JP5640406B2 - 半導電性複合樹脂 - Google Patents
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Description
絶縁性樹脂の電気抵抗を下げ、体積低効率を均一にする方法として、シリカ微粒子、単層カーボンナノチューブ(SWCNT)、多層カーボンナノチューブ(MWCNT)、カーボンファイバー(CF)、カーボンブラック(CB)、粘土などのナノレベルのフィラーを均一に分散させる溶融混練物の製造方法及びその製造方法により得られる溶融混練物、並びにその溶融混練物を成形することにより得られる樹脂成形物を製造することの試みは既になされている。しかしながら、得られる樹脂成形物の特性を調べてみると、期待するほどではなく、必ずしも満足する結果が得られていない。
これらの場合は、フィラーをポリフッ化ビニリデン(PVDF)に添加してフィラーなどを均一かつナノレベルで分布させることが重要であることが指摘されている。しかしながら、フィラー均一に分散することは技術的に困難を伴うものである。特に、ナノレベルのフィラーにあっては技術的に困難を伴うとされる。非特許文献1には、CNTがポリアミド連続相にナノ分散された海にPVDFの島が形成されている樹脂が記載されている。しかしながら、CNTはPA連続相中にのみ分散されており、PVDF中に分散されていないため、分散性の面で不十分であり電子写真導電性部材に用いられる樹脂としては、電気特性が不十分である。
ナノサイズレベルのフィラー、例えばカーボンナノチューブや粘土(層状ケイ酸塩)、シリカ微粒子、籠状ポリシルセスキオキサン化合物は一次粒子としての粒径や空隙率が小さいために、フィラー同士の凝集力が極めて強く、通常の方法では、この凝集力を解くのは困難である。
また、特許文献2には、ポリフッ化ビニリデン系樹脂と、イオン性導電剤と、カーボンブラック(C)とを含有する半導電性ポリフッ化ビニリデン系樹脂組成物が開示されている。しかしながら、ポリフッ化ビニリデン系樹脂にはカーボンブラックが分散しにくいため電気特性が不十分であり、またイオン導電剤が入っているため環境に弱いという問題があった。
一方、近年の電子写真方式の画像形成装置の高速化及び高画像化の要求に対応するため、高速度で回すときの僅かな伸びを抑えるためにベルト部材が割れない程度の適度の柔軟性の引張弾性率を有すること、またその駆動応力に対する歪量を小さくすることが求められてきている。
しかし引張弾性率を増すために導電性カーボンブラックの配合割合を大きくすると、樹脂組成物の体積抵抗率が小さくなり、半導電性が失われる不都合があった。
1.本発明の半導電性複合樹脂は、カーボンブラックが分散されたカーボンブラック分散ポリアミド樹脂とポリフッ化ビニリデン樹脂とのブレンドした半導電性複合樹脂において、前記ポリフッ化ビニリデン樹脂からなるマトリクス中に、カルボキシル基、水酸基、エポキシ基、アミノ基、オキサゾリン基から選ばれる一種以上の官能基を有するポリマーがグラフト付加されたグラフト化カーボンブラックを分散させたカーボンブラック分散ポリアミド樹脂が分散された海島構造を形成してなり、体積抵抗率≦表面抵抗率の関係にあり、かつ、10V及び500Vのバイアス電圧を印加したときの体積抵抗率をそれぞれρv10及びρv500としたときに、Log(ρv10)−Log(ρv500)を、0≦Log(ρv10)−Log(ρv500)≦1の範囲にすることを特徴とする。
2.本発明の半導電性複合樹脂は、さらに、体積抵抗率を106〜1010(Ω・cm)、表面抵抗率を106〜1010(Ω/□)の範囲にすることを特徴とする。
3.本発明の半導電性複合樹脂は、さらに、前記半導電性複合樹脂が、引張弾性率を1.2〜3.2GPaの範囲にあることを特徴とする。
4.本発明の半導電性複合樹脂は、さらに、前記カーボンブラック分散ポリアミド樹脂が、ポリフッ化ビニリデン樹脂100質量部に対して1〜45質量部の比率で配合し、カーボンブラックの量は、ポリアミド樹脂100質量部に対して5〜100質量部であることを特徴とする。
5.本発明の樹脂成形加工体は、上記半導電性複合樹脂を成形加工して得られることを特徴とする。
6.本発明の樹脂成形加工体シートは、上記樹脂成形加工体からなることを特徴とする。
7.本発明の画像形成装置用転写ベルトは、上記樹脂成形加工体シートからなることを特徴とする。
8.本発明の画像形成装置は、上記画像形成装置用転写ベルトを用いたことを特徴とする。
本発明の半導電性複合樹脂は、カーボンブラックが分散されたカーボンブラック分散ポリアミド樹脂とポリフッ化ビニリデン樹脂とのブレンド物であって、前記ポリフッ化ビニリデン樹脂からなるマトリクス中に、前記カーボンブラック分散ポリアミド樹脂が分散された海島構造を形成してなる半導電性複合樹脂である。
カーボンブラックはポリアミド樹脂に対しての分散性は良いが、ポリフッ化ビニリデン樹脂に対する分散性は悪い。そのため、まずカーボンブラックをポリアミド樹脂にブレンドして、ポリアミド樹脂にカーボンブラックを均一分散させてカーボンブラック分散ポリアミド樹脂とし、その後、カーボンブラック分散ポリアミド樹脂をポリフッ化ビニリデン樹脂にブレンドすると、カーボンブラック分散ポリアミド樹脂の島ができる。これにより物理的特性(耐薬品性、耐摩耗性、圧電性)などを維持したまま、電気特性を維持することが可能になる。
本実施の形態において、半導電性複合樹脂に用いるポリアミドとしては、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン11、ナイロン12、ナイロン6とナイロン12との共重合体等の脂肪族ポリアミドを挙げることができる。
ポリフッ化ビニリデン樹脂としては、フッ化ビニリデン単独重合体等のポリフッ化ビニリデン系樹脂を用いることができる。
カーボンブラックとしては、ファーネスブラック、チャンネルブラック、デンカブラック、ケッチェンブラック及びアセチレンブラック等の通常のファーネスブラック、チャンネルブラック、アセチレンブラック等を挙げることができ、特に平均粒子径40nm以下のカーボンブラックが少量の配合で組成物の電気抵抗を下げることができるので好ましい。さらに、本発明では、カルボキシル基、水酸基、エポキシ基、アミノ基、オキサゾリン基から選ばれる一種以上の官能基を有するポリマーがグラフト付加されたグラフト化カーボンブラック、あるいは低分子量化合物で表面処理したカーボンブラックも用いることができる。
カーボンブラック分散ポリアミド樹脂におけるカーボンブラックの量は、ポリアミド樹脂100質量部に対して5〜100質量部であることが好ましく、10〜90質量部がより好ましい。
体積抵抗率及び表面抵抗率が下限値未満になると、トナーとの静電的な付着力が増大し、二次転写効率を下げることになる。また、上限値を超えると、印加した転写バイアスによりベルトに誘起された電荷が除電されず、画像メモリなど画像品質に影響を与える。さらに体積抵抗率>表面抵抗率の関係になると、画像エッジが滲んだようになりシャープな画質が得られないおそれがある。
そこで、本発明においては、半導電性複合樹脂に10V及び500Vのバイアス電圧を印加したときの体積抵抗率を、それぞれρv10及びρv500としたときの、Log(ρv10)−Log(ρv500)が、0≦Log(ρv10)−Log(ρv500)≦1、好ましくは0≦Log(ρv10)−Log(ρv500)≦0.5の範囲に入るように半導電性複合樹脂の電気特性を調節することが好ましい。
樹脂成形加工体としては、シート(フィルムを含む)等が挙げられ、樹脂成形加工体シートは、例えば下記の画像形成装置用の中間転写ベルト等として好適である。
まず、複数の潜像担持体を備え、この複数の潜像担持体を表面移動部材の移動方向に並列させる画像形成装置(「タンデム型画像形成装置」)の基本的な構成について説明する。
この画像形成装置は、潜像担持体として4つの感光体1Y、1C、1M、1Kを備えている。なお、ここではドラム状の感光体を例に挙げているが、ベルト状の感光体を採用することもできる。各感光体1Y、1C、1M、1Kは、それぞれ表面移動部材である中間転写ベルト10に接触しながら、図中矢印の方向に回転駆動する。各感光体1Y、1C、1M、1Kは、それぞれ中間転写ベルト10に接触しながら、図中矢印の方向に回転駆動する。各感光体1Y、1C、1M、1Kは、比較的薄い円筒状の導電性基体上に感光層を形成し、さらにその感光層の上に保護層を形成したものであり、また、感光層と保護層との間に中間層を設けてもよい。
感光体1上に形成されたトナー像を中間転写ベルト10に転写させる場合、感光体1と中間転写ベルト10は、圧接していることが好ましい。このときの圧接力は、10〜60N/mの範囲にあることが好ましい。
二次転写ニップ部の転写紙搬送方向下流側には、定着手段としての加熱定着装置23が配置されている。この加熱定着装置23は、ヒータを内蔵した加熱ローラ23aと、圧力を加えるための加圧ローラ23bとを備えている。二次転写ニップ部を通過した転写紙は、これらのローラ間に挟み込まれ、熱と圧力を受けることになる。これにより、転写紙上に載っていたトナーが溶融し、トナー像が転写紙に定着される。そして、定着後の転写紙は、排紙ローラ24によって、装置上面の排紙トレイ上に排出される。 現像装置5は、そのケーシングの開口から現像剤担持体としての現像ローラ5aが部分的に露出している。また、ここでは、キャリアを含まない一成分現像剤を使用している。現像装置5は、図1に示したトナーボトル31Y、31C、31M、31Kから、対応する色のトナーの補給を受けてこれを内部に収容している。このトナーボトル31Y、31C、31M、31Kは、それぞれが単体で交換できるように、画像形成装置本体に対して着脱可能に構成されている。このような構成とすることで、トナーエンド時にはトナーボトル31Y、31C、31M、31Kだけを交換すればよい。したがって、トナーエンド時にまだ寿命に達していない他の構成部材はそのまま利用でき、ユーザーの出費を抑えることができる。
本発明においては、静電潜像担持体、静電潜像帯電手段、現像手段、電潜像担持体等の構成要素のうち、複数のものをプロセスカートリッジとして一体に結合して構成し、このプロセスカートリッジを複写機やプリンター等の画像形成装置本体に対して着脱可能に構成する。図4に示したプロセスカートリッジは、静電潜像担持体、静電潜像帯電手段、図3で説明した現像手段を備えている。
実施例及び比較例で得られたフィルムについての評価方法は下記のとおりである。
(1)体積抵抗率
JIS K6911‐2006「熱硬化性プラスチック一般試験法」に基づいて、リング電極法による体積抵抗率を測定した。体積抵抗率ρvは、抵抗率計(三菱化学社製、ハイレスタUP)を用いて測定した。測定は、リング状プローブ(三菱化学社製、URSプローブ;内側電極の直径5.9mm、外側電極の内径11.0mm、外側電極の外径17.8mm)と測定ステージ(三菱化学社製、レジテーブルFL)との間に試料を挟み、約30Nの荷重で押さえつつ、プローブの内側電極と測定ステージとの間に100Vの電圧を10秒間印加することにより行った。
プローブの内側の電極と測定ステージの表面に、各々の電極サイズと同じサイズの導電性ゴム(コクゴ社製、REP−2、厚み1mm、体積抵抗率0.87Ω・cm)を導電性粘着シート(応研商事社製、T−9181、厚み0.13mm)で貼り付けてある。体積抵抗率の値を測定すべき試料のA4サイズ当たり任意に選んだ21点を測定し、その平均値を求めた。
(2)電圧依存性
電圧依存性の評価は、10V、500Vと電圧を変えたときの抵抗率の変動を見ることにより行った。10V及び500Vのバイアス電圧印加時の体積抵抗率をそれぞれρv10及びρv500としたときLog(ρv10)−Log(ρv500)の値を算出した。
(3)引張弾性率
引張弾性率(ヤング率)は、JIS K 7113に従って、幅10mm及び長さ100mmの試験片を用いて、引張試験機により、引張速度50mm/分及びチャック間距離50mmの条件で測定した。
引張弾性率は1GPa以上が好ましく、より好ましくは2GPa以上である。引張弾性率が1Gpaに満たない場合、張力により伸びが発生してしまい、色ズレなど不具合を発生することがある。
ポリアミド6(PA6)(ユニチカ社製、A1030BRL)100質量部と、デンカブラック(電気化学工業社製)80質量部を、それぞれ真空中80℃で12時間予備乾燥させた後にブレンドし、ドライブレンド物Aを作製した。このブレンド物A100質量部に対して、400質量部のフッ化ビニリデン単独重合体(クレハ社製、KF#1000)をドライブレンドし、ドライブレンド物Bを得た。
次に、このドライブレンド物Bを微量型高せん断成形加工機(井元製作所社製)に投入し、ギャップ及び内部帰還型スクリュー内径を、それぞれ1〜2mm、2.5φに設定し、240℃で加熱溶融して混練(スクリュー回転数:100rpmと1000rpm、混練時間:2分間)した後、T−ダイから押出した。
その結果、表面状態の良好な押出し物を得ることができた。続いて熱プレスして厚み200μmの均一なフィルムを得た。
このフィルムを透過型電子顕微鏡(TEM)で観察したところ、フッ化ビニリデン中にPA6が分散していることが確認できた。
ポリアミド6(PA6)(ユニチカ社製、A1030BRL)100質量部と、ケッチェンブラック(ケッチェン・ブラック・インターナショナル社製、EC−600JD)80質量部を、それぞれ真空中80℃で12時間予備乾燥させた後にブレンドし、ドライブレンド物Aを作製した。このブレンド物A100質量部に対して、8300質量部のフッ化ビニリデン単独重合体(クレハ社製、KF#1000)をドライブレンドし、ドライブレンド物Bを得た。
次に、このドライブレンド物Bを微量型高せん断成形加工機(井元製作所社製)に投入し、ギャップ及び内部帰還型スクリュー内径を、それぞれ1〜2mm、2.5φに設定し、240℃で加熱溶融して混練(スクリュー回転数:100rpmと1000rpm、混練時間:2分間)した後、T−ダイから押出した。
その結果、表面状態の良好な押出し物を得ることができた。続いて熱プレスして厚み200μmの均一なフィルムを得た。
このフィルムを透過型電子顕微鏡(TEM)で観察したところ、フッ化ビニリデン中にPA6が分散していることが確認でき、PA6中にケッチェンラックが分散していることが確認できた。
実施例1において、ドライブレンド物B中のドライブレンド物Aの含有率が、表1記載の値になるようにフッ化ビニリデン単独重合体量を変更した以外は実施例1と同様にしてフィルムを作製した。
このフィルムを透過型電子顕微鏡(TEM)で観察したところ、フッ化ビニリデン中にPA6が分散していることが確認でき、PA6中にデンカブラックが分散していることが確認できた。
ポリアミド6(PA6)(ユニチカ社製、A1030BRL)100質量部と、デンカブラック(電気化学工業社製)100質量部を、それぞれ真空中80℃で12時間予備乾燥させた後にブレンドし、ドライブレンド物Aを作製した。このブレンド物A100質量部に対して、100質量部のフッ化ビニリデン単独重合体(クレハ社製、KF#1000)をドライブレンドし、ドライブレンド物Bを得た。
次に、このドライブレンド物Bを微量型高せん断成形加工機(井元製作所社製)に投入し、ギャップ及び内部帰還型スクリュー内径を、それぞれ1〜2mm、2.5φに設定し、240℃で加熱溶融して混練(スクリュー回転数:100rpmと1000rpm、混練時間:2分間)した後、T−ダイから押出した。
その結果、表面状態の良好な押出し物を得ることができた。続いて熱プレスして厚み200μmの均一なフィルムを得た。
このフィルムを透過型電子顕微鏡(TEM)で観察したところ、PA6が連続相となり、フッ化ビニリデン中に均一分散されていなかった。
ポリアミド6(PA6)(ユニチカ社製、A1030BRL)100質量部、デンカブラック(電気化学工業社製)100質量部及びフッ化ビニリデン単独重合体(クレハ社製、KF#1000)1600質量部を、それぞれ真空中80℃で12時間予備乾燥させた後にブレンドし、ドライブレンド物を作製した。
次に、このドライブレンド物を微量型高せん断成形加工機(井元製作所社製)に投入し、ギャップならびに内部帰還型スクリュー内径を、それぞれ1〜2mm、2.5φに設定し、240℃で加熱溶融して混練(スクリュー回転数:100rpmと1000rpm、混練時間:2分間)した後、T−ダイから押出した。
その結果、表面状態の良好な押出し物を得ることができた。続いて熱プレスして厚み200μmの均一なフィルムを得た。
このフィルムを透過型電子顕微鏡(TEM)で観察したところ、PA6が連続相となり、フッ化ビニリデン中に均一分散されていなかった。
実施例及び比較例で得られたフィルムについて、上記の方法で評価した。評価結果を表1に示す。
2 作像部
3 帯電装置(帯電ローラ)
4 露光装置
5 現像装置
5a 現像ローラ
5b 現像剤供給ローラ
5c 規制ブレード
6 転写装置
7 クリーニング装置
10 中間転写ベルト
11、12、13 支持ローラ
14 一次転写ローラ
15 ベルトクリーニング装置
16 二次転写ローラ
T トナー(現像剤)
Claims (8)
- カーボンブラックが分散されたカーボンブラック分散ポリアミド樹脂とポリフッ化ビニリデン樹脂とのブレンドした半導電性複合樹脂において、
前記半導電性複合樹脂は、
前記ポリフッ化ビニリデン樹脂からなるマトリクス中に、
カルボキシル基、水酸基、エポキシ基、アミノ基、オキサゾリン基から選ばれる一種以上の官能基を有するポリマーがグラフト付加されたグラフト化カーボンブラックを分散させたカーボンブラック分散ポリアミド樹脂が分散された海島構造を形成してなり、
体積抵抗率≦表面抵抗率の関係にあり、かつ、
10V及び500Vのバイアス電圧を印加したときの体積抵抗率をそれぞれρv10及びρv500としたときに、Log(ρv10)−Log(ρv500)を、0≦Log(ρv10)−Log(ρv500)≦1の範囲にする
ことを特徴とする半導電性複合樹脂。 - 請求項1に記載の半導電性複合樹脂において、
前記半導電性複合樹脂が、
体積抵抗率を106〜1010(Ω・cm)、表面抵抗率を106〜1010(Ω/□)の範囲にする
ことを特徴とする半導電性複合樹脂。 - 請求項1又は2に記載の半導電性複合樹脂において、
前記半導電性複合樹脂が、引張弾性率を1.2〜3.2GPaの範囲にある
ことを特徴とする半導電性複合樹脂。 - 請求項1ないし3のいずれかに記載の半導電性複合樹脂において、
前記カーボンブラック分散ポリアミド樹脂が、ポリフッ化ビニリデン樹脂100質量部に対して1〜45質量部の比率で配合し、
カーボンブラックの量は、ポリアミド樹脂100質量部に対して5〜100質量部である
ことを特徴とする半導電性複合樹脂。 - 請求項1ないし4のいずれかに記載の半導電性複合樹脂を成形加工して得られる
ことを特徴とする樹脂成形加工体。 - 請求項5に記載の樹脂成形加工体からなる
ことを特徴とする樹脂成形加工体シート。 - 請求項6に記載の樹脂成形加工体シートからなる
ことを特徴とする画像形成装置用転写ベルト。 - 請求項7に記載の画像形成装置用転写ベルトを用いた
ことを特徴とする画像形成装置。
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