JP5916323B2 - 電子写真装置用多層弾性ベルト - Google Patents
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Description
(1)番手#120よりも粗い研削材により、内面が回転方向に研削された表面を有する円筒形金型を用いて、回転成型により、周方向に平行に連なる微細溝を有する表面層を形成する工程、
(2)該表面層の内面に、回転成型により、さらに弾性層を形成し、表面層及び弾性層の少なくとも二層から成る第1ベルトを製造する工程、
(3)別の円筒形金型を用いて、回転成型により基材層から成る第2ベルトを製造する工程、
(4)該第1ベルトの弾性層側と第2ベルトとを貼り合わせて電子写真装置用多層弾性ベルトを製造する工程
を含むことを特徴とする製造方法。
I.金型内面の加工
本発明の多層弾性ベルト(特に、中間転写ベルト)の表面に、周方向に平行な無数の微細溝を備えた表面層を成型するための円筒状金型は、該内面を円筒研削仕上げによって、周方向に平行に粗面化を施したものである。金型は通常鋼材S20CからS55C程度の硬さの材料で作られ、内外の表面には硬質クロムメッキ等のメッキ処理を行う。粗面化加工は、通常メッキ後に行うが、メッキ前に行なってもよい。
本発明の多層弾性ベルトにおける表面層は、直接トナーを乗せ、重ね合わせた4色のトナーを紙へ転写、離型するための層である。
また、軸方向に走査とは、ベルトや円筒金型などの中心軸と平行に走査して測定することを意味している。同様に周方向に走査とは、円周方向に平行すなわち中心軸とは垂直に走査して測定することを意味している。
本発明の多層弾性ベルトにおける弾性層は、弾性ゴム材料、具体的には液状ウレタンゴムの硬化物からなる。例えば、液状ウレタンゴム、及び必要に応じ、該液状ウレタンゴム中に、電子導電剤あるいはイオン導電剤等を含む弾性層材料を、上記IIで得られた表面層の内面に塗布、硬化させて製造される。
本発明の多層弾性ベルトにおける基材層は、駆動時にベルトにかかる応力で変形しないようにするための層である。そのため機械物性が要求される。
最後に、上記III及びIVにおいて回転成型にて別々に製膜した層同士、すなわち一体化されている表面層及び弾性層の二層から成る第1のベルトと、高強度樹脂材料から成る基材層である第2のベルトとを、該第1のベルトの内面(弾性層側の面)と該第2のベルトの外面とが接触するように重ね合わせる。両者の間には、必要に応じて接着剤やプライマーを塗布してもよい。両者の重ね合わせ後は、両者の間が密閉状態となるようにすることが好ましい。その後、積層体を加熱処理することにより、弾性層の内面と基材層の外面とが接着された無端の3層の弾性ベルトを得る。
<基材層固形分濃度>
試料を金属カップ等の耐熱性容器で精秤し、この時の試料の重量をAグラムとする。試料を入れた耐熱性容器を電気オーブンに入れて、120℃×12分、180℃×12分、260℃×30分、及び300℃×30分で順次昇温しながら加熱、乾燥し、得られる固形分の重量(固形分重量)をBグラムとする。同一試料について5個のサンプルのA及びBの値を測定し(n=5)、次式(I)にあてはめて固形分濃度を求めた。その5個のサンプルの平均値を、固形分濃度として採用した。
基材層固形分濃度=B/A×100(%) (I)
原料を精秤し、この時の固形あるいは液状原料の重量をCグラムとする。電子天秤上で原料を溶剤に溶かすために、攪拌しながら溶剤を徐々に加え、最終的な溶液重量をDグラムとする。固形分濃度は、次式(II)となる。
弾性層固形分濃度=C/D×100(%) (II)
厚みは、接触式膜厚測定器のフラット型プローブを用いて幅方向3点、周方向8点の合計24点測定し、その平均値として示した。
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UP・URブロ−ブ”を用いて23℃、55%RH環境下で測定した。幅方向に長さ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、その平均値の常用対数値で示した。なお該測定サンプルは23℃、55%RH環境下で12時間放置してから測定した。
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。
表面粗さ(μm)は、JIS B0601-1994に準拠して測定した。測定機は、東京精密(株)製のサーフコム480Aを用いた。測定条件は、CUTOFF 0.8、測定長2.5mm、T-SPEED 0.15mm/sで行った。同一ベルト内で異なる表面部位を6箇所測定し、その平均値を表面粗さとした。Rzは十点平均粗さを意味する。
JIS K6253に従い、デュロメーターAを用いて、弾性層を構成する材料で厚み6mmのバルク(塊)を作製して評価した。
(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17000、粘度は35ポイズ、固形分濃度は18.0重量%であった。
次に、このポリアミック酸溶液450gに、酸性カーボン(pH3.0)21gとN-メチル-2-ピロリドン80gを加えて、ボールミルにてカーボンブラック(CB)の均一分散を行った。このマスターバッチ溶液は、固形分濃度18.5重量%、該固形分中のCB濃度は20.6重量%であった。
そして該溶液から276gを採取し、基材成型用円筒状金型を用意し、次の条件で成形した。
基材成型用金型・・・内径301.5mm、幅540mmの内面鏡面仕上げの円筒状金型であり、該金型が2本の回転ローラー上に載置され、該ローラーの回転とともに回転する状態に配置した。例えば、図2を参照。
加熱装置・・・該金型の外側面に遠赤外線ヒータを配置し、該金型の内面温度が120℃に制御されるように設計した装置である。
まず、円筒状金型を回転した状態で276gの該溶液を金型内面に均一に塗布し、加熱を開始した。加熱は1℃/minで120℃まで昇温して、その温度で60分間その回転を維持しつつ加熱した。
回転、加熱が終了した後、冷却せずそのまま金型を離脱して熱風滞留式オーブン中に静置してイミド化のための加熱を開始した。この加熱も徐々に昇温しつつ320℃に達した。そして、この温度で30分間加熱した後常温に冷却して、該金型内面に形成された半導電性管状ポリイミドベルトを剥離し取り出した。なお、該ベルトは厚さ85μm、外周長944.7mm、表面抵抗率12.71(logΩ/□)、体積抵抗率10.49(LogΩ・cm)であった。
本発明で表面層および弾性層の回転成型に使用する円筒状金型には、S45Cの円筒体から内径、外径を旋盤にて粗研削後、内径をホーニング及び仕上げ研削をして硬質クロムメッキを厚み20から25μmを施した。
その後、金型を30rpmの速度で回転させながら金型内面に純水を適量継続的に供給しつつ、#36番手の酸化クロム砥粒を含浸させた外径φ180のバフを回転数3000rpm、押し圧力0.6MPaの条件で一様に押し付けながら金型軸方向に3mm/secの速度で移動させて研削した。
こうして、最終内径301.0mm、幅540mmの内面に周方向粗し仕上げの円筒状金属金型が出来上がった。出来上がった金型内面を金型中心軸方向に走査して測定した表面粗さ(Rz)は、0.94μmであった。
PVDF樹脂(KFポリマー#850、(株)クレハ製)30gをN,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)270gとメチルエチルケトン(MEK)300gの混合溶媒に溶解させ固形分濃度5w%の溶液を作製した。
そして該溶液から58gを採取し、前記(2)の金型によって、次の条件で成形した。
成型装置・・・内径301.0mm、幅540mmの該金型が2本の回転ローラー上に載置され、該ローラーの回転とともに回転する状態に配置した。例えば、図2を参照。
金型を回転した状態で金型内面に均一に塗布し加熱を開始した。加熱は2℃/minで130℃まで昇温して、その温度で20分間その回転を維持しつつ加熱し、金型内面に表面層を形成した後金型を常温まで冷却した。金型内面に形成された表面層の厚みを測定したところ3μmであった。
トルエン1250gにポリウレタンエラストマー(ウレハイパーRUP-1627、DIC(株)製)を1000g溶解させた溶液に酸性カーボン(pH3.5)250gを加え、ボールミルにて均一分散を行い、固形分濃度50重量%、該固形分中のカーボンブラック(CB)濃度は20重量%のマスターバッチ溶液を作成した。このマスターバッチ200gに硬化剤CLH-1を2.4gとCLH-5を3.2g(硬化剤はいずれもDIC(株)製)添加し撹拌を行った。
この溶液を先に製膜した表面層内面に金型を回転した状態で均一に塗布し、加熱を開始した。加熱は2℃/minで130℃まで昇温して、その温度で1時間その回転を維持しつつ加熱し、金型内面に弾性層を形成した。
予備試験としてこのウレタンゴムマスターバッチ溶液にて作成したウレタンゴム単膜のゴム硬度を測定したところタイプA(JIS K6253)にて60°であった。
上記(4)で製膜した弾性層内面にプライマーDY39−067(東レ・ダウコーニング(株)製)を塗布、風乾した後に、ドライラミ接着剤(三井化学ポリウレタン(株)製タケラックA-969)を薄く外面に塗布した(1)のポリイミドベルト(基材層)を挿入し重ね合わせた。次に基材内面から圧着した状態で100℃雰囲気に保った熱風オーブンで30分間加熱を行い、貼り合わせを完了させた。貼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。
該多層ベルトは厚さ278μm、外周長945.0 mm、表面抵抗率12.55(logΩ/□)、体積抵抗率11.41(LogΩ・cm)であった。
実施例1において(2)金型の内面粗しの砥粒番手のみ変更した。すなわち、バフに含浸させる酸化クロム砥粒番手を#36から#20へ変更した。出来上がった金型内面の表面粗さ(Rz)は、1.86μmであった。なお、上記以外は、実施例1と同様に多層ベルトを作製した。
実施例1において(2)金型の内面粗しの砥粒番手のみ変更した。すなわち、バフに含浸させる酸化クロム砥粒番手を#36から#100へ変更した。出来上がった金型内面の表面粗さ(Rz)は、0.53μmであった。なお、上記以外は、実施例1と同様に多層ベルトを作製した。
実施例1(2)金型の内面粗しの砥粒番手と方法を変更した。すなわち、バフに含浸させる酸化クロム砥粒番手を#36から#180へ変更し粗仕上げし、次いで#600、#1000と順に細かい番手にて同様に精密仕上げを行い、鏡面性の高い金型内面に仕上げた。出来上がった金型内面の表面粗さ(Rz)は0.19μmであった。なお、該金型を使用した以外は、実施例1と同様に多層ベルトを作製した。
実施例1において(2)金型の内面粗しの砥粒番手のみ変更した。すなわち、バフに含浸させる酸化クロム砥粒番手を#36から#120へ変更した。出来上がった金型内面の表面粗さ(Rz)は、0.44μmであった。なお、上記以外は、実施例1と同様に多層ベルトを作製した。
実施例1において(2)金型の内面粗しの砥粒番手のみ変更した。すなわち、バフに含浸させる酸化クロム砥粒番手を#36から#150へ変更した。出来上がった金型内面の表面粗さ(Rz)は、0.32μmであった。なお、上記以外は、実施例1と同様に多層ベルトを作製した。
実施例1において(2)金型の内面粗しをバフによる円筒研削からブラスト加工へ変更した。すなわち、金型を回転させながら金型内面に#220のシリコンカーバイドを一様に金型軸方向にガンノズルを移動させてショットブラストし、その後#1000のセラミックメディアを再度同様の方法でショットブラストした。出来上がった金型内面の表面粗さ(Rz)は、2.29μmであった。なお、上記以外は、実施例1と同様に多層ベルトを作製した。
比較例1で使用した鏡面仕上げの金型から、実施例1と同様に多層ベルトを作製したのち、該ベルトを二軸ローラで張ったまま10mm/secのスピードでゆっくり回転させながら、#320のラッピングフィルムシート(住友3M株式会社製A3-60 SHT)を手で押し付けてベルト表面を直接荒らして表面を仕上げて完成させた。
<一次転写性>
一次転写性は、細線画像の中抜けを二次転写前の転写ベルト上にて観察し評価した。細線は約0.05mmの転写ベルト進行方向と平行なY、Mの二色によるベタ画像細線をレーザ顕微鏡にて300倍の倍率で観察し、細線長さ1mm内にいくつの中抜けが発生しているかを以下の基準で評価した。
○:中抜けが全くない。
△:中抜けが1〜4箇所。
×:中抜けが5箇所以上存在する。
凹凸の大きな紙として富士ゼロックスオフィスサプライ社の「レザック66」(表面凹凸差80μm、151g/m2)を使用してY、M、C色のベタ画像を転写して二次転写効率を、転写前及び転写後の転写ベルト上のトナー重量を測定し下記式から求めた。
転写効率(%)=100×[(転写前トナー重量)−(転写後トナー重量)]/(転写前トナー重量)
○:二次転写効率95%以上
△:二次転写効率90%以上〜95%未満
×:二次転写効率90%未満
クリーニング性では、クリーニング後にベルト上に残るトナー残量とクリーニングブレードの鳴きの有無、フィルミングの有無と発生場所及び画像への影響を評価した。
5000枚通紙を実施し、ベルト上に残るクリーニング残トナーの量を比較した。
○:クリーニング残トナー量が少ない
△:クリーニング残トナー量がやや多い
×:クリーニング残トナー量が多い
3万枚の通紙を実施し、ブレード鳴きや破損(捲れ)を観察した。
○:3万枚の通紙までブレード鳴きなし
△:1万枚から3万枚未満の通紙でブレード鳴き発生
×:1万枚未満の通紙でブレード鳴き発生し、ブレード破損に至った
1万枚通紙を実施し、ベルト表面と画像への影響(画像汚れ)を観察した。
○:周方向に施した溝部にフィルミングが集中していて、それに起因する不具合と推測できる画像への影響がない。
△:周方向に施した溝部以外にもフィルミングが発生しているが、それに起因する不具合と推測できる画像への影響がない。
×:周方向に施した溝部以外にもフィルミングが発生し、明らかにそれに起因する不具合と推測できる画像汚れが生じている。
Claims (9)
- 表面層、弾性層、及び基材層の少なくとも三層から成る電子写真装置用多層弾性ベルトであって、該表面層が、周方向に平行に連なる微細溝を有し、該ベルト表面の軸方向走査におけるベルト表面十点平均粗さ(Rz)が1.09〜2.5μmであり、
前記軸方向走査におけるベルト表面十点平均粗さが、周方向走査におけるベルト表面十点平均粗さの1.2倍以上である電子写真装置用多層弾性ベルト。 - 前記表面層の厚みが10μm以下である請求項1に記載の電子写真装置用多層弾性ベルト。
- 前記表面層が、フッ素樹脂及び/又はフッ素ゴムを含む、請求項1又は2に記載の電子写真装置用多層弾性ベルト。
- 前記ベルト表面の静摩擦係数が0.8以下である請求項1〜3のいずれかに記載の電子写真装置用多層弾性ベルト。
- 前記弾性層がポリウレタンエラストマー材料を含む層である請求項1〜4のいずれかに記載の電子写真装置用多層弾性ベルト。
- 前記基材層の材料がポリイミド又はポリアミドイミドである請求項1〜5のいずれかに記載の電子写真装置用多層弾性ベルト。
- 前記ベルトが無端ベルトである請求項1〜6のいずれかに記載の電子写真装置用多層弾性ベルト。
- 表面層、弾性層、及び基材層の少なくとも三層から成る電子写真装置用多層弾性ベルトの製造方法であって、
電子写真装置用多層弾性ベルトは、表面層が、周方向に平行に連なる微細溝を有し、ベルト表面の軸方向走査におけるベルト表面十点平均粗さ(Rz)が1.09〜2.5μmであり、前記軸方向走査におけるベルト表面十点平均粗さが、周方向走査におけるベルト表面十点平均粗さの1.2倍以上であり、
(1)番手#120よりも粗い研削材により、内面が回転方向に研削された表面を有する円筒形金型を用いて、回転成型により、周方向に平行に連なる微細溝を有する表面層を形成する工程、
(2)該表面層の内面に、回転成型により、さらに弾性層を形成し、表面層及び弾性層の少なくとも二層から成る第1ベルトを製造する工程、
(3)別の円筒形金型を用いて、回転成型により基材層から成る第2ベルトを製造する工程、
(4)該第1ベルトの弾性層側と第2ベルトとを貼り合わせて電子写真装置用多層弾性ベルトを製造する工程
を含むことを特徴とする製造方法。 - 工程(1)において用いられる円筒形金型が、金型表面に硬質クロムメッキを施された後、成型に使用する金型内面を番手#120よりも粗い研削材により回転方向に研削されたものである、請求項8に記載の製造方法。
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