(57)【要約】【課題】引張弾性率、破断伸びなどのシームレスベルトとして必要な機械的強度を有していながら安定して半導電領域の体積抵抗率を発現し、面内バラツキの小さい半導電性シームレスベルトを提供する。【解決手段】フッ素系樹脂１００重量部に対して、微細炭素繊維０．７〜７重量部、及び金属酸化物５〜６０重量部からなり、引張弾性率が３００ＭＰａ以上、破断伸びが８％以上５０％未満であることを特徴とする半導電性シームレスベルト。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
フッ素系樹脂１００重量部に対して、微細炭素繊維０．７〜７重量部、及び金属酸化物５〜６０重量部からなり、引張弾性率が３００ＭＰａ以上、破断伸びが８％以上であることを特徴とする半導電性シームレスベルト。
【請求項２】
フッ素系樹脂がポリフッ化ビニリデンのホモポリマー又はコポリマーの少なくとも一種からなることを特徴とする請求項１記載の半導電性シームレスベルト。
【請求項３】
微細炭素繊維の直径が２０ｎｍ〜５００ｎｍ、長さが０．５μｍ〜３０μｍであることを特徴とする請求項１または２記載の半導電性シームレスベルト。
【請求項４】
金属酸化物がアルミニウムでドープした酸化亜鉛であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半導電性シームレスベルト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子写真装置用部材として好適に用いることのできる半導電性のシームレスベルトに関する。
【背景技術】
【０００２】
合成樹脂に体積抵抗率１×１０４〜１×１０１３Ω・ｃｍの半導電性を付与する方法の一つとして、合成樹脂へイオン伝導性材料を添加することが行われている。イオン伝導性材料を添加した合成樹脂組成物は安定した半導電性領域を示し、電気抵抗の面内バラツキが小さいという特長を有するものの、環境（温度、湿度）が変化すると電気抵抗が変動しやすいという欠点を有している。
【０００３】
合成樹脂に半導電性を付与するもう一つの方法は、合成樹脂へカーボンブラックに代表される電子伝導性材料を添加することである。電子伝導性材料を添加した合成樹脂組成物は環境の変化に対して電気抵抗の変動は小さいという特長を有するものの、わずかな添加量の変化で電気抵抗が絶縁領域から導電領域へと大きく変動し、半導電性領域を安定して得るのが困難で、電気抵抗の面内バラツキが大きいという欠点を有している。すなわち、電子伝導性材料は、電子伝導性材料同士の接触により電気が流れるため、接触していない部分があれば絶縁となり、接触すれば低抵抗となるため、基本的に半導電性領域の電気抵抗を安定的に得るのは困難である。また、合成樹脂中へ電子伝導性物質を添加した場合、凝集しやすいという欠点も有している。
【０００４】
合成樹脂へカーボンブラック等の電子伝導性材料を添加し安定した半導電性領域の電気抵抗を示す樹脂組成物を得る試みが多くなされている。
例えば、特許文献１には、エラストマー、カーボンブラック、及び金属酸化物とを含有する半導電性部材が半導電領域の電気抵抗をバラツキなく調製でき、しかも低硬度の半導電性部材が得られることが記載されている。また、特許文献２には、安定した電気抵抗特性を有する半導電性フッ素系樹脂成形体を得ることを課題とし、フッ素系熱可塑性樹脂へ半導電性ウィスカー、及び導電性カーボンブラックを配合した半導電性フッ素系樹脂成形体が開示されている。更に特許文献３には、１０１Ω／ｃｍ２から１０９Ω／ｃｍ２の表面抵抗値を有する導電性材料を得ることを課題とし、樹脂へ少量のカーボンナノチューブを添加することが開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−３０２１５１号公報
【特許文献２】特開平１１−２８６５８８号公報
【特許文献３】特開２００３−１００１４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電子写真装置等のＯＡ機器の中間転写ベルト、搬送ベルト、転写搬送ベルトなどに用いられるシームレスベルトには、長期間の使用に伴うクリープ変形が起こり難い、すなわちある程度以上の引張弾性率を有していること、絶えず変形しながら回転しても破断等が生じない程度の粘り強さ、すなわち破断伸びがある程度以上あること、そして安定した半導電性を示すことが求められる。すなわち、電子写真装置等のＯＡ機器に用いられるシームレスベルトの場合、単に体積抵抗率が１×１０４〜１×１０１３Ω・ｃｍ程度の半導電性を有するだけでなく、体積抵抗率の面内バラツキが小さいこと、及び温度、湿度の環境変化によって電気抵抗の変動が小さいことが求められる。
【０００７】
電子写真装置等のＯＡ機器用部材として使用されるシームレスベルトに、従来の方法で半導電性を付与した場合に、例えば、カーボンブラック等の電子伝導性材料や金属酸化物、或いは難燃性を付与するための難燃剤等を合成樹脂に多量に配合すると樹脂の剛性（引張弾性率）は高くなるものの樹脂が脆く、すなわち破断伸びが小さくなって破損しやすくなるという問題があった。したがって、使用する合成樹脂の剛性や破断伸びを維持したままで体積抵抗率が１×１０４〜１×１０１３Ω・ｃｍの半導電性を有していて、面内バラツキが小さい、温度、湿度の環境変化によって電気抵抗の変動が小さい等の半導電性シームレスベルトに要求される電気特性を付与することは極めて困難であった。
【０００８】
すなわち、特許文献１の半導電性部材は電気抵抗率に関しては上述した効果を有するものの、もともと低硬度、すなわちロールへの適用を目的とするものであって、半導電性シームレスベルトには、その機械的性質等から適用し得ないものであった。
【０００９】
また、特許文献２、３ともに半導電性領域の電気抵抗を示す半導電性フッ素系樹脂成形体、または導電性材料を得ることを課題としており、確かに従来の電子伝導性材料を配合した熱可塑性樹脂成形体より電気抵抗値の面内バラツキが小さくなっている。しかしながら、未だ満足できるレベルに到っていないのが現状である。
【００１０】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、電子写真装置等のＯＡ機器用部材として好適な機械的性質と安定した半導電性を示し、面内バラツキの小さい半導電性シームレスベルトを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、合成樹脂としてフッ素系樹脂を使用し、かつ、半導電性付与材として微細炭素繊維（例えば昭和電工製 気相成長炭素繊維、商品名VGCF）と金属酸化物を併用することで、所望する機械的強度とともに、難燃性や防汚性、離型性等のシームレスベルトに要求される諸性質が達成され、並びに、安定した半導電性を示し、しかも面内バラツキの小さい半導電性が得られることを見出し本発明に到った。
【００１２】
すなわち、本発明は、以下の（１）乃至（４）の半導電性シームレスベルトを要旨とする。
（１）フッ素系樹脂１００重量部に対して、微細炭素繊維０．７〜７重量部、及び金属酸化物５〜６０重量部からなり、引張弾性率が３００ＭＰａ以上、破断伸びが８％以上であることを特徴とする半導電性シームレスベルト。
（２）フッ素系樹脂がポリフッ化ビニリデンのホモポリマー又はコポリマーの少なくとも一種からなることを特徴とする（１）記載の半導電性シームレスベルト。
（３）微細炭素繊維の直径が２０ｎｍ〜５００ｎｍ、長さが０．５μｍ〜３０μｍであることを特徴とする（１）または（２）記載の半導電性シームレスベルト。
（４）金属酸化物がアルミニウムでドープした酸化亜鉛であることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載の半導電性シームレスベルト。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の半導電性シームレスベルトは、フッ素系樹脂を使用していること、並びに、半導電性付与材として微細炭素繊維と金属酸化物とを併用して添加することで、半導電性領域の電気抵抗を安定して発現するばかりでなく、その面内バラツキが小さく、しかも引張弾性率、引張り試験時の破断伸びを維持し脆化を抑えているという特長を有する。さらには、難燃性、防汚性、離型性等のシームレスベルトに要求される諸性質をも有する半導電性シームレスベルトを提供することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、半導電性付与材として用いる微細炭素繊維と金属酸化物によって損なわれることなく、所望する機械的強度が発現可能であるとともに、難燃性や防汚性、離型性等のシームレスベルトに要求される諸性質が達成可能であるフッ素系樹脂を合成樹脂として採用することを特徴としている。
本発明で用いるフッ素系樹脂は、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリヘキサフルオロプロピレン、エチレン−フッ化ビニリデン共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体などが挙げられる。これらのフッ素系樹脂は、通常の合成樹脂とは異なりそれ自身が難燃性を有しているため難燃剤等の添加を必要とせず、また防汚性、離型性をも有しているので、電子写真装置用等のＯＡ機器用に用いられる半導電性シームレスベルトに好適に用いることができる。 
【００１５】
本発明の半導電性シームレスベルトは、長期間使用可能とするためにクリープ変形が生じにくい、すなわち引張弾性率が３００ＭＰａ以上であることが必要とされている。したがって、使用するフッ素系樹脂の引張弾性率が３００ＭＰａ以上であることが好ましく、７００ＭＰａ以上が特に好ましい。なお、引張り弾性率を上げるために、平板状フィラー、ウィスカー等の補強材を添加することもできる。
また、本発明の半導電性シームレスベルトは使用中に変形を繰り返すことから、変形に伴う破損のない、すなわち破断伸びが８％以上、好ましくは１５％以上であることが必要である。この条件を満足するには、通常１００％程度の破断伸びを有するフッ素系樹脂に対してカーボンブラックや金属酸化物の配合量をできるだけ少なくすることが有効である。具体的には、後述するようにフッ素系樹脂１００重量部に対して合計の添加量を概ね７０重量部未満とするのが好ましい。
【００１６】
微細炭素繊維とは、炭素繊維のうちでその直径が極めて細かいものを意味しており、具体的にはその直径が５〜１０００ｎｍ、好ましくは２０〜５００ｎｍであって、長さが０．２〜５０μｍ好ましくは０．５〜３０μｍであることが好ましい。具体例としては、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンファイバーをあげることができ、その製造方法はアーク放電法、レーザー蒸発法、気相成長法、溶融紡糸法などが挙げられる。
【００１７】
微細炭素繊維はフッ素系樹脂中で導電パスを形成することで導電性を発現するが、その添加量はフッ素系樹脂１００重量部に対して０．５〜７重量部、好ましくは１〜５．５重量部である。０．５重量部未満では樹脂中での導電パスの形成には不十分であり、７重量部を超えるとフッ素系樹脂組成物の電気抵抗が導電領域となり、本発明の目的とする電気抵抗領域を外れるので好ましくない。
【００１８】
微細炭素繊維の使用に際しては、予めベースとなるフッ素系樹脂と混練してマスターバッチを作成するのが好ましい。その濃度は混練可能な範囲において任意であるが、微細炭素繊維の濃度を３〜３０重量％とするのが好ましい。
【００１９】
本発明で用いる金属酸化物としては酸化インジウム、酸化アンチモン、酸化スズ、ＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）、酸化亜鉛などが挙げられる。本発明は、これらの内でもアルミニウムでドープした酸化亜鉛を好適に用いることができる。本発明で用いられる金属酸化物単体の体積抵抗値は１×１０２〜１×１０９Ω・ｃｍであることが好ましく、さらには体積抵抗率１×１０３〜１×１０７Ω・ｃｍの金属酸化物を用いるのが好ましい。
【００２０】
金属酸化物の添加量はフッ素系樹脂１００重量部に対して５〜６０重量部、好ましくは１０〜５５重量部である。金属酸化物の添加量が５重量部未満では、微細炭素繊維と併用しても安定した半導電性を示すフッ素系樹脂組成物を得ることができず、その添加量が６０重量部を超えるとフッ素系樹脂組成物を成形品とした場合、成形品が脆くなるので好ましくない。
【００２１】
本発明においては、通常のカーボンブラックと異なり繊維状であるため少量の添加で導電パスを形成できるという利点を有している微細炭素繊維を使用しており、しかも中抵抗の金属酸化物を併用しているので微細炭素繊維同士が接触しなかった部分へ金属酸化物による中抵抗の導電パスを形成し、全体として半導電性領域の電気抵抗を安定的に示すものと考えられる。そして、その結果としてフッ素系樹脂へ添加する微細炭素繊維と金属酸化物を少なくすることができるので安定した半導電性領域の電気抵抗と、フッ素系樹脂の脆化を防ぐことができ、フッ素系樹脂が本来有している引張弾性率、破断伸びなどシームレスベルトに要求される機械的強度を発揮することができるのである。
なお、本発明では、これらの配合物のほか、その特性を損なわない範囲で酸化防止剤、アンチブロッキング剤、滑剤、相溶化剤、加工助材、顔料、補強材などの添加剤を加えることができる。
【００２２】
本発明の半導電性シームレスベルトは、上述したフッ素系樹脂、微細炭素繊維、金属酸化物を、例えば、二軸混練機、ニーダー、２本ロールなどによって圧縮、せん断、引張りなどの外力を加えながら溶融混練してペレット状の樹脂組成物となし、次いで、例えば、この樹脂組成物を環状ダイスを付けた押出し機でチューブ状に押出した後、適当な長さにカットすることにより継ぎ目のないシームレスベルトを得ることができる。
さらに、このシームレスベルトの周長のバラツキを小さくするために、適当な長さにカットしたチューブを円筒状の型に被覆した後、加熱することで周長のバラツキが小さく継ぎ目のないシームレスベルトを得ることができる。
【００２３】
以下に実施例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００２４】
＜フッ素系樹脂＞
ＰＶＤＦ−Ａ（ポリフッ化ビニリデンホモポリマー）
ＰＶＤＦ−Ｂ［フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（８：２）］
【００２５】
＜マスターバッチの調製＞
ＰＶＤＦ−Ａ９０重量％と微細炭素繊維（昭和電工製 気相成長炭素繊維、商品名VGCF（直径１５０ｎｍ、長さ１０〜２０μｍ））１０重量％とをニーダーで１７５℃１５分混練して微細炭素繊維１０重量％のマスターバッチを調製した。
＜シームレスベルトの製造＞
ＰＶＤＦ−Ａと、ＰＶＤＦ−Ｂ、微細炭素繊維を含むマスターバッチ及び金属酸化物（アルミニウムドープ酸化亜鉛（体積抵抗率１．２×１０５Ω・ｃｍ)）とを表１に示す割合で配合して環状ダイス（温度２００℃）からチューブ状に押し出した。次いで、それを金型に被覆し、加熱溶融させた後、冷却し周長２５０ｍｍのシームレスベルトを得た。
＜性能測定＞
得られたシームレスベルトの性能を表１に示す。該性能は引張弾性率、破断伸び、体積抵抗率、面内バラツキで評価した。
引張弾性率：
破断伸び：幅１０ｍｍの短冊状に切った試料を、チャック間１００ｍｍ、引張り速度５０ｍｍ／ｍｉｎで引張り試験を行い、破断時の伸びを測定した。
体積抵抗率：成形品の体積抵抗率は高抵抗率計（ハイレスタＩＰ、ＨＲＳプローブ、ダイヤインスツルメンツ製）を用いて印加電圧５００Ｖで測定し、７点の平均値を求めた。
面内バラツキ：体積抵抗率の測定：成形品の体積抵抗率は高抵抗率計（ハイレスタＩＰ、ＨＲＳプローブ、ダイヤインスツルメンツ製）を用いて印加電圧５００Ｖで測定し、７点の測定値の最大値を最小値で除して面内バラツキを求めた。
【００２６】
［比較例１］
実施例１と同じフッ素系樹脂、実施例１で調製したマスターバッチを用いた。表１に示すように微細炭素繊維の配合割合を変え、金属酸化物を配合しない点を除き、実施例１と同様にシームレスベルトを製造した。得られたシームレスベルトの性能を表１に示す。該性能は実施例１と同様に引張弾性率、破断伸び、体積抵抗率、面内バラツキで評価した。
【００２７】
［比較例２］
実施例１と同じフッ素系樹脂、実施例１で調製したマスターバッチを用いた。表１に示すように微細炭素繊維を配合せず、金属酸化物の配合割合を変えた点を除き、実施例１と同様にシームレスベルトを製造した。得られたシームレスベルトの性能を表１に示す。該性能は実施例１と同様に引張弾性率、破断伸び、体積抵抗率、面内バラツキで評価した。
【実施例２】
【００２８】
実施例１と同じフッ素系樹脂、実施例１で調製したマスターバッチを用いた。表１に示すように金属酸化物の配合割合を変え、ベルトの厚みを薄くして、それ以外は実施例１と同様にシームレスベルトを製造した。得られたシームレスベルトの性能を表１に示す。該性能は実施例１と同様に引張弾性率、破断伸び、体積抵抗率、面内バラツキで評価した。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
以上の結果より明らかなように、本発明にかかる実施例１、２のシームレスベルトは安定して半導電性領域の体積抵抗率を示し、面内バラツキが小さい。さらに、微細炭素繊維と金属酸化物の合計添加量が３５重量部未満と少量で十分な電気特性を発揮するのでシームレスベルトに必要とされる引張弾性率及び引張り試験時の破断伸びを有している。それに対し、比較例１のシームレスベルトは金属酸化物を併用していないため、体積抵抗率の面内バラツキが大きく、この測定条件では測定不能（アンダーレンジ）になる部分が存在した。また、比較例２のシームレスベルトは金属酸化物を大量に添加することで安定した半導電性領域の体積抵抗率を示し、面内バラツキも比較的小さいものの、引張り試験における破断伸びが小さく、脆くてシームレスベルトとして使用できないものであった。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の半導電性シームレスベルトは、シームレスベルトとして必要な機械的強度を有しているばかりでなく、難燃性で半導電性領域の電気抵抗を安定して発現するばかりでなく、その面内バラツキが小さいので電子写真装置用部材として好適に用いることができる。