JP5240242B2 - 中間転写ベルトおよび画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、ファクシミリおよびレーザプリンタ等の電子写真法による画像形成装置において、感光体表面に形成されたトナー像を一次転写するための中間転写ベルト、および該中間転写ベルトを備えた画像形成装置に関する。

従来の中間転写ベルトは、弾性層を有し、該弾性層の表面上に別途、表面層（被覆層）を設けた構成が一般的である。弾性層は、凹凸のある用紙に対し良好な転写性を発揮する。表面層は、トナーに対して良好な転写性（離形性）を発揮する。特に、表面層は転写性を長期間保持するためにも、耐磨耗性が優れた材料であることが望まれ、有機材料や無機材料から形成される（特許文献１）。

しかしながら、表面層の構成材料として、耐磨耗性が優れる材料は一般的に硬い。そのような材料からなる表面層を弾性層の上に形成すると、弾性中間転写ベルトが本来持つべきベルトの柔軟性が損なわれ、画像濃度が低下したり、画像上に中抜けが発生したりした。ここで中抜けとは、中間転写ベルト上の画像が記録材に二次転写される際、画像に大きな圧力が加わることで、トナーが応力変形し、トナー同士の凝集力が増大し、画像の一部分が転写されずに中間転写ベルト上に残留してしまう現象である。

そこで、弾性中間転写ベルトが持つべき柔軟性を優先すると、表面層の構成材料として軟らかい材料を使用したり、もしくは表面層厚を小さくしたりすることになり、長期間使用した際にベルト表面が磨耗してしまい、初期の機能を果たせなくなってしまった。そのため、やはり画像濃度が低下したり、画像上に中抜けが発生したりした。

特開平１１−８４９０１号公報

本発明は、耐久時においても初期の優れた柔軟性および転写性を有し、画像濃度の低下や中抜けの発生を長期にわたって十分に抑制する中間転写ベルトおよび画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明は、表面改質処理された弾性層を表面に有し、表面硬度が０．０１ＧＰａ以上であり、２０μＮの荷重で押し込んだときの変位が５０ｎｍ以上であることを特徴とする中間転写ベルト、および該中間転写ベルトを備えた画像形成装置に関する。

本発明の中間転写ベルトは、耐久時においても初期の優れた柔軟性および転写性を有するので、画像濃度の低下や中抜けの発生を長期にわたって十分に抑制する。

（Ａ）は本発明に係る中間転写ベルトの一例の概略断面図であり、（Ｂ）は本発明に係る中間転写ベルトの別の一例の概略断面図である。 本発明に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図である。

本発明に係る中間転写ベルトは弾性層を表面に有するものであり、当該弾性層の表面が所定の特性値を有する。本発明に係る中間転写ベルトは、さらに他の層、例えばいわゆる基材層を有しても良いし、または基材層と弾性層との間に接着層を有しても良い。本発明に係る中間転写ベルト１は具体的には、例えば図１（Ａ）に示すように、基材層２上に弾性層３を有してなる構成を有していても良いし、または図１（Ｂ）に示すように、基材層を有することなしに、弾性層３単独からなる構成を有していても良い。

（弾性層）
本発明において弾性層３は表面が表面改質処理されたものであり、すなわち表面改質処理によって弾性層３における表層部が改質されて改質層４が生成されている。そのため、有機材料や無機材料を含有する表面層を弾性層の上に形成しなくても、中間転写ベルトの柔軟性を損なうことなく、優れた転写性を長期にわたって得ることができ、また弾性層表面の粘着性を低減させることができる。

弾性層３の表面、すなわち弾性層３における改質層４の表面は詳しくは、表面硬度が０．０１ＧＰａ以上、特に０．０１〜０．８０ＧＰａであり、好ましくは０．０１〜０．２０ＧＰａである。改質の程度が小さく、表面硬度が小さすぎると、表面改質処理が不十分なため、転写性が低下し、画像濃度が低下する。

表面硬度は、後で詳述する表面改質処理の処理条件を調整することによって制御できる。例えば、処理液との接触時間（浸漬時間）、処理温度、処理液濃度等の処理条件を強めると、表面硬度は大きくなる。一方、そのような処理条件を弱めると、表面硬度は小さくなる。

本明細書中、表面硬度はナノインデーテンション法によって測定された任意の３点の測定値の平均値を用いている。測定装置としてはＨＹＳＩＴＲＯＮ社製のＴＲＩＢＯＩＮＤＥＮＴＥＲを用い、先端圧子はｃｕｂｅ ｃｏｒｎｅｒ Ｔｉｐ（先端稜角９０度）を用い測定を行った。詳しくは、Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｍｉｃｒｏ／Ｎａｎｏ Ｔｒｉｂｏｌｏｇｙ（Ｂｈａｒａｔ Ｂｈｕｓｈａｎ編 ＣＲＣ）に記載に従い、圧子を試料表面に直角に当て、徐々に荷重を印加し、最大荷重到達後に荷重を０にまで徐々に戻した。

弾性層３の表面、すなわち弾性層３における改質層４の表面は２０μＮの荷重で押し込んだときの変位が５０ｎｍ以上、好ましくは５０〜８０ｎｍである。改質の程度が大きすぎ、当該変位が小さすぎると、柔軟性および転写性が低下し、中抜けが発生する。

そのような変位は、弾性層の厚みや後で詳述する表面改質処理の処理条件を調整することによって制御できる。例えば、厚みを小さくしたり、加熱時間、処理温度、処理液濃度等の処理条件を強めると、当該変位は小さくなる。一方、厚みを大きくしたり、そのような処理条件を弱めると、当該変位は大きくなる。

２０μＮの荷重で押し込んだときの変位は、最大荷重を２０μＮとして変位を測定したこと以外、上記表面硬度の測定方法と同様の方法によって測定された任意の３点の測定値の平均値を用いている。

改質層４を含む弾性層３の厚みは通常、１００〜５００μｍであり、好ましくは２００〜３００μｍである。

改質層４は、弾性層３を形成した後、当該層の表面に対して表面改質処理を行うことによって形成できる。

弾性層は、弾性を有する有機化合物層であり、弾性層を構成する弾性材料（弾性材ゴム、エラストマー）としては、例えば、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ゴム（ＥＰＤＭ）、ニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレンゴム、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム、エチレン−プロピレンターポリマー、クロロプレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、ウレタンゴム、シンジオタクチック１、２−ポリブタジエン、エピクロロヒドリン系ゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、多硫化ゴム、ポリノルボルネンゴム、水素化ニトリルゴム、熱可塑性エラストマー（例えばポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリアミド系、ポリウレア、ポリエステル系、フッ素樹脂系）等からなる群より選ばれる１種類あるいは２種類以上を使用することができる。弾性層を構成する好ましい弾性材料はＮＢＲである。ただし、上記材料に限定されるものではないことは当然である。

弾性層には、抵抗値調節用導電剤が添加されてもよい。この抵抗値調節用導電剤は特に制限はないが、例えば、カーボンブラック、グラファイト、アルミニウムやニッケル等の金属粉末、酸化錫、酸化チタン、酸化アンチモン、酸化インジウム、チタン酸カリウム、酸化アンチモン−酸化錫複合酸化物（ＡＴＯ）、酸化インジウム−酸化錫複合酸化物（ＩＴＯ）等の導電性金属酸化物が挙げられる。導電性金属酸化物は、硫酸バリウム、ケイ酸マグネシウム、炭酸カルシウム等の絶縁性微粒子で被覆したものでもよい。上記導電剤に限定されるものではない。

弾性層における導電剤の含有量は弾性材料１００重量部に対して０．１〜３０重量部、特に１〜３０重量部が好ましい。

本発明において改質層４を生成させるための表面改質処理としては、イソシアネート処理を採用することができる。

表面処理は、弾性層表面にイソシアネート化合物を含浸させた後、熱処理を施すことにより行うことができる。すなわち、弾性層の外周面にイソシアネート化合物を含浸させた後、加熱し反応させることにより行うことができる。反応のための加熱温度および時間は、イソシアネートの含浸量にもよるが、８０〜２００℃の温度、３０分〜１２時間の範囲とすることができる。なお、弾性層の外周面へのイソシアネート化合物の含浸にあたっては、弾性層表面にイソシアネート化合物溶液を接触させて含浸させる方法を取ることができ、この接触時間によって、含浸量を調整することができる。

ここで、イソシアネート化合物としては、芳香族イソシアネート，脂肪族イソシアネート等があげられ、具体的には、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ），ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ），クルードＭＤＩ等があげられる。表面層形成材料には、イソシアネート化合物の反応性を害しない範囲内で、他の化合物が添加されていてもよい。市販の材料として、ＭＲ４００（日本ポリウレタン工業社製）、コロネートＨＸ（日本ポリウレタン工業社製）、コロネートＬ（日本ポリウレタン工業社製）、コロネート６５（日本ポリウレタン工業社製）等を用いることができる。

具体的には、例えば、イソシアネート化合物として、ＭＤＩを含有するＭＲ４００（日本ポリウレタン工業社製）を酢酸エチルに溶解させて処理溶液を調製し、当該溶液を弾性層表面に接触させて含浸させ、加熱することによって表面処理を行うことができる。

（基材層）
所望により形成される基材層２は有機高分子化合物層であり、これによってベルト全体の機械的強度の向上を達成できる。基材層を構成する樹脂材料としては、例えば、ポリカーボネート、フッ素系樹脂（ＥＴＦＥ、ＰＶＤＦ）、ポリスチレン、クロロポリスチレン、ポリ−α−メチルスチレン、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−塩化ビニル共重合体、スチレン−酢酸ビニル共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体（スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体及びスチレン−アクリル酸フェニル共重合体等）、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体（スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル酸フェニル共重合体等）、スチレン−α−クロルアクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体等のスチレン系樹脂（スチレンまたはスチレン置換体を含む単重合体または共重合体）、メタクリル酸メチル樹脂、メタクリル酸ブチル樹脂、アクリル酸エチル樹脂、アクリル酸ブチル樹脂、変性アクリル樹脂（シリコーン変性アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂変性アクリル樹脂、アクリル・ウレタン樹脂等）、塩化ビニル樹脂、スチレン−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、ロジン変性マレイン酸樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエステルポリウレタン樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブタジエン、ポリ塩化ビニリデン、アイオノマー樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ケトン樹脂、エチレン−エチルアクリレート共重合体、キシレン樹脂及びポリビニルブチラール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、変性ポリフェニレンオキサイド樹脂、変性ポリカーボネート、およびそれらの混合物等が挙げられる。

基材層２には抵抗値調節用導電剤が添加されてもよい。抵抗値調節用導電剤としては弾性層に添加されてもよい抵抗値調節用導電剤と同様の物質が挙げられる。

基材層における導電剤の含有量は弾性材料１００重量部に対して０．１〜２０重量部、特に１〜１５重量部が好ましい。

基材層２の厚み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、通常は５０〜２００μｍであり、好ましくは８０〜１２０μｍである。

本発明の中間転写ベルトは、弾性層３および所望により基材層２を形成した後、弾性層表面に対して前記した表面改質処理を行うことによって製造できる。

弾性層３および基材層２の形成方法としては、例えば、金属製の軸体に基材となるフイルムと弾性層となるゴムシートを巻きつけて加熱加圧を行い、基材と弾性層が積層された弾性ベルトを形成する方法、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また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。弾性層の形成時においては所望により加熱により加硫および乾燥が行われる。基材層の形成時においては所望により加熱により乾燥がおこなわれる。

図１（Ａ）に示す構造の中間転写ベルトを製造する場合、弾性層３および基材層２の形成順序は特に制限されず、例えば、遠心成型法によって先に弾性層を形成した後で、遠心成型法または塗布法によって基材層を形成できる。その後、弾性層表面に対して前記表面改質処理を行えばよい。
また例えば、遠心成型法によって先に基材層を形成した後で、遠心成型法または塗布法によって弾性層を形成できる。その後、弾性層表面に対して前記表面改質処理を行えばよい。
また例えば、注型法によって弾性層を形成した後で、塗布法によって基材層を形成できる。その後、弾性層表面に対して前記表面改質処理を行えばよい。
また例えば、注型法によって基材層を形成した後で、塗布法によって弾性層を形成できる。その後、弾性層表面に対して前記表面改質処理を行えばよい。

図１（Ｂ）に示す構造の中間転写ベルトを製造する場合、弾性層３は、例えば、遠心成型法または注型法によって形成できる。その後、弾性層表面に対して前記表面改質処理を行えばよい。

（画像形成装置）
本発明に係る中間転写ベルトは、複写機、ファクシミリおよびレーザプリンタ等の電子写真法による画像形成装置において、感光体表面に形成されたトナー像を紙等の記録材に転写する際、トナー像を一旦、自己の表面に保持して搬送するものである。本発明の中間転写ベルトが用いられる画像形成装置の一例を図２に示す。

図２は、本発明に係る画像形成装置の一実施形態であるタンデム方式の多色画像形成装置の概略構成図を示すものである。本実施形態において、本発明の中間転写ベルトは「１」で示され、無端形態を有している。中間転写ベルト１は、支持体として駆動ローラ１１０ａ、テンションローラ１１０ｂ、及びバックアップローラ１１０ｃに巻回されている。中間転写ベルト１の水平部に沿って、４つの画像形成部が直列状に配置されている。これらの画像形成部は、ほぼ同様の構成をしており、それぞれイエロー（Ｙ）色、マゼンタ（Ｍ）色、シアン（Ｃ）色、ブラック（Ｋ）色のトナー像を形成する点が異なる。

先ず、画像形成部について説明する。画像形成部は、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（以下「感光ドラム」という）１０３を備えている。感光ドラム１０３の周囲には、一次帯電手段としての一次帯電器１０４、露光手段としての露光装置１０５、現像手段としての現像器１０６、一次転写手段としての転写装置１０７、及びクリーニング手段としてのクリーニング装置１０８等のプロセス機器が配置されている。他の画像形成部も同様の構成である。つまり、この画像形成部は、それぞれ感光ドラム１０３、一次帯電器１０４、露光装置１０５、現像器１０６、転写ローラ１０７、及び、クリーニング装置１０８を備えている。これら画像形成部は、それぞれがイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナー像を形成する点で異なる。各画像形成部に配置した現像器１０６の周囲には通常、現像槽（図示せず）が形成され、それぞれの現像槽にはイエロートナー（イエロー現像剤）、マゼンタトナー（マゼンタ現像剤）、シアントナー（シアン現像剤）またはブラックトナー（ブラック現像剤）が収容される。

次に、上記構成の画像形成装置の画像形成動作について説明する。感光ドラム１０３は、一次帯電器１０４によって一様に帯電され、露光装置（静電像形成手段）１０５から原稿のイエロー成分色による画像信号がポリゴンミラー等を介して感光ドラム１０３上に投射されて静電潜像が形成される。次いで、現像器１０６からイエロートナーが供給されて静電潜像がイエロートナー像として現像される。このイエロートナー像は、感光ドラムの回転に伴って、感光ドラム１０３と中間転写ベルト１とが当接する一次転写部に到来する。一次転写部には、本実施例では、一次転写手段として転写ローラ１０７が配置されており、一次転写バイアスが印加されている。従って、感光ドラム１０３上のイエロートナー像が中間転写ベルト１へ一次転写される。イエロートナー像を担持した中間転写ベルト１は、次の画像形成部に搬送される。このときまでに、画像形成部において、上記と同様の方法で感光ドラム上に形成されたマゼンタトナー像が、転写ローラが配置された一次転写部において、イエロートナー像上へ転写される。同様に、中間転写ベルトが矢印方向に沿って進行するにつれて、転写ローラが配置された各一次転写部において、シアントナー像、ブラックトナー像が前述のトナー像に重畳転写される。このときまでに、給紙カセットから、給紙ローラ及び、その他の搬送ローラにより送り出された記録材が二次転写部に達する。二次転写部には、バックアップローラ１１０ｃと対向して、中間転写ベルト１を挟持する態様で二次転写手段としての二次転写装置、本実施例では、二次転写ローラ１１０ｄ（二次転写手段）が配置されている。二次転写ローラ１１０ｄに転写バイアスが印加されており、これによって、上述の４色のトナー像は記録材Ｓ上に転写（二次転写）される。トナー像が転写された記録材は定着部１１１に搬送される。定着部では熱と圧力によってトナー像を記録材Ｓ上に固着させる。一次転写部にて転写しきれなかった感光ドラム１０３上の転写残トナーは、それぞれクリーニング装置１０８によってクリーニングされる。また、二次転写部によって転写しきれなかった中間転写ベルト１上の転写残トナーは、中間転写体クリーニング手段としての中間転写体クリーニング装置１０２にてクリーニングされ、つぎの画像形成に供される。

（実施例１）
＜基材用フイルムの作成＞
３、３′、４、４′−ビフェニルテトラカルボン酸２無水物とｐ−フェニレンジアミンとを等モル量でＮ−メチルピロリドン中、１８℃で重縮合反応してポリアミド酸溶液（固形分濃度１８重量％）を得た。このポリアミド酸溶液に、酸化処理によりｐＨ３、揮発分１４％に調製したカーボンブラック（粒子径２５μｍ、比表面積１８０ｍ^２／ｇ）を固形分に対して１４重量％になるように、Ｎ−メチルピロリドン（希釈用）と共に攪拌羽根付き攪拌機中に入れて粗混合した。次にこの混合液をボ−ルミル機に入れ、６０℃以下の温度で十分に混合分散して基材原液を得た。

内面鏡面仕上げした内径３００ｍｍ、幅４５０ｍｍの金属性の成型ドラムを回転させながら上記基材原液４００ｇを供給し、成形ドラム上に基材原液を塗布した。加熱開始とともに成形ドラムの回転を徐々に速くし、温度が１２０℃に到達した時点で７００ｒｐｍに達するようにした。１２０℃、７００ｒｐｍの状態で１２０分間維持した後、加熱を停止し回転しつつ常温まで冷却することにより、若干量のＮ−メチルピロリドンを含有するポリイミドフィルムを得た。

次に鏡面仕上げした外径２９５ｍｍ、長さ４００ｍｍの円筒金属金型に上記ポリイミドフィルムを嵌挿して、これを熱風乾燥機に投入して徐々に昇温し、４００℃に到達したらその温度で２０分間加熱し、脱溶媒処理を施した。その後常温に冷却し、基材用フイルムを得た。

＜ゴムシートの作成＞
ＮＢＲ（日本ゼオン社製、ニポールＤＮ２０２）１００部と、亜鉛華１号（堺化学工業社製）５部と、ステアリン酸（花王社製、ルナックＳ３０）０．５部と、カーボンブラック（東海カーボン社製、シーストＳＯ）３０部と、サンセラーＣＺ（三新化学社製）１．５部と、サンセラーＴＴ（三新化学社製）１．０部と、硫黄１．０部とを混練した後、この混合物をシート状に成形して、弾性層として用いるゴムシートを作製した。

＜弾性ベルトの作成＞
アルミニウム製の軸体に上記基材用フイルムを巻きつけ、さらに、基材用フイルムの外周に上記ゴムシートを巻き付け、加熱加圧（１６０℃×６０分）を行い、弾性ベルトを形成した。

＜表面処理＞
ＭＲ４００（日本ポリウレタン社製）１００重量部を、酢酸エチル９００重量部に溶解させ、表面処理液を調製した。この表面処理液を２０℃に保ったまま、これに上記弾性ベルトを１０秒間浸漬後、１００℃に保持されたオーブンで１０時間加熱し、表面処理された弾性ベルトを得た。

（実施例２）
表面処理におけるオーブンでの加熱時間を５時間としたこと以外、実施例１と同様の方法により、中間転写ベルトを製造した。

（実施例３）
表面処理における浸漬時間を３０秒としたこと以外、実施例１と同様の方法により、中間転写ベルトを製造した。

（実施例４）
表面処理における浸漬時間を３０秒とし、オーブンでの加熱時間を５時間としたこと以外、実施例１と同様の方法により、中間転写ベルトを製造した。

（比較例１〜５）
表面処理における浸漬時間と加熱時間を調整することにより、表１に示す硬度と変位を有する中間転写ベルトを製造した。

（評価）
コニカミノルタ製ｂｉｚｈｕｂＣ６５０に、上記で製造された中間転写ベルトを搭載し、各色印字率５％の画像を１０００００枚プリントした後、シアン色ベタ画像をプリントした。プリントされたベタ画像の画像濃度、および１２０μｍ幅のライン画像の中抜けについて評価した。

・画像濃度
透過濃度測定機（ＴＤ９０４；マクベス社製）により画像の透過濃度を測定した。
○：透過濃度が０．９以上であった；
△：透過濃度が０．８以上０．９未満であり、実用上問題があった；
×：透過濃度が０．８未満であった。

・中抜け
画像を目視により評価した。
○：中抜けが全く発生しなかった；
△：中抜けが僅かに発生し、実用上問題があった；
×：中抜けが発生した。

１：中間転写ベルト
２：基材層
３：弾性層
４：改質層

Claims (5)

1. 表面改質処理された弾性層を表面に有し、表面硬度が０．０１ＧＰａ以上であり、２０μＮの荷重で押し込んだときの変位が５０ｎｍ以上であり、
   前記弾性層における表面改質処理された面とは反対側に樹脂材料を含む基材層を有することを特徴とする中間転写ベルト。
2. 表面改質処理として、イソシアネート処理を行った請求項１に記載の中間転写ベルト。
3. 前記弾性層の表面硬度が０．０１〜０．８０ＧＰａであり、前記変位が５０〜８０ｎｍである請求項１または２に記載の中間転写ベルト。
4. 表面改質処理として、弾性層表面にイソシアネート化合物を１０〜３０秒間含浸させた後、熱処理を施した請求項１〜３のいずれかに記載の中間転写ベルト。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の中間転写ベルトを備えた画像形成装置。

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