JP3548198B2

JP3548198B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP3548198B2
Application number: JP18742693A
Authority: JP
Inventors: 常見　　健夫; 武男山本; 光香安部
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-06-30
Filing date: 1993-06-30
Publication date: 2004-07-28
Anticipated expiration: 2019-07-28
Also published as: JPH0720732A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、像担持体上に形成したトナー像を、該像担持体に当接させた転写ローラを介して転写材上に転写する画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
感光体・誘電体・磁性体等の像担持体に、電子写真プロセス・静電記録プロセス・磁気記録プロセスなど適宜の作像プロセスを適用して目的の画像情報に対応した可転写像（トナー像）を形成担持させ、そのトナー像を紙等のシート状の転写材に静電的に転写させ、転写材面に転写したトナー像を永久固着像として定着させる転写式の複写機・プリンタ等の画像形成装置、さらには同一の転写材を像担持体の転写部位に複数回給送させてトナー像転写・定着を複数回実行させることで両面ないし多重画像形成物を出力する両面・多重画像形成機能を有する転写式の画像形成装置において、像担持体から転写材にトナー像を静電転写する手段として、導電性の弾性転写ローラ・転写ベルト等の転写手段を像担持体に対向当接させ、その両者の対向部である転写部位に像担持体上のトナー像の先端にタイミングを合わせて転写材を挿通するとともに、転写手段に転写バイアスを印加して像担持体側のトナー像を転写材面側へ静電的に転移（転写）させる接触式静電転写手段がある。
【０００３】
図１１に、このような接触式静電転写手段の一例の概略構成を示す。
【０００４】
１は像担持体であり、例えば回転ドラム型電子写真感光体である。１ｂはアルミニウムなどの導電材製のドラム基体、１ａはその外周面に形成した感光層である。
【０００５】
７は転写手段としての導電ゴムなどからなる弾性転写ローラであり、像担持体１にほぼ平行に配列して所定の押圧力で像担持体１に圧接させてある。２７はこの転写ローラ７に対する転写バイアス印加電源である。
【０００６】
像担持体１は、矢示Ｒ１方向に回転駆動されるとともに、像担持体１の周囲等に配設した不図示の作像プロセス機器によってその周面（表面）に目的の画像情報に対応した可転写像としてのトナー像が形成される。
【０００７】
一方、不図示の給紙部から転写材Ｐが搬送路２９を通して像担持体１と転写ローラ７との対向圧接ニップ部である転写部位Ｎに対して、像担持体１上のトナー像の先端部が転写部位Ｎに到達したとき、転写材先端部もちょうど転写部位Ｎに到達する所定のタイミングで給送されるとともに、転写ローラ７に対して電源２７から所定の転写バイアスが印加され、その印加バイアスで形成される電界の作用で像担持体１側のトナー像が給送転写材Ｐ面側に順次に転写されていく。
【０００８】
このような転写手段は、像担持体１に近接して転写帯電器を配設し、両者の間に転写材を通過させるとともに、転写帯電器に転写バイアスを印加し、このとき発生するコロナ放電によって転写を行うような、非接触式であるコロナ放電転写手段に比べて、転写材背面に過剰の電荷を与えるおそれが少ないので、文字まわりへのトナーの飛び散りがほとんどない。
【０００９】
さらに、転写部位Ｎにおいて、転写材Ｐが像担持体１と転写ローラ７とによって保持されながら進行するので、転写部位Ｎの前後に存在する転写材搬送手段、定着部位などへの進入・排出時に受けるショックによって転写ずれを生ずるおそれが少なく、良質の画像が得られる利点がある。
【００１０】
また、コロナワイヤ電極もないのでそれの汚れによる障害もなく、高圧放電に基づくオゾンの発生や、窒化物の生成もなく、これらによる感光体や画質の劣化なども少ないなど種々の利点がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の従来の技術によると、文字やラインの輪郭部のみが転写材Ｐに転写され、中央部は像担持体１に残ってしまう現象、いわゆる中抜けが発生しやすいという問題があった。
【００１２】
この問題を解決するために、従来、像担持体１の面移動速度と転写ローラ７の周速にわずかな速度差（以下「周速差」という。）を設けていた。
【００１３】
中抜けの詳細なメカニズムは解明されてはいないが、実験的には像担持体１への転写ローラ７の押圧力をほぼ２０〜７０ｇ／ｃｍと比較的大きくし、かつ周速差を２〜３．５％設けることで中抜けの発生をある程度抑えることが可能であった。
【００１４】
しかしながら、この方法には、以下のような欠点がある。
▲１▼ 周速差を設けつつも、最終的に転写材Ｐに転写される画像の長さを適正なものにするためには、あらかじめ像担持体１上に目的の画像情報に対応した潜像を書き込む速度を、周速差に応じて若干速くする必要がある（像担持体１の周速が転写ローラ７の周速よりも遅い場合）。
【００１５】
書き込む速度を速くすると、この段階で像担持体１上に得られる画像は、最終的に転写材Ｐに転写される画像に比較して転写材進行方向に見て若干縮小されたものとなる。
【００１６】
次に、像担持体１と転写ローラ７の間に周速差を設けて転写材Ｐの搬送速度を像担持体１の面移動速度よりも速くすることで、画像は若干伸ばされて最終画像を得る。
【００１７】
複写機を例にとると、以上のプロセスをとることにより、図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように原稿（ａ）は縮小されて（ｂ）に示すような像担持体１上の画像が得られ、さらに転写時に拡大されて最終画像（ｃ）が得られる。
【００１８】
このように、画像の縮小、拡大が行われるそれぞれの段階で画像の解像度は低下し、細線の再現性は失われてしまう。特に転写材Ｐの進行方向に対して垂直方向の線の解像度は低下度が大きい。
【００１９】
また、得られた画像を再び原稿として用いて、複写物をとる、いわゆる孫コピーをとった場合には、この解像度の低下は著しい画像劣化を招来してしまう。
▲２▼ 像担持体１と転写ローラ７間に周速差があり、かつ転写ローラ７が像担持体１に比較的強い圧力で押圧されているために、像担持体１へのダメージが大きい。すなわち、像担持体表面の削れや傷、さらにトナーが像担持体表面にこびりついてしまうトナー融着といった問題が生じやすい。
【００２０】
そこで、本発明は、転写ローラについて、硬度を低く、また像担持体に対する押圧力を弱く、さらに像担持体との周速差を小さくすることによって、像担持体を損傷することなく、しかも解像度の低下を防止するようにした画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、表面が移動可能な像担持体と、前記像担持体上にトナー像を形成する画像形成手段と、前記像担持体との間に転写材を挟持搬送し前記像担持体上のトナー像を転写材に転写する転写ローラとを備えた画像形成装置において、該転写ローラの硬度をＨ（アスカーＣ、５００ｇ加圧）、前記像担持体に対する押圧力をＰ［ｇ／ｃｍ］としたとき、Ｈ≦３０°、１≦Ｐ≦４［ｇ／ｃｍ］の関係を満足し、さらに、前記転写ローラの周速をＶ_１［ｃｍ／ｓｅｃ］、また前記像担持体の面移動速度をＶ_２［ｃｍ／ｓｅｃ］としたとき、｜（Ｖ_２−Ｖ_１）／Ｖ_１｜≦０．０１２の関係を満足し、前記トナーの重量をｍ［ｇ］、その帯電電荷量をｑ［μＣ］とすると、前記トナーの単位重量当たりの帯電電荷量ｑ_ａ＝｜ｑ／ｍ｜［μＣ／ｇ］が１０〜２５、の範囲である、ことを特徴とする。
【００２２】
また、前記帯電手段は、直流バイアスが印加される帯電ローラを有するようにしてもよい。
【００２４】
【作用】
以上構成に基づき、像担持体表面に当接される転写ローラは、硬度が低く、しかも像担持体に対する押圧力が低いため、像担持体表面を損傷させにくい。
【００２５】
また、転写ローラの周速と、像担持体の面移動速度との周速差を小さくすることで、解像度の低下を防止することができる。
【００２６】
【実施例】
以下、図面に沿って、本発明の基礎となる参考例について説明し、その後、本発明の実施例について説明する。
〈参考例〉
図１に、本発明に係る画像形成装置の概略を示す。
【００２７】
この画像形成装置は、装置本体（不図示）によって矢印Ｒ１方向に回転自在に支持された像担持体としての感光ドラム１を備えている。感光ドラム１の周囲には、その回転方向に沿って順に、感光ドラム表面を一様に帯電する一次帯電器（帯電手段）２、感光ドラム１表面を露光して静電潜像を形成する露光手段３、静電潜像にトナー（現像剤）を付着させてトナー像を形成する現像器（現像手段）５、感光ドラム１上のトナー像を転写材Ｐに転写する転写帯電器（転写手段）７、感光ドラム１上の残留トナーを除去するクリーナ９、感光ドラム１表面を除電するＬＥＤアレイ１０が配設されている。
【００２８】
上述の露光手段３は、インターフェースコントローラ１６によって、レーザ駆動回路１７を介してレーザ光を放射するレーザダイオード１９を備えている。レーザダイオード１９から放射されたレーザ光は、レンズ２０、ポリゴンミラ−２１、レンズ２２、ミラー２３を介して、感光ドラム１表面を露光するように構成されている。
【００２９】
矢印Ｒ１方向に回転する感光ドラム１は、まず、一次帯電器２により一様に帯電された後、上述のレーザ光の照射を受ける。レーザ光が当った部位は、感光ドラム１上の電荷が減衰し、レーザ光が当らない部位は、感光ドラム１上の電荷はそのまま残留するので、レーザダイオード１９のオン・オフに応じた静電潜像が形成される。次いで、現像器５によりトナーが静電潜像に応じて付着され、感光ドラム１上にトナー像（顕像）が得られる。このトナー像は、ペーパーカセット１１から給紙ローラ１２で１枚ずつ取り出した転写材（不図示）を、レジストローラ１３でタイミングを合せて転写部位Ｎに挿通することによって、転写帯電器７によりこの転写材上に移しとられる。その後、転写材上の画像は定着器１５により転写材上に定着される。感光ドラム１は転写工程終了後、クリーナ１９により残留トナーを除去したのち、ＬＥＤアレイ１０で一様に露光し残留電荷を除去して、次の画像形成プロセスに入る。
【００３０】
図２に、上述の転写手段の主要構成部材である転写ローラ７の断面図を示す。転写ローラ７としては、直径６ｍｍの芯金７ａに、中抵抗のＥＰＤＭゴムからなる弾性体７ｂを被覆した外径１６ｍｍ、ＥＰＤＭゴム部の長さ３００ｍｍのローラを使用した。弾性層７ｂは、芯金７ａと感光ドラム１との当接部（転写部位）Ｎとの間に２０００Ｖ印加したときに、この間の電気抵抗がおよそ１０⁸ Ωを示すものとした。
【００３１】
感光ドラム１に対する転写ローラ７の押圧は、図３の斜視図に概略を示すように、芯金７ａの両端にそれぞれ取り付けたばね７ｃ、７ｃによって行った。
【００３２】
以上の構成の画像形成装置を用い、硬度の異なる転写ローラ７とばね定数の異なるばね７ｃを用意してそれぞれの組み合わせで文字画像プリントした。このときの、中抜けの評価結果を図４に示す。評価は、◎は中抜けがほとんど無し、○はわずかに発生、△は多少あるものの、実用的には許容できるレベル、×は中抜けがひどく、実用的でないものである。図４からわかるように、ローラ硬度Ｈは低く、すなわち柔らかく、かつ、感光ドラム１への押圧力Ｐは小さい、すなわち軽い方がよい。
【００３３】
特に、Ｈ≦４５°、Ｐ≦７［ｇ／ｃｍ］をともに満足すると、実用的に問題の無い画像が得られる。
〈実施例１〉
上述の参考例で述べた転写ローラ７の硬度Ｈ、転写ローラ７の感光ドラム１への押圧力Ｐを最適化することの他に、トナーの単位重量あたりの帯電量を最適化することで、中抜けはさらに改善される。
【００３４】
トナーは樹脂と磁性体とを主成分とする磁性体トナーと、磁性体は入っておらず樹脂・顔料を主成分とする非磁性体トナーの２種類用意した。現像器５は磁性体トナーに対しては２つ用意した。１つは、磁性ブレードコート現像器５Ａで図５に示すように、スリーブ２５へのトナーのコート量を規制する部材が磁性体２６Ａでできており、トナーとは非接触の状態で、磁力によって規制するものである。もう１つは、弾性ブレードコート現像器５Ｂで、図６に示すように、スリーブ２５へのトナーのコート量を規制する部材が弾性ブレード（弾性体）２６Ｂでできており、トナー、スリーブ２５に直接接触してコート量を規制するものである。本実施例においては、弾性ブレード２６Ｂはシリコンゴム製のものを用いた。非磁性体トナーに対しては磁気ブラシを用いた２成分現像器を用いた。これは現像器内では磁性体と非磁性トナーが混合しているが、感光ドラム１に現像されるのは非磁性トナーだけである。
【００３５】
さて、これらの現像器とトナーを用いて文字画像を出力し、あわせてトナー帯電量を測定した。トナー帯電量を変えるには、環境（湿度）や少量のトナーへの添加剤等によって行った。また、弾性ブレードコート現像器５Ｂにおいては弾性ブレード２６Ｂのスリーブ２５への当接圧力を強弱調整しても行った。
【００３６】
中抜けの評価結果をまとめて図７に示す。これからわかるように、中抜けに対してはトナー帯電量にも大きく依存しており、トナーの重量をｍ［ｇ］、その帯電電荷量をｑとすると、トナーの単位重量当たりの帯電電荷量ｑ_a （＝｜ｑ／ｍ｜）を５〜４０［μｃ／ｇ］、好ましくは１０〜２５［μｃ／ｇ］程度にすると中抜けが改善される。また、磁性トナーに対しては弾性ブレードコート現像器５Ｂを用いると、トナーの帯電量を最適範囲内にすることが容易であり、中抜け改善に有効である。
【００３７】
なお、弾性ブレードコート現像器５Ｂ、磁性体トナーを用いて、転写ローラ硬度Ｈ、転写ローラ７の感光ドラム１への押圧力Ｐを種々変えて中抜けの評価をしたのが図８である。図４と比較して転写ローラ硬度Ｈ、押圧力Ｐの実用的に使える範囲が広くなっており、転写ローラ硬度Ｈ、押圧力Ｐのばらつきや使用による変化・劣化があっても中抜けが発生しにくくなるという利点がある。
〈実施例２〉
転写ローラ７を用いた場合、図９に示すように一次帯電には帯電ローラ２Ａを用い、さらに一次帯電ローラ２Ａに印加するバイアスは直流のみにすることが有効である。
【００３８】
一般にブラシやローラ等を用いた接触方式の感光体帯電部材には交流に直流を重乗させたバイアスを印加させることが多い。なぜならば、使用により感光ドラム１の感光層１ａの膜厚が変化しても交流に直流を重畳させたバイアスを印加すると容易に所望の電位に安定して均一に帯電させることが可能だからである。
【００３９】
しかしながら、交流成分はその放電によって感光ドラム１への種々のダメージを与えやすいという欠点をもっている。放電は帯電ローラ２Ａを用いた場合でも、帯電ローラ２Ａと感光ドラム１のニップ近傍の微小ギャップ部で発生しており、感光ドラム１が削れやすい、トナーが感光ドラム表面に融着しやすい、感光ドラム表面に細かなキズを発生させやすい等の問題が発生する。
【００４０】
これらの問題は、転写手段としてコロナ放電器２を用いた場合よりも転写ローラ２Ａを用いた場合の方が、より顕著である。なぜならば感光ドラム１に直接接して転写材を感光ドラム１に押圧しているのみならず、転写材がニップ部を通過する前後の前回転、後回転、および連続プリント中の紙間のいずれも転写ローラ７と感光ドラム１とが圧力を受けて接触しているからである。
【００４１】
そこで、感光ドラム１へのダメージを少なくするためには一次帯電ローラ２Ａに印加するバイアスを直流にすることが効果的である。バイアスを直流だけの場合と、直流に交流を印加した場合のドラム削れ、トナー融着、ドラム傷を評価したものを図１０にまとめて示す。
【００４２】
これからわかるように、転写ローラ７を用いた場合、一次帯電ローラ２Ａに印加するバイアスを直流のみにすることで、トナー融着、ドラム傷の発生を抑え、ドラム削れ量を低下させて、感光ドラム１の寿命を延ばし、有効に利用することが可能である。
【００４３】
なお、以上述べたすべての実施例において、転写ローラは感光ドラム１に対して従動でもよく、また、転写ローラ７の周速と感光ドラム１の面移動速度との周速差が０．０１２以下（｜Ｖ₂ −Ｖ₁ ｜／Ｖ₁ ≦０．０１２）となるようにギアなどで駆動してもよい。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、転写ローラについて、硬度を低く（アスカーＣ、５００ｇ加圧で４５°以下）、また像担持体に対する押圧力を低く（７ｇＰ／ｃｍ以下）することによって、転写ローラが像担持体を損傷することを防止し、さらに転写ローラの周速（Ｖ₁ ）と像担持体の面移動速度（Ｖ₂ ）との間に、｜（Ｖ₂ −Ｖ₁ ）／Ｖ₁ ｜≦０．０１２の関係が成り立つようにすることによって、解像度が低下することを防止する。これにより、細線の再現性を高め、かつ、文字・ラインの中抜けの無い良好な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例の画像形成装置の構成を示す概略図。
【図２】同じく転写ローラの縦断面図。
【図３】同じく転写ローラの構成を示す斜視図。
【図４】同じく転写ローラの硬度、押圧力を変化させた場合の中抜けの状態を示す図。
【図５】実施例１の磁性ブレードコート現像器の概略図。
【図６】同じく弾性ブレードコート現像器の概略図。
【図７】同じくトナー帯電量に対する中抜けの状態を示す図。
【図８】同じく転写ローラの硬度、押圧力を変化させた場合の中抜けの状態を示す図。
【図９】実施例２の画像形成装置の構成を示す概略図。
【図１０】同じく一次帯電方式と感光ドラムに対するダメージとの関係を示す図。
【図１１】従来の転写ローラの概略を示す縦断面図。
【図１２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、露光速度、転写速度を変化させることによって、画像が縮小されたり、拡大されたりする状態を示す図。
【符号の説明】
１像担持体（感光ドラム）
２帯電手段（一次帯電器）
２Ａ帯電手段（帯電ローラ）
３露光手段
５現像手段（現像器）
７転写手段（転写ローラ）
７ａ芯金
７ｂ弾性体

Claims

表面が移動可能な像担持体と、前記像担持体上にトナー像を形成する画像形成手段と、前記像担持体との間に転写材を挟持搬送し前記像担持体上のトナー像を転写材に転写する転写ローラとを備えた画像形成装置において、
該転写ローラの硬度をＨ（アスカーＣ、５００ｇ加圧）、前記像担持体に対する押圧力をＰ［ｇ／ｃｍ］としたとき、
Ｈ≦３０°、
１≦Ｐ≦４［ｇ／ｃｍ］
の関係を満足し、
さらに、前記転写ローラの周速をＶ_１［ｃｍ／ｓｅｃ］、また前記像担持体の面移動速度をＶ_２［ｃｍ／ｓｅｃ］としたとき、
｜（Ｖ_２−Ｖ_１）／Ｖ_１｜≦０．０１２
の関係を満足し、
前記トナーの重量をｍ［ｇ］、その帯電電荷量をｑ［μＣ］とすると、前記トナーの単位重量当たりの帯電電荷量ｑ_ａ＝｜ｑ／ｍ｜［μＣ／ｇ］が１０〜２５、
の範囲である、
ことを特徴とする画像形成装置。
前記画像形成手段は、前記像担持体を帯電する帯電手段と、画像情報に応じて前記像担持体上に静電潜像を形成する露光手段と、該静電潜像にトナーを付着させて像を形成する現像手段と、を備え、
前記帯電手段は、直流バイアスのみが印加される帯電ローラを有する、
ことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。