JP2008026545A - クリーニングブレード及びクリーニングブレードを搭載した電子写真装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エッジ角度を鈍角としつつも低摩擦化し、クリープが小さくエッジ欠けの無いクリーニングブレードとこれを搭載した電子写真装置を提供することを目的とする。
【解決手段】電子写真装置に搭載され、トナー担持体上の現像剤を除去するクリーニングブレードにおいて、ウレタン樹脂で形成されたブレード部材の、該トナー担持体と当接するエッジ部に、該ウレタン樹脂の硬度より高く該トナー担持体表面の硬度より低い硬度を有する硬化層が形成されており、且つ該エッジ部のエッジ角度θ（°）が９０＜θ＜１５０であることを特徴とするクリーニングブレードにより達成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真装置において、感光ドラム、転写ベルト、中間転写体等のトナー担持体上に残留するトナーを除去するために用いられるクリーニングブレード及びクリーニングブレードを搭載した電子写真装置に関する。

電子写真装置にはトナー担持体上に残留するトナーを除去するため、トナー担持体に当接してクリーニングブレードが配設されている。弾力性、耐磨耗性からクリーニングブレードは主にウレタン樹脂から製造されることが多い。しかしながら、ウレタン樹脂は摩擦係数が高いために、クリーニングブレードのエッジ部分がトナー担持体に巻き込まれクリーニングブレードが捲れたり、切断されエッジ部分が欠ける場合があった。また、摩擦が高いとトナー担持体の負荷トルクが増大するために駆動モーター電力をより消費する場合があった。

クリーニングブレードを低摩擦化するための技術には、ウレタンゴム表面に硬化層を形成する方法がある。しかし、所望の低摩擦係数にするため硬化層の硬度を高めたり処理厚みを厚くすると、ゴム弾性が失われクリープが大きくなる傾向があった。クリープが大きすぎるとクリーニングブレードが永久変形し、当接圧の低下によりトナーのすり抜けが発生する場合がある。クリープを小さくするために硬化層の硬度を下げると、低摩擦性が相殺される問題があった。

硬化層を形成する手段としては、鉛筆硬度Ｂ〜６Ｈの皮膜硬度を有する樹脂をコーティングしたものがある（特許文献１参照）。同じく硬化層を形成する手段として活性水素化合物とポリイソシアネート化合物を含浸させ硬化層を形成したものがある（特許文献２参照）。他に硬化層を形成する従来例として２層構造を有し、エッジ層は、ＪＩＳ Ａ硬さが７０〜８５であり、ベース層は、ＪＩＳ Ａ硬さが６５〜７０からなるものがある（特許文献３参照）。しかし、いずれも低摩擦化すると硬化層によりゴム弾性が失われるためクリープが大きくなる課題が残されている。

他に、硬化層を形成せずに欠けに強くする従来技術として、エッジ角度を鈍角としたものがある（特許文献４参照）。しかし、クリープ・欠けについては良好であるが、エッジ角度を鈍角としたのみでは低摩擦化に対して十分効果があるとはいえなかった。
特許３６０２８９８号公報 特開平０８−２４８８５１号公報 特開２００２−２１４９８９号公報 特開２００２−２６８４８７号公報

従って本発明は、エッジ角度を鈍角としつつも低摩擦化し、クリープが小さくエッジ欠けの無いクリーニングブレードとこれを搭載した電子写真装置を提供することを目的とする。

本発明の目的は、電子写真装置に搭載され、トナー担持体上の現像剤を除去するクリーニングブレードにおいて、ウレタン樹脂で形成されたブレード部材の、該トナー担持体と当接するエッジ部に、該ウレタン樹脂の硬度より高く該トナー担持体表面の硬度より低い硬度を有する硬化層が形成されており、且つ該エッジ部のエッジ角度θ（°）が９０＜θ＜１５０であることを特徴とするクリーニングブレードにより達成される。

また、該硬化層が形成されている部位の国際ゴム硬度Ｈ（ＩＲＨＤ）が７０＜Ｈ＜９０であることを特徴とするクリーニングブレードにより達成される。

また、トナー担持体上の現像剤を除去するクリーニングユニットを搭載した電子写真装置において、該クリーニングユニットが具備するクリーニングブレードとして、其のクリーニングブレードを搭載した電子写真装置により、其の目的は達成される。

本発明によればクリーニングブレードのエッジ角度が鈍角であり、且つ、硬化層を形成しているので、クリーニングブレードの捲れやトナーのすり抜けが少なく、且つトナー担持体の負荷トルクを低減できる。また、これを用いた電子写真装置によれば、クリーニングブレードのクリープが小さいので、長期に渡り安定した画像を提供することができる。

本発明は、電子写真装置に搭載され、トナー担持体上の現像剤を除去するクリーニングブレードである。そのブレード部材はウレタン樹脂で形成されており、トナー担持体と当接するエッジ部には、ウレタン樹脂の硬度より高くトナー担持体表面の硬度より低い硬度を有する硬化層が形成されている。さらに、エッジ部のエッジ角度θが９０＜θ＜１５０である。好ましくは、硬化層が形成されている部位の国際ゴム硬度Ｈ（ＩＲＨＤ）が７０＜Ｈ＜９０である。

本発明について、図を用いて詳細に説明する。

本発明のクリーニングブレードは、図１に示すように支持部材１、ブレード部材２ａ、及び硬化層２ｂで構成される。

支持部材１は特に限定されず、例えば金属、プラスチック、セラミック等から製造されたものを挙げることができ、通常は無処理の鋼板、リン酸亜鉛処理、クロメート処理等の表面処理を施された鋼板から製造されたものを用いることができる。クリーニングブレードの製造においては、上記支持部材１を溶剤等により脱脂処理を行って使用するのが好ましい。

ブレード部材２ａはウレタン樹脂からなり、ポリイソシアネート化合物と多官能性の活性水素化合物とから製造される。ここで用いられるポリイソシアネート化合物としては、ポリイソシアネートと高分子ポリオールとのプレポリマーを用いることが好ましく、そのイソシアネート基含有量（ＮＣＯ％）は、良好な弾性特性を実現するために、５〜２０質量％が好ましい。イソシアネート基含有量（ＮＣＯ％）とは、ウレタン樹脂の原料であるプレポリマー又はセミプレポリマー中に含まれるイソシアネート官能基（ＮＣＯ、分子量は４２として計算する）の質量％であり、以下の式により計算される。

ＮＣＯ％＝（１００ｇ中のイソシアネート官能基当量モル数）×４２
高分子ポリオールの具体例としては、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、カプロラクトンエステルポリオール、ポリカーボネートエステルポリオール、シリコーンポリオール等を挙げることができる。これらの重量平均分子量は、通常５００〜５０００が適当である。また、ポリイソシアネートの具体例としては、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、ナフタレンジイソシアネート（ＮＤＩ）、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）等を挙げることができる。

多官能性の活性水素化合物としての架橋剤の具体例としては、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、エチレングリコール、トリメチロールプロパン等を挙げることができる。

高分子ポリオール、ポリイソシアネート及び架橋剤を反応させる際には、ウレタン樹脂の形成に用いられる通常の触媒を添加することもできる。このような触媒の具体例としては、トリエチレンジアミン等を挙げることができる。

ウレタン樹脂からなるブレード部材２ａの成形方法としては、
（ａ）高分子ポリオール、ポリイソシアネート、架橋剤及び必要に応じて触媒等を一度に混合して、金型または遠心成形円筒金型に注型して成形するワンショット法；
（ｂ）高分子ポリオールおよびポリイソシアネートを予備反応させてプレポリマーとし、その後架橋剤や必要に応じて触媒等を混合して、金型または遠心成形円筒金型に注型して成形するプレポリマー法；
（ｃ）ポリイソシアネートに高分子ポリオールを反応させたセミプレポリマーと、架橋剤に高分子ポリオールを添加した硬化剤とを必要に応じて触媒等の存在下で反応させて、金型または遠心成形円筒金型に注型して成形するセミワンショット法；
等を挙げることができる。

上記（ａ）〜（ｃ）によるときは、支持部材１に直接ウレタン樹脂からなるブレード部材２ａを形成してもよい。また、ブレード部材２ａとしての必要な厚みのウレタン樹脂シートを作製し、このウレタン樹脂シートからブレード部材２ａ大のシートを切り出し、支持部材１に取り付けてもよい。また、以下に記載するように、硬化層２ｂ形成後に切り出して支持部材１に取り付けてもよい。

なお、本発明におけるベース部であるブレード部材２ａの硬さや厚みは、一般にクリーニングブレードで用いられる硬さや厚みのものが用いられ、硬さは５０〜８０（ＩＲＨＤ）程度、厚みは０．５〜３ｍｍ程度が通常である。

ブレード部材２ａの、トナー担持体と当接するエッジ部には、当接部の低摩擦化を図るために硬化層２ｂが形成される。硬化層２ｂを形成する方法は、低摩擦化できる方法であれば良いが、例えば含浸による方法がある。含浸材料は、ナイロン、イソシアネート化合物、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等があり、硬度を所定の値まで上げられるものであれば良い。

トナー担持体３と当接するエッジ部の硬度が低すぎると、当接面積が広くなり当接圧力が不足したりトナー担持体３が回転時に密着し引張られるため戻ろうとする抵抗力により、トナー担持体３の負荷トルクが増大したりクリーニングブレードが捲れたりする。従って、硬化層２ｂの硬度は、ウレタン樹脂の硬度より高く設定する。例えば、硬化層２ｂが形成されている部位の国際ゴム硬度で７０（ＩＲＨＤ）を超えることが好ましい。また、トナー担持体３と当接するエッジ部の硬度が高すぎると、トナー担持体を傷付けたり当接圧力が不均一になるため、硬化層２ｂの硬度は、トナー担持体表面の硬度より低く設定する。例えば、硬化層２ｂが形成されている部位の国際ゴム硬度で９０（ＩＲＨＤ）未満が好ましい。硬化層２ｂが形成されている部位の国際ゴム硬度は、７２〜８５（ＩＲＨＤ）であることがより好ましい。

硬化層２ｂの断面形状は、例えば、図１の他にも図２、図３に示すようなものがあり、トナー担持体３との当接する面の少なくとも一方に、硬化層２ｂを形成することができる。ここで当接する面とは、トナー担持体と当接するクリーニングブレードのエッジ部を挟む２面のことである。硬化層２ｂは、トナー担持体３との当接する面の少なくとも一方の全面に形成することもでき、その形成面のうちエッジ部を含む一部にのみ形成することもできる。例えば、エッジ部から０〜５ｍｍまでの領域に形成することができる。

トナー担持体３と当接するエッジ部のエッジ角度θ（°）は、９０＜θ＜１５０に調整する。図１に示すように、エッジ角度θは当接部のエッジを形成する２平面のなす角度である。エッジ角度θが小さすぎると、エッジ部の機械的強度が弱くなりトナー担持体３が回転時に引張られ変位が大きくなり、エッジ部が欠けたりブレードが捲れたりする。そのためエッジ角度θは９０°より大きな角度が好ましい。エッジ角度θが大きすぎると、トナー堰き止め面２ｃとトナー担持体３の間に楔形にトナーが蓄積されトナーが詰まりすり抜けが多くなるため、クリーニング不良に繋がる。従ってエッジ角度θは１５０°未満が好ましい。エッジ角度θ（°）は、９５＜θ＜１２０に調整することがより好ましい。

エッジ角度θを適当な角度にするための方法は、例えば注型金型の形状やウレタン樹脂シートを成型後、シートと切断刃の角度を所定角度に合わせる方法等が挙げられるが、特に限定されない。

以下、実施例、比較例により本発明を説明する。

実施例１
重量平均分子量２５００のブチレンヘキシレンアジペート系ポリエステルポリオールとＭＤＩ（商品名：ミリオネートＭＴ；日本ポリウレタン社製）とからプレポリマー（ＮＣＯ％：８質量％）を製造した。このプレポリマーに１，４−ブタンジオールとトリメチロールプロパンの混合架橋剤（質量比６５：３５）を、水酸基／ＮＣＯモル比が０．８になるように混合し、厚み２ｍｍのクリーニングブレードと厚み２ｍｍのテストピースを成型した。クリーニングブレードはエッジ角度θを１２０°に切断した。

切断後のクリーニングブレードを、エッジ端部より２ｍｍまでＭＤＩ（商品名：ミリオネートＭＴ；日本ポリウレタン社製）浴（８０℃）に１分間浸漬し、硬化層を図１の形状に形成した。また、テストピースを、端部より５０ｍｍまでＭＤＩ（商品名：ミリオネートＭＴ；日本ポリウレタン社製）浴（８０℃）に１分間浸漬した。次にクリーニングブレード、テストピースをＭＤＩ浴から引き上げた後、表面を少量の酢酸ブチルを含むスポンジで充分に洗浄し余分なＭＤＩを拭き取った。

得られたクリーニングブレードとテストピースを室温で２日静置後、２３℃５５％ＲＨで下記の評価を行った。また、下記の各評価は開始時にクリーニングブレードとトナー担持体の接触部に潤滑用微粒子を塗布せずに行う。

硬度：クリーニングブレードのトナー担持体との接触部（エッジ部）をウォーレス社製のＩＲＨＤマイクロ硬度計（型式：Ｈ１２）にて測定した。

十点平均粗さＲｚ：クリーニングブレードのトナー担持体との接触部（エッジ部）を小坂研究所社製の表面粗さ測定器（型式：ＳＥ３５００）にて測定した。

負荷トルク測定：図１に示すように、クリーニングブレードを荷重１２Ｎ、当接角度Φ３０°で感光ドラム（トナー担持体）に当接させ、感光ドラムの負荷トルクをプロテック社製の負荷トルク計（型式：ＰＴ１９２０）で測定した。単位はａｕ：任意単位で表した。当接角度Φとは、当接部におけるトナー担持体表面の接線４と、硬化層２ｂの当接側表面とで形成する角度である（図１参照）。なお、図１中、５は当接部におけるトナー担持体表面の垂線であり、６はクリーニングブレードのトナー担持体への荷重を示す。

耐久試験：クリーニングブレードをレーザービームプリンター（商品名：キヤノンＬＢＰ２５１０；キヤノン社製）の感光ドラムのクリーニング用として組み込み、１万枚まで印刷し、耐久試験を行った。耐久性のある場合、すなわち捲れや欠け等が無かった場合は○、耐久性の無い場合、すなわち捲れや欠け等で画像上に黒スジが発生した場合は×で示した。

クリープ：テストピースをゴム用３号ダンベルで型抜きし２０ｍｍ間隔で標線を引き、上島製作所製の引張り試験機（型式：ＴＳ−３０１３）にて２０ＭＰａで１０分間引張り後、取り外し１００分間静置し標線の間隔の伸び率をクリープとして測定した。

評価結果を表１に示す。実施例１のクリーニングブレードの負荷トルクは低く、耐久性は良好であった。

実施例２
実施例１と同様に成型したクリーニングブレードを、切断前にＭＤＩ（商品名：ミリオネートＭＴ；日本ポリウレタン社製）浴（８０℃）に１分間浸漬後、表面を少量の酢酸ブチルを含むスポンジで充分に洗浄し余分なＭＤＩを拭き取り、室温で２日静置した。その後、エッジ角度θを１２０°に切断し、硬化層を図２の形状に形成した以外は、実施例１と同じとした。実施例２のクリーニングブレードの負荷トルクは低く、耐久性は良好であった。

実施例３
実施例１と同様に成型し、エッジ角度θを１２０°に切断したクリーニングブレードの先端面２ｃに、８０℃に加熱溶融したＭＤＩ（商品名：ミリオネートＭＴ；日本ポリウレタン社製）を塗布し、８０℃環境で１分間染込ませ、硬化層を図３の形状に形成した。その後、表面を少量の酢酸ブチルを含むスポンジで充分に洗浄し余分なＭＤＩを拭き取り、室温で２日静置した以外は、実施例１と同じとした。実施例３のクリーニングブレードの負荷トルクは低く、耐久性は良好であった。

比較例１
クリーニングブレードのエッジ角度θを１５０°に切断する以外は、実施例１と同じとした。比較例１のクリーニングブレードの負荷トルクは低いが、耐久性試験でクリーニング不良が発生した。

比較例２
クリーニングブレードのエッジ角度θを９０°に切断する以外は、実施例１と同じとした。比較例２のクリーニングブレードの耐久性は良好であるが、負荷トルクは高かった。

比較例３
クリーニングブレードのエッジ角度θを９０°に切断し、ＭＤＩ（商品名：ミリオネートＭＴ；日本ポリウレタン社製）浴（８０℃）への浸漬を行わない以外は、実施例１と同じとした。比較例３のクリーニングブレードの負荷トルクは高く、耐久性試験でブレード捲れが発生した。

比較例４
クリーニングブレードのエッジ角度θを９０°に切断し、ＭＤＩ（商品名：ミリオネートＭＴ；日本ポリウレタン社製）浴（８０℃）の浸漬時間を１０分間とする以外は、実施例１と同じとした。比較例４のクリーニングブレードの負荷トルクは低いが、耐久性試験でクリーニング不良が発生した。

比較例５
ＭＤＩ（商品名：ミリオネートＭＴ；日本ポリウレタン社製）浴（８０℃）への浸漬を行わない以外は、実施例１と同じとした。比較例５のクリーニングブレードの耐久性は良好であるが、負荷トルクは高かった。

クリーニングブレードとトナー担持体の当接状態を示す図である。 クリーニングブレードの硬化層の断面形状を示す図である。 クリーニングブレードの硬化層の断面形状を示す図である。

符号の説明

１ ・・・支持部材
２ａ・・・ブレード部材
２ｂ・・・硬化層
２ｃ・・・トナー堰き止め面（先端面）
３ ・・・トナー担持体
４ ・・・当接部におけるトナー担持体表面の接線
５ ・・・当接部におけるトナー担持体表面の垂線
６ ・・・クリーニングブレードのトナー担持体への荷重
θ ・・・エッジ角度
Φ ・・・当接角度

Claims (3)

1. 電子写真装置に搭載され、トナー担持体上の現像剤を除去するクリーニングブレードにおいて、ウレタン樹脂で形成されたブレード部材の、該トナー担持体と当接するエッジ部に、該ウレタン樹脂の硬度より高く該トナー担持体表面の硬度より低い硬度を有する硬化層が形成されており、且つ該エッジ部のエッジ角度θ（°）が９０＜θ＜１５０であることを特徴とするクリーニングブレード。
2. 該硬化層が形成されている部位の国際ゴム硬度Ｈ（ＩＲＨＤ）が７０＜Ｈ＜９０であることを特徴とする請求項１に記載のクリーニングブレード。
3. トナー担持体上の現像剤を除去するクリーニングユニットを搭載した電子写真装置において、該クリーニングユニットが具備するクリーニングブレードが、請求項１または２に記載のクリーニングブレードであることを特徴とする電子写真装置。

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