JP4926029B2 - クリーニング装置およびそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、クリーニング装置およびそれを用いた画像形成装置に関するものであり、詳しくは、クリーニング性能、耐久性に優れたクリーニング装置およびそれを用いた画像形成装置に関するものである。

一般の電子写真プロセスは、感光体のような像担持体を帯電する工程と、像露光により感光体に静電潜像を形成する工程と、静電潜像をトナーにより現像してトナー像とする工程と、トナー像を被転写材に転写する工程と、感光体上の残トナーをクリーニングする工程と、さらには必要であれば感光体を除電する工程とを有する。乾式電子写真方式の現像工程では、粉体トナーを用いてトナー像を形成し、それを紙や中間転写媒体のような被転写材に転写させる。転写後の感光体上の残トナーや、紙詰まり等によって感光体から転写されなかったトナーは、続くクリーニング工程において、ブレード、バイアスを印加したブラシ、ローラ等のクリーナにより、感光体から除去される。

例えばブレードクリーニング方式は、比較的安価な構成とすることができるものの一般的に微粒子であるトナーのクリーニングには不十分であり、十分なクリーニング性能を得ようとしてブレードを感光体に強く当接させるとブレードのエッジ部が部分的にかけたり、ブレードが捲れたりしてしまう。そしてブレードのエッジ部がかけたり捲れたりたりすると、当初設定したようなクリーニング性能が得られなくなり、クリーニング不良が発生し、画像上に重大な欠陥を生じる。

そこで、被クリーニング部材である感光体表面部分にフッソ樹脂を含有させたり、トナーにステアリン酸亜鉛等の滑剤を混入させたりして、ブレードと感光体表面との摩擦を軽減したうえで、トナーを感光体から剥離しやすくすることで、クリーニング条件のマージンを広げる対策がとられている。

しかし、感光体表面部分に多量の離型剤を混入させることは、感光体特性をある程度犠牲にしなければならず、高性能な感光体を得ることが難しくなる。また、トナーに滑剤を混入させるとトナーとしての帯電性能に少なからず影響を与えてしまい、高性能なトナーを得ることが難しくなってしまう。また上記対策を実施しても十分なクリーニング性能と耐久性とを両立することは困難であった。

また、ブレードクリーニング方式以外、例えばローラを用いたクリーニング手段としては、スポンジローラが用いられる。

これは発泡ウレタン等により構成された弾性を有するスポンジローラを感光体に当接させ、電界によりトナーをスポンジローラ側へ移動させる方式で、画像形成動作中はスポンジローラにトナーをためてクリーニングを行い、画像形成していない紙間や、終了動作時等に、感光体側へトナーを吐き出して、これを現像器または別に設けられたクリーナにてトナー回収する方式である。これとは別に、スポンジローラにさらに金属ローラ等を当接させ、そこにブレードクリーナ等を設けて、トナーを回収する方式も知られている。

上記のようなローラを用いたクリーニング手段では、スポンジローラを用いて電界をかけるために、軸受けやバイアス供給手段が必須となる。また、上記のトナーをローラにいったん貯めて吐き出す方式は、逆帯電トナー等を制御することができず、画質の劣化の問題が避けられないのと同時に、吐き出し動作等を頻繁に実施する必要が生じ、装置のパフォーマンスが低下する。また、金属ローラ等を設けてトナーを回収する方式では、さらに金属ローラやブレード等の部品が必要になり、高価で構成も大型化してしまう。さらに上記のような方式においても、トナーの粒径が小さくなると十分なクリーニングが困難になってくる。このような中で、スポンジローラ等の弾性ローラの性能を向上させる試みがいくつか行われている。

例えば、クリーニング用の発泡弾性ローラを超臨界流体技術により作製する方法、およびその使用結果が開示されている（例えば、特許文献１を参照。）。さらに、超臨界流体技術を用いて発泡ウレタンを作製する方法、および該方法により得られた発泡スポンジローラとその使用結果が開示されている（例えば、特許文献２を参照）。特許文献２に開示された発泡スポンジローラによれば、クリーニング性能が向上すること、および、同様な構成でブレードも作成できることが開示されている。
特開２００３−２２６７７３号公報 特開２００３−２３１７６９号公報

一方、ブレードクリーニングは、比較的安価な装置構成であるために、クリーニング手段として有利である。そこで本発明者らは、上記公報に示された製法により、発泡ブレードを試作して試験を実施したところ、次のような問題点があることを見出した。

（ｉ）上記発泡ブレードをパッドのような形状とし、一定面積をもって感光体に当接させれば、初期のクリーニング性能は満たせるものの、すぐに目詰まりによりクリーニング不良が発生してしまう。

（ｉｉ）通常のブレードのように、感光体に上記発泡ブレードのエッジ部を当接させたところ、初期から良好なクリーニング性能が得られない。また通紙試験を実施すると、場合によってはすぐにクリーニング不良が発生してしまう。

（ｉｉｉ）発泡ウレタンでは、従来のウレタンゴムに比べて「こし」が弱く、クリーニング条件のマージンが狭く、ブレードめくれが圧倒的に発生しやすくなる。

このように、特許文献１および特許文献２には、超臨界流体技術により作製した弾性発泡体が、電子写真装置におけるクリーニングロールまたはブレードとして利用できる記載はあるものの、これら公報に開示された技術で単に発泡ブレードを作成しても、十分なクリーニング性能を得ることができない。もともとブレードクリーニングの場合、発泡体を用いると、最初から「ブレード欠け」が発生しているようなものであり、良好なクリーニング性能は期待できない。また、当業界の常識として、発泡体を用いるクリーニングとは、ブレードクリーニングではなく、クリーニングローラやクリーニングパッドを用いる技術を意味している。したがって、本発明のように、弾性発泡体をあえてブレードクリーニングに採用し、クリーニング性能や耐久性等を改良しようとする提案は、従来にはなされていない。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、弾性発泡体をブレードクリーニングに採用し、優れたクリーニング性能および耐久性を付与することのできる、クリーニング装置およびそれを用いた画像形成装置を提供することを目的とする。

（ｉ） 像担持体の表面に当接して配置され、前記像担持体の表面に残留したトナーを掻き落とすクリーニング装置において、
前記クリーニング装置は、前記像担持体の表面と当接するエッジ部を有し、
前記エッジ部は、発泡セルを有する弾性発泡体からなり、
前記発泡セルの個数粒度分布値Ｄ１０およびＤ９０が、前記トナーの個数粒度分布値Ｄ１０に対し、下記（１）および（２）の条件を満足することを特徴とするクリーニング装置。
（１）前記発泡セルの個数粒度分布値Ｄ１０が、前記トナーの個数粒度分布値Ｄ１０の１／４倍以上である。
（２）前記発泡セルの個数粒度分布値Ｄ９０が、前記トナーの個数粒度分布値Ｄ１０の５０倍以下である。

（ｉｉ） 前記（ｉ）に記載のクリーニング装置において、前記エッジ部が、前記発泡セルによる微細な三次元凹凸構造を有し、前記像担持体の表面に対して不連続な当接面を形成することを特徴とするクリーニング装置。

（ｉｉｉ） 前記（ｉ）に記載のクリーニング装置において、前記弾性発泡体のAsker-C硬度が、15°以上80°以下であることを特徴とするクリーニング装置。

（ｉｖ） 前記（ｉｉｉ）に記載のクリーニング装置において、前記弾性発泡体のAsker-C硬度が、35°以上80°以下であることを特徴とするクリーニング装置。

（ｖ） 前記（ｉ）に記載のクリーニング装置において、前記弾性発泡体の断面におけるセル部分の面積率が、30％以上85％以下であることを特徴とするクリーニング装置。

（ｖｉ） 前記（ｉ）に記載のクリーニング装置において、前記クリーニング装置が、前記弾性発泡体を前記像担持体に押圧するための補強支持手段をさらに有することを特徴とするクリーニング装置。

（ｖｉｉ） 前記（ｉ）に記載のクリーニング装置において、前記弾性発泡体が、添加剤としてカーボンナノチューブおよびフラーレンからなる群から選択された少なくとも１種を含有することを特徴とするクリーニング装置。

（ｖｉｉｉ） 前記（ｉ）に記載のクリーニング装置において、前記クリーニング装置が、除電機能または帯電機能を備えてなることを特徴とするクリーニング装置。

（ｉｘ） 前記（ｉｉ）に記載のクリーニング装置において、前記弾性発泡体が、亜臨界または超臨界の流体中に液状ゴムを導入した後、前記亜臨界または超臨界の流体を前記液状ゴムから放出させる工程を経て作製されたものであることを特徴とするクリーニング装置。

（ｘ） 前記（ｉｘ）に記載のクリーニング装置において、前記亜臨界または超臨界の流体は二酸化炭素であることを特徴とするクリーニング装置。

（ｘｉ） 前記（ｉ）に記載のクリーニング装置において、前記弾性発泡体の裏側に前記弾性発泡体よりも硬度の高い材料を積層したことを特徴とするクリーニング装置。

また、本発明に係る画像形成装置は、以下の構成を有する。
（ｘｉｉ） 像担持体上に静電潜像を形成する像形成手段と、
前記像形成手段により形成された静電潜像をトナーにより現像してトナー像とする現像手段と、
前記現像手段により現像されたトナー像を被転写材に転写する転写手段と、
前記像担持体の表面に当接して配置され、転写後の像担持体の表面に残留したトナーを掻き落とすクリーニング手段と、
を具備する画像形成装置において、
前記クリーニング手段が、前記（ｉ）に記載のクリーニング装置からなることを特徴とする画像形成装置。

以上に詳述したように本発明によれば、弾性発泡体をブレードクリーニングに採用し、優れたクリーニング性能および耐久性を付与することのできる、クリーニング装置およびそれを用いた画像形成装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明のクリーニング装置の一実施形態を説明するための概略断面図である。

本発明のクリーニング装置１０は、像露光により形成された感光体上の静電潜像をトナーにより現像し、得られたトナー像を被転写材に転写した後、感光体上の残トナーを掻き落とするために用いられる。

このため、本発明のクリーニング装置１０は、ブロック体の形状をなし、これがブレードとして像担持体としての感光体２０の表面と当接し、矢印方向に回転する感光体２０上の残トナーを掻き落とすものである。

本発明のクリーニング装置１０において、感光体２０との当接部は、ブレードのエッジ部１０１である。図１の形態において、クリーニング装置１０は、感光体２０の回転方向の下流側から上流方向に向かって伸びており、エッジ部１０１が感光体２０の回転方向と対向するように当接している。エッジ部１０１は、発泡セルを有する弾性発泡体からなり、本発明では、発泡セルの個数粒度分布値Ｄ１０およびＤ９０が、前記トナーの個数粒度分布値Ｄ１０に対し、下記（１）および（２）の条件を満足することを特徴としている。

（１）前記発泡セルの個数粒度分布値Ｄ１０が、前記トナーの個数粒度分布値Ｄ１０の１／４倍以上である。

（２）前記発泡セルの個数粒度分布値Ｄ９０が、前記トナーの個数粒度分布値Ｄ１０の５０倍以下である。

上記（１）および（２）の条件を満足しない場合は、クリーニング性能や耐久性の向上が得られない。

好ましくは、（１）前記発泡セルの個数粒度分布値Ｄ１０が、前記トナーの個数粒度分布値Ｄ１０の１／２倍以上１０倍以下であり、（２）前記発泡セルの個数粒度分布値Ｄ９０が、前記トナーの個数粒度分布値Ｄ１０の２倍以上２０倍以下である。

上記の条件を満たした本発明のクリーニング装置１０は、エッジ部１０１が発泡セルによる微細な三次元凹凸構造を有し、感光体２０の表面に対して不連続な当接面を形成している。これにより、小粒径化したトナー等の微粒子に対しても十分なクリーニング作用を発揮できる。更にエッジ部１０１が磨耗しても次々新規な発泡セルが露出するので、長期間にわたりクリーニング効果が低下しない。特にトナー等の微粒子が球形であっても発泡セルが確実に捕捉し、球形微粒子がすり抜けることが出来ないため、従来のようなクリーニング不良は皆無となる。

上記（１）および（２）の条件の数値限定の意味合いについて、以下に説明する。発泡セル径が小さすぎると、セルがナイフエッジとして働かずに、通常の、セルのないブレードと同じものになってしまう。すなわち、トナーがエッジ部で容易に転がってしまい、特に小粒径のトナーがブレードをすり抜けてしまう。発泡セル径の適正範囲は、トナーの粒径と相関があり、発泡セルの個数粒度分布値Ｄ１０は、トナーの個数粒度分布値Ｄ１０の１／４倍以上であることが必要である。すなわち、発泡セルの個数粒度分布値Ｄ１０が、トナーの個数粒度分布値Ｄ１０の１／４倍未満であると、発泡セル径が小さすぎることになり、上記のように、セルがナイフエッジとして働かずに、トナーがエッジ部で容易に転がってしまい、特に小粒径のトナーがブレードをすり抜けてしまう。

また、発泡セルは大きければよいというわけではなく、発泡セルの個数粒度分布値Ｄ９０は、トナーの個数粒度分布値Ｄ１０の５０倍以下であることが必要である。発泡セルの径がこの範囲よりも大きくなると、エッジ部において、セルのあるところとないところとでの感光体表面に対する圧力差が大きくなりすぎること、およびエッジ部においてひとつのセルしかナイフエッジの役目を果たすことができず、セルの角度によっては最適なナイフエッジ状態が得られなくなること、により、クリーニングマージンが著しく低下してしまう。なお、クリーニング性能は、発泡セル径の分布がよりシャープなものほど優れる。

上記（１）および（２）の条件を満足する発泡セルを有する弾性発泡体は、超臨界流体技術を用いて作成することが可能である。

本発明における弾性発泡体は、亜臨界または超臨界の流体中に液状ゴムを導入した後、前記亜臨界または超臨界の流体を前記液状ゴムから放出させる工程を経て作製され得る。

本発明における超臨界流体もしくは亜臨界流体としては、例えば、超臨界状態もしくは亜臨界状態にある二酸化炭素、窒素、エタン、エチレン等があげられる。本発明における液状ゴムとは、原料ゴムを室温（１５〜３０℃）での形状で分類した場合に、液状であって流動性のあるものをいう。

上記液状ゴムとしては、例えば、液状ウレタンゴム、液状シリコーンゴム、液状イソブチレンゴム、液状イソプレンゴム、液状ポリブタジエンゴム、液状ポリアルキレンオキサイド、水添イソプレン等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。また、上記液状ゴムとしては、ウレタン反応またはヒドロシリル反応により架橋するものが好ましい。

上記液状ウレタンゴムとは、液状で成形して架橋できる原料ゴムをいい、液状成形法としては、プレポリマー法とワンショット法とがあげられる。上記プレポリマー法は、ポリエーテルポリオールまたはポリエステルポリオールと、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）やジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）等のジイソシアネート化合物との反応により、分子末端をＮＣＯまたはＯＨにしたものである。そして、上記ＮＣＯ末端のものは、水、グリコール、ジアミン類等の鎖延長剤を加えて高分子量化と架橋が行われ、ＴＤＩ系には芳香族ジアミンが、ＭＤＩ系には１，４−ブタンジオールとトリメチロールプロパン（ＴＭＰ）との混合物が用いられる。また、上記ワンショット法は、原料を一段的に混合して注型する方法である。

上記液状シリコーンゴムは、重合度１，０００〜２００，０００のジオルガノポリシロキサンが主成分であり、側鎖の種類により、ジメチルシリコーン、メチルビニルシリコーン、メチルフェニルシリコーン、フロロシリコーン等に分類される。上記液状シリコーンゴムには一液型と二液型とがあり、硬化させる温度により、室温硬化型（ＲＴＶ）と加熱硬化型（高温：ＨＴＶ、低温：ＬＴＶ）に、また硬化反応機構によって縮合型と付加型とに分類することができる。また、架橋させるための官能基として、ビニル基等のアルケニル基を持ったものや、水酸基、アンモニウム基、エポキシ基を持ったものが用いられる。

上記液状ゴムの数平均分子量（Ｍｎ）は１，０００〜２００，０００の範囲が好ましく、特に好ましくは２，０００〜５０，０００の範囲である。

上記液状ゴムを架橋させるためには、液状ゴムの他に、架橋剤（硬化剤）、触媒、加硫促進剤、加硫助剤、発泡剤、発泡助剤等が必要に応じて用いられる。また、導電性付与のため、導電剤等を配合してもよい。

上記架橋剤（硬化剤）としては、上記液状ゴムの種類に応じて最適のものが用いられる。例えば、上記液状シリコーンゴム用硬化剤としては、ヒドロシリル硬化剤や、ビニル基への付加反応や水酸基の脱水反応や縮合反応を促進する有機過酸化物があげられる。

上記触媒としては、架橋反応に対し触媒機能を発揮できるものであれば特に限定はないが、付加反応にはヒドロシリル化触媒が好適に用いられる。このようなヒドロシリル化触媒としては、例えば、塩化白金酸、塩化白金酸とアルコール，アルデヒド，ケトン等との錯体、白金／ビニルシロキサン錯体、白金／オレフィン錯体、白金／ホスファイト錯体、白金，アルミナ，シリカ，カーボンブラック等の担体に固体白金を担持させたもの等の他、パラジウム化合物、ロジウム化合物、イリジウム化合物、ルテニウム化合物等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。

なお、上記水酸基やアンモニウム基やエポキシ基への架橋反応の触媒としては、上記ヒドロシリル化触媒以外に、錫系化合物、アミノ基含有化合物、金属脂肪酸塩（Ｐｂ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｚｒ、Ｃｏ等）等を用いても差し支えない。上記錫系化合物としては、例えば、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジアセテート等があげられる。また、上記アミノ基含有化合物としては、例えば、トリエチレンジアミン（ＴＥＤＡ）等がある。

上記加硫促進剤としては、例えば、チウラム系、チアゾール系等の加硫促進剤が好適に用いられる。上記加硫助剤としては、例えば、ＺｎＯ（酸化亜鉛２種）等がある。

上記発泡剤としては、例えば、アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）、アゾカルボンアミド、Ｎ，Ｎ′−ジニトロペンタメチレンテトラミン（ＤＰＴ）、炭酸水素カリウム、尿素、４，４′−オキシビス（ベンゼンスルホニルヒドラジド）等があげられる。なお、本発明においては、発泡剤を補助的に用いてもよい。

上記発泡助剤としては、例えば、尿素系発泡助剤、金属酸化物系発泡助剤、金属石鹸系発泡助剤、サリチル酸系発泡助剤等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられ、上記発泡剤の種類に応じて最適なものが選択される。上記金属酸化物系発泡助剤としては、例えば、酸化亜鉛（II）等があげられる。上記金属石鹸系発泡助剤としては、例えば、ステアリン酸カルシウム等があげられる。上記サリチル酸系発泡助剤としては、例えば、サリチル酸があげられる。

上記導電剤としては、例えば、カーボンブラック（アセチレンブラック等）、グラファイト、チタン酸カリウム、酸化鉄、導電性酸化チタン、導電性酸化亜鉛、導電性酸化インジウム、イオン導電剤（第四級アンモニウム塩、ホウ酸塩、界面活性剤等）等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。

また、本発明における弾性発泡体は、カーボンナノチューブやフラーレン類を添加してもよい。フラーレンは、磨耗性を向上させる効果があり、適量添加することにより、弾性体自体の耐久性を向上させることができる。またカーボンナノチューブは、通常のカーボンブラックよりも少量の添加で、高い導電性を得ることができるため、例えば感光体やベルト等の除電や帯電装置を兼ねたブレードに適用する場合は、非常に有効な添加剤となる。

カーボンナノチューブは公知のものを使用でき、直径は１ｎｍ〜５００ｎｍ、長さが１０ｎｍ〜５００μｍのものが使用できる。フラーレンについては粒径が、１ｎｍ〜１μｍのものが使用可能である。フラーレンの添加量は、液状ゴムに対し、０．３〜３０質量％が好ましい。カーボンナノチューブの添加量は、液状ゴムに対し、０．３〜３０質量％が好ましい。

本発明の弾性発泡体は、上記各材料を用いて、例えば、つぎのようにして作製することができる。すなわち、まず、上記液状ゴム、必要に応じて架橋剤（硬化剤）、導電剤、カーボンナノチューブ、フラーレン等を配合して発泡体材料（液体状）を調製し、これを所定の形状で高圧チャンバ内に保持する。ついで、超臨界状態または亜臨界状態にある二酸化炭素等の超臨界流体または亜臨界流体を、高圧チャンバ内に保持した発泡体材料に接触させ、液状ゴム中に超臨界流体または亜臨界流体を浸透溶解させて含浸させる。つぎに、上記高圧チャンバ内の圧力を所定の範囲にまで下げて、液体ゴム中に含浸した超臨界流体または亜臨界流体を放出させ、その作用により発泡させる。そして、これを高圧チャンバから取り出して成形し、例えば架橋することにより、目的とする弾性発泡体を得ることができる。

なお、上記（１）および（２）の条件を満足する発泡セルを有する弾性発泡体は、上記の発泡条件、例えば高圧チャンバ内の圧力条件、発泡温度、発泡時間、架橋温度、架橋時間等を適宜選定することにより得られる。このようにして液状ゴムを発泡させる場合、固体ゴムに比べて液状ゴムは柔軟性を有することから、セルが均一に分布形成されやすいという利点がある。また、固体ゴムに比べ、成形等の圧力も少なくてすむことから、加圧にもとづく残留歪みが少なく、高精度の弾性発泡体を得ることができる。なお、本発明においては、超臨界流体または亜臨界流体の放出による発泡と同時に架橋を行ってもよい。

本発明における弾性発泡体のAsker-C硬度は、15°以上80°以下であるのが好ましい。さらに好ましくは、35°以上80°以下である。Asker-C硬度が15°未満であると、弾性発泡体がやわらかすぎて、エッジ部を感光体の回転方向と対向するように当接させても、トナーをクリーニングするだけの圧力をかけにくい。仮に弾性発泡体の当接圧を強くしてもエッジ部がつぶれてしまうことがある。また、Asker-C硬度が80°を超えると、エッジ部においてセルがつぶれないため、セルが大きいとトナーがすり抜けてしまい、クリーニング不良が発生してしまうことがある。当接圧は、０．０５〜２０ｋｇ/ｃｍ²が好ましい。

また、感光体とエッジ部の当接幅であるニップ幅（図１における符号Ｎ）は、０．２〜５ｍｍが好ましい。上記のようにニップ幅を設定することにより、小粒径のトナーが発泡セルをすり抜けたとしても、ニップ幅方向に存在する別の発泡セルがこの小粒径のトナーを補足する可能性が極めて高くなる。

また、本発明における弾性発泡体弾性発泡体の断面におけるセル部分の面積率は、30％以上85％以下であることが好ましい。さらに好ましくは40％以上70％以下である。この面積率の範囲内において、クリーニング性能がさらに良好となる。

このようにして作成された弾性発泡体は、遠心成型、押し出し成型、形成型等を適宜利用して、所望のサイズのブレード状（たとえば厚さ3mm、幅330mm、長さ12mm）に加工して、本発明のクリーニング装置とすることができる。本発明のクリーニング装置は、弾性発泡体を感光体に押圧するための補強支持手段をさらに有するのが好ましい。

図２は、補強支持手段を有する本発明のクリーニング装置を説明するための斜視図である。図２に示したように、本発明のクリーニング装置１０’は、弾性発泡体１１を感光体２０に押圧するための補強支持手段をさらに有する。図２の形態では、補強支持手段は板金３０である。図２の形態において、弾性発泡体１１と板金３０との接着幅は5mm、すなわち突き出し長は7mmとした。実際の画像形成装置において、本発明のクリーニング装置は、例えば図３に示すように使用され得る。

図３において、画像形成装置１は、クリーニング手段として本発明のクリーニング装置１０’を装着し、感光体２０上の残トナーが掻き落とされる。本発明のクリーニング装置１０’は、バネ１２により一定の圧力で弾性発泡体１１のエッジ部が感光体２０の表面に当接される。掻き落とされた残トナーは、残トナー回収ボックス１３内に回収され、オーガ１４により、図示しない廃トナーボックスに送られる。

図４は、本発明の画像形成装置の一例をさらに詳しく説明するための概略図である。図４において、画像形成装置１は、図３で説明したようにクリーニング手段として本発明のクリーニング装置１０’を装着し、クリーニング手段は、感光体２０上の残トナーを掻き落とし、掻き落とされた残トナーは、残トナー回収ボックス１３内に回収され、オーガ１４により、廃トナーボックス１５に送られる。矢印方向に回転する感光体２０は、帯電手段２１によって帯電し、露光手段２２により感光体上に静電潜像が形成される。続いて、現像器２３によって、静電潜像をトナーにより現像し、トナー像を形成し、このトナー像を被転写材２４に転写する。転写には、ニップロール２５が用いられ、被転写材２４を一定の圧力で感光体２０に押圧することにより、トナー像を被転写材２４に転写することができる。

図５は、本発明のクリーニング装置を備えたタンデム型カラー画像形成装置の一例を説明するための概略図である。図５において、タンデム型カラー画像形成装置２は、イエロー現像ユニット４１、マゼンタ現像ユニット４２、シアン現像ユニット４３、ブラック現像ユニット４４を備える。各現像ユニットは、図４で説明した帯電手段２１、露光手段２２、現像器２３、本発明のクリーニング装置１０’を備えて構成されている。

また、各現像ユニットは、転写のためのニップロール２５をそれぞれ有する。図示しない被転写材は、回転ローラ４５，４６の回転により、無端ベルト４７上を移動する。被転写材は、イエロー現像ユニット４１、マゼンタ現像ユニット４２、シアン現像ユニット４３、ブラック現像ユニット４４によってそれぞれの画像が転写され、カラー画像が形成される。回転ローラ４６には、ベルトクリーナ手段４８が設けられ無端ベルト４７の表面をクリーニングする。なお、本発明のクリーニング装置に、さらに、除電機能または帯電機能を付与すれば、画像形成装置の簡略化および小型化が達成され、好ましい。

（実施例）
以下のような材料により、弾性発泡体からなるクリーニングブレードを作成した。

●［サンプルA１〜A10］
ポリプロピレングリコール（ＰＰＧ）ポリオール（日本ポリウレタン社製、ＯＨ価１３１ｍｇＫＯＨ／ｇ、粘度：７９０ｍＰａ・ｓ／２５℃）１００重量部（以下「部」と略す）、カーボンブラック（電気化学工業社製、デンカブラックＨＳ１００）８部、カーボンナノチューブを２部、イソシアネート（日本ポリウレタン社製、コロネート１４０７）４０部からなる組成物に、ＲＩＭ（リアクション・インジェクション・モールディング）成形機内で１０ＭＰａ×５０℃でＣＯ₂ を含浸させ、混合後、圧力（0.5〜5ＭＰａ）、温度（100〜150℃）、時間（10〜50分）を制御、さらに架橋温度（100〜200℃）と時間（15〜50分）を制御して、弾性発泡体を作製し、発泡セル径と硬度を調節した。そして図２に示したようなクリーニング装置を作成した。

●［サンプルB１〜B13］
液状ＥＰＤＭ（ユニロイヤル社製、ＴＲＩＬＥＮＥ６６、粘度：３５００Ｐａ・ｓ／２５℃）１００部、ステアリン酸（淡南化学社製）１部、架橋助剤（白水化学社製、亜鉛華一号）５部、カーボンブラック（電気化学工業社製、デンカブラックＨＳ１００）８部、フラーレン類２部、加硫促進剤（大内新興化学社製、ノクセラーＤＭ）３部、加硫剤（軽井沢精錬社製、硫黄）１．５部からなる組成物に、混合注型機内で１０ＭＰａ×５０℃でＣＯ₂ を含浸させ、混合後、圧力（0.5〜5ＭＰａ）、温度（100〜150℃）、時間（10〜50分）を制御、さらに架橋温度（100〜200℃）と時間（15〜50分）を制御して、弾性発泡体を作製し、発泡セル径と硬度を調節した。発泡セル径と硬度を調節した。そして図２に示したようなクリーニング装置を作成した。

●［サンプルC1、C2］
固形ウレタン材料（坂井化学社製、ＵＮ２７８）１００部、カーボンブラック（電気化学工業社製、デンカブラックＨＳ１００）１０部、架橋助剤（白水化学社製、亜鉛華一号）５部、加硫剤（軽井沢精錬社製、硫黄）１．５部、架橋促進剤（ＴＳＥ社製、キュラセン）１部、架橋促進剤（住友化学社製、ソクシノールＭＰ）２部、架橋促進剤（大内新興化学工業社製、ノクセラーＢＺ）１部、発泡剤であるＤＰＴ（三協化成社製、セルマイクＡ）４〜８部、尿素系発泡助剤（三協化成社製、セルトンＮ）４〜８部を混練した後、温度120〜180℃、常圧。20〜50分の条件下で発泡、架橋を行い、発泡セル径と硬度を調節した。そして図２に示したようなクリーニング装置を作成した。

このようにして得られたサンプル25種類について、硬度をアスカーＣ硬度計（高分子計器社製）を用いて測定した。さらに、カッターにより切断した後に、キーエンス社製マイクロスコープ（VHX500）を用いて弾性発泡体の断面写真を撮り、ニレコ社製ルーゼックスにより、セルの個数粒径分布値（D50、D90）を求めた。

D10とは、全体個数の小さいほうから数えて10%目の径であり、D50とはメディアン径とも言われ、累積50％における径（全体を２つに分けたときの境になる径）、さらにD90は累積90%における径を示すものである。

またそのときの断面におけるセル部分の全体に対する面積比（％）を発泡率として、上記同じ測定器にて測定した（後述の表２を参照）。

試験に使用するトナーは以下のものを用いた。

試験用のトナーは、ポリエステルトナーを粉砕法により作成し、分級によりトナー径、および粒径分布を調節した。粒径は、日機装マイクロトラック粒度分布測定装置 MT3300EXにより個数粒径分布値（D10、D50、D90）を測定した。試験用トナーの個数粒度分布値（D10、D50、D90）を表１に示す。

以上のような試料を組み合わせて、クリーニング性能の試験を行った。試験は、図４に示す画像形成装置を用いた。クリーニング性能の試験方法は、積算印字枚数が１０００枚以下の初期状態において、A4サイズの紙に印字率100％のベタパターンを印字し、それを連続３枚印字した直後に印字率０％の白紙を通紙して、紙の汚れの状態を確認した。その際にまったく汚れが発生していないものは○、若干地汚れがあるように見えるが、ほぼ問題ないものを△、汚れが発生しているものを×とした。

さらに、前記初期状態において、A4サイズの紙に印字率100％のベタパターンを印字し、それを連続３枚印字した直後に、クリーニング工程が完了した後の感光体上を、メンディングテープにてテーピングして、クリーニング不良が発生しているかどうかを確認した。クリーニング不良については、反射率差（％）にて評価した。反射率差（％）は、感光体から剥がしたメンディングテープを白紙に貼り付け、そのときの反射率を測定（R1）し、さらに感光体に貼り付けていないメンディングテープも同様に白紙に貼り付けて反射率を測定(R2)し、反射率差＝（１−（R1/R2））×100%と定義した。すなわち０％であれば、完全にクリーニングされており、100％であればまったくクリーニングされていないことになる。ここで反射率差は小さいほどよいが、概ね３％以下であれば画像上に悪影響はない。

さらにまた、印字率６％の文字チャートを30,000枚印字し、その後、環境条件を温度10℃相対湿度20％として８時間放置した後に、印字率100％のベタパターンを印字し、それを連続３枚印字し、上記と同様に紙の汚れおよび反射率差を測定した。

結果を表２に示す。

図６は、クリーニングブレードの発泡セルの個数粒度分布値Ｄ９０およびトナーの個数粒度分布値Ｄ１０と、初期状態のクリーニング性能との関係を示す図である。トナーAでは、概ね発泡セルのＤ９０が125μｍ以下の領域においてクリーニングが良好であり、トナーB，Cでは、発泡セルのＤ９０が175μｍ以下であれば良好なクリーニング性能が得られている。これはすなわち、発泡セルのＤ９０がトナーのＤ１０のおよそ50倍の値に相当しており、トナーの他の値（D50、D90）との相関は特に見られない。ここで、超臨界流体を用いる手法によらずに作成したクリーニングブレードである試料C1，C2では、発泡セルのＤ９０を小さくすることができず、結局、最小でも190μｍになってしまった。このクリーニングブレードを用いて同様な試験を実施したところ、発泡セルのＤ９０が大きすぎて初期状態から良好なクリーニングができない結果となった。これは、超臨界流体を用いない発泡手法では、発泡セルのＤ１０を見てもわかるように、発泡セル径の分布が超臨界流体を用いる手法に比べてブロードであり、その結果、クリーニングブレードのエッジ部においてより均一な圧力分布が得られにくくなり、クリーニング条件のマージンが狭くなっているものと考えられる。これに対して、試料A1〜A9では超臨界流体を用いる発泡手法であるので、発泡セル径が均一に制御されている。このため、試料C1，C2に比べて良好なクリーニング性能が得られている。

図７は、クリーニングブレードの硬度と、初期状態のクリーニング性能との関係を示す図である。トナーA，B，Cによらず、クリーニングブレードの硬度が15〜80°の範囲において良好な特性が得られていることがわかる。なお図７では、本発明の上記（１）および（２）の条件を満足しない発泡セルについてはプロットしていない。

図８は、クリーニングブレードの発泡セルの個数粒度分布値Ｄ１０およびトナーの個数粒度分布値Ｄ１０と、30,000枚印字後かつ温度10℃相対湿度20％で８時間放置した後のクリーニング性能との関係を示す図である。図８から、発泡セルのＤ１０が小さすぎると良好なクリーニング性能が得られないことが分かる。これについても両者には相関があり、概ねトナーのＤ１０×（１／４）よりも、発泡セルのＤ１０が大きいことが必要となる。これについては、上述のような理由が考えられ、微粒子トナーが転がりにくくなる発泡セルのＤ１０が、およそこの範囲になると推測される。

また図９は、クリーニングブレードのセル部分の面積率と、30,000枚印字後かつ温度10℃相対湿度20％で８時間放置した後のクリーニング性能との関係を示す図である。図９から、概ね、セル部分の面積率が30〜85％であれば、良好なクリーニング性能が得られることがわかる。なお図９では、本発明の上記（１）および（２）の条件を満足しない発泡セルについてはプロットしていない。

次に、上記で得られたクリーニングブレードA5について、高温多湿環境（温度30℃相対湿度85%）において、10000枚の連続通紙を実施したところ、ブレード全体がめくれてしまった。そこで、クリーニングブレードの裏側から、図１０に示すように、ウレタン樹脂からなる裏打ち材２００を貼り合わせ（厚さは１ｍｍまたは１．５ｍｍ）、ブレード全体がめくれにくい構成とした。弾性発泡体１１の裏側に前記弾性発泡体よりも硬度の高い材料を積層することにより、上記のようなブレードのめくれを防止することができ、好ましい。

貼り合わせるウレタン樹脂は、発泡体ではなく、通常のブレードクリーナに用いられるウレタンゴムを用いることができる。ここでは硬度（Asker-C）50°のウレタンゴムブレードを用いて、接着剤により弾性発泡体に貼り合わせた。得られた積層体からなるクリーニングブレードを用い、前記と同様の評価を行った。結果を表３に示す。発泡弾性体１１に裏打ち材を積層することにより、高温多湿環境下での10000枚の印字作業であっても問題なくクリーニングすることができるようになった。

また、発泡弾性体に裏打ち材を積層せずに、クリーニングブレードの硬度を変更し、高温多湿環境下での10000枚の印字作業を行った結果も合わせて表３に示す。

ブレード試料は、B2〜B6をそのまま使用した。その結果、硬度が30°以下では高温多湿環境にてめくれが発生してしまったが、硬度が35°以上であればめくれが発生せず、裏打ち材がなくても使用できることがわかる。

また、上記実施例において、カーボンナノチューブの添加量を増加させ、クリーニングブレードに感光体の除電機能を付与させ、前記と同様の評価を行った。結果を合わせて表３に示す。（１）公知の除電機能付クリーニングブレードのように、カーボンブラックを大幅に増量させ（添加量＝１５部）、ブレードの抵抗値を10⁶〜10⁹Ω・cm（体積抵抗率を三菱油化製ハイレスタ HR100プローブ 500vにて測定）にしたもの、（２）カーボンブラックの添加量を変更せずに、カーボンナノチューブの添加量を増加させて（添加量＝８部）、前記と同じブレードの抵抗値に調整したもの、および、（３）カーボンナノチューブの添加量を前記（２）と同じとし、カーボンブラックの添加量を減少させ（添加量＝２部）、その減少分をフラーレンの添加により補い、前記と同じブレードの抵抗値に調整したもの、を比較した。

その結果、前記（１）の除電ブレードでは、印字作業30000枚に至らずに、ブレードに大きなかけが発生してしまい、クリーニング不良が発生してしまった。前記（２）の除電ブレードでは、印字作業30000枚後も良好なクリーニング性が維持できた。これは同じ導電性を出すために必要な量が、カーボンナノチューブではカーボンブラックに比べて1/6〜1/4ですむために、必要以上に添加してブレードを脆くしてしまうことがないので、かけが発生しにくいからと思われる。

また、前記（３）の除電ブレードでは、印字作業30000枚後、さらに30000枚の印字作業を行っても、耐摩耗性が向上し、クリーニング不良が発生しなかった。これに対し、前記（２）の除電ブレードでは、同条件で磨耗によりクリーニング不良が発生した。なお、フラーレンの摩耗性向上効果は、除電ブレードに限るものではない。本実施例では、導電性ブレードとして除電ブレードを例にあげたが、もちろん感光体やベルト等を帯電させるブレードにおいても同様の効果が奏されることは言うまでもない。

本発明を特定の態様により詳細に説明したが、本発明の精神および範囲を逸脱しないかぎり、様々な変更および改質がなされ得ることは、当業者には自明であろう。

本発明のクリーニング装置の一実施形態を説明するための概略断面図である。 補強支持手段を有する本発明のクリーニング装置を説明するための斜視図である。 実際の画像形成装置における本発明のクリーニング装置の使用形態の一例を説明するための図である。 本発明の画像形成装置の一例をさらに詳しく説明するための概略図である。 本発明のクリーニング装置を備えたタンデム型カラー画像形成装置の一例を説明するための概略図である。 クリーニングブレードの発泡セルの個数粒度分布値Ｄ９０およびトナーの個数粒度分布値Ｄ１０と、初期状態のクリーニング性能との関係を示す図である。 クリーニングブレードの硬度と、初期状態のクリーニング性能との関係を示す図である。 クリーニングブレードの発泡セルの個数粒度分布値Ｄ１０およびトナーの個数粒度分布値Ｄ１０と、30,000枚印字後かつ温度10℃相対湿度20％で８時間放置した後のクリーニング性能との関係を示す図である。 クリーニングブレードのセル部分の面積率と、30,000枚印字後かつ温度10℃相対湿度20％で８時間放置した後のクリーニング性能との関係を示す図である。 弾性発泡体の裏側に前記弾性発泡体よりも硬度の高い裏打ち材を貼り合わせた形態を説明するための図である。

符号の説明

１０ クリーニング装置、２０ 感光体、３０ 板金、１０１ エッジ部、１１ 弾性発泡体、１２ バネ、１３ 残トナー回収ボックス、１４ オーガ、１５ 廃トナーボックス。

Claims (12)

1. 像担持体の表面に当接して配置され、前記像担持体の表面に残留したトナーを掻き落とすクリーニング装置において、
   前記クリーニング装置は、前記像担持体の表面と当接するエッジ部を有し、
   前記エッジ部は、発泡セルを有する弾性発泡体からなり、
   前記発泡セルの個数粒度分布値Ｄ１０およびＤ９０が、前記トナーの個数粒度分布値Ｄ１０に対し、下記（１）および（２）の条件を満足することを特徴とするクリーニング装置。
   （１）前記発泡セルの個数粒度分布値Ｄ１０が、前記トナーの個数粒度分布値Ｄ１０の１／４倍以上である。
   （２）前記発泡セルの個数粒度分布値Ｄ９０が、前記トナーの個数粒度分布値Ｄ１０の５０倍以下である。
2. 請求項１に記載のクリーニング装置において、
   前記エッジ部が、前記発泡セルによる微細な三次元凹凸構造を有し、前記像担持体の表面に対して不連続な当接面を形成することを特徴とするクリーニング装置。
3. 請求項１に記載のクリーニング装置において、
   前記弾性発泡体のＡｓｋｅｒ−Ｃ硬度が、１５°以上８０°以下であることを特徴とするクリーニング装置。
4. 請求項３に記載のクリーニング装置において、
   前記弾性発泡体のＡｓｋｅｒ−Ｃ硬度が、３５°以上８０°以下であることを特徴とするクリーニング装置。
5. 請求項１に記載のクリーニング装置において、
   前記弾性発泡体の断面におけるセル部分の面積率が、３０％以上８５％以下であることを特徴とするクリーニング装置。
6. 請求項１に記載のクリーニング装置において、
   前記クリーニング装置が、前記弾性発泡体を前記像担持体に押圧するための補強支持手段をさらに有することを特徴とするクリーニング装置。
7. 請求項１に記載のクリーニング装置において、
   前記弾性発泡体が、添加剤としてカーボンナノチューブおよびフラーレンからなる群から選択された少なくとも１種を含有することを特徴とするクリーニング装置。
8. 請求項１に記載のクリーニング装置において、
   前記クリーニング装置が、除電機能または帯電機能を備えてなることを特徴とするクリーニング装置。
9. 請求項２に記載のクリーニング装置において、
   前記弾性発泡体が、亜臨界または超臨界の流体中に液状ゴムを導入した後、前記亜臨界または超臨界の流体を前記液状ゴムから放出させる工程を経て作製されたものであることを特徴とするクリーニング装置。
10. 請求項９に記載のクリーニング装置において、
    前記亜臨界または超臨界の流体は二酸化炭素であることを特徴とするクリーニング装置。
11. 請求項１に記載のクリーニング装置において、
    前記弾性発泡体の裏側に前記弾性発泡体よりも硬度の高い材料を積層したことを特徴とするクリーニング装置。
12. 像担持体上に静電潜像を形成する像形成手段と、
    前記像形成手段により形成された静電潜像をトナーにより現像してトナー像とする現像手段と、
    前記現像手段により現像されたトナー像を被転写材に転写する転写手段と、
    前記像担持体の表面に当接して配置され、転写後の像担持体の表面に残留したトナーを掻き落とすクリーニング手段と、
    を具備する画像形成装置において、
    前記クリーニング手段が、請求項１に記載のクリーニング装置からなることを特徴とする画像形成装置。

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