JP2006047621A - 画像形成装置用転写ベルト - Google Patents

Abstract

【課題】 ベース層と表層を有する画像形成装置用の多層の転写ベルトであって、大きな表面抵抗率、優れた離トナー性、優れた非汚染性、さらに安定した体積抵抗値などを有する画像形成装置用転写ベルトを提供すること。
【解決手段】 ベース層上に、イオン導電化されたエラストマー、特にウレタンにより形成される弾性層と、フッ素含有ポリマーにより形成される表層を有することを特徴とする画像形成装置用転写ベルト。特に、弾性層の抵抗値（Ω）が、ベース層の抵抗値（Ω）より大きいことを特徴とする画像形成装置用転写ベルト。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子写真方式を用いた画像形成装置、特にカラー複写機、カラーレーザープリンターなどのカラー画像形成装置において、感光ドラム上のトナー像を転写材（紙）に転写するために用いられる画像形成装置用転写ベルトに関するものである。

カラー複写機、カラーレーザープリンターなどのカラー画像形成装置における画像の転写方式として、感光ドラム上に形成されたトナー像を、画像形成装置用転写ベルトを用いて転写材（紙）に転写する方式が、標準的になりつつある。

図６は、この方式の１つである中間転写方式の概略を示す説明図である。図６に示す通り、トナー１と現像ローラ２により、感光ドラム３上に、トナー像が形成される。この方式は、４連タンデム方式であるため、４色のトナーとそれぞれに対応する現像ローラ、感光ドラムが、設けられている。感光ドラム３上に形成されたトナー像は、一次転写ローラ４と、感光ドラム３と、画像形成装置用転写ベルト５とにより、画像形成装置用転写ベルト５に転写される。形成されたカラー画像は、二次転写ローラ６と、画像形成装置用転写ベルト５と、転写材（紙）７とにより、転写材（紙）７に転写され、定着ローラ（図示されていない。）により定着される。多重転写式の場合も、基本的な原理は、同様である。

これらの方式で用いられる画像形成装置用転写ベルトについては、ベルトの周方向の大きな抵抗率（表面抵抗率）、および表面抵抗率よりは小さい厚み方向の抵抗率（体積抵抗値）を有し、かつこれらの抵抗率がベルト面上の位置、使用環境、電圧などにより変動しないこと、ベルトの周方向の引張弾性率が高いこと、表面が平滑でかつ接触角が大きくトナーがベルトから転写材（紙）に転写されやすいこと（優れた離トナー性）、感光ドラムやトナーなどを化学的に汚染しないこと（優れた非汚染性）、難燃性であること、などの特性が望まれている。

単層の画像形成装置用転写ベルトにより、これらの多数の特性を満たすことは困難であるので、多層からなる画像形成装置用転写ベルトが提案されており、例えば、特開２００２−２８７５３１号公報には、低抵抗値の熱可塑性エラストマーのベース層と、高抵抗値の熱可塑性エラストマーの表層とを有し、前記ベース層と前記表層とが加熱成形により形成されていることを特徴とする画像形成装置用転写ベルトが開示されている。

また、近年は、厚み方向に弾性を有する画像形成装置用転写ベルトも望まれており、この性質を満たす画像形成装置用転写ベルトとして、上記のようなベース層と表層に加えて、弾性体により形成される弾性層を有するものも考えられる。

この多層の画像形成装置用転写ベルトにおいては、ベルトの周方向の高引張弾性率はベース層により、厚み方向の弾性は弾性層により達成される。一方、安定した体積抵抗値は、ベース層および弾性層を形成する材質の選択などにより制御される。また、大きな表面抵抗率、優れた離トナー性、優れた非汚染性は、表層により達成されることが望まれる。

しかし、従来は、これらの特性を十分に満足する表層は得られていなかった。
特開２００２−２８７５３１号公報（請求項１）

本発明は、ベース層と表層を有する画像形成装置用の多層の転写ベルトであって、大きな表面抵抗率、優れた離トナー性、優れた非汚染性、さらに安定した体積抵抗値などを有する画像形成装置用転写ベルトを提供することをその課題とする。

本発明者は、鋭意検討の結果、表層をフッ素含有ポリマーにより形成すると共に、ベース層と表層の間に、イオン導電化されたエラストマーにより形成される弾性層を設けることにより前記課題が達成されることを見出し、本発明を完成した。

本発明の請求項１は、
ベース層上に、
イオン導電化されたエラストマーにより形成される弾性層と、
フッ素含有ポリマーにより形成される表層
を有することを特徴とする画像形成装置用転写ベルトを提供するものである。

本発明は、表層として、フッ素含有ポリマーにより形成される表層が用いられているため、大きな表面抵抗率、優れた離トナー性、優れた非汚染性を達成することができる。

特に近年、画像形成装置のカラー化、高画質化に対応できるトナーの開発が活発に進められており、これらの中には、離型性、耐汚染性が不十分なものが多く、従来のポリイミド、ポリアミドイミドなどの単層の画像形成装置用転写ベルトや、ウレタンやシリコン等をスプレーコートした多層の画像形成装置用転写ベルトでは、これらに十分対応することができなかった。しかし、本発明により、これらに十分対応することができ画像形成装置用転写ベルトが得られるようになった。

さらに、本発明は、ベース層と表層の間に、エラストマーにより形成される弾性層が設けられているため、厚み方向の十分な柔軟性を有している。

本発明により、従来の単層の画像形成装置用転写ベルトでは得られなかった弾性により、トナーを潰すことなく、搬送ができ、高画質化に対応できる画像形成装置用転写ベルトが得られるようになった。

また、エラストマーとして、イオン導電化されたエラストマーが用いられているため、体積抵抗値を安定的に制御することができる。イオン導電化は、イオン導電性物質を分散させて導電性を持たせることなどにより行うことができる。

なお、本発明の転写ベルトは、画像形成装置用であり、感光ドラムなどに形成されたトナー像を、紙などの転写材に転写する機能を有するものである。ここで、画像形成装置としては、電子写真方式を用いた複写機、レーザープリンターなどが挙げられるが、これらに限定されず、トナー像を形成し、これを転写材に転写することにより転写材上に画像を形成する機能を有する装置全てを含む。

本発明の画像形成装置用転写ベルトのベース層は、高弾性率の材質から形成され、画像形成装置用転写ベルトに高い引張弾性率を与えるものである。

弾性層のエラストマーとしては、ウレタン、アクリロニトリルブタジエンゴム、エチレンゴム、シリコンゴム、ポリアミド等が挙げられるが、ウレタンを用いることが最も好ましい。

本発明の請求項２は、この好ましい態様に該当し、上記の画像形成装置用転写ベルトであって、エラストマーが、ウレタンであることを特徴とする画像形成装置用転写ベルトを提供するものである。

ベース層を形成する高弾性率の材質としては、弾性率１ＧＰａ以上の材質が好ましく、特に、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、またはポリビニリデンフロライド（ＰＶＤＦ）が好ましい。なかでも、カーボン導電化されたポリイミド（ＰＩ）、カーボン導電化されたポリアミドイミド（ＰＡＩ）、またはカーボン導電化されたポリビニリデンフロライド（ＰＶＤＦ）が、高い弾性率を有するため好ましい。

請求項３は、この好ましい態様に該当するものであり、前記の画像形成装置用転写ベルトであって、ベース層が、カーボン導電化されたポリイミド（ＰＩ）、カーボン導電化されたポリアミドイミド（ＰＡＩ）、またはカーボン導電化されたポリビニリデンフロライド（ＰＶＤＦ）により形成されていることを特徴とする画像形成装置用転写ベルトを提供するものである。

ベース層の厚みは、画像形成装置用転写ベルトの周方向の高い引張弾性率を画像形成装置用転写ベルトに付与する点等から、３０〜１００μｍの範囲が好ましく、特に４０〜８０μｍの範囲が好ましい。

画像形成装置用転写ベルトにおいては、主にベース層により、抵抗値を制御した場合、面内ばらつきや、電圧依存性が出てしまう。このため、弾性層により抵抗値を制御することが好ましいこと、そのためには、弾性層の抵抗値を、ベース層の抵抗値より大きくすればよいことが分かった。

請求項４は、この好ましい態様に該当するものであり、前記の画像形成装置用転写ベルトであって、弾性層の抵抗値（Ω）が、ベース層の抵抗値（Ω）より大きいことを特徴とする画像形成装置用転写ベルトを提供するものである。

弾性層の抵抗値は、より画像形成装置用転写ベルトの抵抗値を安定して制御する観点、および実用上の観点より、抵抗値をΩで表した場合、ベース層の抵抗値（Ω）の１０倍以上、１０^８倍以下であることが好ましい。

請求項５は、この好ましい態様に該当するものであり、前記の画像形成装置用転写ベルトであって、弾性層の抵抗値（Ω）が、ベース層の抵抗値（Ω）の１０倍以上、１０^８倍以下であることを特徴とする画像形成装置用転写ベルトを提供するものである。

弾性層の体積抵抗値は、トナーの受け渡しの点より、１０^８〜１０^１４Ω・ｃｍであることが好ましい。

請求項６は、この好ましい態様に該当するものであり、前記の画像形成装置用転写ベルトであって、弾性層の体積抵抗値が、１０^８〜１０^１４Ω・ｃｍであることを特徴とする画像形成装置用転写ベルトを提供するものである。

弾性層の厚みは、厚み方向の適度な弾性（柔軟性）を画像形成装置用転写ベルトに付与する点等から、５０〜３００μｍの範囲が好ましく、特に１００〜２５０μｍの範囲が好ましい。

表層を形成するフッ素含有ポリマーとしては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキビニルエーテル（ＰＦＡ）が、接触角が高く（大きく）、トナー等の付着物をきれいに剥がせることができるため好ましい。

請求項７は、この好ましい態様に該当するものであり、前記の画像形成装置用転写ベルトであって、フッ素含有ポリマーが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、またはテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキビニルエーテル（ＰＦＡ）であることを特徴とする画像形成装置用転写ベルトを提供するものである。

表層を形成するフッ素含有ポリマーとしては、ビニリデンフロライド、トリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン、テトラフルオロプロピレン、ヘキサフルオロプロピレンなどの単量体の重合体、共重合体も例示される。中でも、ビニリデンフロライドを含む単量体の重合体、すなわちビニリデンフロライドの単独重合体（ポリビニリデンフロライド）やビニリデンフロライドを含む２種以上の単量体の共重合体が、好ましく例示される。これらは、柔軟性にも富んでおり、弾性層の弾性を阻害しにくいとの利点も有する。

本発明の請求項８は、この好ましい態様に該当するものであり、前記の画像形成装置用転写ベルトであって、フッ素含有ポリマーが、ビニリデンフロライドを含む単量体の重合体であることを特徴とする画像形成装置用転写ベルトを提供するものである。

ビニリデンフロライドを含む単量体の重合体の中でも、ポリビニリデンフロライド（ＰＶＤＦ）が、接触角が高いので好ましい。

また、ポリビニリデンフロライド（ＰＶＤＦ）は、フッ素含有ポリマーの中では、比較的融点が低く、ウレタン（分解温度約１７０℃）などの弾性層を劣化させない温度（約１６０℃）で、アニール（焼付け）を行うことができる場合が多く、その結果、離トナー性を向上させることができるという利点も有する。

本発明の請求項９は、この好ましい態様に該当するものであり、前記の画像形成装置用転写ベルトであって、フッ素含有ポリマーが、ポリビニリデンフロライド（ＰＶＤＦ）であることを特徴とする転写ベルトを提供するものである。

また、ビニリデンフロライドを含む単量体の重合体の中でも、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレンおよびビニリデンフロライドの共重合体（ＴＨＶ）が、接触角が特に高く、ブリードが非常に少なく、非汚染性も特に優れており、特に好ましい。

また、ポリビニリデンフロライド（ＰＶＤＦ）同様に、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレンおよびビニリデンフロライドの共重合体（ＴＨＶ）は、フッ素含有ポリマーの中では、比較的融点が低く、ウレタン（分解温度約１７０℃）などの弾性層を劣化させない温度（約１６０℃）で、アニール（焼付け）を行うことができる場合が多く、その結果、離トナー性を向上させることができるという利点も有する。

請求項１０は、この好ましい態様に該当するものであり、前記の画像形成装置用転写ベルトであって、フッ素含有ポリマーが、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、およびビニリデンフロライドの共重合体（ＴＨＶ）であることを特徴とする画像形成装置用転写ベルトを提供するものである。

本発明は、ベース層、弾性層、表層のみからなる画像形成装置用転写ベルトに限られず、求められる特性に応じて、さらに他の層を設けた画像形成装置用転写ベルトも含まれる。

このような場合においても、表層の厚みは、好ましくは、１〜１５μｍの範囲である。この範囲であれば、十分な耐摩耗性と柔軟性を両立させることができる。

ベース層は、画像形成装置用転写ベルトに周方向の引張弾性率を与え、弾性層は、積層方向の弾性率を与える。また、ベース層の抵抗値を下げすぎると、電流は積層方向に流れずに、周方向に流れるので、これを避ける必要がある。ベース層の厚さと、弾性層の厚さには、適切な関係にあることが好ましく、弾性層の厚みが、ベース層の厚みの１〜１０倍、特に２〜４倍であることが好ましい。

本発明の画像形成装置用転写ベルトには、転写と定着を同時に行なう画像形成装置用転写定着ベルトも含まれ、特に効率化の面からこのような画像形成装置用転写ベルトに、本発明を適用することは好ましいことである。

本発明の請求項１１は、この好ましい態様に該当し、上記の画像形成装置用転写ベルトであって、画像形成装置用転写ベルトが、画像形成装置用転写定着ベルトであることを特徴とする画像形成装置用転写ベルトを提供するものである。

本発明は、表層として、フッ素含有ポリマーにより形成される表層が用いられているため、大きな表面抵抗率、優れた離トナー性、優れた非汚染性を達成することができる。

さらに、本発明は、ベース層と表層の間に、エラストマーにより形成される弾性層が設けられているため、厚み方向の十分な柔軟性を有している。

また、エラストマーとして、イオン導電化されたエラストマーが用いられているため、体積抵抗値を安定的に制御することができる。

また、弾性層の抵抗値が、ベース層の抵抗値より大きい場合は、弾性層のみにより、画像形成装置用転写ベルトの安定した抵抗値の制御ができる。

以下に実施例を示すが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、以下の実施例に対して種々の変更を加えることが可能である。

先ず、図２に示す通り、内面を鏡面加工した熱膨張係数１．７６×１０^７／℃の鋼鉄製の外筒８の内面に、ＰＴＦＥのディスパージョンに導電性酸化亜鉛（ＺｎＯ）を分散させ、ディップ法により塗布し、３８０℃で焼成し、体積抵抗率が１０^１１Ω・ｃｍの表層９を設けた。

さらに、表層９上に、酢酸ブチルに溶融したＴＨＶを、ディップ法により製膜して、乾燥させ、体積抵抗率１０^１０Ω・ｃｍのバインダー層１４を設けた。さらに、バインダー層１４を、ＰＴＦＥとＴＨＶの融点を越える３５０℃で加熱し、表層９に密着させた。

次に、図３に示す通り、ドラム状金型１０表面に、カーボン導電処理を行い、体積抵抗率を１０^８Ω・ｃｍに調整したポリイミドを製膜し、３８０℃で焼成し、ベース層１１を設けた。

さらに、ベース層１１上に、イオン導電処理を行い、体積抵抗率が、１０^９Ω・ｃｍになる様に調整したイオン導電化された水性ウレタンを塗布し、乾燥させて弾性層１２を設けた。

次に、ドラム状金型１０表面に設けられたベース層１１と弾性層１２の複合体を、ドラム状金型１０から剥がし、円筒状に形成された複合体を、図４に示す通り、ＭＣナイロン製の熱膨張係数８．０×１０^７／℃の中子１３外周に嵌め込んだ。

次に、図５に示す通り、ベース層１１と弾性層１２の複合体が嵌め込まれた中子１３を、バインダー層１４と表層９の複合層が内面に設けられた外筒８に挿入し、真空中で１５０℃に加熱した。この加熱により、外筒８と中子１３の熱膨張係数には差があるため、熱膨張した中子１３が、外筒８の内面を押圧し、ベース層１１と弾性層１２の複合層と、バインダー層１４と表層９の複合層との図１に示される４層構造の複合体が得られた。

次に、中子１３、外筒８を冷却し、これらから４層構造の複合体を分離し、画像形成装置用転写ベルトを得た。

得られた画像形成装置用転写ベルトは、厚み６０μｍのベース層（ポリイミド）上に、厚み２００μｍの弾性層（イオン導電化されたウレタン）と、厚み１μｍのバインダー層（ＴＨＶ）と、厚み５μｍの表層（ＰＴＦＥ）を有する画像形成装置用転写ベルトであり、表面抵抗率、離トナー性、非汚染性共に優れた画像形成装置用転写ベルトを得ることができた。

また、画像形成装置用転写ベルトの体積抵抗値は、弾性層１２により安定して制御されていた。

なお、前記実施例においては、中子１３により外筒８の内面を押圧し、ベース層１１と弾性層１２の複合層と、バインダー層１４と表層９の複合層との複合体を得る方法として、中子１３と外筒８の熱膨張係数の差を利用したが、このような方法以外の例えば空気圧を利用したり、瞬時の爆発力を利用する方法によってもよい。

本発明の画像形成装置用転写ベルトの一例を示す断面図である。 本発明の画像形成装置用転写ベルトの製造方法の一例を示す図である。 本発明の画像形成装置用転写ベルトの製造方法の一例を示す図である。 本発明の画像形成装置用転写ベルトの製造方法の一例を示す図である。 本発明の画像形成装置用転写ベルトの製造方法の一例を示す図である。 画像形成装置用転写ベルトが用いられる画像転写方式の概略を示す説明図である。

符号の説明

１ トナー
２ 現像ローラ
３ 感光ドラム
４ 一次転写ローラ
５ 画像形成装置用転写ベルト
６ 二次転写ローラ
７ 転写材
８ 外筒
９ 表層
１０ ドラム状金型
１１ ベース層
１２ 弾性層
１３ 中子
１４ バインダー層

Claims (11)

1. ベース層上に、
   イオン導電化されたエラストマーにより形成される弾性層と、
   フッ素含有ポリマーにより形成される表層
   を有することを特徴とする画像形成装置用転写ベルト。
2. エラストマーが、ウレタンであることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置用転写ベルト。
3. ベース層が、カーボン導電化されたポリイミド（ＰＩ）、カーボン導電化されたポリアミドイミド（ＰＡＩ）、またはカーボン導電化されたポリビニリデンフロライド（ＰＶＤＦ）により形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像形成装置用転写ベルト。
4. 弾性層の抵抗値（Ω）が、ベース層の抵抗値（Ω）より大きいことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の画像形成装置用転写ベルト。
5. 弾性層の抵抗値（Ω）が、ベース層の抵抗値（Ω）の１０倍以上、１０^８倍以下であることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置用転写ベルト。
6. 弾性層の体積抵抗値が、１０^８〜１０^１４Ω・ｃｍであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の画像形成装置用転写ベルト。
7. フッ素含有ポリマーが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、またはテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキビニルエーテル（ＰＦＡ）であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の画像形成装置用転写ベルト。
8. フッ素含有ポリマーが、ビニリデンフロライドを含む単量体の重合体であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の画像形成装置用転写ベルト。
9. フッ素含有ポリマーが、ポリビニリデンフロライド（ＰＶＤＦ）であることを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置用転写ベルト。
10. フッ素含有ポリマーが、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、およびビニリデンフロライドの共重合体（ＴＨＶ）であることを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置用転写ベルト。
11. 画像形成装置用転写ベルトが、画像形成装置用転写定着ベルトであることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の画像形成装置用転写ベルト。

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