JP2014066784A - 画像形成装置、およびプロセスカートリッジ - Google Patents

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Abstract

【課題】クリーニング性能に優れた画像形成装置の提供。
【解決手段】像保持体31と、平均粒子径が0.02μm以上であり且つ金属石鹸粒子およびオイル処理無機粒子から選択される少なくとも一種の外添剤、並びに該外添剤が表面に外添されるトナー粒子を含有するトナーを収容し、前記像保持体の表面に前記トナーによる現像像を形成する現像装置33と、像保持体31上に形成された現像像を記録媒体上に転写する転写装置と、少なくとも像保持体31と接触部がダイナミック超微小硬度0.25以上0.65以下である部材で構成され、且つタック量が1μm以上300μm以下であるクリーニングブレード342を備え、像保持体31の表面をクリーニングするクリーニング装置34と、を備える画像形成装置。
【選択図】図2

Description

本発明は、画像形成装置、およびプロセスカートリッジに関する。
従来から、電子写真方式の複写機、プリンタ、ファクシミリ等においては、感光体等の像保持体の表面の残存トナー等を除去するための清掃手段として、クリーニングブレードが用いられている。
例えば特許文献1には、エッジ層とバックアップ層からなる電子写真用クリーニングブレード用のポリウレタン製弾性ゴム部材であって、エッジ層ポリウレタンのイソシアネート成分として、1,5−ナフタレンジイソシアネート(NDI)を使用した硬度が80°(JIS−A)以上のポリウレタンであり、バックアップ層は、NDI系以外イソシアネート成分を用い硬度が80°未満のポリウレタンであるポリウレタン製弾性ゴム部材が開示されている。
また特許文献2には、HU(ユニバーサル硬さ値)が150N/mm以上220N/mm以下であり、かつ、弾性変形率Woが44%以上65%以下である表面を有する電子写真感光体表面に対して脂肪酸金属塩を供給する脂肪酸金属塩供給手段を有し、且つ該クリーニングブレードのゴム硬度が78度以上99度以下となる画像形成装置が開示されている。
また、画像形成装置に用いられるトナーについて、特許文献3には、転写部材にバイアスを印加する手段によりバイアスを印加し潜像保持体上の少なくとも2種類の平均粒径の異なる外添剤をトナーの樹脂粒子に外添混合したトナーを被転写体に転移させる転写装置において、前記トナーの緩み見かけ密度をR(g/cc)、前記転写部材硬度(JISA)をHとしたとき、R≧0.350+0.001×Hなる関係を満たすトナーが開示されている。
特開2010−139737号公報 特開2005−164775号公報 特開2000−56595号公報
本発明は、クリーニング性能に優れた画像形成装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、以下の発明が提供される。
請求項1に係る発明は、
像保持体と、
平均粒子径が0.02μm以上であり且つ金属石鹸粒子および表面がオイル処理されてなる無機粒子から選択される少なくとも一種の外添剤、並びに該外添剤が表面に外添されるトナー粒子を含有するトナーを収容し、前記像保持体の表面に前記トナーによる現像像を形成する現像装置と、
前記像保持体上に形成された現像像を記録媒体上に転写する転写装置と、
少なくとも前記像保持体と接触する部分がダイナミック超微小硬度0.25以上0.65以下である部材で構成され、且つ前記像保持体との接触領域の像保持体駆動方向最大長さが1μm以上300μm以下であるクリーニングブレードを備え、前記転写装置によって前記現像像が転写された後の前記像保持体の表面に前記クリーニングブレードを接触させてクリーニングするクリーニング装置と、
を備える画像形成装置である。
請求項2に係る発明は、
像保持体と、
平均粒子径が0.02μm以上であり且つ金属石鹸粒子および表面がオイル処理されてなる無機粒子から選択される少なくとも一種の外添剤、並びに該外添剤が表面に外添されるトナー粒子を含有するトナーを収容し、前記像保持体の表面に前記トナーによる現像像を形成する現像装置と、
少なくとも前記像保持体と接触する部分がダイナミック超微小硬度0.25以上0.65以下である部材で構成され、且つ前記像保持体との接触領域の像保持体駆動方向最大長さが1μm以上300μm以下であるクリーニングブレードを備え、前記現像像が記録媒体に転写された後の前記像保持体の表面に前記クリーニングブレードを接触させてクリーニングするクリーニング装置と、
を備え、画像形成装置に対して脱着自在なプロセスカートリッジである。
請求項1に係る発明によれば、現像装置が、平均粒子径が0.02μm以上であり且つ金属石鹸粒子および表面がオイル処理されてなる無機粒子から選択される少なくとも一種の外添剤を含有するトナーを有し、クリーニング装置が、少なくとも像保持体と接触する部分がダイナミック超微小硬度0.25以上0.65以下である部材で構成され且つ像保持体との接触領域の像保持体駆動方向最大長さが1μm以上300μm以下であるクリーニングブレードを備える、との要件を満たさない場合に比べ、クリーニング性能に優れた画像形成装置が提供される。
請求項2に係る発明によれば、現像装置が、平均粒子径が0.02μm以上であり且つ金属石鹸粒子および表面がオイル処理されてなる無機粒子から選択される少なくとも一種の外添剤を含有するトナーを有し、クリーニング装置が、少なくとも像保持体と接触する部分がダイナミック超微小硬度0.25以上0.65以下である部材で構成され且つ像保持体との接触領域の像保持体駆動方向最大長さが1μm以上300μm以下であるクリーニングブレードを備える、との要件を満たさない場合に比べ、クリーニング性能に優れたプロセスカートリッジが提供される。
本実施形態に係る画像形成装置の一例を示す概略模式図である。 本実施形態におけるクリーニング装置の一例を示す模式断面図である。 本実施形態におけるクリーニングブレードの一例を示す概略図である。 本実施形態におけるクリーニングブレードの他の一例を示す概略図である。 本実施形態におけるクリーニングブレードの他の一例を示す概略図である。 本実施形態におけるクリーニングブレードが像保持体にタックしている状態を示す概略図である。
以下、本発明の画像形成装置およびプロセスカートリッジの実施形態について詳細に説明する。
<画像形成装置およびプロセスカートリッジ>
本実施形態に係る画像形成装置は、像保持体と、現像装置と、転写装置と、クリーニング装置と、を備える。
現像装置は、トナーを収容し、前記像保持体の表面に前記トナーによる現像像を形成する。尚、前記トナーは、平均粒子径が0.02μm以上であり且つ金属石鹸粒子および表面がオイル処理されてなる無機粒子から選択される少なくとも一種の外添剤と、該外添剤が表面に外添されるトナー粒子と、を含有する。
転写装置は、前記像保持体上に形成された現像像を記録媒体上に転写する。
クリーニング装置は、前記転写装置によって前記現像像が転写された後の前記像保持体の表面に前記クリーニングブレードを接触させてクリーニングを行う。尚、前記クリーニングブレードは、少なくとも前記像保持体と接触する部分がダイナミック超微小硬度0.25以上0.65以下である部材で構成され、且つ前記像保持体との接触領域の像保持体駆動方向最大長さ(以下単に「タック量」とも称す)が1μm以上300μm以下である。
また、本実施形態に係るプロセスカートリッジは、画像形成装置に対して脱着自在であり、且つ前記像保持体と現像装置とクリーニング装置とを備える。
従来、画像形成装置において像保持体表面を清掃するクリーニングブレードでは、像保持体との接触部において欠けが発生することがあり、欠けが生じた箇所では像保持体表面に付着したトナー等の付着物のすり抜けが発生することがあった。そのため、クリーニングブレードにおいては欠け発生の抑制が望まれていた。
これに対し本実施形態では、クリーニングブレードの像保持体と接触する部分が、ダイナミック超微小硬度が前記範囲である部材で構成され、且つタック量が前記範囲に調整される。ここでタック量とは、像保持体が駆動した際にクリーニングブレードと像保持体との接触部に動摩擦が生じ、この動摩擦によってクリーニングブレードの前記駆動方向への巻き込みが発生した状態での、像保持体との接触領域の前記駆動方向の最大長さを表す。尚、タック量は、クリーニングブレードの像保持体との接触部分における硬度や、クリーニングブレードと像保持体との摩擦力等に起因して変動する数値である(詳細については後述する)。
クリーニングブレードが上記硬度およびタック量の要件を満たすことで、クリーニングブレードに生じる欠けの大きさ(像保持体駆動方向から見た際の穴の最大径)が抑制され、具体的には10μm以上50μm以下の範囲に抑制される。
但し、クリーニングブレードでの欠けの大きさが上記範囲に抑制されていても、該欠けの大きさよりも小さい粒子径を有するトナー粒子を用いていたり、トナー粒子が砕けてより小さな破片が生じる等の要因により、トナーのすり抜けが発生することがあった。そのため、更に画像形成装置としては、トナーのすり抜けの抑制が望まれる。
これに対し本実施形態では更に、現像装置に収容されるトナーにおいて、平均粒子径が上記範囲であり、且つ金属石鹸粒子および表面がオイル処理されてなる無機粒子から選択される外添剤を外添したトナーが用いられる。大きさが上記範囲に抑制された欠けに対して外添剤として前記の要件を満たすものを適用することで、クリーニングブレードの欠けに起因するトナーのすり抜けが効果的に抑制され、良好なクリーニング性能が得られる。
上記効果が奏される理由は必ずしも明確ではないものの、トナー粒子から遊離した前記外添剤がクリーニングブレードと像保持体との接触部の上流側に堆積してダムを形成し、欠けの大きさが上記範囲であれば、このダムによって効果的に欠けが埋められるためにトナーのすり抜けが抑制されるものと推察される。
−画像形成装置およびプロセスカートリッジの構成−
まず、本実施形態に係る画像形成装置およびプロセスカートリッジの構成について、図面を用い一例を挙げて、詳細に説明する。但し、本実施形態に係る画像形成装置およびプロセスカートリッジの構成は、図1に示す態様に限定されるものではない。
図1は、本実施形態の画像形成装置の一例を示す概略模式図であり、いわゆるタンデム型の画像形成装置について示したものである。
図1中、21は本体ハウジング、22、22a乃至22dは作像エンジン、23はベルトモジュール、24は記録媒体供給カセット、25は記録媒体搬送路、30は各感光体ユニット、31は感光体ドラム(像保持体の一種)、33は各現像ユニット(現像装置の一種)、34はクリーニング装置、35、35a乃至35dはトナーカートリッジ、40は露光ユニット、41はユニットケース、42はポリゴンミラー、51は一次転写装置、52は二次転写装置、53はベルトクリーニング装置、61は送出しロール、62は搬送ロール、63は位置合わせロール、66は定着装置、67は排出ロール、68は排紙部、71は手差し供給装置、72は送出しロール、73は両面記録用ユニット、74は案内ロール、76は搬送路、77は搬送ロール、230は中間転写ベルト、231、232は支持ロール、521は二次転写ロール、531はクリーニングブレードを表す。尚、一次転写装置51と中間転写ベルト230と二次転写装置52とで本実施形態における転写装置を構成する。
図1に示すタンデム型画像形成装置は、本体ハウジング21内に四つの色(本実施形態ではブラック、イエロ、マゼンタ、シアン)の作像エンジン22(具体的には22a乃至22d)を配列し、その図1内における上方には各作像エンジン22の配列方向に沿って循環搬送される中間転写ベルト230が含まれるベルトモジュール23を配設する。一方、本体ハウジング21の図1内における下方には用紙等の記録媒体(図示せず)が収容される記録媒体供給カセット24を配設する。また、この記録媒体供給カセット24からの記録媒体の搬送路となる記録媒体搬送路25を垂直方向に配置したものである。
本実施形態において、各作像エンジン22(22a乃至22d)は、中間転写ベルト230の循環方向上流側から順に、例えばブラック用、イエロ用、マゼンタ用、シアン用(配列は必ずしもこの順番とは限らない)のトナー像を形成するものであり、各感光体ユニット30と、各現像ユニット33と、共通する一つの露光ユニット40と、を備えている。
ここで、感光体ユニット30は、例えば感光体ドラム(像保持体)31と、この感光体ドラム31を予め帯電する帯電ロール(帯電装置)32と、感光体ドラム31上の残留トナーを除去するクリーニング装置34と、を一体的にサブカートリッジ化したものである。
また、現像ユニット(現像装置)33は、帯電された感光体ドラム31上に露光ユニット40にて露光形成された静電潜像を対応する色トナー(本実施形態では例えば負極性)で現像するものである。尚、感光体ユニット30からなるサブカートリッジと現像ユニット33とは、一体化されてプロセスカートリッジ(所謂Customer Replaceable Unit)を構成している。
また、図1中、符号35(35a乃至35d)は各現像ユニット33に各色成分トナーを補給するためのトナーカートリッジである(トナー補給経路は図示せず)。
一方、露光ユニット40は、ユニットケース41内に例えば四つの半導体レーザ(図示せず)、一つのポリゴンミラー42、結像レンズ(図示せず)および各感光体ユニット30に対応するそれぞれミラー(図示せず)を格納し、各色成分毎の半導体レーザからの光をポリゴンミラー42で偏向走査し、結像レンズ、ミラーを介して対応する感光体ドラム31上の露光ポイントに光像を導くよう配置したものである。
また、本実施形態において、ベルトモジュール23は、例えば一対の支持ロール(一方が駆動ロール)231,232間に中間転写ベルト230を掛け渡したものであり、各感光体ユニット30の感光体ドラム31に対応した中間転写ベルト230の裏面には一次転写装置(本例では一次転写ロール)51が配設され、この一次転写装置51にトナーの帯電極性と逆極性の電圧を印加することで、感光体ドラム31上のトナー像を中間転写ベルト230側に静電的に転写する。更に、中間転写ベルト230の最下流作像エンジン22dの下流側の支持ロール232に対応した部位には二次転写装置52が配設されており、中間転写ベルト230上の一次転写像を記録媒体に二次転写(一括転写)する。
本実施形態では、二次転写装置52は、中間転写ベルト230のトナー像保持面側に圧接配置される二次転写ロール521と、中間転写ベルト230の裏面側に配置されて二次転写ロール521の対向電極をなす背面ロール(本例では支持ロール232を兼用)と、を備えている。そして、例えば二次転写ロール521が接地されており、また、背面ロール(支持ロール232)にはトナーの帯電極性と同極性のバイアスが印加されている。
更にまた、中間転写ベルト230の最上流作像エンジン22aの上流側にはベルトクリーニング装置53が配設されており、中間転写ベルト230上の残留トナーを除去する。
また、記録媒体供給カセット24には記録媒体をピックアップする送出しロール61が設けられ、この送出しロール61の直後には記録媒体を送出する搬送ロール62が配設されると共に、二次転写部位の直前に位置する記録媒体搬送路25には記録媒体を定められたタイミングで二次転写部位へ供給するレジストレーションロール(位置合わせロール)63が配設されている。一方、二次転写部位の下流側に位置する記録媒体搬送路25には定着装置66が設けられ、この定着装置66の下流側には記録媒体排出用の排出ロール67が設けられており、本体ハウジング21の上部に形成された排紙部68に排出記録媒体が収容される。
更に、本実施形態では、本体ハウジング21の側方には手差し供給装置(MSI)71が設けられており、この手差し供給装置71上の記録媒体は送出しロール72および搬送ロール62にて記録媒体搬送路25に向かって送出される。
更にまた、本体ハウジング21には両面記録用ユニット73が付設されており、この両面記録用ユニット73は、記録媒体の両面に画像記録を行う両面モード選択時に、片面記録済みの記録媒体を、排出ロール67を逆転させ且つ入口手前の案内ロール74にて内部に取り込み、搬送ロール77にて内部の記録媒体戻し搬送路76に沿って記録媒体を搬送し、再度位置合わせロール63側へと供給するものである。
[クリーニング装置]
次に、図1に示すタンデム型画像形成装置内に配置されたクリーニング装置34について詳述する。
図2は、本実施形態のクリーニング装置の一例を示す模式断面図であり、図1中に示すクリーニング装置34と共に、一体化されてプロセスカートリッジ化されている感光体ドラム31、帯電ロール32、現像ユニット33を示した図である。
図2中、32は帯電ロール(帯電装置)、331はユニットケース、332は現像ロール、333はトナー搬送部材、334は搬送パドル、335はトリミング部材、341はクリーニングケース、342はクリーニングブレード、344はフィルムシール、345は搬送部材を表す。
クリーニング装置34は、残留トナーが収容され且つ感光体ドラム31に対向して開口するクリーニングケース341を有し、このクリーニングケース341の開口下縁には感光体ドラム31に接触配置されるクリーニングブレード342を図示外のブラケットを介して取り付ける一方、クリーニングケース341の開口上縁には感光体ドラム31との間が気密に保たれるフィルムシール344を取り付けたものである。尚、符号345はクリーニングケース341内に収容された廃トナーを側方の廃トナー容器に導く搬送部材である。
尚、本実施形態では、各作像エンジン22(22a乃至22d)の全てのクリーニング装置34において、クリーニングブレードとして本実施形態のクリーニングブレードが用いられている。また、クリーニングブレード342は、図2にはクリーニング装置34内のフレーム部材に直接固定した態様を示したが、これに限られず、バネ材を介して固定されてもよい。
次いで、本実施形態に係るクリーニングブレードの構成について説明する。
本実施形態のクリーニングブレードは、少なくとも感光体ドラム(像保持体)31と接触する部分がダイナミック超微小硬度0.25以上0.65以下である部材で構成され、且つタック量が1μm以上300μm以下である。
尚、本明細書において、クリーニングブレードの被クリーニング部材と接触する部分を含む領域を構成する部材を「接触部材」と称する。つまり、本実施形態に係るクリーニングブレードは前記接触部材のみからなっていてもよい。
また、クリーニングブレードが、前記接触部材と該接触部材以外の領域とがそれぞれ異なる材料にて構成されている場合には、接触部材以外の領域を構成する部材を「非接触部材」と称する。非接触部材は、1種の材料で構成されていても材料異なる2種以上の部材から構成されていてもよい。
ここで、図面を用いて、本実施形態に係るクリーニングブレードの構成について詳述する。図3は、第1の実施形態に係るクリーニングブレードを示す概略図であり、感光体ドラムの表面に接触した状態を示す図である。また、図4は第2の実施形態に係るクリーニングブレードが、図5は第3の実施形態に係るクリーニングブレードが、感光体ドラムの表面に接触した状態を示す図である。
ここで、図3乃至図5においては、クリーニングブレードの各箇所について、矢印A方向に駆動する感光体ドラム31に接触して感光体ドラム31の表面をクリーニングする角部を接触角部3Aと、接触角部3Aが1つの辺を構成し且つ前記駆動の方向(矢印A方向)の上流側を向く面を先端面3Bと、接触角部3Aが1つの辺を構成し且つ前記駆動の方向(矢印A方向)の下流側を向く面を腹面3Cと、先端面3Bと1つの辺を共有し且つ腹面3Cに対向する面を背面3Dとする。また、接触角部3Aと平行な方向(つまり図3において手前から奥への方向)を奥行き方向と、接触角部3Aから先端面3Bが形成されている側の方向を厚み方向と、接触角部3Aから腹面3Cが形成されている側の方向を幅方向とする。
図3に示す第1の実施形態に係るクリーニングブレード342Aは、感光体ドラム31と接触する部分つまり接触角部3Aを含めて、全体が単一の材料から構成されており、即ち接触部材のみからなる態様である。
尚、本実施形態に係るクリーニングブレードは、図4に示す第2の実施形態のごとく、感光体ドラム31と接触する部分つまり接触角部3Aを含み、腹面3C側全面に渡って形成され且つ接触部材からなる第一層3421Bと、該第一層よりも背面3D側に形成され且つ接触部材とは異なる材料からなる背面層としての第二層3422Bと、が設けられた2層構成であってもよい。
更に、本実施形態に係るクリーニングブレードは、図5に示す第3の実施形態のごとく、感光体ドラム31と接触する部分つまり接触角部3Aを含み、1/4にカットされた円柱が奥行き方向に伸びた形状を有し該形状の直角部分が接触角部3Aを形成する、接触部材からなる接触部材(エッジ部材)3421Cと、接触部材3421Cの厚み方向の背面3D側および幅方向の先端面3Bとは反対側を覆い、つまり前記接触部材3421C以外の部分を構成する、接触部材とは異なる材料からなる背面部材3422Cと、が設けられた構成であってもよい。
尚、図5では接触部材として1/4にカットされた円柱の形状を有する部材の例を示したが、これに限定されるものではない。接触部材としては、例えば楕円状の円柱が1/4にカットされた形状や、正方形の四角柱、長方形の四角柱等の形状であってもよい。
(タック量)
本実施形態におけるクリーニングブレードは、像保持体との接触領域の像保持体駆動方向最大長さ(タック量)が1μm以上300μm以下である。
タック量とは、図6に示すごとく、感光体ドラム(像保持体)31が駆動した際にクリーニングブレード342と感光体ドラム31との接触部に動摩擦が生じ、この動摩擦によってクリーニングブレード342の前記駆動方向への巻き込みが発生した状態での、感光体ドラム31との接触領域の前記駆動方向の最大長さ(図6中の「T」)を表す。
タック量が上記上限値を超える場合、クリーニングブレードに生じる欠けの大きさが抑制されず、50μmを超える欠けが発生することがある。一方、タック量が上記下限値未満である場合、十分な密着性を得ることができず、クリーニング不良が発生するとの点で不利である。
尚、タック量は更に、1μm以上100μm以下が望ましく、1μm以上50μm以下がより望ましい。
上記タック量は、像保持体表面にクリーニングブレードとの摺擦痕がつくまで画像形成装置を走行させ、該摺擦痕の幅を計測することで測定される。
タック量を制御する方法としては、特に限定されるものではないが、例えば以下の方法が挙げられる。
例えば、クリーニングブレードの像保持体と接触する部分の硬度が低いほど、タック量は大きくなる傾向にある。
また、クリーニングブレードと像保持体との摩擦力が大きいほど、タック量は大きくなる傾向にある。
尚、前記摩擦力は、クリーニングブレードの像保持体と接触する部分の材質、像保持体表面に存在する潤滑剤(トナーに外添剤として添加される潤滑剤等)の種類や量、クリーニングブレードの像保持体への押し付け力、像保持体の硬度や粗さ等により調整される。
また、前記押し付け力は、クリーニングブレードが像保持体に食込む長さ、クリーニングブレードと像保持体との接触部における角度W/A(Working Angle)、クリーニングブレード全体の反撥弾性、ヤング率等により調整される。
(ダイナミック超微小硬度)
クリーニングブレードの接触部材におけるダイナミック超微小硬度は、0.25以上0.65以下である。ダイナミック超微小硬度が上記下限値未満であると、接触部材の硬さが足りず、クリーニングブレードに生じる欠けの大きさが抑制されずに50μmを超える欠けが発生することがある。一方、上記上限値を超えると接触部材が硬くなり過ぎて駆動する被クリーニング部材に対してクリーニングブレードが追従せず、良好なクリーニング性が得られない。
尚、ダイナミック超微小硬度は、0.28以上0.63以下であることが望ましく、0.3以上0.6以下であることがより望ましい。
また、クリーニングブレードの接触部材のダイナミック超微小硬度は、圧子を試料に一定の押込み速度(mN/s)で進入させたときの試験荷重P(mN)と押込み深さD(μm)より、下記式より算出される硬度である。
式:DH=α×P/D
上記式において、αは圧子形状による定数を表す。
なお、上記ダイナミック超微小硬度の測定は、ダイナミック超微小硬度計DUH−W201S((株)島津製作所社製)により行われる。ダイナミック超微小硬度は、軟質材料測定により、ダイヤモンド三角錐圧子(陵間角:115°、α:3.8584)を、押込み速度0.047399mN/s、試験荷重4.0mN、環境23℃で進入させた際の押込み深さDを測定することにより求められる。
尚、クリーニングブレードの被クリーニング部材と接触する部分は通常角部である。そのため、三角錐圧子を押し込める箇所で測定を行うとの観点から、実際の測定箇所は、前記角部が1つの辺を構成し且つ駆動する被クリーニング部材に前記角部が接触した状態で該駆動の方向の下流側を向く面(腹面)側に、前記角部から0.5mmずれた位置とする。また、上記の測定箇所のうち任意の5箇所について測定を行い、その平均値をダイナミック超微小硬度とする。
接触部材におけるダイナミック超微小硬度を制御する方法としては、特に限定されるものではないが、例えば以下の方法が挙げられる。
例えば、クリーニングブレードの接触部材の材質がポリウレタンである場合であれば該ポリウレタンの結晶性を高めることによって、ダイナミック超微小硬度は高くなる傾向にある。
また、化学架橋を増す(架橋点を増す)ことによってダイナミック超微小硬度は高くなる傾向にある。
更に、ハードセグメント量を増すことによってダイナミック超微小硬度は高くなる傾向にある。
ついで、本実施形態のクリーニングブレードにおいて少なくとも被クリーニング部材と接触する部分を構成する接触部材の組成について説明する。
(接触部材)
本実施形態に係るクリーニングブレードにおける接触部材は、前述のダイナミック超微小硬度を満たす限り、特に限定されるものではない。例えば、ポリウレタンゴム、シリコンゴム、フッ素ゴム、プロロピレンゴム、ブタジエンゴム等が挙げられる。尚、前記ダイナミック超微小硬度の要件を満たす観点から、ポリウレタンゴムが望ましく、特に高結晶化されたポリウレタンゴムがより望ましい。
ポリウレタンの結晶性を高める方法としては、例えば、ポリウレタンにおけるハードセグメント凝集体をより成長させる方法が挙げられる。具体的には、ポリウレタンにおける架橋構造の形成の際に化学架橋(架橋剤による架橋)よりも物理架橋(ハードセグメント同士の水素結合による架橋)がより効率的に進行するよう調整することで、ハードセグメント凝集体がより成長しやすい環境となる。尚、ポリウレタンの重合の際に重合温度を低く設定するほど熟成時間が長くなり、その結果物理架橋がより多く進行する傾向にある。
・吸熱ピークトップ温度
結晶性の指標としては、吸熱ピークトップ温度(溶融温度)が挙げられる。本実施形態におけるクリーニングブレードでは、示差走査熱量測定(DSC)による吸熱ピークトップ温度(溶融温度)が180℃以上であることが望ましく、更には185℃以上であることがより望ましく、190℃以上であることが更に望ましい。尚、上限値としては220℃以下であることが望ましく、更には215℃以下であることがより望ましく、210℃以下であることが更に望ましい。
尚、吸熱ピークトップ温度(溶融温度)は、示差走査熱量測定(DSC)にてASTM D3418−99に準じて行なわれる。測定には、パーキンエルマー社製Diamond−DSCを使用し、装置検出部の温度補正はインジウムと亜鉛の溶融温度を用い、熱量の補正についてはインジウムの融解熱を用いる。測定サンプルにはアルミニウム製のパンを用い、対照用に空パンをセットし測定を行う。
・ハードセグメント凝集体の粒子径および粒度分布
また、本実施形態では、ポリウレタンゴムがハードセグメントとソフトセグメントとを有し、前記ハードセグメントの凝集体の平均粒子径が5μm以上20μm以下であることが望ましい。
ハードセグメントの凝集体の平均粒子径が5μm以上であることにより、ブレード表面での結晶面積が増え、摺動性向上の利点がある。一方、20μm以下であることにより、低摩擦化を維持しつつ、靱性(耐欠け性)を失わないとの利点がある。
上記平均粒子径は、更に5μm以上15μm以下であることがより望ましく、5μm以上10μm以下であることが更に望ましい。
また、前記ハードセグメントの凝集体の粒度分布(標準偏差σ)が2以上であることが望ましい。
ハードセグメントの凝集体の粒度分布(標準偏差σ)が2以上であることは、つまり様々な粒子径のものが混在していることを表し、小さい凝集体によって、ソフトセグメントとの接触面積が増えることによる高硬度化の効果が得られ、一方大きい凝集体によって、摺動性向上の効果が得られる。
上記粒度分布(標準偏差σ)は、更に2以上5以下であることがより望ましく、2以上3以下であることが更に望ましい。
尚、ハードセグメント凝集体の平均粒子径および粒度分布は、以下の方法により測定される。偏光顕微鏡(オリンパス製BX51−P)を用い、倍率×20にて画像を撮影し、画像処理を施して画像を2値化し、クリーニングブレード1本につき5点(1点につき5個の凝集体を測定)、クリーニングブレード20本について粒子径を測定し、計500個から平均粒子径を算出する。
尚、画像の2値化は、画像処理ソフトOLYMPUS Stream essentials(オリンパス社製)を用い、結晶部を黒、非晶部を白になるよう色相/彩度/輝度の閾値を調整する。
また、測定された500個の粒子径から以下の式により粒度分布(標準偏差σ)算出する。
標準偏差σ=√{(X1−M)+(X2−M)+・・・
・・・+(X500−M)}/500
Xn:測定粒径n(n=1から500)
M:測定粒径の平均値
ハードセグメント凝集体の粒子径および粒度分布(標準偏差σ)を上記範囲に制御する手段としては、特に限定されるものではないが、例えば、触媒による反応制御、架橋剤による三次元ネットワーク制御、熟成条件による結晶成長制御等の方法が挙げられる。
ポリウレタンゴムは、通常ポリイソシアネートとポリオールとを重合することで合成される。また、ポリオール以外にイソシアネート基と反応し得る官能基を有する樹脂を用いてもよい。尚、ポリウレタンゴムはハードセグメントとソフトセグメントとを有していることが望ましい。
ここで、「ハードセグメント」および「ソフトセグメント」とは、ポリウレタンゴム材料中で、前者を構成する材料の方が、後者を構成する材料よりも相対的に硬い材料からなり、後者を構成する材料の方が前者を構成する材料よりも相対的に柔らかい材料からなるセグメントを意味する。
ハードセグメントを構成する材料(ハードセグメント材料)とソフトセグメントを構成する材料(ソフトセグメント材料)との組み合わせとしては、特に限定されず、一方が他方に対して相対的に硬く、他方が一方に対して相対的に柔らかい組み合わせとなるよう公知の樹脂材料から選択し得るが、本実施形態においては、以下の組み合わせが好適である。
・ソフトセグメント材料
まず、ソフトセグメント材料としては、ポリオールとして、ジオールと二塩基酸との脱水縮合で得られるポリエステルポリオール、ジオールとアルキルカーボネートの反応により得られるポリカーボネートポリオール、ポリカプロラクトンポリオール、ポリエーテルポリオール等が挙げられる。なお、ソフトセグメント材料として用いられる上記ポリオールの市販品としては、例えば、ダイセル化学社製のプラクセル205やプラクセル240などが挙げられる。
・ハードセグメント材料
また、ハードセグメント材料としては、イソシアネート基に対して反応し得る官能基を有する樹脂を用いることが望ましい。また、柔軟性のある樹脂であることが望ましく、柔軟性の点から直鎖構造を有する脂肪族系の樹脂であることがより望ましい。具体例としては、2つ以上のヒドロキシル基を含むアクリル樹脂や、2つ以上のヒドロキシル基を含むポリブタジエン樹脂、2つ以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂等を用いることが望ましい。
2つ以上のヒドロキシル基を含むアクリル樹脂の市販品としては、例えば、総研化学社製のアクトフロー(グレード:UMB−2005B、UMB−2005P、UMB−2005、UME−2005等)が挙げられる。
2つ以上のヒドロキシル基を含むポリブタジエン樹脂の市販品としては、例えば、出光興産社製、R−45HT等が挙げられる。
2つ以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂としては、従来の一般的なエポキシ樹脂のごとく硬くて脆い性質を有するものではなく、従来のエポキシ樹脂よりも柔軟強靭性であるものが望ましい。上記エポキシ樹脂としては、例えば、分子構造の面では、その主鎖構造中に、主鎖の可動性を高くし得る構造(柔軟性骨格)を有するものが好適であり、柔軟性骨格としては、アルキレン骨格や、シクロアルカン骨格、ポリオキシアルキレン骨格等が挙げられ、特にポリオキシアルキレン骨格が好適である。
また、物性面では、従来のエポキシ樹脂と比べて、分子量に比して粘度が低いエポキシ樹脂が好適である。具体的には、重量平均分子量が900±100の範囲内であり、25℃における粘度が15000±5000mPa・sの範囲内であることが望ましく、15000±3000mPa・sの範囲内であることがより望ましい。この特性を有するエポキシ樹脂の市販品としては、例えば、DIC製、EPLICON EXA−4850−150等が挙げられる。
ハードセグメント材料およびソフトセグメント材料を用いる場合、ハードセグメント材料およびソフトセグメント材料の総量に対するハードセグメントを構成する材料の質量比(以下「ハードセグメント材料比」と称す)が10質量%以上30質量%以下の範囲内であることが望ましく、13質量%以上23質量%以下の範囲内であることがより望ましく、15質量%以上20質量%以下の範囲内であることが更に望ましい。
ハードセグメント材料比が、10質量%以上であることにより、耐摩耗性が得られ、長期に渡って良好なクリーニング性が維持される。一方、ハードセグメント材料比が30質量%以下であることにより、硬くなり過ぎることがなく、柔軟性や伸張性が得られ、欠けの発生が抑制されて、長期に渡って良好なクリーニング性が維持される。
・ポリイソシアネート
ポリウレタンゴムの合成に用いられるポリイソシアネートとしては、例えば、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、2,6−トルエンジイソシアネート(TDI)、1,6−ヘキサンジイソシアネート(HDI)、1,5−ナフタレンジイソシアネート(NDI)および3,3−ジメチルフェニル−4,4−ジイソシアネート(TODI)などが挙げられる。
尚、求められる大きさ(粒子径)のハードセグメント凝集体の形成し易さという点から、ポリイソシアネートとしては、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、1,5−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)がより望ましい。
ポリイソシアネートのイソシアネート基に対して反応し得る官能基を有する樹脂100質量部に対する配合量は、20質量部以上40質量部以下が望ましく、更には20質量部以上35質量部以下がより望ましく、20質量部以上30質量部以下が更に望ましい。
20質量部以上であることにより、ウレタン結合量が多く確保されてハードセグメント成長し、求められる硬度が得られる。一方40質量部以下であることにより、ハードセグメントが大きくなり過ぎず、伸張性が得られ、クリーニングブレードの欠けの発生が抑制される。
・架橋剤
架橋剤としては、ジオール(2官能)、トリオール(3官能)、テトラオール(4官能)等が挙げられ、これらを併用してもよい。また、架橋剤としてアミン系化合物を用いてもよい。尚、3官能以上の架橋剤を用いて架橋されたものであることが望ましい。3官能の架橋剤としては、例えば、トリメチロールプロパン、グリセリン、トリイソプロパノールアミン等が挙げられる。
架橋剤のイソシアネート基に対して反応し得る官能基を有する樹脂100質量部に対する配合量は2質量部以下が望ましい。2質量部以下であることにより、分子運動が化学架橋で拘束されることなく、熟成によるウレタン結合由来のハードセグメントが大きく成長し、求められる硬度が得やすくなる。
・ポリウレタンゴムの製造方法
本実施形態における前記接触部材を構成するポリウレタンゴム部材の製造は、プレポリマー法やワンショット法など、ポリウレタンの一般的な製造方法が用いられる。プレポリマー法は強度、耐摩耗性に優れるポリウレタンが得られるため本実施形態には好適であるが、製法により制限されるものではない。
尚、接触部材における吸熱ピークトップ温度(溶融温度)を前記範囲に制御する手段としては、ポリウレタン部材の結晶性を高めつつ且つ適正な範囲に制御する方法が挙げられ、例えばポリウレタンにおけるハードセグメント凝集体をより成長させる方法が挙げられる。具体的には、ポリウレタンにおける架橋構造の形成の際に化学架橋(架橋剤による架橋)よりも物理架橋(ハードセグメント同士の水素結合による架橋)がより効率的に進行するよう調整する方法が挙げられ、ポリウレタンの重合の際に重合温度を低く設定するほど熟成時間が長くなり、その結果物理架橋がより多く進行する傾向にある。
かかるポリウレタンゴム部材は、上述したポリオールに、イソシアネート化合物および架橋剤等を配合して、分子配列のムラが抑制され得る成形条件で成形する。
具体的には、ポリウレタン組成物を調整する際に、ポリオールやプレポリマーの温度を低くしたり、硬化・成形の温度を低くしたりすることにより、架橋の進行が遅くなるよう調整する。これらの温度(ポリオールやプレポリマーの温度、硬化・成形の温度)を低く設定して反応性を下げることにより、ウレタン結合部が凝集し、ハードセグメントの結晶体が得られるので、ハードセグメント凝集体の粒子径が求められる結晶径となるよう温度を調整する。
これにより、ポリウレタン組成物に含まれる分子が並んだ状態となり、DSCを測定した際に、結晶融解エネルギーの吸熱ピークトップ温度が前記範囲の結晶体を含むポリウレタンゴム部材が成形される。
なお、ポリオール、ポリイソシアネート、および架橋剤の量や、架橋剤の比率等は求められる範囲に調整する。
尚、クリーニングブレードの成形は、上記方法により調製されたクリーニングブレード形成用の組成物を、例えば、遠心成形や押し出し成形等を利用して、シート状に形成し、切断加工等を施すことにより作製される。
ここで、一例を挙げて、接触部材の製造方法の詳細を説明する。
まず、ソフトセグメント材料(例えばポリカプロラクトンポリオール)と、ハードセグメント材料(例えば2つ以上のヒドロキシル基を含むアクリル樹脂)を、混合(例えば質量比8:2)する。
次に、このソフトセグメント材料とハードセグメント材料との混合物に対して、イソシアネート化合物(例えば4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート)を加えて、例えば窒素雰囲気下で反応させる。この際の温度は60℃以上150℃以下であることが望ましく、更には80℃以上130℃以下であることが望ましい。また反応時間は0.1時間以上3時間以下であることが望ましく、更には1時間以上2時間以下であることが望ましい。
続いて、イソシアネート化合物を更に加え、例えば窒素雰囲気下で反応させてプレポリマーを得る。この際の温度は40℃以上100℃以下であることが望ましく、更には60℃以上90℃以下であることが望ましい。また反応時間は30分間以上6時間以下であることが望ましく、更には1時間以上4時間以下であることが望ましい。
次いで、このプレポリマーを昇温し減圧下で脱泡する。この際の温度は60℃以上120℃以下であることが望ましく、更には80℃以上100℃以下であることが望ましい。また反応時間は10分間以上2時間以下であることが望ましく、更には30分間以上1時間以下であることが望ましい。
その後、プレポリマーに対して、架橋剤(例えば1,4−ブタンジオールやトリメチロールプロパン)を加えて混合し、クリーニングブレード形成用の組成物を調製する。
次いで、遠心成形機の金型に上記クリーニングブレード形成用の組成物を流し込み、硬化反応させる。この際の金型温度は80℃以上160℃以下であることが望ましく、更には100℃以上140℃以下であることが望ましい。また反応時間は20分間以上3時間以下であることが望ましく、更には30分間以上2時間以下であることが望ましい。
更に架橋反応させ、冷却した後にカットしクリーニングブレードが形成される。この架橋反応の際の熟成加熱の温度は70℃以上130℃以下であることが望ましく、80℃以上130℃以下であることがより望ましく、更には100℃以上120℃以下であることが望ましい。また反応時間は1時間以上48時間以下であることが望ましく、更には10時間以上24時間以下であることが望ましい。
・物性
前記特定部材においては、ポリウレタンゴム中における化学架橋(架橋剤による架橋)「1」に対する物理架橋(ハードセグメント同士の水素結合による架橋)の比率が、1:0.8乃至1:2.0であることが望ましく、更には1:1乃至1:1.8であることが望ましい。
化学架橋に対する物理架橋の比率が上記下限値以上であることにより、ハードセグメント凝集体がより成長され結晶由来の低摩擦性の効果が得られる。一方、上記上限値以下であることにより、靱性維持の効果が得られる。
尚、上記化学架橋と物理架橋との比率は、以下のMoobey−Rivilin式を用いて算出する。
σ=2C(λ−1/λ)+2C(1−1/λ
σ:応力、λ:歪、C:化学架橋密度、C:物理架橋
尚、引張り試験による応力−歪曲線より10%伸長時のσとλを用いる。
前記特定部材においては、ポリウレタンゴム中におけるソフトセグメント「1」に対するハードセグメントの比率が、1:0.15乃至1:0.3であることが望ましく、更には1:0.2乃至1:0.25であることが望ましい。
ソフトセグメントに対するハードセグメントの比率が上記下限値以上であることにより、ハードセグメント凝集体量も増えることにより低摩擦性の効果が得られる。一方、上記上限値以下であることにより、靱性維持の効果が得られる。
尚、上記ソフトセグメントとハードセグメントとの比率は、H−NMRを用い、ハードセグメント成分としてイソシアネート、鎖延長剤、ソフトセグメント成分としてポリオールのスペクトル面積から組成比を算出する。
本実施形態における前記ポリウレタンゴム部材の重量平均分子量は、1000乃至4000の範囲内であることが望ましく、1500乃至3500の範囲内であることがより望ましい。
ついで、本実施形態のクリーニングブレードが、図4に示す第2実施形態や図5に示す第3実施形態のごとく、接触部材と該接触部材以外の領域(非接触部材)とがそれぞれ異なる材料にて構成されている場合における、非接触部材の組成について説明する。
(非接触部材)
本実施形態に係るクリーニングブレードにおける非接触部材は、特に限定されずに公知の如何なる材料をも用い得る。
・反撥弾性
非接触部材には、50℃の反撥弾性が70%以下である材料で構成されることが望ましい。更には、65%以下であることがより望ましく、60%以下であることが更に望ましい。また、その下限値としては、更に20%以上であることが望ましく、25%以上であることがより望ましい。
50℃の反撥弾性(%)の測定は、JIS K6255(1996年)に準じて50℃環境下にて行われる。尚、クリーニングブレードの非接触部材がJIS K6255に規定の試験片の寸法以上の大きさである場合には、該部材から試験片の寸法のものを切り出すことで、上記の測定が行われる。一方、非接触部材が試験片の寸法未満の大きさである場合には、該部材と同じ材料によって試験片を形成し、この試験片について上記の測定が行われる。
非接触部材における50℃反撥弾性の制御方法としては、特に限定されるものではないが、例えば接触部材がポリウレタンである場合であればポリオールの低分子量化や疎水性化によりガラス転移温度(Tg)を調整することで大きくなる傾向にある。
・永久伸び
また、本実施形態に係るクリーニングブレードにおける非接触部材は、100%永久伸びが1.0%以下である材料で構成されることが望ましく、0.9%以下であることがより望ましく、0.8%以下であることが更に望ましい。
ここで、上記100%永久伸び(%)の測定方法について説明する。
JIS K6262(1997年)に準拠して、短冊状試験片を用い、100%引張りひずみを与えて24時間放置し、下記式の通り標線間距離より求められる。
Ts=(L2−L0)/(L1−L0)×100
Ts:永久伸び
L0:引張り前の標線間距離
L1:引張り時の標線間距離
L2:引張り後の標線間距離
尚、クリーニングブレードの非接触部材がJIS K6262に規定の短冊状試験片の寸法以上の大きさである場合には、該部材から短冊状試験片の寸法のものを切り出すことで、上記の測定が行われる。一方、非接触部材が短冊状試験片の寸法未満の大きさである場合には、該部材と同じ材料によって短冊状試験片を形成し、この短冊状試験片について上記の測定が行われる。
非接触部材における100%永久伸びの制御方法としては、特に限定されるものではないが、例えば架橋剤量の調整や接触部材がポリウレタンである場合であればポリオールの分子量を調整することで変動する傾向にある。
非接触部材に用いられる材料としては、例えば、ポリウレタンゴム、シリコンゴム、フッ素ゴム、プロロピレンゴム、ブタジエンゴム等が挙げられる。これらの中で、ポリウレタンゴムがよい。ポリウレタンゴムとしては、エステル系ポリウレタン、エーテル系ポリウレタンが挙げられ、特にエステル系ポリウレタンが望ましい。
尚、ポリウレタンゴムを製造する際には、ポリオールとポリイソシアネートとを用いる方法がある。
ポリオールとしては、ポリテトラメチルエーテルグリコール、ポリエチレンアジペート、ポリカプロラクトンなどが挙げられる。
ポリイソシアネートとしては、2,6−トルエンジイソシアネート(TDI)、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、パラフェニレンジイソシアネート(PPDI)、1,5−ナフタレンジイソシアネート(NDI)、3,3−ジメチルジフェニル−4,4’−ジイソシアネート(TODI)などが挙げられる。中でもMDIが望ましい。
更に、ポリウレタンを硬化させる硬化剤として、1,4−ブタンジオール、トリメチロールプロパン、エチレングリコールやこれらの混合物などの硬化剤が挙げられる。
具体例を一例挙げて説明すると、例えば脱水処理したポリテトラメチルエーテルグリコールにジフェニルメタン−4,4−ジイソシアネートを混入し反応させ生成したプレポリマーに、硬化剤として1,4−ブタジオールおよびトリメチロールプロパンを併用したものを用いることが望ましい。尚、反応調整剤等の添加剤を添加してもよい。
非接触部材の作製方法は、作製に用いる原材料に応じて、従来公知の方法が利用され、例えば、遠心成形や押し出し成形等を利用して形成し、定められた形状に切断加工等することにより作製される。
(クリーニングブレードの製造)
尚、図4に示す二層構成などの複数層構成の場合には、接触部材としての第一層および非接触部材としての第二層(3層以上の層構成である場合には複数の層)を、相互に貼り合わせることによりクリーニングブレードが作製される。上記貼り合わせる方法としては、両面テープ、各種接着剤等が好適に用いられる。また、成型時に時間差を置いて各層の材料を金型に流し込み、接着層を設けずに材料間で結合させることによって複数の層を接着してもよい。
また、図5に示す接触部材(エッジ部材)と非接触部材(背面部材)とを有する構成の場合には、図5に示す接触部材3421Cを2つ合わせた半円柱の形状に対応する空洞を有する金型を準備し、該金型に接触部材形成用の組成物を流し込んで硬化させて第一成形物を形成する。次いで、該金型を取り外した後、更に非接触部材形成用の組成物を、第一成形物の周囲に流し込み硬化させて第二成形物を形成する。その後、第二成形物の真ん中で切断して、半円柱形状の接触部材が真ん中で分断されて1/4に切断された円柱形状となるようカットし、更に定められた寸法にカットすることで図5に示すクリーニングブレードが得られる。
尚、クリーニングブレード全体の厚さとしては、1.5mm以上2.5mm以下が望ましく、1.8mm以上2.2mm以下がより望ましい。
(クリーニングブレードの設定)
次に、本実施形態のクリーニング装置におけるクリーニングブレードの設定について説明する。
本実施形態におけるクリーニングブレードは、像保持体に押し付けられる力NF(Normal Force)が1.3gf/mm以上2.3gf/mm以下の範囲であることが望ましく、1.6gf/mm以上2.0gf/mm以下の範囲であることがより望ましい。
尚、上記押し付けられる力NFは、ブレードの食い込み量と荷重の関係を測定する装置にて、設定する食い込み量の時の荷重をブレード全長で割ることによって求まる。
また、クリーニングブレードの先端部が像保持体に食込む長さが0.8mm以上1.2mm以下の範囲であることが望ましく、0.9mm以上1.1mm以下の範囲であることがより望ましい。
クリーニングブレードと像保持体との接触部における角度W/A(Working Angle)は8°以上14°以下の範囲であることが望ましく、10°以上12°以下の範囲であることがより望ましい。
[現像装置]
本実施形態で用いられる現像ユニット(現像装置)33は、例えば図2に示すごとく、現像剤が収容され且つ感光体ドラム31に対向して開口するユニットケース331を有している。ここで、このユニットケース331の開口に面した箇所に現像ロール332が配設されると共に、ユニットケース331内には現像剤攪拌搬送のためのトナー搬送部材333が配設されている。更に、現像ロール332とトナー搬送部材333との間には搬送パドル334を配設してもよい。
現像に際しては、現像ロール332に現像剤を供給した後、例えばトリミング部材335にて現像剤を層厚規制した状態で、感光体ドラム31に対向する現像領域に搬送される。
本実施形態では、現像ユニット33としては、例えばトナーとキャリアとからなる二成分現像剤を使用しても、トナーのみからなる一成分現像剤を使用してもよい。
(トナー)
以下、本実施形態において現像装置に収容されるトナーについて説明する。
本実施形態におけるトナーは、トナー粒子および外添剤を含み、前記外添剤は、平均粒子径が0.02μm以上であり、且つ金属石鹸粒子および表面がオイル処理されてなる無機粒子から選択される少なくとも一種が用いられる。
・外添剤
外添剤としては、平均粒子径が0.02μm以上のものが用いられ、更には0.05μm以上が望ましく、0.1μm以上がより望ましい。また、その上限値としては、本実施形態におけるクリーニングブレードにおいて形成されるものと考えられる欠けの大きさよりも小さければよく、具体的には10μm未満が望ましく、9μm以下がより望ましく、8μm以下が更に望ましい。
尚、外添剤の平均粒子径(体積平均粒子径)の測定は、レーザー回析式粒度分布測定装置(LA−700:堀場製作所製)を用いて行われる。測定法としては、分散液となっている状態の試料を固形分で2gになるよう調整し、これにイオン交換水を添加して、40mlにする。これをセルに適当な濃度になるまで投入し、2分待ったところで測定する。得られたチャンネルごとの体積平均粒径を小さい方から累積し、累積50%になったところを体積平均粒径とする。
尚、外添剤の一次粒子が多数凝集して二次粒子を形成している場合には、該二次粒子にシェアをかけ、一次粒子がばらばらに存在する状態とした上で、上記測定を行う。
まず、表面がオイル処理されてなる無機粒子(以下、単に「オイル処理無機粒子」とも称す)について説明する。
無機粒子としては、例えば、酸化ケイ素(シリカ)、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化スズ、酸化鉄、酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、酸化カルシウム、チタン酸バリウム、が挙げられる。中でも、酸化ケイ素(シリカ)、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化スズが望ましい。
無機粒子を製造する方法としては、公知の方法が適用され、例えば燃焼法等の方法が挙げられる。
無機粒子の表面処理に用いるオイルとしては、例えば、シリコーンオイルが望ましく挙げられる。
シリコーンオイルの具体例としては、例えば、メチルフェニルシリコーンオイル、ジメチルシリコーンオイル、アルキル変性シリコーンオイル、アミノ変性シリコーンオイル、アルコキシ変性シリコーンオイル、等が挙げられる。これらの中でも、ジメチルシリコーンオイル、アミノ変性シリコーンオイルがより望ましい。
オイル処理無機粒子は、上記無機粒子を上記オイルにより処理することで得られる。上記処理に用いるオイルの量(オイル処理量)としては、例えば、無機粒子100質量部に対して1質量部以上10質量部以下が望ましく、1質量部以上9質量部以下がより望ましく、1質量部以上8質量部以下が更に望ましい。
オイルによる表面処理は、公知の方法を用いて行われる。例えば、気相中で浮遊させられた粒子に対してオイルまたはオイルを含む溶液を噴霧するスプレードライ法等による乾式法や、オイルを含有する溶液中に粒子を浸漬し乾燥する湿式法、処理剤と粒子を混合機により混合する混合法などで表面処理が行われる。
また、表面処理後に溶剤で洗浄し、残オイルや低沸点残留分等を除去してもよい。
外添剤としてオイル処理無機粒子を用いる場合、その平均粒子径は0.02μm以上0.3μm以下が望ましく、更には0.02μm以上0.2μm以下がより望ましい。
次に、金属石鹸粒子について説明する。
金属石鹸粒子としては、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸バリウム、ステアリン酸鉛、ステアリン酸鉄、ステアリン酸ニッケル、ステアリン酸コバルト、ステアリン酸銅、ステアリン酸ストロンチウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸カドミウム、ステアリン酸マグネシウム、オレイン酸亜鉛、オレイン酸マンガン、オレイン酸鉄、オレイン酸コバルト、オレイン酸鉛、オレイン酸マグネシウム、オレイン酸銅、パルチミン酸、亜鉛パルチミン酸コバルト、パルチミン酸銅、パルチミン酸マグネシウム、パルチミン酸アルミニウム、パルチミン酸カルシウム、カプリル酸鉛、カプロン酸鉛、リノレン酸亜鉛、リノレン酸コバルト、リノレン酸カルシウムおよびコリノネン酸カドミウム等の脂肪酸、等が挙げられる。
これらの中でも、ステアリン酸亜鉛がより望ましい。
また、上記金属石鹸粒子は、前述の無機粒子に対して施されるオイル処理が施されていてもよい。
外添剤として金属石鹸粒子を用いる場合、その平均粒子径は1μm以上10μm以下が望ましく、更には2μm以上8μm以下がより望ましい。
前記金属石鹸粒子およびオイル処理無機粒子から選択される外添剤の、トナー粒子に対する添加量としては、トナー粒子100質量部に対して、0.05質量部以上3質量部以下が望ましく、0.1質量部以上2質量部以下がより望ましい。
・トナー粒子
次いで、トナー粒子の構成成分についてより詳細に説明する。
トナー粒子に用いられる結着樹脂としては、公知のものが使用され、結晶性樹脂や非晶性樹脂が挙げられる。
結着樹脂としては、スチレン、クロロスチレン等のスチレン類;エチレン、プロピレン、ブチレン、イソプレン等のモノオレフィン類;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニル、酪酸ビニル等のビニルエステル類;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸オクチル、アクリル酸フェニル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸ドデシル等のα−メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル類;ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルブチルエーテル等のビニルエーテル類;ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、ビニルイソプロペニルケトン等のビニルケトン類;等の単独重合体および共重合体が例示される。
代表的な結着樹脂としては、ポリスチレン、スチレン−アクリル酸アルキル共重合体、スチレン−メタクリル酸アルキル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン等が挙げられる。更に、ポリエステル、ポリウレタン、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミド、変性ロジン、パラフィンワックス等が挙げられる。
これらの中では、特に、スチレン−アクリル酸アルキル共重合体、スチレン−メタクリル酸アルキル共重合体が好ましい。
また、結晶性樹脂の具体例としては、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン二酸、トリデカン二酸等の長鎖アルキルのジカルボン酸類、および、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、ヘプタンジオール、オクタンジオール、ノナンジオール、デカンジオール、バチルアルコール等の長鎖アルキル、アルケニルのジオール類を用いたポリエステル樹脂;(メタ)アクリル酸アミル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸ヘプチル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸ノニル、(メタ)アクリル酸デシル、(メタ)アクリル酸ウンデシル、(メタ)アクリル酸トリデシル、(メタ)アクリル酸ミリスチル、(メタ)アクリル酸セチル、(メタ)アクリル酸ステアリル、(メタ)アクリル酸オレイル、(メタ)アクリル酸ベヘニル等の長鎖アルキル、アルケニルの(メタ)アクリル酸エステルを用いたビニル系樹脂;等が挙げられ、ポリエステル樹脂系の結晶性樹脂が好ましい。
トナー粒子には着色剤を含有させてもよい。着色剤としては、特に制限はなく、染料および顔料のどちらでもかまわないが、顔料が好ましい。
好ましい顔料としては、カーボンブラック、アニリンブラック、アニリンブルー、カルコイルブルー、クロムイエロー、ウルトラマリンブルー、デュポンオイルレッド、キノリンイエロー、メチレンブルークロライド、フタロシアンブルー、マラカイトグリーンオキサート、ランプブラック、ローズベンガル、キナクリドン、ベンジジンイエロー、C.I.ピグメント・レッド48:1、C.I.ピグメント・レッド57:1、C.I.ピグメント・レッド122、C.I.ピグメント・レッド185、C.I.ピグメント・イエロー12、C.I.ピグメント・イエロー17、C.I.ピグメント・イエロー180、C.I.ピグメント・イエロー97、C.I.ピグメント・イエロー74、C.I.ピグメント・ブルー15:1、C.I.ピグメント・ブルー15:3等の公知の顔料が使用される。
また、着色剤として磁性粉を使用してもよい。磁性粉としては、コバルト、鉄、ニッケルなどの強磁性金属、コバルト、鉄、ニッケル、アルミニウム、鉛、マグネシウム、亜鉛、マンガンなどの金属の合金や酸化物などの公知の磁性体が使用される。
以上の着色剤は、単独で使用しても、2種類以上組み合わせて使用してもよい。
尚、着色剤の種類を選択することにより、イエロートナー、マゼンタトナー、シアントナー、ブラックトナー等の各色トナーが得られる。
トナー中に含まれる着色剤の含有量としては、トナー粒子100質量部に対して、0.1質量部以上40質量部以下が好ましく、1質量部以上30質量部以下が更に好ましい。
本実施形態におけるトナーには、離型剤や帯電制御剤などのその他の成分が内添されてもよい。
離型剤は、一般に離型性を向上させる目的で使用される。離型剤の具体例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン等の低分子量ポリオレフィン類;加熱により軟化するシリコーン類;オレイン酸アミド、エルカ酸アミド、リシノール酸アミド、ステアリン酸アミド等の脂肪酸アミド類;カルナウバワックス、ライスワックス、キャンデリラワックス、木ロウ、ホホバ油等の植物系ワックス;ミツロウ等の動物系ワックス;モンタンワックス、オゾケライト、セレシン、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、フィッシャートロプシュワックス等の鉱物・石油系ワックス;脂肪酸エステル、モンタン酸エステル、カルボン酸エステル等のエステル系ワックスなどが挙げられる。これらの離型剤は1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
離型剤の含有量としては、トナー粒子100質量部に対し、1質量部以上20質量部以下が好ましく、2質量部以上15質量部以下がより好ましい。
離型剤の溶融温度としては50℃以上120℃以下が好ましく、60℃以上100℃以下がより好ましい。
帯電制御剤としては、公知のものが使用され、アゾ系金属錯化合物、サリチル酸の金属錯化合物、極性基を含有するレジンタイプの帯電制御剤等が挙げられる。
湿式製法でトナーを製造する場合、水に溶解しにくい素材を使用するのが好ましい。
トナー粒子の製造には、公知の湿式法や乾式法が利用され、中でも湿式法にて製造することが望ましい。
湿式法によるトナー粒子の製造方法としては、凝集合一法、懸濁重合法、溶解懸濁造粒法、溶解懸濁法、溶解乳化凝集合一法などの、酸性やアルカリ性の水系媒体中でトナー粒子を生成する方法が挙げられ、特に凝集合一法が望ましい。
ここで、凝集合一法によるトナー粒子の製造方法について、一例を挙げて説明する。
具体的には、第1の樹脂粒子を分散した樹脂粒子分散液と、着色剤粒子を分散した着色剤粒子分散液と、離型剤粒子を分散した離型剤粒子分散液とを混合し、前記第1の樹脂粒子と前記着色剤粒子と前記離型剤粒子とを含むコア凝集粒子を形成する第1の凝集工程、前記コア凝集粒子の表面に第2の樹脂粒子を含むシェル層を形成しコア/シェル凝集粒子を得る第2の凝集工程、および、前記コア/シェル凝集粒子を前記第1の樹脂粒子または前記第2の樹脂粒子のガラス転移温度以上に加熱し融合し合一する融合合一工程、を含む製造方法について説明する。
(1)凝集工程
第1の凝集工程においては、まず、樹脂粒子分散液と、着色剤粒子分散液と、離型剤粒子分散液とを準備する。
樹脂粒子分散液は、例えば、乳化重合などによって作製した第1の樹脂粒子を、イオン性界面活性剤を用いて溶媒中に乳化分散させることにより調製する。
着色剤粒子分散液は、例えば、樹脂粒子分散液の作製に用いたイオン性界面活性剤と反対極性イオン性界面活性剤を用いて、黒色、青色、赤色、黄色等の色の着色剤粒子を溶媒中に分散させることにより調製する。
離型剤粒子分散液は、例えば、イオン性界面活性剤や高分子酸や高分子塩基などの高分子電解質とともに、上記離型剤を水中に分散し、融解温度以上に加熱するとともに、剪断をかけられるホモジナイザーや圧力吐出型分散機により微粒子化することにより調製する。
次に、樹脂粒子分散液と着色剤粒子分散液と離型剤粒子分散液とを混合し、第1の樹脂粒子と着色剤粒子と離型剤粒子とをヘテロ凝集させ、求められるトナー径を持つ、第1の樹脂粒子と着色剤粒子と離型剤粒子とを含む凝集粒子(コア凝集粒子)を形成する。
第2の凝集工程は、第1の凝集工程で得られたコア凝集粒子の表面に、第2の樹脂粒子を含む樹脂粒子分散液を用いて、第2の樹脂粒子を付着させ、求められる厚みの被覆層(シェル層)を形成することによりコア凝集粒子表面にシェル層が形成されたコア/シェル構造も持つ凝集粒子(コア/シェル凝集粒子)を得る。尚、この際用いる第2の樹脂粒子は、第1の樹脂粒子と同じであってもよく、異なったものであってもよい。
第1の凝集工程においては、樹脂粒子分散液や着色剤粒子分散液に含まれる2つの極性のイオン性界面活性剤(分散剤)の量のバランスを予めずらしておいてもよい。例えば、硝酸カルシウム等の無機金属塩、もしくは硫酸バリウム等の無機金属塩の重合体を用いてこれをイオン的に中和し、第1の樹脂粒子のガラス転移温度以下で加熱してコア凝集粒子を作製してもよい。
この場合、第2の凝集工程においては、上記のごとき2つの極性の分散剤のバランスのずれを補填する極性および量の分散剤で処理された樹脂粒子分散液を、コア凝集粒子を含む溶液中に添加し、さらにコア凝集粒子または第2の凝集工程において用いられる第2の樹脂粒子のガラス転移温度以下で加熱してコア/シェル凝集粒子が作製される。尚、第1および第2の凝集工程は、段階的に複数回に分けて繰り返し実施したものであってもよい。
(2)融合合一工程
次に、融合合一工程において、第2の凝集工程を経て得られたコア/シェル凝集粒子を、溶液中にて、コア/シェル凝集粒子中に含まれる第1または第2の樹脂粒子のガラス転移温度(樹脂の種類が2種類以上の場合は最も高いガラス転移温度を有する樹脂のガラス転移温度)以上に加熱し、融合し合一することによりトナー粒子を得る。
融合合一工程終了後は、溶液中に形成されたトナー粒子を、公知の洗浄工程、固液分離工程、乾燥工程等を経て乾燥した状態のトナー粒子を得る。
なお、洗浄工程は、帯電性の点から、十分にイオン交換水による置換洗浄を施すことが望ましい。また、固液分離工程は、特に制限はないが、生産性の点から吸引濾過、加圧濾過等が望ましく用いられる。更に乾燥工程も特に方法に制限はないが、生産性の点から凍結乾燥、フラッシュジェット乾燥、流動乾燥、振動型流動乾燥等が望ましく用いられる。
トナー粒子の体積平均粒径は3μm以上7μm以下の範囲であることが望ましく、更に3.5μm以上6.5μm以下の範囲であることがより望ましい。
また、粒度分布の指標である体積平均粒径/個数平均粒径の値としては、1.6以下が望ましく、1.5以下が更に望ましい。
尚、トナー粒子の体積平均粒径(累積体積平均粒径D50)、個数平均粒径(累積数平均粒径D50P)は、コールターマルチサイザーII(ベックマン−コールター社製)を用い、電解液はISOTON−II(ベックマンーコールター社製)を使用して測定される。
測定に際しては、分散剤として、界面活性剤(アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムが好ましい)の5質量%水溶液2ml中に測定試料を0.5mg以上50mg以下加える。これを電解液100ml以上150ml以下中に添加する。
試料を懸濁した電解液は超音波分散器で1分間分散処理を行い、コールターマルチサイザーIIにより、アパーチャー径として100μmのアパーチャーを用いて2μm以上60μm以下の範囲の粒径の粒子の粒度分布を測定する。尚、サンプリングする粒子数は50000個である。
こうして測定される粒度分布を基にして分割された粒度範囲(チャネル)に対して体積、数をそれぞれ小径側から累積分布を描いて、累積50%となる粒径を累積体積平均粒径D50v、累積数平均粒径D50Pと定義する。
・トナーの作製(トナー粒子への外添剤の外添)
前記金属石鹸粒子およびオイル処理無機粒子から選択される少なくとも一種の外添剤は、トナー粒子と混合することで外添される。混合は、例えば、V型ブレンダーやヘンシェルミキサーやレディゲミキサー等の公知の混合機によって行われる。
またこの際、種々の他の添加剤を併用して外添してもよい。これら他の添加剤としては、流動化剤や、ポリスチレン粒子、ポリメチルメタクリレート粒子、ポリフッ化ビニリデン粒子等のクリーニング助剤、転写助剤等が挙げられる。
(キャリア)
次に、キャリアについて説明する。
本実施形態の現像装置に収容される現像剤にはキャリアが含まれてもよい。該キャリアとしては、例えば磁性粉が樹脂中に分散された磁性粉分散キャリア、この磁性粉分散キャリアを芯材として該芯材を被覆する樹脂被覆層を設けた樹脂被覆キャリア等が挙げられる。
・磁性粉分散キャリア
本実施形態における磁性粉分散キャリアは、磁性粉が樹脂中に分散されてなる。
前記磁性粉としては、例えば、鉄、鋼、ニッケル、コバルト等の磁性金属、これらとマンガン、クロム、希土類元素等との合金(例えば、ニッケル−鉄合金、コバルト−鉄合金、アルミニウム−鉄合金等)、およびフェライト、マグネタイト等の磁性酸化物等が用いられる。これらの中でも、酸化鉄が好ましい。
これら磁性粉は、単種で使用してもよく、2種以上併用してもよい。
磁性粉の粒径は、0.01μm以上1μm以下であることが好ましく、0.03μm以上0.5μm以下であることがより好ましく、0.05μm以上0.35μm以下であることが更に好ましい。
また、磁性粉の磁性粉分散キャリア中における含有量としては、30質量%以上99質量%以下であることが望ましく、45質量%以上98質量%以下であることがより望ましく、60質量%以上98質量%以下であることが更に望ましい。
磁性粉分散キャリアを構成する樹脂成分としては、架橋されたスチレン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン−アクリル系共重合樹脂、フェノール系樹脂等が挙げられる。
また、磁性粉分散キャリアは、更にその他の成分を含有していてもよい。その他の成分としては、例えば、帯電制御剤、フッ素含有粒子などが挙げられる。
磁性粉分散キャリアの製造方法は、例えば、磁性粉とスチレンアクリル樹脂等の絶縁性樹脂とを、バンバリーミキサー、ニーダなどを用いて溶融混練し、冷却した後に粉砕し、分級する溶融混練法(特公昭59−24416号公報、特公平8−3679号公報等)や、結着樹脂のモノマー単位と磁性粉とを溶媒中に分散して懸濁液を調製し、この懸濁液を重合させる懸濁重合法(特開平5−100493号公報等)や、樹脂溶液中に磁性粉を混合分散した後、噴霧乾燥するスプレードライ法などが知られている。
上記の溶融混練法、懸濁重合法、およびスプレードライ法はいずれも、磁性粉をあらかじめ何らかの手段により調製しておき、この磁性粉と樹脂溶液とを混合し、樹脂溶液中に磁性粉を分散させる工程を含む。
また、鉄、コバルト、ニッケル等の金属、マグネタイト、ヘマタイト、フェライトなどの合金や化合物等を単独/複合で焼結させて得たものなども、公知のものとして使用し得る。
・樹脂被覆層
本実施形態のキャリアは、前述の磁性粉分散キャリアを芯材として、この芯材を被覆する樹脂被覆層を有していてもよい。
この樹脂被覆層は、キャリア用の樹脂被覆層の材料として用いられているものであれば公知のマトリックス樹脂が利用され、二種類以上の樹脂をブレンドして用いてもよい。
樹脂被覆層を構成するマトリックス樹脂としては大別すると、トナーに帯電性を付与するための帯電付与樹脂と、トナー成分(外添剤等)のキャリアへの移行を防止するために用いられる表面エネルギーの低い樹脂とが挙げられる。
ここで、トナーに負帯電性を付与するための帯電付与樹脂としては、アミノ系樹脂、例えば、尿素−ホルムアルデヒド樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、尿素樹脂、ポリアミド樹脂、およびエポキシ樹脂等が挙げられ、更にポリビニルおよびポリビニリデン系樹脂、アクリル樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、スチレンアクリル共重合樹脂等のポリスチレン系樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリビニルアセテート樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、エチルセルロース樹脂等のセルロース系樹脂等が挙げられる。
また、トナーに正帯電性を付与するための帯電付与樹脂としては、ポリスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル等のハロゲン化オレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂等のポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂等が挙げられる。
トナー成分のキャリアへの移行を防止するために用いられる表面エネルギーの低い樹脂としては、ポリエチレン樹脂、ポリ弗化ビニル樹脂、ポリ弗化ビニリデン樹脂、ポリトリフルオロエチレン樹脂、ポリヘキサフルオロプロピレン樹脂、弗化ビニリデンとアクリル単量体との共重合体、弗化ビニリデンと弗化ビニルとの共重合体、テトラフルオロエチレンと弗化ビニリデンと非弗化単量体とのターポリマー等のフルオロターポリマー、およびシリコーン樹脂等が挙げられる。
また、樹脂被覆層には、抵抗調整を目的として導電性粒子を添加してもよい。導電性粒子としては、金属粉、カーボンブラック、酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛等が挙げられる。導電性粒子として複数のものを併用してもよい。
樹脂被覆層における導電性粒子の含有量は、1質量%以上50質量%以下であることが望ましく、3質量%以上20質量%以下であることがより望ましい。
尚、本実施形態において、導電性とは、体積抵抗率で10Ωcm以下の範囲を意味する。
体積抵抗率の測定は、JIS−K−6911(1995)に準じて、円形電極(三菱油化(株)製ハイレスターIPのURプローブ:円柱状電極の外径Φ16mm、リング状電極部の内径Φ30mm、外径Φ40mm)を用い、22℃/55%RH環境下、電圧100V印加し、印加後5sec後の電流値をアドバンテスト製、微小電流計 R8340Aを用いることにより測定し、その電流値により、体積抵抗から、体積抵抗率を求める。
更に、樹脂被覆層には、帯電制御を目的として樹脂粒子を含有してもよい。樹脂粒子を構成する樹脂としては、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂が利用される。
熱可塑性樹脂の場合、ポリオレフィン系樹脂、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン;ポリビニルおよびポリビニリデン系樹脂、例えば、ポリスチレン、アクリル樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアセテート、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリ塩化ビニル、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルエーテルおよびポリビニルケトン;塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体;スチレン−アクリル酸共重合体;オルガノシロキサン結合から構成されるストレートシリコン樹脂またはその変性品;フッ素樹脂、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリクロロトリフルオロエチレン;ポリエステル;ポリカーボネート等が挙げられる。
熱硬化性樹脂の例としては、フェノール樹脂;アミノ樹脂、例えば尿素−ホルムアルデヒド樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ユリア樹脂、ポリアミド樹脂;エポキシ樹脂などが挙げられる。
前記樹脂被覆層の平均膜厚は、0.1μm以上5μm以下であることが望ましく、0.3μm以上3.0μm以下であることがより望ましく、0.3μm以上2.0μm以下であることが更に望ましい。
・キャリアの製造方法
キャリアの製造方法は特に限定されず、従来公知のキャリア製造方法が利用されるが、以下の製造方法が望ましい。
即ち、樹脂被覆層形成用溶液(溶剤中に、樹脂被覆層を形成するマトリックス樹脂の他に、必要に応じて、導電性粒子、帯電制御の樹脂粒子等を含む溶液)を調製し、この樹脂被覆層形成用溶液中に芯材を浸漬する浸漬法、樹脂被覆層形成用溶液を芯材の表面に噴霧するスプレー法、芯材を流動エアーにより浮遊させた状態で樹脂被覆層形成用溶液を噴霧する流動床法、ニーダーコーター中で芯材と樹脂被覆層形成用溶液とを混合し、次いで、溶剤を除去するニーダーコーター法等が挙げられるが、特に、溶液を用いたものに限定されるものではない。例えば、キャリアの芯材の種類によっては、芯材と樹脂粉末とを共に加熱混合するパウダー塗布法などを採用してもよい。更に、樹脂被覆層を形成した後に、電気炉やキルンなどの装置により加熱処理してもよい。
また、樹脂被覆層を形成するための樹脂被覆層形成用溶液に使用する溶剤としては、樹脂を溶解するものであれば特に限定されるものではないが、例えば、キシレン、トルエン等の芳香族炭化水素類、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン化物などが使用される。
上記キャリアの体積平均粒径は、25μm以上100μm以下の範囲であることが望ましく、25μm以上80μm以下の範囲であることがより望ましく、25μm以上60μm以下の範囲であることが更に望ましい。
ここで、キャリアの体積平均粒径は、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(LS Particle Size Analyzer:LS13 320、BECKMAN COULTER社製)を用いて測定された値をいう。得られた粒度分布を分割された粒度範囲(チャンネル)に対し、小粒径側から体積累積分布を引いて、全核体に対して累積50%となる粒径を体積平均粒径D50vとする。
−作動−
次に、本実施形態に係る画像形成装置の作動を説明する。
図1に示す画像形成装置において、先ず各作像エンジン22(22a乃至22d)が各色に対応した単色トナー像を形成すると、各色の単色トナー像は中間転写ベルト230表面に、元の原稿情報と一致するよう順次重ね合わせて一次転写される。続いて、中間転写ベルト230表面に転写されたカラートナー像は、二次転写装置52にて記録媒体表面に転写され、カラートナー像が転写された記録媒体は定着装置66による定着処理を経た後、排紙部68へと排出される。
一方、各作像エンジン22(22a乃至22d)において、感光体ドラム31上の残留トナーはクリーニング装置34にて清掃される。
尚、本実施形態では、クリーニング装置34におけるクリーニングブレード342が前述のダイナミック超微小硬度およびタック量の要件を満たすため、クリーニングブレードに生じる欠けの大きさが抑制され、具体的には10μm以上50μm以下の範囲に抑制される。
また、現像装置に収容されるトナーにおいて、平均粒子径が前述の範囲であり、且つ金属石鹸粒子およびオイル処理無機粒子から選択される外添剤を外添したトナーが用いられる。大きさが上記範囲に抑制された欠けに対して外添剤として前記の要件を満たすものを適用することで、クリーニングブレードの欠けに起因するトナーのすり抜けが効果的に抑制され、良好なクリーニング性能が得られる。
以下に、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。なお、以下の説明において「部」は「質量部」を意味する。
〔実施例1〕
−クリーニングブレードA1−
接触部材(エッジ部材)と非接触部材(背面部材)とを有する、図5に示す形状のクリーニングブレードA1を、二色成形法により製造した。
・金型の準備
まず、接触部材(エッジ部材)を2つ、腹面側同士を重ね合わせた形状に対応する空洞(接触部材形成用の組成物を流し込む領域)を有する第一金型と、接触部材および非接触部材(背面部材)を2つ、腹面側同士を重ね合わせた形状に対応する空洞を有する第二金型と、を準備した。
・接触部材(エッジ部材)の形成
まず、ポリカプロラクトンポリオール(ダイセル化学工業(株)製、プラクセル205、平均分子量529、水酸基価212KOHmg/g)およびポリカプロラクトンポリオール(ダイセル化学工業(株)製、プラクセル240、平均分子量4155、水酸基価27KOHmg/g)と、をポリオール成分のソフトセグメント材料として用いた。また、2つ以上のヒドロキシル基を含むアクリル樹脂(綜研化学社製、アクトフローUMB−2005B)をハードセグメント材料として用い、上記ソフトセグメント材料およびハードセグメント材料を8:2(質量比)の割合で混合した。
次に、このソフトセグメント材料とハードセグメント材料との混合物100部に対して、イソシアネート化合物として4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(日本ポリウレタン工業(株)製、ミリオネートMT)を6.26部加えて、窒素雰囲気下で70℃で3時間反応させた。尚、この反応で使用したイソシアネート化合物量は、反応系に含まれる水酸基に対するイソシアネート基の比(イソシアネート基/水酸基)が0.5となるよう選択したものである。
続いて、上記イソシアネート化合物を更に34.3部加え、窒素雰囲気下で70℃で3時間反応させて、プレポリマーを得た。尚、プレポリマーの使用に際して利用したイソシアネート化合物の全量は40.56部であった。
次に、このプレポリマーを100℃に昇温し、減圧下で1時間脱泡した。その後、プレポリマー100部に対して、1,4−ブタンジオールとトリメチロールプロパンとの混合物(質量比=60/40)を7.14部加え、3分間泡をかまないように混合し、接触部材形成用組成物A1を調製した。
次いで、第一金型を140℃に調整した遠心成形機に上記接触部材形成用組成物A1を流し込み、1時間硬化反応させた。次いで、110℃で24時間架橋し、冷却して接触部材(エッジ部材)が2つ重なった形状の第一成形物を形成した。
・非接触部材(背面部材)の形成
脱水処理したポリテトラメチルエーテルグリコールに、ジフェニルメタン−4,4−ジイソシアネートを混入し120℃で15分反応させ、生成したプレポリマーに硬化剤として1,4−ブタジオールおよびトリメチロールプロパンを併用したものを、非接触部材形成用組成物A1として用いた。
次いで、第二金型の空洞の内部に前記第一成形物が配置されるよう第二金型を遠心成形機に設置し、140℃に調整した第二金型の空洞内に、前記第一成形物を覆うよう非接触部材形成用組成物A1を流し込み、1時間硬化反応させ、接触部材(エッジ部材)および非接触部材(背面部材)が2つ腹面側同士で重なった形状の第二成形物を形成した。
第二成形物を形成した後、110℃で24時間架橋して冷却した。次いで、架橋後の第二成形物を腹面となる部分で切断し、更に長さ8mm、厚さ2mmの寸法にカットすることで、クリーニングブレードA1を得た。
尚、クリーニングブレードA1の物性値等を前述の方法により測定したところ、以下の通りであった。
・接触部材(エッジ部材)のダイナミック超微小硬度:0.33
・非接触部材(背面部材)の10℃反撥弾性 :30%
−トナー粒子A1の作製−
<結晶性ポリエステル樹脂粒子分散液1の調製>
・セバシン酸ジメチル 98部
・イソフタル酸ジメチル−5−スルホン酸ナトリウム 2部
・エチレングリコール 100部
・ジブチル錫オキサイド(触媒) 0.3部
加熱乾燥した三口フラスコに、上記の成分を入れた後、減圧操作により容器内の空気を窒素ガスにより不活性雰囲気下とし、機械攪拌にて180℃で5時間攪拌・還流を行った。
その後、減圧下にて230℃まで徐々に昇温を行い2時間攪拌し、粘稠な状態となったところで空冷し、反応を停止させ、「結晶性ポリエステル樹脂1」を合成した。
ゲルパーミエーションクロマトグラフィーによる分子量測定(ポリスチレン換算)で、得られた「結晶性ポリエステル樹脂1」の重量平均分子量(Mw)は9700であり、融解温度は85℃であった。
得られた「結晶性ポリエステル樹脂1」を90部、イオン性界面活性剤ネオゲンRK(第一工業製薬)を1.8部、イオン交換水を210部、用い、100℃に加熱して、IKA製ウルトラタラックスT50にて分散後、圧力吐出型ゴーリンホモジナイザーで分散処理を1時間行い、体積平均粒子径が200nmであり、固形分量が20部である「結晶性ポリエステル樹脂粒子分散液1」を得た。
<非晶性ポリエステル樹脂粒子分散液1の調製>
・テレフタル酸 30部
・フマル酸 70部
・ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物 20部
・ビスフェノールAプロピレンオキサイド付加物 80部
攪拌装置、窒素導入管、温度センサー、精留塔を備えた内容量5リットルのフラスコに、上記モノマーを仕込み、1時間を要して190℃まで温度を上げ、反応系内がムラなく攪拌されていることを確認した後、ジブチル錫オキサイドを1.2部投入した。
さらに、生成する水を留去しながら同温度から6時間を要して240℃まで温度を上げ、240℃でさらに3時間脱水縮合反応を継続し、酸価が12.0mg/KOH、重量平均分子量(Mw)が9700、ガラス転移温度が65℃である「非晶性ポリエステル樹脂1」を得た。
次いで、これを溶融状態のまま、キャビトロンCD1010(株式会社ユーロテック製)に毎分100gの速度で移送した。
別途準備した水性媒体タンクには、試薬アンモニア水をイオン交換水で希釈した0.37質量%濃度の希アンモニア水を入れ、熱交換器で120℃に加熱しながら毎分0.1リットルの速度で、上記「非晶性ポリエステル樹脂1」の移送と共に、上記キャビトロンCD1010(株式会社ユーロテック製)に移送した。
回転子の回転速度が60Hz、圧力が5kg/cmの条件で上記キャビトロンCD1010(株式会社ユーロテック製)を運転し、体積平均粒子径が0.16μm、固形分量が30部である「非晶性ポリエステル樹脂1」を含む「非晶性ポリエステル樹脂粒子分散液1」を得た。
<着色剤粒子分散液の調製>
・シアン顔料(銅フタロシアニンB 15:3、大日精化製) 45部
・イオン性界面活性剤ネオゲンRK(第一工業製薬) 5部
・イオン交換水 200部
上記成分を混合溶解し、ホモジナイザー(IKAウルトラタラックス)により10分間分散し、体積平均粒子径が168nm、固形分量が22.0部である「着色剤粒子分散液」を得た。
<離型剤粒子分散液の調製>
・パラフィンワックス HNP9(融解温度75℃:日本精鑞製) 45部
・カチオン性界面活性剤ネオゲン RK(第一工業製薬) 5部
・イオン交換水 200部
上記成分を95℃に加熱して、IKA製ウルトラタラックスT50にて分散後、圧力吐出型ゴーリンホモジナイザーで分散処理し、体積平均粒子径が200nm、固形分量が20.0部である「離型剤粒子分散液」を得た。
<トナー粒子A1の作製>
・非晶性ポリエステル樹脂粒子分散液1 256.7部
・結晶性ポリエステル樹脂粒子分散液1 33.3部
・着色剤粒子分散液 27.3部
・離型剤粒子分散液 35部
上記成分を、丸型ステンレス製フラスコ中においてウルトラタラックスT50で混合・分散した。次いで、これにポリ塩化アルミニウム0.20部を加え、ウルトラタラックスT50で分散操作を継続した。加熱用オイルバスでフラスコを攪拌しながら48℃まで加熱した。48℃で60分保持した後、ここに非晶性ポリエステル樹脂粒子分散液1を70.0部追加した。
その後、0.5mol/lの水酸化ナトリウム水溶液で系内のpHを9.0にした後、ステンレス製フラスコを密閉し、磁力シールを用いて攪拌を継続しながら96℃まで加熱し、5時間保持した。
反応終了後、冷却してから濾過し、イオン交換水で洗浄した後、ヌッチェ式吸引濾過により固液分離を施した。これを更に40℃のイオン交換水1Lに再分散し、15分300rpmで攪拌・洗浄した。
ヌッチェ式吸引濾過及びイオン交換水への再分散を、更に5回繰り返し、濾液のpHが7.5、電気伝導度が7.0μS/cmとなったところで、ヌッチェ式吸引濾過によりNo5Aろ紙を用いて固液分離を行った。次いで真空乾燥を12時間継続することにより「トナー粒子A1」を得た。
この際のトナー粒子A1の粒子径をコールターカウンターにて測定したところ、体積平均粒子径D50は5.9μm、体積平均粒度分布指標GSDvは1.24であった。また、ルーゼックスによる形状観察より求めた形状係数は130であった。
−外添剤A1の作製−
<オイル処理シリカA1の作製>
エタノール50部にジメチルシリコーンオイルKF−96−065cs(信越化学、25℃における動粘度:0.65mm/s)20部を混合した溶液を作製し、親水性シリカAerosil_OX50(日本アエロジル)100部にスプレードライにより噴霧し、シリカ粒子の表面処理を行った。80℃でエタノールを乾燥除去させた後、250℃で1時間攪拌しながらシリコーンオイル処理(固着化)を行った。シリコーンオイル処理されたシリカを再びエタノールに溶解(エタノール処理)させて、遊離オイルを分離させた。その後乾燥させ、オイル処理シリカA1を得た。
オイル処理シリカA1の体積平均粒子径は0.2μm、形状係数SF1は1.0であった。
−外添トナーA1の作製−
・トナー粒子A1 100部
・オイル処理シリカA1 2.0部
・酸化セリウム(研磨剤、体積平均粒子径:0.5μm) 1.0部
上記成分を、ヘンシェルミキサー2500rpmで10分間攪拌して、「外添トナーA1」を作製した。
−キャリアの作製−
・フェライト粒子(平均粒径50μm、体積電気抵抗3×10Ω・cm)
100部
・トルエン 14部
・パーフルオロオクチルエチルアクリレート/メチルメタクリレート共重合体
(共重合比40:60、Mw=5万) 1.6部
・カーボンブラック(VXC−72;キャボット社製) 0.12部
・架橋メラミン樹脂(数平均粒子径;0.3μm) 0.3部
上記成分のうち、フェライト粒子を除く成分を10分間スターラーで分散し、被膜形成用液を調製した。この被膜形成用液とフェライト粒子とを真空脱気型ニーダーに入れ、60℃で30分間攪拌した後、減圧してトルエンを留去して、フェライト粒子表面に樹脂被覆膜を形成して、キャリアを作製した。
−現像剤A1の作製−
外添トナーA1を4部、キャリアを96部、V型ブレンダーで5分間攪拌し、「現像剤A1」を作製した。
−画像形成装置への装着−
画像形成装置として富士ゼロックス社製の商品名:DocuCentre−IV C5575を用い、該画像形成装置の像保持体(感光体)用のクリーニング装置におけるクリーニングブレードとして、前記クリーニングブレードA1を装着した。尚、クリーニングブレードA1の装着の条件は以下の通りである。
・クリーニングブレードの像保持体に押し付けられる力NF
(Normal Force) :1.5gf/mm
・クリーニングブレードが像保持体に食込む長さ :1.0mm
・クリーニングブレードと像保持体との接触部における角度
W/A(Working Angle) :12°
・像保持体を駆動した際のクリーニングブレードのタック量:0.02mm
また、前記画像形成装置の現像装置およびトナーカートリッジに前記現像剤A1および外添トナーA1を充填した。
[評価試験:欠けの発生]
下記試験を実施し、試験後のクリーニングブレードA1における欠けの発生の程度(欠けの大きさおよび発生個数)を観測した。実施例で得られたクリーニングブレードA1を、富士ゼロックス社製DocuCentre−IV C5575に搭載し、10k枚プリントを行った。
その時点での欠けの大きさおよび個数によって、以下の基準に従い欠け発生の度合い(グレード)を評価した。尚、欠け発生の度合い(グレード)は、軸方向の中心部位100mmの範囲で計測した。
グレード10:欠け未発生
グレード9 :欠けサイズ1μm以下、個数1個以上5個未満
グレード8 :欠けサイズ1μm以下、個数5個以上10個未満
グレード7 :欠けサイズ1μm以下、個数10個以上
グレード6 :欠けサイズ1μmを超え5μm以下、個数1個以上5個未満
グレード5 :欠けサイズ1μmを超え5μm以下、個数5個以上10個未満
グレード4 :欠けサイズ1μmを超え5μm以下、個数10個以上
グレード3 :欠けサイズ5μmを超える、個数1個以上5個未満
グレード2 :欠けサイズ5μmを超える、個数5個以上10個未満
グレード1 :欠けサイズ5μmを超える、個数10個以上
[評価試験:トナーすり抜け評価]
下記試験を実施し、トナーすり抜けの度合い即ちクリーニング性能を評価した。実施例で得られたクリーニングブレードA1を、富士ゼロックス社製DocuCentre−IV C5575に搭載し、10k枚プリントを行った。
その時点で300mmの未転写トナーを突入させシャットダウンした際にクリーニングブレード通過後の感光体表面に残存するトナーの抜け度合いを評価した。
尚、評価基準は以下の通りである。
A:抜けなし
B:軽微な筋状抜け数本
C:筋状抜け数十本
D:ほぼ軸方向全面抜け
−評価結果−
実施例1で得たクリーニングブレードA1における、欠けの発生の評価結果は「グレード10」であった。また、トナーすり抜けの評価結果は「A」であった。
21 本体ハウジング、22、22a乃至22d 作像エンジン、23 ベルトモジュール、24 記録媒体供給カセット、25 記録媒体搬送路、30 感光体ユニット、31 感光体ドラム、32 帯電ロール、33 現像ユニット、34 クリーニング装置、35、35a乃至35d トナーカートリッジ、40 露光ユニット、41 ユニットケース、42 ポリゴンミラー、51 一次転写装置、52 二次転写装置、53 ベルトクリーニング装置、61 送出しロール、62 搬送ロール、63 位置合わせロール、66 定着装置、67 排出ロール、68 排紙部、71 手差し供給装置、72 送出しロール、73 両面記録用ユニット、74 案内ロール、76 搬送路、77 搬送ロール、230 中間転写ベルト、231、232 支持ロール、331 ユニットケース、332 現像ロール、333 トナー搬送部材、334 搬送パドル、335 トリミング部材、341 クリーニングケース、342、342A、342B、342C クリーニングブレード、344 フィルムシール、345 搬送部材、521 二次転写ロール、531 クリーニングブレード、3421B 第一層、3422B 第二層、3421C 接触部材、3422C 背面部材

Claims (2)

  1. 像保持体と、
    平均粒子径が0.02μm以上であり且つ金属石鹸粒子および表面がオイル処理されてなる無機粒子から選択される少なくとも一種の外添剤、並びに該外添剤が表面に外添されるトナー粒子を含有するトナーを収容し、前記像保持体の表面に前記トナーによる現像像を形成する現像装置と、
    前記像保持体上に形成された現像像を記録媒体上に転写する転写装置と、
    少なくとも前記像保持体と接触する部分がダイナミック超微小硬度0.25以上0.65以下である部材で構成され、且つ前記像保持体との接触領域の像保持体駆動方向最大長さが1μm以上300μm以下であるクリーニングブレードを備え、前記転写装置によって前記現像像が転写された後の前記像保持体の表面に前記クリーニングブレードを接触させてクリーニングするクリーニング装置と、
    を備える画像形成装置。
  2. 像保持体と、
    平均粒子径が0.02μm以上であり且つ金属石鹸粒子および表面がオイル処理されてなる無機粒子から選択される少なくとも一種の外添剤、並びに該外添剤が表面に外添されるトナー粒子を含有するトナーを収容し、前記像保持体の表面に前記トナーによる現像像を形成する現像装置と、
    少なくとも前記像保持体と接触する部分がダイナミック超微小硬度0.25以上0.65以下である部材で構成され、且つ前記像保持体との接触領域の像保持体駆動方向最大長さが1μm以上300μm以下であるクリーニングブレードを備え、前記現像像が記録媒体に転写された後の前記像保持体の表面に前記クリーニングブレードを接触させてクリーニングするクリーニング装置と、
    を備え、画像形成装置に対して脱着自在なプロセスカートリッジ。
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