帯電装置
【課題】本発明は、簡単な構成で、グリッド電極の感光ドラムと対向する面全体を清掃することができる帯電装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る帯電装置の代表的な構成は、感光ドラム１に対向した、グリッド電極１３と、グリッド電極１３に接触するブラシ２２を備え、移動しながら、グリッド電極１３を清掃する清掃部材（グリッド電極清掃部１４、放電ワイヤ清掃部１５、ホルダ１６）と、を有する帯電装置２において、ブラシ２２の繊維は、グリッド電極１３の感光ドラム１側のグリッド裏面よりも感光ドラム１側に伸びた直毛部２３ｂと、直毛部２３ｂに対して鋭角に屈曲した屈曲部２３ａと、を有し、清掃部材の移動に伴って、ブラシ２２の繊維の先端が、グリッド電極１３の感光ドラム１に対向したグリッド裏面１３ａに接触することを特徴とする。
【解決手段】本発明に係る帯電装置の代表的な構成は、感光ドラム１に対向した、グリッド電極１３と、グリッド電極１３に接触するブラシ２２を備え、移動しながら、グリッド電極１３を清掃する清掃部材（グリッド電極清掃部１４、放電ワイヤ清掃部１５、ホルダ１６）と、を有する帯電装置２において、ブラシ２２の繊維は、グリッド電極１３の感光ドラム１側のグリッド裏面よりも感光ドラム１側に伸びた直毛部２３ｂと、直毛部２３ｂに対して鋭角に屈曲した屈曲部２３ａと、を有し、清掃部材の移動に伴って、ブラシ２２の繊維の先端が、グリッド電極１３の感光ドラム１に対向したグリッド裏面１３ａに接触することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、レーザービームプリンタなどの電子写真方式の画像形成装置に用いられる帯電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の画像形成装置において、装置内外に浮遊しているホコリや、トナーなどが、コロナ放電を行なう帯電装置の放電電極、シールド電極、グリッド電極に付着する。そして、コロナ放電電極の放電時間が長くなるほど付着量が増加していく。このため、一定量の画像形成が行なわれると、各電極の汚染などにより、放電効率の低下や、被帯電体への放電電流ムラが生じ、出力画像の画質劣化を引き起こすことがある。また、帯電装置の寿命の低下につながる。そこで、グリッド電極の自動清掃を行なう清掃装置が提案されている（特許文献１〜３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０９−２９７４５７
【特許文献２】特開２００５−３３８７９７
【特許文献３】特開平０９−５４４８２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１〜３には、グリッド電極の感光ドラムに対向する面を清掃することが困難であるという共通した課題がある。すなわち、グリッド電極は、感光ドラムの帯電ムラを抑制するために、感光ドラムに１〜１．５ｍｍで近接しなければならない。このような非常に狭いスペースに清掃部材を設けるためには、清掃装置が複雑な構成となり、かつ非常に高い精度の機構を必要とする。
【０００５】
特許文献３には、このようなグリッド電極の両面を清掃する構成が記載されている。しかし、この構成では、シート状部材が交互にワイヤーグリッドにかかっているため、グリッド電極の感光ドラムに対向する側は全ワイヤーグリッドの半分しか清掃できない。また、この構成はワイヤーグリッドのみにしか適用できず、構成も複雑である。
【０００６】
そこで本発明は、簡単な構成で、グリッド電極の感光ドラムと対向する面全体を清掃することができる帯電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明に係る帯電装置の代表的な構成は、被帯電体に対向したグリッド電極と、前記グリッド電極に接触するブラシを備え、移動しながら前記グリッド電極を清掃する清掃部材と、を有する帯電装置において、前記ブラシの繊維は、前記グリッド電極の前記被帯電体側のグリッド裏面よりも前記被帯電体側に伸びた直毛部と、前記直毛部に対して鋭角に屈曲した屈曲部と、を有し、前記清掃部材の移動に伴って、前記ブラシの繊維の先端が、前記グリッド電極の前記被帯電体に対向した前記グリッド裏面に接触することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、簡単な構成で、グリッド電極の感光ドラムと対向する面全体を清掃することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第一実施形態に係る帯電装置を搭載した画像形成装置の構成図である。
【図２】（ａ）第一実施形態に係る帯電装置の側面図である。（ｂ）第一実施形態に係る帯電装置の正面図である。
【図３】（ａ）第一実施形態に係るグリッド電極の上面図である。（ｂ）第一実施形態に係る清掃部材の構成説明図である。
【図４】（ａ）第一実施形態に係る清掃部材を構成する繊維の説明図である。（ｂ）第一実施形態に係るブラシの繊維を作製する射出形成装置の概略図である。
【図５】第一実施形態に係るブラシの繊維の金型の概略図である。
【図６】第一実施形態に係る清掃部材のグリッド裏面清掃過程の説明図である。
【図７】（ａ）第一実施形態に係るブラシの繊維のはみ出し量Δ、侵入長ｌの説明図である。（ｂ）第一実施形態に係る繊維のグリッド裏面への侵入過程を説明した図である。
【図８】（ａ）Δが大きい場合の繊維の挙動の説明図である。（ｂ）κが大きい場合の繊維の挙動の説明図である。
【図９】第一実施形態に係る繊維のグリッド裏面への侵入過程を観察した結果の説明図である。
【図１０】（ａ）（ｂ）はみ出し量Δによるグリッド裏面接触面積の違いを説明した図である。（ｃ）繊維が元に戻る前に次のグリッドに接触する様子を説明した図である。
【図１１】第一実施形態に係る繊維のグリッド裏面からの離脱過程を観察した結果の説明図である。
【図１２】繊維がグリッド表面に当接してから元に戻る様子を説明した図である。
【図１３】繊維がグリッド表面に当接してから元に戻る様子を観察した結果の説明図である。
【図１４】（ａ）Ｅ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２、θ＝４５°の場合の清掃効果が高いａ、ｂの組み合わせを表す図である。（ｂ）Ｅ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２、Ｅ＝３００ｍｇ／ｃｍ２、Ｅ＝１５０ｍｇ／ｃｍ２のヤング率を持つ繊維のθ＝４５°の場合の清掃効果が高いａ、ｂの組み合わせを表す図である。
【図１５】（ａ）Ｅ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２のヤング率を持つ繊維の、θ＝３０°、４５°、６０°の場合の清掃効果が高いａ、ｂの組み合わせを表す図である。（ｂ）第一実施形態に係るグリッド裏面のトナーの被服率の変化を表すグラフである。
【図１６】（ａ）第一実施形態に係るグリッド裏面のケバの除去率の変化を表すグラフである。（ｂ）第一実施形態に係る帯電装置使用時の白すじ出現までの画像出力枚数を表すグラフである。
【図１７】（ａ）第二実施形態に係る清掃部材の構成説明図である。（ｂ）第二実施形態に係る繊維に働く力の説明図である。
【図１８】（ａ）Ｅ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２、θ＝６０°、α＝３０°の場合の清掃効果が高いａ、ｂの組み合わせを表す図である。（ｂ）第三実施形態に係る清掃部材の構成説明図である。
【図１９】（ａ）第一実施形態に係る清掃部材のブラシの進行方向の説明図である。（ｂ）第三実施形態に係るグリッド裏面のトナーの被服率の変化を表すグラフである。
【図２０】（ａ）第三実施形態に係るグリッド裏面のケバの除去率の変化を表すグラフである。（ｂ）第三実施形態に係る帯電装置使用時の白すじ出現までの画像出力枚数を表すグラフである。
【図２１】（ａ）〜（ｃ）第三実施形態と同様の効果がある繊維の屈曲方向の構成の説明図である。（ｄ）第四実施形態の清掃部材の構成の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
[第一実施形態]
本発明に係る帯電装置の第一実施形態について、図を用いて説明する。
【００１１】
[帯電装置および帯電装置を搭載した画像形成装置の説明]
図１は本実施形態のコロナ帯電装置２を搭載した画像形成装置の構成図である。図１に示すように、被帯電体である感光ドラム１はコロナ帯電装置２によって負極性に一様に帯電される。画像信号に対応してスキャナ７から放出されるレーザー光Ｌが感光ドラム１上に照射されることによって、感光ドラム１の電位は減衰し、静電潜像が形成される。形成された静電潜像は、二成分現像器３によってトナー像として現像され、転写ローラ４によって転写材Ｐに転写される。感光ドラム１上に残存した転写残トナーはクリーナー５によって掻き取られる。クリーナー５内の掻き取られた転写残トナーは廃トナー容器（不図示）に搬送され回収される。その後、除電ランプ６によって潜像電位の履歴を消去した後、再びコロナ帯電装置２によって帯電され、一連の画像形成工程が繰り返し行なわれる。
【００１２】
図２（ａ）は帯電装置２の側面図である。図２（ｂ）は帯電装置２の正面図である。図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、コロナ帯電装置２は、シールドケース１０、絶縁性支持部１１、放電ワイヤ１２、グリッド電極１３、グリッド電極清掃部１４、放電ワイヤ清掃部１５、ホルダ１６を有している。絶縁性支持部１１は、シールドケース１０の両端に設けられている。放電ワイヤ１２は、放電電極として、シールドケース１０の内部長手方向に設けられている。グリッド電極１３は、シールドケース１０の感光ドラム１対向側（被帯電体側）に設けられている。
【００１３】
グリッド電極清掃部１４、放電ワイヤ清掃部１５、ホルダ１６は、放電ワイヤ１２とグリッド電極１３を清掃する清掃部材である。本実施形態はグリッド電極１３と感光ドラム１の間に清掃部材を有しない構成である。ホルダ１６は、グリッド電極清掃部１４、放電ワイヤ清掃部１５を保持する。ホルダ１６は感光ドラム１対向側の反対側に配置された回転可能なネジ軸１７に係合している。ネジ軸１７は、絶縁性支持部１１が有する軸受け１８によって保持されており、回転方向自在のモータＭ１によって回転される。ネジ軸１７の回転によってホルダ１６は矢印ｃ方向に移動する。
【００１４】
グリッド電極清掃部１４、放電ワイヤ清掃部１５は、ホルダ１６の移動に伴いホームポジションＡから、グリッド端部Ｂまで移動し、その後、グリッド端部Ｂから元のホームポジションＡに移動する。この行程を１回の清掃行程とし、グリッド電極清掃部１４、放電ワイヤ清掃部１５は、グリッド電極１３および放電ワイヤ１２の清掃を行なう。
【００１５】
放電ワイヤ１２はφ６０μｍのタングステン線であり、絶縁性支持部１１に設けられた不図示の凸部とバネを介して架張されている。放電ワイヤ清掃部１５はスポンジパッド１５ａ、１５ｂが放電ワイヤ１２を両側から圧接するように配設してある。スポンジパッド１５ａ、１５ｂの放電ワイヤ１２との接触面に研磨紙などを貼り付けても良い。
【００１６】
コロナ帯電装置２の帯電範囲はΓであり、開口はその領域に対応する範囲で設けられている。さらにグリッド電極表面には、防錆処理として厚さ１μｍのニッケルメッキ処理を施している。グリッド電極１３と感光ドラム１の最近接位置での距離Λは１ｍｍである。
【００１７】
図３（ａ）はグリッド電極１３の上面図である。図３（ａ）に示すように、グリッド電極１３は、厚さ０．１ｍｍの平面の板状部材であるＳＵＳ３０４を使用し、エッチング処理にてグリッドの長手方向に対してφの傾きを持ち、Ｗ１の幅を持った複数の開口を形成している。また、グリッド線の線幅はＷ２とする。本実施形態ではφ＝４５°、Ｗ１＝１．４ｍｍ、Ｗ２＝０．１４ｍｍの組み合わせを持つグリッドを使用した。
【００１８】
図３（ｂ）はグリッド電極清掃部１４の構成図である。図３（ｂ）に示すように、グリッド電極清掃部１４は、ブラシ２２およびブラシ２２を保持するブラシ保持部材１９を有している。ブラシ保持部材１９とグリッド電極１３の間の距離Ｌは１ｍｍである。
【００１９】
［ブラシ２２の構成］
図４（ａ）はブラシ２２の構成図である。図４（ａ）に示すように、ブラシ２２を構成する繊維２３は、後に述べる射出成形によって作製される。繊維２３は、直毛部２３ｂ、屈曲部２３ａを有している。直毛部２３ｂは、グリッド電極１３のある平面に対して直交している。直毛部２３ｂは、グリッド電極１３の感光ドラム１と反対側のグリッド表面１３ｃから、グリッド電極１３の感光ドラム１に対向したグリッド裏面１３ａ側へ、各グリッド電極１３間を抜けて、感光ドラム１に向けて伸びている。屈曲部２３ａは、直毛部２３ｂに対して所定の角度θで屈曲し、グリッド裏面に向けて伸びている。また、本実施形態のブラシ２２を構成する繊維２３の素材としてはナイロン樹脂またはアクリル樹脂を使用した。
【００２０】
ブラシ２２の繊維２３の形状のパラメータとして、屈曲部２３ａの長さをａ、屈曲点２３ｄまでの直毛部２３ｂの繊維２３の長さをｂと定義する。また、繊維２３の屈曲部２３ａの先端２３ｃの向きはブラシ２２の移動方向に並行であり、全ての繊維２３において同じ方向を向くように植毛させている。
【００２１】
［ブラシ２２の製造方法］
図４（ｂ）はブラシ２２の繊維２３を製造する射出成形機２０の構成図である。図４（ｂ）に示すように、射出成形機２０は、型締力８５０ｔ、圧縮比１．８のスクリューを持つ射出成形機である。図５（ａ）はブラシ２２の繊維２３を作製するための金型２１の側面図である。図５（ｂ）は金型２１の立面図およびブラシ成形部分の拡大図である。ブラシ２２の繊維２３の原料となるナイロン樹脂またはアクリル樹脂を２５０℃の温度で溶融させ、射出成形機２０によって８０℃に加熱させた金型２１に射出し、ブラシ２２の繊維２３の作製を行なった。
【００２２】
［清掃工程におけるブラシ２２の挙動］
図６はブラシ２２の繊維２３がグリッド電極１３の感光ドラム対向面を清掃する過程を示す図である。グリッド電極清掃部１４はモータＭ１の回転に伴いグリッド電極１３の長手方向に移動し、ブラシ２２の繊維２３の屈曲部２３ａの先端２３ｃは、図６の１〜７に示す状態を経てグリッド裏面１３ａに当接し、グリッド裏面１３ａの清掃を行なう。
【００２３】
図６に示す１〜７の状態を、順を追って説明する。まず、１の状態で繊維２３の屈曲部２３ａの先端２３ｃはブラシ２２の移動に伴いグリッド側面１３ｂに当接する。２の状態で繊維２３の屈曲部２３ａの先端２３ｃはブラシ２２の移動に伴いグリッド裏面１３ａへ侵入する。３の状態で、繊維２３の屈曲部２３ａの先端２３ｃはグリッド裏面１３ａに当接しつつ、グリッド裏面１３ａに付着したトナーなどの異物を除去する。４の状態で、繊維２３のブラシ保持部材１９と係合する点から屈曲点２３ｄに至るまでの一部がグリッド側面１３ｂに接触し、繊維２３がたわむことで繊維２３の屈曲部２３ａの先端２３ｃはグリッドから遠ざかる方向へ移動する。５の状態で、繊維２３の屈曲部２３ａがグリッド側面１３ｂに当接し、繊維２３全体が大きくたわみながらグリッド裏面１３ａから抜ける方向へ移動する。６の状態で、繊維２３はグリッド裏面１３ａから抜け、繊維２３全体が大きくたわみながらグリッド表面１３ｃに当接した状態となる。７の状態で繊維２３はブラシ２２の移動に伴いグリッド表面１３ｃから離脱し、元の状態へと戻る。
【００２４】
［ブラシ２２がグリッド裏面１３ａを清掃するための条件］
このような状態を経てブラシ２２の繊維２３がグリッド裏面１３ａを清掃するために必要な条件は以下の３つの条件である。
【００２５】
［第１条件］繊維２３の先端２３ｃがグリッド裏面１３ａに侵入する条件
［第２条件］繊維２３の先端２３ｃがグリッド裏面１３ａに当接しトナーなどの異物を拭き取る条件
［第３条件］繊維２３の先端２３ｃがグリッド裏面１３ａに当接した後、ブラシ２２の移動にともないグリッド電極１３に引っかかることなく繊維２３が元の状態に戻る条件。
【００２６】
次にこの３つの条件を満たすために必要な繊維２３のパラメータの関係について述べる。
【００２７】
［第１条件に対する考察および観察結果］
まず、第１条件である繊維２３の先端２３ｃがグリッド裏面１３ａに侵入する条件に関する考察および観察結果を述べる。図７（ａ）に示すように、先端２３ｃのグリッド裏面１３ａへの侵入および当接を特徴付ける量として、はみ出し量Δ、侵入長ｌを定義する。はみ出し量Δ、侵入長ｌを繊維２３のパラメータａ、ｂ、θおよびグリッド電極１３とブラシ保持部材１９間の距離Ｌで表すと、Δ＝ａcosθ−ｂ＋Ｌ、ｌ＝ｂ−Ｌとなる。すると、繊維２３のグリッド裏面１３ａへの当接に対する条件より、Δ＜０となるような繊維パラメータの組み合わせは除外される。
【００２８】
Δ＝０であれば、幾何学的に繊維２３の先端はグリッド裏面１３ａに侵入することができるが、繊維２３の屈曲に伴う応力を考慮すると、Δ＞０の場合にのみ、繊維２３の先端２３ｃはグリッド裏面１３ａに侵入することができる。
【００２９】
図７（ｂ）はΔ＞０の条件下における繊維２３の侵入の様子を示す図である。図７（ｂ）に示すように、Δ＞０であることによって繊維２３の先端２３ｃがグリッド側面１３ｂに引っかかり、繊維全体が屈曲した状態となる。この繊維２３の屈曲に伴う応力Ｆ１によって繊維２３の先端２３ｃには下向きの力が働き、また繊維２３の先端２３ｃにはグリット側面との摩擦力とグリッド側面１３ｂからの抗力の合力Ｆ２が働く。このＦ１がＦ２よりも大きいならば、繊維２３はグリッド側面１３ｂをすり抜けてグリッド裏面１３ａに侵入することができる。
【００３０】
グリッド側面１３ｂおよび繊維２３の表面の摩擦係数を無視すれば、Ｆ１およびＦ２を規定する繊維２３のパラメータとして繊維２３のヤング率Ｅ、はみ出し量Δの大きさ、はみ出し量Δと侵入長ｌの比κ＝Δ／ｌの二つが考えられる。繊維２３のヤング率Ｅに関しては、ヤング率Ｅが大きいほど繊維２３の屈曲に伴う応力Ｆ１が大きくなり、グリット裏面に侵入しなくなる。
【００３１】
図８（ａ）はΔが大きすぎる場合の繊維２３の挙動を示す図である。図８（ａ）に示すように、Δが大きすぎる場合には、摩擦力と端面からの効力の合力Ｆ２がＦ１に比べ大きくなり、グリッド裏面１３ａに侵入しなくなる。
【００３２】
図８（ｂ）（ａ）Δがｌに比べて大きすぎる場合のκによって繊維２３の挙動が変化する様子を示す図である。図８（ｂ）（ｂ）はｌがΔに比べて小さすぎる場合のκによって繊維２３の挙動が変化する様子を示す図である。図８（ｂ）（ａ）に示すように、Δがｌに比べて大きすぎる場合には、繊維２３の摩擦力と端面からの効力の合力Ｆ２がＦ１に比べ大きくなり、グリッド裏面１３ａに侵入しづらいことが予測される。図８（ｂ）（ｂ）に示すように、ｌがΔに比べて小さすぎる場合にも、繊維２３の摩擦力Ｆ２がＦ１に比べ大きくなり、グリッド裏面１３ａに侵入しなくなる。具体的には、後述する表１、表２のように、０．１ｍｍ＜Δ＜０．４ｍｍの場合に、清掃性、侵入性ともに良好な結果が得られた。
【００３３】
図９（ａ）〜（ｄ）はブラシ２２をグリッド裏面１３ａに繊維２３の屈曲部２３ａの先端２３ｃが侵入する様子をＣＣＤカメラによってとらえた結果を示す図である。ブラシ２２として、θ＝４５°の屈曲角持つ繊維２３についてヤング率Ｅおよびａ、ｂを適当に変化させたものを用いた。繊維２３の素材としては、ナイロン（Ｅ＝１５０ｍｇ／ｃｍ２、Ｅ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２）を使用した。
【００３４】
図９（ａ）は、Ｅ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）、Δ＝０．２２ｍｍ、ｌ＝０．２ｍｍの場合の結果を示している。この場合、繊維２３は侵入することができる。
【００３５】
図９（ｂ）はＥ＝１５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）、Δ＝０．２２ｍｍ、ｌ＝０．２ｍｍの場合の結果を示している。この場合、ヤング率Ｅが小さいため繊維２３は裏面に侵入することができなかった。
【００３６】
図９（ｃ）は、Ｅ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）、Δ＝０．３７ｍｍ、ｌ＝０．２ｍｍの場合の結果を示している。この場合、Δが大きいため裏面に侵入することができなかった。
【００３７】
図９（ｄ）は、Ｅ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）、Δ＝０．３２ｍｍ、ｌ＝０．１ｍｍの場合の結果を示している。この場合、κが大きいため裏面に侵入することができなかった。
【００３８】
［第２条件に対する考察および観測結果］
次に第２条件である繊維２３の先端２３ｃがグリッド裏面１３ａに当接しトナーなどの異物を拭き取る条件に関する考察、および実際の繊維２３の挙動をＣＣＤカメラによって観察した結果を述べる。第１条件を満たす限り、繊維２３の先端２３ｃはグリッド裏面１３ａに当接可能であるので、トナーなどの異物を拭き取るための条件を考えればよい。トナーなどの異物は繊維２３の先端２３ｃがわずかに触れることによっても除去することが可能であるので、より効率的に除去するためには繊維２３の先端２３ｃとグリッド裏面１３ａとの接触面積が大きいほうが有利である。このためには前述のΔが大きいほど良い。
【００３９】
図１０（ａ）、図１０（ｂ）は、Ｅ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）のヤング率を持つ繊維２３に対して、実際に屈曲部２３ａの長さａ、直毛部２３ｂの長さｂを変えて、繊維２３の先端の挙動を見た結果を示す図である。図１０（ａ）はＥ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）Δ＝０．２２ｍｍの場合の結果である。図１０（ｂ）はＥ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）Δ＝０．１２ｍｍの場合の結果である。Δが大きい図１０（ａ）の場合のほうが、Δが小さい図１０（ｂ）の場合に比べ、繊維２３の先端２３ｃのグリッド裏面１３ａとの接触面積が大きい。
【００４０】
［第３条件に対する考察および観察結果］
次に第３条件である、繊維２３の先端２３ｃがグリッド裏面１３ａに当接した後、ブラシ２２の移動にともないグリッド電極１３に引っかかることなく繊維２３が元の状態に戻る条件、に対する考察およびＣＣＤカメラによる観察結果を述べる。第３条件には以下の２つの条件３Ａ、３Ｂが存在する。
【００４１】
［条件３Ａ］繊維２３がグリッド電極１３から抜けるときにグリッド電極１３との摩擦力によって繊維２３が引っかからない条件
［条件３Ｂ］繊維２３がグリッド電極１３から抜けて元の状態に戻る時に次のグリッド電極１３に接触しない条件。
【００４２】
条件３Ａが必要な理由は以下である。すなわち、繊維２３がグリッド電極１３から抜ける時には図６の５の状態のように繊維２３は大きくたわんだ状態でグリッド側面１３ｂに当接しつつ通過しなければならない。その際、ブラシ２２を構成する繊維２３一本一本には大きな摩擦力がかかり、その力の総和がブラシ２２にかかることになる。この力がブラシ２２の駆動力に比べて大きいとき、ブラシ２２はグリッド電極１３に引っかかってしまい、ブラシ２２が動かない。このため、ブラシ２２を駆動するモータに大きな負荷がかかり、ブラシ２２を構成する繊維２３が損耗あるいは断線するなどの課題が生じることになる。
【００４３】
条件３Ｂが必要な理由は以下である。すなわち、繊維２３がグリッド電極１３から抜ける時、図６の６の過程のように繊維２３は大きくたわみ、繊維２３の根本部分が先端２３ｃに対してブラシ２２の移動方向に先行した状態となる。図１０（ｃ）はグリッド電極１３の間隔に比べ繊維２３の根本部分が先行する距離が大きい場合の予測を示す図である。図１０（ｃ）に示すように、この時、繊維２３が元の状態に戻る前に次のグリッド電極１３に接触してしまい、グリッド裏面１３ａに当接することができなくなる。
【００４４】
［条件３Ａに対する考察］
条件３Ａを特徴付ける繊維２３のパラメータとしては繊維全体の長さλ＝ａ＋ｂおよび繊維２３のヤング率Ｅが考えられる。λが大きいほど繊維２３がグリッド電極１３から抜けるときの繊維２３のたわみが大きく応力が大きいため、繊維２３にかかる摩擦力も大きくなる。またヤング率Ｅが大きいほど繊維２３が抜けるときの応力が大きく繊維２３にかかる摩擦力も大きくなることが予測される。具体的には、後述する表１、表２のように、１ｍｍ＜λ＜３ｍｍ、１５０ｍｇ／ｃｍ＜Ｅ＜３００ｍｇ／ｃｍの場合に、良好な結果が得られた。
【００４５】
［条件３Ａに対する観察結果］
図１１（ａ）〜図１１（ｃ）はヤング率Ｅおよびλを変化させ、ＣＣＤカメラによって観察した結果を示す図である。繊維２３の素材としてはナイロン（Ｅ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２）およびアクリル（Ｅ＝３００ｍｇ／ｃｍ２）を用いた。
【００４６】
図１１（ａ）はＥ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）、λ＝２．２ｍｍの場合である。この時、繊維２３はグリッド電極１３から抜けることができる。
【００４７】
図１１（ｂ）のヤング率Ｅ＝３００ｍｇ／ｃｍ２（アクリル）、λ＝２．２ｍｍの場合である。図１１（ｂ）の場合はヤング率Ｅが大きいため、繊維２３がグリッド電極１３に引っかかり、ブラシ２２が止まってしまうということが生じた。
【００４８】
図１１（ｃ）はヤング率Ｅ＝３００ｍｇ／ｃｍ２（アクリル）、λ＝２．３ｍｍの場合である。この場合にはλが大きいため、繊維２３がグリッド電極１３に引っかかり、ブラシ２２が止まってしまうということが生じた。
【００４９】
［条件３Ｂに対する考察］
条件３Ｂを特徴付ける繊維２３のパラメータとしては繊維２３が完全に伸びきったと仮定した状態から元の状態に戻るまでに繊維２３の屈曲部２３ａとグリッド電極１３のある平面との交点Ａが移動する距離δがあげられる。図１２（ａ）はδを示す図である。
【００５０】
δを繊維２３のパラメータａ、ｂ、θおよびグリッド電極とブラシ保持部材間の距離Ｌで表すと、δ＝√（λ２−Ｌ２）＋ａsinθ−Δtanθとなる。繊維２３が完全に伸びきるまで繊維２３がグリッド電極１３から抜けないと仮定すれば、グリッド間隔Ｄに対し、条件３Ｂをみたす繊維２３の条件はδ＜Ｄとなる。
【００５１】
しかし、実際には図１２（ｂ）に示すように、繊維２３はたわんだ状態でグリッド表面１３ｃから抜けるため、実際の繊維２３が元の状態に戻るまでに繊維２３の屈曲部２３ａとグリッド電極１３のある平面との交点Ａが移動する距離δ’はδよりも小さくなる。また、繊維２３がたわむことによる応力のため、グリッド表面上をすべりながら抜けると考えられ、δがＤよりも大きい場合にも繊維２３はグリッド電極１３から抜けることができる。また、本実施形態では、δの下限はｌtanθとなり、これ以下だと繊維が復元しない。よって、ｌtanθ＜δ＜Ｄであることが好ましい。なお、後述する第二実施形態の場合には、δの下限はｂsinα＋ｌcosαtan(θ-α)となる。
【００５２】
［条件３Ｂに対する観察結果］
図１３（ａ）〜図１３（ｃ）はヤング率Ｅおよびａ、ｂを変化させ、ＣＣＤカメラによって観察した結果を示す図である。繊維２３の素材としてはナイロン（Ｅ＝１５０ｍｇ／ｃｍ２、２５０ｍｇ／ｃｍ２）を用いた。
【００５３】
図１３（ａ）はＥ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）、δ＝２．５７ｍｍの場合の結果である。この時、繊維２３は元の状態に戻ることができる。
【００５４】
図１３（ｂ）はＥ＝１５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）、δ＝２．５７ｍｍの場合である。この時、繊維２３は元の状態に戻る前に次のグリッド電極１３に当接し、グリッド裏面１３ａに当接できないということが生じた。
【００５５】
これは繊維２３の応力が大きいほど、すなわちヤング率Ｅが大きいほどグリッド表面上を滑りやすいため、ヤング率Ｅが大きいほどδが大きくても繊維２３は元の状態にもどりやすくなるためである。
【００５６】
図１３（ｃ）はＥ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）、δ＝３ｍｍの場合である。この場合δが大きいために、繊維２３が元の状態に戻る前に次のグリッド電極１３に当接し、グリッド裏面１３ａに当接できないということが生じた。
【００５７】
［清掃に最適な繊維２３のパラメータの検証］
第１条件から第３条件を満たし、実際にグリッド裏面１３ａを清掃できる条件を調べるために、屈曲部２３ａの長さａ、直毛部２３ｂの長さｂをパラメータとしてそれぞれ０．１ｍｍずつ変化させたブラシ２２を作製した。繊維２３の素材としてはナイロン（Ｅ＝１５０ｍｇ／ｃｍ２、２５０ｍｇ／ｃｍ２）およびアクリル（Ｅ＝３００ｍｇ／ｃｍ２）を用いた。
【００５８】
ブラシ２２が第１条件から第３条件を満たすかをＣＣＤカメラにより観察し、さらに実際の画像形成装置であるキヤノン社製複合機ｉｍａｇｅＰＲＥＳＳＣ１改造機にそれぞれのパラメータを持つブラシ２２を搭載し、グリッド裏面１３ａの清掃効果を測定した。
【００５９】
清掃効果の評価は、各繊維２３のパラメータを持つブラシ搭載した帯電装置を用いてキヤノン社製複合機ｉｍａｇｅＰＲＥＳＳＣ１改造機を用いて行った。この複合機により画像を出力し、トナーやケバなどの異物がグリッド電極１３に付着することにより、感光ドラム１に帯電ムラが生じることで画像に白いすじが出現するまでの画像出力枚数を測定した。
【００６０】
グリッド裏面１３ａの清掃は、５０００枚の画像を出力するごとに１回の清掃を行なうものとした。グリッド電極清掃部１４が図２（ａ）のホームポジションＡから、グリッド端部Ｂまで移動し、その後、グリッド端部Ｂから元のホームポジションＡに移動するまでを１回の清掃過程とした。
【００６１】
また清掃部材評価の基準としては、白いすじが出現するまでの画像出力枚数が３０，０００枚以上の場合には○（良い）とした。１５，０００枚から３０，０００枚の場合には△（許容可能）とした。直毛ブラシと同程度の１５，０００枚未満の場合には×（悪い）とした。
【００６２】
Ｅ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）、θ＝４５°の場合を表１（単位は全てｍｍ）に示す。図１４（ａ）は表１より第１条件から第３条件を満たし、かつ清掃効果が高かった屈曲部２３ａの長さａ、直毛部２３ｂの長さｂの組み合わせを領域として示したグラフである。図１４（ａ）において縦軸は繊維２３の直毛部の長さｂを、横軸は繊維２３の屈曲部２３ａの長さａを表す。
【００６３】
ブラシ２２の製造条件から、屈曲部２３ａの長さａ、直毛部２３ｂの長さｂには±０．１ｍｍ程度の誤差がある。このことを考慮すると、Ｅ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）、θ＝４５°の場合にはａ＝０．７ｍｍ、ｂ＝１．３ｍｍまたはａ＝０．６ｍｍ、ｂ＝１．３ｍｍの組み合わせがグリッド裏面１３ａの清掃に最も適していた。
【００６４】
【表１】
同様にＥが１５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）、３００ｍｇ／ｃｍ２（アクリル）である２種類のブラシ２２を用いた場合でも表１と同様の表を作成し、清掃効果が良かったａ、ｂの組み合わせを領域として示したグラフを図１４（ｂ）に示す。図１４（ｂ）において縦軸は繊維２３の直毛部２３ｂの長さｂを、横軸は繊維２３の屈曲部２３ａの長さａを表す。
【００６５】
Ｅ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）からＥ＝３００ｍｇ／ｃｍ２（アクリル）にＥを大きくすると清掃効果の高い領域は減少している。これは第３条件の条件３Ａに述べたようにヤング率Ｅが大きいことで繊維２３がグリッド側面１３ｂに引っかかる影響である。
【００６６】
またＥ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）からＥ＝１５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）にＥを小さくしても清掃効果の高い領域は減少する。これは第３条件の条件３Ｂに述べたようにヤング率が小さいことで繊維２３が元の状態に戻る前に次のグリッド電極１３に接触してしまい、グリッド裏面１３ａに当接することができなくなる影響である。
【００６７】
ブラシの製造条件から屈曲部２３ａの長さａ、直毛部２３ｂの長さｂには±０．１ｍｍ程度の誤差があることを考えると、ヤング率Ｅはできるだけａ、ｂに対する冗長性の良いＥ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）程度にすることが理想的である。
【００６８】
次にヤング率Ｅ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）の条件のもと、屈曲角θを３０°および６０°に変化させたブラシを製造し、表１と同様の表を作成し、清掃効果が高かったａ、ｂの組み合わせを領域として示したグラフを図１５（ａ）に示す。図１５（ａ）において縦軸は繊維２３の直毛部２３ｂの長さｂを、横軸は繊維２３の屈曲部２３ａの長さａを表す。
【００６９】
屈曲角θが大きくなるにしたがって清掃効果の高い領域は直毛部２３ｂの長さｂが小さいほうにシフトしていく。これは、繊維２３がグリッド裏面１３ａに当接できない境界条件Δ＝０を表す直線がｂ＝ａｃｏｓθ＋１で表され、θの減少に伴いΔ＞０の領域が直毛部２３ｂの長さｂが小さいほうへシフトしていくためである。図１５（ａ）より冗長性の良い屈曲角の条件としてはθ＝４５°程度が良い。
【００７０】
以上のような観測および測定結果により、繊維２３のパラメータとして、Ｅ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）、θ＝４５°、ａ＝０．７ｍｍ、ｂ＝１．３ｍｍの組み合わせが最適である。または、Ｅ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）、θ＝４５°、ａ＝０．６ｍｍ、ｂ＝１．３ｍｍの組み合わせが最適である。
【００７１】
［本実施形態の清掃効果］
特にＥ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）、θ＝４５°、ａ＝０．７ｍｍ、ｂ＝１．３ｍｍの繊維パラメータの組み合わせを持つブラシ２２を用いて、グリッド裏面１３ａのトナーの被服率を調べた結果を図１５（ｂ）に示す。キヤノン社製複合機ｉｍａｇｅＰＲＥＳＳＣ１改造機を用いた。図１５（ｂ）において縦軸はグリッド裏面１３ａのトナー被服率を、横軸は画像出力枚数を表す。図１５（ｂ）には先端に屈曲処理を施していない直毛ブラシによるグリッド裏面１３ａのトナー被服率の結果も併せて示してある。またグリッド裏面１３ａの清掃は、前述の場合と同様の清掃を行なうものとした。
【００７２】
グリッド裏面１３ａのトナーの被服率の測定方法は以下のようである。画像出力枚数ごとにコロナ帯電装置２を取り出し、グリッド裏面１３ａの顕微鏡による観察画像を取り込む。その画像のＲＧＢ比よりトナー付着部分を決定し、トナー付着部分の面積の積算値と、画像出力前に測定しておいたグリッド裏面１３ａの面積の商をとることにより算出した。
【００７３】
図１５（ｂ）に示すように、先端に屈曲処理を施していない直毛ブラシによる清掃では、裏面のトナー被服率は画像出力枚数に伴って上昇していき、４０，０００枚出力時には５０％以上に達する。これに対し、前記最適パラメータを持つ屈曲処理を施したブラシ２２による清掃では、トナー被服率は４０，０００枚出力時にも１０％程度にしかならず、屈曲処理を施したブラシ２２によりグリッド裏面１３ａを清掃する効果がある。
【００７４】
次にグリッド電極１３にトナー以外の異物、特に埃やケバが付着したことを想定し、グリッド裏面１３ａにケバを１００本人為的に付着させた。そして、屈曲処理を施したブラシ２２と、屈曲処理を施していない直毛ブラシが、図２（ａ）のホームポジションＡ、グリッド端部Ｂ間を往復移動する回数（清掃回数）に伴い、グリッド裏面１３ａ上のケバがどの程度とれるかを測定した。その結果を図１６（ａ）に示す。図１６（ａ）において縦軸はグリッド裏面１３ａのケバの除去率を、横軸は画像出力枚数を表す。
【００７５】
図１６（ａ）に示すように、先端に屈曲処理を施していない直毛ブラシによる清掃では、裏面のケバの除去率は２０回清掃時にも５％以下で、ほとんどケバは除去されていない。これに対し、前記パラメータを持つ屈曲処理を施したブラシ２２による清掃では、２０回清掃により８０％程度のケバを除去することができ、トナー以外のケバなどの埃に対しても屈曲処理を施したブラシは有効である。
【００７６】
また、下記の繊維パラメータの組み合わせを持つブラシ２２を用いて、トナーなどの異物がグリッドに付着することにより、感光ドラム１に帯電ムラが生じることで画像に白いすじが出現するまでの画像出力枚数を調べた。繊維パラメータは、前記最適パラメータであるのＥ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）、θ＝４５°、ａ＝０．７ｍｍ、ｂ＝１．３ｍｍとした。キヤノン社製複合機ｉｍａｇｅＰＲＥＳＳＣ１改造機を用いた。
【００７７】
また、グリッド裏面１３ａの清掃は、５０００枚の画像を出力するごとに１回の清掃を行なうものとした。前述の場合と同様に、グリッド電極清掃部１４が図２（ａ）のホームポジションＡから、グリッド端部Ｂまで移動し、その後、グリッド端部Ｂから元のホームポジションＡに移動するまでを１回の清掃過程とした。その結果を図１６（ｂ）に示す。図１６（ｂ）に示すように、屈曲処理を施していない直毛ブラシを用いた場合では、１０，０００枚程度で帯電ムラによる白いすじが出てしまうのに対し、屈曲処理を施したブラシ２２では、５０，０００枚近くまで白すじは出現しない。屈曲処理を施したブラシ２２を用いることによって帯電ムラを抑制することができる。
【００７８】
なお、上記に示したＥ、θ、ａ、ｂの最適値は図３（ａ）に示したグリッド電極１３の形状および、図３（ｂ）に示したグリッド電極１３とブラシ保持部材１９の間隔Ｌによって変化する。おのおののグリッド電極１３の形状および、グリッド電極１３とブラシ保持部材１９の間隔Ｌに対して最適なＥ、θ、ａ、ｂの組み合わせを選ぶことで上記と同様の効果を期待することができる。
【００７９】
また、本実施形態においては、ブラシ２２を構成する繊維２３の素材としてアクリルまたはナイロンを選択した。しかし、帯電装置２のおのおののグリッド電極１３の形状および、グリッド電極１３とブラシ保持部材１９の間隔Ｌに対して最適なヤング率Ｅを持ってさえいれば良く、その素材についてはレーヨン、綿など様々なものが考えられ、特に限定されない。
【００８０】
本実施形態によれば、簡単な構成で、グリッド電極１３の感光ドラム１と対向する面全体を清掃することができる。
【００８１】
[第二実施形態]
次に本発明に係る帯電装置の第二実施形態について図を用いて説明する。上記第一実施形態と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。図１７（ａ）は本実施形態のブラシの構成図である。図１７（ａ）に示すように、本実施形態のブラシ３２は、上記第一実施形態のブラシ２２を構成する繊維２３を、ブラシ２２の移動方向と繊維２３の植毛方向とのなす角βを鋭角にし、屈曲部２３ａを先端２３ｃがグリッド裏面１３ａに近づく方向に屈曲したものである。グリッド平面の法線と繊維２３のなす角をαとする。繊維２３に対する屈曲処理の形状は第一実施形態と共通である。
【００８２】
［本実施形態のブラシ３２の清掃過程に対する考察］
グリッド電極１３のある平面に対して繊維２３に角度を持たせることによって、先端２３ｃがグリッド電極１３に当接した時に、図１７（ｂ）のようにブラシ保持部材１９からの力Ｆｈが働く。このＦｈのグリッド平面に垂直な方向の成分Ｆｖと、繊維２３が屈曲することによる応力Ｆ１との合力が、繊維２３のグリッド側面１３ｂに当接した部分に働く。このため、繊維２３はグリッド裏面１３ａに対してより容易に侵入することができる。そのため、第一実施形態よりもはみ出し量Δが大きい場合にもグリッド裏面１３ａに侵入することができる。
【００８３】
しかし、繊維２３が角度を持っていることによって、第一実施形態に述べた第３条件のうち、条件３Ａの繊維全体の長さλに対する条件はより厳しいものとなる。なぜなら、繊維２３が角度を持っていることによって、繊維２３がグリッド側面１３ｂに当接しつつグリッド裏面１３ａから抜けるときに繊維２３はより大きく屈曲し、繊維の応力が大きいため、グリッド側面１３ｂから受ける摩擦力も大きくなるためである。
【００８４】
［清掃に最適な繊維のパラメータの検証］
【００８５】
実際にＥ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）、θ＝６０°、α＝３０°の場合に屈曲部２３ａの長さａ、直毛部２３ｂの長さｂをパラメータとしてそれぞれ０．１ｍｍずつ変化させたブラシを作製した。そして、第一実施形態と同様にＣＣＤカメラによる観察した結果および、キヤノン社製複合機ｉｍａｇｅＰＲＥＳＳＣ１改造機に作製したブラシを搭載し清掃効果を評価した結果から表１と同様の表を作成した。また、ブラシは第一実施形態と同様に射出形成によって繊維の先端部に屈曲処理を施したものを用いた。その結果を表２（単位は全てｍｍ）に示す。
【００８６】
【表２】
表２より清掃効果が高かった屈曲部２３ａの長さａ、直毛部２３ｂの長さｂの組み合わせを領域として示したグラフを図１８（ａ）に示す。図１８（ａ）において縦軸は繊維２３の直毛部２３ｂの長さｂを、横軸は繊維２３の屈曲部２３ａの長さａを表す。図１８（ａ）に示すように、Ｅ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）、θ＝６０°、α＝３０°の場合には冗長性のよいａ＝０．４ｍｍ、ｂ＝１．５ｍｍの組み合わせが最適であった。
【００８７】
このようにグリッド電極１３のある平面に対して繊維２３に角度を持たせた場合にも適切な屈曲部２３ａの長さａ、直毛部２３ｂの長さｂの組み合わせを持つブラシ３２を用いることで第一実施形態と同様の効果が得られる。
【００８８】
また、本実施形態においてはブラシ３２を構成する繊維２３の素材としてナイロンを選択した。しかし、帯電装置２のおのおののグリッド電極１３の形状および、グリッド電極１３とブラシ保持部材１９の間隔Ｌに対して最適なヤング率Ｅを持ってさえいれば良く、その素材についてはレーヨン、綿など様々なものが考えられ、特に限定されない。
【００８９】
[第三実施形態]
次に本発明に係る帯電装置の第三実施形態について図を用いて説明する。上記第一実施形態と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。図１８（ｂ）は本実施形態のブラシ４２の構成図である。図１８（ｂ）に示すように、本実施形態のブラシ４２は、上記第一実施形態のブラシ２２の繊維２３を、繊維同士の屈曲方向が隣接する繊維同士で互いに反対方向を向くように構成したものである。繊維２３に対する屈曲処理の形状は第一実施形態と共通である。
【００９０】
［本実施形態のブラシ４２と第一実施形態のブラシ２２の清掃過程の比較］
図１９（ａ）に第一実施形態のように繊維２３の屈曲方向が一方向のみの場合のブラシ２２の移動の様子を示す。図１９（ａ）の矢印ｆ方向にブラシ２２が移動する場合、繊維２３の屈曲方向とブラシ２２の移動方向が揃っており、グリッド裏面１３ａを清掃することができる。しかし、図１９（ａ）の矢印ｇ方向にブラシ２２が移動する場合、繊維２３の屈曲方向とブラシ２２の移動方向が逆になり、繊維２３はグリッド裏面１３ａを清掃することができない。ブラシ２２はモータＭ１の回転によってグリッド電極１３に対して往復運動をするため、図１９（ａ）のようにグリッド裏面１３ａにグリッド電極１３のグリッド平面方向（ブラシ移動方向）における中心線を境としてＡ側とＢ側を定義する。この時、図６の１から３の過程を見てもわかるように、グリッド裏面１３ａのＡ側とＢ側ではグリッド裏面１３ａに対する当接力および接触面積が異なる。また、ブラシ２２の屈曲部２３ａの先端２３ｃは、Ｂ側のグリッド側面１３ｂには当接できない。このためグリッド裏面１３ａのＡ側とＢ側では清掃のされ方が異なり、Ｂ側のみにトナーやケバなどが残留する可能性が考えられる。
【００９１】
そこで図１８（ｂ）のように繊維同士の屈曲方向が互いに逆を向くように構成することで、ブラシ４２の往路と復路でグリッド裏面１３ａを均等に清掃することができ、清掃効率の上昇および清掃ムラの防止を期待することができる。
【００９２】
［本実施形態の清掃効果］
実際に第一実施形態の場合と同様に、下記の繊維パラメータを持つブラシ４２を用いてグリッド裏面１３ａのトナー被服率およびグリッド裏面１３ａのケバ除去率を測定したものを図１９（ｂ）、図２０（ａ）に示す。繊維パラメータは、最適パラメータであるＥ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）、θ＝４５°、ａ＝０．７ｍｍ、ｂ＝１．３ｍｍとした。図１９（ｂ）において縦軸はグリッド裏面１３ａのトナー被服率を、横軸は画像出力枚数を表す。また図２０（ａ）において縦軸はグリッド裏面１３ａのケバの除去率を、横軸は画像出力枚数を表す。
【００９３】
グリッド裏面１３ａの清掃方法は、第一実施形態の場合と同様とする。図１９（ｂ）、図２０（ａ）に示すように、両者共に、繊維同士の屈曲方向が互いに逆を向くブラシ４２は、屈曲方向が一方向のブラシ２２に比べて清掃効率がよい。
【００９４】
また、第一実施形態の場合と同様にキヤノン社製複合機ｉｍａｇｅＰＲＥＳＳＣ１改造機によって画像を出力し、画像に白いすじが出現するまでの画像出力枚数を調べた結果を図２０（ｂ）に示す。グリッド裏面１３ａの清掃方法は、上記と同様とする。
【００９５】
この実験においても、ブラシ４２を用いた場合に、第一実施形態の屈曲方向が一方向のブラシ２２に比べて、白いすじが出現するまでの画像出力枚数が上昇し、清掃効果がより高い。
【００９６】
本実施形態では、ブラシ４２を構成する繊維２３を、繊維同士の屈曲方向が隣接する繊維同士で互いに逆を向くように構成したものを用いて説明した。ブラシ４２は、この他にも、図２１（ａ）〜図２１（ｃ）のようにブラシ４２の移動方向に対して繊維２３の屈曲方向が互いに逆を向く繊維２３を混在させてもよい。ブラシ４２の移動方向の往方向に対して屈曲方向をもつ繊維２３と復方向に対して屈曲方向を持つ繊維２３の数は、等しくする必要がある。かかるブラシ４２によっても、ブラシ４２の往路と復路でグリッド裏面１３ａを均等に清掃することができ、本実施形態と同様の効果を期待することができる。
【００９７】
[第四実施形態]
次に本発明に係る帯電装置の第四実施形態について図を用いて説明する。上記第一実施形態と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。図２１（ｄ）は本実施形態のブラシ５２による清掃過程を示す図である。図２１（ｄ）に示すように、本実施形態のブラシ５２は、上記第一実施形態のブラシ２２の繊維２３の先端部が屈曲処理されたものと、先端部が直毛のものを混在させたものである。繊維２３に対する屈曲処理の形状は第一実施形態と共通である。
【００９８】
第一実施形態のように屈曲処理した繊維２３のみでブラシ２２を構成した場合、第一実施形態の条件３Ａで述べたように、繊維２３のヤング率Ｅが大きいまたは繊維全体の長さλが大きいとき、グリッド側面１３ｂから繊維２３におよぼされる摩擦力が大きくなる。その摩擦力の全ての繊維２３に対する総和がモータの駆動力を超えると、ブラシ２２がグリッド電極１３に引っかかり動かないということが生じる。そのため、その摩擦力の総和よりも大きい駆動力を持つモータが使用される。
【００９９】
しかし、コストやスペースの節約のために駆動力が小さく、小型のモータを使用しなければならない場合がある。その場合、繊維２３におよぼされる摩擦力によってモータにかかるトルクを小さくするために、ブラシ２２を構成する屈曲処理した繊維２３の本数を減らすということが考えられる。この場合、グリッド裏面１３ａの清掃効率が落ちることになるが、同時にグリッド表面１３ｃの清掃効率も下がることが課題となる。
【０１００】
そこで、図２１（ｄ）のように、ブラシ５２は、繊維２３の先端部が屈曲処理されたものと、先端部が直毛のものを混在させ、繊維全体の本数を変えない構成となっている。これにより、直毛繊維がグリッド表面１３ｃの清掃を行い、本数が少なくなった屈曲繊維のみがグリッド裏面１３ａの清掃を行う。このため、グリッド表面１３ｃの清掃効率を保ちつつモータにかかるトルクを減らすことができる。また、上記第一実施形態と同様に、簡単な構成で、グリッド電極１３の感光ドラム１と対向する面全体を清掃することができる。
【符号の説明】
【０１０１】
Ａ …ホームポジション
Ｂ …グリッド端部
Ｌ …レーザー光
Ｍ１ …モータ
Ｐ …転写材
１ …感光ドラム
２ …コロナ帯電装置
３ …二成分現像器
４ …転写ローラ
５ …クリーナー
６ …除電ランプ
７ …スキャナ
１０ …シールドケース
１１ …絶縁性支持部
１２ …放電ワイヤ
１３ …グリッド電極
１３ａ …グリッド裏面
１３ｂ …グリッド側面
１３ｃ …グリッド表面
１４ …グリッド電極清掃部
１５ …放電ワイヤ清掃部
１５ａ、１５ｂ …スポンジパッド
１６ …ホルダ
１７ …ネジ軸
１８ …軸受け
１９ …ブラシ保持部材
２０ …射出成形機
２１ …金型
２２、３２、４２、５２ …ブラシ
２３ …繊維
２３ａ …屈曲部
２３ｂ …直毛部
２３ｃ …先端
２３ｄ …屈曲点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、レーザービームプリンタなどの電子写真方式の画像形成装置に用いられる帯電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の画像形成装置において、装置内外に浮遊しているホコリや、トナーなどが、コロナ放電を行なう帯電装置の放電電極、シールド電極、グリッド電極に付着する。そして、コロナ放電電極の放電時間が長くなるほど付着量が増加していく。このため、一定量の画像形成が行なわれると、各電極の汚染などにより、放電効率の低下や、被帯電体への放電電流ムラが生じ、出力画像の画質劣化を引き起こすことがある。また、帯電装置の寿命の低下につながる。そこで、グリッド電極の自動清掃を行なう清掃装置が提案されている（特許文献１〜３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０９−２９７４５７
【特許文献２】特開２００５−３３８７９７
【特許文献３】特開平０９−５４４８２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１〜３には、グリッド電極の感光ドラムに対向する面を清掃することが困難であるという共通した課題がある。すなわち、グリッド電極は、感光ドラムの帯電ムラを抑制するために、感光ドラムに１〜１．５ｍｍで近接しなければならない。このような非常に狭いスペースに清掃部材を設けるためには、清掃装置が複雑な構成となり、かつ非常に高い精度の機構を必要とする。
【０００５】
特許文献３には、このようなグリッド電極の両面を清掃する構成が記載されている。しかし、この構成では、シート状部材が交互にワイヤーグリッドにかかっているため、グリッド電極の感光ドラムに対向する側は全ワイヤーグリッドの半分しか清掃できない。また、この構成はワイヤーグリッドのみにしか適用できず、構成も複雑である。
【０００６】
そこで本発明は、簡単な構成で、グリッド電極の感光ドラムと対向する面全体を清掃することができる帯電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明に係る帯電装置の代表的な構成は、被帯電体に対向したグリッド電極と、前記グリッド電極に接触するブラシを備え、移動しながら前記グリッド電極を清掃する清掃部材と、を有する帯電装置において、前記ブラシの繊維は、前記グリッド電極の前記被帯電体側のグリッド裏面よりも前記被帯電体側に伸びた直毛部と、前記直毛部に対して鋭角に屈曲した屈曲部と、を有し、前記清掃部材の移動に伴って、前記ブラシの繊維の先端が、前記グリッド電極の前記被帯電体に対向した前記グリッド裏面に接触することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、簡単な構成で、グリッド電極の感光ドラムと対向する面全体を清掃することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第一実施形態に係る帯電装置を搭載した画像形成装置の構成図である。
【図２】（ａ）第一実施形態に係る帯電装置の側面図である。（ｂ）第一実施形態に係る帯電装置の正面図である。
【図３】（ａ）第一実施形態に係るグリッド電極の上面図である。（ｂ）第一実施形態に係る清掃部材の構成説明図である。
【図４】（ａ）第一実施形態に係る清掃部材を構成する繊維の説明図である。（ｂ）第一実施形態に係るブラシの繊維を作製する射出形成装置の概略図である。
【図５】第一実施形態に係るブラシの繊維の金型の概略図である。
【図６】第一実施形態に係る清掃部材のグリッド裏面清掃過程の説明図である。
【図７】（ａ）第一実施形態に係るブラシの繊維のはみ出し量Δ、侵入長ｌの説明図である。（ｂ）第一実施形態に係る繊維のグリッド裏面への侵入過程を説明した図である。
【図８】（ａ）Δが大きい場合の繊維の挙動の説明図である。（ｂ）κが大きい場合の繊維の挙動の説明図である。
【図９】第一実施形態に係る繊維のグリッド裏面への侵入過程を観察した結果の説明図である。
【図１０】（ａ）（ｂ）はみ出し量Δによるグリッド裏面接触面積の違いを説明した図である。（ｃ）繊維が元に戻る前に次のグリッドに接触する様子を説明した図である。
【図１１】第一実施形態に係る繊維のグリッド裏面からの離脱過程を観察した結果の説明図である。
【図１２】繊維がグリッド表面に当接してから元に戻る様子を説明した図である。
【図１３】繊維がグリッド表面に当接してから元に戻る様子を観察した結果の説明図である。
【図１４】（ａ）Ｅ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２、θ＝４５°の場合の清掃効果が高いａ、ｂの組み合わせを表す図である。（ｂ）Ｅ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２、Ｅ＝３００ｍｇ／ｃｍ２、Ｅ＝１５０ｍｇ／ｃｍ２のヤング率を持つ繊維のθ＝４５°の場合の清掃効果が高いａ、ｂの組み合わせを表す図である。
【図１５】（ａ）Ｅ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２のヤング率を持つ繊維の、θ＝３０°、４５°、６０°の場合の清掃効果が高いａ、ｂの組み合わせを表す図である。（ｂ）第一実施形態に係るグリッド裏面のトナーの被服率の変化を表すグラフである。
【図１６】（ａ）第一実施形態に係るグリッド裏面のケバの除去率の変化を表すグラフである。（ｂ）第一実施形態に係る帯電装置使用時の白すじ出現までの画像出力枚数を表すグラフである。
【図１７】（ａ）第二実施形態に係る清掃部材の構成説明図である。（ｂ）第二実施形態に係る繊維に働く力の説明図である。
【図１８】（ａ）Ｅ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２、θ＝６０°、α＝３０°の場合の清掃効果が高いａ、ｂの組み合わせを表す図である。（ｂ）第三実施形態に係る清掃部材の構成説明図である。
【図１９】（ａ）第一実施形態に係る清掃部材のブラシの進行方向の説明図である。（ｂ）第三実施形態に係るグリッド裏面のトナーの被服率の変化を表すグラフである。
【図２０】（ａ）第三実施形態に係るグリッド裏面のケバの除去率の変化を表すグラフである。（ｂ）第三実施形態に係る帯電装置使用時の白すじ出現までの画像出力枚数を表すグラフである。
【図２１】（ａ）〜（ｃ）第三実施形態と同様の効果がある繊維の屈曲方向の構成の説明図である。（ｄ）第四実施形態の清掃部材の構成の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
[第一実施形態]
本発明に係る帯電装置の第一実施形態について、図を用いて説明する。
【００１１】
[帯電装置および帯電装置を搭載した画像形成装置の説明]
図１は本実施形態のコロナ帯電装置２を搭載した画像形成装置の構成図である。図１に示すように、被帯電体である感光ドラム１はコロナ帯電装置２によって負極性に一様に帯電される。画像信号に対応してスキャナ７から放出されるレーザー光Ｌが感光ドラム１上に照射されることによって、感光ドラム１の電位は減衰し、静電潜像が形成される。形成された静電潜像は、二成分現像器３によってトナー像として現像され、転写ローラ４によって転写材Ｐに転写される。感光ドラム１上に残存した転写残トナーはクリーナー５によって掻き取られる。クリーナー５内の掻き取られた転写残トナーは廃トナー容器（不図示）に搬送され回収される。その後、除電ランプ６によって潜像電位の履歴を消去した後、再びコロナ帯電装置２によって帯電され、一連の画像形成工程が繰り返し行なわれる。
【００１２】
図２（ａ）は帯電装置２の側面図である。図２（ｂ）は帯電装置２の正面図である。図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、コロナ帯電装置２は、シールドケース１０、絶縁性支持部１１、放電ワイヤ１２、グリッド電極１３、グリッド電極清掃部１４、放電ワイヤ清掃部１５、ホルダ１６を有している。絶縁性支持部１１は、シールドケース１０の両端に設けられている。放電ワイヤ１２は、放電電極として、シールドケース１０の内部長手方向に設けられている。グリッド電極１３は、シールドケース１０の感光ドラム１対向側（被帯電体側）に設けられている。
【００１３】
グリッド電極清掃部１４、放電ワイヤ清掃部１５、ホルダ１６は、放電ワイヤ１２とグリッド電極１３を清掃する清掃部材である。本実施形態はグリッド電極１３と感光ドラム１の間に清掃部材を有しない構成である。ホルダ１６は、グリッド電極清掃部１４、放電ワイヤ清掃部１５を保持する。ホルダ１６は感光ドラム１対向側の反対側に配置された回転可能なネジ軸１７に係合している。ネジ軸１７は、絶縁性支持部１１が有する軸受け１８によって保持されており、回転方向自在のモータＭ１によって回転される。ネジ軸１７の回転によってホルダ１６は矢印ｃ方向に移動する。
【００１４】
グリッド電極清掃部１４、放電ワイヤ清掃部１５は、ホルダ１６の移動に伴いホームポジションＡから、グリッド端部Ｂまで移動し、その後、グリッド端部Ｂから元のホームポジションＡに移動する。この行程を１回の清掃行程とし、グリッド電極清掃部１４、放電ワイヤ清掃部１５は、グリッド電極１３および放電ワイヤ１２の清掃を行なう。
【００１５】
放電ワイヤ１２はφ６０μｍのタングステン線であり、絶縁性支持部１１に設けられた不図示の凸部とバネを介して架張されている。放電ワイヤ清掃部１５はスポンジパッド１５ａ、１５ｂが放電ワイヤ１２を両側から圧接するように配設してある。スポンジパッド１５ａ、１５ｂの放電ワイヤ１２との接触面に研磨紙などを貼り付けても良い。
【００１６】
コロナ帯電装置２の帯電範囲はΓであり、開口はその領域に対応する範囲で設けられている。さらにグリッド電極表面には、防錆処理として厚さ１μｍのニッケルメッキ処理を施している。グリッド電極１３と感光ドラム１の最近接位置での距離Λは１ｍｍである。
【００１７】
図３（ａ）はグリッド電極１３の上面図である。図３（ａ）に示すように、グリッド電極１３は、厚さ０．１ｍｍの平面の板状部材であるＳＵＳ３０４を使用し、エッチング処理にてグリッドの長手方向に対してφの傾きを持ち、Ｗ１の幅を持った複数の開口を形成している。また、グリッド線の線幅はＷ２とする。本実施形態ではφ＝４５°、Ｗ１＝１．４ｍｍ、Ｗ２＝０．１４ｍｍの組み合わせを持つグリッドを使用した。
【００１８】
図３（ｂ）はグリッド電極清掃部１４の構成図である。図３（ｂ）に示すように、グリッド電極清掃部１４は、ブラシ２２およびブラシ２２を保持するブラシ保持部材１９を有している。ブラシ保持部材１９とグリッド電極１３の間の距離Ｌは１ｍｍである。
【００１９】
［ブラシ２２の構成］
図４（ａ）はブラシ２２の構成図である。図４（ａ）に示すように、ブラシ２２を構成する繊維２３は、後に述べる射出成形によって作製される。繊維２３は、直毛部２３ｂ、屈曲部２３ａを有している。直毛部２３ｂは、グリッド電極１３のある平面に対して直交している。直毛部２３ｂは、グリッド電極１３の感光ドラム１と反対側のグリッド表面１３ｃから、グリッド電極１３の感光ドラム１に対向したグリッド裏面１３ａ側へ、各グリッド電極１３間を抜けて、感光ドラム１に向けて伸びている。屈曲部２３ａは、直毛部２３ｂに対して所定の角度θで屈曲し、グリッド裏面に向けて伸びている。また、本実施形態のブラシ２２を構成する繊維２３の素材としてはナイロン樹脂またはアクリル樹脂を使用した。
【００２０】
ブラシ２２の繊維２３の形状のパラメータとして、屈曲部２３ａの長さをａ、屈曲点２３ｄまでの直毛部２３ｂの繊維２３の長さをｂと定義する。また、繊維２３の屈曲部２３ａの先端２３ｃの向きはブラシ２２の移動方向に並行であり、全ての繊維２３において同じ方向を向くように植毛させている。
【００２１】
［ブラシ２２の製造方法］
図４（ｂ）はブラシ２２の繊維２３を製造する射出成形機２０の構成図である。図４（ｂ）に示すように、射出成形機２０は、型締力８５０ｔ、圧縮比１．８のスクリューを持つ射出成形機である。図５（ａ）はブラシ２２の繊維２３を作製するための金型２１の側面図である。図５（ｂ）は金型２１の立面図およびブラシ成形部分の拡大図である。ブラシ２２の繊維２３の原料となるナイロン樹脂またはアクリル樹脂を２５０℃の温度で溶融させ、射出成形機２０によって８０℃に加熱させた金型２１に射出し、ブラシ２２の繊維２３の作製を行なった。
【００２２】
［清掃工程におけるブラシ２２の挙動］
図６はブラシ２２の繊維２３がグリッド電極１３の感光ドラム対向面を清掃する過程を示す図である。グリッド電極清掃部１４はモータＭ１の回転に伴いグリッド電極１３の長手方向に移動し、ブラシ２２の繊維２３の屈曲部２３ａの先端２３ｃは、図６の１〜７に示す状態を経てグリッド裏面１３ａに当接し、グリッド裏面１３ａの清掃を行なう。
【００２３】
図６に示す１〜７の状態を、順を追って説明する。まず、１の状態で繊維２３の屈曲部２３ａの先端２３ｃはブラシ２２の移動に伴いグリッド側面１３ｂに当接する。２の状態で繊維２３の屈曲部２３ａの先端２３ｃはブラシ２２の移動に伴いグリッド裏面１３ａへ侵入する。３の状態で、繊維２３の屈曲部２３ａの先端２３ｃはグリッド裏面１３ａに当接しつつ、グリッド裏面１３ａに付着したトナーなどの異物を除去する。４の状態で、繊維２３のブラシ保持部材１９と係合する点から屈曲点２３ｄに至るまでの一部がグリッド側面１３ｂに接触し、繊維２３がたわむことで繊維２３の屈曲部２３ａの先端２３ｃはグリッドから遠ざかる方向へ移動する。５の状態で、繊維２３の屈曲部２３ａがグリッド側面１３ｂに当接し、繊維２３全体が大きくたわみながらグリッド裏面１３ａから抜ける方向へ移動する。６の状態で、繊維２３はグリッド裏面１３ａから抜け、繊維２３全体が大きくたわみながらグリッド表面１３ｃに当接した状態となる。７の状態で繊維２３はブラシ２２の移動に伴いグリッド表面１３ｃから離脱し、元の状態へと戻る。
【００２４】
［ブラシ２２がグリッド裏面１３ａを清掃するための条件］
このような状態を経てブラシ２２の繊維２３がグリッド裏面１３ａを清掃するために必要な条件は以下の３つの条件である。
【００２５】
［第１条件］繊維２３の先端２３ｃがグリッド裏面１３ａに侵入する条件
［第２条件］繊維２３の先端２３ｃがグリッド裏面１３ａに当接しトナーなどの異物を拭き取る条件
［第３条件］繊維２３の先端２３ｃがグリッド裏面１３ａに当接した後、ブラシ２２の移動にともないグリッド電極１３に引っかかることなく繊維２３が元の状態に戻る条件。
【００２６】
次にこの３つの条件を満たすために必要な繊維２３のパラメータの関係について述べる。
【００２７】
［第１条件に対する考察および観察結果］
まず、第１条件である繊維２３の先端２３ｃがグリッド裏面１３ａに侵入する条件に関する考察および観察結果を述べる。図７（ａ）に示すように、先端２３ｃのグリッド裏面１３ａへの侵入および当接を特徴付ける量として、はみ出し量Δ、侵入長ｌを定義する。はみ出し量Δ、侵入長ｌを繊維２３のパラメータａ、ｂ、θおよびグリッド電極１３とブラシ保持部材１９間の距離Ｌで表すと、Δ＝ａcosθ−ｂ＋Ｌ、ｌ＝ｂ−Ｌとなる。すると、繊維２３のグリッド裏面１３ａへの当接に対する条件より、Δ＜０となるような繊維パラメータの組み合わせは除外される。
【００２８】
Δ＝０であれば、幾何学的に繊維２３の先端はグリッド裏面１３ａに侵入することができるが、繊維２３の屈曲に伴う応力を考慮すると、Δ＞０の場合にのみ、繊維２３の先端２３ｃはグリッド裏面１３ａに侵入することができる。
【００２９】
図７（ｂ）はΔ＞０の条件下における繊維２３の侵入の様子を示す図である。図７（ｂ）に示すように、Δ＞０であることによって繊維２３の先端２３ｃがグリッド側面１３ｂに引っかかり、繊維全体が屈曲した状態となる。この繊維２３の屈曲に伴う応力Ｆ１によって繊維２３の先端２３ｃには下向きの力が働き、また繊維２３の先端２３ｃにはグリット側面との摩擦力とグリッド側面１３ｂからの抗力の合力Ｆ２が働く。このＦ１がＦ２よりも大きいならば、繊維２３はグリッド側面１３ｂをすり抜けてグリッド裏面１３ａに侵入することができる。
【００３０】
グリッド側面１３ｂおよび繊維２３の表面の摩擦係数を無視すれば、Ｆ１およびＦ２を規定する繊維２３のパラメータとして繊維２３のヤング率Ｅ、はみ出し量Δの大きさ、はみ出し量Δと侵入長ｌの比κ＝Δ／ｌの二つが考えられる。繊維２３のヤング率Ｅに関しては、ヤング率Ｅが大きいほど繊維２３の屈曲に伴う応力Ｆ１が大きくなり、グリット裏面に侵入しなくなる。
【００３１】
図８（ａ）はΔが大きすぎる場合の繊維２３の挙動を示す図である。図８（ａ）に示すように、Δが大きすぎる場合には、摩擦力と端面からの効力の合力Ｆ２がＦ１に比べ大きくなり、グリッド裏面１３ａに侵入しなくなる。
【００３２】
図８（ｂ）（ａ）Δがｌに比べて大きすぎる場合のκによって繊維２３の挙動が変化する様子を示す図である。図８（ｂ）（ｂ）はｌがΔに比べて小さすぎる場合のκによって繊維２３の挙動が変化する様子を示す図である。図８（ｂ）（ａ）に示すように、Δがｌに比べて大きすぎる場合には、繊維２３の摩擦力と端面からの効力の合力Ｆ２がＦ１に比べ大きくなり、グリッド裏面１３ａに侵入しづらいことが予測される。図８（ｂ）（ｂ）に示すように、ｌがΔに比べて小さすぎる場合にも、繊維２３の摩擦力Ｆ２がＦ１に比べ大きくなり、グリッド裏面１３ａに侵入しなくなる。具体的には、後述する表１、表２のように、０．１ｍｍ＜Δ＜０．４ｍｍの場合に、清掃性、侵入性ともに良好な結果が得られた。
【００３３】
図９（ａ）〜（ｄ）はブラシ２２をグリッド裏面１３ａに繊維２３の屈曲部２３ａの先端２３ｃが侵入する様子をＣＣＤカメラによってとらえた結果を示す図である。ブラシ２２として、θ＝４５°の屈曲角持つ繊維２３についてヤング率Ｅおよびａ、ｂを適当に変化させたものを用いた。繊維２３の素材としては、ナイロン（Ｅ＝１５０ｍｇ／ｃｍ２、Ｅ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２）を使用した。
【００３４】
図９（ａ）は、Ｅ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）、Δ＝０．２２ｍｍ、ｌ＝０．２ｍｍの場合の結果を示している。この場合、繊維２３は侵入することができる。
【００３５】
図９（ｂ）はＥ＝１５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）、Δ＝０．２２ｍｍ、ｌ＝０．２ｍｍの場合の結果を示している。この場合、ヤング率Ｅが小さいため繊維２３は裏面に侵入することができなかった。
【００３６】
図９（ｃ）は、Ｅ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）、Δ＝０．３７ｍｍ、ｌ＝０．２ｍｍの場合の結果を示している。この場合、Δが大きいため裏面に侵入することができなかった。
【００３７】
図９（ｄ）は、Ｅ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）、Δ＝０．３２ｍｍ、ｌ＝０．１ｍｍの場合の結果を示している。この場合、κが大きいため裏面に侵入することができなかった。
【００３８】
［第２条件に対する考察および観測結果］
次に第２条件である繊維２３の先端２３ｃがグリッド裏面１３ａに当接しトナーなどの異物を拭き取る条件に関する考察、および実際の繊維２３の挙動をＣＣＤカメラによって観察した結果を述べる。第１条件を満たす限り、繊維２３の先端２３ｃはグリッド裏面１３ａに当接可能であるので、トナーなどの異物を拭き取るための条件を考えればよい。トナーなどの異物は繊維２３の先端２３ｃがわずかに触れることによっても除去することが可能であるので、より効率的に除去するためには繊維２３の先端２３ｃとグリッド裏面１３ａとの接触面積が大きいほうが有利である。このためには前述のΔが大きいほど良い。
【００３９】
図１０（ａ）、図１０（ｂ）は、Ｅ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）のヤング率を持つ繊維２３に対して、実際に屈曲部２３ａの長さａ、直毛部２３ｂの長さｂを変えて、繊維２３の先端の挙動を見た結果を示す図である。図１０（ａ）はＥ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）Δ＝０．２２ｍｍの場合の結果である。図１０（ｂ）はＥ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）Δ＝０．１２ｍｍの場合の結果である。Δが大きい図１０（ａ）の場合のほうが、Δが小さい図１０（ｂ）の場合に比べ、繊維２３の先端２３ｃのグリッド裏面１３ａとの接触面積が大きい。
【００４０】
［第３条件に対する考察および観察結果］
次に第３条件である、繊維２３の先端２３ｃがグリッド裏面１３ａに当接した後、ブラシ２２の移動にともないグリッド電極１３に引っかかることなく繊維２３が元の状態に戻る条件、に対する考察およびＣＣＤカメラによる観察結果を述べる。第３条件には以下の２つの条件３Ａ、３Ｂが存在する。
【００４１】
［条件３Ａ］繊維２３がグリッド電極１３から抜けるときにグリッド電極１３との摩擦力によって繊維２３が引っかからない条件
［条件３Ｂ］繊維２３がグリッド電極１３から抜けて元の状態に戻る時に次のグリッド電極１３に接触しない条件。
【００４２】
条件３Ａが必要な理由は以下である。すなわち、繊維２３がグリッド電極１３から抜ける時には図６の５の状態のように繊維２３は大きくたわんだ状態でグリッド側面１３ｂに当接しつつ通過しなければならない。その際、ブラシ２２を構成する繊維２３一本一本には大きな摩擦力がかかり、その力の総和がブラシ２２にかかることになる。この力がブラシ２２の駆動力に比べて大きいとき、ブラシ２２はグリッド電極１３に引っかかってしまい、ブラシ２２が動かない。このため、ブラシ２２を駆動するモータに大きな負荷がかかり、ブラシ２２を構成する繊維２３が損耗あるいは断線するなどの課題が生じることになる。
【００４３】
条件３Ｂが必要な理由は以下である。すなわち、繊維２３がグリッド電極１３から抜ける時、図６の６の過程のように繊維２３は大きくたわみ、繊維２３の根本部分が先端２３ｃに対してブラシ２２の移動方向に先行した状態となる。図１０（ｃ）はグリッド電極１３の間隔に比べ繊維２３の根本部分が先行する距離が大きい場合の予測を示す図である。図１０（ｃ）に示すように、この時、繊維２３が元の状態に戻る前に次のグリッド電極１３に接触してしまい、グリッド裏面１３ａに当接することができなくなる。
【００４４】
［条件３Ａに対する考察］
条件３Ａを特徴付ける繊維２３のパラメータとしては繊維全体の長さλ＝ａ＋ｂおよび繊維２３のヤング率Ｅが考えられる。λが大きいほど繊維２３がグリッド電極１３から抜けるときの繊維２３のたわみが大きく応力が大きいため、繊維２３にかかる摩擦力も大きくなる。またヤング率Ｅが大きいほど繊維２３が抜けるときの応力が大きく繊維２３にかかる摩擦力も大きくなることが予測される。具体的には、後述する表１、表２のように、１ｍｍ＜λ＜３ｍｍ、１５０ｍｇ／ｃｍ＜Ｅ＜３００ｍｇ／ｃｍの場合に、良好な結果が得られた。
【００４５】
［条件３Ａに対する観察結果］
図１１（ａ）〜図１１（ｃ）はヤング率Ｅおよびλを変化させ、ＣＣＤカメラによって観察した結果を示す図である。繊維２３の素材としてはナイロン（Ｅ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２）およびアクリル（Ｅ＝３００ｍｇ／ｃｍ２）を用いた。
【００４６】
図１１（ａ）はＥ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）、λ＝２．２ｍｍの場合である。この時、繊維２３はグリッド電極１３から抜けることができる。
【００４７】
図１１（ｂ）のヤング率Ｅ＝３００ｍｇ／ｃｍ２（アクリル）、λ＝２．２ｍｍの場合である。図１１（ｂ）の場合はヤング率Ｅが大きいため、繊維２３がグリッド電極１３に引っかかり、ブラシ２２が止まってしまうということが生じた。
【００４８】
図１１（ｃ）はヤング率Ｅ＝３００ｍｇ／ｃｍ２（アクリル）、λ＝２．３ｍｍの場合である。この場合にはλが大きいため、繊維２３がグリッド電極１３に引っかかり、ブラシ２２が止まってしまうということが生じた。
【００４９】
［条件３Ｂに対する考察］
条件３Ｂを特徴付ける繊維２３のパラメータとしては繊維２３が完全に伸びきったと仮定した状態から元の状態に戻るまでに繊維２３の屈曲部２３ａとグリッド電極１３のある平面との交点Ａが移動する距離δがあげられる。図１２（ａ）はδを示す図である。
【００５０】
δを繊維２３のパラメータａ、ｂ、θおよびグリッド電極とブラシ保持部材間の距離Ｌで表すと、δ＝√（λ２−Ｌ２）＋ａsinθ−Δtanθとなる。繊維２３が完全に伸びきるまで繊維２３がグリッド電極１３から抜けないと仮定すれば、グリッド間隔Ｄに対し、条件３Ｂをみたす繊維２３の条件はδ＜Ｄとなる。
【００５１】
しかし、実際には図１２（ｂ）に示すように、繊維２３はたわんだ状態でグリッド表面１３ｃから抜けるため、実際の繊維２３が元の状態に戻るまでに繊維２３の屈曲部２３ａとグリッド電極１３のある平面との交点Ａが移動する距離δ’はδよりも小さくなる。また、繊維２３がたわむことによる応力のため、グリッド表面上をすべりながら抜けると考えられ、δがＤよりも大きい場合にも繊維２３はグリッド電極１３から抜けることができる。また、本実施形態では、δの下限はｌtanθとなり、これ以下だと繊維が復元しない。よって、ｌtanθ＜δ＜Ｄであることが好ましい。なお、後述する第二実施形態の場合には、δの下限はｂsinα＋ｌcosαtan(θ-α)となる。
【００５２】
［条件３Ｂに対する観察結果］
図１３（ａ）〜図１３（ｃ）はヤング率Ｅおよびａ、ｂを変化させ、ＣＣＤカメラによって観察した結果を示す図である。繊維２３の素材としてはナイロン（Ｅ＝１５０ｍｇ／ｃｍ２、２５０ｍｇ／ｃｍ２）を用いた。
【００５３】
図１３（ａ）はＥ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）、δ＝２．５７ｍｍの場合の結果である。この時、繊維２３は元の状態に戻ることができる。
【００５４】
図１３（ｂ）はＥ＝１５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）、δ＝２．５７ｍｍの場合である。この時、繊維２３は元の状態に戻る前に次のグリッド電極１３に当接し、グリッド裏面１３ａに当接できないということが生じた。
【００５５】
これは繊維２３の応力が大きいほど、すなわちヤング率Ｅが大きいほどグリッド表面上を滑りやすいため、ヤング率Ｅが大きいほどδが大きくても繊維２３は元の状態にもどりやすくなるためである。
【００５６】
図１３（ｃ）はＥ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）、δ＝３ｍｍの場合である。この場合δが大きいために、繊維２３が元の状態に戻る前に次のグリッド電極１３に当接し、グリッド裏面１３ａに当接できないということが生じた。
【００５７】
［清掃に最適な繊維２３のパラメータの検証］
第１条件から第３条件を満たし、実際にグリッド裏面１３ａを清掃できる条件を調べるために、屈曲部２３ａの長さａ、直毛部２３ｂの長さｂをパラメータとしてそれぞれ０．１ｍｍずつ変化させたブラシ２２を作製した。繊維２３の素材としてはナイロン（Ｅ＝１５０ｍｇ／ｃｍ２、２５０ｍｇ／ｃｍ２）およびアクリル（Ｅ＝３００ｍｇ／ｃｍ２）を用いた。
【００５８】
ブラシ２２が第１条件から第３条件を満たすかをＣＣＤカメラにより観察し、さらに実際の画像形成装置であるキヤノン社製複合機ｉｍａｇｅＰＲＥＳＳＣ１改造機にそれぞれのパラメータを持つブラシ２２を搭載し、グリッド裏面１３ａの清掃効果を測定した。
【００５９】
清掃効果の評価は、各繊維２３のパラメータを持つブラシ搭載した帯電装置を用いてキヤノン社製複合機ｉｍａｇｅＰＲＥＳＳＣ１改造機を用いて行った。この複合機により画像を出力し、トナーやケバなどの異物がグリッド電極１３に付着することにより、感光ドラム１に帯電ムラが生じることで画像に白いすじが出現するまでの画像出力枚数を測定した。
【００６０】
グリッド裏面１３ａの清掃は、５０００枚の画像を出力するごとに１回の清掃を行なうものとした。グリッド電極清掃部１４が図２（ａ）のホームポジションＡから、グリッド端部Ｂまで移動し、その後、グリッド端部Ｂから元のホームポジションＡに移動するまでを１回の清掃過程とした。
【００６１】
また清掃部材評価の基準としては、白いすじが出現するまでの画像出力枚数が３０，０００枚以上の場合には○（良い）とした。１５，０００枚から３０，０００枚の場合には△（許容可能）とした。直毛ブラシと同程度の１５，０００枚未満の場合には×（悪い）とした。
【００６２】
Ｅ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）、θ＝４５°の場合を表１（単位は全てｍｍ）に示す。図１４（ａ）は表１より第１条件から第３条件を満たし、かつ清掃効果が高かった屈曲部２３ａの長さａ、直毛部２３ｂの長さｂの組み合わせを領域として示したグラフである。図１４（ａ）において縦軸は繊維２３の直毛部の長さｂを、横軸は繊維２３の屈曲部２３ａの長さａを表す。
【００６３】
ブラシ２２の製造条件から、屈曲部２３ａの長さａ、直毛部２３ｂの長さｂには±０．１ｍｍ程度の誤差がある。このことを考慮すると、Ｅ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）、θ＝４５°の場合にはａ＝０．７ｍｍ、ｂ＝１．３ｍｍまたはａ＝０．６ｍｍ、ｂ＝１．３ｍｍの組み合わせがグリッド裏面１３ａの清掃に最も適していた。
【００６４】
【表１】
同様にＥが１５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）、３００ｍｇ／ｃｍ２（アクリル）である２種類のブラシ２２を用いた場合でも表１と同様の表を作成し、清掃効果が良かったａ、ｂの組み合わせを領域として示したグラフを図１４（ｂ）に示す。図１４（ｂ）において縦軸は繊維２３の直毛部２３ｂの長さｂを、横軸は繊維２３の屈曲部２３ａの長さａを表す。
【００６５】
Ｅ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）からＥ＝３００ｍｇ／ｃｍ２（アクリル）にＥを大きくすると清掃効果の高い領域は減少している。これは第３条件の条件３Ａに述べたようにヤング率Ｅが大きいことで繊維２３がグリッド側面１３ｂに引っかかる影響である。
【００６６】
またＥ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）からＥ＝１５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）にＥを小さくしても清掃効果の高い領域は減少する。これは第３条件の条件３Ｂに述べたようにヤング率が小さいことで繊維２３が元の状態に戻る前に次のグリッド電極１３に接触してしまい、グリッド裏面１３ａに当接することができなくなる影響である。
【００６７】
ブラシの製造条件から屈曲部２３ａの長さａ、直毛部２３ｂの長さｂには±０．１ｍｍ程度の誤差があることを考えると、ヤング率Ｅはできるだけａ、ｂに対する冗長性の良いＥ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）程度にすることが理想的である。
【００６８】
次にヤング率Ｅ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）の条件のもと、屈曲角θを３０°および６０°に変化させたブラシを製造し、表１と同様の表を作成し、清掃効果が高かったａ、ｂの組み合わせを領域として示したグラフを図１５（ａ）に示す。図１５（ａ）において縦軸は繊維２３の直毛部２３ｂの長さｂを、横軸は繊維２３の屈曲部２３ａの長さａを表す。
【００６９】
屈曲角θが大きくなるにしたがって清掃効果の高い領域は直毛部２３ｂの長さｂが小さいほうにシフトしていく。これは、繊維２３がグリッド裏面１３ａに当接できない境界条件Δ＝０を表す直線がｂ＝ａｃｏｓθ＋１で表され、θの減少に伴いΔ＞０の領域が直毛部２３ｂの長さｂが小さいほうへシフトしていくためである。図１５（ａ）より冗長性の良い屈曲角の条件としてはθ＝４５°程度が良い。
【００７０】
以上のような観測および測定結果により、繊維２３のパラメータとして、Ｅ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）、θ＝４５°、ａ＝０．７ｍｍ、ｂ＝１．３ｍｍの組み合わせが最適である。または、Ｅ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）、θ＝４５°、ａ＝０．６ｍｍ、ｂ＝１．３ｍｍの組み合わせが最適である。
【００７１】
［本実施形態の清掃効果］
特にＥ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）、θ＝４５°、ａ＝０．７ｍｍ、ｂ＝１．３ｍｍの繊維パラメータの組み合わせを持つブラシ２２を用いて、グリッド裏面１３ａのトナーの被服率を調べた結果を図１５（ｂ）に示す。キヤノン社製複合機ｉｍａｇｅＰＲＥＳＳＣ１改造機を用いた。図１５（ｂ）において縦軸はグリッド裏面１３ａのトナー被服率を、横軸は画像出力枚数を表す。図１５（ｂ）には先端に屈曲処理を施していない直毛ブラシによるグリッド裏面１３ａのトナー被服率の結果も併せて示してある。またグリッド裏面１３ａの清掃は、前述の場合と同様の清掃を行なうものとした。
【００７２】
グリッド裏面１３ａのトナーの被服率の測定方法は以下のようである。画像出力枚数ごとにコロナ帯電装置２を取り出し、グリッド裏面１３ａの顕微鏡による観察画像を取り込む。その画像のＲＧＢ比よりトナー付着部分を決定し、トナー付着部分の面積の積算値と、画像出力前に測定しておいたグリッド裏面１３ａの面積の商をとることにより算出した。
【００７３】
図１５（ｂ）に示すように、先端に屈曲処理を施していない直毛ブラシによる清掃では、裏面のトナー被服率は画像出力枚数に伴って上昇していき、４０，０００枚出力時には５０％以上に達する。これに対し、前記最適パラメータを持つ屈曲処理を施したブラシ２２による清掃では、トナー被服率は４０，０００枚出力時にも１０％程度にしかならず、屈曲処理を施したブラシ２２によりグリッド裏面１３ａを清掃する効果がある。
【００７４】
次にグリッド電極１３にトナー以外の異物、特に埃やケバが付着したことを想定し、グリッド裏面１３ａにケバを１００本人為的に付着させた。そして、屈曲処理を施したブラシ２２と、屈曲処理を施していない直毛ブラシが、図２（ａ）のホームポジションＡ、グリッド端部Ｂ間を往復移動する回数（清掃回数）に伴い、グリッド裏面１３ａ上のケバがどの程度とれるかを測定した。その結果を図１６（ａ）に示す。図１６（ａ）において縦軸はグリッド裏面１３ａのケバの除去率を、横軸は画像出力枚数を表す。
【００７５】
図１６（ａ）に示すように、先端に屈曲処理を施していない直毛ブラシによる清掃では、裏面のケバの除去率は２０回清掃時にも５％以下で、ほとんどケバは除去されていない。これに対し、前記パラメータを持つ屈曲処理を施したブラシ２２による清掃では、２０回清掃により８０％程度のケバを除去することができ、トナー以外のケバなどの埃に対しても屈曲処理を施したブラシは有効である。
【００７６】
また、下記の繊維パラメータの組み合わせを持つブラシ２２を用いて、トナーなどの異物がグリッドに付着することにより、感光ドラム１に帯電ムラが生じることで画像に白いすじが出現するまでの画像出力枚数を調べた。繊維パラメータは、前記最適パラメータであるのＥ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）、θ＝４５°、ａ＝０．７ｍｍ、ｂ＝１．３ｍｍとした。キヤノン社製複合機ｉｍａｇｅＰＲＥＳＳＣ１改造機を用いた。
【００７７】
また、グリッド裏面１３ａの清掃は、５０００枚の画像を出力するごとに１回の清掃を行なうものとした。前述の場合と同様に、グリッド電極清掃部１４が図２（ａ）のホームポジションＡから、グリッド端部Ｂまで移動し、その後、グリッド端部Ｂから元のホームポジションＡに移動するまでを１回の清掃過程とした。その結果を図１６（ｂ）に示す。図１６（ｂ）に示すように、屈曲処理を施していない直毛ブラシを用いた場合では、１０，０００枚程度で帯電ムラによる白いすじが出てしまうのに対し、屈曲処理を施したブラシ２２では、５０，０００枚近くまで白すじは出現しない。屈曲処理を施したブラシ２２を用いることによって帯電ムラを抑制することができる。
【００７８】
なお、上記に示したＥ、θ、ａ、ｂの最適値は図３（ａ）に示したグリッド電極１３の形状および、図３（ｂ）に示したグリッド電極１３とブラシ保持部材１９の間隔Ｌによって変化する。おのおののグリッド電極１３の形状および、グリッド電極１３とブラシ保持部材１９の間隔Ｌに対して最適なＥ、θ、ａ、ｂの組み合わせを選ぶことで上記と同様の効果を期待することができる。
【００７９】
また、本実施形態においては、ブラシ２２を構成する繊維２３の素材としてアクリルまたはナイロンを選択した。しかし、帯電装置２のおのおののグリッド電極１３の形状および、グリッド電極１３とブラシ保持部材１９の間隔Ｌに対して最適なヤング率Ｅを持ってさえいれば良く、その素材についてはレーヨン、綿など様々なものが考えられ、特に限定されない。
【００８０】
本実施形態によれば、簡単な構成で、グリッド電極１３の感光ドラム１と対向する面全体を清掃することができる。
【００８１】
[第二実施形態]
次に本発明に係る帯電装置の第二実施形態について図を用いて説明する。上記第一実施形態と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。図１７（ａ）は本実施形態のブラシの構成図である。図１７（ａ）に示すように、本実施形態のブラシ３２は、上記第一実施形態のブラシ２２を構成する繊維２３を、ブラシ２２の移動方向と繊維２３の植毛方向とのなす角βを鋭角にし、屈曲部２３ａを先端２３ｃがグリッド裏面１３ａに近づく方向に屈曲したものである。グリッド平面の法線と繊維２３のなす角をαとする。繊維２３に対する屈曲処理の形状は第一実施形態と共通である。
【００８２】
［本実施形態のブラシ３２の清掃過程に対する考察］
グリッド電極１３のある平面に対して繊維２３に角度を持たせることによって、先端２３ｃがグリッド電極１３に当接した時に、図１７（ｂ）のようにブラシ保持部材１９からの力Ｆｈが働く。このＦｈのグリッド平面に垂直な方向の成分Ｆｖと、繊維２３が屈曲することによる応力Ｆ１との合力が、繊維２３のグリッド側面１３ｂに当接した部分に働く。このため、繊維２３はグリッド裏面１３ａに対してより容易に侵入することができる。そのため、第一実施形態よりもはみ出し量Δが大きい場合にもグリッド裏面１３ａに侵入することができる。
【００８３】
しかし、繊維２３が角度を持っていることによって、第一実施形態に述べた第３条件のうち、条件３Ａの繊維全体の長さλに対する条件はより厳しいものとなる。なぜなら、繊維２３が角度を持っていることによって、繊維２３がグリッド側面１３ｂに当接しつつグリッド裏面１３ａから抜けるときに繊維２３はより大きく屈曲し、繊維の応力が大きいため、グリッド側面１３ｂから受ける摩擦力も大きくなるためである。
【００８４】
［清掃に最適な繊維のパラメータの検証］
【００８５】
実際にＥ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）、θ＝６０°、α＝３０°の場合に屈曲部２３ａの長さａ、直毛部２３ｂの長さｂをパラメータとしてそれぞれ０．１ｍｍずつ変化させたブラシを作製した。そして、第一実施形態と同様にＣＣＤカメラによる観察した結果および、キヤノン社製複合機ｉｍａｇｅＰＲＥＳＳＣ１改造機に作製したブラシを搭載し清掃効果を評価した結果から表１と同様の表を作成した。また、ブラシは第一実施形態と同様に射出形成によって繊維の先端部に屈曲処理を施したものを用いた。その結果を表２（単位は全てｍｍ）に示す。
【００８６】
【表２】
表２より清掃効果が高かった屈曲部２３ａの長さａ、直毛部２３ｂの長さｂの組み合わせを領域として示したグラフを図１８（ａ）に示す。図１８（ａ）において縦軸は繊維２３の直毛部２３ｂの長さｂを、横軸は繊維２３の屈曲部２３ａの長さａを表す。図１８（ａ）に示すように、Ｅ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）、θ＝６０°、α＝３０°の場合には冗長性のよいａ＝０．４ｍｍ、ｂ＝１．５ｍｍの組み合わせが最適であった。
【００８７】
このようにグリッド電極１３のある平面に対して繊維２３に角度を持たせた場合にも適切な屈曲部２３ａの長さａ、直毛部２３ｂの長さｂの組み合わせを持つブラシ３２を用いることで第一実施形態と同様の効果が得られる。
【００８８】
また、本実施形態においてはブラシ３２を構成する繊維２３の素材としてナイロンを選択した。しかし、帯電装置２のおのおののグリッド電極１３の形状および、グリッド電極１３とブラシ保持部材１９の間隔Ｌに対して最適なヤング率Ｅを持ってさえいれば良く、その素材についてはレーヨン、綿など様々なものが考えられ、特に限定されない。
【００８９】
[第三実施形態]
次に本発明に係る帯電装置の第三実施形態について図を用いて説明する。上記第一実施形態と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。図１８（ｂ）は本実施形態のブラシ４２の構成図である。図１８（ｂ）に示すように、本実施形態のブラシ４２は、上記第一実施形態のブラシ２２の繊維２３を、繊維同士の屈曲方向が隣接する繊維同士で互いに反対方向を向くように構成したものである。繊維２３に対する屈曲処理の形状は第一実施形態と共通である。
【００９０】
［本実施形態のブラシ４２と第一実施形態のブラシ２２の清掃過程の比較］
図１９（ａ）に第一実施形態のように繊維２３の屈曲方向が一方向のみの場合のブラシ２２の移動の様子を示す。図１９（ａ）の矢印ｆ方向にブラシ２２が移動する場合、繊維２３の屈曲方向とブラシ２２の移動方向が揃っており、グリッド裏面１３ａを清掃することができる。しかし、図１９（ａ）の矢印ｇ方向にブラシ２２が移動する場合、繊維２３の屈曲方向とブラシ２２の移動方向が逆になり、繊維２３はグリッド裏面１３ａを清掃することができない。ブラシ２２はモータＭ１の回転によってグリッド電極１３に対して往復運動をするため、図１９（ａ）のようにグリッド裏面１３ａにグリッド電極１３のグリッド平面方向（ブラシ移動方向）における中心線を境としてＡ側とＢ側を定義する。この時、図６の１から３の過程を見てもわかるように、グリッド裏面１３ａのＡ側とＢ側ではグリッド裏面１３ａに対する当接力および接触面積が異なる。また、ブラシ２２の屈曲部２３ａの先端２３ｃは、Ｂ側のグリッド側面１３ｂには当接できない。このためグリッド裏面１３ａのＡ側とＢ側では清掃のされ方が異なり、Ｂ側のみにトナーやケバなどが残留する可能性が考えられる。
【００９１】
そこで図１８（ｂ）のように繊維同士の屈曲方向が互いに逆を向くように構成することで、ブラシ４２の往路と復路でグリッド裏面１３ａを均等に清掃することができ、清掃効率の上昇および清掃ムラの防止を期待することができる。
【００９２】
［本実施形態の清掃効果］
実際に第一実施形態の場合と同様に、下記の繊維パラメータを持つブラシ４２を用いてグリッド裏面１３ａのトナー被服率およびグリッド裏面１３ａのケバ除去率を測定したものを図１９（ｂ）、図２０（ａ）に示す。繊維パラメータは、最適パラメータであるＥ＝２５０ｍｇ／ｃｍ２（ナイロン）、θ＝４５°、ａ＝０．７ｍｍ、ｂ＝１．３ｍｍとした。図１９（ｂ）において縦軸はグリッド裏面１３ａのトナー被服率を、横軸は画像出力枚数を表す。また図２０（ａ）において縦軸はグリッド裏面１３ａのケバの除去率を、横軸は画像出力枚数を表す。
【００９３】
グリッド裏面１３ａの清掃方法は、第一実施形態の場合と同様とする。図１９（ｂ）、図２０（ａ）に示すように、両者共に、繊維同士の屈曲方向が互いに逆を向くブラシ４２は、屈曲方向が一方向のブラシ２２に比べて清掃効率がよい。
【００９４】
また、第一実施形態の場合と同様にキヤノン社製複合機ｉｍａｇｅＰＲＥＳＳＣ１改造機によって画像を出力し、画像に白いすじが出現するまでの画像出力枚数を調べた結果を図２０（ｂ）に示す。グリッド裏面１３ａの清掃方法は、上記と同様とする。
【００９５】
この実験においても、ブラシ４２を用いた場合に、第一実施形態の屈曲方向が一方向のブラシ２２に比べて、白いすじが出現するまでの画像出力枚数が上昇し、清掃効果がより高い。
【００９６】
本実施形態では、ブラシ４２を構成する繊維２３を、繊維同士の屈曲方向が隣接する繊維同士で互いに逆を向くように構成したものを用いて説明した。ブラシ４２は、この他にも、図２１（ａ）〜図２１（ｃ）のようにブラシ４２の移動方向に対して繊維２３の屈曲方向が互いに逆を向く繊維２３を混在させてもよい。ブラシ４２の移動方向の往方向に対して屈曲方向をもつ繊維２３と復方向に対して屈曲方向を持つ繊維２３の数は、等しくする必要がある。かかるブラシ４２によっても、ブラシ４２の往路と復路でグリッド裏面１３ａを均等に清掃することができ、本実施形態と同様の効果を期待することができる。
【００９７】
[第四実施形態]
次に本発明に係る帯電装置の第四実施形態について図を用いて説明する。上記第一実施形態と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。図２１（ｄ）は本実施形態のブラシ５２による清掃過程を示す図である。図２１（ｄ）に示すように、本実施形態のブラシ５２は、上記第一実施形態のブラシ２２の繊維２３の先端部が屈曲処理されたものと、先端部が直毛のものを混在させたものである。繊維２３に対する屈曲処理の形状は第一実施形態と共通である。
【００９８】
第一実施形態のように屈曲処理した繊維２３のみでブラシ２２を構成した場合、第一実施形態の条件３Ａで述べたように、繊維２３のヤング率Ｅが大きいまたは繊維全体の長さλが大きいとき、グリッド側面１３ｂから繊維２３におよぼされる摩擦力が大きくなる。その摩擦力の全ての繊維２３に対する総和がモータの駆動力を超えると、ブラシ２２がグリッド電極１３に引っかかり動かないということが生じる。そのため、その摩擦力の総和よりも大きい駆動力を持つモータが使用される。
【００９９】
しかし、コストやスペースの節約のために駆動力が小さく、小型のモータを使用しなければならない場合がある。その場合、繊維２３におよぼされる摩擦力によってモータにかかるトルクを小さくするために、ブラシ２２を構成する屈曲処理した繊維２３の本数を減らすということが考えられる。この場合、グリッド裏面１３ａの清掃効率が落ちることになるが、同時にグリッド表面１３ｃの清掃効率も下がることが課題となる。
【０１００】
そこで、図２１（ｄ）のように、ブラシ５２は、繊維２３の先端部が屈曲処理されたものと、先端部が直毛のものを混在させ、繊維全体の本数を変えない構成となっている。これにより、直毛繊維がグリッド表面１３ｃの清掃を行い、本数が少なくなった屈曲繊維のみがグリッド裏面１３ａの清掃を行う。このため、グリッド表面１３ｃの清掃効率を保ちつつモータにかかるトルクを減らすことができる。また、上記第一実施形態と同様に、簡単な構成で、グリッド電極１３の感光ドラム１と対向する面全体を清掃することができる。
【符号の説明】
【０１０１】
Ａ …ホームポジション
Ｂ …グリッド端部
Ｌ …レーザー光
Ｍ１ …モータ
Ｐ …転写材
１ …感光ドラム
２ …コロナ帯電装置
３ …二成分現像器
４ …転写ローラ
５ …クリーナー
６ …除電ランプ
７ …スキャナ
１０ …シールドケース
１１ …絶縁性支持部
１２ …放電ワイヤ
１３ …グリッド電極
１３ａ …グリッド裏面
１３ｂ …グリッド側面
１３ｃ …グリッド表面
１４ …グリッド電極清掃部
１５ …放電ワイヤ清掃部
１５ａ、１５ｂ …スポンジパッド
１６ …ホルダ
１７ …ネジ軸
１８ …軸受け
１９ …ブラシ保持部材
２０ …射出成形機
２１ …金型
２２、３２、４２、５２ …ブラシ
２３ …繊維
２３ａ …屈曲部
２３ｂ …直毛部
２３ｃ …先端
２３ｄ …屈曲点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被帯電体に対向したグリッド電極と、
前記グリッド電極に接触するブラシを備え、移動しながら前記グリッド電極を清掃する清掃部材と、を有する帯電装置において、
前記ブラシの繊維は、前記グリッド電極の前記被帯電体側のグリッド裏面よりも前記被帯電体側に伸びた直毛部と、前記直毛部に対して鋭角に屈曲した屈曲部と、を有し、前記清掃部材の移動に伴って、前記ブラシの繊維の先端が、前記グリッド電極の前記被帯電体に対向した前記グリッド裏面に接触することを特徴とする帯電装置。
【請求項２】
前記ブラシは、前記ブラシの移動方向と前記ブラシの繊維の植毛方向とのなす角が鋭角であり、かつ前記屈曲部は前記ブラシの繊維の先端が前記グリッド裏面に近づく方向に屈曲したことを特徴とする請求項１に記載の帯電装置。
【請求項３】
前記ブラシは、前記屈曲部が前記ブラシの移動方向に屈曲したものと、前記屈曲部が前記ブラシの移動方向に対して反対方向に屈曲したものと、を混在してなることを特徴とする請求項１に記載の帯電装置。
【請求項４】
前記ブラシは、前記屈曲部を有する繊維と、前記屈曲部を有さない直毛部のみの繊維を混在してなることを特徴とする請求項１に記載の帯電装置。
【請求項５】
前記グリッド電極は、平面の板状部材に複数の開口が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の帯電装置。
【請求項１】
被帯電体に対向したグリッド電極と、
前記グリッド電極に接触するブラシを備え、移動しながら前記グリッド電極を清掃する清掃部材と、を有する帯電装置において、
前記ブラシの繊維は、前記グリッド電極の前記被帯電体側のグリッド裏面よりも前記被帯電体側に伸びた直毛部と、前記直毛部に対して鋭角に屈曲した屈曲部と、を有し、前記清掃部材の移動に伴って、前記ブラシの繊維の先端が、前記グリッド電極の前記被帯電体に対向した前記グリッド裏面に接触することを特徴とする帯電装置。
【請求項２】
前記ブラシは、前記ブラシの移動方向と前記ブラシの繊維の植毛方向とのなす角が鋭角であり、かつ前記屈曲部は前記ブラシの繊維の先端が前記グリッド裏面に近づく方向に屈曲したことを特徴とする請求項１に記載の帯電装置。
【請求項３】
前記ブラシは、前記屈曲部が前記ブラシの移動方向に屈曲したものと、前記屈曲部が前記ブラシの移動方向に対して反対方向に屈曲したものと、を混在してなることを特徴とする請求項１に記載の帯電装置。
【請求項４】
前記ブラシは、前記屈曲部を有する繊維と、前記屈曲部を有さない直毛部のみの繊維を混在してなることを特徴とする請求項１に記載の帯電装置。
【請求項５】
前記グリッド電極は、平面の板状部材に複数の開口が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の帯電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２０１２−８８４２１（Ｐ２０１２−８８４２１Ａ）
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３３３８８（Ｐ２０１０−２３３３８８）
【出願日】平成２２年１０月１８日（２０１０．１０．１８）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１８日（２０１０．１０．１８）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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