感光体用クリーニングローラ及び画像形成装置
【課題】感光体の外周面の摩耗や損傷を防止しつつ、その外周面に付着した現像剤を効率的に回収し、その回収性能を長期間に亘って良好に維持できる感光体用クリーニングローラ及びこれを備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】感光体１２の外周面に接触して配置され、感光体１２の外周面に付着した現像剤を除去する感光体用クリーニングローラ５４を、芯金５６と、芯金５６の外周面を覆うポリウレタンフォーム層５８とで構成し、ポリウレタンフォーム層５８の１インチ当たりのセル数を４０個以上８０個以下とし、ポリウレタンフォーム層５８のセルの壁面の開口率を１０％以上５０％以下とする。
【解決手段】感光体１２の外周面に接触して配置され、感光体１２の外周面に付着した現像剤を除去する感光体用クリーニングローラ５４を、芯金５６と、芯金５６の外周面を覆うポリウレタンフォーム層５８とで構成し、ポリウレタンフォーム層５８の１インチ当たりのセル数を４０個以上８０個以下とし、ポリウレタンフォーム層５８のセルの壁面の開口率を１０％以上５０％以下とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式の画像形成装置、及びこの画像形成装置に使用される感光体用クリーニングローラに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置は、静電潜像を担持する感光体を有する。画像形成の際は、先ず帯電装置により感光体の外周面が所定の電位に均一に帯電された後、露光装置による露光により感光体上に静電潜像が形成される。感光体上に形成された静電潜像は、現像装置から供給されるトナーにより顕像化し、これにより、感光体上にトナー像が形成される。感光体上に形成されたトナー像は、直接または中間転写体を介して、用紙等の記録シートに転写される。トナー像が転写された記録シートは、定着装置により加熱および加圧され、これによりトナー像が記録シートに定着される。
【０００３】
感光体上に形成されたトナー像は、記録シート又は中間転写体に転写されるが、この転写の際、現像剤（トナー及びトナーの外添剤等）の一部は転写されずに感光体上に残留する。感光体上に残留した現像剤は、感光体に接触して配置されたクリーニング部材により掻き取られる。
【０００４】
感光体用のクリーニング部材として、クリーニングブレードが広く使用されている（特許文献１及び特許文献２参照）。クリーニングブレードは、簡単な構造でありながら優れたクリーニング性能を有する。
【０００５】
一方で、近年、高画質化の要求に対応してトナーの小粒径化が進んでいる。小粒径のトナーは従来のトナーよりも感光体の外周面から除去し難いため、よりクリーニング性能に優れたクリーニング部材の需要が高まっている。
【０００６】
クリーニングブレードよりもクリーニング性能に優れたクリーニング部材として、クリーニングローラを使用する技術が提案されている。クリーニングローラは、芯金と、芯金の外周を覆う樹脂発泡体層とを有し、樹脂発泡体層の材料としてはポリウレタンフォームが一般的に使用される。ポリウレタンフォームからなる樹脂発泡体層（ポリウレタンフォーム層）は、セル数が多いものほど、感光体上のトナーとの接触頻度が高まるためトナー回収性能を高めることができ、低硬度のものほど、感光体への押圧力が小さいため感光体表面の摩耗やフィルミング（感光体表面に外添剤等の被膜が発生する現象）を防止できる。また、ポリウレタンフォーム層に導電性を付与し、クリーニングローラに所定の電圧を印加した場合、感光体とクリーニングローラとの間に形成される電界により、感光体上のトナーを静電的にクリーニングローラに吸引することができる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−７８１１３号公報
【特許文献２】特開２００４−１３３２６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、クリーニングローラのポリウレタンフォーム層のセル数を多くしても、ローラの表面のセルがトナーや外添剤で埋め尽くされると、セルの壁面が感光体の外周面に接触し難くなり、トナー回収性能を十分に向上できない恐れがある。特にポリウレタンフォーム層が独立気泡構造である場合は、ローラの表面のセル内で外添剤やトナーが凝集したりセル壁面に固着したりしやすいため、外添剤等の凝集物や固着物との接触により感光体の外周面が摩耗したり損傷したりすることがある。
【０００９】
また、低硬度のポリウレタンフォームとして、従来は連続気泡構造のポリウレタンフォームを使用していた。しかし、連続気泡構造のポリウレタンフォームを使用すると、外添剤等がポリウレタンフォーム層をすり抜けやすくなったり、長期間使用するとポリウレタンフォーム層の内部で外添剤等が凝集したりする問題がある。
【００１０】
さらに、感光体とクリーニングローラとの間に所定の電界を形成して、感光体上のトナーを静電的にクリーニングローラに吸引する場合、長期の使用に伴いポリウレタンフォーム層の内部にトナーが蓄積されると、ポリウレタンフォーム層の電気抵抗が上昇し、クリーニングローラにトナーを吸引する電界の強さが徐々に小さくなってしまう問題がある。
【００１１】
そこで、本発明は、感光体の外周面の摩耗や損傷を防止しつつ、その外周面に付着した現像剤を効率的に回収し、その回収性能を長期間に亘って良好に維持できる感光体用クリーニングローラ及びこれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明に係る感光体用クリーニングローラは、
感光体の外周面に接触して配置され、感光体の外周面に付着した異物を除去する感光体用クリーニングローラであって、
芯金と、該芯金の外周面を覆うポリウレタンフォーム層とを有し、
上記ポリウレタンフォーム層は、１インチ当たりのセル数が４０個以上８０個以下であり、
上記ポリウレタンフォーム層のセルの壁面の開口率が１０％以上５０％以下であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る画像形成装置は、
上記の感光体用クリーニングローラと、
静電潜像を担持する感光体と、を備え、
上記感光体用クリーニングローラが、上記感光体の外周面に接触して配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、感光体用クリーニングローラのポリウレタンフォーム層のセル数が、４０個／inch以上であるため、感光体とクリーニングローラとの接触部においてトナーや外添剤に多数のセルを接触させることができる。また、ポリウレタンフォーム層のセル数は８０個／inch以下であり、各セルがある程度の大きさを有するため、セルに外添剤等が詰まり難い。さらに、ポリウレタンフォーム層のセル壁面の開口率が１０％以上５０％以下とされており、これにより、ポリウレタンフォーム層の構造が、独立気泡構造に近い連続気泡構造となる。そのため、一般的な独立気泡構造のポリウレタンフォーム層よりも多くの外添剤等を内部に取り込むことができるとともに、一般的な連続気泡構造と比較すると内部での外添剤等の凝集が生じ難い。したがって、感光体上の外添剤等を効率的に回収し、その回収性能を長期間に亘って良好に維持できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。なお、以下の説明では、特定の方向を意味する用語（例えば、「上」、「下」、「左」、「右」、およびそれらを含む他の用語、「時計回り方向」、「反時計回り方向」）を使用するが、それらの使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明は限定的に解釈されるべきものでない。
【００１６】
〔１．画像形成装置〕
図１は、本発明に係る電子写真式画像形成装置の画像形成に関連する部分を示す。画像形成装置は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、およびそれらの機能を複合的に備えた複合機のいずれであってもよい。画像形成装置１は、静電潜像坦持体である感光体１２を有する。感光体１２の具体的な構成は後に説明する。感光体１２は、図示しないモータに駆動連結されており、モータの駆動に基づいて矢印１４方向に回転するようにしてある。感光体１２の周囲には、感光体１２の回転方向に沿って、帯電ステーション１６、露光ステーション１８、現像ステーション２０、転写ステーション２２、およびクリーニングステーション２４，２５が配置されている。なお、実施形態では、第１のクリーニングステーション２４と第２のクリーニングステーション２５が設けられているが、クリーニングステーションは必ずしも複数設ける必要はない。
【００１７】
帯電ステーション１６は、感光体１２の外周面である感光層を所定の電位に帯電する帯電装置２６を備えている。実施形態では、帯電装置２６は円筒形状のローラとして表されているが、これに代えて他の形態の帯電装置（例えば、回転型又は固定型のブラシ式帯電装置、ワイヤ放電式帯電装置）も使用できる。
【００１８】
露光ステーション１８は、感光体１２の近傍又は感光体１２から離れた場所に配置された露光装置２８から出射された画像光３０が、帯電された感光体１２の外周面に向けて進行するための通路３２を有する。露光ステーション１８を通過した感光体１２の外周面には、画像光が投射されて電位の減衰した部分とほぼ帯電電位を維持する部分からなる、静電潜像が形成される。実施形態では、電位の減衰した部分が静電潜像画像部、ほぼ帯電電位を維持する部分が静電潜像非画像部である。
【００１９】
現像ステーション２０は、粉体現像剤を用いて静電潜像を可視像化する現像装置３４を有する。現像装置３４は、感光体１２の外周面に対向して配置される現像ローラ４４と、現像剤を収容するハウジング４２とを有する。現像剤としては例えば１成分現像剤が使用される。現像剤を構成するトナーとしては、小粒径のものを使用することが好ましく、これにより、高画質化を図ることができる。具体的に、トナーの平均粒径は４．５μｍ以上７．０μｍ以下であることが好ましい。なお、本明細書でいう平均粒径とは、シスメックス社製のフロー式粒子像分析装置ＦＰＩＡ−２１００を使用した測定により得られる体積平均粒径を指すものとする。ここで、体積平均粒径とは、次の方法により求められる粒径をいう。先ず、粒子毎に投影面積を算出し、算出された粒子投影面積と同じ投影面積を持つ球を想定して、その球の直径および体積をそれぞれ粒子径および粒子の体積とする。この方法により所定の個数の粒子について粒子径と体積を求めた後、粒子径を横軸とし体積の積算値を縦軸とした体積基準の分布を表し、この体積基準分布の累積値が全体の５０％となる粒径を、体積平均粒径とする。
【００２０】
転写ステーション２２は、感光体１２の外周面に形成された可視像を紙やフィルムなどのシート３８に転写する転写装置３６を有する。実施形態では、転写装置３６は円筒形状のローラとして表されているが、他の形態の転写装置（例えば、ワイヤ放電式転写装置）も使用できる。
【００２１】
第１のクリーニングステーション２４は、転写ステーション２２でシート３８に転写されることなく感光体１２の外周面に残留する未転写トナーを感光体１２の外周面から回収するクリーニング装置４０を有する。実施形態では、クリーニング装置４０は板状のブレードとして示されているが、代わりに他の形態のクリーニング装置（例えば、回転型又は固定型のブラシ式クリーニング装置）も使用できる。
【００２２】
第２のクリーニングステーション２５は、第１のクリーニングステーション２４で除去されなかった感光体１２上のトナーを除去するクリーニングローラ５４を有する。クリーニングローラ５４の具体的な構成は後に説明する。
【００２３】
なお、実施形態では、第１のクリーニングステーション２４にクリーニング装置４０が設けられ、第２のクリーニングステーション２５にクリーニングローラ５４が設けられているが、第１のクリーニングステーション２４にクリーニングローラ５４を設け、第２のクリーニングステーション２５にクリーニング装置４０を設けてもよい。
【００２４】
このような構成を備えた画像形成装置１の画像形成時、感光体１２はモータ（図示せず）の駆動に基づいて時計周り方向に回転する。このとき、帯電ステーション１６を通過する感光体外周部分は、帯電ローラ２６で所定の電位に帯電される。帯電された感光体外周部分は、露光ステーション１８で画像光３０が露光されて静電潜像が形成される。静電潜像は、感光体１２の回転と共に現像ステーション２０に搬送され、そこで現像装置３４によって現像剤像として可視像化される。可視像化された現像剤像は、感光体１２の回転と共に転写ステーション２２に搬送され、そこで転写装置３６によりシート３８に転写される。現像剤像が転写されたシート３８は図示しない定着ステーションに搬送され、そこでシート３８に現像剤像が固定される。転写ステーション２２を通過した感光体外周部分は第１のクリーニングステーション２４に搬送され、そこでシート３８に転写されることなく感光体１２の外周面に残存する現像剤が回収される。第１のクリーニングステーション２４を通過した感光体外周部分は第２のクリーニングステーション２５に搬送され、そこで依然として感光体１２の外周面に残存する現像剤が回収される。
【００２５】
〔２．感光体〕
感光体１２は、例えば円筒状の導電性支持体と、導電性支持体よりも外側に形成された感光層とを有する。なお、導電性支持体と感光層との間には、導電性支持体と感光層との接着性を高めるとともに導電性支持体から感光層への電荷注入を防止するための中間層を設けるようにしてもよい。
【００２６】
（導電性支持体）
導電性支持体の素材としては、例えばアルミニウムが用いられるが、アルミニウム以外の金属（例えばニッケル）を用いることもできる。また、導電性支持体として、金属以外の素材を用いてもよく、例えば、プラスチックの表面にアルミニウム等の導電性部材を蒸着したものや、紙またはプラスチックの表面に導電性物質を塗布したものを用いることもできる。
【００２７】
（感光層）
感光層は、電荷発生材料とバインダー樹脂を含む電荷発生層と、電荷発生層の外側に形成され電荷輸送材料とバインダー樹脂を含む電荷輸送層とを有する。電荷発生材料としては例えばＸ型フタロシアニンが用いられ、電荷発生層のバインダー樹脂としては例えばブチラール樹脂が用いられる。電荷輸送材料としては例えばスチリル化合物が用いられ、電荷輸送層のバインダー樹脂としては例えばポリカーボネート樹脂が用いられる。
【００２８】
〔３．感光体用クリーニングローラ〕
感光体用クリーニングローラ５４は、芯金５６と、芯金５６の外周を覆うポリウレタンフォーム層５８とを有する。ポリウレタンフォーム層５８の具体的な構成については、後に詳述する。クリーニングローラ５４は、感光体１２と平行に、且つ、回転可能に配置されている。クリーニングローラ５４は、図示しないモータに駆動連結され、モータの駆動に基づいて図中反時計回り方向に回転するようにしてある。これにより、感光体１２とクリーニングローラ５４は、それらの接触部（ニップ部）６６において同一方向に移動する方向（所謂ウィズ方向）に回転する。図２に示すように、ニップ部６６では、感光体１２上の現像剤がクリーニングローラ５４により掻き取られる。
【００２９】
クリーニングローラ５４の周速度は、感光体１２の周速度に応じて決定される。具体的に、感光体１２の周速度ＶＡに対するクリーニングローラ５４の周速度ＶＢの比率Ｒ（ＶＢ／ＶＡ）は、例えば０．５以上３以下となるように設定される。周速比Ｒ（ＶＢ／ＶＡ）を０．５よりも小さく設定すると、クリーニングローラ５４による感光体１２上の現像剤の掻き取り力を十分に確保できない。他方、周速比Ｒ（ＶＢ／ＶＡ）を３よりも大きく設定すると、クリーニングローラ５４のポリウレタンフォーム層５８に過剰な負荷がかかってしまう。なお、クリーニングローラ５４にモータを駆動連結せず、クリーニングローラ５４を感光体１２に従動させてもよい。その場合、周速比Ｒ（ＶＢ／ＶＡ）は１．０となる。
【００３０】
クリーニングローラ５４は、感光体１２への接触圧が５Ｎ以上３０Ｎ以下となるように配置される。感光体１２への接触圧が５Ｎよりも小さいと、クリーニングローラ５４による感光体１２上の現像剤の掻き取り力を十分に確保できない。他方、感光体１２への接触力が３０Ｎよりも大きいと、感光体１２に過剰な負荷がかかってしまう。
【００３１】
クリーニングローラ５４は、その周方向においてクリーニングローラ５４と感光体１２との接触ニップ幅が３ｍｍ以上８ｍｍ以下となるように配置することが好ましい。接触ニップ幅を３ｍｍ以上とすることで、クリーニングローラ５４による感光体１２上の現像剤の掻き取り力を十分に確保でき、接触ニップ幅を８ｍｍ以下とすることで、感光体１２にかかる負荷を抑制できる。
【００３２】
感光体１２へのポリウレタンフォーム層５８の食い込み量は、ポリウレタンフォーム層５８の厚みの５％以上４０％以下とすることが好ましい。食い込み量を５％以上とすることで、クリーニングローラ５４による感光体１２上の現像剤の掻き取り力を十分に確保でき、食い込み量を４０％以下とすることで、クリーニングローラ５４のポリウレタンフォーム層５８にかかる負荷を抑制できる。
【００３３】
クリーニングローラ５４の外周面には、掻き取り部材７０が接触して配置されている。クリーニングローラ５４と掻き取り部材７０との接触部では、クリーニングローラ５４のポリウレタンフォーム層５８の内部に含まれた現像剤の一部が掻き取り部材７０により掻き取られる。これにより、ポリウレタンフォーム層５８の内部に過剰のトナーや外添剤が蓄積されることを防止でき、ポリウレタンフォーム層５８の内部におけるトナーや外添剤の凝集を防止できる。ただし、本発明において、掻き取り部材は必ずしも設ける必要がない。掻き取り部材の構成の具体例については後に説明する。
【００３４】
クリーニングローラ５４には電源６８が接続されており、電源６８がオンにされることによりクリーニングローラ５４に所定の電圧が印加されると、感光体１２とクリーニングローラ５４との間に、感光体１２上のトナーを静電的にクリーニングローラ５４に吸引させる電界が形成される。これにより、感光体１２上に残留したトナーを一層効率的に除去できる。ただし、本発明において、電源６８は必ずしも設ける必要はなく、機械的な動作のみによって感光体１２上のトナーを除去するようにしてもよい。
【００３５】
〔４．クリーニングローラのポリウレタンフォーム層〕
図３に示すように、ポリウレタンフォーム層５８は多数のセル（気泡）８０を有する。壁面に開口８２を有するセル８０は、その開口８２を介して別のセル８０に連なっている。セル８０の壁面全体の面積Ｓに対する開口８２の面積Ｓ１の比率（Ｓ１／Ｓ×１００）を開口率としたとき、ポリウレタンフォーム層５８のセルの壁面の開口率は、１０％以上５０％以下とされている。かかる開口率は、公知のメカニカルフロス法等で製造される一般的な独立気泡構造のポリウレタンフォームの開口率（１％程度）よりも高く、公知の化学的発泡法等で製造される一般的な連続気泡構造のポリウレタンフォームの開口率（６０％程度）よりも低い。すなわち、ポリウレタンフォーム層５８は、独立気泡構造に近い連続気泡構造を有する。そのため、一般的な独立気泡構造のポリウレタンフォーム層よりも多くの現像剤を内部に取り込むことができるとともに、一般的な連続気泡構造と比較すると内部での現像剤の凝集が生じ難い。したがって、現像剤の回収性能を十分に確保でき、その回収性能を長期に亘って良好に維持できる。
【００３６】
その上、ポリウレタンフォーム層５８は、その１インチ当たりのセル数が４０個以上８０個以下とされている。このセル数は、一般的な独立気泡構造のポリウレタンフォームのセル数（１００個／inch程度）よりも少なく、一般的な連続気泡構造のポリウレタンフォームのセル数（２５個／inch程度）よりも多い。すなわち、ポリウレタンフォーム層５８は、クリーニングローラ５４と感光体１２とのニップ部６６において、一般的な連続気泡構造のポリウレタンフォームよりも多数のセルを現像剤に接触させることができる。また、ポリウレタンフォーム層５８の各セルが、一般的な独立気泡構造のポリウレタンフォームよりは大きいため、各セルに現像剤が詰まり難い。そのため、ポリウレタンフォーム層５８の表面のセル内で現像剤の凝集物または固着物が発生し難く、それらの凝集物や固着物との接触による感光体１２の損傷を抑制できる。したがって、表面の層がポリカーボネート樹脂からなる比較的低硬度の感光体１２を使用する場合であっても、感光体１２の損傷を抑制できる。
【００３７】
また、ポリウレタンフォーム層５８は、一般的な連続気泡構造のものと同程度に低い硬度を有する。本明細書において、ポリウレタンフォーム層５８の硬度は、ポリウレタンフォーム層５８が、その厚さの表面側３０％分の深さまで（ポリウレタンフォーム層５８の厚みが元の７０％になるまで）所定の押し当て面に押し込まれたときに該押し当て面が受ける単位長さ当たりの荷重の大きさで表す。具体的に、ポリウレタンフォーム層５８の硬度は、１ｇｆ／ｍｍ以上５ｇｆ／ｍｍ以下であることが好ましい。この硬度は、ポリウレタンフォーム層が一般的な独立気泡構造を有する場合の硬度（８．５ｇｆ／ｍｍ程度）よりも小さく、ポリウレタンフォーム層が一般的な連続気泡構造を有する場合の硬度（０．８ｇｆ／ｍｍ程度）よりも大きい。ポリウレタンフォーム層５８の硬度を１ｇｆ／ｍ以上とすることで、ポリウレタンフォーム層５８による現像剤の掻き取り力を十分に確保でき、これにより、感光体１２上の現像剤が、感光体１２とポリウレタンフォーム層５８とのニップ部６６をすり抜けることを防止できる。ポリウレタンフォーム層５８の硬度を８ｇｆ／ｍ以下とすることで、ポリウレタンフォーム層５８が過剰な力で感光体１２の外周面を押圧することを防止して、これにより、感光体１２上の現像剤がポリウレタンフォーム層５８により押し潰されて感光体１２の表面にフィルミングが発生することを防止できる。
【００３８】
さらに、ポリウレタンフォーム層５８のセルの径の平均値は、１００μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。このセルの径の平均値は、一般的な連続気泡構造のポリウレタンフォーム層のセル径（７００μｍ程度）よりも小さく、一般的な独立気泡構造のポリウレタンフォーム層のセル径（８０μｍ程度）よりも大きい。すなわち、ポリウレタンフォーム層５８は、一般的な連続気泡構造のポリウレタンフォーム層よりも微細なセルを有するため、感光体１２上の現像剤に接触する頻度が高く、より確実に現像剤を掻き取ることができる。
【００３９】
さらにまた、ポリウレタンフォーム層５８は、一般的な独立気泡構造のポリウレタンフォーム層よりも低密度である。具体的に、ポリウレタンフォーム層５８の密度は０．０３ｇ／ｃｍ３以上０．２ｇ／ｃｍ３以下であることが好ましい。これにより、ポリウレタンフォーム層５８の柔軟性を十分に確保して、感光体１２がポリウレタンフォーム層５８により過剰な力で押圧されることを防止できる。
【００４０】
感光体１２とクリーニングローラ５４との間に所定の電界を形成するために、ポリウレタンフォーム層５８には導電性が付与される。ポリウレタンフォーム層５８の体積抵抗率は１０２Ωｃｍ以上１０７Ωｃｍ以下であることが好ましい。これにより、ポリウレタンフォーム層５８が適度な導電性を備え、感光体１２とクリーニングローラ５４との間に適正な電界を形成できる。
【００４１】
〔５．ポリウレタンフォームの製造方法〕
以上の構成からなるポリウレタンフォーム層５８に関して、その材料であるポリウレタンフォームの製造方法について説明する。
【００４２】
本発明に使用されるポリウレタンフォームは、公知のメカニカルフロス法と公知の化学的発泡法とを組み合わせた方法で製造される。
【００４３】
メカニカルフロス法と化学的発泡法は、ポリオールとイソシアネートとを混合して発泡を行う点では共通している。ところが、メカニカルフロス法では、原料として発泡剤を使用せず、不活性ガス等の気泡形成用の気体を混入することにより物理的な発泡を行うのに対して、化学的発泡法では、原料として発泡剤を使用し、イソシアネートと発泡剤との化学反応により化学的な発泡を行う点で相違する。メカニカルフロス法を採用する場合、均質な独立気泡構造のポリウレタンフォームを製造できるが、低密度である連続気泡構造のポリウレタンフォームを製造することが困難である。一方、化学的発泡法を採用する場合、低密度である連続気泡構造のポリウレタンフォームを容易に製造できるが、均質な独立気泡構造のポリウレタンフォームを製造することが困難である。
【００４４】
これらの従来の製造方法に対して、本発明に使用するポリウレタンフォームの製造方法では、メカニカルフロス法で使用されるポリオール、イソシアネート及び気泡形成用の気体に加えて、化学的発泡法で使用される発泡剤が原料として使用され、これにより、気泡形成用の気体の混入による物理的発泡と、イソシアネートと発泡剤の化学反応に伴う化学的発泡とが組み合わされることとなる。そのため、物理的発泡により形成された均質なセル同士が、化学的発泡により繋ぎ合わされ、均質で且つ低密度のポリウレタンフォーム、すなわち、独立気泡構造に近い連続気泡構造のポリウレタンフォームを製造できる。以下、具体的な製造方法について説明する。
【００４５】
本発明に使用されるポリウレタンフォームは、最初から順に原料調整工程、混合工程、加熱工程を経て製造される。
【００４６】
原料調整工程では、ポリウレタンフォームの製造に使用される各原料が調整される。原料としては、ポリオール、イソシアネート、不活性ガス等の気泡形成用の気体、発泡剤、および触媒等の副原料が使用される。
【００４７】
ポリオールとしては、例えば、活性水素基を有する公知のポリオールが単独で又は２種類以上が併せて使用される。具体的に、使用されるポリオールとしては、例えば、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール又はポリジエン系ポリオール等が挙げられる。イソシアネートとしては、例えば、トルエンジフェニルジイソシアネート（ＴＤＩ）、ＴＤＩプレポリマー、メチレンジフェニルジイソシアネート（ＭＤＩ）、クルードＭＤＩ、ポリメリックＭＤＩ、ウレトジオン変性ＭＤＩ又はカルボジイミド変性ＭＤＩ等の公知の芳香族系、脂肪族系または脂環族系等の各種ポリイソシアネートが使用される。気泡形成用の気体としては、例えば窒素が使用される。発泡剤としては、イソシアネートとの化学反応により気体を発生させる原料が用いられ、具体的には水等が使用される。発泡剤は、混合工程の前に予めポリオールに混合される。触媒としては、例えば、アミン系触媒と有機酸塩系触媒が使用される。アミン系触媒は、主として迅速な化学的発泡を促すために使用され、有機酸塩系触媒は、主としてポリウレタンフォームの骨格を硬化させるために使用される。有機酸塩系触媒としては、所要の加熱によって触媒効果を発揮する感熱性触媒を使用することが好ましい。これにより、ポリウレタンフォームの骨格の硬化を、アミン系触媒が担う化学的発泡よりも遅らせることができ、化学的発泡を確実に起こすことができる。
【００４８】
ポリウレタンフォームの硬度を決定する要因として、例えば、ポリオールの種類とイソシアネートインデックスが挙げられる。なお、本明細書において、イソシアネートインデックスとは、発泡剤の水酸基とポリオールの水酸基の合計モル数Ｍに対する、イソシアネートのイソシアネート基のモル数Ｎの比率Ｎ／Ｍの百分率を指す。ポリウレタンフォームを上述した所望の硬度となるように形成するためには、ポリオールとして、例えば、分子量が１０００〜６０００で且つ官能基数が２〜５であるポリエーテルポリオール又はポリエステルポリオールが好適に使用され、イソシアネートインデックスは９０〜１１０に調整することが好ましい。
【００４９】
発泡剤として水を使用する場合、各原料を混合したときに、水とイソシアネートとの化学反応により二酸化炭素が発生し、これにより気泡（セル）が形成される。微細なセルを有し且つ低密度のポリウレタンフォームを形成するためには、水とイソシアネートとの化学反応により発生する二酸化炭素を、気泡形成用の気体により物理的に生じる気泡（セル）の内部に入り込ませる必要がある。かかる目的を達成するためには、水の混合量を、ポリオール１００質量部に対して０．３〜１．５質量部に調整することが好ましい。
【００５０】
混合工程では、水等の発泡剤が混合されたポリオール、イソシアネート、気泡形成用の気体、および触媒等が混合される。これにより先ず、物理的な発泡が生じ、気泡形成用の気体を核とする均質な気泡（セル）が形成される。その後、ポリオールに含まれる発泡剤とイソシアネートとが化学反応を起こすことで、二酸化炭素等の気体が発生し、この気体が、物理的発泡により形成されたセルに入り込んで、全体的にセルの径が大きくなり、セル同士が繋げられる。これにより、均質でありながら、大きな径を有するセルが形成される。
【００５１】
加熱工程では、混合原料に所要の加熱を行うことで、樹脂化反応を促進させ、ポリウレタンフォームの骨格を硬化させる。加熱工程における加熱温度および加熱時間は、公知のメカニカルフロス法に準じ、ポリウレタンフォームの原料に応じて適宜決定される。
【００５２】
以上に説明した製造方法によれば、メカニカルフロス法で製造されるポリウレタンフォームに比べて、セル壁面の開口率が高いポリウレタンフォームが形成される。そのため、導電性物質等を含有する溶液にポリウレタンフォームを含浸させるとき、ポリウレタンフォームに溶液が浸透しやすいことから、導電性等の機能を容易に付与できる。
【００５３】
このようにして製造されたポリウレタンフォームを、所望の形状に加工し、芯金に固定することで、クリーニングローラ５４が製造される。
【００５４】
続いて、ポリウレタンフォームに導電性を付与する方法について説明する。ポリウレタンフォームに導電性を付与する方法としては、例えば、カーボンブラック、ポリピロール若しくはイオン導電物質等の導電性物質が混合された原料を用いて発泡成形する方法、又は、上記のような導電性物質を含む溶液にポリウレタンフォームを含浸させた後にポリウレタンフォームを加熱乾燥させる方法等が挙げられる。
【００５５】
より好ましくは、カーボンブラックを含む溶液にポリウレタンフォームを含浸させる方法が採用される。かかる方法によれば、導電性付与後においても、ポリウレタンフォームが有する特性が損なわれず、ポリウレタンフォームの電気抵抗値や硬度が環境によって変動することを極力回避できる。上記のカーボンブラックは、広義のカーボンブラックを指す。使用可能なカーボンブラックとしては、例えば、ファーネスブラック、サーマルブラック、チャンネルブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、及びカラーブラック等の狭義のカーボンブラック、並びにグラファイト等が挙げられる。また、広義のカーボンブラックとして、狭義のカーボンブラック又はグラファイト等の表面にビニル系モノマーを分岐状に重合させてなる高分子材料を使用することもできる。
【００５６】
含浸によりポリウレタンフォームに導電性を付与する具体的な方法について説明する。
【００５７】
先ず、カーボンブラックをバインダとともに水または有機溶剤に混合することで、所定粘度の含浸液を調製する。バインダは、カーボンブラックをポリウレタンフォーム内に付着、固定させるために使用される。バインダとしては、ポリウレタンフォームに固定された後にも弾性を有する材料が好適に用いられ、具体的には例えばゴムのラテックス等が用いられる。含浸液の粘度は特に限定されないが、含浸液をポリウレタンフォームに浸透させやすくする観点から、２５度の温度条件下において８〜１５ｃｐｓ程度であることが好ましい。含浸液の粘度は、例えば、水または有機溶剤とカーボンブラックとの配合比率を調整したり、界面活性剤を添加したりすることにより調整することができる。
【００５８】
含浸液にポリウレタンフォームを含浸させると、含浸液はポリウレタンフォームの表面から内部へ浸透する。含浸方法としては、例えば、ポリウレタンフォームの表面に含浸液を塗布する方法、又は含浸液にポリウレタンフォームを浸す方法等が挙げられる。含浸液は、ポリウレタンフォームの表面から０．０２ｍｍ〜０．１ｍｍ程度の厚み部分に浸透させることが好ましい。含浸液を浸透させる程度の調整は、含浸液を塗布する際に含浸液用の容器から含浸液を絞り出す条件、ポリウレタンフォームのセルの大きさ、含浸液の濃度、又は含浸液の粘度等を調整することによって行う。
【００５９】
以上の含浸液調製方法および含浸方法を用いることにより、ポリウレタンフォーム層５８の硬度の上昇を抑制しつつ、ポリウレタンフォーム層５８に適当な導電性を付与することができる。ポリウレタンフォーム層５８の体積抵抗率は１０２Ωｃｍ以上１０７Ωｃｍ以下であることが好ましい。また、ポリウレタンフォーム層５８の硬度に与える影響を低減する観点から、ポリウレタンフォーム層５８の体積抵抗率は１０４Ωｃｍ以上１０７Ωｃｍ以下であることがより好ましく、１０５Ωｃｍ以上１０７Ωｃｍ以下であることがより一層好ましい。
【００６０】
上記の含浸が終了した後、ポリウレタンフォームを加熱により乾燥させる。これにより、ポリウレタンフォームに浸透した含浸液中の水または有機溶剤が蒸発するとともに、含浸液中のバインダが硬化する。バインダが硬化すると、バインダとともに含浸液に含まれていた導電性物質が、ポリウレタンフォームのセル壁面に固定され、これにより、ポリウレタンフォームに導電性が付与される。なお、ポリウレタンフォームの加熱乾燥は、例えば、１２０度以上１３０度以下の温度で２０分以上３０分以下の時間だけ行われるが、加熱乾燥の条件は、乾燥前のポリウレタンフォームの材質および大きさ、並びに含浸液中のバインダの種類等によって適宜決定される。
【００６１】
クリーニングローラ５４のポリウレタンフォーム層５８に導電性を付与した場合、感光体１２とクリーニングローラ５４との間に所定の電界を形成することで、感光体１２のクリーニングに、機械的な作用だけでなく電気的な作用も利用することができる。
【００６２】
具体的に説明すると、感光体１２の外周面上の付着物（例えばトナー又は外添剤）の大部分が負極性に帯電している場合、感光体１２とクリーニングローラ５４との間には、例えば、クリーニングローラ５４から感光体１２に向かって正極性（例えば１０μＡ以上３０μＡ以下）の電流が流れるような直流電界（例えば１００ボルト以上１０００ボルト以下の電位差）が形成される。この場合、感光体１２上の負極性に帯電した付着物が、電界の作用によりクリーニングローラ５４に転移しやすくなり、感光体１２の外周面を効率的にクリーニングすることができる。ただし、感光体１２とクリーニングローラ５４との間に形成される電界の構成は特に限定されるものではなく、例えば、交流電界を形成することで、負極性に帯電した付着物だけでなく正極性に帯電した付着物も効率的に回収できるようにしてもよい。
【００６３】
〔６．掻き取り部材〕
続いて、クリーニングローラ５４のポリウレタンフォーム層５８内の異物を掻き取る掻き取り部材の構成について、具体的に説明する。掻き取り部材の形状は特に限定されるものではなく、例えばブレード状、棒状、又はローラ状の掻き取り部材が使用される。
【００６４】
図１に示す実施形態では、ブレード状の掻き取り部材７０が使用されている。このようにブレード状の掻き取り部材７０を使用する場合、掻き取り部材７０の材料は特に限定されないが、例えば、ウレタンゴム等のゴム、又は、ステンレス若しくは鉄等の金属が用いられる。棒状の掻き取り部材を使用する場合も、掻き取り部材の材料は特に限定されず、例えばゴム又は金属を使用することができる。
【００６５】
図４に示す実施形態では、ローラ状の掻き取り部材７２が使用されている。掻き取り部材７２の材料としては例えば鉄が使用されるが、必ずしもこれに限定されるものではない。ローラ状の掻き取り部材７２に使用される鉄以外の材料としては、例えば、アルミニウム、ステンレス若しくは合金等の金属、又は、ウレタン、ＥＰＤＭ若しくはＮＢＲ等のゴムが使用される。また、金属ローラまたはゴムローラの表面がコート層で覆われてなるローラ等、複数の層からなるローラを掻き取り部材７２として使用してもよい。さらに、ブラシ状の表面層を備えたローラを掻き取り部材７２として使用することもできる。
【００６６】
掻き取り部材７２は、クリーニングローラ５４と平行に、且つ、回転可能に配置されている。掻き取り部材７２は、図示しないモータに駆動連結され、該モータの駆動により図中時計回り方向に回転するようにしてある。これにより、クリーニングローラ５４と掻き取り部材７２は、それらの接触部において同一方向（所謂ウィズ方向）に回転する。
【００６７】
掻き取り部材７２の外周面には、例えば金属からなるスクレーパ７４の先端が接触して配置されている。これにより、クリーニングローラ５４から掻き取られた掻き取り部材７２上の異物が、スクレーパ７４により掻き落とされる。よって、掻き取り部材７２の掻き取り性能を長期に亘って良好に維持でき、これに伴い、クリーニングローラ５４のクリーニング性能の維持を図ることができる。
【００６８】
図４に示す実施形態では、感光体１２とクリーニングローラ５４との間に電界（例えば１００ボルトの電位差）を形成するだけでなく、クリーニングローラ５４と掻き取り部材７２との間にも所定の電界（例えば１００ボルトの電位差）を形成するように構成することが好ましい。これにより掻き取り部材７２の掻き取り性能を高めることができる。
【００６９】
〔７．プレ帯電部材〕
図５に示すように、感光体１２の回転方向におけるクリーニングローラ５４よりも上流側に、感光体１２外周面のトナー等の付着物の帯電極性を均一にするためのプレ帯電部材７６を設けてもよい。この場合、プレ帯電部材７６に負極性または正極性の所定の電圧を印加することで、感光体１２上の付着物の帯電極性が負極性または正極性に揃えられ、これにより、付着物がクリーニングローラ５４により回収されやすくなる。
【００７０】
図５に示す実施形態において、プレ帯電部材７６は、基材７７と基材７７に取り付けられたブラシ繊維７８とを有する。基材７７には、導電性を有する材料が使用される。基材７７に使用される具体的な材料としては、例えば、導電性を有するナイロン樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、又はビニロン樹脂が挙げられる。ブラシ繊維７８は、基材７７に植設されている。ブラシ繊維７８の材料には、例えば、ナイロン６６若しくはナイロン６等のナイロン樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂、又はビニロン樹脂等が用いられる。また、ブラシ繊維７８の材料にはカーボンブラック等の導電性物質が添加されており、これにより、ブラシ繊維７８に導電性が付与されている。ブラシ繊維７８の単糸直径（太さ）は、好ましくは１０μｍ以上５０μｍ以下であり、より好ましくは２０μｍ以上３０μｍ以下である。ブラシ繊維７８の密度は、好ましくは５０ｋＦ／ｉｎｃｈ２以上４００ｋＦ／ｉｎｃｈ２以下であり、より好ましくは２００ｋＦ／ｉｎｃｈ２以上３００ｋＦ／ｉｎｃｈ２以下である。ブラシ繊維７８のパイル長（基材７７からの突出長さ）は、好ましくは０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、より好ましくは３ｍｍ以上８ｍｍ以下である。ブラシ繊維７８の体積抵抗率は、好ましくは１０５Ωｃｍ以上１０１４Ωｃｍ以下であり、より好ましくは１０６Ωｃｍ以上１０８Ωｃｍ以下である。
【００７１】
トナーの正規帯電極性が負極性である場合、感光体１２に付着したトナーの多くは負極性に帯電している。しかし、転写バイアス等の影響により、感光体１２の外周面には、負極性に帯電した付着物だけでなく、帯電量がゼロ又は略ゼロである付着物、及び正極性に帯電した付着物も存在する。よって、プレ帯電部材７６には負極性の電圧を印加することが好ましく、これにより、感光体１２上の付着物の帯電極性を負極性に揃えることができる。プレ帯電部材７６により帯電極性が負極性に揃えられた感光体１２上の付着物は、正極性の電圧が印加されたクリーニングローラ５４により効率的に回収される。この場合において、ブラシ繊維７８の体積抵抗率が１０６Ωｃｍ以上１０８Ωｃｍ以下であれば、プレ帯電部材７６に印加するバイアスの電流は、−１００μＡ以上−１０μＡ以下であることが好ましく、−８０μＡ以上−４０μＡ以下であることが望ましい。
【００７２】
ただし、プレ帯電部材７６には正極性の電圧を印加してもよく、この場合、感光体１２上の付着物の帯電極性を正極性に揃えることができる。プレ帯電部材７６により帯電極性が正極性に揃えられた感光体１２上の付着物は、負極性の電圧が印加されたクリーニングローラ５４により効率的に回収される。この場合において、ブラシ繊維７８の体積抵抗率が１０６Ωｃｍ以上１０８Ωｃｍ以下であれば、プレ帯電部材７６に印加するバイアスの電流は、１０μＡ以上１００μＡ以下であることが好ましく、４０μＡ以上８０μＡ以下であることが望ましい。
【００７３】
プレ帯電部材７６を設ける場合のより具体的な実施形態では、導電性ナイロン樹脂からなり、単糸直径（太さ）が２０μｍ、密度が２４０ｋＦ／ｉｎｃｈ２、パイル長（基材７７からの突出長さ）が５ｍｍ、体積抵抗率が１０８Ωｃｍであるブラシ繊維７８が使用される。ブラシ繊維７８は、複数密集した状態で基材７７に植設される。ブラシ繊維７８の密集全体の形状は、感光体１２の長さ方向に延び且つ１０ｍｍの幅を有する角棒状である。また、かかる実施形態では、プレ帯電部材７６と感光体１２との間に、プレ帯電部材７６から感光体１２に向かって−６０μＡの電流が流れるような直流電界（２５００ボルトの電位差）が形成される。これにより、感光体１２上の付着物が、クリーニングローラ５４により回収される前に均一に負極性に帯電される。さらに、この実施形態では、掻き取り部材７２とクリーニングローラ５４との間、及びクリーニングローラ５４と感光体１２との間に、掻き取り部材７２からクリーニングローラ５４を経由して感光体１２へ１０μＡ以上３０μＡ以下の電流が流れるような直流電界（各１００ボルトの電位差）が形成される。これにより、上述のようにプレ帯電部材７６により帯電極性が負極性に揃えられた付着物が、クリーニングローラ５４と掻き取り部材７２とによって感光体１２から良好に除去される。
【００７４】
以上のようにプレ帯電部材７６を設ける場合、プレ帯電部材７６の内部に滞留したトナー等の異物を吐き出すように、プレ帯電部材７６に印加するバイアスを制御してもよい。例えば、感光体１２のクリーニング時においてプレ帯電部材７６に負極性のバイアスを印加する構成においては、プレ帯電部材７６の内部に滞留する異物の大部分は正極性に帯電しているか又は帯電量がゼロ若しくは略ゼロである。よって、適当なタイミングで、通常時とは逆の極性、すなわち正極性のバイアスをプレ帯電部材７６に印加するように制御することで、プレ帯電部材７６の内部に滞留した異物を感光体１２上へ吐き出すことができる。かかる異物の吐き出しの終了後、プレ帯電部材７６には再び通常の極性、すなわち負極性のバイアスを印加するように制御すればよく、これにより、感光体１２上に吐き出された異物は、感光体１２の回転に伴い再びプレ帯電部材７６との対向部に搬送されると、プレ帯電部材７６により負極性に帯電され、正極性のバイアスが印加されたクリーニングローラ５４により感光体１２から回収される。
【００７５】
なお、プレ帯電部材の構成は、所望の帯電機能を有していれば必ずしも上記のようにブラシ状である必要はない。例えば、ブレード状のプレ帯電部材を使用してもよく、この場合、プレ帯電部材の材料には、例えば、上記のブラシ繊維７８と同様の材料、又は、ステンレス若しくはアルミニウム等の金属が用いられる。また、回転式のプレ帯電部材を使用することもでき、この場合、例えば、外周面がブラシ状に形成された回転部材または発泡体からなる回転部材が好適に使用される。
【００７６】
以上、上述の実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明において、ポリウレタンフォーム層の製造方法は、必ずしも上述の実施形態に限られず、別の方法でポリウレタンフォーム層を製造することを妨げないものとする。
【実施例】
【００７７】
感光体用クリーニングローラのポリウレタンフォーム層の好適な物性を確認する試験を行った。具体的に、ポリウレタンフォーム層の物性として、セル数、セル壁面の開口率、硬さ、平均セル径、密度および体積抵抗率の好適な値を確認した。
【００７８】
画像形成装置としては、コニカミノルタ社製のＭａｇｉｃｏｌｏｒ５５７０の画像形成装置を使用し、適宜改造した感光体用クリーニングローラを画像形成装置に搭載した。なお、上述の実施形態に係るクリーニング装置４０と掻き取り部材７０は搭載しなかった。
【００７９】
感光体用クリーニングローラのポリウレタンフォーム層としては、表１に示す材料１〜材料１４のいずれかの材料からなるものを使用した。これら材料１〜材料１４は、原料としてポリオール、イソシアネート、アミン系触媒、有機酸塩系触媒、水（発泡剤）および整泡剤を使用して、上述の実施形態で説明した方法により製造した。具体的に、ポリオールとしては、ポリエーテルポリオール（商品名 アクトコールＥＤ−３７Ｂ（数平均分子量３０００）；三井武田化学製）を使用した。イソシアネートしては、メチレンジフェニルジイソシアネート（ＭＤＩ）（商品名 ミリオネート ＭＴＬ−Ｓ；日本ポリウレタン製）を使用した。アミン系触媒としては、花王製のカオライザー Ｎｏ．２３ＮＰを使用した。有機酸塩系触媒としては、ＰＡＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ製のＥＰ７３６６０Ａを使用した。整泡剤としては、直鎖ジメチルポリシロキサン（商品名 Ｎｉａｘｓｉｌｉｃｏｎｅ Ｌ５６１４；ＧＥＳｉｌｉｃｏｎｅｓ製）を使用した。各原料の使用量は、表１に示す通りである。
【００８０】
【表１】
【００８１】
材料１〜材料１４の物性値の測定方法について説明する。セル数に関しては、クリーニングローラの表面（軸方向３箇所×周方向８箇所）を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察し、観察箇所毎に１インチ当たりのセルの個数を計測し、それらの平均値を算出した。セル壁面の開口率に関しては、クリーニングローラの外周面を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により１００倍の倍率で観察し、観察した表面のセルの壁面について開口の面積Ｓ１と全体の面積Ｓを算出して、開口率（Ｓ１／Ｓ×１００）を求めた。硬さに関しては、ポリウレタンフォーム層を、その厚さが元の７０％になるまで所定の押し当て面に押し込んだときに、その押し当て面が受ける単位長さ当たりの荷重を計測し、この計測値（ｇｆ／ｍｍ）を硬さとした。平均セル径は、供給ローラの表面（軸方向３箇所×周方向８箇所）を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察し、観察箇所毎に１０個（合計２４０個）のセルの直径を計測し、それらの計測値より算出した。密度については、クリーニングローラの重量から芯金の重量を減算することでポリウレタンフォーム層の重量を求め、寸法に基づきポリウレタンフォーム層の体積を求めて、それらの重量と体積より密度を算出した。
【００８２】
トナーとしては、平均粒径が異なる２種類のトナー（トナーＡ及びトナーＢ）を使用し、平均粒径が４．５μｍであるトナーＡを使用する実験例Ａ１〜実験例Ａ１４と、平均粒径が７．０μｍであるトナーＢを使用する実験例Ｂ１〜実験例Ｂ１４を設定した。全ての実験例において、クリーニングローラと感光体との電位差を５０Ｖとし、マイナスに荷電されたトナーに対してクリーニングローラ側に吸引力が働くように設定した。また、全ての実験例において、クリーニングローラの回転方向を感光体に対して所謂ウィズ方向に設定して、感光体の周速度ＶＡに対するクリーニングローラの周速度ＶＢの比率Ｒ（ＶＢ／ＶＡ）を０．５に設定した。各実験例について、使用するポリウレタンフォーム層の材料は、表２及び表３に示す通りである。各実験例のポリウレタンフォーム層には、表２及び表３に示す体積抵抗率となるように導電性を付与した。また、各実験例について、感光体へのクリーニングローラの接触圧、感光体とクリーニングローラとの接触ニップ幅、及び感光体へのクリーニングローラの食い込み量を表２及び表３に示すように設定した。
【００８３】
実験例ごとに、雰囲気温度２８℃相対湿度８５％の環境下で上記の画像形成装置を使用してベタ画像を５万枚連続プリントし、連続プリント初期の画質、連続プリント中の画像抜け、及び、連続プリント終了後の感光体の表面の傷に関する評価を行った。ここで評価する画像抜けは、感光体のクリーニング不良に起因するものである。クリーニング不良に起因する画像抜けに関する評価は、画像抜けが発生しなかった場合を「なし」で表し、画像抜けが発生した場合は発生時のプリント枚数で表した（表２及び表３参照）。感光体の傷に関する評価は、傷が発生しなかった場合を「Ａ」で表し、軽微な傷が発生した場合を「Ｂ」で表し、傷の発生が顕著であった場合を「Ｃ」で表した（表２及び表３参照）。
【００８４】
上述の連続プリント終了後、同じ温湿環境下に画像形成装置を一晩放置し、その画像形成装置を使用して翌朝にベタ画像を５万枚連続プリントして、この連続プリント中の画像抜けに関する評価を行った。ここで評価する画像抜けは、感光体上に生じた外添剤等の被膜とオゾンとの化学反応により生じた生成物に起因するものである。被膜とオゾンとの化学反応に起因する画像抜けに関する評価は、画像抜けが発生しなかった場合を「なし」で表し、画像抜けが発生した場合を「あり」で表した（表２及び表３参照）。
【００８５】
表２及び表３に示す試験結果について検討する。
【００８６】
材料１〜材料１０を使用した実験例Ａ１〜実験例Ａ１０−２及び実験例Ｂ１〜実験例Ｂ１０−２については、初期の画質の評価、クリーニング不良に起因する画像抜けに関する評価、感光体の傷に関する評価、及び被膜とオゾンとの化学反応に起因する画像抜けに関する評価はいずれも良好であった。これに対して、材料１１〜材料１４を使用した実験例Ａ１１〜実験例Ａ１４及び実験例Ｂ１１〜実験例Ｂ１４については、初期の画質の評価を除いて評価が悪かった。
【００８７】
材料１１を使用した実験例Ａ１１及び実験例Ｂ１１でクリーニング不良に起因する画像抜けが生じた理由は、材料１１のセル数（３５個／inch）が他の材料のセル数（４０〜８５個／inch）よりも少ないことから、セルの壁面が感光体上の現像剤に接触する頻度が低く、感光体上の現像剤をクリーニングローラにより十分に掻き取れないためであると考えられる。また、掻き取れなかったトナーが、感光体に接触する部材と接触を繰り返すことにより固着したため、感光体の表面に軽微な傷が発生したものと考えられる。さらに、感光体上に外添剤等のフィルミングが生じた状態で一晩放置されたことで、感光体上の被膜とオゾンとが化学反応を起こして、その化学反応生成物が感光体の表面に付着し、これに起因して、翌朝の連続プリントの初期に画像抜けが生じたものと考えられる。このことから、ポリウレタンフォーム層のセル数は４０個／inch以上であることが好ましいことが分かった。
【００８８】
材料１２を使用した実験例Ａ１２及び実験例Ｂ１２でクリーニング不良に起因する画像抜けが生じた理由は、材料１２のセル数（８５個／inch）が他の材料のセル数（３５〜８０個／inch）よりも多いことから、クリーニングローラ表面の細かすぎるセルが現像剤により埋め尽くされてしまい、セルの壁面が感光体上の現像剤に接触し難くなり、感光体上の現像剤が十分に掻き取られなかったためだと考えられる。また、クリーニングローラ表面のセル内に形成された現像剤の凝集物または固着物が、感光体の外周面に接触することにより、感光体の表面に傷が発生したものと考えられる。さらに、感光体の表面に発生した外添剤等の被膜とオゾンとの化学反応に起因して、翌朝の連続プリント初期に画像抜けが発生したものと考えられる。このことから、ポリウレタンフォーム層のセル数は８０個／inch以下であることが好ましいことが分かった。したがって、ポリウレタンフォーム層のセル数は４０個／inch以上８０個／inch以下であることが好ましい。
【００８９】
材料１３を使用した実験例Ａ１３及び実験例Ｂ１３でクリーニング不良に起因する画像抜けが生じた理由は、材料１３のセル壁面の開口率（６０％）が、他の材料のセル壁面の開口率（５〜５０％）よりも高いことから、プリント枚数の増加に伴いポリウレタンフォーム層の内部に現像剤が蓄積されていき、クリーニングローラの掻き取り力が低下したためだと考えられる。また、回収されたトナーが、クリーニングローラ内部に蓄積することでローラ表面で固着し、その硬くなったローラ表面との接触により、感光体の表面に軽微な傷が発生したものと考えられる。さらに、感光体の表面に発生した外添剤等の被膜とオゾンとの化学反応に起因して、翌朝の連続プリント初期に画像抜けが発生したものと考えられる。このことから、ポリウレタンフォーム層のセル壁面の開口率は、５０％以下であることが好ましいことが分かった。
【００９０】
材料１４を使用した実験例Ａ１４及び実験例Ｂ１４でクリーニング不良に起因する画像抜けが生じた理由は、材料１４のセル壁面の開口率（５％）が、他の材料のセル壁面の開口率（１０〜６０％）よりも低く、材料１４が完全な独立気泡構造に近い構造を有するためだと考えられる。具体的に説明すると、ポリウレタンフォーム層の構造上、クリーニングローラに掻き取られた現像剤が、ポリウレタンフォーム層の内部に入り込み難く、クリーニングローラ表面のセルが現像剤で埋め尽くされやすいため、セルの壁面が感光体の外周面に接触し難くなったためだと考えられる。また、ポリウレタンフォーム層の表面のセル内で現像剤の凝集物または固着物が生じ、これらの凝集物または固着物により感光体の外周面が傷ついたものと考えられる。さらに、感光体の表面に発生した外添剤等の被膜とオゾンとの化学反応に起因して、翌朝の連続プリント初期に画像抜けが発生したものと考えられる。このことから、ポリウレタンフォーム層のセル壁面の開口率は１０％以上であることが好ましいことが分かった。したがって、ポリウレタンフォーム層のセル壁面の開口率は、１０％以上５０％以下であることが好ましい。
【００９１】
また、いずれの評価も合格基準を満たした実験例Ａ１〜実験例Ａ１０−２及び実験例Ｂ１〜実験例Ｂ１０−２では、材料の硬さが１〜５ｇｆ／ｍｍである。このことから、ポリウレタンフォーム層の硬さは１ｇｆ／ｍｍ以上５ｇｆ／ｍｍ以下であれば、その他の条件を満たすことで十分なクリーニング性能を確保できることを確認できた。
【００９２】
さらに、いずれの評価も合格基準を満たした実験例Ａ１〜実験例Ａ１０−２及び実験例Ｂ１〜実験例Ｂ１０−２では、平均セル径が１００〜５００μｍである。このことから、ポリウレタンフォーム層の平均セル径は、１００μｍ以上５００μｍ以下であれば、その他の条件を満たすことで十分なクリーニング性能を確保できることを確認できた。
【００９３】
加えて、いずれの評価も合格基準を満たした実験例Ａ１〜実験例Ａ１０−２及び実験例Ｂ１〜実験例Ｂ１０−２では、ポリウレタンフォーム層の密度が０．０３〜０．２ｇ／ｃｍ３である。このことから、ポリウレタンフォーム層の密度が０．０３ｇ／ｃｍ３以上０．２ｇ／ｃｍ３以下であれば、その他の条件を満たすことで十分なクリーニング性能を確保できることを確認できた。
【００９４】
さらに、平均粒径が４．５μｍであるトナーＡを使用した実験例Ａ１〜実験例Ａ１０−２、及び平均粒径が７．０μｍであるトナーＢを使用した実験例Ｂ１〜実験例Ｂ１０−２において、いずれの評価も合格基準を満たしたことから、平均粒径が４．５μｍ以上７．０μｍ以下である小粒径のトナーを使用する場合、上述の諸条件を満たすことで十分なクリーニング性能を確保できることを確認できた。
【００９５】
【表２】
【００９６】
【表３】
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。
【図２】感光体とクリーニングローラとの接触部を示す拡大断面図である。
【図３】ポリウレタンフォーム層のセル構造を示す図である。
【図４】ローラ状の掻き取り部材を使用する実施形態を示す図である。
【図５】プレ帯電部材を使用する実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００９８】
１：画像形成装置、１２：感光体、１６：帯電ステーション、１８：露光ステーション、２０：現像ステーション、２２：転写ステーション、２４：第１のクリーニングステーション、２５：第２のクリーニングステーション、２６：帯電装置、２８：露光装置、３０：画像光、３２：通路、３４：現像装置、３６：転写装置、３８：シート、４０：クリーニング装置、４２：ハウジング、４４：現像ローラ、５４：クリーニングローラ、５６：芯金、５８：ポリウレタンフォーム層、６６：感光体とクリーニングローラとの接触部（ニップ部）、６８：電源、７０，７２：掻き取り部材、７６：プレ帯電部材、８０：ポリウレタンフォーム層のセル、８２：セル壁面の開口。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式の画像形成装置、及びこの画像形成装置に使用される感光体用クリーニングローラに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置は、静電潜像を担持する感光体を有する。画像形成の際は、先ず帯電装置により感光体の外周面が所定の電位に均一に帯電された後、露光装置による露光により感光体上に静電潜像が形成される。感光体上に形成された静電潜像は、現像装置から供給されるトナーにより顕像化し、これにより、感光体上にトナー像が形成される。感光体上に形成されたトナー像は、直接または中間転写体を介して、用紙等の記録シートに転写される。トナー像が転写された記録シートは、定着装置により加熱および加圧され、これによりトナー像が記録シートに定着される。
【０００３】
感光体上に形成されたトナー像は、記録シート又は中間転写体に転写されるが、この転写の際、現像剤（トナー及びトナーの外添剤等）の一部は転写されずに感光体上に残留する。感光体上に残留した現像剤は、感光体に接触して配置されたクリーニング部材により掻き取られる。
【０００４】
感光体用のクリーニング部材として、クリーニングブレードが広く使用されている（特許文献１及び特許文献２参照）。クリーニングブレードは、簡単な構造でありながら優れたクリーニング性能を有する。
【０００５】
一方で、近年、高画質化の要求に対応してトナーの小粒径化が進んでいる。小粒径のトナーは従来のトナーよりも感光体の外周面から除去し難いため、よりクリーニング性能に優れたクリーニング部材の需要が高まっている。
【０００６】
クリーニングブレードよりもクリーニング性能に優れたクリーニング部材として、クリーニングローラを使用する技術が提案されている。クリーニングローラは、芯金と、芯金の外周を覆う樹脂発泡体層とを有し、樹脂発泡体層の材料としてはポリウレタンフォームが一般的に使用される。ポリウレタンフォームからなる樹脂発泡体層（ポリウレタンフォーム層）は、セル数が多いものほど、感光体上のトナーとの接触頻度が高まるためトナー回収性能を高めることができ、低硬度のものほど、感光体への押圧力が小さいため感光体表面の摩耗やフィルミング（感光体表面に外添剤等の被膜が発生する現象）を防止できる。また、ポリウレタンフォーム層に導電性を付与し、クリーニングローラに所定の電圧を印加した場合、感光体とクリーニングローラとの間に形成される電界により、感光体上のトナーを静電的にクリーニングローラに吸引することができる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−７８１１３号公報
【特許文献２】特開２００４−１３３２６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、クリーニングローラのポリウレタンフォーム層のセル数を多くしても、ローラの表面のセルがトナーや外添剤で埋め尽くされると、セルの壁面が感光体の外周面に接触し難くなり、トナー回収性能を十分に向上できない恐れがある。特にポリウレタンフォーム層が独立気泡構造である場合は、ローラの表面のセル内で外添剤やトナーが凝集したりセル壁面に固着したりしやすいため、外添剤等の凝集物や固着物との接触により感光体の外周面が摩耗したり損傷したりすることがある。
【０００９】
また、低硬度のポリウレタンフォームとして、従来は連続気泡構造のポリウレタンフォームを使用していた。しかし、連続気泡構造のポリウレタンフォームを使用すると、外添剤等がポリウレタンフォーム層をすり抜けやすくなったり、長期間使用するとポリウレタンフォーム層の内部で外添剤等が凝集したりする問題がある。
【００１０】
さらに、感光体とクリーニングローラとの間に所定の電界を形成して、感光体上のトナーを静電的にクリーニングローラに吸引する場合、長期の使用に伴いポリウレタンフォーム層の内部にトナーが蓄積されると、ポリウレタンフォーム層の電気抵抗が上昇し、クリーニングローラにトナーを吸引する電界の強さが徐々に小さくなってしまう問題がある。
【００１１】
そこで、本発明は、感光体の外周面の摩耗や損傷を防止しつつ、その外周面に付着した現像剤を効率的に回収し、その回収性能を長期間に亘って良好に維持できる感光体用クリーニングローラ及びこれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明に係る感光体用クリーニングローラは、
感光体の外周面に接触して配置され、感光体の外周面に付着した異物を除去する感光体用クリーニングローラであって、
芯金と、該芯金の外周面を覆うポリウレタンフォーム層とを有し、
上記ポリウレタンフォーム層は、１インチ当たりのセル数が４０個以上８０個以下であり、
上記ポリウレタンフォーム層のセルの壁面の開口率が１０％以上５０％以下であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る画像形成装置は、
上記の感光体用クリーニングローラと、
静電潜像を担持する感光体と、を備え、
上記感光体用クリーニングローラが、上記感光体の外周面に接触して配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、感光体用クリーニングローラのポリウレタンフォーム層のセル数が、４０個／inch以上であるため、感光体とクリーニングローラとの接触部においてトナーや外添剤に多数のセルを接触させることができる。また、ポリウレタンフォーム層のセル数は８０個／inch以下であり、各セルがある程度の大きさを有するため、セルに外添剤等が詰まり難い。さらに、ポリウレタンフォーム層のセル壁面の開口率が１０％以上５０％以下とされており、これにより、ポリウレタンフォーム層の構造が、独立気泡構造に近い連続気泡構造となる。そのため、一般的な独立気泡構造のポリウレタンフォーム層よりも多くの外添剤等を内部に取り込むことができるとともに、一般的な連続気泡構造と比較すると内部での外添剤等の凝集が生じ難い。したがって、感光体上の外添剤等を効率的に回収し、その回収性能を長期間に亘って良好に維持できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。なお、以下の説明では、特定の方向を意味する用語（例えば、「上」、「下」、「左」、「右」、およびそれらを含む他の用語、「時計回り方向」、「反時計回り方向」）を使用するが、それらの使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明は限定的に解釈されるべきものでない。
【００１６】
〔１．画像形成装置〕
図１は、本発明に係る電子写真式画像形成装置の画像形成に関連する部分を示す。画像形成装置は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、およびそれらの機能を複合的に備えた複合機のいずれであってもよい。画像形成装置１は、静電潜像坦持体である感光体１２を有する。感光体１２の具体的な構成は後に説明する。感光体１２は、図示しないモータに駆動連結されており、モータの駆動に基づいて矢印１４方向に回転するようにしてある。感光体１２の周囲には、感光体１２の回転方向に沿って、帯電ステーション１６、露光ステーション１８、現像ステーション２０、転写ステーション２２、およびクリーニングステーション２４，２５が配置されている。なお、実施形態では、第１のクリーニングステーション２４と第２のクリーニングステーション２５が設けられているが、クリーニングステーションは必ずしも複数設ける必要はない。
【００１７】
帯電ステーション１６は、感光体１２の外周面である感光層を所定の電位に帯電する帯電装置２６を備えている。実施形態では、帯電装置２６は円筒形状のローラとして表されているが、これに代えて他の形態の帯電装置（例えば、回転型又は固定型のブラシ式帯電装置、ワイヤ放電式帯電装置）も使用できる。
【００１８】
露光ステーション１８は、感光体１２の近傍又は感光体１２から離れた場所に配置された露光装置２８から出射された画像光３０が、帯電された感光体１２の外周面に向けて進行するための通路３２を有する。露光ステーション１８を通過した感光体１２の外周面には、画像光が投射されて電位の減衰した部分とほぼ帯電電位を維持する部分からなる、静電潜像が形成される。実施形態では、電位の減衰した部分が静電潜像画像部、ほぼ帯電電位を維持する部分が静電潜像非画像部である。
【００１９】
現像ステーション２０は、粉体現像剤を用いて静電潜像を可視像化する現像装置３４を有する。現像装置３４は、感光体１２の外周面に対向して配置される現像ローラ４４と、現像剤を収容するハウジング４２とを有する。現像剤としては例えば１成分現像剤が使用される。現像剤を構成するトナーとしては、小粒径のものを使用することが好ましく、これにより、高画質化を図ることができる。具体的に、トナーの平均粒径は４．５μｍ以上７．０μｍ以下であることが好ましい。なお、本明細書でいう平均粒径とは、シスメックス社製のフロー式粒子像分析装置ＦＰＩＡ−２１００を使用した測定により得られる体積平均粒径を指すものとする。ここで、体積平均粒径とは、次の方法により求められる粒径をいう。先ず、粒子毎に投影面積を算出し、算出された粒子投影面積と同じ投影面積を持つ球を想定して、その球の直径および体積をそれぞれ粒子径および粒子の体積とする。この方法により所定の個数の粒子について粒子径と体積を求めた後、粒子径を横軸とし体積の積算値を縦軸とした体積基準の分布を表し、この体積基準分布の累積値が全体の５０％となる粒径を、体積平均粒径とする。
【００２０】
転写ステーション２２は、感光体１２の外周面に形成された可視像を紙やフィルムなどのシート３８に転写する転写装置３６を有する。実施形態では、転写装置３６は円筒形状のローラとして表されているが、他の形態の転写装置（例えば、ワイヤ放電式転写装置）も使用できる。
【００２１】
第１のクリーニングステーション２４は、転写ステーション２２でシート３８に転写されることなく感光体１２の外周面に残留する未転写トナーを感光体１２の外周面から回収するクリーニング装置４０を有する。実施形態では、クリーニング装置４０は板状のブレードとして示されているが、代わりに他の形態のクリーニング装置（例えば、回転型又は固定型のブラシ式クリーニング装置）も使用できる。
【００２２】
第２のクリーニングステーション２５は、第１のクリーニングステーション２４で除去されなかった感光体１２上のトナーを除去するクリーニングローラ５４を有する。クリーニングローラ５４の具体的な構成は後に説明する。
【００２３】
なお、実施形態では、第１のクリーニングステーション２４にクリーニング装置４０が設けられ、第２のクリーニングステーション２５にクリーニングローラ５４が設けられているが、第１のクリーニングステーション２４にクリーニングローラ５４を設け、第２のクリーニングステーション２５にクリーニング装置４０を設けてもよい。
【００２４】
このような構成を備えた画像形成装置１の画像形成時、感光体１２はモータ（図示せず）の駆動に基づいて時計周り方向に回転する。このとき、帯電ステーション１６を通過する感光体外周部分は、帯電ローラ２６で所定の電位に帯電される。帯電された感光体外周部分は、露光ステーション１８で画像光３０が露光されて静電潜像が形成される。静電潜像は、感光体１２の回転と共に現像ステーション２０に搬送され、そこで現像装置３４によって現像剤像として可視像化される。可視像化された現像剤像は、感光体１２の回転と共に転写ステーション２２に搬送され、そこで転写装置３６によりシート３８に転写される。現像剤像が転写されたシート３８は図示しない定着ステーションに搬送され、そこでシート３８に現像剤像が固定される。転写ステーション２２を通過した感光体外周部分は第１のクリーニングステーション２４に搬送され、そこでシート３８に転写されることなく感光体１２の外周面に残存する現像剤が回収される。第１のクリーニングステーション２４を通過した感光体外周部分は第２のクリーニングステーション２５に搬送され、そこで依然として感光体１２の外周面に残存する現像剤が回収される。
【００２５】
〔２．感光体〕
感光体１２は、例えば円筒状の導電性支持体と、導電性支持体よりも外側に形成された感光層とを有する。なお、導電性支持体と感光層との間には、導電性支持体と感光層との接着性を高めるとともに導電性支持体から感光層への電荷注入を防止するための中間層を設けるようにしてもよい。
【００２６】
（導電性支持体）
導電性支持体の素材としては、例えばアルミニウムが用いられるが、アルミニウム以外の金属（例えばニッケル）を用いることもできる。また、導電性支持体として、金属以外の素材を用いてもよく、例えば、プラスチックの表面にアルミニウム等の導電性部材を蒸着したものや、紙またはプラスチックの表面に導電性物質を塗布したものを用いることもできる。
【００２７】
（感光層）
感光層は、電荷発生材料とバインダー樹脂を含む電荷発生層と、電荷発生層の外側に形成され電荷輸送材料とバインダー樹脂を含む電荷輸送層とを有する。電荷発生材料としては例えばＸ型フタロシアニンが用いられ、電荷発生層のバインダー樹脂としては例えばブチラール樹脂が用いられる。電荷輸送材料としては例えばスチリル化合物が用いられ、電荷輸送層のバインダー樹脂としては例えばポリカーボネート樹脂が用いられる。
【００２８】
〔３．感光体用クリーニングローラ〕
感光体用クリーニングローラ５４は、芯金５６と、芯金５６の外周を覆うポリウレタンフォーム層５８とを有する。ポリウレタンフォーム層５８の具体的な構成については、後に詳述する。クリーニングローラ５４は、感光体１２と平行に、且つ、回転可能に配置されている。クリーニングローラ５４は、図示しないモータに駆動連結され、モータの駆動に基づいて図中反時計回り方向に回転するようにしてある。これにより、感光体１２とクリーニングローラ５４は、それらの接触部（ニップ部）６６において同一方向に移動する方向（所謂ウィズ方向）に回転する。図２に示すように、ニップ部６６では、感光体１２上の現像剤がクリーニングローラ５４により掻き取られる。
【００２９】
クリーニングローラ５４の周速度は、感光体１２の周速度に応じて決定される。具体的に、感光体１２の周速度ＶＡに対するクリーニングローラ５４の周速度ＶＢの比率Ｒ（ＶＢ／ＶＡ）は、例えば０．５以上３以下となるように設定される。周速比Ｒ（ＶＢ／ＶＡ）を０．５よりも小さく設定すると、クリーニングローラ５４による感光体１２上の現像剤の掻き取り力を十分に確保できない。他方、周速比Ｒ（ＶＢ／ＶＡ）を３よりも大きく設定すると、クリーニングローラ５４のポリウレタンフォーム層５８に過剰な負荷がかかってしまう。なお、クリーニングローラ５４にモータを駆動連結せず、クリーニングローラ５４を感光体１２に従動させてもよい。その場合、周速比Ｒ（ＶＢ／ＶＡ）は１．０となる。
【００３０】
クリーニングローラ５４は、感光体１２への接触圧が５Ｎ以上３０Ｎ以下となるように配置される。感光体１２への接触圧が５Ｎよりも小さいと、クリーニングローラ５４による感光体１２上の現像剤の掻き取り力を十分に確保できない。他方、感光体１２への接触力が３０Ｎよりも大きいと、感光体１２に過剰な負荷がかかってしまう。
【００３１】
クリーニングローラ５４は、その周方向においてクリーニングローラ５４と感光体１２との接触ニップ幅が３ｍｍ以上８ｍｍ以下となるように配置することが好ましい。接触ニップ幅を３ｍｍ以上とすることで、クリーニングローラ５４による感光体１２上の現像剤の掻き取り力を十分に確保でき、接触ニップ幅を８ｍｍ以下とすることで、感光体１２にかかる負荷を抑制できる。
【００３２】
感光体１２へのポリウレタンフォーム層５８の食い込み量は、ポリウレタンフォーム層５８の厚みの５％以上４０％以下とすることが好ましい。食い込み量を５％以上とすることで、クリーニングローラ５４による感光体１２上の現像剤の掻き取り力を十分に確保でき、食い込み量を４０％以下とすることで、クリーニングローラ５４のポリウレタンフォーム層５８にかかる負荷を抑制できる。
【００３３】
クリーニングローラ５４の外周面には、掻き取り部材７０が接触して配置されている。クリーニングローラ５４と掻き取り部材７０との接触部では、クリーニングローラ５４のポリウレタンフォーム層５８の内部に含まれた現像剤の一部が掻き取り部材７０により掻き取られる。これにより、ポリウレタンフォーム層５８の内部に過剰のトナーや外添剤が蓄積されることを防止でき、ポリウレタンフォーム層５８の内部におけるトナーや外添剤の凝集を防止できる。ただし、本発明において、掻き取り部材は必ずしも設ける必要がない。掻き取り部材の構成の具体例については後に説明する。
【００３４】
クリーニングローラ５４には電源６８が接続されており、電源６８がオンにされることによりクリーニングローラ５４に所定の電圧が印加されると、感光体１２とクリーニングローラ５４との間に、感光体１２上のトナーを静電的にクリーニングローラ５４に吸引させる電界が形成される。これにより、感光体１２上に残留したトナーを一層効率的に除去できる。ただし、本発明において、電源６８は必ずしも設ける必要はなく、機械的な動作のみによって感光体１２上のトナーを除去するようにしてもよい。
【００３５】
〔４．クリーニングローラのポリウレタンフォーム層〕
図３に示すように、ポリウレタンフォーム層５８は多数のセル（気泡）８０を有する。壁面に開口８２を有するセル８０は、その開口８２を介して別のセル８０に連なっている。セル８０の壁面全体の面積Ｓに対する開口８２の面積Ｓ１の比率（Ｓ１／Ｓ×１００）を開口率としたとき、ポリウレタンフォーム層５８のセルの壁面の開口率は、１０％以上５０％以下とされている。かかる開口率は、公知のメカニカルフロス法等で製造される一般的な独立気泡構造のポリウレタンフォームの開口率（１％程度）よりも高く、公知の化学的発泡法等で製造される一般的な連続気泡構造のポリウレタンフォームの開口率（６０％程度）よりも低い。すなわち、ポリウレタンフォーム層５８は、独立気泡構造に近い連続気泡構造を有する。そのため、一般的な独立気泡構造のポリウレタンフォーム層よりも多くの現像剤を内部に取り込むことができるとともに、一般的な連続気泡構造と比較すると内部での現像剤の凝集が生じ難い。したがって、現像剤の回収性能を十分に確保でき、その回収性能を長期に亘って良好に維持できる。
【００３６】
その上、ポリウレタンフォーム層５８は、その１インチ当たりのセル数が４０個以上８０個以下とされている。このセル数は、一般的な独立気泡構造のポリウレタンフォームのセル数（１００個／inch程度）よりも少なく、一般的な連続気泡構造のポリウレタンフォームのセル数（２５個／inch程度）よりも多い。すなわち、ポリウレタンフォーム層５８は、クリーニングローラ５４と感光体１２とのニップ部６６において、一般的な連続気泡構造のポリウレタンフォームよりも多数のセルを現像剤に接触させることができる。また、ポリウレタンフォーム層５８の各セルが、一般的な独立気泡構造のポリウレタンフォームよりは大きいため、各セルに現像剤が詰まり難い。そのため、ポリウレタンフォーム層５８の表面のセル内で現像剤の凝集物または固着物が発生し難く、それらの凝集物や固着物との接触による感光体１２の損傷を抑制できる。したがって、表面の層がポリカーボネート樹脂からなる比較的低硬度の感光体１２を使用する場合であっても、感光体１２の損傷を抑制できる。
【００３７】
また、ポリウレタンフォーム層５８は、一般的な連続気泡構造のものと同程度に低い硬度を有する。本明細書において、ポリウレタンフォーム層５８の硬度は、ポリウレタンフォーム層５８が、その厚さの表面側３０％分の深さまで（ポリウレタンフォーム層５８の厚みが元の７０％になるまで）所定の押し当て面に押し込まれたときに該押し当て面が受ける単位長さ当たりの荷重の大きさで表す。具体的に、ポリウレタンフォーム層５８の硬度は、１ｇｆ／ｍｍ以上５ｇｆ／ｍｍ以下であることが好ましい。この硬度は、ポリウレタンフォーム層が一般的な独立気泡構造を有する場合の硬度（８．５ｇｆ／ｍｍ程度）よりも小さく、ポリウレタンフォーム層が一般的な連続気泡構造を有する場合の硬度（０．８ｇｆ／ｍｍ程度）よりも大きい。ポリウレタンフォーム層５８の硬度を１ｇｆ／ｍ以上とすることで、ポリウレタンフォーム層５８による現像剤の掻き取り力を十分に確保でき、これにより、感光体１２上の現像剤が、感光体１２とポリウレタンフォーム層５８とのニップ部６６をすり抜けることを防止できる。ポリウレタンフォーム層５８の硬度を８ｇｆ／ｍ以下とすることで、ポリウレタンフォーム層５８が過剰な力で感光体１２の外周面を押圧することを防止して、これにより、感光体１２上の現像剤がポリウレタンフォーム層５８により押し潰されて感光体１２の表面にフィルミングが発生することを防止できる。
【００３８】
さらに、ポリウレタンフォーム層５８のセルの径の平均値は、１００μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。このセルの径の平均値は、一般的な連続気泡構造のポリウレタンフォーム層のセル径（７００μｍ程度）よりも小さく、一般的な独立気泡構造のポリウレタンフォーム層のセル径（８０μｍ程度）よりも大きい。すなわち、ポリウレタンフォーム層５８は、一般的な連続気泡構造のポリウレタンフォーム層よりも微細なセルを有するため、感光体１２上の現像剤に接触する頻度が高く、より確実に現像剤を掻き取ることができる。
【００３９】
さらにまた、ポリウレタンフォーム層５８は、一般的な独立気泡構造のポリウレタンフォーム層よりも低密度である。具体的に、ポリウレタンフォーム層５８の密度は０．０３ｇ／ｃｍ３以上０．２ｇ／ｃｍ３以下であることが好ましい。これにより、ポリウレタンフォーム層５８の柔軟性を十分に確保して、感光体１２がポリウレタンフォーム層５８により過剰な力で押圧されることを防止できる。
【００４０】
感光体１２とクリーニングローラ５４との間に所定の電界を形成するために、ポリウレタンフォーム層５８には導電性が付与される。ポリウレタンフォーム層５８の体積抵抗率は１０２Ωｃｍ以上１０７Ωｃｍ以下であることが好ましい。これにより、ポリウレタンフォーム層５８が適度な導電性を備え、感光体１２とクリーニングローラ５４との間に適正な電界を形成できる。
【００４１】
〔５．ポリウレタンフォームの製造方法〕
以上の構成からなるポリウレタンフォーム層５８に関して、その材料であるポリウレタンフォームの製造方法について説明する。
【００４２】
本発明に使用されるポリウレタンフォームは、公知のメカニカルフロス法と公知の化学的発泡法とを組み合わせた方法で製造される。
【００４３】
メカニカルフロス法と化学的発泡法は、ポリオールとイソシアネートとを混合して発泡を行う点では共通している。ところが、メカニカルフロス法では、原料として発泡剤を使用せず、不活性ガス等の気泡形成用の気体を混入することにより物理的な発泡を行うのに対して、化学的発泡法では、原料として発泡剤を使用し、イソシアネートと発泡剤との化学反応により化学的な発泡を行う点で相違する。メカニカルフロス法を採用する場合、均質な独立気泡構造のポリウレタンフォームを製造できるが、低密度である連続気泡構造のポリウレタンフォームを製造することが困難である。一方、化学的発泡法を採用する場合、低密度である連続気泡構造のポリウレタンフォームを容易に製造できるが、均質な独立気泡構造のポリウレタンフォームを製造することが困難である。
【００４４】
これらの従来の製造方法に対して、本発明に使用するポリウレタンフォームの製造方法では、メカニカルフロス法で使用されるポリオール、イソシアネート及び気泡形成用の気体に加えて、化学的発泡法で使用される発泡剤が原料として使用され、これにより、気泡形成用の気体の混入による物理的発泡と、イソシアネートと発泡剤の化学反応に伴う化学的発泡とが組み合わされることとなる。そのため、物理的発泡により形成された均質なセル同士が、化学的発泡により繋ぎ合わされ、均質で且つ低密度のポリウレタンフォーム、すなわち、独立気泡構造に近い連続気泡構造のポリウレタンフォームを製造できる。以下、具体的な製造方法について説明する。
【００４５】
本発明に使用されるポリウレタンフォームは、最初から順に原料調整工程、混合工程、加熱工程を経て製造される。
【００４６】
原料調整工程では、ポリウレタンフォームの製造に使用される各原料が調整される。原料としては、ポリオール、イソシアネート、不活性ガス等の気泡形成用の気体、発泡剤、および触媒等の副原料が使用される。
【００４７】
ポリオールとしては、例えば、活性水素基を有する公知のポリオールが単独で又は２種類以上が併せて使用される。具体的に、使用されるポリオールとしては、例えば、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール又はポリジエン系ポリオール等が挙げられる。イソシアネートとしては、例えば、トルエンジフェニルジイソシアネート（ＴＤＩ）、ＴＤＩプレポリマー、メチレンジフェニルジイソシアネート（ＭＤＩ）、クルードＭＤＩ、ポリメリックＭＤＩ、ウレトジオン変性ＭＤＩ又はカルボジイミド変性ＭＤＩ等の公知の芳香族系、脂肪族系または脂環族系等の各種ポリイソシアネートが使用される。気泡形成用の気体としては、例えば窒素が使用される。発泡剤としては、イソシアネートとの化学反応により気体を発生させる原料が用いられ、具体的には水等が使用される。発泡剤は、混合工程の前に予めポリオールに混合される。触媒としては、例えば、アミン系触媒と有機酸塩系触媒が使用される。アミン系触媒は、主として迅速な化学的発泡を促すために使用され、有機酸塩系触媒は、主としてポリウレタンフォームの骨格を硬化させるために使用される。有機酸塩系触媒としては、所要の加熱によって触媒効果を発揮する感熱性触媒を使用することが好ましい。これにより、ポリウレタンフォームの骨格の硬化を、アミン系触媒が担う化学的発泡よりも遅らせることができ、化学的発泡を確実に起こすことができる。
【００４８】
ポリウレタンフォームの硬度を決定する要因として、例えば、ポリオールの種類とイソシアネートインデックスが挙げられる。なお、本明細書において、イソシアネートインデックスとは、発泡剤の水酸基とポリオールの水酸基の合計モル数Ｍに対する、イソシアネートのイソシアネート基のモル数Ｎの比率Ｎ／Ｍの百分率を指す。ポリウレタンフォームを上述した所望の硬度となるように形成するためには、ポリオールとして、例えば、分子量が１０００〜６０００で且つ官能基数が２〜５であるポリエーテルポリオール又はポリエステルポリオールが好適に使用され、イソシアネートインデックスは９０〜１１０に調整することが好ましい。
【００４９】
発泡剤として水を使用する場合、各原料を混合したときに、水とイソシアネートとの化学反応により二酸化炭素が発生し、これにより気泡（セル）が形成される。微細なセルを有し且つ低密度のポリウレタンフォームを形成するためには、水とイソシアネートとの化学反応により発生する二酸化炭素を、気泡形成用の気体により物理的に生じる気泡（セル）の内部に入り込ませる必要がある。かかる目的を達成するためには、水の混合量を、ポリオール１００質量部に対して０．３〜１．５質量部に調整することが好ましい。
【００５０】
混合工程では、水等の発泡剤が混合されたポリオール、イソシアネート、気泡形成用の気体、および触媒等が混合される。これにより先ず、物理的な発泡が生じ、気泡形成用の気体を核とする均質な気泡（セル）が形成される。その後、ポリオールに含まれる発泡剤とイソシアネートとが化学反応を起こすことで、二酸化炭素等の気体が発生し、この気体が、物理的発泡により形成されたセルに入り込んで、全体的にセルの径が大きくなり、セル同士が繋げられる。これにより、均質でありながら、大きな径を有するセルが形成される。
【００５１】
加熱工程では、混合原料に所要の加熱を行うことで、樹脂化反応を促進させ、ポリウレタンフォームの骨格を硬化させる。加熱工程における加熱温度および加熱時間は、公知のメカニカルフロス法に準じ、ポリウレタンフォームの原料に応じて適宜決定される。
【００５２】
以上に説明した製造方法によれば、メカニカルフロス法で製造されるポリウレタンフォームに比べて、セル壁面の開口率が高いポリウレタンフォームが形成される。そのため、導電性物質等を含有する溶液にポリウレタンフォームを含浸させるとき、ポリウレタンフォームに溶液が浸透しやすいことから、導電性等の機能を容易に付与できる。
【００５３】
このようにして製造されたポリウレタンフォームを、所望の形状に加工し、芯金に固定することで、クリーニングローラ５４が製造される。
【００５４】
続いて、ポリウレタンフォームに導電性を付与する方法について説明する。ポリウレタンフォームに導電性を付与する方法としては、例えば、カーボンブラック、ポリピロール若しくはイオン導電物質等の導電性物質が混合された原料を用いて発泡成形する方法、又は、上記のような導電性物質を含む溶液にポリウレタンフォームを含浸させた後にポリウレタンフォームを加熱乾燥させる方法等が挙げられる。
【００５５】
より好ましくは、カーボンブラックを含む溶液にポリウレタンフォームを含浸させる方法が採用される。かかる方法によれば、導電性付与後においても、ポリウレタンフォームが有する特性が損なわれず、ポリウレタンフォームの電気抵抗値や硬度が環境によって変動することを極力回避できる。上記のカーボンブラックは、広義のカーボンブラックを指す。使用可能なカーボンブラックとしては、例えば、ファーネスブラック、サーマルブラック、チャンネルブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、及びカラーブラック等の狭義のカーボンブラック、並びにグラファイト等が挙げられる。また、広義のカーボンブラックとして、狭義のカーボンブラック又はグラファイト等の表面にビニル系モノマーを分岐状に重合させてなる高分子材料を使用することもできる。
【００５６】
含浸によりポリウレタンフォームに導電性を付与する具体的な方法について説明する。
【００５７】
先ず、カーボンブラックをバインダとともに水または有機溶剤に混合することで、所定粘度の含浸液を調製する。バインダは、カーボンブラックをポリウレタンフォーム内に付着、固定させるために使用される。バインダとしては、ポリウレタンフォームに固定された後にも弾性を有する材料が好適に用いられ、具体的には例えばゴムのラテックス等が用いられる。含浸液の粘度は特に限定されないが、含浸液をポリウレタンフォームに浸透させやすくする観点から、２５度の温度条件下において８〜１５ｃｐｓ程度であることが好ましい。含浸液の粘度は、例えば、水または有機溶剤とカーボンブラックとの配合比率を調整したり、界面活性剤を添加したりすることにより調整することができる。
【００５８】
含浸液にポリウレタンフォームを含浸させると、含浸液はポリウレタンフォームの表面から内部へ浸透する。含浸方法としては、例えば、ポリウレタンフォームの表面に含浸液を塗布する方法、又は含浸液にポリウレタンフォームを浸す方法等が挙げられる。含浸液は、ポリウレタンフォームの表面から０．０２ｍｍ〜０．１ｍｍ程度の厚み部分に浸透させることが好ましい。含浸液を浸透させる程度の調整は、含浸液を塗布する際に含浸液用の容器から含浸液を絞り出す条件、ポリウレタンフォームのセルの大きさ、含浸液の濃度、又は含浸液の粘度等を調整することによって行う。
【００５９】
以上の含浸液調製方法および含浸方法を用いることにより、ポリウレタンフォーム層５８の硬度の上昇を抑制しつつ、ポリウレタンフォーム層５８に適当な導電性を付与することができる。ポリウレタンフォーム層５８の体積抵抗率は１０２Ωｃｍ以上１０７Ωｃｍ以下であることが好ましい。また、ポリウレタンフォーム層５８の硬度に与える影響を低減する観点から、ポリウレタンフォーム層５８の体積抵抗率は１０４Ωｃｍ以上１０７Ωｃｍ以下であることがより好ましく、１０５Ωｃｍ以上１０７Ωｃｍ以下であることがより一層好ましい。
【００６０】
上記の含浸が終了した後、ポリウレタンフォームを加熱により乾燥させる。これにより、ポリウレタンフォームに浸透した含浸液中の水または有機溶剤が蒸発するとともに、含浸液中のバインダが硬化する。バインダが硬化すると、バインダとともに含浸液に含まれていた導電性物質が、ポリウレタンフォームのセル壁面に固定され、これにより、ポリウレタンフォームに導電性が付与される。なお、ポリウレタンフォームの加熱乾燥は、例えば、１２０度以上１３０度以下の温度で２０分以上３０分以下の時間だけ行われるが、加熱乾燥の条件は、乾燥前のポリウレタンフォームの材質および大きさ、並びに含浸液中のバインダの種類等によって適宜決定される。
【００６１】
クリーニングローラ５４のポリウレタンフォーム層５８に導電性を付与した場合、感光体１２とクリーニングローラ５４との間に所定の電界を形成することで、感光体１２のクリーニングに、機械的な作用だけでなく電気的な作用も利用することができる。
【００６２】
具体的に説明すると、感光体１２の外周面上の付着物（例えばトナー又は外添剤）の大部分が負極性に帯電している場合、感光体１２とクリーニングローラ５４との間には、例えば、クリーニングローラ５４から感光体１２に向かって正極性（例えば１０μＡ以上３０μＡ以下）の電流が流れるような直流電界（例えば１００ボルト以上１０００ボルト以下の電位差）が形成される。この場合、感光体１２上の負極性に帯電した付着物が、電界の作用によりクリーニングローラ５４に転移しやすくなり、感光体１２の外周面を効率的にクリーニングすることができる。ただし、感光体１２とクリーニングローラ５４との間に形成される電界の構成は特に限定されるものではなく、例えば、交流電界を形成することで、負極性に帯電した付着物だけでなく正極性に帯電した付着物も効率的に回収できるようにしてもよい。
【００６３】
〔６．掻き取り部材〕
続いて、クリーニングローラ５４のポリウレタンフォーム層５８内の異物を掻き取る掻き取り部材の構成について、具体的に説明する。掻き取り部材の形状は特に限定されるものではなく、例えばブレード状、棒状、又はローラ状の掻き取り部材が使用される。
【００６４】
図１に示す実施形態では、ブレード状の掻き取り部材７０が使用されている。このようにブレード状の掻き取り部材７０を使用する場合、掻き取り部材７０の材料は特に限定されないが、例えば、ウレタンゴム等のゴム、又は、ステンレス若しくは鉄等の金属が用いられる。棒状の掻き取り部材を使用する場合も、掻き取り部材の材料は特に限定されず、例えばゴム又は金属を使用することができる。
【００６５】
図４に示す実施形態では、ローラ状の掻き取り部材７２が使用されている。掻き取り部材７２の材料としては例えば鉄が使用されるが、必ずしもこれに限定されるものではない。ローラ状の掻き取り部材７２に使用される鉄以外の材料としては、例えば、アルミニウム、ステンレス若しくは合金等の金属、又は、ウレタン、ＥＰＤＭ若しくはＮＢＲ等のゴムが使用される。また、金属ローラまたはゴムローラの表面がコート層で覆われてなるローラ等、複数の層からなるローラを掻き取り部材７２として使用してもよい。さらに、ブラシ状の表面層を備えたローラを掻き取り部材７２として使用することもできる。
【００６６】
掻き取り部材７２は、クリーニングローラ５４と平行に、且つ、回転可能に配置されている。掻き取り部材７２は、図示しないモータに駆動連結され、該モータの駆動により図中時計回り方向に回転するようにしてある。これにより、クリーニングローラ５４と掻き取り部材７２は、それらの接触部において同一方向（所謂ウィズ方向）に回転する。
【００６７】
掻き取り部材７２の外周面には、例えば金属からなるスクレーパ７４の先端が接触して配置されている。これにより、クリーニングローラ５４から掻き取られた掻き取り部材７２上の異物が、スクレーパ７４により掻き落とされる。よって、掻き取り部材７２の掻き取り性能を長期に亘って良好に維持でき、これに伴い、クリーニングローラ５４のクリーニング性能の維持を図ることができる。
【００６８】
図４に示す実施形態では、感光体１２とクリーニングローラ５４との間に電界（例えば１００ボルトの電位差）を形成するだけでなく、クリーニングローラ５４と掻き取り部材７２との間にも所定の電界（例えば１００ボルトの電位差）を形成するように構成することが好ましい。これにより掻き取り部材７２の掻き取り性能を高めることができる。
【００６９】
〔７．プレ帯電部材〕
図５に示すように、感光体１２の回転方向におけるクリーニングローラ５４よりも上流側に、感光体１２外周面のトナー等の付着物の帯電極性を均一にするためのプレ帯電部材７６を設けてもよい。この場合、プレ帯電部材７６に負極性または正極性の所定の電圧を印加することで、感光体１２上の付着物の帯電極性が負極性または正極性に揃えられ、これにより、付着物がクリーニングローラ５４により回収されやすくなる。
【００７０】
図５に示す実施形態において、プレ帯電部材７６は、基材７７と基材７７に取り付けられたブラシ繊維７８とを有する。基材７７には、導電性を有する材料が使用される。基材７７に使用される具体的な材料としては、例えば、導電性を有するナイロン樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、又はビニロン樹脂が挙げられる。ブラシ繊維７８は、基材７７に植設されている。ブラシ繊維７８の材料には、例えば、ナイロン６６若しくはナイロン６等のナイロン樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂、又はビニロン樹脂等が用いられる。また、ブラシ繊維７８の材料にはカーボンブラック等の導電性物質が添加されており、これにより、ブラシ繊維７８に導電性が付与されている。ブラシ繊維７８の単糸直径（太さ）は、好ましくは１０μｍ以上５０μｍ以下であり、より好ましくは２０μｍ以上３０μｍ以下である。ブラシ繊維７８の密度は、好ましくは５０ｋＦ／ｉｎｃｈ２以上４００ｋＦ／ｉｎｃｈ２以下であり、より好ましくは２００ｋＦ／ｉｎｃｈ２以上３００ｋＦ／ｉｎｃｈ２以下である。ブラシ繊維７８のパイル長（基材７７からの突出長さ）は、好ましくは０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、より好ましくは３ｍｍ以上８ｍｍ以下である。ブラシ繊維７８の体積抵抗率は、好ましくは１０５Ωｃｍ以上１０１４Ωｃｍ以下であり、より好ましくは１０６Ωｃｍ以上１０８Ωｃｍ以下である。
【００７１】
トナーの正規帯電極性が負極性である場合、感光体１２に付着したトナーの多くは負極性に帯電している。しかし、転写バイアス等の影響により、感光体１２の外周面には、負極性に帯電した付着物だけでなく、帯電量がゼロ又は略ゼロである付着物、及び正極性に帯電した付着物も存在する。よって、プレ帯電部材７６には負極性の電圧を印加することが好ましく、これにより、感光体１２上の付着物の帯電極性を負極性に揃えることができる。プレ帯電部材７６により帯電極性が負極性に揃えられた感光体１２上の付着物は、正極性の電圧が印加されたクリーニングローラ５４により効率的に回収される。この場合において、ブラシ繊維７８の体積抵抗率が１０６Ωｃｍ以上１０８Ωｃｍ以下であれば、プレ帯電部材７６に印加するバイアスの電流は、−１００μＡ以上−１０μＡ以下であることが好ましく、−８０μＡ以上−４０μＡ以下であることが望ましい。
【００７２】
ただし、プレ帯電部材７６には正極性の電圧を印加してもよく、この場合、感光体１２上の付着物の帯電極性を正極性に揃えることができる。プレ帯電部材７６により帯電極性が正極性に揃えられた感光体１２上の付着物は、負極性の電圧が印加されたクリーニングローラ５４により効率的に回収される。この場合において、ブラシ繊維７８の体積抵抗率が１０６Ωｃｍ以上１０８Ωｃｍ以下であれば、プレ帯電部材７６に印加するバイアスの電流は、１０μＡ以上１００μＡ以下であることが好ましく、４０μＡ以上８０μＡ以下であることが望ましい。
【００７３】
プレ帯電部材７６を設ける場合のより具体的な実施形態では、導電性ナイロン樹脂からなり、単糸直径（太さ）が２０μｍ、密度が２４０ｋＦ／ｉｎｃｈ２、パイル長（基材７７からの突出長さ）が５ｍｍ、体積抵抗率が１０８Ωｃｍであるブラシ繊維７８が使用される。ブラシ繊維７８は、複数密集した状態で基材７７に植設される。ブラシ繊維７８の密集全体の形状は、感光体１２の長さ方向に延び且つ１０ｍｍの幅を有する角棒状である。また、かかる実施形態では、プレ帯電部材７６と感光体１２との間に、プレ帯電部材７６から感光体１２に向かって−６０μＡの電流が流れるような直流電界（２５００ボルトの電位差）が形成される。これにより、感光体１２上の付着物が、クリーニングローラ５４により回収される前に均一に負極性に帯電される。さらに、この実施形態では、掻き取り部材７２とクリーニングローラ５４との間、及びクリーニングローラ５４と感光体１２との間に、掻き取り部材７２からクリーニングローラ５４を経由して感光体１２へ１０μＡ以上３０μＡ以下の電流が流れるような直流電界（各１００ボルトの電位差）が形成される。これにより、上述のようにプレ帯電部材７６により帯電極性が負極性に揃えられた付着物が、クリーニングローラ５４と掻き取り部材７２とによって感光体１２から良好に除去される。
【００７４】
以上のようにプレ帯電部材７６を設ける場合、プレ帯電部材７６の内部に滞留したトナー等の異物を吐き出すように、プレ帯電部材７６に印加するバイアスを制御してもよい。例えば、感光体１２のクリーニング時においてプレ帯電部材７６に負極性のバイアスを印加する構成においては、プレ帯電部材７６の内部に滞留する異物の大部分は正極性に帯電しているか又は帯電量がゼロ若しくは略ゼロである。よって、適当なタイミングで、通常時とは逆の極性、すなわち正極性のバイアスをプレ帯電部材７６に印加するように制御することで、プレ帯電部材７６の内部に滞留した異物を感光体１２上へ吐き出すことができる。かかる異物の吐き出しの終了後、プレ帯電部材７６には再び通常の極性、すなわち負極性のバイアスを印加するように制御すればよく、これにより、感光体１２上に吐き出された異物は、感光体１２の回転に伴い再びプレ帯電部材７６との対向部に搬送されると、プレ帯電部材７６により負極性に帯電され、正極性のバイアスが印加されたクリーニングローラ５４により感光体１２から回収される。
【００７５】
なお、プレ帯電部材の構成は、所望の帯電機能を有していれば必ずしも上記のようにブラシ状である必要はない。例えば、ブレード状のプレ帯電部材を使用してもよく、この場合、プレ帯電部材の材料には、例えば、上記のブラシ繊維７８と同様の材料、又は、ステンレス若しくはアルミニウム等の金属が用いられる。また、回転式のプレ帯電部材を使用することもでき、この場合、例えば、外周面がブラシ状に形成された回転部材または発泡体からなる回転部材が好適に使用される。
【００７６】
以上、上述の実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明において、ポリウレタンフォーム層の製造方法は、必ずしも上述の実施形態に限られず、別の方法でポリウレタンフォーム層を製造することを妨げないものとする。
【実施例】
【００７７】
感光体用クリーニングローラのポリウレタンフォーム層の好適な物性を確認する試験を行った。具体的に、ポリウレタンフォーム層の物性として、セル数、セル壁面の開口率、硬さ、平均セル径、密度および体積抵抗率の好適な値を確認した。
【００７８】
画像形成装置としては、コニカミノルタ社製のＭａｇｉｃｏｌｏｒ５５７０の画像形成装置を使用し、適宜改造した感光体用クリーニングローラを画像形成装置に搭載した。なお、上述の実施形態に係るクリーニング装置４０と掻き取り部材７０は搭載しなかった。
【００７９】
感光体用クリーニングローラのポリウレタンフォーム層としては、表１に示す材料１〜材料１４のいずれかの材料からなるものを使用した。これら材料１〜材料１４は、原料としてポリオール、イソシアネート、アミン系触媒、有機酸塩系触媒、水（発泡剤）および整泡剤を使用して、上述の実施形態で説明した方法により製造した。具体的に、ポリオールとしては、ポリエーテルポリオール（商品名 アクトコールＥＤ−３７Ｂ（数平均分子量３０００）；三井武田化学製）を使用した。イソシアネートしては、メチレンジフェニルジイソシアネート（ＭＤＩ）（商品名 ミリオネート ＭＴＬ−Ｓ；日本ポリウレタン製）を使用した。アミン系触媒としては、花王製のカオライザー Ｎｏ．２３ＮＰを使用した。有機酸塩系触媒としては、ＰＡＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ製のＥＰ７３６６０Ａを使用した。整泡剤としては、直鎖ジメチルポリシロキサン（商品名 Ｎｉａｘｓｉｌｉｃｏｎｅ Ｌ５６１４；ＧＥＳｉｌｉｃｏｎｅｓ製）を使用した。各原料の使用量は、表１に示す通りである。
【００８０】
【表１】
【００８１】
材料１〜材料１４の物性値の測定方法について説明する。セル数に関しては、クリーニングローラの表面（軸方向３箇所×周方向８箇所）を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察し、観察箇所毎に１インチ当たりのセルの個数を計測し、それらの平均値を算出した。セル壁面の開口率に関しては、クリーニングローラの外周面を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により１００倍の倍率で観察し、観察した表面のセルの壁面について開口の面積Ｓ１と全体の面積Ｓを算出して、開口率（Ｓ１／Ｓ×１００）を求めた。硬さに関しては、ポリウレタンフォーム層を、その厚さが元の７０％になるまで所定の押し当て面に押し込んだときに、その押し当て面が受ける単位長さ当たりの荷重を計測し、この計測値（ｇｆ／ｍｍ）を硬さとした。平均セル径は、供給ローラの表面（軸方向３箇所×周方向８箇所）を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察し、観察箇所毎に１０個（合計２４０個）のセルの直径を計測し、それらの計測値より算出した。密度については、クリーニングローラの重量から芯金の重量を減算することでポリウレタンフォーム層の重量を求め、寸法に基づきポリウレタンフォーム層の体積を求めて、それらの重量と体積より密度を算出した。
【００８２】
トナーとしては、平均粒径が異なる２種類のトナー（トナーＡ及びトナーＢ）を使用し、平均粒径が４．５μｍであるトナーＡを使用する実験例Ａ１〜実験例Ａ１４と、平均粒径が７．０μｍであるトナーＢを使用する実験例Ｂ１〜実験例Ｂ１４を設定した。全ての実験例において、クリーニングローラと感光体との電位差を５０Ｖとし、マイナスに荷電されたトナーに対してクリーニングローラ側に吸引力が働くように設定した。また、全ての実験例において、クリーニングローラの回転方向を感光体に対して所謂ウィズ方向に設定して、感光体の周速度ＶＡに対するクリーニングローラの周速度ＶＢの比率Ｒ（ＶＢ／ＶＡ）を０．５に設定した。各実験例について、使用するポリウレタンフォーム層の材料は、表２及び表３に示す通りである。各実験例のポリウレタンフォーム層には、表２及び表３に示す体積抵抗率となるように導電性を付与した。また、各実験例について、感光体へのクリーニングローラの接触圧、感光体とクリーニングローラとの接触ニップ幅、及び感光体へのクリーニングローラの食い込み量を表２及び表３に示すように設定した。
【００８３】
実験例ごとに、雰囲気温度２８℃相対湿度８５％の環境下で上記の画像形成装置を使用してベタ画像を５万枚連続プリントし、連続プリント初期の画質、連続プリント中の画像抜け、及び、連続プリント終了後の感光体の表面の傷に関する評価を行った。ここで評価する画像抜けは、感光体のクリーニング不良に起因するものである。クリーニング不良に起因する画像抜けに関する評価は、画像抜けが発生しなかった場合を「なし」で表し、画像抜けが発生した場合は発生時のプリント枚数で表した（表２及び表３参照）。感光体の傷に関する評価は、傷が発生しなかった場合を「Ａ」で表し、軽微な傷が発生した場合を「Ｂ」で表し、傷の発生が顕著であった場合を「Ｃ」で表した（表２及び表３参照）。
【００８４】
上述の連続プリント終了後、同じ温湿環境下に画像形成装置を一晩放置し、その画像形成装置を使用して翌朝にベタ画像を５万枚連続プリントして、この連続プリント中の画像抜けに関する評価を行った。ここで評価する画像抜けは、感光体上に生じた外添剤等の被膜とオゾンとの化学反応により生じた生成物に起因するものである。被膜とオゾンとの化学反応に起因する画像抜けに関する評価は、画像抜けが発生しなかった場合を「なし」で表し、画像抜けが発生した場合を「あり」で表した（表２及び表３参照）。
【００８５】
表２及び表３に示す試験結果について検討する。
【００８６】
材料１〜材料１０を使用した実験例Ａ１〜実験例Ａ１０−２及び実験例Ｂ１〜実験例Ｂ１０−２については、初期の画質の評価、クリーニング不良に起因する画像抜けに関する評価、感光体の傷に関する評価、及び被膜とオゾンとの化学反応に起因する画像抜けに関する評価はいずれも良好であった。これに対して、材料１１〜材料１４を使用した実験例Ａ１１〜実験例Ａ１４及び実験例Ｂ１１〜実験例Ｂ１４については、初期の画質の評価を除いて評価が悪かった。
【００８７】
材料１１を使用した実験例Ａ１１及び実験例Ｂ１１でクリーニング不良に起因する画像抜けが生じた理由は、材料１１のセル数（３５個／inch）が他の材料のセル数（４０〜８５個／inch）よりも少ないことから、セルの壁面が感光体上の現像剤に接触する頻度が低く、感光体上の現像剤をクリーニングローラにより十分に掻き取れないためであると考えられる。また、掻き取れなかったトナーが、感光体に接触する部材と接触を繰り返すことにより固着したため、感光体の表面に軽微な傷が発生したものと考えられる。さらに、感光体上に外添剤等のフィルミングが生じた状態で一晩放置されたことで、感光体上の被膜とオゾンとが化学反応を起こして、その化学反応生成物が感光体の表面に付着し、これに起因して、翌朝の連続プリントの初期に画像抜けが生じたものと考えられる。このことから、ポリウレタンフォーム層のセル数は４０個／inch以上であることが好ましいことが分かった。
【００８８】
材料１２を使用した実験例Ａ１２及び実験例Ｂ１２でクリーニング不良に起因する画像抜けが生じた理由は、材料１２のセル数（８５個／inch）が他の材料のセル数（３５〜８０個／inch）よりも多いことから、クリーニングローラ表面の細かすぎるセルが現像剤により埋め尽くされてしまい、セルの壁面が感光体上の現像剤に接触し難くなり、感光体上の現像剤が十分に掻き取られなかったためだと考えられる。また、クリーニングローラ表面のセル内に形成された現像剤の凝集物または固着物が、感光体の外周面に接触することにより、感光体の表面に傷が発生したものと考えられる。さらに、感光体の表面に発生した外添剤等の被膜とオゾンとの化学反応に起因して、翌朝の連続プリント初期に画像抜けが発生したものと考えられる。このことから、ポリウレタンフォーム層のセル数は８０個／inch以下であることが好ましいことが分かった。したがって、ポリウレタンフォーム層のセル数は４０個／inch以上８０個／inch以下であることが好ましい。
【００８９】
材料１３を使用した実験例Ａ１３及び実験例Ｂ１３でクリーニング不良に起因する画像抜けが生じた理由は、材料１３のセル壁面の開口率（６０％）が、他の材料のセル壁面の開口率（５〜５０％）よりも高いことから、プリント枚数の増加に伴いポリウレタンフォーム層の内部に現像剤が蓄積されていき、クリーニングローラの掻き取り力が低下したためだと考えられる。また、回収されたトナーが、クリーニングローラ内部に蓄積することでローラ表面で固着し、その硬くなったローラ表面との接触により、感光体の表面に軽微な傷が発生したものと考えられる。さらに、感光体の表面に発生した外添剤等の被膜とオゾンとの化学反応に起因して、翌朝の連続プリント初期に画像抜けが発生したものと考えられる。このことから、ポリウレタンフォーム層のセル壁面の開口率は、５０％以下であることが好ましいことが分かった。
【００９０】
材料１４を使用した実験例Ａ１４及び実験例Ｂ１４でクリーニング不良に起因する画像抜けが生じた理由は、材料１４のセル壁面の開口率（５％）が、他の材料のセル壁面の開口率（１０〜６０％）よりも低く、材料１４が完全な独立気泡構造に近い構造を有するためだと考えられる。具体的に説明すると、ポリウレタンフォーム層の構造上、クリーニングローラに掻き取られた現像剤が、ポリウレタンフォーム層の内部に入り込み難く、クリーニングローラ表面のセルが現像剤で埋め尽くされやすいため、セルの壁面が感光体の外周面に接触し難くなったためだと考えられる。また、ポリウレタンフォーム層の表面のセル内で現像剤の凝集物または固着物が生じ、これらの凝集物または固着物により感光体の外周面が傷ついたものと考えられる。さらに、感光体の表面に発生した外添剤等の被膜とオゾンとの化学反応に起因して、翌朝の連続プリント初期に画像抜けが発生したものと考えられる。このことから、ポリウレタンフォーム層のセル壁面の開口率は１０％以上であることが好ましいことが分かった。したがって、ポリウレタンフォーム層のセル壁面の開口率は、１０％以上５０％以下であることが好ましい。
【００９１】
また、いずれの評価も合格基準を満たした実験例Ａ１〜実験例Ａ１０−２及び実験例Ｂ１〜実験例Ｂ１０−２では、材料の硬さが１〜５ｇｆ／ｍｍである。このことから、ポリウレタンフォーム層の硬さは１ｇｆ／ｍｍ以上５ｇｆ／ｍｍ以下であれば、その他の条件を満たすことで十分なクリーニング性能を確保できることを確認できた。
【００９２】
さらに、いずれの評価も合格基準を満たした実験例Ａ１〜実験例Ａ１０−２及び実験例Ｂ１〜実験例Ｂ１０−２では、平均セル径が１００〜５００μｍである。このことから、ポリウレタンフォーム層の平均セル径は、１００μｍ以上５００μｍ以下であれば、その他の条件を満たすことで十分なクリーニング性能を確保できることを確認できた。
【００９３】
加えて、いずれの評価も合格基準を満たした実験例Ａ１〜実験例Ａ１０−２及び実験例Ｂ１〜実験例Ｂ１０−２では、ポリウレタンフォーム層の密度が０．０３〜０．２ｇ／ｃｍ３である。このことから、ポリウレタンフォーム層の密度が０．０３ｇ／ｃｍ３以上０．２ｇ／ｃｍ３以下であれば、その他の条件を満たすことで十分なクリーニング性能を確保できることを確認できた。
【００９４】
さらに、平均粒径が４．５μｍであるトナーＡを使用した実験例Ａ１〜実験例Ａ１０−２、及び平均粒径が７．０μｍであるトナーＢを使用した実験例Ｂ１〜実験例Ｂ１０−２において、いずれの評価も合格基準を満たしたことから、平均粒径が４．５μｍ以上７．０μｍ以下である小粒径のトナーを使用する場合、上述の諸条件を満たすことで十分なクリーニング性能を確保できることを確認できた。
【００９５】
【表２】
【００９６】
【表３】
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。
【図２】感光体とクリーニングローラとの接触部を示す拡大断面図である。
【図３】ポリウレタンフォーム層のセル構造を示す図である。
【図４】ローラ状の掻き取り部材を使用する実施形態を示す図である。
【図５】プレ帯電部材を使用する実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００９８】
１：画像形成装置、１２：感光体、１６：帯電ステーション、１８：露光ステーション、２０：現像ステーション、２２：転写ステーション、２４：第１のクリーニングステーション、２５：第２のクリーニングステーション、２６：帯電装置、２８：露光装置、３０：画像光、３２：通路、３４：現像装置、３６：転写装置、３８：シート、４０：クリーニング装置、４２：ハウジング、４４：現像ローラ、５４：クリーニングローラ、５６：芯金、５８：ポリウレタンフォーム層、６６：感光体とクリーニングローラとの接触部（ニップ部）、６８：電源、７０，７２：掻き取り部材、７６：プレ帯電部材、８０：ポリウレタンフォーム層のセル、８２：セル壁面の開口。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光体の外周面に接触して配置され、感光体の外周面に付着した現像剤を除去する感光体用クリーニングローラであって、
芯金と、該芯金の外周面を覆うポリウレタンフォーム層とを有し、
上記ポリウレタンフォーム層は、１インチ当たりのセル数が４０個以上８０個以下であり、
上記ポリウレタンフォーム層のセルの壁面の開口率が１０％以上５０％以下であることを特徴とする感光体用クリーニングローラ。
【請求項２】
上記ポリウレタンフォーム層は、該ポリウレタンフォーム層の厚さの表面側３０％分の深さまで所定の押し当て面に押し込まれたときに該押し当て面が受ける単位長さ当たりの荷重が１ｇｆ／ｍｍ以上５ｇｆ／ｍｍ以下とされていることを特徴とする請求項１に記載の感光体用クリーニングローラ。
【請求項３】
上記セルの径の平均値が１００μｍ以上５００μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の感光体用クリーニングローラ。
【請求項４】
上記ポリウレタンフォーム層の密度が０．０３ｇ／ｃｍ３以上０．２ｇ／ｃｍ３以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の感光体用クリーニングローラ。
【請求項５】
上記ポリウレタンフォーム層の体積抵抗率が１０２Ωｃｍ以上１０７Ωｃｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の感光体用クリーニングローラ。
【請求項６】
前記ポリウレタンフォーム層は、ポリオールと、イソシアネートと、気泡形成用の気体と、イソシアネートとの化学反応により気体を発生させる発泡剤とを混合して製造されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の感光体用クリーニングローラ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の感光体用クリーニングローラと、
静電潜像を担持する感光体と、を備え、
上記感光体用クリーニングローラが、上記感光体の外周面に接触して配置されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
上記感光体への上記感光体用クリーニングローラの接触圧が５Ｎ／ｍ以上３０Ｎ／ｍ以下とされたことを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
【請求項９】
上記感光体への上記ポリウレタンフォーム層の食い込み量が、上記ポリウレタンフォーム層の厚みの５％以上４０％以下であり、
上記帯電ローラ用クリーニングローラの周方向において上記帯電ローラ用クリーニングローラと上記帯電ローラとの接触ニップ幅が３ｍｍ以上８ｍｍ以下であることを特徴とする請求項７または８に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
上記ポリウレタンフォーム層の内部に含まれた異物を掻き出すための掻き出し部材が、上記感光体用クリーニングローラの外周面に接触して配置されていることを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１１】
上記感光体外周面の付着物の帯電極性を均一にするためのプレ帯電部材が、上記感光体の回転方向において上記感光体用クリーニングローラよりも上流側に設けられていることを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１２】
上記感光体用クリーニングローラとは別のクリーニング部材が上記感光体の外周面に接触して配置されていることを特徴とする請求項７〜１１のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１３】
上記感光体と上記感光体用クリーニングローラは、それらの接触部において同一方向に移動する方向に回転するようにしてあることを特徴とする請求項７〜１２のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１４】
上記静電潜像を顕像化するために使用されるトナーを含み、
該トナーの平均粒径が４．５μｍ以上７．０μｍ以下であることを特徴とする請求項７〜１３のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１】
感光体の外周面に接触して配置され、感光体の外周面に付着した現像剤を除去する感光体用クリーニングローラであって、
芯金と、該芯金の外周面を覆うポリウレタンフォーム層とを有し、
上記ポリウレタンフォーム層は、１インチ当たりのセル数が４０個以上８０個以下であり、
上記ポリウレタンフォーム層のセルの壁面の開口率が１０％以上５０％以下であることを特徴とする感光体用クリーニングローラ。
【請求項２】
上記ポリウレタンフォーム層は、該ポリウレタンフォーム層の厚さの表面側３０％分の深さまで所定の押し当て面に押し込まれたときに該押し当て面が受ける単位長さ当たりの荷重が１ｇｆ／ｍｍ以上５ｇｆ／ｍｍ以下とされていることを特徴とする請求項１に記載の感光体用クリーニングローラ。
【請求項３】
上記セルの径の平均値が１００μｍ以上５００μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の感光体用クリーニングローラ。
【請求項４】
上記ポリウレタンフォーム層の密度が０．０３ｇ／ｃｍ３以上０．２ｇ／ｃｍ３以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の感光体用クリーニングローラ。
【請求項５】
上記ポリウレタンフォーム層の体積抵抗率が１０２Ωｃｍ以上１０７Ωｃｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の感光体用クリーニングローラ。
【請求項６】
前記ポリウレタンフォーム層は、ポリオールと、イソシアネートと、気泡形成用の気体と、イソシアネートとの化学反応により気体を発生させる発泡剤とを混合して製造されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の感光体用クリーニングローラ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の感光体用クリーニングローラと、
静電潜像を担持する感光体と、を備え、
上記感光体用クリーニングローラが、上記感光体の外周面に接触して配置されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
上記感光体への上記感光体用クリーニングローラの接触圧が５Ｎ／ｍ以上３０Ｎ／ｍ以下とされたことを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
【請求項９】
上記感光体への上記ポリウレタンフォーム層の食い込み量が、上記ポリウレタンフォーム層の厚みの５％以上４０％以下であり、
上記帯電ローラ用クリーニングローラの周方向において上記帯電ローラ用クリーニングローラと上記帯電ローラとの接触ニップ幅が３ｍｍ以上８ｍｍ以下であることを特徴とする請求項７または８に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
上記ポリウレタンフォーム層の内部に含まれた異物を掻き出すための掻き出し部材が、上記感光体用クリーニングローラの外周面に接触して配置されていることを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１１】
上記感光体外周面の付着物の帯電極性を均一にするためのプレ帯電部材が、上記感光体の回転方向において上記感光体用クリーニングローラよりも上流側に設けられていることを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１２】
上記感光体用クリーニングローラとは別のクリーニング部材が上記感光体の外周面に接触して配置されていることを特徴とする請求項７〜１１のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１３】
上記感光体と上記感光体用クリーニングローラは、それらの接触部において同一方向に移動する方向に回転するようにしてあることを特徴とする請求項７〜１２のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１４】
上記静電潜像を顕像化するために使用されるトナーを含み、
該トナーの平均粒径が４．５μｍ以上７．０μｍ以下であることを特徴とする請求項７〜１３のいずれかに記載の画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−１７５７００（Ｐ２００９−１７５７００Ａ）
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９１１３１（Ｐ２００８−２９１１３１）
【出願日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【出願人】（３０３０００３７２）コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 (12,802)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【出願人】（３０３０００３７２）コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 (12,802)
【Ｆターム（参考）】
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