JP2007047543A

JP2007047543A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2007047543A
Application number: JP2005232980A
Authority: JP
Inventors: Eiji Tabata; 英二田畑; Masahiko Matsuura; 昌彦松浦
Original assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Current assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Priority date: 2005-08-11
Filing date: 2005-08-11
Publication date: 2007-02-22

Abstract

【課題】連続して大量のプリントを行う場合にもプリント時間が長くなり難い画像形成装置を提供する。
【解決手段】静電潜像が形成される像担持体１０と、前記静電潜像をトナーにより顕像化する現像手段４０と、トナー像を転写媒体８０に転写する転写手段５０と、前記像担持体１０に対して接触回転し、前記像担持体１０上の転写残トナーを一旦回収した後吐出して前記像担持体１０上に戻すブラシ部材７０とを備え、画像形成処理時に、前記ブラシ部材７０が前記像担持体１０に対してカウンタ方向に回転し、かつ、前記ブラシ部材７０の植毛密度Ａ［ＫＦ／ｉｎｃｈ^２］と前記ブラシ部材７０の前記像担持体１０に対する周速度比θとが４０≦Ａ・θ≦５００の関係を満たす画像形成装置とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、所謂クリーナレス方式の画像形成装置に関する。

クリーナレス方式の画像形成装置では、一般に、像担持体上の転写残トナーを現像手段で回収し再利用している。そのため、回収した転写残トナーを廃トナーとして貯蔵しておく廃トナーユニットが不要であり、ユニット交換の手間が省けるため、メンテナンス性に優れている。また、前記廃トナーユニットが不要な分だけ画像形成装置の小型化或いは低コスト化が可能である。

しかし、このような画像形成装置では、現像手段で回収される前の転写残トナーが帯電位置や露光位置を通過するため、帯電不良や露光不良による画像ノイズが発生し易い。
そこで、特許文献１および２の画像形成装置では、転写位置の下流側にブラシ部材を設けて画像ノイズの発生を抑制している。これら画像形成装置では、画像形成時に、像担持体上の転写残トナーをブラシ部材で回収し、非画像形成時に、前記ブラシ部材で回収したトナーを像担持体上へ吐出し、現像手段で回収する。したがって、画像形成時にトナーが帯電位置や露光位置を通過することが少なく、帯電不良や露光不良による画像ノイズが発生し難い。
特開平１１−２４９５１８号公報特開２００３−２９５７２５号公報

しかし、特許文献１および２の画像形成装置では、連続してプリントが行われると、ブラシ部材にトナーが溜まり過ぎて当該ブラシ部材のトナー回収能力が低下し、画像ノイズが発生する場合がある。このような画像ノイズの発生を防止するためには、プリントを一時中断し、ブラシ部材が回収したトナーを像担持体上へ吐出し現像手段で回収して、前記ブラシ部材のトナー回収能力を回復させる必要がある。

しかし、プリントを一時中断するとプリント時間が長引いてしまう。
本発明は、上記した課題に鑑み、画像ノイズが発生し難く、かつ、連続してプリントを行ってもプリント時間が長引き難い画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、静電潜像が形成される像担持体と、前記静電潜像をトナーにより顕像化する現像手段と、トナー像を転写媒体に転写する転写手段と、前記像担持体に対して接触回転し、前記像担持体上の転写残トナーを一旦回収した後吐出して前記像担持体上に戻すブラシ部材とを備え、画像形成処理時に、前記ブラシ部材が前記像担持体に対してカウンタ方向に回転し、かつ、前記ブラシ部材の植毛密度Ａ［ＫＦ／ｉｎｃｈ^２］と前記ブラシ部材の前記像担持体に対する周速度比θとが４０≦Ａ・θ≦５００の関係を満たすことを特徴とする。

また、本発明に係る画像形成装置の特定の局面では、前記周速度比θは、０．２≦θ≦１．０の関係を満たすことを特徴とする。
さらに、本発明に係る画像形成装置の他の特定の局面では、前記ブラシ部材は、導電性ファーブラシであることを特徴とする。

本発明に係る画像形成装置は、画像形成時に、ブラシ部材のトナーを、画像ノイズを発生させることなく像担持体上へ吐出することができるため、前記ブラシ部材にトナーが溜まり難い。したがって、連続してプリントが行われても、プリントを一時中断して、ブラシ部材で回収したトナーを像担持体上へ吐出し現像手段で回収せざるを得ない事態が起こり難く、プリント時間が長引き難い。

以下、本発明に係る画像形成装置の一実施の形態を図面を参照しながら説明する。
＜画像形成装置の構成＞
図１は、本実施の形態に係る画像形成装置の構成を示す概略図である。以下、図１に基づいて、本実施の形態に係る画像形成装置の構成を詳しく説明する。なお、理解を容易にするために、各部材のサイズや材質、印加電圧等について具体的な数値を挙げて説明しているが、これらはあくまでも典型的な一例にすぎず、本発明がこの数値に限定されるものではない。

本実施の形態に係る画像形成装置は、電子写真プロセスを利用したレーザービームプリンタである。図１に示すように、画像形成装置１は、像担持体の一例としての感光体ドラム１０、帯電手段の一例としてのスコロトロン帯電器２０、露光手段３０、現像手段４０、転写手段の一例としての転写ローラ５０、定着手段の一例としての一対の定着ローラ６０、および、ブラシ部材の一例としてのファーブラシ７０を備えている。

感光体ドラム１０は、導電性ドラム基体１１の周面にＯＰＣ感光体層１２を形成してなる有機積層型負帯電感光体ドラムである。前記導電性ドラム基体１１は、アルミニウム製で外径が３０［ｍｍ］の円筒形状である。感光体ドラム１０は、駆動装置（不図示）によって、図１における時計回り方向（矢印ａで示す方向）に周速度１００［ｍｍ／ｓｅｃ］で回転駆動する。

スコロトロン帯電器２０は、感光体ドラム１０の表面を所定電位に均一帯電処理する。例えば、感光体ドラム１０の表面の電位は、一様に−５００［Ｖ］となる。
露光手段３０は、画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応したレーザービームを感光体ドラム１０の表面に照射し、露光部分の帯電電位を変化させて、前記感光体ドラム１０の表面に静電潜像を形成する。例えば、露光部分の電位は−１００［Ｖ］となる。

現像手段４０は、非接触現像方式の現像手段であって、感光体ドラム１０の静電潜像をトナーにより顕像化する役割と、ファーブラシ７０から感光体ドラム１０上に吐出されたトナーを前記感光体ドラム１０上から回収する役割とを有する。当該現像手段４０は、トナー貯蔵室を有する装置本体４１、供給ローラ４２、現像ローラ４３、規制板４４および除電シール４５を備える。

装置本体４１のトナー貯蔵室に貯蔵されているトナー４６は、供給ローラ４２によって現像ローラ４３上に供給され、前記現像ローラ４３の回転によって現像位置（感光体ドラム１０と現像ローラ４３との近接部分）へ搬送される。そして、感光体ドラム１０上の静電潜像が、現像位置に搬送されたトナー４６によって顕像化される。
現像位置に搬送される際、現像ローラ４３上のトナー４６は、規制板４４によって現像に適した負極性のトナー薄層に整えられる。なお、供給ローラ４２および規制板４４には、現像ローラ４３がトナー４６を吐出する電界が形成されるバイアス電圧が印加される。

除電シール４５は、現像位置を通過しトナー貯蔵室に戻ってくるトナー４６を除電する役割と、トナー貯蔵室のトナー４６が装置本体４１の外部に溢れるのを防止する役割とを有する。なお、前記除電は、除電シール４５と現像ローラ４３とを電気的に短絡させることによって、或いは、トナー４６が除電される電界を形成するバイアス電圧を印加することによって行われる。

現像ローラ４３は、導電性基体の表面に、シリコーンゴム製の基材層（厚み０．５〜２．０［ｍｍ］、体積抵抗１０^４〜１０^６［Ω／ｃｍ］）と、ウレタン系樹脂製の表面抵抗層（厚み５〜３０μｍ、体積抵抗［Ω／ｃｍ］１０^１１〜１０^１２程度）とを順次積層させたものであって、その外径は１６［ｍｍ］である。当該現像ローラ４３は、感光体ドラム１０との隙間Ｄが１５０［μｍ］となるように対向配置されており、前記感光体ドラム１０に対してウイズ方向（感光体ドラム１０との対向位置において同方向）に周速度１５０［ｍｍ／ｓｅｃ］で回転駆動する。

現像ローラ４３には、直流電圧電源４７から供給される直流電圧に、交流電圧電源４８から供給される交流電圧が重畳されたバイアス電圧（直流成分Ｖｄｃ：−３００［Ｖ］、交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐ：１６００［Ｖ］、Ｖｍａｘ：５００［Ｖ］、Ｖｍｉｎ：−１１００［Ｖ］、周波数ｆ：３０００［Ｈｚ］、Ｄｕｔｙ：３５［％］）が印加される。なお、バイアス電圧の制御はＣＰＵ４９によって行われる。

このように、直流電圧に交流電圧が重畳されたバイアス電圧が印加されるため、現像ローラ４３上のトナーを感光体ドラム１０上に供給しながら、ファーブラシ７０が吐出した前記感光体ドラム１０上のトナーを前記現像ローラ４３で回収することが可能である。
転写ローラ５０は、感光体ドラム１０上のトナー像を、転写媒体としての転写材８０に転写するための部材であって、前記感光体ドラム１０に対してウイズ方向に回動する。感光体ドラム１０と転写ローラ５０との間には給紙手段（不図示）から所定のタイミングで転写材８０が供給され、前記感光体ドラム１０上のトナー像が、前記感光体ドラム１０と前記転写ローラ５０との電位差によって転写材８０に転写される。

転写ローラ５０には、直流電圧電源（不図示）から１０００［Ｖ］のバイアス電圧が印加される。これにより、転写後の感光体ドラム１０の表面電位は、露光部分、未露光部分とも−２０［Ｖ］となる。
一対の定着ローラ６０は、転写位置から搬送されてくる転写材８０上のトナー像を前記転写材８０に定着させる。

ファーブラシ７０は、外径が１３［ｍｍ］であって、感光体ドラム１０に対して接触した状態で対向配置されており、前記感光体ドラム１０への押込量が０．５［ｍｍ］である。当該ファーブラシ７０は、感光体ドラム１０に対してカウンタ方向（感光体ドラム１０との対向位置において逆方向であり、図１における時計回り方向）に周速度５０［ｍｍ／ｓｅｃ］で回転駆動する。したがって、ファーブラシ７０の感光体ドラム１０に対する周速度比θは、０．５である。

また、ファーブラシ７０は、線径が６［ｍｍ］の導電性芯金７１の周面に、厚みが０．５［ｍｍ］の接着層（不図示）を形成し、その上から導電性ブラシ繊維７２が植毛された帯状の基布をスパイラル状に巻きつけたものである。当該導電性ブラシ繊維７２は、繊維径が１５［μｍ］、繊維比抵抗が１０^８［Ω／ｃｍ］であって、毛足長が３［ｍｍ］、植毛密度Ａが４３０［ＫＦ／ｉｎｃｈ^２］となるように植毛されている。ここで、ファーブラシ７０の植毛密度Ａ［ＫＦ／ｉｎｃｈ^２］とファーブラシ７０の感光体ドラム１０に対する周速度比θは、４０≦Ａ・θ≦５００の関係を満たすように設定され（本実施の形態では、Ａ・θ＝２１５）、前記ファーブラシ７０の植毛密度Ａは、例えば、１００〜５００［ＫＦ／ｉｎｃｈ^２］の範囲において本実施の形態に係る画像形成装置１に適応可能である。

導電性ブラシ繊維７２は、合成樹脂材料に導電性材料を混合し繊維状に成形したものである。合成樹脂材料としては、例えば、ナイロン等のポリアミド、レーヨン、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリウレタン、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン等を用いることができる。特に、合成樹脂材料がナイロンを主成分とする場合は、曲げ弾性率が低いので、トナーを掻き取るときに飛散させ難く、また、感光体表面を傷つけ難い等の理由で好ましい。また、導電性材料としては、例えば、導電性カーボン、金属粉体、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化スズ等を用いることができ、合成樹脂材料に均一に分散する材料が好ましい。

なお、基布の材料としては、例えば、ナイロン、アクリル、ポリエチレンテレフタレート等を用いることができる。また、導電性芯金７１の材料としては、例えば、ステンレス、アルミニウム等を用いることができる。
ファーブラシ７０は、画像形成時のトナー回収率がほぼ１００％である。そのため、感光体ドラム１０上の転写残トナーを全てファーブラシ７０に回収することができ、前記感光体ドラム１０上には転写残トナーが残らないため、画像ノイズが発生し難い。

一方、ファーブラシ７０に回収されたトナーは、画像形成時に、静電的に吐出され感光体ドラム１０上に戻される。そして、感光体ドラム１０の回転によって現像位置まで搬送されて、現像手段４０に回収される。このように画像形成時にファーブラシ７０からトナーが吐出するため、トナーがファーブラシ７０に溜まり難い。
画像形成時におけるファーブラシ７０のトナー吐出率は約７０％である。画像形成時において、ファーブラシ７０のトナー吐出率が８０％以下であれば、吐出したトナーによる帯電不良や露光不良が起こり難く、画像ノイズが発生し難い。したがって、トナー吐出率が約７０％である本実施の形態に係る画像形成装置１は、画像ノイズが発生し難い。

ファーブラシ７０から感光体ドラム１０上に吐出されたトナーは、前記ファーブラシ７０によって正規極性に揃えられている。そのため、ファーブラシ７０で回収する前の転写残トナーのように、逆極性であったり機械的付着力が過剰であったりすることがなく、現像手段４０で回収され易い。
ファーブラシ７０は、感光体ドラム１０に対してカウンタ方向に回転駆動する。したがって、ウイズ方向に駆動する場合と比べて、トナーを掻き取り易く、トナーの回収効率が良い。また、転写残トナーは、図１に示す感光体ドラム１０とファーブラシ７０とのニップ部分の上流側位置７３で主として回収され、前記ファーブラシ７０に付着したまま前記ファーブラシ７０の回転によって時計回り方向に搬送され、前記ニップ部分の下流側位置７４で主として吐出される。このように、吐出位置が回収位置よりも下流側であるため、吐出されたトナーがすぐさまファーブラシ７０で回収されることがなく、トナーの吐出効率が良い。

ファーブラシ７０は、導電性を有するとともに、当該ファーブラシ７０には、直流電圧電源７５から供給される直流電圧に、交流電圧電源７６から供給される交流電圧が重畳されたバイアス電圧（直流成分Ｖｄｃ：−２０［Ｖ］、交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐ：４００［Ｖ］、Ｖｍａｘ：１８０［Ｖ］、Ｖｍｉｎ：−２２０［Ｖ］、周波数ｆ：２００［Ｈｚ］、Ｄｕｔｙ：１０［％］）が印加される。なお、数値から明らかなように、印加する直流電圧は、転写後の感光体ドラム１０の表面電位とほぼ同電位である。また、バイアス電圧の制御はＣＰＵ７７によって行われる。

このようにバイアス電圧が印加されるため、ファーブラシ７０は、機械的にトナーを回収するだけでなく、静電的にもトナーを回収することができる。そのため、機械的付着力が過剰なトナーであっても回収することができる。
しかも、前記バイアス電圧は、直流電圧に交流電圧が重畳されたバイアス電圧であるため、直流電圧のみからなるバイアス電圧では回収することが困難な逆極性の転写残トナーをも回収することができる。

なお、非画像形成時のファーブラシ７０は、画像形成時と同じように駆動している。すなわち、ファーブラシ７０は、非画像形成時においても、感光体ドラム１０に対してカウンタ方向に周速度５０［ｍｍ／ｓｅｃ］で回転駆動する。また、非画像形成時のファーブラシ７０には、画像形成時と同じバイアス電圧が印加される。
したがって、非画像形成時のファーブラシ７０にトナーが溜まっている場合、前記ファーブラシ７０からトナーが吐出され、現像手段４０で回収される。また、非画像形成時の感光体ドラム１０上にトナーが残っている場合、前記トナーはファーブラシ７０で回収される。

＜変形例＞
以上、本発明に係る画像形成装置を実施の形態に基づいて具体的に説明してきたが、本発明の内容は、上記の本実施の形態に限定されない。
１．ブラシ部材について
本実施の形態に係るブラシ部材は、植毛密度Ａが４３０［ＫＦ／ｉｎｃｈ^２］であり、像担持体に対する周速度比θが０．５であったが、それら数値に限定されるものではなく、画像形成時における植毛密度Ａと周速度比θとが４０≦Ａ・θ≦５００の関係を満たしていれば良い。この関係を満たしていれば、画像形成時に、ブラシ部材のトナーを、画像ノイズを発生させることなく像担持体上へ吐出することができるため、前記ブラシ部材にトナーが溜まり難い。したがって、連続してプリントが行われても、プリントを一時中断して、ブラシ部材で回収したトナーを像担持体上へ吐出し現像手段で回収せざるを得ない事態が起こり難く、プリント時間が長引き難い。

さらに、本実施の形態に係るブラシ部材は、非画像形成時においては、どの様な方向および周速度比θで回転駆動しても良く、回転駆動しなくても良い。但し、非画像形成時にも回転駆動させる方が、ブラシ部材にトナーが溜まり難い。
加えて、ブラシ部材がファーブラシである場合、前記ファーブラシのブラシ繊維は直毛であっても、斜毛であっても良い。また、ファーブラシを作製する方法としては、ブラシ繊維が植毛された基布を芯金にスパイラル状に巻きつける方法が容易であるが、このような方法に限定されず、芯金の周面に隙間なくブラシ繊維を植えつけることが出来れば良い。

２．現像手段について
本実施の形態に係る現像手段４０は、非接触現像方式の画像形成装置であったが、接触現像方式であっても良い。さらに、磁性現像方式であっても良い。
また、現像手段で必ずしも転写残トナーを回収する必要はなく、帯電不良や露光不良による画像ノイズが起こらない範囲であれば、ブラシ部材から像担持体上に吐出したまま放置しても良い。

３．像担持体について
本実施の形態に係る画像形成装置１においては、像担持体として有機積層型負帯電感光体ドラム１０を採用したが、像担持体は、有機積層型負帯電感光体ドラム１０に限定されるものではなく、例えば、有機感光体と無機感光体、積層タイプと単層タイプ、負帯電用と正帯電用をどの様に組み合わせた像担持体であっても良い。

４．帯電装置について
本実施の形態に係る画像形成装置１においては、帯電装置としてスコロトロン帯電器２０を採用したが、本発明に係る帯電装置は、スコロトロン帯電器２０に限定されるものではなく、例えば、ローラ状、シート状或いはブレード状等の接触帯電器であっても良い。
５．転写手段および転写媒体について
本実施の形態に係る画像形成装置１は、感光体ドラム１０から転写材に転写する転写方式であったが、本発明に係る画像形成装置は、像担持体上のトナー像を中間転写ベルト等の中間転写体に転写手段を用いて一次転写し、その後転写材に二次転写する方式のものであっても良い。この場合、中間転写体が転写媒体となる。

＜植毛密度Ａと周速度比θとの関係＞
ブラシ部材をどの様な条件で駆動すれば、適切なトナー回収率およびトナー吐出率を得られるのかを実験により検討した。
図２は、実験に使用した画像形成装置の構成を示す概略図である。また、図３は、感光体ドラム表面のトナーの状態を説明するための図であって、（ａ）は、回収前の状態を示す図であり、（ｂ）は、吐出後の状態を示す図である。

図２に示すような画像形成装置１００を使用して、ブラシ部材１７０のトナー回収率およびトナー吐出率を測定した。当該画像形成装置１００は、トナー回収率およびトナー吐出率の検討に必要な部材で構成されている。具体的には、感光体ドラム１１０、スコロトロン帯電器１２０、現像手段１４０およびファーブラシ１７０で構成されている。ファーブラシ１７０には、直流電圧電源１７５から供給される直流電圧に、交流電圧電源１７６から供給される交流電圧が重畳されたバイアス電圧が印加される。

実験では、図３（ａ）で示すように、感光体ドラム表面１１１の領域Ａに、現像手段１４０に印加するバイアス電圧を調整して約０．６［ｇ／ｍ^２］のトナーを付着させた。そして、ファーブラシ１７０を通過前後の感光体ドラム表面１１１の領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ・・・のトナー量から、ファーブラシ１７０のトナー回収率とトナー吐出率とを算出した。
トナー回収率［％］は、ファーブラシ１７０を通過前の領域Ａのトナー量［ｇ／ｍ^２］をＴ１とし、ファーブラシ１７０を通過後の領域Ａのトナー量［ｇ／ｍ^２］をＴ２として、以下の（式１）にあてはめ算出した。

（Ｔ１−Ｔ２）×１００／Ｔ１・・・（式１）
また、トナー吐出率［％］は、ファーブラシ１７０を通過後の領域Ｂ、Ｃ、Ｄ・・・のトナー量［ｇ／ｍ^２］の合計をＴ３として、以下の（式２）にあてはめ算出した。
Ｔ３×１００／（Ｔ１−Ｔ２）・・・（式２）
実験では、ファーブラシ１７０の植毛密度Ａ、ファーブラシ１７０の感光体ドラム１１０に対する周速度比θ、ファーブラシ１７０へ印加するバイアス電圧の直流成分Ｖｄｃ、ピーク間電圧Ｖｐｐ、Ｄｕｔｙおよび周波数等、ファーブラシ１７０の感光体ドラム１１０への押込量（ニップ幅）、ブラシ繊維の材質（腰の強さ）、太さおよび長さ等といったような条件について検討した。

その結果、単位時間当たりにブラシ繊維が感光体ドラム１１０に接触する本数、すなわち、植毛密度Ａと周速度比θとの積Ａ・θが、トナー回収率およびトナー吐出率に大きな影響を与えることがわかった。さらに、その他の条件は、植毛密度Ａおよび周速度比θに比較すれば、影響が小さいことがわかった。
図４は、Ａ・θの値と回収率との関係を示す図であり、図５は、Ａ・θの値と吐出率との関係を示す図である。図４に示すように、植毛密度Ａが１５０、２４０および４３０［ＫＦ／ｉｎｃｈ^２］いずれの場合においても、Ａ・θ≧４０の関係を満たせば、トナー回収率は５０％以上であった。また、図５に示すように、植毛密度Ａが１５０、２４０および４３０［ＫＦ／ｉｎｃｈ^２］いずれの場合においても、Ａ・θ≦５００の関係を満たせば、トナー吐出率は６５％以上であった。

したがって、４０≦Ａ・θ≦５００の関係を満たせば、一般に画像形成装置で使用されるブラシ部材の植毛密度Ａの範囲において、トナー回収率が５０％以上、かつ、トナー吐出率が６５％以上を実現することができる。また、より好ましい条件として、図４および図５に示すように、１２０≦Ａ・θ≦４５０の関係を満たせば、一般に画像形成装置で使用されるブラシ部材の植毛密度Ａの範囲において、トナー回収率が１００％、かつ、トナー吐出率が７０％以上を実現することができる。

トナー回収率およびトナー吐出率に影響を与える可能性のある因子として、この他に、ブラシ部材への印加電圧の、直流成分Ｖｄｃ、ピーク間電圧Ｖｐｐ、Ｄｕｔｙ、周波数や、ブラシ部材の押込量（ニップ幅）、ブラシ繊維の材質（腰の強さ）、ブラシ繊維の太さ、ブラシ繊維の長さ等が挙げられる。
ブラシ部材への印加電圧としては、逆極性のトナーも含めて全回収するという観点から、ＡＣ電圧を採用し、直流成分Ｖｄｃを転写後の感光体ドラムの表面電位とほぼ同じとしている。

ピーク間電圧Ｖｐｐは、回収吐出を確実に行うために１００［Ｖ］以上が好ましく、また、放電を防止するために１０００［Ｖ］以下が好ましいが、ピーク間電圧Ｖｐｐは上記範囲であれば回収吐出に対する影響はほとんどない。
直流成分Ｖｄｃは、回収吐出に対する影響はあるが、植毛密度Ａや周速度比θに比べれば影響は小さい。

次に、ブラシ部材への印加電圧のＤｕｔｙは、トータルの吐出率に対する影響は小さいが、吐出ペースには影響する。すなわち、Ｄｕｔｙが大きいと回収されたトナーがすぐに吐き出されるのに対し、Ｄｕｔｙが小さいとブラシ数回転の間に少しずつ吐き出される。
図３に基づいて説明すると、Ｄｕｔｙが大きいと領域Ｂに吐き出されるトナー量が多くなり、領域Ｃ、Ｄ・・・に吐き出されるトナー量は少なくなる。また、Ｄｕｔｙを小さくすると、領域Ｂ、Ｃ、Ｄ・・・のトナー量が近づく。一方、領域Ｂ、Ｃ、Ｄ・・・のトナー量を合計すれば、Ｄｕｔｙに関わらずほぼ等しいので（式２）で計算するトータルの吐出率とほぼ等しい。

図６は、Ｄｕｔｙとトナー吐出率との関係を示す図である。図６に示すように、例えば、Ｄｕｔｙが５０［％］の場合、各領域のトナー吐出率は、Ｂ：６０％、Ｃ：１０％、Ｄ：２％、Ｅ：０％であって、トータルの吐出率は７２％である。一方、Ｄｕｔｙが１０［％］の場合、各領域のトナー吐出率は、Ｂ：２０％、Ｃ：１６％、Ｄ：１３％、Ｅ：１０％であって、トータルの吐出率は７０％である。

転写残トナーによる画像ノイズを目立ち難くする効果があるのでＤｕｔｙは小さいほうが好ましいが、Ｄｕｔｙを小さくし過ぎると、１周期中での吐出時間が短くなり、波形なまりのために確実に吐出し難くなる。したがって、Ｄｕｔｙは小さくとも５［％］とすることが好ましい。
次に、ブラシ部材への印加電圧の周波数に関していえば、吐出には１周期中の吐出時間が大きく影響し、周波数が大きいと吐出率は下がる。一方、回収には機械的な掻き取りの寄与が大きく、周波数を変えても回収率はあまり変わらない。

したがって、周波数を上げると、回収率は上がらないが吐出率が下がることになる。これにより、ニップ部にトナーが溜まり、溜まったトナーの一部が塊となって感光体上に吐出されたりベルト上に落ちたりして、画像中に黒点が発生することがある。したがって、周波数の上限は１０００［Ｈｚ］とする。
逆に周波数が小さいと回収率はそのままで、吐出率が上がるので上記したような心配はないが、周波数が低過ぎると吐出されたトナーによる帯状のパターンが印刷ノイズとなって目立ってしまう場合がある。したがって、周波数の下限は５０［Ｈｚ］とする。

本実施例では、上記のことを考慮してＤｕｔｙ１０［％］、周波数２００［Ｈｚ］を選択している。さらに、ブラシ部材の押込量（ニップ幅）、ブラシ繊維の材質（腰の強さ）、太さおよび長さに関しては、回収吐出に対する影響は、植毛密度Ａ、周速度比θ、印加電圧等に比べて比較的小さい。むしろ、感光体表面の傷防止という別の観点から機械的負荷を小さくする条件が好ましい。すなわち、ブラシ部材の押込量（ニップ幅）はなるべく小さく、ブラシ繊維の材質（腰の強さ）はなるべく弱く、太さは細く、長さは長い方が良い。もちろん、ブラシ繊維が感光体に確実に接触することが前提条件であり、加工誤差等も考慮してブラシ部材の押込量（ニップ幅）は十分に大きい方が良い。

次に、トナー回収率が５０％以上であって、トナー吐出率が６５％であれば、連続してプリントしても画像ノイズが発生し難いことを実験により確認した。実験では、本実施の形態に係る画像形成装置１をベースに、植毛密度Ａおよび周速度比θの条件を種々変更した画像形成装置を作製し、各画像形成装置で連続１万枚をプリントする耐刷試験を行って、画像ノイズが発生するか否かを検討した。

その結果、本実施の形態に係る画像形成装置１（植毛密度Ａ＝４３０、周速度比θ＝０．５、Ａ・θ＝２３０）のように、トナー回収率が５０％以上、かつ、トナー吐出率が６５％である画像形成装置の場合、耐刷試験で画像ノイズは発生しなかった。
一方、比較例１の画像形成装置（植毛密度Ａ＝１５０、周速度比θ＝０．１、Ａ・θ＝１５）のように、トナー回収率が５０％未満である画像形成装置の場合、耐刷試験で画像ノイズが発生した。これは、ファーブラシのトナー回収率が低いため、十分に感光体ドラム上の転写残トナーを回収できなかったからであると考えられる。

また、比較例２の画像形成装置（植毛密度Ａ＝４３０、周速度比θ＝２．０、Ａ・θ＝８６０）のように、トナー吐出率が６５％未満である画像形成装置の場合、耐刷試験で画像ノイズが発生した。ファーブラシを取り出して確認したところ、前記ファーブラシに多量のトナーが溜まっていた。画像ノイズが発生したのは、トナー吐出率が低いため、ファーブラシにトナーが溜まり過ぎて前記ファーブラシのトナー回収能力が低下し、回収しきれなかった転写残トナーが前記ファーブラシを素通りして帯電不良や露光不良を引き起こしたからであると考えられる。また、ファーブラシに溜まり過ぎたトナーが、塊状となって感光体ドラム上に吐出されたり、周囲の部材に飛散したりして画像ノイズが発生したとも考えられる。

次に、周速度比θの好適な条件について検討した。図７は、周速度比θと回収率との関係を示す図であり、図８は、周速度比θと吐出率との関係を示す図である。図７に示すように、植毛密度Ａが１５０、２４０および４３０［ＫＦ／ｉｎｃｈ^２］いずれの場合においても、θ≧０．２の関係を満たせば、トナー回収率が１００％以上であった。また、図８に示すように、植毛密度Ａが１５０、２４０および４３０［ＫＦ／ｉｎｃｈ^２］いずれの場合においても、θ≦１．０の関係を満たせば、トナー吐出率が７０％以上であった。

したがって、０．２≦θ≦１．０の関係を満たせば、一般に画像形成装置で使用されるブラシ部材の植毛密度Ａの範囲において、トナー回収率が１００％、かつ、トナー吐出率が７０％以上を実現することができ、画像ノイズが発生し難いと考えられる。
なお、周速度比θが小さ過ぎると、トナー回収率が低下する傾向にあった。これは、周速度比θが小さくなると、単位時間当たりに感光体ドラム１１０と接触するブラシ繊維の本数が少なくなるためである。すなわち、一本のブラシ繊維で回収できるトナーの量はほぼ決まっており、単位時間当たりに感光体ドラム１１０と接触するブラシ繊維の本数が少なくなると、ファーブラシ１７０全体として回収できるトナーの量も少なくなるからである。

一方、周速度比θが大き過ぎると、トナー吐出能力が低下する傾向にあった。これは、ニップ部分の下流側位置でトナーが吐出されても、当該トナーが感光体ドラム１１０の回転によってニップ部分外へ搬送される前に、別のブラシ繊維によって再びファーブラシ１７０に回収されてしまう可能性が高くなるためである。

本発明は、プリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置に利用できる。

本実施の形態に係る画像形成装置の構成を示す概略図である。実験に使用した画像形成装置の構成を示す概略図である。感光体ドラム上のトナーの状態を説明するための図であって、（ａ）は、回収前の状態を示す図であり、（ｂ）は、吐出後の状態を示す図である。Ａ・θの値とトナー回収率との関係を示す図である。Ａ・θの値とトナー吐出率との関係を示す図である。Ｄｕｔｙとトナー吐出率との関係を示す図である。周速度比θとトナー回収率との関係を示す図である。周速度比θとトナー吐出率との関係を示す図である。

符号の説明

１０像担持体
４０現像手段
８０転写媒体
５０転写手段
７０ブラシ部材（導電性ファーブラシ）

Claims

静電潜像が形成される像担持体と、
前記静電潜像をトナーにより顕像化する現像手段と、
トナー像を転写媒体に転写する転写手段と、
前記像担持体に対して接触回転し、前記像担持体上の転写残トナーを一旦回収した後吐出して前記像担持体上に戻すブラシ部材と
を備え、
画像形成処理時に、前記ブラシ部材が前記像担持体に対してカウンタ方向に回転し、かつ、前記ブラシ部材の植毛密度Ａ［ＫＦ／ｉｎｃｈ^２］と前記ブラシ部材の前記像担持体に対する周速度比θとが４０≦Ａ・θ≦５００の関係を満たすことを特徴とする画像形成装置。
前記周速度比θは、０．２≦θ≦１．０の関係を満たすことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
前記ブラシ部材は、導電性ファーブラシであることを特徴とする請求項１または２記載の画像形成装置。