JP4988391B2 - 帯電装置、並びにこれを用いるプロセスユニット及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、帯電バイアスが供給される帯電部材を被帯電体に接触させながら、帯電部材と被帯電体との間で放電を生じせしめることで被帯電体を一様帯電せしめる帯電装置に関するものである。また、かかる帯電装置によって潜像担持体を一様帯電せしめるプロセスユニットや画像形成装置に関するものである。

この種の帯電装置においては、帯電バイアスを印加している帯電ブラシ部材や帯電ローラなどの帯電部材と、これに接触している被帯電体との間に放電を生じせしめることで、被帯電体の表面を一様帯電させている。

帯電部材に供給する帯電バイアスとしては、例えば特許文献１や特許文献２に記載の帯電装置のように、交流電圧に直流電圧が重畳された直流重畳交流バイアスを採用するのが一般的である。これは次に説明する理由による。即ち、帯電直前の被帯電体の表面が静電潜像の履歴を保持しているなどしてその電位のバラツキが大きくなっている状態にあると、直流電圧だけからなる帯電バイアスによる帯電では、そのバラツキを完全に除去しきれずに帯電ムラを発生させ易くなる。これに対し、直流重畳交流バイアスでは、交流成分の電位の振れによって帯電と除電とを短時間に繰り返し行うことで、かかる電位ムラの発生を抑えることができるからである。

特開平６−２０２４４５号公報 特開２００１−１６６５６４号公報

しかしながら、この種の帯電装置では、被帯電体の表面に局所的な過剰帯電箇所を発生させ易いという問題があった。一様帯電せしめた潜像担持体に光走査などによる潜像を書き込む画像形成装置においては、かかる過剰帯電箇所が発生すると、その箇所が画像を形成しない白点（白抜け）となって現れてしまう。

本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、局所的な過剰帯電箇所の発生を抑えることができる帯電装置を提供することである。また、かかる帯電装置を用いて潜像担持体を一様帯電せしめるプロセスユニット及び画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、自らの表面を被帯電体の表面に接触させながら両表面の間に放電を生じせしめて該被帯電体の表面を一様に帯電せしめる帯電部材と、交流電圧に直流電圧が重畳された帯電バイアスを該帯電部材に供給する帯電バイアス供給手段とを有する帯電装置において、上記帯電部材として、基材の表面に立設せしめられた複数の導電性の植毛繊維を上記被帯電体に接触せしめる帯電ブラシ部材を用いるとともに、上記交流電圧のピーク・ツウ・ピーク電圧をＶ_ｐｐ［Ｖ］で表し、且つ、該交流電圧にてピーク間の中心を境にして電圧値を上記直流電圧の極性と同極性側に大きくするように振れる波成分と、逆極性側に大きくするように振れる波成分とのうち、同極性側に向かって大きくするように振れる波成分の振れ開始点から、その振れの大きさが該波成分の振幅の８０［％］に達するまでに要する時間をｔ［ｍｓｅｃ］で表した場合に、上記交流電圧として、「Ｖｐｐ×０．４／ｔ ≦７．３×１０^３」という関係式を具備し、且つ、該振れ開始点から該波成分の振れピーク点に達するまでに要する時間が、該振れピーク点から上記逆極性側に向かって上記中心に至るまでに要する時間よりも長いという条件を具備するものを上記帯電ブラシ部材に供給するように、上記帯電バイアス供給手段を構成したことを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の帯電装置であって、上記帯電バイアス供給手段が「３．３×１０^２ ≦ Ｖ_ｐｐ×０．４／ｔ」という関係式を具備する上記交流電圧を上記帯電ブラシ部材に供給するものであることを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１又は２の帯電装置であって、電圧値を上記同極性側に大きくするように振れる上記波成分のデューティーをＤ［％］で表し、且つ、上記交流電圧の周波数をｆ［Ｈｚ］で表した場合に、上記帯電バイアス供給手段が「１０ ＜ （Ｄ／１００−ｆ×ｔ／１０００）×１００ ＜ ８０」という関係式を具備する上記交流電圧を上記帯電部材に供給するものであることを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れかの帯電装置であって、上記ピーク・ツウ・ピーク電圧Ｖ_ｐｐが２００〜１２００［Ｖ］であることを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項１乃至３の何れかの帯電装置であって、上記時間ｔが０．０５〜１．５［ｍｓｅｃ］であることを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項１乃至３の何れかの帯電装置であって、上記周波数ｆが１０〜３０００［Ｈｚ］であることを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項３の帯電装置であって、上記デューティーＤが２５〜８５［％］であることを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、請求項１乃至７の何れかの帯電装置において、上記帯電ブラシ部材として、上記植毛繊維の体積抵抗率が１．０×１０^３〜１．０×１０^７［Ω・ｃｍ］であるもの、を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項９の発明は、請求項１乃至８の何れかの帯電装置において、上記帯電ブラシ部材として、上記複数の植毛繊維の植毛密度が１２〜５０［万本／ｉｎｃｈ^２］であるもの、を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項１０の発明は、請求項１乃至９の何れかの帯電装置において、上記帯電ブラシ部材として、上記植毛繊維の太さが０．７〜５［デニール］であるものを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項１１の発明は、請求項１乃至１０の何れかの帯電装置において、上記帯電ブラシ部材として、上記基材たる回転可能な回転軸部材の表面に複数の上記植毛繊維が立設せしめられた帯電ブラシローラを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項１２の発明は、請求項１１の帯電装置において、上記帯電ブラシローラとして、直径が１０〜１６［ｍｍ］であるものを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項１３の発明は、請求項１１又は１２の帯電装置において、上記帯電ブラシローラとして、上記回転軸部材上における上記植毛繊維の斜毛率Ｆが１０〜４０［％］であるものを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項１４の発明は、請求項１乃至１３の何れかの帯電装置において、上記植毛繊維の先端側を上記被帯電体に対して０．１〜１．４［ｍｍ］の食い込み量で食い込ませるように、該被帯電体と上記帯電ブラシ部材とを配設したことを特徴とするものである。
また、請求項１５の発明は、潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体を一様に帯電せしめる帯電手段と、一様帯電後の該潜像担持体に潜像を書き込む潜像書込手段と、該潜像担持体上の潜像を現像する現像手段とを備える画像形成装置における、少なくとも該潜像担持体と該帯電手段とを１つのユニットとして共通の保持体に保持させて画像形成装置本体に対して着脱可能にしたプロセスユニットにおいて、上記帯電手段として、請求項１乃至１４の何れかの帯電装置を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項１６の発明は、潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体を一様に帯電せしめる帯電手段と、一様帯電後の該潜像担持体に潜像を書き込む潜像書込手段と、該潜像担持体上の潜像を現像する現像手段とを備える画像形成装置において、上記帯電手段として、請求項１乃至１４の何れかの帯電装置を用いたことを特徴とするものである。

これらの発明においては、本発明者らが後述する実験で明らかにしたように、帯電部材に供給する帯電バイアス（直流重畳交流電圧）の交流成分として、「ピーク・ツウ・ピーク電圧Ｖｐｐ×０．４／時間ｔ ≦ ８．８×１０^３」という関係式を具備するものを採用したことで、局所的な過剰帯電箇所の発生を抑えることができる。

以下、本発明を適用した画像形成装置として、電子写真方式のカラーレーザープリンタ（以下、単にプリンタという）の実施形態について説明する。
まず、実施形態に係るプリンタの基本的な構成について説明する。図１は、実施形態に係るプリンタの要部を示す概略構成図である。このプリンタは、イエロー，マゼンダ，シアン，ブラック（以下、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋと記す）の各色のトナー像を形成するための４つのプロセスユニット１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋを備えている。また、光書込ユニット５０、レジストローラ対５４、転写ユニット６０等も備えている。各符号の末尾に付された添字Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋは、それぞれイエロー，マゼンダ，シアン，ブラック用の部材であることを示す。

光書込ユニット５０は、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの各色に対応する４つのレーザーダイオードからなる光源、正六面体のポリゴンミラー、これを回転駆動するためのポリゴンモータ、ｆθレンズ、レンズ、反射ミラー等を有している。レーザーダイオードから射出されたレーザー光Ｌは、ポリゴンミラーの何れか１つの面で反射してポリゴンミラーの回転に伴って偏向せしめられながら、後述する４つの感光体のうちの何れかに到達する。４つのレーザーダイオードからそれぞれ射出されるレーザー光Ｌにより、４つの感光体の表面がそれぞれ光走査される。

プロセスユニット１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋは、潜像担持体としてのドラム状の感光体３Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ、これらにそれぞれ個別に対応する現像装置４０Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋなどを有している。感光体３Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋは、アルミ等の素管に有機感光層が被覆されたものであり、図示しない駆動手段によって所定の線速で図中時計回り方向に回転駆動せしめられる。そして、図示しないパーソナルコンピュータ等から送られてくる画像情報に基づいて変調されたレーザー光Ｌを発する光書込ユニット５０により、暗中にて光走査されて、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ用の静電潜像を担持する。

図２は、４つのプロセスユニット１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋのうち、Ｙ用のプロセスユニット１Ｙを転写ユニット（図１の６０）の中間転写ベルト６１とともに示す拡大構成図である。同図において、Ｙ用のプロセスユニット１Ｙは、感光体３Ｙ、帯電ブラシローラ４Ｙ、図示しない除電ランプ、現像装置４０Ｙ等を、１つのユニットとして共通のユニットケーシング（保持体）に保持させて、プリンタ本体に対して着脱可能にしたものである。

被帯電体であり且つ潜像担持体であるＹ用の感光体３Ｙは、アルミニウム素管からなる導電性基体の表面に、負帯電性の有機光導電物質（ＯＰＣ）からなる感光層が被覆された直径２４［ｍｍ］のドラムであり、図示しない駆動手段によって１２４［ｍｍ／ｓｅｃ］の線速で図中時計回り方向に回転駆動せしめられる。

帯電部材たる帯電ブラシローラ４Ｙは、図示しない軸受けによって回転可能に受けられる金属製の回転軸部材５Ｙと、これの表面に立設せしめられた複数の導電性の植毛繊維６Ｙとを有している。そして、回転軸部材５Ｙを中心にして図示しない駆動手段によって回転駆動されながら、それぞれの植毛繊維６Ｙの先端側を感光体３Ｙに摺擦させる。金属製の回転軸部材５Ｙには、図示しない電源や配線等からなる帯電バイアス供給装置が接続されたおり、これによって直流重畳交流電圧からなる帯電バイアスが印加される。本プリンタでは、帯電ブラシローラ４Ｙ、これを回転駆動せしめる図示しない駆動手段、前述の帯電バイアス供給装置などにより、感光体３Ｙの周面を一様帯電せしめる帯電装置が構成されている。そして、帯電ブラシローラ４Ｙの各植毛繊維と感光体３Ｙとの間に放電を生じせしめて、感光体３Ｙの表面を例えば負極性に一様帯電せしめる。

一様帯電せしめられたＹ用の感光体３Ｙの表面には、上述した光書込ユニット（５０）による光走査でＹ用の静電潜像が形成され、この静電潜像はＹ用の現像装置４０ＹによってＹトナー像に現像される。

Ｙ用の現像装置４０Ｙは、ケーシング４１Ｙに設けられた開口から周面の一部を露出させる現像ロール４２Ｙを有している。この現像ロール４２Ｙは、図示しない駆動手段によって回転駆動せしめられる非磁性パイプからなる現像スリーブと、これに連れ回らないように内包される図示しないマグネットローラとを有している。ケーシング４１Ｙには、磁性キャリアとマイナス帯電性のＹトナーとを含む図示しないＹ現像剤が内包されている。図示しないスクリュウ部材などからなる撹拌搬送手段によって撹拌搬送されてＹトナーの摩擦帯電が促されながら、現像ロール４２Ｙ内のマグネットローラの磁力により、現像ロール４２Ｙの回転する現像スリーブ表面に吸着されて汲み上げられる。そして、現像ロール４２Ｙの回転に伴って現像ドクタ４３Ｙとの対向位置を通過する際にその層厚が規制された後、感光体３Ｙと対向する現像領域に搬送される。

この現像領域では、図示しない電源から出力される負極性の現像バイアスが印加される現像スリーブと、感光体３Ｙの静電潜像との間に、負極性のＹトナーをスリーブ側から潜像側に静電移動させる現像ポテンシャルが作用する。また、現像スリーブと感光体３Ｙの一様帯電箇所（地肌部）との間に、負極性のＹトナーを地肌部側からスリーブ側に静電移動させる非現像ポテンシャルが作用する。現像スリーブ上のＹ現像剤内のＹトナーは、現像ポテンシャルの作用によってスリーブ上から離脱して感光体３Ｙの静電潜像上に転移する。この転移により、感光体３Ｙ上の静電潜像がＹトナー像に現像される。なお、現像によってＹトナーを消費したＹ現像剤は、現像スリーブの回転に伴ってケーシング４１Ｙ内に戻される。また、感光体３Ｙ上のＹトナー像は、後述する転写ユニットの中間転写ベルト６１上に中間転写される。

透磁率センサからなるトナー濃度センサ４６Ｙは、ケーシング４１Ｙの底板に固定されており、ケーシング４１Ｙ内に収容されているＹ現像剤の透磁率に応じた値の電圧を出力する。現像剤の透磁率は、現像剤のトナー濃度と良好な相関を示すため、トナー濃度センサ４６ＹはＹトナー濃度に応じた値の電圧を出力することになる。この出力電圧の値は、図示しないトナー補給制御部に送られる。

上記トナー補給制御部は、ＲＡＭ等の記憶手段を備えており、この中にＹ用のトナー濃度センサ４６Ｙからの出力電圧の目標値であるＹ用Ｖｔｒｅｆや、他の現像装置に搭載されたＴセンサからの出力電圧の目標値であるＭ，Ｃ，Ｋ用Ｖｔｒｅｆのデータを格納している。Ｙ用の現像装置４０Ｙについては、トナー濃度センサ４６Ｙからの出力電圧の値とＹ用Ｖｔｒｅｆを比較し、図示しないＹトナー濃度補給装置を比較結果に応じた時間だけ駆動させる。そして、これにより、補給用のＹトナーを現像装置４０Ｙ内に補給する。このようにしてＹトナー補給装置の駆動が制御（トナー補給制御）されることで、現像に伴ってＹトナー濃度を低下させたＹ現像剤に適量のＹトナーが補給され、現像装置４０Ｙ内のＹ現像剤のＹトナー濃度が所定の範囲内に維持される。なお、他色用のプロセスユニットの現像装置についても、同様のトナー補給制御が実施される。また、トナーと磁性キャリアとを含有する現像剤を用いるいわゆる二成分現像装置を用いた例について説明したが、トナーを主成分とする一成分現像装置を用いてもよい。

感光体３Ｙ上のＹトナー像は、感光体３Ｙと中間転写ベルト６１とが当接するＹ用の１次転写ニップで中間転写ベルト６１上に中間転写される。この１次転写ニップを通過した後の感光体３Ｙ表面には、中間転写ベルト６１上に転写されなかった転写残トナーが付着している。

本プリンタにおけるＹ用のプロセスユニット１Ｙでは、いわゆるクリーナーレス方式を採用している。このクレーナーレス方式とは、感光体３Ｙなどの潜像担持体上に付着している転写残トナーをクリーニング回収するための専用の手段を用いることなく潜像担持体上での画像形成プロセスを実行する方式のことである。また、クリーニング回収するための専用の手段とは、具体的には、転写残トナーを潜像担持体から分離した後、再び潜像担持体に付着させることなく、廃トナー容器まで搬送して回収したり、現像装置内に搬送してリサイクル回収したりする手段である。

かかるクリーナーレス方式について詳述する。クリーナーレス方式は、大別すると、散らし通過型と、一時捕捉型と、併用型とがある。これらのうち、散らし通過型では、潜像担持体に摺擦するブラシ等の散らし部材を用いて、潜像担持体上の転写残トナーを引っ掻くことで、転写残トナーと潜像担持体との付着力を弱める。そして、その後、現像スリーブや現像ローラ等の現像部材と潜像担持体とが対向する現像領域、あるいはその直前において、潜像担持体上の転写残トナーを現像ロールなどの現像部材に静電転移させることで、現像装置内に回収する。この回収に先立って、転写残トナーは、潜像書込のための光書込位置を通過するが、転写残トナー量が比較的少量であれば、潜像書込に悪影響を及ぼすことはない。但し、正規極性とは逆極性に帯電している逆帯電トナーが転写残トナー中に含まれていると、それは現像部材上に回収されないので、地汚れなどを引き起こしてしまう。かかる逆帯電トナーによる地汚れの発生を抑える目的で、潜像担持体上の転写残トナーを正規極性に帯電せしめるためのトナー帯電手段を、転写位置（例えば１次転写ニップ）と散らし部材による散らし位置との間、あるいは散らし位置と現像領域との間、に設けることが望ましい。散らし部材としては、板金やユニットケーシング等に貼り付けられた導電性繊維からなる複数の植毛繊維を有する固定ブラシ、金属製の回転軸部材に複数の植毛繊維を立設せしめたブラシローラ、導電性のスポンジ等からなるローラ部を有するローラ部材などを用いることができる。固定ブラシは植毛繊維の量が比較的少量で構成できるため安価であるという利点があるが、潜像担持体を一様帯電せしめるための帯電部材として兼用する場合には、十分な帯電均一性を得ることができなくなる。これに対し、ブラシローラでは、十分な帯電均一性を得ることができるので好適である。

クリーナーレス方式における一時捕捉型では、表面を潜像担持体に接触させながら無端移動させる回転ブラシ部材などの捕捉部材によって、潜像担持体上の転写残トナーを一時的に捕捉する。そして、プリントジョブ終了後やプリントジョブ間の紙間タイミングなどにおいて、捕捉部材上の転写残トナーを潜像担持体に再転移させた後、現像ロールなどの現像部材に静電転移させて、現像装置内に回収する。上述した散らし通過型では、ベタ画像形成時やジャム発生後などといった転写残トナーがかなり多くなってしまう場合に現像部材への回収能力を超えて画像劣化を引き起こすおそれがあるのに対し、一時捕捉型では捕捉部材で捕捉した転写残トナーを現像部材に少しずつ回収してかかる画像劣化の発生を抑えることができる。

クリーナーレス方式における併用型では、散らし通過型と一時捕捉型とを併用する。具体的には、潜像担持体に接触する回転ブラシ部材などを、散らし部材及び捕捉部材として併用する。回転ブラシ部材等に直流電圧だけを印加することで回転ブラシ部材等を散らし部材として機能させる一方で、必要に応じてバイアスを直流電圧から直流重畳交流電圧に切り換えることで、回転ブラシ部材等を捕捉部材として機能させる。なお、散らし部材や捕捉部材として機能させる場合には、交流電圧を印加してもよい。

本プリンタにおける各色のプロセスユニット（１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）では、一時捕捉型のクリーナーレス方式を採用している。具体的には、例えばＹ用のプロセスユニット１Ｙの感光体３Ｙは、図中時計回り方向に１２４［ｍｍ／ｓｅｃ］の線速で回転駆動されながら中間転写ベルト６１のおもて面に接触してＹ用の１次転写ニップを形成している。そして、植毛繊維６Ｙと感光体３Ｙとの間に放電を生じせしめて、感光体３Ｙ表面を−５００［Ｖ］に一様帯電せしめる。同時に、感光体３Ｙ上に付着している転写残トナーを前述の帯電バイアスや、ブラシによる物理的接触及び掻き取りなどの相乗作用によって複数の植毛繊維６Ｙに転移させて一時的に捕捉する。そして、プリントジョブ終了後や紙間タイミングなどに、捕捉した転写残トナーを感光体上に逆転移させ易くなる値に帯電バイアスを切り換えて、植毛繊維６Ｙ上に捕捉しておいた転写残トナーを感光体３Ｙ上に再転移させた後、感光体３Ｙ上から現像ロール４２Ｙを経て現像装置４０Ｙ内に回収する。

帯電ブラシローラ４Ｙの複数の植毛繊維６Ｙは、それぞれ導電性繊維が所定の長さにカットされたものである。導電性繊維の素材としては、ナイロン６（登録商標）、ナイロン１２（登録商標）、アクリル、ビニロン、ポリエステルなどの樹脂材料を例示することができる。かかる樹脂材料にカーボンや金属微粉などの導電性粒子を分散せしめて導電性を付与する。製造コストとヤング率の低さとを考慮すると、ナイロン樹脂にカーボンを分散させた導電性繊維が好ましい。なお、カーボンの分散を繊維の中で偏在させても良い。複数の植毛繊維６Ｙが立設せしめられる基材である回転軸部材５Ｙの材料としては、ＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ４１６、ＳＵＳ４２０、ＳＵＳ４３０などのステンレス鋼を例示することができる。また、ＳＵＭ２２、ＳＵＭ２３、ＳＵＭ２３Ｌ、ＳＵＭ２４Ｌなどの快削鋼や、これらをメッキしたものを用いてもよい。これらの材料のうち、コストと安全性（鉛を含まない）を考慮すると、ＳＵＭ２２、ＳＵＭ２３の表面にメッキ処理を施したものが好適である。

Ｙ用の１次転写ニップを通過した後、帯電ブラシローラ４Ｙとの接触位置に進入する前の感光体３Ｙ表面には、導電性材料からなるトナー帯電フィルム１０Ｙが当接している。このトナー帯電フィルム１０Ｙには、図示しない電圧印加手段により、Ｙトナーの帯電極性と同極性（本例では負極性）のトナー帯電バイアスが印加されている。Ｙ用の１次転写ニップを通過した後の感光体３Ｙ表面に付着している転写残トナーは、帯電ブラシローラ４Ｙに一時捕捉されるのに先立って、このトナー帯電フィルム１０Ｙに接触する。転写残トナー中に含まれている僅かな逆帯電トナー粒子は、トナー帯電フィルム１０Ｙからの放電や電荷注入によって正規極性に帯電せしめられる。なお、トナー帯電フィルム１０Ｙを帯電ブラシローラ４Ｙと現像ロール４２Ｙとの間における感光体箇所に当接させて、一様帯電後の感光体表面上の逆帯電トナー粒子を正規極性に帯電させるようにしてもよい。

Ｙ用のプロセスユニット１Ｙについて説明してきたが、他色用のプロセスユニット１Ｍ，Ｃ，ＫはＹ用のプロセスユニット１Ｙと同様の構成になっているので説明を省略する。

先に示した図１において、各色のプロセスユニット１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの下方には、転写ユニット６０が配設されている。この転写ユニット６０は、無端状の中間転写ベルト６１を、複数の張架ローラによって張架しながら、図中反時計回り方向に無端移動せしめる。複数の張架ローラとは、具体的には、従動ローラ６２、駆動ローラ６３、２次転写ニップ裏側ローラ６４、テンションローラ６５、４つの１次転写バイアスローラ６６Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ等のことである。

従動ローラ６２、１次転写バイアスローラ６６Ｙ〜Ｋ、駆動ローラ６３、２次転写ニップ裏側ローラ６４、テンションローラ６５は、何れも中間転写ベルト６１の裏面（ループ内周面）に接触している。そして、４つの１次転写バイアスローラ６６Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋは、金属製の芯金にスポンジ等の弾性体が被覆されたローラであり、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ用の感光体３Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋに向けて押圧されて、中間転写ベルト６１を挟み込んでいる。これにより、４つの感光体３Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋと中間転写ベルト６１とがベルト移動方向において所定の長さで接触するＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋ用の４つの１次転写ニップが形成されている。

４つの１次転写バイアスローラ６６Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの芯金には、それぞれ図示しない転写バイアス電源によって定電流制御される１次転写バイアスが印加されている。これにより、４つの１次転写バイアスローラ６６Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋを介して中間転写ベルト６１の裏面に転写電荷が付与され、各１次転写ニップにおいて中間転写ベルト６１と感光体３Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋとの間に転写電界が形成される。なお、本プリンタにおいては、１次転写手段として１次転写バイアスローラ６６Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋを設けているが、ローラに代えて、ブラシやブレード等のものを用いてもよい。また、転写チャージャーなどを用いてもよい。

各色の感光体３Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ上に形成されたＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋトナー像は、各色の１次転写ニップで中間転写ベルト６１上に重ね合わせて転写される。これにより、中間転写ベルト６１上には４色重ね合わせトナー像（以下、４色トナー像という）が形成される。

中間転写ベルト６１における２次転写ニップ裏側ローラ６４に対する掛け回し箇所には、２次転写バイアスローラ６７がベルトおもて面側から当接しており、これによって２次転写ニップが形成されている。この２次転写バイアスローラ６７には、図示しない電源や配線からなる電圧印加手段によって２次転写バイアスが印加されている。これにより、２次転写バイアスローラ６７と接地された２次転写ニップ裏側ローラ６４との間に２次転写電界が形成されている。中間転写ベルト６１上に形成された４色トナー像は、ベルトの無端移動に伴って２次転写ニップに進入する。

本プリンタは、図示しない給紙カセットを備えており、その中に記録紙Ｐを複数枚重ねた記録紙束の状態で収容している。そして、一番上の記録紙Ｐを所定のタイミングで給紙路に送り出す。送り出された記録紙Ｐは、給紙路の末端に配設されたレジストローラ対５４のローラ間に挟み込まれる。

レジストローラ対５４は、給紙カセットから送られてきた記録紙Ｐをローラ間に挟み込むために両ローラを回転駆動させているが、記録紙Ｐの先端を挟み込むとすぐに両ローラの回転駆動を停止させる。そして、記録紙Ｐを中間転写ベルト６１上の４色トナー像に同期させ得るタイミングで２次転写ニップに向けて送り出す。２次転写ニップでは、中間転写ベルト６１上の４色トナー像が２次転写電界やニップ圧の作用によって記録紙Ｐ上に一括２次転写されて、記録紙Ｐの白色と相まってフルカラー画像となる。

このようにしてフルカラー画像が形成された記録紙Ｐは、２次転写ニップから排出された後、図示しない定着装置に送られてフルカラー画像が定着せしめられる。

２次転写ニップを通過した後の中間転写ベルト６１表面に付着している２次転写残トナーは、ベルトクリーニング装置６８によってベルト表面から除去される。

以上の基本的な構成を有する本プリンタでは、４つの感光体３Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋがそれぞれ、回転によって無端移動する表面に潜像を担持する潜像担持体として機能している。また、光書込ユニット５０が、一様帯電後の感光体表面に潜像を形成する潜像形成手段として機能している。また、各色の現像装置がそれぞれ、感光体表面上の潜像を現像する現像手段として機能している。

次に、本発明者らが行った実験について説明する。株式会社リコー社製のフルカラープリンタ ＩＰＳＩＯ ＣＸ３０００を改良して、図１や図２に示した実施形態に係るプリンタと同様の構成の試験機を用意した。具体的には、ＩＰＳＩＯ ＣＸ３０００の各プロセスユニットにおける帯電ローラを帯電ブラシローラに交換した。また、感光体上の転写残トナーをクリーニングするためのクリーニングブレードを取り除いて、クリーナーレス方式とした。但し、ＩＰＳＩＯ ＣＸ３０００は、実施形態に係るプリンタとは異なり、磁性キャリアを含まない一成分現像剤を用いるものである。以降に説明する実験の結果については、実施形態に係るプリンタのような二成分現像剤を用いるものにおいても、同様になると考えられる。

かかる構成の試験機を用いて、帯電バイアスの条件を適宜変更しながら、それぞれのバイアス条件下にてモノクロの２×２（ツー・バイ・ツー）のハーフチャート（ハーフトーンベタ画像）をプリントして、そのハーフチャート中に発生する白点（白抜け）のランクと、Ｋ用の感光体における帯電均一性のランクとを評価した。白点や帯電均一性のランクについては、それぞれ１から５までの５段階で評価し、ランク４以上を許容範囲（○）、４未満を不良（×）とした。なお、帯電ブラシローラの諸条件は次に列記する通りである。
・植毛繊維の材料：カーボンを均一分散せしめたナイロン６（登録商標）
・植毛繊維の体積抵抗率：３．６×１０^４［Ω・ｃｍ］
・回転軸部材に対する植毛繊維の植毛密度：２６［万本／ｉｎｃｈ^２］
・植毛繊維の太さ：２［デニール］
・帯電ブラシローラの外径：１１［ｍｍ］
・回転軸部材に対する植毛繊維の斜毛率Ｆ：２５％（斜毛させない場合のブラシローラ外径は１３ｍｍ）
・感光体への植毛繊維の食込み量：０．３［ｍｍ］
・回転軸部材の材料：ＳＵＭ２３のメッキ品
・回転軸部材の外径：５［ｍｍ］
・感光体と帯電ブラシローラとの周速比（ブラシ線速／感光体線速）：２．５
・帯電ブラシローラの回転方向：ウィズ（摺擦位置における表面移動方向が感光体と同じ）

この実験の結果を次の表１に示す。

表１において、Ｄは前述の１周期の前半で出現する波成分のデューティー［％］を表している。また、ｆは、交流電圧の周波数［Ｈｚ］を表している。Ｖ_ｐｐは、Ｋ用の帯電ブラシローラに印加する帯電バイアスにおける交流電圧のピーク・ツウ・ピーク電圧［Ｖ］を表している。また、ｔは、その交流電圧にてピーク間の中心を境にして電圧値を帯電バイアスの直流成分の極性と同極性側（本実験では負極性側）に大きくするように振れる波成分と、逆極性側に大きくするように振れる波成分とのうち、同極性側に向かって大きくするように振れる波成分の振れ開始点から、その振れの大きさが該波成分の振幅の８０［％］に達するまでに要する時間［ｍｓｅｃ］を表している。具体的には、図３は帯電バイアスの波形を示すグラフである。このグラフにおいて、交流電圧の１周期（Ｔ）は、時点Ｔａから時点Ｔｅまでとなる。この１周期の後半では、ピーク・ツウ・ピーク電圧Ｖｐｐのピーク間の中心線Ｌｃを境にして、電圧値を直流成分とは逆極性であるプラス側に大きくするように振れる波成分が時点Ｔｄから時点Ｔｅまでに出現する。これに対し、１周期の前半では、中心線Ｌｃを境にして、電圧値を直流成分と同極性であるマイナス側に大きくするように振れる波成分が時点Ｔａから時点Ｔｄまでの間に出現する。この前半において、マイナス側に大きくなるように振れる波成分の振れ開始点が時点Ｔａであり、これから所定時間が経過した時点Ｔｂにおいて振れの大きさがその波成分の振幅（０．５×Ｖ_ｐｐ）の８０［％］に達する（０．４×Ｖ_ｐｐ）。この時点Ｔａから時点Ｔｂまでの時間がｔである。

よって、表１における「Ｖ_ｐｐ×０．４／ｔ」は、マイナス側に大きくなるように振れる波成分の振れが開始してから（時点Ｔａ）、その振れの大きさが波成分の振幅の８０［％］に達するまで（時点Ｔｂ）における電圧変化の傾きを示している。なお、図３に示したような交流波成分を有する帯電バイアスでは、プラス側に大きくなるように振れる波成分（時点Ｔｄ〜時点Ｔｅ）が、主に感光体を除電する除電機能を発揮する。そして、マイナス側に大きくなるように振れる波成分（時点Ｔａ〜時点Ｔｄ）が、感光体を帯電せしめる帯電機能を発揮する。このように除電と帯電とを繰り返すことで、静電潜像等による電位ムラ履歴が残っている感光体を一様に帯電せしめることができる。

表１に示したように、この傾き（Ｖ_ｐｐ×０．４／ｔ）を７．３×１０^３よりも大きくした実験６では、許容範囲を超える白点がハーフチャートに出現してしまった（白点ノイズランク＝×）。これは次に説明する理由によるものと考えられる。即ち、帯電ブラシローラにおいては、複数の植毛繊維がそれぞれ全く同じ体積固有抵抗率を発揮するのではなく、カーボンブラック等の導電性材料の分散ムラによってある程度の範囲で体積固有抵抗率にバラツキがある。また、植毛繊維は先端側の側面を感光体に接触させながら撓む姿勢をとっており、先端付近を感光体に接触させていないものの感光体との間に微妙ギャップを形成している。この微妙ギャップを形成している箇所で放電を最も多く発生させるが、その箇所の範囲内においては感光体との距離に応じて放電の発生させ易さが微妙に異なっている。周知のパッシェンの法則により、感光体との距離が近い領域ほど放電を発生させ易くなるからである。一方、帯電バイアスの交流電圧におけるマイナス側に大きくなるように振れる波成分は上述したように主に帯電の役割を担っている。この波成分のマイナス側への電位変化の傾きが大きくなり過ぎると、植毛繊維の先端側と感光体との間における電界強度が極めて短時間のうちに急激に変化する。そして、繊維抵抗が比較的低い箇所や、感光体とのギャップが比較的小さい箇所において、電位変化の傾きが比較的大きいと集中放電が起き易く、局所的な過剰帯電による白点が発生してしまう。この集中放電は電界の電気力線が集中する植毛繊維の先端で起き易い。ブラシに植毛を施して繊維を斜毛させると、感光体に対して先端を向けている植毛繊維の数が少なくなるので、斜毛させない場合に比べて集中放電を抑えることができる。但し、繊維の先端を完全に隠すことはできない。そこで、波成分のマイナス側への電位変化の傾き（Ｖ_ｐｐ×０．４／ｔ）を７．３×１０^３以下に設定することで、かかる集中的な放電の発生を抑えて、白点の発生を抑えることができる。

図４は、各電圧条件における傾き（Ｖ_ｐｐ×０．４／ｔ）と実験番号との関係を示すグラフである。同図と表１との関係から、傾き（Ｖ_ｐｐ×０．４／ｔ）を上限値の７．３×１０^３以下にした実験番号１、２、３、４、５では、それぞれ白点の発生を許容範囲内に留めていることがわかる。

なお、上述の傾き（Ｖ_ｐｐ×０．４／ｔ）を２．５×１０^２にした実験番号５においては、白点の発生を許容範囲内に留めているものの、感光体を十分に帯電させることができなかった（帯電不良）。これは次に説明する理由によるものと考えられる。即ち、図３のグラフに示した時点Ｔｂから時点Ｔｃまでは、マイナス側への波成分が振幅の８０［％］に達した時点、８０［％］未満に立ち下がる時点までの期間となる。この期間において、帯電機能が最も良好に発揮されるが、傾き（Ｖ_ｐｐ×０．４／ｔ）が小さすぎると、この期間が十分にとれないために帯電不良になる。即ち、実験６では、傾きが小さ過ぎたために帯電不良になったのである。これに対し、６通りの実験の中で傾きが２番目に小さい実験５（傾き＝３．３×１０^２）では、帯電不良を引き起こさなかった。よって、傾きを３．３×１０^２以上に設定することで、感光体の帯電不良の発生を抑えることができる。

図３のグラフにおいて、時間ｔ’は、マイナス側に大きくなるように振れる波成分の振れの大きさがその波成分の振幅の８０［％］になった時点Ｔｂから、その波成分がプラス側に大きくなるように振れる波成分に切り替わる時点Ｔｄまでの期間を表している。１周期（Ｔ）に対するこの時間ｔ’の割合が大きくなり過ぎると、１周期内で主に除電機能を発揮するプラス側への波成分の割合が小さくなり過ぎて、除電が良好に行われなくなる。そして、これにより、感光体に帯電ムラを発生させてしまう。１周期（Ｔ）に対する時間ｔ’の割合は「時間ｔ’／周期Ｔ×１００」という式で求められる。また、周期Ｔは「１０００／周波数ｆ［Ｈｚ］」という式で求められる。また、時間ｔ’は「１０００／周波数ｆ×Ｄ／１００−時間ｔ」という式で求められる。よって、前述の割合を求める式は「（D／１００−周波数ｆ×時間ｔ／１０）×１００」という式に変形することができる。表１に示すように、この式の解が「７」になる条件の帯電バイアスを採用した実験５や、「８８」になる条件の帯電バイアスを採用した実験６では、何れも帯電均一性のランクを許容範囲内に留めることができていない。これは次に説明する理由によるものと考えられる。即ち、周期Ｔに対する時間ｔ’の割合が小さくなり過ぎると、感光体の除電は良好に行われるものの、感光体を効果的に帯電させ得る期間（時点Ｔｂ〜時点Ｔｃ）が不足して、感光体表面に部分的に帯電不良の箇所を発生させてしまうと考えられる。また、前述の割合が小さくなり過ぎると、感光体の除電が不十分になって帯電ムラが発生してしまうと考えられる。

そこで、本発明者らは、周期Ｔに対する時間ｔ’の割合を更に細かく変動させながら、帯電均一性を評価する実験を行った。具体的には、「（D／１００−周波数ｆ×時間ｔ／１０）×１００」の解を「８」、「９」、「１０」、「１１」、「１２」、「７８」、「７９」、「８０」、「８１」、「８２」にする１０通りの帯電バイアスの条件にて、それぞれ感光体の帯電均一性を評価する実験を行った。その結果、前述の解を「１０」よりも小さくした「８」や「９」の条件下において、許容範囲を超える帯電ムラを発生させることがわかった（帯電均一性ランク＝×）。また、前述の解を「８０」よりも大きくした「８１」や「８２」の条件下でも、許容範囲を超える帯電ムラを発生させることがわかった。よって、「１０ ＜ （Ｄ／１００−ｆ×ｔ／１０００）×１００ ＜ ８０」という関係式を具備する交流電圧を含む帯電バイアスを採用することで、周期Ｔに対する時間ｔ’の割合が不適切であることによる帯電ムラの発生を抑えることができる。

図５は、各電圧条件における上記割合（（D／１００−周波数ｆ×時間ｔ／１０）×１００）と実験番号との関係を示すグラフである。同図と表１との関係から、上記割合を下限と上限との間（１０＜割合の解＜８０）にした実験番号１、２、３、４では、それぞれ帯電均一性を許容範囲内に留めていることがわかる。

本発明者らは、次に、帯電バイアスの条件を様々に変化させる実験を行った。そして、次に掲げる事項を見出した。
（１）交流電圧のピーク・ツウ・ピーク電圧Ｖ_ｐｐを［Ｖ］２００［Ｖ］未満に設定すると、帯電性能が不足して帯電不良を引き起こしてしまう。
（２）ピーク・ツウ・ピーク電圧Ｖ_ｐｐを１２００［Ｖ］よりも大きくすると、過剰に帯電させた感光体の除電が不良になって、帯電ムラを発生させてしまう。よって、Ｖ_ｐｐについては、２００〜１２００［Ｖ］の範囲に設定することが望ましいことがわかった。更に望ましくは、７００〜１１００［Ｖ］である。
（３）時間ｔは０．０５から１．５［ｍｓｅｃ］が好ましい。この範囲を超えると、帯電ムラを発生させるからである。
（４）周波数ｆを１０［Ｈｚ］よりも小さくすると、周波数ｆに対応した周期的な濃度ムラが画像に発生してしまう。
（５）周波数ｆを３０００［Ｈｚ］よりも大きくすると、電界強度の変化に応じた植毛繊維の振動に伴う異音が感じられるようになる。
（６）マイナス側に大きくなるように振れる波成分のデューティーＤが２５〜８５［％］の範囲から外れると、帯電ムラが発生してしまう。

次に、本発明者らは、帯電ブラシの条件を様々に変化させながら、白点ランクや帯電均一性ランクを評価する実験を行ったところ、次に掲げる事項を見出した。
（７）植毛繊維の体積抵抗率が１．０×１０^３［Ω・ｃｍ］よりも小さいと、過剰放電が発生してしまうため、帯電バイアスの条件を適切に設定しても白点ノイズを発生させてしまった。
（８）植毛繊維の体積抵抗率が１．０×１０^７［Ω・ｃｍ］よりも大きいと、放電不足によって感光体を十分に帯電させることができなくなる。よって、植毛繊維の体積抵抗率は、１．０×１０^３〜１．０×１０^７［Ω・ｃｍ］であることが解った。なお、より好ましくは３．０×１０^３から４．０×１０^６［Ω・ｃｍ］である。
（９）回転軸部材に対する植毛繊維の植毛密度が１２［万本／ｉｎｃｈ^２］よりも低くなると、帯電不良が発生してしまう。
（１０）回転軸部材に対する植毛繊維の植毛密度が５０［万本／ｉｎｃｈ^２］よりも大きいと、ブラシの可撓性の悪さに起因して感光体へのダメージが大きくなる。よって、植毛密度については、１２〜５０［万本／ｉｎｃｈ^２］にすることが望ましい。より好ましくは１５〜４０［万本／ｉｎｃｈ^２］である。
（１１）植毛繊維の太さが０．７［デニール］よりも小さくなると、植毛繊維の先端周りの電界強度が過剰になってそこから過剰放電が起こってしまうため、帯電バイアスの条件を適切に設定しても白点ノイズを発生させてしまった。
（１２）植毛繊維の太さが５［デニール］よりも大きいと、植毛繊維間の空スペースが過剰に大きくなることに起因して帯電ムラを発生させてしまった。よって、植毛繊維の太さについては、０．７〜５［デニール］にすることが望ましい。より好ましくは１〜３［デニール］である。
（１３）帯電ブラシローラの外径を１０［ｍｍ］よりも小さくすると、回転軸部材の径の小ささに起因して所望の強度を得ることができなくなった。
（１４）帯電ブラシローラの外径を１６［ｍｍ］よりも大きくすると、帯電装置の小型化が困難になる。よって、外径の好適な範囲は１０〜１６［ｍｍ］であることがわかった。より好ましくは１０．５〜１４［ｍｍ］である。
（１５）植毛繊維の斜毛率Ｆを１０［％］にすると、帯電バイアスの条件を適切に設定しても白点ノイズを発生させてしまった。
（１６）植毛繊維の斜毛率Ｆを４０［％］よりも高くすると、感光体と植毛繊維との接触面積が過剰に大きくなってブラシによるトナーの掃きムラが発生してしまう。よって、斜毛率Ｆについては、１０〜４０［％］にすることが望ましい。より好ましくは２０〜３０［％］である。
（１７）感光体に対する植毛繊維の食い込み量（感光体に接触していない植毛繊維の回転軸部材上における法線方向の長さから、感光体に接触している植毛繊維の回転軸部材上における法線方向の長さを差し引いた値）を０．１［ｍｍ］よりも小さくすると、植毛繊維先端で過剰放電が集中して起こってしまうため、帯電バイアスの条件を適切に設定しても白点ノイズを発生させてしまった。
（１８）感光体に対する植毛繊維の食い込み量を１．４［ｍｍ］よりも大きくすると、ブラシによるトナーの掃きムラが発生した。また、植毛繊維と感光体との接触面積が過剰に大きくなって局所的な過剰放電が発生してしまうため、帯電バイアスの条件を適切に設定しても白点ノイズを発生させてしまった。よって、食い込み量については、０．１〜１．４［ｍｍ］に設定することが望ましい。より好ましくは０．１５〜０．８［ｍｍ］である。

なお、植毛繊維の斜毛率Ｆについて説明しておく。図６は、植毛繊維６Ｋを直毛方式で回転軸部材５Ｋに立設せしめた直毛方式のＫ用の帯電ブラシローラ４Ｋを示す拡大構成図である。この帯電ブラシローラ４Ｋでは、回転軸部材５Ｋ上における各植毛繊維６Ｋの延在方向が回転軸部材５Ｋの法線方向になっている。これに対し、図７は、植毛繊維６Ｋを斜毛方式で回転軸部材５Ｋに立設せしめた斜毛方式のＫ用の帯電ブラシローラ４Ｋを示す拡大構成図である。この帯電ブラシローラ４Ｋでは、回転軸部材５Ｋ上における各植毛繊維６Ｋの延在方向が回転軸部材５Ｋの法線方向から傾いている。斜毛方式では直毛方式に比べて、植毛繊維６Ｋが感光体に対して柔軟に接触・離間するため、植毛繊維先端からの異常な放電が抑えられる。このため、直毛方式に比べて局所的な過剰放電箇所を発生させ難く、白点ノイズを抑えることができる。

斜毛方式における植毛繊維６Ｋの傾斜度合いについては、斜毛率Ｆで表すことができる。この斜毛率は、植毛繊維６Ｋの長さをＲｓ（図６参照）、回転軸部材５Ｋの表面から植毛繊維６Ｋの先端までにおける法線方向の距離をＲｆで表した場合、「斜毛率Ｆ＝（Ｒｓ−Ｒｆ）／Ｒｓ×１００」という式で求めることができる。

以上の実験結果に鑑みて、実施形態に係るプリンタにおいては、各色のプロセスユニット（１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）における諸条件を次に掲げる条件に設定している。
（ａ）３．３×１０^２ ≦ Ｖｐｐ×０．４／時間ｔ ≦７．３×１０^３
（ｂ）１０ ＜ （ディーティーＤ／１００−周波数ｆ×時間ｔ／１０００）×１００ ＜ ８０
（ｃ）ピーク・ツウ・ピーク電圧Ｖｐｐ＝２００〜１２００［Ｖ］
（ｄ）時間ｔ＝０．０５〜１．５［ｍｓｅｃ］
（ｅ）周波数ｆ＝１０〜３０００［Ｈｚ］
（ｆ）デューティーＤ＝２５〜８５［％］
（ｇ）植毛繊維の体積抵抗値＝１．０×１０^３〜１．０×１０^７［Ω・ｃｍ］
（ｈ）植毛繊維の植毛密度＝１２〜５０［万本／ｉｎｃｈ^２］
（ｉ）植毛繊維の太さ＝０．７〜５［デニール］
（ｊ）帯電ブラシローラの直径＝１０〜１６［ｍｍ］
（ｋ）植毛繊維の斜毛率Ｆ＝１０〜４０［％］
（ｌ）感光体に対する植毛繊維の食い込み量＝０．１〜１．４［ｍｍ］

帯電ブラシローラの線速については、感光体との線速比が１よりも大きく且つ６よりも小さくする範囲内で設定することが望ましい。線速比が１以下であると、感光体を十分に帯電させることができないからである。また、６以上であると、帯電ブラシローラを駆動するためのギアやモータが大型になってコストアップを引き起こすからである。より好ましくは、１．５よりも大きく且つ４よりも小さい範囲である。

帯電ブラシローラの回転方向については、ブラシローラに一時捕捉したトナーを効率よく感光体に吐き出させるために、ブラシ表面を感光体との対向部で感光体と同方向に移動させるウィズ回転方向とすることが望ましい。この場合、カウンタ回転方向にする場合に比べて感光体との相対速度差を小さくしてしまうが、回転数を十分に大きくすることで、感光体を均一に帯電させることができる。

図８は、実施形態に係るプリンタの変形例装置におけるＹ用のプロセスユニット１Ｙを示す拡大構成図である。このプロセスユニット１Ｙでは、クリーナーレス方式を採用せずに、感光体３Ｙ上の転写残トナーをクリーニングブレード１１Ｙで掻き取って図示しない廃トナーボトルあるいは現像装置４０Ｙに搬送回収するためのドラムクリーニング装置１２Ｙを設けている。

次に、参考形態に係るプリンタについて説明する。なお、以下に特筆しない限り、参考形態に係るプリンタの構成は、実施形態と同様である。

本発明者らは、帯電部材として、Ｋ用のプロセスユニットにおいて、帯電ブラシローラの代わりに、帯電ローラを用いる実験を行った。具体的には、上述の試験機の帯電ブラシローラを帯電ローラに交換した。この帯電ローラは、ステンレス製の芯金ローラの周面に、エピクロルヒドリンゴムからなる弾性層と、イソシアネート化合物を含む処理溶液を使用した表面処理による表面層とが順次積層されたものである（製法の詳細は特開２００１−３４８４４３号公報を参照のこと）。ローラ部の表面の体積抵抗率は１×１０７［Ω・ｃｍ］である。また、ローラ部の表面のＪＩＳ−Ａ硬度は５７［度］である。また、ＪＩＳ Ｂ ０６０１ １９９４に準拠したローラ部の表面粗さＲｚは１２［μｍ］である。また、ローラ部の外径は９．５［ｍｍ］である。

試験機に搭載した帯電ローラにおけるローラ部の表面の体積抵抗率については、次のようにして測定した。即ち、まず、帯電ローラを、接地された導電性のベース板上にセットし、帯電ローラの芯金ローラの両端にそれぞれにＦ＝４．９Ｎ（＝５００ｇｆ）の荷重をかけ、全体でＦ＝９．８Ｎ（１ｋｇｆ）の荷重をかける。これにより、ベース板と帯電ローラとの間にニップを形成する。次いで、帯電ローラの芯金ローラに対し、電流計を介して直流電源を接続する。そして、直流電圧Ｖ（＝１Ｖ）を印加し、そのときの電流値Ｉ［Ａ］を読み取った後、この印加電圧値Ｖ［Ｖ］と、電流値Ｉ［Ａ］の測定値と、関係式「ρｖ＝（Ｖ／Ｉ）×（Ｌ１×Ｗ）／Ｌ２」とに基づいて、体積抵抗率ρｖを求めた。なお、この関係式におけるＬ１は、帯電ローラのローラ部軸線方向長さ［ｃｍ］である。また、Ｌ２は、ローラ部半径からローラ部軸部材半径を減じた寸法［ｃｍ］である。また、Ｗは、ニップの短手方向長さ（ニップ幅）［ｃｍ］である。

かかる構成の試験機を用いて、帯電バイアスの条件を適宜変更しながら、それぞれのバイアス条件下にてモノクロの２×２（ツー・バイ・ツー）のハーフチャート（ハーフトーンベタ画像）をプリントして、そのハーフチャート中に発生する白点（白抜け）のランクと、Ｋ用の感光体における帯電均一性のランクとを評価した。白点や帯電均一性のランクについては、それぞれ１から５までの５段階で評価し、ランク５を○、ランク４を△、ランク３以下を×とした。ランクの許容範囲は○〜△とした。また、感光体と帯電ローラとの周速比（ブラシ線速／感光体線速）については２．５に設定した。また、帯電ローラの回転方向については、ウィズとした。

この実験の結果を次の表２に示す。

表２に示すように、上述の傾き（Ｖｐｐ×０．４／ｔ）を８．８×１０^３よりも大きくした実験１３では、許容範囲を超える白点がハーフチャートに出現してしまった（白点ノイズランク＝×）。但し、傾きが（Ｖｐｐ×０．４／ｔ）を８．８×１０^３である場合には、白点ノイズランクは許容範囲内に留まっている（ランク４＝△）。このことから、帯電部材として帯電ローラを用いた場合における傾きの上限値は８．８×１０^３であることがわかった。これは、帯電ブラシローラを用いた場合の上限値（７．３×１０^３）よりも大きい値である。このように帯電ローラを用いた場合における傾きの上限値が帯電ブラシローラの場合に比べて大きくなったのは、次のように考えられる。即ち、帯電ブラシローラを用いた場合には、上述のように、植毛繊維の先端からの集中放電によって白点が発生する。これに対して、帯電ローラを用いた場合には、繊維先端での集中放電が起きず、ローラ周面からの面放電になるため、感光体の局所的な過剰帯電が起こり難くなるからであると考えられる。

なお、帯電ローラの他、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）シート等のシート状の帯電シートや、樹脂からなる板状の帯電ブレードも、帯電ローラと同様に面放電となる。よって、帯電シートや帯電ブレードを用いた場合も、傾きの上限値は８．８×１０^３になると考えられる。

傾き（Ｖｐｐ×０．４／ｔ）を２．５×１０^２にした実験番号１２においては、白点の発生を許容範囲内に留めているものの、感光体を十分に帯電させることができなかった（帯電不良）。これは帯電ブラシローラを用いた場合と同様の理由からだと考えられる。帯電ローラを用いた場合でも、実験番号７〜１１のように、傾きを３．３×１０^２以上に設定することで、感光体の帯電不良の発生を抑えることができる。

次に、本発明者らは、帯電ローラを搭載した試験機にて、実施形態と同様に、周期Ｔに対する時間ｔ’の割合を更に細かく変動させながら、帯電均一性を評価する実験を行った。その結果、帯電ブラシローラを用いた場合と同様に、「（D／１００−周波数ｆ×時間ｔ／１０）×１００」の解を「１０」よりも小さくした条件下において、許容範囲を超える帯電ムラを発生させることがわかった。また、前述の解を「８０」よりも大きくした条件下でも、許容範囲を超える帯電ムラを発生させることがわかった。よって、帯電ローラを用いた場合でも、「１０ ＜ （Ｄ／１００−ｆ×ｔ／１０００）×１００ ＜ ８０」という関係式を具備する交流電圧を含む帯電バイアスを採用することで、周期Ｔに対する時間ｔ'の割合が不適切であることによる帯電ムラの発生を抑え得ることがわかった。

次に、本発明者らは、帯電ローラを搭載した試験機にて、実施形態と同様に、帯電バイアスの条件を様々に変化させる実験を行った。すると、帯電ブラシローラを用いた場合と同様に、交流電圧のピーク・ツウ・ピーク電圧Ｖｐｐを［Ｖ］２００［Ｖ］未満に設定すると、帯電性能が不足して帯電不良を引き起こしてしまうことがわかった。また、ピーク・ツウ・ピーク電圧Ｖｐｐを１２００［Ｖ］よりも大きくすると、過剰に帯電させた感光体の除電が不良になって、帯電ムラを発生させてしまうことがわかった。また、時間ｔが０．０５〜１．５［ｍｓｅｃ］の範囲から外れると、帯電ムラを発生させることもわかった。また、周波数ｆを１０［Ｈｚ］よりも小さくすると、周波数ｆに対応した周期的な濃度ムラが画像に発生してしまうこともわかった。また、周波数ｆを３０００［Ｈｚ］よりも大きくすると、電界強度の変化に応じた植毛繊維の振動に伴う異音が感じられるようになることがわかった。また、マイナス側に大きくなるように振れる波成分のデューティーＤが２５〜８５［％］の範囲から外れると、帯電ムラが発生してしまうこともわかった。よって、Ｖｐｐ、時間ｔ、周波数ｆ、デューティーＤの許容範囲は、帯電ブラシローラを用いた場合と同様である。

次に、本発明者らは、帯電ブラシの条件を様々に変化させながら、白点ランクや帯電均一性ランクを評価する実験を行ったところ、次に掲げる事項を見出した。
（１９）帯電ローラのローラ部の表面における体積抵抗率が１×１０^４よりも小さいと、帯電バイアスを適切に設定しても過剰帯電による白点ノイズが発生してしまう。
（２０）帯電ローラのローラ部の表面における体積抵抗率が１×１０^９[Ω・ｃｍ]よりも大きいと、放電不良によって感光体を十分に帯電させることができなくなる。よって、ローラ部の表面における体積抵抗率の許容範囲は、１×１０^４〜１×１０^９[Ω・ｃｍ]である。より望ましくは、８×１０^４〜７×１０^８[Ω・ｃｍ]である。
（２１）帯電ローラのローラ部の表面におけるＪＩＳ−Ａ硬度が３０［度］を下回り始めると、ローラ部の表面が急激にトナーで汚れ易くなり始めて、帯電性が急激に悪化し始める。
（２２）帯電ローラのローラ部の表面におけるＪＩＳ−Ａ硬度が７０［度］を上回り始めると、感光体とローラ部との接触性が急激に悪くなり始めて、帯電性が急激に悪化し始める。よって、ローラ部の表面におけるＪＩＳ−Ａ硬度の許容範囲は、３０〜７０［度］である。より望ましくは、４０〜６０［度］である。
（２３）帯電ローラのローラ部の表面粗さＲｚを１［μｍ］よりも小さくするのは高い技術が必要となるため、１［μｍ］未満に設定すると急激に製造コストが高くなってしまう。
（２４）帯電ローラのローラ部の表面粗さＲｚが４０［μｍ］を上回り始めると、ローラ部の表面が急激にトナーで汚れ易くなり始めて、帯電性が急激に悪化し始める。よって、表面粗さＲｚの許容範囲は、１〜４０［μｍ］である。より望ましくは、３〜３０［μｍ］である。
（２５）帯電ローラのローラ部の外径が７［ｍｍ］を下回り始めると、帯電ローラの軸線方向の撓みによる帯電均一不良が急激に発生し始める。
（２６）帯電ローラのローラ部の外径が１６［ｍｍ］を上回り始めると、外径の大型化によるローラ部の撓み抑制効果が急激に低下し始める。よって、外径の許容範囲は、７〜１６［ｍｍ］である。より望ましくは、８〜１３［ｍｍ］である。

以上の実験結果に鑑みて、参考形態に係るプリンタにおいては、各色のプロセスユニット（１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）における諸条件を次に掲げる条件に設定している。
・３．３×１０^２ ≦ Ｖｐｐ×０．４／時間ｔ ≦８．８×１０^３
・１０ ＜ （ディーティーＤ／１００−周波数ｆ×時間ｔ／１０００）×１００ ＜ ８０
・ピーク・ツウ・ピーク電圧Ｖｐｐ＝２００〜１２００［Ｖ］
・時間ｔ＝０．０５〜１．５［ｍｓｅｃ］
・周波数ｆ＝１０〜３０００［Ｈｚ］
・デューティーＤ＝２５〜８５［％］
・帯電ローラのローラ部の表面における体積抵抗率＝１×１０^４〜１×１０^９［Ω・ｃｍ］
・帯電ローラのローラ部の表面におけるＪＩＳ−Ａ硬度＝３０〜７０［度］
・帯電ローラのローラ部の表面粗さＲｚ＝１〜４０［μｍ］
・帯電ローラのローラ部の外径＝７〜１６［ｍｍ］

なお、帯電ローラに代えて、帯電シートや帯電ブレードを用いてもよい。この場合にも、先に列記した諸条件が適切であると思われる。

これまで、複数のプロセスユニットで形成した各色のトナー像を重ね合わせて転写してフルカラー画像を得るいわゆるタンデム方式のプリンタについて説明してきたが、シングル方式でフルカラー画像を形成する画像形成装置にも、本発明の適用が可能である。このシングル方式とは、感光体等の潜像担持体の周りに各色用の複数の現像手段を配設し、使用する現像手段を順次切り換えながら潜像担持体上に形成した各色の可視像を中間転写体に順次重ね合わせて転写する方式である。また、単色画像だけを形成する画像形成装置にも、本発明の適用が可能である。

以上、実施形態に係るプリンタにおいては、帯電ブラシローラに帯電バイアスを供給する帯電バイアス供給手段として、「３．３×１０^２ ≦ Ｖｐｐ×０．４／ｔ」という関係式を具備する交流電圧を帯電ブラシローラに供給するものを用いている。かかる構成では、既に述べたように、傾き（Ｖ_ｐｐ×０．４／時間ｔ）が小さすぎることに起因する感光体の帯電不良の発生を抑えることができる。

また、実施形態に係るプリンタにおいては、帯電部材として帯電ブラシローラを用いているので、帯電ローラを用いる場合に比べて、感光体表面におけるフィルミングの発生を抑えることができる。なお、フィルミングとは、被帯電体などの部材の表面に汚れ（例えばトナーを用いる画像形成装置ではトナーによる汚れ）をフィルム状に固着させてしまう現象である。

また、実施形態や参考形態に係るプリンタにおいては、帯電バイアス供給手段として、「１０ ＜ （デューティーＤ／１００−周波数ｆ×時間ｔ／１０００）×１００ ＜ ８０」という関係式を具備する交流電圧を帯電部材（帯電ブラシローラ又は帯電ローラ）に供給するものを用いている。かかる構成では、既に述べたように、周期Ｔに対する時間ｔ’の割合が不適切であることによる帯電ムラの発生を抑えることができる。

また、実施形態や参考形態に係るプリンタにおいては、ピーク・ツウ・ピーク電圧Ｖ_ｐｐを２００〜１２００［Ｖ］の範囲に設定しているので、既に述べたように、Ｖ_ｐｐを小さくし過ぎることによる感光体の帯電不良の発生を抑えつつ、Ｖ_ｐｐを大きくし過ぎることによる感光体の帯電ムラの発生を抑えることができる。

また、実施形態や参考形態に係るプリンタにおいては、時間ｔを０．０５〜１．５［ｍｓｅｃ］の範囲に設定しているので、既に述べたように、時間ｔの長さが不適切であることに起因する感光体の帯電ムラの発生を回避することができる。

また、実施形態や参考形態に係るプリンタにおいては、帯電バイアスの交流電圧の周波数ｆを１０〜３０００［Ｈｚ］の範囲に設定しているので、既に述べたように、周波数ｆを小さくし過ぎることによる周期的な画像濃度ムラの発生を回避しつつ、周波数ｆを大きく設定し過ぎることによる異音の発生を回避することができる。

また、実施形態や参考形態に係るプリンタにおいては、交流電圧における直流電圧と同極性側に大きくなるように振れる波成分のデューティーＤを２５〜８５［％］の範囲に設定しているので、既に述べたように、ディーティーＤの値が不適切であることに起因する感光体の帯電ムラの発生を回避することができる。

また、実施形態に係るプリンタにおいては、帯電ブラシローラの植毛繊維の体積抵抗率を１．０×１０^３〜１．０×１０^７［Ω・ｃｍ］の範囲に設定しているので、既に述べたように、体積抵抗率が小さすぎることによる白点ノイズの発生を回避しつつ、電気抵抗が大きすぎることによる感光体の帯電不良の発生を回避することができる。

また、実施形態に係るプリンタにおいては、植毛繊維の植毛密度を１２〜５０［万本／ｉｎｃｈ^２］の範囲に設定しているので、既に述べたように、植毛密度が低すぎることによる感光体の帯電不良の発生を回避しつつ、植毛密度が高すぎることによる感光体の摩耗劣化を回避することができる。

また、実施形態に係るプリンタにおいては、植毛繊維の太さを０．７〜５［デニール］に設定しているので、既に述べたように、太さが小さすぎることによる白点ノイズの発生を回避しつつ、太さが多き過ぎることによる感光体の帯電ムラの発生を回避することができる。

また、実施形態に係るプリンタにおいては、帯電ブラシ部材として、基材たる回転可能な回転軸部材の表面に複数の植毛繊維が立設せしめられた帯電ブラシローラを用いているので、ブラシの回転に伴う掻き取り効果によって転写残トナーを良好に帯電ブラシローラに一時捕捉することができる。

また、実施形態に係るプリンタにおいては、帯電ブラシローラの直径を１０〜１６［ｍｍ］の範囲に設定しているので、既に述べたように、直径が小さすぎることによるブラシローラの強度不足を回避しつつ、直径が大きすぎることによる帯電装置の大型化を回避することができる。

また、実施形態に係るプリンタにおいては、植毛繊維の斜毛率Ｆを１０〜４０［％］に設定しているので、既に述べたように、斜毛率Ｆが低すぎることによる白点ノイズの発生を回避しつつ、斜毛率Ｆが高すぎることによるトナーの掃きムラの発生を回避することができる。

また、実施形態に係るプリンタにおいては、感光体に対する植毛繊維の食い込み量を０．１〜１．４［ｍｍ］に設定しているので、既に述べたように、食い込み量が小さすぎたり大きすぎたりすることによる白点ノイズの発生を回避することができる。

また、参考形態に係るプリンタにおいては、帯電部材として、帯電ローラを用いているので、既に述べたように、帯電ブラシローラを用いる場合に比べて、上述の傾きの上限値を大きくすることができる。

また、参考形態に係るプリンタにおいては、帯電ローラとして、ローラ部の表面の体積抵抗率が１×１０^４〜１×１０^９［Ω・ｃｍ］であるもの、を用いているので、既に述べたように、過剰帯電による白点ノイズの発生を確実に抑えつつ、帯電ローラからの放電不良による感光体の帯電不良を回避することができる。

また、参考形態に係るプリンタにおいては、帯電ローラとして、ローラ部の表面のＪＩＳ−Ａ硬度が３０〜７０［度］であるもの、を用いているので、既に述べたように、ローラ部の表面のトナー汚れによる帯電性の悪化の発生を抑えつつ、感光体とローラ部との接触不良による帯電性の悪化の発生を抑えることができる。

また、参考形態に係るプリンタにおいては、帯電ローラとして、ローラ部の表面粗さＲｚが１〜４０［μｍ］であるもの、を用いているので、既に述べたように、高度な表面処理技術を採用することによる帯電ローラの製造コストアップを回避しつつ、ローラ部の表面のトナー汚れによる帯電性の悪化の発生を抑えることができる。

また、参考形態に係るプリンタにおいては、帯電ローラとして、ローラ部の外径が７〜１６［ｍｍ］であるもの、を用いているので、既に述べたように、ローラ部の撓みによる感光体の帯電不良の発生を抑えつつ、外径をローラ部の撓み抑制効果が効率良く得られないにもかかわらず不必要に大きくしてしまうことによる装置の大型化を回避することができる。

実施形態に係るプリンタの要部を示す概略構成図。 同プリンタにおけるＹ用のプロセスユニットを示す拡大構成図。 同プリンタにおける帯電バイアスの波形を示すグラフ。 各種の交流電圧条件における傾き（Ｖ_ｐｐ×０．４／ｔ）と実験番号との関係を示すグラフ。 各種の交流電圧条件における割合（（D／１００−周波数ｆ×時間ｔ／１０）×１００）と実験番号との関係を示すグラフ。 直毛方式を採用したＫ用の帯電ブラシローラを示す拡大構成図。 斜毛方式を採用したＫ用の帯電ブラシローラを示す拡大構成図。 同プリンタの変形例装置におけるＹ用のプロセスユニットを示す拡大構成図。

符号の説明

１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ：プロセスユニット
３Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ：（被帯電体、潜像担持体）
４Ｙ，Ｋ：帯電ブラシローラ（帯電ブラシ部材）
５Ｙ，Ｋ：回転軸部材（基材）
６Ｙ，Ｋ：植毛繊維
４０Ｙ：現像装置（現像手段）
５０：光書込ユニット（潜像書込手段）

Claims (16)

1. 自らの表面を被帯電体の表面に接触させながら両表面の間に放電を生じせしめて該被帯電体の表面を一様に帯電せしめる帯電部材と、交流電圧に直流電圧が重畳された帯電バイアスを該帯電部材に供給する帯電バイアス供給手段とを有する帯電装置において、
   上記帯電部材として、基材の表面に立設せしめられた複数の導電性の植毛繊維を上記被帯電体に接触せしめる帯電ブラシ部材を用いるとともに、
   上記交流電圧のピーク・ツウ・ピーク電圧をＶ_ｐｐ［Ｖ］で表し、且つ、該交流電圧にてピーク間の中心を境にして電圧値を上記直流電圧の極性と同極性側に大きくするように振れる波成分と、逆極性側に大きくするように振れる波成分とのうち、同極性側に向かって大きくするように振れる波成分の振れ開始点から、その振れの大きさが該波成分の振幅の８０［％］に達するまでに要する時間をｔ［ｍｓｅｃ］で表した場合に、
   上記交流電圧として、「Ｖｐｐ×０．４／ｔ ≦７．３×１０^３」という関係式を具備し、且つ、該振れ開始点から該波成分の振れピーク点に達するまでに要する時間が、該振れピーク点から上記逆極性側に向かって上記中心に至るまでに要する時間よりも長いという条件を具備するものを上記帯電ブラシ部材に供給するように、上記帯電バイアス供給手段を構成したことを特徴とする帯電装置。
2. 請求項１の帯電装置であって、
   上記帯電バイアス供給手段が「３．３×１０^２ ≦ Ｖ_ｐｐ×０．４／ｔ」という関係式を具備する上記交流電圧を上記帯電ブラシ部材に供給するものであることを特徴とする帯電装置。
3. 請求項１又は２の帯電装置であって、
   電圧値を上記同極性側に大きくするように振れる上記波成分のデューティーをＤ［％］で表し、且つ、上記交流電圧の周波数をｆ［Ｈｚ］で表した場合に、
   上記帯電バイアス供給手段が「１０ ＜ （Ｄ／１００−ｆ×ｔ／１０００）×１００ ＜ ８０」という関係式を具備する上記交流電圧を上記帯電部材に供給するものであることを特徴とする帯電装置。
4. 請求項１乃至３の何れかの帯電装置であって、
   上記ピーク・ツウ・ピーク電圧Ｖ_ｐｐが２００〜１２００［Ｖ］であることを特徴とする帯電装置。
5. 請求項１乃至３の何れかの帯電装置であって、
   上記時間ｔが０．０５〜１．５［ｍｓｅｃ］であることを特徴とする帯電装置。
6. 請求項１乃至３の何れかの帯電装置であって、
   上記周波数ｆが１０〜３０００［Ｈｚ］であることを特徴とする帯電装置。
7. 請求項３の帯電装置であって、
   上記デューティーＤが２５〜８５［％］であることを特徴とする帯電装置。
8. 請求項１乃至７の何れかの帯電装置において、
   上記帯電ブラシ部材として、上記植毛繊維の体積抵抗率が１．０×１０^３〜１．０×１０^７［Ω・ｃｍ］であるもの、を用いたことを特徴とする帯電装置。
9. 請求項１乃至８の何れかの帯電装置において、
   上記帯電ブラシ部材として、上記複数の植毛繊維の植毛密度が１２〜５０［万本／ｉｎｃｈ^２］であるもの、を用いたことを特徴とする帯電装置。
10. 請求項１乃至９の何れかの帯電装置において、
    上記帯電ブラシ部材として、上記植毛繊維の太さが０．７〜５［デニール］であるものを用いたことを特徴とする帯電装置。
11. 請求項１乃至１０の何れかの帯電装置において、
    上記帯電ブラシ部材として、上記基材たる回転可能な回転軸部材の表面に複数の上記植毛繊維が立設せしめられた帯電ブラシローラを用いたことを特徴とする帯電装置。
12. 請求項１１の帯電装置において、
    上記帯電ブラシローラとして、直径が１０〜１６［ｍｍ］であるものを用いたことを特徴とする帯電装置。
13. 請求項１１又は１２の帯電装置において、
    上記帯電ブラシローラとして、上記回転軸部材上における上記植毛繊維の斜毛率Ｆが１０〜４０［％］であるものを用いたことを特徴とする帯電装置。
14. 請求項１乃至１３の何れかの帯電装置において、
    上記植毛繊維の先端側を上記被帯電体に対して０．１〜１．４［ｍｍ］の食い込み量で食い込ませるように、該被帯電体と上記帯電ブラシ部材とを配設したことを特徴とする帯電装置。
15. 潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体を一様に帯電せしめる帯電手段と、一様帯電後の該潜像担持体に潜像を書き込む潜像書込手段と、該潜像担持体上の潜像を現像する現像手段とを備える画像形成装置における、少なくとも該潜像担持体と該帯電手段とを１つのユニットとして共通の保持体に保持させて画像形成装置本体に対して着脱可能にしたプロセスユニットにおいて、
    上記帯電手段として、請求項１乃至１４の何れかの帯電装置を用いたことを特徴とするプロセスユニット。
16. 潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体を一様に帯電せしめる帯電手段と、一様帯電後の該潜像担持体に潜像を書き込む潜像書込手段と、該潜像担持体上の潜像を現像する現像手段とを備える画像形成装置において、
    上記帯電手段として、請求項１乃至１４の何れかの帯電装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。

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