JP6699448B2 - 清掃体、清掃装置、帯電装置、組立体及び画像形成装置 - Google Patents

清掃体、清掃装置、帯電装置、組立体及び画像形成装置 Download PDF

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Description

本発明は、清掃体、清掃装置、帯電装置、組立体及び画像形成装置に関する。
軸部の外周面に弾性層が螺旋状に巻き付けられてなる清掃部材を備えた画像形成装置は、従来から知られている(例えば、特許文献1参照)。この清掃部材は、回転する帯電ロール等の被清掃体の外周面に、弾性層の外周面が接触することで従動回転し、被清掃体の外周面を清掃するようになっている。
特開2012−14011号公報
本発明は、弾性層の肉厚が長手方向で一定とされている構成に比べて、被清掃体の長手方向中央部に対する清掃不良を抑制できる清掃体、清掃装置、帯電装置、組立体及び画像形成装置を得ることを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項1に記載の清掃体は、軸部と、前記軸部の一端部側から他端部側にかけて螺旋状に巻き付けられて固定され、回転しつつ被清掃体を清掃する弾性層と、を備え、前記弾性層は、該弾性層の長手方向中央部に、全長に対して20%〜70%の範囲で、複数に分割された分割部を有し、前記軸部の軸方向に直交する断面視で、該弾性層の長手方向中央部における肉厚最小部が、該弾性層の長手方向両端部における肉厚最小部よりも5%〜12%大きい。
また、請求項2に記載の清掃体は、請求項1に記載の清掃体であって、前記被清掃体に対し、前記弾性層の長手方向中央部における食込量が、前記弾性層の長手方向両端部における食込量よりも大きい。
また、請求項3に記載の清掃体は、請求項2に記載の清掃体であって、前記被清掃体に対し、前記弾性層の長手方向中央部における食込量が、前記弾性層の長手方向両端部における食込量よりも13%〜26%大きい。
また、本発明に係る請求項4に記載の清掃装置は、回転する被清掃体に接触して従動回転しつつ該被清掃体を清掃する請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の清掃体を有している。
また、本発明に係る請求項5に記載の帯電装置は、請求項4に記載の清掃装置と、回転する前記被清掃体としての帯電体と、を有している。
また、本発明に係る請求項6に記載の組立体は、請求項4に記載の清掃装置と、被帯電体と、前記被帯電体を帯電させ、回転する前記被清掃体としての帯電体と、が装置本体に一体に着脱可能に組み立てられている。
また、本発明に係る請求項7に記載の画像形成装置は、請求項4に記載の清掃装置と、画像を保持可能な像保持体と、前記像保持体を帯電させ、回転する前記被清掃体としての帯電体と、前記帯電体によって帯電した前記像保持体を露光し、静電潜像を形成する露光装置と、前記露光装置によって前記像保持体に形成された静電潜像を現像する現像装置と、を有している。
請求項1に記載の発明によれば、弾性層の肉厚が長手方向で一定とされている構成に比べて、被清掃体の長手方向中央部に対する清掃不良を抑制することができる。
請求項2及び請求項3に記載の発明によれば、被清掃体に対して、弾性層の長手方向中央部における食込量が、弾性層の長手方向両端部における食込量よりも小さい場合に比べて、被清掃体の長手方向中央部に対する清掃不良を抑制することができる。
請求項4に記載の発明によれば、請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の清掃体を備えていない構成に比べて、被清掃体に対する清掃性能を向上させることができる。
請求項5に記載の発明によれば、請求項4に記載の清掃装置を備えていない構成に比べて、帯電体に対する清掃性能を向上させることができる。
請求項6に記載の発明によれば、請求項4に記載の清掃装置を備えていない構成に比べて、帯電体に対する清掃性能を向上させることができる。
請求項7に記載の発明によれば、請求項4に記載の清掃装置を備えていない構成に比べて、清掃不良に起因する画像欠陥を抑制することができる。
本実施形態に係る画像形成装置を示す概略構成図である。 本実施形態に係るプロセスカートリッジを示す概略構成図である。 本実施形態に係る帯電装置の構成を軸方向から見て示す概略構成図である。 本実施形態に係るクリーニングロールを示す概略斜視図である。 本実施形態に係るクリーニングロールを示す概略平面図である。 (A)本実施形態に係るクリーニングロールの中央部を軸方向から見て示す概略断面図である。(B)本実施形態に係るクリーニングロールの両端部を軸方向から見て示す概略断面図である。 (A)本実施形態に係るクリーニングロールの中央部の帯電ロールに対する食込量を軸方向から見て示す概略側面図である。(B)本実施形態に係るクリーニングロールの両端部の帯電ロールに対する食込量を軸方向から見て示す概略側面図である。 (A)〜(C)本実施形態に係るクリーニングロールの弾性層を展開して示す概略平面図である。 (A)〜(C)本実施形態に係るクリーニングロールの製造方法を示す工程図である。 本実施形態に係るクリーニングロールの第1変形例を軸方向から見て示す概略断面図である。 本実施形態に係るクリーニングロールの第2変形例を軸方向から見て示す概略断面図である。 本実施例に係るクリーニングロールと比較例に係るクリーニングロールの評価結果を示す表である。
以下、本発明に係る実施の形態について図面を基に詳細に説明する。なお、本実施形態において「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を意味する。また、本実施形態に係る画像形成装置10は、例えば図1に示されるように、タンデム方式のフルカラーの画像形成装置であり、図1において、矢印UPを画像形成装置10の上方向とする。また、同じ機能を有する構成部品には同じ符号(英字を省略した符号)を付与する場合がある。
まず、画像形成装置10の概略構成について説明する。画像形成装置10は、装置本体10Aを有している。装置本体10Aの内部には、ブラック(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)に対応した組立体の一例としてのプロセスカートリッジ18K、18C、18M、18Yが下から順に備えられている。
図2に示されるように、各プロセスカートリッジ18は、像を保持可能な像保持体(被帯電体)の一例としての感光体12と、帯電体(被清掃体)の一例としての帯電ロール14を有する帯電装置50と、現像装置60と、を備えている。そして、各プロセスカートリッジ18は、装置本体10Aに対して着脱可能となっている。なお、本実施形態に係る組立体としては、少なくとも、感光体12及び帯電装置50を備えていればよい。
図1に示されるように、感光体12の外周面は、その外周面に接触するように配置された帯電ロール14によって帯電された後、その帯電ロール14よりも感光体12の回転方向下流側に配置された露光装置16から出射されるレーザービームによって露光されるようになっている。これにより、感光体12の外周面に画像情報に応じた静電潜像が形成されるようになっている。
感光体12の外周面に形成された静電潜像は、ブラック(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の各色の現像装置60によって現像され、各色のトナー像とされるようになっている。すなわち、ブラック(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の各色の感光体12の外周面に対して、それぞれ帯電・露光・現像の各工程が行われることにより、各色の感光体12の外周面には、それぞれブラック(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の各色に対応したトナー像が形成されるようになっている。
一方、記録用紙Pは、用紙収納容器28から取出ロール30によって取り出され、搬送ロール32、34によって搬送ベルト20まで搬送されるようになっている。搬送ベルト20は、駆動ロール40と従動ロール42とに張力が付与された状態で巻回されており、駆動ロール40の回転駆動により、各感光体12に対向する側が下から上へ移動するように構成されている。そして、搬送ベルト20の内周面側には、各感光体12に対応した転写ロール22が配置されている。
したがって、各感光体12の外周面にそれぞれ形成されたブラック(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の各色のトナー像は、転写ロール22に支持された搬送ベルト20と感光体12とが対向する転写位置にて、各感光体12の外周面から、搬送ベルト20によって搬送されて来る記録用紙Pへ、順次転写されるようになっている。そして、各感光体12の外周面からトナー像が転写された記録用紙Pは、定着装置64へ搬送されて加熱・加圧されることにより、その記録用紙P上にトナー像が定着されるようになっている。
ここで、片面プリントの場合には、トナー像が定着された記録用紙Pは、排出ロール66によって画像形成装置10の上部に設けられた排出部68上に排出される。一方、両面プリントの場合には、定着装置64によって表面にトナー像が定着された記録用紙Pの後端部が排出ロール66によって狭持され、その後、排出ロール66が逆回転することにより、その記録用紙Pが両面プリント用の搬送路70に搬送される。
そして、搬送路70に配設された搬送ロール72によって搬送されることで表裏が反転された記録用紙Pが、再度搬送ベルト20上へ搬送され、記録用紙Pの裏面に、各感光体12の外周面からトナー像が転写される。記録用紙Pの裏面にトナー像が転写された記録用紙Pは、定着装置64によってトナー像が定着され、裏面にトナー像が定着された記録用紙Pは、排出ロール66によって排出部68上に排出される。
なお、トナー像の転写工程が終了した後の感光体12の外周面に残留する残留トナーや紙粉等は、転写位置よりも各感光体12の回転方向下流側に配置された清掃ブレード80によって、各感光体12が1回転する毎に除去されるようになっている。これにより、各感光体12の外周面は、次の画像形成工程に備えられるようになっている。
次に、被清掃体の一例としての帯電ロール14と、帯電ロール14を清掃する清掃体の一例としてのクリーニングロール102を有する清掃装置100と、を備えた帯電装置50(図2、図3参照)について説明する。
図2、図3に示されるように、帯電ロール14は、例えばシャフト14Aの周囲に弾性層14Bが形成されたロール状とされており、そのシャフト14Aは、回転自在に支持されている。そして、帯電ロール14は、シャフト14Aの両端部へ荷重F1が加えられることにより感光体12へ押し付けられ、弾性層14Bの表面(外周面)に沿って弾性変形することでニップ部を形成している。
また、帯電ロール14は、図示しないモーターによって感光体12が矢印X方向に回転駆動されることで、感光体12の回転に従動して矢印Y方向に回転するようになっている。なお、クリーニングロール102は、帯電ロール14の回転により矢印Z方向に従動回転するようになっている。また、後述するように、クリーニングロール102は、シャフト104の両端部へ荷重F2が加えられることにより帯電ロール14へ押し付けられるようになっており、帯電ロール14の撓みを抑えられるようになっている。
帯電ロール14の構成としては、特に限定されるものではないが、例えばシャフト14A、弾性層14B、若しくは弾性層14Bの代わりに樹脂層を有する構成が挙げられる。弾性層14Bは、単層構成であってもよく、幾つもの機能を持った複数の異なる層からなる積層構成であってもよい。更には、弾性層14Bの外周面に表面処理を行ってもよい。
シャフト14Aの材質としては、導電性を有する快削鋼、ステンレス鋼等が使用され、摺動性等の用途に応じて、材質及び表面処理方法が適宜選択される。例えば、シャフト14Aの材質が、導電性を有さない材質の場合には、メッキ処理等の一般的な導電化処理によって導電性を付与するようにしてもよい。
また、弾性層14Bは、導電性発泡弾性層であるが、導電性発泡弾性層は、例えば弾性を有するゴム等の弾性材に、導電性発泡弾性層の抵抗を調整する導電剤の他、必要に応じて軟化剤、可塑剤、硬化剤、加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤、シリカ又は炭酸カルシウム等の充填剤など、通常のゴムに添加され得る材料を加えてもよい。
つまり、弾性層14Bは、通常のゴムに添加される材料を添加した混合物を、導電性のシャフト14Aの外周面に被覆することにより形成される。なお、抵抗値の調整を目的とした導電剤としては、マトリックス材に配合されるカーボンブラックやイオン導電剤等の電子及びイオンの少なくとも一方を電荷キャリアとして電気伝導する材料を分散したものなどが用いられる。
導電性発泡弾性層を構成する弾性材は、例えばゴム材中に導電剤を分散させることによって形成される。ゴム材としては、例えばシリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム、エピクロルヒドリン−エチレンオキシド共重合ゴム、エピクロルヒドリン−エチレンオキシド−アリルグリシジルエーテル共重合ゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム及びこれらのブレンドゴムが挙げられる。これらのゴム材は発泡したものであっても無発泡のものであってもよい。
導電剤としては、電子導電剤やイオン導電剤が用いられる。電子導電剤の例としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック等のカーボンブラック;熱分解カーボン、グラファイト;アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス鋼等の各種導電性金属又は合金;酸化スズ、酸化インジウム、酸化チタン、酸化スズ−酸化アンチモン固溶体、酸化スズ−酸化インジウム固溶体等の各種導電性金属酸化物;絶縁物質の表面を導電化処理したもの;などの微粉末が挙げられる。
また、イオン導電剤の例としては、テトラエチルアンモニウム、ラウリルトリメチルアンモニウム等のオニウム類の過塩素酸塩、塩素酸塩等;リチウム、マグネシウム等のアルカリ金属、アルカリ土類金属の過塩素酸塩、塩素酸塩;などが挙げられる。なお、これらの導電剤は、単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
また、その添加量に特に制限はないが、電子導電剤の場合には、ゴム材の100質量部に対して、1質量部以上60質量部以下の範囲であることが望ましく、イオン導電剤の場合には、ゴム材の100質量部に対して、0.1質量部以上5.0質量部以下の範囲であることが望ましい。このような導電剤によって抵抗値を制御することにより、弾性層14Bは、その抵抗値が環境条件によって変化せず、安定的な特性が得られる。
また、弾性層14Bの外周面に表面層を形成してもよい。表面層の材料としては、樹脂、ゴム等の何れを用いてもよく、特に限定するものではないが、ポリフッ化ビニリデン、4フッ化エチレン共重合体、ポリエステル、ポリイミド、共重合ナイロンなどが挙げられる。更に、表面層には、フッ素系又はシリコーン系の樹脂などを用いてもよく、フッ素変性アクリレートポリマーを用いることが特に望ましい。
図4、図5に示されるように、清掃装置100は、ロール状とされたクリーニングロール102を有している。クリーニングロール102は、軸部(芯体)の一例としてのシャフト104と、弾性層106と、シャフト104と弾性層106とを接着するための接着層108(図6参照)と、を備えている。
シャフト104は、帯電ロール14の回転軸方向(以下、単に「軸方向」という)に沿って配置されている。シャフト104の軸方向の長さは、帯電ロール14における弾性層14Bの軸方向の長さよりも長く、シャフト104の軸方向一端部及び軸方向他端部は、それぞれ、帯電ロール14における弾性層14Bの軸方向一端部及び軸方向他端部よりも軸方向外側へ延びている。
なお、シャフト104に用いる材質としては、例えば快削鋼又はステンレス鋼等の金属や、例えばポリアセタール樹脂(POM)等の樹脂が挙げられるが、材質及び表面処理方法は、必要に応じて適宜選択される。例えば、シャフト104が樹脂等の導電性を有さない材質で構成される場合には、そのまま使用してもよいが、メッキ処理等の一般的な処理により加工して導電化処理を行ってもよい。また、シャフト104が金属で構成される場合には、メッキ処理を施すのが望ましい。
弾性層106は、シャフト104の外周面にシャフト104の軸方向一端部側から軸方向他端部側にかけて、螺旋状に配置されている。具体的には、図9に示されるように、弾性層106は、例えばシャフト104の軸方向一端部から軸方向他端部にかけて、シャフト104を螺旋軸とし、短冊状の発泡弾性部材(以下「短冊110」という)が予め決められた間隔を持って螺旋状に巻回されて形成されている。なお、弾性層106の具体的な材料については、後述する。
また、図6(A)、図6(B)に示される接着層108としては、例えば両面テープが挙げられるが、シャフト104の外周面と弾性層106(短冊110)とを接着し得るものであれば、特に制限はなく、その他の接着剤等によって構成されていてもよい。
また、図4、図5に示されるように、クリーニングロール102は、弾性層106の長手方向(シャフト104の軸方向)中央部における一定範囲、具体的には長手方向全長に対して20%〜70%の範囲で複数本(例えば2本)に分割されている。すなわち、図8(A)に示されるように、短冊110の幅方向中央部には、その長手方向全長に対して20%〜70%の範囲で、その長手方向に沿った直線状の切込部112が形成されている。
この切込部112により、弾性層106の長手方向中央部に複数に分割された分割部120が形成されるようになっている。なお、この切込部112は、図6(A)に示されるように、接着層108には形成されないようになっている。また、切込部112の長さ(弾性層106の長手方向中央部の分割範囲)は、短冊110の長手方向全長に対して20%〜70%の範囲が望ましく、30%〜60%の範囲がより望ましく、40%〜50%の範囲が特に望ましい。
また、切込部112は、上記範囲を満たしていれば、図8(B)に示されるように、断続的に(長手方向に複数に分割されて)形成されていてもよいし、図8(C)に示されるように、幅方向に複数(例えば2本)並んで形成されていてもよい。図8(C)に示される短冊110の場合、弾性層106の長手方向中央部の一定範囲には、3本に分割された分割部120が形成される。
また、図6(A)、図6(B)に示されるように、弾性層106は、シャフト104の軸方向から見た断面視で、4辺(曲線を含む)で囲まれた四角形状とされている。そして、弾性層106の幅方向(図8においてWで示す方向)両端部には、幅方向中央部114よりもシャフト104の径方向外側へ突出する突出部116が、弾性層106の長手方向に沿って形成されている。
すなわち、この突出部116は、弾性層106(短冊110)に対して、その長手方向に張力を付与することにより、弾性層106の外面の幅方向中央部114と幅方向両端部とで外径差が生じることで形成されている。なお、図6(A)に示されるように、切込部112によって複数本に分割されている分割部120では、幅方向中央部114にも、突出部116と同様の突出部114Aが、弾性層106の長手方向に沿って形成される。
また、弾性層106の長手方向中央部(切込部112により複数本に分割されている分割部120)における肉厚最小部D1(図6(A)参照)が、切込部112によって複数本に分割されたことにより、弾性層106の長手方向両端部(長手方向中央部よりも長手方向(シャフト104の軸方向)外側となる範囲)における肉厚最小部D2(図6(B)参照)よりも5%〜12%大きくなっている。
なお、弾性層106の長手方向両端部(切込部112が形成されない両端部)における肉厚最小部D2は、例えば1.0mm〜3.0mmとされ、望ましくは1.4mm〜2.6mmとされ、より望ましくは1.6mm〜2.4mmとされている。また、弾性層106の肉厚(厚み)は、例えば、次のようにして測定される。
クリーニングロール102の周方向を固定した状態で、レーザー測定機(ミツトヨ社製レーザースキャンマイクロメータ、型式:LSM6200)を、1mm/secのトラバース速度にて、クリーニングロール102の長手方向(シャフト104の軸方向)へスキャンさせ、弾性層106の肉厚のプロファイルを測定する。その後、クリーニングロール102の周方向の位置をずらし、同様の測定を行う(周方向の位置は120°間隔で3箇所)。このプロファイルを基に弾性層106の肉厚の算出を行う。
また、図3、図7に示されるように、クリーニングロール102の弾性層106は、感光体12とは反対側で、帯電ロール14に接触している。具体的には、クリーニングロール102の弾性層106は、シャフト104の両端部へ荷重F2が加えられることにより帯電ロール14へ押し付けられ、帯電ロール14の弾性層14Bの表面(外周面)に沿って弾性変形することでニップ部を形成している。
これにより、クリーニングロール102の弾性層106の外面が、その長手方向において、予め決められた食込量にて、帯電ロール14の弾性層14Bの表面に接触している。すなわち、帯電ロール14の弾性層14Bに対して、弾性層106の長手方向中央部における食込量E1(図7(A)参照)が、弾性層106の長手方向両端部における食込量E2(図7(B)参照)よりも13%〜26%大きくなっている。
なお、短冊110の長手方向先端部分には、シャフト104に接着した後の剥れを抑制するために、厚み方向の圧縮処理を施してもよい。具体的には、シャフト104に接着する前の短冊110の長手方向先端部分に対して、その厚み方向に圧縮率(圧縮後の厚み/圧縮前の厚み×100)が10%〜70%となるように熱及び圧力を付与する圧縮処理(熱圧縮処理)を施してもよい。これにより、短冊110の長手方向先端部分が、潰れた状態に塑性変形される。
また、弾性層106は、気泡を有する材料で構成された発泡弾性層であり、100Paの外力印加により変形しても、元の形状に復元する材料から構成される。弾性層106の材料としては、例えばポリウレタン、ポリエチレン、ポリアミド、又はポリプロピレン等の発泡性の樹脂、或いは、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、EPDM、NBR、CR、塩素化ポリイソプレン、イソプレン、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、水素添加ポリブタジエン、ブチルゴム等のゴム材料を1種類又は2種類以上をブレンドしてなる材料が挙げられる。
なお、これらには、必要に応じて、発泡助剤、整泡剤、触媒、硬化剤、可塑剤又は加硫促進剤等の助剤を加えてもよい。弾性層106は、特に擦れにより、被清掃体(帯電ロール14)の表面に傷を付けないようにする、また、長期に亘り、千切れや破損が生じないようにする観点から、引っ張りに強い発泡ポリウレタンであることが望ましい。
ポリウレタンとしては、例えばポリオール(ポリエステルポリオール、ポリーエテルポリエステルやアクリルポリオール等)と、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や4,4−ジフェニルメタンジイソシアネート、トリジンジイソシアネート、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート等)と、の反応物が挙げられ、鎖延長剤(1,4−ブタンジオール、トリメチロールプロパン)が含まれたものであってもよい。
ポリウレタンの発泡は、例えば水やアゾ化合物(アゾジカルボンアミド、アゾビスイソブチロニトリル等)の発泡剤を用いて行われるのが一般的である。また、発泡ポリウレタンには、必要に応じて発泡助剤、整泡剤、触媒などの助剤を加えてもよい。また、これらの発泡ポリウレタンの中でも、特にエーテル系発泡ポリウレタンが好適である。これは、エステル系発泡ポリウレタンが湿熱劣化し易い傾向があるためである。
なお、エーテル系発泡ポリウレタンは、主としてシリコーンオイルの整泡剤が使用されるが、保管時(特に高温高湿下での長期保管時)において、シリコーンオイルが被清掃体(帯電ロール14)へ移行することによる画質欠陥が発生することがある。そのため、シリコーンオイル以外の整泡剤を用いることが望ましい。これにより、弾性層106による画質欠陥が抑制される。
シリコーンオイル以外の整泡剤としては、例えばケイ素(Si)を含まない有機系の界面活性剤(ドデシルベンゼンスルホン酸、ラウリル硫酸ナトリウム等のアニオン系界面活性剤等)が挙げられる。なお、エーテル系発泡ポリウレタンが、シリコーンオイル以外の整泡剤を用いたか否かは、成分分析により、ケイ素(Si)を含むか否かで判断される。
また、弾性層106は、螺旋状に配置されているが、図5に示されるように、具体的な螺旋角度θは、10°〜65°であることが望ましく、15°〜45°であることがより望ましい。そして、螺旋幅R1は、接着層108側における根元で、3mm〜25mmであることが望ましく、3mm〜10mmであることがより望ましい。更に、螺旋ピッチR2は、3mm〜25mmであることが望ましく、15mm〜22mmであることがより望ましい。
また、シャフト104に対する弾性層106の被覆率(弾性層106の螺旋幅R1/[弾性層106の螺旋幅R1+弾性層106の螺旋ピッチR2])は、15%〜70%であることが望ましく、25%〜55%であることがより望ましい。
この被覆率が上記範囲よりも大きいと、弾性層106が被清掃体(帯電ロール14)に接触する時間が長くなるため、弾性層106の表面(外面)に回収した異物(汚染物)が被清掃体(帯電ロール14)へ再付着する傾向が高くなる。一方、この被覆率が上記範囲よりも小さいと、弾性層106の厚み(肉厚)が安定し難くなり、清掃能力が低下する傾向となる。
なお、図5に示されるように、螺旋角度θとは、弾性層106の長手方向L(螺旋方向)とシャフト104の軸方向Jとが交差する角度(鋭角)を意味する。また、螺旋幅R1とは、シャフト104の軸方向Jに沿った弾性層106の長さを意味する。更に、螺旋ピッチR2とは、シャフト104の軸方向Jに沿った弾性層106の隣り合った部分の間の長さを意味する。
次に、本実施形態に係るクリーニングロール102の製造方法について説明する。なお、シャフト104の外径は、例えばφ3mm〜φ6mmとすることが望ましい。
まず、目的の厚みとなるようにスライス加工したシート状の発泡弾性部材(発泡ポリウレタンシート等)を準備する。そして、打ち抜き型により、その発泡弾性部材を打ち抜き、図9(A)に示されるように、目的とする幅及び長さの短冊110を得る。なお、図示しないが、短冊110の長手方向先端部分は、上記の通り、厚み方向に圧縮処理が施されている。
そして、短冊110の片面に両面テープ(接着層108)を貼り付ける。また、両面テープ(接着層108)が貼り付けられた面とは反対側となる、短冊110の片面の長手方向中央部に、その長手方向全長に対して20%〜70%の範囲で切り込みを入れる(切込部112を形成する)。なお、この切込部112は、両面テープ(接着層108)には形成されない。
次に、図9(B)に示されるように、両面テープ(接着層108)が貼り付いている面を上方にして短冊110を配置し、その両面テープ(接着層108)上にシャフト104の一端部を載せる。そして、図9(C)に示されるように、予め決められた速度でシャフト104を回転させて、シャフト104の外周面に短冊110を螺旋状に巻き付け、シャフト104の外周面に螺旋状に配置された弾性層106を有するクリーニングロール102を得る。
なお、弾性層106となる短冊110をシャフト104に巻き付ける際、シャフト104の軸方向に対して、短冊110の長手方向が目的の角度(螺旋角度θ)となるように、短冊110の位置を合わせる。また、短冊110をシャフト104に巻き付ける際に付与する張力は、短冊110の両面テープ(接着層108)とシャフト104との間に隙間が生じない程度であることが望ましく、過度に張力を付与しないことが望ましい。
短冊110をシャフト104に巻き付ける際に付与する張力は、具体的には、元の短冊110の長さに対して0%〜5%までの伸びになる張力とすることが望ましい。短冊110をシャフト104に巻き付ける際に、張力を付与し過ぎると、引っ張り永久伸びが大きくなり、清掃に必要な弾性層106の弾性力が落ちる傾向があるためである。
また、短冊110をシャフト104に巻き付けると、短冊110が伸びる傾向がある。この伸びは、短冊110の厚み方向で異なり、最外面が最も伸びる傾向があり、弾性力が落ちることがある。そのため、短冊110をシャフト104に巻き付けた後における最外面の伸びが、元の短冊110の最外面に対して5%程度になるようにすることが望ましい。
なお、この伸びは、短冊110がシャフト104に巻き付く曲率半径と短冊110の厚みにより制御される。そして、短冊110がシャフト104に巻き付く曲率半径は、シャフト104の外径及び短冊110の巻き付け角度(螺旋角度θ)により制御される。
短冊110がシャフト104に巻き付く曲率半径は、例えば[(シャフト104の外径/2)+0.2mm]以上[(シャフト104の外径/2)+8.5mm]以下にすることが望ましく、[(シャフト104の外径/2)+0.5mm]以上[(シャフト104の外径/2)+7.0mm]以下にすることがより望ましい。
短冊110の厚みは、例えば1.5mm〜4mmとされ、望ましくは1.5mm〜3.0mmとされる。また、短冊110の幅としては、弾性層106の被覆率が上記範囲となるように調整することが望ましい。また、短冊110の長さは、例えばシャフト104に巻き付ける領域の軸方向の長さと巻き付け角度(螺旋角度θ)と巻き付ける際の張力により決定される。
以上のような構成とされた清掃装置100(クリーニングロール102)において、次にその作用について説明する。
記録用紙Pに転写されずに感光体12に残留した現像剤などの異物(汚染物)は、清掃ブレード80によって感光体12から除去される。清掃ブレード80で除去されずに清掃ブレード80をすり抜けた現像剤などの異物の一部は、帯電ロール14の表面(外周面)に付着する。また、画像形成装置10の装置本体10Aの内部で浮遊する現像剤などの異物の一部が帯電ロール14の表面に付着する。
帯電ロール14の表面に付着した異物は、弾性層106の長手方向全長に亘って形成された突出部116と、弾性層106の長手方向中央部の一定範囲に形成された突出部114Aと、によって帯電ロール14の表面から掻き取られることにより除去され、更には弾性層106の外面によって帯電ロール14の表面が払拭されることにより除去される。
特に、弾性層106は、その長手方向中央部の一定範囲(短冊110の長手方向全長に対して20%〜70%の範囲)が、切込部112により複数本に分割された分割部120とされて、その幅方向中央部114に突出部114Aを有しているため、弾性層106の長手方向中央部の一定範囲が複数本に分割されていない構成に比べて、帯電ロール14の表面に付着している異物がより効果的に掻き取られる。
また、弾性層106の長手方向中央部の肉厚最小部D1が、弾性層106の長手方向両端部の肉厚最小部D2よりも5%〜12%大きくなっているため、弾性層106の肉厚が長手方向で一定とされている構成に比べて、クリーニングロール102の長手方向中央部と長手方向両端部とで生じていた帯電ロール14に対する接触圧のばらつきが適切に制御される。
つまり、帯電ロール14の長手方向中央部に対する弾性層106の接触圧が確保され、帯電ロール14の長手方向中央部に対する弾性層106の清掃不良が抑制される。したがって、帯電ロール14に対するクリーニングロール102の清掃性能(クリーニング性)が向上され、上記清掃不良に起因する画像欠陥の発生が抑制される。
また、帯電ロール14の弾性層14Bに対して、弾性層106の長手方向中央部における食込量E1が、弾性層106の長手方向両端部における食込量E2よりも13%〜26%大きくなっているため、食込量E1が食込量E2よりも小さい構成に比べて、帯電ロール14の長手方向中央部に対する弾性層106の清掃不良が更に抑制される。
なお、帯電ロール14の表面に残った異物は、例えば帯電ロール14の回転とクリーニングロール102の従動回転とによって、帯電ロール14の軸方向端部から軸方向端面14C(図7参照)へ移動し、軸方向端面14Cに付着する場合がある。また、画像形成装置10の装置本体10Aの内部で浮遊する現像剤などの異物の一部が帯電ロール14の軸方向端面14Cに付着する場合がある。しかしながら、帯電ロール14の軸方向端面14Cは、画像形成に影響しないため、特に問題にはならない。
また、弾性層106は、1本の短冊110で構成される態様に限定されるものではなく、2本以上の短冊110で構成されていてもよい。すなわち、例えば図10に示されるように、2本の短冊110がシャフト104の外周面に螺旋状に巻き付けられた際に、互いに対向する接着層108の幅方向の端面108Aが接触した状態になるように構成してもよい。
つまり、2本の短冊110がシャフト104に隙間なく並んで巻回されることにより、クリーニングロール102の長手方向(シャフト104の軸方向)中央部に、複数に分割された分割部120が形成されるようにし、その2本の短冊110によって構成された弾性層106の幅方向中央部114に突出部114Aが形成されるようにしてもよい。
また、例えば図11に示されるように、2本の短冊110がシャフト104の外周面に螺旋状に巻き付けられた際に、互いに対向する接着層108の幅方向の端面108Aが接触しない状態(端面108A同士の間に隙間Sが形成される状態)になるように構成してもよい。
つまり、2本の短冊110がシャフト104に隙間Sを有して並んで巻回されることにより、クリーニングロール102の長手方向(シャフト104の軸方向)中央部に、複数に分割された分割部120が形成されるようにし、その2本の短冊110によって構成された弾性層106の幅方向中央部114に突出部114Aが形成されるようにしてもよい。
以下に、実施例1〜7及び比較例1〜5を挙げて本実施形態を具体的に説明するが、本実施形態は各実施例に限定されるものではない。また、帯電ロール14は、実施例1〜7及び比較例1〜5において同じものを使用した。よって、帯電ロール14の具体例は、実施例1においてのみ示す。
<実施例1>
[帯電ロール]
(弾性層の形成)
下記混合物を、オープンロールで混練し、SUS416からなる直径9mmの導電性のシャフト14Aの外周面に、厚さ1.5mmとなるように円筒状に被覆し、内径12.0mmの円筒型の金型に入れ、170℃で30分間加硫させ、金型から取り出した後、研磨した。これにより、円筒状の導電性の弾性層14Bを得た。
・ゴム材(エピクロルヒドリン−エチレンオキシド−アリルグリシジルエーテル共重合ゴム、GECHRON3106:日本ゼオン社製)・・・・・・・・・・・・100質量部
・導電剤(カーボンブラック アサヒサーマル:旭カーボン社製)・・・・・25質量部
・導電剤(ケッチェンブラックEC:ライオン社製)・・・・・・・・・・・・8質量部
・イオン導電剤(過塩素酸リチウム)・・・・・・・・・・・・・・・・・・・1質量部
・加硫剤(硫黄、200メッシュ:鶴見化学工業社製)・・・・・・・・・・・1質量部
・加硫促進剤(ノクセラーDM:大内新興化学工業社製)・・・・・・・・2.0質量部
・加硫促進剤(ノクセラーTT:大内新興化学工業社製)・・・・・・・・0.5質量部
(表面層の形成)
下記混合物を、ビーズミルにて分散し、得られた分散液を、メタノールで希釈し、導電性の弾性層14Bの表面(外周面)に浸漬塗布した後、140℃で15分間加熱乾燥した。これにより、厚さ4μmの表面層を有する帯電ロール14を得た。
・高分子材料(共重合ナイロン、アミランCM8000:東レ社製)・・・100質量部
・導電剤(アンチモンドープ酸化スズ、SN−100P:石原産業社製)・・30質量部
・溶剤(メタノール)・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・500質量部
・溶剤(ブタノール)・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・240質量部
[クリーニングロール1]
厚さ2.4mmの発泡ウレタン(EP−70;株式会社イノアックコーポレーション社製)シートを幅6mm、長さ360mmの短冊になるように切り出した。切り出した短冊に対して、厚み0.05mmの両面テープ(日東電工社製、No.5605)を、短冊全面に貼り付け、両面テープ付き短冊を得た。
両面テープ付き短冊を発泡ウレタンシートが上方を向くように台上に置き、その短冊の長手方向先端部から107mm〜253mmの範囲における幅方向中央部に片刃ナイフで垂直に切り込みを入れた(両面テープを除き、切込部112を形成した)。これにより、長手方向中央部が2分割(3mm×2本に分割)された両面テープ付き短冊110を得た。
得られた両面テープ付き短冊110を、その両面テープに貼り付けられている剥離紙が下方を向くように水平な台上に置き、短冊の長手方向先端部から長手方向における長さ1mmの範囲の厚みが他の部位の厚みの15%となるように、その長手方向先端部を加熱したステンレス鋼によって上部から圧縮した。
得られた両面テープ付き短冊110を、その両面テープに貼り付けられている剥離紙が上方を向くように水平な台上に置き、金属製のシャフト104(材質=SUM24EZ、外径=φ5.0mm、全長=338mm)へ、螺旋角度θが15°となるように、かつ短冊全長が0%〜5%までの範囲で伸びるように張力を付与しつつ巻き付けた。
これにより、螺旋状に巻回された弾性層106の長手方向中央部が100mm〜238mmの範囲で2分割された(弾性層106の長手方向中央部の100mm〜238mmの範囲となる位置に分割本数が2本となる分割部120が形成された)クリーニングロール1を得た。
<実施例2>
[クリーニングロール2]
両面テープ付き短冊110の長手方向中央部に形成する切込部112の長さを144mm〜216mmの範囲とし、その短冊110を螺旋状に巻き付けた後の弾性層106の長手方向中央部の分割位置(分割部120の位置)が135mm〜203mmの範囲となるようにした以外は、クリーニングロール1と同様にして、クリーニングロール2を得た。
<実施例3>
[クリーニングロール3]
両面テープ付き短冊110の長手方向中央部に形成する切込部112の長さを80mm〜280mmの範囲とし、その短冊110を螺旋状に巻き付けた後の弾性層106の長手方向中央部の分割位置(分割部120の位置)が75mm〜263mmの範囲となるようにした以外は、クリーニングロール1と同様にして、クリーニングロール3を得た。
<実施例4>
[クリーニングロール4]
両面テープ付き短冊110の長手方向中央部に形成する切込部112の長さを53mm〜307mmの範囲とし、その短冊110を螺旋状に巻き付けた後の弾性層106の長手方向中央部の分割位置(分割部120の位置)が50mm〜288mmの範囲となるようにした以外は、クリーニングロール1と同様にして、クリーニングロール4を得た。
<実施例5>
[クリーニングロール5]
発泡ウレタンシートの厚さを2.8mmとした以外は、クリーニングロール1と同様にして、クリーニングロール5を得た。
<実施例6>
[クリーニングロール6]
発泡ウレタンシートの厚さを2.8mm、螺旋角度θを25°とした以外は、クリーニングロール1と同様にして、クリーニングロール6を得た。
<実施例7>
[クリーニングロール7]
両面テープ付き短冊110の長手方向中央部の分割本数を3本(2mm×3本)とした以外は、クリーニングロール1と同様にして、クリーニングロール7を得た。
<比較例1>
[比較クリーニングロール1]
両面テープ付き短冊の長手方向中央部を分割しなかった(6mm×1本)以外は、クリーニングロール1と同様にして、比較クリーニングロール1を得た。
<比較例2>
[比較クリーニングロール2]
両面テープ付き短冊の長手方向中央部に形成する切込部112の長さを149mm〜211mmの範囲とし、その短冊を螺旋状に巻き付けた後の弾性層106の長手方向中央部の分割位置(分割部120の位置)が140mm〜198mmの範囲となるようにした以外は、クリーニングロール1と同様にして、比較クリーニングロール2を得た。
<比較例3>
[比較クリーニングロール3]
両面テープ付き短冊の長手方向中央部に形成する切込部112の長さを43mm〜317mmの範囲とし、その短冊を螺旋状に巻き付けた後の弾性層106の長手方向中央部の分割位置(分割部120の位置)が40mm〜298mmの範囲となるようにした以外は、クリーニングロール1と同様にして、比較クリーニングロール3を得た。
<比較例4>
[比較クリーニングロール4]
発泡ウレタンシートの厚さを2.0mmとした以外は、クリーニングロール1と同様にして、比較クリーニングロール4を得た。
<比較例5>
[比較クリーニングロール5]
発泡ウレタンシートの厚さを3.0mm、螺旋角度θを35°とした以外は、クリーニングロール1と同様にして、比較クリーニングロール5を得た。
<評価>
各実施例で作製したクリーニングロール1〜7及び各比較例で作製した比較クリーニングロール1〜5の長手方向中央部の分割位置(分割部120の位置)、対全長比、肉厚最小部、帯電ロール14に対する食込量と、面内濃度ムラ及びクリーニング性を評価した評価結果を図12に示す。なお、面内濃度ムラ及びクリーニング性の評価は、次のようにして行った。
[面内濃度ムラ評価]
上記各実施例及び各比較例で作製したクリーニングロールと帯電ロール14とをカラー複合機DocuCentre−V C7775:富士ゼロックス社製のドラムカートリッジに装着し、面内濃度ムラ評価試験を行った。
評価試験は、10℃、15RH%の環境下で、濃度50%の全面ハーフトーン画像を出力し、帯電ロール14の各クリーニングロールによる面内濃度ムラについて評価した。具体的には、画像印字領域をランダムに10点選び、X−rite404によって画像濃度を測定し、その最大値と最小値の差から以下の基準に基づいて面内濃度ムラを評価した。
(面内濃度ムラ評価:判断基準)
G0:最大値と最小値の差が0.10以下
G1:最大値と最小値の差が0.10より大きく0.15以下
G2:最大値と最小値の差が0.15より大きい
[クリーニング性評価]
上記各実施例及び各比較例で作製したクリーニングロールと帯電ロール14とをカラー複合機DocuCentre−V C7775:富士ゼロックス社製のドラムカートリッジに装着し、クリーニング性評価試験を行った。
評価試験は、10℃、15RH%の環境下で、A4の記録用紙上に画像濃度100%で出力方向長さ200mm×幅30mmの帯状の画質パターンを50,000枚印字した後、帯電ロール14の画質パターン印字位置での表面状態の観察により、付着物のクリーニング性評価を行った。帯電ロール14の観察は、共焦点レーザー顕微鏡(OLS1100、OLYMPAS社製)を用いて直接表面を観察し、以下の基準に基づいてクリーニング性を評価した。
(クリーニング性評価:判断基準)
G0:帯電ロール表面に付着物が1μm当たり10%以下の範囲で見られる。
G1:帯電ロール表面に付着物が1μm当たり10%より大きく30%以下の範囲で見られる。
G2:帯電ロール表面に付着物が1μm当たり30%より大きく50%以下の範囲で見られる。
図12の表に示される評価結果から、各実施例で作製したクリーニングロール1〜7は、各比較例で作製した比較クリーニングロール1〜5に比べて、面内濃度ムラ及びクリーニング性評価が良好であることが判明した。
以上、本実施形態に係るクリーニングロール102(清掃体)について、図面及び各実施例を基に説明したが、本実施形態に係るクリーニングロール102は、図示のものや各実施例で示されるものに限定されるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲内において、種々の変形、変更、改良が可能である。例えば、本実施形態では、帯電ロール14が感光体12に従動回転する構成としたが、帯電ロール14は回転駆動される構成であってもよい。
また、本実施形態に係るクリーニングロール102は、帯電ロール14へ常時接触する構成としたが、これに限定されるものではなく、クリーニング時のみに帯電ロール14へ接触して従動回転する構成とされていてもよい。また、クリーニングロール102は、クリーニング時のみに帯電ロール14へ接触し、別駆動により、帯電ロール14に対して周速差を有して回転する構成とされていてもよい。
また、本実施形態に係る画像形成装置10では、帯電ロール14とこれに接触して配置されるクリーニングロール102とのユニットを帯電装置50とした形態、即ち被清掃体として帯電ロール14を採用した形態について説明したが、被清掃体は、帯電ロール14に限定されるものではない。例えば、被清掃体としては、感光体(像保持体)などであってもよい。
また、被清掃体(帯電ロール14)とこれに接触して配置される清掃体(クリーニングロール102)とのユニットを画像形成装置10に直接配置してもよいし、プロセスカートリッジ18のようにカートリッジ化して画像形成装置10に配置してもよい。また、本実施形態に係るクリーニングロール102が適用される画像形成装置10は、上記構成のものに限定されるものではなく、例えば中間転写方式の画像形成装置であってもよい。
10 画像形成装置
12 感光体(像保持体の一例、被帯電体の一例)
14 帯電ロール(被清掃体の一例、帯電体の一例)
16 露光装置
18 プロセスカートリッジ(組立体の一例)
50 帯電装置
60 現像装置
100 清掃装置
102 クリーニングロール(清掃体の一例)
104 シャフト(軸部の一例)
106 弾性層
120 分割部

Claims (7)

  1. 軸部と、
    前記軸部の一端部側から他端部側にかけて螺旋状に巻き付けられて固定され、回転しつつ被清掃体を清掃する弾性層と、
    を備え、
    前記弾性層は、
    該弾性層の長手方向中央部に、全長に対して20%〜70%の範囲で、複数に分割された分割部を有し、
    前記軸部の軸方向に直交する断面視で、
    該弾性層の長手方向中央部における肉厚最小部が、該弾性層の長手方向両端部における肉厚最小部よりも5%〜12%大きい清掃体。
  2. 前記被清掃体に対し、前記弾性層の長手方向中央部における食込量が、前記弾性層の長手方向両端部における食込量よりも大きい請求項1に記載の清掃体。
  3. 前記被清掃体に対し、前記弾性層の長手方向中央部における食込量が、前記弾性層の長手方向両端部における食込量よりも13%〜26%大きい請求項2に記載の清掃体。
  4. 回転する被清掃体に接触して従動回転しつつ該被清掃体を清掃する請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の清掃体を有する清掃装置。
  5. 請求項4に記載の清掃装置と、
    回転する前記被清掃体としての帯電体と、
    を有する帯電装置。
  6. 請求項4に記載の清掃装置と、
    被帯電体と、
    前記被帯電体を帯電させ、回転する前記被清掃体としての帯電体と、
    が装置本体に一体に着脱可能に組み立てられている組立体。
  7. 請求項4に記載の清掃装置と、
    画像を保持可能な像保持体と、
    前記像保持体を帯電させ、回転する前記被清掃体としての帯電体と、
    前記帯電体によって帯電した前記像保持体を露光し、静電潜像を形成する露光装置と、
    前記露光装置によって前記像保持体に形成された静電潜像を現像する現像装置と、
    を有する画像形成装置。
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