JP2017116620A - クリーニングブレード及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】像担持体の表面自由エネルギーγｄに対するクリーニングブレードの表面自由エネルギーγｂの比をγｂ／γｄ≧１とすることによって外添剤のすり抜けが発生することなく、安定した良好な印刷品質を長期間維持することができるようにする。
【解決手段】像担持体の表面に当接し、該像担持体の表面の現像剤を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の表面自由エネルギーをγｂとし、前記像担持体の表面自由エネルギーをγｄとしたとき、γｂ／γｄ≧１となるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、クリーニングブレード及び画像形成装置に関するものである。

従来、電子写真方式のプリンタ、複写機、ファクシミリ機等の画像形成装置においては、帯電装置によって感光体ドラムの表面を均一に帯電させ、帯電した感光体ドラムの表面を露光装置によって露光して静電潜像を形成する。また、現像ローラの表面には現像剤としてのトナーが供給ローラによって供給され、現像ブレード等の規制部材により、前記現像ローラの表面に均一にトナーの薄層が形成される。そして、前記現像ローラの表面から感光体ドラムの表面にトナーが移動し、静電潜像にトナーが付着して現像が行われ、感光体ドラムの表面にトナー像が形成される。該トナー像は、転写ローラによって媒体としての用紙に転写される。

そして、トナー像が転写された用紙は定着装置に送られ、該定着装置においてトナー像が用紙に定着される。また、用紙に転写されずに感光体ドラムの表面に残留したトナーは、クリーニングブレードによって、感光体ドラムの表面から除去される。

しかし、近年、高画質化及び高速化を目的としてトナーの小粒径化や低融点化が図られてきており、このようなトナーに対してはクリーニングが困難である。すなわち、クリーニングブレードによって、感光体ドラムの表面に残留したこのようなトナーを除去することが困難になってきている。

そこで、このようなトナーに対してクリーニング性を維持するために、感光体ドラムの表面自由エネルギーをクリーニングブレードの表面自由エネルギーより大きくする技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００３−１９５７１３号公報

しかしながら、前記従来の画像形成装置においては、感光体ドラムの表面に当接するクリーニングブレードの表面自由エネルギーを感光体ドラムの表面自由エネルギーより小さくしても、トナーが外添剤を多量に含むような場合、感光体ドラムの表面とクリーニングブレードの表面との間を外添剤がすり抜けてしまう。

本発明は、前記従来の問題点を解決して、像担持体の表面自由エネルギーγｄに対するクリーニングブレードの表面自由エネルギーγｂの比をγｂ／γｄ≧１とすることによって外添剤のすり抜けが発生することなく、安定した良好な印刷品質を長期間維持することができるクリーニングブレード及び画像形成装置を提供することを目的とする。

そのために、本発明のクリーニングブレードにおいては、像担持体の表面に当接し、該像担持体の表面の現像剤を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の表面自由エネルギーをγｂとし、前記像担持体の表面自由エネルギーをγｄとしたとき、γｂ／γｄ≧１となるようにする。

本発明によれば、クリーニングブレードは、その表面自由エネルギーγｂの像担持体の表面自由エネルギーγｄに対する比がγｂ／γｄ≧１となっている。これにより、外添剤のすり抜けが発生せず、安定した良好な印刷品質を長期間維持することができる。

本発明の第１の実施の形態における画像形成装置の構成を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態における画像形成ユニットの構成を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態におけるクリーニングブレードと感光体ドラムとの関係を示す模式図である。 本発明の第１の実施の形態における画像形成装置の制御システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態におけるクリーニングブレードの先端と感光体ドラムの表面との接触状態を示す模式図であって、スティック−スリップ運動の説明図である。 本発明の第１の実施の形態におけるクリーニングブレード及び感光体ドラムの表面自由エネルギーの比と外添剤のすり抜けとの関係を示す図である。 本発明の第１の実施の形態における帯電ローラに付着した外添剤の付着状態の評価結果を示す表である。 本発明の第２の実施の形態におけるクリーニングブレードへのトナー又は外添剤の固着状態の評価結果を示す表である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態における画像形成装置の構成を示す断面図、図２は本発明の第１の実施の形態における画像形成ユニットの構成を示す断面図である。

図において、１０は本実施の形態における画像形成装置であり、例えば、プリンタ、ファクシミリ機、複写機、各種の機能を併せ持つ複合機等であるが、いかなる種類のものであってもよい。なお、本実施の形態においては、前記画像形成装置１０がいわゆるタンデム方式のカラー電子写真式プリンタである場合について説明する。

この場合、画像形成装置１０は、媒体としての記録用紙６１の搬送経路６４に沿ってタンデムに着脱可能に配設されたブラック（Ｋ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）及びシアン（Ｃ）の４色各々に対応する画像形成ユニット１２Ｋ、１２Ｙ、１２Ｍ及び１２Ｃを有する。また、前記画像形成装置１０の内部には、前記画像形成ユニット１２Ｋ、１２Ｙ、１２Ｍ及び１２Ｃにそれぞれ対応するＫ、Ｙ、Ｍ及びＣ転写ローラとしての転写ローラ２０Ｋ、２０Ｙ、２０Ｍ及び２０Ｃと、記録用紙６１の搬送を行う無端状のベルト部材としての搬送ベルト２４と、該搬送ベルト２４の回転に合わせて回転し、搬送ベルト２４の張りを一定に保つために図示されないスプリングで支持された従動ローラ２２及びベルト駆動ローラ２３と、内部にハロゲンランプ等の発熱体を備え、記録用紙６１を加熱及び加圧して記録用紙６１に現像剤としてのトナーＴの定着を行う定着ローラ２６及び定着バックアップローラ２７を含む定着器２５とが配設されている。さらに、搬送ベルト２４上に印刷されたパターンの濃度を読み取る現像剤量検出部としての濃度センサ３２ａが配設されている。

そして、前記画像形成ユニット１２Ｋ、１２Ｙ、１２Ｍ及び１２Ｃは、それぞれ、像担持体としての感光体ドラム１４Ｋ、１４Ｙ、１４Ｍ及び１４Ｃ、ブラック、イエロー、マゼンタ及びシアンの画像を印刷するための静電潜像を前記感光体ドラム１４Ｋ、１４Ｙ、１４Ｍ及び１４Ｃの表面に形成する露光手段であるＫ、Ｙ、Ｍ及びＣヘッドとしてのＬＥＤヘッド１３Ｋ、１３Ｙ、１３Ｍ及び１３Ｃ、前記感光体ドラム１４Ｋ、１４Ｙ、１４Ｍ及び１４Ｃの表面に電気を供給して帯電させる帯電器であるＫ、Ｙ、Ｍ及びＣ帯電ローラとしての帯電ローラ１５Ｋ、１５Ｙ、１５Ｍ及び１５Ｃ、現像剤としてのトナーＴを静電潜像が形成された感光体ドラム１４Ｋ、１４Ｙ、１４Ｍ及び１４Ｃの表面に搬送するＫ、Ｙ、Ｍ及びＣ現像ローラとしての現像ローラ１６Ｋ、１６Ｙ、１６Ｍ及び１６Ｃ、トナーＴを収容する現像剤収容体としてのトナータンク１７Ｋ、１７Ｙ、１７Ｍ及び１７Ｃ、前記現像ローラ１６Ｋ、１６Ｙ、１６Ｍ及び１６Ｃ上のトナーＴを規制してトナー薄層を形成する層形成部材としての現像ブレード１８Ｋ、１８Ｙ、１８Ｍ及び１８Ｃ、前記現像ローラ１６Ｋ、１６Ｙ、１６Ｍ及び１６ＣにトナーＴを供給するＫ、Ｙ、Ｍ及びＣスポンジローラとしてのトナー供給用スポンジローラ１９Ｋ、１９Ｙ、１９Ｍ及び１９Ｃ、並びに、前記感光体ドラム１４Ｋ、１４Ｙ、１４Ｍ及び１４Ｃの表面から残留トナーを除去するクリーニングブレード２１Ｋ、２１Ｙ、２１Ｍ及び２１Ｃを有する。

なお、前記画像形成ユニット１２Ｋ、１２Ｙ、１２Ｍ及び１２Ｃ、ＬＥＤヘッド１３Ｋ、１３Ｙ、１３Ｍ及び１３Ｃ、感光体ドラム１４Ｋ、１４Ｙ、１４Ｍ及び１４Ｃ、帯電ローラ１５Ｋ、１５Ｙ、１５Ｍ及び１５Ｃ、現像ローラ１６Ｋ、１６Ｙ、１６Ｍ及び１６Ｃ、現像ブレード１８Ｋ、１８Ｙ、１８Ｍ及び１８Ｃ、トナー供給用スポンジローラ１９Ｋ、１９Ｙ、１９Ｍ及び１９Ｃ、転写ローラ２０Ｋ、２０Ｙ、２０Ｍ及び２０Ｃ、並びに、クリーニングブレード２１Ｋ、２１Ｙ、２１Ｍ及び２１Ｃを統合的に説明する場合には、それぞれ、画像形成ユニット１２、ＬＥＤヘッド１３、感光体ドラム１４、帯電ローラ１５、現像ローラ１６、現像ブレード１８、トナー供給用スポンジローラ１９、転写ローラ２０及びクリーニングブレード２１として説明する。

さらに、前記画像形成装置１０の下部には、記録用紙６１を収納する給紙カセット６２と、該給紙カセット６２内に積層されて収納された記録用紙６１を１枚ずつ分離させて給紙するためのホッピングローラ６３とが配設されている。記録用紙６１はホッピングローラ６３によって給紙された後、スキュー取りなどを行うレジストローラ対６５ａ、６５ｂ及び搬送ローラ対６６ａ、６６ｂによって搬送経路６４に沿って搬送され、さらに、搬送ベルト２４によって各画像形成ユニット１２Ｋ、１２Ｙ、１２Ｍ及び１２Ｃを順次経由して搬送される。そして、記録用紙６１が定着器２５を通過する際に、記録用紙６１上に転写されたトナーＴは、加圧及び加熱によって定着される。最後に、定着器２５から排出された記録用紙６１は、搬送経路６４に沿って搬送され、排出ローラ６７によって排出されてスタッカ６８上に堆積される。

なお、前記画像形成装置１０は、各ローラ等を回転させるためのモータを備える。該モータには、後述されるように、ベルト駆動ローラ２３を回転させるためのベルトモータ５２と、定着ローラ２６及び定着バックアップローラ２７を回転させるための定着モータ２８と、画像形成ユニット１２Ｋ、１２Ｙ、１２Ｍ及び１２Ｃの各部を回転させるためのそれぞれ独立したＫモータ３６Ｋ、Ｙモータ３６Ｙ、Ｍモータ３６Ｍ、Ｃモータ３６Ｃと、画像形成ユニット１２Ｋ、１２Ｙ、１２Ｍ及び１２Ｃを上下動させるためのＩＤアップダウンモータ６６とが含まれる。

また、本実施の形態における感光体ドラム１４は、円筒形状の導電性支持体と、該導電性支持体の表面に形成された感光層とを有している。前記導電性支持体は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼、銅、ニッケル等の金属材料、導電性粉体（金属、カーボン、酸化錫等）を添加した樹脂材料等によって形成されるが、ここでは、金属材料（より具体的には、アルミニウム合金）で形成されているものとする。また、前記感光層は、光導電性材料をバインダ樹脂に溶解若しくは分散させた単層の感光層（単層型感光層）、又は、電荷発生物質を含有する電荷発生層と電荷輸送物質を含有する電荷輸送層とを積層した積層型感光層である。なお、単層型感光層は正帯電性であり、積層型感光層は負帯電性である。本実施の形態における感光層は、積層型感光層であるものとする。

感光層が積層型感光層である場合、導電性支持体の表面と感光層との間に、下引き層が形成される。該下引き層は、金属酸化物（例えば、酸化チタン）等の粒子をバインダ樹脂に分散したものであり、接着性及びブロッキング性を向上するために設けられる。

前記感光体ドラム１４は、例えば、浸漬コーティング法、スプレーコーティング法、ブレードコーティング法等によって、導電性支持体の表面に、下引き層、電荷発生層及び電荷輸送層を順に形成することにより作成される。本実施の形態においては、浸漬コーティング法を用いる。該浸漬コーティング法では、まず、バインダ樹脂（例えば、エポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂等）を溶解した溶液中に金属酸化物粒子を分散した塗布液に、導電性支持体を浸漬（ディッピング）し、その後、該導電性支持体を塗布液から引き上げて乾燥することによって、導電性支持体の表面に下引き層を形成する。次いで、バインダ樹脂（例えば、ポリビニルブチラール樹脂、ポリビニルホルマール樹脂等）を溶解した溶液中に電荷発生物質を分散した塗布液に、前記導電性支持体を浸漬し、その後、該導電性支持体を塗布液から引き上げて乾燥することによって、前記下引き層の表面に電荷発生層を形成する。次いで、バインダ樹脂を溶解した溶液中に電荷輸送物質を分散した塗布液に、前記導電性支持体を浸漬し、その後、該導電性支持体を塗布液から引き上げて乾燥することによって、前記電荷発生層の表面に電荷輸送層を形成する。ここでは、感光体ドラム１４の外径が４０〔ｍｍ〕であり、感光層（電荷発生層及び電荷輸送層）の膜厚が３０〔μｍ〕であるものとする。

図２に示されるように、クリーニングブレード２１は、感光体ドラム１４の回転方向に関して、転写ローラ２０と帯電ローラ１５との間に配置されている。前記クリーニングブレード２１は、その先端部が感光体ドラム１４の表面に押し当てられることで、感光体ドラム１４の表面に残ったトナーＴ、すなわち、転写残トナーを掻き取るものである。前記クリーニングブレード２１は、感光体ドラム１４の軸方向に延在する長尺状の部材であり、ゴム（より具体的には、ウレタンゴム）等の弾性部材によって形成されている。

また、前記クリーニングブレード２１は、ブレードホルダ２９を介して、画像形成ユニット１２の本体部に対して固定されている。なお、図２に示される例では、ブレードホルダ２９は、水平に延在する水平部と、斜め下方に（感光体ドラム１４の外周に向かって）傾斜する傾斜部とを有しているが、このような形状に限定されるものではなく、例えば、平板状の部材であってもよい。

なお、本実施の形態の画像形成装置１０では、トナーＴとして、非磁性一成分現像剤を用いる。前記トナーＴは、例えば、重合トナーであり、平均粒径は、例えば、８〔μｍ〕である。前記トナーＴは、少なくとも、樹脂及び着色剤を含有する母粒子と、該母粒子の表面に添加（外添）される外添剤とを有する。前記母粒子は乳化重合法によって製造される。前記外添剤の平均粒径は、５〜４００〔ｎｍ〕である。また、母粒子１００重量部に対する外添剤の添加量は、好ましくは、０．５〜８．０重量部、より好ましくは、１．５〜６．０重量部、さらに好ましくは、１．５〜５．０重量部である。

次に、前記クリーニングブレード２１の先端と感光体ドラム１４の表面との関係について詳細に説明する。

図３は本発明の第１の実施の形態におけるクリーニングブレードと感光体ドラムとの関係を示す模式図である。なお、図において、（ａ）はクリーニングブレードと感光体ドラムの接平面との関係を示す図、（ｂ）はクリーニングブレードの先端と感光体ドラムの表面との接触状態を示す拡大図である。

図に示されるように、クリーニングブレード２１は、長手方向（感光体ドラム１４の軸方向）に直交する面内において矩形形状の断面を有し、その先端における角部３７（先端角部）が感光体ドラム１４の表面に接触している。

クリーニングブレード２１の感光体ドラム１４に対するクリーニング角度θ₁ は、例えば、１０〜１５度である。なお、クリーニング角度θ₁ は、以下のようにして求める。

図３（ａ）に示されるように、感光体ドラム１４とクリーニングブレード２１との接点における感光体ドラム１４の表面（接平面）の接線方向とクリーニングブレード２１の母線方向とのなす角（初期設定圧接角）を、θ₂ とする。また、クリーニングブレード２１は、感光体ドラム１４の表面に押し当てられることによって弾性変形するが、その変形開始点における接線方向とクリーニングブレード２１の母線方向とのなす角（ブレード変位角）を、θ₄ とする。そして、初期設定圧接角θ₂ からブレード変位角θ₄ を引いた値が、クリーニング角度θ₁ （＝θ₂ −θ₄ ）である。

なお、クリーニングブレード２１を感光体ドラム１４の表面に押し当てる線圧Ｗ（押圧力）は、例えば、１２〜２４〔ｇｆ／ｃｍ〕である。

ここで、クリーニングブレード２１のうち、ブレードホルダ２９から感光体ドラム１４に向けて突出する部分を自由端と称するが、該自由端の長さ、すなわち、自由端長をｌとする。また、クリーニングブレード２１の感光体ドラム１４に対する押込み量をｙとする。すると、ブレード変位角θ₄ は、これら自由端長ｌ及び押込み量ｙを用いて、以下の式（１）のように表すことができる。

また、クリーニングブレード２１の全長をｂ〔ｍｍ〕とし、肉厚をｔ〔ｍｍ〕とすると、クリーニングブレード２１の断面２次モーメントＩは、以下の式（２）のように表すことができる。

さらに、クリーニングブレード２１のヤング率をＥ〔ｇｆ／ｍｍ² 〕とすると、クリーニングブレード２１を感光体ドラム１４の表面に押し当てる線圧Ｗは、以下の式（３）のように表すことができる。

ここでは、線圧Ｗが、例えば、１２〜２４〔ｇｆ／ｃｍ〕となるように、クリーニングブレード２１のヤング率に基づき、自由端長ｌ及び押込み量ｙが設定されている。なお、前述のクリーニングブレード２１の変形開始点は、クリーニングブレード２１の自由端の開始位置（すなわち、ブレードホルダ２９からの突出開始位置）である。

図３（ｂ）は、クリーニングブレード２１の先端と感光体ドラム１４との接触状態を模式的に示す図である。クリーニングブレード２１は、その角部３７が感光体ドラム１４の表面に押し当てられることによって弾性変形し、ブレードニップ３８を形成する。そして、感光体ドラム１４が図３（ｂ）の矢印Ｒ方向に回転すると、ブレードニップ３８は感光体ドラム１４の回転方向に変形して引き伸ばされ、弾性力によって元に戻るという動作（スティック−スリップ運動）を繰り返す。これにより、感光体ドラム１４の表面に残留するトナーＴ等を弾くようにして掻き落とす。なお、スティック−スリップ運動については、後述する。

次に、前記画像形成装置１０の制御システムの構成について説明する。

図４は本発明の第１の実施の形態における画像形成装置の制御システムの構成を示すブロック図である。

図において、３０は、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、タイマ等を備え、上位装置から印刷データ及び制御コマンドを受信して画像形成装置１０全体をシーケンス制御し、印刷動作を行う画像形成制御部である。

そして、４１は、外部のコンピュータ等の上位装置と通信を行い、該上位装置へプリンタ情報を送信するとともに、上位装置から入力されたコマンドを解析し、上位装置から受信したデータを処理するＩ／Ｆ制御部である。

また、４２は、上位装置から受信したデータを、前記Ｉ／Ｆ制御部４１の制御に基づいて、色毎に格納する受信メモリである。

さらに、３１ａは、画像形成装置１０の状態を表示するためのパネル部であり、３１ｂは、画像形成装置１０へ操作者からの指示を与えるためのスイッチを備える操作キー部である。

さらに、３２は、各種センサであり、濃度測定用の濃度センサ３２ａの外に、図示されていないが、記録用紙６１の搬送位置を検出する複数のセンサ等を含むものである。各種センサ３２の出力は画像形成制御部３０へ入力されている。

また、４３は、Ｉ／Ｆ制御部４１を介して上位装置から入力された印刷データを画データとして編集するための画データ編集メモリである。該画データ編集メモリ４３は、受信メモリ４２に一時的に格納された印刷データを受け取り、画像形成制御部３０へ送信するために編集処理されたイメージデータを格納するメモリである。

４４Ｋ、４４Ｙ、４４Ｍ及び４４Ｃは、ブラック、イエロー、マゼンタ及びシアンの各色に対応する帯電電圧制御部であり、画像形成制御部３０の指示によってＫ、Ｙ、Ｍ及びＣ帯電ローラとしての帯電ローラ１５Ｋ、１５Ｙ、１５Ｍ及び１５Ｃの各々に電圧を印加し、感光体ドラム１４Ｋ、１４Ｙ、１４Ｍ及び１４Ｃの表面を帯電させるための制御を行う。

４５Ｋ、４５Ｙ、４５Ｍ及び４５Ｃは、ブラック、イエロー、マゼンタ及びシアンの各色に対応するヘッド制御部であり、画データ編集メモリ４３に格納されたイメージデータに従ってＫ、Ｙ、Ｍ及びＣヘッドとしてのＬＥＤヘッド１３Ｋ、１３Ｙ、１３Ｍ及び１３Ｃの各々を作動させ、帯電された感光体ドラム１４Ｋ、１４Ｙ、１４Ｍ及び１４Ｃの表面に光を照射して露光させるための制御を行うものである。

４６Ｋ、４６Ｙ、４６Ｍ及び４６Ｃは、ブラック、イエロー、マゼンタ及びシアンの各色に対応する現像電圧制御部であり、画像形成制御部３０の指示によってＫ、Ｙ、Ｍ及びＣ現像ローラとしての現像ローラ１６Ｋ、１６Ｙ、１６Ｍ及び１６Ｃの各々に電圧を印加し、感光体ドラム１４Ｋ、１４Ｙ、１４Ｍ及び１４Ｃの表面に形成された静電潜像にトナーＴを付着させるための現像電圧制御を行う。

４７Ｋ、４７Ｙ、４７Ｍ及び４７Ｃは、ブラック、イエロー、マゼンタ及びシアンの各色に対応する転写電圧制御部であり、画像形成制御部３０の指示によってＫ、Ｙ、Ｍ及びＣ転写ローラとしての転写ローラ２０Ｋ、２０Ｙ、２０Ｍ及び２０Ｃの各々に電圧を印加し、感光体ドラム１４Ｋ、１４Ｙ、１４Ｍ及び１４Ｃの表面に形成されたトナー像を記録用紙６１に転写するための転写電圧制御を行う。

４８Ｋ、４８Ｙ、４８Ｍ及び４８Ｃは、ブラック、イエロー、マゼンタ及びシアンの各色に対応する画像形成駆動制御部であり、画像形成制御部３０の指示によってＫモータ３６Ｋ、Ｙモータ３６Ｙ、Ｍモータ３６Ｍ及びＣモータ３６Ｃの制御を行い、帯電ローラ１５Ｋ、１５Ｙ、１５Ｍ及び１５Ｃ並びに現像ローラ１６Ｋ、１６Ｙ、１６Ｍ及び１６Ｃの回転を制御する。

４９は、記録用紙６１に転写されたトナー像を定着させるための定着制御部であり、画像形成制御部３０の指示を受けて、定着器２５に内蔵されたヒータへ電圧を印加するための制御を行う。また、定着器２５の温度を測定するためのサーミスタ３４からの検出温度を受けて、ヒータをオン・オフ制御する。そして、前記定着器２５が所定温度に上昇したときに、定着モータ２８を制御して定着ローラ２６及び定着バックアップローラ２７を回転させる。

５１は、記録用紙６１を搬送する搬送ベルト２４を駆動するためのベルト駆動制御部であり、画像形成制御部３０の指示を受けて、搬送ベルト２４を回転させるためのベルト駆動ローラ２３を駆動するベルトモータ５２の制御を行う。

５３は、画像形成ユニット１２Ｋ、１２Ｙ、１２Ｍ及び１２Ｃを上下動させるための画像形成ユニットアップダウン制御部であり、画像形成制御部３０の指示を受けて、ＩＤアップダウンモータ６６の制御を行う。

５４Ｋ、５４Ｙ、５４Ｍ及び５４Ｃは、ブラック、イエロー、マゼンタ及びシアンの各色に対応する供給電圧制御部であり、画像形成制御部３０の指示によって、Ｋ、Ｙ、Ｍ及びＣスポンジローラとしてのトナー供給用スポンジローラ１９Ｋ、１９Ｙ、１９Ｍ及び１９Ｃの各々に電圧を印加し、現像ローラ１６Ｋ、１６Ｙ、１６Ｍ及び１６Ｃの表面に帯電したトナーＴを供給させる。

次に、前記構成の画像形成装置１０の動作について説明する。まず、印刷工程における動作について説明する。

印刷工程において、画像形成制御部３０は、まず、帯電ローラ１５Ｋ、１５Ｙ、１５Ｍ及び１５Ｃに帯電電圧を印加して感光体ドラム１４Ｋ、１４Ｙ、１４Ｍ及び１４Ｃの表面を一様に帯電させる。続いて、画像形成制御部３０は、画データ編集メモリ４３からのイメージデータに従ってＬＥＤヘッド１３Ｋ、１３Ｙ、１３Ｍ及び１３Ｃを発光させ、感光体ドラム１４Ｋ、１４Ｙ、１４Ｍ及び１４Ｃの表面に静電潜像パターンを形成する。続いて、画像形成制御部３０は、表面にトナー薄層が形成された現像ローラ１６Ｋ、１６Ｙ、１６Ｍ及び１６Ｃに現像電圧を印加して、感光体ドラム１４Ｋ、１４Ｙ、１４Ｍ及び１４Ｃの表面上の静電潜像パターンを現像する。ここで、現像ブレード１８Ｋ、１８Ｙ、１８Ｍ及び１８Ｃには、現像ローラ１６Ｋ、１６Ｙ、１６Ｍ及び１６Ｃ上のトナー薄層中のトナーＴの帯電量を所定の値とするための現像ブレード電圧が印加されている。

次に、画像形成制御部３０は、転写ローラ２０Ｋ、２０Ｙ、２０Ｍ及び２０Ｃに転写電圧を印加して、感光体ドラム１４Ｋ、１４Ｙ、１４Ｍ及び１４Ｃの表面上のトナー像を、搬送ベルト２４によって搬送される記録用紙６１上へ転写させる。そして、該記録用紙６１が定着器２５に送り込まれると、記録用紙６１上のトナー像は定着器２５によって記録用紙６１に定着される。

なお、記録用紙６１上へ転写されなかったトナーＴは、クリーニングブレード２１Ｋ、２１Ｙ、２１Ｍ及び２１Ｃによって、感光体ドラム１４Ｋ、１４Ｙ、１４Ｍ及び１４Ｃの表面から掻き落とされる。そして、掻き落とされたトナーＴは、自重によって、図示されない廃トナー収容部内に落下する。該廃トナー収容部内のトナーＴは、図示されない廃トナー収容ボックスに搬送される。

このような一連の動作によって、印刷動作が完了する。

ところで、この一連の動作において、感光体ドラム１４Ｋ、１４Ｙ、１４Ｍ及び１４Ｃの表面は、現像ローラ１６Ｋ、１６Ｙ、１６Ｍ及び１６Ｃ、搬送ベルト２４、記録用紙６１、クリーニングブレード２１Ｋ、２１Ｙ、２１Ｍ及び２１Ｃ等と常に摩擦しながら接している。そして、感光体ドラム１４Ｋ、１４Ｙ、１４Ｍ及び１４Ｃの表面上において、前記クリーニングブレード２１Ｋ、２１Ｙ、２１Ｍ及び２１Ｃのスティック−スリップ運動が起こると、トナーＴから外添剤（シリカ、帯電制御剤等）が剥離して感光体ドラム１４Ｋ、１４Ｙ、１４Ｍ及び１４Ｃの表面に付着する。また、トナーＴに含まれるワックスが溶け出して感光体ドラム１４Ｋ、１４Ｙ、１４Ｍ及び１４Ｃの表面に付着したり、該感光体ドラム１４Ｋ、１４Ｙ、１４Ｍ及び１４Ｃの表面が傷付けられたり、感光体ドラム１４Ｋ、１４Ｙ、１４Ｍ及び１４Ｃの表面に固着した外添剤のすり抜けが発生したりする。

次に、前述のスティック−スリップ運動について説明する。

図５は本発明の第１の実施の形態におけるクリーニングブレードの先端と感光体ドラムの表面との接触状態を示す模式図であって、スティック−スリップ運動の説明図である。なお、図において、（ａ）〜（ｃ）はクリーニングブレードの先端角部の変形の各過程を示す図である。

図５（ａ）に示されるように、クリーニングブレード２１の先端における角部３７（先端角部）は、感光体ドラム１４の表面に押し当てられることによって弾性変形し、ブレードニップ３８を形成する。この状態で感光体ドラム１４が回転すると、該感光体ドラム１４は矢印の方向に移動し、図５（ｂ）に示されるように、角部３７が弾性的に変形して、感光体ドラム１４の表面にスティック（ｓｔｉｃｋ）しているブレードニップ３８、すなわち、スティック状態のブレードニップ３８は、感光体ドラム１４の移動方向に引き伸ばされる。

このように、ブレードニップ３８が引き伸ばされ、角部３７の変形が大きくなると、クリーニングブレード２１の弾性力が大きくなる。そして、該弾性力の大きさが、感光体ドラム１４の表面とブレードニップ３８との間の静止摩擦力の大きさと釣り合うと、ブレードニップ３８は、感光体ドラム１４の表面に対して滑り始める、すなわち、スリップ（ｓｌｉｐ）状態になる。このとき、動摩擦係数が静止摩擦係数より小さいので、ブレードニップ３８は、感光体ドラム１４の表面上を滑りながら、図５（ｃ）に示されるように、元の位置に復帰する。

ところで、感光体ドラム１４の表面においてクリーニングブレード２１によってせき止められていたトナーＴ、外添剤、紙粉等は、ブレードニップ３８の近傍に静止領域（トナーＴの場合は「トナー溜まり」と称される）を形成する。そして、図５（ａ）に示される状態から図５（ｂ）に示される状態へ変化する際、すなわち、スティック運動の際には、ブレードニップ３８及び静止領域に存在するトナーＴ、外添剤、紙粉等は、感光体ドラム１４の表面の移動に伴って、移動する。しかし、図５（ｂ）に示される状態から図５（ｃ）に示される状態へ変化する際、すなわち、スリップ運動の際には、ブレードニップ３８及び静止領域に存在するトナーＴ、外添剤、紙粉等は、ブレードニップ３８の元の位置への復帰によって、感光体ドラム１４の表面の移動に逆らい、元の位置に押し戻される。

このように、感光体ドラム１４が回転するのに伴って、スティック−スリップ運動が発生すると、トナーＴ、外添剤、紙粉等は、静止領域において、感光体ドラム１４とクリーニングブレード２１のブレードニップ３８との間で繰り返し摺擦される。そして、摺擦によってトナーＴに含まれる外添剤が剥離してしまい、外添剤がすり抜ける。

また、高速化の要求が高まり画像形成装置１０が高速になると、トナーＴを短時間で帯電させるためにトナーＴに含まれる外添剤量を増やす、すなわち、外添剤の重量を従来より多くすることによって帯電性の安定化が実現される。このように、画像形成装置１０が高速になるとトナーＴに含有される外添剤量の総量が増え、剥離する外添剤の量やクリーニングブレード２１への外添剤の供給量が増加するために、外添剤のすり抜けを防止することがより困難となる。

そこで、本実施の形態においては、トナーＴ又は外添剤のすり抜けを防ぐために、クリーニングブレード２１のトナーＴ又は外添剤を規制する力を感光体ドラム１４へのトナーＴの付着力より大きくする。すなわち、トナーＴ又は外添剤に対するクリーニングブレード２１の付着力を、感光体ドラム１４の付着力より大きくするために、クリーニングブレード２１の表面自由エネルギーγｂと、感光体ドラム１４の表面自由エネルギーγｄとの比が所定の値となるように規定する。

次に、クリーニングブレード２１の表面自由エネルギーγｂと感光体ドラム１４の表面自由エネルギーγｄとの比と外添剤のすり抜けとの関係について説明する。

図６は本発明の第１の実施の形態におけるクリーニングブレード及び感光体ドラムの表面自由エネルギーの比と外添剤のすり抜けとの関係を示す図、図７は本発明の第１の実施の形態における帯電ローラに付着した外添剤の付着状態の評価結果を示す表である。

本発明の発明者は、本実施の形態における効果を確認するために、図１に示されるような画像形成装置１０と同様の構成の実機を使用し、前述のように画像形成装置１０を動作させて、記録用紙６１の縦方向印刷で所定枚数の連続印刷実験を行った。具体的には、画像形成装置１０を低温低湿、室温環境、及び、高温高湿の各環境条件下に１２〔ｈ〕程度置いた後に、所定枚数の記録用紙６１に連続印刷する実験を行った。高温高湿では温度が２８〔℃〕、湿度が８０〔％〕であり、低温低湿では温度が１０〔℃〕、湿度が２０〔％〕であり、室温環境では温度が２２〔℃〕、湿度が５５〔％〕である。

なお、画像形成装置１０としては、株式会社沖データ製のモノクロ−プリンタＢ７３１を使用した。したがって、実験では、使用したトナーＴはブラックトナーのみであり、ブラックに対応する画像形成ユニット１２Ｋ及び該画像形成ユニット１２Ｋが備える各部材のみが使用された。

そして、表面自由エネルギー（γｂ）の値が異なる複数のクリーニングブレード２１Ｋをそれぞれ使用して所定枚数の記録用紙６１に連続印刷した後に、帯電ローラ１５Ｋ表面上の外添剤付着状態の判断が行われ、官能レベルによって３段階の評価が行われた。該評価の評価レベルは、図７に示されている。実験はクリーニングブレード２１Ｋだけを変更して行われた。

また、表面自由エネルギーは、Ｚｉｓｍａｎ法によって算出された。この場合、表面張力が既知の３種類の溶媒として、水（Ｈ₂ Ｏ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）２００、及び、ノルマルドデカンが使用された。各溶媒が感光体ドラム１４Ｋ及びクリーニングブレード２１Ｋの表面に滴下され、それぞれの接触角αが測定された。各溶媒の表面張力をＸ軸に採り、ｃｏｓαをＹ軸に採り、各溶媒に対応する３つの点から得られる直線がＹ＝１（α＝０）と交わるときのＸ軸の値から、表面自由エネルギー（ｍＮ／ｍ）が求められた。なお、前記接触角αの測定環境は、温度２２〔℃〕、相対湿度５０〔％〕であった。

そして、クリーニングブレード２１Ｋ及び感光体ドラム１４Ｋの表面自由エネルギーの比γｂ／γｄと、評価レベルとの関係が図６に示されている。なお、図６においては、横軸にγｂ／γｄを採り、縦軸に評価レベルを採っている。図６に示される結果から、γｂ／γｄが１以上で、外添剤のすり抜け防止が良好であることが分かる。

ところで、表面自由エネルギーとは、表面を作成するのに要した仕事量である。固体の表面は分子間結合が切断された状態となっている。したがって、分子を切断するのに必要なエネルギーは表面に蓄積されている。

物質間では分子間力によって、分子が互いを引き合って凝縮しようとする。つまり、感光体ドラム１４Ｋと、トナーＴ又はトナーＴから剥離した外添剤とは引き付け合う。したがって、感光体ドラム１４Ｋのγｄが高いほど、表面に付着した粒子の付着力が強くなる。これは、クリーニングブレード２１Ｋにおいても同様である。したがって、γｂの値がγｄの値に比べて高いほど、クリーニングブレード２１による外添剤のすり抜け規制が容易となる。この原理に基づき、γｂ／γｄが１以上では、外添剤のすり抜け防止が良好となる。

感光体ドラム１４Ｋの表面自由エネルギーγｄは、一例であるが、感光体ドラム１４Ｋの最も外周側の層（電荷輸送層）を浸漬処理によって形成する際の乾燥時間を調整することにより、調整された。

また、クリーニングブレード２１Ｋの表面自由エネルギーγｂは、クリーニングブレード２１Ｋの作成工程において、例えば、使用される硬化剤の配合比を変化させることによって、調整された。一例であるが、硬化剤のトリメチロールプロパン（ＴＭＰ）の配合比を変化させることによって、クリーニングブレード２１Ｋの表面自由エネルギーγｂを調整することができる。これは、多官能アルコールを使用することで化学架橋が導入され、架橋強度が上がり、分子を切断するのに必要なエネルギーが大きくなるためである。すなわち、表面に蓄積されている表面自由エネルギーが高くなる。その他の方法として、硬化剤の配合比の変化以外でも、ゴム成形時の温湿度環境によって、損失弾性率Ｅ”をコントロールすることが可能である。加硫処理時の湿度が低いほど表面自由エネルギーが小さくなり、湿度が高いほど表面自由エネルギーが大きくなる。また、ポリエステル種を変えて作成しても、表面自由エネルギーのコントロールが可能である。例えば、長鎖ポリオールとしてエチレンアジペート（ＥＡ）、プチレンアジペート（ＢＡ）、ヘキサメチレンアジペート（ＢＡ）等を、単独で又は２種類以上混ぜて作成することによって、表面自由エネルギーをコントロールすることができる。

本発明の発明者は、このように、クリーニングブレード２１Ｋのポリエステル種の配合や、硬化剤の配合比を調整したり、感光体ドラム１４Ｋの最外周層を浸漬処理によって形成する際の乾燥時間を調整したりすることによって、γｂ／γｄの値が異なるクリーニングブレード２１Ｋ及び感光体ドラム１４Ｋの組み合わせを得ることができた。しかし、調整には限界があり、γｂ／γｄの値が５を超えるクリーニングブレード２１Ｋ及び感光体ドラム１４Ｋの組み合わせを得ることは難しかったので、今回は評価を行っていない。

外添剤のすり抜け防止のためには、γｂ／γｄの値が大きいほどよいが、γｂ／γｄの値が大きいと、トナーＴ又は外添剤がクリーニングブレード２１Ｋに付着してしまう恐れもあり、また、γｂ／γｄ＝１近傍では感光体ドラム１４Ｋとクリーニングブレード２１Ｋの付着力が均衡しているので、γｂ／γｄの値は、好ましくは、１．０５≦γｂ／γｄ≦３．５であり、より好ましくは、１．１≦γｂ／γｄ≦３．０である。

このように、本実施の形態においては、感光体ドラム１４の表面自由エネルギーγｄとクリーニングブレード２１の表面自由エネルギーγｂとの比を１≦γｂ／γｄ≦５とすることによって、外添剤のすり抜けが発生せず、安定した良好な印刷品質を長期間維持することができる。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。また、前記第１の実施の形態と同じ動作及び同じ効果についても、その説明を省略する。

図８は本発明の第２の実施の形態におけるクリーニングブレードへのトナー又は外添剤の固着状態の評価結果を示す表である。

前記第１の実施の形態では、感光体ドラム１４の表面自由エネルギーγｄとクリーニングブレード２１の表面自由エネルギーγｂとの比を規定することによって、良好なクリーニング性を得るようになっている。しかし、クリーニングブレード２１の損失弾性率Ｅ”の値を規定することによって、高品質な印刷を提供することも可能である。なお、損失弾性率とは、力学的エネルギーの損失を表し、一般的には、試料の柔軟性を示す指標である。

前記第１の実施の形態で説明したように、γｂ／γｄの値が大きい場合、トナーＴ又は外添剤のクリーニングブレード２１に対する付着力が強くなるため、クリーニングブレード２１と感光体ドラム１４との接触部、すなわち、ブレードニップ３８に、多量のトナーＴ又は外添剤が付着した状態になりやすい。特に、外添剤が多いトナーＴや円形度の高いトナーＴを使用した場合、ダムのようにトナーＴ又は外添剤を塞き止める性能を有するクリーニングブレード２１を使用する方が望ましいケースもある。つまり、スティック−スリップ運動が起きない、又は、スティック−スリップ運動が少ない場合が、前記ケースに該当する。そのようなケースの場合、クリーニングブレード２１と感光体ドラム１４の表面とが摺動しているために摩擦熱が発生するので、クリーニングブレード２１にトナーＴ又は外添剤が付着したままの状態を放置すると、クリーニングブレード２１にトナーＴ又は外添剤が固着する恐れがある。クリーニングブレード２１にトナーＴ又は外添剤が固着してしまうと、クリーニングブレード２１と感光体ドラム１４の表面との間に微小な空隙が生じる可能性があり、これにより、外添剤のすり抜けが発生してしまう恐れがある。

そこで、本実施の形態では、感光体ドラム１４に対するトナーＴの付着力よりも、クリーニングブレード２１に対するトナーＴの付着力を強くした状態を維持しつつ、クリーニングブレード２１へのトナーＴ又は外添剤の固着を防止するために、クリーニングブレード２１の特性値である損失弾性率Ｅ”の値を規定する。

感光体ドラム１４の表面の移動に伴うクリーニングブレード２１の変位量を、スティック−スリップ距離Ｌ₀ とする。該スティック−スリップ距離Ｌ₀ は、マクスウエルモデルによって、以下の式（４）で表すことができる。

損失弾性率Ｅ”は、粘性成分であり、以下の式（５）で表すことができる。

ここで、ωは振動数を表し、η’は動的粘性率を表している。損失弾性率Ｅ”は、粘性成分であり、前記式（５）に示されるように、動的粘性率の関数である。

前記緩和時間τは、以下の式（６）で表すことができる。

ここで、ηは粘性率であり、Ｅは弾性率である。

前記式（６）は、緩和時間τが長いほど、粘弾性特性において弾性よりも粘性の寄与が大きくなることを意味する。すなわち、緩和時間τが長いほど、弾性よりも粘性の寄与が大きくなり、したがって、前記式（５）に示されるように、動的粘性率の関数である損失弾性率Ｅ”が大きくなると考えられる。言い換えると、損失弾性率Ｅ”が大きいほど緩和時間τが長く、損失弾性率Ｅ”が小さいほど緩和時間τが短くなる関係にあると考えられる。そのため、前記式（４）より、損失弾性率Ｅ”が大きい（したがって、緩和時間τが長い）ほど、スリップ距離が長くなり、結果的に、スティック−スリップ距離Ｌ₀ が長くなると考えることができる。

ところで、スティック状態にあるクリーニングブレード２１のブレードニップ３８がスリップ状態に移行する瞬間には、ブレードニップ３８は最大にまで引き伸ばされている。そして、スリップ状態に移行すると、ブレードニップ３８は感光体ドラム１４の回転方向とは逆方向に動く。このように、クリーニングブレード２１のブレードニップ３８と感光体ドラム１４の表面とが互いに反対方向に動くので、クリーニングブレード２１に付着したトナーＴ又は外添剤は感光体ドラム１４によって掻き落とされる。なお、掻き落とされたトナーＴは、自重によって、前記廃トナー収容部内に落下する。

本発明の発明者は、本実施の形態における効果を確認するために、前記第１の実施の形態と同様に、実験を行った。なお、実験の条件については、前記第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。そして、損失弾性率Ｅ”の値が異なる複数のクリーニングブレード２１Ｋをそれぞれ使用して所定枚数の記録用紙６１に連続印刷した後に、クリーニングブレード２１ＫへのトナーＴ又は外添剤の固着状態の判断が行われ、官能レベルによって２段階の評価が行われた。該評価の結果は、図８に示されている。なお、実験はクリーニングブレード２１Ｋだけを変更して行われた。また、クリーニングブレード２１Ｋ及び感光体ドラム１４Ｋの表面自由エネルギーの比γｂ／γｄは、すべての場合において、１を超えている、すなわち、γｂ／γｄ＞１となっている。

クリーニングブレード２１Ｋの損失弾性率Ｅ”は、日立ハイテクノロジーズ株式会社製の「粘弾性測定装置ＤＭＳ６１００」を使用して測定された。測定は、温度１００〔℃〕、周波数１０〔Ｈｚ〕で行った。また、昇温速度は２〔℃／ｍｉｎ〕とした。なお、クリーニングブレード２１Ｋの損失弾性率Ｅ”は、−３０〔℃〕から＋１５０〔℃〕の温度範囲で測定されたが、ここでは、温度１００〔℃〕での測定値が採用されている。

図８に示される結果から、温度１００〔℃〕、周波数１０〔Ｈｚ〕でのクリーニングブレード２１Ｋの損失弾性率Ｅ”の値が３．００×１０⁴ 〔Ｐａ〕以上であれば、クリーニングブレード２１Ｋの表面にトナーＴ又は外添剤の固着が生じないことが分かる。また、クリーニングブレード２１Ｋの損失弾性率Ｅ”は、前記第１の実施の形態で説明したように、ウレタンゴムの加硫処理時の湿度によって調整しているが、湿度を低下させることによる調整には限界があり、損失弾性率Ｅ”が２．６１×１０⁵ 〔Ｐａ〕を超えるクリーニングブレード２１Ｋを得ることは難しかったので、今回は評価を行っていない。

このように、本実施の形態においては、１≦γｂ／γｄ≦５で温度１００〔℃〕、周波数１０〔Ｈｚ〕でのクリーニングブレード２１の損失弾性率Ｅ”を３．００×１０⁴ 〜２．６１×１０⁵ 〔Ｐａ〕の範囲とすることによって、クリーニングブレード２１へのトナーＴ又は外添剤の固着を防ぐことが可能となり、安定したクリーニング性能を維持することができる。

なお、前記第１及び第２の実施の形態においては、カラー電子写真式プリンタを例に挙げて説明を行ったが、本発明はこれに限定されるものではなく、電子写真方式を採用しているファクシミリ機、複写機、プリンタ、ＭＦＰ（複合型プリンタ：Ｍｕｌｔｉ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｐｒｉｎｔｅｒ）等にも適用することができる。

また、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明は、クリーニングブレード及び画像形成装置に利用することができる。

１０ 画像形成装置
１４Ｋ、１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ 感光体ドラム
２１、２１Ｋ、２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ クリーニングブレード

Claims (9)

1. 像担持体の表面に当接し、該像担持体の表面の現像剤を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の表面自由エネルギーをγｂとし、前記像担持体の表面自由エネルギーをγｄとしたとき、
   γｂ／γｄ≧１
   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の損失弾性率をＥ”としたとき、
   Ｅ”≧３．００×１０⁴ 〔Ｐａ〕
   である請求項１に記載のクリーニングブレード。
3. 前記Ｅ”は、温度１００〔℃〕、周波数１０〔Ｈｚ〕での測定値である請求項２に記載のクリーニングブレード。
4. 前記現像剤は、樹脂及び着色剤を含む母粒子と該母粒子に添加された外添剤とを有する非磁性一成分現像剤であって、前記外添剤の平均粒径が５〜４００〔ｎｍ〕であり、前記母粒子１００重量部に対する前記外添剤の添加量が０．５〜８．０重量部である請求項１〜３のいずれか１項に記載のクリーニングブレード。
5. 前記クリーニングブレードは、その母線方向と前記像担持体の表面の接線方向とのなす角から前記クリーニングブレードの変位角を引いた値であるクリーニング角度が１０〜１５度となるように配置されている請求項１〜４のいずれか１項に記載のクリーニングブレード。
6. 前記クリーニングブレードが前記像担持体の表面に押し当てる線圧は１２〜２４〔ｇｆ／ｃｍ〕である請求項１〜５のいずれか１項に記載のクリーニングブレード。
7. １．０５≦γｂ／γｄ≦３．５である請求項１に記載のクリーニングブレード。
8. １．１≦γｂ／γｄ≦３．０である請求項７に記載のクリーニングブレード。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載のクリーニングブレードを備える画像形成装置。

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