JP3846033B2 - 導電性転写ベルト - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子写真方式の画像形成装置に用いられる導電性転写ベルトに関し、特に、画像担持体上に形成されたトナー像を被転写媒体上に転写させ画像形成物を得るベルト転写方式のカラー複写機、プリンター、及びファックス等の画像形成装置に用いられる導電性転写ベルト関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ドキュメントのカラー化要求は更に高まり、特にカラードキュメントの高速高画質出力に対する要求が高まってきている。これに対して、複数の電子写真方式の画像形成ユニットを有するタンデム型カラー画像形成装置は、高速出力と高画質を同時に実現する手段として期待されている。
【０００３】
図２は、タンデム型カラー画像形成装置の構成を示す概略断面図である。図２中、１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋは、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのカラートナー像を形成する電子写真画像形成ユニットであり、無端状の転写ベルト１９の進行方向に対して電子写真画像形成ユニットが１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋの順で直列に配されている。また、転写ベルト１９は、各電子写真画像形成ユニット１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋの、電子写真感光体１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｋと、それに対向して配置される転写ローラ１６Ｙ，１６Ｍ，１６Ｃ，１６Ｋとの間を挿通している。そして、転写ベルト１９は、電子写真画像形成ユニット１１Ｙから１１Ｋの方向に進行する。
【０００４】
ここで、転写ベルト１９による転写の動作を説明する。
画像形成ユニット１１Ｙの電子写真感光体１２Ｙは、転写ベルト１９の進行と同一の線速度で同一方向に回転し（図１における右回り）、その周囲には、例えばスコロトロン方式の帯電フィルム、帯電ロール等の帯電手段１３Ｙと、半導体レーザースキャン方式等の画像書き込みユニット１４Ｙと、２成分方式等のイエロートナー現像手段１５Ｙと、ウレタン等の材料からなるブレードを用いたクリーニング手段１７Ｙとが、電子写真感光体１２Ｙの回転方向に沿って順に配置されている。
電子写真感光体１２Ｙの表面は、帯電手段１３Ｙにより全面が一様に帯電された後、画像書き込みユニット１４Ｙとにより像様露光されて静電潜像が形成される。この静電潜像は、イエロートナー現像手段１５Ｙによって現像されてイエロートナー像となる。転写ベルト１９は、帯電ブラシにより初期化され、紙やＯＨＰフィルムなどの被転写媒体は、図示しない用紙カセットから、給紙手段２０から供給され、吸着ローラ２１によって帯電させられ、転写ベルト１９に静電吸着させられた後、転写位置まで搬送きれる。電子写真感光体１２Ｙの表面に、形成されたイエロートナー像は、転写ローラ１６Ｙと転写ベルト１９とによって被転写媒体上に転写され、図示されていない定着手段により定着される。転写ベルト１９上に残留したトナーは、ブレード、ブラシ等のクリーニング手段２４により回収される。転写後、電子写真感光体１２Ｙ上に残留したトナーは、クリーニング手段１７Ｙによって掻き取られた後、次の画像形成サイクルのために、帯電手段１３Ｙにより再び帯電される。
【０００５】
多色のカラー画像形成を行うこの装置では、各電子写真画像形成ユニット１１Ｙ，１１Ｍ，ｌｌＣ，１１Ｋの相対的な位置のずれを考慮したタイミングで、上記と同様の画像形成工程が電子写真画像形成ユニット１１Ｍ，ｌ１Ｃ，ｌ１Ｋにおいても行われ、被転写媒体上には４色のフルカラートナー像が形成される。
【０００６】
このようなタンデム型カラー画像形成装置に用いられる転写ベルトには、電気抵抗の大きい材料を用いた抵抗体ベルトと、導電性の材料を用いた導電性ベルトかある。抵抗体ベルトが、環境変動により抵抗値が変化し、安定性、維持性に欠けるのに対し、導電性ベルトでは、環境依存性が小さく、安定に電荷が保持され、繰り返し使用での電荷の蓄積が少なく、用紙の吸着が確実で高精度な用紙搬送と転写を行えるという利点がある。このため、高速長寿命のプリンターとしての安定性を重視するのであれば、導電性の材料を用いた導電性ベルトを用いるのが望ましいのである。
【０００７】
電子写真法によるフルカラー複写機において感光体上のトナー像を、一旦、中間転写体上に転写して、この中間転写体上に形成されたイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックが重ね合わされたトナー画像を、被転写媒体上に転写するようにした中間体転写方式において、中間転写体として使用されている導電性ベルトを含め、導電性ベルトを転写に使用した例は、従来より知られている。
【０００８】
例えば、ポリイミドやポリカーボネート等の樹脂に導電性カーボンブラックを分散、含浸させた材料を遠心成形や押し出し成形、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）のカレンダー成形、溶剤キャスティング法によりフィルム状に形成した樹脂ベルトが知られている。これらの樹脂ベルトは、体積抵抗が１０9 〜１０12Ωｃｍ、表面抵抗が１０10〜１０14Ω・□程度になるように設定された導電性ベルトである。
しかし、これらの導電性樹脂ベルトは、ベルト剛性がありベルトスピードの低下、変動は少ないが、弾性に欠けるために、当接する転写ローラとの間を通過するときに部分的な浮き状態や隙間を生じやすく、転写不良や白抜けを発生しやすく、ベルト蛇行を防止するための端部ガイドの設定が必要であるという問題がある。また、熱膨張や吸湿によるベルト伸びがわずかに数％生じてもその周長の変化からベルト蛇行を生じるため、リブ等の端部補強が必要となって、温度湿度変化により敏感に作用している。さらに、用紙転写・剥離時に発生するオゾンにより部分的な表面酸化や劣化、加水分解が生じ、吸湿によりベルト強度の低下や表面抵抗の減衰が起こり、長期間の使用や高速化に向けた転写電流の増加による劣化速度の抑制が困難となるといった問題を有している。
【０００９】
一方、シリコーン、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、Ｈ−ＮＢＲ、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ウレタン、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体（ＥＰＤＭ）等のオレフィンゴム材料に導電性カーボンブラックや金属酸化物、カーボン繊維等を添加して所望の電気抵抗を付与した弾性体ベルトが知られている。
しかし、これらの導電性弾性体ベルトでは、ゴム弾性はあるが一定張力に対する剛性に欠けるため、ゴム自体の永久伸びを生じて、カラー画像の転写に際して、転写画像の位置ズレが徐々に大きくなり像ぼけ、ブラーの発生、色ずれなどのレジステレーションが悪化し、回復性が無くなるといった問題点があった。また、ゴム自体の永久伸びやオゾン劣化に起因する架橋点や導電性連鎖が寸断され電気抵抗が上昇してしまう問題点もあった。
このような剛性不足と永久伸びの問題を解消するために、導電性弾性体ベルトを、ケブラー繊維やポリエステル繊維、ガラス繊維などの強化繊維やメタクリル酸亜鉛でのポリマーアロイ化で補強することも提案されているが、この補強弾性体ベルトにおいては、永久伸びは抑制できるが、使用する芯材の太さや巻き方に大きく依存し、ベルト蛇行や、巻線ピッチ状の伸収縮や横方向のレジステレーションが大きくなり、横方向と縦方向とで異方性を生じるという欠点があった。
【００１０】
上記の通り、単一材料ではベルトスピードを維持するための弾性と剛性の両方を満足する導電性ベルトは得られていない。また、使用する導電性フィラーの凝集や、偏在、あるいは成形ムラによっても、画像上の白抜け、白点、黒点発生等の転写不良が起こり易くなり、高画質化の要求のもとでは、使用する導電性フィラーの分散状態の均一性も要求される。
従って、単一層でこれらの要求特性をすべて満たした導電性転写ベルト材料、加工方法の改善は困難である。
【００１１】
そこで、特開平７−２９５３９１号公報には、中抵抗のゴム層、誘電層、および表層からなる３層構成の導電性転写ベルトが提案されている。これらは、転写ベルトから用紙が分離する際の、剥離放電を抑え、画像の乱れを防止したものである。
しかしながら、弾性と剛性の両方を満足するように設計されておらず、ベルトの変形や劣化、永久伸びに起因する転写不良を十分に防止することができなかっ
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事実に鑑みなされたものであり、
本発明の第１の目的は、ベルト張架時の回復性を保持でき、長期間の使用においても永久伸びが少なく位置ずれしにくい導電性転写ベルトを提供することにある。
本発明の第２の目的は、電気抵抗の均一性および転写ロール間のギャップや厚さを抑え接触抵抗の均一性に優れる導電性転写ベルトを提供することにある。
本発明の第３の目的は、ベルトスピードの変化を抑え、経時変化の少ない高強度の導電性ベルトを提供することにある。
本発明の第４の目的は、簡易な方法により製造することができる導電性ベルトを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
発明者等は鋭意検討した結果、多層構成として、補強層と弾性層を含んだ積層ベルトから、各層毎に機能を分離することで剛性と弾性との両立を図るという着想を得て、本発明を完成するに至った。
【００１４】
すなわち、本発明は、導電性弾性体層、導電性中間層、導電性保護層をこの順に有してなり、画像担持体上に形成された画像を被転写媒体に転写する導電性転写ベルトであって、該導電性中間層が、ウレタン樹脂、ウレア樹脂、及びウレタンーウレア樹脂のいずれか一種を主基材として含有してなる導電性補強層を少なくとも一層有し、前記導電性保護層はフッ素樹脂を含有してなり、前記導電性補強層に主基材として含有される樹脂の１００％引張応力が、前記導電性弾性体層に主基材として含有される樹脂の１００％引張応力より大きく、前記導電性補強層に主基材として含有される樹脂の永久伸びが、前記導電性弾性体層に主基材として含有される樹脂の永久伸びより小さく、且つ、各層の抵抗値が、導電性弾性体層、導電性中間層、導電性保護層の順に高くなることを特徴とする導電性転写ベルトである。
特に、前記導電性補強層が、分子中にウレタン結合及びウレア結合の両者を有するウレタンーウレア樹脂から構成される場合は、これらを平均比率として６５〜９５％含有させるように調整することにより、または、主剤のポリマーのポリエーテル、ポリエステル結合の構造を選択することにより調整することによりベルト可とう性を保持しながら長時間使用しても永久伸びの少ない強度に調整できる点で好ましい。
本発明においては、弾性による蛇行防止は導電性弾性層に、剛性による永久伸びの防止は導電性補強層に行わせ、各層に機能を分離したことで、弾性と剛性の両立が可能になった。すなわち、導電性弾性層ではモジュラスを低く抑えて、ベルト張架時の回復性を保持させ、導電性補強層では高ヤング率のエラストマーまたは樹脂を使用することによりベルト全体を補強している。また、上層にゆくに従って１００％引っ張り強度を大きくし、伸びを小さくしたことにより、永久伸びによるベルトスピード変動とその低下の抑制と、初期ベルト張力の維持の両方に対応することができる。
これにより、３ｋｇ〜２０ｋｇ／ｍｍ程度のベルトテンションを懸けた状態で長時間使用されても、ベルト強度、伸び、弾性率、ヤング率等の経時変化が少なくて済み、プーリー部でのベルト変形、クセの発生、ベルト位置ズレ、ジャンピングの問題が生じにくい。これは、各層のハードセグメントの永久伸びが、弾性率の異なる層間で緩和され、テンションを加えてもその回復性を保持し、永久伸びを抑える方向に働くためと考えられる。
なお、導電性補強層により所望の機械強度に合わせたベルト強度の調整が可能となり導電性弾性体層の材料の使用範囲を広げることもできる。
【００１５】
本発明の導電性転写ベルトの導電性弾性体層に主基材として含有される樹脂の１００％引張応力が２０〜２００ｋｇｆ／ｃｍ２ とすることが好ましい。
【００１６】
本発明の導電性転写ベルトの最表層に、さらに、フッ素樹脂またはフッ素樹脂を含有する塗料からなる導電性保護層を設けることが好ましい。表面にこのような保護層を設けることで、トナーや紙粉によるベルト汚染性を軽減させ、ブレードクリーニング性を向上させることができる。
【００１７】
本発明の導電性転写ベルトにおいては、前記導電性補強層が、３０〜３００μｍの膜厚を有することが好ましく、前記導電性保護層の膜厚が、この導電性補強層を含む導電性中間層の膜厚よりも薄いことがより好ましい。
本発明の導電性転写ベルトは、前記導電性弾性体層により回転時のベルト変形を抑え、これより上層に導電性補強層を含む導電性中間層を設け、ベルトレスト時のヘタリと永久変形を少なくしたものであるが、上層にゆくに従って塗工膜厚を少なくすることにより、上層部のクラックを防止し、転写ベルトに必要なフレキシビリティを持たせることができる。
また、導電性弾性層の上層に導電性中間層や導電性保護層を、均一に積層することにより、塗膜のレベリング性を利用した表面粗さの調整も可能にしている。
【００１８】
本発明の導電性転写ベルトの各層の抵抗値は、導竃性弾性体層、導電性中間層、導電性保護層の順に高くなることが、好ましく、導電性弾性体層の抵抗値がｌ０5 〜１０13Ω・ｃｍの範囲にあることが好ましい。
抵抗値の異なる層を積層することにより、抵抗の調整を容易に行うことができ、ベルト全体として、抵抗のバラツキが少なく、環境変動による抵抗の変動を抑えることができる。これにより各層自体の負担電圧を少なくしてピンホールリークを防止することができる。
また、最下層の導電性弾性体層の抵抗値をｌ０5 〜１０13Ω・ｃｍの範囲として、各層の抵抗値が下層より徐々に高くなるように設計することにより、最終的にベルト転写に必要な１０11〜１０13Ω・ｃｍ程度の表面抵抗と１０8 〜１０14Ω・Ｃｍ程度の体積抵抗を得ることができる。
【００１９】
導電性転写ベルトの各層の電気抵抗の調整は、これら導電性付与物質の添加により行う。前記導電性転写ベルトを構成する層のうち、導電性を有する層が、導電性付与物質として、少なくとも一種の無機導電性材料または有機導電性材料を含有することが好ましく、無機導電性材料としては、導電性カーボンブラックまたは導電性金属酸化吻が好ましく、有機導電性材料としては、各種４級アンモニウム塩、アルカリ金属等のイオン導電性添加材が好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の導電性ベルトをさらに詳細に説明する。
【００２１】
〔導電性転写ベルトの構造〕
【００２２】
図１は、本発明の導電性転写ベルトの構成の一例を示す概略断面図である。
ここで１０１は導電性弾性層、１０２は導電性補強層である導電性中間層、１０３は導電性保護層である。本発明の導電性転写ベルトは、無端ベルト状に形成され、導電性弾性層１０１を内側にして、搬送ローラに張架されている。
【００２３】
本発明の導電性転写ベルトは、導電性弾性体層１０１に、低モジュラスな導電性弾性体材料を用い、導電性補強層１０２に、ウレタン樹脂、ウレア樹脂、及びウレタンーウレア樹脂のいずれか一種を主基材として含有してなる高モジュラスな導電性補強材料を用いた点に特徴があり、この構成により永久伸びとベルト剛性を保持することができる。
【００２４】
図１の例においては、導電性補強層一層で導電性中間層を構成しているが、導電性補強層は一層に限られず、異なる強度の導電性補強層が複数層設けられていてもよい。また、導電性中間層の最上層の物性によっては、導電性保護層を設ける必要はない。
また、搬送ローラと接触するベルト内面側には、ベルトが空転・蛇行することがないように裏面全面に凹凸をつけるシボ目、歯付き加工等の裏面加工をほどこしてもよく、裏面端部に凹凸をつける等の端部加工をほどこしてもよい。
【００２５】
〔各層の材料〕
（導電性弾性層）
本発明の導電性弾性層の主基材としては、シリコーンゴム、ＮＢＲ，Ｈ−ＮＢＲ、ＣＲ、ＥＰＤＭ、ウレタンゴム等が用いられる。
【００２６】
（導電性補強層）
本発明の導電性補強層の主基材としては、ウレタン樹脂、ウレア樹脂、及びウレタンーウレア樹脂のいずれかが用いられるが、剛度の調整が容易な点で、分子中にウレタン結合（一ＮＨＣＯＯ一）とウレア結合（一ＮＨＣＯＮＨ一）とを有するウレタンーウレア樹脂が好ましい。
このようなウレタンーウレア樹脂は、ポリオールと、イソシアネート化合物、ポリアミン化合物の他に触媒を少なくとも配合して製造される。
ポリオールとしては、末端にポリオール、例えば末端にポリヒドロキシル基を有するポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール及び両者の共重合物であるポリエーテルボリオール等があげられる。また、ポリブタジエンポリオールやポリイソプレンポリオール、ポリエチレンポリオール等のポリオレフィンポリオール、ポリオール中でエチレン性不飽和モノマーを重合させて得られるポリオールプレポリマーなどの一般的なポリオールが使用できる。
また、ポリイソシアネート化合物としてはトルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）、粗製ＴＤＩ、４，４一ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、粗製ＭＤＩ、イソホロンジイソシアネート、各種変性ＭＤＩ、炭素数２〜１８の脂肪族イソシアネート、炭素数４〜１５の脂環式ポリイソシアネートおよびこれらのポリイソシアネートの混合物や変性物、例えば部分的にポリオール類またはジアミン類と反応させて得られるプレポリマー等が用いられる。
【００２７】
触媒としては、一般的には、例えば、ブチル錫ラウレート、オクチル亜鉛、酢酸ナトリウム等の有機金属化合物、アルカリ金属及びアルカリ土類金属のアルコキシドやフェノキシド、例えば、トリエチルアミン、トリエチルジアミン、Ｎ一メチルモルホリン、ジメチルアミノメチルフェノール等の３級アミン類、４級アンモニウム塩、イミダゾール類、Ｎｉアセチルアセテート、ジアセチルアセトネートＮｉなどが挙げられる。
【００２８】
ウレタン結合とウレア結合との平均比率は、５：９５から９５：５が好ましく、より好ましくは３０：７０〜７０：３０であり、ウレタン結合は、ポリオールと、イソシアネートとの配合量等により調整することができ、また、ウレア結合はポリアミン化合物とイソシアネートとの配合量等により調整することができる。すなわち、ポリオールとイソシアネートとポリアミン化合吻の配合量を選定することによって、得られるウレタンーウレア樹脂中のウレタン結合とウレア結合との平均比率を調整することができる。特に、ポリオールまたはジアミン成分の硬化剤としてジイソシアネートを用いて反応性比：０．９５〜１．２５、好ましくは１．０３〜１．０７に調整し、共架橋させることが望ましい。
ウレタンーウレア樹脂１００重量部に対して０．００１〜５重量部のイオン導電性物質、特に０．０１〜２重量部とすることができ、これにより導電性補強層の電気抵抗１０4 〜１０12Ω・ｃｍに調整でき、また、ウレタンーウレア樹脂１００重量部に対して導電性カーボンブラックの配合０．０１〜５０重量部、好ましくは０．１〜２０重量部にして導電層表面抵抗を下げ、面内バラツキの少ない均一で安定した電気抵抗を付与することができる。
【００２９】
これら補強層は、ディップコート、スプレーコート、静電塗装、ロールコートなどにより、上記の材料を塗布することにより設けることができる。
【００３０】
（導電性物質）
本発明の導電性転写ベルトの構成のうち、導電性を有する層中に、配合される導電性物質は、特に限定されることなく、公知の無機導電性材料または有機導電性材料を使用することができる。
無機導電性材料としては、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、アセチレンブラック等の公知の導電性カーボンブラック、酸化亜鉛、チタン酸カリウム、アンチモンドープ酸化チタン、酸化スズ、グラファイト等の導電性金属酸化物、ＬｉＣｌＯ4 、ＬｉＣＦ3 ＳＯ3 、ＮａＣ１Ｏ4 、ＬｉＡｓＦ6 、ＬｉＢＦ4 、ＮａＳＣＮ，ＫＳＣＮ，ＮａＣ１等の金属塩、あるいは各種４級アンモニウム塩、燐酸塩等の電解質が挙げられる。
有機導電性材料としては、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等のアルコール変性脂肪酸塩、過塩素酸塩、ハロゲン塩、ホウフッ化水素酸塩、硫酸塩、スルホン酸塩、エトサルフェート塩等の４級アンモニウム塩であるカチオン性界面活性剤、脂肪族スルホン酸、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、高級アルコールリン酸エステル塩、高級アルコールエチレンオキサイド付加リン酸エステル塩等のアニオン界面活性剤、各種ベタイン等の両性界面活性剤、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界面活性剤等の帯電防止剤が挙げられる。
導電性補強層においては、導電性カーボンブラックと共にイオン導電性物質が添加されるが、イオン導電性物質は単独または併用してもよい。本発明においては、特に、アルキルアンモニウム塩とケッチェンブラック、過塩素酸リチウムとファーネスブラック、過塩素酸ナトリウムとアセチレンブラック等のイオン性電解質０．００１〜重量％と導電性カーボンブラックを０．１〜５０重量部を使用し、ポリオール、ジアミン等に混合・溶解する場合の組み合わせが好ましい。
導電性補強層においては、イオン導電性物質は逐次、原料であるジアミンまたはポリオール中に均一に混合溶解でき、導電性カーボンブラックは均一に分散する。
【００３１】
（導電性保護層）
本発明の導電性保護層の材料は、摩擦抵抗の低減、電気特性の環境に対する安定性、表面粗さ低減による残留トナークリーニング性の向上といった目的を達成できるものであれば、特に限定されないが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルの共重合体（ＰＦＡ）、ＰＶｄＦなどのフッ素樹脂系ポリマーを、アルコール可溶性ナイロン系、シリコーン樹脂系、シランカプラー、ウレタン樹脂系のエマルションや有機溶剤に、溶解・分散した塗料を使用することができる。
これら保護層は、ディップコート、スプレーコート、静電塗装、ロールコートなどにより、上記の塗料を塗布することにより設けることができる。さらに、保護層に表面処理または研磨を施すことにより離型性、導電性、耐磨耗性、表面クリーニング性を改善することができる。
【００３２】
（各層の物性と膜厚）
（１）引っ張り応力と伸び
導電性弾性体層に主基材として含有される樹脂は、１００％引張応力が２０〜２００ｋｇｆ／ｃｍ2 、伸びが２００〜８００％であることが適当であり、かつ、導電性補強層に主基材として含有される樹脂は、１００％引張応力が、導電性弾性体層に主基材として含有される樹脂の１００％引張応力より大きく、伸びが、導電性弾性体層に主基材として含有される樹脂の伸びより小さいことが好ましい。１００％引っ張り強度と伸びの調整は、主基材として使用する樹脂の架橋密度とその組成を変更させることにより行う。
【００３３】
（２）抵抗値
本発明の導電性転写ベルトの各層の抵抗値は、抵抗ムラを少なくできる点で、導電性弾性体層、導電性中間層、導電性保護層の順に高くなることが、好ましい。
具体的には、導電性弾性層は１０5 〜１０13Ω・ｃｍ、導電性中間層はこれより高くし１０9 〜１０11Ω・ｃｍ、導電性保護層はさらに高く１０12〜１０14Ω・ｃｍになるように調整し、高電圧印加時の絶縁耐圧を保持するために、全体を１０10〜１０12Ω・ｃｍ程度になるように膜厚調整を行うのが好ましい。
【００３４】
（３）膜厚
本発明の導電性転写ベルトにおいては、前記導電性補強層が、３０〜１００μｍの膜厚を有することが好ましく、前記導電性保護層の膜厚が、この導電性補強層を含む導電性中間層の膜厚よりも薄いことがより好ましい。
具体的には、導電性弾性体層の膜厚が１００〜３０００μｍ、導電性補強層の膜厚が３０〜３００μｍ、より好ましくは３０〜１００μｍ、導電性保護層の膜厚が１〜３０μｍ程度になるように成形・塗工することが望ましい。
導電性補強層の膜厚が３００μｍ以上になるとベルト剛性が高くなりすぎ、大きなベルト張架力が必要になり永久伸びが発生しやすくなる。導電性保護層の膜厚が３０μｍ以上になると表面剛性も高くなり表面クラックが発生しやすく、かつ表面レベリング性が悪くなり平滑性の保持が困難となる。導電性弾性体層の膜厚も３０００μｍ以上になるとベルトテンションを加えたときの形状追従性が無くなり、ベルト駆動トルクが大きくなり、蛇行しやすく、プーリー部でのクセが発生しやすくなる。
【００３５】
本発明の導電性転写ベルトは、要求機能に合わせた特性の調節ができるため、用紙搬送転写ベルト方式の転写ベルトだけでなく、カラー画像中間体転写（ＩＢＴ）方式の転写ベルトなどへの適応も可能となり、長期間使用しても電気抵抗の経時変化が少なく、均一性に優れ、ベルト強度が大きく、永久伸びの少ない中間転写ベルトとしても使用できる。
【００３６】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
【００３７】
（実施例１）
〔導電性弾性層の形成〕
クロロブレンゴム（ＣＲ）を主基材として、以下の加硫ゴム配合を行い、２５リットルのニーダーを用いてカーボンブラック以外の配合物を混練した。混練物にカーボンブラックを加えてバンバリーミキサーでさらに混練した。押し出し成形後、湿式研磨でＲz ＝８μｍまで表面研磨して、膜厚５３０μｍ、内径１０５ｍｍ、幅３３０ｍｍの弾性体無端ベルトを得た。ＤＣ５００Ｖ印可時の電気抵抗は７．８ １ｏｇ・Ω・ｃｍであった。１００％引張応力は５５ｋｇ／ｃｍ2 で、その永久伸びは４．６％であった。
ＣＲ １００重量部
ステアリン酸 １重量部
酸化亜鉛 ５重量部
ＨＡＦカーボン（デグサ社製、商品名：ＦＷ２００） ２０重量部
ケッチェンブラックＥＣ（三菱化学社製、商品名：ＥＣ６００） ５重量部
硫黄 ２重量部
加硫促進剤（大内新興化学工業社製、商品名：ノクセラーＮＳ） １重量部
アミン系老化防止剤（大内新興化学工業社製、商品名：ＡＤ） ２重量部
【００３８】
〔導電性補強層の形成〕
次に、ウレタン変性ウレア樹脂の反応性混合液を以下のような配合で作製し、配合液を上記弾性体無端ベルトにスプレー塗布して、膜厚３５μｍの導電性補強層を形成した。ＤＣ５００Ｖ印可時の基材込みの電気抵抗は９．５１ｏｇ・Ωｃｍであった。１００％引張応力は９０ｋｇ／ｃｍ２で、その永久伸びは２．２％であった。
グリセリンにプロピレンオキサイドとエチレンオキサイドを付加したポリエーテルポリオール（分子量５０００、旭硝子社製「エクセノール８２８１」）
１００重量部
ウレタン変性したＭＤＩ（住友バイエル社製「スミジュールＰＦ」）
１８重量部
ヘキサメチレンジアミン ２重量部
１，４ブタンジオール １重量部
ジブチル錫ラウレート ０．０１重量部
テトラブチルアンモニウム過塩素酸塩 ０．５重量部
ケッチェンブラック（ライオンアクゾ社製） ０．２重量部
上記製法により導電性補強層を形成した無端ベルト上に、４フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）を含有したウレタン変性エマルション塗料（主剤）と硬化剤（シランカップリング剤）で構成された「ＪＬＹ−６０１」（日本アチソン社製）潤滑塗料を静電塗装法により塗装し、１３０℃で３０分間乾燥して、膜厚５μｍの導電性表面層を形成した。ＤＣ５００Ｖ印可時の基材込みの電気抵抗は１１．８ｌｏｇ・Ω・ｃｍであった。
【００３９】
〔性能評価〕
・耐久性（電気抵抗値、表面抵抗値の経時変化）
得られた導電性転写ベルトを３３０ｍｍ幅に裁断して、図１に示した搬送ローラ上にセットして６ｋｇのテンションをかけた状態で２６ｃｍ／ｓｅｃで４８時間、印可電圧２ｋＶで回転させ１回放置後、上記測定法で測定したところその電気抵抗値、表面抵抗値の変化は見られなかった。
・ベルト速度の低下率（機械強度）
コレットチャック軸固定式速度変動試験機を用いて、Ｔ０＝６．０ｋｇ加重でベルト速度の低下率を測定した。ベルト速度の低下率は０．１５％であった。
・低伸長モジュラス（弾性率）
引っ張り試験機により、一定伸長時のトルク（応力）変化を測定した。結果を図３のグラフに示す。図３から低伸長モジュラスが維持されていることが分かる。
・電気抵抗のバラツキ（均一性）
ＪＩＳ電極を用いて、５００Ｖの電圧を印加し、ベルト一枚について２４点で電気抵抗を計測した。バラツキは０．８桁以内であった。
【００４０】
（実施例２）
〔導電性補強層の形成〕
実施例１で得られた弾性体無端ベルトに、熱可塑性ウレタン（日本ミラクトロン社製）のメチルエチルケトン４０％溶液に導電性チタン酸カリウム（大塚化学社製「ＢＫ３００」）を５０重量部添加し、ロールコーターで塗布し、６０℃で４時間乾燥して、膜厚５５μｍの導電性表面層を形成した。ＤＣ５００Ｖ印可時の基材込みの電気抵抗は９．３ ｌｏｇ・Ω・ｃｍであった。１００％引張応力は１１０ｋｇ／ｃｍ2 で、その永久伸びは２．０％であった。
〔導電性保護層の形成〕
次に、上記弾性体無端ベルト上に、さらにＰＴＦＥを含有した導電性エマルション塗料（日本アチソン社製「エムラロン９４５ＥＳＤ」）をスプレー塗装して膜厚１２μｍの導電性表面層を形成した。ＤＣ５００Ｖ印可時の基材込みの電気抵抗は１０．８ ｌｏｇ・Ω・ｃｍであった。
【００４１】
実施例１と同様に評価を行った。ベルト速度の低下率は０．２％で、図３に示すように低伸長モジュラスを維持できた。また、電気抵抗値、表面抵抗値の経時変化も見られず、電気抵抗のバラツキも０．８桁以内であった。
【００４２】
（実施例３）
導電性補強層（中間層）の膜厚を４μｍとした以外は、実施例１と同様にして、導電性転写ベルトを作製した。ベルト速度の低下率はほとんど見られず（＜０．１％）、図３に示すように低伸長モジュラスを維持できた。また、電気抵抗値、表面抵抗値の経時変化も見られず、電気抵抗のバラツキも０．８桁以内であった。
【００４４】
（実施例５）
導電性補強層（中間層）にケッチェンブラックを２重量部添加し、その膜厚を４２μｍとした以外は、実施例１と同様にして、導電性転写ベルトを作製した。ベルト速度の低下率は０．２２％で、図３に示すように低伸長モジュラスは一層大きく、永久伸びは無かった。また、電気抵抗値、表面抵抗値の経時変化も見られず、電気抵抗のバラツキも０．８桁以内であった。
【００４５】
（比較例１）
導電性補強層を形成しなかった以外は、実施例１と同様にして導電性転写ベルトを作製して、電気抵抗を測定した結果、ＤＣ５００Ｖ印可時の基材込みの電気抵抗は９．５ ｌｏｇ・Ω・ｃｍまで下がった。実施例１と同様に４８時間回転させたところ、電気抵抗は基材抵抗までさがり、表面クラックが発生した。
【００４６】
（比較例２）
導電性補強層を形成しなかった以外は、実施例２と同様にして導電性転写ベルトを作製して、電気抵抗を測定した結果、ＤＣ５００Ｖ印可時の基材込みの電気抵抗は８．８ ｌｏｇ・Ω・ｃｍまで下がった。実施例１と同様に４８時間回転させたところ、周方向に永久伸びが発生しベルトスピードが大幅に低下して、初期ベルト強度の維持が困難であった。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、ベルト張架時の回復性を保持でき、長期間の使用においても永久伸びが少なく位置ずれしにくい導電性転写ベルトが提供される。
また、電気抵抗の均一性および接触抵抗の均一性に優れる導電性転写ベルトが提供される。また、経時変化の少ない高強度の導電性ベルトが提供される。
また、簡易な方法により製造することができる導電性ベルトが提供される。
さらに、塗布膜厚と主成分の構造、結合状態の変異によりベルト強度を調整できるため、基材の弾性層の適用範囲が広がり、各種の弾性素材に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の導電性転写ベルトの構成の一例を示す概略断面図である。
【図２】タンデム型カラー画像形成装置の構成を示す概略断面図である。
【図３】低伸長モジュラスの測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１１電子写真画像形成ユニット
１２電子写真感光体
１３帯電手段
１４画像書き込みユニット
１５現像手段
１６転写ローラ
１７クリーニング手段
１９転写ベルト
２０給紙手段
２１吸着ローラ
２４クリーニング手段
１０１導電性弾性層
１０２導電性補強層（導電徴中間層）
１０３導電性保護層
【発明の属する技術分野】
本発明は電子写真方式の画像形成装置に用いられる導電性転写ベルトに関し、特に、画像担持体上に形成されたトナー像を被転写媒体上に転写させ画像形成物を得るベルト転写方式のカラー複写機、プリンター、及びファックス等の画像形成装置に用いられる導電性転写ベルト関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ドキュメントのカラー化要求は更に高まり、特にカラードキュメントの高速高画質出力に対する要求が高まってきている。これに対して、複数の電子写真方式の画像形成ユニットを有するタンデム型カラー画像形成装置は、高速出力と高画質を同時に実現する手段として期待されている。
【０００３】
図２は、タンデム型カラー画像形成装置の構成を示す概略断面図である。図２中、１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋは、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのカラートナー像を形成する電子写真画像形成ユニットであり、無端状の転写ベルト１９の進行方向に対して電子写真画像形成ユニットが１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋの順で直列に配されている。また、転写ベルト１９は、各電子写真画像形成ユニット１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋの、電子写真感光体１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｋと、それに対向して配置される転写ローラ１６Ｙ，１６Ｍ，１６Ｃ，１６Ｋとの間を挿通している。そして、転写ベルト１９は、電子写真画像形成ユニット１１Ｙから１１Ｋの方向に進行する。
【０００４】
ここで、転写ベルト１９による転写の動作を説明する。
画像形成ユニット１１Ｙの電子写真感光体１２Ｙは、転写ベルト１９の進行と同一の線速度で同一方向に回転し（図１における右回り）、その周囲には、例えばスコロトロン方式の帯電フィルム、帯電ロール等の帯電手段１３Ｙと、半導体レーザースキャン方式等の画像書き込みユニット１４Ｙと、２成分方式等のイエロートナー現像手段１５Ｙと、ウレタン等の材料からなるブレードを用いたクリーニング手段１７Ｙとが、電子写真感光体１２Ｙの回転方向に沿って順に配置されている。
電子写真感光体１２Ｙの表面は、帯電手段１３Ｙにより全面が一様に帯電された後、画像書き込みユニット１４Ｙとにより像様露光されて静電潜像が形成される。この静電潜像は、イエロートナー現像手段１５Ｙによって現像されてイエロートナー像となる。転写ベルト１９は、帯電ブラシにより初期化され、紙やＯＨＰフィルムなどの被転写媒体は、図示しない用紙カセットから、給紙手段２０から供給され、吸着ローラ２１によって帯電させられ、転写ベルト１９に静電吸着させられた後、転写位置まで搬送きれる。電子写真感光体１２Ｙの表面に、形成されたイエロートナー像は、転写ローラ１６Ｙと転写ベルト１９とによって被転写媒体上に転写され、図示されていない定着手段により定着される。転写ベルト１９上に残留したトナーは、ブレード、ブラシ等のクリーニング手段２４により回収される。転写後、電子写真感光体１２Ｙ上に残留したトナーは、クリーニング手段１７Ｙによって掻き取られた後、次の画像形成サイクルのために、帯電手段１３Ｙにより再び帯電される。
【０００５】
多色のカラー画像形成を行うこの装置では、各電子写真画像形成ユニット１１Ｙ，１１Ｍ，ｌｌＣ，１１Ｋの相対的な位置のずれを考慮したタイミングで、上記と同様の画像形成工程が電子写真画像形成ユニット１１Ｍ，ｌ１Ｃ，ｌ１Ｋにおいても行われ、被転写媒体上には４色のフルカラートナー像が形成される。
【０００６】
このようなタンデム型カラー画像形成装置に用いられる転写ベルトには、電気抵抗の大きい材料を用いた抵抗体ベルトと、導電性の材料を用いた導電性ベルトかある。抵抗体ベルトが、環境変動により抵抗値が変化し、安定性、維持性に欠けるのに対し、導電性ベルトでは、環境依存性が小さく、安定に電荷が保持され、繰り返し使用での電荷の蓄積が少なく、用紙の吸着が確実で高精度な用紙搬送と転写を行えるという利点がある。このため、高速長寿命のプリンターとしての安定性を重視するのであれば、導電性の材料を用いた導電性ベルトを用いるのが望ましいのである。
【０００７】
電子写真法によるフルカラー複写機において感光体上のトナー像を、一旦、中間転写体上に転写して、この中間転写体上に形成されたイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックが重ね合わされたトナー画像を、被転写媒体上に転写するようにした中間体転写方式において、中間転写体として使用されている導電性ベルトを含め、導電性ベルトを転写に使用した例は、従来より知られている。
【０００８】
例えば、ポリイミドやポリカーボネート等の樹脂に導電性カーボンブラックを分散、含浸させた材料を遠心成形や押し出し成形、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）のカレンダー成形、溶剤キャスティング法によりフィルム状に形成した樹脂ベルトが知られている。これらの樹脂ベルトは、体積抵抗が１０9 〜１０12Ωｃｍ、表面抵抗が１０10〜１０14Ω・□程度になるように設定された導電性ベルトである。
しかし、これらの導電性樹脂ベルトは、ベルト剛性がありベルトスピードの低下、変動は少ないが、弾性に欠けるために、当接する転写ローラとの間を通過するときに部分的な浮き状態や隙間を生じやすく、転写不良や白抜けを発生しやすく、ベルト蛇行を防止するための端部ガイドの設定が必要であるという問題がある。また、熱膨張や吸湿によるベルト伸びがわずかに数％生じてもその周長の変化からベルト蛇行を生じるため、リブ等の端部補強が必要となって、温度湿度変化により敏感に作用している。さらに、用紙転写・剥離時に発生するオゾンにより部分的な表面酸化や劣化、加水分解が生じ、吸湿によりベルト強度の低下や表面抵抗の減衰が起こり、長期間の使用や高速化に向けた転写電流の増加による劣化速度の抑制が困難となるといった問題を有している。
【０００９】
一方、シリコーン、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、Ｈ−ＮＢＲ、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ウレタン、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体（ＥＰＤＭ）等のオレフィンゴム材料に導電性カーボンブラックや金属酸化物、カーボン繊維等を添加して所望の電気抵抗を付与した弾性体ベルトが知られている。
しかし、これらの導電性弾性体ベルトでは、ゴム弾性はあるが一定張力に対する剛性に欠けるため、ゴム自体の永久伸びを生じて、カラー画像の転写に際して、転写画像の位置ズレが徐々に大きくなり像ぼけ、ブラーの発生、色ずれなどのレジステレーションが悪化し、回復性が無くなるといった問題点があった。また、ゴム自体の永久伸びやオゾン劣化に起因する架橋点や導電性連鎖が寸断され電気抵抗が上昇してしまう問題点もあった。
このような剛性不足と永久伸びの問題を解消するために、導電性弾性体ベルトを、ケブラー繊維やポリエステル繊維、ガラス繊維などの強化繊維やメタクリル酸亜鉛でのポリマーアロイ化で補強することも提案されているが、この補強弾性体ベルトにおいては、永久伸びは抑制できるが、使用する芯材の太さや巻き方に大きく依存し、ベルト蛇行や、巻線ピッチ状の伸収縮や横方向のレジステレーションが大きくなり、横方向と縦方向とで異方性を生じるという欠点があった。
【００１０】
上記の通り、単一材料ではベルトスピードを維持するための弾性と剛性の両方を満足する導電性ベルトは得られていない。また、使用する導電性フィラーの凝集や、偏在、あるいは成形ムラによっても、画像上の白抜け、白点、黒点発生等の転写不良が起こり易くなり、高画質化の要求のもとでは、使用する導電性フィラーの分散状態の均一性も要求される。
従って、単一層でこれらの要求特性をすべて満たした導電性転写ベルト材料、加工方法の改善は困難である。
【００１１】
そこで、特開平７−２９５３９１号公報には、中抵抗のゴム層、誘電層、および表層からなる３層構成の導電性転写ベルトが提案されている。これらは、転写ベルトから用紙が分離する際の、剥離放電を抑え、画像の乱れを防止したものである。
しかしながら、弾性と剛性の両方を満足するように設計されておらず、ベルトの変形や劣化、永久伸びに起因する転写不良を十分に防止することができなかっ
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事実に鑑みなされたものであり、
本発明の第１の目的は、ベルト張架時の回復性を保持でき、長期間の使用においても永久伸びが少なく位置ずれしにくい導電性転写ベルトを提供することにある。
本発明の第２の目的は、電気抵抗の均一性および転写ロール間のギャップや厚さを抑え接触抵抗の均一性に優れる導電性転写ベルトを提供することにある。
本発明の第３の目的は、ベルトスピードの変化を抑え、経時変化の少ない高強度の導電性ベルトを提供することにある。
本発明の第４の目的は、簡易な方法により製造することができる導電性ベルトを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
発明者等は鋭意検討した結果、多層構成として、補強層と弾性層を含んだ積層ベルトから、各層毎に機能を分離することで剛性と弾性との両立を図るという着想を得て、本発明を完成するに至った。
【００１４】
すなわち、本発明は、導電性弾性体層、導電性中間層、導電性保護層をこの順に有してなり、画像担持体上に形成された画像を被転写媒体に転写する導電性転写ベルトであって、該導電性中間層が、ウレタン樹脂、ウレア樹脂、及びウレタンーウレア樹脂のいずれか一種を主基材として含有してなる導電性補強層を少なくとも一層有し、前記導電性保護層はフッ素樹脂を含有してなり、前記導電性補強層に主基材として含有される樹脂の１００％引張応力が、前記導電性弾性体層に主基材として含有される樹脂の１００％引張応力より大きく、前記導電性補強層に主基材として含有される樹脂の永久伸びが、前記導電性弾性体層に主基材として含有される樹脂の永久伸びより小さく、且つ、各層の抵抗値が、導電性弾性体層、導電性中間層、導電性保護層の順に高くなることを特徴とする導電性転写ベルトである。
特に、前記導電性補強層が、分子中にウレタン結合及びウレア結合の両者を有するウレタンーウレア樹脂から構成される場合は、これらを平均比率として６５〜９５％含有させるように調整することにより、または、主剤のポリマーのポリエーテル、ポリエステル結合の構造を選択することにより調整することによりベルト可とう性を保持しながら長時間使用しても永久伸びの少ない強度に調整できる点で好ましい。
本発明においては、弾性による蛇行防止は導電性弾性層に、剛性による永久伸びの防止は導電性補強層に行わせ、各層に機能を分離したことで、弾性と剛性の両立が可能になった。すなわち、導電性弾性層ではモジュラスを低く抑えて、ベルト張架時の回復性を保持させ、導電性補強層では高ヤング率のエラストマーまたは樹脂を使用することによりベルト全体を補強している。また、上層にゆくに従って１００％引っ張り強度を大きくし、伸びを小さくしたことにより、永久伸びによるベルトスピード変動とその低下の抑制と、初期ベルト張力の維持の両方に対応することができる。
これにより、３ｋｇ〜２０ｋｇ／ｍｍ程度のベルトテンションを懸けた状態で長時間使用されても、ベルト強度、伸び、弾性率、ヤング率等の経時変化が少なくて済み、プーリー部でのベルト変形、クセの発生、ベルト位置ズレ、ジャンピングの問題が生じにくい。これは、各層のハードセグメントの永久伸びが、弾性率の異なる層間で緩和され、テンションを加えてもその回復性を保持し、永久伸びを抑える方向に働くためと考えられる。
なお、導電性補強層により所望の機械強度に合わせたベルト強度の調整が可能となり導電性弾性体層の材料の使用範囲を広げることもできる。
【００１５】
本発明の導電性転写ベルトの導電性弾性体層に主基材として含有される樹脂の１００％引張応力が２０〜２００ｋｇｆ／ｃｍ２ とすることが好ましい。
【００１６】
本発明の導電性転写ベルトの最表層に、さらに、フッ素樹脂またはフッ素樹脂を含有する塗料からなる導電性保護層を設けることが好ましい。表面にこのような保護層を設けることで、トナーや紙粉によるベルト汚染性を軽減させ、ブレードクリーニング性を向上させることができる。
【００１７】
本発明の導電性転写ベルトにおいては、前記導電性補強層が、３０〜３００μｍの膜厚を有することが好ましく、前記導電性保護層の膜厚が、この導電性補強層を含む導電性中間層の膜厚よりも薄いことがより好ましい。
本発明の導電性転写ベルトは、前記導電性弾性体層により回転時のベルト変形を抑え、これより上層に導電性補強層を含む導電性中間層を設け、ベルトレスト時のヘタリと永久変形を少なくしたものであるが、上層にゆくに従って塗工膜厚を少なくすることにより、上層部のクラックを防止し、転写ベルトに必要なフレキシビリティを持たせることができる。
また、導電性弾性層の上層に導電性中間層や導電性保護層を、均一に積層することにより、塗膜のレベリング性を利用した表面粗さの調整も可能にしている。
【００１８】
本発明の導電性転写ベルトの各層の抵抗値は、導竃性弾性体層、導電性中間層、導電性保護層の順に高くなることが、好ましく、導電性弾性体層の抵抗値がｌ０5 〜１０13Ω・ｃｍの範囲にあることが好ましい。
抵抗値の異なる層を積層することにより、抵抗の調整を容易に行うことができ、ベルト全体として、抵抗のバラツキが少なく、環境変動による抵抗の変動を抑えることができる。これにより各層自体の負担電圧を少なくしてピンホールリークを防止することができる。
また、最下層の導電性弾性体層の抵抗値をｌ０5 〜１０13Ω・ｃｍの範囲として、各層の抵抗値が下層より徐々に高くなるように設計することにより、最終的にベルト転写に必要な１０11〜１０13Ω・ｃｍ程度の表面抵抗と１０8 〜１０14Ω・Ｃｍ程度の体積抵抗を得ることができる。
【００１９】
導電性転写ベルトの各層の電気抵抗の調整は、これら導電性付与物質の添加により行う。前記導電性転写ベルトを構成する層のうち、導電性を有する層が、導電性付与物質として、少なくとも一種の無機導電性材料または有機導電性材料を含有することが好ましく、無機導電性材料としては、導電性カーボンブラックまたは導電性金属酸化吻が好ましく、有機導電性材料としては、各種４級アンモニウム塩、アルカリ金属等のイオン導電性添加材が好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の導電性ベルトをさらに詳細に説明する。
【００２１】
〔導電性転写ベルトの構造〕
【００２２】
図１は、本発明の導電性転写ベルトの構成の一例を示す概略断面図である。
ここで１０１は導電性弾性層、１０２は導電性補強層である導電性中間層、１０３は導電性保護層である。本発明の導電性転写ベルトは、無端ベルト状に形成され、導電性弾性層１０１を内側にして、搬送ローラに張架されている。
【００２３】
本発明の導電性転写ベルトは、導電性弾性体層１０１に、低モジュラスな導電性弾性体材料を用い、導電性補強層１０２に、ウレタン樹脂、ウレア樹脂、及びウレタンーウレア樹脂のいずれか一種を主基材として含有してなる高モジュラスな導電性補強材料を用いた点に特徴があり、この構成により永久伸びとベルト剛性を保持することができる。
【００２４】
図１の例においては、導電性補強層一層で導電性中間層を構成しているが、導電性補強層は一層に限られず、異なる強度の導電性補強層が複数層設けられていてもよい。また、導電性中間層の最上層の物性によっては、導電性保護層を設ける必要はない。
また、搬送ローラと接触するベルト内面側には、ベルトが空転・蛇行することがないように裏面全面に凹凸をつけるシボ目、歯付き加工等の裏面加工をほどこしてもよく、裏面端部に凹凸をつける等の端部加工をほどこしてもよい。
【００２５】
〔各層の材料〕
（導電性弾性層）
本発明の導電性弾性層の主基材としては、シリコーンゴム、ＮＢＲ，Ｈ−ＮＢＲ、ＣＲ、ＥＰＤＭ、ウレタンゴム等が用いられる。
【００２６】
（導電性補強層）
本発明の導電性補強層の主基材としては、ウレタン樹脂、ウレア樹脂、及びウレタンーウレア樹脂のいずれかが用いられるが、剛度の調整が容易な点で、分子中にウレタン結合（一ＮＨＣＯＯ一）とウレア結合（一ＮＨＣＯＮＨ一）とを有するウレタンーウレア樹脂が好ましい。
このようなウレタンーウレア樹脂は、ポリオールと、イソシアネート化合物、ポリアミン化合物の他に触媒を少なくとも配合して製造される。
ポリオールとしては、末端にポリオール、例えば末端にポリヒドロキシル基を有するポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール及び両者の共重合物であるポリエーテルボリオール等があげられる。また、ポリブタジエンポリオールやポリイソプレンポリオール、ポリエチレンポリオール等のポリオレフィンポリオール、ポリオール中でエチレン性不飽和モノマーを重合させて得られるポリオールプレポリマーなどの一般的なポリオールが使用できる。
また、ポリイソシアネート化合物としてはトルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）、粗製ＴＤＩ、４，４一ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、粗製ＭＤＩ、イソホロンジイソシアネート、各種変性ＭＤＩ、炭素数２〜１８の脂肪族イソシアネート、炭素数４〜１５の脂環式ポリイソシアネートおよびこれらのポリイソシアネートの混合物や変性物、例えば部分的にポリオール類またはジアミン類と反応させて得られるプレポリマー等が用いられる。
【００２７】
触媒としては、一般的には、例えば、ブチル錫ラウレート、オクチル亜鉛、酢酸ナトリウム等の有機金属化合物、アルカリ金属及びアルカリ土類金属のアルコキシドやフェノキシド、例えば、トリエチルアミン、トリエチルジアミン、Ｎ一メチルモルホリン、ジメチルアミノメチルフェノール等の３級アミン類、４級アンモニウム塩、イミダゾール類、Ｎｉアセチルアセテート、ジアセチルアセトネートＮｉなどが挙げられる。
【００２８】
ウレタン結合とウレア結合との平均比率は、５：９５から９５：５が好ましく、より好ましくは３０：７０〜７０：３０であり、ウレタン結合は、ポリオールと、イソシアネートとの配合量等により調整することができ、また、ウレア結合はポリアミン化合物とイソシアネートとの配合量等により調整することができる。すなわち、ポリオールとイソシアネートとポリアミン化合吻の配合量を選定することによって、得られるウレタンーウレア樹脂中のウレタン結合とウレア結合との平均比率を調整することができる。特に、ポリオールまたはジアミン成分の硬化剤としてジイソシアネートを用いて反応性比：０．９５〜１．２５、好ましくは１．０３〜１．０７に調整し、共架橋させることが望ましい。
ウレタンーウレア樹脂１００重量部に対して０．００１〜５重量部のイオン導電性物質、特に０．０１〜２重量部とすることができ、これにより導電性補強層の電気抵抗１０4 〜１０12Ω・ｃｍに調整でき、また、ウレタンーウレア樹脂１００重量部に対して導電性カーボンブラックの配合０．０１〜５０重量部、好ましくは０．１〜２０重量部にして導電層表面抵抗を下げ、面内バラツキの少ない均一で安定した電気抵抗を付与することができる。
【００２９】
これら補強層は、ディップコート、スプレーコート、静電塗装、ロールコートなどにより、上記の材料を塗布することにより設けることができる。
【００３０】
（導電性物質）
本発明の導電性転写ベルトの構成のうち、導電性を有する層中に、配合される導電性物質は、特に限定されることなく、公知の無機導電性材料または有機導電性材料を使用することができる。
無機導電性材料としては、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、アセチレンブラック等の公知の導電性カーボンブラック、酸化亜鉛、チタン酸カリウム、アンチモンドープ酸化チタン、酸化スズ、グラファイト等の導電性金属酸化物、ＬｉＣｌＯ4 、ＬｉＣＦ3 ＳＯ3 、ＮａＣ１Ｏ4 、ＬｉＡｓＦ6 、ＬｉＢＦ4 、ＮａＳＣＮ，ＫＳＣＮ，ＮａＣ１等の金属塩、あるいは各種４級アンモニウム塩、燐酸塩等の電解質が挙げられる。
有機導電性材料としては、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等のアルコール変性脂肪酸塩、過塩素酸塩、ハロゲン塩、ホウフッ化水素酸塩、硫酸塩、スルホン酸塩、エトサルフェート塩等の４級アンモニウム塩であるカチオン性界面活性剤、脂肪族スルホン酸、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、高級アルコールリン酸エステル塩、高級アルコールエチレンオキサイド付加リン酸エステル塩等のアニオン界面活性剤、各種ベタイン等の両性界面活性剤、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界面活性剤等の帯電防止剤が挙げられる。
導電性補強層においては、導電性カーボンブラックと共にイオン導電性物質が添加されるが、イオン導電性物質は単独または併用してもよい。本発明においては、特に、アルキルアンモニウム塩とケッチェンブラック、過塩素酸リチウムとファーネスブラック、過塩素酸ナトリウムとアセチレンブラック等のイオン性電解質０．００１〜重量％と導電性カーボンブラックを０．１〜５０重量部を使用し、ポリオール、ジアミン等に混合・溶解する場合の組み合わせが好ましい。
導電性補強層においては、イオン導電性物質は逐次、原料であるジアミンまたはポリオール中に均一に混合溶解でき、導電性カーボンブラックは均一に分散する。
【００３１】
（導電性保護層）
本発明の導電性保護層の材料は、摩擦抵抗の低減、電気特性の環境に対する安定性、表面粗さ低減による残留トナークリーニング性の向上といった目的を達成できるものであれば、特に限定されないが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテルの共重合体（ＰＦＡ）、ＰＶｄＦなどのフッ素樹脂系ポリマーを、アルコール可溶性ナイロン系、シリコーン樹脂系、シランカプラー、ウレタン樹脂系のエマルションや有機溶剤に、溶解・分散した塗料を使用することができる。
これら保護層は、ディップコート、スプレーコート、静電塗装、ロールコートなどにより、上記の塗料を塗布することにより設けることができる。さらに、保護層に表面処理または研磨を施すことにより離型性、導電性、耐磨耗性、表面クリーニング性を改善することができる。
【００３２】
（各層の物性と膜厚）
（１）引っ張り応力と伸び
導電性弾性体層に主基材として含有される樹脂は、１００％引張応力が２０〜２００ｋｇｆ／ｃｍ2 、伸びが２００〜８００％であることが適当であり、かつ、導電性補強層に主基材として含有される樹脂は、１００％引張応力が、導電性弾性体層に主基材として含有される樹脂の１００％引張応力より大きく、伸びが、導電性弾性体層に主基材として含有される樹脂の伸びより小さいことが好ましい。１００％引っ張り強度と伸びの調整は、主基材として使用する樹脂の架橋密度とその組成を変更させることにより行う。
【００３３】
（２）抵抗値
本発明の導電性転写ベルトの各層の抵抗値は、抵抗ムラを少なくできる点で、導電性弾性体層、導電性中間層、導電性保護層の順に高くなることが、好ましい。
具体的には、導電性弾性層は１０5 〜１０13Ω・ｃｍ、導電性中間層はこれより高くし１０9 〜１０11Ω・ｃｍ、導電性保護層はさらに高く１０12〜１０14Ω・ｃｍになるように調整し、高電圧印加時の絶縁耐圧を保持するために、全体を１０10〜１０12Ω・ｃｍ程度になるように膜厚調整を行うのが好ましい。
【００３４】
（３）膜厚
本発明の導電性転写ベルトにおいては、前記導電性補強層が、３０〜１００μｍの膜厚を有することが好ましく、前記導電性保護層の膜厚が、この導電性補強層を含む導電性中間層の膜厚よりも薄いことがより好ましい。
具体的には、導電性弾性体層の膜厚が１００〜３０００μｍ、導電性補強層の膜厚が３０〜３００μｍ、より好ましくは３０〜１００μｍ、導電性保護層の膜厚が１〜３０μｍ程度になるように成形・塗工することが望ましい。
導電性補強層の膜厚が３００μｍ以上になるとベルト剛性が高くなりすぎ、大きなベルト張架力が必要になり永久伸びが発生しやすくなる。導電性保護層の膜厚が３０μｍ以上になると表面剛性も高くなり表面クラックが発生しやすく、かつ表面レベリング性が悪くなり平滑性の保持が困難となる。導電性弾性体層の膜厚も３０００μｍ以上になるとベルトテンションを加えたときの形状追従性が無くなり、ベルト駆動トルクが大きくなり、蛇行しやすく、プーリー部でのクセが発生しやすくなる。
【００３５】
本発明の導電性転写ベルトは、要求機能に合わせた特性の調節ができるため、用紙搬送転写ベルト方式の転写ベルトだけでなく、カラー画像中間体転写（ＩＢＴ）方式の転写ベルトなどへの適応も可能となり、長期間使用しても電気抵抗の経時変化が少なく、均一性に優れ、ベルト強度が大きく、永久伸びの少ない中間転写ベルトとしても使用できる。
【００３６】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
【００３７】
（実施例１）
〔導電性弾性層の形成〕
クロロブレンゴム（ＣＲ）を主基材として、以下の加硫ゴム配合を行い、２５リットルのニーダーを用いてカーボンブラック以外の配合物を混練した。混練物にカーボンブラックを加えてバンバリーミキサーでさらに混練した。押し出し成形後、湿式研磨でＲz ＝８μｍまで表面研磨して、膜厚５３０μｍ、内径１０５ｍｍ、幅３３０ｍｍの弾性体無端ベルトを得た。ＤＣ５００Ｖ印可時の電気抵抗は７．８ １ｏｇ・Ω・ｃｍであった。１００％引張応力は５５ｋｇ／ｃｍ2 で、その永久伸びは４．６％であった。
ＣＲ １００重量部
ステアリン酸 １重量部
酸化亜鉛 ５重量部
ＨＡＦカーボン（デグサ社製、商品名：ＦＷ２００） ２０重量部
ケッチェンブラックＥＣ（三菱化学社製、商品名：ＥＣ６００） ５重量部
硫黄 ２重量部
加硫促進剤（大内新興化学工業社製、商品名：ノクセラーＮＳ） １重量部
アミン系老化防止剤（大内新興化学工業社製、商品名：ＡＤ） ２重量部
【００３８】
〔導電性補強層の形成〕
次に、ウレタン変性ウレア樹脂の反応性混合液を以下のような配合で作製し、配合液を上記弾性体無端ベルトにスプレー塗布して、膜厚３５μｍの導電性補強層を形成した。ＤＣ５００Ｖ印可時の基材込みの電気抵抗は９．５１ｏｇ・Ωｃｍであった。１００％引張応力は９０ｋｇ／ｃｍ２で、その永久伸びは２．２％であった。
グリセリンにプロピレンオキサイドとエチレンオキサイドを付加したポリエーテルポリオール（分子量５０００、旭硝子社製「エクセノール８２８１」）
１００重量部
ウレタン変性したＭＤＩ（住友バイエル社製「スミジュールＰＦ」）
１８重量部
ヘキサメチレンジアミン ２重量部
１，４ブタンジオール １重量部
ジブチル錫ラウレート ０．０１重量部
テトラブチルアンモニウム過塩素酸塩 ０．５重量部
ケッチェンブラック（ライオンアクゾ社製） ０．２重量部
上記製法により導電性補強層を形成した無端ベルト上に、４フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）を含有したウレタン変性エマルション塗料（主剤）と硬化剤（シランカップリング剤）で構成された「ＪＬＹ−６０１」（日本アチソン社製）潤滑塗料を静電塗装法により塗装し、１３０℃で３０分間乾燥して、膜厚５μｍの導電性表面層を形成した。ＤＣ５００Ｖ印可時の基材込みの電気抵抗は１１．８ｌｏｇ・Ω・ｃｍであった。
【００３９】
〔性能評価〕
・耐久性（電気抵抗値、表面抵抗値の経時変化）
得られた導電性転写ベルトを３３０ｍｍ幅に裁断して、図１に示した搬送ローラ上にセットして６ｋｇのテンションをかけた状態で２６ｃｍ／ｓｅｃで４８時間、印可電圧２ｋＶで回転させ１回放置後、上記測定法で測定したところその電気抵抗値、表面抵抗値の変化は見られなかった。
・ベルト速度の低下率（機械強度）
コレットチャック軸固定式速度変動試験機を用いて、Ｔ０＝６．０ｋｇ加重でベルト速度の低下率を測定した。ベルト速度の低下率は０．１５％であった。
・低伸長モジュラス（弾性率）
引っ張り試験機により、一定伸長時のトルク（応力）変化を測定した。結果を図３のグラフに示す。図３から低伸長モジュラスが維持されていることが分かる。
・電気抵抗のバラツキ（均一性）
ＪＩＳ電極を用いて、５００Ｖの電圧を印加し、ベルト一枚について２４点で電気抵抗を計測した。バラツキは０．８桁以内であった。
【００４０】
（実施例２）
〔導電性補強層の形成〕
実施例１で得られた弾性体無端ベルトに、熱可塑性ウレタン（日本ミラクトロン社製）のメチルエチルケトン４０％溶液に導電性チタン酸カリウム（大塚化学社製「ＢＫ３００」）を５０重量部添加し、ロールコーターで塗布し、６０℃で４時間乾燥して、膜厚５５μｍの導電性表面層を形成した。ＤＣ５００Ｖ印可時の基材込みの電気抵抗は９．３ ｌｏｇ・Ω・ｃｍであった。１００％引張応力は１１０ｋｇ／ｃｍ2 で、その永久伸びは２．０％であった。
〔導電性保護層の形成〕
次に、上記弾性体無端ベルト上に、さらにＰＴＦＥを含有した導電性エマルション塗料（日本アチソン社製「エムラロン９４５ＥＳＤ」）をスプレー塗装して膜厚１２μｍの導電性表面層を形成した。ＤＣ５００Ｖ印可時の基材込みの電気抵抗は１０．８ ｌｏｇ・Ω・ｃｍであった。
【００４１】
実施例１と同様に評価を行った。ベルト速度の低下率は０．２％で、図３に示すように低伸長モジュラスを維持できた。また、電気抵抗値、表面抵抗値の経時変化も見られず、電気抵抗のバラツキも０．８桁以内であった。
【００４２】
（実施例３）
導電性補強層（中間層）の膜厚を４μｍとした以外は、実施例１と同様にして、導電性転写ベルトを作製した。ベルト速度の低下率はほとんど見られず（＜０．１％）、図３に示すように低伸長モジュラスを維持できた。また、電気抵抗値、表面抵抗値の経時変化も見られず、電気抵抗のバラツキも０．８桁以内であった。
【００４４】
（実施例５）
導電性補強層（中間層）にケッチェンブラックを２重量部添加し、その膜厚を４２μｍとした以外は、実施例１と同様にして、導電性転写ベルトを作製した。ベルト速度の低下率は０．２２％で、図３に示すように低伸長モジュラスは一層大きく、永久伸びは無かった。また、電気抵抗値、表面抵抗値の経時変化も見られず、電気抵抗のバラツキも０．８桁以内であった。
【００４５】
（比較例１）
導電性補強層を形成しなかった以外は、実施例１と同様にして導電性転写ベルトを作製して、電気抵抗を測定した結果、ＤＣ５００Ｖ印可時の基材込みの電気抵抗は９．５ ｌｏｇ・Ω・ｃｍまで下がった。実施例１と同様に４８時間回転させたところ、電気抵抗は基材抵抗までさがり、表面クラックが発生した。
【００４６】
（比較例２）
導電性補強層を形成しなかった以外は、実施例２と同様にして導電性転写ベルトを作製して、電気抵抗を測定した結果、ＤＣ５００Ｖ印可時の基材込みの電気抵抗は８．８ ｌｏｇ・Ω・ｃｍまで下がった。実施例１と同様に４８時間回転させたところ、周方向に永久伸びが発生しベルトスピードが大幅に低下して、初期ベルト強度の維持が困難であった。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、ベルト張架時の回復性を保持でき、長期間の使用においても永久伸びが少なく位置ずれしにくい導電性転写ベルトが提供される。
また、電気抵抗の均一性および接触抵抗の均一性に優れる導電性転写ベルトが提供される。また、経時変化の少ない高強度の導電性ベルトが提供される。
また、簡易な方法により製造することができる導電性ベルトが提供される。
さらに、塗布膜厚と主成分の構造、結合状態の変異によりベルト強度を調整できるため、基材の弾性層の適用範囲が広がり、各種の弾性素材に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の導電性転写ベルトの構成の一例を示す概略断面図である。
【図２】タンデム型カラー画像形成装置の構成を示す概略断面図である。
【図３】低伸長モジュラスの測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１１電子写真画像形成ユニット
１２電子写真感光体
１３帯電手段
１４画像書き込みユニット
１５現像手段
１６転写ローラ
１７クリーニング手段
１９転写ベルト
２０給紙手段
２１吸着ローラ
２４クリーニング手段
１０１導電性弾性層
１０２導電性補強層（導電徴中間層）
１０３導電性保護層
Claims (9)
- 導電性弾性体層、導電性中間層、導電性保護層をこの順に有してなり、画像担持体上に形成された画像を被転写媒体に転写する導電性転写ベルトであって、
該導電性中間層が、ウレタン樹脂、ウレア樹脂、及びウレタンーウレア樹脂のいずれか一種を主基材として含有してなる導電性補強層を少なくとも一層有し、
前記導電性保護層はフッ素樹脂を含有してなり、
前記導電性補強層に主基材として含有される樹脂の１００％引張応力が、前記導電性弾性体層に主基材として含有される樹脂の１００％引張応力より大きく、前記導電性補強層に主基材として含有される樹脂の永久伸びが、前記導電性弾性体層に主基材として含有される樹脂の永久伸びより小さく、
且つ、各層の抵抗値が、導電性弾性体層、導電性中間層、導電性保護層の順に高くなることを特徴とする導電性転写ベルト。 - 前記導電性補強層が、ウレタンーウレア樹脂を主基材として含有してなることを特徴とする請求項１に記載の導電性転写ベルト。
- 前記導電性弾性体層に主基材として含有される樹脂の１００％引張応力が２０〜２００ｋｇｆ／ｃｍ2であることを特徴とする請求項１または２に記載の導電性転写ベルト。
- 前記導電性補強層が、３０〜３００μｍの膜厚を有することを特徴とする請求項１から３までのいずれか一項に記載の導電性転写ベルト。
- 前記導電性保護層の膜厚が、前記導電性中間層の膜厚よりも薄いことを特徴とする請求項１から４までのいずれか一項に記載の導電性転写ベルト。
- 導電性弾性体層の抵抗値が、１０ 5 〜１０ 13 Ω・ｃｍであることを特徴とする請求項１から５までのいずれか一項に記載の導電性転写ベルト。
- 前記導電性転写ベルトを構成する層のうち、導電性を有する層が、導電性付与物質として、少なくとも一種の無機導電性材料または有機導電性材料を含有することを特徴とする請求項１から６までのいずれか一項に記載の導電性転写ベルト。
- 前記無機導電性材料が、導電性カーボンブラックまたは導電性金属酸化物であることを特徴とする請求項７に記載の導電性転写ベルト。
- 前記有機導電性材料が、イオン導電性添加材であることを特徴とする請求項７に記載の導電性転写ベルト。
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