(57)【要約】【課題】転写電流を過不足なく最適に発生させることができ、大容量の電源が不要な画像形成装置及び弾性ローラを提供する。【解決手段】像担持体上に形成された静電潜像に現像剤を付着させることによって現像剤像を形成し、該現像剤像を画像形成媒体に転写して画像を形成する。像担持体と対向させて配設された転写部材に１０００〔Ｖ〕の電圧を印加したときの転写部材の抵抗値と５００〔Ｖ〕の電圧を印加したときの転写部材の抵抗値との抵抗値比率を、０．５以上で、かつ、０．８９以下とし、２０００〔Ｖ〕の電圧を印加したときの転写部材の抵抗値と１０００〔Ｖ〕の電圧を印加したときの転写部材の抵抗値との抵抗値比率を、０．３以上で、かつ、０．８８以下とする。転写電流を過不足なく最適に発生させることができるので、画像品位を向上させることができる。【選択図】          図１
2005010324.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体上に形成された静電潜像に現像剤を付着させることによって現像剤像を形成し、該現像剤像を画像形成媒体に転写して画像を形成する画像形成装置において、
（ａ）前記像担持体と対向させて配設された転写部材を有するとともに、
（ｂ）該転写部材に１０００〔Ｖ〕の電圧を印加したときの転写部材の抵抗値と５００〔Ｖ〕の電圧を印加したときの転写部材の抵抗値との抵抗値比率を、０．５以上で、かつ、０．８９以下とし、
（ｃ）前記転写部材に２０００〔Ｖ〕の電圧を印加したときの転写部材の抵抗値と１０００〔Ｖ〕の電圧を印加したときの転写部材の抵抗値との抵抗値比率を、０．３以上で、かつ、０．８８以下とすることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記転写部材は転写ローラである請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記転写部材は転写ベルトである請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項４】
金属製の軸の周囲に弾性層が形成された弾性ローラにおいて、
（ａ）該弾性ローラに１０００〔Ｖ〕の電圧を印加したときの弾性ローラの抵抗値と５００〔Ｖ〕の電圧を印加したときの弾性ローラの抵抗値との抵抗値比率を、０．５以上で、かつ、０．８９以下とし、
（ｂ）前記弾性ローラに２０００〔Ｖ〕の電圧を印加したときの弾性ローラの抵抗値と１０００〔Ｖ〕の電圧を印加したときの弾性ローラの抵抗値との抵抗値比率を、０．３以上で、かつ、０．８８以下とすることを特徴とする弾性ローラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像形成装置及び弾性ローラ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、露光装置によって露光され、表面に静電潜像が形成され、該静電潜像が現像ローラによって現像されてトナー像が形成されるようになっている。そして、該トナー像は転写ローラによって印刷媒体に転写され、転写されたトナー像は定着装置によって定着されて画像が形成される。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
ところで、前記トナー像の転写は、感光体ドラムと転写ローラとの間に形成されるニップ部において行われ、そのために、感光体ドラムと転写ローラとの間に電位差が形成され、該電位差によって、感光体ドラム上のトナーが印刷媒体に静電気的に移動させられる。したがって、画像品位を向上させるためには、感光体ドラム上のトナーを過不足なく印刷媒体上に移動させることが重要である。
【０００４】
すなわち、前記電位差が大きすぎると、転写が過剰になり、印刷媒体の搬送方向におけるニップ部より上流側の直前の位置で感光体ドラム上のトナーが動いてしまい、いわゆる、ちり印字の印字不良が発生してしまう。一方、前記電位差が小さすぎるとき転写が不足し、感光体ドラムの回転方向におけるニップ部より下流側にトナーが残留し、かすれ印字の印字不良が発生してしまう。
【０００５】
そこで、理想となる転写電圧を印加することができるように、印刷媒体がニップ部に到達する直前に、感光体ドラムを損傷させないような小さい電位差（例えば、１〔ｋＶ〕程度）をプレ電圧として転写ローラと感光体ドラムとの間に印加し、それに伴って発生する電流を読み込む。そして、該電流に基づいて転写ローラの抵抗値を算出し、該抵抗値をフィードバックすることによって、あらかじめ形成された制御テーブルを参照し、最適な転写電圧（例えば、５０００〔Ｖ〕）を算出するようにしている。
【０００６】
前記転写ローラは、金属製の軸、及び該軸の周囲に形成された弾性層から成り、前記軸と転写ローラの表面と間の抵抗値を１０７  〜１０９  〔Ω〕にするのが理想である。また、前記弾性層は、ウレタン、ＮＢＲ、ＥＰＤＭ、シリコーン等を母材とした発泡体から成る。本来、前記各材料は絶縁性を有するので、カーボンブラック、導電ポリマー、金属フィラー等の電子伝導性材料、又は電解質によるイオン伝導性材料を前記各材料に添加することによって、前記抵抗値が適正な値を有する半導電性のローラが成形される。
【０００７】
ところで、該半導電性のローラにおいて、弾性層内の電気伝導の方法として、電子伝導性材料による電子伝導、及びイオン伝導性材料によるイオン伝導がある。電子伝導及びイオン伝導の電気的特性は、表１に示されるように分類することができ、電子イオン等の運動について微視的な物理法則及び統計法則に従って説明することができる。
【０００８】
【表１】
2005010324.tif 000003
【０００９】
すなわち、電子伝導においては、抵抗値が転写電圧に大きく（指数関数的に）依存するが、温度及び湿度に依存せず、一定である。また、イオン伝導は、発生する転写電流は、転写電圧に正比例（抵抗値が電圧に依存せず、一定）であり、抵抗値が温度及び湿度に大きく依存する。
【００１０】
したがって、前記画像形成装置においては、転写制御プログラムに対して、表１に示される電気的特性を考慮して調整が加えられる。
【００１１】
図２は従来の転写ローラにおける転写電圧と転写電流との関係図、図３は従来の転写ローラにおける転写電圧と電圧マージンとの関係図、図４は従来の転写ローラにおける温度及び湿度の変化に伴う抵抗値の変化を示す図である。なお、図２において、横軸に転写ローラに印加される転写電圧を、縦軸に転写ローラを流れる転写電流を、図３において、横軸に転写電圧を、縦軸に電圧マージンを、図４において、横軸に温度及び湿度の環境度の状態を、縦軸に常温常湿の環境に置かれたときの抵抗値を１．００としたときの高温高湿の環境に置かれたときの抵抗値の比、及び低温低湿の環境に置かれたときの抵抗値の比を採ってある。
【００１２】
図２において、Ｌ１は電子伝導において転写電圧と転写電流との関係を示す線、Ｌ２はイオン伝導における転写電圧と転写電流との関係を示す線である。また、図３において、Ｌ３は電子伝導において転写電圧と電圧マージンとの関係を示す線、Ｌ４はイオン伝導において転写電圧と電圧マージンとの関係を示す線である。
【００１３】
電子伝導において、転写電流は線Ｌ１で表されるように転写電圧の指数関数であり、所定の転写電流を発生させるためには転写電圧を極めて狭い範囲にする必要がある。例えば、２５±５〔μＡ〕の転写電流を発生させようとすると、イオン伝導においては転写電圧を１１００〜１６００〔Ｖ〕の範囲にすればよいのに対して、電子伝導においては１０００〜１１００〔Ｖ〕の範囲にする必要がある。そして、電子伝導においては、抵抗値が転写電圧に大きく依存するので、転写電圧を変化させたときの電圧マージンは、線Ｌ３に示されるように、大きく変化するのに対して、イオン伝導においては、抵抗値が転写電圧に依存しないので、転写電圧を変化させたときの電圧マージンは、線Ｌ４に示されるように、ほぼ一定である。なお、前記電圧マージンは転写電圧の変化に対する転写電流の変化〔μＡ／Ｖ〕を表す。
【００１４】
また、前記転写ローラの抵抗値には周方向においてばらつきがあるので、例えば、プレ電圧を印加した時点で周方向における平均値から外れた電流を読み込んでしまうと、転写電圧は最適ではなくなり、発生する転写電流も最適ではなくなる。そして、転写電流が大きいと転写が過剰になり、前述されたように、印刷媒体の搬送方向におけるニップ部より上流側の直前の位置で感光体ドラム上のトナーが動いてしまい、いわゆる、ちり印字の印字不良が発生してしまう。一方、前記転写電流が少ないと、転写が不足し、感光体ドラムの回転方向におけるニップ部より下流側にトナーが残留し、かすれ印字の印字不良が発生してしまう。
【００１５】
また、印刷の高速化が進むにつれて転写時間が短くなるので、転写電流をその分大きくする必要が生じるが、電子伝導においては転写電流を過不足なく最適に発生させるための転写電圧の範囲が一層狭くなってしまう。
【００１６】
そして、イオン伝導においては、転写電流は線Ｌ２で表されるように転写電圧の線形関数であり、抵抗値及び電気伝導度は電圧に依存しない。したがって、電子伝導と比べて、転写電流を精度よく制御することができるので、高画質を実現することができる。
【００１７】
ところが、図４に示されるように、低温低湿の環境に置かれたときの抵抗値と常温常湿の環境に置かれたときの抵抗値との比は、電子伝導の場合、２．０７であるのに対して、イオン伝導の場合、５．２８であり、高温高湿の環境に置かれたときの抵抗値と常温常湿の環境に置かれたときの抵抗値との比は、電子伝導の場合、１．３６であるのに対して、イオン伝導の場合、０．１０であり、抵抗値が温度及び湿度によって大きく変動してしまう。すなわち、高温高湿の環境では抵抗値が小さくなり、低温低湿の環境では抵抗値が大きくなる。
【００１８】
【特許文献１】
特開平９−２１２０１２号公報
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の画像形成装置においては、表２に示されるように、電子伝導及びイオン伝導のいずれの場合も前記電気的特性に基づく問題点を有する。
【００２０】
【表２】
2005010324.tif 000004
【００２１】
すなわち、電子伝導の場合、転写電圧の予測が困難であり、発生する転写電圧に誤差を生じやすい。また、イオン伝導の場合、低温低湿の環境で必要な転写電流を得るためには、大容量の電源が必要になってしまう。
【００２２】
そこで、どのような環境においても、最適な転写電流を発生させるためには、抵抗値に合わせた転写電圧が必要になり、特に、低温低湿の環境に置かれたときに抵抗値が大きくなると、転写電圧を高くする必要が生じる。
【００２３】
また、印刷の高速化が進むにつれて転写時間が短くなるので、転写電流をその分大きくする必要が生じるが、適正な転写電流を発生させるためには、転写電圧を高くする必要が生じる。その場合、低温低湿の環境における転写電圧を高くする必要が生じるので、大容量の電源が必要になり、電源のコストが高くなってしまう。
【００２４】
本発明は、前記従来の画像形成装置の問題点を解決して、転写電流を過不足なく最適に発生させることができ、大容量の電源が不要な画像形成装置及び弾性ローラを提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明の画像形成装置においては、像担持体上に形成された静電潜像に現像剤を付着させることによって現像剤像を形成し、該現像剤像を画像形成媒体に転写して画像を形成するようになっている。
【００２６】
そして、前記像担持体と対向させて配設された転写部材を有する。
【００２７】
また、該転写部材に１０００〔Ｖ〕の電圧を印加したときの転写部材の抵抗値と５００〔Ｖ〕の電圧を印加したときの転写部材の抵抗値との抵抗値比率を、０．５以上で、かつ、０．８９以下とし、前記転写部材に２０００〔Ｖ〕の電圧を印加したときの転写部材の抵抗値と１０００〔Ｖ〕の電圧を印加したときの転写部材の抵抗値との抵抗値比率を、０．３以上で、かつ、０．８８以下とする。
【００２８】
【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。
【００２９】
図５は本発明の第１の実施の形態における画像形成装置の概念図、図６は本発明の第１の実施の形態におけるニップ部においてトナーが静電気力によって印刷媒体に移動させられる際の動作を示す図である。
【００３０】
図において、１１は回転自在に配設された像担持体としての感光体ドラム、５１は該感光体ドラム１１と対向させて回転自在に配設され、感光体ドラム１１の表面を一様に、かつ、均一に帯電させる帯電部材としての帯電ローラ、５２は前記感光体ドラム１１と対向させて配設され、感光体ドラム１１の表面を露光し、静電潜像を形成する露光装置としてのＬＥＤヘッド、５３は前記静電潜像に現像剤としてのトナー１７を付着させて現像剤像としてのトナー像を形成する現像装置であり、該現像装置５３は、前記感光体ドラム１１と対向させて回転自在に配設された現像部材としての現像ローラ５４、該現像ローラ５４と接触させて回転自在に配設され、トナー１７を現像ローラ５４に供給する供給部材としての供給ローラ５５、及び前記現像ローラ５４と接触させて配設され、現像ローラ５４の表面にトナー１７の薄層を形成する現像ブレード５６を備える。
【００３１】
また、５８は前記トナー像を普通紙、ＯＨＰシート等の画像形成媒体としての印刷媒体１９に転写する転写装置であり、該転写装置５８は感光体ドラム１１と対向させて回転自在に配設された転写部材としての転写ローラ３０、及び該転写ローラ３０に転写電圧を印加するとともに、転写電流を供給する電源３５を備える。そして、６１は前記感光体ドラム１１と対向させて回転自在に配設され、トナー像が転写された後に感光体ドラム１１の表面に残留したトナー１７を除去するためのクリーニング部材としてのクリーニングローラ、６２は前記印刷媒体１９に転写されたトナー像を定着する定着装置であり、該定着装置６２は、回転自在に配設され、加熱源としての図示されないヒータを内蔵する加熱ローラ６３、及び加熱ローラ６３に接触させて回転自在に配設された加圧ローラ６４を備える。なお、前記転写ローラ３０によって弾性ローラが構成される。
【００３２】
前記構成の画像形成装置においては、前記感光体ドラム１１の表面が帯電ローラ５１によって一様に、かつ、均一に帯電させられ、ＬＥＤヘッド５２によって露光され、表面に静電潜像が形成され、該静電潜像が現像装置５３によって現像されてトナー像が形成される。そして、該トナー像は転写装置５８によって印刷媒体１９に転写され、転写されたトナー像は定着装置６２によって定着されて画像が形成される。
【００３３】
ところで、印刷媒体１９が感光体ドラム１１と転写ローラ３０との間のニップ部を搬送されるとき、感光体ドラム１１と転写ローラ３０との間には、電源３５によって数百〜数千〔Ｖ〕の電位差が形成される。なお、トナー１７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３０が高電位になるように電位差が形成される。
【００３４】
この場合、図６に示されるように、印刷媒体１９の印刷面側が正の極性になるような誘電分極が生じ、トナー１７が印刷媒体１９の印刷面側に接触すると、負の極性に帯電しているトナー１７が静電気力によって印刷媒体１９に移動させられる。このようにして、トナー像が転写される。
【００３５】
次に、前記転写ローラ３０について説明する。
【００３６】
図１は本発明の第１の実施の形態における転写ローラの正面図である。
【００３７】
図において、３０は転写ローラ、３１は金属製の軸、３２は該軸３１の周囲に形成された弾性層である。該弾性層３２は、ウレタン、ＮＢＲ、ＥＰＤＭ、シリコーン等を母材とした発泡体から成る。本来、前記各材料は絶縁性を有するので、電子伝導性材料及びイオン伝導性材料を前記各材料に添加することによって、前記抵抗値が適正な値を有する半導電性のローラが成形される。なお、電子導電性材料として、カーボンブラック、炭素質繊維、銅粒子、銀粒子、ニッケル等を使用することができる。また、前記イオン導電性材料として、ナトリウム塩、カリウム塩、リチウム塩等のアルカリ金属塩、例えば、過ハロゲン塩素酸素酸塩、過塩素酸リチウム等を使用することができる。
【００３８】
次に、前記転写ローラ３０を製造するに当たり、電子導電性材料及びイオン導電性材料の添加の割合を変えることによってローラ１〜５を製造した。
【００３９】
該ローラ１は、母材としてのシリコーンゴム（架橋点（ビニル基）を持つジメチルシリコーンポリマー）１００重量部に対して、エチレングリコールに過塩素酸リチウムを縮合したものを７．５重量部、酸化チタンウイスカ１０重量部、大粒径カーボンブラック０．５重量部、酸化亜鉛１０重量部を添加して製造した。この場合、線型度は０．９５になり、ローラ１の抵抗値は１．００×１０７  〔Ω〕になった。
【００４０】
ローラ２は、母材としてのシリコーンゴム１００重量部に対して、エチレングリコールに過塩素酸リチウムを縮合したものを７．５重量部、酸化チタンウイスカ１０重量部、大粒径カーボンブラック３重量部、酸化亜鉛１０重量部を添加して製造した。この場合、線型度は０．８になり、ローラ２の抵抗値は４．００×１０７  〔Ω〕になった。
【００４１】
ローラ３は、母材としてのシリコーンゴム１００重量部に対して、エチレングリコールに過塩素酸リチウムを縮合したものを５重量部、酸化チタンウイスカ１０重量部、大粒径カーボンブラック３重量部、酸化亜鉛１０重量部を添加して製造した。この場合、線型度は０．６５になり、ローラ３の抵抗値は１．００×１０８  〔Ω〕になった。
【００４２】
ローラ４は、母材としてのシリコーンゴム１００重量部に対して、エチレングリコールに過塩素酸リチウムを縮合したものを４重量部、酸化チタンウイスカ１０重量部、大粒径カーボンブラック３重量部、酸化亜鉛１０重量部を添加して製造した。この場合、線型度は０．４５になり、ローラ４の抵抗値は３．００×１０８  〔Ω〕になった。
【００４３】
ローラ５は、母材としてのシリコーンゴム１００重量部に対して、エチレングリコールに過塩素酸リチウムを縮合したものを２重量部、酸化チタンウイスカ１０重量部、大粒径カーボンブラック６０重量部、酸化亜鉛１０重量部を添加して製造した。この場合、線型度は０．３になり、ローラ５の抵抗値は３．００×１０８  〔Ω〕になった。
【００４４】
次に、前述された前記ローラ１〜５の電気的特性について説明する。
【００４５】
図７は本発明の第１の実施の形態における転写ローラの転写電圧と転写電流との関係図である。なお、図において、横軸に転写電圧を、縦軸に転写電流を採ってある。
【００４６】
図において、Ｒ１〜Ｒ５は、ローラ１〜５に印加される転写電圧とローラ１〜５に供給される転写電流との関係を示す線である。線Ｒ１〜Ｒ５からも、ローラ１からローラ５まで順に線型度が小さくなっていることが分かる。
【００４７】
本実施の形態においては、画像形成装置において使用される電圧の範囲５００〜２０００〔Ｖ〕において、各ローラ１〜５に５００、１０００、２０００〔Ｖ〕の転写電圧を印加したときの転写電流及び抵抗値は表３に示されるようになる。
【００４８】
【表３】
2005010324.tif 000005
【００４９】
次に、前記抵抗値を測定するための測定装置について説明する。
【００５０】
図８は本発明の第１の実施の形態における抵抗値の測定装置を示す図である。
【００５１】
図において、７０はローラ（ローラ１〜５）、７１は金属製の軸、７２は該軸７１の周囲に形成された弾性層、４１は金属製の円筒体、４２は転写ローラ３０（図１）と円筒体４１との間に、５００、１０００、２０００〔Ｖ〕の電圧を転写電圧として印加する電源、４３は５００、１０００、２０００〔Ｖ〕の転写電圧が印加されたときの転写ローラ３０から円筒体４１に転写電流として流れる電流を測定する電流計（Ａ）である。前記ローラ７０と円筒体４１との間に０．４〔ｍｍ〕の押込量ニップが形成される。なお、４５は金属製の軸である。
【００５２】
そして、表３に示される各ローラ１〜５に、１０００〔Ｖ〕の転写電圧を印加したときの抵抗値と５００〔Ｖ〕の転写電圧を印加したときの抵抗値との比を表す第１の抵抗値比率（１０００〔Ｖ〕／５００〔Ｖ〕）、及び各ローラ１〜５に、２０００〔Ｖ〕の転写電圧を印加したときの抵抗値と１０００〔Ｖ〕の転写電圧を印加したときの抵抗値との比を表す第２の抵抗値比率（２０００〔Ｖ〕／１０００〔Ｖ〕）を表４に示す。
【００５３】
【表４】
2005010324.tif 000006
【００５４】
表４から、転写電圧を変化させたときに抵抗値に与えられる影響について知ることができる。
【００５５】
なお、前記抵抗値を測定するために、図８の測定装置に代えて他の測定装置を使用することもできる。図８と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。
【００５６】
図９は本発明の第１の実施の形態における抵抗値の他の測定装置を示す図である。
【００５７】
この場合、１４１は回転自在に配設された金属製のベアリング、１４５は該ベアリング１４１を支持する金属製の軸である。前記ベアリング１４１はローラ７０の軸方向における所定の位置で弾性層７２の表面に押し付けられる。
【００５８】
ローラ７０の幅、及びベアリング１４１の幅に基づいて、前記各比を算出することができる。
【００５９】
次に、各ローラ１〜５における電圧マージンについて説明する。
【００６０】
図１０は本発明の第１の実施の形態における転写電圧と電圧マージンとの関係図である。なお、図において、横軸に転写電圧を、縦軸に電圧マージンを採ってある。
【００６１】
図において、Ｒ１１〜Ｒ１５は、各ローラ１〜５において、転写電圧を変化させたときの電圧マージンを示す線である。ローラ１からローラ５まで、順に、抵抗値が転写電圧に依存するようになり、転写電圧を変化させたときの電圧マージンが小さくなることが分かる。
【００６２】
次に、各ローラ１〜５に５００、１０００、２０００〔Ｖ〕の転写電圧を印加したときに、転写電流を１〔μＡ〕変化させるのに必要な電圧を表５に示す。
【００６３】
【表５】
2005010324.tif 000007
【００６４】
例えば、２０００〔Ｖ〕の転写電圧を印加したときに転写電流を１〔μＡ〕変化させるためには、各ローラ１〜５において、転写電圧をそれぞれ５２〔Ｖ〕、４７〔Ｖ〕、２０〔Ｖ〕、７〔Ｖ〕、６〔Ｖ〕変化させる必要がある。
【００６５】
ところで、本実施の形態において、画像形成装置を使用して画像を形成した場合、画像品位を向上させるためには転写電流を１〔μＡ〕刻みで変化させて制御する必要がある。したがって、転写ローラ３０（図１）として各ローラ１〜５を使用し、該各ローラ１〜５に２０００〔Ｖ〕の転写電圧を印加して画像を形成しようとすると、転写電圧をそれぞれ５２〔Ｖ〕、４７〔Ｖ〕、２０〔Ｖ〕、７〔Ｖ〕、６〔Ｖ〕ずつ変化させることになる。ところが、２０００〔Ｖ〕の転写電圧を発生させる場合において、６〔Ｖ〕以下の転写電圧の変化量は、ばらつきの範囲内に収まり、識別することができない。したがって、画像形成装置を使用して画像を形成する場合、６〔Ｖ〕より大きい変化量で作成された制御テーブルを使用する必要がある。
【００６６】
このようなことから、ローラ５を使用することは好ましくなく、ローラ１〜４を使用することが好ましい。そこで、表４の電気的特性からすると、転写電圧を制御するためには、１０００〔Ｖ〕の転写電圧を印加したときの抵抗値と５００〔Ｖ〕の転写電圧を印加したときの抵抗値との抵抗値比率をγ１としたとき、該抵抗値比率γ１を
γ１≧０．５
とし、２０００〔Ｖ〕の転写電圧を印加したときの抵抗値と１０００〔Ｖ〕の転写電圧を印加したときの抵抗値との抵抗値比率をγ２としたとき、該抵抗値比率γ２を
γ２≧０．３
とする。
【００６７】
したがって、転写電圧を６〔Ｖ〕より大きい変化量で変化させ、転写電流を、１〔μＡ〕刻みで変化させて制御することができ、過不足なく発生させることができるので、画像品位を向上させることができる。
【００６８】
次に、抵抗値と温度及び湿度との関係について説明する。
【００６９】
図１１は本発明の第１の実施の形態におけるローラの温度及び湿度の変化に伴う抵抗値の変化を示す図である。なお、図において、横軸に温度及び湿度の状態を、縦軸に常温常湿（Ｎ／Ｎ：２０〔℃〕、５０〔％〕）の環境に置かれたときの抵抗値を１．００としたときの低温低湿（Ｌ／Ｌ：１０〔℃〕、２０〔％〕）の環境に置かれたときの抵抗値の比、及び高温高湿（Ｈ／Ｈ：２８〔℃〕、８０〔％〕）の環境に置かれたときの抵抗値の比を採ってある。
【００７０】
図に示されるように、低温低湿の環境において各ローラ１〜５の抵抗値が大きくなり、しかも、ローラ１からローラ５まで順に抵抗値が小さくなることが分かる。
【００７１】
低温低湿、常温常湿及び高温高湿の各環境条件における各ローラ１〜５の抵抗値の変化率を表６に示す。
【００７２】
【表６】
2005010324.tif 000008
【００７３】
なお、表６において、（Ｌ／Ｌ）／（Ｎ／Ｎ）は常温常湿の環境に置かれたときの抵抗値を１．００としたときの低温低湿の環境に置かれたときの抵抗値の比を、（Ｈ／Ｈ）／（Ｎ／Ｎ）は常温常湿の環境に置かれたときの抵抗値を１．００としたときの高温高湿の環境に置かれたときの抵抗値の比を表す。
【００７４】
この場合、各ローラ１〜５の抵抗値を、それぞれ、表３に示される各ローラ１〜５の抵抗値のうちの最大値（以下「最大抵抗値」という。）、すなわち、５．６２×１０７  、５．８８×１０７  、６．１０×１０７  、９．０９×１０７  、９．０９×１０７  であると仮定して、低温低湿、常温常湿及び高温高湿の各環境条件における各ローラ１〜５の抵抗値を算出した結果を表７に示す。
【００７５】
【表７】
2005010324.tif 000009
【００７６】
ところで、本実施の形態において、画像形成装置を使用して画像を形成した場合、低温低湿の環境において、画像品位を向上させるためには転写電流を１０〔μＡ〕以上流す必要がある。ところが、画像形成装置の転写装置５８（図５）の電源３５のコストが高くなるのを避けるためには、電源３５において発生させる転写電圧を５０００〔Ｖ〕以下にするのが好ましい。この場合、低温低湿の環境におけるローラの抵抗値は、５×１０８  〔Ω〕以下にする必要がある。
【００７７】
また、転写ローラ３０の抵抗値は、温度及び湿度による環境とは別に経年変化によって大きくなる。例えば、画像形成装置が寿命になる時点における転写ローラ３０の抵抗値は、製造時の抵抗値の１．８倍になることが実験によって知られている。このことから、低温低湿の環境における転写ローラ３０の製造時の抵抗値は、２．７７×１０８  〔Ω〕以下にしなければならない。
【００７８】
そこで、表７を参照すると、低温低湿の環境において抵抗値が２．７７×１０８  〔Ω〕以下になるためには、ローラ１を使用することは好ましくなく、ローラ２〜５を使用することが好ましい。
【００７９】
そこで、表４の電気的特性からすると、低温低湿の環境において経時変化を考慮して転写電圧を制御するためには、前記抵抗値比率γ１を
γ１≦０．８９
とし、前記抵抗値比率γ２を
γ２≦０．８８
とする必要がある。
【００８０】
このようなことから、電圧マージン、低温低湿の環境及び経時変化を満たすためには、前記抵抗値比率γ１を
０．５≦γ１≦０．８９
とし、前記抵抗値比率γ２を
０．３≦γ２≦０．８８
にすると、低温低湿の環境において、転写電流を１０〔μＡ〕以上流すことができ、転写電流を過不足なく最適に発生させることができるので、画像品位を向上させることができる。また、電源３５において発生させる転写電圧を５０００〔Ｖ〕以下にすることができるので、大容量の電源３５が不要になり、電源３５のコストを低くすることができる。
【００８１】
なお、抵抗値比率γ１、γ２を前述された範囲に設定しようとすると、電子伝導性材料及びイオン伝導性材料が高価なことから、転写ローラ３０のコストが高くなってしまう。したがって、本発明は、特に、高速・高解像度の電子写真式のカラーのプリンタにおいて、層厚が大きくなったトナー像を転写する必要がある場合の２次転写ローラとして使用したり、抵抗値が大きい印刷媒体１９の裏面にもトナー像を良好に転写したい場合の転写ローラに使用したりするのに適する。
【００８２】
なお、高解像度の画像を形成するためにニップ部の接触量を表すニップ量を大きくしたり、転写ローラ３０の表面を滑らかにしたりするために、弾性層３２（図１）の上に被覆層を形成することができる。
【００８３】
次に、第２の実施の形態について説明する。
【００８４】
図１２は本発明の第２の実施の形態における転写ローラの正面図、図１３は本発明の第２の実施の形態における転写ローラの断面図である。
【００８５】
図において、３０は転写部材としての転写ローラ、３１は金属製の軸、３２は、ウレタン、ＮＢＲ、ＥＰＤＭ、シリコーン等を母材とした発泡体から成る弾性層、３３は該弾性層３２の上に形成されたナイロン、ＰＦＡ、ＰＶｄＦ等の樹脂チューブから成る被覆層である。該被覆層３３として、前記樹脂チューブに代えてゴム状のスキン層を形成することもできる。なお、弾性層３２及び被覆層３３によって半導電層が構成される。
【００８６】
この場合、弾性層３２を構成する発泡体によって転写ローラ３０の弾性を確保しながら、前記被覆層３３によって転写ローラ３０の表面を滑らかすることができる。
【００８７】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。
【００８８】
この場合、転写部材としての転写ローラ３０（図１２）の抵抗値が環境条件が変化しても安定するように、母材としてシリコーンを使用した。なお、半導電性のローラの母材としてはウレタンが一般に使用されるが、母材自体の疎水性を考慮し、環境条件において水分に左右されにくいシリコーンを使用するのが好ましい。
【００８９】
ところで、従来、前記シリコーンによって弾性層３２を形成する場合、１次加硫及び２次加硫から成る２回の高温の熱処理が行われるようになっている。そして、前記１次加硫は、発泡及び架橋を目的とし、２次加硫より高温で、かつ、短時間で行われる熱処理である。なお、シリコーンが熱により劣化するのを考慮し、温度の上限を２００〔℃〕とし、加硫時間を６時間としている。
【００９０】
ところが、シリコーンと高分子電解質とは相溶性がよくなく、特に、高温高湿の環境においては、シリコーン及び高分子電解質の低分子が転写ローラ３０の表面ににじみ出てきて、像担持体としての感光体ドラム１１（図５）を汚してしまう。そして、前記転写ローラ３０と感光体ドラム１１とは常に接触した状態で使用されるので、高温高湿の環境において長期間画像形成装置を放置すると、感光体ドラム１１と転写ローラ３０とのニップ部には、転写ローラ３０に含まれる高分子電解質が原因となって、化学反応が起き、画像に感光体ドラム１１のピッチで筋が形成されるドラム汚染を発生させてしまう。特に、画像形成装置を海外に輸送する場合は、画像形成装置を使用する際の想定されている環境条件より過酷な環境条件に置かれ、例えば、５０〔℃〕程度の温度及び９０〔％〕程度の湿度にさらされることがある。
【００９１】
そして、９０〔％〕程度の高湿の環境に置かれると、シリコーンによって形成された発泡体が水分子を多く含むので、極性を有する高分子電解質は水分子によって囲まれてシリコーン中での自由度が大きくなる。また、５０〔℃〕程度の高温の環境に置かれると、各水分子の運動エネルギーが増加し、水分子の動きやすさを促進させる。
【００９２】
そして、シリコーンより水分子と親和した高分子電解質は、シリコーンになじむことなく、転写ローラ３０と接触する感光体ドラム１１に付着する。その結果、感光体ドラム１１に付着した高分子電解質は、露光装置としてのＬＥＤヘッド５２による露光を遮るので、感光体ドラム１１の表面電位の変化がなくなり、現像において現像剤としてのトナー１７が付着しなくなり、かすれ印字の印字不良が発生してしまう。なお、ドラム汚染は数枚の印刷を行うことによって解消する場合もあるが、ドラム汚染の程度が高い場合には、感光体ドラム１１の感光層の内部にまで浸透し、電荷移動層、電荷発生層等の機能を損なうことがある。
【００９３】
そこで、本実施の形態においては、半導電性のローラが、母材としてシリコーンを使用し、少なくともイオン導電を行う高分子電解質を含有している場合、２次加硫の温度を２３０〔℃〕とし、２次加硫の時間を６時間とする。このような熱処理を終了した後、ローラの外周面を研磨し、所定の寸法に仕上げる。
【００９４】
前記２次加硫の温度を２３０〔℃〕にすると、転写ローラ３０の抵抗値は表８に示されるように大きくなる。
【００９５】
【表８】
2005010324.tif 000010
【００９６】
次に、転写ローラ３０を８０〔℃〕程度の温度及び９０〔％〕程度の湿度の環境に一定時間放置したときに、転写ローラ３０からにじみ出た高分子電解質によって感光体ドラム１１を汚染するレベルを、グレースケール印刷を行うことによって比較した。該グレースケール印刷は、通常のキャラクタ印刷と比べて、印字かすれの印字不良を容易に認識することができる。
【００９７】
次に、２次加硫の時間を従来と同じ６時間とし、２次加硫の温度を２００〜２３０〔℃〕の範囲で変化させたときの印刷結果、及び２次加硫の温度を２００〜２３０〔℃〕の範囲で変化させて形成された各転写ローラ３０の弾性層３２に対してメタノール抽出を行ったときの可溶分量の比較結果を表９に示す。
【００９８】
【表９】
2005010324.tif 000011
【００９９】
表９に示されるように、２次加硫の温度を高くするほどシリコーンと高分子電解質との結合が強固になる。そして、２次加硫の温度を２３０〔℃〕にすると、グレースケール印刷及びキャラクタ印刷のいずれにおいても、画像品位が高く、２次加硫の温度を２２０〔℃〕にすると、キャラクタ印刷において画像品位が高いが、グレースケール印刷において印字かすれの印字不良が発生した。なお、画像形成媒体としての印刷媒体１９として普通紙、ファックス等の画像品位を高くする必要がない場合には前記転写ローラ３０を十分に使用することができる。
【０１００】
また、この場合、２次加硫の時間が従来と同じ６時間であるので、作業時間が長くならず、転写ローラ３０のコストを低くすることができる。
【０１０１】
ところで、前記第３の実施の形態においては、２次加硫の温度を高くすることによって、ドラム汚染が発生するのを抑制することができるが、表８に示されるように抵抗値が大きくなったり、転写ローラ３０の硬度が高くなったり、弾性層３２を構成する母材自身が高温下において劣化したりしてしまう。
【０１０２】
そこで、抵抗値が大きくなったり、転写ローラ３０の硬度が高くなったり、弾性層３２を構成する母材自身が高温下において劣化したりするのを防止することができ、ドラム汚染が発生するのを抑制することができるようにした本発明の第４の実施の形態について説明する。
【０１０３】
図１４は本発明の第４の実施の形態における転写ローラの製造方法を示す図である。
【０１０４】
図において、８１はイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を収容した浸漬（しんせき）槽、８２は半導電性の熱可塑性樹脂ＰＶｄＦから成るチューブである。該チューブ８２は、前記浸漬槽８１内においてイソプロピルアルコールに４時間浸漬され、低分子を抽出する。続いて、浸漬槽８１内からチューブ８２を取り出し、チューブ８２を前記第１の実施の形態に示される弾性層３２（図１）上に被覆する。
【０１０５】
なお、前記チューブ８２中にも、チューブ８２を成形する際に完全な高分子として分子鎖の間に取り込まれていない低分子、電場の与えられていない状態においても高分子に強固には結合していない低分子等が多く存在している。
【０１０６】
ところが、前記各低分子等は、主として有機物質から成り、極性が大きいので、チューブ８２を極性が小さいイソプロピルアルコールに浸漬すると、イソプロピルアルコールに容易に溶解して析出する。しかも、高温の熱処理を行う場合と異なり、各低分子等を、直接イソプロピルアルコールに浸漬させて溶解させることができるので、作業が煩わしくない。
【０１０７】
チューブ８２をイソプロピルアルコールに浸漬する時間とドラム汚染との関係を表１０に示す。ドラム汚染は１２００〔ＤＰＩ〕の解像度でグレースケール印刷を行うことによって評価した。なお、転写ローラ３０と感光体ドラム１１とを接触させた放置時間は７２時間とした。
【０１０８】
【表１０】
2005010324.tif 000012
【０１０９】
表１０から分かるように、チューブ８２をイソプロピルアルコールに４時間以上浸漬し、低分子分が抽出された後のチューブ８２を第１の実施の形態に示される弾性層３２上に被覆すると、ドラム汚染が発生するのを抑制することができる。
【０１１０】
前記各実施の形態においては、転写部材として転写ローラ３０を使用するようになっているが、転写部材として転写ベルトを使用することもできる。
【０１１１】
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。
【０１１２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、画像形成装置においては、像担持体上に形成された静電潜像に現像剤を付着させることによって現像剤像を形成し、該現像剤像を画像形成媒体に転写して画像を形成するようになっている。
【０１１３】
そして、前記像担持体と対向させて配設された転写部材を有する。
【０１１４】
また、該転写部材に１０００〔Ｖ〕の電圧を印加したときの転写部材の抵抗値と５００〔Ｖ〕の電圧を印加したときの転写部材の抵抗値との抵抗値比率を、０．５以上で、かつ、０．８９以下とし、前記転写部材に２０００〔Ｖ〕の電圧を印加したときの転写部材の抵抗値と１０００〔Ｖ〕の電圧を印加したときの転写部材の抵抗値との抵抗値比率を、０．３以上で、かつ、０．８８以下とする。
【０１１５】
この場合、転写電流を過不足なく最適に発生させることができるので、画像品位を向上させることができる。また、大容量の電源が不要になり、電源のコストを低くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における転写ローラの正面図である。
【図２】従来の転写ローラにおける転写電圧と転写電流との関係図である。
【図３】従来の転写ローラにおける転写電圧と電圧マージンとの関係図である。
【図４】従来の転写ローラにおける温度及び湿度の変化に伴う抵抗値の変化を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態における画像形成装置の概念図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態におけるニップ部においてトナーが静電気力によって印刷媒体に移動させられる際の動作を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態における転写ローラの転写電圧と転写電流との関係図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態における抵抗値の測定装置を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態における抵抗値の他の測定装置を示す図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態における転写電圧と電圧マージンとの関係図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態におけるローラの温度及び湿度の変化に伴う抵抗値の変化を示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態における転写ローラの正面図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態における転写ローラの断面図である。
【図１４】本発明の第４の実施の形態における転写ローラの製造方法を示す図である。
【符号の説明】
１１    感光体ドラム
１７    トナー
１９    印刷媒体
３０    転写ローラ
３１    軸
３２    弾性層
【図１】
2005010324.tif 000013
【図２】
2005010324.tif 000014
【図３】
2005010324.tif 000015
【図４】
2005010324.tif 000016
【図５】
2005010324.tif 000017
【図６】
2005010324.tif 000018
【図７】
2005010324.tif 000019
【図８】
2005010324.tif 000020
【図９】
2005010324.tif 000021
【図１０】
2005010324.tif 000022
【図１１】
2005010324.tif 000023
【図１２】
2005010324.tif 000024
【図１３】
2005010324.tif 000025
【図１４】
2005010324.tif 000026