JP5570208B2 - 画像形成装置、及び中間転写ベルトの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は弾性層を設けた中間転写ベルトにクリーニングブレードを摺擦させる画像形成装置、詳しくはクリーニングブレードによるクリーニング性能を高めるための弾性層の構造に関する。

弾性層を設けた中間転写ベルトにトナー像を一次転写して担持させ、中間転写ベルトによって二次転写部へトナー像を搬送させて記録材へ二次転写する画像形成装置が広く用いられている。

中間転写ベルトに弾性層を設けると、トナー像と記録材との密着性が改善されるため、トナー像の転写効率が高まり、転写圧力分布の不均一に起因する中抜け等の画像不良も減る。また、表面に凹凸のある記録材に対しても中間転写ベルトの表面が十分に追従できるので、幅広い種類の記録材で転写不良の少ない画像形成が可能になる（特許文献１）。

しかし、ゴム材料の弾性層は、表面の安定性や摩擦係数に関してクリーニングブレードとの相性が悪く、クリーニングブレードの摩擦振動やトナーすり抜け、トナーの熱凝着による樹脂皮膜（いわゆるフィルミング）が発生し易くなる（特許文献２）。

そのため、クリーニングブレードを組み合わせる中間転写ベルトに形成されたゴム材料の弾性層は、表面がフッ素樹脂コートの離型層で覆われていた（特許文献３）。

また、ゴム材料の弾性層を表面に配置した中間転写ベルトに対しては、通常は、クリーニングブレードを採用せず、代わりにウエブクリーニング装置や静電ブラシクリーニング装置が採用されていた（特許文献４）。

特開平１０−０９７１４６号公報 特開２００７−１１４３９２号公報 特開２００３−２９５４１号公報 特開２００８−１２２６２５号公報

弾性層は、柔らかいほど、転写部におけるトナー像と記録材の密着度が高まって転写効率が高まり、転写時の画像不良も発生しにくくなるが、クリーニングブレードによるクリーニングは著しく困難になる。図３の（ｂ）に示すように、クリーニングブレードのエッジ（１９ａ）が柔らかい弾性層（４ｂ）にめりこんだ状態で摺擦すると、大きな摩擦力が発生して中間転写ベルト（４）の回転を不安定にしてしまう。

しかし、クリーニングブレードを用いるクリーニング装置は、構造が簡単で小型化でき、寿命が長くて寿命末期までクリーニング性能が安定している等の利点があるため、弾性層を設けた中間転写ベルトでも採用することが望まれる。このため、クリーニングブレードを使用する際は、弾性層を比較的に硬く形成する必要があり、転写に好ましい十分な柔らかさを利用できなかった。

本発明は、弾性層を有する中間転写ベルトに対して、クリーニングブレードによるクリーニング性能を確保しつつ、転写部においては弾性層に十分な柔らかさを発揮させて転写性能を高められる画像形成装置を提供することを目的としている。

本発明の画像形成装置は、中間転写ベルトと、前記中間転写ベルト方向に押圧して転写部を形成し、記録材にトナー像を転写する転写ローラと、前記転写部を通過した前記中間転写ベルトの表面にクリーニングブレードを当接させて転写残トナーを除去するクリーニング装置と、を備えた画像形成装置において、前記中間転写ベルトは、回転方向の強度を担う基層と、前記基層より厚み方向で外側に配置され前記中間転写ベルトに弾性を付与する弾性層と、を有し、前記弾性層は、材料の組成が厚み方向で連続的に変化している硬化層を有し、前記硬化層は、前記中間転写ベルトの回転方向を横断する方向に延在するストライプパターンを形成するように、前記弾性層の表面に断続的に形成されるものである。

本発明の画像形成装置は、回転方向の当接長さが短いクリーニングブレードを通過時は厚み方向の圧縮変形速度が大きく、弾性層に設けられた硬化層が大きな粘性抵抗を発揮して反力が大きくて固い性質が現れる。一方、クリーニングブレードに比較して当接長さが長い転写部を通過時は、厚み方向の圧縮変形速度が小さく反力が小さくて柔らかい性質が現れ、弾性層の柔軟性が中間転写ベルトの表面にまで現れる。

言い換えれば、クリーニングブレード当接部と転写部とにおける当接長さの違いが硬化層の厚み方向の変形抵抗差として現れ、クリーニングブレード当接部における弾性層の圧縮方向の固さを高める。これにより、中間転写ベルトの弾性層は、厚み方向の圧縮変形量が少なくなって、クリーニングブレードのエッジのめりこみを少なく保ってクリーニングブレードを通過させる。その結果、クリーニングブレードの摺擦抵抗が安定して、摩擦抵抗も軽減され、中間転写ベルトの速度変動が減少して走行状態が安定する。

従って、クリーニングブレードによる実用的なクリーニング性能を確保しつつ、転写部においては弾性層に十分な柔らかさを付与して転写性能を高められる。

実施形態の画像形成装置の構成の説明図である。 ベルトクリーニング装置の構成の説明図である。 二次転写部通過時とクリーニングブレード通過時の中間転写ベルトの挙動の説明図である。 実施例１の中間転写ベルトの断面構成の説明図である。 各種の中間転写ベルトにおける圧縮緩和弾性係数の比較の説明図である。 中間転写ベルトの圧縮緩和弾性係数の適正範囲の説明図である。 マスキングを用いたイソシアネート分子の浸透工程の説明図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明は、弾性層を有する中間転写ベルトをクリーニングブレードが摺擦する限りにおいて、実施形態の構成の一部又は全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実施できる。

従って、クリーニングブレードを用いて中間転写ベルトをクリーニングする画像形成装置であれば、１ドラム型、タンデム型、フルカラー／モノクロの区別無く実施できる。また、本実施形態では、トナー像の形成／転写に係る主要部のみを説明するが、本発明は、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途で実施できる。

なお、特許文献１〜４に示される画像形成装置の一般的な事項については、図示を省略して重複する説明を省略する。

＜画像形成装置＞
図１は実施形態の画像形成装置の構成の説明図である。図１に示すように、画像形成装置１００は、電子写真方式のフルカラープリンタであって、図示しないコンピュータ等から送られた画像信号に従って記録材Ｐにフルカラー画像を形成する。

画像形成は、ベルトクリーニング装置１７及び二次転写ローラ１０を中間転写ベルト４から離間させて開始される。最初に、感光ドラム１にイエロートナー像が形成されて中間転写ベルト４へ一次転写される。続いて、感光ドラム１にマゼンタトナー像が形成されて中間転写ベルト４のイエロートナー像に重ねて一次転写される。同様にして、感光ドラム１に順次シアントナー像、ブラックトナー像が形成されて中間転写ベルト４に一次転写される。

ブラックトナー像の一次転写中、中間転写ベルト４上のトナー像が対向ローラ１５を通過すると、対向ローラ１５によって内側面を支持された中間転写ベルト４に二次転写ローラ１０が当接して二次転写部Ｔ２を形成する。

一方、記録材カセット５から引き出された記録材Ｐは、分離ローラ６によって１枚ずつに分離されてレジストローラ６Ｒで待機する。レジストローラ６Ｒは、中間転写ベルト４上の４色のトナー像にタイミングを合わせて二次転写部Ｔ２へ記録材Ｐを送り込む。

４色のフルカラートナー像を担持した中間転写ベルト４に重ね合わせて二次転写部Ｔ２を記録材Ｐが挟持搬送される際に、二次転写ローラ１０には、トナーの帯電極性と逆極性（正極性）の直流電圧が印加される。これにより、中間転写ベルト４のフルカラートナー像が記録材Ｐへ二次転写される。

フルカラートナー像を二次転写された記録材Ｐは、定着装置１８で一対の加熱ローラに挟持搬送されることにより加熱加圧を受けて表面にフルカラー画像を定着される。フルカラー画像を定着された記録材Ｐは排出ローラ１０２を通じて上部トレイ１０１へ排出される。

ブラックトナー像の一次転写中、中間転写ベルト４上のトナー像がテンションローラ１３を通過すると、ベルトクリーニング装置１７が矢印Ｒ３方向に回動して中間転写ベルト４上の転写残トナーを回収可能となる。

ベルトクリーニング装置１７は、テンションローラ１３によって内側面を支持された中間転写ベルト４にクリーニングブレード１９を摺擦させて、二次転写を逃れて中間転写ベルト４に残留した転写残トナーを回収する。

感光ドラム１の周囲には、コロナ帯電器２、露光装置７、現像装置８、一次転写ローラ１２、ドラムクリーニング装置３が配置される。感光ドラム１は、アルミニウムの円筒基材の外周面に帯電極性が負極性のＯＰＣ感光層を形成され、１００ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピードで矢印Ｒ１方向に回転する。ＯＰＣ感光層は、チタニルフタロシアニン顔料を用いた電荷発生層とビスフェノールＺ型ポリカーボネートをバインダーとする電荷輸送層とを塗布して形成される。ただし、感光ドラム１の感光層は、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）感光体やＳｅ感光体でも構わない。

コロナ帯電器２は、コロナ放電に伴う荷電粒子を感光ドラム１に照射して感光ドラム１の表面を所定の暗部電位ＶＤに帯電させる。露光装置７は、画像データを展開した走査線画像データをＯＮ−ＯＦＦ変調したレーザービームを不図示の回転ミラーで走査して、帯電した感光ドラム１の表面に静電像を書き込む。白地部は露光を受けないで暗部電位ＶＤのまま残り、トナーを付着させる部分が露光により放電されて明部電位ＶＬに電位を低下させる。

現像装置８は、現像ロータリー１６を回転させて、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの現像器８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄを感光ドラム１に対向する現像位置へ位置決め可能である。

現像器８ａは、トナー（非磁性）とキャリア（磁性）を含む二成分現像剤を帯電させて、固定マグネットロール９ａの周囲で回転する現像スリーブ９ｂに担持させて感光ドラム１を摺擦する。負極性の直流電圧Ｖｄｃに交流電圧を重畳した振動電圧が現像スリーブ９ｂに印加されることにより、現像スリーブ９ｂから感光ドラム１の明部電位ＶＬの部分へトナーが移転して静電像が反転現像される。

トナーは、コアにエステル系ワックスを内包し、樹脂層にスチレン−ブチルアクリレート、表層にスチレンポリエステルの構成からなる重合トナーである。トナーは、懸濁重合法によってトナーの形状係数がＳＦ−１の値が１００≦ＳＦ−１≦１４０となり、かつＳＦ−２の値が１００≦ＳＦ−２≦１２０となるように作成した。キャリアは、重合法により作成した樹脂磁性キャリアである。

一次転写ローラ１２は、中間転写ベルト４の内側面を押圧して感光ドラム１と中間転写ベルト４との間に一次転写部Ｔ１を形成する。一次転写ローラ１２に正極性の直流電圧を印加することにより、負極性に帯電して感光ドラム１に担持されたトナー像が一次転写部Ｔ１を通過する中間転写ベルト４に一次転写される。

中間転写ベルト４は、駆動ローラ１４、テンションローラ１３、及び対向ローラ１５に掛け渡して支持され、駆動ローラ１４に駆動されて、１００ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピードで矢印Ｒ２方向に回転する。テンションローラ１３は、両端を外側へ向かって総加圧力４ｋｇｆ〜５ｋｇｆでばね付勢されて中間転写ベルト４に張力を付与している。

ドラムクリーニング装置３は、感光ドラム１にクリーニングブレード１９を摺擦させて、一次転写を逃れて一次転写部Ｔ１を通過した感光ドラム１表面の転写残トナーを回収する。

電子写真プロセスを用いた画像形成装置には、ＴＣＯ（ユーザーからみた全体の必要費用）を画期的に下げることが可能な技術が望まれている。近年では、電子写真プロセスを用いた画像形成装置では、フルカラー機が主流となっており、フルカラー機でも本体価格ならびにランニングコストを従来のモノクロ機並みに抑制することが課題となってきている。

また、エコロジーの観点から、電子写真プロセスを用いた画像形成装置でも、廃棄物をなくす、すなわち消耗品を減らすこと、消耗品の寿命を延ばすこと、信頼性を上げることが課題となっている。

その具体的な課題の１つとして、サービスマンによるメンテナンスサイクルを引き伸ばすことが求められている。メンテナンスサイクルは、部品交換等をしないで画像品質を保てる限界枚数として規定されているが、中間転写ベルトを用いたフルカラープリンタに関して言えば、中間転写ベルトの交換寿命で規定されているのが現状である。

フルカラープリンタでは、モノクロプリンタよりも厚いトナー像を転写効率高く記録材へ転写できることが望まれるため、弾性層を有する中間転写ベルトを採用することが望ましい。中間転写ベルトを用いることで、プリンタ本体内部のレイアウトの自由度が向上するためプリンタの小型化にも有利である。

中間転写ベルトの表層に弾性層を形成することで、一旦、トナー像が形成される中間転写ベルト上において、トナー像が圧接したときに生じるずり力によって乱れることを防止できる。また、弾性層を有することによって、凹凸を持つ記録材に対して弾性層が追従変形することにより、記録材の凹凸によらずトナー像を均一に転写することが可能である。

中間転写ベルトは、画像形成された後に繰り返し使用するために、残留したトナーをクリーニングする必要があり、そのための手段として、ウレタンゴム等のクリーニングブレードを摺擦させてトナーを掻き落とす方法が使用されている。

＜ベルトクリーニング装置＞
図２はベルトクリーニング装置の構成の説明図である。図３は二次転写部通過時とクリーニングブレード通過時の中間転写ベルトの挙動の説明図である。

図２に示すように、ベルトクリーニング装置１７は、中間転写ベルト４側に開口部２１を有するケーシング２０を備えている。開口部２１には、ウレタンゴム等からなるクリーニングブレード１９を支持部材２２によって取り付けている。クリーニングブレード１９は、ウレタンゴムで構成され、先端外側のエッジ１９ａを中間転写ベルト４に対してその回転方向に対してカウンター方向に当接させている。

ケーシング２０の開口部２１の下部にはすくいシート２３を取り付けており、クリーニングブレード１９によって掻き落とされたトナーをケーシング２０内に落下させるとともに、中間転写ベルト４側へトナーが逆流することを防止している。

ケーシング２０内には、回収したトナーを長手方向に排出するための搬送スクリュー２４が配置される。クリーニングブレード１９によって掻き落とされたトナーは、搬送スクリュー２４によってケーシング２０の奥側へ向かって長手方向に搬送され、ケーシング２０の端部に接続した不図示の回収容器に落下する。このように構成していることで、回収した転写残トナーが停滞してケーシング２０内を閉塞させることがない。

ベルトクリーニング装置１７は、回動軸２５を中心にして回動可能に支持されており、圧縮ばね２６によって中間転写ベルト４へ向かう方向に付勢されている。揺動カム２８は、モータ２７に駆動されて、圧縮ばね２６の付勢力に逆らってベルトクリーニング装置１７を離間方向（矢印Ｒ３の逆方向）へ回転させる。

揺動カム２８を逆方向に回転させることで、圧縮ばね２６の付勢力によって中間転写ベルト４にクリーニングブレード１９が当接するようになる。このとき、中間転写ベルト４に対するクリーニングブレード１９の当接条件は、クリーニングブレード１９の単位長さあたりの押し圧が２５０ｍＮ／ｃｍとなるように設定されている。

図２を参照して図１に示すように、二次転写部Ｔ２において発生した転写残トナーがクリーニングブレード１９のエッジ１９ａに達すると、エッジ１９ａによって掻き落とされる。そして、クリーニングブレード１９で掻き落とされてエッジ１９ａの近傍に滞留している転写残トナーが中間転写ベルト４の回転によって少量ずつエッジ１９ａに供給される。これにより、粉体を介在することによる摩擦力の低下が起こり、クリーニングブレード１９の振動やめくれ等がない安定した良好なクリーニング性能が得られる。特開平０９−２１８６２５号公報において、そのようなクリーニング性能を発揮させるためのクリーニングブレードの設計手法が示され、ゴム材料の粘弾性挙動を活用してクリーニング性能を向上させる提案もされている。

図３の（ａ）に示すように、ウレタンゴムの弾性層４ｂを持つ中間転写ベルト４は、二次転写部Ｔ２において厚み方向に容易に圧縮変形するように弾性層４ｂの固さが設定されている。拡大して示すように、弾性層４ｂを持つ中間転写ベルト４は、トナー像の輪郭に合わせて弾性層４ｂ自身が変形して密着性を高め、圧力を分散させて画像不良を防止する。

図３の（ｂ）に示すように、ベルトクリーニング装置１７でクリーニングブレード１９を通過する際にも、弾性層４ｂには、エッジ１９ａとの接触部で同様な厚み方向の変形が生じる。クリーニングブレード１９によるトナーのクリーニングは、エッジ１９ａでの被クリーニング表面の接線方向に対してトナーをせき止めることでクリーニングする。

このため、弾性層４ｂを持つ中間転写ベルト４をクリーニングブレード１９でクリーニングする場合、弾性層４ｂが変形することで、エッジ１９ａの当接部をトナーが潜り込んで通過することでクリーニング不良が発生し易くなる。また、摩擦抵抗が大きいためエッジ１９ａが発熱してトナーを一部融解させ、中間転写ベルト４にトナーを薄層状に固着させてしまういわゆるフィルミング現象が生じ易くなる。

このため、柔らかい性質の弾性層４ｂを使用する場合、クリーニングブレードの代わりに静電ブラシクリーニング装置が採用されていた。しかし、フルカラー画像形成装置の中間転写ベルトのように転写残トナーが４色分で多量に発生する場合は、静電ブラシクリーニング装置では除去が追い付かなくなる。静電ブラシクリーニング装置は、電源を必要とし、構成も複雑である。

以下の実施例では、弾性層４ｂに硬化層４ｄを形成することで、二次転写部Ｔ２では十分に柔らかい性質を持たせつつ、クリーニングブレード１９では固い性質を発揮させて良好なクリーニング性能を実現している。

＜実験１＞
図４は実施例１の中間転写ベルトの断面構成の説明図である。図５は各種の中間転写ベルトにおける圧縮緩和弾性係数の比較の説明図である。

図４の（ａ）に示すように、実施例１の中間転写ベルト４は、ポリイミドの基層４ｃの表面にウレタンゴムの弾性層４ｂを形成し、弾性層４ｂの表面をフッ素樹脂コートの離型層４ａで覆って構成される。基層４ｃの厚さ８０μｍ、弾性層４ｂの厚さ３００μｍ、離型層４ａの厚さ３μｍである。

中間転写ベルト４は、回転方向の強度を担う基層４ｃと、基層上に配置されて中間転写ベルト４の表面に柔軟性を付与する弾性層４ｂと、弾性層に配置された硬化層（硬化層４ｄ）とを有する。

硬化層４ｄは、弾性層４ｂの分子密度を高めて組織を硬化処理することにより形成され、硬化層４ｄと弾性層４ｂの境界は組成が連続的である。また、硬化層４ｄは、深さ方向へ連続的に密度が低くなっている。このような中間転写ベルト４は以下の手順で製作されている。

まず、基層４ｃの製造方法は、熱可塑性樹脂によるシームレスベルトの連続成形を用いる。基層４ｃは、押出し又はインフレーション成形により、必要な材料を溶融混練した混合物を厚さ８０μｍのチューブ状に連続的に成形し、適宜、必要な長さの筒状にカットして無端ベルトを製造する。この方法によれば、連続的に成形されるために無端ベルトの製造コストの低減が可能であり、必要な導電性を確保するための比重及び粒径の大きい充填剤を厚み方向に均一に分散することも可能である。

次に、第１の工程では、樹脂材料で無端状に形成された基層の表面でイソシアネート分子とアルコールをウレタン反応させて弾性層を形成する。

具体的には、エチレンブチレンアジペート系ポリエステルポリオールと４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネートより製造したプレポリマーに、１，４−ブタンジオールとトリメチロールプロパンを混合する。さらに、トリエチレンジアミン触媒を含む架橋剤を混合して基層４ｃの表面に塗布し、一様な３００μｍ厚さに保ってウレタン反応させる。特開２００５−１５６６９６号公報に示されるように、回転状態で塗布と反応を行わせることで、平坦な塗布層を形成することができる。

ここで、架橋剤の混合量を増減させれば、ウレタンの弾性率は変化できるので、混合量を制御して所望の弾性率に調整されたポリウレタンの弾性層４ｂが得られる。なお、弾性層４ｂの膜厚は、表面からの圧縮に対して基層４ｃの影響が出ない十分な膜厚であればよく、３００μｍには限定されない。

次に、第２の工程では、出来上がった弾性層のウレタンゴム組織に表面からイソシアネート分子を含浸させる。ポリウレタンからなる弾性層４ｂに硬化層４ｄを形成する処理は、クリーニングブレードに硬化層を設ける方法を転用している。特開２００５−１５６６９６号公報の段落００７１に示されるように、弾性層４ｂのウレタンゴム組織に、最初のウレタン反応に用いたプレポリマーを浸透させる。

具体的には、５０℃〜８０℃のＭＤＩ浴に３０秒から５分間の間に定めた所定時間だけ浸漬することで、３００μｍの弾性層４ｃに種々の深さの硬化層を形成して所望の弾性率（後述する圧縮緩和弾性係数）を設定できる。中間転写ベルト４の外側面のみをＭＤＩ浴（イソシアネート浴）させる方法としては、特開２００４−２９０８５３号公報で提案されているリングコート法を採用した。

最終的な表層の硬さは、ＭＤＩ浴に浸漬している時間に依存しており、時間が長いほど硬化が進み、硬化層の深さは大きくなる。また、ＭＤＩ浴の温度に対して浸透速度が変化することから、浸漬時の温度が高い方が弾性率が高くなる。表面から浸透を行うことで、表面から深くなるほど分子密度が連続的に低下して下層の分子密度になめらかに接続する分布が形成される。浸透前後の重量比較から表面近傍では２０％程度の密度上昇が推定され、浸透前後で体積比５％程度の膨潤が確認された。

次に、第４の工程では、第３の工程に先立たせて、スクレーパーで表面の液体を除去した後に不織布で余分なイソシアネートを拭き取る。余分なイソシアネートは、硬化後に表面突起となって画像品質を低下させたりクリーニングブレードを振動させたりするからである。

次に、第３の工程では、イソシアネート分子を含浸させた前記弾性層を加熱処理して表面層の組織に重合させる。具体的には、１３０℃の窒素雰囲気のオーブンで６０分キュアして製造される。特開２００５−１５６６９６号公報に示されるように、硬化反応は、弾性層４ｂの元々の分子鎖に浸透させた分子の側鎖が形成されて三次元的にからみあう現象である。

次に、硬化処理を行った弾性層４ｂの表面全体にフッ素樹脂の離型層４ａを形成する。離型層４ａとして、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）の層を層厚１０μｍ形成する。

実施例１では、中間転写ベルト４の基層４ｃに使用される材料として熱可塑性ポリイミドを用いたが、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリアリレート等でもかまわない。

実施例１では、中間転写ベルト４の弾性層４ｂにウレタンゴムを用いたが、硬化層を設けることのできる他のエラストマー等を用いても良い。

弾性層４ｂの別の成形方法としては、上記各成分を、一度に混合して金型又は遠心成形円筒金型に注型して成形するワンショット法を採用してもよい。

弾性層４ｂの別の成形方法としては、イソシアネートとポリオールをあらかじめ反応させてプレポリマーとし、その後、架橋剤を混合して金型又は遠心成形円筒金型に注型して成形するプレポリマー法を採用してもよい。

弾性層４ｂの別の成形方法としては、イソシアネートにポリオールを反応させたセミプレポリマーと、架橋剤にポリオールを添加した硬化剤を反応させて金型又は遠心成形円筒金型に注型して成形するセミワンショット法を採用してもよい。

図４の（ｂ）に示すように、実施例２の中間転写ベルト４は、実施例１の中間転写ベルト４と同様に弾性層４ｂの硬化処理を行ったままで、離型層４ａを形成していない。後述するように、この場合も実施例１と同程度に良好なクリーニング性能が確認された。

図４の（ｃ）に示すように、比較例２の中間転写ベルト４は、実施例１、２と同様に基層４ｃ上に弾性層４ｂを形成しているが、その後、弾性層４ｂの硬化処理を行っていない。

これらの中間転写ベルトでクリーニングブレード１９に対する摩擦係数を測定し、画像形成装置１００に実装してクリーニング性能を評価した。

表１に示すように、通常、ウレタンゴムのクリーニングブレードにウレタンゴムの弾性層を直接摺擦させると、大きな摩擦抵抗が発生して、クリーニングブレードのエッジが反転するいわゆるめくれが発生する。しかし、実施例２では、弾性層４ｂに硬化処理を施すことで、クリーニングブレードに対する摩擦係数が大きく低下するため、中間転写ベルト４の安定した走行性能と良好なクリーニング性能を確認できた。

＜圧縮緩和弾性係数＞
一般に、樹脂、ゴムは粘弾性特性をもっており、時間応答の速い荷重では硬く、遅い荷重では柔らかい性質をもっている。本発明では、粘弾性特性の異なる材質を積層することで、時間応答に対する弾性率を変化させている。

図５に示すように、中間転写ベルト４の表面を厚み方向に圧縮変形させた直後から時間経過とともに低下する厚み方向の反力を測定して硬化層４ｄの効果を評価する。図４の（ａ）に示す硬化層４ｄを形成した中間転写ベルト４は、図４の（ｃ）に示す硬化層４ｄの無い比較例２よりも厚み方向の反力が大きく減少する。

ここで、中間転写ベルト４がクリーニングブレード１９を通過するために必要な時間に対応させた圧縮後経過時間で測定した中間転写ベルトの表面の圧縮緩和弾性係数をＥ１とする。また、中間転写ベルト４が転写部（Ｔ２）を通過するために必要な時間に対応させた圧縮後経過時間で測定した中間転写ベルト４の表面の圧縮緩和弾性係数をＥ２とする。このとき、実施例１、２は、Ｅ１／Ｅ２＞５０である。

実施例１では、中間転写ベルト４の弾性層４ｂの厚み方向の変形し易さを評価するために圧縮緩和弾性係数による評価を行っている。特開２００７−２５４５６号公報に示すように、圧縮緩和弾性係数は、圧縮変形後の時間経過とともに変化する反力を測定してみかけ上の弾性係数を演算するもので、材料の粘弾性的な硬さを評価するために用いられる。

圧縮緩和弾性係数は、微小硬さ測定装置フィッシャースコープＨ１００Ｖ（Ｆｉｓｃｈｅｒ社製）を用いて測定した。圧縮緩和弾性係数を測定する方法は、特開２００７−２５４５６号公報に示されている方法を用いる。フィッシャースコープは、対面角１３６°のビッカース四角錘ダイヤモンド圧子を使用した圧子に連続的に荷重をかけ、荷重下での押し込み深さを直読することにより連続的硬さを求める。

図５に示すように、フィッシャースコープによる上記測定法において、圧縮緩和弾性係数を規定する所望の時間（ｔ秒）の１０分の１の時間で押し込みを深さ０．１μｍまで行う。その後、ｔ秒後の荷重から計算される弾性率を圧縮緩和弾性係数Ｅ（ｔ）（単位ＭＰａ）と定義した。

中間転写ベルト４の周速度、すなわちプロセススピードを１００ｍｍ／ｓｅｃとすれば、二次転写部Ｔ２における中間転写ベルト４の通過時間は、二次転写部Ｔ２でのニップ幅が数ｍｍであることから約０．１秒である。このため、圧縮緩和弾性係数Ｅ（０．１）は、二次転写部Ｔ２での中間転写ベルト４の変形し易さとして挙動する。

また、クリーニングブレード１９当接部での中間転写ベルト４の通過時間は、クリーニングブレード１９のニップ幅が一般的に数１００μｍであることから約０．０１秒である。このため、圧縮緩和弾性係数Ｅ（０．０１）は、クリーニングブレード１９当接部での中間転写ベルト４の硬さとして挙動する。

すなわち、クリーニングブレード１９通過時の弾性層４ｂの硬さは、ｔ＝０．０１秒として、圧縮緩和弾性係数Ｅ（０．０１）を評価した。図３の（ｂ）に示すように、クリーニングブレード１９当接部における中間転写ベルト４の回転方向の変形長さは実測１ｍｍであった。プロセススピード１００ｍｍ／ｓｅｃで回転する中間転写ベルト４は、この変形長さ部分を０．０１秒で通過するため、ｔ＝０．０１秒とした。

また、二次転写部Ｔ２通過時の弾性層４ｂの硬さは、ｔ＝０．１秒として圧縮緩和弾性係数Ｅ（０．１）を評価した。図３の（ａ）に示すように、プロセススピード１００ｍｍ／ｓｅｃで回転する中間転写ベルト４は、回転方向のニップ長さが実測１０ｍｍの二次転写部Ｔ２を０．１秒で通過するため、ｔ＝０．１秒とした。

図５に示すように、基層４ｃのみで弾性層４ｂを持たない中間転写ベルトの場合、圧縮緩和弾性係数Ｅは時間経過と無関係にほぼ一定である。

これに対して、基層４ｃ上に弾性層４ｂを形成した比較例２（弾性層４ｂのみ）では、基層４ｃに比較して弾性層４ｂの弾性が低いため、圧縮緩和弾性係数Ｅが比較例１に比較して大きく低下する。

また、比較例２（弾性層４ｂのみ）に離型層４ａを形成した比較例３では、比較例２に離型層４ａの弾性が単純加算された傾向となる。

そして、弾性層４ｂに硬化処理を施した実施例１、２では、弾性層４ｂに硬化層が形成される。このため、比較例２、３に比較して圧縮緩和弾性係数Ｅ（０．０１）が著しく高まって、クリーニングブレード１９通過時の圧縮に対して大きく抵抗してあまり変形しない性質が現れる。一方、比較例２、３に比較して圧縮緩和弾性係数Ｅ（０．１）は同程度であるため、二次転写部Ｔ２通過時の圧縮に対しては、抵抗少なく大きく変形してトナー像及び記録材に密着する性質が現れる。なお、実際には、硬化層４ｄの粘性抵抗によってニップ幅はさらに短くなり、その結果、クリーニングブレード１９に対しては、中間転写ベルト４の表面は圧縮緩和弾性係数Ｅ（０．０１）よりも硬い性質を発揮していると考えられる。

これらの中間転写ベルトを画像形成装置１００に実装してクリーニング性能を評価した結果を表２に示す。具体的には、これらの構成を持つように改造した複写機「商品名：ｉＲＣ３１００（キヤノン社製）」を用いて、５００００枚連続画像形成後の出力画像とクリーニング性能で評価した。

実施例１：基層＋弾性層＋硬化処理＋離型層
実施例２：基層＋弾性層＋硬化処理
比較例１：基層
比較例２：基層＋弾性層
比較例３：基層＋弾性層＋離型層

表２に示すように、比較例１は、基層４ｃのみで弾性層４ｂが無いため、クリーニング性能は良好だが、二次転写部Ｔ２で転写圧力分布が偏って転写不良を引き起したと考えられる。比較例２、比較例３は、弾性層４ｂを設けたために転写性能は改善されたが、硬化処理を施していないため、クリーニング性能が不十分である。実施例１、２は、弾性層４ｂに硬化処理を施しているため、転写性能を損なうことなく、クリーニング性能が改善されている。

実施例１、２は、二次転写部Ｔ２では中間転写ベルト４が柔らかく挙動することで、中間転写ベルト４が弾性層４ｂを持つことによる良好な画像が得られる。そして、クリーニングブレード１９当接部では中間転写ベルト４が硬く挙動することで、良好なクリーニング性能を発揮できる。

＜実験２＞
図６は中間転写ベルトの圧縮緩和弾性係数の適正範囲の説明図である。実験１で、離型層４ａが無くても十分なクリーニング性能が得られることが確認されたので、ここからは離型層４ａを形成しないで（より厳しい条件で）、硬化層４ｄの最適条件を調べた。

弾性層の組成密度及び硬化処理条件を異ならせて、圧縮緩和弾性係数Ｅ（０．０１）及び圧縮緩和弾性係数Ｅ（０．１）の異なる中間転写ベルトを試作してトナー像の転写性能とクリーニング性能を比較した。中間転写ベルト４は、導電性ポリウレタンの弾性層４ｂにイソシアネートによる硬化層４ｄを設けたもので、弾性層４ｂの元々の弾性率、層厚さ、硬化処理条件を変更することで、所望の圧縮緩和弾性係数が得られる。圧縮緩和弾性係数は、画像形成装置１００の実使用温度である２５℃で測定する。

実施例３：中密度弾性層＋浸透２分
実施例４：低密度弾性層＋浸透５分
実施例５：中密度弾性層＋浸透５分
比較例４：低密度弾性層＋浸透１０分
比較例５：低密度弾性層＋浸透２０分
比較例６：低密度弾性層＋浸透１０分
比較例７：低密度弾性層＋浸透５分
比較例８：高密度弾性層＋浸透２分
比較例９：高密度弾性層＋浸透５分
比較例１０：高密度弾性層＋浸透１０分

図６に示すように、表３の実験結果から、０．１秒後の圧縮緩和弾性係数が０．９５ＭＰａより小さければ、転写部位におけるトナー像が押圧により乱されることなく、中抜け画像が発生しない良好な画像を得ることができる。これは、転写部での実効的な面圧は約０．１ＭＰａでありトナー像転写時に変形させるのに必要な弾性率以下の柔らかさであればよいからである。

また、０．１秒後の圧縮緩和弾性係数Ｅ（０．１）が０．１５ＭＰａより大きければ、基層４ｃと弾性層４ｂとの回転方向のずれが生じずに、色ずれ等の生じない良好な画像を得ることができる。これは、中間転写ベルト４が無端ベルトであり、テンションをかけて回転駆動しているときに二次転写部Ｔ２における面圧が約０．０１ＭＰａであることから、それ以上で充分に大きな弾性率であれば良好な回転状態を維持できるからである。

さらに、０．０１秒後の圧縮緩和弾性係数Ｅ（０．０１）が５２ＭＰａより大きければ、クリーニングブレード１９のエッジ１９ａ当接部での中間転写ベルト４の変形が十分い小さくて済む。このため、トナー粒子がクリーニングブレード１９により弾性層４ｂに埋め込まれて通過するクリーニング不良が生じて、中間転写ベルト４にフィルミングが発生することが抑制される。これは、クリーニングブレード１９の一般的な弾性係数（数ＭＰａ）よりも大きいことで、中間転写ベルト４は、あまり変形することなしに表面のトナーを除去されるからである。

また、０．０１秒後の圧縮緩和弾性係数Ｅ（０．０１）が４９０ＭＰａより小さいと、弾性層４ｂと基層４ｃとの弾性率の差が大きいことで生じる回転方向のずれが十分に少なくなる。このため、クリーニングブレード１９当接部の中間転写ベルト４の変形が生じることなく、ビビリ音等が生じることがない。これは、クリーニングブレード１９の一般的な面圧は５０ＭＰａ程度であるが、大変形する中間転写ベルト４の弾性層４ｂの弾性率の１０分の１以上よりも小さいことで、中間転写ベルト４はほとんど変形しなくなるからである。変形量が０．５％程度であるため、クリーニングブレード１９との摺動負荷に対して、中間転写ベルト４の変形が追随して、安定した当接状態を維持できる。

比較例１は、０．０１秒後の圧縮緩和弾性係数Ｅ（０．０１）が４９０ＭＰａを超えているのにもかかわらず、クリーニング性能は良好である。これは、弾性層４ｂを持たない被クリーニング体のため、中間転写ベルト４の厚み方向の変形が無い場合であるからである。一方、良好な転写性能を得るために弾性層４ｂを形成して、中間転写ベルト４が厚み方向に変形し得る場合、圧縮緩和弾性係数Ｅ（０．０１）が４９０ＭＰａを超えると、比較例１０のようにクリーニングブレード１９のビビリ現象が発生する。

＜実験３＞
図７はマスキングを用いたイソシアネート分子の浸透工程の説明図である。

図７に示すように、実験３では、特開２００５−１５６６９６号公報に示されるように、イソシアネート分子の浸透工程でストライプパターンのスリットでマスキングを行って、図４の（ａ）に示す弾性層４ｂを中間転写ベルトの回転方向を横断する方向に延在するストライプパターンを形成するように硬化処理した。

そして、特開２００５−１５６６９６号公報に示されるように、スリットパターンのピッチを異ならせて、弾性層４ｂの硬化層（４ｄ）の引張弾性率の最適範囲を調べた。画像形成装置１００及び中間転写ベルト４の材料、硬化処理等は実験２と同じである。その結果、中間転写ベルト４の硬化層（４ｄ）の進行方向に対する引張弾性率は、５０ＭＰａ〜４５０ＭＰａが望ましいことが判明した。弾性層４ｂの硬化層（４ｄ）を厚さ５０μｍにスライスして測定した引張弾性率をＥ３とするとき、５０ＭＰａ≦Ｅ３≦４５０ＭＰａであることが望ましいことが判明した。

硬化層（４ｄ）の引張弾性率は、微小試料の引張試験が可能な粘弾性測定装置（ＲＳＡ−ＩＩ：レオメトリックス社製）を用いて測定した。中間転写ベルト４の硬化層（４ｄ）のみを幅０．５ｍｍ、長さ３ｍｍ、厚さ５０μｍに切り取って、粘弾性測定装置により５％伸張時の弾性率を測定した。中間転写ベルト４は、ポリイミドの無端ベルト材を基層４ｃとし、導電性ポリウレタンゴムを弾性層４ｂとしたものである。

中間転写ベルト４の材質に対する圧縮緩和弾性係数と表層の引張弾性率を表４に示す。圧縮緩和弾性係数と引張弾性率は、画像形成装置１００の実使用温度である２５℃で測定する。

実施例２Ｓ：実施例２＋ピッチ２ｍｍ隙間０．５ｍｍパターンによるマスキング浸透
実施例４Ｓ：実施例４＋ピッチ２ｍｍ隙間１．５ｍｍパターンによるマスキング浸透
比較例２Ｓ：実施例２＋ピッチ２ｍｍ隙間１．５ｍｍパターンによるマスキング浸透
比較例４Ｓ：実施例４＋ピッチ２ｍｍ隙間０．５ｍｍパターンによるマスキング浸透

実施例２Ｓ、比較例２Ｓは、実験２で用いた実施例２の中間転写ベルト４でマスキングを行ってイソシアネート分子を含侵させ、硬化処理を施した。実施例４Ｓ、比較例４Ｓは、実験２で用いた実施例４の中間転写ベルト４でマスキングを行ってイソシアネート分子を含侵させ、硬化処理を施した。中間転写ベルト４の回転方向を横断する方向に延在するストライプパターンを形成するようにマスキングを行って弾性層４ｂの表面に断続的に硬化処理した。

実施例４Ｓ、比較例２Ｓは、進行方向にスリットが配列するピッチが２ｍｍ、隙間が１．５ｍｍのストライプパターンに対応するマスクパターンでマスキングしてイソシアネート分子の含侵を施した。一方、実施例２Ｓ、比較例４Ｓは、進行方向にスリットが配列するピッチが２ｍｍ、隙間が０．５ｍｍのストライプパターンに対応するマスクパターンでマスキングしてイソシアネート分子の含侵を施した。このように構成することで、中間転写ベルト４の圧縮緩和弾性係数をほとんど変えずに、硬化層（４ｄ）の引張弾性率を低下させることができる。

表４に示すように、硬化層（４ｄ）の引張弾性率が５００ＭＰａよりも大きいと、硬化層（４ｄ）が回転方向に伸びにくくなる。このため、クリーニングブレード１９当接部やその他の張架ローラで中間転写ベルト４を巻き付けるときに曲げが生じることで、中間転写ベルト４の表面に波打ちが発生する。中間転写ベルト４の表面に波打ちが発生すると、中間転写ベルト４の走行状態が乱されて色ずれが生じ易くなる。また、波打ちに倣ってクリーニングブレード１９当接部に変形が生じることで、ブレードめくれやクリーニング不良等が生じる。

また、硬化層の引張弾性率が５０ＭＰａよりも小さいと、クリーニングブレード１９によって生じる中間転写ベルト４への摩擦力によって中間転写ベルト４が変形する。特に、中間転写ベルト４の起動時に中間転写ベルト４が変形して、クリーニングブレード１９がめくれる現象が生じる。

これに対して、硬化層（４ｄ）の引張弾性率を５０ＭＰａ〜５００ＭＰａとすることで、クリーニングブレード１９にめくれ等が生じない。かつ、クリーニングブレード１９当接部での中間転写ベルト４のミクロな伸びを低減することで、トナーの潜り込みを防止し、良好なクリーニング性能を得ることができる。

以上説明したように、実施例１〜５によれば、０．１秒後の圧縮緩和弾性係数を０．１５ＭＰａ〜０．９５ＭＰａとし、０．０１秒後の圧縮緩和弾性係数が５２ＭＰａ〜４９０ＭＰａである。このため、柔らかく変形しやすい材質の弾性層４ｂを使用しても、中間転写ベルト４の早い時定数の圧縮に対して硬く、遅い時定数の圧縮に対して柔らかい中間転写ベルト４が得られ、良好なクリーニング性能と転写性能を両立できる。

また、実施例２Ｓ、４Ｓによれば、硬化層のみを幅０．５ｍｍ、長さ３ｍｍ、厚さ５０μｍに切り取って、５％伸張時の弾性率を測定した際の硬化層の引張弾性率を５０ＭＰａ〜４５０ＭＰａとする。

二次転写部Ｔ２では、ほぼ等速に加圧されることから圧縮方向にのみ力が印加されるが、クリーニングブレード１９による変形は、圧縮方向に加えて摩擦力によって中間転写ベルト４の進行方向にも力が印加される。したがって、中間転写ベルト４の硬化層の引張弾性率が大きければ、中間転写ベルト４の弾性層４ｂによる転写性を維持しつつ、クリーニングブレード１９当接部での中間転写ベルト４の変形を抑えることができる。このため、クリーニングブレード１９のめくれやビビリ音発生等を抑えることができる。

１ 感光ドラム、２ コロナ帯電器、３ ドラムクリーニング装置
４ 中間転写ベルト、４ａ 離型層、４ｂ 弾性層、４ｃ 基層
７ 露光装置、８ 現像装置
１０ 二次転写ローラ、１０ａ 芯金、１０ｂ 弾性層
１２ 一次転写ローラ、１７ ベルトクリーニング装置、１８ 定着装置
１９ クリーニングブレード、１９ａ エッジ、Ｔ２ 二次転写部

Claims (9)

1. 中間転写ベルトと、
   前記中間転写ベルト方向に押圧して転写部を形成し、記録材にトナー像を転写する転写ローラと、
   前記転写部を通過した前記中間転写ベルトの表面にクリーニングブレードを当接させて転写残トナーを除去するクリーニング装置と、を備えた画像形成装置において、
   前記中間転写ベルトは、回転方向の強度を担う基層と、前記基層より厚み方向で外側に配置され前記中間転写ベルトに弾性を付与する弾性層と、を有し、前記弾性層は、材料の組成が厚み方向で連続的に変化している硬化層を有し、
   前記硬化層は、前記中間転写ベルトの回転方向を横断する方向に延在するストライプパターンを形成するように、前記弾性層の表面に断続的に形成されることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記硬化層は、前記弾性層を硬化処理することで形成されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記硬化層は、前記硬化処理されていない前記弾性層よりも密度が高く、前記弾性層は厚み方向で外側から内側へ向かって密度が連続的に低くなっていることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記弾性層はウレタンゴムで構成され、前記硬化処理はウレタンゴムにイソシアネート分子を浸透させて行い、
   前記クリーニングブレードは、ウレタンゴムで構成され、
   前記弾性層の表層を厚さ５０μｍにスライスして測定した引張弾性率をＥ３とするとき、
   ５０ＭＰａ≦Ｅ３≦４５０ＭＰａ
   であることを特徴とする請求項２又は３に記載の画像形成装置。
5. 前記中間転写ベルトの表面を厚み方向に圧縮変形させた直後から時間経過とともに低下する厚み方向の反力を、前記中間転写ベルトがクリーニングブレードを通過するために必要な時間に対応させた圧縮後経過時間で測定して求めた圧縮緩和弾性係数をＥ１とし、前記反力を前記中間転写ベルトが前記転写部を通過するために必要な時間に対応させた圧縮後経過時間で測定して求めた圧縮緩和弾性係数をＥ２とするとき、
   Ｅ１／Ｅ２＞５０
   であることを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
6. ５２ＭＰａ≦Ｅ１≦４９０ＭＰａ、かつ、０．１５ＭＰａ≦Ｅ２≦０．９５ＭＰａ
   であることを特徴とする請求項５記載の画像形成装置。
7. 前記弾性層の表面は、フッ素樹脂をコートされていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
8. 樹脂材料で無端状に形成された基層の表面でイソシアネート分子とアルコールをウレタン反応させて弾性層を形成する第１の工程と、
   ストライプパターンのスリットでマスキングを行ってイソシアネート分子の浸透工程を行うことにより、前記弾性層の組織に表面からイソシアネート分子を含浸させる第２の工程と、
   イソシアネート分子を含浸させた前記弾性層を加熱処理して表面層の組織に重合させる第３の工程と、を有することを特徴とする中間転写ベルトの製造方法。
9. 前記第３の工程に先立たせて前記弾性層の表面に付着したイソシアネート分子を除去する第４の工程を有することを特徴とする請求項８に記載の中間転写ベルトの製造方法。

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