JP2018181680A

JP2018181680A - 除電体

Info

Publication number: JP2018181680A
Application number: JP2017081602A
Authority: JP
Inventors: 吉田　雅人; Masahito Yoshida; 雅人吉田; 大地池内; Daichi Ikeuchi
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2017-04-17
Filing date: 2017-04-17
Publication date: 2018-11-15
Anticipated expiration: 2037-04-17
Also published as: JP6876977B2

Abstract

【課題】耐摩耗性に優れた除電体を提供する。【解決手段】除電ブラシ１は、線径が２０μｍ以下の複数の金属線１００を備え、複数の金属線１００の各々は、タングステン、又は、レニウムとタングステンとの合金からなる。【選択図】図１

Description

本発明は、除電体に関する。

従来、プリンター又は複写機などの静電除去が必要な装置には、静電気を除去するための除電ブラシが設けられている。例えば、特許文献１には、導電性の繊維状電極を複数備える除電ブラシが開示されている。

特開２０１１−１４３１６８号公報

除電ブラシは、紙などの除電の対象物と接触する際に、隣り合う繊維状電極同士で接触して摩耗する。

そこで、本発明は、耐摩耗性に優れた除電体を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る除電体は、線径が２０μｍ以下の複数の金属線を備え、前記複数の金属線の各々は、タングステン、又は、レニウムとタングステンとの合金からなる。

本発明によれば、耐摩耗性に優れた除電体を提供することができる。

実施の形態に係る除電ブラシの正面図である。図１のＩＩ−ＩＩ線における実施の形態に係る除電ブラシの断面図である。実施の形態に係る除電ブラシが備える撚線の斜視図である。実施の形態に係る除電ブラシの特性を示す図である。実施の形態に係る除電ブラシの撚線を構成する金属線の製造方法を示す遷移図である。実施の形態に係る除電ブラシの製造方法を示す遷移図である。

以下では、本発明の実施の形態に係る除電体について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。

［除電ブラシ（除電体）］
まず、本実施の形態に係る除電ブラシの概要について、図１〜図３を用いて説明する。図１及び図２はそれぞれ、本実施の形態に係る除電ブラシ１の正面図である。図２は、図１に示すＩＩ−ＩＩ線における断面を示している。図３は、本実施の形態に係る撚線１０の斜視図である。

除電ブラシ１は、静電気を除去する除電体の一例である。図１及び図２に示すように、除電ブラシ１は、複数の撚線１０と、複数の撚線１０を支持する支持部２０とを備える。

複数の撚線１０は、除電ブラシ１のブラシ部であり、対象物に接触した場合に、対象物に帯電した静電荷を対象物から除去する。複数の撚線１０の各々は、図３に示すように、複数の金属線１００をｎ本ずつ撚ることで形成されている。ここで、ｎは、２以上の自然数である。図３には、ｎ＝６の場合、すなわち、６本の金属線１００が撚られた撚線１０を示している。

本実施の形態では、複数の撚線１０の各々の構成は、互いに同じである。撚線１０は、例えば、ｎ本の金属線１００に合撚加工を施すことで形成された合撚糸である。なお、撚線１０は、ｎ本の金属線１００にカバーリング加工を施すことで形成されたカバーリング糸であってもよい。図３に示す撚線１０のピッチＰは、例えば５ｍｍであるが、これに限らない。

なお、複数の撚線１０の各々の構成は、互いに異なっていてもよい。例えば、撚り加工に用いる金属線１００の本数であるｎは、撚線１０毎に異なっていてもよい。例えば、除電ブラシ１には、３本の金属線１００が撚られた撚線１０と、７本の金属線１００が撚られた撚線１０とが含まれていてもよい。また、撚り加工の方法が撚線１０毎に異なっていてもよい。例えば、除電ブラシ１には、カバーリング加工された撚線１０と、合撚加工された撚線１０とが含まれてもよい。

撚線１０を構成する複数の金属線１００の各々は、タングステン（Ｗ）からなる。詳細については、後で説明する。

支持部２０は、複数の撚線１０を挟んで固定する部材であり、支持体２１と、支持体２１を内部に収納する枠体２２とを備える。複数の撚線１０は、支持体２１に巻かれるように配置されており、支持体２１と枠体２２との間に挟まれて固定されている。詳細については、図６を用いて後で説明する。

支持体２１は、金属製の細長板である。支持体２１は、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼などを用いて形成されている。支持体２１の長手方向に沿って、複数の撚線１０が並んで配置されている。

枠体２２は、図２に示すように、断面が略Ｃ字状の金属製の細長い部材である。枠体２２の略Ｃ字の開口部分から複数の撚線１０が外方に延びるように設けられている。枠体２２は、例えばアルミ押出材であるが、これに限らない。細長い板金に曲げ加工を施すことで、枠体２２を形成してもよい。

支持体２１及び枠体２２は、複数の撚線１０と電気的に接続されている。支持体２１及び枠体２２の少なくとも一方は接地されており、複数の撚線１０が除去した静電荷を逃がすことができる。

なお、除電ブラシ１の構成は、図１及び図２に示した構成に限らない。例えば、複数の撚線１０が接着シートなどによって支持体２１に固定されていてもよい。

本実施の形態に係る除電ブラシ１は、例えば、プリンター、複写機、ファクシミリなどのＯＡ機器、ＡＴＭ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＴｅｌｌｅｒＭａｃｈｉｎｅ）、発券機、光学ディスクドライブ、プラスチックフィルム製造機などの静電気除去が必要な装置に搭載される。あるいは、除電ブラシ１は、ユーザが手に持って利用可能で、例えば、衣服の静電気を除去するハンドブラシとして利用されてもよい。

除電ブラシ１は、タングステンからなる金属線１００を備えているので、耐摩耗性に優れている。以下では、金属線１００の詳細について説明する。

［金属線］
金属線１００は、タングステンからなるタングステン線である。金属線１００は、純度が９９．９％以上の純タングステンからなる。なお、金属線１００を構成するタングステンの純度は、例えば９５％以上でもよい。タングステンは、モース硬度が高いので、タングステンからなる金属線１００同士が擦れ合ったとしても、互いに傷が付きにくい。このため、金属線１００は、耐摩耗性に優れている。

金属線１００の線径は、２０μｍ以下である。金属線１００の線径が十分に小さいため、金属線１００の柔軟性が増し、曲げやすくなる。これにより、金属線１００の撚り加工が行いやすくなる。金属線１００の線径は、例えば１５μｍ以下でもよく、１０μｍ以下でもよい。金属線１００の延在方向における断面形状は、円形であるが、正方形などの矩形又は楕円形などでもよい。

タングステンからなる金属線１００は、線径が小さくなる程、強度が強くなる。このため、金属線１００の線切れの発生を抑制することができるので、支持部２０からの脱離の発生を抑制することができる。これにより、除電ブラシ１の除電性能の低下を抑制することができる。

金属線１００の表面粗さＲａは、例えば０．１０μｍ以下である。これにより、金属線１００同士が擦れ合った場合でも、互いに傷が付きにくくなる。複数の金属線１００に撚り加工を施して撚線１０を形成した場合も同様である。このため、除電ブラシ１の耐摩耗性をより高めることができる。

本実施の形態では、複数の金属線１００に撚り加工を施すことで、図３に示す撚線１０が形成されている。撚線１０を構成する複数の金属線１００の各々の構成は、互いに異なっていてもよい。例えば、金属線１００の線径又は表面粗さは、金属線１００毎に異なっていてもよい。

［除電ブラシの特性］
ここで、本実施の形態に係る除電ブラシ１の特性について、図４を用いて説明する。図４は、本実施の形態に係る除電ブラシ１の特性を示す図である。図４では、金属線１００の線径毎に、除電ブラシ１の対象物に対するダメージ性、埃の除去性（すなわち、ブラシ性）、耐摩耗性及び除電性を示している。「○」は性能が優れていることを表し、「×」は性能が好ましくはないことを表している。

図４に示すように、金属線１００の線径によらず、除電ブラシ１の耐摩耗性及び除電性は優れている。これは、金属線１００が、モース硬度が高く、かつ、導電性に優れたタングステンを用いて形成されているためである。

なお、金属線１００は、対象物に接触することで、対象物に帯電している静電荷を取り除く。このため、金属線１００が硬い場合に、対象物に傷などのダメージを与える恐れがある。なお、対象物は、紙、光ディスク、プラスチックフィルムなどである。

これに対して、図４に示すように、線径が２０μｍ以下の場合、対象物に対するダメージが小さい。線径が２０μｍ以下の場合、金属線１００の屈曲性が高められるので、金属線１００が滑らかに動きやすく、対象物に対して滑りやすくなる。このため、対象物に対する金属線１００の引っかかりが生じにくくなり、傷などのダメージが抑制される。

一方で、線径が２５μｍ以上の場合、線径が２０μｍ以下の場合よりも金属線１００の屈曲性が悪くなるので、対象物に対して引っかかりが生じやすくなって、ダメージが大きくなる。

また、除電ブラシ１のブラシ性能、すなわち、埃の除去性は、線径が２５μｍ以下の場合に、埃が適切に除去できる。一方で、線径が３０μｍ以上の場合、金属線１００の動きが鈍くなってブラシ性能が少し悪くなる。

なお、本実施の形態に係る除電ブラシ１は、複数の金属線１００が撚られた撚線１０を備える。撚線１０としての線径は、金属線１００の線径の２倍以上であり、例えば５０μｍである。除電ブラシ１は、撚線１０を備えることで、撚線１０と同じ径の単線を備える場合よりも撚線１０の表面積が大きくなるので、除電性が高くなる。また、撚線１０のピッチを大きくすることで、複数の金属線１００の各々が動きやすくなって、対象物に与えるダメージが小さくなり、かつ、埃の除去性が向上する。

［除電ブラシの製造方法］
以下では、除電ブラシ１の製造方法について説明する。除電ブラシ１の製造方法は、細線化された金属線１００を作製する工程と、複数の金属線１００を用いて除電ブラシ１を製造する工程とを含んでいる。

以下では、まず、図５を用いて金属線１００を作製する工程について説明する。図５は、本実施の形態に係る金属線１００の製造方法を示す遷移図である。

まず、図５の（ａ）に示すように、タングステン粉末１０１を準備する。タングステン粉末１０１の平均粒径は、例えば５μｍであるが、これに限らない。

次に、タングステン粉末１０１に対してプレス及び焼結（シンター）を行うことで、タングステンからなるインゴットを作製する。周囲から鍛造圧縮して伸展するスエージング加工を、インゴットに対して行うことで、図５の（ｂ）に示すように、ワイヤー状のタングステン線１０２を作製する。例えば、焼結体であるタングステンのインゴットは、線径が１５ｍｍ程度であるのに対して、ワイヤー状のタングステン線１０２は、線径が３ｍｍ程度である。

次に、図５の（ｃ）に示すように、伸線ダイスを用いた線引き加工を行う。

具体的には、まず、図５の（ｃ１）に示すように、タングステン線１０２をアニールする。具体的には、バーナーで直接的にタングステン線１０２を加熱するだけでなく、タングステン線１０２に電流を流しながら加熱する。アニール工程は、スエージング加工又は線引き加工によって生じる加工歪を除去するために行われる。

次に、図５の（ｃ２）に示すように、伸線ダイス３０を用いてタングステン線１０２の線引き、すなわち、伸線を行う。なお、前段のアニール工程によって、タングステン線１０２が加熱されて柔らかくなっているので、伸線を容易に行うことができる。タングステン線１０２が細線化されることで、その引張強度が高くなる。つまり、線引き工程によって細線化されたタングステン線１０３は、タングステン線１０２よりも引張強度が高い。なお、タングステン線１０３の線径は、例えば０．６ｍｍであるが、これに限らない。

次に、図５の（ｃ３）に示すように、ダイス交換を行う。具体的には、次の線引き加工に利用するダイスとして、伸線ダイス３０よりも口径が小さい伸線ダイス３１を選択する。なお、伸線ダイス３０及び３１は、例えば、焼結ダイヤモンド又は単結晶ダイヤモンドなどから構成されるダイヤモンドダイスである。

タングステン線１０３の線径が所望の線径（具体的には、２０μｍ以下）になるまで、図５の（ｃ１）〜（ｃ３）を繰り返し行う。このとき、図５の（ｃ２）で示す線引き工程は、対象となるタングステン線の線径に応じて、伸線ダイス３０又は３１の形状及び硬さ、使用する潤滑剤、並びに、タングステン線の温度などを調整することで行われる。

図５の（ｃ１）で示すアニール工程も同様に、対象となるタングステン線の線径に応じて、アニール条件を調整する。具体的には、タングステン線の線径が大きい程、高い温度でアニールし、タングステン線の線径が小さい程、低い温度でアニールする。例えば、タングステン線の線径が大きい場合、具体的には、１回目の線引き加工のときのアニール工程では、１４００℃〜１８００℃の温度でアニールする。所望の線径になる最終線引き加工のときの最終アニール工程では、１２００℃〜１５００℃の温度で加熱する。なお、最終アニール工程では、タングステン線への通電を行わなくてもよい。

また、線引き加工の繰り返しの際に、アニール工程は省略されてもよい。例えば、最終アニール工程は省略されてもよい。具体的には、最終アニール工程を省略し、潤滑剤並びに伸線ダイスの形状及び硬さを調節してもよい。

最後に、図５の（ｄ）に示すように、所望の線径になったタングステン線１０４に対して電解研磨を行うことにより、タングステン線１０４の表面を滑らかにする。電解研磨工程は、図５の（ｄ）に示すように、例えば水酸化ナトリウム水溶液などの電解液４０に、タングステン線１０４と炭素棒などの対向電極４１とを浸した状態で、タングステン線１０４と対向電極４１との間に通電することで行われる。

以上の工程を経て、図５の（ｅ）に示すように、金属線１００が製造される。

続いて、製造した金属線１００を用いて除電ブラシ１を製造する方法を、図６を用いて説明する。図６は、本実施の形態に係る除電ブラシ１の製造方法を示す遷移図である。

まず、図６の（ａ）に示すように、複数の金属線１００に撚り加工を施すことで、１本の長い撚線１１が製造される。例えば、６本の金属線１００に合撚加工を施すことで、撚線１１を製造する。撚線１１の長さは、例えば、除電ブラシ１が備える複数の撚線１０の各々の長さの合計値より長い。

次に、図６の（ｂ）に示すように、支持体２１の周りに撚線１１を巻きつける。このとき、支持体２１の短手方向の一方側にのみ、十分な長さをはみ出させて撚線１１を巻きつける。はみ出す量は、除電ブラシ１の撚線１０の長さより大きい。巻きつけの間隔は、等間隔であり、例えば１ｍｍ以下の間隔であるが、特に限定されない。

次に、図６の（ｃ）に示すように、撚線１１を巻きつけた状態で、枠体２２を取り付ける。具体的には、枠体２２で支持体２１及び撚線１１を挟んで固定する。

次に、図６の（ｄ）に示すように、切断装置５０によって撚線１１のはみ出た部分の端部を切断する。これにより、図１に示す除電ブラシ１が製造される。

なお、図５及び図６はそれぞれ、金属線１００及び除電ブラシ１の製造方法の各工程を模式的に示したものである。各工程を個別に行ってもよく、各工程をインラインで行ってもよい。例えば、複数の伸線ダイスは、生産ライン上で順次口径が小さくなる順で並べられており、各伸線ダイス間にアニール工程を行う加熱装置などが配置されていてもよい。また、最も小さい口径の伸線ダイスの後に、電解研磨装置が配置されていてもよい。

［効果など］
以上のように、本実施の形態に係る除電ブラシ１は、線径が２０μｍ以下の複数の金属線１００を備える。複数の金属線１００の各々は、タングステンからなる。

これにより、モース硬度が高いタングステンから金属線１００が構成されているので、金属線１００同士が擦れ合った場合にも互いに傷が付きにくくなる。したがって、耐摩耗性に優れた除電ブラシ１を提供することができる。

また、例えば、複数の金属線１００は、ｎ（ｎは２以上の自然数）本ずつ撚られている。

これにより、撚線１０と同じ径の単線を備える場合よりも撚線１０の表面積が大きくなるので、除電性が高くなる。また、撚線１０のピッチを大きくすることで、複数の金属線１００の各々が動きやすくなって、対象物に与えるダメージが小さくなり、かつ、埃の除去性が向上する。また、複数の金属線１００が撚られていることで、互いにバラバラになりにくく、金属線１００の脱離を抑制することができる。このため、除電ブラシ１の除電性能の低下を抑制することができ、かつ、寿命を長くすることができる。したがって、除電ブラシ１を搭載する機器のメンテナンス回数などを削減することができる。

（変形例）
以下では、実施の形態に係る除電ブラシの変形例について図面を用いて説明する。

例えば、上記の実施の形態では、金属線１００が純タングステンからなる例について示したが、これに限らない。金属線１００は、レニウム（Ｒｅ）とタングステンとの合金（ＲｅＷ）から構成されていてもよい。

具体的には、金属線１００は、タングステンを主成分として含有し、所定の割合でレニウムを含有していてもよい。金属線１００のレニウムの含有率は、例えば０．１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下である。具体的には、レニウムの含有率は、３ｗｔ％であるが、１ｗｔ％でもよい。

金属線１００がレニウムを含有していることで、純タングステン線よりも強度を高めることができる。例えば、ＲｅＷ線の引張強度は、３５００ＭＰａ以上５０００ＭＰａ以下である。

これにより、レニウムとタングステンとの合金からなる金属線１００を備える除電ブラシの耐摩耗性を高めることができる。

また、例えば、金属線１００は、純タングステン又はＲｅＷ合金からなる金属線１００の代わりに、カリウム（Ｋ）がドープされたタングステンからなる金属線（以下、カリウムドープタングステン線と記載する）を備えてもよい。

カリウムドープタングステン線は、タングステンを主成分として含有し、所定の割合でカリウムを含有している。カリウムドープタングステン線のカリウムの含有率は、０．００５ｗｔ％以上０．０１０ｗｔ％以下である。

カリウムドープタングステン線は、線径が小さくなるほど、強度が強くなる。カリウムドープタングステン線の引張強度、弾性率及び線径などはそれぞれ、ＲｅＷ合金からなる金属線１００と同じである。

これにより、タングステンが微量のカリウムを含有することで、カリウムドープタングステン線の半径方向の結晶粒成長が抑制される。このため、カリウムドープタングステン線を備える除電ブラシは、純タングステンに比べて、高温での強度が高くなる。このため、高温下で使用された場合においても、除電ブラシの優れた耐摩耗性を発揮することができる。

（その他）
以上、本発明に係る除電体について、上記の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。

例えば、上記の実施の形態では、複数の金属線１００を備える除電体の一例として、複数の金属線１００を撚ることで作製された複数の撚線１０をブラシ状に構成した除電ブラシ１を説明したが、これに限らない。例えば、除電ブラシ１では、複数の金属線１００を撚らずにそのまま支持体２１に固定してもよい。

また、除電体は、例えば、複数の金属線１００をシート状に成型した除電シートでもよい。除電シートは、例えば、複数の金属線１００を用いた織り加工又は編み加工により形成される。例えば、除電シートは、複数の金属線１００を用いて形成された金属メッシュであってもよい。あるいは、除電シートは、複数の金属線１００を用いた不織布でもよい。また、例えば、除電体は、金タワシのように、複数の金属線１００を塊状に加工されたものでもよい。

その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。

１除電ブラシ（除電体）
１０、１１撚線
１００金属線

Claims

線径が２０μｍ以下の複数の金属線を備え、
前記複数の金属線の各々は、タングステン、又は、レニウムとタングステンとの合金からなる
除電体。
前記複数の金属線は、ｎ（ｎは２以上の自然数）本ずつ撚られている
請求項１に記載の除電体。
前記複数の金属線の各々は、カリウムがドープされたタングステンからなる
請求項１又は２に記載の除電体。