中間転写ベルト製造のための押出成形加工技術
金型形状と材料フォーミュレーション
Extrusion Technology for Producing Intermediate Transfer Belt

宮本賢

人＊

Miyamoto, Takahito

要旨
中間転写ベルト製造技術において、押出加工は非常に生産性の高い手段であるが、ベルト要求性能である膜厚栗山

博之＊

Kuriyama, Hiroyuki

１ はじめに複写機、プリンター等に使用される無端状ベルトの均一性あるいは抵抗均一性が得られにくいという欠点を製造方法としては、主に次の３方法が挙げられる。

有している。そしてこうした課題を解決する極めて重要

1. 回転する円筒状型内面上に樹脂溶液を供給して製造な要素として金型形状が挙げられる。また、一方ベルトに要求される種々の耐久性確保においては、ベルトを構成する材料が重要な役割を果たしている。
検討の結果、加工技術のハード面から、コートハンガータイプの金型を用いた押出成形加工において、ベルトする遠心成形法。

Fig.１上

2. 樹脂溶液中に円筒状型を浸漬、型外面に塗膜を形成するディッピング法。 Fig.１中3. ダイスから溶融樹脂を押出し、チューブ状ベルトを得る押出成形法。

Fig.１下膜厚均一性及び抵抗均一性確保のために内マンドレル注―１に溝形状、具体的には異なる容積の８個の溝を導入した新規な金型を開発した。更に、材料面においては特定範囲分子量（120000≒Mw）の高分子シリコーンが、感光体汚染もなく又、ブレードクリーニング耐久性向上効果を有する事を見出し、新規な中間転写ベルト用材料フォーミュレーションを開発した。

Abstract
In the method of producing an intermediate transfer belt,
an extrusion process has proven to be high productive.
But, by the extrusion process it is difficult to obtain unifor-Fig.1 Producing

methodof transfer belt

上記３方法を生産面から比較すると、Fig.１に示した様に押出成形法が最も有利である。

mity of electrical resistance and uniformity of thickness,

一方、押出成形法は、画像形成部材としての中間転写

which are required characteristics to the belt. The con-

ベルトに要求される、高い真円度、ベルトの厚み精度、figuration of the mold is one of the most important factors

電気抵抗の均一性の確保の点においては、遠心成形法、

to solve those problems. In addition, in order to attain du-あるいはディッピング法に比して劣っており、改良のたrability of various properties, belt component materials playめには金型形状の検討が必要である。また、これに用いimportant roles.

る材料においても熱可塑性樹脂の制限を受け、ベルト要

We obtained the uniform electrical resistance and a uni-

求性能を満足するためにはその組成についても十分な検form thickness of the transfer belts by extrusion process

討が必要である。本稿においては、従来の押出成形金型

using a mold with a coat hanger die having specially de-では得られない、ベルト膜厚均一性、抵抗均一性が得ら

signed gutters in the inner mandrel. Further, we found

れる金型形状、及びベルト耐久性における耐クリーニン

that high-molecular silicone with special molecular weight

グ性向上を実現する新規なフォーミュレーションについrange improves the durability of a blade cleaning, and de-ての検討結果を紹介する。

veloped a new formulation of materials for the intermediate transfer belt.

２ 押出金型形状の検討
無端ベルト押出成形加工用金型として代表的なものは＊コニカミノルタビジネステクノロジーズ㈱ 生産本部
生産技術開発センター 先行デバイス技術部
注―１：マンドレル：金型内で樹脂流路を形成する金型基体スパイラルダイである。このダイは樹脂がスパイラル式分配システムとなっているため、抵抗均一性及び膜厚均KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.2（2005）127

一性に優れたベルトが得られる。しかし、中間転写ベルた。流量条件６o/hrならびに10o/hrの２ケースの解析

ト用熱可塑樹脂の成形温度は、一般に300℃前後を必要とを実施した。経路長の最適後の解析結果をFig.４に記載す

し、連続成形 において、流路長の長いスパイラルダイでる。

は、金型内において樹脂の劣化が発生しやすい等の欠点Fig.４に示す様に、流路長を最適化すればダイ出口でのを有する。そこで劣化を防止する目的で、流路長の短い流速差は数％以内に制御でき、膜厚精度はベルト要求仕コートハンガータイプに検討を加え、欠点である膜厚均様（10％以内）を十分満足し、吐出均一性は十分有りと一性及び抵抗均一性の向上を試みた。Fig.２及びFig.３に判断した。

コートハンガーダイとスパイラルダイの流路を模式的に②実際の金型による評価示した。又、Table １にコートハンガーダイとスパイラル

そこで実際に150aφのコートハンガーダイを用いて無ダイの特徴を示した。本稿で述べるコートハンガーはＴ端ベルトを作成し、周方向における膜厚及び表面抵抗バダイのコートハンガーダイを円筒状にしたタイプであラツキを評価した。結果をFig.５に示した。

り、樹脂は流入部で左右に分かれたコートハンガー部にFig.５に示したように、周方向の抵抗均一性は比較的良沿って流れ、途中逐次コートハンガー部から落下して行好な結果が得られたものの、膜厚均一性においては、樹き、最後に左右のコートハンガーの接点（樹脂流入部の脂合流部でウエルドラインが発生した。これは層流の樹対向側）で合流部を形成する。

脂合流部の界面が線状痕として残ったためと考えられる。このウエルドラインを制御するためには、樹脂合流部での層流界面を攪拌均一化し、消去する必要がある。

Fig.2 Coathunger-die

Fig.3 Spiral-die

Table 1 Feature of Coathunger-die and Spiral-die

Fig.5 Uniformity of electrical resistance and thickness

２．２①内マンドレルへの溝構造の導入

容積均等溝の導入
膜厚均一性の向上策としてスパイラルダイの形状を参考に、Fig.６に示した同一容積のスパイラル多条溝を設け
２．１①

コートハンガーダイの検討

コートハンガー内流動解析１

金型構成としてのコートハンガーダイの妥当性を判断するために、保存方程式と純粘性構成方程式からなる支配方程式をFEMを利用して解析し、流動現象を定量化しFig.4 Distribution of velocity

128

Fig.6 Coathunger-die having even gutters

KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.2（2005）

ることで樹脂攪拌作用による樹脂流動の均一性向上を試し、流速の大きい樹脂流入部は溝を小さく、流速の小さみた。

い合流部は溝を大きくする不均等溝にすることにより、結果はFig.７に示した。

ウエルドライン制御と樹脂流動の均一化を試みた。溝構

均等８条溝をランド部直前に設けることにより、膜厚造はFig.９に示した。結果はFig.10に示した。

均一性は向上し、ウエルドラインは消滅した。一方樹脂流入口近傍での抵抗バラツキが大きくなった。これは、後述するシミュレーション結果（コートハンガー内流動解析２）で示す様に、樹脂流入側の流速が大きいため、溝への流入時に更なる加速を受け、金型内滞留時間の変化に応じて樹脂の受ける熱量に違いが生じ、このことにより、導電剤であるCBの凝集状態に分布が生じたためと思われる。

Fig.9 Coathunger-die having uneven guttersFig.10に示した様に、内マンドレルに不均等の溝を導入することにより、抵抗均一性は大幅に改善され、膜厚均一性においてもウエルドラインのない実用性を有するベルトが得られた。

Fig.7 Uniformity of electrical resistance and thickness②

コートハンガー内流動解析２
中間転写ベルト成形時に溝が及ぼす溶融樹脂流れへの影響をシュミレートした。使用したソフトはFLOW−3D計算モデル及び条件
・実際には円柱形状であるが、展開した直線モデルとFig.10 Uniformity of electrical velocity and thickness

し、更にＹ−Ｚ面での対象モデルに近似した。
・コートハンガー部は２等辺三角形で近似した。
・溝なしモデル及び下部に５つの斜め溝を形成したモデルを計算。溝大きさ大・中・小（容積比10：6：1）。

３ 押出成形用中間転写ベルト材料の開発―押出加工を利用したシリコーンの分子量制御―
実用性のあるベルトを得るためには、前述したハード位置は一定。面に加えて、押出成形に適して材料設計が必要である。

結果はFig.８に示した。

本稿においてはブレードクリーニングの耐久性向上に関し押出加工を利用した材料面における技術を紹介する。
３．１

ベルト耐久性（拭き残し）に関するベルト
摩擦係数の影響

中間転写ベルトに要求される性能の１つにクリーニング性があり、その１方法であるブレードによるベルトクリーニング性を向上するためには、スティックスリップ振動を抑制する必要があり、具体的には、ブレードとベルト表面の摩擦係数を小さくする必要がある。従来こうした目的にはフッ素系樹脂が用いられるが、300℃前後のFig.8 Effect of gutter on velocity

加熱温度を必要とする押出成形においては、熱分解によってフッ化水素の発生があり好ましくなく、またコーティングによる場合は剥がれのため耐久性が得られない③溝形状及び位置の検討
上記結果が示す様に、溝の影響は樹脂の流速に依存のが実情である。

KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.2（2005）129本稿においては、新規な材料として超高分子量シリTable ２に示した様に、一定の分子量を有するシリコーコーンの効果について報告する。

ンは感光体汚染を生起しないことを確認できた。

３．２

３．４

超高分子量シリコーンの分子量と表面への分布

クリーニング性

ベルト表面の摩擦抵抗を下げるには潤滑剤が表面に存

感光体汚染、表面偏析の結果から、分子量118000のシ在する必要がある。一般的に使用される潤滑剤は低分子リコーンを含有する転写ベルトについてブレードクリー量であり、樹脂中にブレンドされても表面にマイグレーニング性を評価した。

トし、その機能を発揮する。しかし、こうした低分子量の潤滑剤を用いると感光体汚染等の弊害が生起する。そブレードの磨耗度を顕微鏡にて観察し、磨耗量を測定した。結果はFig.12に示した。

こで、超高分子量のシリコーンを用いてその分布と分子磨耗量が15µmを超えると拭き残しが発生する。尚、シ量の関係を調べた。シリコーンの分子量はGPCにより測

リコーン未添加のベルトは20k枚で磨耗が15 µ mを超え定した。またシリコーンの分布はTOFSIMSによって測定た。

した。結果はFig.11に、ベルト断面のイメージ及びシリコーン分布のプロファイルを示した。

このように、特定の分子量を有するシリコーンをベルトに含有させることにより、感光体汚染もなく、かつブレードクリーニングの耐久性を向上させることが可能になった。

Fig.11 Silocone distribution in belt

Fig.12 Effect of silicone on on abration of cleaning blade

プロファイルで示した様に、Mw：650000のシリコーンは均一に分布し、一方Mw：120000のシリコーンは表面に偏析し、膜厚方向の内側が少なくなっている。このよう

４ まとめに、シリコーンの分子量Mw：650000と高すぎると表面へ中間転写ベルト成形加工において、従来のコートハンの偏析は観察されず、摩擦抵抗の低下も認められない。

ガーダイの内マンドレルに樹脂流動を制御するための複こうした分子量のシリコーンは押出加工時の加熱により数の不均等溝を導入することにより、従来押出加工成形シリコーンの分解を制御することにより得られる。

では得られなかった電気抵抗均一性及び膜厚均一性を有する無端ベルトの成形が可能になった。また、超高分子

３．３

シリコーンによる感光耐汚染量のシリコーンを添加し、押出加工条件により所望の分シリコーンは前記した表面摩擦を低減する効果は有す子量に制御することにより、ブレードクリーニング性にる一方で、感光体汚染の問題を抱えている。この課題における耐久性が大幅に向上し実用レベルを示した。以対してシリコーンの分子量の影響を検討した。

上、金型形状、原材料面からの検討により、コスト/パー分子量の異なるシリコーン含有ベルト（２種）を感光フォーマンスにすぐれたベルト成形が可能になった。体に当接させ、一定条件下に放置後、画像にてメモリー発生の有無を確認した。結果はTable ２に示した。
Table 2 Effect of silicone on memory

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