(57)【要約】【課題】最適な転写電流を得るために、各使用環境において転写電圧を大きく変える必要がなく、画像形成装置の寿命を長くすることができるようにする。【解決手段】軸３１と、該軸３１の周囲に配設された弾性層と、該弾性層の周囲に配設され、複数の層から成る被覆層とを有する。そして、該被覆層の各層のうちの外側の層の抵抗率が内側の層の抵抗率より大きくされる。軸３１から像担持体に向かって流れる転写電流が、抵抗率が大きい外側の層の手前で絞り込まれる。したがって、転写電流が、画像形成装置の使用環境に依存しやすい外側の層を経路に採る割合が少なくなるので、最適な転写電流を得るために、各使用環境において転写電圧を大きく変える必要がなくなる。【選択図】　　　　　図１
2004094157.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）軸と、
（ｂ）該軸の周囲に配設された弾性層と、
（ｃ）該弾性層の周囲に配設され、複数の層から成る被覆層とを有するとともに、
（ｄ）該被覆層の各層のうちの外側の層の抵抗率が内側の層の抵抗率より大きくされることを特徴とする転写ローラ。
【請求項２】
（ａ）前記外側の層はイオン伝導層であり、
（ｂ）内側の層は電子伝導層である請求項１に記載の転写ローラ。
【請求項３】
（ａ）像担持体と、
（ｂ）該像担持体と接触させて配設された転写ローラとを有するとともに、
（ｃ）該転写ローラは、軸、該軸の周囲に配設された弾性層、及び該弾性層の周囲に配設され、複数の層から成る被覆層を備え、
（ｄ）該被覆層の各層のうちの外側の層の抵抗率が内側の層の抵抗率より大きくされることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転写ローラ及び画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子写真式のプリンタ、複写機、ファクシミリ装置等の画像形成装置においては、感光体ドラムの表面が、帯電ローラによって一様に、かつ、均一に帯電させられ、続いて、露光装置によって露光されて静電潜像が形成される。そして、現像装置において前記静電潜像に現像剤としてのトナーが付着させられて現像が行われ、トナー像が形成され、該トナー像は、転写ローラによって用紙等の印刷媒体に転写される。続いて、トナー像が転写された印刷媒体は定着装置に送られ、該定着装置においてトナー像は印刷媒体に定着される。
【０００３】
ところで、印刷媒体が搬送されるとき、感光体ドラムと転写ローラとの間には、数百〜数千〔Ｖ〕の電位差が形成されるが、トナーは負の極性に帯電させられているので、感光体ドラムに対して転写ローラが高電位になるように前記電位差が形成される。そして、印刷媒体の印刷面が正の極性になるように誘電分極が行われると、トナーと印刷面とは逆の極性になるので、トナーは静電気力によって印刷媒体側に移動する。このようにして、トナー像が印刷媒体に転写される。
【０００４】
前記トナー像を印刷媒体に転写するために必要になる電流、すなわち、転写電流には最適値があるが、例えば、電子写真式のプリンタの使用環境によって、印刷媒体の抵抗率、及び転写ローラの抵抗率が変化した場合であっても、転写電流が最適値になるように、転写電圧が変化させられる。
【０００５】
図２は従来の電子写真式のプリンタの要部を示す概念図である。
【０００６】
図において、２４は転写ローラであり、該転写ローラ２４は、金属製の軸３１、該軸３１の周囲に配設され、シリコーン、ウレタン、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）、ＮＢＲ（ニトリルゴムブタジエンゴム）等のエラストマーから成る絶縁性ゴム材料を原料とする半導電性発泡ゴム３２、及び半導電性発泡ゴム３２の周囲に被覆され、半導電性を付与した熱可塑性樹脂チューブ３３を備える（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
前記半導電性発泡ゴム３２においては、絶縁性ゴム材料に半導電性を与えるために、イオン伝導性を有する伝導剤、又は電子伝導性を有するカーボンブラック等の伝導剤が添加され、軸３１と転写ローラ２４の表面との間の体積抵抗率が１×１０６　〜１×１０９　〔Ω・ｃｍ〕の半導電領域に収められる。
【０００８】
ところで、前記半導電性発泡ゴム３２には、前記伝導剤のほかに加硫剤等が添加されるが、プリンタが温度及び湿度が高い使用環境に放置されて、伝導剤、加硫剤等が滲（にじ）み出すと、伝導剤、加硫剤等が感光体ドラム１１に浸透して感光体ドラム１１と化学反応し、感光体ドラム１１を汚染したり、感光体ドラム１１の回転の周期で印刷媒体を汚染したりしてしまう。
【０００９】
ところが、前述されたように、半導電性発泡ゴム３２に熱可塑性樹脂チューブ３３が被覆されているので、伝導剤、加硫剤等が滲み出すのが防止され、前述されたような、感光体ドラム１１、印刷媒体が汚染されることがない。
【００１０】
前記熱可塑性樹脂チューブ３３は、上層３３ａ及び下層３３ｂから成る２層構造を有し、上層３３ａは樹脂に有機系のイオン伝導剤が添加されたイオン伝導層（ＩＣ層）であり、下層３３ｂは樹脂にカーボンブラックが添加された電子伝導層（ＥＣ層）である。前記イオン伝導層は、電子伝導層と比べて長期間の通電に対して電気伝導度が安定的であることから上層３３ａとして使用され、電子伝導層はイオン伝導層より緻密な構造を有し、前記伝導剤、加硫剤等が滲み出すのを防止するのに適していることから下層３３ｂとして使用される。
【００１１】
また、熱可塑性樹脂チューブ３３の全体の厚さ、並びに上層３３ａ及び下層３３ｂの各厚さ及び表面抵抗率は表１に示されるとおりである。
【００１２】
【表１】
2004094157.tif 000003
また、前記熱可塑性樹脂チューブ３３をシリコーンゴムのスポンジから成る半導電性発泡ゴム３２に被覆すると、被覆前と被覆後とでは、体積抵抗率が表２に示されるように変化し、見かけ上抵抗率は小さくなる。
【００１３】
【表２】
2004094157.tif 000004
この場合、上層３３ａの表面抵抗率が下層３３ｂの表面抵抗率より小さくされるので、転写電流が、表面抵抗率が大きい下層３３ｂ内において径方向に短く流れ、表面抵抗率が小さい上層３３ａ内において円周方向に長く流れようとする。
したがって、感光体ドラム１１と熱可塑性樹脂チューブ３３とが接触する点を転写部αとすると、転写電流は、図２の矢印で示されるように、前記転写部αを中心として半導電性発泡ゴム３２及び下層３３ｂ内を左右に広がって流れ、上層３３ａ内において中央に集まる。
【００１４】
【特許文献１】
特開平１１−３０５５７２号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の転写ローラ２４において、上層３３ａは、イオン伝導層によって形成されるので環境に依存しやすく、温度が高くなると、イオン伝導剤と樹脂を形成している高分子との分子運動が活発になるので、著しく電気伝導度が大きくなり、電気抵抗が小さくなってしまう。
【００１６】
また、イオンになる担体は、電場がない状態においてイオン伝導層を構成する高分子中に取り込まれたときに、正の極性のものと負の極性のものとが対になり、中性で存在することになる。ところが、湿度が高くなると、高分子中の水の分子が多くなり、極性を有する水が各イオン間に入り込んで、イオン同士で引き合う電気力を小さくしてしまう。したがって、電場がない状態でもイオンが解離しやすくなり、電場がある状態では著しくイオンが解離しやすくなってしまう。その結果、電気伝導度が大きくなり、電気抵抗が小さくなってしまう。
【００１７】
このように、転写ローラ２４の抵抗率が、プリンタが置かれた環境に大きく依存するので、トナー像を転写するのに必要とされる最適な転写電流を得るために、各使用環境において転写電圧を大きく変えなくてはならない。
【００１８】
また、低温・低湿の使用環境に加え、経時によって抵抗率が高くなる条件が同時に発生すると、最適な転写電流を発生させるための転写電圧が高くなり、次第に電源電圧が転写電圧に追従することができなくなってしまい、プリンタの寿命が短くなってしまう。
【００１９】
本発明は、前記従来の画像形成装置の問題点を解決して、最適な転写電流を得るために、各使用環境において転写電圧を大きく変える必要がなく、画像形成装置の寿命を長くすることができる転写ローラ及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明の転写ローラにおいては、軸と、該軸の周囲に配設された弾性層と、該弾性層の周囲に配設され、複数の層から成る被覆層とを有する。
【００２１】
そして、該被覆層の各層のうちの外側の層の抵抗率が内側の層の抵抗率より大きくされる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。この場合、画像形成装置としての電子写真式のプリンタについて説明する。
【００２３】
図３は本発明の実施の形態における電子写真式のプリンタを示す概念図である。
【００２４】
図において、１１はドラム状に形成され、図示されない駆動手段によって矢印Ａ方向に回転させられる像担持体としての感光体ドラムであり、該感光体ドラム１１は、導電性支持体１１ａの上に光導電層１１ｂを被覆して形成される。また、１２は、前記感光体ドラム１１の表面に接触又は圧接させられ、矢印Ｂ方向に回転させられる帯電装置としての帯電ローラ、１３は、前記感光体ドラム１１の回転方向における帯電ローラ１２より下流側に、感光体ドラム１１と対向させて配設された露光装置であり、該露光装置１３として、図示されないＬＥＤアレイとロッドアレイレンズとを組み合わせることによって形成されたＬＥＤアレイヘッドを使用することができる。なお、該ＬＥＤアレイヘッドに代えて、レーザと作像光学系とを組み合わせたものを使用することもできる。
【００２５】
また、１４は、前記感光体ドラム１１の回転方向における露光装置１３よりも下流側に、感光体ドラム１１に接触させられて、又は感光体ドラム１１と微小の空間をおいて配設された現像装置であり、該現像装置１４内に現像ローラ１５が配設されるとともに、トナー１６が収容される。前記現像装置１４としては、二成分磁気ブラシ現像器、一成分磁気ブラシ現像器、一成分非磁性現像器等を使用することができる。
【００２６】
前記現像ローラ１５は、トナー１６を付着させながら矢印Ｃ方向に回転させられ、感光体ドラム１１上に形成された静電潜像を現像（反転現像）し、トナー像を形成する。そのために、前記導電性支持体１１ａと現像ローラ１５との間にバイアス電圧を印加すると、前記静電潜像に対応して電気力線が発生する。
【００２７】
本実施の形態においては、感光体ドラム１１が帯電させられる極性が負であるので、トナー１６は、負型の帯電制御剤を添加することによって負帯電型にされる。
【００２８】
そして、１７は用紙カセット、１８は用紙、ＯＨＰ用紙等の印刷媒体、１９は給紙ローラ、２０は送紙ローラ、２４は、前記感光体ドラム１１の回転方向における現像装置１４よりも下流側に、感光体ドラム１１と対向させ、圧接させられ、矢印Ｄ方向に回転させられる転写装置としての転写ローラである。
【００２９】
また、２５は加熱ローラ、２６は加圧ローラ、２７は前記加熱ローラ２５及び加圧ローラ２６から成る定着装置、２８は、前記感光体ドラム１１の回転方向における転写ローラ２４より下流側に、感光体ドラム１１と当接させて配設されたクリーニング装置であり、該クリーニング装置２８は転写が行われた後に感光体ドラム１１に残留したトナー１６を取り除く。
【００３０】
次に、前記構成のプリンタの動作について説明する。
【００３１】
まず、前記帯電ローラ１２は、感光体ドラム１１の表面を一様に、かつ、均一に帯電させ、前記露光装置１３は、画像信号に対応する光を感光体ドラム１１に照射し、感光体ドラム１１の表面に静電潜像を形成する。次に、現像装置１４は、現像ローラ１５において帯電させられたトナー１６を、静電気力によって感光体ドラム１１に付着させ、静電潜像を現像することによってトナー像を形成する。
【００３２】
その後、用紙カセット１７に収容された印刷媒体１８は、給紙ローラ１９によって１枚ずつ繰り出され、停止させられた状態の送紙ローラ２０に送られてスキューが補正される。次に、送紙ローラ２０が矢印方向に回転させられ、印刷媒体１８は感光体ドラム１１と転写ローラ２４との間に形成された転写部αに送られ、転写ローラ２４は、感光体ドラム１１上のトナー像を印刷媒体１８に転写する。
【００３３】
その後、前記トナー像が転写された印刷媒体１８が前記定着装置２７に送られると、加熱ローラ２５の熱によってトナー１６が溶融させられ、加圧ローラ２６による加圧によって印刷媒体１８の繊維間にトナー１６が浸透させられる。このようにして、トナー像が印刷媒体１８に定着される。そして、定着後の印刷媒体１８は、プリンタ外に排出される。
【００３４】
一方、転写後の感光体ドラム１１には微量のトナー１６が残留することがあるが、該トナー１６は前記クリーニング装置２８によって除去される。このようにして、感光体ドラム１１は繰り返し利用される。
【００３５】
ところで、前記印刷媒体１８が搬送されるとき、感光体ドラム１１と転写ローラ２４との間には、数百〜数千〔Ｖ〕の電位差が形成されるが、トナー１６は負の極性に帯電させられているので、感光体ドラム１１に対して転写ローラ２４が高電位になるように前記電位差が形成される。そして、印刷媒体１８の印刷面が正の極性になるように誘電分極が行われると、トナー１６と印刷面とは逆の極性になるので、トナー１６は静電気力によって印刷媒体１８側に移動する。このようにして、トナー像が印刷媒体１８に転写される。
【００３６】
前記トナー像を印刷媒体１８に転写するために必要になる転写電流には最適値があるが、プリンタの使用環境によって、印刷媒体１８の抵抗率、及び転写ローラ２４の抵抗率が変化した場合であっても、転写電流が最適値になるように、転写電圧が変化させられる。
【００３７】
次に、前記転写ローラ２４について説明する。
【００３８】
図１は本発明の実施の形態における電子写真式のプリンタの要部を示す概念図、図４は本発明の実施の形態における転写ローラの断面図である。
【００３９】
図において、２４は転写ローラであり、該転写ローラ２４は、金属製の軸３１、該軸３１の周囲に配設され、シリコーン、ウレタン、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）、ＮＢＲ（ニトリルゴムブタジエンゴム）等のエラストマーから成る絶縁性ゴム材料を原料とする半導電性の弾性層としての半導電性発泡ゴム３２、及び半導電性発泡ゴム３２の周囲に被覆されて配設され、半導電性の被覆層としての熱可塑性樹脂チューブ５３を備える。
【００４０】
前記半導電性発泡ゴム３２においては、絶縁性ゴム材料に半導電性を与えるために、イオン伝導性を有する伝導剤、又は電子伝導性を有するカーボンブラック等の伝導剤が添加され、軸３１と転写ローラ２４の表面との間の体積抵抗率が１×１０６　〜１×１０９　〔Ω・ｃｍ〕の半導電領域に収められる。
【００４１】
ところで、前記半導電性発泡ゴム３２には、前記伝導剤のほかに加硫剤等が添加されるが、プリンタが温度及び湿度が高い使用環境に放置されて、伝導剤、加硫剤等が滲み出すと、伝導剤、加硫剤等が感光体ドラム１１に浸透して感光体ドラム１１と化学反応し、感光体ドラム１１を汚染したり、感光体ドラム１１の回転の周期で印刷媒体を汚染したりしてしまう。
【００４２】
ところが、前述されたように、半導電性発泡ゴム３２に熱可塑性樹脂チューブ５３が被覆されているので、伝導剤、加硫剤等が滲み出すのが防止され、前述されたような、感光体ドラム１１、印刷媒体が汚染されることがない。
【００４３】
前記熱可塑性樹脂チューブ５３は、複数の層から成る多層構造を有し、本実施の形態においては、外側の層を構成する上層５３ａ及び内側の層を構成する下層５３ｂから成る２層構造を有する。そして、前記上層５３ａは樹脂に有機系イオン伝導剤が添加されたイオン伝導層（ＩＣ層）であり、下層５３ｂは樹脂にカーボンブラックが添加された電子伝導層（ＥＣ層）である。前記イオン伝導層は、電子伝導層と比べて長期間の通電に対して電気伝導度が安定的であることから上層５３ａとして使用され、電子伝導層はイオン伝導層より緻密な構造を有し、前記伝導剤、加硫剤等が滲み出すのを防止するのに適していることから下層５３ｂとして使用される。
【００４４】
このようにして、環境に依存しやすい上層５３ａにおいて、面方向に転写電流が通りにくい構造が実現される。
【００４５】
また、熱可塑性樹脂チューブ５３の全体の厚さ、並びに上層５３ａ及び下層５３ｂの各厚さ及び抵抗率としての表面抵抗率は表３に示されるとおりである。
【００４６】
【表３】
2004094157.tif 000005
この場合、下層５３ｂの表面抵抗率が上層５３ａの表面抵抗率より小さくされるので、転写電流は、表面抵抗率が小さい下層５３ｂにおいて円周方向に長く流れようとし、表面抵抗率が大きい上層５３ａにおいて径方向に短く流れようとする。したがって、転写電流は、図１の矢印で示されるように、半導電性発泡ゴム３２内においては転写部αを中心として左右に広がって流れ、下層５３ｂ内においては中央に集まるが、上層５３ａ内においては、ほぼ中央だけを流れる。すなわち、軸３１から感光体ドラム１１に向かって流れる転写電流が、表面抵抗率が大きい上層５３ａの手前、すなわち、表面抵抗率が小さい下層５３ｂにおいて絞り込まれることになる。
【００４７】
このように、転写電流が、プリンタの使用環境に依存しやすい上層５３ａを経路に採る割合が少なくなるので、トナー像を転写するのに必要とされる最適な転写電流を得るために、各使用環境において転写電圧を大きく変える必要がなくなる。すなわち、転写電圧を制御するためのテーブルを簡素化することができる。
【００４８】
また、低温・低湿の使用環境に加え、経時によって抵抗率が高くなる条件が同時に発生しても、最適な転写電流を発生させるための転写電圧が高くなるのを抑制することができるので、プリンタの寿命を長くすることができる。
【００４９】
なお、転写電流が流れた部分において、表面抵抗率が小さくなる現象がある（特開２００２−５１５３公報参照）が、本実施の形態においては、転写電流は、主として下層５３ｂ内を円周方向に流れ、下層５３ｂ内において表面抵抗率が小さくなる現象が現れるが、上層５３ａ内においては、表面抵抗率がもともと大きく、転写電流が径方向に流れるので、上層５３ａ内において表面抵抗率が小さくなる現象が現れない。したがって、下層５３ｂ内において表面抵抗率が小さくなることによる影響は極めて小さい。
【００５０】
従来の転写ローラ２４（図２）と本発明の転写ローラ２４とのプリンタの使用環境への依存度を比較すると、表４に示されるようになる。
【００５１】
【表４】
2004094157.tif 000006
なお、表４において、Ｌ／Ｌは低温・低湿環境（１０〔℃〕、２０〔％〕）を表し、Ｈ／Ｈは高温・高湿環境（３０〔℃〕、８０〔％〕）を表す。低温・低湿環境下の体積抵抗率を高温・高湿環境下の体積抵抗率によって除算したときの値は、従来の転写ローラ２４の場合、６１．１であるのに対して、本発明の転写ローラ２４の場合、２３．８になる。したがって、本発明の転写ローラ２４の体積抵抗率が、プリンタの使用環境に対する依存度が低くなり、従来の転写ローラ２４に対して３９〔％〕になる。
【００５２】
また、上層５３ａの表面抵抗率と下層５３ｂの表面抵抗率との差が大きいと、上層５３ａにおいて転写電流が極端に絞り込まれるので、上層５３ａに局部的な過電流が流れストレスを加えることになる。その場合、上層５３ａが局部的に劣化し、表面抵抗率にばらつきが発生してしまうことがある。そこで、上層５３ａ及び下層５３ｂのうちの少なくとも上層５３ａを、複数の層で形成し、下層５３ｂから上層５３ａに向かって緩やかに表面抵抗率が大きくなっていくようにすると、上層５３ａが局部的に劣化するのを防止することができ、熱可塑性樹脂チューブ５３及び本発明の転写ローラ２４の寿命を長くすることができる。
【００５３】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００５４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、転写ローラにおいては、軸と、該軸の周囲に配設された弾性層と、該弾性層の周囲に配設され、複数の層から成る被覆層とを有する。
【００５５】
そして、該被覆層の各層のうちの外側の層の抵抗率が内側の層の抵抗率より大きくされる。
【００５６】
この場合、被覆層の各層のうちの外側の層の抵抗率が内側の層の抵抗率より大きくされるので、軸から像担持体に向かって流れる転写電流が、抵抗率が大きい外側の層の手前で絞り込まれることになる。
【００５７】
したがって、転写電流が、画像形成装置の使用環境に依存しやすい外側の層を経路に採る割合が少なくなるので、トナー像を転写するのに必要とされる最適な転写電流を得るために、各使用環境において転写電圧を大きく変える必要がなくなる。
【００５８】
また、低温・低湿の使用環境に加え、経時によって抵抗率が高くなる条件が同時に発生しても、最適な転写電流を発生させるための転写電圧が高くなるのを抑制することができるので、画像形成装置の寿命を長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における電子写真式のプリンタの要部を示す概念図である。
【図２】従来の電子写真式のプリンタの要部を示す概念図である。
【図３】本発明の実施の形態における電子写真式のプリンタを示す概念図である。
【図４】本発明の実施の形態における転写ローラの断面図である。
【符号の説明】
１１　　感光体ドラム
２４　　転写ローラ
３１　　軸
３２　　半電導性発泡ゴム
５３　　熱可塑性樹脂チューブ
５３ａ　　上層
５３ｂ　　下層
【図１】
2004094157.tif 000007
【図２】
2004094157.tif 000008
【図３】
2004094157.tif 000009
【図４】
2004094157.tif 000010