JP2010152295A - 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】経時の使用で弾性ブレードの先端稜線部が露出しても、ビビリ音を抑制し、良好なクリーニング性を維持することのできる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を提供する。
【解決手段】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種を含浸させる低摩擦処理又はその他の処理を弾性体ブレードの先端稜線部に施し、弾性体ブレードの先端稜線部の摩擦係数を0.5以下にする。この先端稜線部が低摩擦処理等された弾性ブレードの先端稜線部を覆うように層厚が1[μm]以上50[μm]以下の弾性体ブレードよりも硬い表面層を設ける。
【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、そのクリーニングブレードを備えた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6(a)に示すように、像担持体3とクリーニングブレード62との摩擦力が高まり、クリーニングブレード62が像担持体3の移動方向に引っ張られて、クリーニングブレード62の先端稜線部62cがめくれてしまう。このめくれたクリーニングブレード62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62の先端稜線部62cがめくれた状態でクリーニングをし続けると、図6(b)に示すように、クリーニングブレード62の先端面62bの先端稜線部62cから数[μm]離れた場所に局所的な磨耗が生じてしまう。このような状態で、さらにクリーニングを続けると、この局所的な磨耗が大きくなり、最終的には、図6(c)に示すように、先端稜線部62cが欠落してしまう。先端稜線部62c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、ポリウレタンエラストマーからなるクリーニングブレードの少なくとも当接部に、鉛筆硬度B〜6Hの皮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の皮膜硬度を有する表面層を設けることで、クリーニングブレード当接部の摩擦係数を下げることができ、クリーニングブレードの耐磨耗性を高めることができる。また、像担持体とクリーニングブレードとの摩擦力を低減させることができ、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。
また、特許文献2には、シリコン含有紫外線硬化材料を弾性ブレードに含浸させて膨潤させた後、紫外線照射処理して表面に硬化層を形成したクリーニングブレードが記載されている。このように、紫外線硬化材料からなる弾性ブレードよりも高硬度の硬化層を設けることでも、耐摩耗性を向上でき、クリーニングブレードの先端稜線部のめくれを抑制することができる。
しかしながら、経時の使用で表面層が磨耗していくと、弾性ブレードの先端稜線部が露出し、この露出した部分が像担持体と当接する。このとき、弾性ブレードの先端稜線部の摩擦係数が大きいため、露出した部分と像担持体との摩擦力が大きく、この露出した部分が像担持体の移動方向に引っ張られて露出した部分が感光体移動方向に変形する。このときの露出した部分の露出面積は非常に小さいため、この露出した部分の変形は微小である。そして、露出した部分が感光体移動方向に微小変形したのち、露出した部分がもとの形状に復元する。このような動作が繰り返し起こり、その結果、露出した部分が微小振動する。この微小振動が、不快なビビリ音となって発生してしまうという不具合があった。また、この露出した部分が像担持体の移動方向に引っ張られてめくれて欠けてしまう場合もあり、このような欠けが生じると、クリーニング不良となってしまう。
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、経時の使用で弾性ブレードの先端稜線部が露出しても、ビビリ音を抑制し、良好なクリーニング性を維持することのできる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、先端稜線部の摩擦係数が0.5以下の弾性体ブレードと、前記弾性体ブレードの先端稜線部を覆い、先端稜線部から50[μm]離れた位置での層厚が1[μm]以上50[μm]以下であり、前記弾性体ブレードよりも硬い表面層とで構成したことを特徴とするものである。
また、請求項2の発明は、請求項1のクリーニングブレードにおいて、上記先端稜線部から弾性体ブレード内側5[mm]以内の箇所におけるtanΔピーク温度が該先端稜線部から弾性体ブレード内側に5[mm]を超えて離れた箇所のtanΔピーク温度よりも3[℃]から7[℃]低い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2のクリーニングブレードにおいて、上記先端稜線部から弾性体ブレード内側に5[mm]を超えて離れた箇所のtanΔピーク温度をt1とし、上記表面層のtanΔピーク温度をt2としたとき、t2≧t1+40の関係を満たす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、上記ゴム部材として、JIS−A硬度が65[°]以上80[°]以下であり反発弾性率が80[%]以下である、ウレタン基を含むゴム部材を用いた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、上記表面層を、紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂、または、フッ素系熱硬化樹脂で形成したことを特徴とするものである。
また、請求項6の発明は、請求項5のクリーニングブレードにおいて、上記紫外線硬化樹脂として、1架橋点あたり300〜1500の数平均分子量をもつ紫外線硬化樹脂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、請求項1、2、3、4、5または6のクリーニングブレードにおいて、上記先端稜線部近傍に、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種を含浸させることを特徴とするものである。
また、請求項8の発明は、請求項7のクリーニングブレードにおいて、上記先端稜線部近傍に含浸させる上記イソシアネート化合物の数平均分子量が500以下であることを特徴とするものである。
また、請求項9の発明は、像担持体と、前記像担持体表面を帯電する帯電手段と、帯電した前記像担持体表面に静電潜像を形成する潜像形成手段と、前記像担持体表面に形成された前記静電潜像を現像してトナー像化する現像手段と、前記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、前記像担持体表面に当接して、前記像担持体表面に付着した転写残トナーをクリーニング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、前記クリーニングブレードとして、請求項1、2、3、4、5、6、7または8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10の発明は、像担持体と少なくとも前記像担持体表面に付着した転写残トナーをクリーニング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、5、6、7または8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11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、前記クリーニングブレードとして、先端稜線部の摩擦係数が0.5以下の弾性体ブレードと、前記弾性体ブレードの先端稜線部を覆い、先端稜線部から50[μm]離れた位置での層厚が1[μm]以上50[μm]以下であり、前記弾性体ブレードよりも硬い表面層とで構成された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。
本発明においては、後述する検証実験の結果のとおり、クリーニングブレードの先端稜線部を弾性体ブレードよりも硬い表面層で覆うことで、先端稜線部が表面層で覆われておらず、弾性体ブレードのみからなるクリーニングブレードに比べて、クリーニングブレードの耐摩耗性を向上させることができる。よって、クリーニングブレードの寿命を延ばすことができる。また、クリーニングブレードの先端稜線部の変形が抑制され、先端稜線部のめくれを抑制することができる。よって、ビビリ振動や異音の発生を抑制することができるとともに、クリーニングブレード先端面の局所的な磨耗を抑制することができる。
また、後述する検証実験の結果のとおり、表面層の層厚を1〜50[μm]とすることで、表面層のめくれを良好に抑制することができ、表面層の耐摩耗性を良好にでき、かつ、感光体の偏心などの変動に対する追随性の低下を抑制し、良好なクリーニング性能を経時で維持することができる。
さらに、後述する検証実験の結果のとおり、弾性体ブレードの先端稜線部の摩擦係数が0.5以下とすることで、経時使用で表面層が磨耗して、弾性体ブレードの先端稜線部が露出しても、この露出した部分と被清掃部材表面との摩擦力が低減され、被清掃部材の移動方向に露出した部分が引っ張られて変形するのを抑制することができる。その結果、露出した部分が微小変動するのを抑制することができ、ビビリ音の発生を抑制することができる。また、露出した部分がめくれるのを抑制することができ、露出した部分が欠けるのを抑制することができる。その結果、長期にわたり良好な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の拡大構成図。 本発明の実施形態に係るプリンタの要部の概略構成図。 (a)及び(b)は、円形度の測定方法を説明するための説明図。 クリーニングブレードの斜視図。 タンデム型フルカラー画像形成装置の要部構成図。 (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。
[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2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2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チャージャ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。
帯電チャージャ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。帯電チャージャ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。
潤滑剤塗布装置10は、塗布ブラシ101、固形潤滑剤103、潤滑剤加圧スプリング104などを備えている。固形潤滑剤103は、不図示のブラケットに保持され、潤滑剤加圧スプリング104により塗布ブラシ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塗布ブラシ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。感光体3に潤滑剤を塗布することで、クリーニングブレード62との摩擦係数を効率的に低下させている。
また、塗布ブラシ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。
クリーニング装置6は、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。クリーニングブレード62は、塗布ブラシ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。
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。
帯電チャージャ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、不図示の露光装置、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、帯電チャージャ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、帯電チャージャ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11と下レジストローラ12との対向部を経て、感光体1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、潤滑剤塗布装置10によって潤滑剤が塗布され、クリーニング装置6で転写後の残留トナーが除去された後、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チャージャ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、帯電チャージャ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3(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3(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が早期に磨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、正常にクリーニングを行うことが出来なくなってしまい、出力した画像に帯状のトナー像が発生する等の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の先端稜線部を覆うように、弾性体ブレード622よりも硬度の高い表面層を設けている。
図4は、クリーニングブレード62の斜視図であり、図1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、クリーニングブレード62の先端面62a全体および下面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が好適である。特に、25℃における硬度が65〜80度(JIS A)、反発弾性率が15〜80[%]のウレタンゴムが好ましい。ウレタンゴムの硬度が80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65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80[%]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80〔%]を超えると、クリーニングブレード62にめくれると、正常にクリーニングを行うことが出来なくなってしまい、出力した画像に帯状のトナー像が発生する等の問題が生じてしまう。一方、反発弾性率が15[%]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、ウレタン基を含むゴムとして、25℃における硬度が65〜85度(JIS A)、反発弾性率が15〜80[%]の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。
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を皮膜する。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皮膜するのが好ましい。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6(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。この理由については、定かではないが、次の理由が考えられる。従来のゴム部材のみからなるクリーニングブレードの場合は、先端稜線部が感光体移動方向に引っ張られて、大きく変形し、先端稜線部が元の形状に戻る際に、先端稜線部が微小振動して、ビビリ音になると考えられる。一方、剛直すぎる場合は、先端稜線部が感光体移動方向に引っ張られても微小にしか変動しないため、結果的に先端稜線部が微小振動して、ビビリ音になると考えられる。
また、剛直すぎる場合は、先端稜線部が感光体移動方向に変形して感光体表面とともに移動しないため、感光体表面と絶えず摺擦する。このため、逆に耐摩耗性の低下が生じると考えられる。すなわち、クリーニングブレードの先端稜線部がめくれない程度に感光体移動方向に変形させることで、クリーニングブレードの先端稜線部が感光体と摺擦するのを抑制することができ、耐摩耗性を向上できるのである。
また、剛直になりすぎると、感光体の偏心などの変動に対する追随性が低下してしまう。その結果、良好なクリーニング性が得られなくなってしまう。
一方、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によって、クリーニングブレードの先端稜線部がめくれない程度に感光体移動方向に先端稜線部を変形させることのできる硬度の表面層を得ることができる。その結果、ビビリ音の発生がなく、耐摩耗性が良好で、先端面のえぐれ磨耗を抑制することのできるクリーニングブレードを得ることができる。また、感光体の偏心などの変動に対して良好に追随させることができる。
なお、上記紫外線硬化樹脂モノマーは、一官能基あたりの数平均分子量が300〜1500となるよう2種類以上のモノマーを混合して用いることもできる。
また、上記紫外線硬化樹脂には、感光体3との摩擦係数を下げる目的で、フッ素樹脂、シリコーン樹脂などの低摩擦係数化成分を添加することもできる。また、ゴム部材からなる弾性体ブレード622との接着性向上のため、イソシアネート化合物を添加することもできる。
また、感光体3と当接する可能性のある先端稜線部62cから少なくとも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の局所的な磨耗が抑制される。よって、先端面62aの局所的な磨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62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、ブレード下面の局所的な磨耗を抑制することができる。
また、表面層623の層厚は、先端稜線部62cから50[μm]離れた位置での層厚が1〜50[μm]であることが好ましい。層厚が、1[μm]以下だと、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。先端稜線部62cから50[μm]離れた位置での層厚が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、ブレード先端面62aと感光体1とがなす当接部の上流側の空隙X(図1参照)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。
また、先端稜線部62cから50[μm]離れた位置での層厚が50[μm]を超えると、クリーニングブレードが剛直となりすぎ、上述したように、ビビリ音が発生しやすくなったり、耐摩耗性が低下したり、追随性が低下したりしてしまう。
経時使用で表面層623が磨耗すると、弾性体ブレード622の先端稜線部が露出して、この弾性体ブレード622の先端稜線部の露出部が感光体表面と当接してしまう。しかも、上述したように、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を形成しているので、先端稜線部62cは表面張力の関係で、皮膜が形成されにくく、先端稜線部における表面層623の層厚が他の部分に比べて薄くなる。このため、弾性体ブレード622の先端稜線部は、早期に露出してしまう。
このとき、弾性体ブレード622の先端稜線部に低摩擦化処理がなされていない場合は、露出した部分の摩擦係数が高く、この露出した部分と感光体3との摩擦力が大きいため、露出した部分が、感光体移動方向へ引っ張られてしまう。このときの露出した部分の面積は非常に小さいので、露出した部分の変形は微小である。その結果、露出した部分が微小変形し、ビビリ音が生じてしまう。さらに、この露出部分がめくれてしまう場合もある。露出部分がめくれてしまうと、弾性体ブレード622のめくれた露出部分と表面層623との境界部分に強い応力が働き、めくれた露出部分が欠落してしまい、クリーニング不良となってしまう不具合がある。
そこで、弾性体ブレード622の先端稜線部は、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種を含浸させる低摩擦化処理を施して、摩擦係数を0.5以下にしている。これにより、経時磨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ができる。その結果、ビビリ音が生じるのを抑制することができる。また、露出部分のめくれを抑制することができ、めくれた露出部分の欠落を抑制することができる。さらに、弾性体ブレード622の先端稜線部の摩擦係数を0.5以下としているので、露出部分が感光体3によって削られにくく、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、さらに表面層623の磨耗が進んで、弾性体ブレード622の先端稜線部の大部分が露出すると、弾性体ブレード622は柔軟であるため、先端稜線部が感光体移動方向に変形しやすく、先端稜線部がめくれやすい。しかし、先端稜線部の摩擦係数が低いので、弾性体ブレード622の先端稜線部が感光体移動方向に変形するのを抑制することができる。さらに、弾性体ブレード622の先端稜線部よりも感光体移動方向下流側のまだ磨耗によって消失していない剛直な表面層623が、先端稜線部が感光体移動方向に変形するのを抑制する。このように、先端稜線部の摩擦係数を0.5以下である構成と、感光体移動方向下流側の表面層623との相乗効果によって、先端稜線部のめくれを抑制することができ、先端面の局所的な磨耗を抑制できる。その結果、先端稜線部が欠落するのを抑制することができ、経時にわたりクリーニング性能を維持することができる。
なお、摩擦係数を0.5以下にするための処理は上述の低摩擦化処理に限らずその他の方法を用いても構わない。
ここで、一般に、クリーニングブレードに用いられるゴム部材の反発弾性が大きいほど、クリーニングブレードの先端稜線部が像担持体に対して微小振動しやすくクリーニングブレードと接触したトナーを跳ね返す作用が大きくなり、クリーニング性能が高くなることが知られている。また、反発弾性が大きいゴム部材を用いたクリーニングブレードほど耐摩耗性が低くなることが知られている。そのため、クリーニングブレードのように先端稜線部に硬い表面層を形成することで、反発弾性の大きいゴム部材を用いてもクリーニングブレードの摩耗を抑えることができ、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。しかしながら、ゴム部材の反発弾性が大きくなると、クリーニングブレードの先端稜線部の微小振動が大きくなり過ぎてビビリ音などの不快な異音が発生してしまう虞がある。なお、ゴム部材の反発弾性は、ゴム部材の粘弾性を表すtanΔピーク温度と相関関係があり、tanΔピーク温度が高いほど反発弾性が低くなり、tanΔピーク温度が低いほど反発弾性が高くなる。
本願発明者らは、鋭意研究を行った結果、図1に示すように、tanΔピーク温度が−6[℃]以上のゴム部材からなる弾性体ブレードの先端部(先端稜線部近傍)に改質処理を施して改質部62dのtanΔピーク温度を改質処理を施していない箇所のtanΔピーク温度よりも3[℃]から7[℃]低くすることで、良好なクリーニング性を維持しつつ、ビビリ音などの異音が発生するのを抑制できることを見出した。
次に、本願発明者らがクリーニングブレードの長期にわたるクリーニング性やビビリ音の発生などの検証を行った検証実験について説明する。本検証実験では、弾性体ブレード622の材質、弾性体ブレード622の先端部(先端稜線部近傍)の改質処理に用いる含浸剤の組成、弾性体ブレードの先端稜線部を覆う表面層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、反発弾性率50[%](東洋ゴム工業製)
ウレタンゴム2:硬度72度、反発弾性率31[%](東洋ゴム工業製)
ウレタンゴム3:硬度71度、反発弾性率18[%](東洋ゴム工業製)
ウレタンゴム4:硬度77度、反発弾性率27[%](シンジーテック製)
ウレタンゴム5:硬度70度、反発弾性率68[%](シンジーテック製)
ウレタンゴム6:硬度75度、反発弾性率50[%](東洋ゴム工業製)
ウレタンゴム7:硬度77度、反発弾性率17[%](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 ミリオネートMT 5部
2−ブタノン 95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
フッ素樹脂:日油 モディパーF−600 2部
2−ブタノン 88部
(含浸剤3)
イソシアネート化合物:日本ポリウレタン コロネートL 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4)
イソシアネート化合物:日本ポリウレタン ミリオネートMT 5部
フッ素樹脂:日油 モディパーF−600 1部
シリコーン樹脂:日油 モディパーFS−700 1部
2−ブタノン 93部
(含浸剤5)
シリコーン樹脂:日油 モディパーFS−700
2−ブタノン 90部
(含浸剤6)
イソシアネート化合物:日本ポリウレタン ミリオネートMT 5部
アクリルシリコーン樹脂:チッソ石油化学 共重合体A1 2部
2−ブタノン 93部
(含浸剤7)
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8)
イソシアネート化合物:三井化学ポリウレタン D−177N 10部
2−ブタノン 90部
(含浸剤9)
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 10部
2−ブタノン 80部
(含浸剤10)
フッ素樹脂:日油 モディパー F−600 10部
2−ブタノン 90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モノマー: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
モノマーの1官能基あたり分子量:490
(表面層2)
ウレタンアクリレートモノマー: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
低摩擦係数添加剤:DIC フッ素化合物
(ディフェンサ Exp.TF−3026) 0.5部
溶媒:2−ブタノン 78.5部
モノマーの1官能基あたり分子量:490
(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 10部
ウレタンアクリレートオリゴマー2:根上工業 UN−2700 10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
モノマーの1官能基あたり分子量:745
(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−904 2部
ウレタンアクリレートオリゴマー2:根上工業 UN−2700 18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
低摩擦化係数添加剤:日本油脂 モディパーFS−700 1部
溶媒:2−ブタノン 78部
モノマーの1官能基あたり分子量:949
(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 2部
ウレタンアクリレートオリゴマー2:根上工業 UN−2600 18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
低摩擦化係数添加剤:チッソ石油化学 共重合体A1 2部
溶媒:2−ブタノン 77部
モノマーの1官能基あたり分子量:1174
(表面層6)
ウレタンアクリレートオリゴマー1:根上工業 UN−904 2部
ウレタンアクリレートオリゴマー2:根上工業 UN−2700 18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
モノマーの1官能基あたり分子量:949
(表面層7)
フッ素系熱硬化樹脂A剤:GK−510 45.5部
フッ素系熱硬化樹脂B剤:D−177N 4.5部
溶媒:2−ブタノン 50部
なお、表面層5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(M/M)は1.9であった。また、H−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 2010152295
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1〜7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の先端部5[mm]以内を上記含浸剤1〜10のいずれかに10分間浸漬させ、その後、弾性ブレードを100[℃]に温調した恒温槽に10分間入れ、ウレタンゴムと含浸剤に含まれるイソシアネートとを反応させ、上記先端部5[mm]以内に改質処理を施す。なお、イソシアネートとしてMDI、HDIなど分子量が500以下のものが含浸され易く好ましい。次に、弾性体ブレードの先端部の改質された範囲に、表面層1〜7のいずれかの表面層を膜厚1〜50[μm]となるように紫外線硬化樹脂をコーティングする。具体的には、各々のウレタンゴムからなる弾性体ブレードに対し、ブレード面及び先端面の2方向から10[mm/s]のスプレーガン移動速度にて2度塗りを行い、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。紫外線硬化樹脂は、重合時に架橋点間分子量が300〜1500となるウレタンアクリレートが好ましく、前記分子量が1000〜1500となるものがより好ましい。
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を作成する。この作成した試作クリーニングブレードをリコー製カラー複合機 imagio Neo C455(図2と同様の構成)に取り付け、実施例1〜22、比較例1〜10の画像形成装置を作成した。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、500,000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(50,000枚通紙後と500,000枚通紙後に測定)
以下に実施例1〜22、比較例1〜10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。
また、弾性体ブレードのtanΔピーク温度の測定は、旧JIS−K7198に従って次の手順で行った。
(1)所定の含浸剤に10分間ウレタンゴムを浸漬し、引き上げた後に100[℃]の電気炉で15分間焼成する。その後、1週間養生(放置)してサンプルを完成させる。
(2)そのサンプルを40[mm]×5[mm]に切り出し、SII社製の粘弾性測定装置DMS6100に取り付ける。
(3)引張モード、正弦波測定モード、昇温速度3[℃/分]、周波数1[Hz]に−50[℃]から+80[℃]までの粘弾性測定を行い、その測定結果からtanΔピーク温度を求める。
(実施例1)
ベースウレタンゴム:ウレタンゴム1
含浸剤:含浸剤1
表面層:表面層1
先端稜線部(改質部)の摩擦係数:0.3
ゴムのtanΔピーク温度:−19[℃]
先端稜線部(改質部)のtanΔピーク温度:−20[℃]
先端稜線部から50[μm]の層厚:5[μm]
5万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:15[μm]
50万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:100[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2
表面層:表面層2
先端稜線部(改質部)の摩擦係数:0.15
ゴムのtanΔピーク温度:−19[℃]
先端稜線部(改質部)のtanΔピーク温度:−20[℃]
先端稜線部から50[μm]の層厚:7[μm]
5万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:10[μm]
50万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:10[μm]
クリーニング不良発生:なし
異音発生:なし
(実施例3)
ベースウレタンゴム:ウレタンゴム1
含浸剤:含浸剤8
表面層:表面層3
先端稜線部(改質部)の摩擦係数:0.12
ゴムのtanΔピーク温度:−19[℃]
先端稜線部(改質部)のtanΔピーク温度:−20[℃]
先端稜線部から50[μm]の層厚:8[μm]
5万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:10[μm]
50万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:100[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1
含浸剤:含浸剤4
表面層:表面層4
先端稜線部(改質部)の摩擦係数:0.1
ゴムのtanΔピーク温度:−19[℃]
先端稜線部(改質部)のtanΔピーク温度:−21[℃]
先端稜線部から50[μm]の層厚:8[μm]
5万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:10[μm]
50万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:100[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1
含浸剤:含浸剤5
表面層:表面層4
先端稜線部(改質部)の摩擦係数:0.15
ゴムのtanΔピーク温度:−19[℃]
先端稜線部(改質部)のtanΔピーク温度:−21[℃]
先端稜線部から50[μm]の層厚:9[μm]
5万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:15[μm]
50万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:100[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2
含浸剤:含浸剤2
表面層:表面層4
先端稜線部(改質部)の摩擦係数:0.15
ゴムのtanΔピーク温度:−8[℃]
先端稜線部(改質部)のtanΔピーク温度:−11[℃]
先端稜線部から50[μm]の層厚:5[μm]
5万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:10[μm]
50万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:75[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3
含浸剤:含浸剤2
表面層:表面層4
先端稜線部(改質部)の摩擦係数:0.15
ゴムのtanΔピーク温度:−6[℃]
先端稜線部(改質部)のtanΔピーク温度:−9[℃]
先端稜線部から50[μm]の層厚:5[μm]
5万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:10[μm]
50万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:75[μm]
クリーニング不良発生:なし
異音発生:なし
(実施例8)
ベースウレタンゴム:ウレタンゴム4
含浸剤:含浸剤2
表面層:表面層4
先端稜線部(改質部)の摩擦係数:0.12
ゴムのtanΔピーク温度:+1[℃]
先端稜線部(改質部)のtanΔピーク温度:−4[℃]
先端稜線部から50[μm]の層厚:5[μm]
5万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:10[μm]
50万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:50[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4
含浸剤:含浸剤4
表面層:表面層4
先端稜線部(改質部)の摩擦係数:0.1
ゴムのtanΔピーク温度:+1[℃]
先端稜線部(改質部)のtanΔピーク温度:−3[℃]
先端稜線部から50[μm]の層厚:5[μm]
5万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:15[μm]
50万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:50[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5
含浸剤:含浸剤4
表面層:表面層4
先端稜線部(改質部)の摩擦係数:0.12
ゴムのtanΔピーク温度:−20[℃]
先端稜線部(改質部)のtanΔピーク温度:−21[℃]
先端稜線部から50[μm]の層厚:5[μm]
5万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:10[μm]
50万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:100[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3
含浸剤:含浸剤1
表面層:表面層5
先端稜線部(改質部)の摩擦係数:0.1
ゴムのtanΔピーク温度:−6[℃]
先端稜線部(改質部)のtanΔピーク温度:−11[℃]
先端稜線部から50[μm]の層厚:3[μm]
5万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:10[μm]
50万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:75[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3
含浸剤:含浸剤6
表面層:表面層3
先端稜線部(改質部)の摩擦係数:0.12
ゴムのtanΔピーク温度:−6[℃]
先端稜線部(改質部)のtanΔピーク温度:−12[℃]
先端稜線部から50[μm]の層厚:5[μm]
5万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:10[μm]
50万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:75[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3
含浸剤:含浸剤7
表面層:表面層3
先端稜線部(改質部)の摩擦係数:0.3
ゴムのtanΔピーク温度:−6[℃]
先端稜線部(改質部)のtanΔピーク温度:−11[℃]
先端稜線部から50[μm]の層厚:10[μm]
5万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:10[μm]
50万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:100[μm]
クリーニング不良発生:なし
異音発生:なし
(実施例14)
ベースウレタンゴム:ウレタンゴム3
含浸剤:含浸剤7
表面層:表面層6
先端稜線部(改質部)の摩擦係数:0.15
ゴムのtanΔピーク温度:−6[℃]
先端稜線部(改質部)のtanΔピーク温度:−11[℃]
先端稜線部から50[μm]の層厚:10[μm]
5万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:10[μm]
50万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:75[μm]
クリーニング不良発生:なし
異音発生:なし
(実施例15)
ベースウレタンゴム:ウレタンゴム3
含浸剤:含浸剤8
表面層:表面層3
先端稜線部(改質部)の摩擦係数:0.12
ゴムのtanΔピーク温度:−6[℃]
先端稜線部(改質部)のtanΔピーク温度:−9[℃]
先端稜線部から50[μm]の層厚:10[μm]
5万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:10[μm]
50万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:100[μm]
クリーニング不良発生:なし
異音発生:なし
(実施例16)
ベースウレタンゴム:ウレタンゴム3
含浸剤:含浸剤8
表面層:表面層6
先端稜線部(改質部)の摩擦係数:0.12
ゴムのtanΔピーク温度:−6[℃]
先端稜線部(改質部)のtanΔピーク温度:−9[℃]
先端稜線部から50[μm]の層厚:10[μm]
5万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:10[μm]
50万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:100[μm]
クリーニング不良発生:なし
異音発生:なし
(実施例17)
ベースウレタンゴム:ウレタンゴム3
含浸剤:含浸剤9
表面層:表面層6
先端稜線部(改質部)の摩擦係数:0.1
ゴムのtanΔピーク温度:−6[℃]
先端稜線部(改質部)のtanΔピーク温度:−13[℃]
先端稜線部から50[μm]の層厚:10[μm]
5万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:10[μm]
50万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:50[μm]
クリーニング不良発生:なし
異音発生:なし
(実施例18)
ベースウレタンゴム:ウレタンゴム3
含浸剤:含浸剤7
表面層:表面層1
先端稜線部(改質部)の摩擦係数:0.15
ゴムのtanΔピーク温度:−6[℃]
先端稜線部(改質部)のtanΔピーク温度:−11[℃]
先端稜線部から50[μm]の層厚:10[μm]
5万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:15[μm]
50万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:100[μm]
クリーニング不良発生:なし
異音発生:なし
(実施例19)
ベースウレタンゴム:ウレタンゴム3
含浸剤:含浸剤8
表面層:表面層6
先端稜線部(改質部)の摩擦係数:0.12
ゴムのtanΔピーク温度:−6[℃]
先端稜線部(改質部)のtanΔピーク温度:−11[℃]
先端稜線部から50[μm]離れた位置での層厚:10[μm]
5万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:10[μm]
50万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:50[μm]
クリーニング不良発生:なし
異音発生:なし
(実施例20)
ベースウレタンゴム:ウレタンゴム3
含浸剤:含浸剤10
表面層:表面層7
先端稜線部(改質部)の摩擦係数:0.1
ゴムのtanΔピーク温度:−6[℃]
先端稜線部(改質部)のtanΔピーク温度:−9[℃]
先端稜線部から50[μm]離れた位置での層厚:10[μm]
5万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:15[μm]
50万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:100[μm]
クリーニング不良発生:なし
異音発生:なし
(実施例21)
ベースウレタンゴム:ウレタンゴム7
含浸剤:含浸剤7
表面層:表面層1
先端稜線部(改質部)の摩擦係数:0.1
ゴムのtanΔピーク温度:+5[℃]
先端稜線部(改質部)のtanΔピーク温度:0[℃]
先端稜線部から50[μm]離れた位置での層厚:10[μm]
5万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:10[μm]
50万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:50[μm]
クリーニング不良発生:なし
異音発生:なし
(実施例22)
ベースウレタンゴム:ウレタンゴム7
含浸剤:含浸剤9
表面層:表面層3
先端稜線部(改質部)の摩擦係数:0.1
ゴムのtanΔピーク温度:+5[℃]
先端稜線部(改質部)のtanΔピーク温度:−1[℃]
先端稜線部から50[μm]離れた位置での層厚:10[μm]
5万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:10[μm]
50万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:75[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:なし
先端稜線部の摩擦係数:1.2
ゴムのtanΔピーク温度:−19[℃]
5万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:20[μm]
50万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:400[μm]
クリーニング不良発生:帯状クリーニング不良2箇所
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1
含浸剤:含浸剤1
表面層:なし
先端稜線部(改質部)の摩擦係数:0.3
ゴムのtanΔピーク温度:−19[℃]
先端稜線部(改質部)のtanΔピーク温度:−20[℃]
5万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:50[μm]
50万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:300[μm]
クリーニング不良発生:すじ状クリーニング不良2箇所
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1
含浸剤:なし
表面層:表面層1
先端稜線部の摩擦係数:1.2
ゴムのtanΔピーク温度:−19[℃]
先端稜線部から50[μm]離れた位置での層厚:5[μm]
5万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:50[μm]
50万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:250[μm]
クリーニング不良発生:帯状クリーニング不良2箇所
異音発生:不快なビビリ音発生
(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
表面層:表面層2
先端稜線部(改質部)の摩擦係数:0.3
ゴムのtanΔピーク温度:−19[℃]
先端稜線部(改質部)のtanΔピーク温度:−20[℃]
先端稜線部から50[μm]離れた位置での層厚:70[μm]
5万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:150[μm]
50万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:500[μm]
クリーニング不良発生:帯状クリーニング不良5箇所
異音発生:不快なビビリ音発生
(比較例5)
ベースウレタンゴム:ウレタンゴム1
含浸剤:含浸剤4
表面層:なし
先端稜線部(改質部)の摩擦係数:0.1
ゴムのtanΔピーク温度:−19[℃]
先端稜線部(改質部)のtanΔピーク温度:−21[℃]
5万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:50[μm]
50万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:300[μm]
クリーニング不良発生:すじ状クリーニング不良3箇所
ブレードエッジ摩耗幅:50[μm]
異音発生:なし
先端面えぐれ摩耗:発生
(比較例6)
ベースウレタンゴム:ウレタンゴム3
含浸剤:含浸剤7
表面層:なし
先端稜線部(改質部)の摩擦係数:0.3
ゴムのtanΔピーク温度:−6[℃]
先端稜線部(改質部)のtanΔピーク温度:−11[℃]
5万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:15[μm]
50万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:300[μm]
クリーニング不良発生:すじ状クリーニング不良2箇所
異音発生:なし
先端面えぐれ摩耗:発生
(比較例7)
ベースウレタンゴム:ウレタンゴム6
含浸剤:なし
表面層:表面層1
先端稜線部の摩擦係数:1.2
ゴムのtanΔピーク温度:−18[℃]
先端稜線部から50[μm]離れた位置での層厚:10[μm]
5万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:10[μm]
50万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:250[μm]
クリーニング不良発生:すじ状クリーニング不良2箇所
異音発生:不快なビビリ音発生
(比較例8)
ベースウレタンゴム:ウレタンゴム1
含浸剤:含浸剤7
表面層:なし
先端稜線部(改質部)の摩擦係数:0.2
ゴムのtanΔピーク温度:−19[℃]
先端稜線部(改質部)のtanΔピーク温度:−20[℃]
5万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:15[μm]
50万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:400[μm]
クリーニング不良発生:すじ状クリーニング不良2箇所
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
含浸剤:なし
表面層:なし
先端稜線部の摩擦係数:1.2
ゴムのtanΔピーク温度:−6[℃]
5万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:15[μm]
50万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:300[μm]
クリーニング不良発生:すじ状クリーニング不良2箇所
異音発生:なし
先端面えぐれ摩耗:発生
(比較例10)
ベースウレタンゴム:ウレタンゴム7
含浸剤:なし
表面層:表面層1
先端稜線部の摩擦係数:1.2
ゴムのtanΔピーク温度:−18[℃]
先端稜線部から50[μm]離れた位置での層厚:10[μm]
5万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:10[μm]
50万枚通紙試験後のブレードエッジの摩耗幅:250[μm]
クリーニング不良発生:帯状クリーニング不良2箇所
異音発生:不快なビビリ音発生
Figure 2010152295
Figure 2010152295
上記表1は実施例1〜実施例22の検証実験の結果をまとめたものであり、上記表2は比較例1〜比較例10の検証実験の結果をまとめたものである。
先端稜線部近傍にtanΔ温度を下げる改質処理を施していない、比較例3においては、帯状クリーニング不良が発生しており、また不快なビビリ音が確認された。また、クリーニングブレードの先端稜線部を観察したところ、欠けが確認された。これは、経時使用で表面層が摩耗してなくなり、この露出した部分の摩擦係数が1.2と高いため、この露出した部分が感光体移動方向に微小変形して、微小振動した結果、不快なビビリ音が生じたと考えられる。また、弾性ブレードの先端稜線部が露出したとき、クリーニングブレード全体のtanΔ温度が低い、言い換えれば、クリーニングブレード全体の反発弾性が高いため、この露出した部分の微小振動が大きくなり過ぎた結果、不快なビビリ音が生じたと考えられる。また、弾性ブレードの露出部分がめくれ、このめくれた露出部分が欠落してしまい、クリーニングブレードの先端稜線部に欠けが確認されたと考えられる。このような欠けが生じため帯状のクリーニング不良が生じたと考えられる。
また、比較例2、比較例5、比較例6及び比較例8などに示すように、先端稜線部の低摩擦化処理や先端稜線部近傍にtanΔ温度を下げる改質処理などを施しても、先端稜線部に表面層を設けていないため、先端稜線部の微小振動が大きくなり過ぎることで発生するビビリ音などの異音は抑えられても、先端面えぐれ摩耗が発生し、すじ状のクリーニング不良が生じてしまったと考えられる。
一方、実施例1〜実施例22においては、不快なビビリ音が確認されなかった。また、検証実験終了後のクリーニングブレードを確認したところ、先端稜線部の表面層が摩耗でなくなり、弾性ブレードの先端稜線部が露出していた。このように、実施例1〜実施例22においても、弾性ブレードの改質処理を施した先端稜線部が感光体と当接していたにもかかわらず、先端面えぐれ摩耗や帯状・すじ状のクリーニング不良が確認されなかった。これは、実施例1〜実施例22においては、弾性体ブレードの先端稜線部の露出部より感光体移動方向下流側の表面層が、露出した弾性体ブレードの先端稜線部が感光体移動方向に変形するのを抑制しているため、クリーニングブレードの先端面にえぐれ摩耗が生じなかったと考えられる。
表1に示した検証実験の結果から、実施例1〜実施例22においては、不快なビビリ音の発生がなく、先端面のえぐれ摩耗も生じず、経時にわたり良好なクリーニング性を維持することができたのがわかる。また、含浸改質処理により、弾性体ブレード自体の摩耗速度を低減させられるため、含浸改質処理を施していない通常の弾性体ブレードを用いたクリーニングブレード(比較例1や比較例3など)に比べて2倍以上の寿命となったのがわかる。
つまり、本実施形態のように弾性体ブレードの先端部(先端稜線部近傍)のみにtanΔ温度を下げる、言い換えれば、反発弾性を高くする改質処理を施すことによって、クリーニングブレードの高耐久とクリーニング性との両方を同時に向上させることが可能となるのがわかる。
また、クリーニングブレードの設計条件(感光体への当て方)などに変更を加える必要がないため、低コスト化にも寄与する。
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5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。
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5は、いわゆるタンデム型のフルカラー画像形成装置であるプリンタに本発明を適用した例を示す図である。
図5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ブラシ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5に示す構成のカラー電子写真画像形成装置において、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、転写ブラシ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記録紙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5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、図5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(10〜200μm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。
また、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、低摩擦化処理され、先端稜線部の摩擦係数が0.5以下の弾性体ブレードと、弾性体ブレードの先端稜線部を覆い、先端稜線部の層厚が1[μm]以上50[μm]以下であり、弾性体ブレードよりも硬い紫外線硬化樹脂からなる表面層とで構成したクリーニングブレードを備えている。
このカラー電子写真画像形成装置は、上述のようなクリーニングブレード有しているので、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、経時使用で弾性ブレードの先端稜線部が露出しても、ビビリ振動などが生じることなく、良好なクリーニング性を得ることができる。
さらに、クリーニング装置6C,6M,6Y,6Kに、ゴム部材からなる短冊形状の弾性体ブレードと、弾性体ブレードの先端稜線部を覆うように形成した、弾性体ブレードよりも硬い表面層とで構成されており、弾性体ブレードの先端稜線部近傍に改質処理が施され、先端稜線部から弾性体ブレード内側5[mm]以内の箇所におけるtanΔピーク温度が上記改質処理が施されていない箇所のtanΔピーク温度よりも3[℃]から7[℃]低いクリーニングブレードを設けた構成でも良い。
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ることで、ビビリ音などの異音の発生を抑えつつ、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長期にわたって維持することができ、長期にわたって感光体3上にクリーニング不良が発生するのを抑制することができる。
[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。
次に、本願発明者らがクリーニングブレードの長期にわたるクリーニング性やビビリ音の発生などの検証を行った検証実験について説明する。本検証実験では、弾性体ブレードの材質、弾性体ブレードの先端部(先端稜線部近傍)の改質処理に用いる含浸剤の組成、弾性体ブレードの先端稜線部を覆う表面層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8:硬度70度、反発弾性率50[%](東洋ゴム工業製)
ウレタンゴム9:硬度71度、反発弾性率18[%](東洋ゴム工業製)
ウレタンゴム10:硬度75度、反発弾性率50[%](東洋ゴム工業製)
ウレタンゴム11:硬度77度、反発弾性率17[%](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11)
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12)
イソシアネート化合物:三井化学ポリウレタン D−177N 10部
2−ブタノン 90部
(含浸剤13)
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 10部
2−ブタノン 80部
(含浸剤14)
フッ素樹脂:日油 モディパー F−600 10部
2−ブタノン 90部
[表面層]
表面層としては、以下のものを用いた。
(表面層8)
紫外線効果樹脂: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
架橋点間分子量:980
(表面層9)
紫外線効果樹脂1:根上工業 UN−904 10部
紫外線効果樹脂2:根上工業 UN−2700 10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
架橋点間分子量:1490
(表面層10)
紫外線効果樹脂1:根上工業 UN−904 2部
紫外線効果樹脂2:根上工業 UN−2700 18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
架橋点間分子量:1900
(表面層11)
フッ素系熱硬化樹脂A剤:GK−510 45.5部
フッ素系熱硬化樹脂B剤:D−177N 4.5部
溶媒:2−ブタノン 50部
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8〜11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の先端部5mm以内を、含浸剤11〜14のいずれかに10分浸漬させ、その後、弾性体ブレードを100[℃]に温調した恒温槽に10分間入れ、ウレタンゴムと含浸剤に含まれるイソシアネートとを反応させ、上記先端部5[mm]以内に改質処理を施す。なお、イソシアネートとしてMDI、HDIなど分子量が500以下のものが含浸され易く好ましい。次に、弾性体ブレードの先端部の改質された範囲に、表面層1〜4のいずれかを膜厚10[μm]となるように紫外線硬化樹脂をコーティングする。具体的には、各々のウレタンゴムからなる弾性体ブレードに対し、ブレード面及び先端面の2方向から10[mm/s]のスプレーガン移動速度にて2度塗りを行い、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。紫外線硬化樹脂は重合時に架橋点間分子量が300〜1500となるウレタンアクリレートが好ましく、前記分子量が1000〜1500となるものがより好ましい。
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を作成する。この作成した試作クリーニングブレードをリコー製カラー複合機 imagio Neo C455(図2と同様の構成)に取り付け、実施例23〜27、比較例11〜13の画像形成装置を作成した。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、500,000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面積:ブレード下面側からみた摩耗面積
以下に実施例23〜27、比較例11〜13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、弾性体ブレードや表面層などのtanΔピーク温度の測定は、旧JIS−K7198に従って行った。
(実施例23)
ベースウレタンゴム:ウレタンゴム9
含浸剤:含浸剤11
表面層:表面層8
ゴムのtanΔピーク温度:−6[℃]
改質部のtanΔピーク温度:−11[℃]
表面層のtanΔピーク温度:60[℃]
先端稜線部から50[μm]離れた位置での層厚:10[μm]
ブレードエッジの摩耗面積:100[μm
クリーニング不良発生:なし
異音発生:なし
(実施例24)
ベースウレタンゴム:ウレタンゴム9
含浸剤:含浸剤12
表面層:表面層10
ゴムのtanΔピーク温度:−6[℃]
改質部のtanΔピーク温度:−9[℃]
表面層のtanΔピーク温度:50[℃]
先端稜線部から50[μm]離れた位置での層厚:10[μm]
ブレードエッジの摩耗面積:50[μm
クリーニング不良発生:なし
異音発生:なし
(実施例25)
ベースウレタンゴム:ウレタンゴム9
含浸剤:含浸剤14
表面層:表面層11
ゴムのtanΔピーク温度:−6[℃]
改質部のtanΔピーク温度:−10[℃]
表面層のtanΔピーク温度:50[℃]
先端稜線部から50[μm]離れた位置での層厚:10[μm]
ブレードエッジの摩耗面積:100[μm
クリーニング不良発生:なし
異音発生:なし
(実施例26)
ベースウレタンゴム:ウレタンゴム11
含浸剤:含浸剤11
表面層:表面層8
ゴムのtanΔピーク温度:+5[℃]
改質部のtanΔピーク温度:1[℃]
表面層のtanΔピーク温度:50[℃]
先端稜線部から50[μm]離れた位置での層厚:10[μm]
ブレードエッジの摩耗面積:50[μm
クリーニング不良発生:なし
異音発生:なし
(実施例27)
ベースウレタンゴム:ウレタンゴム11
含浸剤:含浸剤13
表面層:表面層9
ゴムのtanΔピーク温度:+5[℃]
改質部のtanΔピーク温度:−2[℃]
表面層のtanΔピーク温度:45[℃]
先端稜線部から50[μm]離れた位置での層厚:10[μm]
ブレードエッジの摩耗面積:75[μm
クリーニング不良発生:なし
異音発生:なし
(比較例11)
ベースウレタンゴム:ウレタンゴム8
含浸剤:含浸剤11
表面層:なし
ゴムのtanΔピーク温度:−19[℃]
改質部のtanΔピーク温度:−20[℃]
ブレードエッジの摩耗面積:400[μm
クリーニング不良発生:帯状クリーニング不良2箇所
異音発生:なし
先端面えぐれ摩耗:発生
(比較例12)
ベースウレタンゴム:ウレタンゴム9
含浸剤:なし
表面層:なし
ゴムのtanΔピーク温度:−6[℃]
ブレードエッジの摩耗面積:300[μm
クリーニング不良発生:すじ状クリーニング不良2箇所
異音発生:なし
先端面えぐれ摩耗:発生
(比較例13)
ベースウレタンゴム:ウレタンゴム10
含浸剤:なし
表面層:表面層1
ゴムのtanΔピーク温度:−18[℃]
表面層のtanΔピーク温度:60[℃]
先端稜線部から50[μm]離れた位置での層厚:10[μm]
ブレードエッジの摩耗面積:250[μm
クリーニング不良発生:帯状クリーニング不良2箇所
異音発生:不快なビビリ音発生
Figure 2010152295
上記表3は、実施例23〜27、比較例11〜13の検証実験の結果をまとめたものである。
先端稜線部近傍にtanΔ温度を下げる改質処理を施していない、比較例13においては、帯状クリーニング不良が発生しており、また不快なビビリ音が確認された。また、クリーニングブレードの先端稜線部を観察したところ、欠けが確認された。これは、経時使用で表面層が摩耗してなくなり、弾性ブレードの先端稜線部が露出したとき、クリーニングブレード全体のtanΔ温度が低い、言い換えれば、クリーニングブレード全体の反発弾性が高いため、この露出した部分の微小振動が大きくなり過ぎた結果、不快なビビリ音が生じたと考えられる。また、弾性ブレードの露出部分がめくれ、このめくれた露出部分が欠落してしまい、クリーニングブレードの先端稜線部に欠けが確認されたと考えられる。このような欠けが生じため帯状のクリーニング不良が生じたと考えられる。
また、比較例11に示すように、tanΔ温度を下げる改質処理を先端稜線部に施しても、先端稜線部に表面層を設けていないため、先端稜線部の微小振動が大きくなり過ぎることで発生するビビリ音などの異音は抑えられても、先端面えぐれ摩耗が発生し、すじ状のクリーニング不良が生じてしまったと考えられる。
一方、実施例23〜実施例27においては、不快なビビリ音が確認されなかった。また、検証実験終了後のクリーニングブレードを確認したところ、先端稜線部の表面層が摩耗でなくなり、弾性体ブレードの先端稜線部が露出していた。このように、実施例23〜実施例27においても、弾性体ブレードの改質処理を施した先端稜線部が感光体と当接していたにもかかわらず、先端面えぐれ摩耗や帯状・すじ状のクリーニング不良が確認されなかった。これは、実施例23〜実施例27においては、弾性体ブレードの先端稜線部の露出部より感光体移動方向下流側の表面層が、露出した弾性体ブレードの先端稜線部が感光体移動方向に変形するのを抑制しているため、クリーニングブレードの先端面にえぐれ摩耗が生じなかったと考えられる。
表3に示した検証実験の結果から、実施例23〜27においては、不快なビビリ音の発生がなく、先端面のえぐれ摩耗も生じず、経時にわたり良好なクリーニング性を維持することができたのがわかる。
つまり、本実施形態のように弾性体ブレードの先端部(先端稜線部近傍)のみにtanΔ温度を下げる、言い換えれば、反発弾性を高くする改質処理を施すことによって、クリーニングブレードの高耐久とクリーニング性との両方を同時に向上させることが可能となるのがわかる。また、含浸改質処理により、弾性体ブレード自体の摩耗速度を低減させられるため、含浸改質処理を施していない通常の弾性体ブレードを用いたクリーニングブレード(比較例12や比較例13など)に比べて2倍以上の寿命となったのがわかる。
また、表面層のtanΔピーク温度を弾性体ブレードの改質処理が施されていない箇所のtanΔピーク温度よりも40[℃]以上高くすることで、弾性体ブレードの先端稜線部のめくれ(引き込まれ)を防止するのに充分な機械特性を付与できるのがわかった。
また、クリーニングブレードの設計条件(感光体への当て方)などに変更を加える必要がないため、低コスト化にも寄与する。
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5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5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、ゴム部材からなる短冊形状の弾性体ブレードと、弾性体ブレードの先端稜線部を覆うように形成した、弾性体ブレードよりも硬い表面層とで構成されており、弾性体ブレードの先端稜線部近傍に改質処理が施され、先端稜線部から弾性体ブレード内側5[mm]以内の箇所におけるtanΔピーク温度が上記改質処理が施されていない箇所のtanΔピーク温度よりも3[℃]から7[℃]低く、さらに、表面層のtanΔピーク温度が弾性体ブレードの改質処理が施されていない箇所のtanΔピーク温度よりも40[℃]以上高い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、ビビリ音などの異音の発生を抑えつつ、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長期にわたって維持することができ、長期にわたって感光体3上にクリーニング不良が発生するのを抑制することができる。
以上、各実施形態によれば、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、低摩擦化処理等の処理によって、先端稜線部62cの摩擦係数が0.5以下の弾性体ブレード622と、弾性体ブレード622の先端稜線部62cを覆い、先端稜線部62cの層厚が1[μm]以上50[μm]以下であり、弾性体ブレード622よりも硬い表面層623とで構成したことで、表面層623の耐摩耗性を向上させることができ、且つ、先端稜線部62cのめくれを抑制することができる。これにより、長期にわたり良好なクリーニング性を維持することができる。
また、各実施形態によれば、弾性体ブレード622の先端稜線部近傍に改質処理が施され、先端稜線部62cから弾性体ブレード内側5[mm]以内の箇所におけるtanΔピーク温度が前記改質処理が施されていない箇所のtanΔピーク温度よりも3[℃]から7[℃]低いことで、上述した検証実験で明らかにしたように、異音の発生を抑えつつ、長期にわたって良好なクリーニング性を維持することができる。
また、実施形態2によれば、弾性体ブレード622における上記改質処理が施されていない箇所のtanΔピーク温度をt1とし、表面層623のtanΔピーク温度をt2としたとき、t2≧t1+40の関係を満たすことで、弾性体ブレード622の先端稜線部62cのめくれ(引き込まれ)を防止するのに充分な機械特性を付与できる。
また、各実施形態によれば、上記ゴム部材として、JIS−A硬度が65[°]以上80[°]以下であり反発弾性率が80[%]以下である、ウレタン基を含むゴム部材を用いたことで、感光体に偏心などあっても、柔軟にクリーニングブレードが変形して、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、各実施形態によれば、表面層623を、紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂、または、フッ素系熱硬化樹脂で形成したことで、容易に弾性体ブレード622の先端稜線部62cに表面層623を形成することができる。
また、各実施形態によれば、紫外線硬化樹脂として、原料モノマーが、1架橋点あたり300〜1500の数平均分子量をもつ紫外線硬化樹脂を用いることで、表面層を適度な硬度にすることができる。その結果、先端稜線部のめくれを抑制することができる。また、感光体移動方向に適度に変形することができ、ビビリ音の発生を抑えることができるとともに、表面層の耐摩耗性を良好にすることができる。
また、各実施形態によれば、弾性体ブレード622の先端稜線部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種を含浸させる処理を行うことで、弾性体ブレード622の先端稜線部62cの摩擦係数を0.5以下にすることができる。
また、各実施形態によれば、上記先端稜線部近傍に含浸させる上記イソシアネート化合物の数平均分子量が500以下であることが望ましい。
また、各実施形態によれば、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、各実施形態によれば、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。
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 塗布ブラシ
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
262c 先端稜線部
621 ホルダー
622 弾性体ブレード
623 表面層
特許第3602898号公報 特開2004−233818号公報

Claims (11)

  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、
    先端稜線部の摩擦係数が0.5以下の弾性体ブレードと、
    前記弾性体ブレードの先端稜線部を覆い、先端稜線部から50[μm]離れた位置での層厚が1[μm]以上50[μm]以下であり、前記弾性体ブレードよりも硬い表面層とで構成したことを特徴とするクリーニングブレード。
  2. 請求項1のクリーニングブレードにおいて、
    上記先端稜線部から弾性体ブレード内側5[mm]以内の箇所におけるtanΔピーク温度が該先端稜線部から弾性体ブレード内側に5[mm]を超えて離れた箇所のtanΔピーク温度よりも3[℃]から7[℃]低いことを特徴とするクリーニングブレード。
  3. 請求項2のクリーニングブレードにおいて、
    上記先端稜線部から弾性体ブレード内側に5[mm]を超えて離れた箇所のtanΔピーク温度をt1とし、上記表面層のtanΔピーク温度をt2としたとき、t2≧t1+40の関係を満たす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、
    上記ゴム部材として、JIS−A硬度が65[°]以上80[°]以下であり反発弾性率が80[%]以下である、ウレタン基を含むゴム部材を用いた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、
    上記表面層を、紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂、または、フッ素系熱硬化樹脂で形成したことを特徴とするクリーニングブレード。
  6. 請求項5のクリーニングブレードにおいて、
    上記紫外線硬化樹脂として、1架橋点あたり300〜1500の数平均分子量をもつ紫外線硬化樹脂を用いたことを特徴とするクリーニングブレード。
  7. 請求項1、2、3、4、5または6のクリーニングブレードにおいて、
    上記先端稜線部近傍に、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種を含浸させることを特徴とするクリーニングブレード。
  8. 請求項7のクリーニングブレードにおいて、
    上記先端稜線部近傍に含浸させる上記イソシアネート化合物の数平均分子量が500以下であることを特徴とするクリーニングブレード。
  9. 像担持体と、
    前記像担持体表面を帯電する帯電手段と、
    帯電した前記像担持体表面に静電潜像を形成する潜像形成手段と、
    前記像担持体表面に形成された前記静電潜像を現像してトナー像化する現像手段と、
    前記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、
    前記像担持体表面に当接して、前記像担持体表面に付着した転写残トナーをクリーニング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、
    前記クリーニングブレードとして、請求項1、2、3、4、5、6、7または8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。
  10. 像担持体と少なくとも前記像担持体表面に付着した転写残トナーをクリーニング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、5、6、7または8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。
  11. 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、
    前記クリーニングブレードとして、先端稜線部の摩擦係数が0.5以下の弾性体ブレードと、
    前記弾性体ブレードの先端稜線部を覆い、先端稜線部から50[μm]離れた位置での層厚が1[μm]以上50[μm]以下であり、前記弾性体ブレードよりも硬い表面層とで構成された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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