JP6361962B2 - クリーニングブレード、画像形成装置、および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、クリーニングブレードの先端稜線部を被清掃部材である像担持体の表面に押し当て、像担持体上に残留するトナーなどの付着物をせき止めて掻き落とし除去する。
さらに本発明者らは、上記検討を進める中で、樹脂を弾性ブレードに含浸させると、含浸処理の過程で弾性ブレード表面に高硬度で微小な凹凸形状が形成されることを見出した。
まず、本実施形態に係るプリンタについて説明する。
図1は、本実施形態に係るプリンタの概略構成図である。
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、帯電手段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、露光器7及び不図示の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2が図中矢印方向に回転駆動される。
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。図4(a)は、クリーニングブレード62が感光体2の表面に当接している状態の説明図であり、図4(b)は、クリーニングブレード62の先端稜線部62c近傍の拡大説明図である。
クリーニングブレード62は、金属や硬質プラスチックなどの剛性材料からなる短冊形状のホルダー621と、短冊形状の弾性ブレード622とで構成されている。
また、弾性ブレード622の硬度としては、SII社製DMS6100などで測定したゴムのtanδピーク温度が0[℃]以上、且つ、23[℃]と10[℃]におけるそれぞれの硬度(JIS−A)の差が5℃以上あるウレタンゴムが好ましい。
ト、1,4-ブタンジオールジアクリレート、1,5-ペンタンジオールジアクリレート、1,6-ヘキサンジオールジアクリレート、1,7-ヘプタンジオールジアクリレート、1,8-オクタンジオールジアクリレート、1,9-ノナンジオールジアクリレート、1,10-デカンジオールジアクリレート、1,11-ウンデカンジオールジアクリレート、1,18-オクタデカンジオールジアクリレート、グリセリンプロポキシトリアクリレート、ジプロピレングリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、PO変性ネオペンチルグリコールジアクリレート、PEG600ジアクリレート、PEG400ジアクリレート、PEG200ジアクリレート、ネオペンチルグリコール・ヒドロキシピバリン酸エステルジアクリレート、オクチル/デシルアクリレート、イソボルニルアクリレート、エトキシ化フェニルアクリレート、9,9-ビス[4-(2-アクリロイルオキシエトキシ)フェニル]フルオレンなどが挙げられ、これらを1種または2種以上混合してもよい。また、前記の通り、より効率的に含浸処理を行うために、混合するアクリレートモノマーも分子量は500以下が好ましい。
含浸処理の過程で弾性ブレードの表面に凹凸形状が形成される理由は定かではないが、次のことが考えられる。
まず、紫外線硬化樹脂などの樹脂とアクリルモノマーやメタクリルモノマーなどの溶剤の混合物を弾性ブレードに含浸させると、弾性ブレードの架橋構造の隙間部分に樹脂と溶剤が入り込み、弾性ブレードが膨潤した状態となる。この状態で弾性ブレードにUV照射することで、弾性ブレードに含浸された樹脂のみが硬化し、架橋構造の隙間に入り込んでいた溶剤が乾燥工程により追い出されて、溶剤が入り込んでいた部分が空隙として残る。これにより、弾性ブレードの含浸部の表面に現れた無数の空隙によって凹凸形状が形成されると考えられる。
なお、算術平均粗さRaは、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さLだけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線の方向にX軸を、縦倍率の方向にY軸を取り、粗さ曲線をY=f(x)で表したときに下記の数1により求められる値をマイクロメートル(μm)で表したものである。
さらにまた、クリーニングブレード62の垂直面62aにおいて、クリーニングブレード62の先端稜線部62cの任意の点から短辺方向に50[μm]離れた位置での十点平均粗さRzが0.5[μm]以上1[μm]以下であることが好ましい。
本発明者らにより、二乗平均平方根高さSqと十点平均粗さRzとのうちいずれか、又はもしくは両方の値が上記範囲内の場合、トナーの外添剤の堰き止め能力が向上していることが確認されている。この理由については定かではないが、弾性ブレード表面の先端稜線部から少し離れた位置にある程度の凹凸が存在することによって、外添剤がこの弾性ブレードに付着しやすく、トラップされやすくなるためであると考えられる。
二乗平均平方根高さSq又は十点平均粗さRzのいずれかの値が上記範囲内であれば、トナーの外添剤の堰き止め能力を向上させることができるが、両方の値を上記範囲内とすることで、よりトナーの外添剤の堰き止め能力を向上することができる。
マルテンス硬度は、FISCHER製微小硬さ試験機FISCHERSCOPE HM2000を用い、ビッカース圧子を用い、押し込み荷重1mN、押し込み時間10sで測定を行った。
下記に示す検証実験は、弾性ブレード622の材質、含浸処理材料をそれぞれ変化させて耐久試験を行ったものである。
[弾性ブレード]
弾性ブレード622としては、25[℃]における物性が以下の物性となっているウレタンゴム1、2を用意した。
ウレタンゴム1:硬度68度、反発弾性率30[%](東洋ゴム工業製)
ウレタンゴム2:硬度77.5度、反発弾性率53.5[%](東洋ゴム工業製)
ウレタンゴムの反発弾性は、東洋精機製作所製No.221レジリエンステスタを用い、JIS K6255に準じて測定した。試料は厚さ4[mm]以上となるように約2[mm]のシートを重ね合わせたものとした。
含浸処理の形成処理に用いる硬化材料としては、以下の硬化材料1〜3のものを用いた。
紫外線硬化樹脂:トリシクロデカンジメタノールジアクリレート(新中村化学工業株式会社製、商品名:A−DCP、官能基数2、分子量304) 50質量部
重合開始剤 :チバスペシャリティーケミカルズ社 イルガキュア184 5部
溶媒 :シクロヘキサノン 45部
紫外線硬化樹脂:トリシクロデカンジメタノールジアクリレート(新中村化学工業株式会社製、商品名:A−DCP、官能基数2、分子量304) 80質量部
重合開始剤 :チバスペシャリティーケミカルズ社 イルガキュア184 5部
溶媒 :シクロヘキサノン 15部
紫外線硬化樹脂:トリシクロデカンジメタノールジアクリレート(新中村化学工業株式会社製、商品名:A−DCP、官能基数2、分子量304) 90質量部
重合開始剤 :チバスペシャリティーケミカルズ社 イルガキュア184 10部
上記ウレタンゴム1〜2のいずれかを用いて厚さ1.8[mm]の短冊形状の弾性体ブレードを作製し、ディッピング塗工法により各硬化材料による架橋構造を形成した。架橋構造の形成は具体的には、上記硬化材料1〜3を用いて塗工液を作製し、任意の時間で浸漬したのち、紫外線露光(700[W/cm]×3[m/min]×3パス)を行った。さらに、熱乾燥機を用いて庫内温度100℃で15分間乾燥を行った。
感光体としては、感光体表面の算術平均面粗さSaが、0.05[μm]以上0.3[μm]以下のものを使用した。感光体表面の算術平均面粗さSaは、菱化システム製のVertScanを用い、4次補正を行った後、算出した。
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(クラリアント製H2000)
小粒径酸化チタン0.5部(テイカ製MT−150AI)
大粒径シリカ1.0部(電気化学工業製UFP−30H)
当接部の算術平均粗さRa:菱化システム社製のVertScanを用いて、弾性ブレード垂直面の先端をWAVEモードで撮影し、面補正として4次補正を行った後、当接部の算術平均粗さを算出した。なお、評価長さは1[mm]とした。
当接部から100[μm]位置までの二乗平均平方根高さSq:菱化システム社製のVertScanを用いて、弾性ブレード垂直面の先端をWAVEモードで撮影し、面補正として4次補正を行った後、二乗平均平方根高さSqを算出した。なお、評価範囲は、クリーニングブレード62の含浸部における垂直面62aにおいて、クリーニングブレード62の先端稜線部62cの任意の点から垂直面62aの短辺方向に100[μm]、長手方向に1[mm]の範囲とした。
当接部から50[μm]位置の十点平均粗さRz:菱化システム社製のVertScanを用いて、弾性ブレード垂直面の先端をWAVEモードで撮影し、面補正として4次補正を行った後、クリーニングブレード62の垂直面62aにおいて、クリーニングブレード62の先端稜線部62cの任意の点から短辺方向に50[μm]離れた位置での十点平均粗さを算出した。なお、評価長さは1[mm]とした。
出力20枚(A4横)
外添剤すり抜け:ITOガラス板上に感光体の表層を塗工、またカスケード現像法によりトナーを現像し、上記条件と同じ条件でブレードと摺擦させ、外添剤のすり抜け状態を観察した。また、試験後のブレードの表面をキーエンス製マイクロスコープVHX−100を用いて観察し、外添剤の付着状態からすり抜けの有無を判定した。
○ :すり抜けなし
△ :少量のすり抜けあり
× :大量のすり抜けあり
感光体摩耗速度[μm/km]:キーエンス製レーザーマイクロスコープVK−9500を用いて測定、算出した。
画像上クリーニング不良:10,000枚の出力を行った後、縦帯パターン(紙進行方向に対して)43mm幅、3本チャートの評価時画像(A4サイズ横)を20枚出力した後の出力画像を目視観察し、以下の基準でクリーニング性を評価した。なお、異常画像とは、印刷画像にスジ又は帯状に現れる画像や白ポチ画像を意味する。
○ :異常画像なし
△ :許容範囲ではあるが、微細な異常画像あり
× :異常画像あり
また、比較例2は算術平均粗さRaが0.3[μm]を越えているため、トナーの外添剤のすり抜けが多くなり、トナークリーニング性が低下してしまった。また、比較例3と比較例4は、算術平均粗さRaが0.1[μm]未満であるため、クリーニングブレードが感光体表面に接触する面積が大きく摩擦力が増大するため、感光体摩耗が促進されてしまった。
また、実施例1〜6においては、クリーニングブレードの含浸部表面のマルテンス硬度が1.0[N/mm2]以上10[N/mm2]以下である。このため、クリーニングブレードの先端の捲れを防止し、かつ、クリーニングブレードの先端部が感光体の表面を追従し得る弾性を有することができ、実施例7または実施例8と比して良好なクリーニング性を維持することができた。
(態様A)
弾性ブレード622などの短冊状の弾性ブレードで構成され、前記弾性ブレードの先端稜線部62cを表面移動する感光体2などの感光体の表面に当接して、前記感光体表面からトナーなどの付着物を除去するクリーニングブレード62などのクリーニングブレードにおいて、前記弾性ブレードの前記先端稜線部は、少なくともアクリレート、又はメタクリレートを含む紫外線硬化樹脂が含浸されることで前記先端稜線部表面に架橋構造が形成され、前記当接部の算術平均粗さRaが、0.1[μm]以上、0.3[μm]以下であることを特徴とする。
態様Aにおいて、前記弾性ブレードの含浸部における前記感光体との当接面62bに対する垂直面62aにおいて、前記先端稜線部の任意の点から前記垂直面を形成する短辺方向に100[μm]、長手方向に1[μm]の範囲の二乗平均平方根高さSqが0.3[μm]以上0.7[μm]以下であることを特徴とする。これにより、上記検証実験で示したように、トナーの外添剤の堰き止め能力が向上し、態様Aと比してより磨耗速度を抑制することができる。
態様A又は態様Bにおいて、前記垂直面62aにおける前記先端稜線部から短辺方向に50[μm]離れた位置での十点平均粗さRzが0.3[μm]以上1[μm]以下であることを特徴とする。
これにより、上記検証実験で示したように、トナーの外添剤の堰き止め能力が向上し、態様Aと比してより磨耗速度を抑制することができる。
態様A〜態様Cいずれかにおいて、前記クリーニングブレードの含浸部表面のマルテンス硬さが1.0[N/mm2]以上10[N/mm2]以下であることを特徴とする。
これにより、上記検証実験で示したように、クリーニングブレードの先端の捲れを防止し、かつ、クリーニングブレードの先端部が感光体の表面を追従し得る弾性を有することができ、態様Aと比してより良好なクリーニング性を維持することができる。
感光体と、前記感光体の表面に接触し、その表面上に付着した不要な付着物を除去するためのクリーニング部材とを備え、前記感光体上に形成した画像を最終的に記録媒体に転移させる画像形成装置において、前記クリーニング部材として、態様A〜態様Dいずれか一のクリーニングブレードを用いることを特徴とする。
かかる構成を備えることで、経時にわたり良好な画像を維持することができるとともに、メンテナンスサイクルの長い画像形成装置を提供することが可能となる。
感光体と、前記感光体の表面に接触し、その表面上に付着した不要な付着物を除去するためのクリーニング部材とを備え、画像形成装置に対して着脱自在に構成されたプロセスカートリッジにおいて、上記クリーニング部材として、態様A〜態様Dいずれか一のクリーニングブレードを用いることを特徴とする。
かかる構成を備えることで、経時にわたり良好な画像を維持することができるとともに、メンテナンスサイクルの長いプロセスカートリッジを提供することが可能となる。
2 感光体
3 クリーニング手段
4 帯電手段
5 現像手段
8 転写ベルト装置
16 給紙カセット
19 定着装置
21 排紙トレイ
62 クリーニングブレード
62a 垂直面
62b 当接面
62c 先端稜線部
622 弾性ブレード
Claims (6)
- 短冊状の弾性ブレードで構成され、前記弾性ブレードの先端稜線部を表面移動する感光体の表面に当接して、前記感光体表面から付着物を除去するクリーニングブレードにおいて、
前記弾性ブレードの前記先端稜線部は、少なくとも、トリシクロデカン若しくはアダマンタン骨格を有するアクリレート、または、トリシクロデカン若しくはアダマンタン骨格を有するメタクリレートを含む紫外線硬化樹脂が含浸されることで前記先端稜線部表面に架橋構造が形成され、前記感光体の表面に当接する当接部の算術平均粗さRaが、0.1[μm]以上、0.3[μm]以下であることを特徴とするクリーニングブレード。 - 請求項1のクリーニングブレードにおいて、前記弾性ブレードの含浸部における前記感光体との当接面に対する垂直面において、前記先端稜線部の任意の点から前記垂直面を形成する短辺方向に100[μm]、長手方向に1[μm]の範囲の二乗平均平方根高さSqが0.3[μm]以上0.7[μm]以下であることを特徴とするクリーニングブレード。
- 請求項1又は2のクリーニングブレードにおいて、前記弾性ブレードの含浸部における前記感光体との当接面に対する垂直面における前記先端稜線部から短辺方向に50[μm]離れた位置での十点平均粗さRzが0.3[μm]以上1[μm]以下であることを特徴とするクリーニングブレード。
- 請求項1乃至3いずれか一のクリーニングブレードにおいて、前記クリーニングブレードの含浸部表面のマルテンス硬さが1.0[N/mm2]以上10[N/mm2]以下であることを特徴とするクリーニングブレード。
- 感光体と、前記感光体の表面に接触し、その表面上に付着した不要な付着物を除去するためのクリーニング部材とを備え、前記感光体上に形成した画像を最終的に記録媒体に転移させる画像形成装置において、前記クリーニング部材として、請求項1乃至4いずれか一に記載のクリーニングブレードを用いることを特徴とする画像形成装置。
- 感光体と、前記感光体の表面に接触し、その表面上に付着した不要な付着物を除去するためのクリーニング部材とを備え、画像形成装置に対して着脱自在に構成されたプロセスカートリッジにおいて、上記クリーニング部材として、請求項1乃至4のいずれか一に記載のクリーニングブレードを用いることを特徴とするプロセスカートリッジ。
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