JP2011138085A

JP2011138085A - 導電性複合繊維及び導電ブラシ

Info

Publication number: JP2011138085A
Application number: JP2010000065A
Authority: JP
Inventors: Norihisa Hirasa; 典久平佐
Original assignee: Teijin Fibers Ltd
Current assignee: Teijin Frontier Co Ltd
Priority date: 2010-01-04
Filing date: 2010-01-04
Publication date: 2011-07-14

Abstract

【課題】導電性粒子を含有する成分を芯成分、熱可塑性重合体からなる非導電性成分を鞘成分とする導電性複合繊維であって、繰り返し使用に対して優れた耐久性を有すると共に、レーザープリンター等の画像形成装置に用いるブラシ用に好適な導電性複合繊維及びそれを用いた導電性ブラシを提供する。
【解決手段】導電性物質を含有する芯成分と、該芯成分を完全に被覆する繊維形成性ポリエステルからなる鞘成分とにより構成され、表面に微細孔を有する導電性繊維であって、下記要件を満足する導電性複合繊維。ａ）繊維表面の孔の数が０．１〜１．５ケ／μｍ^２であること。ｂ）単糸繊度が６．０ｄｔｅｘ以下であること。
【選択図】図１

Description

本発明は、導電性複合繊維およびそれからなる導電ブラシに関するものである。さらに詳しくは繰り返し使用に対して優れた耐久性を有すると共に、レーザープリンター等の画像形成装置に用いるブラシ用に好適な導電性複合繊維及びそれを用いた導電性ブラシに関するものである。

ポリエチレン、ポリアミド、ポリエステル等の熱可塑性樹脂は繊維製品として多くの用途に使用されているが、制電性に乏しいため帯電しやすいという欠点があり、そのため導電性繊維に関する多くの研究がなされてきた。

その一つの方法として、繊維表面に導電性物質をコーティングする方法があり、このようにして得られた導電性繊維は初期の導電性能は良好であるが、着用時の耐摩耗性、さらには耐洗濯性、耐薬品性が不十分であるため、防塵衣等に使用した場合に発塵源となってしまうという問題があった。

また、導電性物質の粉末を熱可塑性樹脂中に分散させて芯成分とし、繊維形成性の熱可塑性樹脂を鞘成分として被覆して芯鞘形成繊維とした後、高電圧で放電加工する方法（例えば、特開昭６３−２１９６２４号公報など）がある。該複合繊維においては、芯成分が鞘成分で覆われていない場合には製糸・製織工程における毛羽、糸導ガイド類の磨耗、使用中に導電性物質が脱落して機能が低下するなどのトラブル発生の原因となっている。

さらに、画像形成装置において、例えば帯電ドラムや除電ドラムへの通電媒体としては上記導電性繊維を含む導電ブラシが用いられ、この場合、ブラシの先端部がより均一な接触を行うようにすることが極めて重要となるが、これを実現する方法は未だ見出されていない。また、感光体上の残留トナーを除去するために設けられるクリーニングブラシ等にこれらの導電性繊維を使用した場合にも、感光体へのブラシの接触が均一ではないために残留トナーが残り、性能が悪化するという問題があった。

特開昭６３−２１９６２４号公報

本発明の目的は、上記従来技術の有する問題点を解決し、細繊度でも高い導電性能と強度を有する導電性複合繊維及び、該導電性繊維を用いてなる電子写真方式の複写機、プリンターなどの画像形成装置用導電性ブラシを提供することにある。

本発明者らは上記目的を達成するため鋭意検討した結果、導電性物質を芯成分とし、繊維形成性の熱可塑性樹脂を鞘成分とし、なおかつ表面に微細孔を有する芯鞘型複合繊維とすることで、所望の導電性複合繊維が得られることを究明し、本発明に到達した。

かくして本発明によれば、導電性微粒子を含有した芯成分と、アルカリ性可溶性物質を含んだポリエチレンテレフタレートを鞘成分として用い、さらにアルカリ減量することで表面に凹凸構造を形成して導電性を向上させ、単糸繊度を６．０ｄｔｅｘ以下の細繊度にしても耐久性とともに画像鮮明性の良好な導電性複合繊維が提供される。

即ち、本発明によれば、
導電性物質を含有する芯成分と、該芯成分を完全に被覆する繊維形成性ポリエステルからなる鞘成分とにより構成され、表面に微細孔を有する導電性繊維であって、下記要件を満足することを特徴とする導電性複合繊維、
ａ）繊維表面の孔の数が０．１〜１．５ケ／μｍ^２であること。
ｂ）単糸繊度が６．０ｄｔｅｘ以下であること。
好ましくは、微細孔が、アルカリ溶出性化合物を含むポリエステルを鞘成分とした芯鞘型導電性繊維をアルカリ溶液処理して得られたものである導電性複合繊維であり、
本発明の別の態様として、上記導電性複合繊維を含む導電性ブラシ、
が提供される。

本発明の導電性繊維は芯鞘型複合繊維で、細繊度でも強度が高く、表面に微細孔を有するので導電性が良好であるので、ブラシに用いた場合、繊維密度を高めることが可能であるので、電子写真方式の複写機、プリンターなどの画像形成装置に好適に使用できる。

実施例１の導電性繊維の断面形状。本発明の導電性ブラシを構成するパイル布帛の一例を示す斜視図。本発明の導電性ブラシを構成するパイル布帛断面の一例を示す正面図と側面図。本発明の導電性ブラシの作成例を示す側面図。

本発明の導電性繊維は芯鞘型複合繊維であり、芯成分は導電性物質を含有するポリエステルからなる。使用することができるポリエステルとしては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート等が好ましく挙げられる。

導電性物質としては、導電性カーボンブラック、導電性金属化合物などの公知のものを使用することができる。
導電性カーボンブラックの種類としては、例えばオイルファーネス系の“ケッチェンブラックＥＣ”（日本ＥＣ社製）、“コンダクテックス９７５”、“コンダクテックスＳＣ”（コロンビアン社製）やアセチレン系の“デンカブラック”（デンカ社製）等公知の導電性カーボンブラックの他、サーマルブラック、チャネルブラック、ケッチェンブラックなどが使用できる。

他方導電性金属化合物としては、金属粒子または金属酸化物もしくは金属化合物の粒子、あるいは、これらの皮膜を有する粒子を用いることができる。金属粒子としては、銀、ニッケル、銅、鉄、アルミニウムあるいはこれらの合金があげられる。金属酸化物や金属酸化物皮膜を有する粒子としては、アンチモン酸化物を第２成分として混合焼成した酸化錫、アルミニウム酸化物を第２成分とした酸化亜鉛、前記酸化錫や酸化亜鉛等の導電性酸化物の皮膜を有する酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化ケイ素、酸化アルミニウム等の無機粒子が使用できる。金属酸化物としては、ヨウ化銅、硫化銅、硫化亜鉛、硫化カドミニウムなどを用いることができる。中でも、白色性に優れた酸化第二錫や酸化亜鉛が好ましく例示される。なおここでいう酸化第二錫には、少量のアンチモン化合物を含む酸化第二錫、酸化チタン粒子の表面に酸化第二錫をコーティングした導電性金属複合体も含まれる。また、酸化亜鉛には、少量の酸化アルミニウム、酸化リチウム、酸化インジウムなどを含む酸化亜鉛も含まれる。これらの導電性物質は、通常微粉末としてマトリックスポリマーに分散して用いられる。

これら導電性物質の配合率は、粒子の種類、粒子径、導電性およびマトリックスポリマーの性質や結晶性などによって変わるが、通常はマトリックスポリマー全重量に対して１５〜８０重量％が好ましい。該配合量が１５％未満の場合は導電性が低下し、８０％を超える場合はポリマー中への均一分散が困難となり製糸性も低下する。

一方鞘成分として用いられるポリマーとしては、ポリエステル、ポリオレフィン、またはその共重合物が好ましく、ポリエチレンテレフタレートが特に好ましい。
また、芯鞘成分のポリマー中に有機スルホン酸、またはその金属塩、有機リン酸またはその金属塩等や、ポリアルキレングリコール、ブロックポリエーテルエステル、ブロックポリエーテルアミドなどのアルカリ可溶性化合物をポリマー全重量に対して５％以下分散させることが好ましい。アルカリ可溶性化合物の配合量は好ましくは０．５〜４．０％、さらに好ましくは０．５〜３．０％である。０．５％未満であれば微細孔が形成されにくく、５％を超える場合は繊維強度が低下し好ましくない。

本発明の導電性複合繊維は、その断面形状は特に限定するものではないが、図１に例示するように、鋭利な突起を有する断面形状を有するものが高導電性の点で好ましい。
上記複合繊維断面において、芯成分の占める面積は５〜３０％が好ましい。該面積が５％より小さいときは、制電性が劣る場合があり、一方、該面積が３０％を超える場合と繊維の力学的特性、耐発塵性、耐久性が低下する場合がある。

上記により得られた導電性複合繊維は公知の方法により製織編され布帛とし、公知のアルカリ減量装置を用いて上記のアルカリ可溶性化合物を溶出することにより繊維表面に微細孔を形成することが好ましい。

ここで使用するアルカリ化合物としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等をあげることができる。なかでも水酸化ナトリウム、水酸化カリウムが特に好ましい。

かかるアルカリ化合物の水溶液の濃度は、アルカリ化合物の種類、処理条件等によって異なるが、通常０．０１〜４０重量％の範囲が好ましく、特に０．１〜３０重量％の範囲が好ましい。処理温度は常温〜１００℃の範囲が好ましく、処理時間は１分〜４時間の範囲で通常行なわれる。また、このアルカリ化合物の水溶液の処理によって溶出除去する量は、繊維重量に対して２重量％以上の範囲にすべきである。

このようにアルカリ化合物の水溶液で処理することによって、繊維表面に０．１〜１．５ケ／μｍ^２の微細孔が形成される。この微細孔を有することによって導電性が大幅に向上するとともに繊維強度は維持されるという特徴が得られる。０．１ケ／μｍ^２未満であれば導電性が不足し、１．５ケ／μｍ^２を超える場合は強度が低下し好ましくない。
なお、本発明の導電性複合繊維には、必要に応じて任意の添加剤、例えば触媒、着色防止剤、耐熱剤、難燃剤、螢光増白剤、艶消剤、着色剤等が含まれていてもよい。

本発明の導電性複合繊維は、従来公知の複合紡糸装置を用い、鞘側に前述したアルカリ可溶性物質を含むポリエステルを、芯部に導電性物質を含有するポリエステルを使用して、２０００〜４５００ｍ／分、好ましくは２０００〜３０００ｍ／分の速度で溶融紡糸し、延伸することにより得られたものをアルカリ減量して得ることができる。好ましくは製編織して布帛とし、アルカリ減量することにより得ることが好ましい。

本発明の別の態様である導電性ブラシを製造するには、まず、該繊維を含むパイル糸からなるパイル布帛を製造する。パイル布帛の製造方法としては、それ自体公知の方法を用いて製造することができる。例えば、パイル織物の場合、図２に示すモケット・ベルベットのような生地を公知の方法で製造することができる。この場合、導電性複合繊維は少なくともパイル糸のみに使用してあればよい。一方、パイル編物の場合は、ダブルラッセル・トリコットのような生地を公知の方法により製造することができる。なお、パイル布帛を製造する際、２種以上の繊維を併用することもでき、例えば、導電性ブラシの性能が損なわれない範囲で、本発明の導電性複合繊維に通常のポリエステル繊維を加えてパイル布帛を製造してもよい。

図２〜４は本発明の導電性複合繊維を用いた導電性ブラシの例を示すもので、図２は導電性ブラシを構成するパイル布帛の一例を示す斜視図、図３は導電性ブラシを構成するパイル布帛断面の一例を示す正面図と側面図、図４は本発明の導電性ブラシの一例を示す側面図である。図３中の１はパイル布帛のタテ糸、２はヨコ糸、３は基布であり、４は必要に応じて施されるコーティング層、５はパイル糸である。また、図４中の６はパイル布帛、７は支柱を示す。

本発明の導電性ブラシを製造するには、例えば図３のように、上記方法で製造されたパイル布帛の生地を、支柱に螺旋状に巻きつけてブラシ形状とする。その後、立毛処理、シャーリング処理を行い、画像形成装置用の導電性ブラシとすることができる。また、パイル布帛を平面に固定した導電性ブラシとしてもよい。

導電性ブラシにおける導電性複合繊維の断面電気抵抗値（温度２０℃、湿度４０〜７０％ＲＨ）は、１０²〜１０¹¹Ω／ｃｍがよい。好ましくは、温度２５℃、湿度４０％ＲＨで、１０^３〜１０^1０Ω／ｃｍがよい。画像形成装置の種類によりも異なるが、これより低くても高くても均一な帯電、除電、クリーニング効果が得難くなり好ましくない。

本発明の導電性複合繊維からなるパイル糸は、上記の条件を満たすので、例えば、特にレーザープリンター等の画像形成装置に好適に用いることができる導電性ブラシとして十分な機能を発揮する。

以下、本発明を更に具体的に説明するため、以下、実施例及び比較例を掲げて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。尚、実施例および比較例に示す微多孔性繊維の物性及び判定は下記の方法により測定したものである。

（１）断面間内部電気抵抗値
繊維軸方向の長さが１０ｃｍとなるよう両端を横断面方向にカットした繊維の該両断面にＡｇドウタイト（銀粒子含有の導電性樹脂塗料、藤倉工業製）を付着させた試料を電気絶縁性ポリエチレンテレフタレートフイルム上で、温度２５℃、相対湿度４０％の条件下で１．７ｋＶの直流電圧を該Ａｇドウタイト付着面を使って印加して両断面間に流れる電流値を求め、オームの法則により電気抵抗値Ω／ｃｍを算出した。

（２）導電性ブラシの耐久性
ＪＩＳＬ１０９６８．１７．３Ｃ法（テーパー刑法）の摩擦強さ試験で、荷重４．９０Ｎ、磨耗輪Ｎｏ．ＣＳ−１７、摩擦回数５００回とし、導電性ブラシの磨耗耐久性を測定した。
○：良好
×：不良

（３）平均細孔径
島津製作所（株）製ポアサイザー９３１０を用い、水銀圧入式ポロシメーター法により測定した。

（４）孔の数
ハイロックス（株）製マイクロハイスコープシステムＤＨ−２２００を用いて測定した。

（５）画像評価方法
ブラシ帯電法において、ブラシ回転方向を感光体と反方向とし、直流のバイアス電圧をかけて帯電画像出しテストを行ない、１万枚コピー後の画像評価を以下に示す基準で行った。
○：初期と同様な鮮明均一な画像が得られる。
△：やや異常放電跡が認められる。
×：画像が不鮮明であり、スジ斑が目立つ。

［実施例１］
導電性カーボンブラック２７．０重量部、極限粘度０．６４のポリエチレンテレフタレ
ート７３．０重量部からなる導電性樹脂組成物を芯成分とし、アルカリ可溶性化合物として、３、５−（ジカルボメトキシ）ベンゼンスルホン酸ナトリウムを２．４重量％含んだポリエチレンテレフタレートを鞘成分として用いて、図１に示す断面形状を有する芯鞘型複合繊維を溶融紡糸により紡糸速度２５００ｍ／ｍｉｎにて紡出した後、延伸および熱セットを施し、２５０ｄｔｅｘ／４０ｆｉｌのマルチフィラメントヤーンを得た。
次に、この繊維をパイル糸に使用したパイル織物（ベルベット）を製造し、導電性ブラシを作成した。この際、パイル織物は、パイル密度を５，０００本／ｃｍ²、パイル長を５ｍｍに設計した。ポリエステル繊維試料を布帛に形成した試験片を、濃度１０ｇ／Ｌの沸騰した水酸化ナトリウム水溶液中に浴比３０で浸して減量率１０％となるまでアルカリ減量処理を施した。このブラシは優れた耐久性と、画像鮮明性を示した。その結果を表１に示す。

［実施例２−３］
実施例１において、延伸後のフィラメントが２５０ｄｔｅｘ／６０ｆｉｌおよび２５０ｄｔｅｘ／８０ｆｉｌのマルチフィラメントヤーンを得た以外は実施例１と同様に実施した。これらも優れた耐久性と画像鮮明性を示した。その結果を表１に示す。

［比較例１］
実施例１において、鞘ポリマーを３、５−（ジカルボメトキシ）ベンゼンスルホン酸ナトリウムを含まないポリエチレンテレフタートとした以外は実施例１と同様に実施した。この場合、アルカリ減量後での表面に孔が空かず、画像鮮明性に欠ける結果となった。その結果を表１に示す。

［比較例２］
実施例１において、延伸後のフィラメントが２５０ｄｔｅｘ／２０ｆｉｌのマルチフィラメントヤーンを得た以外は実施例１と同様に実施した。この場合、単糸繊度を大きくしており、繊維密度が不足するため画像鮮明性に欠ける結果となった。その結果を表１に示す。

［比較例３］
実施例１において、減量率を２０％にする以外は実施例１と同様に実施した。この場合、孔の数が増え、孔面積も大きくなるが故に、ブラシ耐久性に欠ける結果となった。その結果を表１に示す。

本発明によれば、表面に微少凹凸構造を持つことにより繰り返し使用に対して初期と同様な鮮明均一な画像が得られ、優れた耐久性を有しているので、電子写真方式の複写機、プリンターなどの画像形成装置に好適に使用できる。

１タテ糸
２ヨコ糸
３基布
４コーティング層
５パイル糸
６パイル布帛
７支柱

Claims

導電性物質を含有する芯成分と、該芯成分を完全に被覆する繊維形成性ポリエステルからなる鞘成分とにより構成され、表面に微細孔を有する導電性繊維であって、下記要件を満足することを特徴とする導電性複合繊維。
ａ）繊維表面の孔の数が０．１〜１．５ケ／μｍ^２であること。
ｂ）単糸繊度が６．０ｄｔｅｘ以下であること。
微細孔が、アルカリ溶出性化合物を含むポリエステルを鞘成分とした芯鞘型導電性繊維をアルカリ溶液処理して得られたものである請求項１記載の導電性複合繊維。
請求項１〜２に記載の導電性複合繊維を含む導電性ブラシ。