JP2007248745A - 画像形成装置用クリーニングブラシ - Google Patents

Abstract

【課題】小型化が可能でありながら、像担持体への負担を増大させず、かつ良好なクリーニング性を有する画像形成装置用クリーニングブラシを提供する。
【解決手段】ブラシ毛１４の径Ｄ（ｍ）が、Ｄ≦１１×１０^−６を満たし、ブラシ毛１４の占有率Ｐ［但し、Ｐ＝（πＤ^２／４）・ｎで表され、ｎはブラシ毛の密度（Ｍｆ／ｍ^２）を表す］がＰ≦０．１５を満たし、ブラシ毛１４の長手方向における単位長さ当たりの表面積Ｌ（ｍ^２／ｍ）［但し、Ｌ＝πＤ・ｎで表される］がＬ≧５０００を満たし、かつ、ブラシ毛１４の長さｈ（ｍｍ）が１≦ｈ≦３．２を満たすクリーニングブラシは、小型化が可能であると共に感光体ドラムを傷つけにくく、良好なクリーニング性を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置において感光体に付着したトナーを除去するクリーニングブラシ、および当該クリーニングブラシを備える画像形成装置に関するものである。

現在、プリンタまたはコピー機等の画像形成装置においては、小型化の実現が求められている。また、画像形成装置を小型化するために、各部材の小型化が図られている。

電子写真方式の画像形成装置には、感光体等の被帯電体を帯電させるための帯電装置、被帯電体を除電するための除電装置、または感光体から不要なトナーを除くためのクリーニング装置（以下、これらを包括して「帯電装置等」と称することがある）が用いられる。これら帯電装置等においては、導電性を有するブラシ毛を備える導電性ブラシが用いられる。

特許文献１には、導電性フィラメント糸をパイルとするパイル織り生地をシャフトに巻いて形成したロール型導電性ブラシが記載されている。また、特許文献１には、ブラシを小型化するために導電性フィラメント糸の単糸が３デニール以下、かつＬ／Ａ＞３［ここでＬ＝（ブラシ外径−シャフト径）／２であり、Ａは、パイル織り生地に織り込まれた導電性フィラメント糸の隣接する束の平均的な間隔である。］とすることによって、ブラシ外径が７〜１２ｍｍの径小導電性ブラシロールを実現することが記載されている。
特開２００３−２９５５４９号公報（平成１５年 １月１５日公開）

このように、従来、ブラシ毛を短くすることでブラシを小型化することが試みられてきた。しかしながら、画像形成装置用のブラシには、小型化以外にも多様な性能が求められるようになってきており、単にブラシ毛を短くするだけでは所望の性能が得られない場合がある。

例えば、小型化以外に画像形成装置のブラシに求められる特性として、像担持体を磨耗させにくいことが挙げられる。しかし、ブラシ毛を短くするとブラシ毛の剛性は増大するので、像担持体を傷つけやすくなる。

そもそも、画像形成装置のブラシには、その機能に合わせて特有の性能が求められる。例えばクリーニングブラシの場合、トナーを除去するクリーニング性能が良好であることが重要である。

しかしながら、従来の技術では、小型化という１つの要求を最優先したために、クリーニングブラシとして機能を満足に果たすことのできないブラシを設計してしまう可能性があった。

本発明は上記従来の問題に鑑みたものであり、その目的は、小型化が可能でありながら、像担持体への負担を増大させず、かつ良好なクリーニング性を有する画像形成装置用クリーニングブラシを提供することにある。

本発明に係るクリーニングブラシは、像担持体に付着したトナーをブラシ毛によって除去する画像形成装置用クリーニングブラシであって、ブラシ毛の径Ｄ（ｍ）が、Ｄ≦１１×１０^−６を満たし、ブラシ毛の占有率Ｐ［但し、Ｐ＝（πＤ^２／４）・ｎで表され、ｎはブラシ毛の密度（Ｍｆ／ｍ^２）を表す］がＰ≦０．１５を満たし、ブラシ毛の長手方向における単位長さ当たりの表面積Ｌ（ｍ^２／ｍ）［但し、Ｌ＝πＤ・ｎで表される］がＬ≧５０００を満たし、かつ、ブラシ毛の長さｈ（ｍｍ）が１≦ｈ≦３．２を満たすことを特徴とする。

上記構成によると、ブラシ毛の径Ｄおよび長さｈを上記範囲に設定することによって、ブラシ毛を短くすることができると共に、ブラシ毛の剛性を好適な範囲とすることができる、それゆえ、像担持体への負担を増大させることなく、ブラシを小型化することができる。

また、占有率Ｐが上記範囲に設定されることによって、クリーニングブラシは、捕獲したトナーを必要に応じて吐き出すことができるようになる。それゆえ、目詰まりを防ぐことができ、良好なクリーニング性能を実現することができる。

また、クリーニング表面積Ｌが上記の範囲に設定されることによって、クリーニングブラシは、トナーを効率よく捕獲することができるようになる。それゆえ、良好なクリーニング性能を実現することができる。

このように、本発明のクリーニングブラシは、小型化しながらも像担持体への負担を増大させず、かつ良好なクリーニング性を有するという効果を奏する。

また、本発明のクリーニングブラシは、上記占有率Ｐが、Ｐ≦０．１を満たすことが好ましい。

占有率Ｐが上記の範囲に設定されることによって、クリーニングブラシは、よりトナーを吐き出しやすく、目詰まりを起こしにくくなる。すなわち、クリーニング性能がさらに良好となる。

また、本発明のクリーニングブラシは、上記クリーニング表面積Ｌが、Ｌ≧１００００を満たすことが好ましい。

クリーニング表面積Ｌが上記の範囲に設定されることによって、クリーニングブラシは、よりトナーを効率よく捕獲することができるようになる。すなわち、クリーニング性能がさらに良好となる。

なお、本発明のクリーニングブラシは、ブラシ毛が導電性であってもよい。

ブラシ毛が導電性を有することによって、クリーニングブラシとして求められる機能を実現することができる。ブラシ毛が導電性を有するクリーニングブラシとしては、例えば静電気力を利用してトナーを吸着除去するブラシが挙げられる。

本発明のクリーニングブラシは、上述したように、ブラシ毛の径Ｄ（ｍ）が、Ｄ≦１１×１０^−６を満たし、ブラシ毛の占有率Ｐ［但し、Ｐ＝（πＤ^２／４）・ｎで表され、ｎはブラシ毛の密度（Ｍｆ／ｍ^２）を表す］がＰ≦０．１５を満たし、ブラシ毛の長手方向における単位長さ当たりの表面積Ｌ（ｍ^２／ｍ）［但し、Ｌ＝πＤ・ｎで表される］がＬ≧５０００を満たし、かつ、ブラシ毛の長さｈ（ｍｍ）が１≦ｈ≦３．２を満たすことを特徴とする。

上記構成により、本発明のクリーニングブラシは、像担持体に与える負担を増大させることなく小型化を実現することができ、その上、良好なクリーニング性能を実現することができる。

本発明のクリーニングブラシは、ブラシ毛の径Ｄ（ｍ）が、Ｄ≦１１×１０^−６を満たし、ブラシ毛の占有率Ｐ［但し、Ｐ＝（πＤ^２／４）・ｎで表され、ｎはブラシ毛の密度（Ｍｆ／ｍ^２）を表す］がＰ≦０．１５を満たし、ブラシ毛の長手方向における単位長さ当たりの表面積Ｌ（ｍ^２／ｍ）［但し、Ｌ＝πＤ・ｎで表される］がＬ≧５０００を満たし、かつ、ブラシ毛の長さｈ（ｍｍ）が１≦ｈ≦３．２を満たせばよい。

すなわち、これ以外の構成は、特に限定されるものではなく、従来のクリーニングブラシに利用されてきた技術を、適宜利用することができる。

ブラシ毛は、一本のブラシ毛中において、部位によってその横断面積が異なっていてもよい。すなわち、ブラシ毛は、例えば割繊によって枝分かれした結果、先端が根元よりも細くなっていてもよい。このような場合、「ブラシ毛の径Ｄ」とは、特にブラシ毛の先端の径を指す。なお、ブラシ毛は完全な円形とは限らない。そのため、径Ｄとは、ブラシ毛の断面積と同一の面積を有する円の径を意味する。

また、ブラシ毛の密度ｎは、ブラシ毛の先端部分における本数と、ブラシ毛の根元における密度（基部の表面の単位面積当たりに設けられたブラシ毛の本数）とに依存する。すなわち、例えば各々がブラシ毛となるｎ_２本の繊維を一束として、基部の表面の単位面積当たりにこの束をｎ_１束備えるブラシの場合、密度ｎは式ｎ＝ｎ_１・ｎ_２で表される。そして、さらにこの繊維１本が割繊によってｎ_３本の細繊維に分割されている場合は、密度Ｎはｎ＝ｎ_１・ｎ_２・ｎ_３で表される。なお、この繊維は全体が割繊によって細繊維に分割されていてもよいし、先端のみが枝分かれするように細繊維に分割されていてもよい。

以下に、図面を参照して、本発明のクリーニングブラシについてより具体的に説明する。なお、以下の実施の形態では、ブラシ毛は、ブラシの支持台（平板またはシャフト）上に、パイル織物に織り込まれた状態で設けられているものとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、ブラシ毛を設ける方法としては、静電植毛等、種々の技術を用いることができる。

〔ロール型ブラシ〕
本実施の形態のクリーニングブラシは、本発明のクリーニングブラシの一例として、図２に示すようにロール型のブラシとなっている。図２は、本実施の形態のロール型ブラシの要部構成を示す平面図である。

図２に示すように、本実施の形態のロール型ブラシ２１は、基部である円柱状のシャフト２０と、シャフト２０に接着等によって固定されたパイル織物１０とを備える。なお、パイル織物１０は、長尺状に切断された後、ブラシ毛１４側を外側に向けてシャフト２０にらせん状に巻きつけられている。ロール型ブラシ２１は、パイル織物１０に織り込まれたブラシ毛１４によって、後述するように像担持体に付着したトナーを除去する。

シャフト２０は、その径および材料等、特に限定されるものではなく、従来のクリーニングブラシに用いられてきた技術を好適に利用することができる。ただし、小型化するために、シャフト２０の径は２ｍｍ〜６ｍｍ程度とすればよい。

図１に、図２のロール型ブラシのパイル織物１０を拡大した断面図を示す。パイル織物１０は、横糸および縦糸（図示せず）からなる基布１１に、パイル糸１５がパイル織りによってＷ字型に織り込まれたものである。パイル糸１５は基布１１の単位面積当たりｎ_２本織り込まれており、１本のパイル糸１５はｎ_１本の繊維が一束となったものである。

パイル糸１５が基布１１上で解れることによってブラシ毛１４を形成する場合、すなわち上記繊維が各々１本のブラシ毛１４となる場合は、上述したように密度ｎはｎ＝ｎ_１・ｎ_２で表される。一方、１本の上記繊維の先端が割繊によってｎ_３本の細繊維に分割され、この細繊維が各々１本のブラシ毛１４となる場合は、密度ｎはｎ＝ｎ_１・ｎ_２・ｎ_３となる。

また、ブラシ毛１４の長さｈは、図１に示すように、基布１１の裏面、つまり基部の表面からブラシ毛１４の先端までの距離であり、径Ｄはブラシ毛１４の先端の径である。

〔平板型ブラシ〕
本実施の形態のクリーニングブラシは、上記構成の一例として、平板型のブラシとなっている。図３は、本実施の形態の平板型ブラシの平面図である。

図３に示すように、平板型ブラシ２５は、基部である平板２４および上記平板２４に固定されたパイル織物１０を備えている。なお、平板型ブラシ２５は、基部としてシャフト２０の代わりに平板２４を用いている以外、ロール型ブラシ２１と同一の構成である。よって、図１・２を参照して既に説明した部材と同様の機能を有する部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。

〔クリーニング方式〕
本発明のクリーニングブラシによるクリーニング方式は、ディスターブ、トナー帯電制御併用ディスターブ、バイアスの３種に大別することができる。以下では、これらの方式を採用したクリーニングブラシについて、図４・５を参照して説明する。

図４および５は、本実施の形態に係る電子写真方式の画像形成装置における画像形成部の内部構造を模式的に示す正面図である。図４は、本発明の実施の一形態であるディスターブブラシ（またはトナー帯電制御併用ディスターブブラシ）を、図５はバイアスブラシを備える画像形成部を示す。

なお、画像形成装置は、スキャナにて読み込まれた画像や、画像形成装置に外部から接続された機器（例えばパーソナルコンピュータなどの画像処理装置）からのデータを画像として記録出力するものである。画像形成装置としては、具体的に、プリンタ、複写機、ファクシミリ機等が挙げられる。

〔ディスターブブラシ〕
図４に示す画像形成部は、矢印方向に回転する感光体ドラム４０（像担持体）を備えている。さらに、画像形成部においては、感光体ドラム４０を一様に帯電させる帯電装置４１、外部機器やスキャナから入力したデータに基づいて、帯電した感光体ドラム４０に光像を走査することで静電潜像を形成する露光装置４２、静電潜像をトナーによって顕像化する、つまりトナー画像を形成する現像装置４３、トナー画像を用紙４７に転写する転写装置４４、用紙４７を感光体ドラム４０に運ぶ転写ベルト４６、ディスターブ方式のクリーニングブラシ４５、ブレード４８が、感光体ドラム４０の回転方向に沿って順に設置されている。

以下では、像担持体として感光体ドラムを例に挙げて本発明の実施の形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明において像担持体とは、カラープリンタにおける中間転写ベルト等、感光体以外の像を担持する中間転写体も含まれる。

クリーニングブラシ４５は、上記ロール型ブラシ２１と同一の構成を備えるものとし、その詳細については説明を省略する。

ディスターブ方式のクリーニングブラシ４５は、感光体ドラム４０に摺接するように設けられ、感光体ドラム上に付着し、用紙４７に転写されずに残ったトナー（残トナー）を、機械的に掻き取ることによって除去またはかき乱すものである。また、除去されずに感光体ドラム４０上に残ったトナーは、ブレード４８によって掻き取られるようになっている。

〔トナー帯電制御併用ディスターブブラシ〕
トナー帯電制御併用ディスターブブラシを備える画像形成部は、クリーニング方式が異なる以外、図４の画像形成部と同様の構成を備える。それゆえ、図４に基づいて本方式について説明する。

クリーニングブラシ４５がトナー帯電制御併用ディスターブブラシである場合、クリーニングブラシ４５は、上記ディスターブブラシと同様に機械的および電気的にトナーを除去またはかき乱すと共に、残トナーを帯電することでトナーの帯電を一律に制御するものである。

クリーニング前の残トナーは、帯電量がばらついている。そのため、単に機械的に掻き取るだけでは、充分に除去しきれない場合がある。そこで、トナー帯電制御併用ディスターブブラシは、残トナーを通常は全てプラスに揃えることによって、感光体ドラム４０から離れやすくする。そして、この残トナーは、ブレード４８にて除去される。

〔バイアスブラシ〕
図５に示すが画像形成部は、ディスターブ方式のクリーニングブラシの代わりにバイアス方式のクリーニングブラシ５０を採用している以外、図４の画像形成部と同一の構成を備える。そこで、図４で説明した部材と同様の機能を有する部材については、同一の符号を付すと共に、その説明を省略する。

バイアス方式のクリーニングブラシ５０は、ディスターブ方式と同様、転写装置４４の下流に設けられる。但し、その下流に図５のブレード４８は設けられておらず、その代わりに、クリーニングブラシ５０に摺接するように回収ロール５１が設けられている。

クリーニングブラシ５０に吸着した残トナーは、ブラシである回収ロール５１によって電気的および機械的に掻き取られる。そして、回収ロール５１に付着したトナーは、ブレード５２によって掻き取られるようになっている。

〔トナー保持とトナー放出とが切り替え可能なブラシ〕
本発明のクリーニングブラシは、特開２００２−１７４９６４（公開日：平成１４年６月２１日）に記載されているような、トナー保持とトナー放出とが切り替え可能なブラシとして利用することもできる。

すなわち、図５に示すバイアス式のクリーニングブラシ５０を備える画像形成部において、クリーニングブラシ５０のバイアスを変化させることによって、トナー回収とトナー吐き出しとを切り替えることができる。すなわち、クリーニングブラシ５０のバイアスを調節する電圧バイアスを備えることによって、トナーをブラシ毛間に保持する保持バイアスと、トナーを放出する放出バイアスとを切り替えることができる。

こうすることによって、画像形成中には残トナーを保持し、クリーニング時には画像形成中に保持された残トナーをまとめて放出することができる。

なお、図４・５において、クリーニングブラシ４５および５０としてロール型ブラシ２１を用いるとしたが、これに限定されるものではなく、平板型ブラシ２５を用いてもよい。

また、クリーニングブラシ４５および５０において、ブラシ毛は、感光体ドラム４０の回転方向に対して平行な直線からずれるように配置されていることが好ましい。但し、本発明はこの構成に限定されるものではなく、平行であってもよい。具体的には、図６・７に示す通りである。

図６・７は、クリーニングブラシにおけるブラシ毛の配置の例を示す平面図である。なお、図６・７にそれぞれ示すクリーニングブラシ４５’および４５’’は、図１・２を参照して説明したロール型ブラシ２１とほぼ同一の部材を備えている。それゆえ、図１・２で既に説明した部材と同様の機能を有する部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図６・７には、感光体ドラム４０の回転方向を矢印で示している。図６に示すように、クリーニングブラシ４５’は、パイル糸１５が、感光体ドラム４０の回転方向に平行な直線からずれるように配置されている。一方、図７に示すように、クリーニングブラシ４５’’は、パイル糸１５の配置が、感光体ドラム４０の回転方向に平行な直線をなしている。クリーニングブラシ４５’は、クリーニングブラシ４５’’よりもトナーがブラシ毛をすり抜けにくいので、トナーを捕獲しやすいという効果を奏する。

〔実施例および比較例〕
図５に示すクリーニングブラシ４５において、ブラシ毛１４の密度ｎ、先端の径Ｄ（ｍ）、長さｈ（ｍｍ）を変化させ、実施例１〜１４、比較例１〜５のブラシを作製した。これらのブラシの占有率Ｐ、表面積Ｌを表１に示す。また、以下の評価方法によって、ブラシの性能を評価した結果も、併せて表１に示す。

なお、本実施例および比較例において、ブラシ毛１４は、ポリアミドからなると共に、カーボン等の導電性物質は添加されておらず、絶縁性とした。

（クリーニングブラシの評価方法）
（ａ）トナー目詰まり
クリーニングブラシの耐久性の指標の１つとして、目詰まりのしにくさが挙げられる。目詰まりとは、ブラシ毛間にトナーが入りこんで吐き出すことができなくなる現象である。この目詰まりが起こると、トナーを捕獲するための有効な表面積が減少し、トナー捕獲性が低下してしまう。また、トナー捕獲性が低下すると、クリーニングブラシ（ロール型）の回転トルクが増大する。これがさらに進行すると、クリーニングブラシを回転させることができなくなる。

（ａ−１）回転トルク
図５に示す画像形成部を備える画像形成装置において、３万枚の用紙にトナー画像を印刷する３万枚耐久試験を行なった。トルク変化量Ｔ［但し、Ｔ＝｛（この３万枚耐久試験後のクリーニングブラシのトルク）／初期トルク｝］が、２００％以上であれば×、２００％未満であれば○と評価した。

（ａ−２）トナー捕獲性試験
トナー捕獲性試験とは、クリーニングブラシ通過前後での感光体上の残トナーの割合ＰＷ［但し、ＰＷ＝（通過後残トナー重量／通過前残トナー重量）］によってトナー捕獲性を評価するものである。

上記（ａ−１）の方法で○と評価されたクリーニングブラシについて、３万枚耐久試験後にトナー捕獲性試験を行なった。この試験結果において、異常時（紙ジャムが起きた時）でもＰＷが０．１未満であれば◎と評価した。

（ｂ）トナー捕獲性
初期のクリーニングブラシ、すなわち新品のクリーニングブラシを用い、クリーニングブラシ通過前後での感光体上の残トナーの割合ＰＷによって、トナー捕獲性を評価した。通常時のＰＷが０．１以上を×、ＰＷが０．１未満を○とし、○と評価したクリーニングブラシで異常時のＰＷが０．１未満のものを◎と評価した。

（ｃ）クリーニング性
上記（ａ）のトナー詰まり、（ｂ）のトナー捕獲性の両方を併せて評価したものをクリーニング性とする。すなわち、（ａ）および（ｂ）の２つの評価項目において、どちらの評価も◎であるブラシを◎、少なくとも一方が×であるブラシを×、２少なくとも一方が○であり、かつ２つの項目がどちらも○であるブラシを○と評価した。

（ｄ）像担持体寿命
３万枚耐久試験を行い、画像かぶり［画像かぶり＝（プリント前白色度−プリント後白色度）／プリント前白色度×１００（％）］によって像担持体寿命を評価した。すなわち、３万枚耐久試験後に、感光体磨耗による画像かぶり５％未満であるときは○、３万枚耐久試験後に感光体磨耗による画像かぶり５％以上であるときは×と評価した（特許３２８７７６０）。

（ｅ）像担持体の傷
３万枚耐久試験を行なった後、感光体が傷付いたことによる画像欠陥が無い場合は○、画像欠陥が発生した場合は×と評価した。

（評価結果）
表１では、磨耗性および剛性比は、比較例１を基準とした比で表記されている。

比較例４では、ブラシ毛長さｈが５ｍｍと大きいため、ブラシの小型化の要求に応えることができない。

そこで、小型化を実現するために、比較例５としてブラシ毛長さｈを１．５ｍｍと短くした。すると、径Ｄを小さくしたにも関わらず、ブラシ毛の剛性が比較例５の約４．２倍となり、像担持体の磨耗が大きく、傷が発生しやすいという結果になった。

そこで、ブラシ毛の剛性を下げるために、ブラシ毛の径Ｄは比較例５のままで長さｈを大きくした（比較例１）。ブラシ毛の剛性は比較例４の約４２％となり、その結果像担持体への負担もある程度は低減された。しかし昨今では像担持体の長寿命化が強く求められており、これでは充分とはいえなかった。

実施例１は、ブラシ毛径Ｄを比較例１の約７０％としたものである。実施例１では、ブラシ毛の剛性比が比較例１の約２５％となった。そのため、像担持体の磨耗も少なくなり、約４倍の像担持体寿命を得ることができた。また、像担持体の傷付きも少なくなり、良好な画像を得ることができた。また、パイルコストも約５０％となる。パイルコストとはパイル糸にかかる材料費であり、ブラシの製造コストにおいてはこのパイルコストの比重が極めて大きい。

比較例２では、パイルコストをさらに下げるために、密度ｎを実施例１の約２１％とした。確かにパイルコストを低下させることはできたが、トナー捕獲性が悪く、クリーニングブラシとして充分な機能を果たすことができなかった。トナー捕獲性が低いのは、表面積Ｌが小さくなったためである。表面積Ｌを大きくすれば、電気的に吸引するトナー量が増え、トナー捕獲性が向上する。

そこで、実施例２では、表面積Ｌを比較例２の約１．９倍の５０００ｍ^２／ｍとした。こうすることで、実施例２では良好なトナー捕獲性が得られた。

さらに、実施例１４では表面積Ｌを１００００ｍ^２／ｍとした。こうすることで、一度のクリーニングによってより多くのトナーを捕獲することができるようになる。それゆえ、異常（今回の評価方法では紙ジャム）が起こり、一度に多量のトナーが像担持体上に残存した場合でも、トナーを充分に除去することができ、良好な画像形成を維持することができる。

しかし、表面積Ｌが増加すると、空間に対するパイルの占める割合（占有率Ｐ）も大きくなる。それゆえ、目詰まりも起こりやすくなる。実施例４のように占有率Ｐが約０．１５の場合はクリーニング性は良好であったが、比較例３のように占有率Ｐを約０．２とすると、トナー目詰まりを起こしやすく、表面積Ｌが大きいにも関わらず、十分なクリーニング性を得ることができなかった。また、回転トルクも増加し、クリーニングブラシを回転させることが困難になった。

また、実施例５では、径Ｄを実施例１の約７１％とし、長さｈを約７５％とした。これによって、剛性をより小さくすることができ、像担持体の長寿命化（実施例１の約１．７倍）を実現することができた。

実施例５のブラシの、密度ｎのみを変化させ、実施例６〜８を得たが、いずれもクリーニングブラシとして好適な特性を備えていた。また、実施例８（占有率０．１２９）でも充分なクリーニング性を得ることができたが、占有率が高まることによって、実施例７のブラシと比べて、紙ジャム時のクリーニング性は低下する傾向にあった。

実施例９では、さらに長さｈを１．６ｍｍまで短くしたが、像担持体の寿命を充分に長く保つことができ、良好なクリーニング性を得ることができた。

実施例１０〜１２は、実施例５〜９よりもさらに径Ｄを小さくしたものである。また、実施例１０〜１２では、長さｈが異なる以外は、同一の構成（径Ｄ、密度ｎ）とした。これらの実施例でも、良好なクリーニング性を実現すると共に、像担持体の寿命を十分に長く保つことができた。

また、実施例１３は、実施例１０〜１２よりも径Ｄをより小さく、密度ｎを大きくしたものであり、良好なクリーニング性を実現すると共に、像担持体の寿命を十分に長く保つことができた。なお、現在、ブラシ毛の長さｈの下限は現実的には１ｍｍである。

以上の実施例および比較例の結果から、好ましいブラシの構成をグラフ化したものが図８である。図８から、良好なクリーニング性を得るための構成、すなわち占有率Ｐ≦０．１５および表面積Ｌ≧５０００を満たすような、ブラシ毛径Ｄおよび密度ｎを選択することができる。さらに、紙ジャム等の異常時にも良好なクリーニング性を得るためには、表面積Ｌ≧１００００を満たすことが好ましく、より目詰まりを起こりにくくするためには、占有率Ｐ≦０．１を満たすことが好ましい。

上述の実施例および比較例では、特にディスターブブラシを例としたが、他の方式のクリーニングブラシであっても、同様の結果が得られており、他の方式を採用したクリーニングブラシであっても、占有率Ｐ、表面積Ｌ等がこの範囲であることが好ましい。

ただ、クリーニング方式の違いによって、特に好適なブラシの構成は若干異なる。クリーニング方式による違いを表２にまとめた。

ディスターブブラシおよびトナー帯電制御併用ディスターブブラシを用いる場合、図４に示すようにクリーニングブラシ４５の下流（感光体ドラム４０の回転方向の下流）にブレード４８が併設されている。それゆえ、適量のトナーがこのブレードに補充されるようにすることが望ましい。そこで、トナーがブラシを通過しやすいよう、占有率Ｐは０．１以下と比較的小さいことが好ましい。また、機械的にトナーを掻き取ることができるよう、剛性比は０．０５以上が好ましい。

また、ディスターブブラシはトナーを帯電させるという電気的な作用をもたないので、ブラシ毛は絶縁性のものを用いる。一方、トナー帯電制御用ディスターブブラシにおけるブラシ毛は、トナーの帯電を制御するために、比較的小さめの体積抵抗率（表２参照）を有することが好ましい。

図５に示すバイアスブラシは、機械的にトナーを除去するのではないので、ブラシ毛の剛性は小さくてもよい。その反面、バイアスブラシはトナーの帯電の正負を逆転させてはならないので、トナー帯電制御用ディスターブブラシよりも高めの体積抵抗率（表２参照）であることが好ましい。また、下流にブレードを併設しないので、トナーを通り抜けさせなくてもよい。そのため、占有率は０．１５以下であればよい。

また、トナー放出と保持とが切り替え可能なブラシにおいても、トナーの帯電の正負を逆転させないよう、バイアスブラシと同等の体積抵抗率とすることが好ましい。

体積抵抗率の測定方法としては、特に限定されるものではない。例えば、複数本のブラシ毛を一束として電気抵抗値を測定し、その値からブラシ毛の体積抵抗率を算出する方法を用いることができる。具体的には、下記方法によって測定を行った結果に基づいて算出することができる。

図１に示すパイル織物１０において、ブラシ毛１４となる繊維を複数本（Ｎ本）まとめて一束とする。この一束を測定単位として、２つ一対の電極に接触させつつ速度Ｕで繊維の長手方向に走行させる。走行させながら、一対の電極間に、電流を一定の電流値で流す。この状態で、一対の電極間の電圧値を、時間ｔ間連続して測定する。この時間ｔ間の電圧の積分値Ｖ（ｔ）および時間ｔ間の電流の積分値Ｉを、式 Ｒ（ｔ）＝Ｖ（ｔ）／Ｉ に当てはめることで、繊維が時間ｔに走行した長さ当たりの抵抗値Ｒ（ｔ）を得ることができる。

時間ｔは、速度Ｕから導電性糸１８の長さに換算できる。従って、Ｒ（ｔ）および電極間の距離から、測定単位における長さ当たりの抵抗値Ｒを求めることができる。そして、当該抵抗値Ｒと、測定単位であるブラシ毛の本数および断面積とから、ブラシ毛の体積抵抗率を算出すればよい。

なお、上記の方法において、電流を一定にして電圧を測定する代わりに、電圧を一定にして電流を測定して、その結果から抵抗値を算出することもできる。

測定時に用いるブラシ毛はとくに限定されないが、５０〜１００本程度であれば、充分に正確な値を得ることができる。

また、ブラシ毛の導電性を調整するためには、ブラシ毛中にカーボンまたは金属からなる導電性粒子を分散させればよい。導電性粒子の添加量は、目的の導電性に合わせて適宜設定可能であり、特に限定されるものではない。このような導電性粒子の添加量は公知であり、例えば特開２００２−１４６６２９（公開日：平成１４年５月２２日）に記載されている。

〔ブラシ毛の形状〕
以下の本発明のクリーニングブラシの好ましい実施形態として、ブラシ毛の断面がエッジを持たないブラシについて説明する。

このようなブラシは、エッジを持たないため、ブラシが像担持体を傷つけにくい。また、バイアスブラシやトナー帯電制御併用ディスターブブラシの場合、ブラシ毛の断面にエッジがあると、そこから集中して放電が起こりやすい。このような放電の集中は、残トナーの帯電ムラを引き起こすことがある。それに対して本実施形態のブラシは、細繊維の断面がエッジを持たないので、放電が集中することがなく、残トナーを均一に帯電することができる。

なお、ブラシ毛の断面形状がエッジを持たないとは、ブラシ毛のうち、少なくとも像担持体と接触する部分、つまり先端付近の断面形状が、角を持たず、丸くなっていることを意味する。このような形状としては、円形または楕円形であってもよいし、多角形の角が丸くなった形状であってもよい。さらには、ブラシ毛の断面形状コーナーの丸み（アール）が、１／１０Ｄ以上であることが好ましい。

以上のように、本発明において、ブラシ毛の断面形状がエッジを持たないとは、完全に角がないことを意味するのではなく、上述のような形状を広く含むものである。つまり、微視的に見て角や突起を有する形状であっても、巨視的に見て角や突起がないと判断されるような多角形等の形状も、本発明の範疇に含まれる。このような形状の一例を図９（ａ）〜図９（ｃ）に示す。

図９（ａ）〜図９（ｃ）は、ブラシ毛を形成するのに好適な海島繊維の一例を示す断面図である。海島繊維とは、溶解部である海部および非溶解部である島部からなる繊維である。図９（ａ）〜図９（ｃ）に示す海島繊維７０ａ〜７０ｃから、海部７１ａ〜７１ｃを溶解および除去することによって、島部７２ａ〜７２ｃからなる細繊維をブラシ毛として得ることができる。島部７２ａ〜７２ｃは、上述したようにエッジのない形状となっている。

このような海部および島部としては、従来の海島型繊維で用いられている材料を好適に利用することができる。海部を除去するための溶剤としては、海部を溶解させ、かつ島部を溶解させない物質であればよい。例えば、海部としてポリエチレン系の加水分解性樹脂を用い、島部として、ポリアミド系、ポリオレフィン系、ポリアクリル系などの非加水分解性樹脂を用いて、海部を酸またはアルカリなど加水分解することにより非加水分解性樹脂からなる細繊維を得てもよい。より具体的には、海部を加水分解性樹脂のＰＥＴ（アルカリ易溶性ＰＥＴ）、島部を非加水分解性樹脂のポリアミド（例えばナイロン−６）とし、アルカリ性の水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウム水溶液によって海部を加水分解してもよい。この他の溶解部、非溶解部、および溶剤の組み合わせを表３に示す。なお、表３中Ｐ．Ｐ．とは、ポリプロピレンを意味する。

例えば、薄刃状の切込み溝を有する治具を押し当てる等、単に機械的な力によって割繊する場合、得られる細繊維の断面形状を制御することは不可能である。

それに対して、化学的な割繊によれば、細繊維の断面形状を所望の形状とすることができる。これは、海島繊維を製造するときに、細繊維となる部分すなわち島部の形状を適宜設定することができるからである。例えばノズルからの押し出しによって海島繊維を形成する場合は、細繊維となる部分の断面形状を、ノズルの形状によって制御することができる。

また、溶剤によって海部が除去され、島部からなる細繊維を得る場合、細繊維間に余分な成分が残留しない。その結果、ブラシが像担持体と接触する部分（具体的にはブラシ毛の先端）の成分がより均一となる。特にトナーを帯電させるブラシの場合、接触部分の成分が均一であることが好ましい。

なお、化学割繊の具体的な方法としては、何ら限定されるものではなく、シャフトや平板等の支持部にパイル織物を固定した後に、溶剤を作用させてもよいし、先にパイル織物を溶剤で処理した後に支持部に固定してもよい。また、パイル糸に溶剤が付着する長さを調節することによって、細繊維の長さを調節することもでき、ブラシ毛中の細繊維の長さも、特に限定されるものではない。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明のクリーニングブラシは、小型化が可能であると共に、クリーニング性にも優れており、プリンタやコピー機等の画像形成装置に好適に用いられる。

本発明の実施の形態の一つであるクリーニングブラシの要部構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態の一つであるクリーニングブラシの要部構成を示す平面図である。 本発明の実施の形態の一つであるクリーニングブラシの要部構成を示す平面図である。 本発明の実施の形態の一つであるディスターブブラシを備える画像形成装置の要部構成を示す正面図である。 本発明の実施の形態の一つであるバイアスブラシを備える画像形成装置の要部構成を示す正面図である。 本発明のクリーニングブラシにおけるパイル糸の配置の一例を示す平面図である。 本発明のクリーニングブラシにおけるパイル糸の配置の他の例を示す平面図である。 好ましいブラシの構成（占有率、表面積）をグラフ化したものであり、縦軸にブラシ毛の密度ｎ、横軸にブラシ毛の径Ｄを示す。 本発明のクリーニングブラシにおけるブラシ毛の一例である海島繊維の構成を示す断面図である。

符号の説明

１０ パイル織物
１１ 基布
１４ ブラシ毛
１５ パイル糸
２０ シャフト
２１ ロール型ブラシ
２４ 平板
２５ 平板型ブラシ
４０ 感光体ドラム（像担持体）

Claims (8)

1. 像担持体に付着したトナーをブラシ毛によって除去する画像形成装置用クリーニングブラシであって、
   ブラシ毛の径Ｄ（ｍ）が、Ｄ≦１１×１０^−６を満たし、
   ブラシ毛の占有率Ｐ［但し、Ｐ＝（πＤ^２／４）・ｎで表され、ｎはブラシ毛の密度（Ｍｆ／ｍ^２）を表す］がＰ≦０．１５を満たし、
   ブラシ毛の長手方向における単位長さ当たりの表面積Ｌ（ｍ^２／ｍ）［但し、Ｌ＝πＤ・ｎで表される］がＬ≧５０００を満たし、
   かつ、ブラシ毛の長さｈ（ｍｍ）が１≦ｈ≦３．２を満たすことを特徴とするクリーニングブラシ。
2. 上記占有率Ｐが、Ｐ≦０．１を満たすことを特徴とする請求項１に記載のクリーニングブラシ。
3. 上記クリーニング表面積Ｌが、Ｌ≧１００００を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載のクリーニングブラシ。
4. 上記ブラシ毛が導電性であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のクリーニングブラシ。
5. 上記ブラシ毛の体積抵抗率が、１×１０^４Ω・ｃｍ〜１×１０^１０Ω・ｃｍであることを特徴とする請求項４に記載のクリーニングブラシ。
6. 上記ブラシ毛の体積抵抗率が、１×１０^０Ω・ｃｍ〜１×１０^５Ω・ｃｍであることを特徴とする請求項４に記載のクリーニングブラシ。
7. 上記ブラシ毛は、割繊によって形成されてなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のクリーニングブラシ。
8. 上記ブラシ毛は、化学割繊によって形成されてなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のクリーニングブラシ。

Images