(57)【要約】【課題】微視的電気特性の測定に基づいて、濃度ムラや白抜けを発生しない画像形成装置用の転写ベルトを提供する。【解決手段】サンプルシート１を置いた電極２に外部から電圧を印加することによってサンプルシート１とアースに短絡された透明電極３との間に発生する放電光を観察する放電ムラ観察装置により、サンプルシート１の絶縁破壊電界に満たない垂直電界を印加したときの放電ムラを観察する。５ｍｍ2以上の大きさの局所的放電領域が存在しない放電ムラの小さいものであれば、濃度ムラや白抜けを発生しない良好な転写ベルトと判定できる。【選択図】図１
2006201391.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースとなる樹脂中に導電性物質が分散されてなる画像形成装置用の転写ベルトにおいて、絶縁破壊電界に満たない垂直電界の印加下で表面に所定面積以上の局所的放電領域が発生しないように、前記導電性物質が分散されていることを特徴とする転写ベルト。
【請求項２】
前記所定面積が５ｍｍ2であることを特徴とする請求項１記載の転写ベルト。
【請求項３】
表面側の放電ムラが裏面側よりも小さくなるように前記導電性物質が分散された単層からなることを特徴とする請求項１又は２記載の転写ベルト。
【請求項４】
表面側の抵抗ムラが裏面側よりも小さくなるように前記導電性物質が分散されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の転写ベルト。
【請求項５】
前記ベースとなる樹脂の体積抵抗率が１０14Ωｃｍ以上であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の転写ベルト。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の転写ベルトが搭載されていることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式の画像形成装置に用いられる転写ベルトに関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機やプリンタ等における画像形成プロセスでは、感光体上に現像されたトナー画像は、感光体と転写ベルト（中間転写ベルトを含む）との間に形成される転写電界によって転写ベルトや用紙に転写されるため、転写ベルトの製造時や画像形成装置に搭載する際において、これらの電気特性を把握することは非常に重要である。
【０００３】
これらのベルトの電気特性は、JIS K 6911法に基づいて測定される表面抵抗率や体積抵抗率を用いて評価されるのが最も一般的である。表面抵抗率は図７に示すように、試料Ｓの表面に電極（プローブ）を押し当て、表面を流れる電流を検出して算出され、体積抵抗率は図８に示すように試料Ｓ上下の電極間に流れる電流を測定して求められる。
【０００４】
また、別の表面抵抗測定方法としては、３個の接触端子を被測定部材に当接してその内の２個の端子を電気的に接続し、他の１個の端子との間の抵抗を並列の合成抵抗として測定することによって表面抵抗率を得る方法なども提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
一方、転写ベルトの表面抵抗率や体積抵抗率と転写画像との間に相関があることが経験的に知られており、これらの値を積極的に制御したベルト部材が多く提案されている（例えば、特許文献２、３参照。）。特許文献２では、中抵抗のゴムから成る内層と誘電層、および誘電層よりも固有抵抗率が低い材質の表層の３層で転写ベルトを構成し、用紙の搬送性と分離性を両立すると同時に安定して良好な画像を得ることを実現している。また、特許文献３では、導電性の異なる複数種類のカーボンを樹脂に対して膜厚方向に偏在するように分散し、ベルト表面の抵抗を裏面よりも高くすることによって、画像ムラを防止する中間転写ベルトの製造方法が提案されている。
【特許文献１】実開平３−６３８６６号公報
【特許文献２】特開平７−２９５３９１号公報
【特許文献３】特開平１１−１０９７６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、表面抵抗率や体積抵抗率はミリメートルオーダーの電極を用いて評価されるものであり、マクロな電気特性を示すため、表面抵抗率や体積抵抗率の測定値だけではベルトの電気特性を完全には把握できないという問題がある。例えば、表面抵抗率や体積抵抗率の値が同等のベルトを用いて、同じ条件で感光体上のトナーを転写しても、ハーフトーン画像などで発生する濃度ムラや画像が所々白く抜ける現象（以下、白抜けと記す。）の傾向が異なるため、結局のところ、画像形成装置の開発段階においては、多くのベルトサンプルについて様々な条件下でトナー画像の転写実験を行い、出力画像を見て好ましいベルトを抽出するといった作業が発生していた。このような実情から、より微視的な電気特性の評価手法の確立が望まれると同時に、そこで得られる知見に基づいて、濃度ムラや白抜けを発生しない良好な転写ベルトが開発されることが要望されていた。
【０００７】
本発明は、これらの状況に鑑みてなされたものであり、転写ベルトの微視的電気特性の測定で得られた知見に基づき開発される、濃度ムラや白抜けを発生しない転写ベルトを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、ベースとなる樹脂中に導電性物質が分散されてなる画像形成装置用の転写ベルトにおいて、絶縁破壊電界に満たない垂直電界の印加下で表面に所定面積以上の局所的放電領域が発生しないように、導電性物質が分散されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の転写ベルトにおいて、所定面積が５ｍｍ2であることを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１又は２の転写ベルトにおいて、表面側の放電ムラが裏面側よりも小さくなるように導電性物質が分散された単層からなることを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１〜３の転写ベルトにおいて、表面側の抵抗ムラが裏面側よりも小さくなるように前記導電性物質が分散されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項１〜４の転写ベルトにおいて、ベースとなる樹脂の体積抵抗率が１０14Ωｃｍ以上であることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項６の発明は、電子写真方式の画像形成装置において、請求項１〜５のいずれかの転写ベルトが搭載されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１〜５の発明によれば、絶縁破壊電界に満たない垂直電界の印加下で表面に所定面積以上の放電領域が局所的に発生することのないように導電性物質を分散させて作製することにより、出力画像上の濃度ムラや白抜けが発生しない転写ベルトを得ることができる。
【００１５】
また、請求項５の発明によれば、ベースとなる樹脂に高抵抗材料を使用することによって、湿度などの環境に影響されることが少ない転写ベルトを得ることができる。
【００１６】
さらに、請求項６の発明によれば、請求項１〜５の転写ベルトを搭載することによって、出力画像上の濃度ムラや白抜けが発生しない画像形成装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面に基づいて本発明を実施するための最良の形態を説明する。
本発明は、転写ベルトの放電ムラを観察することで、その転写ベルトを画像形成装置に適用したときに出力画像上に濃度ムラや白抜けを発生するか否かを判定できることを見出してなされたもので、本発明にかかる転写ベルトの品質判定に用いる放電ムラ観察装置の一形態を図１に示す。
【００１８】
図１において、放電ムラ観察装置は、観察対象である転写ベルトなどから切り出したサンプルシート１を電極２の上に置き、電極２に外部から電圧を印加することによってサンプルシート１とアースに短絡されたＩＴＯ（Indium-Tin-Oxide）等の透明電極３との間に発生する放電光を、ミラー４を介してイメージインテンシファイア５に導入し、増倍された放電画像を、ＣＣＤを内蔵するビデオカメラ６などで取り込む構成となっている。なお、透明電極３は固定台７に、電極２はステージ８にそれぞれ取り付けられている。
【００１９】
本装置では、微小な発光を捕らえることを目的として、イメージインテンシファイア５（浜松フォトニクス(株)社製V1366P）を２つ直列に並べており、それぞれのイメージインテンシファイアの入口側に像を結像するためにレンズ９（PENTAX社製、smc
PENTAX-A DENTAL MACRO 1:4 100mm）とレンズ１０（PENTAX社製、smc PENTAX-FA 1:2.8 50mm MACRO）が配設されている。サンプルシート１と透明電極３との距離は、ステッピングモーター１１を用いてステージ８を動かすことにより、１μｍのオーダーで制御され、ステッピングモーター１１はステッピングモーターコントローラ１２（駿河精機（株）製ステッピングモーターコントローラD70）を介して、パソコン１３で制御される。なお、電極２に印加されるバイアスについても、アンプ１４（トレック社製、MODEL677A）を介してパソコン１３で制御される。
【００２０】
本装置では、最大ルミナンスゲインが６×１０4  [ft-L/ft-c]のイメージインテンシファイアを直列に配置し、計算上３×１０9を超えるルミナンスゲインを得ることで、サンプルシート上の微細な放電ムラをも可視化することに成功した。当然のことながら、これと同等かそれ以上の性能を有するものであれば、どのようなイメージインテンシファイアを使用することも可能であり、また、大まかな放電ムラを観察する場合に関しては、より低いルミナンスゲインの物を使用することも可能である。このような場合は、イメージインテンシファイアを複数個配置することなく、１つだけで観察することも可能であるが、少なくとも１×１０4  [ft-L/ft-c]以上のルミナンスゲインを有するイメージインテンシファイアを使用することが望ましい。
【００２１】
透明電極３としては例えばＩＴＯ電極が挙げられるが、透明性を有する電極であればこれに限るものではなく、例えばガラスやブラスチックなどの透明材料上に金、白金、アルミ、銀などの金属やカーボンなどをナノメートルオーダで蒸着したものを使用することも可能である。
【００２２】
また、サンプルシート１は、例えば導電性両面テープで電極２に固定されるが、その外銀ペーストなどを用いて固定することも可能であり、サンプルシート１と電極２の密着性が十分な場合は、必ずしも固定する必要はない。
【００２３】
図２は、上記放電ムラ観察装置を用いて観察した転写ベルトサンプルＡ、Ｂ、Ｃの放電状態を示す模式図である。ここでは、サンプルＡ、Ｂは導電性物質としてカーボンが分散されたポリイミドベルトを、サンプルＣはイオン導電性のＰＶＤＦ（ポリビニリデンジフルオライド）ベルトを用い、各サンプルシートとＩＴＯ電極の距離を２０μｍ一定とし、印加バイアスを変化させて観察を行っている。図２に示すように、本放電ムラ観察装置を用いることによって、サンプルＡ、Ｂの放電ムラや、その発生傾向の電界依存性の違いを明確に確認できることがわかる。なお、サンプルＣは、均一放電状態を示している。
【００２４】
なお、サンプルシート内に抵抗が高い領域があったり、また、シートの裏面層に抵抗が高い層があったりして、直流バイアスでは継続的な放電が発生しないものに対しては、電極２に振幅の大きいＡＣバイアスを重畳して連続的に放電を発生させることによって、放電ムラの傾向を見ることが可能になる。したがって、放電ムラ観察時にＡＣバイアスを使用することは非常に有効である。放電ムラの観察時は、直流バイアス成分のオフセット値や、交流成分の振幅、周波数などについて、様々な条件で測定することが望ましい。
【００２５】
次に、遠心成形法を用いて作製したいくつかのカーボン分散タイプのポリイミドベルトについて、上記の放電ムラ観察方法に基づいてベルトの放電ムラを観察し、これを電子写真方式の画像形成装置（（株）リコー製、imagio Color 5100）の中間転写ベルトとして使用した際に、出力画像上に濃度ムラや白抜けが起きるか否かを調査した結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】
2006201391.tif 000003
【００２７】
表１において、サンプル１〜３は、遠心成形法で作製されたカーボン分散タイプのポリイミドベルト、サンプル４はベースとなる樹脂にポリアミドイミドを用いたポリアミドベルト、サンプル５はイオン導電性のＰＶＤＦベルトである。
【００２８】
遠心成形法でカーボン分散タイプのポリイミドベルトを作製する場合は、まず、ポリイミド樹脂の前駆体であるポリアミド酸のＮ−メチルピロリドン（以下、ＮＭＰと記す。）溶液と、ＮＭＰ中に導電性物質であるカーボンを分散したカーボン分散溶液とを遠心成形型に流し込み、次に遠心成形型の回転力によってカーボンを分散させながら溶媒を蒸発させてベルト状に成形し、最後に加熱してイミド閉環を行って、最終的なポリイミドベルトとするのが一般的である。
【００２９】
このような遠心成形法では、ベルト内のカーボンの分散状態は遠心成形型の回転速度や時間で変化するため、回転速度を上げ過ぎたり成形時間を長くとり過ぎたりすると、カーボンがベルトの表面に偏在してしまい、抵抗ムラが発生してしまう。このようなカーボンなどの導電性物質の偏在による抵抗ムラ状態を評価する手法はこれまで提案されていなかった。本発明で観察する放電ムラは、ベルト表面のカーボンの分散ムラを捕らえていると考えられ、すなわち抵抗ムラを評価していることになる。したがって、図２に示すような放電ムラを観察することによって、抵抗ムラの少ない品質良好なベルトを選別して画像形成装置に搭載することが可能となり、画像の濃度ムラや白抜けを発生させることのない画像形成装置を実現することができる。
【００３０】
例えば、ベルトの絶縁破壊電界未満の電界にて図２のＡ、Ｂに示すような孤立する島状の放電領域が同時に複数観察されるベルトの場合、転写ベルトとして画像形成装置に搭載すると、転写時に転写ニップ部前後で不均一な放電が発生するため、表１のサンプル３とサンプル４のように出力画像上に濃度ムラや白抜けが発生する。一方、表１のサンプル１とサンプル５のように、図２のＣに示すような均一放電が観察されるベルトは、転写ベルトとして画像形成装置に搭載した場合、濃度ムラや白抜けの発生は見られない。
【００３１】
また、表１のサンプル２のように、島状の放電領域が存在しても、その大きさの最大値が５ｍｍ2未満で、それらがシートの全域に存在するような場合には、出力画像上の濃度ムラや白抜けの発生は確認されない。よって、観察される島状放電領域の大きさの平均値としては、３ｍｍ2以下に設定されることが望ましい。
【００３２】
また、放電ムラの画像への影響度合いは、ベルトの裏面よりも表面の方が強いため、絶縁材料にカーボンなどの導電性物質を分散している単層ベルトについては、表面の放電ムラを抑えることによって、良好な転写が可能となる。導電性物質としては、ケッチエンブラック、アセチレンブラック等のカーボンブラック以外に、アルミニウムやニッケル等の金属や、種々の金属酸化物、チタン酸カリウムなども用いることができる。
【００３３】
ベースとなる樹脂としては、ポリイミドの他にポリアミドイミドや、ポリカーボネートなど、少なくとも１０14Ωｃｍ以上の体積抵抗率を有するものが用いられる。ＰＶＤＦなどの樹脂そのものが導電性を有する材料（＜１０14Ωｃｍ）では、湿度などの環境に対する抵抗や形状の変動が大きいため、画像形成装置用の転写ベルトとしては適さない場合があり、本実施例に示されるように、ベース樹脂として絶縁性の高い材料を選択し、且つ、導電性物質の分散性を制御することによって、はじめて、環境変動に強く、良好な画像形成が可能な、半導電性の転写ベルトを提供することができる。
【００３４】
ところで、平行平板間の空気ギャップに均一電界が働く状況では、空気ギャップ間の電位差が放電限界を超えると放電が発生するのだが、このような放電が一定の抵抗を有するサンプルシートと電極との間で発生する場合においては、単位時間当たりに発生する放電の発生量は抵抗に依存して変化し、抵抗が高い材料ほど少なくなる。すなわち、予め一定の電界で発生する放電光の光強度と抵抗の関係がわかっていれば、観察される放電光の強度からサンプルシートの抵抗を求めることが可能になる。図３に放電ムラ観察装置を用いて撮影される放電光観察像から、サンプルシートの抵抗を求める方法の原理を示す。
【００３５】
したがって、図１に示すような放電ムラ観察装置は、ビデオカメラ６で撮影された画像データをパソコン１３に取り込むことによって、抵抗測定装置としての機能も有することができる。
【００３６】
図４は抵抗測定装置としての動作を示すフロー図で、本装置では、Ｓ１のステップでユーザからパソコンのキーボードを介して入力されたサンプルシートの厚さや、ＩＴＯ電極との距離、印加バイアスなどの情報に基づいて、サンプルシートとＩＴＯ電極との距離を調整後（Ｓ２）、サンプルシート下の電極に電圧を印加し、放電を発生させる（Ｓ３）。ＣＣＤによって撮影された放電画像データはパソコンへ転送後（Ｓ４、Ｓ５）、画像処理によってグレースケール化され、明度情報に変換される（Ｓ６）。得られた明度の値と、予め用意された抵抗−明度曲線から、サンプルシートの抵抗が算出される（Ｓ７）。
【００３７】
ただし、この抵抗測定の手法では、実際に発生している放電光の光強度と撮影された画像の明度とが比例する必要があるため、イメージインテンシファイアのルミナンスゲインは一定でなければならない。そのため、イメージインテンシファイアが自動的にルミナンスゲインを調整するような条件では、本手法は使うことはできないので注意が必要である。
【００３８】
なお、本発明にかかる放電ムラ観察装置は、図１に示す構成に限られるものではなく、図５や図６に示すような構成なども使用することが可能である。図５の構成では、ミラーを配設せず、レンズ１０９やイメージインテンシファイア１０５、ＣＣＤ１０６などをサンプルシート１０１に対して垂直に置くことによって、省スペースが図られている。なお、図５において、符号１０２は電極、１０３は透明電極、１０７は固定台、１０８はステージ、１１１はステッピングモーターを示す。
【００３９】
また図６の構成では、無端ベルトからサンプルシートを切り出すことなく、放電ムラが観察できるように、無端ベルト２０１を保持する為のローラが配設されている。ローラを駆動することによって、観察位置を変えることが可能である。無端ベルト２０１と透明電極２０３との距離は、透明電極２０３の位置をステッピングモーター２１１で動かすことによって調整される。なお、図６において、符号２０２は電極、２０５はイメージインテンシファイア、２０６はＣＣＤ、２０９はレンズを示す。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】放電ムラ観察装置の一形態を示す図である。
【図２】サンプルＡ、Ｂ、Ｃの放電状態を示す模式図である。
【図３】放電ムラ観察装置によるサンプルシートの抵抗を求める方法を説明する図である。
【図４】抵抗測定装置としての動作を示すフロー図である。
【図５】放電ムラ観察装置の他の形態を示す図である。
【図６】放電ムラ観察装置のさらに他の形態を示す図である。
【図７】JIS K 6911法に基づく表面抵抗率測定装置を示す図である。
【図８】JIS K 6911法に基づく体積抵抗率測定装置を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１，１０１‥‥サンプルシート
２，１０２，２０２‥‥電極
３，１０３，２０３‥‥透明電極（ＩＴＯ電極）
４‥‥ミラー
５‥‥イメージインテンシファイア
６，１０６，２０６‥‥ビデオカメラ（ＣＣＤ）
７，１０７‥‥固定台
８，１０８‥‥ステージ
９，１０，１０９，２０９‥‥レンズ
１１，１１１，２１１‥‥ステッピングモーター
【図１】
2006201391.tif 000004
【図２】
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【図３】
2006201391.tif 000006
【図４】
2006201391.tif 000007
【図５】
2006201391.tif 000008
【図６】
2006201391.tif 000009
【図７】
2006201391.tif 000010
【図８】
2006201391.tif 000011