JP4447807B2 - 導電マルチフィラメント糸及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真装置（複写機、ファクシミリ、プリンター等）に用いる現像用ブラシ、接触帯電用ブラシ、クリーナー用ブラシ又は除電用ブラシに適した導電マルチフィラメント糸に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子写真複写機等の電子写真装置において、感光ドラム上に形成させる静電潜像方式として、非接触型のコロナ帯電方式が採用されている。しかし、コロナ帯電方式はコロナ放電から発生するオゾンが、電子写真装置の部品を劣化させることが問題視されている。また、このオゾンは人体に対して有害である。さらに、コロナ放電のために、高電圧を使用しなければならず、火災等の危険もある。
【０００３】
この問題を解決するため、近年、コロナ放電を使用しない低電圧使用の接触帯電方式が提案されている。例えば、導電性マルチフィラメント糸を接触帯電ブラシとして使用する接触帯電方式が提案されている。
【０００４】
従来、導電性マルチフィラメント糸としては、セルロース系繊維が多く用いられている。また、合成繊維として広く使用されているポリエステルやポリアミド繊維においても、導電性微粒子を含有する繊維が多く提案されている。
【０００５】
特開昭５７−６７６２号公報、特開平７−１０２４３７号公報には、融点の異なる２種類の熱可塑性重合体（ポリエステルやポリアミド）からなり、かつ低融点側に導電性被膜を有する酸化チタンを含有させた複合繊維を両融点間で熱処理することにより、導電性を向上させる導電性複合繊維が提案されている。しかしながら、これらの導電性繊維は導電性は向上しているものの熱水収縮率が２０％程度と高いため、接触帯電ブラシを作成する際の熱処理工程等や接触帯電ブラシ等に使用した際に形態が変化し、さらにはこれによる電気抵抗値のばらつきが生じ、これらの導電糸は接触帯電ブラシに不適であった。
【０００６】
特公平１−２９８８７号公報には、セルロース系導電糸に疎水性官能基を導入して湿度変化に対して安定した電気抵抗値が発現できるようにした導電性セルロース系繊維が提案されている。
【０００７】
また、特開平９−４９１１６号公報には、２種以上の導電性微粒子を繊維に添加して比抵抗値のばらつきを１０3Ω・ｃｍ以内に小さくした導電性セルロース系繊維が提案されている。
【０００８】
上記の２つのセルロース系繊維も、湿度に対する安定性や電気抵抗値のバラツキの改善は十分でなかった。すなわち、接触帯電ブラシ等は、温度や湿度の変化の大きい環境で処理又は使用されるため、それら環境の温湿度変化によって生じる繊維形態の変化が導電性微粒子の連鎖状態の変化を引き起こし、電気抵抗値の変化として現れる。したがって、作成当初においては好適な電気抵抗値を有していたとしても、接触帯電ブラシを作成する際の熱処理工程等や長期間の使用時にこれらの値が低下し、作成当初との値の差が大きくなり、画像障害が生じるようになるという欠点を解決することはできなかった。
【０００９】
さらに、一般に、ポリアミドやポリエステル等の熱可塑性ポリマーからなる導電糸においては、マルチフィラメントを構成する各単繊維ごとに電気抵抗値がばらついていることがわかった。そして、このような各単繊維ごとの電気抵抗値のばらつきもまた、均質な静電潜像が形成されにくくなる原因であることがわかった。すなわち、導電糸は感光ドラム等との接触においては、単繊維レベルでの接触になるため、各単繊維間の電気抵抗値のばらつきが少ないことによって、通電斑や除電斑をより減少させることができ、より鮮明な画像を得られることが判明した。
しかしながら、このような各単繊維ごとの電気抵抗値のばらつきの少ない導電マルチフィラメント糸は未だ提案されていない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような問題点を解決し、ブラシ作成時の熱処理工程等や長期間の使用における温湿度変化に対して安定した電気抵抗値を示し、かつ、マルチフィラメント糸を構成する各単繊維の電気抵抗値のばらつきも少なく、接触帯電用等のブラシとして用いると、安定、かつ良好な画像を得ることができる導電マルチフィラメント糸を提供することを技術的な課題とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、本発明に到達した。すなわち、本発明は、次の（１）を要旨とするものである。
（１）導電性微粒子を含有する熱可塑性ポリマーからなる単繊維で構成された導電マルチフィラメント糸であって、マルチフィラメント糸の熱水処理前後の電気抵抗値の対数値の変化率が３０％以下であり、かつマルチフィラメントを構成する単繊維の電気抵抗値の対数値のばらつきが標準偏差１．０以下であることを特徴とする導電マルチフィラメント糸の製造方法であって、導電性微粒子を含有する熱可塑性ポリマーを溶融紡糸し、未延伸マルチフィラメント糸を得た後、未延伸マルチフィラメント糸に温度50〜200℃で0.02秒以上の加熱条件下において、1.0ｇ／ｄｔｅｘ以下の延伸張力で熱延伸処理を施し、次いで、温度70〜200℃下において、0.5ｇ／ｄｔｅｘ以下の張力で０．５秒以上の弛緩熱処理を行うことを特徴とする導電マルチフィラメント糸の製造方法。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
まず、本発明でいう電子写真装置用ブラシとは、複写機、ファクシミリ、プリンター（例えばレーザービームプリンター）等の電子写真装置に用いる各種ブラシであり、例えば現像用ブラシ、接触帯電用ブラシ、クリーナー用ブラシ又は除電用ブラシが挙げられる。本明細書では主として、接触帯電用ブラシに関して説明しているが、本発明の導電マルチフィラメント糸は、前記したその他のブラシに適用しても好適に使用し得るものである。
【００１３】
本発明のマルチフィラメント糸を形成するポリマーは、繊維形成性の熱可塑性重合体であれば特に限定されないが、ポリエステル、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン等が挙げられる。中でも、ポリエステル、ポリアミドが好ましい。
【００１４】
ポリエステルをさらに具体的に述べると、例えば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、ポリプロピレンテレフタレートや、それらにジカルボン酸成分、ジオール成分あるいはオキシカルボン酸成分が共重合されたもの、あるいはそれらポリエステルをブレンドしたものが挙げられる。さらには、生分解性ポリエステルとして知られるポリ乳酸、ポリブチレンサクシネート、ポリε−カプロラクタム等の脂肪族ポリエステルでもよい。
【００１５】
また、ポリアミドとは、例えばナイロン６、ナイロン６６、ナイロン６９、ナイロン４６、ナイロン６１０、ナイロン１２、ポリメタキシレンアジパミドやこれら各成分を共重合したものやブレンドしたもの等が挙げられる。
【００１６】
本発明のマルチフィラメント糸を構成する各単繊維中には、導電性微粒子が含有されている。導電性微粒子としては、例えばカーボンブラック、金属粉、金属酸化物等が挙げられ、中でもカーボンブラックが好ましい。添加する量としては、例えばポリエステルでは５〜３０質量％が好ましく、より好ましくは１０〜２５質量％である。ポリアミドでは１５〜４５質量％が好ましく、より好ましくは２０〜３５質量％である。
【００１７】
一般に、ポリアミドやポリエステルからなる導電糸は、環境湿度により０．４〜５％程度の水分を吸着する。したがって、導電糸の電気抵抗値には、導電性微粒子の分散状態と吸着水の電気抵抗値の両者が関係するが、おおむね７０％以下の湿度領域では導電性微粒子の分散状態が主たる要因となる。
【００１８】
また、導電性微粒子の分散状態は、繊維の形態が変化することによっても変化する。すなわち、ブラシ作成時の熱処理工程や使用環境の温湿度変化によって生じる繊維形態の変化が導電性微粒子の分散状態の変化を引き起こし、電気抵抗値の変化を生じさせる。これは、紡糸時又は延伸時に受けた変形に基づく残留ひずみの開放や配向分子が最小エネルギー状態に戻ろうとする形態変化（熱収縮差）が、作成時の熱処理工程や使用環境の温湿度変化によって誘発されると考えられる。
【００１９】
一般に、帯電ブラシやクリーナーブラシは、導電糸をパイルとして製織した後、円筒面に螺旋状に巻き付けてブラシとするが、パイルを整えるために、熱水処理によるヒートセットを行っている。また、前記のように複写機等に使用すると、使用環境が厳しく、大きな温湿度変化を受ける。
【００２０】
通常の方法で紡糸された導電糸の熱水収縮率は、１０〜５０％程度と高い。したがって、このような繊維を用いると、たとえブラシにする前の繊維の導電性微粒子の分散状態が安定していたとしても、ブラシにしてヒートセットした段階や、使用するうちに収縮して形態が変化することにより、導電性微粒子の分散状態が変化する。この導電性微粒子の分散状態の変化により、電気抵抗値のばらつきが生じることになる。
【００２１】
さらに、このことについて、図１及び図２を用いて説明する。
図１のグラフは、従来よりある一般的なポリエチレンテレフタレート導電糸であって、電気抵抗値が１０9.4Ωのポリエチレンテレフタレート導電糸を電子複写機用の接触帯電ブラシを構成する繊維として使用し、ブラシの使用開始から４８時間後まで１時間毎に構成繊維の電気抵抗値を測定したものである。
まず、電気抵抗値が１０9.4Ωのポリエステル系導電糸をブラシとして使用したとする。このブラシを使用するうちにブラシを構成する各繊維は電気抵抗値が低下し、使用前は全ての構成繊維の電気抵抗値が１０9.4Ωであったものが、使用期間を経るうちに１０9.0、１０8.8、１０8.6Ωに近づく、複数の電気抵抗値を有する繊維となるのがわかる。
【００２２】
図２のグラフは、従来よりある一般的なポリアミド導電糸であって、電気抵抗値が１０8.4Ωのナイロン６導電糸を電子複写機用の接触帯電ブラシとして図１のポリエステル繊維と同様に使用し、電気抵抗値を測定したものである。
まず、電気抵抗値が１０8.4Ωのナイロン６導電糸をブラシとして使用したとする。このブラシを使用するうちにブラシを構成する各繊維は電気抵抗値が低下し、使用前は全ての構成繊維の電気抵抗値が１０8.4Ωであったものが、使用期間を経るうちに１０8.0、１０7.8、１０7.6Ωに近づく、複数の電気抵抗値を有する繊維となるのがわかる。
【００２３】
このような現象が画像障害を生じる要因となっている。すなわち、通常の方法で紡糸して得られたポリエステル又はポリアミド系導電糸であると、ブラシにしてヒートセットした段階や、使用するうちに湿熱処理を受けて、ブラシにする前の電気抵抗値より低下する。しかも、ブラシにする前には電気抵抗値が同一であった繊維においても、繊維間で低下の幅にばらつきがあり、使用を経るうちに異なる電気抵抗値を有する繊維からなるブラシとなる。
【００２４】
また、図１及び図２のグラフより、一般的なポリエステル又はポリアミド系導電糸は使用開始からしばらくの間に電気抵抗値が大きく低下し、使用時間を経るうちに電気抵抗値の低下の幅が小さくなり、安定化することがわかる。
【００２５】
そこで、本発明の導電マルチフィラメント糸は、熱水処理を受けることによる電気抵抗値の変化を少なくし、長期間使用しても画像障害を生じにくいという効果を奏するものである。さらに、マルチフィラメントを構成する各単繊維の電気抵抗値のばらつきを少なくしたものであって、これにより均質な静電潜像を形成することができる。
【００２６】
まず、マルチフィラメント糸の熱水処理前後の電気抵抗値の対数値の変化率が３０％以下であることが必要である。式（１）の値が３０％を超えると、熱水処理を受けることによる電気抵抗値の変化が大きく、画像障害を生じる要因となる。
熱水処理前の電気抵抗値をRbとし、熱水処理後の電気抵抗値をRaとしたとき、
〔（ｌｏｇＲｂ−ｌｏｇＲａ）／ｌｏｇＲｂ〕×１００・・・（１）
の値が３０％以下になるようにしている。特に式（１）の値（＝変化率）は２０％以下が好ましく、１０％以下がより好ましく、５％以下が最も好ましい。
【００２７】
なお、本発明でいう熱水処理は、ＪＩＳ−Ｌ−１０４２熱水浸漬法に準じ、得られた導電マルチフィラメント糸を８０℃の熱水に３０分間浸漬させた後、遠心脱水機で脱水後乾燥（１０５℃）させるものをいう。
【００２８】
そして、電気抵抗値は次のようにして測定するものである。熱水処理をした糸条と熱水処理をしなかった糸条から、それぞれ長さ方向に沿って、１００ｍ毎に長さ１０ｃｍの試験片を２０個採取する。この１０ｃｍの試験片の間（両端間）に５００Ｖの電圧をかけて、測定環境２０℃、２０％ＲＨの条件下、東亜電波工業社製の抵抗値測定機「ＳＭ−１０Ｅ」を使用して、熱水処理前の電気抵抗値Ｒｂ、熱水処理後の電気抵抗値Ｒａ（Ω／ｃｍ）を測定する。なお、試料片２０個の平均値とする。
【００２９】
次に、本発明の導電マルチフィラメント糸は、マルチフィラメントを構成する単繊維の電気抵抗値の対数値のばらつきが標準偏差１．０以下であることが必要である。すなわち、導電糸は感光ドラム等との接触においては、単繊維レベルでの接触になるため、各単繊維間の電気抵抗値のばらつきが少ないことによって、通電斑や除電斑をより減少させることができ、より鮮明な画像を得ることができる。
【００３０】
なお、前記の電気抵抗値の測定法に従い、マルチフィラメントを構成する各単繊維の電気抵抗値を測定し、ｎ数をマルチフィラメントを構成する単糸数として、標準偏差を算出するものである。
【００３１】
標準偏差が１．０を超えると、各単繊維間で電気抵抗値の差が大きくなりすぎ、均質な静電潜像が形成されにくくなる。標準偏差はさらに好ましくは０．８以下であり、より好ましくは０．５以下である。
【００３２】
また、この導電マルチフィラメント糸の熱水収縮率は１０％以下であることが好ましい。一般に、（１）式を満足する導電マルチフィラメント糸の熱水収縮率は、１０％以下であることが多いが、この熱水収縮率が１０％を超えると、導電マルチフィラメント糸に熱が与えられたときに単繊維の形態が変化し、導電性微粒子の分散状態が変化することにより、各単繊維間での電気抵抗値のばらつきが大きくなり、上記した標準偏差を１．０以下に設定することが困難となりやすい。
【００３３】
なお、熱水収縮率は、試料長１００cmとし、ＪＩＳ−Ｌ−１０４２熱水浸漬法に準じ、80℃の熱水に30分間浸漬させた後、遠心脱水機で脱水し、次に乾燥（１０５℃）し、そのときの試料長Ｌ（cm）を測定して、次式にて計算する。
熱水収縮率（％）＝〔（１００−Ｌ）／１００〕×１００
【００３４】
さらに、本発明の導電マルチフィラメント糸は、マルチフィラメントの糸長方向の電気抵抗値の対数値のばらつきが標準偏差０．３以下であること、単繊維の繊度が10dtex以下であることが好ましい。
【００３５】
まず、マルチフィラメントの糸長方向の電気抵抗値については、前記と同様にして電気抵抗値を測定するが、このとき、マルチフィラメントの糸長方向に５００ポイントで電気抵抗値を測定し、各測定データを対数変換し、ｎ数を５００として標準偏差を算出するものである。
標準偏差が０．３を超えると糸長方向での電気抵抗値のばらつきが大きくなり、品質の安定した接触帯電ブラシ等を作成しにくくなる。
【００３６】
また、マルチフィラメントを構成する単繊維の繊度は１０dtex以下であることが好ましく、さらに８dtex以下であることが好ましく、５dtex以下であることがより好ましい。すなわち、単繊維繊度が小さいほど感光ドラム等との接触状態が密で均一となり、これにより帯電等をより均一に行うことができ、安定かつ良好な静電潜像が得られる。単糸繊度が１０dtexを超えると、この効果が得られにくくなり、鮮明な画像が得られにくくなったり、複写回数が多くなるにつれて複写物に筋状の汚れが生じやすくなる。
【００３７】
本発明の導電マルチフィラメント糸は、温湿度が２０℃、２０％ＲＨの雰囲気中での電気抵抗値が１０4〜１０11Ω／ｃｍであることが好ましい。この範囲の電気抵抗値とすることで、電子写真装置に用いられる各種ブラシにより適した繊維とすることができる。特に温湿度が２０℃、２０％ＲＨの雰囲気中での電気抵抗値が１０7〜１０10Ω／ｃｍである場合は、接触帯電ブラシに適した繊維とすることができる。ここで接触帯電ブラシの場合は、特に電気抵抗値が１０11Ω／ｃｍを超えると、感光帯ドラムの表面の均一な帯電を得ることが困難となり、一方、１０4Ω／ｃｍ未満の低抵抗値の場合は感光帯層にピンホール等の欠陥があった時、大電流が流入して帯電不良が発生しやすい。
【００３８】
また、本発明の導電マルチフィラメント糸を構成する各単繊維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。
【００３９】
そして、上記した特徴を有する導電マルチフィラメント糸は、以下のような製造方法で得ることができる。すなわち、導電性微粒子を含有する熱可塑性ポリマーを溶融紡糸し、未延伸マルチフィラメント糸を得た後、（１）未延伸マルチフィラメント糸に温度50〜200℃で0.02秒以上の加熱条件下において、1.0ｇ／ｄｔｅｘ以下の延伸張力で熱延伸処理を施し、（２）次いで、温度70〜200℃下において、0.5ｇ／ｄｔｅｘ以下の張力で０．５秒以上の弛緩熱処理を行う。
【００４０】
まず、従来公知の方法で、上記のようなカーボンブラック等の導電性微粒子又は導電性微粒子を含むマスターチップと熱可塑性ポリマーを、例えばエクストルーダーで混練・溶融し、紡糸口金より押し出し、溶融紡糸を行う。そして、実質的に延伸を施さず、未延伸マルチフィラメント糸を得る。
【００４１】
このとき、導電性微粒子と熱可塑性ポリマーとの混練・溶融方法としては、導電性微粒子を例えば、二軸エクストルーダー等を用いて直接混練することもできるが、一旦導電性微粒子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。
【００４２】
溶融紡糸の方法は特に限定するものではなく、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。紡糸温度が高ぎると熱可塑性ポリマーが熱分解を起こし、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。
【００４３】
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。次いで、冷却固化したフィラメントは、実質的に延伸されることなく、500〜1500ｍ／分で一旦巻き取られる。
【００４４】
次に、未延伸マルチフィラメント糸に、上記（１）の条件で熱延伸を施す。
特開2000-160427号公報に記載されているように、例えば導電性セルロース系繊維中の導電性カーボン粒子の添加率を０質量％から順次増加した場合、ある増加率近辺でセルロース系繊維の導電性が急激に向上（比抵抗値が急激に低下する）するという現象が生じる。これは特定濃度付近に達すると、導電性カーボン粒子の分布、連鎖の状態が良好となり、これが導電性に大きく影響するためと考えられる。この例は導電性カーボン粒子の濃度と比抵抗値の関係だが、本発明者等は、延伸・弛緩熱処理条件によっても導電性微粒子の分布、連鎖の状態が非常に大きく影響され、これにより、マルチフィラメントの導電性能、各単繊維間の電気抵抗値のバラツキが影響を受けることを見いだした。
【００４５】
すなわち、各単繊維において導電性微粒子が密に、かつ均一に連鎖している状態であると、各単繊維間での電気抵抗値のバラツキがなく、マルチフィラメントの導電性が非常に向上すると推測される。
【００４６】
通常、未延伸糸において一旦均一に分布、連鎖していた導電性微粒子が、延伸時においては延伸張力により導電性微粒子の連鎖状態が流動的になる。このとき、短時間の熱延伸処理による熱量不足が生じたり、延伸張力が高く、均一な延伸が行われないと、導電性微粒子の連鎖状態が不均一となる。すなわち、マルチフィラメントを構成する単繊維間で延伸の程度にバラツキが生じることで、マルチフィラメントを構成する各単繊維ごとに導電性微粒子の連鎖状態が異なるようになり、各単繊維の電気抵抗値がそれぞれ異なるものとなる。
【００４７】
そこで、本発明においては、各単繊維の電気抵抗値が等しくなるような、かつ、熱水処理前後のマルチフィラメント糸の電気抵抗値の対数値の変化率が３０％以下となるような、導電性微粒子の連鎖状態となるように、特定の熱延伸及び弛緩熱処理を行う。
【００４８】
まず、温度50〜200℃で、時間が0.02秒以上であり、かつ延伸張力が1.0g/dtex以下となるように熱延伸を行うことが必要である。延伸時の熱処理時間を0.02秒以上とすることにより、各単繊維が等しく延伸されるように十分な熱量を与えることができる。また延伸張力を1.0g/dtex以下とすることにより各単繊維がゆっくりと均一に延伸される。延伸時の熱処理時間は、0.02秒以上が必要であるが、より好ましくは0.05秒以上、好適には0.07秒以上である。延伸張力は1.0g/dtex以下とすることが必要であるが、より好ましくは0.8g/dtex以下であり、好適には0.6g/dtex以下である。
延伸速度は特に限定されるものではないが、熱処理時間を0.02秒以上とするために、500ｍ／分以下とすることが好ましく、さらに好ましくは200ｍ／分以下、より好ましくは100ｍ／分以下である。ただし、生産性を考慮して50ｍ／分以上とすることが好ましい。
なお、ここで延伸張力とは、延伸時にかかる張力を最終繊度（例えば実施例１では330dtex）で除した値をいう。
【００４９】
延伸温度については、通常、延伸はローラ間で行われ、加熱ローラ間で延伸を行う場合はローラ温度を50〜200℃とし、ローラ間にヒーターを設けて延伸する場合（図３の場合）はヒーターの温度50〜200℃とするものとする。だたし、これらの場合において、予備加熱を行う場合は、100℃未満の温度で予備加熱することが好ましく、その後、加熱延伸ローラ又はヒーター温度を100〜200℃、さらに好ましくは120〜170℃として延伸することが好ましい。
なお、上記の熱処理時間とは、延伸時に上記の温度範囲の加熱ゾーンを通過する時間の合計をいう。つまり、予備加熱を行う場合は予備加熱ゾーンも含めた通過時間とする。
延伸時の温度が50℃未満であったり、時間が0.02秒未満であると、十分な熱量で延伸を行うことができず、均一な延伸が困難となる。一方、延伸時の温度が200℃を超えると、未延伸マルチフィラメント糸が溶融し、ローラ巻き付き等が生じる。
【００５０】
なお、熱延伸処理の際において、延伸倍率は任意であってよいが、実用的な強度及び伸度を導電マルチフィラメント糸に与えるためには、延伸倍率を最大延伸倍率（未延伸マルチフィラメント糸が延伸により切断する倍率のこと）の５０〜８０％とするのが好ましい。延伸倍率を最大延伸倍率の５０％未満にすると、伸度が残りすぎるため、実質的な強伸度を有する導電マルチフィラメント糸を得られにくくなるという傾向が生じる。延伸倍率が最大延伸倍率の８０％を超えると、糸長方向に均一な繊度の導電マルチフィラメント糸が得られにくくなる恐れがある。
【００５１】
熱延伸処理は、具体的には図３に示したように行われる。なお、図３は本発明の導電マルチフィラメント糸の製造方法の一実施態様を示す概略工程図である。まず、未延伸マルチフィラメント糸１を案内ローラ２を通して、引張ローラ５に引き取る。そして、案内ローラ２の下方に設けられた箱型ヒータ４によって、熱が与えられる。箱型ヒータ４の温度は５０〜２００℃であり、熱が与えられる時間は0.02秒以上である。延伸は案内ローラ２と引張ローラ５間で施される。また、箱型ヒータ４に代えて、複数の加熱ローラを用いて、加熱ローラ間で熱延伸処理を施してもよい。この場合も、温度は５０〜２００℃とし、熱が与えられる時間は0.02秒以上である。延伸時に未延伸マルチフィラメント糸に負荷される張力（延伸張力）を1.0g／dtex以下とする。
【００５２】
次に、熱延伸の後又は延伸後連続して、前記（２）の条件下で弛緩熱処理を行うことが必要である。この弛緩熱処理工程では、先の熱延伸工程において均一に配列されているが、密な連鎖状態が緩和された状態になっている導電性微粒子を、特定の低張力下、特定の温度、時間で弛緩熱処理することにより、単繊維を収縮させて、再度、密な連鎖状態にするものである。これにより、導電性を向上させるとともに、単繊維間の電気抵抗値のばらつきもより減少させることができる。そして、熱水処理前後のマルチフィラメント糸の電気抵抗値の対数値の変化率が３０％以下となるような熱安定性も得ることができる。
【００５３】
通常、延伸後の熱処理はローラ間で緊張状態で行っているため、繊維の熱収縮率は低下するが、上記したような、導電性微粒子同士を再度密に連鎖させる効果は非常に乏しい。
【００５４】
そこで、本発明においては、0.5g/dtex以下の張力で0.5秒以上弛緩熱処理を行うことが必要である。熱処理時の張力が0.5g/dtexを超える場合、糸条を緊張熱処理することになり繊維の熱収縮率は低下するが、導電性微粒子を再度、密な連鎖状態にすることができない。熱処理時の張力は、0.5g/dtex以下が必要であり、好ましくは0.2g/dtex以下、さらに好ましくは0.1g/dtex以下である。
【００５５】
また、弛緩熱処理時間が0.5秒未満の場合は、繊維が十分に熱収縮することができないため、導電性微粒子を再度、密な連鎖状態とする効果が乏しくなり、単繊維間の電気抵抗値のばらつきを減少させる効果も小さくなる。また、熱安定性も付与することができない。
弛緩熱処理時間は0.5秒以上が必要であり、好ましくは１秒以上、さらに好ましくは２秒以上である。
【００５６】
弛緩熱処理温度は70〜200℃とし、好ましくは100〜190℃、さらに好ましくは140〜180℃とする。弛緩熱処理温度が70℃未満であると、繊維が十分に熱収縮することができないため、弛緩熱処理が不十分となり、上記したような効果を奏することができない。一方、弛緩熱処理温度が200℃を超えると、熱融着を生じる場合があり好ましくない。
【００５７】
このような弛緩熱処理は図３に示した熱処理装置６（サドル型ヒータ８及び加熱ローラ９を有する装置）を用いて行えばよい。熱処理装置６を通過したマルチフィラメント糸は、トラベラー７で巻き取られ、導電マルチフィラメント糸が得られる。
【００５８】
【実施例】
次に、本発明を実施例により具体的に説明する。
実施例中の導電マルチフィラメント糸の熱水収縮率、電気抵抗値、電気抵抗値の対数値の変化率、電気抵抗値の糸長方向のばらつき、単繊維の電気抵抗値の対数値の標準偏差は前記の方法で測定したものである。
また、画像評価は次のように行ったものである。得られた繊維をパイル密度を１０００本／2.54cm、パイル長７ｍｍ、生地幅１５ｍｍのパイルテープとして製織した後、直径６ｍｍの円筒面に螺旋状に巻き付けてブラシを作成した。その後、飽和蒸気で５分間起毛の熱処理をした。このブラシを２５℃、２０％ＲＨの雰囲気中に１時間放置後、８０℃、６０％ＲＨの雰囲気中に３０分放置する。これを１処理として５回繰り返す。この処理を１回行ったもの、２回行ったもの、３回行ったもの、４回行ったもの、５回行ったもの、各々のブラシを帯電ブラシとしてレーザープリンターに装着して、それぞれ１０００枚の複写を行い、その画像の鮮明さを５を最も優れているものとして５段階で評価した。
【００５９】
実施例１
相対粘度2.50(96%硫酸を溶媒として,濃度1g/dl,温度25℃で測定)のナイロン６チップに、カーボンブラック濃度が２３質量％となるようにマスターチップ（カーボンブラック35質量％含有するナイロン６（相対粘度1.95）チップ）をブレンドした後、エクストルーダー型溶融押出機に供給し、紡糸温度２５５℃で溶融し、孔径0.35ｍｍの紡糸孔を４８個有する紡糸口金より吐出させて、捲取速度６００ｍ／分で未延伸糸を巻取った。
次いで得られた未延伸糸を図３に示した熱延伸・弛緩熱処理機に供給し、表１の熱延伸・弛緩熱処理条件となるように、１５０℃のホットプレートを介して、最大延伸倍率の６０％で延伸し、次いで１７０℃のサドルヒーターにて弛緩熱処理を行い、３３０dtex/４８fのナイロン導電糸を得た。
【００６０】
実施例２〜４、比較例１〜４
カーボンブラックの添加量及び熱延伸・弛緩熱処理条件を表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様にして、紡糸・延伸・弛緩熱処理を行って導電糸を得、ブラシを作成した。
【００６１】
実施例５
孔径0.20ｍｍの紡糸孔を９６個有する紡糸口金を用い、捲取速度６００ｍ／分で未延伸糸を巻取り、得られた未延伸糸を図３に示した熱延伸・弛緩熱処理機に供給し、表１の熱延伸・熱弛緩処理条件となるように変更した以外は実施例１と同様に行い、２２０dtex/９６fのナイロン導電糸を得た。
【００６２】
実施例６〜８
カーボンブラックの添加量及び熱延伸・弛緩熱処理条件を表１に示すように変更した以外は、実施例５と同様にして、紡糸・延伸・熱弛緩処理を行って導電糸を得、ブラシを作成した。
【００６３】
実施例１〜８、比較例１〜４で得られた導電糸及びブラシの物性値及び画像評価の結果を表１に示す。
【００６４】
【表１】
【００６５】
表１から明らかなように、実施例１〜８で得られた導電マルチフィラメント糸は、単繊維間の電気抵抗値の対数値の標準偏差が１．０以下であり、また熱水処理前後の電気抵抗値の対数値の変化率が小さく、熱水収縮率も小さいものであったので、長期間の使用においても安定した電気抵抗値を示し、本発明の導電マルチフィラメント糸からなるブラシは、温湿度変化が大きい条件下で長期間使用しても画像が良好であった。
一方、比較例１〜４の導電マルチフィラメント糸は、熱延伸条件及び弛緩熱処理条件が適切でなかったため、単繊維間の電気抵抗値の対数値の標準偏差が１．０を超え、また、熱水処理前後の電気抵抗値の対数値の変化率が大きく、熱水収縮率も大きいものであったので、温湿度変化を受けるうちに電気抵抗値が低下するものとなり、これらのマルチフィラメント糸からなるブラシは画像評価に劣るものであった。
【００６６】
【発明の効果】
本発明の導電マルチフィラメント糸は、温湿度変化を繰り返し受けても安定した電気抵抗値を示し、かつ、マルチフィラメント糸を構成する各単繊維の電気抵抗値のばらつきも少ないので、接触帯電用等のブラシとして用いると、安定、かつ良好な画像を得ることが可能である。また、各種電子写真装置用ブラシにも好適に使用することができる。
本発明の導電マルチフィラメント糸の製造方法によれば、上記のような導電マルチフィラメント糸を効率よく生産することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的なポリエチレンテレフタレート導電糸をブラシとして使用したときの時間と電気抵抗値の関係を示すグラフである。
【図２】一般的なナイロン６導電糸をブラシとして使用したときの時間と電気抵抗値の関係を示すグラフである。
【図３】本発明の導電マルチフィラメント糸の製造方法の一実施態様を示す概略工程図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真装置（複写機、ファクシミリ、プリンター等）に用いる現像用ブラシ、接触帯電用ブラシ、クリーナー用ブラシ又は除電用ブラシに適した導電マルチフィラメント糸に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子写真複写機等の電子写真装置において、感光ドラム上に形成させる静電潜像方式として、非接触型のコロナ帯電方式が採用されている。しかし、コロナ帯電方式はコロナ放電から発生するオゾンが、電子写真装置の部品を劣化させることが問題視されている。また、このオゾンは人体に対して有害である。さらに、コロナ放電のために、高電圧を使用しなければならず、火災等の危険もある。
【０００３】
この問題を解決するため、近年、コロナ放電を使用しない低電圧使用の接触帯電方式が提案されている。例えば、導電性マルチフィラメント糸を接触帯電ブラシとして使用する接触帯電方式が提案されている。
【０００４】
従来、導電性マルチフィラメント糸としては、セルロース系繊維が多く用いられている。また、合成繊維として広く使用されているポリエステルやポリアミド繊維においても、導電性微粒子を含有する繊維が多く提案されている。
【０００５】
特開昭５７−６７６２号公報、特開平７−１０２４３７号公報には、融点の異なる２種類の熱可塑性重合体（ポリエステルやポリアミド）からなり、かつ低融点側に導電性被膜を有する酸化チタンを含有させた複合繊維を両融点間で熱処理することにより、導電性を向上させる導電性複合繊維が提案されている。しかしながら、これらの導電性繊維は導電性は向上しているものの熱水収縮率が２０％程度と高いため、接触帯電ブラシを作成する際の熱処理工程等や接触帯電ブラシ等に使用した際に形態が変化し、さらにはこれによる電気抵抗値のばらつきが生じ、これらの導電糸は接触帯電ブラシに不適であった。
【０００６】
特公平１−２９８８７号公報には、セルロース系導電糸に疎水性官能基を導入して湿度変化に対して安定した電気抵抗値が発現できるようにした導電性セルロース系繊維が提案されている。
【０００７】
また、特開平９−４９１１６号公報には、２種以上の導電性微粒子を繊維に添加して比抵抗値のばらつきを１０3Ω・ｃｍ以内に小さくした導電性セルロース系繊維が提案されている。
【０００８】
上記の２つのセルロース系繊維も、湿度に対する安定性や電気抵抗値のバラツキの改善は十分でなかった。すなわち、接触帯電ブラシ等は、温度や湿度の変化の大きい環境で処理又は使用されるため、それら環境の温湿度変化によって生じる繊維形態の変化が導電性微粒子の連鎖状態の変化を引き起こし、電気抵抗値の変化として現れる。したがって、作成当初においては好適な電気抵抗値を有していたとしても、接触帯電ブラシを作成する際の熱処理工程等や長期間の使用時にこれらの値が低下し、作成当初との値の差が大きくなり、画像障害が生じるようになるという欠点を解決することはできなかった。
【０００９】
さらに、一般に、ポリアミドやポリエステル等の熱可塑性ポリマーからなる導電糸においては、マルチフィラメントを構成する各単繊維ごとに電気抵抗値がばらついていることがわかった。そして、このような各単繊維ごとの電気抵抗値のばらつきもまた、均質な静電潜像が形成されにくくなる原因であることがわかった。すなわち、導電糸は感光ドラム等との接触においては、単繊維レベルでの接触になるため、各単繊維間の電気抵抗値のばらつきが少ないことによって、通電斑や除電斑をより減少させることができ、より鮮明な画像を得られることが判明した。
しかしながら、このような各単繊維ごとの電気抵抗値のばらつきの少ない導電マルチフィラメント糸は未だ提案されていない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような問題点を解決し、ブラシ作成時の熱処理工程等や長期間の使用における温湿度変化に対して安定した電気抵抗値を示し、かつ、マルチフィラメント糸を構成する各単繊維の電気抵抗値のばらつきも少なく、接触帯電用等のブラシとして用いると、安定、かつ良好な画像を得ることができる導電マルチフィラメント糸を提供することを技術的な課題とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、本発明に到達した。すなわち、本発明は、次の（１）を要旨とするものである。
（１）導電性微粒子を含有する熱可塑性ポリマーからなる単繊維で構成された導電マルチフィラメント糸であって、マルチフィラメント糸の熱水処理前後の電気抵抗値の対数値の変化率が３０％以下であり、かつマルチフィラメントを構成する単繊維の電気抵抗値の対数値のばらつきが標準偏差１．０以下であることを特徴とする導電マルチフィラメント糸の製造方法であって、導電性微粒子を含有する熱可塑性ポリマーを溶融紡糸し、未延伸マルチフィラメント糸を得た後、未延伸マルチフィラメント糸に温度50〜200℃で0.02秒以上の加熱条件下において、1.0ｇ／ｄｔｅｘ以下の延伸張力で熱延伸処理を施し、次いで、温度70〜200℃下において、0.5ｇ／ｄｔｅｘ以下の張力で０．５秒以上の弛緩熱処理を行うことを特徴とする導電マルチフィラメント糸の製造方法。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
まず、本発明でいう電子写真装置用ブラシとは、複写機、ファクシミリ、プリンター（例えばレーザービームプリンター）等の電子写真装置に用いる各種ブラシであり、例えば現像用ブラシ、接触帯電用ブラシ、クリーナー用ブラシ又は除電用ブラシが挙げられる。本明細書では主として、接触帯電用ブラシに関して説明しているが、本発明の導電マルチフィラメント糸は、前記したその他のブラシに適用しても好適に使用し得るものである。
【００１３】
本発明のマルチフィラメント糸を形成するポリマーは、繊維形成性の熱可塑性重合体であれば特に限定されないが、ポリエステル、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン等が挙げられる。中でも、ポリエステル、ポリアミドが好ましい。
【００１４】
ポリエステルをさらに具体的に述べると、例えば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、ポリプロピレンテレフタレートや、それらにジカルボン酸成分、ジオール成分あるいはオキシカルボン酸成分が共重合されたもの、あるいはそれらポリエステルをブレンドしたものが挙げられる。さらには、生分解性ポリエステルとして知られるポリ乳酸、ポリブチレンサクシネート、ポリε−カプロラクタム等の脂肪族ポリエステルでもよい。
【００１５】
また、ポリアミドとは、例えばナイロン６、ナイロン６６、ナイロン６９、ナイロン４６、ナイロン６１０、ナイロン１２、ポリメタキシレンアジパミドやこれら各成分を共重合したものやブレンドしたもの等が挙げられる。
【００１６】
本発明のマルチフィラメント糸を構成する各単繊維中には、導電性微粒子が含有されている。導電性微粒子としては、例えばカーボンブラック、金属粉、金属酸化物等が挙げられ、中でもカーボンブラックが好ましい。添加する量としては、例えばポリエステルでは５〜３０質量％が好ましく、より好ましくは１０〜２５質量％である。ポリアミドでは１５〜４５質量％が好ましく、より好ましくは２０〜３５質量％である。
【００１７】
一般に、ポリアミドやポリエステルからなる導電糸は、環境湿度により０．４〜５％程度の水分を吸着する。したがって、導電糸の電気抵抗値には、導電性微粒子の分散状態と吸着水の電気抵抗値の両者が関係するが、おおむね７０％以下の湿度領域では導電性微粒子の分散状態が主たる要因となる。
【００１８】
また、導電性微粒子の分散状態は、繊維の形態が変化することによっても変化する。すなわち、ブラシ作成時の熱処理工程や使用環境の温湿度変化によって生じる繊維形態の変化が導電性微粒子の分散状態の変化を引き起こし、電気抵抗値の変化を生じさせる。これは、紡糸時又は延伸時に受けた変形に基づく残留ひずみの開放や配向分子が最小エネルギー状態に戻ろうとする形態変化（熱収縮差）が、作成時の熱処理工程や使用環境の温湿度変化によって誘発されると考えられる。
【００１９】
一般に、帯電ブラシやクリーナーブラシは、導電糸をパイルとして製織した後、円筒面に螺旋状に巻き付けてブラシとするが、パイルを整えるために、熱水処理によるヒートセットを行っている。また、前記のように複写機等に使用すると、使用環境が厳しく、大きな温湿度変化を受ける。
【００２０】
通常の方法で紡糸された導電糸の熱水収縮率は、１０〜５０％程度と高い。したがって、このような繊維を用いると、たとえブラシにする前の繊維の導電性微粒子の分散状態が安定していたとしても、ブラシにしてヒートセットした段階や、使用するうちに収縮して形態が変化することにより、導電性微粒子の分散状態が変化する。この導電性微粒子の分散状態の変化により、電気抵抗値のばらつきが生じることになる。
【００２１】
さらに、このことについて、図１及び図２を用いて説明する。
図１のグラフは、従来よりある一般的なポリエチレンテレフタレート導電糸であって、電気抵抗値が１０9.4Ωのポリエチレンテレフタレート導電糸を電子複写機用の接触帯電ブラシを構成する繊維として使用し、ブラシの使用開始から４８時間後まで１時間毎に構成繊維の電気抵抗値を測定したものである。
まず、電気抵抗値が１０9.4Ωのポリエステル系導電糸をブラシとして使用したとする。このブラシを使用するうちにブラシを構成する各繊維は電気抵抗値が低下し、使用前は全ての構成繊維の電気抵抗値が１０9.4Ωであったものが、使用期間を経るうちに１０9.0、１０8.8、１０8.6Ωに近づく、複数の電気抵抗値を有する繊維となるのがわかる。
【００２２】
図２のグラフは、従来よりある一般的なポリアミド導電糸であって、電気抵抗値が１０8.4Ωのナイロン６導電糸を電子複写機用の接触帯電ブラシとして図１のポリエステル繊維と同様に使用し、電気抵抗値を測定したものである。
まず、電気抵抗値が１０8.4Ωのナイロン６導電糸をブラシとして使用したとする。このブラシを使用するうちにブラシを構成する各繊維は電気抵抗値が低下し、使用前は全ての構成繊維の電気抵抗値が１０8.4Ωであったものが、使用期間を経るうちに１０8.0、１０7.8、１０7.6Ωに近づく、複数の電気抵抗値を有する繊維となるのがわかる。
【００２３】
このような現象が画像障害を生じる要因となっている。すなわち、通常の方法で紡糸して得られたポリエステル又はポリアミド系導電糸であると、ブラシにしてヒートセットした段階や、使用するうちに湿熱処理を受けて、ブラシにする前の電気抵抗値より低下する。しかも、ブラシにする前には電気抵抗値が同一であった繊維においても、繊維間で低下の幅にばらつきがあり、使用を経るうちに異なる電気抵抗値を有する繊維からなるブラシとなる。
【００２４】
また、図１及び図２のグラフより、一般的なポリエステル又はポリアミド系導電糸は使用開始からしばらくの間に電気抵抗値が大きく低下し、使用時間を経るうちに電気抵抗値の低下の幅が小さくなり、安定化することがわかる。
【００２５】
そこで、本発明の導電マルチフィラメント糸は、熱水処理を受けることによる電気抵抗値の変化を少なくし、長期間使用しても画像障害を生じにくいという効果を奏するものである。さらに、マルチフィラメントを構成する各単繊維の電気抵抗値のばらつきを少なくしたものであって、これにより均質な静電潜像を形成することができる。
【００２６】
まず、マルチフィラメント糸の熱水処理前後の電気抵抗値の対数値の変化率が３０％以下であることが必要である。式（１）の値が３０％を超えると、熱水処理を受けることによる電気抵抗値の変化が大きく、画像障害を生じる要因となる。
熱水処理前の電気抵抗値をRbとし、熱水処理後の電気抵抗値をRaとしたとき、
〔（ｌｏｇＲｂ−ｌｏｇＲａ）／ｌｏｇＲｂ〕×１００・・・（１）
の値が３０％以下になるようにしている。特に式（１）の値（＝変化率）は２０％以下が好ましく、１０％以下がより好ましく、５％以下が最も好ましい。
【００２７】
なお、本発明でいう熱水処理は、ＪＩＳ−Ｌ−１０４２熱水浸漬法に準じ、得られた導電マルチフィラメント糸を８０℃の熱水に３０分間浸漬させた後、遠心脱水機で脱水後乾燥（１０５℃）させるものをいう。
【００２８】
そして、電気抵抗値は次のようにして測定するものである。熱水処理をした糸条と熱水処理をしなかった糸条から、それぞれ長さ方向に沿って、１００ｍ毎に長さ１０ｃｍの試験片を２０個採取する。この１０ｃｍの試験片の間（両端間）に５００Ｖの電圧をかけて、測定環境２０℃、２０％ＲＨの条件下、東亜電波工業社製の抵抗値測定機「ＳＭ−１０Ｅ」を使用して、熱水処理前の電気抵抗値Ｒｂ、熱水処理後の電気抵抗値Ｒａ（Ω／ｃｍ）を測定する。なお、試料片２０個の平均値とする。
【００２９】
次に、本発明の導電マルチフィラメント糸は、マルチフィラメントを構成する単繊維の電気抵抗値の対数値のばらつきが標準偏差１．０以下であることが必要である。すなわち、導電糸は感光ドラム等との接触においては、単繊維レベルでの接触になるため、各単繊維間の電気抵抗値のばらつきが少ないことによって、通電斑や除電斑をより減少させることができ、より鮮明な画像を得ることができる。
【００３０】
なお、前記の電気抵抗値の測定法に従い、マルチフィラメントを構成する各単繊維の電気抵抗値を測定し、ｎ数をマルチフィラメントを構成する単糸数として、標準偏差を算出するものである。
【００３１】
標準偏差が１．０を超えると、各単繊維間で電気抵抗値の差が大きくなりすぎ、均質な静電潜像が形成されにくくなる。標準偏差はさらに好ましくは０．８以下であり、より好ましくは０．５以下である。
【００３２】
また、この導電マルチフィラメント糸の熱水収縮率は１０％以下であることが好ましい。一般に、（１）式を満足する導電マルチフィラメント糸の熱水収縮率は、１０％以下であることが多いが、この熱水収縮率が１０％を超えると、導電マルチフィラメント糸に熱が与えられたときに単繊維の形態が変化し、導電性微粒子の分散状態が変化することにより、各単繊維間での電気抵抗値のばらつきが大きくなり、上記した標準偏差を１．０以下に設定することが困難となりやすい。
【００３３】
なお、熱水収縮率は、試料長１００cmとし、ＪＩＳ−Ｌ−１０４２熱水浸漬法に準じ、80℃の熱水に30分間浸漬させた後、遠心脱水機で脱水し、次に乾燥（１０５℃）し、そのときの試料長Ｌ（cm）を測定して、次式にて計算する。
熱水収縮率（％）＝〔（１００−Ｌ）／１００〕×１００
【００３４】
さらに、本発明の導電マルチフィラメント糸は、マルチフィラメントの糸長方向の電気抵抗値の対数値のばらつきが標準偏差０．３以下であること、単繊維の繊度が10dtex以下であることが好ましい。
【００３５】
まず、マルチフィラメントの糸長方向の電気抵抗値については、前記と同様にして電気抵抗値を測定するが、このとき、マルチフィラメントの糸長方向に５００ポイントで電気抵抗値を測定し、各測定データを対数変換し、ｎ数を５００として標準偏差を算出するものである。
標準偏差が０．３を超えると糸長方向での電気抵抗値のばらつきが大きくなり、品質の安定した接触帯電ブラシ等を作成しにくくなる。
【００３６】
また、マルチフィラメントを構成する単繊維の繊度は１０dtex以下であることが好ましく、さらに８dtex以下であることが好ましく、５dtex以下であることがより好ましい。すなわち、単繊維繊度が小さいほど感光ドラム等との接触状態が密で均一となり、これにより帯電等をより均一に行うことができ、安定かつ良好な静電潜像が得られる。単糸繊度が１０dtexを超えると、この効果が得られにくくなり、鮮明な画像が得られにくくなったり、複写回数が多くなるにつれて複写物に筋状の汚れが生じやすくなる。
【００３７】
本発明の導電マルチフィラメント糸は、温湿度が２０℃、２０％ＲＨの雰囲気中での電気抵抗値が１０4〜１０11Ω／ｃｍであることが好ましい。この範囲の電気抵抗値とすることで、電子写真装置に用いられる各種ブラシにより適した繊維とすることができる。特に温湿度が２０℃、２０％ＲＨの雰囲気中での電気抵抗値が１０7〜１０10Ω／ｃｍである場合は、接触帯電ブラシに適した繊維とすることができる。ここで接触帯電ブラシの場合は、特に電気抵抗値が１０11Ω／ｃｍを超えると、感光帯ドラムの表面の均一な帯電を得ることが困難となり、一方、１０4Ω／ｃｍ未満の低抵抗値の場合は感光帯層にピンホール等の欠陥があった時、大電流が流入して帯電不良が発生しやすい。
【００３８】
また、本発明の導電マルチフィラメント糸を構成する各単繊維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。
【００３９】
そして、上記した特徴を有する導電マルチフィラメント糸は、以下のような製造方法で得ることができる。すなわち、導電性微粒子を含有する熱可塑性ポリマーを溶融紡糸し、未延伸マルチフィラメント糸を得た後、（１）未延伸マルチフィラメント糸に温度50〜200℃で0.02秒以上の加熱条件下において、1.0ｇ／ｄｔｅｘ以下の延伸張力で熱延伸処理を施し、（２）次いで、温度70〜200℃下において、0.5ｇ／ｄｔｅｘ以下の張力で０．５秒以上の弛緩熱処理を行う。
【００４０】
まず、従来公知の方法で、上記のようなカーボンブラック等の導電性微粒子又は導電性微粒子を含むマスターチップと熱可塑性ポリマーを、例えばエクストルーダーで混練・溶融し、紡糸口金より押し出し、溶融紡糸を行う。そして、実質的に延伸を施さず、未延伸マルチフィラメント糸を得る。
【００４１】
このとき、導電性微粒子と熱可塑性ポリマーとの混練・溶融方法としては、導電性微粒子を例えば、二軸エクストルーダー等を用いて直接混練することもできるが、一旦導電性微粒子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。
【００４２】
溶融紡糸の方法は特に限定するものではなく、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。紡糸温度が高ぎると熱可塑性ポリマーが熱分解を起こし、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。
【００４３】
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。次いで、冷却固化したフィラメントは、実質的に延伸されることなく、500〜1500ｍ／分で一旦巻き取られる。
【００４４】
次に、未延伸マルチフィラメント糸に、上記（１）の条件で熱延伸を施す。
特開2000-160427号公報に記載されているように、例えば導電性セルロース系繊維中の導電性カーボン粒子の添加率を０質量％から順次増加した場合、ある増加率近辺でセルロース系繊維の導電性が急激に向上（比抵抗値が急激に低下する）するという現象が生じる。これは特定濃度付近に達すると、導電性カーボン粒子の分布、連鎖の状態が良好となり、これが導電性に大きく影響するためと考えられる。この例は導電性カーボン粒子の濃度と比抵抗値の関係だが、本発明者等は、延伸・弛緩熱処理条件によっても導電性微粒子の分布、連鎖の状態が非常に大きく影響され、これにより、マルチフィラメントの導電性能、各単繊維間の電気抵抗値のバラツキが影響を受けることを見いだした。
【００４５】
すなわち、各単繊維において導電性微粒子が密に、かつ均一に連鎖している状態であると、各単繊維間での電気抵抗値のバラツキがなく、マルチフィラメントの導電性が非常に向上すると推測される。
【００４６】
通常、未延伸糸において一旦均一に分布、連鎖していた導電性微粒子が、延伸時においては延伸張力により導電性微粒子の連鎖状態が流動的になる。このとき、短時間の熱延伸処理による熱量不足が生じたり、延伸張力が高く、均一な延伸が行われないと、導電性微粒子の連鎖状態が不均一となる。すなわち、マルチフィラメントを構成する単繊維間で延伸の程度にバラツキが生じることで、マルチフィラメントを構成する各単繊維ごとに導電性微粒子の連鎖状態が異なるようになり、各単繊維の電気抵抗値がそれぞれ異なるものとなる。
【００４７】
そこで、本発明においては、各単繊維の電気抵抗値が等しくなるような、かつ、熱水処理前後のマルチフィラメント糸の電気抵抗値の対数値の変化率が３０％以下となるような、導電性微粒子の連鎖状態となるように、特定の熱延伸及び弛緩熱処理を行う。
【００４８】
まず、温度50〜200℃で、時間が0.02秒以上であり、かつ延伸張力が1.0g/dtex以下となるように熱延伸を行うことが必要である。延伸時の熱処理時間を0.02秒以上とすることにより、各単繊維が等しく延伸されるように十分な熱量を与えることができる。また延伸張力を1.0g/dtex以下とすることにより各単繊維がゆっくりと均一に延伸される。延伸時の熱処理時間は、0.02秒以上が必要であるが、より好ましくは0.05秒以上、好適には0.07秒以上である。延伸張力は1.0g/dtex以下とすることが必要であるが、より好ましくは0.8g/dtex以下であり、好適には0.6g/dtex以下である。
延伸速度は特に限定されるものではないが、熱処理時間を0.02秒以上とするために、500ｍ／分以下とすることが好ましく、さらに好ましくは200ｍ／分以下、より好ましくは100ｍ／分以下である。ただし、生産性を考慮して50ｍ／分以上とすることが好ましい。
なお、ここで延伸張力とは、延伸時にかかる張力を最終繊度（例えば実施例１では330dtex）で除した値をいう。
【００４９】
延伸温度については、通常、延伸はローラ間で行われ、加熱ローラ間で延伸を行う場合はローラ温度を50〜200℃とし、ローラ間にヒーターを設けて延伸する場合（図３の場合）はヒーターの温度50〜200℃とするものとする。だたし、これらの場合において、予備加熱を行う場合は、100℃未満の温度で予備加熱することが好ましく、その後、加熱延伸ローラ又はヒーター温度を100〜200℃、さらに好ましくは120〜170℃として延伸することが好ましい。
なお、上記の熱処理時間とは、延伸時に上記の温度範囲の加熱ゾーンを通過する時間の合計をいう。つまり、予備加熱を行う場合は予備加熱ゾーンも含めた通過時間とする。
延伸時の温度が50℃未満であったり、時間が0.02秒未満であると、十分な熱量で延伸を行うことができず、均一な延伸が困難となる。一方、延伸時の温度が200℃を超えると、未延伸マルチフィラメント糸が溶融し、ローラ巻き付き等が生じる。
【００５０】
なお、熱延伸処理の際において、延伸倍率は任意であってよいが、実用的な強度及び伸度を導電マルチフィラメント糸に与えるためには、延伸倍率を最大延伸倍率（未延伸マルチフィラメント糸が延伸により切断する倍率のこと）の５０〜８０％とするのが好ましい。延伸倍率を最大延伸倍率の５０％未満にすると、伸度が残りすぎるため、実質的な強伸度を有する導電マルチフィラメント糸を得られにくくなるという傾向が生じる。延伸倍率が最大延伸倍率の８０％を超えると、糸長方向に均一な繊度の導電マルチフィラメント糸が得られにくくなる恐れがある。
【００５１】
熱延伸処理は、具体的には図３に示したように行われる。なお、図３は本発明の導電マルチフィラメント糸の製造方法の一実施態様を示す概略工程図である。まず、未延伸マルチフィラメント糸１を案内ローラ２を通して、引張ローラ５に引き取る。そして、案内ローラ２の下方に設けられた箱型ヒータ４によって、熱が与えられる。箱型ヒータ４の温度は５０〜２００℃であり、熱が与えられる時間は0.02秒以上である。延伸は案内ローラ２と引張ローラ５間で施される。また、箱型ヒータ４に代えて、複数の加熱ローラを用いて、加熱ローラ間で熱延伸処理を施してもよい。この場合も、温度は５０〜２００℃とし、熱が与えられる時間は0.02秒以上である。延伸時に未延伸マルチフィラメント糸に負荷される張力（延伸張力）を1.0g／dtex以下とする。
【００５２】
次に、熱延伸の後又は延伸後連続して、前記（２）の条件下で弛緩熱処理を行うことが必要である。この弛緩熱処理工程では、先の熱延伸工程において均一に配列されているが、密な連鎖状態が緩和された状態になっている導電性微粒子を、特定の低張力下、特定の温度、時間で弛緩熱処理することにより、単繊維を収縮させて、再度、密な連鎖状態にするものである。これにより、導電性を向上させるとともに、単繊維間の電気抵抗値のばらつきもより減少させることができる。そして、熱水処理前後のマルチフィラメント糸の電気抵抗値の対数値の変化率が３０％以下となるような熱安定性も得ることができる。
【００５３】
通常、延伸後の熱処理はローラ間で緊張状態で行っているため、繊維の熱収縮率は低下するが、上記したような、導電性微粒子同士を再度密に連鎖させる効果は非常に乏しい。
【００５４】
そこで、本発明においては、0.5g/dtex以下の張力で0.5秒以上弛緩熱処理を行うことが必要である。熱処理時の張力が0.5g/dtexを超える場合、糸条を緊張熱処理することになり繊維の熱収縮率は低下するが、導電性微粒子を再度、密な連鎖状態にすることができない。熱処理時の張力は、0.5g/dtex以下が必要であり、好ましくは0.2g/dtex以下、さらに好ましくは0.1g/dtex以下である。
【００５５】
また、弛緩熱処理時間が0.5秒未満の場合は、繊維が十分に熱収縮することができないため、導電性微粒子を再度、密な連鎖状態とする効果が乏しくなり、単繊維間の電気抵抗値のばらつきを減少させる効果も小さくなる。また、熱安定性も付与することができない。
弛緩熱処理時間は0.5秒以上が必要であり、好ましくは１秒以上、さらに好ましくは２秒以上である。
【００５６】
弛緩熱処理温度は70〜200℃とし、好ましくは100〜190℃、さらに好ましくは140〜180℃とする。弛緩熱処理温度が70℃未満であると、繊維が十分に熱収縮することができないため、弛緩熱処理が不十分となり、上記したような効果を奏することができない。一方、弛緩熱処理温度が200℃を超えると、熱融着を生じる場合があり好ましくない。
【００５７】
このような弛緩熱処理は図３に示した熱処理装置６（サドル型ヒータ８及び加熱ローラ９を有する装置）を用いて行えばよい。熱処理装置６を通過したマルチフィラメント糸は、トラベラー７で巻き取られ、導電マルチフィラメント糸が得られる。
【００５８】
【実施例】
次に、本発明を実施例により具体的に説明する。
実施例中の導電マルチフィラメント糸の熱水収縮率、電気抵抗値、電気抵抗値の対数値の変化率、電気抵抗値の糸長方向のばらつき、単繊維の電気抵抗値の対数値の標準偏差は前記の方法で測定したものである。
また、画像評価は次のように行ったものである。得られた繊維をパイル密度を１０００本／2.54cm、パイル長７ｍｍ、生地幅１５ｍｍのパイルテープとして製織した後、直径６ｍｍの円筒面に螺旋状に巻き付けてブラシを作成した。その後、飽和蒸気で５分間起毛の熱処理をした。このブラシを２５℃、２０％ＲＨの雰囲気中に１時間放置後、８０℃、６０％ＲＨの雰囲気中に３０分放置する。これを１処理として５回繰り返す。この処理を１回行ったもの、２回行ったもの、３回行ったもの、４回行ったもの、５回行ったもの、各々のブラシを帯電ブラシとしてレーザープリンターに装着して、それぞれ１０００枚の複写を行い、その画像の鮮明さを５を最も優れているものとして５段階で評価した。
【００５９】
実施例１
相対粘度2.50(96%硫酸を溶媒として,濃度1g/dl,温度25℃で測定)のナイロン６チップに、カーボンブラック濃度が２３質量％となるようにマスターチップ（カーボンブラック35質量％含有するナイロン６（相対粘度1.95）チップ）をブレンドした後、エクストルーダー型溶融押出機に供給し、紡糸温度２５５℃で溶融し、孔径0.35ｍｍの紡糸孔を４８個有する紡糸口金より吐出させて、捲取速度６００ｍ／分で未延伸糸を巻取った。
次いで得られた未延伸糸を図３に示した熱延伸・弛緩熱処理機に供給し、表１の熱延伸・弛緩熱処理条件となるように、１５０℃のホットプレートを介して、最大延伸倍率の６０％で延伸し、次いで１７０℃のサドルヒーターにて弛緩熱処理を行い、３３０dtex/４８fのナイロン導電糸を得た。
【００６０】
実施例２〜４、比較例１〜４
カーボンブラックの添加量及び熱延伸・弛緩熱処理条件を表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様にして、紡糸・延伸・弛緩熱処理を行って導電糸を得、ブラシを作成した。
【００６１】
実施例５
孔径0.20ｍｍの紡糸孔を９６個有する紡糸口金を用い、捲取速度６００ｍ／分で未延伸糸を巻取り、得られた未延伸糸を図３に示した熱延伸・弛緩熱処理機に供給し、表１の熱延伸・熱弛緩処理条件となるように変更した以外は実施例１と同様に行い、２２０dtex/９６fのナイロン導電糸を得た。
【００６２】
実施例６〜８
カーボンブラックの添加量及び熱延伸・弛緩熱処理条件を表１に示すように変更した以外は、実施例５と同様にして、紡糸・延伸・熱弛緩処理を行って導電糸を得、ブラシを作成した。
【００６３】
実施例１〜８、比較例１〜４で得られた導電糸及びブラシの物性値及び画像評価の結果を表１に示す。
【００６４】
【表１】
表１から明らかなように、実施例１〜８で得られた導電マルチフィラメント糸は、単繊維間の電気抵抗値の対数値の標準偏差が１．０以下であり、また熱水処理前後の電気抵抗値の対数値の変化率が小さく、熱水収縮率も小さいものであったので、長期間の使用においても安定した電気抵抗値を示し、本発明の導電マルチフィラメント糸からなるブラシは、温湿度変化が大きい条件下で長期間使用しても画像が良好であった。
一方、比較例１〜４の導電マルチフィラメント糸は、熱延伸条件及び弛緩熱処理条件が適切でなかったため、単繊維間の電気抵抗値の対数値の標準偏差が１．０を超え、また、熱水処理前後の電気抵抗値の対数値の変化率が大きく、熱水収縮率も大きいものであったので、温湿度変化を受けるうちに電気抵抗値が低下するものとなり、これらのマルチフィラメント糸からなるブラシは画像評価に劣るものであった。
【００６６】
【発明の効果】
本発明の導電マルチフィラメント糸は、温湿度変化を繰り返し受けても安定した電気抵抗値を示し、かつ、マルチフィラメント糸を構成する各単繊維の電気抵抗値のばらつきも少ないので、接触帯電用等のブラシとして用いると、安定、かつ良好な画像を得ることが可能である。また、各種電子写真装置用ブラシにも好適に使用することができる。
本発明の導電マルチフィラメント糸の製造方法によれば、上記のような導電マルチフィラメント糸を効率よく生産することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的なポリエチレンテレフタレート導電糸をブラシとして使用したときの時間と電気抵抗値の関係を示すグラフである。
【図２】一般的なナイロン６導電糸をブラシとして使用したときの時間と電気抵抗値の関係を示すグラフである。
【図３】本発明の導電マルチフィラメント糸の製造方法の一実施態様を示す概略工程図である。
Claims (1)
- 導電性微粒子を含有する熱可塑性ポリマーからなる単繊維で構成された導電マルチフィラメント糸であって、マルチフィラメント糸の熱水処理前後の電気抵抗値の対数値の変化率が３０％以下であり、かつマルチフィラメントを構成する単繊維の電気抵抗値の対数値のばらつきが標準偏差１．０以下であることを特徴とする導電マルチフィラメント糸の製造方法であって、導電性微粒子を含有する熱可塑性ポリマーを溶融紡糸し、未延伸マルチフィラメント糸を得た後、未延伸マルチフィラメント糸に温度50〜200℃で0.02秒以上の加熱条件下において、1.0ｇ／ｄｔｅｘ以下の延伸張力で熱延伸処理を施し、次いで、温度70〜200℃下において、0.5ｇ／ｄｔｅｘ以下の張力で０．５秒以上の弛緩熱処理を行うことを特徴とする導電マルチフィラメント糸の製造方法。
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