(57)【要約】【課題】高電圧を印加したときにも表面抵抗率の低下の割合が小さい導電性ベルトを提供する。【解決手段】合成樹脂１００重量部に対してカーボンブラック１５〜３０重量部が配合された導電性樹脂からなり、表面に１００Ｖ／２．５５ｍｍの勾配で電圧を印加したときの表面抵抗率（Ω／□）の常用対数値が７〜１２の範囲であり、前記表面に１００Ｖ／２．５５ｍｍの勾配で電圧を印加したときの表面抵抗率の常用対数値と、表面に５００Ｖ／２．５５ｍｍの勾配で電圧を印加したときの表面抵抗率の常用対数値との差が０．５未満である、導電性ベルトである。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
合成樹脂１００重量部に対してカーボンブラック１５〜３０重量部が配合された導電性樹脂からなり、
表面に１００Ｖ／２．５５ｍｍの勾配で電圧を印加したときの表面抵抗率（Ω／□）の常用対数値が７〜１２の範囲であり、
前記表面に１００Ｖ／２．５５ｍｍの勾配で電圧を印加したときの表面抵抗率の常用対数値と、表面に５００Ｖ／２．５５ｍｍの勾配で電圧を印加したときの表面抵抗率の常用対数値との差が０．５未満である、
導電性ベルト。
【請求項２】
前記カーボンブラックは、
ＤＢＰ吸油量が３０〜１４０ｃｍ３／１００ｇであり、
比表面積が２０〜２００ｍ２／ｇである、
請求項１に記載の導電性ベルト。
【請求項３】
前記合成樹脂は熱可塑性樹脂であって、融点が２００℃以上である、
請求項１または２に記載の導電性ベルト。
【請求項４】
前記合成樹脂が非晶性の熱可塑性樹脂であって、ガラス転移点が８５℃以上である、
請求項１または２に記載の導電性ベルト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真式複写機、レーザープリンター等の転写ベルト、搬送ベルト等として用いられる導電性ベルトに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真式複写機等の内部には、画像定着用、中間転写用、搬送用、現像用等として、多くの無端導電性ベルトが用いられる。その多くは合成樹脂に導電性フィラーとしてカーボンブラックが配合された導電性樹脂を用いて形成される。その抵抗率は用途に応じて多様であり、表面抵抗率が１００〜１０１３Ω／□のものが用いられる。
【０００３】
カーボンブラックは、球状の基本粒子が融着して不規則な鎖状に枝分かれした複雑な構造の１次凝集体（アグリゲート）を形成している。この構造の発達度合をストラクチャーといい、１つのアグリゲートに含まれる基本粒子の数が多いことを、ストラクチャーが発達しているとか高ストラクチャーであるなどという。樹脂中のカーボンブラックは、アグリゲートがネットワークを形成することによって、樹脂に導電性を与える。電子は、アグリゲート中を移動し、１つのアグリゲートから他のアグリゲートへトンネル効果によって移動すると考えられている。
【０００４】
このとき、カーボンブラックの配合量が同じであれば、粒子径が小さいほど樹脂中の分散密度が高くなり、アグリゲート間の距離が短くなる。これにより、導電回路を形成しやすくなるので、導電性樹脂により高い導電性が付与されることになる。粒子径が小さいほど比表面積は大きいので、比表面積が大きいカーボンブラックを用いるほど、同じ配合量で、導電性樹脂の抵抗率はより小さくなる。
【０００５】
また、電子が単一のアグリゲート中を移動するときの抵抗は、アグリゲート間を移動するときの抵抗に比べると格段に小さいので、ストラクチャーが発達したカーボンブラックを用いるほど、同じ配合量で、導電性樹脂の抵抗率はより小さくなる。ストラクチャーの発達の程度を定量的に評価する指標としては、吸油量（油吸収量ともいう）が用いられる。吸油量が大きいほど、ストラクチャーが発達している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２２８３３５号公報
【特許文献２】特開２００３−１７７６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
複写機等に用いられる導電性ベルトは、その多くが電圧が印加された状態で使用されるため、電圧耐久性、つまり長期間にわたる使用に伴う抵抗率の変化が問題となる。抵抗率が変化する理由は、導電回路中のアグリゲート同士の接続点にある樹脂がスパーク等によって「破壊」され、当該アグリゲート間の電気抵抗が小さくなることであると考えられている。
【０００８】
このような抵抗率の経時的な変化の指標として、新品の状態の導電性ベルトに高い電圧を印加しながら、その表面抵抗率を測定することが行われている。高電圧を印加したときに表面抵抗率の低下の割合が小さいときには、導電性ベルトの電圧耐久性が高いと推定される。
【０００９】
本発明は上記を考慮してなされたものであり、高電圧を印加したときにも表面抵抗率の低下の割合が小さい導電性ベルトを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、鋭意研究の結果、中間転写用等に用いられる比較的抵抗率が高い導電性ベルトでは、導電性の低いカーボンブラックを多く配合することによって、高電圧印加時の抵抗率の減少割合を小さくできることを見い出し、本発明をするに至った。
【００１１】
本発明の導電性ベルトは、合成樹脂１００重量部に対してカーボンブラック１５〜３０重量部が配合された導電性樹脂からなり、表面に１００Ｖ／２．５５ｍｍの勾配で電圧を印加したときの表面抵抗率（Ω／□）の常用対数値が７〜１２の範囲であり、前記表面に１００Ｖ／２．５５ｍｍの勾配で電圧を印加したときの表面抵抗率の常用対数値と、表面に５００Ｖ／２．５５ｍｍの勾配で電圧を印加したときの表面抵抗率の常用対数値との差が０．５未満である。
【００１２】
ここで、電圧印加時の表面抵抗率は、内円電極の外径が５．９ｍｍ、環状電極の内径が１１ｍｍである２重リング電極構造を有するプローブを導電性樹脂表面に押し当て、内円電極をプラス、環状電極をマイナスとして両電極間に所定の直流電圧を印加して測定することができる。また、寸法の異なるプローブを用い、結果を換算してもよい。
【００１３】
前記カーボンブラックとして、ＤＢＰ吸油量が３０〜１４０ｃｍ３／１００ｇであり、比表面積が２０〜２００ｍ２／ｇのものを用いることができる。
【００１４】
ここで、ＤＢＰ吸油量とは、ＡＳＴＭＤ２４１４に従って測定するフタル酸ジブチル（ＤＢＰ）の吸収量である。ここで、カーボンブラックの比表面積は、ＡＳＴＭＤ１５１０に従ってヨウ素の吸着により測定した値である。
【００１５】
好ましくは、前記合成樹脂は熱可塑性樹脂であって、融点が２００℃以上である。または、前記合成樹脂が非晶性の熱可塑性樹脂であって、ガラス転移点が８５℃以上である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の導電性ベルトによれば、電圧が印加された状態で長期間使用されても抵抗率の変化が小さく、電圧耐久性に優れるという効果が得られる。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
まず、本発明の導電性ベルトの一実施形態について、概略を説明する。
【００１８】
本実施形態の導電性ベルトは、電子式複写機、レーザープリンター等に用いられるもののうち、比較的高抵抗な部類に属し、中間転写ベルト等に用いられる。この導電性ベルトは、合成樹脂１００重量部に対してカーボンブラック１５〜３０重量部を配合することにより、表面に１００Ｖ／２．５５ｍｍの勾配で電圧を印加したときの表面抵抗率（以下、１００Ｖ印加時表面抵抗率といい、ＲＳ１と略記する）として１０７〜１０１２Ω／□を有する。そして、ＲＳ１の常用対数値と表面に５００Ｖ／２．５５ｍｍの勾配で電圧を印加したときの表面抵抗率（以下同様に、５００Ｖ印加時表面抵抗率といい、ＲＳ５と略記する）の常用対数値との差が０．５未満である。
【００１９】
カーボンブラックの種類は特に限定されないが、導電性が比較的低いことを要する。そのため、カーボンブラックの配合量が小さすぎると所定の抵抗率を得ることができない。一方、カーボンブラックの配合量が大きすぎると、導電性ベルトの密着性や表面平滑性などを損なう。そこで、具体的には、合成樹脂１００重量部に対してカーボンブラック１５〜３０重量部を配合することにより、導電性ベルトのＲＳ１が１０７〜１０１２Ω／□の範囲となるような導電性を有することを要する。好ましくは、合成樹脂１００重量部に対してカーボンブラック１８〜２５重量部を配合することにより、導電性ベルトのＲＳ１が１０９〜１０１１Ω／□の範囲となるような導電性を有する。
【００２０】
ここで、電圧印加時の表面抵抗率は、２重リング電極構造を有するプローブを導電性ベルト表面に押し当て、電極間に所定の電圧を印加して測定される。具体的には、電圧印加時の表面抵抗率は、内円電極の外径が５．９ｍｍ、環状電極の内径が１１ｍｍである２重リング電極構造を有するプローブを導電性樹脂表面に押し当て、内円電極をプラス、環状電極をマイナスとして両電極間に所定の直流電圧を印加して測定することができる。また、寸法の異なるプローブ、例えばＪＩＳＫ６９１１：１９９５で用いられる２重リング電極構造を有するプローブを用いて測定を行い、その結果を換算してＲＳ１およびＲＳ５を求めてもよい。
【００２１】
また、ＲＳ１とＲＳ５の常用対数値の差（以下、電圧依存性ということがある）が小さいほど、導電性ベルトの電圧耐久性は高く、より広い用途に用いることができる。導電性ベルトの電圧依存性の値は、０．５未満であることが好ましい。
【００２２】
カーボンブラックは、ＤＢＰ吸油量が３０〜１４０ｃｍ３／１００ｇであることが好ましく、５０〜１３０ｃｍ３／１００ｇであることがさらに好ましい。前述のとおり、ＤＢＰ吸油量は、カーボンブラックのストラクチャーの発達度合の指標であり、導電性の指標である。ＤＢＰ吸油量が大きすぎると、カーボンブラックの導電性が高すぎて、上記配合量で所定の抵抗率を有する導電性ベルトを得ることが難しくなる。一方、ＤＢＰ吸油量が小さすぎると、所定の抵抗率の導電性ベルトを得るための配合量が大きくなり、導電性ベルトの密着性や表面平滑性を損ないやすくなる。ＤＢＰ吸油量は、ＡＳＴＭＤ２４１４に従って測定することができる。
【００２３】
カーボンブラックは、比表面積が２０〜２００ｍ２／ｇであることが好ましく、８０〜１８０ｍ２／ｇであることがさらに好ましい。比表面積が小さすぎることは、基本粒子が大きすぎることを意味するので、導電性ベルトの密着性や表面平滑性を損なうため好ましくない。一方、比表面積が大きすぎると、カーボンブラックの表面に吸着した気体分子が樹脂の混練および成形中に脱離することにより多量のガスが発生しやすく、導電性ベルトの表面平滑性を損ないやすい。カーボンブラックの比表面積は、ヨウ素を用いたＡＳＴＭＤ１５１０に準拠して測定することができる。
【００２４】
カーボンブラックは、上記好ましい範囲のＤＢＰ吸油量と上記好ましい範囲の比表面積を同時に有することがさらに好ましい。すなわち、ＤＢＰ吸油量が３０〜１４０ｃｍ３／１００ｇまたは５０〜１３０ｃｍ３／１００ｇであり、かつ、比表面積が２０〜２００ｍ２／ｇまたは８０〜１８０ｍ２／ｇであることがさらに好ましい。
【００２５】
樹脂の種類は特に限定されないが、導電性ベルトの使用寿命を延ばすために、熱安定性に優れたものを用いることが好ましい。樹脂が熱可塑性である場合には、融点が２００℃以上のものを用いることが好ましく、２５０℃以上のものを用いることがさらに好ましい。融点が２００℃以上の樹脂としては、例えば、ナイロン６（ＰＡ６）、ナイロン６６（ＰＡ６６）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、熱可塑性ポリイミド等が挙げられる。融点が２５０℃以上の樹脂としては、例えば上記のうち、ＰＡ６６、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ、ＰＥＴが挙げられる。中でも、優れた耐熱性と耐薬品性を有し、自己消火性を有する点から、ＰＰＳを用いることが特に好ましい。また、熱可塑性樹脂が非晶性であるために融点が明確でない場合には、ガラス転移点が８５℃以上のものを用いるのが好ましい。例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）を用いるのが好ましい。
【００２６】
樹脂として融点が高い、またはガラス転移点が高いものを用いる場合は、混練および成形工程の温度が高くなり、カーボンブラックの表面に吸着した気体分子等が脱離してガスが発生しやすくなるので、カーボンブラックの比表面積が大きすぎないことが特に重要となる。
【００２７】
導電性ベルトには、上記樹脂とカーボンブラックの他に、導電性や機械特性などを損なわない程度に各種の添加剤を加えてもよい。例えば、酸化防止剤、顔料、分散剤、可塑剤等を添加することができる。
【００２８】
本実施形態の導電性ベルトの製造方法としては、一般的な方法を用いることができる。例えば、樹脂、カーボンブラックおよびその他の原材料を混合、混練して、チューブ状に押出成形した後に、輪切りにする方法を用いることができる。
【００２９】
本実施形態の導電性ベルトによって高い電圧耐久性が得られる理由は、次のように説明できる。同じ導電性を実現するために、ストラクチャーのよく発達した、導電性の高いカーボンブラックを少量配合した場合には、アグリゲートの接続点の数が少なくなる。そのため、電圧が印加されると、スパークにより接続点の樹脂が破壊されやすく、抵抗が低下しやすい。これに対して、ストラクチャーがそれほど発達していない、導電性の低いカーボンブラックを多く配合した場合には、アグリゲートおよびその接続点が緻密に存在し、電圧をかけても樹脂の破壊が起こりにくく、抵抗が低下しにくい。
【００３０】
次に、本実施形態の効果を確認するために行った実験の結果を説明する。実験は、いくつかの導電性樹脂を用いてフィルム状の試験片を作製し、電圧印加時の表面抵抗率と表面状態を評価したものである。
【００３１】
主成分である樹脂には、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）で、ガラス転移点（Ｔｇ）が９３℃、融点（Ｔｍ）が２７８℃、メルトフローレート（ＭＦＲ）が７０ｇ／１０ｍｉｎ、直鎖型のものを使用した。
【００３２】
カーボンブラックには、Ａ（キャボットスペシャリティケミカルズ社、ファーネスブラック、Ｖ９Ａ３２）、Ｂ（キャボットスペシャリティケミカルズ社、ファーネスブラック、Ｍ８８０）、Ｃ（電気化学工業株式会社、アセチレンブラック、デンカブラック）、Ｄ（ライオン株式会社、ケッチェンブラック、ＥＣ−６００ＪＤ）の４種類のものを使用した。
【００３３】
試験片は次のとおりに作製した。ＰＰＳにカーボンブラックを所定量配合してプリブレンドし、二軸混練機（株式会社神戸製鋼所、ＫＴＸ−３７）を用いてペレットを作製した。次いで、作製したペレットを使用してシートダイで押出フィルム（試験片）を作製した。フィルムは厚さ８０μｍ、幅１００ｍｍで押し出して、これを５０ｍｍ×５０ｍｍに切断して試験片とした。
【００３４】
試験片の１００Ｖ印加時表面抵抗率ＲＳ１および５００Ｖ印加時表面抵抗率ＲＳ５は、抵抗率計（株式会社三菱化学アナリテック、ハイレスタ−ＩＰ）を用い、試験片をポリフルオロエチレン樹脂でコーティングされた台（株式会社三菱化学アナリテック、レジテーブルＦＬ）に載せ、二重リング電極構造のプローブ（株式会社三菱化学アナリテック、ＨＲＳプローブ、内円電極の外径が５．９ｍｍ、環状電極の内径が１１ｍｍ）に所定の電圧を印加して測定した。
【００３５】
なお、導電性樹脂成型品の抵抗率は成形工程にも依存し、導電性ベルト作製時にチューブ状に押し出す場合と、本実験のフィルム状に押し出す場合とでも異なる。本実験では簡易的にフィルム状の試験片で評価を行った。そこで予備実験を行い、導電性ベルトとして約１０１０Ω／□の表面抵抗率が得られるカーボンブラック配合量では、本試験片の表面抵抗率は約１０８．５Ω／□となることが確認された。本実験では、導電性ベルトを製造したときに１０９．５〜１０１０．５Ω／□の表面抵抗率が得られるカーボンブラック配合量で評価を行うため、本試験片の表面抵抗率が１０８〜１０９Ω／□となることを目標としてカーボンブラックの配合量を調整した。
【００３６】
実験結果を表１に示す。表１において、配合量はＰＰＳ樹脂１００重量部に対するカーボンブラックの重量部を示している。表面抵抗率が「＞１２．０」または「＜７．０」となっているものは、装置の測定範囲外であったものである。電圧依存性は、ＲＳ１の常用対数値からＲＳ５の常用対数値を引いた値である。表面状態の発泡とブツの欄は、それぞれ試験片表面の気泡とカーボンブラック凝集物の有無を示しており、目視による観察で存在が認められなかったものは「○」、認められたものは「×」とした。
【００３７】
【表１】
2015102622.tif 000002
【００３８】
カーボンブラックＡを用いた実験では、配合量が樹脂１００重量部に対して２０重量部（実験Ａ１）および２０．５重量部（実験Ａ２）で、所定のＲＳ１が得られた。また電圧依存性は、それぞれ０．４および０．３で、５００Ｖを印加した場合でも、表面抵抗率の低下の割合が小さかった。さらに、試験片の表面状態も良好であった。
【００３９】
なお、実験Ａ２と実験Ａ３では、同じペレットを用いて試験片を作製したが、成形時のシリンダ温度の違いによりＲＳ１が異なった。シリンダ温度が３４０℃と高い実験Ａ２ではＲＳ１が１０８．８であったが、シリンダ温度が３１０℃と低い実験Ａ３では、ＲＳ１は１０１１．４と目標範囲より高抵抗側に外れた。これは、シリンダ温度が低いと、スクリューにかかるせん断応力が高くなるため、カーボンのストラクチャーが破壊され抵抗が大きくなるためと考えられる。
【００４０】
カーボンブラックＢを用いた実験では、シリンダ温度が３４０℃では配合量が１０〜１５重量部の範囲で目標とするＲＳ１が得られなかった（実験Ｂ１〜Ｂ３）。そこで、カーボン配合量が１２重量部である実験Ｂ２と同じペレットを用いて、シリンダ温度３１０℃で試験片を作製した（実験Ｂ４）。実験Ｂ２と実験Ｂ４のＲＳ１がそれぞれ１０８．０と１０９．８であることから、シリンダ温度を３１０℃と３４０℃の間の温度とすることで、目標とするＲＳ１が得られるものと考えられる。そのときの電圧依存性の値は０．５程度と考えられ、カーボンブラックＡを用いた場合より大きいと考えられる。また、試料表面に、実験Ｂ２では発泡とブツが、実験Ｂ４では発泡が見られた。
【００４１】
カーボンブラックＣを用いた実験では、シリンダ温度が３４０℃では配合量が１６と２５重量部では目標とするＲＳ１が得られなかった（実験Ｃ１、Ｃ２）。そこで、カーボン配合量が１６重量部である実験Ｃ１と同じペレットを用いて、シリンダ温度３１０℃で試験片を作製した（実験Ｃ３）。実験Ｃ１と実験Ｃ３のＲＳ１がそれぞれ１０７．９と１０１０．１であることから、シリンダ温度を３１０℃と３４０℃の間の温度とすることで、目標とするＲＳ１が得られるものと考えられる。そのときの電圧依存性の値は０．７程度と考えられ、カーボンブラックＡまたはＢを用いた場合より大きいと考えられる。また、試料表面は、実験Ｃ１、実験Ｃ３ともに良好であった。
【００４２】
カーボンブラックＤを用いた実験では、シリンダ温度が３１０℃、配合量が３重量部で、目標とする範囲のＲＳ１が得られた。しかし、電圧依存性は２以上であった。
【００４３】
以上の結果をまとめると、次のとおりである。比表面積が比較的小さく、ＤＢＰ吸収量が比較的小さなカーボンブラックＡでは、配合量が約２０重量部で、目標とするＲＳ１が得られ、電圧依存性も０．４以下と小さかった。比表面積が比較的大きく、ＤＢＰ吸収量が比較的小さなカーボンブラックＢでは、配合量が約１２重量部で目標とするＲＳ１が得られると考えられるが、そのときの電圧依存性は約０．５と推定され、カーボンブラックＡよりも大きくなる。また、試験片の表面状態は良くなかった。比表面積が小さく、ＤＢＰ吸収量が比較的大きなカーボンブラックＣでは、配合量が約１６重量部で目標とするＲＳ１が得られると考えられるが、そのときの電圧依存性は約０．７と推定され、カーボンブラックＡよりも大きくなる。また、試験片の表面状態は良くなかった。比表面積が大きく、ＤＢＰ吸収量も大きなカーボンブラックＤでは、配合量が３重量部で目標とするＲＳ１が得られたが、そのときの電圧依存性は約２以上であった。
【００４４】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その思想の範囲内で種々の変形が可能である。