(57)【要約】【課題】画像形成装置に用いる半導電性ベルトに関し、所定の強度および電気特性を有し、かつ、ベルト表面の凹凸を発生しにくく、さらに、表面抵抗率の面内バラツキが小さく、表面抵抗率の低下が小さいベルトを提供することをすることを目的とする。【解決手段】ベルトを構成する材料中に、ポリアニリンが５重量％以上５０重量％以下と、ポリアミドイミドが５重量％以上５０重量％以下とを含有することを特徴とする。ここで、ベルトの引張弾性率が、２０００ＭＰａ以上であることが好適であり、また、ベルトの表面抵抗率が、１×１０１０〜１×１０１４Ω／□であることが好適である。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベルトを構成する材料中に、ポリアニリンが５重量％以上５０重量％以下と、ポリアミドイミドが５重量％以上５０重量％以下とを含有することを特徴とする半導電性ベルト。
【請求項２】
前記半導電性ベルトの引張弾性率が、２０００ＭＰａ以上である特徴とする請求項１に記載の半導電性ベルト。
【請求項３】
前記半導電性ベルトの表面抵抗率が、１×１０１０〜１×１０１４Ω／□である特徴とする請求項１または２に記載の半導電性ベルト。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導電性ベルトに関するもので、例えば、電子写真複写機、プリンター、ファクシミリ、これらの複合機等の電子写真方式を用いた画像形成装置に用いる中間転写体などとして特に有用である。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子写真方式を用いた画像形成装置は、無機または有機材料を主成分とする光導電性感光体からなる像担持体上に一様な電荷を形成し、画像信号を変調したレーザー光等で静電潜像を形成した後、帯電したトナーで前記静電潜像を現像して可視化したトナー像とする。そして、上記トナー像は中間転写体を介して、あるいは直接記録紙等の転写材に静電的に転写することにより所要の再生画像を得る。特に、上記像担持体に形成したトナー像を中間転写体に一次転写し、さらに中間転写体上のトナー像を記録紙に二次転写する方式を採用した画像形成装置が知られている（例えば特許公報１参照）。また、上記像担持体に形成したトナー像を直接記録紙に転写する方式を採用した画像形成装置が知られている（例えば特許公報２参照）。
【０００３】
画像形成装置のベルトに用いられる材料としては、ＰＣ（ポリカーボネイト樹脂）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、ＰＡＴ（ポリアルキレンフタレート）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）などが提案されている（例えば特許公報３参照）。また、ポリマーブレンド系として、ＰＣ／ＰＡＴ、ＥＴＦＥ（エチレンテトラフロロエチレン共重合体）／ＰＣ、ＥＴＦＥ／ＰＡＴ、ＰＣ／ＰＡＴなどの提案がなされている（例えば特許公報４参照）。さらに、ポリエステルなどの織布と弾性部材とを積層してなる補強材入り弾性ベルトが提案されている（例えば特許公報５参照）。
【０００４】
このような材料に導電性を付与するには、組成材料中に電子伝導性を付与する導電剤（カーボンブラックやグラファイトなど）を添加する方法が提案されている（例えば特許公報６参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６２−２０６５６７号公報
【特許文献２】
特開平９−１４６３８６号公報
【特許文献３】
特開平０６−０９５５２１号公報
【特許文献４】
特開平６−１４９０８３号公報
【特許文献５】
特開平９−３０５０３８号公報
【特許文献６】
特開平５−７７２５２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、画像形成装置のベルトの要求としては、耐クリープ性が高く、靭性が高く簡単にヒビ割や亀裂が発生しにくく、降伏伸度が大きく回復性に優れ、使用環境（温度／湿度）による寸法変化が小さく、難燃性であり、低コストなどが挙げられる。上述の材料に関しては、こうした要求に対して全てを満たすものは非常に少ないのが実情である。
【０００７】
例えば、ＰＣは耐屈曲疲労性が悪いために長期使用により、ヒビや割れを生じる問題があり、耐久性が悪いという問題がある。また、トナーの離型性が悪いためにトナーがベルト表面に固着して、画像に悪影響を与える問題がある。ＰＡＴは、耐候性が不足しているため、画像形成装置内で発生するオゾンや紫外線による劣化を起こし、繰り返し使用することにより脆くなり、最終的にはヒビ割れや亀裂を発生しまうという問題がある。ＰＶＤＦやＥＴＦＥは、耐クリープ性が悪いために、繰り返し使用することによりベルトの張力が低下して、色ずれ（複数色のトナーを重ねて転写する時に、色間での転写位置がずれて、所望のようにトナーが重ならないこと）の原因となり、最終的には駆動ローラ部でスリップを起こして駆動不能となる場合がある。また、ＰＣ／ＰＡＴなどのブレンド材料を用いても、個々に同様の問題が発生するおそれがあり、信頼性の面で課題がある。
【０００８】
これら問題点をカバーする材料としては、ＰＩが挙げられ一般的に多用されている。通常、ポリイミド前駆体のポリアミド酸の溶液を円筒状型の内面にディスペンサーにより塗布した後、回転遠心によりレベリング、加熱によりイミド転化によって製造され、円筒状のベルトを得ることができる。しかしながら、加熱されることで溶剤が蒸発するときにベルト表面に凹凸が発生し、この凹凸部分が画像に悪影響を与える問題がある。さらに、半導電性を付与するために、前記ポリイミド前駆体中にカーボンブラックを分散したポリアミド酸の溶液を同様な方法で円筒状のベルトを作製しても、カーボンブラックを均一に分散させることが難しいため、ブラックカーボンの凝集による微小な凹凸が発生したり、表面抵抗率などの電気特性値の面内バラツキが大きいことや抵抗値の電圧依存性が大きいため、転写部において、電界集中がおき、転写電圧により、電気抵抗値が低下する問題がある。
【０００９】
本発明は、こうした諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、主に電子写真方式を用いた画像形成装置内の中間転写ベルトや搬送用ベルトなどに用いられる半導電性ベルトにおいて、カーボンブラックを含有するＰＩベルトと同等の特性を有し、かつ、ベルト表面の凹凸を発生しにくく、さらに、表面抵抗率の面内バラツキが小さく、表面抵抗率の低下が小さいベルトを提供することを目的とする。
【００１０】
【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、各種半導電性ベルトについて鋭意研究したところ、以下の手段により解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明は、半導電性ベルトであって、ベルトを構成する材料中に、ポリアニリン（ＰＡｎ）が５重量％以上５０重量％以下と、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）が５重量％以上５０重量％以下とを含有することを特徴とする。かかる半導電性ベルトによって、カーボンブラックを含有するＰＩベルトと同等の特性を有し、かつ、ベルト表面の凹凸を発生しにくく、さらに、表面抵抗率の面内バラツキが小さく、表面抵抗率の低下が小さい半導電性ベルトを提供することができる。
【００１２】
このとき、前記半導電性ベルトの引張弾性率が、２０００ＭＰａ以上であることが好適である。ベルトの寸法安定性を確保し、画像形成装置内に組み込んで稼動した場合においても安定した鮮明な画像を得ることができる。
【００１３】
また、前記半導電性ベルトの表面抵抗率が、１×１０１０〜１×１０１４Ω／□であることが好適である。こうした適正な範囲内にあるベルトによって、画像形成装置における中間転写体等の特性を確保しつつ、トナーの飛散や転写時の電荷の残留を抑制し、画像不良ムラ等を防止することができる。
【００１４】
【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。
本発明は、半導電性ベルトであって、ベルトを構成する材料中に、ポリアニリン（以下「ＰＡｎ」という。）が５重量％以上５０重量％以下と、ポリアミドイミド（以下「ＰＡＩ」という。）が５重量％以上５０重量％以下とを含有することを特徴とする。つまり、主な組成材料としてＰＡＩと電子伝導性を付与するＰＡｎで構成されている。ここで、電子伝導性を付与するＰＡｎは、５重量％以上５０重量％以下が好適であり、好ましくは７重量％以上４０重量％以下、さらには１０重量％以上２５重量％以下が好ましい。また、ＰＡＩは、５重量％以上５０重量％以下が好適であり、好ましくは７重量％以上４０重量％以下、さらには１０重量％以上２５重量％以下が好ましい。
【００１５】
つまり、ＰＡｎの含有量が５重量％未満であると表面抵抗率が適正範囲より高くなり、一方、５０重量％を超えると、引張弾性率が適正範囲よりも低くなり寸法安定性が乏しく、最終的にはテンションがゆるみ駆動ロール部で空回りしてしまう。また、ＰＡＩが５重量％未満では、引張弾性率が適正範囲よりも低くなり、一方、５０重量％を超えると、表面抵抗率が適正範囲よりも低くなり、最終的に半導電ベルトとして使用できなくなる。
【００１６】
本発明の画像形成装置に用いる半導電ベルトは、機械的要求特性である引張弾性率の領域として２０００ＭＰａ以上であることが好適であり、電気的要求特性である表面抵抗率の領域として１×１０１０〜１×１０１４Ω／□の範囲であることが好適である。
【００１７】
つまり、半導電性ベルトの引張弾性率が、２０００ＭＰａ以上であることが好適である。引張弾性率が２０００ＭＰａよりも低くなると、ベルトの伸び率が高くなり、寸法安定性が乏しくなるために、画像形成装置内に組み込んで稼動すると徐々にベルトが伸びてしまい、最終的にはテンションがゆるみ駆動ロール部で空回りしてしまうこととなる。
【００１８】
ここで、本発明の半導電性ベルトにおける引張弾性率は、ＪＩＳ  Ｋ６３０１に準じて、ダンベル３号の打ち抜き試験片（幅５ｍｍ）について調べた（例えば、オリエンテック社製、ＵＴＭ１０００等）。具体的には、サンプル長手方向に打抜き、チャック間距離３０ｍｍ、引張速度１００ｍｍ／ｍｉｎ、破断強度を総厚絶対値として、弾性率をポリイミド断面積で換算した測定値を基準にした。
【００１９】
また、半導電性ベルトの表面抵抗率が、１×１０１０〜１×１０１４Ω／□であることが好適である。表面抵抗が低くなるとトナーのチリ（飛び散り）が起こり、画質が粗くなってしまうおそれがある一方、表面抵抗が高すぎると転写時の電荷がベルトに残り、画像ムラをおこすおそれがあるため、中間転写体として適正な範囲内にあることが望まれる。画像形成装置等において、像保持体から中間転写体にトナー像が転写されるとき、中間転写体は絶縁体的な働きをして形成された電荷が有効にトナーに働く一方、中間転写体へ転写されたトナーが持っている静電気は転写効率や画像に大きな影響を与えることがあり、中間転写体にわずかな導電性を保持させることができれば、記録紙等に転写する前にこの静電気は転写体を介してアースに逃げて、中間転写における静電気の影響はほとんどなくなる。その場合の表面抵抗率は、１×１０１０〜１×１０１４Ω／□の範囲であるのが好ましい。
【００２０】
ここで、表面抵抗率は、円形電極（例えば、三菱油化（株）製ハイレスターＩＰのＨＲプローブ等）を用い測定することができる。具体的には、例えば、図１に示す円形電極を用いて測定することができる。図１は、表面抵抗率を測定する円形電極の一例を示す概略平面図（ａ）及び概略断面図（ｂ）である。図１に示す円形電極は、第一電圧印加電極１と板状絶縁体２とを備える。第一電圧印加電極１は、円柱状電極部３と、該円柱状電極部３の外径よりも大きい内径を有し、且つ円柱状電極部３を一定の間隔で囲む円筒状のリング状電極部４とを備える。第一電圧印加電極１における円柱状電極部３及びリング状電極部４と板状絶縁体２との間に中間転写体５を挟持し、第一電圧印加電極１における円柱状電極部３とリング状電極部４との間に電圧Ｖ（Ｖ）を印可したときに流れる電流Ｉ（Ａ）を測定し、下記式（１）により、中間転写体５の表面抵抗率ρｓ（Ω／□）を算出することができる。
ρｓ＝π×（Ｄ＋ｄ）／（Ｄ−ｄ）×（Ｖ／Ｉ）    ……式（１）
ここで、下記式（１）中、ｄ（ｍｍ）は円柱状電極部３の外径を示す。Ｄ（ｍｍ）はリング状電極部４の内径を示す。
【００２１】
次に、本発明において用いるＰＡＩは大区分すると芳香族ＰＡＩと脂肪族ＰＡＩに分類できる。本発明においては、特に限定しないが、分子構造が剛直でベルトの機械特性に優れた芳香族ＰＡＩが好ましく用いられる。具体的には、Ｐ−フェニレンジアミン、４，４’−ジアミノジフェニル、４，４’−ジアミノジフェニルメタン、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル等の有機ジアミンとトリメリット酸無水物などのトリカルボン酸無水物の反応によって製造できる。また、本発明においては、市販のポリイミドアミドを材料とすることもできる。
【００２２】
また、本発明において用いるＰＡｎは、一般式（化１）で表されるキノンジイミン構造単位及びフェニレンジアミン構造単位を主たる繰り返し単位として有し、脱トープ状態において溶剤に可溶性のポリアニリンである。
【化１】
2004277455.tif 000002
（式中、ｍ及びｎはそれぞれ繰り返し単位中のキノンジイミン構造単位及びフェニレンジアミン構造単位のモル分率を示し、０＜ｍ＜１、０＜ｎ＜１、ｍ＋ｎ＝１である。）
【００２３】
このようなポリアミドをキノンジイミン・フェニレンジアミン型ポリアニリンということがある。このようなポリアニリンの性質と製造については、特開平３−２８２２９号公報に詳細に記載されている。
【００２４】
本発明によれば、前述したように、ポリアミド酸とポリアニリンとを含む製膜溶液を調製し、この製膜溶液を円筒状型の内面にディスペンサーにより塗布、回転遠心によりレベリング、加熱によりイミド転化することによりポリアミドイミドとのポリマーブレンドした円筒状のベルトを得ることができる。次いで、ポリアニリンをドーピングして導電性を与えることができるドーパントによって上記ベルトをドーピングすることによって、得られるベルトの表面抵抗率は１×１０１０〜１×１０１４Ω／□になる。ドーパントの方法に関しては特開平３−２８２２９号公報に詳細に記載されているが、プロトン酸を好ましく用いることができる。
【００２５】
こうした構成からなる半導電性ベルトによって、ＰＩを主成分としカーボンブラックを均一に分散することができた半導電性ベルトと同等の機械的・電気的な特性を有するベルトを得ることができる。つまり、電子写真複写機等の画像形成装置に用いる中間転写体などに適した半導電性ベルトを供給することができる。詳しくは、潜像担持体上に形成したトナー像を一旦中間転写体に転写した後、これを用紙等の被転写体に転写して再生画像を得るようにした画像形成装置用の半導電性ベルトが該当する。また、潜像担持体上に形成したトナー像を用紙等の被転写体に転写するために被転写体を搬送するために用いる半導電性ベルトが該当する。
【００２６】
以上は、主に電子写真複写機等の画像形成装置に用いる中間転写体などに適した半導電性ベルトについて述べたが、同様の技術は、その他広範囲な分野への用途展開も可能である。
【００２７】
【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。なお、実施例等における評価項目は下記のようにして測定を行った。ただし、これら各実施例は、本発明を制限するものではない。
【００２８】
＜参考例１＞
（１）アニリンの酸化重合によるドープ状態のポリアニリンの製造方法。以下に、その一例を示す。
攪拌装置、温度計及び直管アダプターを備えた１０リットル容量セパラブル・フラスコに蒸留水６０００ｇ、３６％塩酸３６０ｍｌ及びアニリン４００ｇ（４．２９５モル）をこの順序にて仕込み、アニリンを溶解させた。別に、氷水にて冷却しながら、ビーカー中の蒸留水１４９３ｇに９７％濃硫酸４３４ｇ（４．２９５モル）を加え、混合して、硫酸水溶液を調製した。この硫酸水溶液を上記セパラブル・フラスコに加え、フラスコ全体を低温恒温槽にて−４℃まで冷却した。次に、ビーカー中にて蒸留水２２９３ｇにペルオキソ二硫酸アンモニウム９８０ｇ（４．２９５モル）を加え、溶解させて、酸化剤水溶液を調製した。フラスコ全体を低温恒温槽で冷却して、反応混合物の温度を−３℃以下に保持しつつ、撹枠下にアニリン塩の酸性水溶液に、チュービングポンプを用いて、直管アダプターから上記ペルオキソ二硫酸アンモニウム水溶液を１ｍｌ／分以下の割合にて徐々に滴下した。最初、無色透明の溶液は、重合の進行に伴って緑青色から黒緑色となり、次いで、黒緑色の粉末が析出した。この粉末析出時に反応混合物において温度の上昇がみられるが、反応系内の温度を−３℃以下に抑えた。かくして、７時間を要して、ペルオキソ二硫酸アンモニウム水溶液の滴下を終了した後、更に１時間、−３℃以下の温度にて攪拌を続けた。得られた粉末を濾別し、水洗、アセトン洗浄し、室温で真空乾燥して、硫酸にてドープされた導電性ポリアニリン４３０ｇを黒緑色の粉末として得た。
【００２９】
（２）ドープ状態の導電性ポリアニリンのアンモニアによる脱ドーピング方法。以下に、その一例を示す。
上記ドープされた導電性ポリアニリン粉末３５０ｇを２Ｎアンモニア水４リットル中に加え、オートホモミキサーにて回転数５０００ｒｐｍにて５時間攪拌した。混合物は、黒緑色から青紫色に変化した。ブフナー漏斗にて粉末を濾別し、ビーカー中に攪拌しながら、蒸留水にて濾液が中性になるまで繰り返し洗浄し、続いて、濾液が無色になるまでアセトンにて洗浄した。この後、粉末を室温にて１０時間真空乾燥して、黒褐色の脱ドープされたポリアニリン粉末２８０ｇを得た。
【００３０】
＜参考例２＞
以下に、ポリアミドイミド原液の調整方法の一例を示す。
トリメリット酸無水物と４，４’−ジアミノジフェニルメタンとの当量をＮ−メチルピロリドンに溶解し、加熱反応し固形分濃度２０重量％の芳香族ポリアミドイミド溶液を得た。
【００３１】
＜実施例１＞
Ｎ−メチル−２−ピロリドン１８０ｇにフェニルヒドラジン２．９８ｇを溶解させ、次いで、参考例１にて得られたポリアニリン粉末２０ｇをこれに溶解させて、１０重量％濃度の脱ドープ状態のポリアニリン溶液を得た。次いで、このポリアニリン溶液に参考例２にて得られたポリアミドイミド原液を１００ｇ添加し、１時間攪拌して、脱ドープ状態のポリアニリンとポリアミドイミド製膜溶液を得た。
この製膜溶液を用いて、次のようにしてベルトの製膜をした。即ち、上記製膜溶液を、円筒金型内面に弾丸状走行体を用いて均一な厚みになる様に塗布後、次に、２５０ｒｐｍで回転させながら、金型の外側より６０℃の熱風を３０分間あてた後，１５０℃で２０分間、２００℃で２０分間、２５０℃で２０分間、最後に３００℃で２０分間加熱し溶剤除去とイミド化を行った後室温に戻し、樹脂ベースでポリアミドイミド５０重量％とポリアニリン５０重量％とからなる厚み７５μｍのベルトを得た。次いで、蒸留水４００ｇにメタンスルホン酸（ドーパント）１００ｇを溶解させ、これにメタノール５００ｇを加えて、ドーパント溶液を調製した。このドーパント溶液に上記ベルトを室温にて１０分間浸潰してドーピングした。
このようにして得られた半導電性ベルトの表面抵抗率を測定したところ１．０５×１０１１Ω／□であった。また、引張弾性率は、２０１０ＭＰａであった。
【００３２】
＜実施例２＞
Ｎ−メチル−２−ピロリドン９８．９５ｇにフェニルヒドラジン２．９８ｇを溶解させ、次いで、参考例１にて得られたポリアニリン粉末１．０５ｇをこれに溶解させて、およそ１．０５重量％濃度の脱ドープ状態のポリアニリン溶液を得た。次いで、このポリアニリン溶液に参考例２にて得られたポリアミドイミド原液を１００ｇ添加し、１時間攪拌して、脱ドープ状態のポリアニリンとポリアミドイミド製膜溶液を得た。
この製膜溶液を用いて、実施例１のようにしてベルトの製膜をした。ベルトは、樹脂ベースでポリアミドイミド９５重量％とポリアニリン５重量％とからなる厚み７５μｍのベルトを得た。次いで、蒸留水４００ｇにメタンスルホン酸（ドーパント）１００ｇを溶解させ、これにメタノール５００ｇを加えて、ドーパント溶液を調製した。
このドーパント溶液に上記ベルトを室温にて１０分間浸漬してドーピングした。このようにして得られた半導電性ベルトの表面抵抗率を測定したところ９．９６×１０１３Ω／□であった。また、引張弾性率は、５５００ＭＰａであった。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、本発明による半導電性ベルトは、ポリアミドイミドと導電性ポリアニリンとのポリマーブレンドからなり、ポリアミドイミド内のポリアニリン量を調整することにより表面抵抗率や引張弾性率を自由にコントロールすることができ、電子写真方式を用いた画像形成装置内に用いる中間転写ベルトや搬送ベルトなどの半導電性ベルトとして用いることができる。
【００３４】
すなわち、かかる半導電性ベルトによって、カーボンブラックを含有するＰＩベルトと同等の特性を有し、かつ、ベルト表面の凹凸を発生しにくく、さらに、表面抵抗率の面内バラツキが小さく、表面抵抗率の低下が小さい半導電性ベルトを提供することができる。
【００３５】
このとき、引張弾性率が、所定値以上であることから、ベルトの寸法安定性を確保し、画像形成装置内に組み込んで稼動した場合においても安定した鮮明な画像を得ることができる。
【００３６】
また、前記半導電性ベルトの表面抵抗率が適正な範囲内にあることによって、画像形成装置における中間転写体等の特性を確保しつつ、トナーの飛散や転写時の電荷の残留を抑制し、画像不良ムラ等を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るベルトの表面抵抗率を測定する方法を示す説明図
【符号の説明】
１  第１印加電極
２  板状絶縁体
３  円柱状電極部
４  リング状電極部
５  中間転写体
【図１】
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