画像形成装置用ブラシ
【課題】クリーナレスシステムに用いられ、高いトナー画像撹乱性および高いトナー通過性という相反する２つの要求を満たす画像形成装置用ブラシを提供する。
【解決手段】ブラシ毛の体積抵抗率が１×１００Ω・ｃｍ〜１×１０５Ω・ｃｍを満たし、ブラシ毛１４の径Ｄ（ｍ）が、Ｄ≦１１×１０−６を満たし、ブラシ毛１４の占有率Ｐ［但し、Ｐ＝（πＤ２／４）・ｎで表され、ｎはブラシ毛の密度（Ｍｆ／ｍ２）を表す］がＰ≦０．１５を満たし、ブラシ毛１４の長手方向における単位長さ当たりの表面積Ｌ（ｍ２／ｍ）［但し、Ｌ＝πＤ・ｎで表される］がＬ≧５０００を満たすブラシは、トナー画像撹乱性およびトナー通過性の両方に優れる。
【解決手段】ブラシ毛の体積抵抗率が１×１００Ω・ｃｍ〜１×１０５Ω・ｃｍを満たし、ブラシ毛１４の径Ｄ（ｍ）が、Ｄ≦１１×１０−６を満たし、ブラシ毛１４の占有率Ｐ［但し、Ｐ＝（πＤ２／４）・ｎで表され、ｎはブラシ毛の密度（Ｍｆ／ｍ２）を表す］がＰ≦０．１５を満たし、ブラシ毛１４の長手方向における単位長さ当たりの表面積Ｌ（ｍ２／ｍ）［但し、Ｌ＝πＤ・ｎで表される］がＬ≧５０００を満たすブラシは、トナー画像撹乱性およびトナー通過性の両方に優れる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式の画像形成装置において、転写されずに像担持体に残った残トナーの画像メモリを除去し、トナーの帯電極性を統一化するとともに、現像装置に回収させるという機能を有するブラシに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
転写後に像担持体に残った残トナーを回収、再利用するクリーナレスシステムは、廃トナーが出ないため、エコロジーという側面において優れると共に、画像形成装置を小型化することができる。
【０００３】
クリーナレスシステムを採用した画像形成装置について、図８を参照して説明する。図８は、画像形成装置の画像形成部の要部構成を示す正面図である。
【０００４】
図８に示すように、画像形成部は、矢印方向に回転する感光体ドラム４０を備えている。さらに、画像形成部においては、感光体ドラム４０を一様に負極性に帯電させる帯電装置４１、外部機器やスキャナから入力したデータに基づいて、帯電した感光体ドラム４０に光像を走査することで静電潜像を形成する露光装置４２、静電潜像を負極性に帯電したトナーによって顕像化する、つまりトナー画像を形成する現像装置４３、用紙４７を感光体ドラム４０に運ぶ転写ベルト４６、正極性のバイアス電圧によってトナー画像を用紙４７に転写する転写装置４４、および画像撹乱装置４５が、感光体ドラム４０の回転方向に沿って順に設置されている。
【０００５】
クリーナレスシステムは、画像撹乱装置４５および現像装置４３によって構成される。
【０００６】
クリーナレスシステムを採用した画像形成装置では、画像撹乱装置４５は、用紙４７に転写されずに感光体ドラム４０上に残存した画像メモリを除去する。そして、現像装置４３は、単に静電潜像を顕像化するだけでなく、感光体ドラム４０上の残トナーを回収し、回収した残トナーを再利用するようになっている。
【０００７】
図８に示すように、帯電装置４１は、残トナーの上から感光体４０を帯電させ、さらに露光装置４２が静電潜像を形成する。そのため、画像撹乱装置４５に用いられるブラシは、不必要な画像が残存しないように、トナーとよく接触し、トナー画像を機械的に充分に撹乱することが求められる。また、残トナーは、転写装置４４からの電圧の印加によって、帯電極性がばらついている。それゆえ、そのままでは、残トナーが帯電装置４１に付着したり、現像装置４３によって回収されなかったりすることにより、不良画像が形成されてしまう。そこで、画像撹乱装置４５のブラシとしては、残トナーに電圧を印加して、その帯電極性を均一化するという役割を担うものもある。
【０００８】
このように、画像撹乱装置としては、感光体ドラムに摺接するブラシ毛によって、残トナーによって形成された画像メモリを機械的および電気的に撹乱するブラシ状の装置が提案されている。
【０００９】
従来のクリーナレスシステムとして、特許文献１には、２つのトナー帯電量制御手段（画像撹乱装置に相当）によって、残トナーを一旦正極性に帯電させ、次いで一様に負極性に帯電させることにより、トナーを均一に帯電する技術が記載されている。特許文献２では、さらに、帯電装置に振動電圧を印加することが記載されている。
【００１０】
また、特許文献３には、基布に繊維を織り込んだパイルを基盤上に接着したファーブラシ（画像撹乱装置に相当）を、ファーブラシの固定位置点と感光体ドラム上の最短距離点とを結ぶ直線に対して、繊維が感光体ドラムの回転方向下流側に設置角度θ角傾斜するように配置することが記載されている。こうすることで、残トナーとファーブラシの接触性を高めることができる。
【特許文献１】特許第３２８０９５３号公報（２００２年 ２月２２日登録）
【特許文献２】特開２００２−９９１７６号公報（２００２年 ４月 ５日公開）
【特許文献３】特開平１１−９５５４９（１９９９年 ４月 ９日公開）
【特許文献４】特開２００１−２１５７９９（２００１年 ８月１０日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
近年、画像の高解像化に伴い、画像撹乱装置には、画像メモリを除去するために機械的な作用および電気的な作用（画像撹乱性）をより強くすることが求められている。それに対して、上記従来の技術は充分に応えているとは言えず、さらなる改良が求められている。
【００１２】
画像撹乱性を高めるためには、単純にはブラシ毛の表面積を増大させればよい。しかし、単に表面積を増大させようとするとトナーがブラシ毛間をすり抜けにくくなり、ブラシ毛間にトナーが堆積してしまうという問題が起こることを、本発明者らは見出した。つまり、トナー画像の撹乱性を高めることと、トナーの通過性を高めることとは、相反する要求であり、この２つの要求を満たすことは非常に難しいことが分かった。
【００１３】
また、ブラシ毛の表面積を増大させる代わりに、感光体ドラムの長手方向にトナー帯電量制御手段を往復運動させることで撹乱作用を強化する技術も提案されている（特許文献４）。しかし、この技術では、往復運動をさせるための装置を別途設ける必要があるので、部材数が増加する。それゆえ、画像形成装置の小型化が困難であると共に、製造コストが増加してしまうという問題があることが記載されている。
【００１４】
また、画像撹乱装置のコストにおいてブラシの材料費の占める割合は大きい。そのため、クリーナレスシステムを備える画像形成装置において、ブラシのコストダウンが強く求められている。
【００１５】
さらに、画像撹乱装置のブラシは残トナーの画像メモリを除去しトナーに電荷注入をしなくてはならないので、像担持体に常に接触している。消耗品の長寿命化が要求されると、このブラシによる像担持体の磨耗を無視することができなくなってきた。
【００１６】
上記従来の技術の問題点に鑑み、本発明は、像担持体の磨耗を増大させることなく、コストも少なく済むと共に、トナー通過性、トナー撹乱性の相反する機能を満足するブラシを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明のブラシは、像担持体に付着したトナー像をブラシ毛によって撹乱する画像形成装置用のブラシであって、ブラシ毛の体積抵抗率が１×１００Ω・ｃｍ〜１×１０５Ω・ｃｍを満たし、ブラシ毛の径Ｄ(ｍ)が、Ｄ≦１１×１０−６を満たし、ブラシ毛の占有率Ｐ［但し、Ｐ＝（πＤ２／４）・ｎで表され、ｎはブラシ毛の密度（Ｍｆ／ｍ２）を表す］がＰ≦０．１５を満たし、ブラシ毛の長手方向における単位長さ当たりの表面積Ｌ（ｍ２／ｍ）［但し、Ｌ＝πＤ・ｎで表される］がＬ≧５０００を満たすことを特徴とする。
【００１８】
上記構成によると、体積抵抗率を上記範囲とすることによって、本発明のブラシは、トナーに効率よく電圧を印加することができ、その結果トナーを一様に帯電することができる。
【００１９】
また、ブラシ毛の占有率Ｐおよび表面積Ｌを上記範囲とすることによって、トナーをブラシ毛間に堆積させることなく、トナーとの接触面積を十分に大きくすることができる。つまり、本発明によると、トナー画像の撹乱性およびトナーの通過性という、両立し難い２つの性能を同時に備えるブラシを提供することができる。
【００２０】
さらに、本発明は、ブラシ以外の部材を設けることなしに、つまり、部材を増加させることなしに、良好なトナー画像の撹乱性を実現することができる。また、上記構成によると、例えば不必要にブラシ毛を多く形成することを避けられる。そのため、ブラシに要する材料費も、必要最低限に抑えることもできる。
【００２１】
本発明のブラシにおいて、さらに、占有率ＰをＰ≦０．１とすることもできる。こうすることで、トナー通過性により優れるブラシを実現することができる。
【００２２】
また、本発明のブラシにおいて、ブラシ毛は割繊によって形成されてなるものであってもよく、化学割繊によって形成されてなるものであってもよい。こうすることで、ブラシ毛の径および断面形状をより制御しやすくなると共に、帯電性に優れたブラシを提供することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の画像形成装置用のブラシは、ブラシ毛の体積抵抗率が１×１００Ω・ｃｍ〜１×１０５Ω・ｃｍを満たし、ブラシ毛の径Ｄ(ｍ)が、Ｄ≦１１×１０−６を満たし、ブラシ毛の占有率Ｐ［但し、Ｐ＝（πＤ２／４）・ｎで表され、ｎはブラシ毛の密度（Ｍｆ／ｍ２）を表す］がＰ≦０．１５を満たし、ブラシ毛の長手方向における単位長さ当たりの表面積Ｌ（ｍ２／ｍ）［但し、Ｌ＝πＤ・ｎで表される］がＬ≧５０００を満たす。
【００２４】
上記構成によると、トナー画像の撹乱性を高めること、およびトナーの通過性を高めることという相反する２つの要求を満たすことができるという効果を奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明のブラシは、像担持体に付着したトナー像をブラシ毛によって撹乱する画像形成装置用のブラシであって、ブラシ毛の体積抵抗率が１×１００Ω・ｃｍ〜１×１０５Ω・ｃｍを満たし、ブラシ毛の径Ｄ(ｍ)が、Ｄ≦１１×１０−６を満たし、ブラシ毛の占有率Ｐ［但し、Ｐ＝（πＤ２／４）・ｎで表され、ｎはブラシ毛の密度（Ｍｆ／ｍ２）を表す］がＰ≦０．１５を満たし、ブラシ毛の長手方向における単位長さ当たりの表面積Ｌ（ｍ２／ｍ）［但し、Ｌ＝πＤ・ｎで表される］がＬ≧５０００を満たせばよい。
【００２６】
すなわち、これ以外の構成は、特に限定されるものではなく、従来のクリーナレスシステムにおいて、画像撹乱装置に利用されてきた技術を、適宜利用することができる。
【００２７】
ブラシ毛は、一本のブラシ毛中において、部位によってその横断面積が異なっていてもよい。すなわち、ブラシ毛は、例えば割繊によって枝分かれした結果、先端が根元よりも細くなっていてもよい。このような場合、「ブラシ毛の径Ｄ」とは、特にブラシ毛の先端の径を指す。なお、ブラシ毛は完全な円形とは限らない。そのため、径Ｄとは、ブラシ毛の断面積と同一の面積を有する円の径を意味する。
【００２８】
また、ブラシ毛の密度ｎは、ブラシ毛の先端部分における本数と、ブラシ毛の根元における密度（基部の表面の単位面積当たりに設けられたブラシ毛の本数）とに依存する。すなわち、例えば各々がブラシ毛となるｎ２本の繊維を一束として、基部の表面の単位面積当たりにこの束をｎ１束備えるブラシの場合、密度ｎは式ｎ＝ｎ１・ｎ２で表される。そして、さらにこの繊維１本が割繊によってｎ３本の細繊維に分割されている場合は、密度Ｎはｎ＝ｎ１・ｎ２・ｎ３で表される。なお、この繊維は全体が割繊によって細繊維に分割されていてもよいし、先端のみが枝分かれするように細繊維に分割されていてもよい。
【００２９】
以下に、図面を参照して、本発明のブラシについてより具体的に説明する。なお、以下の実施の形態では、ブラシ毛は、ブラシの支持台（シャフトまたは平板）上に、パイル織物に織り込まれた状態で設けられているものとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、ブラシ毛を設ける方法としては、静電植毛等、種々の技術を用いることができる。
【００３０】
〔ロール型ブラシ〕
本発明の実施の一形態であるブラシは、図２に示すようにロール型のブラシとなっている。図２は、本実施の形態のロール型ブラシの要部構成を示す平面図である。
【００３１】
図２に示すように、本実施の形態のロール型ブラシ２１は、基部である円柱状のシャフト２０と、シャフト２０に接着等によって固定されたパイル織物１０とを備える。なお、パイル織物１０は、長尺状に切断された後、ブラシ毛１４側を外側に向けてシャフト２０にらせん状に巻きつけられている。ロール型ブラシ２１は、パイル織物１０に織り込まれたブラシ毛１４によって、後述するように像担持体上のトナー像を撹乱する。
【００３２】
シャフト２０は、その径および材料等、特に限定されるものではなく、画像形成装置のブラシに従来用いられてきた技術を、好適に利用することができる。ただし、小型化するために、シャフト２０の径は２ｍｍ〜６ｍｍ程度とすればよい。
【００３３】
図１に、図２のロール型ブラシのパイル織物１０を拡大した断面図を示す。パイル織物１０は、横糸および縦糸（図示せず）からなる基布１１に、パイル糸１５がパイル織りによってＷ字型に織り込まれたものである。パイル糸１５は基布１１の単位面積当たりｎ２本織り込まれており、１本のパイル糸１５はｎ１本の繊維が一束となったものである。
【００３４】
パイル糸１５が基布１１上で解れることによってブラシ毛１４を形成する場合、すなわち上記繊維が各々１本のブラシ毛１４となる場合は、上述したように密度ｎはｎ＝ｎ１・ｎ２で表される。一方、１本の上記繊維の先端が割繊によってｎ３本の細繊維に分割され、この細繊維が各々１本のブラシ毛１４となる場合は、密度ｎはｎ＝ｎ１・ｎ２・ｎ３となる。
【００３５】
また、ブラシ毛１４の長さｈは、図１に示すように、基布１１の裏面（支持台の表面）からブラシ毛１４の先端までの距離であり、径Ｄはブラシ毛１４の先端の径である。
【００３６】
〔平板型ブラシ〕
本実施の形態のブラシは、上記構成の一例として、平板型のブラシとなっている。図３は、本実施の形態の平板型ブラシの平面図である。
【００３７】
図３に示すように、平板型ブラシ２５は、基部である平板２４および上記平板２４に固定されたパイル織物１０を備えている。なお、平板型ブラシ２５は、基部としてシャフト２０の代わりに平板２４を用いている以外、ロール型ブラシ２１と同一の構成である。よって、図１・２を参照して既に説明した部材と同様の機能を有する部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３８】
〔ブラシの利用〕
本発明のブラシは、画像形成装置内に設けられ、画像撹乱装置として利用される。
【００３９】
画像形成装置は、スキャナにて読み込まれた画像や、画像形成装置に外部から接続された機器（例えばパーソナルコンピュータなどの画像処理装置）からのデータを画像として記録出力するものである。画像形成装置としては、具体的に、プリンタ、複写機、ファクシミリ機等が挙げられる。
【００４０】
本発明のブラシを利用するにあたっては、画像撹乱装置、およびその他の画像形成装置の構成は、特に限定されるものではなく、従来のクリーナレスシステムにおける技術を好適に利用することができる。
【００４１】
以下、本発明のブラシの利用方法を、図８を参照してより詳細に説明する。なお、本実施の形態では、像担持体として感光体ドラムを例に挙げて本発明の実施の形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明において像担持体とは、カラープリンタにおける中間転写ベルト等、感光体以外の像を担持する中間転写体も含まれる。また、本実施の形態では、ロール型ブラシ２１を例にとって説明するが、勿論、これに限らず、平板型ブラシ２５を同様に適用することができる。
【００４２】
なお、図８に示す部材については既に説明しているので、適宜その説明を省略する。
【００４３】
ロール型ブラシ２１は、図８に示す画像撹乱装置４５内に、ブラシ毛１４が感光体ドラム４０に摺接するように設けられる。感光体ドラム４０が帯電装置４１によって負極性に帯電する場合、ロール型ブラシ２１には、負極性の電圧が、図示しない電源から印加される。そして、残トナーには、ロール型ブラシ２１のブラシ毛１４から負極性の電圧が印加され、残トナーは均一に負極性に帯電する。こうして負極性に帯電することで、残トナーは、帯電装置４１に付着することなく、かつ現像装置４３に回収されやすくなる。
【００４４】
本発明のブラシは、トナー画像の移動方向に沿って、複数の画像撹乱装置を備えるクリーナレスシステムに利用することもできる。このようなクリーナレスシステムとしては、第一画像撹乱装置によってトナーを正極性に帯電させ、次いでその下流の第二画像撹乱装置によって負極性に帯電させるものが挙げられる。複数の画像撹乱装置を設けることにより、トナーの帯電極性をより均一にすることができる。
【００４５】
なお、本発明のブラシを利用する際には、画像形成装置内に複数ある画像撹乱装置のうち、全てを本発明のブラシを備えるものとしても良いし、その一部に本発明のブラシを利用してもよい。
【００４６】
〔実施例および比較例〕
図１・２に示すロール型ブラシ２１を、図８に示す画像撹乱装置４５に適用し、実施例１〜１１および比較例１〜３のブラシについて、ブラシ毛の密度ｎ、径Ｄ（ｍ）を変化させて、その性能（トナー画像撹乱性、トナー通過性、像担持体寿命）を比較した。これらのブラシの占有率Ｐ、表面積Ｌ等のパラメータを表１に示す。また、ブラシの性能を評価した結果も併せて表１に示す。
【００４７】
実施例１〜１１および比較例１〜３において、ブラシ毛は、同量のカーボンが添加されたポリアミドからなり、長さｈ（ｍｍ）は５ｍｍで一定とする。また、これらのブラシは、直径５ｍｍ、長さ２２ｃｍのシャフトにパイル織物を巻きつけてなる。
【００４８】
（ブラシの評価方法）
（Ａ）トナー画像撹乱性
印刷物上の残存画像メモリを目視によって評価し、画像メモリ有りを×、画像メモリ無しを○とした。さらに、○と評価されたブラシについて、紙ジャム直後に同様の評価を行い、画像メモリ無しを◎とした。
【００４９】
（Ｂ）トナーの通過性
１，０００枚プリント後の、ブラシの支持部面積当たりのトナー付着量が４３．４ｇ／ｍ２未満を◎、１，０００枚プリント後のトナー付着量が４３．４ｇ／ｍ２以上８６．８ｇ／ｍ２未満を○、１，０００枚プリント後のトナー付着量が８６．８ｇ／ｍ２以上を×とした。
【００５０】
（Ｃ）像担持体寿命
特許３２８７７６０に記載の方法に則り、像担持体寿命を測定した。具体的には３万枚耐久試験を行い、画像かぶり［画像かぶり＝（プリント前白色度−プリント後白色度）／プリント前白色度×１００（％）］によって像担持体寿命を評価した。すなわち、３万枚耐久試験後に、感光体磨耗による画像かぶり５％未満であるときは○、３万枚耐久試験後に感光体磨耗による画像かぶり５％以上であるときは×と評価した。
【００５１】
【表１】
【００５２】
（結果）
像担持体の磨耗を低減して寿命を延ばすには、繊度（径Ｄ）を小さくすることでブラシ毛の剛性を弱め、像担持体への当接力を小さくすればよい。また、パイル織物を備えるブラシの製造コストにおいては、パイル糸の材料費の比重が極めて大きい。
【００５３】
径Ｄを比較例３の約４１％にした実施例１は剛性が比較例３の３％以下となる。それにより像担持体の磨耗は少なくなり、長寿命が実現する。
【００５４】
また、径Ｄを小さくすることによって、パイルコストは比較例３の約１６％になる。パイル径を細くしたため、表面積も小さくなる。撹乱性を満足するには表面積は約５０００程度（ｍ２／ｍ）が必要であり、実施例１が下限である。
【００５５】
さらに表面積を小さくした例が比較例１であるが、撹乱性は悪くなってしまう。さらに実施例１１のように表面積を１００００以上にすると、一度に多くのトナーを捕獲できるので、異常時、たとえば紙ジャム等が発生し、一度に多量のトナーが像担持体上に残存した場合にも良好な撹乱性が維持できる。
【００５６】
しかし、表面積が増えるにつれて空間に対するパイルの占める割合（占有率）が大きくなる。占有率が大きくなりすぎると、トナーがブラシ毛の間を通過できなくなり、トナーがブラシ毛間に堆積してしまう。実施例３に示すように、占有率が０．１５に近くなると、通過性が低下する傾向にある。さらに占有率が高くなると（比較例２）、すぐにトナーが堆積し、通過性の面で劣る。
【００５７】
実施例４〜９はさらにパイル径を細くした例である。実施例５は占有率が約０．１であるが、異常時の大量のトナーを通過させることができる。
【００５８】
このように、パイル径を細くすることにより、表面積が大きく（撹乱性が良好）で占有率が小さい（通過性が良い）領域が広くなり、自由度の高い設計が可能である。またパイル径を細くすると比表面積（単位重量あたりの表面積）は大きくなるので、経済的な設計が可能となる。
【００５９】
また。機械的な撹乱性をあげるには、ブラシ毛の配列を千鳥型にすることが有効である。ブラシの使用に当たっては、そのブラシ毛を像担持体に摺接させつつ移動させる。千鳥型の配置とは、ブラシ毛の配置がこの移動方向に対して平行な直線からずれるように配置されていることを意味する。ブラシ毛の配置について、図５・６を参照して具体的に説明する。
【００６０】
図５・６は、ブラシにおけるブラシ毛の配置の例を示す平面図である。なお、図５・６にそれぞれ示すブラシ２１’および２１’’は、図１・２を参照して説明したロール型ブラシ２１とほぼ同一の部材を備えている。それゆえ、図１・２で既に説明した部材と同様の機能を有する部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６１】
図５・６には、感光体ドラム４０の回転方向を矢印で示している。図５に示すように、ブラシ２１’は、パイル糸１５が、感光体ドラム４０の回転方向（ブラシ毛１４の移動方向とは逆方向）に平行な直線からずれるように配置されている。
【００６２】
一方、図６に示すように、ブラシ２１’’は、パイル糸１５の配置が、感光体ドラム４０の回転方向に平行な直線をなしている。この配置を碁盤型と称する。ブラシ２１’は、ブラシ２１’’よりもトナーがブラシ毛をすり抜けにくいので、密度ｎが同じであってもトナーにより接触しやすく、トナー画像を機械的および電気的に撹乱しやすいという効果を奏する。実際、実施例１と実施例１０とを比較すると、同等の表面積を有するにもかかわらず、実施例１０の方が、撹乱性が良好になる。
【００６３】
以上の実施例および比較例の結果から、好ましいブラシの構成をグラフ化したものが図４ある。図４ら、良好な画像撹乱性およびトナー通過性を得るための構成、すなわち占有率Ｐ≦０．１５および表面積Ｌ≧５０００を満たすような、ブラシ毛径Ｄおよび密度ｎを選択することができる。さらに、紙ジャム等の異常時にも良好な撹乱性を得るためには、表面積Ｌ≧１００００を満たすことが好ましく、より目詰まりを起こりにくくするためには、占有率Ｐ≦０．１を満たすことが好ましい。
【００６４】
（体積抵抗率）
ブラシ毛の体積抵抗率は、従来のクリーナレスシステムに用いられてきたブラシの条件を適用することができる。すなわち、ブラシ毛の体積抵抗率を１×１００Ω・ｃｍ〜１×１０５Ω・ｃｍの範囲にすることによって、本実施形態のブラシは、トナーに効率よく電圧を印加することができ、その結果トナーを一様に帯電することができる。
【００６５】
体積抵抗率の測定方法としては、特に限定されるものではない。具体的には、複数本のブラシ毛を一束として電気抵抗値を測定し、その値からブラシ毛の体積抵抗率を算出する方法を用いることができる。具体的には、下記方法によって測定を行った結果に基づいて算出することができる。
【００６６】
図１に示すパイル織物１０において、ブラシ毛１４となる繊維を複数本（Ｎ本）まとめて一束とする。この一束を測定単位として、２つ一対の電極に接触させつつ速度Ｕで繊維の長手方向に走行させる。走行させながら、一対の電極間に、電流を一定の電流値で流す。この状態で、一対の電極間の電圧値を、時間ｔ間連続して測定する。この時間ｔ間の電圧の積分値Ｖ（ｔ）および時間ｔ間の電流の積分値Ｉを、式 Ｒ（ｔ）＝Ｖ（ｔ）／Ｉ に当てはめることで、繊維が時間ｔに走行した長さ当たりの抵抗値Ｒ（ｔ）を得ることができる。
【００６７】
時間ｔは、速度Ｕから導電性糸１８の長さに換算できる。従って、Ｒ（ｔ）および電極間の距離から、測定単位における長さ当たりの抵抗値Ｒを求めることができる。そして、当該抵抗値Ｒと、測定単位であるブラシ毛の本数および断面積とから、ブラシ毛の体積抵抗率を算出すればよい。
【００６８】
なお、上記の方法において、電流を一定にして電圧を測定する代わりに、電圧を一定にして電流を測定して、その結果から抵抗値を算出することもできる。
【００６９】
測定時に用いるブラシ毛はとくに限定されないが、５０〜１００本程度であれば、充分に正確な値を得ることができる。
【００７０】
また、ブラシ毛の導電性を調整するためには、ブラシ毛中にカーボンまたは金属からなる導電性粒子を分散させればよい。導電性粒子の添加量は、目的の導電性に合わせて適宜設定可能であり、特に限定されるものではない。このような導電性粒子の添加量は公知であり、例えば特開２００２−１４６６２９（公開日：平成１４年５月２２日）に記載されている。
【００７１】
〔ブラシ毛の形状〕
本発明のブラシは、ブラシ毛の断面がエッジを持たないことが好ましい。ブラシ毛の断面がエッジを持たないと、ブラシが像担持体を傷つけにくい。また、ブラシ毛の断面にエッジがあると、そこから集中して放電が起こりやすい。このような放電の集中は、残トナーの帯電ムラを引き起こすことがある。それに対してブラシ毛の断面がエッジを持たないので、放電が集中することがなく、残トナーを均一に帯電することができる。
【００７２】
なお、ブラシ毛の断面形状がエッジを持たないとは、ブラシ毛のうち、少なくとも像担持体と接触する部分、つまり先端付近の断面形状が、角を持たず、丸くなっていることを意味する。このような形状としては、円形または楕円形であってもよいし、多角形の角が丸くなった形状であってもよい。さらには、ブラシ毛の断面形状コーナーの丸み（アール）が、１／１０Ｄ以上であることが好ましい。
【００７３】
以上のように、本発明において、ブラシ毛の断面形状がエッジを持たないとは、完全に角がないことを意味するのではなく、上述のような形状を広く含むものである。つまり、微視的に見て角や突起を有する形状であっても、巨視的に見て角や突起がないと判断されるような多角形等の形状も、本発明の範疇に含まれる。このような形状の一例を図７（ａ）〜図７（ｃ）に示す。
【００７４】
図７（ａ）〜図７（ｃ）は、ブラシ毛を形成するのに好適な海島繊維の一例を示す断面図である。海島繊維とは、溶解部である海部および非溶解部である島部からなる繊維である。図７（ａ）〜図７（ｃ）に示す海島繊維７０ａ〜７０ｃから、海部７１ａ〜７１ｃを溶解および除去することによって、島部７２ａ〜７２ｃからなる細繊維をブラシ毛として得ることができる。島部７２ａ〜７２ｃは、上述したようにエッジのない形状となっている。
【００７５】
このような海部および島部としては、従来の海島型繊維で用いられている材料を好適に利用することができる。海部を除去するための溶剤としては、海部を溶解させ、かつ島部を溶解させない物質であればよい。例えば、海部としてポリエチレン系の加水分解性樹脂を用い、島部として、ポリアミド系、ポリオレフィン系、ポリアクリル系などの非加水分解性樹脂を用いて、海部を酸またはアルカリなど加水分解することにより非加水分解性樹脂からなる細繊維を得てもよい。より具体的には、海部を加水分解性樹脂のＰＥＴ（アルカリ易溶性ＰＥＴ）、島部を非加水分解性樹脂のポリアミド（例えばナイロン−６）とし、アルカリ性の水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウム水溶液によって海部を加水分解してもよい。この他の溶解部、非溶解部、および溶剤の組み合わせを表２に示す。なお、表２中Ｐ．Ｐ．とは、ポリプロピレンを意味する。
【００７６】
【表２】
【００７７】
例えば、薄刃状の切込み溝を有する治具を押し当てる等、単に機械的な力によって割繊する場合、得られる細繊維の断面形状を制御することは不可能である。
【００７８】
それに対して、化学的な割繊によれば、細繊維の断面形状を所望の形状とすることができる。これは、海島繊維を製造するときに、細繊維となる部分すなわち島部の形状を適宜設定することができるからである。例えばノズルからの押し出しによって海島繊維を形成する場合は、細繊維となる部分の断面形状を、ノズルの形状によって制御することができる。
【００７９】
また、溶剤によって海部が除去され、島部からなる細繊維を得る場合、細繊維間に余分な成分が残留しない。その結果、ブラシが像担持体と接触する部分（具体的にはブラシ毛の先端）の成分がより均一となる。特にトナーを帯電させるブラシの場合、接触部分の成分が均一であることが好ましい。
【００８０】
なお、化学割繊の具体的な方法としては、何ら限定されるものではなく、シャフトや平板等の支持部にパイル織物を固定した後に、溶剤を作用させてもよいし、先にパイル織物を溶剤で処理した後に支持部に固定してもよい。また、パイル糸に溶剤が付着する長さを調節することによって、細繊維の長さを調節することもでき、ブラシ毛中の細繊維の長さも、特に限定されるものではない。
【００８１】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明の画像形成装置用ブラシは、クリーナレスシステムを採用したプリンタまたはコピー機等の画像形成装置において、トナー画像を撹乱したり、トナーの帯電を制御したりするためのブラシとして好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の実施の形態の一つであるブラシの要部構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態の一つであるブラシの要部構成を示す平面図である。
【図３】本発明の実施の形態の一つであるブラシの要部構成を示す平面図である。
【図４】好ましいブラシの構成（占有率、表面積）をグラフ化したものであり、縦軸にブラシ毛の密度ｎ、横軸にブラシ毛の径Ｄを示す。
【図５】本発明のブラシにおけるパイル糸の配置の一例を示す平面図である。
【図６】本発明のブラシにおけるパイル糸の配置の他の例を示す平面図である。
【図７】本発明のブラシにおけるブラシ毛の一例である海島繊維の構成を示す断面図である。
【図８】クリーナレスシステムを備える画像形成装置の要部構成を示す正面図である。
【符号の説明】
【００８４】
１０ パイル織物
１１ 基布
１４ ブラシ毛
１５ パイル糸
２０ シャフト
２１ ロール型ブラシ
２４ 平板
２５ 平板型ブラシ
４０ 感光体ドラム（像担持体）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式の画像形成装置において、転写されずに像担持体に残った残トナーの画像メモリを除去し、トナーの帯電極性を統一化するとともに、現像装置に回収させるという機能を有するブラシに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
転写後に像担持体に残った残トナーを回収、再利用するクリーナレスシステムは、廃トナーが出ないため、エコロジーという側面において優れると共に、画像形成装置を小型化することができる。
【０００３】
クリーナレスシステムを採用した画像形成装置について、図８を参照して説明する。図８は、画像形成装置の画像形成部の要部構成を示す正面図である。
【０００４】
図８に示すように、画像形成部は、矢印方向に回転する感光体ドラム４０を備えている。さらに、画像形成部においては、感光体ドラム４０を一様に負極性に帯電させる帯電装置４１、外部機器やスキャナから入力したデータに基づいて、帯電した感光体ドラム４０に光像を走査することで静電潜像を形成する露光装置４２、静電潜像を負極性に帯電したトナーによって顕像化する、つまりトナー画像を形成する現像装置４３、用紙４７を感光体ドラム４０に運ぶ転写ベルト４６、正極性のバイアス電圧によってトナー画像を用紙４７に転写する転写装置４４、および画像撹乱装置４５が、感光体ドラム４０の回転方向に沿って順に設置されている。
【０００５】
クリーナレスシステムは、画像撹乱装置４５および現像装置４３によって構成される。
【０００６】
クリーナレスシステムを採用した画像形成装置では、画像撹乱装置４５は、用紙４７に転写されずに感光体ドラム４０上に残存した画像メモリを除去する。そして、現像装置４３は、単に静電潜像を顕像化するだけでなく、感光体ドラム４０上の残トナーを回収し、回収した残トナーを再利用するようになっている。
【０００７】
図８に示すように、帯電装置４１は、残トナーの上から感光体４０を帯電させ、さらに露光装置４２が静電潜像を形成する。そのため、画像撹乱装置４５に用いられるブラシは、不必要な画像が残存しないように、トナーとよく接触し、トナー画像を機械的に充分に撹乱することが求められる。また、残トナーは、転写装置４４からの電圧の印加によって、帯電極性がばらついている。それゆえ、そのままでは、残トナーが帯電装置４１に付着したり、現像装置４３によって回収されなかったりすることにより、不良画像が形成されてしまう。そこで、画像撹乱装置４５のブラシとしては、残トナーに電圧を印加して、その帯電極性を均一化するという役割を担うものもある。
【０００８】
このように、画像撹乱装置としては、感光体ドラムに摺接するブラシ毛によって、残トナーによって形成された画像メモリを機械的および電気的に撹乱するブラシ状の装置が提案されている。
【０００９】
従来のクリーナレスシステムとして、特許文献１には、２つのトナー帯電量制御手段（画像撹乱装置に相当）によって、残トナーを一旦正極性に帯電させ、次いで一様に負極性に帯電させることにより、トナーを均一に帯電する技術が記載されている。特許文献２では、さらに、帯電装置に振動電圧を印加することが記載されている。
【００１０】
また、特許文献３には、基布に繊維を織り込んだパイルを基盤上に接着したファーブラシ（画像撹乱装置に相当）を、ファーブラシの固定位置点と感光体ドラム上の最短距離点とを結ぶ直線に対して、繊維が感光体ドラムの回転方向下流側に設置角度θ角傾斜するように配置することが記載されている。こうすることで、残トナーとファーブラシの接触性を高めることができる。
【特許文献１】特許第３２８０９５３号公報（２００２年 ２月２２日登録）
【特許文献２】特開２００２−９９１７６号公報（２００２年 ４月 ５日公開）
【特許文献３】特開平１１−９５５４９（１９９９年 ４月 ９日公開）
【特許文献４】特開２００１−２１５７９９（２００１年 ８月１０日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
近年、画像の高解像化に伴い、画像撹乱装置には、画像メモリを除去するために機械的な作用および電気的な作用（画像撹乱性）をより強くすることが求められている。それに対して、上記従来の技術は充分に応えているとは言えず、さらなる改良が求められている。
【００１２】
画像撹乱性を高めるためには、単純にはブラシ毛の表面積を増大させればよい。しかし、単に表面積を増大させようとするとトナーがブラシ毛間をすり抜けにくくなり、ブラシ毛間にトナーが堆積してしまうという問題が起こることを、本発明者らは見出した。つまり、トナー画像の撹乱性を高めることと、トナーの通過性を高めることとは、相反する要求であり、この２つの要求を満たすことは非常に難しいことが分かった。
【００１３】
また、ブラシ毛の表面積を増大させる代わりに、感光体ドラムの長手方向にトナー帯電量制御手段を往復運動させることで撹乱作用を強化する技術も提案されている（特許文献４）。しかし、この技術では、往復運動をさせるための装置を別途設ける必要があるので、部材数が増加する。それゆえ、画像形成装置の小型化が困難であると共に、製造コストが増加してしまうという問題があることが記載されている。
【００１４】
また、画像撹乱装置のコストにおいてブラシの材料費の占める割合は大きい。そのため、クリーナレスシステムを備える画像形成装置において、ブラシのコストダウンが強く求められている。
【００１５】
さらに、画像撹乱装置のブラシは残トナーの画像メモリを除去しトナーに電荷注入をしなくてはならないので、像担持体に常に接触している。消耗品の長寿命化が要求されると、このブラシによる像担持体の磨耗を無視することができなくなってきた。
【００１６】
上記従来の技術の問題点に鑑み、本発明は、像担持体の磨耗を増大させることなく、コストも少なく済むと共に、トナー通過性、トナー撹乱性の相反する機能を満足するブラシを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明のブラシは、像担持体に付着したトナー像をブラシ毛によって撹乱する画像形成装置用のブラシであって、ブラシ毛の体積抵抗率が１×１００Ω・ｃｍ〜１×１０５Ω・ｃｍを満たし、ブラシ毛の径Ｄ(ｍ)が、Ｄ≦１１×１０−６を満たし、ブラシ毛の占有率Ｐ［但し、Ｐ＝（πＤ２／４）・ｎで表され、ｎはブラシ毛の密度（Ｍｆ／ｍ２）を表す］がＰ≦０．１５を満たし、ブラシ毛の長手方向における単位長さ当たりの表面積Ｌ（ｍ２／ｍ）［但し、Ｌ＝πＤ・ｎで表される］がＬ≧５０００を満たすことを特徴とする。
【００１８】
上記構成によると、体積抵抗率を上記範囲とすることによって、本発明のブラシは、トナーに効率よく電圧を印加することができ、その結果トナーを一様に帯電することができる。
【００１９】
また、ブラシ毛の占有率Ｐおよび表面積Ｌを上記範囲とすることによって、トナーをブラシ毛間に堆積させることなく、トナーとの接触面積を十分に大きくすることができる。つまり、本発明によると、トナー画像の撹乱性およびトナーの通過性という、両立し難い２つの性能を同時に備えるブラシを提供することができる。
【００２０】
さらに、本発明は、ブラシ以外の部材を設けることなしに、つまり、部材を増加させることなしに、良好なトナー画像の撹乱性を実現することができる。また、上記構成によると、例えば不必要にブラシ毛を多く形成することを避けられる。そのため、ブラシに要する材料費も、必要最低限に抑えることもできる。
【００２１】
本発明のブラシにおいて、さらに、占有率ＰをＰ≦０．１とすることもできる。こうすることで、トナー通過性により優れるブラシを実現することができる。
【００２２】
また、本発明のブラシにおいて、ブラシ毛は割繊によって形成されてなるものであってもよく、化学割繊によって形成されてなるものであってもよい。こうすることで、ブラシ毛の径および断面形状をより制御しやすくなると共に、帯電性に優れたブラシを提供することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の画像形成装置用のブラシは、ブラシ毛の体積抵抗率が１×１００Ω・ｃｍ〜１×１０５Ω・ｃｍを満たし、ブラシ毛の径Ｄ(ｍ)が、Ｄ≦１１×１０−６を満たし、ブラシ毛の占有率Ｐ［但し、Ｐ＝（πＤ２／４）・ｎで表され、ｎはブラシ毛の密度（Ｍｆ／ｍ２）を表す］がＰ≦０．１５を満たし、ブラシ毛の長手方向における単位長さ当たりの表面積Ｌ（ｍ２／ｍ）［但し、Ｌ＝πＤ・ｎで表される］がＬ≧５０００を満たす。
【００２４】
上記構成によると、トナー画像の撹乱性を高めること、およびトナーの通過性を高めることという相反する２つの要求を満たすことができるという効果を奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明のブラシは、像担持体に付着したトナー像をブラシ毛によって撹乱する画像形成装置用のブラシであって、ブラシ毛の体積抵抗率が１×１００Ω・ｃｍ〜１×１０５Ω・ｃｍを満たし、ブラシ毛の径Ｄ(ｍ)が、Ｄ≦１１×１０−６を満たし、ブラシ毛の占有率Ｐ［但し、Ｐ＝（πＤ２／４）・ｎで表され、ｎはブラシ毛の密度（Ｍｆ／ｍ２）を表す］がＰ≦０．１５を満たし、ブラシ毛の長手方向における単位長さ当たりの表面積Ｌ（ｍ２／ｍ）［但し、Ｌ＝πＤ・ｎで表される］がＬ≧５０００を満たせばよい。
【００２６】
すなわち、これ以外の構成は、特に限定されるものではなく、従来のクリーナレスシステムにおいて、画像撹乱装置に利用されてきた技術を、適宜利用することができる。
【００２７】
ブラシ毛は、一本のブラシ毛中において、部位によってその横断面積が異なっていてもよい。すなわち、ブラシ毛は、例えば割繊によって枝分かれした結果、先端が根元よりも細くなっていてもよい。このような場合、「ブラシ毛の径Ｄ」とは、特にブラシ毛の先端の径を指す。なお、ブラシ毛は完全な円形とは限らない。そのため、径Ｄとは、ブラシ毛の断面積と同一の面積を有する円の径を意味する。
【００２８】
また、ブラシ毛の密度ｎは、ブラシ毛の先端部分における本数と、ブラシ毛の根元における密度（基部の表面の単位面積当たりに設けられたブラシ毛の本数）とに依存する。すなわち、例えば各々がブラシ毛となるｎ２本の繊維を一束として、基部の表面の単位面積当たりにこの束をｎ１束備えるブラシの場合、密度ｎは式ｎ＝ｎ１・ｎ２で表される。そして、さらにこの繊維１本が割繊によってｎ３本の細繊維に分割されている場合は、密度Ｎはｎ＝ｎ１・ｎ２・ｎ３で表される。なお、この繊維は全体が割繊によって細繊維に分割されていてもよいし、先端のみが枝分かれするように細繊維に分割されていてもよい。
【００２９】
以下に、図面を参照して、本発明のブラシについてより具体的に説明する。なお、以下の実施の形態では、ブラシ毛は、ブラシの支持台（シャフトまたは平板）上に、パイル織物に織り込まれた状態で設けられているものとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、ブラシ毛を設ける方法としては、静電植毛等、種々の技術を用いることができる。
【００３０】
〔ロール型ブラシ〕
本発明の実施の一形態であるブラシは、図２に示すようにロール型のブラシとなっている。図２は、本実施の形態のロール型ブラシの要部構成を示す平面図である。
【００３１】
図２に示すように、本実施の形態のロール型ブラシ２１は、基部である円柱状のシャフト２０と、シャフト２０に接着等によって固定されたパイル織物１０とを備える。なお、パイル織物１０は、長尺状に切断された後、ブラシ毛１４側を外側に向けてシャフト２０にらせん状に巻きつけられている。ロール型ブラシ２１は、パイル織物１０に織り込まれたブラシ毛１４によって、後述するように像担持体上のトナー像を撹乱する。
【００３２】
シャフト２０は、その径および材料等、特に限定されるものではなく、画像形成装置のブラシに従来用いられてきた技術を、好適に利用することができる。ただし、小型化するために、シャフト２０の径は２ｍｍ〜６ｍｍ程度とすればよい。
【００３３】
図１に、図２のロール型ブラシのパイル織物１０を拡大した断面図を示す。パイル織物１０は、横糸および縦糸（図示せず）からなる基布１１に、パイル糸１５がパイル織りによってＷ字型に織り込まれたものである。パイル糸１５は基布１１の単位面積当たりｎ２本織り込まれており、１本のパイル糸１５はｎ１本の繊維が一束となったものである。
【００３４】
パイル糸１５が基布１１上で解れることによってブラシ毛１４を形成する場合、すなわち上記繊維が各々１本のブラシ毛１４となる場合は、上述したように密度ｎはｎ＝ｎ１・ｎ２で表される。一方、１本の上記繊維の先端が割繊によってｎ３本の細繊維に分割され、この細繊維が各々１本のブラシ毛１４となる場合は、密度ｎはｎ＝ｎ１・ｎ２・ｎ３となる。
【００３５】
また、ブラシ毛１４の長さｈは、図１に示すように、基布１１の裏面（支持台の表面）からブラシ毛１４の先端までの距離であり、径Ｄはブラシ毛１４の先端の径である。
【００３６】
〔平板型ブラシ〕
本実施の形態のブラシは、上記構成の一例として、平板型のブラシとなっている。図３は、本実施の形態の平板型ブラシの平面図である。
【００３７】
図３に示すように、平板型ブラシ２５は、基部である平板２４および上記平板２４に固定されたパイル織物１０を備えている。なお、平板型ブラシ２５は、基部としてシャフト２０の代わりに平板２４を用いている以外、ロール型ブラシ２１と同一の構成である。よって、図１・２を参照して既に説明した部材と同様の機能を有する部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３８】
〔ブラシの利用〕
本発明のブラシは、画像形成装置内に設けられ、画像撹乱装置として利用される。
【００３９】
画像形成装置は、スキャナにて読み込まれた画像や、画像形成装置に外部から接続された機器（例えばパーソナルコンピュータなどの画像処理装置）からのデータを画像として記録出力するものである。画像形成装置としては、具体的に、プリンタ、複写機、ファクシミリ機等が挙げられる。
【００４０】
本発明のブラシを利用するにあたっては、画像撹乱装置、およびその他の画像形成装置の構成は、特に限定されるものではなく、従来のクリーナレスシステムにおける技術を好適に利用することができる。
【００４１】
以下、本発明のブラシの利用方法を、図８を参照してより詳細に説明する。なお、本実施の形態では、像担持体として感光体ドラムを例に挙げて本発明の実施の形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明において像担持体とは、カラープリンタにおける中間転写ベルト等、感光体以外の像を担持する中間転写体も含まれる。また、本実施の形態では、ロール型ブラシ２１を例にとって説明するが、勿論、これに限らず、平板型ブラシ２５を同様に適用することができる。
【００４２】
なお、図８に示す部材については既に説明しているので、適宜その説明を省略する。
【００４３】
ロール型ブラシ２１は、図８に示す画像撹乱装置４５内に、ブラシ毛１４が感光体ドラム４０に摺接するように設けられる。感光体ドラム４０が帯電装置４１によって負極性に帯電する場合、ロール型ブラシ２１には、負極性の電圧が、図示しない電源から印加される。そして、残トナーには、ロール型ブラシ２１のブラシ毛１４から負極性の電圧が印加され、残トナーは均一に負極性に帯電する。こうして負極性に帯電することで、残トナーは、帯電装置４１に付着することなく、かつ現像装置４３に回収されやすくなる。
【００４４】
本発明のブラシは、トナー画像の移動方向に沿って、複数の画像撹乱装置を備えるクリーナレスシステムに利用することもできる。このようなクリーナレスシステムとしては、第一画像撹乱装置によってトナーを正極性に帯電させ、次いでその下流の第二画像撹乱装置によって負極性に帯電させるものが挙げられる。複数の画像撹乱装置を設けることにより、トナーの帯電極性をより均一にすることができる。
【００４５】
なお、本発明のブラシを利用する際には、画像形成装置内に複数ある画像撹乱装置のうち、全てを本発明のブラシを備えるものとしても良いし、その一部に本発明のブラシを利用してもよい。
【００４６】
〔実施例および比較例〕
図１・２に示すロール型ブラシ２１を、図８に示す画像撹乱装置４５に適用し、実施例１〜１１および比較例１〜３のブラシについて、ブラシ毛の密度ｎ、径Ｄ（ｍ）を変化させて、その性能（トナー画像撹乱性、トナー通過性、像担持体寿命）を比較した。これらのブラシの占有率Ｐ、表面積Ｌ等のパラメータを表１に示す。また、ブラシの性能を評価した結果も併せて表１に示す。
【００４７】
実施例１〜１１および比較例１〜３において、ブラシ毛は、同量のカーボンが添加されたポリアミドからなり、長さｈ（ｍｍ）は５ｍｍで一定とする。また、これらのブラシは、直径５ｍｍ、長さ２２ｃｍのシャフトにパイル織物を巻きつけてなる。
【００４８】
（ブラシの評価方法）
（Ａ）トナー画像撹乱性
印刷物上の残存画像メモリを目視によって評価し、画像メモリ有りを×、画像メモリ無しを○とした。さらに、○と評価されたブラシについて、紙ジャム直後に同様の評価を行い、画像メモリ無しを◎とした。
【００４９】
（Ｂ）トナーの通過性
１，０００枚プリント後の、ブラシの支持部面積当たりのトナー付着量が４３．４ｇ／ｍ２未満を◎、１，０００枚プリント後のトナー付着量が４３．４ｇ／ｍ２以上８６．８ｇ／ｍ２未満を○、１，０００枚プリント後のトナー付着量が８６．８ｇ／ｍ２以上を×とした。
【００５０】
（Ｃ）像担持体寿命
特許３２８７７６０に記載の方法に則り、像担持体寿命を測定した。具体的には３万枚耐久試験を行い、画像かぶり［画像かぶり＝（プリント前白色度−プリント後白色度）／プリント前白色度×１００（％）］によって像担持体寿命を評価した。すなわち、３万枚耐久試験後に、感光体磨耗による画像かぶり５％未満であるときは○、３万枚耐久試験後に感光体磨耗による画像かぶり５％以上であるときは×と評価した。
【００５１】
【表１】
【００５２】
（結果）
像担持体の磨耗を低減して寿命を延ばすには、繊度（径Ｄ）を小さくすることでブラシ毛の剛性を弱め、像担持体への当接力を小さくすればよい。また、パイル織物を備えるブラシの製造コストにおいては、パイル糸の材料費の比重が極めて大きい。
【００５３】
径Ｄを比較例３の約４１％にした実施例１は剛性が比較例３の３％以下となる。それにより像担持体の磨耗は少なくなり、長寿命が実現する。
【００５４】
また、径Ｄを小さくすることによって、パイルコストは比較例３の約１６％になる。パイル径を細くしたため、表面積も小さくなる。撹乱性を満足するには表面積は約５０００程度（ｍ２／ｍ）が必要であり、実施例１が下限である。
【００５５】
さらに表面積を小さくした例が比較例１であるが、撹乱性は悪くなってしまう。さらに実施例１１のように表面積を１００００以上にすると、一度に多くのトナーを捕獲できるので、異常時、たとえば紙ジャム等が発生し、一度に多量のトナーが像担持体上に残存した場合にも良好な撹乱性が維持できる。
【００５６】
しかし、表面積が増えるにつれて空間に対するパイルの占める割合（占有率）が大きくなる。占有率が大きくなりすぎると、トナーがブラシ毛の間を通過できなくなり、トナーがブラシ毛間に堆積してしまう。実施例３に示すように、占有率が０．１５に近くなると、通過性が低下する傾向にある。さらに占有率が高くなると（比較例２）、すぐにトナーが堆積し、通過性の面で劣る。
【００５７】
実施例４〜９はさらにパイル径を細くした例である。実施例５は占有率が約０．１であるが、異常時の大量のトナーを通過させることができる。
【００５８】
このように、パイル径を細くすることにより、表面積が大きく（撹乱性が良好）で占有率が小さい（通過性が良い）領域が広くなり、自由度の高い設計が可能である。またパイル径を細くすると比表面積（単位重量あたりの表面積）は大きくなるので、経済的な設計が可能となる。
【００５９】
また。機械的な撹乱性をあげるには、ブラシ毛の配列を千鳥型にすることが有効である。ブラシの使用に当たっては、そのブラシ毛を像担持体に摺接させつつ移動させる。千鳥型の配置とは、ブラシ毛の配置がこの移動方向に対して平行な直線からずれるように配置されていることを意味する。ブラシ毛の配置について、図５・６を参照して具体的に説明する。
【００６０】
図５・６は、ブラシにおけるブラシ毛の配置の例を示す平面図である。なお、図５・６にそれぞれ示すブラシ２１’および２１’’は、図１・２を参照して説明したロール型ブラシ２１とほぼ同一の部材を備えている。それゆえ、図１・２で既に説明した部材と同様の機能を有する部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６１】
図５・６には、感光体ドラム４０の回転方向を矢印で示している。図５に示すように、ブラシ２１’は、パイル糸１５が、感光体ドラム４０の回転方向（ブラシ毛１４の移動方向とは逆方向）に平行な直線からずれるように配置されている。
【００６２】
一方、図６に示すように、ブラシ２１’’は、パイル糸１５の配置が、感光体ドラム４０の回転方向に平行な直線をなしている。この配置を碁盤型と称する。ブラシ２１’は、ブラシ２１’’よりもトナーがブラシ毛をすり抜けにくいので、密度ｎが同じであってもトナーにより接触しやすく、トナー画像を機械的および電気的に撹乱しやすいという効果を奏する。実際、実施例１と実施例１０とを比較すると、同等の表面積を有するにもかかわらず、実施例１０の方が、撹乱性が良好になる。
【００６３】
以上の実施例および比較例の結果から、好ましいブラシの構成をグラフ化したものが図４ある。図４ら、良好な画像撹乱性およびトナー通過性を得るための構成、すなわち占有率Ｐ≦０．１５および表面積Ｌ≧５０００を満たすような、ブラシ毛径Ｄおよび密度ｎを選択することができる。さらに、紙ジャム等の異常時にも良好な撹乱性を得るためには、表面積Ｌ≧１００００を満たすことが好ましく、より目詰まりを起こりにくくするためには、占有率Ｐ≦０．１を満たすことが好ましい。
【００６４】
（体積抵抗率）
ブラシ毛の体積抵抗率は、従来のクリーナレスシステムに用いられてきたブラシの条件を適用することができる。すなわち、ブラシ毛の体積抵抗率を１×１００Ω・ｃｍ〜１×１０５Ω・ｃｍの範囲にすることによって、本実施形態のブラシは、トナーに効率よく電圧を印加することができ、その結果トナーを一様に帯電することができる。
【００６５】
体積抵抗率の測定方法としては、特に限定されるものではない。具体的には、複数本のブラシ毛を一束として電気抵抗値を測定し、その値からブラシ毛の体積抵抗率を算出する方法を用いることができる。具体的には、下記方法によって測定を行った結果に基づいて算出することができる。
【００６６】
図１に示すパイル織物１０において、ブラシ毛１４となる繊維を複数本（Ｎ本）まとめて一束とする。この一束を測定単位として、２つ一対の電極に接触させつつ速度Ｕで繊維の長手方向に走行させる。走行させながら、一対の電極間に、電流を一定の電流値で流す。この状態で、一対の電極間の電圧値を、時間ｔ間連続して測定する。この時間ｔ間の電圧の積分値Ｖ（ｔ）および時間ｔ間の電流の積分値Ｉを、式 Ｒ（ｔ）＝Ｖ（ｔ）／Ｉ に当てはめることで、繊維が時間ｔに走行した長さ当たりの抵抗値Ｒ（ｔ）を得ることができる。
【００６７】
時間ｔは、速度Ｕから導電性糸１８の長さに換算できる。従って、Ｒ（ｔ）および電極間の距離から、測定単位における長さ当たりの抵抗値Ｒを求めることができる。そして、当該抵抗値Ｒと、測定単位であるブラシ毛の本数および断面積とから、ブラシ毛の体積抵抗率を算出すればよい。
【００６８】
なお、上記の方法において、電流を一定にして電圧を測定する代わりに、電圧を一定にして電流を測定して、その結果から抵抗値を算出することもできる。
【００６９】
測定時に用いるブラシ毛はとくに限定されないが、５０〜１００本程度であれば、充分に正確な値を得ることができる。
【００７０】
また、ブラシ毛の導電性を調整するためには、ブラシ毛中にカーボンまたは金属からなる導電性粒子を分散させればよい。導電性粒子の添加量は、目的の導電性に合わせて適宜設定可能であり、特に限定されるものではない。このような導電性粒子の添加量は公知であり、例えば特開２００２−１４６６２９（公開日：平成１４年５月２２日）に記載されている。
【００７１】
〔ブラシ毛の形状〕
本発明のブラシは、ブラシ毛の断面がエッジを持たないことが好ましい。ブラシ毛の断面がエッジを持たないと、ブラシが像担持体を傷つけにくい。また、ブラシ毛の断面にエッジがあると、そこから集中して放電が起こりやすい。このような放電の集中は、残トナーの帯電ムラを引き起こすことがある。それに対してブラシ毛の断面がエッジを持たないので、放電が集中することがなく、残トナーを均一に帯電することができる。
【００７２】
なお、ブラシ毛の断面形状がエッジを持たないとは、ブラシ毛のうち、少なくとも像担持体と接触する部分、つまり先端付近の断面形状が、角を持たず、丸くなっていることを意味する。このような形状としては、円形または楕円形であってもよいし、多角形の角が丸くなった形状であってもよい。さらには、ブラシ毛の断面形状コーナーの丸み（アール）が、１／１０Ｄ以上であることが好ましい。
【００７３】
以上のように、本発明において、ブラシ毛の断面形状がエッジを持たないとは、完全に角がないことを意味するのではなく、上述のような形状を広く含むものである。つまり、微視的に見て角や突起を有する形状であっても、巨視的に見て角や突起がないと判断されるような多角形等の形状も、本発明の範疇に含まれる。このような形状の一例を図７（ａ）〜図７（ｃ）に示す。
【００７４】
図７（ａ）〜図７（ｃ）は、ブラシ毛を形成するのに好適な海島繊維の一例を示す断面図である。海島繊維とは、溶解部である海部および非溶解部である島部からなる繊維である。図７（ａ）〜図７（ｃ）に示す海島繊維７０ａ〜７０ｃから、海部７１ａ〜７１ｃを溶解および除去することによって、島部７２ａ〜７２ｃからなる細繊維をブラシ毛として得ることができる。島部７２ａ〜７２ｃは、上述したようにエッジのない形状となっている。
【００７５】
このような海部および島部としては、従来の海島型繊維で用いられている材料を好適に利用することができる。海部を除去するための溶剤としては、海部を溶解させ、かつ島部を溶解させない物質であればよい。例えば、海部としてポリエチレン系の加水分解性樹脂を用い、島部として、ポリアミド系、ポリオレフィン系、ポリアクリル系などの非加水分解性樹脂を用いて、海部を酸またはアルカリなど加水分解することにより非加水分解性樹脂からなる細繊維を得てもよい。より具体的には、海部を加水分解性樹脂のＰＥＴ（アルカリ易溶性ＰＥＴ）、島部を非加水分解性樹脂のポリアミド（例えばナイロン−６）とし、アルカリ性の水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウム水溶液によって海部を加水分解してもよい。この他の溶解部、非溶解部、および溶剤の組み合わせを表２に示す。なお、表２中Ｐ．Ｐ．とは、ポリプロピレンを意味する。
【００７６】
【表２】
【００７７】
例えば、薄刃状の切込み溝を有する治具を押し当てる等、単に機械的な力によって割繊する場合、得られる細繊維の断面形状を制御することは不可能である。
【００７８】
それに対して、化学的な割繊によれば、細繊維の断面形状を所望の形状とすることができる。これは、海島繊維を製造するときに、細繊維となる部分すなわち島部の形状を適宜設定することができるからである。例えばノズルからの押し出しによって海島繊維を形成する場合は、細繊維となる部分の断面形状を、ノズルの形状によって制御することができる。
【００７９】
また、溶剤によって海部が除去され、島部からなる細繊維を得る場合、細繊維間に余分な成分が残留しない。その結果、ブラシが像担持体と接触する部分（具体的にはブラシ毛の先端）の成分がより均一となる。特にトナーを帯電させるブラシの場合、接触部分の成分が均一であることが好ましい。
【００８０】
なお、化学割繊の具体的な方法としては、何ら限定されるものではなく、シャフトや平板等の支持部にパイル織物を固定した後に、溶剤を作用させてもよいし、先にパイル織物を溶剤で処理した後に支持部に固定してもよい。また、パイル糸に溶剤が付着する長さを調節することによって、細繊維の長さを調節することもでき、ブラシ毛中の細繊維の長さも、特に限定されるものではない。
【００８１】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明の画像形成装置用ブラシは、クリーナレスシステムを採用したプリンタまたはコピー機等の画像形成装置において、トナー画像を撹乱したり、トナーの帯電を制御したりするためのブラシとして好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の実施の形態の一つであるブラシの要部構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態の一つであるブラシの要部構成を示す平面図である。
【図３】本発明の実施の形態の一つであるブラシの要部構成を示す平面図である。
【図４】好ましいブラシの構成（占有率、表面積）をグラフ化したものであり、縦軸にブラシ毛の密度ｎ、横軸にブラシ毛の径Ｄを示す。
【図５】本発明のブラシにおけるパイル糸の配置の一例を示す平面図である。
【図６】本発明のブラシにおけるパイル糸の配置の他の例を示す平面図である。
【図７】本発明のブラシにおけるブラシ毛の一例である海島繊維の構成を示す断面図である。
【図８】クリーナレスシステムを備える画像形成装置の要部構成を示す正面図である。
【符号の説明】
【００８４】
１０ パイル織物
１１ 基布
１４ ブラシ毛
１５ パイル糸
２０ シャフト
２１ ロール型ブラシ
２４ 平板
２５ 平板型ブラシ
４０ 感光体ドラム（像担持体）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体に付着したトナー像をブラシ毛によって撹乱する画像形成装置用のブラシであって、
ブラシ毛の体積抵抗率が１×１００Ω・ｃｍ〜１×１０５Ω・ｃｍを満たし、
ブラシ毛の径Ｄ(ｍ)が、Ｄ≦１１×１０−６を満たし、
ブラシ毛の占有率Ｐ［但し、Ｐ＝（πＤ２／４）・ｎで表され、ｎはブラシ毛の密度（Ｍｆ／ｍ２）を表す］がＰ≦０．１５を満たし、
ブラシ毛の長手方向における単位長さ当たりの表面積Ｌ（ｍ２／ｍ）［但し、Ｌ＝πＤ・ｎで表される］がＬ≧５０００を満たすことを特徴とするブラシ。
【請求項２】
占有率ＰがＰ≦０．１を満たすことを特徴とする請求項１に記載のブラシ。
【請求項３】
表面積ＬがＬ≧１００００を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載のブラシ。
【請求項４】
上記ブラシ毛は割繊によって形成されてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のブラシ。
【請求項５】
上記ブラシ毛は化学割繊によって形成されてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のブラシ。
【請求項１】
像担持体に付着したトナー像をブラシ毛によって撹乱する画像形成装置用のブラシであって、
ブラシ毛の体積抵抗率が１×１００Ω・ｃｍ〜１×１０５Ω・ｃｍを満たし、
ブラシ毛の径Ｄ(ｍ)が、Ｄ≦１１×１０−６を満たし、
ブラシ毛の占有率Ｐ［但し、Ｐ＝（πＤ２／４）・ｎで表され、ｎはブラシ毛の密度（Ｍｆ／ｍ２）を表す］がＰ≦０．１５を満たし、
ブラシ毛の長手方向における単位長さ当たりの表面積Ｌ（ｍ２／ｍ）［但し、Ｌ＝πＤ・ｎで表される］がＬ≧５０００を満たすことを特徴とするブラシ。
【請求項２】
占有率ＰがＰ≦０．１を満たすことを特徴とする請求項１に記載のブラシ。
【請求項３】
表面積ＬがＬ≧１００００を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載のブラシ。
【請求項４】
上記ブラシ毛は割繊によって形成されてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のブラシ。
【請求項５】
上記ブラシ毛は化学割繊によって形成されてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のブラシ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−２４８７４８（Ｐ２００７−２４８７４８Ａ）
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−７１１５０（Ｐ２００６−７１１５０）
【出願日】平成１８年３月１５日（２００６．３．１５）
【出願人】（３９００２６１４７）東英産業株式会社 (38)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月１５日（２００６．３．１５）
【出願人】（３９００２６１４７）東英産業株式会社 (38)
【Ｆターム（参考）】
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