JP2021117385A - クリーニングブレード、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】耐久性に優れるクリーニングブレードなどを提供する。【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624を有するクリーニングブレードであって、前記弾性部材624が、先端稜線部62cを有し、前記先端稜線部62cを含む表面から100μmの深さまでの領域に、平均分散径が0.1μm以上5.0μm以下の、ポリシロキサン構造に由来するドメインを含有し、前記先端稜線部62cから20μmの位置での前記弾性部材624のマルテンス硬度HM(荷重:1000μN)が0.5N/mm2以上1.5N/mm2未満である、クリーニングブレードである。【選択図】図2

Description

本発明は、クリーニングブレード、プロセスカートリッジ及び画像形成装置に関する。
従来から電子写真方式の画像形成装置においては、画像形成工程により、記録媒体又は中間転写体へトナー像を転写した後の像担持体(被清掃部材という)表面に付着した残留トナーがクリーニング手段によって除去されている。クリーニング手段としては、構成が簡単であり、クリーニング性能も優れていることから、クリーニングブレードが用いられている。クリーニングブレードは、通常、ポリウレタンゴム等からなる弾性部材と、支持部材とから構成されている。そして、前記弾性部材の基端を支持部材で支持して、前記弾性部材の当接部(先端稜線部)を像担持体表面に押し当て、像担持体表面に残留するトナーを堰き止め、掻き落として除去している。
ポリウレタンゴムなど単一ゴム材料から成るクリーニングブレードは、像担持体との摺擦により先端部が比較的簡単に摩耗してしまい、その摩耗が進むと、その部分からトナーがすり抜け結果的にクリーニング不良と呼ばれる異常画像になる。特に一般的となっている感光体表面への滑剤塗布機構のあるシステムでは、クリーニングブレードが硬い方が摩耗しやすくなる傾向がある。また、摩耗を抑制するために、ウレタンとシリコーンオイルを反応させることや、あるいはシリコーンオイルを分散させて摺動性を向上させるクリーニングブレードが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
本発明は、耐久性に優れるクリーニングブレードを提供することを目的とする。
前記課題を解決するための手段である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有するクリーニングブレードであって、
前記弾性部材が、先端稜線部を有し、
前記弾性部材が、前記先端稜線部を含む表面から100μmの深さまでの領域に、平均分散径が0.1μm以上5.0μm以下の、ポリシロキサン構造に由来するドメインを含有し、
前記先端稜線部から20μmの位置での前記弾性部材のマルテンス硬度HM(荷重:1000μN)が0.5N/mm以上1.5N/mm未満である、
ことを特徴とする。
本発明によれば、耐久性に優れるクリーニングブレードを提供することができる。
本発明に係るクリーニングブレードの一例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。 先端稜線部を含む表面から100μmの深さまでの領域を説明するための図である(その1)。 先端稜線部を含む表面から100μmの深さまでの領域を説明するための図である(その2)。 先端稜線部を含む表面から100μmの深さまでの領域を説明するための図である(その3)。 先端稜線部を含む表面から100μmの深さまでの領域を説明するための図である(その4)。 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。
以下、本発明に係るクリーニングブレード、プロセスカートリッジ及び画像形成装置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る。
(クリーニングブレード)
本発明のクリーニングブレードは、弾性部材を有し、更に必要に応じて、支持体などのその他の部材を有する。
本発明者らは、クリーニングブレードについて以下の知見を得た。
クリーニングブレードにおいて、弾性部材(例えば、ポリウレタン)中にシリコーンオイルを相溶させてしまうと、摺動性が低く、耐久性が劣るという問題があった。
そこで、本発明者らは鋭意検討を行った。その結果、以下の(1)及び(2)を兼ね備えることで、耐久性に優れるクリーニングブレードを得た。
(1)弾性部材が、先端稜線部を含む表面から100μmの深さまでの領域に、平均分散径が0.1μm以上5.0μm以下の、ポリシロキサン構造系化合物に由来するドメインを含有する。
(2)前記先端稜線部から20μmの位置での前記弾性部材のマルテンス硬度HM(荷重:1000μN)が0.5N/mm以上1.5N/mm未満である。
上記(1)に関し、前記平均分散径が0.1μm以上5.0μm以下であることで、被清掃部材の表面にポリシロキサン構造を有する成分が供給されて被清掃部材とクリーニングブレードとの摺動性が向上すると考えられる。
上記(2)に関し、前記マルテンス硬度HMが0.5N/mm以上1.5N/mm未満であることで、弾性部材のめくれ及び摩耗が抑制されると考えられる。
これらが相まって、クリーニングブレードの耐久性が向上すると考えられる。
更に、本発明のクリーニンググレードは、高温高湿保管時の被清掃部材の汚染及び弾性部材のへたり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。これらの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が図示されており、本実施形態の弾性部材624は短冊形状としている。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。
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と対向する面がブレード下面62b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がブレード先端面62a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。
<弾性部材>
前記弾性部材は、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。
前記弾性部材は、単層構造であってもよいし、多層構造(例えば、2層構造)であってもよい。前記弾性部材が多層構造の場合、前記弾性部材は、例えば、基材と表面層とを有する。
前記弾性部材が多層構造であることにより、高温高湿保管時の被清掃部材の汚染及び弾性部材のへたりをより抑制することができる。
前記弾性部材は、先端稜線部を有する。
前記弾性部材は、前記先端稜線部を含む表面から100μmの深さまでの領域に、ドメインを含有する。前記ドメインの平均分散径は0.1μm以上5.0μm以下である。前記ドメインは、ポリシロキサン構造に由来する。
前記弾性部材において、前記ドメインは、前記先端稜線部以外の箇所に含有されていてもよい。
前記ドメインは、ポリシロキサン構造に由来する。前記ポリシロキサン構造は、例えば、シロキサン系化合物に由来する。前記ドメインは、例えば、シロキサン系化合物が凝集して形成される。その際、前記ドメインを形成するシロキサン系化合物は、マトリックス成分と結合していてもよいしい、結合していなくてもよい。
前記シロキサン系化合物とは、シロキサン結合をもつ化合物のことを示しており、例えば、シリコーンである。前記シリコーンは、シリコーンオイル、シリコーン樹脂、シリコーングリースなどの形態で存在する。シロキサン結合は炭素結合よりも結合エネルギーが大きく安定して存在できるという特徴を持ち、シロキサン系化合物は、表面自由エネルギーが小さく離型性や潤滑性に優れている。
前記シロキサン系化合物としては、シリコーンからなる化合物が好ましく、後述するシリコーンを用いることができる。
前記領域における前記ドメインの平均分散径としては、0.1μm以上5.0μm以下であり、耐久性がより優れる点から0.5μm以上2.0μm以下が好ましい。
前記平均分散径の算出方法は、任意の先端稜線部を含む100μmの領域で前記ドメインの分散径を100個以上測定し、個数平均値により求めることができる。
例えば、ブレードを任意の箇所で切断し断面を露出させ、レーザー顕微鏡やSEMで先端稜線部を含む100μmの領域を撮影し、その画像から分散径を計測する。計測には、ImageProなどのソフトを用いて2値化画像から分散径を算出することもできる。
このとき、観察画像のドメインがポリシロキサン構造に由来することは、EDS(エネルギー分散型X線分析、Energy dispersive X−ray spectrometry)などを用いて確認することができる。
なお、先端稜線部を含む表面から100μmの深さまでの領域とは、図3A〜図3Dに示すような領域(Y)である。図3A及び図3Dは、領域(Y)の位置を示す図であり、図3B及び図3Cは、領域(Y)の拡大図である。図3B及び図3C中、符号Sは、ポリシロキサン構造に由来するドメインを示す。
ドメインは、図3Bに示すように、領域(Y)の全体に分布していてもよいし、図3Cに示すように、領域(Y)の一部に分布していてもよい。ただし、図3Cのように、ドメインが、領域(Y)の一部に分布している場合、ドメインは、領域(Y)における弾性部材624の表面側に分布していることが好ましい。
弾性部材624は、図3Aに示すように、単層構造であってもよいし、図3Dに示すように、多層構造であってもよい。図3Dにおいては、弾性部材624は、表面層623と、基材622との2層構造である。図3Dにおいては、領域(Y)は、表面層623中に存在している。
前記先端稜線部から20μmの位置での前記弾性部材のマルテンス硬度HM(荷重:1000μN)は、0.5N/mm以上1.5N/mm未満であり、0.8N/mm以上1.2N/mm以下が好ましい。
前記マルテンス硬度(HM)の測定方法は以下のとおりである。
測定には、例えば、フィシャー・インストルメンツ社製、微小硬度計 HM−2000を用いる。
基材の先端面に、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秒間抜いて、測定する。
測定場所は、弾性部材の下面の先端稜線部から20μmの位置とする。
測定する方法としては、弾性部材の先端を約1cm幅で切断し、下面が上を向くようにスライドガラス等に接着剤や両面テープで固定し、下面の先端稜線部から20μmの位置を測定する。
前記弾性部材は、例えば、層構成樹脂成分と、ドメイン成分とを含有する。言い換えれば、例えば、前記弾性部材において、ポリシロキサン構造に由来するドメインは、前記層構成樹脂成分中に分散している。更に言い換えれば、例えば、前記弾性部材は、層構成樹脂成分を海とし、ポリシロキサン構造の凝集により形成されたドメインを島とする海島構造を有する。前記海島構造は、例えば、少なくとも、先端稜線部を含む表面から100μmの深さまでの領域に存在する。
なお、前記層形成樹脂成分と、ドメイン成分とは、化学結合によって結合していてもよいし、結合していなくてもよい。
前記弾性部材において、前記領域(Y)の断面における前記ドメインの面積割合としては、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、本発明の効果をより発揮できる点で、0.1%以上40%以下が好ましく、0.5%以上30%以下がより好ましい。
前記領域の断面における前記ドメインの面積割合は、例えば、以下の方法で求めることができる。ブレードを任意の箇所で切断し断面を露出させ、レーザー顕微鏡やSEMで先端稜線部を含む100μmの領域を撮影し、その画像からシロキサン系化合物の占める面積比率を算出する。ImageProなどのソフトを用いて2値化画像から面積比率を算出することにより求めることができる。
前記弾性部材の平均厚みとしては、特に制限なく、目的に応じて適宜選択することができるが、1.0mm以上3.0mm以下が好ましく、1.5mm以上2.0mm以下であることがより好ましい。
ここで、当接部の弾性部材の平均膜厚は、当接部における弾性部材の任意の箇所を10箇所測定した算術平均値により求めることができる。
当接部の弾性部材の厚みの測定方法としては、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、当接部の弾性部材を含む切断面をマイクロスコープを用いて測定する方法などが挙げられる。
具体的には、例えば、ブレード先端面を上向きにしてマイクロスコープで観察し、弾性部材の厚みを測定する。
前記弾性部材が単層構造の場合、前記弾性部材は、例えば、以下の第2組成物を硬化させて得られる。
前記第2組成物は、例えば、乳化状態の第1組成物に、活性水素化合物からなる硬化剤を含有させたものである。
<<<第1組成物>>>
第1組成物は、以下の成分A及び成分Bの少なくともいずれか、並びに成分Cを含有する。
A:NCO末端変性シリコーンプレポリマー
B:シリコーンオイル
C:NCO末端ウレタンプレポリマー
−A:NCO末端変性シリコーンプレポリマー−
NCO末端変性シリコーンプレポリマーは、末端に少なくとも1つの水酸基を有する変性シリコーンに第1ポリイソシアネートを反応させた、末端がイソシアネート基となったプレポリマーである。
変性シリコーンは、末端に少なくとも1つの水酸基を有するシリコーンであり、市販されているものを用いることができる。
変性シリコーンは、第1ポリイソシアネートと反応して末端にNCO基を有するプレポリマーを形成できるものから選択される。具体的には、水酸基、アミノ基を末端に有するもので安定性の点から、水酸基変性シリコーンがより望ましい。
市販品として、KF−6000,KF−6001,KF−6002,KF−6003,X−22−176F,X−22−176DX,X−22−176GX−A(信越シリコーン)などを例示できる。末端の変性の種類としては、片末端、両末端、側鎖などがあるが、後述するように界面活性剤として機能させる効率の点から片末端変性がより望ましい。
第1ポリイソシアネートは、変性シリコーンの末端にウレタン結合を介して結合し、末端をイソシアネート基(NCO)とする化合物であり、詳細は後述する。
NCO末端変性シリコーンプレポリマーは、変性シリコーンと、第1ポリイソシアネートとの反応により得られる、末端にNCO基を有するシリコーンプレポリマーである。変性シリコーン側官能基の2倍当量程度の第1ポリイソシアネートを混合し、加熱攪拌することにより得ることが出来る。
−B:シリコーンオイル−
シリコーンオイルは、常温で液状のシリコーンオイル(オルガノポリシロキサン)であり、市販のものを用いることができる。
シリコーンオイルとしては、一般のポリオルガノシロキサンを用いることが出来る。シリコーンオイルはポリウレタン/ウレアマトリックス中に安定に分散させるため、マトリックスとの相溶性は乏しいほうがより好ましく、かかるシリコーンオイルが、例えば、NCO末端変性シリコーンプレポリマーを界面活性剤としてNCO末端ウレタンプレポリマー中に乳化状態で分散される。最も好ましいのはジメチルシリコーンである。ジメチルシリコーンオイルは、最も汎用的なシリコーンオイルであり、各社の市販品を用いることが出来る。なお、上述した乳化の際、粘度が高いとより高エネルギーが必要となるため、1〜10,000mPa・s/25℃程度のものが好適に用いることが出来る。
−C:NCO末端ウレタンプレポリマー−
NCO末端ウレタンプレポリマーは、ポリオールと第2ポリイソシアネートとを反応させた、末端がイソシアネート基のプレポリマーである。
ポリオールは、例えば、分子量が500〜4000のポリオールであり、ポリウレタン樹脂の製造に用いられる、いわゆる長鎖ポリオールである。ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオールなどが好適に用いられる。
第2ポリイソシアネートは、ポリオールの末端の水酸基と反応してウレタン結合を介して結合し、末端をイソシアネート基(NCO)とする化合物である。
第1ポリイソシアネート及び第2ポリイソシアネートとして用いるポリイソシアネート化合物は、例えば、m−フェニレンジイソシアネート、p−フェニレンジイソシアネート、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、ナフタレン−1,4−ジイソシアネート、ジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート、3,3’−メトキシ−4,4’−ジフェニルジイソシアネート、3,3’−ジメチルジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート、キシリレン−1,4−ジイソシアネート、4,4’−ジフェニルプロパンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、3−イソシアネートメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン4,4’−ジイソシアネート、シクロヘキシレン−1,2−ジイソシアネート、シクロヘキシレン−1,4−ジイソシアネート等を挙げることができる。
ここで、第1ポリイソシアネート及び第2ポリイソシアネートは、硬化剤に対する反応性が、第1ポリイソシアネートの方が第2ポリイソシアネートより高くなるように選択することが好ましい。イソシアネート基(R−NCO)の反応性は、置換基Rの電子吸引性が大きいほど大きくなる。具体的には、芳香族ポリイソシアネートの反応性は脂肪族ポリイソシアネートよりも大きく、側鎖のメチル基などの立体障害によって反応性は低下する。これらは、ウレタン関係の以下の文献から類推することが出来る。
・Hepburn,C.: Polyurethane Elastomers, Applied Science Publishers,(1982)
・Saunders J. H., Frisch K. C. : Polyurethanes : Chemistry and technology, Part 1. Chemistry, New York : Interscience Publishers, 170 (1962)
・ポリウレタン樹脂ハンドブック、岩田敬二編、日刊工業新聞社 (1987)
・ポリウレタン樹脂塗料用硬化剤、高仲善明、色材協会誌、49(1976)
このように、一般的には、芳香族ポリイソシアネートの方が脂肪族又は脂環族ポリイソシアネートより硬化剤との反応性が高いので、例えば、第1ポリイソシアネートを芳香族ポリイソシアネートとし、第2ポリイソシアネートを脂肪族又は脂環族ポリイソシアネートとすればよいが、両方とも芳香族ポリイソシアネート、又は脂肪族又は脂環族ポリイソシアネートとすることもできる。
具体的には、例えば、第1ポリイソシアネートとして芳香族ポリイソシアネートを用い、第2ポリイソシアネートとして脂肪族ポリイソシアネートを用いることができる。また、両者を芳香族ポリイソシアネート又は脂肪族ポリイソシアネートから選定することができ、例えば、第1ポリイソシアネートとしてキシリレンジイソシアネート(脂肪族高反応性)、第2ポリイソシアネートとしてジシクロヘキシルメタン4,4’−ジイソシアネート(脂肪族低反応性)などの組み合わせが例示できる。
NCO末端ウレタンプレポリマーは、ウレタン樹脂硬化物のマトリックスを形成する主成分であり、目的とする物性に応じて適宜合成もしくは市販品から選択することが出来る。例えば、分子量が500〜4000のポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオールなどの長鎖ポリオールに、ポリオール側水酸基の2倍当量程度の第2ポリイソシアネートを混合し、加熱攪拌することにより得ることが出来る。NCO末端変性シリコーンプレポリマーの第1ポリイソシアネートとの相対的反応性の要件をみたせば、市販品から選択することが出来る。
第1組成物は、成分A及び成分Bの少なくともいずれか、並びに成分Cを含有するが、例えば、混合することにより乳化状態となるものである。すなわち、成分AのNCO末端変性シリコーンプレポリマーは、界面活性剤として働き、成分Bのシリコーンオイルを成分CのNCO末端ウレタンプレポリマー中に乳化状態で保持することができる。すなわち、シリコーンオイルの微粒子の周りにNCO末端変性シリコーンプレポリマーが配位してミセルを形成し、これがNCO末端ウレタンプレポリマー中に分散している乳化物となる。
第1組成物は、上述したとおり、例えば、NCO末端ウレタンプレポリマーにNCO末端変性シリコーンプレポリマーおよびシリコーンオイルを分散させた乳化物とすることができる。分散装置としては、高速攪拌機、ホモジナイザーなどの一般的な乳化装置を用いることが出来る。
NCO末端ウレタンプレポリマーにNCO末端変性シリコーンプレポリマーを分散させた後シリコーンオイルを分散させると速やかに均一乳白色の分散液を製造することが出来る。
<<<第2組成物>>>
第2組成物は、乳化状態の第1組成物に、活性水素化合物からなる硬化剤を含有させたものである。
硬化剤は、NCO基と反応性を有する活性水素含有化合物であるが、具体的にはポリアミン又は多価ヒロドキシ化合物である。硬化剤として多価ヒドロキシ化合物を用いた場合には、マトリックス樹脂(層構成樹脂)は、ポリウレタン樹脂となり、硬化剤としてポリアミンを用いた場合には、マトリックス樹脂はポリウレタンウレア樹脂となる。シェルとなるNCO末端シリコーンプレポリマーと硬化剤との反応を迅速に進めることは効果的であるため、シリコーンプレポリマーのNCO当量以上のポリアミンを含有する硬化剤がより好適に用いられる。多価ヒドロキシ化合物は、鎖長延長剤としてポリアミンと共に用いてもよい。また、硬化反応を適切に進めるため、公知のウレタン硬化触媒(アミン類、有機金属類)を併用することも出来る。
ここで、多価ヒドロキシ化合物としては、脂肪族多価アルコールが好適に用いられ、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、1,4−ビス(ヒドロキシエトキシ)ベンゼン、1,3−ビス(ヒドロキシエトキシ)ベンゼンなどを例示することが出来る。
また、ポリアミン化合物としては、4,4’−メチレンビス(2−クロロアニリン)、ジエチルトルエンジアミン、ジメチルチオトルエンジアミンなどを挙げることができる。
第2組成物は、所定の金型等で熱硬化させることにより、ポリウレタン/ウレア樹脂硬化物となる。
ここで、第2組成物は、NCO末端変性シリコーンプレポリマーと、NCO末端ウレタンプレポリマーと、NCO基と反応性を有する活性水素含有化合物である硬化剤を含有するので、NCO基と硬化剤とを反応させることにより、ポリウレタン樹脂硬化物となる。
ここで、NCO末端変性シリコーンプレポリマーの末端に付加している第1ポリイソシアネートと、NCO末端ウレタンプレポリマーの末端に付加している第2ポリイソシアネートとは、硬化剤に対する反応性が、第1ポリイソシアネートの方が第2ポリイソシアネートより高いものを用いることが好ましい。その場合、ミセルを形成しているNCO末端変性シリコーンプレポリマーが先に硬化剤と反応し、シリコーンオイルがコアとなり、NCO末端変性シリコーンプレポリマーの硬化物がシェルとなるコアシェル構造が形成される。すなわち、ミセルを形成しているNCO末端変性シリコーンプレポリマーが先に硬化剤と反応すると、シリコーンオイルがミセル内に固定化された擬似カプセルが生成する。その後、マトリックスとなるNCO末端ウレタンプレポリマーが硬化剤と反応して硬化するので、コアシェル構造がウレタン/ウレアマトリックス中に安定に分散した状態のウレタン樹脂硬化物となる。
<<表面層>>
前記弾性部材が表面層と基材とを有する場合、前記表面層は、例えば、前記第2組成物を硬化させて得られる。
前記弾性部材が、表面層と基材とを有する場合、前記表面層は、先端稜線部を有する。そして、前記表面層が、前記先端稜線部を含む表面から100μmの深さまでの領域に、平均分散径が0.1μm以上5.0μm以下の、ポリシロキサン構造に由来するドメインを含有する。更に、前記先端稜線部から20μmの位置での前記表面層のマルテンス硬度HM(荷重:1000μN)が0.5N/mm以上1.5N/mm未満である。
前記表面層の平均厚みとしては、特に制限なく、目的に応じて適宜選択することができるが、30μm以上800μm以下が好ましく、50μm以上500μm以下であることがより好ましい。前記平均厚みが50μm以上あることで、長期使用時に摩耗しても摩耗後に露出する面もポリシロキサン構造に由来するドメインを含有しており、摩耗しても感光体と接触する部分は常にポリシロキサン構造に由来するドメインが存在し低摩擦係数を維持することできるという効果がある。また、前記平均厚みが500μm以下であることで、ポリシロキサン構造に由来するドメインを含有した表面層の影響による加工時の寸法精度の悪化をより抑えることができる。
<<基材>>
弾性部材の基材としては、その形状、材質、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。
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。
大きさとしては、特に制限はなく、前記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。
基材の材料としては、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、高弾性が得られやすい点から、ポリウレタンゴム、ポリウレタンエラストマー、などが好適である。
また、基材の形状としては、例えば、前記基材の厚み方向において対向する一対の板面と、前記板面と直交し、前記板面の面内方向において対向する二対の端面からなる形状が挙げられる。
前記基材の構造としては、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、1種の材質からなる単層構造、2種の異なる材質を一体成形した2層構造、数種の異なる材質を一体成形した多層構造などが挙げられる。
なお、2層以上を積層した前記基材を製造する際は、混合率の異なる原材料を各層が完全に硬化する前に、遠心成形金型に連続的に注入することにより、層間剥離が起こらないように一体的に成形することが可能である。
前記基材の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、高弾性が得られやすい点から、ウレタンゴムが好ましい。
弾性部材の基材の製造方法としては、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。例えば、ポリオール化合物とポリイソシアネート化合物とを用いてポリウレタンプレポリマーを調製し、該ポリウレタンプレポリマーに硬化剤、及び必要に応じて硬化触媒を加えて、所定の型内にて架橋し、炉内にて後架橋させたものを遠心成型によりシート状に成型後、常温放置、熟成したものを所定の寸法にて、平板状に裁断することにより、製造される。
前記ポリオール化合物としては、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、高分子量ポリオール、低分子量ポリオール、などが挙げられる。
前記高分子量ポリオールとしては、例えば、アルキレングリコールと脂肪族二塩基酸との縮合体であるポリエステルポリオール;エチレンアジペートエステルポリオール、ブチレンアジペートエステルポリオール、ヘキシレンアジペートエステルポリオール、エチレンプロピレンアジペートエステルポリオール、エチレンブチレンアジペートエステルポリオール、エチレンネオペンチレンアジペートエステルポリオール等のアルキレングリコールとアジピン酸とのポリエステルポリオール等のポリエステル系ポリオール;カプロラクトンを開環重合して得られるポリカプロラクトンエステルポリオール等のポリカプロラクトン系ポリオール;ポリ(オキシテトラメチレン)グリコール、ポリ(オキシプロピレン)グリコール等のポリエーテル系ポリオール、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記低分子量ポリオールとしては、例えば、1,4−ブタンジオール、エチレングリコール、ネオペンチルグリコール、ヒドロキノン−ビス(2−ヒドロキシエチル)エーテル、3,3’−ジクロロ−4,4’−ジアミノジフェニルルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン等の二価アルコール;1,1,1−トリメチロールプロパン、グリセリン、1,2,6−ヘキサントリオール、1,2,4−ブタントリオール、トリメチロールエタン、1,1,1−トリス(ヒドロキシエトキシメチル)プロパン、ジグリセリン、ペンタエリスリトール等の三価又はそれ以上の多価アルコール、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記ポリイソシアネート化合物としては、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、メチレンジフェニルジイソシアネート(MDI)、トリレンジイソシアネート(TDI)、キシリレンジイソシアネート(XDI)、ナフチレン1,5−ジイソシアネート(NDI)、テトラメチルキシレンジイソシアネート(TMXDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、水添キシリレンジイソシアネート(H6XDI)、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(H12MDI)、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、ダイマー酸ジイソシアネート(DDI)、ノルボルネンジイソシアネート(NBDI)、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート(TMDI)、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記硬化触媒としては、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、2−メチルイミダゾール、1,2−ジメチルイミダゾール、などが挙げられる。
前記硬化触媒の含有量は、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、0.01質量%以上0.5質量%以下が好ましく、0.05質量%以上0.3質量%以下がより好ましい。
前記基材のJIS−A硬度は、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、60度以上が好ましく、65度以上80度以下がより好ましい。前記JIS−A硬度が、60度以上であると、ブレード線圧が得られやすく、像担持体との当接部の面積が拡大しにくいため、クリーニング不良が発生しにくくなる。
ここで、前記基材のJIS−A硬度は、例えば、高分子計器社製、マイクロゴム硬度計MD−1などを用いて測定することができる。
前記基材のJIS K6255規格に準拠した反発弾性率は、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。ここで、前記基材の反発弾性係数は、例えば、JIS K6255規格に準拠し、23℃において、東洋精機製作所製No.221レジリエンステスタを用いて測定することができる。
前記基材の平均厚みは、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、1.0mm以上3.0mm以下が好ましい。
<支持部材>
クリーニングブレードは、支持部材と、該支持部材に一端が連結され、他端に所定長さの自由端部を有する平板状の弾性部材とからなることが好ましい。前記クリーニングブレードは、前記弾性部材の自由端側の一端である先端稜線部を含む当接部が前記被清掃部材表面に長手方向に沿って当接するように配置される。
前記支持部材としては、前記弾性部材を支持する部材であれば、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。前記支持部材の形状としては、例えば、平板状、短冊状、シート状、などが挙げられる。前記支持部材の大きさとしては、特に制限はなく、前記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。
前記支持部材の材質としては、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。
<被清掃部材>
前記被清掃部材としては、その材質、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。前記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、通常用いられる程度の大きさが好ましい。
前記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。
また、前記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、前記クリーニングブレードの除去対象となるものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、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。これらの中でも、トナーが好ましく、ガラス転移温度が50℃以下の低温定着性のトナーが特に好ましい。
(プロセスカートリッジ、画像形成装置及び画像形成方法)
本発明のプロセスカートリッジは、像担持体と、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少なくとも有し、前記クリーニング手段が本発明のクリーニングブレードを有する。クリーニング補助手段として該潜像担持体表面に潤滑剤を塗布する機構を備えていても良い。
本発明の画像形成装置は、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が本発明のクリーニングブレードを有する。像担持体にはクリーニング補助手段として潤滑剤が塗布される機構を備えていても良い。
本発明の画像形成方法は、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、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少なくとも含み、前記クリーニング工程が本発明のクリーニングブレードを用いて行われる。
以下、本発明を適用した画像形成装置として、電子写真方式のプリンタ(以下、単にプリンタ500という)の一実施形態(以下、実施形態という)について説明する。まず、本実施形態に係るプリンタ500の基本的な構成について説明する。
図4は、プリンタ500を示す概略構成図である。プリンタ500は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック(以下、Y、C、M、Kと記す)用の四つの作像ユニット1Y,C,M,K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。
四つの作像ユニット1Y,1C,1M,1K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、四つの作像ユニット1Y,1C,1M,1K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によって偏向せしめながら、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。このような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、第一給紙カセット151、第二給紙カセット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、記録媒体である転写紙Pが複数枚重ねられた紙束の状態で収容されており、一番上の転写紙Pには、第一給紙ローラ151a、第二給紙ローラ152aがそれぞれ当接している。第一給紙ローラ151aが駆動手段によって図中反時計回りに回転駆動せしめられると、第一給紙カセット151内の一番上の転写紙Pが、カセットの図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、第二給紙ローラ152aが駆動手段によって図4中反時計回りに回転駆動せしめられると、第二給紙カセット152内の一番上の転写紙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に送り込まれた転写紙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、搬送ローラ対154から送られてくる転写紙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、転写紙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、四つの作像ユニット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良い。
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。図5において符号8は、クリーニングローラを表す。
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・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表面の静止摩擦係数が非画像形成時に0.2以下に維持されることが好ましい。
本実施形態の帯電装置は、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600〜800nmの長波長光を有するため、良好に使用される。
転写手段たる転写ユニット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、第一ブラケット63、第二ブラケット64などを備えている。また、四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中反時計回りに無端移動せしめられる。四つの一次転写ローラ7Y,C,M,Kは、このように無端移動せしめ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上に四色重ね合わせトナー像(以下、四色トナー像という)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転写紙Pを、中間転写ベルト14上の四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上の四色トナー像は、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転写紙Pに一括二次転写される。そして、転写紙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、転写紙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の第一ブラケット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。プリンタ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一ブラケット63を図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、四つの作像ユニット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用の作像ユニットを無駄に駆動させることによる作像ユニット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、図中反時計回り方向に無端移動せしめる。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転写紙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転写紙Pに定着される。
このようにして定着処理が施された転写紙Pは、排紙ローラ対87のローラ間を経た後、機外へと排出される。プリンタ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によって機外に排出された転写紙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トナーを収容する四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とは独立してプリンタ本体に脱着可能である。
次に、プリンタ500における画像形成動作を説明する。
操作部などからプリント実行の信号を受信したら、帯電ローラ4及び現像ローラ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、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また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、プリンタ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上に四色トナー像が形成される。
中間転写ベルト14上に形成された四色トナー像は、第一給紙カセット151または第二給紙カセット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転写紙Pに転写される。このとき、転写紙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転写紙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転写紙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転写紙P上に定着されて、トナー像が定着された転写紙Pはプリンタ500装置外に排出され、スタック部88にスタックされる。
一方、二次転写ニップで転写紙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。
プリンタ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プリンタ500本体から一体的に着脱可能となっている。プリンタ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。
次に、本発明を適用したプリンタ500に好適なトナーについて説明する。
プリンタ500に用いるトナーとしては、画質向上のために、高円形化、小粒径化がし易い懸濁重合法、乳化重合法、分散重合法により製造された重合トナーを用いるのが好ましい。特に、円形度が0.97以上、体積平均粒径5.5μm以下の重合トナーを用いるのが好ましい。平均円形度が0.97以上、体積平均粒径5.5μm以下のものを用いることにより、より高解像度の画像を形成することができる。
ここでいう「円形度」は、フロー式粒子像分析装置FPIA−2000(東亜医用電子社製)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5A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(粒子投影面積)をSとし、この投影面積Sと同じ面積を持つ図5Bに示す真円の外周長(周囲長)をC2としたときのC2/C1を求め、その平均値を円形度とした。
体積平均粒径については、コールターカウンター法によって求めることが可能である。具体的には、コールターマルチサイザー2e型(コールター社製)によって測定したトナーの個数分布や体積分布のデータを、インターフェイス(日科機社製)を介してパーソナルコンピューターに送って解析するのである。
解析方法の具体例を説明する。1級塩化ナトリウムを用いた1%NaCl水溶液を電解液として用意する。そして、この電解水溶液100〜150ml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0.1〜5ml加える。更に、これに被検試料としてのトナーを2〜20mg加え、超音波分散器で約1〜3分間、分散処理する。
そして、別のビーカーに電解水溶液100〜200mlを入れ、その中に分散処理後の溶液を所定濃度になるように加えて、上記コールターマルチサイザー2e型にかける。
アパーチャーとしては、100μmのものを用い、50,000個のトナー粒子の粒径を測定する。
チャンネルとしては、2.00〜2.52μm未満;2.52〜3.17μm未満;3.17〜4.00μm未満;4.00〜5.04μm未満;5.04〜6.35μm未満;6.35〜8.00μm未満;8.00〜10.08μm未満;10.08〜12.70μm未満;12.70〜16.00μm未満;16.00〜20.20μm未満;20.20〜25.40μm未満;25.40〜32.00μm未満;32.00〜40.30μm未満の13チャンネルを使用し、粒径2.00μm以上32.0μm以下のトナー粒子を対象とする。
そして、「体積平均粒径=ΣXfV/ΣfV」という関係式に基づいて、体積平均粒径を算出する。但し、「X」は各チャンネルにおける代表径、「V」は各チャンネルの代表径における相当体積、「f」は各チャンネルにおける粒子個数である。
以下、本発明の具体的な実施例について説明する。なお、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
<基材の成形>
弾性部材の基材としては、膜厚、JIS−A硬度、23℃反発弾性率、マルテンス硬度(HM)が以下のようなポリウレタンエラストマーのシートを遠心成形で作製した。
・膜厚:1.5mm
・JIS−A硬度:70°
・23℃反発弾性率:50%
・マルテンス硬度(HM):1.0N/mm
測定方法を以下に示す。
(基材のJIS−A硬度)
基材の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℃)。
(基材の反発弾性率)
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2枚重ね合わせたものを用いた。
(基材のマルテンス硬度)
マルテンス硬度(HM)の測定方法は以下のとおりである。
マルテンス硬度(HM)は、ISO14577に基づき、エリオニクス社製ナノインデンターENT−3100を用いて、バーコビッチ圧子を1000μNの荷重で10秒間押し込み、5秒間保持し、同じ荷重速度で10秒間抜いて測定した。
測定場所は、成型後のシートをブレード化した先端稜線部から20μmの位置とした。
上述の測定方法で測定した結果、基材のマルテンス硬度(HM)は1.0N/mmであった。
<弾性部材又は表面層形成>
弾性部材又は表面層を形成するための硬化性組成物に使用した材料を以下に示す。
−イソシアネート−
・MDI(4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート):東ソー製「ミリオネートMT」
・水添MDI(HMDI;ジシクロヘキシルメタン4,4’−ジイソシアナート):東京化成工業製
・TDI(2,4−トリレンジイソシアネート):東ソー製「コロネートT−100」
−ポリオール−
・PTMG(ポリテトラメチレンエーテルグリコール):三菱ケミカル製「PTMG1000」
・PCL(ポリカプロラクトンジオール):ダイセル製「プラクセル205」
−硬化剤−
・DETDA(エタキュアー100):三井化学ファイン
・BD(1,4−ブタンジオール):三菱ケミカル製
・TMP(トリメチロールプロパン):三菱ガス化学製
−シロキサン系化合物−
・X−22−176DX:信越シリコーン製 片末端カルビノール変性シリコーンオイル
・KF96−3000cs:信越シリコーン製 ジメチルシリコーンオイル
−NCO末端シリコーンプレポリマーの合成(プレポリマーA1)−
下記表1に示すように、東ソー製MDI(4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート)と信越化学製片末端カルビノール変性シリコーンオイルX−22−176DXを60℃、90分間反応させることによって、NCO%が3.2%のNCO末端シリコーンプレポリマー(プレポリマーA1)を得た。
Figure 2021117385
−NCO末端ウレタンプレポリマーの合成(プレポリマーB)−
下表2に示すように、所望のNCO%となるように、イソシアネートとポリオールを混合し、スズ触媒ジブチルチンジラウリレート0.01gとともに80℃、90分間反応させ、NCO末端ウレタンプレポリマーB1、B2を調製した。
Figure 2021117385
表2中、「PCL205」は、プラクセル205を表す。
−硬化剤の調製−
下記表3に示すように硬化剤1〜2を調製した。
Figure 2021117385
(実施例1)
プレポリマーB1、シリコーンオイルを下表に示す配合で混合し、ホモジナイザー(15000rpm)で撹拌し、第1組成物を得た。この時の撹拌条件は下表4−1に示す。
80℃に加熱した、シリコーンオイルが乳化している第1組成物に、硬化剤2を添加して、125℃に加温した遠心ドラムに注入し30分間反応させ、1.8mm厚のゴムシートを得た。
第1組成物と硬化剤の混合はR値(NCO基/OH基モル比)が0.925になるように調整した。
<クリーニングブレード1の作製>
ゴムシートから、カラー複合機(imagio MP C4500、リコー社製)に搭載できるように短冊形状を切り出して弾性部材を得て、その弾性部材を板金ホルダー(支持部材)に接着剤で固定した。以上により、クリーニングブレード1を作製した。
作製した前記弾性部材及びクリーニングブレードについて、以下のようにして、諸特性を測定した。結果を表5−1に示した。
<ポリシロキサン構造に由来するドメインの平均分散径>
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し、この断面を上向きにして、先端稜線部を含む100μmの領域をレーザー顕微鏡OLS4100(オリンパス社製)で観察した。
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。
観察した画像について、ImagePro ver5.1を用いてドメインの分散径を計測した。断面において観察されるドメインの外周の2点を結ぶ線分でありかつ前記ドメインの重心を通る線分の長さを2度刻みに測定した。測定した線分の長さの平均値をそのドメインの分散径とした。100個から200個のドメインの分散径を計測し、個数平均値を算出し、それを平均分散径とした。
<ドメインの面積割合(%)>
先端稜線部を含む100μmの領域の断面におけるドメインの面積割合は、弾性部材を当該箇所で切断し断面を露出させ、レーザー顕微鏡OLS4100(オリンパス社製)で先端稜線部を含む100μmの領域を撮影し、その画像からシロキサン系化合物の占める面積比率を算出することで求めた。ImageProを用いて2値化画像から面積比率を算出した。
<弾性部材又は表面層の平均厚み>
実施例におけるクリーニングブレードの先端面を上向きにして、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。10箇所を観察し、その算術平均値を平均厚みとした。
<クリーニングブレードのマルテンス硬度>
測定方法および測定位置は上記の基材のマルテンス硬度と同じである。
<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)のプロセスカートリッジに取り付け、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、クリーニング角:78°となるように画像形成装置に取り付けた。
<耐久試験>
前記画像形成装置を用い、高温高湿環境:27℃/80%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)を出力した。以下の評価に供した。
<<クリーニング評価>>
クリーニングブレードのエッジ部や感光体表面を前記レーザー顕微鏡で観察し、以下の評価基準で評価した。
下記、「◎」「○」を許容可とし、「×」を許容不可とした。
[評価基準]
◎:クリーニング不良ですり抜けたトナーが印刷紙上にも感光体上に目視で確認できず、感光体上を長手方向に顕微鏡で観察してもトナーのスジ状のすり抜けが確認できない。
○:クリーニング不良ですり抜けたトナーが印刷紙上にも感光体上にも目視で確認できない。
×:クリーニング不良ですり抜けたトナーが印刷紙上にも感光体上にも目視で確認できる。
<<ブレードめくれ評価>>
50,000枚の通紙中にブレードめくれによる異音やトルク上昇の警告が出ないか確認し、以下の評価基準で評価した。
下記、「◎」「○」を許容可とし、「×」を許容不可とした。
[評価基準]
◎:通紙中、異音やトルク上昇の警告がなく、さらに通紙後ブレードのエッジ部を見てもめくれた痕跡がなかった。
〇:通紙中、異音やトルク上昇の警告がなかったが、通紙後ブレードのエッジ部には僅かにめくれた痕跡があった(実使用上、問題なし)。
×:通紙中、異音やトルク上昇の警告があり、さらに通紙後ブレードのエッジ部にはめくれた痕跡があった。
<高温高湿保管>
前記画像形成装置に内蔵されているプロセスカートリッジを45℃/95%RHで10日間放置した。その後、以下の評価を行った。
<<感光体汚染>>
23℃/45%RHでハーフトーン画像を10枚印字し、以下の評価基準で評価した。
下記、「◎」「○」を許容可とし、「×」を許容不可とした。
[評価基準]
◎:画像に1枚目から白い横スジがない。
○:画像に白い横スジが発生したが、10枚目には消えた(実使用上、問題ないレベル)。
×:画像に白い横スジが発生し、10枚目までで消えなかった。
<<へたり>>
高温高湿保管前後で線圧の変化を測定し、以下の評価基準で評価した。なお、測定環境は23℃/45%RHである。
下記、「◎」「○」を許容可とし、「×」を許容不可とした。
[評価基準]
◎:保管前に比べて線圧の低下率が20%未満
○:保管前に比べて線圧の低下率が20%以上40%未満(実使用上、問題ないレベル)
×:保管前に比べて線圧の低下率が40%以上
なお、線圧とは、クリーニングブレードと感光体との当接部に働く荷重を、その当接部の感光体軸方向長さで割った値である。その測定方法は以下の通りである。感光体とクリーニングブレード、さらに感光体にかかる荷重を測定するロードセルを備えた測定機で、感光体に対してクリーニングブレードを押し当てる。そして、感光体を長手方向に分割し、それぞれの長手位置にロードセルを配置する。これにより、クリーニングブレードの長手方向における位置でのクリーニングブレード圧(線圧)を取得することが可能となる。
(実施例2〜実施例5、比較例2〜比較例5)
実施例1において、第1組成物及び硬化剤、ホモジナイザーの時間、並びに硬化温度を、表4−1及び表4−2に示す第1組成物及び硬化剤、ホモジナイザーの時間、並びに硬化温度に変更した以外は、実施例1と同様にして、クリーニングブレードを作製した。
実施例1と同様にして諸特性を測定した。結果を表5−1及び表5−2に示した。
実施例1と同様にして評価を行った。結果を表6−1及び表6−2に示した。
(実施例6)
プレポリマーA1、プレポリマーB2、及びシリコーンオイルを表4−1に示す配合で混合し、ホモジナイザー(15000rpm)で撹拌し、第1組成物を得た。この時の撹拌条件を表4−1に示す。
80℃に加熱した、シリコーンオイルが乳化している第1組成物に、硬化剤2を添加して、基材層が形成された160℃(硬化温度)に加温した遠心ドラムに注入し30分間反応させ、表面層を有するゴムシートを得た。
第1組成物と硬化剤の混合はR値(NCO基/OH基モル比)が0.925になるように調整した。
ほかは実施例1と同様に作製した。
実施例1と同様にして諸特性を測定した。結果を表5−1に示した。
実施例1と同様にして評価を行った。結果を表6−1に示した。
(比較例1)
ポリウレタンエラストマー製の基材をカラー複合機(imagio MP C4500、リコー社製)に搭載できるように短冊形状を切り出し、板金ホルダー(支持部材)に接着剤で固定した。以上により、弾性部材を有するクリーニングブレードを作製した。
実施例1と同様にして諸特性を測定した。結果を表5−2に示した。
実施例1と同様にして評価を行った。結果を表6−2に示した。
Figure 2021117385
表4−1及び表4−2中、KF96は、KF96−3000csを示す。
Figure 2021117385
Figure 2021117385
Figure 2021117385
Figure 2021117385
Figure 2021117385
本発明の態様は、例えば、以下のとおりである。
<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有するクリーニングブレードであって、
前記弾性部材が、先端稜線部を有し、
前記弾性部材が、前記先端稜線部を含む表面から100μmの深さまでの領域に、平均分散径が0.1μm以上5.0μm以下の、ポリシロキサン構造に由来するドメインを含有し、
前記先端稜線部から20μmの位置での前記弾性部材のマルテンス硬度HM(荷重:1000μN)が0.5N/mm以上1.5N/mm未満である、
ことを特徴とするクリーニングブレードである。
<2> 前記領域の断面における、前記ドメインの面積割合が、0.5%以上30%以下である前記<1>に記載のクリーニングブレードである。
<3> 前記弾性部材が、単層構造又は多層構造である前記<1>から<2>のいずれかに記載のクリーニングブレードである。
<4> 像担持体と、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少なくとも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前記<1>から<3>のいずれかに記載のクリーニングブレードを有することを特徴とするプロセスカートリッジである。
<5> 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前記<1>から<3>のいずれかに記載のクリーニングブレードを有することを特徴とする画像形成装置である。
前記<1>から<3>に記載のクリーニングブレード、前記<4>に記載のプロセスカートリッジ、及び前記<5>に記載の画像形成装置は、従来における前記諸問題を解決し、前記本発明の目的を達成することができる。
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 表面層
624 弾性部材
63 第一ブラケット
64 第二ブラケット
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
84 定着ベルト
83 加熱ローラ
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2877311号公報

Claims (5)

  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有するクリーニングブレードであって、
    前記弾性部材が、先端稜線部を有し、
    前記弾性部材が、前記先端稜線部を含む表面から100μmの深さまでの領域に、平均分散径が0.1μm以上5.0μm以下の、ポリシロキサン構造に由来するドメインを含有し、
    前記先端稜線部から20μmの位置での前記弾性部材のマルテンス硬度HM(荷重:1000μN)が0.5N/mm以上1.5N/mm未満である、
    ことを特徴とするクリーニングブレード。
  2. 前記領域の断面における、前記ドメインの面積割合が、0.5%以上30%以下である請求項1に記載のクリーニングブレード。
  3. 前記弾性部材が、単層構造又は多層構造である請求項1から2のいずれかに記載のクリーニングブレード。
  4. 像担持体と、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少なくとも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から3のいずれかに記載のクリーニングブレードを有することを特徴とするプロセスカートリッジ。
  5. 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から3のいずれかに記載のクリーニングブレードを有することを特徴とする画像形成装置。
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