JP5339836B2

JP5339836B2 - 電子写真用ベルト及びその製造方法

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Publication number: JP5339836B2
Application number: JP2008252782A
Authority: JP
Inventors: 憲岡野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2028-09-30
Also published as: JP2010082906A

Description

本発明は、電子写真用ベルト及びその製造方法に関する。

近年、フルカラー画像の複写やプリントが可能な電子写真方式の画像形成装置が実用化されている。フルカラー画像の転写材への転写方式としては、感光体等の像担持体上に形成される画像を、中間転写体上に順次重ね合わせて転写し、転写されたトナー像を一括して転写材に転写する方式すなわち、中間転写方式がとられている。

中間転写方式で用いられる電子写真ベルト（以降「中間転写ベルト」ともいう）は、電気抵抗値のバラツキが小さく、その環境安定性が求められる。求められる体積抵抗値および表面抵抗値のそれぞれのバラツキは、最大値と最小値の比が、１００倍以下、より好ましくは１０倍以下である。導電剤としては、イオン導電剤等もあるが、上記特性を満たすため、一般には導電性カーボンブラックが好ましい。これは、樹脂との混合分散性や半導電のし易さ等からである。また、イオン導電剤よりも環境変化(特に高湿化)での抵抗値の安定性が良い。

中間転写体上に残留したトナーを除去するため、様々なクリーニング手法が提案されている。その中でもベルト表面に、ブレードを当接させて中間転写ベルト表面をクリーニングする方法が、装置構成の簡便さおよび低コストの観点から現在の主流となっている。ブレードをクリーニングに用いる場合、ブレードと平行な向き、すなわちベルト幅方向の表面粗さ（Ｒｚ）が適切に制御されていなくてはならない。しかし、表面粗さ（Ｒｚ）が小さいと、ブレードがめくれてしまい、Ｒｚが大きいとトナーのすり抜けが発生してしまう。

中間転写ベルトの製造方法としては、環状ダイスより連続溶融押出しする方法で、環状フィルムを得る方法が知られている(特許文献１)。しかし、カーボンブラックを添加した熱可塑性樹脂を連続溶融押出し法で環状フィルムとした場合、その表面は平滑ではなく、粗面となる。

粗面である中間転写ベルトの表面性を平滑化する方法としては、融点付近の温度に加熱して平滑な面を熱転写する方法(特許文献２)や、融点以上に加熱して、平滑な面を熱転写する手法が提案されている(特許文献３)。
特開平１０−６４１１号公報特開２００２−３４７１０２号公報特開２００３−６６６６２号公報

導電性カーボンブラックで半導電性に抵抗制御した環状フィルムの表面を、融点以上まで加熱して表面を改質する場合、僅かな温度ムラや圧力ムラで抵抗値の変動が起こりやすく、抵抗値のムラが生じやすい。温度ムラや圧力ムラを均一にするために、ある一定時間保持する方法も考えうるが、加工時間が長くなりコスト上の課題や、特に結晶性熱可塑性樹脂の場合、過度に結晶化が進んでしまい、機械的強度に問題が生じてしまう。

さらに、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）や、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）など、結晶性熱可塑性樹脂の場合は、融点直下の温度において面転写を実施するためには、粘度が十分に低下せず、５０ｋｇｆ／ｃｍ²以上の圧力が必要である。

本発明の目的は、単層でありながら、ベルト幅方向の表面粗さを制御し、かつ、面内の電気抵抗値のムラが小さい中間転写ベルト等に好適に用いることのできる電子写真用ベルトを得ることにある。すなわち、ベルト表面の幅方向のＲｚが０.２μｍから０.７μｍであり、かつ、面内の体積抵抗率(ρv)の最大値および最小値の比が１０倍以内であるような電子写真用ベルトを製造することのできる方法を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するために、本発明の電子写真用ベルトの製造方法は、結晶性熱可塑性樹脂と導電性フィラーを含有する樹脂組成物を成形してなる電子写真用ベルトの製造方法において、
前記樹脂組成物を溶融して押出すことで、前記樹脂組成物の最大結晶化度の１／５以下の結晶化度を有する管状フィルムに成形し、該管状フィルムを中空円筒状の内型と、内面の粗さを制御した中空円筒状の外型とに挟み込む工程と、
前記樹脂組成物のガラス転移温度から結晶化開始温度の間の任意温度まで１０℃／ｍｉｎ以上の昇温速度で加熱し、その温度域下で該管状フィルムを１０ｋｇｆ／ｃｍ²以上に加圧する加熱加圧工程と、
ガラス転移点以下の温度まで冷却して型から脱型する工程と、
を含むことを特徴とする。

以上のように本発明によれば、単層でありながら、面内の電気抵抗値のムラが小さく、且つ、表面粗さを自由に制御可能に電子写真用ベルトを製造することが可能となった。

以下、課題を解決するための手段について、最良の形態をもって詳細に説明する。

本発明に係る電子写真用ベルトは、結晶性熱可塑性樹脂と導電性フィラーを含有する樹脂組成物を熔融押し出しして、管状フィルムに成形する。このとき、該樹脂組成物の最大結晶化度の１／５以下の結晶化度となるように円筒状に押出して管状フィルムを得る。得られた管状フィルムは、その後、表面光沢度を改質する後処理を施す。

本発明に用いる結晶性熱可塑性樹脂としては、特に制限されるものではないが、機械的強度から、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）や、ポリフェニレンスルフィド(ＰＰＳ)が好ましい。また、結晶性熱可塑性樹脂組成物は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）や、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）を主成分として含有することが好ましい。

前記ＰＥＥＫは、それぞれ単独で、あるいは２種類以上を組み合わせて使用することができる。市販品として代表的なものには、ビクトレックス(Ｖｉｃｔｒｅｘ)社製の商品名「ビクトレックスＰＥＥＫ」シリーズが挙げられる。

また、ポリエーテルエーテルケトン樹脂は、導電性フィラーと混合し樹脂組成物とした場合に加工して所定の結晶度を得ることができれば、いかなる化合物と変性されていても良く、例えばシロキサン変性は、既に提案されている(特許第２６３９７０７号)。

前記ＰＰＳはそれぞれ単独で、あるいは２種類以上を組み合わせて使用することができる。市販品として代表的なものには、東レ社製の商品名「トレリナ」シリーズが挙げられる。

本発明で使用する導電性フィラーとしては、特に制限されず、例えば、導電性カーボンブラック、黒鉛粉末、金属粉末、表面を導電処理した酸化金属ウィスカーなどが挙げられる。これらの中でも、体積抵抗率の制御性や機械物性などの観点から、導電性カーボンブラックが特に好ましい。

本発明で使用する導電性カーボンブラックは、導電性を有するものであれば特に制限はなく、例えば、アセチレンブラック、オイルファーネスブラック、サーマルブラック、チャンネルブラックを挙げることができる。これらの中でも、アセチレンブラック、及びオイルファーネスブラックが好ましい。これらの導電性カーボンブラックは、それぞれ単独で、あるいは２種以上を組み合わせて使用することができる。

導電性フィラーの配合割合は、使用する導電性フィラーの種類によって異なるが、ＰＥＥＫ１００重量部に対して、５〜４０重量部、好ましくは５〜３０重量部、より好ましくは６〜２０重量部である。導電性フィラーの配合割合が大き過ぎると、中間転写ベルトの体積抵抗率が低くなりすぎる場合や、機械特性が低下する場合がある。導電性フィラーの配合割合が小さ過ぎると、半導電性フィルムの体積抵抗率を所望の半導電性領域に制御することが困難となる。

また本発明の中間転写ベルトの靭性を向上させるための任意成分としてエラストマー成分を、結晶性熱可塑性樹脂と導電性フィラーの合計１００重量部に対して、例えば５０重量部以下の量で含むことができる。

エラストマー成分としては、例えば以下の材料が挙げられる。天然ゴム、ブタジエン重合体、スチレン−イソプレン重合体、ブタジエン−スチレン共重合体及びそれらの水添物(ランダム共重合体、ブロック共重合体、グラフト共重合体など全て含まれる)、イソプレン重合体、クロロブタジエン重合体、ブタジエン−アクリロニトリル共重合体、イソブチレン重合体、イソブチレン−ブタジエン共重合体、イソブチレン−イソプレン共重合体、アクリル酸エステル重合体、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体、チオコールゴム、多硫化ゴム、ポリウレタンゴム、ポリエーテルゴム(例えば、ポリプロピレンオキシド等)、エピクロルヒドリンゴム等。

本発明の目的を損なわない範囲で、酸化防止剤、熱安定剤、熱老化防止剤、耐侯剤、可塑剤、結晶核剤、流動性改良剤、紫外線吸収剤、滑剤、離型剤、染料、顔料等の着色剤、難燃剤、難燃助剤などの通常の添加剤を一種以上添加することができる。これらの添加剤は合計で、結晶性熱可塑性樹脂と導電性フィラーの合計１００重量部に対して、５０重量部以下とすることが好ましい。

結晶性熱可塑性樹脂と導電性フィラーを含有する樹脂組成物からなる管状フィルムの結晶化度は、例えば、広角Ｘ線回折法(ＸＲＤ)により求めることができる。また、該樹脂組成物の最大結晶化度は、該樹脂組成物の融点以上の温度で１時間以上保持した後、５℃／ｍｉｎ以下の速度で常温まで冷却した試料について、同様にＸＲＤを用いて算出した値とした。

管状ダイスより、連続溶融押出しをする際には、管状フィルムの結晶化度が該樹脂組成物の最大結晶化度の１／５以下の結晶化度となるように、サイジング部を制御する。サイジング部の温調や、形状に関しては、樹脂の結晶化度に大きく影響するため、慎重に選ぶことが望ましいが、特に制限されるものではない。

本発明の中間転写ベルトの厚みの平均値は、３０〜２５０μm、好ましくは４０〜１５０μm、より好ましくは５０〜１１０μmの範囲内である。中間転写ベルトの厚みが薄すぎると、厚みを均一にするのが難しくなり、厚すぎると、柔軟性が低下する。したがって、管状フィルムの膜厚も上記範囲になるように、押出すことが望ましい。

次に前記製造された管状フィルムの表面改質の方法について説明する。前記結晶性熱可塑性樹脂と導電性フィラーを含有する樹脂組成物の最大結晶化度の１／５以下の結晶化度となるように押出した管状フィルムを、中空円筒状の内型と、内面の粗さを制御した中空円筒状の外型とに挟み込むように設置する。中空円筒状の外型の内面の粗さはＲｚが０.２μｍ〜０.７μｍであることが好ましい。その後、ガラス転移温度から結晶化開始温度の間の任意温度まで加熱し、その温度域下で１０ｋｇｆ／ｃｍ²以上に加圧後、ガラス転移点以下の温度まで冷却して型から脱型することで、中間転写ベルトの表面を改質する。

加熱する温度は、動的粘弾性測定(ＤＭＡ)より特定できる、ガラス転移温度から結晶化開始温度である粘度が低下しているピークの頂点温度までとする(図１)。図１に示すＰＥＥＫの動的粘弾性測定（ＤＭＡ）では、ガラス転移温度はグラフ中粘度が低下し始める温度であり、結晶化開始温度はグラフ中、粘度が低下しているピークの頂点温度までの範囲とする。結晶化度が高い場合は、大きな粘度低下は発現しない。また、このガラス転移温度から結晶化開始温度までの粘度の低下は、加熱速度が速ければ速いほど、大きくなる。１０℃／ｍｉｎ以上の昇温速度で目的とする加熱温度に到達するように加熱することが必要である。加熱速度が遅い場合、より低温で再結晶化の割合が大きくなり、粘度低下のピークが現れないため、この温度域での熱による型面の転写が困難となる。

本発明により得られる中間転写ベルトの体積抵抗率（面内体積抵抗値）の平均値は、１.０×１０³〜１.０×１０¹⁴Ωｃｍであることが好ましく、より好ましくは１.０×１０⁵〜１.０×１０¹³Ωｃｍの範囲内である。また、体積抵抗率（面内体積抵抗値）の最大値と最小値の比は１０以下である。したがって、管状フィルムの体積低効率も上記範囲になるように、押出すことが望ましい。ガラス転移温度から結晶化開始温度までの温度範囲であれば、管状フィルムは溶融することはないため、抵抗値の変動やムラはほとんど生じない。

導電フィラーを含む熱可塑性樹脂を加熱した場合、マトリックスである熱可塑性樹脂の粘度が低下し、導電フィラーの分散状態が変化する。そのため、融点以上まで加熱した状態での加熱加圧工程では、僅かな温度ムラや圧力ムラの影響で抵抗値の変動やムラが大きくなると考えられる。

それに対して、導電フィラーを含む非晶状態にある結晶性熱可塑性樹脂組成物を、ガラス転移温度から結晶化開始温度の範囲で加熱加圧した場合は、結晶性熱可塑性樹脂の再結晶にともなう粘度上昇が起こる。そのため、過剰な粘度低下が起こらず、導電フィラーの分散状態への影響が少ない。

加圧手段については、加熱温度条件下において、管状フィルム全域にわたり、１０ｋｇｆ/ｃｍ²以上の圧を与えることができれば、特に限定されるものではない。例えば、特開平８−１８７７７３号公報に示されるように、内型と外型の熱膨張率の差を利用する方法が挙げられる。加圧は１０ｋｇｆ/ｃｍ²以上であれば任意の圧力で構わないが、より好ましくは２０ｋｇｆ/ｃｍ²以上である。ただし、５０ｋｇｆ/ｃｍ²以上になると、型の耐久性等の観点より好ましくない。

外型の内面は、該中間転写ベルトに求められる表面粗さ（Ｒｚ）を得るために、表面制御されている。本発明で得られる中間転写ベルトの表面粗さＲｚは０．２μｍ以上０．７μｍ以下である。

以上、発明を実施するための最良の形態に基づき、以下の実施例を示す。

なお、各実施例に使用した外型の内面粗さおよび得られた中間転写ベルトの表面粗さは、小坂研究所製ＳＥ３５００を用いて十点平均粗さ（Ｒｚ、ＪＩＳ−Ｂ０６０１’９４）を測定した。電気抵抗は三菱化学株式会社製ハイレスタを使って、幅方向５点、周方向８点の合計４０点について、加熱前後の体積抵抗率を、印加電圧１００Ｖ、１０秒後の条件で測定した。また、得られた中間転写ベルトを実機に組み込み、色ずれを評価した。

（実施例１）
下記の材料からなる樹脂ペレットを原材料として使用する。
ポリエーテルエーテルケトン（Ｖｉｃｔｒｅｘ社製、商品名「ビクトレックスＰＥＥＫ３８１Ｇ」）８２重量部、
導電性カーボンブラック（アセチレンブラック、電気化学工業製、商品名「デンカブラック」）１８重量部。

この樹脂ペレットを、一軸スクリュー押出機に供給し、円筒ダイス（内径２５３ｍｍ、スリット幅１ｍｍ）より溶融押出し、Φ２５０ｍｍ、幅４００ｍｍ、厚み１００μｍの管状フィルムを得た。円筒ダイスの中心にはマンドレルが設置されている。このマンドレルの表面温度を１２０℃に制御することで、結晶化度が４％の円筒状フィルムを得た。なお、ＰＥＥＫと導電性カーボンブラックを含有する樹脂組成物の最大結晶化度は３５％である。得られた管状フィルムは、体積抵抗値が５×１０¹⁰Ω・ｃｍであり、最大値と最小値の比は、３.５であった。表面のグロスは２０°で２であり、表面粗さＲｚは１.０μｍであった。この管状フィルムのガラス転移温度は１４５℃であり、結晶化開始温度は１６５℃である。

得られた管状フィルムをアルミニウム製の内型に嵌め込み、さらに、内面をＲｚ＝０.５μｍに
制御されたステンレス鋼からなる外型を被せた。なお、使用した内型と外型の熱膨張係数はそれぞれ、２.４×１０^-5/℃、１.５×１０^-5/℃である。前記装着したサンプルを、加熱炉にて、加熱速度５０℃/ｍｉｎの速度で、１６０℃まで加熱した。その後、常温まで冷却し、型から脱型し、中間転写ベルトを得た。なお、内外型の径は１６０℃で３５ｋｇｆ/ｃｍ²の圧力が発現するように設計した。得られた中間転写ベルトの結晶化度は１５％であった。

得られた中間転写ベルトは、体積抵抗値の平均が、４.８×１０¹⁰Ω.ｃｍであり、最大値と最小値の比は３.５であった。また、表面粗さＲｚは０.４７μｍであった。得られた中間転写ベルトを実機に組み込み画像を評価した結果、画像不良は発生しなかった。

(実施例２)
ポリフェニレンサルファイド（東レ社製、商品名「トレリナ」）８２重量部、および導電性カーボンブラック（アセチレンブラック、電気化学工業製、商品名「デンカブラック」）１８重量部からなる樹脂ペレットを原材料として使用する。この樹脂ペレットを、一軸スクリュー押出機に供給し、円筒ダイス（内径２５３ｍｍ、スリット幅１ｍｍ）より溶融押出し、Φ２５０ｍｍ、幅４００ｍｍ、厚み１００μｍの管状フィルムを得た。円筒ダイスの中心にはマンドレルを設置し、このマンドレルの表面温度は６０℃ に制御した。得られた管状フィルムの結晶化度は３.５％であった。なおＰＰＳと導電性カーボンブラックを含有する樹脂組成物の最大結晶化度である６０％である。得られた管状フィルムは、体積抵抗値が８.０×１０⁹Ω・ｃｍであり、最大値と最小値の比は、３.０であった。また幅方向の表面粗さＲｚは０.９μｍであった。この管状フィルムのガラス転移温度は９０℃であり、結晶化開始温度は１１５℃である。

得られた管状フィルムをアルミニウム製の内型に嵌め込み、さらにステンレス鋼からなる内面をＲｚ＝０.５μｍに制御された外型を被せた。前記装着したサンプルを、加熱炉にて、加熱速度５０℃/ｍｉｎの速度で、１１０℃まで加熱した。その後、常温まで冷却し、型から脱型し、中間転写ベルトを得た。なお、内外型の径は１１０℃で３０ｋｇｆ/ｃｍ²の圧力が発現するように設計した。

得られた中間転写ベルトは、体積抵抗値の平均が、７.０×１０⁹Ω.ｃｍであり、最大値と最小値の比は３.１であった。また、表面粗さＲｚは０.４８μｍであった。得られた中間転写ベルトを実機に組み込み画像を評価した結果、画像不良は発生しなかった。また、得られた中間転写ベルトの結晶化度は２５％であった。

(比較例１)
実施例１で用いた樹脂ペレットを、一軸スクリュー押出機に供給し、円筒ダイス（内径２５３ｍｍ、スリット幅１ｍｍ）より溶融押出し、Φ２５０ｍｍ、幅４００ｍｍ、厚み１００μｍの管状フィルムを得た。円筒ダイスの中心にはマンドレルが設置されている。このマンドレルの表面温度を２３０℃で制御することで、押出されたＰＥＥＫを除冷し、結晶化度が２０％の円筒状フィルムを得た。得られた管状フィルムは、体積抵抗値が３.０×１０¹⁰Ω・ｃｍであり、最大値と最小値の比は、２.５であった。表面粗さＲｚは０.９μｍであった。

その後の処理および測定は実施例１と同様に行った。得られた中間転写ベルトは、体積抵抗値の平均が、３.５×１０¹⁰Ω.ｃｍであり、最大値と最小値の比は２.５であった。また、表面粗さＲｚは０.８５μｍであり、熱面転写が出来なかった。得られた中間転写ベルトを実機に組み込み画像を評価した結果、トナーのすり抜けが発生し、画像不良が発生した。

樹脂組成物の結晶度が高くなると、表面改質工程の温度が融点未満では、管状フィルムは押圧する型の表面粗さに改質することはできなかった。

(比較例２)
管状フィルムの表面改質処理における加熱温度を３００℃に変更した以外は、実施例２と同様の方法で、中間転写ベルトを得た。なお、内外型の径は３００℃で３０ｋｇｆ/ｃｍ²の圧力が発現するように設計した。得られた中間転写ベルトは、体積抵抗値の平均が、５×１０¹⁰Ω.ｃｍであり、最大値と最小値の比は１２.５であった。表面粗さＲｚは０.５０μｍであった。また、結晶化度は３０％であった。得られた中間転写ベルトを実機に組み込み色ずれを評価した結果、抵抗値のムラによる転写ムラが発生し、画像不良が発生した。

樹脂組成物からなる管状フィルムの結晶化度を最大結晶化度の1/5以下としても、表面改質工程の温度を融点以上に設定すると、得られる中間転写ベルトの抵抗値のばらつきは、望む範囲に抑えることはできなかった。

(比較例３)
管状フィルムの表面改質処理における加熱温度（３００℃）で３０分保持をした以外は、比較例２と同様の方法で、中間転写ベルトを得た。得られた中間転写ベルトは、体積抵抗値の平均が、９×１０⁹Ω.ｃｍであり、最大値と最小値の比は２.８であった。また、表面のグロスは２０°で９０であり、表面粗さＲｚは０.５０μｍであった。しかし中間転写ベルトを型から脱型使用とした際、過度の結晶化が進んでおり、破断してしまい、ベルト形状を得ることが出来なかった。

各条件下におけるＰＥＥＫについて複素粘性率を比較した図を示す。

Claims

結晶性熱可塑性樹脂と導電性フィラーを含有する樹脂組成物を成形してなる電子写真用ベルトの製造方法において、
前記樹脂組成物を溶融して押出すことで、前記樹脂組成物の最大結晶化度の１／５以下の結晶化度を有する管状フィルムに成形し、該管状フィルムを中空円筒状の内型と、内面の粗さを制御した中空円筒状の外型とに挟み込む工程と、
前記樹脂組成物のガラス転移温度から結晶化開始温度の間の任意温度まで１０℃／ｍｉｎ以上の昇温速度で加熱し、その温度域下で該管状フィルムを１０ｋｇｆ／ｃｍ²以上に加圧する加熱加圧工程と、
ガラス転移点以下の温度まで冷却して型から脱型する工程と、
を含むことを特徴とする電子写真用ベルトの製造方法。
前記外型の幅方向の内面粗さが、十点平均粗さ（Ｒｚ）で０．２μｍ以上０．７μｍ以下である、請求項１に記載の電子写真用ベルトの製造方法。
前記結晶性熱可塑性樹脂組成物が、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を主成分として含有することを特徴とする請求項１または２に記載の電子写真用ベルトの製造方法。
前記結晶性熱可塑性樹脂組成物が、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）を主成分として含有することを特徴とする請求項１または２に記載の電子写真用ベルトの製造方法。
請求項１から４のいずれかに記載の方法で製造した、面内体積抵抗値の最大値と最小値の比が１０以下であることを特徴とする電子写真用ベルト。