(57)【要約】【課題】  転写ベルト等の半導電性物質の移動度および緩和時間を高精度に測定することができる移動度および緩和時間の測定方法を提供する。【解決手段】  空間電荷制限電流領域を有する被験物質に対し、空間電荷制限電流領域となる電圧を印加して電荷を蓄積させ、電圧の印加を停止した後の前記被験物質の電位を経時的に測定し、得られた電荷減衰特性の電圧と微分係数の関係から次式により移動度および緩和時間を求める。【数１】2005084305.tif 000018（但し、μは移動度であり、Ｌは被験物質の厚さであり、Ｖは電圧であり、ｔは時間であり、ｄＶ／ｄｔは電荷減衰特性の微分係数である。）【数２】2005084305.tif 000019（但し、τは緩和時間であり、Ｖは電圧であり、ｔは時間であり、ｄＶ／ｄｔは電荷減衰特性の微分係数である。）【選択図】            図１
2005084305.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間電荷制限電流領域における電荷減衰特性から移動度を求めることを特徴とする空間電荷制限電流領域を有する物質の移動度測定方法。
【請求項２】
空間電荷制限電流領域となる電圧を被験物質に印加して電荷を蓄積させ、電圧の印加を停止した後の前記被験物質の電位を経時的に測定し、得られた電荷減衰特性の電圧と微分係数の関係から移動度を求めることを特徴とする請求項１に記載の移動度測定方法。
【請求項３】
下記式により移動度を求めることを特徴とする請求項１または２に記載の移動度測定方法。
【数１】
2005084305.tif 000016
（但し、μは移動度であり、Ｌは被験物質の厚さであり、Ｖは電圧であり、ｔは時間であり、ｄＶ／ｄｔは電荷減衰特性の微分係数である。）
【請求項４】
前記空間電荷制限電流領域を有する物質は、半導電性物質である請求項１〜３のいずれか１項に記載の移動度測定方法。
【請求項５】
前記空間電荷制限電流領域を有する物質は、中間転写方式の電子写真式画像形成装置用転写ベルトである請求項１〜４のいずれか１項に記載の移動度測定方法。
【請求項６】
空間電荷制限電流領域における電荷減衰特性から緩和時間を求めることを特徴とする空間電荷制限電流領域を有する物質の緩和時間測定方法。
【請求項７】
空間電荷制限電流領域となる電圧を被験物質に印加し、電圧の印加を停止した後の前記被験物質の電位を経時的に計測し空間電荷制限電流領域となる電圧を被験物質に印加して電荷を蓄積させ、電圧の印加を停止した後電気的に開放された状態での自己放電による前記被験物質の電位を経時的に測定し、得られた電荷減衰特性の電圧と微分係数の関係から緩和時間を求めることを特徴とする請求項６に記載の緩和時間測定方法。
【請求項８】
下記式により緩和時間を求めることを特徴とする請求項６または７に記載の緩和時間測定方法。
【数２】
2005084305.tif 000017
（但し、τは緩和時間であり、Ｖは電圧であり、ｔは時間であり、ｄＶ／ｄｔは電荷減衰特性の微分係数である。）
【請求項９】
前記空間電荷制限電流領域を有する物質は半導電性物質である請求項６〜８のいずれか１項に記載の緩和時間測定方法。
【請求項１０】
前記空間電荷制限電流領域を有する物質は中間転写方式の電子写真式画像形成装置用転写ベルトである請求項６〜９のいずれか１項に記載の緩和時間測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間電荷制限電流領域を有する物質の移動度および緩和時間の測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
中間転写方式による電子写真式画像形成装置は、一次転写で感光体ドラムから各色トナーを転写ベルトに順次転写し、次いで二次転写で転写ベルトから一括して用紙に転写することにより画像形成を行うものである。
【０００３】
図７は、４回転型の中間転写方式カラープリンタの印刷部の構成を示す図である。この方式では、中間転写ユニット４において、感光体ドラム３１に潜像に従って現像されたトナー像は、一次転写部において一次転写ローラ３２により転写ベルト３３に転写される。この動作が、ＹＭＣＫのトナーごとに順次４回繰り返されて転写ベルト上にトナー像が重ね合わされ、４回目に二次転写部において二次転写ローラ３４により用紙４に一括転写される。
【０００４】
また、図８はタンデム型の中間転写方式カラープリンタの印刷部の構成を示す図である。この方式では、中間転写ユニット５において、感光体ドラム５１ａ、５１ｂ、５１ｃおよび５１ｄからＹＭＣＫのトナー像がそれぞれ一次転写ローラ５２ａ、５２ｂ、５２ｃおよび５２ｄにより転写ベルト５３に順次転写され、二次転写部において二次転写ローラ５４により用紙４に一括転写される。
【０００５】
このように、中間転写方式の電子写真式画像形成装置では、一次転写ローラにより転写ベルトを帯電させてトナーを感光体ドラムから転写ベルトに転写し、次いでトナーを転写ベルトに電気的に付着させたまま二次転写部まで運び、そして二次転写ローラにより転写ベルトからトナーを電気的に剥離して用紙に転写するという工程により画像が形成される。従って、中間転写方式の電子写真式画像形成装置においては、転写ベルトのキャリアの移動度、すなわち抵抗値の設計は極めて重要な要素となっている。
【０００６】
一方、転写ベルトは、通常ポリイミド、ポリカーボネート、ＥＴＦＥ等の絶縁性材料にカーボンを混練して製造されており、その抵抗値の調製は、主として混練するカーボンの量を調整することにより行われている。この場合、転写ベルトの電気的な等価回路は、等価抵抗と等価容量の並列回路として取り扱われているが、半導電性物質である転写ベルトは移動度および緩和時間の電界依存性が強く、移動度は単純に等価抵抗として取り扱うことができず、緩和時間も等価抵抗と等価容量の積として取り扱うことができないため、転写ベルトの移動度および緩和時間を正確に評価することができなかった。例えば、体積抵抗率は、Ｈｉｒｅｓｔａ−ＵＰ（油化電子製）等の高抵抗測定器を使用して印加電圧１００Ｖまたは５００Ｖで１０〜３０秒後の値を測定し、また、緩和時間は、誘電率をＩＭＰＥＡＤＡＮＣＥ／ＧＡＩＮ−ＰＨＡＳＥ  ＡＮＡＬＹＺＥＲ  ＨＰ４１９４Ａ（Ｈｅｗｌｅｔ−Ｐａｃｋａｒｄ製）等を使用して印加電圧１Ｖで３０秒後の値を測定し体積抵抗率を掛けて求めていたため、電界依存性はまったく考慮されていなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような半導電性物質の移動度および緩和時間の正確な評価を可能にする測定方法の開発の要請は、転写ベルトの分野に限られず、各種半導電性物質の応用分野において求められていた。
【０００８】
本発明は、かかる従来技術の有する問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、転写ベルト等の半導電性物質の移動度および緩和時間を高精度に測定することができ、その電界依存性を定量的に求めることの可能な移動度および緩和時間の測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。
【００１０】
（１）  空間電荷制限電流領域における電荷減衰特性から移動度を求めることを特徴とする空間電荷制限電流領域を有する物質の移動度測定方法。
【００１１】
（２）  空間電荷制限電流領域となる電圧を被験物質に印加して電荷を蓄積させ、電圧の印加を停止した後の前記被験物質の電位を経時的に測定し、得られた電荷減衰特性の電圧と微分係数の関係から移動度を求めることを特徴とする（１）に記載の移動度測定方法。
【００１２】
（３）  下記式により移動度を求めることを特徴とする（１）または（２）に記載の移動度測定方法。
【００１３】
【数１】
2005084305.tif 000003
（但し、μは移動度であり、Ｌは被験物質の厚さであり、Ｖは電圧であり、ｔは時間であり、ｄＶ／ｄｔは電荷減衰特性の微分係数である。）
（４）  前記空間電荷制限電流領域を有する物質は、半導電性物質である（１）〜（３）のいずれか１つに記載の移動度測定方法。
【００１４】
（５）  前記空間電荷制限電流領域を有する物質は、中間転写方式の電子写真式画像形成装置用転写ベルトである（１）〜（４）のいずれか１つに記載の移動度測定方法。
【００１５】
（６）  空間電荷制限電流領域における電荷減衰特性から緩和時間を求めることを特徴とする空間電荷制限電流領域を有する物質の緩和時間測定方法。
【００１６】
（７）  空間電荷制限電流領域となる電圧を被験物質に印加し、電圧の印加を停止した後の前記被験物質の電位を経時的に計測し空間電荷制限電流領域となる電圧を被験物質に印加して電荷を蓄積させ、電圧の印加を停止した後電気的に開放された状態での自己放電による前記被験物質の電位を経時的に測定し、得られた電荷減衰特性の電圧と微分係数の関係から緩和時間を求めることを特徴とする（６）に記載の緩和時間測定方法。
【００１７】
（８）  下記式により緩和時間を求めることを特徴とする（６）または（７）に記載の緩和時間測定方法。
【００１８】
【数２】
2005084305.tif 000004
（但し、τは緩和時間であり、Ｖは電圧であり、ｔは時間であり、ｄＶ／ｄｔは電荷減衰特性の微分係数である。）
（９）  前記空間電荷制限電流領域を有する物質は半導電性物質である（６）〜（８）のいずれか１つに記載の緩和時間測定方法。
【００１９】
（１０）  前記空間電荷制限電流領域を有する物質は中間転写方式の電子写真式画像形成装置用転写ベルトである（６）〜（９）のいずれか１つに記載の緩和時間測定方法。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、転写ベルト等の半導電性物質の空間電荷制限電流領域における電荷減衰特性から、移動度および緩和時間を高精度に測定することができ、それらの電界依存性をも定量的に求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２２】
本発明にかかる空間電荷制限電流領域を有する物質の移動度および緩和時間の測定方法は、空間電荷制限電流領域における電荷減衰特性から移動度を求めることを特徴とするものである。
【００２３】
物質に金属電極を介して電圧を印加すると、図１に示すように、物質の固有抵抗に従って電圧に比例して電流が流れるオーミック伝導領域以外に、流れる電流が電極から注入された電荷が作る空間電荷で制限を受ける（空間電荷制限電流が発生する）領域、すなわち空間電荷制限電流領域が存在する場合がある。このような物質では、当該物質を流れる電流はドリフト電流と変位電流の和と考えることができ、基本的に次の電荷輸送方程式で表すことができる。
【００２４】
【数３】
2005084305.tif 000005
ここで、Ｊ（ｔ）は時間ｔに依存した電流密度、ｎはキャリア密度、ｅは電荷素量、μはキャリア移動度、Ｅは電界、εは誘電率、Ｌは被験物質の厚さ、Ｖは電圧を示している。
【００２５】
印加される電界が大きくなると、電極から転写ベルトへのキャリアの注入が増加し、キャリアの蓄積が始まって空間電荷が形成され、キャリアは輸送律速となる。この場合の電荷輸送方程式は、次式のようになる。
【００２６】
【数４】
2005084305.tif 000006
ここで、空間電荷制限電流領域において、電流密度が０の状態を考えると、式（２）から次の関係が成り立つ。
【００２７】
【数５】
2005084305.tif 000007
従って、式（３）より、移動度は次のように表すことができる。
【００２８】
【数６】
2005084305.tif 000008
これにより、空間電荷制限電流領域では、電圧Ｖとその電圧での電荷減衰特性の微分係数を求めることによって、式（４）から移動度を求めることができる。
【００２９】
また、緩和時間τは、導電率をσとして次式により表される。
【００３０】
【数７】
2005084305.tif 000009
従って、式（１）および（２）より、オーミック伝導領域における緩和時間τＯおよび空間電荷制限電流領域における緩和時間τＳはそれぞれ次式のとおりとなる。
【００３１】
【数８】
2005084305.tif 000010
【００３２】
【数９】
2005084305.tif 000011
式（１）および（２）において電流密度が０の状態を考える。この状態は、具体的には転写ベルトに注入された電荷が緩和時間に従って放電する状態である。
【００３３】
オーミック伝導領域においては、式（１）より次の関係が成り立つ。
【００３４】
【数１０】
2005084305.tif 000012
従って、式（６）および（８）より、次式が得られる。
【００３５】
【数１１】
2005084305.tif 000013
空間電荷制限電流領域においても同様に、式（４）および（７）より次式の関係が得られる。
【００３６】
【数１２】
2005084305.tif 000014
すなわち、オーミック伝導領域および空間電荷制限電流領域のいずれにおいても、電圧Ｖとその電圧での電荷減衰特性の微分係数を求めることにより、緩和時間を式（９）または（１０）から算出することができる。移動度または緩和時間の計算を、電荷減衰特性の各電圧で行うことにより、これらの電圧依存性についても求めることができる。
【００３７】
図２は、本発明の測定方法を実施するための測定装置の構成を示す図である。図２において、測定装置１は、下部電極１１、上部電極１２、保護抵抗１３、スイッチ１４、電源１５および非接触式表面電位計１６を有している。下部電極１１は電源１５のマイナス端子に接続され、このマイナス端子は接地されている。上部電極１２は保護抵抗１３およびスイッチ１４を介して電源１５のプラス端子に接続される。
【００３８】
被験物質２の電荷減衰特性を測定する場合、被験物質２を下部電極１１と上部電極１２との間に挟み、スイッチ１４をオンにする。スイッチ１４をオンにすることによって、被験物質２には電源１５の電圧が印加され、保護抵抗１３によって制限された電流が流れる。ついで、被験物質２に電荷を蓄積した後スイッチ１４をオフにし、それと同時に、上部電極１２の電位を、非接触式の電位計１６によって経時的に測定することにより、被験物質２の電荷減衰特性を得る。
【００３９】
このとき、電源１５により、空間電荷制限電流領域となる電圧を被験物質２に印加して得られた空間電荷制限電流領域における被験物質２の電荷減衰特性の電圧および微分係数を求めることにより、式（４）および式（１０）を用いて、それぞれ被験物質２の移動度および緩和時間を求めることができるものである。
【００４０】
本発明の測定方法を適用可能な被験物質としては、空間電荷制限電流領域を有する物質であれば特に限定されるものではないが、好適には半導電性物質である。具体的には、導電性付与プラスチックや導電性ポリマー等の導電性プラスチックを用いたもの、例えば、タッチパネル、ＥＬ発光面電極、面上発熱体、熱線シールド材等の透明電極、ポリマー二次電池用電極、帯電防止材、固体電解コンデンサー、有機ＥＬ発光素子、静電気防止成形品、抵抗発熱体、電磁波障害（ＥＭＩ）シールド材、電子写真式画像形成装置用転写ベルトや転写ローラ等の移動度および緩和時間の測定に対して本発明を利用することができる。
【実施例】
【００４１】
次に、本発明の移動度および緩和時間の測定方法を、実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４２】
測定サンプル
ベースポリマーとしてポリカーボネート樹脂を用いた中間転写方式カラープリンタ用転写ベルトをサンプルとして評価した。
【００４３】
電流−電圧特性の測定
前記サンプルの電流と電圧の関係を、Ｈｅｗｌｌｅｔ−Ｐａｃｋａｒｄ社製のＨｉｇｈ−ｉｍｐｅｄａｎｃｅメータを使用して測定した。測定セル径は５０ｍｍφであり、測定電圧は１〜１０００Ｖ、測定値は１分後の値とした。電流値はセルの面積で割り、電流密度で表した。
【００４４】
測定結果として得られた電流密度Ｊと電圧Ｖの関係（Ｊ−Ｖ特性）を図３に示す。電圧が低い場合は、電流密度と電圧が比例しているが、電圧が高くなると、急激に電流密度が上昇した。電圧が低い場合はオーミックな振る舞いをしているが、高くなると空間電荷が形成され、輸送律速となり空間電荷制限電流領域となることがわかる。また、空間電荷制限電流となる電圧は１８Ｖであった。
【００４５】
移動度・緩和時間の測定
前記サンプルの移動度および緩和時間を、図２に示す実験装置を用いて測定した。下部および上部電極はアルミニウム電極であり、保護抵抗は１ＭΩであり、電位計は高速タイプの表面電位計（Ｔｒｅｋ社製  Ｍｏｄｅｌ  ３４１）を用いて、ディジタルオシロスコープで波形を取り込むことにより電位を測定した。５０ｍｍφの前記サンプルをアルミニウム電極に挟み、２ｋｇの加重で加圧した。このときの前記サンプルの厚さは１４７ｍｍであった。スイッチを入れて初期電圧（１０００Ｖ、７５０Ｖ、５００Ｖおよび２５０Ｖ）を約０．２〜０．５秒印加した後、スイッチを開放してサンプルの電荷減衰特性をそれぞれ測定した。
【００４６】
測定結果として得られたサンプルの各初期電圧における電荷減衰特性を図４に示す。図４の結果より、１０００Ｖの初期電圧について移動度を求めたのが図５である。図５より、当該サンプルの移動度の電界依存性が、プール・フレンケル型の近似式を適用して、次式のとおり定量的に得られた。
【００４７】
【数１３】
2005084305.tif 000015
これにより、当該サンプルの移動度の電界依存性は非常に大きいことが明らかとなった。
【００４８】
また、図６は、図４の結果より各初期電圧ついての緩和時間を求めたものである。これにより、当該サンプルの緩和時間は高い電界依存性を示すが、初期電圧には依存しないことがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、空間電荷制限電流領域を有する物質の空間電荷制限電流領域における電荷減衰特性から、移動度および緩和時間を高精度に測定することができ、それらの電界依存性をも定量的に求めることができるので、転写ベルト等の半導電性物質の移動度および緩和時間の評価に利用した場合極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】空間電荷制限電流領域を有する物質の電流−電圧特性を示すグラフである。
【図２】本発明の測定方法を実施するための測定装置の構成を示す図である。
【図３】実施例のサンプルの電流密度Ｊと電圧Ｖの関係（Ｊ−Ｖ特性）を測定した結果を示すグラフである。
【図４】図３のサンプルの各初期電圧における電荷減衰特性を測定した結果を示すグラフである。
【図５】図４より１０００Ｖの初期電圧について移動度を求めた結果を示すグラフである。
【図６】図４のより各初期電圧についての緩和時間を求めた結果を示すグラフである。
【図７】４回転型の中間転写方式カラープリンタの印刷部の構成を示す図である。
【図８】タンデム型の中間転写方式カラープリンタの印刷部の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１    測定装置、
２    被験物質、
３、５  中間転写ユニット、
４    用紙、
１１  下部電極、
１２  上部電極、
１３  保護抵抗、
１４  スイッチ、
１５  電源、
１６  非接触式表面電位計、
３１、５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ  感光体ドラム、
３２、５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ  一次転写ローラ、
３３、５３  転写ベルト、
３４、５４  二次転写ローラ。
【図１】
2005084305.tif 000020
【図２】
2005084305.tif 000021
【図３】
2005084305.tif 000022
【図４】
2005084305.tif 000023
【図５】
2005084305.tif 000024
【図６】
2005084305.tif 000025
【図７】
2005084305.tif 000026
【図８】
2005084305.tif 000027