JP3541369B2

JP3541369B2 - 導電性ゴム材料及び電子写真用導電性部材の製造方法

Info

Publication number: JP3541369B2
Application number: JP2000396128A
Authority: JP
Inventors: 晴資永見; 諭河村
Original assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Current assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Priority date: 2000-12-26
Filing date: 2000-12-26
Publication date: 2004-07-07
Anticipated expiration: 2020-12-26
Also published as: JP2002194203A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＯＡ機器等に用いられ、特に、帯電、転写、現像等の目的のために用いられる導電性ゴム材料及びそれを用いた電子写真用導電性部材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＯＡ機器等の各部材には、必要に応じて、電気抵抗性、バラツキ安定性、環境安定性等を伴う導電性能、非汚染性、低硬度、低摩擦係数、耐摩耗性、寸法安定性等が求められる。
しかしながら、特に体積固有抵抗値が１０⁶ 〜１０¹⁰Ω・ｃｍである中抵抗領域における電気抵抗のバラツキを抑えることは、カーボン導電機構を用いたゴム配合設計では、混練状態の違いや加硫時のゴム流動等の加工条件によって電気抵抗が大きく変動するので困難であった。
【０００３】
この問題点を解決するために、イオン導電機構を有するポリマーとして、エピクロルヒドリンの単独重合体、又は、エピクロルヒドリンとエチレンオキサイド、更に、架橋成分としてのアリルグルシジルエーテル等を用いた２元又は３元共重合体を使用して電子写真用導電部材とする方法が特開昭５８−８７５７２号公報、特開昭６０−１５００７１号公報、特開平８−２９２６４０号公報等において多数提案されている。
【０００４】
一方、エピクロルヒドリン系重合体に対して、ゴム混練加工時のロール作業及び押出成形加工作業を行うことは困難である。一般にこの問題は、ゴム配合中に充填材を加えることにより解決可能であることが知られている。エピクロルヒドリン系重合体が本来持つ良好な電気特性を維持したまま加工性を向上させるには、補強性、電気伝導性が低く、かつ、充填量を多くできる炭酸カルシウム系の充填材が好適である。しかしながら、通常の炭酸カルシウムを配合混練するだけでは、ロール加工性が改良されたとしても押出時の表面肌や研削加工を施したときの表面粗度は満足の得られる水準には達しない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記現状に鑑み、良好な電気特性を維持したまま、加工性に優れ、表面欠陥を防止できる導電性ゴム材料及びそれを用いた電子写真用導電性部材の製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、エピクロルヒドリンと、エチレンオキサイド及び／又はアリルグリシジルエーテルとを共重合してなる導電性ゴム１００重量部、並びに、炭酸カルシウム３０〜１５０重量部からなる導電性ゴム材料であって、前記炭酸カルシウムは、前記導電性ゴム中に、最大粒径が３０μｍ以下であり、平均粒径が１〜８μｍであり、かつ、１５μｍ以上の分散粒子の割合が１０％以下である状態で分散している導電性ゴム材料である。
以下に本発明を詳述する。
【０００７】
本発明の導電性ゴム材料は、エピクロルヒドリンと、エチレンオキサイド及び／又はアリルグリシジルエーテルとを共重合してなる導電性ゴム及び、並びに、炭酸カルシウムからなるものである。
【０００８】
上記導電性ゴムとしては、エピクロルヒドリン及びエチレンオキサイドからなる２元共重合体、エピクロルヒドリン及びアリルグリシジルエーテルからなる２元共重合体、エピクロルヒドリン、エチレンオキサイド及びアリルグリシジルエーテルからなる３元共重合体を挙げることができる。なかでも、エピクロルヒドリン、エチレンオキサイド及びアリルグリシジルエーテルからなる３元共重合体が好ましい。
【０００９】
本発明で用いられる炭酸カルシウムとしては、軽質炭酸カルシウムであるのが好ましい。重質炭酸カルシウムは粒径が大きく、また微粉砕品であっても粒径分布が広いので、混練後所定の分散状態を得にくい。
【００１０】
上記軽質炭酸カルシウムとしては、更に、２次粒径が５μｍ以下であり、かつ、１次粒径の平均値が０．０３〜１．５μｍであるものが好ましい。ここで、１次粒径とは炭酸カルシウム粒子を電子顕微鏡で撮影したときの１粒子の大きさを意味し、２次粒径とは炭酸カルシウムの水中分散液を遠心沈降法にて測定したときに得られる平均粒径を意味する。
【００１１】
２次粒径が５μｍを超えると、混練操作による炭酸カルシウムの粉砕・分散が困難となり、所望の分散状態が得られなくなる。より好ましくは、３．５μｍ以下である。
１次粒径の平均値が０．０３μｍ未満であると、成形表面の見かけのゴム分率が大きくなるため加工装置の金属表面への粘着挙動が現れる一方、表面状態改良効果は小さくなることがあり、１．５μｍを超えると、押出成形時に異物による表面欠陥及び研削時の炭酸カルシウム脱落による表面欠陥が顕著に表れることがある。
【００１２】
本発明における上記炭酸カルシウムの含有量は、上記導電性ゴム１００重量部に対して３０〜１５０重量部である。３０重量部未満であると、所望の加工性改良効果が得られず、１５０重量部を超えると、充填材が多すぎ、混練時の分散不良、炭酸カルシウム粉残留による不良、硬度の必要以上の増大等の不具合を生じる。好ましくは、５０〜１２０重量部であり、より好ましくは、９０〜１１０重量部である。
【００１３】
上記炭酸カルシウムは、上記導電性ゴム中に、最大粒径が３０μｍ以下であり、平均粒径が１〜８μｍであり、かつ、粒径１５μｍ以上の分散粒子の割合が１０％以下である状態で分散している。
【００１４】
最大粒径が３０μｍを超えると、押出成形時に異物による表面欠陥及び研削時の炭酸カルシウム脱落による表面欠陥が顕著に表れる。好ましくは、２５μｍ以下である。
【００１５】
平均粒径が１μｍ未満であると、成形表面の見かけのゴム分率が大きくなるため加工装置の金属表面への粘着挙動が現れる一方、表面状態改良効果は小さくなる。更に、このような分散状態を得るには必要以上の混練分散操作が必要であり、生産コストに問題を生じる。一方、８μｍを超えると、所望の加工性改良効果が得られず、押出成形時の表面肌が悪くなり、研削加工時の表面粗度も大きくなる。好ましくは、１〜４μｍである。
【００１６】
上記導電性ゴム中に分散している炭酸カルシウムのうち粒径が１５μｍ以上であるものは、相手材との接触を不均一にし、画像欠陥の原因になり、また、最外層をコーティングにより形成する場合も、凹凸を減少させる効果をカバーしきれない。１５μｍ以上の分散粒子の割合が１０％を超えると、押出成形時に異物による表面欠陥及び研削時の炭酸カルシウム脱落による表面欠陥が発生する。好ましくは、５％以下である。
【００１７】
本発明の導電性ゴム材料で用いられる加硫剤としては特に限定されず、例えば、オイルサルファー、６−メチルキノキサリン−２，３−ジチオカルバメート等を挙げることができる。
【００１８】
本発明の導電性ゴム材料で用いられる加硫促進剤としては特に限定されず、例えば、ジエチルジチオカルバミン酸テルル、Ｎ−シクロヘキシル−２−ベンゾチアゾル−スルフェンアミド、ジフェニルグアニジン、テトラメチルチウラムジスルフィド、メルカプトベンゾチアゾール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。
本発明の導電性ゴム材料は、更に、公知のゴム添加剤が添加されてもよい。
【００１９】
上記導電性ゴム、炭酸カルシウム、及び、適宜選択されたゴム添加剤は、所定の混練操作により炭酸カルシウムが上記の分散状態を得られるように混練される。混練条件の設定が適切でないと炭酸カルシウムの分散状態が悪くなり、充分な加工性改良効果が得られない。例えば、混練装置としてニーダーを用い、途中に天地返し操作を加える等の常法を用いて残留粉体のない均一な混練物を得ることが好ましい。
【００２０】
本発明の導電性ゴム材料は、エピクロルヒドリン系共重合体に混練分散せしめた炭酸カルシウムの分散状態を規定することによって、エピクロルヒドリン系共重合体が持つ良好な電気特性を維持したまま混練加工時のシート肌の悪化や、加工性の低下を招くことなく、押出時の表面肌を改良し、研削加工を施したときの表面粗度を小さくして表面欠陥を防止できる。
【００２１】
本発明の導電性ゴム材料を導電性軸芯上又は導電性円筒支持体上に同心円状に成形し、加硫した後に円筒研削盤等を用いて表面を研削することにより電子写真用導電性部材を製造することができる。
本発明の導電性ゴム材料を導電性軸芯上に成形した場合は、図１に示すような帯電ローラ、現像ローラ、転写ローラ等の導電性ローラが得られ、また、本発明の導電性ゴム材料を導電性円筒支持体上に成形した場合は、図２に示すような導電性ベルトを得ることができる。
【００２２】
上記電子写真用導電性部材を製造する方法もまた、本発明の１つである。
上記の電子写真用導電性部材の製造方法においては、研削後の表面粗度Ｒｚが１５μｍ以下であることが好ましい。表面粗度Ｒｚが１５μｍ以下であれば、研削時に炭酸カルシウムの脱落によって発生する穴状の表面欠陥が発生しない。従って、電子写真用導電性部材として使用したときに、相手材との均一な接触性が得られ、所望の機能を充分に発揮することができる。より好ましくは、１３μｍ以下である。
本発明の導電性ゴム材料は、更に、帯電ブレード、クリーニングブレード、トナー規制ブレード等の電子写真用部材に用いてもよい。
【００２３】
【実施例】
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。
【００２４】
〈実施例１〉
表１に示した配合１からなるゴム配合物に対して、接線式ニーダー（モリヤマ社製、実容量７５Ｌ）を用い、混練操作を行い、ゴム混練物を得た。得られたゴム混練物からランダムに１０ヵ所サンプリングを行い、各サンプル毎に厚さ２ｍｍのゴムシートを１６０℃で３０分加硫して作製した。なお、各配合で用いられた炭酸カルシウムは表２に示した。
【００２５】
得られた各ゴムシートの任意の４ヵ所から、２０ｍｍ×２０ｍｍのゴム試験片を打ち抜き、その断面を走査型電子顕微鏡にて倍率２００倍で観察した。図３に画像の一例を示した。得られた画像の炭酸カルシウム分散状態を画像解析装置を用いて解析した。その結果、分散している炭酸カルシウムの平均粒径は２．７８μｍであり、最大粒径は２４．１５μｍであり、計測粒子全数に対する粒径１５μｍ以上の粒子の占める割合は０．２％であった。
【００２６】
また、得られたゴム混練物をクロスヘッド押出機にて押出成形し、押出成形物の表面状態（押出成形肌）を目視で確認した。その結果、表面肌が良好であることを確認した。更に、本押出成形物を金型内で１６０℃で３０分加硫し、冷却後円筒研削盤（砥石：ＧＣ８０）で研削した。研削表面を表面粗度測定装置（東京精機製作所社製、サーフテスタ）で測定した結果、表面粗度Ｒｚは１１．５μｍであった。表面状態を走査型電子顕微鏡にて倍率２００倍で観察した結果、良好な研削表面が得られていることが確認された。
【００２７】
〈実施例２〉
表１に示した配合２からなるゴム配合物を用い、実施例１と同様の方法で混練物の作製及び評価を行った。
その結果、分散している炭酸カルシウムの平均粒径は２．４７μｍであり、最大粒径は１５．３５μｍであり、計測粒子全数に対する粒径１５μｍ以上の粒子の占める割合は０．０５％であった。押出成形後の表面肌も良好で、研削表面の表面粗度Ｒｚは１０．８μｍであった。表面状態を走査型電子顕微鏡にて倍率２００倍で観察した結果、良好な研削表面が得られていることが確認された。
【００２８】
〈実施例３〉
表１に示した配合２からなるゴム配合物を用い、混練機にバンバリーミキサー（神戸製鋼所社製、３号バンバリーミキサー）を用いた以外は実施例１と同様の方法で混練物の作製及び評価を行った。各ゴムシートから打ち抜いたゴム試験片断面の走査型電子顕微鏡の画像の一例は図４に示した。
その結果、分散している炭酸カルシウムの平均粒径は２．７１μｍであり、最大粒径は１８．６５μｍであり、計測粒子全数に対する粒径１５μｍ以上の粒子の占める割合は０．３４％であった。押出成形後の表面肌も良好で、研削表面の表面粗度Ｒｚは１２．１μｍであった。表面状態を走査型電子顕微鏡にて倍率２００倍で観察した結果、良好な研削表面が得られていることが確認された。
【００２９】
〈比較例１〉
表１に示した配合１からなるゴム配合物を用い、混練機にバンバリーミキサー（神戸製鋼所社製、３号バンバリーミキサー）を用いた以外は実施例１と同様の方法で混練物の作製及び評価を行った。各ゴムシートから打ち抜いたゴム試験片断面の走査型電子顕微鏡の画像の一例は図４に示した。
その結果、分散している炭酸カルシウムの平均粒径は６．０８μｍであり、最大粒径は３１．３μｍであり、計測粒子全数に対する粒径１５μｍ以上の粒子の占める割合は１１．０％であった。押出成形後の表面肌はやや悪く、研削表面の表面粗度Ｒｚは１６．２μｍであった。表面状態を走査型電子顕微鏡にて倍率２００倍で観察した結果、研削表面に炭酸カルシウムの脱落跡と思われる凹部が多数観察された。
【００３０】
〈比較例２〉
表１に示した配合３からなるゴム配合物を用いた以外は実施例１と同様の方法で混練物の作製及び評価を行った。各ゴムシートから打ち抜いたゴム試験片断面の走査型電子顕微鏡の画像の一例は図５に示した。
その結果、分散している炭酸カルシウムの平均粒径は８．４６μｍであり、最大粒径は３６．８μｍであり、計測粒子全数に対する粒径１５μｍ以上の粒子の占める割合は１３．１％であった。押出成形後の表面肌はやや悪く、研削表面の表面粗度Ｒｚは１８．５μｍであった。表面状態を走査型電子顕微鏡にて倍率２００倍で観察した結果、研削表面に炭酸カルシウムの脱落跡と思われる凹部が多数観察された。
【００３１】
【表１】

【００３２】
【表２】

【００３３】
なお、各実施例及び比較例における押出成形肌の評価は以下のような基準にて行った。
［押出成形肌］
○：押出成形物の表面が滑らかである。
△：押出成形物の表面に僅かの凹凸が認められる。
×：押出成形物の表面に多数の凹凸が認められる。
【００３４】
更に、各実施例及び比較例において以下のような評価を行った。
［混練物の状態］
各実施例及び比較例で得られたゴム混練物の状態の評価を以下の基準で目視にて行った。
○：炭酸カルシウムの分散が良好である。
×：炭酸カルシウムの分散が不良である。
【００３５】
［ロール加工性］
各実施例及び比較例で得られたゴム混練物を用いてゴムシートを作製する際のロール加工性を以下の基準で評価した。
○：ロールから取り出すことができる。
×：ロールから取り出すことができない。
【００３６】
［ムーニー粘度］
ＪＩＳＫ６３００に準拠して測定した。
［加硫速度］
ＪＩＳＫ６３００のダイ加硫試験Ｂ法（ねじり振動式円錐ダイ加硫試験機）に準拠して測定した。
［破断強度］
ＪＩＳＫ６２５１に準拠して測定した。
［破断伸び］
ＪＩＳＫ６２５１に準拠して測定した。
［体積固有抵抗］
印加電圧２５０Ｖにおける抵抗値を測定した。
【００３７】
以上の結果を表３に示した。更に、各実施例及び比較例における炭酸カルシウムの分散状態を表すヒストグラムを図６に示し、例として、実施例１及び比較例１における研削表面の走査電子顕微鏡写真を図７に示した。
【００３８】
【表３】

【００３９】
【発明の効果】
本発明は、上述の構成よりなるので、良好な電気特性を維持したまま混練加工時にシート肌が悪くなることや加工性の低下を招くことなく、押出時の表面肌を改良し、研削加工を施したときの表面粗度を小さくかつ表面欠陥を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】導電性ローラの断面模式図である。
【図２】導電性ベルトの模式図である。
【図３】実施例１、２における走査電子顕微鏡写真での炭酸カルシウム分散状態観察の一例を示す図である。
【図４】実施例３、比較例１における走査電子顕微鏡写真での炭酸カルシウム分散状態観察の一例を示す図である。
【図５】比較例２における走査電子顕微鏡写真での炭酸カルシウム分散状態観察の一例を示す図である。
【図６】各実施例及び比較例における炭酸カルシウムの分散状態を示すヒストグラムである。
【図７】実施例１及び比較例１における研削表面の走査電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
１芯金
２導電性ゴム材料層

Claims

エピクロルヒドリンと、エチレンオキサイド及び／又はアリルグリシジルエーテルとを共重合してなる導電性ゴム１００重量部、並びに、炭酸カルシウム３０〜１５０重量部からなる導電性ゴム材料であって、
前記炭酸カルシウムは、前記導電性ゴム中に、最大粒径が３０μｍ以下であり、平均粒径が１〜８μｍであり、かつ、粒径１５μｍ以上の分散粒子の割合が１０％以下である状態で分散している
ことを特徴とする導電性ゴム材料。
炭酸カルシウムは、２次粒径が５μｍ以下であり、かつ、１次粒径の平均値が０．０３〜１．５μｍである軽質炭酸カルシウムであることを特徴とする請求項１記載の導電性ゴム材料。
請求項１又は２記載の導電性ゴム材料からなることを特徴とする電子写真装置用導電性部材。
請求項１又は２記載の導電性ゴム材料を導電性軸芯上に同心円状に成形し、加硫した後に表面を研削することを特徴とする電子写真用導電性部材の製造方法。
請求項１又は２記載の導電性ゴム材料を導電性円筒支持体上に同心円状に成形し、加硫した後に表面を研削することを特徴とする電子写真用導電性部材の製造方法。
研削後の表面粗度Ｒｚが１５μｍ以下であることを特徴とする請求項４又は５記載の電子写真用導電性部材の製造方法。