JP2000309712A - 半導電性ベルト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 比表面積と揮発分に着目して、カーボンブラ
ックを選定し、かつ、無機フィラーもしくは黒鉛を併用
する事により、カーボン粒子連鎖構造物間に導電性の低
い無機フィラーもしくは黒鉛を介在させて、電気抵抗値
のバラツキの少ない安定した半導電性ベルトを提供す
る。 【解決手段】 半導電性ベルトは、バインダー樹脂１０
０重量部に対し、１種もしくは２種以上のカーボンブラ
ックを１から３０重量部配合してなる半導電性樹脂組成
物を成形したものであり、このカーボンブラックの揮発
分は、２％以上３０％未満である。また、カーボンブラ
ックは、比表面積Ｓ（ｍ^２ ／ｇ）に対する揮発分Ｈ
（％）比、Ｈ／Ｓ値が３％以上１０％未満、好ましく
は、５％以上１０％未満である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真式複写装
置又はレーザープリンター等の転写、トナー又は紙の搬
送部位等に使用される導電性ベルトに関し、特に、電気
抵抗値のバラツキの少ない安定した半導電性ベルトに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子技術の進歩に伴い電子写真式
複写装置又はレーザープリンター等の転写装置、紙の搬
送装置等に使用される導電性ベルトが注目されている。
このような導電性ベルトは、所定の電気抵抗値である事
のみでなく、種々の機構に適した特性を付加する事が必
要とされている。従来の導電性ベルトは、シリコーンゴ
ム、ＮＢＲ、ＥＰＤＭ等の一般材料を基材とし、これに
導電性フィラー、例えば、導電性カーボン、導電性金属
粉、カーボン繊維等を添加して所望の電気抵抗に調整し
ているが、長期間使用していると導電層の電気抵抗が上
昇してしまう等の欠点がある（特開平８−１６０７５７
号）。

【０００３】一般に、プラスチック樹脂は絶縁性のもの
が多く、カーボンブラックを配合し良導電性を付与する
技術が広く知られている。しかし、成型物を希望する半
導電性域（１０^１０〜１０^１３Ω・ｃｍ）で安定化する
事は極めて難しく、カーボン添加量の調整のみでは抵抗
値にバラツキが生ずる。また、カーボンブラックのバイ
ンダー樹脂中での分散状態が不均一な場合、カーボンブ
ラックの偏在的な凝集により、成型物表面に微細なブツ
が発生し易く、抵抗値のバラツキの原因となる。

【０００４】一般に、カーボンブラックの比表面積（Ｂ
ＥＴ法）と吸油量（ＤＢＰ吸油量）は比例し、吸油量が
大きくなるとカーボンブラック粒子の連鎖構造が大きく
なり、隣接するカーボンブラック同士が接することによ
り、導電性が高くなると考えられている。

【０００５】また、成型品の外観改良及び衝撃強度改良
を目的とするために、比表面積の異なる２種のカーボン
ブラックと不活性フィラーの適当量を熱可塑性樹脂に混
合した導電性樹脂に関する公報（特公平５−４９９０
号）、ＤＢＰ吸油量の異なる２種のカーボンブラックを
熱可塑性樹脂に混合した半導電性組成物に関する公報
（特開平７−８５７２２）等が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、カーボンブラ
ックは、それ自体の体積抵抗値が低いものが多く（１０
^−２Ω・ｃｍ以下）、本件所望の半導電性（１０^１０〜
１０^１３Ω・ｃｍ）を得るには樹脂中に１５％以下の配
合量で十分であり、配合量による体積抵抗値のバラツキ
が発生し、安定した半導電性ベルトが得られないという
問題点がある。

【０００７】本発明は、比表面積と揮発分に着目して、
カーボンブラックを選定し、かつ、無機フィラーもしく
は黒鉛を併用する事により、カーボン粒子連鎖構造物間
に導電性の低い無機フィラーもしくは黒鉛を介在させ
て、電気抵抗値のバラツキの少ない安定した半導電性ベ
ルトを提供することを課題としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、以下のような
解決手段により、前記課題を解決する。すなわち、請求
項１の発明は、バインダー樹脂１００重量部に対し、１
種もしくは２種以上のカーボンブラックを１から３０重
量部配合してなる半導電性樹脂組成物を成形した半導電
性ベルトにおいて、前記カーボンブラックの揮発分が２
％以上３０％未満であることを特徴とする半導電性ベル
トである。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１に記載の半導
電性ベルトにおいて、前記カーボンブラックは、比表面
積Ｓ（ｍ^２ ／ｇ）に対する揮発分Ｈ（％）比、Ｈ／Ｓ
値が３％以上１０％未満であることを特徴とする半導電
性ベルトである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
さらに詳しく説明する。 （導電性カーボン）本発明の実施形態では、以下の方法
で導電性カーボンを選択し、使用する事により達成され
る。一般に、揮発分が２％未満のカーボンブラックの場
合、カーボンブラック自体の抵抗値が低い低抵抗用（主
に導電用）カーボンブラックが多く、揮発分が３０％を
越えるものは、カーボンブラック自体の抵抗値が高い高
抵抗用（顔料用等）カーボンブラックとして使用される
事が多い。

【００１１】本件所望の半導電抵抗域（１０^１０〜１０
^１３Ω・ｃｍ）に抵抗値を調製するには、中抵抗用カー
ボンブラックが良好であり、揮発分を２〜３０％に限定
した。但し、比表面積〔ｃｍ^２ ／ｇ〕のみでカーボン
ブラックを高抵抗用もしくは低抵抗用に判断するのは難
しく、本発明の実施形態では、カーボンブラックを揮発
分で選定後、比表面積〔ｃｍ^２ ／ｇ〕（Ｓ）に対する
揮発分〔％〕（Ｈ）比、Ｈ／Ｓ値〔％〕で更にカーボン
ブラックを選定した。

【００１２】本発明の実施形態は、下記のＡ〜Ｅの各成
分からなり、Ｃ成分中のバインダー１００重量部に対し
て、Ａ（カーボンブラック）成分がそれぞれ１から３０
重量部混合されてなる半導電性樹脂成形ベルトに関する
ものである。 Ａ；比表面積〔ｃｍ^２ ／ｇ〕（Ｓ）に対する揮発分
〔％〕（Ｈ）比、Ｈ／Ｓ値〔％〕が３以上１０未満、好
ましくは５以上１０未満の１種もしくは２種カーボンブ
ラック Ｂ；無機フィラーまたは黒鉛 Ｃ；熱可塑性樹脂（バインダー樹脂） Ｄ；分散化剤剤 Ｅ；溶媒

【００１３】カーボンブラックをＨ／Ｓ値で限定する理
由は、Ｈ／Ｓ値が１０％を越えた場合には、本件所望の
半導電抵抗域（１０^１０〜１０^１３Ω・ｃｍ）に調製す
るために、カーボン配合量が３０重量部を越え、バイン
ダー樹脂本来の機械特性が失われ、成型した半導電ベル
トが脆く、クラックが生ずる。また、Ｈ／Ｓ値が５％未
満の場合には、配合量が１０重量部以下で、低抵抗域
（１０^８ （Ω・ｃｍ）以下）に到達し、、配合量によ
る半導電抵抗域への調整が難しく、抵抗値にバラツキを
生ずる為である。なお、本発明の実施形態で言うカーボ
ンブラックの揮発分は、９５０°Ｃにて７分間加熱した
時の揮発域量（％）（ＪＩＳ Ｋ−６２２１）であり、
比表面積は、液体窒素で単分子吸着させて、吸着量をＢ
ＥＴ式にて求めた数値である（ＢＥＴ法）。

【００１４】（無機フィラーまたは黒鉛）本発明の実施
形態は、１種もしくは２種のカーボンブラックと共に無
機フィラーもしくは黒鉛を併用する事により、安定した
半導電性を確保する事が可能である。無機フィラーとし
ては、好ましくは、無水珪酸（シリカ）、珪酸マグネシ
ウム（タルク）、珪酸アルミニウム、珪酸カリウム、珪
酸ナトリウム、珪酸鉄及びその混合物（マイカ）、珪酸
アルミニウム（アルミナ）等から一つを選択することが
できる。また、その比表面積が３０〜１００（ｍ^２ ／
ｇ）、好ましくは５０〜８０（ｍ^２ ／ｇ）に限定され
る。

【００１５】本発明の実施形態に使用する限定カーボン
は、その表面の官能基がカルボン酸、ラクトン、フェノ
ール、キノン等の極性基を多く付着してるものが多く、
極性溶媒との分散性が良好であり、表面のシラノール基
を有する親水性の珪酸及びその金属塩との分散性も良好
である。よって、上記無機フィラーを限定した。

【００１６】無機フィラーの比表面積を限定する理由
は、比表面積が１００（ｍ^２ ／ｇ）を越える無機フィ
ラーの場合には、一次粒子の平均径が極端に小さいもの
が多く、カーボンブラックと併用した場合には、増粘作
用を有するものが多く、カーボンの分散性を阻害し、成
型後の半導電ベルト表面にカーボン粒子の凝集によるブ
ツが発生し易くなる為である。また、比表面積が３０よ
り小さいものは、平均粒径の極端に大きなものが多く、
無機フィラー自体がブツの原因となる為である。

【００１７】そして、黒鉛は、比表面積が２０〜８０
（ｍ^２ ／ｇ）、好ましくは３０〜６０（ｍ^２ ／ｇ）
であり、平均粒径が１〜３０μｍ、好ましくは２〜１５
μｍのものに限定される。但し、揮発分は特に限定され
ない。限定する理由として、比表面積が８０（ｍ^２ ／
ｇ）より大きく、平均粒径が１μｍより小さい黒鉛の場
合、カーボンブラック粒子と平均粒径が同レベルにな
り、黒鉛粒子がカーボン粒子連鎖構造間に介在し、抵抗
値を安定化する効果が発現されなくなる為である。

【００１８】また、比表面積が２０（ｍ^２ ／ｇ）より
小さく、平均粒径が３０μｍを越える黒鉛の場合、カー
ボンブラック粒子に比べ黒鉛粒子の粒径が極端に大きな
ものが多く、黒鉛自体がブツの原因となる為である。上
記の限定された無機フィラーもしくは黒鉛の配合量はバ
インダー樹脂１００重量部に対し０．１〜１０重量部、
好ましくは０．１〜５重量部に限定される。なお、１０
重量部を越えて配合すると、無機フィラーの場合、無機
フィラー自体の絶縁性により、配合樹脂の抵抗値の安全
性を阻害することになる。

【００１９】また、黒鉛の場合、カーボンブラックとの
分散性が悪くなり、成型した半導電性ベルトにブツを生
ずる為である。なお、無機フィラー、黒鉛とも０．１重
量部未満では効果はみられなかった。

【００２０】（熱可塑性樹脂）本発明の実施形態で使用
する熱可塑性樹脂は、特に制限はないが、熱可塑性樹脂
中のバインダー成分としてポリエーテルサルフォン、ポ
リカーボネート、ポリエステル、ポリアリレート、ポリ
フェニレンサルファイド、ポリアミド、ポリアミドイミ
ド、ポリイミド、ポリサルフォン、ポリパラバン酸、フ
ッソ系樹脂等がある。また、不飽和ポリエステル、エポ
キシ樹脂等の熱硬化樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂でも
可能である。

【００２１】（分散化剤）熱可塑性樹脂と導電性カーボ
ン及び無機フィラーもしくは黒鉛を混合する際、必要に
応じて分散化剤を添加する。分散化剤は、使用する溶剤
極性に合ったものを選択する必要があり、本発明の実施
形態では、極性溶剤用の高分子分散剤（分子量約２００
０以上）を選択した。添加量は、特に制限はないが、分
散剤の説明書を参照にカーボン表面積１ｍ^２ に対して
２ｍｇの高分子分散剤を配合した。よって、バインダー
樹脂１００重量部に対しては、０．１から１５重量部、
好ましくは１から８重量部程度である。また、必要に応
じて、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキ
シエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチ
レンモノアルキルエステル、ソルビタンモノアルキルエ
ステル等のノニオン界面活性剤等を併用する事も可能で
ある。但し、分散化剤は、これに限定されるものではな
い。

【００２２】（溶媒）熱可塑性樹脂中に導電性カーボン
等を配合させるには、適宜溶媒等を用いる。用いる溶媒
は、特に限定されるものではないが、Ｎ−Ｎジメチルア
セトアミド、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホシ
キド、Ｎ−メチル−２ピロリドン（ＮＭＰ）、ジエチレ
ングリコールジメチルエーテル、ピリジン、ジメチルス
ルホン等の極性溶媒の他に、ジクロロメタン、トリクロ
ロメタン、ジオキサン、トルエン、キシレン等の各種溶
剤の併用も可能である。均一分散させる方法は、特に制
限はないが、ボールミル、ビーズミル、サンドミル、ホ
モジナイザー、三本ロール、超音波分散等の方法によ
る。

【００２３】

【実施例】次に、実施例を用いて本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】表１は、実施例１〜７の表面状態（ブツの
有無）と総合評価を示し、表２は、比較例１〜１０の表
面状態（ブツの有無）と総合評価を示す。なお、実施例
１〜７及び比較例１〜１０における使用材料は以下の通
りである。 １．ポリアミドイミド（略称；ＰＡＩ） 東洋紡績社製「バイロマックスＮ−１００」（溶媒；Ｎ
ＭＰ、固形分量；１５ｗｔ％、固形分比重；１．２） ２．分散化剤（略称；Ｓ２７０００） ゼネカ社製「ソルスパース２７０００」 ３．カーボンブラック（略称；ＳＢ４，ＳＢ３５０、Ｈ
Ｓ１００） デグサジャパン社製「スペシャルブラック４」、「スペ
シャルブラック３５０」、電気化学社製「デンカブラッ
クＨＳ１００」 ４．無水シリカ（略称；５０、ＭＯＸ８０、３００、Ｍ
ＯＸ１７０） 日本アエロジル社製「アエロジル５０」、比表面積；５
０（ｍ^２ ／ｇ） 「アエロジルＭＯＸ８０」、比表面積；８０（ｍ^２ ／
ｇ） 「アエロジル３００」、比表面積；３００（ｍ^２ ／
ｇ） 「アエロジルＭＯＸ１７０」、比表面積；１７０（ｍ
^２ ／ｇ） ５．黒鉛（略称；ＢＳＰ−１００Ａ、ＢＳＰ３０００） 中越黒鉛社製「ＢＳＰ−１００Ａ」、比表面積；１９
（ｍ^２ ／ｇ）平均粒径；９０（μｍ） 「ＢＳＰ−３０００」、比表面積；５８（ｍ^２ ／
ｇ）、平均粒径；２（μｍ）

【００２７】（評価方法）実施例及び比較例における物
性測定及び評価方法は次の通りである。 １．体積抵抗値 三菱化学製体積抵抗計、「ハイレスタ」を用いて、測定
電圧；５００Ｖ、測定時間；１０秒で体積抵抗値を測定
した（Ｎ＝５）。 ２．弾性率 オリエンテック社製引張試験器、商品名「テンシロンＲ
ＴＭ−５０」を用いて、幅；２５ｍｍ、長さ；２００ｍ
ｍ、厚さ；０．１ｍｍの試験片を使用し、引張り速度；
２００ｍｍ／ｍｉｎにより弾性率を測定した（Ｎ＝５
（ＪＩＳ Ｋ６８７７準拠））。

【００２８】（成型物製造方法）本発明の実施形態に係
る半導電性ベルトの成形方法は、特に制限されず、押出
し機等を用いてチューブ状に押し出し、これを所定の長
さに切断する方法、遠心成形機によって円筒形状に成形
後、これを所定の長さに切断する方法、さらに、金属製
又は樹脂製の円筒状又は円柱状部材にディップ又はコー
ティングした後、脱型してこれを所定の長さに切断する
方法等が挙げられる。なお、導電性ベルト材料をシート
状に加工し、これを加熱や接着剤などで接合して所定の
寸法にする事もできる。

【００２９】本件の実施例、比較例においては、遠心成
型法により半導電性ベルトを以下の条件で製造した。 遠心管寸法；外径３００ｍｍ、内径２８５ｍｍ、全長４
００ｍｍ（ステンレス製） 初期回転数；５００ｒｐｍ、 成形回転数；１０００ｒｐｍ、成形温度；８５°Ｃ、成
形時間；１時間 成形後加熱処理；２４０°Ｃ×１時間

【００３０】（実施例１，２，４）表１に記載した配合
量で各成分をホモジナイザー混合および超音波分散処理
し、その配合樹脂から遠心成形法により半導電ベルトを
製造した。使用したポリアミドイミド樹脂（Ｎ−１００
（東洋紡績製））の固形分（バインダー成分）は１５％
であり、溶媒にＮＭＰ（Ｎメチル−２ピロリドン）を使
用している。表１には、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）バ
インダー１００重量部に対する各成分の配合部数（重量
部）を示す。なお、本件ＰＡＩは、特にことわりの無い
限り、閉環率１００％のＰＡＩを意味する。

【００３１】カーボンブラックとしては、Ｈ／Ｓ値がそ
れぞれ７．８及び３．４を示すＳＢ４及びＳＢ５５０
（スペシャルブラック（デグサジャパン製））を選定し
た。また、無機フィラーとしては、シリカ（アエロジル
５０、アエロジルＭＯＸ８０（日本アエロジル社製））
を各１重量部配合した。その結果、平均体積抵抗値が約
３×１０^１２（Ω・ｃｍ）及び３×１０^１０（Ω・ｃ
ｍ）であり、３例ともバラツキ（最大値／最小値）が２
倍以内であった。また、弾性率が約３００（ｋｇ／ｃｍ
^２ ）であり、ＰＡＩバインダー本来の機械特性（弾性
率；２８０（ｋｇ／ｃｍ^２ ））をほぼ維持したまま、
表面状態が良好で強靱な半導電性ベルトを得ることが出
来た。

【００３２】（実施例３，５）上記同様に、黒鉛（ＢＳ
Ｐ−３０００（中越黒鉛製））を各１重量部配合したと
ころ、平均体積抵抗値が３×１０^１２（Ω・ｃｍ）及び
４×１０^１０（Ω・ｃｍ）であり、抵抗値のバラツキ
（最大値／最小値）が２倍以内の良好な半導電性ベルト
を得る事が出来た。

【００３３】（実施例６，７）上記同様に，２種のカー
ボン（ＳＢ４とＳＢ５５０）を配合し、シリカ（アエロ
ジルＭＯＸ８０（日本アエロジル社製））、黒鉛（ＢＳ
Ｐ−３０００（中越黒鉛製））を各１重量部配合したと
ころ、平均体積抵抗値が約４×１０^１２（Ω・ｃｍ）で
あり、抵抗値のバラツキ（最大値／最小値）が２倍以内
の良好な半導電性ベルトを得る事が出来た。

【００３４】（比較例１，２，６，７）Ｈ／Ｓ値が７．
８のＳＢ４のみを配合した場合の比較例を表２に示す。
配合量が１５から１８重量部で平均体積抵抗値が８×１
０^１４〜３×１０^１２（Ω・ｃｍ）を示し、表面状態は
良好だが抵抗値のバラツキ（最大値／最小値）が２．５
倍以内であった。また、Ｈ／Ｓ値３．４のＳＢ５５０の
みを配合した場合、平均体積抵抗値４×１０^１０（Ω・
ｃｍ）を示し、バラツキ（最大値／最小値）は３倍以内
であった。そして、ＳＢ４とＳＢ５５０の２種配合の場
合、平均体積抵抗値が４×１０^１２（Ω・ｃｍ）を示
し、バラツキ（最大値／最小値）は２．５倍以内であっ
た。

【００３５】（比較例３，４）Ｈ／Ｓ値が０．４のカー
ボンブラック（ＨＳ１００（電気化学工業製））のみを
配合した場合の比較例を表２に示す。配合量を８から１
２重量部にすると平均体積抵抗値１×１０^１０（Ω・ｃ
ｍ）まで低下し、また抵抗値のバラツキも２．４８から
３．６４倍に増加した。また、ベルトの表面状態も悪
く、微細なブツが発生した。

【００３６】（比較例５）Ｈ／Ｓ値が７．８のＳＢ４と
０．４のＨＳ１００のカーボンブラック２種を配合した
場合の比較例を表２に示す。平均体積抵抗値は、５×１
０^１２（Ω・ｃｍ）であり、抵抗値のバラツキは２．１
倍であった。よって、Ｈ／Ｓ値の低いカーボンブラック
にＨ／Ｓ値の高いカーボンブラックを併用する事によ
り、抵抗値のバラツキは低減し、表面の微細なブツも減
少することを確認した。但し、総合評価としては不十分
であった。

【００３７】（比較例８，９，１０）無機フィラーとし
て、比表面積が１００（ｍ^２ ／ｇ）より短いシリカ
（アエロジル３００、アエロジルＭＯＸ１７０（日本ア
エロジル社製））を、Ｈ／Ｓ値が７．８のＳＢ４に各１
重量部配合したところ、平均体積抵抗値が約３×１０^１
２（Ω・ｃｍ）及び５×１０^１２（Ω・ｃｍ）であり、
バラツキ（最大値／最小値）が４倍以内であった。ま
た、平均粒径の大きい黒鉛（ＢＳＰ−１００Ａ（中越黒
鉛製）、平均粒径；９０μｍ）を配合したところ、平均
体積抵抗値が４×１０^１２（Ω・ｃｍ）であり、バラツ
キ（最大値／最小値）は、同様に４倍以内であった。ま
た、ベルトの表面状態も悪く、微細なブツが発生した。

【００３８】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明によ
れば、電気抵抗値のバラツキの少ない半導電性ベルトが
得られ、バインダー樹脂本来の機械特性を維持しつつ、
半導電性を付与した強靱なベルトを安定供給する事が出
来る。また、ベルト表面にブツや流れマーク等が発生す
る事なく、厚さのバラツキもない高品質、高性能の半導
電性ベルトであり、各種ＯＡ機器の機能性部品等に利用
する事が出来る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小田嶋 智 埼玉県大宮市吉野町１丁目406番地の１ 信越ポリマー株式会社東京工場内 Ｆターム(参考） 2H032 BA09 BA18 DA04 DA13 2H077 AD07 FA25 3F049 BA13 LB03 4J002 AA001 AA011 BD121 CD001 CF001 CF161 CF211 CG001 CL001 CM041 CN011 CN031 DA036 FD010 FD200 GM01 GQ00

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バインダー樹脂１００重量部に対し、１
   種もしくは２種以上のカーボンブラックを１から３０重
   量部配合してなる半導電性樹脂組成物を成形した半導電
   性ベルトにおいて、 前記カーボンブラックの揮発分が２％以上３０％未満で
   あること、 を特徴とする半導電性ベルト。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の半導電性ベルトにおい
   て、 前記カーボンブラックは、比表面積Ｓ（ｍ^２ ／ｇ）に
   対する揮発分Ｈ（％）比、Ｈ／Ｓ値が３％以上１０％未
   満であること、 を特徴とする半導電性ベルト。