JP2008233357A - 転写ニップローラ、転写装置及び画像形成装置 - Google Patents

転写ニップローラ、転写装置及び画像形成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】30万枚のプリントを行っても表面層にクラックを発生させない長寿命の転写ニップローラ29を提供する。
【解決手段】
中間転写ベルト25と、回転可能な転写ニップローラ29との当接によって形成した転写ニップに記録紙を挟み込みながら、中間転写ベルト25上のトナー像を記録紙に転写する転写ユニット、に用いられる転写ニップローラ29において、回転可能に支持される芯金29aの周面に被覆された被覆部として、表面層27c、及びこれよりも芯金29a側に位置する弾性材料からなる弾性層27bを具備するものであって、且つ、3[mN/10sec]の荷重押し込み条件のもとで測定される弾性仕事量We3と全仕事量Wt3との比(We3/Wt3)を、30[mN/sec]の荷重押し込み条件のもとで測定される弾性仕事量We30と全仕事量Wt30との比(We30/Wt30)で除算した値が0.47以上であるもの、を用いた。
【選択図】図4

Description

本発明は、中間転写ベルトなどの像担持体の無端移動する表面に当接して転写ニップを形成する転写ニップローラ、並びにこれを用いる転写装置及び画像形成装置に関するものである。
従来、この種の転写ニップローラとしては、特許文献1に記載のものが知られている。この転写ニップローラは、中間転写ベルトの無端移動する表面に当接して転写ニップを形成している。そして、転写ニップ内に挟み込んだ記録紙に対して、電源から供給される転写バイアスの作用によって中間転写ベルト上のトナー像を転写する。転写ニップローラの基材は、軸受けに回転自在に支持される軸部材を有する芯金からなり、この芯金のローラ部の周面には弾性材料からなる弾性層や表面層などを具備する被覆部が被覆されている。かかる構成では、転写ニップにおける当接圧力で弾性層を自在に変形させることで、中間転写ベルトとの密着性を高めるとともに、幅広い転写ニップを形成することができる。また、弾性層とは別に形成した表面層として、フッ素樹脂などといった摩擦係数の低い材料からなるものを用いることで、転写ニップローラ表面へのトナー付着を抑えることができる。
2004−117674号公報
しかしながら、この転写ニップローラにおいては、表面層にクラックを発生させ易いという問題があった。具体的には、トナーとの良好な離型性を発揮し得る材料からなる表面層は弾性層に比べて弾性に劣っているにもかかわらず、その下の弾性層が転写ニップで弾性変形すると、それに追従して無理に変形せしめられる。そして、転写ニップを通過して弾性層が元の形状に復元すると、表面層もそれに追従して元の形状に復元する。表面層がこのような無理な変形と復元とを繰り返すと、やがて局所箇所の疲労破壊によるクラックを発生させるのである。表面層に発生したクラックは、その内部にトナーを取り込んで蓄積させていき、やがて記録紙に転移させて記録紙の裏汚れを引き起こすことになる。
従来の転写ニップローラにおいては、初期状態から数万枚のプリントを実施するまでの短期間のうちに、かかるクラックを引き起こしてしまうことがあった。このため、数万枚のプリント毎に転写ニップローラを交換する必要があり、コスト面やメンテナンス面でユーザーに負担をかけていた。優れた低コスト性やメンテナンス性が求められる近年においては、30万枚程度のプリントにも耐え得る長寿命の転写ニップローラの開発が望まれる。
本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、長寿命を達成することができる転写ニップローラ、並びにこれを用いる転写装置及び画像形成装置を提供することである。
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、無端移動する表面にトナー像を担持する像担持体と、回転可能な転写ニップローラとの当接によって形成した転写ニップに記録部材を挟み込みながら、該像担持体上のトナー像を該記録部材に転写する転写装置、に用いられる該転写ニップローラにおいて、回転可能に支持される芯金の周面に被覆された被覆部として、表面層、及び該表面層よりも該芯金側に位置する弾性材料からなる弾性層を具備するものであって、且つ、3[mN/10sec]の荷重押し込み条件のもとで測定される弾性仕事量We3と全仕事量Wt3との比(We3/Wt3)を、30[mN/sec]の荷重押し込み条件のもとで測定される弾性仕事量We30と全仕事量Wt30との比(We30/Wt30)で除算した値が0.47以上であるもの、を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項2の発明は、請求項1の転写ニップローラにおいて、上記被覆部として、上記弾性仕事量We3と上記全仕事量Wt3との比を、上記弾性仕事量We30と上記全仕事量Wt30との比で除算した値が0.78以下であるもの、を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項3の発明は、請求項1又は2の転写ニップローラにおいて、上記表面層として、フッ素樹脂を主材とするもの、を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項4の発明は、請求項1乃至3の何れかの転写ニップローラにおいて、上記表面層として、表面摩擦係数が0.4以下であるもの、を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項5の発明は、請求項1乃至4の何れかの転写ニップローラにおいて、上記弾性層として、JIS−A硬度が40[°]以上、80[°]以下であるもの、を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項6の発明は、無端移動する表面にトナー像を担持する像担持体と、回転可能な転写ニップローラとの当接によって形成した転写ニップに記録部材を挟み込みながら、該像担持体上のトナー像を転写する転写装置において、上記転写ニップローラとして、請求項1乃至5の何れかの転写ニップローラを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項7の発明は、請求項6の転写装置であって、上記像担持体が、画像形成装置の潜像担持体の表面に形成されたトナー像を自らの表面に中間転写するための中間転写体であることを特徴とするものである。
また、請求項8の発明は、請求項6又は7の転写装置において、上記転写ニップローラの上記表面層に付着したトナーをクリーニングするクリーニング手段を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項9の発明は、請求項6乃至8の何れかの転写装置において、上記転写ニップローラの上記表面層に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布手段を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項10の発明は、請求項9の転写装置において、上記潤滑剤塗布手段として、固形潤滑剤を上記表面層に接触せしめるもの、を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項11の発明は、請求項9の転写装置において、上記潤滑剤塗布手段として、塗布部材によって固形潤滑剤から潤滑剤を掻き取りながら上記ローラ部表面に塗布するもの、を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項12の発明は、請求項10又は11の転写装置において、上記固形潤滑剤として、ステアリン酸亜鉛の固形物を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項13の発明は、無端移動する表面にトナー像を担持する像担持体と、該表面上のトナー像を記録部材に転写する転写装置とを備える画像形成装置において、
上記転写装置として、請求項6乃至12の何れかの転写装置を用いたことを特徴とするものである。
これらの発明においては、本発明者らが後述する実験で明らかにしたように、転写ニップローラの芯金に被覆する被覆部として、弾性仕事量We3と全仕事量Wt3との比を、弾性仕事量We30と全仕事量Wt30との比で除算した値が0.50以上であるもの、を用いたことで、転写ニップローラを、30万枚のプリントでもクラックが発生しない長寿命のものとすることができる。
以下、本発明を、電子写真方式の複写機(以下、単に複写機という)に適用した実施形態について説明する。
まず、本実施形態に係る複写機の基本的な構成について説明する。図1は、本複写機を示す概略構成図である。この複写機は、画像形成装置1と、白紙供給装置80と、原稿搬送読取ユニット90とを備えている。そして、原稿搬送読取ユニット90は、画像形成装置1の上に固定された原稿読取装置たるスキャナ95と、これに支持される原稿搬送装置たるADF91とを有している。
白紙供給装置80は、ペーパーバンク81内に多段に配設された2つの給紙カセット82、給紙カセットから記録部材たる記録紙を送り出す送出ローラ83、送り出された記録紙を分離して給紙路84に供給する分離ローラ85等を有している。また、画像形成装置1の給紙路37に記録紙を搬送する複数の搬送ローラ86等も有している。そして、給紙カセット内の記録紙を画像形成装置1内の給紙路37内に給紙する。
図2は、画像形成装置の内部構成の一部を拡大して示す部分拡大構成図である。画像形成装置1は、光書込装置2や、K,Y,M,C色のトナー像を形成する4つのプロセスユニット3K,Y,M,C、転写ユニット24、紙搬送ユニット50、レジストローラ対33、定着装置60、スイッチバック装置70、給紙路37等を備えている。そして、光書込装置2内に配設された図示しないレーザーダイオードやLED等の光源を駆動して、ドラム状の4つの感光体4K,Y,M,Cに向けてレーザー光Lを照射する。この照射により、感光体4K,Y,M,Cの表面には静電潜像が形成され、この潜像は所定の現像プロセスを経由してトナー像に現像される。なお、符号の後に付されたK,Y,M,Cという添字は、ブラック,イエロー,マゼンタ,シアン用の仕様であることを示している。
プロセスユニット3K,Y,M,Cは、それぞれ、感光体とその周囲に配設される各種装置とを1つのユニットとして共通の支持体に支持するものであり、画像形成装置1本体に対して着脱可能になっている。ブラック用のプロセスユニット3Kを例にすると、これは、感光体4Kの他、これの表面に形成された静電潜像をブラックトナー像に現像するための現像装置6Kを有している。また、後述するK用の1次転写ニップを通過した後の感光体4K表面に付着している転写残トナーをクリーニングするドラムクリーニング装置15なども有している。本複写機では、4つのプロセスユニット3K,Y,M,Cを、後述する中間転写ベルト25に対してその無端移動方向に沿って並べるように対向配設したいわゆるタンデム型の構成になっている。
図3は、4つのプロセスユニット3K,Y,M,Cからなるタンデム部の一部を示す部分拡大図である。なお、4つのプロセスユニット3K,Y,M,Cは、それぞれ使用するトナーの色が異なる他はほぼ同様の構成になっているので、同図においては各符号に付すK,Y,M,Cという添字を省略している。同図に示すように、プロセスユニット3は、感光体4の周りに、帯電装置23、現像装置6、ドラムクリーニング装置15、除電ランプ22等を有している。
感光体4としては、アルミニウム等の素管に、感光性を有する有機感光材の塗布による感光層を形成したドラム状のものを用いている。但し、無端ベルト状のものを用いても良い。
現像装置6は、図示しない磁性キャリアと非磁性トナーとを含有する二成分現像剤を用いて潜像を現像するようになっている。内部に収容している二成分現像剤を攪拌しながら搬送して現像スリーブ12に供給する攪拌部7と、現像スリーブ12に担持された二成分現像剤中のトナーを感光体4に転移させるための現像部11とを有している。
攪拌部7は、現像部11よりも低い位置に設けられており、互いに平行配設された2本の搬送スクリュウ8、これらスクリュウ間に設けられた仕切り板、現像ケース9の底面に設けられたトナー濃度センサ10などを有している。
現像部11は、現像ケース9の開口を通して感光体4に対向する現像スリーブ12、これの内部に回転不能に設けられたマグネットローラ13、現像スリーブ12に先端を接近させるドクタブレード14などを有している。現像スリーブ12は、非磁性の回転可能な筒状になっている。マグネットローラ12は、ドクタブレード14との対向位置からスリーブの回転方向に向けて順次並ぶ複数の磁極を有している。これら磁極は、それぞれスリーブ上の二成分現像剤に対して回転方向の所定位置で磁力を作用させる。これにより、攪拌部7から送られてくる二成分現像剤を現像スリーブ13表面に引き寄せて担持させるとともに、スリーブ表面上で磁力線に沿った磁気ブラシを形成する。
磁気ブラシは、現像スリーブ12の回転に伴ってドクタブレード14との対向位置を通過する際に適正な層厚に規制されてから、感光体4に対向する現像領域に搬送される。そして、現像スリーブ12に印加される現像バイアスと、感光体4の静電潜像との電位差によってトナーを静電潜像上に転移させて現像に寄与する。更に、現像スリーブ12の回転に伴って再び現像部11内に戻り、マグネットローラ13の磁極間に形成される反発磁界の影響によってスリーブ表面から離脱した後、攪拌部7内に戻される。攪拌部7内には、トナー濃度センサ10による検知結果に基づいて、二成分現像剤に適量のトナーが補給される。なお、現像装置6として、二成分現像剤を用いるものの代わりに、磁性キャリアを含まない一成分現像剤を用いるものを採用してもよい。
ドラムクリーニング装置15としては、ポリウレタンゴム製のクリーニングブレード16を感光体4に押し当てる方式のものを用いているが、他の方式のものを用いてもよい。クリーニング性を高める目的で、本例では、外周面を感光体4に接触させる接触導電性のファーブラシ17を、図中矢印方向に回転自在に有する方式のものを採用している。このファーブラシ17は、図示しない固形潤滑剤から潤滑剤を掻き取って微粉末にしながら感光体4表面に塗布する役割も兼ねている。ファーブラシ17にバイアスを印加する金属製の電界ローラ18を図中矢示方向に回転自在に設け、これにスクレーパ19の先端を押し当てている。ファーブラシ17に付着したトナーは、ファーブラシ17に対してカウンタ方向に接触して回転しながらバイアスが印加される電界ローラ18に転位する。そして、スクレーパ19によって電界ローラ18から掻き取られた後、回収スクリュウ20上に落下する。回収スクリュウ20は、回収トナーをドラムクリーニング装置15における図紙面と直交する方向の端部に向けて搬送して、外部のリサイクル搬送装置21に受け渡す。リサイクル搬送装置21は、受け渡されたトナーを現像装置15に送ってリサイクルする。
除電ランプ22は、光照射によって感光体4を除電する。除電された感光体4の表面は、帯電装置23によって一様に帯電せしめられた後、光書込装置2による光書込処理がなされる。なお、帯電装置23としては、帯電バイアスが印加される帯電ローラを感光体4に当接させながら回転させるものを用いている。感光体4に対して非接触で帯電処理を行うスコロトロンチャージャ等を用いてもよい。
先に示した図2において、4つのプロセスユニット3K,Y,M,Cの感光体4K,Y,M,Cには、これまで説明してきたプロセスによってK,Y,M,Cトナー像が形成される。
4つのプロセスユニット3K,Y,M,Cの下方には、転写ユニット24が配設されている。この転写ユニット24は、複数のローラによって張架している中間転写ベルト25を、感光体4K,Y,M,Cに当接させながら図中時計回り方向に無端移動させる。これにより、感光体4K,Y,M,Cと中間転写ベルト25とが当接するK,Y,M,C用の1次転写ニップが形成されている。K,Y,M,C用の1次転写ニップの近傍では、ベルトループ内側に配設された1次転写ローラ26K,Y,M,Cによって中間転写ベルト25を感光体4K,Y,M,Cに向けて押圧している。これら1次転写ローラ26K,Y,M,Cには、それぞれ図示しない電源によって1次転写バイアスが印加されている。これにより、K,Y,M,C用の1次転写ニップには、感光体4K,Y,M,C上のトナー像を中間転写ベルト25に向けて静電移動させる1次転写電界が形成されている。図中時計回り方向の無端移動に伴ってK,Y,M,C用の1次転写ニップを順次通過していく中間転写ベルト25のおもて面には、各1次転写ニップでトナー像が順次重ね合わせて1次転写される。この重ね合わせの1次転写により、中間転写ベルト25のおもて面には4色重ね合わせトナー像(以下、4色トナー像という)が形成される。
転写装置たる転写ユニット24は、中間転写ベルト25の下方に、転写ニップローラ29を有している。この転写ニップローラ29は、中間転写ベルト25における下部張架ローラ27への掛け回し箇所に対してベルトおもて面側から当接して2次転写ニップを形成している。
中間転写ベルト25のループ内側に配設された下部張架ローラ27には、図示しない電源によってトナーの帯電極性と同極性の2次転写バイアスが印加される。これに対し、中間転写ベルト25のループ外側に配設された転写ニップローラ29は電気的に接地されている。これにより、下部張架ローラ27から2次転写ニップを経由して転写ニップローラ29に至るまでの領域には、トナーを下部張架ローラ27側から転写ニップローラ29側に向けて静電移動させる2次転写電界が形成される。
2次転写ニップの図中右側方には、レジストローラ対33が配設されており、ローラ間に挟み込んだ記録紙を中間転写ベルト25上の4色トナー像に同期させ得るタイミングで2次転写ニップに送り出す。2次転写ニップ内では、中間転写ベルト25上の4色トナー像が上述の2次転写電界やニップ圧の作用によって記録紙に一括2次転写され、記録紙の白色と相まってフルカラー画像となる。
なお、本複写機では、トナーの帯電極性と同極性の2次転写バイアスを下部張架ローラ27に印加する一方で、転写ニップローラ29を接地することで、トナーを下部張架ローラ27と静電的に反発させて下部張架ローラ27側から転写ニップローラ29側に押し出している。このような転写方式に代えて、次のような転写方式を採用してもよい。即ち、トナーの帯電極性とは逆極性の2次転写バイアスを転写ニップローラ29に印加する一方で、下部張架ローラ27を接地することで、トナーを下部張架ローラ27側から転写ニップローラ29側に引き寄せる方式である。
2次転写ニップの図中左側方には、駆動ローラ53と従動ローラ51との間に掛け回している無端状の紙搬送ベルト52を無端移動させる紙搬送ユニット50が配設されている。2次転写ニップを通過した記録紙は、中間転写ベルト25や転写ニップローラ29から離間して、紙搬送ベルト52の上側張架箇所のおもて面に保持されながら、ベルトの無端移動に伴って定着装置60へと搬送される。
2次転写ニップを通過した中間転写ベルト25の表面には、2次転写ニップで記録紙に転写されなかった転写残トナーが付着している。この転写残トナーは、中間転写ベルト25に当接するベルトクリーニング装置28によって掻き取り除去される。
定着装置60に搬送された記録紙は、定着装置34内における加圧や加熱によってフルカラー画像が定着させしめられた後、定着装置60から排紙ローラ対35に送られた後、機外へと排出される。
先に示した図1において、紙搬送ユニット50および定着装置60の下には、スイッチバック装置70が配設されている。これにより、片面に対する画像定着処理を終えた記録紙が、切換爪で記録紙の進路を記録紙反転装置側に切り換えられ、そこで反転されて再び2次転写転写ニップに進入する。そして、もう片面にも画像の2次転写処理と定着処理とが施された後、排紙トレイ上に排紙される。
画像形成装置1の上に固定されたスキャナ95は、原稿MSの画像を読み取るための読取手段として、固定読取部96と、移動読取部97とを有している。光源、反射ミラー、CCD等の画像読取センサなどを有する固定読取部96は、原稿MSに接触するようにスキャナ95のケーシング上壁に固定された図示しない第1コンタクトガラスの直下に配設されている。そして、後述するADF91によって搬送される原稿MSが第1コンタクトガラス上を通過する際に、光源から発した光を原稿面で順次反射させながら、複数の反射ミラーを経由させて画像読取センサで受光する。これにより、光源や反射ミラー等からなる光学系を移動させることなく、原稿MSを走査する。
一方、移動読取部97は、原稿MSに接触するようにスキャナ95のケーシング上壁に固定された図示しない第2コンタクトガラスの直下であって、固定読取部の図中右側方に配設されており、光源や、反射ミラーなどからなる光学系を図中左右方向に移動させることができる。そして、光学系を図中左側から右側に移動させていく過程で、光源から発した光を第2コンタクトガラス上に載置された図示しない原稿で反射させた後、複数の反射ミラーを経由させて、スキャナ本体に固定された画像読取センサ98で受光する。これにより、光学系を移動させながら、原稿を走査する。
スキャナ95の上に配設されたADF91は、本体カバー92に、読取前の原稿MSを載置するための原稿載置台93、原稿MSを搬送するための搬送ユニット94、読取後の原稿MSをスタックするための原稿スタック台92aなどを保持している。原稿束の片隅を綴じた本などの片綴じ原稿の場合には、原稿を1枚ずつ分離することができないため、ADF91による搬送を行うことができない。そこで、片綴じ原稿の場合には、開閉自在なスキャナ95を開いた後、読み取らせたいページが見開かれた片綴じ原稿を下向きにしてスキャナ95のコンタクトガラスに載せた後、スキャナ150を閉じる。そして、スキャナ95の移動読取部97によってそのページの画像を読み取らせる。
一方、互いに独立した複数の原稿MSを単に積み重ねた原稿束の場合には、その原稿MSをADF91によって1枚ずつ自動搬送しながら、スキャナ95の固定読取部96に順次読み取らせていくことができる。この場合、原稿束を原稿載置台93上にセットした後、図示しないコピースタートボタンを押す。すると、ADF91が、原稿載置台93上に載置された原稿束の原稿MSを上から順に搬送ユニット94内に送り、それを反転させながら原稿スタック台92aに向けて搬送する。この搬送の過程で、原稿MSを反転させた直後にスキャナ95の固定読取部96の真上に通す。このとき、原稿MSの画像がスキャナ95の固定読取部96によって読み取られる。
本複写機では、白紙供給装置40からの給紙の他に、画像形成装置1の筺体の外部に設けられた手差しトレイからの給紙も可能になっている。
図4は、2次手転写ニップ及びその周囲構成を示す拡大構成図である。同図において、中間転写ベルト25のループ内側でベルトを張架している下部張架ローラは、芯金27aや弾性層27bを有している。下部張架ローラ27の芯金27aには、図示のように、2次転写電源30によってトナーと同極性の2次転写バイアスが印加されている。芯金27aは、金属円筒からなるローラ部と、ローラ部の軸線方向の両端からそれぞれ突出して図示しない軸受けに回転自在に支持される軸部材とを具備している。また、弾性層27bは、ゴム等の樹脂材料にイオン導電剤が分散された導電性弾性材料からなり、芯金27aのローラ部外周面に所定の厚みで被覆されている。この弾性層27bについては、次に説明する理由により、LogΩ6.5以上の電気抵抗のものが用いられている。即ち、2次転写ニップに記録紙が挟み込まれると、2次転写ニップ内の領域は、中間転写ベルト25と転写ニップローラ29との間に記録紙が介在している紙介在領域と、中間転写ベルト25と転写ニップローラ29とが直接的に当接している接触当接領域とに分かれる。記録紙としてA5サイズなどの小サイズのものが用いられると、直接当接領域が比較的大きくなる。このような状態で、弾性層27bの電気抵抗が比較的低いと、紙介在領域を経由しないで直接当接領域に回り込む電流の量が多くなって、必要とする実効転写電流(紙介在領域に流れる転写電流)が得られずに転写不良を引き起こすことがある。そこで、弾性層27bの電気抵抗をLogΩ6.5以上にして、直接当接領域への電流の回り込みを抑えるのである。
下部張架ローラ27との間に中間転写ベルト25を挟み込んでいる転写ニップローラ29は、芯金29aと、導電性弾性材料からなる弾性層29bと、樹脂からなる表面層29cとを有している。そして、芯金29aは、金属円筒からなるローラ部と、ローラ部の軸線方向の両端からそれぞれ突出して図示しない軸受けに回転自在に支持される軸部材とを具備している。芯金29aを構成する金属材料としては、種々のものを用いることが可能であるが、ステンレス、アルミニウムなどが好適である。弾性層29bは、芯金27aのローラ部外周面に所定の厚みで被覆されており、良好な弾性を発揮することで、2次転写ニップでローラ部を柔軟に変形させる役割を担っている。この弾性層29bの更に外側に被覆された表面層29cは、弾性層29bよりも異物離型性に優れた導電性材料からなり、ローラ部表面上でのフィルミングの形成を抑えたり、トナー付着を抑えたりする役割を担っている。具体的には、弾性層29bに用いられるゴム材料の多くは、トナーに対し化学的親和性が高く且つ摩擦係数が比較的大きいものであるため、紙粉などの異物の固着によるフィルミングを形成し易い。更には、トナーを付着させ易い。フィルミングが形成されると、後述するクリーニングブレード31によるローラ部表面のトナークリーニングが不良となり、ローラ部表面から記録紙の裏面へのトナーの逆転移による裏汚れを引き起こし易くなる。また、ローラ部表面にトナーが付着すると、2次転写ニップでそのトナーが記録紙の裏面に逆転移して記録紙の裏汚れを引き起こし易くなる。そこで、弾性層29bの上に、良好な異物離型性を発揮し得る材料からなる表面層29cが被覆されているのである。
なお、転写ニップローラ29のローラ部表面にフィルミングが形成される理由は次の通りである。即ち、上述の紙介在領域では、転写ニップローラ29のローラ部に対して記録紙が押圧せしめられることで、記録紙の紙繊維や炭酸カルシウムがローラ部に転移する。そして、紙繊維や炭酸カルシウムが2次転写ニップで繰り返し押圧されることでローラ部表面に固着し、その上に更に紙繊維や炭酸カルシウムが固着していくことで、フィルミングが成長していく。特に、外国製のコート紙の中には、炭酸カルシウムを多量に含んでいるものがあり、この種のコート紙を使用すると、表面層29cを形成していないローラにおいて炭酸カルシウムによるフィルミングを顕著に発生させることがある。
また、転写ニップローラ29のローラ部表面にトナーが付着する理由は次の通りである。即ち、上述の直接当接領域では、中間転写ベルト25に付着しているトナーが転写ニップローラ29のローラ部表面に転移するのである。
転写ニップローラ29のローラ部表面にはクリーニングブレード31が当接している。上述したように、表面層29cは、トナー、紙粉、炭酸カルシウムなどの異物に対して良好な離型性を発揮するため、異物を付着させ難くなっているが、それでも異物の付着を完全に防止することはできない。そこで、本拭く茶器では、ローラ部表面に付着してしまった異物を除去するための、クリーニングブレード31を設けているのである。転写ニップローラ29の回転に伴って、クリーニングブレード31によって異物が表面層29cから掻き取られる。但し、表面層29cにフィルミングが形成されると、フィルミング周囲においてブレードと表面層29cとの間に間隙が形成され、その間隙をトナーがすり抜けることによるクリーニング不良が発生してしまう。
転写ニップローラ29の図中右側方には、潤滑剤塗布器32が配設されている。この潤滑剤塗布器32は、中空のケース32a内に収容している固形潤滑剤32cをバネによって転写ニップローラ29に向けて付勢しながら、転写ニップローラ29のローラ部表面に当接させている。この当接により、クリーニングブレード31によるクリーニング位置を通過した後、2次転写ニップに進入する前のローラ部表面に潤滑剤が塗布される。この塗布により、表面層29cに対する異物の付着を抑えたり、付着してしまった異物の除去性能を高めたりすることができる。
本発明者らは、潤滑剤塗布手段たる潤滑剤塗布器32を設けていない点の他は、図1に示した複写機と同様の構成の複写試験機を用意し、これにより、所定のテスト画像を連続プリントする実験を行った。記録紙としては、炭酸カルシウムを多量に含む外国製のコート紙を用いた。すると、約500枚の連続プリントを行った時点で、表面層29c上に炭酸カルシウムからなるフィルミングが形成され、表面層29cのトナークリーニング不良による記録紙の裏汚れが発生し始めた。一方、潤滑剤塗布器32を設けた複写試験機では、数万枚の連続プリントの間、表面層29c上にフィルミングが形成されなかった。但し、表面層29cとして、異物離型性に劣るものを採用すれば、炭酸カルシウムからなるフィルミングを発生させる可能性がある。よって、表面層29cとしては、できるだけ異物離型性に優れた材料からなるものを採用することが望ましい。
一般に、異物離型性に優れた導電性材料は、硬度が比較的高いものである。そして、このような導電性材料からなる表面層29cは、2次転写ニップにおける弾性層29bの変形に追従して無理に変形せしめられたり、2次転写ニップを通過後に元の形状に戻ったりすることを繰り返すと、やがて疲労破断によるクラック(ひび割れ)を引き起こす。
次に、本複写機の特徴的な構成について説明する。
本発明者らは、転写ニップローラ29として、互いに被覆部(弾性層29bと表面層29cとの組合せ)の特性が異なる7種類のものを用意した。そして、それぞれの転写ニップローラ29について、3−30弾性比を測定した。
弾性比は、弾性仕事量Weの全仕事量Wtに対する割合であり、「弾性比η=弾性仕事量(We)/全仕事量(Wt)」という公式によって求めることができる。また、全仕事量Wtは、被検対象となる弾性体を外力の付与によって変形させたときの外力が行った仕事量である。また、弾性仕事量Weは、弾性体を変形させた後に外力をなくして弾性体がその弾性力によって変形量を減少させたときの弾性体の弾性力が行った仕事量である。つまり、弾性比とは、変形に要した全仕事量のうち、弾性変形に使われた比率を示し、この数値が高いほどゴム弾性が高いことを意味する。そして、完全弾性体では、弾性比(η)=1となる。つまり全仕事量の100[%]が弾性仕事量となる。
上述した3−30弾性比は、荷重3弾性比Xを荷重30弾性比Yで除算したものである。そして、荷重3弾性比Xは、3[mN/10sec]の荷重押し込み条件のもとで測定される弾性仕事量We3と全仕事量Wt3との比(We3/Wt3)である。また、荷重30弾性比Yは、30[mN/10sec]の荷重押し込み条件のもとで測定される弾性仕事量We30と全仕事量Wt30との比(We30/Wt30)である。
全仕事量Wtや弾性仕事量Weについては、株式会社フィッシャー・インストルメンツ社製の微小硬さ測定装置であるフィッシャースコープH100V(ダイヤモンドビッカース圧子を使用)を用いて測定することが可能である。具体的には、被検対象となる弾性体に対してダイヤモンドビッカース圧子を所定の荷重押し込み条件で押し込んでいき、所定時間経過後に、押し込み条件と同じ速度でダイヤモンドビッカース圧子を引き戻していく。荷重3弾性比Xを求めるときには、3[mN/10sec]の荷重押し込み条件を採用する。また、荷重30弾性比Yを求めるときには、30[mN/10sec]の荷重押し込み条件を採用する。
図5は、弾性体の変形量と、押し込み荷重との関係を示すグラフである。図示のように、弾性体の変形量は、押し込み荷重の増大に伴って増加していく。所定の時間(10[sec])をかけて所定の荷重(20[mN])となるまで負荷を増大させてA点で負荷の増大を止め、所定の荷重まで増大した負荷を徐々に取り除くと、矢印の如く変形量が徐々に減少する。図中の斜線部(Weの領域)が弾性仕事量Weであり、斜線部と横線部(Wrの領域)の合計が全仕事量Wtである。
本発明者らが、転写ニップローラ29の被覆部の3−30弾性比に着目したのは次に説明する理由からである。即ち、3[mN/10sec]という荷重押し込み条件下では、ダイヤモンドビッカース圧子の被覆部に対する食い込み量が比較的小さくなるため、弾性層29bを殆ど変形させることがない。よって、荷重3弾性比Xは、表面層29cだけの弾性特性値に近似する。これに対し、30[mN/10sec]という荷重押し込み条件では、ダイヤモンドビッカース圧子の被覆部に対する食い込み量が比較的大きくなるため、表面層29cのみならず、その下の弾性層29bも変形させることになる。よって、荷重30弾性比Yは、表面層29cの弾性特性値と、弾性層29bの弾性特性値とを合わせたものにたる。従って、3−30弾性比が「1」を大幅に下回るケースでは、表面層29cに比べて弾性層29bの弾性が遙かに優れていることにより、2次転写ニップで表面層29cを無理に変形させることになる。この逆に、3−30弾性比がある程度大きい値であれば、表面層29cを無理に変形させることがないため、クラックが発生し難くなると考えた。
予め用意しておいた7種類の転写ニップローラ29について、それぞれ次のようにして荷重3弾性比Xや荷重30弾性比Yを測定した。即ち、転写ニップローラ29をフィッシャースコープH100Vにセットした後、転写ニップローラ29の被覆部に向けてダイヤモンドビッカース圧子を垂直に10[sec]間だけ押し込んだ後、圧子を引き戻していった。
なお、7種類の転写ニップローラ29における共通構成は次の通りである。
・芯金29aの材料:ステンレス
・外径:φ16[mm]
・弾性層29b:エピクロルヒドリンゴムを主材とし、加硫条件、添加剤(例えば導電材料)の種類や量を調整して、所望の硬度や伸び特性を発揮させるようにしたもの
・弾性層29bの外径:φ24[mm]
・表面層29c:四フッ化エチレン樹脂を主材とし、架橋材の種類や量の調整によって所望の弾性を発揮させるようにした材料を、弾性層29bの外周面にスプレーコーティングして140[℃]で乾燥させたもの
次に、本発明者らは、7種類の転写ニップローラ29のそれぞれについて、図1に示した複写機と同様の構成の複写試験機に搭載して、所定のテスト画像を30万枚の記録紙に連続プリントする実験を行った。連続プリントの途中で記録紙の裏汚れが認められた場合には、連続プリントを一時中断して、2次転写ニップローラ29の表面層29cにおけるクラックの有無を確認した。そして、クラックが認められた場合には、それ以上の連続プリントを中止した。
複写試験機における下部張架ローラ27の諸条件は次の通りである。
・芯金27aの材料:炭素鋼管
・芯金27aの外径:φ16[mm]
・弾性層27bの材料:EPDM(JIS−A55[°])
・弾性層27bの外径:φ24[mm]
また、複写試験機における中間転写ベルト25の諸条件は次の通りである。
・材料:ポリイミド樹脂
・厚さ:80[μm]
・2次転写ニップ圧:60[N]
連続プリントの実験結果を次の表1に示す。
Figure 2008233357
表1に示すように、種類番号5の転写ニップローラ29では、3−30弾性比(X/Y)が0.28と極端に小さいことから、2万枚の連続プリントを行っただけで、表面層29cにクラックが発生してしまった。表1から、転写ニップローラ29の被覆部の3−30弾性比(X/Y)が0.47以上であれば、30万枚の連続プリントにおいて表面層29cにクラックを発生させない長寿命を実現し得ることがわかる。但し、3−30弾性比(X/Y)が1.36である種類番号7の転写ニップローラ29では、プリント画像に放電痕を発生させている。この放電痕とは、2次転写ニップの入口や出口に形成される微小ギャップで放電が発生することに起因して、画像部の周囲にトナー粒子が飛び散ったり、画像が白く抜けたりする現象のことを示す。転写ニップローラ29の被覆部の弾性変形量が不足すると、2次転写ニップの入口や出口でローラ周面がほぼ元の形の曲率で湾曲することから、微小ギャップが比較的大きくなって放電が発生し易くなる。実験においては、7種類の転写ニップローラ29として、表面層29cの弾性特性は互いにそれほど大差ないものを用いている。よって、3−30弾性比(X/Y)が比較的大きいことは、弾性層29bの弾性が比較的劣っていることを示している。つまり、3−30弾性比(X/Y)が比較的大きいと、弾性層29bと表面層29cとからなる被覆部の弾性変形量が不足しがちになって、放電痕を発生させ易くなる。表1から、3−30弾性比(X/Y)が0.78以下であれば、放電痕の発生を防止し得ることがわかる。
かかる実験結果に鑑みて、本複写機においては、転写ニップローラ29の被覆部として、3−30弾性比(X/Y)が0.47以上、0.78以下であるもの、を用いている。よって、30万枚程度のプリントでも表面層29cにクラックを発生させないほどの、転写ニップローラ29の長寿命化を図るとともに、被覆部の弾性変形不良に起因する放電痕の発生を防止することができる。
表面層29cとしては、四フッ化エチレン樹脂など、フッ素樹脂を主材とするものを用いている。フッ素樹脂は、テフロン(登録商標)に代表されるように、優れた異物離型性を発揮する材料であるとともに、ある程度の弾性を発揮するので、弾性層29bよりも優れているという表面層29cの異物離型性の条件と、0.47以上であるという3−30弾性比の条件とを容易に両立させることができる。
本複写機においては、転写ニップローラとして、表面層29cの表面摩擦係数が0.4以下であるもの、を用いている。かかる構成を採用したのは、次に説明する理由による。即ち、本複写機のように、転写ニップローラ29にクリーニングブレード31を当接させている構成では、転写ニップローラ29の表面層29cにおける異物の付着状況に応じて、表面層29cとブレードとの摩擦抵抗が変化する。そして、これにより、転写ニップローラ29の回転駆動速度に微妙な変動が発生し易くなる。転写ニップローラ29は、中間転写ベルト25に接触しながら回転するので、その回転速度が変動すると、中間転写ベルト25の無端移動速度に影響を与えてしまうおそれがある。本複写機のように、各色の感光体上のトナー像を中間転写ベルト25に重ね合わせる構成においては、中間転写ベルト25の速度変動は各色の重ね合わせズレの原因になるので、速度変動をできるだけ少なくすることが高画質を得るための重要な要素になる。本発明者らは、転写ニップローラ29として、互いに表面層23cの摩擦係数が異なる複数のものを用意し、それらについてそれぞれ中間転写ベルト25との線速差によってベルト速度に与える影響を調べてみた。すると、表面層23cの摩擦係数を徐々に小さくしていった場合に、摩擦係数が0.4まで小さくなった時点で、ベルト速度に与える影響が急激に少なくなることを見出した。そこで、表面層29cとして、摩擦係数が0.4以下であるものを採用しているのである。
上述したように、転写ニップローラ29の弾性層29bは、その弾性変形によってローラとベルトとの密着性を高めるとともに、幅広い2次転写ニップを得るために設けられたものである。かかる効果を得るためには、弾性層29bのJIS−A硬度が80[°]以下である必要がある。そこで、本複写機においては、転写ニップローラ29として、弾性層29bのJIS−A硬度が80[°]以下であるものを用いている。
但し、弾性層29bが軟らかすぎると、その優れた変形性に起因してクリーニングブレード31とローラとの当接状態が不安定となって、適正なブレード接触角が得られなくなる。本発明者らが、弾性層29bの硬度を徐々に高くしていく実験を行ったところ、JIS−A硬度が40[°]まで高まった時点で、ブレードとローラとの当接状態が急激に安定化することがわかった。そこで、本複写機では、転写ニップローラ29として、弾性層29bのJIS−A硬度が40[°]以上であるものを用いている。より詳しくは、主材がエピクロルヒドリンゴムからなり、且つJIS−A硬度が50[°]であるものを用いている。なお、弾性層29bの材料としては、導電性物質であるカーボン粉末が分散されたEPDMやSiゴム、イオン導電機能を有するNBR、ウレタンゴムなどを例示することができる。
次に、実施形態に係る複写機の変形例装置について説明する。なお、以下に特筆しない限り、この変形例装置の構成は、実施形態に係る複写機と同様である。本変形例装置は、潤滑剤塗布器32の構成が図4に示したものと異なっている。具体的には、本変形例装置における潤滑剤塗布器32は、図4に示した固形潤滑剤32cと、転写ニップローラ29との間に、掻き取り塗布部材を有している。この掻き取り塗布部材は、図示しない駆動手段による駆動を受けて、固形潤滑剤32cと転写ニップローラ29の表面層29cとに当接しながら回転する。そして、この回転に伴って、固形潤滑剤32cから潤滑剤を粉末状に掻き取りながら、転写ニップローラ29の表面層29cに塗布する。かかる構成では、固形潤滑剤32cを表面層29cに当接させるだけの構成に比べて、より多くの潤滑剤を表面層29cに塗布することができる。また、掻き取り塗布部材の回転速度の調整により、単位時間あたりの潤滑剤塗布量を調整することもできる。
上述の掻き取り塗布部材としては、回転自在に支持される回転軸部材と、これの外周面に立設せしめられた複数の起毛からなるローラ状のブラシ部とを有する掻き取り塗布ブラシローラを例示することができる。かかる掻き取り塗布ブラシローラは、ブラシ部で掻き取った潤滑剤を、ブラシ内に一時捕捉しながら、表面層29cに塗布することができる。
また、掻き取り塗布部材として、回転自在に支持される回転軸部材と、これの外周面に被覆された発泡体からなる発泡弾性層とを有する掻き取り塗布発泡ローラを用いてもよい。かかる掻き取り塗布発泡ローラは、発泡弾性層で掻き取った潤滑剤を、発泡弾性層の発泡セル内に一時捕捉しながら、表面層29cに塗布することができる。
以上、実施形態に係る複写機においては、転写ニップローラ29の被覆部として、弾性仕事量We3と全仕事量Wt3との比である荷重3弾性比Xを、弾性仕事量We30と全仕事量Wt30との比である荷重30弾性比Yで除算した値が0.78以下であるもの、を用いている。かかる構成では、本発明者らが実験で明らかにしたように、被覆部の弾性変形不良に起因する放電痕の発生を防止することができる。
また、実施形態に係る複写機においては、転写ニップローラ29の表面層29cとして、フッ素樹脂を主材とするもの、を用いている。かかる構成では、弾性層29bよりも優れているという表面層29cの異物離型性の条件と、0.47以上であるという3−30弾性比の条件とを容易に両立させることができる。
また、実施形態に係る複写機においては、表面層29cとして、表面摩擦係数が0.4以下であるもの、を用いている。かかる構成では、上述したように、転写ニップローラ29の回転速度変動に起因する各色トナー像の重ね合わせズレの発生を抑えることができる。
また、実施形態に係る複写機においては、転写ニップローラ29の弾性層298bとして、JIS−A硬度が40[°]以上、80[°]以下であるもの、を用いている。かかる構成では、上述したように、弾性層29bの弾性変形によって転写ニップローラ29cと中間転写ベルト25との密着性を高めるとともに、幅広い2次転写ニップを得るという効果を確実に実現することができる。
また、実施形態に係る複写機においては、転写ニップローラ29の表面層29cに付着したトナーをクリーニングするクリーニング手段としてのクリーニングブレード31を設けている。かかる構成では、表面層29cに付着してしまった異物をクリーニングブレード31によって直ちに除去することで、表面層29c上でのフィルミングの発生や成長を抑えることができる。
また、実施形態に係る複写機においては、転写ニップローラ29の表面層29cに潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布手段たる潤滑剤塗布器32を設けている。かかる構成では、潤滑剤の塗布により、異物を表面層29cに付着させ難くしたり、付着してしまった異物の離型性を高めたりすることで、表面層29c上でのフィルミングの発生や成長を抑えることができる。
また、実施形態に係る複写機においては、潤滑剤塗布器32として、固形潤滑剤32cを表面層29cに接触せしめるもの、を用いている。かかる構成では、潤滑剤を塗布するための専用の駆動機構を用いることなく、転写ニップローラ29の回転駆動力を利用して、潤滑剤を表面層29cに塗布することができる。
また、変形例装置においては、潤滑剤塗布器32として、掻き取り塗布部材によって固形潤滑剤32cから潤滑剤を掻き取りながら表面層29cに塗布するもの、を用いている。かかる構成では、固形潤滑剤32cを表面層29cに当接させるだけの構成に比べて、より多くの潤滑剤を表面層29cに塗布することができる。更には、掻き取り塗布部材の回転速度の調整により、単位時間あたりの潤滑剤塗布量を調整することもできる。
実施形態に係る複写機を示す概略構成図。 同複写機における画像形成装置の内部構成の一部を拡大して示す部分拡大構成図。 同画像形成装置における4つのプロセスユニットからなるタンデム部の一部を示す部分拡大図。 同画像形成装置における2次手転写ニップ及びその周囲構成を示す拡大構成図。 弾性体の変形量と、押し込み荷重との関係を示すグラフ。
符号の説明
24:転写ユニット(転写装置)
25:中間転写ベルト(像担持体)
29:転写ニップローラ
29a:芯金
29b:弾性層(被覆部の一部)
29c:表面層(被覆部の一部)
31:クリーニングブレード(クリーニング手段)
32:潤滑剤塗布器(潤滑剤塗布手段)
32c:固形潤滑剤

Claims (13)

  1. 無端移動する表面にトナー像を担持する像担持体と、回転可能な転写ニップローラとの当接によって形成した転写ニップに記録部材を挟み込みながら、該像担持体上のトナー像を該記録部材に転写する転写装置、に用いられる該転写ニップローラにおいて、
    回転可能に支持される芯金の周面に被覆された被覆部として、表面層、及び該表面層よりも該芯金側に位置する弾性材料からなる弾性層を具備するものであって、且つ、3[mN/10sec]の荷重押し込み条件のもとで測定される弾性仕事量We3と全仕事量Wt3との比(We3/Wt3)を、30[mN/sec]の荷重押し込み条件のもとで測定される弾性仕事量We30と全仕事量Wt30との比(We30/Wt30)で除算した値が0.47以上であるもの、を用いたことを特徴とする転写ニップローラ。
  2. 請求項1の転写ニップローラにおいて、
    上記被覆部として、上記弾性仕事量We3と上記全仕事量Wt3との比を、上記弾性仕事量We30と上記全仕事量Wt30との比で除算した値が0.78以下であるもの、を用いたことを特徴とする転写ニップローラ。
  3. 請求項1又は2の転写ニップローラにおいて、
    上記表面層として、フッ素樹脂を主材とするもの、を用いたことを特徴とする転写ニップローラ。
  4. 請求項1乃至3の何れかの転写ニップローラにおいて、
    上記表面層として、表面摩擦係数が0.4以下であるもの、を用いたことを特徴とする転写ニップローラ。
  5. 請求項1乃至4の何れかの転写ニップローラにおいて、
    上記弾性層として、JIS−A硬度が40[°]以上、80[°]以下であるもの、を用いたことを特徴とする転写ニップローラ。
  6. 無端移動する表面にトナー像を担持する像担持体と、回転可能な転写ニップローラとの当接によって形成した転写ニップに記録部材を挟み込みながら、該像担持体上のトナー像を転写する転写装置において、
    上記転写ニップローラとして、請求項1乃至5の何れかの転写ニップローラを用いたことを特徴とする転写装置。
  7. 請求項6の転写装置であって、
    上記像担持体が、画像形成装置の潜像担持体の表面に形成されたトナー像を自らの表面に中間転写するための中間転写体であることを特徴とする転写装置。
  8. 請求項6又は7の転写装置において、
    上記転写ニップローラの上記表面層に付着したトナーをクリーニングするクリーニング手段を設けたことを特徴とする転写装置。
  9. 請求項6乃至8の何れかの転写装置において、
    上記転写ニップローラの上記表面層に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布手段を設けたことを特徴とする転写装置。
  10. 請求項9の転写装置において、
    上記潤滑剤塗布手段として、固形潤滑剤を上記表面層に接触せしめるもの、を用いたことを特徴とする転写装置。
  11. 請求項9の転写装置において、
    上記潤滑剤塗布手段として、塗布部材によって固形潤滑剤から潤滑剤を掻き取りながら上記ローラ部表面に塗布するもの、を用いたことを特徴とする転写装置。
  12. 請求項10又は11の転写装置において、
    上記固形潤滑剤として、ステアリン酸亜鉛の固形物を用いたことを特徴とする転写装置。
  13. 無端移動する表面にトナー像を担持する像担持体と、該表面上のトナー像を記録部材に転写する転写装置とを備える画像形成装置において、
    上記転写装置として、請求項6乃至12の何れかの転写装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
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