JP2012247802A - ナノチューブのバッキング層をもつ画像形成ベルト及びそのベルトを含む画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ベルト式感光体においてカールを防止する能動的電荷中和装置の必要性をなくすること。
【解決手段】画像形成装置２００の画像形成ベルト１００は、基層２０と、外側の画像形成層３０と、１つ又はそれ以上のカーボン・ナノチューブ５が内部に配置された内側のバッキング層１０とを含む。更に、バッキング層が、抗カール性バッキング層をさらに含むのが好ましい。
【選択図】図３Ａ

Description

本発明は、画像形成のための画像形成ベルトに関する。

有機的なベルト式感光体が、競合業者によって、モノクロ及びカラーの電子写真印刷製品に用いられている。ベルト式感光体の前面の能動的輸送層の溶液コーティングは、溶媒が蒸発するときにベルトにカール（曲がりぐせ）を引き起こす。抗カール性（anti-curl：カールになりにくくする性質）のバックコーティングがカール問題を低減するが、バックコーティングは、感光体の電気的消去のために透明であることを要する。典型的な導電性物質(例えばカーボンブラック)は光学的に吸収性があるため、バックコーティングに導電性充填材は用いられない。従って、能動的電荷中和装置が用いられて、バックコーティング上の電荷を取り除く（この電荷は、取り除かなければベルトの引きずりを増加させる）。こうした装置の必要性をなくすためには、透明で導電性の複合物がバックコーティングに望まれる。従って、本明細書での提案は、ゼロックス社及び競合業者の両方にとって価値あるものとなる。

米国特許第７０６０２４１号明細書

Ｘｅｒｏｘ ｉＧｅｎ３（商標）及びＮｕｖｅｒａ（商標）プリンタ内の感光体に用いられる裏面の透明なコーティングは絶縁性であるため、能動的電荷中和装置が、駆動ロール及びアイドラロールに接するベルト裏面の摩擦による静電荷蓄積を防ぐために必要であり、また、種々の電子写真用サブシステムのための重要なギャップを維持するバッカーバーに接するベルト裏面の摩擦に起因する静電荷蓄積を防ぐために必要である。

モノクロ及びフルカラーの電子写真印刷機内で用いられるベルト式の有機感光体の裏面は、駆動ロール及びアイドラロールによって絶えず接触されて擦られ、また、感光体と種々の電子写真サブシステムとの間の重要なギャップを維持するバッカーバーによって絶えず接触されて擦られている。感光体表面の能動層は、典型的には、高分子溶媒溶液によりコーティングされている。このコーティングは、透明な導電性の膜が基層の上面に付着している高分子基層に施される。溶剤がコーティングから蒸発するときに、ベルトに望ましくないカールを引き起こす応力がベルトに誘起される。カールする傾向に対抗するため、溶液コーティングが基層の裏に施される。これは抗カール性のバックコーティングと称される。バックコーティングは、裏面コーティングが正孔輸送分子の添加を必要としない場合を除いて、典型的には、前面コーティングのための輸送層ポリマーと同様なポリカーボネートから成る。従って、バックコーティングの厚さは、例えば約１５ｍｍ対約３０ｍｍというように、典型的には、表面コーティングのおよそ半分に過ぎない。
バッカーバーを押すように移動するベルトの裏面に作用するひきずり力を低減するために、通常は、添加剤が、潤滑性を増加させるように抗カール性のバックコーティング内に含まれる。典型的には、２〜４添加％の範囲内のシリカ又はテフロン（登録商標）等の添加剤が用いられる。マトリクスの高分子材料及び添加剤は絶縁性である傾向にあるため、抗カール性のバックコーティングは摩擦帯電による電荷であろう。帯電は、ベルトの裏面とバッカーバー等の固定部材との間の静電気の引きずり力を増加させる。帯電は、実際に駆動ロール上でのベルトのスリップを実際に引き起こすのに十分なものとなる。こうした問題を最小限にするために、能動的電荷中和装置が、抗カール性のバックコーティングの帯電レベルを減少させるために用いられる。ｉＧｅｎ３（商標）製品のために、抗カール性のバックコーティングと摩擦接触状態にある炭素繊維ブラシが、望ましくない摩擦電気の帯電を減少させるために電源と接続される。Ｎｕｖｅｒａ（商標）製品のためには、清掃することもできる導電性ロールが抗カール性のバックコーティングに接触している。

バックコーティング材料を十分に導電性にすることにより、抗カール性のバックコーティング上の電荷蓄積を最小限にする。このことにより、システムのコスト全体を増加させる能動的電荷中和装置の必要性をなくす。しかし、導電性のための従来の添加剤は光学的に吸収性（不透明）である傾向にある。さらに、導電性の浸透極限を実現するための添加％は、複合材料の機械的特性が損なわれるほど高い。

基層２０と、外側画像形成層３０と、内側バッキング層１０とを含む画像形成ベルト１００の立面斜視図である。 図１の矢印２の方向から見た画像形成ベルト１００の立面鳥瞰図である。 図２の線３に沿った、画像形成ベルト１００の断面図である。バッキング層１０を表わす。 図３Ａ内の参照番号３Ｂで表わされるバッキング層１０の一部の拡張又は拡大図である。 画像形成ベルト１００を含む画像形成装置２００の画像形成ベルト１００の部分立面図である。

従って、本発明によれば、画像形成ベルト１００は、基層２０と、外側画像形成層画像形成層３０と、抗カール性の内側バッキング層１０とを含む。次いで、抗カール性の内側バッキング層１０には、剥き出しのバッキング層表面１１と併せて、１つ又はそれ以上のカーボン・ナノチューブ５が配置されている。画像形成装置２００は画像形成ベルト１００を含む。画像形成装置２００は、１つ又はそれ以上に含まれる導電性バッカーバー４０（図４）、１つ又はそれ以上に含まれる接地ブラシ５０（図４）、又は導電性バッカーバー４０及び接地ブラシ５０のいずれかの組み合わせを用いて、バッキング層表面１１を接地源９（図４）に導電的に結合するように配置される。

ここで図１を参照すると、基層２０と、外側画像形成層３０と、内側バッキング層１０とを含む画像形成ベルト１００の独立した立面斜視図がある。外側画像形成層３０は、剥き出しの外部画像形成層表面３１を形成する。バッキング層１０は、次いで、剥き出しの内側バッキング層表面１１を形成する。バッキング層表面１１は、次いで、ベルト内側の中空部１を取り囲んで定める。さらに、画像形成ベルト１００の上に矢印２が示され、ベルトの中空部１に向かって下方を指している。

ここで図２を参照すると、図１の参照矢印２の方向から見た、画像形成ベルト１００の独立したトップダウンの立面鳥瞰図がある。図示されるように、参照線３が画像形成層表面３１及びバッキング層表面１１を横切っている。

ここで図３Ａを参照すると、図２の線３に沿った、画像形成ベルト１００の断面図がある。画像形成層３０と、基層２０と、バッキング層１０とが表わされる。図示されるように、バッキング層１０の一部が、参照番号３Ｂによって表わされる。

ここで図３Ｂを参照すると、図３Ａ内の参照番号３Ｂで表わされるバッキング層１０の一部の拡張又は拡大図がある。図示されるように、バッキング層１０には、１つ又はそれ以上のカーボン・ナノチューブ５が含まれている。

ここで図４を参照すると、画像形成ベルト１００を含む画像形成装置２００が表わされる。処理方向が矢印４により表わされる。処理方向４における画像形成ベルト１００の移動は、参照番号１０１で表わされる。図示されるように、画像形成装置２００は接地源９を含む。

１つの実施形態においては、画像形成装置２００はコピー機を含む。

別の実施形態においては、画像形成装置２００は印刷機を含む。

さらに別の実施形態においては、画像形成装置２００はファクシミリ機を含む。

さらに図４を参照すると、１つの実施形態において、画像形成装置２００は、１つ又はそれ以上に含まれる導電性のバッカーバー４０により、接地源９を画像形成ベルト１００のバッキング層表面１１に結合するように配置される。図示されるように、接地源９は第１接地パス９．１によりバッカーバー４０に結合される。バッカーバー４０は、次いで、バッキング層表面１１に接するように配置される。図４では、バッキング層表面１１とバッカーバー４０との接触は参照番号４９で表わされる。こうしたバッカーバー４０とバッキング層表面との接触４９の結果として、接地源９が画像形成ベルト１００のバッキング層表面１１に結合される。

さらに図４を参照すると、別の実施形態においては、画像形成装置２００は、１つ又はそれ以上に含まれる導電性の接地ブラシ５０により、接地源９を画像形成ベルト１００のバッキング層表面１１に結合するように配置される。図示されるように、接地源９は、第２接地パス９．２により接地ブラシ５０に結合される。接地ブラシ５０は、次いで、バッキング層表面１１に接するように配置される。図４では、バッキング層表面１１と接地ブラシ５０との接触は参照番号５９で表わされる。こうした接地ブラシ５０とバッキング層表面との接触５９の結果として、接地源９が画像形成ベルト１００のバッキング層表面１１に結合される。

さらに図４を参照すると、さらに別の実施形態においては、画像形成装置２００は、１つ又はそれ以上に含まれる導電性の接地装置６０により、接地源９を画像形成ベルト１００のバッキング層表面１１に結合するように配置される。図示のように、接地源９は、第３接地パス９．３により接地装置６０に結合される。接地装置６０は、次いで、バッキング層表面１１に接するように配置される。図４では、バッキング層表面１１と接地装置６０との接触は参照番号６９で表わされる。こうした接地装置６０とバッキング層表面との接触６９の結果として、接地源９が画像形成ベルト１００のバッキング層表面１１に結合される。

このようにして、電気的導電性及び光学的透明性の両方を有する複合材料内の高分子充填材としてカーボン・ナノチューブ５を内蔵する、有機的なベルト式感光体１００のための抗カール性のバックコーティング層１０が提示される。低い割合のカーボン・ナノチューブ５で得られた導電性は、バックコーティングが絶縁材料であるときに用いられる能動的電荷中和装置の必要性を排除する。光学的透明性は、サイクル処理の間、感光体１００を電気的に消去するためのバッキング層１０からの露光を可能にする。

ここで説明される通り、カーボン・ナノチューブ５が抗カール性のバックコーティング層１０に導電性を与えるために充填材として用いられる。カーボン・ナノチューブ（「ＣＮＴと略称することもある」）５は、原子の単層が、１〜１０ナノメートルまでのオーダーの直径で、数百マイクロメートルの長さの継ぎ目のない管の中に巻き込まれる新しいカーボンの分子形態を表わす。多層ナノチューブ（「ＭＷＮＴ」）は、１９９１年に、ＮＥＣ研究室のイイジマ氏により最初に発見された。２年後、彼は単一壁ナノチューブ（「ＳＷＮＴ」）を発見した。それ以来、ナノチューブは、世界中の研究者達の注目を集めてきた。ナノチューブは、並外れた電気的、機械的及び熱的な伝導特性を示す。ナノチューブは、ナノチューブのカイラリティ（chirality：ねじれ（ツイスト））に応じて、導電性又は半導電性のいずれかになり得る。それらは、鋼よりも遙かに高い降伏応力を有し、永久的な損傷を受けないでねじることができる。ＣＮＴの熱伝導率は銅よりも遙かに高く、ダイアモンドに匹敵する。ナノチューブは、炭素アーク放電、パルス化・レーザ蒸発、化学蒸着気相堆積（「ＣＶＤ」）及び高圧ＣＯを含む多数の方法により製造することができる。カーボンのみを含むナノチューブの変形体は、等量のホウ素及び窒素を有するナノチューブを含む。

カーボン・ナノチューブのアスペクト比（直径に対する長さの比）は非常に高いため、電気的導電性のための浸透極限（おおよそアスペクト比の逆数）は、カーボン・ブラック等の典型的な導電性充填材よりも遙かに低い。エポキシにＳＷＮＴを添加することに対する浸透上限は、０．１ｗｔ％から０．２ｗｔ％までに過ぎない。このレベルの添加では、マトリクス材料の他の特性に影響を及ぼさない。より高い添加になると、導電性は１０４倍に増加する。マサチューセッツ州０２１３８ ケンブリッジ スミス・プレイス３８所在のＨｙｐｅｒｉｏｎ Ｃａｔａｌｙｓｉｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ社が、導電性の高分子材料を必要とする種々の用途のために、ＭＷＮＴの複合材料を生産する。

マサチューセッツ州０２０３８ フランクリン マスター・ドライブ２所在のＥｉｋｏｓ社のＰａｕｌ Ｊ． Ｇｌａｔｋｏｗｓｋｉ氏による論文「Ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｂａｓｅｄ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｃｏａｔｉｎｇｓ」の開示は、文字通りに、同じ開示が十分にかつ完全にここで説明されているのと同じ効果をもって、引用によりここに組み込まれており（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｉｋｏｓ．ｃｏｍ／ａｒｔｉｃｌｅｓ／ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ＿ｃｏａｔｉｎｇｓ．ｐｄｆを参照されたい）、カーボン・ナノチューブ系の透明な導電性コーティングのためのＮａｎｏｓｈｉｅｌｄ（登録商標）技術を説明する。Ｅｉｋｏｓ社は、９５％の光学的透過率において、１０５オーム／スクエアの抵抗をもつコーティングを実証している。

注記：用語「ＮＡＮＯＳＨＩＥＬＤ」は、前述のＥｉｋｏｓ社の登録商標である。

さらに、２００６年６月１３日に同じＰａｕｌ Ｊ． Ｇｌａｔｋｏｗｓｋｉ氏に付与された「Ｃｏａｔｉｎｇｓ ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｆｏｒｍｉｎｇ ｓａｍｅ」という名称の米国特許第７，０６０，２４１号を参照されたいが、この特許の開示は、文字通りに、同じ開示が十分にかつ完全にここで説明されるのと同じ効果で、引用によりここに組み込まれる。

カーボン・ナノチューブ５を含む抗カール性のバックコーティング複合層１０を、コーティングと接触する導電性の接地ブラシ５０であるか、或いは、十分な導電性を有することができるバッカーバー４０等の接地された構成要素のいずれかにより接地して、バックコーティング層１０上のどのような電荷蓄積も継続的に放散することができる。

このように、本発明の第１の態様、即ち、基層２０と、外側画像形成層３０と、内側バッキング層１０とを含む画像形成ベルト１００が説明され、このバッキング層１０には、１つ又はそれ以上のカーボン・ナノチューブ５が配置されている。

画像形成ベルト１００の１つの実施形態においては、バッキング層１０の画像形成ベルト１００は、さらに抗カール性バッキング層を含む。

さらに、本発明の第２の態様、即ち、画像形成ベルト１００を含む画像形成装置２００が説明されており、この画像形成ベルト１００は、基層２０と、外側画像形成層３０と、内側バッキング層１０とを含み、このバッキング層１０には、１つ又はそれ以上のカーボン・ナノチューブ５が配置されている。

画像形成装置２００の１つの実施形態においては、画像形成ベルト１００のバッキング層１０は、さらに抗カール性バッキング層１０を含む。

画像形成装置２００の更なる実施形態においては、画像形成ベルト１００の内側バッキング層１０はバッキング層表面１１を含み、画像形成装置２００は、１つ又はそれ以上に含まれる導電性のバッカーバー４０により、バッキング層表面１１を接地源９に結合するように配置される。

画像形成装置２００の別の実施形態においては、画像形成ベルト１００の内側バッキング層１０はバッキング層表面１１を含み、画像形成装置２００は、１つ又はそれ以上に含まれる導電性の接地ブラシ５０により、バッキング層表面１１を接地源９に結合するように配置される。

画像形成装置２００のさらに別の実施形態においては、画像形成ベルト１００の内側バッキング層１０はバッキング層表面１１を含み、画像形成装置２００は、少なくとも１つの含まれる導電性バッカーバー４０を少なくとも１つの導電性接地ブラシ５０と併せて用いて、バッキング層表面１１を接地源９に結合するように配置される。

画像形成装置２００のさらに別の実施形態においては、画像形成装置２００はコピー機を含む。

画像形成装置２００のさらに別の実施形態においては画像形成装置２００は印刷機を含む。

画像形成装置２００のさらに別の実施形態においては、画像形成装置２００はファクシミリ機を含む。

１：ベルト内側の中空部
５：カーボン・ナノチューブ
９：接地源
９．１、９．２、９．３：接地パス
１０：内側バッキング層
１１：バッキング層表面
２０：基層
３０：外側画像形成層
３１：画像形成層表面
４０：バッカーバー
５０：接地ブラシ
６０：接地装置
１００：画像形成ベルト
２００：画像形成装置

Claims (5)

1. 画像形成ベルトを含む画像形成装置であって、
   前記画像形成ベルトが、基層と、外側の画像形成層と、１つ又はそれ以上のカーボン・ナノチューブが内部に配置された内側のバッキング層とを含む、
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記画像形成ベルトの前記バッキング層が、抗カール性バッキング層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記画像形成ベルトの前記内側バッキング層はバッキング層表面を含み、前記画像形成装置は、１つ又はそれ以上含まれる導電性のバッカーバーにより、前記バッキング層表面を接地源に結合するように配置されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記画像形成ベルトの前記内側バッキング層はバッキング層表面を含み、前記画像形成装置は、１つ又はそれ以上含まれる導電性の接地ブラシにより、前記バッキング層表面を接地源に結合するように配置されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
5. 前記画像形成ベルトの前記内側バッキング層はバッキング層表面を含み、前記画像形成装置は、少なくとも１つ含まれる導電性のバッカーバーを、少なくとも１つ含まれる導電性接地ブラシと併せて用いて、前記バッキング層表面を接地源に結合するように配置されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。

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