JP2007229944A - シームレスベルトの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】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、半導電性ベルトに用いた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。【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樹脂皮膜を形成し、有機溶剤の一部を蒸発させて得られたフィルムを第１金型から離型し、前記フィルムに第２金型１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、第２金型１の内表面に凹凸を有すること特徴とする。
【選択図】図１

Description

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金型を使用してシームレスベルトを製造する製造方法に関する。

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。

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（特許文献１参照）がなされている。

特開平１０−２５８４３４号公報

しかしながら、上記特許文献１の発明において、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った。

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。

そこで、本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、寸法不良が少なく、内周面の表面精度が良好で、半導電性ベルトに用いた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。

本発明者は、上記課題を解決すべく、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（図１参照）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。

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樹脂皮膜を形成し、有機溶剤の一部を蒸発させて得られたフィルムを第１金型から離型し、前記フィルムに第２金型を挿入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、第２金型の内表面に凹凸を有することを特徴とする。

第２金型の内表面の凹凸は、第２金型の両側の厚さ（Ａ）と内中央部の厚さ（Ｂ）との差（Ａ−Ｂ）と、両側の厚さ（Ａ）との比が１／２＞（Ａ−Ｂ）／（Ａ）の関係であることが好ましい。

本発明の作用効果は以下の通りである。本発明のシームレスベルトの製造方法によると、第２金型の内表面に凹凸を有することで、好ましくは、第２金型の両側の厚さ（Ａ）と内中央部の厚さ（Ｂ）との差（Ａ−Ｂ）と、両側の厚さ（Ａ）との比が１／２＞（Ａ−Ｂ）／（Ａ）の関係であることで、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。

また、第２金型の内表面に凹凸を有することで、好ましくは第２金型の両側の厚さ（Ａ）と内中央部の厚さ（Ｂ）との差（Ａ−Ｂ）と、両側の厚さ（Ａ）との比が１／２＞（Ａ−Ｂ）／（Ａ）であることで、昇温の際に中央部から金属が熱膨張し、溶媒や関環水を逃がしやすく、金型が変形しにくい構造となり、繰返しの使用でも変形しにくい第２金型となる。

このような所定形状の第２金型（図１参照）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。

また、少なくともカーボンブラックを含有するシームレスベルト（半導電性ベルト）の製造においても、第２金型が貫通孔を有さないことから、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。本製造方法において、有機溶剤に溶解させた合成樹脂にさらにカーボンブラックを配合することが好ましい。これにより、抵抗ばらつきのないシームレスベルトが製造でき、本発明によって製造されたシームレスベルトを、例えば、電子写真方式の画像形成装置の中間転写ベルト等に好適に用いることができる。

＜製造方法＞
以下に本発明の製造方法について説明する。本発明の製造工程は、
（１）有機溶剤に溶解させた合成樹脂を調製する調製工程と、
（２）調製した樹脂溶液を円筒状金型（第１金型に相当する）の内面又は外面に展開し樹脂皮膜を形成する塗布工程と、
（３）円筒状金型に形成された樹脂皮膜を加温して有機溶剤の一部を蒸発させる加温工程（一次成形）と、
（４）有機溶剤の一部を蒸発して形成されたフィルム（フィルム状の樹脂皮膜を意味する）を円筒状金型から離型し、離型したフィルムを第２金型に挿入して硬化する硬化工程（二次成形）と、
を含んでいる。

上記の製造方法において、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。

＜調製工程＞
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イド、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、可舞性、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。

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。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。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三無水物、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三無水物等が挙げられる。

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オン、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。

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。

酸二無水物成分とジアミン成分を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、その際の反応温度は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。

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。溶液粘度は、室温（２３℃）にてＢ型粘度計により測定した値である。

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、シリ力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）、テトラフルオ口エチレン−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。

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。

＜塗布工程＞
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ほ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。

＜加温工程＞
円筒状の第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、フィルムを得る（一次成形）。この際の加熱温度は、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。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。

＜硬化工程＞
得られた合成樹脂フィルムを第１金型から離型する。円筒状の第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。

次いで、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、フィルムの内部に挿入し、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（二次成形）。

ここで、第２金型は、内表面に凹凸を有し、第２金型の両側の厚さ（Ａ）と内中央部の厚さ（Ｂ）との差（Ａ−Ｂ）と、両側の厚さ（Ａ）との比が１／２＞（Ａ−Ｂ）／（Ａ）であることが望ましい。（Ａ−Ｂ）／（Ａ）が１／２以上になると、加熱による金型の変形が生じやすく、金型が使用できなくなったり、最終製品のベルトの膨らみやムラの原因になる。第２金型の凹凸差をつける部分は加熱条件にもよるが、溶剤が蒸発していない部分が凹となる。凹凸の形状は、図１（ａ）に示すように、内中央部の厚さ（Ｂ）が一定であるものから、図１（ｂ）に示すように内中央部の厚さ（Ｂ）が両端部（Ａ）に向かうに従って厚くなるよう形成することもできるが、特にこれらに限定されず、本願発明の目的が達成される範囲において形状は変形できる。また、金型の内中央部の凹範囲は、適宜設定されるが、好ましくは、金型全長に対して１／２〜４／５の長さであり、特に好ましくは３／４である。

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が望ましい。

上記硬化の条件は、フィルムを構成する樹脂に応じて、適宜設定できる。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。

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際に、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することも可能である。

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、イオンプレーテイング等の方法を用いて形成することもできる。

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すことが好ましい。

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、半導電性ベルトに用いた場合においても抵抗のばらつきがなく、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。

［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。

（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時間境洋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時間擬拝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。

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、金型内面の樹脂皮膜自身が皮膜として支持できるまで乾燥、硬化させた。

この樹脂皮膜（フィルム）をステンレス製シリンダの第２金型１（図１（ａ）参照。両端厚さ（Ａ）８ｍｍ、長さ２００ｍｍ、中央部厚さ（Ｂ）５ｍｍ、長さ６００ｍｍの内面凹凸、外径２９９ｍｍ、全長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。なお、（Ａ−Ｂ）／（Ａ）＝３／８であり、１／２より小さい。

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１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。

（比較例１）
実施例１において、第２金型として、厚さ８ｍｍのステンレス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、画像ムラが発生した。

本発明に係わる第２金型の断面の一例を示す図

符号の説明

１ 第２金型
Ａ 端部の厚さ
Ｂ 内中央部の厚さ

Claims (2)

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樹脂皮膜を形成し、有機溶剤の一部を蒸発させて得られたフィルムを第１金型から離型し、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金型の内表面に凹凸を有すること特徴とするシームレスベルトの製造方法。
2. 前記第２金型の両側の厚さ（Ａ）と内中央部の厚さ（Ｂ）との差（Ａ−Ｂ）と、両側の厚さ（Ａ）との比が１／２＞（Ａ−Ｂ）／（Ａ）である請求項１に記載のシームレスベルトの製造方法。

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