JP2005275412A - Ｏａ機器用導電性部材 - Google Patents

Abstract

【課題】 １０^５〜１０^１２Ω・ｃｍの体積抵抗領域において極めて安定した導電性を示し、導電性の印加電圧依存性が小さく、連続通電時の導電性の変化が小さく、温湿度変化等の環境条件変動による導電性の変化が小さい、ＯＡ機器用導電性部材を提供する。
【解決手段】 非エーテル系ポリウレタン、カーボンブラック及びビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドリチウムからなる組成物を成型してなるＯＡ機器用導電性部材。
【選択図】 なし

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の電子写真装置、静電記録装置の帯電、現像、転写、定着、除電、クリーニング、給紙、搬送用のブレード、ローラ、ベルトとして好適なＯＡ機器用導電性部材に関する。

複写機、ファクシミリ、プリンタ等の電子写真装置や静電記録装置等のＯＡ機器は種々のパーツで構成されているが、ブレード、ローラ、ベルトは電子写真プロセスにおいて、帯電、現像、転写、定着、除電、クリーニング、給紙、搬送等の役割を担うパーツとして不可欠である。これらのパーツにはポリウレタン材料が多く用いられるが、その機能上１０^４〜１０^１２Ω・ｃｍ程度の導電性を付与させなければならない場合が多い。

従来、ＯＡ部品用ポリウレタン部材に導電性を付与するため、ポリウレタンの構成材料となるポリオールにカーボンブラックを混練分散させた材料を用いて成型する等の手段が最も一般的であった。

しかしながら、カーボンブラックを混練分散させる方法では、これら物質の僅かな添加量のズレ、材料温度、成型温度、成型時間等の条件の僅かな変化、更には成型方法の違いによって導電パスの形態が変化するために導電性が大きく変動し、特に１０^６〜１０^１１Ω・ｃｍの体積抵抗領域においては、成型物全体に渡ってバラツキなく安定した導電性を付与させることは極めて困難であった。

また、カーボンブラックの比重は概ねポリウレタンの比重よりも大きいため、成型時更には成型物の形状によって沈降、偏在し、カーボンブラックの導電パスの欠陥が発生し、成型物に均一な導電性を安定して付与させることが困難であった。特に材料に大きな遠心力が加えられる遠心成型法により成型した成型物ではこの傾向が強かった。従って、成型物の形状や成型方法によって緻密に製造条件を管理する等して対応せざるを得なかった。また、これら方法により得られた導電性ポリウレタンでは電気抵抗の印加電圧依存性が大きいため、電子写真装置、静電記録装置の高性能化に対する障害となっていた。

本発明は、上記現状に鑑み、１０^５〜１０^１２Ω・ｃｍの体積抵抗領域において極めて安定した導電性を示し、導電性の印加電圧依存性が小さく、連続通電時の導電性の変化が小さく、温湿度変化等の環境条件変動による導電性の変化が小さい、ＯＡ機器用導電性部材を提供することを目的とするものである。

本発明は、非エーテル系ポリウレタン、カーボンブラック及びビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドリチウムからなる組成物を成型してなるＯＡ機器用導電性部材である。
以下に本発明を詳述する。

本発明者は、上述の課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、導電剤としてカーボンブラックとビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドリチウムとを併用した非エーテル系ポリウレタンが１０^５〜１０^１２Ω・ｃｍの体積抵抗領域において極めて安定した電気抵抗を示し、導電性の電圧依存性が小さいことを見出し、本発明を完成するに至った。

本発明で用いられる組成物は、非エーテル系ポリウレタン、カーボンブラック及びビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドリチウムからなるものである。
本発明において、非エーテル系ポリウレタンとは、非エーテル系ポリオールとポリイソシアネートとを反応させてなるものを意味する。

上記非エーテル系ポリオールとしては、例えば、ポリ（エチレンアジペート）ポリオール、ポリ（ブチレンアジペート）ポリオール、ポリ（エチレンブチレンアジペート）ポリオールに代表される縮合系ポリエステルポリオール；ポリ（カプロラクトン）ポリオール、ポリ（β−メチルγ−バレロラクトン）ポリオールに代表されるラクトン系ポリエステルポリオール；ポリ（イソプレン）ポリオール、ポリ（ブタジエン）ポリオールに代表されるオレフィン系ポリオール；ポリ（カーボネート）ポリオール、ひまし油系ポリオール、アクリル系ポリオール、ダイマー酸系ポリオール、シリコン系ポリオール、フッ素系ポリオール等を挙げることができる。

なお、ポリエチレングリコールやポリ（オキシテトラメチレン）グリコールに代表されるエーテル系ポリオールは吸湿性が高く、導電性の環境依存性を増大させるので、本発明のＯＡ機器用導電性部材には不適切である。

上記ポリイソシアネートとしては特に限定されず、例えば、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、液状ＭＤＩ、キシリレンジイソシアネート（ＸＤＩ）ナフチレン−１，５−ジイソシアネート（ＮＤＩ）、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、水素化ＴＤＩ、水素化ＭＤＩ、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）リジンジイソシアネート（ＬＤＩ）、イソプロピリデンビス（４−シクロヘキシルイソシアネート）、ノルボルナンジイソシアネート等を挙げることができる。

上記非エーテル系ポリオール及びポリイソシアネートとを反応させる際には、更に、硬化剤を配合してもよい。
上記硬化剤としては特に限定されず、例えば、脂肪族、芳香族、脂環族及びヘテロ環族の低分子量グリコール類；トリメチロールプロパン、グリセリン等のトリオール類；ペンタエリスリトール、ソルビトール等の多価アルコール類；メチレンビス−ｏ−クロロアニリン（ＭＯＣＡ）に代表されるアミン系化合物等を挙げることができる。

本発明は、導電剤としてカーボンブラックと下記式で表されるビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドリチウムとを併用することを特徴とするものである。

上記カーボンブラックとしては特に限定されず、例えば、ケッチェンブラックＥＣやバルカンＸＣ−７２に代表されるファーネスブラック；アセチレンブラック、酸性カーボンブラック、カーボン粒子表面に高分子をグラフトしたグラフトカーボン等を挙げることができる。これらは単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。

本発明において、カーボンブラックはポリオール中に混練分散して配合する。
ポリオール中に混練分散されるカーボンブラックの量は全配合量の１０重量％以下であることが好ましい。１０重量％を超えると、ポリオールの粘度が著しく高くなり、成型や脱水脱泡操作が困難となる。

本発明においては、導電剤としてカーボンブラックとともにビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドリチウムを使用する。
ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドリチウムは併用するカーボンブラック配合量の０．０１〜２００重量％の範囲で使用することが好ましい。０．０１重量％未満であると、導電性の安定性が損なわれ、電気抵抗値のバラツキが大きくなる。一方、２００重量％を超えてもより一層の抵抗安定性の向上は認められない。

本発明においては、電子伝導性物質であるカーボンブラックの導電パスに欠陥が生じた場合でも、イオン導電性物質であるビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドリチウムがこれを補完するように設計されているため、成型方法によらず、また厳しい製造条件の調節を行うことなく成型物に所望の導電性を均一に付与させることができる。

本発明のＯＡ機器用導電性部材は、上記組成物を成型してなるものである。
上記組成物を成型して本発明のＯＡ機器用導電性部材を得る際には、硬化反応を促進するために上記組成物に触媒を添加してもよい。
上記触媒としてはウレタン化反応を促進する物質であれば特に限定されず、ウレタン形成に一般的に用いられるアミン系化合物や有機金属系化合物等の触媒を使用することができる。

本発明のＯＡ機器用導電性部材の成型方法としては特に限定されず、例えば、常圧注型形成、減圧注型成型、遠心成型、回転成型、押出成型、射出成型、反応射出成型（ＲＩＭ）、スピンコーティング等を挙げることができる。

本発明のＯＡ機器用導電性部材としては、ＯＡ機器に用いられる導電性部材であれば特に限定されず、例えば、導電性ブレード、導電性ローラ、導電性ベルト等を挙げることができる。このような導電性ブレード、導電性ローラ、導電性ベルトもまた、本発明の１つである。

本発明は、上述の構成よりなるので、１０^５〜１０^１２Ω・ｃｍの体積抵抗領域において、極めて安定した電気抵抗を示し、導電性の電圧依存性が小さく、連続通電時の導電性の変化が小さく、温湿度変化等の環境条件変動による導電性の変化が小さい特性を合わせ持つＯＡ機器用導電性部材を提供することができる。

以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。

（実施例１）
平均分子量２０００、官能基数２のポリ（エチレンブチレンアジペート）ポリオールに導電性カーボンブラック（ケッチェンブラックＥＣＰ）を混練分散させ、加温減圧下で脱水・脱泡したものと、予め平均分子量２０００、官能基数２のポリ（エチレンブチレンアジペート）ポリオールとＭＤＩとを反応させることによりＮＣＯ％を１６％としたプレポリマーと、予めビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドリチウムを溶解させておいた１，４−ブタンジオール及びトリメチロールプロパンの重量比７：３の混合物からなる硬化剤とを、カーボンブラック分散ポリ（エチレンブチレンアジペート）ポリオール中の水酸基のモル数とプレポリマー中のイソシアネート基のモル数と硬化剤中の水酸基のモル数との比が１：２．７：１．６となるように秤取り攪拌混合し、１３０℃の遠心成型機にて約１時間硬化させた。この後、遠心成型機から成型物を取り出し、室温にて１２時間熟成させることにより厚さ２ｍｍのシート状試料を得た。なお、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドリチウムの添加量はカーボンブラックの添加量に対して７０重量％となるようにした。

（実施例２）
ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドリチウムの添加量がカーボンブラックの添加量に対して１４５重量％となるようにしたこと以外は実施例１と同様の方法で試料を得た。

（実施例３）
ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドリチウムの添加量がカーボンブラックの添加量に対して０．２重量％となるようにしたこと以外は実施例１と同様の方法で試料を得た。

（実施例４）
平均分子量２０００、官能基数２のポリ（エチレンブチレンアジペート）ポリオールに導電性カーボンブラック（ケッチェンブラックＥＣＰ）を混練分散させ、加温減圧下で脱水、脱泡したものと、ポリイソシアネート成分として液状ＭＤＩと、硬化剤として予めビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドリチウムを溶解させておいた１，４−ブタンジオール及びトリメチロールプロパンの重量比７：３の混合物とを、カーボンブラック分散ポリ（エチレンブチレンアジペート）ポリオール中の水酸基のモル数とポリイソシアネート中のイソシアネート基のモル数と硬化剤中の水酸基のモル数との比が１：３．２：２．１となるようにワンショットで加えて攪拌混合し、１３０℃の遠心成型機にて約１時間硬化させた。この後、遠心成型機から成型物を取り出し、室温にて１２時間熟成させることにより厚さ２ｍｍのシート状試料を得た。なお、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドリチウムの添加量はカーボンブラックの添加量に対して７０重量％となるようにした。

（実施例５）
実施例１と同様の配合物を、厚さ２ｍｍのスペーサーを有する１３０℃の金型に手注型し、同温度にて約１時間硬化させた。この後、成型物を金型より取り出し、室温にて１２時間熟成させることにより厚さ２ｍｍのシート状試料を得た。

（比較例１）
平均分子量２０００、官能基数２のポリ（エチレンブチレンアジペート）ポリオールと実施例１と同量の導電性カーボンブラック（ケッチェンブラックＥＣＰ）を混練分散させ、加温減圧下で脱水、脱泡したものと、予め、平均分子量２０００、官能基数２のポリ（エチレンブチレンアジペート）ポリオールとＭＤＩとを反応させることによりＮＣＯ％を１６％としたプレポリマーと、１，４−ブタンジオール及びトリメチロールプロパンの重量比７：３の混合物からなる硬化剤とを、カーボンブラック分散ポリ（エチレンブチレンアジペート）ポリオール中の水酸基のモル数とプレポリマー中のイソシアネート基のモル数と硬化剤中の水酸基のモル数との比が１：２．７：１．６となるように秤取り攪拌混合し、１３０℃の遠心成型機にて約１時間硬化させた。この後、遠心成型機から成型物を取り出し、室温にて１２時間熟成させることにより厚さ２ｍｍのシート状試料を得た。

（比較例２）
導電性カーボンブラック（ケッチェンブラックＥＣＰ）の分散量を実施例２と同様にしたこと以外は、比較例１と同様の方法で厚さ２ｍｍのシート状試料を得た。

（比較例３）
比較例１と同様の配合物を、厚さ２ｍｍのスペーサーを有する１３０℃の金型に手注型し、同温度にて約１時間硬化させた。この後、成型物を金型より取り出し、室温にて１２時間熟成させることにより厚さ２ｍｍのシート状試料を得た。

実施例１〜５及び比較例１〜３で得られた試料について、以下の評価試験を行った。結果を表１に示した。
［導電性の評価］
抵抗測定器（アドバンテスト社製、Ｒ８３４０Ａ）を使用し評価した。
（１）体積抵抗
試料に２５０Ｖの電圧を３０秒間印加したときの体積抵抗を評価した。測定は試料全面１５ヶ所について行い、この算術平均値を体積抵抗値とした。
（２）体積抵抗バラツキ
（１）で測定した１５ヶ所の体積抵抗値を１目盛りの間隔が１×１０^ｘ（ｘは整数を表す）である対数方眼紙にプロットした際の最大値と最小値の差を目盛りの間隔で評価した。
（３）電圧依存性
試料に１０〜１０００Ｖの電圧を３０秒間印加したときの体積抵抗値を測定し、１目盛りの間隔が１×１０^ｘ（ｘは整数を表す）である対数方眼紙にプロットした際の最大値と最小値の差を目盛りの間隔で評価した。
（４）連続通電変動
試料に１００Ｖの電圧を３０秒〜３０分間連続印加したときの抵抗を５分毎に測定し、１目盛りの間隔が１×１０^ｘ（ｘは整数を表す）である対数方眼紙にプロットした際の最大値と最小値の差を目盛りの間隔で評価した。
（５）環境変動
低温低湿（１０℃、相対湿度１５％）〜高温高湿（３２．５℃、相対湿度８５％）の環境下で、試料に２５０Ｖの電圧を３０秒間印加したときの体積抵抗を測定し、１目盛りの間隔が１×１０^ｘ（ｘは整数を表す）である対数方眼紙にプロットした際の最大値と最小値の差を目盛りの間隔で評価した。

Claims (4)

1. 非エーテル系ポリウレタン、カーボンブラック及びビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドリチウムからなる組成物を成型してなることを特徴とするＯＡ機器用導電性部材。
2. 導電性ブレードであることを特徴とする請求項１記載のＯＡ機器用導電性部材。
3. 導電性ローラであることを特徴とする請求項１記載のＯＡ機器用導電性部材。
4. 導電性ベルトであることを特徴とする請求項１記載のＯＡ機器用導電性部材。