【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、レーザービームプリンター、ファクシミリなどの電子写真方式画像形成装置に用いられる中間転写兼定着ベルトおよびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
電子写真方式画像形成装置においては、一般的に、帯電させた感光体の表面に、画像読取装置で得られた画像に対応する静電潜像を形成し、現像器によってトナー画像とした後、中間転写体に静電転写(一次転写)し、中間転写体から紙等へ再度転写(二次転写)して定着ロールまたは定着ベルトで加熱定着される。近年、前記転写工程と定着工程とを1つのベルトで行なう中間転写兼定着ベルト方式が技術検討され、画像形成速度の高速化や高画質化が図られている。
【0003】
例えば、図2に示すように、感光体ロール4の表面に形成した静電潜像に対し、現像器7K、7Y、7M、7Cにより各色のトナーを現像してトナー画像とした後、中間転写兼定着ベルト3上で搬送される記録材6にトナー画像を静電転写し、これを定着位置まで搬送して、加熱ロール5aと加圧ロール5bによる加熱加圧で記録材6にトナー画像を定着する。
【0004】
このような転写定着方式では、1つのベルトで転写と定着を行えるため感光体表面に形成された現像像を忠実に鮮明な画像のまま記録材上に転写して定着することができる利点がある。また、前記と同様に転写定着ベルトを使用する方式において、一旦、トナー画像を転写定着ベルトに一次転写し、これを記録材へ転写する際に同時に定着を行う転写定着方式(中間転写タイプ)も存在する。
【0005】
さらに、前記ベルト転写定着方式では、前記シームレスベルトを極めて薄く形成することで、ヒーターの発熱を直ちに転写定着ベルトに伝導させることができ、また、熱容量を小さくすることもできる。したがって、電源を入れると、直ちに転写定着ベルトの表面温度が所定の温度まで昇温するため、待ち時間が著しく短縮されると同時に省電力を実現できるという利点がある。
【0006】
しかしながら、このようなベルトは、中間転写ベルトとしての静電転写性および表面平滑性ならびに定着ベルトとしてのオフセット性および耐摩耗性が要求されるため、従来の中間転写ベルトや定着ベルトの応用では特性を満足できるものはなかった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明の目的は、表面平滑性に優れ、かつオフセット性と耐摩耗性にも優れる中間転写兼定着ベルトおよびその製造方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成すべく、鋭意研究を重ねたところ、所定の特性を有するポリイミド樹脂管状内層とフッ素樹脂管状外層とからなる複合管状物を製造することにより所期の目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0009】
即ち、本発明の中間転写兼定着ベルトは、導電性フィラーを含有するポリイミド樹脂管状内層と導電性フィラーを含有するフッ素樹脂管状外層とを有する中間転写兼定着ベルトであって、前記ベルトの体積抵抗率は107 〜1012Ω・cmであり、前記外層を構成するフッ素樹脂は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)を主成分としてなり、前記外層の厚さは15〜40μmであり、かつ表面粗さRzは1.5μm以下であることを特徴とする。
【0010】
本発明の中間転写兼定着ベルトの製造方法は、円筒状金型の内周面にPFAを主成分とし導電性フィラーを含有するフッ素樹脂溶液を塗布し、回転成形して塗布層を形成し、加熱により硬化させてフッ素樹脂管状外層を得る工程、前記フッ素樹脂管状外層の内周面に導電性フィラーを含有するポリアミド酸溶液を塗布し、回転成形してポリアミド酸層を形成し、加熱によりイミド転化してポリイミド樹脂管状内層を形成する工程、および得られた当該2層構造を有するベルトを前記金型より離型する工程を含むことを特徴とする。
【0011】
前記フッ素樹脂溶液は、粒径0.2〜0.3μmのPFAおよび粒径5〜15μmのPFAを含むことが好ましい。
【0012】
前記粒径0.2〜0.3μmのPFAと粒径5〜15μmのPFAとの混合比(重量比)は、8:2〜2:8であることが好ましい。
【0013】
また、前記中間転写兼定着ベルトの引張弾性率を4000N/mm2 以上、吸湿膨張係数を1.5/10−5cm/cm/%RH以下にすることにより、きびしい使用環境にも安定して中間転写兼定着ができる。
【0014】
[作用効果]
本発明の中間転写兼定着ベルトによると、中間転写ベルトとしての静電転写性および表面平滑性ならびに定着ベルトとしてのオフセット性および耐摩耗性を兼ね備えているため、画像形成装置の中間転写兼定着ベルトとして用いれば、光沢のある高画質な画像を長期の使用でも安定して提供することが可能となる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
本発明の中間転写兼定着ベルトは、例えば、図1に示すように、導電性フィラーを含有するポリイミド樹脂管状内層1と導電性フィラーを含有するフッ素樹脂管状外層2とを有する中間転写兼定着ベルト3である。前記ベルト3は、例えば、図2に示すように、電子写真記録装置における像の転写と定着を1本のベルトで行う方式に使用され、ベルト表面のトナー離形性が必要なため、導電性フィラーを含有するフッ素樹脂管状外層を有する。前記ベルトの形状は、シームレス状であることが好ましい。
【0016】
前記外層を構成するフッ素樹脂は、トナー離型性が高いという点から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)を主成分とする。前記フッ素樹脂は、本発明の目的内で、PFAと他のフッ素樹脂、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)またはテトラフルオロエチレン−へキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)等を併用してもよい。
【0017】
前記外層の厚さは15〜40μmであり、好ましくは20〜30μmである。15μmより薄いと、ピンホールが残りやすく、オフセット性や耐摩耗性に劣る傾向がある。40μmを超えると、クラックが発生しやすく、脆い層となって、この場合も耐摩耗性が低下する傾向がある。
【0018】
前記外層の表面粗さRzは、高画質の画像を形成するためおよびトナーのクリーニング性を阻害しないように1.5μm以下、好ましくは1.0μm以下である。
【0019】
前記表面粗さRzは、実施例に記載の方法により測定した値である。
【0020】
本発明において、導電性フィラーとは、ベルトに導電性を付与し得るものであれば特に制限されるものではない。導電性フィラ−としては、例えばケッチェンブラック、アセチレンブラックやファーネスブラックの如きカーボンブラック、アルミニウムやニッケルの如き金属、酸化錫の如き酸化金属化合物やチタン酸カリウム等の導電性ないし半導電性の粉末、あるいはポリアニリンやポリアセチレンの如き導電ポリマーなどの適宜なものの1種または2種以上を用いることができる。本発明においては、導電性の付与効果や均一な分散性等の観点から、カーボンブラックを単独で使用するか、あるいは他の導電性フィラーと併用するのが好ましい。さらに、ポリイミド樹脂とフッ素樹脂に含有させる導電性フィラーは、同一でも異なっていてもよい。
【0021】
前記フッ素樹脂管状外層には、導電性の高いケッチェンブラックが適して用いられる。カーボンブラックの含有量は、フッ素樹脂に対して0.5〜2.0重量%の範囲で所定の電気抵抗を示すようにすることが好ましい。特に好ましくは、1.0〜1.5重量%の範囲である。カーボンブラックの含有量が0.5重量%未満であると、電気抵抗の均一性が低下し、所望する電気抵抗が得られ難い。逆に、カーボンブラックの含有量が2.0重量%を超えると、フッ素樹脂管状外層の離型性、耐摩耗性が低下する傾向がある。
【0022】
一方、ポリイミド樹脂管状内層においては、ケッチェンブラックやアセチレンブラックおよびファーネスブラックが適して用いられる。カーボンブラックの含有量は、ポリイミド樹脂に対して5〜30重量%の範囲で所定の電気抵抗を示すようにすることが好ましい。特に好ましくは、5〜25重量%の範囲である。カーボンブラックの含有量が5重量%未満であると、電気抵抗の均一性が低下し、所望する電気抵抗が得られ難い。逆に、カーボンブラックの含有量が30重量%を超えると、ポリイミド樹脂管状内層は、ポリイミド樹脂に由来する機械的強度が低下し、亀裂や割れが生じやすい。
【0023】
前記ベルトの体積抵抗率は、ベルトの用途により適宜設定することができるが、トナー画像を良好に転写するためには107 〜1012Ω・cmであり、108 〜1010Ω・cmがより好ましい。
【0024】
本発明のベルトの表面抵抗率は、ベルトの用途により適宜設定することができるが、トナー画像を良好に転写するためには1010〜1015Ω/□であることが好ましく、1011〜1013Ω/□がより好ましい。
【0025】
前記表面抵抗率および体積抵抗率は、実施例に記載の方法により測定した値である。
【0026】
フッ素樹脂管状外層の導電性フィラーの含有量とポリイミド樹脂管状内層の導電性フィラーの含有量をそれぞれ調整することで、表面抵抗率と体積抵抗率を所定の範囲内とすることができる。
【0027】
次に、本発明の中間転写兼定着ベルトの製造方法を説明する。
(1)円筒状金型の内周面にPFAを主成分とし導電性フィラーを含有するフッ素樹脂溶液を塗布し、回転成形して塗布層を形成し、加熱により硬化させてフッ素樹脂管状外層を得る工程
前記フッ素樹脂溶液は、粒径0.2〜0.3μmのPFAおよび粒径5〜15μmのPFAを含むことが好ましい。本発明においては、前記フッ素樹脂溶液はフッ素樹脂ディスパージョンをも包含する。フッ素樹脂溶液が粒径0.2〜0.3μmのPFAのみを含む場合、乾燥塗膜にクラックが生じやすくなり、厚塗りができにくい。またフッ素樹脂溶液が粒径5〜15μmのPFAのみを含む場合、塗布むらが発生しやすくなる上、表面平滑性に劣るものとなる。
【0028】
前記PFAの特性を考慮すると、粒径0.2〜0.3μmのPFAと粒径5〜15μmのPFAとの混合比(重量比)は、8:2〜2:8であることが好ましく、より好ましくは4:6〜6:4である。
【0029】
導電性フィラーを含有するフッ素樹脂溶液の調製方法は、前記フッ素樹脂溶液(ディスパージョンを含む)に、導電性フィラーを添加し、公知の分散方法で分散させることにより行う。
【0030】
前記円筒状金型としては、従来から耐熱性樹脂の成形に用いられているものであればどのようなものであっても差し支えない。金型の材質としては、耐熱性の観点から、金属、ガラス、セラミック等の各種のものがあげられる。
【0031】
前記円筒状金型の内周面に前記フッ素樹脂溶液を塗布する方法としては、円筒状金型の内周面に所定量のフッ素樹脂溶液を注入し、金型をゆっくり回転させて内周面全面に展開し、遠心成形により均一な塗布層を形成する方法または、金型を回転させながらフッ素樹脂溶液をスプレーにより均一塗布する方法が用いられる。
【0032】
このように均一に塗布されたフッ素樹脂塗膜は、加熱により乾燥、固化、焼成を経て硬化し、フッ素樹脂管状外層となる。
【0033】
フッ素樹脂の乾燥・固化時の加熱温度は、通常、100〜120℃であり、加熱時間は、5〜20分程度である。フッ素樹脂の焼成時の加熱温度は、通常、350〜400℃であり、加熱時間は、15〜30分程度である。
【0034】
さらにここで、次工程のポリアミド酸溶液の塗工性向上および硬化後のポリイミド樹脂との密着性を向上させる目的で、抵抗バランスを崩さない範囲でプライマーを使用することもできる。プライマーとしては、ポリイミド前駆体組成物および金属酸化物を含有させた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ディスパージョン等が挙げられる。
【0035】
(2)前記フッ素樹脂管状外層の内周面に導電性フィラーを含有するポリアミド酸溶液を塗布し、回転成形してポリアミド酸層を形成し、加熱によりイミド転化してポリイミド樹脂管状内層を形成する工程
中間転写兼定着ベルトの用途に適合させるためには、ベルトの引張弾性率が4000N/mm2 以上で、吸湿膨張係数が1.5/10−5cm/cm/%RH以下を目安とするため、本発明に用いるポリイミド樹脂は、多くのポリイミド樹脂の中でも数種に限定される。このようなポリイミド樹脂の組成としては、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重合体およびそれらを50モル%以上含む共重合体、ピロメリット酸二無水物とベンジジン誘導体からなる重合体およびそれらを50モル%以上含む共重合体があげられる。
【0036】
本発明においては、ポリイミド樹脂の原料として、ポリイミド樹脂前駆体であるポリアミド酸溶液を用いる。ポリアミド酸の一つの構成成分であるテトラカルボン酸二無水物としては、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物またはピロメリット酸二無水物等があげられ、他方の構成成分であるジアミンとしては、p−フェニレンジアミンまたはベンジジン誘導体等があげられる。ポリアミド酸溶液の溶媒としては、特に制限はないが、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、N−メチル−2−ピロリドン等が使用される。
【0037】
また、前記ポリアミド酸溶液に加える導電性フィラーは、前記したようにカーボンブラックが好ましく、カーボンブラックとしては、ケッチェンブラックやアセチレンブラックおよびファーネスブラックが適して用いられる。
【0038】
これらの原料を用いてポリイミド樹脂管状内層を形成するには、まずポリアミド酸溶液を作製する。この方法として、導電性フィラーを予め前記溶媒中に分散させ、この分散媒中にテトラカルボン酸二無水物とジアミンを溶解・重合させてポリアミド酸溶液を得る方法、前記溶媒中でテトラカルボン酸二無水物成分とジアミン成分を溶解・重合させポリアミド酸溶液とし、この溶液中に前記導電性フィラーを添加することによる方法等、適宜公知の方法を適用することができる。このとき、公知の分散方法が適用でき、ボールミル、サンドミル、超音波分散等の方法にて適宜分散作業を行う。
【0039】
前記ポリアミド酸溶液中のモノマー濃度(溶媒中におけるテトラカルボン酸二無水物とジアミンの濃度)は種々の条件に応じて設定されるが、5〜30重量%が好ましい。また、反応温度は80℃以下に設定することが好ましく、特に好ましくは5〜50℃であり、反応時間は0.5〜10時間程度である。
【0040】
重合化に伴い溶液粘度が上昇するが、導電性フィラーを含有するポリアミド酸溶液のB型粘度計(25℃)における粘度は、フッ素樹脂管状外層の内周面に塗布して皮膜を形成する際に導電性フィラーを偏在させないためには1〜1000Pa・sが好ましく、50〜300Pa・sがより好ましい。
【0041】
溶液粘度の調整は、溶媒の添加等でモノマ−濃度を下げることによって行う。
【0042】
このようにして得られた前記ポリアミド酸溶液を、フッ素樹脂管状外層の内周面にディスペンサー等で塗布し、遠心成形によって均一塗膜とした後、加熱して、溶媒の除去、脱水閉環水の除去およびイミド転化することにより、ポリイミド樹脂管状内層を形成する。加熱温度は、通常、360〜400℃であり、加熱時間は1〜2時間程度である。
【0043】
得られたポリイミド樹脂管状内層の厚みは、組み込む装置等に応じて適宜に設定されるが、50〜120μmの範囲であると、機械的強度が高く、また熱伝導性にも支障がでない範囲であるので、実用的に好ましい。
【0044】
(3)得られた当該2層構造を有するベルトを前記金型より離型する工程
加熱終了後、室温に冷却し、得られた2層構造を有するベルトを前記金型より離型する。
【0045】
このようにして得られた中間転写兼定着ベルトは、その体積抵抗率は107 〜1012Ω・cmであり、フッ素樹脂管状外層の表面抵抗率は1010〜1015Ω/□であり、ポリイミド樹脂管状内層の表面抵抗率より1桁以上高いことが好ましい。内層の表面抵抗率が低過ぎる場合は、ベルト全体の静電吸着性が弱くなり、ブラー現象やコピー紙のズレ等による現像不良が生じることがある。内層の表面抵抗率が高過ぎる場合は、静電吸着性が強くなり、除電機構が必要となることがある。
【0046】
【実施例】
以下、本発明の構成と効果を具体的に示す実施例等について説明する。
【0047】
[フッ素樹脂溶液の調製]
粒径0.2〜0.3μmからなる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ディスパージョン(固形分濃度40重量%、500CL、デュポン社製)100重量部に、粒径8μmの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微粉末(デュポン社製)を40重量部と蒸留水80.8重量部を加え、さらに8重量%のカーボンブラック(ライオンペーストW−311N、ライオン社製)分散液を10重量部加えて撹拌し、固形分35重量%のフッ素樹脂溶液を得た。
【0048】
[半導電性ポリアミド酸溶液の合成]
カーボンブラック(MA100、三菱化学社製、ファーネスブラック、一次粒子に基づく平均粒子径22nm)200gを、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)1800gに添加した。ボールミルで12時間室温で撹拌することによりカーボンブラックを分散した後、#400ステンレスメッシュでろ過し、濃度10重量%のカーボン分散液を得た。このカーボン分散液1327.46gを5000mLの4つ口フラスコに移し、N−メチル−2−ピロリドン1197.18gとp−フェニレンジアミン129.77g(1.2モル)と4,4’−ジアミノジフェニルエーテル60.06g(0.3モル)を仕込み、常温で撹拌させながら溶解した。次いで、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物441.33g(1.5モル)を添加し、温度20℃で1時間反応させた後、75℃で20時間加熱しながら撹拌することにより、B型粘度計による溶液粘度が160Pa・sのカーボンブラック含有ポリアミド酸溶液(固形分濃度20重量%、カーボンブラックの添加量は樹脂固形分に対して23重量部)を得た。このカーボンブラック含有ポリアミド酸溶液を#800のステンレスメッシュを用いてろ過し、半導電性ポリアミド酸溶液とした。
【0049】
[実施例1]
内径160mm、長さ500mmの内面鏡面仕上げした円筒状金型の内周面に、所定量の前記フッ素樹脂溶液を塗布し、金型をゆっくり回転させて内周面全面に展開し、回転数を500rpmに上げ,均一な塗布層を形成した。さらに20rpmで回転させながら金型温度を110℃に上げ乾燥固化させた。その後、この金型を400℃の加熱炉で10分間焼成し,厚さ25μmのフッ素樹脂層を得た。
【0050】
前記フッ素樹脂層の内面に、金属酸化物(コロイダルシリカ)を含有させた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ディスパージョンからなるプライマ一を塗布乾燥した後、この内面に前記半導電性ポリアミド溶液をディスペンサーにより塗布し、回転成形機にて1500rpmで20分間回転させて600μmの均一厚の展開層とした。次に、250rpmで回転させながら該円筒状シリンダーの外側より130℃の熱風を30分間吹き付け、次いで2℃/分の速度で370℃に昇温しその温度で30分間加熱硬化し、冷却、剥離して、厚さ100μmの目的の複合管状体を得た。得られたベルトの厚みばらつきは8μm、体積抵抗率は4.0×109 Ω・cm、フッ素樹脂管状外層の表面抵抗率は8.9×1011Ω/□であり、ポリイミド樹脂管状内層の表面抵抗率は6.8×1010Ω/□であった。表面粗さRzは0.8μmと平滑性に優れるものであった。
【0051】
得られたベルトを幅300mmに切断して、レーザプリンターに中間転写兼定着ベルトとして組み込み、画像転写定着性試験を行なった結果、300,000回通紙試験で安定した画像が形成できた。
【0052】
[評価試験]
実施例および比較例で得た半導電性ベルトについて下記の特性を調べた。
【0053】
(1)表面抵抗率
ハイレスタUP(三菱油化社製)を用い、プローブUR−100、印加電圧250V、10秒値の表面抵抗率を調べた。
【0054】
(2)体積抵抗率
ハイレスタUP(三菱油化社製)を用い、プローブUR−100、印加電圧250V、10秒値の体積抵抗率を調べた。
【0055】
(3)表面粗さRz
JIS B 0601(1982)に準じ、ベルト表面の任意の5点よりサンプルを採取し、その周方向に関して、表面粗さ計(サーフコム554A=東京精密社製)にてカットオフ値0.32mm、測定長さ2.5mm、駆動速度0.12mm/sec、触針荷重70mgにて測定を行なった。
【0056】
(4)画像転写定着性
得られた中間転写兼定着ベルトを、図2に示すようにレーザービームプリンターに組み込み、普通紙からなる記録シートの印刷テストを行なった。
【0057】
[比較例1]
実施例1と同じ構成の半導電性ポリイミド樹脂管状内層を、円筒状金型の内周面に形成した後、金型より離型し、フッ素樹脂管状外層をスプレーコートにて形成したこと以外は実施例1と同様にして、中間転写兼定着ベルトを作製した。
【0058】
得られたベルトの体積抵抗率は3.8×109 Ω・cm、フッ素樹脂管状外層の表面抵抗率は7.5×1011Ω/□であり、ポリイミド樹脂管状内層の表面抵抗率は5.6×1010Ω/□であった。表面粗Rzは2.7μmと平滑性に劣るものであった。
【0059】
得られたベルトを幅300mmに切断して、レーザビームプリンターに中間転写兼定着ベルトとして組み込み、画像転写定着性試験を行なった結果、耐久性に問題はなかったが、光沢に劣り鮮明さに欠ける画像しか得られなかった。
【0060】
[比較例2]
フッ素樹脂管状外層の厚みを10μmとしたこと以外は実施例1と同様にして、中間転写兼転写ベルトを作製した。
【0061】
得られたベルトの体積抵抗率は1.8×109 Ω・cmで、フッ素樹脂管状外層の表面抵抗率は6.7×1010Ω/□であり、ポリイミド樹脂管状内層の表面抵抗率は3.5×1010Ω/□であった。表面粗さRzは1.1μmと平滑性は良好であった。
【0062】
得られたベルトを幅300mmに切断して、レーザビームプリンターに中間転写兼定着ベルトとして組み込み、画像転写定着性試験を行なった結果、オフセット性が悪く、鮮明な画像は得られなかった。さらに、耐久100,000回でさらにオフセット性は悪くなった。
【0063】
[比較例3]
PFAディスパージョンとして、粒径0.2〜0.3μmのもののみを使用し、フッ素樹脂管状外層の厚みを15μmとする以外は実施例1と同様にして、中間転写兼転写ベルトを作製した。
【0064】
得られたベルトの体積抵抗率は7.5×109 Ω・cmで、フッ素樹脂管状外層の表面抵抗率は8.8×1011Ω/□であり、ポリイミド樹脂管状内層の表面抵抗率は5.7×1010Ω/□であった。表面粗さRzはフッ素樹脂層にクラックが見られ、2.8μmと平滑性に劣るものであった。
【0065】
得られたベルトを幅300mmに切断して、レーザビームプリンターに中間転写兼定着ベルトとして組み込み、画像転写定着性試験を行なった結果、オフセット性が悪く、画像も光沢のないものであった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の中間転写兼定着ベルトの部分断面図
【図2】本発明の中間転写兼定着ベルトの使用例
【符号の説明】
1 半導電性ポリイミド樹脂管状内層
2 フッ素樹脂管状外層
3 中間転写兼定着ベルト
4 感光体ロール
5a 加熱ロール
5b 加圧ロール
6 記録材
7K〜7C 現像器[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an intermediate transfer and fixing belt used in an electrophotographic image forming apparatus such as a copying machine, a laser beam printer, and a facsimile, and a method of manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
In an electrophotographic image forming apparatus, generally, an electrostatic latent image corresponding to an image obtained by an image reading device is formed on the surface of a charged photoreceptor, and a toner image is formed by a developing device. The image is electrostatically transferred (primary transfer) to the intermediate transfer member, transferred again from the intermediate transfer member to paper or the like (secondary transfer), and is heat-fixed by a fixing roll or a fixing belt. In recent years, an intermediate transfer and fixing belt system in which the transfer step and the fixing step are performed by one belt has been studied, and an increase in image forming speed and an improvement in image quality have been achieved.
[0003]
For example, as shown in FIG. 2, toner of each color is developed by a developing device 7K, 7Y, 7M, 7C on the electrostatic latent image formed on the surface of the photoreceptor roll 4 to form a toner image, and then an intermediate transfer is performed. In addition, the toner image is electrostatically transferred to the recording material 6 conveyed on the fixing belt 3, conveyed to a fixing position, and heated and pressed by the heating roll 5 a and the pressure roll 5 b to form the toner image on the recording material 6. Establish.
[0004]
In such a transfer fixing method, since the transfer and the fixing can be performed by one belt, there is an advantage that the developed image formed on the surface of the photoreceptor can be transferred and fixed on the recording material as a clear image faithfully. . In the same manner as described above, in the method using a transfer fixing belt, a transfer fixing method (intermediate transfer type) in which a toner image is temporarily transferred to a transfer fixing belt once, and is simultaneously fixed when transferring the toner image to a recording material. Exists.
[0005]
Further, in the belt transfer fixing method, by forming the seamless belt to be extremely thin, the heat generated by the heater can be immediately transmitted to the transfer fixing belt, and the heat capacity can be reduced. Therefore, when the power is turned on, the surface temperature of the transfer / fixing belt immediately rises to a predetermined temperature, so that there is an advantage that the waiting time can be remarkably reduced and power can be saved.
[0006]
However, since such a belt is required to have an electrostatic transfer property and a surface smoothness as an intermediate transfer belt and an offset property and abrasion resistance as a fixing belt, the characteristics of the conventional intermediate transfer belt and the fixing belt are not sufficient. Nothing was satisfactory.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an intermediate transfer and fixing belt having excellent surface smoothness, excellent offset properties and abrasion resistance, and a method for manufacturing the same.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have conducted intensive studies in order to achieve the above object, and found that the intended object was achieved by producing a composite tubular article comprising a polyimide resin tubular inner layer and a fluororesin tubular outer layer having predetermined characteristics. They have found that they can achieve this and have completed the present invention.
[0009]
That is, the intermediate transfer and fixing belt of the present invention is an intermediate transfer and fixing belt having a polyimide resin tubular inner layer containing a conductive filler and a fluororesin tubular outer layer containing a conductive filler, wherein the volume resistance of the belt is The rate is 10 7 to 10 12 Ω · cm, the fluororesin constituting the outer layer is mainly composed of a tetrafluoroethylene-perfluoroalkylvinylether copolymer (PFA), and the thickness of the outer layer is 15 to 40 μm. And the surface roughness Rz is 1.5 μm or less.
[0010]
The method of manufacturing an intermediate transfer and fixing belt of the present invention is to apply a fluororesin solution containing PFA as a main component and a conductive filler to the inner peripheral surface of a cylindrical mold, and form a coating layer by rotational molding. Curing by heating to obtain a fluororesin tubular outer layer, applying a polyamic acid solution containing a conductive filler to the inner peripheral surface of the fluororesin tubular outer layer, spin molding to form a polyamic acid layer, and heat to form an imide A step of forming a polyimide resin tubular inner layer by inversion, and a step of releasing the obtained belt having the two-layer structure from the mold.
[0011]
The fluororesin solution preferably contains PFA having a particle size of 0.2 to 0.3 μm and PFA having a particle size of 5 to 15 μm.
[0012]
The mixing ratio (weight ratio) of the PFA having a particle size of 0.2 to 0.3 μm and the PFA having a particle size of 5 to 15 μm is preferably 8: 2 to 2: 8.
[0013]
Further, by setting the tensile elasticity of the intermediate transfer and fixing belt to 4000 N / mm 2 or more and the coefficient of hygroscopic expansion to 1.5 / 10 −5 cm / cm /% RH or less, it can be stably used even in a severe use environment. Intermediate transfer and fixing can be performed.
[0014]
[Effects]
According to the intermediate transfer / fixing belt of the present invention, the intermediate transfer / fixing belt of the image forming apparatus has both electrostatic transferability and surface smoothness as the intermediate transfer belt and offset and wear resistance as the fixing belt. , It is possible to stably provide a glossy high-quality image even when used for a long time.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
The intermediate transfer and fixing belt of the present invention is, for example, as shown in FIG. 1, an intermediate transfer and fixing belt having a polyimide resin tubular inner layer 1 containing a conductive filler and a fluororesin tubular outer layer 2 containing a conductive filler. 3. For example, as shown in FIG. 2, the belt 3 is used in a system in which image transfer and fixing in an electrophotographic recording apparatus are performed by a single belt. It has a fluororesin tubular outer layer containing a filler. The belt preferably has a seamless shape.
[0016]
The fluororesin constituting the outer layer contains a tetrafluoroethylene-perfluoroalkylvinyl ether copolymer (PFA) as a main component from the viewpoint of high toner releasability. For the purpose of the present invention, the fluororesin may be a combination of PFA and another fluororesin, such as polytetrafluoroethylene (PTFE) or tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP). .
[0017]
The thickness of the outer layer is 15 to 40 μm, preferably 20 to 30 μm. If the thickness is less than 15 μm, pinholes are likely to remain, and offset properties and abrasion resistance tend to be poor. If it exceeds 40 μm, cracks are likely to occur and the layer becomes brittle, and in this case also, the abrasion resistance tends to decrease.
[0018]
The surface roughness Rz of the outer layer is 1.5 μm or less, preferably 1.0 μm or less so as to form a high-quality image and not to impair the cleaning property of the toner.
[0019]
The surface roughness Rz is a value measured by the method described in Examples.
[0020]
In the present invention, the conductive filler is not particularly limited as long as it can impart conductivity to the belt. Examples of the conductive filler include conductive or semiconductive powders such as carbon black such as Ketjen black, acetylene black and furnace black, metals such as aluminum and nickel, metal oxide compounds such as tin oxide, and potassium titanate. Alternatively, one or more appropriate materials such as a conductive polymer such as polyaniline and polyacetylene can be used. In the present invention, it is preferable to use carbon black alone or in combination with other conductive fillers from the viewpoints of imparting conductivity and uniform dispersibility. Further, the conductive fillers contained in the polyimide resin and the fluororesin may be the same or different.
[0021]
For the fluororesin tubular outer layer, Ketjen Black having high conductivity is suitably used. It is preferable that the content of carbon black is set so as to exhibit a predetermined electric resistance in a range of 0.5 to 2.0% by weight with respect to the fluororesin. Particularly preferably, it is in the range of 1.0 to 1.5% by weight. If the content of carbon black is less than 0.5% by weight, the uniformity of electric resistance is reduced, and it is difficult to obtain a desired electric resistance. Conversely, when the content of carbon black exceeds 2.0% by weight, the releasability and abrasion resistance of the fluororesin tubular outer layer tend to decrease.
[0022]
On the other hand, for the polyimide resin tubular inner layer, Ketjen black, acetylene black and furnace black are suitably used. It is preferable that the content of carbon black is set to a predetermined electric resistance in a range of 5 to 30% by weight based on the polyimide resin. Particularly preferably, it is in the range of 5 to 25% by weight. If the content of carbon black is less than 5% by weight, the uniformity of electric resistance is reduced, and it is difficult to obtain a desired electric resistance. Conversely, when the content of carbon black exceeds 30% by weight, the polyimide resin tubular inner layer has reduced mechanical strength derived from the polyimide resin, and is liable to cracks and cracks.
[0023]
The volume resistivity of the belt can be appropriately set depending on the use of the belt, but is preferably 10 7 to 10 12 Ω · cm and 10 8 to 10 10 Ω · cm in order to transfer a toner image favorably. More preferred.
[0024]
The surface resistivity of the belt of the present invention can be appropriately set depending on the use of the belt, but is preferably from 10 10 to 10 15 Ω / □, and preferably from 10 11 to 10, in order to transfer a toner image favorably. 13 Ω / □ is more preferred.
[0025]
The surface resistivity and the volume resistivity are values measured by the method described in Examples.
[0026]
By adjusting the content of the conductive filler in the fluororesin tubular outer layer and the content of the conductive filler in the polyimide resin tubular inner layer, the surface resistivity and the volume resistivity can be set within predetermined ranges.
[0027]
Next, a method for manufacturing the intermediate transfer and fixing belt of the present invention will be described.
(1) A fluororesin solution containing PFA as a main component and containing a conductive filler is applied to the inner peripheral surface of a cylindrical mold, and is subjected to rotational molding to form a coating layer, which is cured by heating to form a fluororesin tubular outer layer. Step of Obtaining The fluororesin solution preferably contains PFA having a particle size of 0.2 to 0.3 μm and PFA having a particle size of 5 to 15 μm. In the present invention, the fluororesin solution also includes a fluororesin dispersion. When the fluororesin solution contains only PFA having a particle size of 0.2 to 0.3 μm, cracks are easily generated in the dried coating film, and it is difficult to perform thick coating. When the fluororesin solution contains only PFA having a particle size of 5 to 15 μm, coating unevenness is likely to occur, and the surface smoothness is poor.
[0028]
In consideration of the characteristics of the PFA, the mixing ratio (weight ratio) of PFA having a particle size of 0.2 to 0.3 μm and PFA having a particle size of 5 to 15 μm is preferably 8: 2 to 2: 8, The ratio is more preferably 4: 6 to 6: 4.
[0029]
The method for preparing a fluororesin solution containing a conductive filler is performed by adding a conductive filler to the fluororesin solution (including the dispersion) and dispersing the solution by a known dispersion method.
[0030]
The cylindrical mold may be any mold that has been conventionally used for molding a heat-resistant resin. Examples of the material of the mold include various materials such as metal, glass, and ceramic from the viewpoint of heat resistance.
[0031]
As a method of applying the fluororesin solution to the inner peripheral surface of the cylindrical mold, a predetermined amount of the fluororesin solution is injected into the inner peripheral surface of the cylindrical mold, and the inner surface is slowly rotated by rotating the mold. A method of spreading the entire surface and forming a uniform coating layer by centrifugal molding or a method of uniformly applying a fluororesin solution by spraying while rotating a mold is used.
[0032]
The fluororesin coating thus uniformly applied is dried, solidified, and baked by heating, and then cured to form a fluororesin tubular outer layer.
[0033]
The heating temperature at the time of drying and solidifying the fluororesin is usually 100 to 120 ° C., and the heating time is about 5 to 20 minutes. The heating temperature at the time of firing the fluororesin is usually 350 to 400 ° C., and the heating time is about 15 to 30 minutes.
[0034]
Further, a primer may be used within a range that does not break the resistance balance, for the purpose of improving the coatability of the polyamic acid solution in the next step and improving the adhesion with the cured polyimide resin. Examples of the primer include a tetrafluoroethylene-perfluoroalkylvinyl ether copolymer dispersion containing a polyimide precursor composition and a metal oxide.
[0035]
(2) A polyamic acid solution containing a conductive filler is applied to the inner peripheral surface of the fluororesin tubular outer layer, and the polyamic acid layer is formed by rotational molding, and is imidized by heating to form a polyimide resin tubular inner layer. In order to adapt to the use of the process intermediate transfer / fixing belt, it is recommended that the belt has a tensile elastic modulus of 4000 N / mm 2 or more and a hygroscopic expansion coefficient of 1.5 / 10 −5 cm / cm /% RH or less. Therefore, the polyimide resin used in the present invention is limited to several types among many polyimide resins. Examples of the composition of such a polyimide resin include a polymer composed of 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride and p-phenylenediamine, a copolymer containing 50 mol% or more thereof, and pyromeritium. Examples of the polymer include a polymer composed of an acid dianhydride and a benzidine derivative and a copolymer containing 50 mol% or more thereof.
[0036]
In the present invention, a polyamic acid solution that is a polyimide resin precursor is used as a raw material of the polyimide resin. Examples of the tetracarboxylic dianhydride which is one component of the polyamic acid include 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride and pyromellitic dianhydride. Examples of the diamine as a component include p-phenylenediamine and benzidine derivatives. The solvent for the polyamic acid solution is not particularly limited, but N, N-dimethylacetamide, dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone and the like are used.
[0037]
As described above, the conductive filler added to the polyamic acid solution is preferably carbon black. As the carbon black, ketjen black, acetylene black and furnace black are suitably used.
[0038]
In order to form a polyimide resin tubular inner layer using these raw materials, first, a polyamic acid solution is prepared. As this method, a conductive filler is previously dispersed in the solvent, and a tetracarboxylic dianhydride and a diamine are dissolved and polymerized in the dispersion medium to obtain a polyamic acid solution. Known methods such as a method in which an anhydride component and a diamine component are dissolved and polymerized to obtain a polyamic acid solution, and the conductive filler is added to the solution, and the like can be applied as appropriate. At this time, a known dispersion method can be applied, and the dispersion operation is appropriately performed by a method such as a ball mill, a sand mill, and an ultrasonic dispersion.
[0039]
The monomer concentration (the concentration of tetracarboxylic dianhydride and diamine in the solvent) in the polyamic acid solution is set according to various conditions, but is preferably 5 to 30% by weight. The reaction temperature is preferably set to 80 ° C. or lower, particularly preferably 5 to 50 ° C., and the reaction time is about 0.5 to 10 hours.
[0040]
Although the solution viscosity increases with polymerization, the viscosity of a polyamic acid solution containing a conductive filler in a B-type viscometer (25 ° C.) is determined by applying the solution to the inner peripheral surface of the fluororesin tubular outer layer when forming a film. 1 to 1000 Pa · s is preferable, and 50 to 300 Pa · s is more preferable in order to prevent the conductive filler from being unevenly distributed.
[0041]
The solution viscosity is adjusted by lowering the monomer concentration by adding a solvent or the like.
[0042]
The polyamic acid solution obtained in this manner is applied to the inner peripheral surface of the fluororesin tubular outer layer with a dispenser or the like, and then formed into a uniform coating film by centrifugal molding. By removing and imide conversion, a polyimide resin tubular inner layer is formed. The heating temperature is usually 360 to 400 ° C., and the heating time is about 1 to 2 hours.
[0043]
The thickness of the obtained polyimide resin tubular inner layer is appropriately set according to the device to be incorporated, but if it is in the range of 50 to 120 μm, the mechanical strength is high and the thermal conductivity is not hindered. This is practically preferable.
[0044]
(3) Step of releasing the obtained belt having the two-layer structure from the mold After heating is completed, the belt is cooled to room temperature, and the obtained belt having the two-layer structure is released from the mold.
[0045]
The intermediate transfer / fixing belt thus obtained has a volume resistivity of 10 7 to 10 12 Ω · cm, a surface resistivity of the fluororesin tubular outer layer of 10 10 to 10 15 Ω / □, It is preferable that the surface resistivity of the polyimide resin tubular inner layer be higher by one digit or more. If the surface resistivity of the inner layer is too low, the electrostatic attraction of the entire belt is weakened, which may cause a development defect due to a blur phenomenon, a shift of copy paper, or the like. If the surface resistivity of the inner layer is too high, the electrostatic attraction becomes strong, and a static elimination mechanism may be required.
[0046]
【Example】
Hereinafter, examples and the like specifically illustrating the configuration and effects of the present invention will be described.
[0047]
[Preparation of fluororesin solution]
100 parts by weight of a tetrafluoroethylene-perfluoroalkylvinyl ether copolymer dispersion (solid content concentration: 40% by weight, 500CL, manufactured by DuPont) having a particle size of 0.2 to 0.3 μm is added to tetrafluoroethylene having a particle size of 8 μm. -40 parts by weight of perfluoroalkyl vinyl ether copolymer fine powder (manufactured by DuPont) and 80.8 parts by weight of distilled water were added thereto, and an additional 8% by weight of carbon black (Lion Paste W-311N, manufactured by Lion Corporation) was dispersed. Was added and stirred to obtain a fluororesin solution having a solid content of 35% by weight.
[0048]
[Synthesis of semiconductive polyamic acid solution]
200 g of carbon black (MA100, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, furnace black, average particle size based on primary particles: 22 nm) was added to 1800 g of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). The carbon black was dispersed by stirring at room temperature for 12 hours in a ball mill, and then filtered through a # 400 stainless steel mesh to obtain a carbon dispersion having a concentration of 10% by weight. 132.46 g of this carbon dispersion was transferred to a 5000 mL four-necked flask, and 119.18 g of N-methyl-2-pyrrolidone, 129.77 g (1.2 mol) of p-phenylenediamine and 4,4′-diaminodiphenyl ether 60 0.06 g (0.3 mol) was charged and dissolved while stirring at room temperature. Subsequently, 441.33 g (1.5 mol) of 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride was added, and the mixture was reacted at a temperature of 20 ° C. for 1 hour, and then heated at 75 ° C. for 20 hours. By stirring while stirring, a carbon black-containing polyamic acid solution having a solution viscosity of 160 Pa · s by a B-type viscometer (solid content concentration: 20% by weight, carbon black added: 23 parts by weight based on the resin solid content) was obtained. Was. This carbon black-containing polyamic acid solution was filtered using a # 800 stainless mesh to obtain a semiconductive polyamic acid solution.
[0049]
[Example 1]
A predetermined amount of the fluororesin solution is applied to the inner peripheral surface of a cylindrical mold having an inner diameter of 160 mm and a length of 500 mm and having an inner mirror finish, and the mold is slowly rotated to spread over the entire inner peripheral surface. The coating speed was increased to 500 rpm to form a uniform coating layer. Further, while rotating at 20 rpm, the mold temperature was raised to 110 ° C. and dried and solidified. Thereafter, the mold was fired in a heating furnace at 400 ° C. for 10 minutes to obtain a 25 μm-thick fluororesin layer.
[0050]
After coating and drying a primer composed of a tetrafluoroethylene-perfluoroalkylvinyl ether copolymer dispersion containing a metal oxide (colloidal silica) on the inner surface of the fluororesin layer, the semiconductive polyamide is coated on the inner surface. The solution was applied by a dispenser, and rotated at 1500 rpm for 20 minutes by a rotary molding machine to form a spread layer having a uniform thickness of 600 μm. Next, while rotating at 250 rpm, a hot air of 130 ° C. is blown from the outside of the cylindrical cylinder for 30 minutes, then the temperature is raised to 370 ° C. at a rate of 2 ° C./minute, and the mixture is cured by heating at that temperature for 30 minutes, and cooled and peeled. Thus, a target composite tubular body having a thickness of 100 μm was obtained. The thickness variation of the obtained belt was 8 μm, the volume resistivity was 4.0 × 10 9 Ω · cm, the surface resistivity of the fluororesin tubular outer layer was 8.9 × 10 11 Ω / □, and the polyimide resin tubular inner layer was The surface resistivity was 6.8 × 10 10 Ω / □. The surface roughness Rz was 0.8 μm, which was excellent in smoothness.
[0051]
The obtained belt was cut into a width of 300 mm, incorporated into a laser printer as an intermediate transfer / fixing belt, and subjected to an image transfer and fixability test. As a result, a stable image was formed in a 300,000-sheet passing test.
[0052]
[Evaluation test]
The following characteristics were examined for the semiconductive belts obtained in the examples and comparative examples.
[0053]
(1) Surface resistivity Using Hiresta UP (manufactured by Mitsubishi Yuka Co., Ltd.), probe UR-100, applied voltage of 250 V, and surface resistivity of 10 seconds value were examined.
[0054]
(2) Volume resistivity Using a Hiresta UP (manufactured by Mitsubishi Yuka), the volume resistivity at a probe UR-100, an applied voltage of 250 V, and a value of 10 seconds was examined.
[0055]
(3) Surface roughness Rz
According to JIS B 0601 (1982), samples were taken from any five points on the belt surface, and the circumferential direction thereof was measured with a surface roughness meter (Surfcom 554A = Tokyo Seimitsu Co., Ltd.) at a cutoff value of 0.32 mm. The measurement was performed at a length of 2.5 mm, a driving speed of 0.12 mm / sec, and a stylus load of 70 mg.
[0056]
(4) Image Transfer Fixing The obtained intermediate transfer / fixing belt was assembled in a laser beam printer as shown in FIG. 2, and a printing test of a recording sheet made of plain paper was performed.
[0057]
[Comparative Example 1]
After forming a semiconductive polyimide resin tubular inner layer having the same configuration as in Example 1 on the inner peripheral surface of a cylindrical mold, releasing the mold from the mold, and forming a fluororesin tubular outer layer by spray coating, In the same manner as in Example 1, an intermediate transfer and fixing belt was manufactured.
[0058]
The volume resistivity of the obtained belt was 3.8 × 10 9 Ω · cm, the surface resistivity of the fluororesin tubular outer layer was 7.5 × 10 11 Ω / □, and the surface resistivity of the polyimide resin tubular inner layer was 5 × 10 9 Ω / □. 0.6 × 10 10 Ω / □. The surface roughness Rz was 2.7 μm, which was poor in smoothness.
[0059]
The obtained belt was cut into a width of 300 mm, incorporated into a laser beam printer as an intermediate transfer / fixing belt, and subjected to an image transfer fixing test. Only images were obtained.
[0060]
[Comparative Example 2]
An intermediate transfer and transfer belt was produced in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the fluororesin tubular outer layer was 10 μm.
[0061]
The volume resistivity of the obtained belt was 1.8 × 10 9 Ω · cm, the surface resistivity of the fluororesin tubular outer layer was 6.7 × 10 10 Ω / □, and the surface resistivity of the polyimide resin tubular inner layer was It was 3.5 × 10 10 Ω / □. The surface roughness Rz was 1.1 μm and the smoothness was good.
[0062]
The obtained belt was cut into a width of 300 mm, incorporated into a laser beam printer as an intermediate transfer / fixing belt, and subjected to an image transfer / fixing property test. As a result, the offset property was poor and a clear image was not obtained. Further, the offset property was further deteriorated at the durability of 100,000 times.
[0063]
[Comparative Example 3]
An intermediate transfer / transfer belt was produced in the same manner as in Example 1 except that only a PFA dispersion having a particle size of 0.2 to 0.3 μm was used and the thickness of the fluororesin tubular outer layer was changed to 15 μm.
[0064]
The volume resistivity of the obtained belt is 7.5 × 10 9 Ω · cm, the surface resistivity of the fluororesin tubular outer layer is 8.8 × 10 11 Ω / □, and the surface resistivity of the polyimide resin tubular inner layer is It was 5.7 × 10 10 Ω / □. As for the surface roughness Rz, cracks were observed in the fluororesin layer, and the surface roughness was 2.8 μm, which was poor in smoothness.
[0065]
The obtained belt was cut into a width of 300 mm, incorporated into a laser beam printer as an intermediate transfer and fixing belt, and subjected to an image transfer fixing test. As a result, the offset was poor and the image was not glossy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of an intermediate transfer and fixing belt of the present invention. FIG. 2 is an example of use of an intermediate transfer and fixing belt of the present invention.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductive polyimide resin tubular inner layer 2 Fluororesin tubular outer layer 3 Intermediate transfer and fixing belt 4 Photoconductor roll 5a Heating roll 5b Pressure roll 6 Recording materials 7K-7C Developer