JP2006276538A - 中間転写ベルトおよび画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 転写材への転写性能、例えば凹凸の大きい粗い紙に対して良好な転写性能を得ることができ、溶融転写システムのように中間転写ベルトに熱が加わる場合においても画像の色ずれ等の発生を抑制することができる中間転写ベルトを提供する。
【解決手段】 少なくとも2層以上の積層体からなる画像形成装置用の中間転写ベルトであって、前記積層体のうちの少なくとも1層が、内部に気泡(好ましくは連続気泡)を有する弾性層である中間転写ベルトを製造した。
【選択図】 なし

Description

本発明は、感光体上のトナー像を形成して、そのトナー像を転写材に転写するための中間転写ベルト、およびそれを備えた画像形成装置に関する。
タンデム式のカラー画像形成装置においては、これまで、感光体ドラム上のトナー画像を中間転写ベルト上に重ね合わせて、それを転写材に転写するシステムが採用されている。
この中間転写ベルトを使用したシステムにおいては、これまで、転写材への転写性をアップさせるために、中間転写ベルトの材料を多層にすることによって転写材の凹凸に追従させたベルトの作製が提案されている。
図6に示すように、従来の中間転写ベルト124では、補強層151、弾性層152、および表面保護層153が順に積層されており、補強層151と表面保護層153とが中間転写ベルトの表面に形成されている。補強層151は、ポリイミド(特に硬質ポリイミド)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)などの樹脂フィルムで作製される。弾性層152は、ニトリルゴム(NBR)、シリコーンゴム、ウレタンなどで作製されており、表面保護層153にはフッ素系樹脂、テフロン(登録商標)系樹脂などが塗布されている。また、このような多層構造を有する中間転写ベルトとして、下記特許文献1では、補強層151の特性および弾性層152の強度特性を規定した技術が提案されている。
特許文献1では、中間転写ベルト124において、補強層151として強度の高い樹脂材料を使用し、転写性改善をするために弾性層152を設けている。しかし、弾性層152の材料によっては、硬度をあまり下げることができず、層厚を厚くすることができないという問題点がある。このように硬度および層厚が制限を受ければ、転写材への転写性能を改良する場合に、その改良が制約を受けるという問題点がある。特に、凹凸の大きい粗い紙に転写する場合において、転写性能の改良が制約を受ければ、良好な転写が得られないという問題点がある。
また、下記特許文献2に記載されているように、定着装置の近傍に転写ベルトがある場合や溶融転写システムを使った場合には、中間転写ベルト124の温度が変化し、中間転写ベルト124に熱膨張が発生して、画像の色ずれ等の不具合が発生するという問題点がある。
特開平10−39642号公報 特開2002−49211号公報
本発明の課題は、転写材への転写性能を良好なものとすることができ、中間転写ベルトの温度が変化する場合において画像の色ずれ等の発生を抑制することができる中間転写ベルトと、それを備えた画像形成装置とを提供することにある。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、感光体上に形成されたトナー像が転写され一時的に保持するために用いる少なくとも2層以上の積層体からなる画像形成装置用の中間転写ベルトにおいて、少なくとも1層を、内部に気泡(特に連続気泡)を有する弾性層とすることによって、転写材への転写性能の改良と中間転写ベルトの熱膨張による画像の色ずれ等の発生の抑制とを行うことができることを見出して、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明の中間転写ベルトおよび画像形成装置は、以下の構成を有する。
(1) 感光体上に形成されたトナー像が転写され一時的に保持するために用いる少なくとも2層以上の積層体からなる画像形成装置用の中間転写ベルトであって、前記積層体を構成する少なくとも1層が内部に気泡を有する弾性層であることを特徴とする中間転写ベルト。
(2)前記気泡は連続気泡であることを特徴とする(1)に記載の中間転写ベルト。
(3)感光体上のトナー像を中間転写ベルトに形成し、形成されたトナー像を転写材に転写する画像形成装置であって、前記中間転写ベルトが(1)または(2)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。
上記(1)によれば、感光体上に形成されたトナー像が転写され一時的に保持するために用いる中間転写ベルトを構成する層のうちの1層を、内部に気泡を有する弾性層としている。このような弾性層を中間転写ベルトに導入すれば、中間転写ベルトの硬度および層厚と、弾性層の硬度および層厚とを容易に調整することができる。その結果、中間転写ベルトが転写材に追従する性能が向上し、転写材への転写性能を良好なものとする、特に、凹凸の大きい粗い紙に転写する場合の転写性能を良好にすることができる。
さらに、溶融転写システムといった中間転写ベルトの温度が変化する場合においては、気泡が中間転写ベルトの熱膨張を緩和するため、中間転写ベルトの熱変形を防止することができる。その結果、中間転写ベルトの温度が変化する場合に、画像の色ずれ等の発生を抑制することができる。
上記(2)によれば、気泡は連続気泡(連泡)であるため、中間転写ベルトの熱膨張をさらに効果的に緩和することができる。
上記(3)によれば、(1)または(2)の中間転写ベルトを備えているため、良好な転写性能を備え、中間転写ベルトの温度が変化する場合においても、画像の色ずれ等の発生の抑制が可能な画像形成装置を提供することができる。
(中間転写ベルト)
本発明の中間転写ベルトについて、図面を用いて説明する。図1は、本発明の中間転写ベルトの一例を示す断面図である。図1に示す中間転写ベルト24は、少なくとも2層以上の積層体で構成されている。具体的には、補強層51、弾性層52、および表面保護層53が順に積層されており、中間転写ベルト24の表面は、補強層51および表面保護層53で構成されている。また、積層されている層のうちの少なくとも1層は、内部に気泡を有する弾性層52で構成されている。
このように弾性層52に気泡を備えれば、弾性層52の硬度および厚みを調整することによって、中間転写ベルト24の硬度および厚みを容易に調整することができる。このように中間転写ベルト24の硬度および厚みを調整できれば、それら硬度および層厚を最適化して、転写材への転写性能、特に、凹凸の大きい粗い紙に転写する場合の転写性能を改良することができる。なお、中間転写ベルト24の厚みは、転写材への転写性能を改良するという観点から、0.1〜1mm、好ましくは0.1〜0.5mmとするのがよい。中間転写ベルト24の硬度は、転写材への転写性能を改良するという観点から、JISA硬度で10度〜50度、好ましくは10度〜30度とするのがよい。
さらに、図1に示す中間転写ベルト24は、気泡を備えた弾性層52を有しているため、溶融転写システムといった中間転写ベルト24の温度が変化するシステムにおいては、中間転写ベルト24の熱膨張を気泡によって緩和することができる。つまり、中間転写ベルト24の熱変形を抑制することができる。このように熱変形を抑制することができれば、溶融転写システムといった中間転写ベルトに熱が加わるシステムにおいて、画像の色ずれ等の発生を抑制することができる。
図1に示す中間転写ベルト24では、樹脂フィルムからなる補強層51上に弾性層52が積層されており、気泡を有する1層構造の弾性層52で構成されている。気泡を有する層と気泡を有しない層とからなる多層構造の弾性層にする場合と比べて、気泡を有する1層のみで弾性層52を構成する場合は、弾性層52の硬度および層厚の調整を幅広く行うことができ、熱膨張を緩和する気泡を多く中間転写ベルト24内に設けることができる。
補強層51は樹脂フィルムで形成されているが、ここで用いることができる樹脂フィルムとしては、例えばポリイミド(特に硬質ポリイミド)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリカーボネートなどのフィルムが挙げられる。また、補強層51の厚みは、0.05〜0.2mm、好ましくは0.05〜0.1mmとするのがよい。
弾性層52は、図1に示すように内部に気泡を有している。ここで用いることができる気泡としては、例えば独立気泡(単独気泡)および連続気泡が挙げられるが、本発明では、連続気泡を用いることが好ましい。連続気泡では内部の気泡同士がつながっているため、気泡間を気体が通過することができる。気泡同士がつながっている場合(連続気泡を用いた場合)は、中間転写ベルト24の熱膨張を、気泡を通って空気が中間転写ベルト24に排出されることによってより効果的に緩和することができる。
弾性層52で使用可能な連続気泡を有する材料(連続気泡体)としては、例えば、ポリウレタン製の連続気泡体、ニトリルゴム製の連続気泡体、シリコーンゴムの連続気泡体などが挙げられる。また、このような連続気泡体を作製する場合の発泡剤としては、例えば炭酸カルシウムなどを用いることができる。なお、本発明では、連続気泡体として、ウレタン製の連続気泡体を用いることが好ましい。
弾性層52で使用可能な独立気泡を有する材料(独立気泡体)としては、例えば、ポリウレタン製の独立気泡体、二トリルゴム製の独立気泡体、シリコーンゴムの独立気泡体などが挙げられる。
弾性層52の硬度は、JISA硬度で10度〜50度、好ましくは10度〜30度とするのがよい。弾性層52の硬度をこの範囲に調整すれば、弾性層52および中間転写ベルト24の転写材への追従性が向上し、転写性を向上させることができる。また、弾性層52の層厚は、0.2〜1mm、好ましくは0.2〜0.5mmとするのがよい。従来は、中間転写ベルトの材料や形状によって中間転写ベルトの厚みを大きくすることができない場合があった。しかし、中間転写ベルト24に気泡を有する弾性層52を設ければ、中間転写ベルト24および弾性層52の弾性特性を向上させることができ、その結果、転写材への転写性能を向上させることができる。
また、溶融転写システムといった中間転写ベルト24の温度が変化するシステムにおいて、中間転写ベルト24の熱膨張を気泡によって緩和するためには、弾性層52中の空気が存在する領域の割合を示す発泡密度(%)を、30%から50%程度とすることが好ましい。が好ましい。また、熱膨張を気泡によって緩和するためには、連続気泡を有する弾性層52とすることが好ましい。なお、発泡密度(%)は、下記式で求めることができる。
Figure 2006276538
表面保護層53としては、例えば、フッ素系樹脂、テフロン(登録商標)系樹脂などからなる層を用いることができる。表面保護層53の厚みは、0.003〜0.01mmが好ましい。
なお、用途によっては、弾性層の機能を分離する、つまり弾性層を複数の層からなる構造とし、そのうちの1層または2層以上を気泡体(好ましくは連続気泡体)で構成してもよい。その理由は、図1に示すように弾性層52全体に気泡を設けると、中間転写ベルトの用途によっては弾性層52の強度が保てない場合があり、補強層51が設けられていても弾性層52が破損することがあるからである。図2は、本発明における中間転写ベルト24の他の例を示しており、弾性層を、第一弾性層54と第二弾性層55との2層構造とし、第二弾性層55は連続気泡体で構成されている。第一弾性層54は、例えば、ニトリルゴム(NBR)、シリコーンゴム、ウレタンなどで作製することができる。第二弾性層55には、上記1層構造の弾性層52と同様の気泡体を用いることができる。
(中間転写ベルトの製造方法)
中間転写ベルト24の製造方法は、特に限定されないが、例えば、液状材料を反応硬化させて積層構造を形成する方法などの公知の方法で製造することができる。例えば、遠心成形法などにより製造することができる。
製造方法の一例として、補強層と中間層と表面保護層とを有する中間転写ベルトを、遠心成形装置を用いて作製した。補強層の材料としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)を用い、厚みを0.1mmとした。中間層は、1層からなる層とし、材料としてカーボンブラックを添加し発泡させた二トリルゴム(NBR)を用い、厚みを0.3mmとした。表面保護層の材料としてはフッ素樹脂を用い、厚みを0.01mmとした。
(画像形成装置)
図3は、本発明の画像形成装置の一例を示しており、タンデム型カラープリンタ1の主要部の構成を示している。このカラープリンタ1は、カラー画像形成のための画像形成部2と、画像形成部2で形成されたトナー画像を転写材に転写する転写部3と、転写材を供給する給紙部4と、転写材の搬送と画像形成を同期させるためのレジストローラ部5と、レジストローラ部5に到達した転写材を転写位置にガイドする転写材搬送ガイド機構6と、転写材に転写されたトナー画像を定着させる定着部7と、転写材を排出する排紙部8とを有している。
画像形成部2は、カラープリンタ1のほぼ中央に位置しており、ブラック、イエロー、シアン、マゼンダの4色に対応して、それぞれ表面に静電潜像が形成される感光体ドラム22a,22b,22c,22dが設けられている4つの画像形成ユニット21a,21b,21c,21dと、感光体ドラム22a,22b,22c,22dに対向して配置され感光体ドラムの表面に形成されたトナー画像を転写する1次転写ローラ23a,23b,23c,23dと、中間転写ベルト24とを含んでいる。なお、現像方式としては、現像剤層と感光体ドラムとが接触する接触現像方式でもよく、両者が接触しないジャンピング現像方式でもよい。
ここで、ブラック、イエロー、シアン、マゼンダの4色に対応する4つの画像形成ユニットの内部構成は同様であるため、ブラック画像形成ユニット21aを例としてその構成を説明する。図4に示すように、ブラック画像形成ユニット21aの感光体ドラム22aの周囲には、帯電装置101a、露光装置102a、現像装置103a、クリーニング装置104a、除電装置105aが配置されている。
転写部3において、二次転写ローラ31は中間転写ベルト24に当接し、二次転写ローラ31に印加された二次転写バイアスにより、中間転写ベルト24上に形成されたフルカラーのトナー像が用紙(転写材)に転写される。
給紙部4は、画像形成部2の下方に設けられており、用紙を収納するカセット41と、収納されている用紙を取り出すためのピックアップローラ42,43と、用紙を1枚ずつ搬送路に送り出すための給紙ローラ対44,45とが設けられている。給紙部4から搬送された用紙は縦搬送路46を通して転写位置に搬送される。この縦搬送路46の搬送方向下流側にはレジストローラ対5a,5bが設けられており、レジストローラ対5a,5bは、給紙部4から搬送されてきた用紙を待機させ、中間転写ベルト24における画像形成との同期を図って転写位置Aに送り出す。
定着部7は、転写部3の上方に設けられ、用紙上に転写されたトナーを溶融定着するためのものである。定着部7は、ヒータを内蔵する加熱ローラ7aと、加熱ローラ7aに圧接する加圧ローラ7bとを有しており、両ローラ間に用紙を挟持して搬送するとともに、用紙表面に転写されたトナー画像を加熱定着させる。定着部7の上方には、排出ローラ81a,81bが設けられており、トナー画像が形成された用紙は排出ローラ81a,81bを介してカラープリンタ1の最上部に設けられている排紙部8に排出される。
中間転写ベルト24は、図3に示すように、各感光体ドラム22a,22b,22c,22dの上方に配置されていて、図示しないモーターなどの駆動手段により回転駆動される駆動ローラ25aと、駆動ローラ25aから離間して配置される従動ローラ28との間に張設され、循環駆動する。また、駆動ローラ25aと従動ローラ28との間にはテンションローラ25bが設けられている。テンションローラ25bは、図示しないテンション調整機構により、中間転写ベルト24のテンションを維持している。
1次転写ローラ23a,23b,23c,23dは、中間転写ベルト24を介してそれぞれ感光体ドラム22a,22b,22c,22dに圧接するように付勢されている。この付勢によって、中間転写ベルト24は、感光体ドラム22a,22b,22c,22dに圧接する。また、従動ローラ28と対向する位置には、中間転写ベルト24に付着したトナーなどをクリーニングするための中間転写クリーニング装置26が設けられている。
このカラープリンタ1では、上記に記載の中間転写ベルト24が装着されている。つまり、内部に気泡を有する弾性層を備えた中間転写ベルト24を備えている。このような中間転写ベルトを用いれば、弾性層および中間転写ベルト24の転写材への追従性が向上し、転写材への転写性能、特に、凹凸の大きい粗い紙に転写する場合の転写性能を向上することができる。
また、タンデム型カラープリンタ1は、溶融転写システムを採用したプリンタである。具体的には、図5に示すように、駆動ローラ25aおよび二次転写ローラ31の内部にそれぞれヒータ25bおよびヒータ31bを有しており、ヒータ25bおよび31bによって中間転写ベルト24に熱を加えて溶融転写を行い、転写性を向上させている。また、このようにカラープリンタ1では、中間転写ベルト24に熱を加えているが、中間転写ベルト24の内部に存在する気泡(例えば連続気泡)が熱膨張を緩和する。そのため、画像の色ずれ等の発生を抑制することができる。
次に画像形成動作について説明する。まず、カラープリンタ1に電源が投入されると、各種パラメーターが初期化され、定着部7の温度設定を行うなどの初期設定を実行する。図示しない画像データ入力部が、ネットワークなどによって接続されたパーソナルコンピュータなどから画像データを受け取る。ここで受け取った画像データは、画像形成部2に送られる。
画像形成部2の各画像形成ユニット21a,21b,21c,21dにおいては受け取った画像データに基づいてトナー画像が形成されるが、ここではブラック画像形成ユニット21aを例として画像形成動作を説明する。まず、帯電装置101aにより感光体ドラム22aが帯電され、露光装置102aによりブラックの画像データに対応した露光が行われ、ブラックの画像データに対応した静電潜像が感光体ドラム22aの表面に形成される。この静電潜像は、ブラック現像装置103aでトナー画像化され、1次転写ローラ23aに印加された転写バイアス(定電流制御)によって中間転写ベルト24上に転写される。なお、感光体ドラム22aに残留した残留現像剤は、クリーニング装置104aによりクリーニングされて、図示しない廃トナーコンテナに廃棄される。さらに、除電装置105aにより感光体ドラム22aの残留電荷の除電が行われる。このような動作が他の色に対応した、マゼンタ画像形成ユニット21b、シアン画像形成ユニット21c、イエロー画像形成ユニット21dに関しても行われて、中間転写ベルト24上にフルカラーのトナー像が形成される。
同時に、給紙部4において、給紙カセット41から用紙がピックアップローラ42,43により取り出され、給紙ローラ対44,45を介して縦搬送路46に送り出される。その後、レジストローラ対5a,5bから中間転写ベルト24上の画像形成にタイミングを合わせて搬送された用紙は、転写材搬送ガイド機構6により転写部3に案内される。転写部3において、二次転写ローラ31は中間転写ベルト24に当接し、二次転写ローラ31に印加された二次転写バイアスにより、中間転写ベルト24上に形成されたフルカラーのトナー像が用紙に転写される。なお、このタンデム型カラープリンタ1では、ヒータ25bおよびヒータ31bで中間転写ベルト24に熱を加えることにより、溶融転写が行われる。さらに用紙に転写されたフルカラーのトナー像は定着部7による加熱・加圧によって用紙に定着され、フルカラーのトナー像が形成された用紙は排紙部8に排出される。また、中間転写ベルト24に残留したトナーは、中間転写クリーニング装置26によってクリーニングされ、図示しない廃トナーコンテナに廃棄される。
このような画像形成過程において、図示しない駆動装置により駆動ローラ25aが駆動回転すると、中間転写ベルト24の走行が開始する。そして、レジストローラ対5a,5bから中間転写ベルト24上の画像形成にタイミングを合わせて搬送された用紙は、二次転写ローラ31と中間転写ベルト24との間のニップ部に搬送される。二次転写ローラ31は中間転写ベルト24側に圧接されている。さらに、中間転写ベルト24は駆動ローラ25aに巻き掛けられているので、二次転写ローラ31は中間転写ベルト24を介して駆動ローラ25aに圧接していることになる。ここで、転写部3において、用紙が転写ニップ部に到達すると、二次転写ローラ31が用紙を圧接し、用紙が中間転写ベルト24上のトナー画像と接触して、中間転写ベルト24上のトナー画像が用紙へ転写される。
本発明では、現像剤として、非磁性トナーからなる一成分現像剤、または非磁性トナーと磁性キャリヤ(例えば鉄粉やフェライト)とからなる二成分現像剤を使用できる。トナーの体積平均粒径は、一成分現像剤および二成分現像剤を問わず、3〜10μm、好ましくは4〜7μmの範囲にあるのがよい。トナーは、少なくとも結着樹脂と着色剤とからなり、必要に応じて研磨剤として無機酸化物が外添される。
結着樹脂としては、その種類は特に制限されるものではなく、例えばポリスチレン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン−アクリル系共重合体、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ビニルエーテル系樹脂、N−ビニル系樹脂、スチレン−ブタジエン樹脂等の熱可塑性樹脂を使用することができる。また、結着樹脂として、熱可塑性樹脂に加えて熱硬化性樹脂を一部使用することもできる。熱硬化性樹脂としては、エポキシ系樹脂やシアネート系樹脂等が挙げられる。
着色剤としては、黒色顔料として、アセチレンブラック、ランブラック、アニリンブラック等のカーボンブラック;黄色顔料として、黄鉛、亜鉛黄、カドミウムイエロー、黄色酸化鉄、ミネラルファストイエロー、ニッケルチタンイエロー、ネーブルスイエロー、ナフトールイエローS、ハンザイエローG、ハンザイエロー10G、ベンジジンイエローG、ベンジジンイエローGR、キノリンイエローレーキ、パーマンネントイエローNCG、タートラジンレーキ;橙色顔料として、赤口黄鉛、モリブテンオレンジ、パーマネントオレンジGTR、ピラゾロンオレンジ、バルカンオレンジ、インダスレンブリリアントオレンジRK、ベンジジンオレンジG、インダスレンブリリアントオレンジGK;赤色顔料として、ベンガラ、カドミウムレッド、鉛丹、硫化水銀カドミウム、パーマネントレッド4R、リソールレッド、ピラゾロンレッド、ウオッチングレッドカルシウム塩、レーキレッドD、ブリリアントカーミン6B、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、アリザリンレーキ、ブリリアントカーミン3B;紫色顔料として、マンガン紫、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ;青色顔料として、紺青、コバルトブルー、アルカリブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、フタロシアニンブルー、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー部分塩素化物、ファーストスカイブルー、インダスレンブルーBC;緑色顔料として、クロムグリーン、酸化クロム、ピグメントグリーンB、マラカイトグリーンレーキ、ファナルイエローグリーンG;白色顔料として、亜鉛華、酸化チタン、アンチモン白、硫化亜鉛;白色顔料として、バライト粉、炭酸バリウム、クレー、シリカ、ホワイトカーボン、タルク、アルミナホワイト等を使用できる。これらの着色剤は結着樹脂100質量部当り2〜20質量部、特に5〜15質量部の範囲で使用するのが好ましい。
また、トナーに、外添剤として、例えばアルミナ、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化マグネシウムなどの無機酸化物などを添加してもよい。外添剤の体積平均径は、0.02〜1.0μm、好ましくは0.1〜0.3μmであるのがよい。
本発明の中間転写ベルトの一例を示す概略断面図である。 本発明における中間転写ベルトの他の一例を示す概略断面図である。 本発明の画像形成装置の一例を示す模式図である。 図3に示す画像形成装置の画像形成ユニットを詳細に示す模式図である。 図3に示す画像形成装置の駆動ローラおよび二次転写ローラを詳細に示す模式図である。 従来の中間転写ベルトを示す概略断面図である。
符号の説明
1・・・カラープリンタ(画像形成装置)
22a,22b,22c,22d・・・感光体ドラム
24・・・中間転写ベルト
51・・・補強層
52・・・弾性層
53・・・表面保護層
54・・・第一弾性層
55・・・第二弾性層

Claims (3)

  1. 感光体上に形成されたトナー像が転写され一時的に保持するために用いる少なくとも2層以上の積層体からなる画像形成装置用の中間転写ベルトであって、
    前記積層体を構成する少なくとも1層が内部に気泡を有する弾性層であることを特徴とする中間転写ベルト。
  2. 前記気泡は連続気泡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。
  3. 感光体上のトナー像を中間転写ベルトに形成し、形成されたトナー像を転写材に転写する画像形成装置であって、
    前記中間転写ベルトが請求項1または2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。

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