专利名称：显影辊、显影装置、图像形成装置和显影辊的制造方法
技术领域：
本发明涉及在外周面具有凹凸部而将色粉(toner)输送到潜像担持体 的显影辊、具有显影辊的显影装置、具有显影装置的图像形成装置和显影 辊的制造方法的技术领域。
背景技术：
以往，在用非磁性成分色粉显影静电潜像的显影装置中，在显影辊上， 通过摩擦带电，对色粉赋予电荷。作为该显影辊，知道在外周面具有凹凸 部、并且凸部的表面平坦或几乎平坦的显影辊(例如参照专利文献l)。在 该凹凸部，使色粉在显影辊上有效地摩擦带电。如图10 (a)所示，显影 辊a由基件b和通过电镀覆盖该基件b的表面的表面层c构成。特开2007-121948号公报。
一般，未图示的色粉供给辊和色粉限定构件与显影辊a抵接。此外， 作为覆盖色粉母粒子的外添加剂之一，使用硬度高的二氧化硅。另一方面， 在基件b的外周面形成由基件凹部d和基件凸部e构成的多个基件凹凸部。 而且，在表面层c，与这些基件凹部d和基件凸部e相对应，还形成由凹 部f和凸部g构成的基件凹凸部。
可是，通过图像形成，由于色粉供给辊、色粉限定构件或者色粉粒子， 使表面层c产生磨耗。而在近年，由于要求图像的高画质化和色粉使用量 的削减，因此，色粉粒径变得更小了。如果使用该小粒径的色粉经长时间 进行图像形成，就如图10 (b)所示，凹部f的表面层几乎不磨耗，而凸 部g的顶部h的表面层却比较大地磨耗成几乎平坦状。如果在凹部f和凸 部g的磨耗状态或磨耗量不同，则由于长时间的图像形成，凹凸部的深度 减小。因此，用显影辊输送的色粉量减少，会难以维持图像的浓度，存在 经长时间而难以进行良好的显影的问题。
发明内容
本发明是鉴于这样的情况而提出的，其目的在于即使经长时间形成图 像，也尽可能抑制凹凸部的深度的减少，能经长时间进行良好的显影的显 影辊、显影装置、图像形成装置和显影辊的制造方法。
用于解决所述的课题的第一解决方法，根据本发明的显影辊、显影装 置、显影辊的制造方法，在显影辊的凹凸部，凸部的表面硬度比凹部的表 面硬度更大。因此，在经长时间的图像形成中，能抑制比较容易磨耗的凸 部的表面层的磨耗。据此，与以往的显影辊相比，能进一步减少磨耗比较 少的凹部的表面层和凸部的表面层的磨耗的差。即使经长时间进行图像形 成，也能抑制显影辊的凹凸部的深度的变化。其结果，由显影辊输送的色 粉量几乎不变化，能经长时间将图像的浓度维持在几乎恒定。因此，能经 长时间进行良好的显影。
此外，通过减小显影辊的凹部的表面硬度来积极地削刮表层，能防止 变差的色粉滞留在色粉供给辊的复位性差的凹部而产生成膜。而且，在凹 部，由于离色粉限定刮板的距离远，所以色粉带电性常常变差，但是通过 将该凹部维持非晶质，从而能抑制色粉带电性的下降。据此，能抑制色粉 覆盖或色粉飞散等，能取得良好的显影特性。
而且，在用色粉限定构件对凸部的表面不输送色粉的色粉输送方式 中，能将凹部表面的色粉带电性的确保等凹部的功能和凸部表面的耐磨耗 性的确保(凹凸部的深度的维持)等凸部的功能进行分离，而实现两个功 能。
此外，通过将凸部的顶部结晶化，能降低顶部的色粉带电性。由于色 粉带电性不是很好，反而能防止色粉限定刮板与显影辊的凸部之间的滑动 摩擦引起的过剩带电(充电)，并且能改善显影经历。此外，使用比显影 辊的凹凸深度更小粒径的色粉，并将色粉限定刮板的前端与显影辊接触， 将色粉输送到显影辊的凹部，在不输送到凸部的方式中，能更有效地抑制 向凸部的色粉，还能防止色粉向凸平坦面的成膜或过剩带电。
而且，用同一材料构成表面层的凹凸部，通过使凹部和凸部的结晶化 程度不同(例如使凸部的结晶化程度比凹部的结晶化程度更高)，能控制 凸部和凹部的表面硬度和电阻。这时，使凸部和凹部的各表面层不完全结晶化。据此，能简便生成显影辊的表面组成。如果提高凸部的硬度，过分 减小其磨耗，就会产生色粉熔敷的成膜，但是通过控制结晶化程度，能抑 制该成膜的发生。
而且，通过局部加热凸部的表面层，对基件的结晶化几乎不带来影响。 因此，能防止基件的应力释放或结晶化程度的变化引起的基件的翘曲或弯 曲。
而且，通过从凸部的上面将进行凸部的结晶化的范围设为所使用的色 粉的平均粒径以内，能将输送到带电性容易下降的凹部的色粉与非晶质的 凹部相接触。因此，能防止色粉的带电性下降。即通过使凹部的色粉带电 性比凸部的带电性更高，能更有效地进行色粉带电。
而且，通过在基件形成凹凸部之前进行非电解电镀而在基件上形成表 面层，从而即使对基件使用比较难以加工的材料，通过基于该电镀的表面 层，也能提高凹凸部的形状稳定性。据此，能提高凹凸部的表面的平滑性， 使得色粉粒子的转动性变得良好，并且能抑制凹凸部的色粉的成膜。因此， 能经长时间而更良好维持色粉输送性和色粉带电性。
另一方面，根据具有本发明的显影辊的显影装置，能经长时间良好地 将潜像担持体的静电潜像进行显影。而且，具有该显影装置的图像形成装 置能经长时间形成稳定且良好画质的图像。
用于解决所述的课题的第二解决方法，根据本发明的显影辊、显影装 置、显影辊的制造方法，在基件上形成l层的表面层时，将基件的表面硬 度设定得比表面层的表面硬度更高。此外，在基件形成多层的表面层时， 将与最外表面层的内侧相邻接的表面层的表面硬度设定得比最外表面层 的表面硬度更高。因此，通过图像形成，基件凸部的基件平坦部的表面层 或基件平坦部的最外表面层由于色粉限定刮板、色粉供给辊或者色粉外添 加剂而磨耗，如果这些基件平坦部或者最外表面层的内侧的表面层露出， 则显影辊的凸部的磨耗速度下降。据此，能提高显影辊的耐久性。
此外，如果基件平坦部的表面层或最外表面层消减，则显影辊的凹凸 部的深度会有些变化，但是能抑制露出的基件平坦部或者最外表面层的内 侧的表面层的磨耗。因此，作为整体，能经长时间抑制显影辊的凹凸部的 深度的变化，能经长时间良好地维持凹凸部的深度。其结果，用显影辊输送的色粉量几乎不发生变化，能经长时间将图像的浓度维持在几乎恒定。 因此，能经长时间进行良好的显影。
此外，虽由于凸部的露出的基件平坦部或者最外表面层的内侧的表面 层，而使色粉带电性下降，但是色粉粒子被夹在显影辊和色粉限定刮板之 间，摩擦力比凹部增大，所以该部分能抑制色粉带电性的下降。据此，能 抑制色粉覆盖或色粉飞散等，能取得良好的显影特性。
而且，在用色粉限定刮板对凸部的表面不输送色粉的色粉输送方式 中，能将凹部表面的色粉带电性的确保等凹部的功能和凸部表面的耐磨耗 性的确保(凹凸部的深度的维持)等凸部的功能进行分离，而实现两个功 能。
而且，通过将1层的表面层的厚度或者最外表面层的厚度设为所使用 的色粉的平均粒径(D50粒径)以内，能使输送到带电性容易下降的凹部 的色粉与非晶质金属的凹部相接触。因此，能防止色粉的带电性下降。
另外，通过基于磨削机的磨削加工或者基于研磨机的研磨加工，除去 1层的表面层或者多层的表面层的最外表面层，即使从最初就使用将基件 的基件凸部或者基件平坦部的最外表面层的内侧的表面层露出的状态的 显影辊，也能取得与所述同样的作用效果。
另一方面，根据具有本发明的显影辊的显影装置，能经长时间良好地 将潜像担持体的静电潜像进行显影。而且，具有该显影装置的图像形成装 置能经长时间形成稳定且良好的画质的图像。
图1是模式地表示本发明的图像形成装置的实施方式的一个例子的图。
图2是模式地表示图1所示的显影装置的剖视图。
图3 (a)是模式地表示显影辊、色粉供给辊和色粉限定部件的图，(b) 是沿着(a)的IIIB-niB线的局部剖视图，(c)是只表示(b)的基件的局 部剖视图。
图4是显影辊的图3 (b)的局部放大剖视图。
图5 (a)是表示显影辊的凹凸部的尺寸的图，(b)是说明色粉粒径比显影辊的凹凸部的深度更大时的显影辊的磨耗的过程的图。图6 (a)是说明色粉粒径比显影辊的凹凸部的深度更小时在显影辊的色粉粒子的举动的图，(b)是表示(a)的显影辊的磨耗状态的图。图7 (a) (c)是说明图3和图4所示的显影辊的制造方法的一个 例子的图。图8 (a) (c)是说明图3和图4所示的显影辊的制造方法的其它 例子的图。图9 (a)是表示色粉摩擦试验结果的图，(b)和(c)是表示表面电 位试验结果的图。图10 (a)是以往的显影辊的凹凸部的局部剖视图，(b)是说明(a) 的凸部的磨耗的局部剖视图。图11 (a)是模式地表示显影辊、色粉供给辊和色粉限定部件的图， (b)是沿着(a)的IIIB-IIIB线的局部剖视图，(c)是表示(b)的表面 层的一部分磨耗的状态的局部剖视图，(d)是只表示(b)的基件的局部 剖视图。图12是显影辊的图11 (b)的局部放大剖视图。图13 (a)是表示显影辊的凹凸部的尺寸的图，(b)是说明色粉粒径 比显影辊的凹凸部的深度更大时的显影辊的磨耗的过程的图。图14 (a) (c)是说明图11和图12所示的显影辊的制造方法的一 个例子的图。图15 (a) (b)是说明图11和图12所示的显影辊的制造方法的其 它例子的图。
具体实施方式
以下，参照附图，说明用于实施本发明的最佳方式。图1是模式地表示本发明的图像形成装置的实施方式的一个例子的图。在装置主体2内具有在图1中设置为能沿顺时针的旋转方向a旋转的 潜像担持体即感光体3。位于该感光体3的外周附近，设置了带电装置4。 此外，在感光体3的外周附近，分别从带电装置4向感光体3的旋转方向a按顺序配置了显影装置即旋转显影单元5、一次复制装置6、清理装置7。 旋转显影单元5具有黄色用的显影装置5Y、洋红色用的显影装置5M、青 色用的显影装置5C和黑色用的显影装置5K。而且，这些各显影装置5Y、 5M、 5C、 5K由以中心轴为中心、沿旋转方向e (在图1中，逆时针旋转) 能旋转的转轮5a可装卸地支撑。而且，在带电装置4和清理装置7的下 方配置了曝光装置8。而且，图像形成装置1具有中间复制介质即无端带状的中间复制带9。 该中间复制带9挂在带驱动辊10和从动辊11上。对带驱动辊10传递未 图示的电机的旋转驱动力。然后，通过带驱动辊IO，中间复制带9用一次 复制装置6， 一边与装置主体2压接， 一边沿旋转方向Y (在图1中，逆 时针旋转)旋转。在中间复制带9的带驱动辊10 —侧设置了二次复制装置12。此外， 在曝光装置8的下方，设置了收纳复制纸等薄片状的复制材料(未图示， 相当于本发明的复制介质)的复制材料盒13。而且，在从复制材料盒13 向二次复制装置12的复制材料输送路径14上，位于二次复制装置12的 附近，设置了捡拾辊15和门(gate)辊对16。在二次复制装置12的上方设置了定影装置17。该定影装置17具有加 热辊18、与该加热辊压接的加压辊19。而且，在装置主体2的上部设置 了排复制材料盘20。此外，在定影装置17和排复制材料盘20之间设置了 排复制材料辊对21。在这样构成的本例子的图像形成装置1中，在由带电装置4带电为一 样的感光体3上，通过曝光装置8的例如激光L等，例如首先形成黄色的 静电潜像。感光体3的黄色的静电潜像由通过转轮5a的旋转而定位在图 示的显影位置上的黄色用的显影装置5Y的黄色的色粉来进行显影。这样， 在感光体3上形成黄色的色粉像。该黄色色粉像通过一次复制装置6被复 制到中间复制带9上。复制后，在感光体3上残留的色粉由清理装置7的 清理刮板等扫落而回收。接着，在与所述同样由带电装置4再带电为一样的感光体3上，通过 曝光装置8，形成洋红色的静电潜像。该洋红色的静电潜像由定位在显影 位置的洋红色用的显影装置5M的洋红色色粉来进行显影。该感光体3上的洋红色色粉像通过一次复制装置6，与黄色色粉像颜色重叠地复制到中 间复制带9上。复制后，在感光体3上残留的色粉由清理装置7回收。以后，关于青色和黑色，也同样，分别在感光体3依次形成色粉像，这些色 粉像依次分别与先复制的色粉像颜色重叠地复制到中间复制带9上。这样， 在中间复制带9上形成彩色的色粉像。同样，复制后，在感光体3上残留 的各色粉分别由清理装置7回收。复制到中间复制带9上的彩色的色粉像由二次复制装置12复制到从 复制材料盒13通过复制材料输送路径14输送来的复制材料上。这时，复 制材料通过门辊对16，与中间复制带9的彩色的色粉像时刻一致地被输送 到二次复制装置12上。在复制材料上定影的色粉像由定影装置12的加热辊18和加压辊19 加热、加压定影。这样形成图像的复制材料通过复制材料输送路径14被 输送，由排复制材料辊对21排出到排复制材料盘20，并收纳。下面，说明本例子的图像形成装置1的特征部分的结构。本例子的图像形成装置1的各色的显影装置5Y、 5M、 5C、 5K都具有 完全相同的结构。因此，在以下显影装置5Y、 5M、 5C、 5K的说明中，省 略各色的符号Y、 M、 C、 K来进行说明。这时，为了与旋转显影单元5区 别，对显影装置赋予符号5'。图2是沿着与本例子的实施方式的显影装置的纵向正交的方向的剖视 图。本例子的显影装置5'形成为长的容器状。如图2所示，该显影装置 5'与所述专利文献1中记载的显影装置同样，在长的机架22上具有色粉 收纳部23、色粉供给辊24、显影辊25、色粉限定构件26。这些色粉收纳 部23、色粉供给辊24、显影辊25、色粉限定构件26沿显影装置5'的纵 向(在图2中与纸面正交的方向)延伸设置。色粉收纳部23由分隔壁27划分为2个的第一和第二色粉收纳部23a、 23b。这时，色粉收纳部23在图2中作为第一和第二色粉收纳部23a、 23b 的上部彼此连通的连通部23c而形成。在该状态下，通过分隔壁27来抑 制第一和第二色粉收纳部23a、 23b之间的色粉28的移动。如果旋转显影 单元5的转轮5a旋转，而使显影装置5'变为与图2所示的状态上下相反 的状态，则分别收纳在第一和第二色粉收纳部23a、 23b中的色粉28就移动到连通部23c—侧。如果转轮5a进一步旋转而使显影装置5'变为图2 所示的状态，则色粉28就再移动到第一和第二色粉收纳部23a、 23b —侧。 据此，以前收纳在第一色粉收纳部23a内的色粉28的一部分移动到第二 色粉收纳部23b内，此外，以前收纳在第二色粉收纳部23b内的色粉28 的一部分移动到第一色粉收纳部23a内，色粉收纳部23内的色粉28被混 合搅拌。该色粉28是用外添加剂覆盖该色粉母粒子的非磁性成分色粉。 这时，在本发明中，作为外添加剂，至少使用二氧化硅。
在第一色粉收纳部23a内的图2的下部，以在图2中能顺时针旋转的 方式设置色粉供给辊24。此外，在机架22的外部，以在图2中能逆时针 旋转的方式设置了显影辊25。而且，显影辊25接近(非接触)感光体3 而设置。此外，通过机架22的开口22a，以规定的抵接压力与色粉供给辊 24抵接。而且，色粉限定构件26设置在机架22上。该色粉限定构件26 在比显影辊25和色粉供给辊24的压印(nip)部(抵接部)更靠显影辊 25的旋转方向下游一侧的位置上与显影辊25抵接。据此，色粉限定构件 26限定从色粉供给辊24对显影辊25供给的色粉28的层厚度。因此，由 色粉限定构件26限定的色粉28由显影辊25向感光体3输送。然后，由 显影辊25输送的色粉28以非接触方式将感光体3的静电潜像进行显影， 在感光体3上形成各色的色粉像。
实施例1
如图3 (a)所示，在显影辊25的外周面，与所述专利文献l记载的 显影辊同样，形成网眼状的凹凸图案。在本例子的显影辊25中，作为该 凹凸图案，在该外周面的轴向规定位置上经全周形成沟29。这时，沟29 由接连成相对于显影辊25的轴向以规定角(在图示例中，45°，但是并不 局限于此)倾斜的螺旋状而形成并且具有规则性的规定数量的第一倾斜沟 29a、和接连成与这些第一倾斜沟29a的倾斜相反向而倾斜的螺旋状的规 定数量的第二倾斜沟29b构成。这些第一和第二倾斜沟29a、 29b都沿它 们的倾斜方向以规定间距间隔p并且沿轴向以规定宽度W形成。另外， 第一和第二倾斜沟29a、 29b的各倾斜角和各间距都能彼此不同。
如图3 (b)所示，显影辊25由基件25a、和形成在该基件25a的外 周面上的表面层25b构成。基件25a由5056铝合金或6063铝合金等铝系或STKM等铁系等金属材料的套筒构成。此外，表面层25b由在基件25a 上进行的镀镍系或镀铬系等的镀层构成。
如图3 (c)所示，在显影辊25的基件25a的外周面上，分别通过滚 压成形加工，形成用于构成第一和第二倾斜沟29a、 2%的第一和第二倾 斜基件沟29a，、 29b，。该基件上的第一和第二倾斜基件沟29a，、 29b，的加 工方法能采用以往公知的加工方法。因此，省略该加工方法的说明。然后， 在基件25a的外周面上形成由第一和第二倾斜基件沟29a，、 29b，包围的规 定数量的岛状的基件凸部30'。另外，在本发明中，基件凹部是指比第一 和第二倾斜基件沟29a，、 29b，的深度的1/2更靠基件25a—侧，基件凸部 30'是指比第一和第二倾斜基件沟29a'、 29b'的深度的1/2更向基件25a的 外方突出的一侧。
如图3 (c)和图4所示，基件凸部30'的顶部形成在基件平坦部30a' 上。各基件凸部30'的基件平坦部30a'的形状为当第一和第二倾斜基件 沟29a'、 29b，的倾斜角为45度、并且将它们的间距p设定为彼此相同时， 呈现正方形，当第一和第二倾斜基件沟29a'、 29b'的倾斜角为45度以外 的角度、并且将它们的间距p设定为彼此相同时，呈现菱形。此外，各基 件凸部30'的基件平坦部30a'的形状为当第一和第二倾斜基件沟29a'、 29b，的倾斜角为45度、并且将它们的间距p设定为彼此不同时，呈现长方 形，当第一和第二倾斜基件沟29a'、 29b'的倾斜角为45度以外的角度、 并且将它们的间距p设定为彼此不同时，呈现平行四边形。而且，基件平 坦部30a'无论是哪个四边形形状，基件凸部30'的基件平坦部30a'—侧将 其四周的侧壁倾斜，而形成截头四棱锥形状。
构成第一和第二倾斜基件沟29a'、 2%'的基件凹部的部分，分别形成 在沿着它们的倾斜方向的正弦波形状凹面的弯曲凹部。而且，基件凸部30' 的截头四棱锥形状的四周的侧壁，分别与基件凹部的正弦波形状的弯曲凹 部的四周的侧壁接连而形成。这时，基件凸部30'的截头四棱锥形状的四 周的侧壁与基件凹部的正弦波形状的四周的侧壁接连的点是凹凸部的深 度的1/2。
通过在形成第一和第二倾斜基件沟29a'、29b'和基件凸部30'的基件平 坦部30a，的基件25a的外周面上，进行非电解电镀镍系等电镀，从而在基件25a的表面形成表面层25b。在该表面层25b上形成与第一和第二倾斜 基件沟29a'、 29b'的基件凹部、基件凸部30'分别相同形状的第一和第二倾 斜沟29a、 29b的凹部、凸部30。
凸部30形成四边形的平坦状的顶部30a。此外，在基件25a上形成表 面层25b的状态下，第一和第二倾斜沟29a、 29b的顶部30a —侧将其四 周的侧壁倾斜，而形成截头四棱锥形状。而且，截头四棱锥形状的四周的 侧壁，分别与第一和第二倾斜沟29a、 29b的凹部一侧的正弦波形状的四 周的侧壁接连而形成。
而且，在本例子的显影辊25上，形成凸部30的顶部30a的表面层25b 的表面硬度比其他部分的表面硬度更大的高硬度部30a"(图4所示)。这 时，形成高硬度部30a"的凸部30的范围(从凸部30的顶部上面的深度t) 设定为所使用的色粉的平均粒径以内。此外，包含第一和第二倾斜沟29a、 29b的凹部的高硬度部30a"以外的部分的表面层25b的色粉带电性比高硬 度部30a"的色粉带电性更高。
另一方面，本发明者，针对如所述的图10 (b)所示的、相对于显影 辊a的凸部g的顶部h比较大地磨耗成平坦状、而第一和第二倾斜沟的凹 部形成部分f的表面层c几乎不磨耗的现象， 一边进一步进行耐久实验， 一边进行了研究。另外，用三维测定用激光显微镜KeyenceVK-9500测定 了该磨耗的形状。实验中使用的图像形成装置是SEIKO EPSON公司制造 的LP9000C的打印机。然后，代替该打印机中使用的显影辊，使用了以下 的显影辊25。这时，为了使得该显影辊25变为能使用，改造了 SEIKO EPSON公司制造的LP9000C的打印机。耐久实验的图像形成条件是 LP9000C的打印机的标准的图像形成条件。
对显影辊25的基件25a使用STKM材料，在对基件25a加工凹凸部 之前，通过无心(centerless)加工，进行了基件25a的表面精加工。接着， 通过滚压成形加工，形成了第一和第二倾斜基件沟29a'、 29b'。接着，作 为表面层25b,通过非电解电镀镍-磷(Ni-P)，在基件表面形成了厚度3 um的镀层。这时，如图5 (a)所示，显影辊25的凹凸部是凹凸深度(从 沟29a、 29b的底部到凸部30的上面的高度)为6um、凹凸间距为100 y m、在凹凸深度的1/2线上的凸部30的宽度为60 U m、在凹凸深度的1/2线上的凹部(沟29a、 29b)的宽度为40^m。
此外，色粉供给辊24由氨基甲酸乙酯发泡辊形成，相对于显影辊25， 以切入量1.5mm进行了设置。而且，色粉限定构件26由氨基甲酸乙酯橡 胶构成的刮板构成，对显影辊25以抵接压力40g/cm进行了设置。
而且，所使用的色粉是2种色粉。其中之一的色粉是在用粉碎法制作 的聚酯粒子中适量内添CCA、 WAX、颜料而构成色粉母粒子，并且在该 色粉母粒子中外添20nm的小粒径二氧化硅、40nm的中粒径二氧化硅、 100nm的大粒径二氧化硅、30nm二氧化钛，平均粒径D50是4.5 u m，是 比凹凸深度m更小的小粒径色粉。另一个色粉是在用聚合法制作的苯 乙烯丙烯粒子中适量内添WAX、颜料而构成色粉母粒子，并且在该色粉 母粒子中外添20nm的小粒径二氧化硅、40nm的中粒径二氧化硅、100nm 的大粒径二氧化硅、30nm二氧化钛，平均粒径D50与所述的色粉同样是 4.5nm的小粒径色粉。
然后，在LP9000C的标准图像形成条件下，在A4普通纸上，用单色 的图像占有率5%的文字图案进行了耐久图像形成实验。作为该实验的结 果，具有图5 (b)中用实线表示的初始轮廓的凸部30的表面层25b的顶 部30a随着图像形成次数增加，如单点划线所示，成为磨耗成平坦状的轮 廓的倾向。
认为其理由如下所示。在图6 (a)中，伴随着显影辊25的旋转，通 过与显影辊25分别压接的色粉供给辊24和色粉限定构件26，位于凸部 30的平坦面30a的色粉粒子分别移动到第一和第二倾斜沟29a、 29b内。 这时，在图6 (a)中，伴随着显影辊25的旋转，位于凸部30的顶部30a 的色粉粒子分别移动到第一和第二倾斜沟29a、 29b内。这时，色粉粒子 的平均粒径(D50粒径)比凹凸部的深度更小，所以移动到第一和第二倾 斜沟29a、 29b内的色粉28的粒子成为多层。而且，伴随着显影辊25的 旋转，位于第一和第二倾斜沟29a、 29b的色粉粒子移动到凸部30的顶部 30a。这时，最上层的色粉粒子的位置成为与凸部30的顶部30a几乎相同 的高度位置，所以位于第一和第二倾斜沟29a、 2%内的色粉28的粒子中， 主要是最上层的色粉粒子大致横向移动，下层的色粉粒子几乎不移动。通 过其最上层的色粉粒子的横向移动，由于色粉粒子的表面较硬的外添加剂，表面层25b的表面经长时间渐渐被磨耗为平坦状。
另外，图6 (a)和(b)与图3 (b)同样，是沿着第一和第二倾斜沟 29a、 2%的倾斜方向的剖视图。因此，这些显影辊25的部分截面与显影 辊25的旋转方向不同。因此，位于第一倾斜沟29a的色粉粒子移动到凸 部30的顶部30a上，然后，顶部30a上的色粉也移动到与该顶部30a相邻 接的第一和第二倾斜沟29a、 29b的任意一个。此外，位于第二倾斜沟29a 的色粉粒子移动到凸部30的顶部30a上，然后，顶部30a上的色粉也移 动到与该顶部30a相邻接的第一和第二倾斜沟29a、 2%的任意一个。关 于以下的其他例子的说明，也同样。
说明这样构成的显影辊25的制造方法的一个例子。
如图7 (a)所示，在基件25a上，通过滚压成形加工，形成第一和第 二倾斜基件沟29a，、 29b，。接着，如图7 (b)所示，在形成第一和第二倾 斜基件沟29a'、 29b'的基件25a的表面，通过非电解电镀，形成非晶质的 表面层25b。据此，与第一和第二倾斜基件沟29a，、 29b，相对应，形成第 一和第二倾斜沟29a、 2%。这时，比第一和第二倾斜沟29a、 29b的深度 的1/2更靠顶部30a —侧是凸部30，比第一和第二倾斜沟29a、 29b的深 度的1/2更靠基件25a—侧(与顶部30a相反一侧)是凹部。这时，与基 件25a的硬度相比，表面层25b的硬度设定得更高。
接着，如图7 (c)所示，通过离子束或局部加热等，将凸部30的顶 部30a的表面层25b进行表面结晶化。这时，将表面层25b的表面结晶化 部分(高硬度部30a")的离顶部30a的上面的深度t，设为具有该显影辊 25的显影装置5'中使用的色粉的平均粒径(D50粒径)以内的范围。该 表面层25b的表面结晶化部分(高硬度部30a")的表面硬度比包含第一和 第二倾斜沟29a、 29b的凹部的其他部分的表面层25b的表面硬度更大。 此外，包含第一和第二倾斜沟29a、 29b的凹部的、表面层25b的表面结 晶化部分(高硬度部30a")以外的部分的表面层25b的色粉带电性，比高 硬度部30a"的色粉带电性更高。
说明本例子的显影辊25的制造方法的其他例子。
如图8 (a)所示，在基件25a的表面，通过非电解电镀，形成非晶质 的表面层25b。这时，与基件25a的硬度相比，表面层25b的硬度设定得更高。接着，如图8(b)所示，通过退火，将非晶质的表面层25b完全结晶
化。这时的退火的温度例如是300。C以上，但是为基件25a的热处理温度 以下。接着，如图8 (c)所示，在具有结晶化的表面层25b的基件25a的 表面，通过滚压成形加工，形成第一和第二倾斜沟29a、 29b。这时，比第 一和第二倾斜沟29a、 29b的深度的1/2更靠顶部30a —侧是凸部30，比 第一和第二倾斜沟29a、 29b的深度的1/2更靠基件25a —侧(与顶部30a 相反一侧)是凹部。然后，被结晶化的表面层25b的第一和第二倾斜沟29a、 29b的形成部分通过基于滚压成形加工的轧制，再非晶质化(非晶质 (amorphous))。因此，顶部30a的结晶化的表面层25b的表面硬度比再 非晶质化的表面层25b的表面硬度更大。这样就形成本例子的显影辊25。 下面，说明本发明的显影辊25的具体例。
对显影辊25的基件25a使用硬度以Hv为150的STKM材料，在对 基件25a加工凹凸部之前，通过无心加工，进行基件25a的表面精加工。 接着，用滚压成形加工在基件25a的表面形成了深度6 u m的基件凹凸部。 这时，将基件凹部29a'、 29b'(基件凸部30'的基件凹部的底部一侧)形 成正弦波形状。此外，将基件凸部30'的顶部30a' —侧形成为截头四棱锥 形状。而且，将截头四棱锥形状的四周的侧壁分别与正弦波形状的弯曲凹 部29a'、 29b'的四周的侧壁接连而形成。这时，基件凸部30'的截头四棱 锥形状的四周的侧壁与正弦波形状的四周的侧壁接连的点是基件凹凸部 的深度的1/2的点。
作为表面层25b，通过非电解电镀镍-磷(Ni-P)，在基件表面形成厚 度t为3um的镀层。这时的表面层25b的表面硬度以Hv为550。接着， 在顶部30a的表面层25b的部分，在从凸部30的顶部上面的深度t为1.5 um的范围中，照射离子束来加热，从而将该表面层25b的部分结晶化。 这时的已结晶化的表面层25b的表面硬度以Hv为1000。即顶部30a的高 硬度部30a"比该高硬度部30a"以外的表面层25b的部分的表面硬度更大。
接着，关于本发明的显影辊的色粉带电性和显影辊的表面电位，进行 了实验。实验是基于色粉摩擦实验的色粉的带电量测定和显影辊的色粉输 送面的表面电位试验。
色粉摩擦试验中，作为显影辊的样品，制作了通过非电解电镀镍-磷(Ni-P)将STKM材料形成厚度3urn的表面层的样品板。该样品板的表 面硬度以Hv为550。而且，还制作了另一个相同的样品板，在40(TC将该 样品板的表面层退火处理2小时，而将表面层结晶化。该样品板的表面硬 度以Hv为lOOO。因此，可知通过退火处理，表面层的硬度提高。
此外，作为色粉，使用了所述的最初的色粉。而且，制作了在所述色 粉限定构件26中使用的由氨基甲酸乙酯橡胶构成的刮板。然后，在各样 品板上分别涂满色粉，用氨基甲酸乙酯橡胶的刮板磨擦各样品板上的色 粉。然后，用带电量测定器测定磨擦后的色粉的带电量。增加摩擦次数， 按每规定的摩擦次数对其进行摩擦后，用带电量测定器测定色粉的带电 量。图9 (a)表示这时的色粉摩擦试验结果。如图9 (a)所示，可知在 电镀层的表面层不进行退火处理时，色粉带电性良好。
另一方面，在显影辊的色粉输送面的表面电位试验中，作为驱动实验 机，使用了所述LP9000C的打印机，并且还使用了实验显影盒。这时，以 能观察到显影辊的表面的方式对驱动实验机和实验显影盒进行了改造。此 外，制作了通过非电解电镀镍-磷(Ni-P)将STKM材料形成厚度3 u m的 表面层的样品显影辊、和对该表面层与所述同样地在40(TC进行了退火处 理2小时的样品显影辊的一个显影辊。
此外，作为色粉，使用了所述的最初的色粉。然后，将实验显影盒 设置在驱动实验机上，将驱动实验机空转。然后，除去显影辊周面的色粉 的一部分，露出显影辊的表面的一部分。而且，在显影辊设置了表面电位 计。在该状态下，使显影辊旋转，测定色粉除去部与色粉未除去部的电位 差，对表面电位恢复率进行了观察。图9 (b)和(c)表示这时的表面电 位试验。如图9 (b)和(c)所示，通过显影辊(DR)驱动开始，显影辊 的表面电位提高。这时，图9 (b)和(c)所示的各实验结果都在显影辊 (DR)驱动的开始，周期地出现表面电位不好的峰值。这些表面电位不 好的峰值的部分是从输送面除去色粉的部分。而且，如果整体地观察，不 进行图9 (b)的退火处理的一方与图9 (c)所示的进行了退火处理的一 方相比，表面电位良好。即，可知通过退火处理，色粉显影后的显影辊的 色粉输送面的表面电位恢复性变差。
通过这些实验，可知凸部的顶部的表面在退火处理中被结晶化，其硬'&AL nn加frh圭而"7^it^ :;曰丄/rfsT田 dV^idt旦瞎 存^^幽Fh,h^亦 乂又乂iin—'; ^Li乂r， h 口pu'j4vMir i'a^l'u化乂^^+土， it-hm,'夕a ， di力i u力i工乂
得良好。
根据这些例子的显影辊25，显影辊25的凸部30的顶部30a的高硬度 部30a"的表面硬度比包含构成第一和第二倾斜沟29a、 2%的凹部的部分 的该高硬度部30a"的以外的部分的表面硬度设定得更大。因此，在经长时 间的图像形成中，抑制了比较容易磨耗的顶部30a的表面层25b的磨耗， 此外，凹部的表面层25b的磨耗也少。因此，与以往的显影辊相比，能进 一步减少凸部和凹部的磨耗的差。据此，即使经长时间进行图像形成，显 影辊25的凹凸部的深度也变化不大。其结果，由显影辊25输送的色粉量 几乎不变，能经长时间将图像的浓度几乎维持恒定。因此，能经长时间进 行良好的显影。
此外，显影辊25的凹部的表面硬度小，所以能防止复位性差的凹部 产生的成膜。而且，在凹部，离色粉限定刮板26的距离远，所以色粉带 电性会变差，但是通过将该凹部维持非晶质，能抑制色粉带电性的下降。 即通过将凹部的色粉带电性比凸部的带电性更高，能更有效地进行色粉带 电。据此，能抑制色粉覆盖或色粉飞散等，能取得良好的显影特性。
而且，以用色粉限定构件26对凸部30的表面不输送色粉的色粉输送 方式，对凹部表面的色粉带电性的确保等凹部的功能和凸部表面的耐磨耗 性的确保(凹凸部的深度的维持)等凸部的功能进行分离，能实现两个功 能。 '
此外，通过将凸部30的顶部30a结晶化，顶部30a的色粉带电性会
变得不太良好。但是，由于色粉带电性不太良好，反而能防止色粉限定刮 板26与显影辊25的凸部30之间的滑动摩擦引起的过剩带电(充电)，并 且能改善显影经历。此外，在使用比显影辊的凹凸深度更小粒径的色粉、 将色粉限定刮板的前端与显影辊抵接、将色粉输送到显影辊的凹部而不输 送到凸部的方式下，能更有效地抑制向凸部的色粉，能防止进而色粉向凸 平坦面的成膜或过剩带电。
用同一材料构成表面层25b的凹凸部，通过使凹部和凸部的结晶化程 度不同(例如凸部的结晶化程度比凹部的结晶化程度更高)，能控制凸部 和凹部的表面硬度和电阻。这时，凸部和凹部的各表面层25b不完全结晶化(用XRD分析是否完全结晶化)。据此，能简便生成显影辊的表面组成。 尤其是，如果提高凸部的硬度，过分减小其磨耗，就会产生色粉熔敷的成 膜，但是通过控制结晶化程度，能抑制该成膜的发生。
而且，通过局部加热凸部30的表面层25b，对基件25a的结晶化几乎 不带来影响。因此，能防止基件25a的应力释放或结晶化程度的变化引起 的基件25a的翘曲或弯曲。
而且，通过从凸部30的上面将进行凸部30的结晶化的范围设为所使 用的色粉的平均粒径以内，能将输送到带电性容易下降的凹部的色粉与非 晶质的凹部接触。因此，能防止色粉的带电性下降。
而且，在基件25a形成凹凸部之前，通过非电解电镀，在基件25a形 成表面层25b，从而，即使对基件25a使用比较难以加工的材料，通过基 于该电镀的表面层25b，也能提高凹凸部的形状稳定性。据此，能提高凹 凸部的表面的平滑性，色粉粒子的转动性变得良好，并且能抑制凹凸部的 色粉的成膜。因此，能经长时间更良好地维持色粉输送性和色粉带电性。
如图11 (a)所示，在显影辊25的外周面，与所述专利文献1中记载 的显影辊同样，形成网眼状的凹凸图案。在本例子的显影辊25中，作为 该凹凸图案，在该外周面的轴向规定位置上经全周形成了沟29。这时，沟 29由接连成相对于显影辊25的轴向以规定角(在图示例中为45。，但是 并不局限于此)倾斜的螺旋状而形成并且具有规则性的规定数量的第一倾 斜沟29a、和接连成与这些第一倾斜沟29a的倾斜相反向而倾斜的螺旋状 的规定数量的第二倾斜沟29b构成。这些第一和第二倾斜沟29a、 29b都 沿它们的倾斜方向以规定间距间隔p并且沿轴向以规定宽度W形成。另 外，第一和第二倾斜沟29a、 29b的各倾斜角和各间距都能彼此不同。
如图11 (b)所示，显影辊25是通过由比较大地产生加工硬化的金属 材料构成的基件25a、和形成在该基件25a的外周面上的表面层25b构成 的。基件25a由5056铝合金或6063铝合金等铝系或STKM等铁系等金属 材料的套筒构成。此外，表面层25b由在基件25a上进行的镀镍系或镀铬 系等的镀层构成。
如图11 (d)所示，在显影辊25的基件25a的外周面，分别通过滚压 成形加工，形成了用于构成第一和第二倾斜沟29a、 2%的第一和第二倾斜基件沟29a，、 29b，。该基件的第一和第二倾斜基件沟29a，、 29b，的加工 方法能采用以往公知的加工方法。因此，省略该加工方法的说明。而且， 在基件25a的外周面形成了由第一和第二倾斜基件沟29a'、 2%'包围的规 定数量的岛状的基件凸部30'。另外，在本发明中，基件凹部是指比第一 和第二倾斜基件沟29a'、 29b'的深度的1/2更靠基件25a—侧，基件凸部 30，是指比第一和第二倾斜基件沟29a'、 29b，的深度的1/2更向基件25a外 方突出的一侧。
如图11 (d)和图12 (a)所示，基件凸部30'的顶部形成在基件平坦 部30a，。各基件凸部30'的基件平坦部30a，的形状为当第一和第二倾斜 基件沟29a，、 29b'的倾斜角为45度、并且将它们的间距p设定为彼此相 同时，呈现正方形，当第一和第二倾斜基件沟29a'、 29b'的倾斜角为45 度以外的角度、并且将它们的间距p设定为彼此相同时，呈现菱形。此外， 各基件凸部30，的基件平坦部30a'的形状为当第一和第二倾斜基件沟 29a'、 29b'的倾斜角为45度、并且将它们的间距p设定为彼此不同时，呈 现长方形，当第一和第二倾斜基件沟29a'、 29b'的倾斜角为45度以外的 角度、并且将它们的间距P设定为彼此不同时，呈现平行四边形。而且， 基件平坦部30a，无论是哪个四边形形状，基件凸部30，的基件平坦部30a， 一侧将其四周的侧壁倾斜，形成截头四棱锥形状。
构成第一和第二倾斜基件沟29a，、 29b，的基件凹部的部分分别形成在 沿着它们的倾斜方向的正弦波形状凹面的弯曲凹部。而且，基件凸部30' 的截头四棱锥形状的四周的侧壁分别与基件凹部的正弦波形状的弯曲凹 部的四周的侧壁接连而形成。这时，基件凸部30'的截头四棱锥形状的四 周的侧壁和基件凹部的正弦波形状的四周的侧壁接连的点是凹凸部的深 度的1/2。
而且，如图11 (b)、 (c)和图12 (a)所示，基于滚压成形的沟加工 的基件25a的外周面由基于滚压成形加工的加工硬化构成为高硬度部 25a'。该高硬度部25a'在从基件25a的外周面几乎恒定的厚度t,的范围内 形成，与基件25a的其它部分相比，表面硬度更大。
而在形成第一和第二倾斜基件沟29a'、 29b'和基件凸部30'的基件平 坦部30a'的基件25a的外周面(即高硬度部25a'的表面)进行非电解电镀左直玄每4一息活仝辱的由4齒龙某<生0《。的赛而形F^丰而巨，《k;t时 丰
面层25b的表面硬度比基件25a的外周面的高硬度部25a'的表面硬度更小。 此外，表面层25b的厚度t,设定在使用的色粉的平均粒径(D50粒径)以 内。在该表面层25b形成与第一和第二倾斜基件沟29a'、 29b'的基件凹部、 基件凸部30'分别相同形状的第一和第二倾斜沟29a、29b的凹部、凸部30。 凸部30形成四边形的平坦状的顶部30a。此外，在基件25a形成表面 层25b的状态下，第一和第二倾斜沟29a、 29b的顶部30a —侧将其四周 的侧壁倾斜，形成截头四棱锥形状。而且，截头四棱锥形状的四周的侧壁 分别与第一和第二倾斜沟29a、 29b的凹部一侧的正弦波形状的四周的侧 壁接连而形成。
另一方面，本发明者，针对如所述的图10 (b)所示的相对于显影辊 a的凸部g的顶部h比较大地磨耗为平坦状、而第一和第二倾斜沟的凹部 形成部分f的表面层c几乎不磨耗的现象， 一边进行耐久实验， 一边进行 了研究。另外，用三维测定用激光显微镜KeyenceVK-9500测定该磨耗的 形状。实验中使用的图像形成装置是SEIKO EPSON公司制造的LP9000C 的打印机。而且，代替该打印机中使用的显影辊，使用了以下的显影辊25。 这时，为了使得该显影辊25能够使用，对SEIKO EPSON公司制造的 LP卯00C的打印机进行了改造。耐久实验的图像形成条件是LP9000C的 打印机的标准的图像形成条件。
对显影辊25的基件25a使用STKM材料，在对基件25a加工凹凸部 之前，通过无心加工，进行了基件25a的表面精加工。接着，通过滚压成 形加工，形成了第一和第二倾斜基件沟29a'、 29b'。接着，作为表面层25b， 通过非电解电镀镍-磷(Ni-P)，在基件表面形成了厚度3um的镀层。这 时，如图13 (a)所示，显影辊25的凹凸部是凹凸深度(从沟29a、 29b 的底部到凸部30的上面的高度)为6lim，凹凸间距为100um，在凹凸 深度的1/2线的凸部30的宽度为60lim，在凹凸深度的1/2线的凹部(沟 29a、 29b)的宽度为40um。
此外，色粉供给辊24由氨基甲酸乙酯发泡辊形成，对于显影辊25， 以切入量1.5mm进行了设置。而且，色粉限定刮板26由氨基甲酸乙酯橡 胶构成的刮板构成，对于显影辊25，以抵接压力40g/cm进行了设置。而且，使用的色粉是2种色粉。其中之一的色粉是在用粉碎法制作的
聚酯粒子中适量内添CCA、 WAX、颜料而构成色粉母粒子，并且在该色 粉母粒子中外添20nm的小粒径二氧化硅、40nm的中粒径二氧化硅、100nm 的大粒径二氧化硅、30nm二氧化钛，平均粒径D50是4.5iim，是比凹凸 深度6ym更小的小粒径色粉。另一个色粉是在用聚合法制作的苯乙烯丙 烯粒子适量内添WAX、颜料而构成的色粉母粒子，并且在该色粉母粒子 中外添20nm的小粒径二氧化硅、40nm的中粒径二氧化硅、100nm的大粒 径二氧化硅、30nm二氧化钛，平均粒径D50与所述的色粉同样是4.5um 的小粒径色粉。
然后，在LP9000C的标准图像形成条件下，在A4普通纸，用单色的 图像占有率5%的文字图案进行了耐久图像形成实验。作为该实验的结果， 具有图13 (b)中用实线表示的初始轮廓的凸部30的表面层25b的顶部 30a随着图像形成次数增加，如单点划线所示，成为磨耗成弯曲的轮廓的 倾向。凸部30的这样的平坦状的磨耗轮廓在使用了所述第2小粒径的色 粉时，也成为磨耗成同样的弯曲的轮廓的倾向
认为其理由如下所示。在图6 (a)中，伴随着显影辊25的旋转，通 过与显影辊25分别压接的色粉供给辊24和色粉限定刮板26，位于凸部 30的平坦面30a的色粉粒子分别移动到第一和第二倾斜沟29a、 2%内。 这时，在图6 (a)中，伴随着显影辊25的旋转，位于凸部30的顶部30a 的色粉粒子分别移动到第一和第二倾斜沟29a、 2%内。此时，色粉粒子 的平均粒径(D50粒径)比凹凸部的深度更小，所以移动到第一和第二倾 斜沟29a、 29b内的色粉28的粒子成为多层。而且，伴随着显影辊25的 旋转，位于第一和第二倾斜沟29a、 29b的色粉粒子移动到凸部30的顶部 30a。这时，最上层的色粉粒子的位置成为与凸部30的顶部30a几乎相同 的高度位置，所以位于第一和第二倾斜沟29a、 29b内的色粉28的粒子中， 主要是最上层的色粉粒子大致横向移动，下层的色粉粒子几乎不移动。通 过该最上层的g粉粒子的横向移动，如图6(b)所示，由于色粉粒子的表 面的比较硬的外添加剂，表面层25b的表面经长时间渐渐磨耗为平坦状。
另外，图6 (a)和(b)与图11 (b)同样是沿着第一和第二倾斜沟 29a、 29b的倾斜方向的剖视图。因此，这些显影辊25的部分截面与显影辊25的旋转方向不同。因此，位于第一倾斜沟29a的色粉粒子移动到凸 部30的顶部30a上，然后，顶部30a上的色粉也移动到与该顶部30a相邻 接的第一和第二倾斜沟29a、 29b的任意一个。此外，位于第二倾斜沟29b 的色粉粒子移动到凸部30的顶部30a上，然后，顶部30a上的色粉也移 动到与该顶部30a相邻接的第一和第二倾斜沟29a、 29b的任意一个。关 于以下的其他例子的说明，也是同样。
可是，该例子的显影辊25，最初如图12 (a)所示，在基件凸部30' 的基件平坦部30a'形成了表面层25b的状态下使用。然后，如果在经长时 间的图像形成中，基件平坦部30a'上的表面层25b磨耗下去，则如图11 (c)和图12 (b)所示，基件凸部30，的基件平坦部30a，露出。基件平坦 部30a，的表面硬度，通过加工硬化，比第一和第二倾斜沟29a、 29 (即显 影辊25的凹部)的表面层25b的表面硬度更大。因此，如果基件凸部30' 的基件平坦部30a'露出，则基于色粉限定刮板、色粉供给辊或者色粉外添 加剂的显影辊25的凸部30的磨耗速度下降。据此，显影辊25的耐久性 提高。此外，如果基件平坦部30a，上的表面层25b消减，则显影辊25的 凹凸部的深度就会有些变化，但是能抑制露出的基件平坦部30a'的磨耗， 所以凸部30的磨耗速度下降。因此，作为整体，能经长时间抑制显影辊 25的凹凸部的深度的变化。
说明这样构成的本例子的显影辊25的制造方法的一个例子。 如图14 (a)所示，在基件25a，通过滚压成形加工，形成第一和第 二倾斜基件沟29a'、 29b'。通过基于该沟加工的加工硬化，在基件25a的 外周面形成高硬度部25a'。接着，如图14 (b)所示，在基件25a的高硬 度部25a'的表面，通过非电解电镀，形成非晶质金属的1层的表面层25b。 据此，与第一和第二倾斜基件沟29a'、 29b，相对应，形成第一和第二倾斜 沟29a、 29b。这时，比第一和第二倾斜沟29a、 29b的深度的1/2更靠顶 部30a —侧是凸部30，比第一和第二倾斜沟29a、 29b的深度的1/2更靠 基件25a—侧(与顶部30a相反一侧)是凹部。此时，基件25a的高硬度 部25a'的表面硬度比表面层25b的硬度设定得更高。这样就形成在基件凸 部30，的基件平坦部30a'上形成了表面层25b的图14 (a)所示的本例子的 显影辊25。然后，如果在经长时间的图像形成中，基件凸部30'的基件平坦部30a，上的表面层25b磨耗、消减，则如图12 (b)所示，基件凸部30， 的基件平坦部30a'露出。
另外，本例子的显影辊25，最初没必要如图12 (a)所示， 一定在基 件凸部30'的基件平坦部30a'形成表面层25b。即显影辊25能在从最初除 去图12 (a)所示的基件平坦部30a，上的表面层25b而露出了图12 (b) 所示的基件平坦部30a'的状态下使用。作为基件平坦部30a'上的表面层 25b的除去方法，能使用以往众公知的基于磨削机的磨削加工的方法或者 基于研磨机的研磨加工的方法。
下面，说明本例子的显影辊25的具体例。
对显影辊25的基件25a使用硬度以Hv为250的SUS材料，在基件 25a加工凹凸部之前，通过无心加工，进行了基件25a的表面精加工。接 着，用滚压成形加工，在基件25a的表面形成了深度8um的基件凹凸部。 这时，基件凹部29a'、 29b'(基件凸部30'的基件凹部的底部一侧)形成 正弦波形状。此外，基件凸部30'的顶部30a'—侧形成了截头四棱锥形状。 然后，将截头四棱锥形状的四周的侧壁分别与正弦波形状的弯曲凹部 29a'、 29b'的四周的侧壁接连而形成。这时，基件凸部30'的截头四棱锥形 状的四周的侧壁与正弦波形状的四周的侧壁接连的点是基件凹凸部的深 度的1/2的点。这时，基件25a的材料即SUS材料产生比较大的加工硬化， 所以基于滚压成形加工的基件25a的表面硬度以Hv为700。
作为表面层25b，通过非电解电镀镍-磷(Ni-P)，在基件表面形成了 厚度t,为1.5um的镀层。这时的表面层25b的表面硬度以Hv为500。这 样就形成了本例子的显影辊25。
然后，使用本例子的显影辊25，进行了与所述的耐久实验同样的耐久 实验，如图7 (c)所示，确认了 SUS材料的基件平坦部30a'露出、且此 后能抑制磨耗。
图15 (a)和(b)是表示本发明的显影辊的实施方式的其它例子的分 别与图12 (a)和(b)同样的局部放大剖视图。
在所述的例子中，表面层25b形成l层，但是，如图15 (a)所示， 在本例的显影辊25中，表面层25b也可以形成为第一表面层25b'和第二 表面层25b"。这时，第一表面层25b'形成在基件25a的外周面，并且第二表面层25b''形成在第一表面层25b'的外周面。而且，第一表面层25b'
的厚度{2设定为比第二表面层25b''的厚度t3更大。这时，第二表面层
25b''的厚度t3设定在使用的色粉的平均粒径(D50粒径)以内。此外， 与最外表面层即第二表面层25b"的内侧相邻接的第一表面层25b'的表 面硬度设定为比第二表面层25b''的表面硬度更大。而且，第二表面层 25b"的色粉带电性设定为比与第二表面层25b"的内侧相邻接的第一表 面层25b'的色粉带电性更大。
在本例子的显影辊25中，基件25a没必要使用产生那样大的加工硬 化的金属材料。当然如上所述，也能对基件25a使用产生比较大的加工硬 化的金属材料。
本例子的显影辊25的其它结构与所述的例子相同。此外，显影辊25 能在所述的显影装置5'和图像形成装置1中应用。
可是，本例子的显影辊25，最初如图15 (a)所示，在基件凸部30' 的基件平坦部30a'形成了第二表面层25b"的状态下使用。而且，如果在 经长时间的图像形成中，基件平坦部30a，的第二表面层25b"磨耗下去， 则如图15 (b)所示，基件平坦部30a，的第一表面层25b'的平坦部30a" 露出。第一表面层25b'的表面硬度比第一和第二倾斜沟29a、 29 (即显 影辊25的凹部)的第二表面层25b"的表面硬度更大。因此，如果基件 平坦部30a，的第一表面层25b'的平坦部30a"露出，则基于色粉限定刮板、 色粉供给辊或者色粉外添加剂的显影辊25的凸部30的磨耗速度下降。据 此，显影辊25的耐久性提高。此外，如果基件平坦部30a，的第二表面层 25b"消减，则显影辊25的凹凸部的深度就会有些变化，但是能抑制露 出的第一表面层25b'的磨耗，所以凸部30的磨耗速度下降。因此，作为 整体，能经长时间抑制显影辊25的凹凸部的深度的变化。另外，显影辊 25并不限定为2层，也能形成3层以上的多层。这时，与显影辊25的最 外表面层的内侧相邻接的表面层的表面硬度设定为比最外表面层的表面 硬度更大。
这样构成的本例子的显影辊25的制造方法在凹凸加工的基件25a的 外周面，通过非晶质金属的非电解电镀，形成第一表面层25b'。接着，通 过退火等，加热处理第一表面层25b'而使结晶化进行，并增大硬度。该结晶化能用XRD分析把握。接着，在第一表面层25b'的外周面，通过
非晶质金属或者结晶化金属的非电解电镀，形成第二表面层25b"。这时， 当对第二表面层25b"使用非晶质金属时，使电镀的温度和电镀液的含有 金属配合比发生变化，成为比第一表面层25b'更非晶质的第二表面层 25b"。该制造方法的其它部分与图14 (a) (c)所示的所述的例子的显 影辊25的制造方法实质上相同。此外，本例子的显影辊25也与所述的例 子相同，在最初形成基件平坦部30a，的第二表面层25b"的状态下使用。 而且，如果经长时间的图像形成中，基件凸部30，的基件平坦部30a，的第 二表面层25b'，磨耗、消减，就如图15 (b)所示，基件凸部30'的基件 平坦部30a'露出。
另外，本例子的显影辊25与所述的例子相同，没必要最初一定如图 15 (a)所示，在基件凸部30，的基件平坦部30a，上形成第二表面层25b，，。 即显影辊25也能在从最初除去图15 (a)所示的基件平坦部30a，的第二表 面层25b'，而露出了图15 (b)所示的基件平坦部30a'的第一表面层25b' 的状态下使用。作为第二表面层25b"的除去方法，能使用以往公知的基 于磨削机的磨削加工的方法或者基于研磨机的研磨加工的方法。
下面，说明本例子的显影辊25的具体例。
对显影辊25的基件25a使用硬度以Hv为150的STKM材料，在对 基件25a加工凹凸部之前，通过无心加工，进行了基件25a的表面精加工。 接着，用滚压成形加工，在基件25a的表面形成了深度8Um的基件凹凸 部。这时，基件凹部29a'、 2%'(基件凸部30'的基件凹部的底部一侧) 的形状与所述的例子同样。
接着，作为第一表面层25b'，通过非晶质的非电解电镀镍-磷(Ni-P)， 在基件表面形成了厚度t2为3um的镀层。然后，对该镀层在400'C实施 退火，并将镀层的镍-磷结晶化。这时的第一表面层25b'的表面硬度以 Hv为lOOO。接着，作为第二表面层25b"，通过非晶质的非电解电镀镍-磷(Ni-P)，在第一表面层25b'的表面形成了厚度12为1.5um的镀层。 这时的第二表面层25b''的表面硬度以Hv为500。这样就形成了本例子 的显影辊25。
然后，使用本例子的显影辊25，进行了与所述的耐久实验同样的耐久实验，如图14 (c)所示，确认了 SUS材料的基件平坦部30a，露出、且此
后能抑制磨耗。
下面，关于本发明的显影辊的色粉带电性和显影辊的表面电位进行了 实验。实验是基于色粉摩擦试验的色粉的带电量测定和显影辊的色粉输送
面的表面电位试验。
色粉摩擦试验中，作为显影辊的样品，制作了通过非电解电镀镍-磷
(Ni-P)将STKM材料形成了厚度3um的表面层的样品板。该样品板的 表面硬度以Hv为550。而且，还制作了另一个相同的样品板，并在400 。C将该样品板的表面层退火处理2小时，而将表面层结晶化。该样品板的 表面硬度以Hv为1000。因此，可知通过退火处理，表面层的硬度提高。 此外，作为色粉，使用了所述的最初的色粉。制作了在所述色粉限定 构件26中使用的由氨基甲酸乙酯橡胶构成的刮板。然后，在各样品板上 分别涂满色粉，并用氨基甲酸乙酯橡胶的刮板磨擦各样品板上的色粉。然 后，用带电量测定器测定磨擦后的色粉的带电量。增加摩擦次数，按每规 定的摩擦次数对其进行摩擦后，用带电量测定器测定色粉的带电量。图9
(a)表示这时的色粉摩擦试验结果。如图9 (a)所示，可知在电镀层的 表面层不进行退火处理时，色粉带电性良好。
另一方面，显影辊的色粉输送面的表面电位试验中，作为驱动实验机， 使用所述LP9000C的打印机，并且使用了实验显影盒。这时，以能观察到 显影辊的表面的方式对驱动实验机和实验显影盒进行了改造。此外，制作 了通过非电解电镀镍-磷(Ni-P)将STKM材料形成了厚度3 U m的表面层 的样品显影辊、和对该表面层与所述同样地在400。C进行了退火处理2小 时的样品显影辊的一个显影辊。此外，作为色粉，使用了所述的最初的色 粉。然后，将实验显影盒设置在驱动实验机上，将驱动实验机空转。然后， 除去显影辊周面的色粉的一部分，露出了显影辊的表面的一部分。在显影 辊设置了表面电位计。在该状态下，使显影辊旋转，测定色粉除去部与色 粉未除去部的电位差，对表面电位恢复率进行了观察。图9 (b)和(c) 表示这时的表面电位试验。如图9 (b)和(c)所示，通过显影辊(DR) 驱动的开始，显影辊的表面电位提高。这时，图9 (b)和(c)所示的各 实验结果都在显影辊(DR)驱动的开始，周期地出现表面电位不好的峰值。这些表面电位不好的峰值的部分是从输送面除去了色粉的部分。而且， 如果整体地观察，则不进行图9 (b)的退火处理的一方与图9 (C)所示 的进行了退火处理的一方相比，表面电位更良好。即可知通过退火处理， 色粉显影后的显影辊的色粉输送面的表面电位恢复性变差。
通过这些实验，凸部的顶部的表面在退火处理中结晶化，其硬度提高， 此外，凹部的表面不进行退火处理，成为非晶质，色粉带电性变得良好。
根据这些例子的显影辊25，在基件25a形成l层的表面层25b时，基 件25a的表面硬度设定得比最外表面层25b的表面硬度更大。此外，在基 件25a形成多层的表面层25b时，与最外表面层即第二表面层25b"的内 侧相邻接的第一表面层25b，的表面硬度比第二表面层25b，'的表面硬 度设定得更大。因此，通过图像形成，基件凸部30'的基件平坦部30a，的 表面层25b或者基件平坦部30a'的第二表面层25b"由色粉限定构件、显 影辊或者色粉外添加剂等磨耗，如果这些基件平坦部30a'或者第一表面层 25b'露出，则显影辊25的凸部30的磨耗速度就会下降。据此，能提高 显影辊25的耐久性。
此外，如果基件平坦部30a'的表面层25b或第二表面层25b'，消减， 则显影辊的凹凸部的深度会有些变化，但是能抑制所露出的基件平坦部 30a'或者第一表面层25b'的磨耗。因此，作为整体，能经长时间抑制显 影辊25的凹凸部的深度的变化，并能经长时间良好地维持凹凸部的深度。 其结果，用显影辊25输送的色粉几乎不变化，能经长时间将图像的浓度 维持在几乎恒定。因此，能经长时间进行良好的显影。
此外，由于凸部30的露出的基件平坦部30a，或者第一表面层25b，， 色粉带电性下降，但是色粉粒子夹在显影辊25与色粉限定刮板26'之间， 摩擦力比凹部增大，所以该部分能抑制色粉带电性的下降。据此，能抑制 色粉覆盖或色粉飞散等，能取得良好的显影特性。
而且，以用色粉限定刮板26对凸部30的表面不输送色粉的色粉输送 方式，对凹部表面的色粉带电性的确保等凹部的功能和凸部表面的耐磨耗 性的确保(凹凸部的深度的维持)等凸部的功能进行分离，能实现两个功 能。
而且，通过将1层的表面层25b的厚度或者第二表面层25b，，的厚度设为所使用的色粉的平均粒径(D50粒径)以内，能使输送到带电性容易 下降的凹部的色粉与非晶质金属的凹部接触。因此，能防止色粉的带电性 下降。
另外，即使通过基于磨削机的磨削加工或者基于研磨机的研磨加工，
除去1层的表面层25b或者第二表面层25b''，从最初就使用将基件25a 的基件凸部30'的基件平坦部30a'或者使基件平坦部30a'的第一表面层 25b'露出的状态的显影辊25，也能取得与所述同样的作用效果。
根据具有该显影辊25的显影装置5'，能经长时间良好地将感光体3 的静电潜像显影。另一方面，具有该显影装置5'的图像形成装置1能经长 时间形成稳定的浓度的良好的画质的图像。
另外，在本发明中，第二倾斜沟29b的轴向的间隔和数量没必要都与 第一倾斜沟29a的该间隔和数量一定相同，也可以不同。此外，第一和第 二倾斜沟29a、 29b的数量能设置为1以上的任意的数量。
此外，当在外添加剂中使用了比较硬的二氧化硅的色粉、且使用了相 对于色粉母粒子的二氧化硅覆盖率为100%以上的色粉时，因为在色粉母 粒子的表面存在很多的二氧化硅，所以凸部30的表面层25b的磨耗速度 变得比较快。因此，在使用二氧化硅覆盖率为100%以上的色粉的显影装 置5'中，即便使用本例子的显影辊25，也能更有效地提高显影辊25的 耐久性。
而且，由第一和第二倾斜基件沟29a'、 29b'构成的基件凹部没必要一 定形成正弦波形状。基件凹部能以其它弯曲面形成，能形成具有平坦面的 底部的反截头四棱锥形状。这时，在所述的拐点(基件凹凸部的深度的大 致1/2的位置)，以与基件凸部的截头四棱锥形状接连的方式形成。
而且，在所述的例子中，在具有旋转显影单元5的图像形成装置1中 进行了应用，但是本发明并不局限于此。本发明例如也能够在图像形成单 元串联配置的图像形成装置、4周期的图像形成装置、单色的图像形成装 置、或者将色粉像从潜像担持体直接向复制材料(相当于本发明的复制介 质)复制的图像形成装置(即不具有中间复制介质的图像形成装置)等包 含设置至少具有凹凸部的显影辊的显影装置的任何样的图像形成装置中 应用。主要是，本发明在技术方案记载的范围内能在任意的图像形成装置 中应用。
权利要求
1.一种显影辊，至少具有基件，其具有在外周面的规定区域形成的基件凹部和基件凸部；和表面层，其形成在该基件的外周面，并且在外周面具有与所述基件凹部和所述基件凸部分别对应的凹部和凸部，所述凸部的表面硬度比所述凹部的表面硬度更大。
2. 根据权利要求1所述的显影辊，其特征在于，关于所述凹凸部的色粉的带电性，所述凹部的带电性比所述凸部的带 电性更高。
3. 根据权利要求1 2中的任意一项所述的显影辊，其特征在于， 所述凹部的表面层和所述凸部的表面层中，所述凹部的表面层的结晶化程度比所述凸部的表面层的结晶化程度更高。
4. 根据权利要求1 3中的任意一项所述的显影辊，其特征在于， 所述凹部的表面层和所述凸部的表面层都未完全结晶化。
5. —种显影装置，至少具有 显影辊，其将色粉向潜像担持体输送； 色粉供给辊，其与该显影辊抵接，供给所述色粉；和 色粉限定构件，其与所述显影辊抵接，限定向所述潜像担持体输送的色粉的量，所述显影辊是权利要求1 4中的任意一项所述的显影辊， 所述色粉的平均粒径比所述显影辊的所述凹部的深度更小。
6. 根据权利要求5所述的显影装置，其特征在于， 所述色粉限定构件由弹性体构成的刮板构成，所述刮板的前端与所述显影辊抵接，或者刮板的前端存在于限定压印部内。
7. —种图像形成装置，其至少具有-潜像担持体，其至少形成静电潜像；显影装置，其用非接触显影通过色粉将所述静电潜像进行显影，而在 所述潜像担持体上形成色粉像；和复制装置，其将所述潜像担持体的色粉像复制到复制介质上，所述显影装置是权利要求6所述的显影装置。
8. —种显影辊的制造方法，包括在基件的至少图像形成区域整体上形成基件凹凸部的工序； 在基件凹凸加工后，至少将图像形成区域整体用非晶质金属进行覆盖 的工序；和将覆盖在所述基件凹凸部的基件凸部上的非晶质金属进行结晶化的 工序。
9. 根据权利要求8所述的显影辊的制造方法，其特征在于， 通过滚压成形加工，形成所述基件凹凸部。
10. 根据权利要求1所述的显影辊，其特征在于， 所述表面层由1层或者多层构成，当所述表面层是1层时，所述基件凸部的表面硬度比所述凸部的表面 层的表面硬度更大，或者当所述表面层是多层时，与最外层的所述表面层 的内侧相邻接的表面层的表面硬度比所述最外层的表面层的表面硬度更 大。
11. 根据权利要求1所述的显影辊，其特征在于， 所述表面层由1层或者多层构成，当所述表面层是l层时，所述基件凸部的顶部露出，或者当所述表面 层是多层时，与所述基件凸部的顶部的最外层的表面层的内侧相邻接的表 面层露出。
12. 根据权利要求10 11中的任意一项所述的显影辊，其特征在于， 当所述表面层是1层时，所述表面层的厚度比所使用的色粉的平均粒径更小，或者当所述表面层是多层时，所述最外层的厚度比所使用的色粉 的平均粒径更小。
13. —种显影装置，至少具有 显影辊，其将色粉向潜像担持体输送； 色粉供给辊，其与所述显影辊抵接，供给所述色粉； 色粉限定构件，其与所述显影辊抵接，限定向所述潜像担持体输送的色粉的量；所述显影辊是权利要求10 12中的任意一项所述的显影辊，所述色粉的平均粒径比所述显影辊的所述凹部的深度更小。
14. 根据权利要求13所述的显影装置，其特征在于，所述色粉限定刮板是弹性体，所述色粉限定刮板的前端与所述显影辊 抵接，或者色粉限定刮板的前端存在于限定压印部内。
15. —种图像形成装置，其至少具有-潜像担持体，其至少形成静电潜像；显影装置，其用非接触显影通过色粉将所述静电潜像进行显影，而在所述潜像担持体上形成色粉像；和复制装置，其将所述潜像担持体的色粉像复制到复制介质上， 所述显影装置是权利要求13或14所述的显影装置。
16. —种显影辊的制造方法，包括在基件的至少图像形成区域整体上形成基件凹凸部的工序；和 在基件凹凸加工后，至少将图像形成区域整体用非晶质金属覆盖在1 层或多层上的工序。
17. 根据权利要求16所述的显影辊的制造方法，其特征在于， 在所述多层上进行覆盖的工序，具有在所述非晶质金属表面进一步覆盖比所述非晶质硬度更低、并且色粉带电性高的非晶质金属的工序。
18. 根据权利要求16所述的显影辊的制造方法，其特征在于，具有 进一步加热所述非晶质金属，而使其结晶化的工序；和 在进行了所述加热而结晶化后的非晶质金属表面上进一步覆盖非晶质金属的工序。
19. 根据权利要求16所述的显影辊的制造方法，其特征在于，具有去除所述1层的非晶质金属或者所述多层的非晶质金属中最外层的非 晶质金属的工序。
20. 根据权利要求1、 2、 10、 11中的任意一项所述的显影辊，其特 征在于，所述表面层通过非电解电镀来形成。
全文摘要
本发明提供一种显影辊、显影装置、图像形成装置和显影辊的制造方法，即使经长时间形成图像，也尽可能抑制凹凸部的深度的减少、而使得能经长时间进行良好的显影。所述显影辊至少具有具有在外周面的规定区域形成的基件凹部(29a’、29b’)和基件凸部(30’)的基件(25a)；和在该基件(25a)的外周面形成的、在外周面具有凹部(29a、29b)和凸部(30)的表面层(25b)，凸部(30)的表面硬度比凹部(29a、29b)的表面硬度更大。
文档编号G03G15/08GK101515145SQ20091000494
公开日2009年8月26日 申请日期2009年2月20日 优先权日2008年2月21日
发明者前田将宏, 山田阳一, 福元贵智, 铃木淳一 申请人:精工爱普生株式会社