JP2005091470A - 転写ローラを用いての転写方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 接触転写ローラ方式による転写方法において、小径の有機感光体ドラムを用いた場合においても、ドラム両端部での画質低下が有効に抑制され、長期にわたって良好な画像の出力が可能となる方法を提供する。
【解決手段】 クリーニングブレードが圧接されている感光体ドラム表面に接触して導電性ゴムからなる転写ローラを配置し、該転写ローラに転写バイアスを印加しながら、該感光体ドラムと転写ローラとのニップ位置に記録材を通過させることにより、該感光体ドラム上に形成されたトナー像を記録材表面に転写させる転写方法において、ドラム表面上のトナー像は、感光体ドラム表面をコロナ帯電により主帯電し、次いで画像露光及び現像を行うことにより形成するとともに、転写ローラとして、導電性ゴムからなり且つ該ローラの表面の軸方向両端部領域の表面粗さが軸方向中央部領域の表面粗さよりも大きく設定されているものを使用する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電子写真方式によって画像形成を行う複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に使用される転写方法に関するものであり、より詳細には、感光体ドラムに接触して配置された転写ローラを用いて、感光体ドラム表面に形成されたトナー像を記録材表面に転写する転写方法に関する。

電子写真方式による画像形成装置においては、一般に、回転する感光体ドラムを所定極性に一様に主帯電し、次いで光照射による画像露光を行って静電潜像を形成し、この静電潜像を現像してトナー像を感光体ドラム表面に形成し、該トナー像を紙等の記録材に転写し、記録材表面に転写されたトナー像を熱及び圧力によって定着させることにより、画像の形成が行われる。トナー像転写後の感光体ドラム表面は、クリーニングブレードなどを圧接することによりクリーニングされ、該表面上に残存するトナー等が除去された後に、次の画像形成工程が実行されるようになっている。

上記のような画像形成装置において、感光体ドラム表面に形成されたトナー像を記録材表面に転写させる方法として、接触転写ローラ方式が知られている。この方式の転写方法では、所定の押圧力を持って感光体ドラムに転写ローラを圧接し、該ローラにトナー像の帯電極性とは逆極性の転写バイアス電位を印加することにより、転写ローラと感光体ドラムとの間に通された記録材表面に、トナー像を転写するというものである。この場合、感光体ドラムと転写ローラとのニップ部における転写ローラの周速を感光体ドラムの周速よりも速くすることで用紙の搬送性能を確保している。

このような接触転写ローラ方式の転写方法によれば、記録材（一般的には紙である）がニップ部に存在していない間は、転写ローラがドラム表面を直接摺擦する用になっている。従って、転写ローラによって適度に感光体ドラム表面が研磨され、ドラム表面が常にバージンな状態に保持され、安定して良質の画像を形成できるという利点を有している。

上述した接触転写ローラ方式の転写方法としては、転写ローラ両端側領域において、転写ローラの感光ドラムに対する摺擦力を小さくする方法が提案されている（特許文献１参照）。
特開２００２−４９２５３号公報

即ち、接触転写ローラ方式では、感光体ドラム表面（感光層）の研磨を伴い、適度な研磨であれば前述した利点を有するが、研磨の度合いが大きいと、感光層の削れという問題を生じる。特に主帯電として、帯電ローラなどを用いた接触帯電方式を採用してトナー像を形成する場合には、感光層の削れを生じ易く、また、感光体ドラムの両端部分と中央部分とで感光層の研磨の度合いに差が生じるという問題がある。即ち、記録材が常に通過する感光体ドラムの中央部分では削れが少なく（転写ローラとドラムとの間に記録材が存在するため）、感光体ドラムの両端部分では、大型紙などの記録材が通過するときを除き、常に転写ローラと感光体ドラムとが直接接触しているため、その削れが大きい。このように、感光体ドラム表面（感光層）の削れが大きい部分では、その部分の感光層の静電容量が増すことで印加した帯電バイアス電流が集中し、削れが更に促進され、画像形成を長期間にわたって続けていくうちに、帯電不良を生じ、良好な画像形成を行う事ができなくなる。従って、上述した特許文献１では、感光体ドラムの両端部分での摺擦力を小さくすることにより、このような不都合を防止するわけである。

しかしながら、上述した特許文献１の転写方法は、主帯電として、帯電ローラなどを用いた接触帯電方式を用いた場合であって、コロナ放電方式により主帯電を行った場合には、削れの大きい感光体ドラム両端部分で帯電バイアス電流が集中して削れがさらに促進され、画像不具合が生じるという問題は生ぜず、むしろ、感光体ドラム両端部分で異物が感光体表面に付着する、いわゆる、フィルミングが発生したり、両端部の表面電位の低下が生じて画像不具合が発生するという問題が発生した。この理由は以下のように推測される。
感光体ドラムとクリーニングブレードを固定しているハウジングのねじれなどによって、クリーニングブレードの圧接力がドラム中央部よりもドラム両端部が弱くなったり（小径感光体ドラムを使用した場合に顕著）、紙粉が発生し易いドラム両端部のクリーニングブレードエッジ部分に紙粉が付着したりすることにより、ドラム両端部分でのクリーニングブレードの研磨効果が弱くなる。この結果、ドラム両端部分では、トナーの表面処理剤や紙粉がすり抜け、フィルミングが生じたり、長時間にわたる帯電・除電の繰り返しや主帯電（コロナ放電）による放電生成物による感光体表面の劣化によって表面電位の低下をも生じ、かぶりなどの画像不良を生じてしまう。
従って、両端部分の摺擦力を弱くする特許文献１の方法は、このような問題をむしろ助長してしまうものと考えられる。

従って本発明の目的は、コロナ放電方式により主帯電を行う場合の接触転写ローラ方式による転写方法において、ドラム両端部での画質低下が有効に抑制され、長期にわたって良好な画像の出力が可能となる方法を提供することにある。

本発明によれば、クリーニングブレードが圧接されている感光体ドラム表面に接触して導電性ゴムからなる転写ローラを配置し、該転写ローラに転写バイアスを印加しながら、該感光体ドラムと転写ローラとのニップ位置に記録材を通過させることにより、該感光体ドラム上に形成されたトナー像を記録材表面に転写させる転写方法において、
前記感光体ドラム表面上のトナー像は、感光体ドラム表面をコロナ帯電により主帯電し、次いで画像露光及び現像を行うことにより形成するとともに、
前記転写ローラとして、導電性ゴムからなり且つ該ローラの表面の軸方向両端部領域の表面粗さが軸方向中央部領域の表面粗さよりも大きく設定されているものを使用することを特徴とする転写方法が提供される。

本発明においては、
１．前記感光体ドラムとして、径が５０ｍｍ以下の小径感光体ドラムを使用すること
２．前記表面粗さは、１０点平均粗さＲｚ、中心線平均粗さＲａ、または最大粗さＲｍａｘで比較されること、
３．転写ローラと感光体ドラムとのニップ部において、転写ローラの周速を感光体ドラムの周速よりも速く設定すること、
４．前記主帯電が、帯電ワイヤとグリッド電圧によって均一に帯電を行うスコロトロン方式によりなされること、
が好適である。

本発明においては、小径の有機感光体ドラムに接触している転写ローラの軸方向両端部領域と中央部領域とで表面粗さが異なっており、両端部領域の表面粗さが中央部領域よりも大きく設定されている。従って、転写ローラの中央部分によるドラム研磨はマイルドに行われ、両端部分によるドラム研磨はハードに行われるようになっている。即ち、クリーニングブレードが安定して一定の圧接力で圧接されているドラム中央部分では、転写ローラによる研磨はマイルドであり、主としてクリーニングブレードによる研磨が行われ、クリーニングブレードの圧接力の弱いドラム両端部分では、転写ローラによる研磨がクリーニングブレードの研磨不足を補うこととなる。この結果、全体にわたってほぼ均一に研磨が行われ、研磨ムラが回避されるとともに、トナーに外添されている表面処理剤や記録材に由来する紙粉等のフィルミングが生じ易い両端部分においても有効に研磨が行われることにより、フィルミングが有効に防止され、また研磨不足によって生じるる放電生成物による劣化も抑制され、表面電位の低下に起因するかぶり等の画像不良を有効に回避できることとなる。

このように、本発明によれば、コロナ放電による主帯電によってトナー像の形成を行う場合において、更には、小径の有機感光体ドラムを使用した場合において、接触式転写ローラによる転写を行うことにより発生する感光体ドラム両端部分に生じる画像不良を有効に回避することができる。

本発明の転写方法を実行するための画像形成装置の概略構成を示す図１において、回転可能に設けられている感光ドラム１の周囲には、コロナ帯電装置２、現像装置３、転写ローラ４、クリーニング装置５が配設されており、帯電装置２と現像装置３間の上方には露光装置（不図示）が配設されて、画像露光のためのレーザ光Ｌが照射されるようになっている。また、感光ドラム１と転写ローラ４間に形成される転写ニップ部Ｎには、記録紙Ｐが通過するようになっており、その搬送方向下流側には定着装置７が設置されている。

本発明において、感光体ドラム１としては、例えばアルミ等の導電性素管上に単層または積層の有機感光層を備え、且つ径（外径）が５０ｍｍ以下の有機感光体ドラムが使用される。即ち、このような有機感光体ドラム１は、所定のモータ駆動により矢印ａで示す方向に所定の周速（例えば６０乃至１３０ｍｍ／ｓｅｃ程度）で回転し、後述するクリーニングブレード５ａや転写ローラ４との接触により適度に研磨される。また、径（外径）が５０ｍｍ以下の小径のものを使用することにより、装置全体をコンパクトなものとし、且つ装置の軽量化を図ることができる。また、感光体ドラム（有機感光体ドラム）１の感光層の初期厚みは、単層タイプ或いは積層タイプによっても異なるが、一般的には、１０乃至３５μｍ程度である。さらに、感光層は正帯電型であっても負帯電型であってもよいが、放電生成物の影響を少なくするためには、正帯電型であることが好ましい。さらに、感光体ドラム１として、アモルファスシリコン感光体を用いることも可能である。

コロナ帯電装置２としては、コロトロン、スコロトロン等の公知のものを使用することができるが、均一に帯電し得るという点で、ワイヤとグリッド電圧によって帯電するスコトロンを用いることが好ましい。画像形成に際しては、かかるコロナ帯電装置２により、感光体ドラム１表面（感光層表面）が３００乃至８００Ｖ（絶対値）の範囲に一様に主帯電される。

上記のような主帯電後、コンピュータから入力される画像情報或いはスキャナ等で読み取られた所定の原稿に係る画像情報に基づいて、レーザ光Ｌが、レーザ出力部（不図示）から反射ミラーを介して主帯電された感光ドラム１表面に照射されることにより、画像情報に応じた静電潜像が形成される。即ち、光照射部の電位が低下し、静電潜像が形成されるわけである。

現像装置３は、現像容器３ａの開口部に感光ドラム１と対向配置された回転自在な現像スリーブ３ｂを備えており、現像スリーブ３ｂ表面に担持された現像剤（トナー）を感光ドラム１表面の静電潜像に付着させてトナー像として現像（可視像化）するものである。

即ち、現像容器３ａの現像剤は、攪拌部材によって攪拌され、感光体ドラム１の帯電極性と同極性に摩擦帯電されて現像スリーブ３ｂ側に搬送される。現像スリーブ３ｂは、感光ドラム１に対して所定のギャップ（３００μｍ程度）を設けて配置され、現像スリーブ３ｂ表面の現像剤は規制ブレードにより層厚規制を受けて所定層厚に形成される。

また、現像スリーブ３ｂには、現像バイアス電源から直流成分のみ、或いは直流成分に交流成分を重畳した所定の現像バイアスが印加される。かかる現像バイアスにおいて、直流成分は、通常、２００乃至７５０Ｖ（絶対値）でトナーの帯電極性と同極性とし、交流成分を重畳する場合は、そのピーク間電圧が１乃至２ＫＶ程度であり、このような現像バイアスを現像スリーブ３ｂに印加することにより、帯電トナーが前述した画像露光によって電位が低下した部分に付着することにより、感光体ドラム１表面にトナー像が形成されることとなる。

用いる現像剤は、それ自体公知のものでよく、非磁性トナーと磁性キャリヤとからなる二成分現像剤を使用することもできるし、磁性トナーまたは非磁性トナーからなる一成分現像剤を使用することもできる。このような現像剤において、トナーには、通常、疎水性シリカ、アルミナ、酸化亜鉛、酸化チタンなどの粉末がトナー１００重量部当り０．１乃至３重量部の量で表面処理剤として外添され、流動性が高められている。

上記のようにして感光体ドラム１表面に形成されたトナー像は、転写ローラ４によって、記録紙Ｐ上に転写される。

この転写ローラ４は、導電性ゴム層、例えばＥＰＤＭ、ＮＢＲ，イソプレンゴム、ポリブタジエンゴム、スチレンニトリルゴムなどにカーボンブラックなどの導電剤を配合して電気抵抗が１０⁸乃至１０¹⁰Ω・ｃｍに調整され、表面硬度（アスカーＣ）が２０乃至４０度の層を芯金ロール上に形成させたものであり、導電性ゴム層表面は、後述する研磨処理されている。

上記の転写ローラ４は、感光体ドラム１表面に所定の押圧力で接触して配置されており、転写ニップ部Ｎを形成し、矢印ｂ方向（反時計方向）に回転する。この転写ニップ部Ｎを記録紙Ｐが通過する際に、転写バイアス電源６から転写ローラ４に転写バイアスを印加することにより、感光体ドラム１表面のトナー像が記録紙Ｐの表面に転写される。この転写バイアスは、トナー像の帯電極性と逆極性であり、通常、２００Ｖ乃至３ＫＶ程度であり、転写電流により制御される。尚、連続して画像形成を行う場合には、紙間では、転写バイアスは０Ｖ或いは逆バイアスに変更され、転写ローラ４表面へのトナー付着が防止される。

トナー像が表面に転写された記録紙Ｐは、定着装置７に導入され、トナー像の記録紙Ｐへの定着が行われる。この定着装置７は、ヒータ内蔵の定着ローラ７ａと加圧ローラ７ｂを有しており、定着ローラ７ａと加圧ローラ７ｂ間の定着ニップに記録紙Ｐを通過させることにより、記録紙Ｐの表面に転写されたトナー像を加熱加圧して熱定着するものである。

一方、トナー像転写後の感光体ドラム１表面に残存するトナーは、クリーニングブレード５ａにより除去、回収される。このクリーニングブレード５ａは、ポリウレタンゴムなどからなり、通常、６０度以上のゴム硬度（ＪＩＳ Ａ）を有し、感光体ドラム１表面に、１０乃至３０ｇ／ｃｍ程度の押圧力で圧接されている。即ち、本発明は、小径の（５０ｍｍ以下）の感光体ドラム１が使用される場合も好ましく適用されるが、ブレード５がドラム１の軸線からずれ易く、その両端部分で十分な圧接力を確保できず、この部分でクリーニング不良（トナーに外添されている表面処理剤や紙粉のすり抜け）が生じ、フィルミングを生じてしまう。この結果、ドラム１の両端部分では、研磨不良による放電生成物による劣化やフィルミングに起因して表面電位の低下が生じ、かぶり等の画像不良を生じやすくなってしまう。しかるに、本発明では、上述した転写ローラ４を以下のようにして用いることにより、このような不都合を有効に回避できるのである。

即ち、本発明において転写ローラ４の表面は、図２に示すように、軸方向中央部分の領域Ａでは、その表面粗さが小さく、軸方向両端部領域Ｂにおいては、その表面粗さが大きく設定されている。従って、感光体ドラム１及び転写ローラ４を駆動回転させてトナー像の転写を行う場合、転写ローラ４の中央部分領域Ａでの摺擦力は小さく、ドラム研磨はマイルドに行われるが、両端部分領域Ｂでの摺擦力は大きく、ドラム研磨はハードに行われることとなる。換言すると、クリーニングブレード５ａが安定して高い圧接力で圧接されているドラム中央部分では、転写ローラ４による研磨はマイルドであり、主としてクリーニングブレード５ａによって研磨され、クリーニングブレード５ａの圧接力の弱いドラム両端部分では、転写ローラ４による研磨がクリーニングブレード５ａの研磨不足を補うのである。

上記の説明から理解されるように、本発明においては、転写ローラ４に対面している感光体ドラム１の全領域にわたってほぼ均一に研磨が行われ、研磨ムラが回避されるばかりか、トナーに外添されている表面処理剤や記録材に由来する紙粉等のフィルミングが生じ易い両端部分においても有効に研磨が行われる。従って、フィルミングが有効に防止され、フィルミングによる表面電位の低下が有効に回避される。また、研磨不足となりがちな両端部分においても、安定して一定の研磨が行われるため、コロナ放電による表面劣化に起因する表面電位の低下も有効に抑制される。この結果として、本発明では、長期間にわたってかぶり等の画像不良を有効に回避し、良質の画像を形成できるのである。

本発明において、転写ローラ４の表面粗さの調整は、種々の方法で行うことができるが、研磨処理を利用するのが最も効果的に且つ容易に行うことができる。即ち、転写ローラ４は、研磨ローラなどを用いての表面研磨により所定の外径に調整されるが、この際、中央部領域Ａの研磨を行う場合には、転写ローラ４の回転速度を相対的に速くしたり、或いは研磨剤の粒度を細かくするなどの方法により、その表面粗さを小さくすることができる。また、両端部領域Ｂの研磨を行う場合には、逆に、転写ローラ４の回転速度を相対的に遅くしたり、或いは研磨剤の粒度を粗粒にするなどの方法により、その表面粗さを大きくすることができる。
表面粗さの調整は上記のように研磨処理を利用する方法だけでなく、例えば、表面粗さを小さくしたい転写ローラ４の中央部領域Ａのみに、樹脂コート層を施したり、表面処理を施すことも可能である。或いは、転写ローラを成形加工する場合に、成形型の内面を所定の表面粗さに調整し、転写ローラ４の表面粗さを調整することも可能である。

また、本発明において、表面粗さは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１に規定された１０点平均粗さＲｚ、中心線平均粗さＲａ、または最大粗さＲｍａｘで表されることが好ましく、特に１０点平均粗さＲｚで表すことがより好ましい。
具体的には、全体にわたって感光体ドラム１を均一に且つ適度に研磨するために、転写ローラ４の中央部領域Ａの１０点平均粗さＲｚを３０μｍ以下とし、両端部領域Ｂの１０点平均粗さを３０μｍより大きく、特に５０乃至２００μｍの範囲とすればよい。

また、適度な研磨作用を確保するために、転写ローラ４の両端部は、それぞれ２０乃至５０ｇｆ／ｃｍ程度の押圧力で圧接されていることが好ましく、転写に際しての転写ローラ４の周速は、感光体ドラム１の周速の１乃至３％速く設定されていることが好適である。さらに、転写ローラ４は、記録材Ｐの最大幅ｗよりも大きな軸長を有するが、その両端部領域Ｂの幅は、少なくとも最大幅の記録材Ｐの端部を含むような長さに設定され、一般に、それぞれ最大通紙幅の１／３以下の長さに設定されるのがよい。

転写ローラとして以下のものを作成した。
芯金径：６ｍｍ
ＥＰＤＭ弾性体層：１６ｍｍ
直径；１５．５ｍｍに調整。
両端部１５ｍｍのＲｚ（十点平均表面粗さ）；８０μｍ
両端部を除く中央部のＲｚ；３０μｍ
抵抗；１０⁸Ω・ｃｍ
硬度；３０度（アスカーＣ）
軸長；２１６ｍｍ

上記の転写ローラを、図１に示す構造を有する下記仕様のデジタルプリンタに、ニップ部の移動方向が感光体ドラムの回転方向と順方向となるように、且つ両端に６．０８Ｎの加圧力を加えて感光体ドラムに圧接して設けた。

感光体ドラム：
アルミ素管径；３０ｍｍ
正帯電型単層有機感光層；初期厚み３０μｍ
ドラム幅；２４０ｍｍ
ドラム周速；１２０ｍｍ／ｓｅｃ
主帯電器：スコロトロン
現像剤：
一成分正帯電磁性現像剤
表面処理剤（疎水性シリカ）；トナー１００重量部当り１重量部
クリーニングブレード；
ポリウレタンゴム
硬度(JIS A)；６５度
両端部加圧力；１２ｇ／ｃｍ
定着装置：
定着温度；１８５℃
記録紙最大幅：２１６ｍｍ

転写ローラが装着された上記装置を用いて、下記条件で印字率５％の画像出力を連続して行い、感光体ドラム端部でのフィルミングの発生状況を観察した。

主帯電電位：４００Ｖ
現像バイアス：直流３００Ｖ、交流１．７ＫＶ
転写電流：−８μＡ
記録紙（再生紙）：商品名：「Ｔｒｅｅ Ｆｒｅｅ」（通紙幅２．０ｍｍ）
転写ローラ周速：感光体ドラム周速の１．０２倍

その結果、連続２００，０００枚の通紙後においても、フィルミングは生じなかった。

（比較例１）
ＥＰＤＭ弾性体層の表面粗さＲｚ（十点平均粗さ）を両端部及び中央部が何れも３０μｍに設定された転写ローラを用いた以外は、実施例１と全く同様にして画像出力を行った。その結果、連続通紙５０，０００枚でフィルミングが生じてしまった。

本発明の実施に用いる画像形成装置を示す概略構成図。 本発明に用いる転写ローラの摺擦力を説明するための説明図。

符号の説明

１：感光体ドラム
２：帯電装置
３：現像装置
４：転写ローラ
５：クリーニング装置
５ａ：クリーニングブレード
７：定着装置
７ａ：定着ローラ
７ｂ：加圧ローラ

Claims (5)

1. クリーニングブレードが圧接されている感光体ドラムに接触して導電性ゴムからなる転写ローラを配置し、該転写ローラに転写バイアスを印加しながら、該感光体ドラムと転写ローラとのニップ位置に記録材を通過させることにより、該感光体ドラム上に形成されたトナー像を記録材表面に転写させる転写方法において、
   前記感光体ドラム表面上のトナー像は、感光体ドラム表面をコロナ帯電により主帯電し、次いで画像露光及び現像を行うことにより形成するとともに、
   前記転写ローラとして、導電性ゴムからなり且つ該ローラの表面の軸方向両端部領域の表面粗さが軸方向中央部領域の表面粗さよりも大きく設定されているものを使用することを特徴とする転写方法。
2. 前記感光体ドラムとして、径が５０ｍｍ以下の小径感光体ドラムを使用する請求項１に記載の転写方法。
3. 前記表面粗さは、１０点平均粗さＲｚ、中心線平均粗さＲａ、または最大粗さＲｍａｘで比較される請求項１または２に記載の転写方法。
4. 転写ローラと感光体ドラムとのニップ部において、転写ローラの周速を感光体ドラムの周速よりも速く設定する請求項１乃至３の何れかに記載の転写方法。
5. 前記主帯電が、帯電ワイヤとグリッド電圧によって均一に帯電を行うスコロトロン方式によりなされる請求項１乃至４の何れかに記載の転写方法。

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