JP3925508B2

JP3925508B2 - 転写ベルトおよび該ベルトを有する画像形成装置

Info

Publication number: JP3925508B2
Application number: JP2004132540A
Authority: JP
Inventors: 賢人宮本
Original assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Current assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Priority date: 2004-04-28
Filing date: 2004-04-28
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2024-04-28
Also published as: US20050244196A1; JP2005316040A; US7215913B2

Description

本発明は、複写機、プリンターなどの画像形成装置において、像担持体表面に形成したトナー像を、紙などの記録媒体へ転写する前に、一旦自己の表面に転写保持し、これを上記記録媒体へと転写する転写ベルトおよび該ベルトを有する画像形成装置に関する。

電子写真プロセスを用いた画像形成装置では、感光体からなる像担持体上に一様な電荷を形成後、レーザー等で静電潜像を形成した後、帯電したトナーで現像する。そしてトナー像を転写部材に１次転写し、さらに転写部材から記録媒体に２次転写する中間転写方式が知られている。転写部材としてはベルト形状を有する転写ベルトがよく使用されている。こうした画像形成方法は長期使用とともに、転写ベルトの表面がトナーあるいはトナーの外添剤で汚染され、画像劣化が発生する課題を有している。

従来、こうした課題解決のため、転写ベルト表面へのトナーの付着抑制（耐フィルミング性良向上）の手段として以下のような技術が提案されている。
1.フッ素樹脂をベルト用部材として用いる（例えば、特許文献１参照）；
2.フッ素樹脂の表面層を形成した熱可塑性樹脂をベルト用部材として用いる（例えば、特許文献２参照）；
3.熱可塑性樹脂ベルトの表面にフッ素微粒子を分散させる（例えば、特許文献３参照）；
4.熱可塑性樹脂ベルトの表面にシリコーン樹脂をコートする（例えば、特許文献４参照）；
特開2002-365866号公報特開平10-207242号公報米国特許第5,666,193号明細書特開平4-029275号公報

しかしながら、フッ素樹脂をベルト用部材として用いると、耐フィルミング性には優れるものの通電により、ベルトの電気抵抗が低下し、画質が劣化する欠点を有する。
また、フッ素微粒子を分散させたベルトあるいはベルト表面にフッ素樹脂層が形成されたベルトはトナーの離型性は十分であり、耐フィルミング性は向上するものの、１次転写が十分に行われず、中抜け現象が発生する等の欠点を有する。さらに、転写ベルトに接触して配置されるクリーニングブレードが磨耗し、その機能が発揮されない等の欠点を有する。
また、シリコーン樹脂をコートしたベルトにおいては耐久におけるコート層の剥がれが発生する等の課題を有している。

本発明は、長期にわたって、表面の耐フィルミング性および転写性に優れ、かつクリーニングブレードの磨耗を抑制する転写ベルトを提供することを目的とする。

本発明は、画像形成装置において像担持体よりトナー像を転写される転写ベルトであって、マトリックス樹脂に鎖状シリコーンを含んでなり、マトリックス樹脂に対するシリコーンの含有量が0.5〜10重量％であり、鎖状シリコーンの平均分子量が10万以上であることを特徴とする転写ベルトに関する。

本発明はまた、像担持体および上記転写ベルトを有し、像担持体表面に形成されたトナー像を転写ベルト上に転写し、該転写ベルトからさらに記録媒体に転写させる画像形成装置に関する。

本発明の転写ベルトは、表面の潤滑性が顕著に優れている。そのため、長期にわたって表面へのトナー固着を抑制でき、結果として画像上の画像劣化（フィルミング）を防止できる。また、像担持体から転写ベルトへの１次転写および転写ベルトから記録媒体への２次転写が長期にわたって良好に行われ、結果として画像の転写不良（中抜け）を防止できる。さらには、クリーニングブレードの磨耗を防止できる。

本発明に係る転写ベルトは、像担持体を備えた中間転写方式の画像形成装置に用いられる転写ベルト、特にシームレスベルトに適している。本発明に係る転写ベルトは、現像装置に単色トナーのみを持つモノカラー画像形成装置、１つの像担持体に対してＹ(イエロー)、Ｍ(マゼンタ)、Ｃ(シアン)、Ｂ(ブラック)の各色の現像器ごとに像担持体上での現像およびトナー像の転写ベルトへの一次転写を行うサイクル方式カラー画像形成装置、直列に配置された各色の画像形成ユニットごとにトナー像の転写ベルトへの一次転写を行うタンデム方式カラー画像形成装置などに適用することができる。また、像担持体は静電潜像を現像して画像を保持する感光体や、直接画像を作像して保持するものでも良い。画像を保持する担持体なら良く、感光体に限らない。

図１、図２および図３に中間転写方式の画像形成装置の概略部分構成図を示す。
図１において１は像担持体としての感光体、４が転写ベルトである。感光体の周囲には、通常、帯電器、感光体上に静電潜像を形成するための露光光学系、トナーを収容する現像器、残留トナーを除去するクリーナ一等が配置されているが、図１においては簡略化のため感光体１を帯電させるための帯電器２、感光体上に形成された静電潜像をトナー現像するための現像器３のみを図示している。

転写ベルト４は転写・搬送ローラ６、６'および搬送ローラ６”に掛け渡され、矢印方向に回転する感光体１と同調して矢印方向に回転するようになっている。

図１に示すような中間転写方式を有する画像形成装置においては、まず矢印方向に回転する感光体１の表面を帯電器２により一様に帯電し、図示しない露光光学系により画像に対応する静電潜像を形成する。静電潜像は現像器３でトナー像に現像される。このトナー像は転写・搬送ローラ６'により転写ベルト４に静電的に転写(一次転写)される。そして転写ベルト４上に形成されたトナー像は、搬送・転写ローラ６と押圧ローラ７の間で記録紙５に転写(二次転写)されるようになっている。

このような中間転写方式を有する画像形成装置において転写ベルト４は、図１に示されているように数本のローラ６、６'および６”を介して感光体１に接し、かつ40〜60Nのテンション力により張られた状態になっている。また、転写ベルト４は、例えば感光体からトナーを一次転写させるために適した周速、例えば80〜150mm/sで回転させられるようになっている。

また、図２に示すような中間転写方式を有するサイクル方式カラー画像形成装置においては、各色の現像器ごとに現像および一次転写を行う。詳しくは、転写ベルト11は、例えば現像ユニットをＹ（イエロー）現像器10a、Ｍ（マゼンタ）現像器10b、Ｃ（シアン）現像器10c、Ｂ（ブラック）現像器10dと順次回転させ感光体8にトナー像を現像しながら逐次4回送りで一次転写ローラ13により一次転写させられ、転写ベルト11上に形成された4色トナー像は二次転写ローラー14と押圧ローラ15の間で記録紙12に転写するようになっている。像担持体（感光体）8は表面を帯電器9により一様に帯電され、図示しない露光光学系により画像に対応する静電潜像を形成され、現像された後、図示しないクリーナ等により残留トナーを除去されるようになっている。

このような画像形成装置において転写ベルト11は、数本のローラ13、15、16等を介して感光体8に接し、かつ40〜60Nのテンションにより張られた状態になっている。また、転写ベルト11は、一次転写に適した周速、例えば80〜150mm/sで回転させられるようになっている。

更に、図３に示すような中間転写方式を有するタンデム方式画像形成装置においては、直列に配置された画像形成ユニットごとに各色の現像および一次転写を行う。詳しくは、転写ベルト28は例えば、Ｙ（イエロー）用感光体17、Ｍ（マゼンタ）用感光体22、Ｃ（シアン）用感光体23、Ｂ（ブラック）用感光体24の順で各感光体上のトナー像を１回送りで各一次転写ローラ21により一次転写させられ、転写ベルト28上に形成された４色トナー像は二次転写ローラ25と押圧ローラ26の間で記録紙27に転写するようになっている。各現像器（例えば、20）において感光体（例えば、17）は表面を帯電器（例えば、19）により一様に帯電され、露光器（例えば、18）により画像に対応する静電潜像を形成され、現像された後、図示しないクリーナ等により残留トナーを除去されるようになっている。

このような画像形成装置において転写ベルト28は、数本のローラー26、29等を介して、Ｙ（イエロー）用感光体17、Ｍ（マゼンタ）用感光体22、Ｃ（シアン）用感光体23、Ｂ（ブラック）用感光体24とそれぞれの一次転写ローラー21とを対面に一列に配したユニットにおいて各感光体と接し、かつ40〜60Ｎのテンション力により張られた状態になっている。また、転写ベルト28は、１回送りで４色のトナー像を一次転写させるために適した周速、例えば80〜150mm/sで回転させられるようになっている。

上記のような画像形成装置に使用される本発明の転写ベルトは、マトリックス樹脂およびシリコーンを含んでなっている。

マトリックス樹脂としては、特に制限されず、成形の容易性の観点から熱可塑性樹脂が好ましく使用される。そのような熱可塑性樹脂として、例えば、ポリアミド、ポリイミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリアルキレンテレフタレート、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、およびそれらの混合物等が挙げられる。これらの樹脂は押出成形可能な樹脂であるので、特に好ましい。

本発明において使用される鎖状シリコーンは、シロキサン結合が繰り返されてなるポリシロキサン骨格に有機基を有してなるものであれば特に制限されないが、転写ベルトの製造容易性（成形性）の観点からは、一般式（Ｉ）；

で表される鎖状オルガノポリシロキサン（Ｉ）およびそれらの混合物であることが好ましい。

式（I）中、Ｒ^１〜Ｒ^１０はそれぞれ独立して水素原子、アルキル基またはアリール基である。アルキル基は炭素数1〜3、特に1〜2のものが好適であり、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基等が挙げられる。アリール基は炭素数6〜10、特に６のものが好適であり、例えば、フェニル基、ナフチル基等が挙げられる。

ｍおよびｎは、本発明の目的が達成される限り特に制限されるものではなく、例えば、ｍとｎの和は当該オルガノポリシロキサン（Ｉ）が後述の平均分子量を有し得るような値であればよい。

好ましいオルガノポリシロキサン（Ｉ）は、Ｒ^１〜Ｒ^３およびＲ^５〜Ｒ^１０がそれぞれ独立してアルキル基、特に同時にメチル基であり、かつＲ^４が水素原子、アルキル基またはアリール基、特に水素原子、メチル基またはフェニル基であるものである。このときｎ／ｍは0〜100、特に0〜50であることが好ましい。

なお、ｍおよびｎは、それぞれのモノマー単位の数または割合を示すものであり、ｍおよびｎが付されたモノマー単位がそれぞれ連続的に重合されているブロック共重合体に制限するものではない。つまり、オルガノポリシロキサン（Ｉ）としてブロック共重合体、ランダム共重合体等の各種重合形態のものを用いることができる。

上記オルガノポリシロキサン（Ｉ）の好ましい具体例を以下に示す。

オルガノポリシロキサン（Ｉ）は室温においてオイル状からガム状のものであり、平均分子量は10万以上、好ましくは10万〜500万、より好ましくは10万〜200万であることが望ましい。平均分子量が小さすぎると、トナーの離型性及び潤滑性が低下し、クリーニングブレードの磨耗が大きくなり耐磨耗性が低下する傾向を示す。

平均分子量は、テトラヒドロフラン溶媒を用いてゲルパーミエーションクロマトグラフィー（GPC）で測定された分子量分布曲線におけるピーク値から求めた重量平均分子量（ポリスチレン換算）である。

オルガノポリシロキサン（Ｉ）は以下の方法によって合成可能である。
オルガノポリシロキサン（Ｉ）は既知の方法で製造することができる。例えば、押出機を用いて環状シロキサンを塩基性触媒の存在下で加熱混合して開環重合させて製造することができる。

またオルガノポリシロキサン（Ｉ）は以下の市販品として入手可能である。
例えば、上記一般式（a）のオルガノポリシロキサンは市販のSH-200（東レ・ダウコーニング・シリコーン社製）として入手可能である。
また例えば、上記一般式（b）のオルガノポリシロキサンは市販のSH-510、SH-550、SH-710、SH-704、SH-705（東レ・ダウコーニング・シリコーン社製）として入手可能である。
また例えば、上記一般式（c）のオルガノポリシロキサンは市販のSH-1107（東レ・ダウコーニング・シリコーン社製）として入手可能である。

本発明の転写ベルトにおいては上記のようなシリコーンをマトリックス樹脂中に含有させることによって、表面の潤滑性が顕著に向上する。そのため、長期にわたって、耐フィルミング性および転写性の向上効果を得ることができる。さらには、クリーニングブレードの磨耗を抑制できる。そのような効果が得られるメカニズムの詳細は明らかではないが、以下に基づくものと考えられる。上記シリコーンは、ポリシロキサン鎖が比較的屈曲性に富み柔軟であり、しかも分子間凝集力が比較的小さいので、ポリシロキサン鎖が比較的長くても、マトリックス樹脂中で比較的均一に分散できる。そのため、ポリシロキサン鎖が保有する有機基による潤滑性が転写ベルト表面に均一かつ継続的に付与される。その結果として、当該ベルトの耐フィルミング性、転写性および耐磨耗性が顕著に向上し、それらの良好な特性が長期にわたって維持されるものと考えられる。

シリコーンの含有量は本発明の効果が得られる限り特に制限されるものではないが、通常は、マトリックス樹脂に対して0.5〜10重量％、好ましくは1〜5重量％である。含有量が少なすぎると、潤滑性の向上効果が有効に発揮されず、特にフィルミングの発生やブレード磨耗が問題となる。含有量が多すぎると、耐フィルミング性および耐磨耗性が向上するものの、転写性、特に１次転写性能の低下が認められるようになる。

本発明の転写ベルトには通常、導電性を付与できる物質が含有される。そのような導電性物質としては、例えば、カーボンブラック、カーボンファイバー、グラファイト等のカーボン系フィラー、その他金属系フィラーなどを用いることができるが、カーボン系フィラーが好ましい。カーボン系フィラーの中でも、不純物の含有量の少なさ、導電性の観点からカーボンブラック、特にアセチレンブラックが好ましい。

本発明の転写ベルトには、本発明の上記目的を達成できる限り、他の添加剤が含有されてもよい。他の添加剤として、滑材、酸化防止剤、紫外線吸収材等が挙げられる。

滑材はベルトへの成形加工性を改良させるものであり、例えば、パラフィンワックス、ポリオレフィンワックス等の脂肪族炭化水素系、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ベヘニン酸、モンタン酸、メリシン酸、オレイン酸、エルカ酸等の炭素数９以上の高級脂肪酸、該高級脂肪酸のナトリウム塩、リチウム塩、カルシウム塩、マグネシウム塩、亜鉛塩、アルミニウム塩等の高級脂肪酸金属塩、ステアリルアルコール等の高級脂肪族アルコール、ステアリン酸アミド、エルカ酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミド等の高級脂肪酸アミド、ステアリルステアレート、モンタンワックス等の高級脂肪酸エステル等が挙げられる。好ましくは高級脂肪酸金属塩、特にモンタン酸カルシウム、モンタン酸ナトリウム、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸カルシウム等である。

本発明の転写ベルトはベルト形態への成形が可能な方法であればいかなる方法によって製造されてよい。特に、転写ベルトとしてシームレスベルト形態での使用を希望する場合は、例えば、単軸押出機に環状ダイスを取り付け、該押出機に上記した材料からなる混合物を投入し、環状ダイス先端のシームレスベルト形状の樹脂吐出口より溶融樹脂組成物を押出し、その後冷却機構を有する冷却筒に外挿することにより樹脂を固化させて、シームレス円筒形状に容易に成形することができる。

このとき、結晶化を起させない工夫として、金型からベルトが吐出された直後に水、エアー、冷却された金属ブロック等で冷却を行なうことが好ましい。具体的には金型に断熱材を挟んで付設された冷却筒を用い、これによりベルトの熱を急速に奪う。冷却筒の内側には常に30℃以下に温度調整された水を循環させている。また、金型から吐出されたベルトを高速で引き取ることにより、薄膜化して冷却速度を高めてもよい。この場合、引き取り速度は1m/分以上、特に2〜7m/分が好ましい。

最終的に形成される本発明の転写ベルトは以下の物性を有する。：
厚さ；100〜180μm、好ましくは120〜160μm；
表面抵抗値；1×10⁸〜1×10¹²Ω/□、好ましくは1×10¹⁰〜9×10¹¹Ω/□；
体積抵抗値；1×10⁶〜1×10¹¹Ω・cm、好ましくは1×10⁹〜9×10¹⁰Ω・cm；
表面抵抗値／体積抵抗値の比ｒ；ｒ≧0.1、好ましくはｒ≧0.5、特にｒ≧1；
表面粗さ；0.2μm〜0.5μm。
上記範囲の表面抵抗値または体積抵抗値を有すると、抵抗値が小さすぎる場合における転写時のトナーの飛び散り等の問題や、大きすぎる場合の中間転写ベルトの自己除電性低下による転写性低下の問題に対して有効となる。
また、ｒが上記範囲であると、転写ベルトの導電性が等方的であるため転写性に有効となる。また、上記表面粗さを有することによって一次・二次転写機能、およびクリーニング特性がより向上する。

本実施例では以下の材料を用いた。
・マトリックス樹脂
PBT：ポリブチレンテレフタレート（三菱エンジニアリングプラスチック社製）
PC：ポリカーボネート（三菱エンジニアリングプラスチック社製）
PPS：ポリフェニレンサルファイド（東レ社製）
・カーボンブラック
アセチレンブラック（デンカ社製）
・シリコーン
シリコーンＡ：前記一般式（a）で表されるオルガノポリシロキサン（平均分子量100万)(SH-200；東レ・ダウコーニング・シリコーン社製）
シリコーンＢ：前記一般式（b）で表されるオルガノポリシロキサン（平均分子量30万)(SH-510；東レ・ダウコーニング・シリコーン社製）
シリコーンＣ：前記一般式（c）で表されるオルガノポリシロキサン（平均分子量10万)(SH-1107；東レ・ダウコーニング・シリコーン社製）

＜ベルト製造＞
（実施例１〜７および比較例１〜３）
表１または表２に記載のマトリックス樹脂、カーボンブラックおよびシリコーンからなる混合物を二軸押出機で溶融混練りして、押出樹脂組成物を得た。次に、該樹脂組成物を環状金型ダイを取り付けた成形機によって押出成形することにより、シームレス形状の転写ベルトを得た。なお、比較例３では、シリコーンの代わりにPTFE：ポリテトラフルオロエチレン微粒子（喜多村社製）を用いた。

＜評価＞
（表面抵抗、体積抵抗）
抵抗計（ハイレスタ、三菱油化電子社製）を用い、表面抵抗値は測定電圧500V、測定時間10秒で測定した。表面抵抗値および体積抵抗値の測定は、いずれも押出し方向とその垂直方向について20mm間隔で20点の計測を行い、それらの平均値について評価した。
（表面粗さ）
表面粗さ計（東京精密社製）を用い、JIS B0601に基づいて十点平均粗さ（Rz）を測定した。

（耐フィルミング性）
各実施例および比較例で得られた転写ベルトを装着したミノルタ社製Color Page Proを用いてフルカラー画像（C/W比20％）１万枚の耐久印字試験を行い、ベルト表面へのトナーの固着状態を目視で評価した。
○：トナー固着がないもの；
△：トナー固着が若干認められるが、画像劣化がないもの；
×：画像劣化を伴う、トナー固着が認められるもの。

（中抜け）
上記耐フィルミング性と同様の方法により耐久印字試験を行い、転写ベルトから記録紙にイエロー・マゼンタ・シアン・ブラックの各トナー像を転写した後の文字の中抜けを評価した。
○：中抜けがないもの；
△：中抜けが若干認められたもの（実用レベル）；
×：中抜けがはっきりと認められたもの。

（ブレード磨耗）
上記耐フィルミング性と同様の方法により耐久印字試験を行った後、クリーニングブレードの刃先の磨耗量を測定した。
○：刃先からの磨耗量が10μｍ以下；
△：刃先からの磨耗量が10μｍを超え20μｍ以下；
×：刃先からの磨耗量が20μｍを超える。

本発明の転写ベルトを使用可能な中間転写方式の画像形成装置の一例の概略部分構成図である。本発明の転写ベルトを使用可能な中間転写方式の画像形成装置の一例の概略部分構成図である。本発明の転写ベルトを使用可能な中間転写方式の画像形成装置の一例の概略部分構成図である。

符号の説明

1：感光体、2：帯電器、3：現像器、4：中間転写ベルト、5：記録紙、6：転写・搬送ローラ、7：押圧ローラー、8：感光体、9：帯電器、10a：Ｙ（イエロー）現像器、10b：Ｍ（マゼンタ）現像器、10c：Ｃ（シアン）現像器、10d：Ｂ（ブラック）現像器、11：中間転写ベルト、12：記録紙、13：一次転写ローラー、14：二次転写ローラー、15：押圧ローラー、16：テンションローラー、17：Ｙ（イエロー）感光体、18：露光器、19：帯電器、20：現像器、21：一次転写ローラー、22：Ｍ（マゼンタ）感光体、23：Ｃ（シアン）感光体、24：Ｂ（ブラック）感光体、25：二次転写ローラー、26：押圧ローラー、27：記録紙、28：中間転写ベルト、29：テンションローラー。

Claims

画像形成装置において像担持体よりトナー像を転写される転写ベルトであって、マトリックス樹脂に鎖状シリコーンを含んでなり、マトリックス樹脂に対するシリコーンの含有量が0.5〜10重量％であり、鎖状シリコーンの平均分子量が10万以上であることを特徴とする転写ベルト。
前記マトリックス樹脂と鎖状シリコーンの混合物を押出成形して得られたシームレスベルトからなる請求項１記載の転写ベルト。
像担持体および請求項１または２に記載の転写ベルトを有し、像担持体表面に形成されたトナー像を転写ベルト上に転写し、該転写ベルトからさらに記録媒体に転写させる画像形成装置。