JP2007233176A - シームレスベルトおよびそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シワの発生や当接部材による傷等が入りにくく、かつ、端部からの破断も起こらない高耐久のシームレスベルトを得ること。
【解決手段】ベルト自体の強度を維持するため、結晶性熱可塑性樹脂を結晶化させて用いる。さらに、幅方向端部＜幅方向中央部になるように結晶化度を傾斜させることで、結晶化にともなう脆性によるシームレスベルト端部の破断を防止する。
【選択図】図２

Description

本発明は、精密部品を所定の位置に高精度の位置精度を保証して搬送するのに用いる搬送用ローラやベルトの製造方法、さらに詳しくは例えば、電子写真方式・静電記録方式等の作像プロセスを採用した画像形成装置において、各種ローラやベルト駆動時に作像されたトナー担持体を高精度な位置に搬送制度を要求される画像形成装置用の各種ベルト、特に転写ベルト、中間転写ベルト、定着フィルム等の機能部品として有効に使用する用途にある。

従来、電子写真複写機等に使用されるシームレスベルトは、可撓性を有するシームレスに成形され、複数のローラ間に巻架して中間転写ベルト等として用いられる。
このような樹脂を用いた薄肉のシームレスベルト、チューブ、管状フィルムの製造方法としては、
（１）インフレーション法に代表される押出熱溶融成形法、
（２）樹脂またはその前駆体を溶液状態にし、管状型の内面あるいは外面上に所定量塗布し、脱溶媒処理（必要に応じては熱処理）した後に剥離を行うキャスト方法等が既に知られている。また、画像形成装置用の各種ベルト、特に転写ベルト、中間転写ベルト、定着フィルム等の機能部品としてシームレスベルトを用いる場合は、厳しい膜厚精度が要求されるため、シート状フィルムを原料とした方法が提案されている。
すなわち、
（３）シート状フィルムを芯体に巻き付けて、シート両端を溶着して中空管状体内面にライニングする方法として特許文献１、特許文献２等が提案されている。さらに、
（４）特許文献３に示されるように、シート状フィルムを巻き始めと終わりを重ね合わせるように円柱部材に巻き付け、この巻き付けたフィルムの外側に管状型部材を嵌み合わせ、その後全体を加熱して、前記フィルムの重ね合わせ部を接合することによって前記シート状フィルムを樹脂ベルトにする方法等が挙げられる。その時、使用する円柱部材と管状型部材の熱膨張係数の関係を円柱部材＞管状型部材とすることで、出来上がるベルト形状を高精度に制御することが既に提案されている。
特開昭６３−３４１２０号公報 特開昭６３−３４１２１号公報 特開平８−１８７７７３号公報

以上のような方法で作製されたシームレスベルトを転写ベルト等として用いた場合、回転するベルトの長手方向の周長変動や、かかっているテンション偏りなどの影響、巻架しているローラの傾きの影響などにより、ベルトが蛇行してしまうことがある。この蛇行を矯正しようとする際に、シームレスベルトの端部内周面に周設されているリブの内壁とローラの端部との間に応力が作用してリブが変形し、ローラ端部を乗り越えようとする競り上がり現象が発生する。また、シームレスベルトに内設されたリブは、ローラにより小さい曲率で屈曲するので、その屈曲から外側に膨れようとする応力が発生する。

また、リブを設置していないベルトで、壁に突き当てることで蛇行を制御する機構を持った転写ベルトでは、突き当たった部分で端部変形やその跳ね返りの応力により極度のストレスが生じている。このようにシームレスベルトは、その端部に大きなストレスが作用するので、端部あるいはリブの近傍に亀裂が生じ、破断するという問題がある。それに対し、亀裂、破断を防止するためにシームレスベルトの端部に粘着テープ等の補強が施される。しかし、粘着テープ等で単に補強すると、非有効エリアの拡大、クリーニングブレードによるテープの剥離、さらには工程数の増加という大きな不利、不具合が新たに発生することとなる。さらに補強テープとベルトとの端部に形状要因による応力集中が起こり、破断を引き起こす原因となる場合もある。

また、シームレスベルトの基材の強度を向上させる目的で、熱可塑性結晶性樹脂を用いることが考えられるが、熱可塑性結晶性樹脂を用いた場合、脆さが大きくなり、端部での局部的なストレスに対し、破断してしまうという問題があった。
本発明は、上記に鑑みなされたもので、端部等に亀裂が生じて破断するのを抑制、防止し、高耐久のシームレス半導電転写ベルトを提供することを目的としている。

上記課題を達成するため、本発明は、結晶性熱可塑性樹脂を用いた転写ベルトにおいて、結晶化度が、幅方向端部＜幅方向中央部で傾斜していることを特徴とする。具体的には幅方向中央部の結晶化度が幅方向端部の結晶化度の2倍以上であることが望ましい。また、幅方向中央部は、広角X線回折法により得られる結晶化度で、２０％以上の結晶化度をもっていることが望ましい。

その結果、結晶性熱可塑性樹脂の脆さによる端部の破断を防止し、高耐久の転写ベルトを提供することができる。つまり、端部は、熱可塑性結晶性樹脂を低晶化状態にさせることで、脆さによる破断を防止できるよう耐折強度を向上させる。それと同時に、テンションによるシワや、クリープに対する強度を、幅方向中心部を高結晶化状態にさせることで向上させ、より高耐久のシームレスベルトを得ることができる。

もちろん、リブが片側の端部内周面にのみ周設されている場合は、リブの周設されている端部のみ、結晶化度を傾斜させる構造をとってもかまわない。

以上のように本発明によれば、熱可塑性結晶性樹脂を用いて電子写真複写機等に使用されるシームレスベルトを製造する製造方法において、シームレスベルトの幅方向端部と中央部を熱履歴が異なるように熱処理を加えることで、シームレスベルトの端部等に亀裂が生じて破断するのを有効に抑制あるいは防止し、かつ、シワの発生しない高強度のシームレスベルトを得ることが可能である。しかも、非有効エリアの拡大、クリーニングブレードによるテープの剥離、工程数の増加という問題を解消することができるという効果がある。これらにより、高耐久のシームレスベルトを生産性良く且つ低コストで作製することが可能となった。

本発明は、結晶性熱可塑性樹脂を用いたシームレスベルト、特に転写ベルトにおいて、結晶化度が、幅方向端部＜幅方向中央部で傾斜するように加工して、端部の耐折強度が向上した高耐久のシームレスベルトを得ることを目的とした。

具体的な方法として、シームレスベルトの幅方向について中央部と端部で、樹脂に与える熱履歴を制御することにより、目的のベルトを得ることができる。結晶性熱可塑性樹脂を用いたシームレスベルト、特に転写ベルトにおいて、結晶化度が、幅方向端部＜幅方向中央部で傾斜するように成形することが可能であれば、特に製法は問わないが、例えば、特開平８−１８７７７３号に示された方法を管状フィルムに適用することで容易に成形することができる。前記製法は2つの中空金属円筒間に樹脂シートをはさみ、加熱し、樹脂に圧力をかけ、シームレスベルトを製造する方法である。特開平８−１８７７７３号では樹脂に圧力をかける手段として、中空金属円筒同士の熱膨張率の違いを利用しているが、圧力をかける媒体としては、圧縮空気でもかまわない。この方法を用いた場合、型の幅方向に温度勾配をつけた熱履歴を与えることにより、目的のシームレスベルトを得ることが可能である。また、熱可塑性結晶性樹脂の熱収縮による変形を型により規制することができる。

次に本例に適用できる熱可塑性結晶性樹脂材料について示す。
本発明に使用できる熱可塑性結晶性樹脂材料は、熱可塑性結晶性樹脂材料であればどのような材料でも使用に好適であり、特に、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、液晶ポリマー（ＬＰＣ）、フッ素樹脂（ＰＶｄＦ等）等の全ての熱可塑性結晶性樹脂材料、およびそのブレンド樹脂も使用に好適である。
特にＰＥＥＫが好ましい。

また、上記樹脂材料に耐熱補強、導電性、熱伝導性付与等の目的で、有機、無機の微粉末の少なくとも1種を配合した熱可塑性結晶性樹脂材料、あるいはあらゆる倍率で延伸強化したフィルムなども使用しうる。

ここで、有機の微粉末として、例えば縮合型ポリイミド粉末、イオン導電系材料など、また無機微粉末としては、カーボンブラック粉末、カーボンファイバーやカーボンなのチューブ、酸化マグネシウム粉末、フッ化マグネシウム粉末、酸化ケイ素粉末、酸化アルミニウム粉末、窒化ホウ素粉末、窒化アルミニウム粉末、酸化チタン粉末等の無機球状微粒子、炭素繊維、ガラス繊維等の繊維状粒子や、チタン酸カリウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素等のウィスカー状粉末等あらゆる形状、大きさの微粉末が使用しうる。

さらに靭性を向上させるための任意成分として、本発明の目的を損なわない範囲で、エラストマー成分を、樹脂成分と導電性物質の合計１００質量部に対して、例えば５０質量部以下の量で含むことができる。エラストマー成分としては、天然ゴム、ブタジエン重合体、スチレン−イソプレン重合体、ブタジエン−スチレン共重合体及びそれらの水添物(ランダム共重合体、ブロック共重合体、グラフト共重合体など全て含まれる)、イソプレン重合体、クロロブタジエン重合体、ブタジエン−アクリロニトリル共重合体、イソブチレン重合体、イソブチレン−ブタジエン共重合体、イソブチレン−イソプレン共重合体、アクリル酸エステル重合体、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体、チオコールゴム、多硫化ゴム、ポリウレタンゴム、ポリエーテルゴム(例えば、ポリプロピレンオキシド等)、エピクロルヒドリンゴム等が挙げられる。

また本発明の目的を損なわない範囲で、酸化防止剤、熱安定剤、熱老化防止剤、耐侯剤、可塑剤、結晶核剤、流動性改良剤、紫外線吸収剤、滑剤、離型剤、染料、顔料等の着色剤、難燃剤、難燃助剤などの通常の添加剤を一種以上添加されたフィルムを用いることができる。

本発明では熱可塑性結晶性樹脂の結晶化度を傾斜させる端部を持つことが好ましい。熱可塑性結晶性樹脂の結晶化度を傾斜させる端部の幅は特に限定されるものではないが、図２に示すようにリブ５の幅より５〜２０ｍｍほど広いのが好ましく、おおよそ８〜３０ｍｍ程である。また、感光体やブレード等に代表される当接部材と接触することで、シームレスベルトの表面の傷が発生し画像に影響を及ぼす恐れがある場合は、画像領域よりも幅方向端部側で結晶化度を傾斜させることが望ましい。これは結晶化度が高い領域では、表面硬度が高いため、傷がつきにくいが、結晶性の低い領域では、表面硬度が低いため、傷が入りやすいためである。

リブ５は、機械強度が強く、耐磨耗性のある弾性体であるウレタン樹脂、ＮＢＲ、熱可塑エラストマー等の中から選択される。但し、一般には、硬度５０〜８０°（ＪＩＳ-Ａ）、幅３〜６ｍｍ、厚さ約1ｍｍのウレタン樹脂が用いられる。前記リブ５は両面粘着テープを介し貼着しても良い。さらに、リブ５の端部と端部とを突き合わせ、段付き重ね、重ね合わせ、あるいはそぎ継ぎ等の方法で接合することもできるし、必要性に乏しいのであれば、リブ５を省略することも可能である。

熱可塑性結晶性樹脂の結晶化度を測定する方法としては、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）、広角Ｘ線回折法、小角Ｘ線散乱法、赤外吸収法、密度法などがある。本実施例では広角Ｘ線回折法を用いて、ピーク多重分離法で結晶化度を算出した。
走査角度は２θ＝５〜４５°で、２θ＝１８．８°付近（＝１１０面）、２０．９５°付近（＝１１３面）、２３．１°付近（＝２００面）、２８．８５°付近（＝２１３面）のピークをPEEKの結晶ピークとして、解析を行った。

以下に本発明のシームレスベルトについての実施態様を実施例に基づいて説明する。
本実施例では、不図示の熱溶融押出成形機により、円筒状に押出して作成した肉厚１００μｍの低結晶化状態のポリエーテルエーテルケトン樹脂チューブ状フィルムを特開平８−１８７７７３号に示された方法をチューブ状フィルムに用いて、熱処理し、目的のシームレスベルトを作製した。なお、前記ポリエーテルエーテルケトン樹脂チューブ状フィルムは、ベースポリマーとして、ｖｉｃｔｒｅｘ社製４５０Ｐを使用した。また、内添剤としてアセチレンブラック粒子を混合し、体積抵抗値として１．０Ｅ＋１０Ω・ｃｍに制御されたものを用いた。

まずチューブ状フィルム１として、低結晶化状態のポリエーテルエーテルケトン樹脂を厚さ１００μｍ、内径１５０ｍｍ、幅２５０ｍｍに押出成形したものを用意した。
まず、円柱部材２に前記用意したチューブ状フィルム1を被せた。
つづいて、管状型部材３の中空部分に挿入した。円柱部材２、チューブ状フィルム１、管状型部材３の合体時の様子を図１に示す。

菅状型部材３の外側には黒色塗料が塗られており、加熱時の熱効率を高めている。前記黒色塗料の濃度が菅状型部材３の幅方向端部において、勾配がつけられている。そのため、加熱時に、型内部のチューブ状フィルムに伝わる熱量が幅方向端部で傾斜され、チューブ状フィルムの幅方向端部に、結晶化度が傾斜された部分を作ることができる。本実施例ではチューブ状フィルムの幅方向端部から中心方向へ２０ｍｍの範囲で結晶化度を傾斜させるよう、黒色塗料に濃度勾配をつけた。

そして次に、加熱工程に移行する。前記円柱部材２、シート状フィルム１、管状型部材３をランプヒーターからなる加熱成形機を使用し回転しながら加熱した。本実施例では成形温度を２３０±５℃とし、加熱時間は２ｍｉｎとした。この成形温度はポリエーテルエーテルケトン樹脂の結晶化速度が最も速い温度が２３０℃であるためである。温度は外型の到達温度を放射温度計にて測定した。なお、加熱時の樹脂にかかる幅方向の温度を図３に示す。チューブ状フィルムの幅方向最端部は低結晶化状態を維持するため、ガラス転移温度（Ｔｇ）以下に保つことが望ましい。前記２ｍｉｎの加熱工程後、加熱成形機から上記１、２、３を取り出した後、冷却工程に移行する。その後、円柱部材前記各部材の幅方向中心付近が室温近辺になったところで、前記管状型部材３から、前記円柱部材２および前記フィルム１を分離した。

これにより、得られたチューブ状フィルムは、図３に示すように幅方向端部で結晶性が傾斜された構成を有していた。このため、成形されたチューブ状フィルムの最端部円周方向の耐折強度は、耐折試験（ＪＩＳ Ｐ８１１５）による破断回数が、１００００回であり、中心部円周方向の値と比較して１０倍以上あり、特に耐折強度が要求されるベルト幅方向端部に対して高い耐折強度有したチューブ状フィルムの作製が可能となった。

さらに、このチューブ状フィルムの両端部内周面に、リブ配設し、図４の転写ベルト４として使用した場合、端部の異方性が低減されリブ下で応力が集中しても亀裂等が広がらず、１０００Ｋ枚まで耐久試験を行っても破断等は見られなかった。また、巻架のためのテンションによるシワの発生無く、１０００Ｋ枚まで耐久試験を行っても、画像特性は良好であった。

比較例
以下に比較例を示す。本比較例で使用する円柱状部材２、管状型部材３の材質および寸法、チューブ状フィルム１の材質は全て実施例と同様である。

比較例１
本比較例１では円筒状に押出されたチューブ状フィルムに熱処理を加えず、非晶化状態のまま、両端部にテープによる周方向の補強を施し、転写ベルトを作製した。図４の転写ベルト４として使用した場合、１００Ｋ枚耐久試験を行ったところで、ベルト幅方向中心部付近でベルトに周方向にシワが入り、画像スジが発生した。

比較例２
本比較例２では円筒状に押出されたチューブ状フィルムに熱処理を加える行程において、幅方向の熱履歴に勾配をつけず、結晶化させたチューブ状フィルムを作製した。これにより作製されたチューブ状フィルムの幅方向中心部と幅方向端部での結晶化度には、差が無く、耐折強度も同等であった。このチューブ状フィルムの両端部にテープによる周方向の補強を施し、転写ベルトを作製した。図４の転写ベルト４として使用した場合、１５０Ｋ枚耐久試験を行ったところで、テープの内側端部付近でベルトに周方向に亀裂が入り、最終的には輪切りになってしまい、以後の使用が不可能となった。

本発明の実施例におけるシームレスベルトの製造方法の一例を示した図である。 本発明により得られるシームレスベルトの端部の断面図の概略の一例を示した図である。 本発明の実施例における加熱工程におけるシームレスベルト幅方向の到達温度と得られるシームレスベルトの結晶化度を測定した結果の一例を示す図である。 本発明により得られるシームレスベルトを画像形成装置に適用した一例を概略的に示す断面図である。

符号の説明

１ チューブ状フィルム
２ 円柱部材
３ 管状型部材
４ 転写ベルト
５ リブ
６ 感光ドラム
７ 帯電チャージャー
８ 光書込装置
９ 現像器
１０ トナー
１１ 駆動ロ−ラ−
１２ 従動ローラー
１３ 紙(転写紙)
１４ 一次転写ローラ―
１５ 二次転写ローラー
１６ 定着装置

Claims (5)

1. 画像形成装置に用いるベルトであって、該ベルトが熱可塑性結晶性樹脂を含み、該熱可塑性樹脂の結晶化度が、幅方向端部＜幅方向中央部であることを特徴とするシームレスベルト。
2. 請求項１記載の低結晶化度の幅方向端部から高結晶化度の中央部に結晶化度が大幅に変化する領域が画像領域装置の画像形成領域より幅方向端部側であることを特徴とする請求項1に記載のシームレスベルト。
3. 熱可塑性結晶性樹脂に導電性物質を添加して体積固有抵抗が１．０×１０⁶Ω・ｃｍ 以上、１．０×１０¹¹Ω・ｃｍ以下の範囲になるように半導電性を付与した組成物フィルムからなる請求項１または２に記載のシームレスベルト。
4. 請求項１から３の何れかに記載のシームレスベルトであることを特徴とする静電転写ベルト。
5. 請求項４記載の静電転写ベルトを備えた画像形成装置。

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