JP2007034196A - Conductive thread containing carbon nanotube as conductive material and brush for image forming apparatus using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、導電材としてのカーボンナノチューブを含む導電糸およびこれを用いた画像形成装置用ブラシに関するものであり、特に、電子写真複写機、電子写真プリンター等の帯電ブラシや転写用ブラシ等に適した導電糸およびこれを用いた画像形成装置用ブラシに関するものである。 The present invention relates to a conductive yarn containing carbon nanotubes as a conductive material and a brush for an image forming apparatus using the same, and is particularly suitable for a charging brush or a transfer brush for an electrophotographic copying machine, an electrophotographic printer, etc. The present invention relates to a conductive yarn and a brush for an image forming apparatus using the same.
電子写真複写機、電子写真プリンター等の画像形成装置には、静電潜像担持体表面を帯電させる帯電用ブラシ、トナー像を転写材へ転写する転写用ブラシ、感光体上の転写残トナーを除去するクリーニング用ブラシ等の各種画像形成装置用ブラシが用いられている。これらの画像形成装置用ブラシは、静電気を利用するものが多いため、一般に、ナイロン等の繊維に導電材を分散させて抵抗値を所望の値に調整した導電糸が用いられており、上記導電材としては、カーボンの粉末が最も一般的に用いられている。上記ブラシの用途は、近年拡大傾向にあり、それに伴ってブラシへの要求仕様が多様化する傾向にあるため、導電糸としては、強度や加工性に優れたものが求められるようになって来ている。 In an image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine or an electrophotographic printer, a charging brush for charging the surface of an electrostatic latent image carrier, a transfer brush for transferring a toner image to a transfer material, and a transfer residual toner on a photoconductor Various image forming apparatus brushes such as a cleaning brush to be removed are used. Since many of these brushes for image forming apparatuses use static electricity, generally, conductive yarn in which a conductive material is dispersed in a fiber such as nylon and the resistance value is adjusted to a desired value is used. As the material, carbon powder is most commonly used. In recent years, the use of the brushes has been on an expanding trend, and along with this, the required specifications for the brushes have diversified. Therefore, conductive yarns with excellent strength and workability have been required. ing.
さらに、近年は、新素材を応用したブラシの開発も精力的に進められている。例えば、ナノテクノロジーの代表的素材であるカーボンナノチューブを、導電材としてではなく、ブラシとして作用させることを目的とした画像形成装置用ブラシがいくつか提案されている（特許文献１〜３）。
しかしながら、上記従来のカーボン粉末を分散させた導電糸は、強度が十分ではなく、細繊維化が困難であるという問題がある。 However, the conductive yarn in which the conventional carbon powder is dispersed has a problem that the strength is not sufficient and it is difficult to make fine fibers.
すなわち、上記従来のカーボン粉末を分散させた導電糸は、カーボン粉末を母材樹脂に対して２０〜３５重量％含有させなければ導電性を示すことができず、カーボン粉末の含有量が非常に多いため、強度が弱くなってしまう。また、強度が弱いため加工性に劣り、細繊維化は困難である。 That is, the conductive yarn in which the conventional carbon powder is dispersed cannot exhibit conductivity unless the carbon powder is contained in an amount of 20 to 35% by weight based on the base resin, and the content of the carbon powder is very high. Since there are many, intensity | strength will become weak. Moreover, since the strength is weak, the processability is inferior and it is difficult to make fine fibers.
また、種々の用途に適合させた所望の導電性を持つブラシを得る必要性に鑑みると、導電糸にとって抵抗値は最も重要なパラメータであるが、カーボン粉末を分散させた導電糸では、カーボン粉末の含有量が非常に多いため、抵抗値のばらつきが大きくなるという問題がある。 In view of the necessity of obtaining a brush having desired conductivity adapted to various applications, the resistance value is the most important parameter for the conductive yarn. However, in the conductive yarn in which the carbon powder is dispersed, the carbon powder There is a problem that the variation of the resistance value becomes large because the content of is very large.
さらに、上記特許文献１〜３に記載された帯電ブラシは、繊維の先端よりカーボンナノチューブを露出させ、カーボンナノチューブそのものをブラシとして作用させるものであるが、カーボンナノチューブを導電材として用いるものではなく、カーボンナノチューブを導電材として分散させた導電糸に関する知見は存在していない。
Further, the charging brushes described in
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、導電材の含有量が少なく、強度が高く、抵抗値のばらつきが小さい導電糸およびこれを用いた画像形成装置用ブラシを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and its object is to provide a conductive yarn with a small content of a conductive material, a high strength, and a small variation in resistance value, and an image forming apparatus using the same. To provide a brush.
本発明者は、上記課題に鑑み鋭意検討した結果、導電材としてのカーボンナノチューブが母材樹脂の内部に分散された導電糸が、従来のカーボン粉末を含有する導電糸よりも導電材の含有量を大幅に減少させることができるとともに、導電糸の強度を強化でき、導電糸の抵抗値のばらつきを低減することができることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies in view of the above problems, the present inventor has found that the conductive yarn in which carbon nanotubes as a conductive material are dispersed inside the base resin is more conductive material than the conventional conductive yarn containing carbon powder. It has been found that the strength of the conductive yarn can be increased and the variation in the resistance value of the conductive yarn can be reduced, and the present invention has been completed.
すなわち、本発明に係る導電糸は、母材樹脂と、導電材としてのカーボンナノチューブとを少なくとも含み、上記カーボンナノチューブが上記母材樹脂の内部に分散された導電糸であって、上記カーボンナノチューブの少なくとも両端が上記母材樹脂の内部に保持されていることを特徴としている。 That is, the conductive yarn according to the present invention is a conductive yarn including at least a base material resin and carbon nanotubes as a conductive material, wherein the carbon nanotubes are dispersed inside the base material resin. At least both ends are held inside the base material resin.
また、本発明に係る導電糸は、上記カーボンナノチューブの全体が上記母材樹脂の内部に保持されていることが好ましい。 In the conductive yarn according to the present invention, it is preferable that the entire carbon nanotube is held inside the base material resin.
上記構成によれば、母材樹脂に分散されたカーボンナノチューブの向きが、母材樹脂の内部において、糸の長さ方向にほぼ揃うため、少量のカーボンナノチューブで母材樹脂に導電性を付与することができる。また、導電材の含有量を少なくすることができるので導電糸の強度を高めることができ、導電糸の抵抗値のばらつきを小さくすることができる。 According to the above configuration, the orientation of the carbon nanotubes dispersed in the base resin is substantially aligned with the length direction of the thread inside the base resin, so that the base resin is made conductive with a small amount of carbon nanotubes. be able to. Further, since the content of the conductive material can be reduced, the strength of the conductive yarn can be increased, and variation in the resistance value of the conductive yarn can be reduced.
また、本発明に係る導電糸では、上記母材樹脂が熱可塑性樹脂であることが好ましい。上記構成によれば、熱可塑性樹脂は導電糸の母材樹脂として広く用いられているので、ナイロンやポリエステル等、多種類の汎用性のある母材樹脂に導電性を付与しつつ、導電糸の強度を高め、抵抗値のばらつきを小さくすることができる。 In the conductive yarn according to the present invention, the base material resin is preferably a thermoplastic resin. According to the above configuration, the thermoplastic resin is widely used as a base material resin for conductive yarns. Therefore, while imparting conductivity to a variety of general-purpose base material resins such as nylon and polyester, Strength can be increased and variation in resistance value can be reduced.
また、本発明に係る導電糸では、上記分散の態様が均一分散型であることが好ましい。ここで「均一分散型」とは、導電材を母材樹脂に分散させる態様の一つであって、導電材を母材樹脂に均一分散せしめることをいう。上述のように、従来の導電糸は、カーボン粉末を高濃度に均一分散させているために繊維が脆く、ブラシとしての機械的物性に劣ることなどの問題点があったが、本発明に係る導電糸では導電材としてカーボンナノチューブを母材樹脂に分散させているので、分散の態様が均一分散型であっても導電糸の強度を低下させることがない。したがって、均一分散型の導電糸の製造に好適に用いることができる。 In the conductive yarn according to the present invention, the dispersion mode is preferably a uniform dispersion type. Here, the “uniform dispersion type” is one of the modes in which the conductive material is dispersed in the base material resin, and means that the conductive material is uniformly dispersed in the base material resin. As described above, the conventional conductive yarn has the problem that the carbon powder is uniformly dispersed at a high concentration, so that the fiber is brittle and the mechanical properties as a brush are inferior. In the conductive yarn, carbon nanotubes are dispersed as a conductive material in the base resin, so that the strength of the conductive yarn is not lowered even if the dispersion mode is a uniform dispersion type. Therefore, it can be suitably used for the production of a uniformly dispersed conductive yarn.
また、本発明に係る導電糸では、上記分散の態様が複合型であることが好ましい。ここで「複合型」とは、導電材を母材樹脂に分散させる態様の一つであって、絶縁層と導電層とを混在させることをいう。例えば、母材樹脂により導電性成分をサンドイッチ状に挟む態様や、母材樹脂の外周を導電性成分によって覆う態様等が挙げられる。分散の態様が複合型である場合、温湿度雰囲気下で安定して感光体表面を均一に帯電することができるという利点があるため（例えば特開平１１−６５２２７号公報（平成１１年（１９９９年）３月５日公開）を参照）、上記分散の態様を複合型にすれば、少ない導電材の量で母材樹脂に導電性を付与でき、強度に優れ、抵抗値のばらつきが少ない導電糸を得ることができるという上述の効果の他、上記利点を有する導電糸を得ることができる。 In the conductive yarn according to the present invention, the dispersion mode is preferably a composite type. Here, “composite type” is one of the modes in which the conductive material is dispersed in the base material resin, and means that an insulating layer and a conductive layer are mixed. For example, a mode in which the conductive component is sandwiched between the base material resins and a mode in which the outer periphery of the base material resin is covered with the conductive component can be used. When the dispersion mode is a composite type, there is an advantage that the surface of the photoconductor can be stably and uniformly charged in a temperature and humidity atmosphere (for example, JP-A-11-65227 (1999 (1999)). ) Published on March 5)), if the dispersion mode is a composite type, it is possible to impart conductivity to the base resin with a small amount of conductive material, excellent strength, and small variation in resistance value. In addition to the above-described effect of obtaining a conductive yarn, a conductive yarn having the above advantages can be obtained.
また、本発明に係る導電糸では、上記カーボンナノチューブの含有量が上記母材樹脂に対して１重量％以上１０重量％以下であることが好ましい。カーボンナノチューブの含有量を当該範囲とすることにより、母材樹脂に対する導電材としてのカーボンナノチューブの量を適正量に保つことができるので、母材樹脂に導電性を付与することができるとともに、導電糸の強度を高めることができ、抵抗値のばらつきを小さくすることができる。 In the conductive yarn according to the present invention, the content of the carbon nanotube is preferably 1% by weight or more and 10% by weight or less with respect to the base resin. By setting the content of the carbon nanotubes within the range, the amount of carbon nanotubes as a conductive material with respect to the base resin can be maintained at an appropriate amount, so that the base resin can be provided with conductivity and conductive. The strength of the yarn can be increased and the variation in resistance value can be reduced.
本発明に係る画像形成装置用ブラシは、本発明に係る導電糸を含むことを特徴としている。本発明に係る導電糸は、上述のように少量のカーボンナノチューブにより導電性が付与され、高い強度を持ち、抵抗値のばらつきが小さい。したがって、所望の抵抗値を有するとともに、強度が高く、抵抗値のばらつきが小さいという良好な特性を持つ画像形成装置用ブラシを得ることができる。 A brush for an image forming apparatus according to the present invention includes the conductive yarn according to the present invention. The conductive yarn according to the present invention is imparted with conductivity by a small amount of carbon nanotubes as described above, has high strength, and has a small variation in resistance value. Therefore, it is possible to obtain a brush for an image forming apparatus that has a desired resistance value, a high strength, and a favorable characteristic that resistance value variation is small.
本発明に係る画像形成装置用ブラシは、さらに、上記導電糸の平均体積抵抗値が１０Ωｃｍ以上１０８Ωｃｍ以下であることが好ましい。画像形成装置用ブラシには、上述のように、例えば帯電用ブラシ等の種々の用途があるが、平均体積抵抗値が上記範囲内であれば全ての用途に対応可能であるため好ましい。 The brush for an image forming apparatus according to the present invention preferably further has an average volume resistance value of the conductive yarn of 10 Ωcm or more and 10 8 Ωcm or less. As described above, the image forming apparatus brush has various uses such as, for example, a charging brush. However, it is preferable that the average volume resistance value is within the above range because it can be used for all uses.
以上のように、本発明に係る導電糸は、母材樹脂と、導電材としてのカーボンナノチューブとを少なくとも含み、上記カーボンナノチューブが上記母材樹脂の内部に分散された導電糸であって、上記カーボンナノチューブの少なくとも両端が上記母材樹脂の内部に保持されている構成である。 As described above, the conductive yarn according to the present invention is a conductive yarn including at least a base material resin and carbon nanotubes as a conductive material, wherein the carbon nanotubes are dispersed inside the base material resin, In this configuration, at least both ends of the carbon nanotube are held in the base material resin.
したがって、母材樹脂に導電性を付与するための導電材の含有量を、従来のカーボン粉末を用いた導電糸に比べて大幅に減少させることができるという効果を奏する。また、導電材の含有量を減少させることができるので、導電糸の強度を高めることができ、導電糸の抵抗値のばらつきを小さくすることができるという効果を奏する。 Therefore, there is an effect that the content of the conductive material for imparting conductivity to the base resin can be significantly reduced as compared with the conductive yarn using the conventional carbon powder. In addition, since the content of the conductive material can be reduced, the strength of the conductive yarn can be increased, and the variation in resistance value of the conductive yarn can be reduced.
本発明の実施の形態について説明すれば以下のとおりであるが、本発明はこれに限定されるものではない。以下、本発明に係る導電糸について詳述する。 An embodiment of the present invention will be described as follows, but the present invention is not limited to this. Hereinafter, the conductive yarn according to the present invention will be described in detail.
本明細書において「母材樹脂」とは、導電糸の基材となる樹脂をいう。母材樹脂としては、カーボンナノチューブを内部に分散することができるものであれば特に限定されるものではなく、熱可塑性樹脂であっても熱硬化性樹脂であってもよいが、導電糸の母材樹脂として広く用いられているため、熱可塑性樹脂を好適に用いることができる。 In the present specification, the “base material resin” refers to a resin that is a base material of a conductive yarn. The base material resin is not particularly limited as long as it can disperse the carbon nanotubes therein, and may be a thermoplastic resin or a thermosetting resin. Since it is widely used as a material resin, a thermoplastic resin can be suitably used.
熱可塑性樹脂としては、例えば、レーヨン、ナイロン、アセテート、銅アンモニア、ビニリデン、ビニロン、フッ化エチレン、プロミックス、ベンゾエート、ポリウレタン、ポリエステル、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリクラール、ポリノジック、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアミド等を挙げることができる。 Examples of thermoplastic resins include rayon, nylon, acetate, copper ammonia, vinylidene, vinylon, fluorinated ethylene, promix, benzoate, polyurethane, polyester, polyethylene, polyvinyl chloride, polyclar, polynosic, polypropylene, polystyrene, polyamide, etc. Can be mentioned.
また、熱硬化性樹脂としては、尿素樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂等を挙げることができる。 Examples of the thermosetting resin include urea resin, melamine resin, phenol resin, epoxy resin, unsaturated polyester resin, alkyd resin, and urethane resin.
これらの母材樹脂の内部に導電材としてのカーボンナノチューブを分散させることにより、その分散量に応じて適宜所望の抵抗値を得ることができる。 By dispersing carbon nanotubes as a conductive material inside these base material resins, a desired resistance value can be appropriately obtained according to the amount of dispersion.
従来の導電糸において一般的に用いられている導電剤であるカーボン粉末は、サブミクロンの球形に近い形状であるのに対し、カーボンナノチューブは、直径対長さの比が非常に大きい。また、母材樹脂内におけるカーボンナノチューブの向きは導電糸の長さ方向にほぼ揃っている。このため、本発明に係る導電糸は、従来の導電糸より導電剤の含有量が少なくても導電性を得ることができると考えられる。 Carbon powder, which is a conductive agent generally used in conventional conductive yarns, has a shape close to a submicron spherical shape, whereas carbon nanotubes have a very large diameter to length ratio. Further, the orientation of the carbon nanotubes in the base material resin is substantially aligned with the length direction of the conductive yarn. For this reason, it is considered that the conductive yarn according to the present invention can obtain conductivity even if the content of the conductive agent is smaller than that of the conventional conductive yarn.
上記カーボンナノチューブは単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブのどちらでもよい。カーボンナノチューブとは、グラファイト状炭素原子面を丸めた円筒の１個または数個〜数十個が、入れ子状に配列した繊維状構造を有し、その直径がナノメートルオーダーのきわめて微細な物質である。グラファイト状炭素原子面を丸めた円筒が１個のものを単層カーボンナノチューブ、複数個のものを多層カーボンナノチューブという。 The carbon nanotube may be either a single-walled carbon nanotube or a multi-walled carbon nanotube. A carbon nanotube is a very fine substance with a fibrous structure in which one or several to several tens of cylinders with rounded graphite-like carbon atoms are arranged in a nested manner, and the diameter is on the order of nanometers. is there. A single-walled carbon nanotube having a rounded graphite-like carbon atom surface is called a single-walled carbon nanotube, and a plurality of cylindrical carbon nanotubes are called a multi-walled carbon nanotube.
単層カーボンナノチューブの大きさは触媒によって異なり、直径が０．７〜５０ｎｍ、軸方向の長さ（以後長さと略す）は１０ｎｍ〜１ｍｍであり、より合成しやすい大きさは直径が０．７〜５ｎｍ、長さが３０ｎｍ〜１００μｍである。一方、多層カーボンナノチューブは直径が１〜５００ｎｍで、長さが１０ｎｍ〜１ｍｍであり、より合成しやすい大きさは直径が２〜５０ｎｍで、長さが３００ｎｍ以上である。 The size of the single-walled carbon nanotube varies depending on the catalyst, the diameter is 0.7 to 50 nm, the length in the axial direction (hereinafter abbreviated as the length) is 10 nm to 1 mm. It is ˜5 nm and the length is 30 nm to 100 μm. On the other hand, the multi-walled carbon nanotube has a diameter of 1 to 500 nm and a length of 10 nm to 1 mm, and a size that is easier to synthesize is a diameter of 2 to 50 nm and a length of 300 nm or more.
カーボンナノチューブは以下の方法によって作製される。単層カーボンナノチューブは、陽極としてグラファイトにＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ｌａ，Ｙ等の金属触媒を混合したコンポジット棒を用い、陰極としてグラファイト棒を用い、１００〜７００Ｔｏｒｒ（１．３３×１０4 〜９．３１×１０4 Ｐａ）のＨｅ，ＡｒまたはＨ2 雰囲気でのアーク放電により合成する。単層カーボンナノチューブは金属触媒の種類によってチャンバー内壁の煤（チャンバー煤）か、または陰極表面の煤（陰極煤）の中に存在する。 Carbon nanotubes are produced by the following method. The single-walled carbon nanotube uses a composite rod in which a metal catalyst such as Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, La, and Y is mixed with graphite as an anode, and a graphite rod as a cathode. It is synthesized by arc discharge in a He, Ar or H 2 atmosphere of 100 to 700 Torr (1.33 × 10 4 to 9.31 × 10 4 Pa). Single-walled carbon nanotubes are present in the wall of the chamber inner wall (chamber wall) or in the wall of the cathode surface (cathode wall) depending on the type of metal catalyst.
また、前記のコンポジット棒を電気炉中で１０００〜１４００℃に加熱し、５００Ｔｏｒｒ（６．６５×１０4 Ｐａ）のＡｒ雰囲気で、Ｎｄ：ＹＡＧパルスレーザーを照射して単層カーボンナノチューブを合成してもよい。合成された単層カーボンナノチューブは種々の不純物を含むため、水熱法、遠心分離法、限外ろ過法等によって８０％以上の純度に精製するのがよい。 In addition, the composite rod is heated to 1000 to 1400 ° C. in an electric furnace, and a single-walled carbon nanotube is synthesized by irradiation with an Nd: YAG pulse laser in an Ar atmosphere of 500 Torr (6.65 × 10 4 Pa). May be. Since the synthesized single-walled carbon nanotube contains various impurities, it is preferably purified to a purity of 80% or more by a hydrothermal method, a centrifugal separation method, an ultrafiltration method or the like.
一方、多層カーボンナノチューブは、陽極、陰極ともグラファイト棒を用い、１００〜７００Ｔｏｒｒ（１．３３×１０4 〜９．３１×１０4 Ｐａ）のＨｅ，ＡｒまたはＨ2 雰囲気でのアーク放電を用いて合成する。多層カーボンナノチューブは陰極上の円柱状堆積物の中心に存在する。またベンゼン、エチレン、アセチレン等の炭化水素をＨ2 またはＨｅガス流下で６００〜１５００℃で熱分解することによっても得られる。多層カーボンナノチューブも合成後は種々の不純物が含まれるため、有機溶媒や界面活性剤が添加された水溶液に分散させた後、遠心分離法や限外ろ過法によって高純度に精製するのがよい。なお、カーボンナノチューブの先端は閉管、開管のどちらの形状でもよい。 On the other hand, multi-walled carbon nanotubes use graphite rods for both anode and cathode, and arc discharge in He, Ar or H 2 atmospheres of 100 to 700 Torr (1.33 × 10 4 to 9.31 × 10 4 Pa). Synthesize. The multi-walled carbon nanotube exists in the center of the cylindrical deposit on the cathode. It can also be obtained by thermally decomposing hydrocarbons such as benzene, ethylene, acetylene, etc. at 600-1500 ° C. under H 2 or He gas flow. Since multi-walled carbon nanotubes also contain various impurities after synthesis, it is preferable that the multi-walled carbon nanotubes be purified in high purity by centrifugal separation or ultrafiltration after being dispersed in an aqueous solution to which an organic solvent or surfactant is added. The tip of the carbon nanotube may have a closed tube shape or an open tube shape.
本発明に係る導電糸は、母材樹脂、導電材としてのカーボンナノチューブとを少なくとも含むことが必要である。その他の成分としては、カーボンナノチューブの母材樹脂への分散を妨げず、導電糸の強度を低下させないものであれば特に限定されるものではない。例えば、タングステン、ステンレス、金、白金、鉄、銅、アルミニウム等の導電性材料等を含んでいてもよい。 The conductive yarn according to the present invention needs to include at least a base material resin and a carbon nanotube as a conductive material. The other components are not particularly limited as long as they do not hinder the dispersion of the carbon nanotubes into the base material resin and do not reduce the strength of the conductive yarn. For example, conductive materials such as tungsten, stainless steel, gold, platinum, iron, copper, and aluminum may be included.
上記カーボンナノチューブは、上記母材樹脂の内部に分散されていることを要する。ここで、「上記母材樹脂の内部に分散されている」とは、カーボンナノチューブの端部が母材樹脂の表面から外部に突出していないことをいう。すなわち、上記カーボンナノチューブの少なくとも両端が上記母材樹脂の内部に保持されていることが必要である。 The carbon nanotubes need to be dispersed inside the matrix resin. Here, “dispersed in the matrix resin” means that the end of the carbon nanotube does not protrude from the surface of the matrix resin. That is, it is necessary that at least both ends of the carbon nanotube are held inside the base material resin.
ただし、できるだけ少量のカーボンナノチューブで母材樹脂に導電性を付与し、導電糸の強度を高くするためには、カーボンナノチューブの向きが導電糸の長さ方向に揃っていることが好ましいため、カーボンナノチューブの一端から他端までの全体が上記母材樹脂の内部に保持されていることが好ましい。 However, in order to impart conductivity to the base resin with as little carbon nanotubes as possible and to increase the strength of the conductive yarn, it is preferable that the carbon nanotubes are aligned in the length direction of the conductive yarn. It is preferable that the whole of the nanotube from one end to the other end is held inside the base material resin.
なお、カーボンナノチューブの向きが不揃いになればなるほど、同じ抵抗値の導電糸を得るためにはカーボンナノチューブの含有量を増やさなければならず、カーボンナノチューブの含有量が多くなりすぎると、導電糸の強度が低下してしまうため好ましくない。 In addition, in order to obtain conductive yarns having the same resistance value, the carbon nanotube content has to be increased as the orientation of the carbon nanotubes becomes uneven, and if the carbon nanotube content becomes excessively large, This is not preferable because the strength decreases.
また、例えば特許文献１〜３に記載された帯電ブラシは、繊維の表面からカーボンナノチューブを突出させ、カーボンナノチューブそのものをブラシとして作用させるものである。しかしながら、カーボンナノチューブは機械的強度および硬度が非常に高く、しかも非常に細いものである。したがって、カーボンナノチューブそのものをブラシとして作用させると、感光体（特に有機感光体）に接触した際に、感光体に高い圧力がかかり、細いスジ状の傷をつけてしまう可能性があるため好ましくない。したがって、感光体保護の観点からも、カーボンナノチューブは、表面に突出せず、一端から他端までの全体が上記母材樹脂の内部に保持されていることが好ましいといえる。
Further, for example, the charging brushes described in
さらに、カーボンナノチューブは、単体では抵抗値が低いため、表面に突出していると、異常放電やリークを起こす可能性がある。したがって、カーボンナノチューブは、表面に突出せず、一端から他端までの全体が上記母材樹脂の内部に保持されていることが好ましい。 Furthermore, since carbon nanotubes have a low resistance value by themselves, they may cause abnormal discharge or leakage if they protrude from the surface. Therefore, it is preferable that the carbon nanotube does not protrude from the surface, and the whole from one end to the other end is held inside the base material resin.
なお、上記特許文献１〜３においてはカーボンナノチューブの突出量は０．２μｍ〜５μｍと記載されているが、係る長さではブラシ毛として短すぎるため、特許文献１〜３の構成では、実際上カーボンナノチューブをブラシとして作用させることは困難である。 In addition, in the said patent documents 1-3, although the protrusion amount of a carbon nanotube is described as 0.2 micrometer-5 micrometers, since the length concerned is too short as a brush hair, in the structure of patent documents 1-3, it is actually It is difficult to make carbon nanotubes act as a brush.
本発明に係る導電糸は、カーボンナノチューブそのものをブラシとして作用させるのではなく、導電材として用いるものである。導電材としてのカーボンナノチューブを母材樹脂の内部に分散させることにより、従来のカーボン粉末等を導電材として用いる導電糸に比べて大幅に導電材の使用量を減らすことができ、その結果、強度に優れ、抵抗値のばらつきの少ない導電糸を得ることができる。 The conductive yarn according to the present invention does not act on the carbon nanotube itself as a brush, but is used as a conductive material. Dispersing carbon nanotubes as a conductive material inside the matrix resin can significantly reduce the amount of conductive material used compared to conventional conductive yarns that use carbon powder or the like as a conductive material. It is possible to obtain a conductive yarn that is excellent in resistance and has little variation in resistance value.
また、本発明に係る導電糸は、強度が高いため、従来の導電糸よりも優れた加工性を有する。例えば、所望の強度を保ちつつ、導電糸の径を従来よりも細くすることができる。したがって、画像形成装置用ブラシの小型化や製造コストの低減を図ることができる。また、本発明に係る導電糸は、抵抗値のばらつきが小さいため、帯電能力や除電能力等、導電糸に求められる種々の特性を安定化することができる。 Moreover, since the electroconductive yarn which concerns on this invention has high intensity | strength, it has the workability superior to the conventional electroconductive yarn. For example, the diameter of the conductive yarn can be made smaller than before while maintaining a desired strength. Therefore, it is possible to reduce the size and manufacturing cost of the brush for the image forming apparatus. In addition, since the conductive yarn according to the present invention has a small variation in resistance value, it is possible to stabilize various characteristics required for the conductive yarn, such as charging ability and static elimination ability.
ここで、上記抵抗値のばらつきについて説明する。通常、導電糸は例えば５００ｇ単位や１ｋｇ単位の定量をコーンに巻き、コーン毎に抵抗値の測定がなされる。抵抗値は、例えば、糸の両端に電圧を印加し、流れる電流の値を電流計で読み取り、計算することによって求められ、１コーンの導電糸につき数百ポイントの抵抗値が測定され、平均値が求められる。 Here, the dispersion | variation in the said resistance value is demonstrated. Usually, for example, a conductive yarn is quantified in units of 500 g or 1 kg, and a resistance value is measured for each cone. The resistance value is obtained, for example, by applying a voltage to both ends of the yarn, reading the value of the flowing current with an ammeter, and calculating the resistance value. Is required.
通常、数十から数百コーンの導電糸を用いてブラシ用のパイル織り生地が製織されるが、この数十から数百コーンの導電糸の体積抵抗値の平均値を平均体積抵抗値という。なお、導電糸の体積抵抗値とは、以下の式１によって示されるパラメータである。
ρ＝ｒ・S／L・・・式１
ρ：導電糸の体積抵抗値（Ω・ｃｍ）
ｒ：導電糸の抵抗値（Ω）
Ｓ：導電糸の断面積（ｃｍ２）
Ｌ：導電糸の長さ（ｃｍ）
次に、導電糸の平均体積抵抗値の算出方法の一例について説明する。まず、１コーンの導電糸（断面積Sｃｍ２）について、Ｌｃｍに切った導電糸の束を２００束用意する。そして、導電糸一束の両端に電源および電流計を接続して、計測された電流値および電源電圧値から抵抗値ｒ１を算出し、この抵抗値ｒ１の対数ｌｏｇｒ１を求める。このような計測を２００束全てについて行うことにより、ｌｏｇｒ１〜ｌｏｇｒ２００まで求める。さらに、求めたｌｏｇｒ１〜ｌｏｇｒ２００の平均値であるｌｏｇｒａｖｅを求める。次に、ｌｏｇｒａｖｅからｒａｖｅを求め、このｒａｖｅを導電糸の抵抗値の平均値とし、式１に代入することによって、導電糸の体積抵抗値を求めることができる。用いるブラシに織り込む全てのコーンの導電糸について、同様にして体積抵抗値を求める。全てのコーンの体積抵抗値の平均値を計算し、この値をそのブラシの平均体積抵抗値とする。
Usually, a pile woven fabric for a brush is woven using conductive yarns of tens to hundreds of cones, and the average value of the volume resistance values of conductive yarns of tens to hundreds of cones is referred to as an average volume resistance value. The volume resistance value of the conductive yarn is a parameter represented by the following
ρ = r · S /
ρ: Volume resistance value of conductive yarn (Ω · cm)
r: Resistance value of conductive yarn (Ω)
S: sectional area of conductive yarn (cm 2 )
L: Length of conductive yarn (cm)
Next, an example of a method for calculating the average volume resistance value of the conductive yarn will be described. First, for one cone of conductive yarn (cross-sectional area Scm 2 ), 200 bundles of conductive yarn cut into Lcm are prepared. Then, a power source and an ammeter are connected to both ends of the bundle of conductive yarns, a resistance value r 1 is calculated from the measured current value and power source voltage value, and a logarithm logr 1 of the resistance value r 1 is obtained. By performing such measurement for all 200 bundles, logr 1 to logr 200 are obtained . Further, logr ave which is an average value of the obtained logr 1 to logr 200 is obtained. Next, determine the r ave from logr ave, the r ave is the average value of the resistance value of the electrically conductive yarn, by substituting the
導電糸や画像形成装置用ブラシの抵抗値は、JIS等で規定されていないので、その測定方法や管理方法は必ずしも定まっていないが、画像形成装置用ブラシの場合、例えば当該ブラシを構成する導電糸のうち、１本の導電糸のみが他より極端に高い抵抗値を有していたとしても、他の多数の導電糸の抵抗値で性能が決まる。したがって、抵抗値、体積抵抗値などは、上述のように平均値で規定しておくことが好ましい。 Since the resistance value of the conductive yarn and the brush for the image forming apparatus is not stipulated by JIS or the like, its measurement method and management method are not necessarily determined. However, in the case of the brush for the image forming apparatus, for example, the conductive material constituting the brush Even if only one conductive yarn among the yarns has an extremely high resistance value than the other, the performance is determined by the resistance values of many other conductive yarns. Therefore, it is preferable that the resistance value, the volume resistance value, and the like are defined by average values as described above.
従来の、カーボン粉末を母材樹脂に対して２５％分散させた導電糸の場合、測定した抵抗値をRとした場合、ｌｏｇＲ＝８．０レベルの導電糸で、コーン内の抵抗値の標準偏差は０．１〜０．２程度、コーン間のｌｏｇＲのばらつきは±０．５程度である。一方、本発明に係る導電糸では、カーボンナノチューブを母材樹脂に対して３％分散させた場合、ｌｏｇＲ＝８．０レベルの導電糸でコーン内の抵抗値の標準偏差は０．０３〜０．０７、コーン間のｌｏｇＲのばらつきは±０．３以下であった。 In the case of a conventional conductive yarn in which carbon powder is dispersed by 25% with respect to the base resin, when the measured resistance value is R, the standard value of the resistance value in the cone is a conductive yarn of logR = 8.0 level. The deviation is about 0.1 to 0.2, and the log R variation between cones is about ± 0.5. On the other hand, in the conductive yarn according to the present invention, when carbon nanotubes are dispersed 3% with respect to the base material resin, the standard deviation of the resistance value in the cone is 0.03 to 0 with the conductive yarn of logR = 8.0 level. 0.07, variation in log R between cones was ± 0.3 or less.
このように、従来の導電糸において抵抗値のばらつきが生じる要因としては、カーボン粉末の含有率の僅かな差で抵抗値が大きく変化することと、母材樹脂内でのカーボン粉末の分散状態の不均一性が挙げられる。具体的には、導電糸におけるカーボン粉末の含有量（母材樹脂に対するカーボン粉末の重量％）が０．１％変化すると抵抗値は１オーダー以上変化する。 As described above, the cause of the variation in the resistance value in the conventional conductive yarn is that the resistance value varies greatly due to a slight difference in the content of the carbon powder, and the dispersion state of the carbon powder in the base resin. Non-uniformity is mentioned. Specifically, when the content of the carbon powder in the conductive yarn (weight% of the carbon powder with respect to the base resin) changes by 0.1%, the resistance value changes by one order or more.
これは、母材樹脂内でのカーボン粉末粒子間の距離が抵抗値に相関しており、僅かな距離の変化が抵抗値の変化になってしまうためであると考えられている。したがって、分散状態の僅かな不均一性も抵抗値のばらつきの要因となる。 This is thought to be because the distance between the carbon powder particles in the matrix resin correlates with the resistance value, and a slight change in the distance results in a change in the resistance value. Therefore, a slight non-uniformity of the dispersed state also causes a variation in resistance value.
上記母材樹脂におけるカーボンナノチューブの分散の態様は、特に限定されるものではない。例えば、均一分散型、複合型等を用いることができる。図１は、分散の態様が均一分散型である導電糸１００の縦断面を示す模式図である。図１に示すように、均一分散型の導電糸１００では、カーボンナノチューブが母材樹脂全体に分散されているため、導電糸１００全体が導電性成分で構成されていることになる。
The dispersion mode of the carbon nanotubes in the base material resin is not particularly limited. For example, a uniform dispersion type or a composite type can be used. FIG. 1 is a schematic view showing a longitudinal section of a
図２は、分散の態様が複合型である導電糸の縦断面を示す模式図である。図２（a）は上記複合型のうち、カーボンナノチューブを母材樹脂に均一に分散させた導電材を、母材樹脂によってサンドイッチ状に挟んだ分散の態様を表している。図２（a）において、導電糸２１０は、母材樹脂２１１と、母材樹脂２１１と同一の樹脂にカーボンナノチューブを均一に分散させて構成した導電材２１２とからなる複合型導電糸であり、左右一対の蒲鉾型の母材樹脂２１１により中央の板状に成形された導電材２１２がサンドイッチ状に挟まれている。ここで、母材樹脂２１１は絶縁性であり、導電材２１２は導電性である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a longitudinal section of a conductive yarn whose dispersion mode is a composite type. FIG. 2A shows a dispersion mode in which a conductive material in which carbon nanotubes are uniformly dispersed in a base resin is sandwiched between base materials in the composite type. In FIG. 2A, a
また、図２（ｂ）は、上記複合型のうち、カーボンナノチューブを母材樹脂に均一に分散させた導電材によって、母材樹脂の外周を覆った分散の態様を表している。図２（ｂ）において、導電糸２２０は、母材樹脂２２１と、母材樹脂２２１と同一の樹脂にカーボンナノチューブを均一に分散させて構成した導電材２２２とからなる複合型導電糸であり、円柱状の母材樹脂２２１の外周を導電材２２２が覆っている。ここで、母材樹脂２２１は絶縁性であり、導電材２２２は導電性である。ただし、分散の態様はこれに限定されるものではなく、抵抗値が所望の値に調整できればよいので、例えば、導電材の外周を母材樹脂によって覆ったものであってもよい。
FIG. 2B shows a dispersion mode in which the outer periphery of the base material resin is covered with a conductive material in which carbon nanotubes are uniformly dispersed in the base material resin in the composite type. In FIG. 2B, the
本発明の導電糸の横断面形状は特に限定されるものではなく、丸断面形状のもののみならず、四角や三角の多角形のものや中空のものでもよい。 The cross-sectional shape of the conductive yarn of the present invention is not particularly limited, and may be not only a round cross-sectional shape but also a square or triangular polygonal shape or a hollow shape.
次に、本発明の導電糸の製造方法を説明する。本発明の導電糸は、カーボンナノチューブと母材樹脂とを、例えばエクストルーダーで混練・溶融してカーボンナノチューブを母材樹脂に分散させ、紡糸口金より押し出し、冷却・延伸を行うなどの公知の方法で製造することができる。 Next, the manufacturing method of the electrically conductive yarn of this invention is demonstrated. The conductive yarn of the present invention is a known method such as carbon nanotubes and base resin are kneaded and melted with, for example, an extruder to disperse carbon nanotubes in the base resin, extruded from a spinneret, and cooled and stretched. Can be manufactured.
カーボンナノチューブと母材樹脂との混練・溶融方法としては、例えば、二軸エクストルーダー等を用いて、カーボンナノチューブを母材樹脂と直接混練することもできるが、カーボンナノチューブを高濃度に含有したマスターチップを作製してから混練するほうが、より均一な混練ができるため好ましい。 As a method for kneading and melting the carbon nanotube and the base material resin, for example, a carbon nanotube can be directly kneaded with the base material resin using a biaxial extruder or the like. It is preferable to knead the chips after making them, because more uniform kneading can be performed.
また、マスターチップとして用いられる樹脂は、導電糸と同じ物性（例えば分子量）を有するものを用いることができるが、カーボンナノチューブの高濃度化の観点から上記樹脂の共重合体や母剤樹脂よりも低分子量のものがより好ましい。例えば、イソフタル酸、スルホイソフタル酸、ポリエチレングリコール等を０．３〜３０モル％共重合したポリエステルやポリアミド等が挙げられる。また、低分子量のものとしては、母剤樹脂との相対粘度比で４０〜１００％程度のものが好ましく、さらに好ましくは４５〜８０％程度のものである。 In addition, the resin used as the master chip may be one having the same physical properties as the conductive yarn (for example, molecular weight), but from the viewpoint of increasing the concentration of carbon nanotubes, it is more than a copolymer of the above resin or a base resin. Low molecular weight is more preferable. Examples thereof include polyester and polyamide obtained by copolymerizing 0.3 to 30 mol% of isophthalic acid, sulfoisophthalic acid, polyethylene glycol and the like. Moreover, as a thing with a low molecular weight, a thing of about 40 to 100% is preferable by relative viscosity ratio with a base resin, More preferably, it is a thing of about 45 to 80%.
溶融紡糸の方法は特に限定されるものではなく、常法によって行うことができる。紡糸温度は用いる樹脂の融点Ｔｍに対して、Ｔｍ＋１０〜Ｔｍ＋８０℃の範囲とすることが好ましい。紡糸温度が高すぎると母材樹脂が熱分解を起こし、円滑な紡糸が困難になるとともに得られるフィラメントの物性が劣ったものとなる。また紡糸温度が低すぎると未溶解物等が残るために、均一な混練ができなくなるため好ましくない。 The method of melt spinning is not particularly limited, and can be performed by a conventional method. The spinning temperature is preferably in the range of Tm + 10 to Tm + 80 ° C. with respect to the melting point Tm of the resin used. If the spinning temperature is too high, the base resin undergoes thermal decomposition, which makes smooth spinning difficult and the physical properties of the resulting filaments inferior. On the other hand, if the spinning temperature is too low, undissolved materials remain, so that uniform kneading cannot be performed.
紡出されたフィラメントは、０〜１００℃、好ましくは１５〜４０℃の冷却風により冷却される。冷却温度をあまり低くすると温度管理及び作業性等に困難をきたし、高すぎると冷却不足となり最終的に得られるフィラメントの糸質性能が劣ったものとなる。 The spun filament is cooled by cooling air of 0 to 100 ° C., preferably 15 to 40 ° C. If the cooling temperature is too low, the temperature control and workability will be difficult, and if it is too high, the cooling will be insufficient and the yarn quality of the filament finally obtained will be inferior.
冷却後のフィラメントに付与する紡糸油剤においては、ポリアミン系カチオン界面活性剤〔例えば、「サファノール５０３−Ｄ（三洋化成株式会社製）」、「ＣＡ−２００（正研化工株式会社製）」〕、多価アルコール系非イオン界面活性剤〔例えば、「サンソフターＮＰ−２５（日華化学株式会社製）」、「ＰＳ−９（松本油脂株式会社製）」、「ＫＴ２Ａ（松本油脂株式会社製）」〕、ノニオン界面活性剤〔例えば「ＫＥ−４００１（竹本油脂株式会社製）」、「ＫＥ−４００２（竹本油脂株式会社製）」、「ＵＴＮ−２６３１（竹本油脂株式会社製）」〕等が好適に用いられる。 In the spinning oil to be applied to the filament after cooling, a polyamine cationic surfactant (for example, “Saffanol 503-D (manufactured by Sanyo Chemical Co., Ltd.)”, “CA-200 (manufactured by Shoken Chemical Co., Ltd.)”), Polyhydric alcohol-based nonionic surfactant [for example, “Sunsofter NP-25 (manufactured by Nikka Chemical Co., Ltd.)”, “PS-9 (manufactured by Matsumoto Yushi Co., Ltd.)”, “KT2A (manufactured by Matsumoto Yushi Co., Ltd.)” ], Nonionic surfactants [for example, “KE-4001 (manufactured by Takemoto Yushi Co., Ltd.)”, “KE-4002 (manufactured by Takemoto Yushi Co., Ltd.)”, “UTN-2631 (manufactured by Takemoto Yushi Co., Ltd.)”] and the like are preferable. Used for.
次いで、冷却固化したフィラメントは、５００〜１５００ｍ／分で一旦巻き取った後に延伸される。延伸は一段又は二段以上の多段で行うことができるが、延伸倍率は、最大延伸倍率の５０〜８０％で延伸することが好ましい。延伸する際の延伸温度としては、延伸前ローラ温度２０〜１００℃、ヒータープレート温度１２０〜１８０℃とすると好適に延伸することができる。 Next, the cooled and solidified filament is once wound up at 500 to 1500 m / min and then drawn. Stretching can be performed in a single stage or multiple stages including two or more stages, but the stretching ratio is preferably 50 to 80% of the maximum stretching ratio. As the stretching temperature at the time of stretching, if the roller temperature before stretching is 20 to 100 ° C. and the heater plate temperature is 120 to 180 ° C., stretching can be suitably performed.
以上のような紡糸と延伸とによって、カーボンナノチューブの向きが導電糸の長さ方向にほぼ揃うものと考えられる。カーボンナノチューブの向きを揃えるために、紡糸条件としては、カーボン粉末を用いた導電糸よりも導電糸の粘度を低下させ、紡糸速度を遅くすることが好ましい。上記例示した均一分散型の導電糸１００、導電材２１２、導電材２２２においては、紡糸と延伸とによって、カーボンナノチューブの向きが導電糸の長さ方向にほぼ揃えられ、例えば以下のようにカーボンナノチューブの含有量が制御される。
By spinning and stretching as described above, it is considered that the orientation of the carbon nanotubes is substantially aligned with the length direction of the conductive yarn. In order to align the orientation of the carbon nanotubes, it is preferable to lower the spinning speed by lowering the viscosity of the conductive yarn and lowering the spinning speed as compared with the conductive yarn using carbon powder. In the uniformly dispersed
一実施形態において、上記カーボンナノチューブの含有量は、上記母材樹脂に対して１重量％以上１０重量％以下であることが好ましい。 In one embodiment, the content of the carbon nanotube is preferably 1% by weight or more and 10% by weight or less with respect to the base material resin.
当該含有量が上記母材樹脂に対して１重量％未満であると、母材樹脂に殆ど導電性を付与することができないため好ましくない。また、当該含有量が上記母材樹脂に対して１０重量％を超えると、母材樹脂に十分な導電性を付与することはできるが、導電糸におけるカーボンナノチューブの含有量が多くなるため、導電糸の強度が脆弱化する可能性があり好ましくない。 When the content is less than 1% by weight with respect to the base resin, it is not preferable because the base resin can hardly be imparted with conductivity. Further, if the content exceeds 10% by weight with respect to the matrix resin, sufficient conductivity can be imparted to the matrix resin, but the content of carbon nanotubes in the conductive yarn increases, This is not preferable because the strength of the yarn may be weakened.
当該含有量を上記母材樹脂に対して１重量％以上１０重量％以下とすることにより、母材樹脂に対する導電材としてのカーボンナノチューブの量を適正量に保つことができるので、母材樹脂に導電性を付与することができるとともに、導電糸の強度を高めることができ、導電糸の抵抗値のばらつきを小さくすることができる。 By setting the content to 1% by weight or more and 10% by weight or less with respect to the base resin, the amount of carbon nanotubes as a conductive material relative to the base resin can be maintained at an appropriate amount. Conductivity can be imparted, the strength of the conductive yarn can be increased, and variations in the resistance value of the conductive yarn can be reduced.
また、上記カーボンナノチューブの含有量は、上記母材樹脂に対して１．５％以上７％以下であることがさらに好ましい。当該含有量が上記母材樹脂に対して１．５重量％未満の場合は導電糸の平均体積抵抗値が比較的高いため好ましくない。当該含有量が上記母材樹脂に対して７％を超えると、平均体積抵抗値は１０Ωｃｍ以下になるが、紡糸の歩留まりが低下する傾向があるため好ましくない。 Further, the content of the carbon nanotube is more preferably 1.5% or more and 7% or less with respect to the base material resin. When the content is less than 1.5% by weight with respect to the matrix resin, the average volume resistance value of the conductive yarn is relatively high, which is not preferable. When the content exceeds 7% with respect to the matrix resin, the average volume resistance value is 10 Ωcm or less, but this is not preferable because the spinning yield tends to decrease.
当該含有量を上記母材樹脂に対して１．５％以上７％以下とすることにより、１０Ωｃｍ以上１０８Ωｃｍ以下の平均体積抵抗値の範囲をカバーすることができる。当該平均体積抵抗値の範囲は、画像形成装置用ブラシの全ての用途に対応可能な範囲である。 By setting the content to 1.5% or more and 7% or less with respect to the base material resin, it is possible to cover an average volume resistance value range of 10 Ωcm or more and 10 8 Ωcm or less. The range of the average volume resistance value is a range that can be applied to all uses of the brush for an image forming apparatus.
さらに、上記カーボンナノチューブの含有量は、上記母材樹脂に対して２％以上５％以下であることが特に好ましい。当該含有量は、電子写真装置で最も使用頻度の高い１０３〜１０６Ωｃｍの範囲をカバーでき、紡糸の歩留まりも高いため好ましい。 Furthermore, the content of the carbon nanotube is particularly preferably 2% or more and 5% or less with respect to the base material resin. The content is preferable because it can cover a range of 10 3 to 10 6 Ωcm, which is most frequently used in an electrophotographic apparatus, and has a high spinning yield.
図３は、導電糸における導電材の含有量と当該導電糸の強度との関係を示す図であり、図３（ａ）は、導電材がカーボンナノチューブである場合の導電材の含有量と当該導電糸の強度との関係を示す図である。横軸は導電糸におけるカーボンナノチューブの含有量（母材樹脂に対するカーボンナノチューブの重量％）を、縦軸は導電糸の強度を表している。強度の単位としてはｄTを用いた。ｄT（デシテックス）とは、長さ１００００ｍの糸の重さをグラム数で表したものである。図３（ａ）に示すように、カーボンナノチューブの含有量が３％までは当該含有量の増加とともに導電糸の強度も上昇した。その後は、当該含有量の増加とともに導電糸の強度は漸減する傾向を示した。 FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the content of the conductive material in the conductive yarn and the strength of the conductive yarn, and FIG. 3 (a) shows the content of the conductive material when the conductive material is a carbon nanotube, and the relationship It is a figure which shows the relationship with the intensity | strength of a conductive yarn. The horizontal axis represents the content of carbon nanotubes in the conductive yarn (weight% of carbon nanotubes relative to the base resin), and the vertical axis represents the strength of the conductive yarn. DT was used as the unit of intensity. dT (decitex) is the weight of a 10000 m long yarn expressed in grams. As shown in FIG. 3A, the strength of the conductive yarn increased with the increase of the carbon nanotube content up to 3%. Thereafter, the strength of the conductive yarn tended to gradually decrease as the content increased.
これは、カーボンナノチューブの含有量が少ない場合は、カーボンナノチューブが補強剤となって導電糸の強度を向上させるが、含有量が多すぎるとカーボンナノチューブが導電糸にとって不純物となるためであると考えられる。 This is because when the carbon nanotube content is low, the carbon nanotube serves as a reinforcing agent to improve the strength of the conductive yarn, but when the content is too high, the carbon nanotube becomes an impurity for the conductive yarn. It is done.
また、図３（ｂ）は従来のカーボン粉末を分散させた導電糸におけるカーボン粉末と当該導電糸の強度との関係を示す図である。横軸は導電糸におけるカーボン粉末の含有量（母材樹脂に対するカーボン粉末の重量％）を、縦軸は導電糸の強度を表している。導電糸の強度は、カーボン粉末の含有量の増加に伴って減少し、脆弱化する傾向を示した。 FIG. 3B is a diagram showing the relationship between carbon powder in a conventional conductive yarn in which carbon powder is dispersed and the strength of the conductive yarn. The horizontal axis represents the carbon powder content (% by weight of the carbon powder with respect to the base resin) in the conductive yarn, and the vertical axis represents the strength of the conductive yarn. The strength of the conductive yarn decreased with increasing content of carbon powder and showed a tendency to become brittle.
本発明に係る画像形成装置用ブラシは、本発明に係る導電糸を含むものである。ここで画像形成装置用ブラシとは、電子写真複写機、電子写真プリンター等の画像形成装置において用いられる導電性ブラシをいい、ブラシの種類としては特に限定されるものではない。例えば、帯電ブラシ、転写用ブラシ、クリーニングブラシ、現像シール用ブラシ等、を挙げることができる。 The brush for an image forming apparatus according to the present invention includes the conductive yarn according to the present invention. Here, the brush for an image forming apparatus refers to a conductive brush used in an image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine or an electrophotographic printer, and the type of brush is not particularly limited. Examples thereof include a charging brush, a transfer brush, a cleaning brush, and a developing seal brush.
ブラシの形態等は特に限定されるものではないが、例えば、パイルとして製織した後、このパイル織物を円筒面に螺旋状に巻き付けてブラシとしたものが挙げられる。パイル織物は、縦糸と横糸とで構成した平面に対して垂直に立毛したパイル糸からなり、このパイル糸がブラシ毛となる。 Although the form of a brush etc. are not specifically limited, For example, after weaving as a pile, this pile fabric is wound around a cylindrical surface in a spiral shape to form a brush. A pile fabric consists of pile yarns raised perpendicular to a plane constituted by warps and wefts, and these pile yarns become brush hairs.
本発明に係る画像形成装置用ブラシは、本発明に係る導電糸を含むものであり、当該導電糸が高い強度を有することから、優れた耐久性を示す。したがって、上記ブラシを用いることで、画像形成装置のランニングコストを低減することができる。 The brush for an image forming apparatus according to the present invention includes the conductive yarn according to the present invention, and exhibits excellent durability since the conductive yarn has high strength. Therefore, by using the brush, the running cost of the image forming apparatus can be reduced.
上記画像形成装置用ブラシに含まれる上記導電糸の平均体積抵抗値は１０Ωｃｍ以上１０８Ωｃｍ以下であることが好ましい。上述のように画像形成装置用ブラシには種々の用途があり、用途によって好適な平均体積抵抗値は異なるが、平均体積抵抗値が上記範囲内であれば全ての用途に対応可能であるため好ましい。 It is preferable that an average volume resistance value of the conductive yarn contained in the image forming apparatus brush is 10 Ωcm or more and 10 8 Ωcm or less. As described above, the brush for an image forming apparatus has various uses, and a suitable average volume resistance value varies depending on the use. However, if the average volume resistance value is within the above range, it can be used for all applications, which is preferable. .
本発明に係る画像形成装置用ブラシは、本発明に係る導電糸を含むものであり、当該導電糸は抵抗値のばらつきが少ないため、本発明に係る画像形成装置用ブラシについても、抵抗値のばらつきが少ないものとすることができる。 The brush for an image forming apparatus according to the present invention includes the conductive yarn according to the present invention. Since the conductive yarn has little variation in resistance value, the brush for the image forming apparatus according to the present invention also has a resistance value. The variation can be small.
なお、本発明は以上説示した各構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲内で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜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。 Note that the present invention is not limited to the configurations described above, and various modifications are possible within the scope of the claims, and technical means disclosed in different embodiments are appropriately combined. Embodiments obtained in this manner are also included in the technical scope of the present invention.
本発明について、実施例に基づいてより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。当業者は本発明の範囲を逸脱することなく、種々の変更、修正および改変を行うことができる。 The present invention will be described more specifically based on examples, but the present invention is not limited to this. Those skilled in the art can make various changes, modifications, and alterations without departing from the scope of the present invention.
〔実施例１〕
６ナイロンにアームチェアー型のカーボンナノチューブを直接分散させた。次に、カーボンナノチューブを分散させた６ナイロンを常法にしたがって溶融紡糸し、延伸して６ｄTの導電糸を作製した。上記導電糸に分散しているカーボンナノチューブは、直径が０．５ｎｍから１０ｎｍ、長さが約１μｍの細長い形状であった。
[Example 1]
Armchair type carbon nanotubes were directly dispersed in 6 nylon. Next, 6 nylon in which carbon nanotubes were dispersed was melt-spun according to a conventional method and drawn to prepare a 6 dT conductive yarn. The carbon nanotubes dispersed in the conductive yarn had an elongated shape with a diameter of 0.5 nm to 10 nm and a length of about 1 μm.
カーボンナノチューブの含有量と導電糸の平均体積抵抗値との関係を調べたところ、カーボンナノチューブの６ナイロンに対する重量比が１重量％未満の場合は、導電糸は殆ど導電性を示さず、当該重量比が１．５重量％〜２．０重量％のときに導電糸の平均体積抵抗値は１０６Ωｃｍ〜１０８Ωｃｍとなり、当該重量比が２．０重量％〜３．０重量％のときに１０４Ωｃｍ〜１０６Ωｃｍとなった。当該重量比が３．０重量％以上では、１０４Ωｃｍより小さくなった。
When the relationship between the content of the carbon nanotube and the average volume resistance value of the conductive yarn was examined, when the weight ratio of the carbon nanotube to 6 nylon was less than 1% by weight, the conductive yarn showed almost no conductivity, and the weight When the ratio is 1.5 wt% to 2.0 wt%, the average volume resistance value of the conductive yarn is 10 6 Ωcm to 10 8 Ωcm, and when the weight ratio is 2.0 wt% to 3.0
以上のように、本発明に係る導電糸は、導電材としてカーボンナノチューブが母材樹脂の内部に分散されたものであるため、導電材の含有量を大幅に少なくすることができる。また、導電材の含有量を少なくすることができるので導電糸の強度を高めることができ、導電糸の抵抗値のばらつきを小さくすることができる。 As described above, the conductive yarn according to the present invention is a material in which carbon nanotubes are dispersed inside the base resin as a conductive material, so that the content of the conductive material can be greatly reduced. Further, since the content of the conductive material can be reduced, the strength of the conductive yarn can be increased, and variation in the resistance value of the conductive yarn can be reduced.
したがって、本発明は画像形成装置用ブラシの導電糸として好適に利用することができ、電子写真複写機、電子写真プリンター等に好適な優れた画像形成装置用ブラシを提供することができる。 Therefore, the present invention can be suitably used as a conductive yarn of a brush for an image forming apparatus, and can provide an excellent brush for an image forming apparatus suitable for an electrophotographic copying machine, an electrophotographic printer or the like.
１００ 導電糸
２１０ 導電糸
２１１ 母材樹脂
２１２ 導電材
２２０ 導電糸
２２１ 母材樹脂
２２２ 導電材
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