本発明は、静電記録プロセスにおいて用いられる無端ベルトに関し、特に、高価な熱硬化性ポリイミド樹脂を用いないものに関する。

従来から、複写機、プリンター等における静電記録プロセスでは、まず、感光体（潜像保持体）の表面を一様に帯電させ、この感光体に光学系から映像を投射して光の当たった部分の帯電を消去することによって静電潜像を形成し、次いで、この静電潜像にトナーを供給してトナーの静電的付着によりトナー像を形成し、これを紙、ＯＨＰ、印画紙等の記録媒体へと転写することにより、プリントする方法が採られている。

この場合、カラープリンターやカラー複写機においても、基本的には前記プロセスに従ってプリントが行われるが、カラー印刷の場合には、マゼンタ、イエロー、シアン、ブラックの４色のトナーを用いて色調を再現するもので、これらのトナーを所定割合で重ね合わせて必要な色調を得るための工程が必要であり、この工程を行うためにいくつかの方式が提案されている。

これらの方式を、どの段階でトナーを重ね合わせかにより大別することができ、まず、第１の方式は、感光ドラム上で、異なる色のトナーを重ねるものであり、この方式は、モノクロ印刷を行う場合と同様に、感光体上にトナーを供給して静電潜像を可視化する際に、前記マゼンタ、イエロー、シアン、ブラックの４色のトナーを順次重ねていくことにより現像を行うものであり、多重現像方式と呼ばれている。 この方式によれば、比較的コンパクトに装置を構成することが可能であるが、階調の制御が非常に難しく、高画質が得られないという問題点がある。

第２の方式は、記録媒体上で、異なる色のトナーを重ねるものである。 このうちの一つの方式として、４つの感光ドラムを設け、各ドラムの潜像を夫々マゼンタ、イエロー、シアン、ブラックのトナーで現像することにより、マゼンタによるトナー像、イエローによるトナー像、シアンによるトナー像およびブラックによるトナー像の４つのトナー像を形成し、これらトナー像が形成された感光ドラムを１列に並べて各トナー像を紙等の記録媒体に順次転写して記録媒体上に重ねることにより、カラー画像を再現する直接タンデム方式がある。 この方式は、良好な画像が得られるものの、４つの感光ドラムと、各感光ドラムごとに設けられた帯電機構および現像機構が１列に並べられた状態となり、装置が大型化するとともに高価なものとなる。

図１に、直接タンデム方式の画像形成装置の印字部構成例を示す。 感光ドラム１１、帯電ロール１２、現像ロール１３、現像ブレード１４、トナー供給ロール１５およびクリーニングブレード１６で構成する印字ユニットをイエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣ、ブラックＢの各トナーに対応して４個並べており、駆動ローラ１８により循環駆動されて転写搬送ベルト１０で搬送した用紙上に、トナーを順次転写しカラー画像を形成する。 転写搬送ベルトの帯電および除電は夫々帯電ロール１７ａおよび除電ロール１７ｂで行う。 また、用紙をベルトへ吸着させるための用紙帯電には吸着ローラ（図示せず）が使用される。 これらの対応により、オゾンの発生を抑えることができる。 吸着ローラでは、用紙を搬送路から転写搬送ベルトに乗せるとともに、転写搬送ベルトへの静電吸着を行う。 また、転写後の用紙分離は、転写電圧を低くすることにより用紙と転写搬送ベルトの吸着力を弱くして、曲率分離のみで行うことができる。

転写搬送ベルト１０の材料としては抵抗体と誘電体があり、夫々に長所、短所を持っている。 抵抗体ベルトは電荷の保持が短時間であるため、直接タンデム方式の転写に用いた場合、転写での電荷注入が少なく４色の連続する転写でも比較的電圧の上昇が少ない。 また、次の用紙の転写に繰り返して使用されるときも電荷が放出されており、電気的なリセットは必要としない。 しかし、環境変動により抵抗値が変化するため、転写効率に影響すること、用紙の厚さや幅の影響を受けやすいことなどが短所となっている。

一方、誘電体ベルトの場合は注入された電荷の自然放出はなく、電荷の注入、放出とも電気的にコントロールしなければならない。 しかし、安定に電荷が保持されるので、用紙の吸着が確実で高精度な紙搬送が行える。 誘電率は温湿度への依存性も低いため、環境に対しても比較的安定な転写プロセスとなる。 欠点は、転写が繰り返されるごとにベルトに電荷が蓄積されるため、転写電圧が高くなることである。

第２の方式のうち、直接タンデム方式とは異なる方式として、紙等の記録媒体を転写ドラムに巻き付けてこれを４回転させ、周回ごとに感光体上のマゼンタ、イエロー、シアン、ブラックを順次記録媒体に転写してカラー画像を再現する転写ドラム方式もある。 この方式によれば比較的高画質が得られるが、記録媒体が葉書等の厚紙である場合には、これを前記転写ドラムに巻き付けることが困難であり、記録媒体種が制限されるという問題点がある。

第３の方式として、感光ドラム上の各色のトナーを中間転写部材上で重ね合わせ、重ねあわせたトナー像をそのまま記録媒体に転写する中間転写方式が提案されていて、この方式は、前記多重現像方式、直接タンデム方式および転写ドラム方式に対して、良好な画質が得られ、しかも記録媒体種が特に制限されることもないという特長をもつ。

即ち、この中間転写方式は、感光体上のトナー像を一旦転写保持するドラムやベルトからなる中間転写部材を設け、感光ドラム上のマゼンタによるトナー像、イエローによるトナー像、シアンによるトナー像およびブラックによるトナー像を中間転写部材上に順次転写することにより、この中間転写部材上にカラー画像を形成し、このカラー画像を紙等の記録媒体上に転写するものである。 従って、４色のトナー像を重ね合わせて階調を調整するものであるから、高画質を得ることが可能であり、しかも、記録媒体をドラムに巻き付ける必要もないので記録媒体種が制限されることもないものである。

第３の方式である中間転写方式の代表例として、一の感光ドラムと一の中間転写ベルトとを組み合わせた中間転写ベルト方式と、タンデムに並べられた複数の感光ドラムと一の中間転写ベルトとを組み合わせたタンデム中間転写ベルト方式とがあり、これらについて以下に説明する。

図２は、中間転写ベルト方式の構成を示す図であり、図中、２１は感光ドラム感光体であり、図中矢印方向に回転するようになっている。 この感光ドラム２１は、一次帯電器２２によって帯電され、次いで画像露光２３により露光部分の帯電が消去され、第１の色成分に対応した静電潜像がこの感光ドラム１１上に形成され、更に静電潜像が現像器２５ａにより第１色のマゼンタトナーＭで現像され、第１色のマゼンタトナー画像が感光ドラム２１上に形成される。 次いで、このトナー画像が、駆動ローラ２６により循環駆動されて感光ドラム２１と接触しながら循環回転する中間転写ベルト２０に転写される。 この場合、感光体１１から中間転写ベルト２０への転写は、感光ドラム２１と中間転写ベルト２０とのニップ部において、中間転写ベルト２０に電源２７から印加される一次転写バイアスにより行われる。 この中間転写ベルト２０に第１色のマゼンタトナー画像が転写された後、前記感光ドラム２１はその表面がクリーニング装置２４により清掃され、感光ドラム２１の１回転目の現像転写操作が完了する。 以降、感光ドラム２１が３回転し、各周回ごとに現像器２５ａ〜２５ｄを順次用いて第２色のシアントナー画像、第３色のイエロートナー画像、第４色のブラックトナー画像が順次感光ドラム２１上に形成され、これが周回ごとに中間転写ベルト２０に重畳転写され、目的のカラー画像に対応した合成カラートナー画像が中間転写ベルト２０上に形成される。 なお、図２の装置にあっては、感光ドラム２１の周回ごとに現像器２５ａ〜２５ｄが順次入れ替わってマゼンタトナーＭ、シアントナーＣ、イエロートナーＹ、ブラックトナーＢによる現像が順次行われるようになっている。

次に、前記合成カラートナー画像が形成された中間転写ベルト２０に転写ローラ３１が当接し、そのニップ部に給紙カセット３２から紙等の記録媒体３３が給送される。 これと同時に二次転写バイアスが電源３４から転写ローラ３１に印加され、中間転写ベルト２０から記録媒体３３上に合成カラートナー画像が転写されて加熱定着され、最終画像となる。 合成カラートナー画像を記録媒体３３へと転写した後の中間転写ベルト２０は、表面の転写残留トナーがクリーニング装置２８により除去され、初期状態に戻り次の画像形成に備えるようになっている。

図３は、タンデム中間転写ベルト方式の構成例を示す図であり、感光ドラム４２ａ上の静電潜像をイエローにより現像する第１現像装置４４ａと、感光ドラム４２ｂ上の静電潜像をマゼンタにより現像する第２現像装置４４ｂと、感光ドラム４２ｃ上の静電潜像をシアンにより現像する第３現像装置４４ｃと、感光ドラム４２ｄ上の静電潜像をブラックにより現像する第４現像装置４４ｄとを、中間転写ベルト４０に沿って配置し、この中間転写ベルト４０を図中矢印方向に循環駆動させて各現像装置４４ａ〜４４ｄの感光ドラム４２ａ〜４２ｄ上に形成された４色のトナー像を中間転写ベルト４０上に順次転写することにより、この中間転写ベルト４０上にカラーのトナー像を形成し、このトナー像を紙等の記録媒体４３上に転写してプリントするものである。

なお、図中、４５は、中間転写ベルト４０を循環駆動するための駆動ローラもしくはテンションローラであり、４６は記録媒体送りローラ、４７は記録媒体送り装置、４８は記憶媒体上の画像を加熱等により定着する定着装置である。 また、図中４９は中間転写ベルト４０に電圧を印加する電源装置（電圧印加手段）であり、この電源装置４９は感光ドラム４２ａ〜４２ｄからトナー像を上記中間転写ベルト４０に転写する際と、中間転写ベルト４０から記録媒体４３にトナー像を転写する際とで、印加する電圧の正負を反転させることができるようになっている。

以上の説明のうち、直接タンデム方式、中間転写ベルト方式、および、タンデム中間転写ベルト方式においては、感光ドラムや記録媒体供給手段等を制御しもしくは監視するため、それぞれの方式に用いられる転写搬送ベルト１０、中間転写ベルト２０、および、中間転写ベルト４０上のトナー像の先頭位置（あるいは後端位置）を検出することが行なわれており、この検出は、固定した位置から走行中のベルト表面に所定強度の赤外光を照射し、そのときの反射光を赤外線反射光検知装置で検出するよう構成され、これらの方式における赤外線反射光検知装置は、対応する図１〜３のそれぞれに、５１、５２、および５３の符号を付して示した。

そして、上述の、転写搬送ベルト１０、および、中間転写ベルト２０、４０として機能する無端ベルトとして、一層もしくは二層構造よりなり、これらの層を、熱硬化性ポリイミド樹脂により形成してなるものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。 熱硬化性ポリイミド樹脂は、引張り強度、剛性が高くが高く、高テンション下でも、伸びが少ない等、機械的特性に優れるとともに、樹脂であるがゆえに注入する導電剤の量を調整して電気抵抗を容易に制御でき、また、赤外線反射光検知装置でトナー像先頭位置を特定するに十分に高い表面反射率を有していて、無端ベルト用材料としてふさわしい特性を具える。

しかしながら、熱硬化性ポリイミド樹脂の最大の問題点は、この樹脂が高価であることであり、熱硬化性ポリイミド樹脂の優れた機械的特性を得るためには、無端ベルト状に形成されたポリイミド系前駆体を縮合反応させて、閉環イミド化する必要があり、この閉環処理には、ポリイミド系前駆体を、例えば高温保持槽の中で、２００〜４００℃の高温を長時間保持する必要があり、このための設備、エネルギー等の費用が大きく、問題となっていた。

特開平７−１５６２８７号公報

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、具備すべき特性を犠牲にすることなく、従来の高価な熱硬化性ポリイミド樹脂を用いることのない安価な無端ベルトを提供することを目的とする。

＜１＞本発明は、画像形成体から転写されたトナー像を保持する絶縁性の表層と、表層の内側に配設された導電性の基層とを具えた無端ベルトにおいて、
基層は熱可塑性樹脂よりなり、表層は、熱可塑性樹脂もしくは３００℃以下で硬化する熱硬化性樹脂よりなり、表層におけるトナー像保持面の、ＪＩＳ Ｋ０１３４における入射角５度で計測したときの相対反射率が３％以上である無端ベルトである。

＜２＞本発明は、＜１＞において、トナー像保持表面の表面粗さＲａは、１μｍ以下である無端ベルトである。

＜３＞本発明は、＜１＞もしくは＜２＞において、表層をなす熱可塑性樹脂もしくは３００℃以下で硬化する熱硬化性樹脂は、芳香族化合物を含んでなる無端ベルトである。

＜４＞本発明は、＜１＞〜＜３＞のいずれかにおいて、表層の厚さが１〜２００μｍである無端ベルトである。

＜５＞本発明は、＜４＞において、表層の厚さが１〜５０μｍである無端ベルトである。

＜６＞本発明は、＜１＞〜＜５＞のいずれかにおいて、基層の弾性率が３００〜５０００ＭＰａである無端ベルトである。

＜７＞本発明は、＜１＞〜＜６＞のいずれかにおいて、中間層にポリウレタンを主成分とする樹脂を用いてなる無端ベルトである。

＜１＞の発明によれば、基層を熱可塑性樹脂で、表層を熱可塑性樹脂もしくは３００℃以下で硬化する熱硬化性樹脂で形成したので、これを安価なものとすることができ、また、トナー像保持面の前記相対反射率を３％以上としたので、トナー像保持面のトナー像のない部分を、トナー像のある低反射部分と区別することができ、トナー像先頭位置等の特定を可能にすることができる。

さらに、表層、基層のそれぞれの材料は同じ樹脂材料で構成される必要はないので、表層に、前記相対反射率が３％以上となる表面を形成することのできる材料を用い、一方、基層の材料として、ポリイミド樹脂と同等もしくはそれ以上の機械的性能をもつ材料を選択することにより、高価な熱硬化性ポリイミド樹脂を用いなくとも、ポリイミド樹脂製のベルトと同等の光学的および機械的特性を具えさせることができる。

＜２＞の発明によれば、表面粗さＲａを１μｍ以下としたので、記録媒体へのトナーを転写するさいの転写効率をよくすることができる。 Ｒａが１μｍを越えると、トナー像保持面の反射率を低下させるとともに、ベルトがざらついて、トナーが無端ベルトのトナー像保持面にこびりついて記録媒体へ転写しにくくなり、その後、クリーニング部材で付着トナーを掻き落とそうとしても落ちなくなってしまう。

前記相対反射率は、表面を形成する物質の屈折率が高いほど高く、そして、芳香族化合物は含む物質は屈折率が高い。 ＜３＞の発明によれば、芳香族化合物を含むので、高い相対反射率を達成することができる。

＜４＞の発明によれば、表層の厚さを１〜２００μｍとしたので、画像形成体や記録媒体との間でトナー像をする際の転写性能、すなわち、できるだけ多くのトナーを乗り移らせることのできる性能を確保することができ、このことにより所定の品質の画像をえることができる。

＜５＞の発明によれば、表層の厚さを１〜５０μｍとしたので、前記転写性能を一層確実なものとし、より高い品質の画像を形成する能力を画像形成装置に付与することができる。

＜６＞の発明によれば、基層の弾性率を３００〜５０００ＭＰａとしたので、このベルトの寸法精度やクリープ等の機械的特性を確保することができる。

＜７＞の発明によれば、中間層に弾性を有するポリウレタンを主成分とする樹脂を用いたので、感光ドラムなどの画像形成体や記録媒体とのトナー像の転写に際し、これらと弾性的に当接することができ、このことにより、転写性能を一層向上させることができる。

以下、本発明の実施形態について図４に基づいて説明する。 図４は無端ベルトを示す断面図である。 無端ベルト１は、トナー像保持面２ａを形成する表層２、表層の厚さ方向内側に隣接して配設された中間層３、および、厚さ方向最内層となる基層４の三層構造になり、表層２の厚さは１〜２００μｍが好ましく、１〜５０μｍであるとさらに好ましい。 また、中間層３の厚さは、１〜５００μｍ、基層４の厚さは１０〜３００μｍとするのが好ましく、基層４の厚さは３０〜２００μｍとするとさらに好ましい。

表層２の材料としては、ポリエステルウレタン、ポリアミド、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン等の安価な熱可塑性樹脂を用いることができ、さらに、表層を屈折率の高いものにすることにより、高い表面反射率を得ることができる。 屈折率を高める物質として、ＰＥＴ、ナフタレン化合物、スチレン化合物、ポリカーボネート、フタール酸、エポキシ系樹脂等の芳香族化合物を含むのが好ましい。

中間層３に用いる材料としては、弾性を有する種々のゴム材料、熱可塑性エラストマー、低硬度ウレタン樹脂等の材料を用いるのが好ましく、このことにより、無端ベルト１に弾性を付与して、感光ドラムや紙等の記憶媒体との当接転写に際して、広い範囲で接触することができ、高い転写効率を得ることができる。

また、基層に用いる熱可塑性樹脂材料としては、特に限定されず市販のものを使用すればよく、例えば、ポリアミド１２、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、アクリロニトリル−エチレンプロピレン−スチレン共重合体、ポリアミド６・１２、ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアセタール、ポリメチルメタクリレート、ポリフッ化ビリニデン、ポリフッ化ビニル、ポリ六フッ化エチレンプロピレン、ポリ三フッ化エチレン、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリアクリロニトリル、ポリアリレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン、ポリフェニレンオキサイド、ポリスルホン、ポリアリレート、ポリプロピレン、熱可塑性ポリエステル（ＰＥＴ、ＰＢＴ等）ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、ポリエーテルケトン、及び、液晶ポリエステル等を用いて高い機械的性能を担持させることができ、なかでも、ポリアミド１２およびアクリルニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体が好ましく、ポリアミド１２が特に好ましい。

ここで、表層２は、ＪＩＳ Ｋ０１３４における入射角５度で計測したときの、トナー像保持面２ａでの相対反射率が３％以上であり、このことにより、一般的に、９５０ｎｍ程度の波長の赤外線を用いて行われる、赤外線反射光検知装置による、トナー像保持面２ａにおける、トナー像の有無の検知を確実に行わせることができる。 また、トナー像保持面２ａの表面粗さは１μｍ以下とするのが好ましい。

この無端ベルト１を形成する方法について説明すると次の通りである。 まず、基層４を形成するが、このため、最終の無端ベルト１と同じ周長の筒状断面の口金から樹脂を連続的に押し出して、複数個分が幅方向につながった基層４を形成する。 あるいは、基層４の他の形成方法として、円柱状金型を、基層４を形成する材料を溶解した溶液にディップして、この材料を金型外表面にディップ塗装し、もしくは、この材料を静電気を利用して円柱状金型の外表面に粉体塗装することもできる。

次いで、このようにして形成された無端状の基層４を、所定寸法の金型の外周面にセットし、スプレー塗装もしくはディップ塗装にて、中間層３、および表層２をこの順に形成する。 そして、各層とも、それぞれの層の塗装が完了したあと、所定の温度、たとえば、１００〜２００℃の温度下で２０〜１２０分間、乾燥させる。 その後、基層４上に、中間層３、表層２が塗装された無端ベルト１を金型から脱型して、最後に、一本の製品幅に相当する長さに定長裁断して主たる工程を終了する。

それぞれの層を、表１に示した材料を用いて、実施例１〜４、および比較例１となる５種類の無端ベルトのサンプルを製作し、それぞれについて、その画像性能、および、機械検知性能について評価した。

画像評価および機械検知性能の評価は、市販のレーザープリンタに実装されていたベルトを取り外し、代わりに、実施例１〜４、および比較例１のベルトをそれぞれ取り付けて評価し、ＯＫ／ややＮＧ／ＮＧで判定結果を表わした。 その判定に際し、画像評価については、紙に印刷した画像の色ずれ発生の有無を目視で判定し、また、機械検知性能については、ベルト上トナー像の端部の検知が不能になるとこのレーザープリンタに現われる「ベルト要交換」の表示が出たか否かで判定し、この表示が出た場合をＮＧとした。

また、それぞれのサンプルについて相対反射率を測定し、反射率と評価結果との関係についても調査したが、相対反射率を求めるのは、ＪＩＳ Ｋ０１３４（２００２）に基づいて行い、具体的には、下記の条件に従った。
１）使用機器：(株)日立ハイテクノロジー製Ｕ４０００型分光光度計。
２）測定方法：正反射法（入射角５度）にて測定。
３）比較基準：Ｒｅｆとしてアルミ蒸着板を用い、これに対しての相対反射率で表わす。
４）使用波長：９５０ｎｍ

それぞれのサンプルの、中間層厚さ、表層の配合種、表層厚さ、相対反射率、画像性能評価結果、および、機械検知性能評価結果を表２に示す。

以上の通り、上記相対反射率が３％以上であれば、この無端ベルトが具備すべき機械検知性能を満足することができ、同時に、画像評価においても、色ずれを発生させることがない。 一方、比較例１が示すように、相対反射率が３％未満となると、機械検知性能を満足することができず、トナー像の位置を正確に検知できないことに起因して多少の色ずれを発生させる結果となった。

なお、実施例４のサンプルは、表層の配合種を他の実施例と異ならせることによりトナーのクリーニング性能を向上させたものであり、そのため相対反射率を他の実施例のサンプルより低下させる結果となったが、それでも３％の相対反射率を担持させることにより、良好な、機械検知性能および画像性能を得ることができることを示している。 また、比較例１は、中間層、表層がとも設けられていないため、基層の表面が、トナー像保持表面を形成することになり、相対反射率を低下させたものである。

本発明は、複写機、プリンター等の静電記録装置に用いられる転写搬送ベルト、中間点転写ベルト等の無端ベルトに用いることができる。

タンデム方式により画像を形成する画像形成装置の略式側面図である。

中間転写ベルト方式により画像を形成する画像形成装置の略式側面図である。

タンデム中間転写ベルト方式により画像を形成する画像形成装置の略式側面図である。

本発明に係る実施形態の無端ベルトを示す断面図である。

符号の説明

１ 無端ベルト ２ 表層 ２ａ トナー像保持面 ３ 中間層 ４ 基層