JP2012168522A - 画像形成デバイスのためのリン含有エンドレス可撓性部材 - Google Patents

Abstract

【課題】電子写真に使用するための可撓性部材、例えば可撓性画像転写部材、例えば中間転写ベルトを製造するためのモールド、マンドレル、フォームなどからの取り除きを促進するフィルム形成組成物を提供する。
【解決手段】画像形成デバイスに使用するための可撓性部材は、リンを含むポリアミドイミドを含む。
【選択図】なし

Description

カラー画像を形成する画像形成装置では、個々の異なる色のトナー画像が互いに重ね合わされるので、エンドレスベルトは、最終的な複合カラー画像を構築する際に順に適用されるまたは受容される異なる色のトナー画像を運ぶユニットとして使用できる。エンドレスベルトはまた、異なる色のトナー画像を順に受容する記録媒体に転写するためのユニットとしても使用できる。

エンドレス可撓性ベルトは、モールド、マンドレル、またはフォーム上にまたはこれらに付着したフィルムを生じさせることによって製造できる。フィルム形成溶液または組成物は、例えば浸漬、噴霧、フローコーティングまたはその他の既知の方法によってフォームに適用され、溶液または組成物は、中空フォーム、例えば円筒状フォームの内壁にわたって遠心分離を行うことによって薄膜を形成するように分散または分配できる。

こうした形成または成型方法を用いる場合、乾燥したまたは硬化したフィルムは、成型フォームから分離されなければならず、好ましくはフィルムに対して最小の応力、変形、損傷などで分離されなければならない。さらに、フィルムは成型フォームから容易に取り除かれることが望ましい。

電子写真の分野において、必ずしもではないが、電荷および潜像を運ぶ可撓性部材表面はまた、不完全性、例えばピット、谷、へこみ、起伏、しわ、くぼみなどが最小限で規則正しいことが有益であり、不揃いの表面は、最大限の画像忠実度が所望される場合には有益でない。

本明細書に開示される態様によれば、電子写真に使用するための可撓性部材、例えば可撓性画像転写部材、例えば中間転写ベルト（ＩＴＢ）を製造するためのフィルム形成組成物を提供し、この組成物は、形成されたフィルムのモールド、マンドレル、フォームなどからの取り除きを促進するリンを含むポリアミドイミドを含む。

本明細書で使用される場合、用語「電子写真」、またはこれらの文法上の変形は、用語「乾式電子写真」と交換可能に使用され一部の実施形態において、例えばカラー画像を形成する場合、画像の個々の色は順に適用されることが多い。故に、「部分画像」は、最終的または複合的なカラ―画像を得るために最後の色を適用する前の１つ以上の色を含む画像である。る。「可撓性」とは、例えばローラーを用いて操作するのに適合性であり、ローラーと共に使用される、例えばベルト、ウェブ、フィルムなどにおいて観察されるような、容易な変形能を示すことを意味する。

本開示の本開示の趣旨上、「約」は、記載された値または中間値の２０％以下の偏差を示すことを意味する。他の等価な用語としては、「実質的」および「本質的」、またはこれらの文法上の形式が挙げられる。

可撓性部材は、中間転写部材、例えば中間転写ベルト（ＩＴＢ）、フューザーベルト、圧力ベルト、輸液ベルト、輸送ベルト、現像剤ベルトなどを含むことができる。こうした部材は、単一層、または複数層、例えば支持体層、および１つ以上の特定機能を有する層を含むことができる。

中間転写部材はまた、カラーシステムおよびその他のマルチ画像形成システムに有用であることがわかっている。マルチ画像形成システムにおいて、複数の画像、すなわち、部分的画像が現像される。各画像は、感光体上に形成され、個々のステーションで現像され、中間転写部材に転写される。各画像は、感光体上に形成され、順に現像され、次いで中間転写部材に転写される、または各画像は、感光体上に形成され、中間転写部材に移されて現像され、転写される。

高品質の画像転写を得るために、すなわち画像ずれを最小限にするために、転写部材が駆動中の撹乱による変位を、支持体または基材の厚さを、例えば約５０μｍに制限することによって低減できる。故に、基材または支持体の厚さは、約５０μｍ〜約１５０μｍまたは７０μｍ〜約１００μｍであることができる。

本開示において、対象とする基材、フィルムまたは層は、リンを含むポリアミドイミドを含み、画像形成デバイスにおける可撓性部材として使用するのに好適である。モールド、マンドレル、フォームなどを用いて製造される場合、形成されたフィルムは、それらを製造するために使用されるデバイスから容易に離型し、リンの存在がまた、形成された部材に対して難燃特性を与える。

ポリアミドイミドを製造するために使用できる１つ以上のリン原子および複数のアミン基を含有する試薬は、商業的に得ることができ、または合成できる。例えば、アミン、カルボニル基を保持するアミン、例えばアミンフェノンまたはアミノ酸およびリン含有化合物、例えばホスフェートは、有機強酸の存在下で組み合わされ、ポリアミドイミド重合反応における試薬として使用できるリン含有アミンを形成する。反応のために選択された特定のアミン、カルボニル基を保持するアミンおよびリン含有化合物は、各試薬の他の部分としてのＲ基が形成されたポリアミドイミドの構造に寄与するので、設計上の選択である。

アミンは、一級アミンであることができるが、設計上の選択として二級または三級アミンであることもできる。アミノ基は、重合反応が過度に妨害されないことを確実にするように選択される。Ｒ基は、例えば脂肪族基、芳香族基またはそれらの組み合わせを含むことができ、ヘテロ原子を保持できる。例はアニリンであり、最終的なポリアミドイミドにベンゼン環を与える。

カルボニル基を保持するアミンも同様に、一級アミンであることができるが、設計上の選択として二級または三級アミンを使用することもできる。アミノ基は、重合反応が過度に妨害されないことを確実にするように選択される。また、アミノ基およびカルボニル基の位置は、後続の重合反応を過度に妨害しないように選択される。例はアミノ酸であり、またはアミンフェノンの例は４−アミノアセトフェノンである。後者は、エチルベンゼン基を最終ポリアミドイミドに与える。

リン含有化合物は、目的用途に好適な１つ以上のリン原子を保持するいずれかの化合物であることができる。リンは多価であるので、好適な試薬は、官能基、例えばハロゲンまたは酸素を保持するものである。例は、市販されている９，１０−ジヒドロ−オキサ−１０−ホスファフェナントレン−１０−オキシド（ＤＯＰＯ）であり、ここで多環式フェナントレン環は最終ポリアミドイミドに寄与する。

３つの試薬を、有機強酸、例えばスルホン酸、例えば無水ｐ−トルエンスルホン酸の存在下で組み合わせ、３つの試薬が組み合わさって１つ以上のリン原子を保持するアミンになるのに好適な時間、好適な反応温度でインキュベートし、それをポリアミドイミドを形成するための重合反応、例えば酸クロライドを用いるまたはジイソシアネートを用いる反応の試薬として使用できる。得られた試薬は、単離され、洗浄および／または再沈殿でき、次いで乾燥できる。

リン含有ポリアミドイミドを形成するために、対象とする試薬が重合反応に含まれる。故に、例えば複数のアミン基および少なくとも１つのリン原子を含有する本試薬は、酸クロライド、例えば複数のカルボニル基を保持するもの、例えばトリメリト酸クロライドと混合でき、中間アミド酸を形成することが多い。反応は、一般に双極性、非プロトン性溶媒、例えばジメチルホルムアミドまたはジメチルスルホキシド中で行われ、対象とするポリマーを得る。

あるいは、ジイソシアネートが無水物と反応し、複数のアミン基を含む対象とするリン含有化合物が反応に含まれる。反応は一般に、双極性、非プロトン性用溶媒、ＤＭＦまたはＤＭＳＯ中で混合される。重合の後、生成物を単離する。

転写部材またはデバイスは、一般に画像を保持するように設計された表面が低表面エネルギーを有するようなもの、すなわち水による湿潤性によって表されるような水滴に対して約７０°以上または少なくとも約７０°の接触角を有する、分散した電気伝導性剤を含む材料である。用語「水による湿潤性」とは、本明細書で使用される場合、試料の表面層を構成する材料の、水滴に対する接触角を示すことを意味する。

電気的特性、例えば表面およびバルク抵抗率、誘電率および放電を調節するために、電気的特性を調節する材料を基材または基材の表面層に添加できる。一般に、電気的特性を調節する材料は、フィルムの所望の抵抗率に基づいて選択できる。伝導性経路の数がパーコレーション閾値を常に十分上回り、それによって抵抗率の極端な変動を避けるように、電気的特性を調節する材料を高体積画分または充填で使用できる。組成物のパーコレーション閾値は、分散した相の体積濃度であり、その濃度未満では粒子と粒子との接触が非常に少ないので連結した領域が小さい。パーコレーション閾値よりも高い濃度では、連結された領域がフィルムの体積を超えるのに十分大きく、例えば浸透プロセスにおける密度の作用が議論されているＳｃｈｅｒ ｅｔ ａｌ．，Ｊ Ｃｈｅｍ Ｐｈｙｓ，５３（９）３７５９３７６１，１９７０を参照のこと。

電気的特性を調節する材料の粒子形状は、体積充填に影響を及ぼし得る。体積充填は、粒子が、例えば球状、円形、不規則状、回転楕円体、海綿状、角状またはフレークもしくは葉状の形態であるかどうかに依存し得る。高いアスペクト比を有する粒子は、相対的に低いアスペクト比を有する粒子と同程度の高い充填を必要としない。相対的に高いアスペクト比を有する粒子は、フレークおよび葉状を含む。相対的に低いアスペクト比を有する粒子は、球状および円形粒子である。

パーコレーション閾値は、実際、充填物のアスペクト比に依存して数体積％の範囲内である。いずれかの特定粒子の抵抗率に関して、コーティングされたフィルムの抵抗率は、層中の抵抗性粒子の体積画分を変更することによって約１桁にわたって変動させることができる。体積充填における変動により、抵抗率の微細な調整が可能である。

抵抗率は、個々の粒子のバルク抵抗率および支持体または層における粒子の体積画分に対しておおよそ線形で変動する。２つのパラメータは独立に選択できる。いずれかの特定粒子の抵抗率に関して、強化部材の抵抗率は、粒子の体積画分を変更することによっておおまかに１桁にわたって変動できる。粒子のバルク抵抗率は、好ましくは、部材に所望されるバルク抵抗率より最大３桁まで下げて選択される。粒子が支持体または層とパーコレーション閾値を超える量で混合される場合、得られた強化部材の抵抗率は、充填の増大に比例して低下し得る。最終抵抗率の微細な調整は、こうした抵抗率の比例する増大に基づいて制御されてもよい。

材料のバルク抵抗率は、材料の固有特性であり、均一な断面のサンプルから決定できる。バルク抵抗率は、こうしたサンプルの抵抗に、断面積を乗じ、サンプルの長さで除したものである。バルク抵抗率は、適用される電圧によりある程度変動し得る。

表面またはシート抵抗率（オーム／平方、Ω／□と表される）は、こうした測定基準が材料の厚さおよび材料表面の汚染、例えば凝縮湿分に依存するので、材料の固有の特性ではない。表面作用がごくわずかであり、バルク抵抗率が等方性である場合、表面抵抗率は、バルク抵抗率を強化部材厚さで除したものである。フィルムの表面抵抗率は、フィルム表面上にある２つの平行接点間の抵抗率を測定することによってフィルムの厚さを知ることなく測定できる。平行接点を用いて表面抵抗率を測定する場合、末端作用が大きな誤差を生じないように接点ギャップより数倍長い接点長さを使用する。表面抵抗率は、測定された抵抗率に接点長さ対ギャップ比を乗じたものである。

粒子は、得られる部材の所望のバルク抵抗率よりもわずかに低いバルク抵抗率を有するように選択できる。電気的特性を調節する材料としては、顔料、四級アンモニウム塩、炭素、染料、伝導性ポリマーなどが挙げられるが、これらに限定されない。

対象とするカーボンブラック粒子は、約１０ｎｍ〜約３０ｎｍ、約１２ｎｍ〜約２５ｎｍ、または約１５ｎｍ〜約２０ｎｍの粒子直径を有するものである。対象とするカーボンブラックは、約１００ｍ^２／ｇ〜約６００ｍ^２／ｇ、約２００ｍ^２／ｇ〜約５００ｍ^２／ｇ、または約３００ｍ^２／ｇ〜約４００ｍ^２／ｇのＢＥＴ表面積を有するものである。対象とするカーボンブラックは、約１ｍｌ／ｇ〜約７ｍｌ／ｇ、約１．５ｍｌ／ｇ〜約６ｍｌ／ｇまたは約２ｍｌ／ｇ〜約５ｍｌ／ｇのＤＢＡ吸収値を有する。市販のカーボンブラックの例は、Ｓｐｅｃｉａｌ Ｂｌａｃｋ４、Ｓｐｅｃｉａｌ Ｂｌａｃｋ５、Ｃｏｌｏｒ Ｂｌａｃｋ ＦＷ１、Ｃｏｌｏｒ Ｂｌａｃｋ ＦＷ２またはＣｏｌｏｒ Ｂｌａｃｋ ＦＷ２００（Ｅｖｏｎｉｋ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）である。

電気的特性を調節する材料、例えばカーボンブラックは、支持体または層の総重量の約１重量％〜約２５重量％、支持体または層の総重量の約７重量％〜約２０重量％、または約１０重量％〜約１５重量％の範囲の量で添加されてもよい。

また、カーボンブラックシステムは、層を伝導性にするために使用できる。これは、複数種のカーボンブラック、すなわち異なる、例えば粒子幾何学形状、抵抗率、化学作用、表面積および／またはサイズを有するカーボンブラックを用いることによって達成され得る。また、１種類のカーボンブラックまたは複数種のカーボンブラックを、他の非カーボンブラック伝導性充填剤と共に使用できる。

複数種のカーボンブラックを用いる例としては、それぞれが他のカーボンブラックとは異なる少なくとも１つの特徴を有し、構造化ブラック、例えば急勾配な抵抗率の傾きを有するＶＵＬＣＡＮ（登録商標）ＸＣ７２と、低構造カーボンブラック、例えば増大した充填剤充填で抵抗率が低いＲＥＧＡＬ２５０Ｒ（登録商標）との混合が挙げられる。所望の状態は、２種のカーボンブラックの組み合わせであり、これが、相対的に低いレベルの充填剤充填にて均衡がとれ制御された伝導率を与え、機械的特性を改善できる。

混合カーボンブラックの別の例は、球状、フレーク、小板状、繊維、ウィスカーまたは長方形の粒子形状を有するカーボンブラックまたはグラファイトと、異なる粒子形状を有するカーボンブラックまたはグラファイトとを組み合わせて使用するものであり、良好な充填剤パッキングを得て、こうして良好な伝導率を得る。例えば、球状形状を有するカーボンブラックまたはグラファイトは、血小板形状を有するカーボンブラックまたはグラファイトと共に使用できる。カーボンブラックまたはグラファイト繊維と球体との比は約３：１であることができる。

同様に、相対的に小さい粒径のカーボンブラックまたはグラファイトと共に相対的に大きい粒径のカーボンブラックまたはグラファイトとの使用により、より小さい粒子がポリマー基材のパッキング空隙領域に配向されることができ、粒子接触を改善する。例として、約１μｍ〜約１００μｍまたは約５μｍ〜約１０μｍの相対的に大きな粒径を有するカーボンブラックは、約０．１μｍ〜約１μｍまたは約０．０５μｍ〜約０．１μｍの粒径を有するカーボンブラックと共に使用できる。

別の実施形態において、カーボンブラックの混合物は、約３０ｍ^２／ｇ〜約７００ｍ^２／ｇのＢＥＴ表面積を有する第１のカーボンブラックと、約１５０ｍ^２／ｇ〜約６５０ｍ^２／ｇのＢＥＴ表面積を有する第２のカーボンブラックとを含むことができる。

また、抵抗率の組み合わせを使用して、充填剤充填に関して抵抗率変化を小さくできる。例えば、約１０^３〜約１０^７ｏｈｍｓ−ｃｍの抵抗率を有するカーボンブラックまたは他の充填剤と組み合わせて使用される約１０^−１〜約１０^３ｏｈｍｓ−ｃｍまたは約１０^−１〜約１０^２ｏｈｍｓ−ｃｍの抵抗率を有するカーボンブラックまたは他の充填剤が使用できる。

カーボンブラックに加えて他の充填剤が、ポリマー、樹脂またはフィルム形成組成物に添加でき、これらに分散できる。好適な充填剤としては、金属酸化物；窒化物；炭化物；および複合金属酸化物；雲母；これらの組み合わせが挙げられる。任意の充填剤は、ポリマー／混合カーボンブラックコーティング中に、総固形分の約２０％〜約７５重量％、または総固形分の約４０％〜約６０重量％の量で存在できる。

コーティング層の抵抗率は、約１０^７Ω／□〜約１０^１３°Ω／□、約１０^８Ω／□〜約１０^１２Ω／□または約１０^９Ω／□〜約１０^１１Ω／□であることができる。

別の実施形態において、層は、約１μｍ〜約１０μｍまたは約４μｍ〜約７μｍの誘電厚さを有する。

コーティングの硬度は、約８５ＳｈｏｒｅＡ未満、約４５ＳｈｏｒｅＡ〜約６５ＳｈｏｒｅＡ、または約５０ＳｈｏｒｅＡ〜約６０ＳｈｏｒｅＡであることができる。

別の実施形態において、表面は、少なくとも約６０°、少なくとも約７５°、少なくとも約９０°、または少なくとも約９５°の水接触角を有することができる。

転写部材は、当該技術分野において既知の方法を用いて調製できる。リン含有ポリアミドイミド組成物は、分散機または混合容器中にて構成成分を混合し、分散することによって調製され、次いでフォーム、マンドレルまたはモールド、例えば樹脂、ガラス、セラミック、ステンレススチールなどから製造されるものに適用される。材料を適用するための他の技術としては、液体および乾燥粉末スプレーコーティング、浸漬コーティング、フローコーティング、巻線ロッドコーティング、流動床コーティング、粉末コーティング、静電噴霧、超音波噴霧、ブレードコーティングなどが挙げられる。コーティングが噴霧によって適用される場合、噴霧は、機械的および／または電気的に、例えば静電噴霧によって補助できる。

フィルムは、好適な温度にて乾燥および／または硬化でき；次いでそれらから取り除かれる。対象とするフィルムが自己離型性であるので、離型剤、例えばシリコーン系またはフッ素系組成物を、モールド、マンドレルまたはフォームに、フィルム形成組成物をそれらに適用する前に添加する必要はない。「自己離型性」とは、モールドまたはフォームから硬化または形成されたフィルムが最小限の介入ありまたはなしで離型することを意味する。

このようにフィルム形成溶液または組成物がフォーム、マンドレル、モールドなどに適用される場合、形成されたフィルムの取り除きは、無傷で、最小限の損傷にて、または困難または介入のいずれかまたは両方がほとんどないのが望ましい。フォーム、マンドレル、モールドなどに直接添加される溶液中のリン含有ポリアミドイミド試薬は、乾燥したおよび／または硬化したフィルムをそれらから後で容易に取り除くことを促進または向上させる。さらに、リン化合物は、難燃性であり、ポリマーの吸湿性を低くすることによって、取扱および操作を容易にする。

フィルムは、シームレスであることができ、または当該技術分野において既知のようにシームされた部材を製造するために使用できる。

実施例１

９，１０−ジヒドロ−オキサ−１０−ホスファフェナントレン−１０−オキシド（ＤＯＰＯ，１０８．１ｇ，約０．５モル）、４−アミノアセトフェノン（６７．６ｇ，約０．５モル）、ｐ−トルエンスルホン酸一水和物（２．５６ｇ，約０．１３５モル）およびアニリン（２３２．８ｇ，約２．５モル）を、磁性撹拌によって混合し、窒素ガス下、１２０℃に１８時間加熱した。反応混合物を室温で冷却した後、１５０ｍｌのメタノールを添加した。わずかに黄色の沈殿物をろ過によって回収し、３×２５０ｍｌのメタノールによって洗浄し、乾燥した。
実施例２

実施例１の乾燥粉末は、溶媒ＤＭＦ（７０ｇ）中の１，２，４−ベンゼントリカルボン酸無水物（１９．２ｇ，約０．０１モル）およびヘキサメチレンジイソシアネート（８．７ｇ，約０．０５モル）の混合物に添加した。約４時間室温にて撹拌した後、褐色の透明溶液を９０℃で２．５時間加熱した。室温まで冷却後、開示されたリン含有ポリアミドイミドを含む粘稠な褐色液体を得た。
実施例３

実施例２のリンを含有するポリアミドイミド、従来のポリアミドイミドであるＶＹＬＯＭＡＸ（登録商標）ＨＲ−１１Ｎ（Ｔｏｙｏｂｏ）およびカラーブラックＦＷ−１（Ｅｖｏｎｉｋ）を、ＮＭＰ／ＤＭＦ中、３０／６０／１０の重量比で含むＩＴＢコーティング分散液を調製した。ボールミル加工の後、溶液をステンレスチールの基材上にコーティングし、乾燥し、２００℃で６０分間で硬化した。

フィルムは、ステンレスチールのモールドから容易に離型した。フィルムは約１００μｍの厚さを有していた。
比較例１

ＶＹＬＯＭＡＸ（登録商標）ＨＲ−１１ＮおよびカラーブラックＦＷ−１（Ｅｖｏｎｉｋ）をＮＭＰ中に重量比９０／１０で含むコントロールＩＴＢ分散液をボールミル加工し、溶液をステンレススチールの基材上にコーティングし、乾燥し、２００℃で６０分間硬化した。

フィルムは、ステンレススチールのモールドから離型しなかった。フィルムがモールドから分離し得る前に、付着したフィルムを有するモールドを水中に４８時間含浸させた。
実施例４

実施例３のＩＴＢおよび比較例１のＩＴＢを、当該技術分野において既知の材料および方法を用いて種々の特性に関して試験した。結果を以下の表に示す。

故に、ポリアミドイミド中のリンの存在は、ポリアミドイミド製のＩＴＢの所望の物理的特性を損なわない。しかし、モールドからの自己離型性、難燃性であるという利点、およびポリマーに疎水性を加えることによりポリマーの吸湿性を低下させることは、ポリアミドイミド単独から製造される可撓性ベルトよりも有利にする。

Claims (4)

1. リンを含むポリアミドイミドを含む自己離型性の可撓性中間転写部材。
2. 電気的特性を調節する材料をさらに含む、請求項１に記載の自己離型性の可撓性中間転写部材。
3. 前記電気的特性を調節する材料がカーボンブラックを含む、請求項２に記載の自己離型性の可撓性中間転写部材。
4. 前記材料が、約５重量％〜約２５重量％の量で存在する、請求項２に記載の自己離型性の可撓性中間転写部材。