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JP7825992B2 - Image forming device - Google Patents
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JP7825992B2 - Image forming device - Google Patents

Image forming device

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JP7825992B2 JP2021204782A JP2021204782A JP7825992B2 JP 7825992 B2 JP7825992 B2 JP 7825992B2 JP 2021204782 A JP2021204782 A JP 2021204782A JP 2021204782 A JP2021204782 A JP 2021204782A JP 7825992 B2 JP7825992 B2 JP 7825992B2
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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により、帯電ローラの汚染による帯電不良、現像部材による残トナーの回収不良による残像(カブリ像)の発生等、種々の不都合が生じ得る。 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, various problems can occur, mainly due to toner with an irregular polarity, such as poor charging due to contamination of the charging roller and the generation of residual images (fog images) due to poor collection of residual toner by the developing member.

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、像担持体の転写部と帯電部との間において残トナーをブラシ部材に介在させることで残トナーの電荷分布を正規極性で安定化することが考えられる。しかしながら、ブラシ部材と像担持体の接触条件によっては、残トナーが十分に正規極性化されない場合があった。 For this reason, it is conceivable to stabilize the charge distribution of the residual toner at the normal polarity by placing a brush member downstream of the transfer member and upstream of the charging member in the rotational direction of the image carrier, and interposing the residual toner between the transfer section and charging section of the image carrier on the brush member. However, depending on the contact conditions between the brush member and the image carrier, the residual toner may not be sufficiently normalized.

そこで、本発明は、残トナーの電荷分布を正規極性で安定化することが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 therefore aims to provide an image forming device that can stabilize the charge distribution of residual toner at a normal polarity.

本発明の一態様は、回転する像担持体と、前記像担持体の表面に形成された静電潜像を現像部において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現像部より上流の接触部において前記像担持体の表面に接触するブラシ部材と、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、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トナーの正規帯電極性と同じ側に位置し、前記接触部における接触圧の最大値は、0.7gf/mm以上3.5gf/mm以下であり、前記接触部における最大接触面積率は、18%以上74%以下であり、前記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、ことを特徴とする画像形成装置である。 One aspect of the present invention is an image forming apparatus comprising: a rotating image carrier; a developing member that develops an electrostatic latent image formed on the surface of the image carrier using toner in a developing unit; a transfer member that transfers the toner image developed by the developing member from the image carrier to a transfer recipient in a transfer unit; and a brush member that contacts the surface of the image carrier at a contact unit that is downstream of the transfer unit and upstream of the developing unit in the rotation direction of the image carrier, wherein toner that has not been transferred to the transfer recipient is collected by the developing member, the image forming apparatus is characterized in that the toner is located on the same side of the brush member as its normal charge polarity in a triboelectric series, the maximum value of the contact pressure at the contact unit is 0.7 gf/ mm2 or more and 3.5 gf/ mm2 or less, the maximum contact area ratio at the contact unit is 18% or more and 74% or less, and the Clark-Evans index of the brush member at the contact unit is 1 or more.

本発明の他の一態様は、回転する像担持体と、前記像担持体の表面に形成された静電潜像を現像部において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材より下流且つ前記現像部材より上流の接触部において前記像担持体の表面に接触するブラシ部材と、前記ブラシ部材に電圧を印加する電圧印加手段と、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、前記電圧印加手段が前記ブラシ部材に印加する電圧は、前記接触部に到達する前記像担持体の表面電位に対して、前記トナーの正規帯電極性と同じ側であり、前記接触部における接触圧の最大値は、0.7gf/mm以上3.5gf/mm以下であり、前記接触部における最大接触面積率は、18%以上74%以下であり、前記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、ことを特徴とする画像形成装置である。 Another aspect of the present invention is an image forming apparatus comprising: a rotating image carrier; a developing member that develops an electrostatic latent image formed on the surface of the image carrier using toner in a developing unit; a transfer member that transfers the toner image developed by the developing member from the image carrier to a transferee in a transfer unit; a brush member that contacts the surface of the image carrier at a contact portion downstream of the transfer member and upstream of the developing member in the rotation direction of the image carrier; and voltage application means that applies a voltage to the brush member, wherein the toner that has not been transferred to the transferee is collected by the developing member, the voltage applied to the brush member by the voltage application means being on the same side as the normal charging polarity of the toner with respect to the surface potential of the image carrier that reaches the contact portion; a maximum value of the contact pressure at the contact portion is 0.7 gf/ mm2 or more and 3.5 gf/ mm2 or less; a maximum contact area ratio at the contact portion is 18% or more and 74% or less; and a Clark-Evans index of the brush member at the contact portion is 1 or more.

本発明によれば、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。 According to the present invention, the charge distribution of residual toner can be stabilized at a normal polarity.

ブラシ部材のピーク圧及び最大接触面積率を示す図。4 is a diagram showing the peak pressure and the maximum contact area ratio of the brush member; 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実施形態に係るブラシ部材の正面図(a)及び断面部(b、c)。1A is a front view of a brush member according to a first embodiment, and FIG. 1B is a cross-sectional view of the brush member according to the first embodiment. ブラシ部材が受ける垂直抗力の測定方法を示す図。4A and 4B are diagrams showing a method for measuring a normal force acting on a brush member. ガラス板を用いたブラシ部材の観察方法を示す図。10A and 10B are diagrams showing a method for observing a brush member using a glass plate. ピーク圧の算出方法を説明するための図。FIG. 4 is a diagram for explaining a method for calculating a peak pressure. ガラス板を用いて観察されるブラシ接触部の例を示す図(a)、接触面積率の算出方法を説明するための図(b)、クラーク‐エバンス指数の算出方法を説明するための図(c)。FIG. 1A shows an example of a brush contact area observed using a glass plate; FIG. 1B explains a method for calculating the contact area ratio; and FIG. 1C explains a method for calculating the Clark-Evans index. 参考例1に係る画像形成部の模式図。FIG. 4 is a schematic diagram of an image forming unit according to Reference Example 1. 図8の一部を拡大した図。FIG. 9 is an enlarged view of a part of FIG. 8 . 参考例2に係るブラシ接触部の模式図(a)及びブラシ接触部を抜けた感光ドラム表面の模式図(b)。10A is a schematic diagram of a brush contact portion according to Reference Example 2, and FIG. 10B is a schematic diagram of a photosensitive drum surface beyond the brush contact portion. 第1実施形態に係る画像形成部の模式図。FIG. 2 is a schematic diagram of an image forming unit according to the first embodiment. 図11の一部を拡大した図。FIG. 12 is an enlarged view of a part of FIG. 11 . 第2実施形態に係るブラシ部材の模式図。FIG. 10 is a schematic view of a brush member according to a second embodiment. 第2実施形態に係るブラシ部材の模式図。FIG. 10 is a schematic view of a brush member according to a second embodiment. 第2実施形態においてブラシ部材の侵入量を大きくした状態を示す図。FIG. 10 is a diagram showing a state in which the penetration amount of the brush member is increased in the second embodiment. 第3実施形態に係る画像形成部の模式図。FIG. 10 is a schematic diagram of an image forming unit according to a third embodiment. 図16の一部を拡大した図。FIG. 17 is an enlarged view of a part of FIG. 16 .

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。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 Figure 2. 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. The sheet S, which is the recording material, can be a variety of sheets of different sizes and materials, 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。 As shown in FIG. 2, 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 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.

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。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 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が正規極性(正規帯電極性)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 the toner storage unit 45 to the developing roller 41. The agitating member 43 is disposed in the toner storage unit 45 and agitates the toner T in the toner storage unit 45 by rotating. 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 tribo-charged to the regular polarity (regular charging polarity).

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 or flexible fixing film as a first rotating body, a pressure roller as a second rotating body that contacts the first rotating body with a predetermined pressure, and 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 pattern of heating resistors formed on a ceramic substrate.

シート搬送機構は、カセット6、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。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 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 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が図流時計回り方向に回転駆動され、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。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感光ドラム1にレーザ光Lを照射して感光ドラム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 clockwise, and the charging roller 2 uniformly charges the surface of the photosensitive drum 1. The exposure device 3 irradiates the photosensitive drum 1 with laser light L based on image information received from an external device, 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、Vd=-700(V)、Vl=-100(V)である。 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 configuration example of this embodiment, Vd = -700 (V) and Vl = -100 (V).

現像装置4において、トナー収容部35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。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 compartment 35 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. In addition, 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 toner image formed on the surface of the photosensitive drum 1 is transported to the transfer section P5 while still carried by the photosensitive drum 1.

上記プロセスに並行して、カセット6から不図示の給送ユニットにより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。 In parallel with the above process, sheets S are fed one by one from cassette 6 by a feeding unit (not shown) and transported to transfer section P5 by a pair of transport rollers 8. A voltage of positive polarity (transfer voltage), 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.

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の外部に排出される。 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 by the first rotating body heated by the heating means, thereby fixing the image. After passing through fixing device 9, sheet S is discharged outside image forming apparatus 100 by a pair of discharge rollers 12.

(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特有の動作を説明する。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, we will explain the operation unique to the cleanerless brush system using the brush member 11. 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.

(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%又はそれ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 5% or more 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, the non-normal polarity side) than the toner. 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 Fig. 2, 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3(a)は、単体の状態のブラシ部材11の正面図(短手方向の一方側から見た図)である。単体の状態とは、ブラシ部材11が画像形成装置100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3(b)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。図3(c)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 3(a) is a front view (viewed from one side in the short direction) of the brush member 11 in a standalone state. The standalone state means that the brush member 11 is not attached to the image forming device 100, i.e., no external force is acting on the brush member 11. Figure 3(b) is a cross-sectional view of the standalone brush member 11 cut along a plane perpendicular to the longitudinal direction. Figure 3(c) is a cross-sectional view of the brush member 11 in contact with the photosensitive drum 1.

図3(a~c)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(繊維)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、レーヨンその他の合成樹脂繊維を用いてもよい。 As shown in Figures 3 (a-c), the brush member 11 has a base fabric 11b as a base and conductive threads 11a as bristles (fibers) 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 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 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とし、基布11bに沿った方向で合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状態(図3(b))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, 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 no external force is acting on the brush member 11 (Figure 3(b)), the conductive threads 11a protrude in a direction (normal to the base fabric 11b) that is approximately perpendicular to both the longitudinal direction LD and the lateral direction SD.

図3(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 3(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.

図3(b)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、画像形成装置100の所定の位置に設置された支持部材11cに固定される。支持部材11cの位置は、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 3(b), 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 a support member 11c installed in a predetermined position on the image forming apparatus 100 using a fixing means such as double-sided tape. The position of the support member 11c is set so that the tip of the conductive thread 11a penetrates the photosensitive drum 1. Therefore, the brush member 11 is bent as the tip of the conductive thread 11a is pressed against the surface of the photosensitive drum 1.

本実施形態では、支持部材11cにおける基布11bの固定面は感光ドラム1の表面に対して略平行に配置され、支持部材11cと感光ドラム1との間の距離(クリアランス)は略一定である。つまり、長手方向LDに見た場合に、感光ドラム1の回転軸線から短手方向SDにおける基布11bの中央位置を通る直線は、支持部材11cの固定面と直交する。 In this embodiment, the fixing surface of the base fabric 11b on the support member 11c is arranged approximately parallel to the surface of the photosensitive drum 1, and the distance (clearance) between the support member 11c and the photosensitive drum 1 is approximately constant. In other words, when viewed in the longitudinal direction LD, a straight line passing from the rotation axis of the photosensitive drum 1 through the center position of the base fabric 11b in the transverse direction SD is perpendicular to the fixing surface of the support member 11c.

また、本実施形態において、支持部材11c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。本実施形態では、L2とL1との差をブラシ部材11の感光ドラム1に対する最大侵入量と定義する。ただし、L2<L1である。 In this embodiment, the shortest distance from the base fabric 11b of the brush member 11 fixed to the support member 11c to the photosensitive drum 1 is defined as L2. In this embodiment, the difference between L2 and L1 is defined as the maximum penetration amount of the brush member 11 into the photosensitive drum 1, where L2 < L1.

本実施形態では、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1.2mmである。また、本実施形態では、図3(b)に示すように、単体の状態のブラシ部材11において、ブラシ部材11の短手方向SDの長さである短手幅L3は例えば4mmである。図3(c)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5mm~6mm程度になる。 In this embodiment, the maximum penetration amount of the brush member 11 into the photosensitive drum 1 is, for example, 1.2 mm. Also, in this embodiment, as shown in Figure 3(b), when the brush member 11 is in a standalone state, the lateral width L3, which is the length of the brush member 11 in the lateral direction SD, is, for example, 4 mm. When pressed against the photosensitive drum 1 as shown in Figure 3(c), the occupancy width of the conductive threads 11a in the lateral direction SD is approximately 5 mm to 6 mm.

また、本実施形態では、ブラシ部材11の長手方向LDの長さL4は216mmである。長さ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、本実施形態では、導電糸11aの太さは例えば2デニール、密度は例えば240kF/inch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 length L4 of the brush member 11 in the longitudinal direction LD is 216 mm. The length 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, for example, 2 denier and a density of, for example, 240 kF/ inch² . The thickness and density of the conductive threads 11a can be changed as long as they fulfill the functions required of the brush member 11. 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/ inch² represents a bristle density of 1,000 threads 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ように構成される。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 is configured 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 when the remaining toner comes into contact with the conductive threads 11a, causing the toner particles to escape, preventing the toner particles from rolling, and 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、以下の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 whose normal polarity is negative, is used as the developer. Therefore, in the following 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 irregular 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、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 are lower (negative polarity) in the triboelectric series than nylon and rayon, 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 on the normal polarity side (lower) of the triboelectric series relative to the material of the bristles 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よって、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。 When it comes to frictional charging with toner, it is the charge transport layer, which is the surface layer (outermost layer), that is dominant, and furthermore, the binder resin that makes up the majority of that layer. 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, which 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 for rubber may also be added to the elastic layer.

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 is a resin material that is on the non-regular polarity side (higher) of the main component (binder resin) of the toner T in the triboelectric 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更に説明する。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 will be further explained. 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4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を毛の流れを整えつつ、圧板をブラシ部材11に対して押し込んでいった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5のようなガラス板を水平方向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、顕微鏡で観察することで、短手方向SDにおける接触幅を測定した。 The peak pressure was calculated as follows. As shown in Figure 4, a compression test fixture for Shimadzu Corporation's small benchtop testing machine EZTest was used to measure the normal force when the pressure plate was pressed against the brush member 11 while aligning the bristles of the brush member 11, with the brush member placed horizontally. This resulted in the relationship between the penetration amount and the normal force. Meanwhile, a glass plate, as shown in Figure 5, was moved horizontally while being pressed against the brush member 11 so that the bristles of the brush member 11 were aligned. The contact width in the short direction SD was measured by observing under a microscope.

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(図4)又はガラス板(図5)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, 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 a pressure plate (FIG. 4) or a glass plate (FIG. 5) is pressed against the brush member 11 with a given penetration.
(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6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 6. Specifically, let's say 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).

接触面積率は、図5のようにガラス板にブラシ部材11を接触させて、ブラシ部材11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7(a)は、顕微鏡で観察された実際の写真であり、図7(b)は図7(a)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(白の画素数を全画素数で割った値)である。最大面積接触率は、ピーク圧が得られる位置、即ち短手方向SDの中央部における接触面積率が最大接触面積率となる。 The contact area ratio was measured by bringing the brush member 11 into contact with a glass plate as shown in Figure 5, and distinguishing the areas where the bristles of the brush member 11 were in contact (contact areas) and the areas where they were not in contact (non-contact areas) based on color. Figure 7(a) is an actual photograph observed under a microscope, and Figure 7(b) is an image of Figure 7(a) that was binarized so that the contact areas were white and the non-contact areas were black. The contact area ratio is the ratio of the area of the contact areas to the area of the object being observed (the number of white pixels divided by the total number of pixels). The maximum area contact ratio is the position where peak pressure is obtained, i.e., the contact area ratio at the center of the short side direction SD.

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及び短手幅L3、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6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4、図5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5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 and width L3 of the brush member 11, 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 based on 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 of the brush member 11 is carried out using the method shown in FIGS. 4 and 5, 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) above, the brush member 11 is pressed against the glass plate using the method shown in FIG. 5, the contact surface is observed, and the maximum contact area ratio is calculated.

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1である。図1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 1 shows a map plotting peak pressure on the vertical axis and maximum contact area ratio on the horizontal axis. In Figure 1, black dots indicate that no image defects occurred, while white dots indicate that image defects occurred.

図1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の毛材とトナー粒子との接触が弱くなる結果、残トナーを正規極性に摩擦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、最も摩擦帯電が進みやすい領域であるピーク圧がかかる領域において、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摩擦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 1, image defects occurred when the peak pressure was less than 0.7 gf/ mm2 and the maximum contact area ratio was less than 18%. This is thought to be because when the peak pressure was too low, the contact between the bristles of the brush member 11 and the toner particles was weak, resulting in insufficient triboelectric charging of the residual toner to the normal polarity. Also, when the maximum contact area ratio was too low, the frequency of contact between the toner particles and the bristles of the brush member 11 was low in the peak pressure region, where triboelectric charging is most likely to occur, resulting in insufficient triboelectric charging of the residual toner to the normal polarity. In either case, if the residual toner reaches 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 residual toner with a charge amount close to zero will adhere to the charging roller 2, causing 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ていく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 the remaining toner could pass through (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1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1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
The image defects described above are less likely to occur near the center of the area surrounded by the dotted line in Fig. 1 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5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7(c)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 find the Clark-Evans index of the brush member 11, the brush member 11 is pressed against a glass surface as shown in Figure 5, 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 mm 2 ) at the brush contact area are represented by points, a distribution of points like that shown in Figure 7(c) is obtained. The Clark-Evans index is calculated from this distribution of points using the above equations (1) to (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求められる。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, the bristles of the brush member 11 must be loose and not bunched together when they contact the photosensitive drum 1. 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 bunched together 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.

(現象の定性的説明)
以上のように算出されたピーク圧と最大接触面積率に応じて、どのように現象が変化するか説明する。図8、図9にピーク圧又は最大接触面積率が足りないとき(参考例1)の図を示す。図8は画像形成部101の主要な部材を表す模式図である。図9はその拡大図で、トナーの電荷を正極性(+)、負極性(-)、弱電荷(0)の三種類で記載した。
(Qualitative description of the phenomenon)
We will now explain how the phenomenon changes depending on the peak pressure and maximum contact area ratio calculated as above. Figures 8 and 9 show a case where the peak pressure or maximum contact area ratio is insufficient (Reference Example 1). Figure 8 is a schematic diagram showing the main components of the image forming unit 101. Figure 9 is an enlarged view of the same, showing three types of toner charge: positive (+), negative (-), and weak (0).

図9のように、残トナーとして、幅広い電荷分布のトナーがブラシ部材11に突入する。この例ではブラシ部材11のピーク圧又は最大接触面積率が足りず、摩擦帯電性能が低いため、残トナーは幅広い電荷分布を保持したまま、ブラシ接触部を通過する。その後、残トナーが帯電部P2に到達すると、上述したように特に正極性に帯電したトナーが、帯電ローラ2に付着して帯電不良の原因となったり、現像ローラ41に回収されずに白地カブリを引き起こしたりする場合がある。また、弱電荷のトナーも、多量であると、帯電部P2で負極性の電荷を十分に付与できない場合があり、その場合、弱電荷のトナーは現像ローラ41で回収されにくい。 As shown in Figure 9, residual toner with a wide charge distribution enters the brush member 11. In this example, the peak pressure or maximum contact area ratio of the brush member 11 is insufficient, resulting in low frictional charging performance, so the residual toner passes through the brush contact area while maintaining a wide charge distribution. When the residual toner then reaches the charging section P2, as described above, toner that is positively charged in particular may adhere to the charging roller 2, causing poor charging, or may not be collected by the developing roller 41, resulting in white background fogging. Furthermore, if there is a large amount of weakly charged toner, it may not be possible to impart a sufficient negative charge at the charging section P2, in which case the weakly charged toner is difficult to collect by the developing roller 41.

次に、ピーク圧又は最大接触面積率が大きすぎる場合(参考例2)の現象を説明する。図10(a)は図5において、感光ドラム1のモデルとしてのガラス板をブラシ部材11に強く押し付けて(最大侵入量を3mm)トナーTを供給したモデルテストの模式図である。ガラス板の動きと共にトナーが供給されて、トナーTの流れができている様子が分かる。 Next, we will explain what happens when the peak pressure or maximum contact area ratio is too high (Reference Example 2). Figure 10(a) is a schematic diagram of a model test in which a glass plate, serving as a model of the photosensitive drum 1 in Figure 5, is pressed firmly against the brush member 11 (maximum penetration amount: 3 mm) and toner T is supplied. It can be seen that toner is supplied along with the movement of the glass plate, creating a flow of toner T.

ピーク圧又は最大接触面積率が大きいとき、ブラシ部材11は感光ドラム1へ強く押し付けられている。図10(a)にXで示す場所のように、ブラシ接触部の中でも毛材(導電糸11a)が束(集合)になっている箇所では感光ドラム1に対してより強く押し付けられ、トナーTの通過は強く規制される。逆にYで示す場所では、導電糸が束になっておらず、トナーTの流れが集まり、トナーTが多く抜けていくこととなる。 When the peak pressure or maximum contact area ratio is high, the brush member 11 is pressed firmly against the photosensitive drum 1. As shown in Figure 10(a) at the location indicated by X, in the brush contact area, where the bristles (conductive threads 11a) are bundled (collected), the brush is pressed more firmly against the photosensitive drum 1, and the passage of toner T is strongly restricted. Conversely, at the location indicated by Y, the conductive threads are not bundled, and the flow of toner T converges, resulting in a large amount of toner T slipping through.

図10(b)のxは、ブラシ接触部を通過した感光ドラム1の表面のうち、図10(a)にXで示した場所に対応する部分に付着したトナーの量及び電荷を模式的に表す。図10(b)のyは、ブラシ接触部を通過した感光ドラム1の表面のうち、図10(a)にYで示した場所に対応する部分に付着したトナーの量及び電荷を模式的に表す。トナーTが抜けにくい場所(X,x)では、トナーTはブラシ部材11に強く摺擦されながら抜けていくため、トナーTの大部分に負極性の電荷が付与される。一方、トナーTが集中して抜ける場所(Y,y)では、トナーTの一部はブラシ部材11と十分に摺擦されずに通過しやすく、且つ、トナー量も多くなる。そのため、トナーTが集中して抜ける場所(Y,y)にスジ状に付着した残トナーが帯電ローラ2に付着し、縞状に帯電ローラ2の汚れが発生しやすくなる。 In Figure 10(b), x schematically represents the amount and charge of toner adhering to the portion of the surface of the photosensitive drum 1 that has passed through the brush contact area, corresponding to the location indicated by X in Figure 10(a). In Figure 10(b), y schematically represents the amount and charge of toner adhering to the portion of the surface of the photosensitive drum 1 that has passed through the brush contact area, corresponding to the location indicated by Y in Figure 10(a). In locations (X, x) where toner T is difficult to remove, the toner T is rubbed strongly against the brush member 11 as it is removed, and most of the toner T is given a negative charge. On the other hand, in locations (Y, y) where toner T is concentrated and removed, some of the toner T is likely to pass through without sufficient rubbing against the brush member 11, and the amount of toner is also large. As a result, the residual toner adhering in a streak-like manner to the location (Y, y) where toner T is concentrated and removed adheres to the charging roller 2, making it more likely that the charging roller 2 will be stained in a striped pattern.

図11、図12に本実施形態を表す図を示す。図11は画像形成部101の主要な部材を表す模式図である。図12はその拡大図であり、図9と同様に、トナーの電荷を三種類に分けて記載する。図8、図9と比べて、ブラシ部材11は強く感光ドラム1に押し付けられ、且つ、ピーク圧及び最大接触面積率が過大な状態(図10)とはならないように接触条件が設定されている。 Figures 11 and 12 show diagrams illustrating this embodiment. Figure 11 is a schematic diagram showing the main components of the image forming unit 101. Figure 12 is an enlarged view of that diagram, and, like Figure 9, shows three types of toner charge. Compared to Figures 8 and 9, the brush member 11 is pressed strongly against the photosensitive drum 1, and the contact conditions are set so that the peak pressure and maximum contact area ratio do not become excessive (Figure 10).

図12に示すように、本実施形態のブラシ部材11は、ピーク圧及び最大接触面積率が適切な大きさに設定されているため、幅広い電荷分布を持った残トナーは、ブラシ接触部を通過する際にブラシ部材11の毛材(導電糸11a)に摺擦されて摩擦帯電する。また、ブラシ部材11のピーク圧及び最大接触面積率が過度に大きくならず、且つ、クラーク‐エバンス指数w≧1となるように構成されているため、ブラシ接触部を抜けた残トナーがスジ状に集中することがない。このため、帯電ローラ2の汚染や現像ローラ41による残トナーの回収不良が生じにくく、長期間に亘って画像の品質を高く保つことができる。 As shown in Figure 12, the brush member 11 of this embodiment has an appropriate peak pressure and maximum contact area ratio, so that residual toner with a wide charge distribution rubs against the bristles (conductive threads 11a) of the brush member 11 as it passes through the brush contact area, causing frictional charging. Furthermore, because the peak pressure and maximum contact area ratio of the brush member 11 are not excessively large and are configured to satisfy the Clark-Evans index w≧1, residual toner that has passed through the brush contact area does not concentrate in streaks. This reduces the likelihood of contamination of the charging roller 2 or poor collection of residual toner by the developing roller 41, ensuring high image quality over a long period of time.

<第2実施形態>
本開示における第2実施形態について説明する。本実施形態は、ブラシ部材11に電圧を印加する点で第1実施形態と異なっている。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
A second embodiment of the present disclosure will be described. This embodiment differs from the first embodiment in that a voltage is applied to the brush member 11. 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.

図13の模式図に示すように、クリーナレスブラシ方式においては、ブラシ部材11の毛材(導電糸11a)の根元付近にトナー粒子が絡め捕られることがある。この部分に捕えられたトナーTは、基本的には、新たな残トナーが順次ブラシ接触部に到達することで感光ドラム1の回転方向下流に押し出されていく。しかし、ブラシ部材11の毛材の先端部に摺擦されて転動しながらブラシ接触部を通過するトナーTに比べて、毛材の根元部に捕えられてから押し出されるトナーTは、正規極性(負極性)の電荷量が不足する傾向がある。 As shown in the schematic diagram of Figure 13, in the cleanerless brush system, toner particles can become entangled and trapped near the base of the bristles (conductive threads 11a) of the brush member 11. The toner T trapped in this area is generally pushed downstream in the direction of rotation of the photosensitive drum 1 as new residual toner successively reaches the brush contact area. However, compared to the toner T that passes through the brush contact area while rubbing against the tips of the bristles of the brush member 11 and rolling, the toner T that is trapped at the base of the bristles and then pushed out tends to have an insufficient amount of charge of the normal polarity (negative polarity).

そこで、本実施形態では、ブラシ部材11の毛材と感光ドラム1の表面とが接触する領域(感光ドラム1側)にトナーTを付勢するために、ブラシ部材11に電圧を印加する。 In this embodiment, therefore, a voltage is applied to the brush member 11 to urge the toner T toward the area where the bristles of the brush member 11 come into contact with the surface of the photosensitive drum 1 (on the photosensitive drum 1 side).

本実施形態において、画像形成時には、感光ドラム1の表面は帯電部P2において-700Vの暗部電位Vdに帯電処理される。感光ドラム1上の画像領域は、露光装置3によって露光されて-100Vの明部電位Vlとなる。そして、転写ローラ5に+1000Vの転写電圧が印加される転写部P5を通過することで、暗部電位は-200V程度、明部電位は-50V程度となる。従って、画像形成時にブラシ接触部に到達する感光ドラム1の表面電位は、約-50V~約-200Vとなっている。 In this embodiment, during image formation, the surface of the photosensitive drum 1 is charged to a dark potential Vd of -700V at the charging section P2. The image area on the photosensitive drum 1 is exposed by the exposure device 3 and becomes a light potential Vl of -100V. Then, by passing through the transfer section P5, where a transfer voltage of +1000V is applied to the transfer roller 5, the dark potential becomes approximately -200V and the light potential becomes approximately -50V. Therefore, the surface potential of the photosensitive drum 1 that reaches the brush contact point during image formation is approximately -50V to approximately -200V.

図14に示すようにブラシ部材11には、電圧印加手段としてのブラシ電源E11が電気的に接続される。画像形成時に、ブラシ部材11には、ブラシ電源により、所定のブラシ電圧Eが印加される。所定のブラシ電圧Eとは、画像形成時にブラシ接触部に到達する感光ドラム1の表面電位(特に、明部電位より高電圧となる暗部電位の転写部通過後の電位)に対して、トナーTの正規極性と同極性となる電位である。本実施形態では、ブラシ部材11には-400Vの電圧を印加する。 As shown in Figure 14, the brush member 11 is electrically connected to a brush power supply E11 as a voltage application means. During image formation, a predetermined brush voltage E is applied to the brush member 11 by the brush power supply. The predetermined brush voltage E is a potential that has the same polarity as the normal polarity of the toner T with respect to the surface potential of the photosensitive drum 1 that reaches the brush contact point during image formation (particularly the potential after passing through the transfer section where the dark area potential is higher than the light area potential). In this embodiment, a voltage of -400V is applied to the brush member 11.

ブラシ接触部に突入する残トナーのうち負極性(正規極性)に帯電したトナーTは、ブラシ接触部において、ブラシ電圧E(-400V)と感光ドラム1の表面電位(-50V~-200V)との間の電位差によって、静電的に感光ドラム1側に付勢される。これにより、負極性のトナーTは感光ドラム1に押し付けられ、ブラシ部材11の毛材と感光ドラム1の表面とに接触しながら転動するので、十分に摩擦帯電される。これにより、ブラシ接触部においてトナーTを十分に摩擦帯電させることで、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、帯電ローラ2の汚れや現像ローラ41における残トナーの回収不良等の不都合の発生を抑制することができる。 Negatively charged (normally charged) toner T entering the brush contact area is electrostatically biased toward the photosensitive drum 1 due to the potential difference between the brush voltage E (-400V) and the surface potential of the photosensitive drum 1 (-50V to -200V). This forces the negatively charged toner T against the photosensitive drum 1, where it rolls while in contact with the bristles of the brush member 11 and the surface of the photosensitive drum 1, thereby providing sufficient frictional charging. By sufficiently frictionally charging the toner T at the brush contact area, the charge distribution of the residual toner can be stabilized at normal polarity, preventing problems such as contamination of the charging roller 2 and poor collection of residual toner by the developing roller 41.

ここで、ブラシ電圧Eは、感光ドラム1との間で放電が起きない程度の値に設定する。不必要な放電を行うと、放電生成物によって感光ドラム1が汚染されたり、劣化が早まったりするためである。 Here, the brush voltage E is set to a value that does not cause discharge between the photosensitive drum 1 and the brush. This is because unnecessary discharge can contaminate the photosensitive drum 1 with discharge products and accelerate deterioration.

本実施形態において、第1実施形態と同様に、ブラシ部材11は感光ドラム1の表面に対して略平行に配置される。従って、図14に示すようにブラシ部材11と感光ドラム1の接触圧は、ブラシ接触部の短手方向中央部において最大(ピーク値)となる。 In this embodiment, as in the first embodiment, the brush member 11 is arranged approximately parallel to the surface of the photosensitive drum 1. Therefore, as shown in Figure 14, the contact pressure between the brush member 11 and the photosensitive drum 1 is maximum (peak value) at the center of the brush contact area in the width direction.

ここで、ブラシ接触部に突入する残トナーのうち正極性(非正規極性)に帯電したトナーTは、ブラシ部材11にブラシ電圧Eが印加されているために、ブラシ接触部への突入時に毛材の根元側に吸着されやすくなる。毛材の根元側に吸着されたトナーTは、上流側から新しく供給されるトナーTに押し出されて下流に移動し、その際毛材に摺擦されることで負極性に摩擦帯電される。このようにブラシ部材11の内部を移動する間に負極性化されたトナーTは、ブラシ電圧Eによって感光ドラム1に押し付けられ、ブラシ部材11の毛材と感光ドラム1の表面とに接触しながら転動して摩擦帯電される。ただし、毛材の根元側に吸着されたトナーTの負極性化が遅れると、帯電量の不十分な状態のトナーTがブラシ部材11を抜けてしまう可能性がある。 Here, among the remaining toner particles that enter the brush contact area, toner T that is positively charged (irregular polarity) is more likely to be attracted to the base of the bristles when it enters the brush contact area because brush voltage E is applied to brush member 11. Toner T attracted to the base of the bristles is pushed downstream by newly supplied toner T from upstream, and as it moves downstream, it becomes frictionally charged to negative polarity as it rubs against the bristles. As this negatively charged toner T moves inside brush member 11, it is pressed against photosensitive drum 1 by brush voltage E, and rolls while in contact with the bristles of brush member 11 and the surface of photosensitive drum 1, becoming frictionally charged. However, if the negative polarity of toner T attracted to the base of the bristles is delayed, toner T with an insufficient charge may slip through brush member 11.

そこで、毛材の根元側に吸着されたトナーを速やかに負極性化するために、本実施形態では、感光ドラム1の回転方向R1でブラシ接触部の最上流位置におけるブラシ部材11の接触圧及び接触面積率に、下限を設定することが望ましい。一例として、ブラシ接触部の最上流位置でのブラシ部材11の侵入量を1.2mmとし、ブラシ接触部の短手方向(回転方向R1)における中央位置でのブラシ部材11の侵入量を1.34mmとなるように設定した。これにより、ブラシ接触部の最上流位置において、以下の関係が満たされる。
接触圧 ≧0.7gf/mm
接触面積率 ≧18%
Therefore, in this embodiment, in order to quickly negatively polarize the toner attracted to the base of the bristles, it is desirable to set lower limits on the contact pressure and contact area ratio of the brush member 11 at the most upstream position of the brush contact area in the rotation direction R1 of the photosensitive drum 1. As an example, the penetration amount of the brush member 11 at the most upstream position of the brush contact area is set to 1.2 mm, and the penetration amount of the brush member 11 at the center position of the brush contact area in the short direction (rotation direction R1) is set to 1.34 mm. As a result, the following relationship is satisfied at the most upstream position of the brush contact area.
Contact pressure ≧0.7 gf/ mm2
Contact area rate ≧18%

ピーク圧、最大接触面積率及びクラーク‐エバンス指数の条件については、第1実施形態と同様である。 The conditions for peak pressure, maximum contact area ratio, and Clark-Evans index are the same as in the first embodiment.

上記のようにブラシ接触部の最上流位置における接触圧及び接触面積率を設定すると、図15のようにブラシ接触部の上流部でトナーTを速やかに負極性化させることができ、ブラシ部材11の毛材の根元部にトナーTが蓄えられにくくすることができる。そして、ブラシ接触部においてトナーTを十分に摩擦帯電させることで、残トナーの電荷分布を正規極性でより安定化することができる。 By setting the contact pressure and contact area ratio at the most upstream position of the brush contact area as described above, the toner T can be quickly converted to negative polarity at the upstream portion of the brush contact area, as shown in Figure 15, making it difficult for the toner T to accumulate at the base of the bristles of the brush member 11. Furthermore, by sufficiently frictionally charging the toner T at the brush contact area, the charge distribution of the remaining toner can be more stabilized at a normal polarity.

なお、本実施形態では、ブラシ電圧Eの作用でトナーTを感光ドラム1側に押し付けるので、必ずしも帯電系列においてブラシ部材11がトナーTに対して正極性側(非正規極性側)に位置しない場合でも、ブラシ接触部においてトナーTを負極性化できる。ただし、帯電系列においてブラシ部材11がトナーTに対して正極性側に位置する構成とした方が、トナーTの負極性化に有利である。 In this embodiment, the toner T is pressed toward the photosensitive drum 1 by the action of the brush voltage E, so even if the brush member 11 is not necessarily located on the positive polarity side (non-normal polarity side) relative to the toner T in the charging series, the toner T can be made negatively polarized at the brush contact point. However, a configuration in which the brush member 11 is located on the positive polarity side relative to the toner T in the charging series is more advantageous for making the toner T negatively polarized.

また、本実施形態では、ブラシ部材11の内部に入り込んだトナーTを感光ドラム1側に押し付ける観点でブラシ電圧Eの主な作用を説明した。これに限らず、ブラシ部材11にブラシ電圧Eを印加してブラシ部材11を介してトナーTに正規極性の電荷を注入(供給)することで、トナーTの負極性化を促進するようにしてもよい。また、ブラシ電圧Eの印加によりトナーTを感光ドラム1側に押し付ける作用と電荷注入の作用を同時に果たすようにしてもよい。 In addition, in this embodiment, the main function of the brush voltage E has been described from the perspective of pressing the toner T that has entered the inside of the brush member 11 toward the photosensitive drum 1. However, this is not limiting, and the brush voltage E may be applied to the brush member 11 to inject (supply) a charge of normal polarity into the toner T via the brush member 11, thereby promoting the negative polarity of the toner T. Furthermore, the application of the brush voltage E may simultaneously perform the function of pressing the toner T toward the photosensitive drum 1 and the function of injecting charge.

<第3実施形態>
本開示における第3実施形態について説明する。本実施形態は、ブラシ部材11を感光ドラム1に対して傾けて配置する点で第2実施形態と異なっている。以下、第1又は第2実施形態と共通の符号を付した要素は、第1又は第2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又は第2実施形態と異なる部分を主に説明する。
Third Embodiment
A third embodiment of the present disclosure will be described. This embodiment differs from the second embodiment in that the brush member 11 is disposed at an angle with respect to the photosensitive drum 1. Hereinafter, elements having the same reference numerals as those in the first or second embodiment will be considered to have substantially the same configurations and functions as those described in the first or second embodiment, and differences from the first or second embodiment will be mainly described.

図16、図17に本実施形態を表す図を示す。図16は画像形成部101の主要な部材を表す模式図である。図17はその拡大図であり、図9と同様に、トナーの電荷を三種類に分けて記載する。 Figures 16 and 17 show diagrams illustrating this embodiment. Figure 16 is a schematic diagram showing the main components of the image forming unit 101. Figure 17 is an enlarged view of that diagram, and, like Figure 9, shows three types of toner charge.

本実施形態では、感光ドラム1の回転方向R1においてブラシ接触部の最上流部における接触圧及び接触面積率がピーク圧及び最大接触面積率となるように、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。感光ドラム1の接線TLは、ブラシ部材11の短手方向SDの中央位置から短手方向SD(長手方向に見たときに基布11bが延びる方向)に垂直に引いた直線と感光ドラム1との交点1aにおける感光ドラム1の接線とする。本実施形態でブラシ部材11を傾斜させる方向は、回転方向R1の下流に向かうほど、ブラシ部材11の基布11bが接線TLから遠ざかるような傾斜方向である。 In this embodiment, the brush member 11 is positioned at an angle with respect to the tangent direction of the photosensitive drum 1 so that the contact pressure and contact area ratio at the most upstream portion of the brush contact area in the rotation direction R1 of the photosensitive drum 1 become the peak pressure and maximum contact area ratio. The tangent line TL of the photosensitive drum 1 is defined as the tangent line of the photosensitive drum 1 at the intersection 1a of the photosensitive drum 1 with a straight line drawn perpendicular to the lateral direction SD (the direction in which the base fabric 11b extends when viewed longitudinally) from the center position of the brush member 11 in the lateral direction SD. In this embodiment, the brush member 11 is tilted in such a way that the base fabric 11b of the brush member 11 moves farther away from the tangent line TL as it moves downstream in the rotation direction R1.

ブラシ部材11の短手方向SDと接線TLとの間の角度を、ブラシ部材11の傾斜角度とする。本実施形態では、傾斜角度を例えば12度に設定し、ブラシ接触部の最上流部における侵入量(最大侵入量)が1.2mmになるようにブラシ部材11を配置すると好適であった。本実施形態においても、ブラシ接触部の最上流位置において、以下の関係が満たされる。
接触圧 ≧0.7gf/mm
接触面積率 ≧18%
なお、ブラシ部材11の傾斜角度や侵入量は、感光ドラム1の外径や必要なピーク圧、接触面積率に応じて適宜変更可能である。
The angle between the short-side direction SD of the brush member 11 and the tangent line TL is the inclination angle of the brush member 11. In this embodiment, it is preferable to set the inclination angle to, for example, 12 degrees and to position the brush member 11 so that the penetration amount (maximum penetration amount) at the most upstream part of the brush contact area is 1.2 mm. In this embodiment as well, the following relationship is satisfied at the most upstream position of the brush contact area.
Contact pressure ≧0.7 gf/ mm2
Contact area rate ≧18%
The inclination angle and the penetration amount of the brush member 11 can be changed as appropriate depending on the outer diameter of the photosensitive drum 1, the required peak pressure, and the contact area ratio.

ピーク圧、最大接触面積率及びクラーク‐エバンス指数の条件については、第1実施形態と同様である。 The conditions for peak pressure, maximum contact area ratio, and Clark-Evans index are the same as in the first embodiment.

本実施形態において、ブラシ接触部に突入したトナーTは、第2実施形態と同様にブラシ電圧Eの作用により感光ドラム1側に押し付けられる。これにより、ブラシ接触部においてトナーTを十分に摩擦帯電させることで、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、帯電ローラ2の汚れや現像ローラ41における残トナーの回収不良等の不都合の発生を抑制することができる。 In this embodiment, the toner T that enters the brush contact area is pressed toward the photosensitive drum 1 by the action of the brush voltage E, as in the second embodiment. This allows the toner T to be sufficiently frictionally charged at the brush contact area, stabilizing the charge distribution of the remaining toner at a normal polarity and preventing problems such as contamination of the charging roller 2 and poor collection of the remaining toner by the developing roller 41.

加えて、本実施形態では図17のように、ブラシ接触部の最上流部において接触圧及び接触面積率が最大となるように構成されている。そのため、ブラシ接触部に突入する残トナーのうち正極性(非正規極性)に帯電したトナーTを、ブラシ部材11の毛材で摩擦して速やかに負極性化することができ、残トナーの電荷分布を正規極性でより安定化することができる。 In addition, in this embodiment, as shown in Figure 17, the contact pressure and contact area ratio are maximized at the most upstream part of the brush contact area. Therefore, among the residual toner that enters the brush contact area, toner T that is positively charged (irregular polarity) can be quickly converted to negative polarity by friction with the bristles of the brush member 11, and the charge distribution of the residual toner can be more stabilized at regular polarity.

本実施形態では、ブラシ部材11を傾斜配置することでブラシ接触部の最上流部において接触圧及び接触面積率が最大となるように構成した。これに限らず、例えばブラシ部材11の毛丈が短手方向SDの一方側(回転方向R1の上流側)から他方側(下流側)に向かって短くなるように構成することで、ブラシ接触部の最上流部において接触圧及び接触面積率が最大となるようにしてもよい。 In this embodiment, the brush member 11 is arranged at an angle so that the contact pressure and contact area ratio are maximized at the most upstream portion of the brush contact area. However, this is not limiting, and for example, the bristle length of the brush member 11 may be configured to decrease from one side in the short direction SD (the upstream side in the rotation direction R1) to the other side (the downstream side), thereby maximizing the contact pressure and contact area ratio at the most upstream portion of the brush contact area.

(他の実施形態)
上述の各実施形態では、接触帯電方式の帯電部材である帯電ローラ2を備えた構成を説明したが、接触帯電方式以外(例えばコロナ放電式)の帯電部材を用いてもよい。その場合でも、各実施形態で説明した構成を適用することにより、少なくとも現像ローラ41における残トナーの回収不良を抑制することができる。
(Other embodiments)
In the above-described embodiments, the charging roller 2 is a contact charging type charging member, but a charging member other than a contact charging type (for example, a corona discharge type) may be used. Even in this case, by applying the configuration described in each embodiment, it is possible to at least suppress the failure of the remaining toner collection on the developing roller 41.

また、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。 While the above-described embodiments have been described as employing a direct transfer system in which a toner image is transferred directly from the photosensitive drum 1 (image carrier) to a sheet (recording material) as a receiver, the present technology may also be applied to an intermediate transfer image forming apparatus. In the case of an intermediate transfer system, the transfer member refers to, for example, a transfer roller (primary transfer roller) that performs primary transfer of the toner image from the photosensitive drum 1 (image carrier) to an intermediate transfer material (transfer material). The intermediate transfer material may be an endless belt 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 system, 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.

1…像担持体(感光ドラム)/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) / 5... Transfer member (transfer roller) / 11... Brush member / 41... Development member (development roller)

Claims (13)

回転する像担持体と、
前記像担持体の表面に形成された静電潜像を現像部において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現像部より上流の接触部において前記像担持体の表面に接触するブラシ部材と、
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、
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トナーの正規帯電極性と同じ側に位置し、
前記接触部における接触圧の最大値は、0.7gf/mm以上3.5gf/mm以下であり、
前記接触部における最大接触面積率は、18%以上74%以下であり、
前記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、
ことを特徴とする画像形成装置。
a rotating image carrier;
a developing member that develops the electrostatic latent image formed on the surface of the image carrier using toner in a developing section;
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 contacts the surface of the image carrier at a contact portion that is downstream of the transfer portion and upstream of the development portion in the rotation direction of the image carrier;
an image forming apparatus comprising: a developing member for recovering toner that has not been transferred to the transfer object;
In the triboelectric series, the toner is located on the same side as the normal charge polarity of the toner with respect to the brush member,
the maximum value of the contact pressure at the contact portion is 0.7 gf/ mm² or more and 3.5 gf/ mm² or less,
a maximum contact area ratio in the contact portion is 18% or more and 74% or less;
The Clark-Evans index of the brush member at the contact portion is 1 or more.
An image forming apparatus characterized by:
回転する像担持体と、
前記像担持体の表面に形成された静電潜像を現像部において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材より下流且つ前記現像部材より上流の接触部において前記像担持体の表面に接触するブラシ部材と、
前記ブラシ部材に電圧を印加する電圧印加手段と、
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、
前記電圧印加手段が前記ブラシ部材に印加する電圧は、前記接触部に到達する前記像担持体の表面電位に対して、前記トナーの正規帯電極性と同じ側であり、
前記接触部における接触圧の最大値は、0.7gf/mm以上3.5gf/mm以下であり、
前記接触部における最大接触面積率は、18%以上74%以下であり、
前記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、
ことを特徴とする画像形成装置。
a rotating image carrier;
a developing member that develops the electrostatic latent image formed on the surface of the image carrier using toner in a developing section;
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 contacts the surface of the image carrier at a contact portion downstream of the transfer member and upstream of the developing member in the rotation direction of the image carrier;
a voltage applying means for applying a voltage to the brush member;
an image forming apparatus comprising: a developing member for recovering toner that has not been transferred to the transfer object;
the voltage applied to the brush member by the voltage application means is on the same side as the normal charging polarity of the toner with respect to the surface potential of the image carrier that reaches the contact portion;
the maximum value of the contact pressure at the contact portion is 0.7 gf/ mm² or more and 3.5 gf/ mm² or less,
a maximum contact area ratio in the contact portion is 18% or more and 74% or less;
The Clark-Evans index of the brush member at the contact portion is 1 or more.
An image forming apparatus characterized by:
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トナーの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2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 charge polarity of the toner with respect to the brush member.
3. The image forming apparatus according to claim 2, wherein the image forming apparatus is a recording medium.
前記像担持体の前記回転方向における前記接触部の最上流部において、
前記接触部における接触圧は、0.7gf/mm以上であり、
前記接触部における接触面積率は、18%以上であり、
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2又は3に記載の画像形成装置。
At the most upstream portion of the contact portion in the rotation direction of the image carrier,
The contact pressure at the contact portion is 0.7 gf/mm 2 or more,
a contact area ratio at the contact portion is 18% or more;
The Clark-Evans index is greater than or equal to 1.
4. The image forming apparatus according to claim 2, wherein the image forming apparatus is a recording medium.
前記像担持体の前記回転方向における前記接触部の最上流部において、前記接触部における接触圧及び接触面積率が最大となる、
ことを特徴とする請求項2乃至4のいずれか1項に記載の画像形成装置。
the contact pressure and the contact area ratio at the contact portion are maximum at the most upstream portion of the contact portion in the rotation direction of the image carrier;
5. The image forming apparatus according to claim 2, 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る毛材と、を有し、
前記回転軸線方向に見た場合に、前記回転方向の下流に向かうほど前記像担持体の接線から前記基部が離れるように、前記ブラシ部材は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5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 rotational axis direction of the image carrier and in a lateral direction perpendicular to the longitudinal direction, and bristles supported by the base portion;
When viewed in the direction of the rotation axis, the brush member is disposed at an incline with respect to the image carrier so that the base portion becomes farther away from the tangent line of the image carrier toward the downstream side in the rotation direction.
6. The image forming apparatus according to claim 5,
前記接触部における接触圧の最大値は、1.4gf/mm以上2.8gf/mm以下であり、
前記接触部における最大接触面積率は、32%以上60%以下である、
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の画像形成装置。
the maximum value of the contact pressure at the contact portion is 1.4 gf/mm 2 or more and 2.8 gf/mm 2 or less,
The maximum contact area ratio at the contact portion is 32% or more and 60% or less.
7. The image forming apparatus according to claim 1, wherein the image forming apparatus is a recording medium.
前記像担持体の表面を帯電部において帯電させる帯電部材を更に備え、
前記ブラシ部材は、前記像担持体の前記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に配置される、
ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の画像形成装置。
a charging member that charges the surface of the image carrier at a charging section;
the brush member is disposed downstream of the transfer unit and upstream of the charging unit in the rotation direction of the image carrier;
8. The image forming apparatus according to claim 1, wherein the image forming apparatus is a recording medium.
前記帯電部材は、前記帯電部において前記像担持体と接触して配置され且つ回転する帯電ローラである、
ことを特徴とする請求項8に記載の画像形成装置。
the charging member is a charging roller that is arranged in contact with the image carrier and rotates in the charging section;
9. The image forming apparatus according to claim 8,
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トナーの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8又は9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 of the toner 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.
10. The image forming apparatus according to claim 8, wherein the image forming apparatus is a recording medium.
前記ブラシ部材は、基部と、前記基部に支持される毛材と、を有し、
前記毛材は、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10のいずれか1項に記載の画像形成装置。
The brush member has a base and bristles supported by the base,
The hair material is a synthetic resin fiber 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,
11. 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11のいずれか1項に記載の画像形成装置。
the transfer medium is a recording material,
12. 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11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;
12. The image forming apparatus according to claim 1, wherein the image forming apparatus is a recording medium.
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