JP4633300B2 - Conductive yarn - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真複写機、電子写真プリンター等の現像用ブラシ、接触帯電用ブラシ及び感光ドラムクリーナー用ブラシに適した導電糸に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真複写機等の静電潜像形式に重要な要素の帯電については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部品を劣化することや人体に対する有害性、高電圧電源の危険性等の問題点がある。
【０００３】
この問題を解決するため、近年、オゾンレスで、低電圧印加のブラシ帯電やローラ帯電の接触帯電方式が開発されてきた。
【０００４】
電子写真複写機、電子写真プリンター等に用いられる現像用ブラシ、接触帯電用ブラシ及び感光ドラムクリーナー用ブラシ用の繊維としては、感光体の寿命や感光体上のピンホール対策のために比抵抗値が１０0〜１０8Ω・ｃｍのものが要求されており、特に接触帯電用ブラシ用の繊維としては、比抵抗値が１０2〜１０7Ω・ｃｍ、さらに好ましくは１０3〜１０5Ω・ｃｍのものが要求されている。
【０００５】
従来、このような用途に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、導電性粒子を含有する繊維が多く提案されている。
【０００６】
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比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る。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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各繊維間の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、比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比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、かつ繊維間でのばらつきも大きくなり、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。
【００１０】
また、導電性微粒子を含有する導電糸においては、導電性微粒子が繊維表面に存在すると、繊維表面に導電性微粒子に起因する微少な凹凸が存在する。電子写真複写機、電子写真プリンター等用の現像用ブラシ、感光ドラムクリーナー用ブラシ、接触帯電用ブラシとして使用する際に、このような微小な凹凸があると、感光体ドラムとの接触においてミクロレベルでは均一に接触することができず、高度なレベルで鮮明な画像を得るためには、この問題点を解決する必要があった。
【００１１】
特開昭５２−３１４５０号公報には、導電性カーボンブラックを含有する熱可塑性合成重合体からなる芯部と導電性カーボンブラックを含有しない非導電性の鞘部からなり、鞘部はフィラメントの断面積の少なくとも５０％を占める帯電防止性合成フィラメントが提案されている。この導電性繊維は、鞘部に導電性カーボンブラックを含有しないため、繊維表面の微小な凹凸が少ないものであった。
【００１２】
導電糸を接触帯電用等のブラシとして用いる場合には、繊維が感光ドラム等に接触することによって放電や除電の効果が奏されるが、このとき、繊維表面もであるが、特に繊維の端面の接触による効果が大きい。特開昭５２−３１４５０号公報記載の芯鞘複合繊維においては、繊維の端面が感光ドラム等に接触すると、芯部と鞘部の両方から除電や放電が行われる。しかし、芯鞘両部では導電性能が異なるため、繊維端面からの導電性能にばらつきが生じ、感光ドラム等の帯電や除電が不均一となるという問題があった。
【００１３】
【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、繊維表面の微小な凹凸がなく、感光ドラム等との接触をミクロレベルで均一化することができ、かつ、繊維端面における帯電や除電を均一にすることができ、さらに、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比抵抗値を示し、接触帯電用等のブラシとして長期間使用した場合にも、繊維間や糸長方向での比抵抗値のばらつきも生じることなく、安定で良好な画像を得ることができる導電糸を提供することを技術的な課題とするものである。
【００１４】
【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、導電性微粒子を含有する熱可塑性ポリマーからなる芯部と、芯部を覆い、導電性微粒子を含有しない熱可塑性ポリマーからなる鞘部で構成され、前記導電性微粒子がカーボンブラック、前記芯／鞘（質量比）が８０／２０〜９９．９／０．１である導電糸であって、熱水処理後、温湿度が２０℃、２０％ＲＨの雰囲気中での印加電圧５Ｖ／ｃｍにおける比抵抗値が１０ 0 〜１０ 8 Ω・ｃｍであり、かつ、繊維端面の断面形状において、芯部が存在せず、端面より内側に芯部が存在することを特徴とする導電糸を要旨とするものである。
【００１５】
【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、本発明の芯部及び鞘部に用いられるポリマーは、繊維形成性の熱可塑性ポリマーであれば特に限定されないが、例えば、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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
本発明の導電糸の形状を図面を用いて説明する。図１は本発明の導電糸の一実施態様を示す説明図である。繊維端面の断面形状において芯部１が存在せず、端面３より内側に芯部１が存在するものである。そして、繊維端面の芯部が存在しない部分４、すなわち鞘部２のみの部分の長さが、繊維端面より内側の繊維長手方向に沿って０．１〜３０μｍであることが好ましい。
【００１９】
このような形状とするためには、芯部ポリマーと鞘部ポリマーに熱水収縮率の異なるポリマーを用い、芯部ポリマーを高収縮性ポリマーとすることが好ましい。これにより、紡糸・延伸・熱処理工程において、熱収縮差に起因する残留ひずみが発生することになる。このため、得られた繊維にさらに、熱処理を行うことにより、その残留ひずみが開放され、芯部が大きく収縮し、繊維端面に芯部が存在しない部分が生じることになると想定できる。各種ブラシ用に用いる際には、このような芯部の収縮を発生させる熱処理に相当するものとしては、例えば、パイルテープとして製織し、起毛した後の熱処理（例えば飽和蒸気で５〜１０分間）が挙げられる。
【００２０】
そこで、芯鞘ポリマー成分の組み合わせとしては、芯部ポリマーにポリアミド（例えばナイロン６）、鞘部ポリマーにポリエステル（例えばポリエチレンテレフタレート、ポリ乳酸）を用いることや、芯鞘両部ポリマーにポリアミドを用いること〔例えば、芯部ポリマーにナイロン６、鞘部ポリマーにナイロン１２を用いること、芯部ポリマーに共重合ナイロン（ナイロン６／６６）、鞘部ポリマーにナイロン６を用いること〕が好ましい。
【００２１】
このように、熱水処理後の繊維端面の断面形状において、芯部１が存在せず、端面３より内側に芯部１が存在することによって、特に帯電効果において効果があり、感光ドラム等の帯電及び除電を均一に行うことができる。これについての詳細な機構は明らかではないが、通常の芯鞘複合繊維であると、芯部と鞘部で帯電性能が異なり、導電性微粒子を含有する芯部が接触する部分と、導電性微粒子を含有しない鞘部が接触する部分では感光ドラム等への帯電及び除電状態が異なるようになり、不均一な帯電及び除電状態となる。一方、本発明の導電糸においては、端面に芯部は存在しないため、鞘部のみが感光ドラム等に接触する。繊維表面においても芯部は鞘部に覆われているため、芯部が外部に出ている部分がなく、感光ドラム等へ接触する部分は全て鞘部となる。これにより、均一帯電が可能となり、鮮明な画像を得ることができる。
【００２２】
繊維端面の芯部が存在しない部分４、すなわち鞘部２のみの部分が、繊維端面より内側の繊維長手方向に沿って０．１〜３０μｍであることが好ましく、より好ましくは０．２〜２０μｍ、さらに好ましくは０．５〜１０μｍである。繊維端面の芯部が存在しない部分４の長さが０．１μｍ未満であると、感光ドラム等への芯部の接触が生じることがあり、上記のような均一帯電の効果が得られない。一方、３０μｍを超えると、導電性能を有しない鞘部部分が多くなり、導電及び除電性能に劣るようになり好ましくない。
【００２３】
ここで、本発明の導電糸は熱水処理後の断面形状を規定するものである。ここでいう熱水処理とは、試験片（長さ１０ｃｍ）を１００℃の熱水に５分間浸漬させることをいう。熱水処理後の断面形状とは、熱水処理後、風乾し、風乾後の試験片の両端面を光学顕微鏡により観察するものである。そして、繊維端面の芯部が存在しない部分の長さとは、それぞれの試験片において、両端面における芯部が存在しない部分の糸長方向の長さを測定し、試験片２０個の平均値をとるものとする。
【００２４】
本発明の導電糸は、上記の熱水処理（１００℃の熱水に５分間浸漬）後の繊維端面の断面形状において、端面より内側に芯部が存在するものをいう。すなわち、熱水処理により端面より内側に芯部が存在するものであれば、熱水処理前の形状においては、繊維端面に芯部が存在しているものでもよい。また、熱水処理前から端面より内側に芯部が存在するものでも、熱水処理後の断面形状において端面より内側に芯部が存在していれば、本発明で規定する導電糸である。
なお、本発明の導電糸を各種ブラシにして使用する際には、パイルテープとして製織し、起毛した後の熱処理（通常、飽和蒸気で５〜１０分間）により、上記のような端面より内側に芯部が存在する断面形状が発現することが多い。
【００２５】
さらに、本発明の導電糸は、導電性微粒子を含有するものであるが、導電性微粒子を含有する芯部と導電性微粒子を含有しない鞘部からなる芯鞘複合糸としているため、繊維表面の微小な凹凸がなくなり、表面が平滑となるため、感光ドラム等とミクロレベルで均一に接触することが可能となる。
【００２６】
繊維表面上のどの位置においても比抵抗値が均一であることが好ましく、このためには芯部と鞘部の距離（鞘部の厚み）を均一とすることが好ましく、具体的には、芯鞘複合繊維の中でも繊維断面、芯部断面ともに円形で、かつ同心円状の芯鞘複合構造とすることが好ましい。
【００２７】
本発明の導電糸の芯部に含有させる導電性微粒子としては、カーボンブラックであることが必要である。導電糸中の含有量としては、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。
【００２８】
さらに、本発明における導電糸は、温湿度が２０℃、２０％ＲＨの雰囲気中での印加電圧５Ｖ／ｃｍの低電圧においても、比抵抗値が１０ 0 〜１０ 8 Ω・ｃｍである必要があり、好ましくは１０2〜１０7Ω・ｃｍ、さらに好ましくは１０3〜１０5Ω・ｃｍである。通常、衣料用途等に用いられるような導電糸又は制電性繊維においては、衣料の着脱等により生じる摩擦により発生する静電圧は数百〜数万ボルトにも及ぶため、そのため導電糸又は制電性繊維においては、数百〜数万ボルトの高電圧下において導電性を示すことが必要である。しかしながら本発明における導電糸は、電子写真複写機、電子写真プリンター等の現像用ブラシ、接触帯電用ブラシ及び感光ドラムクリーナー用ブラシに適した繊維であり、特に比較的低電圧下、例えば１〜数１０Ｖ／ｃｍ下においても好適な比抵抗値を示すものである。
【００２９】
ここで、本発明における印加電圧５Ｖ／ｃｍにおける比抵抗値は次のようにして算出するものである。本発明における導電糸をそれぞれ長さ方向に沿って、１００ｍ間隔で、長さ１０ｃｍの試験片を２０個採取した。１０ｃｍの試験片の間（両端間）に５０Ｖの電圧をかけて、測定環境２０℃、２０％ＲＨの条件下、東亜電波工業株式会社製の抵抗値測定機「ＳＭ−１０Ｅ」を使用して、その電気抵抗値Ｒ（Ω）を測定し、下記の数式により２０個の試験片の比抵抗値（ρ）（Ω・ｃｍ）を求め、その平均値を比抵抗値とした。
比抵抗値（ρ）（Ω・ｃｍ）＝Ｒ（Ω）×（Ｓ／Ｌ）
式中、Ｒは試験片の電気抵抗値（Ω）、Ｓは試験片の断面積（ｃｍ2）、およびＬは試験片の長さ（１０ｃｍ）を示す。ただし、ここではＳ＝Ｄtex／（１００００００×ｄ）であり、Dtexとは導電糸の総デシテックス数をそのまま重量（ｇ）として読みかえた値を示し、ｄは繊維の密度を示す。
【００３０】
温湿度が２０℃、２０％ＲＨの雰囲気中での印加電圧５Ｖ／ｃｍにおける比抵抗値が１０8Ω・ｃｍを超えると、感光ドラムの表面の均一な帯電を得ることが困難となり、鮮明な画像を得ることが困難となる。一方、１０0Ω・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。
【００３１】
そして、前記したように、本発明の導電糸は、導電性微粒子を含有する芯部と導電性微粒子を含有しない鞘部からなる芯鞘複合糸とするが、芯鞘複合糸の場合、鞘部の割合が高いほど、導電性微粒子による繊維表面の凹凸を避けることはできるが、導電性の芯部を非導電性の鞘部が覆っているため、５Ｖ／ｃｍ程度の低電圧下においては良好な導電性を示すのが難しくなる。
【００３２】
このため、本発明の導電糸においては、芯鞘比率は、芯／鞘（質量比）＝８０／２０〜９９．９／０．１とすることが必要であり、好ましくは９０／１０〜９９．５／０．５である。さらには、鞘部の厚さは１μｍ以下が好ましく、０．６μｍ以下がさらに好ましく、０．４μｍ以下がいっそう好ましい。
【００３３】
鞘部の割合が上記範囲より多かったり、鞘部の厚さが１μｍを超える場合は、印加電圧５Ｖ／ｃｍにおける繊維全体の比抵抗値を１０0〜１０8Ω・ｃｍとすることが困難となりやすい。一方、厚さの下限としては特に限定するものではないが、繊維表面を均一な状態とするために、０．０５μｍ以上とすることが好ましい。
【００３４】
また、鞘部の厚さは次のように測定するものである。試験片を２０個採取し、試験片の横断面を光学顕微鏡により観察する。横断面形状の外周に沿って均等な距離（間隔）で４点を選択し、その点での鞘部の厚さを測定する。この４点での平均値を１試験片の値とし、試験片２０個の平均値を本発明における鞘部の厚さとする。
【００３５】
そして、本発明の導電糸は、熱水処理前後の比抵抗値ρｂ、ρａの比（ρｂ／ρａ）が１０2以下であることが好ましい。さらには、熱水収縮率が１０％以下であることが好ましい。
以下、比抵抗値と熱水収縮率について図２、３を用いて説明する。
【００３６】
図２のグラフは、熱水処理前後の比抵抗値の比が１０2を超え、さらに熱水収縮率が１０％を超える、比抵抗値が１０5.4Ω・ｃｍ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比抵抗値を測定したものである。
まず、比抵抗値が１０5.4Ω・ｃｍ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。ブラシを構成する各繊維は熱水処理前後の比抵抗値の比が１０2を超えるため、ブラシを使用するうちに比抵抗値が低下する。そして、各繊維間で比抵抗値の低下に差があるため、使用前は全ての構成繊維の比抵抗値が１０5.4Ω・ｃｍであったものが、使用期間を経るうちに、それぞれ１０5.0、１０4.8、１０4.6Ω・ｃｍに近づくように低下する。このように、ブラシを構成する繊維は、複数の比抵抗値を有する繊維となるのがわかる。
【００３７】
図３のグラフは、熱水処理前後の比抵抗値ρｂ、ρａの比（ρｂ／ρａ）が１０2を超え、さらに熱水収縮率が１０％を超える、比抵抗値が１０4.4Ω・ｃｍ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２のポリエステル繊維と同様に使用し、比抵抗値を測定したものである。
まず、比抵抗値が１０4.4Ω・ｃｍのナイロン６導電糸をブラシとして使用したとする。ブラシを使用するうちにブラシを構成する各繊維は熱水処理前後の比抵抗値の比が１０2を超えるため、ブラシを使用するうちに比抵抗値が低下する。そして、各繊維間で比抵抗値の低下に差があるため、使用前は全ての構成繊維の比抵抗値が１０4.4Ω・ｃｍであったものが、使用期間を経るうちに１０4.0、１０3.8、１０3.6Ω・ｃｍに近づくように低下する。このように、ブラシを構成する繊維は、複数の比抵抗値を有する繊維となるのがわかる。
【００３８】
以上のように、各繊維の熱水処理前後の比抵抗値の比が大きいこと、ブラシを構成する繊維が複数の比抵抗値を有する繊維となることが、ブラシを長期間使用した場合に、画像障害を生じる要因となっている。
【００３９】
通常の方法で紡糸して得られた導電糸であると、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、比抵抗値がブラシにする前の値より低下する。しかも、ブラシにする前には比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生じ、使用を経るうちに異なる比抵抗値を有する繊維からなるブラシとなる。
【００４０】
また、図２及び図３のグラフより、熱水処理前後の比抵抗値の比が１０2を超える導電糸は、使用開始からしばらくの間に比抵抗値が大きく低下し、使用時間を経るうちに比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。したがって、例えば後述する熱処理等を行わない通常の工程を経て得られた導電糸においては、熱水処理前後の比抵抗値の比は１０2を超えるものである。
【００４１】
図２及び図３のグラフは比抵抗値と経時変化のグラフであるが、熱水収縮率と経時変化も同様のグラフとなる。そして、導電糸は、繊維内（糸長方向）での比抵抗値のばらつきも大きいが、この糸長方向のばらつきも熱水収縮率が低下するほど小さくなり、より良好な導電糸となる。
【００４２】
したがって、本発明の導電糸は、熱水処理前後の比抵抗値の比が１０2以下が好ましく、より好ましくは１０1以下、さらに好ましくは１０0.5以下である。すなわち、熱水処理前後の比抵抗値の比が小さいほど、熱処理工程等や長時間の使用における温湿度変化に対して安定した比抵抗値を示し、好ましい。熱水処理前後の比抵抗値の比が１０2を超えるものであると、ブラシにして使用するうちに比抵抗値が低下すると同時に構成する繊維間でのばらつきも生じ、画像障害を生じる要因となる。
【００４３】
また、本発明の導電糸は、熱水収縮率が１０％以下であることが好ましく、さらに好ましくは７％以下である。熱水収縮率が１０％を超えるものであると、繊維の形態の変化に伴う、導電性微粒子の分散状態が変化することにより、熱水処理前後での比抵抗値の低下と糸長方向での比抵抗値のばらつきも大きくなりやすい。
【００４４】
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、得られた導電糸を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
【００４５】
また、本発明でいう熱水処理前後の比抵抗値ρｂ、ρａの比（ρｂ／ρａ）は次のようにして算出する。まず、熱水処理は前記のＪＩＳ−Ｌ−１０４２熱水浸漬法に準じ、得られた導電糸を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℃）を行う。
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個採取した。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）を求める。なお、試料片２０個の平均値とする。
【００４６】
次に、得られた電気抵抗値Ｒｂ、Ｒａ（Ω／ｃｍ）を以下に示す式（１）、（２）に代入し、比抵抗値（ρｂ、ρａ（Ω・ｃｍ））を求める。
比抵抗値（ρｂ）＝Ｒｂ（Ω／ｃｍ）×Ｓ・・・（１）
比抵抗値（ρａ）＝Ｒａ（Ω／ｃｍ）×Ｓ・・・（２）
式中、Ｓは試験片の断面積（ｃｍ2）を示す。ただし、ここではＳ＝Ｄtex／（１００００００×ｄ）であり、Dtexとは導電糸の総デシテックス数をそのまま重量（ｇ）として読みかえた値を示し、ｄは繊維の密度を示す。
【００４７】
さらに、本発明の導電糸は、糸長方向での比抵抗値のばらつきが標準偏差０．３以下であることが好ましい。この比抵抗値のばらつきは比抵抗値を対数値表示した値の標準偏差であり、前記した条件で比抵抗値を糸長方向に５００ポイント測定し、各測定データを対数変換し、これらの値の標準偏差を算出するものである。
【００４８】
標準偏差が０．３を超えると、糸長方向での比抵抗値のばらつきが大きくなり、画像障害の原因となりやすい。
【００４９】
さらに、本発明の導電糸は単糸繊度が１０．０dtex以下であることが好ましく、より好ましくは８．０dtex以下、さらに好ましくは５．０dtex以下である。すなわち、本発明の導電糸を接触帯電ブラシ等に用いる場合、単糸繊度が小さいほど感光体ドラム等との接触状態が密で均一となり、これにより除電をより均一に行うことができ、安定かつ良好な画像が得られる。単糸繊度が１０．０dtexを超える場合、この効果が得られず、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。
【００５０】
また、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。
【００５１】
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、導電性微粒子としてカーボンブラックを含むマスターチップを芯成分とし、また導電性微粒子としてカーボンブラックを含まない熱可塑性重合体を鞘成分として、それぞれエクストルーダーで混練・溶融し、例えば特開平１０−３３１０２５号記載の複合繊維用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。または、例えば熱可塑性重合体もしくは導電性を有する熱可塑性重合体（ただし、無機性粒子は含まない）を溶剤に溶解し、導電性微粒子を含有する導電糸表面に塗布（コーティング）することにより表面を被覆する方法で製造してもよい。
【００５２】
以下、複合紡糸方法について詳細に説明する。導電性微粒子と熱可塑性重合体との混練・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。
【００５３】
また、マスターチップとして用いられる樹脂は、導電糸と同じ熱可塑性重合体で同等の物性（例えば分子量）を有するものを用いることができるが、導電性微粒子の高濃度化の観点から上記樹脂の共重合体や導電糸に用いられる樹脂よりも低分子量のものがより好ましい。
例えば、熱可塑性重合体をポリエステルやポリアミドとするとき、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とすることが挙げられる。また、低分子量のものとしては、主体樹脂の相対粘度比で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。
【００５４】
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。紡糸温度が高すぎると熱可塑性重合体が熱分解を起こし、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。
【００５５】
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。
【００５６】
冷却後の糸条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。
【００５７】
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。そしてさらに、延伸後、１２０〜１８０℃で弛緩熱処理を施すことが好ましい。
【００５８】
上記のような紡糸・延伸・熱処理工程で得られた導電糸で熱水処理前後の比抵抗値の比が１０2を超えたり、熱水収縮率が１０％を超えたりしたものは、以下に示す加熱蒸気処理と乾燥熱処理を複数回繰り返し行うことにより、熱水処理前後の比抵抗値の比が１０2以下であり、熱水収縮率が１０％以下の導電糸を得ることができる。
【００５９】
加熱蒸気処理条件は特に限定されるものではないが、加熱飽和蒸気で８０℃〜１８０℃で処理することが好ましい。乾燥方法も特に限定されるものではなく、熱風乾燥機や真空乾燥機などの通常の乾燥機を用い、６０〜１１０℃で乾燥することが好ましい。
これら加熱蒸気処理及び乾燥熱処理することによって収縮が生じ、多数の新接合点あるいは部分的な再結晶が生じる。この熱処理によって収縮率が低下し、寸法安定性が付与される。
【００６０】
なお、導電糸に架橋結合や樹脂処理を施すことによって、寸法安定性を付与し、本発明の導電糸を得ることもできる。しかしながら、帯電ドラムの汚染の問題があるため、前記のような加熱蒸気処理と乾燥熱処理を複数回繰り返す方法を採用することが好ましい。
【００６１】
そして、本発明の導電糸を電子写真複写機、電子写真プリンター等に用いられる各種ブラシにする際には、構成繊維の少なくとも一部に使用すればよい。ブラシの形態等は特に限定されるものではないが、パイルテープを製織した後、このパイルテープを円筒面に螺旋状に巻き付けてブラシとしたもの等が挙げられる。
【００６２】
【実施例】
次に、本発明を実施例により具体的に説明する。
実施例中の導電糸の比抵抗値、比抵抗値の比、熱水収縮率、比抵抗値の糸長方向のばらつき、鞘部の厚さ及び繊維端面の芯部が存在しない部分の長さは前記の方法で測定したものであり、ばらつき以外はｎ数２０の平均値とした。なお、比抵抗値、比抵抗値の比は対数値で示した。
また、画像評価は次のように行ったものである。得られた導電糸を用いて、パイル密度１０００本／2.54cm、パイル長７ｍｍ、生地幅１５ｍｍのパイルテープを製織した後、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。次に、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回繰り返し、処理前とそれぞれの処理後のブラシを電子複写機に使用して１０００枚の複写を行い、その画像の鮮明さを１０を最も優れているものとして１０段階で評価した。
さらに、繊維表面の凹凸は次のようにして測定、評価した。得られた導電糸の表面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真により撮影し、その表面状態の平滑性を目視にて次の３段階で評価した。
○：平滑 △：やや平滑 ×：凹凸があり平滑ではない
【００６３】
実施例１
芯成分として、相対粘度１．９５(96質量％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３５質量％となるように調整したマスターチップを用い、鞘成分には相対粘度2.50(96質量％硫酸を溶媒として、濃度1g/dl、温度25℃で測定)のナイロン１２チップを用いた。これらを芯部／鞘部の質量比９５／５にて、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個有する特開平１０−３３１０２５号記載の複合紡糸口金より吐出させて、捲取速度１０００ｍ／分で未延伸糸を巻取った。次いで得られた未延伸糸を延伸機に供給し、表面温度３０℃のローラと１５０℃のホットプレートを介して、最大延伸倍率の６０％（延伸倍率2.4倍）で延伸後、１７０℃のサドル型ヒーターにて弛緩熱処理を行い、２２０dtex/４８fのナイロン導電糸を得た。
【００６４】
実施例２〜４、比較例１〜５
芯部及び鞘部のポリマー種を表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・弛緩熱処理を行い、導電糸を得た（ただし、比較例５は芯部成分のみからなるものとした）。表中、芯部に用いたナイロン６は相対粘度２．５０のナイロン６チップにカーボンブラック３５質量％添加したマスターチップを、ナイロン１２は相対粘度２．５０のナイロン１２チップにカーボンブラック３５質量％添加したマスターチップを、共重合ナイロン６／６６はナイロン６成分にナイロン６６成分を１５モル％共重合した相対粘度２．９０の共重合ナイロン６／６６チップにカーボンブラック３５質量％添加したマスターチップを、ＰＢＴは相対粘度１．３４（フェノール/テトラクロロエタン=1/1(質量比)混合溶液に、濃度0.5g/dl、温度２０℃で測定）のポリブチレンテレフタレートチップにカーボンブラック３５質量％添加したマスターチップを示す。また、鞘部のポリマーは芯部に用いられているポリマーと同種であるがカーボンブラックを添加していないものを示す。
【００６５】
比較例６〜７
芯部及び鞘部のポリマー種を表１に示すように変更し、延伸後、サドル型ヒーターで弛緩熱処理を施さなかった以外は、実施例１と同様にして、紡糸・延伸を行い、導電糸を得た。ただし、表中、芯部に用いたナイロン６、共重合ナイロン６／６６は実施例２〜４で用いたものと同様とする。また、鞘部のポリマーは芯部に用いられているポリマーと同種であるがカーボンブラックを添加していないものを示す。
【００６６】
実施例１〜４、比較例１〜７で得られた導電糸の物性値及び画像評価の結果を表１に示す。
【００６７】
【表１】
表１から明らかなように、実施例１〜４で得られた導電糸は、繊維端面の断面形状において、芯部が存在せず、端面より内側に芯部が存在しており、さらに繊維表面に凹凸がないため、感光ドラムとの接触をミクロレベルで均一化することができ、均一な帯電及び除電状態とすることができたために、鮮明な画像を得ることができた。そして、印加電圧５Ｖ／ｃｍ程度の低電圧下においても好適な比抵抗値を示した。さらには、熱水処理前後の比抵抗値の比が小さく、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比抵抗値を示し、ブラシを構成する繊維間で比抵抗値のばらつきも生じることなく、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１〜７で得られた導電糸は、繊維端面の断面形状において、芯部のみが存在しているか、又は芯鞘両部ともに存在しているものであったため、感光ドラムへの帯電状態が不均一となり、鮮明な画像を得ることができなかった。また、比較例５で得られた導電糸は、芯鞘形状のものではないため、導電性微粒子により繊維表面の微小な凹凸が生じ、鮮明な画像を得ることができなかった。さらに、比較例６〜７の導電糸は、弛緩熱処理を行わなかったため、熱水処理前後の比抵抗値の比が大きく、熱水収縮率も大きいものであったので、ブラシを構成する各導電糸は、温湿度変化を受けるうちに複数の比抵抗値に低下するものとなり、これらの繊維からなるブラシは比抵抗値の幅の大きいブラシとなり、画像評価に劣るものであった。
【００６９】
【発明の効果】
本発明の導電糸は、繊維端面の断面形状において、芯部が存在せず、端面より内側に芯部が存在しており、さらに繊維表面に凹凸がないため、感光ドラムへの接触を均一にすることができ、かつ均一な帯電及び除電を行うことができ、鮮明な画像を得ることができる。さらには、印加電圧５Ｖ／ｃｍ程度の低電圧下においても好適な比抵抗値を示す。
また、熱水処理前後の比抵抗値の比が小さく、熱水収縮率も小さいので、温湿度変化が大きい環境で長期間使用しても、安定した比抵抗値を示し、ブラシを構成する繊維間で比抵抗値のばらつきも生じることなく、安定かつ良好な画像を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の導電糸の一実施態様を示す説明図である。
【図２】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比抵抗値の関係を示すグラフである。
【図３】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比抵抗値の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 芯部
２ 鞘部
３ 端面
４ 繊維端面の芯部が存在しない部分[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a conductive yarn suitable for a developing brush, a contact charging brush, and a photosensitive drum cleaner brush for an electrophotographic copying machine and an electrophotographic printer.
[0002]
[Prior art]
A non-contact type corona charging method is used for charging an important element in an electrostatic latent image format such as an electrophotographic copying machine. However, the corona charging method has problems such as that ozone generated from corona discharge deteriorates parts, is harmful to the human body, and is dangerous for a high voltage power supply.
[0003]
In order to solve this problem, in recent years, a contact charging method of ozone charging and brush charging or roller charging with low voltage application has been developed.
[0004]
As a fiber for developing brushes, contact charging brushes and brushes for photosensitive drum cleaners used in electrophotographic copying machines, electrophotographic printers, etc., the specific resistance value is used to prevent photoconductor life and pinholes on the photoconductor. 100-108Ω · cm is required, and the specific resistance value is particularly 10 for the fiber for the brush for contact charging.2-107Ω · cm, more preferably 10Three-10FiveΩ · cm is required.
[0005]
Conventionally, many cellulosic fibers have been used for such applications. Also, many polyester and polyamide fibers widely used as synthetic fibers have been proposed that contain conductive particles.
[0006]
In JP-A-57-6762 and JP-A-7-102437, titanium oxide comprising two types of thermoplastic polymers (polyester and polyamide) having different melting points and having a conductive coating on the low melting point side is disclosed. There has been proposed a conductive conjugate fiber that improves conductivity by heat-treating the contained conjugate fiber between both melting points. However, although these conductive fibers have improved conductivity, the hot water shrinkage rate is as high as about 20%. Therefore, when used for a heat treatment step or the like for making a contact charging brush, or a contact charging brush, etc. Changes, and the resulting variation in specific resistance value makes these conductive yarns unsuitable for contact charging brushes.
[0007]
Japanese Examined Patent Publication No. 1-229887 proposes a conductive cellulose fiber in which a hydrophobic functional group is introduced into a cellulosic conductive yarn so that a stable electric resistance value can be expressed against changes in humidity.
[0008]
Japanese Patent Laid-Open No. 9-49116 discloses that the dispersion of specific resistance value is 10 by adding two or more kinds of conductive fine particles to the fiber.ThreeConductive cellulosic fibers reduced to within Ω · cm have been proposed.
[0009]
The above two cellulosic fibers also have not been sufficiently improved in stability against humidity and variation in resistance value between the fibers. That is, contact charging brushes and the like are processed or used in an environment in which changes in temperature and humidity are large. Therefore, a change in fiber form caused by a change in temperature and humidity in the environment causes a change in chain state of conductive fine particles, and a specific resistance. Appears as a change in value. Therefore, even if it has a suitable specific resistance value at the beginning of production, these values decrease during the heat treatment process, etc. when creating a contact charging brush and during long-term use, and the difference between the values at the beginning of production. However, it has been impossible to solve the disadvantage that the image becomes large and the variation among fibers becomes large, resulting in image failure.
[0010]
Further, in the conductive yarn containing conductive fine particles, if the conductive fine particles are present on the fiber surface, minute irregularities due to the conductive fine particles are present on the fiber surface. When used as a developing brush for an electrophotographic copying machine, an electrophotographic printer, a brush for a photosensitive drum cleaner, or a brush for contact charging, if there are such minute irregularities, it will be at a micro level in contact with the photosensitive drum. However, in order to obtain a clear image at a high level, it was necessary to solve this problem.
[0011]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 52-31450 discloses a core portion made of a thermoplastic synthetic polymer containing conductive carbon black and a non-conductive sheath portion not containing conductive carbon black. Antistatic synthetic filaments have been proposed that occupy at least 50% of the area. Since this conductive fiber does not contain conductive carbon black in the sheath portion, there are few fine irregularities on the fiber surface.
[0012]
When the conductive yarn is used as a brush for contact charging or the like, the fiber is brought into contact with the photosensitive drum or the like, so that an effect of discharging or neutralizing can be achieved. The effect of contact is great. In the core-sheath composite fiber described in JP-A-52-31450, when the end surface of the fiber comes into contact with the photosensitive drum or the like, static elimination or discharge is performed from both the core part and the sheath part. However, since the conductive performance differs between the two parts of the core sheath, there is a problem that the conductive performance from the fiber end face varies, and the charging and discharging of the photosensitive drum and the like are not uniform.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention solves the above-mentioned problems, there is no minute unevenness on the fiber surface, the contact with the photosensitive drum or the like can be made uniform at the micro level, and the charging and discharging on the fiber end face are made uniform. Furthermore, it exhibits a specific resistance value that is stable with respect to temperature and humidity changes during the heat treatment process, etc. during long-term use, and long-term use. It is a technical problem to provide a conductive yarn capable of obtaining a stable and good image without causing a variation in specific resistance value between and in the yarn length direction.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The inventors of the present invention have arrived at the present invention as a result of intensive studies to solve the above problems. That is, the present invention is composed of a core portion made of a thermoplastic polymer containing conductive fine particles, and a sheath portion made of a thermoplastic polymer that covers the core portion and does not contain conductive fine particles,The conductive fine particles are carbon black, and the core / sheath (mass ratio) is 80/20 to 99.9 / 0.1.Conductive yarn, after hot water treatmentThe specific resistance value is 10 at an applied voltage of 5 V / cm in an atmosphere of 20 ° C. and 20% RH. 0 -10 8 Ω · cm, andThe gist of the present invention is a conductive yarn characterized in that, in the cross-sectional shape of the fiber end face, the core portion does not exist and the core portion exists inside the end face.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
First, the polymer used for the core part and the sheath part of the present invention is not particularly limited as long as it is a fiber-forming thermoplastic polymer, and examples thereof include polyester, polyamide, polyethylene, and polypropylene. Of these, polyester and polyamide are preferred.
[0016]
More specifically, polyesters include, for example, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polypropylene terephthalate, those obtained by copolymerizing a dicarboxylic acid component, a diol component or an oxycarboxylic acid component, or a blend of these polyesters. It is done. Furthermore, aliphatic polyesters such as polylactic acid, polybutylene succinate and polyε-caprolactam known as biodegradable polyesters may be used.
[0017]
Examples of the polyamide include nylon 6, nylon 66, nylon 69, nylon 46, nylon 610, nylon 12, polymetaxylene adipamide, and those obtained by copolymerizing or blending these components.
[0018]
The shape of the conductive yarn of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory view showing an embodiment of the conductive yarn of the present invention. The
[0019]
In order to obtain such a shape, it is preferable to use polymers having different hot water shrinkage rates for the core polymer and the sheath polymer, and to make the core polymer a highly shrinkable polymer. As a result, in the spinning / drawing / heat treatment process, residual strain due to the difference in thermal shrinkage occurs. For this reason, when the obtained fiber is further subjected to heat treatment, it can be assumed that the residual strain is released, the core portion is greatly contracted, and a portion where the core portion does not exist is formed on the fiber end face. When used for various brushes, the heat treatment that causes such shrinkage of the core is, for example, heat treatment after weaving and raising the pile tape (for example, 5-10 minutes with saturated steam) Is mentioned.
[0020]
Therefore, as a combination of the core-sheath polymer component, polyamide (eg, nylon 6) is used for the core polymer, polyester (eg, polyethylene terephthalate, polylactic acid) is used for the sheath polymer, or polyamide is used for both core-sheath polymers. [For example, nylon 6 is used for the core polymer, nylon 12 is used for the sheath polymer, copolymer nylon (nylon 6/66) is used for the core polymer, and nylon 6 is used for the sheath polymer].
[0021]
Thus, in the cross-sectional shape of the fiber end surface after the hot water treatment, the
[0022]
The
[0023]
Here, the conductive yarn of the present invention defines the cross-sectional shape after the hot water treatment. The hot water treatment here refers to immersing a test piece (length: 10 cm) in hot water at 100 ° C. for 5 minutes. The cross-sectional shape after the hot water treatment means that the hot water treatment is followed by air drying, and both end surfaces of the test piece after air drying are observed with an optical microscope. And the length of the part where the core part of the fiber end face does not exist is the length in the yarn length direction of the part where the core part does not exist on both end faces in each test piece, and the average value of 20 test pieces is obtained. Shall be taken.
[0024]
The conductive yarn of the present invention refers to one having a core portion on the inner side of the end face in the cross-sectional shape of the fiber end face after the hot water treatment (immersed in hot water at 100 ° C. for 5 minutes). That is, as long as the core portion is present on the inner side from the end face by the hot water treatment, the core portion may be present on the fiber end face in the shape before the hot water treatment. Moreover, even if a core part exists inside an end surface before a hot water process, if the core part exists inside an end surface in the cross-sectional shape after a hot water process, it is an electroconductive thread prescribed | regulated by this invention.
When the conductive yarn of the present invention is used as various brushes, it is woven as a pile tape and heated inside (usually with saturated steam for 5 to 10 minutes) to raise the inner side from the end face as described above. In many cases, a cross-sectional shape in which a core portion exists is developed.
[0025]
Furthermore, although the conductive yarn of the present invention contains conductive fine particles, it is a core-sheath composite yarn comprising a core portion containing conductive fine particles and a sheath portion not containing conductive fine particles. Since the minute unevenness is eliminated and the surface becomes smooth, it is possible to make uniform contact with the photosensitive drum or the like at a micro level.
[0026]
It is preferable that the specific resistance value is uniform at any position on the fiber surface. For this purpose, it is preferable that the distance between the core and the sheath (the thickness of the sheath) is uniform. Among the sheath composite fibers, it is preferable that the fiber cross section and the core section have a circular and concentric core-sheath composite structure.
[0027]
As the conductive fine particles to be contained in the core of the conductive yarn of the present invention,It must be carbon black.As content in an electrically conductive thread | yarn, for example, in polyester, 5-30 mass% is preferable, More preferably, it is 10-25 mass%. In polyamide, 15-45 mass% is preferable, More preferably, it is 20-35 mass%.
[0028]
Furthermore, the conductive yarn in the present invention has a low voltage of 5 V / cm applied voltage in an atmosphere having a temperature and humidity of 20 ° C. and 20% RH.Specific resistance value is 10 0 -10 8 Must be Ω · cm,Preferably 102-107Ω · cm, more preferably 10Three-10FiveΩ · cm. Usually, in conductive yarns or antistatic fibers used for clothing applications, etc., the static voltage generated by friction caused by attaching and detaching clothing is several hundred to several tens of thousands of volts. It is necessary for the conductive fiber to exhibit conductivity under a high voltage of several hundred to several tens of thousands of volts. However, the conductive yarn in the present invention is a fiber suitable for a developing brush, a contact charging brush, and a photosensitive drum cleaner brush for an electrophotographic copying machine, an electrophotographic printer, and the like. The specific resistance value is suitable even under 10 V / cm.
[0029]
Here, the specific resistance value at an applied voltage of 5 V / cm in the present invention is calculated as follows. Twenty test pieces having a length of 10 cm were sampled at intervals of 100 m along the length direction of the conductive yarns in the present invention. Using a resistance measuring device “SM-10E” manufactured by Toa Denpa Kogyo Co., Ltd. under a measurement environment of 20 ° C. and 20% RH, applying a voltage of 50 V between 10 cm test pieces (between both ends) The electrical resistance value R (Ω) was measured, the specific resistance value (ρ) (Ω · cm) of 20 test pieces was obtained by the following formula, and the average value was taken as the specific resistance value.
Specific resistance (ρ) (Ω · cm) = R (Ω) × (S / L)
In the formula, R is the electrical resistance value (Ω) of the test piece, and S is the cross-sectional area of the test piece (cm2) And L indicate the length (10 cm) of the test piece. However, here, S = Dtex / (1000000 × d), where Dtex is a value obtained by replacing the total decitex number of the conductive yarn as the weight (g), and d is the fiber density.
[0030]
The specific resistance value is 10 at an applied voltage of 5 V / cm in an atmosphere of 20 ° C. and 20% RH.8If it exceeds Ω · cm, it will be difficult to obtain uniform charging of the surface of the photosensitive drum, and it will be difficult to obtain a clear image. Meanwhile, 100In the case of a low resistance value of less than Ω · cm, when there is a defect such as a pinhole in the photosensitive belt layer, a large current flows and a charging failure tends to occur.
[0031]
As described above, the conductive yarn of the present invention is a core-sheath composite yarn comprising a core portion containing conductive fine particles and a sheath portion not containing conductive fine particles. The higher the ratio, the more the unevenness of the fiber surface due to the conductive fine particles can be avoided, but the non-conductive sheath covers the conductive core, which is good under a low voltage of about 5 V / cm It becomes difficult to show a good conductivity.
[0032]
For this reason, in the conductive yarn of the present invention, the core-sheath ratio isThe core / sheath (mass ratio) is required to be 80/20 to 99.9 / 0.1, and preferably 90/10 to 99.5 / 0.5. Furthermore, the thickness of the sheath is preferably 1 μm or less, more preferably 0.6 μm or less, and even more preferably 0.4 μm or less.
[0033]
When the ratio of the sheath part is larger than the above range, or the thickness of the sheath part exceeds 1 μm, the specific resistance value of the whole fiber at an applied voltage of 5 V / cm is 100-108Ω · cm is likely to be difficult. On the other hand, the lower limit of the thickness is not particularly limited, but is preferably 0.05 μm or more in order to make the fiber surface uniform.
[0034]
Moreover, the thickness of a sheath part is measured as follows. Twenty test pieces are collected, and the cross section of the test piece is observed with an optical microscope. Four points are selected at equal distances (intervals) along the outer periphery of the cross-sectional shape, and the thickness of the sheath at that point is measured. The average value at these four points is taken as the value of one test piece, and the average value of 20 test pieces is taken as the thickness of the sheath in the present invention.
[0035]
The conductive yarn of the present invention has a specific resistance value ρb, ρa ratio (ρb / ρa) of 10 before and after the hot water treatment.2The following is preferable. Furthermore, it is preferable that the hot water shrinkage is 10% or less.
Hereinafter, the specific resistance value and the hot water shrinkage will be described with reference to FIGS.
[0036]
In the graph of FIG. 2, the specific resistance ratio before and after the hot water treatment is 102Moreover, the hot water shrinkage rate exceeds 10%, and the specific resistance value is 10%.5.4Ω · cm polyethylene terephthalate conductive yarn is used as a fiber constituting a contact charging brush for an electronic copying machine, and the specific resistance value of the constituent fiber is measured every hour from the start of use of the brush to 48 hours later. .
First, the specific resistance value is 105.4It is assumed that a polyester conductive yarn of Ω · cm is used as a brush. Each fiber constituting the brush has a specific resistance ratio of 10 before and after the hot water treatment.2Therefore, the specific resistance value decreases while using the brush. And since there is a difference in the decrease in specific resistance value between the fibers, the specific resistance value of all the constituent fibers is 10 before use.5.4What was Ω · cm was 105.0104.8104.6It decreases to approach Ω · cm. Thus, it turns out that the fiber which comprises a brush turns into a fiber which has a some specific resistance value.
[0037]
In the graph of FIG. 3, the ratio (ρb / ρa) of the specific resistance values ρb and ρa before and after the hydrothermal treatment is 102Moreover, the hot water shrinkage rate exceeds 10%, and the specific resistance value is 10%.4.4The specific resistance value was measured using a nylon 6 conductive yarn of Ω · cm as a contact charging brush for an electronic copying machine in the same manner as the polyester fiber of FIG.
First, the specific resistance value is 104.4Assume that a nylon 6 conductive yarn of Ω · cm is used as a brush. Each fiber constituting the brush while using the brush has a specific resistance ratio of 10 before and after the hot water treatment.2Therefore, the specific resistance value decreases while using the brush. And since there is a difference in the decrease in specific resistance value between the fibers, the specific resistance value of all the constituent fibers is 10 before use.4.4What was Ω · cm is 104.0103.8103.6It decreases to approach Ω · cm. Thus, it turns out that the fiber which comprises a brush turns into a fiber which has a some specific resistance value.
[0038]
As described above, when the ratio of the specific resistance value before and after the hydrothermal treatment of each fiber is large, the fiber constituting the brush becomes a fiber having a plurality of specific resistance values, when the brush is used for a long time, This is a factor causing image failure.
[0039]
In the case of a conductive yarn obtained by spinning by a normal method, the specific resistance value is lower than the value before the brush is formed when it is heat-set to a brush or undergoes wet heat treatment during use. Moreover, even in the case of fibers having the same specific resistance value before making the brush, the width of the reduction varies among the fibers, and the brush is made of fibers having different specific resistance values through use.
[0040]
Moreover, from the graph of FIG.2 and FIG.3, ratio of the specific resistance value before and behind a hot-water process is 10.2It can be seen that the conductive yarn exceeding the value of the specific resistance value greatly decreases for a while after the start of use, and the width of the decrease of the specific resistance value becomes smaller and stabilizes as the usage time elapses. Therefore, for example, in a conductive yarn obtained through a normal process in which heat treatment or the like described later is not performed, the ratio of specific resistance values before and after the hot water treatment is 102Is more than
[0041]
The graphs of FIGS. 2 and 3 are graphs of the specific resistance value and the change with time, but the hot water shrinkage rate and the change with time are also similar. The conductive yarn has a large variation in specific resistance value within the fiber (in the yarn length direction), but the variation in the yarn length direction also decreases as the hot water shrinkage rate decreases, and the conductive yarn becomes a better conductive yarn.
[0042]
Therefore, the conductive yarn of the present invention has a specific resistance ratio of 10 before and after the hot water treatment.2The following is preferred, more preferably 101Or less, more preferably 100.5It is as follows. That is, the smaller the specific resistance value ratio before and after the hot water treatment, the more preferable the specific resistance value is stable with respect to changes in temperature and humidity during the heat treatment step and long-time use. Ratio of specific resistance value before and after hydrothermal treatment is 102If it exceeds 1, the specific resistance value will decrease while being used as a brush, and at the same time, dispersion will occur between the fibers constituting the film, causing image failure.
[0043]
In addition, the conductive yarn of the present invention preferably has a hot water shrinkage of 10% or less, more preferably 7% or less. When the hot water shrinkage rate exceeds 10%, the dispersion state of the conductive fine particles changes with the change in the fiber form, thereby reducing the specific resistance value before and after the hot water treatment and in the yarn length direction. Variations in specific resistance values are likely to increase.
[0044]
The hot water shrinkage is 100 cm in sample length, and after immersing the obtained conductive yarn in hot water at 80 ° C. for 30 minutes according to JIS-L-1042 hot water immersion method, it is dehydrated with a centrifugal dehydrator. Next, the sample is dried (105 ° C.), the sample length L (cm) at that time is measured, and the following formula is calculated.
Hot water shrinkage (%) = [(100−L) / 100] × 100
[0045]
Further, the ratio (ρb / ρa) between the specific resistance values ρb and ρa before and after the hot water treatment in the present invention is calculated as follows. First, the hot water treatment is performed in accordance with the above-mentioned JIS-L-1042 hot water immersion method. The obtained conductive yarn is immersed in hot water at 80 ° C. for 30 minutes, then dehydrated with a centrifugal dehydrator and dried (105 ° C.). I do.
Twenty test pieces each having a length of 10 cm were collected every 100 m along the length direction from the yarn subjected to the hot water treatment and the yarn not subjected to the hot water treatment. Using a resistance value measuring device “SM-10E” manufactured by Toa Denpa Kogyo Co., Ltd. under a measurement environment of 20 ° C. and 20% RH, a voltage of 500 V was applied between the test pieces of 10 cm (between both ends). The electrical resistance value Rb before the hot water treatment and the electrical resistance value Ra (Ω / cm) after the hot water treatment are obtained. In addition, it is set as the average value of 20 sample pieces.
[0046]
Next, the obtained electric resistance values Rb and Ra (Ω / cm) are substituted into the following formulas (1) and (2) to obtain specific resistance values (ρb, ρa (Ω · cm)).
Specific resistance (ρb) = Rb (Ω / cm) × S (1)
Specific resistance (ρa) = Ra (Ω / cm) × S (2)
Where S is the cross-sectional area of the specimen (cm2). However, here, S = Dtex / (1000000 × d), where Dtex is a value obtained by replacing the total decitex number of the conductive yarn as the weight (g), and d is the fiber density.
[0047]
Furthermore, the conductive yarn of the present invention preferably has a variation in specific resistance value in the yarn length direction of a standard deviation of 0.3 or less. This variation in specific resistance value is the standard deviation of the logarithmic value of the specific resistance value. Under the conditions described above, the specific resistance value is measured at 500 points in the yarn length direction, and each measured data is logarithmically converted. The standard deviation is calculated.
[0048]
If the standard deviation exceeds 0.3, the variation of the specific resistance value in the yarn length direction becomes large, which is liable to cause image failure.
[0049]
Further, the conductive yarn of the present invention preferably has a single yarn fineness of 10.0 dtex or less, more preferably 8.0 dtex or less, and even more preferably 5.0 dtex or less. That is, when the conductive yarn of the present invention is used for a contact charging brush or the like, the smaller the single yarn fineness, the denser and more uniform the contact state with the photosensitive drum and the like, so that static elimination can be performed more uniformly and stably. A good image is obtained. When the single yarn fineness exceeds 10.0 dtex, this effect cannot be obtained, and it becomes difficult to obtain a clear image, or as the number of copying increases, streak stains are likely to occur on the copy.
[0050]
Further, 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.
[0051]
Next, the manufacturing method of the electrically conductive yarn of this invention is demonstrated. The conductive yarn of the present invention isA master chip containing carbon black as conductive fine particles is used as a core component, and a thermoplastic polymer not containing carbon black as conductive fine particles is used as a sheath component.They can be produced by a known method such as kneading and melting with an extruder, extruding from a spinneret for composite fibers described in JP-A-10-331025, and cooling and stretching. Alternatively, for example, the surface is obtained by dissolving a thermoplastic polymer or a thermoplastic polymer having conductivity (but not including inorganic particles) in a solvent and coating (coating) the surface of the conductive yarn containing conductive fine particles. You may manufacture by the method of coat | covering.
[0052]
Hereinafter, the composite spinning method will be described in detail. As a method for kneading and melting the conductive fine particles and the thermoplastic polymer, the conductive fine particles can be directly kneaded using, for example, a biaxial extruder, etc., but once the master containing the conductive fine particles in a high concentration is used. It is preferable to knead the chips after making them, because more uniform kneading can be performed.
[0053]
The resin used as the master chip can be the same thermoplastic polymer as the conductive yarn and has the same physical properties (for example, molecular weight). However, from the viewpoint of increasing the concentration of conductive fine particles, Those having a low molecular weight are more preferable than resins used for polymers and conductive yarns.
For example, when the thermoplastic polymer is polyester or polyamide, it may be polyester or polyamide obtained by copolymerization of 0.3 to 30 mol% of isophthalic acid, sulfoisophthalic acid, polyethylene glycol or the like. Further, the low molecular weight is preferably about 40 to 100%, more preferably about 45 to 80% in terms of the relative viscosity ratio of the main resin.
[0054]
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 thermoplastic polymer undergoes thermal decomposition, which makes smooth spinning difficult and the properties of the resulting filaments inferior. On the other hand, if the spinning temperature is too low, undissolved materials remain, and uniform kneading cannot be performed.
[0055]
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.
[0056]
In the spinning oil to be applied to the cooled yarn, 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 surfactants [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.)"], etc. Preferably used.
[0057]
Next, the cooled and solidified filament is once wound up at 500 to 1500 m / min and then drawn. Stretching can be performed in one stage or in multiple stages of two or more stages, and 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. Further, it is preferable to perform relaxation heat treatment at 120 to 180 ° C. after stretching.
[0058]
The ratio of the specific resistance value before and after the hot water treatment is 10 for the conductive yarn obtained by the spinning / drawing / heat treatment process as described above.2Or the ratio of the specific resistance values before and after the hot water treatment is 10 by repeating the heating steam treatment and the drying heat treatment described below a plurality of times.2A conductive yarn having a hot water shrinkage rate of 10% or less can be obtained.
[0059]
The heating steam treatment conditions are not particularly limited, but it is preferable to treat with heated saturated steam at 80 ° C. to 180 ° C. The drying method is not particularly limited, and it is preferable to dry at 60 to 110 ° C. using a normal dryer such as a hot air dryer or a vacuum dryer.
These heat steam treatment and dry heat treatment cause shrinkage, resulting in a number of new joints or partial recrystallization. This heat treatment reduces the shrinkage and provides dimensional stability.
[0060]
Note that the conductive yarn of the present invention can be obtained by imparting dimensional stability by subjecting the conductive yarn to cross-linking or resin treatment. However, since there is a problem of contamination of the charging drum, it is preferable to employ a method in which the heating steam treatment and the drying heat treatment as described above are repeated a plurality of times.
[0061]
When the conductive yarn of the present invention is used for various brushes used in electrophotographic copying machines, electrophotographic printers, etc., it may be used for at least part of the constituent fibers. The form of the brush and the like are not particularly limited, and examples include a brush obtained by weaving a pile tape and then spirally winding the pile tape around a cylindrical surface.
[0062]
【Example】
Next, the present invention will be specifically described with reference to examples.
Specific resistance value of conductive yarn, specific resistance value ratio, hydrothermal shrinkage rate, variation of specific resistance value in yarn length direction, thickness of sheath portion and length of portion where core portion of fiber end face does not exist in Examples Was measured by the method described above, and the average value of n number 20 was used except for the variation. The specific resistance value and the specific resistance value ratio are shown as logarithmic values.
The image evaluation was performed as follows. Using the obtained conductive yarn, a pile tape having a pile density of 1000 / 2.54 cm, a pile length of 7 mm, and a fabric width of 15 mm was woven, and then spirally wound around a cylindrical surface having a diameter of 6 mm to create a brush. Thereafter, the brush was heat-treated with saturated steam for 5 minutes. Next, the brush is left in an atmosphere of 25 ° C. and 20% RH for 1 hour, and then left in an atmosphere of 80 ° C. and 60% RH for 30 minutes. This process is repeated five times as one process, and 1000 copies are made using the pre-process and post-process brushes in an electronic copying machine, and the image sharpness is 10 in 10 steps. evaluated.
Furthermore, the irregularities on the fiber surface were measured and evaluated as follows. The surface of the obtained conductive yarn was photographed with a SEM (scanning electron microscope) photograph, and the smoothness of the surface state was visually evaluated in the following three stages.
○: Smooth △: Slightly smooth ×: Uneven and uneven
[0063]
Example 1
As a core component, a master chip adjusted to a carbon black concentration of 35% by mass on a nylon 6 chip having a relative viscosity of 1.95 (measured at a concentration of 1 g / dl and a temperature of 25 ° C. using 96% by mass sulfuric acid as a solvent). As a sheath component, a nylon 12 chip having a relative viscosity of 2.50 (measured at a concentration of 1 g / dl and a temperature of 25 ° C. using 96% by mass sulfuric acid as a solvent) was used. These are supplied to an extruder type melt extruder at a core / sheath mass ratio of 95/5, melted at a spinning temperature of 255 ° C., and have 48 spinning holes with a hole diameter of 0.35 mm. The undrawn yarn was wound up at a take-up speed of 1000 m / min by discharging from the described composite spinneret. Next, the obtained undrawn yarn was supplied to a drawing machine, drawn through a roller having a surface temperature of 30 ° C. and a hot plate having a temperature of 150 ° C. at 60% of the maximum draw ratio (2.4 times the draw ratio), and then a saddle at 170 ° C. A relaxation heat treatment was performed with a mold heater to obtain a 220 dtex / 48 f nylon conductive yarn.
[0064]
Examples 2-4, Comparative Examples 1-5
Except for changing the polymer species of the core and sheath as shown in Table 1, spinning, stretching and relaxation heat treatment were performed in the same manner as in Example 1 to obtain a conductive yarn (however, Comparative Example 5 was a core) Part component only). In the table, nylon 6 used for the core is a master chip in which 35% by mass of carbon black is added to a nylon 6 chip having a relative viscosity of 2.50, and nylon 12 is 35% by mass of carbon black in a nylon 12 chip having a relative viscosity of 2.50. Copolymer nylon 6/66 is a master chip obtained by adding 35% by mass of carbon black to copolymer nylon 6/66 chip having a relative viscosity of 2.90 obtained by copolymerizing 15 mol% of nylon 66 component with nylon 6 component. PBT is 35% by mass of carbon black added to a polybutylene terephthalate chip having a relative viscosity of 1.34 (measured in a phenol / tetrachloroethane = 1/1 (mass ratio) mixed solution at a concentration of 0.5 g / dl and a temperature of 20 ° C.). The master chip is shown. Moreover, the polymer of a sheath part shows the thing which is the same kind as the polymer used for the core part, but has not added carbon black.
[0065]
Comparative Examples 6-7
The core and sheath polymer species were changed as shown in Table 1, and after drawing, spinning and drawing were performed in the same manner as in Example 1 except that the relaxation heat treatment was not performed with a saddle type heater. Got. However, in the table, nylon 6 and copolymer nylon 6/66 used for the core are the same as those used in Examples 2-4. Moreover, the polymer of a sheath part shows the thing which is the same kind as the polymer used for the core part, but has not added carbon black.
[0066]
Table 1 shows the physical property values and image evaluation results of the conductive yarns obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 7.
[0067]
[Table 1]
As is apparent from Table 1, the conductive yarns obtained in Examples 1 to 4 have no core part in the cross-sectional shape of the fiber end face, the core part is present inside the end face, and the fiber surface. Since there is no unevenness, contact with the photosensitive drum can be made uniform at a micro level, and a uniform charge and charge removal state can be obtained, so that a clear image can be obtained. A suitable specific resistance value was exhibited even under a low voltage of about 5 V / cm. Furthermore, since the specific resistance value ratio before and after the hot water treatment was small and the hot water shrinkage rate was small, the specific resistance value was stable even during long-term use, and the ratio between the fibers constituting the brush was low. There was no variation in resistance value, and the image was good even when used for a long time under conditions where the temperature and humidity change was large.
On the other hand, since the conductive yarns obtained in Comparative Examples 1 to 7 had only the core portion or both the core and sheath portions in the cross-sectional shape of the fiber end face, The charged state became uneven and a clear image could not be obtained. Further, since the conductive yarn obtained in Comparative Example 5 was not a core-sheath shape, fine irregularities on the fiber surface were generated by the conductive fine particles, and a clear image could not be obtained. Furthermore, since the conductive yarns of Comparative Examples 6 to 7 were not subjected to relaxation heat treatment, the ratio of specific resistance values before and after the hot water treatment was large and the hot water shrinkage rate was also large. The yarn fell to a plurality of specific resistance values while undergoing changes in temperature and humidity, and the brush made of these fibers became a brush with a wide specific resistance value, which was inferior in image evaluation.
[0069]
【The invention's effect】
In the conductive yarn of the present invention, in the cross-sectional shape of the fiber end surface, the core portion does not exist, the core portion exists inside the end surface, and the fiber surface is not uneven, so that the contact with the photosensitive drum is uniform. In addition, uniform charging and charge removal can be performed, and a clear image can be obtained. Furthermore, a suitable specific resistance value is exhibited even under a low voltage of about 5 V / cm.
In addition, since the ratio of specific resistance values before and after the hot water treatment is small and the hot water shrinkage rate is small, even if it is used for a long time in an environment where the temperature and humidity change is large, it shows a stable specific resistance value, and the fibers constituting the brush It is possible to obtain a stable and good image without causing variations in specific resistance value.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view showing an embodiment of a conductive yarn of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between time and specific resistance when a general polyethylene terephthalate conductive yarn is used as a brush.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between time and specific resistance when a general nylon 6 conductive yarn is used as a brush.
[Explanation of symbols]
1 core
2 sheath
3 End face
Part where core part of 4 fiber end faces does not exist
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