JP2000338789A

JP2000338789A - 半導電性中間転写ベルト

Info

Publication number: JP2000338789A
Application number: JP11144620A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Kawaguchi; 利行川口; Toyoji Hibi; 登代次日比; Satoshi Odajima; 智小田嶋; Akihisa Hasebe; 晃久長谷部
Original assignee: Shin Etsu Polymer Co Ltd; Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Polymer Co Ltd; Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 1999-05-25
Filing date: 1999-05-25
Publication date: 2000-12-08

Abstract

(57)【要約】【課題】電子写真複写機、レーザープリンター等に用
いられる中間転写ベルトに関して、安定した導電性を示
すものを安定的に供給するものである。【解決手段】絶縁性樹脂に、揮発分（重量％）を窒素
吸着比表面積（ｍ^２/ｇ）で除した指標パーセントが
２．０以上であるカーボンブラックを分散させてなるこ
とを特徴とする。さらにはカーボンの表面官能基の内、
カルボキシル基が２５モル％以上占めるカーボンブラッ
クを用いる。また、絶縁性樹脂は、芳香族系高分子連鎖
の繰り返し単位に、エステル結合、エーテル結合、アミ
ド結合、ウレタン結合、アロファネート結合、ウレア結
合、イミド結合、ケトン結合、ベンゾイミダゾール結合
を含むものであって、ＳＰ値が９以上の単一または混合
溶剤に可溶である樹脂であることが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真複写機、
レーザープリンター、ファクシミリ、あるいはこれらを
複合したＯＡ機器に使用され、トナーや紙などを静電的
に付着させておき、それぞれを搬送するシームレスの半
導電性の中間転写ベルトに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、中間転写ベルトにおいて、ポリイ
ミド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリア
ミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレ
フタレート、ポリフェニレンエーテル、ポリカーボネー
ト、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体、ポリフ
ッ化ビニリデン、フルオロエチレンプロピレン共重合
体、ポリプロピレンなどの絶縁性樹脂に、その極性に関
わらず、導電性カーボンブラックとして、アセチレンブ
ラック、ケッチェンブラック、導電ブラック：＃3000シ
リーズ（商品名、三菱化成工業社製。特公平５−４９９
０号公報参照）などを分散させたものが用いられてい
る。

【０００３】フッ素系樹脂などの非極性樹脂と導電性カ
ーボンブラックとの親和性は高いものの、ガラス転移点
が低く、常温域で柔らかいため、長期間機械的なストレ
スを加えるとベルトが伸張し、機械的な位置精度が保て
なくなるばかりか、カーボンの再凝集が起こって抵抗値
が変動し、印刷品位を低下させていた。またポリイミド
などの極性樹脂は、機械的特性はよいが、カーボンブラ
ックとの相性が悪く、容易に再凝集する。特に成形加工
中は絶縁性樹脂の粘度が低く、機械的シェアが加えられ
ていないため、微小部分での抵抗値にばらつきを生じ、
成形後に選別により品質を維持する必要があった。その
ため歩留まりが悪く、製造技術上問題となっている。

【０００４】半導電性中間転写ベルトは、最近のＯＡ機
器のカラー化、高速化の進展により、数種のトナーまた
は紙などの吸着、搬送および転写のための静電特性がよ
り精緻なものが要求されるようになり、この中間転写ベ
ルトに求められる抵抗値の許容範囲は狭く、絶対値とし
ては１０^６〜１０^１４（Ω・ｃｍ）と広い体積抵抗が
許容されるものの、それぞれの中間転写ベルトの中では
ばらつきが１／３〜１／２の桁内に収まることが求めら
れている。またベルトとしての物理的強度や耐久性も印
刷精度や抵抗値の安定性から要求され、それも静的なも
のだけでなく、実使用中の動的な変動をも最小限に留め
ることが求められている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記した不
利、不具合を解決すべく、安定した導電性を示す中間転
写ベルトを安定的に供給するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、絶縁性樹脂
に、揮発分（重量％）を窒素吸着比表面積（ｍ^２/ｇ）
で除した指標パーセントが２．０以上であるカーボンブ
ラックを分散させてなることを特徴とする。さらにはカ
ーボンの表面官能基の内、カルボキシル基が２５モル％
以上占めるカーボンブラックを用いる。また、絶縁性樹
脂は、芳香族系高分子連鎖の繰り返し単位に、エステル
結合、エーテル結合、アミド結合、ウレタン結合、アロ
ファネート結合、ウレア結合、イミド結合、ケトン結
合、ベンゾイミダゾール結合を含むものであって、ＳＰ
値が９以上の単一または混合溶剤に可溶である樹脂であ
ることが望ましい。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の半導電性中間転写ベルト
は、絶縁性樹脂にカーボンブラックを分散させて半導電
性としたものである。本発明は、絶縁性樹脂とカーボン
ブラックとの分散性、ひいては両者の親和性について鋭
意研究した結果、達成されたものである。カーボンブラ
ックの表面には、次の化学式［化１］に示されるよう
な、カルボン酸、ラクトン、フェノール、キノンなどの
種々の酸化物が官能基として生成し、固有の表面状態を
呈している。

【０００８】

【化１】なお、上記化学式で、大括弧より左の「Ｃ」はカーボン
ブラックを構成する炭素である。

【０００９】一般には、官能基の量、すなわち揮発分量
の大きいほど凝集性が低く、樹脂などのマトリックスに
分散しやすいとされているが、本発明者の研究によれ
ば、単なる官能基の量ではなく、分散性に関与する表面
に対する量であり、これはカーボンブラックの大きさ、
すなわち比表面積に対する割合に影響されることが分か
った。本発明で言うカーボンブラックの揮発分は、９５
０℃で７分間加熱したときの揮発減量をいい（ＪＩＳ
Ｋ−６２２１）、比表面積の測定は、液体窒素を単分子
吸着させ、吸着量をＢＥＴ式から計算して求める方法
（ＢＥＴ法）による。

【００１０】すなわち、揮発分（重量％）を窒素吸着比
表面積（ｍ^２/ｇ）で除した指標パーセントが２．０以
上、好ましくは３．０以上、より好ましくは４．０以上
のカーボンブラックは、容易に凝集体から解砕され、そ
の解砕されたカーボンブラックは、絶縁性樹脂との親和
力が高いため、良好な分散状態を維持し、成形加工時ば
かりでなく機器に組み込まれ使用されている状況下にお
いても、均一な体積抵抗値を安定的に維持することがで
きる。この指標パーセントが２．０より小さいと、表面
に対する官能基の量が不足し、カーボンブラックの凝集
性が高まるため、一度解砕された凝集体が再び凝集する
ことにより、抵抗値が経時的に不均一化して行き不安定
となる。

【００１１】また、カーボンブラックの表面官能基の質
も大きな影響がある。カーボンブラックの表面官能基
が、不完全な酸化状態にあるラクトン、フェノール、キ
ノンなどであると、ロットの内外で酸化の程度が大きく
ばらつく。酸化が終了したカルボン酸となっているもの
と、その他の不完全な酸化状態にあるラクトン、フェノ
ール、キノンなどとの違いは、後者は、酸素原子や水素
原子の数がカルボン酸よりも少なく、官能基の大きさも
小さいことから、凝集を阻害することが十分できないた
め、カーボンブラックの連鎖が生じやすく、抵抗値のば
らつきが大きくなってしまう。そのため、カーボンブラ
ックの表面官能基の内、カルボキシル基を２５モル％以
上、好ましくは３０モル％以上有するカーボンブラック
が特に有用である。２５モル％より少ない場合は、同量
のカーボンブラックを配合しても、配合物毎の抵抗値が
まちまちとなりやすく、求められる抵抗値を有する配合
を決定するのに多くの時間を要し、工業的に問題とな
る。

【００１２】不完全な酸化状態にあるカーボンブラック
は、配合前に予め発火温度以下で酸素に接触させること
や、紫外線、電子線を照射して、酸化を進めて調整する
ことができる。この際、酸化剤や触媒を加えることは任
意である。なお、各種の官能基は水素化ホウ素ナトリウ
ムによる還元反応などの有機化学分析手法や、ＩＲスペ
クトル、熱分解ガスの分析、２次イオン質量分析（ＳＩ
ＭＳ）、Ｘ線光電子分光分析（ＥＳＣＡ）などの機器分
析によって確認することができる。カーボンブラックの
絶縁性樹脂に対する配合量は、カーボンブラックと絶縁
性樹脂の種類によって変化するが、５〜２５重量％がよ
く、これが５重量％未満では、配合量に対する抵抗値が
敏感になって不安定である。また、２５重量％を超える
と、機械的特性が低下する。

【００１３】一方、本発明で用いられる絶縁性樹脂は、
カーボンブラックを高度に分散できるものであると同時
に、熱や機械的ストレスにより伸縮しないようにするた
め、その熱変形温度が１００℃以上、引っ張りモジュラ
スが２．５ＧＰａ以上、望ましくは３．０ＧＰａ以上
で、破断伸びが１０％以上のものが好ましい。これらを
満足する絶縁性樹脂としては、窒素原子、酸素原子を含
む強い結合からなる芳香族系高分子であって、主鎖の繰
り返し単位に、エステル結合、エーテル結合、アミド結
合、ウレタン結合、アロファネート結合、ウレア結合、
イミド結合、ケトン結合、ベンゾイミダゾール結合の１
種または２種以上を含む必要がある。これらの結合を多
く含む高分子は、次のような溶剤に可溶な樹脂であるこ
とが肝要である。すなわち、ＳＰ値が９以上、望ましく
は１０以上のＢＴＸ、グライム類、セロソルブ、シクロ
ヘキサノン、カルビトール、アセトン、ジメチルアセト
アミド、Ｎ−メチルピロリドン、アセトニトリル、ジメ
チルホルムアミド、フルフラール、エチレンカーボネー
トなどの芳香族系、エステル系、エーテル系、ケトン
系、アルコール系、ハロゲン系、窒素、硫黄、燐などを
含む化合物系、の単一または混合溶剤である。カーボン
ブラックと絶縁性樹脂とが均質に混ざり合うようにする
ためは、絶縁性樹脂とカーボンブラックの表面官能基と
の親和性が必要であるからである。

【００１４】ポリマーの前駆体や反応前のモノマーなど
にカーボンブラックを配合してから賦形する場合には、
これらも前記溶剤に可溶でなければならない。これらの
絶縁性樹脂の具体例としては、芳香族系の、ポリエステ
ル、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリ
アリレート、ポリエーテルサルホン、アラミド樹脂、ポ
リウレタン、エポキシ樹脂、ポリエステルアミド、ポリ
アミノアミド、ポリエーテルアミド、ポリベンゾイミダ
ゾールなどの熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂、それらの共
重合体または混合物が挙げられるが、物性、加工性、経
済性の点から、特にポリアリレート、ポリアミドイミ
ド、ポリアミノアミドが好ましい。

【００１５】前記樹脂の耐熱性や機械的強度の向上のた
めに、多官能アクリレート、マレイミド、多官能オキサ
ゾリン、トリアリルイソシアヌレート、多官能イソシア
ネート、カルボジイミド樹脂、パーオキサイド、エポキ
シ樹脂、シリコーン樹脂、ポリブタジエン変性物、ニト
リルゴムなどの架橋剤や可撓性付与材、可塑剤、乾式シ
リカ、ゼオライト、ワラスナイト、モンモリロナイト、
炭酸カルシウムなどの無機充填剤、ホウ酸アルミニウム
などの無機繊維などの補強性フィラーを適宜加えてもよ
い。さらに加工性の向上のために、滑剤、界面活性剤、
分散助剤、消泡剤、難燃剤、着色剤、酸化防止剤など
を、カーボンブラックの均質分散性を損なわない範囲
で、添加してもよい。

【００１６】絶縁性樹脂へのカーボンブラックの分散処
方は、配合物の微小部位での抵抗値が均一である必要性
から、分散処理時の樹脂粘度は低いほうがよく、具体的
には１００ポアズ以下、望ましくは５０ポアズ以下がよ
く、溶融または溶液状態でポットミル、サイクロイドミ
ル、アペックスミル、ダイノールミル、アトライターミ
ル、ジェットミルなど通常の方法により行うことができ
る。得られた混合樹脂から半導電性中間転写ベルトへの
成形は、押出成形、射出成形、ブロー成形、コーティン
グ成形、遠心成形などによって行うことができる。

【００１７】

【実施例】［予備実験］はじめに、予備実験として、実
験Ｉ及び実験ＩＩＩで用いる各絶縁性樹脂を溶剤に溶か
し、それぞれに用いるカーボンブラックを添加して十分
に分散混合し、得られたカーボンブラックスラリーを２
時間、室温にて静置した後、厚さ０．１ｍｍの膜を成膜
し、７５℃で３時間経過後、１８０℃で６時間のアフタ
ーキュア−を行い、体積抵抗測定装置：Hiresta-UP（商
品名、三菱化学社製。使用プローブ：ＵＲＳ）を用いて
体積抵抗を測定し、体積抵抗値が５００Ｖの印加電圧で
１０^１１〜１０^１２（Ω・ｃｍ）の範囲に入るように、
カーボンブラックの添加割合を絶縁性樹脂の固形分に対
し１重量％刻みで変えて、それぞれの例でのカーボンブ
ラックの配合量を求めた。

【００１８】［実験Ｉ］表１に示す５種類のカーボンブ
ラックを、予備実験で得られた量だけ用いて、ポリアミ
ドイミドワニス：NX100 （商品名、東洋紡績社製。固形
分１５％、閉環率１００％、溶剤：Ｎ−メチルピロリド
ン（ＳＰ値11.0）、キシレン（ＳＰ値 8.8）、混合比
７：３）にそれぞれ配合し、容量３００ｃｃのビーズミ
ルにて２時間分散混合した。得られたカーボンブラック
スラリーを２時間、室温にて静置した後、スパチュラに
て十分攪拌し、直径１５ｃｍの円筒状金型の内側にそれ
ぞれ適当量仕込み、７５℃で３時間、２００回転／分で
円筒状金型を回転させた。１８０℃で６時間、円筒状金
型ごとアフターキュア−を行い、厚さ０．１ｍｍの半導
電性中間転写ベルトを得た。１０^１１〜１０^１２（Ω・
ｃｍ）の体積抵抗を持つ上記５個の試料について、上下
２ｍｍφの測定電極で挟んだときの抵抗値（印加電圧５
００Ｖ）を、各試料について３，０００点ずつ測定し
（単位：Ω）、その結果を表２に示した。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】

【００２１】なお、表２において、「表面状態」中「ブ
ツ」とは、成型品外観に現れる表面の凹凸であり、「総
合判断」は、「２ｍｍφでの厚さ方向の抵抗値」が大き
くばらつくもの、「表面状態」で「ブツ」の多いもの、
をそれぞれ「不適」とし、「最適」・「適」が本件発明
の技術的範囲に含まれるものであって、「不適」は比較
例である。

【００２２】［実験ＩＩ］フッ素系ワニス：TC-7400
（商品名、ダイキン化学工業製。溶剤：酢酸ブチル（Ｓ
Ｐ値８．５、固形分１０％））に、実験 No.２で用いた
カーボンブラックを１２重量％配合し、実験Ｉと同様に
調製し、同様の試験を施したところ、半導電性中間転写
ベルトの表面状態が悪く、特にカーボンブラックの凝集
と見られる塊があった。体積抵抗測定装置：Hiresta-UP
による体積抵抗値は１０^５（Ω・ｃｍ）台であり、配
合量を１０重量％に下げたものでも同様の表面状態で、
その体積抵抗は同じく１０^５（Ω・ｃｍ）台であり、
２ｍｍφでの抵抗値は４×１０ ^２〜８×１０^５ Ωと大
きくばらついた。

【００２３】［実験ＩＩＩ］ポリアリレート：Ｕ−１０
０（商品名、ユニチカ社製。）を、Ｎ−メチルピロリド
ン（ＳＰ値１１．０）と１，４−ジオキサン（ＳＰ値
９．９）の加熱溶剤（混合比１：９）に溶融させ、これ
にカーボンブラック：スペシャルブラック４（商品名、
デグサ社製。窒素吸着比表面積１８０ｍ^２/ｇ、揮発分
１４％、指標パーセント７．８）とスペシャルブラック
５５０（同前。窒素吸着比表面積１１０ｍ^２/ｇ、揮発
分２．５重量％、指標パーセント２．３）のぞれぞれ５
ロット（実験Ｎｏ．６〜１０および実験 No.１１〜１
５）の表面に付着している官能基量を測定し（表３に示
す）、円筒状金型を５００ｍｍＨｇの減圧下４０℃で乾
燥させたほかは、実験Ｉと同様にして、試料を得た。こ
れら１０点の試料を２ｍｍφでの厚さ方向の抵抗値を
２，４００点測定した。結果を表４に示す。さらにスペ
シャルブラック５５０の上と同じ５ロットのカーボンブ
ラックをエチルアルコールに混合して得たスラリーを真
空乾燥させた後、２００℃の熱風炉に８時間加熱した５
ロット（実験 No.１６〜２０）についても同様の試験を
施し、それぞれの結果を表３および表４に併記した。

【００２４】

【表３】

【００２５】

【表４】

【００２６】なお、表４における「表面状態」および
「総合評価」は、表２に場合と同様である。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、絶縁性樹脂と高い分散
性を維持することが可能で、微小エリアでの抵抗値のば
らつきが小さく安定し、ＯＡ機器のカラー化、高速化な
どに対応可能な半導電性中間転写ベルトを、高品質で効
率よく供給することができる。

───────────────────────────────────────────────────── 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１信越ポリマー株式会社商品研究所内 (72)発明者長谷部晃久埼玉県大宮市吉野町１丁目406番地１信越ポリマー株式会社商品研究所内Ｆターム(参考） 2H032 BA09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性樹脂に、揮発分（重量％）を窒素吸
着比表面積（ｍ^２／ｇ）で除した指標パーセントが
２．０以上であるカーボンブラックを分散してなること
を特徴とする半導電性中間転写ベルト。
【請求項２】前記カーボンブラックにおいて、表面官能
基の内、カルボキシル基が２５モル％以上のカーボンブ
ラックを５〜２５重量％分散してなることを特徴とする
請求項１記載の半導電性中間転写ベルト。
【請求項３】前記絶縁性樹脂において、芳香族系高分子
連鎖の繰り返し単位に、エステル結合、エーテル結合、
アミド結合、ウレタン結合、アロファネート結合、ウレ
ア結合、イミド結合、ケトン結合およびベンゾイミダゾ
ール結合の内の１種または２種以上を含み、ＳＰ値が９
以上の単一または混合溶剤に可溶な樹脂であることを特
徴とする、請求項１または２記載の半導電性中間転写ベ
ルト。