JP2006091244A - 転写ベルト - Google Patents

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Abstract

【課題】 十分な導電性を有しながらも、優れた抵抗均一性を有し、画像ノイズの発生を防止する転写ベルトを提供すること。
【解決手段】 カーボンブラックA;pHが6以下の酸性カーボンブラックまたはpHが8以上の塩基性カーボンブラック、樹脂B;カーボンブラックAに対して電子対供与体または電子対受容体として挙動し得るポリマー、および樹脂C;カーボンブラックAに対して電子対供与体としても電子対受容体としても挙動し得ないポリマーを含んでなる転写ベルト。
【選択図】なし

Description

本発明は電子写真プロセスにおける転写部材として用いられるベルト、すなわち転写ベルトに関する。
電子写真プロセスを用いた画像形成装置は中間転写方式を採用したものがよく知られている。中間転写方式では、まず感光体からなる潜像担持体上に一様な電価を形成後、レーザー等で静電潜像を形成し、帯電したトナーで現像を行う。次いで、潜像担持体上のトナー像を転写ベルトに1次転写した後、更に記録紙に2次転写を行う。そのような中間転写方式において、高画質を達成するためには、転写ベルトに均一な抵抗分布を保持させることが必要とされている。
転写ベルトは樹脂中にカーボンブラックなどの導電性物質が分散されてなっており、導電性物質を良好に分散させることにより、転写ベルトの均一な抵抗分布を達成する試みがなされている。しかしながら、カーボンブラックなどの導電性物質の分散性は一般に低いために、均一な抵抗は得にくいのが現状である。
例えば、転写ベルトの樹脂の比重と導電性物質の比重とを近似させる方法(特許文献1)が提案されているが、導電性物質、特にカーボンブラックの分散はやはり不十分で、均一な抵抗分布は達成できない。
また例えば、酸性カーボンを用いる方法(特許文献2)が提案されているが、カーボンブラックの分散性は向上するものの、カーボンブラックの使用量が制限されるため導電性の制御が困難である。
特開平5―77252号公報 特開平2002−148899号公報
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、十分な導電性を有しながらも、優れた抵抗均一性を有し、画像ノイズの発生を防止する転写ベルトを提供することを目的とする。
本発明は、カーボンブラックA;pHが6以下の酸性カーボンブラックまたはpHが8以上の塩基性カーボンブラック、
樹脂B;カーボンブラックAに対して電子対供与体または電子対受容体として挙動し得るポリマー、および
樹脂C;カーボンブラックAに対して電子対供与体としても電子対受容体としても挙動し得ないポリマー
を含んでなる転写ベルトに関する。
本発明の転写ベルトは十分な導電性を有しながらも、優れた抵抗均一性を有し、画像ノイズのない高画質画像を提供可能である。
本発明に係る転写ベルトは、中間転写方式の画像形成装置に用いられる転写ベルト、特に継ぎ目のないシームレスベルトに適している。本発明に係る転写ベルトは、現像装置に単色トナーのみを持つモノカラー画像形成装置、1つの像担持体に対してY(イエロー)、M(マゼンタ)、C(シアン)、B(ブラック)の現像器が備わり、各色の現像器ごとに像担持体上での現像およびトナー像の転写ベルトへの一次転写を行うサイクル方式フルカラー画像形成装置、1つの像担持体に対して1つの現像器が備わった各色の画像形成ユニットが直列に配置され、各色の画像形成ユニットごとに像担持体上での現像およびトナー像の転写ベルトへの一次転写を行うタンデム方式フルカラー画像形成装置などに適用することができる。
例えば、図1に示すようなタンデム方式フルカラー画像形成装置において、転写ベルト1は数本のローラー2、3、4等に張架され、当該転写ベルト1に沿って直列に、Y(イエロー)、M(マゼンタ)、C(シアン)およびB(ブラック)の画像形成ユニット5,6,7,8が配置されている。転写ベルト1は矢印の方向に回転され、各画像形成ユニットで像担持体(感光体)(9,10,11,12)上に形成されたトナー像が一次転写ローラ(13,14,15,16)により転写ベルト1上に順次、一次転写される。その後、転写ベルト1上に形成された4色トナー像は二次転写ローラ17と押圧ローラ2との間で記録紙18に二次転写されるようになっている。
各画像形成ユニット(例えば、5)では、像担持体(例えば、9)は表面を帯電器(例えば、19)により一様に帯電され、露光器(例えば、20)により画像に対応する静電潜像を形成される。形成された静電潜像は現像器(例えば、21)で現像され、トナー像が一次転写ローラ(例えば、13)によって転写ベルトに転写された後は、図示しないクリーナ等により残留トナーを除去されるようになっている。
以上のような画像形成装置に使用される本発明の転写ベルトは、樹脂中に導電性物質が含有されてなり、導電性物質として少なくとも特定のカーボンブラックAを用い、かつ樹脂として特定の樹脂Bおよび樹脂Cを用いることを特徴とする。
本発明においてカーボンブラックAとしては酸性カーボンブラックまたは塩基性カーボンブラックのいずれか一方を用いる。両方を用いると、酸性カーボンブラックと塩基性カーボンブラックとが凝集し、良好に分散せず、転写ベルトの所望の抵抗均一性が得られない。
酸性カーボンブラックは、表面にカルボキシル基、スルホン酸基等の酸性基を有し、pHが6以下、好ましくは5〜3のカーボンブラックである。
塩基性カーボンブラックは、表面にアミノ基等の塩基性基を有し、pHが8以上、好ましくは8〜9のカーボンブラックである。
カーボンブラックのpHは以下の方法によって測定された値を用いている。
カーボンブラック1〜10gをビーカーに計りとり、試料1gにつき10mlの割合で純水を加え、時計皿でおおい、15分間煮沸する。煮沸後冷却し、上澄み液を除去し、泥状物を残す。この中にガラス電極pH計の電極を入れ、JIS Z8802によってpHを測定する。
酸性カーボンブラックおよび塩基性カーボンブラックのカーボンブラックの種類は、それぞれのpHが上記範囲内である限り特に制限されず、例えば、ファーネスブラック、チャンネルブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等が挙げられる。
酸性カーボンブラックおよび塩基性カーボンブラックの粒径はいずれも、分散性の観点から、平均一次粒径で10〜60nm、特に25〜50nmが好ましい。
酸性カーボンブラックおよび塩基性カーボンブラックはいずれも市販品として入手可能である。
例えば、酸性カーボンブラックは市販のPrintex V(デグサ社製)、Special Black 35(デグサ社製)、Raven 1250(コロンビアカーボン社製)として入手可能である。
また例えば、塩基性カーボンブラックは市販のPrintex L(デグサ社製)、Printex 3(デグサ社製)、Raven 450(コロンビアカーボン社製)として入手可能である。
また酸性カーボンブラックおよび塩基性カーボンブラックは後述の中性カーボンブラックを表面処理することによっても得ることができる。例えば、酸性カーボンブラックは、カルボキシル基含有シランカップリング剤で表面処理することにより得られる。また例えば、塩基性カーボンブラックは処理剤としてアミノ基含有シランカップリング剤等を使用すること以外、上記酸性カーボンブラックの製造方法と同様の方法により製造可能である。
カーボンブラックAの含有量は、転写ベルトが所望の導電性を達成できる限り特に制限されないが、抵抗均一性および高湿時の転写性のさらなる向上の観点から、全導電性物質の含有量に対して1〜80重量%、特に5〜50重量%であることが好ましい。
本発明の転写ベルトには、酸性カーボンブラックおよび塩基性カーボンブラック以外の他の導電性物質を含有させてもよい。他の導電性物質として、例えば、中性カーボンブラック、カーボンファイバー、グラファイト等のカーボン系フィラー;銅粉、Ni粉等の金属系フィラーなどが挙げられる。中でも、耐薬品性の観点から、カーボンブラック系フィラー、特に中性カーボンブラックを含有させることが好ましい。
中性カーボンブラックはpHが6を越え8未満のカーボンブラックである。中性カーボンブラックの種類はpHが上記範囲内である限り特に制限されず、例えば、上記酸性カーボンブラックおよび塩基性カーボンブラックの種類として例示したのと同様のものが挙げられる。
中性カーボンブラックの平均一次粒径は酸性カーボンブラックおよび塩基性カーボンブラックと同様の範囲内であることが好ましい。
中性カーボンブラックは市販のアセチレンブラック(デンカ社製)、Raven 850(コロンビアカーボン社製)として入手可能である。
導電性物質の全含有量は本発明の目的が達成される限り特に制限されず、後述の樹脂Bおよび樹脂Cの合計含有量に対して8〜20重量%、特に10〜15重量%であることが好ましい。
本発明において使用される樹脂Bは上記カーボンブラックAに対して電子対供与体または電子対受容体として挙動し得るポリマーである。樹脂BはカーボンブラックAに依存して決定され、例えばカーボンブラックAが酸性カーボンブラックであるとき、樹脂Bは電子対供与体として挙動し得るポリマーを用いる。また例えばカーボンブラックAが塩基性カーボンブラックであるとき、樹脂Bは電子対受容体として挙動し得るポリマーを用いる。
本発明において、電子対供与体として挙動し得るポリマーとは、自身が有する非共有電子対によってカーボンブラックAが有する酸性基に対して少なくとも静電的に引き合うことができるポリマーを意味し、化学反応によって、カーボンブラックAが有する酸性基に対して非共有電子対を与えることができるポリマーも包含して意味する。以下、そのようなポリマーを単に「電子供与性ポリマー」というものとする。
電子供与性ポリマーとしては非共有電子対を有する原子を含有するものが使用可能であり、好ましくは窒素原子を含有し、かつ熱可塑性を有するポリマーが使用される。当該ポリマーにおける非共有電子対を有する原子、特に窒素原子の含有割合は本発明の目的が達成される限り特に制限されるものではない。好ましい具体例として、例えば、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリウレタンポリ尿素等が挙げられる。電子供与性ポリマーは1種類を単独で使用されてもよいし、または2種類以上のポリマーを組み合わせて使用されてもよい。より好ましい電子供与性ポリマーとしては、ポリアミドを単独で使用する。
また電子対受容体として挙動し得るポリマーとは、自身が有する求核攻撃を受け得る炭素原子によって、カーボンブラックAが有する塩基性基または該塩基性基が有する非共有電子対に対して少なくとも静電的に引き合うことができるポリマーを意味し、化学反応を介して、カーボンブラックAの塩基性基が有する非共有電子対を受け取ることができるポリマーも包含して意味する。以下、そのようなポリマーを単に「電子受容性ポリマー」というものとする。
電子受容性ポリマーとしては求核攻撃を受け得る炭素原子を含有するものが使用可能であり、好ましくはカルボキシル基等の酸性基またはハロゲン原子と結合した炭素原子を含有し、かつ熱可塑性を有するものが使用される。当該ポリマーにおける求核攻撃を受け得る炭素原子の含有割合は本発明の目的が達成される限り特に制限されるものではない。
酸性基を有するポリマーの好ましい具体例として、例えば、カルボキシル基を有するポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のカルボキシル基含有ポリアルキレンテレフタレート;ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、アクリル酸−(メタ)アクリル酸エステル共重合体、メタクリル酸−(メタ)アクリル酸エステル共重合体等の(メタ)アクリル酸含有ポリマー等が挙げられる。これらのうちで酸価が2〜20KOHmg/gのものが好ましい。
ハロゲン原子と結合した炭素原子を含有するポリマーとしてはハロゲン化ポリマーを用いることができる。ハロゲン原子は電子求引性が比較的大きいので、当該ハロゲン原子が結合される炭素原子はδ+の分極を示し、求核攻撃を受け易い。その好ましい具体例として、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、PFA(テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体)等のフッ素原子含有ポリマー;塩化ビニル、塩素化ポリエチレン、塩素化ポリプロピレン等の塩素原子含有ポリマー等が挙げられる。
電子受容性ポリマーは1種類を単独で使用されてもよいし、または2種類以上のポリマーを組み合わせて使用されてもよい。
より好ましい電子受容性ポリマーとしては、酸性基を有するポリマー、特にカルボキシル基含有ポリアルキレンテレフタレートを単独で使用する。
上記のような樹脂BをカーボンブラックAとの組み合わせにおいて適宜選択して使用するとともに、かつ後述の樹脂Cを使用することにより、十分な導電性を有しながらも、優れた抵抗均一性を有し、画像ノイズの発生を防止する転写ベルトを得ることができる。
詳しくは、カーボンブラックAが酸性カーボンブラックであり、樹脂Bが電子供与性ポリマーであるとき、酸性カーボンブラックが有する酸性基は水中で水素イオンを放出し易いので、転写ベルト製造時の溶融混練工程において、当該水素原子はδ+の分極を示す。そのため、当該水素原子は電子供与性ポリマーが有する非共有電子対と静電的に相互に引き合う。その結果、電子供与性ポリマーは酸性カーボンブラックの分散促進作用を発揮するので、酸性カーボンブラックは使用量が比較的多くても、後述の樹脂C中において良好に分散され、十分な導電性と優れた抵抗均一性とを同時に実現でき、また樹脂Cの存在によって転写性が向上し、画像ノイズを有効に防止できるものと考えられる。
一方、カーボンブラックAが塩基性カーボンブラックであり、樹脂Bが電子受容性ポリマーであるとき、塩基性カーボンブラックが有する塩基性基は水中で水素イオンを取り込み易いので、転写ベルト製造時の溶融混練工程においても電子供与性を示す。一方、電子受容性ポリマーが有する酸性基は水中で水素イオンを放出し易いので、溶融混練工程において当該水素原子はδ+の分極を示す。また電子受容性ポリマーが有する求核攻撃を受けうる炭素原子もδ+の分極を示す。そのため、塩基性カーボンブラックの塩基性基は電子受容性ポリマーの酸性基または求核攻撃を受け得る炭素原子と静電的に相互に引き合う。その結果、電子受容性ポリマーは塩基性カーボンブラックの分散促進作用を発揮するので、塩基性カーボンブラックは使用量が比較的多くても、後述の樹脂C中において良好に分散され、十分な導電性と優れた抵抗均一性とを同時に実現でき、また樹脂Cの存在によって転写性が向上し、画像ノイズを有効に防止できるものと考えられる。
樹脂Bとして電子供与性ポリマーと電子受容性ポリマーとを組み合わせて使用すると、樹脂BがカーボンブラックAの分散促進作用を有効に発揮できなくなるため、十分な導電性が得られず、さらには所望の抵抗均一性を達成できない。
樹脂Bの分子量は本発明の目的が達成される限り特に制限されるものではなく、例えば、軟化点150〜300℃、特に200〜280℃を有するような範囲内であればよい。
本明細書中、樹脂の軟化点はDSC(セイコーインスツルメント社製)によって測定された値を用いているが、上記装置によって測定されなければならないというわけではなく、上記装置と同様の原理・原則に従って測定可能な装置であれば、いかなる装置によって測定されてもよい。
樹脂Bは市販品として入手可能である。
例えば、ポリアミドは市販の6,6−ナイロン(A226;ユニチカ社製)、ナイロン6(A1030BRT;ユニチカ社製)として入手可能である。
また例えば、ポリアミドイミドは市販のTIポリマー(東レ社製)として入手可能である。
また例えば、カルボキシル基含有ポリブチレンテレフタレートは、市販のポリブチレンテレフタレート(例えば、ノバデュラン(三菱エンジニアリングプラスチック))をテレフタル酸過剰条件下で処理することによって合成可能である。
また例えば、(メタ)アクリル酸含有ポリマーは、(メタ)アクリル酸と(メタ)アクリレート等のエステルとの共重合によって合成可能である。
樹脂Bの含有量は、抵抗均一性および高湿時の転写性のさらなる向上の観点から)、樹脂Bおよび樹脂Cの合計含有量に対して1〜20重量%、特に5〜10重量%であることが好ましい。
樹脂CはカーボンブラックAに対して電子対供与体としても電子対受容体としても挙動し得ないポリマー、すなわちカーボンブラックAが酸性カーボンブラックまたは塩基性カーボンブラックのいずれであるかにかかわらず、非共有電子対を有する原子、酸性基および求核攻撃を受け得る炭素原子のいずれも含有しないポリマーであり、好ましくは熱可塑性を有するものが使用される。樹脂Cを使用しないと、画質が低下し、特に高湿時に転写性が悪化して中抜け等の画像ノイズが発生する。
そのような好ましい樹脂Cの具体例として、例えば、ポリカーボネート、両端に水酸基を有するポリアルキレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルサルフォン、ポリアセタール等が挙げられる。樹脂Cは1種を単独で使用されてもよいし、または2種類以上のポリマーを組み合わせて使用されてもよい。
より好ましい樹脂Cとしては、ポリカーボネートと両端に水酸基を有するポリアルキレンテレフタレートとを組み合わせ使用するか、または、ポリフェニレンサルファイドを単独で使用する。
樹脂Cの分子量は本発明の目的が達成される限り特に制限されるものではなく、例えば、樹脂Bと同様の軟化点および融点を有するような範囲内であればよい。
樹脂Cは市販品として入手可能である。
例えば、ポリカーボネートは市販のノバレックス(三菱エンジニアリングプラスチックス社製)、300シリーズ(住友ダウ社製)として入手可能である。
また例えば、ポリアルキレンテレフタレートは市販のノバデュラン(三菱エンジニアリングプラスチック社製)として入手可能である。
また例えば、ポリフェニレンサルファイドは市販のトレリナ(東レ社製)、C200SC(出光興産社製)として入手可能である。
また例えば、ポリアセタールは市販のNTB3501(オキツモ社製)として入手可能である。
本発明の転写ベルトには、本発明の上記目的を達成できる限り、他の添加剤が含有されてもよい。他の添加剤として、例えば、滑材、酸化防止剤、紫外線吸収材等が挙げられる。
滑材はベルトへの成形加工性を改良させるものであり、例えば、パラフィンワックス、ポリオレフィンワックス等の脂肪族炭化水素系、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ベヘニン酸、モンタン酸、メリシン酸、オレイン酸、エルカ酸等の炭素数9以上の高級脂肪酸、該高級脂肪酸のナトリウム塩、リチウム塩、カルシウム塩、マグネシウム塩、亜鉛塩、アルミニウム塩等の高級脂肪酸金属塩、ステアリルアルコール等の高級脂肪族アルコール、ステアリン酸アミド、エルカ酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミド等の高級脂肪酸アミド、ステアリルステアレート、モンタンワックス等の高級脂肪酸エステル等が挙げられる。好ましくは高級脂肪酸金属塩、特にモンタン酸カルシウム、モンタン酸ナトリウム、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸カルシウム等である。
本発明の転写ベルトはベルト形態への成形が可能な方法であればいかなる方法によって製造されてよい。特に、転写ベルトとしてシームレスベルト形態での使用を希望する場合は、例えば、連続溶融押出成形法を採用することが好ましい。連続溶融押出成形法では、単軸押出機に環状ダイスを取り付け、該押出機に上記した材料からなる混合物を投入し、環状ダイス先端のシームレスベルト形状の樹脂吐出口より溶融樹脂組成物を連続的に押出す。その後、冷却機構を有する冷却筒に外挿することにより樹脂を固化させて、円筒形状のシームレスチューブを得、所定の長さに切断することによりシームレス転写ベルトが得られる。本発明においてカーボンブラックAおよび樹脂Bは、樹脂C、他の導電性物質および添加剤との混合に先立って、予め溶融・混練しておくことが好ましい。カーボンブラックAがより有効に分散し得るためである。
このとき、結晶化を起させない工夫として、金型からベルトが吐出された直後に水、エアー、冷却された金属ブロック等で冷却を行なうことが好ましい。具体的には金型に断熱材を挟んで付設された冷却筒を用い、これによりベルトの熱を急速に奪う。冷却筒の内側には常に30℃以下に温度調整された水を循環させている。また、金型から吐出されたベルトを高速で引き取ることにより、薄膜化して冷却速度を高めてもよい。この場合、引き取り速度は1m/分以上、特に2〜7m/分が好ましい。
本実施例では以下の材料を用いた。
PBT-I:ポリブチレンテレフタレート(ノバデュラン;三菱エンジニアリングプラスチック社製);
PBT-II:PBT-Iをテレフタル酸過剰条件下で反応(200℃、48時間、触媒:テトラブチルチタネート)させて得た。
PC:ポリカーボネート(ノバレックス;三菱エンジニアリングプラスチック社製);
Ny:6,6−ナイロン(A226;ユニチカ社製);
PPS:ポリフェニレンサルファイド(トレリナ;東レ社製);
アセチレンブラック(デンカ社製、pH7)
Printex V(デグサ社製、pH4.5)
Printex L(デグサ社製、pH9)
<ベルト製造>
(実施例1〜13および比較例1〜7)
表1、表2または表3に記載の樹脂B、樹脂C、およびカーボンブラックからなる混合物を二軸押出機で溶融混練りして、押出樹脂組成物を得た。次に、該樹脂組成物を環状金型ダイを取り付けた成形機によって押出成形することにより、シームレス形状の転写ベルトを得た。
<評価>
(導電性)
商品名「ハイレスタ」抵抗計(三菱油化電子社製)を用い、測定電圧500Vで表面抵抗値Rを測定した。測定は周方向に等間隔に24点で行い、それらの平均値RAVを求めた。
○;1×10≦RAV≦1×1011
×;RAV<1×10または1×1011<RAV
(抵抗均一性)
導電性の評価で測定した24点の表面抵抗値Rについて、最大値RMAXおよび最小値RMINを抽出し、Log(RMAX/RMIN)を求めた。
○;Log(RMAX/RMIN)<0.5;
△;0.5≦Log(RMAX/RMIN)≦1.0(実用上問題なし);
×;1.0≦Log(RMAX/RMIN)。
(画質)
各実施例及び比較例で得られたシームレスベルトを装着したミノルタ社製プリンター(Color Page Pro)を用いて、中間転写ベルトから記録紙にイエロー・マゼンタ・シアン・ブラックの各トナー像を下記の環境下で転写したのち、中抜けやかぶり等の画像ノイズを目視で評価した。
NN環境条件:温度25℃、湿度 60%
HH環境条件:温度35℃、湿度 85%
○;画像ノイズが認められないもの;
△;画像ノイズが若干認められるもの(実用レベル);
×;画像ノイズがはっきりと認められるもの。
Figure 2006091244
Figure 2006091244
Figure 2006091244
本発明の転写ベルトを使用可能な中間転写方式の画像形成装置の一例の概略部分構成図である。
符号の説明
1:転写ベルト、2:押圧ローラ、3:テンションローラ、4:ローラ、5: 6: 7: 8:画像形成ユニット、9: 10:11: 12:像担持体(感光体)、13: 14: 15: 16:一次転写ローラ、17:二次転写ローラ、18:記録紙、19:帯電器、20:露光器、21:現像器。

Claims (3)

  1. カーボンブラックA;pHが6以下の酸性カーボンブラックまたはpHが8以上の塩基性カーボンブラック、
    樹脂B;カーボンブラックAに対して電子対供与体または電子対受容体として挙動し得るポリマー、および
    樹脂C;カーボンブラックAに対して電子対供与体としても電子対受容体としても挙動し得ないポリマー
    を含んでなる転写ベルト。
  2. 樹脂Bの含有量が樹脂Bおよび樹脂Cの合計含有量に対して1〜20重量%である請求項1に記載の転写ベルト。
  3. カーボンブラックAの含有量が全導電性物質の含有量に対して1〜80重量%である請求項1または2に記載の転写ベルト。

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