説明

導電性組成物、電子写真用ベルト、中間転写ベルト及び画像形成装置、並びに導電性組成物の製造方法

【課題】電気抵抗の安定性に優れ、かつクリープ、伸び、割れに強い低コストで高寿命の導電性組成物、電子写真用ベルト、中間転写ベルト、及びこれらを用いた画像形成装置、並びに前記導電性組成物の製造方法を提供すること。
【解決手段】熱可塑性樹脂からなる母体樹脂と、導電剤と、補強剤と、を有し、前記導電剤は、カーボンブラックを含み、該カーボンブラックはアミン価が1〜100mgKOH/gであり、前記補強剤は、酸無水物、カルボン酸またはエポキシ基を含有することを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、導電性組成物、電子写真用の現像、感光体、帯電、転写、クリーニング、定着等に用いられる電子写真用部材、これらを用いた画像形成装置、及びインクジェットプリンタ用搬送部材、並びに前記導電性組成物の製造方法に関し、特に、電気抵抗が安定で高寿命の中間転写ベルトに関する。
【背景技術】
【0002】
従来から電子写真複写機、LBP(Laser Beam Printer)等の中間転写装置、現像装置、感光体装置等においては、エンドレスベルトが多用されている。例えば電子写真方式の画像形成装置に用いられる転写ベルトは電気抵抗率の安定性と機械強度・長寿命化が求められる。上記についてポリイミド、ポリアミドイミドのような熱硬化性樹脂を用いる技術が既に知られている。
【0003】
しかし、今までのポリイミドやポリアミドイミドは熱硬化性樹脂で溶液状のワニスを塗布、乾燥、硬化という工程を経て成形され、特に硬化に時間がかかり連続生産できない。また材料の単価自体が高額である。これに加えカーボンブラック等の導電性微粒子で電気抵抗を調整した場合、弾性率は高く伸びに強い材料であるものの切りさき感度が大きいため割れやすく、端部補強テープを使用しなければならなくコストが嵩むという問題があった。
【0004】
これに対して熱可塑性樹脂を用いる技術が検討されている。しかしながら、熱可塑性樹脂を用いるにあたっては連続生産できるためコストはかからないものの、電気抵抗率が安定せず、クリープや伸びが生じやすく寿命が短いという問題があった。
【0005】
そこで上記の問題を解決すべく、生産性、電気特性、耐久性等の種々の特性を充分に満足する導電性組成物の検討が数多く行われてきた。
例えば特許文献1には、フルオロポリマーと、導電性化合物と、トリブロックコポリマーとからなる導電性組成物が開示されている。また例えば特許文献2には、可撓性導電性シート材料に導電性高分子が被覆されてなる構成の複合体が開示されている。
しかしながら、特許文献1及び2に開示されている構成のいずれにおいても充分な特性が得られなかった。
【0006】
一方、特許文献3には、耐久割れとクリープの両立を達成する目的で、ポリアミド(A)と粘弾性を規定した熱可塑性樹脂(B)と相溶化剤(C)からなる構成が開示されている。しかしながら、相溶化剤(ビニル系グラフトポリマー、アクリロニトリル−スチレン共重合体、無水マレイン)を添加するのみではクリープや割れという問題は解消できていない。さらには、電気抵抗率の安定化に対する問題に至ってはまったく触れられていない。
【0007】
また一方、特許文献4には、アミン価5〜120の添加剤が外表面に付着しているエポキシ樹脂被覆カーボンブラックとフッ素系バインダーとからなる電子写真用ベルトの構成が開示されている。しかしながら、かかる構成をもってしても強度が不足しているため、さらなる強靭性が求められる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、電気抵抗の安定性に優れ、かつクリープ、伸び、割れに強い低コストで高寿命の導電性組成物、電子写真用ベルト、中間転写ベルト、及びこれらを用いた画像形成装置、並びに前記導電性組成物の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、カーボンブラック表面のアミン価を制御し、補強剤である酸無水物やカルボン酸を加えることでカーボンブラック表面において結合させることができ、また、酸無水物においてはイミド結合され強度が増す(カルボン酸でもジカルボン酸ダイマーでも同様)ことを知見すると共に、化学結合(イオン結合の場合もある)されているのでカーボンブラックの分散が向上し通電劣化してもカーボンブラックの再凝集がおきずに電気抵抗率が安定化すること、さらには凝集しないので凝集物を起点とした割れも発生しないことを知見して、本発明を完成するに至った。さらに、これらに加えて補強剤と母体樹脂とが電子線などで照射することで結合させるとネットワーク化され強度が増すとの知見も得られた。
【0010】
しかして、上記課題を解決するために本発明に係る導電性組成物、電子写真用ベルト、中間転写ベルト、及びこれらを用いた画像形成装置、並びに前記導電性組成物の製造方法は、具体的には下記(1)〜(12)に記載の技術的特徴を有する。
【0011】
(1):熱可塑性樹脂からなる母体樹脂と、導電剤と、補強剤と、を有し、前記導電剤は、カーボンブラックを含み、該カーボンブラックはアミン価が1〜100mgKOH/gであり、前記補強剤は、酸無水物、カルボン酸及びエポキシ基から選ばれるいずれか1を含有すること、を特徴とする導電性組成物である。
【0012】
(2):前記補強剤は複数の樹脂の共重合体であり、該複数の樹脂のうちの少なくとも1の重合体のSP値は、前記母体樹脂のSP値との差が3以下であることを特徴とする上記(1)に記載の導電性組成物である。
【0013】
(3): 前記母体樹脂は、溶融押出し後に電子線照射処理されて得られたものであることを特徴とする上記(1)または(2)に記載の導電性組成物である。
【0014】
(4):前記母体樹脂は2種以上のポリマーが混合されてなるブレンドポリマーであり、該2種以上のポリマーのうちの少なくとも1種は、ビニル基を含有してなるビニル基含有ポリマーであり、前記補強剤は、ビニル基を含有してなることを特徴とする上記(1)乃至(3)のいずれか1項に記載の導電性組成物である。
【0015】
(5):電子線照射が行われて得られることを特徴とする上記(4)に記載の導電性組成物である。
【0016】
(6):前記ビニル基含有ポリマーは、当該母体樹脂中に混合されてなる2種以上のポリマーのうち最も配合量の多いメインポリマーに対して1wt%〜50wt%含有されてなることを特徴とする上記(4)または(5)に記載の導電性組成物である。
【0017】
(7):前記ビニル基含有ポリマーのSP値と、前記補強剤のSP値と、の差が3以下であることを特徴とする上記(4)乃至(6)のいずれか1項に記載の導電性組成物である。
【0018】
(8):上記(1)〜(7)のいずれか1項に記載の導電性組成物を用いた電子写真用ベルトである。
【0019】
(9):上記(1)〜(7)のいずれか1項に記載の導電性組成物を用いた中間転写ベルトである。
【0020】
(10):像担持体と、該像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、トナーを用いて前記像担持体上に形成された静電潜像を現像してトナー像を形成する現像手段と、前記像担持体上のトナー像を中間転写ベルト上に転写する一次転写手段と、前記中間転写体上のトナー像を被記録媒体上に転写する二次転写手段と、該被記録媒体上のトナー像を定着する定着手段と、を備えた画像形成装置であって、前記中間転写ベルトが上記(9)に記載の中間転写ベルトであることを特徴とする画像形成装置である。
【0021】
(11):熱可塑性樹脂からなる母体樹脂と、導電剤と、補強剤と、を有し、前記導電剤は、アミン基を含有しアミン価が1〜100mgKOHであるカーボンブラックを含み、前記補強剤は、酸無水物、カルボン酸またはエポキシ基を含有する、導電性組成物の製造方法であって、熱可塑性樹脂と、カーボンブラックと、補強剤と、を溶融混練して溶融混練物となし、前記カーボンブラック表面のアミン基と前記補強剤が含有する官能基とを反応させる溶融混練工程と、前記溶融混練物を押出成形し成形物を得る成形工程と、を備えることを特徴とする導電性組成物の製造方法である。
【0022】
(12):熱可塑性樹脂からなる母体樹脂と、導電剤と、補強剤と、を有し、前記導電剤は、アミン価が1〜100mgKOHであるカーボンブラックを含み、前記補強剤は、エポキシ基を含有する、導電性組成物の製造方法であって、熱可塑性樹脂と、カーボンブラックと、補強剤と、を溶融混練して溶融混練物となし、前記カーボンブラック表面のアミン基と前記補強剤が含有する官能基とを反応させる溶融混練工程と、前記溶融混練物を押出成形し成形物を得る成形工程と、該成形物に電子線照射する電子線照射工程と、を備えることを特徴とする導電性組成物の製造方法である。
【発明の効果】
【0023】
本発明によれば、電気抵抗の安定性に優れ、かつクリープ、伸び、割れに強い低コストで高寿命の導電性組成物、電子写真用ベルト、中間転写ベルト、及びこれらを用いた画像形成装置、並びに前記導電性組成物の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】本発明に係る画像形成装置の一実施の形態における構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
<導電性組成物>
本発明に係る導電性組成物は、熱可塑性樹脂からなる母体樹脂と、導電剤と、補強剤と、を有し、前記導電剤は、カーボンブラックを含み、該カーボンブラックはアミン価が1〜100mgKOH/gであり、前記補強剤は、酸無水物、カルボン酸またはエポキシ基を含有すること、を特徴とする。
【0026】
次に、本発明に係る導電性組成物についてさらに詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であるから技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は以下の説明において本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【0027】
導電性組成物を画像形成装置の中間転写ベルトに用いた場合を例に挙げて説明する。
このとき、画像形成装置において中間転写ベルトとして導電性が付与され、バイアスが印加されたり回転駆動、摺擦したりする動作の中で、中間転写ベルトが割れたりクリープしたりせず、かつ電気特性も安定させるために、カーボンブラックの表面のアミン価を制御し、その制御されたカーボンブラックに酸無水物やカルボン酸基を含む樹脂(ここでは補強剤と称する。)を添加することで、カーボンブラックの表面のアミンと酸無水物やカルボン酸が反応し化学結合やイオン結合(ファンデルワールス力より強い)させることが特徴になっている。
かかる特徴について、例えば以下に示す反応の例が挙げられる。この例では、アミン基が酸無水物(エチレン・無水マレイン酸共重合体)と反応し、強靭な結合を形成することで上述した特徴を有する導電性組成物となる。
【0028】
【化1】

【0029】
次に、本発明に係る導電性組成物の実施の形態について、構成要素毎にさらに詳細に説明する。
(母体樹脂)
本発明において、母体樹脂は熱可塑性樹脂からなる。この熱可塑性樹脂からなる母体樹脂は、如何なる製法により得られたものであっても良いが、溶融押出しの後に電子線処理されて得られたものであることが好ましい。電子線を照射することで未反応分の部分も架橋させることができ、より機械強度が向上されてなるため好ましい。
【0030】
本発明の母体樹脂に用いられる熱可塑性樹脂としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル等が好ましく、ポリフッ化ビニリデンが特に好ましい。
【0031】
また、本発明において母体樹脂はブレンドポリマーであってもよい。即ち、上記列挙した熱可塑性樹脂のポリマーを2種以上組み合わせてブレンドポリマーとして用いてもよい。
さらに、ブレンドポリマーとして用いる場合、少なくとも1種のポリマーがビニル基(−C=C−)を含有してなることで、後述する補強剤が同じくビニル基(−C=C−)を含有する場合に、当該ビニル基を含有してなるポリマー(以下、ビニル基含有ポリマーと称する。)が補強剤と架橋しやすくなり抵抗安定性や機械強度を充分に確保できるため好ましい。この架橋の際には電子線を照射して架橋せしめることが好ましい。
【0032】
なお、ビニル基含有ポリマーは、2種以上のポリマーのうち母体樹脂中において最も配合量が多いメインポリマーに対して、1〜50wt%含有されることが好ましく、より好ましくは1〜20wt%である。1〜50wt%とすることで機械的強度を確保することができ好ましい。
【0033】
(導電剤)
本発明において、導電剤はカーボンブラックを含み、該カーボンブラックはアミノ基を有しアミン価が1〜100mgKOH/gである。
アミン価が1mgKOH/g未満であると補強剤との化学結合が少なくなるため好ましくない。また、アミン価が100mgKOH/gより大きいと不純物の量が多くなり機械強度が落ちるため好ましくない。
なお、カーボンブラックのアミン価はより好ましくは5〜80mgKOH/gである。
【0034】
・アミン処理したカーボンブラックのアミンの定量
アミンの定量はセミミクロケルダール法による窒素分析、及び塩酸による直接滴定法等の手法を用いることができ、ここでは、分析方法<1級アミン価>JIS K7245(プラスチック−エポキシ樹脂用アミン系硬化剤−第一,第二,第三アミノ基窒素含有量の求め方)に準拠して、第一アミノ基窒素含有量(%)を求めた後、この第一アミノ基窒素含有量の単位を変換し1級アミン価(mgKOH/g)とした。
【0035】
カーボンブラックの表面を好適な範囲でアミン処理し、混錬する母体樹脂に酸無水物、カルボン酸またはエポキシ基を含有させることで、カーボンブラックの表面においてアミノ基と酸無水物やカルボン酸、あるいはエポキシ基とが結合し、カーボンブラックを起点としてネットワークを形成できる。これによって通電してもカーボンブラックは再凝集を起こさず電気的に安定する。また、ネットワークを形成するので機械強度も確保できる。
【0036】
カーボンブラックのアミン処理はジアミンによる処理や、カーボンブラックを発煙硝酸によりニトロ化しアンモニア水、ハイドロサルファイトナトリウムによるニトロ基の還元する処理や、ナイロン等のアミド基と末端アミン基を有したポリアミドと酸性カーボンブラックを用いた酸塩基相互作用による処理等、周知慣用の処理でかまわない。
【0037】
本発明に用いられるカーボンブラックとしては、アセチレンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、ケチェンブラック等が好ましく、アセチレンブラックが特に好ましい。
【0038】
(補強剤)
本発明において、補強剤は酸無水物、カルボン酸またはエポキシ基を含有する。
本発明における補強剤に用いられる酸無水物として、好ましいものは、エチレン・マレイン酸共重合体、スチレン・マレイン酸共重合体等が挙げられる。
本発明における補強剤に用いられるカルボン酸として、好ましいものは、Poly(maleic acid-co-olefin)等が挙げられる。
本発明における補強剤に用いられるエポキシ基を有する好ましいものとしては、Poly(Bisphenol A-co-epichlorohydrin), glycidyl end-capped等が挙げられる。
【0039】
また、補強剤に共重合体を用い、その共重合体を構成する一部のSP値を、母体樹脂のSP値と近くすることで、補強剤と母体樹脂とが相溶しやすい、もしくはドメイン間の界面結合力を増すことができ、機械強度を確保することができる。
【0040】
・SP値
ここで本発明におけるSP(Solubility Parameter)値とは、分子凝集エネルギーの平方根で表される値で、様々な文献を用いることができ、例えば、Polymer HandBook(Second Edition)第IV章 Solubility Parameter Values、「大石、高分子材料の耐久性、p.74、工業調査会(1993)」に記載があり、その値を用いる。また、データの記載のないものについては、沸点から蒸発熱を求めて算出することができる(Polymer Hand Bookに記載あり)。
ここで、SP値の一例を下記表1に示す。なお、本発明におけるSP値の単位は(MJ/m1/2で表される。
【0041】
【表1】

【0042】
また前述のとおり、補強剤がビニル基(−C=C−)を含有する場合に、母体樹脂がブレンドポリマーであり、少なくとも1種のポリマーがビニル基含有ポリマーであることで、このビニル基含有ポリマーと補強剤とが架橋しやすくなり抵抗安定性や機械強度を充分に確保できるため好ましい。この架橋の際には電子線を照射して架橋せしめることが好ましい。
【0043】
さらに、補強剤のSP値と、ビニル基含有ポリマーのSP値と、の差を3以下とすることで、樹脂中の互いのビニル基の距離を接近させることができ、電子線を照射するとより架橋しやすくなり強度を確保することができるため好ましい。
【0044】
(その他)
なお、本発明に係る導電性組成物には、上述した母体樹脂、導電剤、補強剤以外にも、所望の特性を得るべく、本発明の効果を損なわない範囲で種々の材料を適宜添加することができることは言うまでもない。
【0045】
<導電性組成物の製造方法>
先ず、上述した導電性組成物を構成する各原料をブレンドする。ブレンドする方法としては、特に制限はないが、例えば、ミキシングブレンド法をあげることができる。ミキシングブレンドに使用するミキサーとしては、特に制限はないが、導電剤(カーボンブラック)を均一に分散させることを考慮すると、例えば、2軸スクリューを有する押出機等が好ましい。更に、分散性を向上させたい場合には、ポリフッ化ビニリデン系樹脂粉末と金属酸化物や導電剤等の粉末を物理的、機械的に混合する、例えばハイブリゼーション等の方法でミキシングすることもできるが、このことも特に限定されない。
【0046】
こうしてミキシングブレンドされた原料は、通常ペレット状に押出される。ブレンドされた原料、例えば前記のようにペレット状等に形成された原料は、未絶乾の状態では成膜時に発泡する恐れがあるので、必要ならば水分率が0.05重量%程度以下となるように除湿乾燥させてもよい。また、ミキシング及びペレット化を、窒素ガス、炭酸ガス等の反応性の乏しいガスや、ヘリウムガス等の不活性ガスの置換雰囲気下で行なうと、ポリフッ化ビニリデン系樹脂の分子量変動が抑えられ、好ましい場合が多い。なおミキシングブレンドにより、得られるペレットの体積電気抵抗率が変動する場合があるので注意を要する。こうして得られた配合物は前記したと同様の反応性の乏しいガスや不活性ガス中で乾燥せしめると一層好ましい場合が多い。またミキシング及びペレット化は低温で行なうほうが好ましい。必要ならば滑剤を添加すると分子量低下が防止できる場合が多いが、特に滑剤を添加しなくてもよい。
【0047】
次いで、ブレンドされ、必要ならばペレット化された原料をチューブ状フィルムに成膜する。ここでいうフィルムには、シート状の厚手のものも包含される。成膜方法は特に制限されないが、環状ダイスからの押出成膜法が好ましい。環状ダイスから押出成膜する際、定径、定厚等の寸法精度を得るためには、インサイドもしくはアウトサイドマンドレル等のサイジング部により規制するのが望ましい。こうしたサイジング部の冷却温度は特に重要であり、冷却水の温度、サイジング部の材質などをポリフッ化ビニリデン系樹脂の種類や電気抵抗率、膜厚等に合せて慎重に選ぶことが望ましい。このような選択によってチューブの成膜性を向上させると同時にサイジング部表面に付着する分解モノマーの付着量を低減できる等好ましい場合が多い。本発明に係る導電性組成物の製造方法においては、サイジング筒状態に循環する冷却水の温度は特に制限はないが、通常では0〜90℃、好ましくは20〜60℃が望ましい。押出されたチューブ状フィルムは、折目がつかない状態で引き取るのが好ましい。例えば、軟質の押え爪部を有するキャタピラーコンベアー対を用いて、折目が残らない程度に軽く押えつけながら引き取るキャタピラー方式が好ましい方法として例示できる。引き取りは、このようにチューブとの接触面積を多くして、折目がつかないように引き取るいわゆる長時間隔保持方式が望ましい場合が多い。
【0048】
得られるフィルムの体積電気抵抗率は、主にブレンドする導電性フィラー(導電剤)の量によって決定されるが、フィルム各部の体積電気抗値は成膜条件によっても相当に変動する。従って、体積電気抵抗率を所定の値にコントロールすると共に、フィルム各部の体積電気抵抗率の変動幅を一定値以内にするためには、成膜条件に充分な注意を要する。例えば押出し成膜を行なう際には、ブレンドされた原料の流動性、粘度等や押出機内でかかる圧力、その他の要因により変動する場合があるので、スクリューの形状、押出量、温度制御等を精度よく行なうことが望ましい。この際、押出機内の圧力をコントロールするためにはギヤーポンプを介してポリフッ化ビニリデン系樹脂を押出機に投入してもよい。かかるギヤーポンプは溶融状の樹脂を定量的にダイスに導くものであればよく、市販のものを使用できる。
【0049】
殊に、この体積電気抵抗率の変動は、一般的に押出方向(チューブの軸方向)に対し直角方向(チューブの円周方向)に大きくなる傾向を示すので、特に制限はないが、押出時、例えば環状ダイスにおける温度コントロールを細部に行なうが好ましい。例えばダイスの円周方向に段階的にコントロールを行なうのがよい。より具体的には、例えば、ダイス内での樹脂温度を±1℃程度、更には±0.5℃程度の精度でコントロールすることにより体積電気抵抗率の変動が少ないフィルムが成膜できる。
【0050】
より高度な寸法精度が要求される場合には、例えば、押出成膜後、定寸ガイドで規制したり、延伸を行なう等により寸法精度の向上に適した方法を採用してもよい。延伸を行なう場合には、縦、横(チューブの軸方向及び円周方向)の延伸倍率の程度により、導電性カーボンの相互の接触状態の分布が変わり体積電気抗値が変動するので、予め条件を正確に設定しておくことが望ましい。
【0051】
以上のような条件で製造することにより、体積電気抵抗率のバラツキを少なくコントロールすることができ、かつ、良好な表面の平滑性を維持でき、加えて径、厚さ等の寸法精度に優れたチューブ状フィルムの製造が可能となる。勿論、電気抵抗率、寸法精度等にこだわらない場合は、どのようにチューブ状にフィルム化しても自由であるが、複写機器等における映像機能性ベルト、メモリー機能、静電コントロール機能、搬送等に用いる場合は、上記各性能を供えることが望ましい場合が多い。
【0052】
このようにして得られるチューブ状フィルムを、軸方向(機械方向、押出方向)に対し直角方向(円周方向)に、所定の長さで順次輪切り状に切断することにより、本発明の継目のない導電性ベルトを得ることができる。ベルトの幅は、切断長さを変えるだけで任意に調整でき、便利である。
【0053】
また、シームレスベルトの製造方法としては上述の例に限られるものではなく、連続溶融押出成形法、射出成形法あるいはブロー成形法、インフレーションフィルム成形法等公知の方法を採用することが出来る。望ましい製造方法は連続溶融押出成形法で、特に押し出したチューブの内径を高精度で制御可能な下方押し出し方式のバキュームサイジングまたは内部冷却マンドレル方式が最も好ましい。特にベルトの直径が30mmφ以上の場合には、内部冷却マンドレル方式が適しておりまた、ベルト直径が30mmφ未満の場合には、バキュームサイジング方式が適している。
さらに、得られたシームレスベルトに電子線を照射することが好ましい。
【0054】
ポリカーボネート樹脂(特開平6−95521号公報参照)、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)(特開平5−200904号公報、特開平6−228335号公報参照)、ポリアルキレンフタレート(特開平6−149081号公報参照)、PC(ポリカーボネート)/PAT(ポリアルキレンテレフタレート)のブレンド材料(特開平6−149083号公報)、ETFE(エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体)/PC、ETFE/PAT、PC/PATのブレンド材料(特開平6−149079号公報参照)等の熱可塑性樹脂にカーボンブラック等の導電性材料を分散させた材料からなる導電性無端ベルトを用いることが提案されている。また、機械的特性が優れた材料としてはポリイミド樹脂を挙げることができ、例えば、特許第2560727号公報(特開昭63−311263号公報)には、カーボンブラックを分散させたポリイミドシームレスベルトも提案されている。
【0055】
<電子写真用ベルト>
本発明に係る電子写真用ベルトは、上述した導電性組成物を用いた電子写真用ベルトであり、具体的には、中間転写ベルト、用紙搬送用ベルト等に用いることができる。
【0056】
<中間転写ベルト>
本発明に係る中間転写ベルトは、上述した導電性組成物を用いた中間転写ベルトである。
中間転写ベルトは、像担持体上に形成されたトナー潜像を1次転写部でトナーと逆極性のバイアスを印加し中間転写ベルト上へ一旦トナー像を転写し、次に2次転写部で記録材にトナーと逆極性のバイアスを印加して2次転写を行うためのものである。
【0057】
<画像形成装置>
本発明に係る画像形成装置は、像担持体と、該像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、トナーを用いて前記像担持体上に形成された静電潜像を現像してトナー像を形成する現像手段と、前記像担持体上のトナー像を中間転写ベルト上に転写する一次転写手段と、前記中間転写体上のトナー像を被記録媒体上に転写する二次転写手段と、該被記録媒体上のトナー像を定着する定着手段と、を備えた画像形成装置であって、前記中間転写ベルトが上述した中間転写ベルトであることを特徴とする。
【0058】
プロセスユニット1K(ブラック)、1Y(イエロー)、1M(マゼンタ)、1C(シアン)は、互いに異なる色のK、Y、M、Cトナーを用いるが、それ以外は同様の構成になっている。ここでは、K用のプロセスユニットを例にとって説明する。プロセスユニット1Kは、ドラム状の感光体(像担持体)2Kの周囲に、感光体2K表面を一様に帯電せしめる帯電部材3K、感光体2K上の潜像を現像する現像ローラ(現像手段)4K、感光体2K上の転写残トナーをクリーニングする図示しないクリーニング部材等を備えている。プロセスユニット1Kにおいて、帯電部材3Kによって一様に帯電せしめられた感光体2Kの表面は、図示しない露光装置(静電潜像形成手段)から発せられるレーザ光Lによって露光走査されてK用の静電潜像を担持する。このK用の静電潜像は、現像ローラ4Kと対向する現像領域でKトナー像に現像される。そして、感光体2K上に現像されたKトナー像は、後述する中間転写ユニット6の一次転写ローラ9Kによって中間転写ベルト5上に中間転写される。転写後に感光体2K上に残留する転写残トナーは、クリーニング部材によってクリーニングされる。その後、感光体2Kは帯電装置3Kによって除電と同時に帯電され、次の画像形成に備えられる。他色用のプロセスユニット1Y,M、Cにおいても、同様にして感光体2Y,M、C上にY,M、Cトナー像が形成される。
【0059】
上記プロセスユニット1K、Y、M、Cの図1中下方には、中間転写体たる中間転写ベルト5を備える転写装置(中間転写ユニット)6が配設されている。中間転写ベルト5は、駆動ローラ(7)を含む支持ローラ7、8によって張架されながら図1中矢印方向に回転する。また、中間転写ベルト5のループ内には、無端移動せしめられる中間転写ベルト5を感光体2K、Y、M、Cとの間に挟み込んで一次転写ニップを形成する1次転写ローラ(一次転写手段)9K、Y、M、Cが配設される。一次転写ローラ9K、Y、M、Cには、電源によりトナーの帯電極性とは逆極性の所定の一次転写バイアスVtが印加される。これにより、中間転写ベルト5には、その無端移動に伴ってK、Y、M、C用の1次転写ニップを順次通過していく過程で、一次転写電界やニップ圧の作用によって感光体2K、Y、M、C上のK、Y、M、Cトナー像が順次重ね合わせて中間転写されていく。
【0060】
また、上記中間転写ユニット6において、中間転写ベルト5のループ外には、二次転写ローラ(二次転写手段)19や、中間転写ベルト用クリーニング装置10、が配設される。二次転写ローラ19は、中間転写ベルト5により形成されるループ内の支持ローラ8に対向する位置で、中間転写ベルト5の表面に当接して二次転写ニップを形成し、電源により所定の二次転写バイアスが印加される。
【0061】
一方、中間転写ユニット6の下方には、転写材(被記録媒体)たる記録紙Pを複数枚収容する給紙カセット11が配設されている。給紙カセット11内の記録紙Pは給紙ローラ12の回転駆動によって給紙路に送り出され、レジストローラ対13に挟み込まれる。レジストローラ対13は、中間転写ベルト5上に形成された4色重ね合わせトナー像が二次転写ニップに進入するタイミングを見計らって、記録紙Pを二次転写ニップに向けて送り出す。
【0062】
上記二次転写ニップ内で中間転写ベルト5上の4色重ね合わせトナー像に密着した記録紙Pには、二次転写電界やニップ圧の作用によって4色重ね合わせトナー像が一括二次転写され、記録紙Pの白色と相まってフルカラー画像となる。二次転写ニップを通過した後の中間転写ベルト5残留する転写残トナーは、クリーニング装置10によってベルト表面から除去される。
【0063】
また、上記二次転写ニップの図1中上方には、定着装置(定着手段)14が配設されている。中間転写ベルト5や二次転写ローラ9から剥離しながら二次転写ニップから排出される記録紙Pは、この定着装置14内に送り込まれる。定着装置14では、発熱源を内包する定着ローラとこれに圧接せしめられている加圧ローラとの当接による定着ニップを形成している。この定着ニップ内を通過する記録紙Pは、加熱や加圧の作用によってフルカラー画像が定着せしめられた後、機外へと排出される。
【実施例】
【0064】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は下記実施例に何ら限定されるものではない。
(実施例1)
カーボンブラックSB4(デグサ社製)100gとヘキサメチレンジアミン(HMDA;アルドリッチ社製)20gと純水を添加しビーズミルで60℃24時間攪拌分散した。洗浄乾燥後、得られたカーボンブラックのアミン価は10であった。
【0065】
次にアミン価を調整したカーボンブラック100gに補強剤として下記構造式(1)で示されるBONDINE(Arkema社製)エチレン・無水マレイン酸共重合体100gをラボプラストミル(東洋精機社製)にて混錬した。
【0066】
【化2】

【0067】
最後にPVDF(KF1100 クレハ社製)1.0kgと上記混錬したカーボンブラック分散体200gをラボプラストミルにて混錬し、ペレタイザーにて導電体組成物のペレットを作製した。このペレットで溶融混錬機にTダイを装着して押出し、フィルム(厚み100μm)を作製した。
【0068】
得られたフィルムを以下に示す評価方法によりそれぞれの項目について試験評価を行った。得られた結果を、後述する実施例2〜9および比較例1〜5並びに参考例1〜5と共に表1に示す。
【0069】
<抵抗安定性の評価>
抵抗安定性の評価として、電圧依存性(10V印加時の体積抵抗率ρV10vと100Vを印加時の体積抵抗率ρV100vとの比(ρV10v)/(ρV100v)が2未満を○、2以上を×)、通電劣化(DC10μAを印加しつづけた時の100V印加時の体積抵抗率であるρV劣化と、初期の体積抵抗率であるρV初期と、の比(ρV劣化)/(ρV初期)の比が0.01〜2の範囲未満(0.01より大きく2未満;通電上昇、通電低下の抵抗上下限)であるときを○、0.01〜0.2の範囲外であるときを×)の二つともに満足するものである場合を○、どちらも満足しない場合を×、いずれか一方を満足しない場合を△とした。
なお、電圧依存性のみが範囲外の場合初期から画像不具合が生じやすくなり、通電劣化のみが範囲外の場合耐久経時で画像不具合が生じやすくなる。
【0070】
<機械強度>
機械強度はJIS P 8115(2002年)に基づき、シートサンプルの幅13.5mm、長さ150mmにカットして、荷重1kg重にて屈曲試験を実施して屈曲耐久性(単位:回)を評価した。3000回以上を○、3000回未満を△とした。
【0071】
<クラック>
IPSIO SP C310(株式会社リコー製)プリンタの中間転写ベルトとして得られたフィルムを用い画像印字耐久90000枚以上印刷後にクラックが入っているかいないかで評価した。ベルトの表面や端部の変形が少しみられる程度で画像品質上問題ないレベルを○、ベルトの表面や端部に変形がみられ、クラックも少しみられるが画像品質上問題ないレベルを△、ベルトの表面や端部に変形・クラックがみられ画像品質上問題となるレベルを×とした。
【0072】
<引張強度>
引張強度、引張破断伸びは、JIS K 7113に従って、幅10mm及び長さ100mmの試験片を用いて、引張試験機により、引張速度50mm/分及びチャック間距離50mmの条件で測定することができる。
<<引張強度評価基準>>
50Mpa未満:ベルトの傷やスジ、異物付着が見られる ×
50Mpa以上60Mpa未満:△
60Mpa以上:上記現象がみられるものの画には影響しないレベル ○
【0073】
(実施例2)
カーボンブラックSB5(デグサ社製)100gとヘキサメチレンジアミン(アルドリッチ社製)20gと純水を添加しビーズミルで60℃24時間攪拌分散した。洗浄乾燥後、得られたカーボンブラックのアミン価は9であった。
【0074】
次にアミン価を調整したカーボンブラック100gに補強剤として下記構造式(2)で示されるアラスター700(荒川化学工業社製)スチレン・マレイン酸半エステル100gをラボプラストミル(東洋精機社製)にて混錬した。
【0075】
【化3】

【0076】
最後にPC(S−3000 三菱プラスチックエンジニアリング社製)1.0kgと上記混錬したカーボンブラック分散体200gをラボプラストミルにて混錬し、ペレタイザーにて導電体組成物のペレットを作製した。このペレットで溶融混錬機にTダイを装着して押出し、フィルム(厚み100μm)を作製した。
【0077】
(実施例3)
カーボンブラックSB4(デグサ社製)100gとヘキサメチレンジアミン(アルドリッチ社製)20gと純水を添加しビーズミルで60℃24時間攪拌分散した。洗浄乾燥後、得られたカーボンブラックのアミン価は10であった。
【0078】
次にアミン価を調整したカーボンブラック100gに補強剤として前記構造式(2)で示されるアラスター700(荒川化学工業社製)スチレン・マレイン酸半エステル100gをラボプラストミル(東洋精機社製)にて混錬した。
【0079】
最後にPBT(ノバデュラン5010 三菱プラスチックエンジニアリング社製)1.0kgと上記混錬したカーボンブラック分散体200gをラボプラストミルにて混錬し、ペレタイザーにて導電体組成物のペレットを作製した。このペレットで溶融混錬機にTダイを装着して押出し、フィルム(厚み100μm)を作製した。
【0080】
(実施例4)
カーボンブラックSB4(デグサ社製)100gとヘキサメチレンジアミン(アルドリッチ社製)20gと純水を添加しビーズミルで60℃24時間攪拌分散した。洗浄乾燥後、得られたカーボンブラックのアミン価は10であった。
【0081】
次にアミン価を調整したカーボンブラック100gに補強剤として下記構造式(3)で示されるPoly(maleic acid-co-olefin)(アルドリッチ社製)100gをラボプラストミル(東洋精機社製)にて混錬した。なお、下記式(3)中、RはH、R’は−CH2(CH2)nCH3を表す。
【0082】
【化4】

【0083】
最後にPVDF(KF1100 クレハ社製)1.0kgと上記混錬したカーボンブラック分散体200gをラボプラストミルにて混錬し、ペレタイザーにて導電体組成物のペレットを作製した。このペレットで溶融混錬機にTダイを装着して押出し、フィルム(厚み100μm)を作製した。
【0084】
(実施例5)
カーボンブラックSB4(デグサ社製)100gとヘキサメチレンジアミン(アルドリッチ社製)20gと純水を添加しビーズミルで60℃24時間攪拌分散した。洗浄乾燥後、得られたカーボンブラックのアミン価は10であった。
【0085】
次にアミン価を調整したカーボンブラック100gに補強剤として下記構造式(4)で示されるPoly(styrene-co-maleic anhydride) (アルドリッチ社製)100gをラボプラストミル(東洋精機社製)にて混錬した。
【0086】
【化5】

【0087】
最後にポリカーボネート(S−3000 三菱エンジニアリングプラスチック)1.0kgと上記混錬したカーボンブラック分散体200gをラボプラストミルにて混錬し、ペレタイザーにて導電体組成物のペレットを作製した。このペレットで溶融混錬機にTダイを装着して押出し、フィルム(厚み100μm)を作製した。
【0088】
(実施例6)
カーボンブラックSB4(デグサ社製)100gとヘキサメチレンジアミン(アルドリッチ社製)20gと純水を添加しビーズミルで60℃24時間攪拌分散した。洗浄乾燥後、得られたカーボンブラックのアミン価は10であった。
【0089】
次にアミン価を調整したカーボンブラック100gに補強剤として下記化学式(5)で示される無水マレイン酸(アルドリッチ社製)10gをラボプラストミル(東洋精機社製)にて混錬した。
【0090】
【化6】

【0091】
最後にPVDF(KF1100 クレハ社製)1.0kgと下記構造式(6)で示されるPoly(styrene-co-butadiene-co-methyl methacrylate)(アルドリッチ社製)100gと上記混錬したカーボンブラック分散体200gをラボプラストミルにて混錬し、ペレタイザーにて導電体組成物のペレットを作製した。このペレットで溶融混錬機にTダイを装着して押出し、フィルム(厚み100μm)を作製した。このフィルムに電子線照射装置(NHVコーポレーション社製)により加速電圧150kV、電子線量160kGy、窒素雰囲気下、100mm/secの送り速度で電子線を照射した。
【0092】
【化7】

【0093】
(実施例7)
カーボンブラックSB4(デグサ社製)100gとヘキサメチレンジアミン(アルドリッチ社製)20gと純水を添加しビーズミルで60℃24時間攪拌分散した。洗浄乾燥後、得られたカーボンブラックのアミン価は10であった。
【0094】
次にアミン価を調整したカーボンブラック100gに補強剤として下記構造式(7)で示されるマレイン化ポリブテン(日油株式会社製)10gをラボプラストミル(東洋精機社製)にて混錬した。但し、下記式(7)中、R,R’はアルキル基あるいは水素を表す。なお、下記構造式(7)で示される補強剤のSP値は21.5である。
【0095】
【化8】

【0096】
次にPC(S−3000 三菱エンジニアリングプラスチック社製)1.0kgとABS樹脂(テクノポリマー社製)100gと上記混錬したカーボンブラック分散体200gをラボプラストミルにて混錬し、ペレタイザーにて導電体組成物のペレットを作製した。このペレットで溶融混錬機にTダイを装着して押出し、フィルム(厚み100μm)を作製した。このフィルムに電子線照射装置(NHVコーポレーション社製)により加速電圧150kV、電子線量160kGy、窒素雰囲気下、100mm/secの送り速度で電子線を照射した。
【0097】
(実施例8)
カーボンブラックSB4(デグサ社製)100gとヘキサメチレンジアミン(アルドリッチ社製)20gと純水を添加しビーズミルで60℃24時間攪拌分散した。洗浄乾燥後、得られたカーボンブラックのアミン価は10であった。
【0098】
次にアミン価を調整したカーボンブラック100gに補強剤としてPoly(Bisphenol A-co-epichlorohydrin), glycidyl end-capped(アルドリッチ社製)100gをラボプラストミル(東洋精機社製)にて混錬した。
【0099】
【化9】

【0100】
最後にPC(S−3000 三菱エンジニアリングプラスチック社製)1.0kgと上記混錬したカーボンブラック分散体200gをラボプラストミルにて混錬し、ペレタイザーにて導電体組成物のペレットを作製した。このペレットで溶融混錬機にTダイを装着して押出し、フィルム(厚み100μm)を作製した。
【0101】
(実施例9)
さらに、実施例8で得たシートを電子線照射装置(NHVコーポレーション社製)により加速電圧150kV、電子線量160kGy、窒素雰囲気下、100mm/secの送り速度で電子線を照射した。
【0102】
(比較例1〜3)
上記実施例1〜3で補強剤を添加せず、および、カーボンブラックの処理をせずに同様の工程でフィルム100μmを得た。
【0103】
(比較例4)
カーボンブラックSB5(デグサ社製)100gとエチレンジアミン(EDA;アルドリッチ社製)20gと純水を添加しビーズミルで60℃24時間攪拌分散した。洗浄乾燥後、得られたカーボンブラックのアミン価は107であった。
【0104】
次にアミン価を調整したカーボンブラック100gに補強剤として前記構造式(1)で示されるBONDINE(Arkema社製)エチレン・無水マレイン酸共重合体100gをラボプラストミル(東洋精機社製)にて混錬した。
【0105】
最後にPVDF(KF1100 クレハ社製)1.0kgと上記混錬したカーボンブラック分散体200gをラボプラストミルにて混錬し、ペレタイザーにて導電体組成物のペレットを作製した。このペレットで溶融混錬機にTダイを装着して押出し、フィルム(厚み100μm)を作製した。
【0106】
(比較例5)
補強剤を下記構造式(9)で示されるEVATANE(Arkema社製、エチレン酢酸ビニルコポリマー)にかえる以外は実施例1と同様に行った。
【0107】
【化10】

【0108】
(参考例1)
実施例5の母体樹脂であるPCをPA(ポリアミド)に変えて同様に評価した。PAはナイロン6,6(アルドリッチ社製)を用いた。
【0109】
(参考例2)
実施例6のPoly(styrene-co-butadiene-co-methyl methacrylate)をPoly(styrene-co-methylmethacrylate)に変えて同様にフィルムを作成し、電子線を照射した。
【0110】
(参考例3)
実施例6におけるPoly(styrene-co-butadiene-co-methyl methacrylate)(アルドリッチ社製)の添加量を100gから600gに変えて行った。
【0111】
(参考例4)
実施例6におけるPoly(styrene-co-butadiene-co-methyl methacrylate)(アルドリッチ社製)の添加量を100gから5gに変えて行った。
【0112】
(参考例5)
実施例7におけるマレイン化ポリブテン(日油株式会社製)10gを前記化学式(5)で示される無水マレイン酸(アルドリッチ社製)10gに変えて行った。
【0113】
【表2】

【0114】
以上の実施例1〜9及び比較例1〜5、並びに参考例1〜5によれば、本発明に係る導電性組成物は、電気抵抗の安定性に優れ、かつクリープ、伸び、割れに強い低コストで高寿命であることがわかった。
【符号の説明】
【0115】
1 プロセスユニット
2 感光体(像担持体)
3 帯電部材
4 現像ローラ(現像手段)
5 中間転写ベルト
6 中間転写ユニット
7 支持ローラ(駆動ローラ)
8 支持ローラ
9 一次転写ローラ
10 中間転写ベルト用クリーニング装置
11 給紙カセット
12 給紙ローラ
13 レジストローラ対
14 定着装置(定着手段)
19 二次転写ローラ(二次転写手段)
P 記録紙
【先行技術文献】
【特許文献】
【0116】
【特許文献1】特開2002−241562号公報
【特許文献2】特開平04−022013号公報
【特許文献3】特許第3738628号公報
【特許文献4】特開2002−304065号公報

【特許請求の範囲】
【請求項1】
熱可塑性樹脂からなる母体樹脂と、導電剤と、補強剤と、を有し、
前記導電剤は、カーボンブラックを含み、
該カーボンブラックはアミン価が1〜100mgKOH/gであり、
前記補強剤は、酸無水物、カルボン酸及びエポキシ基から選ばれるいずれか1を含有すること、を特徴とする導電性組成物。
【請求項2】
前記補強剤は複数の樹脂の共重合体であり、
該複数の樹脂のうちの少なくとも1の重合体のSP値は、前記母体樹脂のSP値との差が3以下であることを特徴とする請求項1に記載の導電性組成物。
【請求項3】
前記母体樹脂は、溶融押出し後に電子線照射処理されて得られたものであることを特徴とする請求項1または2に記載の導電性組成物。
【請求項4】
前記母体樹脂は2種以上のポリマーが混合されてなるブレンドポリマーであり、
該2種以上のポリマーのうちの少なくとも1種は、ビニル基を含有してなるビニル基含有ポリマーであり、
前記補強剤は、ビニル基を含有してなることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の導電性組成物。
【請求項5】
電子線照射が行われて得られることを特徴とする請求項4に記載の導電性組成物。
【請求項6】
前記ビニル基含有ポリマーは、当該母体樹脂中に混合されてなる2種以上のポリマーのうち最も配合量の多いメインポリマーに対して1wt%〜50wt%含有されてなることを特徴とする請求項4または5に記載の導電性組成物。
【請求項7】
前記ビニル基含有ポリマーのSP値と、前記補強剤のSP値と、の差が3以下であることを特徴とする請求項4乃至6のいずれか1項に記載の導電性組成物。
【請求項8】
請求項1〜7のいずれか1項に記載の導電性組成物を用いた電子写真用ベルト。
【請求項9】
請求項1〜7のいずれか1項に記載の導電性組成物を用いた中間転写ベルト。
【請求項10】
像担持体と、
該像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、
トナーを用いて前記像担持体上に形成された静電潜像を現像してトナー像を形成する現像手段と、
前記像担持体上のトナー像を中間転写ベルト上に転写する一次転写手段と、
前記中間転写体上のトナー像を被記録媒体上に転写する二次転写手段と、
該被記録媒体上のトナー像を定着する定着手段と、を備えた画像形成装置であって、
前記中間転写ベルトが請求項9に記載の中間転写ベルトであることを特徴とする画像形成装置。
【請求項11】
熱可塑性樹脂からなる母体樹脂と、導電剤と、補強剤と、を有し、
前記導電剤は、アミン基を含有しアミン価が1〜100mgKOHであるカーボンブラックを含み、
前記補強剤は、酸無水物、カルボン酸またはエポキシ基を含有する、導電性組成物の製造方法であって、
熱可塑性樹脂と、カーボンブラックと、補強剤と、を溶融混練して溶融混練物となし、前記カーボンブラック表面のアミン基と前記補強剤が含有する官能基とを反応させる溶融混練工程と、
前記溶融混練物を押出成形し成形物を得る成形工程と、を備えることを特徴とする導電性組成物の製造方法。
【請求項12】
熱可塑性樹脂からなる母体樹脂と、導電剤と、補強剤と、を有し、
前記導電剤は、アミン価が1〜100mgKOHであるカーボンブラックを含み、
前記補強剤は、エポキシ基を含有する、導電性組成物の製造方法であって、
熱可塑性樹脂と、カーボンブラックと、補強剤と、を溶融混練して溶融混練物となし、前記カーボンブラック表面のアミン基と前記補強剤が含有する官能基とを反応させる溶融混練工程と、
前記溶融混練物を押出成形し成形物を得る成形工程と、
該成形物に電子線照射する電子線照射工程と、を備えることを特徴とする導電性組成物の製造方法。

【図1】
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【公開番号】特開2011−237786(P2011−237786A)
【公開日】平成23年11月24日(2011.11.24)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−88149(P2011−88149)
【出願日】平成23年4月12日(2011.4.12)
【出願人】(000006747)株式会社リコー (37,907)
【Fターム(参考)】