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JP7822766B2 - Image forming device - Google Patents
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JP7822766B2 - Image forming device - Google Patents

Image forming device

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JP7822766B2 JP2021204783A JP2021204783A JP7822766B2 JP 7822766 B2 JP7822766 B2 JP 7822766B2 JP 2021204783 A JP2021204783 A JP 2021204783A JP 2021204783 A JP2021204783 A JP 2021204783A JP 7822766 B2 JP7822766 B2 JP 7822766B2
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Description

本発明は、記録材に画像を形成する画像形成装置に関する。 The present invention relates to an image forming apparatus that forms an image on a recording material.

電子写真方式の画像形成装置において、現像同時クリーニング方式又はクリーナレス方式と呼ばれる構成が知られている。この構成では、感光ドラム等の像担持体から被転写体(記録材又は中間転写体)にトナー像を転写した後も像担持体表面に残る残トナーを、クリーニング装置で回収せずに、現像ローラ等の現像部材により次の現像プロセスと同時に回収する。 A configuration known as a simultaneous development and cleaning system or cleanerless system is known in electrophotographic image forming devices. In this configuration, residual toner remaining on the surface of an image carrier, such as a photosensitive drum, after a toner image has been transferred from the image carrier to a receiving material (recording material or intermediate transfer material) is not collected by a cleaning device, but is instead collected by a developing member, such as a developing roller, simultaneously with the next development process.

特許文献1には、クリーナレス方式の画像形成装置において、感光ドラムの回転方向において転写ローラより下流かつ帯電ローラより上流の位置に、感光ドラムに付着した転写残トナーを散らすブラシ部材を配置したものが記載されている。この文献によると、記録材に転写されたトナー像と同じパターンで分布する残トナーをブラシ部材によって散らすことで、帯電装置や現像装置における残トナーの挙動が均一化され、残トナーに起因する残像が記録材上に顕れにくくなる。 Patent Document 1 describes a cleanerless image forming apparatus in which a brush member is positioned downstream of the transfer roller and upstream of the charging roller in the rotation direction of the photosensitive drum to scatter residual toner adhering to the photosensitive drum. According to this document, by using the brush member to scatter residual toner distributed in the same pattern as the toner image transferred to the recording material, the behavior of residual toner in the charging device and developing device is made uniform, making it less likely that residual images caused by residual toner will appear on the recording material.

特開2010-14982号公報JP 2010-14982 A

一般的に、転写プロセス後も像担持体表面に残る残トナーの中には、トナーの正規極性(正規帯電極性)に帯電したトナー粒子と、正規極性とは逆の非正規極性に帯電したトナー粒子と、帯電量がゼロに近いトナー粒子と、が含まれる。電荷分布が広い状態のまま残トナーが帯電部材や現像部材に到達すると、主に非正規極性のトナーが帯電部材に付着して蓄積されることで、帯電不良が生じる可能性がある。 Generally, the residual toner remaining on the image carrier surface after the transfer process includes toner particles charged to the toner's normal polarity (normal charging polarity), toner particles charged to an irregular polarity opposite to the normal polarity, and toner particles with a charge amount close to zero. If the residual toner reaches the charging member or developing member while still in a wide charge distribution state, the toner with the irregular polarity will mainly adhere to and accumulate on the charging member, which can cause poor charging.

そのため、像担持体の回転方向において転写部材より下流かつ帯電部材より上流の位置にブラシ部材を配置して、残トナーに正規極性の電荷を付与しつつ残トナーを散らすようにすることが考えられる。しかしながら、ブラシ部材の接触条件によっては、残トナーに十分な電荷を付与できないか、又は残トナーがブラシ部材の一部の箇所に集中して抜けることでスジ状に分布することで、帯電部材への付着を抑制できない場合があった。 As a result, one approach is to position a brush member downstream of the transfer member and upstream of the charging member in the rotational direction of the image carrier, so that the remaining toner is dispersed while being charged with a charge of the normal polarity. However, depending on the contact conditions of the brush member, it may not be possible to impart a sufficient charge to the remaining toner, or the remaining toner may concentrate in certain areas of the brush member and escape, resulting in a streaky distribution, making it impossible to prevent adhesion to the charging member.

そこで、本発明は、像担持体に接触するブラシ部材を配置する構成において帯電不良の発生を抑制可能な画像形成装置を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide an image forming device that can suppress the occurrence of charging defects in a configuration in which a brush member is arranged in contact with the image carrier.

本発明の一態様は、回転する像担持体と、前記像担持体と接触して帯電部を形成し、前記帯電部において前記像担持体の表面をトナーの正規帯電極性と同極性に帯電させる帯電部材と、前記像担持体の表面に形成された静電潜像を、前記トナーを用いて現像する現像部材と、前記現像部材により現像されたトナー像を転写部において前記像担持体から被転写体へ転写する転写部材と、前記像担持体の回転方向において前記転写部より下流且つ前記帯電部より上流の接触部において前記像担持体の表面と接触するように配置され、前記被転写体に転写されなかったトナーに前記正規帯電極性の電荷を付与するブラシ部材と、を備え、前記被転写体に転写されなかったトナーを前記現像部材によって回収する画像形成装置において、前記回転方向において前記接触部における前記ブラシ部材の上流端における前記ブラシ部材と前記像担持体との接触圧は、前記回転方向において前記接触部における前記ブラシ部材の下流端における前記接触圧よりも高く、前記ブラシ部材の前記上流端における前記ブラシ部材と前記像担持体との接触面積率は、前記ブラシ部材の前記下流端における前記接触面積率よりも大きい、ことを特徴とする画像形成装置である。 One aspect of the present invention is a method for manufacturing a toner image forming apparatus, comprising: a rotating image carrier; a charging member that contacts the image carrier to form a charging portion and charges the surface of the image carrier to the same polarity as the normal charging polarity of toner in the charging portion; a developing member that develops an electrostatic latent image formed on the surface of the image carrier using the toner ; a transfer member that transfers the toner image developed by the developing member from the image carrier to a transferee in a transfer portion; and a transfer member that is disposed so as to contact the surface of the image carrier at a contact portion downstream of the transfer portion and upstream of the charging portion in the rotation direction of the image carrier, and that transfers the toner that has not been transferred to the transferee. and a brush member that imparts a charge of normal charging polarity to the developing member, and which recovers toner that has not been transferred to the transfer medium using the developing member, wherein the contact pressure between the brush member and the image carrier at the upstream end of the brush member at the contact portion in the rotation direction is higher than the contact pressure at the downstream end of the brush member at the contact portion in the rotation direction, and the contact area ratio between the brush member and the image carrier at the upstream end of the brush member is greater than the contact area ratio at the downstream end of the brush member.

本発明の他の一態様は、回転する像担持体と、前記像担持体と接触して帯電部を形成し、前記帯電部において前記像担持体の表面をトナーの正規帯電極性と同極性に帯電させる帯電部材と、前記像担持体の表面に形成された静電潜像を、前記トナーを用いて現像する現像部材と、前記現像部材により現像されたトナー像を転写部において前記像担持体から被転写体へ転写する転写部材と、前記像担持体の回転方向において前記転写部より下流且つ前記帯電部より上流の接触部において前記像担持体の表面と接触するように配置され、前記被転写体に転写されなかったトナーに前記正規帯電極性の電荷を付与するブラシ部材と、を備え、前記被転写体に転写されなかったトナーを前記現像部材によって回収する画像形成装置において、前記回転方向において前記接触部における前記ブラシ部材の上流端における前記像担持体の表面に対する前記ブラシ部材の侵入量をδ1(mm)とし、前記回転方向において前記接触部における前記ブラシ部材の下流端における前記侵入量をδ2(mm)として、δ1>δ2>0である、ことを特徴とする画像形成装置である。 Another aspect of the present invention is a method for manufacturing a toner image carrier, comprising: a rotating image carrier; a charging member that contacts the image carrier to form a charging portion and charges the surface of the image carrier to the same polarity as the normal charging polarity of toner in the charging portion; a developing member that develops an electrostatic latent image formed on the surface of the image carrier using the toner ; a transfer member that transfers the toner image developed by the developing member from the image carrier to a transferee in a transfer portion; and a transfer member that is disposed so as to contact the surface of the image carrier at a contact portion downstream of the transfer portion and upstream of the charging portion in the rotation direction of the image carrier. and a brush member that imparts a charge of the normal charging polarity to toner that has not been transferred to the transfer medium, and the toner that has not been transferred to the transfer medium is recovered by the developing member. In this image forming apparatus, the amount of penetration of the brush member into the surface of the image carrier at the upstream end of the brush member at the contact portion in the rotation direction is δ1 (mm), and the amount of penetration of the brush member at the downstream end of the brush member at the contact portion in the rotation direction is δ2 (mm), where δ1 > δ2 > 0.

本発明によれば、像担持体に接触するブラシ部材を配置する構成において帯電不良の発生を抑制することができる。 This invention makes it possible to prevent poor charging in a configuration in which a brush member is placed in contact with the image carrier.

第1実施形態に係るブラシ部材の配置を説明するための模式図。FIG. 3 is a schematic diagram illustrating the arrangement of a brush member according to the first embodiment. 第1実施形態に係る画像形成装置の概略図。1 is a schematic diagram of an image forming apparatus according to a first embodiment. 第1実施形態に係る画像形成部の概略図。FIG. 2 is a schematic view of an image forming unit according to the first embodiment. 第1実施形態に係る潜像ユニットの斜視図(a)、断面図(b)及びブラシ接触部を感光ドラムの回転方向上流側から見た図(c)。1A is a perspective view of a latent image unit according to the first embodiment, FIG. 1B is a cross-sectional view thereof, and FIG. 1C is a view of a brush contact portion as seen from the upstream side in the rotation direction of a photosensitive drum. 第1実施形態に係るブラシ部材の、単体の状態の断面図(a)並びに感光ドラムに当接した状態の断面図(b)。3A is a cross-sectional view of the brush member according to the first embodiment in a stand-alone state, and FIG. 3B is a cross-sectional view of the brush member in a contact state with a photosensitive drum. クラーク‐エバンス指数の算出方法を説明するための図(a、b)。1A and 1B are diagrams for explaining the calculation method of the Clark-Evans index. ブラシ部材の接触圧の算出方法を説明するための図(a、b)。6A and 6B are diagrams for explaining a method for calculating the contact pressure of a brush member. ブラシ部材の接触面積率の算出方法を説明するための図(a~c)。10A to 10C are diagrams for explaining a method for calculating the contact area ratio of a brush member. 第1実施形態に係るブラシ部材の接触圧(a)、接触面積率(b)、接触圧と接触面積率の関係(c)を表すグラフ。6A is a graph showing the contact pressure of the brush member according to the first embodiment, the contact area ratio of the brush member, and the relationship between the contact pressure and the contact area ratio of the brush member according to the first embodiment. ブラシ部材をトナーがスジ状に抜ける場合を説明するための図(a~c)。10A to 10C are diagrams illustrating the case where toner passes through the brush member in a streak-like manner. 第1実施形態に係るブラシ部材の作用を説明するための図(a~d)。5A to 5D are diagrams for explaining the function of the brush member according to the first embodiment. 第2実施形態に係るブラシ部材(a)と第1実施形態に係るブラシ部材(b)を毛材の先端側から見た模式図。10A and 10B are schematic diagrams illustrating a brush member according to a second embodiment and a brush member according to a first embodiment, respectively, viewed from the tip side of the bristles. 第3実施形態に係るブラシ部材(a)と第1実施形態に係るブラシ部材(b)を毛材の先端側から見た模式図。10A and 10B are schematic diagrams of a brush member according to a third embodiment and a brush member according to a first embodiment, respectively, viewed from the tip side of the bristles. 接触圧の算出方法を説明するための模式図。FIG. 10 is a schematic diagram for explaining a method for calculating contact pressure. ピーク圧及び最大接触面積率の範囲を示す図。FIG. 10 is a diagram showing the range of peak pressure and maximum contact area ratio. 第4実施形態におけるブラシ部材の侵入量の算出方法を示す図。13A and 13B are diagrams showing a method for calculating the intrusion amount of the brush member in the fourth embodiment.

以下、本開示に係る実施形態について、図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present disclosure will be described below with reference to the drawings.

<第1実施形態>
図2及び図3を用いて第1実施形態に係る画像形成装置100の概要を説明する。図2は画像形成装置100の概略図である。図3は画像形成装置100が備える画像形成部101の拡大図である。画像形成装置100は、外部機器から受信した画像情報に基づいてシートSにモノクロ画像を形成するモノクロプリンタである。記録材であるシートSとしては、普通紙及び厚紙等の紙、プラスチックフィルム、布、コート紙のような表面処理が施されたシート材、封筒やインデックス紙等の特殊形状のシート材等、サイズ及び材質の異なる多様なシートを使用可能である。
First Embodiment
An overview of the image forming apparatus 100 according to the first embodiment will be described using Figures 2 and 3. Figure 2 is a schematic diagram of the image forming apparatus 100. Figure 3 is an enlarged view of an image forming unit 101 provided in the image forming apparatus 100. The image forming apparatus 100 is a monochrome printer that forms a monochrome image on a sheet S based on image information received from an external device. As the sheet S, which is the recording material, a variety of sheets of different sizes and materials can be used, including paper such as plain paper and cardboard, surface-treated sheet materials such as plastic film, cloth, and coated paper, and sheet materials of special shapes such as envelopes and index paper.

図2及び図3に示すように、画像形成装置100は、シートSに画像を形成する電子写真方式の画像形成部101と、シートSを給送・搬送するシート搬送機構(6,8,12)と、を含む。画像形成部101は、像担持体としての感光ドラム1と、帯電手段としての帯電ローラ2と、露光手段としての露光装置3と、現像手段としての現像装置4と、転写手段としての転写ローラ5と、ブラシ部材11と、定着手段としての定着装置9と、を有する。画像形成部101の内、感光ドラム1、帯電ローラ2及びブラシ部材11を有する潜像ユニット1Aと、現像ユニットとしての現像装置4とは、画像形成装置本体100Aに対して着脱可能なカートリッジCとして構成される。 As shown in Figures 2 and 3, the image forming apparatus 100 includes an electrophotographic image forming unit 101 that forms an image on a sheet S, and a sheet transport mechanism (6, 8, 12) that feeds and transports the sheet S. The image forming unit 101 includes a photosensitive drum 1 as an image carrier, a charging roller 2 as a charging means, an exposure device 3 as an exposure means, a developing device 4 as a developing means, a transfer roller 5 as a transfer means, a brush member 11, and a fixing device 9 as a fixing means. Within the image forming unit 101, the latent image unit 1A having the photosensitive drum 1, charging roller 2, and brush member 11, and the developing device 4 as a developing unit are configured as a cartridge C that is detachable from the image forming apparatus main body 100A.

感光ドラム1は、ドラム状に成形された電子写真感光体である。感光ドラム1は、例えば直径24mmのドラム状(円筒状又は円柱状)であり、画像形成時には100mm/secの周速度(プロセス速度)で回転駆動される。帯電ローラ2は、感光ドラム1に接触する接触帯電方式の帯電部材である。帯電ローラ2と感光ドラム1との接触部は、感光ドラム1の表面の帯電が行われる帯電部P2(帯電位置)である。 The photosensitive drum 1 is an electrophotographic photosensitive member molded into a drum shape. The photosensitive drum 1 is, for example, a drum (cylindrical or columnar) with a diameter of 24 mm, and is rotated at a peripheral speed (process speed) of 100 mm/sec during image formation. The charging roller 2 is a contact charging member that contacts the photosensitive drum 1. The contact point between the charging roller 2 and the photosensitive drum 1 is the charging point P2 (charging position) where the surface of the photosensitive drum 1 is charged.

現像装置4は、現像ローラ41、供給ローラ42、撹拌部材43、現像ブレード44及びトナー収容部45を備える。現像ローラ41は、トナーTを担持して回転することで、現像ローラ41と感光ドラム1とが対向する現像部P4(現像位置)にトナーTを供給する現像部材又は現像剤担持体である。本実施形態では、現像ローラ41に担持されたトナー層が現像部P4において感光ドラム1の表面と接触する、いわゆる接触現像方式を用いる。現像ローラ41は、感光ドラム1と対向する位置に設けられたトナー収容部45の開口部に配置される。供給ローラ42は、トナー収容部45の供給室45aのトナーTを現像ローラ41に供給(塗布)する。撹拌部材43は、トナー収容部45に配置され、回転することでトナー収容部45のトナーTを撹拌して供給室45aに供給する。トナー収容部45は、現像剤としてのトナーTを収容する容器である。現像ブレード44は、トナー収容部45の内側から現像部P4に向けて回転する現像ローラ41の表面に所定の加圧力で当接されている。現像ブレード44は、帯電系列において、トナーTの主成分(結着樹脂)に対して正極性側(非正規極性側)となる材料(例えば鉄や銅)を主成分とする。これにより、現像ブレード44がトナーTを摺擦することでトナーTが負極性(正規極性)に摩擦帯電される。 The developing device 4 includes a developing roller 41, a supply roller 42, an agitating member 43, a developing blade 44, and a toner storage unit 45. The developing roller 41 is a developing member or developer carrier that carries toner T and rotates to supply toner T to a developing unit P4 (developing position) where the developing roller 41 faces the photosensitive drum 1. In this embodiment, a so-called contact development method is used, in which a toner layer carried by the developing roller 41 contacts the surface of the photosensitive drum 1 at the developing unit P4. The developing roller 41 is disposed in the opening of the toner storage unit 45, which is located opposite the photosensitive drum 1. The supply roller 42 supplies (applies) toner T from a supply chamber 45a of the toner storage unit 45 to the developing roller 41. The agitating member 43 is disposed in the toner storage unit 45 and rotates to agitate the toner T in the toner storage unit 45 and supply it to the supply chamber 45a. The toner storage unit 45 is a container that stores toner T as a developer. The developing blade 44 is brought into contact with the surface of the developing roller 41, which rotates from inside the toner storage section 45 toward the developing section P4, with a predetermined pressure. The developing blade 44 is mainly composed of a material (for example, iron or copper) that is on the positive polarity (non-regular polarity) side of the toner T's main component (binder resin) in the electrification series. As a result, the developing blade 44 rubs against the toner T, causing the toner T to be triboelectrically charged to a negative polarity (regular polarity).

現像ローラ41は、例えば導電性ゴム層(弾性層)を有する直径12mmのローラである。供給ローラ42は、例えば直径10mmのスポンジ状の外層を有するローラである。 The developing roller 41 is, for example, a roller with a diameter of 12 mm and a conductive rubber layer (elastic layer). The supply roller 42 is, for example, a roller with a diameter of 10 mm and a sponge-like outer layer.

転写ローラ5は、感光ドラム1の表面に接触して配置される。転写ローラ5と感光ドラム1とが対向するニップ部は、感光ドラム1からシートSにトナー像の転写が行われる転写部P5である。 The transfer roller 5 is positioned in contact with the surface of the photosensitive drum 1. The nip where the transfer roller 5 and the photosensitive drum 1 face each other is the transfer section P5 where the toner image is transferred from the photosensitive drum 1 to the sheet S.

ブラシ部材11は、感光ドラム1の回転方向R1において転写部P5の下流且つ帯電部P2の上流に配置される。ブラシ部材11は、感光ドラム1の表面に所定の接触条件で接触するように配置される。ブラシ部材11の詳細は後述する。 The brush member 11 is positioned downstream of the transfer portion P5 and upstream of the charging portion P2 in the rotation direction R1 of the photosensitive drum 1. The brush member 11 is positioned so that it comes into contact with the surface of the photosensitive drum 1 under predetermined contact conditions. Details of the brush member 11 will be described later.

定着装置9は、第1回転体としての定着ローラ9a又は可撓性を有する定着フィルムと、第1回転体に所定の加圧力で当接する第2回転体としての加圧ローラ9bと、第1回転体を介してシートS上の画像を加熱する加熱手段と、を有する。加熱手段としては、輻射熱を発生するハロゲンランプや、セラミック製の基板上に発熱抵抗体のパターンが形成されたヒータ基板を用いることができる。 The fixing device 9 has a fixing roller 9a or flexible fixing film as a first rotating body, a pressure roller 9b as a second rotating body that contacts the first rotating body with a predetermined pressure, and a heating means that heats the image on the sheet S via the first rotating body. The heating means can be a halogen lamp that generates radiant heat or a heater substrate with a heating resistor pattern formed on a ceramic substrate.

シート搬送機構は、カセット6、給送ローラ7、搬送ローラ対8、排出ローラ対12を含む。カセット6は、シートSが積載される積載部である。給送ローラ7は、カセット6からシートSを1枚ずつ給送する給送部材である。搬送ローラ対8は、カセット6から給送されるシートSを転写部P5に搬送する搬送部材である。排出ローラ対12は、画像形成部101により画像形成されたシートSを排出する排出部材である。 The sheet transport mechanism includes a cassette 6, a feed roller 7, a pair of transport rollers 8, and a pair of discharge rollers 12. The cassette 6 is a stacking unit on which sheets S are stacked. The feed roller 7 is a feed member that feeds sheets S one by one from the cassette 6. The pair of transport rollers 8 is a transport member that transports sheets S fed from the cassette 6 to the transfer unit P5. The pair of discharge rollers 12 is a discharge member that discharges sheets S on which an image has been formed by the image forming unit 101.

以下、画像形成装置100による画像形成動作の概要を説明する。画像形成装置100に対して画像形成動作の実行指示が投入されると、感光ドラム1が所定の回転方向R1に回転駆動され、帯電ローラ2が感光ドラム1の表面を一様に帯電させる。帯電ローラ2は、帯電部P2において感光ドラム1と連れ回る回転方向R2に回転する。露光装置3は、外部機器から受信した画像情報に基づいて、潜像ユニット1Aと現像装置4の間の窓部3aを介して感光ドラム1にレーザ光Lを照射し、感光ドラム1の表面を露光する。これにより、感光ドラム1の表面に静電潜像が書き込まれる。 The image forming operation performed by the image forming apparatus 100 is outlined below. When an instruction to perform an image forming operation is input to the image forming apparatus 100, the photosensitive drum 1 is rotated in a predetermined rotation direction R1, and the charging roller 2 uniformly charges the surface of the photosensitive drum 1. The charging roller 2 rotates in a rotation direction R2 along with the photosensitive drum 1 at the charging section P2. Based on image information received from an external device, the exposure device 3 irradiates the photosensitive drum 1 with laser light L through a window 3a between the latent image unit 1A and the developing device 4, exposing the surface of the photosensitive drum 1. This writes an electrostatic latent image onto the surface of the photosensitive drum 1.

本実施形態は反転現像方式を採用する。そのため、帯電ローラ2は、トナーTの正規極性と同じ負極性の電圧(帯電電圧)を印加されることで、感光ドラム1の表面を負極性の暗部電位Vdに帯電処理する。帯電処理の後、露光装置3によって露光された領域(画像領域)の明部電位Vlは、暗部電位Vdよりも低電位となる。本実施形態の構成例において、例えば-1100Vの直流の帯電電圧を用いてVd=-500(V)まで帯電処理される。 This embodiment uses a reversal development method. Therefore, the charging roller 2 is applied with a negative voltage (charging voltage) that is the same as the normal polarity of the toner T, thereby charging the surface of the photosensitive drum 1 to a negative dark potential Vd. After charging, the light potential Vl of the area (image area) exposed by the exposure device 3 becomes lower than the dark potential Vd. In the exemplary configuration of this embodiment, charging is performed to Vd = -500 (V), for example, using a DC charging voltage of -1100 V.

現像装置4において、トナー収容部45に収容されたトナーTは撹拌部材43によって均一化され、供給ローラ42によって現像ローラ41に供給される。現像ローラ41に担持されたトナーTは、現像ブレード44に摺擦され正規極性に摩擦帯電されると共に、現像ブレード44の通過時に所定の層厚に規制される。現像ローラ41の回転により、正規極性に帯電したトナーTが現像部P4に供給される。また、現像ローラ41にトナーTの正規極性と同じ負極性の電圧(現像電圧)が印加されることで、トナーTが感光ドラム1の表面上の電位分布に応じて感光ドラム1に転移する。これにより、感光ドラム1の表面の静電潜像が現像され、トナー像として可視化される。現像電圧は、例えば-350Vである。また、現像ローラ41は、現像部P4において感光ドラム1と連れ回る回転方向R4に、感光ドラム1の周速度より速い周速度(例えば140mm/sec)で回転する。感光ドラム1の表面に形成されたトナー像は、感光ドラム1に担持された状態で転写部P5に搬送される。 In the developing device 4, the toner T contained in the toner storage section 45 is homogenized by the agitator 43 and supplied to the developing roller 41 by the supply roller 42. The toner T carried by the developing roller 41 is frictionally charged to the normal polarity by friction with the developing blade 44 and is restricted to a predetermined layer thickness as the developing blade 44 passes. As the developing roller 41 rotates, the toner T charged to the normal polarity is supplied to the developing section P4. A voltage (developing voltage) of the same negative polarity as the normal polarity of the toner T is applied to the developing roller 41, causing the toner T to transfer to the photosensitive drum 1 in accordance with the potential distribution on the surface of the photosensitive drum 1. This develops the electrostatic latent image on the surface of the photosensitive drum 1 and makes it visible as a toner image. The developing voltage is, for example, -350 V. In addition, the developing roller 41 rotates in a rotational direction R4 along with the photosensitive drum 1 at the developing section P4 at a peripheral speed (for example, 140 mm/sec) faster than the peripheral speed of the photosensitive drum 1. The toner image formed on the surface of the photosensitive drum 1 is transported to the transfer section P5 while still being carried by the photosensitive drum 1.

上記プロセスに並行して、カセット6から給送ローラ7により1枚ずつシートSが給送され、搬送ローラ対8によって転写部P5に搬送される。転写ローラ5にトナーTの正規極性とは反対の正極性の電圧(転写電圧)が印加されることで、転写部P5において感光ドラム1からシートSにトナー像が転写される。転写電圧は、例えば+1000Vである。 In parallel with the above process, sheets S are fed one by one from cassette 6 by feed roller 7 and transported to transfer section P5 by transport roller pair 8. A voltage (transfer voltage) of positive polarity, opposite to the normal polarity of toner T, is applied to transfer roller 5, causing the toner image to be transferred from photosensitive drum 1 to sheet S at transfer section P5. The transfer voltage is, for example, +1000V.

転写部P5を通過したシートSは、定着装置9に搬送される。定着装置9では、第1回転体及び第2回転体のニップ部にシートSを挟持して搬送しながら、加熱手段によって加熱された第1回転体によりシートS上の画像を加熱して定着処理する。定着装置9を通過したシートSは、排出ローラ対12によって画像形成装置100の上部に設けられた排出トレイ13に排出される。 After passing through transfer section P5, sheet S is transported to fixing device 9. In fixing device 9, sheet S is sandwiched between the nip portion of the first and second rotating bodies and transported, while the image on sheet S is heated and fixed by the first rotating body heated by the heating means. After passing through fixing device 9, sheet S is discharged by a pair of discharge rollers 12 onto a discharge tray 13 provided at the top of image forming apparatus 100.

(クリーナレスブラシ方式)
次に、ブラシ部材11を用いたクリーナレスブラシ方式を説明する。本実施形態は、転写部P5において被転写体(シートS)に転写されなかった残トナーを、残トナーが次に現像部P4に到達した際に現像ローラ41によって回収する現像同時クリーニング方式を採用している。現像同時クリーニング方式において、現像ローラ41によって回収された残トナーは、トナー収容部45において他のトナーTと撹拌され、再び現像に用いられる。
(Cleanerless brush system)
Next, a cleanerless brush system using the brush member 11 will be described. This embodiment employs a simultaneous development and cleaning system in which residual toner that has not been transferred to the transfer target (sheet S) at the transfer unit P5 is collected by the developing roller 41 when the residual toner next reaches the developing unit P4. In the simultaneous development and cleaning system, the residual toner collected by the developing roller 41 is agitated with other toner T in the toner storage unit 45 and is reused for development.

現像同時クリーニング方式では、転写部P5において被転写体に転写されなかった残トナーを現像ローラ41によって回収するため、ブラシ部材11は基本的に残トナーの通過を許容する。そのため、本実施形態における「ブラシ部材」は、感光ドラム1から残トナーを除去することを目的とするクリーニング装置(ドラムクリーナ)としてのブラシ部材とは異なる。なお、現像同時クリーニング方式は、残トナーを回収するためのクリーニング装置を配置しないため、クリーナレス方式と呼ばれる場合もある。 In the simultaneous development and cleaning method, the developing roller 41 collects the residual toner that was not transferred to the transfer medium at the transfer section P5, so the brush member 11 basically allows the residual toner to pass through. Therefore, the "brush member" in this embodiment differs from the brush member that serves as a cleaning device (drum cleaner) intended to remove residual toner from the photosensitive drum 1. Note that the simultaneous development and cleaning method is sometimes called a cleanerless method because it does not employ a cleaning device to collect residual toner.

クリーナレスブラシ方式では、現像同時クリーニング方式において、感光ドラム1の回転方向R1において転写部P5の下流且つ帯電部P2の上流に、転写部P5を通過した感光ドラム1の表面に付着している残トナーを散らすためのブラシ部材11を配置する。ブラシ部材11を配置することで、残トナーが感光ドラム1上で局所的に多く存在する状態を緩和することができる。残トナーが感光ドラム1上で局所的に多く存在していると、残トナーが帯電ローラ2の汚染による帯電不良や現像部P4における回収不良によって画像不良が発生する可能性がある。一方、クリーナレスブラシ方式ではブラシ部材11によって残トナーを散らすので、帯電部P2及び現像部P4における残トナーの挙動を均一化して、上記の不都合を抑制することができる。 In the cleanerless brush system, a brush member 11 is placed downstream of the transfer station P5 and upstream of the charging station P2 in the rotation direction R1 of the photosensitive drum 1 to scatter residual toner adhering to the surface of the photosensitive drum 1 that has passed through the transfer station P5. By placing the brush member 11, it is possible to alleviate the condition in which residual toner is locally concentrated on the photosensitive drum 1. If residual toner is locally concentrated on the photosensitive drum 1, this can lead to poor charging due to contamination of the charging roller 2 or poor collection at the developing station P4, resulting in poor image quality. In contrast, the cleanerless brush system scatters residual toner using the brush member 11, which uniforms the behavior of residual toner at the charging station P2 and the developing station P4, thereby minimizing the above-mentioned problems.

また、ブラシ部材11にトナーTの正規極性と同局性のバイアス電圧(ブラシ電圧)を印加するブラシ電源E11(図3)を配置すると好ましい。ブラシ電圧を印加することで、正規極性のトナーTの通過を許容しつつ、非正規極性に帯電したトナーTをブラシ部材11に保持することができる。また、ブラシ部材11に保持された非正規極性のトナーTは、ブラシ部材11の毛材との摩擦により正規極性化されると、感光ドラム1の表面に担持されて帯電部P2へ向けて移動する。 It is also preferable to provide a brush power supply E11 (Figure 3) that applies a bias voltage (brush voltage) to the brush member 11 that is co-polarized with the normal polarity of the toner T. By applying the brush voltage, toner T charged with an irregular polarity can be held on the brush member 11 while allowing toner T with normal polarity to pass through. Furthermore, when the toner T with an irregular polarity held on the brush member 11 is converted to a normal polarity due to friction with the bristles of the brush member 11, it is carried on the surface of the photosensitive drum 1 and moves toward the charging section P2.

本実施形態でブラシ部材11に印加するブラシ電圧は、感光ドラム1との間で放電が生じない程度の大きさとする。ただし、ブラシ部材11にブラシ電圧を印加することで、ブラシ部材11から残トナーに正規極性の電荷を注入することで残トナーの正規極性化を行うようにしてもよい。 In this embodiment, the brush voltage applied to the brush member 11 is large enough to prevent discharge from occurring between the brush member 11 and the photosensitive drum 1. However, by applying a brush voltage to the brush member 11, it is also possible to inject charges of normal polarity from the brush member 11 into the remaining toner, thereby normalizing the polarity of the remaining toner.

なお、ブラシ部材11にブラシ電圧を印加しない構成としてもよい。その場合でも、ブラシ接触部においてトナーTが摩擦帯電されることで、トナーTを正規極性化することができる。また、ブラシ電圧を印加しない構成において、ブラシ部材11は接地電位と電気的に接続された部材とすることができる。 It is also possible to configure the brush member 11 so that no brush voltage is applied. Even in this case, the toner T can be frictionally charged at the brush contact point, thereby normalizing the toner T to a normal polarity. Furthermore, in a configuration in which no brush voltage is applied, the brush member 11 can be a component electrically connected to ground potential.

(クリーナレスブラシ方式特有の動作)
クリーナレスブラシ方式においてブラシ部材11と感光ドラム1の接触部を通過した残トナーは、帯電部P2に到達する。帯電ローラ2には正規極性と同極性の帯電電圧が印加されているため、残トナーのうち正規極性に帯電したトナー粒子は感光ドラム1に押し付けられて帯電部P2を通過する。一方、残トナーのうち非正規極性に帯電したトナー粒子又は帯電量がゼロに近いトナー粒子は、一部が帯電部P2において帯電ローラ2に付着する。帯電ローラ2に残トナーの付着が蓄積すると、感光ドラム1の均一な帯電が妨げられ、帯電不良に起因した画像不良が顕在化する。
(Operation specific to the cleanerless brush method)
In the cleanerless brush system, residual toner that passes through the contact point between the brush member 11 and the photosensitive drum 1 reaches the charging section P2. Because a charging voltage of the same polarity as the normal polarity is applied to the charging roller 2, toner particles among the residual toner that are charged to the normal polarity are pressed against the photosensitive drum 1 and pass through the charging section P2. On the other hand, toner particles among the residual toner that are charged to the non-normal polarity or toner particles with a charge amount close to zero partially adhere to the charging roller 2 at the charging section P2. When residual toner accumulates on the charging roller 2, uniform charging of the photosensitive drum 1 is hindered, and image defects caused by poor charging become apparent.

本実施形態において、帯電ローラ2に対する残トナーの付着を軽減するため、帯電ローラ2と感光ドラム1の間に周速差が設定される。具体的には、帯電ローラ2の周速度は、感光ドラム1の周速度に対して5%以上、より好ましくは10%以上速い値に設定される。更に、帯電ローラ2又は感光ドラム1との摩擦により残トナーを正規極性に帯電させるように、帯電ローラ2の表層及び感光ドラム1の表層の材質が選択される。即ち、帯電系列において、帯電ローラ2の表層及び感光ドラム1の表層の材質はトナーの主成分(結着樹脂)よりも上位(正極性側、非正規極性側)に位置する。周速差及び材質を上記のように構成することで、帯電部P2において、帯電ローラ2又は感光ドラム1との摩擦により残トナーを正規極性に帯電させ、帯電ローラ2への残トナーの付着を抑制することができる。 In this embodiment, a peripheral speed difference is set between the charging roller 2 and the photosensitive drum 1 to reduce adhesion of residual toner to the charging roller 2. Specifically, the peripheral speed of the charging roller 2 is set to a value at least 5%, and more preferably at least 10%, faster than the peripheral speed of the photosensitive drum 1. Furthermore, the materials of the surface layers of the charging roller 2 and the photosensitive drum 1 are selected so that the residual toner is charged to the normal polarity through friction with the charging roller 2 or the photosensitive drum 1. In other words, in the charging series, the materials of the surface layers of the charging roller 2 and the photosensitive drum 1 are positioned higher (on the positive polarity side, on the non-normal polarity side) than the main component of the toner (binder resin). By configuring the peripheral speed difference and materials as described above, the residual toner is charged to the normal polarity through friction with the charging roller 2 or the photosensitive drum 1 at the charging section P2, thereby reducing adhesion of residual toner to the charging roller 2.

帯電部P2を通過した残トナーは、感光ドラム1の回転に伴い現像部P4に到達する。感光ドラム1上の非画像領域(非露光領域)に担持された残トナーのうち正規極性に帯電したトナー粒子は、暗部電位Vdと現像電圧との間の電位差により、現像ローラ41に転移し、トナー収容部45に回収される。一方、感光ドラム1上の画像領域(露光領域)に担持された残トナーのうち正規極性に帯電したトナー粒子は、明部電位Vlと現像電圧との間の電位差により、現像ローラ41には転移せずに感光ドラム1に留まる。この場合、トナー粒子は現像されたトナー像の一部として転写部P5に送られる。なお、現像電圧の電圧値は、トナーの正規極性と同極性であって、明部電位Vlより高圧かつ暗部電位Vdより低圧である。 The remaining toner that has passed through the charging section P2 reaches the developing section P4 as the photosensitive drum 1 rotates. The toner particles charged to the normal polarity among the remaining toner carried in the non-image area (non-exposed area) on the photosensitive drum 1 are transferred to the developing roller 41 due to the potential difference between the dark area potential Vd and the developing voltage, and are then collected in the toner storage section 45. Meanwhile, the toner particles charged to the normal polarity among the remaining toner carried in the image area (exposed area) on the photosensitive drum 1 are retained on the photosensitive drum 1 without transferring to the developing roller 41 due to the potential difference between the light area potential Vl and the developing voltage. In this case, the toner particles are sent to the transfer section P5 as part of the developed toner image. The voltage value of the developing voltage is the same polarity as the normal polarity of the toner, and is higher than the light area potential Vl and lower than the dark area potential Vd.

理想的には、残トナーのうち非正規極性に帯電したトナー粒子及び帯電量がゼロに近いトナー粒子は、帯電部P2において正規極性化され、帯電ローラ2へ付着せず、且つ、現像部P4において現像ローラ41に回収される。しかし、非正規極性に帯電した多量の残トナーが帯電部P2に突入すると、帯電部P2において正規極性化されなかった残トナーが帯電ローラ2に付着しやすくなる。また、帯電部P2において正規極性化されなかった残トナーが現像部P4に到達すると、現像ローラ41によって回収されずに現像部P4を通過する。この場合、転写ローラ5の汚染や、シート上の白地部(非画像領域)に薄いトナー像が形成される画像不良(白地カブリ)が生じる可能性がある。 Ideally, residual toner particles charged to an irregular polarity and toner particles with a charge close to zero are converted to a regular polarity at charging unit P2, do not adhere to charging roller 2, and are collected by developing roller 41 at developing unit P4. However, when a large amount of residual toner charged to an irregular polarity enters charging unit P2, the residual toner that was not converted to a regular polarity at charging unit P2 is more likely to adhere to charging roller 2. Furthermore, when residual toner that was not converted to a regular polarity at charging unit P2 reaches developing unit P4, it passes through developing unit P4 without being collected by developing roller 41. This can result in contamination of transfer roller 5 or image defects (white background fog) in which a faint toner image is formed on the white background (non-image area) on the sheet.

以下、画像形成装置100の構成要素に関して詳しく説明する。 The components of the image forming device 100 are described in detail below.

(ブラシ部材)
まず、本実施形態におけるブラシ部材11について説明する。図2及び図3に示すように、ブラシ部材11は、感光ドラム1の回転方向R1に関して転写部P5よりも下流かつ帯電部P2よりも上流で感光ドラム1の表面に接触する。つまり、画像形成装置100は、像担持体の回転方向において転写部材より下流且つ現像部材より上流に配置され、像担持体の表面に接触するブラシ部材11を備える。以下、ブラシ部材11が感光ドラム1に接触する領域を「ブラシ接触部」とする。
(Brush member)
First, the brush member 11 in this embodiment will be described. As shown in Figures 2 and 3, the brush member 11 contacts the surface of the photosensitive drum 1 downstream of the transfer portion P5 and upstream of the charging portion P2 in the rotation direction R1 of the photosensitive drum 1. In other words, the image forming apparatus 100 includes the brush member 11, which is disposed downstream of the transfer member and upstream of the developing member in the rotation direction of the image carrier, and which contacts the surface of the image carrier. Hereinafter, the area where the brush member 11 contacts the photosensitive drum 1 will be referred to as the "brush contact portion."

図4(a)は潜像ユニット1Aの斜視図であり、図4(b)は感光ドラム1の回転軸線に垂直な平面における潜像ユニット1Aの断面図である。図4(c)は、ブラシ接触部を感光ドラム1の回転方向R1の上流側から図4(b)の矢印4C方向に見た様子を表す図である。ブラシ部材11は、感光ドラム1及び帯電ローラ2を回転可能に支持する潜像ユニット1Aの枠体14に設けられた座面14aに固定され、枠体14に支持される。 Figure 4(a) is a perspective view of latent image unit 1A, and Figure 4(b) is a cross-sectional view of latent image unit 1A in a plane perpendicular to the rotation axis of photosensitive drum 1. Figure 4(c) is a diagram showing the brush contact portion as viewed in the direction of arrow 4C in Figure 4(b) from the upstream side of the rotation direction R1 of photosensitive drum 1. The brush member 11 is fixed to a seat surface 14a provided on a frame 14 of latent image unit 1A, which rotatably supports the photosensitive drum 1 and charging roller 2, and is supported by the frame 14.

図5(a)は、単体の状態のブラシ部材11を長手方向に垂直な平面で切断した断面図である。単体の状態とは、ブラシ部材11が支持部材としての潜像ユニット1Aの枠体14に取付けられていない状態、即ち、ブラシ部材11に外力が働いていない状態である。図5(b)は、感光ドラム1に接触させた状態のブラシ部材11の断面図である。 Figure 5(a) is a cross-sectional view of the brush member 11 in a standalone state, cut along a plane perpendicular to the longitudinal direction. The standalone state refers to a state in which the brush member 11 is not attached to the frame 14 of the latent image unit 1A as a support member, i.e., a state in which no external force is acting on the brush member 11. Figure 5(b) is a cross-sectional view of the brush member 11 in contact with the photosensitive drum 1.

図5(a、b)に示すようにブラシ部材11は、基部としての基布11bと、基布11bに支持される毛材としての導電糸11aと、を有する。基布11bは、導電剤としてカーボンを含有した合成樹脂繊維で形成される。導電糸11aは、例えば導電剤を配合したナイロンの繊維(パイル糸)で形成され、基布11bに織り込まれることで植毛されている。導電糸11aの材料はナイロンに限らず、レーヨン、アクリル、ポリエステルその他の合成樹脂繊維を用いてもよい。 As shown in Figures 5(a) and 5(b), the brush member 11 has a base fabric 11b as a base and conductive threads 11a as bristles supported by the base fabric 11b. The base fabric 11b is made of synthetic resin fibers containing carbon as a conductive agent. The conductive threads 11a are made of, for example, nylon fibers (pile yarns) mixed with a conductive agent, and are woven into the base fabric 11b for implantation. The material of the conductive threads 11a is not limited to nylon; rayon, acrylic, polyester, or other synthetic resin fibers may also be used.

ブラシ部材11は、基布11bが所定方向に細長く延びた部材である。以下、基布11bの延伸方向をブラシ部材11の長手方向LD(図4(a)も参照)とし、基布11bに沿った方向であって長手方向と直交する方向をブラシ部材11の短手方向SDとする。ブラシ部材11に外力が働いていない単体の状態(図5(a))で、導電糸11aは長手方向LD及び短手方向SDの双方に対して略垂直な方向(基布11bの法線方向)に突出している。 The brush member 11 is a member in which the base fabric 11b extends in an elongated manner in a predetermined direction. Hereinafter, the extension direction of the base fabric 11b will be referred to as the longitudinal direction LD of the brush member 11 (see also Figure 4(a)), and the direction along the base fabric 11b that is perpendicular to the longitudinal direction will be referred to as the lateral direction SD of the brush member 11. When the brush member 11 is in a standalone state (Figure 5(a)) with no external force acting on it, the conductive threads 11a protrude in a direction approximately perpendicular to both the longitudinal direction LD and the lateral direction SD (the normal direction of the base fabric 11b).

図5(a)に示すように、単体の状態のブラシ部材11における基布11bから導電糸11aの先端までの距離を毛丈L1とする。本実施形態の実施例におけるブラシ部材11の毛丈L1は5.75mmである。ブラシ部材11は、基布11bが、両面テープなどの固定手段によって、潜像ユニット1Aの枠体14(図4(b))に固定される。枠体14におけるブラシ部材11の座面14aは、導電糸11aの先端が感光ドラム1に対して侵入するように設定される。このため、ブラシ部材11は、導電糸11aの先端が感光ドラム1の表面に押し当てられて撓んだ状態となる。 As shown in Figure 5(a), the distance from the base fabric 11b to the tip of the conductive thread 11a in the brush member 11 in its standalone state is defined as bristle length L1. In this embodiment, the bristle length L1 of the brush member 11 is 5.75 mm. The base fabric 11b of the brush member 11 is fixed to the frame body 14 (Figure 4(b)) of the latent image unit 1A by a fixing means such as double-sided tape. The seat surface 14a of the brush member 11 on the frame body 14 is set so that the tip of the conductive thread 11a penetrates the photosensitive drum 1. Therefore, the brush member 11 is bent with the tip of the conductive thread 11a pressed against the surface of the photosensitive drum 1.

図4(c)に示すように、ブラシ部材11は、長手方向LDが感光ドラム1の回転軸線方向と略平行となる姿勢で配置される。 As shown in Figure 4(c), the brush member 11 is positioned so that its longitudinal direction LD is approximately parallel to the rotational axis of the photosensitive drum 1.

一方、図4(b)ではブラシ部材11を短手方向SDが感光ドラム1の表面と略平行となる姿勢で設置した模式図を表しているが、ブラシ部材11の設置角度はこれに限らない。本実施形態では、ブラシ部材11を感光ドラム1の表面に対して傾斜させて配置する。即ち、ブラシ部材11の座面14a(及び座面14aに支持される基布11b)は、感光ドラム1の回転方向R1の下流に向かうほど感光ドラム1の表面から離れるように、感光ドラム1の接線方向に対して傾斜するように配置される。ブラシ部材11の傾斜角度の定義及びその範囲については後述する。 On the other hand, while Figure 4(b) shows a schematic diagram in which the brush member 11 is installed with its short side direction SD approximately parallel to the surface of the photosensitive drum 1, the installation angle of the brush member 11 is not limited to this. In this embodiment, the brush member 11 is arranged at an angle relative to the surface of the photosensitive drum 1. That is, the seating surface 14a of the brush member 11 (and the base fabric 11b supported by the seating surface 14a) is arranged at an angle relative to the tangent direction of the photosensitive drum 1 so that it moves further away from the surface of the photosensitive drum 1 the further downstream in the rotation direction R1 of the photosensitive drum 1. The definition and range of the angle of inclination of the brush member 11 will be described later.

座面14aに固定されたブラシ部材11の基布11bから感光ドラム1までの最短距離をL2とする。L2とL1との差(L1-L2)はブラシ部材11の感光ドラム1に対する最大侵入量である。ただし、L2<L1である。 The shortest distance from the base fabric 11b of the brush member 11 fixed to the seat surface 14a to the photosensitive drum 1 is defined as L2. The difference between L2 and L1 (L1 - L2) is the maximum penetration amount of the brush member 11 into the photosensitive drum 1. However, L2 < L1.

本実施形態の実施例では、ブラシ部材11の感光ドラム1に対する最大侵入量は、例えば1.58mmである。また、本実施形態では、図4(b)及び図5(a)に示すように、単体の状態のブラシ部材11の短手方向SDの長さ(導電糸11aが植設された範囲の長さ)である短手幅L3は、本実施形態の実施例において4mmである。短手幅L3は、長期間に亘ってブラシ部材11の性能を維持するため3mm以上が好ましい。図5(b)に示すように感光ドラム1に押し当てられた状態では、短手方向SDにおける導電糸11aの占有幅は若干広がる。 In this embodiment, the maximum penetration amount of the brush member 11 into the photosensitive drum 1 is, for example, 1.58 mm. Furthermore, in this embodiment, as shown in Figures 4(b) and 5(a), the lateral width L3, which is the length in the lateral direction SD of the brush member 11 in its standalone state (the length of the area in which the conductive threads 11a are grafted), is 4 mm in this embodiment. The lateral width L3 is preferably 3 mm or more to maintain the performance of the brush member 11 over a long period of time. As shown in Figure 5(b), when pressed against the photosensitive drum 1, the width occupied by the conductive threads 11a in the lateral direction SD increases slightly.

また、本実施形態の実施例では、ブラシ部材11の長手方向LDの長さである長手幅L4(図4(c))は216mmである。長手幅L4は、長手方向(感光ドラム1の回転軸線方向)に関して、感光ドラム1上の画像形成領域(トナー像が形成されうる領域、露光装置3が形成する潜像の最大領域)の全域にブラシ部材11が接触できるようになっている。また、本実施形態の実施例において、導電糸11aの太さは2デニール、密度は240kF/inchである。1kF/inchは、1平方インチ当たり1000本の密度である。導電糸11aの太さ及び密度は、ブラシ部材11に求められる機能を満たす限りで適宜変更可能である。一例として、導電糸11aの太さは1デニール以上6デニール以下、密度は150kF/inch以上350kF/inch以下とすると好ましい。なお、1kF/inchは1平方インチあたり1000本の植毛密度を表す。 In this embodiment, the brush member 11 has a longitudinal width L4 (FIG. 4C), which is the length in the longitudinal direction LD, of 216 mm. The longitudinal width L4 is set so that the brush member 11 can contact the entire image formation area (the area where a toner image can be formed, the maximum area of the latent image formed by the exposure device 3) on the photosensitive drum 1 in the longitudinal direction (the direction of the rotation axis of the photosensitive drum 1). In this embodiment, the conductive threads 11a have a thickness of 2 denier and a density of 240 kF/ inch² . 1 kF/ inch² is a density of 1,000 threads per square inch. The thickness and density of the conductive threads 11a can be changed as long as the brush member 11 satisfies the required functions. For example, the conductive threads 11a preferably have a thickness of 1 denier to 6 denier and a density of 150 kF/ inch² to 350 kF/ inch² . Note that 1 kF/inch 2 represents a planting density of 1,000 fibers per square inch.

なお、本実施形態に用いたナイロン製の導電糸11aの場合、恒長式の単位である1~6デニールを繊維径に換算すると約10μm~約30μmとなる。そのため、ブラシ部材にナイロン以外の毛材を用いる場合、恒長式番手で1デニール以上6デニール以下又は繊維径で10μm以上30μm以下の太さの毛材を使用することができる。 In the case of the nylon conductive thread 11a used in this embodiment, the constant length unit of 1 to 6 denier is converted to a fiber diameter of approximately 10 μm to approximately 30 μm. Therefore, when using bristle materials other than nylon for the brush member, bristle materials with a constant length unit of 1 to 6 denier or a fiber diameter of 10 to 30 μm can be used.

「1デニール以上6デニール以下」は、「1.1デシテックス以上6.7デシテックス以下」と言い換えることができる。また、1inchは約6.45cmであるから、「150kF/inch以上350kF/inch以下」は、「23kF/mm以上54kF/mm以下」と言い換えることができる。 "1 denier or more and 6 denier or less" can be rephrased as "1.1 dtex or more and 6.7 dtex or less." Also, since 1 inch2 is approximately 6.45 cm2 , "150 kF/ inch2 or more and 350 kF/ inch2 or less" can be rephrased as "23 kF/ mm2 or more and 54 kF/ mm2 or less."

本実施形態において、ブラシ部材11は、転写部P5を通過した感光ドラム1の表面に付着している残トナーを散らしながら残トナーの通過を許容するように構成される。そのため、導電糸11aが太すぎる場合は残トナーを均一に散らすことができず、残トナーがスジ状になってブラシ接触部を通過し、帯電ローラ2のスジ状の汚染につながる可能性がある。また、導電糸11aの密度が高すぎる場合、残トナーがブラシ接触部で塞き止められてしまい、現像ローラ41による残トナーの回収に支障が出るだけでなく、感光ドラム1から落下又は飛散することで画像形成装置内部を汚染する可能性がある。また、本実施形態のブラシ部材11は、ブラシ接触部において残トナーを摩擦帯電させる機能を有する。そのため、導電糸11aが細すぎる場合、残トナーが導電糸11aに接触しても導電糸11aが容易に撓んでトナー粒子から逃げてしまってトナー粒子が転がらなくなり、残トナーを十分に摩擦帯電できない可能性がある。また、導電糸11aの密度が低すぎる場合、残トナーが導電糸11aと衝突する頻度が低くなるので、残トナーを十分に摩擦帯電できない可能性がある。 In this embodiment, the brush member 11 is configured to allow the remaining toner adhering to the surface of the photosensitive drum 1 that has passed through the transfer portion P5 to pass through while scattering the remaining toner. Therefore, if the conductive threads 11a are too thick, the remaining toner cannot be uniformly scattered, and the remaining toner may pass through the brush contact area in a streak-like pattern, potentially resulting in streak-like contamination of the charging roller 2. Furthermore, if the conductive threads 11a are too dense, the remaining toner may be blocked at the brush contact area, not only hindering the development roller 41 from collecting the remaining toner, but also potentially contaminating the inside of the image forming apparatus by falling or scattering from the photosensitive drum 1. Furthermore, the brush member 11 in this embodiment functions to triboelectrically charge the remaining toner at the brush contact area. Therefore, if the conductive threads 11a are too thin, the conductive threads 11a may easily bend and escape from the toner particles when they come into contact with the conductive threads 11a, preventing the toner particles from rolling, potentially preventing the remaining toner from being sufficiently triboelectrically charged. Furthermore, if the density of the conductive threads 11a is too low, the frequency with which the residual toner collides with the conductive threads 11a will decrease, which may result in the residual toner not being sufficiently triboelectrically charged.

上記の説明では残トナーを散らす機能及び残トナーを摩擦帯電させる機能の観点から導電糸11aの太さ及び密度の好ましい範囲を説明したが、ブラシ部材11に求められる機能に応じて導電糸11aの太さ、密度、材質、毛丈等の詳細は適宜変更可能である。なお、本実施形態のブラシ部材11に、残トナー以外の異物(例えば紙粉)をブラシ接触部で塞き止める機能を持たせてもよい。 The above explanation describes the preferred ranges for the thickness and density of the conductive threads 11a from the perspective of the function of dispersing residual toner and the function of frictionally charging the residual toner, but the details of the conductive threads 11a, such as the thickness, density, material, and bristle length, can be changed as appropriate depending on the function required of the brush member 11. The brush member 11 of this embodiment may also have the function of blocking foreign matter other than residual toner (e.g., paper dust) at the brush contact portion.

(現像剤)
本実施形態では、現像剤として正規極性(正規帯電極性)が負極性の一成分現像剤であるトナーTを用いる。そのため、本実施形態の説明では、特に断らない限り、「負極性」はトナーTの正規極性と同義であり、「正極性」はトナーTの非正規極性と同義である。
(Developer)
In this embodiment, toner T, which is a one-component developer having a negative normal polarity (normal charging polarity), is used as the developer. Therefore, in the description of this embodiment, unless otherwise specified, "negative polarity" is synonymous with the normal polarity of toner T, and "positive polarity" is synonymous with the non-normal polarity of toner T.

トナーTは、結着樹脂及び着色剤を含有し、必要に応じて、離型剤、荷電制御剤、外添剤を含有してもよい。結着樹脂としては、ブラシ部材11の導電糸11aを構成するナイロン、レーヨンより帯電系列が下位(負極性側)のスチレンアクリル樹脂やポリエステル樹脂を好適に用いることができる。即ち、トナーTの主成分(結着樹脂)は、帯電系列において、ブラシ部材11の毛材の材質に対して正規極性側(下位)に位置することが望ましい。本実施形態では、トナーTの結着樹脂としてスチレンアクリル樹脂を採用する。 Toner T contains a binder resin and a colorant, and may also contain a release agent, charge control agent, and external additives as needed. Styrene-acrylic resin or polyester resin, which is lower in the triboelectric series (negative polarity) than the nylon and rayon that make up the conductive threads 11a of the brush member 11, can be suitably used as the binder resin. In other words, it is desirable for the main component (binder resin) of toner T to be located on the normal polarity side (lower) of the triboelectric series relative to the material of the bristle material of the brush member 11. In this embodiment, styrene-acrylic resin is used as the binder resin for toner T.

着色剤としては公知のものを使用することができる。例えば、染料や顔料が挙げられる。離型剤としては公知のものを使用することができる。例えば、炭化水素系ワックスやエステル系ワックスが挙げられる。荷電制御剤としては公知のものを使用することができる。荷電制御剤は、酸価や水酸基価を有し、結着樹脂同等以上の負極性を有していることが好ましい。外添剤としては公知のものを使用することができる。例えば、シリカ、アルミナ、チタニア、チタン複合酸化物などが挙げられる。着色剤、離型剤はトナー粒子表面の帯電極性に影響を与えないように、結着樹脂に内包されていることが好ましい。 Known colorants can be used, such as dyes and pigments. Known release agents can be used, such as hydrocarbon waxes and ester waxes. Known charge control agents can be used, such as charge control agents that have an acid value and a hydroxyl value, and preferably have a negative polarity equal to or greater than that of the binder resin. Known external additives can be used, such as silica, alumina, titania, and titanium composite oxides. It is preferable that the colorants and release agents be encapsulated in the binder resin so as not to affect the charge polarity of the toner particle surface.

また、トナーTは、重合法により生成された重合トナーを採用することができる。トナーTは、粒径(体積平均粒径)が4~10μm、より好ましくは6~8μmのものを好適に用いることができる。本実施形態では、重合法により調製される粒径が7μmの球形トナーを使用する。また、本実施形態のトナーTは、磁性成分を含有せず、主に分子間力や静電気力(鏡像力)によって現像ローラ41に担持される、所謂非磁性の一成分現像剤である。ただし、現像剤として、磁性成分を含有するトナーからなる一成分現像剤を用いてもよい。また、現像剤として非磁性のトナーと磁性を有するキャリアとによって構成された二成分現像剤を用いてもよい。磁性を有する現像剤を用いる場合、現像剤担持体としては、例えば内側にマグネットが配置された円筒状の現像スリーブが用いられる。また、現像剤は、トナー又はキャリア以外にトナーの流動性や帯電性能等を調整するための添加物(例えば、ワックスやシリカ微粒子)が添加されていてもよい。 The toner T can be a polymerized toner produced by polymerization. A particle size (volume average particle size) of 4 to 10 μm, more preferably 6 to 8 μm, is preferably used. In this embodiment, spherical toner with a particle size of 7 μm prepared by polymerization is used. The toner T of this embodiment is a non-magnetic single-component developer that does not contain a magnetic component and is supported on the developing roller 41 primarily by intermolecular forces and electrostatic forces (image forces). However, a single-component developer made of toner containing a magnetic component may also be used. Alternatively, a two-component developer made of non-magnetic toner and magnetic carrier may also be used. When a magnetic developer is used, a cylindrical developing sleeve with a magnet disposed inside is used as the developer support. In addition to the toner or carrier, the developer may contain additives (e.g., wax or silica particles) to adjust the fluidity and charging performance of the toner.

(感光ドラム)
感光ドラム1は、円柱状又は円筒状の導電性支持体(芯金)を最下層とし、その上に下引き層、電荷発生層、電荷輸送層が順次積層されている。電荷輸送層は主として電荷輸送材料とバインダー樹脂を溶剤に混合した塗料を塗工乾燥して形成する。主に用いられる電荷輸送材料としては、公知のものを使用することができる。例えば各種のトリアリールアミン系化合物、ヒドラゾン系化合物などが挙げられる。また、バインダー樹脂としては、例えばポリカーボネート樹脂、ポリアリレート樹脂、などが挙げられる。
(Photosensitive drum)
The photosensitive drum 1 has a cylindrical or columnar conductive support (metal core) as the bottom layer, on which an undercoat layer, a charge generation layer, and a charge transport layer are sequentially laminated. The charge transport layer is formed by applying and drying a coating material in which a charge transport material and a binder resin are mixed in a solvent. Known charge transport materials can be used as the main charge transport material. Examples include various triarylamine compounds and hydrazone compounds. Examples of binder resins include polycarbonate resins and polyarylate resins.

トナーとの摩擦帯電において支配的であるのは、表層(最表層)である電荷輸送層であって、更にはその大部分を占めるバインダー樹脂である。ここで列挙したポリカーボネート樹脂やポリアリレート樹脂は、帯電系列において、トナーTの結着樹脂であるスチレンアクリルに対して非正規極性側(上位)に位置する。即ち、像担持体の最表層は、トナーの主成分の樹脂と摩擦された場合にトナーを正規極性に摩擦帯電させることが可能な材質とすることが好ましい。本実施形態ではポリカーボネートを最表層のバインダー樹脂として選択した。 The surface (outermost) charge transport layer, and in particular the binder resin that makes up the majority of it, are the dominant factors in triboelectric charging with toner. The polycarbonate resins and polyarylate resins listed here are on the non-regular polarity side (higher) of the triboelectric series relative to the styrene acrylic that is the binder resin of toner T. In other words, it is preferable that the outermost layer of the image carrier be made of a material that can triboelectrically charge the toner to the regular polarity when rubbed against the resin that is the main component of the toner. In this embodiment, polycarbonate was selected as the binder resin for the outermost layer.

また本実施形態では、感光ドラム1は外径24mmの円筒形状のものを使用する。感光ドラム1の外径に応じて、ブラシ部材11の当て方(例えば、上述の侵入量や第3実施形態で説明する角度)は適宜変更される。 In this embodiment, the photosensitive drum 1 is cylindrical and has an outer diameter of 24 mm. The way in which the brush member 11 is applied (for example, the penetration amount described above and the angle described in the third embodiment) is changed appropriately depending on the outer diameter of the photosensitive drum 1.

(帯電ローラ)
本実施形態に係る帯電ローラ2について説明する。帯電ローラ2は導電性支持体としての芯金と、その外周に設けられた2mmの弾性層と、更にその外周に設けられた表層としての25μmの樹脂層を有している。表層の表面は、感光ドラム1と接触し、感光ドラム1に対して放電する面となっている。
(Charging roller)
The charging roller 2 according to this embodiment will now be described. The charging roller 2 has a core metal as a conductive support, a 2 mm elastic layer provided on the outer periphery of the core metal, and a 25 μm resin layer as a surface layer provided on the outer periphery of the elastic layer. The surface of the surface layer comes into contact with the photosensitive drum 1 and serves as a surface that discharges electricity to the photosensitive drum 1.

弾性層は、電子導電性ゴム材料からなる。電子導電性ゴム材料とは、例えば、それ自体は導電性を示さないバインダーポリマーに、導電性粒子(電子導電剤)としてカーボンブラックを分散して電気抵抗を調整したものである。バインダーポリマーとしては、電子写真装置用の帯電ローラの導電性弾性層に用いられている公知のものを使用することができる。例えば、ヒドリンゴム、ブタジエンゴム等である。本実施形態ではヒドリンゴムを選択した。 The elastic layer is made of an electronically conductive rubber material. Electronically conductive rubber materials are, for example, binder polymers that are not themselves electrically conductive, with carbon black dispersed as conductive particles (electronically conductive agents) to adjust the electrical resistance. Known binder polymers used in the conductive elastic layers of charging rollers for electrophotographic devices can be used. Examples include hydrin rubber and butadiene rubber. In this embodiment, hydrin rubber was selected.

弾性層に配合されるカーボンブラックの種類については、弾性層に導電性を付与することができる導電性カーボンブラックであれば特に限定されるものではない。更に、弾性層には、必要に応じて、ゴムの配合剤として一般に用いられている充填剤、加工助剤、架橋助剤、架橋促進剤、架橋促進助剤、架橋遅延剤、軟化剤、分散剤、着色剤等を添加してもよい。 The type of carbon black to be compounded in the elastic layer is not particularly limited, as long as it is a conductive carbon black that can impart conductivity to the elastic layer. Furthermore, if necessary, fillers, processing aids, crosslinking aids, crosslinking accelerators, crosslinking accelerator aids, crosslinking retarders, softeners, dispersants, colorants, and other additives commonly used as compounding agents in rubber may also be added to the elastic layer.

帯電ローラ2の表層の樹脂としては、帯電系列においてトナーTの主成分(結着樹脂)に対して非正規極性側(上位)に位置する樹脂材料を用いる。例えば、ポリカーボネートウレタン等の導電性を持つ樹脂を弾性層の外周にコートすることで表層を形成する。帯電ローラ2及び感光ドラム1の表層を上記の材質で形成し、且つ、上述したように帯電ローラ2と感光ドラム1の間に周速差を設定することで、帯電部P2において残トナーを正規極性に摩擦帯電させることができる。 The resin for the surface layer of the charging roller 2 is a resin material that is on the non-regular polarity side (higher) of the toner T's main component (binder resin) in the charging series. For example, the surface layer is formed by coating the outer periphery of the elastic layer with a conductive resin such as polycarbonate urethane. By forming the surface layers of the charging roller 2 and photosensitive drum 1 from the above materials and setting a peripheral speed difference between the charging roller 2 and photosensitive drum 1 as described above, the remaining toner can be frictionally charged to the regular polarity at the charging section P2.

更に、帯電ローラ2の表層には摩擦帯電性が阻害されないような極性の粗し粒子を添加することができる。例えば、表層と同様なポリカーボネートウレタンを粒子化して、分散するという方法もある。つまり、帯電ローラ2は、帯電部P2において感光ドラム1の表面と密着している必要はなく、粗し粒子によって形成される凹凸の山部において感光ドラム1の表面と接触する構成とすることができる。 Furthermore, roughening particles of a polarity that does not impair frictional charging can be added to the surface layer of the charging roller 2. For example, one method is to disperse the same polycarbonate urethane material as the surface layer in a particulate form. In other words, the charging roller 2 does not need to be in close contact with the surface of the photosensitive drum 1 at the charging section P2, but can be configured so that the peaks of the roughening particles form contact with the surface of the photosensitive drum 1.

(転写ローラ)
転写ローラ5は、感光ドラム1に対向して配置されたローラ型の転写部材である。転写ローラ5は、感光ドラム1に対して所定の圧力で加圧されている。本実施形態の転写ローラ5は、芯金の周りに導電性のニトリルブタジエンゴム・ヒドリン系のスポンジゴムで構成された弾性層が形成された、外径12mmの弾性ローラである。
(Transfer roller)
The transfer roller 5 is a roller-type transfer member disposed opposite the photosensitive drum 1. The transfer roller 5 is pressed against the photosensitive drum 1 at a predetermined pressure. The transfer roller 5 in this embodiment is an elastic roller with an outer diameter of 12 mm, in which an elastic layer made of conductive nitrile butadiene rubber-hydrin sponge rubber is formed around a core metal.

(ブラシ部材の接触条件)
本実施形態において、ブラシ部材11は、感光ドラム1上の残トナーを散らしながら、摩擦帯電により残トナーに電荷を付与する。このとき、摩擦帯電により残トナーに負電荷が付与されるように、ブラシ部材11の毛材(導電糸11a)の材質は、帯電系列において、トナーTの主成分に対して正極性側(上位)に位置するものを用いる。また、導電糸11aが十分な力で残トナーを摺擦するように、ブラシ接触部におけるブラシ部材11と感光ドラム1の接触圧を確保する。
(Contact conditions of brush members)
In this embodiment, the brush member 11 applies an electric charge to the remaining toner by frictional charging while scattering the remaining toner on the photosensitive drum 1. At this time, the material of the bristles (conductive threads 11a) of the brush member 11 is one that is on the positive side (higher) of the triboelectric series relative to the main component of the toner T so that a negative charge is applied to the remaining toner by frictional charging. In addition, the contact pressure between the brush member 11 and the photosensitive drum 1 at the brush contact portion is ensured so that the conductive threads 11a can rub the remaining toner with sufficient force.

帯電系列に関して、本実施形態におけるトナーTの主成分はスチレンアクリル樹脂である。ブラシ部材11の毛材は、ナイロン又はレーヨン等の、スチレンアクリルが負極性側(下位)となり且つ帯電系列差が大きい材質が望ましい。本実施形態では、上述したように導電糸11aの主成分としてナイロン樹脂を選択した。ポリエステルやアクリル繊維は、帯電系列においてスチレンアクリルが正極性側となり、帯電系列差も小さいため、導電糸11aの材質として望ましくない。ただし、トナーTの主成分が異なる場合は、ポリエステルやアクリル繊維を導電糸11aとして使用できる場合がある。 In terms of the triboelectric series, the main component of the toner T in this embodiment is styrene-acrylic resin. The bristle material of the brush member 11 is preferably a material such as nylon or rayon, in which styrene-acrylic is on the negative (lower) side of the triboelectric series and the triboelectric series difference is large. In this embodiment, as described above, nylon resin was selected as the main component of the conductive thread 11a. Polyester and acrylic fibers are not desirable materials for the conductive thread 11a, as styrene-acrylic is on the positive side of the triboelectric series and the triboelectric series difference is small. However, if the main component of the toner T is different, polyester or acrylic fibers may be used for the conductive thread 11a.

なお、感光ドラム1の表層もブラシ接触部におけるトナーTの摩擦帯電に影響し得る。そのため、感光ドラム1の表層の主成分は、帯電系列においてトナーTの主成分に対して正極性側となる材質であると好ましい。本実施形態では、上述したように感光ドラム1の表層の主成分はポリカーボネートである。 The surface layer of the photosensitive drum 1 can also affect the frictional charging of the toner T at the brush contact area. Therefore, it is preferable that the main component of the surface layer of the photosensitive drum 1 be a material that is on the positive side of the triboelectric series relative to the main component of the toner T. In this embodiment, as described above, the main component of the surface layer of the photosensitive drum 1 is polycarbonate.

ブラシ接触部におけるブラシ部材11の接触条件について説明する。ブラシ部材11の接触条件を示す物性値(パラメータ)を検討するため、ブラシ部材11の毛材の太さ及び密度が異なるサンプルを四水準用意した。サンプル1は、毛材が太くかつ密度が低いブラシ部材11である。サンプル2は、毛材が細くかつ密度が中程度のブラシ部材11である。サンプル3は、毛材が細くかつ密度が高いブラシ部材11である。サンプル4は、毛材の太さが中程度で密度が低いブラシ部材11である。そして、各サンプルのブラシ部材11を感光ドラム1に当接させ、以下の方法でブラシ接触部におけるピーク圧及び最大接触面積率を算出した。なお、ピーク圧とは、ブラシ接触部のうち短手方向に1mmの幅での平均接触圧の最大値であり、最大接触面積率はピーク圧が得られる1mmの幅の領域におけるブラシ部材11と感光ドラム1の接触面積率である。 The contact conditions of the brush member 11 at the brush contact area are described below. To examine the physical properties (parameters) that indicate the contact conditions of the brush member 11, four samples with different bristle thicknesses and densities were prepared. Sample 1 is a brush member 11 with thick bristles and low density. Sample 2 is a brush member 11 with thin bristles and medium density. Sample 3 is a brush member 11 with thin bristles and high density. Sample 4 is a brush member 11 with medium bristle thickness and low density. The brush member 11 of each sample was then brought into contact with the photosensitive drum 1, and the peak pressure and maximum contact area ratio at the brush contact area were calculated using the following method. Note that the peak pressure is the maximum value of the average contact pressure within a 1 mm width in the short direction of the brush contact area, and the maximum contact area ratio is the contact area ratio between the brush member 11 and the photosensitive drum 1 in a 1 mm wide region where the peak pressure is obtained.

ピーク圧の算出方法は以下の通りである。図7(a)に示すように、島津製作所製の小型卓上試験機EZTest用の圧縮試験治具を用いて、水平に設置したブラシ部材11の毛の流れを整えつつ、圧板71をブラシ部材11に対して押し込んだときの垂直抗力を測定し、侵入量と垂直抗力の関係を得た。一方で、図7(b)のようなガラス板72を水平方向Dに移動させながらブラシ部材11の毛の流れが揃うように圧接させて、ガラス板72の反対側からブラシ接触部を顕微鏡で観察することで、短手方向SDにおける接触幅73を測定した。水平方向Dは、感光ドラム1の回転方向R1に相当する短手方向SDの一方側である。 The peak pressure was calculated as follows. As shown in Figure 7(a), a compression test fixture for a Shimadzu EZTest compact benchtop testing machine was used to measure the normal force when a pressure plate 71 was pressed against the brush member 11 while aligning the bristles of the brush member 11, which was placed horizontally. This determined the relationship between the penetration amount and the normal force. Meanwhile, a glass plate 72, as shown in Figure 7(b), was moved in the horizontal direction D and pressed against the brush member 11 to align the bristles. The brush contact area was observed under a microscope from the opposite side of the glass plate 72 to measure the contact width 73 in the short direction SD. The horizontal direction D is one side of the short direction SD, which corresponds to the rotation direction R1 of the photosensitive drum 1.

ブラシ部材11の毛材の密度や太さが一様に作製されている場合、以下の(式1)~(式3)でピーク圧を算出できる。まず、ブラシ部材11に物体を所与の侵入量で圧接させた状態において、ブラシ接触部における接触圧の平均値(平均圧)は次の式で表すことができる。ただし、式中の垂直抗力及び接触幅は、ブラシ部材11に対して圧板71又はガラス板72を所与の侵入量で圧接させた状態で測定された値である。
(式1) 平均圧=垂直抗力/(接触幅×長手幅) (gf/mm
When the density and thickness of the bristles of the brush member 11 are uniform, the peak pressure can be calculated using the following formulas (1) to (3). First, when an object is pressed against the brush member 11 with a given penetration amount, the average value of the contact pressure (average pressure) at the brush contact point can be expressed by the following formula: Note that the normal force and contact width in the formula are values measured when the pressure plate 71 or glass plate 72 is pressed against the brush member 11 with a given penetration amount.
(Formula 1) Average pressure = normal force / (contact width x longitudinal width) (gf/mm 2 )

実際のブラシ部材11と感光ドラム1とのブラシ接触部では、感光ドラム1に対するブラシ部材11の侵入量が最も大きい部分で接触圧が最大となる。この接触圧の最大値をピーク圧と呼ぶ。ピーク圧は、ブラシ部材11の最大侵入量と最小侵入量から得られる平均侵入量(式2)を用いて、(式3)により算出する。
(式2) 平均侵入量=(最大侵入量+最小侵入量)/2 (mm)
(式3) ピーク圧=平均圧×最大侵入量/平均侵入量 (gf/mm
In an actual brush contact portion between the brush member 11 and the photosensitive drum 1, the contact pressure is greatest at the portion where the brush member 11 penetrates the photosensitive drum 1 to the greatest extent. This maximum value of contact pressure is called the peak pressure. The peak pressure is calculated by (Equation 3) using the average penetration amount (Equation 2) obtained from the maximum and minimum penetration amounts of the brush member 11.
(Formula 2) Average penetration amount = (Maximum penetration amount + Minimum penetration amount)/2 (mm)
(Equation 3) Peak pressure = average pressure x maximum penetration amount / average penetration amount (gf/mm 2 )

以上の算出方法は、実際には図14のように円弧を描く感光ドラム1の表面にかかる接触圧を、直線的に近似することを意味している。具体的に、外径24mmの感光ドラム1に短手幅L3が4mmのブラシ部材11を、感光ドラム1の直上から、短手方向SDの中央部において1.2mmの侵入量になるように接触させたとする。この場合、最大侵入量は1.2mm、最小侵入量は1.03mm、平均侵入量は1.115mmとなり、(式3)を用いてピーク圧を算出できる。 The above calculation method actually means linearly approximating the contact pressure acting on the surface of the photosensitive drum 1, which describes an arc as shown in Figure 14. Specifically, suppose a brush member 11 with a lateral width L3 of 4 mm is brought into contact with a photosensitive drum 1 with an outer diameter of 24 mm, from directly above the photosensitive drum 1, so that the penetration depth is 1.2 mm at the center in the lateral direction SD. In this case, the maximum penetration depth is 1.2 mm, the minimum penetration depth is 1.03 mm, and the average penetration depth is 1.115 mm, and the peak pressure can be calculated using (Equation 3).

なお、ブラシ部材11の密度や太さ等が短手方向SDで一様に作製されていない場合は、短手方向SDの単位長さ(例えば1mm)毎にブラシ部材11を切断して垂直抗力を測定し、各単位長さ領域の接触圧を得る。そして、それらの接触圧の平均を平均圧とし、最大値をピーク圧とする。 If the density, thickness, etc. of the brush member 11 is not uniform in the short direction SD, the brush member 11 is cut at unit lengths (e.g., 1 mm) in the short direction SD, the normal force is measured, and the contact pressure for each unit length region is obtained. The average of these contact pressures is then taken as the average pressure, and the maximum value is taken as the peak pressure.

接触面積率を算出するため、図8(a)のようにガラス板gにブラシ部材11を接触させて、ブラシ部材11の毛材の当たっている箇所(接触部)と当たっていない箇所(非接触部)を色味で判別した。図8(b)は、顕微鏡で観察された実際の写真であり、図8(c)は図8(b)を接触部が白色、非接触部が黒色となるように二値化した画像である。接触面積率は、観察対象の面積に対する接触部の面積の割合である。通常、ピーク圧が得られる短手方向SDの位置において、接触面積率は最大値(最大接触面積率)となる。 To calculate the contact area ratio, the brush member 11 was brought into contact with the glass plate g as shown in Figure 8(a), and the areas where the bristles of the brush member 11 were in contact (contact areas) and areas where they were not in contact (non-contact areas) were distinguished by color. Figure 8(b) is an actual photograph observed under a microscope, and Figure 8(c) is an image of Figure 8(b) that has been binarized so that contact areas are white and non-contact areas are black. The contact area ratio is the ratio of the area of the contact areas to the area of the object being observed. Typically, the contact area ratio is at its maximum value (maximum contact area ratio) at the position in the short direction SD where the peak pressure is obtained.

以上の説明をまとめると、本実施形態のようにブラシ部材11を有する画像形成装置について、次の手順でピーク圧及び最大接触面積率を確認することができる。
1)感光ドラム1の外径、ブラシ部材11の毛丈L1、短手幅L3、長手幅L4、及びブラシ部材11の基布11bから感光ドラム1の表面までの最短距離L2を測定し、最大侵入量(L1-L2)を算出する(図3(b、c)参照)。
2)上記1)で測定した感光ドラム1の外径、ブラシ部材11の短手幅L3及び最大侵入量から、図14の幾何学的関係に基づいて最小侵入量を算出する。
3)上記1)及び2)で求めた最大侵入量及び最小侵入量から、(式2)に基づいて平均侵入量を算出する。
4)上記3)で算出した平均侵入量を用いて図7(a、b)の方法でブラシ部材11の圧縮試験を行い、(式1)に基づいて平均圧を取得する。
5)上記1)、3)、4)で求めた最大侵入量、平均侵入量及び平均圧を用いて、(式3)に基づいてピーク圧を算出する。
6)上記1)で求めた最大侵入量で図8(a~c)の方法によりブラシ部材11をガラス板に圧接させて接触面を観察し、最大接触面積率を算出する。
To summarize the above explanation, for an image forming apparatus having the brush member 11 as in this embodiment, the peak pressure and the maximum contact area ratio can be confirmed by the following procedure.
1) The outer diameter of the photosensitive drum 1, the bristle length L1 of the brush member 11, the short width L3, the long width L4, and the shortest distance L2 from the base fabric 11b of the brush member 11 to the surface of the photosensitive drum 1 are measured, and the maximum penetration amount (L1-L2) is calculated (see Figures 3(b) and 3(c)).
2) The minimum intrusion amount is calculated from the outer diameter of the photosensitive drum 1, the width L3 of the brush member 11, and the maximum intrusion amount measured in 1) above, based on the geometric relationship shown in FIG.
3) The average intrusion amount is calculated based on the maximum intrusion amount and the minimum intrusion amount obtained in 1) and 2) above, using (Equation 2).
4) Using the average intrusion calculated in 3) above, a compression test is performed on the brush member 11 using the method of FIGS. 7(a) and 7(b), and the average pressure is obtained based on (Equation 1).
5) Using the maximum intrusion amount, average intrusion amount, and average pressure obtained in 1), 3), and 4), the peak pressure is calculated based on (Equation 3).
6) Using the maximum penetration amount obtained in 1), the brush member 11 is pressed against the glass plate by the method shown in Figures 8(a) to 8(c), and the contact surface is observed to calculate the maximum contact area ratio.

また、ブラシ部材11のピーク圧及び最大接触面積率を所望の値とするには、感光ドラム1の外径、ブラシ部材11の毛丈L1及び短手幅L3、上記の最短距離L2等のパラメータを適宜変更し、上記の手順でピーク圧及び最大接触面積率を確認すればよい。 Furthermore, to achieve the desired peak pressure and maximum contact area ratio of the brush member 11, parameters such as the outer diameter of the photosensitive drum 1, the bristle length L1 and width L3 of the brush member 11, and the above-mentioned shortest distance L2 can be appropriately changed, and the peak pressure and maximum contact area ratio can be confirmed using the above procedure.

以上の方法で、各サンプルについて、最大侵入量が互いに異なる複数の接触条件でピーク圧及び最大接触面積率を算出し、ピーク圧を縦軸に、最大接触面積率を横軸にプロットしたマップが、図15である。図15において、中黒で示した点は画像不良が発生しなかったことを表し、中白で示した点は画像不良が発生したことを示している。 Using the above method, the peak pressure and maximum contact area ratio were calculated for each sample under multiple contact conditions with different maximum penetration amounts. Figure 15 shows a map plotting peak pressure on the vertical axis and maximum contact area ratio on the horizontal axis. In Figure 15, black dots indicate that no image defects occurred, while white dots indicate that image defects occurred.

図15に示すように、ピーク圧が0.7gf/mm未満の場合、及び、最大接触面積率が18%未満の場合に、画像不良が発生した。これは、ピーク圧が低すぎる場合、ブラシ部材11の毛材の一部のみが感光ドラム1と接触していることになり、残トナーを正規極性に帯電させる作用が不十分になるためだと考えられる。また、最大接触面積率が低すぎる場合も、トナー粒子がブラシ部材11の毛材と接触する頻度が低くなる結果、残トナーを正規極性に帯電させる作用が不十分になるためだと考えられる。いずれの場合においても、残トナーがブラシ接触部において正規極性の電荷を十分に与えられないまま帯電部P2に到達すると、非正規極性に帯電した残トナー又は帯電量がゼロに近い残トナーが帯電ローラ2に付着し、帯電ローラ2の汚染が進んでしまう。 As shown in Figure 15, image defects occurred when the peak pressure was less than 0.7 gf/ mm2 and when the maximum contact area ratio was less than 18%. This is thought to be because when the peak pressure was too low, only a portion of the bristles of the brush member 11 contacted the photosensitive drum 1, resulting in insufficient charging of the residual toner to the normal polarity. Similarly, when the maximum contact area ratio was too low, the frequency with which toner particles came into contact with the bristles of the brush member 11 was reduced, resulting in insufficient charging of the residual toner to the normal polarity. In either case, if the residual toner reached the charging section P2 without being sufficiently charged to the normal polarity at the brush contact point, residual toner charged to the non-normal polarity or toner with a charge amount close to zero would adhere to the charging roller 2, causing further contamination of the charging roller 2.

また、ピーク圧が3.5gf/mmより大きい場合、及び、最大接触面積率が74%より大きい場合も、画像不良が発生した。これは、ピーク圧が高すぎる場合及び最大接触面積率が高すぎる場合のどちらでも、ブラシ接触部の一部は残トナーが通過できない状態となり、通過できる箇所(接触圧又は毛材の密度が相対的に低い箇所)に集中して残トナーが抜けるためだと考えられる。この場合、ブラシ接触部を抜けた感光ドラム1の表面は残トナーが縞状(回転方向に延びる線状)に付着した状態となり、帯電ローラ2が縞状に汚染される。なお、ピーク圧又は最大接触面積率が特に大きい領域では、残トナーがブラシ部材11によって塞き止められてしまい、現像ローラ41による残トナーの回収に支障が生じるだけでなく、塞き止められたトナーが飛散して画像形成装置内部を汚す可能性がある。 In addition, image defects also occurred when the peak pressure was greater than 3.5 gf/ mm2 and the maximum contact area ratio was greater than 74%. This is thought to be because, in both cases where the peak pressure was too high and the maximum contact area ratio was too high, the remaining toner could not pass through some of the brush contact areas, concentrating in areas where it could pass (areas with relatively low contact pressure or bristle density). In this case, the remaining toner adhered to the surface of the photosensitive drum 1 that had passed through the brush contact area in stripes (lines extending in the direction of rotation), causing striped contamination of the charging roller 2. Note that in areas where the peak pressure or maximum contact area ratio was particularly high, the remaining toner was blocked by the brush member 11, which not only hindered the development roller 41 from collecting the remaining toner, but also potentially caused the blocked toner to scatter and contaminate the interior of the image forming apparatus.

従って、ブラシ接触部におけるピーク圧及び最大接触面積率が図15の点線で囲まれた以下の領域に納まるようにブラシ部材11を構成することが望ましい。
ピーク圧:0.7gf/mm以上3.5gf/mm以下
最大接触面積率:18%以上74%以下
Therefore, it is desirable to configure the brush member 11 so that the peak pressure and maximum contact area ratio at the brush contact portion fall within the following region enclosed by the dotted line in FIG.
Peak pressure: 0.7 gf/mm2 or more and 3.5 gf/mm2 or less Maximum contact area ratio: 18% or more and 74% or less

これにより、転写部P5を通過した感光ドラム1の表面に付着している残トナーをブラシ部材11によって散らすクリーナレスブラシ方式において、残トナーの電荷分布を正規極性で安定化することができる。言い換えると、ブラシ接触部を抜けた後の残トナーの電荷分布を、トナーTの正規極性側(負極性側)にピークを持ち、且つ、ブラシ接触部に入る前の残トナーの電荷分布に比べてシャープな分布とすることができる。 This allows the charge distribution of the residual toner to be stabilized at a normal polarity in a cleanerless brush system in which the brush member 11 scatters the residual toner adhering to the surface of the photosensitive drum 1 that has passed through the transfer portion P5. In other words, the charge distribution of the residual toner after it leaves the brush contact portion has a peak on the normal polarity side (negative polarity side) of the toner T, and is sharper than the charge distribution of the residual toner before it enters the brush contact portion.

なお、図15の点線で囲まれた領域の周辺部よりも中央部に近い方が、上述した画像不良等はより生じにくくなる。そのため、ピーク圧及び/又は最大接触面積率が更に以下の範囲に納まるようにブラシ部材11を構成すると好ましい。
ピーク圧:1.4gf/mm以上2.8gf/mm以下
最大接触面積率:32%以上60%以下
Note that the image defects described above are less likely to occur near the center of the area surrounded by the dotted line in Fig. 15 than near the periphery. Therefore, it is preferable to configure the brush member 11 so that the peak pressure and/or the maximum contact area ratio falls within the following ranges.
Peak pressure: 1.4 gf/mm2 or more and 2.8 gf/mm2 or less Maximum contact area ratio: 32% or more and 60% or less

1gf≒9.8×mN(ミリニュートン)であることから、「0.7gf/mm以上3.5gf/mm以下」は「6.9mN/mm以上34mN/mm以下」と言い換えることができる。同様に、「1.4gf/mm以上2.8gf/mm以下」は「14mN/mm以上28mN/mm以下」と言い換えることができる。 Since 1 gf is approximately equal to 9.8 x mN (millinewtons), "0.7 gf/ mm2 or more and 3.5 gf/ mm2 or less" can be rephrased as "6.9 mN/ mm2 or more and 34 mN/ mm2 or less." Similarly, "1.4 gf/ mm2 or more and 2.8 gf/mm2 or less " can be rephrased as "14 mN/ mm2 or more and 28 mN/ mm2 or less."

更に、本実施形態では、ブラシ部材11が感光ドラム1に均一に当たっているかどうかを示す指標として、クラーク‐エバンス指数を導入する。クラーク‐エバンス指数(Clark-Evans Index)は、ある平面領域に複数の点が分布する場合において、点が局所的に集中して分布しているか、互いに距離をとって分布しているかの傾向を表す。 Furthermore, in this embodiment, the Clark-Evans Index is introduced as an index that indicates whether the brush member 11 is contacting the photosensitive drum 1 evenly. When multiple points are distributed in a certain planar area, the Clark-Evans Index indicates the tendency of the points to be distributed in a locally concentrated manner or to be distributed at a distance from each other.

クラーク‐エバンス指数の算出方法を説明する。まず、点iから最近隣点までの距離をd_i、点の個数をnとすると、各点から最も近い点までの距離の平均値(平均最近隣距離)Wは、次の式(数1)で表される。
The method for calculating the Clark-Evans index will be described below. First, if the distance from point i to the nearest neighbor point is d_i and the number of points is n, the average value of the distance from each point to the nearest point (average nearest neighbor distance) W is expressed by the following equation (Equation 1).

ここで、評価基準として、点が面積Sの平面上でランダムに分布している(一様ポアソン分布に従っている)場合を考える。この場合、平均最近隣距離Wの期待値E(W)は次の式(数2)で表される。
Here, as an evaluation criterion, consider a case where points are randomly distributed (following a uniform Poisson distribution) on a plane of area S. In this case, the expected value E(W) of the average nearest neighbor distance W is expressed by the following equation (Equation 2):

点の個数や密度の異なる場合を比較するために、次の式(数3)で表されるように平均最近隣距離Wを上の期待値E(W)で基準化したwをクラーク‐エバンス指数と呼ぶ。
In order to compare cases where the number of points or density is different, the average nearest neighbor distance W is normalized by the above expected value E(W) as expressed in the following equation (Equation 3), and the resulting w is called the Clark-Evans index.

ブラシ部材11のクラーク‐エバンス指数を求めるには、図6(a)に示すようにブラシ部材11をガラス面に押し当て、ブラシ部材11を押し当てた反対側のガラス面からブラシ接触部を観察する。ブラシ接触部において、ある一定面積(100mm)における毛材の先端を点で表すと、図6(b)のような点の分布を得る。この点の分布から上式(数1)~(数3)を用いてクラーク‐エバンス指数を算出する。 To determine the Clark-Evans index of the brush member 11, the brush member 11 is pressed against a glass surface as shown in Figure 6(a), and the brush contact area is observed from the glass surface opposite to where the brush member 11 is pressed. If the tips of the bristles in a certain area (100 mm2 ) at the brush contact area are represented by points, a distribution of points as shown in Figure 6(b) is obtained. The Clark-Evans index is calculated from this distribution of points using the above equations (Equation 1) to (Equation 3).

なお、一部の毛材は、先端よりも根元側の部分でもガラス面と接触している。そのような毛材がトナーTを摩擦帯電させる作用は、毛材がガラス面と最も強く接触している箇所(最加圧点)の貢献が大きいと考えられる。ただし、毛材の最加圧点の分布は、毛材の先端の分布と大部分が共通であり、且つ、分布としての性質が略変わらない。そのため、本実施形態ではガラス面と接触している各毛材の先端の分布からクラーク‐エバンス指数を算出する。 Note that some bristles are in contact with the glass surface at the base rather than the tip. It is believed that the effect of such bristles in frictionally charging the toner T is largely due to the contribution of the point where the bristles are in strongest contact with the glass surface (the most pressured point). However, the distribution of the most pressured points of the bristles is largely the same as the distribution of the bristles' tips, and the properties of the distribution are almost the same. Therefore, in this embodiment, the Clark-Evans index is calculated from the distribution of the tips of each bristle in contact with the glass surface.

クラーク‐エバンス指数は、ランダム分布のときはw=1となり、集中分布のときはw<1となり、規則分布のときはw>1となる。規則分布の極端な例は、観察対象の面積全体に亘る格子状の分布である。集中分布の極端な例は、観察対象の面積中の一箇所又は数箇所に点が密集した分布である。 The Clark-Evans index is w=1 for a random distribution, w<1 for a clustered distribution, and w>1 for a regular distribution. An extreme example of a regular distribution is a grid-like distribution that covers the entire area of the object being observed. An extreme example of a clustered distribution is a distribution in which points are densely concentrated in one or a few places within the area of the object being observed.

実際のブラシ部材11のサンプルでクラーク‐エバンス指数を求めた結果は以下の通りである。
サンプル1 w=1.01
サンプル2 w=1.13
サンプル3 w=1.15
サンプル4 w=1.07
サンプル2を意図的に撚らせて束にしたもの w=0.7
The Clark-Evans index was calculated for an actual sample of the brush member 11 and the results are as follows:
Sample 1 w = 1.01
Sample 2 w = 1.13
Sample 3 w = 1.15
Sample 4 w = 1.07
Sample 2 was intentionally twisted into a bundle w=0.7

クラーク‐エバンス指数の性質から、w>1であれば、ブラシ部材11の毛材の先端は束にならずにばらけていると言えるが、反対にw<1であれば、ブラシ部材11の毛材が何らかの原因で束(集合、ダマ)になっていることが示唆される。 The properties of the Clark-Evans index indicate that if w>1, the tips of the bristles of the brush member 11 are loose and not bundled; conversely, if w<1, it suggests that the bristles of the brush member 11 are bundled (clusters, clumps) for some reason.

ブラシ部材11を正常に機能させるには、ブラシ部材11の毛材が束にならずにばらけた状態で感光ドラム1に当接していることが好ましい。本実施形態では、クラーク‐エバンス指数が1以上(w≧1)となるように、ブラシ部材11を構成する。この条件は、何らかの原因で毛材が束になっていないことを保証する条件とも言い換えられる。 For the brush member 11 to function properly, it is preferable that the bristles of the brush member 11 contact the photosensitive drum 1 in a loose state, rather than in a bundle. In this embodiment, the brush member 11 is configured so that the Clark-Evans index is 1 or greater (w≧1). This condition can also be said to be a condition that ensures that the bristles are not bundled for some reason.

なお、ブラシ部材11の構成によっては、ブラシ接触部の中でも場所によってクラーク‐エバンス指数の値が異なることも考えられる。その場合、ブラシ部材11の侵入量が最も大きい箇所(接触圧がピーク圧となる場所)のクラーク‐エバンス指数が1以上であるものとする。侵入量が最も大きい箇所では、毛材が受ける力によって毛材の束が生じやすくなるからである。 Note that depending on the configuration of the brush member 11, the Clark-Evans index value may differ depending on the location of the brush contact area. In such cases, the Clark-Evans index at the point where the brush member 11 penetrates the most (the point where the contact pressure reaches its peak) is assumed to be 1 or greater. This is because at the point where the penetration is greatest, the force applied to the bristles makes it easier for the bristles to clump together.

(ブラシ部材の配置)
次に本実施形態におけるブラシ部材11の感光ドラム1に対する配置を説明する。本実施形態では、ブラシ前端側の方がブラシ後端側よりもブラシ部材11の感光ドラム1に対する接触圧が高くなるように、ブラシ部材11を傾斜配置する。ここで、「ブラシ前端」とは、感光ドラム1の回転方向R1におけるブラシ部材11の上流側の端部を指し、「ブラシ後端」とは、感光ドラム1の回転方向R1におけるブラシ部材11の下流側の端部を指す。
(Arrangement of Brush Members)
Next, the arrangement of the brush member 11 relative to the photosensitive drum 1 in this embodiment will be described. In this embodiment, the brush member 11 is arranged at an angle so that the contact pressure of the brush member 11 with respect to the photosensitive drum 1 is higher at the front end of the brush than at the rear end of the brush. Here, the "front end of the brush" refers to the upstream end of the brush member 11 in the rotation direction R1 of the photosensitive drum 1, and the "rear end of the brush" refers to the downstream end of the brush member 11 in the rotation direction R1 of the photosensitive drum 1.

以下、図1を用いてブラシ部材11の配置を詳しく説明する。図1は、ブラシ部材11の感光ドラム1に対する配置を示すための模式図である。図1は、感光ドラム1の回転軸線方向(ブラシ部材11の長手方向LD)にブラシ部材11及び感光ドラム1を見た様子を表す。なお、ブラシ部材11の毛材(導電糸11a)は、感光ドラム1と干渉せずに延びた状態(単品の状態)を仮想的に図示している。 The arrangement of the brush member 11 will be explained in detail below using Figure 1. Figure 1 is a schematic diagram showing the arrangement of the brush member 11 relative to the photosensitive drum 1. Figure 1 shows the brush member 11 and photosensitive drum 1 as viewed in the direction of the rotational axis of the photosensitive drum 1 (the longitudinal direction LD of the brush member 11). Note that the bristles (conductive threads 11a) of the brush member 11 are virtually illustrated in an extended state (single state) without interfering with the photosensitive drum 1.

図中、感光ドラム1の回転軸線をOとする。回転軸線Oから、短手方向SDにおけるブラシ部材11の基布11bの中央位置を通って延びる直線(第1の直線)をmとする。直線mと直交する直線(第2の直線)をLtとする。直線Ltは、直線mと感光ドラム1の表面との交点pにおける感光ドラム1の表面の接線tと平行な直線である。また、基布11bに沿って引いた直線(短手方向SDに延びる第3の直線)をnとする。 In the diagram, the rotation axis of the photosensitive drum 1 is designated as O. The line (first line) extending from the rotation axis O through the center of the base fabric 11b of the brush member 11 in the short direction SD is designated as m. The line (second line) perpendicular to line m is designated as Lt. Line Lt is parallel to the tangent line t to the surface of the photosensitive drum 1 at the intersection p between line m and the surface of the photosensitive drum 1. Furthermore, the line (third line extending in the short direction SD) drawn along the base fabric 11b is designated as n.

このとき、本実施形態では、基布11bに沿って引いた直線nが、感光ドラム1の表面の接線方向に延びる直線Ltに対して、感光ドラム1の回転方向R1の上流側に向かって感光ドラム1の表面に近づく方向に傾斜するように、ブラシ部材11が配置される。 In this embodiment, the brush member 11 is positioned so that the straight line n drawn along the base fabric 11b is inclined toward the surface of the photosensitive drum 1 toward the upstream side of the rotation direction R1 of the photosensitive drum 1, relative to the straight line Lt extending tangent to the surface of the photosensitive drum 1.

直線nと直線Ltとの間の角度β(°)は、ブラシ部材11の傾斜角度を表す。βは、例えば8°以上16°以下の範囲に設定すると好適である。βが大きすぎると、ブラシ前端の侵入量とブラシ後端の侵入量の差が大きくなるため、ブラシ前端において侵入量が過大となってトナーが塞き止められたり、ブラシ後端において侵入量がマイナス(非接触)となったりする可能性がある。βが小さすぎると、以下で説明するようにブラシ前端とブラシ後端との間で接触圧及び接触面積率に適切な差を設けることが難しくなる。 The angle β (°) between the lines n and Lt represents the inclination angle of the brush member 11. β is preferably set in the range of 8° to 16°, for example. If β is too large, the difference between the penetration amount at the front end of the brush and the penetration amount at the rear end of the brush will be large, which may result in excessive penetration at the front end of the brush, blocking toner, or the penetration amount at the rear end of the brush becoming negative (non-contact). If β is too small, it will be difficult to achieve an appropriate difference in contact pressure and contact area ratio between the front end of the brush and the rear end of the brush, as explained below.

本実施形態の実施例では、β=12(°)に設定した。この場合、ブラシ部材11の感光ドラム1に対する侵入量は、ブラシ前端において最大となり、その値(最大侵入量)は1.58mmである。 In this embodiment, β was set to 12°. In this case, the amount of penetration of the brush member 11 into the photosensitive drum 1 is greatest at the front end of the brush, with this value (maximum penetration) being 1.58 mm.

上記のようにブラシ部材11を傾斜配置することにより、ブラシ前端における接触圧及び接触面積率は、ブラシ後端における接触圧及び接触面積率より高くなる。即ち、ブラシ接触部(ブラシ部材と像担持体との接触部)の中の第1位置における接触圧は、ブラシ接触部の中で前記第1位置よりも像担持体の回転方向R1において下流の第2位置における接触圧よりも高くなる。また、前記第1位置におけるブラシ部材と像担持体との接触面積率は、前記第2位置におけるブラシ部材と像担持体との接触面積率よりも大きくなる。 By tilting the brush member 11 as described above, the contact pressure and contact area ratio at the front end of the brush are higher than those at the rear end of the brush. That is, the contact pressure at a first position within the brush contact area (the contact area between the brush member and the image carrier) is higher than the contact pressure at a second position within the brush contact area that is downstream of the first position in the rotation direction R1 of the image carrier. Furthermore, the contact area ratio between the brush member and the image carrier at the first position is greater than the contact area ratio between the brush member and the image carrier at the second position.

本実施形態の実施例において、ブラシ前端での接触圧は2gf/mmであり、ブラシ後端では1gf/mmである。また、接触面積率はブラシ前端で50%であり、ブラシ後端では20%である。この実施例における、ブラシ部材11の短手方向位置と接触圧の関係を図9(a)に、ブラシ部材11の短手方向位置と接触面積率の関係を図9(b)に、接触圧と接触面積率の関係を図9(c)に示す。ここで、ブラシ部材11の短手方向位置とは、ブラシ前端を基準(0)とする短手方向SDの位置である。 In this example of the present embodiment, the contact pressure at the front end of the brush is 2 gf/ mm2 and at the rear end of the brush is 1 gf/ mm2 . The contact area ratio is 50% at the front end of the brush and 20% at the rear end of the brush. The relationship between the lateral position of the brush member 11 and the contact pressure in this example is shown in Figure 9(a), the relationship between the lateral position of the brush member 11 and the contact area ratio is shown in Figure 9(b), and the relationship between the contact pressure and the contact area ratio is shown in Figure 9(c). Here, the lateral position of the brush member 11 refers to the position in the lateral direction SD, with the front end of the brush as the reference (0).

図9(a、b)に示す実施例は、ブラシ前端側の第1位置における接触圧及び接触面積率が、第1位置よりもブラシ後端側の第2位置における接触圧及び接触面積率よりも高くなる構成の一例であり、接触圧及び接触面積率が描く曲線は異なっていてもよい。この実施例のように、接触圧及び接触面積率がブラシ前端において最大値となるようにすると好適である。また、ブラシ前端からブラシ後端に向かって接触圧及び接触面積率が単調に減少するようにすると好適であるが、少なくともブラシ前端の接触圧及び接触面積率が、ブラシ後端の接触圧及び接触面積率より大きければよい。 The embodiment shown in Figures 9 (a) and 9 (b) is an example of a configuration in which the contact pressure and contact area ratio at a first position near the front end of the brush are higher than the contact pressure and contact area ratio at a second position closer to the rear end of the brush than the first position, and the curves drawn by the contact pressure and contact area ratio may be different. As in this embodiment, it is preferable for the contact pressure and contact area ratio to be maximum at the front end of the brush. It is also preferable for the contact pressure and contact area ratio to decrease monotonically from the front end of the brush toward the rear end of the brush, but it is sufficient if the contact pressure and contact area ratio at the front end of the brush are at least greater than the contact pressure and contact area ratio at the rear end of the brush.

ブラシ前端の接触圧(最大値)とブラシ後端の接触圧(最小値)との差は、0.6gf/mm以上1.5gf/mm以下とすると好適である。また、ブラシ前端の接触面積率(最大値)とブラシ後端の接触面積率(最小値)との差は、15%以上40%以下とすると好適である。 The difference between the contact pressure (maximum value) at the front end of the brush and the contact pressure (minimum value) at the rear end of the brush is preferably 0.6 gf/ mm2 or more and 1.5 gf/ mm2 or less. In addition, the difference between the contact area ratio (maximum value) at the front end of the brush and the contact area ratio (minimum value) at the rear end of the brush is preferably 15% or more and 40% or less.

また、本実施形態は、第4実施形態で詳しく説明するように、ブラシ前端の感光ドラム1に対する侵入量δ1(mm)及びブラシ後端の感光ドラム1に対する侵入量δ2(mm)についてδ1>δ2>0となる構成の例である。 Furthermore, as will be explained in detail in the fourth embodiment, this embodiment is an example of a configuration in which the penetration amount δ1 (mm) of the front end of the brush against the photosensitive drum 1 and the penetration amount δ2 (mm) of the rear end of the brush against the photosensitive drum 1 satisfy the relationship δ1 > δ2 > 0.

(ブラシ印加バイアス)
また、ブラシ部材11には、電圧印加手段としてのブラシ電源E11(図3)が接続されている。画像形成時に、ブラシ部材11には、ブラシ電源E11により所定のブラシ電圧(ブラシバイアス)が印加される。本実施形態では、画像形成時に、ブラシ部材11には、ブラシ電圧として負極性の直流電圧が印加される。本実施形態では、画像形成時のブラシ電圧は-350Vである。一方、転写部P5を通過してブラシ接触部に向かって移動する感光ドラム1の表面領域における表面電位は、0~-200Vである。従って、ブラシ電圧は、ブラシ接触部において感光ドラム1の表面がトナーの正規極性側、ブラシ部材11が非正規極性側となるように設定される。このようなブラシ電圧の設定により、正規極性に帯電したトナーは感光ドラム1側に引き寄せられ、非正規極性に帯電したトナーはブラシ部材11側に引き寄せられる。
(Brush applied bias)
The brush member 11 is also connected to a brush power supply E11 (FIG. 3) as a voltage application means. During image formation, a predetermined brush voltage (brush bias) is applied to the brush member 11 by the brush power supply E11. In this embodiment, a negative DC voltage is applied to the brush member 11 as the brush voltage during image formation. In this embodiment, the brush voltage during image formation is −350 V. Meanwhile, the surface potential of the surface area of the photosensitive drum 1 that moves through the transfer portion P5 toward the brush contact portion is 0 to −200 V. Therefore, the brush voltage is set so that the surface of the photosensitive drum 1 at the brush contact portion is the normal toner polarity side, and the brush member 11 is the abnormal toner polarity side. With this brush voltage setting, toner charged to the normal polarity is attracted toward the photosensitive drum 1, and toner charged to the abnormal polarity is attracted toward the brush member 11.

(ブラシ接触部におけるトナーの挙動)
転写ローラ5で感光ドラム1からシートに転写されなかった残トナーは、感光ドラム1の回転によってブラシ接触部に送られる。このとき、ブラシ接触部の接触圧が高い方が、ブラシ部材11と感光ドラム1の表面とに摺擦されてトナー粒子が転動しやすくなり、残トナーに正規極性の電荷を与えやすくなる。
(Behavior of toner at brush contact point)
Residual toner that has not been transferred from the photosensitive drum 1 to the sheet by the transfer roller 5 is sent to the brush contact portion by the rotation of the photosensitive drum 1. At this time, the higher the contact pressure at the brush contact portion, the easier it is for the toner particles to roll due to the sliding between the brush member 11 and the surface of the photosensitive drum 1, and the easier it is for the residual toner to be charged with the normal polarity.

しかし、接触圧が高すぎると、ブラシ接触部の中で接触圧が周囲よりも高い箇所や毛材の密度が周囲より高い場所ではトナーが殆ど通過できなくなる一方、接触圧又は密度が周囲より低い場所にトナーが集中して抜けていく。その結果、図10(a)に示すように、ブラシ接触部を抜けたトナーTがスジ状に分布した状態となる。図10(a)は感光ドラム1の外周側から、ブラシ部材11の周辺を見た様子を表し、残トナーをグレー(ドットパターン)で表し、残トナーが付着していない領域を無着色で表す。 However, if the contact pressure is too high, toner will be unable to pass through areas of the brush contact area where the contact pressure is higher than the surrounding area or the bristle density is higher than the surrounding area, while toner will concentrate and escape in areas where the contact pressure or density is lower than the surrounding area. As a result, as shown in Figure 10(a), toner T that has escaped from the brush contact area will be distributed in a streaky pattern. Figure 10(a) shows the area around the brush member 11 as viewed from the outer periphery of the photosensitive drum 1, with remaining toner shown in gray (dot pattern) and areas with no remaining toner remaining shown uncolored.

ブラシ接触部を抜けたトナーTがスジ状に分布する状態を図10(b)を用いて説明する。図10(b)はブラシ接触部を抜けた感光ドラム1の表面を長手方向に沿って切断した断面を表す模式図である。ブラシ接触部を抜けたトナーTには、非正規極性(+)のトナー粒子が含まれる。しかも、トナーTがスジ状にブラシ接触部を抜ける状況では、トナーが抜ける箇所ではブラシ部材11が一部のトナー粒子と接触せず、ブラシ部材11に摩擦帯電されずに非正規極性のままブラシ接触部を抜けるトナー粒子が多くなる傾向がある。 The state in which toner T that has passed through the brush contact area is distributed in a streak-like pattern will be explained using Figure 10(b). Figure 10(b) is a schematic diagram showing a cross section taken along the longitudinal direction of the surface of the photosensitive drum 1 that has passed through the brush contact area. The toner T that has passed through the brush contact area contains toner particles with irregular polarity (+). Furthermore, when toner T passes through the brush contact area in a streak-like pattern, the brush member 11 does not come into contact with some of the toner particles at the points where the toner passes through, and there is a tendency for many toner particles to pass through the brush contact area without being frictionally charged by the brush member 11 and retaining their irregular polarity.

帯電部P2において、帯電ローラ2には、トナーTの正規極性と同極性の帯電電圧が印加される。そのため、図10(c)に示すように、正規極性のトナーTは、帯電電圧によって感光ドラム1の表面に押し付けられ、帯電ローラ2に付着せずに帯電部P2を通過する。一方、上記の理由で非正規極性のトナーTが帯電部P2に到達すると、帯電電圧によって帯電ローラ2に引き寄せられて付着する。帯電ローラ2へのトナー付着が蓄積すると、帯電不良によって画像不良が生じる可能性がある。そのため、上記のようにブラシ部材11をスジ状に抜けていったトナーは帯電ローラ2のスジ状の汚染を引き起こし、最終的に画像の主走査方向の一定の位置に現れる帯電不良に起因するスジ状の画像不良として顕在化する。 At charging section P2, a charging voltage of the same polarity as the normal polarity of toner T is applied to charging roller 2. Therefore, as shown in Figure 10(c), normal polarity toner T is pressed against the surface of photosensitive drum 1 by the charging voltage and passes through charging section P2 without adhering to charging roller 2. On the other hand, when non-normal polarity toner T reaches charging section P2 for the reasons described above, it is attracted to and adheres to charging roller 2 by the charging voltage. If toner adhesion to charging roller 2 accumulates, image defects may occur due to improper charging. Therefore, toner that has passed through brush member 11 in a streak-like manner as described above causes streak-like contamination of charging roller 2, which ultimately manifests as streak-like image defects caused by improper charging that appear at certain positions in the main scanning direction of the image.

これに対し、本実施形態では、ブラシ接触部の中でもブラシ前端側の接触圧及び接触面積率がブラシ後端側の接触圧及び接触面積率より高い構成とした。これにより、トナーTに正規極性の電荷を付与しながらトナーTがスジ状に抜けることを防ぐ(均一に散らす)ことができることを説明する。 In contrast, in this embodiment, the contact pressure and contact area ratio of the brush contact portion at the front end of the brush are higher than those at the rear end of the brush. This allows the toner T to be charged with the correct polarity while preventing the toner T from coming off in streaks (dispersing it evenly).

図11(a)は、本実施形態におけるブラシ部材11の感光ドラム1に対する当接状態を表す概念図である。図11(b)は、ブラシ前端部における、感光ドラム1の長手方向に沿った感光ドラム1の表面の断面図である。図11(c)は、ブラシ中央部における、感光ドラム1の長手方向に沿った感光ドラム1の表面の断面図である。図11(d)は、ブラシ後端部における、感光ドラム1の長手方向に沿った感光ドラム1の表面の断面図である。 Figure 11(a) is a conceptual diagram showing the state in which the brush member 11 contacts the photosensitive drum 1 in this embodiment. Figure 11(b) is a cross-sectional view of the surface of the photosensitive drum 1 along the longitudinal direction of the photosensitive drum 1 at the front end of the brush. Figure 11(c) is a cross-sectional view of the surface of the photosensitive drum 1 along the longitudinal direction of the photosensitive drum 1 at the center of the brush. Figure 11(d) is a cross-sectional view of the surface of the photosensitive drum 1 along the longitudinal direction of the photosensitive drum 1 at the rear end of the brush.

図11(a)に示すように、ブラシ前端部における接触圧及び接触面積率は高いため、ブラシ前端部において多くのトナーが転動し、摩擦帯電により正規極性の電荷を付与される。ただし、ブラシ前端部を通過中のトナーは、長手方向の一部の箇所に集中している。 As shown in Figure 11(a), the contact pressure and contact area ratio at the front end of the brush are high, so a large amount of toner rolls at the front end of the brush and is given a charge of normal polarity through frictional charging. However, the toner passing through the front end of the brush is concentrated in a certain area in the longitudinal direction.

その後、感光ドラム1の回転により、図11(b、c)に示すようにブラシ接触部の中をブラシ後端側に移動するにつれて、トナーTにランダムにブラシ部材11の毛材が接触する。また、ブラシ後端側ほど接触圧及び接触面積率が低下するため、トナーTは長手方向により自由に移動しやすくなる。トナーTの集中が緩和されることで、ブラシ部材11の毛材がトナーTに万遍なく接触し、より多くのトナーTを正規極性化することができる。また、ブラシ部材11にブラシ電圧が印加されていることで、非正規極性のトナーの一部はブラシ部材11に吸着される。 Then, as the photosensitive drum 1 rotates, the bristles of the brush member 11 randomly come into contact with the toner T as it moves toward the rear end of the brush within the brush contact area, as shown in Figures 11(b) and 11(c). Furthermore, because the contact pressure and contact area ratio decrease toward the rear end of the brush, the toner T moves more freely in the longitudinal direction. By mitigating the concentration of toner T, the bristles of the brush member 11 come into even contact with the toner T, allowing more toner T to be converted to the regular polarity. Furthermore, because a brush voltage is applied to the brush member 11, some of the toner with irregular polarity is attracted to the brush member 11.

このように、本実施形態の構成によれば、ブラシ部材11によりトナーTに正規極性の電荷を付与しながら、トナーTがスジ状に抜けることを防いで均一に散らし、長期間に亘って帯電不良の発生を抑制することができる。 In this way, with the configuration of this embodiment, the brush member 11 applies a charge of the normal polarity to the toner T, preventing the toner T from falling out in streaks and dispersing it evenly, thereby suppressing the occurrence of poor charging over a long period of time.

(検証実験)
本実施形態の構成により帯電不良を防止できることを検証するため、ブラシ部材11の構成及び感光ドラム1との接触条件が異なる複数の構成例において、帯電不良が発生するか否かを確認する実験を行った。下記の表1は、各構成例の主な接触条件と帯電不良の有無を表し、表2は各構成例の詳細な構成を示す。
(Verification experiment)
In order to verify that the configuration of this embodiment can prevent charging defects, experiments were conducted to confirm whether charging defects occur in several configuration examples with different configurations of the brush member 11 and different contact conditions with the photosensitive drum 1. Table 1 below shows the main contact conditions and whether charging defects occur in each configuration example, and Table 2 shows the detailed configuration of each configuration example.

・本実施形態の実施例として説明した構成を構成例1-1とする。
・構成例1-2は、接触圧及び接触面積率をブラシ前端側からブラシ後端側にかけて略一定としたものである。
・構成例1-3は、接触圧及び接触面積率がブラシ前端側からブラシ後端側にかけて構成例1-1と同程度に減少し、構成例1-1と比較してブラシ部材11の毛材が太くかつ毛材の密度が低い。
・構成例1-4は、接触圧及び接触面積率がブラシ前端側からブラシ後端側にかけて構成例1-1と同程度に減少し、構成例1-1と比較してブラシ部材11の毛材の密度が高い。
・構成例1-5は、接触圧及び接触面積率がブラシ前端側からブラシ後端側にかけて構成例1-1と同程度に減少し、構成例1-1と比較してブラシ部材11の短手幅が短い。
・構成例1-6は、接触圧及び接触面積率がブラシ前端側からブラシ後端側にかけて減少するが、構成例1-1と比較して接触圧及び接触面積率の変化量は小さい。
・構成例1-7は、接触圧及び接触面積率がブラシ前端側からブラシ後端側にかけて構成例1-1と同程度に減少し、ブラシ部材11の短手幅は構成例1-1と構成例1-5の中間である。
・構成例1-8は、接触圧及び接触面積率がブラシ前端側からブラシ後端側にかけて減少し、その変化量は構成例1-1と構成例1-6の中間である。
The configuration described as an example of this embodiment is referred to as configuration example 1-1.
In the configuration example 1-2, the contact pressure and the contact area ratio are substantially constant from the front end side of the brush to the rear end side of the brush.
In configuration example 1-3, the contact pressure and contact area ratio decrease from the front end of the brush to the rear end of the brush to the same extent as in configuration example 1-1, and the bristles of the brush member 11 are thicker and have a lower density than in configuration example 1-1.
In configuration example 1-4, the contact pressure and contact area ratio decrease from the front end of the brush to the rear end of the brush to the same extent as in configuration example 1-1, and the bristle density of the brush member 11 is higher than in configuration example 1-1.
In configuration example 1-5, the contact pressure and contact area ratio decrease from the front end side of the brush to the rear end side of the brush to the same extent as in configuration example 1-1, and the lateral width of the brush member 11 is shorter than in configuration example 1-1.
In Configuration Example 1-6, the contact pressure and contact area ratio decrease from the front end side of the brush to the rear end side of the brush, but the amount of change in the contact pressure and contact area ratio is smaller than in Configuration Example 1-1.
In configuration example 1-7, the contact pressure and contact area ratio decrease from the front end of the brush to the rear end of the brush to the same extent as in configuration example 1-1, and the lateral width of the brush member 11 is intermediate between configuration examples 1-1 and 1-5.
In the configuration example 1-8, the contact pressure and the contact area ratio decrease from the front end side of the brush to the rear end side of the brush, and the amount of change is intermediate between the configuration examples 1-1 and 1-6.

実験環境は、帯電不良が起きやすい低温低湿環境(15℃/10%)とした。実験では、印字率(被覆率、画像比率)3%の画像を二枚ずつ間欠的に出力させることを繰り返して10000枚の画像を出力させ、ベタ白のサンプル画像を出力させた際に黒ポチ(ドット状の画像不良)が発生するかどうかを確認した。表1では、黒ポチが観察された場合を帯電不良「発生」とし、観察されなかった場合を帯電不良「無」としている。なお、接触圧の変化量とは、ブラシ前端における接触圧とブラシ後端における接触圧との差である。接触面積率の変化量とは、ブラシ前端における接触面積率とブラシ後端における接触面積率との差である。また、構成例1-2~1-8において特に言及のない構成は構成例1-1と共通である。 The experimental environment was a low-temperature, low-humidity environment (15°C/10%) where charging defects are likely to occur. In the experiment, 10,000 images were output by intermittently outputting two images at a time with a printing rate (coverage, image ratio) of 3%, and the occurrence of black spots (dot-shaped image defects) was confirmed when a solid white sample image was output. In Table 1, the occurrence of charging defects is recorded as "occurrence" when black spots are observed, and the absence of charging defects is recorded as "absence." The change in contact pressure is the difference between the contact pressure at the front end of the brush and the contact pressure at the rear end of the brush. The change in contact area ratio is the difference between the contact area ratio at the front end of the brush and the contact area ratio at the rear end of the brush. Furthermore, configurations not specifically mentioned in Configuration Examples 1-2 to 1-8 are the same as Configuration Example 1-1.

表1に示すように、構成例1-1、1-7、1-8では黒ポチが発生せず、帯電不良を防止できることが確認できた。一方、構成例1-2~1-6では、帯電不良が発生した。 As shown in Table 1, it was confirmed that configuration examples 1-1, 1-7, and 1-8 did not produce black spots and prevented poor charging. On the other hand, poor charging occurred in configuration examples 1-2 to 1-6.

ブラシ前端側からブラシ後端側に向かって接触圧と接触面積率が減少しない構成例1-2で帯電不良が発生したのは、ブラシ後端側でも接触圧及び接触面積率が高いことでスジ状にトナーが抜けたためだと考えられる。このことから、構成例1-1のように、ブラシ前端側からブラシ後端側に向かって接触圧と接触面積率が減少する構成とすることが、帯電不良の発生に有効であることが分かる。 The reason why poor charging occurred in configuration example 1-2, where the contact pressure and contact area ratio do not decrease from the front end of the brush to the rear end of the brush, is thought to be because the contact pressure and contact area ratio are high even at the rear end of the brush, causing the toner to come off in streaks. This shows that a configuration like configuration example 1-1, where the contact pressure and contact area ratio decrease from the front end of the brush to the rear end of the brush, is effective in preventing poor charging.

また、接触圧と接触面積率の変化量が小さい構成例1-6では帯電不良が発生し、接触圧と接触面積率の変化量が構成例1-6より大きく構成例1-1より小さい構成例1-8では帯電不良が発生しなかった。このことから、接触圧と接触面積率の変化量が大きい方が、帯電不良の発生をより効果的に抑制できることが分かる。具体的には、接触圧の変化量が0.6gf/mm以上、接触面積率の変化量が15%以上(より好ましくは、構成例1-8の18%以上)であると好適であり、それぞれ1.0gf/mm以上、30%以上が更に好適である。ただし、構成例1-6で帯電不良が発生するタイミングは、接触圧と接触面積率が減少しない構成例1-2よりは遅くなるので、画像形成装置の具体的構成(例えば、帯電ローラ2の寿命設定)によっては構成例1-6でも帯電不良の発生を抑制できる場合がある。 Furthermore, poor charging occurred in Configuration Example 1-6, where the change in contact pressure and contact area ratio was small, while poor charging did not occur in Configuration Example 1-8, where the change in contact pressure and contact area ratio was greater than in Configuration Example 1-6 but smaller than in Configuration Example 1-1. This indicates that a greater change in contact pressure and contact area ratio can more effectively suppress the occurrence of poor charging. Specifically, a change in contact pressure of 0.6 gf/mm² or more and a change in contact area ratio of 15% or more (more preferably, 18% or more as in Configuration Example 1-8) are preferred, with 1.0 gf/ mm² or more and 30% or more being even more preferred. However, since the timing at which poor charging occurs in Configuration Example 1-6 is later than in Configuration Example 1-2, where the contact pressure and contact area ratio do not decrease, poor charging may also be suppressed in Configuration Example 1-6 depending on the specific configuration of the image forming apparatus (e.g., the life setting of the charging roller 2).

具体的に、構成例1-2と構成例1-6の違いに関して説明する。構成例1-2がブラシ上流端と下流端の侵入量が同じであるのに対して、構成例1-6はブラシ上流端の侵入量の方が下流端の侵入量よりも大きい。そのため、構成例1-6においてブラシ接触部の上流端における接触圧及び接触面積率は、少なくともブラシ接触部の下流端における接触圧及び接触面積率より高くなる。したがって、構成例1-6で帯電不良が発生するタイミングは、接触圧と接触面積率が減少しない構成例1-2よりは遅くなるため、構成例1-6においては、帯電不良抑制に一定の効果があると言える。しかし、表2から、構成例1-2、構成例1-6ともに、最大侵入量がブラシ上流端ではなく中央部近傍となるのでブラシ上流端から後端にかけてのトナー散らし効果を十分に得られない場合がある。 Specifically, the differences between Configuration Example 1-2 and Configuration Example 1-6 will be explained. While Configuration Example 1-2 has the same penetration amount at the upstream and downstream ends of the brush, Configuration Example 1-6 has a greater penetration amount at the upstream end of the brush than at the downstream end. Therefore, in Configuration Example 1-6, the contact pressure and contact area ratio at the upstream end of the brush contact area are higher than at least the contact pressure and contact area ratio at the downstream end of the brush contact area. Therefore, the timing at which poor charging occurs in Configuration Example 1-6 is later than in Configuration Example 1-2, where the contact pressure and contact area ratio do not decrease. Therefore, it can be said that Configuration Example 1-6 has a certain degree of effectiveness in suppressing poor charging. However, as can be seen from Table 2, in both Configuration Example 1-2 and Configuration Example 1-6, the maximum penetration amount occurs near the center of the brush rather than the upstream end, which may result in insufficient toner scattering from the upstream end to the rear end of the brush.

構成例1-5で帯電不良が発生したのは、短手幅が極端に短いブラシ部材11ではブラシ後端側でトナーを十分に散らすことができないからである。一方、ブラシ部材11の短手幅が3mmの構成例1-7では帯電不良が発生しなかった。従って、ブラシ部材11の短手幅は3mm以上が好ましいことが分かる。 The reason poor charging occurred in configuration example 1-5 is because the brush member 11, which has an extremely short width, is unable to sufficiently scatter toner at the rear end of the brush. On the other hand, poor charging did not occur in configuration example 1-7, where the brush member 11 has a width of 3 mm. Therefore, it is clear that a width of 3 mm or more for the brush member 11 is preferable.

構成例1-3で帯電不良が発生したのは、ブラシ部材11の接触圧の最小値(ブラシ後端部の接触圧)が高すぎるために、トナーがスジ状にブラシ部材11を抜けたからだと考えられる。そのため、ブラシ後端の接触圧は、1.5gf/mm以下(より好ましくは、構成例1-8の1.4gf/mm以下)とすると好適である。 The reason why poor charging occurred in Configuration Example 1-3 is thought to be that the minimum value of the contact pressure of the brush member 11 (contact pressure at the rear end of the brush) was too high, causing the toner to pass through the brush member 11 in a streaky manner. Therefore, it is preferable to set the contact pressure at the rear end of the brush to 1.5 gf/ mm² or less (more preferably, 1.4 gf/ mm² or less in Configuration Example 1-8).

構成例1-4で帯電不良が発生したのは、ブラシ後端部における接触面積率が高すぎるために、トナーがスジ状にブラシ部材11を抜けたからだと考えられる。そのため、ブラシ後端部における接触面積率を、例えば40%以下(より好ましくは、構成例1-8の32%以下)とすると好適である。また、ブラシ部材11の毛材の密度は、上述した350kF/inch以下とすると好適である。 The reason for the poor charging in Configuration Example 1-4 is thought to be that the contact area ratio at the rear end of the brush was too high, causing the toner to pass through the brush member 11 in a streaky manner. Therefore, it is preferable to set the contact area ratio at the rear end of the brush to, for example, 40% or less (more preferably, 32% or less as in Configuration Example 1-8). In addition, it is preferable to set the density of the bristle material of the brush member 11 to the above-mentioned 350 kF/ inch2 or less.

以上説明したように、本実施形態では、ブラシ前端側の接触圧及び接触面積率がブラシ後端側の接触圧及び接触面積率より高くなる構成としたことにより、長期間に亘って帯電不良の発生を抑制することができる。 As explained above, in this embodiment, the contact pressure and contact area ratio at the front end of the brush are higher than those at the rear end of the brush, making it possible to suppress the occurrence of poor charging over a long period of time.

(変形例)
本実施形態では、毛丈が一定のブラシ部材11を感光ドラム1の接線方向に対して傾斜させて配置することで、ブラシ前端側の接触圧及び接触面積率がブラシ後端側の接触圧及び接触面積率より高くなる構成を実現した。これに限らず、例えばブラシ前端側とブラシ後端側とで毛丈に段差を設けることで接触圧と接触面積率を減少させる構成としてもよい。
(Modification)
In this embodiment, a configuration is realized in which the contact pressure and contact area ratio on the front end side of the brush are higher than those on the rear end side of the brush by arranging the brush member 11, which has a constant bristle length, at an angle with respect to the tangential direction of the photosensitive drum 1. Without being limited to this, for example, a configuration in which the contact pressure and contact area ratio are reduced by providing a difference in bristle length between the front end side and the rear end side of the brush may be adopted.

<第2実施形態>
本実施形態では、ブラシ前端側の接触圧及び接触面積率がブラシ後端側の接触圧及び接触面積率より高くなるように、ブラシ部材11の毛材の密度が場所によって異なる構成を用いる。以下、第1実施形態と共通の符号を付した要素は、第1実施形態で説明したものと実質的に同一の構成及び作用を有するものとし、第1実施形態と異なる部分を主に説明する。
Second Embodiment
In this embodiment, the bristle density of the brush member 11 varies depending on the location so that the contact pressure and contact area ratio at the front end of the brush are higher than those at the rear end of the brush. Hereinafter, elements with the same reference numerals as those in the first embodiment will be considered to have substantially the same configurations and functions as those described in the first embodiment, and differences from the first embodiment will be mainly described.

本実施形態のブラシ部材11は、ブラシ前端側の毛材の密度を、ブラシ後端側の毛材の密度よりも高くする。本実施形態の実施例では、毛材として太さ2デニールの導電糸11aを使用し、ブラシ前端側からブラシ後端側にかけて2mm毎に密度を240、200、160(いずれも単位はkF/inch)の三段階で減少させる。この実施例におけるブラシ部材11の短手幅は6mmである。 In this embodiment, the brush member 11 has a higher bristle density at the front end than at the rear end. In this example, conductive yarn 11a with a thickness of 2 denier is used as the bristle material, and the density decreases in three stages of 240, 200, and 160 (all in kF/ inch2 ) every 2 mm from the front end to the rear end of the brush. The lateral width of the brush member 11 in this example is 6 mm.

ブラシ部材11を毛材の先端側から観察した場合の模式図を図12(a、b)で示す。図12(a)は本実施形態を表し、ブラシ後端側(感光ドラム1の回転方向R1の下流側)に向かうほど毛材(導電糸11a)の密度が減少している。これに対し、図12(b)に示す第1実施形態では、毛材(導電糸11a)の密度は一定である。 Figures 12(a) and 12(b) are schematic diagrams of the brush member 11 observed from the tip of the bristles. Figure 12(a) shows this embodiment, in which the density of the bristles (conductive threads 11a) decreases toward the rear end of the brush (downstream in the rotation direction R1 of the photosensitive drum 1). In contrast, in the first embodiment shown in Figure 12(b), the density of the bristles (conductive threads 11a) is constant.

このように、本実施形態では、ブラシ前端側の第1位置における毛材の密度が、第1位置よりもブラシ後端側の第2位置における毛材の密度よりも高い構成とした。本実施形態は、ブラシ前端側の第1位置における接触圧及び接触面積率が、第2位置における接触圧及び接触面積率よりも高くなる構成の例である。 In this way, in this embodiment, the bristle density at the first position on the front end of the brush is higher than the bristle density at the second position, which is closer to the rear end of the brush than the first position. This embodiment is an example of a configuration in which the contact pressure and contact area ratio at the first position on the front end of the brush are higher than the contact pressure and contact area ratio at the second position.

本実施形態においても、ブラシ部材11のクラーク‐エバンス指数wはw≧1であることが望ましい。 In this embodiment, it is also desirable that the Clark-Evans index w of the brush member 11 be w≧1.

本実施形態では、第1実施形態と異なり、ブラシ部材11を感光ドラム1に対して傾斜させて配置する必要はない。本実施形態の実施例では、図1においてβ=0である。この実施例において、ブラシ部材11の感光ドラム1に対する侵入量(最大侵入量)は、1mmとした。 In this embodiment, unlike the first embodiment, it is not necessary to position the brush member 11 at an angle relative to the photosensitive drum 1. In the example of this embodiment, β = 0 in Figure 1. In this example, the penetration amount (maximum penetration amount) of the brush member 11 into the photosensitive drum 1 was set to 1 mm.

本実施形態の実施例において、ブラシ部材11の感光ドラム1に対する接触圧は、ブラシ前端で2gf/mm、ブラシ後端で1gf/mmである。また、接触面積率は、ブラシ前端で50%、ブラシ後端では20%である。 In this embodiment, the contact pressure of the brush member 11 against the photosensitive drum 1 is 2 gf/mm 2 at the front end of the brush and 1 gf/mm 2 at the rear end of the brush. The contact area ratio is 50% at the front end of the brush and 20% at the rear end of the brush.

本実施形態においてもブラシ部材11にブラシ電圧を印加することが好ましい。ブラシ電圧は、例えば第1実施形態と同様に-350Vに設定する。 In this embodiment, it is also preferable to apply a brush voltage to the brush member 11. The brush voltage is set to, for example, -350 V, as in the first embodiment.

(検証実験)
本実施形態の構成により帯電不良を防止できることを検証するため、ブラシ部材11の構成及び感光ドラム1との接触条件が異なる複数の構成例において、帯電不良が発生するか否かを確認する実験を行った。下記の表3は、各構成例の主な接触条件と帯電不良の有無を表し、表4は各構成例の詳細な構成を示す。実験環境、出力画像、サンプル画像、帯電不良の評価方法は、第1実施形態と共通である。
(Verification experiment)
In order to verify that the configuration of this embodiment can prevent charging defects, experiments were conducted to confirm whether charging defects occur in several configuration examples with different brush member 11 configurations and different contact conditions with the photosensitive drum 1. Table 3 below shows the main contact conditions and whether charging defects occur in each configuration example, and Table 4 shows the detailed configuration of each configuration example. The experimental environment, output image, sample image, and charging defect evaluation method are the same as those in the first embodiment.

・本実施形態の実施例として説明した構成を構成例2-1とする。
・構成例2-2は、接触圧及び接触面積率をブラシ前端側からブラシ後端側にかけて略一定としたものである。
・構成例2-3は、接触圧及び接触面積率がブラシ前端側からブラシ後端側にかけて構成例2-1と同程度に減少し、構成例2-1と比較してブラシ部材11の毛材が太くかつ毛材の密度が低い。
・構成例2-4は、接触圧及び接触面積率がブラシ前端側からブラシ後端側にかけて構成例2-1と同程度に減少し、構成例2-1と比較してブラシ部材11の毛材の密度が全体的に高い。
・構成例2-5は、接触圧及び接触面積率がブラシ前端側からブラシ後端側にかけて減少するが、構成例2-1と比較して接触圧及び接触面積率の変化量は小さい。
・構成例2-6は、接触圧及び接触面積率がブラシ前端側からブラシ後端側にかけて減少し、その変化量は構成例2-1と構成例2-5の中間である。
The configuration described as an example of this embodiment is referred to as configuration example 2-1.
In configuration example 2-2, the contact pressure and the contact area ratio are substantially constant from the front end side of the brush to the rear end side of the brush.
In configuration example 2-3, the contact pressure and contact area ratio decrease from the front end of the brush to the rear end of the brush to the same extent as in configuration example 2-1, and the bristles of the brush member 11 are thicker and have a lower density than in configuration example 2-1.
In configuration example 2-4, the contact pressure and contact area ratio decrease from the front end of the brush to the rear end of the brush to the same extent as in configuration example 2-1, and the bristle density of the brush member 11 is higher overall compared to configuration example 2-1.
In configuration example 2-5, the contact pressure and contact area ratio decrease from the front end side of the brush to the rear end side of the brush, but the amount of change in the contact pressure and contact area ratio is smaller than in configuration example 2-1.
In the configuration example 2-6, the contact pressure and the contact area ratio decrease from the front end side of the brush to the rear end side of the brush, and the amount of change is intermediate between the configuration examples 2-1 and 2-5.

表3に示すように、構成例2-1、2-6では黒ポチが発生せず、帯電不良を防止できることが確認できた。一方、構成例2-2~2-5では、帯電不良が発生した。 As shown in Table 3, no black spots occurred in Configuration Examples 2-1 and 2-6, confirming that poor charging could be prevented. On the other hand, poor charging occurred in Configuration Examples 2-2 to 2-5.

ブラシ前端側からブラシ後端側に向かって接触圧と接触面積率が減少しない構成例2-2で帯電不良が発生したのは、ブラシ後端側でも接触圧及び接触面積率が高いことでスジ状にトナーが抜けたためだと考えられる。このことから、構成例2-1のように、ブラシ前端側からブラシ後端側に向かって接触圧と接触面積率が減少する構成とすることが、帯電不良の発生に有効であることが分かる。 The reason why poor charging occurred in configuration example 2-2, where the contact pressure and contact area ratio do not decrease from the front end of the brush to the rear end of the brush, is thought to be because the contact pressure and contact area ratio are high even at the rear end of the brush, causing the toner to come off in streaks. This shows that a configuration where the contact pressure and contact area ratio decrease from the front end of the brush to the rear end of the brush, as in configuration example 2-1, is effective in preventing poor charging.

また、接触圧と接触面積率の変化量が小さい構成例2-5では帯電不良が発生し、接触圧と接触面積率の変化量が構成例2-5より大きく構成例2-1より小さい構成例2-6では帯電不良が発生しなかった。このことから、接触圧と接触面積率の変化量が大きい方が、帯電不良の発生をより効果的に抑制できることが分かる。具体的には、接触圧の変化量が0.6gf/mm以上、接触面積率の変化量が15%以上であると好適であり、それぞれ1.0gf/mm以上、30%以上がより好適である。ただし、構成例2-5で帯電不良が発生するタイミングは、接触圧と接触面積率が減少しない構成例2-2よりは遅くなるので、画像形成装置の具体的構成(例えば、帯電ローラ2の寿命設定)によっては構成例2-5でも帯電不良の発生を抑制できる場合がある。 Furthermore, poor charging occurred in Configuration Example 2-5, where the change in contact pressure and contact area ratio was small, while poor charging did not occur in Configuration Example 2-6, where the change in contact pressure and contact area ratio was greater than in Configuration Example 2-5 but smaller than in Configuration Example 2-1. This indicates that a greater change in contact pressure and contact area ratio can more effectively suppress the occurrence of poor charging. Specifically, a change in contact pressure of 0.6 gf/ mm² or more and a change in contact area ratio of 15% or more are preferable, with 1.0 gf/ mm² or more and 30% or more being more preferable, respectively. However, since the timing at which poor charging occurs in Configuration Example 2-5 is later than in Configuration Example 2-2, where the contact pressure and contact area ratio do not decrease, poor charging may also be suppressed in Configuration Example 2-5 depending on the specific configuration of the image forming apparatus (e.g., the life setting of the charging roller 2).

構成例2-3で帯電不良が発生したのは、ブラシ部材11の接触圧の最小値(ブラシ後端部の接触圧)が高すぎるために、トナーがスジ状にブラシ部材11を抜けたからだと考えられる。そのため、ブラシ後端の接触圧は例えば1.5gf/mm以下であると好適である。 The reason why poor charging occurred in Configuration Example 2-3 is thought to be that the minimum value of the contact pressure of the brush member 11 (contact pressure at the rear end of the brush) was too high, causing the toner to pass through the brush member 11 in a streaky manner. Therefore, it is preferable that the contact pressure at the rear end of the brush be, for example, 1.5 gf/ mm2 or less.

構成例2-4で帯電不良が発生したのは、ブラシ後端部における接触面積率が高すぎるために、トナーがスジ状にブラシ部材11を抜けたからだと考えられる。そのため、ブラシ後端部における接触面積率を、例えば40%以下とすると好適である。また、ブラシ後端部における毛材の密度は、200kF/inch以下とすると好適であり、より好ましくは180kF/inch以下である。 The reason for the poor charging in Configuration Example 2-4 is believed to be that the contact area ratio at the rear end of the brush was too high, causing the toner to pass through the brush member 11 in a streaky manner. Therefore, it is preferable to set the contact area ratio at the rear end of the brush to, for example, 40% or less. The density of the bristle material at the rear end of the brush is preferably 200 kF/ inch² or less, and more preferably 180 kF/ inch² or less.

以上説明したように、本実施形態の構成によっても、長期間に亘って帯電不良の発生を抑制することができる。 As explained above, the configuration of this embodiment can also suppress the occurrence of charging defects over a long period of time.

(変形例)
本実施形態では、ブラシ部材11の毛材の密度を三段階で変更しているが、ブラシ前端側からブラシ後端側に向かって連続的に密度を減少させることで接触圧と接触面積率を減少させる構成としてもよい。また、二段階もしくは四段階以上で密度を段階的に減少させてもよい。
(Modification)
In this embodiment, the density of the bristle material of the brush member 11 is changed in three stages, but the density may be decreased continuously from the front end of the brush to the rear end of the brush to decrease the contact pressure and the contact area ratio. Also, the density may be decreased in two stages or four or more stages.

また、本実施形態のブラシ部材11を、第1実施形態と同様に感光ドラム1に対して傾斜させて配置してもよい。 Furthermore, the brush member 11 of this embodiment may be arranged at an angle relative to the photosensitive drum 1, as in the first embodiment.

<第3実施形態>
本実施形態では、ブラシ前端側の接触圧及び接触面積率がブラシ後端側の接触圧及び接触面積率より高くなるように、ブラシ部材11の毛材の太さが場所によって異なる構成を用いる。以下、第1実施形態と共通の符号を付した要素は、第1実施形態で説明したものと実質的に同一の構成及び作用を有するものとし、第1実施形態と異なる部分を主に説明する。
Third Embodiment
In this embodiment, the thickness of the bristles of the brush member 11 varies depending on the location so that the contact pressure and contact area ratio at the front end of the brush are higher than those at the rear end of the brush. Hereinafter, elements with the same reference numerals as those in the first embodiment will be considered to have substantially the same configurations and functions as those described in the first embodiment, and differences from the first embodiment will be mainly described.

本実施形態のブラシ部材11は、ブラシ前端側の毛材の太さを、ブラシ後端側の毛材の太さよりも大きくする。本実施形態の実施例では、240kF/inchの密度の導電糸11aを使用する。そして、導電糸11aの太さを、ブラシ前端側からブラシ後端側にかけて2mm毎に2、1.5、1(いずれも単位はデニール)の三段階で減少させる。この実施例におけるブラシ部材11の短手幅は6mmである。 In the brush member 11 of this embodiment, the thickness of the bristles at the front end of the brush is greater than the thickness of the bristles at the rear end of the brush. In this example of this embodiment, conductive threads 11a with a density of 240 kF/inch 2 are used. The thickness of the conductive threads 11a decreases in three stages of 2, 1.5, and 1 (all in denier) at 2 mm intervals from the front end of the brush to the rear end of the brush. The lateral width of the brush member 11 in this example is 6 mm.

ブラシ部材11を毛材の先端側から観察した場合の模式図を図13(a、b)で示す。図13(a)は本実施形態を表し、ブラシ後端側(感光ドラム1の回転方向R1の下流側)に向かうほど毛材(導電糸11a)が細くなる。これに対し、図13(b)に示す第1実施形態では、毛材(導電糸11a)の太さは一定である。 Figures 13(a) and 13(b) are schematic diagrams of the brush member 11 observed from the tip side of the bristles. Figure 13(a) shows this embodiment, in which the bristles (conductive threads 11a) become thinner toward the rear end of the brush (downstream in the rotation direction R1 of the photosensitive drum 1). In contrast, in the first embodiment shown in Figure 13(b), the thickness of the bristles (conductive threads 11a) is constant.

このように、本実施形態では、ブラシ前端側の第1位置における毛材の太さが、第1位置よりもブラシ後端側の第2位置における毛材の太さよりも大きい(太い)構成とした。本実施形態は、ブラシ前端側の第1位置における接触圧及び接触面積率が、第2位置における接触圧及び接触面積率よりも高くなる構成の例である。 In this way, in this embodiment, the thickness of the bristles at the first position on the front end of the brush is greater (thicker) than the thickness of the bristles at the second position, which is closer to the rear end of the brush than the first position. This embodiment is an example of a configuration in which the contact pressure and contact area ratio at the first position on the front end of the brush are higher than the contact pressure and contact area ratio at the second position.

本実施形態においても、ブラシ部材11のクラーク‐エバンス指数wはw≧1であることが望ましい。 In this embodiment, it is also desirable that the Clark-Evans index w of the brush member 11 be w≧1.

本実施形態では、第1実施形態と異なり、ブラシ部材11を感光ドラム1に対して傾斜させて配置する必要はない。本実施形態の実施例では、図1においてβ=0である。この実施例において、ブラシ部材11の感光ドラム1に対する侵入量(最大侵入量)は、1mmとした。 In this embodiment, unlike the first embodiment, it is not necessary to position the brush member 11 at an angle relative to the photosensitive drum 1. In the example of this embodiment, β = 0 in Figure 1. In this example, the penetration amount (maximum penetration amount) of the brush member 11 into the photosensitive drum 1 was set to 1 mm.

本実施形態の実施例において、ブラシ部材11の感光ドラム1に対する接触圧は、ブラシ前端で2gf/mm、ブラシ後端で1gf/mmである。また、接触面積率は、ブラシ前端で50%、ブラシ後端では20%である。 In this embodiment, the contact pressure of the brush member 11 against the photosensitive drum 1 is 2 gf/mm 2 at the front end of the brush and 1 gf/mm 2 at the rear end of the brush. The contact area ratio is 50% at the front end of the brush and 20% at the rear end of the brush.

本実施形態においてもブラシ部材11にブラシ電圧を印加することが好ましい。ブラシ電圧は、例えば第1実施形態と同様に-350Vに設定する。 In this embodiment, it is also preferable to apply a brush voltage to the brush member 11. The brush voltage is set to, for example, -350 V, as in the first embodiment.

(検証実験)
本実施形態の構成により帯電不良を防止できることを検証するため、ブラシ部材11の構成及び感光ドラム1との接触条件が異なる複数の構成例において、帯電不良が発生するか否かを確認する実験を行った。下記の表5は、各構成例の主な接触条件と帯電不良の有無を表し、表6は各構成例の詳細な構成を示す。実験環境、出力画像、サンプル画像、帯電不良の評価方法は、第1実施形態と共通である。
(Verification experiment)
In order to verify that the configuration of this embodiment can prevent charging defects, experiments were conducted to confirm whether charging defects occurred in several configuration examples with different brush member 11 configurations and different contact conditions with the photosensitive drum 1. Table 5 below shows the main contact conditions and whether charging defects occurred in each configuration example, and Table 6 shows the detailed configuration of each configuration example. The experimental environment, output image, sample image, and method for evaluating charging defects are the same as those in the first embodiment.

・本実施形態の実施例として説明した構成を構成例3-1とする。
・構成例3-2は、接触圧及び接触面積率をブラシ前端側からブラシ後端側にかけて略一定としたものである。
・構成例3-3は、接触圧及び接触面積率がブラシ前端側からブラシ後端側にかけて構成例3-1と同程度に減少し、構成例3-1と比較して全体的にブラシ部材11の毛材が太くかつ毛材の密度が低い。
・構成例3-4は、接触圧及び接触面積率がブラシ前端側からブラシ後端側にかけて構成例3-1と同程度に減少し、構成例3-1と比較してブラシ部材11の毛材の密度が全体的に高い。
・構成例3-5は、接触圧及び接触面積率がブラシ前端側からブラシ後端側にかけて減少するが、構成例3-1と比較して接触圧及び接触面積率の変化量は小さい。
・構成例3-6は、接触圧及び接触面積率がブラシ前端側からブラシ後端側にかけて減少し、その変化量は構成例3-1と構成例3-5の中間である。
The configuration described as an example of this embodiment is referred to as configuration example 3-1.
In the configuration example 3-2, the contact pressure and the contact area ratio are substantially constant from the front end side of the brush to the rear end side of the brush.
In configuration example 3-3, the contact pressure and contact area ratio decrease from the front end of the brush to the rear end of the brush to the same extent as in configuration example 3-1, and the bristles of the brush member 11 are thicker overall and have a lower density than in configuration example 3-1.
In configuration example 3-4, the contact pressure and contact area ratio decrease from the front end of the brush to the rear end of the brush to the same extent as in configuration example 3-1, and the bristle density of the brush member 11 is higher overall compared to configuration example 3-1.
In configuration example 3-5, the contact pressure and contact area ratio decrease from the front end side of the brush to the rear end side of the brush, but the amount of change in the contact pressure and contact area ratio is smaller than in configuration example 3-1.
In the configuration example 3-6, the contact pressure and the contact area ratio decrease from the front end side of the brush to the rear end side of the brush, and the amount of change is intermediate between the configuration examples 3-1 and 3-5.

表5に示すように、構成例3-1、3-6では黒ポチが発生せず、帯電不良を防止できることが確認できた。一方、構成例3-2~3-5では、帯電不良が発生した。 As shown in Table 5, no black spots occurred in Configuration Examples 3-1 and 3-6, confirming that poor charging could be prevented. On the other hand, poor charging occurred in Configuration Examples 3-2 to 3-5.

ブラシ前端側からブラシ後端側に向かって接触圧と接触面積率が減少しない構成例3-2で帯電不良が発生したのは、ブラシ後端側でも接触圧及び接触面積率が高いことでスジ状にトナーが抜けたためだと考えられる。このことから、構成例3-1のように、ブラシ前端側からブラシ後端側に向かって接触圧と接触面積率が減少する構成とすることが、帯電不良の発生に有効であることが分かる。 The reason why poor charging occurred in configuration example 3-2, where the contact pressure and contact area ratio do not decrease from the front end of the brush to the rear end of the brush, is thought to be because the contact pressure and contact area ratio are high even at the rear end of the brush, causing the toner to come out in streaks. This shows that a configuration like configuration example 3-1, where the contact pressure and contact area ratio decrease from the front end of the brush to the rear end of the brush, is effective in preventing poor charging.

また、接触圧と接触面積率の変化量が小さい構成例3-5では帯電不良が発生し、接触圧と接触面積率の変化量が構成例3-5より大きく構成例3-1より小さい構成例3-6では帯電不良が発生しなかった。このことから、接触圧と接触面積率の変化量が大きい方が、帯電不良の発生をより効果的に抑制できることが分かる。具体的には、接触圧の変化量が0.6gf/mm以上、接触面積率の変化量が15%以上であると好適であり、それぞれ1.0gf/mm以上、30%以上がより好適である。ただし、構成例3-5で帯電不良が発生するタイミングは、接触圧と接触面積率が減少しない構成例3-2よりは遅くなるので、画像形成装置の具体的構成(例えば、帯電ローラ2の寿命設定)によっては構成例3-5でも帯電不良の発生を抑制できる場合がある。 Furthermore, in Configuration Example 3-5, where the change in contact pressure and contact area ratio was small, charging defects occurred, while in Configuration Example 3-6, where the change in contact pressure and contact area ratio was greater than in Configuration Example 3-5 but smaller than in Configuration Example 3-1, charging defects did not occur. This indicates that a larger change in contact pressure and contact area ratio can more effectively suppress the occurrence of charging defects. Specifically, a change in contact pressure of 0.6 gf/ mm² or more and a change in contact area ratio of 15% or more are preferable, with 1.0 gf/ mm² or more and 30% or more being more preferable, respectively. However, since the timing at which charging defects occur in Configuration Example 3-5 is later than in Configuration Example 3-2, where the contact pressure and contact area ratio do not decrease, charging defects may also be suppressed in Configuration Example 3-5 depending on the specific configuration of the image forming apparatus (e.g., the life setting of the charging roller 2).

構成例3-3で帯電不良が発生したのは、ブラシ部材11の接触圧の最小値(ブラシ後端部の接触圧)が高すぎるために、トナーがスジ状にブラシ部材11を抜けたからだと考えられる。そのため、ブラシ後端の接触圧は例えば1.5gf/mm以下であると好適である。 The reason why poor charging occurred in Configuration Example 3-3 is thought to be that the minimum value of the contact pressure of the brush member 11 (contact pressure at the rear end of the brush) was too high, causing the toner to pass through the brush member 11 in a streaky manner. Therefore, it is preferable that the contact pressure at the rear end of the brush be, for example, 1.5 gf/ mm2 or less.

構成例3-4で帯電不良が発生したのは、ブラシ後端部における接触面積率が高すぎるために、トナーがスジ状にブラシ部材11を抜けたからだと考えられる。そのため、ブラシ後端部における接触面積率を、例えば40%以下とすると好適である。 The reason for the poor charging in configuration example 3-4 is thought to be that the contact area ratio at the rear end of the brush was too high, causing the toner to pass through the brush member 11 in a streaky manner. Therefore, it is preferable to set the contact area ratio at the rear end of the brush to, for example, 40% or less.

以上説明したように、本実施形態の構成によっても、長期間に亘って帯電不良の発生を抑制することができる。 As explained above, the configuration of this embodiment can also suppress the occurrence of charging defects over a long period of time.

(変形例)
本実施形態では、ブラシ部材11の毛材の太さを三段階で変更しているが、ブラシ前端側からブラシ後端側に向かって連続的に太さを減少させることで接触圧と接触面積率を減少させる構成としてもよい。また、二段階もしくは四段階以上で太さを段階的に減少させてもよい。
(Modification)
In this embodiment, the thickness of the bristles of the brush member 11 is changed in three stages, but the thickness may be decreased continuously from the front end of the brush to the rear end of the brush to decrease the contact pressure and the contact area ratio. Also, the thickness may be decreased in two stages or four or more stages.

また、本実施形態のブラシ部材11を、第1実施形態と同様に感光ドラム1に対して傾斜させて配置してもよい。 Furthermore, the brush member 11 of this embodiment may be arranged at an angle relative to the photosensitive drum 1, as in the first embodiment.

<第4実施形態>
本実施形態では、ブラシ部材11の感光ドラム1への侵入量が感光ドラム1の回転方向における上流側(ブラシ前端側)から下流側(ブラシ後端側)に向かって小さくなる構成及びその詳細な条件を検討する。以下、第1実施形態と共通の符号を付した要素は、第1実施形態で説明したものと実質的に同一の構成及び作用を有するものとし、第1実施形態と異なる部分を主に説明する。
Fourth Embodiment
In this embodiment, we will consider a configuration and its detailed conditions in which the penetration amount of the brush member 11 into the photosensitive drum 1 decreases from the upstream side (the front end side of the brush) to the downstream side (the rear end side of the brush) in the rotation direction of the photosensitive drum 1. Hereinafter, elements with the same reference numerals as those in the first embodiment will be considered to have substantially the same configurations and functions as those described in the first embodiment, and differences from the first embodiment will be mainly described.

ブラシ部材11を感光ドラム1の接線方向に対して傾斜配置したときのブラシ部材11と感光ドラムとの位置関係を図16に示す。図16は、ブラシ部材11及び感光ドラム1を感光ドラム1の回転軸線方向に見た模式図である。 Figure 16 shows the positional relationship between the brush member 11 and the photosensitive drum 1 when the brush member 11 is positioned at an angle relative to the tangent direction of the photosensitive drum 1. Figure 16 is a schematic diagram of the brush member 11 and the photosensitive drum 1 as viewed in the direction of the rotation axis of the photosensitive drum 1.

本実施形態のブラシ部材11は、第1実施形態の実施例で説明したものを使用する。即ち、ブラシ部材11は、図5(a)に示すように毛材の毛丈L1、密度、太さが一定である。また、ブラシ部材11は実際には図5(b)のように感光ドラム1の表面に沿って撓んだ状態となるが、図16では感光ドラム1との干渉を無視して毛材が感光ドラム1に侵入した状態で図示している。 The brush member 11 used in this embodiment is the same as that described in the example of the first embodiment. That is, the brush member 11 has a constant bristle length L1, density, and thickness, as shown in Figure 5(a). Furthermore, while the brush member 11 is actually bent along the surface of the photosensitive drum 1 as shown in Figure 5(b), Figure 16 shows the bristles inserted into the photosensitive drum 1, ignoring interference with the photosensitive drum 1.

図16を用いてブラシ部材11の感光ドラム1に対するブラシ部材11の侵入量:δの関係性を記述する。図中、感光ドラム1の回転軸線Oを座標の原点とする。ブラシ部材11の短手方向SDと平行に延びる座標軸をX軸とし、X軸と直交する座標軸(基布11bの法線方向と平行な方向に延びる軸)をY軸とする。 The relationship between the penetration amount (δ) of the brush member 11 into the photosensitive drum 1 is described using Figure 16. In the figure, the rotation axis O of the photosensitive drum 1 is the origin of the coordinate system. The coordinate axis extending parallel to the short direction SD of the brush member 11 is the X axis, and the coordinate axis perpendicular to the X axis (the axis extending parallel to the normal direction of the base fabric 11b) is the Y axis.

感光ドラム1の回転方向R1においてブラシ部材11の前端(上流端)における、感光ドラム1の表面を表す仮想円C1に対するブラシ部材11の侵入量を、δ1とする。回転方向R1においてブラシ部材11の後端(下流端)における、仮想円C1に対するブラシ部材11の侵入量を、δ2とする。短手方向SDにおいてブラシ部材11の前端と後端との間の中央における、仮想円C1に対するブラシ部材11の侵入量を、δ3とする。
,δ2,δ3とする。このとき、侵入量δ1~δ3は、次の(式4)~(式6)で表される。
(式4) δ1=r×SIN(90-Θ1)-P
(式5) δ2=r×SIN(90-Θ2)-P
(式6) δ3=r×SIN(90-Θ3)-P
ここで、rは感光ドラム1の半径であり、Pは感光ドラム1の回転軸線Oからブラシ部材11の毛材の先端までのY軸方向の距離である。言い換えると、Pは、回転軸線Oからブラシ部材11の基布までのY軸方向の距離L5から、ブラシ部材11の毛丈L1を引いた長さである。(式4)~(式6)の右辺の第1項は、ブラシ部材11の前端、後端、中央に位置する毛材と仮想円C1との交点A1,A2,A3のY座標を表す。
The amount of penetration of the brush member 11 into the imaginary circle C1 representing the surface of the photosensitive drum 1 at the front end (upstream end) of the brush member 11 in the rotation direction R1 of the photosensitive drum 1 is defined as δ1. The amount of penetration of the brush member 11 into the imaginary circle C1 at the rear end (downstream end) of the brush member 11 in the rotation direction R1 is defined as δ2. The amount of penetration of the brush member 11 into the imaginary circle C1 at the center between the front and rear ends of the brush member 11 in the short direction SD is defined as δ3.
, δ2, δ3. In this case, the penetration amounts δ1 to δ3 are expressed by the following (Equation 4) to (Equation 6).
(Formula 4) δ1=r×SIN(90-Θ1)-P
(Formula 5) δ2=r×SIN(90-Θ2)-P
(Formula 6) δ3=r×SIN(90-Θ3)-P
Here, r is the radius of the photosensitive drum 1, and P is the distance in the Y-axis direction from the rotation axis O of the photosensitive drum 1 to the tip of the bristles of the brush member 11. In other words, P is the distance L5 in the Y-axis direction from the rotation axis O to the base fabric of the brush member 11 minus the bristle length L1 of the brush member 11. The first terms on the right-hand sides of (Equation 4) to (Equation 6) represent the Y-coordinates of the intersections A1, A2, and A3 of the bristles located at the front end, rear end, and center of the brush member 11 with the imaginary circle C1.

また、感光ドラム1の回転軸線Oからブラシ部材11と仮想円C1との交点A1,A2,A3を通って延びる直線と、Y軸方向と平行な直線との成す角Θ1,Θ2,Θ3(°)は、次の(式7)~(式9)で表される。
(式7) Θ1=90-ACOS(Q1/r)
(式8) Θ2=90-ACOS(Q2/r)
(式9) Θ3=90-ACOS(Q3/r))
ここで、Q1は感光ドラム1の回転軸線Oからブラシ部材11の前端までのX軸方向の距離である。Q2は感光ドラム1の回転軸線Oからブラシ部材11の後端までのX軸方向の距離である。Q3は感光ドラム1の回転軸線Oからブラシ部材11の中央までのX軸方向の距離である。即ち、Q3=(Q1+Q2)/2である。また、ブラシ部材11の短手幅をL3として、Q2=Q1+L3、Q3=Q1+L3/2である。また、ACOSは逆三角関数(余弦の逆関数)である。
Furthermore, the angles Θ1, Θ2, Θ3 (°) formed by a line extending from the rotation axis O of the photosensitive drum 1 through the intersections A1, A2, A3 between the brush member 11 and the imaginary circle C1 and a line parallel to the Y-axis direction are expressed by the following equations (7) to (9).
(Formula 7) Θ1=90-ACOS(Q1/r)
(Formula 8) Θ2=90-ACOS(Q2/r)
(Formula 9) Θ3=90-ACOS(Q3/r))
Here, Q1 is the distance in the X-axis direction from the rotation axis O of the photosensitive drum 1 to the front end of the brush member 11. Q2 is the distance in the X-axis direction from the rotation axis O of the photosensitive drum 1 to the rear end of the brush member 11. Q3 is the distance in the X-axis direction from the rotation axis O of the photosensitive drum 1 to the center of the brush member 11. That is, Q3 = (Q1 + Q2)/2. Furthermore, if the short side width of the brush member 11 is L3, then Q2 = Q1 + L3 and Q3 = Q1 + L3/2. Furthermore, ACOS is an inverse trigonometric function (the inverse cosine function).

本実施形態の実施例におけるブラシ部材11の侵入量は、ブラシ前端でδ1=1.6(mm)、中央でδ3=1.2(mm)、ブラシ後端でδ2=0.45(mm)とした。即ち、感光ドラム1の回転方向R1におけるブラシ部材11の上流端の侵入量(δ1)が、ブラシ部材11の下流端の侵入量(δ2)よりも大きく、且つ、δ2>0となるように構成した。また、感光ドラム1の半径rは、12mmとした。また、Θ3を、感光ドラム1に対するブラシ部材11の当接角度とする。本実施形態の実施例では、当接角度Θ3が16°となるように設定した。 In this example of the present embodiment, the penetration depth of the brush member 11 was δ1 = 1.6 (mm) at the front end of the brush, δ3 = 1.2 (mm) at the center, and δ2 = 0.45 (mm) at the rear end of the brush. In other words, the penetration depth (δ1) at the upstream end of the brush member 11 in the rotation direction R1 of the photosensitive drum 1 was greater than the penetration depth (δ2) at the downstream end of the brush member 11, and δ2 > 0. The radius r of the photosensitive drum 1 was 12 mm. Θ3 is the contact angle of the brush member 11 with the photosensitive drum 1. In this example of the present embodiment, the contact angle Θ3 was set to 16°.

本実施形態においてもブラシ部材11にブラシ電圧を印加することが好ましい。ブラシ電圧は、例えば第1実施形態と同様に-350Vに設定する。また、本実施形態においても、ブラシ部材11のクラーク‐エバンス指数wはw≧1であることが望ましい。 In this embodiment, it is also preferable to apply a brush voltage to the brush member 11. The brush voltage is set to, for example, -350 V, as in the first embodiment. Also, in this embodiment, it is also preferable that the Clark-Evans index w of the brush member 11 be w≧1.

(検証実験)
本実施形態の構成により帯電不良を防止できることを検証するため、ブラシ部材11の構成及び感光ドラム1との接触条件が異なる複数の構成例において、帯電不良が発生するか否かを確認する実験を行った。下記の表7は、各構成例の接触条件と帯電不良の有無を表す。実験環境、出力画像、サンプル画像、帯電不良の評価方法は、第1実施形態と共通である。
(Verification experiment)
To verify that the configuration of this embodiment can prevent charging defects, experiments were conducted to confirm whether charging defects occurred in several configuration examples with different brush member 11 configurations and different contact conditions with the photosensitive drum 1. Table 7 below shows the contact conditions and whether charging defects occurred in each configuration example. The experimental environment, output image, sample image, and method for evaluating charging defects were the same as those in the first embodiment.

・本実施形態の実施例として説明した構成を構成例4-1とする。
・構成例4-2は、ブラシ部材11の前端から後端にかけて侵入量が一定となる(δ1=δ3=δ2)構成である。
・構成例4-3は、ブラシ部材11の前端から後端にかけて侵入量が増加する(δ1<δ3<δ2)構成である。
・構成例4-4は、ブラシ部材11の前端から後端にかけて侵入量が減少するが、構成例4-1に比べて減少の度合いが緩やかな構成である。
The configuration described as an example of this embodiment is referred to as configuration example 4-1.
In configuration example 4-2, the amount of penetration is constant from the front end to the rear end of the brush member 11 (δ1=δ3=δ2).
In configuration example 4-3, the amount of penetration increases from the front end to the rear end of the brush member 11 (δ1<δ3<δ2).
In configuration example 4-4, the amount of penetration decreases from the front end to the rear end of the brush member 11, but the rate of decrease is more gradual than in configuration example 4-1.

各構成例における侵入量の差は、例えば、ブラシ部材11の短手幅L3を短手方向SDに三等分した領域毎に毛丈L1を互いに異なる値に設定する(毛丈が三段階で変化する構成とする)ことで設定される。例えば構成例4-3では、ブラシ前端側からブラシ後端側に向かって毛丈が長くなる。 The difference in penetration amount between each configuration example is set, for example, by dividing the lateral width L3 of the brush member 11 into three equal parts in the lateral direction SD, and setting the bristle length L1 to a different value for each of these three regions (a configuration in which the bristle length changes in three stages). For example, in configuration example 4-3, the bristle length increases from the front end of the brush to the rear end of the brush.

表7に示すように、構成例4-1では黒ポチが発生せず、帯電不良を防止できることが確認できた。一方、構成例4-2、4-3では、帯電不良が発生した。構成例4-1では軽微な帯電不良が発生した。 As shown in Table 7, no black spots occurred in Configuration Example 4-1, confirming that poor charging could be prevented. On the other hand, poor charging occurred in Configuration Examples 4-2 and 4-3. Slight poor charging occurred in Configuration Example 4-1.

構成例4-2,4-3では、ブラシ後端の侵入量δ2がブラシ前端の侵入量δ1と同等又はδ1より大きい構成となっている。構成例4-2,4-3で帯電不良が発生したのは、ブラシ後端部における接触圧又は接触面積率が高すぎるために、トナーがスジ状にブラシ部材11を抜けたからだと考えられる。 In configuration examples 4-2 and 4-3, the penetration amount δ2 at the rear end of the brush is equal to or greater than the penetration amount δ1 at the front end of the brush. Poor charging in configuration examples 4-2 and 4-3 is thought to be due to the toner passing through the brush member 11 in a streaky manner because the contact pressure or contact area ratio at the rear end of the brush was too high.

これに対し、ブラシ後端の侵入量δ2がブラシ前端の侵入量δ1より小さい構成例4-1,4-4で帯電不良が発生しない又は軽微となったのは、ブラシ後端部における接触圧及び接触面積率が低いことでトナーを散らすことができたからだと考えられる。 In contrast, in configuration examples 4-1 and 4-4, where the brush rear end penetration amount δ2 is smaller than the brush front end penetration amount δ1, no or only minor charging defects occurred. This is thought to be because the low contact pressure and contact area ratio at the brush rear end allowed the toner to be dispersed.

また、ブラシ前端とブラシ後端の侵入量δ1,δ2の比δ2/δ1が構成例4-1よりも大きい構成例4-4では、軽微な帯電不良が発生した。このことから、ブラシ前端とブラシ後端の侵入量δ1,δ2の比δ2/δ1が小さいことが好ましい。例えばδ2/δ1<0.69が好ましい。また、構成例4-1よりブラシ前端とブラシ後端の侵入量δ1,δ2の差(δ1-δ2)が構成例4-1よりも小さい構成例4-4で軽微な帯電不良が発生したことから、δ1,δ2の差(δ1-δ2)は大きいことが好ましい。例えばδ1-δ2>0.4が好ましい。 Furthermore, in configuration example 4-4, where the ratio δ2/δ1 of the penetration amounts δ1 and δ2 at the front and rear ends of the brush was larger than in configuration example 4-1, minor charging defects occurred. For this reason, it is preferable that the ratio δ2/δ1 of the penetration amounts δ1 and δ2 at the front and rear ends of the brush is small. For example, δ2/δ1 < 0.69 is preferable. Furthermore, since minor charging defects occurred in configuration example 4-4, where the difference (δ1 - δ2) between the penetration amounts δ1 and δ2 at the front and rear ends of the brush was smaller than in configuration example 4-1, it is preferable that the difference between δ1 and δ2 (δ1 - δ2) is large. For example, δ1 - δ2 > 0.4 is preferable.

表7には、ブラシ部材11の前端、後端、中央の侵入量δ1~δ3の間の比率を示している。各比率が1未満のとき、感光ドラム1の回転方向R1の上流側から下流側に向かってブラシ部材11の侵入量が減少することを表す。この場合において、比率が1に近いほど侵入量の減少は緩やか(減少率が小さい)であり、比率が0に近いほど侵入量の減少は急激(減少率が大きい)である。 Table 7 shows the ratios between the penetration amounts δ1 to δ3 at the front end, rear end, and center of the brush member 11. When each ratio is less than 1, it indicates that the penetration amount of the brush member 11 decreases from the upstream side to the downstream side in the rotation direction R1 of the photosensitive drum 1. In this case, the closer the ratio is to 1, the more gradual the decrease in penetration amount (the smaller the rate of decrease), and the closer the ratio is to 0, the more rapid the decrease in penetration amount (the larger the rate of decrease).

構成例4-1,4-4において帯電不良が抑制されることから、1>δ3/δ1>δ2/δ3の関係が成り立つと好ましい。この関係は、ブラシ前端からブラシ中央までの侵入量の減少率は比較的小さく、ブラシ中央からブラシ後端までの侵入量の減少率が比較的大きいことを意味する。この構成によると、侵入量が大きい部分であるブラシ部材11の中央よりも上流側の部分で、トナーをしっかりと摩擦帯電して正規極性化することができる。また、ブラシ部材11の中央よりも下流側の部分で侵入量が小さくなるので、トナーを散らしてスジ状に抜けることを防ぐことができる。 Since poor charging is suppressed in configuration examples 4-1 and 4-4, it is preferable for the relationship 1 > δ3/δ1 > δ2/δ3 to hold. This relationship means that the rate of decrease in the penetration amount from the front end of the brush to the center of the brush is relatively small, and the rate of decrease in the penetration amount from the center of the brush to the rear end of the brush is relatively large. With this configuration, the toner can be firmly triboelectrically charged and normalized in the area upstream of the center of the brush member 11, where the penetration amount is large. Furthermore, because the penetration amount is smaller in the area downstream of the center of the brush member 11, it is possible to prevent the toner from scattering and coming off in streaks.

以上説明したように、本実施形態の構成によっても、長期間に亘って帯電不良の発生を抑制することができる。 As explained above, the configuration of this embodiment can also suppress the occurrence of charging defects over a long period of time.

<第5実施形態>
本実施形態では、感光ドラム1の外径が変化した場合でも、ブラシ部材11が感光ドラム1に対して適切な侵入量で接触する条件を検討する。以下、第1、第4実施形態と共通の符号を付した要素は、第1、第4実施形態で説明したものと実質的に同一の構成及び作用を有するものとし、第1、第4実施形態と異なる部分を主に説明する。
Fifth Embodiment
In this embodiment, we consider the conditions under which the brush member 11 contacts the photosensitive drum 1 with an appropriate penetration amount even when the outer diameter of the photosensitive drum 1 changes. Hereinafter, elements with the same reference numerals as those in the first and fourth embodiments have substantially the same configurations and functions as those described in the first and fourth embodiments, and the following mainly describes the parts that differ from the first and fourth embodiments.

本実施形態のブラシ部材11は、第1、第4実施形態の実施例で説明したものを使用する。即ち、ブラシ部材11は、図5(a)に示すように毛材の毛丈L1、密度、太さが一定である。感光ドラム1に対するブラシ部材11の侵入量δ1~δ3の定義、ブラシ部材11の当接角度Θ3の定義は、第4実施形態で説明したものと同じである。 The brush member 11 used in this embodiment is the same as that described in the examples of the first and fourth embodiments. That is, the brush member 11 has a constant bristle length L1, density, and thickness, as shown in Figure 5(a). The definitions of the penetration amounts δ1 to δ3 of the brush member 11 into the photosensitive drum 1 and the definition of the contact angle Θ3 of the brush member 11 are the same as those described in the fourth embodiment.

本実施形態では、ブラシ部材11の侵入量を、ブラシ前端でδ1=1.6(mm)、中央でδ3=1.2(mm)で固定し、外径の異なる感光ドラム1に対して当接角度Θ3を調節することでブラシ後端での侵入量δ2を制御した。検討した感光ドラム1の半径rは、6mmから24mmまでの範囲のものである。 In this embodiment, the penetration depth of the brush member 11 was fixed at δ1 = 1.6 (mm) at the front end of the brush and δ3 = 1.2 (mm) at the center, and the penetration depth δ2 at the rear end of the brush was controlled by adjusting the contact angle Θ3 for photosensitive drums 1 with different outer diameters. The radius r of the photosensitive drums 1 examined ranged from 6 mm to 24 mm.

本実施形態においてもブラシ部材11にブラシ電圧を印加することが好ましい。ブラシ電圧は、例えば第1実施形態と同様に-350Vに設定する。また、本実施形態においても、ブラシ部材11のクラーク‐エバンス指数wはw≧1であることが望ましい。 In this embodiment, it is also preferable to apply a brush voltage to the brush member 11. The brush voltage is set to, for example, -350 V, as in the first embodiment. Also, in this embodiment, it is also preferable that the Clark-Evans index w of the brush member 11 be w≧1.

(検証実験)
本実施形態の構成により帯電不良を防止できることを検証するため、感光ドラム1の外径が異なる複数の構成例において、帯電不良が発生するか否かを確認する実験を行った。下記の表8は、ブラシ中央の侵入量δ3を1.2mm、当接角度Θ3を16°で固定した場合の接触条件と帯電不良の有無を表す。表9は、当接角度Θ3を調整してδ1=1.6、δ3=1.2とした場合の接触条件と帯電不良の有無を表す。実験環境、出力画像、サンプル画像、帯電不良の評価方法は、第1実施形態と共通である。
(Verification experiment)
To verify that the configuration of this embodiment can prevent charging defects, experiments were conducted to confirm whether charging defects occurred in several configuration examples with different outer diameters of the photosensitive drum 1. Table 8 below shows the contact conditions and whether charging defects occurred when the brush center penetration δ3 was fixed at 1.2 mm and the contact angle Θ3 was fixed at 16°. Table 9 shows the contact conditions and whether charging defects occurred when the contact angle Θ3 was adjusted to δ1 = 1.6 and δ3 = 1.2. The experimental environment, output image, sample image, and charging defect evaluation method were the same as those in the first embodiment.

表8に示すように、ブラシ部材11の当接角度Θ3を16°で固定した場合は、感光ドラム1の半径rが10mm未満の場合に帯電不良が発生し、半径rが10mmの場合には軽微な帯電不良が発生した。一方、感光ドラム1の半径rが10mmより大きい場合には帯電不良が発生しなかった。 As shown in Table 8, when the contact angle Θ3 of the brush member 11 was fixed at 16°, charging defects occurred when the radius r of the photosensitive drum 1 was less than 10 mm, and minor charging defects occurred when the radius r was 10 mm. On the other hand, no charging defects occurred when the radius r of the photosensitive drum 1 was greater than 10 mm.

感光ドラム1の半径rが小さいほど、δ3=1.2(mm)、Θ3=16(°)の条件でブラシ部材11を当接させたときのブラシ前端の侵入量δ1が小さくなる。そのため、感光ドラム1の半径rが小さいほど、ブラシ前端の侵入量δ1に対するブラシ中央の侵入量δ3の比(δ3/δ1)が大きくなる。つまり、感光ドラム1の半径rが小さいほど、δ3/δ1が1に近く、ブラシ中央部の接触状態(接触圧、接触面積率等)がブラシ前端部の接触状態と近くなる。 The smaller the radius r of the photosensitive drum 1, the smaller the penetration amount δ1 of the front end of the brush when the brush member 11 is brought into contact under the conditions of δ3 = 1.2 (mm) and Θ3 = 16 (°). Therefore, the smaller the radius r of the photosensitive drum 1, the greater the ratio (δ3/δ1) of the penetration amount δ3 of the center of the brush to the penetration amount δ1 of the front end of the brush. In other words, the smaller the radius r of the photosensitive drum 1, the closer δ3/δ1 is to 1, and the contact condition (contact pressure, contact area ratio, etc.) of the center of the brush becomes closer to the contact condition of the front end of the brush.

感光ドラム1の半径rが小さい場合、侵入量が大きいブラシ前端部でトナーが偏った状態となった後、ブラシ中央部でもトナーの偏りが解消されにくくなっていると考えられる。そして、ブラシ後端部だけではトナーを十分に散らすことができず、ブラシ部材11をスジ状にトナーが抜けてしまう。その結果、感光ドラム1の半径rが10mm未満の場合に帯電不良が発生したと考えられる。一方、感光ドラム1の半径rが10mmより大きい場合は、δ3/δ1が相対的に小さいため、ブラシ中央部がトナーを散らすことに貢献してトナーがスジ状に抜けにくくなり、帯電不良が抑制されたと考えられる。 When the radius r of the photosensitive drum 1 is small, it is thought that after the toner becomes unevenly distributed at the front end of the brush, where the penetration amount is large, the uneven distribution of toner becomes difficult to eliminate even at the center of the brush. The rear end of the brush alone is unable to sufficiently distribute the toner, and the toner escapes from the brush member 11 in streaks. As a result, it is thought that poor charging occurs when the radius r of the photosensitive drum 1 is less than 10 mm. On the other hand, when the radius r of the photosensitive drum 1 is greater than 10 mm, δ3/δ1 is relatively small, so the center of the brush contributes to dispersing the toner, making it less likely for the toner to escape in streaks, thereby suppressing poor charging.

このことから、ブラシ前端の侵入量δ1に対するブラシ中央の侵入量δ3の比(δ3/δ1)は、δ3/δ1≦0.77が好ましく、δ3/δ1≦0.75がより好ましいと考えられる。 From this, it is believed that the ratio of the penetration depth δ3 at the center of the brush to the penetration depth δ1 at the front end of the brush (δ3/δ1) is preferably δ3/δ1≦0.77, and more preferably δ3/δ1≦0.75.

そこで、表9に示すように、半径rが異なる感光ドラム1のそれぞれについてδ3/δ1=0.75となるように当接角度Θ3を設定すると、感光ドラム1の半径rが8mm及び10mmの場合でも帯電不良は発生しなかった。 Therefore, as shown in Table 9, when the contact angle Θ3 was set so that δ3/δ1 = 0.75 for each photosensitive drum 1 with a different radius r, no charging defects occurred even when the radius r of the photosensitive drum 1 was 8 mm and 10 mm.

なお、検証に用いた短手幅L3が4mmのブラシ部材では、感光ドラム1の半径rが6mmの場合にδ3/δ1≦0.75の関係を満たそうとするとブラシ後端が感光ドラム1の表面から浮いてしまう。その結果、r=6の場合には帯電不良が発生した。 In the case of the brush member used in the verification, which had a short side width L3 of 4 mm, when the radius r of the photosensitive drum 1 was 6 mm and the relationship δ3/δ1≦0.75 was attempted to be satisfied, the rear end of the brush would float above the surface of the photosensitive drum 1. As a result, poor charging occurred when r = 6.

また、表9の結果から、ブラシ前端の侵入量δ1に対するブラシ後端の侵入量δ2の比(δ2/δ1)は、0.14≦δ2/δ1≦0.38の範囲が好ましい。この範囲内となるように、ブラシ前端の侵入量に比べてブラシ後端の侵入量を小さくすることで、ブラシ部材11の前端側でトナーをしっかりと摩擦帯電しつつ後端側でトナーを均一に散らして、帯電不良の発生を抑制することができる。 Furthermore, from the results in Table 9, it is preferable that the ratio of the penetration depth δ2 at the rear end of the brush to the penetration depth δ1 at the front end of the brush (δ2/δ1) be in the range of 0.14≦δ2/δ1≦0.38. By making the penetration depth at the rear end of the brush smaller than the penetration depth at the front end so that it is within this range, the toner can be firmly frictionally charged at the front end of the brush member 11 while being evenly dispersed at the rear end, thereby preventing poor charging.

(他の実施形態)
上述の各実施形態では、感光ドラム1(像担持体)から被転写体としてのシート(記録材)に直接トナー像を転写する直接転写方式の構成を説明したが、本技術は、中間転写方式の画像形成装置に適用してもよい。中間転写方式の場合、転写部材とは、例えば像担持体としての感光ドラム1から被転写体としての中間転写体にトナー像を一次転写する転写ローラ(一次転写ローラ)を指す。中間転写体としては、複数のローラに張架された無端状のベルト部材を用いることができる。中間転写体に一次転写されたトナー像は、中間転写体との間に二次転写ニップ部を形成する二次転写ローラ等の二次転写手段により、中間転写体からシート(記録材)に二次転写される。このような中間転写方式の構成においても、上述の実施形態における転写ローラを一次転写ローラに置き換えることで、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。
(Other embodiments)
In the above-described embodiments, a direct transfer configuration in which a toner image is directly transferred from the photosensitive drum 1 (image carrier) to a sheet (recording material) as a transfer recipient has been described. However, the present technology may also be applied to an intermediate transfer image forming apparatus. In the intermediate transfer configuration, the transfer member refers to, for example, a transfer roller (primary transfer roller) that primarily transfers the toner image from the photosensitive drum 1 as an image carrier to an intermediate transfer material as a transfer recipient. The intermediate transfer material may be an endless belt member stretched over multiple rollers. The toner image primarily transferred to the intermediate transfer material is then secondarily transferred from the intermediate transfer material to the sheet (recording material) by a secondary transfer means, such as a secondary transfer roller that forms a secondary transfer nip between the intermediate transfer material and the belt. Even in such an intermediate transfer configuration, the same effects as those of the above-described embodiments can be achieved by replacing the transfer roller in the above-described embodiments with a primary transfer roller.

また、各実施形態においては、主にブラシ部材とトナーの摩擦による摩擦帯電による電荷付与に関して説明したが、電荷付与の方法はこれに限らず、例えば、ブラシ部材を介してトナーに電荷を注入する注入帯電を行う構成としてもよい。つまり、電荷の付与方法によらず、像担持体に担持されてブラシ接触部に到達する前の残トナーの電荷分布に比べて、ブラシ接触部を通過した後且つ帯電部到達前の残トナーの電荷分布を正規極性側に偏らせることが可能なブラシ部材であればよい。 In addition, while each embodiment has been described primarily with regard to charge impartation through frictional charging caused by friction between the brush member and toner, the charge imparting method is not limited to this, and for example, a configuration in which charge is injected into the toner via the brush member may also be used. In other words, regardless of the charge imparting method, any brush member may be used that can bias the charge distribution of the remaining toner after it has passed the brush contact portion and before it reaches the charging portion toward the normal polarity, compared to the charge distribution of the remaining toner carried on the image carrier and before it reaches the brush contact portion.

1…像担持体(感光ドラム)/2…帯電部材(帯電ローラ)/5…転写部材(転写ローラ)/11…ブラシ部材/41…現像部材(現像ローラ) 1... Image carrier (photosensitive drum) / 2... Charging member (charging roller) / 5... Transfer member (transfer roller) / 11... Brush member / 41... Development member (developing roller)

Claims (22)

回転する像担持体と、
前記像担持体と接触して帯電部を形成し、前記帯電部において前記像担持体の表面をトナーの正規帯電極性と同極性に帯電させる帯電部材と、
前記像担持体の表面に形成された静電潜像を、前記トナーを用いて現像する現像部材と、
前記現像部材により現像されたトナー像を転写部において前記像担持体から被転写体へ転写する転写部材と、
前記像担持体の回転方向において前記転写部より下流且つ前記帯電部より上流の接触部において前記像担持体の表面と接触するように配置され、前記被転写体に転写されなかったトナーに前記正規帯電極性の電荷を付与するブラシ部材と、
を備え、前記被転写体に転写されなかったトナーを前記現像部材によって回収する画像形成装置において、
前記回転方向において前記接触部における前記ブラシ部材の上流端における前記ブラシ部材と前記像担持体との接触圧は、前記回転方向において前記接触部における前記ブラシ部材の下流端における前記接触圧よりも高く、
前記ブラシ部材の前記上流端における前記ブラシ部材と前記像担持体との接触面積率は、前記ブラシ部材の前記下流端における前記接触面積率よりも大きい、
ことを特徴とする画像形成装置。
a rotating image carrier;
a charging member that contacts the image carrier to form a charging section, and that charges the surface of the image carrier to the same polarity as the normal charging polarity of the toner in the charging section;
a developing member that develops the electrostatic latent image formed on the surface of the image carrier using the toner ;
a transfer member that transfers the toner image developed by the developing member from the image carrier to a transfer-receiving member in a transfer section;
a brush member that is disposed so as to come into contact with the surface of the image carrier at a contact portion that is downstream of the transfer portion and upstream of the charging portion in the rotation direction of the image carrier, and that applies a charge of the normal charging polarity to the toner that has not been transferred to the transfer target;
an image forming apparatus comprising: a developing member for recovering toner that has not been transferred to the transfer object;
a contact pressure between the brush member and the image carrier at an upstream end of the brush member at the contact portion in the rotation direction is higher than a contact pressure between the brush member and the image carrier at a downstream end of the brush member at the contact portion in the rotation direction,
a contact area ratio between the brush member and the image carrier at the upstream end of the brush member is greater than a contact area ratio between the brush member and the image carrier at the downstream end of the brush member;
An image forming apparatus characterized by:
前記接触圧及び前記接触面積率は、前記回転方向における前記上流端から前記下流端に向かって単調に減少する、
ことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
the contact pressure and the contact area ratio monotonically decrease from the upstream end to the downstream end in the rotation direction.
2. The image forming apparatus according to claim 1, wherein the image forming apparatus is a recording medium.
前記接触圧の最大値と最小値との差は、0.6gf/mm以上1.5gf/mm以下であり、
前記接触面積率の最大値と最小値との差は、15%以上40%以下である、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の画像形成装置。
the difference between the maximum and minimum values of the contact pressure is 0.6 gf/ mm² or more and 1.5 gf/ mm² or less,
The difference between the maximum value and the minimum value of the contact area ratio is 15% or more and 40% or less.
3. The image forming apparatus according to claim 1, wherein the image forming apparatus is a recording medium.
前記接触圧の最大値は、0.7gf/mm以上3.5gf/mm以下であり、
前記接触面積率の最大値は、18%以上74%以下である、
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の画像形成装置。
the maximum value of the contact pressure is 0.7 gf/mm 2 or more and 3.5 gf/mm 2 or less,
The maximum value of the contact area ratio is 18% or more and 74% or less.
4. The image forming apparatus according to claim 1, wherein the image forming apparatus is a recording medium.
前記接触圧の最大値は、1.4gf/mm以上2.8gf/mm以下であり、
前記接触面積率の最大値は、32%以上60%以下である、
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の画像形成装置。
the maximum value of the contact pressure is 1.4 gf/mm 2 or more and 2.8 gf/mm 2 or less,
The maximum value of the contact area ratio is 32% or more and 60% or less.
4. The image forming apparatus according to claim 1, wherein the image forming apparatus is a recording medium.
前記ブラシ部材は、前記像担持体の回転軸線方向と平行な長手方向及び前記長手方向と直交する短手方向に広がる基部と、前記基部に支持され前記像担持体の表面と接触する毛材と、を有し、
前記ブラシ部材は、前記回転方向の下流に向かうほど前記像担持体から前記基部が離れるように、前記像担持体に対して傾斜して配置される、
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の画像形成装置。
the brush member has a base portion extending in a longitudinal direction parallel to the rotation axis direction of the image carrier and in a lateral direction perpendicular to the longitudinal direction, and bristles supported by the base portion and in contact with the surface of the image carrier,
the brush member is disposed at an angle with respect to the image carrier such that the base portion thereof becomes farther away from the image carrier toward the downstream side in the rotation direction;
6. The image forming apparatus according to claim 1, wherein the image forming apparatus is a recording medium.
前記回転軸線方向に見た場合に、前記回転軸線及び前記短手方向における前記基部の中央を通る直線を第1の直線として、前記第1の直線と直交する第2の直線と、前記基部に沿って前記短手方向に延びる第3の直線と、の間の角度は、8°以上16°以下である、
ことを特徴とする請求項6に記載の画像形成装置。
When viewed in the direction of the rotation axis, a line passing through the rotation axis and the center of the base in the short-side direction is defined as a first line, and an angle between a second line perpendicular to the first line and a third line extending in the short-side direction along the base is equal to or greater than 8° and equal to or less than 16°.
7. The image forming apparatus according to claim 6, wherein the image forming apparatus is a recording medium.
前記ブラシ部材は、前記像担持体の表面と接触する毛材を有し、
前記ブラシ部材の前記上流端における前記毛材の密度は、前記ブラシ部材の前記下流端における前記毛材の密度より高い、
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の画像形成装置。
the brush member has bristles that come into contact with the surface of the image carrier;
the density of the bristles at the upstream end of the brush member is higher than the density of the bristles at the downstream end of the brush member;
6. The image forming apparatus according to claim 1, wherein the image forming apparatus is a recording medium.
前記ブラシ部材は、前記像担持体の表面と接触する毛材を有し、
前記ブラシ部材の前記上流端における前記毛材の太さは、前記ブラシ部材の前記下流端における前記毛材の太さより大きい、
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の画像形成装置。
the brush member has bristles that come into contact with the surface of the image carrier;
the thickness of the bristles at the upstream end of the brush member is greater than the thickness of the bristles at the downstream end of the brush member;
6. The image forming apparatus according to claim 1, wherein the image forming apparatus is a recording medium.
前記ブラシ部材の前記上流端における前記像担持体の表面に対する前記ブラシ部材の侵入量をδ1(mm)とし、前記回転方向において前記ブラシ部材の前記下流端における前記侵入量をδ2(mm)として、
δ1>δ2>0である、
ことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の画像形成装置。
Let δ1 (mm) be the penetration amount of the brush member into the surface of the image carrier at the upstream end of the brush member, and δ2 (mm) be the penetration amount of the brush member at the downstream end of the brush member in the rotation direction,
δ1>δ2>0;
10. The image forming apparatus according to claim 1, wherein the image forming apparatus is a recording medium.
回転する像担持体と、
前記像担持体と接触して帯電部を形成し、前記帯電部において前記像担持体の表面をトナーの正規帯電極性と同極性に帯電させる帯電部材と、
前記像担持体の表面に形成された静電潜像を、前記トナーを用いて現像する現像部材と、
前記現像部材により現像されたトナー像を転写部において前記像担持体から被転写体へ転写する転写部材と、
前記像担持体の回転方向において前記転写部より下流且つ前記帯電部より上流の接触部において前記像担持体の表面と接触するように配置され、前記被転写体に転写されなかったトナーに前記正規帯電極性の電荷を付与するブラシ部材と、
を備え、前記被転写体に転写されなかったトナーを前記現像部材によって回収する画像形成装置において、
前記回転方向において前記接触部における前記ブラシ部材の上流端における前記像担持体の表面に対する前記ブラシ部材の侵入量をδ1(mm)とし、前記回転方向において前記接触部における前記ブラシ部材の下流端における前記侵入量をδ2(mm)として、
δ1>δ2>0である、
ことを特徴とする画像形成装置。
a rotating image carrier;
a charging member that contacts the image carrier to form a charging section, and that charges the surface of the image carrier to the same polarity as the normal charging polarity of the toner in the charging section;
a developing member that develops the electrostatic latent image formed on the surface of the image carrier using the toner ;
a transfer member that transfers the toner image developed by the developing member from the image carrier to a transfer-receiving member in a transfer section;
a brush member that is disposed so as to come into contact with the surface of the image carrier at a contact portion that is downstream of the transfer portion and upstream of the charging portion in the rotation direction of the image carrier, and that applies a charge of the normal charging polarity to the toner that has not been transferred to the transfer target;
an image forming apparatus comprising: a developing member for recovering toner that has not been transferred to the transfer object;
Let δ1 (mm) be the penetration amount of the brush member into the surface of the image carrier at the upstream end of the brush member at the contact portion in the rotation direction, and δ2 (mm) be the penetration amount of the brush member at the downstream end of the brush member at the contact portion in the rotation direction,
δ1>δ2>0;
An image forming apparatus characterized by:
前記像担持体の回転軸線方向と直交する前記ブラシ部材の短手方向において、前記ブラシ部材の前記上流端と前記下流端との中央における前記侵入量をδ3(mm)として、
1>δ3/δ1>δ2/δ3である、
ことを特徴とする請求項10又は11に記載の画像形成装置。
The penetration amount at the center between the upstream end and the downstream end of the brush member in the short direction of the brush member perpendicular to the rotation axis direction of the image carrier is δ3 (mm),
1>δ3/δ1>δ2/δ3,
12. The image forming apparatus according to claim 10, wherein the image forming apparatus is a recording medium.
前記像担持体の半径をr(mm)として、r>6の範囲において、
0.14≦δ2/δ1≦0.38、且つ、δ3/δ1≦0.75である、
ことを特徴とする請求項10乃至12のいずれか1項に記載の画像形成装置。
When the radius of the image carrier is r (mm), in the range of r>6,
0.14≦δ2/δ1≦0.38 and δ3/δ1≦0.75;
13. The image forming apparatus according to claim 10, wherein the image forming apparatus is a recording medium.
前記ブラシ部材の前記上流端から前記下流端において、前記侵入量は単調減少するように構成される、
ことを特徴とする請求項11乃至13のいずれか1項に記載の画像形成装置。
The penetration amount is configured to monotonically decrease from the upstream end to the downstream end of the brush member.
14. The image forming apparatus according to claim 11, wherein the image forming apparatus is a recording medium.
前記ブラシ部材に前記正規帯電極性と同極性の電圧を印加する電圧印加手段を更に備える、
ことを特徴とする請求項1乃至14のいずれか1項に記載の画像形成装置。
a voltage applying means for applying a voltage having the same polarity as the normal charging polarity to the brush member;
15. The image forming apparatus according to claim 1, wherein the image forming apparatus is a recording medium.
前記電圧印加手段が前記ブラシ部材に印加する電圧の値は、前記ブラシ部材との接触部に到達する前記像担持体の表面電位に対して前記正規帯電極性と同じ側である、
ことを特徴とする請求項15に記載の画像形成装置。
a value of the voltage applied to the brush member by the voltage application means is on the same side as the normal charging polarity with respect to the surface potential of the image carrier that reaches the contact portion with the brush member;
16. The image forming apparatus according to claim 15.
帯電系列において、前記トナーは、前記ブラシ部材に対して前記正規帯電極性と同じ側に位置する、
ことを特徴とする請求項1乃至16のいずれか1項に記載の画像形成装置。
In the triboelectric series, the toner is located on the same side as the normal charging polarity with respect to the brush member.
17. The image forming apparatus according to claim 1, wherein the image forming apparatus is a recording medium.
前記帯電部材の周速度は、前記像担持体の周速度より速く、
帯電系列において、前記トナーは、前記帯電部材の表層の材質及び前記像担持体の表層の材質に対して前記正規帯電極性と同じ側に位置する、
ことを特徴とする請求項17に記載の画像形成装置。
the peripheral speed of the charging member is faster than the peripheral speed of the image bearing member,
In the triboelectric series, the toner is located on the same side as the normal charging polarity with respect to the material of the surface layer of the charging member and the material of the surface layer of the image bearing member.
18. The image forming apparatus according to claim 17.
前記ブラシ部材と前記像担持体との接触部における前記ブラシ部材のクラーク‐エバンス指数は、1以上である、
ことを特徴とする請求項1乃至18のいずれか1項に記載の画像形成装置。
a Clark-Evans index of the brush member at a contact portion between the brush member and the image carrier is 1 or more;
19. The image forming apparatus according to claim 1, wherein the image forming apparatus is a recording medium.
前記像担持体の回転軸線方向と直交する前記ブラシ部材の短手方向における前記ブラシ部材の長さは、3mm以上であり、
前記ブラシ部材の毛材は、太さが1デニール以上6デニール以下の合成樹脂繊維であり、
前記毛材の密度は、150kF/inch以上350kF/inch以下である、
ことを特徴とする請求項1乃至19のいずれか1項に記載の画像形成装置。
a length of the brush member in a lateral direction of the brush member perpendicular to the rotation axis direction of the image carrier is 3 mm or more;
The bristles of the brush member are synthetic resin fibers having a thickness of 1 denier or more and 6 denier or less,
The density of the bristle material is 150 kF/inch 2 or more and 350 kF/inch 2 or less,
20. The image forming apparatus according to claim 1, wherein the image forming apparatus is a recording medium.
前記被転写体は、記録材である、
ことを特徴とする請求項1乃至20のいずれか1項に記載の画像形成装置。
the transfer medium is a recording material,
21. The image forming apparatus according to claim 1, wherein the image forming apparatus is a recording medium.
前記被転写体は、中間転写体であり、
前記中間転写体に転写されたトナー像を記録材に転写する二次転写手段を更に備える、
ことを特徴とする請求項1乃至20のいずれか1項に記載の画像形成装置。
the transfer medium is an intermediate transfer medium,
a secondary transfer unit that transfers the toner image transferred to the intermediate transfer body onto a recording material;
21. The image forming apparatus according to claim 1, wherein the image forming apparatus is a recording medium.
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