(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリイミドを主成分とし、厚さ１０μｍ以上５０μｍ以下とした基体と、
上記基体の表面に、スパッタリングあるいはイオンプレーティングにより成膜積層され、チタン又はパラジウムを主成分とし、厚さ１５ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とした中間層と、
上記中間層の表面に、スパッタリング、イオンプレーティング、蒸着またはメッキによって成膜積層され、厚さ０．５μｍ以上２０μｍ以下とした金属層と、
上記金属層の表面に積層され、耐熱性フッ素樹脂を主成分とする被覆層と
を備えている薄膜ベルト。
【請求項２】
上記金属層は銅からなり、また、上記被覆層の厚さは０．５μｍ以上５０μｍ以下とし、全体の厚さを１５μｍ以上１００μｍ以下としている請求項１に記載の薄膜ベルト。
【請求項３】
上記薄膜ベルトは、複写機、プリンタあるいはファクシミリを含む画像形成装置内において、液状トナーを一旦担持させ、これを転写及び／あるいは定着させる中間転写ベルトを構成している請求項１または請求項２に記載の薄膜ベルト。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜ベルトに関し、特に、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に用いられる中間転写ベルトとして用いられるものである。
【０００２】
【従来の技術】
中間転写ベルトが用いられた画像形成装置で画像が形成される場合、まず感光ドラム上に静電潜像が形成される。次いで、感光ドラム上にトナーが供給され、トナー像が形成される。このトナー像は感光ドラムから中間転写ベルトの外周面に一旦転写され、さらにこの中間転写ベルトから紙等の被印刷体に転写されて定着される。従来の中間転写ベルトはゴム又は合成樹脂を主体とし、トナー像の転写機構上、その体積固有抵抗値が１０６Ω・ｃｍから１０１２Ω・ｃｍ程度の導電性を付与されている。
【０００３】
高画質達成に有利な液状トナーには大量の有機溶剤が用いられているため人体への悪影響が問題となるが、特開平１１―１６７２９５号公報には、有機溶剤の使用量が少なく人体への悪影響が抑制されるという優れた液状トナーが用いられる転写ドラム式の画像形成装置が開示されている。
【０００４】
しかしながら、液状トナーが用いられる場合、中間転写ベルト上で加熱されることとなるため、中間転写ベルトは耐熱性を備えていることが必要となるが、上記従来例では加熱される事を前提とした設計がなされておらず、耐熱性の点で問題がある。
【０００５】
上記問題に対して、本出願人は先に特願平１１−２３７８６３号において、融点が２８０℃以上であるポリイミドを主成分とする樹脂製基体の表面に銅からなる薄膜金属層を積層し、該金属層の表面に被覆層を備えた中間転写ベルトを提案している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記した液状トナーを用いる場合に使用する中間転写ベルトでは、ベルトの基材となる樹脂が耐熱性を有することは勿論必要であるが、さらに、加熱冷却が繰り返されることを考慮すると、このベルトが薄いほど熱容量が少なく、加熱に要するエネルギーが少なくてすみ、かつ、トナーの溶融転写後には速やかに常温にもどり、次のトナー像の転写に備えることができるので、画像形成の高速化及び省力化が可能となる。
【０００７】
しかしながら、 厚さが５０μｍ以下のポリイミド層に、直接、厚さ０．５μｍ〜１０μｍの銅を積層した場合、銅からなる金属層の表面に被覆層を積層しても、時間の経過に従って、金属層の方に引張力が生じ、金属層側にカールするような反りが発生してしまうことが認められた。
また、ポリイミド層に、０．１ｎｍ〜数ｎｍの極薄膜のターゲットアンカー層を介して金属層を積層した場合、金属層とポリイミド層との密着性を向上させる作用を有するものの、反りの発生を抑止するには薄すぎることも判明した。また、表面の被覆層をも、反りの抑止には機能しないことが判明した。
【０００８】
上記反りの発生の状況は、金属層の成膜直後に反りが発生する場合もあるが、直後に発生しない場合でも、成膜後、室温放置で数日後から顕著になり、１ヶ月後には、ベルトとして使用に耐えなくなる程度に反りが発生している場合もある。  この反り発生のメカニズムとしては、ポリイミドと銅の熱膨張係数の違いや、ポリイミド中への銅の拡散によるのではないかと推測できるが、特定はできていない。
【０００９】
本発明は上記した問題に鑑みてなされたものであり、反り発生の防止能力に優れる薄膜ベルトを提供することを課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、本発明は、ポリイミドを主成分とし、厚さ１０μｍ以上５０μｍ以下とした基体と、
上記基体の表面に、スパッタリングあるいはイオンプレーティングにより成膜積層され、チタン又はパラジウムを主成分とし、厚さ１５ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とした中間層と、
上記中間層の表面に、スパッタリング、イオンプレーティング、蒸着またはメッキによって成膜積層され、厚さ０．５μｍ以上２０μｍ以下とした金属層と、
上記金属層の表面に積層され、耐熱性フッ素樹脂を主成分とする被覆層と
を備えている薄膜ベルトを提供している。
【００１１】
上記のように、本発明の薄膜ベルトでは耐熱性を有するポリイミドからなる基体と金属層との間に、チタンまたはパラジウムを主成分とする厚さ１５ｎｍ以上１０００ｎｍの中間層を反り防止層として設けていることを特徴としている。
この反り防止用の中間層の厚さを１５ｎｍ以上１０００ｎｍ以下に設定しているのは、１５ｎｍ未満であると、実験結果より反り防止効果が得らないことが認められたことによる。また、１０００ｎｍを越えると、この中間層の成膜時間が長くなるためコスト的に不利であり、１０００ｎｍ以下としても反り防止機能を有していることに因る。
【００１２】
この反り防止用の中間層は、純チタンまたは純パラジウムの他、純チタンまたは純パラジウムを主成分とする合金、チタンまたはパラジウムを主成分とする化合物でも良く、チタンあるいはパラジウムを用いる理由は、ポリイミドの表面にスパッタリングやイオンプレーティングで成膜できることに因る。また、チタン成膜前に、ポリイミド表面をプラズマ処理のような表面処理を行ってもよい。
なお、上記中間層としては、チタンあるいはパラジウムが好適に用いられるが、タンタル（Ｔａ）、バナジウム（Ｖ）、コバルト（Ｃｏ）等を用いてもよい。
上記のように反り防止用の中間層は、ポリイミドからなる基体へスパッタリング又はイオンプレーティングによって成膜積層しているが、これらの方法により積層すると、中間層の基体への密着性を非常に優れたものとすることができる。
【００１３】
上記被覆層の厚さは０．５μｍ以上５０μｍ以下とし、全体の厚さを１５μｍ以上１００μｍ以下としている。
【００１４】
上記薄膜ベルトは、複写機、プリンタあるいはファクシミリを含む画像形成装置内において、液状トナーを一旦担持させ、これを転写及び／あるいは定着させる中間転写ベルトとして好適に用いられるものである。
【００１５】
上記薄膜ベルトの基体は融点が２８０℃以上であるポリイミドを主成分としているので、耐熱性があり、液状トナーが使用される画像形成装置において、中間転写ベルトとして用いられた場合、液状トナー加熱時の熱にも耐えることができる。また、この薄膜ベルトは銅からなる金属層を備えているので、所要の導電性があり、この薄膜ベルトが中間転写ベルトとして使用した場合、静電吸着性に優れ、感光ドラムから液状トナーを吸着しやすい。さらに、被覆層を備えているので、トナー粒子の被印刷体への転写が円滑に行われる。
【００１６】
上記ポリイミドには必要に応じ、種々の添加剤（カーボンブラックや金属粉末などの導電性付与剤、ガラス繊維や合成樹脂繊維などの補強剤など）が配合されても良い。
【００１７】
上記のように、基体の厚みは１０μｍ以上５０μｍ以下としている。この理由は、１０μｍ未満であると薄膜ベルトの耐久性が損なわれる恐れがあるためであり、５０μｍを越えると基体の成形に時間とコストがよりかかるためである。
さらに、薄膜ベルトが中間転写ベルトである場合、上記範囲より薄い場合には中間転写ベルトの強度が不足し、また、被覆層の成形が困難となるためであり、逆に、厚みが上記範囲を超えると、剛性が高すぎて基体に亀裂が発生しやすく、さらに、ベルトの加熱容量が多くなり、加熱する際に大きな熱量を必要とし、本発明のベルトを付設する装置の省力化が図れない。さらに、液状トナーが用いられて加熱冷却のされる時、熱しにくく、冷めにくいものとなる。
【００１８】
本発明の基体のベルトは、遠心成形法などにより成形される無端ベルトであっても良いし、フィルム成形されたものを公知の方法により貼りつけ、無端ベルト化してもよい。但し、加熱耐久性の点から貼り付けで無端ベルトとするよりは、遠心成形法で無端ベルトとして成形した方が好ましい。
【００１９】
この反り防止用の中間層の表面にスパッタリング、イオンプレーティング、蒸着、電着メッキにより成膜積層される金属層は、銅で形成していることが好ましい。銅は磁性を持たないので、中間転写ベルトの静電吸着性を高めることができる。ここで、銅とは、純銅の他、純銅を主成分とする銅合金も含まれる。なお、銅と同様に磁性を持たないアルミニウムによって、金属層を構成してもよい。
【００２０】
金属層の厚みは０．５μｍ以上２０μｍ以下としているが、その理由は、厚みが上記範囲未満であると、液状トナーが中間転写ベルトに均一に保持されなくなってしまうことがある。逆に、厚みが上記範囲を超えると、金属層の剛性が高すぎて亀裂が発生したり、金属層が基体から剥離を起こす恐れがあることに因る。なお、金属層の厚さは、１μｍ以上１０μｍ以下が特に好ましい。
【００２１】
上記銅からなる金属層は、空気にさらされると、すぐに酸化してしまうことがあるので、スパッタリングやイオンプレーティング法により成膜する場合、連続工程で、酸化防止層を銅上に成膜してもよい。例えば、イオンプレーティング法により銅成膜する際には、銅層を空気中にさらすことなく、連続的にＳｉＯ２などを銅上に成膜することもできる。
【００２２】
被覆層は上記のように耐熱性フッ素樹脂から構成している。好適な耐熱性フッ素樹脂としては、フッ化ビニリデン系樹脂、テトラフルオロエチレン系樹脂、トリフルオロエチレン系樹脂等が挙げられ、これらは単独で用いられてもよく、また、２種以上が併用されてもよい。
これらの樹脂はトナー粒子の離脱性に優れるので、被印刷体へのトナー粒子の転写が円滑となる。さらに、これらの樹脂には誘電層としての機能を併せ持たせることも可能である。
【００２３】
上記耐熱性フッ素樹脂の融点は、液状トナーの加熱温度（通常１５０℃から２００℃）よりも高く、よって、加熱時に被覆層が溶融、変形することはない。また、これらの耐熱性フッ素樹脂の融点は、基体を構成するポリイミドを主成分とする樹脂の融点よりも低く、これによって被覆層焼成時の基体の溶融、変形等が防止される。通常、被覆層の焼成は、２６０℃程度でなされる。
なお、フッ化ビニリデン系樹脂は、主モノマーとしてのフッ化ビニリデンと他のモノマーとの共重合体である。好適なフッ化ビニリデン系樹脂としては、２６０℃で有効に被覆層が焼成・製膜されるという理由より、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体が挙げられる。
【００２４】
被覆層の厚みは０．５μｍ以上５０μｍ以下が好ましい。その理由は、０．５μｍ未満であると、使用中に被覆層が摩滅してトナー粒子の離脱性が劣ってしまうことがあり、５０μｍを越えると、被覆層の形成に時間と手間とがかかり、中間転写ベルトの材料コストが高くなることによる。該皮膜層の厚さは３μｍ以上３０μｍ以下が特に好ましい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の薄膜ベルトからなる中間転写ベルト１を示し、該中間転写ベルト１の全体形状は、無端状の円環形状である。この中間転写ベルト１は可撓性に富んでいて自重等で自在に変形し得るので、種々の形状となり得る。図１では、２つの軸間に張設された場合が想定された全体形状（すなわち、進行方向における断面が略長円形状）で示している。
【００２６】
この中間転写ベルトは、図２に示すように、基体３、反り防止用の中間層４、金属層５及び被覆層６の積層体からなる。この中間転写ベルト１の外周面８は、液状トナーが付着する面である。また、内周面１１は、回転中に駆動軸、従動軸等と直接接触する面である。
【００２７】
基体３は、融点が２８０℃以上のポリイミドを主成分とする樹脂から構成している。通常、トナー粒子に用いられるバインダー樹脂の融点は１５０℃から２００℃程度であり、中間転写ベルト１上の液状トナーはこのバインダー樹脂の融点よりも若干高めの温度まで加熱される。この際、基体３の融点が２８０℃以上であるので、基体３が溶融したり変形することはない。また、後述するように、中間層４および金属層５が成膜形成される場合及び被覆層７が焼成される場合（焼成温度は通常２６０℃程度）でも、基体３が溶融、変形することはない。
【００２８】
基体３の厚みは１０μｍ以上５０μｍ以下とされ、基体３の体積固有抵抗の常用対数値は、６以上１０以下（すなわち半導電領域）である。基体３にカーボンブラック、金属粉末等の導電性フィラーを配合することにより、常用対数値を上記範囲内としている。
【００２９】
上記基体３の表面に直接チタンまたはパラジウムからなる中間層４をスパッタリングあるいはイオンプレーティングで成膜している。この中間層４の形成前に、基体３の表面処理、例えばプラズマ処理を行ってもよい。
【００３０】
金属層５を中間層４の表面にスパッタリング、イオンプレーティング、真空蒸着、電着メッキの方法により直接成膜形成し、中間層４と強固に密着している。
金属製の膜を接着剤で中間層４に接合した場合は、液状トナー加熱時に接着剤が溶融するおそれがあるが、上記方法により金属層５を直接形成すると、このような事態が避けられる。
【００３１】
被覆層６は、耐熱性フッ素樹脂から構成されている。この被覆層６の体積固有抵抗の常用対数値を１１以上１４以下としている。これによって、被覆層６が誘電層として機能し、液状トナーの吸着がなされる。また、被覆層６によってトナー粒子の離脱性が高まり、被印刷体へのトナー粒子の転写が円滑となる。
【００３２】
被覆層６が形成された後の中間転写ベルト１の表面粗さＲｚは、４μｍ以下が好ましい。粗さが４μｍを超えると、中間転写ベルト１から被印刷体へのトナー粒子の転写性が悪くなってしまうことがある。
【００３３】
図３は、図１の中間転写ベルト１が装着された画像形成装置が示された模式的正面図である。この画像形成装置は、駆動軸１３、第一従動軸１５、第二従動軸１７、感光ドラム１９、転写ロール２１、シリコーン系スポンジロール２３及びヒーター２５を備えている。そして、駆動軸１３、第一従動軸１５及び第二従動軸１７に、中間転写ベルト１が張設されている。中間転写ベルト１は、図中矢印Ａで示される方向に回転している。
【００３４】
この画像形成装置によって画像が形成される場合、まず現像ロール（図示されず）よって感光ドラム１９の上に液状トナーが供給され、トナー像が形成される。次に、感光ドラム１９と転写ロール２１との間を通過する中間転写ベルト１に、トナー像が転写される。次に、液状トナーがヒーター２５によって加熱される。この加熱によって液状トナーの揮発成分がある程度揮発し、また、トナー粒子のバインダー樹脂が溶融する。次に、中間転写ベルト１とスポンジロール２３との間に供給された被印刷体２７に、トナー像が転写される。このトナー像が定着されて、画像が形成される。この図では１つの感光ドラム１９が示されているが、カラー印刷の場合は、ブラック、マゼンダ、シアン及びイエローの４色のトナーのそれぞれに、感光ドラム１９が用意される。中間転写ベルト１は耐熱性であるので、ヒーター２５によって加熱されても溶融したり変形したりしない。
【００３５】
ヒーター２５を設けず、駆動軸１３が高温とされることによって液状トナーを加熱してもよいい。この場合は、中間転写ベルト１の裏側に位置する駆動軸１３から表側に位置する液状トナーに熱が伝導する必要があるので、熱効率の観点から、中間転写ベルト１の厚みを比較的薄くする必要がある。具体的には、基体３の厚みを５０μｍ以下とすることが好ましい。本発明では基体３にポリイミドを主成分とする樹脂を用いているので、遠心成形法又は塗工成形法が適用可能で、基体３の薄肉化が達成され得る。
【００３６】
本発明にかかわる薄膜ベルトからなる実施例１乃至実施例４と、比較例１乃至比較例４を作製し、反り発生の有無、ベルトの加熱容量を測定した。その結果を下記の表１に示す。
【００３７】
【表１】
0004489911.tif 000002
【００３８】
［実施例１］
ポリイミド（宇部興産社の商品名「Ｕワニス−Ｓ」）からなる厚みが２５μｍの基体を成形した。この基体の外側表面にチタンのスパッタリングを施し、厚みが２０ｎｍの反り防止用の中間層を形成した。引き続いて、この中間層の表面に、スパッタリング法によって銅からなり、厚みが２μｍである金属層を積層成膜した。この銅からなる金属層の表面に、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体を主成分とする樹脂組成物（ダイキン工業社の商品名「ダイエルラテックスＧＬＳ−２１３」）を塗布して温度１００℃で１０分間乾燥し、さらに温度２６０℃で３０分間硬化させ、厚みが約１０μｍの被覆層を形成し、中間転写ベルト用の薄膜ベルトを得た。
【００３９】
［実施例２、３］
反り防止層の厚みを各々４００ｎｍ、８５０ｎｍとした他は実施例１と同様とした。
【００４０】
［実施例４］
基体の厚みを４０μｍとし、反り防止用の中間層の厚みを４００ｎｍとした他は実施例１と同様にした。
【００４１】
[比較例１]
基体の厚みを６０μｍ、反り防止用の中間層の厚みを４００ｎｍとした。他は実施例１と同様とした。
【００４２】
[比較例２]
反り防止用の中間層の厚みを１０ｎｍとした他は実施例１と同様にした。
【００４３】
[比較例３]
反り防止用の中間層を設けず、基体の厚みを６０μｍとし、基体の表面に銅を直接スパッタリングにより成膜した。他は実施例１と同様とした。
【００４４】
[比較例４]
反り防止用の中間層を設けず、基体の厚みを１００μｍとし、基体の表面に銅を直接スパッタリングにより成膜した。他は実施例１と同様とした。
【００４５】
［反りの発生とベルトの変形の評価］
各実施例１〜４及び各比較例１〜４のベルトを２３℃、５５％ＲＨの環境中に１ヶ月間放置した後、反りによる各ベルト変形の有無を目視により確認した。この変形が見られないものを「○」とし、変形が見られるものを「△」、大きな変形が見られるものを「×」とした。この結果が、上記表１に示す。
【００４６】
［ベルトの加熱熱量］
テスト用の複写機を作製し、該複写機内に上記実施例および比較例の薄膜ベルトからなる中間転写ベルトを組み込んだ。液状トナーを溶融、定着させるのに中間転写ベルトが必要とする熱量を測定し、相対的に、多、中、少で評価した。
【００４７】
上記表１に示すように、反り防止用の中間層を設けていない比較例３の中間転写ベルト及び、中間層の厚さが１０ｎｍである比較例２の中間転写ベルトにおいては、反りの発生を防止できなかった。
【００４８】
比較例１では、基体の厚みを大となることで、反り・変形は少なくなるが、ベルト加熱熱量が多くなり、装置の省力化、高速化の点で不利になる。比較例４では、基体の厚みを１００μｍとしているため、比較例１の傾向がより顕著に現れていた。
【００４９】
一方、実施例１乃至４では反り防止効果が得られた。従って、耐熱性に優れる中間転写ベルトを反り、変形を生じることなく長期間使用することができることが判明した。また、実施例１乃至４では、トナーを溶融、定着させるのに必要な熱量が比較例１、３、４と比べてより少なくてすむことが確認できた。即ち、実施例１乃至４の中間転写ベルトは、耐熱性に優れ、反り、変形を生じることなく長期間使用することが可能であり、さらに、マシンの省力化及び高速化に対応できるので、非常に実用価値の高い中間転写ベルトとなることが確認できた。
【００５０】
なお、本発明の薄膜ベルトを中間転写ベルトとして用い、液状トナーが用いられる画像形成装置に装着する場合される場合について説明したが、本発明の中間転写ベルトは、粉体トナーが用いられる画像形成装置にも装着され得る。
【００５１】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明の薄膜ベルトは耐熱性に優れる上に、反りや変形が良好に防止されるので、長期間の使用が可能とされ経済上有利である。特に、液状トナーが用いられる画像形成装置において中間転写ベルトとして用いた場合、非常に薄くしているために熱容量を小さくでき、かつ、非常に薄くしても金属層を設けているために所要の強度があり、かつ、反り防止用の中間層を設けているため、金属層による反り発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態にかかる薄膜ベルトからなる中間転写ベルトを示した斜視図である。
【図２】  図１中のII−II線に沿った断面図である。
【図３】  図１の中間転写ベルトを装着した画像形成装置の模式的正面図である。
【符号の説明】
１    中間転写ベルト
３    基体
４    反り防止層
５    金属層
６    被覆層
８    外周面
【図１】
0004489911.tif 000003
【図２】
0004489911.tif 000004
【図３】
0004489911.tif 000005