JP3638008B2

JP3638008B2 - 半導電性シリコーンゴムロール

Info

Publication number: JP3638008B2
Application number: JP2000032658A
Authority: JP
Inventors: 亘松本; 哲也中村; 宏治澤田
Original assignee: Tigers Polymer Corp
Current assignee: Tigers Polymer Corp
Priority date: 2000-02-03
Filing date: 2000-02-03
Publication date: 2005-04-13
Anticipated expiration: 2020-02-03
Also published as: JP2001221225A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導電性ロールに関し、特に電子写真複写機、プリンター等の画像形成装置の一部材である転写ロール、帯電ロール等に好適に使用される半導電性シリコーンゴムロールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記画像形成装置内で使用される半導電性ロールとしては、導電性芯材の外周面に主に発泡ゴムからなる半導電性弾性層を形成したロールが使用されているが、この半導電性弾性層は環境特性に優れた半導電性シリコーンゴム組成物を材料として形成されることが多い。
【０００３】
そして、前記の半導電性シリコーンゴム組成物としては、一般的には、絶縁性であるシリコーンゴムに導電性カーボンブラックを添加することにより導電性を付与するもので、例えば特開昭５４−１３９６５９号公報にはファーネスブラックとアセチレンブラックを併用した導電性オルガノポリシロキサンエラストマーが記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記のようなカーボンブラックを配合分散させた半導電性シリコーンゴム組成物は、半導電領域においてカーボンブラック配合量の変化に基づき抵抗値が著しく変動し易く、抵抗値の安定性や再現性に欠ける問題を有していた。すなわち、導電性を付与するためにＦＥＦ，ＧＰＦ等のファーネスブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラックを添加したゴム組成物の場合に、添加量のごく僅かの変化によって抵抗値が大きくばらつき、電気抵抗の制御が非常に困難になる問題である。
【０００５】
また、上記と同様のカーボンブラックを添加したシリコーンゴム組成物を一定の高電圧で継続的に印加した場合、印加時間中に抵抗値が大きく低下する経時的変化の問題も発生していた。
【０００６】
上記のように、複数の要因により抵抗値の変動が著しい半導電性シリコーンゴム組成物を用いて導電性弾性層を形成した例えば転写ロールの場合には、必要とされる転写電流を制御するためより精密な印加電圧制御装置を必要とし装置の複雑化やコスト上昇を招く問題がある。また、抵抗値の変動問題とは別に、導電性カーボンブラックは、ゴム硬度の上昇および作業性や加工性の悪化を避けるため、比較的少量しか添加できない制約があり、カーボン量の調整により製品の用途に応じた抵抗値を広範囲において任意に設定できない不都合があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、従来専ら低硬度ゴム用の補強剤や充填剤として用いられ、導電性を付与するカーボンブラックとしては全く考えられていなかったある製法により得られるソフトカーボンが、意外にもシリコーンゴムに対しては成形性に悪影響を与えることなく好適な範囲で導電性を付与でき、しかもこれを配合したシリコーンゴム組成物は、カーボン配合量をはじめとして諸要素の変化に対する依存性が小さく抵抗値が種々の局面において安定しており、このシリコーンゴム組成物をロールの導電性弾性層の材料に用いることで前述の問題を解消できることを知見し本発明を完成するに至ったものである。
【０００８】
すなわち、本発明は、導電性芯材の外周面に半導電性シリコーンゴム層を被覆した半導電性シリコーンゴムロールにおいて、前記半導電性シリコーンゴム層が、ポリオルガノシロキサンベースポリマー１００重量部に対し、導電性付与剤として、天然ガスの熱分解により得られるカーボンブラックであって、窒素吸着比表面積が９．０〜９．５ｍ^２／ｇ，ＤＢＰ吸油量が３４〜４０ｃｍ^３／１００ｇ、平均粒子径が２４０〜３２０ｎｍのＭＴカーボン３０〜１００重量部を配合してなる半導電性シリコーンゴム組成物により形成されている半導電性シリコーンゴムロールを課題解決の手段とするものである。
【０００９】
本発明のロール材料として用いる半導電性シリコーンゴム組成物は、基本的には常温または加熱等によって硬化させることによりゴム弾性体となるポリオルガノシロキサン組成物に、少なくとも前記条件を満足するＭＴカーボンを添加したもので、必要に応じて各種添加剤等を配合することができるものである。このような半導電性組成物は、押し出し成形等種々の成形方法で円筒状に形成され、導電性芯材の外周面に被覆・接着されて半導電性シリコーンゴム層を形成することになる。
【００１０】
本発明に用いられる半導電性シリコーンゴム組成物に添加されるＭＴカーボンは、サーマル（熱分解）法、すなわち燃料を燃焼させて熱分解温度以上に加熱した炉内に天然ガスを導入し、天然ガスの熱分解によりカーボンブラックを生産したもので、他のオイルファーネス法によるファーネスブラック等に比較して、大粒径で低ストラクチャーの比表面積が非常に小さいカーボンブラックであり、完全燃焼法のため不純物が少ない特長を有し、その窒素吸着比表面積は９．０〜９．５ｍ²／ｇ、ＤＢＰ吸油量は３４〜４０ｃｍ³／１００ｇ、平均粒子径は２４０〜３２０ｎｍの範囲にあることが必要である。このＭＴカーボンは、大粒径で低ストラクチャーのカーボンブラックが導電性付与剤としては不適であるとの通念に反して、シリコーンゴムに対しては適度の導電性を付与できる。その理由として、シリコーンゴムが他のゴムに比べて格段に柔軟であることに起因して、ゴム中に分散されたＭＴカーボン粒子の接触の程度が高まるためと推測される。このＭＴカーボンとしては、Ｎ９９１（キャンカーブ社製）、Ｎ９０８−ＵＰ（キャンカーブ社製）、ＬＰＴ（キャンカーブ社製）、アロスパース（エンジニアドカーボン社製）などが挙げられる。
【００１１】
本発明のロール材料として使用する半導電性シリコーンゴム組成物の主成分であるポリオルガノシロキサンベースポリマーとしては、ジメチル系シロキサン、フェニル系シロキサン等のミラブル型と称されるものが好適であり、これらのシリコーン生ゴムを１種または２種以上組み合わせたものが使用できる。このポリオルガノシロキサンポリマーには、前記ＭＴカーボンが必須成分として添加されるほか、任意成分として、有機過酸化物加硫剤や付加型架橋剤等の硬化剤、シリカ系補強充填剤、アゾジカルボンアミド系やアゾイソブチロニトリル系等の発泡剤、その他耐熱用酸化防止剤、加工性改善助剤等の各種添加剤を必要に応じて配合し均一に分散される。
【００１２】
本発明のロール材料として使用する半導電性シリコーンゴム組成物は、カーボン添加量の変動に対して抵抗値の変動が緩慢であり、例えば１０¹²Ωから１０⁴Ωまで抵抗値を変動させるには、ＭＴカーボンの２５重量部程度の増量を必要している。このことから、カーボンブラック添加量の変動による抵抗値が急激に変化する半導電領域において、混練時のロスにより生じるカーボンブラック含有量の僅かの差異や押出成形等の成形加工時に生じるその分散度の微妙な相違がたとえ生じたとしても、抵抗値の変動にはほとんど影響を与えることがない。その結果、半導電領域での抵抗値の再現性が高く、量産安定性に優れたシリコーンゴム組成物として転写ロール等の半導電性弾性層に使用できる。また、一定の高電圧を長時間印加した際にも印加時間中、抵抗値がほぼ安定しているという利点を有する。
【００１３】
本発明のロール材料として使用する半導電性シリコーンゴム組成物は、ＭＴカーボンの多量配合が可能でかつ作業性や加工性を悪化させることがないという特性を生かせるので、その配合量を調整することにより、付与する導電性の程度を広い範囲から任意に選択できる。このＭＴカーボンの配合量は、特に限定されないが、用途に応じてシリコーンゴム１００重量部に対して３０〜１００重量部の範囲で選択するのが好ましい。なお、本発明で用いる半導電性シリコーンゴム組成物は、イオン導電性タイプのゴム組成物でなく導電オイルや可塑剤を含ませることなく、ＭＴカーボンを単独で添加して導電性を付与することができるので、シリコーンゴムが本来有する優れた環境特性を阻害せず、温度や湿度等の環境変化に対して影響されず安定した抵抗値を保持することができる。
【００１４】
なお、窒素吸着比表面積、ＤＢＰ吸油量および平均粒子径のいずれかの値が前記範囲外のカーボンブラックや天然ガスの熱分解以外の製法により得られるカーボンブラックは、前述した中抵抗領域における安定した抵抗値を得ることができず、多量配合時での良好な作業性を付与することができない。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明のロール材料として使用する半導電性シリコーンゴム組成物の実施例について比較例とともに説明する。
［カーボン配合量と抵抗値］
（実施例１）シリコーン生ゴムとしてＴＳＥ２６０−３Ｕ（東芝シリコーン株式会社製、商品名）５０重量部（以下単に「部」と略する）およびＴＳＥ２６０−５Ｕ（東芝シリコーン株式会社製、商品名）５０部に、有機過酸化物架橋剤としてＴＣ−４（東芝シリコーン株式会社製、商品名）３部を加え、ＭＴカーボンとして窒素吸着比表面積９．０ｍ²／ｇ、ＤＢＰ吸油量３４ｃｍ³／１００ｇ、平均粒子径２７０ｎｍであるＮ９９１（キャンカーブ社製、商品名）を６５部加え、８インチオープンロールで混練を行い十分混合分散させて得られた半導電性組成物を、プレス加硫機に投入して１７０℃で１５分間の１次加硫を行い、その後２００℃で２時間の２次加硫を行ってシート状（縦１２ｃｍ×横１３ｃｍ×厚さ３ｍｍ）のサンプルを得た。次いで、図１に示すように、このシート状サンプル１をその上方に配置した主電極２およびガード電極３と下方に配置した対向電極４とで挟持した状態で、常温常湿下、電圧５００Ｖ印加時の電流値を電流計Ａにより測定すると共に、オームの法則によりサンプル１の抵抗値Ωを求めた。同様に、上記Ｎ９９１の配合量をそれぞれ７０部、７５部、８０部に変更して得られる抵抗値の結果を表１および図２に示した。
【００１６】
（実施例２）実施例１におけるＭＴカーボンを、窒素吸着比表面積９．５ｍ²／ｇ、ＤＢＰ吸油量３７ｃｍ³／１００ｇ、平均粒子径２４０ｎｍであるＮ９０８−ＵＰ（キャンカーブ社製、商品名）に替えた以外は、実施例１と同様に各カーボン配合量についてサンプルの作成および測定を行い、表１および図２に示す結果を得た。
【００１７】
（比較例１）本発明における半導電性シリコーンゴム組成物との比較のため、実施例１におけるカーボンブラックを、窒素吸着比表面積２５４ｍ²／ｇ、ＤＢＰ吸油量１７４ｃｍ³／１００ｇ、平均粒子径３０ｎｍであるバルカンＸＣ−７２（キャボット社製、商品名）に替えるとともに、その配合量をそれぞれ８部、１０部、１２部、１４部とし、それ以外は実施例１と同様に各カーボン配合量についてサンプルの作成および測定を行い、表１および図３に示す結果を得た。
【００１８】
【表１】

【００１９】
（比較例２）実施例１におけるカーボンブラックを、オイルファーネス法による窒素吸着比表面積２４ｍ²／ｇ、ＤＢＰ吸油量２８ｃｍ³／１００ｇ、平均粒子径８０ｎｍであるアサヒサーマル（旭カーボン社製、商品名）に替えるとともに、その配合量をそれぞれ３０部、３５部、４０部、４５部、５０部とし、それ以外は実施例１と同様に各カーボン配合量についてサンプルの作成および測定を行い、表２および図４に示す結果を得た。
【００２０】
【表２】

【００２１】
（比較例３）実施例１におけるカーボンブラックを、オイルファーネス法による窒素吸着比表面積８．０ｍ²／ｇ、ＤＢＰ吸油量４１ｃｍ³／１００ｇ、平均粒子径３５０ｎｍであるＳｅｖａｃａｒｂＭＴ−ＣＩ（コロンビヤン・カーボン社製、商品名）に替えるとともに、その配合量をそれぞれ４５部、５０部、５５部、６０部とし、それ以外は実施例１と同様に各カーボン配合量についてサンプルの作成および測定を行い、表３および図５に示す結果を得た。
【００２２】
【表３】

【００２３】
表１ないし表３および図２ないし図５より、ＭＴカーボンを用いた実施例１，実施例２は、カーボン配合量を増大させても急激には抵抗値が低下せず、シリコーンゴム１００部に対してＭＴカーボンを２５部程度増量しても、抵抗値はこれにほぼ比例して低下しその割合は緩慢であることが確認された。これに対し、各比較例では、ごく僅かの部数の変更（例えば比較例１では１２部から１４部への２部の増加）により、抵抗値が急激に低下する領域が存在することが確認された。
【００２４】
［一定電圧印加時の経時変化］
（実施例３）実施例１におけるシリコーン生ゴムをＴＳＥ２６０−３Ｕ１００部に替え、前記Ｎ９９１を７０部加えた以外は、実施例１と同様にサンプルの作成および測定を行い、５００Ｖの電圧印加を継続した状態で３０分および１時間経過時の抵抗値を求め図６に示す結果を得た。
【００２５】
（比較例４）実施例３におけるＮ９９１を、窒素吸着比表面積２４．０ｍ／ｇ、ＤＢＰ吸油量５０ｃｍ³／１００ｇ、平均粒子径７８ｎｍであるＳＲＦ−Ｌ＃３５（旭カーボン社製、商品名）４０部に替えた以外は、実施例３と同様にサンプルの作成および測定を行い、図６に示す結果を得た。
【００２６】
図６から、実施例３は電圧印加中ほとんど抵抗値が変化していないのに対し、比較例４では、３０分経過後の抵抗値の大幅な低下が確認された。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の半導電性シリコーンゴムロールによれば、ロールの導電弾性層を前述した半導電性シリコーンゴム組成物で形成したので、環境変化に対して電気抵抗が安定しているシリコーンゴムの優れた環境特性を保持しつつ、添加するカーボンブラックの配合量の変化に対する半導電性領域における抵抗値の安定性を大幅に改善することができる。従って、本発明の半導電性シリコーンゴムロールは、電子写真装置における転写ロール等の用途に好適なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】シート状サンプルの電流値の測定方法を説明する図である。
【図２】実施例１，２で得られたシート状サンプルのカーボン配合量と抵抗値の関係を示すグラフである。
【図３】比較例１で得られたシート状サンプルのカーボン配合量と抵抗値の関係を示すグラフである。
【図４】比較例２で得られたシート状サンプルのカーボン配合量と抵抗値の関係を示すグラフである。
【図５】比較例３で得られたシート状サンプルのカーボン配合量と抵抗値の関係を示すグラフである。
【図６】実施例３および比較例４で得られたシート状サンプルの電圧印加時間と抵抗値の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１サンプル
２主電極
３ガード電極
４対向電極

Claims

導電性芯材の外周面に半導電性シリコーンゴム層を被覆した半導電性シリコーンゴムロールにおいて、前記半導電性シリコーンゴム層が、ポリオルガノシロキサンベースポリマー１００重量部に対し、導電性付与剤として、天然ガスの熱分解により得られるカーボンブラックであって、窒素吸着比表面積が９．０〜９．５ｍ^２／ｇ，ＤＢＰ吸油量が３４〜４０ｃｍ^３／１００ｇ、平均粒子径が２４０〜３２０ｎｍのＭＴカーボン３０〜１００重量部を配合してなる半導電性シリコーンゴム組成物により形成されていることを特徴とする半導電性シリコーンゴムロール。