JP2020101640A - 中間転写ベルト及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
Description
A<B<C<D ・・・(1)
B≦D×0.5 ・・・(2)
C≦D×0.75 ・・・(3)
A≧0 ・・・(4)
の関係を満たすことを特徴とする中間転写ベルトである。
1.画像形成装置
まず、本発明に係る中間転写ベルトを用いることが可能な画像形成装置の例について説明する。図1は、本例の画像形成装置100の概略断面図である。本例の画像形成装置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のレーザープリンタである。
次に、本発明に係る中間転写ベルト(弾性中間転写ベルト)の一実施形態について説明する。図2に示すように、本実施形態の中間転写ベルト1は、基層11と、弾性層12と、中間層13と、表面層14と、の4層を有する積層体で構成される。なお、中間転写ベルト1は、基層11と、弾性層12と、弾性層12より中間転写ベルト1の表面側に設けられた、中間転写ベルト1の幅方向の画像領域(中間転写ベルト1の表面のトナー像が転写され得る領域)における硬度が弾性層12より大きい単一又は複数の外層と、を有していればよく、例えば基層11と、弾性層12と、表面層14と、の3層の積層体で構成されていてもよい。
基層(基材)11について説明する。基層11は、ロール状又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11を構成するの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などの樹脂材料が挙げられる。
弾性層12について説明する。弾性層12は、記録材Sの表面形状に追従するために、適度な弾性率(柔軟性)を有していることが必要である。弾性層12を構成する弾性体の材料としては、適度な弾性率を有していれば特に制限はないが、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、フッ素ゴムなどが挙げられる。これらのうち、圧縮永久歪みが小さい点や耐オゾン性に優れる点から、シリコーンゴムが特に好ましい。
中間層13について説明する。中間層13は、表面層14の弾性率より大きな弾性率を有しており、弾性層12が変形した際に、中間層13が変形することで表面層14にクラックが発生することを抑制する。中間層13を構成する材料としては、表面層14の弾性率より大きな弾性率を有していれば特に制限はないが、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、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂などが挙げられ、その混合物も使用可能である。これらのうち、弾性層12の弾性機能を損なわない観点や、弾性層12に含有される低分子量の成分の表面層14の表面へのブリードを抑制するバリア性の観点から、ウレタン樹脂や変性ポリアミド樹脂などが好ましい。なお、弾性層12と表面層14と間に中間層13を設けなくても上記クラックやブリードの観点から問題ない場合は、中間層13は特に必要はない。
表面層14について説明する。表面層14は、中間転写ベルト1の表面(トナー像を担持する面)を構成する。表面層14は、記録材Sに対するトナーの転写性の向上、中間転写ベルト1からのトナーの離型性の向上のために設けられる層であり、低付着性を有していることが必要である。表面層14を構成する材料としては、低付着性を有している材料であれば特に制限はなく用いることができる。このような材料としては、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、弾性層12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。また、これらの樹脂にPTFE粒子、PFPE粒子、PFA粒子、Si粒子、疎水化SiO2粒子などの疎水性フィラーを添加しても構わない。
中間転写ベルト1の体積抵抗率は、1.0×106Ω・cm以上、1.0×1014Ω・cm以下であることが好ましく、1.0×108Ω・cm以上、1.0×1013Ω・cm以下であることがより好ましい。
中間転写ベルト1の幅方向の画像領域(中間転写ベルト1の表面のトナー像が転写され得る領域)の幅は、一般に、オフィス機では320mm、プロダクション機では少なくともA3伸び相当の330mm程度が必要である。なお、中間転写ベルト1の幅方向の画像領域は、中間転写ベルト1上の2次転写部において記録材Pと接触し得る領域(通紙領域)に対応する。本実施形態では、中間転写ベルト1の幅は、その他の部材との関係から360mmとした。また、本実施形態では、中間転写ベルト1の幅方向における画像領域の幅は330mmである。この画像領域は、中間転写ベルト1の幅方向の中心を基準として中間転写ベルト1の幅方向の中央に配置される。
本実施形態では、中間転写ベルト1は、基層11と、弾性層12と、弾性層12より中間転写ベルト1の表面側に設けられた、画像領域における硬度が弾性層12より大きい単一又は複数の外層と、を有する。特に、本実施形態では、外層は、中間転写ベルト1の表面を形成する表面層14と、弾性層12と表面層14との間に設けられた中間層12と、を含む。ここで、複数の外層のうち画像領域における硬度が最も大きい層を所定外層とする。本実施形態では、この所定外層は中間層13である。なお、中間転写ベルト1が単一の外層として、中間転写ベルト1の表面を形成する表面層14のみを含む場合、上記所定外層はその表面層14である。
次に、下記の具体例1〜9を用いて本発明の効果について更に説明する。
測定方法及び評価方法について説明する。この測定方法及び評価方法は、後述する第2の実施形態においても同様である。
中間転写ベルト1の各層の厚さの測定方法について説明する。中間転写ベルト1の各層(基層11、弾性層12、中間層13、表面層14)の厚さは、クロスセクションポリッシャーを使用して中間転写ベルト1の表面から垂直な断面を作製し、その後作製した断面を走査型電子顕微鏡にて観察することで求めた。
次に、中間転写ベルト1の基層11上に積層された各層の硬度(膜硬度)の測定方法について説明する。中間転写ベルト1の各層(弾性層12、中間層13、表面層14)の硬度は、ガラス基板上に、中間転写ベルト1から剥離した各層の試験片をセットし、ナノインデンター、(FISCHER社製PICODENTOR HM500)で押し込み硬度(押し込み硬さ)を測定した。そして、測定対象の層の厚さの10%から20%まで押し込んだ時の応力を測定した値の平均を硬度として使用した。
次に、中間転写ベルト1の端部反りの評価方法について説明する。中間転写ベルト1の端部反りは、図5に示す反り量測定装置50を使用して評価した。評価対象の中間転写ベルト1を外径が30mmの2本のローラ51、52に吊架し、片方のローラ52に5kgfの荷重をかける。そして、この時の2本のローラ51、52の中間位置において、中間転写ベルト1の幅方向における、画像領域の中央位置と、端部と、での変位量の差分を、レーザー変位計53で測定して、反り量とした。なお、中間転写ベルト1の幅方向の端部の変位量は、中間転写ベルト1の幅方向の最端部から内側に5mmの位置の変位量を測定した。
各具体例において、混合分散液の材料としては、溶剤により希釈・分散されているものがあるが、各材料の使用量(質量部)は、特に示さない限り不揮発分に関する量であって、溶剤(揮発分)が除かれた量を意味する。これは、後述する第2の実施形態においても同様である。
下記の材料を、2軸混練機(商品名:PCM30、池貝社製)を用いて混練し、ペレット体を得た。
・ポリエーテルエーテルケトン(商品名:VICTREX PEEK450G、ビクトレックス社製)
・アセチレンブラック(商品名:デンカブラック粒状品、デンカ社製)
導電剤として、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)を用いた。付加硬化型液状シリコーンゴム(商品名:TSE3450 A/B、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製)100質量部に対し、上記導電剤液を0.2質量部の割合で添加し、遊星撹拌脱泡装置(商品名:HM−500、キーエンス社製)で撹拌・脱泡して混合液を得た。
中間層13の材料として、ポリアミド、フェノール樹脂混合液(商品名:マクシーブ、三菱ガス化学社製、M−100、C−93比、1.2:10)を用いた。図3は、本具体例(本実施形態の他の具体例、後述する第2の実施形態の具体例も同様。)において中間転写ベルト1の中間層13、表層14の塗布に使用したスプレー塗布装置40の模式図である。弾性層12の表面にエキシマUVを照射して表面を親水化処理し、図3に示すように、弾性層12が積層されたベルト44を中子41に嵌め合わせ、200rpmで回転させながら、スプレーガン42(商品名:W−101、アネスト岩田社製)を用いて上記樹脂混合液を塗布した。塗布時の塗料の吐出量は、中間層13の乾燥後の厚さが中間転写ベルト1の幅方向の画像領域において8μmとなるように設定した。
A<B<C<D ・・・(1)
B≦D×0.5 ・・・(2)
C≦D×0.75 ・・・(3)
A≧0 ・・・(4)
表面層14の材料として、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(商品名:Emralon T−861、ヘンケルジャパン社製)を用いた。上記中間層13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)を用いて上記ウレタン樹脂液を塗布した。この際、掴み代を作るため、ベルトの幅方向の両端部において、最端部から内側10mmの範囲には表面層14が塗布されないように、遮蔽板をスプレーガンと中子との間に配置した。塗布時の塗料の吐出量は、表面層14の乾燥後の厚さが3μmとなるように設定した。
上記基層11、弾性層12、中間層13、表面層14が積層されたベルトを中子に嵌め合わせ、中子を2rpmで回転させながら、刃厚0.3mmのタングステン鋼円形刃を侵入させることによって、ベルトの両端部を切断し、中間転写ベルト1を得た。図4に示すように、ベルトの切断位置aは、ベルトの最端部から内側に25mmの位置とした。
画像領域より外側における中間層13の塗工時の吐出条件を変えたこと以外は、具体例1と同様にして具体例2の中間転写ベルト1を得た。
画像領域より外側における中間層13の塗工時の吐出条件を変えたこと以外は、具体例1と同様にして具体例3の中間転写ベルト1を得た。
画像領域より外側における中間層13の塗工時の吐出条件を変えたこと以外は、具体例1と同様にして具体例4の中間転写ベルト1を得た。
A<B<C<D
B≦D×0.5
C>D×0.75
A>0
となっている。
画像領域より外側における中間層13の塗工時の吐出条件を変えたこと以外は、具体例1と同様にして具体例5の中間転写ベルト1を得た。
A<B<C<D
B>D×0.5
C≦D×0.75
A>0
となっている。
画像領域より外側における中間層13の塗工時の吐出条件を変えたこと以外は、具体例1と同様にして具体例6の中間転写ベルト1を得た。
画像領域より外側における中間層13の塗工時の吐出条件を変えたこと以外は、具体例1と同様にして具体例7の中間転写ベルト1を得た。
A<B<C<D
B≦D×0.5
C>D×0.75
A>0
となっている。
画像領域より外側における中間層13の塗工時の吐出条件を変えたこと以外は、具体例1と同様にして具体例8の中間転写ベルト1を得た。
A<B<C<D
B>D×0.5
C≦D×0.75
A>0
となっている。
画像領域より外側における中間層13の塗工時の吐出条件を変えたこと以外は、具体例1と同様にして具体例9の中間転写ベルト1を得た。
A<B<C<D
B>D×0.5
C>D×0.75
A>0
となっている。
A<B<C<D ・・・(1)
B≦D×0.5 ・・・(2)
C≦D×0.75 ・・・(3)
A≧0 ・・・(4)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。本実施形態の画像形成装置の基本的な構成及び動作は第1の実施形態のものと同じである。したがって、本実施形態の画像形成装置において、第1の実施形態の画像形成装置のものと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、第1の実施形態と同一の符号を付して、詳しい説明は省略する。
第1の実施形態では、所定外層としての中間層13は、中間転写ベルト1の幅方向の画像領域における平均の厚さよりも、中間転写ベルト1の幅方向の端部における平均の厚さが小さくなるように形成された。これに対し、本実施形態では、所定外層としての中間層13は、中間転写ベルト1の幅方向の画像領域における硬度よりも、中間転写ベルト1の幅方向の端部における硬度の方が小さくなるように形成される。より具体的には、中間層13は、中間転写ベルト1の幅方向の画像領域における硬度よりも、中間転写ベルト1の幅方向の最端部から内側に5mmの位置における硬度の方が小さくなるように形成される。このような硬度の設定は、典型的には、中間層13の焼成時の加熱温度を、画像領域よりも端部において低くなるように設定することで達成される。これにより、中間転写ベルト1の幅方向の端部において、中間層13が架橋時に硬化収縮することで生じる応力を緩和して、中間転写ベルト1の端部反りを抑制することができる。
中間転写ベルト1の幅方向の端部における中間層13の硬度の影響について調べるために、下記の実験例1(具体例21〜27:便宜上、実験例1の各具体例には20番台の番号を付す。)の評価を行った。
<基層の調製>
下記の材料を、2軸混練機(商品名:PCM30、池貝社製)を用いて混練し、ペレット体を得た。
・ポリエーテルエーテルケトン(商品名:VICTREX PEEK450G、ビクトレックス社製)
・アセチレンブラック(商品名:デンカブラック粒状品、デンカ社製)
導電剤として、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)を用いた。付加硬化型液状シリコーンゴム(商品名:TSE3450 A/B、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製)100質量部に対し、上記導電剤液を0.2質量部の割合で添加し、遊星撹拌脱泡装置(商品名:HM−500、キーエンス社製)で撹拌・脱泡して混合液を得た。
中間層13の材料として、ポリウレタン樹脂液(商品名:ハイドラン 201、DIC社製に硬化剤Bonderite WH−2 20重量部を加えた塗料)を用いた。弾性層12の表面にエキシマUVを照射して表面を親水化処理し、図3に示すように、弾性層12が積層されたベルト44を中子41に嵌め合わせ、200rpmで回転させながら、スプレーガン42(商品名:W−101、アネスト岩田社製)を用いて上記ポリウレタン樹脂液を塗布した。塗布時の塗料の吐出量は、中間層13の乾燥後の厚さが中間転写ベルト1の幅方向の中心位置において8μmとなるように設定した。この際、掴み代を作るため、ベルトの幅方向の両端部において、最端部から内側10mmの範囲には中間層13が塗布されないように、遮蔽板43をスプレーガン42と中子41との間に配置した。なお、本実施形態では、中間層13の厚さは、中間転写ベルト1の幅方向の全域で略同一である。
表面層14の材料として、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(商品名:Emralon T−861、ヘンケルジャパン社製)を用いた。上記中間層13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)を用いて上記ウレタン樹脂液を塗布した。この際、掴み代を作るため、ベルトの幅方向の両端部において、最端部から内側10mmの範囲には表面層14が塗布されないように、遮蔽板をスプレーガンと中子との間に配置した。塗布時の塗料の吐出量は、表面層14の乾燥後の厚さが3μmとなるように設定した。
中間層13、表面層14の焼成には、輻射炉を使用した。図7は、本実験例で使用した輻射炉60の概略部分断面斜視図である。この輻射炉60は、加熱された炉体61の表面から発せられる遠赤外線にて対象物を直接加熱する方式のものである。この輻射炉60は、厚み10mmの環状の炉体61をマントルヒーターで加熱することにより、面内を均一に加熱することができる。遠赤外線を均一に効率良く放射するために、炉体61の内面は耐熱黒色塗料(オキツモ社製)が塗布されている。そして、この輻射炉60は、中間転写ベルト1の幅方向の画像領域に対応するベルトの中央領域と、中間転写ベルト1の幅方向の両端部に対応するベルトの両端領域とでの輻射熱を変えるために、次のような構成とされている。つまり、炉体61が、幅が画像領域の両端よりそれぞれ10mm大きく設定された上記中央領域を加熱する中央炉体61aと、中央炉体61aの幅方向の両端に隣接して配置され上記両端領域を加熱する端部炉体61bと、に分けられている。輻射熱は正対する面以外にも斜めに放射されるため、2つの異なる炉体61a、61bの温度の切替え部は2つの異なる炉体61a、61bから放射される放射熱の積分値になり、炉体61の幅方向の端部に向かって徐々に温度が下がる。
上記基層11、弾性層12、中間層13、表面層14が積層されたベルトを中子に嵌め合わせ、中子を2rpmで回転させながら、刃厚0.3mmのタングステン鋼円形刃を侵入させることによって、ベルトの両端部を切断し、中間転写ベルト1を得た。
中間層13、表面層14の焼成における輻射炉60の炉体61の温度を変えたこと以外は、具体例21と同様にして具体例22〜27の中間転写ベルト1を得た。具体例22〜27では、ベルトの上記中央領域を加熱する中央炉体61aの温度は130℃に固定し、ベルトの上記両端領域を加熱する端部炉体61bの温度、焼成時間を表2に示すように振って焼成を行った。
中間転写ベルト1の幅方向の端部における中間層13の硬度の影響について調べるために、下記の実験例2(具体例31〜38::便宜上、実験例2の各具体例には30番台の番号を付す。)の評価を行った。
表2、表3に示す実験例1及び実験例2の各具体例の結果から、弾性層12より中間転写ベルト1の表面側に設けられた中間層13及び表面層14のうち画像領域における硬度が最も大きい中間層13の、中間転写ベルト1の幅方向の最端部から中間転写ベルト1の幅方向の内側に5mmの位置における硬度が、画像領域内の任意の位置における硬度よりも小さいことにより、端部反りを抑制することができる。
11 基層
12 弾性層
13 中間層
14 表面層
40 スプレー塗布装置
60 輻射炉
Claims (8)
- トナー像が転写され得る表面を有する中間転写ベルトであって、基層と、前記基層より前記表面側に設けられた弾性層と、前記弾性層より前記表面側に設けられた単一又は複数の外層と、を有する中間転写ベルトにおいて、
前記単一の外層、又は前記複数の外層のうち前記中間転写ベルトの幅方向のトナー像が転写され得る画像領域における硬度が最も大きい層である、所定外層の前記画像領域における平均の厚さが2μm以上であり、前記中間転写ベルトの幅方向の最端部における前記所定外層の平均の厚さをA、前記最端部から前記中間転写ベルトの幅方向の内側に5mmの位置における前記所定外層の平均の厚さをB、前記最端部から前記中間転写ベルトの幅方向の内側に10mmの位置における前記所定外層の平均の厚さをC、前記画像領域内の任意の位置における前記所定外層の平均の厚さをDとしたとき、下記式(1)〜(4)、
A<B<C<D ・・・(1)
B≦D×0.5 ・・・(2)
C≦D×0.75 ・・・(3)
A≧0 ・・・(4)
の関係を満たすことを特徴とする中間転写ベルト。 - 前記中間転写ベルトの幅方向の前記画像領域より外側において、前記画像領域側から前記最端部側に向けて前記所定外層の平均の厚さが徐々に小さくなっていることを特徴とする請求項1に記載の中間転写ベルト。
- トナー像が転写され得る表面を有する中間転写ベルトであって、基層と、前記基層より前記表面側に設けられた弾性層と、前記弾性層より前記表面側に設けられた単一又は複数の外層と、を有する中間転写ベルトにおいて、
前記単一の外層、又は前記複数の外層のうち前記中間転写ベルトの幅方向のトナー像が転写され得る画像領域における硬度が最も大きい層を、所定外層としたとき、前記中間転写ベルトの幅方向の最端部から前記中間転写ベルトの幅方向の内側に5mmの位置における前記所定外層の硬度は、前記画像領域内の任意の位置における前記所定外層の硬度よりも小さいことを特徴とする中間転写ベルト。 - 前記中間転写ベルトの幅方向の前記画像領域より外側において、前記画像領域側から前記最端部側に向けて前記所定外層の硬度が徐々に小さくなっていることを特徴とする請求項3に記載の画像形成装置。
- 前記中間転写ベルトの前記最端部から前記中間転写ベルトの幅方向の内側に5mmの位置における前記所定外層の硬度は、0.01GPa以下であることを特徴とする請求項3又は4に記載の中間転写ベルト。
- 前記外層は、前記表面を形成する表面層と、前記弾性層と前記表面層との間に設けられた中間層と、を含み、前記所定外層は前記中間層であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の中間転写ベルト。
- 前記外層は、前記表面を形成する表面層を含み、前記所定外層は前記表面層であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の中間転写ベルト。
- 請求項1乃至7のいずれか一項に記載の中間転写ベルトを有することを特徴とする画像形成装置。
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