CN110471269A - 盒和图像形成装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及盒和图像形成装置。一种图像形成装置，包括感光构件和充电辊，向充电辊施加直流电压。在图像形成操作中，感光构件的表面的第一电位(充电前)与第二电位(充电后)之间的差异小于100V。充电辊包括轴部分、在轴部分的外周上提供的弹性层以及在弹性层的外周上提供的表面层。关于充电辊的表面的粗糙度轮廓的十点高度Rz(μm)和均方根斜率RΔq满足Rz≥7和RΔq≤0.1。

Description

盒和图像形成装置

技术领域

本发明涉及一种包括被配置为在电子照相处理中对图像承载构件充电的充电辊的盒和图像形成装置。

背景技术

对于被配置为对电子照相***的图像形成装置中的图像承载构件充电的充电单元，广泛使用其中电压施加到与图像承载构件接触的充电辊的接触充电***。存在发生所谓成膜现象的情况，其中诸如附着到图像承载构件的调色剂、添加到调色剂的外部添加剂以及在充电时生成的放电产物之类的污物附着并累积在这种充电辊上。当发生成膜现象时，有时在记录材料上形成的图像中，在与附着有污物的充电辊的一部分对应的位置处发生图像缺陷。例如，在输出半色调图像的情况下，在记录材料的传送方向上，即在充电辊的旋转方向上，有时以条纹形状生成高图像密度的一部分。以下将高图像密度的该部分称为污染条纹。

常规地，提出了通过向充电辊的表面施加适当的表面粗糙度来抑制成膜现象的技术。日本专利特许公开No.2010-048883公开了将充电辊的粗糙度轮廓的十点高度Rz设定在7μm至30μm的范围内对于抑制污物的附着是有效的。

但是，作为本发明人的深入研究的结果，发现在对充电辊施加一定程度或更大的表面粗糙度的情况下，由于充电辊的表面上的凹陷和突出，并且由于在输出图像中出现小的密度不均匀性，因此放电量变得不均匀。这种密度不均匀性降低了半色调区域的均匀性，并且使输出图像具有粗糙纹理。特别地，在采用直流充电***(DC充电***)来简化装置的情况下，密度不均匀性的问题更为关键。也可以考虑通过执行感光构件的预曝光来改善充电均匀性以抑制转印后和充电前的密度不均匀性，但这会导致成本增加。

发明内容

本发明提供了一种包括能够在抑制污物附着的同时改善图像质量的充电辊的盒和图像形成装置。

根据本发明的一个方面，一种图像形成装置包括：感光构件；以及充电辊，向充电辊施加直流电压，并且所述充电辊被配置为在充电位置处对感光构件的表面充电，其中充电辊包括轴部分、在轴部分的外周上提供的弹性层和在弹性层的外周上提供的表面层，并且其中关于充电辊的表面的粗糙度轮廓的十点高度Rz(μm)和均方根斜率RΔq满足Rz≥7和RΔq≤0.1。

根据本发明的另一个方面，一种盒包括：感光构件；以及充电辊，向充电辊施加直流电压，并且所述充电辊被配置为在充电位置处对感光构件的表面充电，其中充电辊包括轴部分、在轴部分的外周上提供的弹性层和在弹性层的外周上提供的表面层，并且其中关于充电辊的表面的粗糙度轮廓的十点高度Rz(μm)和均方根斜率RΔq满足Rz≥7和RΔq≤0.1。

参考附图，根据示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清楚。

附图说明

图1是图示根据本公开的图像形成装置的示意图。

图2是图示图像形成单元的配置的示意图。

图3是图示充电辊的截面配置的示意图。

图4是用于描述充电辊的接触面积比的测量方法的示意图。

图5A是用于描述与充电辊的表面粗糙度低的情况对应的、附着到充电辊的表面的异物的过程的示意图。

图5B是与充电辊的表面粗糙度低的情况对应的另一个示意图。

图5C是用于描述与充电辊的表面粗糙度高的情况对应的、附着到充电辊的表面的异物的过程的示意图。

图5D是与充电辊的表面粗糙度高的情况对应的另一个示意图。

图6A是用于描述与均方根斜率大的情况对应的、充电辊的均方根斜率对在感光鼓上形成的调色剂图像的密度的影响的示意图。

图6B是与均方根斜率大的情况对应的另一个示意图。

图6C是与均方根斜率大的情况对应的另一个示意图。

图6D是用于描述与均方根斜率小的情况对应的、充电辊的均方根斜率对在感光鼓上形成的调色剂图像的密度的影响的示意图。

图6E是与均方根斜率小的情况对应的另一个示意图。

图6F是与均方根斜率小的情况对应的另一个示意图。

图7是用于描述斑块重影(patch ghost)的发生机制的示意图。

具体实施方式

将参考附图来描述本发明的示例性实施例。

第一示例性实施例

图像形成装置

图1是4鼓直列式***的图像形成装置100的配置图。图像形成装置100包括分别形成黄色、品红色、青色和黑色的图像的四个图像形成单元1a、1b、1c和1d。四个图像形成单元1a、1b、1c和1d布置成一行，其间具有相等的间隔。

图像形成单元1a至1d分别包括用作图像承载构件的感光鼓2a、2b、2c和2d。感光鼓2a至2d各自具有在铝等的基础鼓体上的具有负充电极性的有机光电导体(OPC)的感光层，并且每个感光鼓由驱动单元以预定的处理速度旋转地驱动。

充电辊3a、3b、3c和3d，充电清洁构件5a、5b、5c和5d，显影单元4a、4b、4c和4d以及鼓清洁单元6a、6b、6c和6d分别设置在感光鼓2a至2d周围。另外，曝光单元7a、7b、7c和7d分别设置在感光鼓2a至2d上方。显影单元4a至4d分别容纳含有黄色、青色、品红色和黑色调色剂的显影剂。此外，显影单元4a至4d分别被配置为使得从对应的调色剂瓶Ta、Tb、Tc和Td供应调色剂。

图像形成单元1a至1d各自优选地被配置作为可拆卸地附着到图像形成装置100的装置体的盒。根据本示例性实施例的盒至少分别包括感光鼓2a至2d和充电辊3a至3d。这些盒还可以被配置为处理盒，还分别包括显影单元4a至4d和鼓清洁单元6a至6d。

作为可旋转环形带的中间转印带8被设置成面对相应图像形成单元的感光鼓2a至2d。用作中间转印体的中间转印带8在包括二次转印相对辊12的多个辊上被拉伸。中间转印带8由连接到马达的辊驱动，并因此在箭头方向上旋转，即在图1中的顺时针方向上旋转。一次转印辊9a、9b、9c和9d设置在中间转印带8的内周侧上、在分别与感光鼓2a至2d相对的位置处。二次转印相对辊12邻接二次转印辊15，其间具有中间转印带8，并因此形成二次转印部11。

去除并收集残留在中间转印带8的表面上的转印残余调色剂的带清洁单元16设置在中间转印带8的外周侧上。此外，在中间转印带8的旋转方向上、在二次转印部11的下游设置有定影单元17，该定影单元17包括用于执行热压处理以将调色剂定影到记录材料S上的定影辊17a和加压辊17b。

当开始图像形成操作的开始信号被从图像形成装置100的控制器发送时，记录材料S从盒子输送出来并一个接一个地传送到定位辊。记录材料S在邻接处于静止状态的定位辊的状态下待命。

将参考图2来描述在图像形成单元1a至1d中的每一个中形成调色剂图像的处理。要注意的是，虽然将以黄色图像形成单元1a为例给出描述，但是该处理的步骤对于其它图像形成单元是相同的。当开始信号被从控制器发送时，感光鼓2a以预定的处理速度开始旋转。感光鼓2a通过充电辊3a均匀地充电至负极性。曝光单元7a通过用激光照射感光鼓2a来执行扫描曝光，从而在感光鼓2a的表面上形成静电潜像。利用从显影单元4a供应的调色剂将这个静电潜像显影为调色剂图像。充电清洁构件5a去除由于从感光鼓2a转印到充电辊3a等而附着到充电辊3a的表面的污物，从而维持充电辊3a的性能。污物的示例包括调色剂、外部添加剂、感光鼓的碎屑以及纸粉。

关于图像形成操作的次序，首先，在图像形成单元1a中开始形成黄色调色剂图像，然后经由一次转印辊9a通过一次转印将黄色调色剂图像转印到旋转的中间转印带8上。通过中间转印带8的旋转，已经在中间转印带8上转印了的黄色调色剂图像的区域朝着品红色图像形成单元1b移动。然后，同样在图像形成单元1b中，以类似的方式，在感光鼓2b上形成的品红色调色剂图像被转印，以便通过一次转印辊9b被叠加在中间转印带8上的黄色调色剂图像上。随后，分别在图像形成单元1c和1d中形成的青色和黑色调色剂图像通过一次转印辊9c和9d被顺序地转印，以便被叠加在已经转印的黄色和品红色调色剂图像上，从而在中间转印带8上形成全色调色剂图像。

另外，定位辊在与中间转印带8上产生的全色调色剂图像的前端到达二次转印部11的定时匹配的定时将记录材料S传送到二次转印部11。将与调色剂极性相反的用作二次转印电压的偏置电压施加到二次转印辊15。因此，在二次转印部11中，全色调色剂图像通过二次转印从中间转印带8一起转印到记录材料S上。其上已转印有调色剂图像的记录材料S被传送到定影单元17，并在由定影辊17a和加压辊17b形成的定影辊隙部分中被加热和加压。相应颜色的调色剂熔化，然后粘附到记录材料S，从而将图像定影到记录材料S。然后，记录材料S被排出到在图像形成装置100中提供的排出托盘或对记录材料S执行诸如装订处理之类的后处理的片材处理装置。

上述图像形成装置100是图像形成装置的示例，并且例如，图像形成装置100可以是其中在感光鼓上形成的调色剂图像直接转印到记录材料S上而没有中间转印体的***。此外，图像形成装置的示例包括打印机、复印机、传真机和具有这些功能的多功能装置。

图像形成单元的配置示例

感光鼓2a至2d在本示例性实施例中用作图像承载构件。充电辊3a至3d在本示例性实施例中用作对图像承载构件的表面充电的充电辊，将在后面描述其细节。在本示例性实施例中，曝光单元7a至7d用作用于在图像承载构件上绘制静电潜像的曝光单元。显影单元4a至4d在本示例性实施例中用作用于显影在图像承载构件上产生的静电潜像的显影单元。包括中间转印带8和二次转印辊15的转印单元在本示例性实施例中用作用于将在图像承载构件上产生的调色剂图像转印到记录材料上的转印单元。具体而言，对于这些构成元件，可以使用如下配置的构成元件。

图2中所示的感光鼓2a通过在铝鼓上层压有机光电导体层(OPC层)而形成，并且其外直径为30mm。光电导体层的充电极性是负极性，并且感光鼓2a被配置为就围绕中心轴的圆周速度而言以120mm/sec的处理速度旋转。要注意的是，尽管光电导体层没有特别限制，但是例如可以使用耐久性优异的非晶硅层(a-Si层)。

充电辊3a被设置成与感光鼓2a相对，并根据感光鼓2a的旋转而旋转。从用作电压施加单元的充电电源39向充电辊3a施加例如-1200V的直流电压，因此充电辊3a将感光鼓2a的表面充电到用作一次充电电位的预定表面电位。此外，作为充电清洁构件5a，使用外直径为6mm的泡沫海绵辊。通过预定的加压力将这种海绵辊压在充电辊3a上，并且在根据充电辊3a旋转的同时去除附着到充电辊3a的表面的污物。

曝光单元7a基于扫描线图像数据(即，所谓的视频信号)扫描并将经受导通-断开调制的激光束辐射到感光鼓2a上，其中要被打印的图像被分解成相应颜色组分的分解的彩色图像。因此，曝光单元7a在感光鼓2a的表面上绘制与分解的彩色图像对应的静电潜像。

显影单元4a通过搅拌传送构件42和43来搅拌包括非磁性调色剂和具有负充电极性的磁性载体的双组分显影剂，从而通过摩擦使调色剂和载体充电，如图2中所示。通过搅拌传送构件42和43使显影剂在容器40内循环，并且由于设置在用作显影剂承载构件的显影套筒41内周侧上的磁体生成的磁场而在显影套筒41上产生显影剂。通过调节刮刀调节在显影套筒41上产生的显影剂的厚度，然后将显影剂传送到与感光鼓2a相对的部分。显影套筒41保持在远离感光鼓预定距离的位置处。通过向显影套筒41施加其中交流电压叠加在负极性的直流电压上的振荡电压，带负电的调色剂被转印到感光鼓2a的已经变得具有相对正极性的暴露部分上，并以反转方式显影静电潜像。设定显影套筒41在其纵向方向上的长度，使得例如可以显影最大长度为30cm的静电潜像。

作为显影剂，使用其中载体和调色剂以94：6的重量比混合的双组分显影剂。容纳在显影单元4a中的显影剂总重量的初始值设定为250g。涂覆了硅树脂的铁氧体颗粒用作载体，并且载体相对于240kA/m的施加磁场具有24Am²/kg的饱和磁化强度。此外，载体相对于3000V/cm的场强具有1×10⁷Ω·cm至1×10⁸Ω·cm的体积电阻率，并且具有50μm的重均粒径。调色剂至少由粘合剂、着色剂和电荷控制剂构成。在这里，苯乙烯丙烯酸树脂用作粘合剂树脂。但是，也可以使用其它树脂，诸如苯乙烯基树脂、聚酯基树脂和聚乙烯树脂。作为着色剂，可以单独使用各种颜料和染料等着色剂，或者组合使用两种或更多种。作为电荷控制剂，如果需要，可以包含用于加强的充电控制剂。作为用于加强的充电控制剂，可以使用苯胺黑基染料、三苯基甲烷基树脂等。调色剂的重均粒径或调色剂的体积平均粒径为5.5μm。

调色剂含有蜡和外部添加剂。含有蜡以改善定影构件的释放性和定影时的定影性。作为蜡，可以使用石蜡、巴西棕榈蜡、聚烯烃等，并且通过将蜡揉合并分散在粘合剂树脂中来使用蜡。在这里，通过机械研磨机研磨并因此使用其中粘合剂、着色剂、电荷控制剂和蜡被揉合和分散的树脂。外部添加剂的示例包括经历疏水化的无定形二氧化硅以及氧化钛、钛化合物等的无机氧化物细微颗粒。将这些细微颗粒添加到调色剂中以调整调色剂的粉末流动性和电荷量以及感光鼓2a的表面抛光效果。外部添加剂颗粒的粒径优选地为1nm至100nm。在这里，以重量比0.5wt％的量加入平均粒径为50nm的氧化钛，并且分别以0.5wt％和1.0wt％的量加入平均粒径为2nm的无定形二氧化硅和平均粒径为100nm的无定形二氧化硅。

一次转印辊9a在感光鼓2a和中间转印带8之间形成一次转印部T1。通过向一次转印辊9a施加正极性的直流电压，在感光鼓2a上产生的调色剂图像通过一次转印被转印到中间转印带8上。

中间转印带8是环形带构件。作为中间转印带8，使用由体积电阻率ρv为10¹⁰Ω·cm且表面电阻率ρs为10⁸Ω的聚醚醚酮形成的带。要注意的是，中间转印带8的体积电阻率ρv优选地为10⁸Ω·cm至10¹²Ω·cm，并且中间转印带的表面电阻率ρs优选地为10⁸Ω至10¹³Ω。作为中间转印带的材料，一般使用聚醚醚酮和聚酰亚胺。

鼓清洁单元6a包括清洁刮刀60，如图2中所示。清洁刮刀60具有在倾斜以便与感光鼓2a的旋转方向相对的方向上延伸的远端部分，并且远端部分邻接感光鼓2a以收集诸如残留在感光鼓2a的表面上的转印残余调色剂之类的污物。通过例如用胶水将由聚氨酯橡胶平板构成的橡胶构件粘贴到金属板构件上来形成清洁刮刀60。这个橡胶构件被形成为具有例如2mm的厚度和8mm的自由长度的截面形状，并且在纵向方向上具有33cm长度的区域中被粘贴到金属板构件。自由长度是从金属板构件突出的部分的长度。作为橡胶构件，使用就JIS-A硬度(即，用A型硬度计测量的硬度)而言硬度为77度并且厚度为2mm的聚氨酯橡胶。通过压头对其表面进行压痕和变形来测量硬度，并测量变形量(即，压痕深度)。此外，清洁刮刀60以30N/m的压力相对于感光鼓2a的表面的切线方向成23度的邻接角邻接感光鼓2a的表面。要注意的是，优选的是清洁刮刀60以14.7N/m至44.1N/m的压力相对于感光鼓2a的表面成18度至35度的邻接角邻接感光鼓2a的表面。

充电辊

将参考图3来描述根据本示例性实施例的充电辊的配置。图3是图示可以用作上述图像形成装置100的充电辊3a至3d的充电辊3的截面配置的示意图。

本示例性实施例的充电辊3包括用作支撑体的芯金属30、在芯金属30的外周侧上形成的弹性层31以及在弹性层31的外周侧上形成的表面层32。例如，芯金属30是直径为6mm的圆形不锈钢棒，充电辊3的外直径为12mm，并且充电辊3的体积电阻率、就JIS-A硬度而言的硬度和接触面积比分别被设定为10⁷Ω·cm、65度和0.3％。充电辊3的外直径优选地为10mm至14mm，充电辊3的体积电阻率优选地为10⁴Ω·cm至10⁸Ω·cm，充电辊3的硬度优选地为50度至80度，并且充电辊3的接触面积比优选地为0.03％至10％。

充电辊3的硬度是通过压头对其表面进行压痕和变形并测量变形量(即，压痕深度)而获得的值。如图4中所示，通过由与充电辊3相对设置且其间有平板玻璃的相机拍摄接触表面的图像来获得接触面积比，通过1N的负载使充电辊3与平板玻璃在接触表面上接触。设定这个负载的值，使得充电辊3与平板玻璃之间的接触范围的面积近似等于在安装在图像形成装置中的状态下充电辊3与感光鼓之间的接触范围的面积。接触范围是包括所有实际接触点的矩形区域。在拍摄的图像中，平板玻璃和充电辊3接触的部分显示为具有高吸光度的黑点。因此，计算每单位面积的黑点的比率。例如，图像数据中的亮度等于或低于阈值的区域被视为黑点。

充电辊3分别在芯金属30的两个端部处通过承载构件保持可旋转状态，并且通过按压弹簧被推向感光鼓。因此，充电辊3通过预定的按压力被压在感光鼓的表面上。

充电辊的表面粗糙度

在这里，将描述充电辊3的表面粗糙度、通过电子照相处理形成的图像的图像质量以及充电辊3的寿命之间的关系。常规地，已知为充电辊施加适当的表面粗糙度以抑制调色剂附着到充电辊并改善充电辊的耐久性。作为表面粗糙度的指标，广泛使用在JIS B0601(1994)中定义的粗糙度轮廓的十点高度Rz，其与在JIS B0601(2013)的附录JA中定义的粗糙度轮廓的十点高度Rzjis对应。

电子照相装置中使用的调色剂的直径通常为10μm或更小，并且常常采用平均粒径为4μm至8μm的调色剂。因此，可以通过例如将充电辊的表面的粗糙度轮廓的十点高度Rz设定为接近或大于调色剂颗粒的平均粒径的值，来减小附着到感光鼓的调色剂颗粒与充电辊3的表面之间的机械接触。因此，抑制了污物附着到充电辊3，因此可以抑制由成膜现象造成的图像缺陷的发生。

作为控制充电辊的表面的粗糙度轮廓的十点高度Rz的方法，已经提出了使表面层32包含颗粒的方法和通过机械抛光处理充电辊的表面的方法。但是，作为详细研究的结果，已经发现，当使用具有值等于或大于某个值的粗糙度轮廓的十点高度Rz的常规充电辊时，存在发生图像的粗糙纹理的情况。

图像的粗糙纹理是指其中发生微观的密度不均匀性的图像缺陷。在假定形成一定密度的均匀调色剂图像的图像区域中，在与调色剂颗粒的尺寸一样大的非常小的面积中观察到粗糙纹理。虽然在纹理粗糙度低的情况下不能在视觉上识别出粗糙纹理，但随着粗糙度增加，观察者会感觉到砂纹理，即，颗粒感。此外，在极端情况下，点出现在半色调图像中。

因此，已经研究了一种在抑制由成膜现象造成的图像缺陷的同时解决图像的粗糙纹理的方法。结果发现，除了充电辊的表面的整体表面粗糙度之外，表面形状的平缓性也很重要。具体而言，除了与充电辊的表面的粗糙度轮廓有关的粗糙度轮廓的十点高度Rz之外，控制与粗糙度轮廓有关并且在JIS B0601(2013)中定义的粗糙度轮廓的均方根斜率RΔq也是有效的。粗糙度轮廓的十点高度Rz和粗糙度轮廓的均方根斜率RΔq定义如下。

要注意的是，Zpj是粗糙度轮廓中第j个最高峰的高度，并且Zvj是粗糙度轮廓中第j个最低谷的深度。N是测量点的数量。(dZj/dXj)是粗糙度轮廓中第j个测量点处的局部斜率，并且由以下近似定义。要注意的是，Zj是粗糙度轮廓中第j个测量点的高度，并且ΔX是测量间距。

比较实验1

下面将描述用于为研究粗糙度轮廓的十点高度Rz和均方根斜率RΔq的设定对图像的影响而执行的研究实验的方法和结果。通过在由佳能公司制造的复印机中结合在相应设定条件下制造的充电辊来执行研究实验。复印机的产品名称是图像RUNNER ADVANCE3330。

用于实验的充电辊的设定条件如下。

·实施例条件1-1：Rz＝7(μm)，RΔq＝0.10

·实施例条件1-2：Rz＝7(μm)，RΔq＝0.05

·实施例条件1-3：Rz＝13(μm)，RΔq＝0.10

·比较条件1-1：Rz＝7(μm)，RΔq＝0.20

·比较条件1-2：Rz＝5(μm)，RΔq＝0.10

·比较条件1-3：Rz＝13(μm)，RΔq＝0.30

通过使用由Kosaka Laboratory Ltd.制造的表面粗糙度测试仪SE-3300H来测量上述参数的值。测量条件被设定为0.8mm的截止值、8mm的测量距离、0.5mm/sec的馈送速率以及ΔX＝0.5μm的测量间距。此外，为了减少取决于测量位置的偏差，示出了在充电辊的轴向方向上的3个点×圆周方向上的4个点构成的总共12个点的测量结果的平均值。从任意位置开始，圆周方向上的4个点在它们之间以90度的间隔设定。

图像评估的项是输出半色调图像中污染条纹的存在/不存在和半色调图像的粗糙纹理程度，并且通过视觉观察来评估这些。污染条纹是指沿着记录材料的传送方向(即，沿着充电辊的旋转方向)生成高图像密度的一部分的状态。在充电辊上发生成膜的情况下，污染条纹发生在与附着异物的位置对应的位置处。为了研究直到成膜发生为止需要多长时间，在室温23℃和湿度50％的环境下重复在预定数量的纸张上输出3.7％的打印覆盖率的图像之后输出打印覆盖率为30％的一个半色调图像的操作。然后，记录直到生成视觉上可识别出的污染条纹为止输出的3.7％的打印覆盖率的图像的总打印张数。

此外，为了评估纹理粗糙度，使用在初始状态下输出30％的打印覆盖率的一个半色调图像。作为观察的结果，没有视觉上可识别的粗糙纹理的情况被评估为“A”，没有粗糙纹理在视觉上可识别但在放大时可识别的情况被评估为“B”，用肉眼视觉上可识别出粗糙纹理的情况被评估为“C”，并且颗粒感显著的情况被评估为“D”。在相应条件下执行的评估结果示于表1中。

表1

如表1中所示，在实施例条件1-1中，在20万张上输出图像后发生污染条纹，并且粗糙纹理的评估为“B”。在实施例条件1-2中，在20万张上输出图像后发生污染条纹，并且粗糙纹理的评估为“A”。在实施例条件1-3中，在40万张上输出图像后发生污染条纹，并且粗糙纹理的评估为“B”。在所有这些条件下粗糙纹理的评估均为“A”或“B”，其中均方根斜率RΔq为0.10或更小。

相反，在均方根斜率RΔq大于0.10的比较条件1-1至1-3中，粗糙纹理的评估比实施例1-1至1-3中差。在比较条件1-1中，其中粗糙度轮廓的十点高度Rz为7μm，这是等于实施例条件1-1的值，并且均方根斜率RΔq大于实施例条件1-1中，直到发生污染条纹为止输出的张数没有改变，但是粗糙纹理的评估从“B”降低到“C”。此外，在比较条件1-3中，粗糙度轮廓的十点高度Rz为13μm，这是等于实施例条件1-3的值，并且均方根斜率RΔq大于实施例条件1-3中，直到发生污染条纹为止输出的张数没有改变，但是粗糙纹理的评估从“B”降低到“D”。在比较条件1-1和1-3中输出的图像具有突出的颗粒感。

另外，在比较条件1-2中，其中RΔq等于实施例条件1-1和1-3的RΔq，并且粗糙度轮廓的十点高度Rz为5μm，这是小于实施例条件1-1和1-3的值，粗糙纹理的评估维持在“B”，但是直到发生污染条纹为止输出的张数降低到5万。

如上所述，确认随着粗糙度轮廓的十点高度Rz变大，污染条纹变得不太可能发生，并且随着均方根斜率RΔq变小，粗糙纹理的程度降低(即，改善)。下面将讨论这种趋势如何出现的机制。

污染条纹的发生机制

将参考图5A至图5D来描述直到发生污染条纹为止输出的张数如何取决于充电辊3的粗糙度轮廓的十点高度Rz的机制。在这里，将假设由于具有不同粒径的颗粒P1和P2分散在构成充电辊3的表面层32的树脂材料35中而使粗糙度轮廓的十点高度Rz变化来给出描述。

图5A是图示在通过添加相对小的颗粒P1将初始状态下的粗糙度轮廓的十点高度Rz设定为5μm的情况下，充电辊3和感光鼓2之间的相对区域的示意图，这与表1的比较条件1-2对应。由于充电辊3的表面具有凹陷/突出形状，因此充电辊3在初始状态下的接触面积比被抑制为小。即，由于充电辊3仅在由颗粒P1形成的突出的顶点附近与感光鼓2邻接，因此与诸如附着到感光鼓2的调色剂颗粒T之类的污物的物理接触频率低，因此抑制了污物到充电辊3的附着。

但是，由于充电辊3的表面上的突出随着感光鼓2的累积转数的增加而磨损，因此充电辊3的表面变得更接***坦，如图5B中所示。然后，当表面粗糙度变得等于或低于一定程度时，污物到充电辊3的附着迅速增加，并且开始出现污染条纹。在上述比较实验中使用在初始状态下粗糙度轮廓的十点高度Rz为5μm的充电辊3的情况下，在5万张上输出图像之后，粗糙度轮廓的十点高度Rz减小到4μm。此外，用于实验的复印机的调色剂的平均粒径为5.5μm。因此，认为当粗糙度轮廓的十点高度Rz减小至等于或小于用作一种主要污物的调色剂颗粒T的直径时，调色剂的附着量增加并且污染条纹出现。

相比之下，图5C是图示通过添加相对大的颗粒P2将初始状态下粗糙度轮廓的十点高度Rz设定为7μm的情况的示意图，这与实施例条件1-1和1-2以及比较条件1-1对应。与图5A的情况类似，充电辊3在初始状态下的接触面积比被抑制为小，因此抑制了污物到充电辊3的附着。但是，由于初始状态下粗糙度轮廓的十点高度Rz足够大，因此即使在5万张上输出图像之后也能确保足够高的表面粗糙度。即，认为即使在5万张上输出图像之后污物到充电辊3的附着也被抑制，因为粗糙度轮廓的十点高度Rz大于4μm。

当初始状态下粗糙度轮廓的十点高度Rz如表1的实施例条件1-3和比较条件1-3那样甚至更大时，即使在更多张上输出图像之后也确保表面粗糙度足够高以抑制污物的附着。即，可以看出，初始状态下粗糙度轮廓的十点高度Rz越高，污物到充电辊3的附着被抑制越长时间，并且污染条纹的发生被更多地抑制。

粗糙纹理的发生机制

接下来，将参考图6A至图6F来描述图像的粗糙纹理程度对充电辊3的均方根斜率RΔq的依赖性。在图6A至图6F中，图6A至图6C图示了充电辊的均方根斜率相对大的情况，其中RΔq为0.20，而图6D至图6F图示了其中充电辊的均方根斜率相对小的情况，其中RΔq为0.10。要注意的是，假设在图6A的情况和图6D的情况下，粗糙度轮廓的十点高度Rz是相同的。此外，图6B和图6E被示为使得垂直轴方向上的较高位置指示较高的负极性电位。

在充电辊3的表面具有如图6A中所示的细微凹陷和突出的情况下，充电后感光鼓2的表面电位变得不均匀。这是因为，当施加充电电压时，在表面上的突出的顶点附近形成强电场，其周围的电场强度变得相对弱，因此放电量存在差异。在这里，越大的均方根斜率RΔq指示充电辊的表面具有越陡的斜率，因此具有越尖锐的突出。因此，当均方根斜率RΔq的值越大时，场强的不均匀性变得越高，并且充电后表面电位变得越不均匀。

当充电后感光鼓2的表面电位不均匀时，在执行假定具有均匀密度的半色调图像的曝光的情况下，表面电位的变化保持为曝光后的电位差。在显影步骤中，根据感光鼓2的表面电位将调色剂颗粒T转印到感光鼓2的表面上。因此，如图6C中所示，在与充电辊3的突出的面积相似的微小面积中，调色剂面积密度分布(每单位面积的调色剂颗粒数量的分布)变得不均匀。在这里，1μm²中存在的调色剂颗粒的数量被定义为调色剂面积密度分布。如上所述，由于在放电量取决于充电辊3的表面的不均匀性而变化的状态下执行电子照相处理，因此在输出图像中出现细微的密度不均匀性，这造成图像的粗糙纹理。

相反，如图6D中所示，在即使在充电辊3的表面上存在细微凹陷和突出，均方根斜率RΔq也小的情况下，充电后表面电位的变化被抑制，如图6E中所示。这是因为，由于表面的形状比图6A中更平缓地改变，因此通过施加充电电压而形成的电场的均匀性增加，并且放电量的变化被抑制。另外，曝光后的电位分布和显影步骤中调色剂的附着量也变得更接近均匀，因此显影之后的调色剂面积密度分布变得均匀，如图6F中所示。因此，抑制了输出图像中的细微的密度不均匀，并且减小了图像的纹理的粗糙度。

如上所述，在本示例性实施例中，已经发现重要的是与充电辊3的表面的粗糙度轮廓有关的粗糙度轮廓的十点高度Rz(μm)和均方根斜率RΔq满足Rz≥7和RΔq≤0.1。满足Rz≥7的结果是，可以提供长时间抑制污物的附着并且不易出现污染条纹的充电辊。同时，满足RΔq≤0.1的结果是，可以提供其中充电后图像承载构件的表面电位的变化被抑制并且可以在维持抑制污物附着的功能的同时减小图像的纹理的粗糙度的充电辊。

要注意的是，在上面所示的表1中，与实施例条件1-1和1-3相比，其中均方根斜率RΔq被设定为0.05的较小值的实施例条件1-2的充电辊3进一步改善图像的纹理粗糙度。即，更优选的是均方根斜率RΔq满足RΔq≤0.05。

此外，在已知与充电辊一起使用的显影剂的调色剂粒径的情况下，优选的是将粗糙度轮廓的十点高度Rz设定为大于调色剂的平均粒径的值。因此，至少在初始状态下，可以有效地降低充电辊的表面和附着到图像承载构件的调色剂颗粒之间的物理接触频率。

制造方法

在这里，将描述用于充电辊的制造方法，通过该制造方法，可以同时控制粗糙度轮廓的十点高度Rz以及均方根斜率RΔq。作为用于控制充电辊的表面粗糙度的方法，已知如图5A和图5C中所示的将适当尺寸的颗粒P1和P2分散在充电辊3的表面层32中的方法。但是，如本发明人通过深入研究所发现的，分散具有高球形度的单一种类颗粒的方法并不总是最适合用于控制粗糙度轮廓的十点高度Rz和均方根斜率RΔq两者。

作为更适当的制造方法，可以考虑以下及其组合：

·在充电辊3的表面层32中分散具有低球形度的扁平颗粒的方法；

·在充电辊3的表面层32中分散具有不同平均粒径的多种颗粒的方法；

·形成具有这样一种结构的表面层32的方法，该结构中分散有颗粒的树脂层的外周被涂覆薄树脂层；以及

·将充电辊3压在具有凹陷/突出形状的染料上以转印凹陷/突出形状(即，压印)的方法。

要注意的是，在将颗粒分散在表面层32中的方法的情况下，通过确保颗粒的突出量，可以有效地抑制调色剂附着到充电辊。例如，在如图5A中所示切割的表面层32的截面的图像在垂直于该截面的方向上被拍摄的情况下，至少部分颗粒从与表面层32的平均膜厚度对应的高度位置突出到外周侧(外侧)达优选地4μm或更大或者更优选地5μm或更大。在这里，表面层32的平均膜厚度是指树脂材料35的平均厚度，忽略由于颗粒而突出的表面部分(即，颗粒部分)。可以通过例如在与用于确定比较实验1中粗糙度轮廓的十点高度Rz和均方根斜率RΔq的测量位置相同的测量位置处切割表面层32并计算相应位置处的膜厚度的平均值来获得平均膜厚度。此外，为了确保颗粒的突出量，在混合平均粒径为2μm至15μm的颗粒的同时将表面层的平均膜厚度抑制为20μm或更小是有效的。

充电***

在上述示例性实施例中，在充电辊3用于直流充电***的电子照相装置的前提下给出描述。在直流充电***中，与其中使用直流电压和交流电压彼此叠加的充电电压的交流充电***相比，可以简化电源配置。另一方面，由于根据直流充电***不能获得根据交流充电***可以获得的图像承载构件的表面电位的稳定效果，因此直流充电***具有如下特点：从充电辊的表面形状导出的放电量的变化可能保持为图像承载构件的表面电位的变化。因此，本示例性实施例的充电辊的配置可以适用于直流充电***的电子照相装置。但是，由于当放电量的变化大时在交流充电***中也会发生图像缺陷，因此本示例性实施例的充电辊可以有效地用于交流充电***的电子照相装置。

其它参数

此外，虽然提取均方根斜率RΔq作为与图像的纹理的粗糙度高度相关的参数，但是可以通过其它表面纹理参数定义其中不可能发生放电量的变化的配置。例如，观察在JISB0601(2001)中定义的算术平均粗糙度Ra和均方根粗糙度Rq以与粗糙纹理程度具有一定程度的相关性。此外，可以使用与面积粗糙度有关并且在JIS B0681-2/ISO 25178-2中定义的均方根梯度Sdq、算术平均高度Sa和均方根高度Sq来代替与粗糙度轮廓有关的均方根斜率RΔq。通过设定这些参数使得充电辊的表面的起伏足够平缓，可以减小充电辊3的放电量的变化，并且可以改善图像的粗糙纹理。

第二示例性实施例

接下来，将描述根据第二示例性实施例的充电辊。在本示例性实施例中，类似于第一示例性实施例，通过将与充电辊的表面的粗糙度轮廓有关的均方根斜率RΔq设定为等于或小于预定值来抑制在输出图像的部分区域中图像密度变低的图像缺陷。这种图像缺陷将被称为重影图像。

重影图像的发生机制

将参考图7来描述重影图像的发生机制。在直列式***的图像形成装置中，即，在串联型图像形成装置中，存在下游侧的图像形成单元中可能发生重影图像的趋势。因此，图7图示了图1的黑色图像形成单元1d的放大视图。此外，在以下描述中，具有与第一示例性实施例中相同的配置和效果的元件将由与第一示例性实施例中相同的标号表示，并且将省略其描述。

首先，将描述一次转印部T1中感光鼓2d的表面电位的改变。当执行图像形成操作时，将用作正极性的一次转印电压的电压施加到一次转印辊9d，正极性是与调色剂的充电极性相反的极性。因此，一次转印电流在一次转印部T1中在从一次转印辊9d到感光鼓2d的方向上流动，并且在感光鼓2d和中间转印带8之间形成偏置电场。根据这个偏置电场将调色剂图像从感光鼓2d转印到中间转印带8上，从而执行调色剂图像的一次转印。此外，由于正电荷被供到感光鼓2d的表面作为一次转印电流，因此感光鼓2d的表面电位移位到正极性侧。

接下来，考虑在一次转印部T1中存在由在中间转印带8的旋转方向的上游侧存在的图像形成单元1a至1c形成的调色剂图像I1的情况。一次转印部T1中存在调色剂图像I1的区域(即，图像部分)比不存在调色剂图像I1的区域(即，非图像部分)具有更高的电阻率，因此一次转印电流更不易在图像部分中流动。因此，虽然一次转印部T1中未面对调色剂图像I1的区域的表面电位通过一次转印电流朝着正极性侧移位，但是面对调色剂图像I1的区域仍然具有相对负极性。然后，在通过充电辊3d执行充电之后，面对调色剂图像I1的区域被过度充电到高于正常目标电位的电位，因此在充电之后感光鼓2d的表面电位出现不均匀。这也被称为转印记忆现象。这种充电不均匀性通过曝光步骤和显影步骤可视化为调色剂图像的密度不均匀性，因此生成重影图像。这种重影图像表现为在感光鼓2d上形成的调色剂图像I2中，在前一转印步骤中面对调色剂图像I1的部分的图像密度低于其周围的图像密度。

在这里，将描述充电辊3d的表面形状与重影图像的出现可能性之间的关系。即使在充电前感光鼓2d的表面电位由于在一次转印部T1中存在调色剂图像I1而变得不均匀的情况下，如果由充电电压在充电辊3d周围形成的电场的强度是均匀的，则充电后的表面电位也是均匀的。但是，如“粗糙纹理的发生机制”中所述的，在存在从充电辊3d的表面上的凹陷和突出导出的放电量的变化的情况下，充电前表面电位的不均匀性未被充分消除。这是因为，例如，由于调色剂图像I1的存在，感光鼓2d的相对于其周围具有相对负极性的表面区域比其周围接收更多的放电，这是充电辊3d的相对突出的结果，因此该表面区域容易被过度充电。

即，在从调色剂图像I1导出的表面电位的宏观不均匀性和从充电辊3d的表面形状导出的微观充电不均匀性彼此叠加的情况下，发生造成重影图像的充电后感光鼓2d的表面电位的不均匀性。

要注意的是，一般而言，已知在感光鼓2d的表面电位在充电前后之间的差异小的情况下由转印记忆现象造成的重影图像可能变得明显。表面电位在充电前后之间的差异是在感光鼓2d的旋转方向上在即将到达充电辊3d之前的位置处测量的表面电位与在紧接在充电辊3d通过之后的位置处测量的表面电位之间的差异。要注意的是，在未通过曝光形成静电潜像的区域中测量每个表面电位。表面电位在充电前后之间的差异受到例如一次转印电流的量值和感光鼓2d的圆周速度、预曝光单元的存在/不存在以及背景曝光的存在/不存在的影响。在曝光步骤中用弱光照射非图像部分也称为背景曝光。

比较实验2

因此，为了研究充电辊的均方根斜率RΔq对重影图像的影响，执行了以下的研究实验。通过将充电辊结合到由佳能公司制造的复印机中来执行研究实验。复印机的产品名称为图像RUNNER ADVANCE 3330。

在本示例性实施例的配置中，即在实施例条件2-1中，使用具有0.10的均方根斜率RΔq的充电辊作为充电辊3d。中间转印带的表面电阻率ρs被设定为10⁸Ω，并且将一次转印偏置设定成使得一次转印电流为23μA。感光鼓2d的表面电位在充电前后之间的差异为10V。

在比较实施例中，即在比较条件2-1、2-2、2-3和2-4中，使用具有0.20的均方根斜率RΔq的充电辊作为充电辊3d。

·在比较条件2-1中，其它条件与实施例条件2-1相同。

·在比较条件2-2中，使用预曝光单元。此外，感光鼓2d的表面电位在充电前后之间的差异为550V。

·在比较条件2-3中，使用表面电阻率ρs为10¹²Ω的带作为中间转印带8，该表面电阻率高于实施例条件2-1的带的表面电阻率。感光鼓2d的表面电位在充电前后之间的差异为230V。

·在比较条件2-4中，一次转印电流的值被设定为5μA，该值小于比较条件2-3的值，并且其它条件与比较条件2-3中的相同。

·要注意的是，预曝光单元是用于去除充电前感光鼓2d的电位不均匀性的电去除单元，并且通过在一次转印部T1和充电辊3d之间用均匀光照射感光鼓2的表面来均匀化感光鼓2d的表面电位。

此外，如下确定对重影图像的评估。在室温23℃和湿度50％的环境下，在黄色和品红色图像形成单元1a和1b的每一个中输出10mm×10mm的调色剂斑块，通过最大曝光量形成该调色剂斑块的潜像。同时，在黑色图像形成单元1d中输出打印覆盖率为30％的半色调图像。在包括调色剂斑块和半色调图像的输出图像中，可视觉识别与调色剂斑块对应的重影图像(即，斑块重影)的情况被评估为“B”，并且视觉上无法识别斑块重影的情况被评估为“A”。表2示出了相应研究实验中的评估结果。

表2

在本示例性实施例的实施例条件2-1的情况下，即使表面电位在充电前后之间的差异小至10V，也不会出现斑块重影。作为实施例条件2-1下将与调色剂斑块对应的位置和其周围位置之间的充电后感光鼓2d的表面电位进行比较的结果，电位差约为1V。这指示当感光鼓2d的表面的由于调色剂斑块而与其周围具有电位差的一部分再次到达充电辊3d时，该部分被充电至几乎等于其周围的电位的电位。如上所述，根据本示例性实施例，在充电步骤中消除了由调色剂斑块造成的电位差，因此抑制了重影图像的出现。

相反，在均方根斜率RΔq为0.20的比较条件2-1中，出现了斑块重影。这指示由于充电辊3d的表面形状具有陡峭的凹陷和突出，场强的不均匀性高，因此在充电后仍然保留由调色剂斑块造成的电位差。

在均方根斜率RΔq等于比较条件2-1的均方根斜率并且提供了预曝光单元的比较条件2-2中，没有出现斑块重影。在这种情况下，通过预曝光单元使表面电位接近地电位，并且在充电前后之间的电位差大的状态下执行充电步骤。因此，可以看出，在充电辊3d的整体放电量大的情况下，由充电辊3d的表面上的凹陷和突出造成的放电的不均匀性不太可能是显著的。

而且在使用具有高表面电阻率的中间转印带的比较条件2-3中，与本示例性实施例的实施例条件2-1相比，充电前后之间的电位差足够大，并且没有观察到斑块重影。相反，在转印电流被设定为小于比较条件2-3中的值的比较条件2-4中，充电前后之间的电位差变小，因此出现了斑块重影。作为将与调色剂斑块对应的位置和其周围位置处的充电后感光鼓2d的表面电位进行比较的结果，电位差约为15V。可以认为，在这种条件下，与比较条件2-1类似，作为在充电辊3d的整体放电量小的条件下执行充电步骤的结果，充电辊3d的放电不均匀性的影响变得相对大，因此斑块重影变得显著。

如上所述，在本示例性实施例中，作为将充电辊的表面的均方根斜率RΔq设定为0.10的结果，在不使用预曝光单元的情况下成功地抑制了斑块重影。即，通过将均方根斜率RΔq设定为0.10，可以提供能够改善图像质量的充电辊。同时，通过将充电辊的粗糙度轮廓的十点高度Rz设定为7μm或更大，如上所述，可以长时间抑制污物的附着。

在这里，在充电前后之间的表面电位的差异小的情况下，与表面电位的差异大的情况相比，当输出图像相同时，充电辊3d的放电量减少。因此，在可以抑制重影图像的出现的情况下，从减少使感光鼓2d的表面降低的放电产物和减少功耗量的观点来看，将表面电位在充电前后之间的差异设定得小是有利的。已经发现，根据本示例性实施例，即使在图像承载构件的表面电位在充电前后的差异小于100V的情况下，通过将均方根斜率RΔq设定为0.10或更小，也可以抑制由转印记忆造成的重影图像的发生。

要注意的是，虽然已经假设在本示例性实施例中未使用预曝光单元而给出了描述，但是例如，本示例性实施例的充电辊可以与预曝光单元一起使用，以便更可靠地防止重影图像。

根据本发明，可以在抑制污物附着的同时改善图像质量。

其它实施例

虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应该理解的是，本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应被赋予最广泛的解释，以涵盖所有这些修改以及等同的结构和功能。

Claims (10)

1.一种图像形成装置，其特征在于包括：

感光构件；以及

充电辊，向所述充电辊施加直流电压，并且所述充电辊被配置为在充电位置处对所述感光构件的表面充电，

其中所述充电辊包括轴部分、在所述轴部分的外周上提供的弹性层和在所述弹性层的外周上提供的表面层，以及

其中关于所述充电辊的表面的粗糙度轮廓的十点高度Rz(μm)和均方根斜率RΔq满足Rz≥7和RΔq≤0.1。

2.如权利要求1所述的图像形成装置，其中所述均方根斜率RΔq还满足RΔq≤0.05。

3.如权利要求1或2所述的图像形成装置，还包括显影单元，该显影单元被配置为通过施加含有调色剂的显影剂来显影在所述感光构件上形成的静电潜像，

其中所述粗糙度轮廓的十点高度Rz大于所述显影剂中含有的所述调色剂的体积平均粒径。

4.如权利要求1或2所述的图像形成装置，

其中所述表面层由其中分散有颗粒的树脂材料形成，以及

其中在沿着与所述充电辊的旋转轴垂直的平面截取的所述充电辊的截面图中，所述颗粒的至少一部分相对于所述树脂材料的平均膜厚度向外侧突出4μm或更大。

5.如权利要求1或2所述的图像形成装置，其中所述表面层由树脂材料形成，在所述树脂材料中分散有粒径在2μm以上且在15μm以下的颗粒。

6.如权利要求1或2所述的图像形成装置，其中所述充电辊的体积电阻率在10⁴Ω·cm以上且在10⁸Ω·cm以下。

7.如权利要求1或2所述的图像形成装置，其中用A型硬度计测量的所述充电辊的硬度在50度以上且在80度以下。

8.如权利要求1或2所述的图像形成装置，其中所述充电辊的接触面积比在0.03％以上且在10％以下。

9.如权利要求1或2所述的图像形成装置，其中在图像形成操作中所述感光构件的表面的第一电位与第二电位之间的差异小于100V，所述第一电位是所述感光构件的非图像区域在已被所述充电辊充电的该非图像区域通过转印位置之后且该非图像区域通过所述充电位置之前的表面电位，在所述转印位置处所述感光构件上形成的调色剂图像被转印，所述第二电位是紧接在所述感光构件的区域通过所述充电位置之后该区域的表面电位。

10.一种盒，其特征在于包括：

感光构件；以及

充电辊，向所述充电辊施加直流电压，并且所述充电辊被配置为在充电位置处对所述感光构件的表面充电，

其中所述充电辊包括轴部分、在所述轴部分的外周上提供的弹性层和在所述弹性层的外周上提供的表面层，以及

其中关于所述充电辊的表面的粗糙度轮廓的十点高度Rz(μm)和均方根斜率RΔq满足Rz≥7和RΔq≤0.1。