JP2010181569A - 中間転写体、転写装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】凹凸のある転写材においても転写効率を向上させることができ、転写材の使用範囲の拡大に寄与できる中間転写体を提供する。
【解決手段】厚み方向に複数の層を有する中間転写体において、弾性層１７と、弾性層１７の転写面側（トナー担持側）に設けられた表層１８とを有し、表層１８は、ヤング率が３０００Ｍｐａ以上であって且つ引張伸び率が１０％以上である。このように規定することで、転写効率もよく、かつ耐久性（クラック抑制）を兼ね備えた中間転写体とすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、像担持体上の画像を転写される中間転写体、該中間転写体を有する複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタ、これらのうち少なくとも１つを含む複合機等の画像形成装置に関し、詳しくは、厚み方向に複数の層を有する多層ないし積層構成の中間転写体に関する。

中間転写ベルトを用いた画像形成装置では、感光体ドラムとの１次転写部位、あるいは２次転写部位でのニップを十分に確保すべく、中間転写ベルトをゴム弾性を有する材料等で形成している。
また、クリーニングブレードによるクリーニング性の向上や転写効率の向上を目的として、ゴム層の転写面側に表層（表面層）を設けて硬度を大きくすることが行われている。
表層の硬度を大きくすると、トナーとベルトとの接触面積を小さくすることができ、すなわちトナーとベルトとの付着力（ファンデルワールス力）を小さくすることができ、転写効率を上げることができる。また、クリーニングブレードとのタック性を弱くでき、クリーニング性の向上を図ることができる。

しかしながら、表層の硬度を大きくすると、経時の使用でクラックが入りやすく、ベルト表面に亀裂が生じると画像品質が著しく低下することが知られている。
特許文献５では、亀裂発生を防止すべく、表面層のバインダーの破断伸びを１５０％以上に規定している。
このように、従来においては表面層の亀裂発生の弊害を考慮してその硬度を小さくせざるを得ない現状にある。

ところで、表面（転写面）に凹凸を有する転写紙への転写効率を考えてみたとき、上記のように表面層の硬度を小さくした従来の中間転写ベルトを用いた場合、凹凸の存在によって転写効率がさらに低下し、使用に耐えない画像品質となっている。
微視的に見た場合、どの転写紙においても表面にはある程度の凹凸が存在するが、ここでの「凹凸」はその程度が大きいものを指す。
このため、凹凸のある転写材は使用できず、転写材の使用範囲（自由度）が狭められていた。
特許文献３には２層構造のベルトが開示されているが、弾性層に対応する第１の層が熱可塑性樹脂で形成されており、凹凸に対する基本的な追従性を得ることができない。

本発明は、凹凸のある転写材においても転写効率を向上させることができ、転写材の使用範囲の拡大に寄与できる中間転写体、該中間転写体を有する画像形成装置の提供を、その目的とする。

弾性層は凹凸への基本的な追従性を得るために不可欠であるが、本発明者らの実験によれば、凹凸を有する転写紙での転写効率を上げるためには所定値以上の表層の硬度が必要であり、例えば特許文献５に規定されるような硬度（表面性状）では凹凸の度合いが大きい転写紙への良好な転写効率は期待できないことが判明した。
本発明者らによる実験・考察の結果、表層の硬度を大きくしても引張り伸び率が大きいものであればクラックが入らず、高転写効率を達成できることが確認された。本発明はこの実験事実に基づいて創案されたものである。
具体的には、請求項１記載の発明では、厚み方向に複数の層を有する中間転写体であって、弾性層と、該弾性層の転写面側に設けられた表層とを有し、前記表層は、ヤング率が３０００Ｍｐａ以上であって且つ引張伸び率が１０％以上であることを特徴とする。

請求項２記載の発明では、請求項１記載の中間転写体において、前記表層の膜厚は１０μｍ以下であることを特徴とする。
請求項３記載の発明では、請求項２記載の中間転写体において、前記表層の純水接触角が８０°〜１００°であることを特徴とする。
請求項４記載の発明では、請求項２又は３記載の中間転写体において、前記表層の表面抵抗率が１０^９以上１０^１４以下であることを特徴とする。

請求項５記載の発明では、請求項１乃至４の何れか１に記載の中間転写体において、前記表層は少なくとも芳香族ポリイミドを含むことを特徴とする。
請求項６記載の発明では、転写装置において、請求項１乃至５の何れか１に記載の中間転写体を用いて、転写材にトナー像を転写することを特徴とする。
請求項７記載の発明では、画像形成装置において、請求項６記載の転写装置を有することを特徴とする。

本発明によれば、凹凸を有する転写紙に対しても良好に転写することができ、転写紙の使用範囲の拡大に寄与できる。転写効率もよく、かつ耐久性（クラック抑制）を兼ね備えた中間転写体とすることができる。
ベルト表層の純水に対する接触角を８０°〜１００°の間に規定することで転写効率を高いところで維持することができ、文字の中抜けを発生させずに画像品質を確保できる。
表層の表面抵抗率を１０^９〜１０^１４にすることで凹凸紙（さざなみ紙）への転写性を確保しつつ、ドット再現性も得ることができる。
表層材料に芳香族ポリイミドを使用することでヤング率３０００Ｍｐａ、引張伸び１０％以上を満たすことができ、かつ、クリーニングブレードとのタック性を弱くできて良好なクリーニング性も確保できる。

本発明の一実施形態に係る中間転写ベルトの部分断面図である。 中間転写ベルトの他例における部分断面図である。 画像形成装置の要部構成図である。

以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
まず、図３に基づいて、本実施形態に係る画像形成装置としてのタンデム型のフルカラーレーザプリンタの概要を説明する。
ベルト移動方向（矢印Ｎ方向）に沿って、像担持体としての感光体ドラム１Ｋ、１Ｙ、１Ｍ、１Ｃが配置されている。Ｋはブラック、Ｙはイエロー、Ｍはマゼンタ、Ｃはシアンの色に対応している。各感光体ドラム１の周囲にはその回転方向順に、帯電ローラ２、現像手段３、図示しないクリーニング手段等が配置され、これらは図示しない装置本体に対して着脱自在なプロセスカートリッジ４に一体に収容されている。
各感光体ドラム１は帯電ローラ２により帯電され、図示しない露光手段により書き込みがなされて静電潜像が形成される。
静電潜像は現像手段により現像されて可視化され、転写装置５の中間転写ベルト６上にＫＹＭＣの順で色重ねされる。

転写装置５は、支持ローラ７、８間に回転可能に支持された中間転写体としての中間転写ベルト６と、中間転写ベルト６の裏面側において各感光体ドラム１に対向して配置された１次転写手段としての１次転写ローラ９Ｋ、９Ｙ、９Ｍ、９Ｃと、１次転写バイアスを印加する手段としての電源Ｖｔｋ、Ｖｔｙ、Ｖｔｍ、Ｖｔｃとを有している。
中間転写ベルト６上の重ね合わせトナー画像は、２次転写手段としての２時転写ローラ１０により転写材ないし記録媒体としての転写紙１１に一括転写される。
給紙トレイ１２に収容された転写紙１１は、給紙ローラ１３により１枚ずつ給紙され、レジストローラ対１４により所定のタイミングで２次転写部位へ搬送される。
重ね合わせトナー画像を一括転写された転写紙１１は定着手段１５へ送られ、加熱・加圧によりトナー像を定着される。その後、図示しない排紙トレイへ排出される。
２次転写部位を通過した中間転写ベルト６の表面は、クリーニングブレード１６ａを有するクリーニング手段１６により転写残トナー等を除去・清掃される。

図１に示すように、本実施形態に係る中間転写ベルト６は、その厚み方向においてベルト内側から外側に向かって順に、弾性層１７と、表層１８とからなる２層構造を有している。以下、中間転写ベルト６を単に「ベルト」ともいう。
［実施例Ａ］
（実施例１）
表層１８は、膜厚１μｍでヤング率３０００Ｍｐａ、引張伸び率が１０％の物性とした。弾性層１７はニトリルゴム（ＮＢＲ）、シリコーンゴム、ウレタン、エピクロルヒドリンゴム、フッ素ゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム等が使用できるが、ＪＩＳＡ硬度で１０度〜５０度が好ましい。また、弾性層１７の膜厚は５０μｍ〜５００μｍが良く、１００μｍ〜２００μｍがより好ましい。ここでは１５０μｍとした。
表層１８に関しては、ポリアミドイミドを使用した。ベルトの作製については、ビーズミル（壽工業社製）でＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）溶媒にカーボンブラックを分散させた。カーボンブラックはケチェンブラックやファーネスブラック、アセチレンブラックなどを適宜用いてよい。

作製したカーボンブラックを分散した溶液をポリアミドイミド前駆体に混合し、固形分濃度を２０％に調整した。次に、粗さを制御（Ｒｚで０．２程度）をした内型金型内面に導電剤が分散されたポリアミドイミド前駆体をスプレーコーティングし、乾燥（１００℃６０分）、イミド化（４〜６時間程度をかけ段階制御を行い最終硬化温度を２５０℃６０分焼成）した後に、上記と同様にカーボンブラックなどの導電剤が分散されたシリコーンゴム（信越シリコーン社製）をディスペンサーにてポリイミド内面に塗布して焼成して作製した。焼成条件は１８０℃６０ｍｉｎとした。
この時の抵抗率は表面抵抗率が８乗台であり、体積抵抗率は６乗台であった。抵抗率は油化電子製のハイレスタを用いプローブにはＵＲＳを使用した。表層と弾性層の間により接着性を高めるために、プライマー処理や中間層を設けてもよく、中間層の場合は導電性を付与した方がよく、電子導電剤やイオン伝導剤のどちらでも構わない。また、コロナ処理やプラズマ処理による表面改質でもかまわない。この時、表層の膜厚は１μｍ、ヤング率は３０００Ｍｐａで引張伸び率は１０％とした。ヤング率（引張弾性率）および引張伸び率はＪＩＳ Ｋ７１２７に沿って行った。
（実施例２）
実施例１のポリアミドイミド前駆体の配合を変更し、ベルトを試作したところ引張伸び率１８％であった。ヤング率は３１００Ｍｐａ
（実施例３）
膜厚５μｍでヤング率３０００Ｍｐａ、引張伸び率が１０％の物性とした。
（実施例４）
膜厚１０μｍでヤング率３０００Ｍｐａ、引張伸び率が１０％の物性とした。

（比較例１）
導電処理を施されたポリイミド基材の表面に上記実施例１の弾性層の成形を同様に行った。すなわち、表層は設けていない。
（比較例２）
実施例１のポリイミド表層膜を作製する過程でスプレーコーティングをする際、膜厚１１μｍとなるように試作した。膜厚が１０μｍを超えるサンプルである。
（比較例３）
実施例１のポリアミドイミド前駆体にコロイダルシリカ（スノーテックスＰＳ 日産化学）を分散し、同様の工程を経て、引張伸び率を３％とした。引張伸び率が１０％未満のサンプルである。
（比較例４）
実施例１のポリアミドイミド前駆体をよりポリアミドの率を多くし、同様の工程でベルトを試作し、引張強度を２５００Ｍｐａとした。ヤング率が３０００Ｍｐａ未満のサンプルである。

（画像評価）
上記画像形成装置を用い二層ベタ画像を凹凸性の大きい転写材のさざなみ紙（リコー社製）への転写を試みた結果、実施例１〜４では良好な画像を得ることができた。また、転写効率も良好な結果を得ることができた。転写効率の評価では転写材としてＴ６２００（リコー社製）を用いた。結果を表１に示す。

表１から分かるように、実施例１、実施例２、実施例３、実施例４では、表層のヤング率が３０００ＭＰａ以上であり、引張伸び率が１０％以上であるので、転写効率が高く、耐久性も問題が無く、総合評価は○である。
一方、比較例１では表層がないため、転写効率が低下し、またクリーニング不良も発生したため、総合評価は×である。
比較例２では表層の膜厚が１０μｍを超えるため、二層ベタの転写性が若干悪くなり、転写効率や耐久性の観点では問題がないが、総合評価は△である。
ここで、表層の厚みについて考察すると、実施例１と比較例２との対比から、表層の厚みが１０μｍを超えると転写紙の凹凸への追従性が低下し、その結果二層ベタの転写性が低下するものと考えられる。このことから、凹凸に対するベルトの追従性は基本的には弾性層１７によって担われるが、追従性の精度は最終的には表層１８の厚みに左右され、凹凸に対する高い追従性（転写性）を得るためには表層１８の厚みを１０μｍ以下とする必要があることが分かる。
比較例３は引張伸び率が１０％を下回るため、クラックが発生して耐久性に問題があり総合評価は×である。
比較例４では引張伸び率は１０％よりも大きいが、ヤング率が３０００ＭＰａを下回るため、転写効率が低下し、総合評価は×である。

以上から、弾性層を有する中間転写ベルトの表層のヤング率を３０００Ｍｐａ以上で且つ引張伸び率を１０％以上とすることで、転写効率が良好で且つクラックが発生しにくく耐久性に優れることが分かった。
また表層の膜厚を１０μｍ以下とすることで、凹凸紙に対しても転写性が向上することが分かった。

［実施例Ｂ］
図２に示すように、弾性層１７と表層１８との２層からなる実施例１のベルトに基層２０を加えたベルト構成とした。
基層２０を設けることで弾性層１７の経時的な張力低下による位置ずれ（色ずれ）を抑制することができ、色重ねが良くなる。
上記３層構成のベルトは、例えば、内型内面に導電剤が付与されたポリアミドイミド前駆体をディスペンサーにて塗布し段階をへて２５０℃で４時間熱硬化させシームレスポリアミドイミドベルト８０μｍを得た。
この時の表面抵抗率は、５００Ｖ印加時で１０秒後の値で５．０×１０^１１であった。測定器は三菱油化電子製のハイレスタ（ＵＲＳプローブ）を用いた。このシームレスポリアミドイミドベルトを基層とし外型に嵌め、ディスペンサーにて導電剤が付与されたシリコーンゴムを塗布し熱硬化して弾性層を形成した。
次に表層の成形であるが、スプレーやディスペンサーにより弾性層表面に塗布し、ポリアミドイミドの表層を得る場合、弾性層が先に存在すると弾性層が熱劣化を起こしやすいので、感光性ポリイミド（東レ社製）や化学的なイミド化をさせることが好ましいが、表層が１μｍ程度で弾性層が耐熱性のあるゴムの場合であれば、薄膜であるのでそのまま熱硬化しても構わない。ここでは、熱硬化により作製した。硬化に際して、段階制御を行い（１２０℃３０分、１８０℃３０分、２５０℃６０分）、表層の膜厚は１μｍを得た。
このベルトを用いて［実施例Ａ］と同様の画像評価を行ったが、基層がある場合は色ずれが良くなるがその他の品質は同様であった。

［実施例Ｃ］
実施例１の構成において、表層の純水接触角（２５℃）を制御した場合の結果を表２に示す。
表層の純水接触角は、硬化性のシリコーン添加剤を導電剤が分散されたポリアミドイミド前駆体に添加して得た。実施例５は０．０５％（固形分濃度）添加し、実施例６は０．０７５％、実施例７は０．１％添加した。
比較例５はコロナ処理にて親水性を増したもので、比較例６はシリコーン添加剤の添加を０．１５％にした場合である。純水に対する接触角の測定は協和界面科学社製のＤＭ５００を用いた。
表２から、ベルト表層の純水に対する接触角を８０°〜１００°の間に規定することで転写効率を高いところで維持することができ、文字の中抜けを発生させずに画像品質を確保できることが分かる。

［実施例Ｄ］
実施例１の構成において、表層の抵抗水準を振っての画像評価結果を表３に示す。転写性は凹部のドット再現性を見た。転写性は６００ｄｐｉでのハーフトーン画像を顕微鏡（×５０倍）で拡大して評価した。

表３のランク順位は、より良好 ◎（ドットがしっかり描けている） ＞ ○（ドットがやや散っている） ＞ △（ドットは散っているが輪郭はしっかり描けている） ＞ ×（ドットが散っており境界が分かりづらくなっているレベル）より悪いの順であり、△は許容レベルであり、×は許容できないレベルである。
表３から、表層１８の表面抵抗率を１０^９〜１０^１４にすることで凹凸紙（さざなみ紙）への転写性を確保しつつ、ドット再現性も得ることができることが分かる。

［実施例Ｅ］
表層材料に芳香族ポリイミドを有する材料を使用して中間転写ベルトを実施例１と同様に試作した。ここで芳香族ポリイミドはピロメリット酸二無水物と、４，４'−ジアミノジフェニルエーテルを有機溶媒中にて重合したものである。
比較例として、ポリウレタンを表層に用いて試作を試みたがヤング率が３０００Ｍｐａを下回り、請求項１の物性を満足するものが得られなかった。

上記実施形態では、タンデム型のカラープリンタにおける中間転写体（中間転写ベルト）について例示したが、これに限定される趣旨ではなく、３つ以下（単一を含む）の感光体を用いて中間転写体を複数サイクル回転させて転写する方式のものにおいても同様に実施することができる。

５ 転写装置
６ 中間転写体としての中間転写ベルト
１７ 弾性層
１８ 表層

特開２００５−１１２９４２号公報 特開２００４−２８１２７７号公報 特開２００２−２１４９２６号公報 特開２０００−００３１００号公報 特許第３５１７５４４号公報 特許第３９４１２８７号公報 特開２００７−０２５０９６号公報

Claims (7)

1. 厚み方向に複数の層を有する中間転写体であって、弾性層と、該弾性層の転写面側に設けられた表層とを有し、前記表層は、ヤング率が３０００Ｍｐａ以上であって且つ引張伸び率が１０％以上であることを特徴とする中間転写体。
2. 請求項１記載の中間転写体において、
   前記表層の膜厚は１０μｍ以下であることを特徴とする中間転写体。
3. 請求項２記載の中間転写体において、
   前記表層の純水接触角が８０°〜１００°であることを特徴とする中間転写体。
4. 請求項２又は３記載の中間転写体において、
   前記表層の表面抵抗率が１０^９以上１０^１４以下であることを特徴とする中間転写体。
5. 請求項１乃至４の何れか１に記載の中間転写体において、
   前記表層は少なくとも芳香族ポリイミドを含むことを特徴とする中間転写体。
6. 請求項１乃至５の何れか１に記載の中間転写体を用いて、転写材にトナー像を転写する転写装置。
7. 請求項６記載の転写装置を有する画像形成装置。

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