JP2016099452A - 清掃部材、および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】像保持体に接触する接触部の硬度を基材よりも高いものとした清掃部材において、その接触部の耐欠け性を向上させる。【解決手段】図６に示すように、第１材料のｔａｎδピーク温度が摂氏０度未満であり、かつ、第２材料の引裂強さが４９キロニュートン毎メートル以上である場合に、接触部の耐欠け性指数が０．２以上となることがわかった。したがって、清掃部材を設計する際には、基材を構成する第１材料の損失正接のピーク温度を摂氏０度未満とするとともに、接触部を構成する第２材料の引裂強さが４９キロニュートン毎メートル以上となるように、各材料および改質処理の条件（処理時間、薬液濃度など）を選定すれば、欠けの生じ難い清掃部材が製造される。【選択図】図６

Description

本発明は、清掃部材、および画像形成装置に関する。

特許文献１には、ブレード本体における静電潜像担持体と当接するエッジ部位にフッ素系樹脂層が形成されているブレードであって（請求項１）、ブレード本体の反発弾性が４０〜７０％（請求項３）のものが記載されている。
特許文献２には、少なくとも基材の先端部が表面層で被覆され、被クリーニング部材に当接して残留トナーを除去するクリーニングブレードであって、その表面層がアモルファスカーボンを主成分とし、このアモルファスカーボンにおける水素原子の含有量が１０ａｔｍ％以下であるクリーニングブレードが記載されている。
特許文献３には、アクリル又は／及びメタクリル樹脂からなる架橋樹脂表面層を有する感光体表面から粉体を除去するため、弾性体からなる基材、この基材とアクリル又は／及びメタクリル樹脂との混合層、及びアクリル又は／及びメタクリル樹脂層からなる表面層の積層構成である先端稜線部を有する弾性ブレードが記載されている。
特許文献４には、少なくとも当接部が紫外線照射されたポリウレタンエラストマーからなるブレード部材を有する電子写真装置用ブレード体が記載されている。

特開２００７−１４８０３６号公報 特開２００８−５１９０１号公報 特開２０１３−２１４０３７号公報 特開平９−９６９９６号公報

本発明は、像保持体に接触する接触部の硬度を基材よりも高いものとした清掃部材において、その接触部の耐欠け性を向上させることを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明の請求項１に係る清掃部材は、損失正接のピーク温度が摂氏０度未満の第１材料で構成された基材と、前記第１材料よりも硬度が高く、引裂強さが４９キロニュートン毎メートル以上である第２材料で構成され、移動する像保持体に接触して当該像保持体を清掃する接触部と、を有することを特徴とする。

本発明の請求項２に係る清掃部材は、請求項１に記載の態様において、前記接触部の厚みは０．１ミリメートル以下であることを特徴とする。

本発明の請求項３に係る清掃部材は、請求項１または２に記載の態様において、前記接触部は、前記基材の表面に対して、前記第１材料を前記第２材料に改質する改質処理を施して生成されることを特徴とする。

本発明の請求項４に係る画像形成装置は、請求項１から３までのいずれか１項に記載の清掃部材と、接触された部位に付着した物質を前記清掃部材によって清掃される像保持体と、を備えることを特徴とする。

請求項１、４に係る発明によれば、基材の損失正接のピーク温度が摂氏０度以上であるか、または接触部の引裂強さが４９キロニュートン毎メートル未満である場合に比べて耐欠け性が向上する。
請求項２に係る発明によれば、接触部の厚みを０．１ミリメートルよりも厚くした場合に比べて耐欠け性が向上する。
請求項３に係る発明によれば、接触部を基材の表面に対する改質処理以外の方法で生成した場合に比べて耐欠け性が向上する。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置の全体構成を示す図。 ドラムクリーナの構成を示す図。 板状部材の構造を説明するための図。 板状部材における接触部の形状の例を示す図。 第１材料の損失正接のピーク温度に対する接触部の耐欠け性指数を、第２材料の種類ごとに表したグラフ。 第１材料の損失正接のピーク温度と第２材料の引裂強さとの組ごとに耐欠け性指数を表したグラフ。 接触部の厚みを説明するための図。 接触部における表面からの厚みの方向を拡大した図。 接触部の厚みに対する耐欠け性指数を表したグラフ。

１．実施形態
１−１．画像形成装置の全体構成
以下、本発明の一実施形態に係る画像形成装置１の構造を説明する。図において、画像形成装置１の各構成が配置される空間をｘｙｚ右手系座標空間として表す。図に示す座標記号のうち、円の中に点を描いた記号は、紙面奥側から手前側に向かう矢印を表す。空間においてｘ軸に沿う方向をｘ軸方向という。また、ｘ軸方向のうち、ｘ成分が増加する方向を＋ｘ方向といい、ｘ成分が減少する方向を−ｘ方向という。ｙ、ｚ成分についても、上記の定義に沿ってｙ軸方向、＋ｙ方向、−ｙ方向、ｚ軸方向、＋ｚ方向、−ｚ方向を定義する。

図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置１の全体構成を示す図である。図１に示すように、画像形成装置１は、現像部１３と、転写部１４と、定着部１５と、搬送部１６とを有している。
搬送部１６は、容器と搬送ロールとを有する。容器には媒体としての用紙Ｐが収容される。容器に収容されている用紙Ｐは、図示しない制御部の指示により搬送ロールによって１枚ずつ取り出され、用紙搬送路を経由して転写部１４へと搬送される。なお、媒体は用紙に限らず、例えば樹脂製のシートなどであってもよい。要するに、媒体は、表面に画像を記録し得るものであればよい。

現像部１３は、像保持体３１と、帯電器３２と、露光装置３３と、現像装置３４と、一次転写ロール３５と、ドラムクリーナ３６とを有している。像保持体３１は、電荷発生層や電荷輸送層を有する感光体ドラムであり、図示しない駆動部により図１のｘ軸方向に沿って配置された軸を中心に矢線Ｄ１３の方向に回転させられる。帯電器３２は像保持体３１の表面を帯電させる。露光装置３３はレーザ発光源やポリゴンミラーなど（いずれも図示せず）を有し、図示しない制御部の制御の下、画像データに応じたレーザ光を、帯電器３２により帯電させられた後の像保持体３１に向けて照射する。これにより、像保持体３１には潜像が保持される。

なお、上記の画像データは、画像形成装置１が図示しない通信部を介して外部装置から取得したものであってもよい。外部装置とは、例えば原画像を読み取る読取装置や画像を示すデータを記憶した記憶装置などである。現像装置３４は現像剤を像保持体３１に供給する。これにより像保持体３１には、画像が形成（現像）される。

一次転写ロール３５は転写部１４の中間転写ベルト４１が像保持体３１と対向する位置において予め定めた電位差を生じさせ、この電位差によって中間転写ベルト４１に画像を転写する。ドラムクリーナ３６は、画像の転写後に像保持体３１の表面に残留している未転写のトナーを取り除き、像保持体３１の表面を除電する。

転写部１４は、中間転写ベルト４１と、二次転写ロール４２と、ベルト搬送ロール４３と、バックアップロール４４と、ベルトクリーナ４９とを有しており、現像部１３によって形成された画像を用紙Ｐに転写する転写部である。ベルト搬送ロール４３およびバックアップロール４４は図１のｘ軸方向に沿って配置された軸を中心に回転可能にそれぞれ配置されている。中間転写ベルト４１は無端のベルト部材であり、ベルト搬送ロール４３およびバックアップロール４４によって張架される。

ベルト搬送ロール４３およびバックアップロール４４の少なくとも１つには駆動部（図示せず）が備えられており、中間転写ベルト４１を図１の矢印Ｄ１４方向に移動させる。なお、駆動部を有しないベルト搬送ロール４３またはバックアップロール４４は、中間転写ベルト４１の移動に伴って回転する。中間転写ベルト４１が図１の矢印Ｄ１４方向に移動して回転することにより、中間転写ベルト４１上の画像は、二次転写ロール４２とバックアップロール４４とに挟まれる領域に移動させられる。

二次転写ロール４２は、中間転写ベルト４１との電位差によって、中間転写ベルト４１上の画像を搬送部１６から搬送されてきた用紙Ｐに転写させる。ベルトクリーナ４９は、中間転写ベルト４１の表面に残留している未転写のトナーを取り除く。そして、転写部１４または搬送部１６は、画像が転写された用紙Ｐを定着部１５へと搬送する。定着部１５は、加熱によって用紙Ｐに転写された画像を定着させる。

１−２．ドラムクリーナの構成
図２は、ドラムクリーナ３６の構成を示す図である。図２に示すように、ドラムクリーナ３６は、ケース３６０、板状部材３６１、および支持部材３６２を有する。ドラムクリーナ３６は、他に像保持体３１の表面を除電する機構やその表面に潤滑剤を供給する機構などを有していてもよい。

ケース３６０は、像保持体３１に対向する側に開口部３６００を有する筐体であり、支持部材３６２を有する。支持部材３６２は、一端をケース３６０内部に固定されており、その自由端で板状部材３６１の一端を支持し、板状部材３６１の他端がケース３６０の開口部３６００から露出される。支持部材３６２に支持される板状部材３６１は、決められた圧力および決められた角度（以下、接触角度θという）で像保持体３１に対して接触する。支持部材３６２は、板状部材３６１をｘ軸方向の全てにわたって支持しなくてもよい。

図３は、板状部材３６１の構造を説明するための図である。板状部材３６１が像保持体３１に接触する点は接触点Ｐ０である。接触点Ｐ０は、像保持体３１の表面のどこであってもよいが、ここでは最も＋ｙ方向の点とする。接触角度θは、像保持体３１の接触点Ｐ０における接平面Ｆ０と、板状部材３６１が伸びる方向との角度である。接触角度θは鋭角、すなわち直角よりも小さい角度である。

板状部材３６１は、本発明における清掃部材の一例である。板状部材３６１は、板状のクリーニングブレードであり、接触部３６１１と、基材３６１２とを有する。

基材３６１２は、例えばゴムで構成された部材であり、支持部材３６２に接触または接着される部分を有する。この部分で基材３６１２と支持部材３６２とが接触または接着していることにより、板状部材３６１はケース３６０の決められた位置に姿勢を維持した状態で支持される。基材３６１２を構成する材料を以下、第１材料という。なお、第１材料はゴムに限られず、以下に示す条件を満たす材料であればよい。

接触部３６１１は、板状部材３６１のうち像保持体３１の接触点Ｐ０に接触する部位であり、第１材料よりも硬度が高い第２材料で構成されている。具体的には、接触部３６１１は、板状部材３６１の形状を有する元の基材のうち、像保持体３１に対向する側の表面の一部に対して改質処理を施して生成される。この場合、基材３６１２は、元の基材のうち、この改質処理で改質されなかった残りの部分である。この改質処理は基材３６１２を構成する第１材料の硬度を高めて第２材料に変化させる処理であり、例えば紫外線照射、コロナ放電、プラズマ放電、オゾン雰囲気暴露などの各種酸化処理や、イソシアネート樹脂含浸処理などである。

接触部３６１１は、基材３６１２に対して、各種の樹脂、低摩擦剤、または粒子などをコーティングすることにより形成されてもよいが、基材３６１２の表面に対して、第１材料を第２材料に改質する改質処理を施して生成されることが望ましい。一般に、改質処理によって生成される接触部３６１１は、コーティングにより生成されるものよりも基材３６１２との境界で剥がれる可能性が少ないからである。

接触部３６１１は、接触点Ｐ０で像保持体３１に接触して像保持体３１の表面に付着したトナーなどの物質を除去する。板状部材３６１の接触部３６１１によって掻き落とされた上記の物質はケース３６０に収容されメンテナンスの際に画像形成装置１から取り除かれる。すなわち、接触部３６１１は、第１材料よりも硬度が高い第２材料で構成され、移動する像保持体に接触してこの像保持体を清掃する接触部の一例である。

接触部３６１１は、接触点Ｐ０を含んでいればどの形状であってもよい。図４は、板状部材３６１における接触部３６１１の形状の例を示す図である。板状部材３６１の表面のうち、像保持体３１に向かい合う側であって−ｚ方向の側の表面を表面Ｆ１、＋ｚ方向の側の表面を表面Ｆ２という。また、板状部材３６１の表面のうち、像保持体３１に向かい合わない側であって−ｚ方向の側の表面を表面Ｆ３、＋ｚ方向の側の表面を表面Ｆ４という。

接触部３６１１は、図４（ａ）に示すように表面Ｆ１〜Ｆ４の全てに設けられていてもよいし、図４（ｂ）に示すように像保持体３１の側の表面Ｆ１，Ｆ２の全体に設けられていてもよい。また、接触部３６１１は、図４（ｃ）に示すように表面Ｆ１の全面のみに設けられていてもよいし、図４（ｄ）に示すように表面Ｆ２の全面のみに設けられていてもよい。

２．実験結果
図５は、基材３６１２を構成する第１材料の損失正接のピーク温度（「ｔａｎδピーク温度」という）に対する接触部３６１１の耐欠け性指数を、接触部３６１１を構成する第２材料の種類ごとに表したグラフである。第２材料の種類は、第１材料の素材として用いる材料によりＡ系とＢ系とに分類し、この第１材料に対する改質処理の条件（処理時間、薬液濃度など）を様々に変えることにより、耐欠け性指数への影響を確認した。耐欠け性指数を評価するにあたり、接触部３６１１の厚みは０．０５ミリメートルとした。この厚みは、後述するダイナミック超微小硬度計により判定される厚みである。

ｔａｎδピーク温度とは、ある材料のガラス転移領域において、この損失正接が極大となる温度をいう。ｔａｎδの「δ」は、損失角である。

材料のｔａｎδピーク温度の測定方法として具体的には、動的粘弾性自動測定器：レオバイブロン（オリエンテック社製）を使用し、測定周波数１０Ｈｚで低温側（−４５℃）から０．１℃／分で高温側（３５℃）まで昇温させて行った。

各温度におけるｔａｎδは、試験片の両端を測定機に固定し、一定の張力を加え、１０Ｈｚで歪をかけ、それによって試験に生じる応力を測定し、これを弾性応力に分解し、さらにこれらから貯蔵弾性率と損失弾性率を算出し、損失弾性率を貯蔵弾性率で除算することにより求めた。そして、求めた各温度におけるｔａｎδのうち最も高い値を示す温度をｔａｎδピーク温度として特定した。

耐欠け性指数とは、移動する像保持体に接触してこの像保持体を清掃する清掃部材の欠け易さを示した指標であり以下の方法で測定した。

板状部材３６１を富士ゼロックス社製ＤｏｃｕＣｅｎｔｒｅ−ＩＶＣ５５７５に搭載し、接触圧を２．０ｇｆ／ｍｍ、接触角度を１１°に合わせ、温度１０℃、相対湿度１５％で評価を行った。像保持体３１の表面に円錐形の突起を設け、像保持体３１が２５回転する度にブレード先端、すなわち、接触部３６１１が像保持体３１と接触する部分を観察し、欠けの発生が観察された回転数を欠けサイクル数とした。そして、得られた欠けサイクル数を２５０で除算した値を耐欠け性指数とした。

突起の材質にはサファイアを用いた。また、突起の先端の角度は６０度、曲率半径は０．０５ミリメートルとし、高さは０．０５ミリメートルとした。

例えば、像保持体３１の初めの２５回転が終わったときに接触部３６１１が欠けていれば、欠けサイクル数は「２５」となり、耐欠け性指数は「０．１」となる。耐欠け性指数は０．２以上であれば実用に耐え得るものと評価し、０．１以下であれば実用に耐え得ないものと評価した。

図５に示すように、ｔａｎδピーク温度のみを指標にした場合、第２材料の種類にかかわらず、耐欠け性指数が０．２以上になる条件は見出されないことがわかる。これは、素材が共通していても改質処理の条件が様々に異なることで、最終的に得られる接触部３６１１の耐欠け性が変わるためと考えられる。

図６は、第１材料のｔａｎδピーク温度と第２材料の引裂強さとの組ごとに耐欠け性指数を表したグラフである。耐欠け性指数は、０．１のもの、０．２以上０．６以下のもの、および０．７以上のものの３種類に分類してそれぞれ共通の記号を付した。

引裂強さ（キロニュートン毎メートル［ｋＮ／ｍ］）は、ＪＩＳ−Ｋ６２５２「加硫ゴム及び熱可塑性ゴム−引裂強さの求め方」に準拠して、試験片つかみ具の移動速度を（５００±５０ミリメートル毎分［ｍｍ／ｍｉｎ］）にして切込みなしアングル形試験片を引っ張り、この試験片が切断に至るまでの最大の引き裂く力を読み取ることで計測した。引裂強さＴＲは以下の式（１）で求めた。

ＴＲ＝Ｆ／ｔ …（１）
なお、Ｆ（ニュートン［Ｎ］）は上述した引き裂く力の最大値であり、ｔ（ミリメートル［ｍｍ］）は、試験片の厚さである。測定装置には東洋精機株式会社製のストログラフＡＥエラストマを用いた。

図６に示すように、第１材料のｔａｎδピーク温度が摂氏０度未満であり、かつ、第２材料の引裂強さが４９キロニュートン毎メートル以上である場合に、接触部３６１１の耐欠け性指数が０．２以上となることがわかった。

したがって、清掃部材である板状部材３６１を設計する際には、基材３６１２を構成する第１材料の損失正接のピーク温度を摂氏０度未満とするとともに、接触部３６１１を構成する第２材料の引裂強さが４９キロニュートン毎メートル以上となるように、各材料および改質処理の条件（処理時間、薬液濃度など）を選定すれば、欠けの生じ難い清掃部材が製造される。

３．変形例
以上が実施形態の説明であるが、この実施形態の内容は以下のように変形し得る。また、以下の変形例を組み合わせてもよい。

３−１．変形例１
上述した実施形態において、画像形成装置１は、現像部１３を１つだけ有していたが、複数の現像部１３を有していてもよい。この場合、画像形成装置１は、複数の現像部１３のそれぞれに、対応する像保持体３１と、帯電器３２と、露光装置３３と、現像装置３４と、一次転写ロール３５と、ドラムクリーナ３６とを有していればよい。また、複数の現像部１３は、それぞれ異なる色のトナー像を形成してもよい。この場合、中間転写ベルト４１に異なる色のトナー像が重ねて転写され、用紙Ｐなどの媒体にカラー画像が形成される。

３−２．変形例２
上述した実施形態において、板状部材３６１は、ドラムクリーナ３６に用いられていたが、ベルトクリーナ４９に用いられてもよい。この場合、板状部材３６１は、像保持体３１に代えて中間転写ベルト４１に付着した物質を除去すればよい。なお、像保持体３１および中間転写ベルト４１は、いずれも媒体に形成される像を保持する像保持体の一例である。

３−３．変形例３
接触部３６１１の厚みは０．１ミリメートル以下であることが望ましい。図７は、接触部３６１１の厚みを説明するための図である。接触部３６１１は、例えば、図４（ｂ）に示すように接触点Ｐ０から表面Ｆ１，Ｆ２の全体に設けられており、表面Ｆ１の深さの方向に＋ｖ方向を定義し、表面Ｆ２の深さの方向に＋ｗ方向を定義する。接触点Ｐ０は、板状部材３６１のｘ軸方向に沿った稜線であるから、以下、空間をｘ軸、ｖ軸、およびｗ軸で表す。

図８は、接触部３６１１における表面Ｆ１からの厚みの方向を拡大した図である。表面Ｆ１からの厚みの方向である＋ｖ方向は、表面Ｆ１の法線に沿った方向である。

この接触部３６１１に対し、株式会社島津製作所製のダイナミック超微小硬度計ＤＵＨ−Ｗ２０１Ｓにより、表面Ｆ１側から０．０１ミリメートル刻みで削り取った断面ごとに、ダイナミック超微小硬度値ＤＨを計測した。そして、１つ前の計測部位、すなわち０．０１ミリメートル浅い計測部位から、ダイナミック超微小硬度値ＤＨが３０％低減したら接触部３６１１が終わったものとした。

例えば、図８において、計測部位Ｆ１１、Ｆ１２、Ｆ１３、Ｆ１４は、それぞれ表面Ｆ１からｖ方向に０．０１、０．０２、０．０３、０．０４ミリメートル深い位置の断面である。ここで、計測部位Ｆ１４で計測されたダイナミック超微小硬度値ＤＨが、計測部位Ｆ１３で計測されたダイナミック超微小硬度値ＤＨより３０％低減したとすると、接触部３６１１の厚みは計測部位Ｆ１３までとする。

なお、ダイナミック超微小硬度値ＤＨは、ダイヤモンド三角すい圧子（稜間角：１１５度、α：３．８５８４）を押込み速度０．０４７３９９ミリニュートン毎秒［ｍＮ／ｓ］、試験荷重Ｐ＝４．０ミリニュートン［ｍＮ］、環境温度２３℃で侵入させた際の押込み深さＤマイクロメートル［μｍ］から、以下の式（２）により算出される硬度である。

ＤＨ＝α×Ｐ／Ｄ２…（２）
（αとは圧子の形状による定数である。）

図９は、ダイナミック超微小硬度値によって判定された接触部３６１１の厚みに対する耐欠け性指数を表したグラフである。実験は３種類の第２材料について接触部３６１１の厚みを０．０２、０．０５、０．１、０．２ミリメートルの４段階に変えてそれぞれ耐欠け性指数を計測することにより行った。３種類の第２材料は、上述した接触部３６１１の厚みが０．０５ミリメートルの場合において、それぞれ０．２、０．３、１．３の耐欠け性指数（いずれも「実用に耐え得る」と評価される０．２以上）が計測されるものを用いた。

図９に示すように、厚みが０．１ミリメートルになるまでは、どの材料であっても厚みが０．０５ミリメートルの場合における耐欠け性指数をそれぞれ維持していたが、厚みが０．２ミリメートルになると、いずれの材料も耐欠け性指数は０．１となった。すなわち接触部３６１１の厚みは０．１ミリメートル以下であることが望ましく、０．２ミリメートル以上になると、耐欠け性指数の点で実用に耐えないことがわかった。

なお、像保持体との接触により摩耗する深さは高々数十マイクロメートル程度であるため、接触部３６１１を０．１ミリメートル以下としても摩耗による影響は少ない。また、表面Ｆ２からの厚み方向である＋ｗ方向も、上記のｖ方向に従って定義される。

１…画像形成装置、１３…現像部、１４…転写部、１５…定着部、１６…搬送部、３１…像保持体、３２…帯電器、３３…露光装置、３４…現像装置、３５…一次転写ロール、３６…ドラムクリーナ、３６０…ケース、３６００…開口部、３６１…板状部材、３６１１…接触部、３６１２…基材、３６２…支持部材、４１…中間転写ベルト、４２…二次転写ロール、４３…ベルト搬送ロール、４４…バックアップロール、４９…ベルトクリーナ。

Claims (4)

1. 損失正接のピーク温度が摂氏０度未満の第１材料で構成された基材と、
   前記第１材料よりも硬度が高く、引裂強さが４９キロニュートン毎メートル以上である第２材料で構成され、移動する像保持体に接触して当該像保持体を清掃する接触部と、
   を有することを特徴とする清掃部材。
2. 前記接触部の厚みは０．１ミリメートル以下である
   ことを特徴とする請求項１に記載の清掃部材。
3. 前記接触部は、前記基材の表面に対して、前記第１材料を前記第２材料に改質する改質処理を施して生成される
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の清掃部材。
4. 請求項１から３までのいずれか１項に記載の清掃部材と、
   接触された部位に付着した物質を前記清掃部材によって清掃される像保持体と、
   を備えることを特徴とする画像形成装置。

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