(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電潜像の形成される像担持体と、該担持体に静電潜像を形成すべく、当該担持体を帯電する帯電部材と、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てトナー像として可視像化する現像装置と、像担持体に形成されたトナー像を転写材に転写するための転写部材と、トナー像の転写された転写材を像担持体表面から剥離するための転写材除電部材と、トナー像転写後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部材を備えたクリーニング装置とを具備する画像形成装置において、
前記像担持体の寿命と、前記帯電部材の寿命と、前記二成分系現像剤のキャリアの寿命と、前記クリーニング部材の寿命を全て一致させると共に、金属板より成り、かつ像担持体を向いた側の部分が鋸歯状に形成された前記転写材除電部材の各歯の先端の初期の曲率半径の大きさを、当該転写材除電部材の寿命が前記像担持体、帯電部材、キャリア、及びクリーニング部材の寿命と一致する大きさとしたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
静電潜像の形成される像担持体と、該担持体に静電潜像を形成すべく、当該担持体を帯電する帯電部材と、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てトナー像として可視像化する現像装置と、像担持体に形成されたトナー像を転写材に転写するための転写部材と、トナー像の転写された転写材を像担持体表面から剥離するための転写材除電部材と、トナー像転写後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部材を備えたクリーニング装置とを具備する画像形成装置において、
前記像担持体の寿命と、前記帯電部材の寿命と、前記二成分系現像剤のキャリアの寿命と、前記クリーニング部材の寿命とを全て一致させると共に、金属板より成り、かつ像担持体を向いた側の部分が鋸歯状に形成された前記転写材除電部材の各歯の先端の初期の曲率半径の大きさを、当該転写材除電部材の寿命が前記像担持体、帯電部材、キャリア、及びクリーニング部材の寿命の整数倍となる大きさとしたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電潜像の形成される像担持体と、該担持体に静電潜像を形成すべく、当該担持体を帯電する帯電部材と、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てトナー像として可視像化する現像装置と、像担持体に形成されたトナー像を転写材に転写するための転写部材と、トナー像の転写された転写材を像担持体表面から剥離するための転写材除電部材と、トナー像転写後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部材を備えたクリーニング装置とを具備する画像形成装置に関する。
【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、像担持体、帯電部材、クリーニング部材などの多数の作像要素を有し、また現像装置には二成分系現像剤が収容されている。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。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、その要素が寿命となったものとして、当該要素が新たなものと交換される。
【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、トナー像の転写された転写材を像担持体表面から剥離するための転写材除電部材の寿命と、キャリアを含めた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、これによって作像要素の交換作業が煩雑なものとなっていた。
【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、各作像要素の交換作業をより一層効率化できる画像形成装置を提供することにある。
【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、冒頭に記載した形式の画像形成装置において、前記像担持体の寿命と、前記帯電部材の寿命と、前記二成分系現像剤のキャリアの寿命と、前記クリーニング部材の寿命を全て一致させると共に、金属板より成り、かつ像担持体を向いた側の部分が鋸歯状に形成された前記転写材除電部材の各歯の先端の初期の曲率半径の大きさを、当該転写材除電部材の寿命が前記像担持体、帯電部材、キャリア、及びクリーニング部材の寿命と一致する大きさとしたことを特徴とする画像形成装置を提案する。
【０００７】
また本発明は、同じ目的を達成するため、冒頭に記載した形式の画像形成装置において、前記像担持体の寿命と、前記帯電部材の寿命と、前記二成分系現像剤のキャリアの寿命と、前記クリーニング部材の寿命とを全て一致させると共に、金属板より成り、かつ像担持体を向いた側の部分が鋸歯状に形成された前記転写材除電部材の各歯の先端の初期の曲率半径の大きさを、当該転写材除電部材の寿命が前記像担持体、帯電部材、キャリア、及びクリーニング部材の寿命の整数倍となる大きさとしたことを特徴とする画像形成装置を提案する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る画像形成装置の実施形態例を図面に従って詳細に説明する。
【０００９】
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１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。
【００１０】
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を有し、このユニットケース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３と、帯電部材の一例である帯電ローラ４がそれぞれ回転自在に組付けられ、帯電ローラ４は感光体３に対して平行に延びている。帯電ローラ４の表面には、帯電動作時以外の適時にクリーニングパッド２４が当接し、これによって帯電ローラ４の表面が清掃される。
【００１１】
画像形成動作時に、感光体３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ランプからの除電光Ｌ１が、ユニットケース２に形成された開口５を通してユニットケース２内に入射し、感光体３の表面を照射する。これにより、感光体３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４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、かかる帯電ローラ４は、感光体３の表面に圧接し、その感光体３の回転によって従動回転しながら、感光体３を、その表面電位が例えば−９００Ｖ前後となるように一様に帯電する。
【００１２】
上述のように所定の極性に帯電された感光体３の表面部分には、露光部６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、ユニットケース２に形成された開口７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３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−９００Ｖ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３に結像して静電潜像を形成することもできる。
【００１３】
一方、ユニットケース２には、現像装置１０の現像スリーブ１１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の一部によって現像装置１０の現像ケース１２が構成され、その内部の現像剤室９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Ｄ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。現像ケース１２の上部に形成された開口１２Ａはカバー１２Ｂ（図２には示さず）によって覆われている。
【００１４】
現像ケース１２内の現像剤Ｄは、回転駆動される撹拌部材８，８Ａによって混合撹拌され、これによってトナーとキャリアは互いに逆極性に摩擦帯電される。この例ではトナーがマイナスに、キャリアがプラスに帯電される。
【００１５】
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Ｄ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３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−６００Ｖ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マイナス極性のトナーが、感光体３上の画像部に静電的に移行して付着し、感光体３上に所定のトナー像が形成される。感光体３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。
【００１６】
上述のように、帯電部材の一例である帯電ローラ４は、感光体３より成る像担持体に静電潜像を形成すべく、該像担持体を帯電する用をなし、現像装置１０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Ｄを用いてトナー像として可視像化する用をなす。現像スリーブ１１は、現像に供される二成分系現像剤Ｄ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。
【００１７】
一方、画像形成装置本体には、図１に示すように、転写部材の一例である転写ローラ１５が感光体３に対向して回転自在に支持されている。この転写ローラ１５は、作像ユニット１に対向配置された支持部材１７に回転自在に支持され、図示していない駆動装置によって図１における反時計方向に回転駆動される。支持部材１７は、図示していない枢ピンを介して、画像形成装置本体に矢印Ｂ方向に回動可能に枢支され、転写ローラ１５及び後述する除電針１６と共に、図１に鎖線で示した位置に回動することができる。
【００１８】
また画像形成装置本体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Ｐが図１に矢印Ｃで示すように感光体３と転写ローラ１５との間の転写部１８へ向けて搬送される。かかる転写紙Ｐは、その先端と感光体３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３と転写ローラ１５との間の転写部１８を通過する。このとき、転写ローラ１５は、転写紙Ｐを介して感光体３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、感光体３上のトナー像のトナー帯電極性と逆極性の転写電圧が印加され、これによって感光体３上のトナー像が転写紙Ｐに転写される。このように、転写部材の一例である転写ローラ１５は、感光体３より成る像担持体の表面に形成されたトナー像を転写材、例えば転写紙Ｐに転写する用をなす。
【００１９】
感光体３を離れた転写紙Ｐは、図１に矢印Ｃ１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Ｐ上に融着されて定着される。
【００２０】
転写紙Ｐの搬送方向における転写部１８の下流側には、前述の除電針１６が配置されている。この除電針１６は、図３及び図４に示すように、感光体３と平行に延びる導電性の板材、例えば薄い金属板より成り、感光体３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１６Ａの先端は鋭角にとがっている。このように多数の歯１６Ａを有する除電針１６は、その基端側が絶縁性のホルダ１９に保持され、該ホルダ１９が支持部材１７に着脱可能に支持されている。また、この除電針１６には、図示していない電源により、トナーの帯電極性と同極性の電圧が印加され、これによって生じる各歯１６Ａの先端からの放電により、転写紙Ｐの電荷を除去、ないしはその電荷量を少なくし、転写紙Ｐを感光体３から分離しやすくしている。このように、除電針１６は、トナー像の転写された転写材を像担持体表面から剥離するための転写材除電部材の一例を構成する。
【００２１】
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。
【００２２】
トナー像転写後の感光体３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２０のクリーニングブレード２１によって感光体３の表面から掻き落される。このようにして感光体３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２０は、ユニットケース２の一部によって構成されたクリーニングケース２２を有し、クリーニングブレード２１は、クリーニングケース２２に固定され、かかるクリーニングブレード２１によって掻き取られたトナーは、クリーニングケース２２内に配置されたトナー搬送部材２３の回転によってクリーニングケース２２外に排出され、図示していないトナー搬送装置によって現像装置１０に戻され、ここで再使用される。クリーニングブレード２１は、例えばポリウレタンゴムなどの弾性体より成り、かかるクリーニングブレード２１は、感光体３より成る像担持体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構成し、本例の画像形成装置は、かかるクリーニング部材を有するクリーニング装置２０を具備している。
【００２３】
ここで参考のために帯電ローラ４による帯電メカニズムについて説明すると、図５は感光体３と帯電ローラ４を模式的に示す帯電モデル図であり、図６はその帯電モデルの等価回路を示している。図５に示すように、感光体３は、導電性基板２５と、その表面に積層された感光層２６とを有している。ここで、帯電ローラ４の中心の芯金に印加する電圧をＶaとし、帯電ローラ４にかかる電圧をＶr、帯電ローラ４と感光体３の当接部近傍の空隙Ｇにおける放電開始電圧をＶg、感光体３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４にかかる電圧Ｖrは、帯電ローラ４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３の感光層２６の膜厚をｄ、感光層２６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３の表面電位Ｖdは、感光体３に供給される電荷をＱ、その感光層の静電容量をＣとすると、
Ｖd＝Ｑ／Ｃ            （４）
となる。ここで、感光体３の周速をＶp、帯電ローラ４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、
Ｖa＝Ｉ・Ｒ＋３１２＋６．２×ｄ／Ｋd＋√（７７３７．６×ｄ／Ｋd）
＋（Ｉ・ｄ）／（Ｋ0・Ｋd・Ｌ・Ｖp）          （６）
となる。以上が帯電モデル式である。
【００２４】
以上のように、本例の画像形成装置は、感光体３より成る像担持体、帯電ローラ４より成る帯電部材、現像装置１０、転写ローラ１５より成る転写部材、除電針１６より成る転写材除電部材、クリーニングブレード２１より成るクリーニング部材を備えたクリーニング装置２０を有し、現像装置１０では、二成分系現像剤Ｄによって静電潜像をトナー像として可視像化する。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。各要素の使用開始時から、その交換時期までの基間が、その各要素の寿命である。その際、その各要素が、全く別々に寿命がつき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。
【００２５】
そこで、本例の画像形成装置においては、感光体３より成る像担持体の寿命と、帯電ローラ１５より成る帯電部材の寿命と、二成分系現像剤Ｄのキャリアの寿命と、クリーニングブレード２１より成るクリーニング部材の寿命と、除電針１６より成る転写材除電部材の寿命を全て一致させ、これらを同時に交換できるように構成されている。これにより、１回の交換作業で、交換の必要となった上記各要素を全て交換することができ、その作業効率を高めることができる。このようにして、ユーザ又は専門のサービスマンの負担を軽減することができる。
【００２６】
また、感光体３より成る像担持体の寿命と、帯電ローラ４より成る帯電部材の寿命と、二成分系現像剤Ｄのキャリアの寿命と、クリーニングブレード２１より成るクリーニング部材の寿命とを全て一致させると共に、除電針１６より成る転写材除電部材の寿命を、像担持体、帯電部材、キャリア、及びクリーニング部材の寿命の整数倍に設定してもよい。これによっても除電針１６の交換時に、感光体３、帯電ローラ４、キャリア及びクリーニングブレード２１を同時に交換することができ、交換作業を能率よく遂行できる。
【００２７】
また、図示した画像形成装置においては、感光体３、帯電ローラ４、キャリア、及びクリーニングブレード２１が、ユニットケース２と共に作像ユニット１として構成されているので、この作像ユニット１の全体を新たなユニットを交換するだけで、その各構成要素を同時に交換でき、交換作業を一層効率よく行うことができる。
【００２８】
除電針１６の交換は、支持部材１７を図１に鎖線で示すように回動した上で、除電針１６をホルダ１９ごと鎖線矢印Ｅで示すように持ち上げることにより、その除電針１６を支持部材１７から外し、逆の操作によって新たな除電針１６を支持部材１７に装着し、次いで支持部材１７を実線で示す位置に回動させることにより、簡単に遂行できる。同様にして帯電ローラ１５の交換を行うこともできる。
【００２９】
ここで、上記各要素の寿命は、例えば次のようにして設定することできる。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、その要素が寿命となったものとしている。
【００３０】
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９に収容される現像剤Ｄの全量を選定することによって、現像剤Ｄの大略の寿命を決定することができるのである。
【００３１】
感光体３の寿命は、主にその感光層が、クリーニングブレード２１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、感光体３の感光層の膜厚を選定することによって感光体３の大略の寿命を設定できる。
【００３２】
クリーニングブレード２１の寿命は、その感光体３に対する当接圧と、感光体３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２１の感光体３に対する当接圧が高い方が、クリーニングブレード２１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２１の寿命は延びる。但し、その当接圧が高いと、感光体３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、クリーニングブレード２１の材質とそのサイズ及び感光体３に対するクリーニングブレード２１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２１の大略の寿命を設定することができる。
【００３３】
帯電ローラ４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２４を帯電ローラ４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４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４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４に対するクリーニングパッド２４の押圧力を選定することによって、帯電ローラ４の大略の寿命を設定できる。
【００３４】
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３と現像剤Ｄ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。
【００３５】
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３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。
【００３６】
現像剤Ｄ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極性は、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７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グ層厚とその現像剤の量を設定するのである。
【００３７】
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Ｄ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。
【００３８】
次に、感光体３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２６の膜厚を設定する。その一例として、経時による感光層２６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、感光体３の感光層２６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２６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
【００３９】
よって、Ｓ枚コピー後に感光体３の感光層２６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。
【００４０】
例えば感光体３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低下が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、その直後に電位低下が２０Ｖよりも大きくなるように、感光層２６の膜厚を設定する。３０Ｋ枚のコピー後の感光層２６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。
【００４１】
同様に、４０Ｋ枚で感光体３が寿命となるようにするときは、その感光層２６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。
【００４２】
さらに、５０Ｋ枚で感光体３が寿命となるときは、感光層２６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。
【００４３】
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１を一括で交換できる。
【００４４】
また、クリーニングブレード２１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２１の感光体表面への当接圧とクリーニングブレード２１の摩耗量の関係を示した図８のグラフから判るように、例えばクリーニングブレード２１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２１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２１の当接圧が大なるときも同様である。
【００４５】
当接圧を高目に設定すると、クリーニングブレード２１の摩耗量が多くなるが、クリーニングブレード２１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２１の寿命を延ばせることは、図８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２１の感光体３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。
【００４６】
上述のようにして、クリーニングブレード２１の寿命を設定でき、その寿命を感光体３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る。
【００４７】
例えば、前述のように、現像剤と感光体３の寿命を３０Ｋのコピー枚数としたとき、感光体３に対するクリーニングブレード２１の当接圧を０．１１７６Ｎ／cm近傍とし、また寿命を４０Ｋのコピー枚数に相当する時間としたときは、感光体３に対するクリーニングブレード２１の当接圧を０．１５６８Ｎ／cm近傍に設定する。また寿命に相当するコピー枚数が５０Ｋのときは、クリーニングブレード２１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。
【００４８】
また、Ｓ枚のコピー枚数で帯電ローラ４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。
【００４９】
図９及び図１０は、帯電ローラ４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２４が帯電ローラ４の表面に当接する圧接力（パッド圧）と、そのパッド２４によるクリーニング性と、帯電ローラ４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２４による帯電ローラ４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。
【００５０】
図９及び図１０より、Ｓ枚コピー後でも、クリーニングパッド２４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４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Ｄ、感光体３、クリーニングブレード２１及び帯電ローラ４の寿命を全て一致させることができる。
【００５１】
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４に対するパッド２４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。
【００５２】
なお、このパッド圧も、そのパッド２４による帯電ローラ４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３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。
【００５３】
また、図４に示した除電針１６の各歯の先端は、放電時の高熱によって溶け、その先端の曲率半径は経時で大きくなり、放電効率が落ちると、除電針１６を交換する必要がある。よって、各歯の先端の初期の曲率半径の大きさを適宜設定することにより、除電針１６の寿命を設定でき、その寿命を、上述した各要素の寿命に一致させるか、又は当該各要素の寿命の整数倍に設定する。具体的に示すと、除電針１６より成る転写材除電部材の各歯の先端の初期曲率半径の大きさを、当該転写材除電部材の寿命が像担持体、帯電部材、キャリア、及びクリーニング部材の寿命と一致するか、又はその寿命の整数倍となる大きさに設定するのである。なお、除電針１６を製造する際、その各歯の先端の曲率半径を小さくする程、そのコストが高くなり、コストとのバランスで、除電針の寿命を他の要素、例えば感光体３の寿命と一致させるか、又は他の要素の整数倍に設定するとよい。
【００５４】
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３、現像剤Ｄ、クリーニングブレード２１、帯電ローラ４と、除電針１６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画像形成装置を構成でき、その部品交換時に、一つの作像ユニットだけ、又は一つの作像ユニットと除電針１６を共に交換することで交換作業を終了し、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。
【００５５】
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。
【００５６】
【発明の効果】
請求項１に記載の画像形成装置によれば、像担持体と、帯電部材と、現像剤のキャリアと、クリーニング部材と、転写材除電部材を一括して交換できるので、その作業を簡素化でき、メインテナンス費用を大幅に低減できる。
【００５７】
請求項２に記載の画像形成装置によれば、像担持体と、帯電部材と、現像剤のキャリアと、クリーニング部材とを一括して交換でき、しかもその交換を何度が行うごとに、転写材除電部材も一括して交換できるので、その作業を簡素化でき、メインテナンス費用を大幅に低減できる。
【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】一部の要素を省略した作像ユニットの概略外観斜視図である。
【図３】ホルダに保持された除電針の斜視図であって、ホルダの一部を破断して示す図である。
【図４】除電針の拡大図である。
【図５】感光体と帯電ローラの模式図である。
【図６】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７】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８】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９】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１０】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】
１０  現像装置
２０  クリーニング装置
Ｄ  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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