JP2005062695A - 電子写真装置の弾性部材用エラストマー組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の課題は、優れた機械的電気的性質を有し、かつ環境変化や経時によってもその性質が殆ど変化しないような電子写真装置の弾性部材を与えるエラストマー組成物を提供することにある。
【解決手段】 エピクロルヒドリンゴム（ＥＣＯ）と、クロロプレンゴム（ＣＲ）および／またはニトリルゴム（ＮＢＲ）とを９５：５〜５：９５の質量比率で混合されている混合物を主体とする電子写真装置の弾性部材用エラストマー組成物を提供する。
上記組成物にあってはＣＲの抵抗値をＥＣＯによって下げるので、抵抗調整が容易で、ばらつきを小さく抑えることが出来、またＥＣＯの硬度をＣＲあるいＮＢＲで低くするので弾性の良好な材料となる。

Description

本発明は、電子写真装置の弾性部材用エラストマー組成物に関するものである。

〔従来の技術〕
この種のエラストマー組成物としては、従来からエピクロルヒドリンゴム（ＥＣＯ）やクロロプレンゴム（ＣＲ）が使用されている（例えば特許文献１〜３参照）。電子写真装置の弾性部材としては、転写ベルト、転写ロール、定着ベルト、中間転写ベルト、中間転写ロール等のベルト部材やロール部材があるが、静電気の発生を防ぐため電気抵抗が低いことが望ましい。上記ゴムの電気抵抗を低くするには、通常カーボン粉末やイオン導電材が混合される。

特開２００１−３１２１５９（項番号〔００２７〕，〔００３７〕） 特開２００２−２１２４１３（項番号〔０００２〕，〔０００３〕） 特開２００２−２２６７１１（項番号〔０００２〕，〔０００３〕）

ＣＲは電気抵抗が１０〜１２ logΩcmと高く、低抵抗にするためにはカーボン粉末やイオン導電材を多量に混合する必要がある。しかしカーボン粉末は一般に上記ゴム類には均一に混練することが困難であるため、カーボン粉末を多量に混合して抵抗が均一な弾性部材を得ることは非常に困難である。
一方イオン導電材はゴム類と均一に混練し易く抵抗を均一にすることは容易であるが、吸湿性があり、多量に添加すると導電性が温度、湿度等の環境要因に影響され易くなる。更にイオン導電材は均一に混合してもその後ブリードし易いと云う問題点がある。
一方、ＥＣＯは電気抵抗が５．５〜６ logΩcmと低く、カーボン粉末やイオン導電材を多量に混合する必要がない。しかしＥＣＯは硬度が高く弾性に乏しいと云う問題点がある。

本発明は、上記従来の課題を解決するための手段として、エピクロルヒドリンゴムと、クロロプレンゴムおよび／またはニトリルゴムとが９５：５〜５：９５の質量比率で混合されている混合物を主体とする電子写真装置の弾性部材用エラストマー組成物を提供するものである。
上記混合物には導電材が混合されていることが望ましく、また上記導電材は無機導電性粉末および／またはイオン導電材であることが望ましい。
上記無機導電性粉末は、上記混合物１００質量部に対して１〜８０質量部配合されていることが望ましく、また上記無機導電性粉末は、粒径６０μｍ以下、ＤＢＰ吸油量が１８０ml／１００ｇ以下で、比表面積１５０ｍ² ／ｇ以下であるカーボン粉末であることが望ましい。
上記イオン導電材は、上記混合物１００質量部に対して０．１〜５質量部配合されていることが望ましく、また上記イオン導電材は第４級アンモニウム塩であることが望ましい。この場合上記第４級アンモニウム塩は１分子中に少なくとも１個のフェニル基を含んでいることが望ましい。
更に上記混合物１００質量部に対して無機充填材が１〜２００質量部配合されていることが望ましく、この場合上記無機充填材の表面はシランカップリング剤によって処理されていることが望ましい。
通常上記混合物の体積固有抵抗率は、５００Ｖ印加時６〜１３ logΩcmの範囲に設定する。

〔作用〕
本発明では、体積固有抵抗率１０〜１２ logΩcmのＣＲに、体積固有抵抗率５．５〜６ logΩcmのＥＣＯを添加することで、ＣＲからＥＣＯの間の導電性（１０〜１２ logΩcmから５．５〜６ logΩcmの間）を任意に得ることが出来る。ＣＲとＥＣＯとは相分離を起すことなく均一に混合することが出来るので、抵抗のばらつきを小さくすることが出来る。抵抗の微調節は均一に混合可能な範囲の量で無機導電性粉末やイオン導電材等の導電材を添加することによる。
また、無機導電性粉末を添加した場合、抵抗値の環境変動、特に低温低湿での高抵抗化を抑制することができる。
またイオン導電材を混合する場合でも、本発明のエラストマー組成物はＥＣＯによって抵抗を低く調節されているから、イオン導電材の混合量を環境要因に影響されず、またブリードを起さない程度の量にすることが出来る。
ＥＣＯはこのように低抵抗であり、導電材の添加量を少なくすることが出来るが、一方ＥＣＯは硬度が高く弾性に乏しい。しかしＥＣＯにＣＲおよび／またはニトリルゴム（ＮＢＲ）を添加することによってＥＣＯの弾性を改良することが出来る。

〔効果〕
本発明のエラストマー組成物を材料とする電子写真装置のベルトやロール等の弾性部材は、その用途に望ましい機械的性質や電気的性質を有し、かつ湿度や温度等の環境変化や経時によってもその性質が殆ど変化しない。

以下に本発明を詳細に説明する。
〔ＣＲ〕
ＣＲの結晶性は抵抗値の変化の度合いに影響するから、本発明においてはＣＲとして結晶化がなるべく遅いものを選択することが望ましい。またＣＲとしては、メルカプタン変性、キサントゲン変性、硫黄変性等の変性ＣＲが選択されてもよい。

〔ＥＣＯ〕
本発明に使用されるＥＣＯとしては、エピクロルヒドリン単独重合体、エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド二元共重合体、エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド−アクリルグリシジルエーテル三元共重合体等が含まれる。

〔ＮＢＲ〕
本発明に使用される．ＮＢＲはアクリロニトリルとブタジエンとの共重合体、あるいは更にアクリル酸、メタクリル酸、ジビニルベンゼン、ビニルピリジン等の第三成分を共重合した共重合体であり、通常アクリロニトリル含有量が１５〜５０質量％のものが使用される。

〔導電材〕
本発明に使用される導電材としては、無機導電性粉末および／またはイオン導電材を使用する。本発明に使用する無機導電性粉末としては、カーボン粉末、銅、銀、アルミニウム等の金属粉、酸化錫、酸化亜鉛、酸化ニッケル、酸化アンチモン等の酸化金属粉等が例示される。本発明に使用する無機導電性粉末としては、チャンネルブラック、ファーネスブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック等のカーボン粉末が望ましく、該カーボン粉末は粒径６０μｍ以下でＤＢＰ吸油量が１８０ml／１００ｇ以下で、比表面積１５０ｍ² ／ｇ以下であることが望ましい。
本発明に使用するイオン導電材は、例えば含過塩素酸リチウムのエステル系可塑剤のような金属塩含有可塑剤、トリエチルベンジルアンモニウムクロライド、トリメチルベンジルアンモニウムクロライド、オクタデシルアミンアセテート、イミダゾリン誘導体アセテート、ポリアルキレンポリアミン誘導体またはその塩、オクタデシルトリメチルアンモニウムクロライド、トリメチルアミノエチルアルキルアミドハロゲニド、アルキルピリジニウム硫酸塩、アルキルトリメチルアンモニウムハロゲニド等のカチオン性界面活性剤等が使用される。望ましいイオン導電材としては、上記第４級アンモニウム塩があり、更に下記化１〜化４に示す構造式を有するトリエチルベンジルアンモニウムクロライド、トリメチルベンジルアンモニウムクロライド、Ｎ−ベンジルピコリニウムクロライド、ジメチルジオクタデシルアンモニウムクロライドのような１分子中に少なくとも１個のフェニル基を含んでいる第４級アンモニウム塩が望ましい。このような第４級アンモニウム塩は、フェニル基による立体障害のため、組成物中でブリードアウトを起しにくい。

〔無機充填剤〕
本発明にあっては、難燃性、耐熱性、機械的強度、熱伝導性等を組成物に付与するために、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化亜鉛等の金属水酸化物、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、亜硫酸カルシウム、燐酸カルシウム、水酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化鉄、酸化亜鉛、アルミナ、シリカ、ケイ藻土、ドロマイト、石膏、タルク、クレー、アスベスト、マイカ、ガラス繊維、カーボン繊維、ケイ酸カルシウム、ベンナイト、ホワイトカーボン、カーボンブラック、鉄粉、アルミニウム粉、石粉、高炉スラグ、フライアッシュ、セメント、ジルコニア粉等の無機充填剤を添加することが望ましい。上記無機充填剤の表面をシランカップリング剤で処理しておけば、無機充填剤はゴムとの親和性が向上し、均一に混合し易くなる。

〔第三成分〕
上記成分に加えて本発明にあっては、ジオクチルフタレート（ＤＯＰ），ジブチルフタレート（ＤＢＰ）、ジイソノニルフタレート（ＤＩＮＰ）等のフタル酸系可塑剤、トリメリット酸トリ−２エチルヘキシル（ＴＯＴＭ）等のトリメリット酸系可塑剤、ジオクチルアジペート（ＤＯＡ）、ジイソノニルアジペート（ＤＩＮＡ）、ジブチルグリコールアジペート（ＢＸＡ、大八化学株式会社製商品名）、ジブチルグリコールアジペート（ＢＸＡ−Ｒ、大八化学株式会社製商品名）、ジブチルカルビトールアジペート（ＲＳ−１０７、アデカアーガス株式会社製商品名）、ジオクチルセバケート（ＤＯＳ）、ジブチルセバケート（ＤＢＳ）の等二塩基酸系可塑剤、トリクレジルフォスフェート（ＴＣＰ）、トリフェニルフォスフェート（ＴＰＰ）等のリン酸系可塑剤、エポキシ系可塑剤、ポリエステル系可塑剤等の可塑剤、柔軟剤、その他老化防止剤、紫外線吸収剤等が添加されてもよい。
更に本発明の組成物をベルトあるいはロールに成形する場合には、加硫剤が添加される。加硫剤としては硫黄、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、ハイドロタルサイドそれに加えて所望なればテトラメチルチウラムモノスルフィド、ジ−Ｏ−トリグアニジン、チオウレア等を加硫促進剤として併用する。

〔組成物の調製〕
本発明のエラストマー組成物にあっては、ＥＣＯとＣＲおよび／またはＮＢＲとの混合割合は質量比率で９５：５〜５：９５、望ましくは９０：１０〜１０：９０、更に望ましくは８０：２０〜２０：８０に設定される。この範囲でエラストマー組成物はベルトやロールの材料として好ましい抵抗値を示す。
上記エラストマー組成物に無機導電性粉末を添加する場合には、通常上記ゴム混合物１００質量部に対して、１〜８０質量部の添加量とする。
またイオン導電材を添加する場合には、通常上記ゴム混合物１００質量部に対して、０．１〜５質量部の添加量とする。
無機導電性粉末とイオン導電材とを併用する場合には、無機導電性粉末：イオン導電材の質量比率を１：５０〜１０００：１、望ましくは１０：１〜５０：１に設定する。
この場合、組成物の抵抗値調整は主としてＥＣＯとＣＲおよび／またはＮＢＲとの混合割合で行ない、無機導電性粉末やイオン導電材は微調整のために添加する。

かくして本発明のエラストマー組成物の体積固有抵抗率は通常５００Ｖ印加時６〜１３ logΩcmに調節される。そして該組成物の体積固有抵抗率は、１００Ｖ印加時と１０００Ｖ印加時ではその差が３以下であることが望ましい。
更に上記エラストマー組成物に熱可塑性樹脂を添加する場合には、上記ゴム混合物１００質量部に対して該熱可塑性樹脂を１〜１００質量部添加される。
また上記エラストマー組成物に無機充填剤を添加する場合には、上記エラストマー組成物１００質量部に対して上記無機充填剤を１〜２００質量部、望ましくは１〜１００質量部添加する。上記無機充填剤が金属水酸化物の場合には、組成物に難燃性が付与されるが、難燃度はＶ−２以上とすることが望ましい。

加硫剤は通常ハイドロタルサイドと酸化亜鉛および／または酸化マグネシウム、酸化亜鉛および／または酸化マグネシウムと硫黄との二成分または三成分系となるが、通常ゴム混合物１００質量部に対してハイドロタルサイド、酸化亜鉛、酸化マグネシウムはそれぞれ１〜１０質量部、望ましくは３〜７質量部程度添加され、硫黄は０．５〜５質量部程度添加される。加硫促進剤は通常ゴム混合物１００質量部に対して５質量部以下の量で添加される。

〔ベルト、ロール〕
本発明のエラストマー組成物は例えば射出成形、プレス型成形等によってベルトあるいはロールに成形される。この場合成形温度は１５０〜１８０℃に設定され、成形と同時に加硫が行われる。このようにして成形されたベルトまたはロールの表面にはトナーに対する離型性の向上、オゾン劣化防止、摩擦係数の低下を目的として、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂等の表面層を１層または２層以上設けてもよい。

本発明のエラストマー組成物にあっては、ベルトあるいはロール成形後（加硫後）のアスカＣ硬度（荷重１０００ｇｆ、２３℃）が６０〜８０、マイクロ硬度（２３℃）が６０〜８５の範囲にある。
一般にベルトの場合には厚み０．３〜１．０mm、周長１２０〜６００mm、幅２００〜４００mm、ロールの場合には該エラストマー組成物による弾性層は芯金の周りに形成され、通常外径は６〜２０mm、弾性層厚み１〜５mmとされる。
以下に本発明を更に具体的に説明するための実施例を記載する。

表１〜表７に実施例１〜３４および比較例１〜９に使用した配合を示す。
上記実施例１〜３４、比較例１〜９の配合物はプレス成形によって厚み２．０mm、縦１５０mm、横２００mmのテストピースに成形された。上記テストピースの物性を表１〜７に示す。

表１によれば、ＣＲ：ＥＣＯの比率が小さくなれば抵抗が小さくなることが認められる。また実施例１〜５の機械的強度は、ＥＣＯに対するＣＲの改良効果によって良好なものとなるが、ＣＲのみを使用した比較例１は抵抗が１１ logΩcm以上の高抵抗になり、またＥＣＯのみを使用した比較例２は破断強度に劣る。
表１の配合ではフェニル基を含むイオン導電材（トリエチルベンジルアンモニウムクロライド）を使用しているので、いずれの配合においてもブリードアウトは認められない。
また抵抗はＥＣＯの添加によって低くなるので、表１の配合ではイオン導電材の添加量を少量（１質量部）に抑えることが出来、したがって環境変動および抵抗のばらつきが小さい。

表２および表３によれば、無機導電性粉末であるカーボン粉末添加によってイオン導伝材単独使用の場合よりも更に抵抗を低くすることが出来るが、環境変動は大きくならない。しかしカーボン粉末をＣＲ＋ＥＣＯ１００質量部に対して８０質量部を越える量（８５質量部）添加した場合（比較例３）は、成形が不可能になる。またＣＲのみを使用した比較例４では低抵抗とするためにカーボン粉末を４０部配合するとカーボン粉末の分散が不均一になり、抵抗ばらつきが１．８と大きくなってしまう。カーボン粉末に代えて酸化錫系無機粉末（パストラン４３００）を使用しても（実施例１５，１６，１７）、同様に環境変動を大きくすることなく、低抵抗値に調節することが出来る。

表４によれば、カーボン粉末の種類を問わず、その添加によって環境変動を大きくすることなく低抵抗値にすることが出来るが、比表面積が１５０ｍ² ／ｇを越えた比較例５は体積固有抵抗や抵抗のばらつきが大きくなる。表８に表４の配合に使用したカーボン粉末（カーボンブラック）の物性を示す。

表５によれば、イオン導電材としてトリエチルベンジルアンモニウムクロライドを使用しても、比較例６に示すように混合物１００質量部に対して５質量部を越える量（７質量部）を添加するとブリードアウトがみられる。

表６によれば、フェニル基を含む第４級アンモニウム塩をイオン導電材として使用した実施例６，２８，２９はいずれもブリードアウトを起さないが、フェニル基を含まない第４級アンモニウム塩をイオン導電材として使用した実施例３０では、機械的特性や電気的特性は同程度であるが、ブリードアウトを起すことが判る。

表７によれば、無機充填材を２００質量部を越える量で含む比較例７，８，９において、比較例７の配合ではテストピースの成形が不能になり、比較例８，９の配合では伸びが小さくなり、機械的性質に劣り、更に抵抗値が高くなってしまう。一方無機充填材を２００質量部以下の量で含む実施例６，３１〜３４では比較例のような不具合は見られず、特にシランカップリング剤によって処理されている無機充填材を使用した実施例３３では、機械的特性特に破断強度や引き裂き強度が向上することが判る。

本発明のエラストマー組成物を材料とする弾性部材は望ましい機械的性質と電気抵抗値を有し、電子写真装置のベルトやロール等の材料として有用である。

Claims (11)

1. エピクロルヒドリンゴムと、クロロプレンゴムおよび／またはニトリルゴムとが９５：５〜５：９５の質量比率で混合されている混合物を主体とすることを特徴とする電子写真装置の弾性部材用エラストマー組成物。
2. 上記混合物には導電材が混合されている請求項１に記載の電子写真装置の弾性部材用エラストマー組成物。
3. 上記導電材は無機導電性粉末および／またはイオン導電材である請求項２に記載の電子写真装置の弾性部材用エラストマー組成物。
4. 上記無機導電性粉末は、上記混合物１００質量部に対して１〜８０質量部配合されている請求項３に記載の電子写真装置の弾性部材用エラストマー組成物。
5. 上記無機導電性粉末はカーボン粉末であり、粒径６０μｍ以下、ＤＢＰ吸油量が１８０ml／１００ｇ以下で、比表面積１５０ｍ² ／ｇ以下である請求項３または４に記載の電子写真装置の弾性部材用エラストマー組成物。
6. 上記イオン導電材は、上記混合物１００質量部に対して０．１〜５質量部配合されている請求項３に記載の電子写真装置の弾性部材用エラストマー組成物。
7. 上記イオン導電材は第４級アンモニウム塩である請求項６に記載の電子写真装置の弾性部材用エラストマー組成物。
8. 上記第４級アンモニウム塩は１分子中に少なくとも１個のフェニル基を含んでいる請求項７に記載の電子写真装置の弾性部材用エラストマー組成物。
9. 上記混合物１００質量部に対して無機充填材が１〜２００質量部配合されている請求項１〜８に記載の電子写真装置の弾性部材用エラストマー組成物。
10. 上記無機充填材の表面はシランカップリング剤によって処理されている請求項９に記載の電子写真装置の弾性部材用エラストマー組成物。
11. 上記混合物の体積固有抵抗率は、５００Ｖ印加時６〜１３ logΩcmである請求項１〜１０に記載の電子写真装置の弾性部材用エラストマー組成物。