JPH01268759A - 半導電性高分子材料組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は電子写真複写機の現像ロール等に用いられる
半導電性高分子材料組成物に関するものである。

〔従来の技術〕

電子写真複写機における現像法としては、湿式法と乾式
法とがある。最近では湿式法に比べて乾式法が画像の定
着性の観点から主流を示めるようになってきている。こ
の種の乾式法としては、第５図に示すような摩擦帯電法
によるものが用いられている。すなわち、摩擦帯電法は
、図示のように、光導電体表面層付の感光ドラム１の外
周面を一様に帯電させ、ついで被複写体の被複写像を介
してその外周面を露光することにより、上記外周面上に
静電潜像を形成する。ついで、摩擦ロール２と現像ロー
ル３との間にトナー供給装置４からトナーを供給し、上
記ロール２，３の摩擦力によつてトナーを現像ロール３
の外周面に帯電状態で付着させ、これを層形成ブレード
５で一様にならし、感光ドラム１の静電潜像に対して電
気的吸引力で飛翔させ、静電潜像にトナーを付着させて
トナー像を形成し、これを複写紙６に転写した後、定着
するという方法である。トナーを上記のように摩擦帯電
によって飛翔させる場合には、上記現像ロール３に対す
る電気的特性、特に体積固有抵抗（ＶＲ）が均一でかつ
温度によって変化しないことが要求される。これは、複
写像の高画質化の要望に応えるためである。すなわち、
先に述べた体積固有抵抗（ＶＲ）が均一であることと、
その体積固有抵抗が温度により変化しないことについて
厳しい要求がなされてきている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、従来の現像ロール形成用の合成樹脂材料
では、そのような要求特性に応えることができない。

すなわち、従来の現像ロール形成用の合成樹脂材料は、
高分子マトリックス中にイオン性導電材粒子を分散した
タイプと高分子マトリックス中にカーボン、金属粉（必
要により繊維）を分散した分散タイプの２種類のものが
ある。前者の合成樹脂材料を用いて得られた現像ロール
では、第６図に示すように、温度変化があると、マトリ
ックスＸ中に分散したイオン性導電材粒子Ｙが図示の矢
印のように移動する。このように、イオン性導電材粒子
の移動が起こると、現像ロールの体積固有抵抗が変化し
、その結果、体積固有抵抗の温度依存性が大になり、そ
れを用いた電子写真複写機においては、温度により複写
像の画質が左右されるという難点を生じる。他方、後者
の合成樹脂材料を用いて現像ロールを構成する場合には
、上記のような体積固有抵抗の温度依存性の問題は生じ
ないものの、体積固有抵抗を所定の値に制御することが
困難である。すなわち、カーボン、金属粉等の充填状態
等により微妙に体積固有抵抗がばらつくため、実際の製
造工程において、それらを制御して現像ロールを所定の
体積固有抵抗に設定することは極めて困難である。例え
ば、第７図に示すように、カーボン、金属粉等の導電材
粒子Ｙの充填状態の変化（図では一部が連鎖状態になっ
ている）による体積面を抵抗の変動が大きく、またマト
リックスＸの変形による体積固有抵抗の変動も大きい。

導電材粒子Ｙの連鎖状態等による体積固有抵抗の変動に
ついてより詳しく説明すると、第７図の中央部における
ように、マトリックスＸ中に導電材粒子Ｙが連鎖状に連
なる態様が多いときには、体積固有抵抗が小さくなり、
また図示の右側において、導電材粒子Ｙが矢印で示す小
空隙をおいて配列する場合には、両者間にトンネル効果
を生じ、体積固有抵抗の低下要因となる。導電材粒子Ｙ
のこのような状態の適正化制御は実質的に不可能であり
、必然的に体積固有抵抗のばらつきが生じる。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、体
積固有抵抗の均一性を備え、しかも温度による体積固有
抵抗の変動が少ない現像ロール等を形成しうる半導電性
高分子材料組成物の提供をその目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、この発明の半導電性高分子
材料組成物は、絶縁性高分子成形材料中に、下記の（Ａ
）成分および（Ｂ）成分が含有されて半導電性が付与さ
れているという構成をとる。

（Ａ）体積固有抵抗が１０−６〜１０−’Ω・ｃｍの良
導電材粉末。

（Ｂ）体積固有抵抗が１０２〜１０６Ω・ＣＩｌ＋の半
導電材微細物。

すなわち、本発明者らは、前記従来の２種類の現像ロー
ル形成用の合成樹脂材料のうち、後者、すなわち、高分
子マトリックス中にカーボン、金属粉等を分散したもの
の改良を中心に研究を重ねた結果、特定の体積固有抵抗
を有する良導電材粉末とそれよりも導電性が劣る特定の
半導電材微細物を絶縁性高分子成形材料中に含有させる
と、導電材粒子の連鎖状態や分散状態の変動等が小さく
なって所定の半導電性に制御が容易になり、かつ温度に
よる体積固有抵抗の変化が小さくなることを見いだしこ
の発明に到達した。

この発明の半導電性高分子材料組成物は、絶縁性高分子
成形材料と体積固有抵抗が１０−６〜１〇−１Ω・ｃｍ
の良導電材粉末と体積面を抵抗が１０”〜１０６Ω・Ω
の半導電材微細物とを用いて得られる。

上記絶縁性高分子成形材料としては、特に限定するもの
ではなく現像ロール等に用いる円筒状スリーブ形状に成
形可能な材料であればあらゆるものが使用可能である。

例えば、熱硬化性合成樹脂、熱可塑性合成樹脂等の中か
ら適宜選ぶことができる。しかし、体積固有抵抗の観点
から、フェノール樹脂を使用することが好結果をもたら
す。

上記絶縁性高分子成形材料中に分散される体積固有抵抗
が１０−６〜１０−ＩΩ・印の良導電材粉末（Ａ成分）
としては、カーボン粉末、グラファイト粉末、チタンカ
ーバイト粉末、金属粉末等があげられ、単独でもしくは
併せて使用される。このような良導電材粉末は、粒径が
１μｍ以下であることが効果の点から好ましい。

また、上記（Ａ）成分とともに用いられる体積固有抵抗
が１０２〜１０６Ω・口の半導電材微細物（Ｂ成分）は
、微細繊維状ないしは粒状のものがあげられる。微細繊
維状のものとしては、平均繊維長５〜３０μ幅、繊維径
０．１〜１．０μｍ程度のものが好適であり、例えばチ
タン酸カリウムウィスカーの還元処理品があげられる。

このものは、Ｋ２Ｏ・　ｎＴｉｏｚの一般式を有し、商
品名：デントールとして大塚化学社から市販されている
、特に、この種のチタン酸カリウムウィスカー還元処理
品のうち、アスペクト比が４以上のものを用いることが
好適である。また、上記微細繊維状のものの他の例とし
ては、雲母の一ニッケルコート品（アスペクト比が８以
上）があげられる。これら２種類のものは、単独で用い
てもよいし、併せて使用しても差し支えはない。

上記（Ｂ）成分のうち、粒状のものとしては、酸化亜鉛
粉末にアルミニュウムを主体とする処理剤を入れて攪拌
熱処理することによって得られた導電化ＺｎＯや三酸化
アンチモン表面処理品（Ｓｂｚｏｉ　／　Ｔ　ｉ　Ｏｘ
　／　Ｓ　ｎ　Ｏｘ　）等があげられる。

上記導電化ＺｎＯはＺｎＯをｌ処理したものであり、下
記のようにＺｎＯの格子欠陥にＡ！が配位したものであ
る。

−０−Ｚｎ−０− −０−Ａ／２−０− これらも単独で用いてもよいし、併せて使用しても差し
支えはない。このような粒状品は、粒径が０．１〜３μ
ｍ程度であることが効果の点で好ましい。

上記（Ａ）成分は、良導電性を備えているものであり、
これが多くなりすぎると、例えば現像ロールを製造する
場合において、現像ロールを半導電性の範囲内に収める
ことができなくなる。逆に、少なすぎると絶縁性が強く
なりすぎ、やはり半導電性の範囲内に収めることができ
なくなる。（Ａ）成分と（Ｂ）成分は、このような観点
から、通常、上記（Ａ）成分および（Ｂ）成分が半導性
高分子材料組成物の全体中に下記の割合（重量％）で配
合される。

１５≦Ａ＋Ｂ≦６０ Ａ≦Ｂ ５≦Ａ≦４０ １０≦Ｂ≦４０ すなわち、上記のように、（Ａ）成分と（Ｂ）成分の割
合を設定することにより、それを用いて、例えば現像Ｐ
−ル等を製造した場合において、ロール等の体積固有抵
抗が１０６〜１０”Ω・Ｃｍ程度の半導電性の範囲内に
入るようになる。好適には、１０８〜ＩＱ口Ω・ｃｍの
範囲内に収めることである。

このような半導電性高分子材料組成物は、高分子マトリ
ックスとなりうる、熱硬化性合成樹脂。

熱可塑性合成樹脂成形材料中に、上記（Ａ）、（Ｂ）成
分を上記の割合で配合混合することにより得ることがで
きる。

このようにして得られた半導電性高分子材料組成物（例
えば、絶縁性高分子成形材料としてノボラック型フェノ
ール樹脂を用いたもの）を押出成形、射出成形、圧縮成
形等することにより形成した円筒品を現像ロールのスリ
ーブとして用いた現像ロール３を第１図に示す。図にお
いて、９は半導電性高分子材料組成物の押出成形により
形成されたスリーブ、１０は金属製のエンドキャップで
ある。この現像ロール３においては、スリーブ９が上記
半導電性高分子材料組成物で形成されているため、電気
特性（体積固有抵抗）の均一性を備え、しかも温度変化
により上記体積固有抵抗が変動しない。これは、つぎの
ような理由によるものと考えられる。すなわち、上記半
導電性高分子材料組成物中に（Ｂ）成分として、微細繊
維状物を用いた場合には、第２図に示すように、（Ａ）
成分のミセルが（Ｂ）成分の微細繊維状物のミセルによ
って、所定の空間を保った状態でマトリックスＸ中に分
布し、上記（Ｂ）成分が上記（Ａ）成分のミセル同士を
適度に導通させる状態にする。

その結果、電気特性の均一性が備わるようになると同時
に、（Ａ）成分自身の有する特性により、温度による体
積固有抵抗の変化も小さくなる。この場合には、先に述
べたように、アスペクト比の４以上のものを（Ｂ）成分
として用いることが好適であり、このようなアスペクト
比の高い（Ｂ）成分を使用することにより、上記のよう
に電気的安定性が得られるのみならず、補強効果も向上
しスリーブ自体の強度の向上効果も得られるようになる
。また、上記（Ｂ）成分として、粒状物を使用した場合
には、第３図に示すように、（Ａ）成分のミセルを（Ｂ
）成分の粒状物が囲んだ形になり、それによって（Ａ）
成分を適正な間隔でマトリックスＸ中に分布させるよう
になる。その結果、上記のような電気特性の均一性およ
び温度変化による体積固有抵抗の変化度合の縮小効果が
得られるようになる。

第４図は上記のような半導電性高分子材料組成物を用い
て得られたスリーブを組み込んだ現像ロール３の他の例
を示している。すなわち、この現像ロール３は、金属製
エンドキャップ１０の外周にステンレス、アルミニュウ
ム等の金属製の円筒状芯金１１を設け、その外周に上記
スリーブ９を導電性接着剤層１２を介して取り付けてい
る。この例においても上記スリーブ９は、第１図のスリ
ーブ９と同様の構造になっており、電気特性が安定し、
しかも温度変化により体積固有抵抗の変化が少なくなっ
ている。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。

〔実施例１〜３．比較例〕 半導電性高分子材料組成物を得るために、下記の第１表
に示す原料を同表に示す割合で配合した。この場合にお
ける（Ａ）成分および（Ｂ）成分の組成物全体中におけ
る割合を第２表に示した。

なお、（Ａ）成分としては平均粒径０．０５μｍのカー
ボン粉末を用い、（Ｂ）成分としては大塚化学社製デン
トールＢＫを用いた。

（以下余白） （以下余白） メーーじＬ−一表 つぎに、上記組成物を用い、押出成形により円筒状スリ
ーブをつくり、これを用いて第１図に示すような現像ロ
ールを製造した。この場合におけるスリーブの電気特性
の均一性および温度による体積固有抵抗ＶＲの変化度合
を調べた。この測定は上記スリーブの中央部および左右
両端部についてそれぞれ体積固有抵抗ＶＲを調べ、その
最大値と最小値を以下の表に記載している。

（以下余白） （以下余白） 上記の表から明らかなように、実施別品はＶＲがスリー
ブの各部分において１桁以内の変化の範囲内にとどまっ
ているのに対し比較測高は５桁も値がばらついており、
電気特性の均一性の点から実施別品が著しく優れている
ことがわかる。また、温度による体積固有抵抗ＶＲの変
化度合も実施別品の変化度合が極めて小さいのに対し比
較測高は大きな変化値を示している。

なお、上記の実施例では、この発明の半導電性高分子材
料組成物を用いて電子写真複写機の現像ロールを製造し
ているが、この発明の組成物は上記のものに限らず、例
えばワードプロセッサーのプリンター等にも応用可能で
ある。

〔発明の効果〕

この発明の半導電性高分子材料組成物は、以上のように
（Ａ）成分である良導電材粉末と（Ｂ）成分である半導
電材微細物とを絶縁性高分子成形材料中に含有させてい
るため、これを用いて例えば現像ロールのスリーブ等を
製造する場合において電気特性の均一性および温度変化
による体積固有抵抗の変動幅の極めて小さいものを製造
することができる。その結果、高画質の複写像を形成す
ることができ、また、フルカラー型の電子写真複写機に
も対応できるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の半導電性高分子材料組成物製スリー
ブを用いた現像ロールの縦断面図、第２図および第３図
はそのスリーブ内における（Ａ）成分と（Ｂ）成分の分
布態様の説明図、第４図は他の現像ロールの部分的断面
図、第５図は従来の摩擦帯電法による現像説明図、第６
図はイオン性導電材粒子を分布した従来の半導電性高分
子材料組成物のイオン性導電材粒子の移動状態の説明図
、第７図は導電材粒子をマトリックス中に分布させた従
来例における導電材粒子の連鎖状態等の説明図である。 ３・・・現像ロール　９・・・スリーブ　１０・・・エ
ンドキャップ 特許出願人　　東海ゴム工業株式会社 代理人　　弁理士　　西　応　征　彦 第１　図 第３図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁性高分子成形材料中に、下記の（Ａ）成分お
   よび（Ｂ）成分が含有されて半導電性が付与されている
   ことを特徴とする半導電性高分子材料組成物 （Ａ）体積固有抵抗が１０＾−＾６〜１０＾−＾１Ω・
   ｃｍの良導電材粉末。 （Ｂ）体積固有抵抗が１０＾２〜１０＾６Ω・ｃｍの半
   導電材微細物。
2. （２）上記（Ａ）成分および（Ｂ）成分が全体中に下記
   の割合（重量％）で配合されている請求項（１）記載の
   半導電性高分子材料組成物。 １５≦Ａ＋Ｂ≦６０ Ａ≦Ｂ ５≦Ａ≦４０ １０≦Ｂ≦４０
3. （３）上記（Ｂ）成分の半導電材微細物が、粒状または
   微細繊維片状のものである請求項（１）または（２）記
   載の半導電性高分子材料組成物