JP2004009494A - シームレスベルトの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】寸法不良が少なく、内周面の表面精度が良好で、半導電性ベルトの場合は抵抗ばらつきのないシームレスベルトの製造方法を提供すること。
【解決手段】有機溶剤に溶解させた合成樹脂を第１金型内面または外面に塗布して皮膜を形成し、有機溶剤の一部を蒸発させ、得られたフィルムを第１金型から離型し、次いで、前記フィルムに第２金型を挿して硬化する工程を含むシームレスベルトの製造方法において、前記第２金型の最外表面の孔の密度が少なくとも１個／ｍｍ^２であることを特徴とする製造方法。
【選択図】　　　　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式の画像形成装置に使用されるシームレスベルトの製造方法に関する。より詳しくは、第１金型および第２金型を使用するシームレスベルトの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式の画像形成装置に使用される熱硬化性ポリイミド樹脂からなるシームレスベルトの製造方法としては、ポリアミド酸溶液を芯体に塗布した後、溶媒の除去およびイミド転化反応を行う方法、ポリアミド酸溶液を円筒状金型の内面に塗布して皮膜を形成した後、このまま溶媒の除去およびイミド転化まで断続的に行う方法、ならびにポリアミド酸溶液を円筒状金型の内面に塗布して皮膜を形成し、皮膜がそれ自体支持できるまで一部溶媒の除去および一部イミド転化を行った後、前記金型から剥離し、管状金型に差し替えて溶媒の除去およびイミド転化反応の完結を行う方法等が挙げられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの方法では溶媒の完全な除去およびイミド転化反応の完結の際に、ポリアミド酸溶液の溶媒や閉環水がベルトと支持体の間にこもってしまい、これがベルトの膨らみやムラの原因になるという問題点がある。この問題点を解決する手段として、第２金型の強度的な問題を加味して管状金型の周囲に０．１〜２ｍｍの貫通孔を３〜１５ｃｍの間隔で設けるという提案（特開平１０−２５８４３４号公報）がなされている。しかしながら、第２金型に差し替えて溶媒の除去およびイミド転化反応の完結を行う時間を短くすると、溶剤および閉環水がベルトと支持体の間にこもってしまい、ベルトに歪みができるという問題点がある。また、少なくともカーボンブラックを含有するポリイミド系樹脂からなる半導電性ベルトを作製した場合、貫通孔と相対する樹脂の部分が空気酸化され、その部分だけ抵抗が違うベルトができるという問題点があった。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、寸法不良が少なく、内周面の表面精度が良好で、半導電性ベルトの場合は抵抗ばらつきのないシームレスベルトの製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成すべく、第２金型の形状および材質について鋭意研究したところ、所定の形状および材質を有する第２金型を使用することにより上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
即ち、本発明のシームレスベルトの製造方法は、有機溶剤に溶解させた合成樹脂を第１金型内面または外面に塗布して皮膜を形成し、有機溶剤の一部を蒸発させ、得られたフィルムを第１金型から離型し、次いで、前記フィルムに第２金型を挿して硬化する工程を含むシームレスベルトの製造方法において、前記第２金型の最外表面の孔の密度が少なくとも１個／ｍｍ^２であることを特徴とする。
【０００７】
前記第２金型の最外表面は、金属製金網または焼結金属体からなることが好ましい。
【０００８】
前記シームレスベルトは、少なくともカーボンブラックを含有する半導電性ベルトであることが好ましい。
【０００９】
［作用効果］
本発明のシームレスベルトの製造方法によると、第２金型の最外表面の孔の密度が少なくとも１個／ｍｍ^２という微細な孔を多数有することで、ベルトと第２金型との間に溶媒や閉環水がこもることなく短時間で歪みのないシームレスベルトを作製することができる。
【００１０】
前記第２金型の最外表面は、所定の孔を有する金属製金網または焼結金属体からなる場合、金型本体は変形しにくい材質および形状とすることにより、溶媒や閉環水を逃がしやすい構造と金型が変形しにくい構造とを具備し、繰返しの使用でも変形しにくい第２金型となる。このような金型を使用することにより、寸法精度のよいシームレスベルトを効率よく製造することができる。
【００１１】
また、少なくともカーボンブラックを含有する半導電性ベルトの製造においても、前記第２金型が貫通孔を有さないかまたは貫通孔とベルトとの直接的接触がないことから、カーボンブラックの空気酸化が生ぜず、抵抗ばらつきのないシームレスベルトを作製することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、説明する。
【００１３】
本発明のシームレスベルトの製造方法は、有機溶剤に溶解させた合成樹脂を第１金型内面または外面に塗布して皮膜を形成し、有機溶剤の一部を蒸発させ、得られたフィルムを第１金型から離型し、次いで、前記フィルムを第２金型に挿して硬化する工程を含み、前記第２金型の最外表面の孔の密度が少なくとも１個／ｍｍ^２であることを特徴とする。
【００１４】
本発明で用いられる合成樹脂は、有機溶剤に可溶であって一次成形と二次成形に分けて成形しうる樹脂である。ここで、一次成形とは、有機溶剤に溶解させた合成樹脂を自己支持できるような皮膜に形成することをいう。二次成形とは、一次成形したフィルムをさらに熱処理して、高分子化、アニーリング、残存溶媒の除去等により強固なフィルムに成形することをいう。前記合成樹脂としては、画像形成装置に使用されるシームレスベルトの原料という点から、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリベンズイミダゾール等の耐熱性樹脂が挙げられ、高耐熱性、高強度、高弾性率、可撓性、寸法安定性などの理由からポリイミドが好ましい。特に、成形のしやすさからポリイミド前駆体であるポリアミド酸が好ましい。
【００１５】
本発明で用いられる有機溶剤に溶解させた合成樹脂は、使用する樹脂に応じて適宜公知の方法により調製することができる。また、市販のワニス等を使用することもできる。
【００１６】
例えば、ポリアミド酸は、有機溶剤中で酸二無水物成分とジアミン成分を反応させることにより得られる。
【００１７】
酸二無水物成分としてはピロメリット酸二無水物、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、２，３，３’，４−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、２，３，６，７−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、１，２，５，６−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、１，４，５，８−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物等が挙げられる。
【００１８】
一方ジアミンとしては、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル、４，４’−ジアミノジフェニルメタン、３，３’−ジアミノジフェニルメタン、３，３’−ジクロロベンジジン、４，４’−ジアミノジフェニルスルフイド、３，３’−ジアミノジフェニルスルフォン、１，５−ジアミノナフタレン、ｍ−フェニレンジアミン、ｐ−フェニレンジアミン、３，３’−ジメチル−４，４’−ビフェニルジアミン、ベンジジン、３，３’−ジメチルベンジジン、３，３’−ジメトキシベンジジン、４，４’−ジアミノジフェニルスルフォン等が挙げられる。
【００１９】
合成樹脂を溶解する有機溶剤としては、合成樹脂を５％以上溶解させるものが好ましい。特にポリアミド酸やポリアミドイミドの場合においては、Ｎ，Ｎ−ジアルキルアミド類が好ましい。具体的にはＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルメトキシアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホルトリアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ピリジン、ジメチルスルホキシド、テトラメチレンスルホン、ジメチルテトラメチレンスルホン等が挙げられ、これらを単独または複数併用することもできる。
【００２０】
前記酸二無水物成分とジアミン成分を前記有機溶剤中で重合反応させることによりポリアミド酸溶液が得られる。その際のモノマー濃度（溶剤中における酸二無水物成分とジアミン成分）は、種々の条件に応じて設定されるが、５〜３０重量％が好ましい。また、反応温度は８０℃以下に設定することが好ましく、反応時間は０．５〜１０時間が好ましい。
【００２１】
前記有機溶剤に溶解させた合成樹脂の溶液粘度としては、金型に塗布して皮膜を形成しやすいという観点から１〜１０００Ｐａ・ｓが好ましく、５〜８００Ｐａ・ｓがより好ましい。前記溶液粘度は、Ｂ型粘度計（２３℃）により測定した値である。
【００２２】
本発明における有機溶剤に溶解させた合成樹脂の溶液には、熱伝導性、導電性、帯電防止性、半導電性、高摺動性、高強度、高弾性等の種々の目的やその用途により適宜充填剤を添加してもよい。例えば、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素、シリカ等の熱伝導性無機粉末や、カーボンブラック、アルミニウム、ニッケル、酸化錫、チタン酸カリウム等の導電性ないし半導電性粉末、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−へキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）のフッ素樹脂等が挙げられる。充填剤の充填量は、本発明の範囲内でその目的に応じ決定することができる。
【００２３】
特に半導電性ベルトを作製する際には、抵抗制御の観点からカーボンブラックを使用することが好ましい。カーボンブラックとしては、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック等が挙げられる。導電性の付与効果や回転成形時の均一な分散性等の観点から、カーボンブラックを単独で使用するか、あるいは他の導電性物質と併用するのが好ましい。
【００２４】
本発明の製造方法において、まず、前記有機溶剤に溶解させた合成樹脂を第１金型の内面または外面に塗布する。第１金型としては、従来からシームレスベルトの製造に用いられているものであればどのようなものでも差し支えないが、形状は円筒状が好ましい。第１金型の材質としては、耐熱性の観点から、金属、ガラス、セラミック等の各種のものが挙げられる。円筒状の第１金型に塗布する方法は、公知の方法を適用することが可能で、例えば遠心成形する方法、ディスペンサーにより塗布する方法、スクレーパを用いる方法、弾丸状走行体を用いる方法等が挙げられる。
【００２５】
このようにして第１金型の内面または外面に均一に塗布した合成樹脂溶液を、自己支持できるまで加熱乾燥させ、得られた合成樹脂フィルムを前記金型から離型する。前記加熱温度は、適用した有機溶剤を蒸発させることができる温度であれば特に制限はない。加熱時間は、加熱温度に応じて適宜設定することができる。
【００２６】
ポリアミド酸溶液を用いた場合、加熱温度は８０〜２３０℃が好ましい。加熱時間は、通常、１０〜６０分程度である。この場合、２３０℃以上で急激に加熱すると、ポリアミド酸溶液中の溶媒が急激に蒸発するために微小ボイドが発生することがある。また、８０℃以下で長時間加熱すると、製造上時間がかかり生産性が低くなる傾向がある。
【００２７】
前記第１金型からフィルムを離型する方法としては、例えば金型端部の周壁に予め設けられた微小貫通孔に空気を圧送する方法等が挙げられる。なお、第１金型外周面または内周面に予めシリコーン樹脂等による離型処理を施しておけば、フィルムの剥離作業性が向上するため好ましい。
【００２８】
本発明では、以上のようにして一次成形した合成樹脂フィルムの内径よりも小さい外径を有する円筒状の第２金型を、前記フィルムの内部に挿し，次いで当該フィルムを第２金型ごと加熱して残存溶媒の除去、樹脂の硬化の完結等を行う。
【００２９】
ここで、使用される第２金型は、その最外表面の孔の密度は少なくとも１個／ｍｍ^２であり、好ましくは２個／ｍｍ^２以上であり、より好ましくは１０個／ｍｍ^２以上である。さらに、前記孔の密度は、金型表面全体にわたってほぼ均一であることが好ましい。孔の密度が小さくなると、加熱時間の短縮を行った場合、蒸発する溶媒や閉環水等がフィルムと金型の間にこもってしまい、これが最終製品のベルトの膨らみやムラの原因になる。また、孔の密度が均一であれば、溶媒等の蒸発が均一に行われる。
【００３０】
前記第２金型の孔の形状は、特に制限されるものではないが、円、楕円、四角形等が例示される。孔の大きさは、孔の密度との関係から、孔径が０．５ｍｍ以下であることが望ましい。
【００３１】
また、前記第２金型の最外表面の孔の密度を少なくとも１個／ｍｍ^２にするためには、特に制限されるものではないが、前記第２金型の最外表面を金属製金網または焼結金属体とすることが好ましい。ここで、金属製金網とは、細い金属線を平織や綾織などに代表される様な織り方で編んだものをいう。焼結金属体とは、金属粉末あるいは金属繊維を圧縮成形し、溶融点以下の温度で焼き固めたものをいう。前記金属製金網または焼結金属体は、円筒状の第２金型本体を覆って本体と組合せて使用してもよいし、二次成形の条件下で変形しない強度をもつ金属製金網または焼結金属体を円筒状にして単独で使用してもよい。前記金属製金網または焼結金属体の厚さは、金型本体と組み合わせる場合は、０．０５〜１ｍｍ程度であり、単独で用いる場合は、２〜２０ｍｍ程度である。前記金属製金網または焼結金属体の表面特性は、二次成形時のフィルムに金型表面の跡がつかない程度の滑らかさが要求される。
【００３２】
また、前記第２金型本体は、二次成形の条件下でも変形しない材質および形状を有することが望ましい。具体的には、金属、ガラス、セラミック等の耐熱性の材質および円筒状の形状が望ましい。また、前記第２金型本体には、二次成形の条件下でも変形しない程度に適宜貫通孔を設けても構わない。この場合、フィルムと貫通孔とは直接接触せず、カーボンブラックを含有するフィルムの空気酸化による抵抗ムラはほとんど生じない。
【００３３】
次に、前記フィルムを第２金型ごと加熱し、フィルムの硬化を行う。硬化の条件は、フィルムを構成する樹脂に応じて、適宜行えばよい。ポリアミド酸フィルムの場合、加熱温度は３００〜５００℃であることが好ましく、加熱時間は加熱温度に応じて６０〜１０分であることが好ましい。
【００３４】
また、本発明では第２金型上に合成樹脂フィルムを支持している間、あるいは二次成形により得られたシームレスベルトを第２金型上に支持している時に、その他の離型性、弾性、光導電性等の機能を付与するためにＰＴＦＥ、ＦＥＰ、ＰＦＡ等のフッ素樹脂、シリコーンゴムやフッ素ゴム等をスプレーコート、ディッピング等の方法を用いてさらに積層しても構わない。また、電磁誘導発熱方式の発熱ベルトとして用いる場合は、ニッケル、鉄、コバルト、銅、アルミあるいはこれらの合金等からなる電磁誘導発熱層を、メッキ、イオンプレーティング等の方法を用いて設けてもよい。
【００３５】
以上のようにして得られたシームレスベルトを、第２金型より取り出す。通常、室温で放冷して第２金型が熱収縮した後に取り出せばよい。
【００３６】
本発明の方法により得られたシームレスベルトは、ベルト内面に残存溶媒や閉環水が溜ることなく、外観不良、寸法精度ムラや特性のばらつきのないベルトである。また、半導電性ベルトにした場合においても抵抗のばらつきがなく、前記ベルトを中間転写、転写搬送、転写定着ベルトに用いた画像形成装置において、微小領域での画像ムラもなく良好な画像が得られる。
【００３７】
【実施例】
以下、本発明の構成と効果を具体的に示す実施例等について説明する。
【００３８】
（実施例１）
Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）７２６ｇ中に、カーボンブラック（ＳＰＥＣＩＡＬ　ＢＬＡＣＫ４、デグサ社製、ポリイミド樹脂固形分に対し２４重量％）を添加し、ボールミルで８時間撹拌してカーボンブラック分散ＮＭＰ液を得た。このカーボンブラック分散ＮＭＰ液に３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物１１８ｇと、ｐ−フェニレンジアミン４３ｇを溶解し、窒素雰囲気下において室温で５時間撹拌しながら反応させた後、粘度調整を行い、カーボンブラックを分散したポリアミド酸溶液（固形分２０重量％、２３℃におけるＢ型粘度計による溶液粘度２００Ｐａ・ｓ）を得た。
【００３９】
このポリアミド酸溶液を円筒状金型（内径３０１ｍｍ、長さ８５０ｍｍ）の内面にディスペンサーによりスパイラル状に供給した後、金型外部より６０℃の熱風を当てながら１５００ｒｐｍで１０分間回転させた後、１２０℃まで徐々に昇温しながら溶媒を除去し、金型内面の塗膜自身が皮膜として支持できるまで乾燥、硬化させた。この皮膜を厚さ５ｍｍのステンレス製シリンダの最外層に孔の密度が１６９個／ｍｍ^２、厚さ０．３ｍｍの円筒状の金属製金網で覆った第２金型（外径２９９ｍｍ、長さ８００ｍｍ）に差し替え、残存溶媒の除去、脱閉環水の除去、およびイミド転化の完結反応を行うために３６０℃まで昇温加熱した後、室温まで冷却した。得られたベルトの両端と中央部の不要部分を切断し、厚さが７０μｍの半導電性ベルトを２本得た。これらのベルトを画像形成装置の中間転写ベルトとして搭載し画像形成を行ったところ、微小領域の画像ムラもなく良好な画像が得られた。また、この第２金型を繰り返し使用しても金型の変形もなく寸法精度などの特性変化は見られなかった。
【００４０】
（比較例１）
実施例１において、第２金型としてランダムに２ｍｍの円状の穴が４０個空いている金属製シリンダを用いた以外は実施例１と同様にし、得られたベルトの両端と中央部の不要部分を切断し、厚さが７０μｍの半導電性ベルトを２本得た。これらのベルトを画像形成装置の中間転写ベルトとして搭載し画像形成を行ったところ、シリンダの穴と接触した部分と思われるベルトの位置に画像ムラが発生した。

Claims (3)

1. 有機溶剤に溶解させた合成樹脂を第１金型内面または外面に塗布して皮膜を形成し、有機溶剤の一部を蒸発させ、得られたフィルムを第１金型から離型し、次いで、前記フィルムに第２金型を挿して硬化する工程を含むシームレスベルトの製造方法において、前記第２金型の最外表面の孔の密度が少なくとも１個／ｍｍ^２であることを特徴とする製造方法。
2. 前記第２金型の最外表面が金属製金網または焼結金属体からなる請求項１に記載の製造方法。
3. 前記シームレスベルトが少なくともカーボンブラックを含有する半導電性ベルトである請求項１または２に記載の製造方法。