第Ⅳ章

注目技術

二層構成を有する高信頼クリーニングブレードの開発（採用機種：DocuCentre-Ⅳ/ApeosPort-Ⅳシリーズ、Color 1000 Press シリーズ）
小島 紀章、重崎 聡
富士ゼロックス株式会社

デバイス開発本部

１．はじめに次世代マーキングプラットフォーム開発部

２．二層構成を有する高信頼クリーニングブレード

電子写真の感光体クリーニングプロセスの機能は、

２.１ 従来知見の整理

転写後の感光体表面に残留したトナー、感光体表面にクリーニングの信頼性に係わる主な要求特性とブレ付着した放電生成物や紙粉等のクリーニング対象物をードゴム物性の相関について、従来知見を整理したも除去することである。クリーニングプロセスの主流はのを Table 1 に示す。

ポリウレタンゴム製のブレードであり、感光体表面に当接して擦動することにより、残留したトナー等のク

Table 1 Relationship between required properties

リーニング対象物を掻き取ることが出来る。

and physical properties of rubber used on blade.

クリーニングブレードの故障モードは、トナー等のクリーニング対象物がクリーニング不良（すり抜け）となり、画像欠陥が生じることである。原因としては、感光体表面と当接しているブレードエッジの摩耗や局所的な欠け、ブレードゴムが永久変形することで初期に設定したブレード当接力が保てなくなることが挙げられる。クリーニング不良により帯電器（特に接触帯電器）の汚染や露光阻害など次工程のプロセスにも影響を及ぼし、色筋や白筋の一因となる為、ブレードの早期劣化や突発故障を抑制することが課題となる。
また、感光体摩耗ライフがドラムカートリッジライフを決めることになる為、長寿命化には感光体の摩耗

これまで当社が採用していた単層ブレードのゴム物性は、比較的低硬度・高反発弾性であり、ブレードエッジ摩耗が悪く欠けが良い特性であった。ブレードエッジ摩耗を改善する為には高硬度化すれば良いが、相量低減が課題となる。
さらに、ブレードのゴム硬度や寸法、取り付けのばらつきによるブレード当接力のばらつきは、クリーニング性や感光体摩耗などクリーニングに係わる諸特性反して欠けが悪化していた。
また、高硬度化するとゴムの永久伸びが大きくなることで永久変形が悪化し、初期に設定したブレード当接力が保てなくなり、経時でのクリーニング性が悪化のばらつきを生み、信頼性が損なわれてしまう。
クリーニングブレードの早期劣化や突発故障を抑制していた。

し、ドラムカートリッジライフの長寿命化を達成する為に、ブレードエッジの摩耗と局所的な欠けを両立して改善し、同時に永久変形も抑制する二層構成を有する高信頼なクリーニングブレードを開発したので報告

２.２

クリーニング層ゴム物性の設計指針と検証

ブレードエッジの磨耗を改善する為に、感光体表面との摩擦力低減やブレードゴムの機械的強度（モジュラス）を高めることを狙い、高硬度化することにした。

する。

高硬度化する為には、添加している架橋剤を増量し

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注目技術て架橋密度を高めるのが一般的であるが、架橋点間距所定の時間擦動させた後のエッジ摩耗量を計測した。

離が短くなり変形し難くなる為、ブレードエッジ欠け

実機に即したエッジ摩耗形態や摩耗量になる様、研磨が発生し易くなる。そこで、欠けの原因となる異物がシートの研磨粒子の材質（硬さ）や粒径を選択した。

ブレードエッジに衝突した際でも、局所的に変形して従来材料系と新規である高硬度・高破断伸び材料系（伸びて）、異物の衝突による歪応力を分散させるこのエッジ摩耗と欠けについて、テストピースで比較評とを考えた。つまり、“硬くて伸びる”というコンセ価した結果を Fig.2 に示す。高硬度・高破断伸び化すプトを立案し、「高硬度（高モジュラス）・高破断伸ることで耐欠け性が向上し、一方で耐摩耗性は悪化すび」物性を設計指針とした。具体的には Fig.1 に示することなくほぼ同等であり、エッジ摩耗と欠けを両立

S-S カーブの様に、高硬度化することでモジュラスをして改善できることを検証した。また、実機に搭載し高めると同時に破断伸びも高めた。てもドラムカートリッジライフに渡りエッジ摩耗と欠けが問題ないことを検証した。

Fig.1 Stress-Strain curve.

ブレードエッジ欠けの原因は、感光体表面とブレードとの摩擦力が増大した際にブレードエッジが引き千Fig.2

Evaluation

resultsofwearandchip

resistances of blade edge.

切られたり、現像器から排出された現像剤のキャリアの進入や、現像器内の微粉キャリア成分が転写ニップ

２.３ 二層ゴム構成の設計指針と検証

で感光体表面に突き刺ささった状態で、感光体表面の前記の高硬度化したゴムを使用する場合、永久伸び移動とともにブレードエッジに進入してくること等がが大きい為に永久変形が悪化する。従って、クリーニ考えられる。特に感光体表面の微粉キャリア成分の突ングブレードが単層であると、初期に設定したブレーき刺さりは最もストレスな条件と考えており、ブレード当接力が保てなくなり経時でのクリーニング性が悪ドエッジの同一箇所を何度も通過する事で早期に欠け化してしまう。に至る。

高硬度化で永久変形が悪化するのは、ゴム成分（ソゴム物性の効果検証をしていくに当たり、テストピフトセグメント）が減少し、樹脂成分（ハードセグメースで評価を行った。欠けについては、テストピースント）が多くなることで、樹脂成分の特性が大きく現の軌道上に微粉キャリア成分の突き刺さりを模擬したれている為だと考えられる。

突起を設け、テストピースのエッジに繰り返し衝突させることで欠けに至る回数を定量評価した。

高硬度化したゴムを使用した場合でも永久変形を抑制する為に、Fig.3 に示すようなクリーニング層（高エッジ摩耗については、市販の研磨シートを貼り付硬度化したゴム）と背面層とを機能分離した「二層構けた板上にテストピースを所定の圧力で当接させて、成」とし、背面層の永久伸びを最小化することを設計

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変化させた時の組合せで、振動を表す特性値である指針とした。

Dynamic-Normal Force（動的当接力）の標準偏差を求めた。Dynamic-Normal Force はブレードが感光体に当接した際の垂直抗力であり、ブレードエッジがステッィク（引き込まれ）した状態では Dynamic-Normal Forceが大きくなり、スリップ（反発力により復元）した状態では Dynamic-Normal Force が小さくなる。所定時間範囲における Dynamic-Normal Force の標準偏差（σ）
が大きい程スティック・スリップ挙動の振幅が大きいことを表しており、ブレード鳴きが発生し易くなる。
Fig.5 に 示 す シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 結 果 か ら 、Fig.3 Two-layer cleaning blade.

Dynamic-Normal Force の標準偏差、即ちスティック・Fig.4 にゴムの永久伸びと永久変形の関係を示す。

スリップ挙動は背面層の反発弾性が支配的で、背面層従来製品である単層ブレード A 及び B は、他の特性との反発弾性が大きい程 Dynamic-Normal Force の標準偏のバランスを考慮しなければならず比較的永久変形も差が大きくなることが分かり、ブレード鳴きに対して大きかったが、二層構成とすることで永久伸びの最小は背面層の反発弾性の寄与が明確となった。

化に特化した背面層を選択することができ、永久変形これらを踏まえ二層構成の背面層は、永久伸びを最小化し、かつ反発弾性を小さめに最適化することでブを抑制した。

レードの永久変形と鳴きを抑制した。

Fig.4 Relationship between permanent deformationand tension set.

また、クリーニングブレードが単層の場合は、ゴムの反発弾性が大きい程ブレード先端のスティック・スリップ挙動の振幅が大きくなり、ブレード鳴きが発生し易くなる。2)

Fig.5 Relationship between rebound and blade

二層構成の場合での、ブレード鳴きに対するクリーvibration.

ニング層と背面層の寄与をシミュレーションにより求めた。具体的には、有限要素解析プログラムである
Abaqus を用い、クリーニング層と背面層の反発弾性を-3-

３．ブレード当接力のばらつき抑制
ブレードのゴム硬度や寸法、取り付けのばらつきに

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よるブレード当接力のばらつきは、クリーニング性やangle）」をプロットすることで、Fig.7 に示す様にブ

感光体摩耗などクリーニングに係わる諸特性のばらつ

レード設定パラメータのばらつき範囲を可視化し予測きを生み、信頼性が損なわれてしまう。従って、極力した。

ブレード当接力のばらつきを抑制したい。
ブレード当接力のばらつきを抑制するには、当接力をばらつかせている要因とその寄与度を把握しなければならない。
要因は Fig.6 に示す様に、ブレード寸法や物性に係わる（1）硬度、（2）厚さ、（3）自由長、（4）倒れ量、（5）接着剤はみ出し量（実自由長に影響）、ハウジング側のブレード取り付け精度に係わる（6）ブレード位置、（7）座面角度、の 7 つである。
Fig.7 Prediction of range of dispersion obtained
through Monte Carlo simulation.

続いて、「モンテカルロシミュレーション法」を活用した L18 計算実験により、当接力のばらつき抑制の主効果を求めた結果、Fig.8 に示す様にゴム硬度、ゴム厚さ、接着剤はみ出し量を抽出した。
そして、それらのばらつきを改善した結果、Fig.9

working angle.

1.6

ρ0.4% ρ4.2% ρ62%

ρ6.3%

1.5
1.4
1.3
1.2

□ Before○ After

1.11A

BCDEFGH

A：Rubber thickness
B：Error
C：Bearing surface angle
D：Blade position
E：Free length
F：Assembly thickness
G：Hardness（Young's modulus）
H：Amount of adhesive squeezed out

それらの量産時の工程能力を考慮して累積した時のブレード当接力のばらつきを予測する為に、乱数を用いたシミュレーションを何度も行うことにより近似解を求める計算手法である「モンテカルロシミュレーシ
ョン法」の適用を検討した。

ρ26.7%

A1A2
B1
B2
B3
C1C2
C3D1D2D3E1E2E3F1F2F3G1G2G3H1H2H3

Fig.6 Causes of dispersion of normal force andGood
Variation of normal force（6σ）に示す様に当接力のばらつきを改善することができた。

Fig.8 Factorial effects of dispersion of normal

ばらつく 7 つの要因の公差幅と頻度（σ）を考慮して、仮想的に生成した一万通りのブレード条件毎に求めた「当接力（Normal force）」と「当接角（Working-4-force.

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参考文献
１）

K.SEINO, S.YUGE, and M.UEMURA: “WearCharacteristics

andCleaning

AbilityofCleaning Blades”, Journal of the Imaging
SocietyofJapan,

Vol.40No.4,

320-329,(2001)[in Japanese].
２）

林 幸男, 鶴岡亮一(富士ゼロックス),特許

第 3303567 号 [in Japanese].

Fig.9 Effect on dispersion of normal force after theimprovement.

尚、本稿は日本画像学会“Imaging Conference JAPAN2012” 論文集からの転載である。本稿の著作権は日本画像学会が有する。

４．まとめ
従来のブレード材料では困難であった異物進入時の信頼性とクリーニング性維持との両立の為に、クリーニング層と背面層とに機能分離した二層構成とし、各層の要求特性に特化したゴム物性を選択することで、高信頼なクリーニングブレードを開発した。
クリーニング層は、ブレードエッジ摩耗と局所的な欠けを両立して改善する為に、異物の衝突による歪応力を分散させることを狙い「高硬度（高モジュラス）・高破断伸び」物性とした。背面層は、永久変形を抑制する為に永久伸びを最小化し、かつブレード鳴きを抑制する為に反発弾性を小さめに最適化した。
また、「モンテカルロシミュレーション法」を適用して、部品のばらつきによるブレード設定パラメータ（当接力、当接角）のばらつき範囲を予測した。ブレ
ード設定パラメータのばらつき抑制に対する主効果を抽出して改善することで、クリーニング性や感光体摩耗などクリーニングに係わる諸特性のばらつきを抑制することができ、信頼性を画期的に向上することができた。

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禁 無 断 転 載2012 年度「ビジネス機器関連技術調査報告書」“Ⅳ―３”部
発行2013 年 4 月
一般社団法人 ビジネス機械･情報システム産業協会（JBMIA）
技術委員会 技術調査小委員会〒105-0003 東京都港区西新橋三丁目 25 番 33 号 NP 御成門ビル
電話 03-5472-1101(代表) ／ FAX 03-5472-2511-6-