JP6007702B2 - クリーニングブレード、クリーニング装置、プロセスカートリッジ、および画像形成装置 - Google Patents
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Description
請求項1に係る発明は、
駆動する前記被クリーニング部材に接触して前記被クリーニング部材の表面をクリーニングする接触角部と、
前記接触角部が1つの辺を構成し且つ前記駆動の方向の上流側を向く先端面と、
前記接触角部が1つの辺を構成し且つ前記駆動の方向の下流側を向く腹面と、
前記先端面と1つの辺を共有し且つ前記腹面に対向する背面と、を有し、
前記接触角部と平行な方向を奥行き方向と、
前記接触角部から前記先端面が形成されている側の方向を厚み方向と、
前記接触角部から前記腹面が形成されている側の方向を幅方向とした場合に、
前記接触角部を含む部分を構成し、厚み方向最大長さ(T)と幅方向最大長さ(W)との比(T/W)が0.35以下の関係を満たす領域が、奥行き方向のクリーニングに寄与する領域において95%以上であり、表面及び内部のいずれにおいてもダイナミック超微小硬度が0.25以上0.65以下である接触部材と、
前記接触部材の厚み方向の背面側および幅方向の先端面とは反対側を覆い、且つ該接触部材とは異なる材料で構成される非接触部材と、
前記背面に接着され且つ接着された状態での先端面側端部から前記背面の先端面側端部までの長さが前記接触部材における幅方向での最大長さより長くなるよう配置された支持部材と、
を有するクリーニングブレードである。
請求項2に係る発明は、
前記接触部材は、示差走査熱量測定(DSC)による吸熱ピークトップ温度が180℃以上である請求項1に記載のクリーニングブレードである。
請求項3に係る発明は、
前記接触部材は、ソフトセグメント材料としてのポリオールと、ハードセグメント材料としての樹脂であるイソシアネート基に対して反応し得る官能基を有する樹脂と、ポリイソシアネートと、を含む組成物の重合体であるポリウレタン部材である請求項1または請求項2に記載のクリーニングブレードである。
請求項4に係る発明は、
前記接触部材は、前記厚み方向最大長さ(T)が0.1mm以上である請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のクリーニングブレードである。
請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のクリーニングブレードを備えたクリーニング装置である。
請求項5に記載のクリーニング装置を備え、画像形成装置に対して脱着自在であるプロセスカートリッジである。
像保持体と、
前記像保持体を帯電する帯電装置と、
帯電した前記像保持体の表面に静電潜像を形成する静電潜像形成装置と、
前記像保持体の表面に形成された静電潜像をトナーにより現像してトナー像を形成する現像装置と、
前記像保持体上に形成されたトナー像を記録媒体上に転写する転写装置と、
前記転写装置によって前記トナー像が転写された後の前記像保持体の表面に、前記クリーニングブレードを接触させてクリーニングする請求項5に記載のクリーニング装置と、
を備える画像形成装置である。
本実施形態に係るクリーニングブレードは、駆動する前記被クリーニング部材に接触して前記被クリーニング部材の表面をクリーニングする接触角部と、前記接触角部が1つの辺を構成し且つ前記駆動の方向の上流側を向く先端面と、前記接触角部が1つの辺を構成し且つ前記駆動の方向の下流側を向く腹面と、前記先端面と1つの辺を共有し且つ前記腹面に対向する背面と、を有する。尚、本明細書においては、前記接触角部と平行な方向を奥行き方向とし、前記接触角部から前記先端面が形成されている側の方向を厚み方向とし、前記接触角部から前記腹面が形成されている側の方向を幅方向とする。
そして本実施形態に係るクリーニングブレードは、前記接触角部を含む部分を構成する接触部材(以下「エッジ部材」とも称す)と、前記接触部材(エッジ部材)の厚み方向の背面側および幅方向の先端面とは反対側を覆い、且つ該接触部材とは異なる材料で構成される非接触部材(以下「背面部材」とも称す)と、前記背面に接着される支持部材(以下「ホルダー」とも称す)と、を有する。
更に、支持部材(ホルダー)は、背面の先端面側端部から、背面に接着されている状態での支持部材の先端面側端部までの長さ、つまり背面において支持部材(ホルダー)にて支持されていない領域の幅方向長さ(所謂ブレード自由長)が、前記接触部材(エッジ部材)における幅方向での最大長さより長くなるよう配置される。
図1に示すクリーニングブレード342は、矢印A方向に駆動する感光体ドラム31に接触して感光体ドラム31の表面をクリーニングする接触角部3Aと、接触角部3Aが1つの辺を構成し且つ前記駆動の方向(矢印A方向)の上流側を向く先端面3Bと、接触角部3Aが1つの辺を構成し且つ前記駆動の方向(矢印A方向)の下流側を向く腹面3Cと、先端面3Bと1つの辺を共有し且つ腹面3Cに対向する背面3Dと、を有する。また、接触角部3Aと平行な方向(つまり図1において手前から奥への方向)を奥行き方向とし、接触角部3Aから先端面3Bが形成されている側の方向を厚み方向とし、接触角部3Aから腹面3Cが形成されている側の方向を幅方向とする。
クリーニングブレード342は、感光体ドラム31と接触する部分つまり接触角部3Aを含む部分を構成する接触部材(エッジ部材)342Aと、接触部材342Aの厚み方向の背面3D側および幅方向の先端面3Bとは反対側を覆う非接触部材(背面部材)342Bと、背面3Dに接着される支持部材(ホルダー)342Cと、を有する。
図2に示すごとく、接触部材342Aの厚み方向最大長さを(T)とし且つ幅方向最大長さを(W)とする。尚、クリーニングブレード342の接触部材342Aは厚み方向最大長さ(T)が、図3の斜視図に示す通り奥行き方向のどの領域においても略等しい。また、幅方向最大長さ(W)が、図3の腹面3C側の平面図において(W1)乃至(W5)で示されるごとく奥行き方向のどの領域においても略等しい。そして、クリーニングブレード342における接触部材342Aは、厚み方向最大長さ(T)と幅方向最大長さ(W)との比(T/W)が0.35以下の形状を有する。
これに対し、図1乃至図3に示すごとく、クリーニングブレード342の接触部材342Aにおける比(T/W)が0.35以下であることにより、振動の大きさ(振幅の大きさ)が効果的に低減され、良好なクリーニング性能が発揮される。
そして、図3に示すクリーニングブレード342は、クリーニング寄与領域CNの奥行き方向において、前記比(T/W)が0.35以下との関係を満たす領域が100%を占める。
例えば、図4にて斜視図および腹面3C側平面図を示すクリーニングブレード3421のごとく、一部で比(T/W)が0.35以下との関係を満たさない態様であってもよい。図4に示すクリーニングブレード3421は、接触部材342Aの厚み方向最大長さ(T)が奥行き方向のどの領域においても略等しい一方で、幅方向最大長さ(W)は(W1,W2,W4,W5)の部分に対して(W3)の部分が短くなっている。そして、(W1,W2,W4,W5)の領域では比(T/W)が0.35以下との関係を満たすが、(W3)の領域では比(T/W)が0.35未満となる。但し、クリーニングブレード3421では、(W3)の部分を含め上記比(T/W)が0.35未満となる領域は、奥行き方向のクリーニング寄与領域CNにおいて5%以下の形状とされている。
また、図4に示すごとく、一部に幅方向最大長さ(W)が短くなった領域を有するために比(T/W)が0.35以下との関係を満たさない領域を奥行き方向のクリーニング寄与領域CNにおいて5%以下の範囲で有する態様であることで、発生した振動が接触部材342Aの奥行き方向に伝播しようとした場合でも、前記幅方向最大長さ(W)が短くなった領域で前記伝播が遮断されて、振動の伝わりを抑制し得るとの効果も有する。
また、比(T/W)の値は更に0.25以下が望ましく、0.2以下がより望ましい。尚、下限値としては特に限定されるものではないが、0.01以上が望ましく、0.05以上がより望ましい。
図2に示すごとく、支持部材(ホルダー)342Cは、背面3Dの先端面3B側端部から、背面3Dに接着されている状態での支持部材342Cの先端面3B側端部までの長さ、つまり背面3Dにおいて支持部材342Cにて支持されていない領域の幅方向長さ(所謂ブレード自由長(F))が、前記接触部材(エッジ部材)342Aにおける幅方向での最大長さより長くなるよう配置される。尚、通常は支持部材342Cと背面3Dとの接着面はその全面に接着剤が塗布されて貼り付け合わされる。しかし、接着剤が支持部材342Cの先端面3B側端部よりも更に先端面3B側にはみ出た状態で貼り付けられていてもよいし、逆に支持部材342Cの先端面3B側端部にまで接着剤が塗布されていない状態、つまり支持部材342Cの端部側に接着されない領域を有している状態で貼り付けられていてもよい。但し、上記いずれの場合であっても、ブレード自由長(F)は接着剤が塗布されている領域の端部ではなく支持部材342Cの先端面3B側端部を基準とする。
これに対し、前記ブレード自由長(F)が接触部材342Aにおける幅方向での最大長さより長くなるよう調整し、即ち支持部材342Cにて支持されている領域と接触部材342Aが形成されている領域が幅方向においてオーバーラップしないよう調整することで、永久変形(へたり)の発生が効果的に抑制される。
また、図1乃至図3のクリーニングブレード342では、接触部材(エッジ部材)342Aの側面側からの形状として、接触部材342Aと非接触部材(背面部材)342Bとの界面が、先端面3Bから幅方向に向かって腹面3C側に円弧状に徐々に近づいていく形状を示したが、これ以外の形状であってもよい。例えば、図5に示すクリーニングブレード3422のごとく、接触部材(エッジ部材)342Aの側面側からの形状が長方形状であってもよく、特に限定されるものではない。
更に、図1乃至図3のクリーニングブレード342および図5に示すクリーニングブレード3422では、接触部材342Aの厚み方向最大長さ(T)が先端面3B表面での長さであり且つ幅方向最大長さ(W)が腹面3C表面での長さである態様を示したが、これ以外の形状であってもよい。例えば、図6に示すクリーニングブレード3423のごとく、接触部材342Aの厚み方向の長さが最大となる部分(厚み方向最大長さ(T)を有する部分)が先端面3Bよりも内側となる形状であったり、幅方向の長さが最大となる部分(幅方向最大長さ(W)を有する部分)が腹面3Cよりも内側となる形状であってもよく、特に限定されるものではない。
本実施形態に係るクリーニングブレードにおける接触部材(エッジ部材)は、ダイナミック超微小硬度が0.25以上0.65以下となる材料で構成され、上記要件を満たす限り、材料は特に限定されず、公知のいかなるものも使用し得る。接触部材のダイナミック超微小硬度を0.25以上の高硬度とすることで、クリーニングブレードに発生する振動の大きさ(振幅の大きさ)が効果的に低減され、良好なクリーニング性能が発揮される。
ダイナミック超微小硬度は、圧子を試料に一定の押込み速度(mN/s)で進入させたときの試験荷重P(mN)と押込み深さD(μm)より、下記式より算出される硬度である。
式:DH=α×P/D2
上記式において、αは圧子形状による定数を表す。
なお、上記ダイナミック超微小硬度の測定は、ダイナミック超微小硬度計DUH−W201S((株)島津製作所社製)により行われる。ダイナミック超微小硬度は、軟質材料測定により、ダイヤモンド三角錐圧子(陵間角:115°、α:3.8584)を、押込み速度0.047399mN/s、試験荷重4.0mN、環境23℃で進入させた際の押込み深さDを測定することにより求められる。
例えばダイナミック超微小硬度は、クリーニングブレードの接触部材の材質がポリウレタンである場合であれば該ポリウレタンの結晶性を高めることによって高くなる傾向にある。また、化学架橋を増す(架橋点を増やす)ことや、ハードセグメント量を増すことによって高くなる傾向にある。
但し、ダイナミック超微小硬度の調整は上記の方法に限定されるものではない。
尚、ダイナミック超微小硬度は、0.28以上0.63以下であることがより望ましく、0.3以上0.6以下であることが更に望ましい。
また、本実施形態における接触部材(エッジ部材)は、10℃反撥弾性が、エッジ欠けの抑制との観点から、10%以上であることが望ましく、15%以上であることがより望ましく、20%以上であることが更に望ましい。また、その上限値としては、ブレード鳴きの抑制との観点から、80%以下であることが望ましく、70%以下であることがより望ましく、60%以下であることが更に望ましい。
例えば10℃反撥弾性は、架橋剤の三官能化や増量により架橋密度を高くすることによって大きくなる傾向にある。また、接触部材の材質がポリウレタンである場合であればポリオールの低分子量化や疎水性ポリオールの導入によりガラス転移温度(Tg)を低下させることによって大きくなる傾向にある。
但し、10℃反撥弾性の調整は上記の方法に限定されるものではない。
結晶性の指標としては、吸熱ピークトップ温度(溶融温度)が挙げられる。本実施形態に係るクリーニングブレードでは、示差走査熱量測定(DSC)による吸熱ピークトップ温度(溶融温度)が180℃以上であることが望ましく、更には185℃以上であることがより望ましく、190℃以上であることが更に望ましい。尚、上限値としては220℃以下であることが望ましく、更には215℃以下であることがより望ましく、210℃以下であることが更に望ましい。
また、本実施形態では、ポリウレタンゴムがハードセグメントとソフトセグメントとを有し、前記ハードセグメントの凝集体の平均粒子径が5μm以上20μm以下であることが望ましい。
ハードセグメントの凝集体の平均粒子径が5μm以上であることにより、ブレード表面での結晶面積が増え、摺動性向上の利点がある。一方、20μm以下であることにより、低摩擦化を維持しつつ、靱性(耐欠け性)を失わないとの利点がある。
上記平均粒子径は、更に5μm以上15μm以下であることがより望ましく、5μm以上10μm以下であることが更に望ましい。
ハードセグメントの凝集体の粒度分布(標準偏差σ)が2以上であることは、つまり様々な粒子径のものが混在していることを表し、小さい凝集体によって、ソフトセグメントとの接触面積が増えることによる高硬度化の効果が得られ、一方大きい凝集体によって、摺動性向上の効果が得られる。
上記粒度分布は、更に2以上5以下であることがより望ましく、2以上3以下であることが更に望ましい。
尚、画像の2値化は、画像処理ソフトOLYMPUS Stream essentials(オリンパス社製)を用い、結晶部を黒、非晶部を白になるよう色相/彩度/輝度の閾値を調整する。
標準偏差σ=√{(X1−M)2+(X2−M)2+・・・
・・・+(X500−M)2}/500
Xn:測定粒径n(n=1から500)
M:測定粒径の平均値
ここで、「ハードセグメント」および「ソフトセグメント」とは、ポリウレタンゴム材料中で、前者を構成する材料の方が、後者を構成する材料よりも相対的に硬い材料からなり、後者を構成する材料の方が前者を構成する材料よりも相対的に柔らかい材料からなるセグメントを意味する。
まず、ソフトセグメント材料としては、ポリオールとして、ジオールと二塩基酸との脱水縮合で得られるポリエステルポリオール、ジオールとアルキルカーボネートの反応により得られるポリカーボネートポリオール、ポリカプロラクトンポリオール、ポリエーテルポリオール等が挙げられる。なお、ソフトセグメント材料として用いられる上記ポリオールの市販品としては、例えば、ダイセル化学社製のプラクセル205やプラクセル240などが挙げられる。
また、ハードセグメント材料としては、イソシアネート基に対して反応し得る官能基を有する樹脂を用いることが望ましい。また、柔軟性のある樹脂であることが望ましく、柔軟性の点から直鎖構造を有する脂肪族系の樹脂であることがより望ましい。具体例としては、2つ以上のヒドロキシル基を含むアクリル樹脂や、2つ以上のヒドロキシル基を含むポリブタジエン樹脂、2つ以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂等を用いることが望ましい。
2つ以上のヒドロキシル基を含むポリブタジエン樹脂の市販品としては、例えば、出光興産社製、R−45HT等が挙げられる。
また、物性面では、従来のエポキシ樹脂と比べて、分子量に比して粘度が低いエポキシ樹脂が好適である。具体的には、重量平均分子量が900±100の範囲内であり、25℃における粘度が15000±5000mPa・sの範囲内であることが望ましく、15000±3000mPa・sの範囲内であることがより望ましい。この特性を有するエポキシ樹脂の市販品としては、例えば、DIC製、EPLICON EXA−4850−150等が挙げられる。
ハードセグメント材料比が、10質量%以上であることにより、耐摩耗性が得られ、長期に渡って良好なクリーニング性が維持される。一方、ハードセグメント材料比が30質量%以下であることにより、硬くなり過ぎることがなく、柔軟性や伸張性が得られ、欠けの発生が抑制されて、長期に渡って良好なクリーニング性が維持される。
ポリウレタンゴムの合成に用いられるポリイソシアネートとしては、例えば、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、2,6−トルエンジイソシアネート(TDI)、1,6−ヘキサンジイソシアネート(HDI)、1,5−ナフタレンジイソシアネート(NDI)および3,3−ジメチルフェニル−4,4−ジイソシアネート(TODI)などが挙げられる。
尚、求められる大きさ(粒子径)のハードセグメント凝集体の形成し易さという点から、ポリイソシアネートとしては、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、1,5−ナフタレンジイソシアネート(NDI)、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)がより望ましい。
20質量部以上であることにより、ウレタン結合量が多く確保されてハードセグメント成長し、求められる硬度が得られる。一方40質量部以下であることにより、ハードセグメントが大きくなり過ぎず、伸張性が得られ、クリーニングブレードの欠けの発生が抑制される。
架橋剤としては、ジオール(2官能)、トリオール(3官能)、テトラオール(4官能)等が挙げられ、これらを併用してもよい。また、架橋剤としてアミン系化合物を用いてもよい。尚、3官能以上の架橋剤を用いて架橋されたものであることが望ましい。3官能の架橋剤としては、例えば、トリメチロールプロパン、グリセリン、トリイソプロパノールアミン等が挙げられる。
本実施形態における前記接触部材を構成するポリウレタンゴム部材の製造は、プレポリマー法やワンショット法など、ポリウレタンの一般的な製造方法が用いられる。プレポリマー法は強度、耐摩耗性に優れるポリウレタンが得られるため本実施形態には好適であるが、製法により制限されるものではない。
具体的には、ポリウレタン組成物を調製する際に、ポリオールやプレポリマーの温度を低くしたり、硬化・成形の温度を低くしたりすることにより、架橋の進行が遅くなるよう調整する。これらの温度(ポリオールやプレポリマーの温度、硬化・成形の温度)を低く設定して反応性を下げることにより、ウレタン結合部が凝集し、ハードセグメントの結晶体が得られるので、ハードセグメント凝集体の粒子径が求められる結晶径となるよう温度を調整する。
これにより、ポリウレタン組成物に含まれる分子が並んだ状態となり、DSCを測定した際に、結晶融解エネルギーの吸熱ピークトップ温度が前記範囲の結晶体を含むポリウレタンゴム部材が成形される。
なお、ポリオール、ポリイソシアネート、および架橋剤の量や、架橋剤の比率等は求められる範囲に調整する。
次に、このソフトセグメント材料とハードセグメント材料との混合物に対して、イソシアネート化合物(例えば4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート)を加えて、例えば窒素雰囲気下で反応させる。この際の温度は60℃以上150℃以下であることが望ましく、更には80℃以上130℃以下であることが望ましい。また反応時間は0.1時間以上3時間以下であることが望ましく、更には1時間以上2時間以下であることが望ましい。
次いで、このプレポリマーを昇温し減圧下で脱泡する。この際の温度は60℃以上120℃以下であることが望ましく、更には80℃以上100℃以下であることが望ましい。また反応時間は10分間以上2時間以下であることが望ましく、更には30分間以上1時間以下であることが望ましい。
その後、プレポリマーに対して、架橋剤(例えば1,4−ブタンジオールやトリメチロールプロパン)を加えて混合し、クリーニングブレード形成用の組成物を調製する。
更に架橋反応させ、冷却した後にカットしクリーニングブレードが形成される。この架橋反応の際の熟成加熱の温度は70℃以上130℃以下であることが望ましく、80℃以上130℃以下であることがより望ましく、更には100℃以上120℃以下であることが望ましい。また反応時間は1時間以上48時間以下であることが望ましく、更には10時間以上24時間以下であることが望ましい。
前記特定部材においては、ポリウレタンゴム中における化学架橋(架橋剤による架橋)「1」に対する物理架橋(ハードセグメント同士の水素結合による架橋)の比率が、1:0.8乃至1:2.0であることが望ましく、更には1:1乃至1:1.8であることが望ましい。
化学架橋に対する物理架橋の比率が上記下限値以上であることにより、ハードセグメント凝集体がより成長され結晶由来の低摩擦性の効果が得られる。一方、上記上限値以下であることにより、靱性維持の効果が得られる。
σ=2C1(λ−1/λ2)+2C2(1−1/λ3)
σ:応力、λ:歪、C1:化学架橋密度、C2:物理架橋
尚、引張り試験による応力−歪曲線より10%伸長時のσとλを用いる。
ソフトセグメントに対するハードセグメントの比率が上記下限値以上であることにより、ハードセグメント凝集体量も増えることにより低摩擦性の効果が得られる。一方、上記上限値以下であることにより、靱性維持の効果が得られる。
本実施形態に係るクリーニングブレードにおける非接触部材(背面部材)は、特に限定されずに公知の如何なる材料をも用い得る。
尚、非接触部材(背面部材)としては、中でも50℃の反撥弾性が70%以下である材料で構成されることが望ましく、更には65%以下であることが望ましく、60%以下であることがより望ましい。また、その下限値としては、20%以上であることが望ましく、25%以上であることがより望ましく、30%以上であることが更に望ましい。
しかし、反撥弾性が上記範囲である非接触部材を設けることにより、前記異音の発生が効果的に抑制される。
但し、50℃反撥弾性の調整は上記の方法に限定されるものではない。
また、非接触部材(背面部材)としては、ダイナミック超微小硬度の数値が0.04以上0.1以下である材料で構成されることが望ましく、0.05以上0.09以下であることがより望ましく、0.06以上0.08以下であることが更に望ましい。
ダイナミック超微小硬度は、圧子を試料に一定の押込み速度(mN/s)で進入させたときの試験荷重P(mN)と押込み深さD(μm)より、下記式より算出される硬度である。
式:DH=α×P/D2
上記式において、αは圧子形状による定数を表す。
なお、上記ダイナミック超微小硬度の測定は、ダイナミック超微小硬度計DUH−W201S((株)島津製作所社製)により行われる。ダイナミック超微小硬度は、軟質材料測定により、ダイヤモンド三角錐圧子(陵間角:115°、α:3.8584)を、押込み速度0.047399mN/s、試験荷重4.0mN、環境23℃で進入させた際の押込み深さDを測定することにより求められる。
尚、非接触部材におけるダイナミック超微小硬度の測定箇所としては、三角錐圧子を押し込める箇所で測定を行うとの観点から、角部(図1では接触角部3A)が1つの辺を構成し且つ駆動する被クリーニング部材に前記角部が接触した状態で該駆動の方向の下流側を向く面(図1では腹面3C)側で、接触部材が無い位置とする。また、測定の回数については、任意の5箇所について測定を行い、その平均値をダイナミック超微小硬度とする。
但し、ダイナミック超微小硬度の調整は上記の方法に限定されるものではない。
また、本実施形態に係るクリーニングブレードにおける非接触部材(背面部材)は、100%永久伸びが1.0%以下である材料で構成されることが望ましく、更に0.9%以下であることがより望ましく、0.8%以下であることが更に望ましい。
100%永久伸びが上記範囲である非接触部材を設けることにより、へたり(永久変形)の発生が抑制され、クリーニングブレードの接触圧が維持され、結果として優れたクリーニング性が維持される。
JIS K6262(1997年)に準拠して、短冊状試験片を用い、100%引張りひずみを与えて24時間放置し、下記式の通り標線間距離より求められる。
Ts=(L2−L0)/(L1−L0)×100
Ts:永久伸び
L0:引張り前の標線間距離
L1:引張り時の標線間距離
L2:引張り後の標線間距離
尚、クリーニングブレードの非接触部材がJIS K6262に規定の短冊状試験片の寸法以上の大きさである場合には、該部材から短冊状試験片の寸法のものを切り出すことで、上記の測定が行われる。一方、非接触部材が短冊状試験片の寸法未満の大きさである場合には、該部材と同じ材料によって短冊状試験片を形成し、この短冊状試験片について上記の測定が行われる。
但し、100%永久伸びの調整は上記の方法に限定されるものではない。
ポリオールとしては、ポリテトラメチルエーテルグリコール、ポリエチレンアジペート、ポリカプロラクトンなどが挙げられる。
ポリイソシアネートとしては、2,6−トルエンジイソシアネート(TDI)、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、パラフェニレンジイソシアネート(PPDI)、1,5−ナフタレンジイソシアネート(NDI)、3,3−ジメチルジフェニル−4,4’−ジイソシアネート(TODI)などが挙げられる。中でもMDIが望ましい。
更に、ポリウレタンを硬化させる硬化剤として、1,4−ブタンジオール、トリメチロールプロパン、エチレングリコールやこれらの混合物などの硬化剤が挙げられる。
尚、本実施形態に係るクリーニングブレードは、従来公知の成形方法を用いて製造され、例えば、いわゆる二色成形法によって製造し得る。
ここで、図1乃至図3に示すクリーニングブレード342を例に挙げてその製造方法を説明する。まず、接触部材(エッジ部材)342Aを2つ、腹面3C側同士を重ね合わせた形状に対応する空洞(接触部材形成用の組成物を流し込む領域)を有する第一金型と、接触部材(エッジ部材)342Aおよび非接触部材(背面部材)342Bを2つ、腹面3C側同士を重ね合わせた形状に対応する空洞を有する第二金型と、を準備する。前記第一金型の前記空洞に接触部材形成用の組成物を流し込んで硬化させ接触部材342Aが2つ重なった形状の第一成形物を形成する。次いで、上記第一金型を取り外した後、更に第二金型の空洞の内部に前記第一成形物が配置されるよう、第二金型を設置する。その後、第二金型の空洞内に、前記第一成形物を覆うよう非接触部材形成用の組成物を流し込み硬化させ、前記接触部材342Aおよび非接触部材342Bが2つ腹面3C側同士で重なった形状の第二成形物を形成する。次いで、形成された第二成形物を真ん中、つまり腹面3Cとなる部分で切断することで、図1乃至図3に示すクリーニングブレード342における支持部材(ホルダー)342C以外の部分が2つ形成される。尚、切断後更に定められた寸法にカットする工程を設けてもよい。その後、定められた位置に支持部材(ホルダー)342Cが接着されることで、クリーニングブレード342が作製される。
支持部材(ホルダー)342Cとしては、特に限定されるものではなく、公知のいかなる材質のものも用い得るが、例えば支持部材(ホルダー)342Cに好適に用いられる材質としては、電気亜鉛めっき鋼板等が挙げられる。
本実施形態のクリーニングブレードを利用して被クリーニング部材をクリーニングする場合、クリーニングの対象となる被クリーニング部材としては、画像形成装置内において、表面のクリーニングが要求される部材であれば特に限定されず、例えば、中間転写体や、帯電ロール、転写ロール、被転写材搬送ベルト、用紙搬送ロール、像保持体からトナーを除去するクリーニングブラシからさらにトナーを除去するデトーニングロール等も挙げられるが、本実施形態においては、像保持体であることが特に望ましい。
次に、本実施形態のクリーニングブレードを用いたクリーニング装置、プロセスカートリッジ、および、画像形成装置について説明する。
本実施形態のクリーニング装置は、被クリーニング部材表面に接触し、被クリーニング部材表面をクリーニングするクリーニングブレードとして、本実施形態のクリーニングブレードを備えたものであれば特に限定されない。例えば、クリーニング装置の構成例としては、被クリーニング部材側に開口部を有するクリーニングケース内に、接触部材(エッジ部材)先端が開口部側となるようクリーニングブレードを固定すると共に、クリーニングブレードにより被クリーニング部材表面から回収された廃トナー等の異物を異物回収容器に導く搬送部材を備えた構成などが挙げられる。また、本実施形態のクリーニング装置には、本実施形態のクリーニングブレードが2つ以上用いられていてもよい。
また、クリーニングブレード先端部が像保持体に食込む長さが0.8mm以上1.2mm以下の範囲であることが望ましく、0.9mm以上1.1mm以下の範囲であることがより望ましい。
クリーニングブレードと像保持体との接触部における角度W/A(Working Angle)は8°以上14°以下の範囲であることが望ましく、10°以上12°以下の範囲であることがより望ましい。
次に、本実施形態のクリーニングブレード、並びに、これを用いた画像形成装置およびクリーニング装置の具体例について、図面を用いてより詳細に説明する。
図7は、本実施形態の画像形成装置の一例を示す概略模式図であり、いわゆるタンデム型の画像形成装置について示したものである。
図7中、21は本体ハウジング、22、22a乃至22dは作像エンジン、23はベルトモジュール、24は記録媒体供給カセット、25は記録媒体搬送路、30は各感光体ユニット、31は感光体ドラム、33は各現像ユニット、34はクリーニング装置、35、35a乃至35dはトナーカートリッジ、40は露光ユニット、41はユニットケース、42はポリゴンミラー、51は一次転写装置、52は二次転写装置、53はベルトクリーニング装置、61は送出しロール、62は搬送ロール、63は位置合わせロール、66は定着装置、67は排出ロール、68は排紙部、71は手差し供給装置、72は送出しロール、73は両面記録用ユニット、74は案内ロール、76は搬送路、77は搬送ロール、230は中間転写ベルト、231、232は支持ロール、521は二次転写ロール、531はクリーニングブレードを表す。
ここで、感光体ユニット30は、例えば感光体ドラム31と、この感光体ドラム31を予め帯電する帯電装置(帯電ロール)32と、感光体ドラム31上の残留トナーを除去するクリーニング装置34とを一体的にサブカートリッジ化したものである。
尚、感光体ユニット30を現像ユニット33から切り離して単独のプロセスカートリッジとしてもよいことは勿論である。また、図7中、符号35(35a乃至35d)は各現像ユニット33に各色成分トナーを補給するためのトナーカートリッジである(トナー補給経路は図示せず)。
更にまた、中間転写ベルト230の最上流作像エンジン22aの上流側にはベルトクリーニング装置53が配設されており、中間転写ベルト230上の残留トナーを除去する。
更にまた、本体ハウジング21には両面記録用ユニット73が付設されており、この両面記録用ユニット73は、記録媒体の両面に画像記録を行う両面モード選択時に、片面記録済みの記録媒体を排出ロール67を逆転させ、かつ、入口手前の案内ロール74にて内部に取り込み、搬送ロール77にて内部の記録媒体戻し搬送路76に沿って記録媒体を搬送し、再度位置合わせロール63側へと供給するものである。
図8は、本実施形態のクリーニング装置の一例を示す模式断面図であり、図7中に示すクリーニング装置34と共にサブカートリッジ化された感光体ドラム31、帯電ロール32や、現像ユニット33も示した図である。
図8中、32は帯電ロール(帯電装置)、331はユニットケース、332は現像ロール、333はトナー搬送部材、334は搬送パドル、335はトリミング部材、341はクリーニングケース、342はクリーニングブレード、344はフィルムシール、345は搬送部材を表す。
現像に際しては、現像ロール332に現像剤を供給した後、例えばトリミング部材335にて現像剤を層厚規制した状態で、感光体ドラム31に対向する現像領域に搬送される。
一方、各作像エンジン22(22a乃至22d)において、感光体ドラム31上の残留トナーはクリーニング装置34にて清掃され、また、中間転写ベルト230上の残留トナーはベルトクリーニング装置53にて清掃される。
こうした作像過程において、夫々の残留トナーはクリーニング装置34(またはベルトクリーニング装置53)によって清掃される。
〔比較例A1〕
−クリーニングブレードA1−
接触部材(エッジ部材)の側面側からの形状が、先端面から幅方向に向かって腹面側に円弧状に徐々に近づいていく形状を有する図1乃至図3に示すクリーニングブレードA1を、二色成形法により製造した。
まず、接触部材(エッジ部材)を2つ、腹面側同士を重ね合わせた形状に対応する空洞(接触部材形成用の組成物を流し込む領域)を有する第一金型と、接触部材および非接触部材(背面部材)を2つ、腹面側同士を重ね合わせた形状に対応する空洞を有する第二金型と、を準備した。
まず、ポリカプロラクトンポリオール(ダイセル化学工業(株)製、プラクセル205、平均分子量529、水酸基価212KOHmg/g)およびポリカプロラクトンポリオール(ダイセル化学工業(株)製、プラクセル240、平均分子量4155、水酸基価27KOHmg/g)と、をポリオール成分のソフトセグメント材料として用いた。また、2つ以上のヒドロキシル基を含むアクリル樹脂(綜研化学社製、アクトフローUMB−2005B)をハードセグメント材料として用い、上記ソフトセグメント材料およびハードセグメント材料を8:2(質量比)の割合で混合した。
続いて、上記イソシアネート化合物を更に34.3部加え、窒素雰囲気下で70℃で3時間反応させて、プレポリマーを得た。尚、プレポリマーの使用に際して利用したイソシアネート化合物の全量は40.56部であった。
脱水処理したポリテトラメチルエーテルグリコールに、ジフェニルメタン−4,4−ジイソシアネートを混入し120℃で15分反応させ、生成したプレポリマーに硬化剤として1,4−ブタジオールおよびトリメチロールプロパンを併用したものを、非接触部材形成用組成物A1として用いた。
得られた前記ゴム部材の背面側の定められた位置に、電気亜鉛めっき鋼板製の支持部材(ホルダー)を接着剤により貼り付け、クリーニングブレードA1を得た。
・厚み方向最大長さ(T):0.4mm
・幅方向最大長さ(W) :3.0mm
・比(T/W) :0.13
・クリーニング寄与領域において比(T/W)が前記数値を満たす範囲:100%
・ダイナミック超微小硬度:0.14
・10℃反撥弾性 :40%
・ブレード自由長 :8.0mm
・ダイナミック超微小硬度:0.07
・50℃反撥弾性 :30%
・永久伸び :0.9%
比較例A1とは、接触部材(エッジ部材)のダイナミック超微小硬度が異なるクリーニングブレードを作製した。
具体的には、比較例A1の接触部材(エッジ部材)の形成において、ハードセグメントの量を変更することでダイナミック超微小硬度が下記表1に記載のものとなるよう調整した以外は、比較例A1に記載の方法によりクリーニングブレードA2〜A15を得た。
以下の方法により、ダイナミック超微小硬度の差異によるトナーすり抜けの度合い、即ちクリーニング性能を評価した。
上記より得た実施例および比較例のクリーニングブレードを、富士ゼロックス社製 DocuCentre−IV C5575に搭載し、NF(Normal Force)を1.3gf/mm、W/A(Working Angle)を11°に合わせ、10000枚プリントを行った。
〔実施例B1〕
実施例A2の接触部材(エッジ部材)の形成において、厚み方向最大長さ(T)および幅方向最大長さ(W)を変更して比(T/W)を以下の通り変更した以外は、実施例A2に記載の方法によりクリーニングブレードB1を得た。
・厚み方向最大長さ(T):0.4mm
・幅方向最大長さ(W) :1.2mm
・比(T/W) :0.33
・クリーニング寄与領域において比(T/W)が前記数値を満たす範囲:100%
・ダイナミック超微小硬度:0.3
・10℃反撥弾性 :40%
・ブレード自由長 :8mm
・ダイナミック超微小硬度:0.07
・50℃反撥弾性 :30%
・永久伸び :0.9%
実施例B1の接触部材(エッジ部材)の形成において、厚み方向最大長さ(T)および幅方向最大長さ(W)を変更して比(T/W)を下記表2に示す通り変更した以外は、実施B1に記載の方法によりクリーニングブレードを得た。
クリーニングブレードに発生する振動の大きさを、シミュレーションにより、接触部材(エッジ部材)および非接触部材(背面部材)における前述の各種物値、クリーニングブレードを実機に搭載した際の前記条件値等から算出した。
実施例B4、実施例B12、比較例B2および比較例B3のクリーニングブレードについて、下記試験を実施し、トナーすり抜けの度合い即ちクリーニング性能を評価した。各クリーニングブレードを、富士ゼロックス社製DocuCentre−IV C5575に搭載し、10k枚プリントを行った。
その時点で300mmの未転写トナーを突入させシャットダウンした際にクリーニングブレード通過後の感光体表面に残存するトナーの抜け度合いを評価した。
尚、評価基準は以下の通りである。
A:抜けなし
B:軽微な筋状抜け数本
C:筋状抜け数十本
D:ほぼ軸方向全面抜け
・実施例B4 (T:0.5mm、W:2.2mm):「A」
・実施例B12(T:0.5mm、W:5.2mm):「A」
・比較例B2 (T:0.5mm、W:1.2mm):「C」
・比較例B3 (T:0.9mm、W:2.2mm):「D」
Claims (7)
- 駆動する被クリーニング部材に接触して前記被クリーニング部材の表面をクリーニングする接触角部と、
前記接触角部が1つの辺を構成し且つ前記駆動の方向の上流側を向く先端面と、
前記接触角部が1つの辺を構成し且つ前記駆動の方向の下流側を向く腹面と、
前記先端面と1つの辺を共有し且つ前記腹面に対向する背面と、を有し、
前記接触角部と平行な方向を奥行き方向と、
前記接触角部から前記先端面が形成されている側の方向を厚み方向と、
前記接触角部から前記腹面が形成されている側の方向を幅方向とした場合に、
前記接触角部を含む部分を構成し、厚み方向最大長さ(T)と幅方向最大長さ(W)との比(T/W)が0.35以下の関係を満たす領域が、奥行き方向のクリーニングに寄与する領域において95%以上であり、表面及び内部のいずれにおいてもダイナミック超微小硬度が0.25以上0.65以下である接触部材と、
前記接触部材の厚み方向の背面側および幅方向の先端面とは反対側を覆い、且つ該接触部材とは異なる材料で構成される非接触部材と、
前記背面に接着され且つ接着された状態での先端面側端部から前記背面の先端面側端部までの長さが前記接触部材における幅方向での最大長さより長くなるよう配置された支持部材と、
を有するクリーニングブレード。 - 前記接触部材は、示差走査熱量測定(DSC)による吸熱ピークトップ温度が180℃以上である請求項1に記載のクリーニングブレード。
- 前記接触部材は、ソフトセグメント材料としてのポリオールと、ハードセグメント材料としての樹脂であるイソシアネート基に対して反応し得る官能基を有する樹脂と、ポリイソシアネートと、を含む組成物の重合体であるポリウレタン部材である請求項1または請求項2に記載のクリーニングブレード。
- 前記接触部材は、前記厚み方向最大長さ(T)が0.1mm以上である請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のクリーニングブレード。
- 請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のクリーニングブレードを備えたクリーニング装置。
- 請求項5に記載のクリーニング装置を備え、画像形成装置に対して脱着自在であるプロセスカートリッジ。
- 像保持体と、
前記像保持体を帯電する帯電装置と、
帯電した前記像保持体の表面に静電潜像を形成する静電潜像形成装置と、
前記像保持体の表面に形成された静電潜像をトナーにより現像してトナー像を形成する現像装置と、
前記像保持体上に形成されたトナー像を記録媒体上に転写する転写装置と、
前記転写装置によって前記トナー像が転写された後の前記像保持体の表面に、前記クリーニングブレードを接触させてクリーニングする請求項5に記載のクリーニング装置と、
を備える画像形成装置。
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