JP3666189B2 - 電子写真用プラスチック無端転写ベルト - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、フルカラー複写機等の電子写真技術を採用した機器において、感光体上のトナー像を写し取る転写中間体等に用いられる電子写真用プラスチック無端転写ベルトに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、フルカラー複写機等の電子写真複写機の実用化に伴って、感光体上に現像されたトナー像を複写紙に転写する際に、一旦トナー像を転写中間体に写し取った後、複写紙に転写するというプロセスが採用されている。
【0003】
その一例を図3に示す。すなわち、このプロセスでは、感光ドラム1の表面が帯電ロール2により帯電された後、露光機構部3を介して原稿光像のスリット露光4が感光ドラム1表面に到達し、原稿像に対応した静電潜像が感光ドラム1表面に形成され、現像装置5により現像剤が供給されてトナー像が形成されるようになっている。また、上記感光ドラム1の下部には、転写中間体である無端ベルト6が、一次転写ローラ7を介して感光ドラム1に圧接されており、上記感光ドラム1上に現像されたトナー像が、上記無端ベルト6の順逆両方向の繰り返し走行により、この無端ベルト6の表面に各色順に転写されるようになっている。そして、この無端ベルト6の順方向(感光ドラム1と同じ方向)の走行により、上記トナー像は、この無端ベルト6と二次転写ローラ8との間に挟まれた複写紙9に転写される。なお、二次転写後に無端ベルト6の表面上に残留する現像剤はクリーニングブレード10によって回収され、無端ベルト6はつぎの転写に備えるようになっている。また、一次転写後に感光ドラム1表面上に残留する現像剤はクリーニング装置11によって回収され、その後、感光ドラム1表面はイレーザーランプ12により除電される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記無端ベルト6としては、従来から、ポリカーボネート(以下「PC」という)と、カーボンブラックやグラファイト等の導電剤とを溶融、混練し、体積抵抗率を調整した導電性材料から形成されたものが用いられている。しかしながら、上記PCは耐屈曲疲労性が劣るため、長期に渡って使用するとひび割れを生じるという問題があり、耐久性が悪いという問題を有している。また、PCは極性が高いため、上記無端ベルト6からのトナー像の離型性(以下「トナー離型性」という)が悪くなり、経時的に現像剤がベルト表面に固着する結果、画像に悪影響を与えるという問題がある。
【0005】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、トナー離型性および耐久性に優れ、良好な画像を得ることができる電子写真用プラスチック無端転写ベルトの提供をその目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、内層とこれに隣接する中間層とこの中間層に隣接する外層とこの外層に隣接する現像剤担持層の四層構造を有し、上記内層が導電剤を含有するフッ素樹脂材料で形成され、上記中間層が導電剤を含有するポリアミド樹脂材料で形成され、上記外層がフッ素樹脂材料で形成され、上記現像剤担持層が、硬化型シリコーン樹脂を主体とする材料またはフッ素変性アクリル樹脂を主体とする材料で形成されている電子写真用プラスチック無端転写ベルトを、その要旨とする。
【0007】
すなわち、本発明者らは、フルカラー複写機等の電子写真技術を採用した機器において、トナー離型性および耐久性に優れ、良好な画像を得ることができる、電子写真用プラスチック無端転写ベルト(以下単に「プラスチック無端ベルト」という)について、一連の研究を重ねた。その結果、上記プラスチック無端ベルトの構成を、内層とこれに隣接する中間層とこの中間層に隣接する外層とこの外層に隣接する現像剤担持層の四層構造とし、上記内層を、導電剤を含有するフッ素樹脂材料で形成し、上記中間層を、導電剤を含有するポリアミド樹脂材料で形成し、上記外層をフッ素樹脂材料で形成し、上記現像剤担持層を、硬化型シリコーン樹脂を主体とする材料またはフッ素変性アクリル樹脂を主体とする材料で形成することにより、所期の目的を達成できるとともに、電子写真用途において特に好ましいものと成り得ることを突き止めた。なお、本発明において、「主体とする」とは、全体がそれ自身のみからなる場合も含むという趣旨で用いている。また、「現像剤」とは、静電潜像を可視像化するためのものであって、画像形成物質であるトナーと、必要に応じて配合されるトナー以外の物質とを含む総称として用いている。
【0008】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態について説明する。
【0009】
本発明のプラスチック無端ベルトは、図1に示すように、内層13と、これに隣接する中間層14と、この中間層14に隣接する外層15と、この外層15に隣接する現像剤担持層16の四層構造を有している。
【0010】
上記内層13の形成材料としては、特に限定するものではないが、フッ化ビニリデン−四フッ化エチレン共重合体〔以下「Poly(VdF−TFE)」という〕、エチレン−四フッ化エチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、テトラフルオロエチレン−ヘ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)等のフッ素樹脂が用いられる。なかでも、溶剤可溶性のフッ素樹脂として、Poly(VdF−TFE)が好適に用いられる。そして、上記溶剤可溶性のフッ素樹脂の溶剤としては、メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、トルエン、酢酸エチル、テトラヒドロフラン等があげられる。
【0011】
つぎに、上記内層13に隣接して形成される中間層14の形成材料としては、特に限定するものではないが、N−メトキシメチル化ナイロン(以下「ナイロン8」という)、ナイロン12、共重合ナイロン等のポリアミド樹脂があげられる。なかでも、上記内層13と外層15との密着強度を向上させ、しかもその二層が混ざらないようにするために、ナイロン8を用いることが好適である。そして、上記ポリアミド樹脂の溶剤としては、メタノール、エタノール等の単独溶剤またはそれら単独溶剤に水、トルエン等を混合させた混合溶剤、1−プロパノール、2−プロパノール等があげられる。
【0012】
そして、上記中間層14に隣接して形成される外層15の形成材料としては、特に限定するものではないが、上記内層13に用いるフッ素樹脂と同様のものがあげられ、この内層13に用いるフッ素樹脂と外層15に用いるフッ素樹脂の種類は同一であってもよいし、異なるものであってもよい。
【0013】
さらに、上記外層15に隣接して形成される現像剤担持層16の形成材料は、硬化型シリコーン樹脂を主体とする材料またはフッ素変性アクリル樹脂を主体とする材料でなければならない。これが、本発明の大きな特徴である。このように、現像剤担持層を特定の材料で形成することにより、トナー離型性が良好となり、かつ耐久性も良好となる。
【0014】
また、上記現像剤担持層16の鉛筆硬度はB〜5Hであることが好ましい。すなわち、鉛筆硬度B未満であると、現像剤担持層16の表面、すなわち得られるプラスチック無端ベルトの表面に傷がつきやすいからであり、鉛筆硬度5Hを超えると感光ドラムやクリーニングブレード等のプラスチック無端ベルトと接触する部材に傷がつきやすいからである。なお、上記鉛筆硬度は、JIS K 5400の鉛筆ひっかき値に準じて測定されるものである。
【0015】
上記硬化型シリコーン樹脂としては、特に限定するものではないが、通常、作業効率を考慮して、液状のシリコーン樹脂が用いられ、より作業効率を向上させるために、n−ヘキサン等を含有させてもよい。そして、なかでも、製法的に有利であるという点から、ハードタイプの一液または二液の硬化型のシリコーン樹脂が好ましい。より好適なものとして、加熱硬化型シリコーンレジン(メチル系)、室温硬化型シリコーンレジンがあげられる。なお、上記室温硬化型シリコーンレジンの硬化反応を下記の式(1)に示す。
【0016】
【化1】
【0017】
上記フッ素変性アクリル樹脂としては、アクリル樹脂における水素原子の一部または全部をフッ素原子に置換したものであれば特に限定するものではないが、例えば、特開平7−228820号公報の第2頁第2欄第37行目〜第13頁に開示されているように、アクリル樹脂の側鎖に、炭素数が1〜20のパーフルオロアルキル基または部分フッ素化アルキル基等のフッ素化有機基を、適当な有機連結基を介してまたは介することなく、導入することにより得られるものがあげられる。具体的には、上記フッ素化有機基を有機連結基で連結したアクリル酸エステルまたは上記フッ素化有機基を有機連結基で連結したメタクリル酸エステルと、それ以外のアクリル酸エステルとを重合させて得られるもの等があげられる。なかでも、トナー離型性および耐久性をより向上できるという点から、アクリル酸の部分フッ素化アルキルエステルとメタクリル酸メチルとを主成分とする共重合体が好ましい。そして、この共重合体において、両者の含有割合は、共重合体全体に対して、15〜100重量%の範囲に設定されていることが好ましい。なお、トナー離型性をさらに向上させる目的で、上記フッ素変性アクリル樹脂にポリシロキサン基を導入してもよい。そして、上記フッ素変性アクリル樹脂の溶剤としては、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、酢酸メチル、酢酸ブチル等のエステル類、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド等の極性溶剤、1,1,1−トリクロルエタン、クロロホルム等のハロゲン系溶剤、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族類、さらにパーフルオロオクタン、パーフルオロトリ−N−ブチルアミン等のフッ素化イナートリキッド類があげられる。なかでも、安価で、粘度調整を行いやすいアセトンが好ましい。
【0018】
なお、上記現像剤担持層16を除く他の層、すなわち内層13、中間層14、外層15の少なくとも一層には、導電剤を含有させなければならない。すなわち、トナー離型性が良好となって、画像の高画質化を実現できるからである。上記導電剤としては、アルミニウム粉末、ステンレス粉末等の金属粉末、c−ZnO、c−TiO2 、c−ZnO4 、c−SnO2 等の導電性金属酸化物、グラファイト、カーボンブラック等の導電性粉末、四級アンモニウム塩、リン酸エステル、スルホン酸塩、脂肪族多価アルコール、脂肪族アルコールサルフェート塩等のイオン性導電剤等があげられる。これら導電剤は、単独でもしくは二種以上を併せて用いられる。これら導電剤のなかでも、均一分散性という観点から、導電性金属酸化物が好ましく、より好適には、c−TiO2 、c−SnO2 があげられる。なお、上記「c−」とは、導電性を有するという意味である。ただし、上記現像剤担持層16に導電剤を含有させると画像が乱れやすいため、現像剤担持層16には、導電剤を含有させない。
【0019】
また、上記内層13、中間層14、外層15、現像剤担持層16に必要に応じて、帯電防止剤、架橋剤等、適宜の充填剤を含有させてもよい。
【0020】
上記プラスチック無端ベルトは、例えばつぎのようにして作製することができる。すなわち、まず、各層13〜16の形成材料およびその溶剤を、それぞれ適宜に配合し、ボールミル、サンドミル等で混練し、ついで攪拌し、各コーティング液を調製する。この際、各層を精度良く形成するために、隣接する層の形成材料の溶剤は、互いに異なっていることが好ましい。そして、このようにして調製されたコーティング液の濃度は、層の厚みに応じて適宜に設定される。すなわち、層の厚みはコーティング液の粘度調整が大きな要因となり、この粘度調整によって設定され、上記粘度はコーティング液の濃度に決定される。
【0021】
ついで、上記各コーティング液を、図2に示すようにそれぞれ槽17、槽18、槽19、槽20に収容する。一方、金属製の軸体(例えばアルミニウム、ステンレス等)21を準備し、この軸体21を垂直に立てて、まず槽17に収容されているコーティング液中に繰り返し浸漬する。そして、所定の回数浸漬を繰り返した後、コーティング液中から軸体21を引き上げる。ついで、同様の操作を行い、四層構造を形成する。つぎに、乾燥し溶剤を除去した後、加熱処理(例えば60〜150℃×60分間)を行い、上記軸体21を抜き取ることにより、図1に示すプラスチック無端ベルトが得られる。
【0022】
なお、上記製法以外に、押出成形法、スプレーコーティング法、インフレーション法、ブロー成形法等の方法により、プラスチック無端ベルトを得ることができる。
【0023】
このようにして得られたプラスチック無端ベルトは、現像剤担持層16が、硬化型シリコーン樹脂を主体とする材料またはフッ素変性アクリル樹脂を主体とする材料で形成されている。そして、上記現像剤担持層16を除く他の層のうちの少なくとも一層に導電剤が含有されている。このため、トナー離型性および耐久性に優れたものとなる。したがって、このプラスチック無端ベルトを電子写真技術を採用した機器に組み込んで使用すると、得られる画像は高画質なものとなる。
【0024】
なお、上記プラスチック無端ベルトにおいて、内層13と外層15の合計の厚みは、50〜200μmの範囲に設定されていることが好ましい。より好ましくは、100〜150μmである。すなわち、厚みが50μm未満であると強度が不足するおそれがあり、逆に200μmを超えると耐屈曲疲労性に劣るおそれがあるからである。
【0025】
そして、上記中間層14の厚みは、1〜50μmの範囲に設定されていることが好ましい。より好ましくは、5〜20μmである。すなわち、厚みが1μm未満であると電気的特性の経時変化が大きくなったりするおそれがあるからであり、逆に50μmを超えるとプラスチック無端ベルト全体の強度と屈曲性を両立させることが困難となるおそれがあるからである。
【0026】
さらに、上記現像剤担持層16の厚みは、0.2〜30μmに設定されていることが好ましい。より好ましくは、1〜10μmである。すなわち、厚みが0.2μm未満であると、摩耗によりトナー離型性の低下を生ずるおそれがあり、30μmを超えると、柔軟性に乏しくなり、ひび割れを起こすおそれがあるからである。
【0027】
また、上記プラスチック無端ベルトは、内周長が90〜600mmで、長さが100〜500mm程度のものが好ましい。すなわち、上記範囲内程度の寸法に設定すると、電子写真複写機等に組み込んで使用するのに適当な大きさとなるからである。
【0028】
そして、上記プラスチック無端ベルト全体の特性として、その体積抵抗率が106 〜1014Ω・cmに設定されていることが好ましい。より好ましくは、108 〜1012Ω・cmである。すなわち、106 Ω・cm未満であると電荷の減衰が早すぎ電源の容量を大きくする必要が生ずるおそれがあり、1014Ω・cmを超えると電荷の減衰が遅すぎ、除電のシステムを必要とするおそれがあるからである。また、上記プラスチック無端ベルトの表面抵抗率が106 〜1014Ω/cm2 に設定されていることが好ましい。より好ましくは、108 〜1014Ω/cm2 である。すなわち、106 Ω/cm2 未満であると電荷の減衰が早すぎ電源の容量を大きくする必要が生ずるおそれがあり、1014Ω/cm2 を超えると電荷の減衰が遅すぎ、除電のシステムを必要とするおそれがあるからである。なお、上記体積抵抗率および表面抵抗率は、JIS K 6911の抵抗率試験法に準じて測定されるものである。
【0029】
そして、本発明のプラスチック無端ベルトは、フルカラー複写機等の電子写真複写機の転写ベルトとしての用途に限定されるものではなく、フルカラーではない、単色の電子写真複写機の転写ベルトにも使用できる。さらに、本発明のプラスチック無端ベルトは、電子写真技術を採用しているプリンターやファクシミリ等の転写ベルトにも使用できる。
【0030】
【発明の効果】
以上のように、本発明のプラスチック無端ベルトは、内層とこれに隣接する中間層とこの中間層に隣接する外層とこの外層に隣接する現像剤担持層の四層構造を有し、上記内層が導電剤を含有するフッ素樹脂材料で形成され、上記中間層が導電剤を含有するポリアミド樹脂材料で形成され、上記外層がフッ素樹脂材料で形成され、上記現像剤担持層が、硬化型シリコーン樹脂を主体とする材料またはフッ素変性アクリル樹脂を主体とする材料で形成されている。このため、トナー離型性に優れ、耐久性に優れたものとなる。したがって、本発明のプラスチック無端ベルトを電子写真技術を採用した機器に組み込んで使用した場合、高画質な画像が得られるという利点を有する。
【0031】
つぎに、本発明の実施例について比較例と併せて説明する。
【0032】
まず、実施例および比較例に先立って、内層形成用コーティング液、中間層形成用コーティング液、外層形成用コーティング液を調製した。
【0033】
〔内層形成用コーティング液の調製〕
すなわち、まず、溶剤可溶性のPoly(VdF−TFE)〔カイナーSL、エルフ・アトケム・ジャパン社製〕と、c−TiO2 〔チタンブラック13M、三菱マテリアル社製〕とをそれぞれ所定量準備した。ついで、このPoly(VdF−TFE)を所定量のアセトンに溶解した後、c−TiO2 が11容量%となるよう添加し、サンドミルで攪拌、分散し、リン酸エステル系帯電防止剤を所定の配合割合で添加して、所定粘度の内層形成用コーティング液を調製した。
【0034】
〔中間層形成用コーティング液の調製〕
つづいて、溶剤可溶性のポリアミド樹脂〔トレジンEF−30T、帝国化学産業社製)と、c−SnO2 〔導電性酸化スズT−1、三菱マテリアル社製〕とをそれぞれ所定量準備した。ついで、このポリアミド樹脂をメタノールと水の混合溶液(メタノール/水=3/1)の所定量に溶解した後、c−SnO2 をポリアミド樹脂100重量部に対して60重量部となるよう添加し、サンドミルで攪拌、分散して、所定粘度の中間層形成用コーティング液を調製した。
【0035】
つぎに、外層形成用のコーティング液について、外層形成用コーティング液aおよび外層形成用コーティング液bの二種類調製した。
【0036】
〔外層形成用コーティング液aの調製〕
すなわち、溶剤可溶性のPoly(VdF−TFE)〔カイナーSL、エルフ・アトケム・ジャパン社製〕と、c−TiO2 〔チタンブラック13M、三菱マテリアル社製〕とをそれぞれ所定量準備した。ついで、このPoly(VdF−TFE)を所定量のアセトンに溶解した後、c−TiO2 が11容量%となるよう添加し、サンドミルで攪拌、分散して、所定粘度の外層形成用コーティング液を調製した。
【0037】
〔外層形成用コーティング液bの調製〕
つぎに、溶剤可溶性のPoly(VdF−TFE)〔カイナーSL、エルフ・アトケム・ジャパン社製〕を所定量のアセトンに溶解し、所定粘度の外層形成用コーティング液を調製した。
【0038】
【実施例1〜4】
下記の表1に示す配合割合で、現像剤担持層の形成材料およびその溶剤を配合し、所定粘度の現像剤担持層形成用コーティング液をそれぞれ調製した。ついで、上記のようにして調製された各層のコーティング液を、それぞれ別々の槽に収容した(図2参照)。なお、使用した外層形成用コーティング液の種類については、同表に併せて示した。そして、前述の方法に従い、アルミニウム製の軸体の周囲に順次、内層、中間層、外層、現像剤担持層となる層を積層形成し、乾燥し溶剤を除去した後、加熱処理(60〜150℃×60分間)を行うことにより各層を形成した。ついで、上記アルミニウム製軸体を抜き取って、目的とするプラスチック無端ベルトを得た。このようにして得られたプラスチック無端ベルトについて、各層の厚み、現像剤担持層の鉛筆硬度、トナー離型性、耐屈曲疲労性、複写画像の画質を測定・評価し、その結果を下記の表2に示した。なお、各測定方法は以下のとおりである。
【0039】
〔厚み〕
マイクロメータを用いて測定した。
【0040】
〔鉛筆硬度〕
JIS K 5400の鉛筆ひっかき値に準じて測定した。
【0041】
〔トナー離型性〕
まず、プラスチック無端ベルトの現像剤担持層の表面に現像剤を散布した。ついで、上記現像剤散布面にゴムシートをのせ、このゴムシートに10g/cm2 の荷重をかけた状態で80℃×30分間放置した。その後、ゴムシートを剥がした時、現像剤担持層の表面に現像剤が付着していないものには○をつけ、現像剤が付着しているものには×をつけた。
【0042】
〔耐屈曲疲労性〕
MIT耐折強さ試験機を用いて、規定寸法の試験片を繰り返し折り曲げ、切れるまでの往復運動を測定した。
【0043】
〔複写画像の画質評価〕
プラスチック無端ベルトを市販のカラー複写機に組み込んで用い、得られる複写画像の画質の評価を行った。そして、複写画像の乱れが確認されなかったものには○をつけ、乱れが確認できたものには×をつけた。
【0044】
【表1】
【0045】
【表2】
【0046】
【実施例5、6】
現像剤担持層の厚みを0.2μm、30μmに代えた以外は実施例1と同様にして、プラスチック無端ベルトを得た。このようにして得られたプラスチック無端ベルトについて、実施例1と同様にして測定・評価し、その結果を下記の表3に示した。
【0047】
【実施例7、8】
現像剤担持層の形成材料である硬化型シリコーン樹脂として、シリコーンSR2411(東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)〔実施例7〕、シリコーンSR2316(東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)〔実施例8〕を用いた以外は実施例1と同様にして、プラスチック無端ベルトを得た。このようにして得られたプラスチック無端ベルトについて、実施例1と同様にして測定・評価し、その結果を下記の表3に併せて示した。
【0048】
【実施例9、10】
内層の厚みと外層の厚みの合計が50μm〔実施例9〕、200μm〔実施例10〕となるようにした以外は実施例1と同様にして、プラスチック無端ベルトを得た。このようにして得られたプラスチック無端ベルトについて、実施例1と同様にして測定・評価し、その結果を下記の表4に示した。
【0049】
【比較例】
ポリカーボネート樹脂にカーボンブラック(ケッチェンブラックEC)を7.7容量%の割合で配合し、連続混練押出機(250℃)を用いて、溶融、混練し、ペレット化して導電性材料(体積抵抗率:5×107 Ω・cm)を得た後、厚み150μmのプラスチック無端ベルトを成形した。そして、得られたプラスチック無端ベルトについて、実施例1と同様にして測定・評価し、その結果を下記の表4に併せて示した。
【0050】
【表3】
【0051】
【表4】
【0052】
上記結果から、実施例品はすべて、トナー離型性に優れ、かつ耐屈曲疲労性にも優れている。そして、得られる複写画像の画質は、良好なものとなっている。これに対して、比較例品は、トナー離型性が悪く、耐屈曲疲労性も悪い。さらに、得られる複写画像の画質も悪くなっている。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のプラスチック無端ベルトの一例を示す説明図である。
【図2】 本発明のプラスチック無端ベルトの製法を示す説明図である。
【図3】 電子写真複写機の複写機構を示す構成図である。
【符号の説明】
16 現像剤担持層
Claims (5)
- 内層とこれに隣接する中間層とこの中間層に隣接する外層とこの外層に隣接する現像剤担持層の四層構造を有し、上記内層が導電剤を含有するフッ素樹脂材料で形成され、上記中間層が導電剤を含有するポリアミド樹脂材料で形成され、上記外層がフッ素樹脂材料で形成され、上記現像剤担持層が、硬化型シリコーン樹脂を主体とする材料またはフッ素変性アクリル樹脂を主体とする材料で形成されていることを特徴とする電子写真用プラスチック無端転写ベルト。
- 上記外層が、導電剤を含有するフッ素樹脂材料で形成されている請求項1記載の電子写真用プラスチック無端転写ベルト。
- 上記フッ素変性アクリル樹脂が、アクリル酸の部分フッ素化アルキルエステルとメタクリル酸メチルとを主成分とする共重合体である請求項1または2記載の電子写真用プラスチック無端転写ベルト。
- 上記内層の厚みと上記外層の厚みの合計が、50〜200μmの範囲に設定されている請求項1〜3のいずれか一項に記載の電子写真用プラスチック無端転写ベルト。
- 上記内層の形成材料に、帯電防止剤が配合されている請求項1〜4のいずれか一項に記載の電子写真用プラスチック無端転写ベルト。
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