JP4571023B2 - ポリアニリン充填ポリイミド溶接可能中間転写コンポーネント - Google Patents

Description

本発明においては、中間転写部材、さらに詳細には、像上のデジタル画像等を含む静電写真、例えば、ゼログラフィー装置または機器において現像を転写するのに有用な中間転写部材を開示する。各実施態様において、充填ポリイミド、例えば、ポリアニリン充填ポリイミドのような充填ポリマーを含む層または基体を含む中間転写部材が選択される。各実施態様において、上記ポリアニリン充填ポリイミドの抵抗率は比較的高い。各実施態様において、上記ポリアニリンは比較的小粒度である。各実施態様において、ポリアニリンとポリイミドの組合せは、溶接可能な中間転写部材の製造を可能にする。各実施態様において、上記溶接可能な中間転写部材は、高度に労働集約性であるパズルカットシームを必要としない。上記溶接可能な中間転写部材を製造する正味の製造コストは、各実施態様において節減される。各実施態様において、上記溶接可能中間転写部材は像形性である。

従って、改良された転写能力と改良されたコピー品質を有する溶接可能な中間転写ベルトを提供することが望まれている。また、パズルカットシームを有しないが、代りに溶接可能なシームを有する溶接中間転写ベルトを提供し、それによって、指でもってパズルカットシームを一緒に手作業によって接合するような労働集約的な工程もなくさらに長時間の高温および高湿度状態調節工程もなしで製造し得るベルトを提供することが望まれている。さらに、現在のパズルカットシームよりも強いシームを有するベルトを提供することも望まれている。また、カラー装置用のより高級な円周溶接可能ベルトを提供することも望まれている。

本発明は、各実施態様において、総固形分の約2〜約25質量％の量のポリアニリンと総固形分の約75〜約98質量％の量の熱可塑性ポリイミドとを含む均質組成物を含む基体を含み、上記ポリアニリンが約0.5〜約5.0ミクロンの粒度を有することを特徴とする溶接可能な中間転写ベルトを提供する。
本発明は、各実施態様において、総固形分の約2〜約25質量％の量のポリアニリンと総固形分の約75〜約98質量％の量の熱可塑性ポリイミドから本質的になる均質組成物を含む基体を含み、上記ポリアニリンが約0.5〜約5.0ミクロンの粒度を有することを特徴とする溶接可能な中間転写ベルトも包含する。

さらに、本発明は、静電潜像を表面上に受入れるための電荷保持性表面；トナーを上記電荷保持性表面に塗布して上記静電潜像を現像し且つ現像を上記電荷保持性表面上に形成させる現像コンポーネント；上記現像を上記電荷保持性表面から基体に転写させるための溶接可能な中間転写ベルトであって、総固形分の約2〜約25質量％の量のポリアニリンと総固形分の約75〜約98質量％の量の熱可塑性ポリイミドとを含む均質組成物を含む基体を含み、上記ポリアニリンが約0.5〜約5.0ミクロンの粒度を有することを特徴とする上記中間転写ベルト；および定着用コンポーネントを含む記録用媒体上への像形成用装置も提供する。

以下、ポリアニリン充填ポリイミド層または基体を含む中間転写部材を説明する。各実施態様において、上記ポリアニリン充填剤は、比較的小粒度を有する。各実施態様において、上記中間転写部材の抵抗率は、比較的高い。
上記中間転写部材は、溶接可能であり、パズルカットシームを必要としない。代りに、上記ポリアニリン充填ポリイミドベルトのシームは、溶接可能である。また、上記溶接可能なポリアニリン充填ポリイミドベルトは、状態調節工程を必要とせず、超音波溶接してポリアニリン充填ポリイミド材料自体と同等にまたはそれ以上に強いシームを形成させ得る。ポリアニリン充填ポリイミド配合物は、室内の温度および湿度において数時間以内で十分に状態調節する。従って、高温および高湿度状態調節を必要としない。また、ポリアニリン充填ポリイミドロール全体を自動化超音波溶接シーム製造ラインのような自動化製造装置中に搭載し得る。従って、溶接可能なポリアニリン充填ポリイミドベルトは、伝統的なパズルカット継ぎ合せポリイミドベルトおよび他の継ぎ合せ方法よりもはるかに低コストで製造し得る。本発明者等は、ポリアニリンの割合を変えることにより、シートの抵抗率を調整し、現在の中間転写ベルト特性に合致させ或いは将来の中間転写ベルトにおける要件を満たし得ることを見出した。さらに、本発明者等は、ポリアニリンの平均粒度を変化させることが材料表面の粗面性を変えることも見出した。
さらに、本発明の溶接可能なポリアニリン充填ポリイミドベルトは、カーボンブラックおよび他の充填剤使用の必要性を有しないが、各実施態様において、カーボンブラックまたは他の充填剤を添加してもよい。

図１に関しては、典型的な静電写真複写装置において、コピーすべきオリジナル(原像)の光像を感光性部材上に静電潜像の形で記録させ、この潜像を、その後、一般にトナーと称する検電性熱可塑性樹脂粒子を塗布することによって可視化している。詳細には、感光体１０を、動力源１１から電圧を加えた荷電器１２によって、その表面上で荷電する。その後、上記感光体をレーザーおよび発光ダイオードのような光学装置または像入力装置１３からの光に像形成状に露光させて、上記表面上に静電潜像を形成させる。一般に、静電潜像は、現像剤ステーション１４からの現像剤混合物を静電潜像と接触させることによって現像する。現像は、磁力ブラシ、粉末塗布または他の公知の現像方法を使用して実施し得る。

トナー粒子を上記光導電性表面上に像形状に付着させた後、トナー粒子を、コピーシート１６に、加圧転写または静電転写であり得る転写手段１５により転写する。また、現像を中間転写部材に転写し、その後、コピーシートに転写することもできる。
現像の転写を終えた後、コピーシート１６は、図１で融合ロールおよび加圧ロールとして示している融合ステーション１９に前進し、ここで、現像を、コピーシート１６を融合用部材２０と加圧用部材２１の間に通すことにより、コピーシート１６に融合させ、それによって永久像を形成させる。感光体１０は、転写後、クリーニングステーション１７に進み、そこで、感光体１０上に残存し得るトナーを、ブレード２２(図１示しているような)、ブラシまたは他のクリーニング装置を使用して感光体からクリーニングする。

図２は、本発明の１つの実施態様を示しており、像形成部材１０と転写ロール９に間に位置させた中間転写部材１５を描いている。像形成部材１０は、感光体ドラムで例示している。しかしながら、他の適切な像形成部材としては、イオノグラフィー用ベルトおよびドラム類、電子写真用ベルト類等のような他の静電写真像形成性受容体があり得る。
図２のマルチ像形成システムにおいては、転写する各像を上記像形成ドラム上に像形成ステーション１３で形成させる。その後、これらの象の各々を、現像剤ステーション１４で現像し、中間転写部材１５に転写する。象の各々は、感光体ドラム１０上で形成させ、順次現像し、その後、中間転写部材１５に転写してもよい。別法においては、各像を感光体１０上に形成させ、現像し、中間転写部材１５に見当に合せて転写してもよい。本発明の好ましい実施態様においては、上記マルチ像形成システムは、カラーコピーシステムである。このカラーコピーシステムにおいては、コピーする各々のカラー像を感光体ドラム１０上に形成させる。各カラー像を現像し、中間転写部材１５に転写する。別法においては、各カラー像を感光体ドラム１０上に形成させ、現像し、中間転写部材１５に見当に合せて転写してもよい。

現像後、現像ステーション１４からの荷電トナー粒子３は、感光体ドラム１０がトナー粒子３の電荷と反対の電荷２を有するので、感光体ドラム１０に引付けられ、保持される。図２においては、トナー粒子は負荷電されているように示し、感光体ドラム１０は正荷電されているように示している。これらの電荷は、使用するトナーと装置の性質次第で、逆であってもよい。好ましい実施態様においては、トナーは、液体現像剤中に存在する。しかしながら、本発明は、各実施態様において、乾燥現像系においても有用である。
感光体ドラム１０の反対側に位置したバイアス転写ロール９は、感光体ドラム１０の表面よりも高電圧を有する。バイアス転写ロール９は、中間転写部材１５の裏面６を正電荷により荷電している。本発明の別の実施態様においては、コロナまたは任意の他の荷電メカニズムを使用して中間転写部材１５の裏面６を荷電し得る。
負荷電トナー粒子３は、中間転写部材１５の前面５に、中間転写部材１５の裏面６上の正電荷１によって引付けられる。

上記中間転写部材は、図２に示しているようなシート、ウェブまたはベルトの形状、或いはロール形または他の適切な形状であり得る。本発明の好ましい実施態様においては、上記中間転写部材はベルト形である。本発明のもう１つの実施態様においては、図示してはいないが、上記中間転写部材はシート形である。
トナー潜像を感光体ドラム１０から中間転写部材１５へ転写した後、該中間転写部材は、加熱および加圧下に、紙のような像受け入れ基体に接触させ得る。その後、中間転写部材１５上のトナー像を、像形状で、紙のような基体に転写し定着させる。

図３は、本発明の１つの実施態様に従う１つの例の中間転写部材１５の断面図を示し、基体３０を描いている。ポリアニリン充填剤３１は、ポリイミド材料中の分散相内に存在するように示している。中間転写部材１５は、図３に示すような単一層(基体がポリアニリン充填ポリイミドを含む)であり得、或いは、例えば、約2〜約5層のポリアニリン充填ポリイミド物質からの複数層であり得る。

図５に示すように、本発明のベルトは溶接可能である。図５は、溶接シーム３４を有する中間転写ベルト３３を示す。ベルト３３は、ロール３２の周りに配置している。用語“溶接可能”とは、溶融しそれ自体に付着し、各実施態様において、強力な機械的結合を形成する材料を称する。溶融は、温プラテンによる直接加熱；赤外ランプ、e-ビーム、レーザーまたは任意の他の照射法による間接加熱によって誘発させ得る。また、シームは、材料を超音波ホーンにより振動させて熱を発生させ材料を溶融することによっても形成させ得る。また、上記ベルトは、パズルカットシーム、追加の充填剤および時間消費性の状態調節工程のための条件がないので、コスト効率的である。

上記ポリアニリン充填ポリイミド基体は、適切な高引張係数を有するポリイミドを含み得、各実施態様において、該ポリイミドは、導電性粒子を添加すると導電性フィルムとなり得るポリイミドである。各実施態様において、該ポリイミドは、高引張係数がフィルム延伸の見当および転写の一致を最適にすることから、高引張係数を有するポリイミドである。
数種のタイプの熱可塑性の溶接可能なポリイミドを商業的に購入し得る。これらのポリイミドとしては、E.I. Dupont社から入手し得るKAPTON^R、West Lake Plastics Company社から入手し得るIMIDEX^R、および同様な熱可塑性ポリイミドがある。購入するのに利用し得る数等級のポリイミドが存在し、HN、FN、MTB、FPC、JB、RR、VN、KJ、JP等がある。各実施態様において、KAPTON^R KJを上記ポリイミドとして使用し得る。KJ級ポリイミドは、ポリマー鎖の主鎖に沿って挿入された十分な酸素分子を有してポリマーを回転可能に、即ち溶接可能にする。さらに、KJ級ポリイミドは、トナー転写のための適切な導電度範囲も有する。ポリアニリンの充填剤としての使用は、組成物を溶接可能な中間転写ベルトの所望のトナー転写のための抵抗率範囲にもたらし得る。

殆どの商業的に入手可能なポリイミドは、該ポリマーが約400℃の昇温下で分解するので、即ち、これらのポリイミドポリマーは熱硬化性プラスチックと称されるものであり、ガラス転移温度(Tg)を示さない。従って、これらのポリイミドポリマーは、超音波溶接して継ぎ合せ可撓性ベルトとすることはできない。しかしながら、変性熱可塑性ポリイミドは、ポリイミドポリマーを、熱硬化性プラスチックから、超音波溶接可能にして継ぎ合せベルトとすることができる熱可塑性に形質転換させ得る。適切な熱可塑性ポリイミドの特定の例は、下記の式によって示される：

(式中、n、mおよびqは、数であり、重合度を示し、約10〜約300、または約50〜約125であり；xおよびyは、数であり、セグメント数を示し、約2〜約10、または約3〜約7であり；zは、数であり、繰返し単位数を示し、約1〜約10、または約3〜約7である)。

本発明のベルトは、上記熱可塑性ポリイミドポリマー中にポリアニリン充填剤を含む。本発明のポリアニリンの使用は、ナノ粒子および/またはカーボンブラックおよび/または所望の抵抗率を得るために中間転写ベルトにおいて通常必要とする他の充填剤を必要としない。追加の充填剤を必要としない理由の１つは、本発明のポリアニリン充填ポリイミド溶接可能ベルトを単一の均質材料として生ずるポリアニリンとポリイミド間の反応方法故である。用語“均質”とは、支持基体と別個の導電性層とのような明確な複数層を有する装置とは異なり、同じ平均組成を有する全体層を称する。しかしながら、各実施態様において、カーボンブラックのような充填剤を添加してもよい。
上記熱可塑性ポリイミドは、上記ポリアニリン充填ポリイミド基体中に、総固形分の約75〜約98質量％、約86〜約95質量％、または約90〜92質量％の量で存在する。総固形分は、層中で合計質量パーセント(100％に等しい)のポリイミド、ポリアニリン、任意の追加の充填剤および任意の添加剤を含む。ポリアニリンは、ポリイミド中で、約2〜約25％、約5〜約14％、または約8〜約10％の量で存在する。

各実施態様において、ポリアニリンは、約0.5〜約5.0ミクロン、約1.1〜約2.3ミクロン、約1.2〜約2.0ミクロン、約1.5〜約1.9ミクロン、または約1.7ミクロンの比較的小粒度を有する。この小粒度を得るためには、ポリアニリン充填剤を粉砕工程に供する必要があり得る。ポリアニリン充填剤は、フィンランドのPanipol Oy社または他の販売業者から商業的に購入し得る。
各実施態様において、ポリアニリン以外の追加の充填剤を使用し得るが、必須ではない。各実施態様において、カーボンブラック、グラファイト、フッ素化カーボンブラックまたは他の炭素充填剤のような炭素充填剤を使用し得る。上記ポリアニリン充填ポリイミド溶接可能基体中のカーボンブラック充填剤の量は、総固形分の約1〜約20質量％、約2〜約10質量％、または約3〜約5質量％である。

場感度(field sensitivity)は、約0.001〜約1.0または約0.1〜約0.5対数オーム/スクエア(log ohm/sq.)である。
既知の溶接可能ベルトによれば、バルク抵抗率と表面抵抗率は、ベルトが適切に機能するためには、ある種の必要状態に設定しなければならない。表面の抵抗率は、バルク抵抗率に影響を与えることなしには変えることはできず、その逆も然りである。
上記中間転写ベルトの表面抵抗率は、比較的高く、約10.5〜約13.0対数オーム/スクエア、約11.0〜約12.5対数オーム/スクエア、または約11.4〜約12.3対数オーム/スクエアである。
上記中間転写溶接可能ベルトのシート抵抗率は、約10.5〜約13.0対数オーム/スクエア、約11.0〜約12.5対数オーム/スクエア、または約11.4〜約12.3対数オーム/スクエアである。

上記中間転写部材は、任意の適切な形状を有し得る。適切な形状の例としては、シート；フィルム；ウェブ；ホイル；ストリップ；コイル；円筒体；ドラム；エンドレスストリップ；円盤；エンドレスベルトおよびエンドレス継ぎ合せ可撓性ベルトのようなベルトがある。１〜２層またはそれ以上の層からなるフィルムまたはベルト形状のコンポーネントの円周は、約250〜約2,500mm、約1,500〜約2,500mm、または約2,000〜約2,200mmである。上記フィルムまたはベルトの幅は、約100〜約1,000mm、約200〜約500mm、または約300〜約400mmである。

粗面性は、微光沢(microgloss)によって特性決定し得、粗い表面ほど、平滑表面よりも低い微光沢を有する。溶接可能ポリアニリン充填ポリイミド中間転写ベルトの微光沢値は、約85〜約110光沢単位、約90〜約105光沢単位、または約93〜約98光沢単位である。これらの測定は、85°の角度で行った。ポリアニリン充填ポリイミド溶接可能ベルトの更なる利点は、当該ベルトによって達成されるそのような表面光沢の改良が、ポリアニリン以外のある種の充填剤、例えば、ナノ粒子をポリマーブレンドに添加したときは達成し得ないことである。本発明のベルトは、各実施態様において、追加の充填剤を必要としないで所望の高光沢値を達成した。微光沢は、表面から特定の角度で反射する光の量の尺度であり、BYK Gardner社からのMicro-TR1-グロス計測器のような市販の装置によって測定し得る。

上記溶接可能なベルトは、各実施態様において、平滑なシームを有する。利点は、平滑表面上でのブレードクリーニングがでこぼこした表面またはでこぼこなシーム上よりもはるかに良好なことである。この平滑表面は、各実施態様において、シーム上のベルトにコーティーングを施すことによっても得られ、像形成性シームコーティーングを形成させ得る。
この像形成性シームコーティーングの機械特性、接着性および表面粗面性は、ポリ塩化ビニルによって得ることができる。PVCの上記特性は、分子量、官能基を変えることにより或いはコポリマーの添加によりさらに調整し得る。像形成性シームコーティーングの電気特性は、ポリアニリンのような導電性ポリマーの添加のより得ることができる。

溶接可能KAPTON ^R KJ熱可塑性ポリアニリン充填ポリイミド中間転写ベルトの製造
可撓性接合ポリイミドベルトを、76.2μm(3ミル)厚のKAPTON^R KJ、即ち、6.2×10^-5/℃の熱収縮係数、210℃のガラス転移温度(Tg)を有する熱可塑性ポリイミド(E.I. Du Pont de Nemours and Company社から入手可能)の長方形切断シートを使用し、２つの相対する末端を重ね合せ、40 KHzの周波数を使用して超音波溶接して継ぎ合せ可撓性ポリイミドベルトとすることによって製造した。このポリイミドの分子構造は、下記の式(I)で示される：

(式中、x = 2、y = 2であり；mおよびnは、約10〜約300である)。

溶接可能IMIDEX ^R 熱可塑性ポリイミド中間転写ベルトの製造
もう１つの可撓性ポリイミド接合ベルトを実施例１に記載した継ぎ合せ溶接手順に従って製造したが、別の76.2μm(3ミル)厚熱可塑性ポリイミド、即ち、6.1×10^-5/℃の熱収縮係数、230℃のガラス転移温度(Tg)を有するIMIDEX^R (West Lake Plastics Company社から入手可能)を基体として使用した。IMIDEX^Rポリイミドの分子構造は、下記の式(II)で示される：

(式中、Z = 1であり；qは、約10〜約300である)。

公知の熱硬化性ポリイミド中間転写ベルトの製造
DuPont社から入手し得るKAPTON^R F、HおよびRタイプ、並びにUbe Industries社から入手し得るUPILEX^R RおよびSタイプのような商業的に入手可能なポリイミド類は、熱硬化性ポリイミドであり、400℃を越える優れた温度安定性を有する。これらの熱硬化性ポリイミド基体の分子構造は、下記の式(III)、(IV)および(V)で示される：

(式中、nは、約10〜約300の数である)。
約1.7×10^-5/℃〜約2.5×10^-5/℃の熱収縮係数によれば、この熱収縮係数は、KAPTON^R KJまたはIMIDEX^Rの熱収縮係数よりもほぼ3.5倍高い。上記ポリイミド類は、熱硬化性プラスチックであり、従って、これらは、都合よく超音波溶接して継ぎ合せ可撓性ベルトとすることはできない。

パズルカットポリアニリン充填KAPTON ^R JPポリイミド中間転写ベルトの製造
既知のポリアニリン充填ポリイミド中間転写ベルトを、72.4%のKAPTON^R JPポリイミドポリマー、17.9％のポリアニリンおよび9.7％のZELEC^R (アンチモンドープ化酸化錫)を含むDuPont CPB-315の長方形切断シートを使用し、相対末端をパズルカットし、これらの末端を一緒に合せ、加熱した接着剤を合せた末端に押込んで継ぎ合せ可撓性ポリイミドベルトを形成させることによって製造した。このベルトは、状態調節工程無しでは、ベルトの電気抵抗率が数ヶ月間で安定でないようである。

溶接可能ポリアニリン充填熱可塑性ポリイミド中間転写ベルトの製造
溶接可能中間転写ベルトを以下のようにして製造した。サンプルを幅362mm×長さ2110.8mmのサイズに切断した。各末端を１ミリメートルまで重ね合せ、超音波ホーンを使用して材料をスチール溶接用プラテンに対して圧縮させ、重ね合せ領域内の材料を溶融させ、シームを形成させた。得られたベルトは、幅362mm、円周で2,110.8であった。この中間転写ベルトは、91％のKAPTON^R KJと9％のポリアニリンを含んでいた。ポリアニリンは、1.7ミクロンの粒度を有していた。
上記溶接可能ベルトを、DC2045、DC5252およびDC6060装置でプリンティング試験した。これらは、Xerox Docucolor^R装置である。試験の結果は、下記の表１に示す。シート抵抗率は、22.2℃(72°F)および55％相対湿度で且つ0.14 V/μmで測定した。場感度は、0.014 V/μmおよび0.14 V/μmで測定したシート抵抗率の差である。得られたベルトは、円周において幅362mm×2,110.8mmであった。
上記溶接可能ベルトは、像品質基準を満たし、22.2℃(72°F)および10％相対湿度において370,000回を越えるプリントまで稼動する。

溶接可能中間転写ベルトの状態調節試験
溶接可能中間転写ベルトの状態調節試験を以下のようにして行った。図４は、状態調節に供した状態調節されていない溶接可能な中間転写ベルトが前以って状態調節したパズルカットポリアニリン充填剤ポリイミドベルトと同様な抵抗率応答を有していることを実証している。状態調節工程は不可逆的な化学反応を完了させるので、ベルトが一旦状態調節されると、如何なる追加の状態調節も永続的な効果を有さない。即ち、状態調節されていないベルトが状態調節したベルトと同じように挙動するならば、その場合、反応は完全であり、更なる状態調節は不必要であるという結論に至り得る。白三角および黒三角で示しているように、前以って状態調節した実施例４のパズルカットポリアニリン充填ポリイミドベルトは、白四角および黒四角で示している上記溶接可能材料と同じ形で挙動している。従って、結論は、溶接可能な中間転写ベルトは状態調節を必要としないということに至る。

一般的な静電写真装置を例示する。 中間転写部材を含む現像システムの略図である。 中間転写部材の基体がポリアニリン充填ポリイミド材料を含む実施態様の例示である。 表面抵抗率対日数のグラフであり、溶接可能なベルトが各実施態様において状態調節を必要としないことを実証する。 溶接可能ベルトの例示である。

符号の説明

１ 正電荷
２ 電荷
３ 荷電トナー粒子
５ 中間転写部材の前面
６ 中間転写部材の裏面
９ 転写ロール
１０ 感光体(または感光体ドラム)
１１ 動力源
１２ 荷電器
１３ 光学装置または像入力装置
１４ 現像剤ステーション
１５ 転写手段、中間転写部材
１６ コピーシート
１７ クリーニングステーション
１９ 融合ステーション
２０ 融合用部材
２１ 加圧用部材
２２ ブレード
３０ 基体
３１ ポリアニリン充填剤
３２ ロール
３３ 中間転写ベルト
３４ 溶接シーム

Claims (4)

1. 総固形分の2〜25質量％の量のポリアニリンと総固形分の75〜98質量％の量の熱可塑性ポリイミドとを含む均質組成物を含む基体を含み、前記ポリアニリンが0.5〜5.0ミクロンの粒度を有することを特徴とする溶接可能な中間転写ベルト。
2. 前記ポリアニリンが、総固形分の質量基準で、5〜14質量％の量で存在する、請求項１記載の溶接可能な中間転写ベルト。
3. 前記熱可塑性ポリイミドが下記の式を有する、請求項１記載の溶接可能な中間転写ベルト：
   

   

   （式中、xおよびyは、数であり、各々、2〜10であり；mおよびnは、数であり、各々、10〜300である)。
4. 前記熱可塑性ポリイミドが下記の式を有する、請求項１記載の溶接可能な中間転写ベルト：
   

   

   (式中、zは、2〜10の数であり；qは、10〜300の数である)。

Images