JP5058222B2 - 中間転写ベルト - Google Patents
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Description
(b)厚みが200〜400μmであるゴム又はエラストマー製のゴム弾性層;
(c)厚みが0.5〜6μmである樹脂製の表面層;
の順で積層され、少なくとも前記3層を含む画像形成装置用中間転写ベルトであって、
前記ゴム弾性層に、体積分率で0.4〜4.0%の量のフィラーが添加されており、
前記表面層とゴム弾性層の界面から基材層側に向かって深さ20μmまでの領域に含まれるフィラーの質量濃度M1と、表面層とゴム弾性層の界面から基材層側に向かって深さ120〜140μmの領域に含まれるフィラーの質量濃度M3の比(M1/M3)が、2.0以上である画像形成用中間転写ベルト。
(b)厚みが200〜400μmであるゴム又はエラストマー製のゴム弾性層;
(c)厚みが0.5〜6μmである樹脂製の表面層;
の順で積層され、少なくとも前記3層を含む画像形成装置用中間転写ベルトであって、
表面層側から測定したダイナミック超微小硬度(ISO14577−1)が、押込み深さ2μmの場合2.5〜4.5N/mm2であって、押し込み深さ10μmの場合1.0N/mm2以下である画像形成装置用中間転写ベルト。
本発明の画像形成装置用中間転写ベルトは、
(a)樹脂製の基材層;
(b)厚みが200〜400μmであるゴム又はエラストマー製のゴム弾性層;
(c)厚みが0.5〜6μmである樹脂製の表面層;
の順で積層され、少なくとも前記3層を含む画像形成装置用中間転写ベルトであって、
前記ゴム弾性層に、体積分率で0.4〜4.0%の量のフィラーが添加されており、
前記表面層とゴム弾性層の界面から基材層側に向かって深さ20μmまでの領域に含まれるフィラーの質量濃度M1と、表面層とゴム弾性層の界面から基材層側に向かって深さ120〜140μmの領域に含まれるフィラーの質量濃度M3の比(M1/M3)が、2.0以上である画像形成用中間転写ベルト(以下、中間転写ベルト1という)、又は、
表面層側から測定したダイナミック超微小硬度(ISO14577−1)が、押込み深さ2μmの場合2.5〜4.5N/mm2であって、押し込み深さ10μmの場合1.0N/mm2以下である画像形成装置用中間転写ベルト(以下、中間転写ベルト2という)に関する。
1.1.1 (a)基材層
本発明の中間転写ベルト1における基材層は、駆動時にかかる応力でベルトの変形を回避するために、機械物性に優れた材料で構成される。基材層は、樹脂に導電剤が分散された層であり、樹脂、導電剤を含む基材層形成用組成物によって形成される。
本発明の中間転写ベルト1における弾性層は、主に、紙の凹凸への追従性向上と転写時のトナーへの応力集中によるライン中抜けを回避する目的で設けられる。ゴム弾性層は、ゴム又はエラストマー(以下、ゴム材料ということがある)を含む弾性層形成用組成物によって形成される。
本発明の中間転写ベルト1における表面層は、直接トナーを乗せ、トナーを紙へ転写、離型するための層であり、表面精度に優れていることが求められる。表面層は、樹脂が有機溶媒又は水中に溶解又は分散された表面層材料によって形成される。
本発明の中間転写ベルト2は、表面層側から測定したダイナミック超微小硬度が、押込み深さ2μmの場合(押込み深さを2μmに固定した場合)の測定値が2.5〜4.5N/mm2であって、押し込み深さ10μmの場合(押込み深さを10μmに固定した場合)の測定値が1.0N/mm2以下であることを特徴とする。これは、ゴム弾性層の表面層と接する部位(表面層側から20μmまでの部分)のゴム硬度が高いことを意味するものであり、このようなゴム硬度を有するゴム弾性層とすることで表面層への応力集中を回避し、高品質の画像を維持したまま、優れた耐久性を達成し得るものである。
本発明の中間転写ベルト2の(a)基材層及び(c)表面層は、中間転写ベルト1と同様のものを挙げることができる。
本発明の中間転写ベルト2における弾性層は、中間転写ベルト1と同様に、主に、紙の凹凸への追従性向上と転写時のトナーへの応力集中によるライン中抜けを回避する目的で設けられる。ゴム弾性層は、ゴム又はエラストマー(以下、ゴム材料ということがある)を含む弾性層形成用組成物によって形成される。
本発明の中間転写ベルトは、以下の諸物性値を有する。
中間転写ベルトのIRHD硬度は、82IRHD以下であることが好ましく、50〜82IRHDであることがより好ましい。前記範囲内にあることで、「ラフ紙転写性」に優れる中間転写ベルトとすることができる。IRHD硬度の測定は、JIS K6253に準じて測定することができる。
本発明の中間転写ベルトは表面精度が高く、表面層における表面粗さは十点平均粗さ(Rz:JIS B0601−1994)にて0.25〜1.5μm程度が好ましく、0.4〜1.3μm程度がより好ましく、0.6〜1.2μm程度がさらに好ましい。
本発明の中間転写ベルトの表面の静摩擦係数は、0.1〜1が好ましく、0.2〜0.8程度がより好ましく、0.2〜0.4がさらに好ましい。また、本発明の中間転写ベルトの表面抵抗率は1×1010〜1×1015Ω/□程度、体積抵抗率は1×108〜1×1014Ω・cm程度であることが好ましく、弾性層及び/又は基材層に添加する導電剤の添加量に応じてこの範囲で可変である。
以上のような構成を有する画像形成装置用中間転写ベルトの製造方法については、特に限定されないが、例えば、以下の方法を挙げることができる。
(1)樹脂を遠心成型又は溶融押出成形して基材層を製膜する工程、
(2)樹脂を有機溶媒中に溶解又は膨潤させて得られた溶液を、表面粗さ(Rz)0.25〜1.5μmの円筒状金型を用いて遠心成型を行い、厚みが0.5〜6μmの表面層を製膜する工程、
(3)上記(2)で得られた表面層の内面に、ゴム弾性層材料を、遠心成型によって厚みが200〜400μmのゴム弾性層を製膜して2層膜とする工程、及び
(4)上記(1)で得られた基材層の外面と、上記(3)で得られた2層膜のゴム弾性層の内面とを重ね合わせて、加熱処理する工程。
基材層は次のようにして製膜することができる。
ここで、rは円筒金型の半径(m)、ωは角速度(rad/s)、nは1秒間での回転数(60秒間の回転数がrpm)を示す。前記式(I)より、円筒状金型の回転条件を適宜設定することができる。
表面層は、例えば、次のようにして製膜することができる。
上記工程(2)で得られた表面層の内面に、弾性層材料を遠心成型して得られる弾性層を製膜して2層膜とする。
上記工程(1)で得られた基材層の外面と、上記(3)で得られた2層膜(表面層と弾性層)の弾性層の内面とを重ね合わせて、加熱処理する。
上記工程(1)及び(2)に従って別々に製膜した表面層と基材層とを、該表面層の内面と該基材層の外面とが接触するように重ね合わせて、両層の間に弾性層材料をインジェクションにて注入する。このとき、弾性層の均一化のため、基材層内面の片側端部からもう片側端部へしごきを行うことが好ましい。得られた積層体を加熱処理することにより、中間転写ベルトを得ることができる。なお、両層の重ね合わせ後は、両層の間が密閉状態となるようにすることが好ましい。
表面粗さ(μm)は、JIS B0601−1994に準拠して測定した。測定機は、キーエンス製レーザー顕微鏡VK−9700を用い、観察条件は対物レンズ20倍×接眼レンズ50倍の1000倍で行った。観察で得られたベルト表面の画像を用い、線粗さを以下の測定条件で測定した。
傾き補正:面傾き補正(自動)
カットオフ:なし
測定長:0.25mm。
静摩擦係数は、新東科学(株)製のHeidon 94iを用いて、同一ベルト内で異なる表面部位を10箇所測定し、その平均値を静摩擦係数とした。
表面抵抗率(Ω/□)及び体積抵抗率(Ω・cm)は、三菱化学(株)製の抵抗測定器“ハイレスタIP・HRブロ−ブ”を用いて測定した。幅方向の長さ360mmにカットしたベルトをサンプルとし、該サンプルの幅方向に等ピッチで3ヶ所、縦(周)方向に4カ所の合計12ヶ所について、印加電圧100V、10秒後に表面抵抗率及び体積抵抗率をそれぞれ測定し、その平均値で示した。
ヤング率はJIS K7127に準拠し、(株)島津製作所製 オートグラフAG−Xを用いて測定した。
サンプル片25×250mmの短冊状
引張速度20mm/分
ダイナミック超微小硬度計(DUH−211S(株)島津製作所製)を用いて、押し込み深さ2μmと10μmの場合の硬度を以下の条件にて測定した。なお、それぞれの押し込み深さの硬度については、同一ベルト内で異なる表面部位を5箇所測定し、その平均値をダイナミック微小硬度とした。
試験機:島津ダイナミック超微小硬度計DUH−211S
試験モード:負荷−除荷試験
負荷速度:0.1463mN/秒
最小試験力:0.02mN
負荷保持時間:2秒
Cf−Ap、As補正あり
圧子の種類:Triangular115(稜間角115°ダイアモンド三角すい圧子、バーコビッチ形)
ベルト断面をミクロトームでスライスし、蒸着厚みが5nmになるよう金蒸着を施して、観察用サンプルを作製した。観察用サンプルについて、電子顕微鏡(日立製作所製SEM: S−4800)による断面観察を行った。
(1)基材層の製膜
窒素流通下、N−メチル−2−ピロリドン488gに、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(ODA)47.6gを加え、50℃に保温、撹拌して完全に溶解させた。この溶液に、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)70gを除々に添加し、ポリアミック酸溶液605.6gを得た。このポリアミック酸溶液の数平均分子量は19,000、粘度は40ポイズ、固形分濃度は18.1重量%であった。
ビニリデンフロライド(VdF)とヘキサフルオロプロピレン(HFP)の共重合体であるVdF−HFP共重合樹脂(カイナー#2821、アルケマ製:HFP11モル%)100gを、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)900gに溶解させ、固形分濃度10重量%の溶液Aを調製した。
トルエン188gにブロック型ウレタン用プレポリマー(ウレハイパーRUP1627、大日本インキ(株)製)141.3gを溶解させた溶液に、フィラーとしてウィスカー状のホウ酸アルミニウム(アルボレックス、四国化成工業(株)製)1.52gを加え、ボールミルにて均一分散を行った。更に、この分散液に脂肪族ジアミン系の硬化剤CLH−5を11.07g(大日本インキ(株)製)添加し撹拌を行った。
ここで、rは円筒金型の半径(m)、ωは角速度(rad/s)、nは1秒間での回転数(60秒間の回転数がrpm)を示す。前記式(I)より、円筒状金型の回転条件を適宜設定することができる。
上記(3)で製膜したゴム弾性層内面にプライマーDY39−067(東レダウコーニング製)を塗布、風乾した後に、ドライラミ接着剤を薄く外面に塗布した(1)のポリイミドベルトを挿入し重ね合わせた。基材層内面から圧着し、加熱(80〜100℃)を行い、張り合わせを完了させた。張り合わせた多層ベルトを金型から剥離し両端部をカットし幅360mmの多層ベルトを採取した。
ゴム層に配合するホウ酸アルミニウムの量を5重量%、体積分率1.96%とした以外は、実施例1と同様に多層ベルトを作製した。
ゴム層に配合するホウ酸アルミニウムの形状を粒子状とし(アルボライト、四国化成工業(株)製)、その量を5重量%、体積分率1.96%とした以外は、実施例1と同様に多層ベルトを作製した。
ゴム層に配合するフィラーをマイカ(ソマシフMTE コープケミカル(株)製)とし、その量を5.0重量%、体積分率2.17%とした以外は、実施例1と同様に多層ベルトを作製した。
ゴム層に配合するマイカの量を8.0重量%、体積分率3.38%とした以外は、実施例4と同様に多層ベルトを作製した。
ゴム層に配合するフィラーを酸化ジルコニウム(TMZ酸化ジルコニウム 第一稀元素化学工業(株)製)とし、その量を9.6重量%、体積分率1.96%とした以外は、実施例1と同様に多層ベルトを作製した。
ゴム弾性層を硬度の異なる以下の2層とした以外は実施例1と同様に多層ベルトを作製した。
トルエン55.8gにブロック型ウレタン用プレポリマー(ウレハイパーRUP1627、大日本インキ(株)製)22.6gを溶解させた溶液に、脂肪族ジアミン系の硬化剤CLH−5を0.35g(大日本インキ(株)製)、同じく脂肪族ジアミン系硬化剤である4,4−メチレンビス(2−メチルシクロヘキサンアミン)を1.05g(大日本インキ(株)製)添加し撹拌を行った。このようにして得られた溶液の固形分濃度は30重量%であり、先に製膜した表面層内面に回転した状態で均一に塗布し加熱を開始した。加熱は1℃/分で150℃まで昇温して、その温度で30分間その回転を維持しつつ加熱し、ドラム内面に40μmの第一ゴム弾性層を形成し、室温まで冷却を行った。
上記第一ゴム層の弾性層用ウレタン原料溶液を同様にして製膜したゴム弾性層単膜を10mm厚になるよう重ね合わせ、タイプA硬度を測定したところ71°であった。
トルエン153gにブロック型ウレタン用プレポリマー(ウレハイパーRUP1627、大日本インキ(株)製)118.7gを溶解させた溶液に脂肪族ジアミン系の硬化剤CLH−5を9.3g(大日本インキ(株)製)添加し撹拌を行った溶液を、第一ゴム層内面に塗布し、第二ゴム層210μmを第一ゴム層同様に製膜した。
ゴム層にフィラーを配合しなかった以外は、実施例1と同様に多層ベルトを作製した。
硬化剤としてCLH−5を5.53g(大日本インキ(株)製)、4,4−メチレンビス(2−メチルシクロヘキサンアミン)を4.09g(大日本インキ(株)製)を用いた以外は、比較例1と同様に多層ベルトを作製した。
硬化剤としてCLH−5を2.21g(大日本インキ(株)製)、4,4−メチレンビス(2−メチルシクロヘキサンアミン)を6.55g(大日本インキ(株)製)を用いた以外は、比較例1と同様に多層ベルトを作製した。
配合するホウ酸アルミニウムの量を0.6重量%、体積分率0.24%とした以外は、実施例1と同様に多層ベルトを作製した。
配合するホウ酸アルミニウムの量を10.5重量%、体積分率4.03%とした以外は、実施例1と同様に多層ベルトを作製した。
ゴム層に配合するフィラーをチタン酸カリウム(ティスモD 大塚化学(株)製)とし、その量を2.0重量%、体積分率0.71%とした以外は、実施例1と同様に多層ベルトを作製した。
ゴム層に配合するチタン酸カリウムの量を5.0重量%、体積分率1.73%とした以外は、比較例6と同様に多層ベルトを作製した。
ゴム層に配合するフィラーを乾式シリカ(レオロシール(商品名)、(株)トクヤマ製)の量を10重量%、体積分率5.43%とした以外は、実施例1と同様に多層ベルトを作製した。
一次転写効率(ライン中抜け)は、ライン画像のみの画像にて転写前及び転写後の感光体上のトナー重量を測定し上記の転写効率の式から求めた。ライン中抜けは次の基準で評価した。
○:90%より高い
△:85〜90%
×:85%未満
凹凸が50μm程度のストラスモア社製 ストラスモアライティングレイドを用い、マゼンタでベタ印刷を行って、最深部(凹部)のトナーの乗りを目視で判断した。評価基準は以下の通りである。
◎:完全にムラなく転写できている
○:やや色が薄い
△:僅かに白抜けしている
×:トナーの乗りがなく白抜けしている
下記の条件で通紙、通電、駆動テストを同時に実施し、10万枚相当の駆動テスト後に表面層のクラック、剥離の有無を顕微鏡で観察、ベルト表面粗さと画像品質を確認し、表面層のワレ、剥離について、以下の評価基準により評価した。
駆動速度:ベルト外周速度300mm/秒
通電:電源(Trek 610C)によりベルト厚み方向に50μAの定電流を供給
通紙:二次転写ロール外面にコピー用紙を巻きつけ、擬似的に連続通紙した状態を作製
クリーニング機構:ウレタンゴム製クリーニングブレード(ゴム硬度 タイプA 80°)
ワレの評価は、キーエンス製レーザー顕微鏡VK−9700を用いて行った。
傾き補正:面傾き補正(自動)、
カットオフ:なし、
測定長:0.25mm。
○:0.3μm未満
△:0.3〜0.6μm
×:0.6μmを超える
剥離の評価は通紙耐久後のベルトを目視観察で行い、下記の基準で判断を行った。
○:ベルト全面で剥離が認められない
△:1×1mm角以下の剥離が認められる
×:1×1mm角以上の剥離が認められる
JIS K6253に従い、IRHDマイクロ硬度計(型番:H12型、ウォーレス社製)を用いて、ベルトの表面層側からゴム硬度を測定した。
Claims (24)
- (a)樹脂製の基材層;
(b)厚みが200〜400μmであるゴム又はエラストマー製のゴム弾性層;
(c)厚みが0.5〜6μmである樹脂製の表面層;
の順で積層され、少なくとも前記3層を含む画像形成装置用中間転写ベルトであって、前記ゴム弾性層に、体積分率で0.4〜4.0%の量のフィラーが添加されており、前記表面層とゴム弾性層の界面から基材層側に向かって深さ20μmまでの領域に含まれるフィラーの質量濃度M1と、表面層とゴム弾性層の界面から基材層側に向かって深さ120〜140μmの領域に含まれるフィラーの質量濃度M3の比(M1/M3)が、2.0以上である画像形成用中間転写ベルト。 - 前記M 1 /M 3 が、3.0以上である請求項1に記載の画像形成用中間転写ベルト。
- 前記M 1 と、表面層とゴム弾性層の界面から基材層側に向かって深さ60〜80μmの領域に含まれるフィラーの質量濃度M 2 の比(M 1 /M 2 )が、1.5以上である請求項1又は2に記載の画像形成用中間転写ベルト。
- 前記フィラーが、ホウ酸アルミ、マイカ及び酸化ジルコニウムからなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項1〜3のいずれかに記載の画像形成用中間転写ベルト。
- 前記ゴム弾性層を形成するゴム材料が、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ブチルゴム、アクリルゴム及びウレタンゴムからなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項1〜4のいずれかに記載の画像形成用中間転写ベルト。
- 前記表面層を形成する樹脂が、ポリビニリデンフロライド及びビニリデンフロライドとヘキサフルオロプロピレンの共重合体からなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項1〜5のいずれかに記載の画像形成用中間転写ベルト。
- 前記表面層に層状粘度鉱物を含有する請求項1〜6のいずれかに記載の画像形成用中間転写ベルト。
- 前記表面層の表面粗さ(Rz)が、0.25〜1.5μmである請求項1〜7のいずれかに記載の画像形成用中間転写ベルト。
- 前記表面層のヤング率が、300〜2,000MPaである請求項1〜8のいずれかに記載の画像形成用中間転写ベルト。
- 前記表面層側から測定したIRHD硬度(JIS K6253)が、82IRHD以下である請求項1〜9のいずれかに記載の画像形成用中間転写ベルト。
- 前記ゴム弾性層が遠心成型により製膜されている請求項1〜10のいずれかに記載の画像形成用中間転写ベルト。
- (a)樹脂製の基材層;
(b)厚みが200〜400μmであるゴム又はエラストマー製のゴム弾性層;
(c)厚みが0.5〜6μmである樹脂製の表面層;
の順で積層され、少なくとも前記3層を含む画像形成装置用中間転写ベルトであって、
表面層側から測定したダイナミック超微小硬度(ISO14577−1)が、押込み深さ2μmの場合2.5〜4.5N/mm2であり、押し込み深さ10μmの場合1.0N/mm2以下である画像形成装置用中間転写ベルト。 - (i)前記ゴム弾性層がフィラーを含み、フィラーがゴム弾性層中の表面層側に偏在している、又は(ii)前記ゴム弾性層が硬度の異なる2層以上のゴム層からなり、表面層側のゴム層のタイプA硬度が基材層側のゴム層のタイプA硬度よりも高い、ことを特徴とする請求項12に記載の画像形成装置用中間転写ベルト。
- (i)前記ゴム弾性層がフィラーを含み、フィラーがゴム弾性層中の表面層側に偏在している、請求項13に記載の画像形成装置用中間転写ベルトであって、前記ゴム弾性層に、体積分率で0.4〜4.0%の量のフィラーが添加されており、前記表面層とゴム弾性層の界面から基材層側に向かって深さ20μmまでの領域に含まれるフィラーの質量濃度M 1 と、表面層とゴム弾性層の界面から基材層側に向かって深さ120〜140μmの領域に含まれるフィラーの質量濃度M 3 の比(M 1 /M 3 )が、2.0以上である画像形成用中間転写ベルト。
- 前記フィラーが、ホウ酸アルミ、マイカ及び酸化ジルコニウムからなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項14に記載の画像形成用中間転写ベルト。
- (ii)前記ゴム弾性層が硬度の異なる2層以上のゴム層からなり、表面層側のゴム層のタイプA硬度が基材層側のゴム層のタイプA硬度よりも高い、請求項13に記載の画像形成装置用中間転写ベルトであって、ゴム弾性層が硬度の異なる2層のゴム層からなり、表面層側の第1ゴム層の厚みが5〜50μm、タイプA硬度が70〜95°であり、基材層側の第2ゴム層の厚みが95〜350μm、タイプA硬度が30〜60°である画像形成用中間転写ベルト。
- 表面層側から測定したダイナミック超微小硬度(ISO14577−1)が、押込み深さ2μmの場合2.5〜4.2N/mm 2 であり、押し込み深さ10μmの場合0.3〜1.0N/mm 2 である請求項12〜16のいずれかに記載の画像形成装置用中間転写ベルト。
- 前記ゴム弾性層を形成するゴム材料が、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ブチルゴム、アクリルゴム及びウレタンゴムからなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項12〜17のいずれかに記載の画像形成用中間転写ベルト。
- 前記表面層を形成する樹脂が、ポリビニリデンフロライド及びビニリデンフロライドとヘキサフルオロプロピレンの共重合体からなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項12〜18のいずれかに記載の画像形成用中間転写ベルト。
- 前記表面層に層状粘度鉱物を含有する請求項12〜19のいずれかに記載の画像形成用中間転写ベルト。
- 前記表面層の表面粗さ(Rz)が、0.25〜1.5μmである請求項12〜20のいずれかに記載の画像形成用中間転写ベルト。
- 前記表面層のヤング率が、300〜2,000MPaである請求項12〜21のいずれかに記載の画像形成用中間転写ベルト。
- 前記表面層側から測定したIRHD硬度(JIS K6253)が、82IRHD以下である請求項12〜22のいずれかに記載の画像形成用中間転写ベルト。
- 前記ゴム弾性層が遠心成型により製膜されている請求項12〜23のいずれかに記載の画像形成用中間転写ベルト。
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