JP5652645B2 - 画像形成装置、プロセスカートリッジ - Google Patents
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Description
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体で構成されている。そして、クリーニング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。
このめくれた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6(b)に示すように、クリーニングブレード(262)の先端面(262b)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6(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。
ところで、本発明者らは、先に、「短冊形状の弾性ブレードと、該弾性ブレードの被清掃部材表面に対向する面であるブレード下面と該弾性体ブレードの弾性体ブレード長手方向の端面である先端部との角である先端稜線部を覆う、該弾性ブレードよりも硬い表面層とで構成され、該弾性ブレードのマルテンス硬さが、前記先端面から弾性ブレード長手方向にに50[μm]内側且つ前記ブレード下面から弾性体ブレード長手方向に対して直交する方向に50[μm]内側の箇所で1.0[N/mm2]以上5.0[N/mm2]以下であり、該先端面から弾性体ブレード長手法に100[μm] 内側の箇所で0.4[N/mm2]以上0.8[N/mm2] 以下であるクリーニングブレード」を完成、提案(特許文献3の特願2008−286986号明細書)した。本発明は、この提案技術をさらに改良、発展させたものともいうことができる。
実用上使用している範囲においてクリーニングブレードのめくれ、欠けや摩耗の発生状況を観察すると、これらは、先端稜線部からカット面、当接面側ともに20[μm]以内の範囲で発生しており、厚み方向内部では、カット面から10[μm]かつ当接面から10[μm]以内の内部で生じている現象であることが分かった。
そこで、このカット面から10[μm]かつ当接面から10[μm]以内の内部を適当な物性に制御することにより、クリーニングブレードのめくれ、欠けを生じさせず、かつ耐摩耗性を向上させることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
(1)「像担持体と、前記像担持体表面を帯電する帯電手段と、帯電した前記像担持体表面に静電潜像を形成する潜像形成手段と、前記像担持体表面に形成された前記静電潜像を現像してトナー像化する現像手段と、前記像担持体表面のトナー像を転写体に転写する転写手段と、前記像担持体表面に当接して、前記像担持体表面に付着した転写残トナーをクリーニング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備えた画像形成装置において、前記クリーニングブレードとして、当接先端部が硬化処理され、当接先端部のブレード部材長手方向に垂直な断面におけるカット面から10[μm]かつ当接面から10[μm]の位置で、25℃、55%での最大押込み荷重2mN時のマルテンス硬度が0.5〜2[N/mm2]でありかつ押し込み荷重2mNで5秒間保持したときの押し込みクリープが5%以下であり、当接先端部のブレード部材長手方向に垂直な断面におけるカット面から200[μm]かつ当接面から200[μm]の位置で、25℃、55%での最大押込み荷重2mN時のマルテンス硬度が0.5[N/mm 2 ]〜1.5[N/mm 2 ]でありかつ押し込み荷重2mNで5秒間保持したときの押し込みクリープ変形が1%以下であるクリーニングブレードを用いたことを特徴とする画像形成装置」、
(2)「前記クリーニングブレードの該硬化処理が当接部に表面層を設ける処理であることを特徴とする前記第(1)項に記載の画像形成装置」、
(3)「前記クリーニングブレードの該表面層に使用する材料のマルテンス硬度が、25℃、55%での最大押込み荷重2mN時において100[N/mm2]〜600[N/mm2]であることを特徴とする前記第(2)項に記載の画像形成装置」、
(4)「前記クリーニングブレードの先端稜線部から10μm離れた位置での該表面層の層厚が、0.2[μm]〜3[μm]であることを特徴とする前記第(1)項乃至第(3)項のいずれかに記載の画像形成装置」、
(5)「前記クリーニングブレードの先端稜線部にイソシアネート化合物を含浸させる処理がなされていることを特徴とする前記第(1)項乃至第(4)項のいずれかに記載の画像形成装置」、
(6)「前記クリーニングブレードの基材としてウレタン基を含むゴムを用いたことを特徴とする前記第(1)項乃至第(5)項のいずれかに記載の画像形成装置」、
(7)「像担持体と少なくとも前記像担持体表面に付着した転写残トナーをクリーニング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、前記クリーニングブレードとして、前記第(1)項乃至第(6)項のいずれかに記載の画像形成装置で用いられるクリーニングブレードを用いたことを特徴とするプロセスカートリッジ」。
通常クリーニングブレードに用いられる弾性体ブレードでは、表面付近でマルテンス硬度を測定すると、図7の未処理弾性体ブレードのようにその弾性特性により内部深くの硬度よりも小さな値を示す。この状態は、ブレードめくれ現象と密接に関係していることが判明し、表面近傍の硬度を挙げることでめくれを防止することができる。すなわち弾性体ブレード当接先端部のブレード部材長手方向に垂直な断面におけるカット面から10[μm]かつ当接面から10[μm]の内部で、25℃、55%での最大押込み荷重2mN時のマルテンス硬度が0.5以上にすることで先端稜線部がめくれにくくなり、また耐摩耗性を上昇させることができる。マルテンス硬度が0.5(N/mm2)より小さいとめくれが生じやすくなる。
また、図8のように押し込み荷重2mNで5秒間保持したときの押し込みクリープが5%以下にすることで、被清掃部材と当接する部分のクリープ変形が小さくなり、摩耗を抑制することができる。上記マルテンス硬度とクリープ変形の範囲にするための手段としては、母体の弾性体ブレードの当接先端部近傍に表面層を設けたり、含浸層を設けたりする等が挙げられるがこれに限ったことではない。
また、クリーニングブレードと被清掃部材表面との密着性や追従性を確保するためにクリーニングブレード全体の物性としては弾性体が望ましく、当接先端部のブレード部材長手方向に垂直な断面におけるカット面から200[μm]かつ当接面から200[μm]の内部で25℃、55%での最大押込み荷重2mN時のマルテンス硬度が0.5〜1.5[N/mm2]かつ押し込み荷重2mNで5秒間保持したときの押し込みクリープが1%以下であることが好ましい。マルテンス硬度が0.5[N/mm2]以下であると柔らかすぎてめくれが生じやすくなってしまい、また1.5[N/mm2]以上であると、密着性や追従性が確保できない。また、クリープ変形が1%以上であると、ブレードのヘタリが生じやすくなる。
母体に使用される弾性体ブレードは、一般的従来公知の組成、工法で製造することができる。図3は、クリーニングブレード(62)の斜視図であり、図4は、クリーニングブレード(62)の拡大断面図である。
クリーニングブレードの当接先端部のブレード部材長手方向に垂直な断面におけるカット面から10[μm]かつ当接面から10[μm]の内部で、25℃、55%での最大押込み荷重2mN時のマルテンス硬度を0.5〜1.5[N/mm2]にするために表面層(623)を設けることができる。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)に作製する。
クリーニングブレードの当接先端部のブレード部材長手方向に垂直な断面におけるカット面から10[μm]かつ当接面から10[μm]の内部で、25℃、55%での最大押込み荷重2mN時のマルテンス硬度を0.5〜1.5[N/mm2]にするために含浸層を設けることができる。また、含浸層は表面層と併設してもよい。
次に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、単一色の複写を行なうものであり、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なう。
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。
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。
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。
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。
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。
本プリンタ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5.5[μm]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5.5[μm]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。
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。より詳しくは、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100〜150[ml]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0.1〜5[ml]加える。更に、これに被検試料としてのトナーを2〜20[mg]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100〜200[ml]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、100[μm]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、2.00〜2.52[μm]未満;2.52〜3.17[μm]未満;3.17〜4.00[μm]未満;4.00〜5.04[μm]未満;5.04〜6.35[μm]未満;6.35〜8.00[μm]未満;8.00〜10.08[μm]未満;10.08〜12.70[μm]未満;12.70〜16.00[μm]未満;16.00〜20.20[μm]未満;20.20〜25.40[μm]未満;25.40〜32.00[μm]未満;32.00〜40.30[μm]未満の13チャンネルを使用し、粒径2.00[μm]以上32.0[μm]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。
表面層(623)の材質、層厚、含浸処理をそれぞれ変化させて、耐久試験を行なった。
弾性体ブレード(622)としては、リコー製 imagio Neo C4500で用いられているポリウレタン製のクリーニングブレードを使用した。
スプレー塗工により当接先端部に表面層を形成した。スプレー装置は、オリンポス社製
PC−308WIDEを用い、当接先端部から40[mm]離れたところから、0.5[MPa]の圧力で10[mm/s]の速度でスプレーガンを移動させながら下記実施例の層厚となるように吐出量を調整して塗工した。その後、50℃、5minで前乾燥を行ない、紫外線照射(1000mJ/cm2)を行なった。また、表面層材料のマルテンス硬度は、ガラス板に層厚20μmとなるように上記作製方法で表面層材料を塗工し、Fisher製 HM―2000を用いて最大荷重2mNで測定した。また、本検証実験で用いた表面層材料は以下のとおりである。
日本化薬社製 KAYARAD DPCA―120:20部
チバケミカル社製 I−184:1部
2―ブタノール:79部
マルテンス硬度:150N/mm2
日本化薬社製 KAYARAD TMPTA:20部
チバケミカル社製 I−184:1部
2―ブタノール:79部
マルテンス硬度:350N/mm2
日本化薬社製 KAYARAD R−526:20部
チバケミカル社製 I−184:1部
2―ブタノール:79部
マルテンス硬度:70N/mm2
ディップ塗工により、当接先端部に含浸層を形成した。クリーニングブレードの先端稜線部から2mmまでの範囲を含浸剤で所定時間浸漬させたのち、取り出して先端稜線部の含浸剤を溶剤に浸した不織布で拭き取った。
その後、100℃、所定の時間で前乾燥を行ない、35℃、85%で7時間熟成させた。
含浸剤としては、以下の材料を使用した。
イソシアネート化合物 日本ポリウレタン MR−100:10部
溶剤 2−ブタノン:90部
上記の表面層材料と含浸剤を用いて、以下のとおり実施例1〜5、比較例1〜5を作製した。また、作製したクリーニングブレードの内部のマルテンス硬度とクリープ変形は以下のように測定した。観察試料は日進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て、Fisher社製 HM−2000を用いて最大荷重2mN、保持時間5秒間で測定した。
層厚:3μm
先端部から10[μm]内部でのマルテンス硬度:0.7[N/mm2]
先端部から10[μm]内部でのクリープ変形:3.6[%]
先端部から200[μm]内部でのマルテンス硬度:0.8[N/mm2]
先端部から200[μm]内部でのクリープ変形:0.5[%]
層厚:1μm
先端部から10[μm]内部でのマルテンス硬度:1.0[N/mm2]
先端部から10[μm]内部でのクリープ変形:4.0[%]
先端部から200[μm]内部でのマルテンス硬度:0.8[N/mm2]
先端部から200[μm]内部でのクリープ変形:0.5[%]
層厚:0.2μm
先端部から10[μm]内部でのマルテンス硬度:0.5[N/mm2]
先端部から10[μm]内部でのクリープ変形:2.0[%]
先端部から200[μm]内部でのマルテンス硬度:0.8[N/mm2]
先端部から200[μm]内部でのクリープ変形:0.5[%]
含浸時間:5min
前乾燥時間10min
先端部から10[μm]内部でのマルテンス硬度:1.5[N/mm2]
先端部から10[μm]内部でのクリープ変形:5.0[%]
先端部から200[μm]内部でのマルテンス硬度:0.8[N/mm2]
先端部から200[μm]内部でのクリープ変形:0.5[%]
層厚:3.0μm
先端部から10[μm]内部でのマルテンス硬度:2.0[N/mm2]
先端部から10[μm]内部でのクリープ変形:5.0[%]
先端部から200[μm]内部でのマルテンス硬度:0.8[N/mm2]
先端部から200[μm]内部でのクリープ変形:0.5[%]
未処理品
先端部から10[μm]内部でのマルテンス硬度:0.2[N/mm2]
先端部から10[μm]内部でのクリープ変形:0.6[%]
先端部から200[μm]内部でのマルテンス硬度:0.8[N/mm2]
先端部から200[μm]内部でのクリープ変形:0.5[%]
表面層材料1
層厚:0.1μm
先端部から10[μm]内部でのマルテンス硬度:0.2[N/mm2]
先端部から10[μm]内部でのクリープ変形:2.0[%]
先端部から200[μm]内部でのマルテンス硬度:0.8[N/mm2]
先端部から200[μm]内部でのクリープ変形:0.5[%]
表面層材料3
層厚:1μm
先端部から10[μm]内部でのマルテンス硬度:0.2[N/mm2]
先端部から10[μm]内部でのクリープ変形:3.0[%]
先端部から200[μm]内部でのマルテンス硬度:0.8[N/mm2]
先端部から200[μm]内部でのクリープ変形:0.5[%]
表面層材料2
層厚:4μm
先端部から10[μm]内部でのマルテンス硬度:2.5[N/mm2]
先端部から10[μm]内部でのクリープ変形:7.2[%]
先端部から200[μm]内部でのマルテンス硬度:0.8[N/mm2]
先端部から200[μm]内部でのクリープ変形:0.5[%]
含浸剤1
前乾燥時間20min
先端部から10[μm]内部でのマルテンス硬度:1.5[N/mm2]
先端部から10[μm]内部でのクリープ変形:10.0[%]
先端部から200[μm]内部でのマルテンス硬度:1[N/mm2]
先端部から200[μm]内部でのクリープ変形:2[%]
上記のクリーニングブレードをリコー製カラー複合機 imagio MP C4500に取り付け、実施例1〜実施例5、比較例1〜比較例5の画像形成装置を作製した。また、トナー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)
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)
ブレードエッジ摩耗幅、摩耗形態:図5に示すようにブレード下面側からみた摩耗幅、摩耗形態
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。
実施例1〜実施例5においては、いずれも、経時にわたり良好なクリーニング性を維持することができた。また摩耗形態も未処理品の比較例1はえぐれが発生していたが、実施例1〜5はえぐれは発生しておらず、エッジから綺麗な摩耗をしていた。また、摩耗幅も未処理品と比べて小さくなっており、耐摩耗性が向上していることが確認できた。それに対して、比較例2〜3は、未処理品と同様にえぐれが発生しており、摩耗幅も未処理品と同等レベルであった。また、比較例4、5は、欠けが多く発生しておりそれによってクリーニング性が大幅に悪化していた。
2 枠体
3 感光体
4 帯電装置
5 現像装置
6 クリーニング装置
7 転写装置
8 バックアップローラ
10 潤滑剤塗布装置
14 転写ベルト
51 現像ローラ
52 供給スクリュ
53 攪拌スクリュ
54 ドクタ
62 クリーニングブレード
62a 先端面
62b ブレード下面
62c 先端稜線部
101 ファーブラシ
103 固形潤滑剤
262 クリーニングブレード
262a 先端面
262b ブレード下面
262c 先端稜線部
621 ホルダー
622 弾性体ブレード
623 表面層
Claims (7)
- 像担持体と、前記像担持体表面を帯電する帯電手段と、帯電した前記像担持体表面に静電潜像を形成する潜像形成手段と、前記像担持体表面に形成された前記静電潜像を現像してトナー像化する現像手段と、前記像担持体表面のトナー像を転写体に転写する転写手段と、前記像担持体表面に当接して、前記像担持体表面に付着した転写残トナーをクリーニング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備えた画像形成装置において、前記クリーニングブレードとして、当接先端部が硬化処理され、当接先端部のブレード部材長手方向に垂直な断面におけるカット面から10[μm]かつ当接面から10[μm]の位置で、25℃、55%での最大押込み荷重2mN時のマルテンス硬度が0.5〜2[N/mm2]でありかつ押し込み荷重2mNで5秒間保持したときの押し込みクリープが5%以下であり、当接先端部のブレード部材長手方向に垂直な断面におけるカット面から200[μm]かつ当接面から200[μm]の位置で、25℃、55%での最大押込み荷重2mN時のマルテンス硬度が0.5[N/mm 2 ]〜1.5[N/mm 2 ]でありかつ押し込み荷重2mNで5秒間保持したときの押し込みクリープ変形が1%以下であるクリーニングブレードを用いたことを特徴とする画像形成装置。
- 前記クリーニングブレードの該硬化処理が当接部に表面層を設ける処理であることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記クリーニングブレードの該表面層に使用する材料のマルテンス硬度が、25℃、55%での最大押込み荷重2mN時において100[N/mm2]〜600[N/mm2]であることを特徴とする請求項2に記載の画像形成装置。
- 前記クリーニングブレードの先端稜線部から10μm離れた位置での該表面層の層厚が、0.2[μm]〜3[μm]であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記クリーニングブレードの先端稜線部にイソシアネート化合物を含浸させる処理がなされていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記クリーニングブレードの基材としてウレタン基を含むゴムを用いたことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の画像形成装置。
- 像担持体と少なくとも前記像担持体表面に付着した転写残トナーをクリーニング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、前記クリーニングブレードとして、請求項1乃至6のいずれかに記載の画像形成装置で用いられるクリーニングブレードを用いたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
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