JP4569226B2 - 中間転写ベルト、及びそれを備える画像形成装置 - Google Patents
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更に、機械特性や耐熱性に優れたポリイミド樹脂に導電性フィラーを分散してなる中間転写ベルトが提案されている(例えば、特許文献2及び3参照)。
一方、高速で印刷処理を行なう装置では、濃度ムラ、斑点状ディフェクトが発生する問題があった。
即ち、本発明は、
<1> カーボンブラックであるスペシャルブラック4A(商品名、Degussa社製)を、ジェットミルを用いて150MPa以上の衝突圧力で、UイミドKX(商品名、ユニチカ社製)及びUイミドTX(商品名、ユニチカ社製)から選択されるポリアミド酸の溶液中に分散してなる分散液をリング状に展開した後、乾燥製膜してベルト形状に成形し、更に加熱してイミド転化することにより得られた、カーボンブラックがポリイミド樹脂中に分散された中間転写ベルトであって、前記中間転写ベルトの電圧印加30msec後の表面抵抗率の常用対数値が9〜13(LogΩ/□)であり、電圧印加10sec後の表面抵抗率の常用対数値と30msec後の表面抵抗率の常用対数値との差が、絶対値で0.15(LogΩ/□)以下であり、且つヤング率が3500MPa以上であることを特徴とする中間転写ベルトである。
本発明の中間転写ベルトは、カーボンブラックであるスペシャルブラック4A(商品名、Degussa社製)を、ジェットミルを用いて150MPa以上の衝突圧力で、UイミドKX(商品名、ユニチカ社製)及びUイミドTX(商品名、ユニチカ社製)から選択されるポリアミド酸の溶液中に分散してなる分散液をリング状に展開した後、乾燥製膜してベルト形状に成形し、更に加熱してイミド転化することにより得られた、カーボンブラックがポリイミド樹脂中に分散された中間転写ベルトであって、前記中間転写ベルトの電圧印加30msec後の表面抵抗率の常用対数値が9〜13(LogΩ/□)であり、電圧印加10sec後の表面抵抗率の常用対数値と30msec後の表面抵抗率の常用対数値との差が、絶対値で0.15(LogΩ/□)以下であり、且つヤング率が3500MPa以上であることを特徴とする。前記表面抵抗率及びヤング率は、22℃50%RHの条件下で測定した値である。
先ず、本発明の中間転写ベルトについて説明する。
本発明の中間転写ベルトは、電圧印加の10sec後の表面抵抗率の常用対数値と30msec後の表面抵抗率の常用対数値との差(以下、「本発明における表面抵抗率の常用対数値の差」という場合がある。)が、絶対値で0.2(LogΩ/□)以下であることを特徴とし、0.15(LogΩ/□)以下であることが好ましく、0.10(LogΩ/□)以下がより好ましい。前記本発明における表面抵抗率の常用対数値の差の絶対値が0.2を超えると、高速印刷を行なった場合に画像濃度のムラが発生していまう。
尚、本発明における表面抵抗率の常用対数値の差は、後述するカーボンブラックの種類、及びカーボンブラックの分散方法により、(上述の値に)制御することができる。
式(1) ρs=π×(D+d)/(D−d)×(V/I)
本発明の中間転写ベルトは、体積抵抗率の常用対数値が8〜13(LogΩcm)であることが好ましい。前記体積抵抗率の常用対数値が8(LogΩcm)未満であると、像担持体から中間転写ベルトに転写された未定着トナー像の電荷を保持する静電的な力が働きにくくなるため、トナー同士の静電的反発力や画像エッジ付近のフリンジ電界の力によって、画像の周囲にトナーが飛散してしまい、ノイズの大きい画像が形成される場合がある。一方、前記体積抵抗率の常用対数値が13(LogΩcm)を超えると、電荷の保持力が大きいために、1次転写での転写電界で中間転写ベルト表面が帯電するために除電機構が必要となる場合がある。尚、前記体積抵抗率の常用対数値は、後述するカーボンブラックの種類、及びカーボンブラックの添加量により制御することができる。
図1に示す円形電極は、第一電圧印加電極Aと表面抵抗率測定時の板状絶縁体に代えて第二電圧印加電極Bとを備える。第一電圧印加電極Aは、円柱状電極部Cを備える。第一電圧印加電極Aにおける円柱状電極部Cと第二電圧印加電極Bとの間に中間転写ベルトTを挟持し、第一電圧印加電極Aにおける円柱状電極部Cと第二電圧印加電極Bとの間に電圧V(V)を印加したときに流れる電流I(A)を測定し、下記式(2)により、中間転写ベルトTの体積抵抗率ρv(Ωcm)を算出することができる。ここで、下記式(2)中、tは、中間転写ベルトTの厚さを示す。
式(2) ρv=πd2/4t×(V/I)
本発明の中間転写ベルトは、ヤング率が3500MPa以上であることを特徴とする。前記ヤング率は5000MPa以上10000以下であることが好ましい。前記ヤング率が3500MPa未満であると、一次転写で斑点状ディフェクトが発生してしまう。
式(3) E=ΔS/Δa
ここで、ΔSは、負荷Fとサンプルの膜厚t、サンプル幅wより、ΔS=F/(w×t)で表され、Δaは、サンプル基準長さL、負荷印加時のサンプル伸びΔLより、Δa=ΔL/Lで表される。
中間転写ベルトの厚みの測定は、一般の接触式、非接触式膜厚計を使用することが出来る。本発明では、サンコー電子社製渦電流式膜厚計CTR−1500Eを使用した。
また、ヤング率測定は、一般市販の引張り試験機を使用することができる。本発明では、アイコーエンジニアリング社製引張り試験機MODEL−1605Nを使用した。
本発明の中間転写ベルトは、総厚みが0.05〜0.5mmであることが好ましく、0.06〜0.30mmであることがより好ましく、0.06〜0.15mmであることが更に好ましい。前記ベルトの総厚みが0.05mm未満であると、中間転写ベルトとして、必要な機械特性を満足できない場合があり、0.5mmを超えると、ロール屈曲部での変形によって、ベルト表面の応力が集中して、表面層にクラックが発生するなどの問題が生じる場合がある。
本発明の中間転写ベルトは、転写面の硬度が、表面微小硬度で30以下であることが好ましく、25以下であることがより好ましい。前記表面微小硬度とは、金属材料の硬さ測定等に広く用いられているビッカース硬さのように、くぼみの対角線長さを求めるという方法はとらず、圧子が試料にどれだけ侵入したかを測定する方法によって求めることができる。試験荷重P(mN)、圧子の試料への侵入量(押し込み深さ)D(μm)としたとき、表面微小硬度DHは下記式(4)で定義される。
式(4) DH≡αP/D2
ここで、αは圧子形状による定数で、α=3.8584(使用圧子:三角錐圧子の場合)である。
測定環境:22℃、55%RH
使用圧子:三角錐圧子
試験モード:3(軟質材料試験)
試験荷重:0.70gf
負荷速度:0.0145gf/sec
保持時間:5sec
尚、本発明において、主成分となる樹脂材料とは、全樹脂中の50質量%以上であることをいう。また、ポリイミド樹脂を主成分とする場合、全樹脂中のポリイミド樹脂の比率が70質量%以上であることが好ましく、90質量%以上であることがより好ましい。
本発明の中間転写ベルトは、導電剤としてケッチエンブラック、アセチレンブラック等のカーボンブラックが分散されており、更に本発明の効果を損なわない範囲にて、更に他の導電剤を含有していてもよい、前記他の導電剤としては、導電性もしくは半導電性の微粉末が使用でき、所望の電気抵抗を安定して得ることができれば、導電性に制限はないが、アルミニウムやニッケル等の金属、酸化錫等の酸化金属化合物、チタン酸カリウム等が例示できる。そしてこれらを単独、あるいは併用して使用してもよい。
前記カーボンブラックとしては、本発明における表面抵抗率の常用対数値の差をより低くできる点で、酸化処理カーボンブラックが好ましい。
酸化処理カーボンブラックは、pHが5以下であることが好ましく、カーボンブラックを酸化処理することで、表面にカルボキシル基、キノン基、ラクトン基、水酸基等を付与して製造することができる。この酸化処理は、高温雰囲気下で、空気と接触され、反応させる空気酸化法、常温下で窒素酸化物やオゾンと反応させる方法、及び高温下での空気酸化後、低い温度下でオゾン酸化する方法などにより行うことができる。具体的には、酸化処理カーボンブラックは、コンタクト法により製造することができる。
前記酸化処理カーボンブラックは、一般的なカーボンブラックに比べ、前述したように表面に存在する酸素含有官能基の効果により、樹脂組成物中への分散性がよいため、導電性微粉末としての添加量を高くすることが好ましい。これにより、半導電性ベルト中のカーボンブラックの量が多くなるため、前記電気抵抗値の面内バラツキを押えることができる等の酸化処理カーボンブラックを用いることの効果を最大限発揮することができる。
一方、前記酸化処理カーボンブラックを18〜30質量%含有させることにより、その効果を最大限発揮させることができ、表面抵抗率の面内ムラや電界依存性を顕著に向上させることができる。
本発明の中間転写ベルトは、主成分となる樹脂がポリイミドの場合、ジェットミルを用いて150MPa以上の衝突圧力で、カーボンブラックをポリアミド酸の溶液中に分散して分散液を調製し、該分散液をリング状に展開し後、乾燥製膜してベルト形状に成形し、更に加熱してイミド転化することにより得られる。
精製したカーボンブラックを用意し、有機極性溶媒(例えば、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、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)に分散する。分散方法には、メディアを用いるもの、メディアを用いない方式のものいずれも使用可能であるが、カーボンブラックの精製方法と同様に微細メディアの混入がカーボンブラックの精製効果を低下させてしまうため、メディアを使用しないメディアフリーの分散方法が好ましく、特に高粘度溶液を均一に分散でき、本発明における表面抵抗率の常用対数値の差をより低くできる点で、ジェットミルが好ましい。
または、ポリアミド酸の溶液中に直接カーボンブラックを添加し、分散処理を行なった後に有機極性溶媒で希釈、撹拌する方法であってもよい。この方法は、ポリアミド酸溶液を作製するまでの違いであって、乾燥、イミド化工程は上記と同じ方法で行なえる。また、分散条件も上記方法及び条件を使用することができる。
本発明の画像形成装置は、像担持体に形成されたトナー像を中間転写ベルトに一次転写する第一転写手段と、該中間転写ベルトに転写されたトナー像を被転写体に二次転写する第二転写手段と、を少なくとも備える画像形成装置であって、前記中間転写ベルトが、既述の本発明の中間転写ベルトであることを特徴とする。
図2は本発明の画像形成装置の一例を示す概略模試図である。図2に示す画像形成装置は、4つのトナーカートリッジ1、1対の定着ロール2、バックアップロール3、テンションロール4、2次転写ロール(2次転写手段)5、用紙経路6、用紙トレイ7、レーザー発生装置8、4つの感光体(像担持体)9、4つの1次転写ロール(1次転写手段)10、駆動ロール11、転写クリーナー12、4つの帯電ロール13、感光体クリーナー14、現像器15、中間転写ベルト16等を主用な構成部材として含んでなる。なお、図2に示す画像形成装置において、本発明の中間転写ベルトはトナー像の重ね合わせ手段およびトナー像の転写手段として機能する中間転写ベルト16として用いられる。
クリーニング手段としては、特に制限はなく、それ自体公知のクリーニング装置等を用いればよい。
<実施例1、2及び4、比較例1〜5>
表1に示すポリアミド酸のNMP溶液(固形分濃度:20質量%)とカーボンブラックとを湿式ジェトミル分散機(ジーナス製:GeanusPY)で分散処理(150MPa、5pass)し、カーボンブラック分散ポリアミド酸溶液を得た。これをステンレス製20μmメッシュに通過させて、異物、カーボンブラック凝集物を取り除いた。更に、攪拌しながら真空脱泡を15分間行い、最終的な塗布用溶液を作製した。
BPDA:ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、
PMDA:ピロメリット酸ニ無水物、
PDA:p−フェニレンジアミン、
ODA:オキシジアニリン、
SB250:スペシャルブラック250(Degussa社製)、
SB4A:スペシャルブラック4A(Degussa社製)
表1に示すポリアミド酸のNMP溶液(固形分濃度:20質量%)とカーボンブラックとをダイノーミル(ジルコニアビーズ:外径2mm使用)で6時間分散し、カーボンブラック分散ポリアミド酸溶液を得た。
得られたカーボンブラック分散ポリアミド酸溶液をステンレス製20μmメッシュに通過させて、異物、カーボンブラック凝集物を取り除いた。更に、攪拌しながら真空脱泡を15分間行い、最終的な塗布用溶液を作製した。
以下、実施例1と同様に、得られた最終的な塗布用溶液を円筒状金型内面に塗布し、イミド転化することにより、所望のポリイミドベルト(中間転写ベルト)を得た。ベルトの厚さは約80μmであった。
得られたそれぞれのポリイミドベルトを図1に示す円形電極(三菱油化(株)製ハイレスターIPのURプローブ:円柱状電極Cの外径Φ16mm、リング状電極部Dの内径Φ30mm、外径Φ40mm)を用い、22℃/55%RH環境下、電圧100V印加し、印加後30msec及び10secの抵抗値を測定した。測定値から印加後30msec及び10secの表面抵抗率の常用対数値を算出し、印加後30msecの表面抵抗率の常用対数値、及び印加後30msec及び10secの表面抵抗率の常用対数値の差(10sec−30msec)を表2に示す。
得られたそれぞれのポリイミドベルトを80mm×5mmに切りだし、10回のヤング率の測定を行ない、平均値を測定データとした。測定機は、アイコーエンジニアリング社製引張り試験機MODEL−1605Nを使用し、測定条件は22℃55%環境で引張り速度を20mm/minで行なった。尚、ベルト断面積算出に必要なベルト膜厚は、サンコー電子社製渦電流式膜厚計CTR−1500Eにより5回測定した平均値を使用した。その結果を表2に示す。
図2に示す構成の富士ゼロックス社製DocuCentreColor2220改造機(プロセス速度:250mm/sec、一次転写電流:35μAに改造)を使用して、高温高湿(28℃85%RH)及び低温低湿(10℃15%RH)で、Cyan、Magentaの50%ハーフトーンを富士ゼロックス社製C2紙に出力し、以下の規準で濃度ムラ及び斑点ディフェクトを目視で評価した。その結果を表2に示す。
◎:濃度ムラが確認されない。
○:濃度ムラが僅かに確認できたが、問題のないレベルである。
×:濃度ムラがはっきりと確認できた。
◎:斑点ディフェクトが確認されない。
○:斑点ディフェクトが僅かに確認できたが、問題のないレベルである。
×:斑点ディフェクトがはっきりと確認できた。
2・・・定着ロール
3・・・バックアップロール
4・・・テンションロール
5・・・2次転写ロール
6・・・用紙経路
7・・・用紙トレイ
8・・・レーザー発生装置
9・・・感光体
10・・・1次転写ロール
11・・・駆動ロール
12・・・転写クリーナー
13・・・帯電ロール
14・・・感光体クリ−ナー
15・・・現像器
16・・・中間転写体
18・・・除電ロール
Claims (2)
- カーボンブラックであるスペシャルブラック4A(商品名、Degussa社製)を、ジェットミルを用いて150MPa以上の衝突圧力で、UイミドKX(商品名、ユニチカ社製)及びUイミドTX(商品名、ユニチカ社製)から選択されるポリアミド酸の溶液中に分散してなる分散液をリング状に展開した後、乾燥製膜してベルト形状に成形し、更に加熱してイミド転化することにより得られた、カーボンブラックがポリイミド樹脂中に分散された中間転写ベルトであって、
前記中間転写ベルトの電圧印加30msec後の表面抵抗率の常用対数値が9〜13(LogΩ/□)であり、電圧印加10sec後の表面抵抗率の常用対数値と30msec後の表面抵抗率の常用対数値との差が、絶対値で0.15(LogΩ/□)以下であり、且つヤング率が3500MPa以上であることを特徴とする中間転写ベルト。 - 像担持体に形成されたトナー像を中間転写ベルトに一次転写する第一転写手段と、該中間転写ベルトに転写されたトナー像を被転写体に二次転写する第二転写手段と、を少なくとも備える画像形成装置であって、
前記中間転写ベルトが、請求項1に記載の中間転写ベルトであることを特徴とする画像形成装置。
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