JP2005273054A - 導電性繊維、導電性ブラシ用起毛布、及び導電性ブラシ - Google Patents

Abstract

【課題】 プリンター等の帯電ブラシなどに用いた場合に、多数枚印刷時にもトナーの付着量が少なく、また抵抗値変化の小さい導電性ブラシ、並びにそれを構成する導電性起毛布及び導電性繊維を提供する。
【解決手段】 ポリアミド系樹脂（Ａ）１００重量部に対して、前記ポリアミド系樹脂（Ａ）よりも水に対する接触角の大きい樹脂（Ｂ）０．５〜２０重量部及び導電性物質（Ｃ）１０〜４０重量部を含有することを特徴とする導電性繊維。基布に前記導電性繊維を起立してなる導電性ブラシ用起毛布、その導電性ブラシ用起毛布を有してなる電子写真装置用導電性ブラシ。
【選択図】 なし

Description

本発明は、複写機やプリンター等の電子写真装置に用いられる導電性ブラシ、並びにそれを構成する導電性ブラシ用起毛布及び導電性繊維に関する。

複写機あるいはプリンター等における電子写真方式の画像形成プロセスにおいては、各種の導電性を有するブラシ、すなわち導電性ブラシが使用されている。
例えば、感光体のような静電潜像担持体の表面を帯電装置で帯電させる工程においては、導電性ブラシを用いることが知られている。
また、紙等へ転写しなかったトナーが、感光体等の表面に残存するため、これを除去するためにも導電性ブラシが使用されている。
このように、導電性ブラシは電子写真方式の画像形成プロセスにおいて使用されているが、多くの枚数を印刷すると、次第に導電性ブラシを構成する導電性繊維（パイル糸）にトナーや紙粉が付着して、導電性ブラシの体積固有抵抗値が部分的に変化して画像に乱れを生じさせたり、導電性繊維に付着したトナーの凝集体が脱落して印刷面を汚染する等の問題がある。
このような問題を克服するための方法として、例えば導電性ブラシの導電性繊維にトナーと同一極性の電荷を掛ける方法等が用いられているが、機械的に接触するトナーの付着を十分に抑制することはできていない。

そこで、導電性ブラシを構成する導電性繊維の材質について幾つかの検討がなされている。特許文献１では、カーボンブラック等の導電性微粒子を混合したポリアミド等の熱可塑性重合体からなる導電性成分と、ポリアミド等の繊維形成性の熱可塑性重合体からなる非導電性成分とが接合されてなる複合繊維において、導電性成分が非導電性成分を完全に包み込むような芯鞘型の複合構造を有する導電性複合繊維を開示している。また、特許文献２では、２０℃、ＲＨ６５％での平衡吸湿率が０．６〜１．５％の脂肪族ポリアミド樹脂に導電性カーボンブラックが混合分散されてなる半導電性脂肪族ポリアミド繊維の有する体積抵抗率が、３５℃、ＲＨ８０％環境下で１．０桁以下にあることを特徴とする半導電性脂肪族ポリアミド繊維が開示されている。しかしながら、それらの繊維から構成される導電性ブラシにおいても、プリンター等で多くの枚数を印刷した場合におけるトナー付着の問題は解消していない。

特開平１１−０６５２２７号公報 特開２００３−０７３９２３号公報

本発明の目的は、プリンター等の帯電ブラシなどに用いた場合に、多数枚印刷時にもトナーの付着量が少なく、また抵抗値変化の小さい導電性ブラシ、並びにそれを構成する導電性起毛布及び導電性繊維を提供することにある。

本発明者は、前記目的を達成するため、導電性繊維表面の汚染や印刷画質と、導電性繊維の材質との関係に着目して鋭意研究を進めた結果、ポリアミド系樹脂に、それよりも水に対する接触角の大きい樹脂と導電性物質とを含有させた導電性繊維を用いれば、それを有する導電性ブラシは、プリンター等の帯電ブラシなどに用いた場合に、多数枚印刷時に生じるトナーの付着や抵抗値変化等の問題が著しく改善できることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。

かくして、本発明によれば、以下の１〜７が提供される。
１． ポリアミド系樹脂（Ａ）１００重量部に対して、前記ポリアミド系樹脂（Ａ）よりも水に対する接触角の大きい樹脂（Ｂ）０．５〜２０重量部及び導電性物質（Ｃ）１０〜４０重量部を含有することを特徴とする導電性繊維。
２． 前記樹脂（Ｂ）が、フッ素系樹脂、シリコン系樹脂及びポリオレフィン系樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種である、１記載の導電性繊維。
３． 前記樹脂（Ｂ）が、フッ素系樹脂である、１記載の導電性繊維。
４． 体積固有抵抗値が１０^３〜１０^１０Ωｃｍであり、かつ太さが１〜５０デシテックス（ｄＴｅｘ）である、１〜３のいずれか１項に記載の導電性繊維。
５． 導電性物質（Ｃ）がカーボンブラックである、１〜４のいずれか１項に記載の導電性繊維。
６． 基布に１〜５のいずれか１項に記載の導電性繊維を起立してなる、導電性ブラシ用起毛布。
７． ６記載の導電性ブラシ用起毛布を有してなる、電子写真装置用導電性ブラシ。

本発明の導電性繊維を基布に起立させた導電性起毛布を有してなる導電性ブラシをプリンター等の帯電ブラシとして用いると、多数枚印刷時にもトナーの付着量が少なく、また導電性ブラシの抵抗値変化が小さい。

本発明の導電性繊維は、ポリアミド系樹脂（Ａ）１００重量部に対して、前記ポリアミド系樹脂（Ａ）よりも水に対する接触角の大きい樹脂（Ｂ）０．５〜２０重量部及び導電性物質（Ｃ）１０〜４０重量部を含有することを特徴とする。

ポリアミド系樹脂（Ａ）としては、主鎖にアミド結合（−ＣＯ−ＮＨ−）を有する重合体であれば特に限定されない。例としては、４，６−ナイロン、６−ナイロン、６，６−ナイロン、６，１０−ナイロン、６，１２−ナイロン、１１−ナイロン、１２−ナイロン等の脂肪族ポリアミド；ナイロンＭＸＤ６（商品名「ＭＸナイロン」：三菱ガス化学（株）社製）、商品名「アーレン」（三井化学（株）社製）等の芳香族ポリアミド；等が挙げられる。好ましいものとしては、６−ナイロン、６，６−ナイロン、６，１２−ナイロン、１２−ナイロンが挙げられる。これらの中でも吸水による寸法変化、物性変化が小さく、耐屈曲性に優れる点で６−ナイロン、１２−ナイロンがより好ましい。これらは１種類を単独で、又は２種類以上を組み合わせて用いることができる。
このようなポリアミド樹脂（Ａ）の水に対する接触角（以下、単に「接触角」という場合がある。：θ）は、一般的に６０°〜７５°の範囲である。例えば、６−ナイロンの接触角は６１°であり、６，６−ナイロンは６３°〜７０°であり、１１−ナイロンは７５°である。

前記ポリアミド樹脂（Ａ）よりも水に対する接触角の大きい樹脂（Ｂ）としては、特に限定されないが、通常、水に対する接触角（θ）が８０°以上のものが用いられる。そのような樹脂（Ｂ）としては、フッ素系樹脂、シリコン系樹脂およびポリオレフィン系樹脂から選ばれる少なくとも１種が好ましく用いられる。
フッ素系樹脂としては、例えばポリテトラフルオロエチレン（接触角１０８°〜１１３°）、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（例えばダイキン工業（株）社製 ＲＰ−４０２０：接触角９６°、ダイキン工業（株）社製 ＲＰ−５０００：接触角９６°など）、ポリビニリデンフルオライド（接触角８２°）などが挙げられる。シリコン系樹脂としては、例えばポリジメチルシロキサン（同１０１°）などが挙げられる。ポリオレフィン系樹脂としては、例えばポリエチレン（同９２°〜９６°）、ポリプロピレン（同９５°〜９８°）、エチレン−プロピレン共重合体（同９２°〜９８°）などが挙げられる。これらの中でもフッ素系樹脂がより好ましい。このような樹脂（Ｂ）は１種類を単独で、又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

前記ポリアミド樹脂（Ａ）よりも水に対する接触角の小さい樹脂、例えば、ポリアクリル酸メチル（接触角５２°）、ポリビニルアルコール（同３６°）などを使用すると、本発明の目的を達成することが困難である。

前記樹脂（Ｂ）の前記樹脂（Ａ）１００重量部に対する含有量は、通常、０．５〜２０重量部であり、好ましくは１〜１５重量部、より好ましくは２〜１０重量部である。添加量が上記範囲よりも少なすぎると導電性繊維にトナーが付着しやすくなり、一方、上記範囲よりも多すぎると導電性繊維が切断されやすくなり、いずれの場合も好ましくない。

本発明の導電性組成物に用いる導電性物質（Ｃ）は、無機導電性フィラーと有機導電性フィラーとに大別される。無機導電性フィラーとしては、鉄、コバルト、ニッケル、アルミニウムなどの金属紛；酸化チタン、酸化亜鉛、酸化鉄、酸化タングステンなどの金属酸化物；鱗片状グラファイトカーボン、カーボンブラック、炭素繊維、フラーレン、カーボンナノチューブなどの炭素質フィラー；などが挙げられる。また、有機導電性フィラーとしては、ポリアニリン、ポリピロールなどの導電性高分子；鉄フタロシアニン、フェロセンなどに代表される有機金属錯体；などが挙げられる。その中でも鱗片状グラファイトカーボン、カーボンブラックが好ましく、カーボンブラックがより好ましい。これらは１種類を単独で、又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

前記カーボンブラックのさらに好ましいものの具体例としては、アセチレンブラック；ケッチェッンブラック；チャンネルブラック；ファーネスブラック；酸化カーボン等の変性カーボン；などが挙げられる。この中でもアセチレンブラックが、ストラクチャーが発達し少量の配合量で所望の半導電性が得られる点で特に好ましい。

カーボンブラックの一次平均粒子径については特に制限はないが、好ましくは１０〜８０ｎｍの範囲である。

前記導電性物質（Ｃ）の前記樹脂（Ａ）１００重量部に対する含有量は、通常、１０〜４０重量部、好ましくは２０〜３０重量部である。添加量が前記範囲よりも少なすぎると導電性繊維の体積固有抵抗値が高くなり過ぎて導電性繊維にトナーが付着しやすくなり、一方、前記範囲よりも多すぎると導電性繊維の体積固有抵抗値が低くなり過ぎて、これを用いてなる帯電ブラシが帯電機能を十分発揮することができなくなり、いずれの場合も好ましくない。

本発明の導電性繊維は、体積固有抵抗値が１０^３〜１０^１０Ωｃｍであり、かつ太さが１〜５０デシテックス（ｄＴｅｘ）であることが好ましい。

前記導電性繊維の体積固有抵抗値は、１０^３〜１０^１０Ωｃｍが好ましく、１０^５〜１０^８Ωｃｍがより好ましい。体積固有抵抗値がこの範囲内にあることにより、前記導電性繊維へのトナーの付着が抑えられ、また前記導電性繊維を用いてなる帯電ブラシが帯電機能を十分発揮することができる。

前記導電性繊維の太さは、１〜５０デシテックス（ｄＴｅｘ）であることが好ましく、１〜１０デシテックスであることがより好ましい。前記導電性繊維の太さがこの範囲内にあることにより、導電性繊維の切断が起こりにくく、かつ適度な柔軟性を有することで帯電ドラム等を傷つけない導電性ブラシを構成することができる。

前記導電性繊維には、所望により、酸化防止剤、紫外線吸収剤、紫外線安定剤、架橋反応抑制剤、可塑剤、分散剤、非導電性充填剤などの公知の各種添加剤を、本発明の効果を損なわない程度に配合することができる。

前記導電性繊維を製造する方法は、特に限定されない。一例としては、下記の方法が挙げられる。前記ポリアミド系樹脂（Ａ）、前記樹脂（Ｂ）、前記導電性物質（Ｃ）及び前記各種添加剤を、ヘンシェルミキサーやタンブラー等の混合機を用いて混合し、それをペレット用押出機に供給して溶融混練した後に線状に押出し、３〜５ｍｍ長さに切断してペレットを得る。このペレットを、溶融紡糸機に供給し、所定の太さの繊維に加工することにより前記導電性繊維とする。

本発明の導電性ブラシ用起毛布は、基布に前記導電性繊維を起立してなる。

前記基布は特に限定されず、導電性のものでも、非導電性のものでも良い。その中においても、ポリエステル等の繊維を綾織してなるものが、柔軟性を有する点や、導電性繊維を起立しやすい点などにおいて優れているため好ましい。

前記基布に前記導電性繊維を起立する方法は、特に限定されないが、前記基布に前記導電性繊維を毛ばさみ織りすることで起立する方法が好ましい。

前記導電性ブラシ用起毛布の製造方法は特に限定されないが、前記基布に前記導電性繊維を起立した起毛布に、前記導電性繊維を起立した面と反対の面（導電性繊維の起立していない方の面）から水系導電性コーティング剤を塗布・浸透させ、その後乾燥することで好適に得ることができる。

本発明の導電性ブラシは、前記導電性ブラシ用起毛布を有してなる。

前記導電性ブラシの形状及び製造方法は、共に特に限定されない。一例として、円筒状の金属製基板の上に、前記導電性ブラシ用起毛布を、前記導電性繊維を起立した面と反対の面に導電性接着剤等を塗り、前記基板に貼り付ける事で円筒状の前記導電性ブラシを製造することができる。本発明の導電性ブラシは、電子写真装置用の帯電ブラシ等に好適に用いられる。

以下に実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。実施例中における部及び％は、特に言及がない限り、重量基準である。

なお、本発明において、ポリアミド系樹脂（Ａ）及び樹脂（Ｂ）の水に対する接触角の測定には純水を用い、装置は、接触角計ＣＡ−ＤＳ型（協和界面科学（株）社製）を用いた。
また、体積固有抵抗値は、測定器として、極超絶縁計ＳＭ８２１３型（東亜電波工業（株）社製）を使用して測定した。長さ７ｃｍの導電性繊維の両端１ｃｍの部分にそれぞれ導電性ペースト（ドータイト：藤倉化成（株）社製）を塗り１時間乾燥させ、その後、導電性繊維の両端部の導電性ペーストを塗った部分を測定器に接続して抵抗値を測定した。得られた抵抗値に導電性繊維の断面積を掛けて体積固有抵抗値とした。なお測定は、温度２３℃、相対湿度５５％にて行った。

〔導電性繊維の製造〕
ポリアミド系樹脂（Ａ）として９８％硫酸相対粘度（９８％硫酸相対粘度とは、繊維２５ｇを９８％硫酸２５ｍｌに溶解し、オストワルド粘度計を用いて２５℃で測定した値である。）が２．６である６−ナイロン（接触角６１°）１００重量部、前記ポリアミド系樹脂（Ａ）よりも水に対する接触角の大きい樹脂（Ｂ）としてフッ素系樹脂（ネオフロン ＲＰ−４０２０：ダイキン化学工業（株）社製、接触角９６°）１重量部、導電性物質（Ｃ）としてカーボンブラックの１種であるアセチレンブラック（デンカブラック：電気化学工業（株）社製）２６重量部、酸化防止剤としてイルガノックスＢ１１７１（チバスペシャリティーケミカルス（株）社製）０．２重量部を、二軸同方向押出機を用いて混練し、ペレットを作製した。このペレットを、押出機を用いて溶融紡糸法により太さ５デシテックス、体積固有抵抗値１×１０^６Ωｃｍの導電性繊維を得た。

〔導電性ブラシの製造〕
前述の方法で得られた導電性繊維を用いて、太さ８０番のポリエステル繊維を綾織してなる基布に、植毛密度６０，０００本／平方インチになるように、毛ばさみ織りで織布して起立し、長さ６ｍｍの導電性繊維を有する起毛布を得た。この起毛布の導電性繊維の起立していない方の面から、ロールコーターで体積固有抵抗値が７５Ωｃｍの水系コーティング剤を、起毛布１ｍ^２当たり固形分で６０ｇ塗布した。６０℃の乾燥機で８時間乾燥し、導電性ブラシ用起毛布を得た。
得られた導電性ブラシ用起毛布を用いて、外径８ｍｍの金属棒に巻き付けて外径１６ｍｍ、起毛布を巻き付けた部分の長さ２５ｃｍの導電性ブラシを得た。

〔トナーとの接触試験〕
内寸幅３ｃｍ、内寸長さ２５ｃｍ、内寸高さ５ｃｍの金属製の箱に、直径３ｃｍ、長さ２５ｃｍの金属棒及び前記導電性ブラシを入れ、長さ方向にて金属棒と導電性ブラシとを接触させた。そのとき、金属棒の中心と導電性ブラシの金属軸の中心との距離は２２ｍｍであった。その状態で、導電性ブラシを１２０ｒｐｍで回転させながら、さらにトナー（平均粒子径８μｍ、ポリエステル系粉砕トナー）と接触させた。トナーは５ｇを用いた。１０時間経過後の導電性ブラシへのトナー付着の様子を観察した。
また、導電性ブラシの抵抗値の変化率を、
（抵抗値の変化率）＝｛（試験後の抵抗値）−（試験前の抵抗値）｝÷（試験前の抵抗値）×１００
の式から求めた。ここで、試験前後の各抵抗値は、導電性ブラシの中心から１２ｍｍ離れた１０ｍｍφの金属棒と、導電性ブラシの金属軸との間の抵抗値を測定することで求めた。抵抗値の測定には、測定器として、極超絶縁計ＳＭ８２１３型（東亜電波工業（株）社製）を使用した。また、測定は、温度２０℃、相対湿度５５％下で行った。
また、試験終了後（１０時間経過後）の導電性ブラシの導電性繊維を観察した。結果を表１に示す。

フッ素系樹脂の使用量を５重量部に変更した以外は、実施例１と同様にして導電性繊維、導電性ブラシ用起毛布、及び導電性ブラシを作製し、実施例１と同様に試験を行った。結果を表１に示す。

フッ素系樹脂の使用量を１５重量部に変更した以外は、実施例１と同様にして導電性繊維、導電性ブラシ用起毛布、及び導電性ブラシを作製し、実施例１と同様に試験を行った。結果を表１に示す。

［比較例１］
フッ素系樹脂を使用しなかった以外は、実施例１と同様にして導電性繊維、導電性ブラシ用起毛布、及び導電性ブラシを作製し、実施例１と同様に試験を行った。結果を表１に示す。

［比較例２］
フッ素系樹脂の使用量を４０重量部に変更した以外は、実施例１と同様にして導電性繊維、導電性ブラシ用起毛布、及び導電性ブラシを作製し、実施例１と同様に試験を行った。結果を表１に示す。

［比較例３］
フッ素系樹脂１重量部に変えて、ポリアクリル酸メチル（アルドリッチ（株）社製、接触角５２°）５重量部を使用した以外は、実施例１と同様にして導電性繊維、導電性ブラシ用起毛布、及び導電性ブラシを作製し、実施例１と同様に試験を行った。結果を表１に示す。

フッ素系樹脂を使用しなかった比較例１では、試験終了後の導電性ブラシの導電性繊維にトナーが多く付着しているのが観察された。また、フッ素系樹脂を４０重量部使用した比較例２では、試験終了後の導電性ブラシの導電性繊維の先端部が一部切断していた。また、フッ素系樹脂に変えて、６−ナイロンよりも水に対する接触角の小さいポリアクリル酸メチルを使用した比較例３では、試験終了後の導電性ブラシの導電性繊維にトナーが多く付着しているのが観察された。

これに対し、６−ナイロンよりも水に対する接触角の大きいフッ素系樹脂を本発明の範囲内の量使用した実施例１〜３では、試験終了後の導電性ブラシの導電性繊維を観察したところ変化はなく、トナー付着量も少なかった。

Claims (7)

1. ポリアミド系樹脂（Ａ）１００重量部に対して、前記ポリアミド系樹脂（Ａ）よりも水に対する接触角の大きい樹脂（Ｂ）０．５〜２０重量部及び導電性物質（Ｃ）１０〜４０重量部を含有することを特徴とする導電性繊維。
2. 前記樹脂（Ｂ）が、フッ素系樹脂、シリコン系樹脂及びポリオレフィン系樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種である、請求項１記載の導電性繊維。
3. 前記樹脂（Ｂ）が、フッ素系樹脂である、請求項１記載の導電性繊維。
4. 体積固有抵抗値が１０^３〜１０^１０Ωｃｍであり、かつ太さが１〜５０デシテックス（ｄＴｅｘ）である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の導電性繊維。
5. 導電性物質（Ｃ）がカーボンブラックである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の導電性繊維。
6. 基布に請求項１〜５のいずれか１項に記載の導電性繊維を起立してなる、導電性ブラシ用起毛布。
7. 請求項６記載の導電性ブラシ用起毛布を有してなる、電子写真装置用導電性ブラシ。