(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
複写機などの電子写真方式による画像形成装置における転写ベルトや転写搬送ベルト、中間転写ベルトには、ゴム等のエラストマー材料に導電性の添加剤ないし充填剤を配合して半導電性を付与した半導電性ベルトが用いられている。
【0003】
例えば、特許文献1には、ポリフェニレンサルファイド樹脂とオレフィン系エラストマーとのポリマーアロイを主成分とする基材樹脂に、高分子イオン導電剤を配合した導電性エンドレスベルトが開示されている。特許文献2には、ニトリルゴムに、エチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合体からなるポリエーテルとともに、フルオロ基とスルホニル基を有する有機金属塩を配合することが開示されている。しかしながら、これらの高分子イオン導電剤や有機金属塩は、所望の抵抗値を発現させて帯電防止性を向上させるために配合されており、ベルト面内での抵抗バラツキの改善効果については言及されていない。
【0004】
一方、特許文献3には、エピクロルヒドリンゴムとニトリルゴムとからなるベースゴムに、エチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合体とリチウム塩とアジピン酸エステルの混合物からなる制電剤を配合した半導電性ローラ用ゴム組成物が開示されている。特許文献4には、導電性ローラなどの導電性部材の導電性弾性層を、ゴム、樹脂及び熱可塑性エラストマーのいずれか1種を用いて形成し、これにリチウム塩などのイオン性導電付与剤を配合することが開示されている。しかしながら、前記制電剤はローラごとの抵抗バラツキを低減したり、環境変化に依存した電気抵抗変化を小さくしたりするために配合されており、またイオン性導電付与剤は導電性弾性層に導電性を付与するために添加されており、両文献とも、特定のベースゴムとの組み合わせにおけるベルト面内での抵抗バラツキの改善効果については開示されていない。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明の実施に関連する事項について詳細に説明する。
【0011】
本実施形態に係る半導電性ベルト用ゴム組成物は、クロロプレンゴムとエチレンプロピレンゴムからなるベースゴムに、カーボンブラックと、エチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合体とリチウム塩の混合物からなるイオン伝導性ポリマーを配合してなるものである。該ゴム組成物は海島構造を有し、一実施形態において、クロロプレンゴムを海(連続相)とし、エチレンプロピレンゴムを島(分散相)とした構造をとる。このとき、導電性充填剤であるカーボンブラックは、電子顕微鏡で観察したところ、クロロプレンゴムにもエチレンプロピレンゴムにも分散しているが、よりミクロレベル(例えば電子レベル)では均一に分散していないとも考えられ、これがベルト面内の抵抗バラツキの要因であると考えられる。本実施形態によれば、クロロプレンゴムとエチレンプロピレンゴムのブレンドゴムをベースゴムとする系において、リチウム塩を付与したエチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合体からなるイオン伝導性ポリマーを配合したことより、カーボンブラックだけでは不十分な抵抗均質化を改善することができ、ベルト面内の抵抗バラツキを低減することができる。
【0012】
本実施形態に係るゴム組成物において、ベースゴムは、クロロプレンゴム(CR)とエチレンプロピレンゴム(EPDM)からなる。クロロプレンゴムを用いることで難燃性を向上することができ、エチレンプロピレンゴムを用いることで耐オゾン性を向上することができる。エチレンプロピレンゴムとしては、エチレンとプロピレンの2成分の共重合体でもよく、またこれに第三成分として非共役ジエンを共重合したエチレン−プロピレン−ジエン共重合体ゴムでもよいが、好ましくはエチレン−プロピレン−ジエン共重合体ゴムである。クロロプレンゴムとエチレンプロピレンゴムの比率は、ベースゴム100質量部において、クロロプレンゴムが30〜90質量部であり、エチレンプロピレンゴムが10〜70質量部である。好ましい実施形態としてクロロプレンゴムを海島構造の海とし、エチレンプロピレンゴムを島とする上では、クロロプレンゴムは、ベースゴム100質量部中、50〜90質量部であることが好ましく、より好ましくは60〜85質量部、更に好ましくは70〜85質量部である。また、エチレンプロピレンゴムは、ベースゴム100質量部中、10〜50質量部であることが好ましく、より好ましくは15〜40質量部、更に好ましくは15〜30質量部である。
【0013】
該ベースゴムは、基本的にはクロロプレンゴムとエチレンプロピレンゴムのみで構成されるが、効果を損なわない範囲内で他のゴム材料を含んでもよい。他のゴム材料としては、例えば、天然ゴム(NR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、イソプレンゴム(IR)、ブタジエンゴム(BR)、ニトリルゴム(NBR)、ブチルゴム(IIR)、アクリルゴム、エピクロルヒドリンゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴム、及び、シリコーンゴムから選択される少なくとも1種が挙げられる。
【0014】
本実施形態に係るゴム組成物には、半導電性を付与するためにカーボンブラックが配合される。カーボンブラックとしては、例えば、EC(Extra Conductive)カーボン、ECF(Extra Conductive Furnace)カーボン、SCF(Super Conductive Furnace)カーボン、CF(Conductive Furnace)カーボン、アセチレンブラック、SAF級カーボンブラック、ISAF級カーボンブラック、HAF級カーボンブラック、FEF級カーボンブラック、GPF級カーボンブラック、SRF級カーボンブラック等が例示される。これらは単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、アセチレンブラックを使用することが特に好ましい。
【0015】
カーボンブラックの配合量は、上記ベースゴム100質量部に対して5〜40質量部である。このような配合量とすることにより、半導電性ベルトに適切な半導電性を付与することができる。カーボンブラックの配合量は、上記ベースゴム100質量部に対して10〜35質量部であることが好ましく、より好ましくは15〜30質量部であり、更に好ましくは15〜25質量部である。
【0016】
本実施形態に係るゴム組成物には、エチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合体とリチウム塩の混合物からなるイオン伝導性ポリマーが配合される。かかるイオン伝導性ポリマーを配合することにより、ゴム物性を損なうことなく、ベルト面内の抵抗バラツキを低減することができる。該イオン伝導性ポリマーは、イオン導電剤と称することもできるが、それ自身が導電性を有するという意味であり、ゴム組成物に対して導電性を付与するものであっても、付与しないものであってもよい。すなわち、該イオン伝導性ポリマーの添加によりゴム組成物の抵抗値は必ずしも低減する必要はない。本実施形態では、該イオン伝導性ポリマーの添加によりベルト面内の抵抗バラツキが低減するため、該イオン伝導性ポリマーは抵抗バラツキ低減剤と称することができる。
【0017】
上記イオン伝導性ポリマーは、エチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合体にリチウム塩を付与したものである。このようにイオン伝導性ポリマーは、エチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合体からなるため、CR/EPDMよりなるベースゴムに対する高い分散性が得られる。エチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合体は、単量体単位としてエチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドを含んでおり、主鎖に複数のエーテル構造を持つ。エチレンオキサイド単量体単位におけるエーテル酸素にリチウムイオンが配位して安定化するとともに、該エーテル酸素を有する柔軟な高分子セグメントであるエチレンオキサイド単量体単位の局所運動(セグメント運動)によってリチウムイオンが移動するので、リチウム塩を付与したエチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合体はイオン伝導性ポリマーであり、イオンの伝導による導電性を持つ。
【0018】
エチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合体における両単量体単位の比率は特に限定されず、例えば、エチレンオキサイド単量体単位が50〜99モル%(より好ましくは60〜96モル%)であり、プロピレンオキサイド単量体単位が0.5〜49モル%(より好ましくは2〜38モル%)でもよい。
【0019】
エチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合体としては、炭素−炭素二重結合を有する単量体を共重合させることで、分子内に炭素−炭素二重結合を導入してもよい。そのような不飽和結合含有単量体としては、例えばアリルグリシジルエーテルが挙げられる。従って、一実施形態に係るエチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合体は、エチレンオキサイド−プロピレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル共重合体でもよい。不飽和結合含有単量体単位の含有量は特に限定されず、例えば0.5〜20モル%でもよく、1〜10モル%でもよい。
【0020】
エチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合体の分子量は特に限定されず、例えば、数平均分子量Mnが5000〜100万でもよく、1万〜50万でもよく、3万〜20万でもよい。なお、MnはGPC測定によるポリスチレン換算の値である。
【0021】
リチウム塩としては、フルオロ基及びスルホニル基を有する有機リチウム塩を用いることが好ましい。分子中にフルオロ基およびスルホニル基を有する陰イオンとしては、例えば、フルオロアルキルスルホン酸イオン、ビス(フルオロアルキルスルホニル)イミドイオン、トリス(フルオロアルキルスルホニル)メチドイオン等の1種または2種以上が挙げられる。有機リチウム塩の具体例としては、CF
3SO
3Li、C
4F
9SO
3Li、(CF
3SO
2)
2NLi、(C
2F
5SO
2)
2NLi、(C
4F
9SO
2)(CF
3SO
2)NLi、(FSO
2C
6F
4)(CF
3SO
2)NLi、(C
8F
17SO
2)(CF
3SO
2)NLi、(CF
3CH
2OSO
2)
2NLi、(CF
3CF
2CH
2OSO
2)
2NLi、(HCF
2CF
2CH
2OSO
2)
2NLi、[(CF
3)
2CHOSO
2]
2NLi、(CF
3SO
2)
3CLi、(CF
3CH
2OSO
2)
3CLi等が挙げられる。これらはいずれか1種用いても、また2種以上組み合わせて用いてもよい。
【0022】
エチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合体とリチウム塩との混合物からなるイオン伝導性ポリマーには、アジピン酸エステルなどの添加剤が含まれてもよい。このようなイオン伝導性ポリマーとしては、例えば、三光化学工業(株)製の商品名「サンコノールRBX−8310」、「サンコノールTBX−8310」などが市販されており、使用可能である。
【0023】
本実施形態に係るゴム組成物では、該イオン伝導性ポリマーを0.5〜20質量部含有する。このような配合量で用いることにより、ゴム物性を損なうことなく、ベルト面内の抵抗バラツキを改善することができる。イオン伝導性ポリマーの配合量は、より好ましくは上記ベースゴム100質量部に対して0.1〜10質量部であり、更に好ましくは0.2〜8質量部である。また、イオン伝導性ポリマーは、リチウム塩の量として、上記ベースゴム100質量部に対して0.05〜2質量部にて配合されてもよく、より好ましくは0.1〜1.0質量部であり、更に好ましくは0.2〜0.8質量部である。なお、イオン伝導性ポリマー中に占めるエチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合体とリチウム塩の含有量は、一実施形態においてエチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合体が60〜95質量%及びリチウム塩が5〜40質量%でもよく、他の実施形態においてエチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合体が80〜93質量%及びリチウム塩が7〜20質量%でもよく、更に他の実施形態においてエチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合体が85〜90質量%及びリチウム塩が10〜15質量%でもよい。
【0024】
本実施形態に係るゴム組成物には、上記の各成分の他に、オイル、ステアリン酸、酸化マグネシウム、シリカ、シランカップリング剤、加工助剤、水酸化アルミニウム、酸化亜鉛、硫黄、加硫促進剤などの各種添加剤を配合することができる。シリカの配合量は、特に限定されず、上記ベースゴム100質量部に対して1〜15質量部でもよく、2〜10質量部でもよい。シランカップリング剤は、シリカを配合する場合に好ましく用いられ、その配合量はシリカ量の2〜25質量%でもよい。硫黄としては、例えば、粉末硫黄、沈降硫黄、コロイド硫黄、不溶性硫黄、高分散性硫黄などが挙げられ、その配合量は、例えば上記ベースゴム100質量部に対して0.1〜10質量部でもよく、0.5〜5質量部でもよい。加硫促進剤としては、例えば、チアゾール系、チオウレア系、チウラム系、ジチオカルバミン酸塩系、グアニジン系、スルフェンアミド系等の各種加硫促進剤が挙げられ、これらをいずれか1種又は2種以上組み合わせて用いてもよく、その配合量は、例えば上記ベースゴム100質量部に対して0.1〜7質量部でもよく、0.5〜5質量部でもよい。
【0025】
該ゴム組成物は、通常に用いられるバンバリーミキサーやニーダー、ロール等の混合機を用いて、常法に従い混練し作製することができる。例えば、第一混合段階で、ベースゴムに、カーボンブラック及び上記イオン伝導性ポリマーとともに、硫黄、加硫促進剤及び酸化亜鉛を除く他の添加剤を添加混合し、次いで、得られた混合物に、最終混合段階で加硫剤、加硫促進剤及び酸化亜鉛を添加混合してゴム組成物を調製することができる。
【0026】
本実施形態に係るゴム組成物は、半導電性ベルトを構成するために用いられるものであり、加硫により半導電性ゴムとなる。半導電性とは、体積抵抗率が10
5〜10
12Ω・cmの範囲内にあることをいう。ここで、体積抵抗率は、温度23℃、相対湿度50%にて、測定装置としてアドバンテスト社製の「R8340A」(三菱化学アナリテック製HRSプローブ)を用い、測定条件:500V×10秒にて測定した値である。
【0027】
本実施形態に係る半導電性ベルトは、例えば、上記のようにして調製したゴム組成物をチューブ状に押出成型して未加硫ベルトを作製し、該未加硫ベルトを加硫成型することで製造することができる。加硫成型後に、ベルトを所定の厚さにする研磨工程を設けてもよく、また、半導電性ベルトの表面に潤滑性を有する表面層を塗装工程等により設けてもよい。
【0028】
本実施形態に係る半導電性ベルトは、上記した電子写真方式の基本原理を使用した各種の画像形成装置において、転写ベルトや転写搬送ベルト、中間転写ベルト等として使用することができる。該半導電性ベルトを円筒状のドラムに被せてロール状にした転写ドラムに用いることもできる。半導電性ベルトの厚みは、特に限定しないが、例えば0.3〜3.0mmであってもよい。
【実施例】
【0029】
以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【0030】
[第1実施例]
バンバリーミキサーを使用し、下記表1に示す配合(質量部)に従い、まず、第一混合段階で、酸化亜鉛と硫黄と加硫促進剤を除く成分を添加混合し(排出温度=115℃)、次いで、得られた混合物に、最終混合段階で酸化亜鉛と硫黄と加硫促進剤を添加混合して(排出温度=85℃)、半導電性ベルト用ゴム組成物を調製した。
【0031】
表1中の各成分の詳細は以下の通りである。
・CR:東ソー(株)製「スカイプレンB12」
・EPDM:住友化学(株)製「エスプレン505」
・アセチレンブラック:電気化学工業(株)製「デンカブラック」
・オイル:出光興産(株)製「PW−380」
・酸化マグネシウム:協和化学工業(株)製「キョーワマグ#150」
・シリカ:東ソー・シリカ(株)製「ニップシールVN3」
・加工助剤:理研ビタミン(株)製「エマスター510P」
・シランカップリング剤:デグサ社製「Si69」
・イオン伝導性ポリマー1:三光化学工業(株)製「サンコノールTBX−8310」(エチレンオキサイド−プロピレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル共重合体と、フルオロメタンスルホン酸リチウム(CF
3SO
3Li)とアジピン酸エステルの混合物、リチウム塩含有率:10質量%)
・イオン伝導性ポリマー2:三光化学工業(株)製「サンコノールRBX−8310」(エチレンオキサイド−プロピレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル共重合体と、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド((CF
3SO
2)
2NLi)とアジピン酸エステルの混合物、リチウム塩含有率:10質量%)
・酸化亜鉛:ラインケミー社製「レノグランZnO−80」
・硫黄:アクゾノーベル社製「クリステックスHS OT20」
・加硫促進剤1:ラインケミー社製「レノグランETU−80」
・加硫促進剤2:三新化学工業(株)製「サンセラーTT」
【0032】
得られた各ゴム組成物について、オープンロールにて未加硫シートを作製し、金型を用いてプレス加硫(185℃×7分間)することにより、厚み2mmの加硫ゴムシートを得た。得られたゴムシートを用いて、表面抵抗値Ωの面内バラツキを測定した。測定方法は以下の通りである。
【0033】
・表面抵抗値の面内バラツキ:ゴムシートを25mm間隔でタテ×ヨコ=5×8=40箇所において表面抵抗値Ωを測定した。測定は、測定装置としてアドバンテスト社製の「R8340A」を用いて、対向電極(ポリ四フッ化エチレンシート積層絶縁板)とプローブ(三菱化学アナリテック製HRSプローブ)との間にゴムシートをセットし、温度23℃、相対湿度50%にて、印加電圧500Vを10秒間印加し、抵抗値を読み取ることによって行った。表面抵抗値Ωの常用対数logΩについて、上記40箇所についてのlogΩの最大値(Max)、最小値(Min)、平均値(Avg)、レンジ(最大値と最小値の差)(R)、及び標準偏差(s)を算出した。
【0034】
結果は表1に示す通りであり、イオン伝導性ポリマーが未添加である比較例1に対し、イオン伝導性ポリマーを配合した実施例1,2では、標準偏差(s)が小さく、表面抵抗値の面内バラツキが低減していた。実施例1と実施例2とでは、リチウム塩としてリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドを含むイオン伝導性ポリマー2を配合した実施例2の方が面内バラツキの改善効果が大きかった。
【0035】
【表1】
【0036】
[第2実施例]
バンバリーミキサーを使用し、下記表2に示す配合(質量部)に従い、第1実施例と同様にして、半導電性ベルト用ゴム組成物を調製し、加硫ゴムシートを作製した。表2中の各成分の詳細は表1と同じである。得られたゴムシートを用いて、表面抵抗値Ωの面内バラツキを測定した。測定は、温度10℃×相対湿度15%(L/L)と、温度23℃×相対湿度50%(N/N)と、温度28℃×相対湿度85%(H/H)の3条件で行った他は第1実施例と同じである。また、電圧依存性を調べるために、N/Nの環境下で、印加電圧を100Vと500Vと1000Vの3条件として測定し(いずれも10秒間)、上記40箇所についてのlogΩの平均値(Avg)につき、上記3条件での最大値と最小値の差を電圧変動Rとして求めた。
【0037】
結果は表2に示す通りであり、イオン伝導性ポリマーを添加した実施例3〜6であると、どの環境下でも表面抵抗値の面内バラツキの低減が認められた。また、イオン伝導性ポリマーを添加することにより、電圧変動Rが小さくなり、電圧依存性の改善効果が認められた。電圧依存性は、イオン伝導性ポリマーの添加量を2.5質量部以上とすることでほぼ同じ挙動を示した。
【0038】
【表2】
【0039】
[第3実施例]
下記表3に示す配合(質量部)に従い、70Lニーダーでゴム混合を行った。得られたゴムをクロスヘッド押出機でφ95アルミパイプに厚さ0.8mmのゴムを被覆した。ゴム被覆アルミパイプを直接加硫方式で加硫を行った。加硫条件は185℃×9分。得られたゴムベルトを厚さ0.5mmになるよう片面研磨(必要に応じて両面研磨でも構わない。)を行って転写ベルトを作製した。なお、表3中の各成分の詳細は表1と同じであり、但し、水酸化アルミニウムは昭和電工(株)製「ハイジライトH−32」を用いた。また、イオン伝導性ポリマーを添加した実施例7では、未添加の比較例3に対し、ゴム組成物全体に対するカーボンブラックの含有率が同じ値になるように各成分の配合量を調整した。
【0040】
得られた転写ベルトを用いて、体積抵抗値Ωの面内バラツキ及び体積抵抗率の平均値(Avg)を測定した。また、機械特性として、100%伸び時の引張応力(M100)、破断強さ(TB)、破断伸び(EB)、引裂強さ(TR)、硬さ(HS)及び永久伸び(PS)を測定した。測定方法は以下の通りである。
【0041】
・体積抵抗値の面内バラツキ:転写ベルトを25mm間隔でタテ×ヨコ=5×12=60箇所において体積抵抗値Ωを測定した。測定は、測定装置としてアドバンテスト社製の「R8340A」(三菱化学アナリテック製HRSプローブ)を用い、温度23℃、相対湿度50%にて、印加電圧500Vを10秒間印加し、抵抗値を読み取ることによって行った。体積抵抗値の常用対数logΩについて、上記60箇所についてのlogΩの最大値(Max)、最小値(Min)、平均値(Avg)、レンジ(R)、及び標準偏差(s)を算出した。
【0042】
・機械特性:M100、TB及びEBは、JIS K6251に準拠した引張試験により測定した(ダンベル状3号形)。TRは、JIS K6252に準拠した引裂試験により測定した(切込みなしアングル形)。HSは、JIS K6253−3に準拠して測定した(デュロメーターA)。PSは、JIS K6251に準拠(ダンベル状1号形)し、標線間100%伸長後、10分間保持し、その後サンプル片を解放し10分後の標線間を計測し残留歪みを求めた。
【0043】
結果は表3に示す通りであり、イオン伝導性ポリマーを添加した実施例7は、未添加の比較例3に比べて、機械特性は略同等であり、体積抵抗値Ωの値自体も略同等であったが、体積抵抗値Ωの最大値と最小値の差(R)が小さく、標準偏差(s)も小さく、体積抵抗値Ωの面内バラツキが顕著に低減していた。
【0044】
【表3】