(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドラム型導電性基板の上に、電荷発生層と、電荷移動層とを順次積層して構成された感光層をもつ、静電潜像が形成される感光体と、
該感光体に静電潜像を形成すべく、該感光体を帯電する接触型帯電ローラと、
感光体に形成された静電潜像を、トナーとキャリアを有する二成分系現像剤を用いてトナー像として可視像化する現像装置と、
感光体に形成されたトナー像を転写材に転写した後、その感光体に残留するトナーを該感光体から除去するクリーニングブレードを備えたクリーニング装置と
をユニットケースに組み付けて成る作像ユニットにおいて、
前記感光層の摩耗に伴う帯電電位の変化幅が初期値から２０Ｖを越えて尽きる感光体の寿命を、感光層の初期膜厚を加減して、所定のコピー保証枚数の直後となるように設定し、
前記接触型帯電ローラの表面キズ増加で尽きる接触型帯電ローラの寿命を、帯電ローラの当接清掃部材の押圧力を加減して、前記所定のコピー保証枚数の直後となるように設定し、
前記キャリアのコーティング層の剥がれに伴うトナー比電荷の値が１０〜４０μｃ／ｇの範囲外となって尽きるキャリアの寿命を、キャリアのコーティング層の初期膜厚の加減と、作像ユニットの使用開始時の現像装置に収容する初期キャリア量の増減で、前記所定のコピー保証枚数の直後となるように設定し、
前記クリーニングブレードのブレード摩耗に伴うクリーニングブレードの寿命を、感光体へのブレード当接圧を加減して、前記所定のコピー保証枚数の直後となるように設定し、
作像ユニット全体を交換すれば、感光体と、接触型帯電ローラと、キャリアと、クリーニングブレードの交換が一括してできるようにしたことを特徴とする作像ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載の作像ユニットを具備する画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、像担持体に形成された静電潜像を、トナーとキャリアを有する二成分系現像剤を用いた現像装置によってトナー像として可視像化する作像ユニットと、その作像ユニットを具備する画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複写機、プリンタ、ファクシミリ又はその複合機などとして構成される上記形式の画像形成装置は、上述した像担持体や現像装置などの多数の作像要素を有している。また現像装置には二成分系現像剤が収容され、しかもその現像装置は現像に供される二成分系現像を担持して搬送する現像剤担持搬送部材などの要素を有しているのであるが、このような各要素は経時的に劣化し、遂には使用に耐え得ない状態となる。このため、通常は、これらの要素が使用し得なくなったとき、又はその直前の時期に、その要素が新たなものと交換される。この交換時期が各要素の寿命である。
【０００３】
このように、この種の画像形成装置においては、その各要素が寿命となったときに、これを交換する必要があるが、個々の要素が寿命となるごとにその要素を交換するとすれば、その交換作業を頻繁に行わなければならず、大変煩しい。
【０００４】
そこで、画像形成装置を構成する複数の要素が同時に寿命となるようにその寿命を設定し、これらを同時に新たなものと交換できるように構成された画像形成装置が提案されている。ところが、従来は二成分系現像剤のキャリアの寿命と、その他の要素の寿命との関連については特に考慮がなされておらず、従ってその現像剤のキャリアが劣化したときは、これを単独で新たなものと交換しなければならなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した新規な認識に基づきなされたものであり、その目的とするところは、キャリアを単独で交換することによる作業の煩雑さを回避できる作像ユニットと、その作像ユニットを具備する画像形成装置を提案することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、ドラム型導電性基板の上に、電荷発生層と、電荷移動層とを順次積層して構成された感光層をもつ、静電潜像が形成される感光体と、該感光体に静電潜像を形成すべく、該感光体を帯電する接触型帯電ローラと、感光体に形成された静電潜像を、トナーとキャリアを有する二成分系現像剤を用いてトナー像として可視像化する現像装置と、感光体に形成されたトナー像を転写材に転写した後、その感光体に残留するトナーを該感光体から除去するクリーニングブレードを備えたクリーニング装置とをユニットケースに組み付けて成る作像ユニットにおいて、前記感光層の摩耗に伴う帯電電位の変化幅が初期値から２０Ｖを越えて尽きる感光体の寿命を、感光層の初期膜厚を加減して、所定のコピー保証枚数の直後となるように設定し、前記接触型帯電ローラの表面キズ増加で尽きる接触型帯電ローラの寿命を、帯電ローラの当接清掃部材の押圧力を加減して、前記所定のコピー保証枚数の直後となるように設定し、前記キャリアのコーティング層の剥がれに伴うトナー比電荷の値が１０〜４０μｃ／ｇの範囲外となって尽きるキャリアの寿命を、キャリアのコーティング層の初期膜厚の加減と、作像ユニットの使用開始時の現像装置に収容する初期キャリア量の増減で、前記所定のコピー保証枚数の直後となるように設定し、前記クリーニングブレードのブレード摩耗に伴うクリーニングブレードの寿命を、感光体へのブレード当接圧を加減して、前記所定のコピー保証枚数の直後となるように設定し、作像ユニット全体を交換すれば、感光体と、接触型帯電ローラと、キャリアと、クリーニングブレードの交換が一括してできるようにしたことを特徴とする作像ユニットを提案する。
【０００８】
また本発明は、上記目的を達成するため、請求項１に記載の作像ユニットを具備する画像形成装置を提案する。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明に係る画像形成装置の実施例を図面に従って詳細に説明する。
【００１３】
図１は、図示していない画像形成装置本体に装着された作像ユニット１の垂直断面図であり、図２はその作像ユニットの外観斜視図である。この作像ユニット１は、画像形成装置本体に着脱可能に装着され、本例では作像ユニット１を図２に矢印Ａで示す方向に画像形成装置本体に対して押し込むことによって、その作像ユニット１を図１に示した画像形成装置本体内の所定の位置に装填セットし、矢印Ａと反対方向に作像ユニットを引き出すことによって、その作像ユニット１を画像形成装置本体から取り出すことができる。画像形成装置は、例えば複写機、プリンタ、ファクシミリ又はその複合機などとして構成される。
【００１４】
図１及び図２に示すように、作像ユニット１は、ユニットケース２と、これに組込まれた後述する各種の作像要素を有し、図に一例として示したユニットケース２は、ケース本体３と、その上部に取付けられたケースカバー４と、後述する現像装置の上壁を構成する現像ケースカバー５と、同じく後述するトナーリサイクル装置のトナー搬送路の上壁及び現像装置の上壁の一部を構成する上カバー６とを有していて、ケースカバー４、現像ケースカバー５、及び上カバー６は、ケース本体３に対してスナップフィット（所謂パッチン止め）によって着脱自在に係止されている。現像ケースカバー５に形成された開口１０２（図２）は、図２には示していない剤カートリッジ８１（図１）によって閉鎖されている。
【００１５】
図３は、図１及び図２に示したケースカバー４、現像ケースカバー５、及び上カバー６をケース本体３から外したときの様子を示す外観斜視図であり、図４は同じ状態での部分断面平面図である。
【００１６】
ユニットケース２には、その内部に、静電潜像の形成される像担持体の一例であるドラム状の感光体７と、帯電装置の一例である帯電ローラ８がそれぞれ回転自在に組付けられ、帯電ローラ８は感光体７に対して平行に延びている。図３においては、帯電ローラ８を感光体７から離間した状態で示してある。
【００１７】
画像形成動作時に、感光体７は図示していない駆動装置によって図１における時計方向に回転駆動され、このとき、画像形成装置本体に支持された図示していない除電装置からの除電光Ｌ１が、ケースカバー４に形成された開口３４を通してユニットケース２内に入射し、感光体７の表面を照射する。これにより、感光体７は、その表面電位が例えば０乃至−１５０Ｖの基準電位に平均化される。一方、帯電ローラ８は、感光体７の表面に圧接し、その感光体７の回転によって従動回転しながら、感光体７を、その表面電位が例えば−１１００Ｖ前後となるように一様に帯電する。このとき、帯電ローラ８には、図示していない電源によって所定の電圧が印加される。
【００１８】
上述のように所定の極性に帯電された感光体７の表面部分には、露光部９において、光変調されたレーザ光Ｌ２が照射される。このレーザ光Ｌ２は、画像形成装置本体に支持された図示していない露光光学系から出射し、ケースカバー４に形成された開口３５を通してユニットケース２に入射する。かかる露光によって、感光体７上に所定の静電潜像が形成される。例えば、レーザ光Ｌ２の照射された感光体部分（画像部）は、その表面電位が０乃至−２９０Ｖとなり、レーザ光Ｌ２の照射されない感光体部分（地肌部）の表面電位は、前述の−１１００Ｖ前後をほぼ維持する。図示していない原稿を照明し、その反射光像を感光体７に結像して静電潜像を形成することもできる。
【００１９】
一方、ユニットケース２には、図１及び図４に示したように現像装置１０の現像スリーブ１１（図３には示さず）が回転自在に支持され、このスリーブ１１は画像形成動作時に図１における反時計方向に回転駆動される。また、ユニットケース２におけるケース本体３の一部と、その上部を覆う前述の現像ケースカバー５とによって現像装置１０の現像ケース１２が構成され、その内部に現像剤室９０が区画されている。かかる現像ケース１２の現像剤室９０には、トナーとキャリアを有する粉体状の二成分系現像剤１０１（図１）が収容され、現像スリーブ１１の内部には、全体を符号１３で示した複数の磁石が不動に配置されている。
【００２０】
現像スリーブ１１が前述のように回転することによって、現像ケース１２内の現像剤１０１は、磁石１３の磁力で現像スリーブ１１上に担持されつつ搬送され、ドクタブレード１４より成る剤規制部材によって、搬送される現像剤の量が規制される。規制後の現像剤は、現像スリーブ１１と感光体７との間の現像領域へ運ばれ、このとき、現像スリーブ１１には例えば−８００Ｖ前後の現像バイアス電圧が印加されているため、現像領域に搬送された現像剤中のトナーが、感光体７上の画像部に静電的に移行して付着し、感光体７上に所定のトナー像が形成される。感光体７に形成された静電潜像がトナー像として可視像化されるのである。
【００２１】
このように、現像装置１０は、感光体７より成る像担持体に形成された静電潜像を、トナーとキャリアを有する二成分系現像剤１０１を用いてトナー像として可視像化する用をなし、現像スリーブ１１は、現像に供される二成分系現像剤１０１を担持して搬送する現像剤担持搬送部材の一例を構成する。
【００２２】
一方、画像形成装置本体には、図１に示すように、転写装置の一例である転写ローラ１５が感光体７に対向して回転自在に支持されている。また画像形成装置本体側には図示していない給紙装置が設けられ、この給紙装置から、転写材の一例である転写紙１００が図１に矢印Ｂで示すように感光体７と転写ローラ１５との間の転写部２２へ向けて搬送される。かかる転写紙１００は、その先端と感光体７上に形成されたトナー像の先端とが合致した状態で、感光体７と転写ローラ１５との間の転写部２２を通過する。このとき、転写ローラ１５は、転写紙１００を介して感光体７に当接しながら図１における反時計方向に回転し、しかもこの転写ローラ１５には転写バイアス電圧が印加されているので、感光体７上のトナー像が転写紙１００に転写される。
【００２３】
感光体７を離れた転写紙１００は、図１に矢印Ｂ１で示したように、図示していない定着装置へと搬送され、ここで熱と圧力の作用により、トナー像が転写紙１００上に融着されて定着される。転写紙１００の搬送方向における転写部２２の下流側には、画像形成装置本体に支持された除電針１６が配置されている。この除電針１６は、感光体７と平行に延びる薄い金属板より成り、感光体７を向いた側の除電針１６の部分は鋸歯状に形成され、その各歯の先端は鋭角にとがっている。かかる除電針１６には、図示していない電源により電圧が印加され、これによって転写紙１００を除電し、転写紙１００を感光体７から分離しやすくしている。
【００２４】
転写材として中間転写部材を用い、感光体上のトナー像をその中間転写部材に一次転写し、しかる後、そのトナー像を最終転写材である転写紙に二次転写するように構成することもできる。
【００２５】
トナー像転写後に感光体７上に付着している残留トナーは、図１に示したクリーニング装置１７のクリーニングブレード１８によって感光体７の表面から掻き落される。このようにして感光体７の表面が清掃され、再び次の画像形成動作に移る。クリーニング装置１７は、ユニットケース２におけるケース本体３の一部によって構成されたクリーニングケース１９を有し、クリーニングブレード１８によって掻き取られたトナーは、クリーニングケース１９内に配置されたトナー搬送部材２０の回転によってクリーニング装置１７外に排出され、後述するように現像装置１０において再使用される。トナー搬送部材２０は、例えばトナー搬送スクリュー又はトナー搬送コイルなどの適宜な形態で構成される。クリーニングブレード１８は、感光体７の表面に残留するトナーを当該表面から除去してその表面を清掃するクリーニング部材の一例をなすものであって、後に説明するように、ケース本体３に固定保持されている。
【００２６】
以上のように、図示した画像形成装置は、感光体７より成る像担持体に形成されたトナー像を、その像担持体に向けて搬送された転写紙１００に転写して記録画像を得るように構成されており、また画像形成装置本体に着脱可能に装着された作像ユニットは、上述の像担持体を含む作像要素の少なくとも１つをユニットケースに組付けたものであって、図示した例では感光体７、帯電ローラ８、現像装置１０及びクリーニング装置１７の各構成要素がユニットケース２に組付けられて作像ユニット１が構成されている。
【００２７】
ここで、転写紙１００を感光体７へ向けて正しく搬送するには、その転写紙１００を案内するガイド部を設ける必要がある。このため、図１に示した画像形成装置においては、転写部２２へ搬送される転写紙１００を案内する上下のガイド部２３，２４が設けられている。下側のガイド部２４は、画像形成装置本体に固定されたガイド部材によって構成され、このガイド部材は、転写部２２を離れた転写紙１００を矢印Ｂ１方向に案内する用もなすものである。
【００２８】
ここで、上側のガイド部２３についても、画像形成装置本体に固定されたガイド部材により構成することも可能であるが、このようにすると、下側のガイド部材のほかに、上側のガイド部２３も独立した部材として画像形成装置本体に設ければならず、これによって部品点数が増大し、そのコストが上昇する欠点を免れない。
【００２９】
そこで、本例の画像形成装置においては、画像形成装置本体に装着された作像ユニット１のユニットケース下部、図の例ではそのケース本体３の下部が、搬送される転写紙１００の進行方向を規制する上側のガイド部２３を構成している。ユニットケース下部がガイド部２３を構成するように、作像ユニット１のユニットケース２が画像形成装置本体に対して位置決めされているのである。かかるガイド部２３は、下側のガイド部２４に対して上方に離間して位置していると共に、転写紙１００の搬送方向に関し、転写部２２よりも上流側の部位に位置し、転写部２２へ搬送される転写紙１００を案内する用をなす。
【００３０】
このように、ユニットケース自体によって転写紙１００を案内するガイド部２３を構成しているので、上側のガイド部として独立した部材を設ける必要がなく、画像形成装置の部品点数の減少と、そのコストの低減を達成できる。
【００３１】
図５は、作像ユニット１を構成するユニットケース２のケース本体３を図３に示した状態から上下反転させて示す斜視図である。この図から判るように、ユニットケース２、本例ではそのケース本体３の底壁２１に形成された切欠２５から感光体７の一部がユニットケース２の外方へ突出している。また図５における矢印Ｂは、図１の矢印Ｂと同じく、転写部２２（図１）に向けて送られる転写紙１００の搬送方向を示している。さらに符号Ｗは、転写紙１００が通る通紙領域を示しており、最大幅の転写紙１００もこの領域Ｗを通過する。
【００３２】
本例では、図１及び図５に示すように、ユニットケース下部によって構成されるガイド部２３が、ユニットケース２におけるケース本体３の底壁２１に突設されていて、かつ転写紙１００の搬送方向Ｂに沿って延びる複数のガイドリブ２６によって構成されている。これらのリブ２６は、転写紙１００の搬送方向Ｂに対して直交する方向に互いに離間し、しかも、転写紙１００が通過する通紙領域Ｗ内に設けられ、そのリブ２６の自由端縁によって最大サイズの転写紙１００をも確実に案内できるように構成されている。
【００３３】
上述したガイドリブ２６ではなく、ユニットケース下部の平坦な面、例えばその底壁２１の下面によって、転写部２２へ搬送される転写紙１００を案内するガイド部を構成することもできるが、ガイド部が平坦な面であると、転写紙１００のもつ静電気力によって、その転写紙１００が平坦なガイド面に密着し、転写紙１００の搬送性が低下することがある。かかる搬送性の低下が生じると、転写紙１００上に転写されたトナー像に伸びや縮みが発生して異常画像となるおそれがある。また平坦な平面よりなるガイド部にトナーが付着した場合、その付着面積が大きくなるため、付着トナーが転写紙の先端に多量に再付着して転写紙に著しい汚れが発生するおそれがある。
【００３４】
これに対し、図１及び図５に示した例のように、ガイドリブ２６によってガイド部２３を構成し、そのガイドリブ２６の自由端縁によって転写紙１００を案内するように構成すると、そのガイド部２３に転写紙１００が接しても、その接触面積が極く小さなものとなるので、転写紙１００が静電気力でガイド部２３に密着することを防止でき、異常画像の発生を阻止できる。しかもガイドリブ２６の自由端縁により構成されるガイド部２３にトナーが付着しても、そのガイド部２３と転写紙１００との接触面積は小さいので、転写紙１００に多量のトナーが付着することを阻止でき、転写紙１００に、トナーによる著しい汚れが発生することを防止できる。
【００３５】
また、図１及び図５に示すように、転写紙１００が通過する通紙領域Ｗ以外のユニットケース２の下部の部分、図の例ではそのケース本体３の下部の部分に、転写紙１００のガイド部２３よりも外方（図１における下方）に突出した突部２７が設けられている。転写紙１００の搬送を阻害しないユニットケース２の下部の部分に突部２７が突設されているのである。図１及び図５の例では、ガイド部２３によって案内される転写紙１００の通紙幅範囲の両外方に、ケース本体３と一体に形成された突部２７がそれぞれ設けられ、合計４個の突部２７が配設されている。そして、これらの突部２７がユニットケース２の底壁２１より突出する高さＨは、各ガイドリブ２６が底壁２１から突出する高さｈよりも高くなっている。
【００３６】
ここで、作像ユニット１を前述のように画像形成装置本体から取り出したとき、そのユニット１は、ユニットケース下部の側を下に向けて平坦な床面や机上面などの載置面上に載置される。その際、ユニットケース２の下部には、ガイド部２３よりも外方に突出した突部２７が設けられているので、これらの突部２７が載置面に当接する。すなわち、突部２７の間に存在するガイド部２３、本例ではガイドリブ２６の自由端縁が載置面に接することはないのである。
【００３７】
上記構成によれば、載置面上にたとえ異物が存在していても、その異物がガイド部２３に付着したり、その異物によってガイド部２３が傷つけられるようなおそれはない。従って、この作像ユニット１を再び画像形成装置本体にそのまま装填して使用しても、転写紙１００に異物が付着することはなく、ガイド部２３は支障なく転写紙１００を案内する機能を果たすことができる。また、たとえ突部２７に載置面上の異物が付着したり、その異物によって突部２７が多少傷つけられたとしても、かかる作像ユニット１を画像形成装置本体にセットしたとき、その突部２７は転写紙１００の通る通紙領域Ｗよりも外側に位置しているので、転写紙１００の搬送が阻害されるおそれはない。
【００３８】
図５においては、搬送される転写紙１００の両側方に突部２７を設けたが、通紙領域Ｗより外側のユニットケース下部の部分であれば、他の部位に突部２７を設けてもよい。図６は、搬送される転写紙の両側方と、通紙領域Ｗよりも転写紙搬送方向上流側のユニットケース底壁２１の部分とに、ガイドリブ２６から成るガイド部２３よりもユニットケース外方に突出した突部２７をそれぞれ設けた例を示している。
【００３９】
図１、図５及び図６に示した突部２７の底壁２１からの突出高さＨは、作像ユニット１を載置面上に置いたとき、感光体７も、その載置面に接しないような大きさに設定されている。
【００４０】
次に、本発明の理解のため、図示した画像形成装置を構成する各装置と、その各構成要素をより詳細に説明する。
【００４１】
先ず、図１に例示した感光体７は積層型のＯＰＣ感光体より成り、図７はその断面構造の模式拡大図である。図７に示した積層型感光体７は、その導電性基板２８上に、０．１乃至１μｍの厚みを有する電荷発生層（ＣＧＬ）２９と、１０乃至３０μｍの厚みを有する電荷移動層（ＣＴＬ）３０が順次積層されたものであり、かかる電荷発生層２９と電荷移動層３０とが感光層３１を構成している。かかる感光体７に入射するレーザ光Ｌ２は、透光性の電荷移動層３０を透過して電荷発生層２９で吸収され、電荷発生層２９ではこの励起エネルギによってキャリアが生成される。生成されたキャリアは外場の力で電荷移動層３０に注入され、その電荷移動層３０中を移動して感光体表面に達し、表面電荷を中和する。図７に示した電荷移動層３０は正孔輸送型のもので、マイナス帯電したときの状態を示している。
【００４２】
次に、図１及び図３に示した帯電ローラ８は、像担持体に静電潜像を形成すべく、その担持体を帯電する帯電装置の一例を構成するものであり、かかる帯電ローラ８は、金属製の芯金の外周面に導電性ゴムを巻き付けた構成となっていて、感光体７を帯電するとき感光体７の表面に接触する。かかる帯電ローラ８は、その長手方向各端部が、一方だけを図３に示した軸受３３ａにそれぞれ回転自在に支持され、その各軸受３３ａは、帯電ローラ８に対して平行に延びる帯電ローラケース３３の長手方向各端部に、帯電ローラ８と共に、感光体７に対して接近又は離隔する方向に所定の範囲を移動可能に支持されている。また帯電ローラケース３３の帯電ローラ８に対向した面には、その帯電ローラ８に沿って長く延びた帯電ローラ清掃部材の一例であるクリーニングパッド３２が貼着されている。
【００４３】
上述した各軸受３３ａと、帯電ローラケース３３の長手方向各端部との間には、図示していない第１の圧縮スプリングが圧装され、これによって各軸受３３ａが感光体７に対して接近する向きに加圧され、帯電ローラ８が感光体７の表面に圧接することができる。また、帯電ローラケース３３も、感光体７の表面に対して所定の範囲を接近又は離間する方向に移動可能に、該ケース３３の長手方向各端部がユニットケース２のケース本体３に形成された各切欠３６（図３に一方だけを示す）に組付けられている。かかる帯電ローラケース３３は、ケースカバー４（図１，図２）によってケース本体３からの抜け出しが阻止されている。さらに、ケース本体３と、帯電ローラケース３３の長手方向各端部との間にも、上述した第１の圧縮スプリングとは別の第２の圧縮スプリング３７（図３に一方だけを示す）が圧装され、これによって帯電ローラケース３３が感光体７の表面から離間する方向に付勢されている。
【００４４】
ケースカバー４は、感光体７及び帯電ローラ８などに人の手が触れないようにする保護カバーの働きを為すものであるが、その他、上述のように、第２の圧縮スプリング３７によって付勢された帯電ローラケース３３が、ケース本体３から外れないようにするストッパとしての働きもなしている。これにより、帯電ローラケース３３用の独立したストッパ部材を設ける必要がなく、構成の簡素化を達成できる。
【００４５】
一方、図１に示すように、画像形成装置本体には、カム３８を回転制御する電磁クラッチ３９が設けられ、カム３８は電磁クラッチ３９の回転軸に固定されていて、電磁クラッチ３９は１回の動作で１２０°回転するように構成されている。またこのカム３８には、枢ピン４０を介して画像形成装置本体に揺動可能に支持された揺動アーム４１の一端４１ａが図示していないばねの作用で圧接し、このアーム４１の他端４１ｂは、ケースカバー４の開口３４を通して帯電ローラケース３３の上面に当接している。帯電ローラケース３３の上面は、前述の第２の圧縮スプリング３７の加圧作用によって、揺動アーム４１の他端４１ｂに圧接する。
【００４６】
カム３８が図１に示した回転位置を占めていて、符号ａ1で示したカム面部分が揺動アーム４１の一端４１ａに当っているとき、帯電ローラケース３３も図１に示した位置を占めているが、このとき帯電ローラ８は、前述の第１の圧縮スプリングの押圧作用によって感光体７の表面に圧接し、その帯電ローラ８の芯金に印加された電圧により、前述の如く感光体７を所定の極性に帯電する。
【００４７】
上述のように帯電ローラ８は、感光体７を帯電する帯電動作時に、感光体７の表面に接触し続けているので、感光体７に付着した微小トナーによって帯電ローラ８が汚されてしまい、感光体７に帯電むらが発生するおそれがある。このため、本例の画像形成装置では、帯電ローラ８による帯電動作時以外の適時に、電磁クラッチ３９が作動してカム３８が１２０°回転し、図１に符号ａ2で示したカム面部分が揺動アーム４１の一端４１ａに圧接する。これにより、揺動アーム４１の他端４１ｂは、帯電ローラケース３３を感光体７の表面に接近する向きに加圧して移動させる。このとき帯電ローラ８は感光体７の表面に圧接したままであり、従ってクリーニングパッド３２が帯電ローラ８の周面に圧接する。その際、帯電ローラ８は感光体７の回転に従動して回転し、クリーニングパッド３２が帯電ローラ８の周面を清掃する。このようにして、帯電ローラ８がトナーによって汚されたまま、感光体７への帯電動作を行うことが阻止され、感光体７の帯電むら発生を防止することができるのである。
【００４８】
また画像形成装置の作動を停止するとき、電磁クラッチ３９の作動により、カム３８は図１に符号ａ3で示した面が揺動アーム４１の一端４１ａに圧接する。これにより揺動アーム４１の他端４１ｂは図１に示した状態よりも上方に持ち上がり、帯電ローラケース３３は、前述の第２の圧縮スプリング３７の作用で感光体７から離間する方向に移動する。これによって帯電ローラ８も感光体７の表面から離れる。画像形成装置の作動停止状態で、長時間、帯電ローラ８が感光体７に当接したままであると、感光体７が汚染され、異常画像が発生するおそれがあるが、本例の画像形成装置においては、上述のように、その作動停止時に、帯電ローラ８を感光体７から離間させ、画像形成動作時に異常画像が発生することを阻止しているのである。
【００４９】
帯電ローラ８に代え、コロナ放電器より成る帯電装置を用いることもできるが、本例のように帯電ローラ８を採用すると、コロナ放電器を用いた場合のオゾン発生量を１／１００乃至１／１０００に抑えることが可能となり、これによって画像形成装置本体にオゾン処理部材を付設する必要がなくなる。
【００５０】
次に帯電ローラ８による帯電メカニズムについて説明する。図８は感光体７と帯電ローラ８を模式的に示す帯電モデル図であり、図９はその帯電モデルの等価回路を示している。ここで、帯電ローラ８の中心の芯金に印加する電圧をＶaとし、帯電ローラ８にかかる電圧をＶr、帯電ローラ８と感光体７の当接部近傍の空隙４２における放電開始電圧をＶg、感光体７の表面電位をＶdとすると、これらの関係は、
Ｖa＝Ｖr＋Ｖg＋Ｖd          （１）
と表わされる。ここで、帯電ローラ８にかかる電圧Ｖrは、帯電ローラ８の抵抗値をＲ、流れる電流値をＩとすると、
Ｖr＝Ｉ・Ｒ            （２）
となり、上記空隙における放電開始電圧Ｖgは、感光体７の感光層３１の膜厚をｄ、感光層３１の比誘電率をＫdとすると、
Ｖg＝３１２＋６．２×ｄ／Ｋd＋√（７７３７．６×ｄ／Ｋd）    （３）
で表わされる。感光体の表面電位Ｖdは、感光体７に供給される電荷をＱ、その感光層３１の静電容量をＣとすると、
Ｖd＝Ｑ／Ｃ            （４）
となる。ここで、感光体７の周速をＶp、帯電ローラ８の長さをＬ、その誘電定数をＫ0とすると、
Ｑ＝Ｉ／Ｌ・Ｖp      Ｃ＝（Ｋ0・Ｋd）／ｄ  となり、
Ｖd＝（Ｉ・ｄ）／（Ｋ0・Ｋd・Ｌ・Ｖp）          （５）  となる。
よって（１）式は、
0003724753.tif 000002
となる。以上が帯電モデル式である。
【００５１】
次に、帯電ローラ８による帯電の制御方式を考えると、この方式には定電圧制御方式と、定電流制御方式のいずれかの方式を採用することができる。
【００５２】
定電圧制御方式は、（１）、（６）式のＶaを一定とする制御方式である。この場合、（１）式で実際感光体７の帯電電位として使われるのはＶdの項である。従って、Ｖr及びＶgが変化すると、Ｖdに影響を与える。ここで各項について見てみると、Ｖrの項は、帯電ローラ８の抵抗値が変動因子である。従って、環境変動で帯電ローラ８の抵抗値が上昇すると、Ｖr値が上がり、Ｖdが下がることになる。従って、この影響を抑えるため温度検知手段を設け、Ｖaを補正する必要がある。又、著しく帯電ローラ抵抗値が上昇するのは低温湿時であるので、図示していないヒーター等を設け、ある温度以下とならないようにすることが望ましい。
【００５３】
次に、Ｖgの項においては感光層３１の膜厚ｄの影響を受けるが、実際に数値を代入し、初期でｄ＝２８μｍ、経時で４μｍ減少したとし、Ｋd＝３．２として計算すると、Ｖg（２８）＝６２６、Ｖg（２４）＝５９９で、この差２７Ｖの変化量となる。この程度の変化なので、帯電電位（通常８００〜１０００Ｖ）に対する影響は小さいと考える。なお、前記帯電ローラ抵抗値変動のところで流れる電流の値自体は小さいので、帯電ローラ抵抗値を低目（例えば１０7Ω以下）に抑えれば、Ｖdへの影響を小さくすることが可能である。
【００５４】
定電流方式の場合は、（６）式でＩが一定となる制御方式で、Ｖrの項、Ｖgの項の影響は受けない。しかしながら、Ｖdの項の感光層膜厚ｄの変化の影響は、Ｖdに直接及び、前記例で示した初期２８μｍで、経時で４μｍ変化した場合、Ｖdは経時でＶd×２４／２８の値となり、仮にＶdが初期８５０Ｖとすると、経時では７２８Ｖとなり１００Ｖ以上も低下してしまい、帯電性能が保証できなくなるおそれがある。これを防ぐためには、感光層３１の膜厚変化を検知して補正すればよいが、実際上、このような検知機構は高価でとても装着はできない。従って、感光体表面の硬度を上げ、摩耗しない感光体を使用する以外、現状では対策が難しい。
【００５５】
以上の理由から、本例では、帯電ローラ８の抵抗変動に対する印加電圧補正を必要とするが、定電圧制御方式を採用している。そして、帯電ローラ８の温度検出手段として、図１に示すように、ケースカバー４に装着されたサーミスタ４３が使用されている。このサーミスタ４３は、帯電ローラ８の表面温度を検知し、その帯電ローラ８が温度変化してその電気抵抗が変化した分の印加電圧補正を行うための回路へ信号を送っている。かかるサーミスタ４３は、帯電ローラ８が感光体７の表面から離間したとき、その帯電ローラ８に接触する位置に設けられている。
【００５６】
上述のように、サーミスタ４３をケースカバー４に取り付けたので、このサーミスタ用の専用の取付部材を別に設ける必要がなく、画像形成装置、特にその作像ユニット１の構成を簡素化することができる。また帯電ローラ８が感光体７より離間したとき、すなわち帯電ローラ８に電圧が印加されていないときにサーミスタ４３が帯電ローラ８の周面に接触してそのローラ８の温度を検知できるように構成されているので、サーミスタ４３が、帯電ローラ８へ印加された電圧の影響によって壊れるおそれはない。
【００５７】
次に、現像装置１０について説明する。図１、図３及び図４を参照して先に説明したように、現像ケース１２には、例えば小さな鉄球より成るキャリアとトナーとを有する二成分系現像剤１０１が収容され、この現像剤１０１は、後に詳しく説明する第１及び第２の剤撹拌部材４４，４５によって現像ケース１２の現像剤室９０内を循環搬送されつつ撹拌され、現像スリーブ１１に供給される。現像スリーブ１１に供給された現像剤は、前述のように、その現像スリーブ１１の周辺に設けられたドクタブレード１４によって層厚を規制される。現像スリーブ１１の周面のうち、感光体７に対向する部分は、現像ケース１２から外部に露呈している。
【００５８】
ここで、現像スリーブ１１は、その外径が例えば１６乃至２０mmのアルミニウムより成る非磁性円筒体より成り、その周面は円滑に形成されるか、又は現像剤の搬送性を高めるため、現像スリーブ１１の外周面に例えばＶ溝などの凹凸が形成されている。
【００５９】
図４に示すように、現像スリーブ１１の内部には軸４６が貫通し、この軸４６に前述の磁石１３が固定されている。軸４６の手前側の端部４６ａは、ユニットケース２のケース本体３に対して後述するように固定支持され、奥側の端部４６ｂは、現像スリーブ１１の奥側端に嵌着固定されたスリーブ端部材４７に軸受を介して相対回転可能に嵌合している。またこのスリーブ端部材４７の軸部４７ａは、ユニットケースのケース本体３に後述するように回転自在に支持されている。現像スリーブ１１の手前側の端部は、軸受を介して軸４６に回転自在に支持されている。なお、ここに言う「奥側」と「手前側」は、画像形成装置本体に対する作像ユニット１の着脱方向を基準としたものである。
【００６０】
上述のように、軸４６は、磁石１３と共にユニットケース２に対して不動に支持され、かかる軸４６に現像スリーブ１１が回転自在に支持されている。そしてスリーブ端部材４７が、これに付設されたカップリング４８とこれに係合する画像形成装置本体側のカップリング４９（図２）とを介して回転駆動されることにより、現像スリーブ１１が図１における反時計方向に回転駆動される。現像スリーブ１１へのバイアス電圧は、上述したカップリング４８，４９を介して、画像形成装置本体側から印加される。
【００６１】
図１０は、現像スリーブ１１と、その内部に回転不能に配置された磁石１３と、感光体７との関係を示す説明図である。ここに示したように、磁石１３の個々の磁石、すなわち第１乃至第５の磁石１３ａ乃至１３ｅは、現像スリーブ１１の周方向に配列されてそれぞれ軸４６に不動に固定され、そのスリーブ１１の長手方向に延びている。そして、これらの磁石１３ａ乃至１３ｅによって現像スリーブ１１の周方向に、その法線方向の磁力分布Ｐ1乃至Ｐ6が形成される。
【００６２】
第１の磁石１３ａは感光体７にほぼ対向し、その磁力分布は、感光体７と現像スリーブ１１の中心間を結ぶ線よりもθ＝３°乃至１０°だけ上側にピークを有している。そのピーク磁束密度は、８０〜１００（ｍＴ  ミリテスラ）である。ピーク磁束密度が小さすぎると、現像剤のキャリアを現像スリーブ１１に保持できず現像剤が飛散する。逆に大きすぎると、感光体７上に現像されたトナーの周方向への穂跡が発生しやすくなり、しかも感光体７の低電位部に付着したトナーが、再度現像スリーブ１１に回収されることがある。角度θを大きくしすぎると、現像能力が低下する。
【００６３】
第２の磁石１３ｂによる磁力分布Ｐ2は、現像ケース１２の開口部近傍に５０〜８０（ｍＴ）のピーク磁束密度をもつ。この磁力は、現像ケース１２内に現像剤を搬送すると共に、現像ケース１２の下側近傍の空気を現像ケース１２内へ運ぶ機能を有している。これにより、現像ケース１２外へのトナー飛散を防ぐことができる。空気の搬送性の効率を上げるために、ピーク磁束密度部に対応する現像ケース部分１２ａの形状を現像スリーブ１１から離れる向きに少し膨らませるとよい。これにより現像剤の穂をスムーズに形成することができる。
【００６４】
第３の磁石１３ｃは、磁力分布Ｐ3を形成し、その磁力によって現像ケース１２内へ現像剤を搬送すると共に、第４の磁石１３ｄと協働して、磁力分布Ｐ4（磁束密度１０ｍＴ以下）を形成する。これによって現像に供された後の現像剤が現像スリーブ１１より離される。
【００６５】
第４の磁石１３ｄの磁力は、後に詳しく説明する第２の剤撹拌部材４５（図４）により供給された現像剤を現像スリーブ１１に保持させる用をなす。ドクターブレード１４の領域では磁束密度を小さくし、現像剤を現像スリーブ１１に密着させた状態で通過させることにより、現像剤の層厚を安定して規制することができる。
【００６６】
第５の磁石１３ｅは、磁力分布Ｐ6を形成し、第４の磁石１３ｄの磁力によって保持された現像剤を第１の磁石１３ａの領域へ運ぶが、現像剤を安定させると共に、現像スリーブ１１の周辺の空気流を制御するため、後述する入口シール５０と現像剤が接触するように、その磁力分布Ｐ6のピーク磁束密度が設定されている。
【００６７】
現像スリーブ１１と感光体７の間隙Ｇpは、現像スリーブ１１とドクターブレード１４の間隙Ｇdとの関係により決まり、
Ｇp＝Ｇd×（０．８〜１．０），Ｇp−Ｇd＝（０〜０．１５）mmを満たす値となる。
【００６８】
現像スリーブ１１の周速をｖs（mm／sec）、感光体７の周速をｖp（mm／sec）とすると、両者の関係は以下の通りである。
ｖs＝（１〜２．５）×ｖp
【００６９】
図４及び図１１に示すように、現像スリーブ１１の奥側端部から突出するスリーブ端部材４７の軸部４７ａは、奥側支持部材５７に回転自在に嵌合し、軸４６の手前側端部４６ａは手前側支持部材５８に相対回転不能に嵌合している。これらの支持部材５７，５８は、図１１に示すように、これらに形成された長孔に挿通されてドクタブレード１４にねじ込まれたねじ５９によって、ドクタブレード１４に連結されている。従って、これらのねじ５９を緩めれば、ドクタブレード１４を現像スリーブ１１に対してその略法線方向に位置調整することができる。その調整後、ねじ５９を締付けてドクタブレード１４を現像スリーブ１１に対して固定する。ドクタブレード１４を現像スリーブ１１に対して上述のように動かした値と、その両者の間の隙間は一対一で対応する。また、このような調整作業は、ドクタブレード１４と現像スリーブ１１を現像装置から外した状態で楽に遂行することができる。
【００７０】
図３及び図４に示すように、ユニットケース２のケース本体３には、その手前側に手前側外板５１と、手前側内板５２を有し、その奥側に奥側外板５３と奥側内板５４を有している。ケース本体３の各内板５２，５４の上端縁には、現像ケースカバー５（図１，図２）の前後の側板の下端縁がそれぞれ当接し、その前後の側板と、ケース本体３の前後の内板５２，５４とによって、現像ケース１２の全体の前後の側板が構成されている。このように、二成分系現像剤を収容した現像ケース１２は、ユニットケース２の一部によって構成されている。現像ケースカバー５の前後の側板については、その奥側の側板だけ、図１に符号５ａを付して示してある。
【００７１】
感光体７は、その長手方向各端部に固定されたフランジ部材８６，８７が、手前側の位置決め板５５と奥側位置決め板５６を介して、ケース本体の手前側内板５２と奥側外板５３とにそれぞれ回転自在に支持されている。また軸４６の手前側端部４６ａに嵌合した手前側支持部材５８も、手前側位置決め板５５を介してユニットケース２の手前側内板５２に回転不能に支持されている。さらに、スリーブ端部材４７の軸部４７ａも奥側位置決め板５６を介してユニットケース２の奥側外板５３に回転自在に支持されている。奥側の支持部材５７は、奥側内板５４の凹溝に着脱可能に嵌合する。
【００７２】
上述のように、感光体７と現像スリーブ１１は、その手前側と奥側がそれぞれ共通の位置決め板５５，５６を介してユニットケースに支持され、これによって現像スリーブ１１と感光体７の中心間距離が一定に保たれ、両者の間隙Ｇpが常に一定に維持される。
【００７３】
また、図１１に示したように、奥側と手前側の各支持部材５７，５８には、入口シールカバー６０が係止され、このカバー６０には、図１及び図１０にも示すように、前述の入口シール５０が貼着されている。入口シールカバー６０は図１に示すように、現像スリーブ１１と感光体７との間の現像領域の上流側に位置して、現像スリーブ１１の上部を覆い、現像スリーブ上の現像剤を規制すると共に、空気の流れを規制する。入口シール５０は、例えばＰＥＴ又はＰＵＲなどの薄い樹脂から成り、現像装置１０外へのトナーの飛散を防止している。
【００７４】
また、図１１に示す如く、奥側と手前側の各支持部材５７，５８には薄い樹脂などから成るサイドシール６１，６２がそれぞれ貼着され、これらのサイドシール６１，６２は現像スリーブ１１の長手方向各端部の周面に対向し、その各端部からトナーとキャリアが飛散することを防止している。
【００７５】
次に、前述の第１及び第２の撹拌部材４４，４５は、図４に示すように、軸６３，６４と、その各軸６３，６４に固着された複数の楕円板６５，６６から構成されている。図３においては、図を判りやすくするため、楕円板に関しての図示を省略してあるが、各楕円板６５，６６は、楕円を一部切り欠いた形状に形成されている。楕円板に代え、スクリューを各軸６３，６４に固定して各撹拌部材４４，４５を構成することもできる。
【００７６】
第１の撹拌部材４４は、その軸６３の長手方向各端部が、ユニットケース２のケース本体３における手前側の支持壁６７と奥側内板５４にそれぞれ回転自在に支持され、また第２の撹拌部材４５の軸６４は、その長手方向各端部がユニットケース２の手前側内板５２と奥側内板５４とに軸受を介してそれぞれ回転自在に支持されている。またこれらの撹拌部材４４，４５の各軸６３，６４の奥側端部には、駆動ギア６８，６９が、その各軸に対して相対回転不能に支持され、またスリーブ端部材４７にも駆動ギア７０が固定されている。これらのギア７０，６９，６８は図示していない中間ギアを介して互いに噛み合っている。
【００７７】
また現像ケース１２を構成するケース本体３には、第１及び第２の撹拌部材４４，４５の間の領域に、これらの撹拌部材４４，４５と平行に延びる仕切壁７１が立設され、その仕切壁７１の手前側と奥側は切り欠かれていて、通路７１ａ，７１ｂがそれぞれ形成されている。
【００７８】
前述のようにスリーブ端部材４７が画像形成装置本体側の駆動装置によって回転駆動されると、現像スリーブ１１が回転すると共に、そのスリーブ端部材４７の回転が駆動ギア７０，６９，６８と中間ギアを介して第１及び第２の撹拌部材４４，４５に伝えられ、これらの部材がそれぞれ所定の方向に回転駆動される。これにより、現像ケース１２内の現像剤室９０に収容された現像剤が、矢印Ｘ方向に撹拌されながら搬送され、その現像剤は仕切壁７１によって案内されつつ、その両端側の通路７１ａ，７１ｂを通して循環する。これにより、現像剤のトナーとキャリアが互いに異極性に摩擦帯電される。かかる現像剤が現像スリーブ１１に供給され、また現像スリーブ１１からの現像剤が撹拌部材の側に戻される。各楕円板６５，６６は、楕円の一部を切り欠いた形状を有しているので、その切欠部の縁に現像剤が当ることにより、現像剤の撹拌効果が高められる。
【００７９】
ここで、各撹拌部材４４，４５における楕円板６５，６６のピッチをＰ、その楕円形の短径をＹとしたとき、
Ｐ＝（１／３〜４／５）×Ｙ
を満たしていることが望ましい。ピッチＰがこれよりも小さいと、現像剤の搬送力が低下するため、撹拌部材４４，４５の回転数が高くなり、現像剤が劣化しやすくなる。またピッチＰが上式よりも大きくなると、現像剤に対する撹拌性能が低下する。
【００８０】
第１及び第２の撹拌部材４４，４５の回転数は互いに等しく、その各楕円板６５，６６の外径ＹとピッチＰも互いに等しい。また、その各楕円板６５，６６の短径部における周速ｖと、現像スリーブ１１の周速ｖsとの関係は、
ｖs＝（１．１〜１．５）×ｖ
を満たすことが望ましい。
【００８１】
楕円板６５，６６の周速ｖが上記式で表わされるよりも高速であると、現像剤へのストレスが大きくなり、また逆に低速であると現像スリーブ１１上の現像剤の交換に時間が多くかかり、感光体７上に形成されるトナー像に濃度むらが発生する。
【００８２】
各撹拌部材４４，４５の楕円板６５，６６と、仕切壁７１又は現像ケース壁との間の隙間は、０．５〜２mmとすることが望ましい。この隙間がこの値よりも大きいと、現像剤を確実に搬送できなくなり、滞留する現像剤を生じ、またこの隙間が上記値よりも狭いと、現像剤が仕切壁７１や現像ケース壁に過度に強く摺擦され、早期に劣化するおそれがある。
【００８３】
また第２の撹拌部材４５の楕円板６６と現像スリーブ１１との間の隙間を、１．５〜３mmに設定すると、現像剤を現像スリーブ１１にスムーズに供給でき、また現像スリーブ１１から現像剤をスムーズに回収することができる。両者間の隙間が大きすぎると、現像スリーブ１１に対する現像剤の供給と回収が充分に行われず、逆に小さすぎると、現像剤のストレスによる劣化が早まり、またトナーの供給むらが発生する。
【００８４】
現像ケース１２には、図１及び図４に示すように、現像剤１０１のトナー濃度を検知するセンサ、本例では透磁率測定センサ７２が設けられている。また画像形成装置本体には、図１及び図２に示したトナーボトル７３が着脱自在に装着されている。
【００８５】
現像ケース１２内の現像剤室９０に収容された現像剤１０１のトナー濃度が基準値以下になったことが、センサ７２によって検知されると、その検知信号に基づくトナー補給信号によりトナーボトル７３がその駆動軸７４を介して回転駆動され、これによってそのトナーボトル７３の補給口７３ａから、トナーが、上カバー６の上壁に形成された開口６ａ（図２）を通して、ケース本体３によって形成されたトナー補給部７５（図３、図４）に供給される。
【００８６】
補給トナーを収容したトナーボトル７３は、その内壁面にスパイラル状の突起が形成され、その回転によって内部のトナーが順次奥側から手前側の補給口７３ａに送られ、トナー補給部７５に補給される。その際、トナーボトル７３とトナー補給部７５との間には、補給トナーを案内するホッパ（図示せず）が設けられ、これによってトナーボトル７３からのトナーが飛散せずにトナー補給部７５に供給される。トナーボトル７３を回転する駆動軸７４には、図示していない電磁クラッチが設けられ、トナー補給信号が出力されると、その電磁クラッチがオンされ、トナーボトル用の駆動軸７４が回転する。
【００８７】
図３及び図４に示すように、トナー補給部７５と、二成分現像剤の収容された現像剤室９０との間には、多数の小孔が形成された薄い樹脂シートより成る遮蔽板７６が配置され、またトナー補給部７５には、軸７７に基端部を固定された薄い樹脂シートより成るトナー送り出し部材７８が配置され、その軸７７に固定されたギア７９は、第１の撹拌部材４４の軸６３に固定されたギア８０に噛み合っている。遮蔽板７６に形成された小孔の直径は例えば０．５〜１mm程の大きさである。軸７７はケース本体３に回転自在に支持されている。
【００８８】
前述のように第１の撹拌部材４４が回転すると、その回転はギア８０，７９を介して軸７７に伝えられ、トナー送り出し部材７８が回転し、その先端部が遮蔽板７６に摺接する。これによってトナー補給部７５のトナーが、遮蔽板７６の小孔を通して、撹拌部材４４の設けられた現像剤室９０へ送り込まれる。
【００８９】
上述のように、トナーボトル７３からのトナーを一旦トナー補給部７５に蓄積し、遮蔽板７６の小孔を通して少量ずつ現像剤室９０へ送り出すので、トナーボトル７３からトナーが一定量ずつ排出されなくとも、現像剤室９０には一定量ずつトナーが補給されることになる。現像剤室９０へ補給されたトナーは、撹拌部材４４，４５によって、ここに存する二成分系現像剤に撹拌混合される。
【００９０】
上述したトナー補給動作を行っても、センサ７２がトナー濃度低下を検知し続けたときは、トナーボトル７３内のトナーが無くなったものとして、トナーエンドが近いことを表示部に表示し、その旨をユーザに報せる。このような表示がなされたにもかかわらず、トナーボトルが交換されないときは、その表示後、Ａ４サイズの転写紙に対して５０枚の画像形成動作を行ったとき、画像形成装置の作動を停止する。
【００９１】
トナーボトル７３の交換動作を、画像形成装置本体の前ドア（図示せず）の開閉時間により判断し、トナーボトル７３の交換後、一定時間トナー補給動作を行い、センサ７２の検知電圧が一定値に達したことを確認後、画像形成装置の動作禁止を解除する。
【００９２】
図２に示したように、現像ケースカバー５には開口１０２が形成され、この開口１０２には図１に示した現像剤カートリッジ８１が装着されている。新品の作像ユニット１が製造工場や販売店から出荷されるとき、現像剤カートリッジ８１の下部開口は図示していない可撓性のシール部材によって覆われ、そのカートリッジ８１の内部にトナーとキャリアを有する二成分系現像剤が収容されている。このとき現像剤室９０には現像剤は存在しない。
【００９３】
作像ユニット１がユーザの元に納品されたとき、図示していないローラを回転することによって、そのローラに上記シール部材を巻き取り、現像剤カートリッジ８１の開口を開放する。これにより、その内部の現像剤が現像ケース１２内の現像剤室９０に落下する。このように、作像ユニット１がユーザの元に届けられるまで、現像剤カートリッジ８１内に現像剤をシールして収納しておくので、作像ユニット１の保管中に吸湿による現像剤の劣化を防止でき、また現像剤が現像装置から漏出することも阻止できる。
【００９４】
次に、二成分系現像剤を用いた現像メカニズム、特にトナーに作用する力を中心とした二成分系現像剤による磁気ブラシ現像の基本的な概念について説明する。
【００９５】
現像電界について
図１０に示した感光体７と現像スリーブ１１との間に形成される現像電界は一般に次式で表わされる。
Ｅ＝ε（Ｖd−Ｖb）／Ｇp          （７）
Ｅ＝現像電界（Ｖ／mm）    ε：現像剤の誘電率    Ｖd：感光体の画像部電位（Ｖ）    Ｖb：現像バイアス電圧（Ｖ）    Ｇp：現像ギャップ（感光体と現像スリーブとのギャップ）（mm）
（７）式より、現像電界は、現像バイアス電圧でコントロールすることが可能であることがわかる。よって、画像濃度制御は現像バイアス電圧を変化させ、現像電界をコントロールすることによって行なっている。
【００９６】
トナーに働く力について
ａ）現像剤のキャリアとトナーの付着力
キャリア粒子Ｃに付着するトナー粒子の付着力のモデル図を図１２に示す。トナー粒子Ｔは、キャリアＣの表面と何回かの接触・摩擦による何個かの電荷交換を行ない、ｑの負の電荷をもち、それに見合う正の電荷がキャリア側にある。両者の接触点での付着力Ｆtは、電荷ｑによるクーロン力と短距離ファンデルワールス力Ｆvとからなり、次のように表わされる。
Ｆt＝Ｆv＋αｑ2／４πε0ｒ2 （８）
ここで、ｒはトナー粒子半径、ε0は真空の誘電率、αはトナーの誘電率に依存する定数（１〜１．９）である。
【００９７】
ｂ）絶縁性磁気ブラシ現像のモデル
二成分現像では、トナー粒子に作用する現像駆動力（静電力）（ｑ・Ｅ）がキャリアとの付着力より大きくなった時、現像が行なわれる。
ｑ・Ｅ＞Ｆv＋αｑ2／４πε0ｒ2 （９）
式（９）は、図１３で説明するとわかりやすい。ここではＥ1＜Ｅ2のような現像電界を示しており、直線はそれぞれの現像力を表わしている。Ｅ1の電界では現像は起こらず、Ｆt曲線より上のｑＥ2はｑ1とｑ2の間にあるので、この範囲にある電荷をもつトナーは、すべて現像可能なことになる。
【００９８】
以上が、現像装置１０とこれに関連する構成の説明であるが、少なくとも感光体と現像装置を組付けて成る従来の作像ユニットにおいては、その現像装置においてキャリアを有さない一成分系現像剤を用いるのが主流であった。この場合、トナー粒子を現像スリーブから感光体へ付着させるとき、二成分現像方式のキャリアのような媒体がないので、現像スリーブを感光体へ近接させる必要があり、その距離は、通常０〜０．３mmという微小なものである。従って、本実施例に採用される後述するようなトナーリサイクルを行ない、廃トナータンク等の部品を削除しようとした場合、一度感光体へ付着し、クリーニング装置で回収されたリサイクルトナーには紙粉等の異物が含まれるため、感光体と現像ローラ間のギャップが狭いと、この紙粉等の異物がそのギャップに挟まり、白スジ等の異常画像が発生しやすくなる。よって、一成分現像方式において、トナーリサイクルは不向きである。又、一成分現像方式でトナーリサイクルを実施しているものもあるが、この場合、作像ユニットの寿命は、コピー枚数で例えば１０Ｋ（Ｋ＝１０００）枚前後と短い。
【００９９】
これに対し、本例では現像方式を二成分現像方式とすることにより、感光体７と現像スリーブ１１の間の距離を０．５mm以上とすることが可能で、トナーリサイクルを実施しても紙粉等の異物の挟み込みが発生することはなく、作像ユニットの寿命もコピー枚数で、例えば３０Ｋ枚以上まで伸ばすことができる。よって、一成分現像方式に比べ、キャリアを使用する分のコストは上がるが、作像ユニット１の寿命が倍以上伸びるので、トータルとしてはコストダウンとなり、作像ユニット１の交換間隔が伸びる分、メンテナンス費用も削減される。
【０１００】
次に転写装置について説明する。図１に示した転写ローラ１５は、金属の芯金に導電性樹脂を巻きつけたもので、ここには図示されない圧縮スプリングにより軸受ごと感光体方向へ押しつけられている。この転写ローラ１５に定電流を流し、感光体上のトナーを転写紙へ転写させる。この転写ローラ１５も帯電ローラ８と同様の機構で、感光体７との接離を行うことが可能である。
【０１０１】
転写メカニズムについて説明すると、図１４において、厚さｄmの感光層３１を有する感光体７上に体積電荷密度ρの帯電トナー層ｄtがあり、その下に厚さｄpの転写紙１００が位置する。このトナー層と転写紙との空隙をｇとする。さらに転写紙１００上には、帯電トナーと逆極性の電荷σcを与える。この状態において、感光体表面からｘの所にある電荷量ｑtをもつトナーＴに働く記録紙方向の力Ｆe（ｘ）は、次式で表わされる。
Ｆe（ｘ）＝ｑt｛−σc−ρ（ｄt−ｘ）｝／（ε0・Ｋt）      （１０）
ここで、ε0は真空の誘電率、Ｋtはトナー層の比誘電率である。感光体表面から距離ｘの所にある帯電トナーＴに働く静電力Ｆe（ｘ）が、機械的な付着力Ｆaとつり合い、この点でトナー層が分割され、（ｄt−ｘ）の厚さのトナー層のみが転写に転写されると仮定すると、転写率ηは次式で表わされる。
0003724753.tif 000003
なお、（１０）式について体積電荷密度ρは、トナーの密度をδ、帯電トナー層の充填率をｐ、トナー比電荷をＴpとすると、ρ＝δ・ｐ・Ｔpと表わせる。又、トナー電荷量ｑtはトナー１個の質量をｍとすると、ｑt＝Ｔp・ｍと表わせる。よって（１０）式は、
Ｆe(ｘ)＝｛−σc・ｍ・Ｔp−δ・ｐ・ｍ(ｄt−ｘ)Ｔp2｝／(ε0・Ｋt)  （１２）
とも書き表わせる。以上が転写モデル式である。
【０１０２】
次に転写制御方式について説明すると、まず、最大コピー幅サイズ紙でトナーが存在する場合について、転写モデルとして図１５、図１６に等価回路を示す。これにより画像部転写電流Ｉbを求める。
Ｉb＝（Ｖ−Ｖl）／（Ｒ＋Ｚb）            （１３）
ただし、Ｚb＝（１／Ｃd＋１／Ｃp＋１／Ｃt）
Ｃd＝Ｋ0・Ｋd・Ｌ・Ｖp／ｄ
Ｃp＝Ｋ0・Ｋp・Ｌ・Ｖp／ｄp
Ｃt＝Ｋ0・Ｋt・Ｌ・Ｖp／ｄt
Ｖ：転写電圧、Ｖl：画像部表面電位、Ｒ：転写ローラ抵抗値、Ｋ0：誘電定数、Ｋd：感光層比誘電率、Ｋp：転写紙比誘電率、Ｋt：トナー層比誘電率、ｄ：感光層膜厚、ｄp：転写紙厚、ｄt：トナー層厚、Ｌ：通紙幅、Ｖp：感光体周速
（１３）式に各値を代入し、Ｖ−Ｖlの項を表わす式とすると、
Ｖ−Ｖl＝Ｉb・Ｒ＋（Ｉb・ｄp）／（Ｋ0・Ｋp・Ｌ・Ｖp）＋(Ｉb・ｄt）／（Ｋ0・Ｋt・Ｌ・Ｖp）＋(Ｉb・ｄ）／（Ｋ0・Ｋd・Ｌ・Ｖp）        （１４）
（１４）式より、転写制御方式を定電流方式とすると、前記転写メカニズムで説明した転写に作用する転写電荷σcは、（１４）式の転写紙の項のＩb／Ｌ・Ｖpと同じであるので、Ｉbが一定となるように制御することにより、常に安定した転写電荷を与えることとなり、転写条件が安定する。
【０１０３】
一方、定電圧制御の場合は、（１４）式においてＶを一定とした時、転写ローラ１５の抵抗値Ｒの値が環境変化で大きく変化し、抵抗値が大きくなると転写ローラ部の電圧が大きくなり、その分転写紙に印加される電圧値が小さくなり転写電荷が変化し、安定した転写条件が得られなくなる。よって転写ローラ１５の抵抗値変化に対しては、定電流制御が有利である。
【０１０４】
次に、転写紙は存在するがトナーが存在する領域が狭い場合、又転写紙サイズが小さく、直接感光体７と転写ローラ１５が接触する領域が広い場合について考慮してみる。図１７及び図１８は、転写紙１００はあるがトナー層がない場合、図１９及び図２０は、直接感光体７と転写ローラ１５が接触している場合である。ここで各々の流れる電流をＩw、Ｉdとすると、
Ｉw＝（Ｖ−Ｖd）／（Ｒ＋Ｚw）            （１５）
ただし、Ｚw＝（１／Ｃd＋１／Ｃp）
Ｉd＝（Ｖ−Ｖd）／（Ｒ＋Ｚd）            （１６）
ただし、Ｚd＝（１／Ｃd）
Ｖd：感光体非画像部表面電位
となる。ここで定電流制御の場合、小サイズ（Ａ６等）の転写紙を通紙した時、印加電流の多くが感光体７へ流れ込み、結果Ｉbは十分な値にならず、転写電荷が小となり転写不良となる。これを防止する手段として、一度転写ローラの抵抗値を測定し、その後適正転写電荷を得られるような、この抵抗値に適した電圧を印加する方法がある。これについて説明すると、非画像形成時に電流Ｉ1が流れる電圧をＶ1とすると、
Ｉ1＝（Ｖ1−Ｖd）／（Ｒ＋Ｚd）            （１７）
なる関係から転写ローラの抵抗値Ｒが求められる。すなわち、
Ｒ＝１／Ｉ1・｛Ｖ1−Ｖd−（Ｉ1・Ｉd）／Ｃd｝        （１８）
ここで、Ｖdは帯電電位、Ｃdは感光層の静電容量であり、この値はあらかじめわかっている値である。
【０１０５】
次に、画像形成時にＩbが適正電流値Ｉ2となる電圧値をＶ2とすると、
Ｉ2＝（Ｖ2−Ｖl）／（Ｒ＋Ｚb）            （１９）
（１８）式を（１９）式に代入し、Ｖ2を求めると、
Ｖ2＝（Ｉ2／Ｉ1）×（Ｖ1−Ｖd）＋Ｉ2（Ｚb−Ｚd）＋Ｖl      （２０）
となり、非画像形成時に求めたＶ1に対して、（２０）式で導かれた電圧値Ｖ2で画像形成時に定電圧印加を行うことで、常に転写ローラの抵抗値Ｒに応じた適正な電圧Ｖで転写可能となる。
【０１０６】
線速の影響について考察する。感光体周速Ｖpと転写ローラ抵抗Ｒとの関係を見るため、（１３）、（１４）、（１５）式をＲについて解く式にすると、
Ｒ＝（Ｖ−Ｖl）／（Ｑb・Ｌ・Ｖp）−Ｙb／Ｖp          （２１）
Ｒ＝（Ｖ−Ｖd）／（Ｑw・Ｌ・Ｖp）−Ｙw／Ｖp          （２２）
Ｒ＝（Ｖ−Ｖd）／（Ｑd・Ｌ・Ｖp）−Ｙd／Ｖp          （２３）
ただし、Ｙb／Ｖp＝１／Ｃd＋１／Ｃp＋１／Ｃt
Ｙw／Ｖp＝１／Ｃd＋１／Ｃp
Ｙd／Ｖp＝１／Ｃd
ここで、Ｑb、Ｑw、Ｑdは各々画像部、非画像部、非通紙部の単位面積当りの電荷量である。つまり、Ｑb＝Ｉb／Ｌ・Ｖp、Ｑw＝Ｉw／Ｌ・Ｖp、Ｑd＝Ｉd／Ｌ・Ｖpである。よって感光体周速を変える時には、周速に反比例して転写ローラ抵抗値を変えればよいことがわかる。
【０１０７】
なお、（１６）式で、前記帯電ローラの帯電メカニズムのところで入れてある放電開始電圧（Ｖg）の項を省いてあるが、これはＶgの式が、Ｖg＝３１２＋６．２×ｄ／Ｋd＋√（７７３７．６×ｄ／Ｋd）で表わされ、ｄ：感光層の膜厚と、Ｋd：感光層の比誘電率より決定される、ほぼ一定する値とみなせるため省略した。
【０１０８】
次に、図１に示したクリーニング装置１７について説明する。クリーニング装置１７のクリーニングブレード１８は、平板状のポリウレタンゴム等の弾性体より成り、金属製のブレードホルダ８２に接着剤又は両面テープで固定されている。ブレードボルダ８２は、図３にも示すように、ケース本体３に形成された傾斜面８４に設けられた２本の位置決めピン８３により、傾斜面８４に対して平行な方向の位置が規制され、感光体７の回転方向に対向する、いわゆるカウンター方向でケース本体３にビス８５で固定されている。このビス８５は、クリーニングブレード１８の貼り付け面と同じ方向で、かつケース本体３に形成された傾斜面８４に、ブレードホルダ８２を完全に密着させ、かつその傾斜面８４にならうようにし、傾斜面８４に対して垂直な方向のクリーニングブレード１８の位置を規制する。
【０１０９】
上記の様にして、感光体７に対するクリーニングブレード１８の当接角と押圧が完全に保証され、クリーニング不良や異音発生等の不具合を防止している。またケース本体３にブレードホルダ８２を固定するビス８５のスラスト方向位置は、感光体のフランジ部材８６，８７を含めた両端よりさらに外側に設定することもでき、このようにすれば、感光体７をはずすことなく、クリーニングブレードのみ交換が可能となる利点が得られる。
【０１１０】
次にトナーリサイクル装置について説明する。
【０１１１】
図１及び図３に示したクリーニング装置１７のクリーニングブレード１８によって感光体７から掻き落されたトナーは、トナー搬送部材２０によってクリーニングケース１９内を手前側へ搬送され、そのケース１９に一体に突設されたパイプ８８を通して外部に排出される。トナー搬送部材２０の奥側端部には、図示していないギアが固定され、このギアは、感光体７の奥側のフランジ部材８７に一体に形成されたギアと噛み合い、感光体７の回転がトナー搬送部材２０に伝えられ、そのトナー搬送部材２０が回転駆動される。
【０１１２】
図３、図２１及び図２２に示すように、クリーニングケース１９外に突出したトナー搬送部材２０の手前側端部には、ローラ部９１と、これに突設された一対のピン８９が設けられ、このローラ部９１にはトナーリサイクルベルト９２が巻き掛けられている。このベルト９２には、その周方向に沿って等ピッチで等しい長さの多数の長孔９３が形成され、上述した各ピン８９がいずれかの各長孔９３に入り込んでいる。トナーリサイクルベルト９２は、図３に示す如くケース本体３の一部により形成された樋状部９４内のトナー搬送路に位置し、このトナー搬送路の上部は前述のように上カバー６（図２も参照）によって覆われている。
【０１１３】
図３及び図２２に示すように、樋状部９４には従動ローラ９５が回転自在に支持され、このローラ９５に上述のトナーリサイクルベルト９２が巻き掛けられている。トナー搬送部材２０が前述のように回転駆動されると、これと一体のローラ部９１が回転し、このとき各ピン８９がトナーリサイクルベルト９２の長孔９３に次々と係合してゆき、これによってトナーリサイクルベルト９２が図２２に矢印で示した方向に駆動される。またトナーリサイクルベルト９２の外面には、その周方向に配列された多数の弾性フィン９６が突設され、トナーリサイクルベルト９２の駆動時に、各弾性フィン９６は樋状部９４と上カバー６の内壁面に摺接する。
【０１１４】
トナー搬送部材２０によって、クリーニング装置１７のクリーニングケース１９外に排出されたトナーは、トナーリサイクルベルト９２との受け渡し部付近で不安定に動いているうちに、そのベルト９２の長孔９３を通過し、樋状部９４の内壁面上に落下する。そして、駆動されるトナーリサイクルベルト９２の弾性フィン９６によってトナー搬送路中を搬送され、現像装置１０の現像剤室９０に送り込まれる。このとき、弾性フィン９６は、樋状部９４の内壁面に圧接するので、トナーは残らず現像装置１０へ向けて搬送され、しかもトナーに対して過大なストレスが及ぼされる不具合を阻止できる。
【０１１５】
また、従動ローラ９５の近傍の樋状部９４の内壁面部分には突部によって傾斜面９４ａが形成され、この傾斜面９４ａを各弾性フィン９６が摺擦するとき、その弾性フィン９６は弾性曲げ変形し、傾斜面９４ａを通過したところで、その各弾性フィン９６は自然状態に勢いよく弾性復帰する。このため、弾性フィン９６により搬送されたトナーは、図４に示した第２の撹拌部材４５へと飛ばされる。このようにして確実にトナーを現像剤室９０に搬送することができる。現像剤室９０に搬送されたトナーは、ここに存する現像剤１０１に撹拌混合され、再使用される。
【０１１６】
図２１に示すように、トナーリサイクルベルト９２の厚さをｔ1、これと一体の各弾性フィン９６の厚さをｔ2としたとき、ｔ1＜ｔ2に設定されている。これにより、弾性フィン９６の腰の強さが、トナーリサイクルベルト９２の腰の強さよりも強くなり、かかる弾性フィン９６が図２２に示すように樋状部９４の内壁面に圧接してトナーを搬送するとき、その弾性フィン９６自体が大きく曲げ変形することはない。そして、この弾性フィン９６が傾斜面９４ａに接し始めると、そのフィン９６が大きく曲げ変形し、次いでこれが弾性復帰するとき、勢いよくトナーを飛ばす。
【０１１７】
上述の如きトナーリサイクル装置を用いることにより、感光体７から回収したトナーを収容する廃トナータンクを廃止でき、その回収トナーを現像装置１０において効率よく再利用することができる。
【０１１８】
またトナー搬送路を構成する樋状部９４は、ケース本体３の一部によって構成されているので、この樋状部９４と、その他のケース本体部分とを別体として構成した場合のように、その間の隙間からトナーが漏れ出る不具合を阻止でき、しかもそのトナー漏出防止用のスポンジなどのシール材を設ける必要もない。また樋状部９４とその他のケース本体部分が一体化されているので、作像ユニット１の組付性が向上する。
【０１１９】
ところで、先にも説明したように、ユニットケース２に回転自在に支持された第１及び第２の撹拌部材４４，４５の軸６３，６４には、その奥側の端部に駆動ギア６８，６９がその各軸６３，６４に対して相対回転不能に嵌合している。このようなギアを軸に支持する際、従来はそのギアが軸からその軸線方向にずれ動いて離脱することを阻止するため、Ｅリング又はＣリングなどから成る係止リングをその軸に嵌着し、かかる係止リングによってギアが軸から外れることを阻止するように構成していた。係止リングをギアの外れを防止するストッパとして用いていたのである。ところが、このような係止部材を用いれば、それだけ部品点数が増大し、コストが上昇する。
【０１２０】
これに対し、図３及び図４に示した構成例においては、上述の各駆動ギア６８，６９の外側に、ユニットケース２の奥側外板５３が位置しており、この外板５３によって、各駆動ギア６８，６９が各軸６３，６４からその軸線方向に外れることを阻するストッパが構成されている。すなわち、ユニットケース２のケース本体３は、軸６３，６４を回転自在に支持する奥側内板５４と、そのさらに外側に位置する奥側外板５３を有し、その板５３，５４の間に駆動ギア６８，６９を配置し、奥側外板５３によって、駆動ギア６８，６９が軸６３，６４から外れることを阻止するストッパを構成しているのである。ギア６８，６９が位置する空間の上部は、現像ケースカバー５の一部によって覆われている。
【０１２１】
このように外板５３が、その本来の機能のほかにギア６８，６９用のストッパの機能を兼ねるように構成することによって、従来必要とされた係止リングを省略することができ、その分、部品点数を減少させ、コストを低減することできる。
【０１２２】
さらに、各ギア６８，６９は、奥側の外板５３と内板５４の間の密閉された空間に位置しているので、ギア６８，６９に人が手を触れるおそれをなくすことができる。またケース本体３は、内板５４と外板５３の二重壁構造となっているので、現像装置１０の現像剤が作像ユニット１の外部に漏れることをより確実に防止することができる。内板５４と現像ケースカバー５の奥側の側板５ａ（図１）とから現像剤が多少現像剤室９０の外に漏れたとしても、外板５３によって、これが作像ユニット外に漏出することを阻止できるのである。
【０１２３】
また図２３又は図２４に示すように、各駆動ギア６８，６９に対向する奥側外板５３の面にリブ状又は円筒状なとの突部９７を形成しておき、その突部９７に各駆動ギア６８，６９の端面が接触するように構成すると、各駆動ギア６８，６９が奥側外板５３に接する面積を小さくすることができ、これによって両者間に作用する摩擦力を低減でき、ギア６８，６９の駆動トルクを低減できる。しかも、ギア６８，６９とユニットケース２の摩耗を少なくしてその寿命を延ばすことできる。
【０１２４】
上述のように、ギアに接するケース部分をそのギアの外側に隣接して設け、そのケース部分によってギアが軸から外れることを阻止する構成は、作像ユニット以外の各種の機械、装置にも広く適用できるものである。
【０１２５】
なお、各駆動ギア６８，６９が各軸６３，６４に対して、その軸線方向内側へずれることを防止する構成は各種採用でき、例えば図２５に示すように、ユニットケース２の奥側内板５４とこれに装着された軸受１５４のうちの少なくとも一方によって、各ギア６８，６９が軸６３，６４の軸線方向内側へ動くことを防止することができる。或いは図２６に示すように、各軸６３，６４に段部１６３を形成し、この段部１６３により各ギア６８，６９がその軸線方向内側へずれ動くことを防止してもよい。また、図２７に示すように、Ｅリング又はＣリングより成る係止リング１６４によって各ギア６３，６４の軸線方向内側へのずれ動きを防止してもよい。
【０１２６】
以上の如く、図示した画像形成装置は、静電潜像の形成される感光体７より成る像担持体と、その感光体７に形成された静電潜像を、トナーとキャリアを有する二成分系現像剤を用いてトナー像として可視像化する現像装置１０とを具備し、その現像装置１０が、現像に供される二成分系現像剤１０１を担持して搬送する現像スリーブ１１より成る現像剤担持搬送部材を有し、感光体７に形成されたトナー像を転写紙１００より成る転写材に転写して記録画像を得るように構成されている。しかも、感光体７に静電潜像を形成すべく、その感光体７を帯電する帯電ローラ８として構成された帯電装置と、感光体７に形成されたトナー像を転写紙１００に転写した後、その像担持体表面に残留するトナーを当該表面から除去するクリーニングブレード１８より成るクリーニング部材を備えたクリーニング装置１７とを具備している。
【０１２７】
このように、図示した画像形成装置は多数の要素を有し、しかも二成分系現像剤１０１が現像剤室９０に収容されて使用される。このような各要素は、経時的に劣化し、遂には使用に耐え得ない状態となる。通常、これらの要素は、これを使用し得なくなったとき、又はその直前の時期に新たなものと交換される。この交換時期が各要素の寿命である。その際、その各要素が、全く別々に寿命となるように構成されていると、個々の要素が寿命となるごとに、その要素を交換しなければならず、その交換作業が大変煩雑となる。画像形成装置の複数の構成要素がほぼ同時に寿命となるように、その各要素を構成すれば、寿命となった複数の要素を一括して交換することができ、作業を簡素化することができる。
【０１２８】
ところが、従来は二成分系現像剤のキャリアの寿命と、他の作像要素の寿命の関連については何ら考慮が払われておらず、従って通常はキャリアが劣化したとき、その現像剤の交換を単独で行わざるを得なかった。
【０１２９】
本例では、このような観点から、像担持体の一例である感光体７と、二成分系現像剤１０１のキャリアの寿命とが一致するように、これらが構成されている。かかる構成によれば、感光体７と現像剤１０１が寿命となったとき、これらを一括して交換でき、その作業性を格段と向上させることができる。
【０１３０】
また図示した画像形成装置は、感光体７より成る像担持体と、現像スリーブ１１より成る現像剤担持搬送部材が、ユニットケース２に組付けられて作像ユニット１が構成され、二成分系現像剤１０１が、ユニットケース２の一部によって構成された現像ケース１２に収容されているので、上述のように、同一寿命を有する感光体７とキャリアが寿命となったとき、作像ユニット１の全体を新たなものと交換するようにしても、ユーザに対する経済的な負担が過大となることはない。作像ユニット１の全体を交換すれば、交換作業を著しく簡素化できる。しかも現像装置１０の現像ケース１２がユニットケース２によって構成されているので、作像ユニット全体のコストを低減でき、よってユーザに対する経済的な負担をより一層軽減することできる。
【０１３１】
また、感光体７の寿命と、キャリアの寿命だけでなく、帯電装置を構成する帯電ローラ８の寿命と、クリーニング部材を構成するクリーニングブレード１８の寿命を全て一致させると、これらが寿命となったとき、これらを一括して交換でき、その作業性をより一層向上させることができる。
【０１３２】
その際、本例では感光体７より成る像担持体と、帯電ローラ８より成る帯電装置と、現像スリーブ１１より成る現像剤担持搬送部材と、クリーニングブレード１８より成るクリーニング部材とがユニットケース２に組付けられて作像ユニット１が構成され、二成分系現像剤１０１が、ユニットケース２の一部によって構成された現像ケース１２に収容されているので、これらが寿命となったとき、作像ユニット１の全体を新たなものと交換するようにしても、ユーザに対する経済的負担をより一層軽減することができる。
【０１３３】
また、本例の画像形成装置には、そのクリーニング装置１７によって、感光体７より成る像担持体から除去されたトナーを現像装置１０において再使用すべく、当該トナーをクリーニング装置１７から現像装置１０へ搬送するトナーリサイクル装置が設けられ、これによってトナーを再使用できるので、ユーザへの経済的負担を軽減でき、寿命となった作像ユニットの全体を新たなものと交換しても、ユーザに対して過大な経済的負担をかけることはない。
【０１３４】
さらに、本例の画像形成装置においては、クリーニング装置１７によって感光体７より成る像担持体から除去されたトナーを現像装置１０において再使用すべく、当該トナーをクリーニング装置１７から現像装置１０へ搬送するトナーリサイクル装置が設けられていると共に、そのトナーリサイクル装置のトナー搬送路がユニットケース２の一部によって構成されているので、トナーを再利用することによってユーザに対する経済的負担を軽減でき、しかもトナーリサイクル装置を設けてもそのトナー搬送路がユニットケース２より構成されるので、作像ユニット１のコストの上昇を効果的に抑えることができ、寿命となった作像ユニットの全体を新たなものと交換しても、ユーザに対する負担をより一層確実に軽減することができる。
【０１３５】
ここで、作像ユニット１の各構成要素の寿命は、例えば次のようにして設定することできる。なお、ここでは各要素が使用に耐え得なくなる直前の状態となったとき、その寿命であるとしている。
【０１３６】
先ず現像剤の寿命、より正確にはそのキャリアの寿命は、その現像剤の撹拌及び循環などにより、キャリア表面のコーティング層が経時的に剥がされ、キャリアの摩擦帯電特性が劣化していくことにより決定される。すなわち、キャリアのコーティング層厚と、現像装置１０の現像剤室９０に収容される現像剤１０１の全量を選定することによって、現像剤１０１の大略の寿命を決定することができるのである。
【０１３７】
感光体７の寿命は、主にその感光層３１が、クリーニングブレード１８によって経時的に削られ、その膜厚が減少し、適正帯電電位が得られなくなることにより決定される。すなわち、感光層３１の膜厚を選定することによって感光体７の大略の寿命を設定できる。
【０１３８】
クリーニングブレード１８の寿命は、その感光体７に対する当接圧と、感光体７に当接しているブレードエッジの摩耗量とによって決定される。一般に、その摩耗量が大きくなると、感光体上の残留トナーに対するクリーニング性が劣化する。ところが、クリーニングブレード１８の感光体７に対する当接圧が高い方が、クリーニングブレード１８の摩耗量が大きくなるものの、そのクリーニング性が高まるので、クリーニングブレード１８の寿命は延びる。但し、その当接圧が高いと、感光体７の負荷トルクが増大する不具合がある。このようなことから、感光体７に対するクリーニングブレード１８の当接圧を選定することによって、クリーニングブレード１８の大略の寿命を設定することができる。
【０１３９】
帯電ローラ８の寿命は、帯電ローラ表面に付着した微小トナーをクリーニングするクリーニングパッド３２（図１）を帯電ローラ８に対して押し付ける圧力に左右され、その押し付け圧が大きいと帯電ローラ８に対するクリーニング性は良いが、経時で帯電ローラ表面に傷が発生し、画像むらとなる。また、押し付け圧が小さいと帯電ローラ８に対するクリーニング性が悪くなる。このようなことから、帯電ローラ８に対するクリーニングパッド３２の押圧力を選定することによって、帯電ローラ８の大略の寿命を設定できる。
【０１４０】
以上が作像ユニット１を構成する各要素の寿命を決定する要因であるが、次に感光体７と現像剤１０１のキャリアの寿命を一致させるときのより具体的な例を示す。
【０１４１】
先ず、新たな作像ユニット１を使用し始めてから、Ｓ枚の転写紙に画像を形成したとき、すなわちコピー枚数がＳ枚となったときに感光体７と現像剤１０が寿命となり、このとき作像ユニット１の全体を交換するものとする。
【０１４２】
現像剤１０１については、これが劣化して使用し得ない状態となるまで使用するとしたとき、上記Ｓ枚の画像形成を終えた直後に、キャリアの摩擦帯電特性が劣化するように、キャリアのコーティング層厚とその現像剤の量を決定する。キャリアの摩擦帯電特性は、トナー比電荷（単位重量当りの電荷量Ｑ／Ｍ）で表わすことができ、図２８にそのトナー比電荷とコピー枚数との関係を示す。トナー比電荷（Ｑ／Ｍ）が許容範囲よりも低下すると、地肌汚れや画像濃度低下を起こすので、このような状態となる直前に、コピー枚数がＳ枚となるようにキャリアのコーティンク層厚とその現像剤の量を設定するのである。
【０１４３】
例えば、上述のＳ枚を３０Ｋ枚、４０Ｋ枚、又は５０Ｋ枚（Ｋ＝１０００）とした場合、現像剤の寿命は、上述のようにキャリアの摩擦帯電特性の代用値であるトナー比電荷（Ｑ／Ｍ）の値で決定されるが、この値が３０Ｋ、４０Ｋ、又は５０Ｋ枚の各枚数通紙後でも１０〜４０μｃ／ｇの範囲内にあるように、しかもこの各コピー枚数に達した直後にトナー比電荷がこの値よりも低下するように、キャリアのコーティング層厚と現像剤の量を選択すれば、現像剤の寿命を正しく設定できる。具体的には、コーティング層厚を、例えば０．５μｍ〜１．５μｍの範囲の中から選択し、かつ現像剤量（重量）を２．４５Ｎ〜４．４１Ｎの範囲の中から選択する。なお、現像剤１０１の量は少なければそれだけコストを低減できるので、寿命コピー枚数が３０Ｋ枚のときは、５０Ｋ枚のときより現像剤量を少なくする方向で、キャリアのコーティング層厚との組合せを設定することが望ましい。
【０１４４】
次に、感光体７についても、これが劣化するまで使用し続けると仮定したとき、コピー枚数がＳ枚となった直後に適正帯電電流が得られなくなるように、その感光層３１の膜厚を設定する。その一例として、経時による感光層３１の膜厚変化によって、その帯電電位が変化する幅を２０Ｖ以下にする場合を考えると、先に帯電ローラ８の帯電メカニズムのところで示した式の中で、感光層３１の膜厚の影響を受ける放電開始電圧（帯電開始電圧）Ｖgの項の変動が２０Ｖ以下となるように、感光層３１の膜厚を選定すればよい。Ｓ枚のコピー後の感光層摩耗量は予め判るので、これをｌとする。初期の感光層の膜厚をｄ、その比誘電率をＫdとし、初期の帯電開始電圧をＶgs、Ｓ枚のコピー後の帯電開始電圧をＶgeとすると、
Ｖgs＝３１２＋６．２×ｄ／Ｋd＋√（７７３７．６×ｄ／Ｋd）
Ｖge＝３１２＋６．２×(ｄ−ｌ)／Ｋd＋√{７７３７．６×(ｄ−ｌ)／Ｋd}
Ｖgs−Ｖge＝１．９３１＋４９．１７｛√ｄ−√（ｄ−ｌ）｝
ここで、ｌが３μｍとすると、
Ｖgs−Ｖge＝５．７９＋４９．１７｛√ｄ−√（ｄ−３）｝
となり、変化幅２０Ｖ以下とすると、
Ｖgs−Ｖge＝５．７９＋４９．１７｛√ｄ−√（ｄ−３）｝≦２０
√ｄ−√（ｄ−３）≦０．２８９
となる。ここで、√ｄ＝Ｄ、ｄ−３＝Ｄ2−３とすると、
Ｄ−√（Ｄ2−３）≦０．２８９
√（Ｄ2−３）≦Ｄ−０．２８９
となり、その両辺を２乗すると、
Ｄ2−３≦Ｄ2−０．５７８Ｄ＋０．０８３５
０．５７８Ｄ≦３．０８３５
∴Ｄ≦５．３３
√ｄ＝Ｄより、ｄ＝Ｄ2
∴ｄ＝５．３３2＝２８．４μｍ
【０１４５】
よって、Ｓ枚コピー後に感光層３１が仮に３μｍ摩耗するとした場合、２８．４μｍの膜厚の感光層を選定することで、変動幅を２０Ｖ以下とすることが可能となる。
【０１４６】
例えば感光体７が３０Ｋ枚のコピー枚数で寿命となるようにするには、３０Ｋ枚の通紙後の感光層の膜厚変化による電位変動が２０Ｖ以下となるように、しかもその感光体をさらにそのまま使用し続けたとしたとき、その直後に電位変動が２０Ｖよりも大きくなるように、感光層３１の膜厚を設定する。３０Ｋ枚のコピー後の感光層３１の摩耗量が２μｍであるとすると、前述の計算式より、その初期の膜厚は１３μｍ近傍となる。
【０１４７】
同様に、４０Ｋ枚まで感光体７が寿命となるようにするときは、その感光層３１の摩耗量は２．５μｍとなるから、その初期の膜厚を２０μｍ近傍とすればよい。
【０１４８】
さらに、５０Ｋ枚で感光体７が寿命となるときは、感光層３１の摩耗量は３μｍとなるから、その初期の膜厚を２８．４μｍ近傍とする。
【０１４９】
上述のようにして、現像剤と感光体の寿命を一致させることが可能となり、感光体と現像装置を一体化した作像ユニットを一括で交換できる。これにより、個々の部品を別々の時期のサービスマンが行って交換するのに比べ、メンテナンス費用を大幅に削減できる。
【０１５０】
また、クリーニングブレード１８がＳ枚のコピーで寿命となるようにするには、そのブレード１８の感光体表面への当接圧とクリーニングブレード１８の摩耗量の関係を示した図２９のグラフから判るように、例えばクリーニングブレード１８の当接圧が小なるとき、Ｓ枚のコピー終了時に未だクリーニング不良が発生せず、しかもこのクリーニングブレード１８をさらにそのまま使用し続けたときに、Ｓ枚のコピー直後に、クリーニング不良が発生するように、その当接圧を設定する。クリーニングブレード１８の当接圧が大なるときも同様である。
【０１５１】
当接圧を高目に設定すると、クリーニングブレード１８の摩耗量が多くなるが、クリーニングブレード１８がクリーニング良好な状態で感光体を清掃できるコピー枚数が増大し、クリーニングブレード１８の寿命を延ばせることは、図２９からよく理解できる。但し、その当接圧が大きいと、前述のように感光体の負荷トルクが増大し、その分、駆動モータに大きな負荷がかかり、駆動モータの容量を大きくしなければならず、画像形成装置のコストが上昇する。従って、クリーニングブレード１８の感光体７に対する当接圧をあまり高く設定しない方が経済的である。
【０１５２】
上述のようにして、クリーニングブレード１８の寿命を設定でき、その寿命を感光体７と現像剤の寿命に一致させることにより、これらを同時に交換でき、メンテナンス費用をさらに安くすることができる。
【０１５３】
例えば、前述のように、現像剤と感光体７の寿命を３０Ｋのコピー枚数としたとき、感光体７に対するクリーニングブレード１８の当接圧を０．１１７６Ｎ／cm近傍とし、また寿命を４０Ｋのコピー枚数としたときは、感光体７に対するクリーニングブレード１８の当接圧を０．１５６８Ｎ／cm近傍に設定する。また寿命となるコピー枚数が５０Ｋのときは、クリーニングブレード１８の当接圧を０．１９６Ｎ／cm近傍に設定することによって、各要素の寿命をほぼ一致させることができる。
【０１５４】
また、Ｓ枚のコピー枚数で帯電ローラ８が寿命となり、このときこれを交換するように当該ローラ８を構成するには次のようにすればよい。
【０１５５】
図３０及び図３１は、帯電ローラ８の表面上に付着した微小トナーを清掃するクリーニングパッド３２が帯電ローラ８の表面に当接する圧接力（パッド圧）と、そのパッド３２によるクリーニング性と、帯電ローラ８の表面に発生する傷による画像むらの関係を示している。これらの図中に「ＯＫ」で示した範囲がクリーニングパッド３２による帯電ローラ８のクリーニング性が良好で、画像むらが少ない範囲である。
【０１５６】
図３０及び図３１より、Ｓ枚コピー後でも、クリーニングパッド３２によるクリーニング性が良好で、かつ画像むらの発生がなく、しかもその帯電ローラ８をそのまま使用し続けた場合に、Ｓ枚のコピー直後に、クリーニング性と画像むらが不良となるように、パッド圧を選定する。このようにして、現像剤１０１、感光体７、クリーニングブレード１８及び帯電ローラ８の寿命を全て一致させることができる。
【０１５７】
例えば、その寿命までのコピー枚数Ｓを３０Ｋとするときは、帯電ローラ８に対するパッド３２の圧接力（パッド圧）を５．８８Ｎ近傍に設定し、寿命コピー枚数Ｓが４０Ｋのときは、パッド圧を７．８４Ｎ近傍に設定する。同様に、寿命コピー枚数Ｓが５０Ｋのときは、パッド圧を９．８Ｎ近傍に設定する。
【０１５８】
なお、このパッド圧も、そのパッド３２による帯電ローラ８のクリーニング性を満足できれば、低目の設定することが好ましく、これにより感光体７の駆動負荷を低減できるので、その駆動モータとして小容量のものを使用でき、コストを低減できる。
上述したところから判るように、像担持体の寿命と、二成分系現像剤のキャリアの寿命とが一致するように、キャリアのコーティング層と、現像装置の現像剤室に収容される現像剤の量と、像担持体の感光層の膜厚を設定する。同様に、像担持体の寿命と、帯電装置の寿命と、二成分系現像剤のキャリアの寿命と、クリーニング部材の寿命とが全て一致するように、キャリアのコーティング層と、現像装置の現像剤室に収容される現像剤の量と、像担持体の感光層の膜厚と、像担持体に対するクリーニング部材の当接圧と、帯電装置を清掃する清掃部材の帯電装置に対する押圧力を設定するのである。
【０１５９】
以上の通り、ユニットケース２に組付けられる交換要素、すなわち感光体７、現像剤１０１、クリーニングブレード１８、帯電ローラ８を一定枚数コピーした後、これらが同時に寿命となるように、その各要素の材料を選び、かつ特性値を設定することで、今まで以上に経済的で無駄のないユニットとを構成でき、その部品交換時に、一つの作像ユニットを交換することで交換作業が終了し、メンテナンス性を大幅に向上させ、メンテナンス費用を大幅に削減可能となる。
【０１６０】
これに対し、低コストの高耐久部品の使用が可能であれば、その個々の部品の寿命を変えるように構成することも可能である。
【０１６１】
以上、ユニットケースに感光体と現像装置とクリーニング装置と帯電ローラの作像要素を組付けて作像ユニットを構成したが、これらの作像要素、又は他の作像要素を適宜組合せ、少なくとも１つの作像要素をユニットケースに組付けて作像ユニットを構成することもできる。通常は、少なくとも感光体と現像装置とをユニットケースに組付けて作像ユニットを構成することが多い。このように少なくとも１つの作像要素とユニットケースとを組付けて作像ユニットを構成することにより、その組立性が向上し、しかもその作像ユニットの交換時の操作性が高められる。また、本発明は、複数の作像要素を組付けて作像ユニットを構成しない画像形成装置にも適用できるものである。
【０１６４】
【発明の効果】
本発明によれば、像担持体と、帯電装置と、キャリアと、クリーニング部材の寿命が全て一致しているので、画像形成装置の要素の交換作業を効率よく行うことができ、各要素が寿命となったとき、作像ユニットの全体を新たなものと交換しても、ユーザに多大な経済的負担をかけることはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】画像形成装置本体に装着された作像ユニットの垂直断面図である。
【図２】現像剤カートリッジの装着されていない作像ユニットとトナーボトルを示す概略外観斜視図である。
【図３】ケースカバー、現像ケースカバー、及び上カバーを取り外した状態の作像ユニットを示す斜視図である。
【図４】図３と同じ状態の部分断面平面図である。
【図５】ケース本体を反転させた状態を示す斜視図である。
【図６】他の例を示す、図５と同様な斜視図である。
【図７】感光体の拡大模式断面図である。
【図８】感光体と帯電ローラの模式図である。
【図９】帯電ローラと感光体と電源の等価回路を示す図である。
【図１０】現像装置と感光体の関係を示す説明断面図である。
【図１１】ドクタブレード、現像スリーブ、支持部材及び入口シールカバーの分解斜視図である。
【図１２】現像モデルを示す説明図である。
【図１３】トナー電荷とトナーに働く力との関係の一例を示すグラフである。
【図１４】転写モデルを示す説明図である。
【図１５】感光体と転写ローラの関係を示す説明図である。
【図１６】図１５の等価回路を示す図である。
【図１７】感光体と転写ローラと転写紙の関係を示す説明図である。
【図１８】図１７の等価回路を示す図である。
【図１９】感光体と転写ローラの関係を示す説明図である。
【図２０】図１９の等価回路を示す図である。
【図２１】トナーリサイクルベルトの拡大斜視図である。
【図２２】トナーリサイクルベルトの垂直断面図である。
【図２３】ユニットケースの奥側外板の他の例を示す斜視図である。
【図２４】ユニットケースの奥側外板のさらに他の例を示す斜視図である。
【図２５】駆動ギアが軸の軸線方向内側にずれることを防止する一構成例を示す水平断面図である。
【図２６】駆動ギアが軸の軸線方向内側にずれることを防止する他の構成例を示す水平断面図である。
【図２７】駆動ギアが軸の軸線方向内側にずれることを防止するさらに他の構成例を示す水平断面図である。
【図２８】コピー枚数とトナー比電荷との関係の一例を示すグラフである。
【図２９】コピー枚数とクリーニングブレードの摩耗量との関係の一例を示すグラフである。
【図３０】コピー枚数と帯電ローラのクリーニング性との関係の一例を示すグラフである。
【図３１】コピー枚数と画像むらとの関係の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
１  作像ユニット
２  ユニットケース
１０  現像装置
１７  クリーニング装置
１０１  二成分系現像剤
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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