７】
１ 現像装置
２ 現像ローラ
３ 供給ローラ
４ ブレード
４ａ プレート
４ｂ ゴム部材
２１、２１ａ、２１ｂ 陽極酸化膜
２２ マスク
３０ 搬送部
３１ 駆動ローラ
３２ 従動ローラ
３３ 搬送ベルト
４０ 定着装置
４１ 加熱ローラ
４２ 加圧ローラ
５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｍ、５０Ｙ 画像形成ステーション
５１ 感光体
５２ 帯電装置
５３ 露光装置
５４ 転写ローラ
５５ クリーニング装置
６０ 供給トレイ
１００ 画像形成装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
現像ローラ表面に開口部を有するマスクを形成するマスク形成工程と、
前記マスク形成後、前記現像ローラ表面に陽極酸化処理を行う陽極酸化工程と、
前記マスクを除去するマスク除去工程を含む現像ローラの製造方法。
【請求項２】
前記マスク除去工程の後に、前記現像ローラ表面に陽極酸化処理を行う請求項１記載の現像ローラの製造方法。
【請求項３】
前記マスク形成工程の前に、前記現像ローラ表面に陽極酸化処理を行う請求項１記載の現像ローラの製造方法。
【請求項４】
少なくとも１回の陽極酸化処理を１０℃以下の低温で行う請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の現像ローラの製造方法。
【請求項５】
表面に凸部を形成した現像ローラであって、
前記凸部は、陽極酸化膜で形成されている現像ローラ。
【請求項６】
前記凸部は、前記現像ローラ表面に千鳥状に配置される請求項５記載の現像ローラ。
【請求項７】
前記現像ローラ表面が陽極酸化膜で覆われている請求項５または請求項６記載の現像ローラ。
【請求項８】
前記凸部の間隔がトナーの平均粒径よりも小さい請求項５ないし請求項７のいずれかに記載の現像ローラ。
【請求項９】
前記現像ローラは、アルミを主成分とする請求項５ないし請求項８のいずれかに記載の現像ローラ。
【請求項１０】
請求項５ないし請求項９のいずれかに記載の現像ローラを備えた現像装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の現像装置を備えた画像形成装置。
【請求項１】
現像ローラ表面に開口部を有するマスクを形成するマスク形成工程と、
前記マスク形成後、前記現像ローラ表面に陽極酸化処理を行う陽極酸化工程と、
前記マスクを除去するマスク除去工程を含む現像ローラの製造方法。
【請求項２】
前記マスク除去工程の後に、前記現像ローラ表面に陽極酸化処理を行う請求項１記載の現像ローラの製造方法。
【請求項３】
前記マスク形成工程の前に、前記現像ローラ表面に陽極酸化処理を行う請求項１記載の現像ローラの製造方法。
【請求項４】
少なくとも１回の陽極酸化処理を１０℃以下の低温で行う請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の現像ローラの製造方法。
【請求項５】
表面に凸部を形成した現像ローラであって、
前記凸部は、陽極酸化膜で形成されている現像ローラ。
【請求項６】
前記凸部は、前記現像ローラ表面に千鳥状に配置される請求項５記載の現像ローラ。
【請求項７】
前記現像ローラ表面が陽極酸化膜で覆われている請求項５または請求項６記載の現像ローラ。
【請求項８】
前記凸部の間隔がトナーの平均粒径よりも小さい請求項５ないし請求項７のいずれかに記載の現像ローラ。
【請求項９】
前記現像ローラは、アルミを主成分とする請求項５ないし請求項８のいずれかに記載の現像ローラ。
【請求項１０】
請求項５ないし請求項９のいずれかに記載の現像ローラを備えた現像装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の現像装置を備えた画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−５７７９６（Ｐ２０１３−５７７９６Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９５９１３（Ｐ２０１１−１９５９１３）
【出願日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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