JP2009114554A - 導電性繊維およびこれを用いた導電性ブラシ - Google Patents

Abstract

【課題】導電性繊維全体の抵抗値を高く維持したまま、導電性繊維の外層部の比抵抗を低くすることにより、トナーの極性反転率を向上させてトナー帯電量を調整することができ、かつ、リーク等の障害が発生し難い導電性繊維およびこれを用いた導電性ブラシを提供する。
【解決手段】コア部と外層部とからなり、コア部が非導電層であり、外層部が導電層であり、繊度が０．３ｄＴ以上、３０ｄＴ以下の範囲内であり、繊維全体の抵抗値が１フィラメント、１０ｍｍ当たり１×１０^９Ω以上、１×１０^１２Ω以下の範囲内であり、導電層の比抵抗が０．１Ωｃｍ以上、２５０Ωｃｍ以下の範囲内である。
【選択図】図１

Description

本発明は、導電性繊維およびこれを用いた導電性ブラシに関するものである。さらに詳しくは、トナーの極性反転率に優れ、トナー帯電量を調整することができる導電性繊維およびこれを用いた導電性ブラシに関するものである。

従来、電子写真方式の画像形成装置には、導電装置として、感光体等の被帯電体（静電潜像担持体）を帯電させるための帯電装置、転写用被帯電体を除電するための除電装置、トナー像を転写材へ転写するための転写装置、または感光体から不要なトナーを除くためのクリーニング装置（以下、「帯電装置等」と称することがある）が用いられている。即ち、上記帯電装置等を用いた画像形成装置では、帯電手段によって感光体表面を帯電させ、感光体上に静電潜像を形成させ、現像手段によって現像剤を用いて静電潜像を現像し、転写手段によって記録紙等の記録媒体上に現像剤像を転写することによって画像が形成される。転写後の感光体は、クリーニング手段によって、残存する現像剤等が除去され、除電手段によって除電される。

上記帯電装置等には、導電性のブラシ毛を有する帯電ブラシ、すなわち導電性ブラシが用いられている。導電性ブラシは、注入された電荷をブラシ毛から放出する、電荷を受容する、または静電力を発生させることによって、各装置として求められる帯電等の機能を実現するものである。このような導電性ブラシは、基布上にブラシ毛が形成されたブラシ布を、ロール軸等に固定する等の工程を経て形成される。

良好な画像の形成には、導電性ブラシによって被帯電体が均一に帯電されることが望まれる。被帯電体が不均一に帯電された場合には、出力される画像は不均一な画像となってしまう。また、導電性ブラシがクリーニング装置に用いられる場合には、クリーニング性不良を起こしてしまい、出力される画像を乱してしまう。

このような導電性繊維として、例えば、特許文献１には、「鞘成分が導電性カーボンブラックを含有したポリアミド、芯成分がポリアミドからなり、電気抵抗値が１０^４〜１０^１５Ω／ｃｍである芯鞘複合型導電性繊維」が示されている。また、特許文献２には、「粉末状での体積抵抗率（比抵抗）が１０^４Ωｃｍ以下である導電性微粒子を含有する導電性複合繊維」が示されている。
特開２００５−２３４６３号公報（平成１７年１月２７日公開） 特開平１１−６５２２７号公報（平成１１年３月５日公開）

しかしながら、特許文献１に示される「芯鞘複合型導電性繊維」は、電気抵抗値が１０^４〜１０^１５Ω／ｃｍである。つまり、芯鞘複合型導電性繊維全体の電気抵抗値が高い。その結果、十分な電荷注入性を確保することが難しく、トナーの極性反転率が低いという問題点を有している。

また、特許文献２に示される「導電性複合繊維」は、粉末状での体積抵抗率（比抵抗）が１０^４Ωｃｍ以下である導電性微粒子を含有している。つまり、十分な電荷注入性を確保するために、比抵抗を低下させている。その結果、上記導電性複合繊維全体の抵抗値を非常に低いレベルにする必要があり、該導電性複合繊維をＯＰＣ（有機光導電体／Organic Photo Conductor）ドラム等に用いる場合には、過電流が流れ易く、リーク等の障害が発生し易いという問題点を有している。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、導電性繊維全体の抵抗値を高く維持したまま、導電性繊維の外層部の比抵抗を低くすることにより、トナーの極性反転率を向上させてトナー帯電量を調整することができ、かつ、リーク等の障害が発生し難い導電性繊維およびこれを用いた導電性ブラシを提供することにある。

本発明の導電性繊維は、上記課題を解決するために、コア部と外層部とからなり、上記コア部が非導電層であり、上記外層部が導電層であり、繊度が０．３ｄＴ以上、３０ｄＴ以下の範囲内であり、繊維全体の抵抗値が１フィラメント、１０ｍｍ当たり１×１０^９Ω以上、１×１０^１２Ω以下の範囲内であり、上記導電層の比抵抗が０．１Ωｃｍ以上、２５０Ωｃｍ以下の範囲内であることを特徴としている。

上記の発明によれば、本発明の導電性繊維は、コア部と外層部とからなり、上記コア部が非導電層であり、上記外層部が導電層であるので、コア部と外層部との比抵抗に差異を生じさせることができる。また、本発明の導電性繊維は、繊度が０．３ｄＴ以上、３０ｄＴ以下の範囲内であり、繊維全体の抵抗値が１フィラメント、１０ｍｍ当たり１×１０^９Ω以上、１×１０^１２Ω以下の範囲内であるので、過電流が流れ難く、ＯＰＣドラム等へのリークを抑制することができる。また、本発明の導電性繊維は、上記導電層の比抵抗が０．１Ωｃｍ以上、２５０Ωｃｍ以下の範囲内であるので、電荷注入性を向上させ、トナーの極性反転率を向上させることができる。その結果、本発明の導電性繊維は、帯電量を調整することが可能となる。即ち、本発明の導電性繊維は、リークの抑制と、トナーの極性反転率の向上および帯電量の調整とを両立することができる。

ここで、トナーの極性反転率とは、トナーと逆極性のバイアスを印加した導電性ブラシ（導電性繊維を用いたブラシ）にトナーを通過させた際に、導電性ブラシにより極性を反転させられて排出されたトナーの割合をいう。

また、本発明の導電性繊維は、コア部と外層部とからなり、上記コア部が非導電層であり、上記外層部が導電層であり、繊度が０．３ｄＴ以上、３０ｄＴ以下の範囲内であり、繊維全体における断面積に対する上記導電層における断面積の占有率が１％以上であり、次に示す式（１）
ｙ＝０．３１ｘ^−１×１００・・・（１）
（式（１）中、ｙは導電層における断面積の占有率（％）を表し、ｘは繊維全体における繊度（ｄＴ）を表す）
で規定される占有率（％）よりも低いことが好ましい。

上記の発明によれば、本発明の導電性繊維は、コア部と外層部とからなり、上記コア部が非導電層であり、上記外層部が導電層であるので、コア部と外層部との比抵抗に差異を生じさせることができる。また、本発明の導電性繊維は、繊度が０．３ｄＴ以上、３０ｄＴ以下の範囲内であり、繊維全体における断面積に対する上記導電層における断面積の占有率が１％以上であり、上記式（１）で規定される占有率（％）よりも低いので、上記導電層における断面積を小さくすることができる。そして、上記導電層以外の部分（非導電層）の断面積を大きくすることができる。これにより、本発明の導電性繊維は、繊維全体の抵抗値を維持しながら電荷注入性を向上させ、トナーの極性反転率を向上させることができる。その結果、本発明の導電性繊維は、ＯＰＣドラム等へのリークを抑制しながら帯電量を調整することが可能となる。

また、本発明の導電性ブラシは、上記導電性繊維を用いていることが好ましい。

これにより、本発明の導電性ブラシは、従来の導電性繊維を用いた導電性ブラシと比較して、過電流が流れ難く、ＯＰＣドラム等へのリークを抑制することができる。さらに、本発明の導電性ブラシは、電荷注入性を向上させ、トナーの極性反転率を向上させることができる。その結果、本発明の導電性ブラシは、帯電量を調整することが可能となる。

また、本発明の画像形成装置は、上記導電性ブラシを備えていることが好ましい。

これにより、本発明の画像形成装置は、従来の導電性ブラシを備えた画像形成装置と比較して、リークを抑制することができ、さらに、帯電量を調整することが可能となる。

本発明の導電性繊維は、以上のように、コア部と外層部とからなり、上記コア部が非導電層であり、上記外層部が導電層であり、繊度が０．３ｄＴ以上、３０ｄＴ以下の範囲内であり、繊維全体の抵抗値が１フィラメント、１０ｍｍ当たり１×１０^９Ω以上、１×１０^１２Ω以下の範囲内であり、上記導電層の比抵抗が０．１Ωｃｍ以上、２５０Ωｃｍ以下の範囲内のものである。

それゆえ、トナーの極性反転率を向上させてトナー帯電量を調整することができ、かつ、リーク等の障害が発生し難い導電性繊維およびこれを用いた導電性ブラシを提供するという効果を奏する。

以下、本発明について詳しく説明するが、本発明の範囲はこれらの説明に拘束されることはなく、以下の例示以外についても、本発明の趣旨を損なわない範囲で適宜変更して実施し得るものである。具体的には、本発明は下記の実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

＜導電性繊維＞
本発明の導電性繊維は、コア部と外層部とからなり、上記コア部が非導電層であり、上記外層部が導電層であり、繊度が０．３ｄＴ以上、３０ｄＴ以下の範囲内であり、繊維全体の抵抗値が１フィラメント、１０ｍｍ当たり１×１０^９Ω以上、１×１０^１２Ω以下の範囲内であり、上記導電層の比抵抗が０．１Ωｃｍ以上、２５０Ωｃｍ以下の範囲内である。

また、本発明の導電性繊維は、コア部と外層部とからなり、上記コア部が非導電層であり、上記外層部が導電層であり、繊度が０．３ｄＴ以上、３０ｄＴ以下の範囲内であり、繊維全体における断面積に対する上記導電層における断面積の占有率が１％以上であり、次に示す式（１）
ｙ＝０．３１ｘ^−１×１００・・・（１）
（式（１）中、ｙは導電層における断面積の占有率（％）を表し、ｘは繊維全体における繊度（ｄＴ）を表す）
で規定される占有率（％）よりも低いことが好ましい。

即ち、本発明の導電性繊維は、コア部と外層部とからなっている。そして、本発明の導電性繊維は、コア部の周囲に外層部を被覆してなっている。

本発明の導電性繊維は、上記コア部が非導電層であり、上記外層部が導電層である。上記外層部を導電層にする方法は特に限定されないが、例えば、外層部に導電性材料を練り込む方法等が挙げられる。導電性材料としては、カーボン、ニッケル等の金属、酸化錫等の金属酸化物の粉が用いられる。また、本発明の導電性繊維は、最外層部（シェル部）が導電層であることが好ましい。

本発明の導電性繊維において、コア部の層と外層部の層とが剥離、欠落等しないように、両層は同種の重合体からなっていることが好ましい。

本発明の導電性繊維を形成する材料（重合体）としては、ポリアミド、ポリエステル、アクリル等が挙げられる。

本発明の導電性繊維の断面形状は、特に限定されない。例えば、円形状、扁平状、多葉形状等が挙げられる。ただし、本発明の導電性繊維は、外層部がコア部を完全に包み込む芯鞘型であることが必要である。

本発明の導電性繊維を従来公知の方法で集合させることにより、導電性糸を得ることができる。上記導電性糸としては、例えば、フィラメント糸、紡績糸等が挙げられる。フィラメント糸は長繊維糸であり、断面が円柱状である強度が高い糸である。また、紡績糸は短繊維糸であり、綿花を紡いで糸にしたものが原型であり、強度が低い。紡績糸をブラシ毛として使用したブラシは、例えば、記録媒体の搬送における紙粉除去ブラシや、画像形成装置の隙間から現像剤が飛散して漏れるのを防ぐためのシールブラシ等の特殊な用途で使用される。帯電ブラシは、感光体ドラムの表面に摺接させた状態で使用される。そのため、ブラシ毛が紡績糸であると、ブラシ毛が切れるおそれがある。よって、帯電ブラシのブラシ毛は、フィラメント糸であることが好ましい。

フィラメント糸としては、例えば、６−ナイロン、１２−ナイロン、ポリエステル、アクリル、ビニロン、アラミド等の合成樹脂からなるもの、または、これらの２種以上からなる混合物等が挙げられ、使用される画像形成装置等に合わせて、最適な材料が選定される。

本発明の導電性繊維の繊度（太さ）は、０．３ｄＴ以上、３０ｄＴ以下の範囲内である。上記の範囲内であれば、コア部と外層部とを有する複合構造になる。また、本発明の導電性繊維の繊度は、繊維を密に配置したブラシが作製可能であり、かつ、該ブラシのトナーとの接触確率が高くなり、該ブラシの電荷制御性が向上するとの理由から、０．３ｄＴ以上、６ｄＴ以下であることが好ましく、０．３ｄＴ以上、２ｄＴ以下であることが特に好ましい。

ここで、デシテックス（ｄＴ）とは、「長さ１０，０００ｍの繊維（糸）の重さがＮグラムであるとき、その繊維（糸）はＮデシテックス（ｄＴ）である」と定義される。

本発明の導電性繊維における繊維全体の抵抗値が１フィラメント、１０ｍｍ当たり１×１０^９Ω以上、１×１０^１２Ω以下の範囲内である。また、本発明の導電性繊維における繊維全体の抵抗値は、繊維を製造し易いとの理由から、１×１０^９Ω以上、１×１０^１０Ω以下の範囲内であることが好ましい。

本発明の導電性繊維における繊維全体の抵抗値は、１フィラメント、１０ｍｍ当たり１×１０^９Ω以上、１×１０^１２Ω以下の範囲内である。本発明の導電性繊維における繊維全体の抵抗値は、１５ｍｍの繊維束の総フィラメント（繊維）での抵抗値を測定し、その値を１０ｍｍ当たりの繊維束での抵抗値に換算する。そして、上記繊維束は、５０〜１００フィラメント（繊維）で構成されているため、１フィラメント（繊維）での抵抗値に換算し、本発明の導電性繊維全体の抵抗値を求める。

本発明の導電性繊維における外層部の比抵抗は、０．１Ωｃｍ以上、２５０Ωｃｍ以下の範囲内である。また、本発明の導電性繊維における外層部の比抵抗は、特に大きな電荷注入性を有するとの理由から、１Ωｃｍ以上、１００Ωｃｍ以下であることが好ましい。

これに対して、本発明の導電性繊維におけるコア部は、ほぼ絶縁性であるが、外層部の比抵抗の１０倍以上、即ち２５００Ωｃｍ以上の比抵抗の導電性を有するものであってもよい。つまり、本発明において、「非導電性である」とは、完全な絶縁性である場合と、隣接する他の層における比抵抗の１０倍以上の比抵抗を示す高抵抗である場合との双方を含んでいる。

比抵抗（体積抵抗率）の測定方法は、特に限定されない。例えば、下記算出方法によって算出することができる。

ρ（Ωｃｍ）＝Ｒ（Ω）×[Ｓ（ｃｍ^２）×ａ（％）／｛ａ（％）＋ｂ（％）｝]／Ｌ（ｃｍ）
ρ（Ωｃｍ）：比抵抗
Ｒ（Ω）：繊維全体の抵抗値
Ｓ（ｃｍ^２）：繊維全体の断面積
Ｌ（ｃｍ）：繊維の長さ
ａ（％）：導電層（外層部）の断面積比率
ｂ（％）：非導電層（コア部）の断面積比率
図１は、本発明における導電性繊維の一実施形態での、外層部の比抵抗とトナーの極性反転率との関係を示すグラフである。図１により、外層部の比抵抗が２５０Ωｃｍ以下の場合に、トナーの極性反転率が２０％以上となることが確認できる。

本発明の導電性繊維は、繊維全体における断面積に対する上記導電層における断面積の占有率が１％以上であり、かつ、上記式（１）で規定される占有率（％）よりも低い。また、本発明の導電性繊維は、繊維全体における断面積に対する上記導電層における断面積の占有率が、トナーとの接触確率が高くなる繊度である０．３〜６ｄＴの繊維において上記比抵抗となるとの理由から、８％以上、９９％以下の範囲内であることが好ましい。

図２は、本発明における導電性繊維の一実施形態での、各繊度における導電層の面積占有率を示すグラフである。図２は、導電層の比抵抗が２５０Ωｃｍであり、かつ、繊維全体の抵抗値が１０^９Ωであるという繊維が、各繊度においてどれだけの導電層面積占有率で構成されるかを算出するものである。つまり、図２により、グラフ中の曲線より下の領域は、本発明の条件を満たすことが確認できる。

＜導電性繊維の製造方法＞
本発明の導電性繊維は、公知の複合溶融方法により得られる。例えば、加熱下の押し出し機で、導電性繊維を形成する重合体を溶融する。その際、コア部用重合体と外層部用重合体とを別々に溶融する。その後、溶融した重合体を冷却風により冷却する。そして、冷却した繊維に油剤を付与し、公知の巻き取り機にて巻き取り、芯鞘丸断面の未延伸繊維を得る。さらに、巻き取った繊維を加熱型延伸機により、熱を掛けながら延伸する。上記の方法等の公知の複合溶融方法により、本発明の導電性繊維を得ることができる。

＜ブラシ（導電性ブラシ）＞
本発明において、ブラシとは、基部と当該基部上に形成されたブラシ毛（フィラメント糸等）とを備えるものであればよく、それ以外の形状、構造、素材等は特に限定されない。また、ブラシ毛の長さ、太さ等は特に限定されない。

ブラシ毛としては、本発明の導電性繊維が用いられる。基部は、可撓性または不撓性の素材からなっていればよく、その形状等は特に限定されない。ブラシ毛の固定方法は、特に限定されない。例えば、接着剤で接着することによる固定、留め具による固定、基部にパイル織によって織り込むことによる固定、植毛による固定等が挙げられる。植毛方法としては特に限定されないが、例えば静電植毛等が挙げられる。

本発明の導電性ブラシは、帯電装置（帯電ブラシ）、除電装置（除電ブラシ）、転写装置（転写ブラシ）等の導電装置に好適に用いることができる。本発明の導電性ブラシを帯電ブラシまたは除電ブラシに用いる場合、対象物、即ち感光体ドラム等の被帯電体を、均一に、即ち緻密でムラなく帯電または除電することができる。また、従来、転写ベルトに転写ブラシが摺接することで、転写ベルトが磨耗するという問題があったが、転写ブラシを本発明の導電性ブラシとすることにより、磨耗を軽減することができる。

また、本発明の導電性ブラシを画像形成装置のクリーニング装置（クリーニングブラシ）に用いる場合、本発明の導電性ブラシは、クリーニング材として好適であると共に、感光体、ベルト、ゴムロール等の被クリーニング体における、ブラシの摺接による磨耗を軽減することができる。

本発明の導電性ブラシとしては、例えば、導電性帯電制御ブラシ、導電性クリーニングブラシ、導電性ロールブラシ、導電性バーブラシ、導電性静電植毛ブラシ等が挙げられる。また、本発明の導電性ブラシとしては、パイル生地をシャフトに巻き付けた導電性ブラシ、板金に貼り付けた導電性ブラシ等も挙げられる。

本発明の導電性ブラシの製造方法は、本発明の導電性繊維を用いること以外は、従来公知のブラシの製造方法を使用する。

＜画像形成装置＞
本発明の導電性ブラシは、画像形成装置内に設けられ、帯電装置（帯電ブラシ）、除電装置（除電ブラシ）、転写装置（転写ブラシ）等の導電装置に利用される。また、本発明の導電性ブラシは、画像形成装置内で電荷制御手段として用いられ、電子写真用ＯＰＣクリーニングシステム、ＯＰＣクリーナレス帯電システム、転写クリーニングシステム、転写システム、トナー供給システム、現像システム等に利用される。

画像形成装置は、スキャナにて読み込まれた画像や、画像形成装置に外部から接続された機器（例えばパーソナルコンピュータ等の画像処理装置）からのデータを画像として記録出力するものである。画像形成装置としては、具体的にプリンター、複写機、ファクシミリ機等が挙げられる。

例えば、電子写真用ＯＰＣクリーニングシステムについては、トナー回収手段となるバイアスクリーニングブラシの上流に、電荷制御手段として本発明の導電性ブラシを使用することによって、トナー回収手段での回収性が改善され、かつ、電荷制御手段である本発明の導電性ブラシの汚染が防止され耐久性が向上する。

転写システムについては、転送システム内で、転写前トナーにバイアスを印加した本発明の導電性ブラシを微小な空隙を持たせて対向させることによって、トナーの帯電性が良好になり、転写効率が改善される。

トナー供給システムについては、電荷制御手段として本発明の導電性ブラシを使用することによって、現像部に供給されるトナーの帯電量が上昇し、画像が改善される。

現像システムについては、現像手段として本発明の導電性ブラシを使用することによって、トナーの帯電性が良好になる。

なお、本発明の導電性ブラシを設けた画像形成装置は、上記各装置等の接触ニップ幅；導電性繊維束の密度；等を調整することにより、さらなる性能アップを図ることが可能である。

本発明の導電性ブラシを画像形成装置に利用するに当たっては、帯電装置（帯電ブラシ）、除電装置（除電ブラシ）、転写装置（転写ブラシ）等の導電装置、および、その他の画像形成装置の構成において、導電性ブラシ以外の構成は、特に限定されるものではなく、従来の画像形成装置における技術を好適に利用することができる。

本発明の導電性繊維およびこれを用いた導電性ブラシは、プリンター、複写機、ファクシミリ機等の画像形成装置における帯電装置、クリーニング装置、転写装置、除電装置等に利用することができる。また、本発明の導電性ブラシを備えた画像形成装置は、画像の濃度ムラの少ない高画質の画像を形成することができるため、家庭用から工業設備用に至る様々な電気製品の分野に好適に用いることができる。

本発明における導電性繊維の一実施形態での、外層部の比抵抗とトナーの極性反転率との関係を示すグラフである。 本発明における導電性繊維の一実施形態での、各繊度における導電層の面積占有率を示すグラフである。

Claims (4)

1. コア部と外層部とからなり、
   上記コア部が、非導電層であり、
   上記外層部が、導電層であり、
   繊度が、０．３ｄＴ以上、３０ｄＴ以下の範囲内であり、
   繊維全体の抵抗値が、１フィラメント、１０ｍｍ当たり１×１０^９Ω以上、１×１０^１２Ω以下の範囲内であり、
   上記導電層の比抵抗が、０．１Ωｃｍ以上、２５０Ωｃｍ以下の範囲内であることを特徴とする導電性繊維。
2. コア部と外層部とからなり、
   上記コア部が、非導電層であり、
   上記外層部が、導電層であり、
   繊度が、０．３ｄＴ以上、３０ｄＴ以下の範囲内であり、
   繊維全体における断面積に対する上記導電層における断面積の占有率が、１％以上であり、次に示す式（１）
   ｙ＝０．３１ｘ^−１×１００・・・（１）
   （式（１）中、ｙは導電層における断面積の占有率（％）を表し、ｘは繊維全体における繊度（ｄＴ）を表す）
   で規定される占有率（％）よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の導電性繊維。
3. 請求項１または２に記載の導電性繊維を用いていることを特徴とする導電性ブラシ。
4. 請求項３に記載の導電性ブラシを備えていることを特徴とする画像形成装置。

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