JP6071450B2 - 中間転写体の製造方法、画像記録方法 - Google Patents
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Description
表面にシリコーンゴムを有する部材の前記表面に、シランカップリング剤を付与する付与工程と、
前記シランカップリング剤を付与した部材を加熱することによって、前記シリコーンゴムと、前記シランカップリング剤とを反応させる反応工程と
を有し、
前記シランカップリング剤が、下記の一般式Iで表される化合物であり、
(一般式I)
(R 1 O) 3 SiR 2 O(C 2 H 4 O) a (C 3 H 6 O) b R 3
(式中、R 1 は炭素数1以上10以下のアルキル基を表し、R 2 は炭素数1以上10以下のアルキル基、またはフェニル基を表し、R 3 は水素原子、または炭素数1以上10以下のアルキル基を表し、
aは2以上200以下の整数を表し、bは0以上200以下の整数を表し、ただし、aとbとの合計は3以上200以下の整数となる。)
前記反応工程における、加熱温度Aが373K以上523K未満であり、加熱時間Bが20分以上350分未満であり、
前記加熱温度A及び前記加熱時間Bが、以下の式1を満たすことを特徴とする中間転写体の製造方法である。
(式1)3,500≦(A−360)×B≦12,000。
本発明の製造方法は、以下の工程を含む。
表面にシリコーンゴムを有する部材(以降、ゴム部材と称することがある)の表面に、シランカップリング剤を付与する付与工程。
このシランカップリング剤を付与した部材を加熱することによって、このシリコーンゴムと、このシランカップリング剤とを反応させる反応工程。
本発明に用いるゴム部材は、表面にシリコーンゴムを有し、特定の加熱条件下、この表面のシリコーンゴムをシランカップリング剤と反応させることで、中間画像を形成するための中間転写体を形成することができる。
支持部材は、その搬送精度や耐久性の観点から、ある程度の構造強度を有していることが望まれる。支持部材の材質としては金属、セラミック、樹脂などが好適である。中でも特に、転写時の加圧に耐え得る剛性や寸法精度のほか、動作時のイナーシャを軽減して制御の応答性を向上するために要望される特性から、以下の材料を支持部材に極めて好適に用いることができる。即ち、アルミニウム、鉄、ステンレス、アセタール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン、ポリウレタン、シリカセラミクス、アルミナセラミクスである。またこれらを組み合わせて用いるのも好ましい。なお、支持部材は、単一の材質(部材)から構成されていても良いし、複数の材質(部材)から構成されていても良い。
中間転写体は、紙などの記録媒体に、中間転写体表面に形成した中間画像を接触させて、この中間画像を記録媒体に転写させるため、親水化処理前の中間転写体であるゴム部材は、ある程度の弾性を有していることが望ましい。例えば記録媒体として紙を用いる場合には、このゴム部材の硬度は、デュロメータ・タイプA(JIS K 6253準拠)硬度で10°以上100°以下であることが好ましく、特に20°以上60°以下であることがより好ましい。ゴム部材の硬度が10°以上であれば転写を繰り返し行った場合においても耐久性が容易に維持可能となり、100°以下であれば良好な転写性を容易に得ることができる。
シランカップリング剤を付与する前、即ち、上記付与工程の前に、ゴム部材の表面を活性化処理すること、即ち、この表面に存在するシリコーンゴムを活性化処理することが好ましい。この活性化処理としては、フレーム処理、コロナ処理、プラズマ処理、活性エネルギー線照射処理(UV・IR・RFなど)、オゾン処理等が挙げられ、そのいずれもが好適である。また、これらを複数組み合わせて施しても良い。これらの活性化処理を施すことにより、ゴム部材の表面に、反応性の高い基(例えば、ヒドロキシル基)を備えたシリコーンゴムを有することができ、濡れ性が向上するため、結果的に、ゴム部材の表面をより強固にすることができる。この活性化処理では、ゴム部材の表面部分、具体的には、ゴム部材表面から厚さ10nm以上1μm以下の部分が活性化されることが好ましい。活性化範囲がゴム部材表面からの厚みで10nm以上であると、後に行う反応工程において、シランカップリング剤との結合点が少なくなることを容易に防ぐことができるため好ましい。また、活性化範囲がゴム部材表面からの厚みで1μm以下であると、実質的にシリコーンゴム内部において、分解や縮合が進むことを容易に防ぐことができ、シリコーンゴムの弾性が変化することを容易に防ぐことができ好ましい。
まず、上記ゴム部材の表面にシランカップリング剤を付与する。
シランカップリング剤は、ゴム部材の表面に存在するシリコーンゴムと反応し、シリコーンゴムとの間に化学結合を生じさせることができるものであれば、本発明の効果が得られる範囲で公知のものを用いることができる。例えば、シランカップリング剤は、分子構造中に、アミノ基、エポキシ基及びメルカプト基等の反応性官能基や、アルコキシ基等の加水分解性基を有することができる。しかしながら、本発明に用いるシランカップリング剤は、分子構造中に少なくとも1つアルコキシシリル基を有する有機シランであることが好ましい。反応工程におけるシリコーンゴムに対するシランカップリング処理では、例えばこのアルコキシシリル基を加水分解することによってシラノール基を生成し、このシラノール基と、ゴム部材表面に存在する親水基(例えばヒドロキシル基)とを縮合反応させることができる。
(R1O)3SiR2O(C2H4O)a(C3H6O)bR3
なお、式中、R1は炭素数1以上10以下のアルキル基を表し、R2は炭素数1以上10以下のアルキル基、またはフェニル基を表し、R3は水素原子、または炭素数1以上10以下のアルキル基を表す。
R2及びR3のアルキル基の炭素数は、炭素数が多くなると水系の溶剤への溶解性が低くなる傾向があるため、10以下とする。R2のアルキル基の炭素数は結合部位と親水性部位の各々の機能を分離するため1以上とする。また、加水分解性のしやすさの観点から、R1のアルキル基の炭素数は1以上10以下とする。
続いて、シランカップリング剤を付与したゴム部材を加熱することによって、表面のシリコーンゴムと、シランカップリング剤とを反応させる。例えば、上記一般式Iに示すシランカップリング剤を希釈液の状態で用いた場合、シランカップリング剤中のアルコキシシリル基が加水分解され、シラノール基が生成し、このシラノール基と、ゴム部材表面の親水基とが反応し、強固な結合が生じる。またこの加熱により、シランカップリング剤同士のネットワークが強固に形成され、中間転写体表面の親水性がより消失しにくくなる。本発明者らはカップリング反応に必要な熱エネルギーは温度と時間に比例すると考え、実験結果の数値より以下の関係式を見出した。
また、加熱温度Aが523K以上であると、シランカップリング剤が分解してしまう可能性がある。そのため、加熱温度Aは373K以上523K未満とする。さらに、加熱温度Aは、反応効率の観点から390K以上、部材の耐久温度の観点から460K以下であることが好ましい。
特に一般式Iに代表されるようなアルコキシシラン基を末端に有するポリエチレンオキサイドをシランカップリング剤として用いる場合にはこれらの傾向が顕著となる。
上述した本発明の製造方法より得られる中間転写体は、上記ゴム部材のシリコーンゴムを有する表面に、上記付与工程及び反応工程に示す特定の改質方法を施したものであり、ゴム部材の表面に改質層(表面改質層)が設けられた構造を有する。即ち、図1に示すように、中間転写体11は、表面改質層11aと、ゴム部材11bとからなることができる。また、この中間転写体(表層部材)11は、支持部材12に直接または他の部材(接着層等)を介して配されることができる。
この中間転写体の形状は、例えば、シート形状やベルト形状や無端ウエブ形状とすることができる。
本発明の画像記録方法は、以下の工程を含む。
(i)本発明の製造方法より得られる中間転写体に、インクを付与することにより中間画像を形成する工程(中間画像形成工程)。
(ii)この中間画像が形成された中間転写体に記録媒体を接触させて、この中間画像を記録媒体へ転写する工程(転写工程)。
(i−1)本発明の製造方法より得られる中間転写体上に、インクの流動性を低下させるための反応液(第1の液体)を付与する工程。
(i−2)この反応液が付与された中間転写体上に、画像形成用のインク(第2の液体)を付与することにより、中間画像を形成する工程。
(工程i−1)
まず、必要に応じて、本発明の製造方法より得られる中間転写体上、具体的には、中間転写体表面に、インクの流動性を低下させるための反応液を付与することができる。
上記反応液(第1の液体)は、インクの流動性を低下させるために、通常、インク高粘度化成分を含有する。ここで、インク高粘度化成分とは、インクを構成する色材や樹脂等と接触することによって、これらの色材や樹脂等を化学的に反応させ、あるいは物理的に吸着させ、これによってインク全体の粘度を上昇させる成分を表す。なお、インク高粘度化成分とは、接触により色材などインクの一部を凝集させることにより局所的に粘度上昇を生じさせる成分をも含む概念である。
具体的にインク高粘度化成分として使用できる金属イオンとしては、以下のものが挙げられる。例えば、Ca2+、Cu2+、Ni2+、Mg2+、Sr2+、Ba2+およびZn2+等の二価の金属イオンや、Fe3+、Cr3+、Y3+およびAl3+等の三価の金属イオンが挙げられるが、これらに限定されるものではない。そして、これらの金属イオンを含有する液体を中間転写体表面に塗布する場合には、金属塩水溶液として塗布することが望ましい。金属塩の陰イオンとしては、Cl-、NO3 -、CO3 2-、SO4 2-、I-、Br-、ClO3 -、HCOO-、RCOO-(Rはアルキル基)等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
反応液を付与する方法は、特に限定されず、従来知られている各種手法を適宜用いることができる。例としては、ダイコーティング、ブレードコーティング、グラビアローラー、またこれらにオフセットローラーを組み合わせた物などが挙げられる。さらに高速高精度に付与できる手法としてインクジェットデバイスを用いるのも極めて好適である。
続いて、中間転写体上に、必要に応じて上記反応液が付与された後、例えばインクジェットデバイスを用いてインクが画像様に付与される。
本発明に用いるインクは、例えばインクジェット用インクとして広く用いられているインクから適宜選択して用いることができる。具体的には、染料やカーボンブラック、有機顔料といった色材を溶解または分散、あるいは溶解および分散させた各種インクを用いることができる。中でも特にカーボンブラックや有機顔料インクは、耐候性や発色性の良い画像が得られるため好適である。
トルイジンレッド、トルイジンマルーン、ハンザイエロー、ベンジジンイエロー、ピラゾロンレッドなどの水不溶性アゾ顔料。リトールレッド、ヘリオボルドー、ピグメントスカーレット、パーマネントレッド2Bなどの水溶性アゾ顔料。アリザリン、インダントロン、チオインジゴマルーンなどの建染染料からの誘導体。フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーンなどのフタロシアニン系顔料。キナクリドンレッド、キナクリドンマゼンタなどのキナクリドン系顔料。ペリレンレッド、ペリレンスカーレットなどのペリレン系顔料。イソインドリノンイエロー、イソインドリノンオレンジなどのイソインドリノン系顔料。ベンズイミダゾロンイエロー、ベンズイミダゾロンオレンジ、ベンズイミダゾロンレッドなどのイミダゾロン系顔料。ピランスロンレッド、ピランスロンオレンジなどのピランスロン系顔料。インジゴ系顔料。縮合アゾ系顔料。チオインジゴ系顔料。フラバンスロンイエロー、アシルアミドイエロー、キノフタロンイエロー、ニッケルアゾイエロー、銅アゾメチンイエロー、ペリノンオレンジ、アンスロンオレンジ、ジアンスラキノニルレッド、ジオキサジンバイオレットなど。
本発明の画像記録方法には、前記中間画像から中間画像を構成するインク等の液体分を減少させる工程を設けることが好ましい。これにより、中間画像を構成する液体分が非常に多い場合に次の転写工程において余剰液体がはみ出したり、あふれ出したりすることを容易に抑制でき、画像の乱れや、転写不良の発生を容易に抑制することができる。
その後、中間画像に記録媒体を接触して、その中間画像を中間転写体上から記録媒体へ転写することで、画像を得る。転写する際には、図1に示すように、支持部材12と、転写手段である加圧ローラ18とによって、中間転写体11(ゴム部材11b及び表面改質層11a)、中間画像、並びに記録媒体17を両側から加圧することが好ましく、これにより効率良く画像を転写形成できる。また多段階に加圧することも転写不良の軽減に効果が有り好適である。以上より、画像が付与された記録媒体を得ることができる。
以上で画像形成は完了するが、中間転写体は生産性の観点から繰り返し連続的に用いることがあり、その際には次の画像形成を行う前に表面を洗浄再生するクリーニング工程を有することが好ましい。
なお、画像記録が行われた、即ち画像が付与された記録媒体をローラで加圧し、表面平滑性を高める定着工程を行っても良い。またこの際、ローラを加熱しておくと画像の堅牢性が向上する場合もありこれも好適である。
本発明の画像記録方法には、例えば図1に示す画像記録装置(転写型インクジェット記録装置)を用いることができる。この記録装置では、支持部材12上に配される中間転写体11と、反応液付与手段として反応液付与デバイス13と、インク付与手段としてインクジェットデバイス14と、水分除去手段として送風装置15及び加熱ヒータ16と、記録媒体17と、転写手段として加圧ローラ18と、クリーニング手段としてクリーニングユニット19とを有している。また、この中間転写体11は、回転可能なドラム状の支持部材12の外周面に固定されている。そして、この支持部材12は軸(支持部材の回転軸12a)を中心として矢印方向(反時計方向)に回転駆動し、その回転と同期して、周辺に配置された各デバイスが作動するようになっている。
まず、厚さ0.5mmのポリエチレンテレフタレート(PET)シート(東レ製、商品名:ルミラー S10)に、ゴム硬度(デュロメータ・タイプA硬度)が40°のシリコーンゴム(信越化学製、商品名:KE12)を0.2mmの厚さにコーティングし、ゴム部材を作製した(ゴム部材作製工程)。
表面処理条件
処理距離: 5mm
プラズマモード: High
処理速度: 100mm/sec。
まず、以下の材料からなるシランカップリング剤溶液を作製した。
シランカップリング剤(ポリエチレンオキシド変性アルコキシシラン、(CH3O)3SiC3H6O(C2H4O)21‐24CH3):0.2質量部
水:80質量部
エタノール:20質量部。
上記プラズマ処理されたゴム部材を、このシランカップリング剤溶液の中に浸漬し、室温(25℃)で15分静置した。その後、この溶液からゴム部材を取り出し、室温(25℃)で自然乾燥を行った。
得られたゴム部材を、加熱温度383K、加熱時間300分で加熱処理し、中間転写体を得た。この中間転写体を水洗し、室温(25℃)で乾燥させた。
・顔料色材:C.I.ピグメントブルー15 3.0質量部
・分散樹脂:スチレン−アクリル酸−アクリル酸エチル共重合体(酸価240、重量平均分子量5000) 1.3質量部
・非水溶剤1:グリセリン 10.0質量部
・非水溶剤2:エチレングリコール 5.1質量部
・界面活性剤:アセチレノールE100(商品名) 0.6質量部
・イオン交換水: 80.0質量部。
ゴム部材表面に付与するシランカップリング剤と、反応工程における加熱条件を以下の表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして、中間転写体を製造し、図1に示す画像記録装置を用いて画像を付与した記録媒体を作製した。実施例1〜12、および比較例1〜8の各条件を表1に示す。
*1)ポリエチレンオキシド変性アルコキシシラン:(CH3O)3SiC3H6O(C2H4O)21-24CH3 (Gelest社製)
*2)ポリプロピレンオキシド変性アルコキシシラン:(CH3O)3SiC3H6O(C2H4O)5(C3H6O)10CH3(社内試作品)
*3)ポリビニルアルコール(PVA)変性アルコキシシラン:(CH2―CH(OCOCH3))1(CH2―CH(OH))99(CH2―CH(C3H6Si(OCH3)3))0.2(社内試作品)
但し*3の共重合比(1:99:0.2)は概値である。
*4)ポリエチレンオキシド変性アルコキシシラン:(CH3O)3SiC3H6O(C2H4O)9-12CH3 (Gelest社製)
*5)ポリエチレンオキシド変性アルコキシシラン:(C2H5O)3SiC3H6O(C2H4O)8-12CH3 (Gelest社製)。
・水の静的接触角
各例に用いた中間転写体表面に対する水の静的接触角を、以下の2つの段階で接触角計(協和界面化学工業)を用いて測定した。
1)作製直後:
中間転写体作製直後、即ち反応工程より得られる中間転写体の水の静的接触角
2)転写耐久後:
図1の画像記録装置にて、転写を500回(転写圧力:0.2MPa、稼動温度:50℃)行った後の、中間転写体の水の静的接触角。
中間転写体の画像保持性は、作製直後及び転写耐久後の記録媒体の転写画像にハジキ及びブリーディングが発生していないかを目視することにより確認、以下の基準に基づき評価した。
画像保持性評価の基準
○:評価人数20人のうち好ましいと評価した評価者が6割以上、
△:評価人数20人のうち好ましいと評価した評価者が3割以上6割未満、
×:評価人数20人のうち好ましいと評価した評価者が3割未満。
図2に、上記実施例及び比較例での反応工程における加熱温度と、加熱時間との関係を表すグラフを示す。なお、図2に示す符号は、転写耐久後における各実施例及び各比較例の画像保持性の評価結果を意味する。この図からも明らかなように、最適な加熱条件、即ち、加熱温度Aが373K以上523K未満、加熱時間Bが20分以上350分未満、かつ、3500≦(A−360)×B≦12000を満たす加熱条件でゴム部材表面のシリコーンゴムとシランカップリング剤との反応を行えば、以下の中間転写体が得られることが分かった。即ち、耐久試験後に画像保持性を維持できる中間転写体、より具体的には、耐久性に優れかつ画像保持性と離型性(転写性)を両立可能な中間転写体が得られることが分かった。
11a・・表面改質層
11b・・ゴム部材
12・・・支持部材
12a・・支持部材の回転軸
13・・・反応液付与デバイス
14・・・インクジェットデバイス
15・・・送風装置
16・・・加熱ヒータ
17・・・記録媒体
18・・・加圧ローラ
19・・・クリーニングユニット
Claims (4)
- インクを中間転写体に付与することによって形成された中間画像を記録媒体に転写することで、画像を得る画像記録方法に用いる中間転写体の製造方法であって、
表面にシリコーンゴムを有する部材の前記表面に、シランカップリング剤を付与する付与工程と、
前記シランカップリング剤を付与した部材を加熱することによって、前記シリコーンゴムと、前記シランカップリング剤とを反応させる反応工程と
を有し、
前記シランカップリング剤が、下記の一般式Iで表される化合物であり、
(一般式I)
(R 1 O) 3 SiR 2 O(C 2 H 4 O) a (C 3 H 6 O) b R 3
(式中、R 1 は炭素数1以上10以下のアルキル基を表し、R 2 は炭素数1以上10以下のアルキル基、またはフェニル基を表し、R 3 は水素原子、または炭素数1以上10以下のアルキル基を表し、
aは2以上200以下の整数を表し、bは0以上200以下の整数を表し、ただし、aとbとの合計は3以上200以下の整数となる。)
前記反応工程における、加熱温度Aが373K以上523K未満であり、加熱時間Bが20分以上350分未満であり、
前記加熱温度A及び前記加熱時間Bが、以下の式1を満たすことを特徴とする中間転写体の製造方法。
(式1)3,500≦(A−360)×B≦12,000 - 前記加熱温度Aが、390K以上460K以下である請求項1に記載の中間転写体の製造方法。
- 前記加熱時間Bが、30分以上350分未満である請求項1または2に記載の中間転写体の製造方法。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の製造方法より得られる中間転写体に、インクを付与すること
により中間画像を形成する工程と、
前記中間画像が形成された中間転写体に記録媒体を接触させて前記中間画像を前記記録媒体へ転写する工程とを含む、画像記録方法。
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