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CN107991849A - 清洁刮板和图像形成装置 - Google Patents

清洁刮板和图像形成装置 Download PDF

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CN107991849A CN201710411918.9A CN201710411918A CN107991849A CN 107991849 A CN107991849 A CN 107991849A CN 201710411918 A CN201710411918 A CN 201710411918A CN 107991849 A CN107991849 A CN 107991849A
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Abstract

本发明公开了一种清洁刮板和图像形成装置，该清洁刮板包括基本上呈平面状的树脂基材以及覆盖所述树脂基材的至少一个边缘并具有连接层和表面层的涂布层，所述连接层形成为面对与所述树脂基材的界面，并含有类金刚石碳和选自由氮化钛、钛硅、钛钨、碳化钛和碳氮化钛组成的组中的至少一种，所述表面层覆盖所述连接层并含有类金刚石碳。

Description

清洁刮板和图像形成装置
技术领域
本发明涉及一种清洁刮板和图像形成装置。
背景技术
日本专利文献特开平10-260589号公报公开了一种图像形成装置，该图像形成装置包括承载以预定极性充电的显影剂的显影剂承载件、设置成与所述显影剂承载件相对的背电极部件、以及设置在所述显影剂承载件和所述背电极部件之间以控制所述显影剂飞行的控制电极部件。所述图像形成装置具有中间转印部件和清洁部件，中间转印部件设置在所述控制电极部件和所述背电极部件之间，具有吸收显影剂的飞行能量并暂时保持显影剂的表面，所述清洁部件与所述中间转印部件接触，并以与充电的显影剂的电极相反的电极向所述中间转印部件施加电压，以除去所述中间转印部件表面上残留的显影剂。
日本专利文献特开2014-85595号公报公开了一种图像形成装置，该图像形成装置包括图像承载体、充电辊、曝光装置、显影器、转印装置以及清洁刮板，所述充电辊与所述图像承载体的表面接触以对所述图像承载体充电，并具有沿周向延伸的凹凸表面，所述曝光装置将图像承载体曝光以形成潜像，所述显影器使图像承载体上的潜像显影以形成色调剂图像，所述转印装置将所述图像承载体上的所述色调剂图像转印至记录介质上，所述清洁刮板的边缘抵接在转印之后的所述图像承载体的表面以除去所述图像承载体上残留的物质。在所述图像形成装置中，所述图像承载体的表面形成凹凸形以反映出所述充电辊的表面沿周面延伸的凹凸，且所述清洁刮板的形状响应于所述图像承载体表面上形成的凹凸而弹性变化，以除去残留在所述图像承载体上的物质。
日本专利文献特开平9-292722号公报公开了一种图像形成方法，该图像形成方法包括在电子照相感光体上形成静电潜像、显影并转印所述静电潜像以及清洁。在所述方法中，所述电子照相感光体是有机光电感光体，所述显影涉及使用含有脱模剂的色调剂，所述脱模剂的数均域尺寸在0.1至1.1μm范围内，所述清洁涉及将冲击回弹性在35％至75％范围内的清洁刮板部件以5g/cm至40g/cm的负荷在相对于所述电子照相感光体的旋转方向的相反方向上以10至45度的角度与电子照相感光体的表面接触，且对所述电子照相感光体的表面进行处理，使得该表面相对于所述清洁刮板部件的静止摩擦系数为1.0以下。
日本专利文献特开2002-82467号公报公开了一种电子照相装置，该电子照相装置包括静电式电子照相感光体和清洁单元。在所述装置中，所述电子照相感光体包括导电性支持体和形成为覆盖所述导电性支持体的感光层以及表面保护层，所述表面保护层相对于其总质量含有20.0质量％至40.0质量％的含氟树脂颗粒，所述表面保护层的十点平均粗糙度为0.1μm至5.0μm，其根据泰伯磨损试验方法所得的表面硬度为0.1至4.5，表面摩擦系数为0.001至1.2，所述清洁单元的弹性刮板对所述电子照相感光体的线性负荷为17.5g/cm至27.5g/cm，所述弹性刮板的橡胶硬度为75°至85°(JIS-A)，且静态下所述弹性刮板相对于所述电子照相感光体的接触角度为10°至20°。
日本专利文献特开2006-91087号公报公开了一种图像形成装置，该图像形成装置包括承载色调剂图像的色调剂图像承载体、将由所述色调剂图像承载体承载的所述色调剂图像转印至转印介质并传送所述转印介质的转印传送带，以及与所述转印传送带反向接触以刮除附着在所述转印传送带表面上的物质的清洁部件。所述清洁部件以21°以上且26°以下的接触角度和1.5g/mm以上且4.0g/mm以下的接触压力与所述转印传送带接触。
日本专利文献特开2015-169846号公报公开了一种摩擦部件，该摩擦部件至少设置于图像形成装置，以便与接触部件接触以摩擦所述接触部件。所述摩擦部件具有整体含有树脂的基材，所述基材在与所述接触部件接触的一侧具有包含具有sp3键的碳的含碳区域，并且除所述含碳区域之外的区域由相同的材料形成；另外，所述摩擦部件满足以下任一条件：(A)所述含碳区域用作与所述接触部件接触的部分，以及(B)所述含碳区域的所述接触部件接触侧表面具有碳层，所述碳层不含树脂但含有具有sp3键的碳并用作与所述接触部件接触的部分。
日本专利文献特开2013-8007号公报公开了一种图像形成装置，该图像形成装置至少包括图像承载体和用于除去所述图像承载体上的显影剂的清洁刮板。所述清洁刮板具有聚氨酯橡胶基材；所述基材，尤其是其与所述图像承载体接触的边缘部分，由于异氰酸酯化合物与聚氨酯树脂的反应而受到固化；且通过脉冲等离子体离子注入沉积法在所述基材的固化部分上形成了化学沉积润滑膜。
日本专利文献特开2005-274952号公报公开了一种清洁装置，该清洁装置除去图像承载体上残留的图像形成颗粒。所述清洁装置具有与所述图像承载体接触的清洁部件，且其与所述图像承载体接触的部分不管所述图像承载体的移动是否停止都保持不变形；所述清洁部件具有由SUS形成的平面基底和覆盖至少与所述图像承载体接触的所述基底的一部分的涂布层；且所述涂布层的维氏硬度为1500Hv以上并包括中间层，所述中间层在所述基底上具有三层结构：铬膜、铬和钨碳的混合物膜、以及钨碳和类金刚石碳(DLC膜)的混合物膜，且包括形成在所述中间层上的类金刚石碳膜的表面层。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种与直接在树脂基材的表面上形成涂布层的情况相比涂布层不太可能被剥离的清洁刮板。本发明的另一个目的在于，提供一种具备这种清洁刮板的图像形成装置。
根据本发明的第一方面，提供一种清洁刮板，该清洁刮板包括基本上呈平面状的树脂基材以及覆盖所述树脂基材的至少一个边缘并具有连接层和表面层的涂布层，所述连接层形成为面对与所述树脂基材的界面，并含有类金刚石碳和选自由氮化钛、钛硅、钛钨、碳化钛和碳氮化钛组成的组中的至少一种，所述表面层覆盖所述连接层并含有类金刚石碳。
根据本发明的第二方面，所述树脂基材由选自由聚氨酯橡胶、聚酰亚胺橡胶、硅橡胶、氟橡胶、丙烯橡胶和丁二烯橡胶组成的组中的任一种形成。
根据本发明的第三方面，在所述树脂基材和所述涂布层之间的界面处存在所述树脂基材和所述涂布层的材料共存的混合物区域。
根据本发明的第四方面，所述表面层的厚度为约0.05μm至0.3μm。
根据本发明的第五方面，所述表面层的维氏硬度为约1500Hv以上。
根据本发明的第六方面，提供一种图像形成装置，该图像形成装置包括根据第一至第五方面中任一方面所述的清洁刮板、图像承载体和转印装置，所述转印装置与所述图像承载体的表面接触以将色调剂图像从所述图像承载体转印至转印介质。
根据本发明的第七方面，所述转印装置与所述清洁刮板之间的安装角度为约24°至30°。
根据本发明的第八方面，所述清洁刮板对所述转印设备的接触压力为约0.8gf/mm至4.0gf/mm。
本发明第一方面提供了一种与直接在基材的表面上形成含类金刚石碳的膜的情况相比这种膜不太可能被剥离的清洁刮板。
根据本发明的第二方面，当所述树脂基材由选自由聚氨酯橡胶、聚酰亚胺橡胶、硅橡胶、氟橡胶、丙烯橡胶和丁二烯橡胶组成的组中的任一种形成时，能够进一步产生所述第一方面的这种效果。
除了所述第一和第二方面的效果，本发明的第三方面提出了一种与不存在树脂基材与涂布层的材料的混合物区域的情况相比涂布层进一步不太可能被剥离的清洁刮板。
除了所述第一至第三方面中任一方面的效果，本发明的第四方面提出了一种可使涂布层的剥离减少并具有良好的耐磨性的清洁刮板。
除了所述第一至第四个方面中任一方面的效果，本发明的第五方面提出了一种与所述表面层的维氏硬度低于1500Hv的情况相比具有增强的耐磨性的清洁刮板。
本发明第六方面提出了一种具有与直接在基材的表面上形成含类金刚石碳的膜的情况相比这种膜不太可能被剥离的清洁刮板的图像形成装置。
本发明的第七方面提出了一种与清洁刮板与转印装置之间的安装角度小于24°或大于30°的情况相比由根据本发明的第一至第五方面中任一方面所述的清洁刮板所带来的效果变得更加明显的图像形成装置。
本发明的第八方面提出了一种与清洁刮板对转印装置的接触压力小于0.8gf/mm或大于4.0gf/mm的情况相比由根据本发明的第一至第五方面中任一方面所述的清洁刮板所带来的效果变得更加明显的图像形成装置。
具体实施方式
在图像形成装置中，设置了一种用于除去图像承载体或中间转印带上残留的显影剂的清洁装置。清洁装置的一例是包括由诸如聚氨酯橡胶的树脂形成的基材且具有弹性的清洁刮板。
这种清洁刮板设置成使其边缘与待清洁部件接触，且使用所述清洁刮板来摩擦该部件，以便通过边缘刮除残留的显影剂。所述清洁刮板以这种方式用作清洁装置。
现在将说明根据示例性实施例的清洁刮板。该示例性实施例的清洁刮板包括刮板基材和覆盖所述刮板基材的表面的涂布层。
所述刮板基材是基本上呈平面状的树脂基材，且其至少一个边缘由含类金刚石碳作为主要成分的涂布层覆盖。当所述清洁刮板附接在图像形成装置中时，该覆盖的边缘用作与待清洁物体即带接触的部分。
未被涂布层覆盖的刮板基材本身相当于通常使用的弹性刮板。所述涂布层具有硬度且摩擦系数小，这会提高与待清洁物体接触的部分的耐磨性并减少其摩擦。换句话说，与刮板基材直接与带接触的情况相比，提高了针对由于摩擦带所造成的磨耗的耐磨性从而减少了与带的摩擦。
如此提高耐磨性有助于延长清洁刮板的使用寿命，且减少摩擦有助于提高其清洁性能。
所述刮板基材的树脂基材可以是一般用作非金属清洁刮板的各种弹性基材中的任一种。其实例包括由公认具有弹性和形状恢复特性的橡胶材料形成的基材，比如，聚氨酯橡胶、硅橡胶、氟橡胶、丙烯橡胶以及丁二烯橡胶。
优选根据JIS-A所测的橡胶材料的硬度为约70至85。
所述涂布层形成为覆盖树脂基材的至少一个边缘，所述树脂基材基本上呈平面状且基本上为类金刚石碳(DLC)的膜；然而，所述涂布层具有连接层，所述连接层形成为面对与树脂基材的界面，以便进一步提高所述涂布层对所述树脂基材的附着力。
所述连接层含有DLC即涂布层的主要成分，并至少含有氮化钛、碳化钛、碳氮化钛、钛硅、氮化铬、碳化钨、碳化硅和钛钨中的任何一种来作为锚固材料。
由DLC形成并覆盖连接层的表面层的厚度优选在约0.05μm至0.3μm范围内。所述表面层的厚度越厚，所述涂布层越不易遵循基材形状的弹性变化，从而使得该层易于剥离。在表面层具有不必要小的厚度的情况下，刮板部件表面的摩擦系数的降低，即通过形成DLC膜带来的效果变得不足。
涂布层可通过各种气相沉积技术形成，该技术一般用于在基材表面上沉积DLC，比如物理气相沉积(PVD)技术和化学气相沉积(CVD)技术。
可通过以下方法来形成涂布层，例如：微波等离子体CVD、直接等离子体CVD、Rf等离子体CVD、有效磁场等离子体CVD、离子束溅射、离子束沉积、反应等离子体溅射和不平衡磁控溅射。
涂布层形成中所使用的源气体是含碳气体。气体的实例包括：碳氢化合物气体，如甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、苯和乙炔；卤代烃，如二氯甲烷、四氯化碳、氯仿和三氯乙烷；醇类，如甲醇和乙醇；酮类，如丙酮和二苯酮；如一氧化碳和二氧化碳等的气体；以及其与N2、H2、O2、H2O或Ar混合的气体。
在各种沉积技术当中，优选使用过滤阴极真空电弧(FCVA)技术来形成涂布层，其属于涉及使用电弧等离子体源的离子束沉积技术。
在作为PVD技术的一种的FCVA中，碳直接从固态碳源中取出；因此，与使用碳氢气体作为碳源的等离子体CVD技术相比，FCVA使得DLC膜的形成具有较低的含氢量。因此，由FCVA形成的DLC膜进一步提高了耐磨性并降低了摩擦系数。
在连接层中，优选锚固材料含量沿着涂布层的沉积方向(从与基材的界面向表面层的方向)逐渐减小，而不是碳和锚固材料以一定的比例分散的状态。在锚固材料含量达到零之后的不含锚固材料而形成的部分对应于涂布层的表面层。由类金刚石碳形成的表面层的维氏硬度为约1500Hv以上。
因此，特别是连接层优选由FCVA形成。使用FCVA能够将作为碳源的气体和作为离子源(钛源、铬源、钨源或硅源)的气体以精确调整的混合比例形成膜。
离子源气体的注入使得基材的成分(氮或硅)或碳与各种离子的键合产生连接层的上述材料，比如，氮化钛、碳化钛、碳氮化钛、钛硅、氮化铬、碳化硅、钛钨和碳化钨。
用作刮板基材的树脂和DLC膜由于其材料不同而在模量硬度上有差异。据推测，模量硬度的差异的增大导致频繁出现由重复的弹性变形产生的涂布层的剥离。因此，优选在刮板基材和涂布层(连接层)之间的界面处产生氮化钛、钛硅、碳氮化钛或钛钨，以形成刮板基材(氮或硅)的树脂成分与这种钛和钨共存的混合物区域。混合物区域的存在使得从树脂到涂布层的模量硬度的梯度适度，以便涂布层可进一步变得不太可能从基材上被剥离。
实施例1
基材
将聚己内酯多元醇(大赛璐化学工业株式会社(Daicel Chemical Industries,Ltd.)生产的PLACCEL 205，平均分子量：529，羟值：212KOHmg/g)和另一种聚己内酯多元醇(大赛璐化学工业株式会社生产的PLACCEL 240，平均分子量：4155，羟值：27KOHmg/g)制备成多元醇组分的软链段材料。将具有两个以上羟基的丙烯酸树脂(综研化学株式会社(Soken Chemical&Engineering Co.,Ltd.)生产的ACTFLOW UMB-2005B)制备成硬链段材料。该软链段材料和硬链段材料以8:2(质量比)的比例彼此混合。
随后，将6.26份4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(日本聚氨酯工业株式会社(NipponPolyurethane Industry Co.,Ltd.)生产的MILLIONATE MT)作为异氰酸酯化合物添加至100份软链段材料和硬链段材料的混合物中，并在氮气环境中70℃下进行3小时反应。确定该反应中异氰酸酯化合物使用量，以将反应系统中异氰酸酯基与羟基的比例(异氰酸酯基/羟基)调整为0.5.
随后，进一步加入34.3份异氰酸酯化合物，使所得产物在氮气环境中70℃下反应3小时来获得预聚物。获得预聚物所用的异氰酸酯化合物的总量是40.56份。
将预聚物加热至100℃，接着在减压下脱泡1小时。随后，将7.14份1,4-丁二醇和三羟甲基丙烷(质量比：60/40)的混合物加入100份的预聚物中，在不生成泡沫的情况下互混3分钟，从而制得用于形成基材的组合物。
将用于形成基材的组合物倒入模具温度控制在140℃的离心成型机中，并随后进行固化反应一小时。将所得产物在110℃下进行24小时的老化热处理，并随后冷却，再接着切断，得到长度为320mm、宽度为12mm且厚度为2mm的聚氨酯橡胶即基材A。
涂布层的形成
通过FCVA形成作为涂布层的DLC膜。只使用碳作为元素源能够形成仅含碳的纯DLC膜；然而，在本例中，在沉积的前期，使作为锚固材料的钛源气体与碳的气化气体混合，以便形成具有存在于其与基材的界面处的混合物区域的连接层。
使用X射线光电子能谱分析仪分析连接层的组合物，显示表面层的厚度为200nm，且连接层的厚度为133nm。另外，分析显示作为基材成分的氮、钛以及碳在基材和涂布层之间的界面处共存，且钛和氮的原子数浓度的峰值分别为7％和2.5％。
通过这种方式制作了实施例1的清洁刮板。
实施例2
实施例2的清洁刮板除了基材由硅橡胶形成且钛和硅的原子数浓度的峰值分别为58％和30％以外，与实施例1同样制作。
实施例3
实施例3的清洁刮板除了连接层形成为不含有衍生自基材成分的氮(连接层中钛的原子数浓度的峰值为10％)以外，与实施例1同样制作。
比较例1
比较例1的清洁刮板除了在涂布层的形成中不使用钛源气体而直接在基材A上形成DLC膜以外，与实施例1同样制作。
比较例2
在比较例2中，将基材A本身用作刮板而不形成涂布层。
粘附试验
使实施例和比较例中的每个清洁刮板与转盘接触，转盘上放置有聚酰亚胺橡胶。在该状态下，以预定次数旋转转盘。随后，用电子显微镜测量涂布层从清洁刮板的接触表面的边缘剥离的程度。转盘与清洁刮板之间的安装角度为32°，接触压力为4.0gf/mm。
在100次旋转之后，实施例1至3中的每个实施例中具有连接层的涂布层的剥离程度都是比较例1中不具有连接层的涂布层的剥离程度的一半以下。将实施例1中300次旋转之后的剥离程度与实施例3进行比较，实施例1中的程度为约实施例3中程度的40％至60％，这表明混合物区域的存在使得涂布层的剥离更加减少。
此外，该结果表明每个实施例的清洁刮板都能够实现良好的摩擦，即使在4.0gf/mm的接触压力和32°的安装角度下。
在比较例2中(其中，将基材A本身用作刮板而不形成涂布层)，清洁刮板对于转盘的摩擦阻力过强，使得清洁刮板不能用于摩擦，且甚至转盘都无法适当地旋转。
表面粗糙度Rz为6.0μm的带的实用性测试
待清洁的带的表面粗糙度越大，就会有越多的小直径的色调剂颗粒落入带表面的凹处，这使得清洁刮板难以行使其清洁性能。一般来说，为了保持清洁性能，可增大清洁刮板相对于带的安装角度；然而，随着安装角度的增大，清洁刮板在带的旋转方向上由于相对于带的摩擦而被带卡住，导致刮板反弹或卷曲。
清洁刮板的安装角度有这种实际上限；因此，将实施例1的清洁刮板与比较例2的清洁刮板(相当于一般清洁刮板)进行比较，以便检查实施例1中清洁刮板的安装角度的实际上限。
将表面粗糙度Rz为6.0μm的带用作待清洁物体。清洁刮板一般已知的安装角度为约20°，且在该角度下使用比较例2中为一般清洁刮板的清洁刮板无法很好地清洁表面粗糙度Rz为6.0μm的带。表1示出了试验结果。
表1
比较例2的清洁刮板在安装角度大于20°时卷曲；相反，实施例1的清洁刮板直到安装角度为34°时才卷曲。
虽然表1中未示出，但在一些情况下，比较例2中的清洁刮板在安装角度为20°时出现反弹，而实施例1中的清洁刮板则在安装角度范围在30°至34°内时出现反弹。实施例1中清洁刮板的清洁性能在安装角度在20°至23°范围时稍稍下降。
因此，实施例1中清洁刮板的安装角度优选在24°至30°范围内。
产业上的可利用性
本发明的示例性实施例可以如上所述方式应用于清洁刮板和图像形成装置。
为了进行图示和说明，以上对本发明的示例性实施例进行了描述。其目的并不在于全面详尽地描述本发明或将本发明限定于所公开的具体形式。很显然，对本技术领域的技术人员而言，可以做出许多修改以及变形。本实施例的选择和描述，其目的在于以最佳方式解释本发明的原理及其实际应用，从而使得本技术领域的其他熟练技术人员能够理解本发明的各种实施例，并做出适合特定用途的各种变形。本发明的范围由与本说明书一起提交的权利要求书及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种清洁刮板，其特征在于，包括：
树脂基材，其基本上呈平面状；以及
涂布层，其覆盖所述树脂基材的至少一个边缘并具有连接层和表面层，所述连接层形成为面对与所述树脂基材的界面，并含有类金刚石碳和选自由氮化钛、钛硅、钛钨、碳化钛和碳氮化钛组成的组中的至少一种，所述表面层覆盖所述连接层并含有类金刚石碳。
2.根据权利要求1所述的清洁刮板，其中，
所述树脂基材由选自由聚氨酯橡胶、聚酰亚胺橡胶、硅橡胶、氟橡胶、丙烯橡胶和丁二烯橡胶组成的组中的任一种形成。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的清洁刮板，其中，
在所述树脂基材和所述涂布层之间的所述界面处存在所述树脂基材和所述涂布层的材料共存的混合物区域。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的清洁刮板，其中，
所述表面层的厚度为约0.05μm至0.3μm。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的清洁刮板，其中，
所述表面层的维氏硬度为约1500Hv以上。
6.一种图像形成装置，其特征在于，包括：
根据权利要求1至5中任一项所述的清洁刮板；
图像承载体；以及
转印装置，其与所述图像承载体的表面接触以将色调剂图像从所述图像承载体转印至转印介质。
7.根据权利要求6所述的图像形成装置，其中，
所述转印装置与所述清洁刮板之间的安装角度为约24°至30°。
8.根据权利要求6和7中任一项所述的图像形成装置，其中，
所述清洁刮板对所述转印装置的接触压力为约0.8gf/mm至4.0gf/mm。
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