JP5639491B2 - クリーニングブレード及びクリーニングブレードの製造方法、並びにトナー規制ブレード - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置における残存トナーを除去するクリーニングブレード及びクリーニングブレードの製造方法、並びにトナー量を規制するトナー規制ブレードに関する。

電子写真方式の画像形成装置においては、静電潜像担持体の表面を帯電させ、その帯電域を画像情報に応じて露光することで静電潜像を形成し、静電潜像にトナーを付着させて現像し、記録紙へ転写することによって画像を形成する。このような画像形成方法には、現像剤としてキャリアを用いずトナーだけを用いる方法があり、一成分現像方式と呼ばれる。

一成分現像方式においては、現像ローラに対して圧接されたトナー規制ブレードにより、現像ローラ上のトナー量が規制される。また、画像形成後に静電潜像担持体に残った残留トナーは、クリーニングブレードによって取り除かれる。

特許文献１には、図９に示すように、損失係数が０.１以上であるシート状のゴム状弾性体８２１の表面に、耐摩耗性の弾性コーティング層８２２を設けたクリーニングブレード８２０が開示されている。そして、弾性コーティング層８２２の厚さは５μｍ以上あれば耐摩耗性、耐加水分解性、耐オゾン性、低歪み性、耐トナー性、表面平滑性等の特性が得られるが、均一な厚みの弾性コーティングの量産安定性と裁断におけるエッジ部分の形成を考慮すると５〜１００μｍの範囲が好ましいと記載されている。また、コーティング材としては、液状タイプまたは溶剤で希釈したポリウレタンエラストマーからなる弾性コーティング材を塗装または刷毛塗り等により塗布することが開示されている。

特許文献２には、図１０に示すように、摩擦帯電性能が時間経過により低下しないトナー規制部材として、弾性体ブレード９１２を幅方向に自由端を形成して高剛性支持体９１６に接合し、前記弾性体ブレード９１２の自由端Ｆの長さ方向に摩擦帯電剤層９１４を形成したトナー規制部材９１０が開示されている。さらに、摩擦帯電剤層の形成方法は、摩擦帯電剤層形成材料を塗料として塗装、乾燥することにより形成することが好ましく、摩擦帯電剤層の厚さは、１μｍ未満の場合には均一な皮膜形成が難しく帯電性能が安定しなくなり、２０μｍを超えるとクラックの発生やさらには摩擦帯電剤層の剥落が問題となる場合があるため、摩擦帯電剤層の厚さは、１〜２０μｍであることが好ましいことが開示されている。

特開２００１−２６５１８６号公報（平成１３年９月２８日 公開） 特開２００４−１８４６２３号公報（平成１６年７月２日 公開）

しかしながら、特許文献１記載のコーティング層や、特許文献２記載の摩擦帯電剤層は、薄く均一な層をブレード表面に形成することが困難で、層が厚いために亀裂が発生し易いという問題があった。また、特許文献１、２等に記載の塗布や塗装による層形成方法は、塗布層形成後、数時間から数日乾燥させる工程が必要になるという問題もあった。

そこで、本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、薄く均一で亀裂等が発生しにくい層を有するブレード、及び該ブレードを短時間で形成する製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係るクリーニングブレードは、現像剤像が記録媒体に転写された後の静電潜像担持体に残留する現像剤を、前記静電潜像担持体に圧接して除去するクリーニングブレードであって、該クリーニングブレードは、前記静電潜像担持体に圧接する面に珪素酸化炎処理によって得られた、珪素酸化物を含む微粒子の層を備え、該微粒子の大きさは０．０１μｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする。

さらに、前記クリーニングブレードは、金属からなるホルダーと、前記ホルダーと密着したブレード基板を備えることを特徴とする。

また、本発明に係るトナー規制ブレードは、トナー担持体に当接して、該トナー担持体上にトナー層を形成するトナー規制ブレードであって、トナー層に当接する面に珪素酸化炎処理によって得られた、珪素酸化物を含む微粒子の層を備え、前記微粒子の大きさは０．０１μｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする。

本発明によれば、薄く均一な層が短時間で形成可能で、亀裂等が発生しにくい層を有するクリーニングブレード、及びクリーニングブレードの製造方法、並びにトナー規制ブレードを提供することができる。

実施形態１におけるクリーニングユニットの概略構成図である。 実施形態１に係るクリーニングブレードの静電潜像担持体に対する当接状態を示す図である。 実施形態１に係るクリーニングブレードの概略図である。 珪素酸化炎処理の方法を示した概略図である。 実施形態２に係るクリーニングブレードと周辺部を表した概略図である。 実施形態３における現像ユニットの概略図である。 実施形態３に係るトナー規制ブレードと周辺の概略図である。 実施形態３の珪素酸化炎処理層を電子顕微鏡で観察した画像である。 従来技術に係るクリーニングブレードを表した図である。 従来技術に係るトナー規制部材を表した図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を詳細に説明する。

〔実施形態１〕
（クリーニングユニットの構成）
図１は、本発明の一実施形態におけるクリーニングユニットの概略構成図である。クリーニングユニット１０は、静電潜像担持体５に隣接して、トナー回収部１１と、ブレード支持部材１２と、クリーニングブレード１３と、開口部１４とを備える。トナー回収部１１は、静電潜像担持体５の表面から除去される残留トナーなどの付着物を収容する。静電潜像担持体５に近接した位置に開口部１４が形成される。クリーニングブレード１３は、ブレード支持部材１２を介してトナー回収部１１に装着され、静電潜像担持体５の表面に当接するように設けられ、残留トナーや紙粉などの付着物を掻き取る。開口部１４に近接したトナー回収部１１の上縁部分にブレード支持部材１２が設けられる。

（クリーニングブレードの構成）
図２は、クリーニングブレード１３の静電潜像担持体５に対する当接状態を示す図である。クリーニングブレード１３は、軸方向の一方の端部がブレード支持部材１２に装着され、他方の自由端の端部１３１が、静電潜像担持体５の表面に当接するようにブレード支持部材１２に装着される。クリーニングブレード１３の静電潜像担持体５に対する当接点を通り、静電潜像担持体５の表面に接する接線３２と、クリーニングブレード１３との成す角度を当接角度θとするとき、クリーニングブレード１３は、当接角度θが１０〜４０度になるように、かつ静電潜像担持体５に対する線圧が０．１〜０．５Ｎ／ｃｍの範囲になるように調整して装着される。

静電潜像担持体５の表面に当接するクリーニングブレード１３によって静電潜像担持体５の表面から除去されたトナーや紙粉などの付着物は、トナー回収部１１内に落下し、落下した付着物が、トナー回収部１１の内部に設けられる不図示の残留トナー搬送手段によって排出されるので、残留トナー等がトナー回収部１１に詰まることがない構成となっている。

図３は、本発明の一実施形態に係るクリーニングブレード１３の概略図である。尚、簡単ため、図３においてトナー回収部１１の図示は省略した。クリーニングブレード１３は、平面形状が略長方形の平板であり、ブレード基板１３２と、珪素酸化炎処理層１３３とを有する。

珪素酸化炎処理層１３３は、静電潜像担持体５と当接するブレード基板１３２の一面には少なくとも形成されており、後に詳述する珪素酸化炎処理を行うことで形成する。

ブレード基板１３２は、良好なクリーニング性を得るために、静電潜像担持体５との密着性を確保できる程度の弾性を有するものであればよく、その素材としては特に限定はされないが、例えば、ウレタン樹脂等のゴム素材や、ステンレス鋼、アルミ合金、炭素鋼、制振合金等の金属素材が用いられる。また、静電潜像担持体５の軸線方向と並行に延ぶ長さをブレード基板１３２の幅Ｌとし、ブレード支持部材１２に対する装着部から静電潜像担持体５に向かって延びる方向の長さをブレード基板１３２の長さとする。

（珪素酸化炎処理）
実施形態１に係るクリーニングブレード１３は、珪素酸化炎処理層１３３を備えることを特徴とする。珪素酸化炎処理とは、燃料ガス中にシランガス等を導入した火炎を用いて、固体表面にＳｉＯ_２などの珪素酸化物を主成分とする数１０ｎｍの粒子からなる層を形成する表面処理方法である。

図４は、珪素酸化炎処理の方法を示した概略図である。図４で示すように、まずゴム層３３２を一定速度ｖで移動させながら、その上面にバーナーＣから距離Ｈをとって火炎を照射する。図４中の矢印Ｂは、ゴム層３３２の移動方向を表す。

反応状態は、火炎のシランガスの添加量、火炎と固体表面の距離Ｈ、ゴム層３３２の移動速度ｖなどによって変化させることができ、形成される珪素酸化物の量や粒径などが自由に調整可能である。例えば、シランガスの添加量として０．５〜２．０ｍＬ／ｍｉｎ、火炎（バーナー）と固体表面の距離Ｈとして１０〜５０ｍｍ、試料移動速度ｖとして１０〜３５ｍ／ｍｉｎなどと設定できる。シランガスの添加量と試料移動速度ｖは固体表面における珪素酸化被膜の膜厚や被覆率に影響し、距離Ｈは生成される珪素酸化物微粒子の大きさに影響する。

従来の薄膜形成方法として、通常の蒸着やメッキといった方法も考えられるが、例えば、通常の蒸着では、真空或いは不活性ガスを注入した環境下で蒸着材料を加熱し、気化若しくは昇華して薄膜形成させるため、熱や電気エネルギーが必要となる上、装置が大型化する傾向がある。また、メッキでは、液体中での反応を利用するため、前処理工程が必要となり、コストや時間がかかるデメリットがある。

従来、塗布により形成された層は、少なくとも１μｍ以上の厚さにする必要があり、亀裂が発生し易いという問題があったが、本発明によれば、珪素酸化炎処理によって形成された層は、数１０ｎｍの粒子からなる層であり、層の厚さを１μｍ以上にする必要は無く、亀裂が発生し難い。層の厚さを鑑みると、珪素酸化物の粒子径は、０．０１μｍ以上１μｍ以下であることが好ましい。０．０１μｍ未満の粒子は作成困難であり、１μｍを超える微粒子では、微粒子同士が凝集しやすくなり、均一な層を形成できず、また、微粒子が層から剥がれる可能性が大きくなるため、安定したクリーニング性能を維持できなくなる。

さらに、珪素酸化炎処理を行うことにより、ブレード表面、すなわち、珪素酸化炎処理層１３３の親水性が向上し、トナーが付着しにくくなる。なぜなら、トナー粒子は、ポリエステルやスチレン／アクリルといった合成樹脂成分を主体としており、疎水性を有しているため、静電潜像担持体５表面の残留トナーを効率的に回収するには、クリーニングブレード１３表面がトナーとは異なる親水性であることが、トナーとクリーニングブレード１３間の付着力を低減させることになる。

また、珪素酸化炎処理は、処理時間が数秒と短く、前処理や後工程も不要となるため、従来のように、数時間から数日乾燥させる工程が必要な、塗布による層形成方法に比べて、生産性が格段に向上する。

（連続プリントテスト）
以下、珪素酸化炎処理されたクリーニングブレード１３の一例を示す。クリーニングブレード１３は、ブレード基板１３２として、長さ２０ｍｍ、幅３００ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのステンレス鋼ＳＵＳ３０４を用い、静電潜像担持体と当接する面に珪素酸化炎処理を施し、珪素酸化炎処理層を形成した。このときのシランガスの添加量は、１．５ｍＬ／ｍｉｎ、火炎と固体表面との距離は３０ｍｍ、試料移動速度は２０ｍ／ｍｉｎとした。

次に、長期ランニングテストによって、クリーニングブレードのクリーニング性と耐久性の評価を行った。

上記クリーニングブレード１３を、クリーニングユニットに装着し、改造した画像形成装置ＡＲ−５０３０（シャープ株式会社製）に搭載し、体積平均粒子径が８．５μｍの非磁性黒トナーを用いて常温常圧環境下で４０,０００枚の連続長期ランニングテストを行った。ランニングテスト後、静電潜像担持体表面及び形成された画像におけるトナー融着の有無及びカブリの状態を目視観察し、クリーニング性を評価した。また、ランニングテスト後のクリーニングブレードを光学顕微鏡にて観察し、ブレード先端の磨耗や欠け、又はホルダーと樹脂の接着面の剥離の有無を確認し、耐久性を評価した。

実施形態１におけるクリーニングブレードを装着したクリーニングユニットは、繰り返し使用してもトナーの融着やすり抜けによるカブリがなく、クリーニング効果を長期間維持することができた。また、ブレード先端の磨耗や欠けに起因する静電潜像担持体の損傷もなく、耐久性も良好であった。

〔実施形態２〕
実施形態２のクリーニングブレード１３は、ホルダー１３４を備えたものである。その他の構成は実施形態１のクリーニングユニット１０と同様である。

図５は、実施形態２に係るクリーニングブレード１３と周辺部を表した概略図である。実施形態２のクリーニングブレード１３は、ブレード基板１３２の静電潜像担持体５表面と当接する面とは逆の面側に金属製のホルダー１３４を備える。クリーニングブレード１３はホルダー１３４を備えることで、クリーニングブレード１３の反りを抑えることによって、良好なクリーニング性能を発揮することができる。ブレード基板１３２は、静電潜像担持体５表面と当接する面と、少なくともホルダー１３４と接触する部分とは珪素酸化炎処理層１３３を有している。

珪素酸化炎処理は、各種材料間の接着性を向上させることができるため、ホルダー１３４と接触するブレード基板１３２上に珪素酸化炎処理層１３３を形成することで、ブレード基板１３２とホルダー１３４との接着性を向上させることができ、長期に亘って良好なクリーニング性能を維持できる。

（連続プリントテスト）
以下、珪素酸化炎処理され、金属製のホルダー１３４が当接されたクリーニングブレード１３の一例を示す。クリーニングブレード１３は、ブレード基板１３２として、長さ２０ｍｍ、幅３００ｍｍ、厚さ３ｍｍのウレタン樹脂を用い、長さ８ｍｍ、幅３００ｍｍ、厚さ３ｍｍの金属製のホルダー１３４及び静電潜像担持体と当接する面に珪素酸化炎処理を施し、珪素酸化炎処理層を形成した。このときのシランガスの添加量は１．０ｍＬ／ｍｉｎ、火炎と固体表面との距離は２０ｍｍ、試料移動速度は１５ｍ／ｍｉｎとした。

次に、長期ランニングテストによって、クリーニングブレードのクリーニング性と耐久性の評価を行った。上記クリーニングブレード１３を、クリーニングユニットに装着し、改造した画像形成装置ＡＲ−５０３０（シャープ株式会社製）に搭載し、体積平均粒子径が８．５μｍの非磁性黒トナーを用いて常温常圧環境下で４０,０００枚の連続長期ランニングテストを行った。ランニングテスト後、静電潜像担持体表面及び形成された画像におけるトナー融着の有無及びカブリの状態を目視観察し、クリーニング性を評価した。また、ランニングテスト後のクリーニングブレードを光学顕微鏡にて観察し、ブレード先端の磨耗や欠け、又はホルダーと樹脂の接着面の剥離の有無を確認し、耐久性を評価した。

実施形態２におけるクリーニングブレードを装着したクリーニングユニットでは、ホルダーと樹脂の密着性も良好で、樹脂の剥離等によるクリーニング性能の低下もなく、高品位な画像を維持できた。

〔実施形態３〕
（現像ユニットの構成）
図６は、実施形態３における現像ユニット３０の構成を示した概略図である。現像ユニットは、現像ローラ３１、供給ローラ３２、トナー規制ブレード３３、及び高圧電源３４を備える。現像ローラ３１は静電潜像担持体５に近接して設置され、供給ローラ３２によってトナーが供給される。トナー規制ブレード３３は、トナー層を規制するもので、トナーを帯電させるために高圧電源３４と接続されている。

（トナー規制ブレードの構成）
トナー規制ブレードとは、現像装置において、トナー担持体である現像ローラ上に形成されるトナー層の厚みを規制するためのブレードである。

図７は、実施形態３におけるトナー規制ブレードの構成図である。トナー規制ブレード３３は、金属プレート３３１、ゴム層３３２、珪素酸化炎処理層３３２１を備え、トナーを帯電させるための高圧電源３４と接続している。金属プレート３３１は、使用前のトナーを収容する現像剤収容部（図示せず）に保持され、現像ローラ３１当接面にはゴム層３３２が担持されている。ゴム層３３２は、現像ローラ３１当接面に珪素酸化炎処理層３３２１を有し、現像ローラ３１の表面に形成されるトナー層の膜厚を規制し、同時に、珪素酸化炎処理層３３２１と現像ローラ３１との間を通過するトナーへ、接触摩擦により電荷を付与する。

実施形態３に係るトナー規制ブレード３３は、珪素酸化炎処理層３３２１を備えることを特徴とする。尚、珪素酸化炎処理は、実施形態１におけるブレード基板１３２を、実施形態３におけるゴム層３３２に置き換えることで行うことができるので説明は省略する。

（トナー規制ブレードの動作）
供給ローラ（図示せず）によりトナーがくみ上げられ、現像ローラ３１にトナー層が形成される。形成されたトナー層は、トナー規制ブレード３３を通過する際に、トナー規制ブレード３３からの圧力で規制されると同時に帯電される。トナー規制ブレード３３を通過したトナー層は、現像ローラ３１の電位と静電潜像担持体５上の潜像電位に応じて静電潜像担持体５に現像が行われることにより静電潜像が可視化される。

以下、実施形態３におけるトナー規制ブレード３３の一例を示す。金属プレート３３１は、長さ３５ｍｍ、幅３２０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのステンレス鋼ＳＵＳ製である。ゴム層３３２は、長さ１０ｍｍ、幅３２０ｍｍ、厚さ１．０ｍｍのＪＩＳ-Ａ硬度２０〜７５のポリウレタンを用い、該ゴム層３３２のトナー層当接面に珪素酸化炎処理を施し、珪素酸化炎処理層３３２１を形成した。このときのシランガスの添加量は、１．５ｍＬ／ｍｉｎ、火炎と固体表面との距離は３０ｍｍ、試料移動速度は２０ｍ／ｍｉｎとした。

（珪素酸化物粒子の粒子径確認）
珪素酸化炎処理された面上の珪素酸化物粒子の大きさを測定した。珪素酸化物粒子の確認には、電子顕微鏡を用いた。

図８は、実施形態３の珪素酸化炎処理層３３２１を電子顕微鏡にて観察した画像である。これにより、微粒子の径が数１０ｎｍ程度であることが確認できた。酸化珪素微粒子の径が１μｍ以上になると、微粒子どうしが凝集しやすくなり、均一な珪素酸化炎処理層が形成されず、また、被膜から微粒子が剥がれる可能性が大きくなるため、１μｍ以下であることが好ましい。

（プリントテスト）
トナー規制ブレード３３を組み込んだ現像装置を用いて、画像評価を行うと、ライフを通じて白筋等のない良好な画像が得られ、滑り性が向上したことにより、良好な帯電性能を維持できたと同時に、過度なストレスによるトナーの融着やブレードの劣化が抑制された結果であると考えられる。

また、ブレード表面に微粒子が露出していることにより現像ローラ３１との滑り性は良好で、異常画像が発するような現象も確認されなかった。現像ローラ３１との滑り性が悪いと、使用開始時においてブレードが振動してトナー層形成が不均一になり、その結果、異常画像が発するような現象が起こる。

また、珪素酸化炎処理は、処理したい基材の表面を０．１秒〜数秒程度通過させるだけで済むため、従来のスプレーコート等のような湿式コーティング法では必要とされる塗膜形成後数時間から数日乾燥する工程が不要となり、生産性が大きく向上した。

トナー規制ブレード３３のトナー層当接面を粗面化するために、０．０１μｍ以上が好ましく、微粒子の大きさは１μｍ以下であることが好ましい。これ以上の大きさの微粒子では基材表面の凹凸により、トナー層が不均一になる可能性がある。

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に利用できる。

５ 静電潜像担持体
１０ クリーニングユニット
１１ トナー回収部
１２ ブレード支持部材
１３、８２０ クリーニングブレード
１３１ 他方の自由端の端部
１３２ ブレード基板
１３３、３３２１ 珪素酸化炎処理層
１３４ ホルダー
１４ 開口部
３０ 現像ユニット
３１ 現像ローラ
３２ 供給ローラ
３３ トナー規制ブレード
３３１ 金属プレート
３３２ ゴム層
３４ 高圧電源
８２１ ゴム状弾性体
８２２ 弾性コーティング層
９１０ トナー規制部材
９１２ 弾性体ブレード
９１４ 摩擦帯電剤層
９１６ 高剛性支持体
Ｂ 矢印
Ｃ バーナー
Ｈ 火炎と固体表面の距離

Claims (3)

1. 現像剤像が記録媒体に転写された後の静電潜像担持体に残留する現像剤を、前記静電潜像担持体に圧接して除去するクリーニングブレードであって、該クリーニングブレードは、前記静電潜像担持体に圧接する面に珪素酸化炎処理によって得られた、珪素酸化物を含む微粒子の層を備え、該微粒子の大きさは０．０１μｍ以上１μｍ以下であることを特徴とするクリーニングブレード。
2. 前記クリーニングブレードは、金属からなるホルダーと、前記ホルダーと密着したブレード基板を備えることを特徴とする請求項１記載のクリーニングブレード。
3. トナー担持体に当接して、該トナー担持体上にトナー層を形成するトナー規制ブレードであって、トナー層に当接する面に珪素酸化炎処理によって得られた、珪素酸化物を含む微粒子の層を備え、前記微粒子の大きさは０．０１μｍ以上１μｍ以下であることを特徴とするトナー規制ブレード。