(57)【要約】【課題】クリーニングブレードとしての材料の適性を正確に評価して、寿命の長いクリーニングブレードを有する画像形成装置を提供する【解決手段】現像剤からなる画像を担持する像担持体と、像担持体に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布装置と、像担持体に当接して現像剤を掻き落とすクリーニングブレードとを有する画像形成装置において、クリーニングブレードは、引っ張り応力−伸び試験において伸び率ゼロから応力が５ＭＰａとなる伸び率までの、引っ張り応力の伸び率についての積分値が、３００ＭＰａ・％以下の材料からなる。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
現像剤からなる画像を担持する像担持体と、前記像担持体に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布装置と、前記像担持体に当接して前記現像剤を掻き落とすクリーニングブレードとを有し、
前記クリーニングブレードは、引っ張り応力−伸び試験において伸び率ゼロから応力が所定の値となる伸び率までの、引っ張り応力の伸び率についての積分値が、所定の上限値以下の材料からなることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記所定応力は、略５ＭＰａであり、前記上限値は、略３００ＭＰａ・％であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記像担持体に対する前記クリーニングブレードの接触角度は、５°以上１５°以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
潤滑剤が塗布された像担持体に当接して現像剤を掻き落とすクリーニングブレードの材料選定方法であって、
引っ張り応力−伸び試験において伸び率ゼロから応力が所定の値となる伸び率までの、引っ張り応力の伸び率についての積分値が、所定の上限値以下である材質を使用することを特徴とするクリーニングブレードの材料選定方法。
【請求項５】
前記所定応力は、略５ＭＰａであり、前記上限値は、略３００ＭＰａ・％であることを特徴とする請求項４に記載のクリーニングブレードの材料選定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置およびクリーニングブレードの材料選定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
像担持体に、潤滑剤を塗布し、ウレタンゴム等からなるクリーニングブレードを圧接して像担持体に残留する現像剤を掻き落とす画像形成装置が公知である。クリーニングブレードは、像担持体に当接した先端部が変形して、像担持体との間にニップを形成する。
【０００３】
クリーニングブレードの先端部の変形が大きいと、像担持体との間の摩擦力が大きくなり、本来のエッジと異なる位置が摩耗してクリーニングブレードの先端部を断裂させて、寿命を縮める場合がある。このため、クリーニングブレードには、引っ張り応力に対する伸び率がある程度小さい材質が選定されることが必要である。
【０００４】
従来は、クリーニングブレードの材質を選定するにあたり、引っ張り−伸び試験において所定の伸びを記録した応力（モジュラス）によって、クリーニングブレードとしての適否を判断していた。特許文献１では、３００％モジュラス（伸び３００％のときの応力値）をクリーニングブレードの材質選択の１つの指標としている。また、特許文献２では、１００％モジュラスを１つのパラメータとしてクリーニングブレードの材質を選択している。
【０００５】
しかしながら、実際のクリーニングブレードには、応力が不均一に分布して作用するため、モジュラスだけでは、材料のクリーニングブレードとしての適性を正しく評価できなかった。このため、従来の画像形成装置では、クリーニングブレードの寿命が、予想されたものより短くなってしまう場合があった。
【特許文献１】特開２００３−５８００９号公報
【特許文献２】特開２００６−２６７２９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記問題点に鑑みて、クリーニングブレードとしての材料の適性を正確に評価して材料を選定する方法、および、寿命の長いクリーニングブレードを有する画像形成装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明による画像形成装置は、現像剤からなる画像を担持する像担持体と、前記像担持体に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布装置と、前記像担持体に当接して前記現像剤を掻き落とすクリーニングブレードとを有し、前記クリーニングブレードは、引っ張り応力−伸び試験において伸び率ゼロから応力が所定の値となる伸び率までの、引っ張り応力の伸び率についての積分値が、所定の上限値以下の材料からなるものとする。
【０００８】
画像形成装置において、クリーニングブレードのエッジの周囲には、ピークを有する均一でない応力が分布して作用する。応力の伸び率についての積分値は、ある一点ではなく、一定範囲の低応力域の材料の伸びを代表する値であるので、低摩擦係数の像担持体に使用したときに実際のクリーニングブレードに作用する応力分布に対する変形量との相関が高い。クリーニングブレードに、この応力の伸びによる積分値が小さい材質を用い、実際に使用する際の変形量を小さくすることで、クリーニングブレードの摩耗を小さくでき、クリーニングブレードの長寿命化と画像の高品質化とが達成できる。
【０００９】
また、本発明の画像形成装置において、前記所定応力は、略５ＭＰａであり、前記上限値は、略３００ＭＰａ・％であってもよい。
【００１０】
この構成によれば、応力の５ＭＰａまでの伸び率についての積分値は、潤滑剤を塗布した感光体にクリーニングブレードを圧接する場合の通常の条件において作用する応力との相関が高い。そして、この積分値が３００ＭＰａ・％以下であれば、クリーニングブレードの摩耗位置がエッジから離れず、摩耗が進行したときにエッジがもぎ取られてクリーニングブレードの寿命を縮めることがない。
【００１１】
また、本発明の画像形成装置において、前記像担持体に対する前記クリーニングブレードの接触角度（像担持体の下流側接線方向とクリーニングブレードの側面との角度）は、５°以上１５°以下であってもよい。
【００１２】
クリーニングブレードの接触角度が小さい程、クリーニングブレードの変形量は小さくなり、クリーニングブレードを長寿命化できる。しかしながら、接触角度が５°未満になると、クリーニングブレードの側面が像担持体に当接して、エッジを像担持体に押圧できなくなるので、現像剤を掻き取ることができなくなる。よって、上記接触角度を採用することで、クリーニングブレードを長寿命化できる。
【００１３】
また、本発明によれば、潤滑剤が塗布された像担持体に当接して現像剤を掻き落とすクリーニングブレードの材料選定方法は、引っ張り応力−伸び試験において伸び率ゼロから応力が所定の値となる伸び率までの、引っ張り応力の伸び率についての積分値が、所定の上限値以下である材質を使用する方法とする。
【００１４】
この方法によれば、低摩擦係数の像担持体に使用したときに実際のクリーニングブレードに作用する応力分布に対する変形量との相関が高い応力の伸び率についての積分値を指標にクリーニングブレードの材質を選定するので、実際に使用する際の変形量が小さく、摩耗し難く長寿命のクリーニングブレードを提供できる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明によれば、引っ張り試験における応力の所定圧力までの伸び率についての積分値が小さい材料でクリーニングブレードを形成するので、使用時のクリーニングブレードの変形量が小さく、摩耗がエッジから離れないために異常摩耗しないので、クリーニングブレードの寿命が長い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態の画像形成装置１を示す。画像形成装置１は、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのマイナスの電荷を有するトナー（現像剤）によって画像を形成する４つの現像ユニット２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋと、転写ベルト３と、各現像ユニット２が形成したトナー画像を静電力で転写ベルト３にそれぞれ転写する１次転写ローラ４と、転写ベルト３に転写されたトナー画像を記録紙Ｓに静電力で転写する２次転写ローラ５と、記録紙Ｓを加熱してトナー画像を定着させる定着装置６と、各現像ユニット２にそれぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナーを供給する４つのトナーカートリッジ７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋとを有している。
【００１７】
各現像ユニット２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋは、それぞれ、回転するドラム状の感光体（像担持体）８と、感光体８を帯電させる帯電器９と、帯電した感光体８を選択的に露光して静電潜像を形成する露光器１０と、静電潜像にトナーＴを供給してトナー画像を形成する現像器１１と、感光体８の表面に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布装置１２と、感光体８の表面のトナーを掻き落とすクリーナ１３とを有している。
【００１８】
転写ベルト３は、回転駆動される駆動ローラ１４と、従動ローラ１５と、張力を与えるテンションローラ１６とに掛け渡されて、駆動ローラ１４によって矢印方向に回動させられる。また、画像形成装置１は、転写ベルト３の表面に残留するトナーを除去するクリーナユニット１７を有している。
【００１９】
記録紙Ｓは、給紙部１８に供給され、供給ローラ１９で１枚ずつ送り出され、搬送ローラ２０で２次転写ローラ５に搬送され、定着装置６を通って排紙ローラ２１によって排紙部２２に排出される。
【００２０】
図２に、感光体８，潤滑剤塗布装置１２およびクリーナ１３の詳細を示す。潤滑剤塗布装置１２およびクリーナ１３は、共通のハウジング２３を有する。潤滑剤塗布装置１２は、シャフトの外面に無端状に植毛されたループ毛を有するブラシローラ２４と、例えばステアリン酸亜鉛を固形化した固形潤滑剤２５と、固形潤滑剤２５をブラシローラ２４に所定の（単位長さ当たりの）力（例えば２Ｎ／ｍ）で押圧する付勢部材２６とを有する。
【００２１】
感光体８は、表面を平滑にするために、例えば、粒径約５０ｎｍのＳｉＯ２微粒子が均一に分散された、厚さ５μｍ程度のオーバーコート層を有する。
【００２２】
クリーナ１３は、例えば、ウレタンゴムからなるクリーニングブレード２７を、より詳しくは、その側面２８と先端面２９とで形成されるエッジ（角）３０を、感光体８の表面に、例えば、（単位長さ当たりの）当接力２５Ｎ／ｍで押圧して、感光体８に残留するトナーを掻き落とすように構成されている。
【００２３】
潤滑剤塗布装置１２において、ブラシローラ２４は、回転することによって、付勢部材２６により押圧されている固形潤滑剤２５の表面を削り取り、削り取った潤滑剤を、感光体８の表面に塗布する。
【００２４】
感光体８の表面に塗布された潤滑剤は、感光体８の回転に伴って、クリーニングブレード２７と感光体８との間のニップを通り抜け、クリーニングブレード２７と感光体８との間の摩擦を低減する。一方、潤滑剤より大きいトナーは、クリーニングブレード２７によって感光体８から掻き落とされる。
【００２５】
また、クリーナ１３は、掻き落としたトナーを不図示の廃トナーボトルまで搬送するためのスクリュ３１を有する。
【００２６】
図３に、感光体８とクリーニングブレード２７とのニップ部分をさらに詳しく示す。クリーニングブレード２７は、感光体８に、エッジ３０が圧接され、エッジ３０の周辺が押し潰される。このとき、クリーニングブレード２７のエッジ３０の位置をピークに、エッジ３０の周辺に応力が分布して作用する。
【００２７】
さらに、感光体８が矢印で示す方向に回転すると、図４に示すように、クリーニングブレード２７は、感光体８との摩擦力によって、エッジ３０を側面２８側（感光体８の回転方向下流側）に引っ張るように変形させられる。これにより、クリーニングブレード２７に作用する応力分布は、エッジ３０の位置から先端面２９側（感光体８の回転方向上流側）に移動する。
【００２８】
このような変形は、感光体８の表面の見かけの摩擦係数（例えば、新東化学株式会社製ポータブル摩擦系ミューズ９４ｉ−IIを用い、スライダにネル布を貼着したものを使用して測定した値）が小さいほど、特に、０．２５以下のときに発生しやすい。これは、感光体８の鏡面化により、却って、クリーニングブレード１７との実効的な摩擦が高くなってしまうことによると考えられる。
【００２９】
このため、画像形成装置１を運転すると、クリーニングブレード２７は、その先端が、例えば図５に示すように、受けた応力にしたがって、先端面２９のエッジ３０の近傍を中心に摩耗が進む。この摩耗が進むと、図６に示すように、エッジ３０部分が先端面２９側から徐々に削り取られる。
【００３０】
感光体８の見かけ上の摩擦係数が低く、クリーニングブレード２７と感光体８との実行的な摩擦力が大きくなる場合、クリーニングブレード２７は、先端部がより大きく変形させられる。この場合、図７に示すように、クリーニングブレード２７は、先端面２９のエッジ３０から離れた位置を中心に摩耗する。この摩耗が進行すると、エッジ３０の下部がえぐり取られ、エッジ３０がもぎ取られるように断裂するため、図８に示すように、クリーニングブレード２７の先端部が大きく損耗する。
【００３１】
図９に、これらのクリーニングブレード２７の摩耗の進行を、摩耗幅によって示す。クリーニングブレード２７と感光体８との摩擦力が大きい場合、つまり、クリーニングブレード２７の変形量が大きい場合、ある時点で、エッジ３０がもぎ取られるため、摩耗幅が不連続に急増する。このような摩耗が発生すると、クリーニングブレード２７は、感光体８からトナーを十分に掻き落とすことができなくなる。
【００３２】
図１０に、クリーニングブレード２７の一般的な材料であるポリウレタンゴムの、ＪＩＳ−Ｋ６３０１による引っ張り応力−伸び試験の測定例を示す。本発明では、このような試験結果において、その応力値を、伸び率について、伸び率０％から所定応力となる伸び率まで積分した値である応力−伸び積分値（ＭＰａ・％）、つまり、図中のハッチング部分（積分範囲が応力１０ＭＰａとなる伸び率までの場合）の面積を、クリーニングブレード２７の材料特性の指標とする。
【００３３】
図１１から１４に、複数の異なる材料について引っ張り応力−伸び試験を行い、伸び率の積分範囲の上限を、それぞれ、３ＭＰａ、５ＭＰａ、７ＭＰａおよび１０ＭＰａとした応力−伸び積分値と、これらの材料からなるクリーニングブレード２７を画像形成装置１に適用したときの、感光体８の回転トルク、つまり、感光体８とクリーニングブレード２７との間の摩擦力との関係をそれぞれ示す。また、図１５には、従来の材料特性の指標である１００％モジュラスと、感光体８とクリーニングブレード２７との間の摩擦力との関係を示す。
【００３４】
応力−伸び積分値と、感光体８とクリーニングブレード２７との間の摩擦力との決定係数（相関係数の２乗値）は、積分範囲を３ＭＰａまでとすると０．８５、積分範囲を５ＭＰａまでとすると０．８８、積分範囲を７ＭＰａまでとすると０．７１、積分範囲を１０ＭＰａまでとすると０．４１であった。また、従来用いていた１００％モジュラスと摩擦力との決定係数は、０．６６であった。
【００３５】
これらの結果から、画像形成装置１において、クリーニングブレード２７の材料の特性は、従来の１００％モジュラスよりも、積分範囲の上限を、３ＭＰａ乃至７ＭＰａとした応力−伸び積分値によって、より正確に表現されることが確認された。
【００３６】
クリーニングブレード２７に作用する応力は、クリーニングブレード２７の感光体８に対する圧接力（本実施形態では２５Ｎ／ｍ）に依存するため、好ましい積分範囲の上限は、クリーニングブレード２７の圧接力によって変わると考えられる。しかしながら、一般的に、感光体に潤滑剤と塗布する画像形成装置におけるクリーニングブレードの圧接力は、本実施形態の２５Ｎ／ｍと大きく異ならない。このため、感光体に潤滑剤を塗布するタイプの画像形成装置では、略５ＭＰａを積分範囲の上限とすることが望ましいといえる。
【００３７】
図１６に、様々な材料について、積分範囲の上限を５ＭＰａとする応力−伸び積分値と、所定の耐久試験後のクリーニング不良の発生状況との関係を示す。この耐久試験では、クリーニングブレード２７の感光体８に対する接触角度（感光体８の回転方向下流側接線方向とクリーニングブレード２７の側面２８との角度）を１０°に設定し、５５枚／分の速度で２０万枚のカラー画像の形成を行った後、全面ベタ画像を３枚画像形成してから白ベタ画像を１枚画像形成し、形成した白ベタ画像中にクリーニング不良による画像ノイズがないかどうかを確認したものである。また、今回、固形潤滑剤２５をブラシローラ２４に押圧する力を調節し、潤滑剤の塗布量を変更することで、感光体８の見かけ上の摩擦係数μを変えて耐久試験後のクリーニング状況を確認した。ここで、○は画像ノイズが未発生、△は画像ノイズを僅かに確認できるレベル、×は画像ノイズが十分に認識できるレベルであることを示している。
【００３８】
この結果、図示するように、見かけ上の摩擦係数が０．２５以下の場合、積分範囲の上限を５ＭＰａとする応力−伸び積分値が３００ＭＰａ・％であれば、耐久試験の後も、良好なクリーニング状態が得られることが確認された。
【００３９】
さらに、図１７に、クリーニングブレード２７の接触角度と摩擦力との関係を示す。感光体８の見かけ上の摩擦係数にかかわらず、接触角度が小さい程、摩擦力が低減されることが分かる。尚、摩擦係数が０．２以下の場合、接触角度を２０°にすると、クリーニングブレード２７のエッジ３０が振動するスティックスリップ振動が発生した。このため、クリーニングブレード２７の接触角度は、１５°以下とすることが好ましい。
【００４０】
さらに、クリーニングブレード２７の接触角度を変えて、上述の耐久試験後のクリーニング性能の評価を行った。図１８に示すように、概略的には、図１７の摩擦力に合致して、クリーニングブレード２７の接触角度を小さくする程、良好なクリーニング状態が得られるが、接触角が５°より小さくなると、クリーニング状態が著しく悪化している。これは、クリーニングブレード２７の側面２８だけが感光体８に当接し、エッジ３０が感光体８から浮き上がるいわゆる腹当たり状態となるからである。
【００４１】
以上より、本発明によるクリーニングブレードの材料選定方法は、特に、ＪＩＳ−Ｋ６３０１による引っ張り応力−伸び試験において、応力ゼロから５ＭＰａとなる伸び率までの、引っ張り応力を伸び率についての積分値が、３００ＭＰａ以下となる材質を選択するものである。
【００４２】
この条件は、感光体の見かけ上の摩擦係数が０．２５以下の場合に有効であり、クリーニングブレードの接触角度は５°以上且つ１５°以下にすべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の１つの実施形態の画像形成装置の概略図。
【図２】図１の画像形成装置の感光体、潤滑剤塗布装置およびクリーナの詳細図。
【図３】図２の感光体に当接するクリーニングブレード先端部の拡大図。
【図４】感光体回転時のクリーニングブレード先端部の拡大図。
【図５】クリーニングブレードの通常の摩耗初期を示す図。
【図６】クリーニングブレードの通常の摩耗進行時を示す図。
【図７】クリーニングブレードの異常な摩耗初期を示す図。
【図８】クリーニングブレードの異常な摩耗進行時を示す図。
【図９】印刷枚数と摩耗幅の増加の関係を示すグラフ。
【図１０】引っ張り応力−伸び試験の測定例を示すグラフ。
【図１１】３ＭＰａまでの応力−伸び積分値と摩擦力との相関を示すグラフ。
【図１２】５ＭＰａまでの応力−伸び積分値と摩擦力との相関を示すグラフ。
【図１３】７ＭＰａまでの応力−伸び積分値と摩擦力との相関を示すグラフ。
【図１４】１０ＭＰａまでの応力−伸び積分値と摩擦力との相関を示すグラフ。
【図１５】１００％モジュラスと摩擦力との相関を示すグラフ。
【図１６】応力−伸び積分値と耐久後のクリーニング状態を示す表。
【図１７】クリーニングブレードの接触角度と摩擦力との関係を示すグラフ。
【図１８】クリーニングブレードの接触角度と耐久後のクリーニング状態を示す表。
【符号の説明】
【００４４】
１…画像形成装置
８…感光体（像担持体）
１２…潤滑剤塗布装置
１３…クリーナ
２７…クリーニングブレード
２８…側面
２９…先端面
３０…エッジ
【図１】
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【図２】
2010072162.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2010072162.tif 000013
【図１２】
2010072162.tif 000014
【図１３】
2010072162.tif 000015
【図１４】
2010072162.tif 000016
【図１５】
2010072162.tif 000017
【図１６】
2010072162.tif 000018
【図１７】
2010072162.tif 000019
【図１８】
2010072162.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成21年11月4日(2009.11.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
潤滑剤が塗布された像担持体に当接して現像剤を掻き落とすクリーニングブレードの材料選定方法であって、
引っ張り応力−伸び試験において伸び率ゼロから応力が５ＭＰａとなる伸び率までの、引っ張り応力の伸び率についての積分値が、３００ＭＰａ・％以下である材質を使用することを特徴とするクリーニングブレードの材料選定方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明によるクリーニングブレードの材料選定方法は、潤滑剤が塗布された像担持体に当接して現像剤を掻き落とすクリーニングブレードの材料選定方法であって、引っ張り応力−伸び試験において伸び率ゼロから応力が５ＭＰａとなる伸び率までの、引っ張り応力の伸び率についての積分値が、３００ＭＰａ・％以下である材質を使用する方法とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
また、応力の５ＭＰａまでの伸び率についての積分値は、潤滑剤を塗布した感光体にクリーニングブレードを圧接する場合の通常の条件において作用する応力との相関が高い。そして、この積分値が３００ＭＰａ・％以下であれば、クリーニングブレードの摩耗位置がエッジから離れず、摩耗が進行したときにエッジがもぎ取られてクリーニングブレードの寿命を縮めることがない。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】削除
【補正の内容】