(57)【要約】      （修正有）【課題】表面硬度が高く耐傷性、耐摩耗性を向上させるとともに、引張弾性率や耐屈曲性が低下することのない高耐久の電子写真用ベルトを提供する。【解決手段】結着樹脂として分子鎖同士が架橋した構造を示すポリエーテルエーテルケトンを含んでなる樹脂組成物からなる樹脂層を有するとともに、室温下において該樹脂層から切り出した切片をその質量の150倍以上のメタンスルホン酸に浸漬し発振出力75W周波数28kHzの超音波で、１時間超音波処理した後、18時間浸漬したまま静置し、次いで、再び同条件で10分間の超音波処理後の不溶分が、最初に切り出した切片の70質量%以上である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
結着樹脂としてポリエーテルエーテルケトンを含んでいる樹脂層を有する電子写真用ベルトであって、
該樹脂層は、下記化学式１で示される構造を有し、かつ、
該樹脂層から切り出した切片を、該切片の質量の１５０倍以上の、温度が２５℃のメタンスルホン酸に浸漬し、発振出力が７５Ｗ、周波数が２８ｋＨｚである超音波を１時間印加し、その後、１８時間浸漬したまま静置し、次いで、再び、発振出力が７５Ｗ、周波数が２８ｋＨｚである超音波を１０分間印加したときの、該メタンスルホン酸中の不溶分の質量が、該切片の当初の質量の７０質量％以上であることを特徴とする電子写真用ベルト。
【化１】
2013120334.tif 000006
【請求項２】
請求項１に記載の電子写真用ベルトを備えていることを特徴とする電子写真装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式の画像形成装置に用いられる電子写真用ベルトおよび画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フルカラー画像の複写やプリントが可能な電子写真装置における画像形成方法として、中間転写ベルトを用いた方法が知られている。また、紙等の転写材をベルト状転写媒体に吸着搬送させながら、複数の感光体上のトナー像を転写材上に順次重ね合わせて転写していく方式、いわゆるタンデム方式の転写搬送方式なども知られている。
【０００３】
中間転写ベルトやベルト状転写媒体に用いられる電子写真用ベルトの構成材料として、ポリエーテルエーテルケトン（以降、「ＰＥＥＫ」ともいう）は好ましい材料である。すなわち、ＰＥＥＫは結晶性ポリマーであるものの、結晶化度を比較的容易に制御でき、非晶性ポリマーの性質も併せ持つ。そのため、耐摩耗性だけでなく、耐屈曲性にも優れた電子写真用ベルトの形成することができるためである。
特許文献１には、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を結晶化することで表面硬度を高めた中間転写ベルトが開示されている。また、特許文献１には、このような中間転写ベルトは、二成分現像剤を用いた電子写真装置に用いた場合にも、当該中間転写ベルトの表面への磁性キャリアに起因する傷の発生を抑制できることが開示されている。
【０００４】
ところで、近年の電子写真装置の高寿命化への要求に応えるべく、より耐久性の高い電子写真用ベルトが求められている。しかしながら、ＰＥＥＫの結晶化度は、４０％程度が上限であり、ＰＥＥＫを用いた電子写真用ベルトにおいて、結晶化度を向上させることによる長寿命化には限界がある。
【０００５】
一方、非特許文献１には、ＰＥＥＫを高温で熱処理して、架橋させることで、強度を向上させることができることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−０１５４９１号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Journal of Applied Polymer Science, Vol40 1615-1625 (1990)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明者らは、耐摩耗性に優れた電子写真用ベルトを得るべく、非特許文献１の技術を適用して電子写真用ベルトを作成することを試みた。しかしながら、得られた電子写真用ベルトの耐摩耗性は、満足のいくものではなかった。
そこで、本発明は、ＰＥＥＫを含み、かつ、表面硬度が高く、かつ、引張弾性率や耐屈曲性にも優れた電子写真用ベルトの提供に向けたものである。
また、本発明は、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画像形成装置提供に向けたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様によれば、結着樹脂としてポリエーテルエーテルケトンを含んでいる樹脂層を有する電子写真用ベルトであって、
該樹脂層は、下記化学式１で示される構造を有し、かつ、該樹脂層から切り出した切片を、該切片の質量の１５０倍以上の、温度が２５℃のメタンスルホン酸に浸漬し、発振出力７５W、周波数２８ｋＨｚの超音波を１時間印加し、その後、１８時間浸漬したまま静置し、次いで、再び同条件で１０分間超音波を印加したときの、該メタンスルホン酸中の不溶分の質量が、該切片の当初の質量の７０質量％以上である電子写真用ベルトが提供される。
【化１】
2013120334.tif 000002
また、本発明の他の態様によれば、上記の電子写真用ベルトを備えている電子写真装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、表面硬度が高く現像キャリア等に対する耐傷性、耐摩耗性を向上させつつ、引張弾性率や耐屈曲性が低下することのない耐久性に優れた電子写真用ベルトを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明により製造された電子写真用ベルトを、中間転写ベルトとして組み込んだ画像形成装置の構成の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明者らは、非特許文献１に記載の技術を適用して作成した電子写真用ベルトが、予期したほどの耐摩耗性を示さなかった理由について検討を行った。その結果、ポリエーテルエーテルケトン（以降、「ＰＥＥＫ」と略）を高温で加熱した場合、架橋反応の進行と同時に、高分子鎖の切断に高分子鎖の切断およびそれの結果としてのＰＥＥＫの分解が競争的に進行していることが一つの原因であることが判明した。
【００１３】
そこで、本発明者らは、ＰＥＥＫの高分子鎖の切断およびＰＥＥＫの分解を抑えつつ、高度にＰＥＥＫを架橋させることを目的として検討を重ねた。その結果、ＰＥＥＫを高濃度酸素雰囲気下で一定の温度範囲で加熱したときに、当該目的を良く達成できることを見出した。高酸素濃度雰囲気下でＰＥＥＫを加熱することで、上記の目的を良く達成できる理由は明らかでないが、高酸素濃度雰囲気下では熱エネルギーによって酸素ラジカルが発生し、当該酸素ラジカルによって架橋反応の進行が加速されるためであると推定している。
【００１４】
本発明者らは、かかる知見を、ＰＥＥＫを結着樹脂として含む電子写真用ベルトに適用し、耐摩耗性に極めて優れた電子写真用ベルトを得るに至った。
すなわち、本発明に係る電子写真用ベルトは、結着樹脂として下記化学式１で示される構造を有するポリエーテルエーテルケトン（以降、「ＰＥＥＫ」と略す）を含んでいる樹脂層を有する。
【化２】
2013120334.tif 000003
【００１５】
ＰＥＥＫとは、一般に、下記化学式２で示される繰り返し単位を有する樹脂であり、例えば、「ビクトレックスＰＥＥＫ」（商品名、ビクトレックス(VICTREX)社製）や「キータスハイア」（商品名、ソルベイアドバンストポリマー社製）として市販されている。
【化３】
2013120334.tif 000004
【００１６】
そして、上記化学式１で示される構造は、ＰＥＥＫの分子鎖同士が架橋した構造を示すものである。
【００１７】
また、本発明に係る樹脂層は、該樹脂層から切り出した切片を、該切片の質量の１５０倍以上の、温度が２５℃のメタンスルホン酸に浸漬し、発振出力が７５Ｗ、周波数が２８ｋＨｚである超音波を１時間印加し、その後、温度が２５℃のメタンスルホン酸中に１８時間浸漬したまま静置し、次いで、再び上記と同じ発振出力および周波数の超音波を１０分間印加したときのメタンスルホン酸中に残留している不溶分の質量が、該切片の当初の質量の７０質量％以上であるものである。かかる規定は、通常、ＰＥＥＫが可溶であるメタンスルホン酸に対する不溶分の割合が多く、架橋後においてもＰＥＥＫの高分子鎖の切断や分解が有効に抑えられていることを意味している。すなわち、架橋反応が、高分子鎖の切断、ＰＥＥＫの分解に優先して進行し、高分子量化が進んでいることを意味している。
【００１８】
上記したように、本発明に係る電子写真用ベルトは、化学式１で示したような架橋構造が発達してなり、高分子量化したＰＥＥＫを結着樹脂として含む。そのため、本発明に係る電子写真用ベルトは、現像キャリア等による傷がつきにくく、耐傷付き性、耐摩耗性が極めて高いものとなる。
【００１９】
本発明にかかる電子写真用ベルトを得るためには、上記化学式２で示されるユニットを有する一般的なＰＥＥＫを結着樹脂として含む電子写真用ベルトを、高濃度の酸素雰囲気下で加熱する。
【００２０】
ここで、酸素濃度としては３０体積％以上、特には、４０体積％以上が好ましい。上限としては、特に制限はないが、現実的には、７５体積％以下、特には５０体積％以下である。
【００２１】
また、上記酸素濃度雰囲気下での加熱温度としては、酸素ラジカルを良く発生させ、架橋反応を進行させるためには、４００℃以上、特には、４５０℃以上が好ましい。一方、ＰＥＥＫの高分子鎖の切断が、架橋反応の進行よりも優位となることを抑えるために、加熱温度は５２０℃以下、特には、５００℃以下とすることが好ましい。  
【００２２】
本発明に係るＰＥＥＫの架橋構造、すなわち、前記化学式１で示される架橋構造の確認は、赤外吸収分光法によって行うことができる。赤外吸収スペクトルで、ポリエーテルエーテルケトンのカルボニル基のＣ＝Ｏ伸縮振動に由来するピークは、１６５０〜１６６０ｃｍ−１に検出される。
【００２３】
一方で、化学式１で示される架橋構造ができた場合、このピークが、高波数側にシフトし、１７００〜１７４０ｃｍ−１にピークとして現れる。このため、赤外吸収スペクトルで、１７００〜１７４０ｃｍ−１にピークが検出されれば、化学式１で示される架橋構造を有していることが分かる。
【００２４】
１６５０〜１６６０ｃｍ−１に検出されるピーク強度を、１７００〜１７４０ｃｍ−１に検出されるピーク強度で除した値は、化学式１の架橋構造をとる割合に比例する値となる。そして、上記のピーク強度の比の値は、０．０３以上が好ましい。
【００２５】
また、架橋によって分子量が高くなっていることは、先に述べた通り、メタンスルホン酸に対する不溶分の割合によって確認することができる。通常のＰＥＥＫは、メタンスルホン酸に対して可溶である。一方、ＰＥＥＫが架橋し、高分子量化するとメタンスルホン酸に対して不溶化していく。一方、ＰＥＥＫの架橋の進行と競争的に高分子鎖の切断が進行し、高分子量化しなかった場合には、メタンスルホン酸に対して不溶化しにくい。
このため、メタンスルホン酸に浸漬したときのＰＥＥＫの不溶分の割合を検出することによって、分子量が高くなっているかを確認することができる。
【００２６】
本発明における、ＰＥＥＫのメタンスルホン酸不溶分の測定は、以下のように行った。
（１）室温下において、サンプル質量の１５０倍以上のメタンスルホン酸にサンプルを浸漬し、発振出力７５Ｗ、周波数２８ｋＨｚの超音波を１時間印加した。次いで、超音波印加を停止し、１８時間静置し、その後、再び同出力、同周波数の超音波を１０分間印加した。
（２）目開き５μｍのＰＴＦＥ製フィルターにて、上記（１）で得たメタンスルホン酸溶液をろ過し、濾物を回収し、質量を測定した。この質量の最初のサンプル質量に対する比（質量％）を算出した。
なお、電子写真用ベルトが、後述するように、ＰＥＥＫ以外の他の結着樹脂を含む場合は、適切な処理を施し、当該他の樹脂分の重量を除外して、ＰＥＥＫのメタンスルホン酸不溶分の算出を行うことができる。
【００２７】
本発明に係る電子写真用ベルトは、靱性などの特性改善のために、ＰＥＥＫ以外の結着樹脂を含んでいてもよい。但し、ＰＥＥＫの架橋反応の際の熱によっても分子鎖の切断や分解が生じにくいものを選択することが肝要である。
前記したＰＥＥＫの架橋条件においても、化学的に安定で、かつ、電子写真用ベルトの特性改善に有効に用い得る樹脂の例としては、例えば、ポリイミド樹脂等が挙げられる。
【００２８】
本発明に係る電子写真用ベルトに半導電性を付与するために、ＰＥＥＫ樹脂中に導電性フィラーを分散させてもよい。導電性フィラーとしては、導電性カーボンブラック、黒鉛粉末、金属粉末、および、表面を導電処理した酸化金属ウィスカーが挙げられる。
【００２９】
本発明の電子写真用ベルトの製造方法は、ベルト形状成形工程と架橋処理工程とからなる。まず、ベルト形状成形工程は、特に加工法に制限はないが、たとえば、ポリエーテルエーテルケトンを主成分とする樹脂組成物を、環状ダイスを備えた押出し機より連続溶融押出した環状フィルムを形成し、次いで所望の長さに切断してベルト形状に成形する方法を例示することができる。
【００３０】
本発明における電子写真用ベルトの表面硬度としては、０．４００ＧＰａ以上が好ましい。なお、ここでいう表面硬度とは、ナノインデンテーション法を用いて測定された表面硬度を意味する。ナノインデンテーション法を用いて測定した硬度（Ｈ）は、Ｈ＝０．０１０５７ＶＨＮ（ｋｇ／ｍｍ２）の式で、ビッカース硬度に変換することができる。本発明では、ナノインデンテーション法による表面硬度の測定には、ＭＴＳナノインスツルメンツ社製のＮａｎｏｉｎｄｅｎｔｅｒＸＰＷを測定装置として用いた。使用した圧子はバーコビッチ型圧子である。また、押し込み深さは２μｍとした。
【００３１】
＜電子写真装置＞
図１は、本発明の電子写真用ベルトを中間転写ベルトとして用いた場合の電子写真装置の概略説明図である。
すなわち、図１において、１はドラム状の電子写真感光体（以下「感光ドラム」ともいう。）であり、矢印Ａの方向に所定の周速度で回転駆動される。感光ドラム１は、回転過程において、一次帯電器２により所定の極性および所定の電位に帯電処理され、次いで不図示の像露光器からの露光３を受ける。Ｓ１は一次帯電器の電源である。このようにして、目的のカラー画像の第１の色成分（例えばイエロー成分像）に対応した静電潜像が形成される。
【００３２】
次に、その静電潜像が第１現像器４１（イエロー現像器）により第１色であるイエロー成分像に現像される。このとき、第２、第３および第４の現像器、すなわち、マゼンタ現像器４２、シアン現像器４３およびブラック現像器４４は作動しておらず、感光ドラム１には作用しない。よって、第１色のイエロー成分像は、マゼンタ現像器４２、シアン現像器４３およびブラック現像器４４による影響を受けない。
【００３３】
中間転写ベルト７は、ローラー６４、６５および６６に張架され、かつ、感光ドラム１に接するように配置され、矢印Ｂの方向に感光ドラム１と同じ周速度で回転駆動される。そして、感光ドラム１上に形成された第１色のイエロー成分像が、感光ドラム１と中間転写ベルト７とのニップ部を通過する過程で、中間転写ベルト７の表面に一次転写される。
【００３４】
一次転写は、バイアス電源Ｓ４から一次転写ローラー６２に印加される一次転写バイアス（トナーとは逆極性）によって形成される電界により行われる。
【００３５】
一次転写されずに感光ドラム１上に残留したイエロートナーは、クリーニング装置１３でクリーニングされる。以下同様に、第２色のマゼンタトナー画像、第３色のシアントナー画像および第４色のブラックトナー画像が順次中間転写ベルト上に重畳転写され、目的とするフルカラー画像が形成される。
【００３６】
中間転写ベルト７上に形成されたフルカラー画像は、転写材Ｐに二次転写される。転写材Ｐは、不図示のカセットから転写材供給ローラー１０および転写材ガイド１１を通過して中間転写ベルト７と二次転写ローラー６３とのニップ部に供給される。同時に二次転写バイアスがバイアス電源Ｓ５から二次転写ローラー６３に印加されることにより、転写材Ｐに中間転写ベルト７上のフルカラー画像が二次転写される。フルカラー画像が転写された転写材Ｐは定着器１４へ導入され、フルカラー画像が転写材Ｐに定着される。
【００３７】
また、二次転写の際に転写材に転写されずに中間転写ベルト７上に残留したトナーは帯電装置８により帯電され、感光ドラム１と中間転写ベルト７とのニップ部で感光ドラム１に移り、クリーニング装置１３により回収される。
【実施例】
【００３８】
以下、実施例をもって本発明を詳細に説明する。
【００３９】
（実施例１）
ＰＥＥＫ（Ｖｉｃｔｒｅｘ社製、商品名「ビクトレックスＰＥＥＫ３８１Ｇ」）１００質量部、および、導電性カーボンブラック（アセチレンブラック、電気化学工業製、商品名「デンカブラック」）２２質量部からなる樹脂ペレットを、一軸スクリュー押出機に供給し、円筒ダイスより溶融押出し、直径２３０ｍｍの円筒状のフィルムを得た。
得られた円筒状フィルムを円筒状の金型にはめ込み、酸素濃度３０体積%、温度４００℃の炉の中で５時間熱処理をすることでＰＥＥＫを架橋させ、厚みの平均値が１００μｍの無端ベルト（円筒状フィルム）を得た。
【００４０】
得られた無端ベルトを赤外分光法を用いて赤外吸収スペクトルを測定した。
その結果、１７２０ｃｍ−１付近に吸収ピークが確認され、しかも１６５０〜１６６０ｃｍ−１に検出されるピークに対する１７２０ｃｍ−１付近のピークの強度比は０．０３４であり、化学式１で示される架橋構造の存在が確認できた。
得られた無端ベルトをナノインデンテーション法を用いて測定した結果、表面硬度は０．４２２ＧＰａであった。
【００４１】
上記のようにして得られた無端ベルトを中間転写ベルトとして、磁性キャリアとトナーとを含む二成分現像剤を用いた電子写真装置に搭載し、耐久試験を行った。その結果、１００万枚画像出力後においても、中間転写ベルトの表面にはキャリア起因の傷や引張弾性率や耐屈曲性の不足が原因とみられるベルトの破断等は見られなかった。さらに、耐久試験を継続した結果、１０５万枚画像出力時にキャリア起因の傷を原因とする画像不良が発生した。
また、耐久試験をおこなった無端ベルトを、メタンスルホン酸に溶解し、その不溶分を測定すると７０質量％であった。
得られた結果を表１に示す。
【００４２】
（実施例２〜１２および比較例１〜９）
実施例１の熱処理前の円筒状フィルムを用いて、その後の熱処理条件を表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様に中間転写ベルトとしての無端ベルトを作製した。
さらに、作製した中間転写ベルトを電子写真装置に搭載して実施例１と同様な耐久試験を行った。実施例１〜１２、および比較例１〜９の結果を表１に示す。
【００４３】
（実施例１３）
実施例１と同様にＰＥＥＫ  １００質量部、導電性カーボンブラック  ２２質量部、さらにポリイミド樹脂(商品名：ＡＵＲＵＭ ＰＬ４５０Ｃ、三井化学社製) １０質量部からなる樹脂ペレットを、一軸スクリュー押出機に供給し、円筒ダイスより溶融押出し、直径２３０ｍｍの円筒状のフィルムを得た。
得られた円筒状フィルムを円筒状の金型にはめ込み、酸素濃度３０体積％、温度４００℃の炉の中に入れ、５時間加熱した。こうして、厚みの平均値が１００μｍの無端ベルト（円筒状フィルム）を得た。
【００４４】
得られた無端ベルトについて、実施例１と同様にして赤外吸収スペクトルを測定したところ、１７２０ｃｍ−１付近に吸収ピークが確認され、１６５０〜１６６０ｃｍ−１に検出されるピークに対する１７２０ｃｍ−１付近のピークの強度比は０．０４５であった。
また、得られた無端ベルトを実施例１と同様にして、ナノインデンテーション法を用いて測定した表面硬度は０．４１０ＧＰａであった。
【００４５】
上記のようにして得られた無端ベルトを中間転写ベルトとして、磁性キャリアとトナーとを含む二成分現像剤を用いた電子写真装置に搭載し、耐久試験を行った。
その結果、１００万枚の画像出力後においても、中間転写ベルトの表面にはキャリア起因の傷や引張弾性率や耐屈曲性の不足が原因とみられるベルトの破断等は見られなかった。さらに、引き続いて、耐久試験を継続した結果、１３０万枚の画像を出力した時点で、キャリア起因の傷に起因する画像不良が発生した。
【００４６】
また、耐久試験をおこなったベルトを、メタンスルホン酸に溶解し、その不溶分を測定すると７３質量％であった。
【００４７】
なお、メタンスルホン酸溶解成分中のＰＥＥＫとポリイミドとの分離は、メタンスルホン酸溶液をメタンスルホン酸と同量の蒸留水で希釈し、これをろ過して捕集した成分を蒸留水で洗浄、乾燥した。これは、ＰＥＥＫがメタンスルホン酸に溶解するが、メタンスルホン酸の濃度が下がると再凝集する性質があり、ポリイミドはメタンスルホン酸中では加水分解し、メタンスルホン酸濃度を下げても、再凝集しない性質を利用して、ＰＥＥＫのみを分離する作業である。
【００４８】
（実施例１４）
ポリイミド樹脂の量を２０質量部とした以外は、実施例１３と同様にして、厚みの平均値が１００μｍの無端ベルト（円筒状フィルム）を得た。
【００４９】
得られた無端ベルトを実施例１と同様にして赤外吸収スペクトルを測定したところ、１７２０ｃｍ−１付近に吸収ピークが確認され、１６５０〜１６６０ｃｍ−１に検出されるピークに対する１７２０ｃｍ−１付近のピークの強度比は０．０３８であった。
得られた無端ベルトをナノインデンテーション法を用いて測定した表面硬度は０．４０２ＧＰａであった。
【００５０】
上記のようにして得られた無端ベルトを中間転写ベルトとして、磁性キャリアとトナーとを含む二成分現像剤を用いた電子写真装置に搭載し、耐久試験を行った。その結果、１００万枚画像出力後においても、中間転写ベルトの表面にはキャリア起因の傷や引張弾性率や耐屈曲性の不足が原因とみられるベルトの破断等は見られなかった。
さらに、耐久試験を継続した結果、１１０万枚画像出力時にキャリア起因の傷を原因とする画像不良が発生した。また、耐久試験をおこなったベルトを、メタンスルホン酸に溶解し、その不溶分を測定すると７５質量％であった。なお、ＰＥＥＫとポリイミドとの分離操作は、実施例１３と同じ手法により行った。
【００５１】
得られた結果を表１に示す。
【００５２】
【表１】
2013120334.tif 000005
【符号の説明】
【００５３】
１  電子写真感光体（感光ドラム）
２  一次帯電器
３  露光
４１  第１現像器（イエロー現像器）
４２  第２現像器（マゼンタ現像器）
４３  第３現像器（シアン現像器）
４４  第４現像器（ブラック現像器）
６２  一次転写ローラー
６３  二次転写ローラー
６４  ローラー
６５  ローラー
６６  ローラー
７  中間転写ベルト
８  帯電装置
１０  転写材供給ローラー
１１  転写材ガイド
１３  クリーニング装置
１４  定着器
Ｓ１  一次帯電器の電源
Ｓ４  バイアス電源
Ｓ５  バイアス電源
Ｐ  転写材
【図１】
2013120334.tif 000007