除電ブラシ電極用材料
【課題】 複写機、ファクシミリ等の機器、その他の静電除去の必要がある装置に用いて、紙類から静電気を除去しうる自己放電型の除電ブラシに関し、特に使用する金属細線の組成を改良して強度、繰返し疲労特性を向上し、長期の使用を可能とした除電ブラシ電極用材料を提供する。
【解決手段】 組成が質量％でＣ：０．０３〜０．１５％，Ｓｉ≦１．０％，Ｍｎ≦２．０％，Ｎｉ：８．０〜１０．０％，Ｃｒ：１７．０〜２０．０％，Ｍｏ：０．２〜１．５％，Ｎ：０．０３〜０．２５％を含有し、残部が実質的に不可避不純物とＦｅでなるオーステナイト系ステンレス鋼の硬質細線の複数本をピッチ３〜２０ｍｍで編組加工又は撚り合された集束体として構成し、かつ常温での比抵抗が１００μΩ・ｃｍ以下であることを特徴とする除電ブラシ電極用材料。
【解決手段】 組成が質量％でＣ：０．０３〜０．１５％，Ｓｉ≦１．０％，Ｍｎ≦２．０％，Ｎｉ：８．０〜１０．０％，Ｃｒ：１７．０〜２０．０％，Ｍｏ：０．２〜１．５％，Ｎ：０．０３〜０．２５％を含有し、残部が実質的に不可避不純物とＦｅでなるオーステナイト系ステンレス鋼の硬質細線の複数本をピッチ３〜２０ｍｍで編組加工又は撚り合された集束体として構成し、かつ常温での比抵抗が１００μΩ・ｃｍ以下であることを特徴とする除電ブラシ電極用材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、ファクシミリ等の機器、その他の静電除去の必要がある装置に用いて、紙類から静電気を除去しうる自己放電型の除電ブラシに関し、特に使用する金属細線の組成を改良して強度、繰返し疲労特性を向上し、長期の使用を可能とした除電ブラシ電極用材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば複写機、ファクシミリ、印刷機、乃至フィルム製造装置など、紙、シート、フィルム等の紙類に生じる静電気を除去する必要のある静電装置において、紙類に静電気が残留したときには、画像ムラなどのトラブルを生じることとなる。そのため、紙類から静電気を除去しそれを放電するものとして、除電ブラシが用いられている。
【０００３】
この除電ブラシは、例えば図６に示すように、放電電極となる導電性の細線１１を金属製の支持体１２に取り付けているが、通常は細線１１の複数本を集束した集束体１３を用いるとともに、これを等間隔Ｈに配置して前記支持体１２の面上に固着しており、その固着方法として、例えば固着用テープ１４を貼付する方法が広く採用されている。
【０００４】
このような除電ブラシ１０は、その使用に際して、送給される静電気を帯有した紙類と接するよう設置し、細線１１を介して金属製の支持体１２から機器本体のアース線を経て機器外部に放出させ除電する。ここで除電をより確実に行う為には、前記紙類を細線１１に十分に接触させる必要があることから、紙類は細線１１を大きく押し曲げる状態で送給され、その結果、細線は紙類が送給される毎に繰返し曲げ変形を受けることとなる。
【０００５】
この除電ブラシ１０に関し、特許文献１は、２００Ｋｇ／ｍｍ２以上の強度を有する金属繊維からなるより線を放電電極として用い、これを導電性固定台に固定するものを開示しており、前記金属繊維について、例えば鉄合金やＴｉ−Ｎｉ合金、Ｎｉ合金、Ｃｏ合金、ＷやＭｏ及びそれらの合金の結晶質金属繊維、更に２５０Ｋｇ／ｍｍ２以上の高強度を有する鉄族基の非晶質金属繊維を例示するとともに、この素線の３０倍以上のより長さで撚り合わせるものとしている。また特許文献２は、前記細線について、カーボン繊維、導電性メッキ糸、染色糸等による無機繊維を収束したものを記載している。
【０００６】
【特許文献１】 特開平６−１５１０８７号公報
【特許文献２】 特開平３−１２１００９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように特許文献１は引張強さ２００Ｋｇ／ｍｍ２以上の金属繊維の１つとしてステンレス鋼が開示しているものの、その具体的組成や種類、製造方法などについては何ら開示していないことから、例えばＪＩＳ−Ｇ４３１４「ばね用ステンレス鋼線」に示されるような汎用のＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６などのオーステナイト系ステンレス鋼を冷間加工によって同実施例に記載されるような３０μｍ程度の極細線に成形した硬質線の使用が推測される。
【０００８】
しかしながら、ステンレス鋼の強度は伸線加工等の加工硬化によって増加するが、所定以上に大きな加工率を伴うものでは、材料内部に加工歪が残留して靭性が低下し、疲労特性を低下させることとなり、特に前記汎用ステンレス鋼では、本発明が対象とする除電ブラシ用の電極材料として、強度特性と疲労特性を共に満足することはできず、その改良が望まれている。
【０００９】
すなわち従来の汎用ステンレス鋼では、引張強さ２００Ｋｇ／ｍｍ２以上の高強度にする為に、大きな加工を施したものでは線表面層など大きい引張方向の残留歪が生じ、組織的安定とともに疲労寿命を高めることが必要となる。したがって、通常の前記ステンレス鋼細線による除電ブラシでは、各給紙毎に該繊維材料は繰返し曲げを受ける際に、集束線の先端部分が曲り変形して末広がり状に塑性変形した扇状に展開したり、あるいは曲げ疲労に耐え得ない時点で破断して除電性能を低下させる他、破断した折片は機器内部の作動部内に入り込んで回転部を摩耗劣化させ、また短絡などの電気的トラブルの原因になるなど問題となっている。
【００１０】
また特許文献２による無機繊維についても、例えば導電性メッキ処理に伴う工程の付加、製造効率への影響、更にコスト面や品質面での問題もあって、未だ十分に満足するものとはなり得ていない。
【００１１】
本発明は、このような従来の金属細線による除電ブラシでの問題を解決すべく、特定組成のステンレス鋼を用いることを前提として、十分な強度と繰り返し曲げに耐えうる耐疲労性の向上を達成する除電ブラシ用の電極材料の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本件請求項１に係る発明は、組成が質量％でＣ：０．０３〜０．１５％，Ｓｉ≦１．０％，Ｍｎ≦２．０％，Ｎｉ：８．０〜１０．０％，Ｃｒ：１７．０〜２０．０％，Ｍｏ：０．１〜１．５％，Ｎ：０．０１〜０．２５％を含有し、残部が実質的に不可避不純物とＦｅでなるオーステナイト系ステンレス鋼の硬質細線の複数本が編組ピッチ３〜２０ｍｍで編組加工された集束体で構成され、かつ常温での比抵抗が１００μΩ・ｃｍ以下であることを特徴とする除電ブラシ電極用材料である。
【００１３】
請求項２に係る発明は、組成が質量％でＣ：０．０３〜０．１５％，Ｓｉ≦１．０％，Ｍｎ≦２．０％，Ｎｉ：８．０〜１０．０％，Ｃｒ：１７．０〜２０．０％，Ｍｏ：０．１〜１．５％，Ｎ：０．０１３〜０．２５％を含有し、残部が実質的に不可避不純物とＦｅでなるオーステナイト系ステンレス鋼の硬質細線でなり、かつ該硬質細線の複数本が撚りピッチ３〜２０ｍｍで撚合わされた集束体で構成され、かつ常温での比抵抗が１００μΩ・ｃｍ以下であることを特徴とする除電ブラシ電極用材料である。
【００１３】
【請求項３】
また請求項３に係る発明は、前記組成に加えて、更にＴｉ≦０．１０％，Ｎｂ≦０．０８％，Ｂ≦０．０５％の少なくとも１種以上を含有する前記硬質細線で構成されるものであり、請求項４に係る発明は、前記硬質細線は、線径（ｄ）が１０〜１００μｍで、かつ０．２％耐力：１８００Ｎ／ｍｍ２以上を有するものであり、請求項５に係る発明は、前記硬質細線は、ヤング率が１２５，０００〜１５０，０００ＭＰａを有するものであり、請求項６に係る発明は、前記集束線は、前記硬質細線が３〜３０本の前記集束で構成された前記電極用材料である。
【００１３】
さらに請求項７に係る発明は、前記集束線は、前記硬質細線の引張強さの３０〜７０％の逆張力を付加しながら、温度５００〜７００℃で加熱するテンションアニーリング処理によって、３０／１０００ｍｍ以下の真直度に型付けされたものである前記電極用材料である。
【発明の効果】
【００１４】
この構成により、本発明の前記除電ブラシ用の電極材料はステンレス鋼線の中でも特にＭｏ及びＮを添加し改良した組成のオーステナイト系ステンレス鋼硬質細線を用いて構成していることから、強度及び耐疲労特性の向上が可能となり、破断や変形などが防止でき、寿命の永い除電ブラシの提供が可能となる。特に本発明では、前記Ｍｏ，Ｎの添加によって、伸線加工前の母材ステンレス鋼の結晶粒を微細化するとともに、生地を強化して強度を高めたことから、伸線加工時には比較的少ない加工率で所定強度が得られるものとなり、その分組織的にも安定した特性となって疲労特性の改善を図ることができる。したがって、除電ブラシに用いる場合は、電極材料となる金属細線として、常温での比抵抗、線径（ｄ）、並びに材料成分に関してＭｏ及びＮ添加した特殊オーステナイト系ステンレス鋼の硬質細線で構成したものであることから、優れた弾性と疲労特性を向上し長寿命の除電ブラシを提供することができる。
【００１５】
すなわち、前記伸線加工で比較的少ない加工率で希望の高強度特性が得られることは、単に伸線作業性が向上して歩留まりが向上するばかりでなく、それによって生じる材料内部の加工歪も少なくできることから組識的に安定したものとなり、結果的に曲げ等の繰返し外力に対して優れた抵抗を示すものとなる。
【００１６】
したがって、この硬質細線の複数本をピッチ３〜２０ｍｍ程度の広幅ピッチで編組加工や撚合せ加工した集束体で構成していることから、各細線の束状態を良好に維持しながらも、使用に伴うばらけや変形などの問題も改善でき、また比抵抗が１００μｍΩｃｍ以下を有するものであることから、長寿命で良好な除電性能を持つ除電ブラシが可能となる。
【００１７】
また請求項３のように、前記ステンレス鋼に更に微量のＴｉ，Ｎｂ，Ｂ等のいずれか第三元素を添加することで、例えば結晶粒を微細化して高強度化させ、あるいはＮｂについてはＮｉとの間で金属間化合物を形成することでステンレス鋼生地をより硬化させることも可能となる。
【００１８】
したがって、硬質鋼線の線径が１０〜１００μｍと微細で、しかも耐力を１８００Ｎ／ｍｍ２と高強度化したものを用いることで、弾性に優れ繰り返し曲げにも変形しにくいブラシ電極用材料となり、またヤング率が１２５０００〜１５００００ＭＰａとすることで、さらにしなやかさを持たせることができる。
【００１９】
また前記硬質細線の３〜３０本の少本数で構成することで剛性を抑えながらも、前記材料特性との相乗効果によって、使用に伴う各細線の先端同士が複雑に絡まって団子状になることが防止でき、適度な広がりを持たせることができ除電効果はさらに向上する。
【００２０】
また請求項７によれば、前記集束体は、例えば冷間伸線後の硬質細線で集束された集束線に更に所定の逆張力を付加しながらテンションアニール処理によって真直度３０／１０００ｍｍ以下に型付けしていることから、前記集束状態を確実に維持するように構成され、取扱い性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の除電ブラシ電極用材料（以下、電極材料という）の実施形態の一例を図面を用いて説明する。
【００２２】
図１及び図２は、本発明に係る電極材料１の一例を示す拡大図であって、例えば図１では７本の硬質細線２を編組加工によってピッチＰ：３〜２０ｍｍの範囲内で編組加工した集束体３Ａの編構造を説明するために、便宜的にその長手方向の拡大率をやや小さくした状態のものとして示しており，また図２では、前記編組加工に代えてほぼ同様ピッチＰでの撚合わせによって糸状に形成した集束体３Ｂの一部を拡大している。また該集束体３Ａ，３Ｂは、通常は外径０．５ｍｍ以下程度の微小断面寸法を持つ長尺条材として製造され、前記除電ブラシとする場合は、これを所定長さ（例えば１０〜４０ｍｍ）にカットしたものが用いられる。
【００２３】
カット長さは、用いる除電ブラシの種類や用途、大きさによって任意に設定されるが、好ましくはカット状態で各細線３がばらけることなく、かつ良好な束状態を維持する前記長さとし、また真直度は３０／１０００ｍｍ以下、好ましくは２０／１０００ｍｍ以下とする。
【００２４】
なお真直度３０／１０００ｍｍとは、長さ１０００ｍｍの電極材料１０の一端を支持し、これを自然状態で垂下させた時の下端先端部と、該支持点から垂直方向に引いた垂線との間の最大離間距離が３０ｍｍであることを意味し、この値が小さいもの程良好な真直性を有するものである。
【００２５】
こうした用途に適合するものとして、本発明では、質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１５％，Ｓｉ≦１．０％，Ｍｎ≦２．０％，Ｎｉ：８．０〜１０．０％，Ｃｒ：１７．０〜２０．０％，Ｍｏ：０．１〜１．０％，Ｎ：０．０１〜０．２５％を含み、残部が実質的に不可避不純物とＦｅでなる、ＭｏとＮを複合添加したオーステナイト系ステンレス鋼でなる硬質細線２でなる集束体３で構成し、かつその常温での比抵抗が１００μΩ・ｃｍ以下の特性を備えるものとしている。
【００２６】
また前記硬質細線２は、本発明では前記集束体から抽出されるものであって、０．２％耐力（０．２σ）が１８００Ｎ／ｍｍ２以上（好ましくは２０００〜３０００Ｎ／ｍｍ２）で、かつ引張強さ（σ）との比（｛０．２σ／σ｝×１００）が８５％以上（好ましくは８５〜９５％）の強度を有するものを対象とし、この比は通常“耐力比”と呼ばれている。なお、前記０．２％耐力の測定は、例えばＪＩＳ−Ｚ２２４１『金属材料引張試験方法』に基づき所定の歪を負荷しながら引張試験をした時に描かれる応力−歪線図から、０．２％歪量に相当する応力を該細線の断面積で除した値として定義することができる。
【００２７】
すなわち、この０．２％耐力及び耐力比が共に満足するものでは、曲げ等の変形に対して大きな回復率で弾性回復することができ、長寿命の電極材料であることを意味する。またこのような特性を持つ硬質細線３は、例えば前記組成のオーステナイト系ステンレス鋼線を所定加工率（好ましくは６０〜９８％）で冷間伸線し、その集束体をさらに所定条件でテンションアニール処理することで比較的容易に得ることができる。このアニール処理の好ましい条件としては、例えば所定の冷間伸線加工によって加工硬化させ高強度にして集束した後に、該細線２の引張強さの３０〜７０％の逆張力を加えながら、例えば温度５００〜７００℃で加熱処理することで可能であり、これによって、前記集束状態はより良好に形状維持されるとともに、前記真直度を向上できることから有効な方法である。したがって、この集束体３を例えば１０〜４０ｍｍ程度の電極４に切断しても、各細線２同士の適度な絡み合いによってばらけたり抜落が防止できるとともに、高い導電性が得られる
【００２８】
また硬質細線２の比抵抗については、本発明では、常温での特性が１００μΩ・ｃｍ以下としており、これによって電気抵抗を減じ放電性能を高めるものとしている。ここで“比抵抗”は、通常“電気抵抗率”とも呼ばれるもので、単位断面積、単位長さ当たりにおける電気抵抗を意味しており、比抵抗が小さいもの程、除電性能に優れていることを示している。例えば非晶質金属では１４０μΩｃｍ、インコネルでは１２０μΩ・ｃｍであるのに対し、本発明に係る前記したＭｏ及びＮを複合添加したオーステナイト系ステンレス鋼の硬質細線では、１００μΩ・ｃｍ以下（例えば５０〜１００μΩ・ｃｍ）にすることもでき、また加工処理の条件や結晶組織の調整によって更に５０〜９０μΩ・ｃｍにすることも可能である。
【００２９】
なお、前記比抵抗が１００μΩ・ｃｍを超えるものでは、導電性が低下してより多くの電極を配置したり、集束体の集束本数を増加することが必要になり、それに伴って細線の脱落などの問題が生ずることによるものであり、その測定は例えばＪＩＳ−Ｃ２５２５など公知の方法が採用できる。また、前記するように非晶質金属によるものは既に除電ブラシとして用いられているから、これよりも低い比抵抗を持つ本発明のオーステナイト系ステンレス鋼線を除電ブラシとして使用し得るのは明らかである。
【００３０】
次に、本発明で前記硬質細線を構成するオーステナイト系ステンレス鋼の金属組成を前記範囲に限定する理由を説明する。
炭素（Ｃ）は、金属細線として所定の機械的強度、特に引張りや曲げ強さを大きくする為には少なくとも０．０３％の添加が必要があり、一方、０．１５％を越えるほどの多量添加した場合は、加工硬化が大きくなって伸線加工性を低下させるばかりでなく、炭化物を形成して断線などの原因となる。好ましくは、０．０６〜０．１２％とする。
【００３１】
けい素（Ｓｉ）は、引張強さ、硬度を高める利点があるが、１．０％を越えると靭性を低下させやすくなり、好ましくは０．２〜０．９％とし、さらにマンガン（Ｍｎ）は、オーステナイト生成元素として有効であり、また伸線加工性を向上させる利点を有するが、反面、機械的強度を低下させるなどの問題もある為に２．０％以下とし、好ましくは０．２５〜１．０％とする。
【００３２】
ニッケル（Ｎｉ）は、ステンレス鋼におけるオーステナイト組識を安定化して表面の不動態皮膜を緻密にして耐食性を向上させるとともに、材料の機械的特性例えば靭性を高める元素として不可欠であり、少なくとも８．０％の添加とするが、１０．０％を越えると伸線加工性を低下させることから８．０〜１０．０％とし、より好ましくは８．０〜９．０％である。又クロム（Ｃｒ）はステンレス鋼の中で最も多く含む基本元素であって、オーステナイト組識の形成や不動態膜の形成などにおいて有効な働きを持つものである。その為には少なくとも１７．０％以上の添加が必要となるが、反面１９．０％を越えると硬さや引張強さ、伸線加工性等を低下させることとなり、より好ましくは１８．０〜１８．６％とする。
【００３３】
モリブデン（Ｍｏ）は、生地を強化し、ステンレス鋼の耐食性や靭性を高める利点があるが、その一方でＭｏはフェライト生成元素でもあることからオーステナイトが不安定になりやすく、これを補う為にＮｉ量を増量させることが必要となる。このためＭｏ：０．１〜１．０％、好ましくは０．５〜０．７％とする。
【００３４】
さらに窒素（Ｎ）は、炭素と同様に鉄の面心立方格子中に固溶する侵入強化元素であり、結晶を微細化して強度、特に降伏点を高める利点があることから、少なくとも０．０１％以上の添加とし、一方、０．２５％を越えると伸線加工性に影響することとなる。より好ましくは０．０５〜０．２０％、さらに好ましくは０．１〜０．１６％とする。
【００３５】
このようにＭｏ，Ｎを積極的に添加することで、伸線加工前の母材ステンレス鋼の結晶粒を微細化して強度をより高めたものであり、伸線加工での比較的少ない加工率で大きな強度が得られる。従って組織的に安定して、疲労特性を改善した電極材料となりうるオーステナイト系ステンレス鋼硬質線を得ることができる。
【００３６】
なお本発明の前記硬質細線２には、更に例えばＴｉ≦０．１０％，Ｎｂ≦０．０８％，Ｂ≦０．０５％のいずれか１種以上の第三元素を添加することにより、結晶粒を微細化して更に強度アップを図ることも好ましく、一方、前記不可避不純物としては、例えばＰ≦０．０４５％，Ｓ≦０．０３％を挙げることができる。
【００３７】
また前記硬質細線３は、前記特性を持つ線径０．１ｍｍ以下（例えば１０〜１００μｍ）の極細線が用いられる。このような極細線でなることから、前記特性との相乗効果によって除電処理される被処理物、例えば種々の材質からなる、紙、シート、フィルム等の紙類が擦過によって傷などを受けることなく、かつ十分な弾性を有して被処理物に接触させために、より好ましくは例えば線径１０〜５０μｍとする。また本発明では、前記Ｎ，Ｍｏの添加によって前記耐力及びヤング率を高めるとともに、例えばヤング率を１２５，０００〜１５０，０００ＭＰａとすることができ、しなやかで弾性に優れた除電ブラシ用の電極材料として好適する。
【００３８】
このような特性のステンレス鋼線は、例えば加工率６０〜９８％程度での冷間伸線加工を行ない、かつその複数本を集束処理するとともに、さらに前記テンションアニール処理することで得られ、疲労特性を改善して寿命向上した除電ブラシ電極用材料となり、しかも本発明ではＭｏ、Ｎを添加したオーステナイト系ステンレス鋼線としているため、加工硬化を促進し伸線加工での加工率を小さくすることもでき、組織的に安定した硬質細線を可能とし、またその後の前記低温熱処理において真直性を向上させることが容易となる。
【００３９】
なお本形態では、前記したように複数本（例えば１００本以下、好ましくは３〜３０本）の前記硬質細線２を編組加工ないし撚り合せ成形することで構成しており、その成形ピッチＰを３〜２０ｍｍとしている。なおピッチとは、例えば図１他に示すように、該集束体３の長手方向における前記硬質細線２が相対応する同位置の２点間における直線長さを意味しており、この値が３ｍｍ未満のものでは、各細線２同士の拘束力が大きくなって弾性が強くなりすぎ、一方２０ｍｍを超える程大きくしたものでは、各細線２同士を限られた所定長さの中で十分に絡み合せることができないことに基づくもので、適度な拘束力と先端部のばらけを持たせ、除電効果を高めることとし、より好ましいピッチは８〜１８ｍｍ、さらに好ましくは１０〜１５ｍｍとする。
【００４０】
また集束体３の集束方法としては、例えば図１に示すような編組加工をしたもの、図２のような撚り加工をしたものが好適し、特に前者編組加工したものでは、各細線同士が複雑に入り込むことで形成されることから仮に前記ピッチを大きくしたものでも、良好な拘束が得られる。また、後者の撚り加工についても、例えば直接１次撚りだけで撚線にしたものの他、この１次撚線同士を更に撚り合せた２次撚線を用いることができ、またこの場合、前記１次撚線にすることなく単に平行状に集合させた集合線の束同士の複数を撚り合せたものとすることも好ましい。図２はこの撚り状態を示すものである。また前記集束体３では、必要に応じて例えば各細線２同士を強固に拘束する為に、例えばＰＶＡなどの糊付けを部分的に施すことも好ましい。
【００４１】
こうして処理された集束体３は前記テンションアニール処理され、所定の真直度を持つ電極材料となり、該アニール処理は、係る予め前記集束成形された集束状態を維持しながら残留歪を開放して、集束構造の維持と真直性を高めることを目的としており、その処理は例えば５００〜７００℃程度の温度で行なわれる。なお、これより低い４００℃程度までの範囲でも前記型付けはでき、また例えば４００〜４８０℃で処理したものでは耐力が２３００〜３０００Ｎ／ｍｍ２にまで高めた機械的特性とすることができるが、反面真直性がやや劣ることが懸念される。したがって、特に真直性を求めない場合はこれに限るものではない。またその処理方法としては、前記加熱温度に設定された連続炉内を前記集束体１が一定速度で通過することで達成されるが、真直性と強度を高める為により好ましくは前記逆張力を付加しながら加熱するテンションアニール法が好ましい。このとき、負荷される張力としては、例えば前記細線２の引張強さの３０〜７０％範囲内での張力が設定され加熱される。このテンションアニール法により、処理温度が低くても真直性を３０／１０００ｍｍ以下とし、また、耐力比（｛０．２％耐力／引張強さ｝×１００）を例えば８５〜９３％にまで製品品質を高めた硬質細線とすることができる。
【００４２】
こうして得られた前記集束体３は、強度、弾性に優れ、多少の取扱いの不注意があっても曲がり変形を阻止でき、耐疲労性にも優れ、長寿命の除電ブラシの提供を可能にする。また本発明の電極材料１は前記図６の中で説明したように、除電ブラシ１０の主要部材として用いられ、金属製の導電性支持体１２の片面上に所定間隔でかつ高さを揃えて配置し、例えば金属製の粘着テープ１４や粘着剤などを用いて導電性を有して取付けられ、この除電ブラシ１０で処理される被処理物（例えば印刷紙など）が電極Ａに接触することで、該被処理物中の電荷（静電気等）を機器系外に放出させることとなる。又前記支持体１２として、金属板などをＵ字状に曲げてその間に集束体１３を配置し、直接挟圧して一体化したものなど任意な方式の除電ブラシに利用される。
【実施例】
【００４３】
（１）材料と伸線加工
表１に示す実施例１〜４の組成の素材を準備した。素線径を０．１５ｍｍとし、最終温度９６０℃で軟質熱処理したものを原素材とし、これを最終加工率９８％で冷間湿式伸線加工して２５μｍの硬質極細線とした。一方、比較例としては、ＳＵＳ３０４（比較例１）とＳＵＳ３１６（ＳＵＳ３０６），及びＣｏ−Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｂ系の非晶質金属線（アモルファス）（比較例３）を用い、同様に加工処理して２５μｍとした。さらにＳＵＳ３０４ステンレス鋼線１００本を集束伸線法で細径化した集束繊維材によるもの（比較例４）を用いた。なお集束伸線法とは、金属製鞘管内に複数のＳＵＳ３０４線材を挿入した単線に束ね、伸線した後、鞘管を溶解、除去させることで得たもので、この集束伸線による繊維材料については、表面が粗雑で断面不定形であり、また靭性もやや劣るものであった。得られた各細線の特性を表２に示す。
【００４４】
【表１】
【００４５】
【表２】
【００４６】
（２）撚線加工
次に、前記加工で得られた各伸線材料について以下要領での撚り加工を行った。撚り加工は、高速撚線機（濱名鉄工（株）製）によって前記各金属細線７本をピッチ４ｍｍで撚合わせた１次撚線の３本を、該１次撚線とは逆方向にピッチ６ｍｍで撚り合して２次撚線としており、この撚り線（予備集束体）での前記金属細線は合計２１本である。なお比較例４では、細線の集合体であるトウをそのまま利用している。
【００４７】
（３）低温熱処理
各撚り線（予備集束体）について炉長２ｍの管状炉に通して、張力１５００ＭＰａを付与しながら温度６００℃（速度１０ｍ／ｍｉｎ）でテンションアニールを行ったのち引張強さ、耐力比、真直性、及び繰返し曲げに伴う疲労特性を調べた結果を表３に示している。また図３は、実施例１についてさらに測定温度間隔を狭めて６５０°Ｃまでの範囲について破断強度（Ｎ／ｍｍ２）、と真直性との変化を示したもの、さらに図４は該細線の横断面における顕微鏡組識写真を４００倍に拡大して示している。実施例１〜４は、いずれも０．２％耐力２０００Ｎ／ｍｍ２以上で、かつ８８％以上の耐力比を有し、また曲げに伴う折損もしにくいものであった。
【００４８】
【表３】
【００４９】
なお、表３において、０．２％耐力と耐力比とは、得られた撚線から金属細線１本を抜き出して引張試験し、破断した時の応力−歪線図から求めた引張強さと０．２％応力を各々断面積で除した値で示したものである。また真直性と疲労特性については、前記テンションアニール処理した撚線状態の集束体についての結果であって、真直性は前記説明した長さ１０００ｍｍの該集束体を自然状態に垂下した時の前記最大離間距離（ｍｍ）で示している。また疲労特性は、図５に示すようにチャック間距離５０ｍｍに測定試料を掛け渡して、一方を固定してもう一方を左右に１８０°繰返して曲げる試験であり、曲げ疲労によって破断するまでの曲げ回数を求めるものである。試験は、１回／秒の速度で各９０°づつ曲げていき、各９０°分を１回として数えており、各試料３点づつの平均値を示している。なお静止治具の曲げ部の半径Ｒは１ｍｍである。また参考までに、アニール温度４５０℃で処理した細線の特性も合して表３に示している。
【００５０】
更に図３に見られるように、熱処理温度５００〜６５０℃の範囲で低温熱処理すると、温度５７０℃以下の低い温度範囲では、当初強度より高い値が得られるが、反面真直性が完全ではなくやや劣る傾向があり、一方高温になるにしたがって、強度は徐々に低下するが、逆に真直性は向上するものとなる。また、前記テンションアニール処理の逆張力の効果を見る為に、温度５００℃と６００℃の２条件について張力２０００ＭＰａにまで高めてアニール処理した時の０．２％耐力と真直性についても比較したが、その結果、耐力は約１００ＭＰａ上昇し、一方真直性は前記実施例の場合に比較して２／３以下にまで向上することができた。
【００５１】
また比抵抗については、各集束体を温度２０℃の環境下でＪＩＳ−Ｃ２５２５に基づき行ったもので、測定はディジタルオームメーター（ツルガエレクトリック社製３５６３型）を用いた。その結果は表３に示され、いずれも８８〜９５μΩｃｍであり、比較例３のアモルファス合金のものより良好であった。
【００５２】
つぎに、除電ブラシとしての性能試験として、６００℃で低温熱処理したものを電極線として用いることとし、実施例３と比較例３，４の３種類の撚線について、各々長さ１５ｍｍの短繊維に切断してものを間隔１．５ｍｍ間隔でアルミ製の支持体に配置し、さらにその上面を固着テープで固定し、除電ブラシとして以下のテストを行った。
【００５３】
（試験１：通紙耐久試験）
ブラシの耐久試験（寿命試験）として、複写用連続紙をベルトサンダーに貼り付けてこれをＡ４版のＲ方向長さ換算で１２０枚／分の回転速度で回転させ、そしてこの各ブラシの毛先３ｍｍが接触する高さにセットして、換算枚数５００万枚まで連続通過させた時の繊維の曲り変形状況をテストした。又給紙時の折損脱落試験として、集束線を、支持体から３ｍｍの高さ位置まで紙類に接して前記と同じ１２０枚／分の速度で５００万回押曲げした場合の折損有無を確認した。この結果を表４に示す。前者曲り変形については各毛先数点の先端の広がり幅（ｍｍ）をスケールで求めこれを平均したものであり、また、折損結果については、試験前後における繊維本数の差を、これを当初本数で除した値の１００分率を発生率としている。
【００５４】
【表４】
【００５５】
この結果に見られるように、実施例品は他の比較例のものに比して、曲り変形が少なく、また脱落（折損）も非常に少ないことが判る。比較例３のアモルファス細線では曲り変形はあまり見られないものの、折損脱落率が１６％と高く、また比較例４の集束伸線材料は、曲り変形が大きく、また折損についてもやや大きいものであった。また、実際の除電性能を評価する為に市販の複写機に取り付けて調査したが、良好な除電効果が得られた。
【００５６】
（試験２：繊維抜け落ち試験）
ガムテープの接着面に、各除電ブラシの毛先約１ｍｍを接触させた状態で押し付け、その状態を１０秒間保持した後に引き上げて、その際のガムテープ上に残留した繊維の発生状況を見た。その結果、比較例４において４本の残留繊維が認められたが、その他ブラシについては全く残留細線は見られなかった。
【００５７】
次に、前記撚りピッチＰの影響を見る為に、実施例１の集束体について１次撚りを１０ｍｍ、２次撚りを１２ｍｍに大きくした複合撚線について、前記実施例と同様の各試験を行った。その結果、引張強さや伸び、０．２％耐力については特に大きな変化は見られなかったが、真直性が１４ｍｍでまた疲労特性は３１３回にまで向上することができた。また、この試料については、撚りピッチが大きくなったことから、長さ３０ｍｍにカットした集束体として適度な拘束が得られ、先端部のばらけも良好であり、試験１の通紙耐久試験でも、３００万回での先端広がり幅は３．１ｍｍで脱落発生率も大きな変化は見られなかった。このことから、撚りピッチを大きくしてもほぼ同様の効果が確認され、除電性能面でも特に問題は見られなかった。
【００５８】
前記実施例１のステンレス鋼線（２５μｍ）の硬質極細線の３本をピッチ８ｍｍに撚り合せ、その８本を図１のように編組加工することで試験用電極材料を作成したものであり、編組ピッチは１０ｍｍ、また編組加工後に温度６００℃で逆張力１３００ＭＰａを負荷したテンションアニール処理したものである。この試料についても、前記と同様の各試験を行ったが、本試料では各硬質細線の絡まりが前記撚りによるものに比して良好であり、線の脱落は全く見られず、また実際の除電試験も良好で１０万枚の複写ができた。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】 本発明の除電ブラシ電極用材料の一形態として、編組ピッチを比較的小さく作図した正面図である。
【図２】 本発明の除電ブラシ電極用材料の他の形態を示す正面図である。
【図３】 熱処理温度に伴う細線の引張強さの変化と、撚線の真直性の変化を例示する線図である。
【図４】 熱処理後の細線の長手方向断面の顕微鏡写真である（長辺長さ８ｃｍにて４００倍に相当する）。
【図５】 繰返し曲げ疲労試験機の概略図である。
【図６】 除電ブラシの一形態を示す正面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１ 電極材料
２ 硬質細線
３，３Ａ，３Ｂ 集束体
１０ 除電ブラシ
Ｐ ピッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、ファクシミリ等の機器、その他の静電除去の必要がある装置に用いて、紙類から静電気を除去しうる自己放電型の除電ブラシに関し、特に使用する金属細線の組成を改良して強度、繰返し疲労特性を向上し、長期の使用を可能とした除電ブラシ電極用材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば複写機、ファクシミリ、印刷機、乃至フィルム製造装置など、紙、シート、フィルム等の紙類に生じる静電気を除去する必要のある静電装置において、紙類に静電気が残留したときには、画像ムラなどのトラブルを生じることとなる。そのため、紙類から静電気を除去しそれを放電するものとして、除電ブラシが用いられている。
【０００３】
この除電ブラシは、例えば図６に示すように、放電電極となる導電性の細線１１を金属製の支持体１２に取り付けているが、通常は細線１１の複数本を集束した集束体１３を用いるとともに、これを等間隔Ｈに配置して前記支持体１２の面上に固着しており、その固着方法として、例えば固着用テープ１４を貼付する方法が広く採用されている。
【０００４】
このような除電ブラシ１０は、その使用に際して、送給される静電気を帯有した紙類と接するよう設置し、細線１１を介して金属製の支持体１２から機器本体のアース線を経て機器外部に放出させ除電する。ここで除電をより確実に行う為には、前記紙類を細線１１に十分に接触させる必要があることから、紙類は細線１１を大きく押し曲げる状態で送給され、その結果、細線は紙類が送給される毎に繰返し曲げ変形を受けることとなる。
【０００５】
この除電ブラシ１０に関し、特許文献１は、２００Ｋｇ／ｍｍ２以上の強度を有する金属繊維からなるより線を放電電極として用い、これを導電性固定台に固定するものを開示しており、前記金属繊維について、例えば鉄合金やＴｉ−Ｎｉ合金、Ｎｉ合金、Ｃｏ合金、ＷやＭｏ及びそれらの合金の結晶質金属繊維、更に２５０Ｋｇ／ｍｍ２以上の高強度を有する鉄族基の非晶質金属繊維を例示するとともに、この素線の３０倍以上のより長さで撚り合わせるものとしている。また特許文献２は、前記細線について、カーボン繊維、導電性メッキ糸、染色糸等による無機繊維を収束したものを記載している。
【０００６】
【特許文献１】 特開平６−１５１０８７号公報
【特許文献２】 特開平３−１２１００９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように特許文献１は引張強さ２００Ｋｇ／ｍｍ２以上の金属繊維の１つとしてステンレス鋼が開示しているものの、その具体的組成や種類、製造方法などについては何ら開示していないことから、例えばＪＩＳ−Ｇ４３１４「ばね用ステンレス鋼線」に示されるような汎用のＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６などのオーステナイト系ステンレス鋼を冷間加工によって同実施例に記載されるような３０μｍ程度の極細線に成形した硬質線の使用が推測される。
【０００８】
しかしながら、ステンレス鋼の強度は伸線加工等の加工硬化によって増加するが、所定以上に大きな加工率を伴うものでは、材料内部に加工歪が残留して靭性が低下し、疲労特性を低下させることとなり、特に前記汎用ステンレス鋼では、本発明が対象とする除電ブラシ用の電極材料として、強度特性と疲労特性を共に満足することはできず、その改良が望まれている。
【０００９】
すなわち従来の汎用ステンレス鋼では、引張強さ２００Ｋｇ／ｍｍ２以上の高強度にする為に、大きな加工を施したものでは線表面層など大きい引張方向の残留歪が生じ、組織的安定とともに疲労寿命を高めることが必要となる。したがって、通常の前記ステンレス鋼細線による除電ブラシでは、各給紙毎に該繊維材料は繰返し曲げを受ける際に、集束線の先端部分が曲り変形して末広がり状に塑性変形した扇状に展開したり、あるいは曲げ疲労に耐え得ない時点で破断して除電性能を低下させる他、破断した折片は機器内部の作動部内に入り込んで回転部を摩耗劣化させ、また短絡などの電気的トラブルの原因になるなど問題となっている。
【００１０】
また特許文献２による無機繊維についても、例えば導電性メッキ処理に伴う工程の付加、製造効率への影響、更にコスト面や品質面での問題もあって、未だ十分に満足するものとはなり得ていない。
【００１１】
本発明は、このような従来の金属細線による除電ブラシでの問題を解決すべく、特定組成のステンレス鋼を用いることを前提として、十分な強度と繰り返し曲げに耐えうる耐疲労性の向上を達成する除電ブラシ用の電極材料の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本件請求項１に係る発明は、組成が質量％でＣ：０．０３〜０．１５％，Ｓｉ≦１．０％，Ｍｎ≦２．０％，Ｎｉ：８．０〜１０．０％，Ｃｒ：１７．０〜２０．０％，Ｍｏ：０．１〜１．５％，Ｎ：０．０１〜０．２５％を含有し、残部が実質的に不可避不純物とＦｅでなるオーステナイト系ステンレス鋼の硬質細線の複数本が編組ピッチ３〜２０ｍｍで編組加工された集束体で構成され、かつ常温での比抵抗が１００μΩ・ｃｍ以下であることを特徴とする除電ブラシ電極用材料である。
【００１３】
請求項２に係る発明は、組成が質量％でＣ：０．０３〜０．１５％，Ｓｉ≦１．０％，Ｍｎ≦２．０％，Ｎｉ：８．０〜１０．０％，Ｃｒ：１７．０〜２０．０％，Ｍｏ：０．１〜１．５％，Ｎ：０．０１３〜０．２５％を含有し、残部が実質的に不可避不純物とＦｅでなるオーステナイト系ステンレス鋼の硬質細線でなり、かつ該硬質細線の複数本が撚りピッチ３〜２０ｍｍで撚合わされた集束体で構成され、かつ常温での比抵抗が１００μΩ・ｃｍ以下であることを特徴とする除電ブラシ電極用材料である。
【００１３】
【請求項３】
また請求項３に係る発明は、前記組成に加えて、更にＴｉ≦０．１０％，Ｎｂ≦０．０８％，Ｂ≦０．０５％の少なくとも１種以上を含有する前記硬質細線で構成されるものであり、請求項４に係る発明は、前記硬質細線は、線径（ｄ）が１０〜１００μｍで、かつ０．２％耐力：１８００Ｎ／ｍｍ２以上を有するものであり、請求項５に係る発明は、前記硬質細線は、ヤング率が１２５，０００〜１５０，０００ＭＰａを有するものであり、請求項６に係る発明は、前記集束線は、前記硬質細線が３〜３０本の前記集束で構成された前記電極用材料である。
【００１３】
さらに請求項７に係る発明は、前記集束線は、前記硬質細線の引張強さの３０〜７０％の逆張力を付加しながら、温度５００〜７００℃で加熱するテンションアニーリング処理によって、３０／１０００ｍｍ以下の真直度に型付けされたものである前記電極用材料である。
【発明の効果】
【００１４】
この構成により、本発明の前記除電ブラシ用の電極材料はステンレス鋼線の中でも特にＭｏ及びＮを添加し改良した組成のオーステナイト系ステンレス鋼硬質細線を用いて構成していることから、強度及び耐疲労特性の向上が可能となり、破断や変形などが防止でき、寿命の永い除電ブラシの提供が可能となる。特に本発明では、前記Ｍｏ，Ｎの添加によって、伸線加工前の母材ステンレス鋼の結晶粒を微細化するとともに、生地を強化して強度を高めたことから、伸線加工時には比較的少ない加工率で所定強度が得られるものとなり、その分組織的にも安定した特性となって疲労特性の改善を図ることができる。したがって、除電ブラシに用いる場合は、電極材料となる金属細線として、常温での比抵抗、線径（ｄ）、並びに材料成分に関してＭｏ及びＮ添加した特殊オーステナイト系ステンレス鋼の硬質細線で構成したものであることから、優れた弾性と疲労特性を向上し長寿命の除電ブラシを提供することができる。
【００１５】
すなわち、前記伸線加工で比較的少ない加工率で希望の高強度特性が得られることは、単に伸線作業性が向上して歩留まりが向上するばかりでなく、それによって生じる材料内部の加工歪も少なくできることから組識的に安定したものとなり、結果的に曲げ等の繰返し外力に対して優れた抵抗を示すものとなる。
【００１６】
したがって、この硬質細線の複数本をピッチ３〜２０ｍｍ程度の広幅ピッチで編組加工や撚合せ加工した集束体で構成していることから、各細線の束状態を良好に維持しながらも、使用に伴うばらけや変形などの問題も改善でき、また比抵抗が１００μｍΩｃｍ以下を有するものであることから、長寿命で良好な除電性能を持つ除電ブラシが可能となる。
【００１７】
また請求項３のように、前記ステンレス鋼に更に微量のＴｉ，Ｎｂ，Ｂ等のいずれか第三元素を添加することで、例えば結晶粒を微細化して高強度化させ、あるいはＮｂについてはＮｉとの間で金属間化合物を形成することでステンレス鋼生地をより硬化させることも可能となる。
【００１８】
したがって、硬質鋼線の線径が１０〜１００μｍと微細で、しかも耐力を１８００Ｎ／ｍｍ２と高強度化したものを用いることで、弾性に優れ繰り返し曲げにも変形しにくいブラシ電極用材料となり、またヤング率が１２５０００〜１５００００ＭＰａとすることで、さらにしなやかさを持たせることができる。
【００１９】
また前記硬質細線の３〜３０本の少本数で構成することで剛性を抑えながらも、前記材料特性との相乗効果によって、使用に伴う各細線の先端同士が複雑に絡まって団子状になることが防止でき、適度な広がりを持たせることができ除電効果はさらに向上する。
【００２０】
また請求項７によれば、前記集束体は、例えば冷間伸線後の硬質細線で集束された集束線に更に所定の逆張力を付加しながらテンションアニール処理によって真直度３０／１０００ｍｍ以下に型付けしていることから、前記集束状態を確実に維持するように構成され、取扱い性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の除電ブラシ電極用材料（以下、電極材料という）の実施形態の一例を図面を用いて説明する。
【００２２】
図１及び図２は、本発明に係る電極材料１の一例を示す拡大図であって、例えば図１では７本の硬質細線２を編組加工によってピッチＰ：３〜２０ｍｍの範囲内で編組加工した集束体３Ａの編構造を説明するために、便宜的にその長手方向の拡大率をやや小さくした状態のものとして示しており，また図２では、前記編組加工に代えてほぼ同様ピッチＰでの撚合わせによって糸状に形成した集束体３Ｂの一部を拡大している。また該集束体３Ａ，３Ｂは、通常は外径０．５ｍｍ以下程度の微小断面寸法を持つ長尺条材として製造され、前記除電ブラシとする場合は、これを所定長さ（例えば１０〜４０ｍｍ）にカットしたものが用いられる。
【００２３】
カット長さは、用いる除電ブラシの種類や用途、大きさによって任意に設定されるが、好ましくはカット状態で各細線３がばらけることなく、かつ良好な束状態を維持する前記長さとし、また真直度は３０／１０００ｍｍ以下、好ましくは２０／１０００ｍｍ以下とする。
【００２４】
なお真直度３０／１０００ｍｍとは、長さ１０００ｍｍの電極材料１０の一端を支持し、これを自然状態で垂下させた時の下端先端部と、該支持点から垂直方向に引いた垂線との間の最大離間距離が３０ｍｍであることを意味し、この値が小さいもの程良好な真直性を有するものである。
【００２５】
こうした用途に適合するものとして、本発明では、質量％で、Ｃ：０．０３〜０．１５％，Ｓｉ≦１．０％，Ｍｎ≦２．０％，Ｎｉ：８．０〜１０．０％，Ｃｒ：１７．０〜２０．０％，Ｍｏ：０．１〜１．０％，Ｎ：０．０１〜０．２５％を含み、残部が実質的に不可避不純物とＦｅでなる、ＭｏとＮを複合添加したオーステナイト系ステンレス鋼でなる硬質細線２でなる集束体３で構成し、かつその常温での比抵抗が１００μΩ・ｃｍ以下の特性を備えるものとしている。
【００２６】
また前記硬質細線２は、本発明では前記集束体から抽出されるものであって、０．２％耐力（０．２σ）が１８００Ｎ／ｍｍ２以上（好ましくは２０００〜３０００Ｎ／ｍｍ２）で、かつ引張強さ（σ）との比（｛０．２σ／σ｝×１００）が８５％以上（好ましくは８５〜９５％）の強度を有するものを対象とし、この比は通常“耐力比”と呼ばれている。なお、前記０．２％耐力の測定は、例えばＪＩＳ−Ｚ２２４１『金属材料引張試験方法』に基づき所定の歪を負荷しながら引張試験をした時に描かれる応力−歪線図から、０．２％歪量に相当する応力を該細線の断面積で除した値として定義することができる。
【００２７】
すなわち、この０．２％耐力及び耐力比が共に満足するものでは、曲げ等の変形に対して大きな回復率で弾性回復することができ、長寿命の電極材料であることを意味する。またこのような特性を持つ硬質細線３は、例えば前記組成のオーステナイト系ステンレス鋼線を所定加工率（好ましくは６０〜９８％）で冷間伸線し、その集束体をさらに所定条件でテンションアニール処理することで比較的容易に得ることができる。このアニール処理の好ましい条件としては、例えば所定の冷間伸線加工によって加工硬化させ高強度にして集束した後に、該細線２の引張強さの３０〜７０％の逆張力を加えながら、例えば温度５００〜７００℃で加熱処理することで可能であり、これによって、前記集束状態はより良好に形状維持されるとともに、前記真直度を向上できることから有効な方法である。したがって、この集束体３を例えば１０〜４０ｍｍ程度の電極４に切断しても、各細線２同士の適度な絡み合いによってばらけたり抜落が防止できるとともに、高い導電性が得られる
【００２８】
また硬質細線２の比抵抗については、本発明では、常温での特性が１００μΩ・ｃｍ以下としており、これによって電気抵抗を減じ放電性能を高めるものとしている。ここで“比抵抗”は、通常“電気抵抗率”とも呼ばれるもので、単位断面積、単位長さ当たりにおける電気抵抗を意味しており、比抵抗が小さいもの程、除電性能に優れていることを示している。例えば非晶質金属では１４０μΩｃｍ、インコネルでは１２０μΩ・ｃｍであるのに対し、本発明に係る前記したＭｏ及びＮを複合添加したオーステナイト系ステンレス鋼の硬質細線では、１００μΩ・ｃｍ以下（例えば５０〜１００μΩ・ｃｍ）にすることもでき、また加工処理の条件や結晶組織の調整によって更に５０〜９０μΩ・ｃｍにすることも可能である。
【００２９】
なお、前記比抵抗が１００μΩ・ｃｍを超えるものでは、導電性が低下してより多くの電極を配置したり、集束体の集束本数を増加することが必要になり、それに伴って細線の脱落などの問題が生ずることによるものであり、その測定は例えばＪＩＳ−Ｃ２５２５など公知の方法が採用できる。また、前記するように非晶質金属によるものは既に除電ブラシとして用いられているから、これよりも低い比抵抗を持つ本発明のオーステナイト系ステンレス鋼線を除電ブラシとして使用し得るのは明らかである。
【００３０】
次に、本発明で前記硬質細線を構成するオーステナイト系ステンレス鋼の金属組成を前記範囲に限定する理由を説明する。
炭素（Ｃ）は、金属細線として所定の機械的強度、特に引張りや曲げ強さを大きくする為には少なくとも０．０３％の添加が必要があり、一方、０．１５％を越えるほどの多量添加した場合は、加工硬化が大きくなって伸線加工性を低下させるばかりでなく、炭化物を形成して断線などの原因となる。好ましくは、０．０６〜０．１２％とする。
【００３１】
けい素（Ｓｉ）は、引張強さ、硬度を高める利点があるが、１．０％を越えると靭性を低下させやすくなり、好ましくは０．２〜０．９％とし、さらにマンガン（Ｍｎ）は、オーステナイト生成元素として有効であり、また伸線加工性を向上させる利点を有するが、反面、機械的強度を低下させるなどの問題もある為に２．０％以下とし、好ましくは０．２５〜１．０％とする。
【００３２】
ニッケル（Ｎｉ）は、ステンレス鋼におけるオーステナイト組識を安定化して表面の不動態皮膜を緻密にして耐食性を向上させるとともに、材料の機械的特性例えば靭性を高める元素として不可欠であり、少なくとも８．０％の添加とするが、１０．０％を越えると伸線加工性を低下させることから８．０〜１０．０％とし、より好ましくは８．０〜９．０％である。又クロム（Ｃｒ）はステンレス鋼の中で最も多く含む基本元素であって、オーステナイト組識の形成や不動態膜の形成などにおいて有効な働きを持つものである。その為には少なくとも１７．０％以上の添加が必要となるが、反面１９．０％を越えると硬さや引張強さ、伸線加工性等を低下させることとなり、より好ましくは１８．０〜１８．６％とする。
【００３３】
モリブデン（Ｍｏ）は、生地を強化し、ステンレス鋼の耐食性や靭性を高める利点があるが、その一方でＭｏはフェライト生成元素でもあることからオーステナイトが不安定になりやすく、これを補う為にＮｉ量を増量させることが必要となる。このためＭｏ：０．１〜１．０％、好ましくは０．５〜０．７％とする。
【００３４】
さらに窒素（Ｎ）は、炭素と同様に鉄の面心立方格子中に固溶する侵入強化元素であり、結晶を微細化して強度、特に降伏点を高める利点があることから、少なくとも０．０１％以上の添加とし、一方、０．２５％を越えると伸線加工性に影響することとなる。より好ましくは０．０５〜０．２０％、さらに好ましくは０．１〜０．１６％とする。
【００３５】
このようにＭｏ，Ｎを積極的に添加することで、伸線加工前の母材ステンレス鋼の結晶粒を微細化して強度をより高めたものであり、伸線加工での比較的少ない加工率で大きな強度が得られる。従って組織的に安定して、疲労特性を改善した電極材料となりうるオーステナイト系ステンレス鋼硬質線を得ることができる。
【００３６】
なお本発明の前記硬質細線２には、更に例えばＴｉ≦０．１０％，Ｎｂ≦０．０８％，Ｂ≦０．０５％のいずれか１種以上の第三元素を添加することにより、結晶粒を微細化して更に強度アップを図ることも好ましく、一方、前記不可避不純物としては、例えばＰ≦０．０４５％，Ｓ≦０．０３％を挙げることができる。
【００３７】
また前記硬質細線３は、前記特性を持つ線径０．１ｍｍ以下（例えば１０〜１００μｍ）の極細線が用いられる。このような極細線でなることから、前記特性との相乗効果によって除電処理される被処理物、例えば種々の材質からなる、紙、シート、フィルム等の紙類が擦過によって傷などを受けることなく、かつ十分な弾性を有して被処理物に接触させために、より好ましくは例えば線径１０〜５０μｍとする。また本発明では、前記Ｎ，Ｍｏの添加によって前記耐力及びヤング率を高めるとともに、例えばヤング率を１２５，０００〜１５０，０００ＭＰａとすることができ、しなやかで弾性に優れた除電ブラシ用の電極材料として好適する。
【００３８】
このような特性のステンレス鋼線は、例えば加工率６０〜９８％程度での冷間伸線加工を行ない、かつその複数本を集束処理するとともに、さらに前記テンションアニール処理することで得られ、疲労特性を改善して寿命向上した除電ブラシ電極用材料となり、しかも本発明ではＭｏ、Ｎを添加したオーステナイト系ステンレス鋼線としているため、加工硬化を促進し伸線加工での加工率を小さくすることもでき、組織的に安定した硬質細線を可能とし、またその後の前記低温熱処理において真直性を向上させることが容易となる。
【００３９】
なお本形態では、前記したように複数本（例えば１００本以下、好ましくは３〜３０本）の前記硬質細線２を編組加工ないし撚り合せ成形することで構成しており、その成形ピッチＰを３〜２０ｍｍとしている。なおピッチとは、例えば図１他に示すように、該集束体３の長手方向における前記硬質細線２が相対応する同位置の２点間における直線長さを意味しており、この値が３ｍｍ未満のものでは、各細線２同士の拘束力が大きくなって弾性が強くなりすぎ、一方２０ｍｍを超える程大きくしたものでは、各細線２同士を限られた所定長さの中で十分に絡み合せることができないことに基づくもので、適度な拘束力と先端部のばらけを持たせ、除電効果を高めることとし、より好ましいピッチは８〜１８ｍｍ、さらに好ましくは１０〜１５ｍｍとする。
【００４０】
また集束体３の集束方法としては、例えば図１に示すような編組加工をしたもの、図２のような撚り加工をしたものが好適し、特に前者編組加工したものでは、各細線同士が複雑に入り込むことで形成されることから仮に前記ピッチを大きくしたものでも、良好な拘束が得られる。また、後者の撚り加工についても、例えば直接１次撚りだけで撚線にしたものの他、この１次撚線同士を更に撚り合せた２次撚線を用いることができ、またこの場合、前記１次撚線にすることなく単に平行状に集合させた集合線の束同士の複数を撚り合せたものとすることも好ましい。図２はこの撚り状態を示すものである。また前記集束体３では、必要に応じて例えば各細線２同士を強固に拘束する為に、例えばＰＶＡなどの糊付けを部分的に施すことも好ましい。
【００４１】
こうして処理された集束体３は前記テンションアニール処理され、所定の真直度を持つ電極材料となり、該アニール処理は、係る予め前記集束成形された集束状態を維持しながら残留歪を開放して、集束構造の維持と真直性を高めることを目的としており、その処理は例えば５００〜７００℃程度の温度で行なわれる。なお、これより低い４００℃程度までの範囲でも前記型付けはでき、また例えば４００〜４８０℃で処理したものでは耐力が２３００〜３０００Ｎ／ｍｍ２にまで高めた機械的特性とすることができるが、反面真直性がやや劣ることが懸念される。したがって、特に真直性を求めない場合はこれに限るものではない。またその処理方法としては、前記加熱温度に設定された連続炉内を前記集束体１が一定速度で通過することで達成されるが、真直性と強度を高める為により好ましくは前記逆張力を付加しながら加熱するテンションアニール法が好ましい。このとき、負荷される張力としては、例えば前記細線２の引張強さの３０〜７０％範囲内での張力が設定され加熱される。このテンションアニール法により、処理温度が低くても真直性を３０／１０００ｍｍ以下とし、また、耐力比（｛０．２％耐力／引張強さ｝×１００）を例えば８５〜９３％にまで製品品質を高めた硬質細線とすることができる。
【００４２】
こうして得られた前記集束体３は、強度、弾性に優れ、多少の取扱いの不注意があっても曲がり変形を阻止でき、耐疲労性にも優れ、長寿命の除電ブラシの提供を可能にする。また本発明の電極材料１は前記図６の中で説明したように、除電ブラシ１０の主要部材として用いられ、金属製の導電性支持体１２の片面上に所定間隔でかつ高さを揃えて配置し、例えば金属製の粘着テープ１４や粘着剤などを用いて導電性を有して取付けられ、この除電ブラシ１０で処理される被処理物（例えば印刷紙など）が電極Ａに接触することで、該被処理物中の電荷（静電気等）を機器系外に放出させることとなる。又前記支持体１２として、金属板などをＵ字状に曲げてその間に集束体１３を配置し、直接挟圧して一体化したものなど任意な方式の除電ブラシに利用される。
【実施例】
【００４３】
（１）材料と伸線加工
表１に示す実施例１〜４の組成の素材を準備した。素線径を０．１５ｍｍとし、最終温度９６０℃で軟質熱処理したものを原素材とし、これを最終加工率９８％で冷間湿式伸線加工して２５μｍの硬質極細線とした。一方、比較例としては、ＳＵＳ３０４（比較例１）とＳＵＳ３１６（ＳＵＳ３０６），及びＣｏ−Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｂ系の非晶質金属線（アモルファス）（比較例３）を用い、同様に加工処理して２５μｍとした。さらにＳＵＳ３０４ステンレス鋼線１００本を集束伸線法で細径化した集束繊維材によるもの（比較例４）を用いた。なお集束伸線法とは、金属製鞘管内に複数のＳＵＳ３０４線材を挿入した単線に束ね、伸線した後、鞘管を溶解、除去させることで得たもので、この集束伸線による繊維材料については、表面が粗雑で断面不定形であり、また靭性もやや劣るものであった。得られた各細線の特性を表２に示す。
【００４４】
【表１】
【００４５】
【表２】
【００４６】
（２）撚線加工
次に、前記加工で得られた各伸線材料について以下要領での撚り加工を行った。撚り加工は、高速撚線機（濱名鉄工（株）製）によって前記各金属細線７本をピッチ４ｍｍで撚合わせた１次撚線の３本を、該１次撚線とは逆方向にピッチ６ｍｍで撚り合して２次撚線としており、この撚り線（予備集束体）での前記金属細線は合計２１本である。なお比較例４では、細線の集合体であるトウをそのまま利用している。
【００４７】
（３）低温熱処理
各撚り線（予備集束体）について炉長２ｍの管状炉に通して、張力１５００ＭＰａを付与しながら温度６００℃（速度１０ｍ／ｍｉｎ）でテンションアニールを行ったのち引張強さ、耐力比、真直性、及び繰返し曲げに伴う疲労特性を調べた結果を表３に示している。また図３は、実施例１についてさらに測定温度間隔を狭めて６５０°Ｃまでの範囲について破断強度（Ｎ／ｍｍ２）、と真直性との変化を示したもの、さらに図４は該細線の横断面における顕微鏡組識写真を４００倍に拡大して示している。実施例１〜４は、いずれも０．２％耐力２０００Ｎ／ｍｍ２以上で、かつ８８％以上の耐力比を有し、また曲げに伴う折損もしにくいものであった。
【００４８】
【表３】
【００４９】
なお、表３において、０．２％耐力と耐力比とは、得られた撚線から金属細線１本を抜き出して引張試験し、破断した時の応力−歪線図から求めた引張強さと０．２％応力を各々断面積で除した値で示したものである。また真直性と疲労特性については、前記テンションアニール処理した撚線状態の集束体についての結果であって、真直性は前記説明した長さ１０００ｍｍの該集束体を自然状態に垂下した時の前記最大離間距離（ｍｍ）で示している。また疲労特性は、図５に示すようにチャック間距離５０ｍｍに測定試料を掛け渡して、一方を固定してもう一方を左右に１８０°繰返して曲げる試験であり、曲げ疲労によって破断するまでの曲げ回数を求めるものである。試験は、１回／秒の速度で各９０°づつ曲げていき、各９０°分を１回として数えており、各試料３点づつの平均値を示している。なお静止治具の曲げ部の半径Ｒは１ｍｍである。また参考までに、アニール温度４５０℃で処理した細線の特性も合して表３に示している。
【００５０】
更に図３に見られるように、熱処理温度５００〜６５０℃の範囲で低温熱処理すると、温度５７０℃以下の低い温度範囲では、当初強度より高い値が得られるが、反面真直性が完全ではなくやや劣る傾向があり、一方高温になるにしたがって、強度は徐々に低下するが、逆に真直性は向上するものとなる。また、前記テンションアニール処理の逆張力の効果を見る為に、温度５００℃と６００℃の２条件について張力２０００ＭＰａにまで高めてアニール処理した時の０．２％耐力と真直性についても比較したが、その結果、耐力は約１００ＭＰａ上昇し、一方真直性は前記実施例の場合に比較して２／３以下にまで向上することができた。
【００５１】
また比抵抗については、各集束体を温度２０℃の環境下でＪＩＳ−Ｃ２５２５に基づき行ったもので、測定はディジタルオームメーター（ツルガエレクトリック社製３５６３型）を用いた。その結果は表３に示され、いずれも８８〜９５μΩｃｍであり、比較例３のアモルファス合金のものより良好であった。
【００５２】
つぎに、除電ブラシとしての性能試験として、６００℃で低温熱処理したものを電極線として用いることとし、実施例３と比較例３，４の３種類の撚線について、各々長さ１５ｍｍの短繊維に切断してものを間隔１．５ｍｍ間隔でアルミ製の支持体に配置し、さらにその上面を固着テープで固定し、除電ブラシとして以下のテストを行った。
【００５３】
（試験１：通紙耐久試験）
ブラシの耐久試験（寿命試験）として、複写用連続紙をベルトサンダーに貼り付けてこれをＡ４版のＲ方向長さ換算で１２０枚／分の回転速度で回転させ、そしてこの各ブラシの毛先３ｍｍが接触する高さにセットして、換算枚数５００万枚まで連続通過させた時の繊維の曲り変形状況をテストした。又給紙時の折損脱落試験として、集束線を、支持体から３ｍｍの高さ位置まで紙類に接して前記と同じ１２０枚／分の速度で５００万回押曲げした場合の折損有無を確認した。この結果を表４に示す。前者曲り変形については各毛先数点の先端の広がり幅（ｍｍ）をスケールで求めこれを平均したものであり、また、折損結果については、試験前後における繊維本数の差を、これを当初本数で除した値の１００分率を発生率としている。
【００５４】
【表４】
【００５５】
この結果に見られるように、実施例品は他の比較例のものに比して、曲り変形が少なく、また脱落（折損）も非常に少ないことが判る。比較例３のアモルファス細線では曲り変形はあまり見られないものの、折損脱落率が１６％と高く、また比較例４の集束伸線材料は、曲り変形が大きく、また折損についてもやや大きいものであった。また、実際の除電性能を評価する為に市販の複写機に取り付けて調査したが、良好な除電効果が得られた。
【００５６】
（試験２：繊維抜け落ち試験）
ガムテープの接着面に、各除電ブラシの毛先約１ｍｍを接触させた状態で押し付け、その状態を１０秒間保持した後に引き上げて、その際のガムテープ上に残留した繊維の発生状況を見た。その結果、比較例４において４本の残留繊維が認められたが、その他ブラシについては全く残留細線は見られなかった。
【００５７】
次に、前記撚りピッチＰの影響を見る為に、実施例１の集束体について１次撚りを１０ｍｍ、２次撚りを１２ｍｍに大きくした複合撚線について、前記実施例と同様の各試験を行った。その結果、引張強さや伸び、０．２％耐力については特に大きな変化は見られなかったが、真直性が１４ｍｍでまた疲労特性は３１３回にまで向上することができた。また、この試料については、撚りピッチが大きくなったことから、長さ３０ｍｍにカットした集束体として適度な拘束が得られ、先端部のばらけも良好であり、試験１の通紙耐久試験でも、３００万回での先端広がり幅は３．１ｍｍで脱落発生率も大きな変化は見られなかった。このことから、撚りピッチを大きくしてもほぼ同様の効果が確認され、除電性能面でも特に問題は見られなかった。
【００５８】
前記実施例１のステンレス鋼線（２５μｍ）の硬質極細線の３本をピッチ８ｍｍに撚り合せ、その８本を図１のように編組加工することで試験用電極材料を作成したものであり、編組ピッチは１０ｍｍ、また編組加工後に温度６００℃で逆張力１３００ＭＰａを負荷したテンションアニール処理したものである。この試料についても、前記と同様の各試験を行ったが、本試料では各硬質細線の絡まりが前記撚りによるものに比して良好であり、線の脱落は全く見られず、また実際の除電試験も良好で１０万枚の複写ができた。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】 本発明の除電ブラシ電極用材料の一形態として、編組ピッチを比較的小さく作図した正面図である。
【図２】 本発明の除電ブラシ電極用材料の他の形態を示す正面図である。
【図３】 熱処理温度に伴う細線の引張強さの変化と、撚線の真直性の変化を例示する線図である。
【図４】 熱処理後の細線の長手方向断面の顕微鏡写真である（長辺長さ８ｃｍにて４００倍に相当する）。
【図５】 繰返し曲げ疲労試験機の概略図である。
【図６】 除電ブラシの一形態を示す正面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１ 電極材料
２ 硬質細線
３，３Ａ，３Ｂ 集束体
１０ 除電ブラシ
Ｐ ピッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成が質量％でＣ：０．０３〜０．１５％，Ｓｉ≦１．０％，Ｍｎ≦２．０％，Ｎｉ：８．０〜１０．０％，Ｃｒ：１７．０〜２０．０％，Ｍｏ：０．１〜１．５％，Ｎ：０．０１〜０．２５％を含有し、残部が実質的に不可避不純物とＦｅでなるオーステナイト系ステンレス鋼の硬質細線の複数本が編組ピッチ３〜２０ｍｍで編組加工された集束体で構成され、かつ常温での比抵抗が１００μΩ・ｃｍ以下であることを特徴とする除電ブラシ電極用材料。
【請求項２】
組成が質量％でＣ：０．０３〜０．１５％，Ｓｉ≦１．０％，Ｍｎ≦２．０％，Ｎｉ：８．０〜１０．０％，Ｃｒ：１７．０〜２０．０％，Ｍｏ：０．１〜１．５％，Ｎ：０．０１〜０．２５％を含有し、残部が実質的に不可避不純物とＦｅでなるオーステナイト系ステンレス鋼の硬質細線の複数本が撚りピッチ３〜２０ｍｍで撚合わされた集束体で構成され、かつ常温での比抵抗が１００μΩ・ｃｍ以下であることを特徴とする除電ブラシ電極用材料。
【請求項３】
前記硬質細線は、前記組成に加えて、更にＴｉ≦０．１０％，Ｎｂ≦０．０８％，Ｂ≦０．０５％の少なくとも１種以上を含有するものである請求項１又は請求項２に記載の除電ブラシ電極用材料。
【請求項４】
前記硬質細線は、線径（ｄ）が１０〜１００μｍで、かつ０．２％耐力：１８００Ｎ／ｍｍ２以上を有するものである請求項１〜３のいずれかに記載の除電ブラシ電極用材料。
【請求項５】
前記硬質細線は、ヤング率：１２５，０００〜１５０，０００ＭＰａである請求項１〜４のいずれかに記載の除電ブラシ電極用材料。
【請求項６】
前記集束体は、前記硬質細線が３〜３０本の前記集束で構成されたものである請求項４又は請求項５に記載の除電ブラシ電極用材料。
【請求項７】
前記集束体は、前記硬質細線の引張強さの３０〜７０％の逆張力を付加しながら、温度５００〜７００℃で加熱するテンションアニーリング処理によって、３０／１０００ｍｍ以下の真直度に型付けされたものである請求項６に記載の除電ブラシ電極用材料。
【請求項１】
組成が質量％でＣ：０．０３〜０．１５％，Ｓｉ≦１．０％，Ｍｎ≦２．０％，Ｎｉ：８．０〜１０．０％，Ｃｒ：１７．０〜２０．０％，Ｍｏ：０．１〜１．５％，Ｎ：０．０１〜０．２５％を含有し、残部が実質的に不可避不純物とＦｅでなるオーステナイト系ステンレス鋼の硬質細線の複数本が編組ピッチ３〜２０ｍｍで編組加工された集束体で構成され、かつ常温での比抵抗が１００μΩ・ｃｍ以下であることを特徴とする除電ブラシ電極用材料。
【請求項２】
組成が質量％でＣ：０．０３〜０．１５％，Ｓｉ≦１．０％，Ｍｎ≦２．０％，Ｎｉ：８．０〜１０．０％，Ｃｒ：１７．０〜２０．０％，Ｍｏ：０．１〜１．５％，Ｎ：０．０１〜０．２５％を含有し、残部が実質的に不可避不純物とＦｅでなるオーステナイト系ステンレス鋼の硬質細線の複数本が撚りピッチ３〜２０ｍｍで撚合わされた集束体で構成され、かつ常温での比抵抗が１００μΩ・ｃｍ以下であることを特徴とする除電ブラシ電極用材料。
【請求項３】
前記硬質細線は、前記組成に加えて、更にＴｉ≦０．１０％，Ｎｂ≦０．０８％，Ｂ≦０．０５％の少なくとも１種以上を含有するものである請求項１又は請求項２に記載の除電ブラシ電極用材料。
【請求項４】
前記硬質細線は、線径（ｄ）が１０〜１００μｍで、かつ０．２％耐力：１８００Ｎ／ｍｍ２以上を有するものである請求項１〜３のいずれかに記載の除電ブラシ電極用材料。
【請求項５】
前記硬質細線は、ヤング率：１２５，０００〜１５０，０００ＭＰａである請求項１〜４のいずれかに記載の除電ブラシ電極用材料。
【請求項６】
前記集束体は、前記硬質細線が３〜３０本の前記集束で構成されたものである請求項４又は請求項５に記載の除電ブラシ電極用材料。
【請求項７】
前記集束体は、前記硬質細線の引張強さの３０〜７０％の逆張力を付加しながら、温度５００〜７００℃で加熱するテンションアニーリング処理によって、３０／１０００ｍｍ以下の真直度に型付けされたものである請求項６に記載の除電ブラシ電極用材料。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−１０７０８４（Ｐ２００７−１０７０８４Ａ）
【公開日】平成１９年４月２６日（２００７．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３２６６８８（Ｐ２００５−３２６６８８）
【出願日】平成１７年１０月１２日（２００５．１０．１２）
【出願人】（０００２３１５５６）日本精線株式会社 (47)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月２６日（２００７．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月１２日（２００５．１０．１２）
【出願人】（０００２３１５５６）日本精線株式会社 (47)
【Ｆターム（参考）】
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