JPH0788971A

JPH0788971A - 半導電性シート

Info

Publication number: JPH0788971A
Application number: JP23508393A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Inoue; 一雄井上; Ichiro Igarashi; 一郎五十嵐
Original assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Priority date: 1993-09-21
Filing date: 1993-09-21
Publication date: 1995-04-04

Abstract

(57)【要約】【目的】優れた物性および安定した半導電性領域を備
えた半導電性シートを提供する。【構成】絶縁性マトリックス成分３中に、導電性粒子
４を含有させた半導電性シート５であって、上記導電性
粒子４が厚み方向に配向して分布している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、広範囲のエレクトロ
ニクス分野における半導電性高分子材料からなる構成部
品、例えば半導電性ロール用材料に用いられる半導電性
シートに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、エレクトロニクス製品に半導
電性高分子材料が汎用されている。この半導電性高分子
材料は、電気特性として１０³〜１０¹⁰Ω・ｃｍの半導
電性領域を有するものであり、ベースとなる高分子材料
に半導電性を付与する方法として、例えば下記に示す二
つの方法があげられる。第１の方法として、高分子材料
であるマトリックス成分に、カーボンブラック，グラフ
ァイト，金属粉，金属化合物粒子等の充填剤を混合して
所望の形状（シート等）に作製する方法があげられる。
つぎに、第２の方法として、導電性高分子材料と、非導
電性高分子材料を混合して半導電性高分子材料を製造す
る方法があげられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方
法では、１０³〜１０¹⁰Ω・ｃｍの半導電性領域におい
て、安定した抵抗値を有するものが得られにくいという
問題がある。例えば、上記第１の方法は、マトリックス
成分中に上記充填剤を混合して充填剤同士の接続により
半導電性領域を得る方法であるが、所望の半導電性領域
を得るために充填剤同士の接続形態を制御するのは非常
に困難であり、上記充填剤の充填量の僅かの増加により
抵抗値が絶縁領域から１０⁴Ω・ｃｍ程度まで急激に変
化してしまう。さらに、所望の半導電性領域を得るため
には、多量の充填剤を充填して、充填剤同士の接続を形
成する必要があり、その結果、得られる半導電性高分子
材料の機械特性，加工性が低下するという問題をも有し
ている。また、上記第２の方法においても、二種類の材
料の混合により所望の半導電性領域を有するものを作製
するのは困難である。

【０００４】この発明は、このような事情に鑑みなされ
たもので、優れた物性および安定した半導電性領域を備
えた半導電性シートの提供をその目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明の半導電性シートは、絶縁性マトリックス
成分中に、導電性粒子を含有させてなる半導電性シート
であって、上記導電性粒子が厚み方向に配向して分布し
ているという構成をとる。

【０００６】

【作用】すなわち、本発明者らは、物性的に劣ることな
く、しかも所望の安定した半導電性領域を備えたシート
を得るために一連の研究を重ねた。その結果、少量の導
電性粒子の配合であっても、その導電性粒子をシート内
で厚み方向に配向し分布させると、物性の劣化を招くこ
となく、しかも安定した半導電性領域が得られることを
見いだしこの発明に到達した。

【０００７】つぎに、この発明を詳しく説明する。

【０００８】この発明の半導電性シートの形成材料は、
絶縁性マトリックス成分と、導電性粒子とを用いて得ら
れる。なお、この発明において、半導体性シートとは、
１０ ⁴〜１０¹¹Ω・ｃｍの領域を有する特性を備えたシ
ートをいう。

【０００９】上記絶縁性マトリックス成分としては、液
状シリコーンゴム，液状エポキシ樹脂，液状ウレタン樹
脂，液状フェノール樹脂，熱により溶融する樹脂等があ
げられる。また、固体樹脂や固体ゴムを溶剤に溶解させ
て液状物にしたものを用いても差し支えはない。ただ
し、このような絶縁性マトリックス成分は高絶縁性，低
誘電率を有するものであり、しかも上記溶剤は不燃性で
あることが好ましい。

【００１０】また、上記絶縁性マトリックス成分に含有
させる導電性粒子としては、１０²Ω・ｃｍ以上の電気
特性を有するものであれば特に限定するものではない。
なかでも、窒化ボロン（ＢＮ），グラファイト等の板状
フィラー、炭化珪素，窒化アルミニウム等の球状フィラ
ー、炭化ホウ素，酸化アルミニウム等があげられる。こ
れらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。そし
て、平均粒度１０〜１００μｍのものを用いることが好
ましい。

【００１１】そして、上記絶縁性マトリックス成分の比
誘電率Ｅ₁と導電性粒子の比誘電率Ｅ₂が下記の不等式
を満足することが好ましい。すなわち、このような関係
を有することで、この発明の半導電性シートの製造時に
電圧を印加すると、絶縁性マトリックス成分中の導電性
粒子が電極の＋，−方向に配列し、シートの厚み方向に
おける対面に電極を配置することにより導電性粒子がシ
ートの厚み方向により効果的に配向し分布するようにな
るからである。Ｅ₁＜Ｅ₂

【００１２】また、上記導電性粒子とともに、アルカリ
土類金属化合物を用いるのが好ましい。上記アルカリ土
類金属化合物は、電子供与体（エレクトロンドナー）と
しての働きを有するものであって、例えばＣａＯ，Ｃａ
ＷＯ₄，ステアリン酸カルシウム，ＢａＯ，ＢａＣ
Ｏ₃，ＢａＷＯ₄，ＢａＴｉＯ₃，ＳｒＯ，ＳｒＴｉＯ
₃等があげられる。さらに、電子受容体（エレクトロン
アクセプター）としての作用を有するＢｅＯまたはハロ
ゲン化金属化合物があげられる。これらは単独でもしく
は併せて用いられる。そして、上記導電性粒子（Ｘ）と
アルカリ土類金属化合物（Ｙ）との混合割合は、重量比
で、Ｘ：Ｙ＝９５：５〜８０：２０の範囲に設定するこ
とが好ましい。すなわち、上記アルカリ土類金属化合物
を用いることにより、電気泳動の生起により偏在するこ
となく、電極間に導電性粒子を整列させることが可能と
なり一層好ましい。

【００１３】さらに、上記各原料以外に、必要に応じて
カップリング剤，Ｈ₂Ｏ，エチレングリコール等を選定
し適宜配合することにより、より効果的に導電性粒子の
配列を行うことができる。

【００１４】この発明の半導電性シートは、例えばつぎ
のようにして製造される。すなわち、絶縁性マトリック
ス成分に導電性粒子を混合し、半導電性シート形成材料
を作製する。ついで、図１に示すように、シート製造機
の電気絶縁性シート成形型枠１内に上記材料を流延して
加熱硬化させる。この加熱時に、シートの厚み方向の両
側に一対の電極板２を設け、形成材料に直流電圧を印加
する。このようにして、図２に示すように、マトリック
ス成分３中に、導電性粒子４が厚み方向に均一に配向し
た半導電性シート５が製造される。

【００１５】なお、上記シートの製造において、予め導
電性粒子を絶縁性物質により表面被覆処理してもよい。
上記絶縁性物質としては、１０¹⁰Ω・ｃｍ以上の電気絶
縁性を有する絶縁粒子または絶縁性高分子等が用いられ
る。具体的には、カップリング剤が用いられ、例えば、
アルミニウム系カップリング剤，チタン系カップリング
剤，各種のシランカップリング剤等があげられる。これ
らは単独でもしくは併せて用いられる。なかでも、アル
ミニウム系カップリング剤を用いると、導電性粒子の絶
縁性が一層保たれ、しかも導電性粒子とマトリックス成
分とが固化時に強固に結合されるという最良の結果が得
られた。上記アルミニウム系カップリング剤としては、
例えばアセトアルコキシアルミニウムジイソプロピレー
トがあげられる。そして、上記カップリング剤を用いて
の導電性粒子の被覆処理方法としては、例えばカップ
リング剤をヘキサン，キシレン等の溶剤に溶解した溶液
中に、上記導電性粒子を浸漬し、所定時間経過後に溶剤
を蒸発除去する方法や、一般に行われる乾式処理方法
等があげられる。

【００１６】さらに、上記シート製造時において、印加
する直流電圧は、０．５ｋＶ／ｍｍ以上に設定するのが
好ましく、特に０．５〜２．０ｋＶ／ｍｍの範囲に設定
するのが好ましい。すなわち、直流電圧が０．５ｋＶ／
ｍｍ未満では被覆処理された導電性粒子が厚み方向に均
一に配向され難いからである。

【００１７】上記導電性粒子の配合割合は、絶縁性マト
リックス成分に対して５〜３０容積％の範囲に設定する
ことが好ましい。このような範囲に配合することで、所
望の半導電性領域を備えたシートが得られる。すなわ
ち、従来のように、半導電性領域を有するシートを得る
ためには、粒子同士が相互に接するまで高密度充填する
（例えば全体の４０〜６０容積％）必要があったが、こ
の発明のように、導電性粒子を厚み方向に整列させたも
のであれば、従来より少量の充填量で半導電性領域のシ
ートを得ることができる。このため、高密度充填に起因
する物性的な低下を招く恐れもない。

【００１８】そして、前記図１に示す電極板２の表面近
傍部分の構造を、図３に示すように、表面部分に絶縁体
６を等間隔に埋設した構造にすると、配向させる粒子の
間隔を所望の状態に調節することができる。この場合、
両電極板２に埋設される絶縁体６は、相互に向かい合う
線対称となるように埋設位置等を調節する。上記絶縁体
６としては、例えばセラミックス，合成樹脂等の絶縁性
を有するものであれば特に限定するものではない。

【００１９】このようにして得られる半導電性シート
は、機械強度等の物性が劣化せずに、所望の半導電性領
域（１０⁴〜１０¹¹Ω・ｃｍ）を備えたものである。

【００２０】

【発明の効果】以上のように、この発明の半導電性シー
トは、絶縁性マトリックス成分中に含有させた導電性粒
子が厚み方向に配向・分布している。このため、このシ
ートは、少量の導電性粒子の配合により安定した再現性
の良好な半導電性領域（１０⁴〜１０¹¹Ω・ｃｍ）を備
えており、従来のように高密度充填による物性の劣化を
招くこともない。したがって、この発明の半導電性シー
トは、例えば、電子写真複写機の半導電性ロールの形成
材料として最適である。

【００２１】つぎに、実施例について比較例と併せて説
明する。

【００２２】

【実施例１】まず、酸化バリウムを粉砕して粒度５０μ
ｍ以下にし、これに炭化珪素フィラー（平均粒子径１５
〜２５μｍ）を加えて乳鉢で混合して混合導電性粒子を
作製した。このときの両者の混合割合は、重量比で、炭
化珪素／酸化バリウム＝９０／１０に設定した。つい
で、上記混合導電性粒子１００部に対してアルミニウム
系カップリング剤であるアセトアルコキシアルミニウム
ジイソプロピレート１部をトルエン３０ｃｃに溶解した
溶液を添加して均一に混合し、２４時間放置した後、１
００℃でトルエンを揮散させ、約１００℃で５時間真空
乾燥した。このようにして得られたカップリング剤処理
済混合導電性粒子を、液状シリコーンゴム（東芝シリコ
ーン社製、ＴＳ−３０３３）に均一に混合し、ミルを用
いて分散させた。このときの混合導電性粒子の配合割合
は、液状シリコーンゴムに対して５容積％となるように
設定した。そして、上記混合材料を真空脱泡し、図１に
示す電気絶縁性の型枠１を介して、上下のステンレス製
電極板２からなるシート製造型に充填し、１５０℃×１
５分で加熱加硫した。このとき、上記ステンレス製電極
板２に１．０ｋＶ／ｍｍ（１０μＡ）の直流電圧を印加
した。このようにして目的の厚み１ｍｍのシートを製造
した。

【００２３】

【実施例２〜６】カップリング剤処理済混合導電性粒子
の配合割合を下記の表１に示す割合に変えた。それ以外
は実施例１と同様にして厚み１ｍｍのシートを製造し
た。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【比較例１〜６】直流電圧を印加せず、カップリング剤
処理済混合導電性粒子の配合割合を下記の表２に示す割
合に変えた。それ以外は実施例１と同様にして厚み１ｍ
ｍのシートを製造した。

【００２６】

【表２】

【００２７】このようにして得られた実施例品および比
較例品のシートの体積固有抵抗値を測定した。その結果
を混合導電性粒子の配合割合（横軸）−体積固有抵抗値
（縦軸）の曲線図として図４に示した。図において、曲
線Ａは実施例品を表し、曲線Ｂは比較例品を表す。な
お、上記体積固有抵抗値は下記の方法に従った。

【００２８】〔体積固有抵抗値〕図５に示すように、実
施例品および比較例品のシート１０を一対の電極板１１
間に挟持させて、下記の条件に従って抵抗値を測定し
た。条件：ＪＩＳ−Ｃ２１２３１９８０に準じ、電圧１０
００Ｖとした。

【００２９】図４から、実施例品と比較例品とを比較す
ると、混合導電性粒子を同量配合した場合、実施例品の
方が体積固有抵抗値が低い。しかも、配合量を同程度増
加しても実施例品の方が体積固有抵抗値の減少の度合い
が大きく、少量の混合導電性粒子の配合により所望の半
導電性の特性を備えたシートが得られることがわかる。
また、比較例品は同じ配合量において体積固有抵抗値の
ばらつきが大きく安定性が悪い。なお、上記シート断面
を観察すると、実施例品は導電性粒子が均一に厚み方向
に配向されていた。これに対して、比較例品の断面は、
導電性粒子が整列していなかった。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の半導電性シートの製造に用いられる
シート製造型枠の模式図である。

【図２】この発明の半導電性シート内の導電性粒子の配
向状態を示す模式図である。

【図３】シート製造型枠の電極板の他の実施態様を示す
表面部分近傍の拡大断面図である。

【図４】得られたシートの体積固有抵抗値−混合導電性
粒子の関係を示す曲線図である。

【図５】シートの体積固有抵抗値の測定方法を示す説明
図である。

【符号の説明】

３絶縁性マトリックス成分４導電性粒子５半導電性シート

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性マトリックス成分中に、導電性粒
子を含有させてなる半導電性シートであって、上記導電
性粒子が厚み方向に配向して分布していることを特徴と
する半導電性シート。
【請求項２】絶縁性マトリックス成分の比誘電率Ｅ₁
と導電性粒子の比誘電率Ｅ₂が下記の不等式を満足する
請求項１記載の半導電性シート。Ｅ₁＜Ｅ₂
【請求項３】絶縁性マトリックス成分および導電性粒
子を主成分とする半導電性シート形成材料を調製し、上
記形成材料を所定の型枠内に充填し、一対の電極を、上
記枠内に充填された材料を挟んで配設し、上記両電極間
に直流電圧を印加しながら固化させる際に、材料中の導
電性粒子を、上記絶縁性マトリックス成分中において、
上記両電極間の印加電圧によって形成される電気力線に
沿って配向させることにより形成される請求項１または
２記載の半導電性シート。
【請求項４】導電性粒子が、絶縁性物質により表面被
覆処理されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の
半導電性シート。