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JP2023070081A - 電子写真用ベルト及び電子写真画像形成装置 - Google Patents

電子写真用ベルト及び電子写真画像形成装置 Download PDF

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JP2023070081A JP2022165066A JP2022165066A JP2023070081A JP 2023070081 A JP2023070081 A JP 2023070081A JP 2022165066 A JP2022165066 A JP 2022165066A JP 2022165066 A JP2022165066 A JP 2022165066A JP 2023070081 A JP2023070081 A JP 2023070081A
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弘臣 小島
Hiroomi Kojima
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Abstract

Figure 2023070081000001
【課題】繰り返し使用下での高品位な電子写真画像の安定的な形成に資する電子写真用ベルトを提供する。
【解決手段】円筒フィルムを基層として有する電子写真用ベルトであって、該円筒フィルムは、結晶性ポリエステル、非晶性ポリエステル及びカーボンブラックを含み、該円筒フィルムに対する該カーボンブラックの含有量が2.0質量%以上であり、該円筒フィルムの周方向に沿う方向の断面において、該カーボンブラックの該周方向への平均配列度Fc1が0.30以上であり、平均配列角度Φc1が-10°~+10°である電子写真用ベルト。
【選択図】図7

Description

本開示は、電子写真用ベルト、及び該電子写真用ベルトを具備する電子写真画像形成装置に関する。
電子写真画像形成装置においては、転写材を搬送する搬送転写ベルトや、中間転写ベルトとして、エンドレス形状を有する熱可塑性樹脂製の電子写真用ベルトが用いられている。このような電子写真用ベルトには、高い強度と、例えば、表面抵抗率で1×10Ω/□以上、1×1013Ω/□の範囲内の導電性を有することが求められている。
電子写真装置では、感光ドラムの如き静電荷像担持体上を帯電し、帯電した静電荷像担持体を露光して静電潜像が形成される。その後、摩擦帯電したトナーにより静電潜像が現像され、トナー像が紙の如き記録媒体へ転写・定着されることにより、所望の画像を記録媒体に形成している。
電子写真装置の転写方式としては、感光ドラムの如き静電荷像担持体上の未定着のトナー像を転写電源から供給される電流により中間転写体へ1次転写した後、該未定着のトナー像を前記中間転写体から記録媒体へ2次転写する、中間転写方式が用いられている。1次転写及び2次転写にはそれぞれ転写電源が設置されており、周囲の環境(温湿度)や記録媒体種に応じて最適な電流値となるように制御されている。このような中間転写方式は、特にカラー電子写真装置において採用されている。
カラー電子写真装置では、4色(イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック)のトナーを、各色の画像形成部から中間転写体上に順次転写し、得られた合成像を記録媒体に一括して転写するため、印刷の高速化や高品質な画像が得られるといった利点がある。
近年、複写機やプリンタの小型化・低コスト化のニーズの高まりに伴って、部品点数を削減することが検討されている。特許文献1には、1次転写用および2次転写用の電源を共通化し、従来よりも導電性を高めた中間転写体を用いることで、1つの転写電源から中間転写体を介して周方向に電流を流し、1次転写を行わせる電子写真画像形成装置が開示されている。
特許文献2には、トナー像を外表面に担持するトナー像担持体と、中間転写ベルトと、該中間転写ベルトに接触する電流供給部材と、該電流供給部材に電圧を印加する電源とを備える電子写真画像形成装置が開示されている。これは、該電源から該電流供給部材に電圧を印加することによって該中間転写ベルトの周方向に電流を流し、該トナー像担持体から該中間転写ベルトの外表面に該トナー像を1次転写する電子写真画像形成装置である。そして、該中間転写ベルトは、イオン導電性を有する第1の層(以下、「基層」と略す)と、電子導電性を有し、該第1の層よりも電気抵抗が低い第2の層(以下、「導電層」と略す)と、を有する。
このような電子写真装置に用いる中間転写ベルトにおいては、内周面の周方向の導電性を高くすることが求められている。特許文献3には、導電層に多量の電子導電剤を含有させた場合、導電層中における結着樹脂の含有割合が相対的に低下することにより、導電層の基層に対する密着性が低下するという課題を開示する。そして、このような課題が、特定の構成単位を有するポリエステル樹脂を用いることで解決し得ることを開示している。
一方、特許文献4の実施例1~3においては、
ポリエチレンナフタレートと、ポリエチレンテレフタレートと、2種の熱可塑性エラストマー(商品名:ペレスタット6321;三洋化成社、商品名:タフテックM1913;旭化成社製)とを用いること、
上記樹脂を用いることによって、樹脂成分100質量部に対し、10質量部を超える多量のカーボンブラックを含むプリフォームであっても2軸延伸させることができ、中間転写ベルトに用いることができる2軸延伸円筒フィルムが得られたことが開示されている。
本発明者らは、結晶性ポリエステル樹脂を含む2軸延伸円筒フィルムは、結晶性ポリエステルの結晶が周方向及び軸方向の2軸に配向していることにより、高い強度を有し得るとの知見を有している。このことから、特許文献4の実施例1~3に係る2軸延伸円筒フィルムは、高い導電性と、優れた耐久性とを示すものと予測していた。しかしながら、当該2軸延伸円筒フィルムを中間転写ベルトとして使用した場合、その内周面と、当該内周面に接しているローラ群(駆動ローラや張架ローラ)と、の摩擦によって、当該内周面が比較的早く摩耗することがあった。そして、その結果、当該内周面とローラ群との間でスリップが生じることがあった。このようなスリップの発生は、電子写真画像の品質に影響を与え得る。
特開2012-098709号公報 特開2018-036624号公報 特開2020―190720号公報 特開2006-233150号公報
IEEE Transactions on SYSTEMS、MAN、AND CYBERNETICS、vol.SMC-9、No.1,Jan 1979、pp62-66
本開示の一態様は、長期に亘る使用によっても摩耗しにくい導電性の内周面を有する電子写真用ベルトの提供に向けたものである。また、本開示の他の態様は、高品位な電子写真画像を安定的に形成することができる電子写真画像形成装置の提供に向けたものである。
本開示の一態様によれば、円筒フィルムを基層として有する電子写真用ベルトであって、該円筒フィルムは、結晶性ポリエステル、非晶性ポリエステル及びカーボンブラックを含み、該円筒フィルムに対する該カーボンブラックの含有量が2.0質量%以上であり、該円筒フィルムの周方向に沿う方向の断面において、該カーボンブラックの該周方向への平均配列度Fc1が0.30以上であり、平均配列角度Φc1が-10°~+10°である電子写真用ベルトが提供される。
また、本開示の他の態様によれば、上記の電子写真用ベルトを中間転写ベルトとして具備する電子写真画像形成装置が提供される。
本開示の一態様によれば、長期に亘る使用によっても摩耗しにくい導電性の内周面を有する電子写真用ベルトを得ることができる。本開示の他の態様によれば、高品位な電子写真画像を安定して形成することのできる電子写真画像形成装置を得ることができる。
電子写真プロセスを利用したフルカラー電子写真画像形成装置の一例を示す概略断面図である。 実施例で使用した射出成形装置の概略断面図である。 実施例で使用した1次ブロー成形装置の概略断面図である。 実施例で使用した2次ブロー成形装置の概略断面図である。 本開示に係る電子写真用ベルトの構成例の説明図である。 本開示の一態様に係る円筒フィルムの断面におけるSEM画像の二値化像の例である。(a)は当該円筒フィルムの周方向に沿う方向の断面におけるSEM画像の二値化像である。(b)は当該円筒フィルムの軸方向に沿う方向の断面におけるSEM画像の二値化像である。 本開示に係る電子写真用ベルトのカーボンブラックの周方向への配列の方向と配列の程度を表す概略楕円プロット図である。
本開示において、数値範囲を表す「XX以上YY以下」や「XX~YY」の記載は、特に断りのない限り 、端点である下限及び上限を含む数値範囲を意味する。 数値範囲が段階的に記載されている場合、各数値範囲の上限及び下限を任意の組み合わせることができる。 また、本開示において、表面抵抗率の単位である「Ω/□」は、「Ω/sq.」を意味する。
特許文献4に係る2軸延伸円筒フィルムの内周面が比較的早期に摩耗する理由について、本発明者らは、熱可塑性エラストマーとして用いられた「ペレスタット6321」と結晶性ポリエステルとの親和性が低いためであると推察している。すなわち、「ペレスタット6321」は、ポリエーテルエステルアミドである。そして、ポリエーテルエステルアミドと結晶性ポリエステルとは親和性が低い。そのため、特許文献4に係る2軸延伸円筒フィルムを形成するためのプリフォームにおいては、カーボンブラックが、ポリエーテルエステルアミドを含む相中に偏在し、カーボンブラックが結晶性ポリエステルと直接接触していない。このことにより、当該プリフォームの2軸延伸工程中に、カーボンブラックを核とする結晶性ポリエステルの急速な結晶化が抑制されている。そのため、導電性の発現に必要な量のカーボンブラックを含むプリフォームであっても2軸延伸が可能であったと考えられる。しかしながら、カーボンブラックが結晶性ポリエステルと直接接することを妨げているポリエーテルエステルアミドは、結晶性ポリエステルとの親和性が低い。そのため、ポリエーテルエステルアミドを含む相と、結晶性ポリエステルを含む相との界面は剥離しやすい。このことにより、特許文献4に係る2軸延伸円筒フィルムの内周面が比較的早期に摩耗すると考えられる。
そこで、本発明者らは、内周面の高い導電性と、内周面の優れた耐摩耗性と、をより高いレベルで両立させることができる電子写真用ベルトを得るべく検討を重ねた。その結果、以下の電子写真用ベルトによれば、上記の相反する課題をより高いレベルで両立させ得ることを見出した。
すなわち、本開示の一態様に係る電子写真用ベルトは、円筒フィルムを基層として有する。該円筒フィルムは、結晶性ポリエステル、非晶性ポリエステル及びカーボンブラックを含み、該円筒フィルムに対する該カーボンブラックの含有量が2.0質量%以上である。そして、該円筒フィルムの周方向に沿う方向の断面において、該カーボンブラックの該周方向への平均配列度Fc1が0.30以上であり、平均配列角度Φc1が-10°~+10°である。
本開示の一態様に係る電子写真用ベルトにおいては、その基材を構成する円筒フィルムの周方向に沿う方向の断面において、カーボンブラックが当該円筒フィルムの周方向に配向している。このことにより、内周面の周方向における高い導電性を、相対的に少ない量のカーボンブラックで発現させ得る。その結果として、円筒フィルム中のバインダーの含有比率を高められるため、内周面の耐摩耗性を向上させることができる。
また、図6(a)に示すように、円筒フィルムの周方向の断面においては、カーボンブラックを含む領域が、バインダーの間に層状に存在しているため、内周面が摩耗していっても内周面が粗面化し難い。このことも内周面の摩耗の進みにくさに寄与していると考えられる。
以下、本開示の一態様に係る電子写真用ベルトについて詳細に説明する。なお、本開示は以下の態様に限定されるものではない。
<電子写真用ベルト>
本開示に係る電子写真用ベルトは、円筒フィルムを基層として有する。
図5(a)に、本開示の一態様に係る、エンドレスベルト形状を有する電子写真用ベルト500の斜視図を示す。層構成の例としては、図5(a)のA-A´線の断面が、図5(b-1)に示すように基層501のみで構成された単層(モノレイヤー)構造が挙げられる。この場合、基層の外表面500-1が電子写真用ベルトのトナー担持面(外表面)となる。また他の例としては、A-A´線の断面が、図5(b-2)に示すように、基層501と、基層の外周面を被覆する表面層502とを有する積層構造を有するものが挙げられる。表面層502が設けられている場合は、表面層502の外表面500-1が電子写真用ベルトのトナー担持面となる。図5(b-1)及び図5(b-2)に示すいずれの構成においても、円筒フィルムの内周面が電子写真用ベルトの内周面を構成する。
<基層>
基層を構成する円筒フィルムは、非晶性ポリエステルと、カーボンブラックと、バインダーとしての結晶性ポリエステルと、を含む。該円筒フィルムに対する該カーボンブラックの含有量は2.0質量%以上である。
そして、該円筒フィルムの周方向に沿う方向の断面において、該カーボンブラックの該周方向への平均配列度Fc1が0.30以上であり、平均配列角度Φc1が-10°~+10°である。該カーボンブラックの該周方向への平均配列度Fc1を0.30以上とし、平均配列角度Φc1を-10°~+10°とすることで、内周面の導電性を維持しつつ、電子写真用ベルトを繰り返し使用したときの内周面の摩耗を抑制し得る。
<カーボンブラックの平均配列度Fc1及び平均配列角度Φc1>
円筒フィルムが含むカーボンブラックの該円筒フィルムの周方向への平均配列度Fc1(以降、単に「Fc1」ともいう)及び平均配列角度Φc1(以降、単に「Φc1」ともいう)について説明する。
Fc1及びΦc1は各々、円筒フィルムが含むカーボンブラックの周方向への配列の状態及び配列の程度を表すパラメータである。以下に詳細に説明する。
Fc1及びΦc1の算出のために、まず、円筒フィルムから測定用サンプルを作製する。円筒フィルムの任意の位置から周方向の長さが5mm、周方向に直交する方向(軸方向)の長さが5mm、厚みが円筒フィルムの全厚みであるサンプルを切り出す。切り出したサンプルについて、厚さ-円筒フィルムの周方向に沿う方向の第1断面を、イオンビームを用いて研磨加工する。イオンビームによる断面の研磨加工には、例えば、クロスセクションポリッシャを用いることができる。イオンビームによる断面の研磨加工では、サンプルからのカーボンブラックの脱落や研磨剤の混入を防ぐことができ、また、研磨痕の少ない断面を形成することができる。
続いて、研磨加工された第1断面について、走査型電子顕微鏡観察(SEM)で観察し、第1断面の所定の位置において、縦5μm×横5μmの正方形の観察領域の画像(SEM画像)を取得する。このとき、該SEM画像の縦方向が円筒フィルムの厚さ方向と平行となり、該SEM画像の横方向が円筒フィルムの周方向と平行となるように調整する。解像度は、第1断面に現れるカーボンブラックを解析するに十分な解像度(例えば、縦2000ピクセル×横2000ピクセル)とする。
なお、SEM画像の形成に先立って、第1断面を染色することは、SEM画像のコントラストをより向上させることができるため好ましい。高コントラストのSEM画像とすることで、次に述べる二値化処理をより正確に行うことができる。染色には、例えば、四酸化ルテニウムを用いることができる。
次に、得られたSEM画像について、カーボンブラックが白く、バインダーが黒くなるように二値化処理を行って二値化像を得る。図6(a)に二値化像の一例を示す。図6(a)中、白い領域がカーボンブラックの部分であり、黒い部分がバインダーの部分を示す。なお、図6(a)において、左右方向が円筒フィルムの周方向であり、上下方向が円筒フィルムの厚さ方向である。二値化処理には、例えば、非特許文献1に記載されている大津法を用いることができる。また、二値化処理は、市販の画像処理ソフトを用いて行なうことができる。市販の画像処理ソフトの例としては、例えば「ImageJ」(商品名、アメリカ国立衛生研究所製)が挙げられる。
次に、得られた二値化像に対して二次元フーリエ変換を行って、円筒フィルムの周方向についてパワースペクトルを積分して、カーボンブラックの周方向への配列の方向と配列の程度を表す楕円プロットを得る(図7(a)参照)。
二次元フーリエ変換では、画像の周期性に対して直交方向にピークが表れる。そのため、上記二値化像を二次元フーリエ変換して得られる、図7(a)に示す楕円プロットにおいては、90°-270°方向(縦軸方向)が円筒フィルムの周方向を示し、0°-180°方向(横軸方向)が円筒フィルムの厚み方向を示す。そして、当該楕円プロットの長半径Xc1が、90°-270°方向(縦軸方向)に対してなす角度φc1(配列角度)が、円筒フィルムの周方向へのカーボンブラックの配列状態を示すパラメータとなる。図7(a)に示す楕円プロットにおいて、図7(c)に示したように、90°から0°への回転方向(時計回りの方向)を+、90°から180°への回転方向(反時計回りの方向)を-としたとき、配列角度φc1は-90°~+90°の値を取り得る。そして、配列角度φc1の値が小さいほど、カーボンブラックが円筒フィルムの周方向により強く配列していることになる。
また、当該楕円プロットにおいて、長半径をXc1、長半径に直交する短半径をYc1とし、長半径Xc1の長さをxc1、短半径Yc1の長さをyc1としたとき、下記計算式(1)で求まる楕円プロットの扁平率を配列度fc1とする。
fc1=1-(yc1/xc1) (1)
配列度fc1は、0.00以上、1.00未満の値を取り得る。カーボンブラックが周方向に配列していない完全ランダムな分散状態である場合、配列度fc1は、0.00となる。そして、カーボンブラックの周方向への配列の程度が強くなるにつれて配列度fc1は1.00に近づく。すなわち、配列度fc1は、カーボンブラックの周方向への配列の程度を表すパラメータとなる。本開示に係る平均配列角度Φc1及び平均配列度Fc1は、評価対象の円筒フィルムの任意の位置から切り出した20個のサンプルの各々の第1断面から求めた配列角度φc1及び配列度fc1の平均値である。
本開示に係る平均配列角度Φc1は-10°~+10°であり、好ましくは、-7°以上+7°以下、より好ましくは、-2°以上+2°以下である。
また、本開示に係る平均配列度Fc1は、0.30以上であり、好ましくは、0.40以上、より好ましくは、0.50以上である。平均配列度Fc1の上限値は特に制限されず、高いほど好ましいが、例えば、0.99以下、特には、0.80以下、さらには、0.70以下で有り得る。よって、平均配列度Fc1の好ましい範囲としては、例えば、0.30以上、0.99以下、特には、0.40以上0.80以下、さらには、0.50以上0.70以下である。
平均配列角度Φc1および平均配列度Fc1が上記の範囲にあることにより、円筒フィルムの内周面における周方向の導電性を維持しつつ、当該内周面の耐摩耗性を向上させ得る。すなわち、カーボンブラックが周方向に延びて配列することで、円筒フィルムの周方向にカーボンブラックによる導電パスが形成されやすくなっていると考えられる。その結果、周方向の導電性を発現させるために必要なカーボンブラックの含入比率を相対的に下げることができる。逆にいえば、円筒フィルム中におけるバインダーの含有比率を増やすことができる。このことにより、本開示の一態様に係る円筒フィルムは、内周面の周方向の高い導電性と、内周面の高い耐摩耗性とが両立されたものとなり得る。また、本開示の一態様に係る円筒フィルムは、図6(a)に示したように、カーボンブラックを含む領域が、円筒フィルムの周方向に層状に延在している。そのため、当該円筒フィルムを備えた電子写真用ベルトの内周面が使用によって摩耗していった場合にも、内周面が粗面化されにくい。粗面化が進むとその凹凸を起因として更に摩耗が進みやすくなると考えられる。しかしながら、本態様に係る円筒フィルムは、内周面の摩耗によっても当該内周面の粗面化が進みにくいと考えられる。このことも本態様に係る円筒フィルムの内周面の優れた耐摩耗性の発現に寄与しているものと考えられる。
<カーボンブラックの平均配列度Fc2及び平均配列角度Φc2>
また、本開示の一態様に係る円筒フィルムにおいては、その軸方向に沿う方向の断面におけるカーボンブラックの平均配列度をFc2とし、平均配列角度をΦc2としたとき、Fc2が0.30以上、Φc2が、-10°~+10°であることが好ましい。これらの要件を満たすことにより、内周面の軸方向に沿う方向の導電性のより一層の均一性の確保及び内周面全体としての耐摩耗性のより一層の向上を図ることができる。
Fc2及びΦc2の算出方法は、サンプルの観察断面を第1断面から、厚さ-軸方向に沿う方向の第2断面とする以外は基本的に同じ方法で得ることができる。なお、第2断面からSEM画像を得る際には、SEM画像の縦方向が円筒フィルムの厚さ方向と平行となり、該SEM画像の横方向が円筒フィルムの軸方向と平行となるように調整する。そして、第2断面から取得したSEM画像から二値化像を前記の方法と同様にして作成する。図6(b)に二値化像の一例を示す。図6(b)において、左右方向が円筒フィルムの軸方向であり、上下方向が円筒フィルムの上下方向である。次いで、得られた二値化像に対して前記と同様にして二次元フーリエ変換を行って楕円プロットを得る。楕円プロットの一例を図7(b)に示す。図7(b)に示す楕円プロットにおいては、90°-270°方向(縦軸方向)が、円筒フィルムの軸方向を示し、0°-180°方向(横軸方向)が円筒フィルムの厚み方向を示す。そして、当該楕円プロットの長半径Xc2が90°-270°方向に対してなす角度φc2(配列角度)が、円筒フィルムの軸方向へのカーボンブラックの配列状態を示すパラメータとなる。図7(b)に示す楕円プロットにおいて、図7(c)に示したように、90°から0°への回転方向(時計回りの方向)を+、90°から180°への回転方向(反時計回りの方向)を-としたとき、配列角度φc2は-90°~+90°の値を取り得る。そして、配列角度φc2の値が小さいほど、カーボンブラックが円筒フィルムの軸方向に強く配列していることになる。
また、当該楕円プロットにおいて、長半径をXc2、長半径に直交する短半径をYc2とし、長半径Xc2の長さをxc2、短半径Yc2の長さをyc2としたとき、下記計算式(2)で求まる楕円プロットの扁平率を配列度fc2とする。
fc2=1-(yc2/xc2) (2)
配列度fc2は、0.00以上、1.00未満の値を取り得る。カーボンブラックが周方向に配列していない完全ランダムな分散状態である場合、配列度fc2は、0.00となる。そして、カーボンブラックの周方向への配列の程度が強くなるにつれて配列度fc2は1.00に近づく。すなわち、配列度fc2は、カーボンブラックの軸方向への配列の程度を表すパラメータとなる。本開示に係る平均配列角度Φc2及び平均配列度Fc2は、評価対象の円筒フィルムの任意の位置から切り出した20個のサンプルの各々の第2断面から求めた配列角度φc2及び配列度fc2の平均値である。
本開示に係る平均配列角度Φc2は-10°~+10°であり、好ましくは、-7°以上+7°以下、より好ましくは、-2°以上+2°以下である。
また、本開示に係る平均配列度Fc2は、0.30以上であり、好ましくは、0.40以上、より好ましくは、0.50以上である。平均配列度Fc2の上限値は特に制限されず、高いほど好ましいが、例えば、0.99以下、特には、0.80以下、さらには、0.70以下で有り得る。よって、平均配列度Fc2の好ましい範囲としては、例えば、0.30以上、0.99以下、特には、0.40以上0.80以下、さらには、0.50以上0.70以下である。
平均配列角度Φc2および平均配列度Fc2が上記の範囲にあることにより、円筒フィルムの内周面における軸方向の導電性をより均一化させ得る。また、当該円筒フィルムの内周面の軸方向に亘る耐摩耗性をより均一に向上させ得る。すなわち、カーボンブラックが軸方向に延びて配列することで、円筒フィルムの軸方向にカーボンブラックによる導電パスが形成されやすくなっていると考えられる。その結果、軸方向の導電性を発現させるために必要なカーボンブラックの含有比率を相対的に下げることができる。逆にいえば、円筒フィルム中におけるバインダーの含有比率を増やすことができる。このことにより、本開示の一態様に係る円筒フィルムは、内周面の軸方向の均一かつ高い導電性と、内周面の軸方向における高い耐摩耗性とが両立されたものとなり得る。
上記したFc1及Φc1を満たし、また、好ましい特性として上記Fc2及びΦc2を満たす円筒フィルムは、例えば、下記のような円筒フィルム(以降、「2軸延伸円筒フィルム」ともいう)とすることができる。すなわち、結晶性ポリエステル、非晶性ポリエステル及びカーボンブラックを含む樹脂混合物で形成された試験管形状を有するプリフォームをその長手方向と周方向との2軸方向に延伸することによって得られる円筒フィルムとすることができる。
すなわち、当該2軸延伸円筒フィルムは、例えば、以下の工程(i)~(iii)を経て製造することができる。
工程(i):結晶性ポリエステル、非晶性ポリエステル及びカーボンブラックを含む樹脂混合物からなる試験管形状を有するプリフォームを得る。
工程(ii):該プリフォームをその長手方向に延伸すると共に該プリフォーム内に気体を導入して、長手方向及び周方向の2軸に延伸成形し、成形品(以降、「ボトル」ともいう)を得る(2軸延伸ブロー成形)。
次に、
工程(iii):該ボトルの両端を切断してエンドレス形状の円筒フィルムを得る。
工程(i)に関し、まず、結晶性ポリエステル、非晶性ポリエステル及びカーボンブラックを含む樹脂混合物のペレットを調製する。このとき、まず、非晶性ポリエステルとカーボンブラックとを溶融混錬して、非晶性ポリエステル混合物を調製した後、当該非晶性ポリエステル混合物と、結晶性ポリエステルとを混合し、さらに熱溶融混錬することで樹脂混合物を調製することが好ましい。これにより、結晶性ポリエステルを含む相の中に、非晶性ポリエステル及びカーボンブラックを含む相が存在する相分離構造を有する樹脂混合物をより容易に得ることができる。なお、結晶性ポリエステルとして2種以上の結晶性ポリエステルを用いる場合には、当該2種以上の結晶性ポリエステルを熱溶融混錬して、結晶性ポリエステル混合物を調製しておくことが好ましい。
結晶性ポリエステル又は結晶性ポリエステル混合物と、非晶性ポリエステル混合物との熱溶融混練においては、下記の温度で混練することが好ましい。すなわち、樹脂混合物に含有させる結晶性ポリエステル及び非晶性ポリエステルのうち、最も高い融点を有するポリエステルが良好に混練されるように、当該最も高い融点以上の温度で混練することが好ましい。混練方法に特に制限はなく、一軸押出機、二軸混練押出機、バンバリーミキサー、ロール、ブラベンダー、プラストグラフ、ニーダーなどを用いることができる。
こうして得られた樹脂混合物を用いて試験管形状のプリフォームを成形する。プリフォームの成形方法は特に制限はなく、例えば、以下の方法が挙げられる。図2に示したように、射出成形装置201を用いて当該樹脂混合物の溶融物を、キャビティ型203及びコア型207からなるプリフォーム成形用金型に注入し、当該プリフォーム成形用金型内で固化させて所定の形状を有するプリフォーム205を成形する方法。なお、このとき、当該溶融物が注入されるプリフォーム成形用金型の温度は、例えば、40℃以下にしておくことが好ましい。金型内に注入された溶融物は金型内で冷却され固化していくが、このとき速やかに冷却することで、結晶性ポリエステルの結晶化が進行することを防止できる。
プリフォーム内における結晶性ポリエステルの結晶化を抑えることで、工程(ii)における延伸ブロー成形での結晶性ポリエステルの2軸方向への結晶配向をより正確に制御することができる。このような過程を経て形成されたプリフォーム中では、カーボンブラック及び非晶性ポリエステルを含む相(以降、「CB含有非晶質PES相」ともいう)が、結晶性ポリエステルの相中において、プリフォームの長手方向に層状に延びて存在している。
次に、工程(ii)において、プリフォームの2軸延伸ブロー成形を行う。まず図3(a)に示すように、プリフォーム205を加熱炉301に入れ延伸可能な温度にまで加熱する。このときの加熱時間は1分以内が好ましい。加熱時間を5分以内とすることで、加熱中にプリフォーム内で結晶性ポリエステルの結晶化が進行することを防止することができる。加熱されたプリフォームは矢印305の方向に搬送される。次いで、左側型303-1及び右側型303-2を組み合わせることによって内部に円筒形状のキャビティ303-3が形成されてなるブロー金型303を加熱されたプリフォーム205の直上から矢印307の方向に下降させる。そして、図3(b)に示ように、ブロー金型303の口部に配置する。
なお、加熱されたプリフォームの温度が、次の2軸延伸工程開始までに下がらないように、短時間(例えば、20秒以内)でブロー金型の口部に設置することが好ましい。これにより、プリフォームが徐冷されることによるプリフォーム内での結晶性ポリエステルの結晶化の進行を防止できる。なお、プリフォームの加熱温度は、例えば、予め、プリフォームの構成材料である樹脂混合物を、示差走査熱量測定装置(DSC)を用いて、昇温時の吸熱ピークやベースラインのシフトをみて算出してもよく、ガラス転移温度(Tg)から決定してもよい。
ブロー金型303内に設置した、加熱されたプリフォーム205を、図3(c)に示すように、延伸棒309を矢印311の方向に駆動させ、プリフォーム205の長手方向に延伸する。この延伸を1次延伸と言う。また、延伸棒309の駆動に同期させてプリフォーム205の口部から気体をプリフォーム内に流入させて(矢印313)、プリフォームを、その周方向に膨張させる。これを2次延伸と言う。吹き込む気体の例としては、空気、窒素、二酸化炭素、アルゴンが挙げられる。その結果、プリフォーム205は、図3(c)の矢印315に示す各方向に膨張し、キャビティ303-3の内壁に密着し、その状態で冷却して固化させる。次いで、ブロー金型303の左側型303-1及び右側型303-2を分離することにより、ボトル形状の成型品(以降、「ブローボトル」ともいう)をブロー金型303から取り出す。この2軸延伸成形の工程を経ることにより、プリフォーム中にその長手方向に延在していたCB含有非晶質PES相は、プリフォームの長手方向への延伸によって更に引き延ばされる。また、プリフォームの周方向への延伸によって、当該CB含有非晶質PES相はプリフォームの周方向にも引き延ばされる。すなわち、ブローボトル中においては、ブローボトルの周方向及び軸方向に延びた円盤形状のCB含有非晶質PES相が、結晶性ポリエステルの相中に存在している。
次いで、図3(d)に示すように、得られたブローボトル317の口部側の部分と、該口部側とは反対側の上端の部分とを切断して、基層となる2軸延伸円筒フィルム319を得る。
なお、ブローボトル317の切断前に必要に応じて加熱処理を行ってブローボトルの外周面の表面の粗さの調整や結晶性ポリエステルの結晶性の微調整等を行ってもよい。具体的には例えば、図4に示すようにブローボトル317を円筒状の金型401内に入れ、次いで該ブローボトル内に気体を充填する。そして、ブローボトル内部の気体が漏出しないように、金型401の上部及び下部には外型を装着した状態として金型401の外周面に当接させたローラ形状のヒータ403で金型401を回転させながら加熱する。加熱温度としては、例えば、130~190℃程度、加熱時間としては、例えば、ブローボトルの全周が均一に60秒程度加熱されるようにする。
このようにして得られる2軸延伸円筒フィルムは、その周方向及び軸方向にカーボンブラックが配列し、前記Fc1及びΦc1並びにFc2及びΦc2を満たすものとすることができる。
ここで、結晶性ポリエステルと非晶性ポリエステルとを併用することは、カーボンブラックを2質量部以上含むプリフォームを、2軸延伸成形する上では好ましい。結晶性熱可塑性樹脂中にカーボンブラックが分散している場合、当該カーボンブラックは、結晶性熱可塑性樹脂の結晶核として作用する。そのため、結晶性熱可塑性樹脂中にカーボンブラックが分散しているプリフォームを2軸延伸した場合、カーボンブラックが結晶核となって結晶性熱可塑性樹脂の球晶が急速に成長し、結晶成長に伴ってプリフォームも硬くなる。このため、延伸の過程でプリフォームが破断し易くなる。しかしながら、結晶性ポリエステルと共に非晶性ポリエステルを用いることで、カーボンブラックを非晶性ポリエステルの相に偏在した状態とすることができる。非晶性ポリエステルの相中のカーボンブラックは、結晶性ポリエステルとは直接接触しないため、2軸延伸工程における結晶性ポリエステル樹脂の結晶化が抑制される。一方、非晶性ポリエステルは、結晶性ポリエステルとは非相溶であるものの、ともにエステル結合を有するため、親和性が比較的高く、2軸延伸の過程でも、非晶性ポリエステル相と結晶性ポリエステル相との界面での破断が起こりにくい。そして非晶性ポリエステル相は、カーボンブラックを含んだまま2軸方向に引き伸ばされる。そのため、2軸延伸によって得られる2軸延伸円筒フィルム内では、2軸方向に引き伸ばされた非晶性ポリエステル相中でカーボンブラックの導電経路が形成されているものと考えられる。このことにより、表面抵抗率の環境依存性を小さくできているものと考えられる。また、結晶性ポリエステルは、プリフォームの長手方向及び周方向に引き伸ばされたことによって各々の方向に結晶が配向し、優れた強度を有するものとなる。また、特許文献4に係る2軸延伸円筒フィルムにおけるポリエーテルエステルアミドを含む相と結晶性ポリエステルを含む相との界面と比較して、本開示に係る結晶性ポリエステルを含む相と非晶性ポリエステルを含む相との界面は剥離し難い。そのため、本開示の一態様に係る2軸延伸円筒フィルムの内周面は、優れた耐摩耗性を示し得る。
当該円筒フィルムの周方向の引張弾性率Epと、周方向に直交する方向の引張弾性率Eaは、ともに1000MPa以上であることが好ましい。電子写真用ベルトは、上記した通り、電子写真画像形成装置内において、所定の張力で複数個のローラによって張架されるが、Epを1000MPa以上とすることで、伸びや破断を防止し得る。また、周方向に所定の張力を印加することで電子写真用ベルトの周方向に直交する方向には圧縮力が加わる。しかし、Eaを1000MPa以上とすることで、電子写真用ベルトの外表面に、当該圧縮力によって周方向に沿ってしわが生じることをより確実に抑制することができる。上記した引張弾性率は、円筒フィルムの周方向及び周方向に直交する方向への結晶性ポリエステルの配向の程度により制御し得る。そして、結晶性ポリエステルの配向の程度は、当該円筒フィルムの周方向の収縮率αpと、周方向に直交する方向(軸方向)の収縮率αaによって表すことができる。そして、円筒フィルムのαp及びαaが、ともに2.0%以上であることが好ましい。αp及びαaが2.0%以上である円筒フィルムは、その周方向及び周方向に直交する方向に結晶性ポリエステルが十分に配向しており、ベルトを引張張架した際に、収縮応力が作用することでベルトの変形を抑制することができることを意味する。そして、このような収縮率を有する円筒フィルムは、上記した引張弾性率Ep及びEaが1000MPa以上であるものとすることができる。なお、Ep及びEa並びにαp及びαaの測定方法は実施例において詳述する。
また、上記の方法によって得られる2軸延伸円筒フィルムは、その周方向及び軸方向にカーボンブラックによる導電パスを有効に形成し得ることから、イオン導電剤を使用することなく十分な導電性を発現させることが可能である。このことにより、当該2軸延伸円筒フィルムは、導電性の環境依存性を極めて小さくすることができる。
ここで、本態様に係る円筒フィルムの内周面において測定される、温度23℃、相対湿度50%の環境下における周方向の表面抵抗率Apとしては、例えば、1.0×10Ω/□以上、1.0×1013Ω/□以下であることが好ましい。特には、1.0×10Ω/□以上1.1×1010Ω/□以下であることが好ましい。電子写真用ベルトを、例えば、中間転写ベルトとして用いる場合において、内周面の周方向の表面抵抗率Apを上記範囲内とすることで、内周面の周方向により良く電流を流すことが可能となる。
また、該円筒フィルムを温度30℃、相対湿度80%の環境下に24時間静置したのちに該円筒フィルムの内周面において測定される周方向の表面抵抗率をBp(Ω/□)としたとき、
Bpと上記表面抵抗率Apとの比(Ap/Bp)は3.00以下であることが好ましい。このように、本開示に係る円筒フィルムは、表面抵抗率の環境依存性を小さくすることで、高温高湿環境下であっても低温低湿環境下であっても、高品位な電子写真画像の安定的な形成に資するものとなっている。なお、Ap/Bpの好ましい範囲は、0.33以上、3.00以下、特には、1.00以上、3.00以下、更には、1.00以上、1.30以下である。
さらに、本態様に係る円筒フィルムの内周面において測定される、温度23℃、相対湿度50%の環境下における軸方向の表面抵抗率Aaとしては、例えば、1.0×10Ω/□以上、1.0×1013Ω/□以下であることが好ましい。特には、1.0×10Ω/□以上1.1×1010Ω/□以下であることが好ましい。
さらに、該円筒フィルムを温度30℃、相対湿度80%の環境下に24時間静置したのちに該円筒フィルムの内周面において測定される軸方向の表面抵抗率をBa(Ω/□)としたとき、
Baと上記表面抵抗率Aaとの比(Aa/Ba)は3.00以下であることが好ましい。このように、本開示に係る円筒フィルムは、表面抵抗率の環境依存性を小さくすることで、高温高湿環境下であっても低温低湿環境下であっても、高品位な電子写真画像の安定的な形成に資するものとなっている。なお、Aa/Baの好ましい範囲は、0.33以上、3.00以下、特には、1.00以上、3.00以下、更には、1.00以上、1.30以下である。
上記周方向および軸方向の表面抵抗率は、例えば、20mm離れた2つのピン(直径2mm)を有する2ピンプローブを用いる以外は、日本産業規格(JIS)K 6911:2006 に従って測定することができる。ここで、周方向の表面抵抗率を測定する場合は、上記2ピンプローブを、その2つのピンを結ぶ直線(線分)の方向が周方向と平行になるよう円筒フィルムの内周面に配置すればよい。また、軸方向の表面抵抗率を測定する場合は、上記2ピンプローブを、その2つのピンを結ぶ直線(線分)の方向が軸方向と平行になるように円筒フィルムの内周面に配置すればよい。上記2ピンプローブとしては、例えば、「UA」(商品名、日東精工アナリテック(株)(旧社名:三菱化学アナリテック(株))製)を用い得る。
本開示に係る円筒フィルムの厚さとしては、特に限定されるものではない。しかし、電子写真画像形成装置内において屈曲された状態で配置されるため、柔軟性を担保する観点から、40μm~500μm、特には、50μm~100μmとすることが好ましい。
<結晶性ポリエステル>
結晶性ポリエステルは、ジカルボン酸とジオールとの重縮合、オキシカルボン酸もしくはラクトンの重縮合、または、これらの成分を複数用いた重縮合などにより得ることができる。さらなる多官能性モノマーを併用してもよい。結晶性ポリエステルは、1種のエステル結合を含むホモポリエステルであっても、複数のエステル結合を含むコポリエステル(共重合体)であってもよい。
結晶性ポリエステルとしては、高い結晶性を有し、優れた耐熱性を示すポリアルキレンテレフタレート及びポリアルキレンナフタレートからなる群より選択される少なくとも一種が好適な例として挙げることができる。また、ポリアルキレンナフタレートおよびポリアルキレンイソフタレートとの共重合体を好適に用いることができる。
ポリアルキレンテレフタレート、ポリアルキレンナフタレートおよびポリアルキレンイソフタレートにおけるアルキレンの炭素数は、高い結晶性、耐熱性の観点から2以上16以下が好ましい。より具体的には、結晶性ポリエステルとしては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエチレンイソフタレート、およびこれらを含む共重合体が好ましい。これらを1種類を単独で、あるいは2種類以上を組み合わせて用いることも可能である。結晶性ポリエステルの分子量は特に限定されるものではないが、例えば、PETの場合、好ましい重量平均分子量としては、50000(5万)~80000(8万)である。また、PENの場合、好ましい重量平均分子量としては、20000(2万)~80000(8万)である。
円筒フィルムにおける結晶性ポリエステルの含有割合は、熱可塑性樹脂組成物の全質量に対して、好ましくは、50.0質量%以上、より好ましくは、60.0質量%以上である。結晶性ポリエステルの含有比率が上記の範囲内にあることで、円筒フィルムの周方向及び周方向に直交する方向に十分な量の結晶性ポリエステルを配向させることができ、円筒フィルムの機械的な強度をより確実に高め得る。
<非晶性ポリエステル>
該基層には成形性やカーボンブラックの配列を向上するために、非晶性ポリエステルを含むことができる。
非晶性ポリエステルは、テレフタル酸、オルトフタル酸、イソフタル酸からなる群から選択される少なくとも1つのフタル酸に由来するモノマー単位と、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサンジメタノールからなる群から選択される少なくとも2つのジオールに由来するモノマー単位と、を有するポリエステルを含む。
例えば、エチレンテレフタレート単位とエチレンオルトフタレート単位を有する共重合体と上記ジオールの重縮合体、エチレンテレフタレート単位とエチレンイソフタレート単位を有する共重合体と上記ジオールの重縮合体、等である。これらの共重合体は、ブロック/ランダムいずれの共重合体でもよい。また、2種以上の共重合体がブレンド、アロイされた混合体として用いてもよい。
好適に用い得る非晶性ポリエステルとしては、例えば、テレフタル酸に由来するモノマーユニットと、エチレングリコール及びプロピレングリコールの各々のモノマーユニットと、を有する非晶性ポリエステルが挙げられる。このような非晶性ポリエステルは、例えば、「バイロンGK640」「バイロンGK880」(いずれも商品名、東洋紡(株)製)として市販されている。
該非晶性ポリエステル樹脂の化学構造は、トルエンやメチルエチルケトン等の溶媒への溶解などの適切な手段により、基層から非晶性ポリエステルを抽出した後、単離し、熱分解GC/MSや、IR、NMR、元素分析を用いて同定することができる。
該非晶性ポリエステルの含有量は、前記結晶性ポリエステルの含有量に対し、10.0質量%以上100.0質量%以下、特には、15.0質量%以上35.0質量%以下であることが好ましい。結晶性ポリエステルに対する非晶性ポリエステルの含有量を上記の範囲内とすることで、前記した表面抵抗率の値を発現させるために十分な量の、カーボンブラックによる導電経路を内包した非晶性ポリエステル相を2軸延伸円筒フィルム中に形成することができる。
<カーボンブラック>
カーボンブラックとしては、特に限定されるものではないが、例えば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルブラック、ケッチェンブラック(登録商標)を用いることができる。これらは1種類を単独で、あるいは2種類以上を組み合わせて用いることも可能である。
上記カーボンブラックの中でも、ケッチェンブラック(登録商標)の如き、発達した連結状態を形成し得るカーボンブラックが好適に用いられる。カーボンブラックの連結状態はDBP吸収量により評価することができる。
DBP吸収量とは、カーボンブラック粒子間の化学的又は物理的結合による複雑な凝集形態(ストラクチャー)の尺度で、カーボンブラック100g当りに包含することのできるフタル酸ジブチル(DBP)の量(mL)で表される。
DBP吸収量が大きいほど高ストラクチャーであり、カーボンブラックを樹脂に分散させた場合、導電性が高くなる。また、高ストラクチャーであるほど、カーボンブラックによる結晶核効果は低下し、結晶性ポリエステルの分子配列が阻害される。したがって、高ストラクチャーのカーボンブラックの方が、結晶性ポリエステルの球晶生成を抑制でき、高濃度に含有しても2軸延伸成形性に優れると本発明者らは考えている。
このため、カーボンブラックのDBP吸収量は、300mL/100g以上であることが好ましい。
基層中のカーボンブラックのDBP吸収量は、例えば、以下の方法で測定することができる。
カーボンブラックを結着している基層界面を溶媒等により溶出させ、カーボンブラックを取り出し、そのカーボンブラックを公知のDBP吸収量測定装置を用いることで測定する。
基層のカーボンブラックの含有量は、基層に所定の導電性を付与する観点から、基層の質量を基準として、2.0質量%以上とする。上限としては、2軸延伸円筒フィルムの強度の観点から、15.0質量%以下とすることが好ましい。また、基層中の非晶性ポリエステルの質量に対して、8.0~35.0質量%の範囲内とすることが好ましい。非晶性ポリエステルの質量に対するカーボンブラックの割合を上記の範囲内とすることで、非晶性ポリエステルの相中にカーボンブラックによる導電経路を確実に形成することができ、基層の表面抵抗率を前記した範囲内に容易に調整することができる。
<添加剤>
前記熱可塑性樹脂組成物には、本開示の効果を損なわない範囲でその他の成分を添加してもよい。その他の成分の例としては、酸化防止剤、紫外線吸収剤、有機顔料、無機顔料、pH調整剤、架橋剤、相溶化剤、離型剤、カップリング剤、滑剤、などが含まれる。これらの添加剤は、1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を組合せて用いてもよい。
添加剤の使用量は適宜設定することができ、特に限定されない。
また、本開示に係る効果の一つ、例えば、環境による表面抵抗率の変化の抑制効果を損なわない範囲で、基層がイオン導電剤を含んでいてもよい。例えば、基層がイオン導電剤を含む場合においては、基層の質量を基準として、イオン導電剤の総量を2.0質量%以下とすることが好ましい。イオン導電剤の含有比率を2.0質量%以下とすることで、基層の表面抵抗率の環境依存性を、ほとんど無視し得る程度とすることができる。但し、本開示においては、円筒フィルムは、イオン導電剤は含まないことがより好ましい。したがって、基層中のイオン導電剤の総量は、好ましくは、基層の質量を基準として、0.0質量%以上、2.0質量%以下であり、特に好ましくは、0.0質量%以上、0.5質量%以下である。
<表面層>
図5(b-2)に示す構成を有する電子写真用ベルトが具備する表面層の例としては、例えば、活性エネルギー線硬化性樹脂の硬化物を含む、耐摩耗性に優れる層が挙げられる。このような第2の層は、例えば、基層の外周面上に、光硬化性の樹脂などの活性エネルギー線硬化性樹脂を含む組成物を塗布し、硬化させることによって設けることができる。表面層の厚さとしては、特に限定されるものではないが、例えば、1~5μmが好ましい。
本開示に係る電子写真用ベルトの用途の一例としては、中間転写ベルトが挙げられる。但し、これに限定されるものではなく、例えば、紙の如き記録媒体を担持し、搬送する搬送ベルトにも適用することができる。
<電子写真画像形成装置>
以下に、本開示の一態様に係る電子写真用ベルトを中間転写ベルトとして用いた電子写真画像形成装置の例について説明する。この電子写真画像形成装置は、図1に示したように、複数色の電子写真ステーションを中間転写ベルトの回転方向に並べて配置した、いわゆるタンデム型の構成を有する。なお、以下の説明では、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色に関する構成の符号に、それぞれ、Y、M、C、kの添え字を付しているが、同様の構成については添え字を省略する場合もある。
図1において、感光ドラム(感光体、像担持体)1Y、1M、1C、1kの周囲には、帯電装置2Y、2M、2C、2k、露光装置3Y、3M、3C、3k、現像装置4Y、4M、4C、4k、中間転写ベルト(中間転写体)6が配置されている。感光ドラム1は、矢印Fの方向(反時計回り方向)に所定の周速度(プロセススピード)で回転駆動される。帯電装置2は、感光ドラム1の周面を所定の極性、電位に帯電する(1次帯電)。露光装置3としてのレーザビームスキャナーは、不図示のイメージスキャナー、コンピュータ等の外部機器から入力される画像情報に対応してオン/オフ変調したレーザ光を出力して、感光ドラム1上の帯電処理面を走査露光する。この走査露光により感光ドラム1面上に目的の画像情報に応じた静電潜像が形成される。
現像装置4Y、4M、4C、4kは、それぞれイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(k)の各色成分のトナーを内包している。そして、画像情報に基づいて使用する現像装置4を選択し感光ドラム1面上に現像剤(トナー)が現像され、静電潜像がトナー像として可視化される。本実施形態では、このように静電潜像の露光部にトナーを付着させて現像する反転現像方式が用いられる。また、このような帯電装置、露光装置、現像装置により電子写真画像形成手段を構成している。
また、中間転写ベルト6は、エンドレス形状を有する電子写真用ベルトで構成されている。そして、中間転写ベルト6は、外周面が感光ドラム1の表面と当接するよう、複数のローラ20、21、22によって張架されている。本実施形態では、ローラ20は中間転写ベルト6の張力を一定に制御するようにしたテンションローラ、ローラ22は中間転写ベルト6の駆動ローラ、ローラ21は2次転写用の対向ローラである。そして、中間転写ベルト6は、ローラ22の駆動により、矢印Gの方向へ回動する。また、中間転写ベルト6を挟んで感光ドラム1と対向する1次転写位置には、それぞれ、1次転写ローラ5Y、5M、5C、5kが配置されている。
感光ドラム1にそれぞれ形成された各色未定着トナー像は、1次転写ローラ5に不図示の定電圧源または定電流源によりトナーの帯電極性と逆極性の1次転写バイアスを印加することにより、中間転写ベルト6上に順次静電的に1次転写される。そして、中間転写ベルト6上に4色の未定着トナー像が重ね合わされたフルカラー画像を得る。中間転写ベルト6は、このように感光ドラム1から転写されたトナー像を担持しつつ回転する。1次転写後の感光ドラム1の1回転毎に感光ドラム1表面は、クリーニング装置11で転写残トナーがクリーニングされ、繰り返し作像工程に入る。
また、転写媒体としての記録材7の搬送経路に面した中間転写ベルト6の2次転写位置には、中間転写ベルト6のトナー像担持面側に2次転写ローラ(転写部)9を圧接配置している。また、2次転写位置の中間転写ベルト6の裏面側には、2次転写ローラ9の対向電極をなし、バイアスが印加される対向ローラ21が配設されている。中間転写ベルト6上のトナー像を記録材7に転写する際、対向ローラ21にはトナーと同極性のバイアスが転写バイアス印加手段28により、例えば-1000~-3000Vが印加されて-10~-50μAの電流が流れる。このときの転写電圧は転写電圧検知手段29により検知される。さらに、2次転写位置の下流側には、2次転写後の中間転写ベルト6上に残留したトナーを除去するクリーニング装置(ベルトクリーナ)12が設けられている。
記録材7は搬送ガイド8を通過して矢印Hの方向に搬送され、2次転写位置に導入される。2次転写位置に導入された記録材7は、2次転写位置で挾持搬送され、その時に、2次転写ローラ9の対向ローラ21に2次転写バイアス印加手段28から所定の値に制御された定電圧バイアス(転写バイアス)が印加される。対向ローラ21にトナーと同極性の転写バイアスを印加することで転写部位において中間転写ベルト6上に重ね合わされた4色のフルカラー画像(トナー像)を記録材7へ一括転写し、記録材上にフルカラーの未定着トナー像を形成する。トナー画像の転写を受けた記録材7は不図示の定着器へ導入され加熱定着される。
以下に、実施例および比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。実施例および比較例に係る円筒フィルムの製造に用いた材料を以下に示す。
Figure 2023070081000002
Figure 2023070081000003
Figure 2023070081000004
(特性値の測定法、評価法)
実施例および比較例に係る円筒フィルムの特性値の測定方法および評価方法は、以下の(1)~(7)のとおりである。
(評価1)表面抵抗率の評価
(1-1)周方向の表面抵抗率Ap、Bpの測定
円筒フィルムの内周面の周方向の表面抵抗率の測定は、JIS-K6911に準拠する方法にしたがって以下のようにして測定した。測定装置としては、高抵抗計(商品名:ハイレスタUP MCP-HT450型、日東精工アナリテック(株)(旧社名:三菱化学アナリテック(株))製)を用いた。また、プローブとしては、2ピンプローブ(商品名:UA;三菱化学アナリテック(株)製)を用いた。該プローブは、円筒フィルムの内周面に、2つのピンを結ぶ直線(線分)の方向が当該円筒フィルムの周方向と平行となるように配置した。なお、表面抵抗率は、電子写真用ベルトの単位面積(1cm)当たりの表面抵抗率の値とし、単位は[Ω/□]として示す。
まず作製した円筒フィルムを、温度23℃、相対湿度50%に制御された環境試験室に24時間静置した。その後、温度23℃、相対湿度50%環境下にて、プローブの2つのピンの間に直流電圧250Vを10秒間印加し、当該円筒フィルムの周方向の表面抵抗率を測定した。表面抵抗率の測定は、当該円筒フィルムの内周面の下記の4箇所(4点)において測定し、得られた表面抵抗率の平均値を常温常湿における周方向の表面抵抗率Apとした。
表面抵抗率の測定箇所(測定点):
円筒フィルムの周方向の基準として定めた位置(以降、「基準位置」)における軸方向の中点から軸方向の両端に向かって±110mmの2点、及び
当該基準位置から周方向に180°の位置における軸方向の中点から軸方向の両端に向かって±110mmの2点、の計4点
同様に、円筒フィルムを、温度30℃、相対湿度80%に制御された環境試験室に24時間静置した。その後、温度30℃、相対湿度80%環境下にて、上記と同様にして4箇所の表面抵抗率を測定した。そして、得られた表面抵抗率の平均値を高温高湿における表面抵抗率Bpとした。さらに、得られたApとBpより、Ap/Bpを算出し、温湿度による内周面の周方向の表面抵抗率の値の環境変動の指標とした

(1-2)軸方向の表面抵抗率Aa、Baの測定
上記(1-1)に記載の表面抵抗率Ap及びBpの測定方法において、2ピンプローブの配置を、2つのピンを結ぶ直線(線分)の方向が軸方向と平行となるように配置した以外は、表面抵抗率Ap及びBpの測定方法と同様にして測定した。そして、得られたAaとBaから、Aa/Baを算出し、温湿度による内周面の軸方向の表面抵抗率の値の環境変動の指標とした。
(評価2)引張弾性率の評価
引張り弾性率は、温度23℃、相対湿度50%の環境において、5kNのロードセルが組み込まれた低荷重用万能材料試験機(商品名:34TM-5;インストロン社製)を使用して行った。作製した円筒フィルムから、周方向100mm×軸方向20mmの試験片1、および周方向20mm×軸方向100mmの試験片2を切り出し、空気圧式グリップでチャック間距離を50mmとして各試験片を把持した。把持した試験片を5mm/分の等速で引張り、得られた応力―ひずみ曲線と電子写真用ベルトの厚さより、0.25%ひずみ時の応力値から引張弾性率を算出した。同一の円筒フィルムから切り出した各々5つの試験片の測定結果から平均値を求め、当該円筒フィルムの周方向の引張弾性率Ep、軸方向の引張弾性率Eaとした。
(評価3)収縮率の評価
円筒フィルムの収縮応力の指標として、収縮率の測定を下記の方法で行った。収縮率の測定は、熱機械分析装置(商品名:TMA/SDTA841型;メトラー・トレド社製)を用いて、下記測定条件でチャック間距離の変化をサンプルの寸法変化として測定を行った。
作製した円筒フィルムから、周方向5mm×軸方向20mm、および周方向20mm×軸方向5mmの試験片を切り出して使用した。
試験片をチャック間距離10mm、荷重0.01Nとなるように把持し、25℃で10分間保持し、熱可塑性樹脂組成物のガラス転移温度より10℃高い温度まで5℃/分で昇温し、30分間保持したのち、再び25℃まで5℃/分で降温した。
昇温前のチャック間距離をx1、終了時のチャック間距離をx2としたときに、収縮率α(単位:%)を以下の式で算出した。
α=(x1-x2)/x1×100
同一の円筒フィルムから切り出した各々5つの試験片の測定結果から平均値を求め、当該円筒フィルムの周方向の収縮率αp、周方向に直交する方向の収縮率αaとした。なお、膨張が起きた場合は、収縮率の値をマイナス表記とした。
(評価4)DBP吸収量の評価
作製した円筒フィルムに含まれるカーボンブラックのDBP吸収量は以下の方法により測定した。円筒フィルムから切り出した2mm×2mmの試験片100枚の粉砕物を、温度50℃に加熱したトルエンに浸し、48時間静置することによりサンプル片中の非晶性ポリエステルを溶解させた。そして、非晶性ポリエステル相中に含まれていたカーボンブラックを抽出した。溶液からろ別したカーボンブラックのDBP吸収量を、吸収量測定装置(商品名:S-500;(株)あさひ総研製)を用いて測定した。具体的には、採取したカーボンブラックを測定室に10g投入し、DBP(フタル酸ジブチル)の滴下速度4mL/min、回転翼回転数を125rpmに設定してトルクを計測した。DBP吸収量は、ピークトルク値の70%となるトルクとなったDBP滴下量と試料量によって定義することができる。
なお、DBP吸収量の測定に必要な量のカーボンブラックをサンプル片100枚から得られない場合には、採取するサンプル数を増やして、上記の操作を行うことにより、必要量のカーボンブラックを得ればよい。
(評価5)カーボンブラックの平均配列度Fc1及びFc2、並びに平均配列角度Φc1及びΦc2の評価
作製した2軸延伸円筒フィルムの任意の位置から、下記の切片作成装置を用いて、周方向の長さが5mm、周方向に直交する方向(軸方向)の長さが5mm、厚みが円筒フィルムの全厚みであるサンプルを切り出した。
切片作成装置(商品名:クライオミクロトーム;ライカマイクロシステムズ社製)
このサンプルには、当該2軸延伸円筒フィルムの厚さ-周方向に沿う方向の第1断面及び当該2軸延伸円筒フィルムの厚さ-軸方向に沿う方向の第2断面が表れていた。該第1断面及び該第2断面について、イオンビームを用いて研磨加工した。研磨加工には、クロスセクションポリッシャ(商品名:SM09010;日本電子社製)を用いた。研磨加工は、アルゴンガス雰囲気下で印加電圧を4.5Vに設定し、11時間各断面にイオンビームを照射した。
次いで、研磨加工された第1断面及び第2断面を四酸化ルテニウムで染色処理を行った。
次に、染色した第1断面について、走査型電子顕微鏡観察(SEM)で観察し、第1断面の所定の位置において、縦5μm×横5μmの正方形の観察領域の画像(SEM画像)を取得した。このとき、該SEM画像の縦方向が円筒フィルムの厚さ方向と平行となり、該SEM画像の横方向が円筒フィルムの周方向と平行となるように調整する。解像度は、第1断面に現れるカーボンブラックを解析するに十分な解像度(例えば、縦2000ピクセル×横2000ピクセル)とした。次に、得られたSEM画像について、カーボンブラックが白く、バインダーが黒くなるように二値化処理を行って二値化像を得た。二値化処理には画像処理ソフト(商品名:ImageJ;アメリカ国立衛生研究所製)を用いた。次に、得られた二値化像に対して二次元フーリエ変換を行って、円筒フィルムの周方向についてパワースペクトルを積分して、カーボンブラックの周方向への配列の方向と配列の程度を表す楕円プロットを得た(図7(a)参照)。得られた楕円プロットから、当該第1断面におけるカーボンブラックの配列度fc1及び配列角度φc1を求めた。この操作を、当該2軸延伸円筒フィルムの任意の位置から採取した計20個のサンプルについて行って、各サンプルの配列度fc1及び配列角度φc1の平均値Fc1及びΦc1を算出した。
また、サンプルの第2断面についても上記と同様にしてfc2及びφc2を求め、更に、平均配列度Fc2及び平均配列角度Φc2を算出した。
(評価6)摩耗量の評価
電子写真用ベルト内周面の摩耗量の測定には、フリクションプレイヤー(商品名:FPR-2100型、RHESCA社製)を用いた。接触子には、高密度フェルト(商品名:1/2“研磨スティックCS-7(Felt)、TABER INDUSTRIES社製)を用いた。
電子写真用ベルトの任意の20箇所から、周方向50mm、周方向と直交する軸方向50mmのサンプル片を切り出し、測定端子に固定された接触子を電子写真用ベルト内周面に接触させる。
温度23℃、相対湿度50%の環境下において、接触子とサンプル片との間に荷重を与えるため、接触子が固定された測定端子上に400gの錘を固定した。その後、線速度50mm/sec、往復幅10mm、往復数100,000回の条件で、直線往復運動させて摩耗試験を行った。
摩耗試験を行う前にサンプル片の重量を計測し、摩耗試験後に発生した摩耗粉を除去したサンプル片との重量差を摩耗量Lとし、20箇所の摩耗試験から得られた合計摩耗量を摩耗量Ltと定義した。
(評価7)電子写真画像形成装置のデジタル再現性(飛び散り画像の評価)
図1に示した構成の電子写真画像形成装置を使用し、電子写真用ベルトとしての中間転写ベルトを装着し、温度30℃、相対湿度80%に制御された環境試験室に24時間静置した。その後、細線画像(30本/5mm)が紙上に転写にされた時点の未定着画像を出力し、それを100℃のオーブンを用いて非加圧で定着させ画像を得た。その画像を、ルーペを用いて観察し、トナーの飛び散りが発生した細線画像の数を評価した。
[実施例1]
(2軸延伸円筒フィルムの作製)
<非晶性ポリエステル混合物の調製>
表2のaPES1及びCB1を表4の配合比で混合したプリブレンドサンプルを用意した。このプリブレンドサンプルを二軸押出し機(商品名:TEX30α、日本製鋼所(株)製)を用いて熱溶融混練して非晶性ポリエステル混合物を調製した。熱溶融混練温度は190℃以上、270℃以下の範囲内となるように調整し、熱溶融混練時間は3~5分とした。得られた非晶性ポリエステル混合物はペレット化し、温度90℃で10時間乾燥させた。
<結晶性ポリエステルの用意>
表1のcPES1のペレットを、温度140℃で10時間乾燥させた。
次に、cPES1のペレット及び非晶性ポリエステル混合物のペレットを、表4に記載の配合比となるように、射出成形装置(商品名:SE180D、住友重機械工業(株)製)に、投入した。そして、シリンダ設定温度を250~300℃として、温度が30℃に温調された試験管形状の金型に射出成形してプリフォームを作製した。得られたプリフォームは、外径が50mm、内径が46mm、長さが150mm、厚みが2mmの試験管形状を有していた。
次に、上記のプリフォームを、2軸延伸成形装置を用いて、その長手方向及び周方向の2軸方向に延伸した。まず、図3(a)に示したように、プリフォーム205を加熱するための非接触型のヒータ(不図示)を備えた加熱装置301内にプリフォーム205を入れ、ヒータで、プリフォームの外表面温度が120~160℃となるように加熱した。
次いで、加熱したプリフォーム205に対して、金型温度を30℃に保ったブロー金型303を矢印307の方向に下降させて、加熱されたプリフォーム205をブロー金型303の口部分に配置した(図3(b))。次いで、図3(c)に示したように、延伸棒309を矢印311の方向に駆動させ、また、延伸棒の駆動開始と同時に、図3(c)中、矢印313で示したように、プリフォーム205の口部分からその内部に温度23℃に温調された空気を導入した。こうして、プリフォーム205を2軸方向に延伸させ、ブロー金型の内壁に密着させた。なお、延伸棒309の駆動速度は、2.0m/秒、ブローボトル内部に導入する空気の圧力は、0.5MPaとした。
次いで、ブロー金型303の左側型303-1及び右側型303-2を分離して、ブロー金型303からボトル形状の成型品(ブローボトル)317を取り出した。
次いで、得られたブローボトル317を、図4に示した電鋳法で作製されたニッケル製の円筒金型401の中にセットし、外型405を装着した。エアー圧力0.1MPaをブローボトル内に印加し、外部にエアーが漏出しないよう調整することでブローボトル317の外周面を円筒金型の内周面に密着させた。さらに、ニッケル製円筒金型401を2回転/秒にて等速で回転させながら加熱ヒータ403を用いて、ブローボトルの全周を均一に60秒間、130~190℃にて熱処理した。
その後、このニッケル製円筒金型に温度25℃のエアーを吹き当てて常温(25℃)まで冷却し、ブローボトル317内に印加していたエアーの圧力を解除し、アニールにより寸法が改善されたブローボトル317を得た。プリフォーム205およびブローボトル317の寸法から2軸延伸倍率は、横延伸倍率(周方向)Lpが4.0倍、縦延伸倍率(周方向と直交する方向)Laが4.3倍であった。
次いで、図3(d)に示したように、ブローボトル317の口部側の部分と当該口部側とは反対側の部分を切断して、周長630mm、幅250mm、厚さ70μmの円筒フィルムを作製した。
(表面層用塗工液の調合)
表3に記載のアクリル樹脂組成物をAN/PTFE/GF/SL/IRG=66/20/1.0/12/1.0(固形分換算での質量比)の割合で秤量し、粗分散処理を行って溶液を得た。得られた溶液を、高圧乳化分散器(商品名:ナノヴェイタ、吉田機械興業(株)製)を用いて分散を行った。含有するPTFEの50%平均粒径が200nmになるまで本分散処理を行った。得られた分散液を表面層用塗工液とした。
(表面層の形成)
前記基層を円筒状の型(周長630mm)の外周にはめ込み、端部をシールしたうえで、前記表面層用塗工液で満たした容器に型ごと浸漬し、硬化性組成物の液面と電子写真用ベルト基層の相対速度が一定になるように引き上げる。このようにして、電子写真用ベルト基層表面に塗工液からなる塗膜を形成した。求められる表面層の膜厚に応じて、引き上げ速度(硬化性組成物の液面と電子写真用ベルト基層の相対速度)と硬化性組成物の溶剤比を調整することができる。
本実施例では、引き上げ速度を10~50mm/秒とし、表面層の膜厚が約3μmになるように調整した。本実施例において塗布方向とは電子写真用ベルト基層を引き上げる方向とは逆の方向のことを指す。すなわち、最初に塗工液から引き上げた場所が最上流となる。塗工液を塗布した電子写真用ベルト基層は円筒状の型から外され、23℃環境、排気下で1分間乾燥させた。乾燥温度、乾燥時間は溶剤種、溶剤比、膜厚から適宜調整する。
その後、塗膜にUV照射機(商品名:UE06/81-3、アイグラフィック(株)製)を用い、積算光量が600mJ/cmになるまで紫外線を照射し、塗膜を硬化させた。
表面層の厚さは、同条件で別途作製した電子写真用ベルト基層を切断し、その断面を電子顕微鏡(商品名:XL30-SFEG、FEI社製)で観察する破壊検査で実施した。
破壊検査の結果、表面層の厚さは2.8μmであった。このようにして基層の外周面上に表面層が形成された電子写真用ベルトを得た。この電子写真用ベルトを、上記の(評価1)~(評価7)に供した。なお、図6(a)及び図6(b)に示した二値化像は、本実施例において作製した円筒フィルムから得られたものである。
[実施例2~6、10、11]
cPES種、aPES種、CB種及び配合比を表4に記載した通りとした以外は実施例1と同様にして電子写真用ベルトを作製し、評価した。
[実施例7~9]
<結晶性ポリエステル混合物の調製>
cPES1及びES1を表4に記載の配合比となるように混合して、各実施例に係るプリブレンドサンプルを用意した。各プリブレンドサンプルを二軸押出し機(商品名:TEX30α、日本製鋼所(株)製)を用いて熱溶融混練して、各実施例に係る結晶性ポリエステル混合物を得た。熱溶融混練温度は220℃以上、300℃以下の範囲内となるように調整し、熱溶融混練時間は3~5分とした。得られた各結晶性ポリエステル混合物はペレット化し、温度140℃で10時間乾燥させた。
<非晶性ポリエステル混合物の調製>
aPES種、CB種及びそれらの配合比を表4に記載の配合比となるようにした以外は実施例1の非晶性ポリエステル混合物と同様にして実施例7~9の各々に係る非晶性ポリエステル混合物のペレットを調製した。
各実施例に係る結晶性ポリエステル混合物のペレットと非晶性ポリエステル混合物のペレットとを用いた以外は、実施例1と同様にしてプリフォームを作製した。また、得られたプリフォームを用いた以外は、実施例1と同様にして基層の作製、表面層の形成を行って、各実施例に係る電子写真用ベルトを作製した。得られた電子写真用ベルトを評価1~評価7に供した。
[実施例12~16]
<結晶性ポリエステル混合物の調製>
cPES1及びcPES2、またはcPES1及びcPES2及びES1を表4に記載の配合比となるように混合して、各実施例に係るプリブレンドサンプルを用意した。これらのプリブレンドサンプルを二軸押出し機(商品名:TEX30α、日本製鋼所(株)製)を用いて熱溶融混練し、各実施例に係る結晶性ポリエステル混合物を得た。熱溶融混練温度は220℃以上、300℃以下の範囲内となるように調整し、熱溶融混練時間は3~5分とした。得られた各結晶性ポリエステル混合物はペレット化し、温度140℃で10時間乾燥させた。
<非晶性ポリエステル混合物の調製>
aPES1及びaPES2並びにCB1またはCB2を表4に記載の配合比となるようにした以外は実施例1の非晶性ポリエステル混合物と同様にして各実施例に係る非晶性ポリエステル混合物のペレットを調製した。
次いで、各実施例に係る結晶性ポリエステル混合物のペレット及び非晶性ポリエステル混合物のペレットを表4に記載の配合比となるように用いた以外は、実施例1と同様にしてプリフォームを作製した。また、得られたプリフォームを用いた以外は、実施例1と同様にして基層の作製、表面層の形成を行って、各実施例に係る電子写真用ベルトを作製した。得られた電子写真用ベルトを評価1~評価7に供した。
[実施例17~19]
<結晶性ポリエステル混合物の調製>
cPES1及びICを表4に記載の配合比となるように混合して、各実施例に係るプリブレンドサンプルを用意した。各プリブレンドサンプルを二軸押出し機(商品名:TEX30α、日本製鋼所(株)製)を用いて熱溶融混練して、各実施例に係る結晶性ポリエステル混合物を得た。熱溶融混練温度は220℃以上、300℃以下の範囲内となるように調整し、熱溶融混練時間は3~5分とした。得られた各結晶性ポリエステル混合物はペレット化し、温度140℃で10時間乾燥させた。
<非晶性ポリエステル混合物の調製>
実施例1~3と同様にして非晶性ポリエステル混合物のペレットを調製した。
次いで、各実施例に係る結晶性ポリエステル混合物のペレットと非晶性ポリエステル混合物のペレットとを用いた以外は、実施例1と同様にしてプリフォームを作製した。また、得られたプリフォームを用いた以外は、実施例1と同様にして基層の作製、表面層の形成を行って、各実施例に係る電子写真用ベルトを作製した。得られた電子写真用ベルトを評価1~評価7に供した。
Figure 2023070081000005
[比較例1~2]
cPES1及びCB1を表5に記載の配合比で混合したプリブレンドサンプルを用意した。このプリブレンドサンプルを用いた以外は、実施例7と同様にして結晶性ポリエステル混合物のペレットを得た。次いで、この結晶性ポリエステル混合物のペレットのみを用いて実施例1と同様にしてプリフォームを作製した。次いで、このプリフォームを用いて実施例1と同様にして2軸延伸成形を行った。
しかしながら、プリフォームの硬度が高く、長手方向及び周方向への延伸を行うことができなかった。なお、本比較例におけるカーボンブラックのDBP吸収量の分析は、2軸延伸成形に供したプリフォームから採取したサンプルの粉砕物を用いた以外は実施例1に記載の評価4に記載の方法と同様にして行った。
[比較例3~4]
aPES1及びCB1を表5に記載の配合比で混合して各比較例に係るプリブレンドサンプルを用意した。これらのプリブレンドサンプルを用いた以外は、実施例1と同様にして非晶性ポリエステル混合物のペレットを得た。この非晶性ポリエステル混合物のペレットのみを用いて実施例1と同様にしてプリフォームを作製した。次いで、このプリフォームを用いて実施例1と同様にして2軸延伸成形を行った。
その結果、プリフォームは、その長手方向及び周方向に延伸したものの、局所的に延びすぎた部分が生じ、その部分で破断した。そのため、ブローボトルを得ることができなかった。これは、バインダー樹脂が非晶性ポリエステルのみからなるため、プリフォームが柔らか過ぎたためであると考えられる。なお、本比較例におけるカーボンブラックのDBP吸収量の分析は、2軸延伸成形の結果、破断した2軸延伸成形物から採取したサンプルの粉砕物を用いた以外は実施例1に記載の評価4に記載の方法と同様にして行った。
[比較例5]
CB3及びES2を表5に記載した割合で混合したプリブレンドサンプルを用意した。このプリブレンドサンプルを、ニーダーを用いて温度210℃で溶融混練し、その後押出成形してシートを作製した。得られたシートを切断してペレットを得た。このペレットと、cPES1及びcPES2と、を表5に記載の配合比となるように用いた以外は、実施例1と同様にしてプリフォームを作製した。また、得られたプリフォームを用いた以外は、実施例1と同様にして基層の作製、表面層の形成を行って、本実施例に係る電子写真用ベルトを作製した。得られた電子写真用ベルトを評価1~評価7に供した。
[比較例6]
cPES1、cPES2、CB3及びES2を表5に記載した割合で混合したプリブレンドサンプルを用意した。このプリブレンドサンプルを二軸押し出し機((商品名:TEX30α、日本製鋼所(株)製)を用いて熱溶融混練した。熱溶融混練温度は220℃以上、300℃以下の範囲内となるように調整し、熱溶融混練時間は3~5分とした。得られたポリエステル混合物はペレット化し、温度140℃で10時間乾燥させた。
このポリエステル混合物のペレットのみを用いて実施例1と同様にしてプリフォームを作製した。次いで、得られたプリフォームを用いた以外は、実施例1と同様にして基層の作製、表面層の形成を行って、本比較例に係る電子写真用ベルトを作製した。得られた電子写真用ベルトを評価1~評価7に供した。
[比較例7]
cPES1、aPES1、IC及びES2を表5に記載した配合比で混合したプリブレンドサンプルを用意した。このプリブレンドサンプルを二軸押出し機(商品名:TEX30α、日本製鋼所(株)製)を用いて熱溶融混練した。熱溶融混練温度は220℃以上、300℃以下の範囲内となるように調整し、熱溶融混練時間は3~5分とした。得られたポリエステル混合物はペレット化し、温度140℃で10時間乾燥させた。
このポリエステル混合物のペレットのみを用いて実施例1と同様にしてプリフォームを作製した。次いで、得られたプリフォームを用いた以外は、実施例1と同様にして基層の作製、表面層の形成を行って、本比較例に係る電子写真用ベルトを作製した。得られた電子写真用ベルトを評価1~評価7に供した。
[比較例8~10]
実施例1及び7と同様にして非晶性ポリエステル混合物のペレットを調製した。
cPES1のペレット及び各非晶性ポリエステル混合物のペレットを表5に記載の配合比となるように用い、二軸混練押出機(商品名:PCM43、株式会社池貝製)を用いて以下の条件にて溶融・混合を行い、樹脂組成物を作製した。
押出量:6kg/h
スクリュー回転数:225rpm
バレル制御温度:240℃
得られた樹脂組成物を、先端部にスパイラル円筒ダイ(内径:195 mm、スリット幅1.1mm)を備えた単軸押出成形機(株式会社プラスチック工学研究所製)を用いて、以下の条件にて溶融押出しを行って、下記のサイズの円筒フィルムを作製した。こうして得られた円筒フィルムを本比較例に係る電子写真用ベルトとした。
押出量:6kg/h
ダイス温度:260℃
サイズ:外径201mm、厚み70μm
得られた電子写真用ベルトを(評価1)~(評価7)に供した。
Figure 2023070081000006
実施例1~19及び比較例1~10の評価結果を表6~表8に示す。なお、表6~表8中、プリフォームを2軸延伸することによってブローボトルを成形できた場合には、「2軸延伸の可否」の欄に「Y」と記載した。一方、2軸延伸過程でプリフォームの破断等によりブローボトルの成形ができなかった場合には、「2軸延伸の可否」の欄に「N」と記載した。但し、比較例8~10については、押出成形により円筒フィルムを作製したため、当該欄には「-」と記載した。
Figure 2023070081000007
Figure 2023070081000008

Figure 2023070081000009
表8中、*1、*2:平均配列度Fc1及びFc2の値が極めて小さかったため、平均配列角度を算出できなかった。
比較例1または2においては、非晶性ポリエステルが含まれていない。すなわち、1次ブロー時にプリフォームを加熱した際に、カーボンブラックを結晶核とした球晶化が促進され、硬くなったために延伸ブローできなかったと考えられる。
比較例3または4においては、結晶性ポリエステルが含まれていない。すなわち、プリフォームを2軸延伸した際に、配向結晶化による高強度化が起こらず、局所的に薄くなった部分から破断してしまったと考えられる。
比較例5に係る電子写真用ベルトは、その内周面の耐摩耗性が、実施例に係る電子写真用ベルトと比較して劣っていた。その理由としては、当該電子写真用ベルトにおいては、カーボンブラックが、ポリエーテルエステルアミドを含む相に偏在していた。そして、ポリエーテルエステルアミドは、結晶性ポリエステルとの親和性が低い。そのため、耐摩耗性試験の過程で、ポリエーテルエステルアミドを含む相と、結晶性ポリエステルを含む相との界面で剥離が生じたためであると考えられる。
比較例6に係る電子写真用得ベルトも、その内周面の耐摩耗性が、実施例に係る電子写真用ベルトと比較して劣っていた。その理由としては、当該電子写真用ベルトにおいては、カーボンブラックが基層中のポリエーテルエステルアミドを含む相及び結晶性ポリエステルを含む相のいずれにも比較的均一に分散していた。そのため、当該電子写真用ベルトの内周面の摩耗とともにカーボンブラックが内周面に露出し、内周面からカーボンブラックが脱落していったものと考えられる。その結果、内周面の粗面化が進み、摩耗が促進されることで、耐摩耗性が相対的に低下しているものと考えられる。
比較例7~10においては、押出成形により円筒フィルムを作製したため、弾性率が小さく、カーボンブラックの配列もほとんど確認できなかった。カーボンブラックの配列が弱いことから、導電パスをうまく形成できず表面抵抗率の値が高くなっており、転写バイアスが十分にかからないためトナーの飛び散り画像の評価をすることができなかった。また、摩耗量も大きい結果となった。
本開示は以下の構成を含む。
[構成1]
円筒フィルムを基層として有する電子写真用ベルトであって、
該円筒フィルムは、結晶性ポリエステル、非晶性ポリエステル及びカーボンブラックを含み、該円筒フィルムに対する該カーボンブラックの含有量が2.0質量%以上であり、
該円筒フィルムの周方向に沿う方向の断面において、該カーボンブラックの該周方向への平均配列度Fc1が0.30以上であり、平均配列角度Φc1が-10°~+10°である電子写真用ベルト。
[構成2]
前記円筒フィルムが、前記非晶性ポリエステル及び前記カーボンブラックを含む第1の相と、前記結晶性ポリエステルを含む第2の相と、を有する構成1に記載の電子写真用ベルト。
[構成3]
前記Fc1が、0.30以上0.99以下である構成1または2に記載の電子写真用ベルト。
[構成4]
前記円筒フィルムの軸方向に沿う方向の断面において、該カーボンブラックの該軸方向への平均配列度Fc2が0.30以上であり、平均配列角度Φc2が-10°~+10°である構成1~3のいずれかに記載の電子写真用ベルト。
[構成5]
前記Fc2が、0.30以上0.99以下である構成4に記載の電子写真用ベルト。
[構成6]
前記円筒フィルムが2軸延伸円筒フィルムである構成1~5のいずれかに記載の電子写真用ベルト。
[構成7]
温度23℃、相対湿度50%の環境下における前記円筒フィルムの内周面において測定される周方向の表面抵抗率Ap(Ω/□)が、1×10Ω/□以上、1×1013Ω/□以下である構成1~6のいずれかに記載の電子写真用ベルト。
[構成8]
温度30℃、相対湿度80%の環境下に24時間静置した該円筒フィルムの内周面において測定される周方向の表面抵抗率Bp(Ω/□)と、前記表面抵抗率Apとの比(Ap/Bp)が、3.00以下である構成7に記載の電子写真用ベルト。
[構成9]
温度23℃、相対湿度50%の環境下における前記円筒フィルムの内周面において測定される軸方向の表面抵抗率Aa(Ω/□)が、1×10Ω/□以上、1×1013Ω/□以下である構成1~8のいずれかに記載の電子写真用ベルト。
[構成10]
温度30℃、相対湿度80%の環境下に24時間静置した該円筒フィルムの内周面において測定される軸方向の表面抵抗率Ba(Ω/□)と、前記表面抵抗率Aaとの比(Aa/Ba)が、3.00以下である構成9に記載の電子写真用ベルト。
[構成11]
前記円筒フィルム中におけるイオン導電剤の含有量が0.0質量%以上、2.0質量%以下である構成1~10のいずれかに記載の電子写真用ベルト。
[構成12]
前記結晶性ポリエステルが、ポリアルキレンテレフタレート、及びポリアルキレンナフタレート、ポリアルキレンイソフタレート、およびこれらを含む共重合体からなる群から選ばれる少なくとも1種を含む構成1~11のいずれかに記載の電子写真用ベルト。
[構成13]
前記非晶性ポリエステルが、テレフタル酸、オルトフタル酸、イソフタル酸からなる群から選択される少なくとも1つのフタル酸に由来するモノマー単位と、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサンジメタノールからなる群から選択される少なくとも2つのジオールに由来するモノマー単位と、を有する構成1~12のいずれかに記載の電子写真用ベルト。
[構成14]
前記非晶性ポリエステルの含有量が、前記結晶性ポリエステルの含有量に対し、100.0質量%以下である構成1~13のいずれかに記載の電子写真用ベルト。
[構成15]
前記カーボンブラックのDBP吸収量が、300mL/100g以上である構成1~14のいずれかに記載の電子写真用ベルト。
[構成16]
前記円筒フィルムの周方向の引張弾性率Epと、周方向に直交する方向の引張弾性率Eaがともに1000MPa以上である構成1~15のいずれかに記載の電子写真用ベルト。
[構成17]
前記電子写真用ベルトの周方向の収縮率αpと、周方向に直交する方向の収縮率αaと、がともに2.0%以上である構成1~16のいずれかに記載の電子写真用ベルト。
[構成18]
前記電子写真用ベルトが中間転写ベルトである構成1~17のいずれかに記載の電子写真用ベルト。
[構成19]
構成1~18のいずれかに記載の電子写真用ベルトを中間転写ベルトとして具備する電子写真画像形成装置。
[構成20]
前記電子写真用ベルトを張架し、回転させるための複数のローラを具備し、該ローラが該電子写真用ベルトの内周面に当接して配置されている構成19に記載の電子写真画像形成装置。
1 感光ドラム
2 帯電装置
3 露光装置
4 現像装置
5 1次転写ローラ
6 中間転写ベルト
7 記録材
9 2次転写ローラ
11 クリーニング装置(ドラムクリーナ)
12 クリーニング装置(ベルトクリーナ)
20 テンションローラ
21 対向ローラ
22 駆動ローラ
28 転写バイアス印加手段
29 転写電圧検知手段

Claims (20)

  1. 円筒フィルムを基層として有する電子写真用ベルトであって、
    該円筒フィルムは、結晶性ポリエステル、非晶性ポリエステル及びカーボンブラックを含み、該円筒フィルムに対する該カーボンブラックの含有量が2.0質量%以上であり、
    該円筒フィルムの周方向に沿う方向の断面において、該カーボンブラックの該周方向への平均配列度Fc1が0.30以上であり、平均配列角度Φc1が-10°~+10°であることを特徴とする電子写真用ベルト。
  2. 前記円筒フィルムが、前記非晶性ポリエステル及び前記カーボンブラックを含む第1の相と、前記結晶性ポリエステルを含む第2の相と、を有する請求項1に記載の電子写真用ベルト。
  3. 前記Fc1が、0.30以上0.99以下である請求項1に記載の電子写真用ベルト。
  4. 前記円筒フィルムの軸方向に沿う方向の断面において、該カーボンブラックの該軸方向への平均配列度Fc2が0.30以上であり、平均配列角度Φc2が-10°~+10°である請求項1に記載の電子写真用ベルト。
  5. 前記Fc2が、0.30以上0.99以下である請求項4に記載の電子写真用ベルト。
  6. 前記円筒フィルムが2軸延伸円筒フィルムである請求項1に記載の電子写真用ベルト。
  7. 温度23℃、相対湿度50%の環境下における前記円筒フィルムの内周面において測定される周方向の表面抵抗率Ap(Ω/□)が、1×10Ω/□以上、1×1013Ω/□以下である、請求項1に記載の電子写真用ベルト。
  8. 温度30℃、相対湿度80%の環境下に24時間静置した該円筒フィルムの内周面において測定される周方向の表面抵抗率Bp(Ω/□)と、前記表面抵抗率Apとの比(Ap/Bp)が、3.00以下である、請求項7に記載の電子写真用ベルト。
  9. 温度23℃、相対湿度50%の環境下における前記円筒フィルムの内周面において測定される軸方向の表面抵抗率Aa(Ω/□)が、1×10Ω/□以上、1×1013Ω/□以下である、請求項1に記載の電子写真用ベルト。
  10. 温度30℃、相対湿度80%の環境下に24時間静置した該円筒フィルムの内周面において測定される軸方向の表面抵抗率Ba(Ω/□)と、前記表面抵抗率Aaとの比(Aa/Ba)が、3.00以下である、請求項9に記載の電子写真用ベルト。
  11. 前記円筒フィルム中におけるイオン導電剤の含有量が0.0質量%以上、2.0質量%以下である請求項1に記載の電子写真用ベルト。
  12. 前記結晶性ポリエステルが、ポリアルキレンテレフタレート、及びポリアルキレンナフタレート、ポリアルキレンイソフタレート、およびこれらを含む共重合体からなる群から選ばれる少なくとも1種を含む請求項1に記載の電子写真用ベルト。
  13. 前記非晶性ポリエステルが、テレフタル酸、オルトフタル酸、イソフタル酸からなる群から選択される少なくとも1つのフタル酸に由来するモノマー単位と、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサンジメタノールからなる群から選択される少なくとも2つのジオールに由来するモノマー単位と、を有する請求項1に記載の電子写真用ベルト。
  14. 前記非晶性ポリエステルの含有量が、前記結晶性ポリエステルの含有量に対し、100.0質量%以下である請求項1に記載の電子写真用ベルト。
  15. 前記カーボンブラックのDBP吸収量が、300mL/100g以上である請求項1に記載の電子写真用ベルト。
  16. 前記円筒フィルムの周方向の引張弾性率Epと、周方向に直交する方向の引張弾性率Eaがともに1000MPa以上である請求項1に記載の電子写真用ベルト。
  17. 前記電子写真用ベルトの周方向の収縮率αpと、周方向に直交する方向の収縮率αaと、がともに2.0%以上である請求項1に記載の電子写真用ベルト。
  18. 前記電子写真用ベルトが中間転写ベルトである請求項1に記載の電子写真用ベルト。
  19. 請求項1~18のいずれか一項に記載の電子写真用ベルトを中間転写ベルトとして具備することを特徴とする電子写真画像形成装置。
  20. 前記電子写真用ベルトを張架し、回転させるための複数のローラを具備し、該ローラが該電子写真用ベルトの内周面に当接して配置されている請求項19に記載の電子写真画像形成装置。
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