JP2021089394A - 中間転写ベルト及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】細線の画質の向上を図りつつ、凹凸を有する転写材に対する転写性の向上を図ることを可能とする中間転写ベルト、及びこの中間転写ベルトを備えた画像形成装置を提供する。【解決手段】画像形成装置に用いられる中間転写ベルト７は、弾性層７ｂを有し、弾性層７ｂの厚さＬ（ｍ）が０．０００２（ｍ）以上、０．０００４（ｍ）以下であり、弾性層７ｂの剛性率Ｇ（ＭＰａ）を前記弾性層の厚さＬ（ｍ）で割った値Ｇ／Ｌ（ＭＰａ／ｍ）が８．４（ＭＰａ／ｍ）以上、１１１８（ＭＰａ／ｍ）以下である構成とする。【選択図】図２

Description

本発明は、電子写真方式や静電記録方式を用いた、複写機、プリンタ、ファクシミリ装置などの画像形成装置において用いられる中間転写ベルト、及びその画像形成装置に関するものである。

従来、例えば電子写真方式の画像形成装置において、感光体から中間転写ベルト上に１次転写したトナー像を紙などの転写材上に２次転写することで画像を形成する中間転写方式が広く採用されている。

中間転写方式の画像形成装置において、更なる高画質化のために、少なくとも１層の弾性層を有する中間転写ベルト（以下、「弾性中間転写ベルト」ともいう。）が用いられることがある（特許文献１）。弾性中間転写ベルトは、少なくとも１層の弾性層を有するため、比較的柔らかい。そのため、弾性中間転写ベルトは、転写部においてトナーに作用する圧力を低減できることから、中抜け現象の抑制に効果があることが知られている。なお、中抜け現象は、画像の一部が転写されずに白く抜けたようになる転写不良である。また、弾性中間転写ベルトは、２次転写部において転写材との密着性がよいことから、一般的な紙に対する転写効率の向上のみならず、厚紙に対する転写性の向上や、凹凸を有する紙に対する転写性の向上にも効果があることが知られている。また、弾性層の機械特性を規定することで、転写性と耐摩耗性や耐クラック性といった機械特性とを両立させた、弾性中間転写ベルトが提案されている（特許文献２）。

一方、電子写真方式などを用いた画像形成装置において、近年では、細線の再現性や鮮鋭さなどの画質の向上のために、例えば平均粒径６μｍ以下といった比較的小径のトナーが使用されるようになった。このような小径のトナーは、凹凸を有する紙への転写性が悪化しやすいことが指摘されている。

特開２０１７−１９１２４８号公報 特許６３１４９６０号公報

しかしながら、樹脂製の単層の中間転写ベルトに比べて、厚さが大きく、柔軟性のある弾性中間転写ベルトでは、被転写部材へトナーを転写する２次転写ニップ部内でベルトの表面（外周面）が伸び縮みする。これにより、トナーの位置ずれが発生し、細線（例えば転写材の搬送方向と略直交する方向に延びる横線）の劣化が発生することがある。

また、弾性中間転写ベルトは、上述のように凹凸を有する紙に対する転写性の向上に効果があることが知られているが、小径のトナーとの組み合わせでは、この弾性中間転写ベルトのアドバンテージである凹凸を有する紙に対する転写性が悪化することがある。

したがって、本発明の目的は、細線の画質の向上を図りつつ、凹凸を有する転写材に対する転写性の向上を図ることを可能とする中間転写ベルト、及びこの中間転写ベルトを備えた画像形成装置を提供することである。

上記目的は本発明に係る中間転写ベルト及び画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、画像形成装置に用いられる中間転写ベルトにおいて、弾性層を有し、前記弾性層の厚さＬ（ｍ）が０．０００２（ｍ）以上、０．０００４（ｍ）以下であり、前記弾性層の剛性率Ｇ（ＭＰａ）を前記弾性層の厚さＬ（ｍ）で割った値Ｇ／Ｌ（ＭＰａ／ｍ）が８．４（ＭＰａ／ｍ）以上、１１１８（ＭＰａ／ｍ）以下であることを特徴とする中間転写ベルトである。

本発明の他の態様によると、画像形成装置に用いられる中間転写ベルトにおいて、弾性層を有し、前記弾性層の厚さＬ（ｍ）が０．０００４（ｍ）より大きく、０．０００８（ｍ）以下であり、前記弾性層の剛性率Ｇ（ＭＰａ）を前記弾性層の厚さＬ（ｍ）で割った値Ｇ／Ｌ（ＭＰａ／ｍ）が８．４（ＭＰａ／ｍ）以上、１３０１２５ｅ^{−１０８１４Ｌ}（ＭＰａ／ｍ）以下であることを特徴とする中間転写ベルトが提供される。

本発明の更に他の態様によると、上記本発明の中間転写ベルトを有する画像形成装置が提供される。

本発明によれば、細線の画質の向上を図りつつ、凹凸を有する転写材に対する転写性の向上を図ることが可能となる。

画像形成装置の概略断面図である。 中間転写ベルトの層構成の一例を示す模式的な断面図である。 ２次転写ニップ部の近傍の模式的な断面図である。 剛性率Ｇとずれ量Δｘとの関係の概念を説明するための模式図である。 ナノインデンテーション法による測定装置の一例を示す模式図である。 ナノインデンテーション法で得られた典型的な荷重−変位曲線の例を示すグラフ図である。 圧子と試料とが接触している状態の模式図である。 ＰＩＡＳ−ＩＩでのＲａｇｇｅｄｎｅｓｓの測定を説明するための模式図である。 試験例の評価結果を示すグラフ図である。

以下、本発明に係る中間転写ベルト及び画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。

［実施例１］
１．画像形成装置
まず、本発明に従う中間転写ベルト（弾性中間転写ベルト）が用いられる画像形成装置１００の一実施例の全体的な構成及び動作について説明する。図１は、本実施例の画像形成装置１００の概略断面図である。本実施例の画像形成装置１００は、電子写真方式を用いてフルカラー画像を形成することが可能な、中間転写方式を採用したタンデム型（インライン型）のカラーレーザープリンタである。

画像形成装置１００は、複数の画像形成部（ステーション）１０として、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色の画像を形成する４つの画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋを有する。４つの画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋは、後述する中間転写ベルト７の平坦部分に沿って、その平坦部分の移動方向にこの順番で配置されている。各画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋにおける同一又は対応する機能あるいは構成を有する要素については、いずれかの色用の要素であることを示す符号の末尾のＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋを省略して、総括的に説明することがある。本実施例では、画像形成部１０は、後述する感光ドラム１（１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ）、帯電ローラ２（２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋ）、露光装置３（３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋ）、現像装置４（４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ）、１次転写ローラ５（５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ）などを有して構成される。

トナー像を担持する回転可能な像担持体としての、ドラム型（円筒形）の感光体（電子写真感光体）である感光ドラム１は、図中矢印Ｒ１方向（反時計回り方向）に所定の周速度（プロセススピード）で回転駆動される。感光ドラム１は、アルミニウム製のシリンダで構成された基体の上に、電荷発生層、電荷輸送層及び表面保護層がこの順番で積層されて構成されている。回転する感光ドラム１の表面（外周面）は、帯電手段としてのローラ状の帯電部材である帯電ローラ２によって、所定の極性（本実施例では負極性）の所定の電位に一様に帯電処理される。帯電工程時に、帯電ローラ２には、所定の帯電電圧（帯電バイアス）が印加される。帯電処理された感光ドラム１の表面は、露光手段としての露光装置（レーザースキャナー装置）によって画像情報に応じて走査露光され、感光ドラム１上に画像情報に応じた静電潜像（静電像）が形成される。

感光ドラム１上に形成された静電潜像は、現像手段としての現像装置４によって現像剤としてのトナーが供給されて現像（可視化）され、感光ドラム１上にトナー像（トナー画像、現像剤像）が形成される。現像装置４は、トナーを収容しており、現像剤担持体としての現像ローラ４１、現像剤量規制部材としての規制ブレード４２などを備えている。現像ローラ４１上にトナーが供給され、規制ブレード４２によって現像ローラ４１上のトナー量が規制されることで、現像ローラ４１上にトナーの薄層が形成される。トナーを担持した現像ローラ４１は、感光ドラム１の表面に軽圧接されて現像部を形成する。また、現像ローラ４１は、現像部において感光ドラム１の表面と現像ローラ４１の表面とが順方向に速度差を持って移動するように回転駆動される。また、現像工程時に、現像ローラ４１には、所定の現像電圧（現像バイアス）が印加される。これにより、現像ローラ４１に担持されて現像部に搬送されたトナーは、感光ドラム１上の静電潜像に応じて感光ドラム１の表面に付着する。本実施例では、一様に帯電処理された後に露光されることで電位の絶対値が低下した感光ドラム１上の露光部（イメージ部）に、感光ドラム１の帯電極性と同極性（本実施例では負極性）に帯電したトナーが付着する（反転現像）。本実施例では、現像時のトナーの帯電極性であるトナーの正規の帯電極性は負極性である。本実施例では、トナーの平均粒径は５．５μｍ程度である。また、トナーは、付着力を低減するために、外添材で被覆されている。このような平均粒径が６μｍ以下のトナーを用いることで、平均粒径が６μｍを超えるトナーを用いる場合と比較して、トナーの消費量を低減し、細線の鮮鋭度を高めることができる。ここで、トナーの平均粒径は、一般に３μｍ以上であり、典型的には５μｍ以上である。なお、平均粒径とは、例えば、コールター法で測定することができる重量平均粒径のことである。測定は、「コールター・カウンター Ｍｕｌｔｉｓｉｚｅｒ ３」（ベックマン・コールター株式会社製）と、測定条件設定及び測定データ解析をするための付属の専用ソフト「ベックマン・コールターＭｕｌｔｉｓｉｚｅｒ ３ Ｖｅｒｓｉｏｎ３．５１」（ベックマン・コールター株式会社製）と、を用いて行うことができる。

４つの感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋと対向するように、中間転写体としての無端状のベルトで構成された中間転写ベルト７が配置されている。中間転写ベルト７は、複数の張架ローラ（支持ローラ）としての駆動ローラ７１、テンションローラ７２、及び２次転写対向ローラ（内ローラ）７３に掛け渡されて所定の張力で張架されている。中間転写ベルト７は、駆動ローラ７１が回転駆動されることで駆動力が伝達されて、図中矢印Ｒ２方向（時計回り方向）に感光ドラム１の周速度に対応する周速度（プロセススピード）で周回移動（回転）する。中間転写ベルト７の内周面側には、各感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋに対応して、１次転写手段としてのローラ状の１次転写部材である１次転写ローラ５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋが配置されている。１次転写ローラ５は、中間転写ベルト７を感光ドラム１に向けて押圧して、感光ドラム１と中間転写ベルト７との接触部である１次転写部Ｔ１を形成する。上述のように感光ドラム１上に形成されたトナー像は、１次転写部Ｔ１において、１次転写ローラ５の作用によって、周回移動している中間転写ベルト７上に１次転写される。１次転写工程時に、１次転写ローラ５には、トナーの正規の帯電極性とは逆極性（本実施例では正極性）の直流電圧である１次転写電圧（１次転写バイアス）が印加される。例えば、フルカラー画像の形成時には、各感光ドラム１上に形成されたＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色のトナー像が中間転写ベルト７上に重ね合わされるようにして順次１次転写される。

中間転写ベルト７の外周面側において、２次転写対向ローラ７３と対向する位置には、２次転写手段としてのローラ状の２次転写部材である２次転写ローラ（外ローラ）８が配置されている。２次転写ローラ８は、中間転写ベルト７を介して２次転写対向ローラ７３に向けて押圧され、中間転写ベルト７と２次転写ローラ８との接触部である２次転写部Ｔ２を形成する。上述のように中間転写ベルト７上に形成されたトナー像は、２次転写部Ｔ２において、２次転写ローラ８の作用によって、中間転写ベルト７と２次転写ローラ８とに挟持されて搬送されている紙などの転写材（記録媒体、記録材、シート）６上に２次転写される。２次転写工程時に、２次転写ローラ８には、トナーの正規の帯電極性とは逆極性（本実施例では正極性）の直流電圧である２次転写電圧（２次転写バイアス）が印加される。本実施例では、２次転写工程時に十分な転写効率を得るために、数ｋＶの２次転写電圧が印加される。

転写材６は、転写材収納部としてのカセット１２から、給送部材としてのピックアップローラ１３などによって搬送路に供給される。搬送路に供給された転写材６は、搬送部材としての搬送ローラ対１４及びレジストローラ対１５によって、中間転写ベルト７上のトナー像とタイミングが合わされて２次転写部Ｔ２へと搬送される。

トナー像が転写された転写材６は、定着手段としての定着装置９へと搬送される。定着装置９は、加熱手段を備えた定着ローラ９１と、定着ローラ９１に圧接する加圧ローラ９２と、を有する。定着装置９は、未定着のトナー像を担持した転写材６を定着ローラ９１と加圧ローラ９２とで挟持して搬送することによって加熱及び加圧して、トナー像を転写材６上に定着（溶融、固着）させる。定着装置９を通過した転写材６は、搬送ローラ対１６、排出ローラ対１７などによって画像形成装置１００の装置本体の外部（機外）へと排出（出力）される。

１次転写工程後に感光ドラム１上に残留したトナー（１次転写残トナー）は、本実施例では、帯電ローラ２によって正規の帯電極性に帯電処理された後に、現像装置４により現像同時回収によって回収される。なお、感光ドラム１の表面をクリーニングする感光体クリーニング手段として、特別のドラムクリーニング装置が設けられていてもよい。また、中間転写ベルト７の外周面側において、駆動ローラ７１と対向する位置に、中間転写体クリーニング手段としてのベルトクリーニング装置１１が配置されている。つまり、ベルトクリーニング装置１１は、中間転写ベルト７の表面（外周面）の移動方向（搬送方向）に関して２次転写部Ｔ２よりも下流側かつ１次転写部Ｔ１（最上流の１次転写部Ｔ１Ｙ）よりも上流側に配置されている。２次転写工程後に中間転写ベルト７上に残留したトナー（２次転写残トナー）は、ベルトクリーニング装置１１によって中間転写ベルト７上から除去されて回収される。

２．中間転写ベルト
次に、中間転写ベルト７について説明する。本発明に従う中間転写ベルト７は、少なくとも１層の弾性層を有する弾性中間転写ベルトである。図２は、本実施例の中間転写ベルト７の層構成を示す模式的な断面図である。図２に示すように、本実施例の中間転写ベルト７は、基層７ａと、基層７ａの上に積層された弾性層７ｂと、弾性層７ｂの上に積層された表面層７ｃと、の３層を有して構成される積層体である。

（基層）
基層（基体）７ａについて説明する。基層７ａは、ロール状あるいはベルト状のシームレスタイプの円筒型のものである。基層７ａに適する材料としては、例えば、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリエステル、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアセタール、ポリフェニレンサルファイド、ＰＶＤＦなどの樹脂材料が挙げられる。なお、基層７ａ用の樹脂には、金属粉末、導電性酸化物粉末、導電性カーボンブラックなどの導電性粉体を添加して導電性を付与してもよい。基層７ａの材料としては、中間転写ベルト７の機械強度及び導電性の観点から、導電性カーボンブラックを添加したポリエーテルエーテルケトンやポリイミドが特に好ましい。

基層７ａの厚さ（膜厚、厚み）は、１０μｍ以上、５００μｍ以下が好ましく、３０μｍ以上、１５０μｍ以下がより好ましい。基層７ａの厚さが１０μｍ未満であると、中間転写ベルト７の機械的強度が著しく低下してしまう可能性があり、基層７ａの厚さが５００μｍより大きいと、中間転写ベルト７の剛性が強くなりすぎるため中間転写体としての使用が困難になる可能性がある。なお、中間転写ベルト７の各層の厚さは、複数箇所（例えば１０箇所）の測定値の平均値で代表することができる。

（弾性層）
弾性層７ｂについて説明する。弾性層７ｂは、転写材６の表面の形状に追従するために、適度な柔軟性が必要である。弾性層７ｂに適する材料（弾性材料）としては、天然ゴム、スチレン・ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、エチレン・プロピレンゴム、クロロスルホン化ゴム、アクリレートゴム、エピクロルヒドリンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどのゴム材料が挙げられる。これらのうち、低温から高温まで中間転写ベルト７に適した機械特性を発揮できる観点、及び耐オゾン性に優れる観点から、シリコーンゴムが好ましい。

弾性層７ｂの厚さは、その柔軟性を十分に活かすために、１００μｍ以上、２０００μｍ以下が好ましく、２００μｍ以上、８００μｍ以下がより好ましい。

弾性層７ｂの材料は、電子導電剤やイオン導電剤を含んでいてもよい。電子導電剤としては、アセチレンブラックやケッチェンブラックのような導電性カーボンブラック、グラファイト、グラフェン、カーボン繊維、カーボンナノチューブ、また銀、銅、ニッケルなどの金属粉、導電性亜鉛華、導電性炭酸カルシウム、導電性酸化チタン、導電性酸化錫、導電性マイカなどが挙げられる。これらのうち、電気抵抗の制御のしやすさの観点から導電性カーボンブラックが好ましい。イオン導電剤としては、リチウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩などの他、ピリジン系、脂環族アミン系、及び脂肪族アミン系などのイオン液体などが挙げられる。これらのうち、環境安定性、電気抵抗の安定性、あるいは耐久による分極の抑制の観点から、カリウム塩が好ましい。例えば、弾性層７ｂの基材としてシリコーンゴムを用いる場合、シリコーンゴムに対する導電剤の配合処方は、中間転写ベルト７の機械強度の観点から、シリコーンゴム１００質量部に対して３５質量部以下が好ましく、２５質量部以下がより好ましい。このような配合処方により、中間転写ベルト７に適した安定した導電性が弾性層７ｂに付与される。

また、弾性層７ｂの材料は、他にも、充填剤、架橋促進剤、架橋遅延剤、架橋助剤、スコーチ防止剤、着色剤、老化防止剤、軟化剤、熱安定剤、難燃剤、難燃助剤、紫外線吸収剤、防錆剤などの添加剤を含んでいてもよい。特に、充填剤としては、ヒュームドシリカ、結晶性シリカ、湿式シリカ、ヒュームド酸化チタン、セルロースナノファイバーなどの補強性充填剤が挙げられる。補強性充填剤は、シリコーンゴム中に分散されやすいなどの観点から、オルガノアルコキシシラン、オルガノハロシラン、オルガノシラザン、分子鎖両末端がシラノール基で封鎖されたジオルガノシロキサンオリゴマー、環状オルガノシロキサンなどの有機ケイ素化合物により表面改質されていてもよい。

なお、基層７ａと弾性層７ｂとの間には、必要に応じて、プライマー層（図示せず）を設けてもよい。プライマー層の厚さは、プライマー層内の凝集破壊を低減する観点から、０．１μｍ以上、２μｍ以下が好ましい。

また、弾性層７ｂと表面層７ｃとの間には、必要に応じて、弾性層７ｂからの化学物質の染み出しを抑えるバリア層（中間層）（図示せず）を設けてもよい。バリア層に適した材料としては、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ウレタンアクリル樹脂、ナイロン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂などの樹脂材料が挙げられる。バリア層の厚さは、染み出しを抑えるためには、１μｍ以上が望ましい。また、バリア層の厚さは、弾性層７ｂの弾性機能を発揮するためには、１０μｍ以下が望ましい。

（表面層）
表面層７ｃについて説明する。表面層７ｃは、トナーを転写材６に転写、離型するための層であり、低付着性を有することが望まれる。表面層７ｃに適した材料としては、低付着性を有していれば特に制限はないが、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ウレタンアクリル樹脂、フッ素樹脂、含フッ素ウレタン樹脂、フッ素ゴム、シロキサン変性ポリイミドなどの樹脂液（塗料）が挙げられる。これらのうち、弾性層７ｂの弾性機能を損なわない観点から、含フッ素ウレタン樹脂が好ましい。

表面層７ｃの厚さは、１μｍ以上、５μｍ以下が好ましい。表面層７ｃの厚さが１μｍ未満であると、摩耗により消失しやすくなる可能性があり、表面層７ｃの厚さが５μｍより大きいと、弾性層７ｂの弾性機能を阻害してしまう可能性がある。

表面層７ｃは、必要に応じて、上述した弾性層７ｂに含有させ得るものと同様の導電剤を含んでいてもよい。導電剤の量としては、付着性や機械強度の観点から、表面層７ｃの基材１００質量部に対して３０質量部以下であることが好ましい。

また、近年では環境負荷への考慮などから、従来用いられていた有機溶剤を主な溶媒とした溶剤系塗料に代わり、水を主な溶媒とした水系塗料が用いられる場合が増えている。ここでは、水系塗料とは、溶媒における水の重量割合が０．５割以上である塗料を指す。水系塗料は、溶媒の主成分が水であるために環境負荷が小さい一方、塗料の表面張力が高いために溶剤系塗料と比較してレベリング性が低く、塗料を乾燥させた後の膜の表面が比較的粗くなり易い。

（中間転写ベルトの電気特性）
中間転写ベルト７の電気抵抗値は、体積抵抗率が１．０×１０^６Ω・ｃｍ以上、１．０×１０^１４Ω・ｃｍ以下であることが好ましく、１．０×１０^８Ω・ｃｍ以上、１．０×１０^１３Ω・ｃｍ以下であることがより好ましい。また、表面層７ｃ側から測定した表面抵抗率は、１．０×１０^６Ω／□以上、１．０×１０^１４Ω／□以下であることが好ましく、１．０×１０^９Ω／□以上、１．０×１０^１３Ω／□以下であることがより好ましい。なお、中間転写ベルト７の電気特性の測定は、Ｈｉｒｅｓｔａ・ＵＰ ＭＣＰ−ＨＴ４５０（三菱化学社製）を用いて、温度２３℃、相対湿度５０％の環境下で、印加電圧２５０Ｖで行った。中間転写ベルト７の電気抵抗値を上記のような半導電領域の範囲内に設定することによって、感光ドラム１から中間転写ベルト７へのトナーの１次転写、及び中間転写ベルト７から転写材６へのトナーの２次転写を安定して行うことができる。

３．中間転写ベルトの機械特性
図３は、中間転写ベルト７と２次転写ローラ８とで転写材６を挟持搬送している際の２次転写部Ｔ２の近傍の模式的な断面図（２次転写対向ローラ７３の回転軸線と略直交する断面）である。なお、本実施例では、２次転写ローラ８は、２次転写対向ローラ７３に対して、中間転写ベルト７の搬送方向上流側にオフセットされて配置されている。つまり、図３に示す断面において、２次転写対向ローラ７３と、２次転写対向ローラ７３の上流側に隣接して配置された張架ローラであるテンションローラ７２との、中間転写ベルト７に接する側の共通の接線を基準線とする。このとき、本実施例では、２次転写対向ローラ７３の回転中心を通り上記基準線と直交する直線よりも、２次転写ローラ８の回転中心を通り上記基準線と直交する直線の方が、中間転写ベルト７の搬送方向上流側にある。ここでは、２次転写部Ｔ２、すなわち、２次転写対向ローラ７３と２次転写ローラ８とで形成されるニップ部を、単に「２次転写ニップ部」ともいう。

弾性中間転写ベルト７を用いる場合、２次転写対向ローラ７３と２次転写ローラ８とで形成される２次転写ニップ部Ｔ２内で、弾性層７ｂが、転写材６の入口側では収縮し、出口側では伸びるため、表面層７ｃの速度が変化する。図３中、中間転写ベルト７に示された矢印の長さが相対的に短い部分は上記収縮が起こっていることを模式的に示しており、矢印の長さが相対的に長い部分は上記伸びが起っていることを模式的に示している。また、弾性中間転写ベルト７は、樹脂製の単層の中間転写ベルトに比べて厚さが大きいため、その速度の変化量が大きくなる。そのため、弾性中間転写ベルト７を用いる場合、２次転写ニップ部Ｔ２内でトナーが搬送方向にずれる現象が発生し、細線（例えば転写材の搬送方向と略直交する方向に延びる横線（線画））のエッジが凸凹した状態になることがある。細線の理想的なエッジの境界線からの実際のエッジのずれは、Ｒａｇｇｅｄｎｅｓｓ（後述）として指標化することができる。このトナーの位置ずれについて更に説明する。

上述のように、２次転写ニップ部Ｔ２では、中間転写ベルト７は屈曲するため、その表面が伸び縮みする。中間転写ベルト７上のトナーは、中間転写ベルト７の搬送方向に関する２次転写ニップ部Ｔ２の前と２次転写ニップ部Ｔ２内とで、ほとんど伸縮しない紙などの転写材６と伸縮する中間転写ベルト７との間で搬送方向にずれ、細線などの画像の劣化が発生することがある。そのずれの量（以下、単に「ずれ量」ともいう。）は、中間転写ベルト７（特に弾性層７ｂ）の厚さが大きいほど顕著となる。このずれ量の概念について、図４を用いて説明する。

中間転写ベルト７の表面と伸縮しない紙などの転写材６の表面とのずれ量Δｘは下記式から求めることができる。

Δｘ＝Ｆｌ／ＡＧ ・・・式（２）
Ｇ＝Ｅ／２（１＋ν） ・・・式（３）
Ｇ；剛性率
Ｆ；せんだん力
Ａ；断面積
ｌ；厚さ
Ｅ；ヤング率
ν；ポアソン比

上記式から、厚さｌが小さいほど、また剛性率Ｇが大きいほど、ずれ量Δｘは小さくなることがわかる。上記モデルは、中間転写ベルト７において主に伸び縮みする弾性層７ｂに関するモデルとして成り立つ。

以下、剛性率の算出に必要なヤング率の測定方法、ポアソン比の測定方法について説明する。

（ヤング率測定方法）
ナノインデンテーション法によるヤング率の測定について説明する。中間転写ベルト７の表面のナノインデンテーション法によるヤング率は、中間転写ベルト７の表面を直接測定して求めた値である。弾性層７ｂのナノインデンテーション法によるヤング率は、基層７ａ上に弾性層７ｂが形成されたもの、あるいは表面層７ｃまで形成された中間転写ベルト７（すなわち中間転写ベルト７の完成品）から表面層７ｃが除去されたものを用いて弾性層７ｂに関して測定して求めた値である。

ナノインデンテーション法によるヤング率の測定方法は、微小なダイヤモンド圧子を薄膜に押し込みながら荷重と押し込み深さ（変位量）の関係を測定し、測定値から塑性変形硬さを算出する方法である。この測定方法は、特に１ｍｍ以下の薄膜の測定に対して、基層７ａの物性の影響を受けにくく、また圧子を押し込んだ際に薄膜に割れが発生しにくい、という特徴を有している。この測定方法は、一般に、非常に薄い薄膜の物性測定に用いられている。

図５は、ナノインデンテーション法によりヤング率を測定する測定装置の一例を示す模式図である。図５に示すように、測定装置は、トランスデューサー３１と、先端形状が三角錐のダイヤモンドＢｅｒｋｏｖｉｃｈ圧子３２と、を有する。測定装置は、基層７ａ、弾性層７ｂ、表面層７ｃを有する中間転写ベルト７の表面層７ｃに圧子３２を接触させることができるように配置される。この測定装置は、トランスデューサー３１と、先端形状が三角錐のダイヤモンドＢｅｒｋｏｖｉｃｈ圧子３２と、を用いて、μＮオーダーの荷重を加えながらナノメートルの精度で変位量を測定することができる。この測定装置としては、例えば市販の「ＮＡＮＯ Ｉｎｄｅｎｔｅｒ ＸＰ／ＤＣＭ」（ＭＴＳ Ｓｙｓｔｅｍｓ社／ＭＳＴ ＮＡＮＯ Ｉｎｓｔｕｒｕｍｅｎｔｓ社製）を用いることができる。

図６は、ナノインデンテーション法による硬度測定で得られた典型的な荷重−変位曲線を示す。図７は、圧子と試料の接触している状態の模式図を示す。

硬さＨは、下記式（４）から求められる。
Ｈ＝Ｐｍａｘ／Ａ ・・・式（４）
ここで、Ｐｍａｘは、圧子に加えられた荷重Ｐの最大値（最大荷重）であり、Ａは、そのときの圧子と試料間の接触射影面積である。接触射影面積Ａは、図７におけるｈｃを用いて、下記式（５）で表すことができる。
Ａ＝２４．５ｈｃ^２ ・・・式（５）
ここで、ｈｃは、図７に示すように接触点の周辺表面の弾性へこみにより、全体の押し込み深さｈより浅くなり、下記式（６）で表される。
ｈｃ＝ｈ−ｈｓ ・・・式（６）
ここで、ｈｓは、弾性によるへこみの量であり、圧子の押し込み後の荷重曲線の勾配（図７の勾配Ｓ）と圧子形状から下記式（７）で表される。
ｈｓ＝ε×Ｐ／Ｓ ・・・式（７）
ここで、εは圧子形状に関する定数で、Ｂｅｒｋｏｖｉｃｈ圧子では０．７５である。

このような測定装置を用いて、中間転写ベルト７の弾性層７ｂのヤング率を測定することができる。測定条件は下記のとおりである。試料のヤング率Ｅｓは、下記式に基づいて算出される。
Ｅｒ＝［（１−νｓ^２）／Ｅｓ＋（１−νｉ^２）／Ｅｉ］^−１＝√π／２・Ｓ／β√Ａ
ここで、Ｅｒは複合ヤング率、Ｅｓは試料のヤング率Ｅｓ、Ｅｉは圧子のヤング率、νｓは試料のポワソン比、νｉは圧子のポワソン比、βは圧子形状に関する定数である。なお、ここでは、試料のヤング率Ｅｓを単にヤング率Ｅ、試料のポワソン比νｓを単にポワソン比νともいう。

・測定条件
測定機：ＮＡＮＯ Ｉｎｄｅｎｔｅｒ ＸＰ／ＤＣＭ（ＭＴＳ Ｓｙｓｔｅｍｓ社製）
測定圧子：先端形状が三角錐のダイヤモンドＢｅｒｋｏｖｉｃｈ圧子
測定環境：２０℃、６０％ＲＨ
測定試料：５ｃｍ×５ｃｍの大きさにベルト（基層７ａに弾性層７ｂが形成されたもの、あるいは中間転写ベルト７から表層７ｃから除去されたもの）を切断して測定試料を作製
最大荷重設定：２５μＮ
押し込み速度：最大荷重２５μＮに５ｓｅｃで達する速度で、時間に比例して加重を印加する
なお、測定は各試料ともランダムに１０点測定し、その平均値をナノインデンテーション法により測定したヤング率とする。

（ポアソン比の測定方法）
材料に軸方向の荷重（引張荷重又は圧縮荷重）が加わると、引張荷重の場合、縦方向（軸方向）は伸び、横方向（垂直方向）は縮む。縦ひずみと横ひずみは、一方にひずみが生じると、他方もひずみが生じるという性質がある（体積不変の法則）。縦ひずみεと横ひずみε１は同時に発生し、弾性限度内では、材料によって一定の値を持つ。この比をポアソン比（ν）という。ポアソン比は、次式で表される。
ν＝横ひずみ／縦ひずみ ・・・式（８）

引っ張り試験機でＪＩＳ Ｋ６２５１又はＩＳＯ ５２７−２等の方法で測定することができる。ゴムやフィルムなどの非硬質の試料の場合は、試験片に歪ゲージを接着剤で取り付ける際に剛性が変わってしまうため、通常の方法では測定することができない。中間転写ベルト７の弾性層７ｂを構成するゴムのポアソン比は、下記の装置、方法を用いて測定することができる。なお、弾性層７ｂのポアソン比は、弾性層７ｂを構成する材料（ゴム基材に添加剤を添加して中間転写ベルト７の作製時と同様にして硬化させたもの）からＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠した試験片を作成して下記の装置、方法を用いて測定することができる。また、基層７ａ上に弾性層７ｂが形成されたものから基層７ａを除去し、あるいは表面層７ｃまで形成された中間転写ベルト７（すなわち中間転写ベルト７の完成品）から基層７ａ及び表面層７ｃを除去して弾性層７ｂを取り出したものを用いて試験片を作製することができる。
測定器：ＩＮＳＴＲＯＮ社製５９８０デュアルコラム床置型試験機
測定方法：非接触式ビデオ伸び計（ＩＮＳＴＲＯＮ社製、ＡＶＥ２）を用いて測定
測定標準：ＪＩＳ Ｋ６２５１
測定条件：レンズ３５ｍｍを使用。測定温度２３℃。ダンベル状８号型同等の試験片。引っ張り速度１０ｍｍ／Ｍｉｎ。試験片を５本作製し、５本の測定結果の平均を使用。試験片の中央に縦方向に２点、幅方向に２点マーキングをする。試験片をクランプし、既定の速度で引っ張り、テンションと試験片の縦２点、横２点のマーキングを高分解能カメラで撮影しその距離を測定する。

４．評価試験
次に、試験例の結果について説明する。以下の説明において、質量部は、別に記載のない限り固形分換算の質量部を表す。

４−１．中間転写ベルトの作製
＜試験例１＞
（基層）
基層７ａの材料としては、ポリイミド樹脂を用いた。基層７ａの作製方法としては、例えば、基層７ａの基材としてポリイミド樹脂を用いる場合は、これを適宜な方式で円筒状に展開し、その展開層を乾燥させて製膜してベル卜形に成形し、その成形物を加熱処理してポリアミド酸をイミドに転化して型より回収する方法などの、従来の適宜な方法がある（特開昭６１−９５３６１号公報、特開昭６４−２２５１４号公報、特開平３−１８０３０９号公報など）。上記円筒状に展開する方法としては、例えば、ポリアミド酸溶液を円筒状金型の外周面に浸漬する方式や内周面に塗布する方式、あるいは更に遠心する方式、または注形型に充填する方式などがある。無端ベルト状の基層７ａの製造に際しては、型の離型処理や脱泡処理などの適宜な処理を施すことができる。

（弾性層）
弾性層７ｂの材料としては、圧縮永久歪みが小さい点や耐オゾン性に優れる点から、シリコーンゴムを用いた。また、電気抵抗を調整するための導電剤として、下記の導電剤液を用いた。また、画像濃度制御のためのパッチの反射を安定させるなどのために、下記の色材を用いた。
・付加硬化型液状シリコーンゴム（商品名：ＴＳＥ３０３２ Ａ材とＢ材の比は１００：１、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製）：１００質量部
・ＬＩＭＳカラー０２（信越シリコーン株式会社性）：１質量部
・トリ−ｎ−ブチルメチルアンモニウム ビストリフルオロメタンスルホンイミド（商品名：ＦＣ４４００、３Ｍ社製）：２質量部

上記の材料を上記の割合で添加し、遊星撹拌脱泡装置（商品名：ＡＲＶ−５０００、Ｔｈｉｎｋｙ社製）で撹拌・脱泡して混合液を得た。続いて、基層７ａとなる樹脂ベルトを円筒形の中子に取り付け、更に中子と同軸上にゴム吐出用のリングノズルを取り付けた。送液ポンプを用いて該液状シリコーンゴム混合液をリングノズルに供給し、スリットから吐出することで、該基層７ａ上に混合液を塗布した。この際、硬化後のシリコーンゴム層が２００μｍ（０．０００２ｍ）の厚さになるように相対移動速度及び送液ポンプ吐出量を調整した。中子に取り付けた状態で熱風炉に入れ、１３０℃で１５分、更に１８０℃で６０分加熱し、ゴム架橋を行った。冷却後、ベルトを中子から取外し、弾性層７ｂが積層されたベルトを得た。

弾性層７ｂが積層されたベルトのヤング率（弾性層７ｂのヤング率）Ｅは、前述の装置、方法を用いて測定した結果、０．００２ＭＰａであった。

また、弾性層７ｂを構成するゴムのポアソン比νは、前述のようにＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠した試験片を作成し、前述の非接触ビデオ試験機を用いて前述の方法で試験を行った結果、０．４９であった。

（中間層）
本例では、弾性層７ｂと表面層７ｃとの間に中間層（図示せず）を設けた。中間層の材料としては、ポリウレタン樹脂液である塗料（商品名：ＨｙｄＲａｎ ２０１、ＤＩＣ社製）を用いた。弾性層７ｂの表面にエキシマＵＶ照射して弾性層７ｂの表面を親水化処理した、上記弾性層７ｂが積層されたベルトを中子に嵌め合わせ、２００ｒｐｍで回転させながら、スプレーガン（商品名：Ｗ−１０１、アネスト岩田社製）を用いて該塗料を塗布した。塗布時の塗料の吐出量は、中間層の乾燥後の厚さが５μｍとなるように設定した。なお、本例では、表面層７ｃの塗工方法としてスプレー塗工を用いたが、この方法に限定されるものではなく、ディップ方式、ディスペンサー塗工などでの塗工も可能である。上記塗料の塗布後、ベルトを中子に嵌め合せた状態で、２００ｒｐｍで回転させながら１５分間自然乾燥を行った。自然乾燥後、中間層が積層されたベルトを得た。

中間層の材料としては、ポリウレタン樹脂に限らず、フッ素樹脂、含フッ素ウレタン樹脂、フッ素ゴム、シロキサン変性ポリイミドなどが挙げられる。これらのうち、表面層７ｃに生じたクラックが厚さ方向に成長するのを防止する観点から、破断伸度の大きいウレタン樹脂が好ましい。

中間層の厚さは１μｍ以上、１５μｍ以下が好ましく、１μｍ以上、１０μｍ以下がより好ましい。中間層の厚さが１μｍ未満であると、摩耗により消失しやすくなる可能性があり、１５μｍより大きいと、弾性層７ｂの弾性機能を阻害してしまう可能性がある。

中間層は、必要に応じて、前述した弾性層７ｂに含有させ得るものと同様の導電剤を含んでいてもよい。導電剤の量としては、付着性や機械強度の観点から、中間層の基材１００質量部に対して３０質量部以下であることが好ましい。

また、必要に応じて、弾性層７ｂと中間層との間にプライマー層を設けてもよい。プライマー層の厚さは、弾性層７ｂの弾性機能を阻害しないようにする観点から、０．１μｍ以上、２μｍ以下が好ましい。

（表面層）
表面層７ｃの材料としては、ポリウレタンディスパージョンにポリテトラフルオロエチレンが分散された含フッ素ポリウレタン樹脂液である塗料（商品名：Ｅｍｒａｌｏｎ Ｔ−８６１、ヘンケルジャパン社製）を使用した。上記中間層までが積層されたベルトを中子に嵌め合わせ、２００ｒｐｍで回転させながら、スプレーガン（商品名：Ｗ−１０１、アネスト岩田社製）を用いて該塗料を塗布した。塗布時の塗料の吐出量は、表面層７ｃの乾燥後の厚さが３μｍとなるように設定した。上記塗料の塗布後、１３０℃の加熱炉に入れ、３０分間放置した。加熱炉から取出し、冷却後、中間転写ベルト７を得た。なお、本例では、表面層７ｃの塗工方法としてスプレー塗工を用いたが、この方法に限定されるものではなく、ディップ方式、ディスペンサー塗工などでの塗工も可能である。

＜試験例２〜５１＞
試験例１の中間転写ベルト７に対して、弾性層７ｂのゴム材のＡ材とＢ材との比を変更して完成後の弾性層７ｂゴムのヤング率を振り、また弾性層７ｂの厚さを振った、試験例２〜５１の中間転写ベルト７を作製した。試験例２〜５１の中間転写ベルト７の構成は、上記の点が異なることを除いて、試験例１の中間転写ベルト７と同じである。

試験例１〜５１の中間転写ベルト７に関し、弾性層７ｂのゴム材のＡ材とＢ材との混合比、弾性層７ｂが積層されたベルトのヤング率（弾性層７ｂのヤング率）Ｅの測定結果、弾性層７ｂの厚さＬを表１にまとめた。

４−２．評価方法
フルカラー電子写真画像形成装置（商品名：ｉｍａｇｅＰＲＥＳＳ Ｃ８００、キヤノン社製）に装着されている中間転写ベルトに代えて、上記各試験例の中間転写ベルト７を装着した。まず、２３℃／５％ＲＨの環境下において、エンボス紙であるレザック６６ ２５０ｇ Ａ３サイズ紙を使用し、シアンとマゼンダの２次色ベタ画像を出力し、凹み部の濃度と平滑部分の濃度差を目視で確認し、転写性の評価を行った。上記エンボス紙は、トナー像が転写される表面に凹凸を有する転写材６の一例である。そして、ほとんどの凹み部にトナーが転写されており、ブルーに発色しているものを「○（良好）」、相対的に深い凹みのみトナーが転写されていないものを「△（概ね良好）」、相対的に浅い凹みにもトナーが転写されていないものを「×（不良）」とした。なお、２次転写電流によって転写効率が異なるため、電流を可変として最も凹み部にトナーが転写されている２次転写電流の設定にて出力した画像で判断した。

次に、Ａ３サイズの普通紙（商品名：ＣＳ８１４、キヤノン社製）１ポイントの横ライン（転写材の搬送方向と略直交する方向に延びる横線）を印字し、ハンディ型画像評価システム（商品名：ＱＥＡ社製ＰＩＡＳ−ＩＩ）を用いて画質評価を行った。画質評価は、任意の１０点の細線のＲａｇｇｅｄｎｅｓｓの値を平均したものを用いて行った。図８に示すように、Ｒａｇｇｅｄｎｅｓｓは、画面内のラインの前方（搬送方向先端側）と後方（搬送方向後端側）に乱れた部分の幅を足し合わせた値を１点の値とし、その１０点の平均が５μｍ以下を「○（良好）」、５μｍを超えるものを「×（不良）」と判定した。Ｒａｇｇｅｄｎｅｓｓの測定方法は、ＩＳＯ／ＩＥＣ１３６６０： ２００１に準拠した測定方法とする。

４−３．評価結果
上記評価方法による試験例１〜５２の中間転写ベルト７に関する評価結果を表２に示す。

図９は、表２に示す評価結果をまとめたものである。同図中の「●」は評価結果が目標を満足した点（転写性が〇又は△、Ｒａｇｇｅｄｎｅｓｓが〇）、「×」は評価結果が目標を満足しなかった点（転写性が×、Ｒａｇｇｅｄｎｅｓｓが×）である。

表２、図９から、弾性層７ｂの厚さＬが０．０００２ｍ以上、０．０００４ｍ以下の場合、剛性率Ｇを弾性層７ｂの厚さＬで割った値Ｇ／Ｌが８．４（ＭＰａ／ｍ）以上、１１１８（ＭＰａ／ｍ）以下の範囲である場合に、凹凸紙に対する転写性及びＲａｇｇｅｄｎｅｓｓが良好であることがわかる。また、表２、図９から、弾性層７ｂの厚さＬが０．０００４ｍより大きく、０．０００８ｍ以下の場合、剛性率Ｇを弾性層７ｂの厚さＬで割った値Ｇ／Ｌが ８．４（ＭＰａ／ｍ）以上、１３０１２５ｅ^{−１０８１４Ｌ}（ＭＰａ／ｍ）以下の範囲である場合に、凹凸紙に対する転写性及びＲａｇｇｅｄｎｅｓｓが良好であることがわかる。

つまり、単位厚さ当たりの剛性率が所定の範囲内となるようにすることで、凹凸を有する紙に対する転写性の向上という弾性中間転写ベルトのアドバンテージを維持しつつ、２次転写ニップ部Ｔ２でのトナーの位置ずれを抑制することができる。

このように、本発明に従う中間転写ベルト７は、弾性層７ｂの厚さＬ（ｍ）が０．０００２（ｍ）以上、０．０００４（ｍ）以下である場合、弾性層７ｂの剛性率Ｇ（ＭＰａ）を弾性層７ｂの厚さＬ（ｍ）で割った値Ｇ／Ｌ（ＭＰａ／ｍ）が８．４（ＭＰａ／ｍ）以上、１１１８（ＭＰａ／ｍ）以下である。また、弾性層７ｂの厚さＬ（ｍ）が０．０００４（ｍ）より大きく、０．０００８（ｍ）以下である場合、弾性層７ｂの剛性率Ｇ（ＭＰａ）を弾性層７ｂの厚さＬ（ｍ）で割った値Ｇ／Ｌ（ＭＰａ／ｍ）が８．４（ＭＰａ／ｍ）以上、１３０１２５ｅ^{−１０８１４Ｌ}（ＭＰａ／ｍ）以下である。これにより、細線の高画質化を達成しつつ、小径トナーを用いる場合でも凹凸紙に対する転写性を満足することができる。

以上、本実施例によれば、凹凸紙に対する転写性、細線の再現性が良い、中間転写ベルトを提供することができる。したがって、本実施例によれば、細線の画質の向上を図りつつ、凹凸を有する転写材６に対する転写性の向上を図ることが可能となる。

７ 中間転写ベルト
７ａ 基層
７ｂ 弾性層
７ｃ 表面層
１００ 画像形成装置

Claims (5)

1. 画像形成装置に用いられる中間転写ベルトにおいて、
   弾性層を有し、
   前記弾性層の厚さＬ（ｍ）が０．０００２（ｍ）以上、０．０００４（ｍ）以下であり、
   前記弾性層の剛性率Ｇ（ＭＰａ）を前記弾性層の厚さＬ（ｍ）で割った値Ｇ／Ｌ（ＭＰａ／ｍ）が８．４（ＭＰａ／ｍ）以上、１１１８（ＭＰａ／ｍ）以下であることを特徴とする中間転写ベルト。
2. 画像形成装置に用いられる中間転写ベルトにおいて、
   弾性層を有し、
   前記弾性層の厚さＬ（ｍ）が０．０００４（ｍ）より大きく、０．０００８（ｍ）以下であり、
   前記弾性層の剛性率Ｇ（ＭＰａ）を前記弾性層の厚さＬ（ｍ）で割った値Ｇ／Ｌ（ＭＰａ／ｍ）が８．４（ＭＰａ／ｍ）以上、１３０１２５ｅ^{−１０８１４Ｌ}（ＭＰａ／ｍ）以下であることを特徴とする中間転写ベルト。
3. 基層と、前記基層の上に設けられた前記弾性層と、前記弾性層の上に設けられた表面層と、を有す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。
4. 前記画像形成装置は平均粒径６μｍ以下のトナーを用いて画像を形成するものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の中間転写ベルト。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の中間転写ベルトを有する画像形成装置。

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