(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯電した現像剤による画像を静電的に担持する像担持体に、導電性弾性部材から成る転写ローラを部分的に圧接し、圧接によって形成されるニップ部分にシート状の転写材を通過させ、現像剤による画像を像担持体から転写材に転写するために、転写バイアス電圧が印加される転写ローラの電気的特性を決定する方法において、
転写効率が最大となるときの転写バイアス電圧をＶ１とし、現像剤の飛散面積率の最大点よりも高い印加電圧領域で飛散面積率が最小となるときの転写バイアス電圧をＶ２として、Ｖ１≧Ｖ２の関係を満足するように電気的特性を決定することを特徴とする転写ローラの電気的特性を決定する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式の画像形成装置などに備えられる転写ローラの電気的特性を決定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電子写真方式の画像形成装置では、感光体上に静電潜像を形成し、帯電した現像剤であるトナーで現像してトナー像を形成し、紙などの転写材上に転写して、転写材上に画像を形成している。感光体などの像担持体表面から転写材上へのトナー像の転写は、転写装置によって行われる。転写装置としては、像担持体表面から間隔をあけてコロナ放電器を配置し、転写材の表面を像担持体の表面に密着させて通過させながら、転写材の裏面側にトナーを静電的に吸引する電界をコロナ放電器によって形成し、像担持体の表面に静電的に付着しているトナー像を転写材表面に移行させて転写を行う方式が従来から周知となっている。
【０００３】
転写装置として、導電性の弾性材による転写ローラを像担持体に圧接して、これら両者間に転写材を通過させるとともに、転写ローラにトナーと逆極性のバイアス電圧を印加して転写を行う構成も知られている。転写ローラを用いる転写装置では、コロナ放電器を利用する転写装置に比較し、転写バイアス電圧がはるかに低くてすみ、オゾンや窒化物などの有害なコロナ生成物の発生がなく、転写材を安定して搬送することができるなどの利点を有している。その反面、転写ローラを用いる転写装置では、ローラの物性によってトナーの飛散りの問題が発生する場合がある。
【０００４】
転写ローラを用いる転写装置では、像担持体に転写ローラが圧接して、転写ニップと呼ばれる部分が形成される。ニップ部分を転写材が通過する際、転写ローラに印加されるバイアス電圧によって転写材背面側に電荷が付与され、像担持体上からトナーを吸引することによって転写が行われる。像担持体の表面の電位は、トナーによる画像が形成されている画像部と、形成されていない非画像部とで大きく異なる。このため、転写ローラに印加されるバイアスに従って、転写材背面に付与される電荷量は、像担持体の表面の画像部に対応する部分と、非画像部に対応する部分とでは大きく異なることが判明している。この理由は、転写ローラに印加した転写バイアスと、像担持体表面電位との電位コントラストが、画像部よりも非画像部の方が大きくなるためであって、転写材背面に付与される電荷量も画像部よりも非画像部の方が多くなっている。その結果、転写ニップの部分を通過する転写材には、トナーが像担持体の画像部に対応する部分から像担持体の非画像部に対応する部分へ移動するような電界が形成され、像担持体の画像部に対応する部分に転写されるべきトナーが、非画像部に対応する部分である下地の部分に飛散り、画像に滲みが生じて、細線の再現性が低下したり、下地汚れが発生したりして、著しく転写される画像の画質を低下させるトナーの飛散りの問題が生じる。
【０００５】
このようなトナーの飛散りの問題を解決する先行技術は、たとえば特開平２−２２６２８３号公報や特開平３−２１９７４号公報などに開示されている。特開平２−２２６２８３号公報には、転写部材に印加する転写バイアスと像担持体の画像部の表面電位との電位コントラストをＡ（Ｖ）、転写バイアスと像担持体の非画像部の表面電位との電位コントラストをＢ（Ｖ）としたとき、Ａ：Ｂを１：１．４以下に設定することが記載されている。特開平３−２１９７４号公報には、用紙等の転写材の画像部に付与する電荷量をＡ（Ｃ／ｃｍ２）、非画像部に付与する電荷量をＢ（Ｃ／ｃｍ２）とするときに、Ａ≧Ｂ／２とすることが記載されている。
【０００６】
転写装置では、像担持体上に形成されているトナー像を、転写材上にできるだけ完全に転写させることも重要である。像担持体表面から転写材表面に移行するトナー像の割合は転写効率と呼ばれ、転写効率が低いと転写材上に充分な画像の転写が行われなくなり、かつ像担持体上にトナーが残留し、残留するトナーが像担持体表面に付着した状態を続けると、不所望なタイミングで転写材上に転写されて画像の汚れとなり、画質を低下させてしまう。画質の低下を避けるためには、像担持体表面のクリーニングを充分に行う必要が生じる。このため、転写効率を上げることも非常に重要であり、たとえば特開平５−１０７７９４号公報には、１０８〜１０１２Ωｃｍの体積固有抵抗の表面積を有する多層構造の転写ローラで、転写効率を上げ得ることが記載されている。また、この公報には、転写効率は転写ローラへの印加電圧を上げることで高くすることができるけれども、印加電圧をあまり高くすると放電を起こすことが記載されている。なお、転写効率を上げることによって、転写される画像中のソリッド部の階調性も向上させることができることが知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述の特開平２−２２６２８３号公報や特開平３−２１９７４号公報には、トナーの飛散りを抑えることを目的に、画像部と非画像部との間で、転写バイアスと表面電位との電位コントラストや、転写材の背面に付与する電荷量について規定されているけれども、転写効率のことについては一切記載されていない。そのため、トナーの飛散りによる画質の低下が起こらないとしても、転写効率の低下による画質の低下、たとえばソリッド部の階調性低下等が起こるおそれがある。
【０００８】
特開平５−１０７７９４号公報には、転写効率を上げ得る転写ローラの抵抗値について記載され、また、転写ローラに印加する電圧を上げ過ぎると放電が起こることについては記載されているけれども、どのくらいの電圧印加で放電が起こるのか、また放電と抵抗値との関係は記載されていない。そのため、転写効率を上げることはできても、トナーの飛散りによる画質の低下が起こるおそれがある。
【０００９】
本発明の目的は、トナーの飛散りを抑えながらも効率が高い転写を行うことが可能な転写ローラの電気的特性を決定する方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、帯電した現像剤による画像を静電的に担持する像担持体に、導電性弾性部材から成る転写ローラを部分的に圧接し、圧接によって形成されるニップ部分にシート状の転写材を通過させ、現像剤による画像を像担持体から転写材に転写するために、転写バイアス電圧が印加される転写ローラの電気的特性を決定する方法において、
転写効率が最大となるときの転写バイアス電圧をＶ１とし、現像剤の飛散面積率の最大点よりも高い印加電圧領域で飛散面積率が最小となるときの転写バイアス電圧をＶ２として、Ｖ１≧Ｖ２の関係を満足するように電気的特性を決定することを特徴とする転写ローラの電気的特性を決定する方法である。
【００１１】
本発明に従えば、ローラ転写装置は、像担持体から転写材に帯電した現像剤による画像を転写する。像担持体は、帯電した現像剤による画像を静電的に担持している。ローラ転写装置は、導電性弾性部材から成る転写ローラを部分的に像担持体に圧接し、圧接によって形成されるニップ部分にシート状の転写材を通過させて、転写材上に現像剤による画像を転写させる。転写ローラには、転写バイアス電圧が印加される。転写バイアス電圧によって、転写効率は変化し、転写効率が最大となるときの転写バイアス電圧をＶ１とする。現像剤の飛散りに対応する現像剤の飛散面積率も、転写バイアス電圧によって、転写効率の変化よりも急激に変化し、飛散面積率が最も大きいピークを過ぎると急激に小さくなり、最小のピークに達した後は印加電圧が上昇するにつれて緩やかに上昇する傾向を示す。飛散面積率が最も大きいピークに達した後の最小のピークでの転写バイアス電圧をＶ２とする。電気的特性がＶ１≧Ｖ２の関係を満足するように、転写ローラの電気的特性を決定することによって、転写効率が高く飛散面積率が小さい状態で現像剤の転写を行わせることができる。Ｖ１＜Ｖ２となると、転写効率が最大となるときの転写バイアス電圧Ｖ１は、飛散面積率が最小となるときの転写バイアス電圧Ｖ２よりも飛散面積率が急激に増大する側にずれ、トナーの飛散りを抑えながら転写効率を高くすることができなくなってしまう。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、ローラ転写装置１の概略的な構成を示す。ローラ転写装置１は、電子写真方式で画像を形成する画像形成装置２の一部として機能する。画像形成装置２は、シート状の転写材、たとえば記録用紙などの記録媒体の表面に画像を形成する。電子写真方式の画像形成装置２では、図１の紙面に垂直な方向の軸線を有し、矢印Ａ方向に回転する円筒状の感光体４が設けられている。
【００１９】
円筒状の感光体４は、紙面に垂直な方向の軸線まわりに回転する。感光体４の周囲には、矢印Ａ方向に沿って、感光体４の表面を一様に帯電させるための帯電部材５、感光体４の表面に静電潜像を形成させるための露光部材６、感光体４の表面の静電潜像を現像剤であるトナーで顕像化させる現像装置７が配置され、ローラ転写装置１に至る。画像形成装置２では、現像剤であるトナーの像をローラ転写装置１で記録媒体３上に転写した後、記録媒体３を定着部材８まで搬送し、トナー像の定着を行う。ローラ転写装置１で感光体４の表面から記録媒体３の表面に転写されずに、感光体４の表面に残留するトナーは、感光体４の回転方向に関し、ローラ転写装置１よりも下流側に配置されるクリーニング部材９によって除去される。
【００２０】
ローラ転写装置１は、半導電性の弾性転写部材であり、感光体４の表面の一部に圧接するように配置される転写ローラ１０を有する。転写ローラ１０が感光体４の表面に圧接されている部分で転写ローラ１０の表面は圧縮され、感光体４の外周に沿って感光体４と転写ローラ１０とが接触する転写部位としてニップ部分が形成される。感光体４の回転にともなって、表面に形成されているトナー像がニップ部分に到来するタイミングに合わせて、記録媒体３を矢印Ｂの方向に搬送してニップ部分を通過させる。電源１１によって転写ローラ１０に転写バイアス電圧を印加すると、感光体４の表面のトナーが記録媒体３の表面に転移する。転写終了後、トナー像が転移している記録媒体３は、さらに矢印Ｂ方向に搬送されて、定着部材８に達する。感光体４は、円筒状の金属、たとえばアルミニウム製の基材１２の外周面上に、たとえば２０μｍ厚の光導電層１３が形成されているＯＰＣ感光体であり、光導電層１３の誘電率εｓは３である。感光体４はアルミ素管１２上にＣＧＬ層とＣＴＬ層を積層したｏｐｃからなる感光層１３を配置してなり、外径が３５ｍｍの円筒状である。ＣＴＬ層はフタロシアニン化合物を主成分とし、ポリカーボネート中にヒドラゾン化合物を分散させてＣＧＬ層を構成している。
【００２１】
帯電部材５はコロナ帯電器で構成され、感光体表面に均一な電荷を供給し、その表面電位を−６００Ｖに帯電するように不図示の帯電電源から帯電電位が供給される。現像装置７は内部にビニル系樹脂に磁性粉を混入させた磁性１成分トナー１４を封入している。現像装置７内部には前記感光体４に対抗する位置に、内部に磁極を有するスリーブ７ａを配置して表面にトナー層を形成している。トナー層の形成はスリーブ７ａにウレタンからなるドクターブレード７ｂを接触させて均一な層を形成させるとともにトナー１４に−７〜−１０μｃ／ｇの帯電量を与えるように設計されている。
【００２２】
転写ローラ１０は、たとえば直径８ｍｍの芯金１０ａの周囲に、導電性弾性層１０ｂとしてＥＰＤＭのソリッドゴムを外径が２０ｍｍとなるように被覆し、さらに被覆層１０ｃで覆って形成する。導電性弾性層１０ｂとしては、ＥＰＤＭのソリッドゴム中に、電子導電剤としてカーボンブラックを添加して導電性を付与する。カーボンブラックの添加量を変化させると、１０６Ωｃｍ，１０７Ωｃｍ，１０８Ωｃｍ，１０９Ωｃｍ，１０１０Ωｃｍおよび１０１１Ωｃｍの６種の抵抗率を有するものを用意することができる。導電性弾性層１０ｂとしては、ＥＰＤＭのソリッドゴムに代えて、内部で発泡させて形成するスポンジゴムを用いることもできる。被覆層１０ｃは、たとえば５０〜８０μｍ厚のフッ素樹脂チューブを用いる。フッ素樹脂チューブに代えて、オレフィンチューブを用いることもできる。
【００２３】
感光体４の光導電層１３は、帯電部材５によって一様に帯電されて後、レーザスキャナ等の露光部材６によって、画像変調されたレーザビームが照射され、静電潜像１５が形成される。レーザビームが照射された光導電層１３は、導電率が部分的に大きくなり、帯電している電荷を消失させるので、レーザビームを画像変調することによって、画像の濃淡に応じて光導電層１３の表面の電荷の消失状態が変化し、静電潜像１５が形成される。トナー１４は、たとえばフタロシアニン系顔料からなる微粒子の表面を熱可塑性樹脂で覆うようにして形成され、現像装置７の内部に貯留されて、一定の極性で帯電している状態となる。帯電したトナー１４を静電潜像１５に接触させると、静電潜像の帯電パターンに対応してトナー１４が光導電層１３の表面に付着し、感光体４の表面にトナー像１６が形成されて、静電潜像１５が顕像化される。トナー像１６は、感光体４と転写ローラ１０との圧接部分に形成されるニップ部分１７を通過する記録媒体３上に転写される。
【００２４】
図２は、転写ローラ１０として導電性弾性層１０ｂの抵抗率が１０６Ωｃｍ，１０７Ωｃｍ，および１０８Ωｃｍの３種を用いる場合に、電源１１から転写ローラ１０に印加する転写バイアス電圧と転写効率および飛散面積率との関係について得られる試験データの一例を示す。感光体４のＡ方向の周速、すなわち記録媒体３のＢ方向の搬送速度であるプロセス速度は１２５ｍｍ／ｓｅｃであり、記録媒体３として、６４ｇ紙を用い、ニップ部分１７を通過する転写ニップ通過時間を６．５ｍｓｅｃとしている。図２では、実線が抵抗率１０６Ωｃｍ、破線が１０７Ωｃｍおよび点線が１０８Ωｃｍの導電性弾性層１０ｂを用いる場合の試験結果をそれぞれ示す。
【００２５】
図２の上方の曲線は転写バイアス電圧に対する転写効率の変化を示し、図２の下方の曲線は転写バイアス電圧に対する飛散面積率の変化を示す。各抵抗率で形成されている転写ローラ１０には、それぞれ転写効率が最大となる転写バイアス電圧Ｖ１ａ、Ｖ１ｂ、Ｖ１ｃが存在する。転写効率の変化は、印加する転写バイアス電圧の変化に対して、比較的なだらかに推移する。転写効率が最大となる電圧Ｖ１ａ，Ｖ１ｂ，Ｖ１ｃは、転写ローラ１０の導電性弾性層１０ｂの抵抗率が上がるほど必然的に大きくなり、Ｖ１ａ＜Ｖ１ｂ＜Ｖ１ｃである。転写効率は、感光体４の表面に形成されるトナー像１６のうちで、感光体４の表面から記録媒体３の表面に転移するトナー１４の量の割合を示す。
【００２６】
図３は、図２に示す飛散面積率の算出方法を示す。図３（ａ）に示すように、「ｉ」の文字を画像として形成し、図３（ｂ）に示すように、文字の縦棒部分の横に、たとえば１ｍｍ角の正方形の領域２０を設定し、この領域２０内で飛散したトナーによって占められる面積の割合として算出する。すなわち、飛散面積率は、次の第１式によって算出する値である。
【００２７】
【数１】
0003621320.tif 000002
【００２８】
飛散面積率は、１ｍｍ×１ｍｍの領域２０中のトナー１４の数を数えて、その数値を用いることもできる。各トナー１４の付着によって形成される部分的な面積は、その個数に比例すると考えられるからである。トナー１４の飛散面積率は、小さい方が好ましい。図２に示すように、飛散面積率は、或る転写バイアス電圧で最大値となり、その電圧の前後で急激に低下して最小値となる。
【００２９】
上記飛散面積率について図３に示す。図３のように飛散面積率はｉ文字の直線部周囲（１平方ｍｍ）に存在する飛散トナー隗の総面積の割合を示している。本実施形態における飛散の測定は図３のように明朝体の９ポイントのｉ文字を使用して測定しているが、フォントやポイント数は特に限定しない。測定に使用するフォントや大きさ等によって、あるいは現像条件等によって飛散面積率の値は変化するが、現像条件等が常識的な範囲であるならば図２に示すような特性、すなわち転写効率を示すグラフと飛散を示すグラフの相対関係、特にそのピークは変化しない。さらにいわゆるカブリトナーが測定時に飛散トナーと一緒に測定される場合があるが、これは飛散トナーに比較すると通常は非常にわずかにあるだけでなく、カブリトナーは通常は転写電位に関係なく一定、転写により感光体の表面電位や現像装置内でのトナーの帯電が影響されない限り一定であるので、図２における飛散を示すグラフの転写効率のグラフに対する相対位置が変化することはない。
【００３０】
したがって図２からは、導電性弾性層１０ｂの抵抗率が１０６Ωｃｍである転写ローラ１０を用いるときの転写効率が最大となる印加電圧Ｖ１ａは１．０ｋＶであり、飛散面積率が最小となる右側ピークでの印加電圧Ｖ２ａは約１．１２ｋＶであることが判る。このように、Ｖ１がＶ２より小さい関係では、転写効率が最大となる転写バイアス電圧を印加する状態では飛散面積率が高い状態であり、転写効率を高くするとトナーの飛散りによる画質低下が起こってしまう。
【００３１】
これに対して、導電性弾性層１０ｂの抵抗率が１０７Ωｃｍの転写ローラ１０を用いる場合は、転写効率が最大となる印加電圧Ｖ１ｂは１．４ｋＶ程度であり、飛散面積率が最小となる右側ピーク時の印加電圧Ｖ２ｂも１．４ｋＶ程度である。このようなＶ１とＶ２との関係では、転写効率が最大となる印加電圧における飛散面積率も低い状態であり、トナーの飛散りを抑えながら高い転写効率で転写を行うことができる。
【００３２】
抵抗率が１０８Ωｃｍの導電性弾性層１０ｂを有する転写ローラ１０を用いる場合は、転写効率が最大となる印加電圧Ｖ１ｃは１．８３ｋＶ程度であり、飛散面積率が最小となる右側ピーク時の印加電圧Ｖ２ｃは１．７２ｋＶ程度である。このようなＶ１とＶ２との関係でも、転写効率が最大となる印加電圧での飛散面積率は低い状態であり、トナーの飛散りを抑えながら高い転写効率で転写を行わせることができる。また、導電性弾性層１０ｂの抵抗率が１０９Ωｃｍや１０１０Ωｃｍの転写ローラ１０を用いた場合は、転写効率が最大となる印加電圧Ｖ１は２．１ｋＶ，２．４ｋＶ程度となり、飛散面積率が最小となる右側ピーク時の印加電圧Ｖ２は１．９ｋＶ，２．１ｋＶ程度となる結果が得られている。すなわち、導電性弾性層１０ｂの抵抗率が１０７Ωｃｍよりも大きい転写ローラ１０に対応する印加電圧Ｖ１と印加電圧Ｖ２とを求めると、次の表１に示すようになる。
【００３３】
【表１】
0003621320.tif 000003
【００３４】
表１からＶ１とＶ２との関係は、転写ローラ１０の導電性弾性層１０ｂの抵抗率が大きくなるほど、Ｖ２よりもＶ１が大きくなる傾向にあることが判る。逆に、図２に示す導電性弾性層１０ｂの抵抗率が１０６Ωｃｍの場合のように、Ｖ１がＶ２より大きい場合は、転写効率を上げるために転写バイアス電圧をＶ１にすると、飛散面積率が急激に増大してトナーの飛散りを抑えきれなくなってしまう。また、反対にトナーの飛散りを抑えるような転写バイアス電圧の印加にすると、転写効率を最大にすることができず、転写効率が低下してしまう。したがって、転写効率が最大となる印加電圧をＶ１、飛散面積率の最大点よりも高い印加電圧の領域での飛散面積率の最小となる印加電圧をＶ２とすると、Ｖ１≧Ｖ２となるように設定することで、高効率かつ飛散を抑制した転写が可能となり、画質を向上させることができる。
【００３５】
また、実験の結果、転写ローラ１０の導電性弾性層１０ｂの抵抗率が１０１１Ωｃｍを超えると、印加電圧が高くなるために、異常放電が起こったり、また転写電流の不足が生じ、いずれの場合も画質の低下を招来してしまう。このため、Ｖ１≧Ｖ２という条件式を満足し、かつ異常放電等による画質劣化のおそれもない範囲として、転写ローラ１０の抵抗率は、１０７Ωｃｍ〜１０１０Ωｃｍとすれば良いことが判る。また、この場合電源１１から転写ローラ１０に印加する転写バイアス電圧を低く抑えることができることを考慮すると、より好ましくは１０７Ωｃｍ〜１０８Ωｃｍの範囲であることが判る。
【００３６】
図４は、記録媒体３が図１のニップ部分１７を通過するニップ通過時間と転写効率との関係について得られているデータの一例を示す。転写ローラ１０としては、導電性弾性層１０ｂの抵抗率１０７Ωｃｍのものを用い、ニップ部分１７の通過時間を３ｍｓｅｃ，４．３ｍｓｅｃ，５．３ｍｓｅｃ，６．５ｍｓｅｃのように変えて転写効率との関係を調べた結果を示す。図４から判るように、ニップ部分１７を通過する時間が長くなるほど、転写効率は向上する。通常の判断においては、転写効率８５％以上を確保すればよいことが判っているので、ニップ通過時間を４ｍｓｅｃ以上にすれば良いことが判る。
【００３７】
以上の説明で、像担持体としての感光体４は円筒状である場合を示しているけれども、無端ベルト状などの他の形態である場合にも本発明を同様に適用することができる。また、感光体４の表面の光導電層１３の材料や、トナー１４の材料、あるいは転写ローラ１０の導電性弾性層１０ｂや被覆層１０ｃの材料も、説明した材料に限ることなく同種の材料を使用することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、電気的特性がＶ１≧Ｖ２の関係を満足するように、転写ローラの電気的特性を決定することによって、転写効率が高く飛散面積率が小さい状態で現像剤の転写を行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ローラ転写装置１の概略的な構成を示す簡略化した断面図である。
【図２】図１のローラ転写装置１で転写ローラ１０に印加する転写バイアス電圧と転写効率およびトナーの飛散面積率との関係を、転写ローラ１０の抵抗率を変えて測定した結果の一例を示すグラフである。
【図３】図２に示す飛散面積率を算出する方法を示す図である。
【図４】図１のローラ転写装置１で、ニップ部分を通過する時間と転写効率との関係を示す実験結果の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
１  ローラ転写装置
２  画像形成装置
３  記録媒体
４  感光体
５  帯電部材
６  露光部材
７  現像装置
８  定着部材
９  クリーニング部材
１０  転写ローラ
１０ｂ  導電性弾性層
１１  電源
１３  光導電層
１４  トナー
１５  静電潜像
１６  トナー像
１７  ニップ部分
【図１】
0003621320.tif 000004
【図２】
0003621320.tif 000005
【図３】
0003621320.tif 000006
【図４】
0003621320.tif 000007