(57)【要約】【課題】持続的に安定した高い電荷注入効率を示す帯電部材を提供する。【解決手段】  導電性の基体と、一端が該基体に結合されている導電性繊維とを有する帯電部材であって、該導電性繊維は、第一の熱可塑性樹脂を含む芯部と、該芯部を被覆している鞘部とを有し、該鞘部は、第二の熱可塑性樹脂、及び絡み合っている複数本のカーボンナノチューブを含み、該導電性繊維は、他端側の先端部において、複数本の該カーボンナノチューブが表面に露出しており、かつ、表面に露出している複数本の該カーボンナノチューブの隙間に該第二の熱可塑性樹脂よりも耐熱性の高い樹脂またはガラスが存在している。【選択図】  図２
2015197641.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性の基体と、一端が該基体に結合されている導電性繊維とを有する帯電部材であって、
該導電性繊維は、第一の熱可塑性樹脂を含む芯部と、該芯部を被覆している鞘部とを有し、
該鞘部は、第二の熱可塑性樹脂、及び絡み合っている複数本のカーボンナノチューブを含み、
該導電性繊維は、他端側の先端部において、複数本の該カーボンナノチューブが表面に露出しており、かつ、表面に露出している複数本の該カーボンナノチューブの隙間に該第二の熱可塑性樹脂よりも耐熱性の高い樹脂またはガラスが存在していることを特徴とする帯電部材。
【請求項２】
前記第二の熱可塑性樹脂がポリエステル樹脂である請求項１に記載の帯電部材。
【請求項３】
前記第二の熱可塑性樹脂よりも耐熱性の高い樹脂がポリアミドイミド樹脂である請求項１または２に記載の帯電部材。
【請求項４】
前記ガラスがシリカガラスである請求項１または２に記載の帯電部材。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の帯電部材と、
該帯電部材における導電性繊維の先端部に接触して配置された電子写真感光体とを有することを特徴とする電子写真画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯電部材および電子写真画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真画像形成装置における接触帯電の帯電メカニズムには、（１）放電帯電と（２）直接注入帯電の２種類が知られている。
直接注入帯電は、接触帯電部材から被帯電体へ電荷が直接注入されることで、被帯電体表面を帯電するものである。接触帯電部材として帯電ブラシを使用した直接注入帯電に係る帯電装置は、機構的に簡易であり、コスト的にも帯電ローラを使用した放電帯電に係る帯電装置と比較して安価である。
【０００３】
しかしながら、接触注入帯電を行う帯電方法では、注入効率などの点で未だ十分な特性が得難い。
帯電ブラシで被帯電体に直接注入帯電を行うためには、被帯電体である感光体の表面に帯電ブラシのブラシ毛を均一に接触させる必要がある。そのため、ブラシ毛としては、例えばナイロン−６、ナイロン−６６、ナイロン−１２、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの基材樹脂中にカーボン等の導電性フィラーを分散させた導電性繊維が使用される。
そして、このような導電性繊維は、例えば基材樹脂と導電性フィラーが所望の組成に調整された樹脂コンパウンドペレットを、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、冷却、延伸を行うことにより製造される。
【０００４】
ところで、上記の方法で製造される導電性繊維の表面のほとんどは電気的に絶縁性の基材樹脂で構成されている。
そのため、このような導電性繊維から構成されたブラシ毛を有する帯電ブラシを用いて感光体を帯電させようとした場合、該帯電ブラシから感光体への電荷の注入は、導電性繊維の表面に露出した導電性フィラーが感光体に直接接触したときにのみ行われる。そのため、帯電効率が悪いという課題を有する。
そこで、特許文献１には、基材樹脂中に分散された導電性フィラーとしてのカーボンナンナノチューブを繊維の長さ方向にほぼ揃った導電性繊維を使用することにより、導電性繊維の電気抵抗値のばらつきが小さくなることが開示されている。
また、特許文献２には、導電性樹脂成形物を機械研磨および／または裁断することにより、カーボンナノチューブの長手方向の一部を導電性樹脂成形物の外に突出させて、電荷注入の速度を向上させることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３４１９６号公報
【特許文献２】特許第４０８９１２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、本発明者らの検討によれば、画像形成装置に望まれる高速化や高画質化の注入帯電条件では、後述する理由により、感光体表面に十分な帯電電圧を与えることが困難であった。また、感光体表面に経時的に安定した電荷注入を持続することも困難であった。
特許文献１に記載されている導電性繊維は、基材樹脂中に分散されたカーボンナノチューブの向きが、基材樹脂の内部において糸の長さ方向にほぼ揃っている。そのため、感光体に対して注入帯電が行われる際、導電性繊維表面に存在する電気的に高抵抗のスキン層が感光体に接触することになる。そのため、導電性繊維側面からの電荷注入はほとんど行われず、高効率な電荷注入が困難であった。
特許文献２に記載されている帯電部材は、カーボンナノチューブの全部または一部が帯電部材表面から突出しているため、感光体に対して注入帯電が行われる際、感光体に直接接触しているカーボンナノチューブの先端部からしか電荷注入が行われない。そのため、高効率な電荷注入が期待できない。さらに、感光体表面との摺擦により、帯電部材表面から突出したカーボンナノチューブが脱落し、感光体表面に経時的に安定した電荷注入を持続することは困難であった。
そこで、本発明の目的は、高い電荷注入効率を持続可能な帯電部材を提供することにある。また、本発明の他の目的は、高品位な電子写真画像を形成し得る電子写真画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、導電性の基体と、一端が該基体に結合されている導電性繊維とを有する帯電部材であって、該導電性繊維は、第一の熱可塑性樹脂を含む芯部と、該芯部を被覆している鞘部とを有し、該鞘部は、第二の熱可塑性樹脂、及び絡み合っている複数本のカーボンナノチューブを含み、該導電性繊維は、他端側の先端部において、複数本の該カーボンナノチューブが表面に露出しており、かつ、表面に露出している複数本の該カーボンナノチューブの隙間に該第二の熱可塑性樹脂よりも耐熱性の高い樹脂またはガラスが存在していることを特徴とする帯電部材が提供される。
さらに、本発明によれば、上記の帯電部材と、該帯電部材における導電性繊維の先端部と接触するように配置された電子写真感光体とを有する電子写真画像形成装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、高効率な電荷注入が持続的に可能な帯電部材を得ることができる。
また、本発明によれば、高品位な電子写真画像を形成可能な電子写真画像形成装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る帯電部材の概略図である。
【図２】実施例１乃至５に係る導電性繊維の先端部近傍の断面に存在するカーボンナノチューブの分散状態の模式図である。
【図３】（ａ）実施例１乃至４に係る導電性繊維の基体側の断面に存在するカーボンナノチューブの分散状態の模式図である。（ｂ）実施例５に係る導電性繊維の基体側の断面に存在するカーボンナノチューブの分散状態の模式図である。
【図４】本発明に係る溶融紡糸直後の導電性繊維断面に存在するカーボンナノチューブの分散状態の模式図である。
【図５】比較例２に係る導電性繊維の先端部近傍の断面に存在するカーボンナノチューブの分散状態の模式図である。
【図６】本発明に係る導電性繊維の紡糸に用いる芯鞘型複合ノズルの説明図である。
【図７】本発明に係る加熱延伸処理装置の概略図である。
【図８】本発明に係る帯電ブラシに用いるリボン状パイル織物の概略断面図である。
【図９】本発明に係る電子写真画像形成装置の概略図である。
【図１０】本発明に係る走査型プローブ顕微鏡の概略図である。
【図１１】本発明に係るブラシ表面の繊維先端部への含浸方法の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明に係る帯電部材について詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
（帯電ブラシ）
図１は本発明に係る帯電部材の一実施形態を示す帯電ブラシ３の断面を模式的に示している。帯電ブラシ３は、導電性の基体１３と、導電性繊維１１とを有する。導電性繊維１１の一端が基体１３の表面に導電性接着層１２によって結合されている。導電性繊維１１の他端側の先端部は電子写真感光体と接触する。
（導電性繊維）
（電子写真感光体と接触する先端部：他端側の先端部）
図２は、本発明に係る１本の導電性繊維１１の径方向の断面図であり、被帯電体である電子写真感光体と接触する先端部の断面を示す。
図２に示すように、導電性繊維は、芯部２１と、芯部２１を被覆する鞘部２２と、鞘部２２を被覆する最外層２３とからなる。
芯部２１は、第一の熱可塑性樹脂を含む。第一の熱可塑性樹脂は例えばポリエステル樹脂１２２である。
鞘部２２は、第二の熱可塑性樹脂を含む。第二の熱可塑性樹脂は例えば第一の熱可塑性樹脂と同じポリエステル樹脂１２２である。第二の熱可塑性樹脂の中で複数本のカーボンナノチューブ１２１が絡み合っている。
最外層２３は、第二の熱可塑性樹脂より高い耐熱性を有する樹脂またはガラスの中で、複数本のカーボンナノチューブ１２１が絡み合っている。複数本のカーボンナノチューブ１２１は最外層２３の表面に露出している。第二の熱可塑性樹脂より高い耐熱性を有する樹脂は例えばポリアミドイミド樹脂１２３であり、第二の熱可塑性樹脂より高い耐熱性を有するガラスは例えばシリカガラス１２４である。
【００１１】
（帯電ブラシの基体に近い側）
図３（ａ）および（ｂ）は、本発明に係る１本の導電性繊維１１の径方向の断面図の一例であり、帯電ブラシの基体に近い側の断面を示す。
図３（ａ）に示す導電性繊維は、被帯電体である電子写真感光体と接触する先端部の断面と同じ構成を有する。
最外層２３は、基材のポリエステル樹脂より耐熱性を有するポリアミドイミド樹脂１２３またはシリカガラス１２４中で、カーボンナノチューブ１２１が絡み合っている。
図３（ｂ）に示す導電性繊維は、芯部２１と、芯部２１を被覆する鞘部２２と、鞘部２２を被覆する表層２４とからなる。芯部２１はポリエステル樹脂１２２からなる。鞘部２２は、基材としてのポリエステル樹脂１２２中でカーボンナノチューブ１２１が絡み合っている。
表層２４は、露出したカーボンナノチューブ１２１が絡み合っている。
【００１２】
図２に示したように、導電性繊維の先端部においては、絡み合った複数本のカーボンナノチューブが表面に露出し、電子写真感光体との接触によって導電パスを形成可能な帯電点が多数存在しているものと考えられる。
さらに、図２に示したように、導電性繊維の先端部においては、絡み合った複数本のカーボンナノチューブの隙間に、鞘部２２の熱可塑性樹脂（第二の熱可塑性樹脂）より高い耐熱性を有する樹脂またはガラスを有する。このことにより、相互に独立に回転する電子写真感光体と帯電ブラシとの摺擦による、帯電ブラシ表面の導電性繊維の先端部のカーボンナノチューブの脱落を抑止することが可能となる。
また、相互に独立に回転しながら接触する電子写真感光体と帯電ブラシの摺擦によって生じる摩擦熱が原因と考えられる、最外層２３中の樹脂の軟化によるカーボンナノチューブの脱落を抑止することが可能となる。
以上の理由により、カーボンナノチューブの脱落を抑止することが可能となり、持続的に安定した注入帯電特性を維持できることが可能と考えられる。
【００１３】
最外層中に、鞘部の熱可塑性樹脂と同等または鞘部の熱可塑性樹脂より低いガラス転移点を有する樹脂が含有されている場合には、電子写真感光体と帯電ブラシの摺擦によって生じる摩擦熱によって、前記最外層中の樹脂が軟化することが確認された。その結果、最外層中のカーボンナノチューブが徐々に脱落し、持続的に安定した注入帯電特性を維持することが困難となることが確認された。
ポリエステル樹脂のガラス転移点は、例えば、ポリエチレンテレフタレートが７０℃〜８０℃であり、ポリトリメチレンテレフタレートが４５℃〜６５℃であり、ポリエチレンナフタレートが１１０℃〜１２０℃である。そのため、鞘部の熱可塑性樹脂がポリエステル樹脂であるなら、鞘部の熱可塑性樹脂よりも高い耐熱性を有する樹脂のガラス転移点は、１２０℃以上が好ましい。具体例としては、ガラス転移点が２６０℃のポリアミドイミドが好適である。
鞘部の熱可塑性樹脂よりも高い耐熱性を有するガラスとしては、熱分解温度が５００℃以上のシリカガラスが好適である。
【００１４】
（カーボンナノチューブ）
本発明に用いられるカーボンナノチューブの具体例としては、単一のグラフェンからなる円筒状のチューブである単層カーボンナノチューブ、２つ以上の径の異なるグラフェンからなる円筒状のチューブが重なった多層カーボンナノチューブ等が挙げられる。
本発明に用いられるポリエステル樹脂としては、例えばポリエ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、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートおよびポリブチレンナフタレートが挙げられる。また、２種以上の樹脂からなる混合樹脂であってもよい。
【００１５】
（導電性繊維の製造）
本発明に係る導電性繊維は、芯鞘型複合ノズルを用いて、溶融紡糸法により製造することができる。芯部２１の原料としては例えばポリエステル樹脂からなるペレットを、鞘部２２の原料としては、例えばポリエステル樹脂にカーボンナノチューブを均一分散させた樹脂コンパウンドからなるペレットを用いる。
鞘部の原料として用いられるポリエステル樹脂コンパウンドのペレットは、例えば二軸エクストルーダー等を用いて、基材のポリエステル樹脂中にカーボンナノチューブを均一に分散させた樹脂コンパウンドを直接混練・溶融によりペレット化することで製造できる。ポリエステル樹脂中にカーボンナノチューブを均一に分散させた樹脂コンパウンドのペレットを製造するには、まず基材のポリエステル樹脂ペレットを凍結粉砕する。次に、所望の粒度分布の基材のポリエステル樹脂微粉末とカーボンナノチューブを直接混練・溶融によりペレット化することで製造できる。
【００１６】
（芯部と鞘部の製造）
溶融紡糸法による導電性繊維の製造方法としては、図６に示す芯鞘型複合ノズルを用いる方法がある。芯鞘型複合ノズル４から、芯部形成用のポリエステル樹脂の溶融物、および、ポリエステル樹脂とカーボンナノチューブを含む鞘部形成用のポリエステル樹脂混合物の溶融物を押し出すことにより形成される。図６（ａ）は芯鞘型複合ノズルの底面図であり、図６（ｂ）は１つのノズルの断面図である。
図６（ａ）および（ｂ）に示したように、芯鞘型複合ノズル４は、例えば３６個の丸形孔が窄孔された口金板４０１と、口金板の上面に配置され、前記口金板の丸形孔に対応する分配孔を窄孔した分配板４０２を張り合わせた構造を有する。分配孔へ芯部形成用のポリエステル樹脂の溶融物４０４が流通するパイプ４０３が挿着されている。パイプ４０３の外側を鞘部形成用のカーボンナノチューブを含有するポリエステル樹脂混合物４０５が流通し、溶融物４０４の周囲が溶融物４０５で囲まれた溶融状態の樹脂が芯鞘状で口金板の丸形の紡糸口４０６から押し出される。
【００１７】
紡糸口４０６から押し出された後に冷却過程を経て、図４に示すような、芯部２１と、芯部２１を被覆する鞘部２２と、鞘部２２を被覆する表層２５とからなる３層構造を有する導電性繊維が形成される。
ポリエステル樹脂からなる表層２５の形成について、以下に説明する。複数の丸形孔の口金を有する芯鞘型複合ノズルの口金内面を溶融状態のポリエステル樹脂が流れる際に、溶融状態のポリエステル樹脂の先端部においては、口金断面の中心から周囲の口金内面へ噴出するように流動する。これはファウンテン流動と呼ばれているが、この際、口金内面に接した溶融状態のポリエステル樹脂は、口金内面で急冷されスキン層（以降、「表層」ともいう）を形成する。溶融状態のポリエステル樹脂中にカーボンナノチューブを含むフィラーが含有されている場合でも、表層中には、カーボンナノチューブを含むフィラーは含有されず、表層はポリエステル樹脂のみで形成される。
【００１８】
このように、芯部、鞘部および表層からなる３層の芯鞘構造を有する導電性繊維は、冷却後処理剤を付着せしめた後、１００ｍ／分〜１００００ｍ／分、好ましくは３００ｍ／分〜２０００ｍ／分の巻き取り速度で巻き取られる。ここで、芯鞘型複合ノズルから押し出される繊維は、１本のモノフィラメントよりも、複数の繊維の束からなるマルチフィラメントが好ましく、その繊維一束の本数は、２０本〜２００本が好ましい。
【００１９】
溶融紡糸法で作製した未延伸の導電性繊維を加熱型延伸装置により、加熱しながら延伸することにより、配向結晶化したマルチフィラメント糸を得ることができる。
図７に、加熱延伸装置の一例を示す。未延伸マルチフィラメント糸３１０は、給糸ローラ３１１、第一ローラ３１２、第二ローラ３１３を経て、巻取ローラ３１４に巻き取られる過程で加熱延伸される。図７に示した第一ローラ３１２の温度を、例えば８０℃〜１２０℃に、また第二ローラ３１３の温度を１５０℃〜２００℃に設定し、第二ローラ３１３の巻き取り速度を、例えば４００ｍ/分で固定する。そして、第一ローラ３１２の巻き取り速度を変化させることで任意の延伸倍率で加熱延伸処理したマルチフィラメント糸が作製可能である。
【００２０】
（帯電ブラシの製造）
本発明に係る帯電ブラシは、前記加熱延伸処理されたマルチフィラメント糸を使用して以下のように製造される。前記加熱延伸処理されたマルチフィラメント糸を使用して、図８に示すように、基布５０１上に起立した導電性繊維５０２の長さが０．５ｍｍ〜５．０ｍｍのパイル織物を製造する。そのパイル織物を幅１０ｍｍ〜２５ｍｍのリボン状に切断し、リボン状のパイル織物を製造する。
（アルカリ水溶液処理）
次いで、前記リボン状のパイル織物をアルカリ水溶液処理により、図４に示すポリエステル樹脂からなる表層のスキン層２５を溶解することで除去し、さらに鞘部の表面に存在するポリエステル樹脂を溶解することで除去する。このようにすることで、図３（ｂ）に示すように、カーボンナノチューブ１２１が絡み合ってなる構成を有する表層２４を形成することができる。
アルカリ水溶液処理としては、５０℃〜１００℃に保持された、２質量％〜７質量％の水酸化ナトリウム溶液または水酸化カリウム水溶液中で、数１０分〜数１００分保持することが好適である。
【００２１】
（他のアルカリ水溶液処理）
前記アルカリ水溶液処理は、下記の方法でも好適である。
すなわち、先ずは、前記加熱延伸処理されたマルチフィラメント糸を、ワインダーを介して紙管に巻き取る。
次いで、前記紙管に巻き取られたマルチフィラメント糸を、ソフトワインダーを介してプラスチック製の管に低密度に巻き取る。
次いで、前記プラスチック製の管に低密度に巻き取ったマルチフィラメント糸を、アルカリ水溶液処理を行うことで、図３（ｂ）に示すように、カーボンナノチューブが絡み合ってなる構成を有する表層２４を形成することができる。
前記アルカリ水溶液処理を行ったマルチフィラメント糸を使用して、図８に示すように、リボン状のパイル織物を製造する。
アルカリ水溶液処理後のリボン状のパイル織物を構成する導電性繊維の表面は、図３（ｂ）に示すように、カーボンナノチューブが絡み合った多孔質層となる。
【００２２】
（鞘部の熱可塑性樹脂より高い耐熱性を有する樹脂またはガラスの多孔質層への含浸）
該多孔質層中に、導電性繊維の鞘部のポリエステル樹脂（第二の熱可塑性樹脂）より高い耐熱性を有するポリアミドイミド樹脂またはシリカガラスを含浸する。これにより、図２に示すように、鞘部の周囲に、基材のポリエステル樹脂より耐熱性を有するポリアミドイミド樹脂またはシリカガラス中で、カーボンナノチューブが絡み合ってなる構成を有する最外層２３が形成される。
図２に示すように、基材のポリエステル樹脂より耐熱性を有するポリアミドイミド樹脂またはシリカガラス中で、カーボンナノチューブが絡み合ってなる構成を有する最外層を形成するには、下記の方法が好適である。
【００２３】
（鞘部の熱可塑性樹脂より高い耐熱性を有する樹脂とカーボンナノチューブを含む最外層）
例えば、アルカリ水溶液処理後のリボン状のパイル織物の導電性繊維部分のみを、ポリアミドイミドの固形分濃度が０．１質量％以上１．５質量％以下に希釈したポリアミドイミド水溶液に浸漬する。その後、温度１５０℃で熱硬化処理を行うことで、ポリアミドイミド中で、カーボンナノチューブが絡み合ってなる構成を有する前記最外層が形成される。
【００２４】
ポリアミドイミド水溶液中のポリアミドイミドの固形分濃度が、０．１質量％未満でポリアミドイミドの含浸処理を行った導電性繊維を使用した帯電ブラシでは、電子写真感光体と帯電ブラシの摺擦によって、最外層中のカーボンナノチューブが徐々に脱落する。その結果、持続的に安定した注入帯電特性を維持することが困難となる。
一方、ポリアミドイミド水溶液中のポリアミドイミドの固形分濃度が１．５質量％超でポリアミドイミドの含浸処理を行った導電性繊維においては、図５（ａ）に示すように、最外層は、ポリアミドイミド単層２６からなる。
このため、導電性繊維先端部の電気抵抗は、ポリアミドイミド含浸前と比較して一桁から二桁程度高くなり、さらに導電性繊維先端部表面の導電パス密度が激減する。この導電性繊維を使用した帯電ブラシにおいては、導電性繊維先端部から感光体への電荷注入はほとんど行われず、高効率な電荷注入が期待できない。
【００２５】
（鞘部の熱可塑性樹脂より高い耐熱性を有するガラスとカーボンナノチューブを含む最外層）
または、例えば、エチルシリケートの１種または２種以上の混合物が０．１質量％以上１．５質量％以下となるようにアルコールに希釈した溶液を作製する。次いで、その希釈溶液に、アルカリ水溶液処理後のリボン状のパイル織物の導電性繊維部分のみを浸漬する。その後、湿度２５％以上の室温で乾燥・硬化処理を行うことで、エチルシリケートの加水分解および脱水縮重合反応が進行し、シリカガラス中で、カーボンナノチューブが絡み合ってなる構成を有する前記最外層が形成される。
【００２６】
アルコール溶液中のエチルシリケートの固形分濃度が、０．１質量％未満で含浸処理を行った導電性繊維を使用した帯電ブラシにおいては、電子写真感光体と帯電ブラシの摺擦によって、前記最外層中のカーボンナノチューブが徐々に脱落する。その結果、持続的に安定した注入帯電特性を維持することが困難となる。
一方、アルコール溶液中のエチルシリケートの固形分濃度が１．５質量％超で含浸処理を行った導電性繊維においては、図５（ｂ）に示すように、前記最外層がシリカガラス単層２７で被覆される。
このため、導電性繊維先端部の電気抵抗は、シリカガラス含浸前と比較して一桁から二桁程度高くなり、さらに導電性繊維先端部表面の導電パス密度が激減する。この導電性繊維を使用した帯電ブラシにおいては、導電性繊維先端部から感光体への電荷注入はほとんど行われず、高効率な電荷注入が期待できない。
【００２７】
次いで、導電性の芯金状の基体の表面に導電性接着剤を、例えばスプレー法で、２０μｍ〜１００μｍの厚さで塗布する。その後、前記含浸処理を行ったリボン状パイル織物の基布５０１側の面を、前記導電性接着剤を塗布した面に、螺旋状に巻回して貼り合わせ、その後約６０℃〜１００℃の乾燥器で数時間乾燥することで帯電ブラシを製造する。
【００２８】
（基体）
本発明に係る帯電ブラシの芯金状の基体としては、金属、合金などの導電性材料が好ましく用いられるが、絶縁体や半導体に導電性金属コートした基体であってもよい。具体的には、ステンレス鋼、ＡｌやＡｌ合金、ＦｅやＦｅ合金、ＣｕやＣｕ合金、ＮｉやＮｉ合金等である。あるいは、前記金属や合金の表面に導電性ゴム層を設けたものであってもよい。
【００２９】
鞘部の熱可塑性樹脂より高い耐熱性を有する樹脂またはガラス中で、カーボンナノチューブが絡み合ってなる構成を有する最外層は、図８に示すパイル織物の基布上に起立した導電性繊維全体で形成される。しかし、当該最外層は電子写真感光体と接触する導電性繊維の先端部のみに形成されるのが好適である。
導電性繊維の先端部のみに前記最外層を形成することにより、導電性繊維の鞘部の熱可塑性樹脂より高い耐熱性を有する樹脂またはガラスを含浸、硬化させる際の、導電性繊維同士の固着を少なくすることが可能となる。また、導電性同士の固着が生じても、例えば感光性ドラムとの摺擦等の弱い力で容易に解砕せしめることが可能となる。さらに、導電性繊維が本来持つ弾性やしなやかさを失うこともない。
電子写真感光体と接触する導電性繊維の先端部のみに、鞘部の熱可塑性樹脂より高い耐熱性を有する樹脂またはガラス中で、カーボンナノチューブが絡み合ってなる構成を有する最外層を形成するには、図１１に示すように、下記の方法が好適である。
【００３０】
図１１（ａ）は、導電性繊維基材のポリエステル樹脂より耐熱性を有するポリアミドイミド樹脂またはシリカガラスを含浸させる工程を示している。同図中７は帯電ブラシの芯金状の基体、７０３は導電性接着剤、７０４はリボン状パイル織物である。リボン状パイル織物７０４は、アルカリ水溶液処理を施し、図４に示すポリエステル樹脂からなる表層のスキン層２５を溶解し除去する。さらに鞘部の表面に存在するポリエステル樹脂を溶解し除去することで、図３（ｂ）に示すように、カーボンナノチューブが絡み合ってなる構成となった表層２４を有する導電性繊維を得る。
【００３１】
次いで、図１１（ａ）に示すように、リボン状パイル織物７０４を溶液７０５中に浸漬せしめ、帯電ブラシの芯金状の基体７をゆっくりと回転させる。溶液７０５は、鞘部の熱可塑性樹脂より高い耐熱性を有する樹脂またはエチルシリケートを含む溶液である。基体７を回転させることにより、リボン状パイル織物７０４の全面にわたって、溶液７０５が毛細管現象により、前記導電性繊維表面のカーボンナノチューブが絡み合った多孔質層へ含浸される。
【００３２】
次に図１１（ｂ）に示すように、溶液７０５を除去した後、前記基体７を高速で回転させる。高速で回転させることにより、前記含浸処理で導電性繊維と導電性繊維の間に入り込んだ余分な溶液は、リボン状パイル織物７０４の表面から排出される。同時に、導電性繊維表層内に毛細管現象で含浸された溶液も、遠心力によって繊維先端方向に移動し、リボン状パイル織物７０４の表面から一部は排出される。また、導電性繊維表層内に毛細管現象で含浸された溶液の一部は、遠心力によって繊維先端方向に移動するが、繊維先端部分では液だまりを形成するので、その結果、繊維先端部分のみに溶液７０５を存在させることが可能となる。
【００３３】
その後、乾燥および硬化処理を行うことにより、電子写真感光体と接触する導電性繊維の先端部のみに、図２に示すように、ポリアミドイミド樹脂またはシリカガラス中で、カーボンナノチューブが絡み合ってなる構成を有する最外層を形成することが可能となる。
なお、含浸させるポリエステル樹脂より耐熱性を有するポリアミドイミド樹脂あるいはエチルシリケートの量及び含浸させる範囲を調整するには、溶液の濃度及び回転速度を調整すればよい。
【００３４】
前記溶液の濃度は、固形分濃度０．１質量％以上、１．５質量％以下が好適である。溶液の固形分濃度を、上記の範囲内とすることによって、導電性繊維の表面に露出しているカーボンナノチューブの隙間に耐熱性樹脂またはガラスをより確実に存在させることができる。その結果、帯電ブラシの使用時におけるカーボンナノチューブの脱落をより確実に抑制することができる。また、硬化処理時に導電性繊維同士の固着も抑制し得る。
【００３５】
前記回転速度は、１０００ｒｐｍ以上、１００００ｒｐｍ以下が好適である。回転速度を上記の範囲内とすることで、導電性繊維先端部以外に溶液が残留することによる硬化処理時における導電性フィラメント同士の固着を抑制することができる。また、溶液の振り切り量が多くなることによる、導電性繊維の先端部に残る溶液量の減少と、それに起因するカーボンナノチューブの隙間に、耐熱性樹脂またはガラスをより確実に充填させることができる。
【００３６】
ところで、注入帯電方式では、電位の収束性を確保するため、電子写真感光体が帯電ブラシと接触しているニップを通過する時間が、帯電ブラシ外周表面の導電性繊維の抵抗と感光体の静電容量からなる時定数の約５倍以上になることが望ましい。例えば、有機系の電子写真感光体と比較して誘電率が高いアモルファスシリコン感光体は、２００ｍｍ／秒以上の周速で使用されることがある。この場合、つまり時定数が２ｍ秒以下になる場合には、電子写真感光体と帯電ブラシの先端部の接触部分、所謂侵入量は数１００μｍ以上を有することが好ましく、また電子写真感光体に接触しているニップの感光体回転方向の幅がある程度あることが好ましい。
【００３７】
そのため、一般的な電子写真感光体の半径と帯電ブラシの半径の合計から、電子写真感光体と帯電ブラシの回転中心距離の半分である所謂侵入量は４００μｍ以上が好ましい。このため、芯部と、鞘部と、ポリアミドイミド樹脂またはシリカガラス中で、カーボンナノチューブが絡み合ってなる最外層を有する導電性繊維の先端部において、前記最外層の範囲は、導電性繊維の先端から少なくとも４００μｍ以上が好ましい。
本発明で用いられる導電性繊維１本当たりの電気抵抗値は、感光体の一部への電流集中による感光体破壊を防止するために、１×１０３Ω以上が好ましい。また、時定数が２ｍｍ秒以下になる注入帯電条件で帯電電位を安定させるためには、必要に応じて、導電性繊維１本当たりの電気抵抗値を１×１０１０Ω以下にすることが好ましい。
【００３８】
図９に示すように、本発明の一実施形態による電子写真画像形成装置は、上述した帯電ブラシからなる帯電部材３と、前記帯電部材により帯電される潜像が形成される感光体（感光ドラムともいう）２０１とを有する。感光体２０１は帯電部材３の導電性繊維の先端部の表面が接触するように配置される。
電子写真感光体２０１としては、例えば、直径φが８０ｍｍの負帯電性のａ−Ｓｉ系感光ドラムを用い、感光体の回転速度は３００ｍｍ／秒である。前露光ランプ２０２には、波長６６０ｎｍのＬＥＤを用い、帯電直前の感光ドラムの表面電位を均一に低下させるために感光ドラム表面を露光する。帯電装置は、上述したカーボンナノチューブを含有した導電性繊維を有する帯電ブラシ３を用いる。画像信号により変調されたレーザー光が露光装置２０３から照射されて走査露光が行われ、感光ドラム上に静電潜像を形成する。
【００３９】
現像器２０４には、マグネットローラを内包した４色の現像スリーブ（Ｍ、Ｙ、Ｃ、Ｋ）上に、現像剤をコーティングし、図示しない現像器用電源を用いて現像バイアスを印加することによって、感光ドラム上にトナーが現像される。現像剤としては、例えば、粒径が、約７μｍの負帯電性トナーと、約３５μｍの現像用磁性粒子とを用いる。現像スリーブは、感光ドラムと同方向に回転し、その周速は約４５０ｍｍ／秒である。感光ドラムに対向しているマグネットローラの磁極は９０ｍＴであり、現像スリーブと感光ドラムとの隙間は３５０μｍとする。
【００４０】
転写装置は、直径φ１６ｍｍの導電性スポンジローラ２０５と直流電源２０６とからなり、被転写部材２０９を感光体との間に挟んで、トナーの帯電極性と逆極性の電圧を印加することで被転写部材上にトナーを移動させる。
クリーナー２０７としては、厚さ２ｍｍのウレタン製のクリーニングブレードを用い、転写残トナーをクリーニングブレードで感光ドラム上から掻き落とすことによりクリーニングを行う。
【００４１】
本発明で用いる帯電装置に装着される帯電ブラシは、外径２０ｍｍであり、感光体に対して回転軸を平行になるように配置する。帯電ブラシの半径と感光体の半径を加えた値から、各々の回転軸間の距離を引いた値である、所謂侵入量は、７５０μｍとする。帯電ブラシの回転方向は感光体と同じにすることで、感光体と帯電ブラシとの接触領域ではお互い逆方向に移動するようにし、回転速度は４５０ｍｍ／秒〜９００ｍｍ／秒とす
る。
帯電のためのバイアス（以下帯電バイアスと呼ぶ）として、−７００Ｖの直流電圧を電源２０８より印加する。本実施例では直流のみであるが、正弦波のような交流電圧を重畳してもよい。
以上のように帯電ブラシを搭載した画像形成装置を用いて作像動作を行うことにより、
良好な画像出力を行うことが可能となる。
【００４２】
これまで述べてきたように、本発明に係る帯電ブラシは、絡み合ったカーボンナノチューブを含み、かつ、当該カーボンナノチューブが繊維の先端部で露出している。さらに本発明に係る帯電ブラシは、前記絡み合ったカーボンナノチューブ中に、鞘部の熱可塑性樹脂（第二の熱可塑性樹脂）より高い耐熱性を有する樹脂またはガラスを有している。そのため、感光体の表面と帯電部材の繊維先端部との接触抵抗が低減され、また、高効率な電荷注入が可能となる。
さらに、相互に独立に回転する電子写真感光体と帯電ブラシとの摺擦による、帯電ブラシ表面の導電性繊維の先端部のカーボンナノチューブの脱落を抑止すると共に、摺擦によって生じる摩擦熱による樹脂の軟化によるカーボンナノチューブの脱落も抑止する。
【実施例】
【００４３】
以下に、本発明の実施例を説明するが、本発明は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。
［実施例１］
固有粘度（以下ＩＶ値と略す）が０．８であり、直径３ｍｍ、長さ５ｍｍのポリエチレンテレフタレートペレットを凍結粉砕後、分級により平均粒径１０μｍの微粉末を作製した。
次に、粒径２０μｍ以下のポリエチレンテレフタレート微粉末と、長さが５μｍ以下で平均長さが３μｍ、アスペクト比が４００以下で平均アスペクト比が２００のカーボンナノチューブを、カーボンナノチューブが４質量％になるようにドライブレンドした。その後、二軸エクストルーダーで混練・溶融することで、カーボンナノチューブが均一に分散されたポリエチレンテレフタレート樹脂コンパウンドのペレットを作製した。
【００４４】
次に、カーボンナノチューブが均一に分散されたポリエチレンテレフタレート樹脂コンパウンドのペレットとＩＶ＝０．９５のポリエチレンテレフタレートペレットを、１４０℃で、４時間乾燥させた。
次に、鞘部形成用の材料としてのポリエチレンテレフタレート樹脂コンパウンドのペレット、および、芯部形成用の材料としての、ＩＶ＝０．９５のポリエチレンテレフタレートペレットを各々、二つの二軸エクストルーダーに別々に導入した。鞘部形成用の材料としてのポリエチレンテレフタレート樹脂コンパウンドのペレットには、前記カーボンナノチューブが均一に分散されていた。
そして、紡糸温度２９０℃にて、口径０．３ｍｍ、孔数が３６個の丸形孔の口金を有する芯鞘型複合ノズル（図６参照）から、芯部と鞘部の断面積の比率が５：５になるように、各ペレットの溶融物を吐出させて紡糸した。
【００４５】
得られた紡出糸条は、冷却長１ｍの冷却装置（ユニフロータイプ）を用いて風温２５℃、風速０．５ｍ/秒の冷却風によって冷却・固化させつつ、１０００ｍ/分で巻き取って、繊維径３７μｍの未延伸マルチフィラメント糸を作製した。なお、冷却・固化の過程において、紡出糸条には、油剤（実効成分１０質量％濃度）を付着させた。
次に、得られた未延伸マルチフィラメント糸を、図７に示す加熱延伸処理装置を使用して、下記の条件で加熱延伸処理を行い、繊維径２６μｍの導電性繊維３６本からなるマルチフィラメント糸を作製した。
第一ローラの設定温度：１００℃、第二ローラの設定温度：１５０℃、
第二ローラの巻き取り速度：４００ｍ/分、第一ローラの巻き取り速度：１６０ｍ/分（すなわち延伸倍率２．５倍）。
【００４６】
延伸処理後、マルチフィラメント糸から１本の導電性繊維を抜き取り、その導電性繊維の表面及び断面のＳＥＭ観察を行った。その結果、図４に示すように、導電性繊維は、下記の芯部と、鞘部と、表層とからなる３層芯鞘構造を有していた。
芯部：ポリエチレンテレフタレート樹脂からなる、
鞘部：芯部を被覆しポリエチレンテレフタレート樹脂中に絡み合ったカーボンナノチューブを含む、
表層：鞘部を被覆しポリエチレンテレフタレート樹脂を含む。
【００４７】
次に、前記３層芯鞘構造を有する導電性繊維３６本からなる延伸処理後のマルチフィラメント糸を用いて、図８に示すように幅１５ｍｍのリボン状のパイル織物を作製した。
次に、このリボン状のパイル織物のアルカリ水溶液処理を行った。アルカリ水溶液処理は濃度３質量％、温度６５℃の水酸化ナトリウム水溶液中に、リボン状パイル織物を浸漬し、緩やかに撹拌しながら２４０分間保持することで行った。処理後、十分に水で洗浄した後、７０℃で９０分間乾燥処理を行った。
乾燥後、リボン状のパイル織物から導電性繊維を抜き取り、導電性繊維の先端部の表面および断面のＳＥＭ観察を行った。その結果、図３（ｂ）に示したように、鞘部２２を被覆していたポリエチレンテレフタレート樹脂を含むスキン層は除去されていることが分かった。そして、芯部２１を被覆している鞘部２２においては、基材樹脂中にカーボンナノチューブが３次元的に絡み合っており、かつ、鞘部２２の周囲に３次元的に絡み合っているカーボンナノチューブからなる表層が形成されていることが分かった。また、導電性繊維１本当たりの抵抗値は、９．０×１０５Ωであった。
【００４８】
次に、アルカリ水溶液処理後のリボン状パイル織物を、固形分濃度０．５質量％のポリアミドイミド（日立化成工業製、ＨＰＣ−１０００−２８）水溶液中に浸漬した。その後、１５０℃で９０分間放置することで、乾燥・硬化処理を行った。
乾燥・硬化処理後、リボン状のパイル織物から導電性繊維を抜き取り、導電性繊維の先端部の表面および断面のＳＥＭ観察を行った。その結果、図２に示したように、鞘部２２の表面に３次元的に絡み合っているカーボンナノチューブ中にポリアミドイミド樹脂が含浸された状態の最外層２３で被覆されていることが分かった。また、導電性繊維１本当たりの抵抗値は、１．３×１０６Ωであり、ポリアミドイミド樹脂を含浸する前と同等であることを確認した。
【００４９】
次に、前記ポリアミドイミド樹脂を含浸させた幅１５ｍｍのリボン状のパイル織物をＳＵＳ製基体に巻き付け、その後表面の最終仕上げ加工を行うことで、外径２５ｍｍの帯電ブラシを作製した。この帯電ブラシの導電性繊維密度は、２４０ｋＦ/ｉｎｃｈ２であった。
前記帯電ブラシ表面の導電性繊維先端部の表面の放電性を、図１０に示す走査型プローブ顕微鏡を用いて、以下の方法によって評価した。すなわち、前記帯電ブラシから抜き取った１本の導電性繊維６０５を良導電性シート６０３上に設置し、その導電性繊維の表面にバイアス電圧を１０Ｖ印加した探針６０４を接触させた。そして、５μｍ×５μｍの領域の走査を行いながら前記探針に流れる電流値を走査範囲全域で測定した。その結果、帯電ブラシ表面の導電性繊維先端部の測定部分の全表面積を基準として、約８７％の領域で電極との間に導電パスが形成されていることが分かった。
【００５０】
次に、前記帯電ブラシを図９に示す複写機に装着し、画像出力をすることで、帯電性の評価を行った。帯電性の評価は、白地部のかぶり濃度で評価した。前記帯電ブラシ表面の導電性繊維先端部からカーボンナノチューブが脱落すると、導電性繊維の帯電能力は低下し、細かい帯電ムラとなり、かぶり濃度が増加することになる。
かぶり濃度は、次の方法で評価した。シアン現像剤の場合、画出し前の用紙の平均反射率Ｄｒ（％）を、アンバーフィルタを搭載したリフレクトメーター（東京電色株式会社製の「ＲＥＦＬＥＣＴＯＭＥＴＥＲ ＭＯＤＥＬ ＴＣ−６ＤＳ」）によって測定した。一方、用紙上にベタ白画像を画出しし、次いでベタ白画像の反射率Ｄｓ（％）を測定した。下記式によりかぶり（Ｆｏｇ（％））を算出し、下記評価基準を用いて評価した。
Ｆｏｇ（％）＝Ｄｒ（％）−Ｄｓ（％）
【００５１】
また、マゼンタ現像剤の場合はグリーンフィルタ、そしてイエロー現像剤の場合はブルーフィルタを用いて上記の測定を行って算出した。なお、ブラック現像剤の場合はフィルタを使用しなかった。
かぶり濃度は小さいほど良好であり、以下のように評価した。
Ａ：１．０未満、
Ｂ：１．０以上３．０未満、
Ｃ：３．０以上５．０未満、
Ｄ：５．０以上。
ここで、評価「Ａ」及び評価「Ｂ」は、目視では画像上に「かぶり」を認識できないレベルであった。一方、評価「Ｃ」及び評価「Ｄ」は、目視で画像上に「かぶり」を認識できるレベルであった。
【００５２】
感光体に対する、前記帯電ブラシの侵入量は７５０μｍであり、前記帯電ブラシの回転速度は９００ｍｍ／秒で評価を行った。帯電バイアスとして−７００Ｖの直流電圧を印加した場合、感光体２０１が現像器２０４と対向する位置に移動した時の帯電電位は−５８０Ｖｄｃとなった。現像バイアスとして−４５０Ｖの直流バイアスと１．６ｋＶｐｐの交流バイアスを印加してベタ白画像を出力した。画像出力は、黒トナー単色で行い、この時の記録用紙上のかぶり濃度は０．８３、すなわち評価「Ａ」であった。
この帯電ブラシを前記画像出力時と同じ侵入量で感光体ドラムに当接させ、画像出力時と同じ帯電バイアスを印加し、感光体ドラムと帯電ブラシを画像出力時と同じ回転速度で駆動させた後に、再度ベタ白画像を出力した（以後、「空回転耐久試験」とも呼ぶ）。その結果、記録用紙上のかぶり濃度は０．８１、すなわち評価「Ａ」であった。また、空回転耐久試験後の帯電ブラシ表面の導電性繊維先端部をＳＥＭ観察したところ、カーボンナノチューブは、導電性繊維先端部に保持されていた。
以上、本実施例で使用した帯電ブラシは、空回転耐久試験前後でかぶり濃度が評価「Ａ」と安定し、評価後の帯電ブラシの導電性繊維先端部のＳＥＭ観察でも変化がないことから、耐久性に優れた帯電ブラシであるとことが明らかとなった。
【００５３】
［実施例２］
本実施例では、ポリアミドイミド樹脂の代わりにシリカガラスを使用する。
実施例１と同様の方法により、図８に示すように幅１５ｍｍのリボン状のパイル織物を作製し、その後実施例１と同様にアルカリ水溶液処理を行った。
次に、エチルシリケートの一種であるテトラエトキシシランが固形分濃度で１．０質量％となるように、３−メトキシ−３−メチル−１−ブタノールに希釈した溶液を作製した。次に、前記３−メトキシ−３−メチル−１−ブタノール希釈液中に、アルカリ水溶液処理後のリボン状パイル織物を浸漬した。その後、湿度２５％の室温状態で、約１日間放置することで、乾燥・硬化処理を行った。
【００５４】
乾燥・硬化処理後、リボン状のパイル織物から導電性繊維を抜き取り、導電性繊維の先端部の表面および断面のＳＥＭ観察を行った。その結果、図２に示したように、鞘部２２の表面に３次元的に絡み合っているカーボンナノチューブ中にシリカガラスが含浸された状態の最外層２３で被覆されていることが分かった。また、導電性繊維１本当たりの電気抵抗値は、１．８×１０６Ωであり、シリカガラスを含浸する前と同等であることを確認した。
次に、前記シリカガラスを含浸させた幅１５ｍｍのリボン状のパイル織物をＳＵＳ製基体に巻き付け、その後表面の最終仕上げ加工を行うことで、外径２５ｍｍの帯電ブラシを作製した。この帯電ブラシの導電性繊維密度は、２４０ｋＦ/ｉｎｃｈ２であった。
【００５５】
前記帯電ブラシ表面の導電性繊維先端部の表面の放電性評価をするために、実施例１と同様に、走査型プローブ顕微鏡を用いて、導電性繊維表面の電流値を走査範囲全域で測定した。その結果、帯電ブラシ表面の導電性繊維先端部の測定部分の全表面積を基準として、約９０％の領域で電極との間に導電パスが形成されていることが分かった。
次に、前記帯電ブラシを図９に示す複写機に装着し、実施例１と同様な方法で、画像出力をすることで、帯電性の評価を行った。その結果、空回転耐久試験前後でかぶり濃度が評価「Ａ」と安定し、評価後の帯電ブラシの導電性繊維先端部のＳＥＭ観察でも変化がないことから、耐久性に優れた帯電ブラシであるとことが明らかとなった。
【００５６】
［実施例３］
実施例１において、芯部にＩＶ値が０．６８のポリエチレンナフタレートとしたこと以外は、実施例１と同様に、平均粒径１０μｍのポリエチレンナフタレート微粉末を作製した。
次に、実施例１と同様の溶融紡糸法により、以下の芯部と、鞘部と、表層とからなる３層芯鞘構造を有する導電性繊維３６本からなるマルチフィラメント糸を作製した。
芯部：ポリエチレンナフタレート樹脂からなる、
鞘部：芯部を被覆しポリエチレンテレフタレート樹脂中に絡み合ったカーボンナノチューブを含む、
表層：鞘部を被覆しポリエチレンテレフタレート樹脂を含む。
前記導電性繊維の繊維径は、２６μｍであった。
【００５７】
次に、実施例１と同様に延伸倍率２．５倍で加熱延伸処理を行い、繊維径２８μｍの導電性繊維３６本からなるマルチフィラメント糸を作製した。
次に、実施例１と同様の方法により、リボン状のパイル織物を作製し、次いでアルカリ水溶液処理、次いでポリアミドイミド水溶液中に浸漬後、１５０℃で９０分間放置することで、乾燥・硬化処理を行った。
乾燥・硬化処理後、リボン状のパイル織物から導電性繊維を抜き取り、導電性繊維の先端部の表面および断面のＳＥＭ観察を行った。その結果、図２に示したように、鞘部２２の表面に３次元的に絡み合っているカーボンナノチューブ中にポリアミドイミド樹脂が含浸された状態の最外層２３で被覆されていることが分かった。また、導電性繊維１本当たりの電気抵抗値は、１．１×１０６Ωであり、ポリアミドイミド樹脂を含浸する前と同等であることを確認した。
【００５８】
次に、前記ポリアミドイミド樹脂を含浸させた幅１５ｍｍのリボン状のパイル織物をＳＵＳ製基体に巻き付け、その後表面の最終仕上げ加工を行うことで、外径２５ｍｍの帯電ブラシを作製した。この帯電ブラシの導電性繊維密度は、２４０ｋＦ/ｉｎｃｈ２であった。
前記帯電ブラシ表面の導電性繊維先端部の表面の放電性評価をするために、実施例１と同様に、走査型プローブ顕微鏡を用いて、導電性繊維表面の電流値を走査範囲全域で測定した。その結果、帯電ブラシ表面の導電性繊維先端部の測定部分の全表面積を基準として、約８９％の領域で電極との間に導電パスが形成されていることが分かった。
次に、前記帯電ブラシを図９に示す複写機に装着し、実施例１と同様な方法で、画像出力をすることで、帯電性の評価を行った。その結果、空回転耐久試験前後でかぶり濃度が評価「Ａ」と安定し、評価後の帯電ブラシの導電性繊維先端部のＳＥＭ観察でも変化がないことから、耐久性に優れた帯電ブラシであるとことが明らかとなった。
【００５９】
［実施例４］
実施例１と同様の方法により、３６本の導電性繊維からなる未延伸のマルチフィラメント糸を作製した。次いで、実施例１と同様に、延伸倍率２．５倍で加熱延伸処理を行い、繊維径２６μｍの導電性繊維３６本からなるマルチフィラメント糸を作製し、ワインダーを介して紙管に巻き取った。
次に、本実施例では、前記紙管に巻き取られたマルチフィラメント糸を、ソフトワインダーを介してプラスチック製の管に低密度に巻き取った。
【００６０】
次に、前記プラスチック製の管に低密度に巻き取ったマルチフィラメント糸のアルカリ水溶液処理を行った。アルカリ水溶液処理は濃度３質量％、温度６５℃の水酸化ナトリウム水溶液中に、前記プラスチック製の管に低密度に巻き取ったマルチフィラメント糸を浸漬し、緩やかに撹拌しながら３００分間保持することで行った。処理後、十分に水で洗浄した後、７０℃で１２０分間乾燥処理を行った。
次に、前記アルカリ水溶液処理を行ったマルチフィラメント糸を用いて、図８に示すように幅１５ｍｍのリボン状のパイル織物を作製した。
次に、前記リボン状のパイル織物を実施例１と同様に、ポリアミドイミド水溶液中に浸漬後、１５０℃で９０分間放置することで、乾燥・硬化処理を行った。
【００６１】
乾燥・硬化処理後、リボン状のパイル織物から導電性繊維を抜き取り、導電性繊維の先端部の表面および断面のＳＥＭ観察を行った。その結果、図２に示したように、鞘部２２の表面に３次元的に絡み合っているカーボンナノチューブ中にポリアミドイミド樹脂が含浸された状態の最外層２３で被覆されていることが分かった。また、導電性繊維１本当たりの電気抵抗値は、１．７×１０６Ωであり、ポリアミドイミド樹脂を含浸する前と同等であることを確認した。
次に、前記ポリアミドイミド樹脂を含浸させた幅１５ｍｍのリボン状のパイル織物をＳＵＳ製基体に巻き付け、その後表面の最終仕上げ加工を行うことで、外径２５ｍｍの帯電ブラシを作製した。この帯電ブラシの導電性繊維密度は、２４０ｋＦ/ｉｎｃｈ２であった。
【００６２】
前記帯電ブラシ表面の導電性繊維先端部の表面の放電性評価をするために、実施例１と同様に、走査型プローブ顕微鏡を用いて、導電性繊維表面の電流値を走査範囲全域で測定した。その結果、帯電ブラシ表面の導電性繊維先端部の測定部分の全表面積を基準として、約８６％の領域で電極との間に導電パスが形成されていることが分かった。
次に、前記帯電ブラシを図９に示す複写機に装着し、実施例１と同様な方法で、画像出力をすることで、帯電性の評価を行った。その結果、空回転耐久試験前後でかぶり濃度が評価「Ａ」と安定し、評価後の帯電ブラシの導電性繊維先端部のＳＥＭ観察でも変化がないことから、耐久性に優れた帯電ブラシであるとことが明らかとなった。
【００６３】
［実施例５］
実施例１と同様の方法により、図８に示すように幅１５ｍｍのリボン状のパイル織物を作製し、その後実施例１と同様にアルカリ水溶液処理を行った。
次に、前記幅１５ｍｍのリボン状のパイル織物をＳＵＳ製基体に巻き付け、その後表面の最終仕上げ加工を行うことで、外径２５ｍｍの帯電ブラシを作製した。この帯電ブラシの導電性繊維密度は、２４０ｋＦ/ｉｎｃｈ２であった。
次に図１１（ａ）に示すように、前記帯電ブラシを固形分濃度０．１３質量％のポリアミドイミド（日立化成工業製、HPC-1000-28）水溶液中に浸漬させながら、３ｒｐｍの回転速度で１分間回転させた。更に図１１（ｂ）に示すように、ポリアミド水溶液を除去した後、帯電ブラシを４０００ｒｐｍの回転速度で３０秒回転させた。その後、１５０℃で９０分間放置することで、乾燥・硬化処理を行った。
【００６４】
乾燥・硬化処理後、リボン状のパイル織物から１本の導電性繊維を抜き取り、導電性繊維表面のＳＥＭ観察を行った。その結果、本実施例では、導電性繊維先端から１.０ｍｍの領域が、図２に示したように、鞘部２２の表面に３次元的に絡み合っているカーボンナノチューブ中にポリアミドイミド樹脂が含浸された状態の最外層２３で被覆されていることが分かった。
また、ポリアミドイミド樹脂が含浸された導電性繊維の先端部の電気抵抗値は１．１×１０６Ωであり、一方ポリアミドイミド樹脂が含浸されていない導電性繊維の基布側の電気抵抗値は９．２×１０５Ωであった。ポリアミドイミド樹脂が含浸されたことによる導電性繊維先端部の抵抗値の明らかな上昇は確認されなかった。
【００６５】
前記帯電ブラシ表面の導電性繊維先端部の表面の放電性評価をするために、実施例１と同様に、走査型プローブ顕微鏡を用いて、導電性繊維表面の電流値を走査範囲全域で測定した。その結果、帯電ブラシ表面の導電性繊維先端部の測定部分の全表面積を基準として、約８８％の領域で電極との間に導電パスが形成されていることが分かった。
次に、前記帯電ブラシを図９に示す複写機に装着し、実施例１と同様な方法で、画像出力をすることで、帯電性の評価を行った。その結果、空回転耐久試験前後でかぶり濃度が評価「Ａ」と安定し、評価後の帯電ブラシの導電性繊維先端部のＳＥＭ観察でも変化がないことから、耐久性に優れた帯電ブラシであるとことが明らかとなった。
【００６６】
［比較例１］
実施例１と同様の方法により、図８に示すように幅１５ｍｍのリボン状のパイル織物を作製し、その後実施例１と同様にアルカリ水溶液処理を行った。
次に、アルカリ水溶液処理後のリボン状パイル織物を、ガラス転移点が６４℃のポリエステルが固形分濃度として０．５質量％溶解しているポリエステル水溶液中に浸漬した。その後、１５０℃で９０分間放置することで、乾燥・硬化処理を行った。
次に、前記幅１５ｍｍのリボン状のパイル織物をＳＵＳ製基体に巻き付け、その後表面の最終仕上げ加工を行うことで、外径２５ｍｍの帯電ブラシを作製した。この帯電ブラシの導電性繊維密度は、２４０ｋＦ/ｉｎｃｈ２であった。
【００６７】
前記帯電ブラシ表面の導電性繊維１本を抜き取り、導電性繊維の先端部の表面および断面のＳＥＭ観察を行った。その結果、繊維の最表層は、３次元的に絡み合っているカーボンナノチューブ中にポリエステル樹脂が含浸された状態あることが確認された。また、導電性繊維１本当たりの電気抵抗値は、２．４×１０６Ωであり、ポリエステル樹脂を含浸する前と同等であることを確認した。
【００６８】
実施例１と同様に空回転耐久試験を行い、その前後でかぶり濃度を測定した結果、空回転耐久試験前は評価「Ａ」であったが、空回転耐久試験後は評価「Ｃ」となった。また、ＳＥＭ観察では、空回転耐久試験後の帯電ブラシ表面の導電性繊維先端部にカーボンナノチューブが保持されていないことを確認した。帯電ブラシと感光体ドラムとの摩擦熱及び帯電によるジュール熱によってポリエステル樹脂が軟化してしまい、カーボンナノチューブが脱落してしまったためと考えられる。以上の結果から、本比較例で使用した帯電ブラシは、実施例１から実施例５で使用した帯電ブラシと比べて耐久性に劣ることが明らかとなった。
【００６９】
［比較例２］
実施例１と同様の方法により、図８に示すように幅１５ｍｍのリボン状のパイル織物を作製し、その後実施例１と同様にアルカリ水溶液処理を行った。
次に、固形分濃度２．５質量％のポリアミドイミド水溶液以外は、実施例１と同様の方法で、ポリアミドイミドの含浸処理したリボン状のパイル織物を作製した。
次に、前記ポリアミドイミドの含浸処理したリボン状のパイル織物をＳＵＳ製基体に巻き付け、その後表面の最終仕上げ加工を行うことで、外径２５ｍｍの帯電ブラシを作製した。この帯電ブラシの導電性繊維密度は、２４０ｋＦ/ｉｎｃｈ２であった。
前記帯電ブラシ表面の導電性繊維１本を抜き取り、導電性繊維の先端部の表面および断面のＳＥＭ観察を行った。その結果、図５に示すように、３次元的に絡み合っているカーボンナノチューブ中にポリアミドイミド樹脂が含浸された状態の層２３を被覆する、ポリアミドイミド樹脂単層２６が確認された。
【００７０】
また、ポリアミドイミド樹脂が含浸された導電性繊維の先端部の電気抵抗値は８．５×１０７Ωであり、一方ポリアミドイミド樹脂が含浸されていない導電性繊維の基布側の電気抵抗値は９．２×１０５Ωであった。ポリアミドイミド樹脂が含浸されたことにより、導電性繊維先端部の電気抵抗値が明らかに上昇していることが確認された。
前記帯電ブラシ表面の導電性繊維先端部の表面の放電性評価をするために、実施例１と同様に、走査型プローブ顕微鏡を用いて、導電性繊維表面の電流値を走査範囲全域で測定した。その結果、帯電ブラシ表面の導電性繊維先端部の測定部分の全表面積を基準として、約４６％の領域でしか電極との間に導電パスが形成されていないことが分かった。
【００７１】
実施例１と同様に空回転耐久試験を行い、その前後でかぶり濃度を測定した結果、空回転耐久試験前後で共に評価「Ｃ」であった。これは、前述したようにポリアミドイミド樹脂単層２６によって電荷注入がうまく行えず、帯電ムラが発生してしまったためであると考えられる。また、ＳＥＭ観察では、空回転耐久試験前後で帯電ブラシ表面の導電性繊維先端部に変化が無いことを確認した。以上の結果から、本比較例で使用した帯電ブラシは、耐久性に優れているが、帯電能力が低い帯電ブラシであることが明らかとなった。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明の帯電部材（帯電ブラシ）は、電子写真方式を用いた画像形成装置に利用可能なものである。より詳しくは、像担持体として電荷注入層を表面に備える有機感光体やアモルファスシリコン系感光体に対して、接触帯電にて該感光体を帯電した後、画像形成を行う装置に対して、放電を用いることなく均一な帯電電位を持続的に得ることを可能とする。
【符号の説明】
【００７３】
３    帯電ブラシ
１１  導電性繊維層
１２  導電性接着層
１３  基体
２１  芯部
２２  鞘部
２３  最外層
２４  表層（カーボンナノチューブ単層）
２５  スキン層
２６  表層（ポリアミドイミド単層）
２７  表層（シリカガラス単層）
１２１  カーボンナノチューブ
１２２  ポリエステル樹脂
１２３  アミドイミド樹脂
１２４  シリカガラス
４０１  口金板
４０２  分配板
４０３  パイプ
４０４  芯部樹脂
４０５  鞘部カーボンナノチューブ含有樹脂
４０６  紡糸口
６０１  電流検出回路
６０２  試料台（アリミ製）
６０３  導電性シート
６０４  ＳＴＭ探針
６０５  導電性繊維
７      帯電ブラシの芯金状の基体
７０３  導電性接着剤
７０４  リボン状パイル織物溶液
７０５  含浸溶液
【図１】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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