JP2019032438A - クリーニングブレード、クリーニングブレードの製造方法、プロセスカートリッジ、画像形成装置及び画像形成方法 - Google Patents

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

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【課題】先端稜線部のめくれによる先端稜線部の欠落を抑制し、長期に渡る良好なクリーニング性の維持、及び被清掃部材上へのトナー等の固着を抑制し、異常画像の発生を抑制することが可能なクリーニングブレードを提供する。【解決手段】被清掃部材の表面に当接して、前記被清掃部材の表面に付着した付着物を除去する弾性部材を備え、前記弾性部材は、基材と、硬化性組成物の硬化物からなる硬化物層とを有し、前記硬化物層は、前記被清掃部材と当接する当接部を含む面の少なくとも一部に前記当接部を含んで形成され、前記当接部における硬化物層の層厚が10μm以上100μm以下であり、前記当接部よりも上流側で前記被清掃部材と対向する前記弾性部材の面と、前記当接部よりも下流側で前記被清掃部材と対向する前記弾性部材の面とのなす角が、110°以上145°以下であることを特徴とする。【選択図】図1

Description

本発明は、クリーニングブレード、クリーニングブレードの製造方法、プロセスカートリッジ、画像形成装置及び画像形成方法に関する。
従来、電子写真方式の画像形成装置では、被清掃部材としての像担持体(以下、「感光体」、「電子写真感光体」、「静電潜像担持体」と称することもある)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などの付着物はクリーニング手段によって除去していることが知られている。
前記クリーニング手段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。これは前記クリーニングブレードの基端を支持部材で支持して当接部(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堰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」と称することがある)を用いた画像形成装置が知られている。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、前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がある。これは、小粒径でか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。
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が、当接圧力を高めると図9(A)に示すようにめくれが生じてしまう。また、めくれた状態で使用すると、図9(B)に示すように局所的な磨耗が生じてしまい、最終的には図9(C)に示すように先端稜線部が欠落してしまう。
このような問題を解決するため、例えば特許文献1には、ポリウレタンエラストマーからなる弾性部材の当接部に、鉛筆硬度B〜6Hの皮膜硬度を有する樹脂からなる層を設けたものが提案されている。
特許文献2には、シリコーンを含有した紫外線硬化性組成物をゴム製の弾性部材に含浸させて膨潤させた後、紫外線照射処理して前記紫外線硬化性組成物を硬化させたクリーニングブレードが提案されている。
特許文献3には、弾性部材の当接部を含む部分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種が含浸され、かつ前記当接部を含む弾性部材の表面に弾性部材よりも硬い表面層を設けたクリーニングブレードが提案されている。
特許文献4には、潤滑粒子及びバインダー樹脂を含有する被覆層を有するクリーニングブレードが提案されている。
特許文献5には、クリーニングブレードの先端稜線部は、該弾性ブレードの弾性体からなる基材、該基材とアクリル又は/及びメタクリル樹脂との混合層、及びアクリル又は/及びメタクリル樹脂層からなる表面層の積層構成が提案されている。また、特許文献5では表面層の厚さが0.5〜1.0μmであることが開示されている。
しかしながら、従来の硬化層(表面層等)を設けたクリーニングブレード、及び含浸部分を設けたクリーニングブレードでは、先端稜線部のめくれは完全に抑制することは難しい。また近年、電子写真方式による画像形成装置においては、高速化のニーズが高まっており、画像形成速度を高速化すると、先端稜線部はめくれやすくなり、先端稜線部が欠落してしまう。
このような厳しい条件では、めくれにより先端稜線部が欠落し、クリーニング不良や異音を生じてしまうことがあった。また、このような先端稜線部の欠落は、クリーニングブレードの長手方向に局所的に発生することがあり、局所的な欠落部が生じると、欠落部に対応する像担持体の表面にトナー等が固着しやすくなり、白抜け画像等の異常画像を生じてしまうことがあった。
また、当接部を含む部分に硬化層を形成したクリーニングブレードでも、スプレーコートなどの方法で形成した場合は当接部の層厚を厚くすることは難しく、当接部の層厚が薄いことで早期に硬化層が摩耗してしまう。これにより、弾性部材の基材が像担持体と接触することで、像担持体とのトルクが上昇するという不具合が起こっていた。トルクが上昇すると像担持体の回転に負荷が掛かり、例えばタンデム方式での色ずれが生じてしまう。
これに対して、特許文献6には、所定の潤滑剤塗布ブラシローラ、第一のフリッキング部材、第二のフリッキング部材を設けたクリーニング装置が提案されており、像担持体に当接するエッジの当接角度が90°<θ≦150°である鈍角ブレードが開示されている。しかしながら、特許文献6では硬化層を設けておらず、長期使用した場合のめくれ、摩耗、クリーニング性に問題がある。
本発明は、先端稜線部のめくれによる先端稜線部の欠落を抑制し、長期に渡る良好なクリーニング性の維持、及び被清掃部材上へのトナー等の固着を抑制し、異常画像の発生を抑制することが可能なクリーニングブレードを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明のクリーニングブレードは、被清掃部材の表面に当接して、前記被清掃部材の表面に付着した付着物を除去する弾性部材を備え、前記弾性部材は、基材と、硬化性組成物の硬化物からなる硬化物層とを有し、前記硬化物層は、前記被清掃部材と当接する当接部を含む面の少なくとも一部に前記当接部を含んで形成され、前記当接部における硬化物層の層厚が10μm以上100μm以下であり、前記当接部よりも上流側で前記被清掃部材と対向する前記弾性部材の面と、前記当接部よりも下流側で前記被清掃部材と対向する前記弾性部材の面とのなす角が、110°以上145°以下であることを特徴とする。
本発明によれば、先端稜線部のめくれによる先端稜線部の欠落を抑制し、長期に渡る良好なクリーニング性の維持、及び被清掃部材上へのトナー等の固着を抑制し、異常画像の発生を抑制することができる。
本発明に係るクリーニングブレードが像担持体の表面に当接している状態の一例を示す拡大断面図である。 本発明に係るクリーニングブレードの一例を示す斜視図である。 本発明に係るクリーニングブレードの一例(A)及び他の例(B)、(C)を説明する断面模式図である。 本発明に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 本発明に係る画像形成装置の備える作像ユニットの一例を示す概略構成図である。 トナーの円形度の測定方法を説明するための説明図(A)及び(B)である。 比較例におけるクリーニングブレードの断面模式図である。 硬化物層の層厚を測定する方法の一例を説明するための図(A)及び(B)である。 従来のクリーニングブレードの先端稜線部が捲れた状態を示す図(A)、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(B)、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(C)である。
以下、本発明に係るクリーニングブレード、クリーニングブレードの製造方法、プロセスカートリッジ、画像形成装置及び画像形成方法について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
(クリーニングブレード)
従来から、小粒径でかつ球形度に優れる重合トナーを用いる場合、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が生じるという問題がある。前記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、前記クリーニングブレードの当接圧を高めると、図9(A)に示すように、像担持体123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123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。
更に、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9(B)に示すように、クリーニングブレード62のブレード先端面62aの先端稜線部62cから数μm離れた箇所に局所的な摩耗が生じてしまう。このような状態で、更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る。最終的には、図9(C)に示すように、先端稜線部62cが欠落してしまう。このように先端稜線部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という問題がある。なお、図9(A)〜図9(C)中62bは、クリーニングブレードの下面である。
これに対し、本発明のクリーニングブレードは、被清掃部材の表面に当接して、前記被清掃部材の表面に付着した付着物を除去する弾性部材を備え、前記弾性部材は、基材と、硬化性組成物の硬化物からなる硬化物層とを有し、前記硬化物層は、前記被清掃部材と当接する当接部を含む面の少なくとも一部に前記当接部を含んで形成され、前記当接部における硬化物層の層厚が10μm以上100μm以下であり、前記当接部よりも上流側で前記被清掃部材と対向する前記弾性部材の面と、前記当接部よりも下流側で前記被清掃部材と対向する前記弾性部材の面とのなす角が、110°以上145°以下であることを特徴とする。
本発明に係るクリーニングブレードの一実施形態について、図1、図2を用いて説明する。図1はクリーニングブレード62が感光体3の表面に当接している状態の説明図であり、図2はクリーニングブレード62の斜視図である。図のクリーニングブレード62では支持部材621、弾性部材624、基材622、硬化物層623が図示されている。また、ブレード先端面62a、ブレード下面62b、先端稜線部62c(当接部、エッジ部などとも称する)が図示されている。なお、図は模式的に示されるものであり、厚み、長さ等は実際の縮尺と異なるものである。
本発明において、弾性部材を構成する基材の長手方向の面で、被清掃部材の進行方向(本実施形態では回転方向)下流側と対向する面を基材の下面といい、基材の先端稜線部を含む被清掃部材の回転方向上流側と対向する先端の面を基材の先端面という。
また、弾性部材の長手方向の面で、被清掃部材の回転方向下流側と対向する面をブレード下面といい、弾性部材の先端稜線部を含む被清掃部材の回転方向上流側と対向する先端の面をブレード先端面という。
図1において、被清掃部材の進行方向下流側Bと対向する面62bがブレード下面であり、被清掃部材進行方向上流側Aと対向する先端の面62aがブレード先端面である。
また、弾性部材の被清掃部材の表面に当接する当接部は、弾性部材の先端稜線部を含む。また、先端稜線部がめくれる場合や線圧が高い場合ではブレード先端面の一部も当接部になりうる。
本発明においては、クリーニングブレードの当接部における硬化物層の層厚を10μm以上100μm以下とし、ブレード先端面62aとブレード下面62bのなす角D(内角Dなどとも称する)を110°≦D≦145°としている。これにより、被清掃部材と当接する際の応力が分散し、応力集中による先端稜線部の局所的な欠落を抑制できることが判明した。なす角Dが110°未満であると、当接圧によっては応力が分散しきれず、先端稜線部のめくれが発生してしまう。また、なす角Dが145°を超えると、被清掃部材上の付着物をすり抜けさせてしまい、被清掃部材上に固着し、クリーニング性に不良が生じてしまう。
なす角Dの範囲としては120°≦D≦135°が好ましく、この場合、局所的な欠落を更に軽減することができる。
また、当接部における硬化物層の層厚が100μmを超えると、基材の弾性部材の柔軟性を維持しにくくなり、像担持体の軸ぶれによる振動や像担持体表面の微小なうねりに対する追従性への対応が難しくなり、クリーニング不良が発生しやすくなる。また、10μm未満の場合、異常摩耗等による異音が発生してしまう。
更に、当接部における硬化物層の層厚が、12μm以上65μm以下であることが好ましく、この場合、改善効果が顕著であることが判明した。12μm以上65μm以下とすることにより初期の当接部のめくれがより発生しにくくなることや、摩耗が進んでも硬化物層内で摩耗をとどめることができ、弾性部材の基材の露出を抑制できるため、長期の使用でもめくれや鳴き、クリーニング不良が発生しにくくなる。
更に、硬化物層のマルテンス硬度が、基材のマルテンス硬度よりも高いことが好ましく、この場合、改善効果が顕著であることが判明した。硬化物層のマルテンス硬度が基材よりも高いことで、柔軟な基材による被清掃部材への当接部の追従性と、剛直な硬化物層による姿勢制御性とを同時に成立させることができる。また、硬化物層のマルテンス硬度は3N/mm以上であることが好ましく、基材のマルテンス硬度は2N/mm以下であることが好ましいが、これに限られるものではない。
更に、硬化物層は当接部から1〜7mmの領域に形成されていることが好ましく、この場合、改善効果が顕著であることが判明した。硬化物層が7mmより広く分布していると、弾性部材の柔軟性を阻害することがあり、被清掃部材への当接部の追従性が悪くなり、付着物のすり抜けが発生することがあるため、クリーニングに対して不利であることが判明した。
ここで、図3に当接部における基材及び硬化物層の拡大断面模式図を示す。
図3(A)では、ブレード先端面側に硬化物層623が形成されている場合の例である。すなわち、当接部よりも上流側で被清掃部材と対向する弾性部材の面に形成されている。硬化物層623の形成箇所としては、当接部を含む面の少なくとも一部であり、当接部を含む箇所であればよく、上述の硬化物層が形成されていることにより、先端稜線部の維持や基材の姿勢制御に良好な効果が得られる。
また、硬化物層は図3(B)のように、ブレード下面側、すなわち、当接部よりも下流側で被清掃部材と対向する弾性部材の面に形成されていてもよい。なお、図1に示される例は図3(B)に該当する。
上記の他にも、硬化物層は図3(C)のように、基材を覆うような箇所、すなわち、ブレード先端面及びブレード下面に形成されていてもよい。
なお、図3では、当接部における硬化物層の層厚が符号dで示されている。図示されるように、当接部から基材に対して垂線を引いた場合の距離となる。
<クリーニングブレードの製造方法>
本発明のクリーニングブレードの製造方法は、基材に硬化性組成物を塗工する工程と、加熱又は活性エネルギー線の照射により硬化性組成物を硬化する工程と、基材を裁断する工程とを有する。
従来、スプレーやディップコーティングで作製していた以前のブレードでは当接部に表面層を厚く形成することは難しく、当接部近傍は10μmの膜があっても当接部は1〜3μmに満たなかった。表面層が薄いため基材ゴムが像担持体と接触してしまうことで、めくれが生じやすくなっていた。
これに対し、本実施形態のクリーニングブレード62は、例えばウレタンゴムからなる基材622に対して硬化物層623を形成する硬化性組成物を塗工し、紫外線照射や加熱により樹脂を硬化させた後、当接部が鈍角になるように刃を傾けた裁断機により裁断する。
これにより、当接部にも10μm以上の厚膜を形成することができ、鈍角化による先端稜線部のめくれ抑制と合わせた優れた効果を発揮することができ、長期の使用でもめくれが生じにくく、先端部の欠落が起こりにくい。
本発明において、硬化性組成物の塗工、硬化と基材の裁断の順番は上記に限られるものではない。基材の当接部が鈍角になるように裁断した後、硬化性組成物を塗工することでも、基材が鈍角になっていることで10μm以上の厚膜を形成することが可能である。
硬化性組成物の塗工方法としては、例えば、バーコート、スプレーコート、ディップコート、ハケ塗り、スクリーン印刷等が挙げられる。
また、硬化物層の層厚は、塗工液の固形分濃度、溶剤、塗工条件(バーコート:ギャップ、スプレーコート:吐出量・距離・移動速度、ディップコート:引き上げ速度など)、塗工回数などの条件を適宜変更することにより制御することが可能である。
〔被清掃部材〕
被清掃部材としては、その形状、構造、大きさ等について特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。前記被清掃部材の形状としては、例えば、ドラム状、ベルト状、平板状、シート状、などが挙げられる。被清掃部材の大きさとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、弾性部材624と同程度の幅を持っていることがより好ましい。
被清掃部材の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、金属、プラスチック、セラミックなどが挙げられる。
被清掃部材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、前記クリーニングブレードを画像形成装置に適用した場合には、例えば、像担持体などが挙げられる。
〔付着物〕
前記付着物としては、被清掃部材表面に付着しており、クリーニングブレード62による除去対象となるものであれば特に制限されるものではない。例えば、トナー、潤滑剤、無機微粒子、有機微粒子、ゴミ、埃又はこれらの混合物などが挙げられる。好適な除去対象の例としては、ガラス転移温度が50℃以下の低温定着性のトナーが挙げられる。
〔支持部材〕
支持部材621としては、その形状、大きさ、及び材質等については、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。支持部材621の形状としては、例えば、平板状、短冊状、シート状、などが挙げられる。支持部材621の大きさとしては、特に制限はなく、被清掃部材の大きさに応じて適宜選択することができる。
支持部材621の材質としては、例えば、金属、プラスチック、セラミックなどが挙げられる。これらの中でも、強度の点から金属板が好ましく、ステンレススチール等の鋼板、アルミニウム板、リン青銅板が特に好ましい。
〔基材〕
基材622の材質としては、高弾性が得られやすい点から、ポリウレタン化合物(例えば、ポリウレタンゴム、ポリウレタンエラストマーなど)が選択される。
基材622の形状、大きさ、構造などについては特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。基材622の形状としては、例えば、平板状、短冊状、シート状、などが挙げられる。基材622の大きさとしては、被清掃部材の大きさに応じて適宜選択することができる。また、基材622は従来公知の組成、工法により製造することができる。
〔硬化性組成物の硬化物〕
硬化物層における硬化性組成物の硬化物としては、加熱により硬化する硬化物や活性エネルギー線を照射することにより硬化する硬化物が挙げられる。
加熱としては、適宜変更することが可能であり、特に制限されるものではないが、例えば、恒温槽におけるエージング処理やアニール処理等が挙げられ、1種を用いてもよく、2種以上を用いてもよい。また、エポキシ硬化剤などの開始剤を用いてもよい。
活性エネルギー線を照射することにより硬化する硬化物は、適宜重合開始剤を含む活性エネルギー線硬化性組成物に活性エネルギー線を照射して硬化させた硬化物である。
活性エネルギー線としては、紫外線の他、電子線、α線、β線、γ線、X線等の、組成物中の重合性成分の重合反応を進める上で必要なエネルギーを付与できるものであればよく、特に限定されない。また、紫外線照射の場合、環境保護の観点から水銀フリー化が強く望まれており、GaN系半導体紫外発光デバイスへの置き換えは産業的、環境的にも非常に有用である。さらに、紫外線発光ダイオード(UV−LED)及び紫外線レーザダイオード(UV−LD)は小型、高寿命、高効率、低コストであり、紫外線光源として好ましい。
活性エネルギー線硬化性組成物には、例えばアクリル樹脂(アクリル前駆体)、エポキシ樹脂(エポキシ前駆体)等が含まれる。
アクリル前駆体としては、例えば、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールエトキシテトラ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンエトキシトリ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、エトキシ化ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、プロポキシ化エトキシ化ビスフェノールAジ(メタ)アクレリート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,5−ペンタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,7−ヘプタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,8−オクタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9−ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、1,10−デカンジオールジ(メタ)アクリレート、1,11−ウンデカンジオールジ(メタ)アクリレート、1,18−オクタデカンジオールジ(メタ)アクリレート、グリセリンプロポキシトリ(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、PO変性ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、PEG600ジ(メタ)アクリレート、PEG400ジ(メタ)アクリレート、PEG200ジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコール・ヒドロキシピバリン酸エステルジ(メタ)アクリレート、オクチル/デシル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、エトキシ化フェニル(メタ)アクリレート、9,9−ビス[4−(2−(メタ)アクリロイルオキシエトキシ)フェニル]フルオレン、トリシクロデカンジメタノールジアクリレート、トリシクロデカンジメタノールジメタクリレート、1,3−アダマンタンジメタノールジアクリレート、1,3−アダマンタンジメタノールジメタクリレート、1,3,5−アダマンタントリメタノールトリアクリレート、1,3,5−アダマンタントリメタノールトリメタクリレートなどが挙げられる。
アクリル前駆体としては、上述の(メタ)アクリルモノマーやオリゴマーの1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよいが、本実施形態において、アクリル前駆体は2官能以上であることが好ましい。
重合開始剤としては、活性エネルギー線のエネルギーによって、ラジカルやカチオンなどの活性種を生成し、アクリル前駆体(モノマーやオリゴマー)の重合を開始させることが可能なものであればよい。このような重合開始剤としては、公知のラジカル重合開始剤やカチオン重合開始剤、塩基発生剤等を、1種単独もしくは2種以上を組み合わせて用いることができ、中でもラジカル重合開始剤を使用することが好ましい。また、重合開始剤は、十分な硬化速度を得るために、組成物の総質量(100質量%)に対し、5〜20質量%含まれることが好ましい。
ラジカル重合開始剤としては、例えば、芳香族ケトン類、アシルフォスフィンオキサイド化合物、芳香族オニウム塩化合物、有機過酸化物、チオ化合物(チオキサントン化合物、チオフェニル基含有化合物など)、ヘキサアリールビイミダゾール化合物、ケトオキシムエステル化合物、ボレート化合物、アジニウム化合物、メタロセン化合物、活性エステル化合物、炭素ハロゲン結合を有する化合物、及びアルキルアミン化合物などが挙げられる。
また、最終生成物であるクリーニングブレードから、弾性部材が硬化性組成物の硬化物からなる硬化物層を有していることを確認する方法としては、例えば、熱分解GCMS等が挙げられる。熱分解GCMSによって、当接部と弾性部材のマススペクトルとを比較し、当接部のマススペクトルに顕著に現われる成分が、前項に挙げた硬化物に由来するフラグメントイオンを含有する場合、加熱により又は活性エネルギー線の照射により得られた硬化物からなる硬化物層有しているといえる。
<画像形成装置及び画像形成方法>
本実施形態の画像形成装置について、図4及び図5を参照して説明する。
本実施形態の画像形成装置は、像担持体と、前記像担持体表面を帯電させる帯電手段と、帯電された前記像担持体を露光して静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像をトナーを用いて現像して可視像を形成する現像手段と、前記可視像を記録媒体に転写する転写手段と、前記記録媒体に転写された転写像を定着させる定着手段と、前記像担持体上に残留するトナーを除去するクリーニング手段とを有し、前記クリーニング手段として上述の本発明のクリーニングブレードを備える。
また、本実施形態の画像形成方法は、像担持体表面を帯電させる帯電工程と、帯電された前記像担持体を露光して静電潜像を形成する露光工程と、前記静電潜像をトナーを用いて現像して可視像を形成する現像工程と、前記可視像を記録媒体に転写する転写工程と、前記記録媒体に転写された転写像を定着させる定着工程と、クリーニング手段により前記像担持体上に残留するトナーを除去するクリーニング工程とを有し、前記クリーニング手段として上述の本発明のクリーニングブレードを備える。
図4は、本実施形態に係る画像形成装置500の一例を示す概略構成図である。この画像形成装置500は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック(以下、Y、C、M、Kと記載することがある。)用の4つの作像ユニット1Y,1C,1M,1Kを備えている。これらは、画像を形成する画像形成物質として、互いに異なる色のY,C,M,Kトナーを用いるが、それ以外は同様の構成になっている。
4つの作像ユニット1の上方には、中間転写体としての中間転写ベルト14を備える転写ユニット60が配置されている。詳細は後述する各作像ユニット1Y,1C,1M,1Kが備える感光体3Y,3C,3M,3Kの表面上に形成された各色のトナー像は、中間転写ベルト14の表面上に重ね合わせて転写される構成である。
また、4つの作像ユニット1の下方に光書込ユニット40が配設されている。潜像形成手段たる光書込ユニット40は、画像情報に基づいて発したレーザ光Lを、各作像ユニット1Y,1C,1M,1Kの感光体3Y,3C,3M,3Kに照射する。これにより、感光体3Y,3C,3M,3K上にY,C,M,K用の静電潜像が形成される。なお、光書込ユニット40は、光源から発したレーザ光Lを、モータによって回転駆動されるポリゴンミラー41によって偏光させながら、複数の光学レンズやミラーを介して感光体3Y,3C,3M,3Kに照射するものである。前記構成のものに代えて、LEDアレイによる光走査を行うものを採用することもできる。
光書込ユニット40の下方には、第1給紙カセット151、第2給紙カセット152が鉛直方向に重なるように配設されている。これら給紙カセット内には、それぞれ、記録媒体Pが複数枚重ねられた紙束の状態で収容されており、一番上の記録媒体Pには、第1給紙ローラ151a、第2給紙ローラ152aがそれぞれ当接している。第1給紙ローラ151aが駆動手段によって図4中反時計回りに回転駆動すると、第1給紙カセット151内の一番上の記録媒体Pが、カセットの図4中右側方において鉛直方向に延在するように配設された給紙路153に向けて排出される。また、第2給紙ローラ152aが駆動手段によって図4中反時計回りに回転駆動すると、第2給紙カセット152内の一番上の記録媒体Pが、給紙路153に向けて排出される。
給紙路153内には、複数の搬送ローラ対154が配設されている。給紙路153に送り込まれた記録媒体Pは、これら搬送ローラ対154のローラ間に挟み込まれながら、給紙路153内を図4中下側から上側に向けて搬送される。
給紙路153の搬送方向下流側端部には、レジストローラ対55が配設されている。レジストローラ対55は、記録媒体Pを搬送ローラ対154から送られてくる記録媒体Pをローラ間に挟み込むとすぐに、両ローラの回転を一旦停止させる。そして、記録媒体Pを適切なタイミングで後述の二次転写ニップに向けて送り出す。
図5は、同画像形成装置の備える作像ユニットの一例であり、4つの作像ユニット1のうちの一つの概略構成を示す構成図である。
図5に示すように、作像ユニット1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よい。
感光体3の周囲には、帯電ローラ4、現像装置5、一次転写ローラ7、クリーニング装置6、潤滑剤塗布装置10、及び除電ランプ等が配置されている。帯電ローラ4は、帯電手段としての帯電装置が備える帯電部材であり、現像装置5は、感光体3の表面上に形成された潜像をトナー像化する現像手段である。一次転写ローラ7は、感光体3の表面上のトナー像を中間転写ベルト14に転写する一次転写手段としての一次転写装置が備える一次転写部材である。クリーニング装置6は、トナー像を中間転写ベルト14に転写した後の感光体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手段である。潤滑剤塗布装置10は、クリーニング装置6がクリーニングした後の感光体3の表面上に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布手段である。除電ランプは、クリーニング後の感光体3の表面電位を除電する除電手段である。
帯電ローラ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。帯電ローラ4によって一様帯電された感光体3の表面は、潜像形成手段である光書込ユニット40から画像情報に基づいてレーザ光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、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の二本スクリュによって撹拌及び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の表面上に汲み上げられ、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。
クリーニング装置6は、ファーブラシ101、クリーニングブレード62などを有している。クリーニングブレード62は、感光体3の表面移動方向に対してカウンタ方向で感光体3に当接している。なお、クリーニングブレード62は上述の本発明のクリーニングブレードである。
潤滑剤塗布装置10は、固形潤滑剤103や潤滑剤加圧スプリング103a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、ブラケット103bに保持され、潤滑剤加圧スプリング103a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。感光体への潤滑剤塗布により感光体3表面の摩擦係数が非画像形成時に0.2以下に維持される。感光体3上に塗布された潤滑剤はブレードにより均すこともできる。
帯電装置は、帯電ローラ4を感光体3に近接させた非接触の近接配置方式であるが、帯電装置としては、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構成を用いることができる。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。
光書込ユニット40のレーザ光Lの光源や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(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、及び半導体レーザは照射エネルギーが高く、また600nm以上800nm以下の長波長光を有するため、良好に使用される。
図4に示す転写手段としての転写ユニット60は、中間転写ベルト14の他、ベルトクリーニングユニット162、第1ブラケット63、第2ブラケット64などを備えている。また、4つの一次転写ローラ7Y,7C,7M,7K、二次転写バックアップローラ66、駆動ローラ67、補助ローラ68、テンションローラ69なども備えている。中間転写ベルト14は、これら8つのローラ部材に張架されながら、駆動ローラ67の回転駆動によって図4中反時計回りに無端移動させられる。4つの一次転写ローラ7Y,7C,7M,7Kは、このように無端移動させられる中間転写ベルト14を感光体3Y,3C,3M,3Kとの間に挟み込んでそれぞれ一次転写ニップを形成している。
そして、中間転写ベルト14の裏面(ループ内周面)にトナーとは逆極性(例えば、プラス)の転写バイアスを印加する。中間転写ベルト14は、その無端移動に伴ってY,C,M,K用の一次転写ニップを順次通過していく過程で、そのおもて面に感光体3Y,3C,3M,3K上のY,C,M,Kトナー像が重ね合わせて一次転写される。これにより、中間転写ベルト14上に4色重ね合わせトナー像(以下、4色トナー像と称することがある。)が形成される。
二次転写バックアップローラ66は、中間転写ベルト14のループ外側に配設された二次転写ローラ70との間に中間転写ベルト14を挟み込んで二次転写ニップを形成している。先に説明したレジストローラ対55は、ローラ間に挟み込んだ記録媒体Pを、中間転写ベルト14上の4色トナー像に同期させ得るタイミングで、二次転写ニップに向けて送り出す。中間転写ベルト14上の4色トナー像は、二次転写バイアスが印加される二次転写ローラ70と二次転写バックアップローラ66との間に形成される二次転写電界や、ニップ圧の影響により、二次転写ニップ内で記録媒体Pに一括二次転写される。そして、記録媒体Pの白色と相まって、フルカラートナー像となる。
二次転写ニップを通過した後の中間転写ベルト14には、記録媒体Pに転写されなかった転写残トナーが付着している。これは、ベルトクリーニングユニット162によってクリーニングされる。なお、ベルトクリーニングユニット162は、ベルトクリーニングブレード162aを中間転写ベルト14のおもて面に当接させており、これによって中間転写ベルト14上の転写残トナーを掻き取って除去するものである。
転写ユニット60の第1ブラケット63は、ソレノイドの駆動のオンオフに伴って、補助ローラ68の回転軸線を中心にして所定の回転角度で揺動するようになっている。画像形成装置500は、モノクロ画像を形成する場合には、前述のソレノイドの駆動によって第1ブラケット63を図4中反時計回りに少しだけ回転させる。この回転により、補助ローラ68の回転軸線を中心にしてY,C,M用の一次転写ローラ7Y,7C,7Mを図4中反時計回りに公転させることで、中間転写ベルト14をY,C,M用の感光体3Y,3C,3Mから離間させる。
そして、4つの作像ユニット1Y,1C,1M,1Kのうち、K用の作像ユニット1Kだけを駆動して、モノクロ画像を形成する。これにより、モノクロ画像形成時にY,C,M用の作像ユニット1を無駄に駆動させることによる作像ユニット1を構成する各部材の消耗を回避することができる。
二次転写ニップの図4中上方には、定着ユニット80が配設されている。この定着ユニット80は、ハロゲンランプ等の発熱源を内包する加圧加熱ローラ81と、定着ベルトユニット82とを備えている。定着ベルトユニット82は、定着部材たる定着ベルト84、ハロゲンランプ等の発熱源を内包する加熱ローラ83、テンションローラ85、駆動ローラ86、温度センサ等を有している。
そして、無端状の定着ベルト84を加熱ローラ83、テンションローラ85及び駆動ローラ86によって張架しながら、図4中反時計回り方向に無端移動させる。この無端移動の過程で、定着ベルト84は加熱ローラ83によって裏面側から加熱される。このようにして加熱される定着ベルト84の加熱ローラ83への掛け回し箇所には、図4中時計回り方向に回転駆動される加圧加熱ローラ81がおもて面側から当接している。これにより、加圧加熱ローラ81と定着ベルト84とが当接する定着ニップが形成されている。
定着ベルト84のループ外側には、温度センサが定着ベルト84のおもて面と所定の間隙を介して対向するように配設されており、定着ニップに進入する直前の定着ベルト84の表面温度を検知する。この検知結果は、定着電源回路に送られる。定着電源回路は、温度センサによる検知結果に基づいて、加熱ローラ83に内包される発熱源や、加圧加熱ローラ81に内包される発熱源に対する電源の供給をオンオフ制御する。
上述した二次転写ニップを通過した記録媒体Pは、中間転写ベルト14から分離した後、定着ユニット80内に送られる。そして、定着ユニット80内の定着ニップに挟まれながら図5中下側から上側に向けて搬送される過程で、定着ベルト84によって加熱され、押圧されることによりフルカラートナー像が記録媒体Pに定着される。
このようにして定着処理が施された記録媒体Pは、排紙ローラ対87のローラ間を経た後、画像形成装置外へと排出される。画像形成装置500本体の筺体の上面には、スタック部88が形成されており、排紙ローラ対87によって画像形成装置外に排出された記録媒体Pは、このスタック部88に順次スタックされる。
転写ユニット60の上方には、Y,C,M,Kトナーを収容する4つのトナーカートリッジ100Y,100C,100M,100Kが配設されている。トナーカートリッジ100Y,100C,100M,100K内のY,C,M,Kトナーは、作像ユニット1Y,1C,1M,1Kの現像装置に適宜供給される。これらトナーカートリッジ100Y,100C,100M,100Kは、作像ユニット1Y,1C,1M,1Kとは独立して画像形成装置本体に脱着可能である。
次に、画像形成装置500における画像形成動作について説明する。
まず、操作部などからプリント実行の信号を受信すると、帯電ローラ4及び現像ローラ51に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。同様に、光書込ユニット40及び除電ランプなどの光源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により感光体3が図5中矢印方向に回転駆動される。
感光体3が図5中矢印方向に回転すると、まず、感光体3表面が、帯電ローラ4によって所定の電位に一様帯電される。そして、光書込ユニット40から画像情報に対応したレーザ光Lが感光体3上に照射され、感光体3表面上のレーザ光Lが照射された部分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の表面は、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によって摺擦される。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。各作像ユニット1において、同様の作像プロセスが実行され、各作像ユニット1Y,1C,1M,1Kの各感光体3Y,3C,3M,3Kの表面上に各色のトナー像が形成される。
このように、画像形成装置500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。
各感光体3Y,3C,3M,3Kの表面上に形成された各色のトナー像は、中間転写ベルト14の表面上で重なるように、順次一次転写される。これにより、中間転写ベルト14上に4色トナー像が形成される。
中間転写ベルト14上に形成された4色トナー像は、第1給紙カセット151又は第2給紙カセット152から給紙され、レジストローラ対55のローラ間を経て、二次転写ニップに給紙される記録媒体Pに転写される。このとき、記録媒体Pはレジストローラ対55に挟まれた状態で一旦停止し、中間転写ベルト14上の画像先端と同期を取って二次転写ニップに供給される。トナー像が転写された記録媒体Pは中間転写ベルト14から分離され、定着ユニット80へ搬送される。
そして、トナー像が転写された記録媒体Pが定着ユニット80を通過することにより、熱と圧力の作用でトナー像が記録媒体P上に定着されて、トナー像が定着された記録媒体Pは画像形成装置500の外に排出され、スタック部88にスタックされる。
一方、二次転写ニップで記録媒体Pにトナー像を転写した中間転写ベルト14の表面は、ベルトクリーニングユニット162によって表面上の転写残トナーが除去される。
また、一次転写ニップで中間転写ベルト14に各色のトナー像を転写した感光体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。
前記画像形成装置500に用いるトナーとしては、画質向上の点から、高円形化、小粒径化がしやすい懸濁重合法、乳化重合法、又は分散重合法により製造された重合トナー(ガラス転移温度が50℃以下の低温定着性トナー)を用いることが好ましい。これらの中でも、高解像度の画像を形成する点から、平均円形度が0.97以上、体積平均粒径5.5μm以下の重合トナーを用いることが好ましい。
ここでいう「円形度」は、フロー式粒子像分析装置FPIA−2000(東亜医用電子社製)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100〜150ml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0.1〜0.5ml加え、更に測定試料(トナー)を0.1〜0.5g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6(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6(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。
また、本実施形態の画像形成方法のクリーニング工程において、クリーニングブレードの弾性部材は、像担持体表面に対して、10N/m以上100N/m以下の押圧力で当接することが好ましい。押圧力が10N/m未満であると、クリーニングブレードの弾性部材が像担持体表面に当接する当接部位のトナー通過によるクリーニング不良が発生しやすくなり、100N/mを超えると、当接部位の摩擦力の増加によりクリーニングブレードが捲れ上がることがある。押圧力は10N/m以上50N/m以下がより好ましい。
前記押圧力は、例えば、共和電業社製小型圧縮型ロードセルを組み込んだ測定装置を用いて測定することができる。
<プロセスカートリッジ>
本実施形態のプロセスカートリッジは、像担持体と、前記像担持体の表面に付着した付着物を除去するクリーニング手段とを有し、更に必要に応じてその他の手段を有してなる。詳しくは、本実施形態のプロセスカートリッジは、像担持体と、本発明のクリーニングブレードとを内蔵し、適宜、帯電手段、露光手段、現像手段、転写手段、及び除電手段等の手段を具備し、枠体に収められ、画像形成装置本体から着脱可能とした装置(部品)である。
画像形成装置500の作像ユニット1は、図5に示すように感光体3と、プロセス手段として帯電ローラ4、現像装置5、クリーニング装置6、潤滑剤塗布装置10などとが枠体2に収められている。そして、作像ユニット1は、プロセスカートリッジとして図5に示す画像形成装置500本体から一体的に着脱可能となっている。
画像形成装置500では、作像ユニット1がプロセスカートリッジとしての感光体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、帯電ローラ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。
本実施形態のクリーニングブレード62は、弾性部材624の当接部における引き込まれを生じさせないことで、クリーニング不良の原因となる局所的な欠けの発生を抑制することができる。このため、各種分野に幅広く用いることができるが、上述の画像形成装置、及びプロセスカートリッジに特に好適に用いられる。
以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
(トナーの作製)
以下に示す重合法(特開2014−92633号公報)によりトナーを作製した。
<ウレタン変性結晶性ポリエステル樹脂A−2の製造>
冷却管、撹拌機および窒素導入管を備えた反応槽中に、セバシン酸202質量部(1.00mol)、アジピン酸15質量部(0.10mol)、1,6−ヘキサンジオール177質量部(1.50mol)、及び縮合触媒としてテトラブトキシチタネート0.5質量部を入れ、窒素気流下にて180℃で、生成する水を留去しながら8時間反応させた。次いで220℃まで徐々に昇温しながら、窒素気流下にて生成する水及び1,6−ヘキサンジオールを留去しながら4時間反応させ、さらに5〜20mmHgの減圧下にて、Mwがおよそ12,000に達するまで反応を行い、[結晶性ポリエステル樹脂A’−2]を得た。得られた[結晶性ポリエステル樹脂A’−2]は、Mw12,000であった。
続いて、得られた[結晶性ポリエステル樹脂A’−2]を、冷却管、撹拌機及び窒素導入管を備えた反応槽中に移し、酢酸エチル350質量部、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)30質量部(0.12mol)を加え、窒素気流下にて80℃で5時間反応させた。次いで減圧下にて酢酸エチルを留去して[ウレタン変性結晶性ポリエステル樹脂A−2]を得た。得られた[ウレタン変性結晶性ポリエステル樹脂A−2]は、Mw22,000、融点62℃であった。
<結晶性樹脂前駆体B’−5の製造>
冷却管、撹拌機及び窒素導入管を備えた反応槽中に、セバシン酸202質量部(1.00mol)、1,6−ヘキサンジオール122質量部(1.03mol)、及び縮合触媒としてチタニウムジヒドロキシビス(トリエタノールアミネート)0.5質量部を入れ、窒素気流下にて180℃で、生成する水を留去しながら8時間反応させた。次いで220℃まで徐々に昇温しながら、窒素気流下にて生成する水及び1,6−ヘキサンジオールを留去しながら4時間反応させ、さらに5〜20mmHgの減圧下にて、Mwがおよそ25,000に達するまで反応を行い、[結晶性樹脂]を得た。
得られた[結晶性樹脂]を、冷却管、撹拌機及び窒素導入管を備えた反応槽中に移し、酢酸エチル300質量部、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)27質量部(0.16mol)を加え、窒素気流下にて80℃で5時間反応させて、末端にイソシアネート基を有する[結晶性樹脂前駆体B’−5]の50質量%酢酸エチル溶液を得た。得られた[結晶性樹脂前駆体B’−5]の酢酸エチル溶液10質量部をテトラヒドロフラン(THF)10質量部と混合し、これにジブチルアミン1質量部を添加して、2時間撹拌させた。得られた溶液を試料としてGPC測定を行った結果、[結晶性樹脂前駆体B’−5]のMwは54,000であった。また、この溶液から溶媒を除去して得られた試料についてDSC測定を行った結果、[結晶性樹脂前駆体B’−5]の融点は57℃であった。
<非結晶性樹脂C−1の製造>
冷却管、撹拌機及び窒素挿入管を備えた反応槽中に、ビスフェノールA EO2mol付加物222質量部、ビスフェノールA PO2mol付加物129質量部、イソフタル酸166質量部、及びテトラブトキシチタネート0.5質量部を入れ、窒素気流下にて230℃、常圧で、生成する水を留去しながら8時間反応させた。次いで、5〜20mmHgの減圧下にて反応させ、酸価が2になった時点で180℃に冷却し、無水トリメリット酸35質量部を加え、常圧で3時間反応させ、[非結晶性樹脂C−1]を得た。得られた[非結晶性樹脂C−1]は、Mw8,000、ガラス転移温度(Tg)62℃であった。
<グラフト重合体の製造>
攪拌棒及び温度計をセットした反応容器中に、キシレン480質量部、低分子量ポリエチレン(三洋化成工業社製サンワックスLEL−400:軟化点128℃)100質量部を入れて充分溶解し、窒素置換した後、スチレン740質量部、アクリロニトリル100質量部、アクリル酸ブチル60質量部、ジ−t−ブチルパーオキシヘキサヒドロテレフタレート36質量部、及びキシレン100質量部の混合溶液を170℃で3時間滴下して重合し、更にこの温度で30分間保持した。次いで、脱溶剤を行い、[グラフト重合体]を合成した。得られた[グラフト重合体]はMw24,000、Tg67℃であった。
<離型剤分散液(1)の調製>
撹拌棒及び温度計をセットした容器にパラフィンワックス(日本精鑞社製、HNP−9、炭化水素系ワックス、融点75℃、SP値8.8)50質量部、[グラフト重合体]30質量部、及び酢酸エチル420質量部を仕込み、撹拌下80℃に昇温し、80℃のまま5時間保持した後、1時間で30℃に冷却し、ビーズミル(ウルトラビスコミル、アイメックス社製)を用いて、送液速度1kg/hr、ディスク周速度6m/秒、0.5mmジルコニアビーズを80体積%充填、3パスの条件で、分散を行い[離型剤分散液(1)]を得た。
<マスターバッチの作製>
・ウレタン変性結晶性ポリエステル樹脂A−2(結着樹脂) 100質量部
・カーボンブラック(Printex35、デグサ社製) 100質量部
(DBP吸油量:42mL/100g、pH:9.5)
・イオン交換水 50質量部
上記の原材料を、ヘンシェルミキサー(三井鉱山株式会社製)を用いて混合した。得られた混合物を、二本ロールを用いて混練した。混練温度は90℃から混練を始め、その後、50℃まで徐々に冷却していった。得られた混練物をパルペライザー(ホソカワミクロン株式会社製)で粉砕して[マスターバッチ(2)]を作製した。
<油相(1)の作製>
温度計及び撹拌機を備えた容器に、[ウレタン変性結晶性ポリエステル樹脂A−2]31.5質量部を入れ、固形分濃度が50質量%となる量の酢酸エチルを加えて、樹脂の融点以上まで加熱してよく溶解させた。これに、[非結晶性樹脂C−1]の50質量%酢酸エチル溶液100質量部、[離型剤分散液(1)]60質量部、[マスターバッチ(2)]12質量部を加え、50℃にてTK式ホモミキサー(プライミクス株式会社製)で回転数5,000rpmで撹拌し、均一に溶解、分散させて[油相(1')]を得た。なお、[油相(1')]の温度は容器内にて50℃に保つようにし、結晶化しないように作製から5時間以内に使用した。
次いで、後述するトナー母体の作製直前に、前記50℃に保たれた[油相(1')]235部に[結晶性樹脂前駆体B'−5]の酢酸エチル溶液25部を添加し、TK式ホモミキサー(プライミクス株式会社製)にて回転数5,000rpmで撹拌し、均一に溶解、分散して[油相(1)]を調製した。
<樹脂微粒子の水分散液の製造>
攪拌棒及び温度計をセットした反応容器に、水600質量部、スチレン120質量部、メタクリル酸100質量部、アクリル酸ブチル45質量部、アルキルアリルスルホコハク酸ナトリウム塩(エレミノールJS−2、三洋化成工業製)10質量部、過硫酸アンモニウム1質量部を仕込み、400回転/分で20分攪拌したところ、白色の乳濁液が得られた。この乳濁液を加熱して、系内温度75℃まで昇温し、6時間反応させた。更に1%過硫酸アンモニウム水溶液30質量部を加え、75℃で6時間熟成して[樹脂微粒子の水分散液]を得た。この[樹脂微粒子の水分散液]中に含まれる粒子の体積平均粒径は80nmであり、樹脂分の重量平均分子量は160,000、Tgは74℃であった。
<水相(1)の調製>
水990質量部、[樹脂微粒子の水分散液]83質量部、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムの48.5質量%水溶液(エレミノールMON−7、三洋化成工業株式会社製)37質量部、及び酢酸エチル90質量部を混合撹拌し、[水相(1)]を得た。
<トナー母体(1)の作製>
撹拌機及び温度計をセットした別の容器内に、[水相(1)]520質量部を入れて40℃まで加熱した。50℃に保たれた[油相(1)]235質量部に[結晶性樹脂前駆体B’−5]の酢酸エチル溶液25質量部を添加し、TK式ホモミキサー(特殊機化株式会社製)にて回転数5,000rpmで撹拌し、均一に溶解、分散して[油相(1’)]を調製した。40〜50℃に保持したままの[水相(1)]をTK式ホモミキサー(特殊機化工業株式会社製)にて13,000rpmで攪拌しながら、[油相(1’)]を添加し、1分間乳化して[乳化スラリー1]を得た。
次いで、撹拌機及び温度計をセットした容器内に、[乳化スラリー1]を投入し、60℃で6時間脱溶剤して、[スラリー1]を得た。得られた[スラリー1]を減圧濾過した後、以下の洗浄処理を行った。
(1)濾過ケーキにイオン交換水100質量部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数6,000rpmで5分間)した後濾過した。
(2)前記(1)の濾過ケーキに10質量%水酸化ナトリウム水溶液100質量部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数6,000rpmで10分間)した後、減圧濾過した。
(3)前記(2)の濾過ケーキに10質量%塩酸100質量部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数6,000rpmで5分間)した後濾過した。
(4)前記(3)の濾過ケーキにイオン交換水300質量部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数6,000rpmで5分間)した後濾過する操作を2回行い、濾過ケーキ(1)を得た。
得られた濾過ケーキ(1)を循風乾燥機にて45℃で48時間乾燥した。その後目開き75μmメッシュで篩い、トナー母体粒子(1)を作製した。得られたトナー母体粒子(1)の平均円形度は0.98、体積平均粒径は4.9μmであった。
<トナーの作製>
得られたトナー母体粒子(1)100質量部と、以下の外添剤をヘンシェルミキサー(三井鉱山株式会社製)を用いて、周速30m/秒で30秒間混合し、1分間休止する処理を5サイクル行った後、目開きが35μmのメッシュで篩い、トナー(1)を作製した。得られたトナーのガラス転移温度は50℃であった。
〔外添剤〕
小粒径シリカ1.5質量部(クラリアント社製、H2000)
小粒径酸化チタン0.5質量部(テイカ社製、MT−150AI)
大粒径シリカ1.0質量部(電気化学工業社製、UFP−30H)
(基材の作製)
弾性部材の基材としては、下記表1に示されるJIS−A硬度、23℃反発弾性率、マルテンス硬度(HM)となる2つのウレタンゴム(基材1及び2)を用意した。測定方法を以下に示す。
<JIS−A硬度>
弾性部材の基材の下面側のJIS−A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(23℃)。
<反発弾性率>
弾性部材の基材の反発弾性率は、23℃で、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。試料は厚み4mm以上となるように厚み2mmのシートを重ね合わせたものを用いた。
<マルテンス硬度(HM)>
基材の先端稜線部から100μm位置に対して、微小硬度計を使ってインデンテーション測定を行い、マルテンス硬度(HM)を求めた。微小硬度計はフィッシャー・インストルメンツ社のHM−2000で、ビッカース圧子を1.0mNの力で10秒間押し込み、5秒間保持し、1.0mNの力で10秒間除荷した。
(実施例1)
<クリーニングブレード1の作製>
厚み1.8mmのシート状のポリウレタンゴム基材1を、被清掃部材と当接する箇所の角度が110°となるように、刃を傾けて裁断した。これに表4に記載の硬化性組成物(詳細は表2、表3参照)をスプレー塗工により基材の先端面から5mm/sのスプレーガン移動速度にて基材1の先端稜線部に重ね塗りを行った。その後、110℃の恒温槽で3時間エージング処理を行った後、165℃の恒温槽で2時間アニール処理をして硬化させて硬化物層を形成した。当接部付近の断面が図3(C)に示される構成となるようにした。
次に、前記当接部に硬化物層が形成された弾性部材をカラー複合機(imagio MP C4500、リコー社製)に搭載できるように板金ホルダー(支持部材)に接着剤で固定した。
以上により、当接部に硬化物層が形成されたクリーニングブレード1を作製した。
<画像形成装置の組み立て>
作製したクリーニングブレード1をカラー複合機(imagio MP C4500、リコー社製)(プリンタ部は図4に示す画像形成装置500と同様の構成)に取り付け、実施例1の画像形成装置を組み立てた。
なお、クリーニングブレードは、線圧:20g/cmとなるように画像形成装置に取り付けた。また、上記装置は感光体表面への潤滑剤塗布装置を備えており、潤滑剤塗布により感光体表面の静止摩擦係数が非画像形成時に0.2以下に維持される。なお、感光体表面の静止摩擦係数の測定方法については、オイラーベルトの方法で、例えば、特開平9−166919号公報の段落番号0046に記載されている。
作製したクリーニングブレードについて、下記の測定及び評価を行った。結果を下記表に示す。
(実施例2)
<クリーニングブレード2の作製>
実施例1において、下記表4の通り、硬化性組成物の組成、開始剤、内角D、硬化物層の厚みを変更し、更にエージング及びアニール処理を80℃、1時間のアニール処理に変更した以外は、実施例1と同様にして、クリーニングブレード2を作製した。
作製したクリーニングブレードを実施例1のクリーニングブレード1と同様にカラー複合機に取り付け、画像形成装置を組み立てた。
(実施例3〜12)
<クリーニングブレード3〜12の作製>
実施例1において、下記表4、表5の通り、基材、硬化型組成物の組成、硬化物層の形成領域、内角D、硬化物層の厚みを代えて塗工を行った。
硬化条件は実施例1とは異なり、UV照射積算量が6000mJ/cmとなるように高圧水銀ランプを用いて紫外線露光を行った。紫外線露光(照射雰囲気)は窒素雰囲気下で行った。このとき、高圧水銀ランプが上方にあるのに対し、ブレードの先端稜線部を上向きにセットして紫外線を照射させることで、紫外線が先端稜線部に効率的に照射されるようにした。
なお、紫外線積算光量の測定については、紫外線積算光量計UIT−250(ウシオ電機社製)を用いて254nmの波長における紫外線積算光量を測定した。このとき、積算光量計のセンサー部がクリーニングブレードの先端稜線部の高さと同じになるようにして測定をした。
また、実施例5〜10においては、当接部付近の断面が図3(A)に示される構成とし、実施例12は図3(B)に示される構成とした。また、実施例5〜10においては、硬化性組成物をスプレー塗工し、硬化させて硬化物層を形成した後、裁断してクリーニングブレードを作製した。
作製した各クリーニングブレードを、実施例1のクリーニングブレード1と同様にカラー複合機に取り付け、画像形成装置を組み立てた。
(比較例1)
<クリーニングブレード13の作製>
実施例1のクリーニングブレード1において、図7の断面図に示されるように、内角Dを90°に代えた以外は、実施例1と同様にして、比較例1のクリーニングブレード13を作製した。
作製したクリーニングブレードを実施例1のクリーニングブレード1と同様にカラー複合機に取り付け、画像形成装置を組み立てた。
(比較例2、3)
<クリーニングブレード14、15の作製>
実施例3において、110℃の恒温槽で0.5時間エージング処理を行った後、紫外線を照射する方法に代え、内角D及び硬化物層の層厚を表6の通りに代え、クリーニングブレードの断面形状を図7のように代えた以外は、実施例3と同様にクリーニングブレード14、15を作製した。
作製した各クリーニングブレードを実施例1のクリーニングブレード1と同様にカラー複合機に取り付け、画像形成装置を組み立てた。
(比較例4〜7)
<クリーニングブレード16〜19の作製>
比較例2において、内角D及び硬化物層の層厚を表6の通りに代え、更にクリーニングブレードの断面形状を図3(C)のように代えた以外は、比較例2と同様にクリーニングブレード16〜19を作製した。
作製した各クリーニングブレードを実施例1のクリーニングブレード1と同様にカラー複合機に取り付け、画像形成装置を組み立てた。
(比較例8)
<クリーニングブレード20の作製>
比較例6において、硬化物層を形成しなかった以外は、比較例6と同様にクリーニングブレード20を作製した。
作製したクリーニングブレードを実施例1のクリーニングブレード1と同様にカラー複合機に取り付け、画像形成装置を組み立てた。
(測定及び評価)
<硬化物層の厚み>
図8は、クリーニングブレードの当接部における厚みの測定箇所を説明するための断面図である。図8(A)は図3(B)における別の断面図である。図8の破線に示すように、前記弾性部材を長手方向に対して直交する面で輪切りにすると図8(B)に示されるような断面が得られ、この断面を上向きにして、デジタルマイクロスコープVHX−2000(キーエンス社製)で観察した。測定箇所は、前記断面のブレード当接部(先端稜線部)である。このようにして図8(B)に示される層厚dを求める。測定は10箇所行い、平均値を求めた。
前記弾性部材を輪切りにする方法としては、弾性部材の長手方向の厚みが3mmとなるように、弾性部材の長手方向に対して垂直に剃刀を用いて切断した。その際、垂直スライサーを用いると断面をよりきれいに切ることができる。前記弾性部材を輪切りにする長手方向の位置は、両端の2cmの部分を除いた位置とした。
<硬化物層のマルテンス硬度(HM)>
硬化物層を形成した後に硬化物層の先端稜線部から100μm位置に対して、微小硬度計を使ってインデンテーション測定を行い、マルテンス硬度(HM)を求めた。微小硬度計はフィッシャー・インストルメンツ社のHM−2000で、ビッカース圧子を1.0mNの力で10秒間押し込み、5秒間保持し、1.0mNの力で10秒間除荷した。
下記表4〜表6においては、硬化物層のマルテンス硬度と基材のマルテンス硬度を比較した結果を示した。硬化物層と基材のマルテンス硬度の差が±0.5N/mm以内である場合を「同等」とした。
<画像形成条件>
前記画像形成装置を用い、実験室環境:21℃で65%RH、通紙条件:画像面積率5%チャートを3プリント/ジョブで、50,000枚(A4サイズ横)を出力し、以下の評価を行った。
<付着物(クリーニング性)評価>
前記50,000枚の出力を行った後、画像出力後の評価機から感光体を取り出し、レーザマイクロスコープVK−9510(キーエンス社製)により観察した。感光体表面に存在する表面異常の発生箇所数により、クリーニング性を評価した。感光体の表面にトナー等の付着物がある場合、表面異常として観測される。下記、「◎」「○」「△」を許容可とし、「×」を許容不可とした。
[評価基準]
◎:5ヶ所未満
○:5ヶ所以上10ヶ所未満
△:10ヶ所以上15ヶ所未満
×:15ヶ所以上
<異音>
異音の評価として、クリーニング性評価の画像出力時にデジタル騒音計CENTER325により発生音を収集し、以下の評価基準で判断した。このとき、高周波や低周波など音に違いがある場合でも、ブレードから出ている音であれば区別なく異音として発生の有無を評価した。「○」「△」を許容可とし、「×」を許容不可とした。
[評価基準]
○:50db未満
△:50db以上60db未満
×:60db以上
<先端稜線部の欠落>
前記50,000枚の出力を行った後、弾性部材における先端稜線部の欠落の有無を弾性部材の先端面側から、レーザマイクロスコープVK−9510(キーエンス社製)により観察した。クリーニングブレードの長手方向の中央部を3視野(1視野:100μm角)観察し、先端稜線部の欠落箇所を観察し、以下の評価基準で判断した。
[評価基準]
○:3ヶ所未満
△:3ヶ所以上10ヶ所未満
×:10ヶ所以上
上記実施例及び比較例におけるクリーニングブレードの作製に用いた材料の詳細を表2、表3に示す。また、上記実施例及び比較例で得られたクリーニングブレードの組成及び測定結果を表4〜表6に示す。また、上記実施例及び比較例で得られたクリーニングブレードの評価結果を表7、表8に示す。
なお、比較例2、3のように直角接触する場合、当接部がつぶれて硬化物層と干渉した結果、表8に示されるような異音の評価結果になったと考えられる。
1 作像ユニット
2 枠体
3 感光体
4 帯電ローラ
5 現像装置
6 クリーニング装置
7 一次転写ローラ
10 潤滑剤塗布装置
14 中間転写ベルト
40 光書込ユニット
41 ポリゴンミラー
51 現像ローラ
52 供給スクリュ
53 攪拌スクリュ
54 ドクタ
55 レジストローラ対
60 転写ユニット
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
621 支持部材
622 基材
623 硬化物層
624 弾性部材
63 第1ブラケット
64 第2ブラケット
66 二次転写バックアップローラ
67 駆動ローラ
68 補助ローラ
69 テンションローラ
70 二次転写ローラ
80 定着ユニット
81 加圧加熱ローラ
82 定着ベルトユニット
83 加熱ローラ
84 定着ベルト
85 テンションローラ
86 駆動ローラ
87 排紙ローラ対
88 スタック部
100 トナーカートリッジ
101 ファーブラシ
103 固形潤滑剤
103a 潤滑剤加圧スプリング
103b ブラケット
123 像担持体
151 第一給紙カセット
151a 第一給紙ローラ
152 第二給紙カセット
152a 第二給紙ローラ
153 給紙路
154 搬送ローラ対
162 ベルトクリーニングユニット
162a ベルトクリーニングブレード
500 画像形成装置(プリンタ)
特許第3602898号公報 特開2004−233818号公報 特許第5532378号公報 特許第2962843号公報 特開2013−214037号公報 特開2010−156778号公報

Claims (9)

  1. 被清掃部材の表面に当接して、前記被清掃部材の表面に付着した付着物を除去する弾性部材を備え、
    前記弾性部材は、基材と、硬化性組成物の硬化物からなる硬化物層とを有し、
    前記硬化物層は、前記被清掃部材と当接する当接部を含む面の少なくとも一部に前記当接部を含んで形成され、前記当接部における硬化物層の層厚が10μm以上100μm以下であり、
    前記当接部よりも上流側で前記被清掃部材と対向する前記弾性部材の面と、前記当接部よりも下流側で前記被清掃部材と対向する前記弾性部材の面とのなす角が、110°以上145°以下であることを特徴とするクリーニングブレード。
  2. 前記なす角が、120°以上135°以下であることを特徴とする請求項1に記載のクリーニングブレード。
  3. 前記当接部における硬化物層の層厚が、12μm以上65μm以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載のクリーニングブレード。
  4. 前記硬化物層は、前記基材よりもマルテンス硬度が高いことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のクリーニングブレード。
  5. 前記硬化物層は、前記当接部から1〜7mmの領域に形成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のクリーニングブレード。
  6. 請求項1〜5のいずれかに記載のクリーニングブレードの製造方法であって、
    前記基材に前記硬化性組成物を塗工する工程と、
    加熱又は活性エネルギー線の照射により前記硬化性組成物を硬化する工程と、
    前記基材を裁断する工程とを有することを特徴とするクリーニングブレードの製造方法。
  7. 像担持体と、前記像担持体の表面に付着した付着物を除去するクリーニング手段とを有するプロセスカートリッジであって、
    前記クリーニング手段が、請求項1〜5のいずれかに記載のクリーニングブレードを備えることを特徴とするプロセスカートリッジ。
  8. 像担持体と、
    前記像担持体表面を帯電させる帯電手段と、
    帯電された前記像担持体を露光して静電潜像を形成する露光手段と、
    前記静電潜像をトナーを用いて現像して可視像を形成する現像手段と、
    前記可視像を記録媒体に転写する転写手段と、
    前記記録媒体に転写された転写像を定着させる定着手段と、
    前記像担持体上に残留するトナーを除去するクリーニング手段とを有する画像形成装置であって、
    前記クリーニング手段が、請求項1〜5のいずれかに記載のクリーニングブレードを備えることを特徴とする画像形成装置。
  9. 像担持体表面を帯電させる帯電工程と、
    帯電された前記像担持体を露光して静電潜像を形成する露光工程と、
    前記静電潜像をトナーを用いて現像して可視像を形成する現像工程と、
    前記可視像を記録媒体に転写する転写工程と、
    前記記録媒体に転写された転写像を定着させる定着工程と、
    クリーニング手段により前記像担持体上に残留するトナーを除去するクリーニング工程とを有する画像形成方法であって、
    前記クリーニング手段が、請求項1〜5のいずれかに記載のクリーニングブレードを備えることを特徴とする画像形成方法。
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