JP7424010B2 - 中間転写体、及び、画像形成装置 - Google Patents
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- Electrostatic Charge, Transfer And Separation In Electrography (AREA)
Description
例えば、中間転写ベルトの表面に、移動方向に沿って溝を形成して面内平均粗さを制御し、さらに、中間転写ベルトの表面層にフッ素含有粒子を含有させる構成が提案されている。(特許文献1参照)。
また、中間転写ベルトの表面層に微粒子による凹凸形状を形成し、微粒子の平均粒形や体積抵抗率を所定範囲に規定する構成が提案されている(特許文献2参照)。
なお、説明は以下の順序で行う。
1.中間転写体の概要
2.画像形成装置、及び、中間転写体の実施形態
以下、本発明の実施形態の説明に先立ち、中間転写体の概要について説明する。
画像形成装置において、中間転写体は、像担持体上に形成された潜像をトナーにより現像して得られたトナー像が転写(一次転写)される。そして、中間転写体に転写されたトナー像が、記録材に対して転写(二次転写)される。
中間転写体の駆動トルク不良は、ブレ-ドの摩耗速度の増加や、動作時の鳴き(不快音)、ブレ-ドのめくれ、中間転写体のベルトの破損にもつながり、画像形成装置において特に影響が大きい問題である。
例えば、ブレ-ドの摩耗速度が増加しやすい条件の場合には、摩耗速度を抑制する方法としてブレ-ドの当接力を下げる構成も可能である。しかし、この場合には、ブレ-ドの摩耗量が小さい条件でもクリーニング不良を起こし始めるため、クリーニング性が低下しやすく、ブレ-ドの長寿命化ができない。この結果、硬化アクリル樹脂を用いた中間転写体の長寿命化の効果が、ブレ-ドの短寿命化によって、十分に活用できない。
例えば、動トルクが大きすぎる場合には、ブレードのゴムの摩耗速度が速くなってしまい、ブレード寿命が短くなることが問題となる。ゴムの摩耗速度が速いと、中間転写体を高耐久化しても、中間転写ユニット(中間転写体とクリーニング機構)としての高耐久化ができない。ブレ-ドの摩耗を抑制するためには、当接力を下げた構成にする必要があるが、この場合には必然的にクリーニング力が低下してしまう。このため、ブレード先端の摩耗量が少ない段階で拭き残しによる画像不良を起こしてしまい、ブレード寿命を十分に長くできない。
動トルクが大きすぎる場合は、ブレ-ドの先端の当接状態が非常に不安定になり、ミクロ的なスティックスリップが繰り返し発生しやすくなる。すなわち、スティックスリップによるブレ-ド先端の離間の間に、多量のトナーがすり抜ける恐れがあり、当接力に関係なくクリーニング性が低下する。特に、高温高湿(HH)環境では、クリーニング性能にとって不利な材料である「放電生成物(硝酸塩など)」が、中間転写体の表面に共存しており、放電生成物の効果によっても、クリーニング性が低下しやすくなる。
中間転写体とブレ-ドとを有する構成において、動トルクが大きくなりすぎる原因について、以下のように推測する。
中間転写体の表面層には、上述の特許文献1や特許文献2に記載された技術のような意図的な凹凸を形成していない場合にも、面内に極めてわずかな表面粗さの変動と認識される、非常に局所的な狭い凹部が高頻度で連続して形成されている。このため、この表面層にブレ-ドが当接すると、表面層の凹部に由来するわずかな振動がブレード先端に対して高周波数の状態で連続して発生する。このような状態は、下記(1)、(2)に説明するように、動トルクが大きくなりすぎる要因となる。
ブレ-ドにゴム等の弾性部材が使用されている場合、高温環境、高周波振動という条件では、ゴムの粘弾性を示すパラメータのうち、動的粘弾性測定装置(DMA)で分析検知可能な損失正接(tanδ)[損失正接(tanδ)=損失弾性率/貯蔵弾性率]が増加する特徴がある。
さらに、30℃以上の場合では、温度が高ければ高いほど、tanδの値が増加する。特に、画像形成装置では、一般に機内温度が外気温よりも高温になりやすい。このため、ブレ-ドの温度が高くなりやすく、tanδの値も増加しやすい。
また、中間転写体の表面層の局所凹部における高さ変動が急峻な場合も、ブレ-ドの振幅が大きくなるため、損失弾性が大きくなり、動トルクがさらに悪化してしまう。
ブレ-ドは、ゴム系の弾性部材で形成されている。ゴム系の弾性部材として、例えば、免振ゴム、耐震ゴムなどの商品が存在するように、ゴムは、固有振動数を大きく上回る高周波の振動について「振動を抑制しようとする性質」がある。具体的には、「外部振動の周波数/固有振動数」の比率(振動数比)が21/2倍(ルート2倍)を超えると、弾性部材による「振動を抑制しようとする性質」が働き、上記の振動数比が大きければ大きいほど実際の振動抑制率も大きくなる。一方、比率(振動数比)が21/2倍(ルート2倍)以下となった場合には、振動が抑制されずに、逆に振動が大きくなる。
このため、中間転写体の表面層の表面粗さによって発生するブレ-ドの上下振動の振動数の値によっては、高温環境では、「ブレ-ドの振動数/ゴムの固有振動数」の比率が、「21/2倍」を超えて、はるかに大きくなってしまう。この場合、わずかな振幅の上下振動であっても、表面層の凹部に由来するブレ-ドの振動を抑制するための作用として、ブレード先端が中間転写体の表面に対して強い相互作用をもたらす状態が続き、動トルクが増加する。即ち、ブレ-ドによる中間転写体の駆動動作への束縛力が桁外れに大きくなり、動トルクが増加する。
中間転写体において、表面層に局所的な凹部が限りなく存在しない構造を考えると、凹部(粗さの変動)に由来するブレ-ドの振動が発生しない。このため、ブレ-ドの振動周波数の発生がなく、損失正接(tanδ)の議論もなく、これに由来する動トルクの増加も発生しない。
上述のように、中間転写体の駆動トルク不良は、中間転写体の表面層の粗さに由来するブレ-ドの高周波振動によるものと考えられる。即ち、ブレ-ドの高周波振動を制御することにより、動トルクの上昇やブレ-ドによるクリーニング性の低下を抑制することができる。
画像形成装置の実施形態について説明する。図2に、画像形成装置の概略構成を示す。 図2に示す画像形成装置は、画像形成部である4個のトナー像形成部20Y,20M,20C,20Kと、転写体ユニット30と、転写部としての二次転写部7Aと、クリーニングユニット9と、定着部40とを備える。
記録材にトナー像を転写した後の中間転写ベルト6は、クリーニングユニット9によりクリーニングされる。クリーニングユニット9は、二次転写後の中間転写ベルト6をクリーニングする機構であり、中間転写ベルト6の外周面側(第1面側)に当接して異物を除去する除去部材により、中間転写ベルト6上の転写残トナー、紙粉、潤滑剤等を掻き取り除去する。
クリーニングブレード91は、所定方向(図中時計回り)に回動する中間転写ベルト6の表面に当接し、中間転写ベルト6の表面に付着したトナーを含む異物を除去する除去部材(第1の除去部材)である。クリーニングブレード91は、中間転写ベルト6と、中間転写ベルト6のベルト面に対して固定された支持部材(第1の支持部材)であるローラー6Bとが接触している領域内で、中間転写ベルト6が屈曲している状態の第1面側に当接している。クリーニングブレード91は、中間転写ベルト6の回動方向に対してカウンター方向に、クリーニングブレード91の先端(エッジ)を中間転写ベルト6の表面に当接させている。クリーニングブレード91の材質は、例えばウレタンゴムであるが、その他任意の弾性材料を用いてもよい。
ケーシング93は、クリーニングブレード91とクリーニングブラシ92とを支持する。また、ケーシング93は、クリーニングブレード91及びクリーニングブラシ92によって除去されたトナー等を収容する。
なお、クリーニングブレード91における上記の各条件は、中間転写ベルト6の材料などに応じて適宜選定することができる。
次に、中間転写ベルト6の構成について説明する。図3に、中間転写ベルト6のベルト搬送方向に略直交する方向における断面図を示す。図3に示すように、中間転写ベルト6は、基層61と表面層62とを有する。中間転写ベルト6は、無端ベルト状の形状である。ここで、「無端ベルト状の形状」とは、例えば、概念的(幾何学的)には一枚の長尺のシート状物の両端部を繋ぎ合わせて形成されるようなループ状の形状を意味する。中間転写ベルト6の実際の形状としては、シームレスのベルト状又は円筒状の形状とすることが好ましい。
基層61は、中間転写ベルト6を構成する基本素材であり、中間転写ベルト6に所定の剛性を付与する。また、基層61は、表面層62を積層する際の加工条件や、中間転写ベルト6を製造する際の加工作業性、耐熱性、滑り性、その他の諸物性において優れたものであることが好ましい。
ことが好ましい。
表面層62は、感光体1Y,1M,1C,1Kから転写されたトナーを担持する。表面層62の表面には、複数の局所凹部63が形成されている。
単官能(メタ)アクリルモノマー(「長鎖アルキル単官能モノマー」ともいう。)は、疎水性である長鎖アルキル基と、(メタ)アクリロイル基である官能基(反応性基)とを有する。
単官能(メタ)アクリルモノマーは、炭素が12個以上連続に連結したアルキル単官能モノマーであることが、導電性フィラーの分散性の点でより好ましい。炭素数の上限値としては、25以下であることが、入手しやすく、溶解性に優れる点で好ましい。
単官能(メタ)アクリルモノマーは、分岐した構造をとっても良いが、炭素の連結数は、分子内で最長に連続した炭素鎖の連結炭素数として計算する。例えば、長鎖アルキル部位がエチルヘキシルの場合、長鎖アルキル部位の炭素数は8であるが、連続した炭素数は、炭素が6個連続に連結したアルキル単官能モノマーとして算出する。
なお、「連続に連結した」とは、炭素と炭素の結合の連続のことで、間に他の元素が入ってはならない。
また、各成分の体積割合の算出方法としては、上記のようにしてモル分率を求めた後に、比重をかけることで算出することができる。比重はメーカー値などの一般的な値を求めてもよい。
多官能(メタ)アクリルモノマーは、2官能以上の反応基を有したモノマーであり、5官能以上であることが、耐摩耗性が良好となる点で好ましい。多官能(メタ)アクリルモノマーは、モノマーの主成分とならなければならない。主成分とは、モノマーの体積割合で50%以上存在する。多官能(メタ)アクリルモノマーは、混合して用いてもよい。
当該他の添加剤の例には、重合開始剤、有機溶剤、光安定剤、紫外線吸収剤、触媒、着
色剤、帯電防止剤、滑剤、レベリング剤、消泡剤、重合促進剤、酸化防止剤、難燃剤、赤外線吸収剤、界面活性剤及び表面改質剤などが含まれる。
表面層形成組成物には、表面層を構成する固形成分全体の体積(100体積部)に対して、5~20体積部の範囲内の単官能(メタ)アクリルモノマーを含有させることが好ましい。
また、表面層62は、未処理の金属酸化物微粒子(以下、「未処理金属酸化物微粒子」ともいう)、及び、所定の表面修飾剤によって表面修飾が施された金属酸化物微粒子を含有することが、耐摩耗性の点で好ましい。
未処理金属酸化物微粒子は、気相法、塩素法、硫酸法、プラズマ法、電解法などの一般的な製造方法で作製されたものを用いることができる。
湿式メディア分散型装置に使用するディスクや容器内壁には、ステンレス製、ナイロン製、セラミック製など種々の素材のものが使用できるが、ジルコニア又はシリコンカーバイドといったセラミック製の素材を採用することが好ましい。
以上のような湿式処理により、上記の表面修飾された金属酸化物微粒子を得ることができる。
表面層62は、中間転写ベルト6の外周面となる表面において、点状の局所凹部を有する。局所凹部63は、深さ方向の長さが表面層62内で完結し、表面層62の下層の基層61等には到達しない。また、表面層62の表面での開口部の(長径/短径)比が3以下であり、開口部の(長径/短径)比が3を超えるような連続性のある溝等は除外される。
表面層62を以下の測定条件で測定し、表面層62の三次元の形状データを取得する。そして、表面形状の三次元の形状データに対して所定のデータ処理を行った後、データの横方向(1024点方向)に平行になるように、測定データ(1視野)の中央の1か所から断面プロファイルを選び、高さ情報の曲線(断面曲線)を抽出する。そして、抽出した曲線において、連続する点における高さデータを比較することで、表面層62に形成されている局所凹部63を判定する。
・キーエンス社製レーザー顕微鏡 VX-250
・対物レンズ150倍
・上限下限設定:手動
・明るさ設定:自動
・測定サイズ:1024点(周方向)×768点(長手方向)(96.6μm×71.3μm)
・ピッチ:0.08μm
レーザー顕微鏡を用いた上記条件での測定により、表面層62の表面形状の三次元の形状データを表すトポグラフィー像を取得する。そして、取得したトポグラフィー像の高さデータに対して、以下のデータ処理を行う。
・傾き補正:面傾き補正自動
・フィルター:高さ情報について、3×3サイズ単純平均で1回フィルターを実行
以上のデータ処理の後、レーザー顕微鏡の1視野(横1024点×縦768点)の中央で、横方向(中間転写体の周方向)に平行な向きでプロファイルを選び、高さ情報を有する1024点相当の断面曲線を取得する。この断面曲線には、抽出した1024点に相当する1024個の高さデータが含まれている。なお、周方向は中間転写体の搬送方向と平行な方向であり、長手方向は円筒状の中間転写体の軸方向と平行な方向である。
・y2≦y1-0.01 ・・・式(1)
・y3≦y2-0.01 ・・・式(2)
・y4≧y3+0.01 ・・・式(3)
・y5≧y4+0.01 ・・・式(4)
従って、上記の式(1)~(4)を満たす場合には、x1~x5の地点において、x1地点からx3地点まで連続して高さが低下し、x3地点からx5地点まで連続して高さが上昇する。即ち、上記の式(1)~(4)を満たす場合には、x3地点を境に高さが下降から上昇に転じ、x3地点が局所凹部の凹部ピークとなる。
このような複数個所の視野において断面曲線を取得し、この断面曲線のに含まれる局所凹部の数をカウントする処理を複数回、好ましくは、10個の視野(N=10)において行うことにより、すべての視野内で検出された局所凹部の合計カウント数を求める。
上述の方法で全視野内の局所凹部(凹部ピーク)の合計カウント数を求めた後、合計カウント数を全視野の合計幅(例えば、上記条件では966μm)で割り算することにより、局所凹部の平均間隔をL(μm)を求めることができる。
局所凹部の平均間隔Lを上記範囲内とすることにより、上述のようにクリーニングブレードに一定以上の強度で加わる「上下方向の衝撃振動」の周波数(Hz)を、1000Hz以上200000Hz以下とすることができる。
周波数を200000Hz以下とすることにより、この周波数に相当するtanδの値を小さくすることができ、クリーニングブレード91を構成する弾性部材おける損失弾性率を小さくすることができる。従って、動トルクを低減することができる。
また、周波数を1000Hz以上とすることにより、表面層62とクリーニングブレード91とが真接触となる状態を防ぐことができ、静止摩擦係数の上昇を抑制することができる。この結果、画像形成装置の駆動の開始時の表面層62とクリーニングブレード91との当接状態を安定させ、クリーニングブレードのめくれ等を抑制することができる。
中間転写ベルト6は、基層61と表面層62との間に弾性体で構成される弾性層を有していてもよい。弾性層は、公知の構成のものを使用できる。弾性層は、弾性体よりなり、その構成材料としては、例えば、ゴム、エラストマー、樹脂などが挙げられる。特に、架橋系のゴム材料が含有されることが、圧縮永久歪みなどの観点から好ましい。
架橋系のゴム材料としては、例えば、クロロプレンゴム(CR)、ニトリルゴム(NBR)、エピクロルヒドリンゴム(ECO)などが挙げられる。これらは、1種単独で、または2種以上組み合わせて用いてもよい。
弾性層の層厚は、機械的強度、画質、製造コストなどを考慮し、200~500μmであることが好ましい。
以上のような構成を有する中間転写ベルトの製造方法については、特に限定されないが、例えば、以下の方法で作製することができる。なお、以下の製造方法において使用する原料やその含有量等は、前述のとおりである。
(工程2)樹脂及び導電性フィラーを含む表面層形成組成物を、工程(1)で得られた基層61の外面に形成し、表面層62を形成する(表面層の形成工程)。
(工程1;基層の形成工程)
例えば、ポリアミド樹脂を含む基層61は、ポリアミド樹脂、導電性フィラー及び導電剤、必要に応じて無機フィラーを含む基層形成組成物を押出成形することによって製造することができる。例えば、次のようにして製造できる。基層61としてポリイミド樹脂を用いる場合はその前駆体であるポリアミック酸溶液を用いることもできる。
まず、単官能(メタ)アクリルモノマーや、多官能(メタ)アクリルモノマーを重合した重合体(活性エネルギー線硬化性樹脂)と、必要に応じて導電性フィラーや添加物とを含む表面層形成組成物(活性エネルギー線硬化性組成物)を調製する。
以上の様な分散処理により、表面層形成組成物を得ることができる。
重合開始剤としては、例えば、アセトフェノン系化合物、ベンゾインエーテル系化合物、ベンゾフェノン系化合物、硫黄化合物、アゾ化合物、パーオキサイド化合物、ホスフィンオキサイド系化合物、オキシムエステル系化合物などの光重合開始剤を用いることができる。
具体的には、例えば、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、アセトイン、ブチロイン、トルオイン、ベンジル、ベンゾフェノン、p-メトキシベンゾフェノン、ジエトキシアセトフェノン、α,α-ジメトキシ-α-フェニルアセトフェノン、メチルフェニルグリオキシレート、エチルフェニルグリオキシレート、4,4’-ビス(ジメチルアミノベンゾフェノン)、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニルプロパン-1-オン、2,2-ジメトキシ-1,2-ジフェニルエタン-1-オン、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンなどのカルボニル化合物;テトラメチルチウラムモノスルフィド、テトラメチルチウラムジスルフィドなどの硫黄化合物;アゾビスイソブチロニトリル、アゾビス-2,4-ジメチルバレロなどのアゾ化合物;ベンゾイルパーオキサイド、ジ-t-ブチルパーオキサイドなどのパーオキサイド化合物;ビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)-フェニルホスフィンオキサイド、2,4,6-トリメチルベンゾイル-ジフェニル-ホスフィンオキサイドなどのホスフィンオキサイド系化合物;1,2-オクタンジオン,1-[(4-フェニルチオ)フェニル]-,2-(O-ベンゾイルオキシム)、エタノン,1-[9-エチル-6-(2-メチルベンゾイル)-9H-カルバゾール-3-イル]-,1-(O-アセチルオキシム)などのオキシムエステル系化合物などが挙げられ、これらは1種単独で、または2種以上を組み合わせて用いることができる。
溶剤としては、具体的には、例えば、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、トルエン、キシレン、アセトン、メチルエチルケトン、酢酸エチル、酢酸ブチルなどが挙げられる。
表面層形成組成物の固形分濃度は、3~10質量%であることが好ましい。なお、表面層形成組成物において、固形分は、導電性フィラー、並びに、多官能(メタ)アクリレート、ポリウレタンアクリレートおよび低表面エネルギー基を有する重合性成分を含む。
照射光量は、UIT250(ウシオ電機(株)製)で測定した値を示す。
活性エネルギー線の照射時間は0.5秒間から5分間が好ましく、硬化効率、作業効率などからさらに好ましくは、3秒間から2分間である。
酸素濃度は、雰囲気ガス管理用酸素濃度計「OX100」(横河電機(株)製)で測定することができる。
即ち、下記の各条件を調整することにより、局所凹部の発生数を制御することができる。これにより、表面層62に形成される局所凹部の形態を上記規定内に調整することができる。
この構成の場合、クリーニングブレード91の当接力が、表面層62を外側から剪断する圧力として作用する。このため、中間転写ベルト6の使用開始からの時間経過によって局所凹部が拡大する。
形成された局所凹部に対し、適切な表面研磨を行うことにより、局所凹部の数を制御する(減少させる)ことができる。例えば、ダイヤモンド、シリコンカーバイド、アルミナなどの研磨剤を用いて、乾式または湿式で研磨をすることにより、局所凹部の数を調整することができる。乾式研磨を行うには、例えば、ラッピングフィルム(住友スリーエム社)などの商品を用いる方法で行うことができる。湿式研磨を行うには、研磨剤のナノ粒子を含んだ分散液を用いる方法で行うことができる。
表面研磨を行う方法は、初期的な局所凹部のすべて、すなわち上記(1)~(6)のメカニズムで発生した局所凹部の調整に対応することができる。初期的な局所凹部の数を低減することができるため、結果として耐久による局所凹部の増加速度も低減させることができる。
硬化反応の速度が、実用上可能な範囲でなるべく遅くなるように、材料および硬化条件の選定を工夫する。例えば、立体障害の大きい2官能以上のモノマーを併用すれば、反応速度を遅くすることができる。硬化反応が遅ければ、硬化によるひずみの蓄積が少なくなるため、上記(1)~(3)のメカニズムで発生する局所凹部の発生を制御することできる。初期的な硬化ひずみが少なくなるので、上記(5)~(6)のメカニズムで発生する耐久履歴による局所凹部の増加速度も抑制される。
硬化反応を行う雰囲気の温度を常温より高く設定する。この方法では、多少ではあるがエージング機構が働き、硬化によるひずみの蓄積が少なくなり、上記(1)~(3)のメカニズムで発生する局所凹部の発生を制御することできる。初期的な硬化ひずみが少なくなるので、上記(5)~(6)のメカニズムで発生する耐久履歴による局所凹部の増加速度も抑制される。
雰囲気の温度を高く設定するのと同時に、硬化に用いるエネルギー光線の波長に関する吸光係数の大きい顔料を併用してもよい。この場合にも、上記と同様の効果を得ることができる。
表面層62の厚さを、2μm以下に調整する。厚さを調整することにより、表面層62の内部ひずみが小さくなり、上記(1)~(3)のメカニズムで発生する局所凹部の発生を制御することできる。初期的な硬化ひずみが少なくなるので、上記(5)~(6)のメカニズムで発生する耐久履歴による局所凹部の増加速度も抑制される。ただし、表面層62の厚さが薄過ぎ、例えば1μm未満の場合には、表面層62による耐久性増加の効果が損なわれる恐れがあるため、耐久性を損なわない厚さに制御することが好ましい。
ゆず肌の発生を抑制するために、主溶媒と類似の極性を持ち、主溶媒より10~30℃沸点の高い副溶媒を、全溶媒に対して3~30%の体積で含有させた溶媒を用いる。このような溶媒を用いることにより、溶媒蒸発速度が適度に調整され、ゆず肌の発生を抑制することができる。ゆず肌を抑制することにより、上記(4)のメカニズムで発生する局所凹部の発生を制御することできる。また、初期的な局所凹部の発生数が抑制されるので、上記(5)~(6)のメカニズムで発生する耐久履歴による局所凹部の増加速度も抑制される。
中間転写ベルト6の構成の途中に水平のバックアップ部材を配置することにより、クリーニングブレード91の当接位置を、中間転写ベルト6が屈曲している位置ではなく、中間転写ベルト6が水平に配置された位置にする。これにより、上記(5)~(6)のメカニズムで発生する局所凹部の拡大を抑制することができる。
[基層(1)の製造方法:PPS(ポリフェニレンサルファイド)]
まず、下記の材料を準備した後、各材料を130℃で8時間乾燥した。
・ポリフェニレンサルファイド(「E2180」、東レ社製):100体積部
・導電フィラー(カーボンブラック(「ファーネス#3030B」、三菱ケミカル社製):16体積部
・グラフト共重合体(「モディパーA4400」、日油社製):1体積部
・滑材(モンタン酸カルシウム):0.2体積部
3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)とp-フェニレンジアミン(PDA)とからなるポリアミド酸のN-メチル-2-ピロリドン(NMP)溶液(「ユーワニスS」、宇部興産社製、固形分18質量%)に、乾燥した酸化処理カーボンブラック(「SPECIAL BLACK4」、Degussa社製、pH3.0、揮発分14.0%)をポリイミド系樹脂固形分100質量部に対して、23質量部になるよう添加した。得られた混合物を2分割し、次に、衝突型分散機「GeanusPY」(シーナス製)を用い、圧力200MPa、最小面積が1.4mm2で衝突させて混合し、この分割と混合をさらに6回繰り返してカーボンブラック入りポリアミド酸溶液を得た。
ポリアミドイミドワニス(「バイロマックス(登録商標)HR-11NN」、東洋紡株式会社製)963.86gと、カーボンナノファイバー分散液(「AMC(登録商標)」、宇部興産株式会社製)36.145gとを混合し、数回分に分けて自転公転ミキサー(「AR-250」、株式会社シンキー製)で脱泡して、塗布液を作製した。上記ポリアミドイミドワニスの溶媒はNMPであり、含まれるポリアミドイミド樹脂の重量平均分子量は7.2万であり、含まれるポリアミドイミド樹脂の数平均分子量は1.9万である。また、上記カーボンナノファイバー分散液の分散質(カーボンナノファイバー)の濃度は5.0質量%であり、分散媒はNMPであり、カーボンナノファイバーの平均粒径は11nmである。
[表面層を作るための塗布液の作成方法:フィラーの表面処理]
(フィラー(1)の表面処理)
まず、フィラー(1)として、酸化チタン(MT-150B、テイカ社製)を準備した。そして、フィラー(1)粒子100体積部と、シランカップリング剤KBM-503(信越化学工業株式会社製)40体積部と、トルエンとメタノールをこの順での体積比1:2で混合した混合液400体積部とを混合し、湿式メディア分散型装置を使用して90分間分散した。次に、上記混合液を除去し、得られた粉体を150℃で10分間乾燥した。以上の方法により、表面処理されているフィラー(1)を得た。
まず、フィラー(2)として、チタンブラック(13M-T、三菱マテリアル電子化成社製)を準備した。そして、フィラー(2)粒子100体積部と、シランカップリング剤KBM-503(信越化学工業株式会社製)25体積部と、トルエンとメタノールをこの順での体積比1:2で混合した混合液400体積部とを混合し、湿式メディア分散型装置を使用して120分間分散した。次に、上記混合液を除去し、得られた粉体を150℃で10分間乾燥した。以上の方法により、表面処理されているフィラー(2)を得た。
まず、フィラー(3)として、酸化スズ(S-2000、三菱マテリアル電子化成社製)を準備した。そして、フィラー(3)粒子100体積部と、シランカップリング剤KBM-503(信越化学工業株式会社製)15体積部と、トルエンとメタノールをこの順での体積比1:2で混合した混合液400体積部とを混合し、湿式メディア分散型装置を使用して90分間分散した。次に、上記混合液を除去し、得られた粉体を150℃で10分間乾燥した。以上の方法により、表面処理されているフィラー(3)を得た。
(塗布液(1)の作製)
以下のように、モノマー、フィラー、溶媒などの組成材料の配合を行い、モノマー、フィラー、溶媒が混合した状態で超音波ホモジナイザー(US-150E、日本精機製作所製)によるフィラーの分散を行い、塗布液(1)を作製した。
・ジオキサングリコールジアクリレート:27.5質量部
・1,9-ノナンジオールアクリレート:5質量部
・4-tert-ブチルシクロヘキシルアクリレート:3質量部
・Irgacure OXE002:2.5質量部
・Omnirad TPO H:1質量部
・フィラー(1):44質量部
・フィラー(2):6質量部
・メチルイソブチルケトン:140質量部
・2-ペンタノン:40質量部
・1-メトキシ-2-プロパノール:20質量部
以下のように、モノマー、フィラー、溶媒などの組成材料の配合を行い、モノマー、フィラー、溶媒が混合した状態で超音波ホモジナイザー(日本精機製作所製 US-150E)による分散を行い、塗布液(2)を作製した。
・2-ブチル-2-エチル-1,3-プロパンジオールジアクリレート:22質量部
・ポリエチレングリコール(400)ジメタクリレート:6質量部
・2-エチルヘキシルアクリレート:3.5質量部
・Irgacure OXE002:2.5質量部
・Omnirad 369E:1.5質量部
・Karayad EPA(日本化薬社製):0.5質量部
・フィラー(1):44質量部
・フィラー(3):8質量部
・メチルエチルケトン:150質量部
・2-ペンタノン:25質量部
・2-ブタノール:25質量部
以下のように、モノマー、フィラー、溶媒などの組成材料の配合を行い、モノマー、フィラー、溶媒が混合した状態で超音波ホモジナイザー(US-150E、日本精機製作所製)による分散を行い、塗布液(3)を作製した。
・ラウリルアクリレート:2.5質量部
・Irgacure OXE002:4質量部
・Karayad EPA(日本化薬社製):0.5質量部
・フィラー(3):55質量部
・2-ペンタノン:180質量部
・メチルエチルケトン:20質量部
上述の基層(1)~(3)、及び、塗布液(1)~(3)を用いて、下記の方法で試料1~12の中間転写ベルトを作製した。
基層(1)の表面に対し、コロナ放電装置(春日電機社製)を用いて表面の親水化処理を行い、表面の純水接触角を30°以上50°以下の範囲内に収束させた。純水接触角の確認条件は下のとおりである。
・環境:室温(23℃)、相対湿度65%
・装置:接触角計(製品名:「CA-D型」、協和界面科学株式会社製)
・方法:ランダムに5点を選んで測定を行い、5点の測定値の平均値を接触角とする。
・光源の種類:365nm LED光源(SPX-TA;アイグラフィックス社)
・照射口から塗膜の表面までの距離:30mm
・雰囲気:窒素(酸素濃度 200ppm以下)
・照射光量:3.3J/cm2
・照射時間(前駆体の回転時間):240秒間
(1)アルミナ粒子含有ラッピングフィルム(スリーエム社研磨フィルム #4000)
(2)ダイヤモンドラッピングフィルム(スリーエム社研磨フィルム #7000)
(3)ダイヤモンドラッピングフィルム(スリーエム社研磨フィルム #10000)
(4)多結晶ダイヤモンドスラリー(1次粒径100nm)
(5)多結晶ダイヤモンドスラリー(1次粒径50nm)
(6)ナノダイヤモンドスラリー(1次粒径5nm)による仕上げ研磨を実施
上述の試料1の中間転写ベルトと同様の方法を用いて、使用する基層(1)~(3)及び塗布液(1)~(3)を、表1に示す組み合わせとして、試料2~12の中間転写ベルトを作製した。
上記方法で作製した試料1~12の中間転写ベルトについて、下記の方法で局所凹部の確認、表面粗さの測定を行った。さらに、下記の方法で劣化加速試験を行った後、駆動トルクの評価、及び、クリーニング性の評価を行った。
作成した試料1の中間転写ベルトについて、表面層の局所凹部の確認を行った。
中間転写ベルトの表面層の表面に対し、任意の10か所(N=10)の視野においてレーザー顕微鏡による計測を行い、計測結果に基づいて局所凹部の平均個数をカウントした。レーザー顕微鏡の計測条件、カウント条件は以下の通りである。
・装置:キーエンス社製レーザー顕微鏡 VX-250
・対物レンズ倍率:150倍
・上限下限設定:手動(高さ成分をその都度確認してから設定)
・明るさ設定:自動
・測定サイズ:1024点(周方向)×768点(円筒状の中間転写体の長手方向)
・ピッチ:0.08μm
・傾き補正:面傾き補正自動
・フィルター:高さ情報について、3×3サイズ単純平均で1回フィルターを実行
断面曲線は、(x1,y1)(x2,y2)、・・・、(x1024,y1024)のように、横方向に等間隔で1024組の座標データから成り立っている。
n(nは、1以上1024以下の整数)番目の位置の座標情報(xn,yn)から、n+4番目までの座標情報(xn+4,yn+4)における高さ情報の値のyn、yn+1、yn+2、yn+3、yn+4(単位nm)に注目したときに、次の(1)~(4)関係が成り立つ場合、xn+2位置に「局所凹部」が存在するものと認定する。
(1)yn+1≦yn-0.01
(2)yn+2≦yn+1-0.01
(3)yn+3≧yn+2+0.01
(4)yn+4≧yn+3+0.01
すなわち、今回計測に用いたレーザー顕微鏡では、1024×768点相当の範囲における高さデータについて、等高線図を表示をすることができる。この表示をもとに、今回計測した凹部ピークが、長軸/短軸比が3以下のランダムに存在する独立した凹部ピークであるか、溝状の連続凹部(長軸/短軸比が3を超える)であるのかを確認した。
次に、局所凹部の数を10視野で合計して、最後に、10視野の合計の幅(966μm)で割り算することにより、局所凹部の相互の平均距離を算出することができる。
中間転写体の表面層の表面において、任意の5点を抽出し、回転方向に沿った表面粗さの計測を下記の条件で行い、表面層の算術平均粗さ(Ra)、及び、十点平均粗さ(RzJIS)を測定した。
・装置:東京精密社製 サーフコム1400D
・粗さ規格:JIS-‘01規格準拠
・測定長さ:8.0mm
・カットオフ波長:0.08mm
・測定レンジ:±64.0μm
・測定速度:0.15mm
・粗さ測定で用いた針の針先の直径:2μm
Bizhub C658(コニカミノルタ製)において、純正の中間転写ユニットに装着されている中間転写ベルトを、試料1~12の各中間転写ベルトに取り換え、さらに、クリーニングブレードを装着しない構成にした以外は、純正の装置と同様に組み立てを行い、各試料の劣化加速用の中間転写ユニットを作製した。
Bizhub C658(コニカミノルタ製)(システム速度=290mm/sec)と同等の相当の構成を有する、トルク評価用中間転写テスターを作製した。トルク評価用中間転写テスターの作製においては、駆動モーターの近傍に、ひずみゲージ(共和電業者製 DPM-911)の取り付けを行い、駆動電流の変化をもとに駆動トルクを算出できる構成を用いた。ひずみデータのサンプリングレートは、5ミリ秒間隔で行った。
中間転写ベルトの全周の表面にわたって、Bizhub C658用のイエロートナーを、4g/m2の条件で塗布
・環境:HH(30℃85%RH)
・中間転写体の駆動速度:290mm/秒
・駆動時間:15秒
・データサンプリング:50m秒間隔
駆動開始から10秒以内に、中間転写体の破損、トルク増加による動作の瞬時停止、および、ブレードめくれによる動作停止を発生した場合は、直ちに試験を停止して、「動作停止による問題外の不合格」として判断した。
本評価の合否を判定するためのリファレンスとして、Bizhub C658の純正の中間転写ユニットの新品を用いて、純正の中間転写ユニットで測定したときの値を用いた。各試料の計測値は、純正の中間転写ユニット(リファレンス)の計測値に対するトルク比を算出して、以下のA~Eの基準で判定を行った。
・トルク比1(100%)未満:優秀「A」
・トルク比1(100%)以上、1.2(120%)以下:合格「B」
・トルク比1.2(120%)より上、1.4(140%)以下:不合格「C」
・トルク比1.4(140%)より上:問題外の不合格「D」
・鳴き、動作停止、動作の瞬時停止に至った場合:動作不良「E」
試料1~12の中間転写ベルトについて、下記の方法でクリーニング評価を行った。なお、以下のクリーニング性の評価は、上述の駆動トルク評価において、「D」以外の結果(A、B、C)が得られた試料(試料1~9)に対してのみ実施した。
Bizhub C658の中間転写体のクリーニングブレードについて、そのうちの画像領域内の4か所に、摩耗幅が10、20、30、40μmになるように、ラッピングフィルム(住友スリーエム社製、研磨剤:アルミナ)で研磨して、クリーニング評価用の専用ブレードを作製した。研磨の最初は#8000で粗研磨を行い、最後の仕上げ研磨として#15000を使用した。
評価用のBizhub C658と、上記の専用ブレード含有の中間転写ユニットと、正規品のBizhub C658用中間転写ユニット(以後、正規品の中間転写ユニットと略記する)とを評価環境に導入して、12時間以上調湿を行った。
次に、2次転写ローラーを再装着して、2枚目の画像として、A3のイエロー色のハーフトーン(濃度50%)画像を1枚印刷した。
クリーニング評価用ブレードには、10μm、20μm、30μm、40μmの4通りの摩耗部が含まれているため、研磨済みのクリーニング評価用ブレードが配置されたそれぞれの場所で拭き残しを発生するかどうかを確認することで、中間転写ベルトに対するクリーニング性を評価する。
・A:摩耗量のいずれの部位でも、拭き残しなし(クリーニング良好)
・B:摩耗量40μm部のみ拭き残しあり(クリーニング合格)
・C:摩耗量30μm部、40μm部で拭き残しあり。20μm部では拭き残しなし(クリーニング合格下限)
・D:摩耗量20μm部、30μm部、40μm部で拭き残しあり(不合格)
・E:摩耗量10μm部、20μm部、30μm部、40μm部の全てで拭き残しあり(問題外)
特に、試料4,5及び試料8,9は、局所凹部の平均距離Lが5μm以上50μm以下であり、特に10μm以下の小さい値となっている。このため、駆動トルクが(リファレンスに対する相対値)が90~91%と、他の試料に比べて小さい。また、試料3は、局所凹部の平均距離Lが50μm以下であるが、46.00μmと大きいため、試料4,5及び試料8,9に比べて駆動トルクが(リファレンスに対する相対値)が92%とわずかに大きい。
Claims (7)
- 像担持体上に形成された潜像をトナーにより現像して得られたトナー像が転写される中間転写体であって、
基層と、前記基層上に形成されたエネルギー線硬化性樹脂を含む表面層と、を有し、
前記表面層は、表面に前記表面層の層内で完結する(長径/短径)比が3以下の局所凹部を複数有し、
前記局所凹部の平均間隔をL(μm)としたときに、Lの値が2μm以上75μm以下である
中間転写体。 - 前記表面層は、前記エネルギー線硬化性樹脂として架橋型の(メタ)アクリル樹脂を含む
請求項1に記載の中間転写体。 - 前記エネルギー線硬化性樹脂として、可視光線硬化性樹脂、及び、紫外線硬化性樹脂から選ばれる1種以上を含む
請求項1又は2に記載の中間転写体。 - 前記架橋型の(メタ)アクリル樹脂は、単官能(メタ)アクリルモノマー、及び、多官能(メタ)アクリルモノマーから選ばれる1種以上の(メタ)アクリルモノマーが重合してなる重合体である
請求項2に記載の中間転写体。 - 潜像が形成され、トナー像を担持可能な像担持体と、
前記像担持体上に形成された潜像をトナーで現像する現像部と、
前記現像部により現像された前記トナー像が一次転写される中間転写体と、
前記中間転写体上に担持された前記トナー像を記録材に二次転写する転写部と、を備え、
前記中間転写体が、
基層と、前記基層上に形成されたエネルギー線硬化性樹脂を含む表面層と、を有し、
前記表面層は、表面に前記表面層の層内で完結する、(長径/短径)比が3以下の局所凹部を複数有し、
前記局所凹部の平均間隔をL(μm)としたときに、Lの値が2μm以上75μm以下である
画像形成装置。 - 前記中間転写体上のトナーを除去するためのクリーニング部を備え、
前記クリーニング部が、前記中間転写体の表面に当接するクリーニングブレードを有する
請求項5に記載の画像形成装置。 - 前記クリーニングブレードは、前記中間転写体が屈曲する位置に当接されている
請求項6に記載の画像形成装置。
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