(57)【要約】【課題】  導電性粒子の付着したファーブラシローラを有する帯電装置において、導電性粒子の保持性を向上させると共に、ブラシ毛の感光体ドラム表面への物理的な接触性も確保すること。【解決手段】  導電性粒子５０の付着したファーブラシローラ４０において、導電性繊維４８は心棒４４の径方向に真っ直ぐに伸びた直毛状態から、心棒４４の周方向であってファーブラシローラ４０の回転の向き（矢印Ｆ又はＲ）とは逆の向きに湾曲して傾斜した斜毛状態に加工されており、導電性繊維４８の前記径方向における前記直毛状態の高さをＨ１、前記斜毛状態の高さをＨ２とした場合に、（Ｈ１−Ｈ２）／Ｈ１で示される斜毛度の値が０．０５以上である。また、ファーブラシローラ４０は、導電性繊維４８が前記傾斜の向きとは逆向きに感光体ドラム１２表面を摺擦するように、感光体ドラム１２に対する回転の向きと周速が設定されている。【選択図】          図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基布に導電性繊維を植毛してなるパイル地を心棒に巻回してなるファーブラシローラと、前記導電性繊維に付着された導電性粒子とを有し、
被帯電体に対し、前記ファーブラシローラを回転させながら、前記導電性繊維で一方向に移動する前記被帯電体表面を摺擦して当該被帯電体表面を帯電させる帯電装置であって、
前記導電性繊維は前記心棒の径方向に真っ直ぐに伸びた直毛状態から、当該心棒の周方向であってファーブラシローラの回転の向きとは逆の向きに湾曲して傾斜した斜毛状態に加工されており、前記導電性繊維の前記径方向における前記直毛状態の高さをＨ１、前記斜毛状態の高さをＨ２とした場合に、（Ｈ１−Ｈ２）／Ｈ１で示される斜毛度の値が０．０５以上であり、
前記ファーブラシローラは、前記導電性繊維が前記傾斜の向きとは逆向きに前記被帯電体表面を摺擦するように、前記被帯電体に対する回転の向きと周速が設定されていることを特徴とする帯電装置。
【請求項２】
前記斜毛度の値が０．１以上であることを特徴とする請求項１記載の帯電装置。
【請求項３】
前記ファーブラシローラによる前記被帯電体表面の摺擦位置における前記ファーブラシローラ外周の移動方向が、前記被帯電体表面の移動方向と逆向きに設定されており、
前記被帯電体表面の移動速度の絶対値をファーブラシローラの周速の絶対値で除した速度比θの値が、
１≦θ≦５の範囲になるようにファーブラシローラの周速が設定されていることを特徴とする請求項１または２記載の帯電装置。
【請求項４】
前記速度比θの値が１．５≦θ≦４の範囲になるようにファーブラシローラの周速が設定されていることを特徴とする請求項３記載の帯電装置。
【請求項５】
前記ファーブラシローラによる前記被帯電体表面の摺擦位置における前記ファーブラシローラ外周の移動方向が、前記被帯電体表面の移動方向と同じ向きに設定されており、
前記被帯電体表面の移動速度の絶対値をファーブラシローラの周速の絶対値で除した速度比θの値が、
１．５≦θ≦５の範囲になるようにファーブラシローラの周速が設定されていることを特徴とする請求項１または２記載の帯電装置。
【請求項６】
前記速度比θの値が２≦θ≦４の範囲になるようにファーブラシローラの周速が設定されていることを特徴とする請求項５記載の帯電装置。
【請求項７】
前記ファーブラシローラは、前記導電性繊維が前記被帯電体の対向する表面にそのままの形状を保持した自由な状態で軽く接触する位置から、さらに、前記被帯電体に近接させた位置に配置されるものであり、
当該近接させる距離Ｄが、０．２ｍｍ≦Ｄ≦１ｍｍの範囲で設定されることを特徴とする請求項１または２記載の帯電装置。
【請求項８】
前記距離Ｄが、０．３ｍｍ≦Ｄ≦０．８ｍｍの範囲で設定されることを特徴とする請求項７記載の帯電装置。
【請求項９】
被帯電体である感光体ドラムを有し、電子写真方式で画像を形成する画像形成装置であって、
前記感光体ドラムを帯電させる帯電装置として、請求項１〜８のいずれか１項に記載の帯電装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感光体ドラム等の被帯電体表面を帯電させる帯電装置および画像形成装置に関し、特に、ブラシ帯電方式の帯電装置、および当該帯電装置を備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真プロセスを用いた画像形成装置における画像形成の第１のステップは、被帯電体である感光体ドラム表面を帯電する工程であり、当該工程において、感光体表面を一定電位にいかに均一に帯電するかが重要となる。
従来、感光体ドラム表面を帯電させる装置としては、構成の簡易さ等の理由から、コロトロン帯電装置やスコロトロン帯電装置など、コロナ帯電を利用した非接触方式の帯電装置が多く用いられている。コロナ帯電は、感光体表面と一定の間隔で離間して張架された放電ワイヤーに高電圧を印加して、感光体表面との間でコロナ放電を起こし、空気中に発生した正あるいは負のイオンを感光体ドラムに与える非接触な帯電法である。しかしながら、上記した非接触帯電方式では、気中放電に伴って、人体に有害とされるオゾンが僅かながら発生する。
【０００３】
そこで、最近、クリーンなオフィス環境への関心の高まりなどもあり、上記した非接触方式の場合と比較して気中放電の格段に少ない接触方式の帯電装置が見直されている。
この接触方式の帯電装置の一つとして、ファーブラシローラを備えた帯電装置が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。図５（ａ）に当該帯電装置１００の概略構成を示す。帯電装置１００は、ファーブラシローラ１０２と直流電源１０４とを有する。ファーブラシローラ１０２は、電極を兼ねる金属製の心棒１０２ａと、導電性レーヨン繊維をパイル地にしたテープを前記心棒１０２ａにスパイラル状に巻き付けてなるブラシ部１０２ｂとから成る。そして、矢印Ｘの向きに回転する感光体ドラム１０６の表面にブラシ部１０２ｂのブラシ毛１０２ｃを接触させた状態で、ファーブラシローラ１０２も矢印Ｙの向きに回転させながら、直流電源１０４から心棒１０２ａに所定の電圧を印加して、感光体ドラム１０６表面を帯電させる。この際、感光体ドラム１０６表面の帯電は、ブラシ毛１０２ｃとの接触部分からの直接電荷移動による帯電（電荷注入帯電）が支配的となり、コロナ放電による帯電（気中放電帯電）はごく僅かとなってオゾンの発生を低減することができる。
【０００４】
ところで、上記した導電ブラシ帯電方式の帯電装置においては、帯電の均一性を向上させるための工夫が種々なされている。
特許文献１に記載の帯電装置１００では、ブラシ毛１０２ｃを、ファーブラシローラ１０２の回転方向に対し同じ向きに湾曲して傾いた状態に加工しておき（以下、ブラシ毛を傾かせることおよび傾いた状態を「斜毛」と称する。）、図５（ａ）に示すように、ブラシ毛１０２ｃが起毛する向き（矢印Ｙの向き）にファーブラシローラ１０２を回転させることとしている。このようにすることによって、図５（ｂ）に示すように、ブラシ毛１０２ｃがランダムに変形することとなり、ブラシ部１０２ｂが感光体ドラム１０６表面に物理的に均一に接触することとなって、感光体ドラム１０６帯電均一性を向上させることができる。
【０００５】
さらに、特許文献１に記載の帯電装置では、図５（ｃ）に示すように、帯電補助を目的とした帯電促進粒子として、導電性粒子１０８がブラシ部１０２ｂに付着されている。導電性粒子１０８によって、ブラシ毛１０２ｃと感光体ドラム１０６表面の間の電気的な接触面積が増大され、もって、感光体ドラム１０６表面の帯電均一性が向上する。
【特許文献１】特開平１１−１４９２０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した帯電装置１００では、ファーブラシローラ１０２の回転に伴って、感光体ドラム１０６表面に当接し、斜毛方向と逆向きに大きく変形された（起毛された）ブラシ毛１０２ｃが、感光体ドラム１０６表面を通過すると同時に勢い良く復元し、このとき、ブラシ毛１０２ｃに付着していた導電性粒子１０８が、飛ばされてブラシ毛１０２ｃから脱落しやすい。このため、従来の帯電装置１００では、せっかく付着させた導電性粒子１０８による上記効果が比較的短期間の間に低下してしまう。その結果、長期に渡って、感光体ドラム１０６表面を均一に帯電させることが困難になる。
【０００７】
本発明は、上記した課題に鑑み、導電性粒子の保持性を向上させ、もって、長期に渡って帯電均一性を維持すると共に、ブラシ部の感光体ドラム表面への物理的な接触性も確保して帯電均一性の向上に寄与できる帯電装置、および当該帯電装置を備えた画像形成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】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明に係る帯電装置は、基布に導電性繊維を植毛してなるパイル地を心棒に巻回してなるファーブラシローラと、前記導電性繊維に付着された導電性粒子とを有し、被帯電体に対し、前記ファーブラシローラを回転させながら、前記導電性繊維で一方向に移動する前記被帯電体表面を摺擦して当該被帯電体表面を帯電させる帯電装置であって、前記導電性繊維は前記心棒の径方向に真っ直ぐに伸びた直毛状態から、当該心棒の周方向であってファーブラシローラの回転の向きとは逆の向きに湾曲して傾斜した斜毛状態に加工されており、前記導電性繊維の前記径方向における前記直毛状態の高さをＨ１、前記斜毛状態の高さをＨ２とした場合に、（Ｈ１−Ｈ２）／Ｈ１で示される斜毛度の値が０．０５以上であり、前記ファーブラシローラは、前記導電性繊維が前記傾斜の向きとは逆向きに前記被帯電体表面を摺擦するように、前記被帯電体に対する回転の向きと周速が設定されていることを特徴とする。また、前記斜毛度の値が０．１以上とすることもできる。
【０００９】
また、前記ファーブラシローラによる前記被帯電体表面の摺擦位置における前記ファーブラシローラ外周の移動方向を、前記被帯電体表面の移動方向と逆向きに設定し、前記被帯電体表面の移動速度の絶対値をファーブラシローラの周速の絶対値で除した速度比θの値が１≦θ≦５の範囲になるようにファーブラシローラの周速を設定することもできる。この場合に、前記速度比θの値が１．５≦θ≦４の範囲になるようにファーブラシローラの周速を設定することもできる。
【００１０】
あるいは、前記ファーブラシローラによる前記被帯電体表面の摺擦位置における前記ファーブラシローラ外周の移動方向を、前記被帯電体表面の移動方向と同じ向きに設定し、前記被帯電体表面の移動速度の絶対値をファーブラシローラの周速の絶対値で除した速度比θの値が１．５≦θ≦５の範囲になるようにファーブラシローラの周速を設定することもできる。この場合に、前記速度比θの値が２≦θ≦４の範囲になるようにファーブラシローラの周速を設定することもできる。
【００１１】
また、前記ファーブラシローラは、前記導電性繊維が前記被帯電体の対向する表面にそのままの形状を保持した自由な状態で軽く接触する位置から、さらに、前記被帯電体に近接させた位置に配置されるものであり、当該近接させる距離Ｄが、０．２ｍｍ≦Ｄ≦１ｍｍの範囲で設定されることを特徴とする。この場合に、前記距離Ｄを、０．３ｍｍ≦Ｄ≦０．８ｍｍの範囲で設定することもできる。
【００１２】
上記の目的を達成するため、本発明に係る画像形成装置は、被帯電体である感光体ドラムを有し、電子写真方式で画像を形成する画像形成装置であって、前記感光体ドラムを帯電させる帯電装置として、上記した帯電装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る帯電装置は、心棒の周方向であってファーブラシローラの回転の向きとは逆の向きに湾曲して傾斜された導電性繊維を有するファーブラシローラが、前記導電性繊維が前記傾斜の向きとは逆向きに被帯電体表面を摺擦するので、導電性繊維に付着された導電性粒子の保持性が向上し、もって、長期に渡って帯電均一性を維持することが可能となる。また、心棒の径方向に真っ直ぐに伸びた直毛状態から、心棒の周方向であってファーブラシローラの回転の向きとは逆の向きに湾曲して傾斜した斜毛状態に加工されている導電性繊維の前記径方向における前記直毛状態の高さをＨ１、前記斜毛状態の高さをＨ２とした場合に、（Ｈ１−Ｈ２）／Ｈ１で示される斜毛度の値が０．０５以上あるので、導電性繊維の被帯電体表面への接触性も確保でき、帯電均一性の向上を図ることが可能となる。
【００１４】
本発明に係る画像形成装置は、前記感光体ドラムを帯電させる帯電装置として、上記の帯電装置を備えているので、長期に渡って安定した画像を形成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、実施の形態に係る画像形成装置１０の概略構成を模式的に表した図である。
画像形成装置１０は、電子写真方式で画像を形成する画像形成装置であって、円筒状をした被帯電体である感光体ドラム１２を中心としてその周囲に、接触方式の帯電装置１４、露光装置１６、現像装置１８、中間転写装置２０、およびクリーニングブレード２２を有するクリーニング装置２４がこの順に配されてなる構成を備えている。感光体ドラム１２の径はφ３０ｍｍであり、周速（システムスピード）１６０ｍｍ／ｓｅｃ（回転数約１００ｒｐｍ）で、矢印Ａの向きに回転される。
【００１６】
中間転写装置２０は、駆動ローラ２６と従動ローラ２８とで水平に張架された無端転写ベルト（以下、単に「転写ベルト」と言う。）３０を有し、転写ベルト３０の内周側には、感光体ドラム１２と対向して１次転写ローラ３２が配されている。
また、前記従動ローラ２８と対向する位置には、転写ベルト３０を介して、２次転写ローラ３４が設けられており、２次転写ローラ３４の下方には、定着ローラ対３６を有する定着装置３８が設けられている。
【００１７】
上記の構成からなる画像形成装置１０において、不図示の駆動手段にて一定の上記システム速度で時計回りに（矢印Ａの向きに）回転される感光体ドラム１２の表面が帯電装置１４によって一様に帯電され、その帯電域は、露光装置１６からの光変調されたレーザ光ＬＢによる露光を受ける。露光によって感光体ドラム１２表面に形成された静電潜像は、現像装置１８によってトナー像として顕像化される。感光体ドラム１２に形成されたトナー像は、矢印Ｂの向きに走行駆動される転写ベルト３０上に１次転写ローラ３２による作用を受けて転写される。一方、不図示の給紙装置から供給された記録シートＳが、転写ベルト３０と２次転写ローラ３４の対向位置へ搬送され、当該２次転写ローラ３４の作用を受けて、転写ベルト３０上のトナー像が記録シートＳへと転写される。記録シートＳへ転写されたトナー像は、定着装置３８の定着ローラ対３６によって加熱されつつ記録シートＳへ加圧されて、当該記録シートＳに定着される。トナー像の定着した記録シートＳは、不図示のトレイへ排出される。なお、転写ベルト３０に転写されずに感光体ドラム１２表面に残存したトナーは、感光体ドラム１２表面に当接して設けられた前記クリーニングブレード２２によって掻き落とされ当該表面は清浄になる。
【００１８】
上記した電子写真プロセスにおける第１のステップは、上記したように、感光体表面を帯電する工程であり、当該工程において、感光体表面を一定電位にいかに均一に帯電するかが重要となる。
当該工程に用いられる前記帯電装置１４は、接触帯電部材であるファーブラシローラ４０と直流電源装置４２とを備えている。
【００１９】
図２（ａ）に、ファーブラシローラ４０の概略構成を示す。ファーブラシローラ４０は、電極を兼ねる径φ６ｍｍの円柱状をした金属製心棒（以下、単に「心棒」と言う。）４４の外周にブラシ部４６が形成されてなるものである。ブラシ部４６は、帯状をした基布の表面に導電性繊維を植毛したパイル地（以下、「パイル帯」と称する。）を前記心棒４４外周にスパイラル状に巻きつけることによって形成されている。
【００２０】
前記導電性繊維には、ナイロン６に導電材であるカーボンブラックを分散してなる導電性ナイロンを用いている。本実施の形態では、当該導電性ナイロンとしてユニチカ（株）製のＵＵＮを用いた。用いた導電性ナイロン（ＵＵＮ）のデニール値は２デニール（繊維径に換算すると約１５μｍ）であり、体積抵抗率は３．６×１０4Ω・ｃｍである。
また、パイル帯の植毛密度は５２５本／ｍｍ2である。ここで、植毛密度とは、基布における単位面積（ｍｍ2）当たりの導電性繊維の本数である。なお、ファーブラシローラ４０における植毛密度の最適な範囲については後述する。
【００２１】
ブラシ部４６を構成するブラシ毛（導電性繊維）の一本一本の先端寄り部分は、前記心棒４４の周方向の同じ向きに湾曲して傾斜させている。傾斜の向きは、画像形成時におけるファーブラシローラ４０の回転の向き（矢印Ｆ）とは逆の向きである。本明細書において、直線状のブラシ毛を「直毛」と称するのに対し、上記のように湾曲したブラシ毛を「斜毛」と称することとする。上述したようにして心棒４４外周にパイル帯を巻きつけただけでは、ブラシ毛４８は、図３（ａ）に示すように、直毛の状態にあるので、これを以下のようにして斜毛に加工する必要がある。すなわち、パイル帯の巻きついた心棒を一方向に回転させながら、金属製の筒に挿入し、当該筒を外部から加熱する。このようにすることにより、ブラシ毛は湾曲状態にクセ付けされて斜毛状態となる。ここで、図３（ａ）に示すように心棒４４の半径方向に伸びる直毛状態のブラシ毛の長さ（当該半径方向の高さ）をＨ１、図３（ｂ）に示すように斜毛後におけるブラシ毛の前記半径方向の高さをＨ２とした場合に、（Ｈ１−Ｈ２）／Ｈ１の値を、ブラシ毛の斜毛度とする。ファーブラシローラ４０における斜毛度の最適な範囲については後述する。なお、図３（ａ）に示す斜毛加工前の、一点鎖線で示すファーブラシローラの外径φＰ１は１３．８ｍｍである。図３（ｂ）に示す斜毛加工後のファーブラシローラの外径φＰ２は、言うまでもなく、斜毛度（加工度合い）によって変化する。例えば、斜毛度０．２１となるように加工した場合の外形φＰ２は、１２．２ｍｍとなる。
【００２２】
ファーブラシローラ４０のブラシ部４６には、図２（ｂ）に示すように、帯電補助を目的とした帯電促進粒子として、アルミニウムがドーピングされた導電性酸化亜鉛からなる導電性粒子５０が付着されている。導電性粒子５０の１次粒径は０．０５μｍ、体積平均粒径は１μｍ、体積抵抗率は１×１０3Ω・ｃｍである。また、導電性粒子５０は、平均付着量１１．８ｍｇ／ｃｍ3で付着されている。ここで、付着量とは、ブラシ部４６に付着させた導電性粒子５０の総重量（ｍｇ）をブラシ毛が占める空間の容積（ｃｍ3）で除した値である。
【００２３】
導電性粒子５０は、ブラシ毛と感光体ドラム表面の間の電気的な接触面積を増大させ、もって、感光体ドラム表面の帯電均一性を向上させる効果を発揮する。したがって、導電性粒子５０の付着量が少なすぎると前記効果があまり発揮されず、逆に、多すぎると、導電性粒子５０が凝集し、その凝集体が感光体ドラム表面に付着して画像ノイズの発生原因となってしまう。この観点から、導電性粒子５０の平均付着量は、０．３〜２０ｍｇ／ｃｍ3の範囲が好ましく、より好ましくは、０．６〜１５ｍｇ／ｃｍ3の範囲である。
【００２４】
導電性粒子５０の付着したファーブラシローラ４０は、感光体ドラム１２に対し、所定の押込量をもって配置される。ここで、押込量とは、ファーブラシローラ４０の軸芯を感光体ドラム１２の軸芯に対して平行に維持したまま、ファーブラシローラ４０を感光体ドラム１２に近づけた際に、そのままの形状を保持した自由な状態のブラシ毛が感光体ドラム表面に軽く接触する位置から、さらに、ファーブラシローラ４０を感光体ドラム１２に近づける距離を言う。ファーブラシローラ４０を設置する上での押込量の最適な範囲については後述する。
【００２５】
上記した構成からなるファーブラシローラ４０は、図１に示すように矢印Ｆの向きに回転されながら心棒４４に直流電源４２から−６００ＶのＤＣバイアス電圧が印加される。これにより、印加電圧とほぼ同じ電位に感光体ドラム１２表面が帯電される。このとき、図４（ａ）に示すように、ブラシ毛４８は、その傾斜方向とは逆方向に、感光体ドラム１２表面を摺擦することとなる（以下、この方向を「順なで方向」と称し、順なで方向に摺擦することを「順なで摺擦」と称する。）。順なで方向としたのは、傾斜方向に感光体ドラム表面を摺擦すると（以下、この方向を「逆なで方向」と称し、逆なで方向に摺擦することを「逆なで摺擦」と称する。）、上述したように、感光体ドラム表面に当接して起毛したブラシ毛が復元する際に、導電性粒子がブラシ毛から離脱して飛散しやすくなるからである。また、逆なで方向にすると、ブラシ毛に加わる負荷が、順なで方向の場合よりも大きくなって、ブラシ毛抜けや折れが激しくなるからである。
【００２６】
上記の例では、図４（ａ）に示すように、ファーブラシローラ４０の回転方向（矢印Ｆ）とは逆方向にブラシ毛４８を斜毛し、当該ファーブラシローラ４０を感光体ドラム１２と同じ向きに回転させることにより、すなわち、両者の対向位置（ファーブラシローラ４０による感光体ドラム１２の摺擦位置）において、各々の外周部分が逆向きに移動するように（すれ違うように）することにより、順なで摺擦を実現することとした。しかし、ファーブラシローラを感光体ドラムと逆向きに回転させても、順なで摺擦を実現することは可能である。この場合でも、図４（ｂ）に示すように、ファーブラシローラ４０の回転方向（矢印Ｒ）とは逆方向にブラシ毛４８を傾けて斜毛する。そして、ファーブラシローラの周速を感光体ドラム１２の周速よりも大きくなるように設定する。このようにすることによって、両者の対向位置において、各々の外周部分は、同じ向きに移動することとなるのであるが、ファーブラシローラの外周部分の移動速度の方が、感光体ドラムの外周部分の移動速度よりも速いので、順なで摺擦となるのである。
【００２７】
以上説明したように、本実施の形態では、ファーブラシローラによる感光体ドラム表面の摺擦を順なで摺擦とすることにより、ブラシ毛（導電性繊維）に付着させた導電性粒子の離脱を軽減し、もって、感光体ドラムの帯電均一性を図ることとした。
また、本発明者は、順なで摺擦において帯電均一性に関与する他の種々の要因について試験を実施し、各要因における最適な範囲を見出した。試験をした要因は、（１）斜毛度、（２）ファーブラシローラと感光体ドラムの周速比、（３）押込量、（４）植毛密度である。
【００２８】
ここで、感光体ドラム表面の移動速度である当該感光体ドラムの周速の絶対値をファーブラシローラの周速の絶対値で除した値を速度比θとする。また、ファーブラシローラを感光体ドラムと同じ向きに回転させる場合（図４（ａ）参照）の速度比θに符号「−」を付して、ファーブラシローラを感光体ドラムと逆向きに回転させる場合（図４（ｂ）参照）の速度比θと区別することとする。
【００２９】
試験機には、ミノルタ・キューエムエス（株）製のレーザプリンタ「magicolor 2200 DeskLaser」をベースにしたものを用いた。すなわち、当該レーザプリンタには、スコロトロン帯電器が備えられているのであるが、これに代えて、実施の形態に係る帯電装置１４を装備して試験に供したのである。
試験は、新品のファーブラシローラ４０の使用開始時における感光体ドラム１２表面の帯電電位のムラ（以下、「初期帯電均一性」と言う。）と、Ａ４サイズの縦向きの記録シートにＢ／Ｗ比５％チャートの画像を１０、０００枚印字した後における感光体ドラム１２表面の帯電電位のムラ（以下、「長期帯電均一性」と言う。）を測定することにより行った。
【００３０】
感光体ドラム１２表面の帯電電位の測定には、トレック・ジャパン（株）製の表面電位計MODEL344及びプローブ6000B-16を使用した。表面電位測定位置は、感光体ドラム１２の長手方向には中央部で、周方向には現像装置１８（図１）の取り付け位置である。測定の際には、現像装置１８を取り外して、上記プローブを配置し、ファーブラシローラ４０で感光体ドラム１２表面を帯電させた上で、そのままの（露光装置１６による露光を行わないままの）感光体ドラム１２表面の電位を所定時間測定した。そして、その間に測定された表面電位の最大値と最小値の差を帯電電位ムラδＶとした。
【００３１】
帯電電位ムラδＶの範囲によって、測定結果を以下のように４段階に区分して評価し
、各区分を記号「◎」、「○」、「△」、「×」で表した。
◎：    ０≦δＶ＜  ２０
○：  ２０≦δＶ＜  ５０
△：  ５０≦δＶ＜１００
×：１００≦δＶ
ここで、画像形成上、評価「◎」、「○」、「△」が許容範囲であり、評価「×」が許容できない範囲である。
以下、各要因に関して、試験結果を参照しながら説明する。
【００３２】
斜毛加工しない直毛とした場合、すなわち、ファーブラシローラの回転軸に対し、ブラシ毛が放射状に真っ直ぐ伸びた状態の場合は、ブラシ毛に付着した導電性粒子に働く遠心力の方向とブラシ毛の伸長方向とが略一致することとなる。その結果、ブラシ毛の根元、あるいは中ほどに付着した導電性粒子であっても、遠心力によってブラシ毛を伝ってその先端へと移動し、ブラシ毛から離脱しやすくなる。これに対し、斜毛させた場合には、ブラシ毛の向きが導電性粒子に働く遠心力の方向と交差するため、導電性粒子は、直毛の場合と比較して、ブラシ先端への移動が遅くなる。そのため、斜毛した場合には、ブラシ毛に導電性粒子を多めに付着させたとしても、一気に導電性粒子が離脱することはないので、これに起因する画像ノイズの発生が防止できる。それどころか、予め、多めに導電性粒子を付着させておけば、導電性粒子は徐々にブラシ毛先端へと移動していくことになるので、感光体ドラムと接触するブラシ毛先端部分における導電性粒子の補給が可能となり、長期に渡って安定した帯電が実現される。
【００３３】
また、順なで摺擦の場合には、弓なりに湾曲したブラシ毛の腹の部分が感光体ドラム表面と接触することとなるので、直毛の場合と比べて、接触面積が広くなり、これによって帯電均一性を向上させることが可能となる。
上記の効果を得るためには、単に斜毛させただけでは足らず、ある程度の斜毛度で加工する必要がある。ここで、少なくとも必要な斜毛度を画定するために行った試験結果を表１に示す。なお、当該試験は、速度比θ＝−２、植毛密度：５２４[本／ｍｍ2]、押込量Ｄ＝０．５ｍｍの条件の下、斜毛度を変化させ、各々の斜毛度における初期帯電均一性と長期帯電均一性について評価した。
【００３４】
【表１】
2005164951.tif 000003
【００３５】
表１に示す結果から、斜毛度は、０．０５以上が好ましく、より好ましくは０．１以上であり、さらに好ましくは０．２１以上であるといえる。
なお、実現可能（加工可能）な斜毛度は、導電性繊維１本の径の大きさと植毛密度から自ずと限界があり、その定義上最大となる「１」となることはない。例えば、本例の場合の上限は約０．３である。
（２）速度比θ
ファーブラシローラを回転させる目的は、ブラシ毛による感光体表面の摺擦機会を増加させ、もって、帯電均一性を向上させることにある。したがって、ある程度以上の速度比θが必要となる。すなわち、感光体ドラムの周速はシステムスピードに拘束される関係上あまり変化させることができないので、必要な速度比θを確保するためにはファーブラシローラの周速（回転数）をある程度以上に上げることが必要となる。一方、過度にファーブラシローラの周速（回転数）を上げてしまうと、以下のような問題が生じる。すなわち、いくら斜毛しているとはいえ、導電性粒子に作用する遠心力が大きくなって、ブラシ毛からの離脱が激しくなり、長期に渡って安定した帯電を行うことができなくなる。また、ブラシ毛が感光体表面に当接する際の衝撃が大きくなるため、感光体表面に傷が付きやすくなり、その結果、帯電ムラが発生することとなる。さらに、ブラシ毛の摩耗の進行が早くなって、ファーブラシローラの寿命が短くなってしまう。
【００３６】
そこで、本発明者は、（Ａ）ファーブラシローラを感光体ドラムと同じ向きに回転させた場合（図４（ａ））と（Ｂ）ファーブラシローラを感光体ドラムとは逆向きに回転させた場合（図４（ｂ））との各々の場合について、速度比θの最適な範囲を画定すべく、試験を行った。なお、両試験とも、斜毛度：０．２１、植毛密度：５２４[本／ｍｍ2]、押込量Ｄ＝０．５ｍｍの条件の下、速度比θを変化させ、各々の速度比θにおける初期帯電均一性と長期帯電均一性について評価した。
（Ａ）ファーブラシローラを感光体ドラムと同じ向きに回転させた場合
この場合の試験結果を表２に示す。
【００３７】
【表２】
2005164951.tif 000004
【００３８】
表２に示す結果から、速度比θは、１≦θ≦５の範囲が好ましく、より好ましくは１．５≦θ≦４の範囲であり、さらに好ましくは、θ＝２であるといえる。
（Ｂ）ファーブラシローラを感光体ドラムとは逆向きに回転させた場合
この場合の試験結果を表３に示す。
【００３９】
【表３】
2005164951.tif 000005
【００４０】
表３に示す結果から、速度比θは、１．５≦θ≦５の範囲が好ましく、より好ましくは２≦θ≦４の範囲であり、さらに好ましくは、θ＝３であるといえる。
（３）押込量
押込量が少なすぎると、ファーブラシローラのブラシ部が感光体ドラム表面に充分かつ安定して接触することができず、また、接触圧が小さくなり、ブラシ毛および導電性粒子と感光体ドラムとの接触抵抗が大きくなって、帯電ムラが発生してしまう。一方、押込量が多すぎると、以下のような問題が生じる。すなわち、ブラシ毛による感光体ドラム表面の押圧力が過剰になり、両者間に働く摩擦によって感光体ドラム表面に傷が付きやすくなり、その結果、帯電ムラが発生することとなる。さらに、ブラシ毛と感光体ドラムの摩耗の進行が早くなって、両者の寿命が短くなってしまう。
【００４１】
そこで、本発明者は、押込量の最適な範囲を画定すべく試験を行った。なお、試験は、斜毛度：０．２１、速度比θ＝−２、植毛密度：５２４[本／ｍｍ2]の条件の下、押込量Ｄを変化させ、各々の押込量Ｄにおける初期帯電均一性と長期帯電均一性について評価した。試験結果を表４に示す。
【００４２】
【表４】
2005164951.tif 000006
【００４３】
表４に示す結果から、押込量Ｄは、０．２≦Ｄ≦１の範囲が好ましく、より好ましくは０．３≦Ｄ≦０．８の範囲であり、さらに好ましくは、Ｄ＝０．５であるといえる。
（４）植毛密度
植毛密度は、低すぎると、導電性繊維（ブラシ毛）の感光体表面への接触が粗になって帯電均一性が低下する。
【００４４】
ここで、少なくとも必要な植毛密度を画定するために行った試験結果を表５に示す。なお、当該試験は、斜毛度：０．２１、速度比θ＝−２、押込量Ｄ＝０．５ｍｍの条件の下、植毛密度を変化させ、各々の植毛密度における初期帯電均一性と長期帯電均一性について評価した。
【００４５】
【表５】
2005164951.tif 000007
【００４６】
表５に示す結果から、植毛密度は、１５５[本／ｍｍ2]以上が好ましく、より好ましくは２１７[本／ｍｍ2]以上であり、さらに好ましくは５２４[本／ｍｍ2]以上であるといえる。
なお、植毛密度の上限は、導電性繊維１本の径の大きさから自ずと決定される。本例の場合の上限は１０，０００[本／ｍｍ2]である。これは、２デニールの導電性ナイロン（ＵＵＮ）を可能な限り密に配置しようとした場合（植毛しようとした場合）に幾何学的に割り出される値である。
【００４７】
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は上記した形態に限らないことは勿論であり、例えば、以下のような形態とすることも可能である。
（１）上記実施の形態では、導電性繊維（ブラシ毛）として、繊維材料にナイロン６を、これに分散させる導電材にカーボンブラックを用いたユニチカ（株）製のＵＵＮ（導電性ナイロン）を用いたが、繊維材料と導電材および導電性繊維は上記のものに限らない。
【００４８】
例えば、繊維材料としては、ナイロン、アクリル、ポリエステル、レーヨンなどから選択できる。また、これに分散させる導電材としては、アルミニウム、鉄、銅、ニッケルなどの金属や、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化チタンなどの導電性酸化物、あるいは、グラファイト、カーボンナノチューブなどの炭素微粒子などから選択できる。具体的な、導電性繊維としては、ＵＵＮの他に、ユニチカ（株）製のＧＢＮ（導電性ナイロン）、ＳＵＮ（導電性ナイロン）、ＵＳＶ（導電性ビニロン）、ＲＥＣ（導電性レーヨン、「ＲＥＣ」は登録商標）などから選択できる。
【００４９】
また、上記実施の形態では、導電性繊維の体積抵抗率を３．６×１０4Ω・ｃｍとしたが、これに限らない。導電性繊維の体積抵抗率は、以下の観点から以下の範囲で設定される。感光体ドラムにピンホールなどの欠陥がある場合、ファーブラシローラから当該欠陥部分へ過電流が流れて、ファーブラシローラの軸心方向の帯電不良が生じる。また、過電流の流れたブラシ毛が劣化して、劣化したブラシ毛に対応する感光体ドラムの周方向に帯電不良が生じる。したがって、過電流による上記の問題発生を防止するために、体積抵抗率は、１×１０Ω・ｃｍ以上、好ましくは、１×１０2Ω・ｃｍ以上必要となる。また、充分な帯電を行うのに必要な停電電流を流すために（電荷を注入するために）、体積抵抗率は１×１０8Ω・ｃｍ以下、好ましくは１×１０5Ω・ｃｍ以下の範囲で設定される。
【００５０】
さらに、導電性繊維の太さは、１〜１０デニールが好ましく、より好ましくは、２〜５デニールの範囲である。
（２）上記実施の形態では、導電性粒子の材質として、アルミニウムがドーピングされた導電性酸化亜鉛を用いたが、これに限らない。
上記のもの以外に、導電性粒子の材質としては、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化チタン、酸化鉄、酸化アルミニウム、酸化マグネシウムなどの金属酸化物や、カーボンブラック、グラファイト、フラーレン、カーボンナノチューブなどの炭素系素材などから選択できる。
【００５１】
また、金属酸化物を用いる場合は、主金属元素と異なる金属元素を含有させた金属酸化物を用いることも可能である。例えば、上記実施の形態の様に、酸化亜鉛にアルミニウムを含有させたものの他に、酸化スズにアンチモンを含有させたもの、あるいは、酸化チタン、ホウ酸アルミニウム、硫酸バリウムの表面をアンチモンを含有する酸化スズで覆ったものなどを用いることができる。
【００５２】
これらの中でも、導電性粒子としては、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化チタンなどの金属酸化物、アルミニウムを含有する酸化亜鉛、アンチモンを含有する酸化スズ、及びこれらを少なくとも表面に有する微粒子が好ましい。これらは白色あるいは白色に近い色を呈するため露光の妨げになり難く、また記録シート上に付着した場合であっても当該粒子が目立ち難いからである。
【００５３】
具体的には、市販されているものとして、導電性酸化亜鉛は２３Ｋ（ハクスイテック株式会社製）、導電性酸化スズはＳＮ−１００Ｐ（石原産業株式会社製）、導電性酸化スズで覆われた金属酸化物はＥＴ−３００Ｗ（石原産業株式会社製）、バストラン４３１０（三井金属鉱業株式会社製）などから選択できる。
導電性粒子の体積平均粒径は、小さすぎると製造コストが高くなり、ひいては帯電装置全体のコストも高くなってしまい、大きすぎると、ファーブラシローラの回転によって当該導電性粒子に作用する遠心力が大きくなってブラシ毛からの離脱量が増えてしまう。こうした観点から、導電性粒子の体積平均粒径は、０．０２μｍ〜１０μｍの範囲が好ましく、より好ましくは、０．１μｍ〜５μｍの範囲である。
【００５４】
導電性粒子の体積抵抗率は、大きすぎると、ファーブラシローラから感光体ドラムへ充分な電荷を供給することができなくなるため、１×１０10Ω・ｃｍ以下が好ましく、より好ましくは１×１０8Ω・ｃｍ以下である。
（３）上記実施の形態では、導電性粒子をファーブラシローラのブラシ部に予め付着させた上で当該ファーブラシローラを所定の位置に組み付けることとしている。しかしながら、組み付けた後に、適当な導電性粒子供給手段を用い、ファーブラシローラ（ブラシ部）に導電性粒子を供給して付着させるようにしても構わない。
【００５５】
導電性粒子供給手段としては、例えば、現像装置を用いることができる。すなわち、現像剤（トナー）に導電性粒子を混入させておき、感光体ドラム表面に付着させて、ファーブラシローラへと搬送して供給するのである。この場合には、クリーニングブレードを使用しない、いわゆるクリーナレスシステムを採用することが望ましい。クリーナレスシステムとは、転写残トナーの荷電を制御することで、クリーニングブレードをなくして残トナーを再利用するシステムである。
【００５６】
あるいは、導電性粒子をファーブラシローラへ供給するための専用の装置（導電性粒子供給装置）を、当該ファーブラシローラに併設することとしても構わない。
なお、上記したような導電性粒子供給手段を用いる場合であっても、ファーブラシローラ（ブラシ部）に予め導電性粒子を付着させておくこととしても構わない。こうすることにより、自然減する導電性粒子を補給することが可能となって、さらに長期に渡る帯電均一性を実現することが可能となる。
（４）上記実施の形態では、ファーブラシローラの金属製心棒に対し直流電圧を印加することとしたが、当該直流電圧に交番電圧（ＡＣ成分）を重畳して印加することとしても構わない。例えば、交番電圧としては、ピーク・ツー・ピークが５００Ｖの大きさで、周波数が１ｋＨｚの矩形波状のものが考えられる。
（５）上記実施の形態では、被帯電体として円筒状をした被帯電体である感光体ドラムを用いたが、被帯電体には、ベルト状のものを用いることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明に係る帯電装置、および画像形成装置は、電子写真方式で画像形成をおこなう、例えば、プリンタ、ファクシミリ装置、複写機、およびこれらの機能を兼ね備えた複合機に好適に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】実施の形態に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。
【図２】（ａ）は、上記画像形成装置における帯電装置を構成するファーブラシローラの概略構成を示す斜視図であり、（ｂ）は、当該ファーブラシローラのブラシ毛が感光体ドラム表面に接触している状態を示す模式図である。
【図３】斜毛度を説明するための図である。
【図４】ファーブラシローラと感光体ドラムの回転方向の関係を示す図である。
【図５】従来技術に係る帯電装置を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０    画像形成装置
１２    感光体ドラム
４０    ファーブラシローラ
４８    ブラシ毛（導電性繊維）
５０    導電性粒子
【図１】
2005164951.tif 000008
【図２】
2005164951.tif 000009
【図３】
2005164951.tif 000010
【図４】
2005164951.tif 000011
【図５】
2005164951.tif 000012