JP3724753B2 - Image forming unit and image forming apparatus - Google Patents

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Description

【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、

Figure 0003724753
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。
Figure 0003724753
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[0001]
[Industrial application fields]
  The present invention relates to an image forming unit that visualizes an electrostatic latent image formed on an image carrier as a toner image by a developing device using a two-component developer having toner and a carrier, and the image forming unit. The present invention relates to an image forming apparatus.
[0002]
[Prior art]
An image forming apparatus of the above type configured as a copying machine, a printer, a facsimile, or a complex machine thereof has a large number of image forming elements such as the above-described image carrier and developing device. The developing device contains a two-component developer, and the developing device has elements such as a developer carrying member for carrying and carrying the two-component developer for development. Each of these elements deteriorates with time, and finally becomes unusable. For this reason, normally, when these elements become unusable or just before that, they are replaced with new ones. This replacement time is the life of each element.
[0003]
Thus, in this type of image forming apparatus, it is necessary to replace each element when it reaches the end of its life. However, if each element is replaced every time it reaches the end of its life, The replacement work must be performed frequently, which is very troublesome.
[0004]
In view of this, an image forming apparatus has been proposed which is configured such that a plurality of elements constituting the image forming apparatus have their lifetimes set at the same time and can be replaced with new ones at the same time. However, conventionally, no special consideration has been given to the relationship between the life of the two-component developer carrier and the life of other elements. Therefore, when the carrier of the developer deteriorates, this has been replaced by a new one. I had to exchange it for something.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
  The present invention has been made on the basis of the above-described novel recognition, and an object of the present invention is to provide an image forming unit capable of avoiding troublesome work by exchanging a carrier alone, and the image forming unit. An image forming apparatus is proposed.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, the present invention forms an electrostatic latent image having a photosensitive layer formed by sequentially laminating a charge generation layer and a charge transfer layer on a drum-type conductive substrate. Two-component development including a photosensitive member, a contact-type charging roller for charging the photosensitive member to form an electrostatic latent image on the photosensitive member, and an electrostatic latent image formed on the photosensitive member. A developing device that visualizes a toner image using an agent, and a cleaning blade that removes toner remaining on the photoconductor after transferring the toner image formed on the photoconductor to a transfer material. In the image forming unit in which the cleaning device is assembled to the unit case, the life of the photoconductor in which the variation range of the charged potential due to wear of the photosensitive layer exceeds 20 V from the initial value, the initial film thickness of the photosensitive layer is increased. Specified copy guarantee sheet The life of the contact-type charging roller, which is exhausted due to an increase in surface scratches on the contact-type charging roller, is adjusted by adjusting the pressing force of the contact-cleaning member of the charging roller to the predetermined guaranteed number of copies. The lifetime of the carrier that runs out of the range of 10 to 40 μc / g of the toner specific charge accompanying the peeling of the carrier coating layer is adjusted to the initial film thickness of the carrier coating layer. And the initial carrier amount stored in the developing device at the start of use of the image forming unit is set to be immediately after the predetermined guaranteed copy number, and the life of the cleaning blade due to blade wear of the cleaning blade is set. If the blade contact pressure on the photoconductor is adjusted to be set immediately after the predetermined guaranteed copy number, and the entire image forming unit is replaced, The image forming unit is characterized in that the contact type charging roller, the carrier, and the cleaning blade can be exchanged at once.
[0008]
  In order to achieve the above object, the present invention proposes an image forming apparatus comprising the image forming unit according to claim 1.
[0012]
【Example】
Embodiments of an image forming apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
[0013]
FIG. 1 is a vertical sectional view of an image forming unit 1 attached to an image forming apparatus main body (not shown), and FIG. 2 is an external perspective view of the image forming unit. The image forming unit 1 is detachably attached to the image forming apparatus main body. In this example, the image forming unit 1 is pushed into the image forming apparatus main body in the direction indicated by an arrow A in FIG. 1 is loaded and set at a predetermined position in the main body of the image forming apparatus shown in FIG. 1, and the image forming unit 1 can be taken out from the main body of the image forming apparatus by pulling out the image forming unit in the direction opposite to the arrow A. . The image forming apparatus is configured as, for example, a copying machine, a printer, a facsimile, or a complex machine thereof.
[0014]
As shown in FIGS. 1 and 2, the image forming unit 1 includes a unit case 2 and various image forming elements to be described later incorporated in the unit case 2. The unit case 2 shown as an example in FIG. 3, a case cover 4 attached to the upper portion thereof, a developing case cover 5 constituting an upper wall of a developing device to be described later, an upper wall of a toner transport path of a toner recycling device to be described later, and an upper wall of the developing device The case cover 4, the developing case cover 5, and the upper cover 6 are detachably locked to the case body 3 by a snap fit (so-called patching stop). ing. The opening 102 (FIG. 2) formed in the developing case cover 5 is closed by an agent cartridge 81 (FIG. 1) not shown in FIG.
[0015]
3 is an external perspective view showing a state when the case cover 4, the developing case cover 5, and the upper cover 6 shown in FIGS. 1 and 2 are removed from the case body 3, and FIG. FIG.
[0016]
Inside the unit case 2, a drum-shaped photoconductor 7 as an example of an image carrier on which an electrostatic latent image is formed and a charging roller 8 as an example of a charging device are rotatably assembled. The charging roller 8 extends parallel to the photoreceptor 7. In FIG. 3, the charging roller 8 is shown in a state of being separated from the photoreceptor 7.
[0017]
During the image forming operation, the photoconductor 7 is rotationally driven in a clockwise direction in FIG. 1 by a driving device (not shown). At this time, the discharging light L1 from the discharging device (not shown) supported by the image forming apparatus main body is The light enters the unit case 2 through the opening 34 formed in the case cover 4 and irradiates the surface of the photoconductor 7. Thereby, the surface potential of the photoconductor 7 is averaged to a reference potential of, for example, 0 to −150V. On the other hand, the charging roller 8 is in pressure contact with the surface of the photoconductor 7 and is driven to rotate by the rotation of the photoconductor 7 to uniformly charge the photoconductor 7 so that the surface potential is about −1100 V, for example. . At this time, a predetermined voltage is applied to the charging roller 8 by a power source (not shown).
[0018]
As described above, the surface portion of the photoconductor 7 charged to a predetermined polarity is irradiated with the light-modulated laser beam L2 in the exposure unit 9. The laser light L2 is emitted from an exposure optical system (not shown) supported by the image forming apparatus main body, and enters the unit case 2 through an opening 35 formed in the case cover 4. By such exposure, a predetermined electrostatic latent image is formed on the photoreceptor 7. For example, the surface potential of the photosensitive member portion (image portion) irradiated with the laser beam L2 is 0 to −290V, and the surface potential of the photosensitive member portion (background portion) not irradiated with the laser beam L2 is −1100V described above. Maintain approximately front and back. It is also possible to illuminate a document (not shown) and form a reflected light image on the photoconductor 7 to form an electrostatic latent image.
[0019]
On the other hand, the developing sleeve 11 (not shown in FIG. 3) of the developing device 10 is rotatably supported by the unit case 2 as shown in FIGS. 1 and 4, and this sleeve 11 is shown in FIG. Is driven to rotate counterclockwise. Further, a developing case 12 of the developing device 10 is constituted by a part of the case main body 3 in the unit case 2 and the developing case cover 5 covering the upper part, and a developer chamber 90 is defined in the developing case 12. In the developer chamber 90 of the developing case 12, a powdery two-component developer 101 (FIG. 1) having toner and carrier is accommodated. A plurality of magnets are arranged immovably.
[0020]
When the developing sleeve 11 rotates as described above, the developer 101 in the developing case 12 is transported while being carried on the developing sleeve 11 by the magnetic force of the magnet 13, and is transported by the agent regulating member including the doctor blade 14. The amount of developer applied is regulated. The regulated developer is carried to the development region between the developing sleeve 11 and the photosensitive member 7, and at this time, a developing bias voltage of, for example, about −800 V is applied to the developing sleeve 11. The toner in the conveyed developer is electrostatically transferred and attached to the image portion on the photoconductor 7, and a predetermined toner image is formed on the photoconductor 7. The electrostatic latent image formed on the photoreceptor 7 is visualized as a toner image.
[0021]
As described above, the developing device 10 is used to visualize the electrostatic latent image formed on the image carrier made of the photoreceptor 7 as a toner image using the two-component developer 101 having the toner and the carrier. The developing sleeve 11 constitutes an example of a developer carrying / conveying member that carries and conveys the two-component developer 101 used for development.
[0022]
On the other hand, as shown in FIG. 1, a transfer roller 15, which is an example of a transfer device, is rotatably supported on the image forming apparatus main body so as to face the photoreceptor 7. Further, a sheet feeding device (not shown) is provided on the image forming apparatus main body side, and from this sheet feeding device, a transfer sheet 100 as an example of a transfer material is provided with a photoreceptor 7 and a transfer roller as indicated by an arrow B in FIG. 15 is conveyed toward the transfer unit 22. The transfer paper 100 passes through the transfer unit 22 between the photoconductor 7 and the transfer roller 15 in a state where the front end of the transfer paper 100 and the front end of the toner image formed on the photoconductor 7 coincide with each other. At this time, the transfer roller 15 rotates counterclockwise in FIG. 1 while being in contact with the photoconductor 7 via the transfer paper 100, and a transfer bias voltage is applied to the transfer roller 15. 7 is transferred to the transfer paper 100.
[0023]
The transfer paper 100 that has left the photoconductor 7 is conveyed to a fixing device (not shown) as indicated by an arrow B1 in FIG. 1, where the toner image is transferred onto the transfer paper 100 by the action of heat and pressure. It is fused and fixed. On the downstream side of the transfer unit 22 in the conveyance direction of the transfer paper 100, a static elimination needle 16 supported by the image forming apparatus main body is disposed. The static elimination needle 16 is made of a thin metal plate extending in parallel with the photoconductor 7, the portion of the static elimination needle 16 on the side facing the photoconductor 7 is formed in a sawtooth shape, and the tip of each tooth has an acute angle. . A voltage is applied to the charge removal needle 16 from a power source (not shown), thereby removing the charge from the transfer paper 100 to facilitate separation of the transfer paper 100 from the photoreceptor 7.
[0024]
An intermediate transfer member may be used as a transfer material, and the toner image on the photosensitive member may be primarily transferred to the intermediate transfer member, and then the toner image may be secondarily transferred to a transfer sheet as a final transfer material. it can.
[0025]
Residual toner adhering to the photoreceptor 7 after the toner image is transferred is scraped off from the surface of the photoreceptor 7 by the cleaning blade 18 of the cleaning device 17 shown in FIG. In this way, the surface of the photoconductor 7 is cleaned, and the next image forming operation starts again. The cleaning device 17 has a cleaning case 19 constituted by a part of the case body 3 in the unit case 2, and the toner scraped off by the cleaning blade 18 is transferred to the toner conveying member 20 disposed in the cleaning case 19. It is discharged out of the cleaning device 17 by rotation, and is reused in the developing device 10 as will be described later. The toner conveying member 20 is configured in an appropriate form such as a toner conveying screw or a toner conveying coil. The cleaning blade 18 is an example of a cleaning member that removes toner remaining on the surface of the photoreceptor 7 from the surface and cleans the surface, and is fixedly held on the case body 3 as will be described later. ing.
[0026]
As described above, the illustrated image forming apparatus transfers the toner image formed on the image carrier made of the photoconductor 7 onto the transfer paper 100 conveyed toward the image carrier to obtain a recorded image. The image forming unit configured to be detachably attached to the main body of the image forming apparatus has at least one image forming element including the image carrier described above assembled in a unit case. In this example, the image forming unit 1 is configured by assembling the constituent elements of the photoreceptor 7, the charging roller 8, the developing device 10, and the cleaning device 17 to the unit case 2.
[0027]
Here, in order to correctly convey the transfer paper 100 toward the photoreceptor 7, it is necessary to provide a guide portion for guiding the transfer paper 100. For this reason, the image forming apparatus shown in FIG. 1 is provided with upper and lower guide parts 23 and 24 for guiding the transfer paper 100 conveyed to the transfer part 22. The lower guide portion 24 is constituted by a guide member fixed to the image forming apparatus main body, and this guide member also serves to guide the transfer paper 100 that has left the transfer portion 22 in the direction of the arrow B1.
[0028]
Here, the upper guide portion 23 can also be constituted by a guide member fixed to the image forming apparatus main body. However, in this case, in addition to the lower guide member, the upper guide portion 23 is also configured. However, it must be provided as an independent member in the main body of the image forming apparatus, which increases the number of parts and increases the cost.
[0029]
Therefore, in the image forming apparatus of this example, the lower part of the unit case of the image forming unit 1 attached to the main body of the image forming apparatus, and the lower part of the case main body 3 in the example shown in FIG. The upper guide part 23 to be regulated is configured. The unit case 2 of the image forming unit 1 is positioned with respect to the image forming apparatus main body so that the lower part of the unit case constitutes the guide portion 23. The guide portion 23 is located above and spaced apart from the lower guide portion 24, and is located at a site upstream of the transfer portion 22 in the conveyance direction of the transfer paper 100. This is used to guide the transfer paper 100 conveyed to the head.
[0030]
As described above, since the guide portion 23 for guiding the transfer paper 100 is constituted by the unit case itself, it is not necessary to provide an independent member as the upper guide portion, and the number of parts of the image forming apparatus is reduced and its cost is reduced. Can be achieved.
[0031]
FIG. 5 is a perspective view showing the case main body 3 of the unit case 2 constituting the image forming unit 1 upside down from the state shown in FIG. As can be seen from this figure, a part of the photoreceptor 7 protrudes outward from the unit case 2 from the notch 25 formed in the unit case 2, in this example, the bottom wall 21 of the case body 3. In addition, the arrow B in FIG. 5 indicates the conveyance direction of the transfer paper 100 sent toward the transfer unit 22 (FIG. 1), as with the arrow B in FIG. Further, symbol W indicates a sheet passing area through which the transfer paper 100 passes, and the transfer paper 100 having the maximum width also passes through this area W.
[0032]
In this example, as shown in FIG. 1 and FIG. 5, a guide portion 23 constituted by a lower part of the unit case protrudes from the bottom wall 21 of the case body 3 in the unit case 2 and conveys the transfer paper 100. The guide ribs 26 extend along the direction B. These ribs 26 are separated from each other in a direction orthogonal to the transfer direction B of the transfer paper 100 and are provided in a sheet passing area W through which the transfer paper 100 passes. The size of the transfer paper 100 can be reliably guided.
[0033]
Instead of the guide rib 26 described above, a guide surface for guiding the transfer paper 100 conveyed to the transfer portion 22 may be configured by a flat surface at the bottom of the unit case, for example, the lower surface of the bottom wall 21, If the surface is flat, the transfer paper 100 may be brought into close contact with the flat guide surface due to the electrostatic force of the transfer paper 100, and the transferability of the transfer paper 100 may be reduced. When such a decrease in transportability occurs, the toner image transferred onto the transfer paper 100 may be stretched or shrunk, resulting in an abnormal image. Further, when toner adheres to the guide portion formed of a flat plane, the adhesion area becomes large, so that a large amount of adhering toner may be reattached to the leading edge of the transfer paper and the transfer paper may be markedly stained.
[0034]
On the other hand, when the guide portion 23 is constituted by the guide rib 26 and the transfer paper 100 is guided by the free edge of the guide rib 26 as in the example shown in FIGS. Even if the transfer paper 100 comes into contact with the transfer paper 100, the contact area becomes extremely small, so that the transfer paper 100 can be prevented from coming into close contact with the guide portion 23 by electrostatic force, and the occurrence of an abnormal image can be prevented. Moreover, even if the toner adheres to the guide portion 23 constituted by the free edge of the guide rib 26, the contact area between the guide portion 23 and the transfer paper 100 is small, so that a large amount of toner adheres to the transfer paper 100. It is possible to prevent the transfer paper 100 from being significantly soiled by the toner.
[0035]
Further, as shown in FIGS. 1 and 5, the transfer paper 100 is placed on the lower part of the unit case 2 other than the paper passing area W through which the transfer paper 100 passes, in the example shown in the lower part of the case body 3. A protrusion 27 is provided that protrudes outward (downward in FIG. 1) from the guide portion 23. A protrusion 27 is provided at the lower portion of the unit case 2 that does not obstruct the transfer of the transfer paper 100. In the example of FIGS. 1 and 5, protrusions 27 formed integrally with the case body 3 are provided on both outer sides of the sheet passing width range of the transfer paper 100 guided by the guide portion 23, and a total of four protrusions 27 are provided. A protrusion 27 is provided. The height H at which these protrusions 27 protrude from the bottom wall 21 of the unit case 2 is higher than the height h at which each guide rib 26 protrudes from the bottom wall 21.
[0036]
Here, when the image forming unit 1 is taken out from the main body of the image forming apparatus as described above, the unit 1 is placed on a mounting surface such as a flat floor surface or a desk surface with the lower side of the unit case facing downward. Placed. At this time, since the projecting portions 27 projecting outward from the guide portion 23 are provided at the lower portion of the unit case 2, these projecting portions 27 come into contact with the placement surface. That is, the guide part 23 existing between the protrusions 27, in this example, the free edge of the guide rib 26 does not contact the placement surface.
[0037]
According to the above configuration, even if foreign matter exists on the placement surface, there is no possibility that the foreign matter adheres to the guide portion 23 or the guide portion 23 is damaged by the foreign matter. Therefore, even if the image forming unit 1 is loaded and used again in the image forming apparatus main body as it is, no foreign matter adheres to the transfer paper 100, and the guide unit 23 functions to guide the transfer paper 100 without hindrance. be able to. Even if foreign matter on the mounting surface adheres to the projection 27 or the projection 27 is slightly damaged by the foreign matter, when the image forming unit 1 is set on the main body of the image forming apparatus, the projection Since 27 is located outside the paper passing area W through which the transfer paper 100 passes, there is no possibility that the transfer of the transfer paper 100 is hindered.
[0038]
In FIG. 5, the protrusions 27 are provided on both sides of the transfer sheet 100 to be conveyed. However, the protrusions 27 may be provided in other parts as long as they are the lower part of the unit case outside the sheet passing area W. Good. FIG. 6 shows the unit case outer side of the guide portion 23 composed of the guide ribs 26 on both sides of the transfer paper to be conveyed and the portion of the unit case bottom wall 21 upstream of the sheet passing area W in the transfer paper conveyance direction. The example which provided the protrusion 27 which protruded in each is shown.
[0039]
The protrusion height H from the bottom wall 21 of the protrusion 27 shown in FIGS. 1, 5 and 6 is such that when the image forming unit 1 is placed on the placement surface, the photoconductor 7 is also placed on the placement surface. The size is set so as not to touch.
[0040]
Next, in order to understand the present invention, each apparatus constituting the illustrated image forming apparatus and each component will be described in more detail.
[0041]
First, the photoconductor 7 illustrated in FIG. 1 is composed of a laminated OPC photoconductor, and FIG. 7 is a schematic enlarged view of the cross-sectional structure thereof. 7 includes a charge generation layer (CGL) 29 having a thickness of 0.1 to 1 μm and a charge transfer layer (CTL) having a thickness of 10 to 30 μm on a conductive substrate 28. ) 30 are sequentially stacked, and the charge generation layer 29 and the charge transfer layer 30 constitute a photosensitive layer 31. The laser light L2 incident on the photosensitive member 7 is transmitted through the light-transmitting charge transfer layer 30 and absorbed by the charge generation layer 29, and carriers are generated by the excitation energy in the charge generation layer 29. The generated carriers are injected into the charge transfer layer 30 by an external field force, move through the charge transfer layer 30, reach the surface of the photoreceptor, and neutralize the surface charge. The charge transfer layer 30 shown in FIG. 7 is of a hole transport type and shows a state when it is negatively charged.
[0042]
Next, the charging roller 8 shown in FIGS. 1 and 3 constitutes an example of a charging device that charges the carrier so as to form an electrostatic latent image on the image carrier. Has a configuration in which conductive rubber is wound around the outer peripheral surface of a metal core, and contacts the surface of the photoconductor 7 when the photoconductor 7 is charged. The charging roller 8 is supported at its longitudinal ends at only one end by a bearing 33a shown in FIG. 3 so that the bearing 33a extends in parallel to the charging roller 8. Along with the charging roller 8, each end portion 33 in the longitudinal direction is supported so as to be movable within a predetermined range in a direction approaching or separating from the photoreceptor 7. A cleaning pad 32, which is an example of a charging roller cleaning member that extends long along the charging roller 8, is attached to the surface of the charging roller case 33 that faces the charging roller 8.
[0043]
A first compression spring (not shown) is press-fitted between each of the bearings 33 a described above and each end portion in the longitudinal direction of the charging roller case 33, so that each bearing 33 a approaches the photoreceptor 7. The charging roller 8 can be brought into pressure contact with the surface of the photoreceptor 7. Further, the charging roller case 33 is also formed in the case body 3 of the unit case 2 at each end in the longitudinal direction of the case 33 so that the charging roller case 33 can move in a direction approaching or separating from a predetermined range with respect to the surface of the photoreceptor 7. Each notch 36 (only one is shown in FIG. 3) is assembled. The charging roller case 33 is prevented from coming out of the case body 3 by the case cover 4 (FIGS. 1 and 2). Further, a second compression spring 37 (only one of which is shown in FIG. 3) is provided between the case main body 3 and each end portion in the longitudinal direction of the charging roller case 33. The charging roller case 33 is urged in a direction away from the surface of the photoreceptor 7.
[0044]
The case cover 4 serves as a protective cover for preventing the human hand from touching the photoconductor 7 and the charging roller 8. In addition, as described above, the case cover 4 is urged by the second compression spring 37. The charged charging roller case 33 also serves as a stopper that prevents the charging roller case 33 from being detached from the case body 3. Thereby, it is not necessary to provide an independent stopper member for the charging roller case 33, and the configuration can be simplified.
[0045]
On the other hand, as shown in FIG. 1, the image forming apparatus main body is provided with an electromagnetic clutch 39 for controlling the rotation of the cam 38. The cam 38 is fixed to the rotating shaft of the electromagnetic clutch 39, and the electromagnetic clutch 39 is rotated once. It is comprised so that it may rotate 120 degree | times by operation | movement. One end 41a of a swing arm 41 swingably supported by the image forming apparatus main body via a pivot pin 40 is pressed against the cam 38 by the action of a spring (not shown). 41 b contacts the upper surface of the charging roller case 33 through the opening 34 of the case cover 4. The upper surface of the charging roller case 33 is in pressure contact with the other end 41 b of the swing arm 41 by the pressurizing action of the second compression spring 37 described above.
[0046]
The cam 38 occupies the rotational position shown in FIG.1The charging roller case 33 occupies the position shown in FIG. 1 when the cam surface portion shown in FIG. 1 is in contact with the one end 41a of the swing arm 41. At this time, the charging roller 8 is in the first compression state. The surface is pressed against the surface of the photoconductor 7 by the pressing action of the spring, and the photoconductor 7 is charged to a predetermined polarity as described above by the voltage applied to the core of the charging roller 8.
[0047]
As described above, the charging roller 8 is kept in contact with the surface of the photoconductor 7 during the charging operation for charging the photoconductor 7, so that the charging roller 8 is soiled by the minute toner adhering to the photoconductor 7. There is a risk of uneven charging on the photoreceptor 7. For this reason, in the image forming apparatus of this example, the electromagnetic clutch 39 is actuated and the cam 38 is rotated 120 ° at an appropriate time other than the charging operation by the charging roller 8, and the symbol a in FIG.2The cam surface portion indicated by is pressed against the one end 41 a of the swing arm 41. Thereby, the other end 41 b of the swing arm 41 presses and moves the charging roller case 33 in a direction approaching the surface of the photoreceptor 7. At this time, the charging roller 8 remains in pressure contact with the surface of the photoconductor 7, so that the cleaning pad 32 is in pressure contact with the peripheral surface of the charging roller 8. At that time, the charging roller 8 rotates following the rotation of the photosensitive member 7, and the cleaning pad 32 cleans the peripheral surface of the charging roller 8. In this way, the charging operation to the photoconductor 7 is prevented while the charging roller 8 is contaminated with toner, and uneven charging of the photoconductor 7 can be prevented.
[0048]
When the operation of the image forming apparatus is stopped, the cam 38 is shown in FIG.ThreeThe surface indicated by is in pressure contact with one end 41 a of the swing arm 41. As a result, the other end 41b of the swing arm 41 is lifted upward from the state shown in FIG. 1, and the charging roller case 33 moves away from the photoreceptor 7 by the action of the second compression spring 37 described above. . As a result, the charging roller 8 is also separated from the surface of the photoreceptor 7. If the charging roller 8 remains in contact with the photoconductor 7 for a long time in the operation stop state of the image forming apparatus, the photoconductor 7 may be contaminated and an abnormal image may be generated. In the apparatus, as described above, when the operation is stopped, the charging roller 8 is separated from the photoconductor 7 to prevent an abnormal image from being generated during the image forming operation.
[0049]
A charging device comprising a corona discharger can be used in place of the charging roller 8, but when the charging roller 8 is employed as in this example, the ozone generation amount when the corona discharger is used is reduced to 1/100 to 1 / It is possible to suppress the number to 1000, which eliminates the need to attach an ozone processing member to the image forming apparatus main body.
[0050]
Next, the charging mechanism by the charging roller 8 will be described. FIG. 8 is a charging model diagram schematically showing the photosensitive member 7 and the charging roller 8, and FIG. 9 shows an equivalent circuit of the charging model. Here, Va is a voltage applied to the core metal at the center of the charging roller 8, Vr is a voltage applied to the charging roller 8, Vg is a discharge start voltage in the gap 42 near the contact portion between the charging roller 8 and the photoconductor 7, When the surface potential of the photoreceptor 7 is Vd, these relationships are
Va = Vr + Vg + Vd (1)
It is expressed as Here, the voltage Vr applied to the charging roller 8 is represented by R as the resistance value of the charging roller 8 and I as the flowing current value.
Vr = IR (2)
The discharge start voltage Vg in the gap is expressed as follows, where d is the thickness of the photosensitive layer 31 of the photoreceptor 7 and Kd is the relative dielectric constant of the photosensitive layer 31.
Vg = 312 + 6.2 × d / Kd + √ (7737.6 × d / Kd) (3)
It is represented by The surface potential Vd of the photosensitive member is represented by Q as the charge supplied to the photosensitive member 7 and C as the electrostatic capacity of the photosensitive layer 31.
Vd = Q / C (4)
It becomes. Here, the peripheral speed of the photoconductor 7 is Vp, the length of the charging roller 8 is L, and its dielectric constant is K.0Then,
Q = I / L · Vp C = (K0・ Kd) / d
Vd = (I · d) / (K0(Kd, L, Vp) (5)
Therefore, equation (1) is
Figure 0003724753
It becomes. The above is the charging model type.
[0051]
Next, considering a charging control method by the charging roller 8, either a constant voltage control method or a constant current control method can be adopted as this method.
[0052]
The constant voltage control method is a control method in which Va in equations (1) and (6) is constant. In this case, it is the term of Vd that is actually used as the charging potential of the photoreceptor 7 in the equation (1). Therefore, when Vr and Vg change, Vd is affected. Here, looking at each term, the resistance value of the charging roller 8 is a variation factor in the term Vr. Accordingly, when the resistance value of the charging roller 8 increases due to environmental fluctuations, the Vr value increases and Vd decreases. Therefore, in order to suppress this influence, it is necessary to provide temperature detection means and correct Va. In addition, since the charging roller resistance value significantly increases at low temperature and humidity, it is desirable to provide a heater or the like (not shown) so as not to be below a certain temperature.
[0053]
Next, in the term of Vg, it is affected by the film thickness d of the photosensitive layer 31, but when a numerical value is actually substituted and d = 28 μm at the beginning and 4 μm is decreased over time, Kd = 3.2 is calculated. Vg (28) = 626 and Vg (24) = 599, and the difference is 27V. Because of this change, the influence on the charging potential (usually 800 to 1000 V) is considered to be small. Since the value of the current flowing at the charging roller resistance value fluctuation is small, the charging roller resistance value is set to a low value (for example, 107If it is suppressed to (Ω or less), it is possible to reduce the influence on Vd.
[0054]
In the case of the constant current method, it is a control method in which I is constant in equation (6), and is not affected by the terms Vr and Vg. However, the effect of the change in the photosensitive layer thickness d in the term Vd directly affects Vd, and when the initial 28 μm shown in the above example is changed by 4 μm over time, Vd becomes a value of Vd × 24/28 over time. If Vd is initially set to 850 V, it becomes 728 V over time and drops by 100 V or more, and there is a possibility that the charging performance cannot be guaranteed. In order to prevent this, a change in the film thickness of the photosensitive layer 31 may be detected and corrected. However, in practice, such a detection mechanism is expensive and cannot be mounted very much. Therefore, it is difficult to take countermeasures at present except that the surface of the photoconductor is raised and a photoconductor that does not wear is used.
[0055]
For the above reasons, in this example, the applied voltage correction for the resistance fluctuation of the charging roller 8 is required, but the constant voltage control method is adopted. As the temperature detection means of the charging roller 8, a thermistor 43 attached to the case cover 4 is used as shown in FIG. The thermistor 43 detects the surface temperature of the charging roller 8 and sends a signal to a circuit for correcting the applied voltage corresponding to the change in electrical resistance due to the temperature change of the charging roller 8. The thermistor 43 is provided at a position in contact with the charging roller 8 when the charging roller 8 is separated from the surface of the photoreceptor 7.
[0056]
As described above, since the thermistor 43 is attached to the case cover 4, it is not necessary to provide a separate attachment member for the thermistor, and the configuration of the image forming apparatus, particularly the image forming unit 1 can be simplified. . Further, when the charging roller 8 is separated from the photosensitive member 7, that is, when no voltage is applied to the charging roller 8, the thermistor 43 contacts the peripheral surface of the charging roller 8 and can detect the temperature of the roller 8. Therefore, there is no possibility that the thermistor 43 is broken due to the influence of the voltage applied to the charging roller 8.
[0057]
Next, the developing device 10 will be described. As described above with reference to FIGS. 1, 3, and 4, the developing case 12 contains a two-component developer 101 having a carrier and toner made of, for example, small iron balls, and this developer. 101 is agitated while being circulated and conveyed in the developer chamber 90 of the developing case 12 by first and second agent agitating members 44 and 45 which will be described in detail later, and is supplied to the developing sleeve 11. As described above, the layer thickness of the developer supplied to the developing sleeve 11 is regulated by the doctor blade 14 provided around the developing sleeve 11. A portion of the peripheral surface of the developing sleeve 11 that faces the photoconductor 7 is exposed from the developing case 12 to the outside.
[0058]
Here, the developing sleeve 11 is made of a non-magnetic cylindrical body made of aluminum having an outer diameter of, for example, 16 to 20 mm, and its peripheral surface is formed smoothly or in order to improve developer transportability. Concavities and convexities such as V-grooves are formed on the outer peripheral surface of 11, for example.
[0059]
As shown in FIG. 4, a shaft 46 passes through the developing sleeve 11, and the magnet 13 is fixed to the shaft 46. An end 46a on the near side of the shaft 46 is fixed and supported to the case body 3 of the unit case 2 as described later, and an end 46b on the back side is fitted and fixed to the back end of the developing sleeve 11. The sleeve end member 47 is fitted through a bearing so as to be relatively rotatable. The shaft portion 47a of the sleeve end member 47 is rotatably supported by the case body 3 of the unit case as will be described later. The front end of the developing sleeve 11 is rotatably supported on the shaft 46 via a bearing. The “back side” and “front side” referred to here are based on the direction in which the image forming unit 1 is attached to and detached from the main body of the image forming apparatus.
[0060]
As described above, the shaft 46 is supported together with the magnet 13 so as not to move with respect to the unit case 2, and the developing sleeve 11 is rotatably supported on the shaft 46. The sleeve end member 47 is rotationally driven through a coupling 48 attached thereto and a coupling 49 (FIG. 2) on the image forming apparatus main body side engaged therewith, whereby the developing sleeve 11 is illustrated. 1 is rotated counterclockwise. The bias voltage to the developing sleeve 11 is applied from the image forming apparatus main body side via the couplings 48 and 49 described above.
[0061]
FIG. 10 is an explanatory diagram showing the relationship between the developing sleeve 11, the magnet 13 disposed so as not to rotate therein, and the photoconductor 7. As shown here, the individual magnets of the magnet 13, that is, the first to fifth magnets 13a to 13e are arranged in the circumferential direction of the developing sleeve 11 and are fixedly fixed to the shaft 46, respectively. It extends in the longitudinal direction. Then, the magnetic force distribution P in the normal direction in the circumferential direction of the developing sleeve 11 by these magnets 13a to 13e.1To P6Is formed.
[0062]
The first magnet 13a substantially opposes the photoconductor 7, and the magnetic force distribution has a peak above the line connecting the centers of the photoconductor 7 and the developing sleeve 11 by θ = 3 ° to 10 °. . The peak magnetic flux density is 80 to 100 (mT millitesla). If the peak magnetic flux density is too small, the developer carrier cannot be held on the developing sleeve 11 and the developer is scattered. On the other hand, if the size is too large, the toner developed on the photosensitive member 7 is likely to be traced in the circumferential direction, and the toner adhering to the low potential portion of the photosensitive member 7 is again collected by the developing sleeve 11. Sometimes. If the angle θ is too large, the developing ability is lowered.
[0063]
Magnetic distribution P by the second magnet 13b2Has a peak magnetic flux density of 50 to 80 (mT) in the vicinity of the opening of the developing case 12. This magnetic force has a function of transporting the developer into the developing case 12 and carrying air in the vicinity of the lower side of the developing case 12 into the developing case 12. As a result, toner scattering outside the developing case 12 can be prevented. In order to increase the efficiency of air transportability, the shape of the developing case portion 12a corresponding to the peak magnetic flux density portion may be slightly expanded in a direction away from the developing sleeve 11. As a result, the developer ears can be formed smoothly.
[0064]
The third magnet 13c has a magnetic force distribution PThreeThe developer is transported into the developing case 12 by the magnetic force and cooperates with the fourth magnet 13d to generate a magnetic force distribution P.Four(Magnetic flux density of 10 mT or less) is formed. As a result, the developer that has been subjected to development is separated from the developing sleeve 11.
[0065]
The magnetic force of the fourth magnet 13d serves to hold the developer supplied by the second agent stirring member 45 (FIG. 4), which will be described in detail later, on the developing sleeve 11. By reducing the magnetic flux density in the region of the doctor blade 14 and passing the developer in a state of being in close contact with the developing sleeve 11, the layer thickness of the developer can be regulated stably.
[0066]
The fifth magnet 13e has a magnetic force distribution P6The developer held by the magnetic force of the fourth magnet 13d is conveyed to the region of the first magnet 13a. In order to stabilize the developer and to control the air flow around the developing sleeve 11, a description will be given later. The magnetic force distribution P so that the inlet seal 50 and the developer are in contact with each other.6The peak magnetic flux density is set.
[0067]
The gap Gp between the developing sleeve 11 and the photosensitive member 7 is determined by the relationship between the developing sleeve 11 and the gap Gd between the doctor blade 14 and
Gp = Gd × (0.8 to 1.0) and Gp−Gd = (0 to 0.15) mm.
[0068]
When the peripheral speed of the developing sleeve 11 is vs (mm / sec) and the peripheral speed of the photosensitive member 7 is vp (mm / sec), the relationship between them is as follows.
vs = (1 to 2.5) × vp
[0069]
As shown in FIGS. 4 and 11, the shaft portion 47 a of the sleeve end member 47 protruding from the back end portion of the developing sleeve 11 is rotatably fitted to the back support member 57, and the front end of the shaft 46 is The portion 46a is fitted to the front support member 58 so as not to be relatively rotatable. As shown in FIG. 11, these support members 57 and 58 are connected to the doctor blade 14 by screws 59 that are inserted into the long holes formed therein and screwed into the doctor blade 14. Therefore, if these screws 59 are loosened, the position of the doctor blade 14 can be adjusted with respect to the developing sleeve 11 in the substantially normal direction. After the adjustment, the screw 59 is tightened to fix the doctor blade 14 to the developing sleeve 11. A value obtained by moving the doctor blade 14 with respect to the developing sleeve 11 as described above and a gap between the two correspond one-to-one. Further, such adjustment work can be easily performed with the doctor blade 14 and the developing sleeve 11 removed from the developing device.
[0070]
As shown in FIGS. 3 and 4, the case body 3 of the unit case 2 has a front side outer plate 51 and a front side inner plate 52 on its front side, and a rear side outer plate 53 on its back side. A back side inner plate 54 is provided. The lower end edges of the front and rear side plates of the developing case cover 5 (FIGS. 1 and 2) are in contact with the upper end edges of the inner plates 52 and 54 of the case body 3, respectively. These inner plates 52 and 54 constitute the front and rear side plates of the entire developing case 12. As described above, the developing case 12 containing the two-component developer is constituted by a part of the unit case 2. As for the front and rear side plates of the developing case cover 5, only the side plates on the rear side are indicated by the reference numeral 5a in FIG.
[0071]
The photosensitive member 7 has flange members 86 and 87 fixed to respective ends in the longitudinal direction thereof, the front side inner plate 52 and the rear side outer side of the case body via the front side positioning plate 55 and the back side positioning plate 56. Each of the plates 53 is rotatably supported. Further, the front support member 58 fitted to the front end 46 a of the shaft 46 is also supported by the front inner plate 52 of the unit case 2 through the front positioning plate 55 so as not to rotate. Further, the shaft portion 47 a of the sleeve end member 47 is also rotatably supported by the back side outer plate 53 of the unit case 2 via the back side positioning plate 56. The back-side support member 57 is detachably fitted in the concave groove of the back-side inner plate 54.
[0072]
As described above, the photoconductor 7 and the developing sleeve 11 are supported by the unit case on the front side and the back side via the common positioning plates 55 and 56, respectively, thereby the distance between the centers of the developing sleeve 11 and the photoconductor 7. Is kept constant, and the gap Gp between the two is always kept constant.
[0073]
Further, as shown in FIG. 11, the inlet seal cover 60 is locked to the support members 57 and 58 on the rear side and the front side, and the cover 60 is also attached to the cover 60 as shown in FIGS. 1 and 10. The inlet seal 50 is attached. As shown in FIG. 1, the inlet seal cover 60 is located upstream of the developing region between the developing sleeve 11 and the photosensitive member 7, covers the upper portion of the developing sleeve 11, and regulates the developer on the developing sleeve. At the same time, the air flow is restricted. The inlet seal 50 is made of, for example, a thin resin such as PET or PUR, and prevents the toner from scattering out of the developing device 10.
[0074]
As shown in FIG. 11, side seals 61 and 62 made of a thin resin or the like are attached to the support members 57 and 58 on the back side and the near side, respectively, and these side seals 61 and 62 are attached to the developing sleeve 11. It faces the peripheral surface of each end in the longitudinal direction and prevents the toner and carrier from scattering from each end.
[0075]
Next, as shown in FIG. 4, the first and second stirring members 44 and 45 are composed of shafts 63 and 64 and a plurality of elliptic plates 65 and 66 fixed to the shafts 63 and 64. Has been. In FIG. 3, illustration of the elliptical plate is omitted for easy understanding of the drawing, but each of the elliptical plates 65 and 66 is formed in a shape in which the ellipse is partially cut out. Instead of the elliptical plate, the agitating members 44 and 45 can be configured by fixing screws to the shafts 63 and 64.
[0076]
The first agitating member 44 is rotatably supported at its ends in the longitudinal direction of the shaft 63 by the front support wall 67 and the back inner plate 54 in the case body 3 of the unit case 2, respectively. The shaft 64 of the agitating member 45 is rotatably supported at both ends in the longitudinal direction by the front inner plate 52 and the rear inner plate 54 of the unit case 2 via bearings. Further, drive gears 68 and 69 are supported at the rear end portions of the shafts 63 and 64 of the stirring members 44 and 45 so as not to rotate relative to the shafts, and are also driven by the sleeve end member 47. The gear 70 is fixed. These gears 70, 69, and 68 mesh with each other via an intermediate gear (not shown).
[0077]
Further, the case body 3 constituting the developing case 12 is provided with a partition wall 71 extending in parallel with the stirring members 44 and 45 in an area between the first and second stirring members 44 and 45. The front side and the back side of the partition wall 71 are cut out to form passages 71a and 71b, respectively.
[0078]
As described above, when the sleeve end member 47 is rotationally driven by the driving device on the image forming apparatus main body side, the developing sleeve 11 rotates, and the rotation of the sleeve end member 47 causes the drive gears 70, 69, 68 and the intermediate gear to rotate. Is transmitted to the first and second agitating members 44 and 45, and these members are rotationally driven in predetermined directions, respectively. As a result, the developer accommodated in the developer chamber 90 in the developing case 12 is conveyed while being stirred in the direction of the arrow X, and the developer is guided by the partition wall 71 and the passages 71a and 71b on both ends thereof. Circulate through. As a result, the toner and carrier of the developer are frictionally charged with different polarities. Such developer is supplied to the developing sleeve 11, and the developer from the developing sleeve 11 is returned to the stirring member side. Since each of the elliptical plates 65 and 66 has a shape in which a part of the ellipse is cut out, the developer agitating effect is enhanced by the developer hitting the edge of the cutout portion.
[0079]
Here, when the pitch of the elliptic plates 65 and 66 in each of the stirring members 44 and 45 is P, and the minor axis of the ellipse is Y,
P = (1 / 3-4 / 5) × Y
It is desirable to satisfy If the pitch P is smaller than this, the developer conveying force decreases, so the number of rotations of the agitating members 44 and 45 increases, and the developer tends to deteriorate. Further, when the pitch P is larger than the above formula, the stirring performance with respect to the developer is lowered.
[0080]
The rotation speeds of the first and second stirring members 44 and 45 are equal to each other, and the outer diameter Y and the pitch P of the respective elliptical plates 65 and 66 are also equal to each other. Further, the relationship between the peripheral speed v at the short diameter portion of each of the elliptic plates 65 and 66 and the peripheral speed vs of the developing sleeve 11 is as follows.
vs = (1.1 to 1.5) × v
It is desirable to satisfy.
[0081]
When the peripheral speed v of the elliptic plates 65 and 66 is higher than that expressed by the above formula, the stress on the developer increases, and conversely, when the peripheral speed v is low, it takes time to replace the developer on the developing sleeve 11. It takes a lot of time, and density unevenness occurs in the toner image formed on the photoreceptor 7.
[0082]
The gap between the elliptical plates 65 and 66 of the stirring members 44 and 45 and the partition wall 71 or the developing case wall is preferably 0.5 to 2 mm. If this gap is larger than this value, the developer cannot be reliably conveyed, and a staying developer is generated. If this gap is smaller than the above value, the developer is excessively applied to the partition wall 71 and the developing case wall. There is a risk of rubbing strongly and premature deterioration.
[0083]
Further, when the gap between the elliptical plate 66 of the second stirring member 45 and the developing sleeve 11 is set to 1.5 to 3 mm, the developer can be smoothly supplied to the developing sleeve 11, and the developer can be supplied from the developing sleeve 11. Can be collected smoothly. If the gap between the two is too large, the supply and recovery of the developer to the developing sleeve 11 are not sufficiently performed. Conversely, if the gap is too small, the developer is deteriorated due to stress and toner supply unevenness occurs.
[0084]
As shown in FIGS. 1 and 4, the developing case 12 is provided with a sensor for detecting the toner concentration of the developer 101, in this example, a magnetic permeability measuring sensor 72. Further, the toner bottle 73 shown in FIGS. 1 and 2 is detachably attached to the image forming apparatus main body.
[0085]
When the sensor 72 detects that the toner concentration of the developer 101 accommodated in the developer chamber 90 in the developing case 12 is equal to or lower than a reference value, the toner bottle 73 is opened by a toner replenishment signal based on the detection signal. The toner is formed by the case main body 3 through the opening 6a (FIG. 2) formed in the upper wall of the upper cover 6 from the supply port 73a of the toner bottle 73. The toner is supplied to the toner replenishing unit 75 (FIGS. 3 and 4).
[0086]
The toner bottle 73 containing the replenished toner has a spiral protrusion formed on the inner wall surface thereof, and the toner inside the toner bottle 73 is sequentially sent from the back side to the replenishment port 73a and replenished to the toner replenishing unit 75. The At this time, a hopper (not shown) for guiding the replenished toner is provided between the toner bottle 73 and the toner replenishing unit 75, so that the toner from the toner bottle 73 does not scatter and enters the toner replenishing unit 75. Supplied. The drive shaft 74 that rotates the toner bottle 73 is provided with an electromagnetic clutch (not shown). When a toner supply signal is output, the electromagnetic clutch is turned on and the drive shaft 74 for the toner bottle rotates.
[0087]
As shown in FIGS. 3 and 4, a shielding plate 76 made of a thin resin sheet in which a large number of small holes are formed between the toner replenishing portion 75 and the developer chamber 90 containing the two-component developer. In the toner replenishing portion 75, a toner feeding member 78 made of a thin resin sheet having a base end portion fixed to a shaft 77 is disposed. The gear 79 fixed to the shaft 77 has a first agitation. The gear 44 is engaged with a gear 80 fixed to the shaft 63 of the member 44. The diameter of the small hole formed in the shielding plate 76 is about 0.5 to 1 mm, for example. The shaft 77 is rotatably supported by the case body 3.
[0088]
As described above, when the first stirring member 44 is rotated, the rotation is transmitted to the shaft 77 through the gears 80 and 79, the toner delivery member 78 is rotated, and the tip portion thereof is in sliding contact with the shielding plate 76. As a result, the toner in the toner replenishing section 75 is fed into the developer chamber 90 provided with the stirring member 44 through the small hole of the shielding plate 76.
[0089]
As described above, the toner from the toner bottle 73 is once accumulated in the toner replenishing unit 75 and sent to the developer chamber 90 little by little through the small hole of the shielding plate 76, so that the toner is not discharged from the toner bottle 73 by a constant amount. In both cases, the developer chamber 90 is replenished with a certain amount of toner. The toner supplied to the developer chamber 90 is agitated and mixed with the two-component developer existing therein by the agitating members 44 and 45.
[0090]
If the sensor 72 continues to detect a decrease in toner density even after the toner replenishing operation described above, it is assumed that the toner in the toner bottle 73 has run out, and a message indicating that the toner end is near is displayed on the display unit. To the user. If the toner bottle is not exchanged even though such a display is made, the operation of the image forming apparatus is stopped when the image forming operation for 50 sheets is performed on the A4 size transfer paper after the display. To do.
[0091]
The replacement operation of the toner bottle 73 is determined based on the opening / closing time of the front door (not shown) of the main body of the image forming apparatus. After the replacement of the toner bottle 73, the toner supply operation is performed for a predetermined time, and the detection voltage of the sensor 72 is a constant value. After confirming that the image forming apparatus has reached, the prohibition of operation of the image forming apparatus is released.
[0092]
As shown in FIG. 2, an opening 102 is formed in the developing case cover 5, and the developer cartridge 81 shown in FIG. 1 is mounted in the opening 102. When a new image forming unit 1 is shipped from a manufacturing factory or a store, the lower opening of the developer cartridge 81 is covered with a flexible seal member (not shown), and toner and carrier are placed inside the cartridge 81. A two-component developer is stored. At this time, there is no developer in the developer chamber 90.
[0093]
When the image forming unit 1 is delivered to the user, by rotating a roller (not shown), the sealing member is wound around the roller and the opening of the developer cartridge 81 is opened. As a result, the internal developer falls into the developer chamber 90 in the developing case 12. As described above, since the developer is sealed and stored in the developer cartridge 81 until the image forming unit 1 is delivered to the user, the developer is deteriorated due to moisture absorption during storage of the image forming unit 1. It is possible to prevent the developer from leaking out of the developing device.
[0094]
Next, the basic concept of the development mechanism using the two-component developer, particularly the magnetic brush development using the two-component developer centered on the force acting on the toner will be described.
[0095]
About development electric field
A developing electric field formed between the photosensitive member 7 and the developing sleeve 11 shown in FIG. 10 is generally expressed by the following equation.
E = ε (Vd−Vb) / Gp (7)
E = Developing electric field (V / mm) ε: Dielectric constant of developer Vd: Image portion potential (V) of photosensitive member Vb: Developing bias voltage (V) Gp: Developing gap (gap between photosensitive member and developing sleeve) ( mm)
From formula (7), it can be seen that the development electric field can be controlled by the development bias voltage. Therefore, image density control is performed by changing the developing bias voltage and controlling the developing electric field.
[0096]
About the force acting on toner
a) Adhesive force between developer carrier and toner
A model diagram of the adhesion force of the toner particles adhering to the carrier particles C is shown in FIG. The toner particle T exchanges several charges with the surface of the carrier C by contact and friction several times, has a negative charge of q, and a positive charge corresponding to the charge is on the carrier side. The adhesion force Ft at the contact point between the two consists of the Coulomb force due to the charge q and the short-range van der Waals force Fv, and is expressed as follows.
Ft = Fv + αq2/ 4πε0r2 (8)
Where r is the toner particle radius and ε0Is a dielectric constant of vacuum, and α is a constant (1 to 1.9) depending on the dielectric constant of the toner.
[0097]
b) Insulating magnetic brush development model
In the two-component development, development is performed when the development driving force (electrostatic force) (q · E) acting on the toner particles becomes larger than the adhesion force with the carrier.
q · E> Fv + αq2/ 4πε0r2 (9)
Equation (9) is easy to understand when described with reference to FIG. Here E1<E2The straight lines represent the developing powers. E1Development does not occur in the electric field of qE, and qE above the Ft curve2Is q1And q2Therefore, any toner having a charge in this range can be developed.
[0098]
The above is the description of the developing device 10 and the configuration related thereto, but in the conventional image forming unit in which at least the photosensitive member and the developing device are assembled, the developing device does not have a carrier and is a one-component system development. The mainstream was the use of agents. In this case, when the toner particles are adhered from the developing sleeve to the photosensitive member, there is no medium such as a carrier of the two-component developing method, so the developing sleeve needs to be close to the photosensitive member, and the distance is usually 0 to 0. .3mm is very small. Therefore, when the toner recycling as will be described later used in the present embodiment is performed and parts such as a waste toner tank are to be deleted, the recycled toner once adhered to the photosensitive member and collected by the cleaning device is not treated with paper dust. Therefore, if the gap between the photoconductor and the developing roller is narrow, foreign matters such as paper dust are caught in the gap, and abnormal images such as white stripes are likely to occur. Therefore, toner recycling is not suitable for the one-component development method. In some cases, toner recycling is performed by a one-component development method. In this case, the life of the image forming unit is as short as, for example, about 10K (K = 1000) sheets.
[0099]
In contrast, in this example, the development method is a two-component development method, so that the distance between the photoconductor 7 and the development sleeve 11 can be 0.5 mm or more. There is no occurrence of foreign matter such as powder, and the life of the image forming unit can be extended to the number of copies, for example, 30K or more. Therefore, compared with the one-component development method, the cost for using the carrier is increased, but the life of the image forming unit 1 is extended more than twice, so the total cost is reduced and the replacement interval of the image forming unit 1 is increased. Maintenance costs are also reduced.
[0100]
Next, the transfer device will be described. The transfer roller 15 shown in FIG. 1 is obtained by winding a conductive resin around a metal core, and is pressed together with the bearing toward the photosensitive member by a compression spring (not shown). A constant current is passed through the transfer roller 15 to transfer the toner on the photosensitive member to the transfer paper. The transfer roller 15 can also be brought into and out of contact with the photoreceptor 7 by the same mechanism as the charging roller 8.
[0101]
The transfer mechanism will be described. In FIG. 14, a charged toner layer dt having a volume charge density ρ is provided on a photoconductor 7 having a photosensitive layer 31 having a thickness dm, and a transfer paper 100 having a thickness dp is positioned therebelow. The gap between the toner layer and the transfer paper is defined as g. Further, a charge σc having a polarity opposite to that of the charged toner is applied on the transfer paper 100. In this state, the force Fe (x) in the recording paper direction acting on the toner T having the charge amount qt located at x from the surface of the photoreceptor is expressed by the following equation.
Fe (x) = qt {−σc−ρ (dt−x)} / (ε0・ Kt) (10)
Where ε0Is the dielectric constant of the vacuum, and Kt is the relative dielectric constant of the toner layer. The electrostatic force Fe (x) acting on the charged toner T at a distance x from the surface of the photoreceptor is balanced with the mechanical adhesion force Fa. At this point, the toner layer is divided and the thickness of (dt−x) is increased. Assuming that only the toner layer is transferred to the transfer, the transfer rate η is expressed by the following equation.
Figure 0003724753
In Equation (10), the volume charge density ρ can be expressed as ρ = δ · p · Tp, where δ is the toner density, p is the filling rate of the charged toner layer, and Tp is the toner specific charge. The toner charge amount qt can be expressed as qt = Tp · m, where m is the mass of one toner. Therefore, equation (10) is
Fe (x) = {− σc · m · Tp−δ · p · m (dt−x) Tp2} / (Ε0・ Kt) (12)
Can also be expressed. The above is the transfer model formula.
[0102]
Next, the transfer control method will be described. First, an equivalent circuit is shown in FIGS. 15 and 16 as a transfer model in the case where toner is present on the maximum copy width size paper. Thereby, the image portion transfer current Ib is obtained.
Ib = (V-Vl) / (R + Zb) (13)
However, 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: transfer voltage, Vl: image portion surface potential, R: transfer roller resistance value, K0: Dielectric constant, Kd: relative dielectric constant of photosensitive layer, Kp: relative dielectric constant of transfer paper, Kt: relative dielectric constant of toner layer, d: film thickness of photosensitive layer, dp: transfer paper thickness, dt: toner layer thickness, L: general Paper width, Vp: Photoconductor peripheral speed
Substituting each value into the equation (13) and representing the V-Vl term,
V-Vl = Ib.R + (Ib.dp) / (K0・ Kp ・ L ・ Vp) + (Ib ・ dt) / (K0・ Kt ・ L ・ Vp) + (Ib ・ d) / (K0・ Kd ・ L ・ Vp) (14)
From the equation (14), when the transfer control method is a constant current method, the transfer charge σc acting on the transfer described in the above transfer mechanism is the same as Ib / L · Vp in the term of the transfer paper of the equation (14). Therefore, by controlling so that Ib is constant, a stable transfer charge is always given, and the transfer conditions are stabilized.
[0103]
On the other hand, in the case of constant voltage control, when V is constant in equation (14), the resistance value R of the transfer roller 15 changes greatly due to environmental changes, and when the resistance value increases, the voltage of the transfer roller increases. As a result, the voltage value applied to the transfer paper becomes smaller, the transfer charge changes, and stable transfer conditions cannot be obtained. Therefore, constant current control is advantageous for the resistance value change of the transfer roller 15.
[0104]
Next, consider the case where the transfer paper exists but the area where the toner exists is narrow, or the transfer paper size is small and the area where the photoconductor 7 and the transfer roller 15 are in direct contact is wide. 17 and 18 show the case where the transfer paper 100 is present but no toner layer, and FIGS. 19 and 20 show the case where the photoconductor 7 and the transfer roller 15 are in direct contact. Here, if the currents flowing are Iw and Id,
Iw = (V−Vd) / (R + Zw) (15)
However, Zw = (1 / Cd + 1 / Cp)
Id = (V-Vd) / (R + Zd) (16)
However, Zd = (1 / Cd)
Vd: surface potential of non-photosensitive portion of photoreceptor
It becomes. Here, in the case of constant current control, when a small size (A6, etc.) transfer paper is passed, most of the applied current flows into the photoconductor 7, and the result Ib does not become a sufficient value, and the transfer charge becomes small and transfer is performed. It becomes defective. As a means for preventing this, there is a method in which the resistance value of the transfer roller is once measured and then a voltage suitable for this resistance value is applied so that an appropriate transfer charge can be obtained. This will be described. The current I during non-image formation1The voltage that flows is V1Then,
I1= (V1-Vd) / (R + Zd) (17)
From this relationship, the resistance value R of the transfer roller is obtained. That is,
R = 1 / I1・ {V1-Vd- (I1・ Id) / Cd} (18)
Here, Vd is a charging potential, Cd is a capacitance of the photosensitive layer, and this value is a known value.
[0105]
Next, Ib is an appropriate current value I during image formation.2The voltage value becomes V2Then,
I2= (V2-Vl) / (R + Zb) (19)
Substituting equation (18) into equation (19), V2Ask for
V2= (I2/ I1) X (V1−Vd) + I2(Zb-Zd) + Vl (20)
V obtained during non-image formation1, The voltage value V derived from the equation (20)2By applying a constant voltage at the time of image formation, it is possible to always transfer with an appropriate voltage V corresponding to the resistance value R of the transfer roller.
[0106]
Consider the influence of linear velocity. In order to see the relationship between the photosensitive member peripheral speed Vp and the transfer roller resistance R, when the equations (13), (14), and (15) are solved for R,
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)
However, Yb / Vp = 1 / Cd + 1 / Cp + 1 / Ct
Yw / Vp = 1 / Cd + 1 / Cp
Yd / Vp = 1 / Cd
Here, Qb, Qw, and Qd are the charge amounts per unit area of the image portion, the non-image portion, and the non-sheet passing portion, respectively. That is, Qb = Ib / L · Vp, Qw = Iw / L · Vp, Qd = Id / L · Vp. Therefore, it can be seen that when the photosensitive member peripheral speed is changed, the transfer roller resistance value may be changed in inverse proportion to the peripheral speed.
[0107]
In the equation (16), the term of the discharge start voltage (Vg) entered in the charging mechanism of the charging roller is omitted. This is because the equation of Vg is Vg = 312 + 6.2 × d / Kd + √ (7737.6 × d / Kd), d: omitted because it can be regarded as a substantially constant value determined by the film thickness of the photosensitive layer and Kd: the relative dielectric constant of the photosensitive layer.
[0108]
Next, the cleaning device 17 shown in FIG. 1 will be described. The cleaning blade 18 of the cleaning device 17 is made of an elastic body such as a flat polyurethane rubber, and is fixed to a metal blade holder 82 with an adhesive or a double-sided tape. As shown in FIG. 3, the position of the blade boulder 82 in a direction parallel to the inclined surface 84 is regulated by two positioning pins 83 provided on the inclined surface 84 formed on the case body 3. It is fixed to the case main body 3 with screws 85 in a so-called counter direction opposite to the rotation direction of the photoconductor 7. The screws 85 are in the same direction as the attachment surface of the cleaning blade 18 and the blade holder 82 is brought into close contact with the inclined surface 84 formed on the case main body 3 so as to follow the inclined surface 84. The position of the cleaning blade 18 in the direction perpendicular to the inclined surface 84 is restricted.
[0109]
As described above, the contact angle and pressure of the cleaning blade 18 against the photosensitive member 7 are completely guaranteed, and problems such as defective cleaning and generation of abnormal noise are prevented. Further, the thrust direction position of the screw 85 for fixing the blade holder 82 to the case body 3 can be set further outside both ends including the flange members 86 and 87 of the photoconductor. There is an advantage that only the cleaning blade can be replaced without taking off.
[0110]
Next, the toner recycling apparatus will be described.
[0111]
The toner scraped off from the photoreceptor 7 by the cleaning blade 18 of the cleaning device 17 shown in FIGS. 1 and 3 is transported to the front side in the cleaning case 19 by the toner transporting member 20, and projects into the case 19 integrally. It is discharged outside through the pipe 88 provided. A gear (not shown) is fixed to the back end of the toner conveying member 20, and this gear meshes with a gear formed integrally with the flange member 87 on the back side of the photoconductor 7, so that the photoconductor 7 rotates. Is transmitted to the toner conveying member 20, and the toner conveying member 20 is driven to rotate.
[0112]
As shown in FIGS. 3, 21, and 22, a roller portion 91 and a pair of pins 89 projecting from the roller portion 91 are provided at the front end portion of the toner conveying member 20 that protrudes outside the cleaning case 19. The toner recycling belt 92 is wound around the roller portion 91. The belt 92 is formed with a large number of long holes 93 of equal length along the circumferential direction, and each pin 89 described above enters one of the long holes 93. As shown in FIG. 3, the toner recycling belt 92 is located in the toner conveyance path in the bowl-shaped portion 94 formed by a part of the case body 3, and the upper portion of the toner conveyance path is the upper cover 6 (see FIG. 2).
[0113]
As shown in FIGS. 3 and 22, a driven roller 95 is rotatably supported on the bowl-shaped portion 94, and the above-described toner recycling belt 92 is wound around the roller 95. When the toner conveying member 20 is rotationally driven as described above, the roller portion 91 integrated therewith rotates, and at this time, the pins 89 are successively engaged with the long holes 93 of the toner recycling belt 92, As a result, the toner recycling belt 92 is driven in the direction indicated by the arrow in FIG. In addition, a large number of elastic fins 96 arranged in the circumferential direction protrude from the outer surface of the toner recycling belt 92, and when the toner recycling belt 92 is driven, the elastic fins 96 are arranged inside the hook-shaped portion 94 and the upper cover 6. Touch the wall.
[0114]
The toner discharged to the outside of the cleaning case 19 of the cleaning device 17 by the toner conveying member 20 passes through the elongated hole 93 of the belt 92 while moving in an unstable manner in the vicinity of the transfer portion with the toner recycling belt 92. Then, it falls onto the inner wall surface of the bowl-shaped portion 94. Then, the toner is transported through the toner transport path by the elastic fins 96 of the driven toner recycling belt 92 and is fed into the developer chamber 90 of the developing device 10. At this time, since the elastic fin 96 is pressed against the inner wall surface of the bowl-shaped portion 94, the toner is not transported to the developing device 10 without remaining, and a problem that excessive stress is applied to the toner can be prevented.
[0115]
An inclined surface 94a is formed by a protrusion on the inner wall surface portion of the bowl-shaped portion 94 in the vicinity of the driven roller 95. When the elastic fins 96 rub against the inclined surface 94a, the elastic fins 96 are elastically bent. When the elastic fin 96 is deformed and passes through the inclined surface 94a, each elastic fin 96 is elastically restored to its natural state. For this reason, the toner conveyed by the elastic fins 96 is blown to the second stirring member 45 shown in FIG. In this way, the toner can be reliably conveyed to the developer chamber 90. The toner conveyed to the developer chamber 90 is agitated and mixed with the developer 101 existing therein and reused.
[0116]
As shown in FIG. 21, the thickness of the toner recycling belt 92 is set to t.1, The thickness of each elastic fin 96 integral therewith is t2T1<T2Is set to As a result, the waist strength of the elastic fin 96 becomes stronger than the waist strength of the toner recycling belt 92, and the elastic fin 96 presses against the inner wall surface of the bowl-shaped portion 94 as shown in FIG. When transported, the elastic fin 96 itself is not greatly bent and deformed. When the elastic fin 96 starts to contact the inclined surface 94a, the fin 96 is greatly bent and deformed, and then when the elastic fin 96 is elastically restored, the toner is blown out vigorously.
[0117]
By using the toner recycling apparatus as described above, the waste toner tank for storing the toner collected from the photoreceptor 7 can be eliminated, and the collected toner can be efficiently reused in the developing device 10.
[0118]
Further, since the bowl-shaped portion 94 constituting the toner conveyance path is constituted by a part of the case main body 3, as in the case where the bowl-shaped portion 94 and the other case main body portion are configured separately, It is possible to prevent the toner from leaking through the gap between them, and it is not necessary to provide a sealing material such as a sponge for preventing the toner leakage. Further, since the bowl-shaped portion 94 and the other case main body are integrated, the assembling property of the image forming unit 1 is improved.
[0119]
By the way, as described above, the shafts 63 and 64 of the first and second stirring members 44 and 45 rotatably supported by the unit case 2 are connected to the drive gears 68 and 64 at the end portions on the back side. 69 is fitted to the shafts 63 and 64 so as not to rotate relative to each other. When such a gear is supported on a shaft, conventionally, in order to prevent the gear from shifting and detaching from the shaft in the axial direction, a locking ring such as an E ring or a C ring is fitted to the shaft. However, the locking ring prevents the gear from being detached from the shaft. The locking ring was used as a stopper to prevent gear disengagement. However, if such a locking member is used, the number of parts increases and the cost increases.
[0120]
On the other hand, in the configuration example shown in FIGS. 3 and 4, the back side outer plate 53 of the unit case 2 is located outside the above-described drive gears 68 and 69, A stopper is configured to prevent the drive gears 68 and 69 from detaching from the shafts 63 and 64 in the axial direction. That is, the case body 3 of the unit case 2 includes a back side inner plate 54 that rotatably supports the shafts 63 and 64, and a back side outer plate 53 that is positioned on the outer side, and between the plates 53 and 54. The drive gears 68 and 69 are arranged on the rear side, and the back side outer plate 53 constitutes a stopper that prevents the drive gears 68 and 69 from being detached from the shafts 63 and 64. The upper part of the space where the gears 68 and 69 are located is covered with a part of the developing case cover 5.
[0121]
In this way, the outer plate 53 is configured so as to function as a stopper for the gears 68 and 69 in addition to its original function, so that a conventionally required locking ring can be omitted. The number of parts can be reduced and the cost can be reduced.
[0122]
Furthermore, since the gears 68 and 69 are located in a sealed space between the outer plate 53 and the inner plate 54 on the back side, it is possible to eliminate the possibility that a person touches the gears 68 and 69. Further, since the case body 3 has a double wall structure of the inner plate 54 and the outer plate 53, it is possible to more reliably prevent the developer of the developing device 10 from leaking to the outside of the image forming unit 1. Even if the developer slightly leaks out of the developer chamber 90 from the inner plate 54 and the side plate 5a (FIG. 1) on the inner side of the developing case cover 5, the outer plate 53 causes this to leak out of the image forming unit. Can be prevented.
[0123]
Further, as shown in FIG. 23 or FIG. 24, a protrusion 97 having a rib shape or a cylindrical shape is formed on the surface of the back side outer plate 53 facing each drive gear 68, 69, and If the end faces of the drive gears 68 and 69 are in contact with each other, the area where each of the drive gears 68 and 69 is in contact with the back outer plate 53 can be reduced, thereby reducing the frictional force acting between them. The driving torque of the gears 68 and 69 can be reduced. In addition, the wear of the gears 68 and 69 and the unit case 2 can be reduced and the service life thereof can be extended.
[0124]
As described above, the case portion that contacts the gear is provided adjacent to the outside of the gear, and the configuration that prevents the gear from being removed from the shaft by the case portion is widely applied to various machines and devices other than the image forming unit. Applicable.
[0125]
Various configurations for preventing the drive gears 68 and 69 from shifting inward in the axial direction with respect to the shafts 63 and 64 can be employed. For example, as shown in FIG. The gears 68 and 69 can be prevented from moving inward in the axial direction of the shafts 63 and 64 by at least one of 54 and the bearing 154 attached thereto. Alternatively, as shown in FIG. 26, step portions 163 may be formed on the shafts 63 and 64, and the step portions 163 may prevent the gears 68 and 69 from moving inward in the axial direction. Further, as shown in FIG. 27, the locking ring 164 made of an E ring or a C ring may prevent the gears 63 and 64 from shifting inward in the axial direction.
[0126]
As described above, the image forming apparatus shown in the figure has an image carrier formed of the photosensitive member 7 on which an electrostatic latent image is formed, and the electrostatic latent image formed on the photosensitive member 7 is divided into two components having toner and a carrier. A developing device 10 that visualizes a toner image using a system developer, and the developing device 10 includes a developing sleeve 11 that carries and conveys a two-component developer 101 used for development. A developer carrying / conveying member is provided, and a toner image formed on the photoreceptor 7 is transferred to a transfer material made of transfer paper 100 to obtain a recorded image. In addition, in order to form an electrostatic latent image on the photoreceptor 7, a charging device configured as a charging roller 8 that charges the photoreceptor 7 and a toner image formed on the photoreceptor 7 are transferred to the transfer paper 100. And a cleaning device 17 having a cleaning member comprising a cleaning blade 18 for removing toner remaining on the surface of the image carrier from the surface.
[0127]
As described above, the illustrated image forming apparatus includes a large number of elements, and the two-component developer 101 is accommodated in the developer chamber 90 and used. Each of these elements deteriorates with time, and finally becomes unusable. Normally, these elements are replaced with new ones when they can no longer be used or at a time just before that. This replacement time is the life of each element. At that time, if each element is configured to have a lifetime that is completely different, each element must be replaced every time the lifetime is reached, which makes the replacement work extremely complicated. . If each element is configured so that a plurality of components of the image forming apparatus have a lifetime almost at the same time, the plurality of components that have reached the end of their lifetime can be replaced in a batch, thereby simplifying the work. .
[0128]
However, conventionally, no consideration has been given to the relationship between the carrier life of the two-component developer and the life of other imaging elements. Therefore, normally, when the carrier deteriorates, the developer should be replaced. I had to do it alone.
[0129]
In this example, from such a viewpoint, these are configured so that the photoconductor 7 which is an example of the image carrier and the carrier life of the two-component developer 101 coincide. According to such a configuration, when the photoconductor 7 and the developer 101 have reached the end of their lives, they can be exchanged together, and the workability can be greatly improved.
[0130]
In the illustrated image forming apparatus, an image carrier made of a photosensitive member 7 and a developer carrying / conveying member made of a developing sleeve 11 are assembled to a unit case 2 to form an image forming unit 1, and two-component development is performed. Since the agent 101 is accommodated in the developing case 12 constituted by a part of the unit case 2, as described above, when the photoconductor 7 and the carrier having the same lifetime reach the lifetime, the image forming unit 1 Even if the whole is replaced with a new one, the economic burden on the user is not excessive. If the entire image forming unit 1 is replaced, the replacement work can be remarkably simplified. Moreover, since the developing case 12 of the developing device 10 is constituted by the unit case 2, the cost of the entire image forming unit can be reduced, and the economic burden on the user can be further reduced.
[0131]
Further, not only the life of the photoconductor 7 and the life of the carrier but also the life of the charging roller 8 constituting the charging device and the life of the cleaning blade 18 constituting the cleaning member are all matched. Sometimes, these can be exchanged together, and the workability can be further improved.
[0132]
In this case, in this example, an image carrier made up of the photoconductor 7, a charging device made up of the charging roller 8, a developer carrying / conveying member made up of the developing sleeve 11, and a cleaning member made up of the cleaning blade 18 are provided in the unit case 2. Since the image forming unit 1 is assembled and the two-component developer 101 is accommodated in the developing case 12 configured by a part of the unit case 2, the image forming unit 1 is formed when these components reach the end of their service life. Even if the entire unit 1 is replaced with a new one, the economic burden on the user can be further reduced.
[0133]
Further, in the image forming apparatus of this example, the toner removed from the image carrier made of the photosensitive member 7 by the cleaning device 17 is reused in the developing device 10 from the cleaning device 17 to the developing device 10. A toner recycling device is provided for transporting the toner to the user, so that the toner can be reused. Therefore, the economic burden on the user can be reduced, and even if the entire imaging unit that has reached the end of its life is replaced with a new one, On the other hand, there is no excessive economic burden.
[0134]
Further, in the image forming apparatus of this example, the toner removed from the image carrier made of the photoreceptor 7 by the cleaning device 17 is transported from the cleaning device 17 to the developing device 10 so that the toner can be reused in the developing device 10. And a toner transport path of the toner recycling device is constituted by a part of the unit case 2, so that it is possible to reduce the economic burden on the user by reusing the toner. Even if a toner recycling device is provided, the toner conveyance path is constituted by the unit case 2, so that an increase in the cost of the image forming unit 1 can be effectively suppressed, and the entire image forming unit that has reached the end of its life can be renewed. Even if it is replaced with a thing, the burden on the user can be further reduced.
[0135]
Here, the lifetime of each component of the image forming unit 1 can be set as follows, for example. Here, it is assumed that the lifetime of each element when it is in a state immediately before it cannot withstand use.
[0136]
First, the lifetime of the developer, more precisely, the lifetime of the carrier is due to the fact that the coating layer on the surface of the carrier is peeled off over time due to stirring and circulation of the developer, and the triboelectric charging characteristics of the carrier deteriorate. It is determined. That is, by selecting the thickness of the carrier coating layer and the total amount of the developer 101 accommodated in the developer chamber 90 of the developing device 10, the approximate lifetime of the developer 101 can be determined.
[0137]
The lifetime of the photoreceptor 7 is determined mainly by the fact that the photosensitive layer 31 is scraped over time by the cleaning blade 18, the film thickness is reduced, and an appropriate charging potential cannot be obtained. That is, by selecting the film thickness of the photosensitive layer 31, the approximate lifetime of the photoreceptor 7 can be set.
[0138]
The life of the cleaning blade 18 is determined by the contact pressure with respect to the photoconductor 7 and the wear amount of the blade edge that is in contact with the photoconductor 7. Generally, when the amount of wear increases, the cleaning performance for residual toner on the photoreceptor deteriorates. However, the higher the contact pressure of the cleaning blade 18 with respect to the photoconductor 7, the greater the amount of wear of the cleaning blade 18, but the higher the cleaning performance, so the life of the cleaning blade 18 is extended. However, when the contact pressure is high, the load torque of the photoconductor 7 increases. For this reason, the approximate life of the cleaning blade 18 can be set by selecting the contact pressure of the cleaning blade 18 against the photosensitive member 7.
[0139]
The service life of the charging roller 8 depends on the pressure with which the cleaning pad 32 (FIG. 1) for cleaning the minute toner adhering to the surface of the charging roller is pressed against the charging roller 8. If the pressing pressure is large, the cleaning performance with respect to the charging roller 8 is increased. Although it is good, scratches occur on the surface of the charging roller over time, and image unevenness occurs. Further, when the pressing pressure is small, the cleaning property with respect to the charging roller 8 is deteriorated. For this reason, the approximate life of the charging roller 8 can be set by selecting the pressing force of the cleaning pad 32 against the charging roller 8.
[0140]
The above is a factor for determining the lifetime of each element constituting the image forming unit 1. Next, a more specific example when the lifetimes of the carriers of the photoconductor 7 and the developer 101 are matched will be shown.
[0141]
First, when an image is formed on S sheets of transfer paper after starting to use a new image forming unit 1, the photoconductor 7 and the developer 10 reach the end of their lives when the number of copies reaches S. Assume that the entire image forming unit 1 is replaced.
[0142]
  When the developer 101 is used until it becomes deteriorated and cannot be used, the carrier coating layer is formed so that the triboelectric charging characteristic of the carrier deteriorates immediately after the image formation of the S sheets is finished. Determine the thickness and amount of developer. The triboelectric charge characteristic of the carrier can be expressed by toner specific charge (charge amount Q / M per unit weight), and FIG. 28 shows the relationship between the toner specific charge and the number of copies. If the toner specific charge (Q / M) is lower than the allowable range, the background stains and the image density are lowered. Therefore, immediately before this state, the coating layer thickness of the carrier is set so that the number of copies becomes S. The amount of the developer is set.
[0143]
For example, when the above-described S sheet is 30K sheet, 40K sheet, or 50K sheet (K = 1000), the life of the developer is the toner specific charge (Q which is a substitute value of the frictional charging characteristic of the carrier as described above. / M), but this value is within the range of 10 to 40 μc / g even after each number of 30K, 40K, or 50K sheets is passed, and immediately after reaching each copy number. If the carrier coating layer thickness and the amount of developer are selected so that the toner specific charge is lower than this value, the lifetime of the developer can be set correctly. Specifically, the coating layer thickness is selected from the range of 0.5 μm to 1.5 μm, for example, and the developer amount (weight) is selected from the range of 2.45 N to 4.41 N. Since the cost can be reduced if the amount of the developer 101 is small, the combination with the thickness of the coating layer of the carrier should be used in the direction of reducing the developer amount when the lifetime copy number is 30K sheets than when it is 50K sheets. It is desirable to set.
[0144]
Next, assuming that the photoconductor 7 continues to be used until it deteriorates, the film thickness of the photoconductive layer 31 is set so that an appropriate charging current cannot be obtained immediately after the number of copies reaches S. To do. As an example, considering the case where the width of change in the charging potential due to the change in the film thickness of the photosensitive layer 31 over time is 20 V or less, in the equation shown above in the charging mechanism of the charging roller 8, The film thickness of the photosensitive layer 31 may be selected so that the variation in the term of the discharge start voltage (charging start voltage) Vg affected by the film thickness of the layer 31 is 20 V or less. Since the amount of wear of the photosensitive layer after copying S sheets is known in advance, this is set to l. If the initial photosensitive layer thickness is d, the relative dielectric constant is Kd, the initial charging start voltage is Vgs, and the charging start voltage after copying S sheets is Vge,
Vgs = 312 + 6.2 × d / Kd + √ (7737.6 × d / Kd)
Vge = 312 + 6.2 × (dl) / Kd + √ {7737.6 × (dl) / Kd}
Vgs−Vge = 1.931 + 49.17 {√d−√ (dl)}
Here, if l is 3 μm,
Vgs−Vge = 5.79 + 49.17 {√d−√ (d−3)}
If the change width is 20 V or less,
Vgs−Vge = 5.79 + 49.17 {√d−√ (d−3)} ≦ 20
√d−√ (d−3) ≦ 0.289
It becomes. Where √d = D, d−3 = D2-3
D-√ (D2-3) ≦ 0.289
√ (D2-3) ≦ D−0.289
And when both sides are squared,
D2-3 ≦ D2-0.578D + 0.0835
0.578D ≦ 3.0835
∴D ≦ 5.33
√ From d = D, d = D2
∴d = 5.332= 28.4 μm
[0145]
Therefore, if the photosensitive layer 31 is worn by 3 μm after copying S sheets, it is possible to make the fluctuation range 20 V or less by selecting a photosensitive layer having a thickness of 28.4 μm.
[0146]
  For example, in order to make the photoconductor 7 have a lifetime with the number of copies of 30K sheets, the potential change due to the change in the film thickness of the photosensitive layer after passing 30K sheets is set to 20 V or less, and the photoconductor is further provided. If the use is continued as it is, the film thickness of the photosensitive layer 31 is set so that the potential fluctuation becomes larger than 20V immediately after that. Assuming that the wear amount of the photosensitive layer 31 after copying 30K sheets is 2 μm, the initial film thickness is about 13 μm from the above formula.
[0147]
Similarly, when the photosensitive member 7 has a lifetime of up to 40K sheets, the wear amount of the photosensitive layer 31 is 2.5 μm, and the initial film thickness may be set to around 20 μm.
[0148]
Further, when the photoconductor 7 reaches the end of its life with 50K sheets, the wear amount of the photosensitive layer 31 is 3 μm, so the initial film thickness is set to around 28.4 μm.
[0149]
As described above, the lifetimes of the developer and the photosensitive member can be matched, and the image forming unit in which the photosensitive member and the developing device are integrated can be replaced at once. As a result, the maintenance cost can be greatly reduced compared to the case where individual parts are replaced by service personnel at different times.
[0150]
Further, in order for the cleaning blade 18 to have a lifetime with S copies, it can be seen from the graph of FIG. 29 showing the relationship between the contact pressure of the blade 18 to the surface of the photosensitive member and the amount of wear of the cleaning blade 18. Thus, for example, when the contact pressure of the cleaning blade 18 is small, no defective cleaning has occurred yet at the end of copying S sheets, and when the cleaning blade 18 continues to be used as it is, immediately after copying S sheets. In addition, the contact pressure is set so that defective cleaning occurs. The same applies when the contact pressure of the cleaning blade 18 increases.
[0151]
When the contact pressure is set to a high value, the amount of wear of the cleaning blade 18 increases, but the number of copies that can be cleaned with the cleaning blade 18 in a good cleaning state increases, and the life of the cleaning blade 18 can be extended. FIG. 29 can be understood well. However, if the contact pressure is large, the load torque of the photosensitive member increases as described above, and a large load is applied to the drive motor, and the capacity of the drive motor must be increased. Cost increases. Therefore, it is more economical not to set the contact pressure of the cleaning blade 18 to the photoconductor 7 too high.
[0152]
As described above, the life of the cleaning blade 18 can be set, and by matching the life of the cleaning blade 18 with that of the photoconductor 7 and the developer, they can be replaced at the same time, and the maintenance cost can be further reduced.
[0153]
For example, as described above, when the life of the developer and the photoconductor 7 is 30K, the contact pressure of the cleaning blade 18 with respect to the photoconductor 7 is about 0.1176 N / cm, and the life is 40K. In the case of the number of sheets, the contact pressure of the cleaning blade 18 with respect to the photosensitive member 7 is set to be around 0.1568 N / cm. Further, when the number of copies to be used is 50K, the lifespan of the respective elements can be substantially matched by setting the contact pressure of the cleaning blade 18 in the vicinity of 0.196 N / cm.
[0154]
Further, the charging roller 8 reaches the end of its service life with the number of S copies, and the roller 8 may be configured to be replaced at this time as follows.
[0155]
30 and FIG. 31 show a pressure contact force (pad pressure) at which the cleaning pad 32 that cleans the fine toner adhering to the surface of the charging roller 8 abuts against the surface of the charging roller 8, the cleaning performance by the pad 32, and charging. The relationship of image unevenness due to scratches generated on the surface of the roller 8 is shown. A range indicated by “OK” in these drawings is a range in which the cleaning property of the charging roller 8 by the cleaning pad 32 is good and image unevenness is small.
[0156]
30 and 31, even after copying S sheets, the cleaning performance by the cleaning pad 32 is good, image unevenness does not occur, and the charging roller 8 is used as it is. In addition, the pad pressure is selected so that the cleaning property and the image unevenness are poor. In this way, the lifetimes of the developer 101, the photoconductor 7, the cleaning blade 18 and the charging roller 8 can all be matched.
[0157]
For example, when the number of copies S up to the end of its life is 30K, the pressing force (pad pressure) of the pad 32 against the charging roller 8 is set in the vicinity of 5.88N, and when the number of copies S is 40K, Is set in the vicinity of 7.84N. Similarly, when the life copy number S is 50K, the pad pressure is set in the vicinity of 9.8N.
[0158]
The pad pressure is also preferably set to a low value if the cleaning performance of the charging roller 8 by the pad 32 can be satisfied. This can reduce the driving load of the photoconductor 7, so that the driving motor has a small capacity. Can be used and the cost can be reduced.
As can be seen from the above, the carrier coating layer and the developer contained in the developer chamber of the developing device are arranged so that the life of the image carrier and the life of the carrier of the two-component developer coincide with each other. The amount and the film thickness of the photosensitive layer of the image carrier are set. Similarly, the carrier coating layer and the developer of the developing device so that the lifetime of the image carrier, the lifetime of the charging device, the lifetime of the carrier of the two-component developer, and the lifetime of the cleaning member all match. The amount of developer accommodated in the chamber, the thickness of the photosensitive layer of the image carrier, the contact pressure of the cleaning member against the image carrier, and the pressing force of the cleaning member for cleaning the charging device against the charging device are set. It is.
[0159]
As described above, replacement elements to be assembled in the unit case 2, that is, the photosensitive member 7, the developer 101, the cleaning blade 18, and the charging roller 8 are copied to a predetermined number of times. By selecting the material and setting the characteristic value, it is possible to configure a unit that is more economical and less wasteful than before, and when replacing the parts, the replacement work is completed by replacing one imaging unit, Maintenance is greatly improved, and maintenance costs can be significantly reduced.
[0160]
On the other hand, if it is possible to use low-cost, highly durable parts, it is possible to change the lifetime of the individual parts.
[0161]
As described above, the image forming unit is configured by assembling the image forming elements of the photosensitive member, the developing device, the cleaning device, and the charging roller to the unit case. However, these image forming elements or other image forming elements are appropriately combined, and at least 1 An image forming unit can be configured by assembling two image forming elements in a unit case. Usually, at least a photoconductor and a developing device are assembled in a unit case to constitute an image forming unit. By assembling at least one image forming element and the unit case in this manner to form the image forming unit, the assemblability is improved and the operability at the time of replacement of the image forming unit is improved. The present invention can also be applied to an image forming apparatus that does not constitute an image forming unit by assembling a plurality of image forming elements.
[0164]
【The invention's effect】
  According to the present invention, since the lifetimes of the image carrier, the charging device, the carrier, and the cleaning member are all the same, the replacement operation of the elements of the image forming apparatus can be performed efficiently. Then, even if the entire image forming unit is replaced with a new one, there is no great economic burden on the user.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a vertical sectional view of an image forming unit mounted on an image forming apparatus main body.
FIG. 2 is a schematic external perspective view showing an image forming unit to which a developer cartridge is not mounted and a toner bottle.
FIG. 3 is a perspective view showing the image forming unit with a case cover, a developing case cover, and an upper cover removed.
4 is a partial cross-sectional plan view in the same state as FIG. 3. FIG.
FIG. 5 is a perspective view showing a state in which a case body is reversed.
6 is a perspective view similar to FIG. 5, showing another example. FIG.
FIG. 7 is an enlarged schematic cross-sectional view of a photoconductor.
FIG. 8 is a schematic diagram of a photoconductor and a charging roller.
FIG. 9 is a diagram illustrating an equivalent circuit of a charging roller, a photoreceptor, and a power source.
FIG. 10 is an explanatory cross-sectional view showing the relationship between the developing device and the photoconductor.
FIG. 11 is an exploded perspective view of a doctor blade, a developing sleeve, a support member, and an inlet seal cover.
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a development model.
FIG. 13 is a graph illustrating an example of a relationship between toner charge and force acting on toner.
FIG. 14 is an explanatory diagram showing a transfer model.
FIG. 15 is an explanatory diagram showing a relationship between a photoconductor and a transfer roller.
16 is a diagram showing an equivalent circuit of FIG. 15;
FIG. 17 is an explanatory diagram illustrating a relationship among a photoconductor, a transfer roller, and transfer paper.
18 is a diagram showing an equivalent circuit of FIG.
FIG. 19 is an explanatory diagram showing a relationship between a photoconductor and a transfer roller.
20 is a diagram showing an equivalent circuit of FIG.
FIG. 21 is an enlarged perspective view of a toner recycling belt.
FIG. 22 is a vertical sectional view of a toner recycling belt.
FIG. 23 is a perspective view showing another example of the back side outer plate of the unit case.
FIG. 24 is a perspective view showing still another example of the back side outer plate of the unit case.
FIG. 25 is a horizontal sectional view showing a configuration example for preventing the drive gear from being displaced inward in the axial direction of the shaft.
FIG. 26 is a horizontal sectional view showing another configuration example for preventing the drive gear from shifting inward in the axial direction of the shaft.
FIG. 27 is a horizontal sectional view showing still another configuration example for preventing the drive gear from shifting inward in the axial direction of the shaft.
FIG. 28 is a graph showing an example of the relationship between the number of copies and the toner specific charge.
FIG. 29 is a graph showing an example of the relationship between the number of copies and the amount of wear of the cleaning blade.
FIG. 30 is a graph illustrating an example of the relationship between the number of copies and the cleaning property of the charging roller.
FIG. 31 is a graph showing an example of the relationship between the number of copies and image unevenness.
[Explanation of symbols]
  1 Imaging unit
  2 unit case
  10 Developer
  17 Cleaning device
  101 Two-component developer

Claims (2)

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。A photosensitive member on which an electrostatic latent image is formed, having a photosensitive layer formed by sequentially laminating a charge generation layer and a charge transfer layer on a drum-type conductive substrate;
A contact-type charging roller for charging the photoconductor to form an electrostatic latent image on the photoconductor;
A developing device that visualizes the electrostatic latent image formed on the photoreceptor as a toner image using a two-component developer having toner and a carrier;
In an image forming unit comprising a unit case and a cleaning device having a cleaning blade that removes toner remaining on the photosensitive member from the photosensitive member after the toner image formed on the photosensitive member is transferred to a transfer material.
The life of the photosensitive member in which the change range of the charged potential due to wear of the photosensitive layer exceeds 20 V from the initial value is set immediately after the predetermined guaranteed copy number by adjusting the initial film thickness of the photosensitive layer. And
The life of the contact-type charging roller that is exhausted due to an increase in surface scratches of the contact-type charging roller is set to be immediately after the predetermined guaranteed copy number by adjusting the pressing force of the contact cleaning member of the charging roller,
The lifetime of the carrier, which is out of the range of 10 to 40 μc / g of the toner specific charge accompanying the peeling of the carrier coating layer, the initial film thickness of the carrier coating layer and the start of use of the image forming unit. The initial carrier amount stored in the developing device at the time is set to be immediately after the predetermined guaranteed copy number,
The life of the cleaning blade accompanying the blade wear of the cleaning blade is set so as to be immediately after the predetermined guaranteed copy number by adjusting the blade contact pressure to the photoreceptor.
An image forming unit characterized in that if the entire image forming unit is replaced, the photosensitive member, the contact-type charging roller, the carrier, and the cleaning blade can be replaced at once. 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。  An image forming apparatus comprising the image forming unit according to claim 1.
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