JP2010256870A - 帯電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】感光体を帯電する帯電帯電ローラにはトナーや外添剤が付着する可能性が高い。そのため、外添剤に対するクリーニング効果が高いブラシローラを配備して、帯電ムラ、帯電不良の発生を抑制することを目的とする。
【解決手段】直毛のブラシローラでは、帯電ローラを清掃しても十分なクリーニング効果を得ることができなかった。そこで、帯電ローラの清掃用のブラシローラの構成を検討、評価した。具体的には、ブラシローラの毛体が回転方向の下流側に向けて斜めに起立するように、ブラシローラの毛体の斜毛処理を行った。
【選択図】図５

Description

本発明は、感光体を帯電する帯電部材と帯電部材を清掃するブラシを備えた帯電装置に関する。詳しくは、帯電部材に従動して回転し帯電部材を清掃するブラシの構成に関する。

帯電部材を接触させて感光体を帯電させた後に、露光、現像を経て感光体にトナー像を形成する画像形成装置が広く用いられている。一般的な帯電部材は、感光体に対する接触性を改善するために、金属の中心軸部材の周囲に導電性のゴム又はスポンジの弾性層を配置しているので、感光体に付着したトナー、紙粉、外添剤が表面に移転して付着し易い。

そして、帯電部材の表面が汚れてくると、感光体に対する正常な導電性が損なわれて、帯電ムラ、帯電不良の原因となるため、画像形成中に帯電部材の表面をクリーニングするための各種構造が提案されている。

特許文献１（特開平８−９５３５０号公報）には、トナーの吸着性に優れたゴム材料のゴムローラを帯電部材に従動回転させて帯電部材をクリーニングする帯電装置が示される。

また、特許文献２（特開２００６−２７６１３４号公報）には、ナイロン（登録商標）ブラシローラを帯電部材に従動回転させて帯電部材をクリーニングする帯電装置が示される。ここでは、直径１７μｍ、長さ２ｍｍの毛体を３００００本／ｃｍ^２の密度で静電植毛した外径１０ｍｍ（帯電ローラと同径）のブラシローラが帯電ローラに対して０．５ｍｍの毛先侵入量で配置されている。

特開平８−９５３５０号公報 特開２００６−２７６１３４号公報

ここで、特許文献１に記載のゴムローラの場合、トナーの付着力が大きくてゴムローラからトナーをクリーニングすることが困難なため、比較的に短期間でゴムローラが汚れて、帯電部材に対するクリーニング性能が低下する。また、トナーの小径化に伴って外添剤の添加量を増大させると、比較的に短期間でゴムローラ及び帯電ローラが外添剤に覆われてしまい、帯電ムラ、帯電不良が発生することが判明した。

また、特許文献２に記載のブラシローラは、ブラシローラの毛体にトナーを溜め込み易いため、毛体からトナーを梳き落とすブラシローラクリーニング部材を配置している。このため、帯電ローラの回転負荷が大きくなったり、帯電ローラ周りの構造が複雑になったりする。

また、後述するように、特許文献２に記載されるブラシローラは、現像剤中に含まれる微粒子の外添剤に対してはクリーニング効果が小さい。このため、トナーの小径化に伴って外添剤の添加量を増大させると、短期間で帯電ローラが外添剤に覆われてしまい、帯電ムラ、帯電不良が発生することが判明した。

そこで、本発明は、簡単な構成で帯電部材に従動回転するブラシの帯電部材に対するクリーニング性能を高めて、帯電ムラ、帯電不良の発生を抑制できる帯電装置を提供することを目的としている。

そこで、本発明の帯電装置は、感光体を帯電する回転可能な帯電部材と、前記帯電部材と接触して力を受けることによって前記帯電部材の回転方向に沿うように回転し、前記帯電部材を清掃するブラシとを有し、前記ブラシの毛体は、毛先が前記ブラシの回転方向と反対方向へ向くように斜毛処理されていることを特徴とする。

本発明によれば、帯電部材に従動回転するブラシの帯電部材に対するクリーニング性能を高めて、帯電ムラ、帯電不良の発生を抑制できる。

画像形成装置の構成の説明図である。 画像形成部の構成の説明図である。 帯電ローラの加圧機構の構成の説明図である。 軸受け部材の構成の説明図である。 ブラシローラの毛体の配向状態の説明図である。 実施例２における帯電ローラの加圧機構の構成の説明図である。 実施例２における軸受け部材の構成の説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明は、ブラシの毛体がブラシの回転方向下流側に向かうように配向処理されている限りにおいて、実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実施できる。従って、回転する帯電部材を用いて感光体を帯電する帯電装置であれば、搭載された画像形成装置の構成とは無関係に実施できる。本実施形態では、トナー像の形成／転写に係る主要部のみを説明するが、本発明は、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途の画像形成装置で実施できる。

なお、特開平８−９５３５０号公報、特開２００６−２７６１３４号公報に示される帯電装置及び画像形成装置の一般的な事項については、図示を省略して重複する説明を省略する。

§１．｛画像形成装置の概略構成について｝
図１は画像形成装置の構成の説明図、図２は画像形成部の構成の説明図である。図１に示すように、画像形成装置１００は、中間転写ベルト１０に沿って画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄを配列したタンデム型中間転写方式のフルカラープリンタである。

画像形成部Ｐａでは、感光ドラム１ａにイエロートナー像が形成されて中間転写ベルト１０に一次転写される。画像形成部Ｐｂでは、感光ドラム１ｂにマゼンタトナー像が形成されて中間転写ベルト１０のイエロートナー像に重ねて一次転写される。画像形成部Ｐｃ、Ｐｄでは、それぞれ感光ドラム１ｃ、１ｄにシアントナー像、ブラックトナー像が形成されて、同様に中間転写ベルト１０に順次重ねて一次転写される。

中間転写ベルト１０に一次転写された四色のトナー像は、二次転写部Ｔ２へ搬送されて記録材Ｐへ一括二次転写される。四色のトナー像を二次転写された記録材Ｐは、定着装置１５で加熱加圧を受けて表面にトナー像を定着された後に、画像形成装置１００の外部へ排出される。中間転写ベルト１０は、テンションローラ１２、駆動ローラ１１、及び対向ローラ１３に掛け渡して支持され、駆動ローラ１１に駆動されて所定のプロセススピードで矢印Ｒ２方向に回転する。中間転写ベルト１０は、テンションローラ１２によって３０Ｎ（３ｋｇｆ）の張力を付与されている。

記録材カセット１８から引き出された記録材Ｐは、分離ローラ１７で１枚ずつに分離して、レジストローラ１６へ送り出される。レジストローラ１６は、停止状態で記録材Ｐを受け入れて待機させ、中間転写ベルト１０のトナー像にタイミングを合わせて記録材Ｐを二次転写部Ｔ２へ送り込む。

画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄは、それぞれの現像装置で用いるトナーの色がイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと異なる以外は、ほぼ同一に構成される。以下では、画像形成部Ｐａについて説明し、他の画像形成部Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄについては、説明中の符号末尾のａを、ｂ、ｃ、ｄに読み替えて説明されるものとする。

図２に示すように、画像形成部Ｐａは、感光ドラム１ａの周囲に、帯電ローラ２ａ、露光装置３ａ、現像装置４ａ、一次転写ローラ５ａ、光除電器７ａ、クリーニング装置６ａを配置している。

感光ドラム１ａは、肉厚１ｍｍのアルミニウムシリンダの導電性支持体１ｅの外周面に、帯電極性が負極性の有機物質の感光層１ｆ、フッ素樹脂微粒子を含有する表面保護層１ｇが順次積層されている。感光ドラム１ａは、外径が３０ｍｍで、駆動モータ（１ｍ：図３）から駆動力を伝達されることによって、所定のプロセススピードで矢印Ｒ１方向に回転する。

帯電ローラ２ａは、感光ドラム１ａに当接して従動回転し、直流電圧に交流電圧を重畳した振動電圧を電源Ｄ３から印加されることにより、感光ドラム１ａの表面を一様な負極性の電位に帯電する。

露光装置３ａは、イエローの分解色画像を展開した走査線画像データをＯＮ−ＯＦＦ変調したレーザービームを回転ミラーで走査して、帯電した感光ドラム１ａの表面に画像の静電像を書き込む。

現像装置４ａは、二成分現像剤を攪拌して帯電させ、固定磁極４ｊの周囲で感光ドラム１ａとカウンタ方向に回転する現像スリーブ４ｓに担持させて感光ドラム１ａへ摺擦させる。負極性の直流電圧に交流電圧を重畳した振動電圧が電源Ｄ４から印加されると、現像スリーブ４ｓよりも相対的に正極性となった感光ドラム１ａの静電像へ負極性に帯電したトナーが移転して、静電像が反転現像される。

ここで、二成分現像剤は、非磁性トナーと磁性キャリアとを所定の重量比で混合しており、少量の外添剤が添加されている。非磁性トナーは、平均粒径５〜７μの粉砕樹脂トナーである。外添剤は、二成分現像剤に必要な流動性を付与して摩擦帯電を円滑に行わせる。外添剤は、粒径１μｍ以下のシリカのほかに、チタン等を使用している。

一次転写ローラ５ａは、中間転写ベルト１０を押圧して、感光ドラム１ａと中間転写ベルト１０との間に一次転写部Ｔ１を形成する。電源Ｄ１から正極性の直流電圧が一次転写ローラ５ａに印加されることにより、感光ドラム１ａに担持された負極性のトナー像が、一次転写部Ｔ１を通過する中間転写ベルト１０へ一次転写される。

光除電器７ａは、感光ドラム１ａの表面を長手方向に線状に露光して、トナー像が転写された後の感光ドラム１ａの表面に残った静電像を除電する。クリーニング装置６ａは、クリーニングブレード６ｅを感光ドラム１ａに摺擦して、一次転写部Ｔ１を通過して感光ドラム１ａの表面に残留した転写残トナーを掻き落として回収容器６ｆに回収する。

§２．｛帯電装置について｝
図３は帯電ローラの加圧機構の構成の説明図である。図３は帯電ローラ２ａの周辺を拡大して図示したものである。図２に示すように、帯電部材の一例である帯電ローラ２ａは、回転軸となる導電性芯金２１の外側に弾性層２２を設けて外径１４ｍｍに仕上げられている。

導電性芯金２１は、直径８ｍｍのアルミニウム中実棒材を用いており、弾性層２２に覆われない部分については、導電性を失わない範囲で、防錆及び耐傷性付与のためにメッキ処理を施してある。導電性芯金２１は、鉄、銅、ステンレス等の中実又はパイプの金属材料を用いてもよい。

弾性層２２は、弾性材であるゴム（ＥＰＤＭ：エチレン−プロピレン−ジエンゴム）に導電剤であるカーボンブラックを分散させることで導電性を付与して、抵抗を１×１０^６Ωｃｍに調整してある。なお、導電剤は、グラファイト、導電性金属酸化物などの電子導電系のものや、アルカリ金属塩などのイオン導電系のものを使用しても構わない。また、弾性材は、天然ゴム、ＳＢＲ、シリコンゴム、ウレタンゴム、エピクロルヒドリンゴム、ＩＲ、ＢＲ、ＮＢＲ及びＣＲなどの合成ゴムや、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコン樹脂を使用しても構わない。抵抗は、１×１０^１０Ωｃｍ未満に調整されていればよい。

弾性層２２は、感光体１ａへの加圧時の撓みを考慮して、長手方向の中央部が太く、長手方向の両端部が細くなるように、いわゆるクラウン形状となるように研磨処理が施されている。これは、帯電ローラ２ａの両端部が、図３に示す加圧機構３０、４０によって、感光ドラム１ａに向けて所定の加圧力を受ける構造だからである。すなわち、帯電ローラ２ａの中央部の感光ドラム１ａへの当接圧が両端部に比べて小さくなる傾向があるため、これを相殺して当接圧を均等にするためである。

導電性芯金２１には、帯電ローラ２ａに帯電バイアスを印加するための電源Ｄ３が接続されている。電源Ｄ３は、帯電バイアスとして、直流電圧と交流電圧を重畳した振動電圧を帯電ローラ２ａに印加する。帯電バイアスは、種々の要因で調整されるが、一例としては、−６００Ｖの直流電圧とピーク間電圧が１７００Ｖの交流電圧とを重畳した振動電圧である。

図３に示すように、帯電ローラ２ａは、加圧機構３０、４０によって両端を支持されて、感光ドラム１ａに当接している。加圧機構３０、４０、ブラシローラ５０等は、図１に示す画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄに共通に備えられている。

帯電ローラ２ａの導電性芯金２１の両端部は、軸受け部材３１、４１によって回転自在に支持されている。軸受け部材３１、４１は、加圧バネ３２、４２によって感光ドラム１ａに向かって加圧され、これによって、回転可能に設けられた帯電ローラ２ａに感光ドラム１ａに対する所定の当接圧が設定されている。帯電ローラ２ａが所定の当接圧で感光ドラム１ａに当接することで、帯電ローラ２ａと感光ドラム１ａとの間に摩擦力が発生して、感光ドラム１ａの回転に帯電ローラ２ａが所定方向に従動回転している。

図２に示すように、画像形成中には、感光体の一例である感光ドラム１ａに付着した転写残トナーＴＮ、紙粉、外添剤等は、その大部分がクリーニング装置６ａのクリーニングブレード６ｅに捕捉される。しかし、若干のトナー粒子や外添剤粒子は、クリーニングブレード６ｅをすり抜けて感光ドラム１ａに連れ回り、帯電ローラ２ａに達して帯電ローラ２ａの表面に付着する。このようにして形成された帯電ローラ２ａの汚れは、帯電ローラ２ａと感光ドラム１ａとの間の電荷移動を妨げて、感光ドラム１ａに帯電ムラ、帯電不良を発生させ、画像不良を引き起してしまう。

すなわち、所定方向に回転する帯電ローラ２ａは、トナー像が形成される感光ドラム１ａに接触して帯電するので、僅かであるが、所定方向に回転する帯電ローラ２ａにトナーや外添剤が付着する。そして、画像形成の繰り返しに伴い、帯電ローラ２ａの表面にトナーや外添剤が蓄積していってしまうと、帯電工程を適切に行うことができないほどに堆積する可能性がある。このような堆積状態を放置すると、帯電ローラ２ａの長寿命化を達成できなくなる。

そこで、画像形成装置１００では、帯電ローラ２ａの汚れを取り除くため、ブラシの一例であるブラシローラ５０を設けている。ブラシローラ５０は、帯電ローラ２ａの回転に伴い従動回転し、帯電ローラ２ａと接触して力を受けることによって帯電ローラ２ａの回転方向に沿うように回転して帯電ローラ２ａの表面を清掃する。そして、ブラシローラ５０の毛体は、毛先がブラシローラ５０の回転方向と反対方向へ向くように斜毛処理されている。

具体的には、図５の（ａ）に示すように、ブラシの毛体が斜毛処理されている。このため、ブラシローラ５０は、ブラシの毛体が毛体に沿った方向に突き出されるように帯電ローラ２ａに衝突して付勢されることで、帯電ローラ２ａの表面から駆動を得て従動回転する。言い換えると、ブラシローラ５０は、毛体の先端が帯電ローラ２ａと接触して力を受け、帯電ローラ２ａの回転方向に沿うように回転する。

ブラシローラ５０を帯電ローラ２ａに従動回転させると、いわゆる逆毛状態のため、多数の毛体の先端が、回転する帯電ローラ２ａの表面に衝突するように突き当たって帯電部材の表面から付着物（外添剤等）を掻き出して跳ね上げる。このため、逆方向に従動回転させた場合や毛体が配向していない直毛状態の場合に比較して、帯電部材の表面から付着物（外添剤）を除去する効果が高く、毛体の間隔に外添剤を取り込みにくい。従って、簡単な構成で、帯電ローラ２ａに従動回転するブラシローラ５０の帯電ローラ２ａに対するクリーニング性能を高めて、帯電ムラ、帯電不良の発生を抑制できる。

ここで、従動回転とは、ブラシローラ５０が、帯電ローラ２ａとの接触から駆動を得て帯電ローラ２ａよりも遅い周速でウイズ方向に回転することを言う。つまり、帯電ローラ２ａと接触することによって、伝導される力を受けて回転することを従動回転という。本件ではブラシローラ５０の毛体が帯電ローラ２ａと接触するので、ブラシローラ５０が帯電ローラ２ａに従動して回転しても帯電ローラ２ａよりも速く回転しない。斜毛とは、ブラシの毛体がブラシローラ５０の回転方向に斜めに傾いている（ブラシローラの法線に対して角度を持つ）ことを言う。斜毛処理とは、ブラシローラ５０のベース部（５２：図５）に対してブラシの毛体をそのように傾けるための処理を言う。そして、ブラシローラ５０は、毛体の配向によって帯電ローラ２ａの表面に斜めに当接する毛体の曲げ弾性変形によって当接圧が形成されるように、毛体の直径／長さ比及び帯電ローラ２ａに対する毛先侵入量が設定されている。

また、本実施例では、ブラシローラ５０における外添剤に対するクリーニング性能を評価するために、正逆回転比率のパラメータを提案している。すなわち、本実施例では、逆方向に従動回転させた場合の回転速度を正回転の従動回転による回転速度で除した比率が８０％以下であることで、外添剤に対するクリーニング性能が顕著に現れていることを確認した。

また、感光ドラム１ａに従動回転する帯電ローラ２ａの回転抵抗を抑制するために、特開２００６−２７６１３４号公報に示されるようなブラシローラクリーニング部材を配置せず、ブラシローラ５０の回転負荷を軽くしている。ブラシローラ５０は、毛体が座屈しない範囲で帯電ローラに従動回転するように、回転抵抗を軽く設定されている。そして、ブラシローラ５０が毛体に付着した外添剤を振り落とす遠心力を高めるために、ブラシローラ５０の直径６ｍｍは、帯電ローラ２ａの直径１４ｍｍよりも大幅に小さく設定されている。なお、感光体を帯電する帯電部材はベルト形状であってもよい。

発明者の実験によれば、ブラシローラ５０の毛体は、断面形状が円形のナイロンファイバー（登録商標）で直径２０μｍ以上３０μｍ以下、自由長０．５〜０．８ｍｍ、植毛密度５万本／ｉｎｃｈ^２以上６０万本／ｉｎｃｈ^２以下が好ましい。中でも、植毛密度１０万本／ｉｎｃｈ^２以上３０万本／ｉｎｃｈ^２以下が好ましい。そして、ブラシローラ５０の毛体の曲げ反力を高めるためには、金属棒の表面に垂直に静電植毛した毛体を後から熱変形させて配向させてもよく、毛体が初めから斜めに静電植毛されていてもよい。

§３．｛帯電ローラクリーニング装置について｝
図４は軸受け部材の構成の説明図、図５はブラシローラの毛体の配向状態の説明図である。図４は、帯電ローラ２ａとブラシローラ５０とを軸受けする軸受け部材３１、４１を拡大して図示したものである。軸受け部材４１は、軸受け部材３１と等しく構成されて同様の機能を有する。

図３に示すように、帯電ローラ２ａとブラシローラ５０は、それぞれの長手方向の両端部において、軸受け部材３１、４１によって回転自在に保持されている。軸受け部材３１、４１は、それぞれ加圧バネ３２、４２によって、帯電ローラ２ａとブラシローラ５０とを保持したまま、感光ドラム１ａに向けて加圧される構造となっている。このような構成において、ブラシローラ５０は、感光ドラム１ａに当接して従動回転する帯電ローラ２ａに対して従動的に回転し、帯電ローラ２ａの表面をクリーニングする。

図４の（ａ）に示すように、低摩擦係数のジュラコン（登録商標）から機械加工により製作した軸受け部材３１、４１には、軸受け孔３６、４６と軸受け孔３７、４７とが加工されている。図４の（ｂ）に示すように、軸受け孔３６、４６には、帯電ローラ２ａの導電性芯金２１の端部が回転自在に挿入されている。長円形の軸受け孔３７、４７には、ブラシローラ５０の回転軸５１が回転自在に挿入されている。回転軸５１は、図３に示すように、芯金５２よりも細くして回転摩擦抵抗を小さくしている。

ブラシローラ５０の回転軸５１の端部は、軸受け部材３１、４１に組み立てられた加圧バネ３３、４３によって、帯電ローラ２ａの方向に加圧されている。加圧バネ３３、４３は、回転軸５１を回転自在に保持するコマ３８、４８と軸受け部材３１、４１との間に圧縮状態で配置されている。これにより、ブラシローラ５０の回転軸５１は、加圧バネ３３、４３によって加圧されながら長円形の軸受け孔３７、４７によって支持される。軸受け孔３７、４７は、帯電ローラ２ａの軸受け孔３６、４６とは違い、加圧バネ３３、４３の加圧方向に一定距離移動可能な大きさに形成されている。これは、加圧によってブラシローラ５０の軸中心が移動することを可能にするためである。

図５の（ａ）に示すように、ブラシローラ５０は、芯金５２上に、ごく短いブラシ繊維の毛体５３を密集させて多数植毛した外径６ｍｍの回転ブラシである。図５は、図３に示す帯電ローラ２ａとブラシローラ５０のみを抜き出して端部側からみた断面図に、毛体５３を誇張して書き加え、帯電ローラ２ａの回転方向を付記したものである。

ブラシローラ５０の毛体５３は、ファイバーの太さとしては１〜１０ｄ（デニール）のものが好ましく、特に、３〜６ｄ（デニール）のものが好ましい。３ｄ（デニール）のナイロンフィバーの直径は約２０μであり、６ｄ（デニール）のフィバーの直径は約３０μであるから、ファイバー径で言えば直径２０以上３０μｍ以下のものが好ましい。ブラシローラ５０の毛体５３は、ファイバーの密度としては、植毛密度５万本／ｉｎｃｈ^２以上６０万本／ｉｎｃｈ^２以下が好ましく、特に、植毛密度１０万本／ｉｎｃｈ^２以上３０万本／ｉｎｃｈ^２以下が好ましい。ブラシローラ５０の毛体５３は、ファイバーの材料としては、ＰＥＴ、アクリル、レーヨン、ナイロン、合成繊維などが好ましい。植毛直後の毛体５３の状態としては、直毛、斜毛といった状態が考えられる。

実施例１では、このような背景の中で清掃条件を設定している。毛体５３のファイバーの太さが３ｄ（デニール）、ファイバーの長さが０．５ｍｍ、ファイバー材料がナイロン繊維である。そして、ブラシローラ５０の芯金５２に静電的に植毛し、さらに斜毛処理を加えて、毛体５３を直毛状態から平均４５度程度傾けた。斜毛処理としては、芯金５２に直毛状態で毛体５３を静電植毛したブラシローラ５０を回転させながら、ブラシローラ５０の側面に加熱した成形こてを押し当てる熱処理を行った。

図４の（ｂ）に示す加圧バネ３３、４３の加圧によって、図５の（ａ）に示すように、ブラシローラ５０は、帯電ローラ２ａの表面に押し付けられ、毛体５３の外周円の一部が帯電ローラ２ａに侵入した状態になる。本実施例では、侵入量が毛体５３の長さ０．５ｍｍ（斜毛高さ０．３６ｍｍ）に対して０．２ｍｍとなるように加圧バネ３３、４３の加圧力を設定している。

図５の（ａ）に示すように、ブラシローラ５０の毛体５３は、ベース部の一例である芯金５２の表面に対して垂直ではなく、ある一定方向に斜毛処理した状態で用いている。そして、そのように形成されたブラシローラ５０は、ブラシローラ５０の回転方向に対して毛先が逆向きになるように配置されて、帯電ローラ２ａに対する従動回転に伴って帯電ローラ２ａの表面をクリーニングする。すなわち、ブラシローラ５０の従動回転に伴って、ブラシローラ５０の無数の毛体５３の先端が、帯電ローラ２ａの表面に対して次々に正面衝突して、帯電ローラ２ａの表面から外添剤の微粒子を削り取る。

図５の（ａ）に示すようにブラシローラ５０の毛体５３が斜毛している場合、図５の（ｂ）に示すように逆方向に斜毛している場合に比較して、ブラシローラ５０の外添剤に対するクリーニング性能は著しく高まる。すなわち、従動回転方向の逆方向に毛体５３を配向させる場合、従動回転方向に毛先５３を配向させる場合や直毛状態の場合に対する優位性が現れる。この現象についての検証の結果を示す。

表１は、図３に示す構成において、ブラシローラ５０の毛体５３が直毛である場合と斜毛である場合とについて、ブラシローラ５０を正逆２方向に従動回転させてクリーニング性能を比較した結果である。ブラシローラ５０を正逆２方向に従動回転させ、直毛である場合と斜毛である場合とについて、ブラシローラ５０の回転速度を測定し、帯電ローラ２ａのクリーニング状態のレベルと画像不良の発生の有無とを評価した。

正逆２種類の回転方向は、ブラシローラ５０が斜毛の場合、図５の（ａ）に示す従動回転の方向を正回転とし、同じブラシローラ５０の軸端の取り付けを１８０度反転させた図５の（ｂ）に示す従動回転の方向を逆回転とした。

図５の（ａ）に示すように、ブラシローラ５０が斜毛の場合、正方向に従動回転させると、帯電ローラ２ａの回転に対してブラシローラ５０の斜毛方向が逆（カウンタ方向）になる。図５の（ｂ）に示すように、ブラシローラ５０が斜毛の場合、逆方向に従動回転させると、帯電ローラ２ａの回転に対してブラシローラ５０の斜毛方向が一致（ウイズ方向）になる。一方、ブラシローラ５０が直毛の場合、１回目の従動回転の方向を正回転とし、同じブラシローラ５０の軸端の取り付けを１８０度反転させた２回目の従動回転の方向を逆回転とした。ブラシローラ５０が直毛の場合、毛体の毛先の傾きの有無を別にすれば従動回転の方向は図５の（ａ）：実施例と、図５の（ｂ）：比較例と違いが無いため図は省略する。

表１に示す「帯電ローラに対する回転速度比」とは、帯電ローラ２ａにブラシローラ５０を従動回転させた際に、帯電ローラ２ａの周速度を１００％としてブラシローラ５０の周速度の比率を％で示した数値である。

帯電ローラ２ａの周速度は帯電ローラ２ａの外周面で、ブラシローラ５０の周速度は植毛されていない芯金５２の外周面で、それぞれレーザードップラ速度計を用いて周速度を読み取った。そして、読み取った周速度を、それぞれ帯電ローラ２ａとブラシローラ５０の当接位置での周速度に換算している。帯電ローラ２ａは常に一定の速度（所定速度）で回転しているので、表１の値はブラシローラ５０の周速度を相対的に表した数値と言える。

表１に示す「清掃レベル」は、Ａ４サイズ普通紙を横送りしてべた黒画像を連続１００００枚形成した時点で、帯電ローラ２ａを取り外して観察して評価した。「清掃レベル」について、×は帯電ローラ２ａ上に汚れが残っている状態、〇は帯電ローラ２ａ上に汚れが見られない状態である。表１に示す「画像不良の有無」は、上記「清掃レベル」の実験におけるべた黒画像に帯電不良に起因する画像不良が発生したか否かを評価した。「画像不良の有無」について、「発生」は画像不良が発生したことを意味し、「発生せず」は画像不良が発生しなかったことを意味する。ここで、帯電不良に起因する画像不良とは、帯電ローラ２ａ上に汚れが付着したことにより部分的な抵抗上昇が発生して、感光ドラム１ａ表面を所望の電位に帯電することができなくなって、出力物に濃度差が発生する現象である。

表１に示すように、帯電ローラに対する回転速度比については、ブラシローラ５０が直毛の場合には、従動回転の方向による大きな違いは無い。しかし、ブラシローラ５０が斜毛の場合には、従動回転の方向によって大きな違いが生じている。図５の（ａ）に示す正回転の場合、ブラシローラ５０は帯電ローラ２ａの６３％の周速度で回転するのに対して、図５の（ｂ）に示す逆方向の場合、正回転より２割ほど小さい５０％の周速度になる。これは、図５の（ａ）に示すように、正回転では、斜毛した毛体５３と帯電ローラ２ａの表面とのトラクション（グリップ）が大きくなり、ブラシローラ５０が帯電ローラ２ａの回転に追随して回転し易くなることを示している。同時に、図５の（ｂ）に示すように、逆回転では、斜毛した毛体５３と帯電ローラ２ａの表面とのトラクション（グリップ）が小さくなり、滑り易くなるため、回転速度が小さくなる。

詳細に述べると、回転方向に対して毛先が衝突する向きに毛体５３が倒れている正回転のとき、毛体５３は回転に対して抵抗を大きく持つ向きに倒れている。このため、帯電ローラ２ａの表面とのトラクションを大きくして摩擦力をよりブラシローラ５０に伝えることができ、ブラシローラ５０の回転の帯電ローラ２ａの回転に対する追従性が向上する。一方、回転方向に毛体５３が倒れている場合、帯電ローラ２ａは倒れた毛体５３を撫でるように回転するため、そのトラクションは小さく、ブラシローラ５０の回転は小さくなる。

次に、清掃レベルと画像不良の有無については、帯電ローラ２ａに対するブラシローラ５０の回転速度比が最も高い場合、すなわち、斜毛のブラシローラ５０を正回転に従動回転させた場合のみ、画像不良を引き起こすことが無かった。そのほかの場合は、全面べた黒画像という過酷条件もあって、帯電ローラ２ａに付着した汚れが原因となって帯電ムラを起こし、画像不良が発生した。

ブラシローラがゴムローラをクリーニングする能力は、ブラシローラとゴムローラとが当接する位置で、それぞれの回転速度が等しい場合に高くなると考えられる。ブラシローラとゴムローラとが異なる速度で接している場合、ゴムローラの汚れをブラシローラがゴムローラに擦り込んでクリーニングが困難な状態にするためと考えられる。

従って、ブラシローラ５０のクリーニング性能を高めるためには、帯電ローラ２ａに対するブラシローラ５０の回転速度比を高めることが必要である。そして、そのためには、斜毛したブラシローラ５０を利用して、回転速度が高くなるように従動回転の方向を設定することが効果的である。

実施例１では、図２〜図４に示す構成において、斜毛のブラシローラ５０を利用することによって、帯電ローラ２ａの周速に対するブラシローラ５０の周速の関係をより理想の状態に近づけている。その結果、帯電ローラ２ａのクリーニング性能が高い構成を実現できた。

ところで、斜毛の状態によってブラシローラ５０の従動回転の回転速度を高める効果は、同じブラシローラ５０を用いて正方向と逆方向とに回転させた際の回転速度比率によって評価することができる。例えば、図５の（ａ）に示す正回転の場合の周速度を図５の（ｂ）に示す逆回転の場合の周速度で除した比率で評価できる。

ブラシローラ５０の毛体の材料、帯電ローラ２ａの材料、加圧力等によって、ブラシローラ５０の従動回転の回転速度は大きく変化する。しかし、正回転の周速度を逆回転の周速度で除したパラメータを用いることで、斜毛の効果だけを取り出して評価することができる。斜毛の状態によってブラシローラ５０の従動回転の回転速度を高める効果は、帯電ローラ２ａに対する回転速度比がブラシローラ５０を反転させた場合にどれだけ変化するかに着目すればよい。回転方向が図５の（ａ）と（ｂ）とでブラシローラ５０の回転速度に大きく差がある場合、前述のように、それらのうちのより回転速度が速い向きにブラシローラ５０を従動回転させればよい。このように従動回転させて帯電ローラ２ａを清掃することによって、クリーニング性能を向上させることが可能である。

表１に示す直毛ブラシローラの場合、ブラシローラの帯電ローラ２ａに対する回転速度比は正回転時に５５％、逆回転時に５１％である。この変化分を「より早く回転した回転方向に対する、より遅く回転した回転方向における回転速度比の比」で定義すると、５１／５５≒０．９２７となって、９割以上、従って差はほとんどない。そして、この場合には、画像不良が発生して所望のクリーニング性能は得られていない。これに対して、斜毛ブラシローラの場合、５０／６３≒０．７９３より８０％以下である。このときには画像不良を起こすことなく、帯電ローラ２ａの表面は綺麗にクリーニングされていた。

すなわち、「より早く回転した回転方向に対する、より遅く回転した回転方向における回転速度比の比」のパラメータが小さくなるときにクリーニング性能が高くなる。そして、このパラメータは、斜毛度合いや毛体５３のこし（強さ）などに依存しており、数値が８０％以下となる場合にクリーニング性能が高くなることが明らかとなった。

ところで、このパラメータの他に、材料に応じて毛体５３の直径／長さ比率を管理して、毛体５３の剛性を確保することが、外添剤に対するクリーニング性能を高めるために重要である。直径を大きくすると、いわゆる逆毛状態の毛体５３の剛性が高まって、帯電ローラ２ａからの駆動力を大きく受けることができるが、粒子径の小さい外添剤に対する衝突機会が減ってクリーニング性能は低下すると考えられる。このため、断面積を大きくしないで、毛体５３の長さを短くすることによって毛体５３の剛性を高めることが、帯電ローラ２ａからの駆動力を大きく受けて高速回転するためには、好ましい選択である。そこで、ブラシローラ５０の毛体５３の太さを固定して、実施例１と同様の検討を、ブラシローラ５０の毛体５３の長さ（繊維長）を変更して行った。その結果、毛体５３の長さ（繊維長）が０．６ｍｍ、０．７ｍｍ、０．８ｍｍの場合には、毛体５３の長さ（繊維長）が０．５ｍｍである表１の場合と同様の高いクリーニング性能を確認できた。

しかし、毛体５３の長さ（繊維長）が０．９ｍｍや１．０ｍｍの場合には、ブラシローラ５０と帯電ローラ２ａのトラクションが小さくなって回転しづらくなり、クリーニング性能が低下することが判明した。そこで、毛体５３の長さ（繊維長）としては、曲げ変形が可能な自由長０．５ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であることが望ましい。特開２００６−２７６１３４号公報では、上述したように、毛体５３の長さ（繊維長）が２ｍｍであるので、ブラシローラと帯電ローラのトラクションが小さくなって回転しづらくなり、外添剤に対するクリーニング性能が低下すると考えられる。

また、同じ材料であるナイロン（登録商標）ファイバーの毛体の直径が１７μｍであるため、直径／長さ比が実施例１に比較して大幅に小さく、毛体の剛性が不足する分、帯電ローラから外添剤を掻き取る能力が低いと考えられる。

また、実施例１のブラシローラ５０は、毛体５３の長さ（繊維長）が０．５ｍｍで帯電ローラ２ａに対して毛先侵入量０．２ｍｍで配置されている。このため、実施例１のブラシローラ５０は、毛体の長さ（繊維長）が２ｍｍで帯電ローラに対して０．５ｍｍの毛先侵入量で配置されている特開平８−９５３５０号公報のブラシローラに比較して、毛体の弾性力、反発力が大きく働く。このため、毛体の側面を帯電ローラの表面にこすり付けるよりは毛体の先端で帯電ローラの表面を突き削る傾向が高くなって、外添剤に対するクリーニング性能が高まると考えられる。

また、特開平８−９５３５０号公報のブラシローラは、直径が帯電ローラとほぼ同径であるため、実施例１のブラシローラ５０に比較して回転角速度が小さく、このため、ブラシローラから外添剤を振り落とす能力が不足すると考えられる。これに対して、上述したように、実施例１のブラシローラ５０は、ブラシローラ５０が毛体に付着した外添剤を振り落とす遠心力を高めるために、ブラシローラ５０の直径６ｍｍは、帯電ローラ２ａの直径１４ｍｍよりも大幅に小さく設定されている。このため、実施例１のブラシローラ５０は、特開２００６−２７６１３４号公報のブラシローラのようなブラシローラクリーニング部材が不要で、ブラシローラクリーニング部材が回転抵抗となってブラシローラの回転を妨げることもない。

図６は実施例２における帯電ローラの加圧機構の構成の説明図、図７は実施例２における軸受け部材の構成の説明図である。図６は帯電ローラ２ａの周辺を拡大したもの、図７は帯電ローラ２ａとブラシローラ５０を軸受けする軸受け部材３１Ａ、４１Ａを拡大したものである。

実施例１では、図４の（ｂ）に示すように、ブラシローラ５０を昇降可能に支持して、加圧バネ３３、４３の加圧によって、帯電ローラ２ａの表面に対するブラシローラ５０の毛先侵入量を設定した。これに対して、実施例２では、帯電ローラ２ａとブラシローラ５０の軸間距離を固定し、毛体５３の曲げ撓みで帯電ローラ２ａの表面に対するブラシローラ５０の毛先侵入量を設定する。実施例２は、軸受け部材に形成された軸受け孔の大きさと、加圧バネ３３、４３の有無以外は、実施例１と同様に構成されているので、図６、図７中、重複する部分には図３、図４と共通の符号を付して説明を省略する。

図６に示すように、帯電ローラ２ａとブラシローラ５０は、それぞれの長手方向両端部において、軸間距離を一定に保つように軸受け部材３１Ａ、４１Ａによって回転自在に保持されている。図６を参照して図７に示すように、軸受け部材３１Ａ、４１Ａには、帯電ローラ２ａを支持するための軸受け孔３６、４６と、ブラシローラ５０の回転軸５１を挿入するための軸受け孔３７、４７とが形成されている。そして、軸受け孔３６、４６と軸受け孔３７、４７との距離を一定にすることで軸間距離を一定に保っている。この軸間距離は、ちょうど帯電ローラ２ａとブラシローラ５０とが、お互いにトラクションを受けながら、帯電ローラ２ａの回転に従動してブラシローラ５０が回転できる位置である。

実施例２では、実施例１と等しく形成されたブラシローラ５０が帯電ローラ２ａに対して毛先侵入量０．２ｍｍで当接するように軸間距離を設定している。実施例２では、帯電ローラ２ａとブラシローラ５０の軸間距離を常時維持することができるので、ブラシローラ５０の毛体が帯電ローラ２ａに対して所定量侵入した状態を維持することができる。

このように構成された実施例２において、ブラシローラ５０が直毛の場合と斜毛の場合とで、それぞれ正回転、逆回転についてクリーニング性能を評価した。実施例１と同様に、ブラシローラ５０の回転速度、さらにはこれらの状態において、帯電ローラ２ａの清掃状態のレベルと、画像不良の発生の有無について実験を行った。

表２の各項目については実施例１の表１と同様であるので、重複する説明を省略する。表２に示すように、実施例１の場合と同様に、ブラシローラ５０が斜毛であって、正回転に従動回転させた場合のみ、帯電ローラ２ａに付着した汚れが少なく、画像不良を引き起こさなかった。その他の場合は、帯電ローラ２ａに付着した汚れが原因となって帯電ムラを起こし、画像不良が発生した。

このことからも、やはり帯電ローラ２ａのクリーニング性能を高めるには、帯電ローラ２ａに対するブラシローラ５０の回転速度比を高めることが必要であることが確認された。また、これには斜毛処理したブラシローラを利用してより回転速度を高くなるように設定することが効果的である。

実施例２の構成によれば、実施例１で示した加圧バネ３３、４３を用いることなく、実施例１と同様にブラシローラ５０を従動回転させて帯電ローラ２ａから外添剤をクリーニングする。そして、「帯電ローラ２ａに対するブラシローラ５０の周速比の関係」が実施例１と同様に確保されてブラシローラ５０によるクリーニング性能が最大に発揮されるように毛先進入量が予め設定される。

最後にこの効果を得られる条件として、帯電ローラ２ａに対する回転速度比について実施例１と同様のことを確かめると、直毛ブラシでは正回転（ａ）と逆回転（ｂ）の場合とでこれらはほとんど差が無い。これに対し、斜毛の場合は、正回転（ａ）と逆回転（ｂ）の場合とで、周速比は、４５／６４＝０．７０３となり、やはり８割以下となっている。従って、正回転（ａ）の周速度に対する逆回転（ｂ）の周速度の比率が８０％であるという条件で、画像不良が発生しなくなることが確認できる。

実施例１、２では、毛体を直毛状態で静電植毛した後に、直毛を斜毛化する熱処理を施したブラシローラを用いた。しかし、斜毛状態のブラシローラを製作する方法は、この熱処理を用いる方法には限らない。例えば、金属円筒に接着剤を塗布して、所定の回転速度で回転させながら静電植毛を行う場合、回転速度を調整することで任意の傾きで毛体を円筒表面から起立させることができる。

すなわち、ブラシローラが帯電ローラ２ａの表面とのトラクションにより駆動力を得て回転する構造では、ブラシローラの回転速度を所望の速度にできない場合がある。これは、ブラシローラによるクリーニング性能が適切となるように予め定められた「帯電ローラの周速に対する回転ブラシの周速の関係」が崩れているからである。そして、このとき、ブラシローラによる帯電ローラの清掃が適切に行えなくなり、清掃不良を招いてしまう。これは、ブラシローラの毛体（繊維）の長さが長過ぎる場合や、毛体（繊維）のコシが小さい場合などに顕著である。

実施例３においても、実施例１、２と同様に、清掃回転体の帯電回転体に対する回転速度比を、より１に近づけることによって、清掃を適切に行うことができる。清掃回転体を帯電回転体に押し付けて、清掃回転体を帯電回転体とのトラクションによって従動回転させる。そして、清掃回転体と帯電回転体間の距離を、回転時にトラクションがかかる程度の距離に保つことによって従動回転させ、毛体の斜毛方向を、従動回転方向の逆方向に毛先が向くように設定している。

１ａ 感光体（感光ドラム）、２ａ 帯電部材（帯電ローラ）
５０ ブラシ（ブラシローラ）、５１ 回転軸、５２ 芯金
５３ 毛体

Claims (5)

1. 感光体を帯電する回転可能な帯電部材と、
   前記帯電部材と接触して力を受けることによって前記帯電部材の回転方向に沿うように回転し、前記帯電部材を清掃するブラシと、を有する帯電装置であって、
   前記ブラシの毛体は、毛先が前記ブラシの回転方向と反対方向へ向くように斜毛処理されていることを特徴とする帯電装置。
2. 前記ブラシは、前記斜毛処理によって前記帯電部材の表面に斜めに当接する前記毛体の曲げ弾性変形によって当接圧が形成されるように、前記毛体の直径／長さ比及び前記帯電部材に対する毛先侵入量が設定されていることを特徴とする請求項１に記載の帯電装置。
3. 前記ブラシは、前記ブラシが所定速度で回転する帯電部材と接触して力を受けて回転する際、前記ブラシの毛体の毛先が前記ブラシの回転方向と同じ方向に向くように設けられたときのブラシの周速が、前記ブラシの毛体の毛先が前記ブラシの回転方向と反対方向に向くように設けられたときのブラシの周速の８０％以下となるように、斜毛処理されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の帯電装置。
4. 前記ブラシの回転軸と前記帯電部材の回転軸との間の距離が固定されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の帯電装置。
5. 前記毛体は、断面形状が円形のナイロンファイバーで直径２０μｍ以上３０μｍ以下、自由長０．５ｍｍ以上０．８ｍｍ以下、植毛密度５万本／ｉｎｃｈ^２以上６０万本／ｉｎｃｈ^２以下であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の帯電装置。

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