JPH0819254B2

JPH0819254B2 - 半導電性高分子材料組成物

Info

Publication number: JPH0819254B2
Application number: JP63097568A
Authority: JP
Inventors: 悦子長野; 幸伸堀尾
Original assignee: Tokai Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Priority date: 1988-04-19
Filing date: 1988-04-19
Publication date: 1996-02-28
Anticipated expiration: 2011-02-28
Also published as: JPH01268760A

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燥法が画像の
定着性の観点から主流を示めるようになつてきている。
この種の乾式法としては、第４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
によつ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（RV）および表面抵抗
（RS）が均一でかつ温度および湿度によつて変化しない
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
（RV）および表面抵抗（RS）が均一であることと、それ
らの抵抗が温度および湿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、高分子マトリツ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ツクス中にカーボン，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５図に示すように、温度変化があると、マ
トリツクス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Ｙの移動が起こると、現像ロールの体積固有抵抗お
よび表面抵抗が変化し、その結果、それら抵抗の温度依
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。また、湿度変化によつても上記のような難点を
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、上記のような抵抗の温度および湿
度依存性の問題は生じないものの、それら抵抗値を所定
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等
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６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つている）による体積固有抵抗
等の変動が大きく、またマトリツクスＸの変形による体
積固有抵抗等の変動も大きい。導電材粒子Ｙの連鎖状態
等による体積固有抵抗等の変動についてより詳しく説明
すると、第６図の中央部におけるように、マトリツクス
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、体積固有抵抗等が小さくなり、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
抗等の低下要因となる。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
有抵抗等のばらつきを生じる。

この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、
体積固有抵抗等の均一性を備え、しかも温度および湿度
による体積固有抵抗等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^-1Ω・cmの良導電材粉
末。

（Ｂ）体積固有抵抗が10¹〜10⁴Ω・cmの導電化亜鉛の疎
水処理粒子。

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
分子マトリツクス中にカーボン，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
抗を有する料導電材粉末と、それよりも導電性が劣る導
電化亜鉛を疎水処理した粒子の双方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つて所定の半導電性に制御が容易
になり、かつ温度および湿度による体積固有抵抗等の変
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^-6〜10^-1Ω・cmの良導電
材粉末と、体積固有抵抗が10¹〜10⁴Ω・cmの導電化亜鉛
の疎水処理粒子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、フエ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^-1Ω・cmの良導電材粉末（Ａ成分）として
は、カーボン粉末，グラフアイト粉末，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（Ｂ）成分
は、体積固有抵抗が10¹〜10⁴Ω・cmの導電化亜鉛の疎水
処理粒子である。このものは、酸化亜鉛粉末に、アルミ
ニウムを主体とする処理剤を入れ攪拌熱処理することに
よつて得られた導電化ZnOに対してチタネート系カツプ
リング剤または脂肪酸系化合物によつて表面処理を施し
たものであり、粒径が0.1〜３μｍ程度であることが効
果の点で好ましい。ここで、上記導電化ZnOはZnOをAl処
理したものであり、下記のようにZnOの格子欠陥にAlが
配位したものである。

上記導電化ZnOに対して、表面処理を施すチタネート
系カツプリング剤としては、例えば、下記の一般式
（Ｉ）で表されるイソプロピルトリイソステアロイルチ
タネート下記の一般式（II）で表されるビス（ジオクチルパイ
ロホスフエート）エチレンチタネート下記の一般式（III）で表されるイソプロピルトリス
（ジオクチルパイロホスフエート）チタネート下記の一般式（IV）で表されるイソプロピルトリ（Ｎ
−アミノエチル−アミノエチル）チタネート下記の一般式（Ｖ）で表されるテトラオクチルビス
（ジトリデシルホスフアイト）チタネート下記の一般式（VI）で表されるテトラ（2,2−ジアリ
ルオキシメチル−１−ブチル）ビス（ジトリデシル）ホ
スフアイトチタネート下記の一般式（VII）で表されるビス（ジオクチルパ
イロホスフエート）オキシアセテートチタネートがあげられる。

このようなチタネート系カツプリング剤を用いての上
記導電化ZnOに対する表面処理は、上記チタネート系カ
ツプリング剤を、ｎ−ヘキサン，ベンゼン，トルエン，
キシレン等の有機溶剤の溶液に溶解し、これに上記導電
化ZnOの粉末を浸漬したり、上記溶液を導電化ZnO粉末に
吹き付ける等したのち乾燥するということ等により行わ
れる。

また、チタネート系カツプリング剤に代えて、脂肪酸
系化合物によつて表面処理を行う場合には、ステアリン
酸、ステアリン酸金属塩等の脂肪酸または脂肪酸金属塩
を、これを溶解する有機溶剤に溶解し、前記同様、浸
漬，吹付処理したのち乾燥する等によつて行うことがで
きる。このように導電化ZnOを表面処理することによ
り、耐湿性の向上効果が得られるようになる。特に、上
記チタネート系カツプリング剤を用いる場合には、前記
一般式（Ｉ）で表されるイソプロピルトリイソステアロ
イルチタネートまたは前記一般式（II）で表されるビス
（ジオクチルパイロホスフエート）エチレンチタネート
を用い、ｎ−ヘキサンで溶解した溶液によつて表面処理
することが好結果をもたらす。

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
めることが困難になる。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。

30≦Ａ＋Ｂ≦80 Ａ≦Ｂ０≦Ａ≦20 30≦Ｂ≦60 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
ロー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10⁶〜10¹²Ω・cm程度の半導電性の範囲内に入る
ようになる。好適には、上記抵抗を10⁸〜10¹¹Ω・cmの
範囲内に収めることである。

この発明の半導電性高分子材料組成物は、高分子マト
リツ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）成分，（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ツク型フ
エノール樹脂を用いたもの）を押出成形，射出成形，圧
縮成形等して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ヤツプである。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
積固有抵抗および表面抵抗）の均一性を備え、しかも温
度変化ならびに湿度変化により上記体積固有抵抗等が変
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、上記（Ａ），（Ｂ）両成分を用いた場合には、第２
図に示すように、（Ａ）成分のミセルを（Ｂ）成分の粒
子が取り囲んだ形になり、それによつて（Ａ）成分を適
正な間隔でマトリツクスＸ中に分布させるようになる。
その結果、電気特性の均一性が備わようになると同時
に、温度による体積固有抵抗等の変化も小さくなる。し
かも上記（Ａ）成分を取り囲む（Ｂ）成分が、先に述べ
たように、チタネート系カツプリング剤，脂肪酸系化合
物によつて疎水処理されているため、湿度変化による抵
抗、特に表面抵抗の変化も小さくなる。

第３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
製エンドキヤツプ１の外周にステンレス，アルミニウム
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
と同様の構造になつており、電気特性が安定し、しかも
温度変化により体積固有抵抗等の変化が少なくなつてい
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1,2、比較例〕半導電性高分子材料組成物を得るために、後記の第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、実施例１が味の素（株）製，プレンアクト
KRTTS〔前記一般式（Ｉ）で表されるイソプロピルトリ
イソステアロイルチタネートからなる〕を用い、実施例
２が同じく味の素（株）製，プレンアクトKR238S〔前記
一般式（II）で表されるビス（ジオクチルパイロホスフ
エート）エチレンチタネートからなる〕を用いている。

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３を製造した。この場合におけるスリーブ９の電
気特性の均一性および温度変化における体積固有抵抗VR
ならびに表面抵抗RSの変化度合を調べると同時に、湿度
変化による体積固有抵抗VRおよび表面抵抗RSの変化度合
を調べた。この測定は上記スリーブ９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および表面抵
抗RSを調べ、その最大値と最小値とを下記の第３表およ
び第４表に示している。第３表は上記RV,RSの温度依存
性を示しており、第４表は上記RV,RSの湿度依存性を示
している。

第３表および第４表から明らかなように、実施例品は
VRおよびVSがスリーブ９の各部分において１桁以内の変
化の範囲内にとどまつているのに対し、比較例品は５桁
ないしは６桁も値がばらついており、電気特性の均一性
の点から実施例品が著しく優れていることがわかる。ま
た、RV,RSの温度依存性についても、第３表から明らか
なように、実施例品の変化度合が比較例品に比べて極め
て小さく優れていることがわかる。さらに、RV,RSの湿
度依存性についても実施例品の変化度合が極めて小さい
のに対し、比較例品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ツ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）成分の両導電材粉末と（Ｂ）成分の導電化亜鉛
の疎水処理粒子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、電気特性の均一性を備え、
しかも温度，湿度変化による体積固有抵抗，表面抵抗の
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３図は他の現像ロールの部分的断面図、第４図は
従来の摩擦帯電法による現像説明図、第５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６図は導
電材粒子をマトリツ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……エンドキヤ
ツプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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10¹〜10⁴Ω・cmの導電化亜鉛の疎
水処理粒子。
【請求項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。 30≦Ａ＋Ｂ≦80 Ａ≦Ｂ０≦Ａ≦20 30≦Ｂ≦60
【請求項３】（Ｂ）成分の疎水処理が、チタネート系カ
ツプリング剤または脂肪酸系化合物による表面処理であ
る請求項（１）または（２）記載の半導電性高分子材料
組成物。