JP2005097493A - 難燃性ゴム組成物とこれを用いた電子写真装置用転写ベルト - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は、従来、ベースゴム１００重量部に５０重量部を超えて配合することができなかった水酸化アルミニウムを、多量に用いても押出加工性や物性の低下を引き起こしにくい難燃導電性ゴム組成物、および、高レベルの難燃性と表面平滑性を有し、変形回復率が高い電子写真装置の転写ベルトを提供する。
【解決手段】
第３成分として５−エチリデン−２−ノルボルネンであり、この５−エチリデン−２−ノルボルネンを７重量％以上含有し、ムーニー粘度（ＭＬ_１＋４１００℃）が５０以下であるエチレンプロピレンゴム１００重量部に、脂肪酸またはシランカップリング剤により表面処理した水酸化アルミニウム６０〜１２０重量部と赤燐４〜１５重量部とを含有させ、更に、脂肪酸亜鉛０．５〜５重量部を加えた難燃性ゴム組成物を用いて、クロスヘッド押出方式により成形され、ＵＬ９４・Ｖ−１レベルの難燃性であり、１０点平均表面粗さが１０μｍ以下であり、７日間変形後の変形回復率が８０％以上である。
【選択図】 図１

Description

この発明は、環境問題に対応でき、物性、加工性に優れる難燃性ゴム組成物、およびこの難燃性ゴム組成物を用いた複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真装置に使用される転写ベルト、中間転写ベルト、転写ローラなどの転写部材に関するものである。

本発明が対象とするの転写部材の１形態である転写搬送ベルトの斜視図を図１に示す。転写搬送ベルト１は薄肉の円筒形状を有し、弾性体のみ、または弾性体である基材層２にコーティングによる薄膜の表面層３を１層あるいは２層設けたものが一般的に用いられている。

図２に、前記転写搬送ベルト１が使用される電子写真装置の画像形成部の概要を側面図で示す。円筒形状の感光体１１の外周面には帯電ローラ２１により電荷が均一に付与される。感光体１１は矢印１６の方向に回転され露光手段２２により露光されて静電潜像が形成される。つづいて現像領域１３において、現像装置２３に供給されたトナーを供給ローラ２５と規制ブレード２７により現像ローラ２６表面に薄層のトナー層を形成して、感光体１１に移動させて静電潜像をトナー像とする。

感光体１１を回転させ転写領域１４において、前記トナー像を感光体１１とローラ４１，４２に張架された転写搬送ベルト１との間に供給される記録材２８に転写される。転写済みの記録材２８は、転写搬送ベルト１により搬送され、定着装置（図示せず）により定着されて画像が形成される。転写後、感光体１１はクリーニング領域１５でクリーニングブレード２９で残留トナーが除去され、次の画像形成に供される。

これら転写搬送ベルト１は良好な画質を得るためベルトの表面平滑性、１本中の電気抵抗のばらつきが小さいこと、寸法精度が良いこと、繰り返し使用により表面性、電気抵抗が変化しにくい特性に加えて、高電圧による火花放電などにより燃えにくいという難燃性が要求される。この難燃性については安全を考えてＵＬ９４難燃規格のＶ−２以上、好ましくはＶ−１以上の難燃レベルが求められている。

この難燃性を確保するためにベルトを構成する材料中に、リン系難燃剤、金属水酸化物、含窒素化合物（例えば、メラミン）等を含有させる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら含窒素化合物は難燃性効果が比較的小さく、大量配合が困難である問題があり、難燃剤としてリン系難燃剤、含窒素化合物、金属水酸化物の３種を併用することが必要となるが、これらを多量に含有させると各難燃剤を十分に分散させることが困難である。リン系難燃剤と金属水酸化物特に水酸化アルミニウムとの組み合わせは、難燃性としては比較的良好であるが、ゴム１００重量部に対して５０重量部を超えて含有させると、成形物の物性が低下し、その加工性（押出性、研磨加工）が低下し易いという問題がある。特に水酸化アルミニウムの含有量の影響が大である。

物性については、特に引き裂き強度の低下が顕著に出てくる。加工性については、押出加工を行った場合に成形品表面にひび割れのような模様が入り、また成形後研磨加工するときにも表面粗さが大きくなりすぎるため、例えば、転写ベルトに使用する場合、表面粗さに応じて転写後の画質に荒れが生じる結果となる。

他の難燃性を確保する手段として、ゴムに赤燐と金属水酸化物と黒鉛を配合する技術が開示されているが、この場合も上記と同様に加工性、物性などに大きな問題がある（特許文献２参照）。

他の難燃性を確保する手段として、クロロプレン等のハロゲンゴムに三酸化アンチモン系難燃剤や臭素系難燃剤を配合した難燃性ゴムが知られているが、環境上好ましくない。水酸化アルミニウムは燃焼時加熱により結晶水を放出して燃焼温度を下げる効果を有するので安全な難燃剤であるが、多量に含有させないと難燃性効果が出にくく、多量に含有させようとすると物性が低下し、押出加工性や研磨加工性等に劣る問題があった。
特開２００２−２１２３４３号公報（請求項１、段落番号００１８） 特開平７−３０９９７６号公報（請求項１）

本発明は、上記の問題点に鑑み、水酸化アルミニウムを多量に用いても、押出加工性や物性の低下を起しにくく環境上の問題もない難燃導電性ゴム組成物、およびこの難燃導電性ゴム組成物を電子写真装置の転写部材として用いて高レベルの難燃性と転写性とを有する転写部材（転写ベルト）を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために本願発明の難燃性ゴム組成物は、第３成分として７重量％以上の５−エチリデン−２−ノルボルネンを含有し、ムーニー粘度（ＭＬ_１＋４１００℃）が５０以下であるエチレンプロピレンゴム１００重量部に、脂肪酸またはシランカップリング剤により表面処理した水酸化アルミニウム６０〜１２０重量部と赤燐４〜１５重量部とを含有させたことを特徴とする。

ベースポリマーとしては環境問題にも対応でき、電子写真装置の感光体周辺のオゾンにも耐えるエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）を用いる。ＥＰＤＭとして、第３成分が５−エチリデン−２−ノルボルネン（ＥＮＢという）を７重量％以上含有し、ムーニー粘度（ＭＬ_１＋４１００℃）が５０以下のものを用いることにより、水酸化アルミニウムを多量に配合してもクロスヘッド押出加工により、引張強度の低下もなく、表面性の良好な薄肉円筒体を成形できるようになる。なお、ＥＮＢを７重量％以上とすることにより、転写搬送ベルト等の転写部材を装置に装着して停止状態に放置した場合でも変形くせ付きが少なくなる。

また、ムーニー粘度は加工前のＥＰＤＭの特性を特定するものであって、混練り押出する時にこのＥＰＤＭが容易に流動して、多量の水酸化アルムニウムを十分に分散する効果があり、結果として、優れた引張強度、引裂き強度などが得られるとともに、表面平滑性の良好な押出成形品が得られるものと考えられる。

ＥＰＤＭ１００重量部に対して水酸化アルミニウムを６０〜１２０重量部用いるのは、６０重量部未満ではＵＬ９４難燃規格においてＶ−１水準の難燃性を確保できないことがあり、１２０重量部を超えると押出加工時に表面にひび割れなどが生じ、また、繰り返し屈曲性や引裂き性などの物性が低下する。

なお、無処理の水酸化アルミニウムを５０重量部を超えて用いると、前述の通り押出加工においてひび割れが生じ、また加硫中にひび割れが進み、研磨仕上げしてもひび割れの跡の凹凸が残り、これにより画質が荒れることとなり、使用時にベルトが破損しやすくなるという問題がある。水酸化アルミニウムの表面にＥＰＤＭと親和性が高い脂肪酸またはカップリング剤により表面処理をすることにより、水酸化アルミニウムがＥＰＤＭ中に均一に分散しやすくなる。これによって上記の様に水酸化アルムニウムを６０〜１２０重量部と多量に配合しても押出加工性が良好で成形物の表面にひび割れを生じることがなく、表面を研磨しても表面粗さが大きくなることがない。即ち、必要な難燃性を保持した転写部材が容易に加工でき、しかも、必要な物性や表面平滑性が保たれることが判った。

表面処理に用いる処理脂肪酸としては、ステアリン酸、パルミチン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸などを用いればよいが、ＥＰＤＭとの親和性が大であって、入手が容易なステアリン酸を用いるのが好適である。脂肪酸処理法としてはヘンシェルミキサー等で水酸化アルミニウムを撹拌しながら約１００℃に加熱し、脂肪酸を少しずつ添加して、撹拌した後、冷却する。

カップリング剤処理は一般的なシランカップリング剤にて処理を行えばよい。カップリング剤は、Ｘ〜Ｓｉ（ＯＲ）₃で表される化合物で、Ｘはアミノ基、ビニル基、エポキシ基、アクリル基などで、ＯＲは、メトキシ基、エトキシ基などである。Ｘの種類は使用するポリマー種に合わせて選択され、ＥＰＤＭにはビニルトリアセトキシシラン、ビニルトリメトキシシランなどが好適に使用される。

カップリング剤処理方法としては、メタノール等の溶剤にシランカップリング剤を溶解分散し、その中に水酸化アルミニウムを浸漬させ、撹拌混合した後、溶剤を除去して、加熱処理を行うことにより水酸化アルミニウムの表面にカップリング剤を固着する。これらの表面処理によりＥＰＤＭ１００重量部に対して６０重量部以上の水酸化アルミニウムを分散含有させることができる。

更に、赤燐を４〜１５重量部添加することにより水酸化アルミニウムとの相乗効果によりＵＬ９４難燃規格の難燃性試験においてＶ−１水準の難燃性が確保できる。赤燐が４重量部未満では難燃性が不足であり、１５重量部を超えると物性低下や吸湿性が大きくなり過ぎる。この赤燐は、粉体での取り扱い時に発火する危険があるため表面に樹脂をコーティングしたものが市販されている。また、このコーティングによりゴム中への分散性を向上することができる。粒子径としては小さい方が難燃効果が大きく、２０μｍ以下のものを用いるのが好ましい。

請求項２に記載の難燃性ゴム組成物は、請求項１の難燃性ゴム組成物に、更に、エチレンプロピレンゴム１００重量部に対して脂肪酸亜鉛０．５〜５重量部を加えていることを特徴とする。難燃性を確保するために、予め脂肪酸などをコーティングした水酸化アルミニウムを多量に配合し、更に、加工助剤として脂肪酸亜鉛を混合することにより、押出加工性が一層良くなる。この脂肪酸亜鉛に用いられる脂肪酸としては、ステアリン酸、パルミチン酸、ラウリン酸が好適である。

請求項３に記載の電子写真装置用転写ベルトは、請求項１または２に記載の難燃性ゴム組成物を用いてクロスヘッド押出方式により成形され、ＵＬ９４難燃規格のＶ−１水準以上の難燃性であり、１０点平均の表面粗さが１０μｍ以下であり、変形くせ付きがないことを特徴とする（この転写ベルトには、転写搬送ベルト、中間転写ベルトを含む）。

この転写ベルトは、請求項１または２に記載の難燃性ゴム組成物を用いるので、ＵＬ９４難燃規格のＶ−１水準以上の難燃性を有し、かつ、電子写真装置に組み込まれて長期間保管されてもベルトに変形くせ付きがなく、さらに、多量の水酸化アルムニウムを含有するにも関わらず表面平滑性が良好であり転写画像も鮮明である。

なお、この転写ベルトは、次のように製造される。前記難燃性ゴム組成物に、その他必要なカーボンブラックや加硫剤、加硫促進剤、可塑剤などを加えてをバンバリーミキサー、ニーダなどにより混練りして、電気抵抗値が１０⁸〜１０¹²Ω程度の半導電性の難燃性ゴム組成物とする。このゴム組成物を、クロスヘッド押出方式により、円筒状の内金型に密着して押出して未加硫の芯金入りゴム成形体を作製し、そのまま加硫、研磨加工した後、芯金（内金型）を抜いて転写ベルトを得ることができる。この転写ベルトは、圧力をかけずに加硫され研磨加工もできるので、加硫時のゴムの流れむらに起因する電気抵抗のばらつきが小さく、表面平滑性や厚み精度に優れたものとなる。なお、この転写ベルトは、薄肉（約２ｍｍ）円筒状に成形されるので、押出加工性（表面荒れ、内金型への密着性など）や研磨加工後の表面粗さの緻密さ（充填物のベースゴムとの親和性による）という特性を十分に満足させることができる。

クロスヘッド押出方式は、押出機本体の押出方向とほぼ直角方向に流路を変えてゴム組成物を吐出する。吐出されるゴム組成物のゴム流路に沿って、細い円筒状の内金型が移動され、この内金型の外周面にゴム組成物を被覆形成する。このまま加硫して内金型より離脱させることにより円筒状の広幅ベルトを得ることができる。

以上説明したことから明らかなように、本発明の難燃性ゴム組成物は、環境問題があると指摘されるハロゲン含有ポリマーやハロゲン系難燃剤、アンチモン系難燃剤等を使用することなく、多量の水酸化アルミニウムと赤燐とを用いて高レベルの難燃性を実現できる。しかも、前記水酸化アルミニウムに脂肪酸またはカップリング剤で表面処理することにより、ＥＰＤＭとの親和性が向上しＥＤＤＭ中に均一に分散しやすいので流動性（押出加工性）、表面研磨性、物性（引裂き強さ等）を良好に維持できる。このように優れた難燃性、流動性、物性等を具備するゴム組成物を用いることにより、難燃性であって転写性に優れた電子写真装置用転写ベルトを得ることができる。

本発明の難燃性ゴム組成物は、例えば、ＥＮＢ量が８重量％であるＥＰＤＭ１００重量部に、予めステアリン酸により表面処理された水酸化アルミニウム１００重量部と樹脂コーティングされた赤燐１０重量部を加え、更にその他必要なカーボンブラック、加硫剤、加硫促進剤等を配合し、混練りしている。この難燃性ゴム組成物をクロスヘッド押出方式により円筒状の内金型の外周面全面を覆って押し出してそのまま加硫することにより、ＵＬ難燃規格でＶ−１以上の難燃性水準にあり、かつ表面粗さ、物性に優れた転写ベルトを提供することができる。

以下、本発明に係る難燃性ゴム組成物を用いた転写ベルトを実施例により説明する。

（実施例１）
実施例１の難燃性ゴム組成物として表１に記載の配合材料を用いて、転写搬送ベルトを成形し、その組成と評価結果を表１に示す。

ＥＰＤＭ〔ＪＳＲ社製：ＥＰ３３（ＥＮＢ量=８ｗｔ％、ムーニー粘度=４５)〕１００重量部に対して表１に示すその他の配合剤および量（重量部で示す）を、バンバリーミキサーで混練りして、本発明の難燃性ゴム組成物を得た。なお、配合剤としては、表面ステアリン酸処理された水酸化アルミニウム（昭和電工社製、ハイジライトＨ３４ＨＬ）、パラフィン系可塑剤（出光石油化学社製、ＰＷ９０）、導電性粒子（ライオン社製、ケッチェンブラックＥＣ）、赤燐（燐化学工業社製、ノーバレッド１２０ＵＦ、樹脂コート品）、酸化亜鉛（堺化学社製、亜鉛華１号）、ステアリン酸（日本油脂社製、ビーズステアリン酸椿）、チウラム系加硫促進剤（大内新興社製、促進剤ＴＥＴ）、イオウ（鶴見化学工業社製、オイルサルファー）を用いた。

この難燃性ゴム組成物を、転写部材である薄肉円筒状ベルトに成形する過程を図３のクロスヘッドダイの断面図を用いて説明する。芯金８０は外径が５０ｍｍ、長さ３００ｍｍ、肉厚５ｍｍで材質ＳＵＳ３０３の内金型である。スクリュー７０を有する押出機（三葉製作所社製、押出シリンダー径６０ｍｍ）の先端にクロスヘッドダイ７１（ノズル内径=５１ｍｍφ）を取り付け、前記難燃性ゴム組成物を前記押出機に供給し、混練り溶融したゴム組成物７２をクロスヘッドダイ７１に押し出す。同時に押出シリンダーの中心軸Ｘと直交する方向に設けられた芯金案内路７３にそって芯金８０を移動させて、芯金８０の外周に難燃性ゴム組成物７２を２ｍｍの厚みで被覆して難燃性ゴム成形物７４を得た。これを１６０℃の加硫炉に３０分間入れて加硫した。冷却後、研磨して１ｍｍの肉厚とした後、脱型して基材層２（図１参照）を作製した。この基材層２の研磨面に熱可塑性ポリウレタンをトルエン、イソプロピルアルコール等に溶かしたコーティング液をスプレー塗工して表面層３（図１参照）を形成し、転写搬送ベルト１（図１参照）を作製した。

なお、前記ＥＰＤＭは、水酸化アルムニウム等の混練り分散性や押出流動性を考慮してムーニー粘度が５０以下のものを用いる。ムーニー粘度（ＭＬ_１＋４１００℃）が５０を超えるとクロスヘッド方式により押し出しする時、押出物の表面（肌）が荒れる問題がある。水酸化アルミニウムなど無機粒子が高充填であるためであると考えられる。

得られた転写搬送ベルトについて難燃性、押出性、表面粗さおよび変形くせ付きを評価した結果を表１に示す。評価方法は次のとおりである。

難燃性は、ＵＬ９４難燃規格の標準試験方法に従い評価した。

押出加工性は、クロスヘッドダイで押出成形の可否と押出円筒体の表面状態を目視観察し、ひび割れ等が認められないものを良好とした。

表面粗さは、研磨仕上げした薄肉円筒体の表面を表面粗さ計（ミツトヨ社製、表面測定機）により１０点を測定しその平均値を算定した。

変形くせ付きは、電子写真装置に転写搬送ベルトとして組み込んで２５℃で７日間保管し、開放１時間後の変形くせ付きを目視観察し、変形くせ付きの認められたものは画像出しし、画像むらの発生有無を確認した。

表１の評価結果欄に記載のように、水酸化アルミニウム１００重量部及び赤燐１０重量部を添加することにより、難燃性はＵＬ９４難燃規格のＶ−１水準を確保することができ、押出加工性は水酸化アルミニウムを１００重量部添加しているにもかかわらず良好であった。水酸化アルミニウムをステアリン酸で表面処理したことによる効果と考えられる。同様に表面粗さは８μｍと小さく、水酸化アルミニウムとＥＰＤＭとの結合が強くなったことによると考えられる。また、ＥＤＰＭとしてＥＮＢ量＝８重量％のＥＰＤＭを用いることにより変形くせ付きも問題なかった。

（実施例２）
無処理の水酸化アルミニウム（昭和電工社製：ハイジライトＨ３２）１００重量部をヘンシェルミキサーにより撹拌しながら、約１００℃に加熱し、日本油脂社製のミスチン酸５重量部を少しずつ添加し、１０分間撹拌して表面処理した水酸化アルミニウムを得た。この水酸化アルミニウムを用いたほかは、実施例１と同様に難燃性ゴム組成物を調製し、転写ベルトを製作し評価を行った。結果を表１に示す。

（実施例３）
実施例３は、ビニルシランにより表面処理した水酸化アルミニウム（昭和電工社製：ハイジライトＨ４２ＳＴＶ）を使用した以外は実施例１と同様に難燃性ゴム組成物を調製し、転写ベルトを製作し評価を行った。結果を表１に示す。

（実施例４）
実施例４は、表面をステアリン酸処理した水酸化アルミニウム（昭和電工社製：ハイジライトＨ３４ＨＬ）を用い、加工助剤として日本油脂社製、ステアリン酸亜鉛を用いた以外は、実施例１と同様に難燃性ゴム組成物を調製し、転写ベルトを製作し評価を行った。結果を表１に示す。

（実施例５，６）
実施例５は、赤燐（ノーバレッド１２０ＵＦ）を１５重量部、水酸化アルミニウム（ハイジライトＨ３４ＨＬ）を６０重量部とし、実施例６は、赤燐（ノーバレッド１２０ＵＦ）を４重量部、水酸化アルミニウム（ハイジライトＨ３４ＨＬ）を１２０重量部とした他は、実施例１と同様に難燃性ゴム組成物を調製し、転写ベルトを製作し評価を行った。結果を表１に示す。

（比較例１〜５）
比較例１は、赤燐を１５重量部、水酸化アルミニウム（ハイジライトＨ３４ＨＬ）を５０重量部とし、比較例２は、赤燐を３重量部、水酸化アルミニウム（ハイジライトＨ３４ＨＬ）を１２０重量部とし、比較例３は、水酸化アルミニウム（ハイジライトＨ３２）を無処理のままで１００重量部用い、比較例４は、ＥＰＤＭとしてＥＮＢ量＝６ｗｔ％、ムーニー粘度＝３８であるＪＳＲ社製のＥＰ２１を１００重量部用い、比較例５は、ＥＰＤＭとしてＥＮＢ量＝８ｗｔ％、ムーニー粘度＝８３であるＪＳＲ社製のＥＰ３５を１００重量部用いた他は、実施例１と同様に難燃性ゴム組成物を調製し、転写ベルトを製作し評価を行った。結果を表２に示す。

本発明に係る転写搬送ベルトの斜視図である。 本発明に係る転写搬送ベルトが使用される電子写真装置の概要を示す側面図である。 転写搬送ベルトの成形に使用されるクロスヘッド方式のクロスヘッドダイの断面図である。

符号の説明

１：転写搬送ベルト
２：基材層
３：表面層
１１：感光体
２２：露光手段
７０：スクリュー
７１：クロスヘッドダイ
７２：難燃性ゴム組成物
７３：芯金案内路
７４：難燃性ゴム成形物
８０：芯金

Claims (3)

1. 第３成分として５−エチリデン−２−ノルボルネンを７重量％以上含有し、ムーニー粘度（ＭＬ_１＋４１００℃）が５０以下であるエチレンプロピレンゴム１００重量部に、脂肪酸またはシランカップリング剤により表面処理された水酸化アルミニウム６０〜１２０重量部と赤燐４〜１５重量部とを含有させたことを特徴とする難燃性ゴム組成物。
2. 前記エチレンプロピレンゴム１００重量部に、更に、脂肪酸亜鉛０．５〜５重量部を加えた請求項１に記載の難燃性ゴム組成物。
3. 請求項１または２に記載の難燃性ゴム組成物を用いてクロスヘッド押出方式により成形され、ＵＬ９４難燃規格のＶ−１水準以上の難燃性であり、１０点平均の表面粗さが１０μｍ以下であり、変形くせ付きがないことを特徴とする電子写真装置用転写ベルト。

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