JP5065640B2 - Belt or roller for image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は画像形成装置用ベルトまたはローラに関し、特にイオン導電材により所定の表面抵抗率を有する画像形成装置用ベルトまたはローラに関する。 The present invention relates to a belt or roller for an image forming apparatus, and more particularly to a belt or roller for an image forming apparatus having a predetermined surface resistivity with an ionic conductive material.
カラー複写機、カラーレーザープリンター等の画像形成装置においては、感光ドラム上に形成された赤、青、黄、黒の4色のトナーからなる画像は、転写ベルトにより転写材(紙)に転写され、さらに定着ベルト(いわゆるエンドレスベルト)や定着ローラによって加熱しつつ押圧されることにより転写材に定着される(特許文献1の図2)。この際、トナーの転写は静電気を利用すること、細かい粉末状のトナーはもともと物体に付着し易いだけでなく帯電物に静電付着し易いこと等のため、画像形成装置の転写ローラや定着ベルト等は、単に高度の離型性(トナーの離脱性、広義には他の物質との非接着性)を有するだけでなく、適度の導電性が要求される。 In an image forming apparatus such as a color copying machine or a color laser printer, an image composed of toners of four colors of red, blue, yellow and black formed on a photosensitive drum is transferred to a transfer material (paper) by a transfer belt. Further, the toner image is fixed to the transfer material by being heated and pressed by a fixing belt (so-called endless belt) or a fixing roller (FIG. 2 of Patent Document 1). At this time, the transfer of toner uses static electricity, and the fine powdery toner is not only easily attached to an object but also easily attached to a charged object. And the like need not only have high releasability (removability of toner, non-adhesiveness with other substances in a broad sense) but also appropriate conductivity.
即ち、転写ベルトや定着ローラ等はトナーの転写、定着の過程で転写材等との摩擦により帯電するが、転写ベルトや定着ローラ等の表面層を形成するフッ素樹脂の導電性が低すぎると、帯電したフッ素樹脂の表面にトナーの一部が引き付けられ、ひいては画像形成に悪影響が生じる。一方、導電性が高すぎると、転写電荷のリークが生じ、トナーを引き付けておく力が弱まるため、静電オフセット等の悪影響が生じるからである。このため、適度の導電性が要求される。 That is, the transfer belt, the fixing roller, etc. are charged by friction with the transfer material, etc. in the process of toner transfer and fixing, but the conductivity of the fluororesin forming the surface layer of the transfer belt, the fixing roller, etc. is too low, Part of the toner is attracted to the surface of the charged fluororesin, which in turn adversely affects image formation. On the other hand, if the conductivity is too high, the transfer charge leaks and the force for attracting the toner is weakened, resulting in adverse effects such as electrostatic offset. For this reason, appropriate electrical conductivity is required.
以上の他、鮮明なカラー画像を形成するためには、転写ベルトや定着ローラ等に、強度と共に適度の弾性も必要とされる。即ち、単に4色のトナーを充分に熱溶融させるだけでなく、混色し、中間色や濃淡を綺麗に表示する必要があるからである。
これらの性質をただ1種類の樹脂層で充たす様にすることは困難であるため、転写ベルトや定着ローラ等は、基材の外周に弾性層を形成し、さらにその外周に表層として高度の離型性を有するフッ素樹脂層を形成する構造とし、さらにフッ素樹脂層には適度の導電性を持たせる様になされている。
In addition to the above, in order to form a clear color image, the transfer belt, the fixing roller, and the like require appropriate elasticity as well as strength. That is, it is necessary not only to sufficiently heat and melt the four color toners but also to mix them and display the intermediate colors and shades clearly.
Since it is difficult to satisfy these properties with only one type of resin layer, transfer belts, fixing rollers, etc. are formed with an elastic layer on the outer periphery of the base material, and a high degree of separation as a surface layer on the outer periphery. A fluororesin layer having moldability is formed, and the fluororesin layer is provided with appropriate conductivity.
なお、基材には、強度や耐熱性に優れるPI(ポリイミド)が使用され、弾性層には、弾性に優れるウレタンゴムやシリコーンゴムが使用されている。さらに、基材と弾性層の間および弾性層とフッ素樹脂層の間には、接着性を改善するためにバインダー層が形成される等の接着性改善処理がなされている。しかし、基材や弾性層あるいは各層の接着等は本発明の趣旨に直接の関係がないため、詳細な説明は省略する。 In addition, PI (polyimide) excellent in strength and heat resistance is used for the base material, and urethane rubber or silicone rubber excellent in elasticity is used for the elastic layer. Further, an adhesion improving process such as a binder layer is formed between the base material and the elastic layer and between the elastic layer and the fluororesin layer in order to improve the adhesion. However, since the base material, the elastic layer, adhesion of each layer, and the like are not directly related to the gist of the present invention, detailed description is omitted.
表層を形成するフッ素樹脂層は、フッ素と炭素の結合が強固であり、かつ極性基や官能基を有していないため、高度の離型性を有するが、これと共に、表面抵抗率で1.0E+15Ω/□以上、体積抵抗率で1.0E+15Ωcm以上と、非常に高い絶縁性を有している。そこで、適度の導電性を付与するために、フッ素樹脂層の主材料(ベース樹脂、マトリックス材)は、高度の離型性を有するPFA(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)やPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)の1種もしくはその混合物からなる樹脂(以下、これらの樹脂をPFA・PTFE」とも記す)を用い、これに導電性物質を適量配合(添加)することにより適度の導電性、具体的には1.00E+10〜9.99E+14Ω/□、望ましくは1.00E+11〜9.99E+12Ω/□の表面抵抗率を持たせることがなされている。 The fluororesin layer forming the surface layer has a high degree of releasability because it has a strong bond between fluorine and carbon and does not have a polar group or a functional group. It has a very high insulating property of 0E + 15Ω / □ or more and a volume resistivity of 1.0E + 15Ωcm or more. Therefore, in order to impart moderate conductivity, the main material (base resin, matrix material) of the fluororesin layer is PFA (tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer) or PTFE having a high degree of releasability. By using a resin composed of one kind of (polytetrafluoroethylene) or a mixture thereof (hereinafter, these resins are also referred to as PFA / PTFE) and adding (adding) an appropriate amount of a conductive substance to the resin, moderate conductivity can be obtained. Specifically, a surface resistivity of 1.00E + 10 to 9.99E + 14Ω / □, preferably 1.00E + 11 to 9.99E + 12Ω / □ is provided.
導電性物質としては、カーボンや無機フィラー等の電子導電性フィラー、イオン導電性有機リン塩(特許文献1)、第4級アンモニウム塩(特許文献2)等のイオン導電剤が用いられている。また、画像形成装置に限定されず、他の技術分野においても、材料に適度な導電性を持たせるため、樹脂に導電剤を配合することが行なわれている。かかる樹脂が、極性基を有する樹脂とゴム系の弾性物質との混合樹脂である場合には、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のカチオンとイオン解離可能なアニオンによって構成される金属塩を用いたり、さらにはかかる金属塩の配合促進剤をも併用したりすることが提案されている(特許文献3)。 As a conductive substance, an ionic conductive agent such as an electronic conductive filler such as carbon or an inorganic filler, an ionic conductive organic phosphorus salt (Patent Document 1), or a quaternary ammonium salt (Patent Document 2) is used. Further, the present invention is not limited to an image forming apparatus, and in other technical fields, a conductive agent is blended with a resin in order to impart appropriate conductivity to the material. When such a resin is a mixed resin of a resin having a polar group and a rubber-based elastic material, a metal salt composed of an anion capable of ion dissociation with an alkali metal or alkaline earth metal cation can be used, Furthermore, it has been proposed to use such a metal salt blending accelerator together (Patent Document 3).
しかしながら、PFA・PTFEディスパージョン等の電子導電性フィラーとしてカーボンを使用する場合には、カーボンをフッ素樹脂中で均一に分散させ、導電性を安定させるのは、現在の技術では困難である。即ち、PFA・PTFEディスパージョン中にアセチレンブラック等のカーボンを配合すると、極性基を持たず導電性を有しないフッ素樹脂粒子の周りに導電性を有するカーボン粒子が付いた状態となり、カーボン粒子を添加したフッ素樹脂の導電機構が電子のホッピングであることもあり、極微量の配合で電気抵抗が急激に下がるため、均等に分散させて適度の導電性を持たせるためには細心の注意と高度の技術が必要であることによる。また、黒色の製品しかできない。その他、周囲の温度や湿度の変化による導電率の安定性は良好であるが、転写や定着の際の電圧が変化した場合の導電率の安定性は良好ではない。 However, when carbon is used as an electronic conductive filler such as a PFA / PTFE dispersion, it is difficult for the current technology to uniformly disperse the carbon in the fluororesin and stabilize the conductivity. In other words, when carbon such as acetylene black is added to the PFA / PTFE dispersion, conductive carbon particles are attached around the fluororesin particles that do not have polar groups and have no conductivity. The conductive mechanism of the fluororesin may be electron hopping, and the electrical resistance drops sharply with a very small amount of compounding. By the need for technology. Only black products can be made. In addition, although the stability of conductivity due to changes in ambient temperature and humidity is good, the stability of conductivity when the voltage during transfer or fixing changes is not good.
電子導電性フィラーとしてSnO2/Sb系、In2O3/Sn系、ZnO/Al系等の導電性無機フィラーを使用する場合には、導電性無機フィラーは、分散度で抵抗が変動することと製品に色が付く恐れがあることはカーボンと同じであるが、適度の抵抗値にするための添加量が多いので抵抗値を制御し易い。しかし、添加量が多すぎると、フッ素樹脂膜の伸びや強度に悪影響を与えかねない。即ち、導電性無機フィラーをPFA・PTFEディスパージョン中に配合すると、フッ素樹脂粒子中には練り込まれず、周りに付くだけであり、焼成時のPFA・PTFEの溶融による一体化を阻害することによる。 When using a conductive inorganic filler such as SnO 2 / Sb, In 2 O 3 / Sn, or ZnO / Al as an electronic conductive filler, the resistance of the conductive inorganic filler varies depending on the degree of dispersion. Although there is a risk that the product may be colored, it is the same as carbon, but the resistance value is easy to control because there is a large amount of addition to obtain an appropriate resistance value. However, if the amount added is too large, the elongation and strength of the fluororesin film may be adversely affected. In other words, when the conductive inorganic filler is blended in the PFA / PTFE dispersion, it is not kneaded into the fluororesin particles, but only sticks to the surroundings, thereby inhibiting the integration of the PFA / PTFE by melting during firing. .
電子導電性フィラーの導電機構が電子のホッピングであるため、1.00E+11Ω/□程度の導電率を安定して持たせる様にするのに種々の困難があるのに対して、イオン導電剤ではポリマー自体を任意の導電率にすることができる。このため、導電率のバラツキが少なく、電圧変動による導電率の安定性は良好であるが、イオン導電性物質の末端にヒドロキシル(OH)基等の極性基を有するため、添加量が増えると、離トナー性や接触角が低下したり、ポリマーとの相性が悪ければ、ブリードアウトして抵抗値を上昇させたり、被接触物を汚したりする。 Since the conductive mechanism of the electron conductive filler is electron hopping, there are various difficulties in stably providing a conductivity of about 1.00E + 11Ω / □, whereas an ion conductive agent is a polymer. It can be of any conductivity. For this reason, there is little variation in conductivity, and the stability of the conductivity due to voltage fluctuation is good, but since there is a polar group such as a hydroxyl (OH) group at the end of the ionic conductive material, the addition amount increases. If the toner separation property and the contact angle are reduced or the compatibility with the polymer is poor, the resistance value is increased by bleeding out or the contacted object is soiled.
ブリードアウトを防止するためには、例えば樹脂のソフトセグメント部分にイオン導電材を入れることにより安定化させる等の処理が必要である。この結果、イオン導電剤は、ポリウレタン・ポリエステル等のソフトセグメント(非晶質)を有する樹脂、あるいはイオンや極性基を持つゴム等にしか用いられていない。 In order to prevent bleed-out, for example, treatment such as stabilization by putting an ionic conductive material in the soft segment portion of the resin is necessary. As a result, ionic conductive agents are used only for resins having soft segments (amorphous) such as polyurethane and polyester, or rubbers having ions or polar groups.
しかし、PFAやPTFE等のフッ素樹脂はソフトセグメントや極性基を全く有しないため、丁度極性を有する水と有さない油が混じり難い様に、極性を有するイオン導電剤をそのまま配合すること自体が困難である。その対策として、界面活性剤(あるいは石鹸)の役を担ったり、さらにはソフトセグメントの役を担ったりする配合促進剤を配合しても、一旦は混ざり合うがブリードアウトが生じる。また、配合量によっては、フッ素樹脂の離型性が大きく低下しかねない。 However, since fluororesins such as PFA and PTFE do not have any soft segments or polar groups, it is impossible to mix polar ionic conductive agents as they are so that water with polarity and oil without polarity are difficult to mix. Have difficulty. As a countermeasure, even if a blending accelerator that serves as a surfactant (or soap) or further serves as a soft segment is blended, it will be mixed once but bleed out. Further, depending on the blending amount, the releasability of the fluororesin may be greatly reduced.
また、これまで有効なイオン導電剤としてされてきたイオン導電性有機リン塩は、抵抗を下げる効果に乏しいため10%程度配合する必要があり、フッ素樹脂層の離型性に悪影響を及ぼす。さらに、含有されるリンは、現在はOA機器メーカの使用禁止物質に指定されており、この面からも使用に難がある。 In addition, since the ion conductive organic phosphorus salt that has been used as an effective ion conductive agent is poor in the effect of reducing the resistance, it is necessary to add about 10%, which adversely affects the releasability of the fluororesin layer. Furthermore, the contained phosphorus is currently designated as a prohibited substance by OA equipment manufacturers, and it is difficult to use from this aspect.
以上の他、定着ローラの樹脂層や転写ベルトは、多層構造にして外力に抗する必要な強度は主に基材が受持つ様にしているとはいえ、フッ素樹脂層にもある程度の機械的強度や伸び等が必要であり、この面からも配合する導電材の種類や量に制限が生じる。
特に、ベルトは、ローラと異なり大きな屈曲、曲げが繰返し作用するため、配合された導電剤が、フッ素樹脂層の機械的強度を損わないことは重要である。
In addition to the above, the resin layer and transfer belt of the fixing roller have a multi-layer structure, and the substrate is mainly responsible for the strength required to resist external forces. Strength, elongation, and the like are necessary, and the type and amount of the conductive material to be blended are also limited from this aspect.
In particular, since a belt bends and bends repeatedly, unlike a roller, it is important that the blended conductive agent does not impair the mechanical strength of the fluororesin layer.
これらのため、これら従来採用されている方法に比べて遙に容易に、しかも低コストで、画像形成装置用の転写ベルトや定着ローラ等の表面のフッ素樹脂層に、その離型性等に悪影響を与えることなく、安定して適度の導電性を与える技術の開発が望まれていた。 For this reason, it is much easier and less expensive than these conventionally employed methods, and it adversely affects the releasability of the fluororesin layer on the surface of a transfer belt or fixing roller for an image forming apparatus. There has been a demand for the development of a technique that stably provides appropriate electrical conductivity without imparting any odor.
本発明は、以上の課題を解決することを目的としてなされたものであり、画像形成装置用の転写ベルトや定着ローラ等の表面のフッ素樹脂層に、(RfSO2)2NLiを配合したものである。以下、各請求項の発明を説明する。 The present invention has been made for the purpose of solving the above-described problems, and (RfSO 2 ) 2 NLi is blended with a fluororesin layer on the surface of a transfer belt, a fixing roller or the like for an image forming apparatus. is there. The invention of each claim will be described below.
請求項1に記載の発明は、
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とポリテトラフルオロエチレンのいずれか一方または両方を主成分とするフッ素樹脂に、(RfSO2)2NLi(Rfは、パーフルオロアルキル基)が配合され、所定の表面抵抗率を有している表層が形成されていることを特徴とする画像形成装置用ベルトまたはローラである。
The invention described in claim 1
(RfSO 2 ) 2 NLi (Rf is a perfluoroalkyl group) is blended with a fluororesin mainly composed of one or both of a tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer and polytetrafluoroethylene, A belt or roller for an image forming apparatus, wherein a surface layer having a predetermined surface resistivity is formed.
本請求項の発明においては、PFA、PTFEのいずれも基本的には、2個のフッ素原子が結合した炭素原子が一列に並んだ構造の分子であり、このため1個の炭素原子に2個のフッ素原子が結合した類似の構造(Rf)を有する(RfSO2)2NLiは、極性を有してはいるが無理なくフッ素樹脂中に分散して溶け込む。丁度、アルコールは極性基(水酸基)を有しているが、他の分子構造が同じであるため、極性を有さない石油に混ざり込む様なものである。 In the invention of this claim, both PFA and PTFE are basically molecules having a structure in which carbon atoms bonded with two fluorine atoms are arranged in a line, and therefore two molecules per one carbon atom. (RfSO 2 ) 2 NLi having a similar structure (Rf) with fluorine atoms bonded to each other has a polarity, but disperses and dissolves in the fluororesin without difficulty. Exactly, alcohol has a polar group (hydroxyl group), but other molecular structures are the same, so it is mixed with petroleum having no polarity.
さらに、(RfSO2)2NLiは、例えばRfSO3Liと異なり、アニオンの中心にN(窒素原子)があり、その両側にスルホニル基(SO2)が結合しているため5つの共鳴構造をとり、マイナス電気の非局在化が起こる。また、Nの両側についている2個のスルホニル基には、いずれもその外側にパーフルオロアルキル基(Rf)が結合している。このため、Nの両側にある各3個あるいはそれ以上のフッ素原子の強い電子吸引性により、マイナス電荷がアニオンの中心であるNからさらに外側に(フッ素の結合している両端の2個のRf側に)強く引張られる。これらのため、(RfSO2)2N−はアニオンとして安定して存在するだけでなく、リチウムを解離し易くなる。さらに、解離したリチウムイオンは、フッ素樹脂の分子振動によって移動し易く、これらの結果、外部から電圧が加わると、リチウムイオンが移動することにより、フッ素樹脂層の適度の導電性が発揮される。
また、RfSO3Liに比べて、PFA、PTFEとのなじみが良く、ブリードアウトが抑制される。
In addition, (RfSO 2 ) 2 NLi, for example, unlike RfSO 3 Li, has N (nitrogen atom) at the center of the anion, and sulfonyl groups (SO 2 ) are bonded to both sides of the anion. , Negative electrical delocalization occurs. Further, a perfluoroalkyl group (Rf) is bonded to the outside of each of the two sulfonyl groups on both sides of N. For this reason, due to the strong electron withdrawing property of each of three or more fluorine atoms on both sides of N, the negative charge is further outward from N which is the center of the anion (two Rf at both ends where fluorine is bonded). To the side) strongly pulled. For these reasons, (RfSO 2 ) 2 N − is not only stably present as an anion but also easily dissociates lithium. Furthermore, the dissociated lithium ions easily move due to the molecular vibration of the fluororesin, and as a result, when a voltage is applied from the outside, the lithium ions move to exhibit appropriate conductivity of the fluororesin layer.
In addition, compared with RfSO 3 Li, it is familiar with PFA and PTFE, and bleed-out is suppressed.
ここで、カチオンとしてリチウムイオンを採用したのは、リチウムイオンは原子量が小さいので樹脂マトリックス間で移動し易いため、少量の添加で良好かつ安定した導電性が確保できると共に、フッ素樹脂層の離型性に悪影響を及ぼさないからである。 Here, lithium ions are used as cations because lithium ions have a small atomic weight and can easily move between resin matrices, so that good and stable conductivity can be secured with a small amount of addition, and the release of the fluororesin layer can be ensured. This is because it does not adversely affect sex.
転写ベルト等の通電耐久試験(単に、耐久試験とも言う)では、屈曲等の機械的、物理的負荷が性能に大きく影響する。本請求項に関わるイオン導電性を付与された表層は、フッ素樹脂層内にイオン導電剤が分子のオーダで分散しているため、電子導電性フィラーを添加したものに比べて、通電耐久性(単に、耐久性とも言う)が大幅に向上する。 In a current-carrying durability test (also simply referred to as a durability test) of a transfer belt or the like, mechanical and physical loads such as bending greatly affect the performance. The surface layer imparted with ionic conductivity according to this claim has an ionic conductivity (as compared to the one added with an electronic conductive filler) because the ionic conductive agent is dispersed in the molecular order in the fluororesin layer. Simply called durability).
なお、フッ素樹脂として「PFA、PTFEのいずれか一方または両方を主成分」としているのは、これらはフッ素樹脂の中でも高度の離型性を有し、耐熱性に優れ、弾性層の変形にも充分追従可能な機械的性質を有しているからである。 In addition, the fluororesin that has “one or both of PFA and PTFE as the main component” has a high degree of releasability among fluororesins, has excellent heat resistance, and is capable of deforming the elastic layer. This is because it has mechanical properties that can be followed sufficiently.
請求項2に記載の発明は、前記の画像形成装置用ベルトまたはローラであって、
前記(RfSO2)2NLiは、(CF3SO2)2NLiまたは(C2F5SO2)2NLiであることを特徴とする画像形成装置用ベルトまたはローラである。
The invention according to
The (RfSO 2 ) 2 NLi is a belt or roller for an image forming apparatus, which is (CF 3 SO 2 ) 2 NLi or (C 2 F 5 SO 2 ) 2 NLi.
例えば、(CF3SO2)2NLi、(C2F5SO2)2NLi、(C3F7SO2)2NLi、(C5F8SO2)2NLi等を好適に用いることができる。その中でも、(CF3SO2)2NLi、(C2F5SO2)2NLiは、(RfSO2)2NLiの分子量が小さいため、少量配合するだけで所定の導電率を得られる。このため、コストダウンにつながり、また(RfSO2)2NLiを添加することによりマトリックスとしてのフッ素樹脂層へ及ぼす好ましくない影響が抑制されるため、特に好適である。 For example, (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, (C 2 F 5 SO 2 ) 2 NLi, (C 3 F 7 SO 2 ) 2 NLi, (C 5 F 8 SO 2 ) 2 NLi, or the like is preferably used. it can. Among them, (CF 3 SO 2 ) 2 NLi and (C 2 F 5 SO 2 ) 2 NLi have a small molecular weight of (RfSO 2 ) 2 NLi, and therefore a predetermined conductivity can be obtained only by blending a small amount. Therefore, leading to cost reduction, and because the unfavorable influence to the fluororesin layer as the matrix is suppressed by (RfSO 2) adding 2 NLi, it is particularly preferred.
請求項3に記載の発明は、前記の画像形成装置用ベルトまたはローラであって、
前記(RfSO2)2NLiは、主成分であ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とポリテトラフルオロエチレンのいずれか一方または両方を主成分とするフッ素樹脂の100重量部に対して、0.003〜3.0重量部配合されていることを特徴とする画像形成装置用ベルトまたはローラである。
The invention according to
The (RfSO 2 ) 2 NLi is based on 100 parts by weight of a fluororesin mainly composed of one or both of a tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer and polytetrafluoroethylene as main components, A belt or roller for an image forming apparatus, characterized by containing 0.003 to 3.0 parts by weight.
本請求項の発明においては、カチオンとしてLi+を、アニオンとしてパーフルオロアルキル基が両端に付く(RfSO2)2NLiの配合量が適切であるため、フッ素樹脂層は適度の導電性を有するだけでなく、良好な離型性が確保され、引張強度や伸びの低下も僅かとなる。
ここに、配合量が0.003重量部以上であるのは、0.003重量部未満であると導電性が不足するからであり、3.0重量部以下であるのは、3.0重量部を超えると、離型性と引張強度が不足するからである。
In the invention of this claim, since the blending amount of (RfSO 2 ) 2 NLi with Li + as a cation and a perfluoroalkyl group at both ends as an anion is appropriate, the fluororesin layer has only moderate conductivity. In addition, good releasability is ensured, and the decrease in tensile strength and elongation is slight.
Here, the blending amount is 0.003 parts by weight or more because the conductivity is insufficient when it is less than 0.003 parts by weight, and the amount of 3.0 parts by weight or less is 3.0 parts by weight. This is because if it exceeds the part, the releasability and tensile strength are insufficient.
なお、画像形成装置のタイプ、設計の如何にもよるが、適度な導電性を確保する面からは、主成分であるPFA、PTFEのいずれか一方または両方を主成分とするフッ素樹脂100重量部に対して、前記(RfSO2)2NLiを0.1〜1.0重量部配合することが好ましい。さらに、離型性の確保の面から、0.3〜0.5重量部配合することが、より好ましい。 Although depending on the type and design of the image forming apparatus, 100 parts by weight of a fluororesin mainly composed of either or both of PFA and PTFE as main components is used from the aspect of ensuring appropriate conductivity. In contrast, 0.1 to 1.0 part by weight of the (RfSO 2 ) 2 NLi is preferably blended. Furthermore, it is more preferable to add 0.3 to 0.5 parts by weight from the viewpoint of securing releasability.
請求項4に記載の発明は、前記の画像形成装置用ベルトまたはローラであって、
前記表層の所定の表面抵抗率は、1.00E+10〜9.99E+14Ω/□であることを特徴とする画像形成装置用ベルトまたはローラである。
The invention according to claim 4 is the belt or roller for the image forming apparatus,
The predetermined surface resistivity of the surface layer is 1.00E + 10 to 9.99E + 14Ω / □, which is a belt or roller for an image forming apparatus.
本請求項の発明においては、フッ素樹脂層が適度の導電性を有するため、トナーの静電付着や転写電荷のリークがなく、その結果優れた画像形成の力を発揮することとなる。なお、表層の所定の表面抵抗率は、1.00E+11〜9.99E+12Ω/□であるのが、より好ましい。 In the invention of this claim, since the fluororesin layer has appropriate conductivity, there is no electrostatic adhesion of toner or leakage of transfer charge, and as a result, excellent image forming power is exhibited. The predetermined surface resistivity of the surface layer is more preferably 1.00E + 11 to 9.99E + 12Ω / □.
請求項5に記載の発明は、前記の画像形成装置用ベルトまたはローラであって、
前記表層の厚さが、3〜30μmであることを特徴とする画像形成装置用ベルトまたはローラである。
The invention according to claim 5 is the belt or roller for the image forming apparatus,
The surface layer has a thickness of 3 to 30 μm.
本請求項の発明においては、表層の厚さが適切であるため、画像形成能力に優れた画像形成装置用ベルトまたはローラとなる。
ここに、表層の厚さが、3μm以上であるのは、磨耗による肉厚の減少を考慮したものであり、30μm以下であるのは、30μmを越えると弾性層の弾性が損われるからである。
In the invention of this claim, since the thickness of the surface layer is appropriate, the belt or roller for an image forming apparatus having excellent image forming ability is obtained.
Here, the thickness of the surface layer is 3 μm or more in consideration of the reduction in thickness due to wear, and the reason why it is 30 μm or less is that the elasticity of the elastic layer is impaired when it exceeds 30 μm. .
請求項6に記載の発明は、前記の画像形成装置用ベルトまたはローラであって、
前記画像形成装置用ベルトまたはローラは、転写ベルト、転写定着ベルト、現像ローラ、帯電ローラ、転写ローラ、定着ローラのいずれかであることを特徴とする画像形成装置用ベルトまたはローラである。
The invention according to claim 6 is the belt or roller for the image forming apparatus,
The image forming apparatus belt or roller is any one of a transfer belt, a transfer fixing belt, a developing roller, a charging roller, a transfer roller, and a fixing roller.
本請求項の発明においては、画像形成装置用ベルトまたはローラは、転写ベルト、転写定着ベルト、現像ローラ、帯電ローラ、転写ローラ、定着ローラのいずれかであるため、フッ素樹脂層に、離型性と引張強度と伸びを維持しつつ適度の導電性を与えるという本発明の効果を、最も発揮することとなる。 In the present invention, the image forming apparatus belt or roller is any one of a transfer belt, a transfer fixing belt, a developing roller, a charging roller, a transfer roller, and a fixing roller. In addition, the effect of the present invention that gives moderate conductivity while maintaining tensile strength and elongation is most exhibited.
本発明においては、画像形成装置用の定着ベルトやローラ等の表面のフッ素樹脂層に、(RfSO2)2NLiを配合するため、従来採用されている方法に比べて遙に容易に、しかも低コストで、画像形成装置用の転写ベルトや定着ローラ等の表面のフッ素樹脂層に、その離型性等に悪影響を与えることなく、安定して適度の導電性を与えることができる。 In the present invention, since (RfSO 2 ) 2 NLi is blended in the fluororesin layer on the surface of a fixing belt or roller for an image forming apparatus, it is much easier and lower in comparison with a conventionally employed method. It is possible to stably give appropriate conductivity to the fluororesin layer on the surface of the transfer belt or fixing roller for the image forming apparatus without adversely affecting the releasability and the like.
以下、本発明をその最良の実施の形態に基づいて説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、以下の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。 Hereinafter, the present invention will be described based on the best mode. Note that the present invention is not limited to the following embodiments. Various modifications can be made to the following embodiments within the same and equivalent scope as the present invention.
(第1の実施の形態)
本実施の形態は、転写ベルトに関する。
(First embodiment)
The present embodiment relates to a transfer belt.
本実施の形態の転写ベルトは、基材が機械的強度に優れたPI(ポリイミド)であること、弾性層を有すること、表層がフッ素樹脂であること、基材と弾性層の間および弾性層と表層の間に接着性を改善するためのバインダー層が形成されていること等は、従来の転写ベルトと同じである。このため、それらについての説明は省略し、適度の導電性を持たせたPFA・PTFE製の表層の形成についてのみ説明する。 In the transfer belt of the present embodiment, the base material is PI (polyimide) excellent in mechanical strength, has an elastic layer, the surface layer is a fluororesin, between the base material and the elastic layer, and the elastic layer A binder layer for improving adhesiveness is formed between the surface layer and the surface layer as in the conventional transfer belt. For this reason, description about them is omitted, and only the formation of the surface layer made of PFA · PTFE having appropriate conductivity will be described.
[実施例]
実施例1から同4として、三井デュポンフロロケミカル社製のPFAディスパージョン(PFAのサブミクロンオーダの微粒子を水中に浮遊させている液状物質)のPFAグレード950HP(固形分33.5重量%)100重量部に、三光化学製イオン導電剤{イミドリチウム、(CF3SO2)2NLi、商品名サンコノールAQ−50R、固形分50.0重量%}を、各0.185重量部、0.370重量部、0.741重量部、1.481重量部配合させた試料を30分羽根攪拌装置で混合し、PFAディスパージョン中にイオン導電材を充分均一に溶解させた。
[Example]
As Practical Examples 1 to 4, PFA dispersion (liquid substance in which fine particles of submicron order of PFA are suspended in water) manufactured by Mitsui DuPont Fluorochemical Co., Ltd., PFA grade 950HP (solid content 33.5 wt%) 100 Ionic conductive agent {Imidolithium, (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, trade name Sanconol AQ-50R, solid content 50.0% by weight} made by Sanko Chemical Co., Ltd. 0.185 parts by weight, 0.370 parts by weight. The sample blended with parts by weight, 0.741 parts by weight, and 1.481 parts by weight was mixed with a blade stirrer for 30 minutes, and the ion conductive material was sufficiently uniformly dissolved in the PFA dispersion.
次いで、イオン導電剤を溶解させたPFAディスパージョンを、B型粘度計により粘度を測定し、粘度を調節後、内面を鏡面加工したステンレス製の円筒の内面にディッピング法で塗布し、360℃で焼成して、厚さ8〜8.5μmのPFA膜を得た。 Next, the PFA dispersion in which the ionic conductive agent is dissolved is measured with a B-type viscometer, and after adjusting the viscosity, it is applied to the inner surface of a stainless steel cylinder whose inner surface is mirror-finished by a dipping method at 360 ° C. Firing was performed to obtain a PFA film having a thickness of 8 to 8.5 μm.
[参考例及び比較例]
参考例として、イオン導電材を配合していないPFAディスパージョンのみを適用して、厚さ8.5μmのPFA膜を作製した。
また、比較例1から同3として、実施例と同じPFAディスパージョンに、パーフルオロアルキルスルフォン基を1個のみ有するCF3SO3Li(三光化学社製イオン導電剤、トリフレート、商品名サンコノールAQ−50T、固形分50重量%)を、PFA100重量部に対して各々1.00、5.00、10.00重量部配合した厚さ8μmのPFA膜を、実施例と同様の方法で作製した。
[Reference Examples and Comparative Examples]
As a reference example, a PFA film having a thickness of 8.5 μm was produced by applying only a PFA dispersion containing no ionic conductive material.
Further, as Comparative Examples 1 to 3, CF 3 SO 3 Li (ionic conductive agent, triflate, trade name Sanconol AQ manufactured by Sanko Chemical Co., Ltd.) having only one perfluoroalkylsulfone group in the same PFA dispersion as in the Examples PFA film having a thickness of 8 μm was prepared in the same manner as in Example 1 by mixing 1.00, 5.00, and 10.00 parts by weight of -50T and solid content of 50% by weight with respect to 100 parts by weight of PFA. .
比較例4として、実施例と同じPFAディスパージョンに針状導電性酸化すずを分散させたディスパージョンに適用して、PFA100重量部に対して針状導電性酸化すず(石原産業社製FS−10P。粒子径長軸1μm×短軸0.01μm)を5重量部配合した厚さ8μmのPFA膜を、フィラーの分散を除き実施例と同様の方法で作製した。なお、フィラーの場合には、羽攪拌装置で分散させるのは不十分であるため、より能力が高いホモジナイザーを用いた。 As Comparative Example 4, it was applied to a dispersion in which acicular conductive tin oxide was dispersed in the same PFA dispersion as in the example, and acicular conductive tin oxide (FS-10P manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd.) was added to 100 parts by weight of PFA. A PFA film having a thickness of 8 μm in which 5 parts by weight of a particle diameter major axis 1 μm × minor axis 0.01 μm) was blended was prepared in the same manner as in the examples except for the dispersion of the filler. In the case of filler, since it is insufficient to disperse with a wing stirrer, a homogenizer with higher ability was used.
また、針状のフィラーを用いるのは、例えば石原産業社製FS−100P(粒子径0.01μm)等の球状のフィラーであれば、1012Ω/□まで表面抵抗を下げるためには10重量部以上配合することが必要であり、膜の伸び、強度が大きく低下するからである。 In addition, a needle-like filler is used in order to reduce the surface resistance to 10 12 Ω / □ if it is a spherical filler such as FS-100P (particle diameter 0.01 μm) manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd. This is because it is necessary to blend more than part, and the elongation and strength of the film are greatly reduced.
[実験結果]
以上の下で、各PFA膜の縦(長さ、円周)方向の伸び、縦方向の引張り強度、耐久性、各試験電圧における表面抵抗率を測定した。見易さと判り易さを考慮の上、耐久性を除くそれらの試験結果を、参考例と実施例1から同4は表1に、比較例1から同4までと実施例2は表2に示す。また、耐久性については、参考例と実施例2と比較例4の結果を表3に示す。
[Experimental result]
Under the above, the longitudinal (length, circumference) direction elongation, longitudinal tensile strength, durability, and surface resistivity at each test voltage of each PFA film were measured. The test results excluding the durability in consideration of easy viewing and easy understanding are shown in Table 1 for the reference examples and Examples 1 to 4, and in Table 2 for Comparative Examples 1 to 4 and Example 2. Show. Moreover, about durability, the result of a reference example, Example 2, and the comparative example 4 is shown in Table 3.
耐久性とは、表層にクラック、しわが発生するまでの通紙枚数である。即ち、ベルトは、複数のローラに巻き付けられた状態で回転するため、ローラの外周面に沿って屈曲させられ、直線部で真っ直ぐに戻らせられることにより、繰り返し物理的、機械的ストレスを受ける。特に、カラープリンターでは、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックのトナーが順次転写ベルト上に形成されていくため、1枚印刷すればこれらのストレスを4回受けることとなる。このため、表層は通紙枚数に応じて劣化していくが、転写ベルトとしては、少なくとも10万枚、好ましくは100万枚以上あることとされている。そこで、イオン導電剤を配合しているが十分な耐久性を有していることを確認するために、耐久性の確認試験を行った。 Durability is the number of sheets passed until cracks and wrinkles occur on the surface layer. In other words, since the belt rotates while being wound around a plurality of rollers, the belt is bent along the outer peripheral surface of the rollers and straightened back at the straight portion, thereby repeatedly receiving physical and mechanical stress. In particular, in a color printer, cyan, magenta, yellow, and black toners are sequentially formed on the transfer belt, so if one sheet is printed, these stresses are received four times. For this reason, the surface layer deteriorates according to the number of sheets to be passed, but the number of transfer belts is at least 100,000, preferably 1 million or more. Therefore, in order to confirm that the ionic conductive agent is blended but has sufficient durability, a durability confirmation test was performed.
試験に用いた転写ベルトの表層以外の寸法は、内径168φ、幅368mm、ベース層の厚さは80μm、弾性層の厚さは250μmである。また、試験に用いた装置は、実際に用いられているゼロックス方式のカラープリンター(富士ゼロックス社製カラープリンターDocuprint C620)である。この装置の要部を図4に概念的に示す。図4において、31は感光ドラムであり、32は1次転写ローラであり。33は2次転写ローラであり、34は30φローラ(外形が30mm)であり、35は28φローラである。この装置を、実際に駆動して試験を行った。図4において、転写ベルト40は、φ30ローラ34とφ28ローラ35の外周面に沿って屈曲し、直線部で真っ直ぐに戻ることにより物理的、機械的ストレスを受けることとなる。また、1次転写ローラ32と2次転写ローラ33間で数kボルトの電圧が印加されているため、電気的ストレスを受けることとなる。なお、表3の耐久性欄のkは1000(キロ)を示し、mは1000,000(メガ)を示す。
The dimensions other than the surface layer of the transfer belt used in the test are an inner diameter of 168φ, a width of 368 mm, a base layer thickness of 80 μm, and an elastic layer thickness of 250 μm. The apparatus used for the test is a Xerox type color printer (color printer Docprint C620 manufactured by Fuji Xerox Co., Ltd.) that is actually used. The main part of this apparatus is conceptually shown in FIG. In FIG. 4, 31 is a photosensitive drum, and 32 is a primary transfer roller. 33 is a secondary transfer roller, 34 is a 30φ roller (outer dimension is 30 mm), and 35 is a 28φ roller. This apparatus was actually driven and tested. In FIG. 4, the
また、実施例1から同4において、イオン導電剤の配合量を変化させたときに表面抵抗率、引張強度、破断までの伸びが変化する様子を、各々図1、図2、図3に示す。 In Examples 1 to 4, the changes in surface resistivity, tensile strength, and elongation until breakage are shown in FIGS. 1, 2, and 3 when the blending amount of the ionic conductive agent is changed. .
伸び、引張り強度、表面抵抗率については、比較例1から同3は、表1の各実施例、あるいは表2の右端に再度示す実施例2と比較すれば容易に判る様に、1.00E+10〜9.99E+14Ω/□の導電率とするためには、イオン導電剤を5重量部まで配合する必要がある。即ち、CF3SO3Liは、(CF3SO2)2NLiに比べて、同じ導電率とするためには、約10倍配合する必要がある。CF3SO3Liは、パーフルオロアルキルスルフォン基を1個しか有しないため、フッ素原子によるイオンの吸引性が弱くなり、Liイオンが電離し難くなるからと思われる。
また、5重量部配合すれば、伸びは各実施例の1/2以下になり、引張り強度も70%程度に低下している。
また、離型性も低下した。
As for elongation, tensile strength, and surface resistivity, Comparative Examples 1 to 3 are 1.00E + 10 as easily understood from each Example in Table 1 or Example 2 shown again at the right end of Table 2. In order to obtain a conductivity of ˜9.99E + 14Ω / □, it is necessary to add up to 5 parts by weight of an ionic conductive agent. That is, CF 3 SO 3 Li needs to be blended approximately 10 times to achieve the same conductivity as (CF 3 SO 2 ) 2 NLi. Since CF 3 SO 3 Li has only one perfluoroalkyl sulfone group, it is considered that the attraction of ions by fluorine atoms becomes weak and Li ions are difficult to ionize.
If 5 parts by weight is blended, the elongation is 1/2 or less of each example, and the tensile strength is reduced to about 70%.
Moreover, the releasability was also lowered.
針状導電性酸化すずを配合した比較例4のPFA膜は、表面抵抗率は特に問題はないが、参考例である何も配合していないPFA膜に比較して、伸びは1/2以下に、強度は2/3程度と大きく低下しているのが判る。
また、離型性も低下した。
The PFA film of Comparative Example 4 blended with acicular conductive tin oxide has no particular problem with the surface resistivity, but the elongation is 1/2 or less compared to the PFA film with nothing blended as a reference example. In addition, it can be seen that the strength is greatly reduced to about 2/3.
Moreover, the releasability was also lowered.
表3より判る通り、実施例2の耐久性は、比較例4に比べて非常に優れている。これは、フィラーを配合した比較例4では、表層の樹脂中にフィラーが点在するため、その部分に機械的、物理的なストレスのみならず電気的なストレスも集中して作用し、フッ素樹脂膜に欠陥を生じさせるが、イオン導電剤を配合した実施例2では、分子レベルで導電剤が分散するため、その様なことが生じないからと思われる。 As can be seen from Table 3, the durability of Example 2 is very superior to that of Comparative Example 4. This is because, in Comparative Example 4 in which a filler is blended, fillers are scattered in the resin of the surface layer, so that not only mechanical and physical stresses but also electrical stresses concentrate on the portions, and fluororesin Although it causes defects in the film, it seems that in Example 2 in which an ionic conductive agent is blended, such a phenomenon does not occur because the conductive agent is dispersed at the molecular level.
次に、実施例について考察すると、表面抵抗率については、表1から判る様に、イオン導電剤の配合率の如何を問わず、印加する電圧を10Vから50V、100V、250V、500Vと増加するのに伴い、一部例外があるが、低下(導電率は、増大)する傾向にあることが判る。ただし、表面抵抗率は、いずれも4.76E+11Ω/□から2.86E+13Ω/□の範囲にあり、適度の値となっている。 Next, considering the examples, as can be seen from Table 1, regarding the surface resistivity, the applied voltage is increased from 10 V to 50 V, 100 V, 250 V, and 500 V regardless of the mixing ratio of the ionic conductive agent. With this, there are some exceptions, but it turns out that there is a tendency to decrease (conductivity increases). However, the surface resistivity is in a range from 4.76E + 11Ω / □ to 2.86E + 13Ω / □, and is an appropriate value.
また、図1に、100VにおけるPFA膜の表面抵抗率が、イオン導電剤の配合率に応じてどの様に変化していくかの様子を示す。
図1から、イオン導電剤を0.370重量部配合したときには多少表面抵抗率が下がるが、0.185重量部から1.481重量部まで、対数グラフではあるがほぼ一様、即ち
7.20E+11Ω/□から4.74E+12Ω/□の範囲にあることが判る。このため、イオン導電剤の配合部数の多少の変動で表面抵抗率が大きく変化することがなく、配合処理が容易となる。
FIG. 1 shows how the surface resistivity of the PFA film at 100 V changes according to the blending ratio of the ionic conductive agent.
From FIG. 1, when 0.370 parts by weight of the ionic conductive agent is blended, the surface resistivity is somewhat lowered, but from 0.185 parts by weight to 1.481 parts by weight, the logarithmic graph is almost uniform, that is, 7.20E + 11Ω. / □ to 4.74E + 12Ω / □. For this reason, the surface resistivity does not change greatly due to a slight variation in the number of blended parts of the ionic conductive agent, and the blending process becomes easy.
図2に、イオン導電剤の配合部数の増加に応じて、PFA膜の引張強度がどの様に変化していくかの様子を示す。
図2から、PFA膜の引張強度は、イオン導電剤の配合部数が0.370重量部までは多少低下するが、それ以上配合しても少なくとも1.481重量部までは、大きな低下は見られない。このため、イオン導電剤の配合部数の多少の変動で引張強度が大きく低下することがなく、配合処理が容易となる。
FIG. 2 shows how the tensile strength of the PFA film changes as the number of blended parts of the ionic conductive agent increases.
From FIG. 2, the tensile strength of the PFA film slightly decreases until the number of blended parts of the ionic conductive agent is 0.370 parts by weight, but a large decrease is seen up to at least 1.481 parts by weight even when blended more than that. Absent. For this reason, the tensile strength is not greatly reduced by a slight variation in the number of blended parts of the ionic conductive agent, and the blending process becomes easy.
図3に、イオン導電剤の配合部数の増加に応じて、PFA膜の破断までの伸びがどの様に変化していくかの様子を示す。
図3から、PFA膜の伸びは、イオン導電剤を0.370重量部配合するまでは多少低下するが、それ以上配合しても、少なくとも1.481重量部までは大きく変化しない。このため、イオン導電剤の配合部数の多少の変動で伸びが大きく変化することがなく、配合処理が容易となる。
なお、上記の実施例については、何れもイオン導電剤のブリードアウトは認められなかった。
FIG. 3 shows how the elongation to break of the PFA film changes as the number of blended parts of the ionic conductive agent increases.
From FIG. 3, the elongation of the PFA film slightly decreases until 0.370 parts by weight of the ionic conductive agent is blended, but even if blended more than that, it does not change significantly up to at least 1.481 parts by weight. For this reason, the elongation does not change greatly due to a slight variation in the number of blended parts of the ionic conductive agent, and the blending process becomes easy.
In any of the above examples, no bleedout of the ionic conductive agent was observed.
(第2の実施の形態)
本実施の形態は、フッ素樹脂が、PFAが90重量%、PTFEが10重量%の場合である他は、第1の実施の形態と同じである。
PFAは、三井デュポンフロロケミカル社製のPFAディスバージョンのPFAグレード950HPを使用し、PTFEはダイキン工業社製D1−Fを使用した。
本実施の形態においても、フッ素樹脂は適度のかつ安定した導電性を有し、しかも引張強度、伸び率の低下はわずかであり、イオン導電剤のブリードアウトも認められなかった。
(Second Embodiment)
This embodiment is the same as the first embodiment except that the fluororesin is a case where PFA is 90 wt% and PTFE is 10 wt%.
PFA used was PFA grade 950HP made by Mitsui DuPont Fluorochemicals, and D1-F made by Daikin Industries was used as PTFE.
Also in this embodiment, the fluororesin has moderate and stable conductivity, and the tensile strength and elongation rate are only slightly decreased, and no bleed out of the ionic conductive agent was observed.
31 感光ドラム
32 1次転写ローラ
33 2次転写ローラ
34 30φローラ
35 28φローラ
40 転写ベルト
31
Claims (6)
6. The image forming apparatus belt or roller according to claim 1, wherein the image forming apparatus belt or roller is any one of a transfer belt, a transfer fixing belt, a developing roller, a charging roller, a transfer roller, and a fixing roller. Belt or roller for image forming apparatus.
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