説明

半導電性ポリイミド樹脂ベルト及び半導電性ポリイミド樹脂ベルトの製造方法

【課題】本発明の目的は、電荷の帯電安定性と徐電を最適に行うことができ、かつ、長期間安定して高品質の転写画像を得ることができる半導電性ポリイミド樹脂ベルト、特には該半導電性ポリイミド樹脂ベルトからなる中間転写ベルトを提供することである。
【解決手段】ポリイミド樹脂70〜85重量%及びカーボンブラック30〜15重量%を含み、表面抵抗率が1×10〜1×1014Ω/□である半導電性ポリイミド樹脂ベルトであって、該ポリイミド樹脂が、ターフェニル−テトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミンとをイミド化して得られたものであることを特徴とする半導電性ポリイミド樹脂ベルトである。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、カラー画像形成装置を備えた電子写真複合機、プリンタ、ファクシミリ、これらの複合機、さらにはデジタル印刷機などの電子写真機器に用いられる半導電性ポリイミド樹脂ベルトとその製造方法に関する。さらに詳しくは、カラー画像形成装置の中間転写ベルトなどとして使用した場合、電荷の帯電安定性と徐電を最適に行うことができ、かつ、長期間安定して高品質の転写画像を得ることが可能となる半導電性ポリイミド樹脂ベルトとその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、OA機器では高速化及び高画質化への対応だけでなくキーパーツの高耐久化が図られ、中間転写ベルトにおいても長期間安定して高品質の転写画像を得るために必要な材料設計が不可欠となってきている。カラー画像形成装置において正確な転写を実現することができ、転写電圧による抵抗変化を防止し、長期間安定して高品質の転写画像を得ることができる等の優れた電気的特性とともに、ベルトの幅方向にかかる荷重による塑性変形による平面性の悪化がなく、屈曲耐久性に優れ、長期間走行させても安定した使用が可能である等の優れた物理的特性を兼ね備えた中間転写ベルトに仕上げることが重要な技術と位置付けされている。
【0003】
中間転写ベルトに用いることができる半導電性ベルトとしては、機械特性や耐熱性に優れたポリイミド樹脂フィルムに導電性フィラーを配合したものが知られている。
【0004】
そのような半導電性ベルトとしては、高い機械強度を備えるポリイミド樹脂にアセチレンブラック、ケッチェンブラック等の導電性カーボンブラックを添加した導電性ポリイミドシームレスベルトが知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0005】
また、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物とp−フェニレンジアミンとを反応させた高分子量のポリアミド酸溶液を原料とし、これに導電フィラーを分散させた半導電性ポリイミド樹脂ベルトが知られている(例えば、特許文献2〜4参照)。
【0006】
しかし、これらの特許文献に記載された半導電性ポリイミド樹脂ベルトは、剛直なポリイミド樹脂を用いているため、剛性は充分であるが、柔軟性がないがために長期使用において、ベルト端部から割れが生じやすいという問題がある。
【0007】
さらに、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物と屈曲性を有する4,4’−ジアミノジフェニルエーテルを反応させた高分子量のポリアミド酸溶液を原料とし、これにpH2〜4のカーボンブラックを分散させた半導電性ポリイミド樹脂ベルトが開示されている(例えば、特許文献5参照)。
【0008】
ジアミン化合物として、屈曲性を有する4,4’−ジアミノジフェニルエーテルを用いた場合、剛直性が緩和されるため柔軟性が付与され、ベルト端部の割れは生じにくくなる。しかし、剛性が不充分となるため、長期使用においてベルトの幅方向にかかる荷重により塑性変形し、平面性が悪化するという問題がある。この平面性の悪化は、画像形成装置の中間転写ベルトとして使用した際、白抜けや色ズレの問題を引き起こす。
【0009】
また、テトラカルボン酸二無水物として3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物とピロメリット酸二無水物、芳香族ジアミンとしてp−フェニレンジアミンとジアミノジフェニルスルホンとの共重合体ベルトの製造方法が開示されている(例えば、特許文献6参照)。
【0010】
従来、半導電性ポリイミド樹脂のシームレスベルトを精度よくの製造する方法としては、回転成形法が検討されている。特許文献2〜6では、ポリイミド樹脂の前駆体溶液を円筒金型の内周面に塗布、遠心成形して被膜を形成した後、被膜がそれ自体支持できるまで一部溶媒の除去及び一部イミド転化を行った後、前記金型から剥離し、管状金型の外周に差し替えて溶媒の除去及びイミド転化反応の完結を行う方法にて製造されている。
【0011】
3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物を主成分とするポリアミド酸溶液を用いた場合、回転成形法の後、金型に貼り付いた状態でイミド転化を完結させようとすると、溶媒揮発やイミド化反応での体積収縮力やイミド化反応での強い面配向による収縮応力で円筒金型の内面から剥がれてしまうため、イミド転化の工程においては円筒金型から剥離し、管状金型の外周に差し替えて行われる。
【0012】
しかしながら、上記のように管状金型を用いてイミド転化する場合、剥離ベルトに残存する溶媒の蒸発により、蒸発分が抜けきらず、ベルトと管状金型の間に溜まることによってベルトの膨らみ、そしてイミド化反応時に生じるベルトの収縮により、ベルト平面性の悪化、そして波打ちが発生するなどの問題があった。
【0013】
これらの不良の発生を防止する方法として、管状金型に口径0.1〜2.0mmの多数の微細な貫通孔を設けること(例えば、特許文献7参照)や、管状金型の表面を粗面化すること(例えば、特許文献8参照)により、蒸発分がベルトと管状金型の間に溜まることを回避することが知られている。しかし、このような方法でも、例えば、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物とp−フェニレンジアミンからなるポリアミド酸溶液を用いると、管状金型の形状通りに成形できるが、管状金型からポリイミドベルトを取り外すと、ベルト端部が外側に大きく反りやすいという問題があった。
【特許文献1】特開平5−077252号公報
【特許文献2】特開平7−156287号公報
【特許文献3】特開平10−63115号公報
【特許文献4】特開平10−83122号公報
【特許文献5】特開2000−281902号公報
【特許文献6】特開2006−206778号公報
【特許文献7】特開平10−258434号公報
【特許文献8】特開2005−74986号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
本発明の目的は、電荷の帯電安定性と徐電を最適に行うことができ、かつ、長期間安定して高品質の転写画像を得ることができる半導電性ポリイミド樹脂ベルト、特には該半導電性ポリイミド樹脂ベルトからなる中間転写ベルトを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0015】
本発明者は、上記の課題を解決するために鋭意研究を行った結果、ポリイミド樹脂70〜85重量%及びカーボンブラック30〜15重量%を含み、表面抵抗率が1×10〜1×1014Ω/□である半導電性ポリイミド樹脂ベルトであって、該ポリイミド樹脂が、ターフェニル−テトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミンとをイミド化して得られる共重合体である半導電性ポリイミド樹脂ベルトが、機械的特性(特に可撓性)に優れ、かつ高品質の転写画像が得られることを見出した。かかる知見に基づき、さらに研究を重ねて本発明を完成するに至った。
【0016】
即ち、本発明は下記の半導電性ポリイミド樹脂ベルト、およびその製造方法を提供する。
【0017】
項1.ポリイミド樹脂70〜85重量%及びカーボンブラック30〜15重量%を含み、表面抵抗率が1×10〜1×1014Ω/□である半導電性ポリイミド樹脂ベルトであって、
該ポリイミド樹脂が、ターフェニル−テトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミンとをイミド化して得られる共重合体である半導電性ポリイミド樹脂ベルト。
【0018】
項2.前記ターフェニル−テトラカルボン酸二無水物が、パラ−ターフェニル−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸二無水物及び/又はメタ−ターフェニル−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸二無水物を含むことを特徴とする項1に記載の半導電性ポリイミド樹脂ベルト。
【0019】
項3.前記芳香族ジアミン成分が、4,4’−ジアミノジフェニルエーテルを芳香族ジアミン全量に対して20〜80モル%含有することを特徴とする項1又は2に記載の半導電性ポリイミド樹脂ベルト。
【0020】
項4.前記カーボンブラックが、オイルファーネス法で製造されたカーボンブラックを酸化処理したものであり、酸化処理後カーボンブラックのpHが2〜5、窒素吸着比表面積が60〜150m/g、ジブチルフタレート吸収量が40〜120ml/100gであることを特徴とする項1〜3のいずれかに記載の半導電性ポリイミド樹脂ベルト。
【0021】
項5.項1〜4のいずれかに記載の半導電性ポリイミド樹脂ベルトからなる電子写真機器の中間転写ベルト。
【0022】
項6.ターフェニル−テトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミンとを、有機極性溶媒中で反応して得られるポリアミド酸溶液に、カーボンブラックを分散させてカーボンブラック分散ポリアミド酸溶液組成物を調製し、該カーボンブラック分散ポリアミド酸溶液組成物を回転成形法にて管状物に成形し、該成形体を加熱処理してイミド化する半導電性ポリイミド樹脂ベルトの製造方法であって、
(1)回転する円筒金型の内周面に、該カーボンブラック分散ポリアミド酸溶液組成物を塗布する工程、
(2)該円筒金型を回転させたまま80〜150℃の温度で加熱して、自己支持性の皮膜を形成する工程、及び
(3)該皮膜を円筒金型の内周面に付着した状態のまま、300〜350℃の温度で加熱してイミド化する工程、
を含むこと特徴とする製造方法。
【0023】
以下、本発明を詳細に説明する。
【0024】
1.半導電性ポリイミド樹脂ベルト
本発明は、ポリイミド樹脂70〜85重量%及びカーボンブラック30〜15重量%を含み、表面抵抗率が1×10〜1×1014Ω/□である半導電性ポリイミド樹脂ベルトであって、該ポリイミド樹脂が、ターフェニル−テトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミンとをイミド化して得られる共重合体である半導電性ポリイミド樹脂ベルトに関する。
【0025】
1.1 ポリイミド樹脂
本発明で用いるポリイミド樹脂としては、ターフェニル−テトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミンとをイミド化して得られるポリイミド樹脂であれば特に限定されるものではない。
【0026】
ターフェニル−テトラカルボン酸二無水物とは、芳香族環を3個有するものであり、例えば、
【0027】
【化1】

パラ−ターフェニル−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸二無水物、
【0028】
【化2】

メタ−ターフェニル−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸二無水物、
等を挙げることができ、これらを1種単独で、又は2種を混合して用いることができる。
【0029】
本発明で用いるカルボン酸二無水物成分は、カルボン酸二無水物成分の全量に対してターフェニル−テトラカルボン酸二無水物を50モル%以上含むことが好ましく、75モル%以上含むことがより好ましい。また、上限値は特に限定されるものではないが、100モル%以下であることが好ましい。ターフェニル−テトラカルボン酸を前記範囲内で含有することで、ポリイミド樹脂の繰り返し単位中のイミド基(環)の濃度を減らすことができ、イミド転化時の脱水量を減らし体積収縮力を低減できるため、金型に貼り付けたままイミド化反応を行うことができる。
【0030】
また、パラ−ターフェニル−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸二無水物とメタ−ターフェニル−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸二無水物を用いる場合、その配合割合は、パラ−ターフェニル−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸二無水物:メタ−ターフェニル−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸二無水物が、95:5〜50:50(モル比)であることが好ましく、90:10〜70:30(モル比)であることがより好ましい。モル比がこの範囲にあることで、得られた半導電性ポリイミド樹脂ベルトの剛性と強靭性のバランスが良好になり、耐久性に優れ、長時間走行させた場合でも、破損することがないベルトが得られるため好ましい。
【0031】
本発明で用いるカルボン酸二無水物成分としては、ターフェニル−テトラカルボン酸二無水物を用いるものであるが、本発明の効果を損なわない範囲で、ターフェニル−テトラカルボン酸二無水物以外のカルボン酸二無水物を含んでいてもよい。
【0032】
本発明において使用することができる、ターフェニル−テトラカルボン酸二無水物以外のカルボン酸二無水物成分としては、ピロメリット酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ベンゾフェノ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、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、4,4’−スルホニルジフタル酸二無水物、4,4’−オキシジフタル酸二無水物等の公知の酸無水物等を挙げることができる。
【0033】
本発明で用いる芳香族ジアミン成分としては、特に限定されるものではないが、4,4’−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、パラフェニレンジアミン、メタフェニレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、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サルファイド、ベンジジン、1,5−ナフタレンジアミン、2,6−ナフタレンジアミン等を挙げることができ、これらを1種単独で、又は2種以上を混合して用いることができる。これらの中でも、4,4’−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、パラフェニレンジアミンを用いことで、得られた半導電性ポリイミド樹脂ベルトの剛性と強靭性のバランスが良好になり、耐久性に優れ、長時間走行させた場合でも、破損することがないベルトが得られるため好ましい。
【0034】
芳香族ジアミン成分としては、前記芳香族ジアミン全量に対して、4,4’−ジアミノジフェニルエーテルを20〜80モル%含有するものが好ましく、より好ましくは30〜75モル%である。4,4’−ジアミノジフェニルエーテルを前記範囲で含有することにより、強靭性と剛性のバランスが良好になるため、カーボンブラックを15重量%以上含有する半導電性ポリイミド樹脂ベルトにしたとしても、耐久性に優れ、長期間走行させた場合でも導電性ポリイミドベルトが破損することがないため好ましい。
【0035】
ポリイミド樹脂の合成方法としては特に限定されるものではなく、通常用いられている方法を採用することができるが、前記カルボン酸二無水物成分と芳香族ジアミン成分との略等モル量とを、有機極性溶媒中で反応してポリイミド前駆体溶液を製造し、その後加熱処理によりイミド化する方法が好ましい。
【0036】
有機極性溶媒としては、特に限定されるものではないが、非プロトン系有機極性溶媒が好ましく、例えば、N−メチル−2−ピロリドン(以下、「NMP」と言うこともある)、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホアミド、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン等を挙げることができ、これらのうちの1種又は2種以上の混合溶媒であってもよい。これらの中でも、沸点が200℃以上と高く、熱イミド化中に膜から揮発しにくく、残留溶媒の可塑化効果によりイミド化が進行しやすくなるなどの点から、NMPが特に好ましい。
【0037】
ポリイミド前駆体溶液の25℃における粘度は、特に限定されるものではないが、例えば、3.0〜50Pa・sであることが好ましく、5.0〜20Pa・sであることがより好ましい。
【0038】
前述のように、ターフェニル−テトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミンとをイミド化して得られるポリイミド樹脂を用いることにより、得られた半導電性ポリイミド樹脂ベルトの剛性と強靭性のバランスが良好であり、耐久性に優れ、長期間走行させた場合でも、ベルトの平面度が悪化することがないため好ましい。
【0039】
本発明においては、カーボンブラックをポリイミド前駆体溶液に混合してカーボンブラック分散ポリイミド前駆体溶液組成物(以下、前駆体溶液組成物とする)を製造するが、混合方法としては、カーボンブラックがポリイミド前駆体溶液中に均一に混合、分散される方法であれば特に制限はなく、例えば、サンドミル、ビーズミル、超音波ミル、3本ロール等を用いた方法を挙げることができる。
【0040】
前駆体溶液組成物中のカーボンブラックの含有量は、前駆体溶液組成物中の全固形分中15〜30重量%であり、16〜25重量%であることが好ましい。
【0041】
ここで、前記前駆体溶液組成物中のカーボンブラックの含有量とは、該溶液から得られる半導電性ポリイミド樹脂ベルト中のカーボンブラック含有量と同様である。
【0042】
したがって、本発明の半導電性ポリイミド樹脂ベルト中は、ポリイミド樹脂を70〜85重量%含むものであり、75〜84重量%含むことが好ましい。
【0043】
なお、本発明の効果に悪影響を与えない範囲で、上記組成物中にイミダゾール系化合物(2-メチルイミダゾール、1,2−ジメチルイミダゾール、2-メチル-4-メチルイミダゾール、2-エチル-4-エチルイミダゾール、2-フェニルイミダゾール)、界面活性剤(フッ素系界面活性剤等)等の添加剤を加えてもよい。
【0044】
上記方法によりカーボンブラックが均一分散された前駆体溶液組成物を製造することができる。
【0045】
溶液中に分散しているカーボンブラックの平均粒径は、0.1〜0.5μmであることが好ましく、0.3μm以下であることがより好ましい。また、分散しているカーボンブラックの最大粒子径は1μm以下であることが好ましく、0.6μm以下であることがより好ましい。
【0046】
1.2 カーボンブラック
本発明で使用するカーボンブラックは、特に限定されるものではなく、例えば、カーボンブラック粒子表面にポリマーをグラフト化させたり、絶縁材を被覆したりすることで導電特性を制御したカーボンブラックでもよく、また、カーボンブラック粒子表面に酸化処理を施したカーボンブラック等であってもよい。これらの中でも、オイルファーネス法のカーボンブラックは、燃料を燃やした1400℃以上の高温ガス中で炭化水素を還元雰囲気で熱分解してつくるため、粒子内部や表面の酸素含有量や不純物が著しく少なく、結晶子が発達するため好ましい。さらに、オイルファーネス法で製造されたカーボンブラックを、さらに酸化処理されたものが好ましく、特には、オイルファーネス法で製造され、pHが2〜5、窒素吸着比表面積が60〜150m/g、かつジブチルフタレート(DBP)吸収量が40〜120ml/100gであるものが好ましい。このようなカーボンブラックを用いることで、高電圧の印加による電界集中が発生することを防ぐことができ、その結果、転写電圧による抵抗変化を防止し、電圧依存性が少なく、さらに環境による抵抗変化の少ない導電性ベルトを得ることができる。
【0047】
以下に、オイルファーネス法で製造されたカーボンブラックをさらに酸化処理されたカーボンブラックについて説明する。
【0048】
酸化処理で用いる酸化剤としては、硝酸を含む窒素酸化物、オゾン、次亜塩素酸類、硫酸ガス等の酸化剤を挙げることができる。これらの中でも、酸化処理後のカーボンブラックに酸化剤の残存が少なく、未分解原料炭化水素(PAH)が分解される点から、オゾンを含む酸化剤が好ましく、オゾンが特に好ましい。未分解原料炭化水素(PAH)は可能な限り少ない方が良く、具体的には10ppm以下であればよい。
【0049】
また、酸化処理によりカーボンブラックの揮発分含有量を2〜5重量%に調整されたものが好ましく、2.5〜5重量%がより好ましい。酸化処理により揮発分2〜5重量%に調整されたカーボンブラックの表面には、フェノール性水酸基やカルボニル基、カルボキシル基等の酸素官能基(特に、カルボキシル基)を含むため、ポリイミド前駆体溶液中での流動性及び分散安定性が向上し、またポリイミド樹脂への親和性も向上する。
【0050】
また、オイルファーネス法で製造された同じ比表面積及びジブチルフタレート(DBP)吸収量のカーボンブラックであれば、その揮発分量と粉体抵抗はほぼ比例関係にある。該カーボンブラック表面の揮発分である酸素官能基はπ電子の流れを阻害する絶縁物としてはたらくため、酸化処理されていないオイルファーネス法によるカーボンブラックよりも粉体抵抗が大きくなり、揮発分を上記の範囲に設定することにより、カーボンブラックの粉体抵抗を3〜30Ω・cm程度の高い値で制御することができる。
【0051】
そのため、半導電性ポリイミド樹脂ベルトの表面抵抗率を所望の範囲(108〜1014Ω/□)に設定する場合に、ポリイミド樹脂中へ該カーボンブラックを高充填(半導電性ポリイミド樹脂ベルト(ポリイミド樹脂とカーボンブラックの総重量)中カーボンブラックが15〜30重量%)することができる。これにより、カーボンブラック同士の連鎖による導電性が付与され、外部環境や印加電圧に影響を受けにくい安定した電気特性を有する半導電性ポリイミド樹脂ベルトを得ることができる。換言すれば、本発明の半導電性ポリイミド樹脂ベルト中にカーボンブラックが15〜30重量%の高含有量に制御できることになる。
【0052】
なお、カーボンブラックの揮発分は、実施例に記載の方法により測定される。
【0053】
揮発分が2%未満のカーボンブラック(例えば、三菱化学(株)製 三菱カーボンブラック「MA11」「MA100」、デクサ製「Printex 95」「Printex L6」など)では、ポリイミド前駆体溶液に対する親和性に問題があり、分散後にファンデルワールス力によって2次凝集体を形成しやすい傾向がある。
【0054】
また、揮発分が6%を越えるカーボンブラック(例えば、デクサ製「Color Black FW200」「Special Black 5」「Special Black 4」「Printex 150T」など)は、チャンネル法のカーボンブラックがほとんどであり、水素や酸素以外に、硫黄や未分解原料炭化水素(PAH)などの不純物が多く含まれ、この不純物がポリイミド樹脂などのバインダー樹脂本来の機械的特性を低下させる傾向がある。また、オイルファーネス法のカーボンブラックであり揮発分6%を超えて酸化処理した場合、粉体抵抗が大幅に高くなるため(絶縁性カーボンブラックになるため)、中間転写ベルトとして必要な表面抵抗率108〜1014Ω/□を実現できない傾向がある。
【0055】
本発明で使用するカーボンブラックは、窒素吸着比表面積(JIS K6217)が60〜150m/gであることが好ましく、80〜150m/gであることがより好ましく、90〜130m/gであることがより好ましい。
【0056】
一般にカーボンブラックを各種の方法で酸化すると、比表面積が大きくなるほど酸素官能基は多く付与される。しかし、カーボンブラックの粉体抵抗やこれを各種材料に配合した際の物性は、酸素官能基の絶対量でなく単位表面に付与している酸素官能基の数と相関している。
【0057】
窒素吸着比表面積が60m/g未満であると、ポリイミド前駆体溶液との親和性が得られず粉体抵抗も充分に高い値にならない傾向がある。また、150m/gを越えると、高比表面積のカーボンブラック、即ち一次粒子が小さいか又は同一粒子径においても細孔を形成したカーボンブラックとなり、酸素官能基を付与しても結果的にカーボンブラックの粉体抵抗が高くならないため、カーボンブラック含有量が高い(例えば、15重量%以上の高濃度で充填した)半導電性ポリイミド樹脂ベルトが得られなくなる傾向がある。つまり、低いカーボンブラック充填量の半導電性ポリイミド樹脂ベルトしか得られない傾向がある。
【0058】
本発明で使用するカーボンブラックのpHは、2〜5であることが好ましく、2〜4であることがより好ましく、2〜3であることがさらに好ましい。
【0059】
また、本発明で使用するカーボンブラックのジブチルフタレート(DBP)吸収量は、40〜120ml/100gであることが好ましく、40〜100ml/100gであることがより好ましく、50〜90ml/100gであることがさらに好ましい。DBP吸収量が120ml/100gを越えると、酸化処理を施してもカーボンブラックの粉体抵抗が高くならないため、カーボンブラックを15重量%以上の高濃度で充填した半導電性ポリイミド樹脂ベルトが得られなくなる傾向がある。DBP吸収量が40ml/100g未満であると、粉体抵抗が高くなりすぎるため、該固形分中のカーボンブラック濃度は30重量%を越えて充填しないと半導電性ポリイミド樹脂ベルトが得られなくなる。
【0060】
本発明の半導電性共重合ポリイミドベルトの表面抵抗率は、1×108〜1×1014Ω/□であり、1×109〜1×1014Ω/□であることが好ましく、1×1010〜1×1013Ω/□であることがより好ましい。表面抵抗率がこの範囲にあることで、中間転写ベルトに電荷が蓄積することがなく、転写時に発生するトナー飛散の抑制と中間転写ベルトの自己除電機能を両立させることができるため好ましい。
【0061】
本発明の半導電性ポリイミド樹脂ベルトのベルト幅方向の平面度が2mm以下であることが好ましく、1.5mm以下であることがより好ましい。平面度がこの範囲にあることでベルト駆動を行う駆動ロールと中間転写ベルトとの密着性が保たれ、高精度の画像あわせが可能となるため好ましい。ここで、平面度とは実施例に記載の方法により測定される値をいう。
【0062】
また、本発明の半導電性ポリイミド樹脂ベルトの製造方法は、特に限定されるものではないが、下記方法により製造することが好ましい。
【0063】
2.導電性ポリイミド樹脂ベルトの製造方法
本発明は、ターフェニル−テトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミンとを、有機極性溶媒中で反応して得られるポリアミド酸溶液に、カーボンブラックを分散させてカーボンブラック分散ポリアミド酸溶液組成物を調製し、該カーボンブラック分散ポリアミド酸溶液組成物を回転成形法にて管状物に成形し、該成形体を加熱処理してイミド化する半導電性ポリイミド樹脂ベルトの製造方法であって、
(1)回転する円筒金型の内周面に、該カーボンブラック分散ポリアミド酸溶液組成物を塗布する工程、
(2)該円筒金型を回転させたまま80〜150℃の温度で加熱して、自己支持性の皮膜を形成する工程、及び
(3)該皮膜を円筒金型の内周面に付着した状態のまま、300〜350℃の温度で加熱してイミド化する工程、
を含むこと特徴とする製造方法に関する。
【0064】
以下、カーボンブラック分散ポリイミド前駆体溶液組成物(以下、前駆体溶液組成物とする)を使った半導電性ポリイミド樹脂ベルトの製造方法について説明する。
【0065】
なお、前記製造方法で用いる前駆体溶液組成物としては、本明細書に記載されているいずれの前駆体溶液組成物も好適に用いることができる。
【0066】
前駆体溶液組成物は、回転する円筒金型の内周面に、該前駆体溶液組成物を均一な厚さで塗布する。円筒金型の回転速度としては特に限定されるものではないが、重力加速度の0.5〜10倍の遠心加速度で低速回転することが好ましい。重力加速度の0.5〜10倍の遠心加速度という低速回転で、前駆体溶液組成物が供給されることで回転方向に受けるせん断力が小さく、分子鎖の配向やカーボンブラックなどのフィラーのストラクチャー配向を抑制できる。
【0067】
前記の遠心加速度が重力加速度の0.5倍未満であると、供給された前駆体溶液組成物が円筒金型の内周面に密着せずに流れ落ちる(たれ)危険性がある。一方、重力加速度の10倍より大きくなると、供給時に受ける回転方向へのせん断力による分子鎖の配向やカーボンブラックなどのフィラーのストラクチャー配向だけでなく、遠心力による前駆体溶液組成物の流動が発生し、平面度に影響を与える傾向がある。
【0068】
なお、本発明で使用する遠心加速度(G)は、下記式から導かれる。
【0069】
G(m/s2)=r・ω2=r・(2・π・n)2
ここで、rは円筒金型の半径(m)、ωは角速度(rad/s)、nは1秒間での回転数(60秒間の回転数がr.p.m.)を示す。比較する重力加速度(g)は、9.8 (m/s2)である。
【0070】
前駆体溶液組成物の供給手段は、ノズル法やスプレー法で吐出させながら回転する円筒金型の回転軸方向に移動させることによって、円筒金型の内周面に前駆体溶液組成物を均一な厚みで塗布する。ここで、均一な厚みとは、円筒金型の内周面に塗布平均厚みに対して±5%の範囲で塗布することをいう。
【0071】
前駆体溶液組成物の供給手段としては、前駆体溶液組成物を霧化することで、供給時の流動を限りなく小さく、回転する円筒金型の内周面に瞬間的に密着できる点、前駆体溶液組成物の粘度にもあまり影響されず同一回転速度下で原料供給できる点、薄い厚みの塗膜を容易に得ることができ、前駆体溶液組成物の不揮発分濃度を高く設定することが可能である点から、スプレー法が好ましい。
【0072】
塗布ヘッドの形状は、特に制約はなく、円形や矩形など適時使用できる。また、その大きさも特に制約はなく、吐出される前駆体溶液組成物の粘度との組み合わせによって、適正な吐出圧力となるように設計することが可能である。
【0073】
スプレーヘッドと円筒金型の距離は任意でよく、5〜200mm程度が好ましい。吐出圧力の方式には特に制限はないが、圧縮空気や高粘度液対応のモーノポンプ、ギヤポンプなどが用いられる。
【0074】
このように円筒金型の内周面に均一な厚みで前駆体溶液組成物を塗布した場合は、円筒金型の高速回転、即ち、遠心力によって前駆体溶液組成物を流動させ塗膜の膜厚を均一にさせる必要はない。遠心力を利用した回転成形では、原料を供給後、遠心力により前駆体溶液組成物を円筒金型の内面に均一に流延させる。そして遠心力によって生じる流動によってカーボンブラックの粒子が流動方向にストラクチャーを成形したように並ぶ。そのため、これによってポリイミド製中間転写ベルトの電気特性に悪影響を引き起こす場合がある。これに対し、高速回転しない本発明の方法によれば、この様な問題はほとんど生じない。
【0075】
円筒金型の内周面には、ポリイミド樹脂が密着しないように、離型剤を塗布することが好ましい。離型材の種類に制限はないが、前駆体溶液組成物の溶媒や加熱反応時に樹脂から発生する水の蒸気などに侵されないものであれば特に限定はない。
【0076】
液体樹脂の皮膜形成工程においては、重量加速度の0.5〜10倍の遠心加速度で低速回転させたまま、80〜150℃(好ましくは、100〜140℃)の温度で溶媒を揮発して固形分濃度を40重量%以上とすることで円筒金型の内周面に自己支持性を有する皮膜を形成することで達成できる。
【0077】
ポリイミド樹脂皮膜形成工程においては、ポリイミド樹脂の種類によって異なるが円筒金型の内周面に付着した状態のまま、60〜120分間で約250℃に上昇する。次に完全にポリイミド転化する温度、例えば300〜350℃で30〜90分間、皮膜を加熱させることでポリイミド樹脂皮膜を形成することができる。皮膜形成を円筒金型の内周面に付着した状態で行うことで、イミド化反応や溶媒揮発で起こる収縮を抑えてその応力でポリマー鎖を面内方向に均一配向させることが可能となる。
【0078】
以上のように、本発明で用いる前駆体溶液組成物は、高い固形分濃度を有するものであり、さらに、高含有量でカーボンブラックを含んでいるものである。さらに、これを用いて成形される半導電性ポリイミド樹脂ベルトは高いカーボンブラック濃度を有しており、しかも、ポリイミド樹脂の本来の機械的特性(強靭性等)が充分に保持されている。
【0079】
得られる半導電性ポリイミド樹脂ベルトの平均膜厚は、通常50〜150μm程度、好ましくは60〜125μm程度に調節される。
【0080】
このように製造した本発明の半導電性ポリイミド樹脂ベルトは、例えば、電子写真機器のカラー画像形成装置の中間転写ベルトとして使用した場合、ベルトの幅方向にかかる荷重によるクラックや割れが発生しにくく、耐久性に優れ、長期間走行させても安定した使用が可能である優れた機械的特性を発揮することができる。
【0081】
本発明の半導電性ポリイミド樹脂ベルトは、電子写真機器の中間転写ベルト、一本のベルトで転写と定着を兼ね備えた転写兼定着ベルトのベルト基材として有効である。転写兼定着ベルトとして使用する場合には、表面に付着するトナーの剥離性向上のため、表面に非粘着性の樹脂皮膜を形成することが有効である。その非粘着性の樹脂皮膜の材料としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)などのフッ素系樹脂などが好ましい。また、弾性シリコーン樹脂、フッ素ゴム樹脂、弾性フロロシリコーン樹脂、弾性ポリシロキサンなどを用いてもよい。
【発明の効果】
【0082】
本発明の半導電性ポリイミド樹脂ベルトは、カラー画像形成装置の中間転写ベルトなどとして使用した場合、電荷の帯電安定性と徐電を最適に行うことができ、かつ、長期間安定して高品質の転写画像を得ることができる。また、中間転写ベルト、一本のベルトで転写と定着を兼ね備えた転写兼定着ベルトのベルト基材として有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0083】
以下、比較例と共に実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【0084】
実施例1
(カーボンブラック分散ポリイミド前駆体溶液組成物の作製)
全カルボン酸二無水物成分に対してパラ−ターフェニル−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸二無水物(p-TPDA)100モル%及び、全芳香族ジアミン成分に対して4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(DADE)30モル%とパラフェニレンジアミン(PPD)70モル%とを、カルボン酸二無水物成分と芳香族ジアミン成分との略等モル量でN−メチル−2−ピロリドン中で重合してポリイミド前駆体のポリアミド酸溶液を5kg用意した。この溶液は粘度8.5Pa・s(25℃)、不揮発分濃度18.5重量%であった。
【0085】
この溶液にオイルファーネス系カーボンブラック(CB1:pH:4.1、窒素吸着比表面積:95m/g、DBP吸収量:65ml/100g、揮発分含有量:2.1重量%)を0.28kgとN−メチル−2−ピロリドン1.5kgを加えて、ボールミルにてカーボンブラックの均一分散を行い、カーボンブラック分散ポリイミド前駆体溶液A(以下、前駆体溶液組成物Aとする)を調製した。この溶液の固形分濃度は17.8重量%であり、固形分重量のうち、カーボンブラックの含有量は、23.2重量%であった。また、溶液中でのカーボンブラックの平均粒子径は0.28μm、最大粒径は0.51μmであった。
(カーボンブラック充填ポリイミドシームレスベルトの作製)
前記前駆体溶液組成物Aを、外径324mm、内径300mm、長さ500mmの円筒金型内周面にスプレー法にて塗布し、重量加速度の4.0倍の遠心加速度(約154r.p.m)で回転させながら、長さ500mmの円筒金型内周面に長さ480mmの均一な展開膜を得た。塗布の厚さは、不揮発分濃度から算出し、ポリイミド樹脂ベルトの厚さが80μmになるように決定した。その後も重量加速度の4.0倍の遠心加速度(約154r.p.m)で回転させたまま、30分間かけて130℃に昇温し、その後130℃で90分間保持して溶媒を揮発させた。
【0086】
次に、この管状物を円筒金型の内周面に付着したまま高温加熱炉に投入し、150分間かけて320℃に昇温し(昇温速度:約1.27℃/分)、320℃で60分間高温加熱することでポリイミド転化を完了した。その後、室温まで冷却し、金型内面より剥離し、平均厚さ80μmのカーボンブラック充填ポリイミドシームレスベルトを得た。
【0087】
実施例2
(カーボンブラック分散ポリイミド前駆体溶液の作製)
全カルボン酸二無水物成分に対してパラ−ターフェニル−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸二無水物(p-TPDA)100モル%及び、全芳香族ジアミン成分に対して4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(DADE)75モル%、パラフェニレンジアミン(PPD)25モル%とを、カルボン酸二無水物成分と芳香族ジアミン成分との略等モル量でN−メチル−2−ピロリドン中で重合してポリイミド前駆体のポリアミド酸溶液を5kg用意した。この溶液は粘度7.0Pa・s(25℃)、不揮発分濃度20重量%であった。
【0088】
この溶液にオイルファーネス系カーボンブラック(CB2:pH:2.5、窒素吸着比表面積:120m/g、DBP吸収量:105ml/100g、揮発分含有量:3.9 重量%)を0.25kgの均一分散を行い、カーボンブラック分散ポリイミド前駆体溶液組成物B(以下、前駆体溶液組成物Bとする)を調製した。この溶液の固形分濃度は18.5重量%であり、固形分重量のうち、カーボンブラックの含有量は、20.0重量%であった。また、溶液中でのカーボンブラックの平均粒子径は0.27μm、最大粒径は0.51μmであった。
(カーボンブラック充填ポリイミドシームレスベルトの作製)
上記前駆体溶液組成物Bを用いた以外は実施例1と同様にして、カーボンブラック充填ポリイミドシームレスベルト(平均膜厚:80μm)を作製した。
【0089】
実施例3
(カーボンブラック分散ポリイミド前駆体溶液の作製)
全カルボン酸二無水物成分に対してパラ−ターフェニル−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸二無水物(p-TPDA)80モル%とメタ−ターフェニル−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸二無水物(m-TPDA)20モル%及び、全芳香族ジアミン成分に対して4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(DADE)50モル%、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル(3,4’−DADE)50モル%とを、カルボン酸二無水物成分と芳香族ジアミン成分との略等モル量でN−メチル−2−ピロリドン中で重合してポリイミド前駆体のポリアミド酸溶液を5kg用意した。この溶液は粘度7.0Pa・s(25℃)、不揮発分濃度22重量%であった。
【0090】
この溶液にオイルファーネス系カーボンブラック(CB3:pH:2.3、窒素吸着比表面積:120m/g、DBP吸収量:75ml/100g、揮発分含有量3.3重量%)を0.37kgとN−メチル−2−ピロリドン1.5kgを加えて、ボールミルにてカーボンブラックの均一分散を行い、カーボンブラック分散ポリイミド前駆体溶液組成物C(以下、前駆体溶液組成物Cとする)を用意した。この溶液の固形分濃度は21.4重量%であり、固形分重量のうち、カーボンブラックの含有量は、25.2重量%であった。また、溶液中でのカーボンブラックの平均粒子径は0.26μm、最大粒径は0.51μmであった。
(カーボンブラック充填ポリイミドシームレスベルトの作製)
上記前駆体溶液組成物Cを用いた以外は実施例1と同様にして、カーボンブラック充填ポリイミドシームレスベルト(平均膜厚:80μm)を作製した。
【0091】
実施例4
(カーボンブラック分散ポリイミド前駆体溶液の作製)
全カルボン酸二無水物成分に対してパラ−ターフェニル−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸二無水物(p-TPDA)80モル%とメタ−ターフェニル−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸二無水物(m-TPDA)20モル%及び、全芳香族ジアミン成分に対して4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(DADE)30モル%とパラフェニレンジアミン(PPD)70モル%とを、カルボン酸二無水物成分と芳香族ジアミン成分との略等モル量でN−メチル−2−ピロリドン中で重合してポリイミド前駆体のポリアミド酸溶液を5kg用意した。この溶液は粘度8.0Pa・s(25℃)、不揮発分濃度20重量%であった。
【0092】
この溶液にオイルファーネス系カーボンブラック(CB1:pH:4.1、窒素吸着比表面積:95m/g、DBP吸収量:65ml/100g、揮発分含有量:2.1重量%)を0.31kgとN−メチル−2−ピロリドン1.5kgを加えて、ボールミルにてカーボンブラックの均一分散を行い、カーボンブラック分散ポリイミド前駆体溶液組成物D(以下、前駆体溶液組成物Dとする)を用意した。この溶液の固形分濃度は19.2重量%であり、固形分重量のうち、カーボンブラックの含有量は、23.7重量%であった。また、溶液中でのカーボンブラックの平均粒子径は0.28μm、最大粒径は0.51μmであった。
(カーボンブラック充填ポリイミドシームレスベルトの作製)
上記前駆体溶液組成物Dを用いた以外は実施例1と同様にして、カーボンブラック充填ポリイミドシームレスベルト(平均膜厚:80μm)を作製した。
【0093】
比較例1
(カーボンブラック分散ポリイミド前駆体溶液の作製)
全カルボン酸二無水物成分に対して3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)100モル%及び、全芳香族ジアミン成分に対して4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(DADE)30モル%とパラフェニレンジアミン(PPD)70モル%とを、カルボン酸二無水物成分と芳香族ジアミン成分との略等モル量でN−メチル−2−ピロリドン中で重合してポリイミド前駆体のポリアミド酸溶液を5kg用意した。この溶液は粘度5.0Pa・s(25℃)、不揮発分濃度18重量%であった。
【0094】
この溶液に実施例1で用いたオイルファーネス系カーボンブラック(CB1:pH:4.1、窒素吸着比表面積:95m/g、DBP吸収量:65ml/100g、揮発分含有量:2.1重量%)を0.27kgとN−メチル−2−ピロリドン1.5kgを加えて、ボールミルにてカーボンブラックの均一分散を行い、カーボンブラック分散ポリイミド前駆体溶液組成物E(以下、前駆体溶液組成物Eとする)を調製した。この溶液の固形分濃度は17.3重量%であり、固形分重量のうち、カーボンブラックの含有量は、23.1重量%であった。また、溶液中でのカーボンブラックの平均粒子径は0.28μm、最大粒径は0.51μmであった。
(カーボンブラック充填ポリイミドシームレスベルトの作製)
上記前駆体溶液Eを用いた以外は実施例1と同様にして、カーボンブラック充填ポリイミドシームレスベルト(膜厚:80μm)を作製した。重量加速度の4.0倍の遠心加速度(約154r.p.m)で回転させたまま、30分間かけて130℃に昇温し、その後130℃で90分間保持して溶媒を揮発させた。
【0095】
次に、成形したベルトを円筒金型の内周面より取り外し、外径295mm、長さ420mmのアルミニウム製の管状金型を取り外したベルトの内側に挿入した。その後、180分間で350℃に昇温し、350℃で60分間高温加熱することでポリイミド転化を完了した。いったん、成形用の円筒金型から取り外した理由は、150〜250℃でのイミド転化にともなう面内方向への反応収縮によって、ベルトが円筒金型の内周面より剥がれる、もしくは破損するためである。
【0096】
その後、室温まで冷却し、管状金型より取り外し、平均厚さ81μmのカーボンブラック充填ポリイミドシームレスベルトを得た。
【0097】
比較例2
(カーボンブラック分散ポリイミド前駆体溶液の作製)
全カルボン酸二無水物成分に対して3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)100モル%及び、全芳香族ジアミン成分に対して4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(DADE)75モル%とパラフェニレンジアミン(PPD)25モル%とを、カルボン酸二無水物成分と芳香族ジアミン成分との略等モル量でN−メチル−2−ピロリドン中で重合してポリイミド前駆体のポリアミド酸溶液を5kg用意した。この溶液は粘度5.0Pa・s(25℃)、不揮発分濃度18重量%であった。
【0098】
この溶液に実施例2で用いたオイルファーネス系カーボンブラック(CB2:pH:2.5、窒素吸着比表面積:120m/g、DBP吸収量:105ml/100g、揮発分含有量:3.9 重量%)を0.24kgとN−メチル−2−ピロリドン1.5kgを加えて、ボールミルにてカーボンブラックの均一分散を行い、カーボンブラック分散ポリイミド前駆体溶液組成物F(以下、前駆体溶液組成物Fとする)を調製した。この溶液の固形分濃度は16.9重量%であり、固形分重量のうち、カーボンブラックの含有量は、21.1重量%であった。また、溶液中でのカーボンブラックの平均粒子径は0.27μm、最大粒径は0.51μmであった。
(カーボンブラック充填ポリイミドシームレスベルトの作製)
上記前駆体溶液組成物Fを用いて実施例1と同様にして、カーボンブラック充填ポリイミドシームレスベルト(膜厚:80μm)を作製した。重量加速度の4.0倍の遠心加速度(約154r.p.m)で回転させたまま、30分間かけて120℃に昇温し、その後120℃で100分間保持して溶媒を揮発させた。
【0099】
次に、この管状物を円筒金型の内周面に付着したまま高温加熱炉に投入し、150分間かけて320℃に昇温し(昇温速度:約1.27℃/分)、320℃で60分間高温加熱することでポリイミド転化を完了した。その後、室温まで冷却し、金型内面より剥離し、平均厚さ80μmのカーボンブラック充填ポリイミドシームレスベルトを得た。
【0100】
比較例3
(カーボンブラック分散ポリイミド前駆体溶液の作製)
全カルボン酸二無水物成分に対してピロメリット酸二無水物(PMDA)100モル%及び、全芳香族ジアミン成分に対して4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(DADE)75モル%とパラフェニレンジアミン(PPD)25モル%とを、カルボン酸二無水物成分と芳香族ジアミン成分との略等モル量でN−メチル−2−ピロリドン中で重合してポリイミド前駆体のポリアミド酸溶液を5kg用意した。この溶液は粘度5.0Pa・s(25℃)、不揮発分濃度18重量%であった。
【0101】
この溶液に実施例2で用いたオイルファーネス系カーボンブラック(CB2:pH:2.5、窒素吸着比表面積:120m/g、DBP吸収量:105ml/100g、揮発分含有量:3.9 重量%)を0.23kgとN−メチル−2−ピロリドン1.5kgを加えて、ボールミルにてカーボンブラックの均一分散を行い、カーボンブラック分散ポリイミド前駆体溶液組成物G(以下、前駆体溶液組成物Gとする)を調製した。この溶液の固形分濃度は16.8重量%であり、固形分重量のうち、カーボンブラックの含有量は、20.3重量%であった。また、溶液中でのカーボンブラックの平均粒子径は0.27μm、最大粒径は0.51μmであった。
(カーボンブラック充填ポリイミドシームレスベルトの作製)
上記前駆体溶液Gを用いた以外は比較例1と同様にして、カーボンブラック充填ポリイミドシームレスベルト(膜厚:80μm)を作製した。
【0102】
比較例4
(カーボンブラック分散ポリイミド前駆体溶液組成物の作製)
全カルボン酸二無水物成分に対してパラ−ターフェニル−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸二無水物(p-TPDA)100モル%及び、全芳香族ジアミン成分に対して4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(DADE)30モル%とパラフェニレンジアミン(PPD)70モル%とを、カルボン酸二無水物成分と芳香族ジアミン成分との略等モル量でN−メチル−2−ピロリドン中で重合してポリイミド前駆体のポリアミド酸溶液を5kg用意した。この溶液は粘度8.5Pa・s(25℃)、不揮発分濃度18.5重量%であった。
【0103】
この溶液にチャンネル系カーボンブラックであるデグサ製カーボンブラック「Special Black 4(SB4)」(pH:3.0、窒素吸着比表面積:180m/g、DBP吸収量:230ml/100g、揮発分含有量14.5重量%)を0.16kgとN−メチル−2−ピロリドン1.5kgを加えて、ボールミルにてカーボンブラックの均一分散を行い、カーボンブラック分散ポリイミド前駆体溶液H(以下、前駆体溶液組成物Hとする)を調製した。この溶液の固形分濃度は16.3重量%であり、固形分重量のうち、カーボンブラックの含有量は、14.7重量%であった。また、溶液中でのカーボンブラックの平均粒子径は0.28μm、最大粒径は0.51μmであった。
(カーボンブラック充填ポリイミドシームレスベルトの作製)
上記前駆体溶液組成物Hを用いて実施例1と同様にして、カーボンブラック充填ポリイミドシームレスベルト(膜厚:80μm)を作製した。重量加速度の4.0倍の遠心加速度(約154r.p.m)で回転させたまま、30分間かけて120℃に昇温し、その後120℃で100分間保持して溶媒を揮発させた。
【0104】
次に、この管状物を円筒金型の内周面に付着したまま高温加熱炉に投入し、150分間かけて320℃に昇温し(昇温速度:約1.27℃/分)、320℃で60分間高温加熱することでポリイミド転化を完了した。その後、室温まで冷却し、金型内面より剥離し、平均厚さ80μmのカーボンブラック充填ポリイミドシームレスベルトを得た。
【0105】
以上の実施例1〜4、比較例1〜4より得たポリイミドシームレスベルトについて、下記の特性を評価した。その結果を、表1〜3に示す。
【0106】
本明細書に記載される各物性値の測定は、以下のようにして行った。
<カーボンブラック分散ポリイミド前駆体溶液組成物中の固形分濃度の測定>
カーボンブラック分散ポリイミド前駆体溶液組成物中の固形分濃度は、次のように算出された値である。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(g)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℃×15分、180℃×15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(不揮発分重量)をB(g)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、固形分濃度とした。
【0107】
固形分濃度=B/A×100(%)
<窒素吸着表面積>
窒素吸着表面積は、JIS K6217(低温窒素吸着法)に準拠して測定した。或いは、市販カーボンの特性データを参照した。
<DBP吸収量>
DBP吸収量は、JIS K6217に準拠して測定した。或いは、市販カーボンの特性データを参照した。
<カーボンブラックの揮発分含有量>
揮発分含有量は、JIS K6221に準拠して、該カーボンブラックを950℃で7分間加熱した時の減量を測定し、加熱前のカーボンブラック重量に対する減量をパーセント表示(重量%)した。
<カーボンブラックのpH>
pH値は、ASTM D1512に準拠した値とした。
<カーボンブラックの粒度>
溶液中でのカーボンブラックの粒度は、HORIBA社製LA−920型レーザー回折・散乱式粒度分布測定装置を用いて測定した値である。
<半導電性ポリイミド樹脂ベルトの表面抵抗率>
表面抵抗率(SR)の測定は、得られた半導電性ポリイミド樹脂ベルトを長さ400mmにカットしたものをサンプルとして、三菱化学(株)製の抵抗測定器“ハイレスタIP・URプロ−ブ”を使って、幅方向に等ピッチで3カ所と縦(周)方向に4カ所の合計12ヶ所について各々測定し、全体の平均値で示した。表面抵抗率(SR)は電圧500V印加の下10秒経過後に測定した。
<平面度測定>
得られた各カーボンブラック充填ポリイミドシームレスベルトを幅350mmにカットし、図1に示すような直径30mmの2本のローラー(3)に35Nの張力で張架した状態で、キーエンス(株)製のレーザ変位計(製品番号:タイプKL080)(2)でベルトの幅方向にベルト表面の変位量を読み取った。そして、図2に示すように、最大値から最小値を差分した値を幅方向の平面度とした。
<高電圧印加テスト及び空転耐久テスト>
10℃、25%RHの環境下、走行速度を280mm/sで、図3に示す通電システムにて評価した。実施例および比較例で得られたベルト(1)を、電圧印加ローラー(5)により4.0kV(通電電流約50μA)の印加電圧で、50時間運転した後の表面抵抗率の変動を測定した。その後、印加電圧なしで走行速度を280mm/sの速度で連続300時間の空転耐久評価を実施した。連続300時間を耐久性クリアとした。
【0108】
【表1】

【0109】
【表2】

【0110】
比較例1及び3は円筒金型の内周面より取り外し、アルミニウム製の管状金型に挿入した状態でイミド化反応させる場合、ベルト周方向は本来起こる収縮を抑え、幅方向は自由に収縮させるため、面内配向の差がベルトの平面度に影響を与えたと考えられる。実施例1〜4は、ターフェニル−テトラカルボン酸成分を主成分とすることで、ポリイミド樹脂の繰り返し単位中のイミド基(環)の濃度を減らすことができ、イミド化時の脱水量を減らし体積収縮力を低減できるため、高い平面度が実現できると考えられる。
【0111】
【表3】

【0112】
表3より、実施例1〜4及び比較例1〜3のベルトは、高電圧印加テストにおいても表面抵抗率の変化(低下)はなかった。これは、樹脂中にカーボンブラックを高充填化させること、即ち、樹脂中でカーボンブラックが可能な限り連続した均一な分散状態であるためと考える。一方、比較例4のベルトは、高電圧印加テストにおいて表面抵抗率の変化(低下)が生じた。さらに、実施例1〜4では、空転耐久評価で連続300時間行ってもベルトが破損することは無かった。
【0113】
これらの結果は、本発明の半導電性ポリイミド樹脂ベルトを、例えば中間転写ベルトとして用いた場合、過大な電流を繰り返し流しても表面抵抗率の変化がなく高品質の転写画像が得られ、しかも長期間の使用でも破損することがないことを意味する。
【図面の簡単な説明】
【0114】
【図1】平面度測定方法の概略図を示す。
【図2】図1のAA断面図を示す。
【図3】高電圧印加テスト及び空転耐久テストに用いる通電システムの模式図を示す。
【符号の説明】
【0115】
1 無端管状フィルム
2 レーザー変位計
3 ローラー
4 レーザー変位計の走査方向
5 電圧印加ローラー
6 走行方向

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ポリイミド樹脂70〜85重量%及びカーボンブラック30〜15重量%を含み、表面抵抗率が1×10〜1×1014Ω/□である半導電性ポリイミド樹脂ベルトであって、
該ポリイミド樹脂が、ターフェニル−テトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミンとをイミド化して得られる共重合体である半導電性ポリイミド樹脂ベルト。
【請求項2】
前記ターフェニル−テトラカルボン酸二無水物が、パラ−ターフェニル−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸二無水物及び/又はメタ−ターフェニル−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸二無水物を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導電性ポリイミド樹脂ベルト。
【請求項3】
前記芳香族ジアミン成分が、4,4’−ジアミノジフェニルエーテルを芳香族ジアミン全量に対して20〜80モル%含有することを特徴とする請求項1又は2に記載の半導電性ポリイミド樹脂ベルト。
【請求項4】
前記カーボンブラックが、オイルファーネス法で製造されたカーボンブラックを酸化処理したものであり、酸化処理後カーボンブラックのpHが2〜5、窒素吸着比表面積が60〜150m/g、ジブチルフタレート吸収量が40〜120ml/100gであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の半導電性ポリイミド樹脂ベルト。
【請求項5】
請求項1〜4のいずれかに記載の半導電性ポリイミド樹脂ベルトからなる電子写真機器の中間転写ベルト。
【請求項6】
ターフェニル−テトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミンとを、有機極性溶媒中で反応して得られるポリアミド酸溶液に、カーボンブラックを分散させてカーボンブラック分散ポリアミド酸溶液組成物を調製し、該カーボンブラック分散ポリアミド酸溶液組成物を回転成形法にて管状物に成形し、該成形体を加熱処理してイミド化する半導電性ポリイミド樹脂ベルトの製造方法であって、
(1)回転する円筒金型の内周面に、該カーボンブラック分散ポリアミド酸溶液組成物を塗布する工程、
(2)該円筒金型を回転させたまま80〜150℃の温度で加熱して、自己支持性の皮膜を形成する工程、及び
(3)該皮膜を円筒金型の内周面に付着した状態のまま、300〜350℃の温度で加熱してイミド化する工程、
を含むこと特徴とする製造方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2009−132818(P2009−132818A)
【公開日】平成21年6月18日(2009.6.18)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−310614(P2007−310614)
【出願日】平成19年11月30日(2007.11.30)
【出願人】(000001339)グンゼ株式会社 (919)
【Fターム(参考)】