JP2014142503A - クリーニングブレード、並びにこれを用いた画像形成装置及びプロセスカートリッジ - Google Patents

クリーニングブレード、並びにこれを用いた画像形成装置及びプロセスカートリッジ Download PDF

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Abstract

【課題】像担持体への追従性を低下させず、先端稜線部のめくれや摩耗を抑制し、良好なクリーニングを維持することが可能なクリーニングブレード、並びにこれを用いた画像形成装置及びプロセスカートリッジを提供する。
【解決手段】短冊形状の弾性ブレード622で構成され、弾性ブレード622の先端稜線部を表面移動する感光体3の表面に当接して、感光体3表面から転写算トナーを除去するクリーニングブレード62において、弾性ブレード622の先端稜線部62cを1辺に有し感光体3の表面と対向するブレード下面62bを先端稜線部62cから20[μm]離れた位置で5[μm]押し込んだときのマルテンス硬度が1.2[N/mm]以上、且つ20[μm]押し込んだときのマルテンス硬度が1[N/mm]以下であり、該位置で5[μm]押し込んだときの弾性仕事率が70%以上である。
【選択図】図3

Description

本発明は、クリーニングブレード、並びにこれを用いた電子写真方式の画像形成装置、及びその画像形成装置に対して着脱可能に装着されるプロセスカートリッジに関するものである。
従来、電子写真方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ブレードで構成されている。クリーニングブレードは、弾性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、重合法などにより形成された小粒径で球形に近いトナー(以下、重合トナーという)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クリーニング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力を高めると、図8(a)に示すように、クリーニングブレード262と像担持体23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、その先端稜線部262cがめくれてしまう。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8(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8(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。
そのため、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ために先端稜線部の硬度を高め変形しづらくする必要があった。特許文献1には、ポリウレタンエラストマーからなる弾性ブレードの少なくとも先端稜線部を含む領域に、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。弾性ブレード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、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、弾性ブレードよりも高硬度の紫外線硬化材料からなる硬化層を設けることでも、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、上述したように表面層や硬化層を設けたクリーニングブレードでも、像担持体に形成される紛体量が非常に多い連続的なベタ画像形成時のクリーニングなどの厳しい条件では、クリーニング不良が生じてしまうことがあった。これは、以下の理由によるものと考えられる。すなわち、弾性ブレードの長手方向にわたって表面層や硬化層が形成されているため、表面層や硬化層の影響により弾性ブレードの弾性が阻害されることがある。弾性ブレードの弾性が阻害されると、像担持体が偏心していたり、像担持体表面に微小なうねりがあったりした場合、像担持体表面に当接するクリーニングブレードの長手方向で当接圧が変動し、クリーニングブレードの先端稜線部の像担持体への追随性が低下してしまう。連続的なベタ画像形成時など、クリーニングブレードによって多くのトナーが堰き止められているとき、堰き止められているトナーによるクリーニングブレードへの押圧力が高くなる。そのため、クリーニングブレードの像担持体に対する当接圧が低い部分では、クリーニングブレードが当接する力よりも像担持体上のトナーによるクリーニングブレードへの押圧力が勝ると、その部分で当接状態が維持できなくなり、クリーニングブレードをトナーがすり抜けてしまう。その結果、連続的なベタ画像形成時のクリーニングなどの厳しい条件下では、クリーニング不良が生じてしまったと考えられる。
そして、特許文献1に記載されるように、表面層のみが設けられるクリーニングブレードでは、表面層の層厚が厚いと、表面層の剛性によって弾性ブレードの弾性が阻害され、先端稜線部の像担持体表面への追随性が低下する。このため、表面層のみを設ける構成では、先端稜線部の像担持体表面への追随性を維持するために硬度が高い表面層の層厚を薄くする必要がある。表面層を薄くすると、経時使用において短時間で弾性ブレードが露出する程度に表面層が磨耗する。硬度の低い弾性ブレードが露出して、像担持体表面に直接接触すると、クリーニングブレードと硬度の低い弾性ブレードが露出する程度に表面層が磨耗する。硬度の低い弾性ブレードが露出して像担持体表面に直接接触すると、クリーニングブレードと像担持体表面との摩擦係数が大きくなり、先端稜線部の磨耗も大きくなってしまう。
また、特許文献2に記載されるように、紫外線硬化樹脂を弾性ブレードに含浸させ、紫外線照射処理をして硬化層を形成するクリーニングブレードでは、次のような課題がある。すなわち、先端稜線部の最表面の硬度が、表面層を弾性ブレードの表面に設ける構成と同等となるように、硬化層を形成しようとすると、弾性ブレードの表面を覆うことができる程度に多量の紫外線硬化材料を含浸させる必要がある。このように、多量の紫外線硬化材料を含浸させると、弾性ブレードの内部に染み込んだ紫外線硬化材料の量も多くなる。多量の紫外線硬化材料が染み込んだ弾性ブレードに紫外線を照射すると、硬化層が過剰に硬く且つ過剰に深く形成され、弾性ブレードの弾性が阻害されることになり、先端稜線部の像担持体表面への追随性が低下する。一方、先端稜線部の像担持体表面の追随性を維持するため、弾性ブレードに対する紫外線硬化材料の含浸量を少なくすると、弾性ブレードの表面を紫外線硬化材料が覆いきれなくなる。先端稜線部の最表面が弾性ブレードのゴム部材と紫外線硬化材料とで混在した状態となり、表面層を設けるものに比べて、使用開始当初の先端稜線部の最表面の硬度が低くなってしまう。そのため、クリーニングブレードと像担持体との摩擦力が大きくなり、クリーニングブレードの先端稜線部にめくれが生じやすくなる。
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものである。その目的は、像担持体への追従性を低下させず、先端稜線部のめくれや摩耗を抑制し、良好なクリーニングを維持することが可能なクリーニングブレード、並びにこれを用いた画像形成装置及びプロセスカートリッジを提供することである。
上記課題を解決するため、請求項1の発明は、短冊形状の弾性ブレードで構成され、該弾性ブレードの先端稜線部を表面移動する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、該弾性ブレードの先端稜線部を1辺に有し該被清掃部材の表面と対向するブレード下面を該先端稜線部から20[μm]離れた位置で5[μm]押し込んだときのマルテンス硬度が1.2[N/mm]以上、且つ20[μm]押し込んだときのマルテンス硬度が1[N/mm]以下であり、該位置で5[μm]押し込んだときの弾性仕事率が70%以上であることを特徴とするものである。
本発明においては、後述する検証実験結果からわかるように、弾性ブレードのブレード下面に対して、押し込み深さが小さいときのマルテンス硬度を1.2[N/mm]以上とすることで、先端稜線部のめくれを抑制している。また、押し込み深さが大きいときのマルテンス硬度を1[N/mm]以下とすることで、弾性ブレード全体の変形が可能となり、像担持体に対する追従性を確保できる。また、弾性仕事率を70%以上とすることで、像担持体との当接部の塑性変形を抑制することができ、弾性ブレードの耐摩耗性を向上させることができる。これら条件を同時に満たすクリーニングブレードは、像担持体への追従性を低下させず、先端稜線部のめくれや摩耗を抑制し、良好なクリーニングを維持することが可能となる。
本実施形態に係るプリンタの概略構成図。 同プリンタのクリーニング装置のクリーニングブレードの斜視図。 同クリーニングブレードの構成を示す構成図。 同クリーニングブレードの先端面と下面の構成を示す部分拡大構成図。 弾性ブレードの摩耗量の測定箇所を示した模式図。 弾性ブレードの磨耗量と弾性仕事率との関係を示す特性図。 弾性ブレードのめくれ量と弾性仕事率との関係を示す特性図。 (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模式図。(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模式図。(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模式図。
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が配置されている。また、感光体3の周囲には、転写後の感光体3上に残留するトナーを除去するクリーニング手段としてのクリーニング装置6、感光体3上に滑剤を塗布する潤滑剤塗布装置10、感光体3を除電する図示しない除電ランプ等が配置されている。潤滑剤塗布装置10はなくてもよい。
上記帯電装置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帯電ローラ41、帯電ローラ41上に付着するトナーを除去する帯電クリーニングローラ42を備えている。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。帯電装置4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、これら方式は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。
上記現像装置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。
上記クリーニング装置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。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。
上記潤滑剤塗布装置10は、固形潤滑剤103、潤滑剤加圧スプリング(不図示)等を備え、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ファーブラシ101を用いている。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(不図示)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。
また、図示しない露光装置、除電ランプ等の光源には、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、上記構成のプリンタの画像形成動作について説明する。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3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と下レジストローラとの対向部を経て、感光体3と転写装置7との間に形成される転写領域に給紙される記録媒体た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と下レジストローラ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感光体3から分離され、図示しない定着装置へ搬送される。そして、定着装置を通過することにより、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によって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、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。
次に本発明の特徴部となるクリーニングブレードについて説明する。図2は、クリーニングブレードの構成を示す斜視図である。図3は、同クリーニングブレードの構成を示す構成図である。図4はクリーニングブレードの構成を示す部分拡大構成図である。クリーニングブレード62は、図2及び図3に示すように、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、短冊形状の弾性ブレード622とで構成されている。上記弾性ブレード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のケースに片持ち支持されている。以下、クリーニングブレード62において、感光体3と当接する先端稜線部62cを1辺に有し弾性ブレード622の厚み方向に平行な面をブレード先端面62aといい、先端稜線部62cを一辺に有し感光体3と対向する面をブレード下面62bという。
ここで、クリーニングブレード62の先端稜線部62cのめくれについて、本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、先端稜線部62cのめくれは、先端稜線部62cから数十μm以内のブレード下面62bの硬さの影響が大きいことが明らかになった。また、先端稜線部62cから数十μm以内のブレード下面62bが感光体3と当接し感光体3と摺擦することにより、後述する表面層623が微細に変形するが、そのときの塑性変形により摩耗が生じることが明らかになった。
そこで、本実施形態にかかるクリーニングブレード62では、先端稜線部62c近傍の硬度を規定する。硬度の指標として、ISO14577−1に記載されているマルテンス硬度を用いる。マルテンス硬度は試験荷重に対する押し込み深さの曲線から得られる値であり、試験深さを非常に小さくした場合、クリーニングブレード62と感光体3の摩擦力に対する先端稜線部62cの変形量と対応しているので、先端稜線部62cのめくれ度合を評価できる。このとき、先端稜線部62cに近い場所で測定することが重要である。また、試験深さを大きくした場合、弾性ブレード622全体の変形量を評価していることになるので、感光体3に対する追従性を評価できる。
よって、本実施形態に係るクリーニングブレード62は、ブレード下面62bを先端稜線部62cから20[μm]離れた位置で、ビッカース四角錐圧子を用いて5[μm]押し込んだときのマルテンス硬度を1.2[N/mm]以上としている。また、この位置でビッカース四角錐圧子を用いて20[μm]押し込んだときのマルテンス硬度を1[N/mm]以下としている。ブレード下面62bにおいて、先端稜線部62cから20[μm]離れた位置の5[μm]押し込んだときのマルテンス硬度を測定することにより、先端稜線部62c近傍の硬さが分かる。このマルテンス硬度を一定値以上にすることにより、弾性ブレード622と感光体3との摩擦力による変形力に対する先端稜線部62cの応力が大きくなるため、先端稜線部62cのめくれを抑制することが可能となる。また同じ位置で20[μm]押し込んだときのマルテンス硬度測定値は5[μm]押し込んだときの値よりもマクロなブレード物性を表していると言える。よって、このマルテンス硬度を一定値以下にすることで、弾性ブレード622全体として大変形が可能となり、感光体3表面への追従性を低下させることがない。
また、弾性ブレード622の感光体3との当接部の塑性変形量を表す指標として、ISO14577−1に記載されているηITで定義されている弾性仕事率がある。弾性仕事率は弾性仕事量と塑性仕事量の関係を表した値で、材料の塑性変形のしやすさを表している。弾性ブレード622の感光体3との当接部で塑性変形しやすいと摩耗が大きくなる。このときの測定は、弾性ブレード622の感光体3との当接部で行うことが重要である。
よって、本実施形態に係るクリーニングブレード62は、ブレード下面62bを先端稜線部62cから20[μm]離れた位置でビッカース四角錐圧子を用いて5[μm]押し込んだときの弾性仕事率を70%以上とする。この位置で5[μm]押し込んだときの弾性仕事率を一定値以上にすることで、感光体3との当接部の塑性変形を抑制することができ、弾性ブレード622の耐摩耗性を向上させることが出来る。
さらに、本実施形態に係るクリーニングブレード62は、ブレード下面62bを先端稜線部62cから20[μm]離れた位置で、ビッカース四角錐圧子を用いて20[μm]押し込んだときの弾性仕事率が90%以下であることがより好ましい。この位置で20[μm]押し込んだときの弾性仕事率測定値は、同じ位置で5[μm]押し込んだときの値よりもマクロなブレード物性を表していると言える。よって、この弾性仕事率を一定値以下にすることで、弾性ブレード622全体として大変形が可能となり、感光体3表面への追従性を低下させることはない。
上述した特性を満たすため、本実施形態に係るクリーニングブレード62は、次のように構成されることが好ましい。クリーニングブレード62は、図2及び図3に示すように、弾性ブレード622と、先端稜線部62cを含む弾性ブレード622の表面を覆い、弾性ブレード622よりも硬い表面層623とから構成されている。表面層623は、弾性ブレード622の長手方向にわたって先端稜線部62cを含むブレード先端面62aとブレード下面62bに形成されている。
上記弾性ブレード622としては、感光体3の偏心や感光体3表面の微小なうねりなどに追随できるように、高い反発弾性体率を有するものが好ましく、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66〜80度(JIS A)のウレタンゴムが良い。ウレタンゴムの硬度が80度を超えると、柔軟性に乏しくなる。そのため、例えば、ホルダー621が微小に傾いて取り付けられるなどしたときに、クリーニングブレード62の長手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、長手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、ウレタンゴムの硬度が66度未満の場合は、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が浮きあがってしまう。そのため、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3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。特に後述するように先端稜線部62cを覆うように表面層623が形成される構成では上記の現象が顕著に生じるため、上記の範囲にあることが必要となる。
なお、上記弾性ブレード622は、2種の異なる材質を積層した、2層構成のタイプも利用することができる。この場合も、ウレタンゴムの硬度は上記範囲が好ましいが、当接側と反当接側で適宜適切な材質を選択することができる。
上記表面層623は、スプレー塗工、ディップ塗工、あるいはスクリーン印刷等によってクリーニングブレード62の先端稜線部62cを被覆するように形成する。表面層623は、弾性ブレード622よりも硬度が高い部材とすることで、剛直となり変形し難く、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。
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。
表面層623に用いる紫外線硬化樹脂には、少なくともフッ素系アクリルモノマーを含む紫外線硬化樹脂が好ましい。フッ素系アクリルモノマーとしては、パーフルオロポリエーテル骨格をもち、官能基数2以上のアクリレートが好ましく用いられる。フッ素系アクリルモノマー、特にパーフルオロポリエーテル骨格をもち、官能基数2以上のアクリレートは、フッ素基を持つことでクリーニングブレード62の摺動性を上げ、めくれを防止することができる。また、官能基数が2以上にすることで、他のアクリルモノマーと架橋し、架橋膜を作製することが可能となる。
表面層623に用いる紫外線硬化樹脂としては、上記フッ素系アクリルモノマーと合わせて、官能基当量分子量350以下、官能基数3〜6のペンタエリスリトール・トリアクリレートを主要骨格とするアクリレートを用いることが好ましい。官能基当量分子量が350を越えるか、またはペンタエリスリトール・トリアクリレート骨格以外の材料を用いると、表面層623は脆弱になり過ぎるおそれがある。表面層623が脆弱になると、クリーニングブレード62の先端稜線部62cがめくれて図8(b)のようにブレード先端面62aに摩耗が生じてしまい、長期にわたるクリーニング性を保持できなくなる。また表面層623に用いる紫外線硬化樹脂として、上記ペンタエリスリトール・トリアクリレート骨格材料の他、官能基当量分子量100〜1000、官能基数1乃至2のアクリレートを適宜混合することが好ましい。これにより表面層623に可撓性を付与することが可能である。
また、表面層623の層厚は、0.2〜1[μm]が好ましい。層厚が、0.2[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がめくれやすくなってしまう。また、層厚が1[μm]を超えると、表面層623の塑性変形が大きくなり摩耗量が増大する。
また、本実施形態に係るクリーニングブレード62においては、上記弾性ブレード622の先端稜線部62cを含む領域に、紫外線硬化樹脂を含有する含有部分62dを形成するとよい。この含有部分62dは、例えば、弾性ブレード622の表面から紫外線硬化樹脂を含浸させることで形成することができる。
上記弾性ブレード622では、先端稜線部62cを含む含有部分62dに紫外線硬化樹脂を含浸させることにより、先端稜線部62cの硬度上昇を図り、先端稜線部62cが感光体3の移動方向に変形するのを抑制する。さらに、表面層623の経時の摩耗によって弾性ブレード622が露出したときも含有部分62dへの紫外線硬化樹脂の含浸作用により、同様に変形を抑制することができる。
弾性ブレード622への紫外線硬化樹脂の含浸処理としては、ハケ塗り、スプレー塗工、ディップ塗工などが好適である。含浸処理の際には、弾性ブレードの厚みと略同じ幅で先端面より行うことが好ましい。弾性ブレード622への含浸処理の幅が大きいと弾性がなくなり、像担持体たる感光体3に追従出来なくなってしまう。弾性ブレード622への含浸処理の幅が小さいと、先端稜線部62cのめくれが発生する虞がある。
弾性ブレード622に紫外線効果樹脂を含有する含有部分62dを形成することで、先端稜線部62cの硬度上昇を図る改質効果を生じさせる理由は、次のように考えられる。弾性ブレード622の基材となる弾性ゴム内部に紫外線硬化樹脂の網目鎖が形成されることで、弾性ゴム自体の架橋密度が擬似的に増加し、耐摩耗性を向上させる改質効果があると考えられるのである。この場合、紫外線硬化樹脂とウレタンゴムが化学的にほとんど結合しないであろう点がポイントである。一般的にウレタンゴムを含浸操作で強化しようとする場合、含浸材料としてイソシアネートを用いることが多いが、イソシアネートはウレタンゴムと化学的に反応するので、架橋密度が上がりすぎてしまう。その結果、ゴムというよりガラスに近い状態となるため、エッジの動きが抑制されすぎて逆に耐摩耗性を悪化させてしまう。
もう一つの改質効果として、弾性ブレード622の含有部分62dの紫外線硬化樹脂が、上述した表面層623の紫外線硬化樹脂などに対し、いわゆる「アンカー効果」を発揮していると考えられる。これにより、弾性ブレード622と表面層623との密着性を増大させ、クリーニングブレード62自体の耐久性を底上げしていると考えられるのである。
含浸処理に用いる紫外線硬化樹脂には、表面層623と同様に、官能基当量分子量350以下、官能基数3〜6のペンタエリスリトール・トリアクリレートを主要骨格とするアクリルモノマーを用いることが好ましい。また、含浸処理に用いる紫外線硬化樹脂には、上記ペンタエリスリトール・トリアクリレート骨格材料の他、官能基当量分子量100〜1000、官能基数1〜2のアクリレートを適宜混合することが好ましい。官能基当量分子量が350を越えるか、またはペンタエリスリトール・トリアクリレート骨格以外の材料を用いると、含有部分62dは脆弱になり過ぎる虞がある。含有部分62dが脆弱になると、クリーニングブレード62の先端稜線部62cがめくれて図8(b)のようにブレード先端面62aに摩耗が生じてしまい、長期にわたるクリーニング性を保持できなくなる。また含浸処理に用いる紫外線硬化樹脂には、上記ペンタエリスリトール・トリアクリレート骨格材料の他、官能基当量分子量100〜1000、官能基数1乃至2のアクリレートを適宜混合することが好ましい。これにより含有部分62dに可撓性を付与することが可能である。
次に、本発明者らが行った検証実験について説明する。この検証実験は、弾性ブレード622の材質、含浸処理に用いる材質、表面層623の材質を表1に示すようにそれぞれ変化させて作製したクリーニングブレード(実施例1〜14及び比較例1〜4)について行ったものである。
[弾性ブレード]
弾性ブレード622としては、25[℃]における物性が以下の物性となっている2つのウレタンゴムを用意した。
ウレタンゴム1:硬度68度、反発弾性率30[%](東洋ゴム工業社製)
ウレタンゴム2:2層構成、当接面側硬度80度、反当接面側硬度75度
反発弾性率25[%](東洋ゴム工業社製)
ウレタンゴムの硬度は、高分子計器株式会社製マイクロゴム硬度計MD−1を用い、JIS K6253に準じて測定した。ウレタンゴム2(2層構成)については、各面側から測定を行った。
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。
含有部分62dへの含浸処理や表面層623の形成処理に用いる硬化材料としては、以下の硬化材料1〜5のものを用いた。
[硬化材料1]
紫外線硬化樹脂1:ペンタエリスリトール・トリアクリレート 8部
(官能基数3、官能基相当量99)
(ダイセルサイテック社製;PETIA)
紫外線硬化樹脂2:オクチル/デシル・アクリレート 2部
(官能基数1、官能基相当量226)
(ダイセルサイテック社製;ODA-N)
紫外線硬化樹脂3:フッ素系アクリレート 0.1部
(ダイキン工業社製;OPTOOL DAC-HP)
重合開始剤 :1.2αヒドロキシアルキルフェノン 0.5部
(チバスペシャリティーケミカルズ社製;イルガキュア184)
溶媒 :シクロヘキサノン 89.4部
[硬化材料2]
紫外線硬化樹脂1:ペンタエリスリトール・トリアクリレート 10部
(官能基数3、官能基相当量99)
(ダイセルサイテック社製;PETIA)
紫外線硬化樹脂3:フッ素系アクリレート 0.1部
(ダイキン工業社製;OPTOOL DAC-HP)
重合開始剤 :1.2αヒドロキシアルキルフェノン 0.5部
(チバスペシャリティーケミカルズ社製;イルガキュア184)
溶媒 :シクロヘキサノン 89.4部
[硬化材料3]
紫外線硬化樹脂4:ジペンタエリスリトール・トリアクリレート 8部
(官能基数6、官能基相当量96)
(ダイセルサイテック社製;DPHA)
紫外線硬化樹脂2:オクチル/デシル・アクリレート 2部
(官能基数1、官能基相当量226)
(ダイセルサイテック社製;ODA-N)
紫外線硬化樹脂3:フッ素系アクリレート 0.1部
(ダイキン工業社製;OPTOOL DAC-HP)
重合開始剤 :1.2αヒドロキシアルキルフェノン 0.5部
(チバスペシャリティーケミカルズ社製;イルガキュア184)
溶媒 :シクロヘキサノン 89.4部
[硬化材料4]
紫外線硬化樹脂4:ジペンタエリスリトール・トリアクリレート 10部
(官能基数6、官能基相当量96)
(ダイセルサイテック社製;DPHA)
紫外線硬化樹脂3:フッ素系アクリレート 0.1部
(ダイキン工業社製;OPTOOL DAC-HP)
重合開始剤 :1.2αヒドロキシアルキルフェノン 1部
(チバスペシャリティーケミカルズ社製;イルガキュア184)
溶媒 :シクロヘキサノン 89部
[硬化材料5]
紫外線硬化樹脂1:ペンタエリスリトール・トリアクリレート 8部
(官能基数3、官能基相当量99)
(ダイセルサイテック社製;PETIA)
紫外線硬化樹脂2:オクチル/デシル・アクリレート 2部
(官能基数1、官能基相当量226)
(ダイセルサイテック社製;ODA-N)
重合開始剤 :1.2αヒドロキシアルキルフェノン 0.5部
(チバスペシャリティーケミカルズ社製;イルガキュア184)
溶媒 :シクロヘキサノン 89.5部
紫外線硬化樹脂1:ペンタエリスリトール・トリアクリレート(ダイセルサイテック社製;PETIA)の構造式を下記の化1に示す。
Figure 2014142503
紫外線効果樹脂4:ジペンタエリスリトール・トリアクリレート(ダイセルサイテック社製;DPHA)の構造式を下記の化2に示す。
Figure 2014142503
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、2のいずれかを用いて厚さ1.8[mm]の短冊形状の弾性ブレードを作製し、ブレード先端部を上記各硬化材料に厚さ1.8[mm]と略同じ深さで先端より所定時間浸漬し適宜含浸処理を行った後、3分間風乾する。続いて、スプレー塗工法により同じく各硬化材料により表面層を形成した。表面層の形成は具体的には、まずスプレー塗工によりブレード先端面から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先端面に重ね塗りを行い、3分間指触乾燥後、さらにブレード下面に同様に表面層が形成されるように塗工した。その後さらに3分間指触乾燥を行い、紫外線露光(140[W/cm]×5[m/min]×5パス)を行った。なお、このときスプレー塗工により表面層を形成する領域はマスキングテープにより制限して塗工を行った。
表面層の層厚(図4中、xで示す)は、キーエンス社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ブレードの断面により測定した。試料は日進EM社製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。
ブレード下面のマルテンス硬度と弾性仕事率は、FISCHER社製微小硬さ試験機FISCHERSCOPE HM2000を用いて測定した。先端稜線部62cから20μm離れた箇所において、ブレード下面の各々の表面から、5μm又は20μm押し込んだ時の測定値から求める。押し込み条件は、押し込み深さ:5μm又は20μmのとき、押し込み荷重:2mN、押し込み時間:20s、クリープ時間:5sとした。
そして、実施例1〜14および比較例1〜4で作製された弾性ブレードをリコー製カラー複合機 imagio MP C5001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。これを同じくリコー製カラー複合機 imagio MP C5001(図1と同様の構成)に取り付け、実施例1〜14、比較例1〜4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、所定の先端食い込み量と取り付け角度により線圧とクリーニング角を設定して取り付けた。潤滑剤塗布装置は取り除いた。
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(クラリアント社製H2000)
小粒径酸化チタン0.5部(テイカ社製MT−150AI)
大粒径シリカ1.0部(電気化学工業社製UFP−30H)
検証実験は、実験室環境:21[℃]・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、2500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(目視観察)
評価時画像:縦帯パターン(紙進行方向に対して)43[mm]幅、3本チャート、出力20枚(A4横)
ブレード摩耗量[μm]:図5に示すブレード下面の磨耗幅を評価した。
ブレードめくれ量[μm]:ガラス板上に感光体の表面層を塗工し、クリーニングブレードを上記条件と同じ条件で摺擦させたときの、ブレード当接状態をガラス板裏から可視化を行い先端稜線部のめくれた長さを評価した。
実施例及び比較例の検証実験の結果を表1、図6、図7に示す。
Figure 2014142503
表1の結果からわかるように、ブレード下面を5[μm]押し込んだときのマルテンス硬度が1.2[N/mm]以上、且つ20[μm]押し込んだときのマルテンス硬度が1[N/mm]以下であり、5[μm]押し込んだときの弾性仕事率が70%以上である実施例1〜実施例14では、先端稜線部のめくれがみられず、またブレードの摩耗量も少なく、良好なクリーニングを維持することができた。これに対し、上記条件を同時に満たしていない比較例1〜比較例4では、先端稜線部のめくれが生じたり、ブレードの摩耗量が多くなったりして、良好なクリーニングを維持することが難しかった。
以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
(態様A)
短冊形状の弾性ブレード622などの弾性ブレードで構成され、該弾性ブレードの先端稜線部62cなどの先端稜線部を表面移動する感光体3などの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62などのクリーニングブレードにおいて、該弾性ブレードの先端稜線部を1辺に有し該被清掃部材の表面と対向するブレード下面62bなどのブレード下面を該先端稜線部から20[μm]離れた位置で5[μm]押し込んだときのマルテンス硬度が1.2[N/mm]以上、且つ20[μm]押し込んだときのマルテンス硬度が1[N/mm]以下であり、該位置で5[μm]押し込んだときの弾性仕事率が70%以上である。
これによれば、上記実施形態について説明したように、弾性ブレードの像担持体への追従性を低下させず、先端稜線部のめくれや摩耗を抑制することで良好なクリーニングを維持することできる。
(態様B)
(態様A)のクリーニングブレードにおいて、上記弾性ブレードのブレード下面を先端稜線部から20[μm]離れた位置で20[μm]押し込んだときの弾性仕事率が90%以下である。
これによれば、上記実施形態について説明したように、弾性ブレードの像担持体への追従性を低下させることがない。
(態様C)
(態様A)又は(態様B)のクリーニングブレードにおいて、上記弾性ブレードのブレード下面に該弾性ブレードよりも硬い表面層を設ける。
これによれば、上記実施形態について説明したように、表面層が先端稜線部のめくれを抑制することができる。
(態様D)
(態様C)のクリーニングブレードにおいて、上記表面層は少なくとも紫外線硬化樹脂を含む。
これによれば、上記実施形態について説明したように、弾性ブレードの先端に付着した紫外線硬化樹脂に紫外線を照射すればよいので、所望の硬度を有する表面層を容易に得ることができ、クリーニングブレードを安価に製造することができる。
(態様E)
(態様C)又は(態様D)のクリーニングブレードにおいて、上記表面層の厚さが1[μm]を超えない。
これによれば、上記実施形態について説明したように、表面層の塑性変形を抑えることで表面層の磨耗を抑制することができる。
(態様F)
(態様D)又は(態様E)のクリーニングブレードにおいて、上記紫外線硬化樹脂は少なくともフッ素系アクリルモノマーを含む。
これによれば、上記実施形態について説明したように、クリーニングブレードの表面層の摺動性を上げることで、先端稜線部のめくれを抑制することができる。
(態様G)
(態様F)のクリーニングブレードにおいて、上記フッ素系アクリルモノマーは、パーフルオロポリエーテル骨格を持ち、官能基数2以上のアクリレートである。
これによれば、上記実施形態について説明したように、クリーニングブレードの表面層の摺動性を上げることで、先端稜線部のめくれを抑制することができる。さらに、官能基数2以上のアクリレートは、他のアクリルモノマーと架橋し、架橋膜を形成するので、耐摩耗性にも優れる。
(態様H)
(態様D)(態様E)(態様F)又は(態様G)のクリーニングブレードにおいて、上記表面層に用いる紫外線硬化樹脂は、少なくとも、官能基当量分子量350以下、官能基数3〜6のペンタエリスリトール・トリアクリレートを主要骨格とするアクリレート、及び/又は官能基当量分子量100〜1000、官能基数1〜2のアクリレートとを含む。
これによれば、上記実施形態について説明したように、表面層に所望の硬度と可撓性を付与することができる。
(態様I)
(態様A)(態様B)(態様C)(態様D)(態様E)(態様F)(態様G)又は(態様H)のクリーニングブレードにおいて、上記弾性ブレードの先端稜線部を含む部分に紫外線硬化樹脂を含有する含有部分62dなどの含有部分が形成される。
これによれば、上記実施形態で説明したように、先端稜線部の硬度が上昇し、先端稜線部が像担持体の移動方向に変形するのを抑制することができる。さらに、表面層の経時の摩耗によって弾性ブレードが露出したときも、先端稜線部に含まれる紫外線硬化樹脂によって、同様に変形を抑制することができる。
(態様J)
(態様F)又は(態様G)のクリーニングブレードにおいて、上記含有部分は、上記弾性ブレードの先端稜線部を1辺に有しブレードの厚み方向に平行な面であるブレード先端面より紫外線硬化樹脂の含浸処理を行うことで形成される。
これによれば、上記実施形態について説明したように、弾性ブレードに紫外線硬化樹脂を含有する含有部分を容易に作製することができる。
(態様K)
(態様I)又は(態様J)のクリーニングブレードにおいて、上記含有部分に用いる紫外線硬化樹脂は、少なくとも、官能基当量分子量350以下、官能基数3〜6のペンタエリスリトール・トリアクリレートを主要骨格とするアクリレート、及び/又は官能基当量分子量100〜1000、官能基数1〜2のアクリレートを含む。
これによれば、上記実施形態について説明したように、含有部分に所望の硬度と可撓性を付与することができる。
(態様L)
(態様A)(態様B)(態様C)(態様D)(態様E)(態様F)(態様G)(態様H)(態様I)(態様J)又は(態様K)のクリーニングブレードにおいて、上記弾性ブレードとして、単層からなるウレタン基を含むゴム、あるいはウレタン基を含むゴムであって2種の異なるゴムを積層したもの用いる。
これによれば、上記実施形態について説明したように、ウレタン基を含むゴムは高い反発弾性体率を有し像担持体への追随性が高いので、良好なクリーニング性を維持することができる。
(態様M)
表面移動部材である感光体3などの像担持体上に形成した画像を最終的に記録媒体に転移させる画像形成装置において、上記像担持体の表面に接触し、その表面上に付着した不要な付着物を除去するためのクリーニング部材として、(態様A)(態様B)(態様C)(態様D)(態様E)(態様F)(態様G)(態様H)(態様I)(態様J)(態様K)又は(態様L)のクリーニングブレードを用いる。
これによれば、上記実施形態について説明したように、弾性ブレードの像担持体への追従性を低下させず、先端稜線部のめくれや摩耗を抑制することで、良好なクリーニングを維持することできる。
(態様N)
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、上記クリーニングブレードとして、(態様A)(態様B)(態様C)(態様D)(態様E)(態様F)(態様G)(態様H)(態様I)(態様J)(態様K)又は(態様L)のクリーニングブレードを用いる。
これによれば、上記実施形態で説明したように、プロセスカートリッジとして上述のクリーニングブレード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
3 感光体
6 クリーニング装置
62 クリーニングブレード
62a ブレード先端面
62b ブレード下面
62c 先端稜線部
63d 含有部分
621 ホルダー
622 弾性ブレード
623 表面層
特許3602898号公報 特開2004−233818号公報

Claims (14)

  1. 短冊形状の弾性ブレードで構成され、該弾性ブレードの先端稜線部を表面移動する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、
    該弾性ブレードの先端稜線部を1辺に有し該被清掃部材の表面と対向するブレード下面を該先端稜線部から20[μm]離れた位置で5[μm]押し込んだときのマルテンス硬度が1.2[N/mm]以上、且つ20[μm]押し込んだときのマルテンス硬度が1[N/mm]以下であり、該位置で5[μm]押し込んだときの弾性仕事率が70%以上である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、
    上記弾性ブレードのブレード下面を先端稜線部から20[μm]離れた位置で20[μm]押し込んだときの弾性仕事率が90%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又は2のクリーニングブレードにおいて、
    上記弾性ブレードのブレード下面に該弾性ブレードよりも硬い表面層を設けることを特徴とするクリーニングブレード。
  4. 請求項3のクリーニングブレードにおいて、
    上記表面層は少なくとも紫外線硬化樹脂を含むことを特徴とするクリーニングブレード。
  5. 請求項3又は4のクリーニングブレードにおいて、
    上記表面層の厚さが1[μm]を超えないことを特徴とするクリーニングブレード。
  6. 請求項4又は5のクリーニングブレードにおいて、
    上記表面層に用いる紫外線硬化樹脂は少なくともフッ素系アクリルモノマーを含むことを特徴とするクリーニングブレード。
  7. 請求項6のクリーニングブレードにおいて、
    上記フッ素系アクリルモノマーは、パーフルオロポリエーテル骨格を持ち、官能基数2以上のアクリレートであることを特徴とするクリーニングブレード。
  8. 請求項4、5、6又は7のクリーニングブレードにおいて、
    上記表面層に用いる紫外線硬化樹脂は、少なくとも、官能基当量分子量350以下、官能基数3〜6のペンタエリスリトール・トリアクリレートを主要骨格とするアクリレート、及び/又は官能基当量分子量100〜1000、官能基数1〜2のアクリレートを含むことを特徴とするクリーニングブレード。
  9. 請求項1、2、3、4、5、6、7又は8のクリーニングブレードにおいて、
    上記弾性ブレードの先端稜線部を含む部分に紫外線硬化樹脂を含有する含有部分が形成されることを特徴とするクリーニングブレード。
  10. 請求項9のクリーニングブレードにおいて、
    上記含有部分は、上記弾性ブレードの先端稜線部を1辺に有しブレードの厚み方向に平行な面であるブレード先端面より紫外線硬化樹脂の含浸処理を行うことで形成されることを特徴とするクリーニングブレード。
  11. 請求項9又は10のクリーニングブレードにおいて、
    上記含有部分に用いる紫外線硬化樹脂は、少なくとも、官能基当量分子量350以下、官能基数3〜6のペンタエリスリトール・トリアクリレートを主要骨格とするアクリレート、及び/又は官能基当量分子量100〜1000、官能基数1〜2のアクリレートを含むことを特徴とするクリーニングブレード。
  12. 請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9、10又は11のクリーニングブレードにおいて、
    上記弾性ブレードとして、単層からなるウレタン基を含むゴム、あるいはウレタン基を含むゴムであって、2種の異なるゴムを積層したもの用いることを特徴とするクリーニングブレード。
  13. 表面移動部材である像担持体上に形成した画像を最終的に記録媒体に転移させる画像形成装置において、
    上記像担持体の表面に接触し、その表面上に付着した不要な付着物を除去するためのクリーニング部材として、請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11又は12の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装置。
  14. 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、
    上記クリーニングブレードとして、請求項1乃至14のクリーニングブレードを用いることを特徴とするプロセスカートリッジ。
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