(57)【要約】【課題】転写ベルトとして複写機において使用した場合であっても、ベルトに微細なクラックが発生することがない半導電性シームレスベルト並びにその製造方法を提供する。【解決手段】ゴム材料１００重量部に対してシリカを１〜２０重量部含有し、前記シリカの凝集粒子径が１００μｍ以下である半導電性シームレスベルトとする。半導電性シームレスベルトの製造方法は、ゴム材料１００重量部に対して１次粒子径が１５〜５０ｎｍのカーボンブラックを５〜５０重量部添加混合して１次マスターバッチとする第１混練工程、前記１次マスターバッチにシリカを１〜２０重量部添加混合して２次マスターバッチとする第２混練工程、前記２次マスターバッチに架橋剤を添加混合して未加硫ゴム組成物とする３次混練工程、及び前記未加硫ゴム組成物を成形してシームレスベルトとする成形工程を有する。【選択図】　　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゴム材料１００重量部に対してシリカを１〜２０重量部含有し、前記シリカの凝集粒子径が１００μｍ以下である半導電性シームレスベルト。
【請求項２】
１次粒子径が１５〜５０ｎｍのカーボンブラックをゴム材料１００重量部に対して５〜５０重量部含有する請求項１記載の半導電性シームレスベルト。
【請求項３】
前記ゴム材料は、ポリクロロプレンゴムをゴム材料１００重量部中５０重量部以上含有する請求項１又は２に記載の半導電性シームレスベルト。
【請求項４】
さらに水との接触角が８０〜１２０度であるフッ素含有表面層を有する請求項１〜３のいずれかに記載の半導電性シームレスベルト。
【請求項５】
ゴム材料１００重量部に対して１次粒子径が１５〜５０ｎｍのカーボンブラックを５〜５０重量部添加混合して１次マスターバッチとする第１混練工程、前記１次マスターバッチにシリカを１〜２０重量部添加混合して２次マスターバッチとする第２混練工程、前記２次マスターバッチに架橋剤を添加混合して未加硫ゴム組成物とする第３混練工程、及び前記未加硫ゴム組成物を成形してシームレスベルトとする成形工程を有する半導電性シームレスベルトの製造方法。
【請求項６】
前記第１混練工程、第２混練工程の少なくとも一方は、シランカップリング剤を添加するものである請求項５に記載の半導電性シームレスベルトの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真複写機等の電子写真方式による画像形成装置において感光体上、転写ベルト上等に形成されたトナー画像を普通紙等に転写する工程において使用される転写ベルトに関するものである。本発明の転写ベルトは、電子写真の基本原理を使用する他の機器、例えばレーザービームプリンター、ファクシミリ等にも使用可能であり、複数種のカラートナーを使用するカラー複写機に使用される中間転写ベルトにも使用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
このような画像形成装置において、転写機能と用紙送り機能を併せ持たせ、転写画像を鮮明にすると共に部品点数の減少を図ることを目的として、またフルカラー画像形成のために転写ベルトが採用されつつある。
【０００３】
かかる転写ベルトにおいては、ゴム材料に導電性カーボンブラックを添加することにより、体積抵抗率などの電気抵抗値を画像形成装置の設計に応じた所定値に調整することが行われている。
【０００４】
一方、転写ベルトには上記の電気特性に加えてベルトとしての物理的特性も所定の要求を充たすことが要請され、かかる目的のために補強剤が添加される。ゴムの補強剤としては、カーボンブラック、シリカが代表的であり、特にカーボンブラックが最も多く使用される。ところがカーボンブラックを補強性が得られる程度に添加すると、ゴムの導電性が高くなって導電性を所定範囲に調整することができなくなるため、カーボンブラックの使用が制限されたものとなる。従って、半導電性のゴムベルトにおいては、補強剤としてシリカが使用される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、補強剤としてシリカを使用し、従来の方法により混練を行って未加硫ゴム組成物としてこれを加硫成形した半導電性シームレスベルトを転写ベルトとして複写機において一定の伸長下に使用すると、ベルトに微細なクラックが発生するという問題を有することが判明した。
【０００６】
本発明の目的は、転写ベルトとして複写機において使用した場合であっても、ベルトに微細なクラックが発生することがない半導電性シームレスベルト並びにその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成すべく、ベルトに発生する微細なクラックの原因について鋭意研究したところ、補強剤であるシリカの分散を十分に行って凝集粒子の粒子径を所定値以下にすることにより、ゴムベルトの微細なクラックの発生を防止できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
即ち、本発明の半導電性シームレスベルトは、ゴム材料１００重量部に対してシリカを１〜２０重量部含有し、前記シリカの凝集粒子径が１００μｍ以下であることを特徴とする。
【０００９】
シリカの凝集粒子径を１００μｍ以下とすることにより、ゴムベルトの微細なクラックの発生が防止できる理由は明らかではない。従来の方法により混練を行って未加硫ゴム組成物としてこれを加硫成形した転写ベルトでは、シリカが１００μｍを超える粒子径の凝集粒子を形成し、ここにチャージャー等の帯電手段のコロナ放電により発生するオゾンが吸着、濃縮され、このオゾンによりゴムベルトにクラックが発生するものと考えれる。本発明では、シリカの凝集粒子径を小さくすることにより、シリカの凝集粒子が吸着保持するオゾンの量が大きく低減され、その結果、ゴムベルトのオゾンによるクラック発生防止作用が発揮されているのではないかと推定される。
【００１０】
上述の半導電性シームレスベルトにおいては、１次粒子径が１５〜５０ｎｍのカーボンブラックをゴム材料１００重量部に対して５〜５０重量部含有することが好ましい。
【００１１】
ゴム材料１００重量部に対して１次粒子径が１５〜５０ｎｍのカーボンブラックを５〜５０重量部添加することにより、所望の機械的強度と導電性を有する半導電性シームレスベルトが得られる。
【００１２】
前記ゴム材料は、ポリクロロプレンゴムをゴム材料１００重量部中５０重量部以上含有するものであることが好ましい。
【００１３】
ポリクロロプレンゴムの使用により、複写機、プリンター、ファクシミリ等の転写ベルト等に求められる半導電性を有するベルトを容易に製造することができる。また、かかる製品に要求される難燃性も容易に達成可能である。
【００１４】
上述の半導電性シームレスベルトは、さらに水との接触角が８０〜１２０度であるフッ素含有表面層を有することが好ましい。
【００１５】
水との接触角が８０〜１２０度であるフッ素含有表面層を設けることによりベルト表面に付着したトナーを容易にクリーニング除去できる。
【００１６】
本発明の半導電性シームレスベルトの製造方法は、ゴム材料１００重量部に対して１次粒子径が１５〜５０ｎｍのカーボンブラックを５〜５０重量部添加混合して１次マスターバッチとする第１混練工程、前記１次マスターバッチにシリカを１〜２０重量部添加混合して２次マスターバッチとする第２混練工程、前記２次マスターバッチに架橋剤を添加混合して未加硫ゴム組成物とする第３混練工程、及び前記未加硫ゴム組成物を成形してシームレスベルトとする成形工程を有することを特徴とする。
【００１７】
上記発明の大きな特徴は、ゴム材料に対してカーボンブラックを添加混合して１次マスターバッチとする第１混練工程、前記１次マスターバッチにシリカを添加混合して２次マスターバッチとする第２混練工程の２つの混練工程を有することにあり、かかる構成によりシリカの凝集粒子径が１００μｍ以下の半導電性シームレスベルトを得ることができる。
【００１８】
上述の製造方法においては、前記第２混練工程はシランカップリング剤を添加するものであることが好ましい。
【００１９】
シランカップリング剤の添加により、シリカの分散が促進され、また分散したシリカ粒子の再凝集も防止され、補強効果も向上する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明のベルトを構成するゴム材料としては、公知のゴム材料は特に限定なく使用することが可能であり、天然ゴムのほか、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、イソプレンゴム、ブタジエンゴム（ＢＲ）、クロロプレンゴム、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）等のジエン系ゴム、ニトリルゴム（アクリロニトリル−ブタジエンゴム；ＮＢＲ）等のジエン系ゴム、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＭ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、アクリルゴム（ＡＣＭ，ＡＮＭ）、エピクロルヒドリンゴム（ＣＯ，ＥＣＯ）等の非ジエン系合成ゴム、その他ウレタンゴム（Ｕ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、シリコーンゴム（Ｑ）、多硫化ゴム（Ｔ）等が例示され、単独での使用、２種以上の併用が可能である。
【００２１】
これらの中でも上述のようにポリクロロプレンゴムをゴム材料１００重量部中５０重量部以上使用することが好ましい。ポリクロロプレンゴムに混合使用するゴムとしては、ＳＢＲ，ＢＲ，ＥＰＤＭ，ＮＢＲがより好ましい。
【００２２】
本発明において補強剤として使用するシリカは、ゴムの補強剤として公知のシリカを使用する。シリカの１次粒子径は４〜４０ｎｍ程度のものが一般的である。シリカは水分率が高くなるとより凝集しやすいので、必要に応じて乾燥して混練することも好ましい態様である。
【００２３】
シリカ添加の際に使用するシランカップリング剤は、公知のシランカップリング剤は限定なく使用可能であるが、本発明においては特に、加硫に際して反応するジスルフィド結合を有するシランカップリング剤であるＳｉ−６９（デグサ社製）を使用することが好ましい。
【００２４】
本発明において半導電性を付与するために使用される添加剤としては、カーボンブラックの使用が好適である。具体的には、ＥＣ（Ｅｘｔｒａ　Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ）カーボン、ＥＣＦ（Ｅｘｔｒａ　Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ　Ｆｕｒｎａｎｃｅ　）カーボン、ＳＣＦ（Ｓｕｐｅｒ　Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ　Ｆｕｒｎａｎｃｅ　）カーボン、ＣＦ（Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ　Ｆｕｒｎａｎｃｅ　）カーボン、アセチレンブラック、ＳＡＦ、ＩＳＡＦ、ＨＡＦ、ＦＥＦ、ＧＰＦ、ＳＲＦ、ＦＴ、ＭＴ等のカーボンブラックが例示される。これらは単独で使用してもよく、２種以上を併用してもかまわない。
【００２５】
カーボンブラック以外に、必要に応じて他の導電性付与材料、例えば銀粉、銅粉、ニッケル粉等の金属材料、酸化錫、酸化インジウム等の金属酸化物、金属をコーティングしたマイカ等の無機材料、グラファイトや炭素繊維等の炭素化合物等を併用してもよい。
【００２６】
上述のゴム材料は、導電性付与のための充填剤のほかに、プロセスオイルないしは可塑剤、安定剤、オゾン劣化防止剤、老化防止剤、分散改良剤等の周知のゴム用添加剤を加えて混練し、さらに加硫剤、加硫促進剤、架橋密度調整剤等を加えて未加硫ゴム組成物を調製し（第３混練工程）て成形に使用する。架橋は過酸化物架橋であってもよく、硫黄加硫であってもよく、周知の加硫方法が使用可能である。
【００２７】
混練工程においては公知の混練装置を使用する。かかる混練装置としては、第１混練工程においてはバンバリーミキサーやインターミックス等の密閉式混練機の使用が好ましい。第２混練工程は、バンバリーミキサー、インターミックス、ニーダーの使用が好ましいが、混練における昇温を防止し、かつ１００℃以上、より好ましくは１２０℃以上程度に維持することにより水分を除去しつつ混練することが好ましいことから、ニーダーの使用がより好ましい。ただし、本発明の効果が得られれば、同じ混練機を使用してもよく、同一の混練機で第１混練工程、第２混練工程を連続して行ってもよい。
【００２８】
第３混練工程は温度上昇の小さい混練機を使用して行うことが好ましく、ロール、ニーダー等の混練機が好適なものとして例示される。
【００２９】
本発明の半導電性シームレスベルトの成形は、以下に例示する方法にて行うことができる。
【００３０】
（１）チューブを押し出すダイスを備えた押出機を使用し、未加硫ゴム組成物をチューブ状に押し出し、得られたチューブ状の未加硫ゴム組成物に円筒状金型を挿入して被覆し、加硫させてベルトとする。
（２）クロスヘッドを備えた押出機を使用し、マンドレルをクロスヘッドに供給して一定速度で通過させつつその外面に未加硫ゴム組成物を被覆し、加硫してベルトとする。
（３）円筒状の外面を有する中型と円筒状内面を有する外型とからなり、ベルトの形状のキャビティーを有する２重円筒状の金型の一端から未加硫ゴム組成物を注入、硬化させる射出成形法により成形する。
【００３１】
半導電性シームレスベルトの成形方法の例を図面に基づいて説明する。
図１には上記（２）の製造方法を示した。図１（ａ）は上面図であり、図１（ｂ）はクロスヘッド近傍の斜視図である。使用される未加硫ゴムのベルト状成形体の製造装置は、押出機１とその押し出し先端部に装着されたクロスヘッド３、並びにマンドレル５より構成され、ホッパー１５より供給された未加硫ゴム組成物Ｍはスクリュー１７により先端部に装着されたクロスヘッド３に加熱・可塑化されて送られる。マンドレル５は、クロスヘッドの一端からゴム押し出し方向と略直行方向に適宜の駆動手段により一定速度で送られる。押出機から押し出された未加硫ゴム組成物はクロスヘッド３の内部においてマンドレル５の移動方向に流れ方向を変更され、かつ金型を覆うように筒状に流動させられ、所定厚みにてマンドレル５の外面に被覆され、ゴム層を有するマンドレル５ａとして送り出される。得られた未加硫ゴム組成物のベルト状成形体は、通常はマンドレル５と共に加熱・加硫される。脱型後のベルトは所定厚さとなるように研磨し、所定幅となるように端部を切断する。
【００３２】
押出成形法により作成する場合の未加硫ゴムの加硫方法は、公知の加硫方法を限定なく使用することができ、具体的には、加硫缶を使用する方法、金型を蒸気もしくは電気ヒーター等により加熱する方法、常圧下、加熱オーブン中にて加熱するオーブン加硫法、過熱水蒸気等の熱媒体を送り込んでゴム膜（ブラダ）を膨張させることにより未加硫ゴムベルト成形体を加圧して加硫する方法（ブラダ加硫法）、電子線等の高エネルギー放射線を使用する加硫方法等が例示され、これらの２以上を併用した加硫方法を使用してもよい。
【００３３】
図２には上記（３）の射出成形法に使用する金型の例の断面を示した。金型３０は大きく上型２５、外型２４、中型２２、下型２７とから構成されている。外型２４は、縦方向、即ちベルトの幅方向には全くパーティング部を有しない円筒形状であり、中型２２の外面と外型２４の内面の間にベルト成形キャビティー２６が形成される。
【００３４】
中型２２の上部と上型２５との間に溝状のランナー部３３が設けられており、射出成形機のノズル（図示せず）からローケートリング２１のノズルタッチからスプール３２に注入された未加硫ゴム組成物は、ランナー部３３を通ってベルト成形キャビティー２６の上端に設けられた環状ランナー部２９によりベルト成形キャビティー２６に均一に流動してベルトが形成される。
【００３５】
図３には図２に例示した金型３０の組み立て図を示した。成形されたベルトは、まず上熱板３１に固定された上型２５を上方に移動させ、次いで外型２４を上方に上昇させることによって脱型される。下型２７と中型２２は下熱板３３に固定されている。成形されたベルトは、上端部と下端部を切断することにより所定のサイズの半導電性シームレスベルトが得られる。ベルト成形キャビティーを所定厚みとしておくことによって、研磨仕上げをなくすことが可能となる。
【００３６】
本発明半導電性シームレスベルトの表面には、好ましくは水との接触角が８０〜１２０度のフッ素含有表面層が設けられる。かかるフッ素含有表面層は、ポリ四フッ化エチレン微粉末を含む塗料、フッ素を含有するポリオールを使用したポリウレタン塗料等の塗料を塗布することにより形成される。かかる塗料としては、ポリ四フッ化エチレン微粉末を含む塗料としてはエムラロン３４５（日本アチソン社）、セフラルコートＡ６１０Ｘ（セントラル硝子社）等が市販されており、使用可能である。また側鎖にフッ素含有アルキル基を有するフッ素含有ポリオキシトリメチレンポリオール（Ｐｏｌｙｆｏｘ２０００，Ｐｏｌｙｆｏｘ２４９０，Ｐｏｌｙｆｏｘ３６５０（ＡＥＲＯＪＥＴ−ＧＥＮＥＲＡＬ　ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ　社））を使用したポリウレタン塗料も使用可能である。
【００３７】
本発明の半導電性シームレスベルトは、サイズは特に限定されないが、複写機の転写ベルトなどに使用することを考慮すると、周長が１００ｍｍ（直径３０ｍｍの円筒形状）以上、幅が２１０ｍｍ〜４５０ｍｍ、厚さが０．３〜３．０ｍｍ、体積固有抵抗が１０８　〜１０１２Ω・ｃｍであることが好ましい。またベルトを構成する加硫ゴム材料の硬度はショアＡ硬度にて６０〜９５であることが好ましい。
【００３８】
【実施例】
以下、本発明の構成と効果を具体的に示す実施例等について説明する。
（実施例）
使用する主たるゴム材料の商品名とサプライヤーを表１に示した。
【００３９】
【表１】
2004029631.tif 000002
〔ゴム配合〕
半導電性シームレスゴムベルトの製造に使用したゴム材料の配合を表２に示した。
【表２】
2004029631.tif 000003
（実施例）
バンバリーミキサーにて上記表２の［１］の材料を混練し（第１混練工程）、混練完了後に排出し、ニーダーにて［２］の成分を添加してさらに混練を行った（第２混練工程）。得られたマスターバッチをミキサーから排出して冷却した。冷却後のマスターバッチをニーダーに投入し、［３］の架橋剤成分を添加して混練し、未加硫ゴム組成物を得た。
この未加硫ゴム組成物を厚さ０．６ｍｍのシート状に加硫し、表面を光学顕微鏡にて観察したところ、シリカの凝集粒子は粒子径が１００μｍを超えるものは見つからなかった。表面を研磨して同様に観察したが、同様であった。
【００４０】
このシートサンプルを２０％伸長し、濃度５ｐｐｍのオゾン槽に４０℃にて２００時間放置したが、表面にクラックは発生しなかった。
【００４１】
（比較例）
バンバリーミキサーにて上記表２の［１］、［２］の成分を同時添加して混練を行った以外は実施例と同様にしてシートサンプルを作製した。
得られたシートサンプルには、粒子径が１００μｍを超えるシリカの凝集粒子が観察された。このシートサンプルについて実施例と同様のオゾン劣化テストを行ったところ、オゾンクラックが発生し、クラックの中心部には、粒子径が１００μｍを超えるシリカの凝集粒子が観察された。
【図面の簡単な説明】
【図１】クロスヘッドを備えた押出機を使用し、マンドレルを使用して未加硫ゴム組成物のベルト状成形体を製造する工程を例示した図
【図２】射出成形法によりシームレスベルトを成形するための２重円筒状金型の例を示した断面図
【図３】図２に示した金型の組み立てと製品脱型の状態を示した図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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