JP5612897B2 - 疎水性フッ素化ナノダイヤモンドを含有する中間転写部材 - Google Patents

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Description

中間転写部材、より具体的にはデジタル・イメージ・オン・イメージなどを含む静電写真式機械、例えば電子写真式機械又は装置及び印刷機において現像された画像を転写するのに有用な中間転写部材を開示する。実施形態において、例えば不活性ダイヤモンドコアとフッ素化伝導性グラファイトシェルとを有するコア・シェル構造を含む、市販のフッ素化ナノダイヤモンドを含む中間転写部材が選択される。その実施形態において、フッ素化ナノダイヤモンドは、ポリイミド又はポリカーボネートのような適切なポリマー内に分散されるか又はそれと混合される。
水及び有機溶媒の両方に容易に分散させることができるフッ素化ナノダイヤモンドを用いる本開示の中間転写ベルト(ITB)のような中間転写部材に関連して、主として、例えば表面の炭素構造体に直接結合する炭素、酸素及び窒素のような多様な官能性化学基を考慮すると、そしてこの表面が容易に修飾できることを考慮すると、多数の利点、即ち、長期間維持される優れた伝導率、寸法の安定性、ITBの長期間にわたる湿度非感受性、ポリマー溶液中の優れた分散性、耐磨滅及び磨耗性、並びに転写を改善するための許容可能な低い表面摩擦特性を有する。より具体的には、開示される表面フッ素化ナノダイヤモンド中間転写部材、例えばベルトは、その実施形態において、フッ素化ナノダイヤモンドを含まない同様のデバイスと比較して改善された機械的特性、即ち、中間部材から基材への完全又は実質的に完全な画像転写を可能にする滑り易い表面及び優れた表面エネルギーを有し、さらに、開示される中間転写部材は、実施形態において、主として部材の撥水特性を考慮すると優れた寸法安定性を有すると考えられる。
中間転写部材は、適度なプロセス速度での高い処理量を可能にすること、1つ又はそれ以上の転写ステーションを用いた1つ又はそれ以上のカラー成分の同時現像を利用するカラーシステムにおいて最終カラートナー画像の位置合せを改善すること、及び選択できる基材の数を増加させること、のような多数の利点を有することができる。しかし、中間転写部材を用いることの欠点は、通常、複数の転写操作を必要とし、トナー粒子と転写部材の間に電荷交換が生じる可能性があり、これが、最終的には不完全なトナー転写をもたらす可能性があり、結果として受像基材上に低解像度の画像を生じ、画像劣化を生じる。画像がカラーである場合、画像はさらに、カラーシフト及び退色を生じる可能性がある。
中間転写部材の抵抗率を、例えばイオン添加剤及び/又はカーボンブラックのような伝導性充填剤を外側層に添加することによって制御する試みが、特許文献1に開示されており、そこには、ポリイミド中間転写部材層内に処理された炭素充填剤を使用することが記載されている。しかし、このような充填剤の使用に関連して、未溶解粒子が異常発生し、又はフッ素化ポリマーの表面に移動することが多く、ポリマーに欠陥を生じ、それによって不均一な抵抗率が生じ、次にこれが帯電防止特性を劣化させ、機械的強度特性を低下させるという点で問題が生じ得る。また、ITB表面のイオン添加剤は、トナー放出を妨害する可能性がある。さらに、ポリマー中に泡が生じることがあり、その一部は顕微鏡によってのみ観察でき、残りは裸眼で観測されるほど十分に大きく、結果として不十分な又は不均一な電気的特性及び不十分な機械的特性を生じる。
さらに、イオン添加剤自体が、温度、湿度及び操作時間の変化に敏感である。こうした敏感さは、抵抗率の範囲を限定することが多い。例えば、抵抗率は、通常、湿度が相対湿度で約20%から80%まで増加すると2桁又はそれ以上低下する。この影響は操作又はプロセス許容度を制限する。
従って、実施形態において、優れた転写性能を有し、伝導性であり、より具体的には、例えばフッ素化ナノダイヤモンドを含まない中間転写部材と比較して改善された伝導率又は抵抗率を有し、最小解像度の現像画像を得ることができる高い複写品質をもたらす優れた湿度非感受性特性を有する、中間転写部材を提供することが望ましい。また、パズル・カット・シームを有し得るが有さず、代りに溶接可能なシームを有し、それによって、例えば指を使ってパズル・カット・シームどうしを手で繋ぎ合せるような労働集約型の工程なしに、また長期にわたる高温及び高湿度調整工程を必要とせずに製造することができるベルトを提供する溶接可能な中間転写ベルトを提供することが望ましい。また、優れた耐磨滅及び摩耗性を有し、より具体的には、例えばフッ素化ナノダイヤモンドを含まない中間転写部材と比較して改善された機械的特性を有する中間転写部材を提供することが望ましい。
特許文献2には、例えば総固形分の約2乃至約25重量%の量の、例えば約0.5乃至約5ミクロンの粒径を有するポリアニリン、及び総固形分の約75乃至約98重量%の量で存在する熱可塑性ポリイミドを含む均質な組成物を含む基材を含む溶接可能な中間転写ベルトが説明されている。
米国特許第6,397,034号明細書 米国特許第7,130,569号明細書
いくつかの中間転写ベルトにおける伝導性粒子として炭素を使用できることが知られているが、炭素は、表面に極性基をほとんど含まないので、表面を特別に修飾をしない限り分散させるのが困難であり得る。また、一定の抵抗率を有するカーボンブラックを基にしたITBを生成するのは、必要な充填量がパーコレーション曲線の垂直部分にあり、カーボンブラックの作業ウィンドウが非常に狭く、ロバストな製造プロセスには難しいので、困難な可能性がある。さらに、湿潤環境において、水分が空運転中にITB上に付着し易く、皺を生じて転写失敗及び印刷欠陥を引き起こすことになる。従って、疎水性ITBは通常表面エネルギーが低く水をはじく故に、優れた寸法安定性及び高忠実度の転写の両方のために、より疎水性の高いITBが望ましい。
実施形態において、フッ素化ナノダイヤモンドを含む基材を備えた中間転写部材、フッ素化ナノダイヤモンドを含む基材で構成される中間ベルトのような中間転写部材、抵抗率が約106乃至約1013オーム/平方、約108乃至約1012オーム/平方、より具体的には約109乃至約1011オーム/平方である中間転写部材を開示する。
長期間にわたって優れた抵抗率を維持するフッ素化ナノダイヤモンドを含む基材を備えた中間転写部材を開示する。より具体的には、例えばフッ素化ナノダイヤモンドを含む基材を備えた中間転写部材を用いると、中間転写部材の表面抵抗率の変化はほとんどない。
実施形態において、フッ素化ナノダイヤモンドを含む基材を備え、優れた耐磨滅及び摩耗性を有する中間転写部材を開示する。
実施形態において、フッ素化ナノダイヤモンドを含を基材を備え、低い摩擦係数を有して所望の滑り易い表面を可能にする中間転写部材を開示する。
さらに、本開示は、実施形態において、静電潜像を受け取る電荷保持面、電荷保持面にトナーを塗布して静電潜像を現像し、電荷保持面に現像された画像を形成するための現像構成要素、現像された画像を電荷保持面から基材に転写するための溶接可能な中間転写ベルト、及び定着構成要素を備えた、記録媒体上に画像を形成するための装置を提供する。
本開示の態様は、フッ素化ナノダイヤモンドを含む中間転写部材、及びフッ素化ナノダイヤモンドを含む転写媒体に関し、ここで、フッ素化ナノダイヤモンドはダイヤモンドコアとグラファイトシェルとで構成され、その表面はフッ素化されている。本開示の態様はまた、静電潜像を受け取る電荷保持面、電荷保持面にトナーを塗布して静電潜像を現像し、電荷保持面に現像された画像を形成するための現像構成要素、及びフッ素化ナノダイヤモンド又はフッ素化ナノダイヤモンドの混合物を含む基材を備えた中間転写部材を備える、記録媒体上に画像を形成するための装置に関する。
フッ素化ナノダイヤモンドは、実施形態において、sp3型ダイヤモンドコアと、フッ素化表面を有するsp2型グラファイトエンベロープとを有するコア・シェル構造体を含む。フッ素化ナノダイヤモンドは、ナノダイヤモンドを約150℃乃至約600℃の高温において元素状フッ素でフッ素化することによって得ることができる。窒素のような希釈剤をフッ素と混合する。フッ素化ナノダイヤモンドの性質及び特性は、例えば粒子状ナノダイヤモンド源、反応条件、及び最終生成物において得られるフッ素化度によって変化させることができる。最終生成物におけるフッ素化度は、プロセス反応条件、主に温度及び時間を変えることによって変更することができる。一般に温度が高く、時間が長いほど、フッ素含量は高くなる。
本開示に従って使用するのに適したフッ素化ナノダイヤモンドの1つの形態は、ポリカーボンモノフルオライドCFxのグラファイトシェル及びダイヤモンドコアで構成されるものであり、ここでxはフッ素原子の数を表し、一般に0.005乃至約1.5、約0.01乃至約1.5、又は約0.04乃至約1.4である。式CFxは、炭素に結合し、炭素原子の平面の上及び下にあるフッ素原子を有する縮合炭素6員環の層で構成されるラメラ構造を有する。一般に、この型のフッ素化ナノダイヤモンドの形成には、ナノダイヤモンドとF2の触媒による反応が含まれる。
本開示に従って使用するのに適したフッ素化ナノダイヤモンドの別の形態は、ポリ(ジカーボンモノフルオライド)C2yのグラファイトシェル及びダイヤモンドコアで構成されるものであり、ここでyはフッ素原子の数を表し、一般に約1.5まで、又は約0.01乃至約1.5、又は約0.04乃至約1.4である。
フッ素化ナノダイヤモンドは、単独で、又は他の炭素相、例えばカーボンブラック若しくはアセチレンブラックと組み合わせて用いることができ、これらの伝導性粒子を分散させるのに用いるポリマー結合剤は、例えばポリイミド(熱硬化性又は熱可塑性)、又は、ポリカーボネート、ポリアミドイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリアミド、ポリスルホン、ポリエーテルイミド、ポリエステル、例えばポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、又はポリエステルコポリマー、ポリ(ビニリデンフルオライド)(PVDF)、ポリエチレン−co−ポリテトラフルオロエチレン、及びそれらの混合物などを含む他のポリマーとすることができる。中間転写部材は、押出成形処理又は溶液/分散処理をすることができる。
ナノダイヤモンドは、ダイヤモンド混合物のデトネーション及び続く化学的精製によって得られる独特の物質であると考えられる。ナノダイヤモンドは、粒径及び形状が独特であると考えられ、例えば、ダイヤモンド結晶の直径は平均約5ナノメートル(表面積は約270乃至380m2/g、平均粒度は約20乃至約50ナノメートル)である。独特のナノダイヤモンドの丸い形状は、ダイヤモンドの硬度及び耐摩耗性と共に、優れた分散性及び優れた潤滑特性を提供し、ダイヤモンドはまた熱伝導性でもある。
ナノダイヤモンド表面は、炭素構造体に直接結合した多様な官能性化学性基(Cは約76%、Oは約6%、Nは約10%)を含むため、ナノダイヤモンドを電気伝導性にする。表面は、特性を改善するように化学的に調節可能である。1つの修飾表面はフッ素化を含む。
フッ素化ナノダイヤモンドは、中間転写部材成分に基づいて約3乃至約30、約1乃至約30、約5乃至約20、又は約10乃至約15重量%の量で存在する。
フッ素化ナノダイヤモンドは、実施形態において、例えば、約40乃至約99.9重量%、約50乃至約98重量%、又は約70乃至約95重量%の量で存在するダイヤモンドコアと、例えば約0.1乃至約60重量%、約2乃至約50重量%、又は約5乃至約30重量%の量で存在するフッ素化グラファイトシェルとを含む。フッ素化ナノダイヤモンドのフッ素含量は、フッ素化ナノダイヤモンドの重量に基づいて、例えば約1乃至約40重量%、約5乃至約30重量%、又は約10乃至約20重量%である。
フッ素化ナノダイヤモンドは、例えば、硬く不活性なダイヤモンドコア及び伝導性グラファイトシェルを有するコア・シェル構造体を含み、そのグラファイトシェルの表面はフッ素化表面を含む。より具体的には、フッ素化ナノダイヤモンドは、合成及び/又は天然ダイヤモンドのダイヤモンド混合物のデトネーション、及び続く化学的精製後のフッ素化により調製することができ、ここでダイヤモンド結晶の直径は、例えば約1乃至約10ナノメートルであり、具体的には平均直径が約5ナノメートルであり、約270乃至約380平方メートル/グラムのBET表面積、約20乃至約50ナノメートルの平均粒度、並びに、ダイヤモンドの硬度及び耐摩耗性と共に優れた潤滑特性を与える独特の丸い形状を有する。
フッ素化ナノダイヤモンドは、NANOBLOX社から市販されている。例えば、市販のフッ素化ナノダイヤモンドNB50−Fは、約50重量%のダイヤモンドコア及び約50重量%のグラファイトシェルを有し、このシェルは約10乃至約60%フッ素化されており、またフッ素化ナノダイヤモンドNB90−Fは、約90重量%のダイヤモンドコア及び約10重量%のグラファイトシェルを有し、このシェルは約20乃至約70%フッ素化されている。
中間転写部材内に存在する付加的な成分の例は、多数の既知のポリマー及び伝導性成分である。
フッ素化ナノダイヤモンドを分散させるのに選択されるポリマー結合剤の例としては、例えば、ポリイミド(熱硬化性又は熱可塑性)、ポリアラミド、ポリフタルアミド、フッ素化ポリイミド、ポリイミドスルホンポリカーボネート、ポリアミドイミド(PAI)、ポリスルホン、ポリエーテルイミド、ポリ(エチレンテレフタレート)(PET)、ポリ(エチレンナフタレート)(PEN)、ポリ(ブチレンテレフタレート)(PBT)、ポリビニリデンフルオライド(PVDF)、及びポリエチレン−co−ポリテトラフルオロエチレンが挙げられる。
結合剤に選択される急速硬化ポリイミドポリマーの例は、例えば全てRichard Blaine International社(ペンシルベニア州レディング)から入手可能なVTEC(登録商標)PI1388、080−051、851、302、203、201及びPETI−5である。これらの熱硬化性ポリイミドは、適切な温度、より具体的には約180℃乃至約260℃において、短時間、例えば約10乃至約120分間、約20乃至約60分間で硬化し、例えば約5,000乃至約500,000、又は約10,000乃至約100,000の数平均分子量、及び約50,000乃至約5,000,000又は約100,000乃至約1,000,000の重量平均分子量を有する。また、通常VTEC(登録商標)PIポリイミド前駆体より高温(300℃以上)で硬化する熱硬化性ポリイミド前駆体も結合剤として選択することができ、この高温硬化前駆体としては、例えば全てIndustrial Summit Technology社(ニュージャージー州パーリン)から市販されているPYRE−M.L(登録商標)RC−5019、RC−5057、RC−5069、RC−5097、RC−5053、及びRK−692、並びに、両方ともにUnitech LLC(バージニア州ハンプトン)から市販されているRP−46及びRP−50、FUJIFILM Electronic Materials U.S.A.社(ロードアイランド州ノースキングスタウン)から市販されているDURIMIDE(登録商標)100、並びにE.I.DuPont(デラウェア州ウィルミントン)から市販されているKAPTON(登録商標)HN、VN及びFNが挙げられ、例えば、中間転写部材成分の約70乃至約97、又は約80乃至約95重量%の量で存在する。
ポリイミドは、プレポリマー溶液、例えばポリアミック酸又はポリアミック酸のエステルから合成することができ、又は二無水物とジアミンの反応によって合成することができる。適切な二無水物には、芳香族二無水物及び芳香族テトラカルボン酸二無水物、例えば9,9−ビス(トリフルオロメチル)キサンテン−2,3,6,7−テトラカルボン酸二無水物、2,2−ビス−(3,4−ジカルボキシフェニル)−ヘキサフルオロプロパン二無水物、2,2−ビス((3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル)−ヘキサフルオロプロパン二無水物、4,4’−ビス(3,4−ジカルボキシ−2,5,6−トリフルオロフェノキシ)オクタフルオロビフェニル二無水物、3,3’,4,4’−テトラカルボキシビフェニル二無水物、3,3’,4,4’−テトラカルボキシベンゾフェノン二無水物、ジ−(4−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル)−エーテル二無水物、ジ−(4−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル)スルフィド二無水物、ジ−(3,4−ジカルボキシフェニル)メタン二無水物、ジ−(3,4−ジカルボキシフェニル)−エーテル二無水物、1,2,4,5−テトラカルボキシベンゼン二無水物、1,2,4−トリカルボキシベンゼン二無水物、ブタ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、ピロメリット酸二無水物、1,2,3,4−ベンゼンテトラカルボン酸二無水物、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、1,2,5,6−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、3,4,9,10−ペリレンテトラカルボン酸二無水物、2,3,6,7−アントラセンテトラカルボン酸二無水物、1,2,7,8−フェナントレンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、2,2−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物、ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)スルホン二無水物、ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)スルホン二無水物、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン二無水物、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサクロロプロパン二無水物、1,1−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、1,1−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エタン二無水物、ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)メタン二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)メタン二無水物、4,4’−(p−フェニレンジオキシ)ジフタル酸二無水物、4,4’−(m−フェニレンジオキシ)ジフタル酸二無水物、4,4’−ジフェニルスルフィドジオキシビス(4−フタル酸)二無水物、4,4’−ジフェニルスルホンジオキシビス(4−フタル酸)二無水物、メチレンビス(4−フェニレンオキシ−4−フタル酸)二無水物、エチリデンビス(4−フェニレンオキシ−4−フタル酸)二無水物、イソプロピリデンビス−(4−フェニレンオキシ−4−フタル酸)二無水物、ヘキサフルオロイソプロピリデンビス−(4−フェニレンオキシ−4−フタル酸)二無水物などが含まれる。ポリイミドの調製に用いるのに適した代表的なジアミンには、芳香族ジアミン、例えば、4,4’−ビス−(m−アミノフェノキシ)−ビフェニル、4,4’−ビス−(m−アミノフェノキシ)−ジフェニルスルフィド、4,4’−ビス−(m−アミノフェノキシ)−ジフェニルスルホン、4,4’−ビス−(p−アミノフェノキシ)−ベンゾフェノン、4,4’−ビス−(p−アミノフェノキシ)−ジフェニルスルフィド、4,4’−ビス−(p−アミノフェノキシ)−ジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノアゾベンゼン、4,4’−ジアミノビフェニル、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノ−p−ターフェニル、1,3−ビス−(γ−アミノプロピル)−テトラメチル−ジシロキサン、1,6−ジアミノヘキサン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジアミノジフェニルメタン、1,3−ジアミノベンゼン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、2,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,3’−ジアミノジフェニルエーテル、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、1,4−ジアミノベンゼン、4,4’−ジアミノ−2,2’,3,3’,5,5’,6,6’−オクタフルオロビフェニル、4,4’−ジアミノ−2,2’,3,3’,5,5’,6,6’−オクタフルオロフェニルエーテル、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]スルフィド、ビス[4−(3−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]ケトン、4,4’−ビス(3−アミノフェノキシ)ビフェニル、2,2−ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2−ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]−1,1,1,3,3,3−ヘ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、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、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メタン、1,1−ジ(p−アミノフェニル)エタン、2,2−ジ(p−アミノフェニル)プロパン、及び2,2−ジ(p−アミノフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパンが含まれる。
二無水物及びジアミンは、ジアミンに対する二無水物の重量比が約20:80乃至約80:20となるように、又は約50:50の重量比に選択することができる。上記の芳香族二無水物(芳香族テトラカルボン酸二無水物)及びジアミン(芳香族ジアミン)は、それぞれ、単独で又は混合物として用いられる。ポリイミドは、既知の方法によって二無水物及びジアミンから調製することができる。例えば、二無水物及びジアミンは、混合物として又は別個に有機溶媒に懸濁又は溶解することができ、反応してポリアミック酸を形成することができ、これを熱的又は化学的に脱水し、次いで生成物を分離して精製する。ポリイミドは、既知の押出成形機を用いて熱融解させ、スリットノズルを有するダイからフィルムの形態で送出し、静電荷をフィルムに印加し、このフィルムを、ポリマーのガラス転移温度(Tg)、(Tg)−50℃〜(Tg)−15℃の範囲の表面温度を有する冷却ローラにより冷却して固化し、フィルムをさらに室温まで冷却させる際にローラと接触しないように引っ張りながら送り、巻き取るか又はさらなる工程に移動させる。
さらに、選択することができるポリイミドは、なにも「アミック」酸を含まず、イミド形に転化するのに高温硬化を必要としない完全にイミド化されたポリマーとして調製することができる。この型の典型的なポリイミドは、ジ−(2,3−ジカルボキシフェニル)−エーテル二無水物と5−アミノ−1−(p−アミノフェニル)−1,3,3−トリメチルインダンとを反応させることによって調製できる。このポリマーは、Ciba−Geigy社(ニューヨーク州アーズリー)から販売されるPolyimide XU218として入手可能である。他の完全にイミド化されたポリイミドは、Lenzing社(テキサス州ダラス)から販売されるLenzingP83ポリイミドとして入手可能であり、Larc−TP1として三井東圧化学(ニューヨーク州ニューヨーク)から販売されている。
具体的な選択された熱可塑性ポリイミド結合剤の例は、xを2とし、yを2とし、m及びnを約10乃至約300とする次式で表される、E.I.DuPont(デラウェア州ウィルミントン)から市販されているKAPTON((登録商標)KJ、
Figure 0005612897
並びに、zを1とし、qを約10乃至約300とする次式で表される、West Lake Plastic社から市販されているIMIDEX(登録商標)である。
Figure 0005612897
選択されるポリカーボネートの例としては、ポリ(4,4’−イソプロピリデン−ジフェニレン)カーボネート(ビスフェノール−A−ポリカーボネートとも称される)、ポリ(4,4’−シクロヘキシリデンジフェニレン)カーボネート(ビスフェノール−Z−ポリカーボネートとも称される)、ポリ(4,4’−イソプロピリデン−3,3’−ジメチル−ジフェニル)カーボネート(ビスフェノール−C−ポリカーボネートとも称される)などが挙げられる。実施形態において、中間転写部材結合剤は、例えば重量平均分子量が約50,000乃至約500,000である、MAKROLON(登録商標)として市販されているビスフェノール−A−ポリカーボネート樹脂で構成される。
中間転写部材内に存在する付加的な成分の例は、約3乃至約20重量%の量で存在する多数の既知の伝導性成分、例えばポリアニリン及びカーボンブラックなどである。実施形態において、ポリアニリン成分は、例えば約0.5乃至約5、約1.1乃至約2.3、約1.2乃至約2、約1.5乃至約1.9、又は約1.7ミクロンの比較的小さい粒径を有する。
ITBのような転写部材用に選択されるポリアニリンの具体的な例は、Panipol Oy(フィンランド)から市販されているPANIPOL(登録商標)F、及びリグノスルホン酸グラフトポリアニリンである。
中間転写部材のカーボンブラックの例としては、Cabot社から入手可能な、VULCAN(登録商標)カーボンブラック、REGAL(登録商標)カーボンブラック、及びBLACK PEARLS(登録商標)カーボンブラックが挙げられる。伝導性カーボンブラックの具体例は、BLACK PEARLS(登録商標)1000(BET比表面積=343m2/g、DBP吸収量=105ml/g)、BLACK PEARLS(登録商標)880(BET比表面積=240m2/g、DBP吸収量=106ml/g)、BLACK PEARLS(登録商標)800(BET比表面積=230m2/g、DBP吸収量=68ml/g)、BLACK PEARLS(登録商標)L(BET比表面積=138m2/g、DBP吸収量=61ml/g)、BLACK PEARLS(登録商標)570(BET比表面積=110m2/g、DBP吸収量=114ml/g)、BLACK PEARLS(登録商標)170(BET比表面積=35m2/g、DBP吸収量=122ml/g)、VULCAN(登録商標)XC72(BET比表面積=254m2/g、DBP吸収量=176ml/g)、VULCAN(登録商標)XC72R(VULCAN(登録商標)XC72の綿毛状形態)、VULCAN(登録商標)XC605、VULCAN(登録商標)XC305、REGAL(登録商標)660(BET比表面積=112m2/g、DBP吸収量=59ml/g)、REGAL(登録商標)400(BET比表面積=96m2/g、DBP吸収量=69ml/g)、及びREGAL(登録商標)330(BET比表面積=94m2/g、DBP吸収量=71ml/g)が挙げられる。カーボンブラック内の空隙によるジブチルフタレート(DBP)吸収量は、カーボンブラックの構造を評価するのに用いられる。構造がより高度であると、空隙が多くなり、DBP吸収量が大きくなる。
例えば、フッ素化ナノダイヤモンドは、急速硬化する熱硬化性ポリイミド/N−メチル−2−ピロリドン(NMP)溶液に分散させることができ、次いでこの分散液を既知のドロー・バー・コーティング方法を用いてガラス板に塗布又はコーティングすることができる。得られたフィルムは、ガラス板上に留めたまま、高温、例えば約100乃至約400℃、約150℃乃至約300℃、又は約175乃至約200℃において、十分な時間、例えば約20乃至約180分間、又は約75乃至約100分間乾燥することができる。乾燥し室温に冷却した後、ガラス板上のフィルム又は別々のガラス板上の複数のフィルムは、一晩、約18乃至約23時間水に浸し、その後、形成された約50乃至約150ミクロン厚のフィルムをガラスから剥離させ、本明細書で開示される機能性中間転写部材を得る。
実施形態において、フッ素化ナノダイヤモンドは、ビスフェノール−A−ポリカーボネート/塩化メチレン(CH2Cl2)溶液に分散させることができ、次いで分散液を、例えば約3.5milの既知の厚さを有する二軸延伸ポリ(エチレンナフタレート)(PEN)基材(KALEDEX(登録商標)2000)の上に、既知のドロー・バー・コーティング方法を用いて塗布又はコーティングすることができる。得られたフィルムは、PEN基材上に留めたまま、高温、例えば約100℃乃至約200℃、又は約120℃乃至約160℃において、十分な時間、例えば約1乃至約30分間、又は約5乃至約15分間乾燥することができる。乾燥し、約23℃乃至約25℃の室温に冷却した後、PEN基材上のフィルム又は別々のPEN基材上の複数のフィルムは、基材から自動的に剥離し、本明細書で開示される機能性中間転写部材が得られる。
開示された中間転写部材は、実施形態において溶接可能であり、即ちベルト様の部材のシームが溶接可能であり、より具体的には、超音波溶接してシームを作成することができる。開示された中間転写部材の表面抵抗率は、例えば約109乃至約1013、又は約1010乃至約1012ohm/sqである。中間転写溶接可能部材のシート抵抗率は、例えば約109乃至約1013、又は約1010乃至約1012ohm/sqである。
本明細書で説明する、中間転写ベルトのような中間転写部材は、電子写真式印刷を含む多数の印刷及び複写システムに対して選択することができる。例えば、開示された中間転写部材は、転写される各画像が画像形成ステーションの画像形成又は感光体ドラム上に形成される多重画像形成システムに組み込むことができ、この場合、これらの画像の各々は次いで現像ステーションにおいて現像され、中間転写部材に転写される。画像は、感光体上に形成し、順次現像し、次いで中間転写部材に転写することができる。代替的な方法において、各画像は、感光体又は光受容ドラム上に形成し、現像し、中間転写部材に位置決めして転写することができる。実施形態において、多重画像システムはカラー複写システムであり、この場合、複写される画像の各色は光受容ドラム上に形成され、現像され、中間転写部材に転写される。
トナー潜像を光受容ドラムから中間転写部材に転写した後、中間転写部材を、熱及び圧力下において紙のような受像基材と接触させることができる。中間転写部材上のトナー像は、次いで紙のような基材に、画像構成において転写し定着させる。
本明細書で説明する画像形成システム及び他の既知の画像形成及び印刷システムの内部に存在する中間転写部材は、シート、ウェブ、エンドレスベルト、エンドレス・シームド・フレキシブル・ベルト、及びエンドレス・シームド・フレキシブル・ベルトを含むベルト、ローラ、フィルム、箔、ストリップ、コイル、シリンダー、ドラム、エンドレスストリップ及び円形ディスクの構成にすることができる。中間転写部材は、単一層又は幾つかの層、例えば、約2乃至約5層で構成することができる。実施形態において、中間転写部材はさらに、外側剥離層を含む。
フッ素化ナノダイヤモンド層の上に位置し、それと接触する剥離層の例としては、低表面エネルギー材料、例えばフッ素化エチレンプロピレンコポリマー(FEP)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフルオロアルコキシポリテトラフルオロエチレン(PFATEFLON(登録商標))及び他のTEFLON(登録商標)類似材料を含むTEFLON(登録商標)類似材料、シリコーン材料、例えばフルオロシリコーン及びシリコーン・ラバー、例えばSampson Coatings(バージニア州リッチモンド)から入手可能なシリコーン・ラバー552(ポリジメチルシロキサン/ジブチル錫ジアセテート、ポリジメチルシロキサン・ラバー混合物100グラム当り0.45グラムのDBTDA、約3,500の分子量Mw)、及び、フルオロエラストマー、例えばVITON(登録商標)として販売されるもの、例えばVITON A(登録商標)、VITON E(登録商標)、VITON E60C(登録商標)、VITON E45(登録商標)、VITON E430(登録商標)、VITON B910(登録商標)、VITON GH(登録商標)、VITON B50(登録商標)、VITON E45(登録商標)及びVITON GF(登録商標)のように種々の名称で市販されている、既知のビニリデンフルオライド、ヘキサフルオロプロピレン、及びテトラフルオロエチレンのコポリマー及びターポリマーである。VITON(登録商標)は、E.I.DuPont de Nemours社の登録商標である。2つの既知のフルオロエラストマーは、(1)VITON A(登録商標)として市販の既知のビニリデンフルオライド、ヘキサフルオロプロピレン、及びテトラフルオロエチレンのコポリマーの類、(2)VITON B(登録商標)として市販の既知のビニリデンフルオライド、ヘキサフルオロプロピレン、及びテトラフルオロエチレンのターポリマーの類、並びに、(3)35モル%のビニリデンフルオライド、34モル%のヘキサフルオロプロピレン、及び29モル%のテトラフルオロエチレン並びに2%の硬化部位モノマーを有するVITON GF(登録商標)のようなビニリデンフルオライド、ヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン、及び硬化部位モノマーのテトラポリマーの類を含む。硬化部位モノマーは、E.I.Dupont de Nemours社から入手可能な、例えば4−ブロモパーフルオロブテン−1、1,1−ジヒドロ−4−ブロモパーフルオロブテン−1、3−ブロモパーフルオロプロペン−1、1,1−ジヒドロ−3−ブロモパーフルオロプロペン−1、又は他の適切な既知の市販の硬化部位モノマーとすることができる。
剥離層は、周知のコーティング・プロセスによって基材上に堆積させることができる。基材フィルム上に外側層を形成する既知の方法、例えばディッピング、例えば非常に薄いフィルムの複数回スプレー塗布のようなスプレー、キャスティング、フローコーティング、ウェブコーティング、ロールコーティング、押出成形、成形などを用いることができる。普通、非常に薄いフィルムの複数回スプレー塗布によるようなスプレー、キャスティング、ウェブコーティング、フローコーティング及び最も好ましくは積層法により層を堆積させることが望ましい。
中間転写部材の外周は、特にフィルム又はベルト構成に適用される場合、例えば約250乃至約2,500ミリメートル、約1,500乃至約2,500ミリメートル、又は約2,000乃至約2,200ミリメートルであり、対応する幅は、例えば約100乃至約1,000ミリメートル、約200乃至約500ミリメートル、又は約300乃至約400ミリメートルである。
比較例1
ナノダイヤモンドを含む中間転写部材の調製
NANOBLOX社から入手したナノダイヤモンドNB90(90重量%のダイヤモンドコア、及び10重量%のグラファイトシェル)0.5グラムを、9.5グラムのFarbenfabriken Bayer A.G.から市販されている平均分子量が約50,000乃至約100,000のビスフェノール−A−ポリカーボネート、MAKROLON(登録商標)5705、及び100グラムの塩化メチレンと混合した。この混合物を2ミリメートルのステンレス・ショットを用いて、一晩23時間、ボールミル粉砕することによって、均一な分散液を得た。次いで、この分散液を、3.5milの厚さを有する二軸延伸ポリ(エチレンナフタレート)(PEN)基材(KALEDEX(登録商標)2000)の上に、既知のドロー・バー・コーティング方法を用いてコーティングした。得られたフィルムをPEN基材上に留めたまま約120℃で1分間乾燥させた。乾燥させ室温まで冷却した後、PEN基材上のフィルムは基材から自動的に剥離し、重量比5/95のナノダイヤモンド/ポリカーボネートの50ミクロン厚の中間転写部材を得た。
比較例2
ナノダイヤモンドを含む中間転写部材の調製
NANOBLOX社から入手したナノダイヤモンドNB90(90重量%のダイヤモンドコア、及び10重量%のグラファイトシェル)1グラムを、9グラムのFarbenfabriken Bayer A.G.から市販されている平均分子量が約50,000乃至約100,000のビスフェノール−A−ポリカーボネート、MAKROLON(登録商標)5705、及び100グラムの塩化メチレンと混合した。この混合物を2ミリメートルのステンレス・ショットを用いて、一晩23時間、ボールミル粉砕することによって、均一な分散液を得た。次いで、この分散液を、3.5milの厚さを有する二軸延伸ポリ(エチレンナフタレート)(PEN)基材(KALEDEX(登録商標)2000)の上に、既知のドロー・バー・コーティング方法を用いてコーティングした。得られたフィルムをPEN基材上に留めたまま約120℃で1分間乾燥させた。乾燥させ室温まで冷却した後、PEN基材上のフィルムは基材から自動的に剥離し、重量比10/90のナノダイヤモンド/ポリカーボネートの50ミクロン厚の中間転写部材を得た。
フッ素化ナノダイヤモンドを含む中間転写部材の調製
NANOBLOX社から入手したフッ素化ナノダイヤモンドNB90−F(90重量%のダイヤモンドコア、及び10重量%のグラファイトシェル、このシェルは約70%フッ素化されている)0.5グラムを、9.5グラムのFarbenfabriken Bayer A.G.から市販されている平均分子量が約50,000乃至約100,000のビスフェノール−A−ポリカーボネート、MAKROLON(登録商標)5705、及び100グラムの塩化メチレンと混合した。この混合物を2ミリメートルのステンレス・ショットを用いて、一晩23時間、ボールミル粉砕することによって、均一な分散液を得た。次いで、この分散液を、3.5milの厚さを有する二軸延伸ポリ(エチレンナフタレート)(PEN)基材(KALEDEX(登録商標)2000)の上に、既知のドロー・バー・コーティング方法を用いてコーティングした。得られたフィルムをPEN基材上に留めたまま約120℃で1分間乾燥させた。乾燥させ室温に冷却した後、PEN基材上のフィルムは基材から自動的に剥離し、重量比5/95のフッ素化ナノダイヤモンド/ポリカーボネートの50ミクロン厚の中間転写部材を得た。
フッ素化ナノダイヤモンドを含む中間転写部材の調製
NANOBLOX社から入手したフッ素化ナノダイヤモンドNB90−F(90重量%のダイヤモンドコア、及び10重量%のグラファイトシェル、このシェルは約70%フッ素化されている)1グラムを、9グラムのFarbenfabriken Bayer A.G.から市販されている平均分子量が約50,000乃至約100,000のビスフェノール−A−ポリカーボネート、MAKROLON(登録商標)5705、及び100グラムの塩化メチレンと混合した。この混合物を2ミリメートルのステンレス・ショットを用いて、一晩23時間、ボールミル粉砕することによって、均一な分散液を得た。次いで、この分散液を、3.5milの厚さを有する二軸延伸ポリ(エチレンナフタレート)(PEN)基材(KALEDEX(登録商標)2000)の上に、既知のドロー・バー・コーティング方法を用いてコーティングした。得られたフィルムをPEN基材上に留めたまま約120℃で1分間乾燥させた。乾燥させ室温に冷却した後、PEN基材上のフィルムは基材から自動的に剥離し、重量比5/95のフッ素化ナノダイヤモンド/ポリカーボネートの50ミクロン厚の中間転写部材を得た。
表面抵抗率の測定
比較例1及び2並びに実施例1及び2の上記ITB部材又はデバイスの表面抵抗率(種々のスポットにおける4乃至6回の測定値の平均、72°F/65%室内湿度)を、高抵抗率メータ(三菱化学株式会社のHiresta−Up MCP−HT450)を用いて測定した。その結果を表1に示す。
表1
Figure 0005612897
フッ素化ナノダイヤモンドを含む開示されたITBデバイス(実施例1及び2)は、ナノダイヤモンドを含むデバイス(比較例1及び2)よりも約1桁抵抗が低かった。従って、ナノダイヤモンドのフッ素化は、得られた粒子及びITB部材の抵抗を低下させた。
接触角の測定
比較例1及び2並びに実施例1及び2のITBデバイス上の水の前進接触角(脱イオン水中)を、Contact Angle System OCA(Dataphysics Instruments GmbH、モデルOCA15)を用いて、周囲温度(約23℃)において測定した。少なくとも10回の測定を行ったが、それらの平均を表1に報告する。
フッ素化ナノダイヤモンドを含む開示されたITBデバイス(実施例1及び2)は、ナノダイヤモンドを含むデバイス(比較例1及び2)よりも大きな接触角を示した。従って、ナノダイヤモンドのフッ素化は、これらの粒子及び得られたITBをより疎水性にした。
摩擦係数の測定
比較例1及び2並びに実施例1及び2のITBデバイスについて摩擦係数を以下のように測定し、その結果を表1に示す。研磨ステンレススチール表面に対するサンプルフィルムの動的摩擦係数を、ASTM D1894−63手順Aに従って、COFテスター(モデルD5095D、Dynisco Polymer Test、ペンシルベニア州モーガンタウン)により測定した。テスターは、2.5インチ×2.5インチの一方の面にゴムを施した200グラムの錘、可動の研磨ステンレススチールのスレッド、及びDFGSフォースゲージ(最大250グラム)により促進された。サンプルフィルムを2.5インチ×3.5インチ片に切断し、200グラムの錘の上のゴム面にテープで貼り、試験する表面をスレッドに対向させた。動的摩擦係数は、垂直力に対する接触面間の動的摩擦力(F)の比F/Nとして定義されるが、ここでFはゲージで測定されたものであり、Nは重量(200グラム)である。測定は6インチ/分のスレッド速度及び周囲条件において行なった。結果を3回の測定の平均値として報告した。
フッ素化ナノダイヤモンドを含む開示されたITBデバイス(実施例1及び2)は、ナノダイヤモンドを含むデバイス(比較例1及び2)よりも約15%低い摩擦係数を示した。従って、フッ素化ナノダイヤモンドは、これらの粒子及びITB表面に優れた潤滑特性を与えた。
尚、本発明は以下の事項として捉えることもできる。
〔1〕フッ素化ナノダイヤモンドを含むことを特徴とする中間転写部材。
〔2〕前記フッ素化ナノダイヤモンドは約30乃至約100ナノメートルの直径を有し、前記フッ素化ナノダイヤモンドは、ダイヤモンドコアと、その上のフッ素化グラファイトシェルとから構成され、
前記ダイヤモンドコアは約20乃至約99.9重量%の量で存在し、前記フッ素化ナノダイヤモンドは、約1乃至約40重量%のフッ素含量を有し、前記フッ素化グラファイトシェルは、ポリ(カーボンモノフルオライド)CF x 又はポリ(ジカーボンモノフルオライド)C 2 y を含み、ここでx及びyはそれぞれフッ素原子の数を示す、
ことを特徴とする、前記〔1〕に記載の中間転写部材。
〔3〕約1乃至約30重量%の量で存在するポリアニリンを更に含み、
約1乃至約30重量%の量で存在するカーボンブラックを更に含む、
ことを特徴とする、前記〔1〕に記載の中間転写部材。
〔4〕前記フッ素化ナノダイヤモンドは、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリ(ブチレンテレフタレート)、ポリ(エチレンテレフタレート)、ポリ(エチレンナフタレート)、ポリビニリデンフルオライド、ポリスルホン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、及びポリエチレン−co−ポリテトラフルオロエチレンのうちの少なくとも1つのポリマーの中に分散し、
前記部材は、前記部材上に位置する外側剥離層をさらに含み、
前記剥離層は、フッ素化エチレンプロピレンコポリマー、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフルオロアルコキシポリテトラフルオロエチレン、フルオロシリコーン、ビニリデンフルオライドとヘキサフルオロプロピレンとテトラフルオロエチレンのターポリマー、及びこれらの混合物を含む、
ことを特徴とする、前記〔1〕に記載の中間転写部材。

Claims (4)

  1. ポリマー、及び前記ポリマー中に分散したフッ素化ナノダイヤモンドを含む中間転写部材であって、
    前記フッ素化ナノダイヤモンドは、前記中間転写部材に基づいて1〜30重量%の量で存在し、
    前記ポリマーは、ポリカーボネートである
    ことを特徴とする中間転写部材。
  2. 前記フッ素化ナノダイヤモンドは約30乃至約100ナノメートルの直径を有し、前記フッ素化ナノダイヤモンドは、ダイヤモンドコアと、その上のフッ素化グラファイトシェルとから構成され、
    前記ダイヤモンドコアは約20乃至約99.9重量%の量で存在し、前記フッ素化ナノダイヤモンドは、約1乃至約40重量%のフッ素含量を有し、前記フッ素化グラファイトシェルは、ポリ(カーボンモノフルオライド)CFx又はポリ(ジカーボンモノフルオライド)C2yを含み、ここでx及びyはそれぞれフッ素原子の数を示す、
    ことを特徴とする、請求項1に記載の中間転写部材。
  3. 約1乃至約30重量%の量で存在するポリアニリンを更に含み、
    約1乃至約30重量%の量で存在するカーボンブラックを更に含む、
    ことを特徴とする、請求項1に記載の中間転写部材。
  4. 前記部材は、前記部材上に位置する外側剥離層をさらに含み、
    前記剥離層は、フッ素化エチレンプロピレンコポリマー、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフルオロアルコキシポリテトラフルオロエチレン、フルオロシリコーン、ビニリデンフルオライドとヘキサフルオロプロピレンとテトラフルオロエチレンのターポリマー、及びこれらの混合物を含む、
    ことを特徴とする、請求項1に記載の中間転写部材。
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