JPH107910A - 半導電性シリコーンゴム組成物および半導電性シリコーンゴムロール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 シリコーンゴムで構成されていても抵抗値が
電圧に依存しない半導電性シリコーンゴムロール組成物
およびこれを用いた半導電性シリコーンゴムロールを提
供する。 【解決手段】 シリコーンゴムコンパウンド１００重量
部に対し、カーボンブラック 1〜３０重量部、フタル酸
エステル化合物０．１〜５重量部を含有してなる半導電
性シリコーンゴム組成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電子写真方式を利用
したＬＢＰ（レーザービームプリンタ）、ファクシミ
リ、複写機等に使用される、抵抗値が電圧に依存しない
半導電性シリコーンゴムロールを得ることができる半導
電性シリコーンゴム組成物およびこれを用いた半導電性
シリコーンゴムロールに関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真方式を利用した各種装置は、帯
電、露光、現像、転写および定着等の各工程の繰り返し
によって印刷物を得ている。帯電工程では感光体の表面
に均一な電荷を付与する。露光工程では原稿からの反射
光、レーザー光、ＬＥＤ光等の照射により感光体上に静
電潜像を形成させる。現像工程ではトナー等により静電
潜像を可視化する。転写工程では可視化された像を静電
的に記録紙上に転写する。定着工程ではトナー等を記録
紙上に加熱加圧定着する。以上の５工程により印刷物が
得られるのである。上記各工程中、帯電工程，現像工
程，転写工程の３工程では、特に半導電性ロールが使用
される。また現像ロールに、トナーカートリッジからト
ナーを搬送するトナー搬送ロールにも半導電性ロールが
使用されることがある。これらの半導電性ロールは、表
面を均一に帯電させたい帯電ロール，あるいは表面に均
一なトナー層を設けたい現像ロールでは共に非発泡体で
あることが要求され、またニップ幅を大きくとりたい転
写ロールでは発泡体であることが要求され、さらにトナ
ー搬送ロールでは表面が凹凸でより多くのトナーを搬送
するため発泡体であることが要求される。従来は、印字
条件、紙の種類あるいは環境が変化した場合に、それぞ
れのロールに印加する電圧あるいは電流を変化させて印
字品位を一定に保つように制御をすることが行われてき
た。これら半導電性ロール用ゴム材料として、ウレタン
ゴム，ＮＢＲ，ＥＰＤＭからなるものが用いられてき
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ウレタンゴ
ム，ＮＢＲ，ＥＰＤＭを用いた半導電性ロールにあって
は、抵抗値等の電気的特性とトナーに対する電荷付与特
性が装置内の温度や湿度等に強く依存するため、使用す
ることのできるトナー、感光体が限定されるのみなら
ず、使用可能な装置の仕様も限定されるという問題があ
った。特に、ウレタンゴムで構成された半導電性ロール
にあっては、空気中の水分による加水分解が発生しやす
く、この問題も顕著であった。これらの問題点を解決す
るものとして、シリコーンゴムで構成された半導電性シ
リコーンゴムロールが提案されている。しかしながら、
この半導電性シリコーンゴムロールは、絶縁性であるシ
リコーンゴムにカーボンブラックを添加して半導電性に
したものが従来用いられてきたが、このものは印加電圧
を上げるほど抵抗値が低下してしまうのである。このた
め、電子写真方式では上記したように各半導電性シリコ
ーンゴムロールに印加する電圧あるいは電流を印字条
件、紙の種類あるいは環境により制御しており、例えば
電流を一定にする場合、何らかの要因で電流が低下した
ときに電圧を上げるのであるが、このときロールの抵抗
値が下がってしまうと必要以上に電流が流れたり、ある
いは電圧の制御に対する電流の増加量が大きくなってし
まい、かなり精度の高い電圧制御が必要となる場合があ
り、結果的に印字品位が低下したり、高精度の電源が必
要で小型化、低コスト化ができなくなるといった問題が
あった。したがって、本発明は、上記問題点に鑑みてな
されたもので、シリコーンゴムで構成されていても抵抗
値が電圧に依存しない半導電性シリコーンゴム組成物お
よびこれを用いた半導電性シリコーンゴムロール（以
下、ゴムロールと略称する）を提供することを目的とす
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記の目
的を達成するため、カーボンブラックの添加による複合
導電機構により、抵抗値の電圧依存性が発現するとの知
見のもと、その導電機構を補助する物質を添加すること
により本発明を完成させた。すなわち、本発明は前記特
許請求の範囲の各請求項に記載の構成要件を要旨とする
ものである。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。請求項１に係る発明について、半導電性シリコー
ンゴム組成物を構成する第１成分としてのシリコーンゴ
ムコンパウンドは、ビニル基含有ジメチルシリコーン生
ゴム、ビニル基含有メチルフェニルシリコーン生ゴム、
ビニル基含有フルオロシリコーン生ゴム等のいずれか１
種または２種以上を組み合わせたものに、必要に応じて
煙霧質シリカ、沈降性シリカ等の補強性シリカ充填剤を
添加し、さらに加硫硬化に必要な加硫剤や増量剤を添加
してなるものである。この加硫剤としては、例えばベン
ゾイルパーオキサイド、ビス−２，４−ジクロロベンゾ
イルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、ジ−ｔ
−ブチルパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−
ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン等の過酸化物お
よび／または１分子中に珪素原子と結合する水素原子を
２個以上有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン
と触媒量の白金系触媒を添加したものが挙げられる。ま
た常温でのスコーチを防止する目的で反応制御剤を適宜
添加してもよい。さらに耐熱性向上剤や硬度を調整する
ために非補強性シリカを添加してもよい。

【０００６】第２成分としてのカーボンブラックは、導
電性付与剤として用いられるもので、例えばアセチレン
ブラック、ファーネスブラック、サーマルブラック、チ
ャンネルブラック等が挙げられる。アセチレンブラック
や高導電性ファーネスブラックを使用する場合、その添
加量は上記シリコーゴムコンパウンド１００重量部に対
し、１〜１５重量部の範囲内であり、この範囲内の添加
量であれば所望の半導電性（体積抵抗率１０³ 〜１０⁹
Ωｃｍ）を達成するのに十分であり、また低導電性ファ
ーネスブラック、サーマルブラック、チャンネルブラッ
クを使用する場合は、上記シリコーンゴムコンパウンド
１００重量部に対し、１０〜３０重量部の範囲内であ
り、この範囲内の添加量であれば上記と同様に所望の半
導電性を十分に満足することができる。

【０００７】第３成分としてのフタル酸エステル化合物
は、フタル酸とアルコールとのエステルからなり、主に
ｏ−フタル酸エステルが用いられる。またアルコール側
は種々の構造のものが存在するが、本発明によるゴムロ
ールの成形に際し、後述のように加熱工程があるため耐
熱性に主眼をおいて選定する必要がある。すなわち、こ
のアルキル鎖が長いほど、また分岐の少ないほど耐熱性
が優れる傾向がある。このため第３成分としては、ジブ
チルフタレート（以下、ＤＢＰと略称する）、ジオクチ
ルフタレート（以下、ＤＯＰと略称する）、ジイソデシ
ルフタレート（以下、ＤＩＤＰと略称する）等が好まし
く採用される。従来、イオン導電材としてフタル酸エス
テル化合物とリチウムイオン等の金属イオンの組み合わ
せが知られているが、本発明においては金属イオンが添
加されなくても作用・効果を奏することができる点で、
これらのものとは本質的に異なる。この添加量は、上記
シリコーンゴムコンパウンド１００重量部に対し、０．
１〜５重量部の範囲であり、添加量が０．１重量部未満
では、抵抗値の電圧依存性が十分に改善されず、５重量
部を超えて添加すると未加硫状態でネバリが発生し、取
扱いにくくなり、製品にしたときも表面にベタツキが認
められる割には抵抗値の電圧依存性が改善されず好まし
くない。またアルコールのアルキル鎖中あるいは側鎖に
付加反応可能な二重結合部分を導入し、シリコーンゴム
と結合するようにしてもよい。なお、このフタル酸エス
テル化合物は、それ自体ある程度の導電性をもっている
のに加え、第３成分としてのカーボンブラックとの親和
性に非常に優れており、カーボンブラックの粒子相互間
の導電を補助する役目を果たしていると考えられる。こ
れを硬化したゴムの抵抗値の電圧依存性の望ましいレベ
ルは、（１０００Ｖのときの抵抗値）÷（１００Ｖのと
きの抵抗値）≧０．８とされる。

【０００８】これら各成分の混合に際しては、通常、用
いられているシリコーンゴムコンパウンドの混練方法で
行えばよく、例えば加圧ニーダー、バンバリーミキサ
ー、ミキシングロール、プラネタリーミキサー等で均一
に混練すればよい。また硬化剤の有機過酸化物またはオ
ルガノハイドロジェンポリシロキサンは成形加工の直前
に通常のミキシングロールで均一に混合すれば、目的と
する半導電性シリコーンゴム組成物が得られる。

【０００９】次に、請求項２および３に係る発明につい
て、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発
明のゴムロールの一例を示す説明図であって、図１
（ａ）はその側面図、図１（ｂ）はその正面図である。
図２は、ゴムロールの抵抗値測定方法を示す説明図であ
る。図１に示すように、ゴムロールは、導電性軸体１
と、その外周に円筒状に形成された半導電性シリコーン
ゴム層２からなるものである。導電性軸体１は、鉄、ア
ルミニウム（合金）、真鍮等の導電性金属の芯金または
これらの表面に無電解ニッケルメッキを施したもの、あ
るいは熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂で形成された軸状部
材に導電性のメッキを施したもの、あるいは導電性カー
ボンブラックや金属粉等の導電性付与剤を配合した樹脂
から軸状に成形したもの等、導電性である限り、プラス
チック、金属、セラミック等から選ばれた任意の材料か
らなるものが用いられる。この導電性軸体は、電子写真
装置に組み込まれた状態では、駆動装置に連結して回転
駆動し、また電気的に接地、あるいは回路と接続されて
バイアス電圧を印加するのである。

【００１０】半導電性シリコーンゴム層２は、請求項１
に係る半導電性シリコーンゴム組成物を硬化させてなる
ものである。この成形にあたっては、上記導電性軸体と
上記半導電性シリコーンゴム組成物を、押出機でクロス
ヘッドを用いて一体分出しした後、ギアーオーブンまた
はＩＲ（赤外線）炉で一次加硫する押出成形方法、導電
性軸体を成形金型内にセットした後、この金型内に上記
半導電性シリコーン組成物を注入し、加熱して一次加硫
する射出成形方法、導電性軸体と半導電性シリコーン組
成物を金型内で同時に加熱、圧縮するプレス成形方法等
が用いられる。また、成形後にギアーオーブン等を用い
て二次加硫を行い、物性の安定化を図ることもできる。
この場合の二次加硫温度は、通常１００〜２２５℃の範
囲であるが、第３成分としてのフタル酸エステル化合物
の変質防止や揮発防止に有利なように１００〜１５０℃
の範囲から選ぶのがより好ましい。このような条件で成
形されたゴムロールは、最後に導電性軸体と一体に形成
された半導電性シリコーンゴム層の外周面を、円筒研削
盤によって表面研磨し、所望の外径値のゴムロールに仕
上げることもできる。

【００１１】本発明のゴムロールにおいて、上記半導電
性シリコーンゴム層を発泡体からなるものとしてもよ
い。この場合、上記半導電性シリコーンゴム組成物に有
機発泡剤を添加したものを調製すればよい。この有機発
泡剤としては、シリコーンゴムの加硫速度とバランスが
とれなければならず、アゾビスイソブチロニトリル（Ａ
ＩＢＮと略称する）やアゾジカルボン酸アミド等が好適
に用いられる。その添加量は半導電性シリコーンゴム組
成物１００重量部に対し、０．５〜５重量部の範囲が好
ましく、０．５重量部未満では十分に発泡せず、５重量
部を超えて添加すると機械強度が低下してしまうので好
ましくない。なお、半導電性シリコーンゴム層が発泡体
からなる場合の成形方法は、上記押出成形を用いて行う
のが好ましい。これは常圧での成形であるため発泡しや
すいからである。射出成形あるいはプレス成形を行う場
合、加熱温度を発泡剤の分解温度前後に設定し、圧力解
放と同時に、あるいは後加熱により発泡させることにな
るが、加熱温度の制御等かなりの加工条件精度が要求さ
れ、安定的に製品を得るには好ましくない。このように
して成形された請求項２および３に係るゴムロールは、
例えば図２に示すように、電極３上に載置し、導電性軸
体１の両端部に１００ｇずつの荷重をかけ、これを抵抗
測定器４を用いて測定を行って、所定の抵抗値を有する
ゴムロールが得られるのである。

【００１２】

【実施例】 （実施例１〜３、比較例１〜２）シリコーンゴムコンパ
ウンドＫＥ１５１Ｕ（信越化学工業社製、商品名）１０
０重量部に対し、高導電性ファーネスブラック５重量
部、ＤＢＰをそれぞれ０．０８、０．１、２、５、６重
量部を加え、半導電性シリコーンゴム組成物を調製し
た。これに有機過酸化物加硫剤Ｃ−３（信越化学工業社
製、商品名）２重量部、オルガノハイドロジェンポリシ
ロキサン３重量部、触媒量の塩化白金酸、適量の反応制
御剤を加え、１４０℃のプレスで厚さ１ｍｍの各種シー
トを作製した。これを用いＳＲＩＳ２３０１の体積抵抗
率測定方法に準じ、１００、５００、１０００Ｖの電圧
を印加して体積抵抗率を測定した。上記ＤＢＰの添加量
の順に、それぞれ比較例１、実施例１、２、３、比較例
２とし、この結果を表１に示した。・表１中、加工性に
ついては、できあがった半導電性シリコーンゴムコンパ
ウンドを２本ロールで練ったときに下記の基準で評価し
た。 ○……巻き取りが良好であった。 △……ロール表面に粘着したり軟らか過ぎて巻取ること
が困難であった。 ×……巻き取ることができなかった。 ・また、表１中、各電圧での抵抗値は、（５００Ｖのと
きの値）÷（１００Ｖのときの値）≧０．８５ かつ
（１０００Ｖのときの値）÷（１００Ｖのときの値）≧
０．８０の範囲内の比であることが望ましい。

【００１３】

【表１】

【００１４】（実施例４〜６、比較例３〜４）導電性軸
体として硫黄快削鋼（ＪＩＳ ＳＵＭ２２）にニッケル
無電解メッキを施した直径８ｍｍ、長さ２４０ｍｍのシ
ャフトを用い、これにシリコーン系プライマー・プライ
マーＮｏ．１０１ＡとＮｏ．１０１Ｂ（いずれも信越化
学工業社製、商品名）を１：１で混合したものを塗布
し、これをギアーオーブン中に１５０℃の温度で１０分
間焼き付け処理を施した。次にシリコーンゴムコンパウ
ンドＫＥ１５１Ｕ（同前）１００重量部に対し、高導電
性ファーネスブラック５重量部、ＤＢＰをそれぞれ０．
０８、０．１、２、５、６重量部を加え、半導電性シリ
コーンゴム組成物を調製した。これに有機過酸化物加硫
剤Ｃ−３（同前）２重量部、オルガノハイドロジェンポ
リシロキサン３重量部、触媒量の塩化白金酸、適量の反
応制御剤を加え、押出機を使用して上記シャフトに直径
２０ｍｍで一体分出しした。次いで２５０℃の温度で３
０分間、熱風加熱炉で加熱加硫させた。これを１５０
℃、４時間で後処理した後、円筒研削盤で研磨し、外径
１８ｍｍの各種ゴムロールを得た。上記ＤＢＰの添加量
の順に、それぞれ比較例３、実施例４、５、６、比較例
４とした。これらの抵抗値を図２に示す方法で、各種ゴ
ムロールを電極３の上に乗せ、導電性軸体１の突出した
両端部に１００ｇずつの荷重をかけ、１００、５００、
１０００Ｖの電圧を印加し、ゴムロールを９０°毎に回
転させて４点の抵抗値を測定し、その平均値を求めた。
この結果を表２に示した。なお、加工性については、次
のような基準で評価した。 ○……押出したゴムの表面が、概ね平滑である。 △……押出したゴムの表面が、さざ波形状になってい
る。 ×……押出したゴムの表面が、深くえぐれたようにな
り、押出し困難である。

【００１５】

【表２】

【００１６】（実施例７〜９、比較例５〜６）実施例４
〜６及び比較例３〜４で使用したものと同様のシャフト
を調製し、次に上記と同様に半導電性シリコーンゴム組
成物を調製した。これに有機過酸化物加硫剤Ｃ−３（同
前）２重量部、オルガノハイドロジェンポリシロキサン
３重量部、触媒量の塩化白金酸、適量の反応制御剤、さ
らに有機発泡剤ＡＩＢＮ、１重量部を加え、押出機を使
用して上記シャフトに直径１６ｍｍで一体分出しした。
次いで２５０℃の温度で３０分間、熱風加熱炉で加熱加
硫発泡させた。これを１５０℃、４時間で後処理した
後、円筒研削盤で研磨し、外径１８ｍｍの各種ゴムロー
ルを得た。上記ＤＢＰの添加量の順に、それぞれ比較例
５、実施例７、８、９、比較例６とした。これらの抵抗
値を図２に示す方法で、１００、５００、１０００Ｖの
電圧を印加し、ゴムロールを９０°毎に回転させて４点
の抵抗値を測定し、その平均値を求めた。この結果を表
３に示した。なお、加工性については、上記実施例４〜
６及び比較例３〜４と同様に評価した。

【００１７】

【表３】

【００１８】（実施例１０）ＤＢＰに替えて、ＤＯＰ・
２重量部を用いる以外は、上記実施例７〜９及び比較例
５〜６と同様の方法でゴムロールを得た。これを上記と
同様の方法により抵抗値を測定し、その結果を表４に示
した。なお、加工性については、上記実施例４〜６及び
比較例３〜４と同様に評価した。

【００１９】

【表４】

【００２０】（実施例１１）ＤＢＰに替えて、ＤＩＤＰ
・２重量部を用いる以外は、上記実施例７〜９及び比較
例５〜６と同様の方法でゴムロールを得た。これを上記
と同様の方法により抵抗値を測定し、その結果を表４に
示した。なお、加工性については、上記実施例４〜６及
び比較例３〜４と同様に評価した。

【００２１】（比較例７）ＤＢＰを添加しないこと以外
は実施例１〜３及び比較例１〜２と同じ組成物を用い、
同じ方法で体積抵抗率を測定し、また加工性を評価し
た。この結果を表１に示した。 （比較例８）ＤＢＰを添加しないこと以外は実施例４〜
６及び比較例３〜４と同じ組成物を用い、同じ方法で抵
抗値を測定し、また加工性を評価した。この結果を表２
に示した。 （比較例９）ＤＢＰを添加しないこと以外は実施例７〜
９及び比較例５〜６と同じ組成物を用い、同じ方法で抵
抗値を測定し、また加工性を評価した。この結果を表３
に示した。

【００２２】（参考例１〜２）後処理条件を１６０℃、
４時間，２００℃、４時間としたこと以外は、実施例３
と同じ組成物を用い、同じ方法で抵抗値を測定し、順に
参考例１，２とした。この結果を表５に示した。

【００２３】

【表５】

【００２４】（実施例１２〜１３、比較例１０）高導電
性ファーネスブラックの添加量を０．８、１、１５重量
部としたこと以外は、実施例３と同じ組成物を用い、同
じ方法で抵抗値を測定し、順に比較例１０、実施例１
２、１３とした。この結果を表６に示した。

【００２５】

【表６】

【００２６】（実施例１４〜１５、比較例１１）カーボ
ンブラックを低導電性ファーネスブラックとし、その添
加量を１０、３０、３２重量部としたこと以外は、実施
例３と同じ組成物を用い、同じ方法で抵抗値を測定し、
順に実施例１４、１５、比較例１１とした。この結果を
表７に示した。

【００２７】

【表７】

【００２８】（結果）上記の結果からも明らかなよう
に、実施例に相当する本発明の半導電性シリコーンゴム
組成物およびこれを用いたゴムロールは、加工性が良好
であるとともに、抵抗値が電圧の差によって変化するこ
となく安定しているのに対し、比較例によるゴムロール
では、加工性に問題があるか、また抵抗値が電圧の差に
よって大きな影響を受けるので好ましくなかった。

【００２９】

【発明の効果】本発明の半導電性シリコーンゴム組成物
およびこれを用いたゴムロールによれば、シリコーンゴ
ムで構成されていても、抵抗値が電圧によらず一定であ
るので、各半導電性ロールに印加する電圧あるいは電流
を印字条件、紙の種類あるいは環境により制御するにあ
たり、精度の高い制御が可能になり、結果的に印字品位
が良くなり、小型化、低コスト化に有利になる。またゴ
ムロールの抵抗値の許容範囲が広がって、一般的に得る
のが難しいとされる半導電性領域の抵抗値を容易に達成
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のゴムロールの一例を示すもので、
（ａ）はその側面図、（ｂ）はその正面図である。

【図２】ゴムロールの抵抗値測定方法を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１…導電性軸体 ２…半導電性シリコーンゴム層 ３…電極 ４…抵抗測定器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０３Ｇ 15/02 １０１ Ｇ０３Ｇ 15/08 ５０１Ｄ 15/08 ５０１ 15/16 15/16 15/00

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコーンゴムコンパウンド１００重量
   部に対し、カーボンブラック１〜３０重量部、フタル酸
   エステル化合物０．１〜５重量部を含有してなることを
   特徴とする半導電性シリコーンゴム組成物。
2. 【請求項２】 導電性軸体の外周面に、円筒状の半導電
   性シリコーンゴム層が形成されてなる半導電性シリコー
   ンゴムロールであって、前記半導電性シリコーンゴム層
   が請求項１記載の組成物を含有してなるものであること
   を特徴とする半導電性シリコーンゴムロール。
3. 【請求項３】 前記半導電性シリコーンゴム層が発泡体
   からなることを特徴とする請求項２に記載の半導電性シ
   リコーンゴムロール。