中間転写部材
【課題】中間転写部材の必要な導電性を達成し、破壊強度や引裂強度維持し、透明度高める。
【解決手段】グラフェン粒子５１が分散したフェノキシ樹脂５２の層を含む中間転写部材５４の提供。
【解決手段】グラフェン粒子５１が分散したフェノキシ樹脂５２の層を含む中間転写部材５４の提供。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、画像形成装置および中間転写部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
トナーを静電的に転写する中間転写部材を用いることによって、カラー画像または白黒画像が作成される画像形成装置は、十分に知られている。このような中間転写部材を用い、カラー画像形成装置内で、紙シート上に画像を作成する場合、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色のそれぞれの画像が、一般的には、まず、感光体のような像保持体から順次転写され、中間転写部材の上で重ねられる（一次転写）。次いで、このフルカラー画像を、１工程で紙シートに転写する（二次転写）。白黒の画像形成装置では、黒色画像を感光体から転写し、中間転写部材の上で重ね合わせ、次いで、紙シートに転写する。
【０００３】
高速機に用いるトナー画像転写のために設計された中間転写ベルト（ＩＴＢ）は、必要な導電性を維持していなければならない。必要な導電性を維持するために、使用するポリマーマトリックスに導電性要素を加え、中間転写ベルトを作成する。ＩＴＢにさまざまな種類の導電性材料を用いることができるが、カーボンブラックが最も一般的な導電性要素である。ＩＴＢのフィラーとしてカーボンブラックを加えると、破壊強度や引裂強度が低くなり、亀裂が生じ、機械操作時にＩＴＢが破損することがある。多くの場合、ＩＴＢ中のカーボンブラック含有量は、３０重量％までが限度であろう。ＩＴＢにカーボンブラックをもっと多く組み込むと、ＩＴＢの引裂強度が下がり、それによってＩＴＢの寿命が短くなる。フローコーティングの場合、カーボンブラックおよびポリマー樹脂の選択は、多くのプロセス要求事項によって制限される。したがって、導電性フィラーの含有量を減らしつつ、必要な導電性を達成し、ＩＴＢのロバスト性および寿命を高めることが必要とされている。それに加えて、カーボンブラックは、ＩＴＢの透明度を下げてしまう。このため、電子写真式印刷機に反射型センサを用いる必要がある。透過型ＩＴＢであれば、透過型センサを使用することができるだろう。
【発明の概要】
【０００４】
本明細書に記載されているのは、グラフェン粒子が層の約０．１重量％〜約３．０重量％の組み込み量で分散したフェノキシ樹脂を含む層を有する中間転写部材である。
【０００５】
グラフェン粒子が層の約０．１重量％〜約３．０重量％の組み込み量で分散したフェノキシ樹脂を含む表面層を有する中間転写部材が開示されており、ここで、フェノキシ樹脂は、以下の構造を有し、
【化１】
式中、ｎは約４０〜約４００であり、この層は、波長７００ｎｍでの透明度が約７０％である。
【０００６】
本明細書に記載されているのは、中間転写部材である。中間転写部材は、グラフェン粒子が層の約０．１重量％〜約３．０重量％の組み込み量で分散したフェノキシ樹脂を含む層を有し、ここで、フェノキシ樹脂は、以下の構造を有し、
【化２】
式中、ｍは約１〜約３９９であり、ｎは約３９９〜約１である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、画像装置の概略図である。
【図２】図２は、本明細書に開示した一実施形態の略図である。
【図３】図３は、本明細書に開示した一実施形態の略図である。
【図４】図４は、グラフェンの構造を示す。
【図５】図５は、中間転写ベルトの透明度の比較結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１を参照すると、画像形成装置は、以下に詳細に記載するような中間転写部材を備えている。この画像形成装置は、一次転写によって、像保持体で作成されたトナー画像を中間転写部材に転写するための第１転写ユニットと、二次転写によって、中間転写部材に転写されたトナー画像を転写材料に転写するための第２転写ユニットとを備える、中間転写システムである。また、この画像形成装置において、中間転写部材は、トナー画像を転写材料に転写するための転写領域内に、転写搬送体として与えられてもよい。高品質の画像を転写し、長期間にわたって安定なままである中間転写部材を有することが必要である。
【０００９】
本明細書に記載する画像形成装置は、中間転写方式の画像形成装置であれば、特に制限されず、例としては、現像デバイスに単色のみが格納されている通常の単色画像形成装置、像保持体上に保持されているトナー画像を、順次中間転写部材に繰り返し一次転写するためのカラー画像形成装置、中間転写部材に連続して配置されるそれぞれの色の現像ユニットとともに、複数の像保持体を備えているタンデム型カラー画像形成装置が挙げられる。さらに特定的には、画像形成装置は、適宜、像保持体と、像保持体表面を均一に帯電させる帯電ユニットと、中間転写部材表面を露光し、静電潜像を作成する露光ユニットと、現像溶液を用いて、像保持体表面に生成した潜像を現像し、トナー画像を作成する現像ユニットと、トナーユニットを転写材料に定着させる定着ユニットと、像保持体に付着したトナーおよび異物を除去するクリーニングユニットと、像保持体表面に残った静電潜像を除去する静電除去ユニットと、必要な場合には、既知の方法とを備えていてもよい。
【００１０】
像保持体として、既知のものを使用してもよい。像保持体の感光層として、有機系のアモルファスシリコン、または他の既知の材料を使用してもよい。円筒形の像保持体の場合、像保持体は、アルミニウムまたはアルミニウムアロイを押出成形し、表面処理を行う既知の方法によって得られる。ベルト形態の像保持体を使用してもよい。
【００１１】
帯電ユニットは、特に制限されず、既知の充電器を用いてもよく、例えば、導電性ローラーまたは半導体ローラー、ブラシ、フィルム、ゴム製ブレード、コロナ放電を利用するスコロトロン充電器またはコロトロン充電器などを用いた接触型充電器を用いてもよい。中でも、優れた電荷補償能という観点から、接触型帯電ユニットが好ましい。帯電ユニットは、通常は、直流を電子写真用感光材料に印加するが、交流をさらに重ね合わせてもよい。
【００１２】
露光ユニットは、特に制限されず、例えば、半導体レーザービーム、ＬＥＤビーム、液晶シャッタービームなどの光源を用いることによって、または、このような光源から多面鏡を通すことによって、電子写真用感光材料の表面に所望の画像を露光する光学系デバイスを用いてもよい。
【００１３】
現像ユニットは、適切には、目的に応じて選択されてもよく、例えば、一液型現像溶液または二液型現像溶液を用いることによって現像するための既知の現像ユニットを、ブラシおよびローラーを用いて、接触させるか、または接触させずに使用してもよい。
【００１４】
第１転写ユニットは、既知の転写充電器、例えば、部材、ローラー、フィルム、ゴム製ブレード、コロナ放電を利用するスコロトロン転写充電器またはコロトロン転写充電器を用いる接触型転写充電器を備えている。中でも、接触型転写充電器は、優れた転写電荷補償能を与える。転写充電器以外に、剥離型の充電器を一緒に使用してもよい。
【００１５】
第２転写ユニットは、第１転写ユニットと同じであってもよく、例えば、転写ローラーなど、スコロトロン転写充電器およびコロトロン転写充電器を用いた接触転写充電器であってもよい。接触型転写充電器の転写ローラーによって強く押すことによって、画像転写段階を維持することができる。さらに、転写ローラーまたは接触型転写充電器を、中間転写部材を導くような位置にローラーを押すことによって、トナー画像を中間転写部材から転写材料へと移動させる操作を行ってもよい。
【００１６】
光静電除去ユニットとして、例えば、タングステンランプまたはＬＥＤを用いてもよく、光静電除去プロセスで使用する光質としては、タングステンランプの白色、ＬＥＤの赤色を挙げることができる。光静電除去プロセスで、照射光の強度として、通常は、出力を、光質の約数倍〜約３０倍が、電子写真用感光材料の露光感度の半分を示すように設定する。
【００１７】
定着ユニットは、特に制限されず、任意の既知の定着ユニットを使用してもよく、例えば、熱ローラー定着ユニットおよびオーブン定着ユニットを用いてもよい。
【００１８】
クリーニングユニットは、特に制限されず、任意の既知のクリーニングデバイスを用いてもよい。
【００１９】
一次転写を繰り返すためのカラー画像形成装置を、図１に模式的に示している。図１に示す画像形成装置は、像保持体として感光ドラム１と、中間転写部材２（転写ベルトとして示されている）と、転写電極としてバイアスローラー３と、転写材料として紙を供給するためのトレー４と、ＢＫ（ブラック）トナーによる現像デバイス５と、Ｙ（イエロー）トナーによる現像デバイス６と、Ｍ（マゼンタ）トナーによる現像デバイス７と、Ｃ（シアン）トナーによる現像デバイス８と、部材クリーナー９と、剥離爪１３と、ローラー２１、２３、２４と、バックアップローラー２２と、導電性ローラー２５と、電極ローラー２６と、クリーニングブレード３１と、紙の束４１と、ピックアップローラー４２と、フィードローラー４３とを備えている。
【００２０】
図１に示す画像形成装置において、感光ドラム１は、矢印Ａの方向に回転し、帯電デバイス（図示せず）の表面を均一に帯電させる。帯電した感光ドラム１に、画像書き込みデバイス（例えば、レーザー書き込みデバイス）によって、第１色（例えば、ＢＫ）の静電潜像が作成される。この静電潜像は、現像デバイス５によって、トナーによって現像され、目に見えるトナー画像Ｔが作成される。トナー画像Ｔは、感光ドラム１が回転することによって、導電性ローラー２５を備える一次転写ユニットに移動し、導電性ローラー２５から、トナー画像Ｔに逆極性の電場がかけられる。トナー画像Ｔは、中間転写部材２に静電的に吸着し、矢印Ｂの方向に中間転写部材２が回転することによって、一次転写が行われる。
【００２１】
同様に、第２色のトナー画像、第３色のトナー画像、第４色のトナー画像が、次々と作成され、転写ベルト２に重ねて配置され、多層トナー画像が作成される。
【００２２】
転写体２が回転することによって、転写体２に転写された多層トナー画像が、バイアスローラー３を備える二次転写ユニットに移動する。二次転写ユニットは、転写ベルト２のトナー画像を保持している側の表面に配置されているバイアスローラー３と、転写ベルト２の裏側からバイアスローラー３と向かい合うように配置されているバックアップローラー２２と、バックアップローラー２２と密に接して回転する電極ローラー２６とを備えている。
【００２３】
紙４１は、ピックアップローラー４２によって、紙トレー４に入っている紙束から１枚ずつ取り出され、特定のタイミングで、フィードローラー４３によって、二次転写ユニットの転写ベルト２とバイアスローラー３との間の空間に供給される。供給された紙４１は、バイアスローラー３とバックアップローラー２２とに押されながら搬送され、転写ベルト２の上に保持されているトナー画像が、転写体２が回転することによって紙４１に転写される。
【００２４】
トナー画像が転写された紙４１は、最後のトナー画像の一次転写が終わるまで、剥離爪１３を後退した位置に操作することによって転写体２から剥離され、定着デバイス（示されていない）に搬送される。トナー画像は、圧力や熱を加えることによって定着し、永久的な画像が作成される。多層トナー画像を紙４１に転写した後、転写体２を、二次転写ユニットの下流に配置されているクリーナー９でクリーニングして残留トナーを除去し、次の転写に備える。バイアスローラー３は、ポリウレタンなどでできているクリーニングブレード３１が常に接触していてもよく、転写によって付着したトナー粒子、紙粉、他の異物が除去されるように提供されていてもよい。
【００２５】
単色画像を転写する場合、一次転写の後、トナー画像Ｔは、すぐに二次転写プロセスに送られ、定着デバイスに運ばれる。しかし、複数の色を組み合わせた多色画像を転写する場合には、中間転写部材２と感光ドラム１との回転が、一次転写ユニットで複数色のトナー画像の位置が正確に合い、複数色のトナー画像がずれないように同期化される。二次転写ユニットでは、トナーの極性と同じ極性の電圧（転写電圧）を、バイアスローラー３および中間転写部材２とは反対側に配置されているバックアップローラー２２と密に接触している電極ローラー２６に加えることによって、静電反発力によって、トナー画像が紙４１に転写される。これにより、画像が作成される。
【００２６】
中間転写部材２は、任意の適切な構成であってもよい。適切な構成の例としては、シート、フィルム、ウェブ、箔、片、コイル、円筒形、ドラム、終端のないメビウスの輪、円板、ドレルト（ドラムとベルトの中間）、終端のないベルトを含むベルト、終端がなく、つなぎ目のある可とう性ベルト、終端がなく、つなぎ目のない可とう性画像形成ベルト、パズルカットのつなぎ目がある、終端のないベルトなどが挙げられる。図１では、転写体２はベルトとして示されている。
【００２７】
画像転写の場合の画像では、カラートナー画像は、まず、光受容体に蓄積し、次いで、すべてのカラートナー画像が、同時に中間転写部材に転写される。タンデム型転写では、トナー画像は、所定の時間に、１つの色が、光受容体から中間転写部材の同じ領域に転写される。両実施形態が、本明細書に含まれる。
【００２８】
現像した画像を光導電性部材から中間転写部材に転写し、この画像を中間転写部材から基板に転写することは、電子写真で従来から使用されている任意の適切な技術（例えば、コロナ転写、圧力転写、バイアス転写、およびこれらの転写手段の組み合わせなど）によって行うことができる。
【００２９】
図１に示されるように、中間転写部材２は、この実施形態ではベルトであり、電子写真式装置の中でローラー（サスペンションローラー）２１、２２、２３、２４に掛けられており、長期間にわたって張った状態で駆動する。このため、中間転写ベルトは、十分な強度と耐久性をもつことが必要である。中間転写部材について特に関心が高い機械特性は、ヤング弾性率（Ｅ）、曲げ強度である。ＹＭ（Ｅ）は、引張弾性率を記述し、曲げ強度は、膜が曲げに耐える能力を記述する。中間転写部材のＹＭ（Ｅ）が小さいとき、ベルトは、変形しやすく、ベルトの一体性に影響を与え、最終的には、ベルトの寿命にも影響を与えるだろう。また、ベルトの変形は、画像の位置合わせにも悪い影響を与える。一方、曲げ強度が小さいと、ベルトは、割れるか、または欠けてしまうことがある。トナー媒剤による亀裂を防ぐために、多くの中間転写ベルトは、結晶性熱可塑性樹脂を含む樹脂組成物から作られた基材を含む多層構造を利用しており、表面には硬度の大きい層が形成されている。しかし、中間転写部材にこのような硬度の大きい層を形成する場合、この硬度の大きい層は、多層体の曲げ強度に悪影響を及ぼさないように、十分に薄い膜である必要がある。これらの追加されたパラメーターによる制限が加わり、薄膜を調製するために複雑度が上がり、時間がかかる。
【００３０】
それに加えて、電子写真式装置内の空間を節約するために、透過型ＩＴＢが望ましい。トナー濃度に基づく色および密度の補正は、ＩＴＢの上の小さなトナー片の反射率を測定することによって行われる。これらの測定結果を使用し、最終的な画像の望ましい色および密度を適切に再現するために、機械の設定を修正する。これらのトナー片の検出器は、検出器を一体化して画像形成装置を小型化してもよく、または、画像形成装置に優れた特徴を付与する他の機能的なデバイスを付け加えてもよいが、ＩＴＢの外側の周囲に配置され、場所を取ってしまう。透過型ＩＴＢによって、検出器をＩＴＢの裏側の空間に配置することができ、その状態で色および密度を補正した最終画像を得るために必要な測定を行うことができる。
【００３１】
図２に示される一実施形態では、中間転写部材５４は、単層構造で、膜の形態である。中間転写部材５４は、フェノキシ樹脂５２の単層である。この単層は、そのほかにグラフェン粒子５１を含む。単層は、他のポリマーおよびフィラーを含んでいてもよい。
【００３２】
図３に示される一実施形態では、中間転写部材６４は、二層構造で、膜の形態である。中間転写部材６４は、基材層６０を含んでいる。外側層であるフェノキシ樹脂６２は、基材層６０の上に配置されている。外側層は、グラフェン粒子５１を含んでいることが示されている。基材層にも、外側層にも、他のポリマーおよびフィラーが含まれていてもよい。数字が付されていない粒子が基材層に示されており、この粒子は、本明細書に記載されている任意の列挙した導電性粒子であってもよい。基材層６０は、ポリエステル、ポリウレタン、ポリイミド、フッ素化ポリイミド、ポリオレフィン（例えば、ポリエチレンおよびポリプロピレン、ポリエチレン−コ−ポリテトラフルオロエチレン）、ポリアミド（ポリアミドイミドを含む）、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、ポリカーボネート、ＰＶＤＦまたはアクリル樹脂、またはこのような材料のブレンドまたはアロイを含む多くの異なる材料から作られてもよい。
【００３３】
一般的に、中間転写ベルトは、フェノキシ樹脂とグラフェン粒子とで構成されている。機械を操作している間、ベルトはローラーに沿って回転する必要があるため、ＩＴＢベルトは、特定の弾性率および破壊強度をもつ必要がある。フィラーの組み込み量が多いＩＴＢを含むポリマーコンポジットでは、破壊強度が低下する。ＩＴＢ中のフィラー含有量を下げるために、高導電性材料を選択しなければならない。グラフェン粒子は、高導電性材料である。
【００３４】
本明細書に開示されているのは、導電性要素としてグラフェン粒子材料を用いたＩＴＢである。グラフェン粒子は、フェノキシ樹脂のポリマーマトリックス中に分散している。グラフェンを含むＩＴＢは、可とう性、透明度、破壊強度がきわめて良好である。例えば、バインダーとしてフェノキシ樹脂を含む場合、常用対数で１０Ω／□の表面抵抗率を達成するのに必要なグラフェン粒子は、わずか２．０重量％であり、一方、Ｅｖｏｎｉｋ−Ｄｅｇｕｓｓａから入手可能なカーボンブラックＳｐｅｃｉａｌ Ｂｌａｃｋ４だと、同じ表面抵抗率にするには１５重量％必要である。グラフェン粒子を約２．０重量％含むＩＴＢは、可視光の波長範囲できわめて良好な透明度を示した。波長７００ｎｍで、グラフェンを含むＩＴＢ膜の透明度は７０％であり、これに対し、カーボンブラックＳｐｅｃｉａｌ Ｂｌａｃｋ４を含むＩＴＢ膜では、透明度は０％であった。フェノキシ−グラフェン粒子ＩＴＢの透明度は、約４００ｎｍから約１０００ｎｍの波長で、透過率が約６０％〜約８０％である。ＩＴＢの透明度は、トナーの色を良好に位置合わせするためにも重要であることを注記しておくべきである。それに加え、透明なベルトだと、品質を良好に制御するために欠陥または亀裂を見つけるのも簡単である。以前、必要な導電性を達成するのに、カーボンブラックを多く組み込むことが必要であったため、ＩＴＢの透明度を達成することは困難であった。フェノキシ−グラフェン粒子ＩＴＢの破壊強度は、約５０ＭＰａ〜約９０ＭＰａ、または約５２ＭＰａ〜約８０ＭＰａ、または約５５ＭＰａ〜約７０ＭＰａである。
【００３５】
グラフェンの構造を図４に示す。グラフェンは、炭素原子が２次元のハニカム格子に緻密に充填された平坦な単層である。グラフェンは、ｓｐ２結合した炭素原子がハニカム結晶格子に緻密に充填された、厚みが１原子分の平らなシートである。グラファイトの結晶形態または「フレーク」形態は、積み重なった多くのグラフェンシートから構成されている。グラフェンは、グラファイト、石炭、カーボンナノチューブ、フラーレンを含むいくつかの炭素同素体の基本的な構造要素である。グラフェンは、無限に大きな芳香族分子であると考えることもでき、平坦な多環芳香族炭化水素群の限定的な状態である。伝達測定から得られる実験結果は、グラフェンが、室温で非常に高い電子移動性をもつことを示しており、１５，０００ｃｍ２Ｖ−１ｓ−１を超える値が報告されている。このグラフェンシートについて、対応する抵抗率は１０−６Ω・ｃｍであろう。この値は、銀の抵抗率よりも小さく、室温で知られている最も抵抗率の小さい基質である。
【００３６】
図２に示される電子写真式画像形成用途に用いる単層の中間転写部材は、フェノキシ樹脂を使用し、グラフェン粒子を含む。グラフェン粒子は、単層の約０．１重量％〜約３．０重量％、または約０．５重量％〜約２．５重量％、または約１．０重量％〜約２．０重量％の組み込み量で必要な導電性を達成する。
【００３７】
図３に示される多層中間転写部材は、最外層にグラフェンを含むフェノキシ樹脂を使用する。グラフェン粒子は、最外層の約０．１重量％〜約３．０重量％、または約０．５重量％〜約２．５重量％、または約１．０重量％〜約２．０重量％の組み込み量で必要な導電性を達成する。
【００３８】
フェノキシ樹脂は、高い凝集強度をもち、対衝撃性が良好で、強靱で延性のある熱可塑性材料である。この性質により、フェノキシ樹脂中間転写部材は、優れた機械特性をもつことができる。フェノキシ樹脂の単層または多層の中間転写部材は、約２，０００ＭＰａ〜約８，０００ＭＰａ、または約３，０００ＭＰａ〜約６，０００ＭＰａ、または約４，０００ＭＰａ〜約５，０００ＭＰａのヤング弾性率を示す。適切な抵抗率にするために、中間転写部材の表面抵抗率を調節するのは簡単である。それに加え、フェノキシ樹脂のコストはきわめて低い。フェノキシ樹脂の単層中間転写部材は、低コストで高性能の中間転写部材を与える。単層中間転写部材の厚みは、約３０μｍ〜約４００μｍ、または約５０μｍ〜約２００μｍ、または約７０μｍ〜約１５０μｍである。
【００３９】
また、フェノキシ樹脂の多層中間転写部材も、低コストで高性能の中間転写部材を与える。外側層６２の厚みは、約１μｍ〜約１５０μｍ、または約１０μｍ〜約１００μｍである。
【００４０】
単層５２または外側層６２に分散したグラフェン粒子５１は、抵抗率を、約１０８Ω／□〜約１０１３Ω／□、または約１０９Ω／□〜約１０１２Ω／□の望ましい範囲の表面抵抗率に下げる。体積抵抗率は、約１０７ｏｈｍ−ｃｍ〜約１０１２ｏｈｍ−ｃｍ、または約１０８ｏｈｍ−ｃｍ〜約１０１１ｏｈｍ−ｃｍである。この抵抗率は、グラフェン粒子５１の濃度を変えることによって与えることができる。グラフェン粒子５１は、それぞれの層５２または６２の約０．１重量％〜約３．０重量％、または約０．５重量％〜約２．５重量％、または約１．０重量％〜約２．０重量％の組み込み量で存在していてもよい。
【００４１】
グラフェン粒子を含む典型的な中間転写部材は、水の接触角が約７０°よりも大きく、または約８０°よりも大きく、または約８５°よりも大きい。
【００４２】
フェノキシ樹脂は、高い凝集強度をもち、対衝撃性が良好で、強靱で延性のある熱可塑性材料である。骨格のエーテル結合および側鎖のヒドロキシル基が、極性基材や、カーボンブラックのようなフィラーに対する濡れ性を促進し、これらに対する結合を促進する。構造的に、フェノキシ樹脂は、末端にα−グリコール基をもつポリヒドロキシエーテルである。
【００４３】
以下に示すのがフェノキシ樹脂の構造であり、
【化３】
式中、ｎは、約４０〜約４００、または約７０〜約４００、または約１００〜約３５０である。フェノキシ樹脂は、ビスフェノールＡおよびエピクロロヒドリンのポリマー、ビスフェノールＺおよびエピクロロヒドリンのポリマー、ビスフェノールＡＦおよびエピクロロヒドリンのポリマー、ビスフェノールＣおよびエピクロロヒドリンのポリマー、ビスフェノールＢＰおよびエピクロロヒドリンのポリマーから製造される。
【００４４】
フェノキシ樹脂は、ＩｎＣｈｅｍ Ｃｏｒｐ．（Ｒｏｃｋ Ｈｉｌｌ、ＳＣ）から市販されており、ＰＫＦＥ（Ｍｎ＝１６，０００、Ｍｗ＝６０，０００）、ＰＫＨＢ（Ｍｎ＝９，５００、Ｍｗ＝３２，０００）、ＰＫＨＣ（Ｍｎ＝１１，０００、Ｍｗ＝４３，０００）、ＰＫＨＨ（Ｍｎ＝１３，０００、Ｍｗ＝５２，０００）、ＰＫＨＪ（Ｍｎ＝１６，０００、Ｍｗ＝５７，０００）、ＰＫＨＰ（Ｍｎ＝１３，０００、Ｍｗ＝５２，０００）が挙げられる。
【００４５】
フェノキシ樹脂の多分散性は非常に狭く、典型的には、４．０未満である。平均的な分子は、熱硬化用途で架橋するのに適した、４０個以上の規則的に間のあいたヒドロキシル基を含んでいる。これらの側鎖のヒドロキシルは、高温で、時には周囲条件でさえも、熱硬化用途で架橋するのに優れた部位である。
【００４６】
フェノキシは、防湿性に優れており（水蒸気、酸素、二酸化炭素）、直接的および間接的な食物／飲料用容器コーティングの２１ＣＦＲ１７５．３００を満たしており、容器のための多層包装およびプラスチック要素で使用する接着剤に関する他の章も満たしており、フェノキシ樹脂は、環境に非常に優しい材料であることがわかる。一実施形態では、フェノキシ樹脂は、フェノキシ樹脂にグラフト結合した疎水性イソシアネート化学部分を含む。その構造は、以下によってあらわされ、
【化４】
式中、ｍは約１〜約３９９であり、ｎは約３９９〜約１である。ジラウリン酸ジブチルスズは触媒である。フェノキシ樹脂にグラフト結合したイソシアン酸フェニルに加え、ポリイソシアネートを用い、フェノキシ樹脂にグラフト結合させることによって、架橋したフェノキシ樹脂を得てもよい。
【００４７】
フェノキシ樹脂と反応させるために使用可能なイソシアネートの例としては、イソシアン酸フェニル、１，１，３，３−テトラメチルブチルイソシアネート、１−アダマンチルイソシアネート、１−ナフチルイソシアネート、２，２−ジフェニルエチルイソシアネート、２，３，４−トリフルオロフェニルイソシアネート、２，４，５−トリメチルフェニルイソシアネート、２−ベンジルフェニルイソシアネート、４，４’−メチレンビス（フェニルイソシアネート）などが挙げられる。また、Ｂａｙｅｒ Ｃｏｒｐ．から市販されているポリイソシアネートとしては、ＤＥＳＭＯＤＵＲ（登録商標）Ｎ３２００、Ｎ３３００Ａ、Ｎ７５ＢＡ、ＣＢ７２Ｎ、ＣＢ６０Ｎ、ＣＢ６０１Ｎ、ＣＢ５５Ｎ、ＢＬ４２６５ＳＮ、ＢＬ３４７５ＢＡ／ＳＮ、ＢＬ３３７０ＭＰＡ、ＢＬ３２７２ＭＰＡおよびＢＬ３１７５Ａ、ＭＯＮＤＵＲ（登録商標）Ｍ、ＣＤ、５８２、４４８、５０１が挙げられる。
【００４８】
図２および図３において、フェノキシ層５２および外側フェノキシ層６２は、ポリエステル、ポリウレタン、ポリイミド、フッ素化ポリイミド、ポリオレフィン（例えば、ポリエチレンおよびポリプロピレン、ポリエチレン−コ−ポリテトラフルオロエチレン）、ポリアミド（ポリアミドイミドを含む）、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、ポリカーボネート、ＰＶＤＦまたはアクリル樹脂、またはこのような材料のブレンドまたはアロイを含む、多くの異なるポリマー材料を含んでいてもよい。
【００４９】
図２および図３において、フェノキシ層５２および外側フェノキシ層６２は、多くの異なる導電性粒子を含んでいてもよい。さらなる導電性粒子は、カーボンブラック、アセチレンブラック、フッ素化カーボンブラック、金属酸化物、ドープされた金属酸化物、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリ（−フェニレンビニレン）、ポリ（ｐ−フェニルスルフィド）、ピロール、ポリインドール、ポリピレン、ポリカルバゾール、ポリアズレン、ポリアゼピン、ポリ（フッ素）、ポリナフタレン、およびこれらの混合物からなる群から選択されてもよい。
【００５０】
中間転写部材を製造する方法は、グラフェン粒子、フェノキシ樹脂および溶媒を混合して混合物を作成することを含む。混合物を基材にコーティングし、乾燥させる。単層中間転写部材の場合、乾燥したコーティングを基材から剥がしてもよい。
【００５１】
フェノキシ樹脂およびグラフェン粒子の溶液を作成するのに有用な溶媒としては、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン、ベンジルアルコール、エチレングリコールエーテル、ジエチレングリコールアルキルエーテル、プロピレングリコールアルキルエーテル、フェノキシプロパノール、酢酸エチル、二塩基性エステル、テトラヒドロフラン、Ｎ−メチルピロリドン、ジアセトンアルコール、Ｎ，Ｎ’−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ’−ジメチルアセトアミド、塩化メチレンなどが挙げられる。
【００５２】
一実施形態では、中間転写部材を製造する方法は、グラフェン粒子、フェノキシ樹脂および溶媒を混合して混合物を作成することを含む。混合物をフェノキシ樹脂および溶媒と混合し、コーティング分散物を作成する。混合物を基材にコーティングし、乾燥させる。乾燥したコーティングを基材から剥がす。この２工程プロセスは、最終的な中間転写部材に適切な抵抗率を単純化された様式で与えることができるプロセスである。
【００５３】
このような混合物または分散物を基材層にコーティングする典型的な技術としては、フローコーティング、液体噴霧コーティング、ワイヤ巻き付けロッドによるコーティング、流動床コーティング、粉末コーティング、静電噴霧、音波噴霧、ブレードコーティング、成形、積層などが挙げられる。
【００５４】
添加剤およびさらなるフィラーが上述のいずれかの層に存在してもよい。
【実施例】
【００５５】
ＩＴＢ ＃９１Ｄの調製：１２０ｍＬのガラス瓶に、ＤＭＦ溶媒中、ＶｏｒｂｅｃｋＭａｔｅｒｉａｌｓ製のグラフェン分散物Ｖｏｒ−ｉｎｋ １．０５ｇ（固体含有量が１１．８％）を、２０％フェノキシ樹脂ＰＫＨＨ ３０ｇと混合した。次いで、この瓶に界面活性剤Ｓｔｅｐｆａｃ８１７１ ０．０３ｇおよびフルオロポリマーＦＣ−４４３２ ０．００５ｇを加えた。全ての材料をローリングミルで３０分間混合した後、この瓶に１／８インチのステンレス鋼ビーズ（４００ｇ）を加えた。この瓶をローリングミルで２４時間回転させた。ミルにかけた溶液を濾過によって集めた。この溶液を、１０ｍｉｌのバードバーによってステンレス鋼シートでコーティングし、８５℃で３０分間乾燥し、１３５℃で３０分間、１８５℃で４５分間乾燥した。コーティングされた膜は、コーティング基材から簡単に剥離し、表面は非常に平滑であった。表面抵抗率は７．０４Ｅ＋１０Ω／□であった。
【００５６】
ＩＴＢ ＃９１Ｅの調製：ＩＴＢ ＃９１Ｄと同じように、但し、グラフェン分散物Ｖｏｒ−ｉｎｋの代わりにカーボンブラックＳｐｅｃｉａｌ Ｂｌａｃｋ ４分散物５．５ｇ（固体含有量が１８．２％、実験室で調製）を用いて調製した。ＩＴＢ ＃９１Ｅサンプルは、配合および調製の手順は同じであった。このサンプルの表面抵抗率は、１．７９Ｅ＋１０Ω／□であった。ＩＴＢの機械特性を以下にまとめている。
【表１】
【００５７】
上の２サンプルは、弾性率が同じであった。グラフェンを含むサンプル＃９１Ｄは、カーボンブラックを含むサンプル＃９１Ｅよりも破壊強度が約４０％高かった。
【００５８】
可視光範囲でのサンプルの透明度は、以下のとおりである。グラフェンを含むＩＴＢサンプル＃９１Ｄは、波長７００ｎｍでの透明度が７０％であり、これに対し、カーボンブラックを含むサンプル＃９１Ｅは、０％であった（図５）。
【００５９】
ＩＴＢコーティングは、金属性基材から自己剥離することができる。それ以外の剥離層は必要ではない。グラフェンで改質されたＩＴＢベルトは、導電性フィラーとしてカーボンブラックを含む現時点で使用されているＩＴＢと比べ、可とう性、破壊強度、可視光波長範囲での透明度が改良されていることが示された。光学的に透明なＩＴＢは、画像のデジタルによる位置合わせ、ＩＴＢ寿命品質のモニタリング、ＩＴＢコーティングの品質制御を付与するといった多くの利点をもつ。
【技術分野】
【０００１】
本開示は、画像形成装置および中間転写部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
トナーを静電的に転写する中間転写部材を用いることによって、カラー画像または白黒画像が作成される画像形成装置は、十分に知られている。このような中間転写部材を用い、カラー画像形成装置内で、紙シート上に画像を作成する場合、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色のそれぞれの画像が、一般的には、まず、感光体のような像保持体から順次転写され、中間転写部材の上で重ねられる（一次転写）。次いで、このフルカラー画像を、１工程で紙シートに転写する（二次転写）。白黒の画像形成装置では、黒色画像を感光体から転写し、中間転写部材の上で重ね合わせ、次いで、紙シートに転写する。
【０００３】
高速機に用いるトナー画像転写のために設計された中間転写ベルト（ＩＴＢ）は、必要な導電性を維持していなければならない。必要な導電性を維持するために、使用するポリマーマトリックスに導電性要素を加え、中間転写ベルトを作成する。ＩＴＢにさまざまな種類の導電性材料を用いることができるが、カーボンブラックが最も一般的な導電性要素である。ＩＴＢのフィラーとしてカーボンブラックを加えると、破壊強度や引裂強度が低くなり、亀裂が生じ、機械操作時にＩＴＢが破損することがある。多くの場合、ＩＴＢ中のカーボンブラック含有量は、３０重量％までが限度であろう。ＩＴＢにカーボンブラックをもっと多く組み込むと、ＩＴＢの引裂強度が下がり、それによってＩＴＢの寿命が短くなる。フローコーティングの場合、カーボンブラックおよびポリマー樹脂の選択は、多くのプロセス要求事項によって制限される。したがって、導電性フィラーの含有量を減らしつつ、必要な導電性を達成し、ＩＴＢのロバスト性および寿命を高めることが必要とされている。それに加えて、カーボンブラックは、ＩＴＢの透明度を下げてしまう。このため、電子写真式印刷機に反射型センサを用いる必要がある。透過型ＩＴＢであれば、透過型センサを使用することができるだろう。
【発明の概要】
【０００４】
本明細書に記載されているのは、グラフェン粒子が層の約０．１重量％〜約３．０重量％の組み込み量で分散したフェノキシ樹脂を含む層を有する中間転写部材である。
【０００５】
グラフェン粒子が層の約０．１重量％〜約３．０重量％の組み込み量で分散したフェノキシ樹脂を含む表面層を有する中間転写部材が開示されており、ここで、フェノキシ樹脂は、以下の構造を有し、
【化１】
式中、ｎは約４０〜約４００であり、この層は、波長７００ｎｍでの透明度が約７０％である。
【０００６】
本明細書に記載されているのは、中間転写部材である。中間転写部材は、グラフェン粒子が層の約０．１重量％〜約３．０重量％の組み込み量で分散したフェノキシ樹脂を含む層を有し、ここで、フェノキシ樹脂は、以下の構造を有し、
【化２】
式中、ｍは約１〜約３９９であり、ｎは約３９９〜約１である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、画像装置の概略図である。
【図２】図２は、本明細書に開示した一実施形態の略図である。
【図３】図３は、本明細書に開示した一実施形態の略図である。
【図４】図４は、グラフェンの構造を示す。
【図５】図５は、中間転写ベルトの透明度の比較結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１を参照すると、画像形成装置は、以下に詳細に記載するような中間転写部材を備えている。この画像形成装置は、一次転写によって、像保持体で作成されたトナー画像を中間転写部材に転写するための第１転写ユニットと、二次転写によって、中間転写部材に転写されたトナー画像を転写材料に転写するための第２転写ユニットとを備える、中間転写システムである。また、この画像形成装置において、中間転写部材は、トナー画像を転写材料に転写するための転写領域内に、転写搬送体として与えられてもよい。高品質の画像を転写し、長期間にわたって安定なままである中間転写部材を有することが必要である。
【０００９】
本明細書に記載する画像形成装置は、中間転写方式の画像形成装置であれば、特に制限されず、例としては、現像デバイスに単色のみが格納されている通常の単色画像形成装置、像保持体上に保持されているトナー画像を、順次中間転写部材に繰り返し一次転写するためのカラー画像形成装置、中間転写部材に連続して配置されるそれぞれの色の現像ユニットとともに、複数の像保持体を備えているタンデム型カラー画像形成装置が挙げられる。さらに特定的には、画像形成装置は、適宜、像保持体と、像保持体表面を均一に帯電させる帯電ユニットと、中間転写部材表面を露光し、静電潜像を作成する露光ユニットと、現像溶液を用いて、像保持体表面に生成した潜像を現像し、トナー画像を作成する現像ユニットと、トナーユニットを転写材料に定着させる定着ユニットと、像保持体に付着したトナーおよび異物を除去するクリーニングユニットと、像保持体表面に残った静電潜像を除去する静電除去ユニットと、必要な場合には、既知の方法とを備えていてもよい。
【００１０】
像保持体として、既知のものを使用してもよい。像保持体の感光層として、有機系のアモルファスシリコン、または他の既知の材料を使用してもよい。円筒形の像保持体の場合、像保持体は、アルミニウムまたはアルミニウムアロイを押出成形し、表面処理を行う既知の方法によって得られる。ベルト形態の像保持体を使用してもよい。
【００１１】
帯電ユニットは、特に制限されず、既知の充電器を用いてもよく、例えば、導電性ローラーまたは半導体ローラー、ブラシ、フィルム、ゴム製ブレード、コロナ放電を利用するスコロトロン充電器またはコロトロン充電器などを用いた接触型充電器を用いてもよい。中でも、優れた電荷補償能という観点から、接触型帯電ユニットが好ましい。帯電ユニットは、通常は、直流を電子写真用感光材料に印加するが、交流をさらに重ね合わせてもよい。
【００１２】
露光ユニットは、特に制限されず、例えば、半導体レーザービーム、ＬＥＤビーム、液晶シャッタービームなどの光源を用いることによって、または、このような光源から多面鏡を通すことによって、電子写真用感光材料の表面に所望の画像を露光する光学系デバイスを用いてもよい。
【００１３】
現像ユニットは、適切には、目的に応じて選択されてもよく、例えば、一液型現像溶液または二液型現像溶液を用いることによって現像するための既知の現像ユニットを、ブラシおよびローラーを用いて、接触させるか、または接触させずに使用してもよい。
【００１４】
第１転写ユニットは、既知の転写充電器、例えば、部材、ローラー、フィルム、ゴム製ブレード、コロナ放電を利用するスコロトロン転写充電器またはコロトロン転写充電器を用いる接触型転写充電器を備えている。中でも、接触型転写充電器は、優れた転写電荷補償能を与える。転写充電器以外に、剥離型の充電器を一緒に使用してもよい。
【００１５】
第２転写ユニットは、第１転写ユニットと同じであってもよく、例えば、転写ローラーなど、スコロトロン転写充電器およびコロトロン転写充電器を用いた接触転写充電器であってもよい。接触型転写充電器の転写ローラーによって強く押すことによって、画像転写段階を維持することができる。さらに、転写ローラーまたは接触型転写充電器を、中間転写部材を導くような位置にローラーを押すことによって、トナー画像を中間転写部材から転写材料へと移動させる操作を行ってもよい。
【００１６】
光静電除去ユニットとして、例えば、タングステンランプまたはＬＥＤを用いてもよく、光静電除去プロセスで使用する光質としては、タングステンランプの白色、ＬＥＤの赤色を挙げることができる。光静電除去プロセスで、照射光の強度として、通常は、出力を、光質の約数倍〜約３０倍が、電子写真用感光材料の露光感度の半分を示すように設定する。
【００１７】
定着ユニットは、特に制限されず、任意の既知の定着ユニットを使用してもよく、例えば、熱ローラー定着ユニットおよびオーブン定着ユニットを用いてもよい。
【００１８】
クリーニングユニットは、特に制限されず、任意の既知のクリーニングデバイスを用いてもよい。
【００１９】
一次転写を繰り返すためのカラー画像形成装置を、図１に模式的に示している。図１に示す画像形成装置は、像保持体として感光ドラム１と、中間転写部材２（転写ベルトとして示されている）と、転写電極としてバイアスローラー３と、転写材料として紙を供給するためのトレー４と、ＢＫ（ブラック）トナーによる現像デバイス５と、Ｙ（イエロー）トナーによる現像デバイス６と、Ｍ（マゼンタ）トナーによる現像デバイス７と、Ｃ（シアン）トナーによる現像デバイス８と、部材クリーナー９と、剥離爪１３と、ローラー２１、２３、２４と、バックアップローラー２２と、導電性ローラー２５と、電極ローラー２６と、クリーニングブレード３１と、紙の束４１と、ピックアップローラー４２と、フィードローラー４３とを備えている。
【００２０】
図１に示す画像形成装置において、感光ドラム１は、矢印Ａの方向に回転し、帯電デバイス（図示せず）の表面を均一に帯電させる。帯電した感光ドラム１に、画像書き込みデバイス（例えば、レーザー書き込みデバイス）によって、第１色（例えば、ＢＫ）の静電潜像が作成される。この静電潜像は、現像デバイス５によって、トナーによって現像され、目に見えるトナー画像Ｔが作成される。トナー画像Ｔは、感光ドラム１が回転することによって、導電性ローラー２５を備える一次転写ユニットに移動し、導電性ローラー２５から、トナー画像Ｔに逆極性の電場がかけられる。トナー画像Ｔは、中間転写部材２に静電的に吸着し、矢印Ｂの方向に中間転写部材２が回転することによって、一次転写が行われる。
【００２１】
同様に、第２色のトナー画像、第３色のトナー画像、第４色のトナー画像が、次々と作成され、転写ベルト２に重ねて配置され、多層トナー画像が作成される。
【００２２】
転写体２が回転することによって、転写体２に転写された多層トナー画像が、バイアスローラー３を備える二次転写ユニットに移動する。二次転写ユニットは、転写ベルト２のトナー画像を保持している側の表面に配置されているバイアスローラー３と、転写ベルト２の裏側からバイアスローラー３と向かい合うように配置されているバックアップローラー２２と、バックアップローラー２２と密に接して回転する電極ローラー２６とを備えている。
【００２３】
紙４１は、ピックアップローラー４２によって、紙トレー４に入っている紙束から１枚ずつ取り出され、特定のタイミングで、フィードローラー４３によって、二次転写ユニットの転写ベルト２とバイアスローラー３との間の空間に供給される。供給された紙４１は、バイアスローラー３とバックアップローラー２２とに押されながら搬送され、転写ベルト２の上に保持されているトナー画像が、転写体２が回転することによって紙４１に転写される。
【００２４】
トナー画像が転写された紙４１は、最後のトナー画像の一次転写が終わるまで、剥離爪１３を後退した位置に操作することによって転写体２から剥離され、定着デバイス（示されていない）に搬送される。トナー画像は、圧力や熱を加えることによって定着し、永久的な画像が作成される。多層トナー画像を紙４１に転写した後、転写体２を、二次転写ユニットの下流に配置されているクリーナー９でクリーニングして残留トナーを除去し、次の転写に備える。バイアスローラー３は、ポリウレタンなどでできているクリーニングブレード３１が常に接触していてもよく、転写によって付着したトナー粒子、紙粉、他の異物が除去されるように提供されていてもよい。
【００２５】
単色画像を転写する場合、一次転写の後、トナー画像Ｔは、すぐに二次転写プロセスに送られ、定着デバイスに運ばれる。しかし、複数の色を組み合わせた多色画像を転写する場合には、中間転写部材２と感光ドラム１との回転が、一次転写ユニットで複数色のトナー画像の位置が正確に合い、複数色のトナー画像がずれないように同期化される。二次転写ユニットでは、トナーの極性と同じ極性の電圧（転写電圧）を、バイアスローラー３および中間転写部材２とは反対側に配置されているバックアップローラー２２と密に接触している電極ローラー２６に加えることによって、静電反発力によって、トナー画像が紙４１に転写される。これにより、画像が作成される。
【００２６】
中間転写部材２は、任意の適切な構成であってもよい。適切な構成の例としては、シート、フィルム、ウェブ、箔、片、コイル、円筒形、ドラム、終端のないメビウスの輪、円板、ドレルト（ドラムとベルトの中間）、終端のないベルトを含むベルト、終端がなく、つなぎ目のある可とう性ベルト、終端がなく、つなぎ目のない可とう性画像形成ベルト、パズルカットのつなぎ目がある、終端のないベルトなどが挙げられる。図１では、転写体２はベルトとして示されている。
【００２７】
画像転写の場合の画像では、カラートナー画像は、まず、光受容体に蓄積し、次いで、すべてのカラートナー画像が、同時に中間転写部材に転写される。タンデム型転写では、トナー画像は、所定の時間に、１つの色が、光受容体から中間転写部材の同じ領域に転写される。両実施形態が、本明細書に含まれる。
【００２８】
現像した画像を光導電性部材から中間転写部材に転写し、この画像を中間転写部材から基板に転写することは、電子写真で従来から使用されている任意の適切な技術（例えば、コロナ転写、圧力転写、バイアス転写、およびこれらの転写手段の組み合わせなど）によって行うことができる。
【００２９】
図１に示されるように、中間転写部材２は、この実施形態ではベルトであり、電子写真式装置の中でローラー（サスペンションローラー）２１、２２、２３、２４に掛けられており、長期間にわたって張った状態で駆動する。このため、中間転写ベルトは、十分な強度と耐久性をもつことが必要である。中間転写部材について特に関心が高い機械特性は、ヤング弾性率（Ｅ）、曲げ強度である。ＹＭ（Ｅ）は、引張弾性率を記述し、曲げ強度は、膜が曲げに耐える能力を記述する。中間転写部材のＹＭ（Ｅ）が小さいとき、ベルトは、変形しやすく、ベルトの一体性に影響を与え、最終的には、ベルトの寿命にも影響を与えるだろう。また、ベルトの変形は、画像の位置合わせにも悪い影響を与える。一方、曲げ強度が小さいと、ベルトは、割れるか、または欠けてしまうことがある。トナー媒剤による亀裂を防ぐために、多くの中間転写ベルトは、結晶性熱可塑性樹脂を含む樹脂組成物から作られた基材を含む多層構造を利用しており、表面には硬度の大きい層が形成されている。しかし、中間転写部材にこのような硬度の大きい層を形成する場合、この硬度の大きい層は、多層体の曲げ強度に悪影響を及ぼさないように、十分に薄い膜である必要がある。これらの追加されたパラメーターによる制限が加わり、薄膜を調製するために複雑度が上がり、時間がかかる。
【００３０】
それに加えて、電子写真式装置内の空間を節約するために、透過型ＩＴＢが望ましい。トナー濃度に基づく色および密度の補正は、ＩＴＢの上の小さなトナー片の反射率を測定することによって行われる。これらの測定結果を使用し、最終的な画像の望ましい色および密度を適切に再現するために、機械の設定を修正する。これらのトナー片の検出器は、検出器を一体化して画像形成装置を小型化してもよく、または、画像形成装置に優れた特徴を付与する他の機能的なデバイスを付け加えてもよいが、ＩＴＢの外側の周囲に配置され、場所を取ってしまう。透過型ＩＴＢによって、検出器をＩＴＢの裏側の空間に配置することができ、その状態で色および密度を補正した最終画像を得るために必要な測定を行うことができる。
【００３１】
図２に示される一実施形態では、中間転写部材５４は、単層構造で、膜の形態である。中間転写部材５４は、フェノキシ樹脂５２の単層である。この単層は、そのほかにグラフェン粒子５１を含む。単層は、他のポリマーおよびフィラーを含んでいてもよい。
【００３２】
図３に示される一実施形態では、中間転写部材６４は、二層構造で、膜の形態である。中間転写部材６４は、基材層６０を含んでいる。外側層であるフェノキシ樹脂６２は、基材層６０の上に配置されている。外側層は、グラフェン粒子５１を含んでいることが示されている。基材層にも、外側層にも、他のポリマーおよびフィラーが含まれていてもよい。数字が付されていない粒子が基材層に示されており、この粒子は、本明細書に記載されている任意の列挙した導電性粒子であってもよい。基材層６０は、ポリエステル、ポリウレタン、ポリイミド、フッ素化ポリイミド、ポリオレフィン（例えば、ポリエチレンおよびポリプロピレン、ポリエチレン−コ−ポリテトラフルオロエチレン）、ポリアミド（ポリアミドイミドを含む）、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、ポリカーボネート、ＰＶＤＦまたはアクリル樹脂、またはこのような材料のブレンドまたはアロイを含む多くの異なる材料から作られてもよい。
【００３３】
一般的に、中間転写ベルトは、フェノキシ樹脂とグラフェン粒子とで構成されている。機械を操作している間、ベルトはローラーに沿って回転する必要があるため、ＩＴＢベルトは、特定の弾性率および破壊強度をもつ必要がある。フィラーの組み込み量が多いＩＴＢを含むポリマーコンポジットでは、破壊強度が低下する。ＩＴＢ中のフィラー含有量を下げるために、高導電性材料を選択しなければならない。グラフェン粒子は、高導電性材料である。
【００３４】
本明細書に開示されているのは、導電性要素としてグラフェン粒子材料を用いたＩＴＢである。グラフェン粒子は、フェノキシ樹脂のポリマーマトリックス中に分散している。グラフェンを含むＩＴＢは、可とう性、透明度、破壊強度がきわめて良好である。例えば、バインダーとしてフェノキシ樹脂を含む場合、常用対数で１０Ω／□の表面抵抗率を達成するのに必要なグラフェン粒子は、わずか２．０重量％であり、一方、Ｅｖｏｎｉｋ−Ｄｅｇｕｓｓａから入手可能なカーボンブラックＳｐｅｃｉａｌ Ｂｌａｃｋ４だと、同じ表面抵抗率にするには１５重量％必要である。グラフェン粒子を約２．０重量％含むＩＴＢは、可視光の波長範囲できわめて良好な透明度を示した。波長７００ｎｍで、グラフェンを含むＩＴＢ膜の透明度は７０％であり、これに対し、カーボンブラックＳｐｅｃｉａｌ Ｂｌａｃｋ４を含むＩＴＢ膜では、透明度は０％であった。フェノキシ−グラフェン粒子ＩＴＢの透明度は、約４００ｎｍから約１０００ｎｍの波長で、透過率が約６０％〜約８０％である。ＩＴＢの透明度は、トナーの色を良好に位置合わせするためにも重要であることを注記しておくべきである。それに加え、透明なベルトだと、品質を良好に制御するために欠陥または亀裂を見つけるのも簡単である。以前、必要な導電性を達成するのに、カーボンブラックを多く組み込むことが必要であったため、ＩＴＢの透明度を達成することは困難であった。フェノキシ−グラフェン粒子ＩＴＢの破壊強度は、約５０ＭＰａ〜約９０ＭＰａ、または約５２ＭＰａ〜約８０ＭＰａ、または約５５ＭＰａ〜約７０ＭＰａである。
【００３５】
グラフェンの構造を図４に示す。グラフェンは、炭素原子が２次元のハニカム格子に緻密に充填された平坦な単層である。グラフェンは、ｓｐ２結合した炭素原子がハニカム結晶格子に緻密に充填された、厚みが１原子分の平らなシートである。グラファイトの結晶形態または「フレーク」形態は、積み重なった多くのグラフェンシートから構成されている。グラフェンは、グラファイト、石炭、カーボンナノチューブ、フラーレンを含むいくつかの炭素同素体の基本的な構造要素である。グラフェンは、無限に大きな芳香族分子であると考えることもでき、平坦な多環芳香族炭化水素群の限定的な状態である。伝達測定から得られる実験結果は、グラフェンが、室温で非常に高い電子移動性をもつことを示しており、１５，０００ｃｍ２Ｖ−１ｓ−１を超える値が報告されている。このグラフェンシートについて、対応する抵抗率は１０−６Ω・ｃｍであろう。この値は、銀の抵抗率よりも小さく、室温で知られている最も抵抗率の小さい基質である。
【００３６】
図２に示される電子写真式画像形成用途に用いる単層の中間転写部材は、フェノキシ樹脂を使用し、グラフェン粒子を含む。グラフェン粒子は、単層の約０．１重量％〜約３．０重量％、または約０．５重量％〜約２．５重量％、または約１．０重量％〜約２．０重量％の組み込み量で必要な導電性を達成する。
【００３７】
図３に示される多層中間転写部材は、最外層にグラフェンを含むフェノキシ樹脂を使用する。グラフェン粒子は、最外層の約０．１重量％〜約３．０重量％、または約０．５重量％〜約２．５重量％、または約１．０重量％〜約２．０重量％の組み込み量で必要な導電性を達成する。
【００３８】
フェノキシ樹脂は、高い凝集強度をもち、対衝撃性が良好で、強靱で延性のある熱可塑性材料である。この性質により、フェノキシ樹脂中間転写部材は、優れた機械特性をもつことができる。フェノキシ樹脂の単層または多層の中間転写部材は、約２，０００ＭＰａ〜約８，０００ＭＰａ、または約３，０００ＭＰａ〜約６，０００ＭＰａ、または約４，０００ＭＰａ〜約５，０００ＭＰａのヤング弾性率を示す。適切な抵抗率にするために、中間転写部材の表面抵抗率を調節するのは簡単である。それに加え、フェノキシ樹脂のコストはきわめて低い。フェノキシ樹脂の単層中間転写部材は、低コストで高性能の中間転写部材を与える。単層中間転写部材の厚みは、約３０μｍ〜約４００μｍ、または約５０μｍ〜約２００μｍ、または約７０μｍ〜約１５０μｍである。
【００３９】
また、フェノキシ樹脂の多層中間転写部材も、低コストで高性能の中間転写部材を与える。外側層６２の厚みは、約１μｍ〜約１５０μｍ、または約１０μｍ〜約１００μｍである。
【００４０】
単層５２または外側層６２に分散したグラフェン粒子５１は、抵抗率を、約１０８Ω／□〜約１０１３Ω／□、または約１０９Ω／□〜約１０１２Ω／□の望ましい範囲の表面抵抗率に下げる。体積抵抗率は、約１０７ｏｈｍ−ｃｍ〜約１０１２ｏｈｍ−ｃｍ、または約１０８ｏｈｍ−ｃｍ〜約１０１１ｏｈｍ−ｃｍである。この抵抗率は、グラフェン粒子５１の濃度を変えることによって与えることができる。グラフェン粒子５１は、それぞれの層５２または６２の約０．１重量％〜約３．０重量％、または約０．５重量％〜約２．５重量％、または約１．０重量％〜約２．０重量％の組み込み量で存在していてもよい。
【００４１】
グラフェン粒子を含む典型的な中間転写部材は、水の接触角が約７０°よりも大きく、または約８０°よりも大きく、または約８５°よりも大きい。
【００４２】
フェノキシ樹脂は、高い凝集強度をもち、対衝撃性が良好で、強靱で延性のある熱可塑性材料である。骨格のエーテル結合および側鎖のヒドロキシル基が、極性基材や、カーボンブラックのようなフィラーに対する濡れ性を促進し、これらに対する結合を促進する。構造的に、フェノキシ樹脂は、末端にα−グリコール基をもつポリヒドロキシエーテルである。
【００４３】
以下に示すのがフェノキシ樹脂の構造であり、
【化３】
式中、ｎは、約４０〜約４００、または約７０〜約４００、または約１００〜約３５０である。フェノキシ樹脂は、ビスフェノールＡおよびエピクロロヒドリンのポリマー、ビスフェノールＺおよびエピクロロヒドリンのポリマー、ビスフェノールＡＦおよびエピクロロヒドリンのポリマー、ビスフェノールＣおよびエピクロロヒドリンのポリマー、ビスフェノールＢＰおよびエピクロロヒドリンのポリマーから製造される。
【００４４】
フェノキシ樹脂は、ＩｎＣｈｅｍ Ｃｏｒｐ．（Ｒｏｃｋ Ｈｉｌｌ、ＳＣ）から市販されており、ＰＫＦＥ（Ｍｎ＝１６，０００、Ｍｗ＝６０，０００）、ＰＫＨＢ（Ｍｎ＝９，５００、Ｍｗ＝３２，０００）、ＰＫＨＣ（Ｍｎ＝１１，０００、Ｍｗ＝４３，０００）、ＰＫＨＨ（Ｍｎ＝１３，０００、Ｍｗ＝５２，０００）、ＰＫＨＪ（Ｍｎ＝１６，０００、Ｍｗ＝５７，０００）、ＰＫＨＰ（Ｍｎ＝１３，０００、Ｍｗ＝５２，０００）が挙げられる。
【００４５】
フェノキシ樹脂の多分散性は非常に狭く、典型的には、４．０未満である。平均的な分子は、熱硬化用途で架橋するのに適した、４０個以上の規則的に間のあいたヒドロキシル基を含んでいる。これらの側鎖のヒドロキシルは、高温で、時には周囲条件でさえも、熱硬化用途で架橋するのに優れた部位である。
【００４６】
フェノキシは、防湿性に優れており（水蒸気、酸素、二酸化炭素）、直接的および間接的な食物／飲料用容器コーティングの２１ＣＦＲ１７５．３００を満たしており、容器のための多層包装およびプラスチック要素で使用する接着剤に関する他の章も満たしており、フェノキシ樹脂は、環境に非常に優しい材料であることがわかる。一実施形態では、フェノキシ樹脂は、フェノキシ樹脂にグラフト結合した疎水性イソシアネート化学部分を含む。その構造は、以下によってあらわされ、
【化４】
式中、ｍは約１〜約３９９であり、ｎは約３９９〜約１である。ジラウリン酸ジブチルスズは触媒である。フェノキシ樹脂にグラフト結合したイソシアン酸フェニルに加え、ポリイソシアネートを用い、フェノキシ樹脂にグラフト結合させることによって、架橋したフェノキシ樹脂を得てもよい。
【００４７】
フェノキシ樹脂と反応させるために使用可能なイソシアネートの例としては、イソシアン酸フェニル、１，１，３，３−テトラメチルブチルイソシアネート、１−アダマンチルイソシアネート、１−ナフチルイソシアネート、２，２−ジフェニルエチルイソシアネート、２，３，４−トリフルオロフェニルイソシアネート、２，４，５−トリメチルフェニルイソシアネート、２−ベンジルフェニルイソシアネート、４，４’−メチレンビス（フェニルイソシアネート）などが挙げられる。また、Ｂａｙｅｒ Ｃｏｒｐ．から市販されているポリイソシアネートとしては、ＤＥＳＭＯＤＵＲ（登録商標）Ｎ３２００、Ｎ３３００Ａ、Ｎ７５ＢＡ、ＣＢ７２Ｎ、ＣＢ６０Ｎ、ＣＢ６０１Ｎ、ＣＢ５５Ｎ、ＢＬ４２６５ＳＮ、ＢＬ３４７５ＢＡ／ＳＮ、ＢＬ３３７０ＭＰＡ、ＢＬ３２７２ＭＰＡおよびＢＬ３１７５Ａ、ＭＯＮＤＵＲ（登録商標）Ｍ、ＣＤ、５８２、４４８、５０１が挙げられる。
【００４８】
図２および図３において、フェノキシ層５２および外側フェノキシ層６２は、ポリエステル、ポリウレタン、ポリイミド、フッ素化ポリイミド、ポリオレフィン（例えば、ポリエチレンおよびポリプロピレン、ポリエチレン−コ−ポリテトラフルオロエチレン）、ポリアミド（ポリアミドイミドを含む）、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、ポリカーボネート、ＰＶＤＦまたはアクリル樹脂、またはこのような材料のブレンドまたはアロイを含む、多くの異なるポリマー材料を含んでいてもよい。
【００４９】
図２および図３において、フェノキシ層５２および外側フェノキシ層６２は、多くの異なる導電性粒子を含んでいてもよい。さらなる導電性粒子は、カーボンブラック、アセチレンブラック、フッ素化カーボンブラック、金属酸化物、ドープされた金属酸化物、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリ（−フェニレンビニレン）、ポリ（ｐ−フェニルスルフィド）、ピロール、ポリインドール、ポリピレン、ポリカルバゾール、ポリアズレン、ポリアゼピン、ポリ（フッ素）、ポリナフタレン、およびこれらの混合物からなる群から選択されてもよい。
【００５０】
中間転写部材を製造する方法は、グラフェン粒子、フェノキシ樹脂および溶媒を混合して混合物を作成することを含む。混合物を基材にコーティングし、乾燥させる。単層中間転写部材の場合、乾燥したコーティングを基材から剥がしてもよい。
【００５１】
フェノキシ樹脂およびグラフェン粒子の溶液を作成するのに有用な溶媒としては、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン、ベンジルアルコール、エチレングリコールエーテル、ジエチレングリコールアルキルエーテル、プロピレングリコールアルキルエーテル、フェノキシプロパノール、酢酸エチル、二塩基性エステル、テトラヒドロフラン、Ｎ−メチルピロリドン、ジアセトンアルコール、Ｎ，Ｎ’−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ’−ジメチルアセトアミド、塩化メチレンなどが挙げられる。
【００５２】
一実施形態では、中間転写部材を製造する方法は、グラフェン粒子、フェノキシ樹脂および溶媒を混合して混合物を作成することを含む。混合物をフェノキシ樹脂および溶媒と混合し、コーティング分散物を作成する。混合物を基材にコーティングし、乾燥させる。乾燥したコーティングを基材から剥がす。この２工程プロセスは、最終的な中間転写部材に適切な抵抗率を単純化された様式で与えることができるプロセスである。
【００５３】
このような混合物または分散物を基材層にコーティングする典型的な技術としては、フローコーティング、液体噴霧コーティング、ワイヤ巻き付けロッドによるコーティング、流動床コーティング、粉末コーティング、静電噴霧、音波噴霧、ブレードコーティング、成形、積層などが挙げられる。
【００５４】
添加剤およびさらなるフィラーが上述のいずれかの層に存在してもよい。
【実施例】
【００５５】
ＩＴＢ ＃９１Ｄの調製：１２０ｍＬのガラス瓶に、ＤＭＦ溶媒中、ＶｏｒｂｅｃｋＭａｔｅｒｉａｌｓ製のグラフェン分散物Ｖｏｒ−ｉｎｋ １．０５ｇ（固体含有量が１１．８％）を、２０％フェノキシ樹脂ＰＫＨＨ ３０ｇと混合した。次いで、この瓶に界面活性剤Ｓｔｅｐｆａｃ８１７１ ０．０３ｇおよびフルオロポリマーＦＣ−４４３２ ０．００５ｇを加えた。全ての材料をローリングミルで３０分間混合した後、この瓶に１／８インチのステンレス鋼ビーズ（４００ｇ）を加えた。この瓶をローリングミルで２４時間回転させた。ミルにかけた溶液を濾過によって集めた。この溶液を、１０ｍｉｌのバードバーによってステンレス鋼シートでコーティングし、８５℃で３０分間乾燥し、１３５℃で３０分間、１８５℃で４５分間乾燥した。コーティングされた膜は、コーティング基材から簡単に剥離し、表面は非常に平滑であった。表面抵抗率は７．０４Ｅ＋１０Ω／□であった。
【００５６】
ＩＴＢ ＃９１Ｅの調製：ＩＴＢ ＃９１Ｄと同じように、但し、グラフェン分散物Ｖｏｒ−ｉｎｋの代わりにカーボンブラックＳｐｅｃｉａｌ Ｂｌａｃｋ ４分散物５．５ｇ（固体含有量が１８．２％、実験室で調製）を用いて調製した。ＩＴＢ ＃９１Ｅサンプルは、配合および調製の手順は同じであった。このサンプルの表面抵抗率は、１．７９Ｅ＋１０Ω／□であった。ＩＴＢの機械特性を以下にまとめている。
【表１】
【００５７】
上の２サンプルは、弾性率が同じであった。グラフェンを含むサンプル＃９１Ｄは、カーボンブラックを含むサンプル＃９１Ｅよりも破壊強度が約４０％高かった。
【００５８】
可視光範囲でのサンプルの透明度は、以下のとおりである。グラフェンを含むＩＴＢサンプル＃９１Ｄは、波長７００ｎｍでの透明度が７０％であり、これに対し、カーボンブラックを含むサンプル＃９１Ｅは、０％であった（図５）。
【００５９】
ＩＴＢコーティングは、金属性基材から自己剥離することができる。それ以外の剥離層は必要ではない。グラフェンで改質されたＩＴＢベルトは、導電性フィラーとしてカーボンブラックを含む現時点で使用されているＩＴＢと比べ、可とう性、破壊強度、可視光波長範囲での透明度が改良されていることが示された。光学的に透明なＩＴＢは、画像のデジタルによる位置合わせ、ＩＴＢ寿命品質のモニタリング、ＩＴＢコーティングの品質制御を付与するといった多くの利点をもつ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グラフェン粒子が層の約０．１重量％〜約３．０重量％の組み込み量で分散したフェノキシ樹脂を含む層を有する中間転写部材。
【請求項２】
前記フェノキシ樹脂が、ビスフェノールＡおよびエピクロロヒドリンのポリマー、ビスフェノールＺおよびエピクロロヒドリンのポリマー、ビスフェノールＡＦおよびエピクロロヒドリンのポリマー、ビスフェノールＣおよびエピクロロヒドリンのポリマー、ビスフェノールＢＰおよびエピクロロヒドリンのポリマーからなる群から選択される、請求項１に記載の中間転写部材。
【請求項３】
前記層が、そのほかに、ポリエステル、ポリウレタン、ポリイミド、フッ素化ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、ポリカーボネート、ＰＶＤＦまたはアクリル樹脂からなる群から選択されるポリマーを含む、請求項１に記載の中間転写部材。
【請求項４】
前記層は、波長７００ｎｍでの透明度が約７０％である、請求項１に記載の中間転写部材。
【請求項５】
前記フェノキシ樹脂が、以下の構造を含み、
【化１】
式中、ｎが約４０〜約４００である、請求項１に記載の中間転写部材。
【請求項６】
イソシアネートが前記フェノキシ樹脂にグラフト結合している、請求項１に記載の中間転写部材。
【請求項７】
前記イソシアネートが、イソシアン酸フェニル、１，１，３，３−テトラメチルブチルイソシアネート、１−アダマンチルイソシアネート、１−ナフチルイソシアネート、２，２−ジフェニルエチルイソシアネート、２，３，４−トリフルオロフェニルイソシアネート、２，４，５−トリメチルフェニルイソシアネート、２−ベンジルフェニルイソシアネート、４，４’−メチレンビス（フェニルイソシアネート）、およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項６に記載の中間転写部材。
【請求項８】
グラフェンが層の約０．１重量％〜約３．０重量％の組み込み量で分散したフェノキシ樹脂を含む表面層を有し、前記フェノキシ樹脂が、以下の構造を有し、
【化２】
式中、ｎは約４０〜約４００であり、この層は、波長７００ｎｍでの透明度が約７０％である、中間転写部材。
【請求項９】
前記表面層は、破壊強度が約５０ＭＰａ〜約９０ＭＰａである、請求項８に記載の中間転写部材。
【請求項１０】
グラフェン粒子が層の約０．１重量％〜約３．０重量％の組み込み量で分散したフェノキシ樹脂を含む層を有し、前記フェノキシ樹脂は、以下の構造を有し、
【化３】
式中、ｍは約１〜約３９９であり、ｎは約３９９〜約１である、中間転写部材。
【請求項１】
グラフェン粒子が層の約０．１重量％〜約３．０重量％の組み込み量で分散したフェノキシ樹脂を含む層を有する中間転写部材。
【請求項２】
前記フェノキシ樹脂が、ビスフェノールＡおよびエピクロロヒドリンのポリマー、ビスフェノールＺおよびエピクロロヒドリンのポリマー、ビスフェノールＡＦおよびエピクロロヒドリンのポリマー、ビスフェノールＣおよびエピクロロヒドリンのポリマー、ビスフェノールＢＰおよびエピクロロヒドリンのポリマーからなる群から選択される、請求項１に記載の中間転写部材。
【請求項３】
前記層が、そのほかに、ポリエステル、ポリウレタン、ポリイミド、フッ素化ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、ポリカーボネート、ＰＶＤＦまたはアクリル樹脂からなる群から選択されるポリマーを含む、請求項１に記載の中間転写部材。
【請求項４】
前記層は、波長７００ｎｍでの透明度が約７０％である、請求項１に記載の中間転写部材。
【請求項５】
前記フェノキシ樹脂が、以下の構造を含み、
【化１】
式中、ｎが約４０〜約４００である、請求項１に記載の中間転写部材。
【請求項６】
イソシアネートが前記フェノキシ樹脂にグラフト結合している、請求項１に記載の中間転写部材。
【請求項７】
前記イソシアネートが、イソシアン酸フェニル、１，１，３，３−テトラメチルブチルイソシアネート、１−アダマンチルイソシアネート、１−ナフチルイソシアネート、２，２−ジフェニルエチルイソシアネート、２，３，４−トリフルオロフェニルイソシアネート、２，４，５−トリメチルフェニルイソシアネート、２−ベンジルフェニルイソシアネート、４，４’−メチレンビス（フェニルイソシアネート）、およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項６に記載の中間転写部材。
【請求項８】
グラフェンが層の約０．１重量％〜約３．０重量％の組み込み量で分散したフェノキシ樹脂を含む表面層を有し、前記フェノキシ樹脂が、以下の構造を有し、
【化２】
式中、ｎは約４０〜約４００であり、この層は、波長７００ｎｍでの透明度が約７０％である、中間転写部材。
【請求項９】
前記表面層は、破壊強度が約５０ＭＰａ〜約９０ＭＰａである、請求項８に記載の中間転写部材。
【請求項１０】
グラフェン粒子が層の約０．１重量％〜約３．０重量％の組み込み量で分散したフェノキシ樹脂を含む層を有し、前記フェノキシ樹脂は、以下の構造を有し、
【化３】
式中、ｍは約１〜約３９９であり、ｎは約３９９〜約１である、中間転写部材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図４】
【図２】
【図３】
【図５】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２３７９８０（Ｐ２０１２−２３７９８０Ａ）
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−９１９５７（Ｐ２０１２−９１９５７）
【出願日】平成２４年４月１３日（２０１２．４．１３）
【出願人】（５９６１７０１７０）ゼロックス コーポレイション (1,961)
【氏名又は名称原語表記】ＸＥＲＯＸ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年４月１３日（２０１２．４．１３）
【出願人】（５９６１７０１７０）ゼロックス コーポレイション (1,961)
【氏名又は名称原語表記】ＸＥＲＯＸ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]