JP3884726B2

JP3884726B2 - 導電性ベルト及びその製造方法

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Publication number: JP3884726B2
Application number: JP2003166514A
Authority: JP
Inventors: 克美寺川; 敏生鎌田
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2003-06-11
Filing date: 2003-06-11
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2023-06-11
Also published as: JP2005003878A

Description

【０００１】
本発明は、導電性ベルト及びその製造方法に関し、詳しくは、湿式現像方式の電子写真装置用の中間転写ベルトとして好適に用いられるものである。
【０００２】
【従来の技術】
複写機、プリンター、ファクシミリ等の電子写真方式の画像形成装置の中間転写ベルト等に用いられる導電性ベルトは、カーボンブラック等の導電性フィラーにより導電性が付与される場合と、ウレタンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、エピクロルヒドリンゴム等のイオン導電性ゴムやイオン導電剤により導電性が付与される場合とがある。
【０００３】
例えば、特開平８−１１０７１１号公報（特許文献１）では、電子導電性フィラーの配合によって体積抵抗率が調整された電子導電系半導電性合成樹脂材料を用いて形成した電子導電系半導電層と、イオン導電剤の配合によって体積抵抗率が調整されたイオン導電系半導電性材料を用いて形成したイオン導電系半導電層とを積層せしめて構成した導電性プラスチックベルトが提案されている。
【０００４】
また、最近のプリンター等の高速化に対処してベルトスピードの変化を少なくするために、ベルトの高弾性率化が要求されている。そこで、本出願人は、特開２００２−２２９３４５号公報（特許文献２）では、引張弾性率が５００ＭＰａ以上で電子導電性を有し、且つ体積抵抗率を１０⁶〜１０¹¹Ω・ｃｍとした樹脂製のベース層と、ＪＩＳＡ硬度が７０以下でイオン導電性を有し体積抵抗率を１０⁸〜１０¹⁴Ω・ｃｍとしたエラストマー製の中間層と、非電子導電性であり樹脂製の表面コーティング層とを備えた３層構造の導電性ベルトを提案している。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−１１０７１１号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開２００２−２２９３４５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１では、電気的特性の経時変化が低減されているものの、ベルトが、トナーと溶媒とを含む液体現像剤を使用する湿式画像形成装置の中間転写ベルトに用いられると、液体現像剤の溶媒によりベルトの各層が膨潤し、著しく耐久性が悪くなるという問題がある。
【０００８】
一方、特許文献２の導電性ベルトは、高弾性率のベース層を備えておりベルトスピードの変化を少なくしているものの、ブレードによる表面クリーニングや転写時の圧力等により、表面コーティング層が摩耗したり剥離したりすることも考えられ、ベルト表面の耐久性において未だ改善の余地がある。
【０００９】
以上のように、導電性ベルトには、液体現像剤の溶媒による膨潤が生じず、かつ、中間転写ベルト等として用いた場合に、良好な転写性を実現する電気特性が要求されている。
【００１０】
本発明は上記した問題に鑑みてなされたものであり、湿式現像方式の電子写真装置用のベルトとして用いた場合に、その外周面からベルト内部への溶媒の進入が低減され、長期に渡って優れた耐久性が得られる導電性ベルトを提供することを課題としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、第一の発明として、樹脂製のベース層と、該ベース層の外周側に配置されるゴム製の弾性層とからなる２層構造とし、
上記ベース層は、ポリイミド樹脂又はポリアミドイミド樹脂を用いて形成されていると共に、上記弾性層は、フッ素ゴムを用いて形成され、上記ベース層と上記弾性層は共に導電性フィラーとしてカーボンブラックが３〜４０重量部配合されることにより導電性が付与された電子導電性とし、
上記ベース層は、引張弾性率を２０００ＭＰａ以上５０００ＭＰａ以下とし、内周面の表面電気抵抗率を１０^６Ω／□以上１０^１２Ω／□以下とし、かつ、
上記弾性層は、ＪＩＳＡ硬度を３０以上７０以下とし、体積抵抗率を１０^６Ω・ｃｍ以上１０^１２Ω・ｃｍ以下とし、ｎ−デカンに２３℃、２４時間浸漬したときの体積膨潤率を３％以下とし、湿式現像方式の電子写真装置の中間転写ベルトとして用いられることを特徴とする導電性ベルトを提供している。
また、第二の発明として、カーボンブラックと分散剤を添加したポリイミド樹脂又はポリアミドイミド樹脂の前駆体溶液からなる原料Ａを原料供給手段であるディスペンサーのノズルの先端から、円筒状の金型を回転させながら、該金型の外周面に連続的に供給し、ノズルを金型の軸線方向に移動させて、原料Ａを金型の外周面の所要範囲に均一な厚みで塗布し、金型を回転させながら加熱して硬化させてベース層を形成した後、
カーボンブラックと分散剤を添加したフッ素ゴム溶液からなる原料Ｂを、上記ベース層の外周面に連続的に供給し、ノズルを金型の軸線方向に移動させて、原料Ｂを金型の外周面の所要範囲に均一な厚みで塗布し、金型を回転させながら加熱して硬化させて弾性層を形成している導電性ベルトの製造方法を提供している。
【００１２】
上記本発明の導電性ベルトでは、表面にコーティング層を設けずに、弾性層を表面層としているため厚み方向に柔軟性を有し、かつ、表面コーテイング層を設けた場合に発生するブレードによる表面クリーニング、転写時の圧力により表面コーテイング層が摩耗したり剥離したりする従来の問題を解決することができる。
特に、表面の弾性層がフッ素ゴムを用いて形成されているため、湿式現像方式の電子写真装置の中間転写ベルトとして用いた場合、パラフィン溶媒等の液体現像剤の溶媒に対して安定し、溶媒に対する膨潤率を低減することができる。
【００１３】
さらに、ベース層は、ポリイミド樹脂又はポリアミドイミド樹脂を用いて形成されているため、適度な剛性を有しておりベルト使用時にベルトに伸びが生じることもない。
このため、フッ素ゴムを用いて形成される弾性層をベース層の外周面上に配置した２層構造とすると、厚み方向に対する柔軟性とベルト強度を維持しながら、接触による表面の摩耗が極力抑えられ、長期に渡って良好な耐久性を実現することができる。
【００１４】
また、ベース層及び弾性層は、導電性フィラーにより導電性が付与された電子導電性であるため、フッ素ゴムやポリイミド樹脂又はポリアミドイミド樹脂の上記性能を低下させることなく、所望の表面電気抵抗率や体積抵抗率に調整することを可能としている。
以上より、上記弾性層と、上記ベース層とからなる２層構造の本発明の導電性ベルトは、電気特性を維持しながら、優れた耐久性を実現することができる。
【００１５】
上記弾性層は、液体現像剤の溶媒に対する膨潤率を３％以下としている。
上記範囲とすると、ベルトの外周面からベルト内部への溶媒の進入が低減され、溶媒による膨潤及び外周面の機械的な劣化を防止でき、優れた耐久性を得ることができる。また、ベース層の該溶媒に対する膨潤率は３％以下が好ましい。
なお、従来公知の液体現像剤の溶媒の中でも、パラフィン溶媒は、比較的低コストで、安全性、臭気性にも優れているため好適である。
【００１６】
ベース層の引張弾性率を２０００ＭＰａ以上５０００ＭＰａ以下とすることにより、ベルトの伸びが押さえられ、ベルトスピードの変化を少なくすることができると共に、画像の色ずれを防止することができ良好な画像を得ることができる。また、ベース層の内周面の表面電気抵抗率を１０⁶Ω／□以上１０¹²Ω／□以下とすることにより、転写後にベルトに残存する電荷を効率良く除却する作用が働き、残存電荷が画像形成に及ぼす悪影響を防止することができる。
【００１７】
上記弾性層のＪＩＳＡ硬度を３０以上７０以下とすることにより、転写ニップ幅が大きく、かつ良好な体積抵抗率を実現でき、表面が粗いラフ紙に対しても良好な転写特性を得ることができ、良好な画像を得ることができる。
また、弾性層の体積抵抗率を１０⁶Ω・ｃｍ以上１０¹²Ω・ｃｍ以下とすることにより、画像形成装置の中間転写ベルト等の導電性ベルトとして好適な電気特性を有することとなり、良好な画像を得ることができる。
【００１８】
ベース層及び弾性層に配合される導電性フィラーとしては、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、アセチレンブラック等のカーボンブラックを用いている。その他、酸化亜鉛、酸化鉄、酸化チタン、チタン酸カリウム、アンチモンドープ酸化チタン、酸化スズ、グラファイト等の導電性金属酸化物、カーボン繊維等を併用してもよい。
上記範囲の表面電気抵抗率や体積抵抗率を付与するために配合する導電性フィラーとしてのカーボンブラックの量は、導電性フィラーの種類やベース層として用いられる樹脂にもよるが、樹脂又はゴムの固形分１００重量部に対して３重量部〜４０重量部としている。なお、液状の樹脂又はゴム中に配合する場合には、分散剤を配合し導電性フィラーを均一に分散している。
【００１９】
弾性層は、液状フッ素ゴムをベース層の外周面に塗工し加熱硬化して形成している。これにより、均一な厚みで強度も良好な弾性層とすることができる。特に、ディスペンサーにより、塗布する原料をノズルの先端から連続的に供給して均一な厚みに塗布している。その他、弾性層の塗工方法としては、ロールコータ、バーコート、スプレーコート、静電塗装、ディップコート等による方法も挙げられる。
【００２０】
また、ベース層は、ポリイミド樹脂又はポリアミドイミド樹脂の前駆体溶液を上記同様に金型の外周面に塗工し加熱硬化して形成している。ベース層は、その他、遠心成形や押出成形等により形成することもできる。
【００２１】
ベース層と弾性層とは、プライマーを介して接着しても良く、これにより、良好な密着性を得ることができる。具体的には、弾性層を塗布形成する前に、ベース層の表面にプライマーを塗布しておくことが好ましい。
【００２２】
ベース層の厚みは５０μｍ〜１５０μｍ、さらには７０μｍ〜１１０μｍであるのが好ましい。弾性層の厚みは２５μｍ〜４００μｍ、さらには５０μｍ〜３００μｍであるのが好ましい。これにより、ベルト全体として良好な柔軟性と強度が得られる上に、ベース層と弾性層との接着性も良好なものとなる。なお、弾性層の厚みは、ベース層の厚みよりも大きい方が好ましい。
【００２３】
弾性層の外周面の表面粗さはＲｚは２μｍ以下が好ましい。これにより、残留トナーのクリーニング性をより良好なものとすることができる。表面粗さＲｚとは、ＪＩＳＢ０６０１に定義された材料の表面粗さを表すパラメータである。
【００２４】
上記のように本発明の導電性ベルトは、液体現像剤の溶媒に対する膨潤率が小さく耐久性に優れ、長期に渡り高画質を得ることができるため、湿式画像形成装置の中間転写ベルトとして好適に用いることができる。その他、画像形成装置の転写ベルト、定着ベルト、現像ベルト、搬送ベルト等として用いることもできる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態の導電性ベルト１を示す。
導電性ベルト１の全体形状は略円筒状であるが、可撓性に富んでおり自重等で自在に変形し得るので、種々の形状となり得る。図１では、２つの軸間に張設された場合が想定された全体形状、即ち、進行方向における断面が略長円形状を示している。導電性ベルト１を中間転写ベルトとして用いた場合、外周面１ａにトナーが付着し、内周面１ｂはベルトの回転中に駆動軸や従動軸等と直接接触する。
【００２６】
導電性ベルト１は、図１（Ｂ）に示すように、樹脂製のベース層１Ａと、ベース層１Ａの外周側に配置されるゴム製の弾性層１Ｂとからなる２層構造としている。
【００２７】
ベース層１Ａは、ポリアミドイミド樹脂を用いて形成され、引張弾性率を２７００ＭＰａとし、適度な剛性を有し、導電性フィラーであるカーボンブラックにより導電性が付与された電子導電性であり、内周面の表面電気抵抗率を１．５８×１０¹⁰Ω／□としている。また、ベース層１Ａは、パラフィン溶媒に対する膨潤率が０．２％であり、厚みは８０μｍとしている。ベース層１Ａは、ポリアミドイミドワニスにカーボンブラックを均一に分散させたものを円筒状金型の外周面に塗工し加熱硬化して形成されている。
【００２８】
弾性層１Ｂは、フッ素ゴムを用いて形成され、ＪＩＳＡ硬度を６５とし、導電性フィラーであるカーボンブラックにより導電性が付与された電子導電性であり、体積抵抗率を３．１６×１０¹¹Ω・ｃｍとしている。弾性層１Ｂは、パラフィン溶媒に対する膨潤率が２．２％であり、厚みは２００μｍとしている。弾性層１Ｂは、溶媒に溶解させた液状フッ素ゴムにカーボンブラックを均一に分散させたものをベース層の外周面に塗工し加熱硬化して形成されている。
【００２９】
以下、本発明の導電性ベルトの製造方法について詳述する。
まず、導電性を付与するためにカーボンブラックと分散剤を添加したポリアミドイミド樹脂の前駆体溶液からなる原料Ａを予め調整しておく。
この原料Ａを原料供給手段であるディスペンサーのノズルの先端から、円筒状の金型の外周面に連続的に供給し、金型を回転させながら、ノズルを金型の軸線方向に移動させて、原料Ａを金型の外周面の所要範囲に均一な厚みで塗布する。該方法により金型の外周面上に塗布された原料Ａを２５０℃で２時間、金型を回転させながら加熱して硬化させてベース層を得る。
【００３０】
次に、導電性を付与するためにカーボンブラックと分散剤を添加したフッ素ゴム溶液からなる原料Ｂを、上記ベース層の外周面に、上記同様の方法により均一な厚みで塗布する。ベース層の外周面上に塗布された原料Ｂを１５０℃で１時間、金型を回転させながら加熱して硬化させて弾性層を得る。
このようにベース層と弾性層とからなる２層構造のベルトを金型上に形成した後、常温まで冷却後、金型から脱型して導電性ベルトを作製している。
【００３１】
図２は、電子写真方式の湿式画像形成装置１０の模式図であり、本発明の導電性ベルトを中間転写ベルト１１として用いている。
湿式画像形成装置１０は、中間転写ベルト１１、感光体１２、感光体１２を帯電させる帯電器１３、画像を画像形成媒体１７に定着させる定着ローラ１４、４色の液体現像剤１５（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ）、画像形成媒体供給トレー１６、感光体１２上を洗浄するクリーニングブレード１８、転写ローラ１９を備えている。本実施形態では、液体現像剤１５の溶媒をパラフィン系オイルとしている。
【００３２】
湿式画像形成装置１０によって画像が形成される場合、まず、感光体１２が図中の矢印の方向に回転し、感光体１２が帯電器１３により帯電された後に、レーザーＬが感光体１２の非画像部を露光して除電され、画線部に相当する部分が帯電した状態になる。
次に、液体現像剤１５ａが感光体１２上に供給されて、帯電画線部に液体現像剤１５ａが付着し１色目の画像が形成される。この液体現像剤１５ａの画像は中間転写ベルト１１上へ転写する。同様にして、感光体１２上に形成された液体現像剤１５ｂ〜１５ｄの各色の画像が中間転写ベルト１１上に転写され、中間転写ベルト１１上に４色の液体現像剤１５（１５ａ〜１５ｄ）からなるフルカラー画像が一旦形成される。
その後、画像形成媒体供給トレー１６から画像形成媒体１７が送られ、このフルカラー画像は、転写ローラ１９により中間転写ベルト１１から、画像形成媒体１７上へ転写される。その後、所定の温度に加熱されている定着ローラ１４を通過することで画像が画像形成媒体１７の表面へ定着される。
【００３３】
本発明の導電性ベルトである中間転写ベルト１１は、ベース層の引張弾性率が高い上に、弾性層は優れた柔軟性を有しており、表面粗さが大きいラフ紙等への転写性能も良好であり、良好な画像を得ることができる。また、液体現像剤の溶媒に対する膨潤率も小さいため、長期に渡って使用を繰り返しても溶媒によりベルトが膨潤することがなく、良好な耐久性を実現することができる。
【００３４】
以下、本発明の導電性ベルトの実施例、比較例について詳述する。
【００３５】
（実施例１）
表１に記載のベース層[ １ ]と弾性層[ １ ]とからなる２層構造の導電性ベルトとした。
ベース層[ １ ]は、トリメリット酸とジフェニルメタンジイソシアネートから合成したポリアミドイミドワニスにカーボンブラック及び分散剤を配合しビーズミルで均一に分散させたものを円筒状金型に塗工し加熱硬化して形成した。カーボンブラックは樹脂固形分１００重量部に対して２０重量部配合した。
弾性層[ １ ]は、溶媒に溶解させたフッ素ゴム（ダイキン工業（株）製、ＤＰＳ−２３１ＲＤ）にカーボンブラック及び分散剤を配合しビーズミルで均一に分散させたものをベース層１の外周面に塗工し加熱硬化して形成した。カーボンブラックはゴム固形分１００重量部に対して１８重量部配合した。
上記実施形態と同様の方法で導電性ベルトを作製した。なお、後述する方法により各層の物性値を評価した。
【００３６】
【表１】

【００３７】
（比較例１）
表２に記載のベース層[ １ ]と弾性層[ ２ ]と表層[ １ ]とからなる３層構造の導電性ベルトとした。
ベース層[ １ ]は、実施例１と同様とした。
弾性層[ ２ ]は、ポリプロピレングリコールとトリレンジイソシアネートより得られるＮＣＯ含有量６．９％の末端イソシアネートプレポリマーとを主剤とし、芳香族ジアミン及びポリプロピレングリコールを硬化剤とする２液硬化型のウレタンゴムをベース層[ １ ]の外周面に塗工し加熱硬化して形成した。
表層[１]は、ポリテトラメチレンエーテルグリコールとジイソシアネートを主成分とするポリウレタンディスパージョンにフッ素ポリマーディスパージョンを配合した水系塗料を弾性層２の外周面に静電塗装で形成した。
ベース層と弾性層は実施例１と同様の方法で形成した。なお、後述する方法により各層の物性値を評価した。
【００３８】
【表２】

【００３９】
（各層のパラフィン溶媒に対する膨潤性）
各層をパラフィン溶媒の一種であるｎ−デカンに２３℃、２４時間浸漬したときの体積膨潤率を、「パラフィン溶媒に対する膨潤率（％）」として評価した。結果を表３に示す。
【００４０】
【表３】

【００４１】
（ベルト耐久試験結果）
実施例１と比較例１の各導電性ベルトの外周面の一部をパラフィン溶媒に接液した状態でウレタン製のブレードを接触させながらベルトを回転させて、各ベルトの表層となる弾性層[ １ ]及び表層[ １ ]の変化を観察した。結果を表４に示す。
【００４２】
【表４】

【００４３】
（引張弾性率の測定）
ＡＳＴＭＤ−８８２に準拠した方法で測定した。
【００４４】
（表面電気抵抗率の測定）
ＪＩＳＫ６９１１に準拠した方法で測定した。
【００４５】
（体積抵抗率の測定）
三菱化学（株）製、高抵抗率計ハイレスターＵＰを用いて、２３℃相対湿度５５％の恒温恒湿条件下で測定した。測定方法は、ＪＩＳＫ６９１１に記載の体積抵抗率の測定方法に従い、測定時の印加電圧は５００Ｖとした。
【００４６】
（硬度）
ＪＩＳＡ硬度は、ＪＩＳＫ６２５３「加硫ゴム及び熱可塑性ゴムの硬さ試験方法」の規定に従い、デュロメータ硬さ試験、タイプＡで試験した。
【００４７】
上記各表の結果に示すように、実施例１は、弾性層がフッ素ゴムを用いて形成され、パラフィン溶媒に対する膨潤率が小さいため、ベルトの外周面からベルト内部への溶媒の進入を低減することができ、長期に渡って優れた耐久性を得ることができる。
【００４８】
一方、比較例１は、表層の膨潤率が大きいため、ベルトの外周面からベルト内部への溶媒の進入を抑制できず表層が溶媒により膨潤して強度が低下し、耐久性試験において１００回の回転で表層に剥離が生じた。
【００４９】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明によれば、ベルトは剛性を有するベース層と、その外周面上に配置する弾性層との２層構造とし、弾性層の表面にコーテイング層を設けていないため、該コーテイング層の摩耗、剥離による耐久性の低下は生じない。
また、外層とされる弾性層をフッ素ゴムを用いて形成しているため、パラフィン溶媒等の液体現像剤の溶媒に対して安定しており、該溶媒によるベルトの膨潤を低減することができ、長期に渡って良好な耐久性を実現することができる。かつ、フッ素ゴムは、耐摩耗性にも優れる上に、摩擦係数も低減することができ、トナーの離型性にも優れている。
さらに、ベース層は、ポリイミド樹脂又はポリアミドイミド樹脂を用いて形成されているため、高弾性率であり適度な剛性を有し、ベルトスピードの変化にも対応することができ、ベルト使用時にベルトに伸びが生じることもない。
【００５０】
このため、ゴム弾性を有する弾性層と、剛性を有するベース層からなる２層構造の本発明の導電性ベルトは、電気特性を維持しながら、優れた耐久性を実現することができ、ラフ紙等に対しても良好な転写特性を実現することができる。また、２層構造としているため、３層や４層以上の構造とした導電性ベルトに比べ生産性にも優れている。
【００５１】
従って、本発明の導電性ベルトは、複写機、ファクシミリ、プリンター等の画像形成装置の各種ベルトに有用であり、特に液体現像剤を使用する湿式画像形成装置の中間転写ベルトとして好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明の導電性ベルトの概略斜視図であり、（Ｂ）は図１（Ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図２】湿式画像形成装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１導電性ベルト
１Ａベース層
１Ｂ弾性層
１０湿式画像形成装置
１１中間転写ベルト
１２感光体
１９転写ローラ

Claims

樹脂製のベース層と、該ベース層の外周側に配置されるゴム製の弾性層とからなる２層構造とし、
上記ベース層は、ポリイミド樹脂又はポリアミドイミド樹脂を用いて形成されていると共に、上記弾性層は、フッ素ゴムを用いて形成され、上記ベース層と上記弾性層は共に導電性フィラーとしてカーボンブラックが３〜４０重量部配合されることにより導電性が付与された電子導電性とし、
上記ベース層は、引張弾性率を２０００ＭＰａ以上５０００ＭＰａ以下とし、内周面の表面電気抵抗率を１０^６Ω／□以上１０^１２Ω／□以下とし、かつ、
上記弾性層は、ＪＩＳＡ硬度を３０以上７０以下とし、体積抵抗率を１０^６Ω・ｃｍ以上１０^１２Ω・ｃｍ以下とし、ｎ−デカンに２３℃、２４時間浸漬したときの体積膨潤率を３％以下とし、湿式現像方式の電子写真装置の中間転写ベルトとして用いられることを特徴とする導電性ベルト。
請求項１に記載の導電性ベルトの製造方法であって、
カーボンブラックと分散剤を添加したポリイミド樹脂又はポリアミドイミド樹脂の前駆体溶液からなる原料Ａを原料供給手段であるディスペンサーのノズルの先端から、円筒状の金型を回転させながら、該金型の外周面に連続的に供給し、ノズルを金型の軸線方向に移動させて、原料Ａを金型の外周面の所要範囲に均一な厚みで塗布し、金型を回転させながら加熱して硬化させてベース層を形成した後、
カーボンブラックと分散剤を添加したフッ素ゴム溶液からなる原料Ｂを、上記ベース層の外周面に連続的に供給し、ノズルを金型の軸線方向に移動させて、原料Ｂを金型の外周面の所要範囲に均一な厚みで塗布し、金型を回転させながら加熱して硬化させて弾性層を形成している導電性ベルトの製造方法。