(57)【要約】【課題】張力をかけたときにも周方向のうねり（波うち）が生じにくく、湿度にも影響されない安定した画像を形成できるポリイミド系樹脂製シームレスベルトを提供する。【解決手段】ポリイミド系樹脂製シームレスベルトの周方向の１　％伸長時の引張荷重を２５Ｎ以上にすることで張力を強くかけたときでも平面度を０．　５ｍｍ以下に保つことができ、ロール間でも安定した画像が形成できる。また該シームレスベルトの吸湿膨張係数を３０ＰＰＭ／％ＲＨ以下とすることで、環境変化に対しても安定した画像が形成できる。【選択図】　　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向の１％伸長時の引張荷重が２５Ｎ以上であって、平面度が０．　５ｍｍ以下であるポリイミド系樹脂製シームレスベルト。
【請求項２】
吸湿膨張係数が３０ＰＰＭ／％ＲＨ以下である請求項１に記載のシームレスベルト。
【請求項３】
ポリイミド系樹脂が、３　，３　’，４　，４　’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物とｐ−フェニレンジアミンからなる重合体もしくはそれらを主成分とする共重合体、またはピロメリット酸二無水物とベンジジン誘導体からなる重合体もしくはそれらを主成分とする共重合体を樹脂成分として含む請求項１または２に記載のシームレスベルト。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリイミド系樹脂製シームレスベルトに関する。本発明のシームレスベルトは、複写機、レーザービームプリンター、ファクシミリなどの電子写真画像形成装置において、感光体ベルト、中間転写ベルト、転写搬送ベルト、またはそれらの基材ベルト等として使用される。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子写真画像形成装置において、中間転写ベルト、転写搬送ベルトおよび定着ベルトにポリイミド系樹脂のシームレスベルトが使用されている。ポリイミドベルトが採用されている理由は、金属ベルトに準ずる強度や耐熱性とプラスチックの中では寸法安定性に優れているためである。しかし、ポリイミド系樹脂のシームレスベルトは、金属ベルトに比べて、張力がかかるとベルトが伸びたり、吸湿−乾燥の繰り返しでベルトが伸び縮みしてしまうという問題点がある。一方、ベルトの平面度を小さくするために、特開２００１−４７４５２号公報に記載のように成型方法の工夫が検討されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ポリイミド系樹脂ベルトは前記したように、大きな張力をかけると伸びたり、湿度により寸法が変化するという問題点がある。特に、ベルトの歪みをなくして平面度を小さくしようと大きな張力をかけたとき、周方向の伸びに応じた幅方向の収縮に伴なって生じる周方向のうねり（波うち）または張力がかかった状態での吸湿膨張による幅方向の伸びによって生じる周方向のうねり（波うち）が大きな問題となっている。この周方向のうねり（波うち）は、ロール間で画像形成を行なう感光体ベルトとして使用する場合、特に問題となっている。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、大きな張力をかけたときにも周方向のうねり（波うち）が生じにくく、湿度にも影響されないで安定した画像を形成できるシームレスベルトを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究したところ、所定のテトラカルボン酸二無水物とジアミンを主成分とし、イミド化のための加熱条件を調整することにより所期の目的を達成できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００６】
すなわち、本発明のポリイミド系樹脂製シームレスベルトは、周方向の１％伸長時の引張荷重が２５Ｎ以上であって、平面度が０．　５ｍｍ以下であることを特徴とする。
【０００７】
本発明のシームレスベルトは、吸湿膨張係数が３０ＰＰＭ／％ＲＨ以下であることが好ましい。
【０００８】
また、本発明のシームレスベルトは、ポリイミド系樹脂が、３　，３　’，４　，４　’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物とｐ−フェニレンジアミンからなる重合体もしくはそれらを主成分とする共重合体、またはピロメリット酸二無水物とベンジジン誘導体からなる重合体もしくはそれらを主成分とする共重合体を樹脂成分として含むことが好ましい。
【０００９】
［作用効果］
本発明のポリイミド系樹脂製シームレスベルトによると、シームレスベルトの周方向の１％伸長時の引張荷重が２５Ｎ以上であって平面度が０．５ｍｍ以下であることから、強い張力をかけたときでもうねりが生じにくく、寸法安定性に優れている。また、該シームレスベルトの吸湿膨張係数が３０ＰＰＭ／％ＲＨ以下であることから、このベルトを電子写真画像形成装置の中間転写ベルト等に使用した場合、湿度にも影響されにくく安定した画像を形成することができる。また、本発明のシームレスベルトは、前記のような成分を主成分とするポリイミド系樹脂を含むことにより、平面度や吸湿膨張係数を適正な範囲内に調整することが容易となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、説明する。
【００１１】
本発明のポリイミド系樹脂製シームレスベルトは、周方向の１％伸長時の引張荷重が２５Ｎ以上であって、平面度が０．　５ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１２】
本発明において「周方向の１％伸長時」とは、２５℃、６０％ＲＨ環境下で周方向のベルトの伸びが１％となったときをいう。
【００１３】
前記周方向の１％伸長時の引張荷重は、使用時の荷重で伸びが生じた場合ベルトのうねりが発生しないためには２５Ｎ以上であり、２７〜３２Ｎが好ましく、３３Ｎ以上がより好ましい。
【００１４】
前記周方向の１％伸長時の引張荷重は、ベルトの周方向を長手に取った１５０ｍｍ×１０ｍｍの試験片をテンシロン引張試験機にチャック間距離１００ｍｍで固定し、１ｍｍ伸張させた時の荷重を測定した値である。
【００１５】
本発明において「平面度」とは、上下に平行に配置した２本のロールにベルトをたるみなく架け渡し、そのロール上の中央部に位置するベルトの表面を幅方向にレーザー変位計で測定した基準位置（基準表面）からの距離の最大値をいう。具体的測定方法は、実施例に記載されている。
【００１６】
前記平面度は、中間転写ベルトとして用いる場合に良好な画像転写特性を有するためには０．５ｍｍ以下であり、−０．５〜０．３ｍｍが好ましい。
【００１７】
本発明のシームレスベルトは、湿度に影響されにくく安定した画像を形成するためには吸湿膨張係数が３０ＰＰＭ／％ＲＨ以下であることが好ましく、１５〜２５ＰＰＭ／％ＲＨがより好ましい。
【００１８】
前記吸湿膨張係数は、実施例に記載の方法で測定した値である。
【００１９】
本発明では、弾性率が小さくなるほどベルト厚みを厚くしなければならないため、弾性率が５ＧＰａ　〜１０ＧＰａ　のポリイミド系樹脂が用いられる。
【００２０】
このような要件を具備するためには、本発明のシームレスベルトは、ポリイミド系樹脂が、３　，３　’，４　，４　’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物とｐ−フェニレンジアミンからなる重合体もしくはそれらを主成分とする共重合体、またはピロメリット酸二無水物とベンジジン誘導体からなる重合体もしくはそれらを主成分とする共重合体を樹脂成分として含むことが好ましい。これらの剛直な繰り返し単位は、全樹脂中７０〜９５モル％含まれることが好ましい。共重合成分（柔軟成分）となるモノマーとしては、４　，４　’−ジアミノジフェニルエーテル（ＤＤＥ）、２　，２　’−ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］プロパン（ＢＡＰＰ）、１　，３　−ビス（３−アミノフェノキシ）ベンゼン（ＡＰＢ）等が好適に使用できる。このような柔軟成分（屈曲セグメント）のモル比を調整することにより、ガラス転移温度や弾性率、線膨張係数等の物性を制御することができる。
【００２１】
本発明においては、ポリイミド樹脂の原料として、ポリイミド樹脂前駆体であるポリアミド酸溶液を用いる。ポリアミド酸の一つの構成成分であるテトラカルボン酸二無水物としては、３　，３　’，４　，４　’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物またはピロメリット酸二無水物等が挙げられ、他方の構成成分であるジアミンとしては、ｐ−フェニレンジアミン、ベンジジン誘導体、４　，４　’−ジアミノジフェニルエーテル（ＤＤＥ）、２　，２　’−ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］プロパン（ＢＡＰＰ）、１　，３　−ビス（３−アミノフェノキシ）ベンゼン（ＡＰＢ）等が挙げられる。また、前駆体溶液の溶媒としては特に制限はないが、溶解性の点より有機極性溶媒が有用であり、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン等が使用される。
【００２２】
前記のテトラカルボン酸二無水物とジアミンとを有機極性溶媒中で反応させることにより、ポリアミド酸が得られる。モノマー濃度（溶媒中における酸成分とジアミン成分の濃度）は、種々の条件に応じて設定されるが、５〜３０重量％が好ましい。また、反応温度は、７５℃以下に設定することが好ましく、反応時間は０．　５〜１０時間が好ましい。重合反応の進行に従い溶液粘度が増大するため、粘度調整することができる。また、モノマ−濃度による粘度の調整も可能である。具体的には、粘度としては、１　〜１０００Ｐａ・ｓが好ましく、１０〜４００Ｐａ・ｓであるとより好ましい。
【００２３】
また、ポリイミド前駆体溶液（ポリアミド酸溶液）には、熱伝導性、導電性、帯電防止性、半導電性、高摺動性、高強度、高弾性等の種々の目的やその用途により適宜添加剤が加えられることが好ましい。例えば、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素、シリカ等の熱伝導性無機粉末やカーボンブラック、アルミニウム、ニッケル、酸化錫、チタン酸カリウム等の導電性乃至半導電性粉末、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）のフッ素樹脂およびポリビニルアルコールやポリビニルピロリドンおよび界面活性剤などの有機系添加剤等が挙げられる。なお添加剤の添加量は、本発明の目的を達成するためポリイミド樹脂１００重量部に対して２０〜５０重量部が加えられる。
【００２４】
本発明のシームレスベルトの製造方法は、まず、ポリイミド前駆体溶液を円筒状金型の内面に塗布して遠心成形し、自身が自己支持できるまで乾燥、固化された前駆体ベルトを得た後、その前駆体ベルトの内径よりも小さい外径を有する支持体に差し替えて、加熱処理してイミド転化させる工程を含む。
【００２５】
内面に塗布されたポリイミド前駆体溶液は遠心成形の高速回転により、脱泡、レベリングされ、厚みが均一で精度の良い樹脂層が得られる。回転数は、円筒状金型の内径にもよるが、通常５００〜２０００ｒｐｍ、好ましくは、８００〜１５００ｒｐｍである。乾燥、固化の時間は溶媒によっても異なるが、通常１００〜１５０℃で１０〜３０分くらいである。
【００２６】
このようにして得られた前駆体ベルトを、その内径よりも小さい外径を有する支持体に差し替えて、加熱処理してイミド転化させる工程を含む。その際、支持体としては、ベルトの抜け性がよいことが作業上必要なため、線膨張係数が前記ポリイミドの線膨張係数より大きいものが好ましく、ステンレス製やアルミニウム製のパイプが好適に用いられる。特に平面度を小さくするためには線膨張係数の大きいアルミニウム製のパイプが好適に用いられる。また、前駆体ベルトの収縮時に摩擦力を生じにくくする上で、支持体の表面粗さＲａが１〜３μｍのものが好適に用いられる。
【００２７】
また、支持体の外径は、前駆体ベルトの形状を保持しながら、適当な収縮を行わせる上で、前駆体ベルトの内径の０．２〜０．５％小さいことが好ましく、特に平面度を小さくするためには０．２〜０．３％小さいことがより好ましい。
【００２８】
なお、最終的なシームレスベルトの直径は１００〜７００ｍｍ程度が製造可能である。また、シームレスベルトの幅は、使用目的などによって通常決定されるが、２５０〜６５０ｍｍ程度が一般的である。
【００２９】
シームレスベルトの厚みは、前記引張荷重を調整する目的で約５０〜１５０μｍの範囲で適宜設定することができる。
【００３０】
加熱処理はイミド転化の目的で行われるが、本発明では、前駆体ベルトを支持体に差し替えた後、当該加熱処理によりベルトの幅方向に５〜１０％収縮させる。好ましい収縮率は、５〜７％である。加熱処理の温度は、ポリイミド系樹脂の種類により異なるが、通常３７０〜４２０℃である。また、加熱処理時間は、イミド転化が完結するまで行うのが好ましく、具体的には、２０〜６０分程度である。さらに、収縮による変形で平面度が悪くならないように、段階的な昇温も有効に使用することができる。
【００３１】
本発明のシームレスベルトは、複写機、レーザービームプリンター、ファクシミリなどの電子写真画像形成装置において、感光体ベルト、中間転写ベルト、転写搬送ベルト、定着ベルト又はそのベルト基材等として好適に使用できる。
【００３２】
ベルト基材として使用する場合でも、張力をかけたときにも周方向のうねり（波うち）がおこりにくく、湿度にも影響されにくいベルト基材となる。ベルト基材として使用する場合、感光層（複層型も含む）、離型層、プライマー層、導電体層などを積層形成すればよい。
【００３３】
本発明のシームレスベルトを感光体ベルト、中間転写ベルトおよび転写搬送ベルトに用いれば、ロール間でもうねり（波うち）がないため安定した画像の形成または転写が可能となる。
【００３４】
【実施例】
以下、本発明の構成と効果を具体的に示す実施例等について説明する。
【００３５】
なお、実施例等における物性および評価項目は下記のようにして測定を行った。
【００３６】
（周方向の１％伸長時の引張荷重）
ベルトの周方向を長手に取った１５０ｍｍ×１０ｍｍの試験片をテンシロン引張試験機にチャック間距離１００ｍｍで固定し、１ｍｍ伸張させた時の荷重を測定した。
【００３７】
（平面度）
上下に平行に配置したφ６０ｍｍの２本のロールに、荷重９８Ｎでベルトをたるみなく架け渡し、そのロール間の中央部に位置するベルトの表面を、ベルトの幅方向に端から端までレーザー変位計を移動させ、基準位置（基準表面）からの距離を測定し、ベルトの両端から５０ｍｍまでの表面を除くベルト表面の最大値を平面度とした。
【００３８】
（吸湿膨張係数）
１２０℃で１時間乾燥処理したベルトにつき、２５℃、１００％ＲＨ、２４時間の条件で吸湿させて、吸湿前の長さ（Ｌｏ）と吸湿後の長さ（Ｌ）を測定し、下記式：
吸湿膨張係数＝（Ｌ−Ｌｏ）／１００Ｌｏ
より算出した。
【００３９】
［実施例１］
窒素置換した５０００ｍＬの４つ口フラスコに、Ｎ−メチル−２　−ピロリドン２４１４ｇとｐ−フェニレンジアミン１６２．　２１ｇ（１　．５　モル）を仕込み、常温で撹拌させながら溶解した。次いで、３　，３　’，４　，４　’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物４４１．　３３ｇ（１　．５　モル）を添加し、一定時間撹拌しながら重合反応を行った。このポリアミド酸溶液を７５℃で２４時間加熱しながら撹拌することにより、Ｂ型粘度計による溶液粘度が１５０Ｐａ・ｓのポリアミド酸溶液（固形分濃度２０ｗｔ％）を得た。
【００４０】
得られたポリアミド酸溶液を、内径５００ｍｍで長さが７００ｍｍの円筒状シリンダーの内面に厚みが７００μｍになるように塗工し、回転成形機にて１２００ｒｐｍで２０分間遠心成形した。このシリンダーを２００℃の加熱炉で３０分間加熱し、冷却した後、前駆体ベルトをシリンダーから剥離した。得られた前駆体ベルトを、ベルトの内径より外径が０．３％小さく、線熱膨張係数が２３ｐｐｍ／℃で表面粗さＲａが１．６μｍのアルミパイプに差し替えて、３９０℃で２０分間加熱処理して、厚さが９０μｍのシームレスベルトを得た。
【００４１】
このときの平面度は０．　３ｍｍ、１　％伸長時の引張荷重は３０Ｎであった。また、吸湿膨張係数は２２ＰＰＭ／％ＲＨであった。このベルト上に感光層を設け、感光体ベルトとして使用したところ、ロール間でもうねりがなく、湿度を２０％ＲＨから８０％ＲＨの間で変化させてもうねりは生じることなく、画像形成用ベルトとして適したものだった。
【００４２】
［実施例２］
実施例１において、カーボンブラック（ＭＡ１００、三菱化学製、樹脂固形分１００部に対し２３部）を添加したこと以外は実施例１と同様にして、Ｂ型粘度計による溶液粘度が１６０Ｐａ・ｓのカーボンブラック含有ポリアミド酸溶液（固形分濃度２０ｗｔ％）を調製した。この溶液を用いて実施例１と同様にして、厚さが１１０μｍのシームレスベルトを得た。
【００４３】
このときの平面度は０．　３ｍｍ、１　％伸長時の引張荷重は２６Ｎであった。また、吸湿膨張係数は２６ＰＰＭ／％ＲＨであった。このベルト上に感光層を設け、感光体ベルトとして使用したところロール間でもうねりがなく、湿度を２０％ＲＨから８０％ＲＨの間で変化させてもうねりは生じることなく、画像形成用ベルトとして適したものだった。
【００４４】
［比較例１］
実施例１と同様にして、厚みが７５μｍのシームレスベルトを得た。このときの平面度は０．５ｍｍ、１　％伸長時の引張荷重は２３Ｎであった。また、吸湿膨張係数は２２ＰＰＭ／％ＲＨであった。このベルト上に感光層を設け、感光体ベルトとして使用したところ、ロール間で周方向にうねりが生じ、乱れた画像が形成された。
【００４５】
［比較例２］
窒素置換した５０００ｍＬの４つ口フラスコに、Ｎ−メチル−２−ピロリドン２４１４ｇとｐ−フェニレンジアミン１６２．　２１ｇ　（１　．５　モル）を仕込み、常温で撹拌させながら溶解した。次いで、３　，３　’，４　，４　’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物４４１．　３３ｇ（１　．５　モル）を添加し、一定時間撹拌しながら重合反応を行った。このポリアミド酸溶液を７５℃で２４時間加熱しながら撹拌することにより、Ｂ型粘度計による溶液粘度が１５０Ｐａ・ｓのポリアミド酸溶液（固形分濃度２０ｗｔ％）を得た。
【００４６】
実施例１と同様にして、厚さ１２５μｍのシームレスベルトを得た。このときの平面度は０．　４ｍｍ、１　％伸長時の引張荷重は２５Ｎであった。また、吸湿膨張係数は３５ＰＰＭ／％ＲＨであった。このベルト上に感光層を設け、感光体ベルトとして使用したところロール間でうねりは生じなかったが、湿度２０％ＲＨから８０％ＲＨの間で変化させると、うねりが生じ乱れた画像が形成された。