機能性部材及びその製造方法
【課題】 繊維を植毛したブラシと同等以上のブラシ効果を得る一方で低コストに製造することを可能にした機能性部材を提供する。
【解決手段】 繊維１１が厚み方向に配向した繊維構造体１の表面をブラシ面として構成する。例えば、シート状をした繊維構造体１の少なくとも一部を厚み方向に湾曲させ、スポンジ等の主材２の周面に貼り付けてブラシＢ１を構成する。繊維構造体１は外側に湾曲した部分の繊維１１の配向が放射状となり、たわしのようなブラシとして機能させることができる。繊維を植毛した素材が不要であり、低コスト化が実現できる。
【解決手段】 繊維１１が厚み方向に配向した繊維構造体１の表面をブラシ面として構成する。例えば、シート状をした繊維構造体１の少なくとも一部を厚み方向に湾曲させ、スポンジ等の主材２の周面に貼り付けてブラシＢ１を構成する。繊維構造体１は外側に湾曲した部分の繊維１１の配向が放射状となり、たわしのようなブラシとして機能させることができる。繊維を植毛した素材が不要であり、低コスト化が実現できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は繊維構造体を用いたブラシ機能を有する機能性部材に関し、特に画像形成装置を構成している各種ローラ部材に用いて好適な機能性部材及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置には各種のローラ部材が設けられる。例えば、感光ドラムに帯電を行うための帯電ローラ部材、感光ドラムに形成された静電潜像にトナーを付着して現像を行うための現像ローラ部材、現像ローラ部材にトナーを供給しあるいは回収するためのトナー供給・回収ローラ部材、現像されたトナーを記録用紙等に転写するための転写ローラ部材、感光ドラムに残存するトナーを除去して清浄化するためのクリーニングローラ部材、感光ドラムに残留する電荷を消去するための除電ローラ部材等である。これらのローラ部材は円柱状をしたブラシとして構成されていることが多く、例えば特許文献１では、円柱ロッド状をした支軸の周面に帯状をしたベロアを巻き付け、かつ貼り付けて構成している。この帯状のベロアは、シート状をなす基布上に所定の繊維からなる毛羽を備え、これを帯状に裁断したものであり、この帯状のベロアを支軸の周面に螺旋状に巻き付けて貼り付けることにより、支軸の周面に毛羽が放射状に配設されて円柱状のブラシとして構成されるものである。
【特許文献１】特開２０００−２９３０１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１のロッド状をしたブラシにおいては、支軸の周面に貼り付けるシート状をしたベロアは基布の表面に多数本の繊維を植毛したものであるため、植毛の工数が多く極めて高価なものにつく。そのため、ベロアに代えて表面が粗面に形成されている不織布を用いて低コスト化を図っているが、不織布は繊維が水平方向に積層されているものであるためロッド状をしたブラシとして形成したときには繊維が円周面に沿った方向に向けられてしまい、ベロアを用いたブラシに比較するとブラシとしての効果が十分でないという問題がある。
【０００４】
本発明の目的は、従来の植毛により形成したと同等以上のブラシ効果を得る一方で低コストに製造することを可能にした機能性部材及びその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の機能性部材は、主材と、この主材に支持されて繊維が厚み方向に配向した繊維構造体とで構成され、繊維構造体の表面をブラシ面として構成する。例えば、繊維構造体の少なくとも一部を厚み方向に湾曲させ、湾曲された表面をブラシ面として構成する。あるいは、繊維構造体を表面が曲面となるように削成し、削成された曲面をブラシ面として構成する。本発明の機能性部材は、例えば、画像形成装置の帯電ローラ部材、現像ローラ部材、トナー供給・回収ローラ部材、転写ローラ部材、クリーニングローラ部材、除電ローラ部材の少なくとも一つとして構成する。
【０００６】
また、本発明の機能性部材の製造方法は、繊維が厚み方向に配向した繊維構造体に当該配向方向と直交する方向に穴を形成し、この穴内にロッド状の主材を挿入して一体化する工程と、前記繊維構造体を前記主材を中心とする円柱状に削成する工程とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の機能性部材は、繊維が厚み方向に配向した繊維構造体の表面をブラシ面として構成することで、各繊維の端部がブラシ面として機能するため、繊維を植毛した素材が不要であり、低コスト化が実現できる。特に、繊維が厚み方向に配向した繊維構造体を湾曲すると外側に湾曲した部分の表面において繊維を放射状に向けたブラシとして構成でき、ブラッシングする対象物の形状にかかわらずブラシ効果の高い機能性部材として構成できる。また、本発明の製造方法は、円柱状のブラシを形成する際には、ロッド状の主材を一体化した上で繊維構造体を円柱状に削成することにより形成でき、製造コストを低減する。
【実施例１】
【０００８】
次に、本発明の実施例１を図面を参照して説明する。図１は本発明の機能性部材にかかる繊維構造体１の概念図である。この繊維構造体１は厚み方向に配向された極めて多数本のポリエステル等の細い繊維１１によって構成されており、隣接する繊維１１の各一部が熱溶着等によって相互に連結され、全体としてシート状に一体化されたものである。すなわち、大部分の繊維１１は厚み方向（縦方向）に配向されているが、一部の繊維１１ａは厚み方向に対して交差する方向に向けられているため、厚み方向に配向された繊維１１は隣接する繊維１１が互いに接触する部位において、あるいは交差方向の繊維１１ａと交差する部位において相互に熱溶着されている。そのため、繊維構造体１は各繊維１１が連結されて一体の繊維構造体１を構成しているが、その厚み方向の表面においては縦方向に配向された各繊維１１の端部は隣接する繊維の端部とは独立した状態となっている。
【０００９】
この繊維構造体１は、例えば図２（ａ）に示すように、ポリエステル繊維、アクリル繊維、ナイロン繊維、レーヨン繊維、ビニロン繊維、ポリエチレン繊維等からなる細くて長い長繊維１１１を一方向に並ぶように積層して帯状またはシート状とした布地１０を形成し、この布地１０を図２（ｂ）のようにつづら折りに曲げて所要の厚みの構造体１０Ａに形成し、この状態で構造体１０Ａを加熱して各長繊維１１１が隣接する繊維と交差接触している部分で熱溶着させる。しかる上で、鎖線Ｃ１，Ｃ２に示すように、折り曲げた部分を含む両表面側を所要の厚さで裁断（スライス）する。これにより、図２（ｃ）のように、裁断により短くされた繊維１１は縦方向に配向された構造となり、図１の繊維構造体１が形成される。各繊維１１の厚み方向の両端部はそれぞれが独立した構造となり、この両端部の構造のみを見れば基布に多数の繊維を植毛した構造とほぼ同じ構造であると言える。あるいは、図２（ｄ）に示すように、前記長繊維１１１を一方向に並ぶようにして薄いシート（布地）１０’を形成し、このシート１０’を所要の寸法でつづら折り加工して繊維方向を厚み方向に揃えた上で熱溶着を行うことによっても当該所要の寸法の厚みを有して繊維が縦方向に配向された繊維構造体１’を形成することができる。ただし、この繊維構造体１’の場合には、厚み方向の両端、すなわち繊維構造体１’の表面と裏面ではそれぞれ繊維１１（１１１）が折り曲げられた構造になる。
【００１０】
この繊維構造体１は長繊維１１１を積層した布地１０を折り曲げ、かつ加熱処理を行った後に裁断を行なうだけで、あるいは裁断を行うことなく単にシート１０’を折り曲げて加熱処理を行うだけで製造できるため、連続加工が可能であり、広い面積を有する繊維構造体１を短時間に製造できる。そのため、特許文献１のベロアのように基布に多数本の毛羽を植毛する工程が不要となり極めて低コストに製造できる。
【００１１】
このように構成された繊維構造体を、例えば図３のように断面が楕円又は長円に近い形状をしたウレタン等のスポンジで構成された主材２の周面に、同図には表れない接着剤あるいは粘着テープにより貼り付けてブラシＢ１を構成する。このとき繊維構造体１は主材２の周面に沿って湾曲された状態となるため、縦方向に配向されている各繊維１１は放射状に向けられた配向になり、特に外周側の端部が放射状とされるため、いわゆる「たわし」に類似した構造のブラシとして形成される。
【００１２】
このブラシＢ１は、繊維構造体１が植毛したものよりも低コストであるので、ブラシＢ１全体を極めて低コストに製造できる。また、ブラシＢ１の円周の表面には独立した多数の繊維１１が存在するので、清浄する対象物の表面に付着した異物を剥ぎ取る効果が高く、繊維が横方向に配向された不織布で形成されたブラシよりも洗浄効果の高いブラシとなる。また、各繊維１１は厚み方向に配向されてブラシＢ１の内側から外側に方向付けられているため通気性や通水性が高く、特に洗浄液や水等を用いた洗浄時には、洗浄液や水が繊維間を通して容易に除去でき、ブラシ内に残留することは少ない。さらに、繊維をポリエステル等の柔軟な材料で形成すれば、対象物に対して傷を付けることもない。特に、図２（ｄ）の方法で形成した繊維構造体１’の場合には繊維がパイル状をしていて表面に繊維の端部が露呈されないので、対象物に対する柔軟性を高めることができる。また、その一方で隣接する各繊維１１は互いに連結されているので、変形される際には隣接する繊維が一体的に変形されることになり、弾接力の高い、いわゆる腰の強い、すなわち耐久性に優れたブラシとして機能する。
【００１３】
ブラシＢ１においては、繊維構造体１を外側に向けて湾曲させることで、各繊維１１の外側端部が放射状に広がるため、隣接する繊維１１の端部の間隔が広がり、清浄時に対象物に接触させて移動させたときに各繊維１１の端部が移動する範囲が広がって弾性復帰力が生じ易くなり、対象物の表面に付着している異物の剥ぎ取り力が高められ、同時に剥ぎ取った異物を繊維間に吸収保持し易くなり、清浄効果を高める上で有効である。このブラシＢ１は、主材２の寸法や形状を適宜に設計し、また繊維構造体の厚みを１ｃｍから２ｃｍ程度の厚みに形成することで、従来から提供されている台所用洗浄スポンジ、浴用洗浄スポンジ、自動車洗浄用スポンジに代えて使用可能である。
【００１４】
本発明の機能性部材は、図４のように、主材２Ａを角部に丸みを付けた直方体に近い形状とし、その一面を除く他の周面に繊維構造体１を貼り付け、繊維構造体１の縁部を隠すように主材２Ａの一面に化粧板３を取着することで、従来の不織布を用いている各種クリーナ、例えばホワイトボード用クリーナに代えて使用することが可能なブラシＢ２としても構成できる。あるいは、図５のように、所要の長さのロッド４と、このロッド４の一端部に取着した主材としての円筒状のスポンジ２Ｂとを設け、このスポンジ２Ｂの周面に繊維構造体１を貼り付けることでコップ洗浄用ブラシ、あるいは試験官洗浄用ブラシ等の容器洗浄用ブラシＢ３としても構成できる。特に、ブラシＢ２では、繊維構造体１の表面の殆どが平面状態になっているが、このように平面状態で使用しても繊維構造体１の表面には多数の繊維１１の端部が配列されていてブラシ面として機能するので、当該平面部においてもブラシとしての効果を得ることができる。
【実施例２】
【００１５】
図６は本発明を画像形成装置用ローラ部材として用いられるブラシに適用した実施例２の概略構成図である。画像形成装置は例えばレーザプリンタとして提供されているものであり、ここでは図示及び詳細な説明は省略するが、本発明の画像形成装置用ローラ部材（ローラブラシ）Ｂ４は、感光ドラムに静電気を帯電させるための帯電ローラ部材、感光ドラムに形成された静電潜像にトナーを付着して現像を行うための現像ローラ部材、現像ブラシにトナーを供給しあるいは回収するためのトナー供給ローラ部材、現像されたトナーを記録用紙等に転写するための転写ローラ部材、感光ドラムに残存するトナーを除去して清浄化するためのクリーニングローラ部材、感光ドラムに残留する電荷を消去するための除電ローラ部材に適用可能である。
【００１６】
図６において、図１に示した繊維構造体１を細長い帯状繊維構造体１Ａに形成し、この帯状繊維構造体１Ａを円柱ロッド状をした支軸５の周面に螺旋状に隙間なく巻き付けている。帯状繊維構造体１Ａの内側面には両面テープ６を貼り付けておき、この両面テープ６によって帯状繊維構造体１Ａの内側の面を支軸５の周面に接着固定する。このようにすることで、帯状繊維構造体１Ａは支軸５に巻き付けた全長にわたって円弧状に湾曲されるため、縦方向に配向されている全ての繊維１１は支軸５を中心にした放射状になり、細長い円柱状をしたブラシからなる画像形成装置用ローラ部材Ｂ４が構成される。
【００１７】
このように、本発明をこの種のローラ部材に適用したときには、繊維構造体を構成している各繊維は基本的には独立しているため各繊維の端部や折り曲げ端部が独立してブラシ作用を行う一方で、各繊維は隣接繊維が互いに連結されているので、各繊維が変形される際には隣接繊維が一体的に変形されることになり、弾接力の高い、いわゆる腰の強い繊維として機能し、これらによりブラシ効果を高めることができる。また、このように繊維構造体を構成している各繊維が互いに連結された箇所では隣接する繊維間の隙間が閉じられた状態となるため、現像トナー、特に小粒径の球形トナーが繊維間を通過し難くなり、トナーのシール性を高めることも可能になる。さらに、図２（ｄ）の繊維構造体１’を用いれば繊維１１がパイル状をしていることから表面の柔軟性が高められ、感光ドラム等に対するダメージを抑制する上で有効になる。
【００１８】
なお、帯状の繊維構造体１Ａを螺旋状に巻き付けるときには、支軸５の長さ方向に隣接配置される繊維構造体の側辺が互いに密接するように巻き付ければ、これらの隣接する繊維構造体の各繊維も密接した状態となる。また、巻き付けるときに帯状繊維構造体１Ａを弾性復帰可能な範囲で長さ方向に引っ張るようにすればその帯状繊維構造体１Ａの幅寸法が縮幅し、そのとき両側辺に沿った繊維１１の外側の端部は反作用によって幅方向に広がるため、隣接する帯状繊維構造体１Ａのつなぎ目に繊維１１の隙間が生じることが防止できる。
【００１９】
ここで、矩形シート状をした繊維構造体１を支軸５の周面に単純に１巻きすれば同様な形状をしたブラシとしてのローラ部材が形成できるが、この場合には繊維構造体１のつなぎ目が支軸５の軸方向に生じてしまい、このつなぎ目が画像形成装置に用いたときの画像品質に影響を与えることがある。そのため、実施例２では繊維構造体のつなぎ目が螺旋状になるようにして画像品質の劣化を防止している。なお、図７に示すように、平行四辺形のシート状をした繊維構造体１Ｂを形成し、この繊維構造体１Ｂを支軸５に対して１巻きするだけで繊維構造体１Ｂの対向する斜辺が密接された状態となるように支軸５に巻き付けてブラシとしてのローラ部材Ｂ５を形成することができる。繊維構造体のつなぎ目が問題にならないようなローラ部材に適用する場合に有効である。
【実施例３】
【００２０】
図８は本発明を画像形成装置用ローラ部材として形成した実施例３の外観斜視図である。実施例２と同様にロッド状をした支軸５を主材とし、この支軸５の周囲に繊維構造体１Ｃを支持させてローラ部材Ｂ６を形成しているが、ここでは繊維構造体１Ｃの繊維は支軸５の軸方向に対してこれと直交する一方向、すなわち図の上下方向に配向された構成となっている。図９はこのローラ部材Ｂ６の製造方法を示す図である。先ず、図９（ａ）のように、形成しようとするローラ部材の外径寸法よりも大きな厚み寸法及び幅寸法で、形成しようとするローラ部材の長さに略等しい長さ寸法の直方体をした繊維構造体１Ｃを形成する。この繊維構造体１Ｃは厚み方向に繊維が配向されていることは実施例１と同じであり、またその製造方法は図２に示した繊維構造体１の製造方法でよい。そして、繊維構造体１Ｃの長さ方向に沿って、すなわち繊維の配向方向と直交する方向に支軸５の外径寸法にほぼ等しい円形穴Ｈを開ける。次いで、図９（ｂ）のように、繊維構造体Ｃ１に開けた穴Ｈに支軸５を貫通し、接着剤や両面テープ等によって支軸５と繊維構造体１Ｃを一体化する。しかる後、図９（ｃ）のように、旋盤等の研削装置を用いて支軸５を軸回りに回転させながら切削ツールＴを軸方向に移動させて繊維構造体１Ｃを円柱状に切削加工する。これにより、図８に示したような支軸５を中心軸としてその周囲に繊維構造体１Ｃを一体に有する円柱状のブラシ構成のローラ部材Ｂ６が形成できる。
【００２１】
このローラ部材Ｂ６では、繊維構造体１Ｃの繊維は支軸５に対して一方向（図８の上下方向）に向けられた構成とされている。すなわち、図８において上下に向けられた繊維の配向方向の両側に相当する円周領域Ｘでは繊維の端部が露呈された状態で配列されてブラシ状の表面とされているが、これと直交する図８の左右に向けられた円周領域Ｙでは繊維の腹部が露呈されて不織布状の表面とされている。このローラ部材Ｂ６を画像形成装置の各種ローラ部材として用いると、ローラ部材Ｂ６の支軸５を中心とした回転に伴ってブラシ状の円周領域Ｘと不織布状の円周領域Ｙとが交互に画像形成装置の感光ドラムの表面に接触されることになる。そのため、感光ドラムに対してブラシ状の円周領域Ｘが接触したときにはハードなブラシとして機能するが、不織布状の円周領域Ｙが接触したときにはソフトな清浄布として機能することになる。これにより、全周面がブラシ状をした実施例２のローラ部材Ｂ４，Ｂ５よりも感光ドラムの表面に対するダメージを緩和したローラ部材として構成でき、感光ドラムの表面の磨耗を抑制し、また表面の損傷を抑制することが可能になり、画像形成装置の長寿命化を図る上で有利になる。なお、繊維構造体１Ｃを構成している繊維は隣接繊維が連結されているので、円周領域Ｙの繊維が脱落するようなことはない。
【００２２】
実施例２，３の画像形成装置用ローラ部材として、繊維構造体１，１’，１Ａ，１Ｂ，１Ｃの繊維１１を全て絶縁性の繊維で形成すれば、導電性ローラ部材ではない現像ローラ部材やクリーニングローラ部材として適用できる。また、繊維１１の一部に導電性繊維を混入させた繊維構造体を形成すれば、導電性ローラ部材としての帯電ローラ部材、転写ローラ部材、除電ローラ部材として適用できる。例えば、電気抵抗値が１０3〜１０10Ω・ｃｍとなるように導電性を保有させればよい。また、絶縁性繊維を用いた繊維構造体でローラ部材を形成した場合には、当該繊維構造体を導電性粒子（カーボンブラック，グラファイト等）とラテックスを混合してなる導電性樹脂溶液に含浸させて繊維表面に導電性樹脂をコーティングして導電性を持たせることによって導電性ローラを構成することも可能である。
【００２３】
本発明は前記各実施例で説明したブラシに限られるものではなく、種々の用途のブラシに適用できることは言うまでもない。特に、本発明は繊維構造体の一部又は全ての面が湾曲されている必要はなく、繊維構造体の一部の面が湾曲し、他の一部の面が平面に構成されたブラシとしても実現可能である。また、構成しようとするブラシの用途や種類によって繊維構造体の厚さや、繊維の材質を任意に設定することが可能である。さらに、繊維構造体を貼り付ける主材がポリウレタン等の柔軟な材料を用いれば、ブラシを使用するときに主材が変形することで繊維構造体の表面が湾曲することになり、高いブラシ効果が得られる。本発明は繊維の端部においてブラシ効果を有するものであれば、ブラシとして称される機能性部材に限定されるものでないことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明にかかる繊維構造体の概念構成を示す斜視図である。
【図２】繊維構造体を製造する方法の一例を説明するための図である。
【図３】本発明にかかる機能性部材（ブラシ）Ｂ１の斜視図である。
【図４】本発明にかかる機能性部材（ブラシ）Ｂ２の斜視図である。
【図５】本発明にかかる機能性部材（ブラシ）Ｂ３の斜視図である。
【図６】本発明にかかる画像形成装置用ローラ部材Ｂ４の斜視図である。
【図７】本発明にかかる画像形成装置用ローラ部材Ｂ５の斜視図である。
【図８】本発明にかかる画像形成装置用ローラ部材Ｂ６の斜視図である。
【図９】ローラ部材Ｂ６の製造方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００２５】
１，１’，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 繊維構造体
１０，１０’ 布地（シート）
１１ 繊維
１１ａ 交差繊維
１１１ 長繊維
２，２Ａ，２Ｂ 主材
３ 化粧板
４ ロッド
５ 支軸（主材）
６ 両面テープ
Ｂ１〜Ｂ６ ブラシ（ロッド部材）
Ｈ 穴
【技術分野】
【０００１】
本発明は繊維構造体を用いたブラシ機能を有する機能性部材に関し、特に画像形成装置を構成している各種ローラ部材に用いて好適な機能性部材及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置には各種のローラ部材が設けられる。例えば、感光ドラムに帯電を行うための帯電ローラ部材、感光ドラムに形成された静電潜像にトナーを付着して現像を行うための現像ローラ部材、現像ローラ部材にトナーを供給しあるいは回収するためのトナー供給・回収ローラ部材、現像されたトナーを記録用紙等に転写するための転写ローラ部材、感光ドラムに残存するトナーを除去して清浄化するためのクリーニングローラ部材、感光ドラムに残留する電荷を消去するための除電ローラ部材等である。これらのローラ部材は円柱状をしたブラシとして構成されていることが多く、例えば特許文献１では、円柱ロッド状をした支軸の周面に帯状をしたベロアを巻き付け、かつ貼り付けて構成している。この帯状のベロアは、シート状をなす基布上に所定の繊維からなる毛羽を備え、これを帯状に裁断したものであり、この帯状のベロアを支軸の周面に螺旋状に巻き付けて貼り付けることにより、支軸の周面に毛羽が放射状に配設されて円柱状のブラシとして構成されるものである。
【特許文献１】特開２０００−２９３０１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１のロッド状をしたブラシにおいては、支軸の周面に貼り付けるシート状をしたベロアは基布の表面に多数本の繊維を植毛したものであるため、植毛の工数が多く極めて高価なものにつく。そのため、ベロアに代えて表面が粗面に形成されている不織布を用いて低コスト化を図っているが、不織布は繊維が水平方向に積層されているものであるためロッド状をしたブラシとして形成したときには繊維が円周面に沿った方向に向けられてしまい、ベロアを用いたブラシに比較するとブラシとしての効果が十分でないという問題がある。
【０００４】
本発明の目的は、従来の植毛により形成したと同等以上のブラシ効果を得る一方で低コストに製造することを可能にした機能性部材及びその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の機能性部材は、主材と、この主材に支持されて繊維が厚み方向に配向した繊維構造体とで構成され、繊維構造体の表面をブラシ面として構成する。例えば、繊維構造体の少なくとも一部を厚み方向に湾曲させ、湾曲された表面をブラシ面として構成する。あるいは、繊維構造体を表面が曲面となるように削成し、削成された曲面をブラシ面として構成する。本発明の機能性部材は、例えば、画像形成装置の帯電ローラ部材、現像ローラ部材、トナー供給・回収ローラ部材、転写ローラ部材、クリーニングローラ部材、除電ローラ部材の少なくとも一つとして構成する。
【０００６】
また、本発明の機能性部材の製造方法は、繊維が厚み方向に配向した繊維構造体に当該配向方向と直交する方向に穴を形成し、この穴内にロッド状の主材を挿入して一体化する工程と、前記繊維構造体を前記主材を中心とする円柱状に削成する工程とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の機能性部材は、繊維が厚み方向に配向した繊維構造体の表面をブラシ面として構成することで、各繊維の端部がブラシ面として機能するため、繊維を植毛した素材が不要であり、低コスト化が実現できる。特に、繊維が厚み方向に配向した繊維構造体を湾曲すると外側に湾曲した部分の表面において繊維を放射状に向けたブラシとして構成でき、ブラッシングする対象物の形状にかかわらずブラシ効果の高い機能性部材として構成できる。また、本発明の製造方法は、円柱状のブラシを形成する際には、ロッド状の主材を一体化した上で繊維構造体を円柱状に削成することにより形成でき、製造コストを低減する。
【実施例１】
【０００８】
次に、本発明の実施例１を図面を参照して説明する。図１は本発明の機能性部材にかかる繊維構造体１の概念図である。この繊維構造体１は厚み方向に配向された極めて多数本のポリエステル等の細い繊維１１によって構成されており、隣接する繊維１１の各一部が熱溶着等によって相互に連結され、全体としてシート状に一体化されたものである。すなわち、大部分の繊維１１は厚み方向（縦方向）に配向されているが、一部の繊維１１ａは厚み方向に対して交差する方向に向けられているため、厚み方向に配向された繊維１１は隣接する繊維１１が互いに接触する部位において、あるいは交差方向の繊維１１ａと交差する部位において相互に熱溶着されている。そのため、繊維構造体１は各繊維１１が連結されて一体の繊維構造体１を構成しているが、その厚み方向の表面においては縦方向に配向された各繊維１１の端部は隣接する繊維の端部とは独立した状態となっている。
【０００９】
この繊維構造体１は、例えば図２（ａ）に示すように、ポリエステル繊維、アクリル繊維、ナイロン繊維、レーヨン繊維、ビニロン繊維、ポリエチレン繊維等からなる細くて長い長繊維１１１を一方向に並ぶように積層して帯状またはシート状とした布地１０を形成し、この布地１０を図２（ｂ）のようにつづら折りに曲げて所要の厚みの構造体１０Ａに形成し、この状態で構造体１０Ａを加熱して各長繊維１１１が隣接する繊維と交差接触している部分で熱溶着させる。しかる上で、鎖線Ｃ１，Ｃ２に示すように、折り曲げた部分を含む両表面側を所要の厚さで裁断（スライス）する。これにより、図２（ｃ）のように、裁断により短くされた繊維１１は縦方向に配向された構造となり、図１の繊維構造体１が形成される。各繊維１１の厚み方向の両端部はそれぞれが独立した構造となり、この両端部の構造のみを見れば基布に多数の繊維を植毛した構造とほぼ同じ構造であると言える。あるいは、図２（ｄ）に示すように、前記長繊維１１１を一方向に並ぶようにして薄いシート（布地）１０’を形成し、このシート１０’を所要の寸法でつづら折り加工して繊維方向を厚み方向に揃えた上で熱溶着を行うことによっても当該所要の寸法の厚みを有して繊維が縦方向に配向された繊維構造体１’を形成することができる。ただし、この繊維構造体１’の場合には、厚み方向の両端、すなわち繊維構造体１’の表面と裏面ではそれぞれ繊維１１（１１１）が折り曲げられた構造になる。
【００１０】
この繊維構造体１は長繊維１１１を積層した布地１０を折り曲げ、かつ加熱処理を行った後に裁断を行なうだけで、あるいは裁断を行うことなく単にシート１０’を折り曲げて加熱処理を行うだけで製造できるため、連続加工が可能であり、広い面積を有する繊維構造体１を短時間に製造できる。そのため、特許文献１のベロアのように基布に多数本の毛羽を植毛する工程が不要となり極めて低コストに製造できる。
【００１１】
このように構成された繊維構造体を、例えば図３のように断面が楕円又は長円に近い形状をしたウレタン等のスポンジで構成された主材２の周面に、同図には表れない接着剤あるいは粘着テープにより貼り付けてブラシＢ１を構成する。このとき繊維構造体１は主材２の周面に沿って湾曲された状態となるため、縦方向に配向されている各繊維１１は放射状に向けられた配向になり、特に外周側の端部が放射状とされるため、いわゆる「たわし」に類似した構造のブラシとして形成される。
【００１２】
このブラシＢ１は、繊維構造体１が植毛したものよりも低コストであるので、ブラシＢ１全体を極めて低コストに製造できる。また、ブラシＢ１の円周の表面には独立した多数の繊維１１が存在するので、清浄する対象物の表面に付着した異物を剥ぎ取る効果が高く、繊維が横方向に配向された不織布で形成されたブラシよりも洗浄効果の高いブラシとなる。また、各繊維１１は厚み方向に配向されてブラシＢ１の内側から外側に方向付けられているため通気性や通水性が高く、特に洗浄液や水等を用いた洗浄時には、洗浄液や水が繊維間を通して容易に除去でき、ブラシ内に残留することは少ない。さらに、繊維をポリエステル等の柔軟な材料で形成すれば、対象物に対して傷を付けることもない。特に、図２（ｄ）の方法で形成した繊維構造体１’の場合には繊維がパイル状をしていて表面に繊維の端部が露呈されないので、対象物に対する柔軟性を高めることができる。また、その一方で隣接する各繊維１１は互いに連結されているので、変形される際には隣接する繊維が一体的に変形されることになり、弾接力の高い、いわゆる腰の強い、すなわち耐久性に優れたブラシとして機能する。
【００１３】
ブラシＢ１においては、繊維構造体１を外側に向けて湾曲させることで、各繊維１１の外側端部が放射状に広がるため、隣接する繊維１１の端部の間隔が広がり、清浄時に対象物に接触させて移動させたときに各繊維１１の端部が移動する範囲が広がって弾性復帰力が生じ易くなり、対象物の表面に付着している異物の剥ぎ取り力が高められ、同時に剥ぎ取った異物を繊維間に吸収保持し易くなり、清浄効果を高める上で有効である。このブラシＢ１は、主材２の寸法や形状を適宜に設計し、また繊維構造体の厚みを１ｃｍから２ｃｍ程度の厚みに形成することで、従来から提供されている台所用洗浄スポンジ、浴用洗浄スポンジ、自動車洗浄用スポンジに代えて使用可能である。
【００１４】
本発明の機能性部材は、図４のように、主材２Ａを角部に丸みを付けた直方体に近い形状とし、その一面を除く他の周面に繊維構造体１を貼り付け、繊維構造体１の縁部を隠すように主材２Ａの一面に化粧板３を取着することで、従来の不織布を用いている各種クリーナ、例えばホワイトボード用クリーナに代えて使用することが可能なブラシＢ２としても構成できる。あるいは、図５のように、所要の長さのロッド４と、このロッド４の一端部に取着した主材としての円筒状のスポンジ２Ｂとを設け、このスポンジ２Ｂの周面に繊維構造体１を貼り付けることでコップ洗浄用ブラシ、あるいは試験官洗浄用ブラシ等の容器洗浄用ブラシＢ３としても構成できる。特に、ブラシＢ２では、繊維構造体１の表面の殆どが平面状態になっているが、このように平面状態で使用しても繊維構造体１の表面には多数の繊維１１の端部が配列されていてブラシ面として機能するので、当該平面部においてもブラシとしての効果を得ることができる。
【実施例２】
【００１５】
図６は本発明を画像形成装置用ローラ部材として用いられるブラシに適用した実施例２の概略構成図である。画像形成装置は例えばレーザプリンタとして提供されているものであり、ここでは図示及び詳細な説明は省略するが、本発明の画像形成装置用ローラ部材（ローラブラシ）Ｂ４は、感光ドラムに静電気を帯電させるための帯電ローラ部材、感光ドラムに形成された静電潜像にトナーを付着して現像を行うための現像ローラ部材、現像ブラシにトナーを供給しあるいは回収するためのトナー供給ローラ部材、現像されたトナーを記録用紙等に転写するための転写ローラ部材、感光ドラムに残存するトナーを除去して清浄化するためのクリーニングローラ部材、感光ドラムに残留する電荷を消去するための除電ローラ部材に適用可能である。
【００１６】
図６において、図１に示した繊維構造体１を細長い帯状繊維構造体１Ａに形成し、この帯状繊維構造体１Ａを円柱ロッド状をした支軸５の周面に螺旋状に隙間なく巻き付けている。帯状繊維構造体１Ａの内側面には両面テープ６を貼り付けておき、この両面テープ６によって帯状繊維構造体１Ａの内側の面を支軸５の周面に接着固定する。このようにすることで、帯状繊維構造体１Ａは支軸５に巻き付けた全長にわたって円弧状に湾曲されるため、縦方向に配向されている全ての繊維１１は支軸５を中心にした放射状になり、細長い円柱状をしたブラシからなる画像形成装置用ローラ部材Ｂ４が構成される。
【００１７】
このように、本発明をこの種のローラ部材に適用したときには、繊維構造体を構成している各繊維は基本的には独立しているため各繊維の端部や折り曲げ端部が独立してブラシ作用を行う一方で、各繊維は隣接繊維が互いに連結されているので、各繊維が変形される際には隣接繊維が一体的に変形されることになり、弾接力の高い、いわゆる腰の強い繊維として機能し、これらによりブラシ効果を高めることができる。また、このように繊維構造体を構成している各繊維が互いに連結された箇所では隣接する繊維間の隙間が閉じられた状態となるため、現像トナー、特に小粒径の球形トナーが繊維間を通過し難くなり、トナーのシール性を高めることも可能になる。さらに、図２（ｄ）の繊維構造体１’を用いれば繊維１１がパイル状をしていることから表面の柔軟性が高められ、感光ドラム等に対するダメージを抑制する上で有効になる。
【００１８】
なお、帯状の繊維構造体１Ａを螺旋状に巻き付けるときには、支軸５の長さ方向に隣接配置される繊維構造体の側辺が互いに密接するように巻き付ければ、これらの隣接する繊維構造体の各繊維も密接した状態となる。また、巻き付けるときに帯状繊維構造体１Ａを弾性復帰可能な範囲で長さ方向に引っ張るようにすればその帯状繊維構造体１Ａの幅寸法が縮幅し、そのとき両側辺に沿った繊維１１の外側の端部は反作用によって幅方向に広がるため、隣接する帯状繊維構造体１Ａのつなぎ目に繊維１１の隙間が生じることが防止できる。
【００１９】
ここで、矩形シート状をした繊維構造体１を支軸５の周面に単純に１巻きすれば同様な形状をしたブラシとしてのローラ部材が形成できるが、この場合には繊維構造体１のつなぎ目が支軸５の軸方向に生じてしまい、このつなぎ目が画像形成装置に用いたときの画像品質に影響を与えることがある。そのため、実施例２では繊維構造体のつなぎ目が螺旋状になるようにして画像品質の劣化を防止している。なお、図７に示すように、平行四辺形のシート状をした繊維構造体１Ｂを形成し、この繊維構造体１Ｂを支軸５に対して１巻きするだけで繊維構造体１Ｂの対向する斜辺が密接された状態となるように支軸５に巻き付けてブラシとしてのローラ部材Ｂ５を形成することができる。繊維構造体のつなぎ目が問題にならないようなローラ部材に適用する場合に有効である。
【実施例３】
【００２０】
図８は本発明を画像形成装置用ローラ部材として形成した実施例３の外観斜視図である。実施例２と同様にロッド状をした支軸５を主材とし、この支軸５の周囲に繊維構造体１Ｃを支持させてローラ部材Ｂ６を形成しているが、ここでは繊維構造体１Ｃの繊維は支軸５の軸方向に対してこれと直交する一方向、すなわち図の上下方向に配向された構成となっている。図９はこのローラ部材Ｂ６の製造方法を示す図である。先ず、図９（ａ）のように、形成しようとするローラ部材の外径寸法よりも大きな厚み寸法及び幅寸法で、形成しようとするローラ部材の長さに略等しい長さ寸法の直方体をした繊維構造体１Ｃを形成する。この繊維構造体１Ｃは厚み方向に繊維が配向されていることは実施例１と同じであり、またその製造方法は図２に示した繊維構造体１の製造方法でよい。そして、繊維構造体１Ｃの長さ方向に沿って、すなわち繊維の配向方向と直交する方向に支軸５の外径寸法にほぼ等しい円形穴Ｈを開ける。次いで、図９（ｂ）のように、繊維構造体Ｃ１に開けた穴Ｈに支軸５を貫通し、接着剤や両面テープ等によって支軸５と繊維構造体１Ｃを一体化する。しかる後、図９（ｃ）のように、旋盤等の研削装置を用いて支軸５を軸回りに回転させながら切削ツールＴを軸方向に移動させて繊維構造体１Ｃを円柱状に切削加工する。これにより、図８に示したような支軸５を中心軸としてその周囲に繊維構造体１Ｃを一体に有する円柱状のブラシ構成のローラ部材Ｂ６が形成できる。
【００２１】
このローラ部材Ｂ６では、繊維構造体１Ｃの繊維は支軸５に対して一方向（図８の上下方向）に向けられた構成とされている。すなわち、図８において上下に向けられた繊維の配向方向の両側に相当する円周領域Ｘでは繊維の端部が露呈された状態で配列されてブラシ状の表面とされているが、これと直交する図８の左右に向けられた円周領域Ｙでは繊維の腹部が露呈されて不織布状の表面とされている。このローラ部材Ｂ６を画像形成装置の各種ローラ部材として用いると、ローラ部材Ｂ６の支軸５を中心とした回転に伴ってブラシ状の円周領域Ｘと不織布状の円周領域Ｙとが交互に画像形成装置の感光ドラムの表面に接触されることになる。そのため、感光ドラムに対してブラシ状の円周領域Ｘが接触したときにはハードなブラシとして機能するが、不織布状の円周領域Ｙが接触したときにはソフトな清浄布として機能することになる。これにより、全周面がブラシ状をした実施例２のローラ部材Ｂ４，Ｂ５よりも感光ドラムの表面に対するダメージを緩和したローラ部材として構成でき、感光ドラムの表面の磨耗を抑制し、また表面の損傷を抑制することが可能になり、画像形成装置の長寿命化を図る上で有利になる。なお、繊維構造体１Ｃを構成している繊維は隣接繊維が連結されているので、円周領域Ｙの繊維が脱落するようなことはない。
【００２２】
実施例２，３の画像形成装置用ローラ部材として、繊維構造体１，１’，１Ａ，１Ｂ，１Ｃの繊維１１を全て絶縁性の繊維で形成すれば、導電性ローラ部材ではない現像ローラ部材やクリーニングローラ部材として適用できる。また、繊維１１の一部に導電性繊維を混入させた繊維構造体を形成すれば、導電性ローラ部材としての帯電ローラ部材、転写ローラ部材、除電ローラ部材として適用できる。例えば、電気抵抗値が１０3〜１０10Ω・ｃｍとなるように導電性を保有させればよい。また、絶縁性繊維を用いた繊維構造体でローラ部材を形成した場合には、当該繊維構造体を導電性粒子（カーボンブラック，グラファイト等）とラテックスを混合してなる導電性樹脂溶液に含浸させて繊維表面に導電性樹脂をコーティングして導電性を持たせることによって導電性ローラを構成することも可能である。
【００２３】
本発明は前記各実施例で説明したブラシに限られるものではなく、種々の用途のブラシに適用できることは言うまでもない。特に、本発明は繊維構造体の一部又は全ての面が湾曲されている必要はなく、繊維構造体の一部の面が湾曲し、他の一部の面が平面に構成されたブラシとしても実現可能である。また、構成しようとするブラシの用途や種類によって繊維構造体の厚さや、繊維の材質を任意に設定することが可能である。さらに、繊維構造体を貼り付ける主材がポリウレタン等の柔軟な材料を用いれば、ブラシを使用するときに主材が変形することで繊維構造体の表面が湾曲することになり、高いブラシ効果が得られる。本発明は繊維の端部においてブラシ効果を有するものであれば、ブラシとして称される機能性部材に限定されるものでないことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明にかかる繊維構造体の概念構成を示す斜視図である。
【図２】繊維構造体を製造する方法の一例を説明するための図である。
【図３】本発明にかかる機能性部材（ブラシ）Ｂ１の斜視図である。
【図４】本発明にかかる機能性部材（ブラシ）Ｂ２の斜視図である。
【図５】本発明にかかる機能性部材（ブラシ）Ｂ３の斜視図である。
【図６】本発明にかかる画像形成装置用ローラ部材Ｂ４の斜視図である。
【図７】本発明にかかる画像形成装置用ローラ部材Ｂ５の斜視図である。
【図８】本発明にかかる画像形成装置用ローラ部材Ｂ６の斜視図である。
【図９】ローラ部材Ｂ６の製造方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００２５】
１，１’，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 繊維構造体
１０，１０’ 布地（シート）
１１ 繊維
１１ａ 交差繊維
１１１ 長繊維
２，２Ａ，２Ｂ 主材
３ 化粧板
４ ロッド
５ 支軸（主材）
６ 両面テープ
Ｂ１〜Ｂ６ ブラシ（ロッド部材）
Ｈ 穴
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主材と、この主材に支持されて繊維が厚み方向に配向した繊維構造体とで構成され、前記繊維構造体の表面をブラシ面として構成したことを特徴とする機能性部材。
【請求項２】
前記繊維構造体の少なくとも一部を厚み方向に湾曲させ、湾曲された表面をブラシ面として構成したことを特徴とする請求項１に記載の機能性部材。
【請求項３】
前記繊維構造体を表面が曲面となるように削成し、削成された曲面をブラシ面として構成したことを特徴とする請求項１に記載の機能性部材。
【請求項４】
前記機能性部材は画像形成装置の帯電ローラ部材、現像ローラ部材、トナー供給・回収ローラ部材、転写ローラ部材、クリーニングローラ部材、除電ローラ部材の少なくとも一つであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の機能性部材。
【請求項５】
繊維が厚み方向に配向した繊維構造体に当該配向方向と直交する方向に穴を形成し、前記穴内にロッド状の主材を挿入して一体化する工程と、前記繊維構造体を前記主材を中心とする円柱状に削成する工程とを備えることを特徴とする機能性部材の製造方法。
【請求項１】
主材と、この主材に支持されて繊維が厚み方向に配向した繊維構造体とで構成され、前記繊維構造体の表面をブラシ面として構成したことを特徴とする機能性部材。
【請求項２】
前記繊維構造体の少なくとも一部を厚み方向に湾曲させ、湾曲された表面をブラシ面として構成したことを特徴とする請求項１に記載の機能性部材。
【請求項３】
前記繊維構造体を表面が曲面となるように削成し、削成された曲面をブラシ面として構成したことを特徴とする請求項１に記載の機能性部材。
【請求項４】
前記機能性部材は画像形成装置の帯電ローラ部材、現像ローラ部材、トナー供給・回収ローラ部材、転写ローラ部材、クリーニングローラ部材、除電ローラ部材の少なくとも一つであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の機能性部材。
【請求項５】
繊維が厚み方向に配向した繊維構造体に当該配向方向と直交する方向に穴を形成し、前記穴内にロッド状の主材を挿入して一体化する工程と、前記繊維構造体を前記主材を中心とする円柱状に削成する工程とを備えることを特徴とする機能性部材の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−７８１１８（Ｐ２００９−７８１１８Ａ）
【公開日】平成２１年４月１６日（２００９．４．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３１０４８４（Ｐ２００７−３１０４８４）
【出願日】平成１９年１１月３０日（２００７．１１．３０）
【出願人】（５９７１１５７３８）株式会社栄和 (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月１６日（２００９．４．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月３０日（２００７．１１．３０）
【出願人】（５９７１１５７３８）株式会社栄和 (6)
【Ｆターム（参考）】
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