JP2010134310A - クリーニングブレード、画像形成装置、プロセスカートリッジ、及び、画像形成方法 - Google Patents

クリーニングブレード、画像形成装置、プロセスカートリッジ、及び、画像形成方法 Download PDF

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Abstract

【課題】先端稜線部のめくれや摩耗を抑制し長期でクリーニング性を維持できるクリーニングブレード、画像形成装置及びプロセスカートリッジ並びに画像形成方法を提供する。
【解決手段】被清掃部材表面から粉体を除去するクリーニングブレード62において、弾性体ブレード622と、弾性体ブレードのブレード下面62bと先端面62aとの間の角である先端稜線部62cを覆う、弾性体ブレードよりも硬い表面層623とで構成され、弾性体ブレードのマルテンス硬さが、先端面から弾性体ブレード長手方向に50[μm]内側且つブレード下面62bから上記長手方向に対して直交する方向に50[μm]内側の箇所で1.0[N/mm]以上5.0[N/mm]以下であり、先端面から上記長手方向に100[μm]内側且つブレード下面から上記直交する方向に100[μm]内側の箇所で0.4[N/mm]以上0.8[N/mm]以下である。
【選択図】図1

Description

本発明は、プリンタ、ファクシミリ、複写機などの画像形成装置に用いられるクリーニングブレード、画像形成装置、及び、プロセスカートリッジ、並びに、画像形成方法に関するものである。
従来、電子写真式の画像形成装置では、被清掃部材たる感光体などの像担持体について、転写紙や中間転写体へトナー像を転写した後の表面に付着した不必要な転写残トナーはクリーニング手段たるクリーニング装置によって除去している。
このクリーニング装置のクリーニング部材として、一般的に構成を簡単にでき、クリーニング性能も優れていることから、短冊形状のクリーニングブレードを用いたものがよく知られている。このクリーニングブレードは、ポリウレタンゴムなどの短冊形状の弾性体で構成されている。そして、クリーニングブレードの基端を支持部材で支持して先端稜線部を像担持体の周面に押し当て、像担持体上に残留するトナーをせき止めて掻き落とし除去する。
また、近年の高画質化の要求に応えるべく、重合法等により形成された小粒径で球形に近いトナー(以下、重合トナー)を用いた画像形成装置が知られている。この重合トナーは、従来の粉砕トナーに比べて転写効率が高いなどの特徴があり、上記要求に応えることが可能である。しかし、重合トナーは、クリーニングブレードを用いて像担持体表面から除去しようとしても十分に除去することが困難であり、クリーニング不良が発生してしまうという問題を有している。これは、小粒径で且つ球形度に優れた重合トナーが、ブレードと像担持体との間に形成される僅かな隙間をすり抜けるからである。
かかるすり抜けを抑えるには、像担持体とクリーニングブレードとの当接圧力を高めてクリーニング能力を高める必要がある。しかし、クリーニングブレードの当接圧を高めると、図11(a)に示すように、像担持体23とクリーニングブレード262との摩擦力が高まり、クリーニングブレード262が像担持体23の移動方向に引っ張られて、クリーニングブレード262の先端稜線部262cがめくれてしまう。このめくれたクリーニングブレード262が、そのめくれに抗して原形状態に復元する際に異音が発生することがある。さらに、クリーニングブレード262の先端稜線部262cがめくれた状態でクリーニングをし続けると、図11(b)に示すように、クリーニングブレード262の先端面262aの先端稜線部262cから数[μm]離れた場所に局所的な摩耗が生じてしまう。このような状態で、さらにクリーニングを続けると、この局所的な摩耗が大きくなり、最終的には、図11(c)に示すように、先端稜線部262cが欠落してしまう。先端稜線部262cが欠落してしまうと、トナーを正常にクリーニングできなくなり、クリーニング不良を生じてしまう。
特許文献1には、ゴム部材からなるクリーニングブレードの少なくと像担持体と当接する当接部に、鉛筆硬度B〜6Hの被膜硬度を有する樹脂からなる表面層を設けたものが記載されている。ゴム部材よりも硬い鉛筆硬度B〜6Hの被膜硬度を有する表面層をクリーニングブレードの当接部に設けることで、そのような表面層をクリーニングブレードの当接部に設けない場合よりもクリーニングブレードの耐摩耗性を高めることができる。また、像担持体に対するクリーニングブレードの当接部の摩擦係数を下げることができ、像担持体とクリーニングブレードの当接部との間で生じる摩擦力が低減させれ、クリーニングブレードの先端稜線部のめくれを良好に抑制することができる。さらに、鉛筆硬度B〜6Hの鉛筆硬度の表面層は、硬くて変形しにくいので、クリーニングブレードの先端稜線部のめくれをより一層抑制することができる。
特許第3602898号公報
しかしながら、経時で表面層が像担持体との摺擦によって摩耗し消失すると、ゴム部材の先端稜線部が像担持体と当接してしまい先端稜線部のめくれが発生してクリーニング不良が生じてしまう虞がある。
本発明は以上の背景に鑑みなされたものであり、その目的は、先端稜線部のめくれや摩耗を抑制し、長期にわたってクリーニング性を維持することができるクリーニングブレード、画像形成装置、及び、プロセスカートリッジ、並びに、画像形成方法を提供することである。
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、被清掃部材の表面に当接して、該被清掃部材表面から粉体を除去するクリーニングブレードにおいて、短冊形状の弾性体ブレードと、該弾性体ブレードの被清掃部材表面に対向する面であるブレード下面と該弾性体ブレードの弾性体ブレード長手方向の端面である先端面との間の角である先端稜線部を覆う、該弾性体ブレードよりも硬い表面層とで構成され、該弾性体ブレードのマルテンス硬さが、前記先端面から弾性体ブレード長手方向に50[μm]内側且つ前記ブレード下面から弾性体ブレード長手方向に対して直交する方向に50[μm]内側の箇所で1.0[N/mm]以上5.0[N/mm]以下であり、該先端面から弾性体ブレード長手方向に100[μm]内側且つ該ブレード下面から弾性体ブレード長手方向に対して直交する方向に100[μm]内側の箇所で0.4[N/mm]以上0.8[N/mm]以下であることを特徴とするものである。
また、請求項2の発明は、被清掃部材の表面に当接して、該被清掃部材表面から粉体を除去するクリーニングブレードにおいて、短冊形状の弾性体ブレードと、該弾性体ブレードの被清掃部材表面に対向する面であるブレード下面と該弾性体ブレードの弾性体ブレード長手方向の端面である先端面との間の角である先端稜線部を覆う、該弾性体ブレードよりも硬い表面層とで構成され、該先端稜線部の角度が60[°]以上80[°]以下であり、且つ、該弾性体ブレードのマルテンス硬さが該先端稜線部の角度の中心線上における該先端稜線部から70[μm]内側の箇所で1.0[N/mm]以上5.0[N/mm]以下であり、該中心線上における該先端稜線部から140[μm]内側の箇所で0.4[N/mm]以上0.8[N/mm]以下であることを特徴とするものである。
また、請求項3の発明は、請求項1または2のクリーニングブレードにおいて、上記弾性体ブレードは上記先端稜線部に、イソシアネート化合物、フッ素化合物、シリコーン化合物から選ばれる少なくとも1種を含浸させる低摩擦処理がなされ、該先端稜線部の摩擦係数が0.5以下であることを特徴とするものである。
また、請求項4の発明は、請求項1、2または3のクリーニングブレードにおいて、上記表面層は紫外線硬化樹脂からなり該表面層のカット面側における層厚が1[μm]以上50[μm]以下であることを特徴とするものである。
また、請求項5の発明は、請求項1、2、3または4のクリーニングブレードにおいて、上記弾性体ブレードとして、ウレタン基を含むゴムを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項6の発明は、像担持体と、該像担持体の表面を帯電する帯電手段と、帯電した像担持体表面に静電潜像を形成する潜像形成手段と、該像担持体表面に形成された静電潜像を現像してトナー像化する現像手段と、該像担持体表面のトナー像を転写体に転写する転写手段と、該像担持体表面に当接して、該像担持体表面に付着した残トナーを除去するクリーニングブレードを有するクリーニング手段とを備えた画像形成装置において、該クリーニングブレードとして、請求項1、2、3、4または5のクリーニングブレードを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項7の発明は、像担持体と、少なくとも該像担持体の表面に付着した残トナーを除去するクリーニングブレードを有するクリーニング手段とを一体に支持し、画像形成装置本体に対して着脱自在なプロセスカートリッジにおいて、前記クリーニングブレードとして、請求項1、2、3、4または5のクリーニングブレードを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項8の発明は、像担持体上にトナー像を形成し、該トナー像を該像担持体上から転写体上に転写した後に、クリーニングブレードによって該像担持体上の残トナーを除去する画像形成方法において、該クリーニングブレードとして、短冊形状の弾性体ブレードと、該弾性体ブレードの被清掃部材表面に対向する面であるブレード下面と該弾性体ブレードの弾性体ブレード長手方向の端面である先端面との間の角である先端稜線部を覆う、該弾性体ブレードよりも硬い表面層とで構成され、該弾性体ブレードのマルテンス硬さが、前記先端面から弾性体ブレード長手方向に50[μm]内側且つ前記ブレード下面から弾性体ブレード長手方向に対して直交する方向に50[μm]内側の箇所で1.0[N/mm]以上5.0[N/mm]以下であり、該先端面から弾性体ブレード長手方向に100[μm]内側且つ該ブレード下面から弾性体ブレード長手方向に対して直交する方向に100[μm]内側の箇所で0.4[N/mm]以上0.8[N/mm]以下であるクリーニングブレードを用いることを特徴とするものである。
また、請求項9の発明は、像担持体上にトナー像を形成し、該トナー像を該像担持体上から転写体上に転写した後に、クリーニングブレードによって該像担持体上の残トナーを除去する画像形成方法において、該クリーニングブレードとして、短冊形状の弾性体ブレードと、該弾性体ブレードの被清掃部材表面に対向する面であるブレード下面と該弾性体ブレードの弾性体ブレード長手方向の端面である先端面との間の角である先端稜線部を覆う、該弾性体ブレードよりも硬い表面層とで構成され、該先端稜線部の角度が60[°]以上80[°]以下であり、且つ、該弾性体ブレードのマルテンス硬さが該先端稜線部の角度の中心線上における該先端稜線部から70[μm]内側の箇所で1.0[N/mm]以上5.0[N/mm]以下であり、該中心線上における該先端稜線部から140[μm]内側の箇所で0.4[N/mm]以上0.8[N/mm]以下であるクリーニングブレードを用いることを特徴とするものである。
請求項1の発明においては、後述する検証実験で明らかにしたように、弾性体ブレードのマルテンス硬さが、先端面から弾性体ブレード長手方向に50[μm]内側且つブレード下面から弾性体ブレード長手方向に対して直交する方向に50[μm]内側の箇所で1.0[N/mm]以上5.0[N/mm]以下であり、先端面から弾性体ブレード長手方向に100[μm]内側且つブレード下面から弾性体ブレード長手方向に対して直交する方向に100[μm]内側の箇所で0.4[N/mm]以上0.8[N/mm]以下であることで、表面層が摩耗し弾性体ブレードの先端稜線部が露出しても先端稜線部のめくれや摩耗を抑制することができ、長期にわたってクリーニング性を維持することができる。
請求項2の発明においては、後述する検証実験で明らかにしたように、先端稜線部の角度が60[°]以上80[°]以下であり、且つ、弾性体ブレードのマルテンス硬さが先端稜線部の角度の中心線上における先端稜線部から70[μm]内側の箇所で1.0[N/mm]以上5.0[N/mm]以下であり、上記中心線上における先端稜線部から140[μm]内側の箇所で0.4[N/mm]以上0.8[N/mm]以下であることで、表面層が摩耗し弾性体ブレードの先端稜線部が露出しても先端稜線部のめくれや摩耗を抑制することができ、長期にわたってクリーニング性を維持することができる。
請求項8の発明においては、後述する検証実験で明らかにしたように、クリーニングブレードとして、短冊形状の弾性体ブレードと、弾性体ブレードの被清掃部材表面に対向する面であるブレード下面と弾性体ブレードの弾性体ブレード長手方向の端面である先端面との間の角である先端稜線部を覆う、弾性体ブレードよりも硬い表面層とで構成され、弾性体ブレードのマルテンス硬さが、先端面から弾性体ブレード長手方向に50[μm]内側且つブレード下面から弾性体ブレード長手方向に対して直交する方向に50[μm]内側の箇所で1.0[N/mm]以上5.0[N/mm]以下であり、先端面から弾性体ブレード長手方向に100[μm]内側且つブレード下面から弾性体ブレード長手方向に対して直交する方向に100[μm]内側の箇所で0.4[N/mm]以上0.8[N/mm]以下であるクリーニングブレードを用いることで、表面層が摩耗し弾性体ブレードの先端稜線部が露出しても先端稜線部のめくれや摩耗を抑えられ長期にわたりクリーニング不良の発生を抑制することができる。
請求項9の発明においては、後述する検証実験で明らかにしたように、クリーニングブレードとして、短冊形状の弾性体ブレードと、弾性体ブレードの被清掃部材表面に対向する面であるブレード下面と弾性体ブレードの弾性体ブレード長手方向の端面である先端面との間の角である先端稜線部を覆う、弾性体ブレードよりも硬い表面層とで構成され、先端稜線部の角度が60[°]以上80[°]以下であり、且つ、弾性体ブレードのマルテンス硬さが先端稜線部の角度の中心線上における先端稜線部から70[μm]内側の箇所で1.0[N/mm]以上5.0[N/mm]以下であり、上記中心線上における先端稜線部から140[μm]内側の箇所で0.4[N/mm]以上0.8[N/mm]以下であるクリーニングブレードを用いることで、表面層が摩耗し弾性体ブレードの先端稜線部が露出しても先端稜線部がめくれや摩耗を抑えられ長期にわたりクリーニング不良の発生を抑制することができる。
以上、請求項1乃至請求項9の発明によれば、先端稜線部のめくれや摩耗を抑制し、長期にわたってクリーニング性を維持することができるという優れた効果がある。
[実施形態1]
以下、本発明を画像形成装置である電子写真プリンタ(以下、単にプリンタという)に適用した第1の実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係るプリンタの要部を示す概略構成図である。プリンタは、単一色の複写を行うものであり、図示しない画像読み取り部で読み取った画像データに基づいてモノクロ画像形成を行う。
図1に示すように、プリンタは、像担持体としてのドラム状の感光体3を備えている。感光体3はドラム状の形状を示しているが、シート状、エンドレスベルト状のものであっても良い。
感光体3の周囲には帯電手段としての帯電装置4、潜像をトナー像化する現像手段である現像装置5、トナー像を記録媒体としての転写紙に転写する転写手段としての転写装置7、転写紙を感光体3から分離するための分離爪8、転写後の感光体3上に残留するトナーの帯電極性を揃えるためのクリーニング前チャージャ9、転写後の感光体3上に残留するトナーをクリーニングするクリーニング装置6、潤滑剤塗布装置10、感光体3を除電する除電ランプ11等が配置されている。
帯電装置4は、感光体3に所定の距離を持って非接触で配置され、感光体3を所定の極性、所定の電位に帯電するものである。帯電装置4によって一様帯電された感光体3は、図示しない潜像形成手段たる露光装置から画像データに基づいて光Lが照射され静電潜像が形成される。
現像装置5は、現像剤担持体としての現像ローラ51を有している。この現像ローラ51には、図示しない電源から現像バイアスが印加されるようになっている。現像装置5のケーシング内には、ケーシング内に収容された現像剤を互いに逆方向に搬送しながら攪拌する供給スクリュ52及び攪拌スクリュ53が設けられている。また、現像ローラ51に担持された現像剤を規制するためのドクタ54も設けられている。供給スクリュ52及び攪拌スクリュ53の2本スクリュによって撹拌・搬送された現像剤中のトナーは、所定の極性に帯電される。そして、現像剤は、現像ローラ51に汲み上げられ、汲み上げられた現像剤は、ドクタ54により規制され、感光体3と対向する現像領域でトナーが感光体3上の潜像に付着する。
転写装置7は、転写前チャージャ71、転写チャージャ72、分離チャージャ73を備えている。転写前チャージャ71で負のコロナ放電を行って、トナーの極性を揃えた後、転写チャージャ72によるコロナ放電下で転写紙にトナー像を転写する。この転写紙を分離チャージャ73のコロナ放電と分離爪8とによって感光体3表面から分離する。
クリーニング装置6は、ファーブラシ101、クリーニングブレード62などを有している。クリーニングブレード62は、感光体3の表面移動方向に対してカウンタ方向で感光体3に当接している。
ファーブラシ101は、感光体3上の転写残トナーを掻き乱すとともに、ブラシに付着させて感光体上の転写残トナーの一部を除去する。ファーブラシ101上に付着したトナーは図示しないフリッカーによりフリッキングされ、はじき飛ばされたトナーが同じく図示しない搬送スクリュでクリーニング装置6外に搬送される。また、これに限らず、ファーブラシ101に、クリーニング前チャージャ9の極性と逆極性のバイアスを印加して、感光体上の転写残トナーを静電的に除去するようにしてもよい。また、ファーブラシ101に付着した転写残トナーを電気的に除去してもよい。
また、クリーニングブレード62は、ファーブラシ101により掻き乱されて除去しやすくなった感光体上の転写残トナーを除去する。なお、クリーニングブレード62の詳細については後述する。
潤滑剤塗布装置10は、固形潤滑剤103、潤滑剤加圧スプリング104などを備え、固形潤滑剤103を感光体3上に塗布する塗布ブラシとしてクリーニング装置6のファーブラシ101を兼用して用いている。固形潤滑剤103は、図示しないブラケットに保持され、潤滑剤加圧スプリング104によりファーブラシ101側に加圧されている。そして、感光体3の回転方向に対して連れまわり方向に回転するファーブラシ101により固形潤滑剤103が削られて感光体3上に潤滑剤が塗布される。
転写前チャージャ71、分離爪8、クリーニング前チャージャ9は、必要に応じて配置されるものである。
帯電装置4、転写前チャージャ71、転写チャージャ72、分離チャージャ73、クリーニング前チャージャ9には、コロトロン、スコロトロン、固体帯電器(ソリッド・ステート・チャージャー)を始めとする公知の手段が用いられる。
これらの帯電方式のうち、特に接触帯電方式、あるいは非接触の近接配置方式がより望ましく、帯電効率が高くオゾン発生量が少ない、装置の小型化が可能である等のメリットを有する。
また、図示しない露光装置、除電ランプ11等の光源には、蛍光灯、タングステンランプ、ハロゲンランプ、水銀灯、ナトリウム灯、発光ダイオード(LED)、半導体レーザー(LD)、エレクトロルミネッセンス(EL)などの発光物全般を用いることができる。
また、所望の波長域の光のみを照射するために、シャープカットフィルター、バンドパスフィルター、近赤外カットフィルター、ダイクロイックフィルター、干渉フィルター、色温度変換フィルターなどの各種フィルターを用いることもできる。
これらの光源のうち、発光ダイオード、及び半導体レーザーは照射エネルギーが高く、また600〜800[nm]の長波長光を有するため、良好に使用される。
次に、プリンタにおける画像形成動作を説明する。
図示しない操作部などからプリント実行の信号を受信したら、帯電装置4、現像ローラ51、転写前チャージャ71、転写チャージャ72、分離チャージャ73、クリーニング前チャージャ9にそれぞれ所定の電圧または電流が順次所定のタイミングで印加される。同様に、露光装置及び除電ランプ11などにもそれぞれ所定の電圧又は電流が順次所定のタイミングで印加される。また、これと同期して、駆動手段としての感光体駆動モータ(不図示)により感光体3が図中矢印方向に回転駆動される。
感光体3が図中矢印方向に回転すると、まず感光体表面が、帯電装置4によって所定の電位に帯電される。そして、図示しない露光装置から画像信号に対応した光Lが感光体3上に照射され、光Lが照射された部分の感光体3上が除電され静電潜像が形成される。
静電潜像の形成された感光体3は、現像装置5との対向部で現像ローラ51上に形成された現像剤の磁気ブラシで感光体3表面を摺擦される。このとき、現像ローラ51上の負帯電トナーは、現像ローラ51に印加された所定の現像バイアスによって、静電潜像側に移動し、トナー像化(現像)される。このように、本実施形態では、感光体3上に形成された静電潜像は、現像装置5によって、負極性に帯電されたトナーにより反転現像される。本実施形態では、N/P(ネガポジ:電位が低い所にトナーが付着する)の非接触帯電ローラ方式を用いた例について説明したが、これに限るものではない。
感光体3上に形成されたトナー像は、図示しない給紙部から上レジストローラ12と下レジストローラ13との対向部を経て、感光体3と転写チャージャとの間に形成される転写領域に給紙される転写紙に転写される。このとき、転写紙は上レジストローラ12と下レジストローラ13との対向部で画像先端と同期を取り供給される。また、転写紙への転写時には、所定の転写バイアスが印加される。トナー像が転写された転写紙は、分離爪8と分離チャージャ73によって感光体3から分離され、図示しない定着手段としての定着装置へ搬送される。そして、定着装置を通過する事により、熱と圧力の作用でトナー像が転写紙上に定着されて、転写紙は機外に排出される。
一方、転写後の感光体3の表面は、クリーニング装置6で転写後の残留トナーが除去され、潤滑剤塗布装置10によって潤滑剤が塗布された後、除電ランプ11で除電される。
また、本プリンタにおいては、感光体3と、プロセス手段として帯電装置4、現像装置5、クリーニング装置6、潤滑剤塗布装置10などが枠体2に収められており、プロセスカートリッジ1として装置本体から一体的に着脱可能となっている。なお、本実施形態では、プロセスカートリッジ1としての感光体3とプロセス手段とを一体的に交換するようになっているが、感光体3、帯電装置4、現像装置5、クリーニング装置6、潤滑剤塗布装置10のような単位で新しいものと交換するような構成でもよい。
次に、本プリンタに好適なトナーについて説明する。
本プリンタに用いるトナーとしては、画質向上のために、高円形化、小粒径化がし易い懸濁重合法、乳化重合法、分散重合法により製造された重合トナーを用いるのが好ましい。特に、円形度が0.97以上、体積平均粒径5.5[μm]以下の重合トナーを用いるのが好ましい。平均円形度が0.97以上、体積平均粒径5.5[μm]のものを用いることにより、より高解像度の画像を形成することができる。
ここでいう「円形度」は、フロー式粒子像分析装置FPIA−2000(東亜医用電子株式会社製、商品名)により計測した平均円形度である。具体的には、容器中の予め不純固形物を除去した水100〜150[ml]中に、分散剤として界面活性剤好ましくはアルキルベンゼンスルフォン酸塩を0.1〜0.5[ml]加え、更に測定試料(トナー)を0.1〜0.5[g]程度加える。その後、このトナーが分散した懸濁液を、超音波分散器で約1〜3分間分散処理し、分散液濃度が3000〜1[万個/μl]となるようにしたものを上述の分析装置にセットして、トナーの形状及び分布を測定する。そして、この測定結果に基づき、図2(a)に示す実際のトナー投影形状の外周長をC1、その投影面積をSとし、この投影面積Sと同じ図2(b)に示す真円の外周長をC2としたときのC2/C1を求め、その平均値を円形度とした。
体積平均粒径については、コールターカウンター法によって求めることが可能である。具体的には、コールターマルチサイザー2e型(コールター社製)によって測定したトナーの個数分布や体積分布のデータを、インターフェイス(日科機社製)を介してパーソナルコンピューターに送って解析するのである。より詳しくは、1級塩化ナトリウムを用いた1%NaCl水溶液を電解液として用意する。そして、この電解水溶液100〜150[ml]中に分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスルフォン酸塩を0.1〜5[ml]加える。更に、これに被検試料としてのトナーを2〜20[mg]加え、超音波分散器で約1〜3分間分散処理する。そして、別のビーカーに電解水溶液100〜200[ml]を入れ、その中に分散処理後の溶液を所定濃度になるように加えて、上記コールターマルチサイザー2e型にかける。アパーチャーとしては、100[μm]のものを用い、50,000個のトナー粒子の粒径を測定する。チャンネルとしては、2.00〜2.52[μm]未満;2.52〜3.17[μm]未満;3.17〜4.00[μm]未満;4.00〜5.04[μm]未満;5.04〜6.35[μm]未満;6.35〜8.00[μm]未満;8.00〜10.08[μm]未満;10.08〜12.70[μm]未満;12.70〜16.00[μm]未満;16.00〜20.20[μm]未満;20.20〜25.40[μm]未満;25.40〜32.00[μm]未満;32.00〜40.30[μm]未満の13チャンネルを使用し、粒径2.00[μm]以上32.0[μm]以下のトナー粒子を対象とする。そして、「体積平均粒径=ΣXfV/ΣfV」という関係式に基づいて、体積平均粒径を算出する。但し、Xは各チャンネルにおける代表径、Vは各チャンネルの代表径における相当体積、fは各チャンネルにおける粒子個数である。
このような重合トナーにおいては、上述したように、粉砕トナーを感光体3表面から除去するときと同じようにしてクリーニングブレード62で除去しようとしても、その重合トナーを感光体3表面から十分に除去しきれず、クリーニング不良が発生する。そこで、クリーニングブレード62の感光体3への当接圧を高めて、クリーニング性をアップしようとすると、クリーニングブレード62が早期に摩耗してしまうという問題があった。また、クリーニングブレード62と感光体3との摩擦力が高まって、クリーニングブレード62の感光体3と当接している先端稜線部が感光体3の移動方向に引っ張られて、先端稜線部がめくれてしまう。クリーニングブレード62の先端稜線部がめくれると、異音や振動、先端稜線部の欠落などの様々な問題が生じてしまう。
そこで、本実施形態においては、クリーニングブレード62の先端稜線部に、イソシアネート化合物、フッ素化合物、シリコーン化合物から選ばれる少なくとも1種を含浸させる低摩擦処理を行い、また、先端稜線部を覆うように、クリーニングブレード62よりも硬度の高い表面層を設けている。
図3は、クリーニングブレード62の斜視図であり、図4は、クリーニングブレード62の拡大構成図である。
クリーニングブレード62は、金属や硬質プラスチックなどの剛性材料からなる短冊形状のホルダー621と、短冊形状の弾性体ブレード622とで構成されており、弾性体ブレード622は先端稜線部に含浸低摩擦処理がなされ、クリーニングブレード62の先端面62a全体およびブレード下面62bの先端稜線部62c近傍に先端稜線部62cを覆うように表面層623が形成されている。
弾性体ブレード622は、ホルダー621の一端側に接着剤などにより固定されており、ホルダー621の他端側は、クリーニング装置6のケースに方持ち支持されている。
弾性体ブレードと622としては、感光体3の偏心や感光体表面の微小なうねりなどに追随できるように、高反発性の弾性体が好ましく、ウレタン基を含むゴムであるウレタンゴムなどが好適である。特に、25℃における硬度が70〜75度(JIS A)、反発弾性率が30〜68[%]のウレタンゴムが好ましい。ウレタンゴムの硬度が75度を超えると、柔軟性に乏しくなり、例えば、ホルダー621が微小に傾いて取り付けるなどしたときに、クリーニングブレード62の軸方向一端側と他端側とで当接圧が異なる所謂偏当りしやすくなり、軸方向で均一な当接圧が得にくくなる。その結果、クリーニング性が低下するおそれがある。一方、硬度が70度未満の場合は、重合トナーでもクリーニングできるよう当接圧を高く設定したときに、クリーニングブレード62が反ってしまって、クリーニングブレード62の先端稜線部62cが浮きあがって、クリーニングブレード62のブレード下面62bが感光体3と当接する所謂腹当たり現象が生じてしまう。腹当たり現象が生じると、クリーニングブレード62と感光体表面との当接面積が急激に増大するため、クリーニングブレード62を大きな力で押しつけても逆に当接圧は小さくなり、クリーニング性が低下してしまう。
また、反発弾性率が68[%]を超えるようなウレタンゴムはほとんど存在しないのが実情であり、汎用品でないので、コスト高につながるおそれがある。また、反発弾性率が68[%]を超えると、クリーニングブレード62にめくれが発生したときに、高音のブレード鳴きという異音が発生しやすくなる。一方、反発弾性率が30[%]未満であると、感光体3の偏心や感光体表面の微小なうねりなどに対する追随性が悪くなり、クリーニング性が低下するおそれがある。
このように、ウレタンゴムとして、25[℃]における硬度が70〜75度(JIS A)、反発弾性率が30〜68[%]のウレタンゴムを用いることによって、良好なクリーニング性を得ることができる。
ここで、弾性体ブレード622における先端稜線部62cの弾性体ブレード長手方向に垂直な断面でのマルテンス硬さが、図5に示すような先端面62aから弾性体ブレード長手方向に50[μm]内側且つブレード下面62bから弾性体ブレード長手方向に対して直交する方向に50[μm]内側の箇所で1.0〜5.0[N/mm]であり、先端面62aから弾性体ブレード長手方向に100[μm]内側且つブレード下面62bから弾性体ブレード長手方向に対して直交する方向に100[μm]内側の箇所で0.4〜0.8[N/mm]であるようにすることで、後述する検証実験で明らかにしたように、弾性体ブレード622の先端稜線部62cのめくれや摩耗などが抑えられると共に、ビビリなどの異音の発生がなくクリーニング性を良好に維持できる。これは、弾性体ブレード622の先端内部(先端稜線部近傍)の硬さを上記範囲のマルテンス硬さに制御することで、弾性体ブレード622の先端稜線部近傍に適度な運動性が保持され、先端稜線部62cのめくれや摩耗及び異音発生をバランスよく回避できるものと考えられる。さらにこの硬さは弾性体ブレード622の先端内部(先端稜線部近傍)の局所的な状態が好適で、特に先端面62aから100[μm]かつブレード下面62bから100[μm]の内部の箇所ではウレタンゴム自体の硬さである状態が良い。
なお、この硬さは含浸作用によるウレタンゴムそのものの改質で変化し、さらに表面層の形成によっても影響を受けるので、各々の効果を調整することが必要である。
弾性体ブレード622の先端稜線部への含浸処理は、スプレー塗工、ディップ塗工などによって、イソシアネート化合物、フッ素化合物、シリコーン化合物から選ばれる少なくとも1種を含浸させることで可能である。これは結果として硬さ変化と低摩擦化の2つの改質効果を生じ、摩擦係数は0.5以下にするのが良い。これにより、経時摩耗によって露出した弾性体ブレード622の先端稜線部と感光体3との摩擦力を弱めることができ、露出した部分が、感光体表面移動方向に変形するのを抑制することもできる。
表面層623は、スプレー塗工、ディップ塗工によってクリーニングブレード62の先端稜線部62cを被覆する。表面層623としては、弾性体ブレード622よりも硬度の高い部材を被覆するのが好ましい。弾性体ブレード622よりも硬度が高い部材とすることで、弾性体ブレード622よりも感光体3によって削られにくくなり、弾性体ブレード622を感光体表面に当接させるものに比べて、クリーニングブレード62の耐摩耗性を向上させることができる。また、表面層623は、硬度が硬く剛直なため、変形し難く、クリーニングブレード62の先端稜線部62cのめくれを抑制することができる。
また、表面層623の材質としては、樹脂が好ましく、紫外線硬化樹脂がより好ましい。紫外線硬化樹脂を用いることで、クリーニングブレード62の先端稜線部62cに付着した樹脂に紫外線を照射させるだけで、所望の硬度を有する表面層623を得ることができ、クリーニングブレード62を安価に製造することができる。
上記紫外線硬化樹脂としては、一官能基あたり分子量300〜1500のモノマーを用いることが好ましい。上記分子量が1500を越えると、表面層623は脆弱になり過ぎ、クリーニングブレード62の先端稜線部62cがめくれて図11(b)のような先端面摩耗を生じてしまい、長期に渡るクリーニング性を保持できなくなる。逆に分子量300を下回ると、表面層623が剛直となり過ぎてしまう。表面層623が剛直となりすぎると、表面層623の耐摩耗性能の低下や、ビビリ音が発生しやすくなってしまう。
また、感光体3と当接する可能性のある先端稜線部62cから50[μm]離れた位置まで、先端面62aとブレード下面62bとに表面層を形成するのが好ましい。これにより、先端稜線部62cの表面が削れ、弾性体ブレード622と感光体3とが直接接触し、先端稜線部62cがめくれて先端面62aの先端稜線部62cから数[μm]離れた場所が感光体3と当接しても、そこにも表面層623が形成してあるので、先端面62aの局所的な摩耗が抑制される。よって、先端面62aの局所的な摩耗によってクリーニングブレード62の先端稜線部62cの欠落を抑制することができる。また、感光体3の取り付け誤差やクリーニングブレードの取り付け誤差などによって、クリーニングブレード62の当接圧が必要以上に高くなり、クリーニングブレード62が必要以上に撓んで、ブレード下面62bの先端稜線部62cから数[μm]離れた箇所が感光体3に接触しても、そこにも、表面層623が形成してあるので、ブレード下面62bの局所的な摩耗を抑制することができる。
また、表面層623の層厚は、1〜50[μm]が好ましい。層厚が、1[μm]以下だと、表面層の剛性が弱くなり、クリーニングブレード62の先端稜線部62cがめくれやすくなってしまう。また、層厚が50[μm]を超えると、トナーのすり抜けが増大してクリーニング不良が発生しやすくなる。これは、スプレー塗工やディップ塗工のように、液体の材料を付着させて表面層623を形成しているため、先端稜線部62cは表面張力の関係で、被膜が形成されにくい。このため、先端稜線部62cから離れるにつれて表面層623の層厚は、増加する。層厚が50[μm]を超えると、先端稜線部62cの層厚と先端稜線部62cから離れた位置における層厚との差が大きくなり、クリーニングブレード62の先端稜線部62cの角度が鈍角となってしまう。先端稜線部62cの角度が鈍角となると、先端稜線部62cを直角とした場合に比べて、先端面62aと感光体3とがなす当接部の上流側の空隙X(図4参照)が狭くなる。そのため、長期に渡るクリーニング動作によって空隙にトナーが堆積したとき、塞き止められた空隙X内のトナーに逃げ場がないので、空隙X内のトナーが徐々に感光体3の下流側に押し出され、クリーニング不良が発生する。
次に、本出願人らが行った検証実験について説明する。
弾性体ブレード622の材質、含浸処理方法、表面層623の材質をそれぞれ変化させて、耐久試験を行った。
[弾性体ブレード]
弾性体ブレード622としては、25[℃]における物性が以下の物性となっている5つのウレタンゴムを用意した。
ウレタンゴム1:硬度70度、反発弾性50[%](東洋ゴム工業製)
ウレタンゴム2:硬度72度、反発弾性31[%](東洋ゴム工業製)
ウレタンゴム3:硬度71度、反発弾性18[%](東洋ゴム工業製)
ウレタンゴム4:硬度77度、反発弾性27[%](シンジーテック製)
ウレタンゴム5:硬度70度、反発弾性68[%](シンジーテック製)
ウレタンゴムの硬度は、島津製作所製デュロメーターを用い、JIS K6253に準じて測定した。試料は厚さ6[mm]以上となるように約2[mm]のシートを重ね合わせたものとした。
ウレタンゴムの反発弾性は、東洋精機製作所製No.221レジリエンステスタを用い、JIS K6255に準じて測定した。試料は厚さ4[mm]以上となるように約2[mm]のシートを重ね合わせたものとした。
[含浸剤]
含浸剤としては、以下のものを用いた。
(含浸剤1)
イソシアネート化合物:日本ポリウレタン MR−100 10部
2−ブタノン 90部
(含浸剤2)
イソシアネート化合物:日本ポリウレタン MR−100 10部
シリコーン樹脂:日油 モディパーFS−700 2部
2−ブタノン 88部
(含浸剤3)
イソシアネート化合物:関東化学 MDI 5部
2−ブタノン 95部
(含浸剤4)
イソシアネート化合物:関東化学 MDI 5部
シリコーン樹脂:日油 モディパーFS−700 2部
2−ブタノン 93部
[表面層]
表面層としては、以下のものを用いた。
(表面層1)
ウレタンアクリレートオリゴマー1:根上工業 UN−904 0.5部
ウレタンアクリレートオリゴマー2:根上工業 UN−2700 19.5部
重合開始剤:チバスペシャリティーケミカルズ社 イルガキュア184 1部
溶媒:2−ブタノン 79部
塗膜硬度:鉛筆硬度2H
摩擦係数:0.6
(表面層2)
ウレタンアクリレートオリゴマー1:根上工業 UN−904 5部
ウレタンアクリレートオリゴマー2:根上工業 UN−2700 15部
重合開始剤:チバスペシャリティーケミカルズ社 イルガキュア184 1部
溶媒:2−ブタノン 79部
塗膜硬度:鉛筆硬度3H
摩擦係数:0.5
(表面層3)
ウレタンアクリレートオリゴマー1:根上工業 UN−904 0.5部
ウレタンアクリレートオリゴマー2:根上工業 UN−2700 19.5部
低摩擦係数添加剤:チッソ石油化学 共重合体A1 5部
重合開始剤:チバスペシャリティーケミカルズ社 イルガキュア184 1部
溶媒:2−ブタノン 74部
塗膜硬度:鉛筆硬度H
摩擦係数:0.1
(表面層4)
ウレタンアクリレートオリゴマー1:根上工業 UN−3320HA 5部
ウレタンアクリレートオリゴマー2:根上工業 UN−2700 15部
低摩擦係数添加剤:チッソ石油化学 共重合体A1 2部
重合開始剤:チバスペシャリティーケミカルズ社 イルガキュア184 1部
溶媒:2−ブタノン 77部
塗膜硬度:鉛筆硬度2H
摩擦係数:0.15
(表面層5)
ウレタンアクリレートオリゴマー1:根上工業 UN−904 20部
重合開始剤:チバスペシャリティーケミカルズ社 イルガキュア184 1部
溶媒:2−ブタノン 79部
塗膜硬度:鉛筆硬度9H
摩擦係数:0.45
なお、表面層の低摩擦化係数添加剤として添加する共重合体A1とは、下記の化1に示す化合物(a−1)及び下記の化1に示す化合物(a−2)が共重合してなり、かつ側鎖にアクリロイル基(下記の化1に示すa−3)を有する共重合体である。
GPC(ゲルパ−ミエーションクロマトグラフィー法)分析より求めた共重合体(A1)の重量平均分子量は37,000(ポリスチレン換算)、分子量分布指数(Mw/Mn)は1.9であった。また、1H−NMR測定により求めた共重合体(A1)中の化合物(a−1)、化合物(a−2)の含有量比(重量比)は、化合物(a−1):化合物(a−2)=1:1.73であった。
Figure 2010134310
表面層の鉛筆硬度は、コーテック株式会社製鉛筆引っかき試験機KTVF−2380を用い、JIS K5600−5−4に準じて測定した。試料は、50[mm]×50[mm]のガラス板上に表面層の材料を約10[μm]スプレー塗工したものとした。
表面層の摩擦係数は、新東科学製トライボギアミューズ94iを用い、最大静止摩擦係数を測定した。試料は、50[mm]×50[mm]のガラス板上にコーティング材料を約10[μm]スプレー塗工したものとした。
また、弾性体ブレード622の先端稜線部近傍の弾性体ブレード長手方向に垂直な断面でのマルテンス硬さは、日進EM製SEM試料作製用トリミングカミソリにより断面を切断したものを試料とし、図5に示したように、先端面62aから弾性体ブレード長手方向に50[μm]内側且つブレード下面62bから弾性体ブレード長手方向に対して直交する方向に50[μm]内側の箇所と、先端面62aから弾性体ブレード長手方向に100[μm]内側且つブレード下面62bから弾性体ブレード長手方向に対して直交する方向に100[μm]内側の箇所との2箇所について、フィッシャー・インストルメンツ製フィッシャースコープHM2000を用い、ビッカース圧子を1mNにて加重30秒、抜重30秒として測定した。
なお、弾性体ブレードとして用いる上記ウレタンゴム1〜5の含浸処理が施される前(含浸処理が行われていない箇所)のマルテンス硬さは、0.4〜0.8[N/mm]であった。
次に、検証実験を行った画像形成装置の構成について説明する。
上記ウレタンゴム1〜5のいずれかを用いて厚さ2[mm]の短冊形状の弾性体ブレードを作成し、この弾性体ブレードを含浸剤1〜4のいずれかに所定時間浸漬したのち、3分間風乾し、さらにスプレー塗工を行って上記表面層1〜表面層4いずれかの表面層を形成する。具体的には、適宜含浸処理を行った各々のウレタンゴムからなる弾性体ブレードに対し、必要に応じブレード下面及び先端面の2方向から10[mm/s]のスプレーガン移動速度にて所定の層厚になるように重ね塗りを行い、3分間指触乾燥後紫外線露光(140[W/cm]×5[m/min]×5パス)を行った。ただし、ブレード下面はマスキングテープにより先端3[mm]幅に表面層が形成されるように規制した。
この表面層が形成された弾性体ブレードをリコー製カラー複合機 imagio Neo C455に搭載できる板金ホルダーに接着剤により固定し、試作のクリーニングブレードとした。これをリコー製カラー複合機 imagio Neo C455(図1と同様の構成)に取り付け、実施例1〜実施例7、比較例1〜比較例5の画像形成装置を作製した。なお、クリーニングブレードは、線圧:20[g/cm]、クリーニング角:79[°]となるように取り付けた。
検証実験には、重合法により作製したトナーを用いた。なお、トナーの物性は、以下のとおりである。
トナー母体:円形度0.98、平均粒径4.9[μm]
外添剤 :小粒径シリカ1.5部(クラリアント製H2000)
小粒径酸化チタン0.5部(テイカ製MT−150AI)
大粒径シリカ1.0部(電気化学工業製UFP−30H)
検証実験は、評価環境:20[℃]・65[%RH]、通紙条件:画像面積率5[%]チャートを3プリント/ジョブで、50,000枚(A4横)で行った。そして、以下の項目を評価した。
[評価項目]
クリーニング不良発生:有無(画像面積比率5%チャート出力目視観察)
ブレードエッジ摩耗幅:図6に示すようにブレード下面側からみた摩耗幅
以下に実施例1〜実施例7、比較例1〜比較例5のクリーニングブレードの検証実験の結果を示す。なお、表面層の層厚は、キーエンス製マイクロスコープVHX−100を用い、別途同様に塗工した弾性体ブレードの断面により測定した。試料は日進EM製SEM試料作製用トリミングカミソリを用い断面を切断したものとした。
また、弾性体ブレードの先端稜線部の摩擦係数は、新東科学株式会社製・摩擦摩耗試験機(ブレードホルダー装着)を使い測定した。具体的には、ガラス板上に感光体表面層と同成分の被膜が形成された「擬似感光体」に、クリーニングブレードを上述と同じ接触条件(角度:79°、線圧:20[g/cm])になるよう取り付け、ガラス板を動かしてその時の動摩擦係数を測定した。
(実施例1)
ベースウレタンゴム:ウレタンゴム3
含浸剤:含浸剤2
含浸時間:180秒
表面層:表面層2
エッジ部より50[μm]での表面層厚:ブレード下面1[μm]、先端面12[μm]
エッジ部より50[μm]での先端内部硬さ:1.3[N/mm
エッジ部より100[μm]での先端内部硬さ:0.7[N/mm
先端摩擦係数:0.1
ブレードエッジ摩耗幅:8[μm]
クリーニング不良発生:なし
異音発生:なし
(実施例2)
ベースウレタンゴム:ウレタンゴム1
含浸剤:含浸剤1
含浸時間:5秒
表面層:表面層1
エッジ部より50[μm]での表面層厚:ブレード下面0[μm]、先端面1[μm]
エッジ部より50[μm]での先端内部硬さ:1.0[N/mm
エッジ部より100[μm]での先端内部硬さ:0.4[N/mm
先端摩擦係数:0.5
ブレードエッジ摩耗幅:12[μm]
クリーニング不良発生:なし
異音発生:なし
(実施例3)
ベースウレタンゴム:ウレタンゴム2
含浸剤:含浸剤1
含浸時間:600秒
表面層:表面層4
エッジ部より50[μm]での表面層厚:ブレード下面0[μm]、先端面12[μm]
エッジ部より50[μm]での先端内部硬さ:1.4[N/mm
エッジ部より100[μm]での先端内部硬さ:0.5[N/mm
先端摩擦係数:0.2
ブレードエッジ摩耗幅:10[μm]
クリーニング不良発生:なし
異音発生:なし
(実施例4)
ベースウレタンゴム:ウレタンゴム3
含浸剤:含浸剤3
含浸時間:180秒
表面層:表面層3
エッジ部より50[μm]での表面層厚:ブレード下面5[μm]、先端面12[μm]
エッジ部より50[μm]での先端内部硬さ:1.8[N/mm
エッジ部より100[μm]での先端内部硬さ:0.7[N/mm
先端摩擦係数:0.1
ブレードエッジ摩耗幅:9[μm]
クリーニング不良発生:なし
異音発生:なし
(実施例5)
ベースウレタンゴム:ウレタンゴム5
含浸剤:含浸剤3
含浸時間:600秒
表面層:表面層2
エッジ部より50[μm]での表面層厚:ブレード下面1[μm]、先端面5[μm]
エッジ部より50[μm]での先端内部硬さ:2.1[N/mm
エッジ部より100[μm]での先端内部硬さ:0.4[N/mm
先端摩擦係数:0.2
ブレードエッジ摩耗幅:14[μm]
クリーニング不良発生:なし
異音発生:なし
(実施例6)
ベースウレタンゴム:ウレタンゴム3
含浸剤:含浸剤2
含浸時間:600秒
表面層:表面層3
エッジ部より50[μm]での表面層厚:ブレード下面5[μm]、先端面5[μm]
エッジ部より50[μm]での先端内部硬さ:2.4[N/mm
エッジ部より100[μm]での先端内部硬さ:0.7[N/mm
先端摩擦係数:0.1
ブレードエッジ摩耗幅:5[μm]
クリーニング不良発生:なし
異音発生:なし
(実施例7)
ベースウレタンゴム:ウレタンゴム4
含浸剤:含浸剤4
含浸時間:180秒
表面層:表面層5
エッジ部より50[μm]での表面層厚:ブレード下面30[μm]、先端面50[μm]
エッジ部より50[μm]での先端内部硬さ:5.0[N/mm
エッジ部より100[μm]での先端内部硬さ:0.8[N/mm
先端摩擦係数:0.2
ブレードエッジ摩耗幅:18[μm]
クリーニング不良発生:なし
異音発生:なし
(比較例1)
ベースウレタンゴム:ウレタンゴム1
含浸剤:なし
表面層:表面層1
エッジ部より50[μm]での表面層厚:ブレード下面10[μm]、先端面20[μm]
エッジ部より50[μm]での先端内部硬さ:0.8[N/mm
エッジ部より100[μm]での先端内部硬さ:0.7[N/mm
先端摩擦係数:0.6
ブレードエッジ摩耗幅:22[μm]
クリーニング不良発生:帯状クリーニング不良2ヶ所
異音発生:なし
先端面えぐれ摩耗発生
(比較例2)
ベースウレタンゴム:ウレタンゴム2
含浸剤:なし
表面層:表面層3
エッジ部より50[μm]での表面層厚:ブレード下面5[μm]、先端面10[μm]
エッジ部より50[μm]での先端内部硬さ:0.7[N/mm
エッジ部より100[μm]での先端内部硬さ:0.7[N/mm
先端摩擦係数:0.3
ブレードエッジ摩耗幅:25[μm]
クリーニング不良発生:帯状クリーニング不良2ヶ所
異音発生:なし
先端面えぐれ摩耗発生
(比較例3)
ベースウレタンゴム:ウレタンゴム3
含浸剤:含浸剤4
含浸時間:600秒
表面層:表面層5
エッジ部より50[μm]での表面層厚:ブレード下面50[μm]、先端面80[μm]
エッジ部より50[μm]での先端内部硬さ:4.5[N/mm
エッジ部より100[μm]での先端内部硬さ:1.5[N/mm
先端摩擦係数:0.4
ブレードエッジ摩耗幅:30[μm]
クリーニング不良発生:スジ状クリーニング不良3ヶ所
異音発生:ビビリ発生
(比較例4)
ベースウレタンゴム:ウレタンゴム1
含浸剤:含浸剤1
含浸時間:600秒
表面層:表面層5
エッジ部より50[μm]での表面層厚:ブレード下面50[μm]、先端面50[μm]
エッジ部より50[μm]での先端内部硬さ:5.0[N/mm
エッジ部より100[μm]での先端内部硬さ:1.8[N/mm
先端摩擦係数:0.6
ブレードエッジ摩耗幅:30[μm]
クリーニング不良発生:スジ状クリーニング不良4ヶ所
異音発生:ビビリ発生
(比較例5)
ベースウレタンゴム:ウレタンゴム4
含浸剤:含浸剤4
含浸時間:900秒
表面層:表面層5
エッジ部より50[μm]での表面層厚:ブレード下面80[μm]、先端面100[μm]
エッジ部より50[μm]での先端内部硬さ:7.0[N/mm
エッジ部より100[μm]での先端内部硬さ:2.1[N/mm
先端摩擦係数:0.4
ブレードエッジ摩耗幅:31[μm]
クリーニング不良発生:スジ状クリーニング不良2ヶ所
異音発生:ビビリ発生
Figure 2010134310
上記表1は、実施例1〜実施例7、比較例1〜比較例5の検証実験の結果をまとめたものである。
実施例1〜実施例7においては、弾性体ブレードの先端内部(先端稜線部近傍)のマルテンス硬さが、弾性体ブレード長手方向に垂直な断面内で先端面から50[μm]かつブレード下面から50[μm]の箇所で1.0〜5.0[N/mm]であり、先端面から100[μm]かつブレード下面から100[μm]の箇所で0.4〜0.8[N/mm]であること、すなわち、弾性体ブレードの先端内部が局所的に硬くなっている状態であるので、上述したように、弾性体ブレードの先端稜線部のめくれや摩耗などが抑えられるとともに、従来生じていた先端面えぐれ摩耗が抑制され良好なクリーニング性を維持することができたと考えられる。また、低摩擦処理を含めた先端稜線部の改質処理がなされ、先端稜線部の摩擦係数が0.5以下に制御されているので、経時的な異音発生を回避することができたと考えられる。さらに、感光体の表面と先端稜線部との間で生じる摩擦力を低減することができ、先端稜線部のめくれをより抑制することができるとともに、弾性体ブレードの摩耗もより抑制することができたと考えられる。
一方、比較例1や比較例2においては、含浸処理がされていないため先端稜線部近傍の弾性体ブレードの先端内部の硬さが低く先端稜線部にめくれが生じ、また表面層が形成されていても弾性体ブレードの先端内部の硬さが低いため弾性体ブレードが変形し、その結果、先端面えぐれ摩耗とクリーニング不良が生じてしまったと考えられる。さらに比較例3や比較例4では、弾性体ブレードの先端内部の硬さの上昇がより内部まで及んでいるために、弾性体ブレードの運動性が抑制され、感光体との摺擦によって生じるエネルギーの発散ができず摩耗が促進されたことによる摩耗量の増大や異音発生などが生じたと考えられる。比較例5では、弾性体ブレードの先端内部の硬さが比較例3や比較例4などよりもさらに高く、比較例3や比較例4などと同様に摩耗量の増大と異音発生が生じたと考えられる。また、比較例3や比較例4においては、表面層の層厚が厚いために表面層の硬さが影響して弾性体ブレードの運動が過剰に抑えられ、先端稜線部の摩擦係数が低くても異音の発生を回避できなかったと考えられる。
本実施形態においては、いわゆるモノクロの画像形成装置の例であるが、カラーの画像形成装置であってもよい。以下、カラー画像形成装置に本実施形態の特徴点を適用した場合の具体例を説明する。
図7は、いわゆるタンデム型のカラー画像形成装置であるカラープリンタに本発明を適用した例を示す図である。
図7において、符号(3C,3M,3Y,3K)はドラム状の感光体であり、この感光体3C,3M,3Y,3Kは図中の矢印方向に回転し、その周りに少なくとも回転順に帯電装置4C,4M,4Y,4K、現像装置5C,5M,5Y,5K、クリーニング装置6C,6M,6Y,6Kが配置されている。
この帯電装置4C,4M,4Y,4Kと現像装置5C,5M,5Y,5Kの間の感光体裏面側より、図示しない露光装置からのレーザー光LC,LM,LY,LKが照射され、感光体3C,3M,3Y,3Kに静電潜像が形成されるようになっている。そして、このような感光体3C,3M,3Y,3Kを中心とした4つのプロセスカートリッジ1C,1M,1Y,1Kが、転写材搬送手段である転写搬送ベルト14に沿って並置されている。転写搬送ベルト14は各プロセスカートリッジ1C,1M,1Y,1Kの現像装置5C,5M,5Y,5Kとクリーニング装置6C,6M,6Y,6Kの間で感光体3C,3M,3Y,3Kに当接しており、転写搬送ベルト14の感光体側の裏側に当たる面(裏面)には転写バイアスを印加するための転写装置7C,7M,7Y,7Kが配置されている。各プロセスカートリッジ1C,1M,1Y,1Kは現像装置内部のトナーの色が異なることであり、その他は全て同様の構成となっている。
図7に示す構成のカラープリンタにおいて、画像形成動作は次のようにして行なわれる。まず、各プロセスカートリッジ1C,1M,1Y,1Kにおいて、感光体3C,3M,3Y,3Kが矢印方向(感光体と連れ周り方向)に回転する帯電装置4C,4M,4Y,4Kにより帯電され、次に感光体の内側に配置された露光装置(図示しない)でレーザー光LC,LM,LY,LKにより、作成する各色の画像に対応した静電潜像が形成される。
次に現像装置5C,5M,5Y,5Kにより潜像を現像してトナー像が形成される。現像装置5C,5M,5Y,5Kは、それぞれC(シアン),M(マゼンタ),Y(イエロー),K(ブラック)のトナーで現像を行なう現像装置で、4つの感光体3C,3M,3Y,3K上で作られた各色のトナー像は転写紙上で重ねられる。
転写紙Pは給紙コロ15によりトレイから送り出され、上レジストローラ12と下レジストローラ13で一旦停止し、上記感光体上への画像形成とタイミングを合わせて転写搬送ベルト14に送られる。転写搬送ベルト14上に保持された転写紙Pは搬送されて、各感光体3C,3M,3Y,3Kとの当接位置(転写部)で各色トナー像の転写が行なわれる。
感光体上のトナー像は、転写装置7C,7M,7Y,7Kに印加された転写バイアスと感光体3C,3M,3Y,3Kとの電位差から形成される電界により、転写紙P上に転写される。そして4つの転写部を通過して4色のトナー像が重ねられた転写紙Pは定着装置16に搬送され、トナーが定着されて、図示しない排紙部に排紙される。また、転写部で転写されずに各感光体3C,3M,3Y,3K上に残った残留トナーは、クリーニング装置6C,6M,6Y,6Kで回収される。なお、図7の例では画像形成要素は、転写紙搬送方向上流側から下流側に向けて、C(シアン),M(マゼンタ),Y(イエロー),K(ブラック)の色の順で並んでいるが、この順番に限るものではなく、色順は任意に設定されるものである。
また、黒色のみの原稿を作成する際には、黒色以外のプロセスカートリッジ1C,1M,1Yが停止するような機構を設けることは本発明に特に有効に利用できる。更に、図7において帯電装置は感光体と当接しているが、両者の間に適当なギャップ(10〜200[μm]程度)を設けることにより、両者の摩耗量が低減できると共に、帯電部材へのトナーフィルミングが少なくて済み良好に使用できる。
各プロセスカートリッジ1C,1M,1Y,1Kのクリーニング装置6C,6M,6Y,6Kは、クリーニングブレードを備えており、クリーニングブレードの先端稜線部は、そのブレード部材長手方向に垂直な断面でのマルテンス硬さが、先端面から50[μm]かつブレード下面から50[μm]の内部で、1.0〜5.0[N/mm]で、先端面から100[μm]かつブレード下面から100[μm]の内部で、0.4〜0.8[N/mm]である。
このカラープリンタは、上述のような構成を備えているので、重合トナーをクリーニングできるようクリーニングブレードの線圧を上げても、クリーニングブレードの先端稜線部にめくれが生じることがなく、良好なクリーニング性を経時にわたり維持することができる。また、感光体の摩耗の進行が抑制され、長期にわたりに良好な画像を維持することができる。
[実施形態2]
以下、本発明を画像形成装置である電子写真プリンタ(以下、単にプリンタという)に適用した第2の実施形態について説明する。なお、本実施形態のプリンタの基本的な構成は実施形態1のプリンタと略同じであるので、その説明を省略する。
本実施形態においては、図8や図9などに示すようなクリーニングブレードをクリーニング装置6に設けている。すなわち、クリーニングブレード62の先端を鋭角にし、先端稜線部62cに、イソシアネート化合物、フッ素化合物、シリコーン化合物から選ばれる少なくとも1種を含浸させる低摩擦処理を行い、また、先端稜線部62cを覆うように、クリーニングブレード62よりも硬度の高い表面層623を設けている。
図8は、クリーニングブレード62の斜視図であり、図9は、クリーニングブレード62の拡大構成図である。
クリーニングブレード62は、金属や硬質プラスチックなどの剛性材料からなる短冊形状のホルダー621と、短冊形状の弾性体ブレード622とで構成されており、弾性体ブレード622はその先端を鋭角にし、先端稜線部に含浸低摩擦処理がなされ、クリーニングブレード62の先端面62a全体およびブレード下面62bの先端稜線部62c近傍に先端稜線部62cを覆うように表面層623が形成されている。
弾性体ブレード622は、ホルダー621の一端側に接着剤などにより固定されており、ホルダー621の他端側は、クリーニング装置6のケースに方持ち支持されている。
弾性体ブレードと622としては、感光体3の偏心や感光体表面の微小なうねりなどに追随できるように、高反発性の弾性体が好ましく、ウレタン基を含むゴムであるウレタンゴムなどが好適である。特に、25℃における硬度が70〜75度(JIS A)、反発弾性率が30〜68[%]のウレタンゴムが好ましい。ウレタンゴムの硬度が75度を超えると、柔軟性に乏しくなり、例えば、ホルダー621が微小に傾いて取り付けるなどしたときに、クリーニングブレード62の軸方向一端側と他端側とで当接圧が異なる所謂偏当りしやすくなり、軸方向で均一な当接圧が得にくくなる。その結果、クリーニング性が低下するおそれがある。一方、硬度が70度未満の場合は、重合トナーでもクリーニングできるよう当接圧を高く設定したときに、クリーニングブレード62が反ってしまって、クリーニングブレード62の先端稜線部62cが浮きあがって、クリーニングブレード62のブレード下面62bが感光体3と当接する所謂腹当たり現象が生じてしまう。腹当たり現象が生じると、クリーニングブレード62と感光体表面との当接面積が急激に増大するため、クリーニングブレード62を大きな力で押しつけても逆に当接圧は小さくなり、クリーニング性が低下してしまう。
また、反発弾性率が68[%]を超えるようなウレタンゴムはほとんど存在しないのが実情であり、汎用品でないので、コスト高につながるおそれがある。また、反発弾性率が68[%]を超えると、クリーニングブレード62にめくれが発生したときに、高音のブレード鳴きという異音が発生しやすくなる。一方、反発弾性率が30[%]未満であると、感光体3の偏心や感光体表面の微小なうねりなどに対する追随性が悪くなり、クリーニング性が低下するおそれがある。
このように、ウレタンゴムとして、25[℃]における硬度が70〜75度(JIS A)、反発弾性率が30〜68[%]のウレタンゴムを用いることによって、良好なクリーニング性を得ることができる。
ここで、弾性体ブレードにおける先端稜線部62cは、先端稜線部62cのブレード下面62bと先端面62aとからなる角度が60[°]〜80[°]であり、且つ、先端稜線部62cの弾性体ブレード長手方向に垂直な断面でのマルテンス硬さが、図10に示すようなブレード下面62bと先端面62aとからなる角度の中心線上で先端稜線部62cから70[μm]の内側で1.0〜5.0[N/mm]であり、上記中心線上で先端稜線部62cから140[μm]の内側で0.4〜0.8[N/mm]であるようにすることで、後述する検証実験で明らかにしたように、弾性体ブレード622の先端稜線部62cのめくれや摩耗などが抑えられると共に、ビビリなどの異音の発生がなくクリーニング性を良好に維持できる。これは、まず先端稜線部62cを鋭角にすることで、先端稜線部摩耗時の先端稜線部の丸まりを防ぎトナーのすりぬけを抑制できるものと考えられる。そして、弾性体ブレード622の先端内部(先端稜線部近傍)の硬さを上記範囲のマルテンス硬さに制御することで、弾性体ブレード622の先端稜線部近傍に適度な運動性が保持され、先端稜線部62cのめくれや摩耗及び異音発生をバランスよく回避できるものと考えられる。さらに、この硬さは弾性体ブレード622の先端内部(先端稜線部近傍)の局所的な状態が好適で、特にブレード下面62bと先端面62aとからなる角度の中心線上で先端稜線部62cから140[μm]の内部ではウレタンゴム自体の硬さである状態が良い。
なお、この硬さは含浸作用によるウレタンゴムそのものの改質で変化し、さらに表面層623の形成によっても影響を受けるので、各々の効果を調整することが必要である。
弾性体ブレード622の先端稜線部62cへの含浸処理は、スプレー塗工、ディップ塗工などによって、イソシアネート化合物、フッ素化合物、シリコーン化合物から選ばれる少なくとも1種を含浸させることで可能である。これは結果として硬さ変化と低摩擦化の2つの改質効果を生じ、摩擦係数は0.5以下にするのが良い。これにより、経時摩耗によって露出した弾性体ブレード622の先端稜線部と感光体3との摩擦力を弱めることができ、露出した部分が、感光体表面移動方向に変形するのを抑制することもできる。
表面層623は、スプレー塗工、ディップ塗工によってクリーニングブレード62の先端稜線部62cを被覆する。表面層623としては、弾性体ブレード622よりも硬度の高い部材を被覆するのが好ましい。弾性体ブレード622よりも硬度が高い部材とすることで、弾性体ブレード622よりも感光体3によって削られにくくなり、弾性体ブレード622を感光体表面に当接させるものに比べて、クリーニングブレード62の耐摩耗性を向上させることができる。また、表面層623は、硬度が硬く剛直なため、変形し難く、クリーニングブレード62の先端稜線部62cのめくれを抑制することができる。
また、表面層623の材質としては、樹脂が好ましく、紫外線硬化樹脂がより好ましい。紫外線硬化樹脂を用いることで、クリーニングブレード62の先端稜線部62cに付着した樹脂に紫外線を照射させるだけで、所望の硬度を有する表面層623を得ることができ、クリーニングブレード62を安価に製造することができる。
上記紫外線硬化樹脂としては、一官能基あたり分子量300〜1500のモノマーを用いることが好ましい。上記分子量が1500を越えると、表面層623は脆弱になり過ぎ、クリーニングブレード62の先端稜線部62cがめくれて図11(b)のような先端面摩耗を生じてしまい、長期に渡るクリーニング性を保持できなくなる。逆に分子量300を下回ると、表面層623が剛直となり過ぎてしまう。表面層623が剛直となりすぎると、表面層623の耐摩耗性能の低下や、ビビリ音が発生しやすくなってしまう。
また、感光体3と当接する可能性のある先端稜線部62cから50[μm]離れた位置まで、先端面62aとブレード下面62bとに表面層を形成するのが好ましい。これにより、先端稜線部62cの表面が削れ、弾性体ブレード622と感光体3とが直接接触し、先端稜線部62cがめくれて先端面62aの先端稜線部62cから数[μm]離れた場所が感光体3と当接しても、そこにも表面層623が形成してあるので、先端面62aの局所的な摩耗が抑制される。よって、先端面62aの局所的な摩耗によってクリーニングブレード62の先端稜線部62cの欠落を抑制することができる。
また、感光体3の取り付け誤差やクリーニングブレードの取り付け誤差などによって、クリーニングブレード62の当接圧が必要以上に高くなり、クリーニングブレード62が必要以上に撓んで、ブレード下面62bの先端稜線部62cから数[μm]離れた箇所が感光体3に接触しても、そこにも、表面層623が形成してあるので、ブレード下面62bの局所的な摩耗を抑制することができる。
また、表面層623の層厚は、1〜50[μm]が好ましい。層厚が、1[μm]以下だと、表面層の剛性が弱くなり、クリーニングブレード62の先端稜線部62cがめくれやすくなってしまう。また、層厚が50[μm]を超えると、トナーのすり抜けが増大してクリーニング不良が発生しやすくなる。これは、スプレー塗工やディップ塗工のように、液体の材料を付着させて表面層623を形成しているため、先端稜線部62cは表面張力の関係で、皮膜が形成されにくい。このため、先端稜線部62cから離れるにつれて表面層623の層厚は、増加する。層厚が50[μm]を超えると、先端稜線部62cの層厚と先端稜線部62cから離れた位置における層厚との差が大きくなり、クリーニングブレード62の先端稜線部62cの角度が鈍角となってしまう。先端稜線部62cの角度が鈍角となると、先端稜線部62cを直角とした場合に比べて、先端面62aと感光体3とがなす当接部の上流側の空隙X(図9参照)が狭くなる。そのため、長期に渡るクリーニング動作によって空隙にトナーが堆積したとき、塞き止められた空隙X内のトナーに逃げ場がないので、空隙X内のトナーが徐々に感光体3の下流側に押し出され、クリーニング不良が発生する。
次に、本願発明者らが行った検証実験について説明する。
弾性体ブレード622の材質、先端稜線部62cのブレード下面62bと先端面62aとからなる角度、含浸処理方法、表面層623の材質をそれぞれ変化させて、耐久試験を行った。
[弾性体ブレード]
弾性体ブレード622としては、25[℃]における物性が以下の物性となっている5つのウレタンゴムを用意した。
ウレタンゴム1:硬度70度、反発弾性50[%](東洋ゴム工業製)
ウレタンゴム2:硬度72度、反発弾性31[%](東洋ゴム工業製)
ウレタンゴム3:硬度71度、反発弾性18[%](東洋ゴム工業製)
ウレタンゴム4:硬度77度、反発弾性27[%](シンジーテック製)
ウレタンゴム5:硬度70度、反発弾性68[%](シンジーテック製)
ウレタンゴムの硬度は、島津製作所製デュロメーターを用い、JIS K6253に準じて測定した。試料は厚さ6[mm]以上となるように約2[mm]のシートを重ね合わせたものとした。
ウレタンゴムの反発弾性は、東洋精機製作所製No.221レジリエンステスタを用い、JIS K6255に準じて測定した。試料は厚さ4[mm]以上となるように約2[mm]のシートを重ね合わせたものとした。
[含浸剤]
含浸剤としては、以下のものを用いた。
(含浸剤1)
イソシアネート化合物:日本ポリウレタン MR−100 10部
2−ブタノン 90部
(含浸剤2)
イソシアネート化合物:日本ポリウレタン MR−100 10部
シリコーン樹脂:日油 モディパーFS−700 2部
2−ブタノン 88部
(含浸剤3)
イソシアネート化合物:関東化学 MDI 5部
2−ブタノン 95部
(含浸剤4)
イソシアネート化合物:関東化学 MDI 5部
シリコーン樹脂:日油 モディパーFS−700 2部
2−ブタノン 93部
[表面層]
表面層としては、以下のものを用いた。
(表面層1)
ウレタンアクリレートオリゴマー1:根上工業 UN−904 0.5部
ウレタンアクリレートオリゴマー2:根上工業 UN−2700 19.5部
重合開始剤:チバスペシャリティーケミカルズ社 イルガキュア184 1部
溶媒:2−ブタノン 79部
塗膜硬度:鉛筆硬度2H
摩擦係数:0.6
(表面層2)
ウレタンアクリレートオリゴマー1:根上工業 UN−904 5部
ウレタンアクリレートオリゴマー2:根上工業 UN−2700 15部
重合開始剤:チバスペシャリティーケミカルズ社 イルガキュア184 1部
溶媒:2−ブタノン 79部
塗膜硬度:鉛筆硬度3H
摩擦係数:0.5
(表面層3)
ウレタンアクリレートオリゴマー1:根上工業 UN−904 0.5部
ウレタンアクリレートオリゴマー2:根上工業 UN−2700 19.5部
低摩擦係数添加剤:チッソ石油化学 共重合体A1 5部
重合開始剤:チバスペシャリティーケミカルズ社 イルガキュア184 1部
溶媒:2−ブタノン 74部
塗膜硬度:鉛筆硬度H
摩擦係数:0.1
(表面層4)
ウレタンアクリレートオリゴマー1:根上工業 UN−3320HA 5部
ウレタンアクリレートオリゴマー2:根上工業 UN−2700 15部
低摩擦係数添加剤:チッソ石油化学 共重合体A1 2部
重合開始剤:チバスペシャリティーケミカルズ社 イルガキュア184 1部
溶媒:2−ブタノン 77部
塗膜硬度:鉛筆硬度2H
摩擦係数:0.15
(表面層5)
ウレタンアクリレートオリゴマー1:根上工業 UN−904 20部
重合開始剤:チバスペシャリティーケミカルズ社 イルガキュア184 1部
溶媒:2−ブタノン 79部
塗膜硬度:鉛筆硬度9H
摩擦係数:0.45
なお、表面層4の低摩擦化係数添加剤として添加する共重合体A1とは、上記の化1に示す化合物(a−1)及び上記の化1に示す化合物(a−2)が共重合してなり、かつ側鎖にアクリロイル基(上記の化1に示すa−3)を有する共重合体である。
GPC(ゲルパ−ミエーションクロマトグラフィー法)分析より求めた共重合体(A1)の重量平均分子量は37,000(ポリスチレン換算)、分子量分布指数(Mw/Mn)は1.9であった。また、1H−NMR測定により求めた共重合体(A1)中の化合物(a−1)、化合物(a−2)の含有量比(重量比)は、化合物(a−1):化合物(a−2)=1:1.73であった。
表面層の鉛筆硬度は、コーテック株式会社製鉛筆引っかき試験機KTVF−2380を用い、JIS K5600−5−4に準じて測定した。試料は、50[mm]×50[mm]のガラス板上に表面層の材料を約10[μm]スプレー塗工したものとした。
表面層の摩擦係数は、新東科学製トライボギアミューズ94iを用い、最大静止摩擦係数を測定した。試料は、50[mm]×50[mm]のガラス板上にコーティング材料を約10[μm]スプレー塗工したものとした。
また、ブレード先端稜線部のブレード部材長手方向に垂直な断面でのマルテンス硬さは、日進EM製SEM試料作製用トリミングカミソリにより断面を切断したものを試料とし、ブレード下面62bと先端面からなる角度の中心線上で先端稜線部から70[μm]の内部と140[μm]の内部の2箇所について、フィッシャー・インストルメンツ製フィッシャースコープHM2000を用い、ビッカース圧子を1[mN]にて加重30秒、抜重30秒として測定した。
なお、弾性体ブレードとして用いる上記ウレタンゴム1〜5の含浸処理が施される前(含浸処理が行われていない箇所)のマルテンス硬さは、0.4〜0.8[N/mm]であった。
次に、検証実験を行った画像形成装置の構成について説明する。
上記ウレタンゴム1〜5のいずれかを用いて厚さ2[mm]の短冊形状の弾性体ブレードを作成し、この弾性体ブレードを含浸剤1〜4のいずれかに所定時間浸漬したのち、3分間風乾し、さらにスプレー塗工を行って上記表面層1〜表面層4いずれかの表面層を形成する。具体的には、適宜含浸処理を行った各々のウレタンゴムからなる弾性体ブレードに対し、必要に応じブレード下面62b及び先端面の2方向から10[mm/s]のスプレーガン移動速度にて所定の層厚になるように重ね塗りを行い、3分間指触乾燥後紫外線露光(140[W/cm]×5[m/min]×5パス)を行った。ただし、ブレード下面62bはマスキングテープにより先端3[mm]幅に表面層が形成されるように規制した。
この表面層が形成された弾性体ブレードをリコー製カラー複合機 imagio Neo C455に搭載できる板金ホルダーに接着剤により固定し、試作のクリーニングブレードとした。これをリコー製カラー複合機 imagio Neo C455(図1と同様の構成)に取り付け、実施例1〜7、比較例1〜5の画像形成装置を作製した。なお、クリーニングブレードは、線圧:20[g/cm]、クリーニング角:79[°](ただし、ブレードエッジが鋭角の場合には90[°]との差分を追加)となるように取り付けた。
検証実験には、重合法により作製したトナーを用いた。なお、トナーの物性は、以下のとおりである。
トナー母体:円形度0.98、平均粒径4.9[μm]
外添剤 :小粒径シリカ1.5部(クラリアント製H2000)
小粒径酸化チタン0.5部(テイカ製MT−150AI)
大粒径シリカ1.0部(電気化学工業製UFP−30H)
検証実験は、評価環境:20[℃]・65[%RH]、通紙条件:画像面積率5[%]チャートを3プリント/ジョブで、50,000枚(A4横)で行った。そして、以下の項目を評価した。
[評価項目]
クリーニング不良発生:有無(画像面積比率5[%]チャート出力目視観察)
ブレードエッジ摩耗幅:ブレード下面側からみた摩耗幅
以下に実施例8〜実施例13、比較例6〜比較例9のクリーニングブレードの検証実験の結果を示す。なお、表面層の層厚は、キーエンス製マイクロスコープVHX−100を用い、別途同様に塗工した弾性体ブレードの断面により測定した。試料は日進EM製SEM試料作製用トリミングカミソリを用い断面を切断したものとした。
また、弾性ブレード先端稜線部の摩擦係数は、新東科学株式会社製・摩擦摩耗試験機(ブレードホルダー装着)を使い測定した。具体的には、ガラス板上に感光体表面層と同成分の皮膜が形成された「擬似感光体」に、クリーニングブレードを上述と同じ接触条件(角度:79[°]、線圧:20[g/cm])になるよう取り付け、ガラス板を動かしてその時の動摩擦係数を測定した。
(実施例8)
ベースウレタンゴム:ウレタンゴム3
先端稜線部のブレード下面と先端面からなる角度:80[°]
含浸剤:含浸剤3
含浸時間:180秒
表面層:表面層3
エッジ部より50[μm]での表面層厚:ブレード下面5[μm]、先端面10[μm]
エッジ部より70[μm]での先端内部硬さ:1.9[N/mm
エッジ部より140[μm]での先端内部硬さ:0.7[N/mm
先端摩擦係数:0.1
ブレードエッジ摩耗幅:8[μm]
クリーニング不良発生:なし
異音発生:なし
(実施例9)
ベースウレタンゴム:ウレタンゴム1
先端稜線部のブレード下面と先端面からなる角度:70[°]
含浸剤:含浸剤1
含浸時間:5秒
表面層:表面層1
エッジ部より50[μm]での表面層厚:ブレード下面0[μm]、先端面2[μm]
エッジ部より70[μm]での先端内部硬さ:1.0[N/mm
エッジ部より140[μm]での先端内部硬さ:0.4[N/mm
先端摩擦係数:0.5
ブレードエッジ摩耗幅:11[μm]
クリーニング不良発生:なし
異音発生:なし
(実施例10)
ベースウレタンゴム:ウレタンゴム3
先端稜線部のブレード下面と先端面からなる角度:80[°]
含浸剤:含浸剤2
含浸時間:180秒
表面層:表面層2
エッジ部より50[μm]での表面層厚:ブレード下面2[μm]、先端面15[μm]
エッジ部より70[μm]での先端内部硬さ:1.5[N/mm
エッジ部より140[μm]での先端内部硬さ:0.7[N/mm
先端摩擦係数:0.1
ブレードエッジ摩耗幅:7[μm]
クリーニング不良発生:なし
異音発生:なし
(実施例11)
ベースウレタンゴム:ウレタンゴム2
先端稜線部のブレード下面と先端面からなる角度:60[°]
含浸剤:含浸剤1
含浸時間:600秒
表面層:表面層4
エッジ部より50[μm]での表面層厚:ブレード下面0[μm]、先端面10[μm]
エッジ部より70[μm]での先端内部硬さ:1.6[N/mm
エッジ部より140[μm]での先端内部硬さ:0.5[N/mm
先端摩擦係数:0.2
ブレードエッジ摩耗幅:11[μm]
クリーニング不良発生:なし
異音発生:なし
(実施例12)
ベースウレタンゴム:ウレタンゴム4
先端稜線部のブレード下面と先端面からなる角度:75[°]
含浸剤:含浸剤4
含浸時間:180秒
表面層:表面層5
エッジ部より50[μm]での表面層厚:ブレード下面35[μm]、先端面50[μm]
エッジ部より70[μm]での先端内部硬さ:5.0[N/mm
エッジ部より140[μm]での先端内部硬さ:0.8[N/mm
先端摩擦係数:0.2
ブレードエッジ摩耗幅:16[μm]
クリーニング不良発生:なし
異音発生:なし
(実施例13)
ベースウレタンゴム:ウレタンゴム5
先端稜線部のブレード下面と先端面からなる角度:75[°]
含浸剤:含浸剤3
含浸時間:600秒
表面層:表面層2
エッジ部より50[μm]での表面層厚:ブレード下面2[μm]、先端面5[μm]
エッジ部より70[μm]での先端内部硬さ:2.3[N/mm
エッジ部より140[μm]での先端内部硬さ:0.4[N/mm
先端摩擦係数:0.2
ブレードエッジ摩耗幅:12[μm]
クリーニング不良発生:なし
異音発生:なし
(比較例6)
ベースウレタンゴム:ウレタンゴム2
先端稜線部のブレード下面と先端面からなる角度:55[°]
含浸剤:なし
表面層:表面層3
エッジ部より50[μm]での表面層厚:ブレード下面5[μm]、先端面10[μm]
エッジ部より70[μm]での先端内部硬さ:0.7[N/mm
エッジ部より140[μm]での先端内部硬さ:0.7[N/mm
先端摩擦係数:0.3
ブレードエッジ摩耗幅:25[μm]
クリーニング不良発生:帯状クリーニング不良4ヶ所
異音発生:なし
(比較例7)
ベースウレタンゴム:ウレタンゴム1
先端稜線部のブレード下面と先端面からなる角度:90[°]
含浸剤:含浸剤1
含浸時間:600秒
表面層:表面層5
エッジ部より50[μm]での表面層厚:ブレード下面50[μm]、先端面50[μm]
エッジ部より70[μm]での先端内部硬さ:5.0[N/mm
エッジ部より140[μm]での先端内部硬さ:1.8[N/mm
先端摩擦係数:0.6
ブレードエッジ摩耗幅:30[μm]
クリーニング不良発生:スジ状クリーニング不良4ヶ所
異音発生:ビビリ発生
(比較例8)
ベースウレタンゴム:ウレタンゴム1
先端稜線部のブレード下面と先端面からなる角度:85[°]
含浸剤:なし
表面層:表面層1
エッジ部より50[μm]での表面層厚:ブレード下面10[μm]、先端面20[μm]
エッジ部より70[μm]での先端内部硬さ:0.8[N/mm
エッジ部より140[μm]での先端内部硬さ:0.7[N/mm
先端摩擦係数:0.6
ブレードエッジ摩耗幅:22[μm]
クリーニング不良発生:帯状クリーニング不良2ヶ所
異音発生:なし
先端面えぐれ摩耗発生
(比較例9)
ベースウレタンゴム:ウレタンゴム3
先端稜線部のブレード下面と先端面からなる角度:80[°]
含浸剤:含浸剤4
含浸時間:600秒
表面層:表面層5
エッジ部より50[μm]での表面層厚:ブレード下面50[μm]、先端面80[μm]
エッジ部より70[μm]での先端内部硬さ:4.5[N/mm
エッジ部より140[μm]での先端内部硬さ:1.5[N/mm
先端摩擦係数:0.4
ブレードエッジ摩耗幅:30[μm]
クリーニング不良発生:帯状クリーニング不良3ヶ所
異音発生:ビビリ発生
Figure 2010134310
上記表2は、実施例8〜実施例13、比較例6〜比較例9の検証実験の結果をまとめたものである。
実施例8〜実施例13においては、先端稜線部のブレード下面と先端面からなる角度が60[°]〜80[°]であり、かつ、弾性体ブレードの先端内部(先端稜線部近傍)のマルテンス硬さが、弾性体ブレード長手方向に垂直な断面内で先端稜線部の角度の中心線上で先端稜線部から70[μm]の内部で1.0〜5.0[N/mm]であり、上記中心線上で先端稜線部から140[μm]の内部で0.4〜0.8[N/mm]であること、すなわち、先端稜線部が鋭角でありかつ先端内部が局所的に硬くなっている状態であるので、従来生じていた先端稜線部のめくれや先端面えぐれ摩耗などが抑制されると共に先端稜線部の摩耗による丸まりが少なく摩耗量も少ないので良好なクリーニング性を維持することができたと考えられる。また、低摩擦処理を含めた弾性体ブレードの先端稜線部や先端内部などに改質処理がなされ、先端稜線部の摩擦係数が0.5以下に制御されているので、経時的な異音発生を回避することができたと考えられる。さらに、感光体の表面と先端稜線部との間で生じる摩擦力を低減することができ、先端稜線部のめくれをより抑制することができるとともに、弾性体ブレードの先端稜線部の摩耗もより抑制することができたと考えられる。
一方、比較例6、比較例8においては、含浸処理がされていないため、弾性体ブレードの先端内部(先端稜線部近傍)の硬さが低く、先端稜線部が鋭角である場合には当接圧が不足してしまい、また先端稜線部が鋭角で無い場合には先端面えぐれ摩耗が発生し、いずれもクリーニング不良が生じてしまったと考えられる。
比較例7や比較例9では硬さの上昇がより内部まで及んでいるために、弾性体ブレードの運動性が抑制され、感光体との摺擦によって生じるエネルギーの発散ができず摩耗が促進されたことによる摩耗量の増大や、異音発生などが生じたと考えられる。さらに比較例9では、表面層の層厚が厚いために表面層の硬さが影響して弾性体ブレードの運動が過剰に抑えられ、先端稜線部の摩擦係数が低くても異音の発生を回避できなかったと考えられる。
これまで、いわゆるモノクロの画像形成装置の例について説明したが、カラーの画像形成装置であってもよい。以下、カラー画像形成装置に本実施形態の特徴点を適用した場合について説明する。なお、このカラー画像形成装置の基本的な構成は図7に示した実施形態1のタンデム型のカラー画像形成装置であるカラープリンタと同じであるので、その説明を省略する。
図7に示すような本実施形態のカラープリンタが備える各プロセスカートリッジ1C,1M,1Y,1Kのクリーニング装置6C,6M,6Y,6Kには、次のようなクリーニングブレードが設けられている。すなわち、クリーニングブレードは、先端稜線部のブレード下面と先端面からなる角度が60[°]〜80[°]であり、かつそのブレード部材長手方向に垂直な断面でのマルテンス硬さが、ブレード下面と先端面からなる角度の中心線上で先端稜線部から70[μm]の内部で、1.0〜5.0[N/mm]で、先端稜線部から140[μm]の内部で、0.4〜0.8[N/mm]であるクリーニングブレードがクリーニング装置6C,6M,6Y,6Kに設けられている。
本実施形態のカラープリンタは、上述のような構成を備えているので、重合トナーをクリーニングできるようクリーニングブレードの線圧を上げても、クリーニングブレードの先端稜線部にめくれが生じることがなく、良好なクリーニング性を経時にわたり維持することができる。また、感光体の摩耗の進行が抑制され、長期にわたりに良好な画像を維持することができる。
以上、本実施形態によれば、被清掃部材である感光体3の表面に当接して、感光体表面から粉体であるトナーを除去するクリーニングブレード62において、短冊形状の弾性体ブレード622と、弾性体ブレード622の感光体表面と対向する面であるブレード下面62bと弾性体ブレード622の弾性体ブレード長手方向の端面である先端面62aとの間の角である、感光体3の表面と当接する先端稜線部62cを覆う、弾性体ブレード622よりも硬い表面層623とで構成され、弾性体ブレード622のマルテンス硬さが、先端面62aから弾性体ブレード長手方向に50[μm]内側且つブレード下面62bから弾性体ブレード長手方向に対して直交する方向に50[μm]内側の箇所で1.0[N/mm]以上5.0[N/mm]以下であり、先端面62aから弾性体ブレード長手方向に100[μm]内側且つブレード下面62bから弾性体ブレード長手方向に対して直交する方向に100[μm]内側の箇所で0.4[N/mm]以上0.8[N/mm]以下である。これにより、上述した検証結果で明らかにしたように、表面層623が摩耗し弾性体ブレード622の先端稜線部62cが露出しても先端稜線部62cがめくれるのを抑制することができ、長期にわたってクリーニング性を維持することができる。
また、本実施形態によれば、被清掃部材である感光体3の表面に当接して、感光体表面から粉体であるトナーを除去するクリーニングブレード62において、短冊形状の弾性体ブレード622と、弾性体ブレード622の感光体表面と対向する面であるブレード下面62bと弾性体ブレード622の弾性体ブレード長手方向の端面である先端面62aとの間の角である、感光体3の表面と当接する先端稜線部62cを覆う、弾性体ブレード622よりも硬い表面層623とで構成され、先端稜線部62cの角度が60[°]以上80[°]以下であり、且つ、弾性体ブレード622のマルテンス硬さが先端稜線部62cの角度の中心線上における先端稜線部62cから70[μm]内側の箇所で1.0[N/mm]以上5.0[N/mm]以下であり、上記中心線上における先端稜線部62cから140[μm]内側の箇所で0.4[N/mm]以上0.8[N/mm]以下である。これにより、上述した検証結果で明らかにしたように、表面層623が摩耗し弾性体ブレード622の先端稜線部62cが露出しても先端稜線部62cがめくれるのを抑制することができ、長期にわたってクリーニング性を維持することができる。
また、本実施形態によれば、弾性体ブレード622は先端稜線部62cに、イソシアネート化合物、フッ素化合物、シリコーン化合物から選ばれる少なくとも1種を含浸させる低摩擦処理がなされ、先端稜線部62cの摩擦係数が0.5以下である。これにより、感光体3の表面と先端稜線部62cとの間で生じる摩擦力を低減することができ、先端稜線部のめくれを抑制することができるとともに、弾性体ブレード622の摩耗を抑制することができる。
また、本実施形態によれば、表面層623は紫外線硬化樹脂からなり表面層623の先端面側における層厚が1[μm]以上50[μm]以下であることであることが好ましい。すなわち、上述したように、層厚が、1[μm]未満だと、表面層623の剛性が弱くなり、クリーニングブレード62の先端稜線部62cがめくれやすくなり、また、層厚が50[μm]を超えると、トナーのすり抜けが増大してクリーニング不良が発生しやすくなるためである。また、表面層623が紫外線硬化樹脂からなることで、クリーニングブレード62の先端稜線部62cに付着した樹脂に紫外線を照射させるだけで、所望の硬度を有する表面層623を得ることができ、クリーニングブレード62を安価に製造することができる。
また、本実施形態によれば、弾性体ブレード622として、ウレタン基を含むゴムを用いたことで、感光体3に偏心などあっても、柔軟に弾性体ブレード622が変形して、所定の当接圧を維持することができ、良好なクリーニング性を維持することができる。
また、本実施形態によれば、画像形成装置において上述のクリーニングブレード62で感光体表面の転写残トナーを除去することで、経時にわたり高品質な画像を維持することができる。
また、本実施形態によれば、プロセスカートリッジ1として上述のクリーニングブレード62を一体に構成することで、クリーニング性が良好なプロセスカートリッジを提供することができる。
また、本実施形態によれば、像担持体である感光体3上にトナー像を形成し、トナー像を感光体3上から転写体上に転写した後に、クリーニングブレードによって感光体3上の残トナーを除去する画像形成方法において、クリーニングブレードとして、短冊形状の弾性体ブレード622と、弾性体ブレード622の感光体表面と対向する面であるブレード下面62bと弾性体ブレード622の弾性体ブレード長手方向の端面である先端面62aとの間の角である、感光体3の表面と当接する先端稜線部62cを覆う、弾性体ブレード622よりも硬い表面層623とで構成され、弾性体ブレード622のマルテンス硬さが、先端面62aから弾性体ブレード長手方向に50[μm]内側且つブレード下面62bから弾性体ブレード長手方向に対して直交する方向に50[μm]内側の箇所で1.0[N/mm]以上5.0[N/mm]以下であり、先端面から弾性体ブレード長手方向に100[μm]内側且つブレード下面から弾性体ブレード長手方向に対して直交する方向に100[μm]内側の箇所で0.4[N/mm]以上0.8[N/mm]以下であるクリーニングブレード62を用いることで、上述した検証実験で明らかにしたように、表面層623が摩耗し弾性体ブレード622の先端稜線部62cが露出しても先端稜線部62cがめくれるのを抑えられ長期にわたりクリーニング不良の発生を抑制することができる。
また、本実施形態によれば、像担持体である感光体3上にトナー像を形成し、トナー像を感光体3上から転写体上に転写した後に、クリーニングブレードによって感光体3上の残トナーを除去する画像形成方法において、クリーニングブレードとして、短冊形状の弾性体ブレード622と、弾性体ブレード622の感光体表面と対向する面であるブレード下面62bと弾性体ブレード622の弾性体ブレード長手方向の端面である先端面62aとの間の角である、感光体3の表面と当接する先端稜線部62cを覆う、弾性体ブレード622よりも硬い表面層623とで構成され、先端稜線部62cの角度が60[°]以上80[°]以下であり、且つ、弾性体ブレード622のマルテンス硬さが先端稜線部62cの角度の中心線上における先端稜線部62cから70[μm]内側の箇所で1.0[N/mm]以上5.0[N/mm]以下であり、上記中心線上における先端稜線部62cから140[μm]内側の箇所で0.4[N/mm]以上0.8[N/mm]以下であるクリーニングブレード62を用いることで、上述した検証実験で明らかにしたように、表面層623が摩耗し弾性体ブレード622の先端稜線部62cが露出しても先端稜線部62cがめくれるのを抑えられ長期にわたりクリーニング不良の発生を抑制することができる。
本発明の実施形態に係るプリンタの概略構成図。 (a)及び(b)は、円形度の測定方法を説明するための説明図。 実施形態1に係るクリーニングブレードの斜視図。 実施形態1に係るクリーニングブレードの拡大構成図。 実施形態1における弾性体ブレードの先端内部のマルテンス硬さ測定箇所を示した模式図。 弾性体ブレードの摩耗幅の測定箇所を示した模式図。 タンデム型フルカラー画像形成装置の要部構成図。 実施形態2に係るクリーニングブレードの斜視図。 実施形態2に係るクリーニングブレードの拡大構成図。 実施形態2における弾性体ブレードの先端内部のマルテンス硬さ測定箇所を示した模式図。 (a)クリーニングブレード先端稜線部がめくれた状態を示す図。(b)クリーニングブレードの先端面の局所的な摩耗について説明する図。(c)クリーニングブレードの先端稜線部が欠落した状態を示す図。
符号の説明
1 プロセスカートリッジ
2 枠体
3 感光体
4 帯電装置
5 現像装置
6 クリーニング装置
7 転写装置
8 分離爪
9 クリーニング前チャージャ
10 潤滑剤塗布装置
11 除電ランプ
12 上レジストローラ
13 下レジストローラ
14 転写搬送ベルト
15 給紙コロ
16 定着装置
23 像担持体
51 現像ローラ
52 供給スクリュ
53 攪拌スクリュ
54 ドクタ
62 クリーニングブレード
62a 先端面
62b ブレード下面
62c 先端稜線部
71 転写前チャージャ
72 転写チャージャ
73 分離チャージャ
101 ファーブラシ
103 固形潤滑剤
104 潤滑剤加圧スプリング
262 クリーニングブレード
262a 先端面
262b ブレード下面
262c 先端稜線部
621 ホルダー
622 弾性体ブレード
623 表面層

Claims (9)

  1. 被清掃部材の表面に当接して、該被清掃部材表面から粉体を除去するクリーニングブレードにおいて、
    短冊形状の弾性体ブレードと、
    該弾性体ブレードの被清掃部材表面に対向する面であるブレード下面と該弾性体ブレードの弾性体ブレード長手方向の端面である先端面との間の角である先端稜線部を覆う、該弾性体ブレードよりも硬い表面層とで構成され、
    該弾性体ブレードのマルテンス硬さが、前記先端面から弾性体ブレード長手方向に50[μm]内側且つ前記ブレード下面から弾性体ブレード長手方向に対して直交する方向に50[μm]内側の箇所で1.0[N/mm]以上5.0[N/mm]以下であり、該先端面から弾性体ブレード長手方向に100[μm]内側且つ該ブレード下面から弾性体ブレード長手方向に対して直交する方向に100[μm]内側の箇所で0.4[N/mm]以上0.8[N/mm]以下であることを特徴とするクリーニングブレード。
  2. 被清掃部材の表面に当接して、該被清掃部材表面から粉体を除去するクリーニングブレードにおいて、
    短冊形状の弾性体ブレードと、
    該弾性体ブレードの被清掃部材表面に対向する面であるブレード下面と該弾性体ブレードの弾性体ブレード長手方向の端面である先端面との間の角である先端稜線部を覆う、該弾性体ブレードよりも硬い表面層とで構成され、
    該先端稜線部の角度が60[°]以上80[°]以下であり、且つ、該弾性体ブレードのマルテンス硬さが該先端稜線部の角度の中心線上における該先端稜線部から70[μm]内側の箇所で1.0[N/mm]以上5.0[N/mm]以下であり、該中心線上における該先端稜線部から140[μm]内側の箇所で0.4[N/mm]以上0.8[N/mm]以下であることを特徴とするクリーニングブレード。
  3. 請求項1または2のクリーニングブレードにおいて、
    上記弾性体ブレードは上記先端稜線部に、イソシアネート化合物、フッ素化合物、シリコーン化合物から選ばれる少なくとも1種を含浸させる低摩擦処理がなされ、該先端稜線部の摩擦係数が0.5以下であることを特徴とするクリーニングブレード。
  4. 請求項1、2または3のクリーニングブレードにおいて、
    上記表面層は紫外線硬化樹脂からなり該表面層のカット面側における層厚が1[μm]以上50[μm]以下であることを特徴とするクリーニングブレード。
  5. 請求項1、2、3または4のクリーニングブレードにおいて、
    上記弾性体ブレードとして、ウレタン基を含むゴムを用いたことを特徴とするクリーニングブレード。
  6. 像担持体と、
    該像担持体の表面を帯電する帯電手段と、
    帯電した像担持体表面に静電潜像を形成する潜像形成手段と、
    該像担持体表面に形成された静電潜像を現像してトナー像化する現像手段と、
    該像担持体表面のトナー像を転写体に転写する転写手段と、
    該像担持体表面に当接して、該像担持体表面に付着した残トナーを除去するクリーニングブレードを有するクリーニング手段とを備えた画像形成装置において、
    該クリーニングブレードとして、請求項1、2、3、4または5のクリーニングブレードを用いたことを特徴とする画像形成装置。
  7. 像担持体と、少なくとも該像担持体の表面に付着した残トナーを除去するクリーニングブレードを有するクリーニング手段とを一体に支持し、画像形成装置本体に対して着脱自在なプロセスカートリッジにおいて、
    前記クリーニングブレードとして、請求項1、2、3、4または5のクリーニングブレードを用いたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
  8. 像担持体上にトナー像を形成し、該トナー像を該像担持体上から転写体上に転写した後に、クリーニングブレードによって該像担持体上の残トナーを除去する画像形成方法において、
    該クリーニングブレードとして、短冊形状の弾性体ブレードと、該弾性体ブレードの被清掃部材表面に対向する面であるブレード下面と該弾性体ブレードの弾性体ブレード長手方向の端面である先端面との間の角である先端稜線部を覆う、該弾性体ブレードよりも硬い表面層とで構成され、該弾性体ブレードのマルテンス硬さが、前記先端面から弾性体ブレード長手方向に50[μm]内側且つ前記ブレード下面から弾性体ブレード長手方向に対して直交する方向に50[μm]内側の箇所で1.0[N/mm]以上5.0[N/mm]以下であり、該先端面から弾性体ブレード長手方向に100[μm]内側且つ該ブレード下面から弾性体ブレード長手方向に対して直交する方向に100[μm]内側の箇所で0.4[N/mm]以上0.8[N/mm]以下であるクリーニングブレードを用いることを特徴とする画像形成方法。
  9. 像担持体上にトナー像を形成し、該トナー像を該像担持体上から転写体上に転写した後に、クリーニングブレードによって該像担持体上の残トナーを除去する画像形成方法において、
    該クリーニングブレードとして、短冊形状の弾性体ブレードと、該弾性体ブレードの被清掃部材表面に対向する面であるブレード下面と該弾性体ブレードの弾性体ブレード長手方向の端面である先端面との間の角である先端稜線部を覆う、該弾性体ブレードよりも硬い表面層とで構成され、該先端稜線部の角度が60[°]以上80[°]以下であり、且つ、該弾性体ブレードのマルテンス硬さが該先端稜線部の角度の中心線上における該先端稜線部から70[μm]内側の箇所で1.0[N/mm]以上5.0[N/mm]以下であり、該中心線上における該先端稜線部から140[μm]内側の箇所で0.4[N/mm]以上0.8[N/mm]以下であるクリーニングブレードを用いることを特徴とする画像形成方法。
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