JP2885651B2 - 半導電性ゴム組成物 - Google Patents

半導電性ゴム組成物

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電子写真装置の導電性
ローラなどの導電性ゴム部品や、静電気対策用のゴム製
品などに利用される半導電性ゴム組成物に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】静電
式複写機、レーザープリンター、ファクシミリなどの種
々の電子写真装置には、導電性ローラを始めとする各種
導電性ゴム部品が使用されている。導電性ゴムは、従来
より、カーボンブラックなどの導電性物質をゴム中に分
散し、体積固有抵抗値を10〜1015Ω・cmの範囲にま
で低下させることによって製造されている。
【0003】上記カーボンブラックは、粒径が小さいも
のほど抵抗値を低下させる効果が大きいために、通常、
粒径が45nm以下のものが使用されている。また、か
かる粒径が小さいカーボンブラックを使用した場合、カ
ーボンブラックの添加量が増えるに従ってゴムの抵抗値
が急激に低下するために、体積固有抵抗値が104 Ω・
cm以下である導電性ゴムを製造するのは比較的容易であ
る。
【0004】しかし、静電対策用として有用な中抵抗の
導電性ゴム、すなわち体積固有抵抗値が105 〜1010
Ω・cmの領域である半導電性ゴムは、混練時の損失など
によって生じるカーボンブラック含有量のわずかな差
や、射出成形、押出成形などの加工によて生じるゴムの
状態またはカーボンブラックの分散度のわずかな違いな
どによって上記領域内での抵抗値が大きく変動するた
め、抵抗値の再現性が悪く、量産安定性に欠けるという
問題を有している。
【0005】一方、粒径が大きいカーボンブラックは抵
抗値を低下させる効果が小さいことから、かかるカーボ
ンブラックを使用して半導電性ゴムを製造すれば、ゴム
の抵抗値の安定性や再現性を改善することができる。し
かしながら、粒径が大きいカーボンブラックを使用した
のでは、目的の中抵抗領域に達するのに多量のカーボン
ブラックを必要とし、その結果、ゴムの加工性が悪くな
ってしまう。また、ゴムの硬度が高くなるおそれもあ
る。
【0006】そこで、本発明の主な目的は、カーボンブ
ラックの含有量がわずかに変化しても中抵抗領域におけ
る体積固有抵抗値の変動が少なく、従ってその領域での
抵抗値の再現性が高く、量産安定性に優れており、しか
も加工性にも優れた半導電性ゴム組成物を提供すること
である。また、本発明の他の目的は、耐オゾン性にも優
れた前記の半導電性ゴム組成物を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段および作用】本発明者ら
は、上記の問題を解決するために鋭意研究を重ねた結
果、ゴム中に、平均粒径が80nm以上のカーボンブラ
ックと、平均粒径が30nm以下のカーボンブラックと
を4:1〜1:4の重量比で含有するときは、中抵抗領
域における体積固有抵抗値の変化が穏やかで安定した抵
抗値が得られるために、抵抗値の再現性が高く、量産安
定性が優れた半導電性ゴム組成物を容易に得ることがで
きるいう新たな事実を見出し、本発明を完成するに至っ
た。
【0008】また、前記ゴム中に、主鎖に二重結合を有
しないゴムを15重量%以上の割合で含有させるとき
は、上記の特性を損なわずに、耐オゾン性にも優れた半
導電性ゴム組成物が得ることができる。以下に、本発明
の半導電性ゴム組成物を詳細に説明する。本発明におけ
るカーボンブラックは、平均粒径が80nm以上、好ま
しくは82〜118nmのものと、平均粒径が30nm
以下、好ましくは23〜30nmのものとからなる。平
均粒径が80nm以上のものと30nm以下のものとの
重量比は4:1〜1:4になるように配合して使用され
る。
【0009】カーボンブラックの全配合量は特に限定さ
れないが、通常、原料ゴム100重量部に対して5〜1
00重量部の範囲内である。カーボンブラックの配合量
が上記の範囲未満では、ゴムの導電性が不十分で、体積
固有抵抗値が1010Ω・cmより大きな値になるおそれが
あり、上記の範囲より大きい場合は、ゴムの加工性が劣
化したりゴムの硬度が高くなるおそれがある。
【0010】本発明に使用可能なカーボンブラックとし
ては、上記平均粒径以外については特に限定されず、フ
ァーネス法、アセチレン法、ランプ法、サーマル法など
の従来公知の方法により製造されたものが使用可能であ
り、とくにカーボンブラックの粒度分布の小さいものが
好ましい。本発明に使用可能な原料ゴムとしては、従来
公知のものが使用可能であり、例えば天然ゴム(N
R)、イソプレンゴム(IR)、スチレンゴム(SB
R)、ブタジエンゴム(BR)、クロロプレンゴム(C
R)、ブチルゴム(IIR)、ハロゲン化ブチルゴム、
ポリイソブチレン、ニトリルゴム(NBR)、クロロス
ルホン化ポリエチレンゴム(CSM)、クロロスルホン
化ポリエチレンゴム(CSM)、アクリルゴム(AC
M,ANM)、ウレタンゴム(U)、シリコーンゴム
(Si)などが挙げられ、これらの2種以上の原料ゴム
を混合して用いることもできる。また、オゾン雰囲気下
に曝されるおそれのある電子写真複写装置などで使用す
る場合は、ゴムの劣化を防止するために、耐オゾン性が
優れた原料ゴムを使用するのが好ましい。
【0011】上記耐オゾン性に優れた原料ゴムとして
は、主鎖に二重結合を有しないゴムが挙げられ、例えば
シリコーンゴム、ウレタンゴム、エチレン−プロピレン
ゴム(EPM)、エチレン−プロピレン−ジエン共重合
ゴム(EPDM)、アクリルゴム、ウレタンゴムフッ素
ゴム、ブチルゴム(IIR)、ハロゲン化ブチルゴム、
クロロプレンゴム(CR)、クロロスルホン化ポリエチ
レンゴム(CSM)、エピクロルヒドリン−エチレンオ
キシド共重合ゴム(CHC)、エピクロルヒドリン単独
重合ゴム(CHR)、ニトリルゴム(NBR)の水素化
物、塩素化ポリエチレン、ポリ塩化ビニル(PVC)−
NBRブレンド物などが挙げられる。これらのうち、ゴ
ムの加工性が良好で低価格であるエチレン−プロピレン
−ジエン共重合ゴム(以下、EPDMという)を用いる
のが好ましい。
【0012】耐オゾン性に優れたゴム組成物を得る場合
は、原料ゴム100重量部中に上記耐オゾン性に優れた
原料ゴムを15重量部以上、好ましくは30重量部以上
配合する。この割合が15重量部未満の場合は十分な耐
オゾン性を得ることができない。尚、ここでいう耐オゾ
ン性を有するゴム組成物とは、オゾン濃度50pphm
の雰囲気下、40℃で96時間放置した後、10%伸長
させても亀裂が生じないものをいう。
【0013】本発明のゴム組成物には、上記各成分のほ
かに、例えば加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤、補強
剤、充填剤などの従来公知の種々の添加剤を所定の割合
で添加することも可能である。本発明のゴム組成物は、
例えば以下の方法で製造される。まず、天然ゴムなどの
原料ゴムに、主鎖に二重結合を有しない耐オゾン性に優
れたEPDMなどの原料ゴムを必要に応じて混合し、平
均粒径が80nm以上のカーボンブラックと平均粒径が
30nm以下のカーボンブラックとを、所望の体積固有
抵抗値に応じた配合比および配合量で配合する。
【0014】次いで、加硫剤、加硫促進剤、老化防止
剤、補強剤、充填剤などの各種添加剤を所定の割合で配
合し、素練り、成形、加硫などの操作を施す。
【0015】
【実施例】次に、実施例と比較例を挙げて本発明の半導
電性ゴム組成物を説明する。半導電性ゴム組成物の作製 実施例1〜10 原料ゴムとして天然ゴム(SMR5CV)およびEPD
M(住友化学工業(株)製のエスプレン501A)を用
い、これらを下記の表1に示す割合で混合し、ロール機
を用いて素練りを行った。
【0016】次いで、カーボンブラックと、下記の各添
加剤とを配合し、ロール機を用いて溶融・混練を行い、
半導電性ゴム組成物を作製した。 *1 大内新興化学社製のMBT 1.0重量部、TMT
D 1.5重量部およびBZ 0.5重量部 カーボンブラックは、平均粒径が82nmまたは118
nmのものと、平均粒径が23nmまたは30nmのも
のとを組み合わせて使用した。その配合比は、下記の表
1に示すとおりである。
【0017】尚、カーボンブラックの配合量は、原料ゴ
ム100重量部に対して0〜100重量部の範囲内で調
整し、数種の配合例を各実施例毎に作製した。
【0018】
【表1】
【0019】比較例1〜10 使用した原料ゴムが、天然ゴム85重量部およびEPD
M15重量部であり、使用したカーボンブラックが異な
るほかは、実施例1〜10と同様にして半導電性ゴム組
成物を作製した。カーボンブラックは、平均粒径が23
nm、30nm、62nmまたは82nmのカーボンブ
ラックを単独で、またはこのうちの2種類を組み合わせ
て用いた。2種類のカーボンブラックを組み合わせた場
合の配合比は、下記の表2に示すとおりである。
【0020】尚、カーボンブラックの配合量は、原料ゴ
ム100重量部に対して0〜100重量部の範囲内で調
整し、数種の配合例を各比較例毎に作製した。
【0021】
【表2】
【0022】各実施例および各比較例で使用したカーボ
ンブラックの製造者、商品名および米国材料試験協会に
よる規格番号(ASTM No.)を表3に示す。
【0023】
【表3】
【0024】体積固有抵抗値の測定 上記実施例および比較例で得られた半導電性ゴム組成物
を、それぞれ150℃で10分間プレス加硫し、縦10
cm、横10cm、厚さ0.2cmのゴム板に成型した
ものを試験片として使用した。測定は、温度23.5
℃、湿度55%RHの条件下で、アドバンテストコーポ
レーション社製のデジタル超高抵抗微小電流計R−83
40/8340Aを用いて行った。
【0025】実施例1〜10および比較例5〜10の結
果を図1に、比較例1〜5の結果を図2にそれぞれ示
す。Δ(カーボンブラック)量の測定 図1および図2のグラフから、体積固有抵抗値が105
Ω・cmのときと1010Ω・cmのときの各カーボンブラッ
クの配合量を求め、それらの配合量の差〔Δ(カーボン
ブラック)量〕を計算した。この値が大きいほどカーボ
ンブラックの添加量の増大に対する抵抗値の変化が小さ
いことを示す。また、本実施例および比較例におけるカ
ーボンブラックの配合量の範囲内で体積固有抵抗値が1
5 Ω・cmに達しなかったものについては、測定不可と
した。中抵抗領域における加工性の評価 各実施例および各比較例について、ゴムの混練から押出
成形、加硫プレスによるゴム板の作製までの各工程での
加工性の良否を評価した。加工性の評価は、各実施例お
よび各比較例毎にすべての配合例について総合的に行
い、加工性が良好なものを〇、加工性に劣っていて実用
性がないものを×とした。耐オゾン性の評価 各実施例および各比較例において、上記体積固有抵抗値
の測定に用いたものと同様の試験片を用い、オゾン濃度
50pphmの雰囲気下、40℃で96時間放置した
後、10%伸長させて亀裂の有無を観察した。耐オゾン
性の評価は、各実施例および各比較例毎にすべての配合
例について行い、亀裂が発生しなかったものを〇(耐オ
ゾン性が良好)、発生したものを×(耐オゾン性が不
良)として評価した。
【0026】上記のΔ(カーボンブラック)量、中抵抗
領域における加工性および耐オゾン性についての結果を
表4に示す。
【0027】
【表4】
【0028】上記実施例1〜10は、平均粒径が80n
m以上のカーボンブラックと平均粒径が30nm以下の
カーボンブラックとを、重量比が4:1〜1:4の範囲
で配合しており、図1およびΔ(カーボンブラック)量
の値より明らかなように、中抵抗領域での抵抗値の変化
が緩やかである。また、かかる領域における加工性も良
好である。
【0029】一方、平均粒径が80nm以上のカーボン
ブラックを含有していない比較例1〜3、5〜6および
8のゴム組成物や、平均粒径が30nm以下のカーボン
ブラックを多量に添加している比較例9は、中抵抗領域
での抵抗値が急激に変化している。このために、わずか
な量のカーボンブラックの添加によって体積固有抵抗値
が大きく変動し、抵抗値の再現性が悪くなり、量産安定
性にも欠ける。
【0030】これとは逆に、平均粒径が80nm以上の
カーボンブラックを多量に添加している比較例10や、
平均粒径が30nm以下のカーボンブラックを含有して
いない比較例4および7のゴム組成物は、中抵抗領域の
抵抗値に達するためにカーボンブラックを多量に必要と
し、ゴムの加工性が悪くなる。また、表4から明らかな
ように、耐オゾン性に優れたゴムであるEPDMが原料
ゴム中に15重量%以上含まれている実施例1〜8およ
び比較例1〜10のゴム組成物は、耐オゾン性が良好で
ある。一方、EPDMの配合量が15重量%以下である
実施例9および10のゴム組成物は、耐オゾン性が良好
でない。
【0031】
【発明の効果】本発明のゴム組成物は、粒径が大きいカ
ーボンブラックと粒径が小さいカーボンブラックとを所
定の割合で配合しているために、中抵抗領域における抵
抗値の変化が緩やかであり、安定した体積固有抵抗値が
得られる。このため、抵抗値の再現性が優れ、量産安定
性に優れている。
【0032】さらに、主鎖に二重結合を有しないゴムを
原料ゴム中に所定量配合した場合は、耐オゾン性をも有
する半導電性ゴム組成物を製造することができる。かか
る本発明の半導電性ゴム組成物は、電子写真複写装置用
の導電性ローラーなどの各種導電性ゴム部品や、静電気
対策用のゴム製品などの用途に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1〜10および比較例5〜10で得られ
たゴム組成物におけるカーボンブラックの配合量とゴム
の体積固有抵抗値との関係を示すグラフである。
【図2】比較例1〜4で得られたゴム組成物におけるカ
ーボンブラックの配合量とゴムの体積固有抵抗値との関
係を示すグラフである。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C08L 23:16) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C08L 7/00 - 101/10 C08K 3/04

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ゴム中に、平均粒径が80nm以上のカー
    ボンブラックと、平均粒径が30nm以下のカーボンブ
    ラックとを4:1〜1:4の重量比で含有することを特
    徴とする半導電性ゴム組成物。
  2. 【請求項2】前記ゴム中に、主鎖に二重結合を有しない
    ゴムを15重量%以上の割合で含有する請求項1記載の
    半導電性ゴム組成物。
  3. 【請求項3】主鎖に二重結合を有しないゴムがエチレン
    −プロピレン−ジエン共重合ゴムである請求項2記載の
    半導電性ゴム組成物。
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