JP4949663B2 - 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
一方、特許文献6(特開2000−338789号公報)や特許文献7(特開2001−47451号公報)のようにカーボンブラックの特定の物性のものを用いることにより電気抵抗の均一性を提案したものがある。
しかしながら、いずれのものも中間転写ベルト等の電子写真用シームレスベルトとして使用した場合の機械的耐久性と電気特性を両立するには不十分なものであった。
(1)「ポリアミドイミド樹脂溶液を主成分とする塗工液により成膜される電子写真に用いるシームレスベルト用塗工液であって、該塗工液は、カーボンブラックを含有し、前記ポリアミドイミド樹脂溶液が、分子量の小さなポリアミドイミド樹脂溶液と分子量の大きなポリアミドイミド樹脂溶液の少なくとも2種を混合したものであり、前記分子量の大きなポリアミドイミド樹脂溶液と前記分子量の小さなポリアミドイミド樹脂溶液は、N−メチル−2−ピロリドンを溶媒とし、10wt%固形分濃度としたときに、粘度差が4Pa・s以上、26Pa・s以下であ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」、
(2)「前記分子量の小さいポリアミドイミド樹脂溶液は、N−メチル−2−ピロリドンを溶媒とし、固形分10wt%での粘度が25Pa・s以下となるような樹脂からなる樹脂溶液であり、前記分子量が大きいポリアミドイミド樹脂溶液は、N−メチル−2−ピロリドンを溶媒とし、10wt%での粘度が25Pa・sより大きくなるような樹脂からなる樹脂溶液であることを特徴とする前記第(1)項に記載の電子写真用シームレスベルト用塗工液」、
(3)「前記塗工液が、前記分子量が小さなポリアミドイミド樹脂溶液にてカーボンブラックを分散する分散液作製工程、次いで、該分散液と前記分子量が大きなポリアミドイミド樹脂溶液とを混合する塗工液作製工程を有する方法により作製されたものであることを特徴とする前記第(1)項又は第(2)項に記載の電子写真用シームレスベルト用塗工液」、
(4)「ポリアミドイミド樹脂溶液を主成分とする塗工液により成膜される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、分子量の小さなポリアミドイミド樹脂溶液にカーボンブラックを分散する分散液作製工程、及び、該分散液と、分子量の大きなポリアミドイミド樹脂溶液の少なくとも2種のポリアミドイミド樹脂溶液とを、混合する塗工液作製工程を有し、前記分子量の大きなポリアミドイミド樹脂溶液と前記分子量の小さなポリアミドイミド樹脂溶液は、N−メチル−2−ピロリドンを溶媒とし、10wt%固形分濃度としたときに、粘度差が4Pa・s以上、26Pa・s以下であ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」、
(5)「前記分子量の小さなポリアミドイミド樹脂溶液が、N−メチル−2−ピロリドンを溶媒とし、固形分10wt%での粘度が25Pa・s以下となるようなポリアミドイミド樹脂からなる樹脂溶液であり、前記分子量の大きなポリアミドイミド樹脂が、N−メチル−2−ピロリドンを溶媒とし、固形分10wt%での粘度が25Pa・sより大きくなるような樹脂からなる樹脂溶液であることを特徴とする前記第(4)項に記載の電子写真シームレスベルト用塗工液の製造方法」、
(6)「ポリアミドイミド樹脂溶液を主成分とする塗工液により成膜される電子写真に用いるシームレスベルトであって、該塗工液は、カーボンブラックを含有し、かつ、分子量の小さなポリアミドイミド樹脂溶液と分子量の大きなポリアミドイミド樹脂溶液の少なくとも2種を混合したポリアミドイミド樹脂溶液を用いて作製され、前記分子量の大きなポリアミドイミド樹脂溶液と前記分子量の小さなポリアミドイミド樹脂溶液は、N−メチル−2−ピロリドンを溶媒とし、10wt%固形分濃度としたときに、粘度差が4Pa・s以上、26Pa・s以下であることを特徴とする電子写真用シームレスベルト」、
(7)「前記分子量の小さいポリアミドイミド樹脂溶液は、N−メチル−2−ピロリドンを溶媒とし、固形分10wt%での粘度が25Pa・s以下となるような樹脂からなる樹脂溶液であり、前記分子量が大きいポリアミドイミド樹脂溶液は、N−メチル−2−ピロリドンを溶媒とし、10wt%での粘度が25Pa・sより大きくなるような樹脂からなる樹脂溶液であることを特徴とする前記第(6)項に記載の電子写真用シームレスベルト」、
(8)「前記塗工液が、前記分子量が小さなポリアミドイミド樹脂溶液にてカーボンブラックを分散する分散液作製工程、次いで、該分散液と前記分子量が大きなポリアミドイミド樹脂溶液とを混合する塗工液作製工程を有する方法により作製されたものであることを特徴とする前記第(6)項又は第(7)項に記載の電子写真用シームレスベルト」、
(9)「像担持体上に順次形成される複数のカラートナー現像画像を中間転写ベルト上に順次重ね合わせて一次転写を行ない、得られた一次転写画像を被記録媒体に一括して二次転写する画像形成装置に用いる中間転写ベルトにおいて、該中間転写ベルトが前記第(6)項乃至第(8)項のいずれかに記載の電子写真用シームレスベルトであることを特徴とする中間転写ベルト」、
(10)「像担持体上に順次形成される複数のカラートナー現像画像を中間転写ベルト上に順次重ね合わせて一次転写を行ない、得られた一次転写画像を被記録媒体に一括して二次転写する画像形成装置において、該中間転写ベルトが前記第(9)項に記載のものであることを特徴とする画像形成装置」、
(11)「前記画像形成装置がフルカラー画像形成装置であって、各色の現像器を有する複数の潜像担持体を直列に配置してなることを特徴とする前記第(10)項に記載の画像形成装置」
(2)の発明により、添加すべきカーボンブラックの分散性がさらに良好なものが得られる。
(3)、(4)の発明により、(1)のシームレスベルトを作製するための塗工液とすることできる。
(5)の発明により、本発明の効果を有する中間転写ベルトを得ることができる。
(6)の発明により、本発明の効果を有する画像形成装置を製造することができる。
(7)の発明により、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。
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いまい安定走行できなくなるといった問題が生じている。
一方、ポリイミドは上記課題を克服できるが、ポリアミック酸の状態の溶液を用いるため溶液の安定性が低い。また、硬化乾燥させる温度が300℃以上と高いため、製造にかかる時間やエネルギーが大きく、コスト、環境負荷面で好ましくない。この点からポリアミドイミドを使うことが好ましい。
ポリアミドイミドは、分子骨格中に剛直なイミド基と柔軟性を付与するアミド基を有する樹脂であり、本発明に用いられるポリアミドイミドとしては一般的に知られている構造のものを使用することができる。
一般的にポリアミドイミド樹脂を合成する方法としては、(a)酸クロライド法:酸無水物基を有する3価のカルボン酸の誘導体ハライド、最も代表的には当該誘導体のクロライド化合物とジアミンとを溶媒中で反応させて製造する公知の方法(例えば、特公昭42−15637号公報参照)が知られている。または別な方法として、(b)イソシアネート法:酸無水物基とカルボン酸を含む3価の誘導体と芳香族イソシアネートとを溶媒中で反応させて製造する公知の方法(例えば、特公昭44−19274号公報参照)等が知られており、いずれも使用することができる。各製造方法について以下に説明する。
酸無水物基を有する3価のカルボン酸の誘導体ハライド化合物としては、例えば、下記式(1)および式(2)に示す化合物を使用することができる。
芳香族ジアミンとしては、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、オキシジアニリン、メチレンジアミン、ヘキサフルオロイソプロピリデンジアミン、ジアミノ−m−キシリレン、ジアミノ−p−キシリレン、1,4−ナフタレンジアミン、1,5−ナフタレンジアミン、2,6−ナフタレンジアミン、2,7−ナフタレンジアミン、2,2’−ビス−(4−アミノフェニル)プロパン、2,2’−ビス−(4−アミノフェニル)へキサフルオロプロパン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、3,3’−ジアミノジフェニルエーテル、3,4−ジアミノビフェニル、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、3,4−ジアミノジフェニルエーテル、イソプロピリデンジアニリン、3,3’−ジアミノベンゾフェノン、o−トリジン、2,4−トリレンジアミン、1,3−ビス−(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4−ビス−(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス−(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、2,2−ビス−[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、ビス−[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、ビス−[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、4,4’−ビス−(4−アミノフェノキシ)ビフェニル、2,2’−ビス−[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]へキサフルオロプロパン、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、3,3’−ジアミノジフェニルスルフィドなどが挙げられる。
イミド化の方法としては、加熱処理により脱水閉環させる方法、および脱水閉環触媒を用いて化学的に閉環させる方法が挙げられる。加熱処理により脱水閉環させる場合、例えば、反応温度は150〜400℃、好ましくは180〜350℃であり、加熱処理時間は30秒間〜10時間、好ましくは5分間〜5時間である。また、脱水閉環触媒を用いる場合、反応温度は0〜180℃、好ましくは10〜80℃であり、反応時間は数十分間〜数日間、好ましくは2時間〜12時間である。脱水閉環触媒の例としては、酢酸、プロピオン酸、酪酸、安息香酸等の酸無水物等が挙げられる。
イソシアネート法の場合に用いる酸無水物基を有する3価のカルボン酸の誘導体としては、例えば、式(3)または式(4)で示す化合物を使用することができる。
これらの芳香族ポリイソシアネートは単独で使用することもできるし、組み合わせて使用することもできる。必要に応じてこの一部としてヘキサメチレンジイソシアネート、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、トランスシクロヘキサン−1,4−ジイソシアネート、水添m−キシリレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート等の脂肪族、脂環式イソシアネートおよび3官能以上のポリイソシアネートを使用することもできる。
また、ポリイミド繰返単位とポリアミドイミド繰返単位を有する共重合体であっても良い。
しかしながら、分子量が大きくなるほど溶液粘度が高くなるため次第に製造が困難なってくるため適度な条件で作製する。
重合後、さらに適当な粘度に調整するために溶媒で希釈しても良い。
両者は、同一組成のものと限定されるものではないが、親和性の観点から同一の組成のものの方が好ましい。
そこで、固形分10wt%あたりの粘度が25Pa・sより大きいものを用いることによって、この点が解消される。
両者の比率は、分子量が大きい後者の方が多い方が好ましい。
本発明は、固形分10wt%での粘度が上記特定値の重合度の2種類の樹脂を用いることにより達成される。
粘度は、固形分、重合度により決まり、ある固形分における粘度にはできた樹脂の重合度(分子量)の指標とすることができる。
実際の生産においては、重合樹脂溶液は、設備上の都合や収率を上げるなどの理由で、扱いやすい固形分、粘度に最終調整される。本発明では、そのようにして任意の固形分、粘度に調整された樹脂溶液を、さらに10wt%に調整したときの粘度を規定することによって、得られている樹脂の重合度(分子量)を規定するものであり、固形分10wt%に調整した樹脂溶液を用いて塗工液を作製するというものではない。
まず、カーボンブラックを、固形分10wt%での粘度が25Pa・s以下となるようなポリアミドイミド樹脂からなる樹脂溶液を任意の固形分に調整した樹脂溶液にて、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、固形分10wt%での粘度が25Pa・sより大きくなるようなポリアミドイミド樹脂からなる樹脂溶液にて、所望のカーボンブラック添加量になるように調整し、塗工液とする。
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200℃〜270℃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。
<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。
<MIT耐揉試験>
MIT耐揉試験器(東洋精機製)にて破断までの屈曲回数を測定。
サンプル幅15mm、曲げ角度135度、曲げ速度175cpm、荷重1kg、屈曲回数が1000回を越えると良好である。
<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。
また、1万枚連続出力による耐久評価を行なった。
[塗工液の調製]
トリメリット酸無水物1molとジフェニルメタンジイソシアネート1molを、N−メチル−2−ピロリドン中にて攪拌しながら120℃でX時間反応させた後、さらに180℃に昇温し3h反応させ、冷却し、反応を停止し、該樹脂溶液を、N−メチル−2−ピロリドンにて希釈し、取り出しやすい粘度に適宜希釈した樹脂溶液を作製した。
反応時間Xを、振ることにより異なる分子量のもの、A、B、C、Dを作製した。
A、B、C、Dの各樹脂溶液の粘度、固形分は、それぞれ、表1に示す通りである。
また、各樹脂溶液を固形分10wt%に希釈した際の粘度も同時に記載した。
樹脂溶液A10wt%、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、樹脂溶液C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Lを作製した。
実施例1の樹脂溶液Aの代わりに、Bとする他は同じとして、塗工液Mを作製した。
実施例1における樹脂溶液C 300重量部の代わりに、樹脂溶液D 400重量部とする他は同じとして、塗工液Nを作製した。
実施例1における樹脂溶液C 300重量部の代わりに、樹脂溶液A 200重量部とする他は同じとして、塗工液Oを作製した。
実施例1における樹脂溶液C 300重量部の代わりに、樹脂溶液B 250重量部とする他は同じとして、塗工液Pを作製した。
実施例1における樹脂溶液Aの代わりに樹脂溶液Cとし、樹脂溶液C 300重量部の代わりに樹脂溶液D 400重量部とする他は同じとして、塗工液Qを作製した。
実施例1における樹脂溶液Aの代わりに樹脂溶液Dとし、樹脂溶液Cを300重量部の代わりに樹脂溶液Dを400重量部とする他は同じとして、塗工液R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250℃で40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85μm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 ベルトテンションコントローラ
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)
- ポリアミドイミド樹脂溶液を主成分とする塗工液により成膜される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、分子量の小さなポリアミドイミド樹脂溶液にカーボンブラックを分散する分散液作製工程、及び、該分散液と、分子量の大きなポリアミドイミド樹脂溶液の少なくとも2種のポリアミドイミド樹脂溶液とを、混合する塗工液作製工程を有し、前記分子量の大きなポリアミドイミド樹脂溶液と前記分子量の小さなポリアミドイミド樹脂溶液は、N−メチル−2−ピロリドンを溶媒とし、10wt%固形分濃度としたときに、粘度差が4Pa・s以上、26Pa・s以下であ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。
- 前記分子量の小さなポリアミドイミド樹脂溶液が、N−メチル−2−ピロリドンを溶媒とし、固形分10wt%での粘度が25Pa・s以下となるようなポリアミドイミド樹脂からなる樹脂溶液であり、前記分子量の大きなポリアミドイミド樹脂が、N−メチル−2−ピロリドンを溶媒とし、固形分10wt%での粘度が25Pa・sより大きくなるような樹脂からなる樹脂溶液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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