JP2006171572A - 中間転写ベルト及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】像担持体200上に順次形成される複数のカラートナー現像画像を中間転写ベルト501上に順次重ね合わせて一次転写を行い、得られた一次転写画像を被記録媒体Pに一括して二次転写する画像形成装置に用いる中間転写ベルトにおいて、該中間転写ベルトのループステフネスが30〜150mNであることを特徴とする中間転写ベルト。
【選択図】図1
Description
特許第3466849号公報(特許文献1)では、10MPa以上の弾性率でマイクロ硬度が90度以下の中間転写ベルトが提案されている。
特開平10−186893号公報(特許文献2)では、JIS−A硬度が85度以下の弾性層を有する中間転写ベルトが提案されている。
しかしながら、これらは柔軟で伸びが大きいものであり、ベルトの伸びにより色ずれが発生しやすく好ましくない。
特開平11−170389号公報(特許文献4)では、弾性率3000MPaの熱可塑性ポリイミドによる中間転写ベルトが提案されている。
しかしながら、これらは押し出し成形により成形されるものであり、膜厚100μm以上の厚いものとなり、虫食い版画を充分に改善できない。
しかしながら、転写ロールへの追従性は向上しても潜像担持体との転写圧、紙との転写圧の改善は不充分であり、虫食い版画が充分に改善できない。
特許第3468322号公報(特許文献7)、及び特開平11−38832号公報(特許文献8)では表面に滑剤を含有する塗布液を塗布した中間転写体が提案されている。
しかしながら、これらは画像の中抜け防止等を目的としているものの、その効果は満足できるものではない。
しかしながら、これは色ずれや画像の飛び散り等を改善するものであり、中抜け防止については満足できるものではない。
(1)「像担持体上に順次形成される複数のカラートナー現像画像を中間転写ベルト上に順次重ね合わせて一次転写を行い、得られた一次転写画像を被記録媒体に一括して二次転写する画像形成装置に用いる中間転写ベルトにおいて、該中間転写ベルトの下記条件下で測定したループステフネスが30〜150mNであることを特徴とする中間転写ベルト。
ループステフネス測定条件:
装置;ループステフネステスタDA(東洋精機)
ループ(サンプル)形状;長さ100mm、幅20mm
圧子の種類;φ20mm円板
圧子の押し込み速度;3.3mm/sec
測定データ;圧子がループと接触した時点から20mm押し込んだときに
ロードセルに検出される負荷荷重値を採用する。」;
(2)「該中間転写ベルトのJIS−K7127による弾性率が、3000〜6000MPaであることを特徴とする前記(1)に記載の中間転写ベルト」;
(3)「該中間転写ベルトのJIS−K7127による引き裂き強度が、4N/mm以上であることを特徴とする前記(1)又は(2)に記載の中間転写ベルト」;
(4)「該中間転写ベルトが、少なくとも充填剤を含有するポリイミド樹脂からなることを特徴とする前記(1)〜(3)のいずれかに記載の中間転写ベルト」;
(5)「該ポリイミドが、少なくとも4,4’−ジアミノジフェニルエーテルを重合成分として用いたものであることを特徴とする前記(4)に記載の中間転写ベルト」;
(6)「充填剤、ポリイミド前駆体、有機極性溶媒を含有する塗工液を支持体に塗布・流延する工程と、支持体に塗布・流延された塗膜中の溶媒を加熱により除去する工程と、さらに昇温加熱して塗膜中に含まれる前駆体のイミド化を促進する工程と、形成された薄膜を支持体から離型し、シームレスベルトとする工程とを含む方法により製造されることを特徴とする前記(4)又は(5)に記載の中間転写ベルト」;
(7)「像担持体上に順次形成される複数のカラートナー現像画像を中間転写ベルト上に順次重ね合わせて一次転写を行い、得られた一次転写画像を被記録媒体に一括して二次転写する画像形成装置において、該中間転写ベルトが前記(1)〜(6)いずれかに記載の中間転写ベルトであることを特徴とする画像形成装置」;
(8)「該画像形成装置がフルカラー画像形成装置であって、各色の現像器を有する複数の潜像担持体を直列に配置してなることを特徴とする前記(7)に記載の画像形成装置」。
(2)の発明によって、連続使用における伸びや長期静置による変形がない中間転写ベルトとすることができる。
(3)の発明によって、長期使用における中間転写ベルトの割れなどの発生が抑制される。
(4)の発明により、中間転写ベルトとしての最適な構成を実現できる。
(5)の発明により、より作用効果の高い中間転写ベルトが得られる。
(6)の発明により、本発明に規定する特性を実現する中間転写ベルトを最適に製造することができる。
(7)の発明により、長期に渡り虫食い版画が発生しない高品質な画像形成装置を提供することができる。
(8)の発明により、品質を維持したまま、より高速化に適応したフルカラー画像形成に好適な画像形成装置を提供することができる。
本発明の中間転写ベルトは、その構成材料として一般の汎用の樹脂に電気抵抗を調整する充填剤を含有してなるものが挙げられる。該樹脂としては、難燃性の観点からPVdF、ETFEなどのフッ素系樹脂、ポリイミドまたはポリアミドイミド等が好ましい。電気抵抗を調整する充填剤としては、カーボンブラック、黒鉛、または、銅、スズ、アルミニウム、インジウム等の金属や、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化インジウム、酸化アンチモン、酸化ビスマス、アンチモンをドープした酸化スズ、スズをドープした酸化インジウム等の金属酸化物微粉末などがあげられる。また、これらにイオン電導性抵抗制御材として、テトラアルキルアンモニウム塩、トリアルキルベンジルアンモニウム塩、アルキルスルホン酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルサルフェート、グルセリン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレン脂肪アルコールエステル、アルキルベタイン、過塩素酸リチウムなどを併用して用いてもよい。なお、本発明における抵抗制御材は、これらの例示化合物に限定されるものではない。また、必要に応じて、補強材、潤滑材、熱伝導材、酸化防止剤などの添加剤を含有してもよい。抵抗制御剤は、好ましくは表面抵抗で1×108〜1×1013Ω/□、体積抵抗で1×106〜1×1012Ω・cmになる量を含有させるが、機械強度の面から、膜が脆く割れやすくならない程度の添加量で達成できるものを選択する。上記樹脂に抵抗制御剤を含有したものを、例えば押し出し成形、射出成形、遠心成形、浸漬塗工などの成形方法にてシームレス状等の中間転写ベルトに成形する。
ループステフネスの測定条件:
装置;ループステフネステスタDA(東洋精機)
ループ(サンプル)形状;長さ100mm、幅20mm
圧子の種類;φ20mm円板
圧子の押し込み速度;3.3mm/sec
測定データ;圧子がループと接触した時点から20mm押し込んだときに
ロードセルに検出される負荷荷重値を採用する。
このため、膜厚として40〜80μm程度で適正なステフネスが得られる組成の組み合わせを選択することが好ましい。
また、抵抗制御剤などの充填剤を含有するが、この充填剤の種類や添加量も影響する。
硬く、粒径の大きい充填剤を多く含有するとステフネスは大きくなるため、樹脂組成、膜厚を鑑みて、適宜充填剤の種類や添加量を考慮する必要がある。
好ましく用いられるカーボンブラックの場合、5〜20重量%が好ましい。
<ポリイミド>
本発明に用いられるポリイミドは、一般的に知られている芳香族多価カルボン酸無水物またはその誘導体と芳香族ジアミンとの反応によって、ポリアミック酸(ポリイミド前駆体)を経由して得られる。すなわち、ポリイミドは、その剛直な主鎖構造により溶媒等に対して不溶であり、また不融の性質を持つため、芳香族多価カルボン酸無水物と芳香族ジアミンから、まず有機溶媒に可溶なポリイミド前駆体(ポリアミック酸、またはポリアミド酸)を合成し、この段階で様々な方法で成型加工が行われ、その後ポリアミック酸を加熱もしくは化学的な方法で脱水反応させて環化(イミド化)しポリイミドとする。反応の概略を下記に示す。
なお、ポリアミック酸の重合反応に使用される有機極性溶媒としては、例えば、ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシドなどのスルホキシド系溶媒、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミドなどのホルムアミド系溶媒、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジエチルアセトアミドなどのアセトアミド系溶媒、N−メチル−2−ピロリドン、N−ビニル−2−ピロリドンなどのピロリドン系溶媒、フェノール、o−、m−、またはp−クレゾール、キシレノール、ハロゲン化フェノール、カテコールなどのフェノール系溶媒、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジオキソラン等のエーテル系溶媒、メタノール、エタノール、ブタノール等のアルコール系溶媒、ブチルセロソルブ等のセロソルブ系またはヘキサメチルホスホルアミド、γ−ブチロラクトンなどを挙げることができ、これらを単独または混合溶媒として用いるのが望ましい。溶媒は、ポリアミック酸を溶解するものであれば特に限定されないが、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドンが特に好ましい。
上記は一例であり、反応における上記添加手順とは逆に、まず芳香族多価カルボン酸無水物またはその誘導体を有機溶媒に溶解または拡散させておき、この溶液中に前記ジアミンを添加させてもよい。ジアミンの添加は、固体状態のままでも、有機溶媒に溶解した溶液状態でも、スラリー状態でもよい。すなわち、酸二無水物成分と、ジアミン成分との混合順序は限定されない。さらには、芳香族テトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミンとを同時に有機極性溶媒中に添加して反応させてもよい。
上記のようにして、芳香族多価カルボン酸無水物またはその誘導体と、芳香族ジアミン成分とをおよそ等モル、有機極性溶媒中で重合反応することにより、ポリアミック酸が有機極性溶媒中に均一に溶解した状態でポリイミド前駆体溶液が得られる。
このような例としては、トレニース(東レ社製)、U−ワニス(宇部興産社製)、リカコート(新日本理化社製)、オプトマー(JSR社製)、SE812(日産化学社製)、CRC8000(住友ベークライト社製)等が代表的なものとして挙げられる。
なお、ポリイミドの本来的な性能を発揮させるためには、相当するポリイミドのガラス転移温度以上に加熱して、イミド化を完結させることが好ましい。
このようなイミド化率の測定方法としては、例えば、9〜11ppm付近のアミド基に帰属される1Hと6〜9ppm付近の芳香環に帰属される1Hとの積分比から算出する核磁気共鳴分光法(NMR法)、フーリエ変換赤外分光法(FT-IR法)、イミド閉環に伴う水分を定量する方法、カルボン酸中和滴定法など種々の方法が用いられているが、中でもフーリエ変換赤外分光法(FT-IR法)は最も一般的な方法である。
すなわち、焼成段階(イミド化処理段階)でのイミド基のモル数を(A)とし、100%イミド化された場合(理論的)のイミド基のモル数を(B)とすると、次により表される。
(1)イミドの特性吸収の1つである725cm−1(イミド環C=O基の変角振動帯)と、ベンゼン環の特性吸収1,015cm−1との吸光度比
(2)イミドの特性吸収の1つである1,380cm−1(イミド環C−N基の変角振動帯)と、ベンゼン環の特性吸収1,500cm−1との吸光度比
(3)イミドの特性吸収の1つである1,720cm−1(イミド環C=O基の変角振動帯)と、ベンゼン環の特性吸収1,500cm−1との吸光度比
(4)イミドの特性吸収の1つである1,720cm−1とアミド基の特性吸収1,670cm−1(アミド基N−H変角振動とC−N伸縮振動の間の相互作用)との吸光度比
また、3000〜3300cm−1にかけてのアミド基由来の多重吸収帯が消失していることを確認すればさらにイミド化完結の信頼性は高まる。
シームレスベルトを製造する場合、概略次の工程を含むことにより達成できる。
すなわち、当該塗工液を支持体(成形用の型)に塗布・流延する工程(1)、支持体に塗布・流延された塗膜中の溶媒を加熱により除去する工程(2)、昇温加熱して塗膜中に含まれる前駆体のイミド化を促進する工程(3)、形成された薄膜を支持体から離型し、シームレスベルトとする工程(4)により製造することができる。
遠心成型は円筒状の回転体から構成されるものであり、この円筒状の回転体をゆっくりと回転させながら塗工液を円筒の内面全体に均一になるように塗布・流延(塗膜を形成)する。その後、回転速度を所定速度まで上げ、所定速度に達したら一定速度に維持し、所望の時間回転を継続する。そして、回転させつつ徐々に昇温させながら、約80〜150℃の温度で塗膜中の溶媒を蒸発させていく。この過程では、雰囲気の蒸気(揮発した溶媒等)を効率よく循環して取り除くことが好ましい。自己支持性のある膜が得られたところで常温に戻し、高温処理の可能な加熱炉(焼成炉)に移し、段階的に昇温し、最終的に250℃〜450℃程度の高温加熱処理(焼成)し、充分にポリイミド前駆体またはポリアミドイミド前駆体のイミド化またはポリアミドイミド化を行う。イミド化等が完了後、徐冷して薄膜を型から剥離する。このようにしてシームレスベルトが形成される。なお、型には、剥離しやすいように予め、離型剤または離型層を形成しておくことが好ましい。本成型方法により、押し出し成形などでは困難である比較的薄い膜厚のものも作製が可能となる。
図1の模式図に、ベルト部材等を装備した画像形成装置の要部概略構成を示す。
図1に示すベルト部材を含む中間転写ユニット500は、複数のローラに張架された中間転写体である中間転写ベルト501などにより構成されている。この中間転写ベルト501の周りには、2次転写ユニット600の2次転写電荷付与手段である2次転写バイアスローラ605、中間転写体クリーニング手段であるベルトクリーニングブレード504、潤滑剤塗布手段の潤滑剤塗布部材である潤滑剤塗布ブラシ505などが対向するように配設されている。
このベルト部材である中間転写ベルト501は、通常、半導体、または絶縁体で、単層または多層構造となっているが、本発明においてはシームレスベルトが好ましく用いられ、これによって耐久性が向上すると共に、優れた画像形成が実現できる。また、中間転写ベルトは、感光体ドラム200上に形成されたトナー像を重ね合わせるために、通紙可能最大サイズより大きく設定されている。
図1において、帯電チャージャ203は、コロナ放電によって感光体ドラム200の表面を負電荷で所定電位に一様に帯電する。上記ベルトマーク検知信号に基づき、タイミングを定め、図示しない書き込み光学ユニットにより、Bkカラー画像信号に基づいてレーザ光によるラスタ露光を行う。このラスタ像が露光されたとき、当初一様帯電された感光体ドラム200の表面の露光された部分は、露光光量に比例する電荷が消失し、Bk静電潜像が形成される。このBk静電潜像に、Bk現像器231Kの現像ローラ上の負帯電されたBkトナーが接触することにより、感光体ドラム200の電荷が残っている部分にはトナーが付着せず、電荷の無い部分つまり露光された部分にはトナーが吸着し、静電潜像と相似なBkトナー像が形成される。
そして、2次転写対向ローラ510に張架された中間転写ベルト501と2次転写バイアスローラ605によりニップが形成された2次転写部に、上記中間転写ベルト501上のトナー像の先端がさしかかるときに、転写紙Pの先端がこのトナー像の先端に一致するように、レジストローラ610が駆動されて、転写紙ガイド板601に沿って転写紙Pが搬送され、転写紙Pとトナー像とのレジスト合わせが行われる。
図2は、4つの異なる色(ブラック、イエロー、マゼンタ、シアン)のトナー像を形成するための4つの感光体ドラム21BK、21Y、21M、21Cを備えた4ドラム型のデジタルカラープリンタの一構成例を示す。
[塗工液の調製]
まず、ビフェニル−3,4,3’,4’−テトラカルボン酸無水物とp−フェニレンジアミンとの各等モルをN−メチルピロリドン溶媒中で重合反応させ、ポリアミック酸溶液を得た。これに、予めビーズミルにてN−メチル−2−ピロリドン中に分散させたカーボンブラック(キャボット製BP−L)分散液を、カーボン含有率がポリアミック酸固形分の19重量%になるように調合し、よく攪拌混合して塗工液を作製した。
次に、内径100mm、長さ300mmの内面を鏡面仕上げした金属製円筒を型として用い、この円筒型を50rpm(回/分)で回転させながら、上記塗工液を円筒内面に均一に流延するように流して塗布した。所定の全量を流し終えて塗膜がまんべんなく広がった時点で、回転数を100rpmに上げ、熱風循環乾燥機に投入して、120℃まで徐々に昇温して30分加熱した。その後回転を停止し、高温処理の可能な加熱炉(焼成炉)に投入し、350℃まで昇温して30分加熱処理(焼成)した。
所定時間処理して加熱を停止した後、常温まで徐冷してから型を取り出し、形成された塗膜を円筒内面から剥離し、膜厚35μmのシームレスベルトを得た。
実施例1において、塗工液の投入量を調整することにより、膜厚60μm、75μmのものを作製した。
[塗工液の調製]
まず、ビフェニル−3,4,3’,4’−テトラカルボン酸無水物と4,4’−ジアミノジフェニルエーテルとの各等モルをN−メチルピロリドン溶媒中で重合反応させ、ポリアミック酸溶液を得た。これに、予めビーズミルにてN−メチル−2−ピロリドン中に分散させたカーボンブラック(キャボット製BP−L)分散液を、カーボン含有率がポリアミック酸固形分の22wt%になるように調合し、よく攪拌混合して塗工液を作製した。
この塗工液を用いて、実施例1と同様にして、膜厚30μm、40μm、60μm、80μmのベルトを作製した。
エチレン−テトラフロロエチレン共重合体にカーボンブラック(キャボット製BP−L)を18重量%添加し、溶融混練し、押し出し成形にて膜厚150μmのシームレスベルトを作製した。
[虫食い、色ずれ、ベルト端部の評価]
上記各ベルトについて、図2の装置にて青色全面文字の3%濃度チャート画像(A4)を1万枚出力した時の虫食い版画を発生した文字数割合を算出した。また、同時に文字の色ずれの有無、ベルト端部の状態(亀裂の有無)を確認した。
上記各ベルトについて、ループステフネステスターDA(東洋精機)にて、ループステフネスを測定した。測定条件は、以下のとおり。
ループ長;100mm、幅;20mm、圧子;φ20mm、押圧速度;3.3mm/sで押し込み、ループとの接触点から20mm時点の負荷荷重値を測定データから読みとる。
上記各ベルトについて、ストログラフVE5D(東洋精機)にて引張り弾性率と引き裂き強度を測定した。
引張り弾性率(JIS−K7127);サンプル形状 幅20mm×長さ100mmの
短冊状、引張り速度10mm/min
引き裂き強度(JIS−K7128) ;サンプル形状 幅20mm×長さ100mmの
短冊状の幅中心にスリットを入れたもの。
トラウザー法、引き裂き速度 100mm/min
P 転写紙
70 除電ローラ
80 アースローラ
200 感光体ドラム
201 感光体クリーニング装置
202 除電ランプ
203 帯電チャージャ
210 ベルト搬送装置
230 リボルバ現像ユニット
231Y Y現像機
231K Bk現像機
231C C現像機
231M M現像機
270 定着装置
271、272 定着ローラ
500 中間転写ユニット
501 中間転写ベルト
503 トナーシール部材
504 ベルトクリーニングブレード
505 潤滑剤塗布ブラシ
506 潤滑剤
507 1次転写バイアスローラ
508 ベルト駆動ローラ
509 ベルトテンションコントローラ
510 2次転写対向ローラ
511 クリーニング対向ローラ
512 フィードバッグ電流検知ローラ
514 光学センサ
600 2次転写ユニット
601 転写紙ガイド板
605 2次転写バイアスローラ
606 転写紙除電チャージャ
608 クリーニングブレード
610 レジストローラ
801 1次転写電源
802 2次転写電源
(図2)
P 転写紙
10 プリンタ本体
12 画像書込部
13 画像形成部
14 給紙部
15 定着装置
16 レジストローラ
20BK、20M、20Y、20C 現像装置
21BK、21M、21Y、21C 感光体
22 中間転写ベルト
23BK、23M、23Y、23C 1次転写バイアスローラ
25 ベルトクリーニング装置
50 転写搬送ベルト
60 2次転写バイアスローラ
Claims (8)
- 像担持体上に順次形成される複数のカラートナー現像画像を中間転写ベルト上に順次重ね合わせて一次転写を行い、得られた一次転写画像を被記録媒体に一括して二次転写する画像形成装置に用いる中間転写ベルトにおいて、該中間転写ベルトの下記条件下で測定したループステフネスが30〜150mNであることを特徴とする中間転写ベルト。
ループステフネス測定条件:
装置;ループステフネステスタDA(東洋精機)
ループ(サンプル)形状;長さ100mm、幅20mm
圧子の種類;φ20mm円板
圧子の押し込み速度;3.3mm/sec
測定データ;圧子がループと接触した時点から20mm押し込んだときに
ロードセルに検出される負荷荷重値を採用する。 - 該中間転写ベルトのJIS−K7127による弾性率が、3000〜6000MPaであることを特徴とする請求項1に記載の中間転写ベルト。
- 該中間転写ベルトのJIS−K7128による引き裂き強度が、4N/mm以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の中間転写ベルト。
- 該中間転写ベルトが、少なくとも充填剤を含有するポリイミド樹脂からなることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の中間転写ベルト。
- 該ポリイミドが、少なくとも4,4’−ジアミノジフェニルエーテルを重合成分として用いたものであることを特徴とする請求項4に記載の中間転写ベルト。
- 充填剤、ポリイミド前駆体、有機極性溶媒を含有する塗工液を支持体に塗布・流延する工程と、支持体に塗布・流延された塗膜中の溶媒を加熱により除去する工程と、さらに昇温加熱して塗膜中に含まれる前駆体のイミド化を促進する工程と、形成された薄膜を支持体から離型し、シームレスベルトとする工程とを含む方法により製造されることを特徴とする請求項4又は5に記載の中間転写ベルト。
- 像担持体上に順次形成される複数のカラートナー現像画像を中間転写ベルト上に順次重ね合わせて一次転写を行い、得られた一次転写画像を被記録媒体に一括して二次転写する画像形成装置において、該中間転写ベルトが請求項1〜6いずれかに記載の中間転写ベルトであることを特徴とする画像形成装置。
- 該画像形成装置がフルカラー画像形成装置であって、各色の現像器を有する複数の潜像担持体を直列に配置してなることを特徴とする請求項7に記載の画像形成装置。
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