JP2011197230A - 中間転写ベルト及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】転写性能が良好な硬度が高く、薄い材料を最表面層に用いた場合であっても、画像濃度ムラなどの発生を抑制できる中間転写ベルト及び画像形成装置を得る。
【解決手段】少なくとも内層から、基層１０１、弾性層１０２、表面層１０３がそれぞれ１層以上積層されたベルト本体を備え、エンドレス状に一方向に回転駆動される中間転写ベルト。表面層１０３は、無機酸化物からなり、回転方向に対してほぼ直交する方向に亀裂が形成されている。無機酸化物はセラミックス、特に、ＳｉＯ₂，Ａｌ₂Ｏ₃であることが好ましい。
【選択図】図２

Description

本発明は、中間転写ベルト、特に、電子写真法による画像形成装置において感光体上に形成されたトナー像を記録紙に転写する際に用いられる中間転写ベルト及び該中間転写ベルトを備えた画像形成装置に関する。

近年、電子写真法による複写機やプリンタなどの画像形成装置では、カラー画像の形成が主流となり、多種多様な記録紙へ高画質なカラー画像を形成することの要求が強く、中間転写ベルトが広く用いられている。中間転写ベルトとは、それぞれの感光体上に形成された４色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）のトナー像を１次転写して合成し、記録紙上へ２次転写するものである。

中間転写ベルトとしては、一般的にポリイミドなどに代表される樹脂からなる単層ベルトや、単層ベルト上にゴムなどに代表される弾性層を設け、さらにその上に離型性の高い樹脂層などを設けた積層転写ベルト（以後、弾性中間転写ベルトと称する）が用いられている。最近では、表面層が弾性のために柔らかく、転写部でのトナーに作用する圧力が低減できることからソリッド画像の中抜けが抑制できる点や、２次転写部において記録紙との密着性がよいため一般的な記録紙に対しての転写効率の向上のみならず、厚紙に対する転写性や、凹凸を有する紙への転写性にも効果があることなどから、弾性中間転写ベルトが広く用いられている。

このような弾性中間転写ベルトの最表面層は、弾性の特性を損なわないように硬度の低いものを用いるか、なるべく薄くすることが必要である。しかし、硬度が低いものを用いると、トナーとの離型性が悪く、記録紙への転写性が低下してしまう。また、使用中に表面が削れてきてしまい、転写性の悪化や、トナー外添剤付着の増加を招いてしまう。よって、最表面層の材料の硬度はなるべく高いほうがよく、剛性を低くするためには、層厚を薄くすることが必要である。

しかしながら、最表面層に硬度が高い材料を薄く設けた弾性中間転写ベルトを用いると、使用中に紙粉やキャリアの付着によりベルト表面に甲羅状の亀裂が無数に発生してしまい、最終的には表面層が剥がれしまう。離型性の高い表面層が剥がれてしまうと、記録紙への転写性にも差が出来てしまうため画像濃度ムラが発生してしまう。特許文献１は、最表面層であるフッ素樹脂層の亀裂の発生を抑制することのできる組成に関して開示しているが、硬度が高くて薄く形成した材料（例えば、セラミックスなどの無機酸化物）に関して言及することはない。

特開２００４−３３４０２９号公報

そこで、本発明の目的は、転写性能が良好な硬度が高く、薄い材料を最表面層に用いた場合であっても、画像濃度ムラなどの発生を抑制することのできる中間転写ベルト及び画像形成装置を提供することにある。

本発明の一形態である中間転写ベルトは、少なくとも内層から、基層、弾性層、表面層がそれぞれ１層以上積層されたベルト本体を備え、エンドレス状に一方向に回転駆動される中間転写ベルトであって、最表面層は、無機酸化物からなり、回転方向に対してほぼ直交する方向に亀裂が形成されていること、を特徴とする。

また、本発明の一形態である画像形成装置は前記中間転写ベルトを備えたことを特徴とする。

前記中間転写ベルトにあっては、中間に弾性層を備えていることにより、ソリッド画像の中抜けが抑制され、２次転写性能や２次転写効率が良好である。一方、最表面層である無機酸化物層は従来から用いられていた樹脂層と比較すると、非常に硬く薄くすることが可能であるが、脆性材料であるため伸縮に対する耐性がなく、ゴムなどのように伸縮率が大きい弾性層と接着させて使用すると、使用中に亀裂が入り、亀裂の増加とともに剥がれが発生してしまう。しかし、前記中間転写ベルトにあっては、このような亀裂が入るという現象を有効利用して、予め亀裂が形成された状態にすることによって、亀裂の増加／成長が抑制され、使用期間を通じて画像品質の低下が発生することはない。

本発明によれば、転写性能が良好であることは勿論、画像濃度ムラなど画質劣化の発生を抑制することができる。

画像形成装置の一実施例を示す概略構成図である。 中間転写ベルトの一実施例を示す概略断面図である。 中間転写ベルトの表面層を形成する装置の第１例を示す説明図である。 中間転写ベルトの表面層を形成する装置の第２例を示す説明図である。 中間転写ベルトの表面層に亀裂を発生させる装置を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図である。 中間転写ベルト（本発明例）の表面状態の顕微鏡写真に基づく模式図であり、（Ａ）は初期状態、（Ｂ）は３０００００枚使用後の状態を示す。 中間転写ベルト（比較例）の表面状態の顕微鏡写真に基づく模式図であり、（Ａ）は初期状態、（Ｂ）は３０００００枚使用後の状態を示す。

以下、本発明に係る中間転写ベルト及び画像形成装置の実施例を添付図面に基づいて説明する。

本発明に係る画像形成装置の一実施例は、図１に示すように、タンデム方式のカラープリンタとして構成されている。このカラープリンタにおいて、装置本体中に、弾性中間転写ベルト１が無端状に配設されている。この弾性中間転写ベルト１は、支持体としての駆動ローラ１０、従動ローラ１１、テンションローラ１２に巻回され、矢印Ａ方向に回転駆動される。

弾性中間転写ベルト１の水平部に沿って、４つの画像形成部２が直列状に配置されている。これらの画像形成部２は、基本的には同様の構成をしており、図１中左側から、それぞれ、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）のトナー像を形成する。これらの画像形成部２は、回転可能に配置された像担持体であるドラム状の電子写真感光体３（以下、感光体ドラム３という）を備えている。感光体ドラム３の周囲には、帯電器４、露光装置５、現像器６、１次転写器７、残留トナーのクリーニングブレード８、残留電荷のイレーサ９が配置されている。以上の各作像エレメントによって感光体ドラム３上に画像を形成するプロセスは電子写真法として周知であり、その詳細な説明は省略する。

そして、各感光体ドラム３上に形成されたＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋのトナー画像は、矢印Ａ方向に回転する中間転写ベルト１上に順次１次転写され、中間転写ベルト１上でカラー画像として合成される。合成されたトナー画像は２次転写器１３から付与される電界にて矢印Ｂ方向に搬送される記録紙Ｐ上に２次転写される。２次転写後、記録紙Ｐは定着装置１４でトナーの加熱定着を施され、図示しないトレイ上に排出される。また、中間転写ベルト１上の残留トナーはクリーニング手段１５によって除去される。

ちなみに、このカラープリンタにおいて、中間転写ベルト１は、周長が１０００ｍｍとされ、回転速度は２５０ｍｍ／１秒とされている。支持ローラ１０，１１，１２の直径は３０ｍｍである。なお、中間転写ベルト１の周長、回転速度、支持ローラの直径は機種によって様々であり、支持ローラとしては直径が１５〜３０ｍｍ程度のものが使用される。

弾性中間転写ベルト１は、少なくとも内層から、基層、弾性層、表面層がそれぞれ１層以上積層されたエンドレス状のベルト本体を備え、最表面層は、無機酸化物からなり、回転方向Ａに対してほぼ直交する方向に亀裂が形成されている。最表面層はセラミックスからなること、特に、ＳｉＯ₂を主成分とするものであることが好ましい。

具体的には、図２示すように、弾性中間転写ベルト１は、樹脂材からなる基層１０１、弾性材からなる弾性層１０２、表面層１０３の３層構造とされている。基層１０１を構成する材料としては、ポリカーボネート、フッ素系樹脂（ＥＴＦＥ、ＰＶＤＦ）、スチレン系樹脂（スチレン又はスチレン置換体を含む単重合体あるいは共重合体）、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、塩化ビニル樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂（ＰＩ）など種々の樹脂材料の１種類あるいは２種類以上を使用することができる。基層１０１の厚みは、５０〜２００μｍとすることができる。

また、弾性層１０２を構成する材料としては、クロロプレンゴム（ＣＲゴム）、ブチルゴム、フッ素系ゴム、アクリルゴム、エチレン―プロピレン―ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、天然ゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴムなど種々の弾性材料（弾性材ゴム、エラストマー）の１種類あるいは２種類以上を使用することができる。弾性層１０２の厚みは、５０〜１０００μｍとすることができる。

前記基層１０１や、弾性層１０２には、抵抗値調節用導電剤が添加される。この抵抗値調節用導電剤としては、カーボンブラック、グラファイト、ニッケルなどの金属粉末、導電性金属酸化物など種々の材料を使用することができる。弾性層１０２及び基層１０１の形成方法としては、例えば、回転する円筒形の型に材料を流し込み、ベルト形状の層を形成する遠心成型法、材料をスプレイ塗布又はディッピング塗布して層を形成する塗布法、内型と外型との間に材料を注入してベルト形状の層を形成する注型法等が挙げられる。弾性層１０２の形成時においては所望により加熱による加硫及び乾燥が行われる。基層１０１の形成時においては所望により加熱による乾燥が行われる。

表面層１０３の材料としては、無機酸化物（例えば、ケイ素酸化物、アルミニウム酸化物、チタン酸化物及び亜鉛酸化物等のセラミックス）が用いられている。その形成方法としては、大気圧下でのプラズマＣＶＤ法を好適に用いることができる。

ここで、無機酸化物による表面層１０３を形成するための装置及び形成方法について説明する。なお、以下に説明する第１例（図３参照）と第２例（図４参照）とは同じ部材には共通する符号を付し、重複する説明は省略する。

第１例としての装置２００は、図３に示すように、放電空間と薄膜堆積領域が略同一なダイレクト方式であって、予め積層された基層１０１と弾性層１０２（以下、ベルト体１０５と称する）上に表面層１０３を形成するもので、エンドレス状のベルト体１０５を巻架して矢印Ｃ方向に回転するロール電極２０と、従動ローラ２０１、及び、ベルト体１０５の表面に表面層１０３を形成する成膜装置である大気圧プラズマＣＶＤ装置３００より構成されている。

大気圧プラズマＣＶＤ装置３００は、ロール電極２０の外周に沿って配列された少なくとも１式の固定電極２１と、固定電極２１とロール電極２０との対向領域でかつ放電が行われる放電空間２３と、少なくとも原料ガスと放電ガスとの混合ガスＧを生成して放電空間２３に混合ガスＧを供給する混合ガス供給装置２４と、放電空間２３などに空気が流入することを軽減する放電容器２９と、ロール電極２０に接続された第１の電源２５と、固定電極２１に接続された第２の電源２６と、使用済みの排ガスＧ'を排気する排気部２８とを有している。

混合ガス供給装置２４は無機酸化物層を形成するための原料ガスと、窒素ガスあるいはアルゴンガスなどの希ガスを混合した混合ガスを放電空間２３に供給する。また、従動ローラ２０１は張力付与手段２０２により矢印Ｄ方向に牽引され、ベルト体１０５に所定の張力を掛けている。張力付与手段２０２はベルト体１０５の掛け替え時などは張力の付与を解除し、ベルト体１０５の掛け替えなどを容易にしている。第１の電源２５は周波数ω１の電圧を出力し、第２の電源２６は周波数ω２の電圧を出力し、これらの電圧により放電空間２３に周波数ω１とω２とが重畳された電界Ｖを発生する。そして、電界Ｖにより混合ガスＧをプラズマ化して混合ガスＧに含まれる原料ガスに応じた膜（表面層１０３）がベルト体１０５（弾性層１０２）の表面に堆積される。

なお、複数の固定電極２１のうち、ロール電極２０の回転方向下流側に位置する複数の固定電極２１と混合ガス供給装置２４で表面層１０３を積み重ねるように堆積し、表面層１０３の厚さを調整するようにしてもよい。また、複数の固定電極２１の内、ロール電極２０の回転方向最下流側に位置する固定電極２１と混合ガス供給装置２４で表面層１０３を堆積し、より上流に位置する他の固定電極２１と混合ガス供給装置２４で、例えば、表面層１０３とベルト体１０５との接着性を向上させる接着層など、他の層を形成してもよい。また、表面層１０３とベルト体１０５との接着性を向上させるために、表面層１０３を形成する固定電極２１と混合ガス供給装置２４の上流に、アルゴンや酸素などのガスを供給するガス供給装置と固定電極を設けてプラズマ処理を行い、ベルト体１０５の表面を活性化させるようにしてもよい。

以上説明したように、エンドレス状のベルト体を一対のローラに張架し、一対のローラの内一方を一対の電極の一方の電極とし、一方の電極としたローラの外周面の外側に沿って他方の電極である少なくとも一つの固定電極を設け、これら一対の電極間に大気圧又は大気圧近傍下で電界を発生させプラズマ放電を行わせ、ベルト体の表面に薄膜を堆積・形成する構成を取ることにより、転写性が高く、クリーニング性及び耐久性が高い中間転写ベルトを製造することを可能としている。

装置の第２例を図４に示す。この装置２１０は、ダイレクト方式の変形で、対向したロール電極間で放電と薄膜堆積を行う方式であって、エンドレス状の二つのベルト体１０５上に同時に表面層１０３を形成する。主として、ベルト体１０５の表面に表面層１０３を形成する成膜装置２２０Ａ，２２０Ｂにて構成されている。成膜装置２２０Ａ，２２０Ｂは所定の間隙を隔てて略鏡像関係に配置され、その間に配置された少なくとも原料ガスと放電ガスとの混合ガスＧを生成して放電空間２３に混合ガスＧを供給する混合ガス供給装置２４を有している。成膜装置２２０Ａ，２２０Ｂは、エンドレス状のベルト体１０５を巻架して矢印Ｃ方向に回転するロール電極２０ａ，２０ｂと、従動ローラ２０１と矢印Ｄ方向に従動ローラ２０１を牽引する張力付与手段２０２と、ロール電極２０ａ，２０ｂに接続された電源２５ａ，２５ｂとをそれぞれ有している。放電空間２３はロール電極２０ａ，２０ｂの対向領域に形成されている。

電源２５ａは周波数ω１の電圧を出力し、電源２５ｂは周波数ω２の電圧を出力し、これらの電圧により放電空間２３に周波数ω１とω２とが重畳された電界Ｖを発生する。そして、電界Ｖにより混合ガスＧをプラズマ化（励起）し、プラズマ化（励起）した混合ガスをロール電極２０ａ，２０ｂ上のベルト体１０５の表面に晒し、プラズマ化（励起）した混合ガスに含まれる原料ガスに応じた膜（表面層１０３）が二つのベルト体１０５の表面に同時に堆積・形成される。

さらに他の形態として、ロール電極２０ａ，２０ｂのうち、一方のロール電極をアースに接続して、他方のロール電極に電源を接続してもよい。この場合は電源２５ｂを使用することが緻密な薄膜形成を行えるので好ましく、特に放電ガスにアルゴンなどの希ガスを用いる場合に好ましい。

次に、セラミックスからなる表面層１０３に中間転写ベルト１の回転方向に対してほぼ直交する方向に無数の亀裂を発生させる方法について説明する。図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、亀裂は、前記の方法で表面層１０３を作製した弾性中間転写ベルト１を、小径ローラ１５１と大径ローラ１５２からなるベルト張架装置１５０に張架し、ローラ１５１，１５２を回転させることで、軸方向への亀裂を発生させる。亀裂の本数はローラ１５１の直径に依存し、直径を小さくするほど増加し、直径が大きくなるほど減少する。ここで、発生させる亀裂のピッチとしては、使用に伴う亀裂の発生を防止し、かつ、表面層の剥離を防止する観点から、３０〜５００μｍであることが好ましい。

前記装置２００を用いて、以下に示す諸条件のもとで実施例１〜実施例４の中間転写ベルトを作製した。ここでは、まず、遠心成型法により円筒形の型の内周面に弾性層を形成し、この弾性層の内側に遠心成型法によって基層を形成して、厚さ１００μｍの基層の外周面に厚さ２００μｍの弾性層が形成されたベルト前駆体を作製した。そして、このベルト前駆体の表面に大気圧プラズマＣＶＤ装置３００により表面層を成膜した。

実施例１：
大気圧プラズマＣＶＤ装置３００を使用して、ＰＩからなる基層、ＮＢＲからなる弾性層の上にＳｉＯ₂からなる表面層を成膜した。
印加電力＝１．０ｋＷ
材料流量＝１．２ｓｌｍ（スタンダード・リットル／分）
酸素ガス流量＝２．５ｓｌｍ
成膜温度＝８０℃
表面層膜厚＝２０ｎｍ

実施例２：
大気圧プラズマＣＶＤ装置３００を使用して、ＰＩからなる基層、ＣＲゴムからなる弾性層の上にＳｉＯ₂からなる表面層を成膜した。表面層の膜厚は１５０ｎｍであり、他の条件は実施例１と同様である。

実施例３：
大気圧プラズマＣＶＤ装置３００を使用して、ＰＩからなる基層、ＮＢＲからなる弾性層の上にＡｌ₂Ｏ₃からなる表面層を成膜した。表面層の膜厚は２０ｎｍであり、他の条件は実施例１と同様である。

実施例４：
大気圧プラズマＣＶＤ装置３００を使用して、ＰＩからなる基層、ＣＲゴムからなる弾性層の上にＡｌ₂Ｏ₃からなる表面層を成膜した。表面層の膜厚は１５０ｎｍであり、他の条件は実施例１と同様である。

前記実施例１〜実施例４の弾性中間転写ベルトを、直径が１０ｍｍの小径ローラ１５１を備えた前記ベルト張架装置１５０のローラ１５１，１５２に巻き付け、１００ｍｍ／ｓｅｃで１０分間回転させた。その結果、図６（Ａ）に示すように微細な亀裂が回転方向とほぼ直交する方向に無数に形成された。この亀裂は表面層の底まで到達しており、亀裂のピッチは約５０μｍであった。

一方、前記実施例１〜実施例４の条件で作製された弾性中間転写ベルトであって、表面層に亀裂を形成しないものを比較例１〜５とし、亀裂を有する実施例１〜４と亀裂を有しない比較例１〜４を図１に示したカラープリンタに搭載し、記録紙を３０００００枚通過させて画像を形成した後、ベルトの表面状態の変化を顕微鏡にて観察した。このとき、中間転写ベルト１の支持ローラ１０，１１，１２の直径は３０ｍｍであった。

実施例１〜４のベルトにあっては、３０００００枚の使用後であっても、図６（Ｂ）に示すように、ベルト表面の亀裂に大きな変化はなく、表面層の剥離も生じてはいなかった。また、画像の中抜けを生じることなく、転写性能は良好であった。

これに対して、比較例１〜４のベルトにあっては、初期状態において、図７（Ａ）に示すように、亀裂はない。記録紙を３０００００枚通過させて画像を形成した後、ベルトの表面を観察したところ、図７（Ｂ）に示すように、塊状の亀裂が多数発生しており、部分的な剥離も見られた。

以上のように、本発明は、中間転写ベルトや画像形成装置に有用であり、特に、転写性能が良好な硬度が高く、薄い材料を最表面層に用いた場合であっても、画像濃度ムラなどの発生を抑制できる点で優れている。

１…中間転写ベルト
１０１…基層
１０２…弾性層
１０３…表面層

Claims (4)

1. 少なくとも内層から、基層、弾性層、表面層がそれぞれ１層以上積層されたベルト本体を備え、エンドレス状に一方向に回転駆動される中間転写ベルトであって、
   最表面層は、無機酸化物からなり、回転方向に対してほぼ直交する方向に亀裂が形成されていること、
   を特徴とする中間転写ベルト。
2. 前記最表面層はセラミックスからなること、を特徴とする請求項１に記載の中間転写ベルト。
3. 前記セラミックスはＳｉＯ₂又はＡｌ₂Ｏ₃を主成分とするものであること、を特徴とする請求項２に記載の中間転写ベルト。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の中間転写ベルトを備えたこと、を特徴とする画像形成装置。

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