JP4911987B2 - シームレスベルト及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents
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Description
(1)「ポリアミック酸樹脂溶液を主成分とする塗工液により成膜され電子写真に用いるシームレスベルト用塗工液の製造方法であって、
固形分が25wt%以上で、かつ25℃における粘度が35Pa・s以上50Pa・s未満のポリアミック酸樹脂溶液とカーボンブラックとを含む混合物を分散器により分散して分散液を作製する分散液作製工程と、
作製された該分散液に、さらにポリアミック酸樹脂溶液を加えて混合することにより塗工液を作製する塗工液作製工程を有する
ことを特徴とする電子写真用シームレスベルト用塗工液の製造方法」
(2)「前記分散液は、カーボンブラックを10wt%含むものであることを特徴とする前記(1)項に記載の電子写真用シームレスベルト用塗工液の製造方法」
前記本発明により、電気抵抗が均一な電子写真用シームレスベルトが得られる。
前記本発明により、機械強度などの付加特性を好ましいものにすることが可能な電子写真用シームレスベルトが得られる。
前記本発明により、本発明の効果を有する電子写真用シームレスベルトを製造することができる。
前記本発明により、本発明の効果を有する電子写真用中間転写ベルトを得ることができる。
前記本発明により、本発明の効果を有するフルカラー画像形成装置を得ることができる。
前記本発明により、より高速なフルカラー画像形成装置を提供することができる。
電子写真装置においてはいくつかの部材にシームレスベルトが用いられるが、電気的特性を要求される重要な部材の一つとして中間転写ベルトがある。
本発明は、特にこの中間転写ベルトについて説明する。
本発明の中間転写ベルトは、その構成材料として一般の汎用の樹脂に電気抵抗を調整する充填剤としてカーボンブラックを含有してなるものが挙げられる。該樹脂としては、難燃性の観点からPVdF、ETFEなどのフッ素系樹脂、ポリイミドまたはポリアミドイミド等が好ましく選択される。
また、電気抵抗を調整するカーボンブラックは、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック、ガスブラック等が挙げられる。
ところが、フッ素系樹脂は、カーボンブラックとの親和性に乏しく、均一に分散されることが困難であり、抵抗がばらついたり、長期使用によって抵抗が低下するといった問題が生じやすい。
また、引張り弾性率、引張り強度も低いため、電子写真装置内で一定の張力で張架された状態で長時間静置すると変形してしまい、安定走行できなくなるといった問題が生じている。
これらの問題点に対して、ポリイミド樹脂が最も優れた材料として用いられる。
次に、ポリイミド樹脂について説明する。
本発明に用いられるポリイミドは、一般的に知られている芳香族多価カルボン酸無水物またはその誘導体と芳香族ジアミンとの反応によって、ポリアミック酸(ポリイミド前駆体)を経由して得られる。すなわち、ポリイミドは、その剛直な主鎖構造により溶媒等に対して不溶であり、また不融の性質を持つため、芳香族多価カルボン酸無水物と芳香族ジアミンから、まず有機溶媒に可溶なポリイミド前駆体(ポリアミック酸、またはポリアミド酸)を合成し、この段階で様々な方法で成型加工が行なわれ、その後ポリアミック酸を加熱もしくは化学的な方法で脱水反応させて環化(イミド化)しポリイミドとする。反応の概略を下記に示す。
なお、ポリアミック酸の重合反応に使用される有機極性溶媒としては、例えば、ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシドなどのスルホキシド系溶媒、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミドなどのホルムアミド系溶媒、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジエチルアセトアミドなどのアセトアミド系溶媒、N−メチル−2−ピロリドン、N−ビニル−2−ピロリドンなどのピロリドン系溶媒、フェノール、o−、m−、またはp−クレゾール、キシレノール、ハロゲン化フェノール、カテコールなどのフェノール系溶媒、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジオキソラン等のエーテル系溶媒、メタノール、エタノール、ブタノール等のアルコール系溶媒、ブチルセロソルブ等のセロソルブ系またはヘキサメチルホスホルアミド、γ−ブチロラクトンなどを挙げることができ、これらを単独または混合溶媒として用いるのが望ましい。溶媒は、ポリアミック酸を溶解するものであれば特に限定されないが、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドンが特に好ましい。
上記のようにして、芳香族多価カルボン酸無水物またはその誘導体と、芳香族ジアミン成分とをおよそ等モル、有機極性溶媒中で重合反応することにより、ポリアミック酸が有機極性溶媒中に均一に溶解した状態でポリイミド前駆体溶液が得られる。
このような例としては、トレニース(東レ社製)、U−ワニス(宇部興産社製)、リカコート(新日本理化社製)、オプトマー(JSR社製)、SE812(日産化学社製)、CRC8000(住友ベークライト社製)等が代表的なものとして挙げられる。
なお、ポリイミドの本来的な性能を発揮させるためには、相当するポリイミドのガラス転移温度以上に加熱して、イミド化を完結させることが好ましい。
このようなイミド化率の測定方法としては、例えば、9〜11ppm付近のアミド基に帰属される1Hと6〜9ppm付近の芳香環に帰属される1Hとの積分比から算出する核磁気共鳴分光法(NMR法)、フーリエ変換赤外分光法(FT-IR法)、イミド閉環に伴う水分を定量する方法、カルボン酸中和滴定法など種々の方法が用いられているが、中でもフーリエ変換赤外分光法(FT-IR法)は最も一般的な方法である。
すなわち、焼成段階(イミド化処理段階)でのイミド基のモル数を(A)とし、100%イミド化された場合(理論的)のイミド基のモル数を(B)とすると、イミド化率は次により表わされる。
イミド化率(%)[(A)/(B)]×100
この定義におけるイミド基のモル数(A)は、FT-IR法により測定されるイミド基の特性吸収の吸光度比から求めることができる。例えば、代表的な特性吸収として、以下の吸光度比を用いてイミド化率を評価することができる。
(1)イミドの特性吸収の1つである725cm−1(イミド環C=O基の変角振動帯)と、ベンゼン環の特性吸収1,015cm−1との吸光度比、
(2)イミドの特性吸収の1つである1,380cm−1(イミド環C−N基の変角振動帯)と、ベンゼン環の特性吸収1,500cm−1との吸光度比、
(3)イミドの特性吸収の1つである1,720cm−1(イミド環C=O基の変角振動帯)と、ベンゼン環の特性吸収1,500cm−1との吸光度比、
(4)イミドの特性吸収の1つである1,720cm−1とアミド基の特性吸収1,670cm−1(アミド基N−H変角振動とC−N伸縮振動の間の相互作用)との吸光度比、
また、3000〜3300cm−1にかけてのアミド基由来の多重吸収帯が消失していることを確認すればさらにイミド化完結の信頼性は高まる。
上記のような作製方法において、モノマーの種類の組み合わせ、モノマーの仕込み方法や反応温度、反応時間などによって、溶媒に対する溶解度の異なる組成や分子量を調整することができる。
また、上記ポリアミック酸と他のポリアミック酸を混合しても良い。
混合するにあたっては、両者の親和性が良いものを選択することが好ましい。特に、同一組成であり、分子量の異なるものを混合すると良い。
この場合、カーボンブラックは、まず固形分が25wt%以上で、かつ25℃における粘度が50Pa・s未満であるポリアミック酸にて分散を行ない、後に、他のポリアミック酸を混合することが好ましい。
固形分が25wt%以上で、かつ25℃における粘度が50Pa・s未満であるポリアミック酸は、溶媒に対する溶解度が良好なため、カーボンの分散性にも優れる。
固形分が25wt%で、25℃における粘度が50Pa・sを超えるものでは、カーボンに対する親和性が劣るため、塗工液に十分にカーボンを分散させた場合でも、乾燥時に溶媒が揮発する過程において、樹脂とカーボンの分離が生じ、カーボン凝集構造を生じやすくなる。このため、電気抵抗のばらつきや電圧依存性が大きくなりやすくなり好ましくない。
例えば、機械強度が不足する場合には、分子量を大きくしたものや強度が向上する組成のものを混合する。また、塗工液の粘度が低すぎて工法上好ましくない場合には、粘度が高いものを混合するといった選択を行なうことができる。
まず、カーボンブラックを、固形分25wt%以上で、かつ、25℃における粘度が50Pa・s未満となるようなポリアミック酸からなる樹脂溶液に、ビーズミル、ボールミル、ナノマイザー、ペイントシェーカー、ジェットミルなどの分散器を用いて微分散させ、分散液を作製する。
該分散液を取り出した後、同一のポリアミック酸もしくは他のポリアミック酸樹脂溶液を、所望の電気と特性が得られるカーボン濃度になるように混合することによって、塗工液を作製する。
以下の説明は、ベルト作製の一例でありこれに限定されるものではない。
遠心成型は円筒状の回転体から構成されるものであり、この円筒状の回転体をゆっくりと回転させながら塗工液を円筒の内面全体に均一になるように塗布・流延(塗膜を形成)する。そして、回転させつつ徐々に昇温させながら、約80〜150℃の温度で塗膜中の溶媒を蒸発させていく。この過程では、雰囲気の蒸気(揮発した溶媒等)を効率よく循環して取り除くことが好ましい。自己支持性のある膜が得られたところで常温に戻し、高温処理の可能な加熱炉(焼成炉)に移し、段階的に昇温し、最終的に300℃〜400℃程度の加熱処理を行なう。加熱完了後、徐冷して膜を型から剥離する。このようにしてシームレスベルトが形成される。なお、型には、剥離しやすいように予め、離型剤または離型層を形成しておくことが好ましい。
図1の模式図に、ベルト部材等を装備した画像形成装置の要部概略構成を示す。
図1に示すベルト部材を含む中間転写ユニット(500)は、複数のローラに張架された中間転写体である中間転写ベルト(501)などにより構成されている。この中間転写ベルト(501)の周りには、2次転写ユニット(600)の2次転写電荷付与手段である2次転写バイアスローラ(605)、中間転写体クリーニング手段であるベルトクリーニングブレード(504)、潤滑剤塗布手段の潤滑剤塗布部材である潤滑剤塗布ブラシ(505)などが対向するように配設されている。
このベルト部材である中間転写ベルト(501)は、通常、半導体、または絶縁体で、単層または多層構造となっているが、本発明においてはシームレスベルトが好ましく用いられ、これによって耐久性が向上すると共に、優れた画像形成が実現できる。また、中間転写ベルトは、感光体ドラム(200)上に形成されたトナー像を重ね合わせるために、通紙可能最大サイズより大きく設定されている。
図1において、帯電チャージャ(203)は、コロナ放電によって感光体ドラム(200)の表面を負電荷で所定電位に一様に帯電する。上記ベルトマーク検知信号に基づき、タイミングを定め、図示しない書き込み光学ユニットにより、Bkカラー画像信号に基づいてレーザ光によるラスタ露光を行なう。このラスタ像が露光されたとき、当初一様帯電された感光体ドラム(200)の表面の露光された部分は、露光光量に比例する電荷が消失し、Bk静電潜像が形成される。このBk静電潜像に、Bk現像器(231K)の現像ローラ上の負帯電されたBkトナーが接触することにより、感光体ドラム(200)の電荷が残っている部分にはトナーが付着せず、電荷の無い部分つまり露光された部分にはトナーが吸着し、静電潜像と相似なBkトナー像が形成される。
そして、2次転写対向ローラ(510)に張架された中間転写ベルト(501)と2次転写バイアスローラ(605)によりニップが形成された2次転写部に、上記中間転写ベルト(501)上のトナー像の先端がさしかかるときに、転写紙(P)の先端がこのトナー像の先端に一致するように、レジストローラ(610)が駆動されて、転写紙ガイド板(601)に沿って転写紙(P)が搬送され、転写紙(P)とトナー像とのレジスト合わせが行なわれる。
図2は、4つの異なる色(ブラック、イエロー、マゼンタ、シアン)のトナー像を形成するための4つの感光体ドラム(21BK、21Y、21M、21C)を備えた4ドラム型のデジタルカラープリンタの一構成例を示す。
以下の実施例で評価する特性は、以下の方法にて評価したものである。
<粘度>
回転粘度計レオストレスRS600(英弘精機)にて測定。
φ35mm/1°コーンセンサー使用。
25℃/0.5rpmの条件で、1分後の値とした。
<電気抵抗測定>
ハイレスター(三菱化学)にて測定。
URSプローブ使用。
100V/10秒印加時の体積抵抗を10点測定し、その最大値の対数値と最小値の対数値の差を「体積抵抗ばらつき」として求めた。この値が、0.5以下に収まることが好ましい。
<電子写真装置における評価>
図2のフルカラー電子写真装置に搭載し、画像評価を行なった。
ピロメリット酸二無水物1molと4,4’-ジアミノジフェニルエーテル0.8mol、4,4'-ジアミノジフェニルメタン0.2molを、N−メチル−2−ピロリドン中にて攪拌しながら30℃で2h重合反応させ、固形分26wt%の[ポリアミック酸A](ポリアミック酸の樹脂溶液A;以下、単に[ポリアミック酸A]と略記する)を得た。このときの溶液粘度は、20Pa・sであった。
異なる以下のものを作製した。
ポリアミック酸B(20℃で2hの反応条件で得られた、固形分26wt%、粘度5Pa・sのもの)
ポリアミック酸C(30℃で3hの反応条件で得られた、固形分26wt%、粘度35Pa・sのもの)、
ポリアミック酸D(60℃で1hの反応条件で得られた、固形分26wt%、粘度50Pa・sのもの)
ポリアミック酸E(60℃で2hの反応条件で得られた、固形分26wt%、粘度80Pa・sのもの)
[ポリアミック酸A]10wt%、カーボンブラック(SpecailBlack4;デグサ製)10wt%、N−メチル−2−ピロリドン80wt%の混合物をビーズミル分散器に投入し、所定時間分散した後、ビーズと液を分離し、分散液を取り出した。
当分散液100重量部に、[ポリアミック酸A]を300重量部を投入し、減圧機能付きの3軸遊星式混練機にて混合、脱泡し、「塗工液a」を作製した。
参考例1の[ポリアミック酸A]の代わりに、[ポリアミック酸B]とする他は同じとして、[塗工液b]を作製した。
参考例1の[ポリアミック酸A]の代わりに、[ポリアミック酸C]とする他は同じとして、[塗工液c]を作製した。
参考例1の[ポリアミック酸A]の代わりに、[ポリアミック酸D]とする他は同じとして、[塗工液d]を作製した。
参考例1の[ポリアミック酸A]の代わりに、[ポリアミック酸E]とする他は同じとして、[塗工液e]を作製した。
[ポリアミック酸B]10wt%、カーボンブラック(SpecailBlack4;デグサ製)10wt%、N−メチル−2−ピロリドン80wt%の混合物をビーズミル分散器に投入し、所定時間分散した後、ビーズと液を分離し、分散液を取り出した。
当分散液100重量部に、[ポリアミック酸E]を300重量部投入し、減圧機能付きの3軸遊星式混練機にて混合、脱泡し、「塗工液f」を作製した。
[ポリアミック酸E]10wt%、カーボンブラック(SpecailBlack4;デグサ製)10wt%、N−メチル−2−ピロリドン80wt%の混合物をビーズミル分散器に投入し、所定時間分散した後、ビーズと液を分離し、分散液を取り出した。
当分散液100重量部に、[ポリアミック酸A]を300重量部投入し、減圧機能付きの3軸遊星式混練機にて混合、脱泡し、[塗工液g]を作製した。
次に、内径100mm、長さ300mmの内面を鏡面仕上げした磁性金属製円筒を型として用い、この円筒型を50rpm(回/分)で回転させながら、上記各塗工液を円筒内面に均一に流延するように流して塗布した。所定の全量を流し終えて塗膜がまんべんなく広がった時点で、回転数を100rpmに上げ、熱風循環乾燥機に投入して、110℃まで徐々に昇温して60分加熱した。さらに昇温して200℃で20分加熱、次いで、300℃で30分加熱し、回転を停止、徐冷して取り出し、形成された塗膜を円筒内面から剥離し、膜厚82μmの各シームレスベルトを得た。
P 転写紙
70 除電ローラ
80 アースローラ
200 感光体ドラム
201 感光体クリーニング装置
202 除電ランプ
203 帯電チャージャ
204 電位センサ
205 トナー画像濃度センサ
210 ベルト搬送装置
230 リボルバ現像ユニット
231Y Y現像機
231K Bk現像機
231C C現像機
231M M現像機
270 定着装置
271、272 定着ローラ
500 中間転写ユニット
501 中間転写ベルト
503 トナーシール部材
504 ベルトクリーニングブレード
505 潤滑剤塗布ブラシ
506 潤滑剤
507 1次転写バイアスローラ
508 ベルト駆動ローラ
509 ベルトテンションローラ
510 2次転写対向ローラ
511 クリーニング対向ローラ
512 フィードバッグ電流検知ローラ
513 トナー画像
514 光学センサ
600 2次転写ユニット
601 転写紙ガイド板
605 2次転写バイアスローラ
606 転写紙除電チャージャ
608 クリーニングブレード
610 レジストローラ
801 1次転写電源
802 2次転写電源
(図2)
P 転写紙
10 プリンタ本体
12 画像書込部
13 画像形成部
14 給紙部
15 定着装置
16 レジストローラ
20BK、20M、20Y、20C 現像装置
21BK、21M、21Y、21C 感光体
22 中間転写ベルト
23BK、23M、23Y、23C 1次転写バイアスローラ
25 ベルトクリーニング装置
50 転写搬送ベルト
60 2次転写バイアスローラ
Claims (2)
- ポリアミック酸樹脂溶液を主成分とする塗工液により成膜され電子写真に用いるシームレスベルト用塗工液の製造方法であって、
固形分が25wt%以上で、かつ25℃における粘度が35Pa・s以上50Pa・s未満のポリアミック酸樹脂溶液とカーボンブラックとを含む混合物を分散器により分散して分散液を作製する分散液作製工程と、
作製された該分散液に、さらにポリアミック酸樹脂溶液を加えて混合することにより塗工液を作製する塗工液作製工程を有する
ことを特徴とする電子写真用シームレスベルト用塗工液の製造方法。
- 前記分散液は、カーボンブラックを10wt%含むものであることを特徴とする請求項1に記載の電子写真用シームレスベルト用塗工液の製造方法。
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