JP2000035722A - 定電流電源を用いた接触転写装置の電流値を定める方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 定電流制御により転写を行う転写装置の小型
化、低コスト化および、画像メモリの発生しない良好な
画像が得られる接触転写装置を提供すること。 【構成】 潜像担持体１上のトナーを被転写体１２へ転
写するための潜像担持体１に圧接してなる抵抗値１０⁹
Ω以下の転写ローラ１３と、この転写ローラ１３に接続
された定電流電源１４とにより転写装置を構成してい
る。そして、定電流電源１４の電流値を、所定の範囲内
に制御することにより、画像濃度を満足し、かつ画像メ
モリの発生をなくすことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複写機、ファクシミ
リ、あるいはプリンタ等の電子写真方式を採る画像形成
に関し、より詳しくは、低抵抗な接触転写部材を用いる
接触転写装置の電流値を定める方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、コロナ転写にかわってローラやベ
ルトを主とした接触転写が用いられるようになり、帯電
手段も接触帯電を用いるようになっている。ローラ転写
などの接触転写は、転写位置に搬送されてくる被転写体
が潜像担持体と転写ローラなどの接触転写部材とによっ
て、しっかり固定されるため画像ズレや画像ボケを招く
こともなく、潜像担持体上に形成された画像を忠実に転
写できる。また、コロナ転写に比べてオゾンの発生が格
段に少ないなどの長所があった。

【０００３】接触転写を実現するために、接触転写部材
に対してある一定の定電圧を印加する定電圧制御による
転写が検討されてきた。ＪＡＰＡＮ ＨＡＲＤ ＣＯＰ
Ｙ１９９１ ＦＡＬＬ「中抵抗弾性体を用いたローラ転
写方式」には、定電圧制御による転写を実現するにはロ
ーラ（接触転写部材）の抵抗が５．１６×１０⁸ Ω以上
必要であると述べられている。けれども、定電圧制御に
よる転写は紙を主とした被転写体や接触転写部材の抵抗
値が環境などにより大きく変化するため、所定の電流が
常に得られず良好な転写を行うのは困難であった。特
に、先の論文で言われている抵抗のローラは、ローラ抵
抗の製造バラツキ、環境による変動が大きいという問題
があった。

【０００４】そこで、定電圧制御による転写の改良とし
て、特開平２−１２３３８５号公報に開示されているＡ
ＴＶＣなるローラ抵抗を検知し最適電圧を印加する方法
が提案されている。けれども、ローラ抵抗を検知するた
めに電源を余計に必要とするなど、コストアップや装置
の大型化、複雑化を招くといった問題があった。

【０００５】一方、被転写体や接触転写部材の抵抗値変
動に対し良好な転写を実現する方法として、ＵＳＰ３，
７８１，１０５号等にみられる定電流制御が検討されて
いる。定電流制御の場合、数μＡという非常に小さい電
流を扱うため、高精度の電源を必要としコスト高になる
という問題があった。また、従来の高抵抗接触転写部材
を用いた場合、出力電圧が３〜４ｋＶも必要となり、電
源の大型化やコストアップを招いてしまうという問題が
あった。また、そのような高電圧が印加されると、潜像
担持体の絶縁耐圧を超え潜像担持体を破壊してしまい、
帯電不良および転写不良を生じ良好な画像が得られない
という問題があった。ところで、先の論文によれば、
５．１６×１０⁸ Ω以下の低抵抗ローラについて定電圧
制御による転写ができない理由として、画像メモリが生
じてしまうからと述べられている。そして、画像メモリ
を満足する条件は、潜像担持体と接触転写部材が直接触
れている状態（非通紙状態）での転写電流Ｉ_D がＩ_D ≦
３μＡと定義している。すなわち、帯電手段の帯電電流
を超えないことが画像メモリを満足する条件としてい
る。しかしながら、低抵抗ローラを用いた定電流制御に
よる転写装置において、先の論文で画像メモリが発生し
ないとされる電流値を用いても、画像メモリが発生して
しまうという問題が生じた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上述べてきたように
低抵抗な接触転写部材を用いた場合、画像メモリが発生
してしまうという問題があった。また、定電流制御を行
う場合、電源の精度を要求するとコスト高となってしま
うという問題があった。また、従来の高抵抗接触転写部
材を用いると、出力電圧が３〜４ｋＶ程度必要になり電
源の大型化、コストアップを招いてしまう問題や、潜像
担持体の耐圧を超える電圧が発生し潜像担持体を破壊す
るなどの問題があった。

【０００７】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、低抵抗な接触転写部
材を用いて、画像メモリのない良好な画像が得られる接
触転写装置を得るための方法を提供することにある。さ
らに他の目的は、電源の小型化、低コスト化、ついては
装置のより一層の小型化、低コスト化を図ることのでき
る接触転写装置を得るための方法を提供することにあ
る。さらには他の目的は、ローラ抵抗の製造バラツキ等
による転写特性の変動を低減できる接触転写装置を得る
ための方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の定電流電源を用
いた接触転写装置の電流値を定める方法は、潜像担持体
に圧接してなる接触転写部材を有し、前記接触転写部材
を定電流電源に接続して、前記潜像担持体上のトナーを
被転写体に転写する定電流電源を用いた接触転写装置の
電流値を定める方法において、接触転写部材と潜像担持
体との接触面における長手方向の長さＬ（ｍｍ）、プロ
セス速度Ｖ_P （ｍｍ／ｓ）、潜像担持体の感光層の膜厚
ｄ（μｍ）、感光層の比誘電率ε_o が所定の値に定まっ
てなる接触転写装置を用いて、接触転写部材の抵抗Ｒ
（Ω）を変化させたときの印字デュ−ティによらず画像
メモリの発生しない転写電流Ｉｔ（μＡ）の関係を実測
して、転写電流Ｉｔが満足すべき上限を不等式化し、そ
の転写電流Ｉｔが、感光層の膜厚ｄと反比例の関係にあ
り、接触面における長手方向の長さＬ、プロセス速度Ｖ
_P と比例関係にある関数以下のときに印字デュ−ティに
よらず画像メモリが発生しないことと、実測により得ら
れた不等式の上限の式が接触転写装置に定まっている具
体的な接触面における長手方向の長さ、プロセス速度、
感光層の膜厚の値のときの前記関数の値であることとか
ら、実測で得られた不等式の上限の式を接触面における
長手方向の長さＬ、プロセス速度Ｖ_P 、感光層の膜厚ｄ
について一般化することにより、接触転写部材の抵抗
Ｒ、接触面における長手方向の長さＬ、プロセス速度Ｖ
_P 、感光層の膜厚ｄに対して転写電流Ｉｔが満足すべき
範囲を求めることを特徴とする方法である。

【０００９】この場合に、接触転写部材と潜像担持体と
の接触面における長手方向の長さＬ（ｍｍ）、プロセス
速度Ｖ_P （ｍｍ／ｓ）、潜像担持体の感光層の膜厚ｄ
（μｍ）、感光層の比誘電率ε_o が所定の値に定まって
なる接触転写装置を用いて、転写良好域下限の転写電流
を実測して、転写電流Ｉｔが満足すべき下限を不等式化
し、その転写電流Ｉｔが、接触面における長手方向の長
さＬ、プロセス速度Ｖ_P と比例関係にある関数以上のと
きに転写良好となることと、実測により得られた不等式
の下限の式が接触転写装置に定まっている具体的な接触
面における長手方向の長さ、プロセス速度の値のときの
前記関数の値であることとから、実測で得られた不等式
の下限の式を接触面における長手方向の長さＬ、プロセ
ス速度Ｖ_P について一般化することにより、接触面にお
ける長手方向の長さＬ、プロセス速度Ｖ_P に対して転写
電流Ｉｔが満足すべき範囲を求めることが望ましい。

【００１０】また、接触転写部材と潜像担持体との接触
面における長手方向の長さＬ（ｍｍ）、プロセス速度Ｖ
_P （ｍｍ／ｓ）、潜像担持体の感光層の膜厚ｄ（μ
ｍ）、感光層の比誘電率ε_o が所定の値に定まってなる
接触転写装置を用いて、トナーの外添剤の量ｘ（単位ｗ
ｔ％）を変化させたときの画像濃度を満足する転写電流
Ｉｔ（μＡ）の関係を実測して、転写電流Ｉｔが満足す
べき上限を不等式化し、その転写電流Ｉｔが接触面にお
ける長手方向の長さＬ、プロセス速度Ｖ_P と比例関係に
ある関数以下のときに転写良好となることと、実測によ
り得られた不等式の上限の式が接触転写装置に定まって
いる具体的な接触面における長手方向の長さ、プロセス
速度の値のときの前記関数の値であることとから、実測
で得られた不等式の上限の式を接触面における長手方向
の長さＬ、プロセス速度Ｖ_P について一般化することに
より、トナーの外添剤の量ｘ、接触面における長手方向
の長さＬ、プロセス速度Ｖ_P に対して転写電流Ｉｔが満
足すべき範囲を求めることが望ましい。

【００１１】

【実施例】まず、図１を用いて、本発明に用いた画像形
成装置について説明する。図１は、本発明に用いた画像
形成装置の要部側面概略図である。

【００１２】装置中央に潜像担持体１が配置され、その
周りに帯電ローラ２と、半導体レーザーを用いた露光手
段４と、現像器５と、接触転写部材である転写ローラ１
３と、クリーニング装置１７がある。

【００１３】潜像担持体１は直径が３０ｍｍ、導電性基
材上に形成された感光層の膜厚が１７μｍ、比誘電率
３．２の２層型有機感光体であり、矢印の方向にプロセ
ス速度２４ｍｍ／ｓで回転駆動している。帯電ローラ２
は定電圧電源３に接続されていて、帯電時には−１１５
０Ｖが印加され潜像担持体１を−５００〜−７００Ｖに
帯電させる。帯電ローラ２は直径が１６ｍｍであり、直
径６ｍｍの金属製芯金の外周にウレタンソリッドゴムが
形成されており、１０⁷ 〜１０⁸ Ωの抵抗値である。所
定電位に帯電された潜像担持体１は、半導体レーザなど
を用いた露光装置４によって画像信号に基づき静電潜像
が形成される。潜像担持体１上に形成された静電潜像に
は現像器５によって負帯電したトナーが現像される。現
像器５は、潜像担持体１上にトナーを現像させるための
直径１６ｍｍの現像ローラ６と、現像ローラ６上にトナ
ーを供給するための直径１３ｍｍの供給ローラ７と、現
像ローラ６上に搬送されるトナーの量を規制し、トナー
を負帯電させるためのステンレス製規制ブレード８から
なる。トナーは、着色剤としてカーボンが分散された樹
脂母材の表面にシリカ等の外添剤が所定量外添されてい
る。現像時には、電源９から現像ローラと供給ローラの
金属製芯金に−２７０Ｖが印加され、現像ローラ上に搬
送された負帯電トナーが現像される。給紙カセット１１
にセットされた紙を主とする被転写体１２は、ピックア
ップローラ１０によって紙ガイド１６を通り転写位置ま
で搬送される。

【００１４】被転写体１２が転写位置に到達するのと同
期して、潜像担持体１上に形成されたトナー像は、定電
流電源１４から所定の転写電流を転写ローラ１３に所定
時間印加され被転写体１２へ転写される。潜像担持体１
と転写ローラ１３との間に被転写体１２が介在しないと
きには、定電圧電源１５からクリーニングバイアス−９
００Ｖが印加されるようになっている。なお転写ローラ
１３は、直径１６ｍｍであり直径６ｍｍの金属製芯金の
外周にセル径が５０〜１５０μｍのウレタン発泡ゴムが
形成されている。転写ローラに用いる発泡ゴムとして
は、シリコーン発泡ゴム、ＥＰＤＭ発泡ゴム、ＮＢＲ発
泡ゴム、スチレン系発泡ゴム、ポリエチレン発泡ゴムな
どがある。転写ローラ１３の硬度は３０〜３５゜（ＡＳ
ＫＥＲ Ｃ）で、抵抗値は１０⁴ 〜１０⁹ Ωのものを用
いた。なお、転写時に所定電流を印加すると１０℃１５
％ＲＨ環境下では１〜２ｋＶ程度の転写電圧が発生し、
３５℃６５％ＲＨ環境下では２００〜１２００Ｖ程度の
転写電圧が発生した。

【００１５】転写ローラ１３は、長手方向の長さが２２
０ｍｍであり、転写ニップ２〜４ｍｍを形成するよう総
荷重１〜２ｋｇで潜像担持体１に対して圧接され、ギヤ
により潜像担持体１の駆動を受けて潜像担持体１と等速
で従動駆動している。また、転写ローラ１３の抵抗は、
潜像担持体１と同一径の円筒状電極に転写ローラ１３を
転写条件と同一の荷重（１〜２ｋｇ）で圧接しながら円
筒状電極と転写ローラ１３を従動回転させ、転写条件と
同一の電流を印加し測定した。そのときの環境は１０℃
１５％ＲＨであった。転写ニップを通過した被転写体１
２は紙ガイド１６に沿って定着器に搬送される。被転写
体１２上のトナー像は、約１５０℃に加熱されたヒート
ローラ２１とバックアップローラ２２によって定着され
たあと、排紙ローラ２３によって装置の外へ排出され
る。ヒートローラ２１は１０⁶ Ωの抵抗を有し、ヒート
ローラ２１の軸受けは絶縁性であり電気的にフロート状
態になっている。バックアップローラ２２は１０¹³Ωの
抵抗を有し、バックアップローラ２２の金属製芯金は接
地されている。なお、転写ニップと、バックアップロー
ラ２２とヒートローラ２１によって形成される定着ニッ
プ間の距離は、５０ｍｍになっている。また、潜像担持
体１上の転写残りトナーはクリーニング装置１７に回収
される。詳しくは、クリーニングブレード１８によって
潜像担持体１上のトナーは掻き落とされ、スクリュ−１
９によって排トナーボックス２０へと回収される。尚、
潜像担持体１として以下有機感光体を例にとって実施例
を述べるが、潜像担持体１は有機感光体に限定されるも
のではなく、セレン等を用いた無機感光体や誘電体を導
電体に付着させた誘電物質を使用することができる。

【００１６】以下、本発明を図に基づき詳述していく。

【００１７】図２は、１０℃１５％ＲＨ環境下における
ローラ抵抗と転写電圧の関係を示した図である。詳しく
は、幅２１６ｍｍの被転写体（紙水分２％）に全面黒の
画像を所定電流により良好に転写できるときの転写電圧
であり、紙を主とした被転写体や接触転写部材が高抵抗
化するこの環境において最大の転写電圧である。ローラ
抵抗がおよそ１０⁹ Ωを超えると転写電圧は急激に大き
くなり、ローラ抵抗に対する転写電圧の変動が非常に大
きいことがわかる。定電流による転写を行う場合、先の
転写電圧の変動が大きいと、電源に余計なマージンを必
要とし電源の大型化、コストアップを招いてしまい好ま
しくない。また、本実施例に用いた潜像担持体の絶縁耐
圧は２ｋＶであるので、発生電圧が２ｋＶ以下になるよ
うローラ抵抗を１０⁹ Ω以下にする必要がある。以上の
ことから、我々は用いる接触転写部材の抵抗を１０⁹ Ω
以下とした。

【００１８】画像メモリに関して、従来は転写電流３μ
Ａ以上で画像メモリが発生すると言われていた。詳しく
は、画像メモリを発生させないためには、潜像担持体と
接触転写部材とが直接触れる非通紙状態において、感光
体をプラスに帯電させる電流値以上流さないことが条件
であると言われていた。また、従来の技術では低抵抗の
接触転写部材は使いこなせなかった。しかしながら、我
々は画像メモリに関して印字デュ−ティと画像メモリの
発生する転写電流の関係を見いだし、従来使いこなせな
かった低抵抗の接触転写部材を用いても画像メモリが発
生しない転写条件を確立した。（印字デュ−ティとは、
転写ニップにおける画像部の占める割合（面積比）のこ
とを意味し、以下このことを印字デュ−ティと呼ぶ。）
以下、図を用いて詳述する。

【００１９】我々は印字デュ−ティに着目し、図７およ
び図８にあるような画像パターンを用い、印字デュ−テ
ィを０〜１００％の範囲で変化させて印字し、転写した
画像部（以下、黒部と呼ぶ）および非画像部（以下、白
部と呼ぶ）のそれぞれについて次回帯電後の潜像担持体
表面電位（以下、帯電後表面電位と呼ぶ）を測定した。
帯電後表面電位の測定には、表面電位計（トレック社製
モデル３４４）を用いて測定した。表面電位計は、図１
の帯電ローラ２と露光装置４の間の、潜像担持体の長手
方向に対してほぼ中央に配置されている。なお、転写電
流は０〜５μＡの範囲で変えて行っている。

【００２０】１０℃１５％ＲＨ環境下および３５℃６５
％ＲＨ環境下において、被転写体としてコピー用普通紙
（紙水分量は１０℃１５％ＲＨ環境下で約２．５％、３
５℃６５％ＲＨ環境下で約９％）を用いて上記の測定を
実施した。また、各環境下での潜像担持体の帯電電位
は、１０℃１５％ＲＨ環境下で−５８０〜−６００Ｖ、
３５℃６５％ＲＨ環境下で−６００〜−６２０Ｖであ
る。

【００２１】図６は、１０℃１５％ＲＨ環境下におけ
る、転写電流３μＡで転写したときの黒部および白部の
帯電後表面電位と印字デュ−ティの関係を示した図であ
る。黒部の帯電後表面電位は印字デュ−ティによってあ
まり変わらないのに対し、白部の帯電後表面電位は印字
デュ−ティによって大きく変わることがわかる。印字デ
ュ−ティ約７０％を超えるあたりから白部の帯電後表面
電位が黒部の帯電後表面電位より低くなり、印字デュ−
ティが高くなるほどますます低くなる傾向にある。

【００２２】これは、黒部のインピーダンスが白部のイ
ンピーダンスより大きいため、黒部には電流が流れにく
く、転写電流（総電流）の大半が白部に集中して流れる
ためである。また、白部が微小であるほど（印字デュ−
ティが高いほど）白部に電流が集中して流れやすくな
る。そのため、転写電流（総電流）としては小さくて
も、単位面積当たりの白部に流れる電流が、非通紙時に
メモリが発生する転写電流（総電流）の単位面積当たり
に流れる電流とほぼ等しくなり、局部的な画像メモリが
生じると考えられる。

【００２３】図３は、１０℃１５％ＲＨおよび３５℃６
５％ＲＨ環境下において、上記の実験より得られた印字
デュ−ティと画像メモリの発生する転写電流との関係を
示した図である。転写ローラは４×１０⁵ Ωのものを用
いている。３５℃６５％ＲＨ環境下では、紙などの吸湿
性を持つ被転写体は低抵抗化するため、白部と黒部のイ
ンピーダンスの差が拡大し、画像メモリが発生しやすく
なっている。図３から全環境において印字デュ−ティに
よらず画像メモリが発生しない条件は、 Ｉｔ≦２．０μＡ ・・・（１） である。ただし、Ｉｔは転写電流（μＡ）である。な
お、図３においてトナーの外添剤の量は０．８ｗｔ％で
あったが、トナーの外添剤の量によって画像メモリに関
して違いはない。

【００２４】図４は、３５℃６５％ＲＨ環境下におけ
る、ローラ抵抗と画像メモリの発生しない転写電流との
関係を示した図である。ローラ抵抗を１０⁴ 〜１０⁹ Ω
の範囲で変え、先の実験と同様にして行った。図４か
ら、ローラ抵抗を高くすると、印字デュ−ティによらず
画像メモリを満足する電流値が、印字デュ−ティ０％の
ときの電流値（４．２μＡ）に近づいていくのがわか
る。

【００２５】ローラ抵抗が１０⁸ Ω以上では、画像メモ
リに対して４μＡ以下で良好であり、ローラ抵抗によっ
てほとんど変わらない。これは、ローラ抵抗を高くすれ
ば、黒部と白部のインピーダンスの差が小さくなるため
である。よって、従来用いられていた高抵抗ローラとい
うのは、印字デュ−ティによってほとんど影響を受けな
いため、印字デュ−ティ０％（もしくは非通紙時）にお
いて画像メモリを満足していればほとんど問題がなかっ
た。一方、本発明で用いる接触転写部材は低抵抗である
ため、画像メモリに関する従来の知見では不充分であ
り、画像メモリを満足するためには本発明により定義さ
れる電流値範囲にする必要がある。

【００２６】図５は、図４の結果からローラ抵抗と印字
デュ−ティによらず画像メモリの発生しない転写電流と
の関係を示した図である。用いるローラ抵抗に対し、次
式を満たす転写電流を用いることにより、印字デュ−テ
ィによらず画像メモリを満足できる。

【００２７】 Ｉｔ≦0.825 ｛log(Ｒ)-3.15｝、かつ、Ｉｔ≦４ ・・・（２） ただし、Ｉｔは転写電流（μＡ）、ｌｏｇ（Ｒ）は転写
ローラの抵抗の対数値（Ω）であり、ｌｏｇ（Ｒ）≦９
である。

【００２８】さらに、式（２）はプロセス速度、潜像担
持体の感光層の膜厚、転写ローラと潜像担持体との接触
面における長手方向の長さ、によって変化する。詳しく
は、Ｑ＝Ｃ・Ｖにおいて、静電容量Ｃは、 Ｃ＝εε_o （ｎ・Ｌ／ｄ） であり、電荷Ｑは、 Ｑ＝Ｉ・ｔ＝Ｉ（ｎ／Ｖ_P ） と表せる。ただし、εは真空の誘電率、ε_o は潜像担持
体の感光層の比誘電率、ｎは転写ニップ、Ｌは潜像担持
体と転写ローラの接触面における長手方向の長さ、ｄは
潜像担持体の感光層の膜厚、ｔは時間、Ｖ_P はプロセス
速度である。よって、電流Ｉは、 Ｉ＝｛（εε_o Ｌ／ｄ）Ｖ_P ｝Ｖ ＝｛（εε_o ＬＶ_P ／ｄ｝Ｖ と表せられる。ただし、Ｖは潜像担持体の帯電電位の絶
対値（Ｖ）である。電流Ｉを転写電流Ｉｔに置き換えて
考えれば、転写電流Ｉｔは膜厚ｄと反比例の関係があ
り、長さＬ、速度Ｖ_P とは比例関係にあることがわか
る。

【００２９】このように、転写電流Ｉｔは、潜像担持体
の感光層の膜厚ｄに反比例し、転写ローラの長手方向の
長さＬ、プロセス速度Ｖ_P に比例することがわかるの
で、式（２）から次のように表すことができる。

【００３０】 Ｉｔ≦Ｋ｛log(Ｒ)-3.15｝・Ｌ・Ｖ_P ／ｄ ・・・（Ａ−１） かつ、 Ｉｔ≦Ｋ’・Ｌ・Ｖ_P ／ｄ ・・・（Ａ−２） ただし、Ｋ，Ｋ’は比例定数である。

【００３１】ここで、式（２）を求めるための転写ロー
ラの長手方向の長さＬ、プロセス速度Ｖ_P 、潜像担持体
の感光層の膜厚ｄは、Ｌ＝２２０ｍｍ，Ｖ_P ＝２４ｍｍ
／ｓ，ｄ＝１７μｍであるので、式（２）と式（Ａ−
１），（Ａ−２）の対比から、 0.825｛log(Ｒ)-3.15｝＝Ｋ｛log(Ｒ)-3.15｝・220 ・24／17 ・（Ｂ−１） かつ、 ４＝Ｋ’・220 ・24／17 ・・・（Ｂ−２） となり、この式（Ｂ−１），（Ｂ−２）から、 Ｋ＝0.825 ／（220 ・24／17）＝2.66×10^-3 ・・・（Ｃ−１） Ｋ’＝４／（220 ・24／17）＝1.29×10^-2 ・・・（Ｃ−２） となり、比例定数Ｋ，Ｋ’が定まる。求まったＫ，Ｋ’
をそれぞれ式（Ａ−１），（Ａ−２）に代入すると、式
（２）に示す印字デュ−ティによらず画像メモリを満足
する転写電流Ｉｔは、 Ｉｔ≦2.66×10^-3｛log(Ｒ)-3.15｝・Ｌ・Ｖ_P ／ｄ かつ Ｉｔ≦1.29×10^-2・Ｌ・Ｖ_P ／ｄ ・・・（３） となる。ただし、Ｉｔは転写電流（μＡ）、ｌｏｇ
（Ｒ）は転写ローラの抵抗の対数値（Ω）でありｌｏｇ
（Ｒ）≦９、Ｌは潜像担持体と転写ローラの接触面にお
ける長手方向の長さ（ｍｍ）、Ｖ_P はプロセス速度（ｍ
ｍ／ｓ）、ｄは潜像担持体の感光層の膜厚（μｍ）であ
る。

【００３２】図９は、トナーの外添剤の量と画像濃度を
満足する転写良好域との関係を示した図である。画像濃
度を満足するためには、転写効率９０％以上もしくは紙
上トナー付着量０．７ｍｇ／ｃｍ² 以上を満足する必要
がある。本実施例においては、潜像担持体に現像される
トナーの量が、０．８〜０．９ｍｇ／ｃｍ² であったか
ら、転写効率９０％以上を満たせば充分である。よっ
て、転写効率９０％以上を画像濃度についての転写良好
域とした。図９にあるように、トナーの外添剤の量を多
くするほど画像濃度を満足する転写良好域が広くなる。
したがって、トナーの外添剤の量を多くするほど電源の
精度が必要となくなり電源の低コスト化が実現できた。
また、転写良好域下限の転写電流（画像濃度を満足する
ために最低限必要な転写電流）は、トナーの外添剤の量
によらず０．７μＡである。よって、転写電流は０．７
μＡ以上にする必要がある。また、トナーの外添剤の量
をｘ（単位ｗｔ％）、転写電流をＩｔ（単位μＡ）とし
たとき、画像濃度を満足するためには次式の関係を満た
す必要がある。

【００３３】 0.7 ≦Ｉｔ≦｛14.3（ｘ−0.03）｝^1/2 ・・・（４） さらに、先の式Ｉ＝｛（εε_o ＬＶ_P ／ｄ｝Ｖにおい
て、ｄをトナー層の厚さ、ε_o をトナーの比誘電率、Ｖ
をトナー層に印加される電圧、と置き換えトナーに関し
て考えれば、画像濃度を満足する（トナー層にある電圧
Ｖを印加する）転写電流は、速度Ｖ_P と長さＬに依存し
比例する。

【００３４】したがって、式（４）から次のように表す
ことができる。

【００３５】 ｍ・Ｌ・Ｖ_P ≦Ｉｔ≦｛ｍ’（ｘ−0.03）｝^1/2 ・Ｌ・Ｖ_P ・・（Ｄ） ただし、ｍ，ｍ’は比例定数である。

【００３６】ここで、式（２）を求めるための転写ロー
ラの長手方向の長さＬ、プロセス速度Ｖ_P は、Ｌ＝２２
０ｍｍ，Ｖ_P ＝２４ｍｍ／ｓであるので、式（４）と式
（Ｄの対比から、 0.7＝ｍ・220 ・24 ・・・（Ｅ−１） かつ、 ｛14.3（ｘ−0.03）｝^1/2 ＝｛ｍ’（ｘ−0.03）｝^1/2 ・220 ・24 ・・・（Ｅ−２） となり、この式（Ｅ−１），（Ｅ−２）から、 ｍ＝1.32×10^-4 ・・・（Ｆ−１） となり、また、ｍ’^1/2 ＝（14.3）^1/2 ／（220 ・24）
から、 ｍ’＝5.129 ×10^-7 ・・・（Ｆ−２） となり、比例定数ｍ，ｍ’が定まる。求まったｍ，ｍ’
を式（Ｄ）に代入すると、 1.32×10^-4Ｌ・Ｖ_P ≦Ｉｔ≦｛5.129 ×10^-7・（ｘ−0.03）｝^1/2 ・Ｌ・Ｖ_P ・・・（Ｇ） となる。

【００３７】ここで、式（Ｇ）の右辺は、｛0.5129（ｘ
−0.03）｝^1/2 ・Ｌ・Ｖ_P ・10^-3＝｛（ｘ−0.03）／1.
95｝^1/2 ・Ｌ・Ｖ_P ・10^-3と書き換えられるので、画像
濃度を満足する転写電流は、 1.32×10^-4・Ｌ・Ｖ_P ≦Ｉｔ≦｛（ｘ−0.03）／1.95｝^1/2 ・Ｌ・Ｖ_P ×10^-3 ・・・（５） である。ただし、Ｉｔは転写電流（μＡ）、ｘはトナー
の外添剤の量（ｗｔ％）、Ｌは潜像担持体と転写ローラ
の接触面における長手方向の長さ（ｍｍ）、Ｖ_Pはプロ
セス速度（ｍｍ／ｓ）である。

【００３８】ところで、電源を最大限に低コスト化する
場合、電源の温特、耐久性、ロット間のバラツキなどを
考慮すると、設計値に対し±０．５μＡくらいマージン
として見込む必要があった。よってその場合、転写良好
域として少なくとも１μＡの範囲を確保する必要があ
る。転写良好域下限の転写電流は、トナーの外添剤の量
によらず０．７μＡであるから、上記マージンを確保す
るためには１．７μＡまで転写良好域が存在しなければ
ならない。図９より、それを満足するためにはトナーの
外添剤の量が約０．３ｗｔ％以上必要であることがわか
る。トナーの外添剤の量は、耐久性などを考慮すると
０．４ｗｔ％以上にすることが好ましい。

【００３９】また、トナーの外添剤の量を多くすると転
写良好域が広くなるだけでなく、細線、ドットおよびド
ットの集合体であるグレーパターンなどの画像が高画質
であった。特に０．４ｗｔ％と０．６ｗｔ％との画質の
差は大きく、画質に対しては０．６ｗｔ％以上とするこ
とが効果的であった。よって、トナーの外添剤のより好
ましい量は０．６ｗｔ％以上である。なお、転写ローラ
の抵抗は１０⁴ 〜１０ ⁹ Ωの範囲で使用しているが、ロ
ーラ抵抗によって画像濃度を満足する転写良好域は変わ
らない。

【００４０】図１０は、画像濃度と画像メモリの両方を
満足する転写良好域とローラ抵抗との関係を示した図で
ある。図１０に示す転写良好域（図の斜線部分）を満足
するためには、式（３）、式（５）より次式を満たすよ
うに電源を制御する必要がある。

【００４１】1.32×10^-4・Ｌ・Ｖ_P ≦Ｉｔ≦2.66×10^-3
｛log(Ｒ)-3.15｝・Ｌ・Ｖ_P ／ｄ かつ Ｉｔ≦1.29×10^-2・Ｌ・Ｖ_P ／ｄ ・・・（６） である。ただし、Ｉｔは転写電流（μＡ）、ｌｏｇ
（Ｒ）は転写ローラの抵抗の対数値（Ω）、Ｌは潜像担
持体と転写ローラの接触面における長手方向の長さ（ｍ
ｍ）、Ｖ_P はプロセス速度（ｍｍ／ｓ）、ｄは潜像担持
体の感光層の膜厚（μｍ）である。

【００４２】さらに、式（６）を満たす転写電流Ｉｔに
対し、式（５）を満たすようにトナーの外添剤の量を所
定量にすることが好ましい。

【００４３】また、図１０からローラ抵抗が１０⁴ Ωを
下回ると転写良好域が存在しない。よって、転写ローラ
の抵抗は１０⁴ Ω以上必要である。

【００４４】さらに、先に述べた、電源を最大限に低コ
スト化しようとした場合、転写電流０．７〜１．７の範
囲で転写良好域を確保する必要があるから、図１０より
転写ローラの抵抗は１．６×１０⁵ Ω以上（ｌｏｇ
（Ｒ）≧５．２）必要である。また同時に、先に述べた
ようにトナーの外添剤の量は、０．４ｗｔ％以上必要で
ある。

【００４５】また、転写ローラの抵抗が高い方がより広
い転写良好域を確保することができるから、電源をより
低コスト化できることはもちろん、転写電流の設定にお
いて自由度が増すことになる。例えば、転写電流の設定
を高めにしたい場合や電源の低コスト化等により広い転
写良好域を確保したい場合には、ローラ抵抗はおよそ１
０⁷ Ω以上が好ましく、トナーの外添剤の量は図９（も
しくは式５）に示された画像濃度の転写良好域との関係
から所定量にすればよい。

【００４６】図１１は、画像メモリの良好域（画像メモ
リが発生しない領域）と潜像担持体の感光層の膜厚との
関係を示した図である。図１に示す装置を用い、６×１
０⁶Ωの転写ローラを使用している。本実施例において
潜像担持体の感光層の膜厚は１７μｍであったが、潜像
担持体の感光層の膜厚を厚くした場合、図１１より画像
メモリの良好域が狭くなる傾向にあり好ましくない。さ
らに、潜像担持体の感光層の膜厚がおよそ３０μｍを超
えると、先の述べた、電源を最大限に低コスト化するた
めの良好域が確保できなくなるので、感光層の膜厚は３
０μｍ以下にすることが好ましい。また、用いる転写ロ
ーラの抵抗が狭い範囲に限定され、転写電流の設定にお
いても自由度がなくなるので好ましくない。一方、潜像
担持体の感光層の膜厚を薄くした場合、図１１より画像
メモリは発生しにくくなる傾向にあるから、転写プロセ
スに限って言えば薄い方が好ましい。けれども、感光層
の膜厚は使用するにつれ削られて薄くなっていくため、
少なくとも１０μｍ以上は必要である。

【００４７】図１の装置において、定着器のバックアッ
プローラ２２の抵抗を１０⁶ Ωに変更し、それ以外は図
１に示す画像形成装置と全く同じものを用い、１０℃１
５％ＲＨおよびと３５℃６５％ＲＨ環境下で、実施例と
同様に画像メモリに関する実験を行った。その結果、１
０℃１５％ＲＨ環境下では図３とほぼ同じ結果が得られ
た。けれども、３５℃６５％ＲＨ環境下においては、転
写電流の大半が紙の表面を伝わり接地されたバックアッ
プローラに流れ込み、よって転写電界不足（潜像担持体
方向に流れる電流が不足）による転写不良を招いた。そ
のようなことから、画像メモリは転写電流４μＡでも発
生しなかったが、同時に画像濃度を満足しなかった。

【００４８】これを図１２の転写モデルにより説明す
る。図のＡ方向の系のインピーダンスＺ_a は、紙Ｐの厚
み方向の抵抗Ｒ_pv、トナーＴの静電容量Ｃ_t 、潜像担持
体ＰＣの静電容量Ｃ_pcの合計であり、図のＢ方向の系の
インピーダンスＺ_b は、紙Ｐの表面抵抗Ｒ_ps、定着ロー
ラＦの抵抗Ｒ_f の合計である。インピーダンスＺ_a 、Ｚ
_b の関係がＺ_a ≪Ｚ_b のときにはＡ方向に電流が流れＢ
方向にはほとんど流れない。また、Ｚ_a ≫Ｚ_b のときに
はＢ方向に電流は流れＡ方向にはほとんど流れない。Ａ
方向には容量体であるトナーＴ、潜像担持体ＰＣがある
にも関わらず電流が流れるのは、潜像担持体ＰＣおよび
トナーＴが動いてるため、充電されてはトナーＴ、潜像
担持体ＰＣの新しい部分が転写ニップに到来するためＡ
方向にも電流が流れると考えられる。

【００４９】上記の実験では、Ｚ_a ≫Ｚ_b であったため
図のＢ方向に大半の電流が流れてしまったためと考えら
れ、Ａ方向に所定の電流が流れずトナーＴに所定の電圧
が印加されないため、転写不良が生じ画像濃度を満足で
きなかったと考えられる。

【００５０】また、上記の実験で用いた紙（被転写体）
はコピー用普通紙（紙水分約９％）であったが、同環境
においてそれよりもやや抵抗の高いボンド紙（紙水分約
８％）で同じことを行った。その結果、転写電流１．５
μＡ以上で転写不良のない良好な画像が得られた。ま
た、図１に示す装置の転写定着間の長さ（約５０ｍｍ）
に切ったコピー用普通紙およびボンド紙を、片側表面だ
けに電極を押しあて電流１〜４μＡを印加し表面抵抗を
測定した。その結果、コピー用普通紙が約５×１０⁷
Ω、ボンド紙が約６×１０⁸ Ωであった。よって、図１
２において、Ａ方向のインピーダンスＺ_a とＢ方向のイ
ンピーダンスＺ_b がほぼ同じであり、図１２のＡ方向に
０．７μＡ程度の電流が流れたため良好な画像が得られ
たと考えられる。

【００５１】表１は、図１に示す装置を用いて、バック
アップローラの抵抗、転写電流を変え、電流のリークが
生じずに良好な画像が得られるまで印字を行った結果を
示した表である。また、被転写体としてコピー用普通紙
を用いている。表１から、バックアップローラの抵抗は
およそ１０⁹ Ω以上あれば問題なく転写でき良好な画像
が得られることがわかった。また、先の式Ｉ＝（εε_o
ＬＶ_P ／ｄ）Ｖにおいて、潜像担持体、トナーのインピ
ーダンスＺはＺ＝（ｄ／εε_o ＬＶ_P ）であるから、プ
ロセス速度Ｖ_P と潜像担持体方向の接触転写部材以外の
転写時に紙と接する部材のインピーダンスは反比例の関
係にある。したがって、バックアップローラの抵抗をＲ
とすると、そのインピーダンス（すなわち抵抗）ＲはＲ
＝ｎ／Ｖ _P （ｎ：定数）である。

【００５２】以上からＲ≧１０⁹ Ωであり、Ｖ_P ＝２４
ｍｍ／ｓであるので、ｎ＝24×10⁹＝2.4 ×10¹⁰とな
る。よって、高湿環境において電流のリークを防止する
ためには、接触転写部材を除く、転写時に紙（被転写
体）と接する部材の抵抗Ｒ’（Ω）を、次式を満たすよ
うにする必要がある。

【００５３】 Ｒ’≧２．４×１０¹⁰／Ｖ_P （Ω） ・・・（７） ○：転写不良がなく画像良好 △：やや転写不良気味 ×：転写不良が生じ画 像不良 なお、ヒートローラ、ピックアップローラ、紙ガイドお
よびそれに付随する部材、定着後の排紙ローラ、定着の
紙分離爪、除電ブラシ、除電ローラ、給紙カセット、ス
キュー防止あるいは潜像担持体上のトナー像と同期させ
るためのゲートローラもしくは搬送ローラ、潜像担持体
から被転写体を剥離するための剥離ローラ、潜像担持体
からの被転写体の剥離を検知するための検知部材、給紙
および排紙の紙検知センサーの被転写体と触れる部分の
部材、などにおいても同様のことがいえることは言うま
でもない。また、転写時に紙（被転写体）と接する部材
が式（７）を満たさない場合でも、部材を電気的にフロ
ート状態にすることで電流のリークが防止できることは
言うまでもない。

【００５４】なお、本実施例では接触転写部材として転
写ローラを用いているが、ベルト、ブレード、ブラシな
どを用いても本発明による効果は得られる。ただし、ベ
ルトに至っては装置の大型化、コストアップを招きやす
く、ブラシに至っては潜像担持体を傷つけやすいなどの
理由から、転写ローラを用いることが好ましい。また、
本発明に用いる接触転写部材は、印加する電流値に対す
る抵抗値の変動（以下、電流依存性という）が大きい
と、白部に電流がより流れやすくなり画像メモリに対し
て悪影響を及ぼすため、電流依存性は小さい方が好まし
い。

【００５５】また、本発明における接触転写装置に用い
るトナーの外添剤としては、種種のものを使用すること
ができる。例えば、シリカ、アルミナ、酸化チタン、酸
化スズ、酸化亜鉛などの金属酸化物、およびこれらの複
合酸化物の無機微粒子。さらに、アクリル微粒子等の有
機微粒子を用いることができる。また、外添剤の粒径と
しては０．００１〜１μｍであることが好ましい。ま
た、本発明における転写装置に用いるトナーの外添剤の
表面処理剤として、シラン系カップリング剤、チタネー
ト系カップリング剤、フッ素含有シランカップリング
剤、シリコーンオイル等を用いることができる。

【００５６】本発明に用いる転写ローラとしては実施例
中に述べた発泡ゴムローラ（弾性フォームローラ）以外
にも、スキン付きの導電性発泡ゴムを用いた単層の導電
性発泡ゴムローラや、滲み出し防止層、抵抗調整層、保
護層など設けた多層の導電性発泡ゴムローラ（あるいは
導電性ソリッドゴムローラ）を用いても同等の効果を有
することが確認された。

【００５７】また、帯電手段としては、ブレード、ブラ
シ、フィルム、ベルト等の接触帯電やコロナ帯電器など
の被接触帯電が適用でき、帯電手段が帯電ローラに限定
されるものではない。また、帯電手段に接続される電源
は定電圧電源に限定されるものではなく定電流電源を用
いてもよい。その場合、帯電電流を少なくとも転写電流
より大きくする必要があることは言うまでもない。ま
た、現像器の現像方式は本実施例では接触（圧接）現像
を用いたが、非接触（ジャンピング）現像でも構わな
い。また、本実施例では被転写体の搬送面が主に紙ガイ
ドで形成されているが、ベルト等の移動可能な部材を用
いてもよい。

【００５８】

【発明の効果】以上述べてきたように本発明は、印字デ
ュ−ティと画像メモリの関係を見いだし、ローラ抵抗と
転写電流との関係を最適化したことにより、さらにはト
ナーの外添剤の量と転写電流との関係を最適化したこと
により、低抵抗の接触転写部材を用いても画像メモリの
発生しない良好な画像が得られる接触転写装置を提供で
きる。

【００５９】さらに、接触転写部材が低抵抗であるから
発生する転写電圧を小さくでき、よって電源を小さくで
き、低コストで小型な接触転写装置を提供できる。

【００６０】さらに、本発明に用いる接触転写部材は、
抵抗値の製造バラツキが小さく、接触転写部材の抵抗値
変動に対する転写電圧の変動が小さいから、電源に余計
なマージンを必要とせず、低コストで小型な接触転写装
置を提供できる。

【００６１】さらに、トナーの外添剤の量を最適化する
ことにより広い転写良好域を確保できるから、電源の精
度を必要とせず、低コストの定電流制御を用いた接触転
写装置を提供できる。

【００６２】さらに、少なくとも転写時に被転写体
（紙）と接する部材の抵抗を１０⁹ Ω以上とすることで
高湿環境下での電流のリークを防止し、環境によらず一
定電流での転写を可能にするとともに、電流リーク分の
余分な電流を必要としないため電源を小さくできシンプ
ルで低コストな接触転写装置を提供できる。

【００６３】以上のような構成にすることにより、低コ
スト化や小型化に有利であり、低価格小型機種、特にパ
ーソナル向けのプリンタ等の接触転写装置および画像形
成装置には特に有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を用いた転写装置および周辺主要部の側
面概略図。

【図２】低温低湿環境下における、転写ローラの抵抗と
転写電圧の関係を示した図。

【図３】低温低湿環境下および高温高湿下における、印
字デュ−ティと画像メモリの発生する転写電流との関係
を示す図。

【図４】高温高湿下における、ローラ抵抗による印字デ
ュ−ティとメモリの発生する転写電流の関係の違いを示
す図。

【図５】ローラ抵抗と画像メモリの良好域との関係を示
す図。

【図６】低温低湿環境下における、転写電流３μＡのと
きの印字デュ−ティと潜像担持体の帯電後表面電位の関
係を示す図。

【図７】本発明の実施例における、黒部の帯電後表面電
位を測定するための画像パターンを示した図。

【図８】本発明の実施例における白部の帯電後表面電位
を測定するための画像パターンを示した図。

【図９】トナーの外添剤の量と画像濃度を満足する転写
良好域との関係を示した図。

【図１０】ローラ抵抗と転写良好域（画像濃度を満足し
画像メモリの発生しない領域）との関係を示す図。

【図１１】潜像担持体の感光層の膜厚と画像メモリの良
好域の関係を示した図。

【図１２】本発明の作用を説明するためにローラ転写を
等価回路によりモデル化した図。

【符号の説明】

１ 潜像担持体 １２ 被転写体 １３ 転写ローラ １４ 定電流電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古賀 欣郎 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内 (72)発明者 高畑 俊哉 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 潜像担持体に圧接してなる接触転写部材
   を有し、前記接触転写部材を定電流電源に接続して、前
   記潜像担持体上のトナーを被転写体に転写する定電流電
   源を用いた接触転写装置の電流値を定める方法におい
   て、 接触転写部材と潜像担持体との接触面における長手方向
   の長さＬ（ｍｍ）、プロセス速度Ｖ_P （ｍｍ／ｓ）、潜
   像担持体の感光層の膜厚ｄ（μｍ）、感光層の比誘電率
   ε_o が所定の値に定まってなる接触転写装置を用いて、
   接触転写部材の抵抗Ｒ（Ω）を変化させたときの印字デ
   ュ−ティによらず画像メモリの発生しない転写電流Ｉｔ
   （μＡ）の関係を実測して、転写電流Ｉｔが満足すべき
   上限を不等式化し、 その転写電流Ｉｔが、感光層の膜厚ｄと反比例の関係に
   あり、接触面における長手方向の長さＬ、プロセス速度
   Ｖ_P と比例関係にある関数以下のときに印字デュ−ティ
   によらず画像メモリが発生しないことと、実測により得
   られた不等式の上限の式が接触転写装置に定まっている
   具体的な接触面における長手方向の長さ、プロセス速
   度、感光層の膜厚の値のときの前記関数の値であること
   とから、実測で得られた不等式の上限の式を接触面にお
   ける長手方向の長さＬ、プロセス速度Ｖ_P 、感光層の膜
   厚ｄについて一般化することにより、接触転写部材の抵
   抗Ｒ、接触面における長手方向の長さＬ、プロセス速度
   Ｖ_P 、感光層の膜厚ｄに対して転写電流Ｉｔが満足すべ
   き範囲を求めることを特徴とする定電流電源を用いた接
   触転写装置の電流値を定める方法。
2. 【請求項２】 接触転写部材と潜像担持体との接触面に
   おける長手方向の長さＬ（ｍｍ）、プロセス速度Ｖ
   _P （ｍｍ／ｓ）、潜像担持体の感光層の膜厚ｄ（μ
   ｍ）、感光層の比誘電率ε_o が所定の値に定まってなる
   接触転写装置を用いて、転写良好域下限の転写電流を実
   測して、転写電流Ｉｔが満足すべき下限を不等式化し、 その転写電流Ｉｔが、接触面における長手方向の長さ
   Ｌ、プロセス速度Ｖ_P と比例関係にある関数以上のとき
   に転写良好となることと、実測により得られた不等式の
   下限の式が接触転写装置に定まっている具体的な接触面
   における長手方向の長さ、プロセス速度の値のときの前
   記関数の値であることとから、実測で得られた不等式の
   下限の式を接触面における長手方向の長さＬ、プロセス
   速度Ｖ_P について一般化することにより、接触面におけ
   る長手方向の長さＬ、プロセス速度Ｖ_P に対して転写電
   流Ｉｔが満足すべき範囲を求めることを特徴とする請求
   項１記載の定電流電源を用いた接触転写装置の電流値を
   定める方法。
3. 【請求項３】 接触転写部材と潜像担持体との接触面に
   おける長手方向の長さＬ（ｍｍ）、プロセス速度Ｖ
   _P （ｍｍ／ｓ）、潜像担持体の感光層の膜厚ｄ（μ
   ｍ）、感光層の比誘電率ε_o が所定の値に定まってなる
   接触転写装置を用いて、トナーの外添剤の量ｘ（単位ｗ
   ｔ％）を変化させたときの画像濃度を満足する転写電流
   Ｉｔ（μＡ）の関係を実測して、転写電流Ｉｔが満足す
   べき上限を不等式化し、 その転写電流Ｉｔが接触面における長手方向の長さＬ、
   プロセス速度Ｖ_P と比例関係にある関数以下のときに転
   写良好となることと、実測により得られた不等式の上限
   の式が接触転写装置に定まっている具体的な接触面にお
   ける長手方向の長さ、プロセス速度の値のときの前記関
   数の値であることとから、実測で得られた不等式の上限
   の式を接触面における長手方向の長さＬ、プロセス速度
   Ｖ_P について一般化することにより、トナーの外添剤の
   量ｘ、接触面における長手方向の長さＬ、プロセス速度
   Ｖ_P に対して転写電流Ｉｔが満足すべき範囲を求めるこ
   とを特徴とする請求項２記載の定電流電源を用いた接触
   転写装置の電流値を定める方法。