JP2008145552A - クリーニングブレード並びにこれを備えたクリーニング装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】摩耗が少なく、耐久性が高く、感光体の摩耗を抑制し、感光体表面へのフィルミングを防止することができるクリーニングブレードを提供する。
【解決手段】像担持体上に形成した静電潜像を現像手段によって現像してトナー像とし、得られたトナー像を被転写体に転写した後、像担持体上に残留するトナーを除去するクリーニング装置のクリーニングブレードにおいて、クリーニングブレードは、配向性を有する繊維状の微粒子を含有し、この微粒子は、クリーニングブレードが当接する被クリーニング面と交差する方向に配向している。
【選択図】図１

Description

本発明は、トナーを用いた電子写真法による画像形成装置の像転写後の感光体上の残トナーをクリーニングするクリーニングブレード並びにこのクリーニングブレードを備えたクリーニング装置及び画像形成装置に関する。

電子写真方式を用いた画像形成装置は、一般に感光体上に静電潜像を形成し、これを現像装置にて現像してトナー像とし、このトナー像を転写部材に転写し、その後、感光体上に残留するトナーを除去するクリーニング工程を経て次の画像形成行程へと進み、感光体上に繰り返し静電潜像、トナー画像が形成される。
ところで、最近のクリーニング装置は、構造が簡単で安価であることから、クリーニングブレードを用いたものが多く、さらには、クリーニング機能そのものから、クリーニングブレードを感光体回転方向の上流側に向ける所謂カウンター当接方式が主流となっている。
このようなクリーニング装置の欠点としては、クリーニングのために感光体に当接させているクリーニングブレードエッジ部の摩耗によるクリーニング性能の低下、感光体表面へのトナー成分又は転写紙成分等の付着（いわゆる感光体フィルミング）による画像品質の低下、クリーニングブレードを感光体に押し当てることによる副作用としての感光体の摩耗等が挙げられる。
また、最近では画像の高画質の観点からトナーの小粒径、球形化が主流になってきており、トナーを小粒径、球形化することに起因して感光体表面のクリーニングは、特に困難となっている。

これらの問題に対し、従来から各種検討が行われてきている。
例えば、クリーニングブレードエッジ部の摩耗に関しては、ブレード材料その物の原材料レベルからの改良や当接条件の検討などが行われている。
即ち、クリーニングブレードエッジ部の磨耗抑制に関して、フィラーを内添する手法が検討されている。フィラーの種類としては、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、チタン酸バリウム、チタン酸アルミニウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸マグネシウム、酸化亜鉛、酸化クロム、酸化セリウム、酸化アンチモン、酸化タングステン、酸化スズ、酸化テルル、酸化マンガン、酸化ホウ素、炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化チタン、窒化ケイ素、窒化チタン、窒化ホウ素、スチレン樹脂粒子、スチレンアクリル樹脂粒子、ポリエステル樹脂粒子、ウレタン樹脂粒子、ビニル系の有機微粒子などがあげられる。
感光体フィルミングに関しては当接条件の検討、感光体の摩耗に関しては、ステアリン酸亜鉛等の滑剤塗布などが行われている。

クリーニングブレード又はクリーニング装置に関する従来技術として、例えば特許文献１には、クリーニング時におけるクリーニングブレードの変動を抑え、クリーニング性を向上させることを目的とした開発された装置であって、像担持体表面のトナーをクリーニングするクリーニングブレードを配設するクリーニング装置であって、像担持体に接しているクリーニングブレードのエッジ部分の像担持体の移動方向の下流側に対する波打ちの振幅を４０μｍ以下にしたクリーニング装置が開示されている。
また、特許文献２には、クリーニング不良が生じず、しかもクリーニングブレードのビビリやブレードの反転及びクリーニングエッジの欠けや摩耗などのダメージを防止することができるクリーニング装置を提供することを目的とした開発された装置であって、像転写後の像担持体表面の残留トナーを除去するためのクリーニングブレードと、前記クリーニングブレードで前記像担持体表面から掻き落とされた廃トナーを貯溜するハウジングと、前記廃トナーを受けて前記ハウジングに案内するシールと、前記クリーニングブレード及び前記シールよりも前記ハウジング側に配置されると共に、前記廃トナーを前記クリーニングブレード先端に塞き止めるトナー塞き止め部材と、を含んで構成され、前記トナー塞き止め部材は、前記クリーニングブレードの先端との重なり部分を有する第１端部と、前記ハウジングに固定されると共に当該第１端部よりも可撓性が少ない第２端部とで構成され、当該第２端部には前記塞き止められた廃トナーを前記ハウジング内に流入させるための開口が設けられるクリーニング装置が開示されている。

特開２００４−１９９０４２号公報 特開２００５−０２５１６２号公報

しかしながら、上記従来技術においても、クリーニングブレードのエッジ部の摩耗によるクリーニング性能の低下、感光体フィルミングによる画像品質の低下、及びクリーニングブレードを感光体に押し当てることによる感光体の摩耗等の問題に対し、十分に満足できるレベルには至っていない。
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その課題は、摩耗が少なく、耐久性が高く、しかも感光体の摩耗を抑制し、感光体表面へのフィルミングを防止することができるクリーニングブレード、これを備えたクリーニング装置及び画像形成装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係るクリーニングブレードは、像担持体上に形成した静電潜像を現像手段によって現像してトナー像とし、得られたトナー像を被転写体に転写した後、前記像担持体上に残留するトナーを除去するクリーニング装置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は、配向性を有する繊維状の微粒子を含有し、前記微粒子は、クリーニングブレードが当接する被クリーニング面と交差する方向に配向していることを特徴とする。
この場合において、前記微粒子は、無機微粒子または磁性体であることが好ましい。
また、前記微粒子の平均繊維長は、０．０１〜３０μｍであることが好ましい。
更に、前記微粒子は、クリーニングブレードの前記被クリーニング面と当接する端部のみに存在しているものとすることができる。
更にまた、前記クリーニングブレードは、ゴム系材料を主成分とするものであることが好ましく、前記微粒子は、未硬化状態の前記ゴム系材料に添加され、磁場をかけることによって前記被クリーニング面と交差する方向に配向したものとすることができる。ゴム系材料は、例えばウレタンエラストマーである。
更にまた、前記クリーニングブレードにおける前記微粒子の含有量は、クリーニングブレードの構成成分全体を１００重量部とした場合に、１〜５０重量部であることが好ましい。

本発明に係るクリーニング装置は、感光体上に静電潜像を形成し、この静電潜像を現像装置によって現像してトナー像とし、得られたトナー像を転写部材に転写した後、前記感光体上に残留するトナーをクリーニングブレードを用いて除去するクリーニング装置において、前記クリーニングブレードは、上述したいずれか１つのクリーニングブレードであることを特徴とする。
本発明に係る画像形成装置は、感光体上に静電潜像を形成し、この静電潜像を現像装置によって現像してトナー像とし、得られたトナー像を転写部材に転写した後、前記感光体上に残留するトナーを除去するクリーニング装置を備えた画像形成装置において、前記クリーニング装置は、上記クリーニング装置であることを特徴とする。

本発明に係るクリーニングブレードによれば、被クリーニング面に対して交差する方向に配向した繊維状の微粒子を含有することによって、摩耗が少なく、耐久性が高く、しかも感光体の摩耗を抑制し、感光体表面へのフィルミングを防止することができる。
本発明に係るクリーニング装置によれば、感光体の摩耗を抑制しつつ転写残トナーを効率よく回収、除去することができ、しかも感光体表面へのフィルミングを防止することができる。
本発明に係る画像形成装置によれば、感光体の摩耗を抑制しつつ転写残トナーを効率よく回収、除去することができるので、高品質の画像を長期間安定して形成することができる。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
クリーニングブレードとして、一般にゴム状弾性体が適用されているが、これはクリーニングブレードを感光体表面に均一に接触させるのに必要な特性、特に駆動時は感光体を含む構成部品の寸法精度誤差によりクリーニングブレードを保持する点と、感光体表面との距離が僅かに変動するが、これをゴム弾性体の特性で吸収できることによるものである。このような特性を備えたゴム状弾性体の構成材料としては、例えば天然ゴム、スチレンゴム、ブタジエンゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、ブチルゴム、シリコンゴム、クロロプレンゴム、ヒドリンゴム、ウレタンゴム等が挙げられ、中でも、特にウレタンゴムは、耐磨耗性に優れ、各種添加剤（補強剤、充填剤、可塑剤、老化防止剤、加硫促進剤、加硫剤など）を加えなくても優れた物性を示し、また主たる材料の組み合わせだけで物性を制御できるので、クリーニングブレードが接触する感光体の皮膜を劣化させる物質がブレードゴム表面に移行してくることがないという利点があり、最も優れたクリーニングブレード用材料として好適に使われている。

本発明に係るクリーニングブレードは、繊維状の微粒子を含有し、この微粒子を、磁場配向させることによって、種々の課題を解決するものである。
即ち、本発明者は、クリーニングブレードの構成材料及びその添加剤等について鋭意研究した結果、クリーニングブレードに、微粒子を配向させることで、ブレードエッジ部の摩耗量が大幅に低減できることを見出し、本発明に到達した。なお、構成材料内の分子を磁場によって配向させることが可能であることは、すでに知られている（例えば特開２００４−２７６４７８号公報）。
本発明において、繊維状微粒子（以下、フィラーともいう）の配向の方向は、クリーニングブレードが当接する被クリーニング面と交差する方向であり、被クリーニング面と平行な向きは含まない。フィラーの配向向きを、被クリーニング面と交差する方向とすることにより、耐摩耗性が向上するものと推測される。ここで、被クリーニング面と交差する方向とは、より具体的には、ブレードの接触面に対し、垂線を引き、この垂線を基準に９０度の角度を除く方向をいう。
また、本発明においては、フィラーが配向するように一方向に磁場をかけて製造したクリーニングブレードであれば、磁場をかけずに製造し、ランダムにフィラーが分散しているクリーニングブレードと比較して、磨耗性が著しく改善される。

本発明のメカニズムは、必ずしも明らかになっていないが、本発明者が創意検討した結果、次のようなことが言える。即ち、感光体に接する繊維状微粒子の向きが感光体表面に対し、垂直であると微粒子の繊維が切れない限り摩耗しないと推測する。しかし、感光体と平行であれば、摩耗は促進される。これは、グラファイトと同じような原理であると推測される。
微粒子の添加量は、クリーニングブレードの構成成分全体を１００重量部とした場合、１〜５０重量部であることが好ましく、より好ましくは１〜５重量部である。フィラーの添加量が５０重量部を超えると感光体を傷つけてしまい、１重量部よりも少ないと感光体のフィルミングを抑制する効果が発揮されないなどの問題がある。
フィラーを配向させる際の磁場は、高磁場であり、例えば１０テスラ程度の磁場を必要とする。
添加する微粒子は、繊維状のものであり、アスペクト比(＝繊維長／直径)が大きい方が好ましい。微粒子のアスペクト比は、例えば２〜１００である。アスペクト比が２よりも小さいと真球に近く、耐摩耗性が改善しない。一方、アスペクト比が１００を超えると、繊維の長さが長すぎて、感光体に傷をつけてしまう。
繊維状微粒子の繊維長は０．０１〜３０μｍであることが好ましい。繊維長が３０μｍを超えるとトナーのすり抜けが多くなり易く、繊維長が０．０１μｍ未満であると配向させることができなくなり、耐磨耗性が劣る。
繊維状微粒子は、被クリーニング面と当接する端部のみに含有させることもできる。これによって、例えば添加量を節約できる。

以下に、本実施形態に係るクリーニングブレードの製造方法について説明する。
クリーニングブレードは、例えば以下のようにして得ることができる。
即ち、プレポリマー、硬化剤を主成分とし、これに消泡剤（ＳＡＧ−４７、東レ・ダウコーニング・シリコーン社製）等の微量成分を加えて、均一に混合し、型に入れて加熱硬化させてウレタンエラストマーを得る。無機微粒子又は磁性体の微粉末を、加熱溶融させたプレポリマーに分散するか、又は比較的低分子で、常温で液体の硬化剤に分散させ、これを用いることで所望の無機微粒子又は磁性体の微粉末を含有するクリーニングブレードを得る。そして、硬化時に１０テスラ程度の磁場をかけることによって、ウレタン中の微粒子を配向性させる。
無機微粒子又は磁性体の微粉末は、分散性の向上とクリーニングブレード用ゴム状弾性体材料との密着性を上げるために、必要に応じて事前にシランカップリング剤などで表面処理を行ってもよい。

以下に、本発明に係るクリーニングブレードの具体的実施例について説明する。
実施例１〜６、比較例３
９０℃に加熱溶融したポリカプロラクトン系プレポリマー１００重量部に、表１に記載した各材質からなる無機微粒子又は磁性体をそれぞれ加え、ＡＲ−５００（Ｔｈｉｎｋｙ社製）で１０００ｒｐｍ、３分間攪拌処理し、プレポリマーと無機微粒子また磁性体の微粉末とからなる加熱溶融液を作製し、これを真空乾燥機で加熱したまま真空脱泡を行った。
得られた無機微粒子または磁性体の微粉末を分散したプレポリマー加熱溶融液に、それぞれ表１に記載した硬化剤を表１に示した所定量加え、手早くアジターにて均一になるまで撹拌した後、減圧脱泡し、１５０℃に加熱した１０テスラ程度の磁場のかかる遠心成型機を使用して厚さ２ｍｍのウレタンゴムを調製した。
次に、それぞれ得られたウレタンゴムを取り出し、１２０℃の恒温槽に２４時間放置し、さらに２３℃、５５±１０％ＲＨの恒温恒湿槽に1週間放置し、実施例１〜６、比較例３のクリーニングブレード用ウレタンゴム板材を得た。

なお、無機微粒子の平均繊維長は、以下の方法によって測定した。即ち、日立製作所製ＦＥ−ＳＥＭ（Ｓ−４２００）により測定して得られた無機微粒子のＳＥＭ像を３００個無作為にサンプリングし、その画像情報をインターフェースを介してニレコ社製画像解析装置（ＬｕｚｅｘＡＰ）に導入して解析を行い、繊維の短い方の長さを繊維長として測定した。
表１において、垂線を基準にした配向の角度とは、クリーニングブレードが当接する被クリーニング面に対する垂線を基準として繊維状微粒子の配向角度を求めたものであり、図１によって説明する。図１は、クリーニングブレードと、これが当接する被クリーニング面との関係を示す図であり、被クリーニング面（ＯＰＣ表面）に対する垂線を、配向角度「０」とし、この垂線から図１中右方向に傾斜する角度を便宜上プラス（＋）、左方向に傾斜する角度を便宜上マイナス（−）として表したものであり、９０°は、ＯＰＣ面と平行であることを示す。

実施例７、比較例２
９０℃に加熱溶融したポリカプロラクトン系プレポリマー１００重量部に、表１に記載した材質からなる無機微粒子または磁性体をそれぞれ加え、ＡＲ−５００（Ｔｈｉｎｋｙ社製）で１０００ｒｐｍ、３分間処理し、プレポリマーと無機微粒子また磁性体の微粉末とからなる加熱溶融液を作製し、真空乾燥機で加熱したまま真空脱泡を行った。
得られた無機微粒子または磁性体の微粉末を分散したプレポリマー加熱溶融液に表１に記載した硬化剤を表１に示した量それぞれ加え、手早くアジターにて均一になるまで撹拌した後に減圧脱泡し、離型剤を塗布し１５０℃に予備加熱した型に流し込み、１５０℃に加熱した１０テスラ程度の磁場のかかる恒温槽に６０分間放置して硬化させ、厚さ２ｍｍのウレタンゴムを作製した。
次に、得られたウレタンゴムを金型から取り出し、１２０℃の恒温槽に２４時間放置し、さらに２３℃、５５±１０ＲＨの恒温恒湿槽に1週間放置して実施例７及び比較例２のクリーニングブレード用ウレタンゴム板材を得た。

比較例１
９０℃に加熱溶融したポリカプロラクトン系プレポリマー１００重量部に無機微粒子又は磁性体を加えることなく、表１に記載した硬化剤を表１に示した所定量加え、手早くアジターにて均一になるまで撹拌した後、減圧脱泡し、離型剤を塗布し１５０℃に予備加熱した型に流し込み、厚さ２ｍｍのウレタンゴムを作製した。
次に、これを金型から取り出し、１２０℃の恒温槽に２４時間放置し、さらに２３℃、５５±１０％ＲＨの恒温恒湿槽に1週間放置して比較例１のクリーニングブレード用ウレタンゴム板材を得た。

次に、得られたゴム板を所定の大きさに切り出し、所定の金属製ホルダーに接着してクリーニングブレードを作製した。こうして得られたクリーニングブレードを(株)リコー社製複写機ＩｍａｇｉｏＮＥＯ−Ｃ６００のクリーニング装置に搭載し、この画像形成装置を用いて３万枚のコピーをとった。
図２は、本発明に係る画像形成装置の概略構成図である。図２において、この画像形成装置４００は、複写装置本体１００と、その下方に配置された給紙テーブル２００及び上方に配置されたスキャナ３００とから主として構成されている。この画像形成装置は、例えばイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色に対応した作像ユニットを備え、各作像ユニットの感光体４０に対応して像転写後の感光体４０表面をクリーニングするクリーニング装置が設けられている。
各作像ユニットの感光体４０上に、露光装置２１から画像情報に基づく光を照射して静電潜像を形成し、この静電潜像を現像装置４によって現像してトナー像とし、得られたトナー像を中間転写材１０に転写した後、前記感光体４０上に残留するトナーを、クリーニング装置によってクリーニングし、以下、同様の操作を繰り返して画像形成を行う。一方、画像が一次転写装置６２及び二次転写装置２２を経て転写された記録媒体を、後流の定着装置２５に導入し、熱又は圧力によって転写画像を記録媒体に定着し、画像形成を行った。
画像形成後、画像品質、クリーニングブレードの摩耗、感光体の摩耗、感光体上のトナー成分等のフィルミングについて評価を行った。評価結果を表２に示した。

表２において、実施例１〜７は、本発明の要件を満足し、配向性を有する無機微粒子を、クリーニングブレードが当接する被クリーニング面と交差する方向に配向させたものであるので、ブレードの磨耗が少なく、欠けがなく、クリーニング性は良好であり、感光体のフィルミングも発見されず、画像品質に問題もなかった。
これに対し、比較例１は、無機微粒子が含まれておらず、比較例２及び３は添加無機微粒子が繊維状ではないので、共に、本発明の要件を具備せず、ブレードの磨耗量が多いか、欠け画あるか、クリーニング不良であるか、又は感光体フィルミングが発生した。

以上の結果から明らかなように、無機微粒子又は磁性体をクリーニングブレード内で配向させることにより、クリーニングブレードの耐磨耗性が格段に向上し、かつ、感光体上のフィルミングを防止することもでき、感光体の摩耗量を減らすこともできる。また、ブレード内の無機微粒子又は磁性体を所定の方向に配向させることで、よりブレードの摩耗量を抑制することができる。更に、本発明のクリーニングブレードを用いたクリーニング装置及び画像形成装置により、高画質で高精細な画像を提供することができることが分かる。

クリーニングブレードと被クリーニング面との関係を示す図である。 本発明に係る画像形成装置の概略構成図である。

符号の説明

４ 現像装置
１０ 中間転写ベルト（中間転写体）
２１ 露光装置
２５ 定着装置
４０ 感光体（潜像担持体）
２２ 二次転写装置
６２ 一次転写手段
１００ 複写装置本体
２００ 給紙テーブル
３００ スキャナ
４００ 原稿自動搬送装置

Claims (10)

1. 像担持体上に形成した静電潜像を現像手段によって現像してトナー像とし、得られたトナー像を被転写体に転写した後、前記像担持体上に残留するトナーを除去するクリーニング装置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は、配向性を有する繊維状の微粒子を含有し、
   前記微粒子は、クリーニングブレードが当接する被クリーニング面と交差する方向に配向している
   ことを特徴とするクリーニングブレード。
2. 前記微粒子は、無機微粒子または磁性体である
   ことを特徴とする請求項１に記載のクリーニングブレード。
3. 前記微粒子の平均繊維長は、０．０１〜３０μｍである
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のクリーニングブレード。
4. 前記微粒子は、クリーニングブレードの前記被クリーニング面と当接する端部のみに存在している
   ことを特徴とする請求項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、ゴム系材料を主成分とするものである
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のクリーニングブレード。
6. 前記微粒子は、未硬化状態の前記ゴム系材料に添加され、磁場をかけることによって前記被クリーニング面と交差する方向に配向したものであることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のクリーニングブレード。
7. 前記ゴム系材料は、ウレタンエラストマーである
   ことを特徴とする請求項５又は６に記載のクリーニングブレード。
8. 前記クリーニングブレードにおける前記微粒子の含有量は、クリーニングブレードの構成成分全体を１００重量部とした場合に、１〜５０重量部である
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のクリーニングブレード。
9. 感光体上に静電潜像を形成し、この静電潜像を現像装置によって現像してトナー像とし、得られたトナー像を転写部材に転写した後、前記感光体上に残留するトナーをクリーニングブレードを用いて除去するクリーニング装置において、
   前記クリーニングブレードは、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である
   ことを特徴とするクリーニング装置。
10. 感光体上に静電潜像を形成し、この静電潜像を現像装置によって現像してトナー像とし、得られたトナー像を転写部材に転写した後、前記感光体上に残留するトナーを除去するクリーニング装置を備えた画像形成装置において、
    前記クリーニング装置は、請求項９に記載のクリーニング装置である
    ことを特徴とする画像形成装置。
    

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