JP5476853B2 - シームレスベルトおよびそれを用いた電子写真装置 - Google Patents
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Description
高速プリントとしては、感光体を4色分並べ、各色を連続して紙に転写する4連タンデム方式が用いられている。しかし、この方式では紙の環境による変動などもあり、各色画像を重ねる際に位置精度を合わせることが非常に困難であり、色ずれ画像を引き起こしていた。そこで近年では、4連タンデム方式に中間転写方式を採用することが主流になってきている。
ポリイミド樹脂やポリアミドイミド樹脂にカーボンブラックを分散させるには、ポリイミド樹脂前駆体またはポリアミドイミド樹脂前駆体と共に溶媒中でカーボンを、ビーズミル、ボールミル、ペイントシェーカー、遊星ボールミルなどの汎用の分散機を用いて所望の粒径の微粒子状態に分散する。そして、このカーボンが分散された樹脂溶液を用いて、抵抗値が所望の値で、ばらつきがなく均一な中間転写ベルトを作製する。
中間転写ベルト(あるいは、電子写真用シームレスベルト)としての好ましい電気特性のものを得るために、以下のような提案がなされている。
また、特許文献11では、電子写真用途における転写ベルト、中間転写ベルト、定着ベルトにおいては抵抗値の電圧依存性が小さく、光の反射性を抑制するために黒色であることが望まれるとし、これに対処するものとして、ポリイミド樹脂、半導電性フィラー、カーボンブラックからなる黒濃度が規定されたポリイミド樹脂組成物とそれを用いたフィルム、管状物が提案されている。特許文献11で言う黒濃度は、光の反射性を抑制するためのものであり、実施例から分かるように、カーボンブラックによって抵抗値の制御を行っているものではなく、また、黒濃度の規定により抵抗(例えば、表面抵抗)を制御しているものでもない。ポリイミド組成物の黒濃度の規定に間して、実施例では金型の外面でも内面でもよいという記載になっているが、規定している黒濃度の測定をしている面がどちらかの記載もない。
また、上記中間転写ベルトにおける黒濃度を達成する好ましい手段(製造方法)として、少なくともカーボンブラックと溶媒、若しくはカーボンブラック、樹脂および/または樹脂前駆体と溶媒を含有する溶液にてカーボンブラック濃度の高いカーボン分散液を作製し(分散液作製工程)、この分散液と樹脂溶液を混合・攪拌することにより、所望のカーボン添加量になるように調整して塗工液を作製する(塗工液作製工程)工程を、製造工程中に含み、かつ、分散液作製工程におけるカーボン分散液の黒濃度が2.200以上であるような状態の液とすることにより、上記空気に曝される面(他方の面)の分光濃度計により測定される黒濃度(2.200以上3.000以下)および[他方の面]の黒濃度と[一方の面]の黒濃度との差(0.500以下)の関係を満たす中間転写ベルトが得られることを見出した。ここで、カーボン分散液の黒濃度は、カーボン分散液そのものを基板上に塗布形成してなる乾燥塗膜表面を分光濃度計により測定して得られる。
すなわち、本発明者らは、以下の〔1〕〜〔7〕に記載する発明によって上記課題が解決されることを見出し本発明に至った。以下、本発明について具体的に説明する。
前記中間転写ベルトの、前記型と接する面(一方の面)に対向する空気に曝される面(他方の面)の分光濃度計により測定される黒濃度が、2.200以上3.000以下であり、かつ、該他方の面の黒濃度と、前記一方の面の分光濃度計により測定される黒濃度との差が、0.500以下であることを特徴とする電子写真用中間転写ベルトにより解決される。
カーボンブラックを、溶媒中で分散するか若しくは、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂前駆体およびポリアミドイミド樹脂前駆体の中から選ばれる一種、と共に溶媒中で分散してカーボン分散液とする分散液作製工程、
分散液作製工程で得られたカーボン分散液を、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂前駆体およびポリアミドイミド樹脂前駆体の中から選ばれる一種および溶媒と混合して塗工液とする塗工液作製工程、
塗工液作製工程で得られた塗工液を、型の内面または外面に、塗布して塗膜を形成し、前記塗膜を乾燥および/または硬化させて製膜化した後に、前記製膜を脱型してベルトとするベルト作製工程からなり、
前記カーボン分散液を基板上に塗布形成してなる乾燥塗膜の分光濃度計により測定される黒濃度が2.200以上であることを特徴とする電子写真用中間転写ベルトの製造方法により解決される。
すなわち、本発明の電子写真用中間転写ベルトによれば、前記型と接する面(一方の面)に対向する空気に曝される面(他方の面)の分光濃度計により測定される黒濃度が、2.200以上3.000以下とされ、かつ、該他方の面の黒濃度と、前記一方の面の分光濃度計により測定される黒濃度との差が、0.500以下に制御されるため、空気に曝される面(他方の面)でのカーボン分散状態が均一に保たれて濃度低下などが抑制され、適度なカーボン添加量により、抵抗値が所望の値でその抵抗値のばらつきが少なく、電気特性の信頼性が高いことから、繰り返し画像形成においても異常画像の発生を抑制した高品質の画像を出力することができる。また、ポリイミド樹脂またはポリアミドイミド樹脂を樹脂成分とすれば、機械強度、耐久性、難燃性などに優れた中間転写ベルトとすることができ、高速転写や位置精度など厳しい要求特性にも対応することができる。
本発明の電子写真用中間転写ベルトの製造方法によれば、生産工程のロットや、カーボンブラックおよび樹脂および/または樹脂前駆体等の材料ロットの違いによらず、安定したカーボン添加量で所望の抵抗値およびその均一性の高い中間転写ベルトを得ることができる。
本発明の電子写真装置によれば、抵抗値のばらつきが少なく電気特性の信頼性が高い電子写真用中間転写ベルトを用いるため、繰り返し画像形成においても画像濃度ムラ、画像抜け、白ポチ等の発生が抑制され、高耐久で高画質の画像を継続的に安定して形成することができる。
前記中間転写ベルトの、前記型と接する面(一方の面)に対向する空気に曝される面(他方の面)の分光濃度計により測定される黒濃度が、2.200以上3.000以下であり、かつ、該他方の面の黒濃度と、前記一方の面の分光濃度計により測定される黒濃度との差が、0.500以下であることを特徴とするものである。
ここで、前記カーボンブラックは抵抗制御剤となるものであり、中間転写ベルトにおけるカーボンブラックの含有量は、15wt%以上25wt%以下であることが好ましい。
本発明の中間転写ベルトは、その構成材料として一般の汎用の樹脂に電気抵抗を調整する充填剤〔(電気抵抗制御剤(「抵抗制御剤」と略称する)〕を含有(少なくともカーボンブラックを含む)してなるものが挙げられる。
樹脂としては、難燃性の観点からPVDF、ETFEなどのフッ素系樹脂、ポリイミド樹脂(以降、「ポリイミド」と略称することがある)またはポリアミドイミド樹脂(以降、「ポリアミドイミド」と略称することがある)等が好ましいが、機械的強度の面や抵抗制御充填剤の分散性の面で、ポリイミドまたはポリアミドイミドが好ましい。
ポリイミドまたはポリアミドイミドを中間転写ベルトの構成成分とすれば、機械強度や耐久性に優れ、難燃性を確保することができ、電子写真装置による高速転写や繰り返し使用においても位置精度などの厳しい要求特性にも対応することができる。
本発明において用いられるカーボンブラックとしては、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、サーマルブラック、ガスブラック等が挙げられる。これらの中から、用いる溶媒や樹脂に相性のよいものを選択して用いる。また、これらのカーボンブラックを適宜表面処理したものも用いることができる。
なお、本発明において抵抗調整剤としてカーボンブラックを用いるが、前述した他の抵抗調整剤を併用してもよい。
<ポリイミド>
本発明に用いられるポリイミドとしては、限定されるものではないが芳香族系のポリイミドが好ましい例として挙げられる。芳香族系のポリイミドは、一般的に知られている芳香族多価カルボン酸無水物(またはその誘導体)と芳香族ジアミンとの反応によって、ポリアミック酸(ポリイミド前駆体)を経由して得られる。
すなわち、ポリイミド、特に、芳香族系のポリイミドは、その剛直な主鎖構造により溶媒等に対して不溶であり、また不融の性質を有する。そのため、先ず、芳香族多価カルボン酸無水物と芳香族ジアミンとの反応により、有機溶媒に可溶なポリイミド前駆体(ポリアミック酸、またはポリアミド酸)を合成し、このポリアミック酸の段階で様々な方法で成形加工が行われ、その後ポリアミック酸を加熱もしくは化学的な方法で脱水反応させて環化(イミド化)し、ポリイミドとする。芳香族系のポリイミドを得る反応を例にその概略を下記反応式(1)に示す。
また、上記式(1)で表される芳香族多価カルボン酸無水物以外の酸無水物、例えば、エチレンテトラカルボン酸二無水物、シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物等の脂肪族あるいは脂環式多価カルボン酸無水物も使用可能であり、これらは単独または前記芳香族多価カルボン酸無水物と併用してもよい。
なお、前記式(1)においては、芳香族多価カルボン酸無水物としたが、その誘導体(例えば、エステル誘導体)であってもよい。
なお、上記式(1)で表される芳香族ジアミン以外の脂肪族系ジアミンも使用可能であり、芳香族ジアミンと併用してもよい。
溶媒は、前記ポリアミック酸を溶解するものであれば特に限定されないが、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドンが特に好ましい。
このような例としては、トレニース(東レ社製)、U−ワニス(宇部興産社製)、リカコート(新日本理化社製)、オプトマー(JSR社製)、SE812(日産化学社製)、CRC8000(住友ベークライト社製)等が代表的なものとして挙げられる。
加熱する方法(1)は、ポリアミック酸を、例えば、200〜350℃に加熱処理することによってポリイミドに転化する方法であり、ポリイミド(ポリイミド樹脂)を得る簡便かつ実用的な方法である。一方、化学的方法(2)は、ポリアミック酸を脱水環化試薬(カルボン酸無水物と第3アミンの混合物など)により反応した後、加熱処理して完全にイミド化する方法であり、(1)の加熱する方法に比べると煩雑でコストのかかる方法であるため、通常(1)の方法が多く用いられている。
なお、ポリイミドの本来的な性能を発揮させるためには、相当するポリイミドのガラス転移温度以上に加熱して、イミド化を完結させることが好ましい。
このようなイミド化率の測定方法としては、例えば、9〜11ppm付近のアミド基に帰属される1Hと、6〜9ppm付近の芳香環に帰属される1Hとの積分比から算出する核磁気共鳴分光法(NMR法)、フーリエ変換赤外分光法(FT-IR法)、イミド閉環に伴う水分を定量する方法、カルボン酸中和滴定法など種々の方法が用いられているが、中でもフーリエ変換赤外分光法(FT-IR法)は最も一般的な方法である。
すなわち、焼成段階(イミド化処理段階)でのイミド基のモル数を(A)とし、100%イミド化された場合(理論的)のイミド基のモル数を(B)とすると、次により表される。
イミド化率(%)=[(A)/(B)]×100 ・・・(a)
(2)イミドの特性吸収の1つである1,380cm−1(イミド環C−N基の変角振動帯)と、ベンゼン環の特性吸収1,500cm−1との吸光度比
(3)イミドの特性吸収の1つである1,720cm−1(イミド環C=O基の変角振動帯)と、ベンゼン環の特性吸収1,500cm−1との吸光度比
(4)イミドの特性吸収の1つである1,720cm−1とアミド基の特性吸収1,670cm−1(アミド基N−H変角振動とC−N伸縮振動の間の相互作用)との吸光度比
また、3000〜3300cm−1にかけてのアミド基由来の多重吸収帯が消失していることを確認すればさらにイミド化完結の信頼性は高まる。
<ポリアミドイミド>
ポリアミドイミドは、分子骨格中に剛直なイミド基と柔軟性を付与するアミド基を有する樹脂であり、本発明に用いられるポリアミドイミドとしては一般的に知られている構造のものを使用することができ、限定されるものではないが芳香族系のポリアミドイミドが特に好ましい例として挙げられる。
一般的にポリアミドイミド樹脂を合成する方法としては、公知の下記酸クロライド法(a)やイソシアネート法(b)が適用できる。
(a)酸クロライド法:酸無水物基とハロゲン化カルボニル基を有する3価のカルボン酸化合物の誘導体[以下、「酸無水物基を有する3価のカルボン酸化合物の誘導体ハライド」と称することがある。](最も代表的には当該誘導体の酸クロライド化合物が挙げられる。)とジアミンとを溶媒中で反応させ、ポリアミド−アミック酸(ポリアミドイミド樹脂前駆体)を経由してポリアミドイミドを製造する。例えば、特公昭42−15637号公報に記載の方法が知られている。
(b)イソシアネート法:酸無水物基とカルボキシラト基を有する3価のカルボン酸化合物[以下、「酸無水物基を有する3価のカルボン酸の誘導体」と呼称することがある。]とイソシアネート化合物(特に、芳香族イソシアネート化合物が好ましい。)とを溶媒中で反応させてポリアミドイミドを製造する。例えば、特公昭44−19274号公報に記載の方法が知られている。
本発明においては酸クロライド法(a)およびイソシアネート法(b)のいずれも使用することができる。好ましく用いられる芳香族系のポリアミドイミドを例として各製造方法について以下に説明する。
酸無水物基を有する3価のカルボン酸の誘導体ハライド化合物としては、例えば、下記構造式(2)および構造式(3)に示す化合物を使用することができる。
前記構造式(2)または構造式(3)に示す酸無水物基を有する3価のカルボン酸化合物の誘導体ハライドは芳香族系のポリアミドイミドを得るための原料の一例であって、これらに限られるものではない。
上記構造式(2)または構造式(3)に示す芳香族系の3価のカルボン酸化合物以外に、脂肪族系の酸無水物基を有する3価のカルボン酸化合物の誘導体ハライドも使用可能であり、芳香族系の誘導体と併用することもできる。
芳香族ジアミンとしては、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、オキシジアニリン、ジアミノ−m−キシリレン、ジアミノ−p−キシリレン、1,4−ナフタレンジアミン、1,5−ナフタレンジアミン、2,6−ナフタレンジアミン、2,7−ナフタレンジアミン、2,2’−ビス−(4−アミノフェニル)プロパン、2,2’−ビス−(4−アミノフェニル)へキサフルオロプロパン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、3,3’−ジアミノジフェニルエーテル、3,4−ジアミノビフェニル、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、3,4−ジアミノジフェニルエーテル、イソプロピリデンジアニリン、3,3’−ジアミノベンゾフェノン、o−トリジン、2,4−トリレンジアミン、1,3−ビス−(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4−ビス−(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス−(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、2,2−ビス−[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、ビス−[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、ビス−[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、4,4’−ビス−(4−アミノフェノキシ)ビフェニル、2,2’−ビス−[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]へキサフルオロプロパン、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、3,3’−ジアミノジフェニルスルフィドなどが挙げられる。
脂肪族系ジアミンとしてはメチレンジアミン、ヘキサフルオロイソプロピリデンジアミンなどが挙げられる。
溶媒としてはこれらを単独または混合溶媒として用いるのが望ましく、ポリアミック酸を溶解するものであれば特に限定されない。特に好ましく用いられる溶媒は、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドンである。
イミド化の方法としては、前記ポリイミドの場合と同様に加熱処理により脱水閉環させる方法、および脱水閉環触媒を用いて化学的に閉環させる方法が挙げられる。
加熱処理により脱水閉環させる場合、例えば、反応温度は150〜400℃、好ましくは180〜350℃であり、加熱処理時間は30秒間〜10時間、好ましくは5分間〜5時間である。また、脱水閉環触媒を用いる場合、反応温度は0〜180℃、好ましくは10〜80℃であり、反応時間は数十分間〜数日間、好ましくは2時間〜12時間である。脱水閉環触媒の例としては、酢酸、プロピオン酸、酪酸、安息香酸等の酸無水物等が挙げられる。
イソシアネート法の場合に用いる酸無水物基とカルボキシラト基を有する3価のカルボン酸化合物(酸無水物基を有する3価のカルボン酸の誘導体)としては、例えば、下記構造式(4)または構造式(5)で示す化合物を使用することができる。
前記構造式(4)または構造式(5)に示す酸無水物基とカルボキシラト基を有する3価のカルボン酸化合物の誘導体は芳香族系のポリアミドイミドを得るための原料の一例であって、これらに限られるものではない。
上記構造式(4)または構造式(5)に示す芳香族系の3価のカルボン酸化合物以外に、脂肪族系の3価のカルボン酸化合物も使用可能であり、例えば、芳香族系のカルボン酸化合物と併用することもできる。
イソシアネート化合物としては、特に芳香族イソシアネート化合物(芳香族ポリイソシアネート)が好ましく用いられる。これらの芳香族ポリイソシアネートは単独で使用することもできるし、組み合わせて使用することもできる。また、必要に応じてこの一部としてヘキサメチレンジイソシアネート、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、4,4′−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、トランスシクロヘキサン−1,4−ジイソシアネート、水添m−キシリレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート等の脂肪族、脂環式イソシアネートおよび3官能以上のポリイソシアネートを使用することもできる。
イソシアネート法により本発明におけるポリアミドイミドを得るためには、前記ポリイミドの製造の場合と同様に、上記した各酸無水物基を有する3価のカルボン酸の誘導体と、芳香族ポリイソシアネートとを有機極性溶媒に溶解調整して得られるポリアミドイミド前駆体を含む溶液を支持体(成形用の型)に塗布して塗膜を形成し、この塗膜を加熱処理することにより、ポリアミドイミド前駆体からポリアミドイミドへの転化が行われる。このイソシアネート法によるポリアミドイミドへの転化の際、概略ポリアミック酸を経由することなく、炭酸ガスを発生してポリアミドイミドを生成する。
下記反応式(6)に無水トリメリット酸と芳香族ジイソシアネートとを用いた場合のポリアミドイミド化による芳香族ポリアミドイミドの生成例を示す。
これにより、生産工程のロットや、カーボンブラックあるいは樹脂および/または樹脂前駆体等の材料ロットの違いによらず、安定したカーボン添加量で所望の抵抗値およびその均一性が高く高耐久で高品質の画像を提供する中間転写ベルトを得ることができる。
以下の説明は、一例であり条件などこれに限定されるものではない。
遠心成形では円筒状の回転体から構成される金型が用いられ、この円筒状の回転体をゆっくりと回転させながら塗工液を円筒の内面全体に均一になるように塗布・流延(塗膜を形成)する。その後、回転速度を所定速度まで上げ、所定速度に達したら一定速度に維持し、所望の時間回転を継続する。そして、回転させつつ徐々に昇温させながら、約80〜150℃の温度で塗膜中の溶媒を蒸発させていく。この過程では、雰囲気の蒸気(揮発した溶媒等)を効率よく循環して取り除くことが好ましい。自己支持性のある膜が得られたところで常温に戻し、高温処理の可能な加熱炉(焼成炉)に移し、段階的に昇温し、最終的に250℃〜450℃程度の高温加熱処理(焼成)を施し、十分にポリイミド前駆体またはポリアミドイミド前駆体のイミド化またはポリアミドイミド化を行う。イミド化等が完了後、徐冷して製膜(薄膜)を型から剥離(脱型)する。このようにしてシームレスベルトが形成される。なお、型には、剥離しやすいように予め、離型剤または離型層を形成しておくことが好ましい。
以下の説明は、一例であり条件などこれに限定されるものではない。
前述の遠心成形同様、剥離しやすいように外面に予め離型剤による離型層を形成した円筒状の金型を用いる。金型をゆっくりと回転させながら、その外周面上に塗工液をデイスペンサーやノズル、スプレーなどによって、均一になるように塗布・流延(塗膜を形成)する。その後、回転速度を所定速度まで上げ、所定速度に達したら一定速度に維持し、所望の時間回転を継続する。そして、回転させつつ徐々に昇温させながら、約80〜150℃の温度で塗膜中の溶媒を蒸発させていく。この過程では、雰囲気の蒸気(揮発した溶媒等)を効率よく循環して取り除くことが好ましい。自己支持性のある膜が得られたところで常温に戻し、高温処理の可能な加熱炉(焼成炉)に移し、段階的に昇温し、最終的に250℃〜450℃程度の高温加熱処理(焼成)を施し、十分にポリイミド前駆体またはポリアミドイミド前駆体のイミド化またはポリアミドイミド化を行う。イミド化等が完了後、徐冷して製膜(薄膜)を型から剥離(脱型)する。このようにしてシームレスベルトが形成される。
一方、金型の外面に製膜して作製されたベルトの場合、逆に、金型と接触していた面(一方の面)がベルトの裏面となり、空気と接触していた面〔空気に曝される面(他方の面)〕がベルト表面となる。
また、前述の方法は、シームレスのベルトの作製方法であるが、板状の型の上に塗布してシート状とし、その後、端部を接合してベルト化する方法でもよい。このときは、型に接した面を表にするか裏にするかは適宜選択することができる。
空気面でのカーボン分散状態が乱れた状態になった場合、この面は金型接触面に比べ、白っぽくなり、黒濃度が低下した状態となる。この程度が悪くなると、抵抗値もばらつきやすく、繰り返し使用において抵抗値が変動したり、局部的にリークすることによる異常画像が発生したりして好ましくない。具体的には、空気との接触面の黒濃度として、2.200以上であることが必要である。ただし、3.000以上になるような状態は、カーボンブラックがあまりにも微細で多量に分散している状態となり、機械強度が脆くなり好ましくない。
また、この黒濃度の値は、金型との接触面の黒濃度と近い方が好ましい。具体的には、差が0.500以下であることがよい。差が大きいと、ベルトの表面と裏面との状態に差が生じていることとなり、やはり、繰り返し使用において抵抗値が変動したり、局部的にリークすることによる異常画像が発生したりして好ましくない。
以下に、本発明で好ましく用いられる塗工液の作製について説明する。
なお、カーボン分散液は、カーボンブラックを、溶媒中で分散するか若しくは、樹脂および/または樹脂前駆体と共に溶媒中で分散して得られるが、カーボンブラックの凝集を回避する観点から樹脂および/または樹脂前駆体と共に溶媒中で分散されたカーボン分散液が好ましく用いられる。
分散投入タンクA(301)には、分散させる液が投入されており、送液ポンプ(303)にて液が分散機(302)に送られる。分散機(302)内にはある大きさのビーズが充填されており、これが内部で高速回転する機構になっており、この回転よるビーズによる摺擦力によりカーボンブラックが微粒化される。微粒化された液は、分散液排出タンクB(304)に回収され、1パスが終了する。このときの分散力は、分散機内の回転速度、ビーズの種類、径、送液の流量により決まり、これらを適当な条件を設定する。分散液排出タンクB(304)に回収された液の分散状態が不十分な場合は、分散投入タンクA(301)へ再度投入し、再度分散を実施する。パス方式では、十分な分散状態の分散液が得られるまで、これを繰り返す。
図4の模式図に、本発明に係る分散液作製工程でカーボン分散液を製造する際に用いられる循環方式の分散装置の一例(循環方式によるビーズミル装置)を示す。
図3と異なり、分散機(402)にて分散された液は、分散液タンクA(401)に戻る。分散前の液と分散後の液が十分に攪拌されながら分散が進行する。この方式では、分散は、分散機(402)から戻る液の状態を評価する。一般的には、分散に要する時間にて管理を行う。なお、図4において、符号403は液循環ポンプ、符号404は攪拌装置を示す。
カーボンブラックの含有量は少ない方が分散させやすいが、生産を考えると無駄が多くコスト高となるため5%以上とするのが好ましい。一方、カーボンブラックの含有量が15%以上になると分散効率が大幅に低下し、かつ、分散後のカーボンブラック粒子の再凝集により分散液の経時安定性が悪くなるため好ましくない。
また、分散にあたっては、プレ混合工程や異なる分散機による他段階分散などの工程を設けることもできる。
粒径を測定する方法としては、遠心分離法、レーザー回折法、動的光散乱法などによる計測器にて計測される。例えば、動的光散乱法の計測器にて測定される粒径としては、体積平均粒径として、150〜300nm程度に分散された状態が好ましい。しかしながら、粒径がこの程度に分散されても必ずしもよい品質のものが得られないことが多い。特に、カーボンブラックの製造ロットにより、品質がばらつき、不良となることが多く発生している。
すなわち、本発明においては、カーボン分散液を基板上に成膜して、その膜表面の黒濃度を測定するが、良好な電気特性品質を実現するためのカーボン分散液による膜表面の黒濃度としては、2.200以上となることが好ましい。つまり、品質が悪い分散液では、黒濃度が低く、品質が良くなるにつれて黒濃度が高まる。なお、膜表面の黒濃度の計測は、反射型の分光濃度測定器にて計測することができる。
前記塗工液作製工程で得られた塗工液を、型の内面または外面に、塗布して塗膜を形成し、前記塗膜を乾燥および/または硬化させて製膜化した後に、製膜を脱型して電子写真用中間転写ベルトが作製される(ベルト作製工程)。
本発明における電子写真装置(画像形成装置)に装備されるベルト構成部に用いられる中間転写ベルト(シームレスベルト)について、要部模式図を参照しながら以下に詳しく説明する。なお、模式図は一例であって、これに限定されるものではない。
図1に示すベルト部材を含む中間転写ユニット500は、複数のローラに張架された中間転写体である中間転写ベルト501などにより構成されている。この中間転写ベルト501の周りには、2次転写ユニット600の2次転写電荷付与手段である2次転写バイアスローラ605、中間転写体クリーニング手段であるベルトクリーニングブレード504、潤滑剤塗布手段の潤滑剤塗布部材である潤滑剤塗布ブラシ505などが対向するように配設されている。
このベルト部材である中間転写ベルト501は、通常、半導体、または絶縁体で、単層または多層構造となっているが、本発明においてはシームレスベルトが好ましく用いられ、これによって耐久性が向上すると共に、優れた画像形成が実現できる。また、中間転写ベルトは、感光体ドラム200上に形成されたトナー像を重ね合わせるために、通紙可能最大サイズより大きく設定されている。
図1において、帯電チャージャ203は、コロナ放電によって感光体ドラム200の表面を負電荷で所定電位に一様に帯電する。上記ベルトマーク検知信号に基づき、タイミングを定め、図示しない書き込み光学ユニットにより、Bkカラー画像信号に基づいてレーザ光によるラスタ露光を行う。このラスタ像が露光されたとき、当初一様帯電された感光体ドラム200の表面の露光された部分は、露光光量に比例する電荷が消失し、Bk静電潜像が形成される。このBk静電潜像に、Bk現像器231Kの現像ローラ上の負帯電されたBkトナーが接触することにより、感光体ドラム200の電荷が残っている部分にはトナーが付着せず、電荷の無い部分つまり露光された部分にはトナーが吸着し、静電潜像と相似なBkトナー像が形成される。
そして、2次転写対向ローラ510に張架された中間転写ベルト501と2次転写バイアスローラ605によりニップが形成された2次転写部に、上記中間転写ベルト501上のトナー像の先端がさしかかるときに、転写紙Pの先端がこのトナー像の先端に一致するように、レジストローラ610が駆動されて、転写紙ガイド板601に沿って転写紙Pが搬送され、転写紙Pとトナー像とのレジスト合わせが行われる。
なお、図1において各符号、Lは露光手段、70は除電ローラ、80はアースローラ、204は電位センサ、205はトナー画像濃度センサ、503は帯電チャージャ、513はトナー画像をそれぞれ示す。
図2は、本発明に係る電子写真装置のベルト部材として配備される1つの中間転写ベルトに沿って複数の感光体ドラムが並設されている電子写真装置の一構成例を示す要部模式図である。すなわち、4つの異なる色(ブラック、イエロー、マゼンタ、シアン)のトナー像を形成するための4つの感光体ドラム21BK、21Y、21M、21Cを備えた4ドラム型のデジタルカラープリンタの一構成例を示す。
(塗工液の作製)
カーボンブラック(Specialblack4;エボニックデグサ)を溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(三菱化学)中に10wt%投入した液をφ1mmのジルコニアビーズを用いて、ビーズミル(アペックスミルSAM;寿工業)にて十分に分散した。
次いで、この液に、ビフェニル−3,4,3’,4’−テトラカルボン酸無水物と4,4’−ジアミノジフェニルエーテルとの各等モルを徐々に加えていき、30℃にて重合反応させて、カーボンブラックが分散したポリアミック酸塗工液を得た。ビフェニル−3,4,3’,4’−テトラカルボン酸無水物と4,4’−ジアミノジフェニルエーテルの投入量は、この塗工液のカーボンブラックの含有量が、16wt%となる量とした。この塗工液のカーボンブラックの粒径は、250nmであった。
次に、内径100mm、長さ300mmの外面に離型剤を塗布形成した金属製円筒を型として用い、この円筒型を50rpm(回/分)で回転させながら、上記塗工液を円筒外面に均一に流延するように流して塗布した。所定の全量を流し終えて塗膜がまんべんなく広がった時点で、回転数を100rpmに上げ、熱風循環乾燥機に投入して、110℃まで2℃/min.で徐々に昇温して60分加熱した。さらに2℃/min.にて昇温して200℃で20分加熱し、回転を停止、徐冷して取り出し、高温処理の可能な加熱炉(焼成炉)に投入し、3℃/min.にて320℃まで昇温して60分加熱処理(焼成)した。所定時間処理して加熱を停止した後、常温まで徐冷してから型を取り出し、形成された薄膜(製膜)を円筒外面から剥離し、膜厚80μmのベルトを得た。
(塗工液の作製)
カーボンブラック(Specialblack4;エボニックデグサ)を溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(三菱化学)中に10wt%投入した液をφ0.3mmのジルコニアビーズを用いて、ビーズミル(アペックスミルSAM;寿工業)にて十分に分散した。次いで、この液に、ビフェニル−3,4,3’,4’−テトラカルボン酸無水物と4,4’−ジアミノジフェニルエーテルとの各等モルを徐々に加えていき、30℃にて重合反応させて、カーボンブラックが分散したポリアミック酸塗工液を得た。ビフェニル−3,4,3’,4’−テトラカルボン酸無水物と4,4’−ジアミノジフェニルエーテルの投入量は、この塗工液のカーボンブラックの含有量が、22wt%となる量とした。この塗工液のカーボンブラックの粒径は、200nmであった。
次に、内径100mm、長さ300mmの外面に離型剤を塗布形成した金属製円筒を型として用い、この円筒型を50rpm(回/分)で回転させながら、上記塗工液を円筒外面に均一に流延するように流して塗布した。所定の全量を流し終えて塗膜がまんべんなく広がった時点で、回転数を100rpmに上げ、熱風循環乾燥機に投入して、110℃まで2℃/min.で徐々に昇温して60分加熱した。さらに2℃/min.にて昇温して200℃で20分加熱し、回転を停止、徐冷して取り出し、高温処理の可能な加熱炉(焼成炉)に投入し、3℃/min.にて320℃まで昇温して60分加熱処理(焼成)した。所定時間処理して加熱を停止した後、常温まで徐冷してから型を取り出し、形成された薄膜(製膜)を円筒外面から剥離し、膜厚80μmのベルトを得た。
(塗工液の作製)
カーボンブラック(Specialblack4;エボニックデグサ)を溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(三菱化学)中に10wt%投入した液をφ2mmのジルコニアビーズを用いて、ビーズミル(アペックスミルSAM;寿工業)にて十分に分散した。
次いで、この液に、ビフェニル−3,4,3’,4’−テトラカルボン酸無水物と4,4’−ジアミノジフェニルエーテルとの各等モルを徐々に加えていき、30℃にて重合反応させて、カーボンブラックが分散したポリアミック酸塗工液を得た。ビフェニル−3,4,3’,4’−テトラカルボン酸無水物と4,4’−ジアミノジフェニルエーテルの投入量は、この塗工液のカーボンブラックの含有量が、14wt%となる量とした。この塗工液のカーボンブラックの粒径は、280nmであった。
次に、内径100mm、長さ300mmの外面に離型剤を塗布形成した金属製円筒を型として用い、この円筒型を50rpm(回/分)で回転させながら、上記塗工液を円筒外面に均一に流延するように流して塗布した。所定の全量を流し終えて塗膜がまんべんなく広がった時点で、回転数を100rpmに上げ、熱風循環乾燥機に投入して、110℃まで2℃/min.で徐々に昇温して60分加熱した。さらに2℃/min.にて昇温して200℃で20分加熱し、回転を停止、徐冷して取り出し、高温処理の可能な加熱炉(焼成炉)に投入し、3℃/min.にて320℃まで昇温して60分加熱処理(焼成)した。所定時間処理して加熱を停止した後、常温まで徐冷してから型を取り出し、形成された薄膜(製膜)を円筒外面から剥離し、膜厚80μmのベルトを得た。
(塗工液の作製)
カーボンブラック(Specialblack4;エボニックデグサ)を溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(三菱化学)中に10wt%投入した液をφ0.1mmのジルコニアビーズを用いて、ビーズミル(アペックスミルSAM;寿工業)にて十分に分散した。次いで、この液に、ビフェニル−3,4,3’,4’−テトラカルボン酸無水物と4,4’−ジアミノジフェニルエーテルとの各等モルを徐々に加えていき、30℃にて重合反応させて、カーボンブラックが分散したポリアミック酸塗工液を得た。ビフェニル−3,4,3’,4’−テトラカルボン酸無水物と4,4’−ジアミノジフェニルエーテルの投入量は、この塗工液のカーボンブラックの含有量が、26wt%となる量とした。この塗工液のカーボンブラックの粒径は、160nmであった。
次に、内径100mm、長さ300mmの外面に離型剤を塗布形成した金属製円筒を型として用い、この円筒型を50rpm(回/分)で回転させながら、上記塗工液を円筒外面に均一に流延するように流して塗布した。所定の全量を流し終えて塗膜がまんべんなく広がった時点で、回転数を100rpmに上げ、熱風循環乾燥機に投入して、110℃まで2℃/min.で徐々に昇温して60分加熱した。さらに2℃/min.にて昇温して200℃で20分加熱し、回転を停止、徐冷して取り出し、高温処理の可能な加熱炉(焼成炉)に投入し、3℃/min.にて320℃まで昇温して60分加熱処理(焼成)した。所定時間処理して加熱を停止した後、常温まで徐冷してから型を取り出し、形成された薄膜(製膜)を円筒外面から剥離し、膜厚80μmのベルトを得た。
実施例1における(ベルトの作製)を以下の通りにする他は実施例1と同様にしてベルトを得た。
(ベルトの作製)
内径100mm、長さ300mmの外面に離型剤を塗布形成した金属製円筒を型として用い、この円筒型を50rpm(回/分)で回転させながら、上記塗工液を円筒外面に均一に流延するように流して塗布した。所定の全量を流し終えて塗膜がまんべんなく広がった時点で、回転数を100rpmに上げ、熱風循環乾燥機に投入して、110℃まで5℃/min.で徐々に昇温して60分加熱した。さらに6℃/min.にて昇温して200℃で20分加熱し、回転を停止、徐冷して取り出し、高温処理の可能な加熱炉(焼成炉)に投入し、5℃/min.にて320℃まで昇温して60分加熱処理(焼成)した。所定時間処理して加熱を停止した後、常温まで徐冷してから型を取り出し、形成された薄膜(製膜)を円筒外面から剥離し、膜厚80μmのベルトを得た。
また、それぞれのベルトを、以下の条件にて表面抵抗値を測定し、そのばらつきを評価した。結果を下記表1に示す。
<表面抵抗値の測定>
URSプローブを装備したハイレスタ(ダイアインスツルメンツ社)にて、500V印加10秒後の表面抵抗値を測定した。各種ベルトの軸方向3点、周方向4点の合計12点における表面抵抗値を測定し、その常用対数値の平均値を用いた。
<表面抵抗値のばらつき>
各種ベルトの軸方向3点、周方向4点の合計12点における表面抵抗値を測定し、その常用対数値の標準偏差を求め、ばらつきを評価した。標準偏差の値としては、0.20以下となることが好ましい。これ以上では、ばらつきが大きく好ましくない。
結果を併せて下記表1に示す。
(カーボン分散液NO.1〜4の作製)
下記組成の混合物をよく混合させた溶液を、ビーズミル(アペックスミルAM;寿工業)を用い前記図3に示すパス方式の分散装置にて分散した。ビーズは、φ1mmのジルコニアビーズを用い、パス回数として、3パス(分散液NO.1)、6パス(分散液NO.2)、10パス(分散液NO.3)、13パス(分散液NO.4)の各パス回数のものを作製した。
〈カーボン分散液NO.1〜4の組成〉
ポリイミド溶液(U−ワニスA(固形分18%);宇部興産): 11wt%
カーボンブラック(Specialblack4;エボニックデグサ):10wt%
溶媒(N−メチル−2−ピロリドン;三菱化学): 79wt%
次に、上記実施例で作製した分散液に用いるカーボンブラックを、異なる製造ロットのものに変更し、同様に分散液を作製した。3パス(分散液NO.5)、6パス(分散液NO.6)、10パス(分散液NO.7)、13パス(分散液NO.8)
<粒径の測定>
得られた分散液をN−メチル−2−ピロリドンにて、200倍に希釈した液を作製し、マイクロトラックUPA150EX(日機装社)にて測定を行った。
<黒濃度の測定>
PETフィルム上に、アプリケータにて分散液をキャストしたものを、乾燥機にて100℃で15分間乾燥させた。冷却後、この乾燥塗膜の表面を、分光濃度計X−rite520(X−Rite社)にて黒濃度の測定を行った。
〈塗工液の成分組成〉
上記分散液: X wt%
ポリイミド溶液(U−ワニスA(固形分18%);宇部興産): Y wt%
レベリング剤(FZ2105;東レダウコーニング) 0.02wt%
次に、内径100mm、長さ300mmの外面に離型剤を塗布形成した金属製円筒を型として用い、この円筒型を50rpm(回/分)で回転させながら、上記塗工液を円筒外面に均一に流延するように流して塗布した。所定の全量を流し終えて塗膜がまんべんなく広がった時点で、回転数を100rpmに上げ、熱風循環乾燥機に投入して、110℃まで2℃/min.で徐々に昇温して60分加熱した。さらに2℃/min.にて昇温して200℃で20分加熱し、回転を停止、徐冷して取り出し、高温処理の可能な加熱炉(焼成炉)に投入し、3℃/min.にて320℃まで昇温して60分加熱処理(焼成)した。所定時間処理して加熱を停止した後、常温まで徐冷してから型を取り出し、形成された薄膜(製膜)を円筒外面から剥離し、膜厚80μmの各ベルトを得た。
(カーボン分散液NO.9の作製)
下記組成の混合物をよく混合させた溶液を、ビーズミル(アペックスミルAM;寿工業)を用いパス方式にて分散した。ビーズは、φ2mmのジルコニアビーズを用い、15パス分散し、分散液を得た。
〈カーボン分散液NO.9の組成〉
ポリアミドイミド溶液(HR16NN(固形分15%);東洋紡績):15wt%
カーボンブラック(MA77;三菱化学): 10wt%
溶媒(N−メチル−2−ピロリドン;三菱化学): 75wt%
〈塗工液の成分組成〉
上記カーボン分散液NO.9: 25wt%
ポリアミドイミド溶液(HR16NN(固形分15%);東洋紡績): 74wt%
レベリング剤(FZ2105;東レダウコーニング): 0.02wt%
溶媒(N−メチル−2−ピロリドン;三菱化学): 0.98wt%
次に、内径100mm、長さ300mmの外面に離型剤を塗布形成した金属製円筒を型として用い、この円筒型を50rpm(回/分)で回転させながら、上記塗工液を円筒外面に均一に流延するように流して塗布した。所定の全量を流し終えて塗膜がまんべんなく広がった時点で、回転数を100rpmに上げ、熱風循環乾燥機に投入して、110℃まで2℃/min.で徐々に昇温して60分加熱した。さらに2℃/min.にて昇温して260℃で30分加熱処理(焼成)した。所定時間処理して加熱を停止した後、常温まで徐冷してから型を取り出し、形成された薄膜(製膜)を円筒外面から剥離し、膜厚80μmのベルトを得た。
実施例6におけるベルトの作製を以下の通りにする他は実施例6と同様にしてベルトを作製した。
(ベルトの作製)
次に、内径100mm、長さ300mmの外面に離型剤を塗布形成した金属製円筒を型として用い、この円筒型を50rpm(回/分)で回転させながら、上記塗工液を円筒外面に均一に流延するように流して塗布した。所定の全量を流し終えて塗膜がまんべんなく広がった時点で、回転数を100rpmに上げ、熱風循環乾燥機に投入して、110℃まで5℃/min.で徐々に昇温して60分加熱した。さらに6℃/min.にて昇温して260℃で20分加熱処理(焼成)した。所定時間処理して加熱を停止した後、常温まで徐冷してから型を取り出し、形成された薄膜(製膜)を円筒外面から剥離し、膜厚80μmのベルトを得た。
また、それぞれのベルトを、以下の条件にて表面抵抗値を測定し、そのばらつきを評価した。結果を下記表3に示す。
<表面抵抗値の測定>
URSプローブを装備したハイレスタ(ダイアインスツルメンツ社)にて、500V印加10秒後の表面抵抗値を測定した。
<表面抵抗値のばらつき>
得られた前記各ベルトの軸方向3点、周方向4点の合計12点における表面抵抗値を測定し、その常用対数値の平均値と標準偏差を求めた。標準偏差の値としては、0.20以下となることが好ましい。これ以上では、ばらつきが大きく好ましくない。評価結果を併せて下記表3に示す。
また、それぞれのベルトを図2に示すタイプの電子写真装置[ImagioMPC4500(リコー)]に装備し、テスト画像を1万枚連続出力し、ベルトの耐久性を評価した。
下記表3に、前記各分散液にて得られたベルトのカーボン添加量、表面抵抗値の常用対数値の平均値、標準偏差、1万枚出力耐久評価のベルト異常有無の結果を示す。
すなわち、基板上に塗布形成した乾燥塗膜の黒濃度を2.200以上となるように制御して作製したカーボン分散液を塗工液に用いることにより、ベルトの空気に曝される面(他方の面)の黒濃度を2.200以上3.000以下とし、他方の面の黒濃度と、型と接する面(一方の面)の黒濃度との差を0.500以下に制御することができ、これによって抵抗値およびその均一性が高く安定した品質のものを得ることができる。また、ポリイミドのみならずポリアミドイミドにおいても本発明の構成が適用できる。
以上の結果から、本発明の構成の中間転写ベルトとすることにより、耐久性に優れた高品質なベルトを得ることができ、さらには、ベルト生産ロット、やカーボンブラックなどの材料の製造ロットばらつきによらず、抵抗値のばらつきが小さく、高品質で高耐久なベルトを得ることができる。
P 転写紙
L 露光手段
70 除電ローラ
80 アースローラ
200 感光体ドラム
201 感光体クリーニング装置
202 除電ランプ
203 帯電チャージャ
204 電位センサ
205 トナー画像濃度センサ
210 ベルト搬送装置
230 リボルバ現像ユニット
231Y Y現像機
231K Bk現像機
231C C現像機
231M M現像機
270 定着装置
271、272 定着ローラ
500 中間転写ユニット
501 中間転写ベルト
502 トナーシール部材
503 帯電チャージャ
504 ベルトクリーニングブレード
505 潤滑剤塗布ブラシ
506 潤滑剤
507 1次転写バイアスローラ
508 ベルト駆動ローラ
509 ベルトテンションコントローラ
510 2次転写対向ローラ
511 クリーニング対向ローラ
512 フィードバッグ電流検知ローラ
513 トナー画像
514 光学センサ
600 2次転写ユニット
601 転写紙ガイド板
605 2次転写バイアスローラ
606 転写紙除電チャージャ
608 クリーニングブレード
610 レジストローラ
801 1次転写電源
802 2次転写電源
(図2)
P 転写紙
10 プリンタ本体
12 画像書込部
13 画像形成部
14 給紙部
15 定着装置
16 レジストローラ
20BK、20M、20Y、20C 現像装置
21BK、21M、21Y、21C 感光体
22 中間転写ベルト
23BK、23M、23Y、23C 1次転写バイアスローラ
25 ベルトクリーニング部材
26 ベルト従動ローラ
27 潤滑剤塗布装置
50 転写搬送ベルト
60 2次転写バイアスローラ
70 バイアスローラ
(図3)
301 分散投入タンクA
302 分散機
303 送液ポンプ
304 分散液排出タンクB
(図4)
401 分散液タンクA
402 分散機
403 液循環ポンプ
404 攪拌装置
Claims (7)
- 型の内面または外面に、少なくとも、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂前駆体およびポリアミドイミド樹脂前駆体の中から選ばれる一種、カーボンブラックおよび溶媒を含む塗工液を塗布して塗膜を形成し、前記塗膜を乾燥および/または硬化させて製膜化した後に、前記製膜を脱型することにより製造される電子写真用中間転写ベルトにおいて、
前記中間転写ベルトの、前記型と接する面(一方の面)に対向する空気に曝される面(他方の面)の分光濃度計により測定される黒濃度が、2.200以上3.000以下であり、かつ、該他方の面の黒濃度と、前記一方の面の分光濃度計により測定される黒濃度との差が、0.500以下であることを特徴とする電子写真用中間転写ベルト。 - 前記カーボンブラックが、抵抗制御剤であることを特徴とする請求項1に記載の電子写真用中間転写ベルト。
- 前記中間転写ベルトにおけるカーボンブラックの含有量が、15wt%以上25wt%以下であ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中間転写ベルト。
- 前記型が、円筒状の型であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の電子写真用中間転写ベルト。
- 前記塗工液にポリイミド樹脂前駆体またはポリアミドイミド樹脂前駆体が含有され、前記製膜された中間転写ベルト中に含有される樹脂がポリイミド樹脂またはポリアミドイミド樹脂であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の電子写真用中間転写ベルト。
- 請求項1乃至5のいずれかに記載の空気に曝される面(他方の面)の黒濃度が、2.200以上3.000以下であり、かつ、該他方の面の黒濃度と、前記型と接する面(一方の面)の黒濃度との差が、0.500以下である電子写真用中間転写ベルトの製造方法であって、
カーボンブラックを、溶媒中で分散するか若しくは、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂前駆体およびポリアミドイミド樹脂前駆体の中から選ばれる一種、と共に溶媒中で分散してカーボン分散液とする分散液作製工程、
分散液作製工程で得られたカーボン分散液を、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂前駆体およびポリアミドイミド樹脂前駆体の中から選ばれる一種および溶媒と混合して塗工液とする塗工液作製工程、
塗工液作製工程で得られた塗工液を、型の内面または外面に、塗布して塗膜を形成し、前記塗膜を乾燥および/または硬化させて製膜化した後に、前記製膜を脱型してベルトとするベルト作製工程からなり、
前記カーボン分散液を基板上に塗布形成してなる乾燥塗膜の分光濃度計により測定される黒濃度が2.200以上であることを特徴とする電子写真用中間転写ベルトの製造方法。 - 請求項1乃至5のいずれかに記載の電子写真用中間転写ベルトを搭載することを特徴とする電子写真装置。
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