JP2007114754A - 中間転写ベルト、中間転写ベルトの製造方法、画像形成方法 - Google Patents

中間転写ベルト、中間転写ベルトの製造方法、画像形成方法 Download PDF

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Abstract

【課題】良好な転写性を確保しつつ、高速で多数枚のプリントを行ってもひび割れや破断が発生しない優れた中間転写ベルトの提供。
【解決手段】電子写真感光体上に担持されたトナー像を、中間転写ベルトに一次転写した後、該トナー像を中間転写ベルトから記録媒体へ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、該中間転写ベルトがその全体の平均濃度として揮発性物質を10〜10000ppm含有していることを特徴とする中間転写ベルト。
【選択図】なし

Description

本発明は中間転写ベルト、該中間転写ベルトの製造方法及び該中間転写ベルトを用いた画像形成方法に関する。
電子写真方式の画像形成装置は、オフィス向けの複写機、プリンタに加えて、最近では、軽印刷と呼ばれる印刷分野にまで普及し、版をおこさずに数千枚レベルのプリントを短時間で行えるというメリットから注目されるようになってきた。
電子写真方式の画像形成方法の1つに、感光体上に形成されたトナー画像を中間転写ベルトに一次転写した後、中間転写ベルト上のトナー画像を記録媒体上に転写する二次転写と呼ばれる工程を経て画像形成を行うものがある。
この画像形成方法は、高速で多数枚のプリントを行えるというメリットが有り、良好な転写性能と耐久性を発現するために、中間転写ベルトの改良がこれまでも進められてきた。
現在使用されている中間転写ベルトには、ポリカーボネート、ポリフェニレンスルフィドといった熱可塑性樹脂や、ポリイミド、ポリアミドイミド等の様に、加熱反応させ、円筒形に成形した樹脂が使用されているが、近年のトナーの小径化や、プロセスの高速化、或いは、画像形成装置のコンパクト化の要求の中で、画像に関する要求が次第に厳しくなっている。なかでも、文字、線画の中央部のトナーが抜ける「中抜け」や、べた画像の濃度不均一である「転写不良」が問題であった。
文字、線画の中央部の中抜けやべた画像の転写不良という転写性に対する問題に対して、例えば、二次転写性能の低下という課題を解決するために、中間転写ベルトの裏面側電位を一次転写位置から二次転写位置までの間で検知する表面電位検知装置を設ける検討がされている(例えば、特許文献1参照。)。
しかしながら、二次転写性能の低下を防ぐために表面電位を検知する装置を設けると、画像形成装置が複雑となり、コスト上昇を引き起こしたり、部分的なベルト特性の変化などの不均一性を解消することはできなかった。
別のアプローチとして、中間転写ベルトの表面に、離型性を付与するための表面に潤滑剤を添加した中間転写ベルトが知られている(例えば、特許文献2参照。)。
しかしながら、潤滑剤を添加した中間転写ベルトを使用した場合には、長期にわたり中間転写ベルトを使用すると、表面層にクラックが発生したり、表面層に添加した潤滑剤が脱落し、ブレードの振動によりクリーニング不良等が発生し耐久性が不十分であった。
特開2002−365937号公報 特開2005−234589号公報
本発明は、文字、線画の中央部のトナーが抜ける「中抜け」や、べた画像の濃度不均一である「転写不良」が発生せずに、良好な画像を長期にわたり維持できる画像プロセスを提供できると共に、長期間にわたり中間転写ベルトを使用しても中間転写ベルトの破断の無い耐久性のある中間転写ベルトを提供すること、及び、その中間転写ベルトの製造方法を提供することにある。
本発明者等はいくつかの検討の結果、中間転写ベルトの離型性を上げるために、中間転写ベルトの表面硬度を上げること、更にこの特性を長期にわたって維持するためには、適度な柔軟性を有することという、二律背反する課題を解決することが必要であることを確認した。その解決手段を検討したところ、中間転写ベルト内に可塑成分である、加熱すると蒸発するような低分子量成分である「揮発成分」を分散含有することにより、中間転写ベルトの転写性が安定して維持できることを見出した。
また、表面硬度の高い表面層を設置した場合には、特に離型性の優れた中間転写ベルトが得られるが、この場合、基材層と表面層の揮発成分の含有比を適正な比率にすることにより、耐久性と画像安定性が、非常に良好になることを見出し、本願の発明を完成させた。ここで表面とは、中間転写ベルトのトナーが転写される面をいい、トナーが転写されない面を内面という。
本発明の課題は、下記構成を採ることにより達成される。
1.
電子写真感光体上に担持されたトナー像を、中間転写ベルトに一次転写した後、該トナー像を中間転写ベルトから記録媒体へ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、該中間転写ベルトがその全体の平均濃度として揮発性物質を10〜10000ppm含有していることを特徴とする中間転写ベルト。
2.
前記中間転写ベルトが、少なくとも基材層と表面層とを有する多層構成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.
前記表面層の膜厚が1〜8μmであり、表面層中の揮発成分濃度が500〜30000ppmであることを特徴とする前記2に記載の中間転写ベルト。
4.
前記表面層の膜厚Hd(μm)と揮発成分濃度C1(質量/質量、ppm)が
100≦C1/Hd≦1000
であることを特徴とする前記2または3に記載の中間転写ベルト。
5.
前記中間転写ベルトの、表面層の揮発成分濃度C1と基材層の揮発成分濃度C2(質量/質量、ppm)が
10≦C1/C2≦500
であることを特徴とする前記2〜4の何れか1項に記載の中間転写ベルト。
6.
前記揮発成分は、ケトン系溶剤、アルコール系溶剤、芳香族系溶剤の少なくとも一つを含むことを特徴とする前記1〜5の何れか1項に記載の中間転写ベルト。
7.
前記表面層が、硬化性の官能基を有する化合物を反応硬化させた樹脂から形成されるものであることを特徴とする前記2〜5の何れか1項に記載の中間転写ベルト。
8.
前記硬化性の官能基を有する化合物が、熱硬化性化合物や不飽和二重結合を有する連鎖重合性化合物の少なくとも一種であることを特徴とする前記7に記載の中間転写ベルト。
9.
中間転写ベルトの表面硬度が、ユニバーサル硬度で200N/mm2以上350N/mm2以下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。
10.
基材層のヤング率が、200MPa以上5GPa以下の範囲内の樹脂材料を用いて形成されていることを特徴とする前記1に記載の中間転写ベルト。
11.
前記1〜10の何れか1項に記載の中間転写ベルトの製造方法において、
該中間転写ベルトが、紫外線の照射と乾燥処理を施して作製されることを特徴とする中間転写ベルトの製造方法。
12.
電子写真感光体上に担持されたトナー像を、中間転写ベルトに一次転写した後、該トナー像を中間転写ベルトから記録媒体へ二次転写する画像形成方法において、
該中間転写ベルトが前記1〜10の何れか1項に記載の中間転写ベルトを用いることを特徴とする画像形成方法。
本発明の中間転写ベルト及びその中間転写ベルトの製造方法は、文字や線画の中央部のトナーが抜ける「中抜け」や、べた画像の濃度不均一である「転写不良」が発生せずに、良好な画像を長期にわたり維持できる画像プロセスを提供できると共に、長期間にわたり中間転写ベルトを使用しても中間転写ベルトの破断の無い耐久性に優れた効果を有する。
本発明者等は、良好な転写性を確保し、且つ、高速で多数枚のプリントを行ってもひび割れや破断が発生しない中間転写ベルト、該中間転写ベルトの製造方法及び該中間転写ベルトを用いた画像形成方法について検討を行った。
種々検討の結果、揮発性物質を規定量含有する中間転写ベルトは、良好な転写性を確保し、且つ、高速で多数枚のプリントを行ってひび割れが発生したり破断しないことを見いだした。
高速で多数枚のプリントを行ってひび割れが発生したり破断しなくなった理由は、中間転写ベルト中の揮発性物質が可塑剤のごとき働きをし、中間転写ベルトの柔軟性を保つことができるようになったためと推測している。
さらに、中間転写ベルト中の揮発性物質の分布を測定して確認することは困難であるが、中間転写ベルトの極表面では揮発性物質が揮発し、中間転写ベルトの極表面層のみの硬度が増していることにより良好な転写性も得られるようになったものと推測している。
以下、本発明について詳細に説明する。
《中間転写ベルト中の揮発性物質》
本発明の中間転写ベルトは、その全体の平均濃度として揮発性物質を10〜10000ppm、好ましくは100〜8000ppm、より好ましくは500〜6000ppmを含有する。中間転写ベルト中の揮発性物質の含有量をこの様な範囲とすることにより、ひび割れや破断を効果的に防止することができる。
基材層上に表面層を設けた多層構成の中間転写ベルトの場合は、内部に比べ曲率の関係で、表面層に伸び応力がかかる。そのため、内側の基材層に比べ、表面層が揮発成分を多く含有することが好ましい。
具体的には、表面層の膜厚が1〜8μmであり、良好な離型性と耐ひび割れ性の両立を図るためには、表面層の揮発成分濃度が500〜30000ppmであることが好ましい。
また、中間転写ベルトの、表面層の揮発成分濃度C1(質量/質量、ppm)と基材層の揮発成分濃度C2(質量/質量、ppm)の比が、
10≦C1/C2≦500
となることが好ましい。
C1/C2の比を上記範囲として表面層に高濃度の揮発成分を保持することにより、若干の揮発成分の蒸発が起こっても、長期にわたりひび割れの発生を抑制でき、良好な転写性を維持できる。特に、中間転写ベルトを数カ所以上のローラで曲げたり、中間転写ベルトの曲げ方向を反転するなど、中間転写ベルトに高ストレスを与える画像形成装置で使用される場合は特に耐ひび割れ性向上に効果的である。
この場合の揮発成分としては、溶剤のほか、未反応のモノマー、添加したオイル成分等がある。
また、表面層の膜厚が厚くなるほど、表面層が割れやすくなる為、表面層の膜厚に応じて揮発成分を含有することが好ましい。
この表面層の膜厚Hd(μm)と揮発成分濃度C1(質量/質量、ppm)の関係は、
100≦C1/Hd≦1000
であることが好ましい。
中間転写ベルト中の揮発性物質量は、下記のヘッドスペース法により測定することができる。
(ヘッドスペース法)
ヘッドスペース法とは、測定する中間転写ベルトを開閉容器中に封入して加温し、容器中に揮発性物質が充満した状態で速やかに容器中のガスをガスクロマトグラフに注入し、質量分析を行って化合物の同定を行いながら、揮発性物質量を測定するという方法である。
(ヘッドスペース法による測定条件)
測定方法
1.試料採取
(1)20mlヘッドスペース用バイアルビンに0.8gの試料を表面から内面に到る膜厚方向で全層を含むように切り取る。試料量は、0.01gまで秤量する。バイアルビンを、セプタムでシールする。これを全体資料とする。
(2)上記(1)ビンに、表面層側から基材層に到達しない程度に、表面層のみ削り取った資料を採取し、(1)と同様に0.8gを採取してシールした。これを表面層試料とする。一方基材層のみを同様に削り取り基材層試料とする。
2.試料の加温
170℃の恒温槽に試料を立てた状態で入れ、30分間加温する。
3.ガスクロマトグラフィ分離条件の設定
担体を内径0.25mm、長さ30mのカラムに充填したものを分離カラムとして用いる。この分離カラムをガスクロマトグラフに装着し、ヘリウム(He)をキャリアとして、50ml/分で流す。分離カラムの温度を40℃にして3分間保持し、その後10℃/分で200℃まで昇温させ、200℃到達後5分間保持し測定する。
4.試料の導入
バイアルビンを恒温槽から取りだし、直ちにガスタイトシリンジで1mlを注入する。
5.計算(揮発性部物質の測定方法)
基準サンプルとして、n−ヘキサンとn−ヘキサデカンを予め測定し、それぞれのピークの検出時間を確認する。その後、サンプルの測定を実施し、n−ヘキサデカンのピークの検出時間までに検出されるピークの総面積を、トルエン検量線にて換算した値を揮発性物質の全量と算出する。
但し、算出に使用するピークは、1ピーク当たりのトルエン換算量で0.1ppm以上のピークとする。測定した各揮発成分の質量換算方法は、すべての化合物での単位面積当たりの化合物量がトルエンの面積/濃度比と同じであると仮定して換算し、全体の揮発性成物質量を換算する。
表面層、基材層を有する中間転写ベルトの場合の基材層の膜厚及び単層の場合の全層の膜厚測定は、接触式の膜厚計(ダイアルゲージ:PEACOCK社製)で基材層あるいは単層の中間転写ベルト全体の膜厚をランダムに5ヶ所測定し、平均値を測定値とする。表面層の膜厚の測定は中間転写ベルトの断層写真を撮り、この断層写真から表面層の厚みを測定する。
6.測定構成
(a)ヘッドスペース条件
ヘッドスペース装置:「HP7694 Head Space Sampler」(ヒューレットパッカード社製)
温度条件:トランスファーライン 200℃
ループ温度 200℃
サンプル量:0.8g/20mlバイアルビン
(b)GC/MS条件
GC:HP5890(ヒューレットパッカード社製)
MS:HP5971(ヒューレットパッカード社製)
カラム:HP−624(長さ30m、内径0.25mm)(ヒューレットパッカード社製)
オーブン温度:
初期温度:40℃(保持時間3分)
昇温速度:10℃/分
到達温度:200℃(保持時間5分)
測定モード:SIM(セレクトイオンモニター)モード
《揮発性物質》
中間転写ベルトの揮発性物質は、中間転写ベルトの塗膜を作製するときに用いた溶剤が主であるが、中間転写ベルトの主成分となる樹脂を作製するときに用いた未反応モノマーや反応副生成物もある。中間転写ベルト全体もしくは表面層中に含有する揮発成分濃度の制御は、使用するモノマーの種類、溶剤の種類、乾燥条件を変化させて行うことができる。
中間転写ベルトの形成に用いる溶剤としては、ケトン系溶剤、アルコール系溶剤、芳香族系溶剤のいずれかを単独で或いは混合して用いることができる。
具体的には、溶剤としては、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、イソプロピルアルコール、メチルイソプロピルケトン、トルエン、キシレン、シクロヘキサノン、2−ブタノール、エチルアルコール等を挙げることができる。
これらの中ではメチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、イソプロピルアルコールが長期にわたり安定に可塑性を維持できる点で好ましい。
未反応モノマーとしては、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ウレタンアクリレート、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチルなどである。
反応副生成物は、反応性モノマーのダイマー、トリマー、オリゴマー等である。
揮発成分の量を制限する要因としては、離型性の低下があり、中間転写ベルトが10000ppmを越えるほど含有していると、離型性の低下が発生し、転写性が悪くなり、中抜け性も発生しやすくなる。
転写性を良好にするには、表面の硬度を、ユニバーサル硬度で200N/mm2以上350N/mm2以下にすることが好ましい。
中間転写ベルトの表面硬度は下記の方法で測定することができる。
ユニバーサル硬度で規定される硬度とは、圧子に荷重をかけながら測定対象物に押し込むことにより、下記式
ユニバーサル硬度=試験荷重/試験荷重下での圧子の測定対象物との接触表面積
として求められ、単位はMPa(N/mm2)で表される。このユニバーサル硬度の測定は、市販の硬度測定装置を用いて行うことができ、例えば、超微少高度計「H−100V」(フィッシャーインストルメント社製)を用いて測定することができる。この測定装置では、四角錘或いは三角錐形状の圧子を、試験荷重をかけながら被測定物に押し込み、所望の深さに達した時点でその押し込み深さから圧子が被測定物と接触している表面積を求め、上記式よりユニバーサル硬度を算出する。
測定条件
測定機:超微少高度計「H−100V」(フィッシャーインストルメント社製)
測定圧子:ヴィッカース圧子
測定環境:20℃、60%RH
測定資料:5cm×5cmの大きさに中間転写ベルトを切断して測定試料を作製
最大試験荷重:2mN
荷重条件:最大試験荷重に10秒で達する速度で、時間に比例して荷重を印加する
荷重クリープ:5秒
尚、測定は各試料ともランダムに10点測定し、その平均値をユニバーサル硬度で規定する硬度とする。
《中間転写ベルトの層構成》
本発明の中間転写ベルトの層構成は、単層構成でも多層構成でも良いが、少なくとも基材層と表面層とを有する多層構成が好ましい。
図1は、本発明の中間転写ベルトの一例を示す模式図である。
図1において、2は無端の中間転写ベルト、20は中間転写ベルトの断面、21は基材層、22は中間層、23は表面層を示す。
図1の(a)は、単層構成の中間転写ベルト
(b)は、基材層と表面層とを有する多層構成の中間転写ベルト
(c)は、基材層と中間層と表面層とを有する多層構成の中間転写ベルトを示す。
基材層21は、中間転写ベルトが安定に駆動されるために設けられる。
基材層の形成方法としては、樹脂を溶剤に溶解した塗布液を塗布して形成する方法、樹脂を直接製膜する方法が挙げられるが、樹脂を直接製膜する方法が好ましい。
樹脂を直接製膜して基材層を形成する方法としては、押し出し成形、インフレーション成形等がある。いずれの場合も樹脂材料と各種導電性物質を溶融混練して、押し出し機の場合は樹脂を押し出して冷却して成形し、インフレーション法の場合は型内で溶融樹脂を筒状とし、その中にブロアーで空気を吹き込み、冷却して無端ベルト形状に成形することにより作製することができる。
また、遠心成形方法を用いて形成することもできる。その際、基材層の材料としては、樹脂を溶剤に溶解したものに各種導電性物質を分散した塗料とする。
中間層22は、基材層21と表面層23の接着性を向上させるための層で、必要に応じ設けられる。
中間層の形成方法としては、樹脂を溶剤に溶解した塗布液を塗布して形成する方法、樹脂を直接製膜して形成する方法が挙げられるが、樹脂を溶剤に溶解した塗布液を塗布して形成する方法が好ましい。
表面層23は、感光体上のトナー像を、中間転写ベルトへ、中間転写ベルトから記録媒体へ良好に転写するために設けられる。
表面層の形成方法としては、樹脂を溶剤に溶解した塗布液を塗布して形成する方法、樹脂を直接製膜する方法が挙げられるが、樹脂を溶剤に溶解した塗布液を塗布して形成する方法が好ましい。
なお、本発明においては、基材層、中間層、表面層のいずれかが樹脂を溶剤に溶解した塗布液を塗布して形成することが好ましい。
中間転写ベルトの厚さは、その使用目的などに応じて適宜決定しうるが、一般には強度や柔軟性等の機械特性などの点により、5〜500μmが好ましく、10〜300μmがより好ましく、20〜200μmがさらに好ましい。
尚、無端構造の中間転写ベルトは、重畳による厚さ変化がなく、任意な部分をベルト回転の開始位置とすることができ、回転開始位置の制御機構を省略できる利点などを有している。
《中間転写ベルトの形成》
〈基材層〉
基材層は、クリーニングブレードから中間転写ベルトに加わる負荷で中間転写ベルトが変形することを回避し、転写部への影響を低減させる剛性を有するものである。基材層は、ヤング率が200MPa〜5GPaの範囲内の材料を用いて形成することが好ましく、300MPa〜4GPaの範囲内の材料がより好ましい。尚、ヤング率は前述の超微少高度計「H−100V」(フィッシャーインストルメント社製)を用いて測定することができる。
この様な性能を発現する材料として、例えば、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、ポリエーテル、エーテルケトン等の樹脂材料が挙げられる。これらの樹脂材料ではヤング率が200MPaを超えるものであり、厚み100〜150μmで、ベルト基材としての機械特性を満足する。
また、基材層に使用される材料は、例えば、ポリイミド、ポリエステル、ポリエーテル、エーテルケトン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリフッ化ビニリデン、ポリフロロエチレン−エチレン共重合体等の樹脂材料及びこれらを主原料としてなる樹脂材料が挙げられる。更に、前述の樹脂材料と弾性材料とをブレンドした材料を使用することも可能である。前記弾性材料としては、例えば、ポリウレタン、塩素化ポリイソプレン、NBR、クロロピレンゴム、EPDM、水素添加ポリブタジエン、ブチルゴム、シリコーンゴム等が挙げられる。これらは1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
この中でも、ポリフェニレンサルファイド或いはポリイミド樹脂を含有することが好ましい。ポリイミド樹脂は、ポリイミド樹脂の前駆体であるポリアミック酸の加熱により形成される。また、ポリアミック酸は、テトラカルボン酸二無水物や、その誘導体とジアミンのほぼ等モル混合物を有機極性溶媒に溶解させ、溶液状態で反応させることにより得られる。
尚、本発明では、基材層にポリイミド系樹脂を使用する場合、基材層におけるポリイミド系樹脂の含有率が51%以上であることが好ましい。
基材層には、必要に応じ導電性物質を添加して作製される。
〈中間層〉
中間層は、図1(c)に示すように、基材層と表面層との間に必要に応じ設けられる。中間層に使用可能な材料としては、ポリアミド樹脂等が挙げられ、具体的なポリアミド樹脂の例としては、N−メトキシメチル化ナイロン、ナイロン12、共重合ナイロン等が挙げられる。基材層21と表面層23との密着強度が弱い場合、或いは基材層が表面層の溶剤に溶解する場合には中間層22を設けるとよい。
ポリアミド樹脂の溶剤としては、メタノール、エタノール等の単独溶剤またはそれら単独溶剤に水、トルエン等を混合させた混合溶剤、1−プロパノール、2−プロパノール等が用いられる。なかでも、ナイロン8とメタノール/水混合溶剤(メタノール/水=3/1)との組合せが好適である。
〈表面層〉
表面層は、低表面エネルギーの結着樹脂が含有され、中間転写ベルト2上の表面エネルギーを低くすることによりベルトからのトナー画像の離れを促進させている。その結果、二次転写時に中間転写ベルトから記録媒体へのトナー画像の転写性が向上し、記録媒体上には高画質のトナー画像が得られる。
基材層の上に表面層を設ける場合には、導電性物質と反応性化合物を含有する表面層用塗布液を基材層上にスプレー塗布して塗膜を形成し、塗膜の流動性が無くなる程度まで一次乾燥した後、紫外線により反応性化合物に硬化処理を施し、更に塗膜中の揮発性物質の量を規定量にするため二次乾燥を行って作製することが好ましい。
表面層の樹脂としては、硬化性の官能基を有する化合物を反応硬化させた樹脂が好ましい。
硬化性の官能基を有する化合物とは、アクリル系、フェノール系、メラミン系、アルキッド系、シリコーン系、エポキシ系、ウレタン系及び不飽和ポリスチレン系などの熱硬化性化合物や、ビニルエーテル系、ビニル系、スチレン系及びアクリル系などの不飽和二重結合を有する連鎖重合化合物をさす。これらは、一種または二種以上混合して用いることもできる。
好ましい表面層用塗布液の材料の一例を下記に示すがこれに限定されるものではない。
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(KAYARAD DPHA:日本化薬)
1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン(Irgacure184:チバ・スペシャルティ・ケミカルズ)
アンチモンドープ酸化スズ(T−1:三菱マテリアル)
シリカゾル(MEK シリカゾル:日産化学)
ポリテトラフルオロエチレン分散液(KD−500AS:喜多村化学)
ポリジメチルシロキサン
メチルエチルケトン:メチルイソブチルケトン=8:2
本発明で規定している中間転写ベルト中の揮発性物質の量は、表面層の形成に用いる溶剤の種類、紫外線の強度と積算光量、乾燥条件で制御する方法が好ましい。
本発明では、紫外線の積算光量(mJ/cm2)は、水銀灯の強度(mW/cm2)と照射時間で調整する。
〈導電性物質〉
本発明では、中間転写ベルトの電位特性をコントロールする目的で各層に導電性物質を添加することが好ましい。
本発明に用いる導電性物質としては、導電性フィラー、イオン導電剤を挙げることができる。
導電性フィラーとしては、数一次平均粒子径5μm以下のものが好ましく、0.01〜1μmのものがより好ましい。導電性フィラーの平均粒子径が5μm以下にすることにより、製膜時に導電性フィラーが偏在する可能性が無くなり、その結果中間転写ベルトの電気特性のバラツキが生じなくなる。
導電性フィラーとしては、具体的にカーボンブラック、導電性金属酸化物を挙げることができる。
カーボンブラックを用いると、少ない使用量で電気特性を達成することができ好ましい。
カーボンブラックとしては、導電性を有するものであれば種々の既存のカーボンブラックを用いることができ、ファーネストブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック、チャンネルブラック等を挙げることができる。
カーボンブラックの配合量としては、カーボンブラックの種類により異なるが中間転写ベルト全体に対して5〜40質量部が好ましく、要求される体積抵抗率に合うように適性に添加される。
また、導電性金属酸化物としては、酸化錫、酸化亜鉛、酸化アンチモン、酸化インジウム、チタン酸カリウム、酸化アンチモン−酸化錫複合酸化物(ATO)、酸化インジウム−酸化錫複合酸化物(ITO)等を用いることができる。
また、導電性金属酸化物はシラン系カップリング剤で表面処理することが好ましい。この処理は、適当な溶媒に溶解したシラン系カップリング剤溶液中に金属酸化物を添加混合して、溶媒を蒸発し乾燥させることにより行われる。表面処理された金属酸化物(表面処理または非処理の導電性金属酸化物を以下に導電剤ということがある)は、ポリイミド樹脂との相溶性が向上するため、その分散が均一になり、表面抵抗率のバラツキがより一層抑制される。シラン系カップリング剤で表面処理された金属酸化物の配合量は、表面処理されてない金属酸化物と同様の理由により、金属酸化物の種類等によっても異なるので、一義的に定めることは困難であるが、樹脂100質量部に対して32〜40質量部の範囲にあり、好ましくは35〜38質量部である。シラン系カップリング剤としては、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス(β−メトキシエトキシ)シラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−(β−アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(β−アミノエチル)−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン等が挙げられる。
イオン導電剤としては、ラウリルトリメチルアンモニウム、ステアリルトリメチルアンモニウム、オクタドデシルトリメチルアンモニウム、ドデシルトリメチルアンモニウム、ヘキサデシルトリメチルアンモニウム、変性脂肪酸・ジメチルエチルアンモニウニウム塩の過塩素酸塩、塩素酸塩、ホウフッ化水素酸塩、硫酸塩、エトサルフェート塩、臭化ベンジル塩、塩化ベンジル塩等のハロゲン化ベンジル塩等の第四級アンモニウム塩等の陽イオン性界面活性剤、脂肪族スルホン酸塩、高級アルコール硫酸エステル塩、高級アルコールエチレンオキサイド付加硫酸エステル塩、高級アルコール燐酸エステル塩、高級アルコールエチレンオキサイド付加燐酸エステル塩等の陰イオン界面活性剤、各種ベタイン等の両性イオン界面活性剤、高級アルコールエチレンオキサイド、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、多価アルコール脂肪酸エステル等の非イオン性帯電防止剤等の帯電防止剤、LiCF3SO3、NaCl4、LiClO4、LiAsF6、LiBF4、NaSCN、KSCN、NaCl等のLi+、Na+、K+等の周期律表第1族の金属塩、あるいはNH4+の塩等の電解質、またCa(ClO42等のCa2+、Ba2+等の周期律表第2族の金属塩及びこれらの帯電防止剤が、少なくとも1個の水酸基、カルボキシル基、一級ないし二級アミン基等のイソシアネートと反応する活性水素を有する基を持ったものが挙げられる。更に、それら等と1,4−ブタンジオール、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール等の多価アルコールとその誘導体等の錯体あるいはエチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル等のモノオールとの錯体が挙げられ、これらの中から選ばれる1種類あるいは2種類以上を使用することができる。ただし、その他公知のイオン導電性抵抗制御剤等、上記の材料に限定されるものではない。
《画像形成》
〈画像形成装置〉
次に、本発明に係る画像形成方法に用いられる画像形成装置について説明する。
画像形成装置は、感光体上に、帯電手段、露光手段、小径トナーを含む現像剤による現像手段、現像手段により形成したトナー像を中間転写ベルトを介して記録媒体に転写する転写手段とを有することが好ましい。
具体的には、複写機やレーザプリンタ等が挙げられるが、特に、5000枚以上の連続プリントが可能な画像形成装置が好ましい。この様な装置では、短時間に大量のプリント作成を行う分、中間転写ベルトと記録媒体との間に電界が発生し易くなるが、本発明の中間転写ベルトにより電界の発生が抑制されて安定した二次転写が行える。
本発明の中間転写ベルトの使用が可能な画像形成装置は、画像情報に応じた静電潜像を形成する像担持体、像担持体に形成された静電潜像を現像する現像装置、像担持体上のトナー像を中間転写ベルト上に転写する一次転写手段、中間転写ベルト上のトナー像を紙やOHPシートなどの記録媒体上に転写する二次転写手段等を有する。そして、中間転写ベルトとして本発明の中間転写ベルトを有することにより、二次転写時に剥離放電を発生させずに安定したトナー画像形成を行える。
本発明の中間転写ベルトが使用可能な画像形成装置としては、単色のトナーで画像形成を行うモノクロ画像形成装置や、像担持体上のトナー像を中間転写ベルトに順次転写するカラー画像形成装置、各色毎の複数像担持体を中間転写ベルト上に直列配置させたタンデム型カラー画像形成装置等が挙げられる。
本発明の中間転写ベルトは、タンデム型のカラー画像形成に用いると有効である。
図2は、本発明の中間転写ベルトが使用可能な画像形成装置の一例を示す断面構成図である。
図2において、1Y、1M、1C、1Kは感光体、4Y、4M、4C、4Kは現像手段、5Y、5M、5C、5Kは一次転写手段としての一次転写ローラ、5Aは二次転写手段としての二次転写ローラ、6Y、6M、6C、6Kはクリーニング手段、7は中間転写ベルトユニット、24は熱ロール式定着装置、70は中間転写ベルトを示す。
この画像形成装置は、タンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、複数組の画像形成部10Y、10M、10C、10Kと、転写部としての無端ベルト状中間転写ベルトユニット7と、記録部材Pを搬送する無端ベルト状の給紙搬送手段21及び定着手段としての熱ロール式定着装置24とを有する。画像形成装置の本体Aの上部には、原稿画像読み取り装置SCが配置されている。
各感光体に形成される異なる色のトナー像の1つとして、イエロー色の画像を形成する画像形成部10Yは、第1の像担持体としてのドラム状の感光体1Y、該感光体1Yの周囲に配置された帯電手段2Y、露光手段3Y、現像手段4Y、一次転写手段としての一次転写ローラ5Y、クリーニング手段6Yを有する。また、別の異なる色のトナー像の1つとして、マゼンタ色の画像を形成する画像形成部10Mは、第1の像担持体としてのドラム状の感光体1M、該感光体1Mの周囲に配置された帯電手段2M、露光手段3M、現像手段4M、一次転写手段としての一次転写ローラ5M、クリーニング手段6Mを有する。また、更に別の異なる色のトナー像の1つとして、シアン色の画像を形成する画像形成部10Cは、第1の像担持体としてのドラム状の感光体1C、該感光体1Cの周囲に配置された帯電手段2C、露光手段3C、現像手段4C、一次転写手段としての一次転写ローラ5C、クリーニング手段6Cを有する。また、更に他の異なる色のトナー像の1つとして、黒色画像を形成する画像形成部10Kは、第1の像担持体としてのドラム状の感光体1K、該感光体1Kの周囲に配置された帯電手段2K、露光手段3K、現像手段4K、一次転写手段としての一次転写ローラ5K、クリーニング手段6Kを有する。
無端ベルト状中間転写ベルトユニット7は、複数のローラにより巻回され、回動可能に支持された中間転写エンドレスベルト状の第2の像担持体としての無端ベルト状中間転写ベルト70を有する。
画像形成部10Y、10M、10C、10Kより形成された各色の画像は、一次転写ローラ5Y、5M、5C、5Kにより、回動する無端ベルト状中間転写ベルト70上に逐次転写されて、合成されたカラー画像が形成される。給紙カセット20内に収容された記録媒体として用紙等の記録部材Pは、給紙搬送手段21により給紙され、複数の中間ローラ22A、22B、22C、22D、レジストローラ23を経て、二次転写手段としての二次転写ローラ5Aに搬送され、記録部材P上にカラー画像が一括転写される。カラー画像が転写された記録部材Pは、熱ロール式定着装置24により定着処理され、排紙ローラ25に挟持されて機外の排紙トレイ26上に載置される。
一方、二次転写ローラ5Aにより記録部材Pにカラー画像を転写した後、記録部材Pを曲率分離した無端ベルト状中間転写ベルト70は、クリーニング手段6Aにより残留トナーが除去される。
画像形成処理中、一次転写ローラ5Kは常時、感光体1Kに圧接している。他の一次転写ローラ5Y、5M、5Cはカラー画像形成時にのみ、それぞれ対応する感光体1Y、1M、1Cに圧接する。
二次転写ローラ5Aは、ここを記録部材Pが通過して二次転写が行われる時にのみ、無端ベルト状中間転写ベルト70に圧接する。
また、装置本体Aから筐体8を支持レール82L、82Rを介して引き出し可能にしてある。
筐体8は、画像形成部10Y、10M、10C、10Kと、無端ベルト状中間転写ベルトユニット7とを有する。
画像形成部10Y、10M、10C、10Kは、垂直方向に縦列配置されている。感光体1Y、1M、1C、1Kの図示左側方には無端ベルト状中間転写ベルトユニット7が配置されている。無端ベルト状中間転写ベルトユニット7は、ローラ71、72、73、74、76を巻回して回動可能な無端ベルト状中間転写ベルト70、一次転写ローラ5Y、5M、5C、5K及びクリーニング手段6Aとから成る。
筐体8の引き出し操作により、画像形成部10Y、10M、10C、10Kと、無端ベルト状中間転写ベルトユニット7とは、一体となって、本体Aから引き出される。
このように感光体1Y、1M、1C、1K上に帯電、露光、現像によりトナー像を形成し、無端ベルト状中間転写ベルト70上で各色のトナー像を重ね合わせ、一括して記録部材Pに転写し、熱ロール式定着装置24で加圧及び加熱により固定して定着する。トナー像を記録部材Pに転移させた後の感光体1Y、1M、1C、1Kは、クリーニング装置6Aで転写時に感光体に残されたトナーを清掃した後、上記の帯電、露光、現像のサイクルに入り、次の像形成が行われる。
〈記録媒体〉
本発明に用いられる記録媒体としては、トナー画像を保持する支持体で、通常画像支持体、転写材或いは転写紙といわれるものである。具体的には薄紙から厚紙までの普通紙、アート紙やコート紙等の塗工された印刷用紙、市販されている和紙やはがき用紙、OHP用のプラスチックフィルム、布等の各種転写材を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
以下に、本発明に係る実施例を記載するが、以下の実施例に限定されるものではない。尚、下記文中の質量部は、特に断りがないかぎり単量体換算或いは固形分換算の質量部を表す。
《中間転写ベルトの作製》
〈基材層の作製〉
(基材層(1)の作製)
3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)とp−フェニレンジアミン(PDA)とからなるポリアミド酸のN−メチル−2−ピロリドン(NMP)溶液(宇部興産製ユーワニス(固形分18質量%))に導電性物質(カーボンブラック粒子)をポリイミド系樹脂固形分100質量部に対し23質量部になるよう添加して、衝突型分散機(シーナス製GeanusPY)を用い、圧力200MPaで、最小面積が1.4mm2で2分割後衝突させ、再度2分割する経路を5回通過させて、混合して、基材層用の導電剤入りのポリアミド酸溶液を調製した。
導電性物質入りのポリアミド酸溶液を円筒状金型内面に、ディスペンサーを介して0.5mmに塗布し、1500rpmで15分間回転させて均一な厚みを有する展開層とした後、250rpmで回転させながら、金型の外側より60℃の熱風を30分間あてた後、150℃で60分間加熱した。その後、360℃まで2℃/分の昇温速度で昇温し、さらに360℃で30分加熱して溶媒の除去、脱水閉環水の除去、及びイミド転化反応の完結を行った。その後室温に戻し、金型から剥離し、目的とする無端ベルト状の「基材層(1)」を得た。この基材層の厚みは100μmで、ヤング率は3000MPaであった。
(基材層(2)の作製)
ポリフェニレンサルファイド樹脂(E2180:東レ社製) 100質量部
カーボンブラック(ファーネス#3030B:三菱化学社製) 16質量部
エチレン/グリシジルメタクリレートコポリマーのポリアクリロニトリル/スチレングラファイト物(Mn>10000)(モディパーA4400:日本油脂社製)
1質量部
モンタン酸カルシウム 0.2質量部
上記材料を単軸押出機に投入し、溶融混練させて樹脂混合物とした。単軸押出機の先端にはスリット状でシームレスベルト形状の吐出口を有する環状ダイスが取り付けてあり、混練された上記樹脂混合物を、シームレスベルト形状に押し出した。押し出されたシームレスベルト形状の樹脂混合物を、吐出先に設けた円筒状の冷却筒に外挿させて冷却し、固化することによりシームレス円筒状の「基材層(2)」を得た。この基材層(2)の厚みは105μmで、ヤング率は1000MPaであった。
(基材層(3)の作製)
原料は下記のものを配合して作製した。
ポリカーボネート(重量平均分子量28,000:PS換算重量平均分子量64,000) 60質量部
ポリアリレート(重量平均分子量30,000:PS換算重量平均分子量69,000) 26質量部
チタニウム(IV)ブトキシド 0.05質量部
2,4−ジターシャリブチルフェニル−4,4′−ビフェニリレンシホスホナイト
0.5質量部
カーボンブラック「デンカブラック」(電気化学社製) 14質量部
上記原料を、二軸混練押出機を用いて溶融混練しペレット化した。このペレットを押出機により、成形温度230℃で、環状ダイ下方に溶融チューブ状態で押し出し、押し出した溶融チューブを環状ダイと同一軸上に支持棒を介して装着した冷却マンドレルの外表面に接して、樹脂製シームレスエンドレスベルトを作製した。これを「基材層(3)」とする。基材層(3)の厚みは120μmで、ヤング率は500MPaであった。
〈中間転写ベルト1の作製〉
(表面層の形成)
ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(KAYARAD DPHA:日本化薬) 100質量部
1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン(Irgacure184:チバ・スペシャルティ・ケミカルズ) 1質量部
アンチモンドープ酸化スズ(T−1:三菱マテリアル) 50質量部
シリカゾル(MEK シリカゾル:日産化学) 20質量部
ポリテトラフルオロエチレン分散液(KD−500AS:喜多村化学) 30質量部
ポリジメチルシロキサン 1質量部
メチルイソブチルケトン:メチルエチルケトン=8:2 1500質量部
上記表面層用塗膜組成物を、混合・溶解して表面層用塗布液を調製した。この塗布液を上記の基材層(1)上に、スプレー塗布を行い、その後30℃の乾燥装置中で30分一次乾燥を行った後、紫外線強度100mW/cm2の水銀灯で2000mJ/cm2の積算光量を照射し硬化を行い、さらに80℃の乾燥装置中で60分間二次乾燥を行い表面層を形成し、「中間転写ベルト1」を作製した。
〈中間転写ベルト2〜7、8〜19の作製〉
基材層と、表面層形成時の乾燥条件と硬化条件を表1、表2のようにして「中間転写ベルト2〜7、8〜19」を作製した。
表1、表2に、中間転写ベルト1〜7、8〜19の作製に用いた材料、基材層、表面層の乾燥条件、硬化条件、揮発性物質等を示す。
Figure 2007114754
Figure 2007114754
《転写性の評価》
上記で作製した「中間転写ベルト1〜7、8〜19」を、画像形成装置「bizhub8050」(コニカミノルタビジネステクノロジーズ社製)に搭載して転写性の評価を行った。
尚、画像形成には個数基準におけるメディアン径(D50)が4.5μmのトナーと60μmのコートキャリアよりなる2成分現像剤を使用した。
プリント環境は、低温低湿(10℃、25%RH)と高温高湿(30℃、85%RH)で行った。
記録媒体は、A4版の上質紙(64g/m2)を用いた。
プリント原稿は、画素率が7%の文字画像(3ポイント、5ポイント)、カラー人物顔画像(ハーフトーンを含むドット画像)、べた白画像、べた画像がそれぞれ1/4等分にあるオリジナル画像(A4版)を用いた。
画像評価は、両面プリントを行い、下記の項目について行った。尚、評価基準は、◎、○を合格、×は実用上問題が有り不合格とする。
〈転写率〉
転写率は、感光体上に形成されたトナー画像が中間転写ベルトを介して記録媒体上へ定着されたときのべた画像の濃度で評価した。
具体的には、高温高湿で、10000枚の両面プリントを行い、10000万枚目のプリントの裏面(2面目)のべた画像部の濃度を濃度計で測定し、転写率を評価した。
評価基準
◎:べた画像濃度が1.4以上で、転写率は良好で問題なし
○:べた画像濃度が1.3以上で、転写率はやや悪くなるが実用上問題ないレベル
×:べた画像濃度が1.3未満で、転写率は悪く実用上問題となるレベル。
〈文字部のトナー散り〉
低温低湿で、10000枚の両面プリントを行い、10000枚目のプリントの裏面(2面目)の文字画像を、ルーペで10倍に拡大して観察し、文字部周辺のトナー散りの状態を目視で評価した。
評価基準
◎:文字部のトナー散りが、少なく良好
○:文字部のトナー散りが、若干見られるが実用上問題ないレベル
×:文字部のトナー散りが、多く見られ実用上問題となるレベル。
《耐久性の評価》
中間転写ベルトの耐久性評価は、評価機として、上記「8050」の現像装置、転写装置、クリーニング装置が直接中間転写ベルトに接触しないように改造した装置を用いて行った。
具体的には、上記で作製した中間転写ベルトを、上記装置に装着し、高温高湿(30℃、85%RH)の環境で、連続回転して行った。
評価は、5万回転毎に中間転写ベルト表面を目視観察し、ひび割れの発生状態を目視で観察して行った。
表3、表4に、評価結果を示す。
Figure 2007114754
Figure 2007114754
表3の結果から明らかなように、本発明の「中間転写ベルト1〜5」は、転写率、文字部のトナー散り、耐久性の何れの評価項目でも良好な結果が得られたが、比較例の「中間転写ベルト6、7」は評価項目のいずれかに問題が有り、本発明の中間転写ベルトとは明らかに異なる結果となった。
表4の結果から明らかなように、本発明の「中間転写ベルト8〜12及び14、16、19」は、良好な転写性を示すのに対し、比較例の「中間転写ベルト13、15」は転写性に問題がでた。また、表面層と基材層の揮発成分が適正な範囲にあると、耐久時のひび割れの発生が抑制され、長寿命の中間転写ベルトが得られた。
本発明の中間転写ベルトの一例を示す模式図である。 本発明の中間転写ベルトが使用可能な画像形成装置の一例を示す断面構成図である。
符号の説明
2 無端の中間転写ベルト
20 中間転写ベルト
21 表面層
22 中間層
23 基材層

Claims (12)

  1. 電子写真感光体上に担持されたトナー像を、中間転写ベルトに一次転写した後、該トナー像を中間転写ベルトから記録媒体へ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、該中間転写ベルトがその全体の平均濃度として揮発性物質を10〜10000ppm含有していることを特徴とする中間転写ベルト。
  2. 前記中間転写ベルトが、少なくとも基材層と表面層とを有する多層構成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. 前記表面層の膜厚が1〜8μmであり、表面層中の揮発成分濃度が500〜30000ppmであることを特徴とする請求項2に記載の中間転写ベルト。
  4. 前記表面層の膜厚Hd(μm)と揮発成分濃度C1(質量/質量、ppm)が
    100≦C1/Hd≦1000
    であることを特徴とする請求項2または3に記載の中間転写ベルト。
  5. 前記中間転写ベルトの、表面層の揮発成分濃度C1と基材層の揮発成分濃度C2(質量/質量、ppm)が
    10≦C1/C2≦500
    であることを特徴とする請求項2〜4の何れか1項に記載の中間転写ベルト。
  6. 前記揮発成分は、ケトン系溶剤、アルコール系溶剤、芳香族系溶剤の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の中間転写ベルト。
  7. 前記表面層が、硬化性の官能基を有する化合物を反応硬化させた樹脂から形成されるものであることを特徴とする請求項2〜5の何れか1項に記載の中間転写ベルト。
  8. 前記硬化性の官能基を有する化合物が、熱硬化性化合物や不飽和二重結合を有する連鎖重合性化合物の少なくとも一種であることを特徴とする請求項7に記載の中間転写ベルト。
  9. 中間転写ベルトの表面硬度が、ユニバーサル硬度で200N/mm2以上350N/mm2以下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。
  10. 基材層のヤング率が、200MPa以上5GPa以下の範囲内の樹脂材料を用いて形成されていることを特徴とする請求項1に記載の中間転写ベルト。
  11. 請求項1〜10の何れか1項に記載の中間転写ベルトの製造方法において、
    該中間転写ベルトが、紫外線の照射と乾燥処理を施して作製されることを特徴とする中間転写ベルトの製造方法。
  12. 電子写真感光体上に担持されたトナー像を、中間転写ベルトに一次転写した後、該トナー像を中間転写ベルトから記録媒体へ二次転写する画像形成方法において、
    該中間転写ベルトが請求項1〜10の何れか1項に記載の中間転写ベルトを用いることを特徴とする画像形成方法。
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