JP3758527B2

JP3758527B2 - 画像形成装置における中間転写媒体及びその製造方法

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Publication number: JP3758527B2
Application number: JP2001173620A
Authority: JP
Inventors: 敏彦山▼崎▲; 正人村山
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2001-06-08
Filing date: 2001-06-08
Publication date: 2006-03-22
Anticipated expiration: 2021-06-08
Also published as: JP2002365930A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば電子写真法、静電印刷法等によるカラープリンター、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置における中間転写媒体及びその製造方法に関するものである。さらに詳しくは、感光体上に形成されたトナー像を一旦中間転写媒体上に転写させ、その中間転写媒体から記録用紙に転写する中間転写媒体及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
中間転写方式の画像形成装置は、感光体表面に電気的に形成した潜像上にトナー像を作像し、そのトナー像に対し中間転写媒体上で色重ねを行うものである。この中間転写媒体には、良好な転写特性を得るために必要な中程度の体積固有抵抗を有する電気特性又は良好なレジストレーションを得るために必要な機械強度の双方が必要とされる。
【０００３】
中間転写媒体としては、このような電気抵抗及び機械強度を単一の材料にもたせた単層型のベルト、充分な機械強度を有するベルト基材上に必要な転写特性を有する層を塗工により形成した複層型のベルト及びアルミニウムなどの金属ドラム上に必要な転写特性を有する層を塗工により形成したドラム形状のものが存在する。これらのうち、電気抵抗及び機械強度を両立させるためには、機能を分離した複層型のベルト及びドラム形状のものが好ましい。
【０００４】
また、中間転写媒体の表面層はトナーが付着することから、クリーニングに対応できる耐摩耗性や感光体に対する非汚染性が要求される。このため、中間転写媒体の表層としてウレタン樹脂をベースにした塗料が採用されることが多い。この表面層の樹脂層の中には、導電性をコントロールするために電子伝導性の固体添加剤又はイオン伝導性の固体添加剤が添加される。それらのうち、酸化金属などの電子伝導性の固体添加剤は水分などの環境依存性が少ないため好ましい。さらに、塗料としては、有機溶剤を極力少なくし、表面層の平滑性を高めるためにエマルジョン系のものが多く使用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来のエマルジョン系の塗料は、基材樹脂であるウレタン樹脂と電子伝導性の固体添加剤が、電気抵抗を調整しやすいように別々に乳化重合され、得られたものを所定の配合量で混合することにより製造されていた。このため、表面層中のウレタン樹脂と電子伝導性の固体添加剤とが乳化剤を介して存在しており、表面層中の固体添加剤は表面層がクリーナーブレードや記録用紙に接触したとき滑落しやすい。その結果、固体添加剤が滑落した部分の周辺では電気抵抗が増大し、転写むらが発生したり、滑落跡の空孔をきっかけにその部分にトナーが付着するフィルミングが発生して画像に不具合が生ずるという問題があった。
【０００６】
しかも、エマルジョンはウレタン樹脂のエマルジョンと固体添加剤のエマルジョンが単に混合されたものであってエマルジョンの安定性に欠けることから、エマルジョンを長期間にわたって保存した場合、固体添加剤が比重差によって次第に沈降する。そのようなエマルジョンを使用した場合、表面層の表面には電気抵抗のむらが生ずるという問題があった。
【０００７】
この発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、表面層の表面における電気抵抗のむらを抑制できるとともに、固体添加剤の滑落を抑制して転写むらやフィルミングによる画像の不具合を低減することができる画像形成装置における中間転写媒体及びその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明の画像形成装置における中間転写媒体は、画像形成装置における中間転写媒体は基体と、基体の表面に形成された導電層と、導電層の表面に形成された表面層とより構成され、前記表面層は電子伝導性の固体添加剤が添加されたエマルジョン塗料が基体上に塗布された後、乾燥して得られるものであって、エマルジョン塗料中の基材樹脂中に予め電子伝導性の固体添加剤が混合されて電子伝導性の固体添加剤が基材樹脂に直接的に結合して構成されているものであることを特徴とすることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２に記載の発明の画像形成装置における中間転写媒体の製造方法は、画像形成装置における中間転写媒体は、基体の表面に導電層を形成した後、その導電層の表面に表面層を形成することにより製造され、前記表面層は基体上に電子伝導性の固体添加剤が添加されたエマルジョン塗料を塗布した後、乾燥して得られるものであって、エマルジョン塗料中の基材樹脂中に予め電子伝導性の固体添加剤が混合されて電子伝導性の固体添加剤が基材樹脂に直接的に結合して構成されているものであることを特徴とすることを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態について図面に基づき順次詳細に説明する。
図１は画像形成装置を模式的に示す図である。この図１に示すように、画像形成装置を構成する感光体１１の外周面には帯電手段としての帯電ローラ１２が設けられ、感光体１１表面を一様に帯電するようになっている。また、感光体１１の外周には露光手段１３が設けられ、帯電された感光体１１表面にレーザ光を選択的に照射して静電潜像を形成する。さらに、感光体１１の外周には現像手段としての四つの現像器１４ａ,１４ｂ,１４ｃ,１４ｄが配置され、四色のカラートナーを供給できるようになっている。すなわち、現像器１４ａはイエロー（Ｙ）、現像器１４ｂはシアン（Ｃ）、現像器１４ｃはマゼンタ（Ｍ）及び現像器１４ｄはブラック（Ｋ）の各色のカラートナーを供給するようになっている。そして、感光体１１表面の静電潜像に対応したトナー像が形成される。
【００１１】
また、感光体１１に隣接して転写手段を構成する中間転写媒体としての中間転写ベルト１５が複数のローラ１６間に掛装されている。複数のローラ１６のうち、１つが駆動ローラで、残りは駆動ローラの回転に従って回転する従動ローラである。図３に示すように、中間転写ベルト１５の端部は、裏打ち材１７によって接合され、無端状に形成されている。そして、感光体１１表面の各色のトナー像が中間転写ベルト１５上に順に重畳して転写される。
【００１２】
図４に示すように、電極ローラ２８（図１に示す）は、中間転写ベルト１５の後述する蒸着層２５へ直接接触するように構成され、電極ローラ３１にバイアス電圧を印加すると中間転写ベルト１５全体にバイアス電圧が印加され、感光体１１と中間転写ベルト１５の間に電位差を生ずることにより、感光体１１上のトナー２７が中間転写ベルト１５上に移行されるようになっている。図１に示すように、中間転写媒体には感光体１１とは異なる位置に転写手段を構成する二次転写ローラ１８が設けられている。そして、図５に示すように、中間転写ベルト１５を保持するバックアップローラ１９ｂ（ローラ１６）に対向する二次転写ローラ１８に中間転写ベルト１５と異なる電圧を印加することにより、中間転写ベルト１５上のトナー２７が記録媒体としての記録用紙２０上に移行する。そして、中間転写ベルト１５上のトナー像が記録用紙２０上に転写される。この記録媒体としては、記録用紙２０のほかＯＨＰフィルムなども使用される。
【００１３】
図１に示すように、記録用紙２０の先方位置には定着手段としての定着器２１が配設され、記録用紙２０に転写されたトナー像を加熱及び加圧により定着するように構成されている。さらに、感光体１１及び中間転写ベルト１５の外周位置にはクリーニングブレード２２ａ,２２ｂが設けられ、感光体１１の表面又は中間転写ベルト１５の表面に残存したトナー２７を掻き取ることができるようになっている。
【００１４】
図２に示すように、前記中間転写ベルト１５は、難燃剤層２３が挟着された基体としてのポリエステルフィルム層２４の表面に導電層としてのアルミニウムの蒸着層２５が設けられ、その蒸着層２５上に体積固有抵抗値を中程度（１０⁷〜１０¹⁴Ω・ｃｍ）にできる中抵抗塗料による表面層２６が設けられて構成されている。表面層２６を形成するポリエステルフィルム層２４の厚さは１００〜１３０μｍ、蒸着層２５の厚さは８００Å前後及び表面層２６の厚さは２０μｍ程度である。
【００１５】
次に、上記の中抵抗塗料について説明する。中抵抗塗料は、基材樹脂に電子伝導性の固体添加剤を添加し、それを水によりエマルジョン化したものである。基材樹脂としては、ポリウレタンをはじめ、ポリエステル、アクリル樹脂、ポリカーボネート、フッ素系樹脂、ポリイミド樹脂などが使用される。
【００１６】
電子伝導性の固体添加剤としては、アンチモンがドープされた酸化錫、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化チタン、カーボン（カーボンブラック）、チタン酸カリウムなどが使用される。その形態としては、粒子状、繊維状（ファイバー）、ウィスカー状などが挙げられる。具体的には、カーボンブラック（三菱化成（株）製のＭＡ−１００）、チタン酸カリウムのウィスカー（大塚化学（株）製のデントールＷＫ２００Ｂ）、酸化錫系の複合酸化物（三井金属（株）製のＵＦ）、酸化亜鉛（三井金属（株）製のパストランＴｙｐｅII)などが使用される。
【００１７】
そして、例えば基材樹脂としてのポリウレタン、固体添加剤としての酸化錫及び溶媒をビーズミルなどの分散機で混合分散させる。溶媒としては、トルエンのほかにアセトン、酢酸エチルなどが使用される。混合時間は６０分前後である。
【００１８】
また、ポリウレタンはポリオールとポリイソシアネートとをウレタン化反応させることにより得られる。ポリオールとしては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、テトラメチレングリコール、ヘキサントリオールなどが用いられる。ポリイソシアネートとしては、トリメチレンジイソシアネート、４,４−ジフェニルメタンジイソシアネート、１,５−ナフタレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、キシレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、トリフェニルメタントリイソシアネートなどが用いられる。ポリウレタンは、末端にイソシアネート基を有するプレポリマーであってもよい。
【００１９】
上記のポリオールには予め親水性のカルボキシル基含有化合物を反応させてカルボキシル基を付加しておくことが望ましい。このようなカルボキシル基含有化合物としては、ジメチロールプロピオン酸、モノカルボン酸ジオールなどが挙げられる。得られたポリウレタンにN−メチルピロリドン、トルエン等の溶媒とアンチモンをドープした酸化錫の微粒子をボールミル等で混合分散させる。この段階で、アンチモンをドープした酸化錫がポリウレタン又はポリウレタンに付加されたカルボキシル基に直接的に結合する。すなわち、酸化錫はポリウレタン中の官能基又はポリウレタンに付加されたカルボキシル基と反応して結合する。次いで、それを水に分散して強制的にエマルジョン化する。この場合、水に対する分散性を向上させるために、界面活性剤（分散剤）を添加することが望ましい。界面活性剤としては、カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤及び両性界面活性剤の中から常法に従って適宜選択される。このようにして得られる塗料は、硬化剤を添加しない一液性のエマルジョン塗料である。
【００２０】
次に、このエマルジョン塗料を、ポリエステルフィルム層２４の表面に形成されたアルミニウムの蒸着層２５上にダイコータで塗工する。塗工はディップコータ、スプレーコータなどで行ってもよい。塗工の膜厚は２０μｍ程度である。塗工後には約１２０℃の温度で短時間乾燥を行った後、充分に脱水、脱溶剤して固化させる。このようにして、アルミニウムの蒸着層２５上に表面層２６が形成される。
【００２１】
続いて、得られたシートを前述したように無端状態に加工することにより中間転写ベルト１５が製造される。このようにして得られた中間転写ベルト１５の表面は電気抵抗の分布がほぼ均一なものとなる。
【００２２】
次に、上記のように構成された画像形成装置の作用について説明する。
さて、図示しないコンピュータから印字指令信号（画像形成信号）が画像形成装置の制御部に入力されると、感光体１１、中間転写ベルト１５などが回転駆動される。そして、帯電ローラ１２により感光体１１の外周面が一様に帯電され（コロナ放電）、露光手段１３からレーザ光が照射され、色成分に応じた静電潜像が選択的に形成される。次いで、現像器１４ａ,１４ｂ,１４ｃ,１４ｄにより静電潜像が各色のトナー２７で現像されてトナー像（可視像）が形成される。すなわち、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）及びブラック（Ｂ）の四色のトナー２７により、感光体１１表面の静電潜像に対して１回転毎に順にトナー像が形成される。
【００２３】
これらのトナー像は、図４に示すように感光体１１表面から順に中間転写ベルト１５上に転写される。四色各色の転写を行うことにより、四色が中間転写ベルト１５上に重畳される。そして、中間転写ベルト１５上のトナー像は二次転写ローラ１８により、図５に示すように中間転写ベルト１５上から記録用紙２０上に転写される。さらに、トナー像が転写された記録用紙２０が定着器２１を通過することによって加熱、加圧されて定着される。
【００２４】
前記中間転写ベルト１５の表面層２６は、ポリウレタン中に予め電子伝導性の固体添加剤が混合された後にエマルジョン化されて得られたエマルジョン塗料により形成されていることから、固体添加剤がポリウレタンに直接的かつほぼ均一に結合している。このため、中間転写ベルト１５の表面層２６における電気抵抗のむらが抑制され、良好な画像が長期にわたって得られる。また、クリーニングブレード２２ｂによる中間転写ベルト１５のクリーニング後においても固体添加剤の滑落が抑制され、転写むらなどの転写不良を発生させず、良好な画像を継続して得ることができる。
【００２５】
以上の実施形態により発揮される効果を以下にまとめて記載する。
・実施形態で説明した中間転写媒体によれば、表面層２６の表面に位置する固体添加剤が基材樹脂であるポリウレタンに直接かつほぼ均一に結合している。このため、固体添加剤とポリウレタンとの間に乳化剤が介在されて混合されている場合に比べて、表面層２６中の固体添加剤は表面層２６がクリーニングブレード２２ｂや記録用紙２０に接触したとき滑落しにくい。その結果、固体添加剤が滑落した部分の周辺で発生する電気抵抗の増大や、転写むらの発生、さらには滑落跡の空孔をきっかけにその部分にトナーが付着するフィルミングの発生を抑制することができ、得られる画像を良好なものとすることができる。
【００２６】
しかも、エマルジョンはポリウレタンのエマルジョンと固体添加剤のエマルジョンが単に混合されたものではなく、固体添加剤がポリウレタンと結合していることから、エマルジョンの安定性に優れ、エマルジョンを長期間にわたって保存した場合、固体添加剤が比重差によって沈降するおそれが少ない。従って、そのようなエマルジョンから形成された表面層２６の表面における電気抵抗のむらを抑制することができる。
【００２７】
・エマルジョン塗料中の基材樹脂にはカルボン酸の反応によりカルボキシル基が付加されていることから、電子伝導性の固体添加剤をそのカルボキシル基に容易に反応させることができる。
【００２８】
・また、エマルジョン塗料中の基材樹脂に予め電子伝導性の固体添加剤を混合した後にエマルジョン化することにより、固体添加剤が基材樹脂に直接的に結合したエマルジョンを容易に得ることができる。
【００２９】
【実施例】
以下に、実施例を挙げ、前記実施形態をさらに具体的に説明する。
（実施例１）
中間転写媒体として、前述した図１〜図３に示すような構成を有する中間転写ベルト１５を使用した。この中間転写ベルト１５の表面に塗工される中抵抗塗料は、基材樹脂としてポリウレタンを使用し、電子伝導性の固体添加剤としてアンチモンがドープされた酸化錫を使用して得られたものである。
【００３０】
すなわち、ポリウレタンはポリオール（エチレングリコール）とポリイソシアネート（トリメチレンジイソシアネート）とをウレタン化反応させることにより製造した。この後にジメチロールプロピオン酸を反応させることにより、予め親水性のカルボキシル基を付加した。
【００３１】
得られたポリウレタン５０重量部に、０．２μｍのアンチモンをドープした酸化錫の微粒子４０重量部、N−メチルピロリドン１０重量部、トルエン１００重量部及びをビーズミルで６０分間混合分散させた。この段階で、アンチモンをドープした酸化錫をポリウレタンのカルボキシル基又はポリウレタンに直接的に結合させた。次いで、得られた混合分散液１００重量部に対し、分散剤（ステアリン酸モノグリセリド）１重量部を用い、水に強制的に分散してエマルジョン化し、一液性のエマルジョン塗料を得た。
【００３２】
次に、このエマルジョン塗料を、ポリエステルフィルム層２４（厚さは１００μｍ）の表面に形成されたアルミニウムの蒸着層２５上（厚さは８００Å）にダイコータで塗工した。塗工の膜厚は２０μｍであった。塗工後には１２０℃の温度で１時間乾燥を行った後、充分に脱水、脱溶剤して固化させた。このようにして、アルミニウムの蒸着層２５上に表面層２６を形成した。
【００３３】
続いて、得られたシートを無端状態に加工することにより中間転写ベルト１５を製造した。この中間転写ベルト１５の表面は体積固有抵抗が１０⁷〜１０¹⁴Ω・ｃｍの範囲で分布が均一であった。
【００３４】
なお、前記実施形態の構成を次のように変更して具体化してもよい。
・中間転写媒体としては、ドラム形状のものやローラ形状のものであってもよい。
【００３５】
・中抵抗塗料には摩擦抵抗係数の小さいポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素樹脂を添加してもよい。このように構成した場合、中間転写ベルト１５表面の摩擦係数を低減でき、トナーの剥離性が良くなるとともに、耐久性を向上させることができる。
【００３６】
・中抵抗塗料には顔料を添加して着色したり、導電性調整剤を添加して導電性を変更したりしてもよい。
さらに、前記実施形態より把握される技術的思想について以下に記載する。
【００３７】
・前記エマルジョン塗料中の基材樹脂にはカルボキシル基が結合されている請求項１に記載の画像形成装置における中間転写媒体。このように構成した場合、電子伝導性の固体添加剤を基材樹脂に容易に反応させることができる。
【００３８】
・前記エマルジョン塗料中の基材樹脂はポリウレタンである請求項１に記載の画像形成装置における中間転写媒体。このように構成した場合、中間転写媒体の表面層の転写特性、耐摩耗性及び非汚染性を向上させることができる。
【００３９】
・前記画像形成装置は、感光体の外周に設けられ、感光体表面を一様に帯電する帯電手段と、帯電された感光体表面にレーザ光を選択的に照射して静電潜像を形成する露光手段と、感光体の表面に複数のカラートナーを供給してトナー像を形成する現像手段と、トナー像を中間転写媒体を介して転写媒体上に転写する転写手段と、転写媒体上のトナー像を定着する定着手段とを備えている請求項１に記載の画像形成装置における中間転写媒体。このように構成した場合、カラープリンターなどの画像形成装置において、カラー画像につき転写むらやフィルミングによる画像の不具合を低減することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明によれば次のような優れた効果を奏する。
請求項１に記載の発明の画像形成装置における中間転写媒体によれば、表面層の表面における電気抵抗のむらを抑制できるとともに、固体添加剤の滑落を抑制して転写むらやフィルミングによる画像の不具合を低減することができる。
【００４１】
請求項２に記載の発明の画像形成装置における中間転写媒体の製造方法によれば、請求項１に記載の発明の効果を有する中間転写媒体を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態における画像形成装置の概略を示す模式図。
【図２】中間転写ベルトを示す拡大断面図。
【図３】中間転写ベルトの両端の接合部を示す断面図。
【図４】感光体から中間転写ベルトへのトナーの移行状態を示す作用図。
【図５】中間転写ベルトから用紙へのトナーの移行状態を示す作用図。
【符号の説明】
１５中間転写媒体としての中間転写ベルト
２４基体としてのポリエステルフィルム
２５導電層としてのアルミニウムの蒸着層
２６表面層

Claims

画像形成装置における中間転写媒体は基体と、基体の表面に形成された導電層と、導電層の表面に形成された表面層とより構成され、
前記表面層は電子伝導性の固体添加剤が添加されたエマルジョン塗料が基体上に塗布された後、乾燥して得られるものであって、エマルジョン塗料中の基材樹脂中に予め電子伝導性の固体添加剤が混合されて電子伝導性の固体添加剤が基材樹脂に直接的に結合して構成されているものであることを特徴とする画像形成装置における中間転写媒体。
画像形成装置における中間転写媒体は、基体の表面に導電層を形成した後、その導電層の表面に表面層を形成することにより製造され、
前記表面層は基体上に電子伝導性の固体添加剤が添加されたエマルジョン塗料を塗布した後、乾燥して得られるものであって、エマルジョン塗料中の基材樹脂中に予め電子伝導性の固体添加剤が混合されて電子伝導性の固体添加剤が基材樹脂に直接的に結合して構成されているものであることを特徴とする画像形成装置における中間転写媒体の製造方法。