JP6216249B2

JP6216249B2 - 無端ベルト

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Publication number: JP6216249B2
Application number: JP2013266667A
Authority: JP
Inventors: 里志遠藤; 輝佳金原; 藤田　司; 司藤田; 真一夏目
Original assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Priority date: 2013-12-25
Filing date: 2013-12-25
Publication date: 2017-10-18
Anticipated expiration: 2033-12-25
Also published as: JP2015121742A

Description

本発明は、無端ベルトに関する。

従来、様々な分野において、無端ベルトが使用されている。例えば、電子写真方式を採用する複写機、プリンター、印刷機等の画像形成装置の分野では、中間転写ベルトとして無端ベルトが用いられている。中間転写ベルトでは、複数の感光体によって色別に形成された各トナー像がベルト表面に一次転写される。一次転写により重ね合わされた各色のトナー像は、紙等の印字媒体に二次転写される。

上記無端ベルトとしては、例えば、カーボンブラック等の導電性粒子が添加されたポリアミドイミド樹脂からなる基層を有する無端ベルトが知られている（特許文献１参照）。上記基層の表面には、さらにアクリル系樹脂等からなる表層が設けられることもある。

特開２００６−１９３５８９号公報

しかしながら、従来の無端ベルトは、中間転写ベルトとして長期使用された場合に、画像形成枚数が増えるにつれて、基層表面の電気抵抗が低下し、画像不具合が生じるという問題がある。この現象は、無端ベルトが基層単層より構成され、低温低湿環境下で使用される場合に、特に顕著に見られる。

上記問題が生じる原因としては、以下のことが考えられる。すなわち、中間転写ベルトは、紙等の印字媒体にトナーを二次転写する際に、大きな電荷がかけられる。したがって、中間転写ベルトは、長期使用されると大きな電荷が繰り返しかけられることになる。また、中間転写ベルトは、印字媒体からベルト表面が離れる瞬間に剥離放電が生じる。そのため、従来の中間転写ベルトは、繰り返し負荷される大きな電荷や剥離放電により、基層中の導電性粒子間に特定の導電経路が形成され、その結果、基層表面の電気抵抗が低下し、画像不具合が発生するものと考えられる。

本発明は、上記背景に鑑みてなされたものであり、基層表面の電気抵抗の低下を抑制することができ、良好な画像を形成することが可能な無端ベルトを提供しようとするものである。

本発明の一態様は、筒状に形成された基層を少なくとも有する無端ベルトであって、
上記基層は、以下の（Ａ）〜（Ｄ）成分を含有することを特徴とする無端ベルトにある。
（Ａ）ポリアミドイミド樹脂
（Ｂ）導電性粒子
（Ｃ）銅フタロシアニンおよび／またはその誘導体
（Ｄ）ポリエチレンイミン系高分子分散剤

上記無端ベルトは、基層が上記（Ａ）〜（Ｄ）成分を含有している。そのため、上記無端ベルトは、中間転写ベルトとして用いた際に、基層表面の電気抵抗の低下を抑制することができ、良好な画像を形成することが可能となる。これは、以下の理由によるものと考えられる。

基層中に銅フタロシアニンが添加されることにより、導電性粒子の表面が銅フタロシアニンにより被覆され、隣接する導電性粒子同士が凝集し難くなる。そのため、基層中における導電性粒子の分散性が向上する。また、金属錯体である銅フタロシアニンが基層中に添加されることにより、基層の導電性が向上する。その結果、基層表面の電気抵抗が均一化され、繰り返し負荷される大きな電荷や二次転写時に生じる剥離放電などによる電気的ストレスが緩和される。それ故、上記無端ベルトは、基層表面の電気抵抗の低下を抑制することができ、良好な画像を形成することが可能になるものと考えられる。

実施例の無端ベルトを模式的に示した説明図である。図１のＩＩ−ＩＩ断面を模式的に示した説明図である。実施例の無端ベルトの変形例について図２と同様の断面を模式的に示した説明図である。

上記無端ベルトにおいて、基層は（Ａ）ポリアミドイミド樹脂を含有する。ポリアミドイミド樹脂は、基層の形状を形造るために必要なポリマー成分である。上記ポリアミドイミド樹脂には、各種のものを用いることができる。また、必要に応じて変性されていてもよい。上記ポリアミドイミド樹脂は、１種または２種以上併用することができる。

上記無端ベルトにおいて、基層は（Ｂ）導電性粒子を含有する。導電性粒子としては、例えば、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、グラファイト等の炭素系粒子；アルミニウム粒子、ステンレス粒子等の金属粒子；導電性酸化亜鉛（ｃ−ＺｎＯ）、導電性酸化チタン（ｃ−ＴｉＯ_２）、導電性酸化鉄（ｃ−Ｆｅ_３Ｏ_４）、導電性酸化錫（ｃ−ＳｎＯ_２）等からなる導電性の金属酸化物粒子などを例示することができる。これらは１種または２種以上併用することができる。

導電性粒子としては、具体的には、酸性炭素系粒子を好適に用いることができる。

酸性炭素系粒子は、酸化処理等により表面に親水性の官能基が多く付与されているので、ポリアミドイミド樹脂に対する親和性が大きく向上する。そのため、導電性粒子の分散状態が保たれやすくなり、基層表面の電気抵抗の変動が抑制されやすくなる。上記酸性炭素系粒子としては、電子導電性、分散性等の観点から、酸性カーボンブラックなどを好適に用いることができる。

上記無端ベルトにおいて、基層は（Ｃ）銅フタロシアニンおよび／またはその誘導体を含有する。基層は、銅フタロシアニン、銅フタロシアニン誘導体のいずれかを含有していてもよいし、双方を含有していてもよい。市販の（Ｃ）成分としては、例えば、日本ルーブリゾール社製のソルスパース５０００、ソルスパース１２０００などを例示することができる。

上記無端ベルトにおいて、基層は（Ｄ）ポリエチレンイミン系高分子分散剤を含有する。

この構成によれば、基層表面の電気抵抗の低下を抑制しやすくなり、良好な画像を形成しやすくなる。これは、導電性粒子の表面を覆う銅フタロシアニンの周囲をさらにポリエチレンイミン系高分子分散剤が覆うことにより、隣接する導電性粒子同士が一層凝集し難くなり、導電性粒子の分散性が一層向上するためであると考えられる。

上記ポリエチレンイミン系高分子分散剤としては、具体的には、例えば、ポリエチレンイミンより構成される主鎖と塩基性官能基を有する側鎖とを備える櫛形構造の高分子分散剤などを例示することができる。塩基性官能基としては、例えば、アミノ基などが挙げられる。また、ポリエチレンイミン系高分子分散剤は、１種または２種以上併用することができる。市販のポリエチレンイミン系高分子分散剤としては、例えば、日本ルーブリゾール社製のソルスパース３２５００、ソルスパース３２５５０、ソルスパース３７５００などを例示することができる。

上記無端ベルトにおいて、（Ｂ）成分の含有量は、（Ａ）成分１００質量部に対して５〜３５質量部の範囲内、（Ｃ）成分の含有量は、（Ｂ）成分１００質量部に対して０．３〜１２．５質量部の範囲内とすることができる。

この場合には、上記作用効果を確実なものとすることができる。

（Ｂ）成分の含有量は、導電性を十分に確保する等の観点から、（Ａ）成分１００質量部に対して、好ましくは７質量部以上、より好ましくは１０質量部以上、さらに好ましくは１５質量部以上とすることができる。また、（Ｂ）成分の含有量は、中間転写ベルトに使用した際の画像転写性の向上等の観点から、（Ａ）成分１００質量部に対して、好ましくは３３質量部以下、より好ましくは３０質量部以下とすることができる。一方、（Ｃ）成分の含有量は、添加効果を十分に得る、基層表面の電気抵抗の変動抑制等の観点から、（Ｂ）成分１００質量部に対して、好ましくは０．４質量部以上、より好ましくは０．５質量部以上、さらに好ましくは０．６質量部以上とすることができる。また、（Ｃ）成分の含有量は、基層表面の電気抵抗の変動抑制等の観点から、（Ｂ）成分１００質量部に対して、好ましくは１２質量部以下、より好ましくは１１質量部以下、より好ましくは１０質量部以下とすることができる。

上記無端ベルトにおいて、（Ｄ）成分の含有量は、（Ｂ）成分１００質量部に対して１．２〜５０質量部の範囲内とすることができる。

この場合には、（Ｄ）成分の添加による上記作用効果を確実なものとすることができる。

（Ｄ）成分の含有量は、添加効果を十分に得る、基層表面の電気抵抗の変動抑制等の観点から、（Ｂ）成分１００質量部に対して、好ましくは１．５質量部以上、より好ましくは２質量部以上、さらに好ましくは２．５質量部以上とすることができる。また、（Ｄ）成分の含有量は、基層表面の電気抵抗の変動抑制等の観点から、（Ｂ）成分１００質量部に対して、好ましくは４８質量部以下、より好ましくは４５質量部以下、より好ましくは４０質量部以下とすることができる。また、（Ｃ）成分／（Ｄ）成分の質量比は、導電性粒子の分散安定性向上などの観点から、好ましくは０．１〜０．４、より好ましくは０．１５〜０．３５、さらに好ましくは０．２〜０．３の範囲内とすることができる。

上記無端ベルトにおいて、基層は、上記成分以外にも、その他の成分として、例えば、難燃剤、充填剤（炭酸カルシウム等）、レベリング剤、酸化防止剤、イオン導電剤、消泡剤、離型剤、樹脂架橋剤などを任意に１種または２種以上含有することができる。

なお、基層の筒径、厚みは、用途（例えば、画像形成装置の機種、大きさ等）に応じて適宜決定することができる。基層の筒径は、例えば、１２０〜１０００ｍｍ程度とすることができる。また、基層の厚みは、例えば、２０〜１２０μｍ程度、好ましくは３０〜１００μｍ程度、より好ましくは４０〜８０μｍ程度とすることができる。

上記無端ベルトは、電子写真方式の画像形成装置に組み込まれる中間転写ベルトとして好適に用いることができる。この場合には、長期にわたって良好な画像を形成可能な画像形成装置が得られる。なお、中間転写ベルトは、潜像担持体に担持されたトナー像をベルト表面に一次転写させた後、このトナー像をベルト表面から紙等の転写材へ二次転写させるために、画像形成装置に組み込まれる無端ベルトである。上記画像形成装置としては、例えば、帯電像を用いる電子写真方式の複写機、プリンター、ファクシミリ、複合機、ＰＯＤ（Print On Demand）装置等を例示することができる。

上記無端ベルトは、上述した基層を少なくとも有しておれば、単層あるいは二層以上の複数層から構成されていてもよい。上記無端ベルトは、具体的には、（１）基層単層からなる構成、（２）基層と、基層上に積層された表層とを有する構成などとすることができる。

上記無端ベルトは、好ましくは、基層単層より構成されているとよい。

この場合には、１０℃×１０％ＲＨ程度の低温低湿環境下であっても、基層表面の電気抵抗の低下が抑制され、良好な画像を確実に形成することが可能となる。

なお、上述した各構成は、上述した各作用効果等を得るなどのために必要に応じて任意に組み合わせることができる。

実施例に係る無端ベルトについて、図面を用いて具体的に説明する。

図１、図２に示すように、無端ベルト１は、筒状に形成された基層２を少なくとも有している。基層２は、（Ａ）ポリアミドイミド樹脂、（Ｂ）導電性粒子、（Ｃ）銅フタロシアニンおよび／またはその誘導体、（Ｄ）ポリエチレンイミン系高分子分散剤を含有している。

本例では、具体的には、（Ｂ）成分の含有量は、（Ａ）成分１００質量部に対して５〜３５質量部の範囲内にあり、（Ｃ）成分の含有量は、（Ｂ）成分１００質量部に対して０．３〜１２．５質量部の範囲内にある。また、導電性粒子は、酸性炭素系粒子である。

また本例では、無端ベルト１は、具体的には、基層２単層から構成されている。他にも、無端ベルト１は、図３に示されるように、基層２の外周にさらにアクリル系樹脂等による樹脂製の表層が積層されていてもよい。無端ベルト１は、電子写真方式を採用するプリンター、複写機、複合機、ＰＯＤ（Print On Demand）装置等の画像形成装置に組み込まれる中間転写ベルトとして用いられるものである。

以下、異なる構成を有する無端ベルトの試料を複数作製し、各種評価を行った。その実験例について説明する。

（実験例）
＜基層形成用塗液の調製＞
基層形成用塗液の調製に用いる（Ａ）〜（Ｄ）成分として、以下のものを準備した。
（Ａ）ポリアミドイミド樹脂
攪拌機、窒素導入管、温度計、冷却管を備えた反応容器に、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）（日本ポリウレタン工業（株）製、「ミリオネートＭＴ」）２２質量部と、トリジンジイソシアネート（ＴＯＤＩ）（日本曹達（株）製、「ＴＯＤＩ／Ｒ２０３」）２９質量部と、無水トリメリット酸（三菱ガス化学（株）製、「ＴＭＡ」）３６質量部と、α、ω−ポリブタジエンジカルボン酸（日本曹達（株）製、「Ｃ−１０００」）２０質量部と、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）２５０質量部とを仕込み、窒素気流下、撹拌しながら１時間かけて１３０℃まで昇温し、そのまま１３０℃で約５時間反応させた後に反応を停止し、ポリアミドイミド樹脂液（固形分濃度：２６質量％）を調製した。

（Ｂ）導電性粒子
・導電性粒子（１）（酸性カーボンブラック）（オリオンエンジニアドカーボンズ社製、「ＳｐｅｃｉａｌＢｌａｃｋ４」）
・導電性粒子（２）（酸性カーボンブラック）（オリオンエンジニアドカーボンズ社製、「ＳｐｅｃｉａｌＢｌａｃｋ６」）
・導電性粒子（３）（酸性カーボンブラック）（オリオンエンジニアドカーボンズ社製、「ＣｏｌｏｒＢｌａｃｋＦＷ２Ｖ」）

（Ｃ）銅フタロシアニン
・銅フタロシアニン（１）（日本ルーブリゾール社製、「ソルスパース５０００」）
・銅フタロシアニン（２）（日本ルーブリゾール社製、「ソルスパース１２０００」）
（Ｄ）高分子分散剤
・高分子分散剤（１）（ポリエチレンイミン系）（日本ルーブリゾール社製、「ソルスパース３２５００」）
・高分子分散剤（２）（ポリエチレンイミン系）（日本ルーブリゾール社製、「ソルスパース３２５５０」）
・高分子分散剤（３）（ポリエチレンイミン系）（日本ルーブリゾール社製、「ソルスパース３７５００」）

次いで、後述の表１〜表４に示す配合割合（質量部）となるように、上記ポリアミドイミド樹脂液中の（Ａ）ポリアミドイミド樹脂（ＰＡＩ）と、所定の（Ｂ）導電性粒子と、所定の（Ｃ）銅フタロシアニンと、必要に応じて所定の（Ｄ）高分子分散剤と、溶媒（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）８００質量部とを配合し、羽撹拌にて混合後、分散機にて分散することにより、液状の各基層形成用塗液を調製した。

＜無端ベルト試料の作製＞
アルミニウム製の円筒状金型を準備した。また、ノズルを有するディスペンサ（液体定量吐出装置）を準備した。このディスペンサのノズルは、内径φ＝１ｍｍのニードルノズルである。上記調製した基層形成用塗液を、エアー加圧タンクに収容し、金型の外周面とノズルとのクリアランスを１ｍｍとして、金型およびノズルをセットした。

次いで、金型を垂直にした状態で、回転数６０ｒｐｍで軸中心に回転させながら、基層形成用塗液を吐出するノズルを、１ｍｍ／ｓｅｃの移動速度で軸方向下方に移動させるとともに、エアー加圧タンクに０．４ＭＰａの圧力をかけて基層形成用塗液をノズルに圧送し、ノズルから基層形成用塗液を吐出させ、金型の外周面上にらせん状に塗工し、らせん状塗膜の連続体からなる全体塗膜を形成した。

次いで、形成された全体塗膜に対して、３時間で常温から２４０℃まで昇温し、０．５時間で２４０℃から２５０℃まで昇温し、２５０℃で１時間保持するという条件にて熱処理を施した。これにより、金型の外周面上に筒状の基層（筒径φ４２０ｍｍ）を形成した。なお、各試料における基層の厚みは、エアー加圧タンクにかける圧力を０．６〜１．８ＭＰａの範囲で変化させることにより、ノズルから出る材料の吐出量を変化させて調節した。

次いで、基層の一端縁と金型の外周面との間に高圧エアーを吹き込み、金型を抜き取った。以上により、試料１〜試料４２の無端ベルトを作製した。

また、後述の表４に示すように、基層形成用塗液の調製時に（Ｃ）銅フタロシアニン、（Ｄ）高分子分散剤を用いなかった点以外は試料１〜試料４２の無端ベルトの作製と同様にして、試料４３〜試料４５の無端ベルトを作製した。

＜電気抵抗変動＞
ＪＩＳ−Ｋ６９１１に準拠し、電気抵抗率計（測定レンジ１０４〜１０１３Ω）（三菱化学アナリテック社製、「ハイレスタ−ＵＰ」）を用いて、各無端ベルトに印加電圧５００Ｖを印加したときの基層表面の電気抵抗率（単位：Ω／□）を測定した。また、各無端ベルトを、電子写真方式を採用する市販のデジタルフルカラー複合機（リコー社製、「ｉｍａｇｉｏＭＰＣ２２００」）の中間転写ベルトとして組み込み、１０℃×１０％ＲＨの環境下にて、所定のテストパターンを３０００枚出力するという耐久試験を行った。その後、上記と同様にして基層表面の電気抵抗率を測定した。そして、上記耐久試験前後での電気抵抗率の変動を調査した。上記耐久試験前後で基層表面の電気抵抗率が１．７桁以内の抵抗低下であった場合を、基層表面の電気抵抗の低下が十分に抑制されているとして「Ａ」とした。また、上記耐久試験前後で基層表面の電気抵抗率が１．７桁超２．０桁未満の抵抗低下であった場合を、基層表面の電気抵抗の低下が抑制されているとして「Ｂ」とした。また、上記耐久試験前後で基層表面の電気抵抗率が２．０桁以上の抵抗低下であった場合を、基層表面の電気抵抗の低下が抑制されていないとして「Ｃ」とした。

＜画像評価＞
各無端ベルトを、電子写真方式を採用する市販のデジタルフルカラー複合機（リコー社製、「ｉｍａｇｉｏＭＰＣ２２００」）の中間転写ベルトとして組み込み、１０℃×１０％ＲＨの環境下にて、所定のテストパターンを３０００枚出力するという耐久試験を行った。その後、ベタ画像およびハーフトーン画像を出力した。出力されたベタ画像およびハーフトーン画像ともにトナー濃度の低下がなく出力された場合を、優れた画像を形成することができるとして「Ａ」とした。また、出力されたベタ画像またはハーフトーン画像にトナー濃度がわずかに薄く出力された部分があるものの、許容範囲内であった場合を、良好な画像を形成することができるとして「Ｂ」とした。また、ベタ画像および／またはハーフトーン画像においてトナーが転写されず白く抜けた白色部が存在していた場合を、良好な画像を形成することができないとして「Ｃ」とした。

表１〜表４に、無端ベルト試料の作製条件および各種測定結果をまとめて示す。

上記表１〜表４によれば、次のことがわかる。すなわち、試料４３〜４５の無端ベルトは、基層に（Ｃ）成分を含有していない。そのため、中間転写ベルトとして長期使用された場合に、画像形成枚数が増えるにつれて、基層表面の電気抵抗が低下し、画像不具合が生じることがわかる。

これらに対し、試料１〜試料４２の無端ベルトは、基層が（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有している。そのため、これらの無端ベルトは、中間転写ベルトとして用いた際に、基層表面の電気抵抗の低下を抑制することができ、良好な画像を形成可能であることがわかる。

これは、次の理由によるものと考えられる。基層中に銅フタロシアニンが添加されることにより、導電性粒子の表面が銅フタロシアニンにより被覆され、隣接する導電性粒子同士が凝集し難くなる。そのため、基層中における導電性粒子の分散性が向上する。また、金属錯体である銅フタロシアニンが基層中に添加されることにより、基層の導電性が向上する。その結果、基層表面の電気抵抗が均一化され、繰り返し負荷される大きな電荷や二次転写時に生じる剥離放電などによる電気的ストレスが緩和される。それ故、試料１〜試料４２の無端ベルトは、基層表面の電気抵抗の低下を抑制することができ、良好な画像を形成することが可能になったものと考えられる。

次に、試料１〜試料４２の無端ベルト同士を比較する。基層が（Ｄ）成分をさらに含有する場合、基層表面の電気抵抗の低下を抑制しやすくなり、良好な画像を形成しやすくなる傾向があることがわかる。これは、導電性粒子の表面を覆う銅フタロシアニンの周囲をさらにポリエチレンイミン系高分子分散剤が覆うことにより、隣接する導電性粒子同士が一層凝集し難くなり、導電性粒子の分散性が一層向上するためであると考えられる。また、基層が（Ｄ）成分をさらに含有する場合には、（Ｃ）成分を含有させたことによる、電気抵抗変動の十分な抑制効果および優れた画像形成の効果が得られる幅が大きくなる利点もある。

さらに、（Ｂ）成分の含有量が（Ａ）成分１００質量部に対して５〜３５質量部の範囲内、（Ｃ）成分の含有量が（Ｂ）成分１００質量部に対して０．３〜１２．５質量部の範囲内にある場合には、上記作用効果を確実なものとすることができることがわかる。さらに、基層が（Ｄ）成分を含有する場合に、（Ｄ）成分の含有量が（Ｂ）成分１００質量部に対して１．２〜５０質量部の範囲内にある場合には、（Ｄ）成分の添加による上記作用効果を確実なものとすることができることがわかる。

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲内で種々の変更が可能である。

１無端ベルト
２基層

Claims

筒状に形成された基層を少なくとも有する無端ベルトであって、
上記基層は、以下の（Ａ）〜（Ｄ）成分を含有することを特徴とする無端ベルト。
（Ａ）ポリアミドイミド樹脂
（Ｂ）導電性粒子
（Ｃ）銅フタロシアニンおよび／またはその誘導体
（Ｄ）ポリエチレンイミン系高分子分散剤
上記（Ｂ）成分の含有量は、上記（Ａ）成分１００質量部に対して５〜３５質量部の範囲内にあり、
上記（Ｃ）成分の含有量は、上記（Ｂ）成分１００質量部に対して０．３〜１２．５質量部の範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の無端ベルト。
上記（Ｄ）成分の含有量は、上記（Ｂ）成分１００質量部に対して１．２〜５０質量部の範囲内にあることを特徴とする請求項１または２に記載の無端ベルト。
上記導電性粒子は、酸性炭素系粒子であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の無端ベルト。
基層単層から構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の無端ベルト。
電子写真方式の画像形成装置に組み込まれる中間転写ベルトとして用いられることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の無端ベルト。