画像形成装置および画像形成方法
【課題】潜像担持体とトナー担持ローラとをギャップを隔てて対向させた非接触現像方式の画像形成装置および画像形成方法において、十分な現像濃度を得るとともに、装置内外へのトナー飛散や地カブリ等を低く抑える。
【解決手段】ブラシローラである第１帯電器３により感光体２をトナーの帯電極性と同極性（負極性）に帯電させた後、スコロトロン帯電器である第２帯電器５により感光体２上に残留付着する付着物を逆極性に帯電させる。逆極性付着物が現像位置ＤＰにおいて低帯電トナーをトラップすることにより、現像位置ＤＰからのトナー飛散が抑制される。さらに中間転写ベルト８ａと感光体２の非露光部との間で放電を起こさせることにより、転写位置ＴＰの手前で非画像部に付着した低帯電トナーを逆極性に帯電させ中間転写ベルト８ａへの転写を防止する。
【解決手段】ブラシローラである第１帯電器３により感光体２をトナーの帯電極性と同極性（負極性）に帯電させた後、スコロトロン帯電器である第２帯電器５により感光体２上に残留付着する付着物を逆極性に帯電させる。逆極性付着物が現像位置ＤＰにおいて低帯電トナーをトラップすることにより、現像位置ＤＰからのトナー飛散が抑制される。さらに中間転写ベルト８ａと感光体２の非露光部との間で放電を起こさせることにより、転写位置ＴＰの手前で非画像部に付着した低帯電トナーを逆極性に帯電させ中間転写ベルト８ａへの転写を防止する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、静電潜像を担持する潜像担持体とトナーを担持するトナー担持ローラとを非接触に対向配置した状態で、静電潜像をトナーにより現像する画像形成装置および画像形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
静電潜像をトナーにより現像する技術においては、静電潜像を担持する潜像担持体とトナーを担持するトナー担持ローラとをギャップを隔てて対向させ、該ギャップにトナーを飛翔させることにより静電潜像を現像する、いわゆる非接触現像方式のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この種の画像形成装置においては、これまでその体積平均粒径が８ないし１０μｍ程度のトナーが主に用いられてきたが、画像の高精細化、プロセスの高速化および定着温度の低温化などの目的のために、トナーのさらなる小粒径化（例えば、体積平均粒径で５μｍ以下）が求められている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１２７８００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような小粒径のトナーでは、より大きな粒径を有するトナーとは異なる振る舞いをすることが近年明らかになってきている。例えば、小粒径の帯電トナーに対しトナー担持ローラが及ぼす鏡像力やファンデルワールス力が大きくなるため、帯電トナーがトナー担持ローラから飛翔しにくくなる。このため、画像を十分な濃度で現像することが難しくなる。また、粒径が小さく質量の小さなトナーは飛散しやすいという性質があり、これが画像形成装置内部や外部に付着したり、いわゆる地カブリとなって形成される画像を汚してしまうことがある。
【０００５】
ここで、トナー担持ローラ上のトナー搬送量を多くしたり、潜像担持体とトナー担持ローラとのギャップに発生させる電界を強くしたりすることで上記した現像濃度の不足を補うことは可能であるが、このようにするとトナー飛散がさらに多くなってしまうという問題がある。このように、十分な現像濃度を得るという課題と装置内外へのトナー飛散や地カブリ等を低く抑えるという課題とは相反するものであり、これらを両立させつつトナーの小粒径化を図るためには、従来の技術には改善の余地が残されていた。
【０００６】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、潜像担持体とトナー担持ローラとをギャップを隔てて対向させた非接触現像方式の画像形成装置および画像形成方法において、十分な現像濃度を得るとともに、装置内外へのトナー飛散や地カブリ等を低く抑えることのできる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明にかかる画像形成装置は、上記目的を達成するため、所定の移動方向に周回移動する、表面に静電潜像を担持可能な潜像担持体と、第１帯電位置において前記潜像担持体をトナーの帯電極性と同極性の表面電位に帯電させる第１帯電手段と、前記第１帯電位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の第２帯電位置において前記潜像担持体表面に向けてトナーの帯電極性とは逆極性の電荷を供給する第２帯電手段と、前記第２帯電位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の潜像形成位置において前記潜像担持体表面のうちトナーを付着させるべき画像部の表面電位を低下させ、トナーを付着させない非画像部との間で表面電位を異ならせることで前記潜像担持体表面に静電潜像を形成する潜像形成手段と、ローラ状に形成されて、前記潜像形成位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の現像位置において前記潜像担持体と所定のギャップを隔てて対向配置され、前記ローラ表面に直接接触する接触トナーおよび該接触トナーに接触し前記ローラ表面には接触しない非接触トナーの双方を含むトナー層を担持するトナー担持ローラと、前記現像位置において前記潜像担持体と前記トナー担持ローラとの間にトナー飛翔電界としての交番電界を形成することで前記静電潜像をトナーにより現像させる電界形成手段と、前記現像位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の転写位置において前記静電潜像を現像してなるトナー像を転写媒体に転写する転写手段とを備えることを特徴としている。
【０００８】
また、この発明にかかる画像形成装置の他の態様は、上記目的を達成するため、所定の移動方向に周回移動する、表面に静電潜像を担持可能な潜像担持体と、第１帯電位置において前記潜像担持体をトナーの帯電極性と同極性の表面電位に帯電させる第１帯電手段と、前記第１帯電位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の第２帯電位置において前記潜像担持体表面に付着している付着物をトナーの帯電極性とは逆極性に帯電させる第２帯電手段と、前記第２帯電位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の潜像形成位置において前記潜像担持体表面のうちトナーを付着させるべき画像部の表面電位を低下させ、トナーを付着させない非画像部との間で表面電位を異ならせることで前記潜像担持体表面に静電潜像を形成する潜像形成手段と、ローラ状に形成されて、前記潜像形成位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の現像位置において前記潜像担持体と所定のギャップを隔てて対向配置され、前記ローラ表面に直接接触する接触トナーおよび該接触トナーに接触し前記ローラ表面には接触しない非接触トナーの双方を含むトナー層を担持するトナー担持ローラと、前記現像位置において前記潜像担持体と前記トナー担持ローラとの間にトナー飛翔電界としての交番電界を形成することで前記静電潜像をトナーにより現像させる電界形成手段と、前記現像位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の転写位置において前記静電潜像を現像してなるトナー像を転写媒体に転写する転写手段とを備えることを特徴としている。
【０００９】
また、この発明にかかる画像形成方法は、上記目的を達成するため、周回移動する潜像担持体を、第１帯電位置においてトナーの帯電極性と同極性の表面電位に帯電させ、前記第１帯電位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の第２帯電位置において前記潜像担持体表面に向けてトナーの帯電極性とは逆極性の電荷を供給し、前記第２帯電位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の潜像形成位置において前記潜像担持体表面のうちトナーを付着させるべき画像部の表面電位を低下させ、トナーを付着させない非画像部との間で表面電位を異ならせることで前記潜像担持体表面に静電潜像を形成し、ローラ状に形成され、前記ローラ表面に直接接触する接触トナーおよび該接触トナーに接触し前記ローラ表面には接触しない非接触トナーの双方を含むトナー層を担持するトナー担持ローラを、前記潜像形成位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の現像位置において所定のギャップを隔てて対向配置し、前記現像位置において前記潜像担持体と前記トナー担持ローラとの間にトナー飛翔電界としての交番電界を形成することで前記静電潜像をトナーにより現像し、前記現像位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の転写位置において前記静電潜像を現像してなるトナー像を転写媒体に転写することを特徴としている。
【００１０】
このように構成された発明では、トナー担持ローラ表面に直接接触する接触トナーと、トナー担持ローラ表面には直接接触しない非接触トナーとの双方をトナー担持ローラに担持させる。これにより、潜像担持体とトナー担持ローラとの間で多くのトナーを飛翔させることができ、現像濃度を向上させることができる。その一方、トナー飛翔量を確保するためにトナー飛翔電界を強くするとトナー飛散が起こりやすい。特に、本来トナーを付着させる必要のない非画像部に対向するトナー担持ローラ表面から飛翔したトナーが問題となる。というのは、このようなトナーは最終的にはトナー担持ローラ表面に戻らなければならないが、交番電界の作用により往復飛翔する間に潜像担持体に付着して地カブリとなったり、電界の拘束を逃れて飛散したりするからである。
【００１１】
ここで、接触トナーはトナー担持ローラ表面から受けるクーロン力やファンデルワールス力によりトナー担持ローラへの拘束が強いのに対し、非接触トナーに対してはこの拘束が比較的弱い。また、トナー担持ローラ表面に担持されるトナーのうち特に帯電量の高いものがトナー担持ローラ表面により強く引き寄せられるため、このように帯電量の高いトナーが接触トナーとなる一方、相対的に帯電量の低いトナーが非接触トナーとなりやすい。つまり、非接触トナーはもともと帯電量が低い上にトナー担持ローラ表面から離れた位置に担持されているため、トナー担持ローラからの離脱、飛散が非常に起こりやすい状態にある。
【００１２】
その一方、このように帯電量の低いトナーに関して本願発明者らは次のような知見を得ている。すなわち、このようなトナーを、その本来の帯電極性とは反対極性の電荷（例えば負帯電トナーについては正電荷）を受け取りやすい環境に置くと、この電荷を受け取って本来の帯電極性とは反対の極性に帯電するという帯電の逆転現象が見られる。本発明は、このような知見に基づきなされたものである。なお、以下の説明においては、使用されるトナーの本来の帯電極性（例えば負帯電トナーでは負極性）を「正規極性」、これと反対の極性（例えば負帯電トナーにおける正極性）を「逆極性」と称することとする。
【００１３】
本発明では、第１帯電位置においてトナーの帯電極性と同極性、つまり正規極性に潜像担持体が帯電された後、第２帯電位置において逆極性の電荷が潜像担持体に供給される。これにより、潜像担持体表面に不可避的に残留付着する付着物が、第２帯電位置通過後にこの電荷を受け取って逆極性に帯電することになる。ここで、潜像担持体表面に残留付着する付着物とは、主に現像位置において潜像担持体上に付与されたが転写位置において転写媒体に転写されなかった粒子であり、帯電量が微少のトナー、逆極性に帯電したトナーおよびトナー母粒子から離脱した電気的にはほぼ中性の外添剤粒子などである。これらの付着物に逆極性の電荷が与えられた結果、第２帯電位置以降では、正規極性に帯電された潜像担持体の表面に逆極性に帯電した付着物（以下、「逆帯電付着物」という）を分散させた状態となる。
【００１４】
このような潜像担持体表面に静電潜像が形成され、現像位置において静電潜像が現像されるが、前記したようにこの発明ではトナー担持ローラには接触トナーおよび非接触トナーとの双方が担持されておりこれらが飛翔するため、帯電量の低いトナーや逆極性に帯電したトナーが本来トナーを付着させる領域ではない潜像担持体の非画像部に付着してしまうことがある。このうち、逆極性に帯電したトナーに関しては、現像されたトナー像を転写媒体に転写する際の工夫（例えば適当な転写バイアスを転写媒体に付与する等）により、潜像担持体から転写媒体へ転写させないようにすることが可能である。
【００１５】
一方、帯電量の低いトナーについては、その帯電量の低さのため転写媒体への転写を回避することが難しいため、転写媒体に転写されて画像に地カブリを生じさせてしまう。このようなトナーは本来交番電界の作用によりトナー担持ローラ表面に引き戻されるべきものではあるが、やはりその帯電量の低さに起因して電界から受ける力が弱いため、再飛翔せずに潜像担持体表面に残留する場合がある。あるいは、電界による拘束を逃れて現像位置から外部へ飛散してしまう場合がある。
【００１６】
そこで、この発明では、上記したように潜像担持体表面に逆帯電付着物を分散させている。こうすることにより、このような逆帯電付着物が帯電量の低いトナーをトラップしたり、逆極性の電荷を付与してトナーの帯電極性を強制的に逆極性とする作用を果たす。こうして帯電量の低いトナーがトラップされることで、外部へのトナー飛散が効果的に抑制される。また、潜像担持体上で逆極性の電荷を与えられたトナーが転写位置において転写媒体に転写されないようにすることが可能であり、こうすることで画像への地カブリを発生をも抑制することができる。なお、このような効果は潜像担持体表面のうち本来トナーを付着させる必要のない非画像部において特に顕著である。本来トナーを付着させるべき画像部については、正規極性に帯電したトナーが大量に付着するため、逆帯電付着物による影響は軽微である。
【００１７】
このように、本発明では、トナー担持ローラに接触トナーと非接触トナーとの双方を担持させることで、比較的低いトナー飛翔電界でも十分なトナー飛翔量を得て現像濃度を増大させることができる。また、このようにトナー飛翔電界を低く抑えることができることから、トナー飛散についても抑制することができる。さらに、潜像担持体表面のうち非画像部とトナー担持ローラ表面との間では、帯電量の低いトナーを逆帯電付着物によりトラップしたり、逆極性の電荷を付与することで転写媒体に転写されないようにしているので、トナー飛散をさらに抑えるとともに潜像担持体の非画像部にトナーが付着し地カブリを生じさせるのを抑制することができる。
【００１８】
上記したように、この発明においては、前記転写手段は、トナーの帯電極性とは反対極性の電位を前記転写媒体に付与することが望ましい。こうすることで、潜像担持体表面に付着した、逆極性に帯電したトナーが転写媒体に転写されることを防止することができるので、地カブリ防止効果がより高くなる。
【００１９】
また、前記転写手段は、前記現像位置と前記転写位置との間で前記潜像担持体表面の前記非画像部に向けてトナーの帯電極性とは逆極性の電荷を供給する電荷供給部を備えるようにしてもよい。このようにすると、現像位置を通過した、つまり現像された潜像担持体表面の非画像部に付着した帯電量の低いトナーに対し、転写位置よりも手前で電荷を付与してこれを逆極性に帯電させることができる。こうすることで、転写位置において非画像部に付着した帯電量の低いトナーが転写媒体に転写されることによって生じる地カブリがより確実に抑えられる。
【００２０】
ここで、前記電荷供給部は、前記潜像担持体上の前記画像部との間で放電限界を超えず、かつ前記潜像担持体上の前記非画像部との間で放電限界を超える電位が付与されるようにしてもよい。このようにすると、潜像担持体上のトナーへの電荷供給は非画像部においてのみ発生することになり、画像部への影響はない。すなわち、画像を乱すことなく、非画像部に付着したカブリトナーのみ帯電極性を変化させることができ、地カブリを低減することが可能となる。
【００２１】
また、前記第２帯電手段は、トナーの帯電極性とは逆極性の電位を付与されたコロナワイヤと、トナーの帯電極性と同極性の電位を付与されたグリッドとを有するスコロトロン帯電器であってもよい。このような構成では、潜像担持体表面に対し非接触で逆極性の電荷を供給することが可能である。このため、潜像担持体の表面電位を乱さずにその表面の付着物に逆極性の電荷を付与することができる。また潜像担持体表面の付着物に対し付与する電荷量の制御が容易に行える。
【００２２】
また、前記第１帯電手段は、トナーの帯電極性と同極性の電位を付与されて前記潜像担持体に当接する当接部材を備えるようにしてもよい。潜像担持体に当接しながら害表面を帯電させることにより、潜像担持体表面を均一かつ所望の電位に帯電させることが容易となる。
【００２３】
また、前記トナー担持ローラは、トナーを担持する表面が導電性を有する材料により形成されていてもよい。このような構成では、導電性を有するトナー担持ローラとこれに接触するトナーとの間で鏡像力が強く作用するため、接触トナーが飛翔しにくいという性質が強く現れる。そのため、十分な現像濃度を得ることと地カブリやトナー飛散を抑えることとを両立させるのが難しい。このような装置に本発明を適用すると、特に優れた効果を得ることができる。
【００２４】
また、前記トナー担持ローラは、トナーを収容するための凹部を表面に設けた略円筒形状に形成されており、前記凹部の深さがトナーの体積平均粒径の２倍以上であってもよい。このようにすると、平均的には凹部に２層以上のトナーを担持することが可能である。したがって、トナー担持ローラ表面に直接接触する接触トナーの層と、この接触トナーの層に接するが直接にはトナー担持ローラ表面に接触しない非接触トナーの層とを担持することができる。
【００２５】
また、トナーを凹部に担持する構造とすることにより、より確実に非接触トナーを担持することができる。非接触トナーはトナー担持ローラへの拘束力が比較的弱いため、トナー担持ローラ表面から離脱して飛散しやすいが、トナーを凹部内に収容した状態で担持することによって、このような離脱を抑制することができる。
【００２６】
この場合において、前記トナー担持ローラ表面のうち前記凹部以外に形成されるトナー層をトナー１層以下に規制してもよく、さらには前記トナー担持ローラ表面のうち前記凹部以外へのトナー担持を規制するようにしてもよい。凹部以外に担持されたトナーはトナー担持ローラ表面に露出しているため飛散しやすいが、そのトナーをトナー１層以下に抑えてトナーがトナー担持ローラ表面に直接接触するようにすれば、トナー担持ローラ表面からの強い拘束力によって離脱を抑制することができる。特に、凹部以外でトナーを担持させないようにすればその効果はより高くなる。
【００２７】
また、本発明は、体積平均粒径が５μｍ以下であるトナーを用いる場合に特に有効である。このような小粒径のトナーでは、ファンデルワールス力やクーロン力の作用が強いためトナー担持ローラから飛翔しにくく、十分な現像濃度を得るためには強いトナー飛翔電界を必要とする。その一方で、いったん飛翔したトナーは帯電量や質量が小さいためトナー飛翔電界による拘束を逃れて飛散しやすい。このため、現像濃度と地カブリやトナー飛散の抑制とを両立させることが、大きな粒径のトナーを用いた場合よりもさらに困難である。このようなトナーを用いる場合に本発明を適用することにより、地カブリやトナー飛散の発生を抑えながら十分な現像濃度を得ることができる。すなわち、本発明はトナーの小粒径化を図る上で好適な技術を提供するものである。
【００２８】
また、前記潜像担持体の移動方向において前記転写位置よりも下流側、より好ましくは第１帯電位置よりも下流側で、かつ前記第２帯電位置よりも上流側で、前記潜像担持体表面に付着しトナーの帯電極性とは逆極性に帯電している付着物の一部を除去するクリーニング手段を備えるようにしてもよい。逆極性に帯電している付着物は転写媒体に転写されることはないが、装置の動作に伴ってこのような付着物は増加してくるものであるから、そのまま放置すると潜像担持体表面に大量の付着物が付着することになり、装置の動作に影響を及ぼす。そこで、第２帯電位置よりも上流側で付着物の一部を除去しておくことにより、このような付着物が装置の動作に悪影響を及ぼすのを防止することができる。
【００２９】
ここで、前記クリーニング手段としては前記潜像担持体表面に当接するブラシローラを用いることができる。ブラシローラによる付着物の除去では、比較的粒子径の大きな付着物を取り除くことが容易である一方、粒子径の小さな付着物を完全に取り除くことは難しい。前記したように、潜像担持体表面における付着物のうち粒子径の大きなものはトナー粒子であり、粒子径が小さいのはトナーから遊離した外添剤粒子である。このことから、クリーニング手段としてブラシローラを用いる場合、画像を汚すおそれのある潜像担持体表面に残留するトナーについては除去する一方、画像を汚さない外添剤粒子を選択的に潜像担持体表面に残し、これを「逆帯電付着物」として機能させることで、高い地カブリ抑制作用を得ることができる。特に、潜像担持体表面に当接するタイプの第１帯電手段と組み合わせて使用した場合、第１帯電手段で帯電させたトナー粒子をクリーニング手段のブラシローラで効果的に除去することが可能となり、地カブリ抑制効果がさらに高まる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
図１は、本発明にかかる画像形成装置の第１実施形態の主要構成を模式的に示す図である。また、図２は図１の装置の電気的構成を示すブロック図である。この例の画像形成装置１においては、非磁性一成分系負帯電トナーを用いて画像形成が行われる。もちろん、正帯電トナーを用いて画像形成を行うこともできる。以下の説明では、画像形成装置１は負帯電トナーを用いるものとして説明するが、正帯電トナーを用いる場合には、以下の説明の各部材の帯電の電位を逆極性とすればよい。また、トナーは、トナー母粒子とこのトナー母粒子に外添される外添剤とを有しているが、以下の説明では、トナー母粒子を単にトナーという。
【００３１】
図１に示すように、この例の画像形成装置１は静電潜像およびトナー像が形成される感光体２を備えている。この感光体２は感光体ドラムからなり、従来公知の感光体ドラムと同様に円筒状の金属素管の外周面に所定膜厚の感光層が形成されている。この感光体２における金属素管には、例えばアルミニウム等の導電性の管が用いられるとともに、感光層には、従来公知の有機感光体が使用される。
【００３２】
感光体２の周囲には、ローラ帯電器である第１帯電器３、クリ−ニングローラ４、スコロトロン帯電器である第２帯電器５、露光ユニット６、現像ユニット７、および転写ユニット８が、それぞれこれらの順に感光体２の回転方向Ｄ2（図１では、反時計回り）に沿って配設されている。
【００３３】
第１帯電器３は、回転可能に設けられた第１ブラシローラ３ａを有している。この第１ブラシローラ３ａは多数のブラシ毛３ｂを有しており、これらのブラシ毛３ｂが感光体２の表面に近接または当接して配設されている。第１ブラシローラ３ａは、感光体２の回転と順回転（感光体２とブラシ毛３ｂとの当接部で感光体２の回転の接線方向の速度の向きとブラシ毛３ｂの回転の接線方向の速度の向きとが同じ向き）または感光体２の回転と逆回転（感光体２の前述の速度の向きとブラシ毛３ｂの前述の速度の向きとが逆向き）で回転するようにされている。
【００３４】
第１ブラシローラ３ａは従来から用いられている公知の帯電ブラシローラを用いることができる。第１ブラシローラ３ａの一例として、ブラシ毛３ｂは、材料が６ナイロン、繊度が２２０Ｔ／９６Ｆ、密度２４０ｋｆ／ｉｎｃｈ2、原糸抵抗が７．１ＬｏｇΩ、パイル長が５ｍｍであり、また、第１ブラシローラ３ａの感光体２の軸方向に沿う長さは３００ｍｍある。この第１ブラシローラ３ａには東英産業株式会社製のブラシローラを用いることができる。
【００３５】
第１ブラシローラ３ａには、感光体２の表面電位に対して放電開始電圧を超えかつ比較的強い正負いずれかの極性の直流（ＤＣ）のローラ帯電バイアスＶ1が第１帯電バイアス電源３１より印加される。これにより、感光体２と第１ブラシローラ３ａとの間に電界が形成され、転写工程終了後の感光体２の表面がローラ帯電バイアスＶ1と同極性の比較的強い電位に帯電される。また、感光体２の表面に残留する転写残りトナーとこのトナーから遊離した外添剤は、それらの帯電極性が正負不揃いである（負帯電トナーを用いているので、ほとんどの転写残りトナーと外添剤は０Ｖ（未帯電）または正帯電である）。しかし、これらの転写残りトナーおよび外添剤のうち、ローラ帯電バイアスＶ1と逆極性に比較的強く帯電されている転写残りトナーおよび外添剤は、第１ブラシローラ３ａに静電気的に引き寄せられてブラシ毛３ｂに付着する。
【００３６】
また、第１ブラシローラ３ａによって除去されない感光体２上の転写残りトナーおよび外添剤は、感光体２の帯電と同時に０Ｖないし感光体２の帯電極性と同極性に帯電される。このとき、これらの転写残りトナーと外添剤は正負のいずれの極性に帯電されていても、それらの電位の絶対値が小さいため確実に０Ｖ（未帯電）ないし感光体２の帯電極性と同極性に帯電される。なお、第１帯電器３には、ブラシローラ３ａ以外に、帯電ゴムローラ等の他のローラ帯電器を用いることができる。
【００３７】
更に、第１帯電器３は、第１ブラシローラ３ａのブラシ毛３ｂに当接するクリーニングブレード３ｃを有している。クリーニングブレード３ｃは、ブラシ毛３ｂに付着する転写残りトナーおよび外添剤を除去し回収する。このクリーニングブレード３ｃには、従来周知慣用のクリーニングブレードを用いることができる。
【００３８】
クリーニングローラ４は、回転可能に設けられた第２ブラシローラ４ａを有している。この第２ブラシローラ４ａは多数のブラシ毛４ｂを有しており、これらのブラシ毛４ｂが感光体２の表面に当接して配設されている。第２ブラシローラ４ａは、感光体２の回転と順回転（感光体２とブラシ毛４ｂとの当接部で感光体２の回転の接線方向の速度の向きとブラシ毛４ｂの回転の接線方向の速度の向きとが同じ向き）または感光体２の回転と逆回転（感光体２の前述の速度の向きとブラシ毛４ｂの前述の速度の向きとが逆向き）で回転するようにされている。この第２ブラシローラ４ａにも、前述の第１ブラシローラ３ａと同様のブラシローラを用いることができる。
【００３９】
この第２ブラシローラ４ａには、第１帯電器３で帯電されたトナーと外添剤とを引き寄せる直流（ＤＣ）のクリーニングバイアスＶbr2が印加される。その場合、クリーニングバイアスＶbr2は、感光体２と第１ブラシローラ３ａとの間に形成される電界とは逆方向の電界が感光体２と第２ブラシローラ４ａとの間に形成されるように設定される。これにより、ローラ帯電器３を通過した感光体２上の転写残りトナーと外添剤のうち、第１ブラシローラ３ａに引き寄せられた転写残りトナーと外添剤とは逆極性に比較的強く帯電された転写残りトナーと外添剤が静電気的に第２ブラシローラ４ａの方へ引き寄せられる。そして、引き寄せられたトナーと外添剤はブラシ毛４ｂに付着する。なお、クリーニングローラ４には、ブラシローラ以外に導電性ゴムローラ等の他の導電性のクリーニングローラを用いることができる。
【００４０】
更に、クリーニングローラ４は、第２ブラシローラ４ａのブラシ毛４ｂに当接するクリーニングブレード４ｃを有している。クリーニングブレード４ｃは、ブラシ毛４ｂに付着する転写残りトナーおよび外添剤を除去し回収する。このクリーニングブレード４ｃには、従来周知慣用のクリーニングブレードを用いることができる。
【００４１】
第２帯電器５は感光体２の表面に接触しないものであり、この第２帯電器５には、従来周知慣用のコロナ帯電器を用いることができる。コロナ帯電器にスコロトロン帯電器を用いた場合には、スコロトロン帯電器のチャージワイヤ５ｂには正のワイヤ電流Ｉwが流されるとともに、グリッド５ａには負の直流（ＤＣ）のグリッド帯電バイアスＶgが印加される。第２帯電器５によりトナーと逆極性（正極性）のコロナ放電で感光体２が帯電されることで、感光体２の表面の電位が下げられて均され、感光体表面電位が画像形成時に設定される電位Ｖoに設定される。このとき、第２ブラシローラ４ａを通過した転写残りトナーおよび外添剤も、トナーと逆極性（正極性）の電荷が付与されることにより該極性に帯電される。
【００４２】
露光ユニット６は、外部装置から与えられた画像信号に応じて光ビームＬにより感光体２２表面を露光して画像信号に対応する静電潜像を形成する。より具体的には、図２に示すように、画像信号を生成するホストコンピュータなどの外部装置からインタフェース１１２を介して画像信号が与えられると、この画像信号が画像処理ユニット１１１によって所定の処理を施される。この画像信号は、装置全体の動作を制御するＣＰＵ１０１を介して露光ユニット６に受け渡される。露光ユニット６は画像信号に応じて感光体２表面に光ビームＬを照射して露光し、露光された感光体２の表面領域（露光部）では電荷が中和されて、露光されなかった表面領域（非露光部）とは異なる表面電位ＶLに変化する。こうして感光体２上に画像信号に対応した静電潜像が形成される。
【００４３】
こうして形成された静電潜像に対して現像ユニット７からトナーが付与されて、静電潜像がトナーにより現像される。この例の画像形成装置１の現像ユニット７は、現像ローラ７ａが感光体２に接触しない非接触現像方式の現像器である。現像ローラ７ａは感光体２と所定のギャップを隔てて対向配置されており、図１の矢印方向Ｄ7に回転駆動される。現像ローラ７ａには現像バイアス電源７１から所定の現像バイアスＶbが印加される。この現像ユニット７の構造については後に詳しく説明するが、従来周知慣用の非接触現像器も用いることができる。
【００４４】
また、転写ユニット８は、表面にトナー像を担持可能な無端状ベルトであり図１の矢印方向Ｄ8に周回移動する中間転写ベルト８ａを有しており、感光体２に近接配置されたバックアップローラ８ｂによって、中間転写ベルト８ａは感光体２の表面に当接されている。さらに、中間転写ベルト８ａには転写バイアス電源８１からトナーの帯電極性とは逆極性の転写バイアスＶt1が印加されており、その作用により感光体２上で現像されたトナー像が中間転写ベルト８ａに転写（一次転写）される。中間転写ベルト８ａに転写されたトナー像はさらに図示しない記録紙に二次転写され、定着ユニット９によって記録紙上に永久定着されて出力される。
【００４５】
なお、以下の説明においては、感光体２と第１帯電器３との対向位置を第１帯電位置ＣＰ1、感光体２と第２帯電器５との対向位置を第２帯電位置ＣＰ2、感光体２表面に露光ユニット６からの光ビームＬが照射される位置を露光位置ＥＰ、感光体２と現像ローラ７ａとの対向位置を現像位置ＤＰ、感光体２と中間転写ベルト８ａとの当接位置を転写位置ＴＰと称する。
【００４６】
次に、上記のように構成された画像形成装置に適用されるトナーについて説明する。この実施形態の画像形成装置では、負極性に帯電させた非磁性一成分系のトナーを用いて静電潜像の現像を行う。以下では、トナーの本来の極性である負極性を「正規極性」、これとは反対の正極性を「逆極性」と称することとする。
【００４７】
図３はこの実施形態において各部に付与する電位の関係を示す図である。なお、以下に各部の電位や電流の数値の一例を示すが、本発明の実施の態様はこれらの数値に限定されるものではない：
第１帯電バイアスＶ1＝−１３００Ｖ；
クリーニングバイアスＶbr2＝−５００Ｖ；
スコロトロングリッド電圧Ｖg＝−５００Ｖ；
チャージワイヤ電流Ｉw＝＋２００μＡ；
現像バイアスＶbの加重平均電圧Ｖave＝−２００Ｖ；
現像バイアスＶbの振幅（ピーク間電圧）Ｖpp＝１３００Ｖ；
転写バイアスＶt1＝＋４００Ｖ。
【００４８】
現像バイアスＶbの交流成分Ｖacの繰り返し周期Ｔcのうち、電位が正側に振れている期間を符号Ｔp、負側に振れている期間を符号Ｔnにより表すとともに、現像バイアスＶbの波形デューティＷＤを次式：
ＷＤ＝Ｔp／（Ｔp＋Ｔn）＝Ｔp／Ｔc
により定義する。図３に示すように、この実施形態ではＴp＞Ｔnとなるように、つまり波形デューティＷＤが５０％より大きくなるように、バイアス波形が定められている。これは、トナーが感光体２から現像ローラ７ａに向かって飛翔する期間がその逆の期間よりも長くなるようにすることで、感光体２の非露光部、つまり本来トナーを付着させるべきでない領域に付着したトナーを現像ローラ７ａ側へ効率よく引き戻すためである。
【００４９】
図４はトナーの帯電量分布を示す図である。また、図５はトナーの帯電状態と現像特性との関連を示す図である。この実施形態において使用するトナーは負帯電トナーであるが、図４に示すように、トナーの帯電特性にはばらつきがあり、帯電量分布は概ね正規分布となる。中には全く帯電しなかったり、逆極性（この場合は正極性）に帯電するトナーも含まれる。帯電量分布における中央値Ｑ0からの偏差が大きいトナーについて、その帯電状態を以下のように分類する：
（１）正規極性に帯電し、しかも帯電量の高い正規高帯電トナー；
（２）正規極性に帯電し、帯電量が低いまたはほとんど帯電しない正規低帯電トナー；
（３）逆極性に帯電し、帯電量が低いまたはほとんど帯電しない逆低帯電トナー；
（４）逆極性に帯電し、しかも帯電量の高い逆高帯電トナー。
【００５０】
なお、横軸における「高帯電」および「低帯電」の数値範囲は便宜的かつ相対的なものであり、この例に限定されるものではない。これらのトナーが現像特性にどのように寄与するかを実験的に評価し、その結果を示したのが図５である。現像特性の評価項目としては、ドット再現性、ベタ再現性、飛散および地カブリの４項目を用いた。
【００５１】
ここで、「ドット再現性」とは、孤立ドットや細線などの面積の小さな画像をいかに高いコントラストで再現できるかを示す指標である。正規極性に帯電したトナーのうち、帯電量の高いもの（正規高帯電トナー）は感光体２上の静電潜像の電位プロファイルに対して敏感であるため、このような孤立ドットや細線を高いコントラストで形成することができる。これに対して、正規極性に帯電したトナーでも帯電量の低いもの（正規低帯電トナー）は、細かい電位の変化を濃度の違いとして表現するのにはあまり向かない。実際に、帯電量の低いトナーのみで画像形成を行うと細線画像がぼやけてしまうことが知られている。なお逆極性に帯電したトナーはドット再現性には無関係である。すなわち、ドット再現性については正規高帯電トナーが最も優れており、正規低帯電トナーがこれに次ぐ。
【００５２】
次に、「ベタ再現性」とは、上記とは逆にベタ画像などの比較的面積の広い画像をいかに濃度ムラなく再現できるかを示す指標である。前記したように正規高帯電トナーは感光体２上の電位変化に敏感であるため、僅かな電位の変動が濃度の違いとなって現れ濃度ムラを生じることがある。一方、感光体２上の電位変化に対する感度のより低い正規低帯電トナーではこのような濃度ムラは現れにくい。ここでも、逆極性に帯電したトナーはベタ再現性には無関係である。すなわち、ベタ再現性については正規低帯電トナーが最も優れており、正規高帯電トナーがこれに次ぐ。
【００５３】
また、「飛散」とは、現像ローラ７ａに現像バイアスＶbを印加した際に発生する周囲へのトナーの飛散の程度を指標するものである。現像ローラ７ａに現像バイアスＶbとしての交番電圧を印加することにより、現像ローラ７ａからは正規極性に帯電したトナー、逆極性に帯電したトナーのいずれもが飛翔する。いずれの帯電極性でも、帯電量の高いトナーは感光体２または現像ローラ７ａへの付着力や電界による拘束を強く受けるので周囲への飛散は少ない。一方、帯電量の少ないトナーはこれらの付着力や拘束力があまり強くないため、電界の拘束から逃れて飛散しやすい。すなわち、トナー飛散については、正規高帯電トナーおよび逆高帯電トナーが優れており（つまり飛散が少ない）、正規低帯電トナーおよび逆低帯電トナーではこれより劣る。
【００５４】
また、「地カブリ」とは、本来トナーが付着すべきでない感光体２の非露光部にトナーが付着してしまう現象である。逆極性に帯電したトナーは正規極性の高電位が付与された感光体２の非露光部に強く引き寄せられるので、非露光部には逆極性トナーが多く付着することになる。ただし、こうして感光体２に付着した逆極性トナーは、中間転写ベルト８ａに正の転写バイアスＶt1が与えられているため、転写位置ＴＰにおいて中間転写ベルト８ａに転写される可能性は低い。
【００５５】
一方、正規極性トナーのうち帯電量の低いものは、非露光部への付着力も弱く、交番電界により現像ローラ７ａ側に引き戻すことも可能であるので、さほど問題とならない。これに対して、正規高帯電トナーでは、いったん感光体２の非露光部に付着するとこれを引き離すのに強い電界が必要となるため、現像位置ＤＰ通過後に感光体２側に残留してしまう可能性がある。このトナーは正規極性に帯電しているため、転写位置ＴＰにおいて中間転写ベルト８ａに転写されてしまい、最終的な画像に残存して画質を低下させてしまう。
【００５６】
カブリ現象については、本来の帯電極性（この実施形態では負極性）とは反対の極性に帯電したトナーや帯電量のごく小さいトナーが非露光部に付着することによって生じるものと一般には認識されているが、正規高帯電トナーもカブリ量に大きな影響を及ぼしていることがわかる。上記より、地カブリに関しては、正規低帯電トナーが最も優れている。逆極性トナーではカブリ量は多いが中間転写ベルト８ａには転写されにくい。一方、正規高帯電トナーは絶対的なカブリ量は少ないものの最終的な画像に残存してしまうという問題がある。
【００５７】
以上より、孤立ドットや細線を主とする画像からベタ画像まで種々の画像を高品質で形成するためには正規高帯電トナーおよび正規低帯電トナーの双方を適度に含んでいることが望ましい一方、現像ローラ７ａから周囲へのトナー飛散を抑えるためには正規極性、逆極性とも低帯電のトナーの挙動を制御することが必要である。さらに、非露光部への地カブリを抑制するためには、正規高帯電トナーの挙動を制御することが必要となる。
【００５８】
この実施形態では、現像ローラ７ａ表面に１層を超えるトナー層を担持させることによって、正規高帯電トナーおよび正規低帯電トナーを積極的に現像位置ＤＰに搬送するようにしている。現像ローラ７ａに１層を超えるトナー層を担持させたとき、現像ローラ７ａ表面では、現像ローラ７ａ表面に直接接触するトナー（以下、「接触トナー」という）と、
このような接触トナーには接触しているものの現像ローラ７ａ表面には直接接触していない非接触トナーとが存在することになる。
【００５９】
なお、本願発明者らの研究によれば、接触トナーとなるトナーは一般的に帯電量が高く、非接触トナーとなるトナーは相対的に帯電量が低い傾向にある。これは、高い帯電量を有するトナーの方が現像ローラへより強い力で引き寄せられる反面、このようなトナーによって帯電量の低いトナーは現像ローラ表面近傍から遠い位置へ押しやられるためと考えられる。実際に、現像ローラ表面が金属など導電性材料で形成されている場合には接触トナーと非接触トナーとの挙動の差が顕著であることが確認されている。これは、導電性の高い材料と帯電量の高いトナーとの間で強い鏡像力が作用するためと考えられる。
【００６０】
このように、この実施形態では、現像ローラ７ａ表面に１層を超えるトナー層を担持させることにより、正規高帯電トナーおよび正規低帯電トナーの双方を現像位置ＤＰに搬送し、これらを現像動作に寄与させることで、十分な現像濃度と高い画像品質とを得ることができる。また、この実施形態では、次のようにして低帯電トナーの飛散を抑制している。
【００６１】
図６はこの実施形態における感光体上でのトナー等の挙動を模式的に示す図である。現像位置ＤＰを通過した感光体２表面には、帯電量や極性の異なるトナー粒子や外添剤粒子が付着しており、このうち正規極性（負極性）に帯電した粒子は逆極性（正極性）の転写バイアスＶt1の作用によって中間転写ベルト８ａに転写される。したがって、図６の感光体２の回転方向Ｄ2において転写位置ＴＰよりも下流側では、感光体２表面には未帯電または逆帯電のトナーや外添剤が残留している。
【００６２】
第１帯電器３にはトナーの帯電極性と同極性、すなわち正規極性である比較的大きな負電位Ｖ1が与えられ、第１帯電位置ＣＰ1において感光体２を負電位に帯電させる。またクリーニングローラ４にはより小さな負電位Ｖbr2が与えられており、感光体２表面に付着した、トナーの帯電極性とは逆極性に帯電したトナー粒子や外添剤粒子等の付着物をブラシ毛４ｂに付着させて除去する。このとき、トナー粒子は比較的粒子径が大きいため除去効率は高いが、より小さな外添剤粒子の一部がブラシ毛４ｂをすり抜けて感光体２に残留することがある。また帯電量が極めて低い粒子についても除去しきれない場合がある。その結果、第２帯電位置ＣＰ2の手前では、感光体２に残留付着する粒子は未帯電または逆極性であっても帯電量の低いものが主体となる。
【００６３】
未帯電または帯電量の低いトナーや外添剤粒子は、逆極性の電荷を受け取りやすい環境に置くことで容易に逆極性に帯電することが本願発明者らの実験により明らかになっている。この実施形態では第２帯電位置ＣＰ2で逆極性のコロナ放電を発生させているため、感光体２に付着している未帯電または低帯電の粒子が逆極性の電荷を受け取り逆極性に帯電する。その結果、第２帯電位置ＣＰ2よりも下流側では、感光体２に付着しているのはほとんどが逆極性に帯電した粒子となる。つまり、この実施形態では、現像位置ＤＰに到達する前の感光体２表面が正規極性に帯電されるとともに、その表面に逆極性に帯電した付着物（以下、「逆極性付着物」という）が分散された状態となっている。
【００６４】
そして、感光体２は露光位置ＥＰにおいて光ビームＬを照射されて静電潜像を形成され、該静電潜像は現像位置ＤＰへ搬送される。現像位置ＤＰでは帯電量や帯電極性が種々に異なるトナー粒子や外添剤粒子が飛翔するが、帯電量の高いものはその静電的付着力の強さによって、現像ローラ７ａまたは感光体２表面に選択的に付着する。ここで、正規高帯電トナーは主として感光体２表面のうち低電位の露光部に移動して静電潜像を現像するか現像ローラ７ａ表面に残留する。また、逆高帯電トナーは主として感光体２表面のうち負電位の高い非露光部に付着するか現像ローラ７ａ表面に残留する。
【００６５】
一方、帯電量の低い粒子は静電的な付着力が弱いため、その付着先が明確には定まらない。そのため、現像ローラ７ａ、感光体２のいずれへも付着せず周囲へ飛散してしまうことがあり得る。しかしながらこの実施形態では、現像位置ＤＰに到達する感光体２表面に逆極性付着物が分散された状態となっており、この逆極性付着物の周囲には、正規極性に帯電した粒子を引き付ける局所的な電界が形成されている。そのため、逆極性付着物は、現像位置ＤＰにおいて飛翔する粒子のうち正規極性に帯電した粒子、特に帯電量の低いものを引き寄せてトラップ（捕捉）する機能を有する。こうして感光体２上にトラップされた低帯電量の粒子はもはや飛翔しないので、周囲への飛散は防止される。
【００６６】
なお、感光体２表面のうち露光部には正規極性に帯電したトナーが大量に付着する。このため、露光部では逆極性付着物の電荷は打ち消されてしまうと考えられる。またトラップされたトナーの有無は画像品質にほとんど影響しない。その一方、非露光部では正規高帯電トナーがあまり付着しないので上記したトラップ効果がより高いと考えられるが、トラップされたトナーが中間転写ベルト８ａに転写されてしまうと地カブリとなって画像を汚してしまう。特に問題となるのは、非露光部に付着したトナーであって正規極性に帯電したものである。
【００６７】
この問題に対し、この実施形態では、比較的高い逆極性の転写バイアスＶt1（先の数値例では＋４００Ｖ）を中間転写ベルト８ａに与えるという解決策を採っている。すなわち、中間転写ベルト８ａに高い逆極性電位を与えることにより、感光体２の回転方向Ｄ2において転写位置ＴＰの直前位置ＴＰ0では、正規極性の電位を有する感光体２表面と逆極性電位を有する中間転写ベルト８ａとの電位差が大きくなる。図３から明らかなように、特に感光体２の非露光部と中間転写ベルト８ａとの電位差が大きい。この実施形態では、感光体２の露光部と中間転写ベルト８ａとの間で放電が生じず（放電限界を超えず）、感光体２の非露光部と中間転写ベルト８ａとの間で放電が生じる（放電限界を超える）ような値に転写バイアスＶt1を設定している。
【００６８】
このようにすると、転写位置ＴＰの手前で感光体２の非露光部と中間転写ベルト８ａとの間で放電が生じる。この放電は、非露光部にトラップされた正規帯電トナー（および外添剤）に逆極性の電荷を付与しその帯電極性を逆極性に反転させるように作用する。すなわち、この放電によって、非露光部にトラップされた正規帯電トナーは逆極性トナーに転換する。これにより、トラップされたトナーが転写位置ＴＰにおいて中間転写ベルト８ａに転写されることがより確実に防止される。なお、放電によって感光体２の非露光部の電位も低下するので、転写位置ＴＰを通過した後に感光体２表面で放電が起こることは防止される。
【００６９】
ただし、感光体２の非露光部に付着した正規高帯電トナーについては、その極性を反転させるだけの逆極性電荷を与えることは容易でない。そこで、このようなトナーについては非露光部に付着させないようにすることがより重要である。この実施形態では、現像バイアスＶbの振幅Ｖppを適切に設定することによってこれを実現している。なお、以下では現像ローラ７ａ表面においてトナーを飛翔させるために最低限必要な電界強度を「飛翔開始電界強度」と称する。
【００７０】
図７はトナー粒子径と飛翔開始電界強度との関係を測定した結果を示す図である。より具体的には、図７（ａ）はトナー粒子径に対する飛翔開始電界強度の変化を示す図であり、図７（ｂ）は飛翔開始電界強度の実測値の例を示す図である。図７（ａ）において実線で示す曲線Ａは、現像ローラ７ａ表面にトナー１層以下のトナー層を担持させた場合の飛翔開始電界強度（以下、「単層トナー飛翔開始電界強度」という）の実測結果である。トナーの粒子径が小さいほど飛翔開始電界強度が高くなることが示されている。これは、トナー粒子径が小さいほど質量当たりの表面積や帯電量が大きくなるため、より現像ローラ７ａ表面への付着力が大きくなるためと考えられる。
【００７１】
また、破線で示す曲線Ｂおよび一点鎖線で示す曲線Ｃは、現像ローラ７ａ表面にトナー２層からなるトナー層を担持させた場合の実測結果である。現像ローラ７ａの表面に２層、より厳密には１層を超えるトナー層を担持させた場合には、全てのトナーが現像ローラ７ａ表面に接触するのではなく、一部のトナー（非接触トナー）は現像ローラ７ａ表面に接触するトナー（接触トナー）に接触することによって間接的に現像ローラ７ａに担持されることとなる。本願発明者らの知見によれば、これら２種類のトナーの振る舞いの差異が現像動作の特性に大きく寄与することがわかっている。
【００７２】
図７（ａ）に示す曲線Ｂは、接触トナーについての飛翔開始電界強度（以下、「接触トナー飛翔開始電界強度」という）を示している。また、曲線Ｃは、非接触トナーについての飛翔開始電界強度（以下、「非接触トナー飛翔開始電界強度」という）を示している。
【００７３】
図７（ａ）の曲線ＢおよびＣに示すように、トナー層が２層の場合でもトナー粒子径が小さいほど飛翔開始電界強度が高くなっている。そして、接触トナー飛翔開始電界強度（曲線Ｂ）は単層トナー飛翔開始電界強度（曲線Ａ）よりも小さく、また非接触トナー飛翔開始電界強度（曲線Ｃ）は接触トナー飛翔開始電界強度（曲線Ｂ）よりもさらに小さい。なお、以下では、体積平均粒径がある値Ｄtであるトナーにおける単層トナー飛翔開始電界強度、接触トナー飛翔開始電界強度および非接触トナー飛翔開始電界強度の値を、それぞれ符号Ｅ0、Ｅ1およびＥ2により表す。
【００７４】
実測数値例として、体積平均粒径Ｄtが４．５μｍであるトナーを用いて測定したときの、単層トナー飛翔開始電界強度Ｅ0、接触トナー飛翔開始電界強度Ｅ1および非接触トナー飛翔開始電界強度Ｅ2の実測結果を図７（ｂ）に示す。このような結果となる理由については、次のように説明することができる。
【００７５】
前記したように、トナーは現像ローラ７ａ表面に直接接触しているため強く拘束されている。したがって、強い電界Ｅ0を加えなければトナーは飛翔しない。これに対して、現像ローラ表面に担持されたトナー層がトナー１層分を超えているとき、現像ローラ表面に直接接触しない非接触トナーに対しては現像ローラ表面からの拘束力が弱い。したがって、非接触トナーが現像ローラから飛翔するために必要な電界強度（非接触トナー飛翔開始電界強度）Ｅ2は、トナー層がトナー１層であるときの飛翔開始電界強度Ｅ0より大幅に低くて済む。
【００７６】
一方、現像ローラ表面に担持されたトナー層がトナー１層分を超えている場合であっても現像ローラ表面に直接接触しているトナー（接触トナー）は、トナー層がトナー１層であるときのトナーと同様の拘束力を現像ローラから受けている。したがって、単純には単層トナー飛翔開始電界強度Ｅ0と同等の電界を加えなければ接触トナーは飛翔しないと考えられる。
【００７７】
しかしながらこの場合、もともとトナー層が１層である場合と異なり、現像ローラ表面近傍にはより弱い電界で飛翔する非接触トナーが存在している。こうして飛翔するトナーが交番電界により往復移動しながら加速された結果十分な運動エネルギーを得て、現像ローラ上の接触トナーに衝突してこれをはじき出し、結果として接触トナーを飛翔させることがある。つまり、非接触トナーがより弱い電界で飛翔開始することに起因して、単層トナー飛翔開始電界強度Ｅ0よりも弱い電界でも接触トナーが飛翔しうる。このため、接触トナー飛翔開始電界強度Ｅ1が、単層トナー飛翔開始電界強度Ｅ0よりも小さくなるものと考えられる。
【００７８】
このことを利用して、現像ローラ７ａ表面のうち感光体２の非露光部に対向する領域から接触トナーを飛翔させないようにすることが可能である。すなわち、感光体２の非露光部と現像ローラ７ａとが対向する位置において、現像ローラ７ａに印加される現像バイアスＶbにより形成されるトナー飛翔電界の電界強度が、非接触トナーを飛翔させるには十分であるが接触トナーを飛翔させるには不十分な値となるようにすればよい。
【００７９】
図８は現像ローラ表面近傍における電界強度分布を示す図である。図８のグラフにおける横軸は、現像ローラ７ａの回転軸方向から現像位置ＤＰを見たときの現像ローラ７ａの表面位置を表している。すなわち、互いに略円筒形状をなす感光体２と現像ローラ７ａとが対向配置されてなる現像位置ＤＰにおいて両者が最も接近している位置を原点Ｏとして、現像ローラ７ａの周面上の各位置を該原点Ｏからの距離により表している。また縦軸は各位置における電界（トナー飛翔電界）の極性が現像ローラ７ａ表面からトナーを飛翔させる極性となるときの当該電界の電界強度を示している。
【００８０】
感光体２と現像ローラ７ａとの電位差を各位置におけるギャップの大きさで除した値がその位置における電界強度であるが、前述のように感光体２表面では露光部と非露光部とで表面電位が異なるため、現像ローラ７ａ表面各位置における電界強度は、当該位置が感光体２上の露光部と対向しているのか、非露光部と対向しているのかによって異なってくる。図３から明らかなように、現像ローラ７ａ表面のうち感光体２の露光部と対向する位置では、非露光部と対向する位置よりも電界強度が高い。また、感光体２と現像ローラ７ａとが最近接する位置で電界強度は最高となり、この最近接位置から離れるにつれて電界強度は低下する。図８において実線で示す曲線Ａは、感光体２上の露光部と対向する位置における電界（以下、「露光部電界」という）の電界強度を示している。また、破線で示す曲線Ｂは、感光体２上の非露光部と対向する位置における電界（以下、「非露光部電界」という）の電界強度を示している。
【００８１】
この実施形態では、図８に曲線Ａで示す露光部電界の最近接ギャップ位置における電界強度が接触トナー飛翔開始電界強度Ｅ1よりも高くなるようにする。また、曲線Ｂで示す非露光部電界の最近接ギャップ位置における電界強度が、接触トナー飛翔開始電界強度Ｅ1よりも低く、かつ非接触トナー飛翔開始電界強度Ｅ2よりも高くなるように、現像バイアスＶbの振幅Ｖppを設定している。こうすると、感光体２の非露光部と現像ローラ７ａとの間では、現像ローラ７ａに担持された非接触トナーは飛翔するが、接触トナーは飛翔しない。このようにすることで、接触トナーが感光体２の非露光部に付着することが抑制され、地カブリ防止に効果的である。
【００８２】
その一方、露光部電界が接触トナー飛翔開始電界強度Ｅ1を上回るようにすると、露光部では非接触トナー、接触トナーの双方が飛翔するため、十分な現像濃度を得ることができる。また、前記したように非接触トナーは感光体上の電位プロファイルに対する再現性が低く、逆に帯電量の高い接触トナーは電位プロファイルに対する再現性が高いため小さな電位の変動が濃度変動として現れることがあるが、両トナーが混在した状態で現像を行わせることにより、このような欠点が相互に補完されて優れた画像品質を得ることができる。すなわち、細線画像については高い画像コントラストを得られ、また広い面積を有する画像については濃度ムラの少ない画像を得ることができる。
【００８３】
この場合において、接触トナーを飛翔させるために必要な電界強度Ｅ1は単層トナー飛翔開始電界強度Ｅ0よりも低いので、現像ギャップに発生させる電界の強度も低く抑えることができる。これによって、装置内外へのトナー飛散を抑制することができ、さらに現像ギャップにおける放電の発生をも防止することができる。
【００８４】
次に、上記のような現像動作を実現するために好適な現像ユニット７の構造について説明する。これまで述べてきたように、この実施形態は、現像ローラ表面に１層を超えるトナーを担持させる、厳密には接触トナーおよび非接触トナーの双方を担持させるとともに、感光体２上の付着物に逆極性の電荷を与えることで正規低帯電トナーをトラップさせることにより、現像濃度の向上と、地カブリおよびトナー飛散の抑制とを両立させようとするものである。しかしながら、非接触トナーに作用する現像ローラへの拘束力が弱いことから、現像ローラの回転に起因して現像ローラ表面から離脱し装置内外へ飛散してしまうおそれがある。
【００８５】
特に、従来から広く用いられている、表面をブラスト加工して表面積を増大させたタイプのローラ（ブラストローラ）のように現像ローラ表面の全面にトナーを担持する構造のものでこの問題が顕著であり、このような構造の現像ローラに１層を超えるトナーを担持させてもトナー飛散が多く実用にならない。また、プロセス速度向上の要請に応えるために現像ローラの回転数を高くした場合にも、現像ローラ表面から離脱したトナーの飛散が増大する。
【００８６】
現像ローラ表面からのトナーの離脱はこれまで主に回転によってトナーに作用する遠心力に起因するものと考えられているが、本願発明者らの研究によれば、現像ローラの回転に伴って生じる現像ローラ表面近傍の気流の影響が大きいことが明らかになった。特に粒子径の小さなトナーでは、質量が小さいため遠心力が小さいにもかかわらず現像ローラ表面からの離脱は大粒径のトナーの場合よりも甚だしいという事実が確認されており、これは現像ローラの回転による風圧をトナーが受けることによって引き起こされていると考えられる。そこで、この実施形態では、現像ユニット７の構造を次のようなものとすることでこの問題を解決している。
【００８７】
図９はこの実施形態における現像ユニットの構造を示す断面図である。この現像ユニット７では、その内部に一成分トナーＴを収容するハウジング７２に供給ローラ７ｂおよび現像ローラ７ａが軸着されており、現像ローラ７ａが感光体２と現像位置ＤＰにおいて所定のギャップを隔てて対向位置決めされるとともに、これらのローラ７ａ、７ｂが本体側に設けられた回転駆動部（図示省略）と係合されて所定の方向に回転する。供給ローラ７ｂは例えば発泡ウレタンゴム、シリコンゴムなどの弾性材料により円筒状に形成されている。また、現像ローラ７ａは、銅、アルミニウム、ステンレス等の金属または合金などの導電性材料の金属素管により円筒状に形成されている。そして、２つのローラ７ａ、７ｂが接触しながら回転することでトナーが現像ローラ７ａの表面に擦り付けられて所定厚みのトナー層が現像ローラ７ａ表面に形成される。
【００８８】
ハウジング７２の内部空間は隔壁７２ａによって第１室７２１および第２室７２２に仕切られている。供給ローラ７ｂおよび現像ローラ７ａはともに第２室７２２に設けられており、これらのローラの回転に伴って第２室７２２内のトナーが流動し攪拌されながら現像ローラ７ａの表面に供給される。
【００８９】
また、この現像ユニット７では、現像ローラ７ａの表面に形成されるトナー層の厚みを所定厚みに規制するための規制ブレード７６が配置されている。この規制ブレード７６は、ステンレスやリン青銅などの弾性を有する板状部材７６１と、板状部材７６１の先端部に取り付けられたシリコンゴムやウレタンゴムなどの樹脂部材からなる弾性部材７６２とで構成されている。この板状部材７６１の後端部はハウジング７２に固着されており、図９の矢印に示す現像ローラ７ａの回転方向Ｄ7において、板状部材７６１の先端部に取り付けられた弾性部材７６２が板状部材７６１の後端部よりも上流側に位置するように配設されている。そして、その弾性部材７６２が現像ローラ７ａ表面に弾性的に当接することで規制ニップを形成し、現像ローラ７ａの表面に形成されるトナー層を最終的に所定の厚みに規制する。
【００９０】
さらに、ハウジング７２には、現像ローラ７ａの回転方向Ｄ7において感光体２との対向位置（現像位置ＤＰ）よりも下流側で現像ローラ７ａ表面に圧接されたシール部材７７が設けられている。シール部材７７は、ポリエチレン、ナイロンまたはフッ素樹脂などの柔軟性を有する材料により形成され、現像ローラ７ａの回転軸に平行な方向Ｘに沿って延びる帯状のフィルムであり、長手方向Ｘに直交する短手方向における一方端部がハウジング７２に固着されるとともに、他方端部が現像ローラ７ａ表面に当接されている。他方端部は現像ローラ７ａの回転方向Ｄ7における下流側に向かうように、いわゆるトレイル方向に現像ローラ７ａに当接されており、感光体２との対向位置を通過した現像ローラ７ａ表面に残留しているトナーをハウジング７２内に案内するともに、ハウジング内のトナーが外部へ漏れ出すのを防止している。
【００９１】
図１０は現像ローラおよびその表面の部分拡大図を示す図である。その表面が導電性材料の金属素管で形成される現像ローラ７ａは略円筒形のローラ状に形成されており、その長手方向の両端にはローラと同軸にシャフト７４０が設けられており、該シャフト７４０が現像器本体により軸支されて現像ローラ７ａ全体が回転自在となっている。現像ローラ７ａ表面のうちその中央部７４ａには、図１０の部分拡大図（点線円内）に示すように、規則的に配置された複数の凸部７４１と、それらの凸部７４１を取り囲む凹部７４２とが設けられている。
【００９２】
複数の凸部７４１のそれぞれは、図１０紙面の手前側に向けて突出しており、各凸部７４１の頂面は、現像ローラ７ａの回転軸と同軸である単一の円筒面（包絡円筒面）の一部をそれぞれ成している。また、凹部７４２は凸部７４１の周りを網目状に取り囲む連続した溝となっており、凹部７４２全体も現像ローラ７ａの回転軸と同軸かつ凸部の成す円筒面とは異なる１つの円筒面を成している。そして、凸部７４１とそれを取り囲む凹部７４２との間は緩やかな斜面７４３によって繋がれている。すなわち、該斜面７４３は現像ローラ７ａの半径方向外向き（図１１において上方）、つまり現像ローラ７ａの回転軸から遠ざかる方向の成分を有する。このような構造の現像ローラ７ａについては、例えば特開２００７−１４００８０号公報に記載のいわゆる転造加工を用いた製造方法により製造することができる。これにより、現像ローラ７ａの円筒面に規則的かつ均一な凹凸部を形成することができる。そのため、得られる現像ローラ７ａは、その円筒面に均一かつ最適な量のトナーを担持させることができ、また、現像ローラ７ａの円筒面でのトナーの転動性（転がりやすさ）も均一なものとすることができる。その結果、トナーの局所的な帯電不良や搬送不良を防止して、優れた現像特性を発揮させることができる。また、型を用いて凹凸部を形成するため、ブラスト加工により得られた一般的な現像ローラと異なり、得られる凹凸部はその凸部の先端の幅を比較的大きくすることができる。このような凹凸部は優れた機械的強度を有する。特に、型により押圧された部位は機械的強度が向上するので、得られる凹凸部は、切削加工のような処理で得られたものと比しても優れた機械的強度を有する。このような凹凸部を有する現像ローラ７ａは、優れた耐久性を発揮することができる。また、凹凸部の凸部の先端の幅が比較的大きいと、磨耗しても形状変化が少ないので、現像特性が急激に低下することも防止して、長期にわたり優れた現像特性を発揮することができる。
【００９３】
図１１は現像ローラ表面の構造の詳細を示す断面図である。図１１（ａ）に示すように、現像ローラ７ａ表面を断面方向から見ると、周方向外側に向けて突出した凸部７４１と、これに比べると後退した凹部７４２とが交互に配列されている。また凸部７４１と凹部７４２とが斜面７４３により繋がれている。凸部７４１頂面の寸法および凹部７４２の幅は例えば１００μｍ程度とすることができるがこれに限定されない。一方、凸部７４１と凹部７４２との高低差、言い換えれば凸部７４１を取り囲む溝状の凹部７４２の深さについては、使用トナーの体積平均粒径Ｄaveよりも大きな値、より好ましくは体積平均粒径Ｄave２倍以上とする。
【００９４】
こうすることで、図１１（ｂ）に示すように、凸部７４２頂面を結ぶ線（破線で示す）よりも外部に突出することなく凹部７４２に２層以上のトナーを担持させることが可能となる。図１１（ｂ）において、白丸印は現像ローラ７ａ表面に直接接触している接触トナーＴ1を示している。また、ハッチングを付した丸印は現像ローラ７ａ表面には直接接触せずに凹部７４２に担持されている非接触トナーＴ2を示している。
【００９５】
また、図１１（ｂ）において破線で示した凸部７４２頂面を結ぶ線は、各凸部７４１の頂面を１つの円筒面の一部と考えたときの包絡円筒面上の曲線である。凹部７４２に担持されるトナーがこの線を越えないということは、現像ローラ７ａ表面においてこの包絡円筒面よりも外側にトナーが露出することがないということを意味する。したがって、現像ローラ７ａの回転に起因して現像ローラ７ａ表面に強い気流が発生したとしても、現像ローラ７ａ表面から後退した位置に担持されているトナーにはその影響が及ばず、現像ローラへの拘束力の弱い非接触トナーであっても離脱、飛翔することは防止されている。
【００９６】
現像ローラ７ａ表面に図１１（ｂ）に示すようにトナーを担持させるためには、図１１（ｃ）に示すように、現像ローラ回転方向Ｄ7における規制ブレード７６の弾性部材７６２の上流側エッジ７６２ａを現像ローラ７ａの凸部７４１に当接させる、いわゆるエッジ規制によって凸部７４１へのトナー付着を規制する。これとともに、弾性部材７６２とし適度な弾性を有する材料を選ぶことによって、凹部７４２との対向位置で弾性部材７６２が凹部７４２に向けてわずかにせり出すようにすればよい。こうすることで、凸部７４１へのトナー付着を規制するとともに、包絡円筒面を越えてトナーが凹部７４２に担持されることが防止される。
【００９７】
なお、前記したように、接触トナーに対しては現像ローラ７ａへの強い拘束力が作用する。したがって、接触トナーについては気流への耐性が比較的高く包絡円筒面の外部に露出するようにしてもトナーの離脱は起こりにくいと考えられる。この観点からは、図１１（ｄ）に示すように、凸部７４１に１層以下のトナー付着を許容するように、規制ブレード７６の当接角度や当接圧等を調節してもよい。
【００９８】
ただし、凹部７４２のみにトナーを担持させることによって、次のような効果も得られる。まず、凸部７４１に均一なトナー層を形成するためには規制ブレード７６と凸部７４１とのギャップの精密な管理が必要となるが、凹部７４２のみにトナーを担持させるためには規制ブレード７６と凸部７４１とを当接させて凸部７４１のトナーを全て除去すればよいので実現が比較的容易である。また、搬送されるトナーの量は規制ブレード７６と凹部７４２との隙間に生じる空間の容積によって決まるので、トナー搬送量を安定させることができる。
【００９９】
また、搬送されるトナー層の良好さという点においても利点がある。すなわち、凸部７４１にトナーを担持させると規制ブレード７６との摺擦に起因するトナーの劣化が起こりやすい。具体的には、トナーの流動性や帯電性が低下したり、トナーが圧粉状態となり凝集したり現像ローラ７ａに固着してフィルミングを生じさせるなどの問題がある。これに対し、規制ブレード７６からの押圧をあまり受けない凹部７４２にトナーを担持させるとこのような問題が起こりにくい。また、凸部７４１に担持されるトナーと凹部７４２に担持されるトナーとでは規制ブレード７６との摺接のされ方が大きく異なるため、トナーの帯電量のばらつきが大きくなることが予想されるが、凹部７４２のみにトナーを担持させることでこのようなばらつきも抑えられる。
【０１００】
特に近年では、画像の高精細化やトナー消費量および消費電力の削減を実現するためにトナーの小粒径化や定着温度の低温化が求められているが、本実施形態の構成はこのような要求にも対応することが可能なものである。小粒径トナーにおいては帯電の立ち上がりが鈍いにもかかわらず飽和帯電量が高いため、凸部７４１に担持されたトナーは凹部７４２に担持されたトナーよりも帯電量が著しく高く（過帯電）なる傾向にある。このような帯電量の差はいわゆる現像履歴として画像に現れる。また、低融点トナーでは摺擦によるトナー同士または現像ローラ７ａ等への固着が起きやすい。しかしながら、凹部７４２のみにトナーを担持する本実施形態の構成ではこのような問題は生じにくい。
【０１０１】
なお、この実施形態において、使用するトナーの粒子径は特に限定されないが、体積平均粒径Ｄaveが５μｍ以下であるトナーを使用する場合に特に顕著な効果を発揮する。このような小粒径トナーは、その粒子径の小ささゆえにファンデルワールス力が強く作用し現像ローラ４４からの飛翔が難しい。また、導電性材料からなる現像ローラ４４に強く働く鏡像力により現像ローラ４４からの飛翔が難しい。このため、１層を越えるトナーを現像ローラ７ａに担持させ、接触トナー、非接触トナーのいずれをも飛翔させて現像動作に寄与させる本実施形態の現像方式が、特に優れた効果を奏する。
【０１０２】
また、５μｍ程度を境にして、これ以下の体積平均粒径を有するトナーは粉体としての性質が強まり、より粒径の大きなトナーとは挙動が異なってくる。例えば、粒子径の小さなトナーは質量が小さいため、いったん飛散すると長い時間空中を漂うことになり、装置内ばかりか装置外部へも漏れ出してしまうことがある。本実施形態の装置はトナー飛散を効果的に抑制しているため、粒子径の小さなトナーを使用する場合でもこのような問題が生じることはない。
【０１０３】
以上のように、この実施形態では、現像ローラ７ａの表面に１層を超えるトナー層、より厳密には現像ローラ表面に直接接触している接触トナーおよび現像ローラ表面には直接接触しない非接触トナーの双方を含むトナー層を担持させる。こうすることによって、現像位置ＤＰに十分な量のトナーを搬送することができ、高い現像濃度を得ることができる。
【０１０４】
また、接触トナーおよび非接触トナーの双方を現像ローラに担持させることにより、より低い電界強度で飛翔開始する非接触トナーによって接触トナーをはじき出す効果を期待できるので、現像位置ＤＰにおいて発生させる電界の電界強度が低くて済む。このことは、現像位置ＤＰにおいて飛翔したトナーがギャップ外へ飛散するのを抑制するとともに、ギャップでの放電の発生を抑制するという効果をもたらす。
【０１０５】
また、第１帯電位置ＣＰ1において第１帯電器３により感光体２表面を正規極性に帯電させた後、第２帯電位置ＣＰ2において、第２帯電器５によって感光体２表面に付着する付着物（トナーや外添剤）に逆極性の電荷を与える。こうして逆極性に帯電した付着物に、現像位置ＤＰにおいて飛翔する低帯電トナーをトラップさせることにより、帯電量の低いトナーが現像ローラ７ａから周囲に飛散するのを防止している。
【０１０６】
また、第１帯電位置ＣＰ1と第２帯電位置ＣＰ2との間にクリーニングローラ４を設けているので、感光体２表面に残留する付着物が無制限に増大することが未然に防止されている。その一方、クリーニングローラ４をブラシローラとすることにより、粒子径が小さく、しかも顔料を担わないため画像には影響を及ぼさない遊離外添剤をある程度感光体２上に残留させておくことができ、この遊離外添剤を「逆極性付着物」として有効に利用することができる。
【０１０７】
また、中間転写ベルト８ａに逆極性の高い転写バイアスＶt1を与えることにより、感光体２の回転方向Ｄ2において現像位置ＤＰよりも後方で転写位置ＴＰよりも前方の位置ＴＰ0において感光体２の非露光部と中間転写ベルト８ａとの間で放電を発生させる。これにより、現像位置ＤＰを通過した後に非露光部に付着するトナーや外添剤に逆極性の電荷を与え、転写位置ＴＰにおいて中間転写ベルト８ａの転写されるのを防止することができる。これにより、さらに地カブリを低減することができる。
【０１０８】
また、接触トナーと非接触トナーとで飛翔開始電界強度が相違することに鑑み、感光体の非露光部と対向する現像ローラ表面におけるトナー飛翔電界の電界強度を非接触トナー飛翔開始電界強度Ｅ2よりは高く、かつ接触トナー飛翔開始電界強度Ｅ1よりは低くなるように設定することで、非露光部と対向する現像ローラ表面からは非接触トナーのみを飛翔させて接触トナーが飛翔するのを抑制しているので、正規高帯電トナーが非露光部へ付着するのを抑制して地カブリの発生をさらに効果的に抑えることができる。
【０１０９】
また、感光体の露光部と対向する現像ローラ表面においてはトナー飛翔電界の電界強度が接触トナー飛翔開始電界強度Ｅ1より高くなるようにしているので、接触トナー、非接触トナーのいずれをも飛翔させて現像に寄与させることができ、高い現像濃度を得ることができる。また接触トナー、非接触トナーの双方を用いて現像を行うことで、細線画像、広い面積を有する画像のいずれにおいても良好な画像品質で画像を形成することができる。
【０１１０】
また、現像ローラ表面を規則的な凹凸を設けた構造とするとともに、その高低差をトナーの体積平均粒径の２倍以上となるようにして凹部のみにトナーを担持させるようにしているので、２層以上のトナーを確実に現像ローラ７ａに担持させることが可能である。また凹部にトナーを収容した状態で現像ローラ７ａを回転させるので、回転に起因する現像ローラ表面からのトナーの離脱を防止することができる。
【０１１１】
次に、この発明にかかる画像形成装置の第２実施形態について説明する。この第２実施形態の装置は、転写ユニット８の構成が上記した第１実施形態のものと相違しているが、これを除く各部の構成および動作は基本的に第１実施形態の装置と同一である。そこで、同一構成には同一符号を付して説明を省略し、ここでは第１実施形態との相違点について主に説明する。
【０１１２】
図１２は本発明にかかる画像形成装置の第２実施形態の主要構成を模式的に示す図である。この第２実施形態では、転写ユニット８にサポートローラ８ｄが設けられており、このサポートローラ８ｄは感光体２の回転方向Ｄ2における転写位置ＴＰの上流側で中間転写ベルト８ｃを感光体２表面側に近接させることにより、感光体２の非露光部と中間転写ベルト８ｃとの間でより放電を生じやすくする作用を有する。また、この実施形態では、中間転写ベルトに転写バイアスが印加される第１実施形態の装置とは異なり、バックアップローラ８ｂに転写バイアスＶt1として＋６００Ｖの直流電位が電源８２から印加されるとともに、サポートローラ８ｄにはさらに高い正電位（＋８００Ｖ）の直流電位Ｖt0が電源８３から印加される。こうすることにより、上記した第１実施形態の装置と同様に、転写位置ＴＰの手前で感光体２に付着する低帯電トナーに逆極性の電荷を付与し、転写位置ＴＰで中間転写ベルト８ｃに転写されるのを防止することができる。
【０１１３】
以上説明したように、これらの実施形態では、感光体２および現像ローラ７ａがそれぞれ本発明の「潜像担持体」および「トナー担持ローラ」として機能している。また現像バイアス電源７１が本発明の「電界形成手段」に相当している。また、第１帯電器３および第２帯電器５がそれぞれ本発明の「第１帯電手段」および「第２帯電手段」として機能している。第２帯電器５はスコロトロン帯電器であり、グリッド５ａおよびチャージワイヤ５ｂがそれぞれ本発明の「グリッド」および「コロナワイヤ」に相当している。
【０１１４】
また、これらの実施形態では、露光ユニット６および転写ユニット８がそれぞれ本発明の「潜像形成手段」および「転写手段」として機能しており、中間転写ベルト８ａ，８ｃが本発明の「転写媒体」として機能している。また、クリーニングローラ４が本発明の「クリーニング手段」として機能する一方、規制ブレード７６が本発明の「規制部材」として機能している。さらに、転写バイアス電源８１および電源８３が本発明の「電荷供給部」として機能している。
【０１１５】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態の説明において示した各数値は一例にすぎず、本発明がこれらに限定されるものではない。
【０１１６】
また、上記実施形態は帯電させた感光体２表面のうち露光により電荷が除去された領域にトナーを付着させる、いわゆるネガ潜像タイプの画像形成装置であり、感光体２２上においては露光された領域（露光部）がトナーを付着させるべき本発明における「画像部」である一方、露光されなかった領域（非露光部）が本発明における「非画像部」となっている。しかしながら、本発明は露光により電荷の発生した領域にトナーを付着させる、いわゆるポジ潜像タイプの画像形成装置にも本発明を適用することが可能である。この場合には、感光体上の露光された領域が「画像部」、露光されなかった領域が「非画像部」となる。また、本実施形態では負帯電トナーを使用しているが、正帯電トナーを使用する画像形成装置に対しても本発明を適用することが可能である。
【０１１７】
また、本実施形態における現像ローラ７ａの表面構造は、略菱形の頂面を有する凸部７４１とこれを取り囲むように設けられた凹部７４２とを規則的に配してなるものであるが、凸部の形状や現像ローラの表面構造はこれに限定されるものではない。これ以外にも例えば、ほぼ平滑な包絡円筒面上に多数のディンプルを設けた構造のものや、螺旋状の溝を設けたものも利用可能である。この場合においても、ディンプルや溝の深さをトナーの体積平均粒径の２倍以上とすることにより、２層以上のトナーを搬送することが可能となる。なお、現像ローラ表面でのトナー流動を許容し凹部へのトナー固着等を防止するという観点からは、トナーを担持する凹部については互いに連通していることが好ましい。
【０１１８】
また、上記実施形態では現像ユニット７の個数について特に言及していないが、本発明は、回転自在のロータリー現像ユニットに複数の現像ユニットを装着したカラー画像形成装置や、複数の現像ユニットを中間転写媒体の周囲に配置したいわゆるタンデム型の画像形成装置、現像ユニットを１個だけ備えてモノクロ画像を形成するモノクロ画像形成装置などに対して好適に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】本発明にかかる画像形成装置の第１実施形態の主要構成を示す図。
【図２】図１の装置の電気的構成を示すブロック図。
【図３】この実施形態において各部に付与する電位の関係を示す図。
【図４】トナーの帯電量分布を示す図。
【図５】トナーの帯電状態と現像特性との関連を示す図。
【図６】この実施形態における感光体上でのトナー等の挙動を模式的に示す図。
【図７】トナー粒子径と飛翔開始電界強度との関係を測定した結果を示す図。
【図８】現像ローラ表面近傍における電界強度分布を示す図。
【図９】この実施形態における現像ユニットの構造を示す断面図。
【図１０】現像ローラおよびその表面の部分拡大図を示す図。
【図１１】現像ローラ表面の構造の詳細を示す断面図。
【図１２】本発明にかかる画像形成装置の第２実施形態の主要構成を示す図。
【符号の説明】
【０１２０】
２…感光体（潜像担持体）、 ３…第１帯電器（第１帯電手段）、 ４…クリーニングローラ（クリーニング手段）、 ５…第２帯電器（第２帯電手段）、 ５ａ…グリッド、 ５ｂ…チャージワイヤ（コロナワイヤ）、 ６…露光ユニット（潜像形成手段）、 ７ａ…現像ローラ（トナー担持ローラ）、 ８…転写ユニット（転写手段）、 ８ａ，８ｃ…中間転写ベルト（転写媒体）、 ７１…現像バイアス電源（電界形成手段）、 ７６…規制ブレード（規制部材）、８１…転写バイアス電源（電荷供給部）、 ８３…電源（電荷供給部）、 Ｅ1…接触トナー飛翔開始電界強度、 Ｅ2…非接触トナー飛翔開始電界強度、 Ｔ1…接触トナー、 Ｔ2…非接触トナー
【技術分野】
【０００１】
この発明は、静電潜像を担持する潜像担持体とトナーを担持するトナー担持ローラとを非接触に対向配置した状態で、静電潜像をトナーにより現像する画像形成装置および画像形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
静電潜像をトナーにより現像する技術においては、静電潜像を担持する潜像担持体とトナーを担持するトナー担持ローラとをギャップを隔てて対向させ、該ギャップにトナーを飛翔させることにより静電潜像を現像する、いわゆる非接触現像方式のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この種の画像形成装置においては、これまでその体積平均粒径が８ないし１０μｍ程度のトナーが主に用いられてきたが、画像の高精細化、プロセスの高速化および定着温度の低温化などの目的のために、トナーのさらなる小粒径化（例えば、体積平均粒径で５μｍ以下）が求められている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１２７８００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような小粒径のトナーでは、より大きな粒径を有するトナーとは異なる振る舞いをすることが近年明らかになってきている。例えば、小粒径の帯電トナーに対しトナー担持ローラが及ぼす鏡像力やファンデルワールス力が大きくなるため、帯電トナーがトナー担持ローラから飛翔しにくくなる。このため、画像を十分な濃度で現像することが難しくなる。また、粒径が小さく質量の小さなトナーは飛散しやすいという性質があり、これが画像形成装置内部や外部に付着したり、いわゆる地カブリとなって形成される画像を汚してしまうことがある。
【０００５】
ここで、トナー担持ローラ上のトナー搬送量を多くしたり、潜像担持体とトナー担持ローラとのギャップに発生させる電界を強くしたりすることで上記した現像濃度の不足を補うことは可能であるが、このようにするとトナー飛散がさらに多くなってしまうという問題がある。このように、十分な現像濃度を得るという課題と装置内外へのトナー飛散や地カブリ等を低く抑えるという課題とは相反するものであり、これらを両立させつつトナーの小粒径化を図るためには、従来の技術には改善の余地が残されていた。
【０００６】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、潜像担持体とトナー担持ローラとをギャップを隔てて対向させた非接触現像方式の画像形成装置および画像形成方法において、十分な現像濃度を得るとともに、装置内外へのトナー飛散や地カブリ等を低く抑えることのできる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明にかかる画像形成装置は、上記目的を達成するため、所定の移動方向に周回移動する、表面に静電潜像を担持可能な潜像担持体と、第１帯電位置において前記潜像担持体をトナーの帯電極性と同極性の表面電位に帯電させる第１帯電手段と、前記第１帯電位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の第２帯電位置において前記潜像担持体表面に向けてトナーの帯電極性とは逆極性の電荷を供給する第２帯電手段と、前記第２帯電位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の潜像形成位置において前記潜像担持体表面のうちトナーを付着させるべき画像部の表面電位を低下させ、トナーを付着させない非画像部との間で表面電位を異ならせることで前記潜像担持体表面に静電潜像を形成する潜像形成手段と、ローラ状に形成されて、前記潜像形成位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の現像位置において前記潜像担持体と所定のギャップを隔てて対向配置され、前記ローラ表面に直接接触する接触トナーおよび該接触トナーに接触し前記ローラ表面には接触しない非接触トナーの双方を含むトナー層を担持するトナー担持ローラと、前記現像位置において前記潜像担持体と前記トナー担持ローラとの間にトナー飛翔電界としての交番電界を形成することで前記静電潜像をトナーにより現像させる電界形成手段と、前記現像位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の転写位置において前記静電潜像を現像してなるトナー像を転写媒体に転写する転写手段とを備えることを特徴としている。
【０００８】
また、この発明にかかる画像形成装置の他の態様は、上記目的を達成するため、所定の移動方向に周回移動する、表面に静電潜像を担持可能な潜像担持体と、第１帯電位置において前記潜像担持体をトナーの帯電極性と同極性の表面電位に帯電させる第１帯電手段と、前記第１帯電位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の第２帯電位置において前記潜像担持体表面に付着している付着物をトナーの帯電極性とは逆極性に帯電させる第２帯電手段と、前記第２帯電位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の潜像形成位置において前記潜像担持体表面のうちトナーを付着させるべき画像部の表面電位を低下させ、トナーを付着させない非画像部との間で表面電位を異ならせることで前記潜像担持体表面に静電潜像を形成する潜像形成手段と、ローラ状に形成されて、前記潜像形成位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の現像位置において前記潜像担持体と所定のギャップを隔てて対向配置され、前記ローラ表面に直接接触する接触トナーおよび該接触トナーに接触し前記ローラ表面には接触しない非接触トナーの双方を含むトナー層を担持するトナー担持ローラと、前記現像位置において前記潜像担持体と前記トナー担持ローラとの間にトナー飛翔電界としての交番電界を形成することで前記静電潜像をトナーにより現像させる電界形成手段と、前記現像位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の転写位置において前記静電潜像を現像してなるトナー像を転写媒体に転写する転写手段とを備えることを特徴としている。
【０００９】
また、この発明にかかる画像形成方法は、上記目的を達成するため、周回移動する潜像担持体を、第１帯電位置においてトナーの帯電極性と同極性の表面電位に帯電させ、前記第１帯電位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の第２帯電位置において前記潜像担持体表面に向けてトナーの帯電極性とは逆極性の電荷を供給し、前記第２帯電位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の潜像形成位置において前記潜像担持体表面のうちトナーを付着させるべき画像部の表面電位を低下させ、トナーを付着させない非画像部との間で表面電位を異ならせることで前記潜像担持体表面に静電潜像を形成し、ローラ状に形成され、前記ローラ表面に直接接触する接触トナーおよび該接触トナーに接触し前記ローラ表面には接触しない非接触トナーの双方を含むトナー層を担持するトナー担持ローラを、前記潜像形成位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の現像位置において所定のギャップを隔てて対向配置し、前記現像位置において前記潜像担持体と前記トナー担持ローラとの間にトナー飛翔電界としての交番電界を形成することで前記静電潜像をトナーにより現像し、前記現像位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の転写位置において前記静電潜像を現像してなるトナー像を転写媒体に転写することを特徴としている。
【００１０】
このように構成された発明では、トナー担持ローラ表面に直接接触する接触トナーと、トナー担持ローラ表面には直接接触しない非接触トナーとの双方をトナー担持ローラに担持させる。これにより、潜像担持体とトナー担持ローラとの間で多くのトナーを飛翔させることができ、現像濃度を向上させることができる。その一方、トナー飛翔量を確保するためにトナー飛翔電界を強くするとトナー飛散が起こりやすい。特に、本来トナーを付着させる必要のない非画像部に対向するトナー担持ローラ表面から飛翔したトナーが問題となる。というのは、このようなトナーは最終的にはトナー担持ローラ表面に戻らなければならないが、交番電界の作用により往復飛翔する間に潜像担持体に付着して地カブリとなったり、電界の拘束を逃れて飛散したりするからである。
【００１１】
ここで、接触トナーはトナー担持ローラ表面から受けるクーロン力やファンデルワールス力によりトナー担持ローラへの拘束が強いのに対し、非接触トナーに対してはこの拘束が比較的弱い。また、トナー担持ローラ表面に担持されるトナーのうち特に帯電量の高いものがトナー担持ローラ表面により強く引き寄せられるため、このように帯電量の高いトナーが接触トナーとなる一方、相対的に帯電量の低いトナーが非接触トナーとなりやすい。つまり、非接触トナーはもともと帯電量が低い上にトナー担持ローラ表面から離れた位置に担持されているため、トナー担持ローラからの離脱、飛散が非常に起こりやすい状態にある。
【００１２】
その一方、このように帯電量の低いトナーに関して本願発明者らは次のような知見を得ている。すなわち、このようなトナーを、その本来の帯電極性とは反対極性の電荷（例えば負帯電トナーについては正電荷）を受け取りやすい環境に置くと、この電荷を受け取って本来の帯電極性とは反対の極性に帯電するという帯電の逆転現象が見られる。本発明は、このような知見に基づきなされたものである。なお、以下の説明においては、使用されるトナーの本来の帯電極性（例えば負帯電トナーでは負極性）を「正規極性」、これと反対の極性（例えば負帯電トナーにおける正極性）を「逆極性」と称することとする。
【００１３】
本発明では、第１帯電位置においてトナーの帯電極性と同極性、つまり正規極性に潜像担持体が帯電された後、第２帯電位置において逆極性の電荷が潜像担持体に供給される。これにより、潜像担持体表面に不可避的に残留付着する付着物が、第２帯電位置通過後にこの電荷を受け取って逆極性に帯電することになる。ここで、潜像担持体表面に残留付着する付着物とは、主に現像位置において潜像担持体上に付与されたが転写位置において転写媒体に転写されなかった粒子であり、帯電量が微少のトナー、逆極性に帯電したトナーおよびトナー母粒子から離脱した電気的にはほぼ中性の外添剤粒子などである。これらの付着物に逆極性の電荷が与えられた結果、第２帯電位置以降では、正規極性に帯電された潜像担持体の表面に逆極性に帯電した付着物（以下、「逆帯電付着物」という）を分散させた状態となる。
【００１４】
このような潜像担持体表面に静電潜像が形成され、現像位置において静電潜像が現像されるが、前記したようにこの発明ではトナー担持ローラには接触トナーおよび非接触トナーとの双方が担持されておりこれらが飛翔するため、帯電量の低いトナーや逆極性に帯電したトナーが本来トナーを付着させる領域ではない潜像担持体の非画像部に付着してしまうことがある。このうち、逆極性に帯電したトナーに関しては、現像されたトナー像を転写媒体に転写する際の工夫（例えば適当な転写バイアスを転写媒体に付与する等）により、潜像担持体から転写媒体へ転写させないようにすることが可能である。
【００１５】
一方、帯電量の低いトナーについては、その帯電量の低さのため転写媒体への転写を回避することが難しいため、転写媒体に転写されて画像に地カブリを生じさせてしまう。このようなトナーは本来交番電界の作用によりトナー担持ローラ表面に引き戻されるべきものではあるが、やはりその帯電量の低さに起因して電界から受ける力が弱いため、再飛翔せずに潜像担持体表面に残留する場合がある。あるいは、電界による拘束を逃れて現像位置から外部へ飛散してしまう場合がある。
【００１６】
そこで、この発明では、上記したように潜像担持体表面に逆帯電付着物を分散させている。こうすることにより、このような逆帯電付着物が帯電量の低いトナーをトラップしたり、逆極性の電荷を付与してトナーの帯電極性を強制的に逆極性とする作用を果たす。こうして帯電量の低いトナーがトラップされることで、外部へのトナー飛散が効果的に抑制される。また、潜像担持体上で逆極性の電荷を与えられたトナーが転写位置において転写媒体に転写されないようにすることが可能であり、こうすることで画像への地カブリを発生をも抑制することができる。なお、このような効果は潜像担持体表面のうち本来トナーを付着させる必要のない非画像部において特に顕著である。本来トナーを付着させるべき画像部については、正規極性に帯電したトナーが大量に付着するため、逆帯電付着物による影響は軽微である。
【００１７】
このように、本発明では、トナー担持ローラに接触トナーと非接触トナーとの双方を担持させることで、比較的低いトナー飛翔電界でも十分なトナー飛翔量を得て現像濃度を増大させることができる。また、このようにトナー飛翔電界を低く抑えることができることから、トナー飛散についても抑制することができる。さらに、潜像担持体表面のうち非画像部とトナー担持ローラ表面との間では、帯電量の低いトナーを逆帯電付着物によりトラップしたり、逆極性の電荷を付与することで転写媒体に転写されないようにしているので、トナー飛散をさらに抑えるとともに潜像担持体の非画像部にトナーが付着し地カブリを生じさせるのを抑制することができる。
【００１８】
上記したように、この発明においては、前記転写手段は、トナーの帯電極性とは反対極性の電位を前記転写媒体に付与することが望ましい。こうすることで、潜像担持体表面に付着した、逆極性に帯電したトナーが転写媒体に転写されることを防止することができるので、地カブリ防止効果がより高くなる。
【００１９】
また、前記転写手段は、前記現像位置と前記転写位置との間で前記潜像担持体表面の前記非画像部に向けてトナーの帯電極性とは逆極性の電荷を供給する電荷供給部を備えるようにしてもよい。このようにすると、現像位置を通過した、つまり現像された潜像担持体表面の非画像部に付着した帯電量の低いトナーに対し、転写位置よりも手前で電荷を付与してこれを逆極性に帯電させることができる。こうすることで、転写位置において非画像部に付着した帯電量の低いトナーが転写媒体に転写されることによって生じる地カブリがより確実に抑えられる。
【００２０】
ここで、前記電荷供給部は、前記潜像担持体上の前記画像部との間で放電限界を超えず、かつ前記潜像担持体上の前記非画像部との間で放電限界を超える電位が付与されるようにしてもよい。このようにすると、潜像担持体上のトナーへの電荷供給は非画像部においてのみ発生することになり、画像部への影響はない。すなわち、画像を乱すことなく、非画像部に付着したカブリトナーのみ帯電極性を変化させることができ、地カブリを低減することが可能となる。
【００２１】
また、前記第２帯電手段は、トナーの帯電極性とは逆極性の電位を付与されたコロナワイヤと、トナーの帯電極性と同極性の電位を付与されたグリッドとを有するスコロトロン帯電器であってもよい。このような構成では、潜像担持体表面に対し非接触で逆極性の電荷を供給することが可能である。このため、潜像担持体の表面電位を乱さずにその表面の付着物に逆極性の電荷を付与することができる。また潜像担持体表面の付着物に対し付与する電荷量の制御が容易に行える。
【００２２】
また、前記第１帯電手段は、トナーの帯電極性と同極性の電位を付与されて前記潜像担持体に当接する当接部材を備えるようにしてもよい。潜像担持体に当接しながら害表面を帯電させることにより、潜像担持体表面を均一かつ所望の電位に帯電させることが容易となる。
【００２３】
また、前記トナー担持ローラは、トナーを担持する表面が導電性を有する材料により形成されていてもよい。このような構成では、導電性を有するトナー担持ローラとこれに接触するトナーとの間で鏡像力が強く作用するため、接触トナーが飛翔しにくいという性質が強く現れる。そのため、十分な現像濃度を得ることと地カブリやトナー飛散を抑えることとを両立させるのが難しい。このような装置に本発明を適用すると、特に優れた効果を得ることができる。
【００２４】
また、前記トナー担持ローラは、トナーを収容するための凹部を表面に設けた略円筒形状に形成されており、前記凹部の深さがトナーの体積平均粒径の２倍以上であってもよい。このようにすると、平均的には凹部に２層以上のトナーを担持することが可能である。したがって、トナー担持ローラ表面に直接接触する接触トナーの層と、この接触トナーの層に接するが直接にはトナー担持ローラ表面に接触しない非接触トナーの層とを担持することができる。
【００２５】
また、トナーを凹部に担持する構造とすることにより、より確実に非接触トナーを担持することができる。非接触トナーはトナー担持ローラへの拘束力が比較的弱いため、トナー担持ローラ表面から離脱して飛散しやすいが、トナーを凹部内に収容した状態で担持することによって、このような離脱を抑制することができる。
【００２６】
この場合において、前記トナー担持ローラ表面のうち前記凹部以外に形成されるトナー層をトナー１層以下に規制してもよく、さらには前記トナー担持ローラ表面のうち前記凹部以外へのトナー担持を規制するようにしてもよい。凹部以外に担持されたトナーはトナー担持ローラ表面に露出しているため飛散しやすいが、そのトナーをトナー１層以下に抑えてトナーがトナー担持ローラ表面に直接接触するようにすれば、トナー担持ローラ表面からの強い拘束力によって離脱を抑制することができる。特に、凹部以外でトナーを担持させないようにすればその効果はより高くなる。
【００２７】
また、本発明は、体積平均粒径が５μｍ以下であるトナーを用いる場合に特に有効である。このような小粒径のトナーでは、ファンデルワールス力やクーロン力の作用が強いためトナー担持ローラから飛翔しにくく、十分な現像濃度を得るためには強いトナー飛翔電界を必要とする。その一方で、いったん飛翔したトナーは帯電量や質量が小さいためトナー飛翔電界による拘束を逃れて飛散しやすい。このため、現像濃度と地カブリやトナー飛散の抑制とを両立させることが、大きな粒径のトナーを用いた場合よりもさらに困難である。このようなトナーを用いる場合に本発明を適用することにより、地カブリやトナー飛散の発生を抑えながら十分な現像濃度を得ることができる。すなわち、本発明はトナーの小粒径化を図る上で好適な技術を提供するものである。
【００２８】
また、前記潜像担持体の移動方向において前記転写位置よりも下流側、より好ましくは第１帯電位置よりも下流側で、かつ前記第２帯電位置よりも上流側で、前記潜像担持体表面に付着しトナーの帯電極性とは逆極性に帯電している付着物の一部を除去するクリーニング手段を備えるようにしてもよい。逆極性に帯電している付着物は転写媒体に転写されることはないが、装置の動作に伴ってこのような付着物は増加してくるものであるから、そのまま放置すると潜像担持体表面に大量の付着物が付着することになり、装置の動作に影響を及ぼす。そこで、第２帯電位置よりも上流側で付着物の一部を除去しておくことにより、このような付着物が装置の動作に悪影響を及ぼすのを防止することができる。
【００２９】
ここで、前記クリーニング手段としては前記潜像担持体表面に当接するブラシローラを用いることができる。ブラシローラによる付着物の除去では、比較的粒子径の大きな付着物を取り除くことが容易である一方、粒子径の小さな付着物を完全に取り除くことは難しい。前記したように、潜像担持体表面における付着物のうち粒子径の大きなものはトナー粒子であり、粒子径が小さいのはトナーから遊離した外添剤粒子である。このことから、クリーニング手段としてブラシローラを用いる場合、画像を汚すおそれのある潜像担持体表面に残留するトナーについては除去する一方、画像を汚さない外添剤粒子を選択的に潜像担持体表面に残し、これを「逆帯電付着物」として機能させることで、高い地カブリ抑制作用を得ることができる。特に、潜像担持体表面に当接するタイプの第１帯電手段と組み合わせて使用した場合、第１帯電手段で帯電させたトナー粒子をクリーニング手段のブラシローラで効果的に除去することが可能となり、地カブリ抑制効果がさらに高まる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
図１は、本発明にかかる画像形成装置の第１実施形態の主要構成を模式的に示す図である。また、図２は図１の装置の電気的構成を示すブロック図である。この例の画像形成装置１においては、非磁性一成分系負帯電トナーを用いて画像形成が行われる。もちろん、正帯電トナーを用いて画像形成を行うこともできる。以下の説明では、画像形成装置１は負帯電トナーを用いるものとして説明するが、正帯電トナーを用いる場合には、以下の説明の各部材の帯電の電位を逆極性とすればよい。また、トナーは、トナー母粒子とこのトナー母粒子に外添される外添剤とを有しているが、以下の説明では、トナー母粒子を単にトナーという。
【００３１】
図１に示すように、この例の画像形成装置１は静電潜像およびトナー像が形成される感光体２を備えている。この感光体２は感光体ドラムからなり、従来公知の感光体ドラムと同様に円筒状の金属素管の外周面に所定膜厚の感光層が形成されている。この感光体２における金属素管には、例えばアルミニウム等の導電性の管が用いられるとともに、感光層には、従来公知の有機感光体が使用される。
【００３２】
感光体２の周囲には、ローラ帯電器である第１帯電器３、クリ−ニングローラ４、スコロトロン帯電器である第２帯電器５、露光ユニット６、現像ユニット７、および転写ユニット８が、それぞれこれらの順に感光体２の回転方向Ｄ2（図１では、反時計回り）に沿って配設されている。
【００３３】
第１帯電器３は、回転可能に設けられた第１ブラシローラ３ａを有している。この第１ブラシローラ３ａは多数のブラシ毛３ｂを有しており、これらのブラシ毛３ｂが感光体２の表面に近接または当接して配設されている。第１ブラシローラ３ａは、感光体２の回転と順回転（感光体２とブラシ毛３ｂとの当接部で感光体２の回転の接線方向の速度の向きとブラシ毛３ｂの回転の接線方向の速度の向きとが同じ向き）または感光体２の回転と逆回転（感光体２の前述の速度の向きとブラシ毛３ｂの前述の速度の向きとが逆向き）で回転するようにされている。
【００３４】
第１ブラシローラ３ａは従来から用いられている公知の帯電ブラシローラを用いることができる。第１ブラシローラ３ａの一例として、ブラシ毛３ｂは、材料が６ナイロン、繊度が２２０Ｔ／９６Ｆ、密度２４０ｋｆ／ｉｎｃｈ2、原糸抵抗が７．１ＬｏｇΩ、パイル長が５ｍｍであり、また、第１ブラシローラ３ａの感光体２の軸方向に沿う長さは３００ｍｍある。この第１ブラシローラ３ａには東英産業株式会社製のブラシローラを用いることができる。
【００３５】
第１ブラシローラ３ａには、感光体２の表面電位に対して放電開始電圧を超えかつ比較的強い正負いずれかの極性の直流（ＤＣ）のローラ帯電バイアスＶ1が第１帯電バイアス電源３１より印加される。これにより、感光体２と第１ブラシローラ３ａとの間に電界が形成され、転写工程終了後の感光体２の表面がローラ帯電バイアスＶ1と同極性の比較的強い電位に帯電される。また、感光体２の表面に残留する転写残りトナーとこのトナーから遊離した外添剤は、それらの帯電極性が正負不揃いである（負帯電トナーを用いているので、ほとんどの転写残りトナーと外添剤は０Ｖ（未帯電）または正帯電である）。しかし、これらの転写残りトナーおよび外添剤のうち、ローラ帯電バイアスＶ1と逆極性に比較的強く帯電されている転写残りトナーおよび外添剤は、第１ブラシローラ３ａに静電気的に引き寄せられてブラシ毛３ｂに付着する。
【００３６】
また、第１ブラシローラ３ａによって除去されない感光体２上の転写残りトナーおよび外添剤は、感光体２の帯電と同時に０Ｖないし感光体２の帯電極性と同極性に帯電される。このとき、これらの転写残りトナーと外添剤は正負のいずれの極性に帯電されていても、それらの電位の絶対値が小さいため確実に０Ｖ（未帯電）ないし感光体２の帯電極性と同極性に帯電される。なお、第１帯電器３には、ブラシローラ３ａ以外に、帯電ゴムローラ等の他のローラ帯電器を用いることができる。
【００３７】
更に、第１帯電器３は、第１ブラシローラ３ａのブラシ毛３ｂに当接するクリーニングブレード３ｃを有している。クリーニングブレード３ｃは、ブラシ毛３ｂに付着する転写残りトナーおよび外添剤を除去し回収する。このクリーニングブレード３ｃには、従来周知慣用のクリーニングブレードを用いることができる。
【００３８】
クリーニングローラ４は、回転可能に設けられた第２ブラシローラ４ａを有している。この第２ブラシローラ４ａは多数のブラシ毛４ｂを有しており、これらのブラシ毛４ｂが感光体２の表面に当接して配設されている。第２ブラシローラ４ａは、感光体２の回転と順回転（感光体２とブラシ毛４ｂとの当接部で感光体２の回転の接線方向の速度の向きとブラシ毛４ｂの回転の接線方向の速度の向きとが同じ向き）または感光体２の回転と逆回転（感光体２の前述の速度の向きとブラシ毛４ｂの前述の速度の向きとが逆向き）で回転するようにされている。この第２ブラシローラ４ａにも、前述の第１ブラシローラ３ａと同様のブラシローラを用いることができる。
【００３９】
この第２ブラシローラ４ａには、第１帯電器３で帯電されたトナーと外添剤とを引き寄せる直流（ＤＣ）のクリーニングバイアスＶbr2が印加される。その場合、クリーニングバイアスＶbr2は、感光体２と第１ブラシローラ３ａとの間に形成される電界とは逆方向の電界が感光体２と第２ブラシローラ４ａとの間に形成されるように設定される。これにより、ローラ帯電器３を通過した感光体２上の転写残りトナーと外添剤のうち、第１ブラシローラ３ａに引き寄せられた転写残りトナーと外添剤とは逆極性に比較的強く帯電された転写残りトナーと外添剤が静電気的に第２ブラシローラ４ａの方へ引き寄せられる。そして、引き寄せられたトナーと外添剤はブラシ毛４ｂに付着する。なお、クリーニングローラ４には、ブラシローラ以外に導電性ゴムローラ等の他の導電性のクリーニングローラを用いることができる。
【００４０】
更に、クリーニングローラ４は、第２ブラシローラ４ａのブラシ毛４ｂに当接するクリーニングブレード４ｃを有している。クリーニングブレード４ｃは、ブラシ毛４ｂに付着する転写残りトナーおよび外添剤を除去し回収する。このクリーニングブレード４ｃには、従来周知慣用のクリーニングブレードを用いることができる。
【００４１】
第２帯電器５は感光体２の表面に接触しないものであり、この第２帯電器５には、従来周知慣用のコロナ帯電器を用いることができる。コロナ帯電器にスコロトロン帯電器を用いた場合には、スコロトロン帯電器のチャージワイヤ５ｂには正のワイヤ電流Ｉwが流されるとともに、グリッド５ａには負の直流（ＤＣ）のグリッド帯電バイアスＶgが印加される。第２帯電器５によりトナーと逆極性（正極性）のコロナ放電で感光体２が帯電されることで、感光体２の表面の電位が下げられて均され、感光体表面電位が画像形成時に設定される電位Ｖoに設定される。このとき、第２ブラシローラ４ａを通過した転写残りトナーおよび外添剤も、トナーと逆極性（正極性）の電荷が付与されることにより該極性に帯電される。
【００４２】
露光ユニット６は、外部装置から与えられた画像信号に応じて光ビームＬにより感光体２２表面を露光して画像信号に対応する静電潜像を形成する。より具体的には、図２に示すように、画像信号を生成するホストコンピュータなどの外部装置からインタフェース１１２を介して画像信号が与えられると、この画像信号が画像処理ユニット１１１によって所定の処理を施される。この画像信号は、装置全体の動作を制御するＣＰＵ１０１を介して露光ユニット６に受け渡される。露光ユニット６は画像信号に応じて感光体２表面に光ビームＬを照射して露光し、露光された感光体２の表面領域（露光部）では電荷が中和されて、露光されなかった表面領域（非露光部）とは異なる表面電位ＶLに変化する。こうして感光体２上に画像信号に対応した静電潜像が形成される。
【００４３】
こうして形成された静電潜像に対して現像ユニット７からトナーが付与されて、静電潜像がトナーにより現像される。この例の画像形成装置１の現像ユニット７は、現像ローラ７ａが感光体２に接触しない非接触現像方式の現像器である。現像ローラ７ａは感光体２と所定のギャップを隔てて対向配置されており、図１の矢印方向Ｄ7に回転駆動される。現像ローラ７ａには現像バイアス電源７１から所定の現像バイアスＶbが印加される。この現像ユニット７の構造については後に詳しく説明するが、従来周知慣用の非接触現像器も用いることができる。
【００４４】
また、転写ユニット８は、表面にトナー像を担持可能な無端状ベルトであり図１の矢印方向Ｄ8に周回移動する中間転写ベルト８ａを有しており、感光体２に近接配置されたバックアップローラ８ｂによって、中間転写ベルト８ａは感光体２の表面に当接されている。さらに、中間転写ベルト８ａには転写バイアス電源８１からトナーの帯電極性とは逆極性の転写バイアスＶt1が印加されており、その作用により感光体２上で現像されたトナー像が中間転写ベルト８ａに転写（一次転写）される。中間転写ベルト８ａに転写されたトナー像はさらに図示しない記録紙に二次転写され、定着ユニット９によって記録紙上に永久定着されて出力される。
【００４５】
なお、以下の説明においては、感光体２と第１帯電器３との対向位置を第１帯電位置ＣＰ1、感光体２と第２帯電器５との対向位置を第２帯電位置ＣＰ2、感光体２表面に露光ユニット６からの光ビームＬが照射される位置を露光位置ＥＰ、感光体２と現像ローラ７ａとの対向位置を現像位置ＤＰ、感光体２と中間転写ベルト８ａとの当接位置を転写位置ＴＰと称する。
【００４６】
次に、上記のように構成された画像形成装置に適用されるトナーについて説明する。この実施形態の画像形成装置では、負極性に帯電させた非磁性一成分系のトナーを用いて静電潜像の現像を行う。以下では、トナーの本来の極性である負極性を「正規極性」、これとは反対の正極性を「逆極性」と称することとする。
【００４７】
図３はこの実施形態において各部に付与する電位の関係を示す図である。なお、以下に各部の電位や電流の数値の一例を示すが、本発明の実施の態様はこれらの数値に限定されるものではない：
第１帯電バイアスＶ1＝−１３００Ｖ；
クリーニングバイアスＶbr2＝−５００Ｖ；
スコロトロングリッド電圧Ｖg＝−５００Ｖ；
チャージワイヤ電流Ｉw＝＋２００μＡ；
現像バイアスＶbの加重平均電圧Ｖave＝−２００Ｖ；
現像バイアスＶbの振幅（ピーク間電圧）Ｖpp＝１３００Ｖ；
転写バイアスＶt1＝＋４００Ｖ。
【００４８】
現像バイアスＶbの交流成分Ｖacの繰り返し周期Ｔcのうち、電位が正側に振れている期間を符号Ｔp、負側に振れている期間を符号Ｔnにより表すとともに、現像バイアスＶbの波形デューティＷＤを次式：
ＷＤ＝Ｔp／（Ｔp＋Ｔn）＝Ｔp／Ｔc
により定義する。図３に示すように、この実施形態ではＴp＞Ｔnとなるように、つまり波形デューティＷＤが５０％より大きくなるように、バイアス波形が定められている。これは、トナーが感光体２から現像ローラ７ａに向かって飛翔する期間がその逆の期間よりも長くなるようにすることで、感光体２の非露光部、つまり本来トナーを付着させるべきでない領域に付着したトナーを現像ローラ７ａ側へ効率よく引き戻すためである。
【００４９】
図４はトナーの帯電量分布を示す図である。また、図５はトナーの帯電状態と現像特性との関連を示す図である。この実施形態において使用するトナーは負帯電トナーであるが、図４に示すように、トナーの帯電特性にはばらつきがあり、帯電量分布は概ね正規分布となる。中には全く帯電しなかったり、逆極性（この場合は正極性）に帯電するトナーも含まれる。帯電量分布における中央値Ｑ0からの偏差が大きいトナーについて、その帯電状態を以下のように分類する：
（１）正規極性に帯電し、しかも帯電量の高い正規高帯電トナー；
（２）正規極性に帯電し、帯電量が低いまたはほとんど帯電しない正規低帯電トナー；
（３）逆極性に帯電し、帯電量が低いまたはほとんど帯電しない逆低帯電トナー；
（４）逆極性に帯電し、しかも帯電量の高い逆高帯電トナー。
【００５０】
なお、横軸における「高帯電」および「低帯電」の数値範囲は便宜的かつ相対的なものであり、この例に限定されるものではない。これらのトナーが現像特性にどのように寄与するかを実験的に評価し、その結果を示したのが図５である。現像特性の評価項目としては、ドット再現性、ベタ再現性、飛散および地カブリの４項目を用いた。
【００５１】
ここで、「ドット再現性」とは、孤立ドットや細線などの面積の小さな画像をいかに高いコントラストで再現できるかを示す指標である。正規極性に帯電したトナーのうち、帯電量の高いもの（正規高帯電トナー）は感光体２上の静電潜像の電位プロファイルに対して敏感であるため、このような孤立ドットや細線を高いコントラストで形成することができる。これに対して、正規極性に帯電したトナーでも帯電量の低いもの（正規低帯電トナー）は、細かい電位の変化を濃度の違いとして表現するのにはあまり向かない。実際に、帯電量の低いトナーのみで画像形成を行うと細線画像がぼやけてしまうことが知られている。なお逆極性に帯電したトナーはドット再現性には無関係である。すなわち、ドット再現性については正規高帯電トナーが最も優れており、正規低帯電トナーがこれに次ぐ。
【００５２】
次に、「ベタ再現性」とは、上記とは逆にベタ画像などの比較的面積の広い画像をいかに濃度ムラなく再現できるかを示す指標である。前記したように正規高帯電トナーは感光体２上の電位変化に敏感であるため、僅かな電位の変動が濃度の違いとなって現れ濃度ムラを生じることがある。一方、感光体２上の電位変化に対する感度のより低い正規低帯電トナーではこのような濃度ムラは現れにくい。ここでも、逆極性に帯電したトナーはベタ再現性には無関係である。すなわち、ベタ再現性については正規低帯電トナーが最も優れており、正規高帯電トナーがこれに次ぐ。
【００５３】
また、「飛散」とは、現像ローラ７ａに現像バイアスＶbを印加した際に発生する周囲へのトナーの飛散の程度を指標するものである。現像ローラ７ａに現像バイアスＶbとしての交番電圧を印加することにより、現像ローラ７ａからは正規極性に帯電したトナー、逆極性に帯電したトナーのいずれもが飛翔する。いずれの帯電極性でも、帯電量の高いトナーは感光体２または現像ローラ７ａへの付着力や電界による拘束を強く受けるので周囲への飛散は少ない。一方、帯電量の少ないトナーはこれらの付着力や拘束力があまり強くないため、電界の拘束から逃れて飛散しやすい。すなわち、トナー飛散については、正規高帯電トナーおよび逆高帯電トナーが優れており（つまり飛散が少ない）、正規低帯電トナーおよび逆低帯電トナーではこれより劣る。
【００５４】
また、「地カブリ」とは、本来トナーが付着すべきでない感光体２の非露光部にトナーが付着してしまう現象である。逆極性に帯電したトナーは正規極性の高電位が付与された感光体２の非露光部に強く引き寄せられるので、非露光部には逆極性トナーが多く付着することになる。ただし、こうして感光体２に付着した逆極性トナーは、中間転写ベルト８ａに正の転写バイアスＶt1が与えられているため、転写位置ＴＰにおいて中間転写ベルト８ａに転写される可能性は低い。
【００５５】
一方、正規極性トナーのうち帯電量の低いものは、非露光部への付着力も弱く、交番電界により現像ローラ７ａ側に引き戻すことも可能であるので、さほど問題とならない。これに対して、正規高帯電トナーでは、いったん感光体２の非露光部に付着するとこれを引き離すのに強い電界が必要となるため、現像位置ＤＰ通過後に感光体２側に残留してしまう可能性がある。このトナーは正規極性に帯電しているため、転写位置ＴＰにおいて中間転写ベルト８ａに転写されてしまい、最終的な画像に残存して画質を低下させてしまう。
【００５６】
カブリ現象については、本来の帯電極性（この実施形態では負極性）とは反対の極性に帯電したトナーや帯電量のごく小さいトナーが非露光部に付着することによって生じるものと一般には認識されているが、正規高帯電トナーもカブリ量に大きな影響を及ぼしていることがわかる。上記より、地カブリに関しては、正規低帯電トナーが最も優れている。逆極性トナーではカブリ量は多いが中間転写ベルト８ａには転写されにくい。一方、正規高帯電トナーは絶対的なカブリ量は少ないものの最終的な画像に残存してしまうという問題がある。
【００５７】
以上より、孤立ドットや細線を主とする画像からベタ画像まで種々の画像を高品質で形成するためには正規高帯電トナーおよび正規低帯電トナーの双方を適度に含んでいることが望ましい一方、現像ローラ７ａから周囲へのトナー飛散を抑えるためには正規極性、逆極性とも低帯電のトナーの挙動を制御することが必要である。さらに、非露光部への地カブリを抑制するためには、正規高帯電トナーの挙動を制御することが必要となる。
【００５８】
この実施形態では、現像ローラ７ａ表面に１層を超えるトナー層を担持させることによって、正規高帯電トナーおよび正規低帯電トナーを積極的に現像位置ＤＰに搬送するようにしている。現像ローラ７ａに１層を超えるトナー層を担持させたとき、現像ローラ７ａ表面では、現像ローラ７ａ表面に直接接触するトナー（以下、「接触トナー」という）と、
このような接触トナーには接触しているものの現像ローラ７ａ表面には直接接触していない非接触トナーとが存在することになる。
【００５９】
なお、本願発明者らの研究によれば、接触トナーとなるトナーは一般的に帯電量が高く、非接触トナーとなるトナーは相対的に帯電量が低い傾向にある。これは、高い帯電量を有するトナーの方が現像ローラへより強い力で引き寄せられる反面、このようなトナーによって帯電量の低いトナーは現像ローラ表面近傍から遠い位置へ押しやられるためと考えられる。実際に、現像ローラ表面が金属など導電性材料で形成されている場合には接触トナーと非接触トナーとの挙動の差が顕著であることが確認されている。これは、導電性の高い材料と帯電量の高いトナーとの間で強い鏡像力が作用するためと考えられる。
【００６０】
このように、この実施形態では、現像ローラ７ａ表面に１層を超えるトナー層を担持させることにより、正規高帯電トナーおよび正規低帯電トナーの双方を現像位置ＤＰに搬送し、これらを現像動作に寄与させることで、十分な現像濃度と高い画像品質とを得ることができる。また、この実施形態では、次のようにして低帯電トナーの飛散を抑制している。
【００６１】
図６はこの実施形態における感光体上でのトナー等の挙動を模式的に示す図である。現像位置ＤＰを通過した感光体２表面には、帯電量や極性の異なるトナー粒子や外添剤粒子が付着しており、このうち正規極性（負極性）に帯電した粒子は逆極性（正極性）の転写バイアスＶt1の作用によって中間転写ベルト８ａに転写される。したがって、図６の感光体２の回転方向Ｄ2において転写位置ＴＰよりも下流側では、感光体２表面には未帯電または逆帯電のトナーや外添剤が残留している。
【００６２】
第１帯電器３にはトナーの帯電極性と同極性、すなわち正規極性である比較的大きな負電位Ｖ1が与えられ、第１帯電位置ＣＰ1において感光体２を負電位に帯電させる。またクリーニングローラ４にはより小さな負電位Ｖbr2が与えられており、感光体２表面に付着した、トナーの帯電極性とは逆極性に帯電したトナー粒子や外添剤粒子等の付着物をブラシ毛４ｂに付着させて除去する。このとき、トナー粒子は比較的粒子径が大きいため除去効率は高いが、より小さな外添剤粒子の一部がブラシ毛４ｂをすり抜けて感光体２に残留することがある。また帯電量が極めて低い粒子についても除去しきれない場合がある。その結果、第２帯電位置ＣＰ2の手前では、感光体２に残留付着する粒子は未帯電または逆極性であっても帯電量の低いものが主体となる。
【００６３】
未帯電または帯電量の低いトナーや外添剤粒子は、逆極性の電荷を受け取りやすい環境に置くことで容易に逆極性に帯電することが本願発明者らの実験により明らかになっている。この実施形態では第２帯電位置ＣＰ2で逆極性のコロナ放電を発生させているため、感光体２に付着している未帯電または低帯電の粒子が逆極性の電荷を受け取り逆極性に帯電する。その結果、第２帯電位置ＣＰ2よりも下流側では、感光体２に付着しているのはほとんどが逆極性に帯電した粒子となる。つまり、この実施形態では、現像位置ＤＰに到達する前の感光体２表面が正規極性に帯電されるとともに、その表面に逆極性に帯電した付着物（以下、「逆極性付着物」という）が分散された状態となっている。
【００６４】
そして、感光体２は露光位置ＥＰにおいて光ビームＬを照射されて静電潜像を形成され、該静電潜像は現像位置ＤＰへ搬送される。現像位置ＤＰでは帯電量や帯電極性が種々に異なるトナー粒子や外添剤粒子が飛翔するが、帯電量の高いものはその静電的付着力の強さによって、現像ローラ７ａまたは感光体２表面に選択的に付着する。ここで、正規高帯電トナーは主として感光体２表面のうち低電位の露光部に移動して静電潜像を現像するか現像ローラ７ａ表面に残留する。また、逆高帯電トナーは主として感光体２表面のうち負電位の高い非露光部に付着するか現像ローラ７ａ表面に残留する。
【００６５】
一方、帯電量の低い粒子は静電的な付着力が弱いため、その付着先が明確には定まらない。そのため、現像ローラ７ａ、感光体２のいずれへも付着せず周囲へ飛散してしまうことがあり得る。しかしながらこの実施形態では、現像位置ＤＰに到達する感光体２表面に逆極性付着物が分散された状態となっており、この逆極性付着物の周囲には、正規極性に帯電した粒子を引き付ける局所的な電界が形成されている。そのため、逆極性付着物は、現像位置ＤＰにおいて飛翔する粒子のうち正規極性に帯電した粒子、特に帯電量の低いものを引き寄せてトラップ（捕捉）する機能を有する。こうして感光体２上にトラップされた低帯電量の粒子はもはや飛翔しないので、周囲への飛散は防止される。
【００６６】
なお、感光体２表面のうち露光部には正規極性に帯電したトナーが大量に付着する。このため、露光部では逆極性付着物の電荷は打ち消されてしまうと考えられる。またトラップされたトナーの有無は画像品質にほとんど影響しない。その一方、非露光部では正規高帯電トナーがあまり付着しないので上記したトラップ効果がより高いと考えられるが、トラップされたトナーが中間転写ベルト８ａに転写されてしまうと地カブリとなって画像を汚してしまう。特に問題となるのは、非露光部に付着したトナーであって正規極性に帯電したものである。
【００６７】
この問題に対し、この実施形態では、比較的高い逆極性の転写バイアスＶt1（先の数値例では＋４００Ｖ）を中間転写ベルト８ａに与えるという解決策を採っている。すなわち、中間転写ベルト８ａに高い逆極性電位を与えることにより、感光体２の回転方向Ｄ2において転写位置ＴＰの直前位置ＴＰ0では、正規極性の電位を有する感光体２表面と逆極性電位を有する中間転写ベルト８ａとの電位差が大きくなる。図３から明らかなように、特に感光体２の非露光部と中間転写ベルト８ａとの電位差が大きい。この実施形態では、感光体２の露光部と中間転写ベルト８ａとの間で放電が生じず（放電限界を超えず）、感光体２の非露光部と中間転写ベルト８ａとの間で放電が生じる（放電限界を超える）ような値に転写バイアスＶt1を設定している。
【００６８】
このようにすると、転写位置ＴＰの手前で感光体２の非露光部と中間転写ベルト８ａとの間で放電が生じる。この放電は、非露光部にトラップされた正規帯電トナー（および外添剤）に逆極性の電荷を付与しその帯電極性を逆極性に反転させるように作用する。すなわち、この放電によって、非露光部にトラップされた正規帯電トナーは逆極性トナーに転換する。これにより、トラップされたトナーが転写位置ＴＰにおいて中間転写ベルト８ａに転写されることがより確実に防止される。なお、放電によって感光体２の非露光部の電位も低下するので、転写位置ＴＰを通過した後に感光体２表面で放電が起こることは防止される。
【００６９】
ただし、感光体２の非露光部に付着した正規高帯電トナーについては、その極性を反転させるだけの逆極性電荷を与えることは容易でない。そこで、このようなトナーについては非露光部に付着させないようにすることがより重要である。この実施形態では、現像バイアスＶbの振幅Ｖppを適切に設定することによってこれを実現している。なお、以下では現像ローラ７ａ表面においてトナーを飛翔させるために最低限必要な電界強度を「飛翔開始電界強度」と称する。
【００７０】
図７はトナー粒子径と飛翔開始電界強度との関係を測定した結果を示す図である。より具体的には、図７（ａ）はトナー粒子径に対する飛翔開始電界強度の変化を示す図であり、図７（ｂ）は飛翔開始電界強度の実測値の例を示す図である。図７（ａ）において実線で示す曲線Ａは、現像ローラ７ａ表面にトナー１層以下のトナー層を担持させた場合の飛翔開始電界強度（以下、「単層トナー飛翔開始電界強度」という）の実測結果である。トナーの粒子径が小さいほど飛翔開始電界強度が高くなることが示されている。これは、トナー粒子径が小さいほど質量当たりの表面積や帯電量が大きくなるため、より現像ローラ７ａ表面への付着力が大きくなるためと考えられる。
【００７１】
また、破線で示す曲線Ｂおよび一点鎖線で示す曲線Ｃは、現像ローラ７ａ表面にトナー２層からなるトナー層を担持させた場合の実測結果である。現像ローラ７ａの表面に２層、より厳密には１層を超えるトナー層を担持させた場合には、全てのトナーが現像ローラ７ａ表面に接触するのではなく、一部のトナー（非接触トナー）は現像ローラ７ａ表面に接触するトナー（接触トナー）に接触することによって間接的に現像ローラ７ａに担持されることとなる。本願発明者らの知見によれば、これら２種類のトナーの振る舞いの差異が現像動作の特性に大きく寄与することがわかっている。
【００７２】
図７（ａ）に示す曲線Ｂは、接触トナーについての飛翔開始電界強度（以下、「接触トナー飛翔開始電界強度」という）を示している。また、曲線Ｃは、非接触トナーについての飛翔開始電界強度（以下、「非接触トナー飛翔開始電界強度」という）を示している。
【００７３】
図７（ａ）の曲線ＢおよびＣに示すように、トナー層が２層の場合でもトナー粒子径が小さいほど飛翔開始電界強度が高くなっている。そして、接触トナー飛翔開始電界強度（曲線Ｂ）は単層トナー飛翔開始電界強度（曲線Ａ）よりも小さく、また非接触トナー飛翔開始電界強度（曲線Ｃ）は接触トナー飛翔開始電界強度（曲線Ｂ）よりもさらに小さい。なお、以下では、体積平均粒径がある値Ｄtであるトナーにおける単層トナー飛翔開始電界強度、接触トナー飛翔開始電界強度および非接触トナー飛翔開始電界強度の値を、それぞれ符号Ｅ0、Ｅ1およびＥ2により表す。
【００７４】
実測数値例として、体積平均粒径Ｄtが４．５μｍであるトナーを用いて測定したときの、単層トナー飛翔開始電界強度Ｅ0、接触トナー飛翔開始電界強度Ｅ1および非接触トナー飛翔開始電界強度Ｅ2の実測結果を図７（ｂ）に示す。このような結果となる理由については、次のように説明することができる。
【００７５】
前記したように、トナーは現像ローラ７ａ表面に直接接触しているため強く拘束されている。したがって、強い電界Ｅ0を加えなければトナーは飛翔しない。これに対して、現像ローラ表面に担持されたトナー層がトナー１層分を超えているとき、現像ローラ表面に直接接触しない非接触トナーに対しては現像ローラ表面からの拘束力が弱い。したがって、非接触トナーが現像ローラから飛翔するために必要な電界強度（非接触トナー飛翔開始電界強度）Ｅ2は、トナー層がトナー１層であるときの飛翔開始電界強度Ｅ0より大幅に低くて済む。
【００７６】
一方、現像ローラ表面に担持されたトナー層がトナー１層分を超えている場合であっても現像ローラ表面に直接接触しているトナー（接触トナー）は、トナー層がトナー１層であるときのトナーと同様の拘束力を現像ローラから受けている。したがって、単純には単層トナー飛翔開始電界強度Ｅ0と同等の電界を加えなければ接触トナーは飛翔しないと考えられる。
【００７７】
しかしながらこの場合、もともとトナー層が１層である場合と異なり、現像ローラ表面近傍にはより弱い電界で飛翔する非接触トナーが存在している。こうして飛翔するトナーが交番電界により往復移動しながら加速された結果十分な運動エネルギーを得て、現像ローラ上の接触トナーに衝突してこれをはじき出し、結果として接触トナーを飛翔させることがある。つまり、非接触トナーがより弱い電界で飛翔開始することに起因して、単層トナー飛翔開始電界強度Ｅ0よりも弱い電界でも接触トナーが飛翔しうる。このため、接触トナー飛翔開始電界強度Ｅ1が、単層トナー飛翔開始電界強度Ｅ0よりも小さくなるものと考えられる。
【００７８】
このことを利用して、現像ローラ７ａ表面のうち感光体２の非露光部に対向する領域から接触トナーを飛翔させないようにすることが可能である。すなわち、感光体２の非露光部と現像ローラ７ａとが対向する位置において、現像ローラ７ａに印加される現像バイアスＶbにより形成されるトナー飛翔電界の電界強度が、非接触トナーを飛翔させるには十分であるが接触トナーを飛翔させるには不十分な値となるようにすればよい。
【００７９】
図８は現像ローラ表面近傍における電界強度分布を示す図である。図８のグラフにおける横軸は、現像ローラ７ａの回転軸方向から現像位置ＤＰを見たときの現像ローラ７ａの表面位置を表している。すなわち、互いに略円筒形状をなす感光体２と現像ローラ７ａとが対向配置されてなる現像位置ＤＰにおいて両者が最も接近している位置を原点Ｏとして、現像ローラ７ａの周面上の各位置を該原点Ｏからの距離により表している。また縦軸は各位置における電界（トナー飛翔電界）の極性が現像ローラ７ａ表面からトナーを飛翔させる極性となるときの当該電界の電界強度を示している。
【００８０】
感光体２と現像ローラ７ａとの電位差を各位置におけるギャップの大きさで除した値がその位置における電界強度であるが、前述のように感光体２表面では露光部と非露光部とで表面電位が異なるため、現像ローラ７ａ表面各位置における電界強度は、当該位置が感光体２上の露光部と対向しているのか、非露光部と対向しているのかによって異なってくる。図３から明らかなように、現像ローラ７ａ表面のうち感光体２の露光部と対向する位置では、非露光部と対向する位置よりも電界強度が高い。また、感光体２と現像ローラ７ａとが最近接する位置で電界強度は最高となり、この最近接位置から離れるにつれて電界強度は低下する。図８において実線で示す曲線Ａは、感光体２上の露光部と対向する位置における電界（以下、「露光部電界」という）の電界強度を示している。また、破線で示す曲線Ｂは、感光体２上の非露光部と対向する位置における電界（以下、「非露光部電界」という）の電界強度を示している。
【００８１】
この実施形態では、図８に曲線Ａで示す露光部電界の最近接ギャップ位置における電界強度が接触トナー飛翔開始電界強度Ｅ1よりも高くなるようにする。また、曲線Ｂで示す非露光部電界の最近接ギャップ位置における電界強度が、接触トナー飛翔開始電界強度Ｅ1よりも低く、かつ非接触トナー飛翔開始電界強度Ｅ2よりも高くなるように、現像バイアスＶbの振幅Ｖppを設定している。こうすると、感光体２の非露光部と現像ローラ７ａとの間では、現像ローラ７ａに担持された非接触トナーは飛翔するが、接触トナーは飛翔しない。このようにすることで、接触トナーが感光体２の非露光部に付着することが抑制され、地カブリ防止に効果的である。
【００８２】
その一方、露光部電界が接触トナー飛翔開始電界強度Ｅ1を上回るようにすると、露光部では非接触トナー、接触トナーの双方が飛翔するため、十分な現像濃度を得ることができる。また、前記したように非接触トナーは感光体上の電位プロファイルに対する再現性が低く、逆に帯電量の高い接触トナーは電位プロファイルに対する再現性が高いため小さな電位の変動が濃度変動として現れることがあるが、両トナーが混在した状態で現像を行わせることにより、このような欠点が相互に補完されて優れた画像品質を得ることができる。すなわち、細線画像については高い画像コントラストを得られ、また広い面積を有する画像については濃度ムラの少ない画像を得ることができる。
【００８３】
この場合において、接触トナーを飛翔させるために必要な電界強度Ｅ1は単層トナー飛翔開始電界強度Ｅ0よりも低いので、現像ギャップに発生させる電界の強度も低く抑えることができる。これによって、装置内外へのトナー飛散を抑制することができ、さらに現像ギャップにおける放電の発生をも防止することができる。
【００８４】
次に、上記のような現像動作を実現するために好適な現像ユニット７の構造について説明する。これまで述べてきたように、この実施形態は、現像ローラ表面に１層を超えるトナーを担持させる、厳密には接触トナーおよび非接触トナーの双方を担持させるとともに、感光体２上の付着物に逆極性の電荷を与えることで正規低帯電トナーをトラップさせることにより、現像濃度の向上と、地カブリおよびトナー飛散の抑制とを両立させようとするものである。しかしながら、非接触トナーに作用する現像ローラへの拘束力が弱いことから、現像ローラの回転に起因して現像ローラ表面から離脱し装置内外へ飛散してしまうおそれがある。
【００８５】
特に、従来から広く用いられている、表面をブラスト加工して表面積を増大させたタイプのローラ（ブラストローラ）のように現像ローラ表面の全面にトナーを担持する構造のものでこの問題が顕著であり、このような構造の現像ローラに１層を超えるトナーを担持させてもトナー飛散が多く実用にならない。また、プロセス速度向上の要請に応えるために現像ローラの回転数を高くした場合にも、現像ローラ表面から離脱したトナーの飛散が増大する。
【００８６】
現像ローラ表面からのトナーの離脱はこれまで主に回転によってトナーに作用する遠心力に起因するものと考えられているが、本願発明者らの研究によれば、現像ローラの回転に伴って生じる現像ローラ表面近傍の気流の影響が大きいことが明らかになった。特に粒子径の小さなトナーでは、質量が小さいため遠心力が小さいにもかかわらず現像ローラ表面からの離脱は大粒径のトナーの場合よりも甚だしいという事実が確認されており、これは現像ローラの回転による風圧をトナーが受けることによって引き起こされていると考えられる。そこで、この実施形態では、現像ユニット７の構造を次のようなものとすることでこの問題を解決している。
【００８７】
図９はこの実施形態における現像ユニットの構造を示す断面図である。この現像ユニット７では、その内部に一成分トナーＴを収容するハウジング７２に供給ローラ７ｂおよび現像ローラ７ａが軸着されており、現像ローラ７ａが感光体２と現像位置ＤＰにおいて所定のギャップを隔てて対向位置決めされるとともに、これらのローラ７ａ、７ｂが本体側に設けられた回転駆動部（図示省略）と係合されて所定の方向に回転する。供給ローラ７ｂは例えば発泡ウレタンゴム、シリコンゴムなどの弾性材料により円筒状に形成されている。また、現像ローラ７ａは、銅、アルミニウム、ステンレス等の金属または合金などの導電性材料の金属素管により円筒状に形成されている。そして、２つのローラ７ａ、７ｂが接触しながら回転することでトナーが現像ローラ７ａの表面に擦り付けられて所定厚みのトナー層が現像ローラ７ａ表面に形成される。
【００８８】
ハウジング７２の内部空間は隔壁７２ａによって第１室７２１および第２室７２２に仕切られている。供給ローラ７ｂおよび現像ローラ７ａはともに第２室７２２に設けられており、これらのローラの回転に伴って第２室７２２内のトナーが流動し攪拌されながら現像ローラ７ａの表面に供給される。
【００８９】
また、この現像ユニット７では、現像ローラ７ａの表面に形成されるトナー層の厚みを所定厚みに規制するための規制ブレード７６が配置されている。この規制ブレード７６は、ステンレスやリン青銅などの弾性を有する板状部材７６１と、板状部材７６１の先端部に取り付けられたシリコンゴムやウレタンゴムなどの樹脂部材からなる弾性部材７６２とで構成されている。この板状部材７６１の後端部はハウジング７２に固着されており、図９の矢印に示す現像ローラ７ａの回転方向Ｄ7において、板状部材７６１の先端部に取り付けられた弾性部材７６２が板状部材７６１の後端部よりも上流側に位置するように配設されている。そして、その弾性部材７６２が現像ローラ７ａ表面に弾性的に当接することで規制ニップを形成し、現像ローラ７ａの表面に形成されるトナー層を最終的に所定の厚みに規制する。
【００９０】
さらに、ハウジング７２には、現像ローラ７ａの回転方向Ｄ7において感光体２との対向位置（現像位置ＤＰ）よりも下流側で現像ローラ７ａ表面に圧接されたシール部材７７が設けられている。シール部材７７は、ポリエチレン、ナイロンまたはフッ素樹脂などの柔軟性を有する材料により形成され、現像ローラ７ａの回転軸に平行な方向Ｘに沿って延びる帯状のフィルムであり、長手方向Ｘに直交する短手方向における一方端部がハウジング７２に固着されるとともに、他方端部が現像ローラ７ａ表面に当接されている。他方端部は現像ローラ７ａの回転方向Ｄ7における下流側に向かうように、いわゆるトレイル方向に現像ローラ７ａに当接されており、感光体２との対向位置を通過した現像ローラ７ａ表面に残留しているトナーをハウジング７２内に案内するともに、ハウジング内のトナーが外部へ漏れ出すのを防止している。
【００９１】
図１０は現像ローラおよびその表面の部分拡大図を示す図である。その表面が導電性材料の金属素管で形成される現像ローラ７ａは略円筒形のローラ状に形成されており、その長手方向の両端にはローラと同軸にシャフト７４０が設けられており、該シャフト７４０が現像器本体により軸支されて現像ローラ７ａ全体が回転自在となっている。現像ローラ７ａ表面のうちその中央部７４ａには、図１０の部分拡大図（点線円内）に示すように、規則的に配置された複数の凸部７４１と、それらの凸部７４１を取り囲む凹部７４２とが設けられている。
【００９２】
複数の凸部７４１のそれぞれは、図１０紙面の手前側に向けて突出しており、各凸部７４１の頂面は、現像ローラ７ａの回転軸と同軸である単一の円筒面（包絡円筒面）の一部をそれぞれ成している。また、凹部７４２は凸部７４１の周りを網目状に取り囲む連続した溝となっており、凹部７４２全体も現像ローラ７ａの回転軸と同軸かつ凸部の成す円筒面とは異なる１つの円筒面を成している。そして、凸部７４１とそれを取り囲む凹部７４２との間は緩やかな斜面７４３によって繋がれている。すなわち、該斜面７４３は現像ローラ７ａの半径方向外向き（図１１において上方）、つまり現像ローラ７ａの回転軸から遠ざかる方向の成分を有する。このような構造の現像ローラ７ａについては、例えば特開２００７−１４００８０号公報に記載のいわゆる転造加工を用いた製造方法により製造することができる。これにより、現像ローラ７ａの円筒面に規則的かつ均一な凹凸部を形成することができる。そのため、得られる現像ローラ７ａは、その円筒面に均一かつ最適な量のトナーを担持させることができ、また、現像ローラ７ａの円筒面でのトナーの転動性（転がりやすさ）も均一なものとすることができる。その結果、トナーの局所的な帯電不良や搬送不良を防止して、優れた現像特性を発揮させることができる。また、型を用いて凹凸部を形成するため、ブラスト加工により得られた一般的な現像ローラと異なり、得られる凹凸部はその凸部の先端の幅を比較的大きくすることができる。このような凹凸部は優れた機械的強度を有する。特に、型により押圧された部位は機械的強度が向上するので、得られる凹凸部は、切削加工のような処理で得られたものと比しても優れた機械的強度を有する。このような凹凸部を有する現像ローラ７ａは、優れた耐久性を発揮することができる。また、凹凸部の凸部の先端の幅が比較的大きいと、磨耗しても形状変化が少ないので、現像特性が急激に低下することも防止して、長期にわたり優れた現像特性を発揮することができる。
【００９３】
図１１は現像ローラ表面の構造の詳細を示す断面図である。図１１（ａ）に示すように、現像ローラ７ａ表面を断面方向から見ると、周方向外側に向けて突出した凸部７４１と、これに比べると後退した凹部７４２とが交互に配列されている。また凸部７４１と凹部７４２とが斜面７４３により繋がれている。凸部７４１頂面の寸法および凹部７４２の幅は例えば１００μｍ程度とすることができるがこれに限定されない。一方、凸部７４１と凹部７４２との高低差、言い換えれば凸部７４１を取り囲む溝状の凹部７４２の深さについては、使用トナーの体積平均粒径Ｄaveよりも大きな値、より好ましくは体積平均粒径Ｄave２倍以上とする。
【００９４】
こうすることで、図１１（ｂ）に示すように、凸部７４２頂面を結ぶ線（破線で示す）よりも外部に突出することなく凹部７４２に２層以上のトナーを担持させることが可能となる。図１１（ｂ）において、白丸印は現像ローラ７ａ表面に直接接触している接触トナーＴ1を示している。また、ハッチングを付した丸印は現像ローラ７ａ表面には直接接触せずに凹部７４２に担持されている非接触トナーＴ2を示している。
【００９５】
また、図１１（ｂ）において破線で示した凸部７４２頂面を結ぶ線は、各凸部７４１の頂面を１つの円筒面の一部と考えたときの包絡円筒面上の曲線である。凹部７４２に担持されるトナーがこの線を越えないということは、現像ローラ７ａ表面においてこの包絡円筒面よりも外側にトナーが露出することがないということを意味する。したがって、現像ローラ７ａの回転に起因して現像ローラ７ａ表面に強い気流が発生したとしても、現像ローラ７ａ表面から後退した位置に担持されているトナーにはその影響が及ばず、現像ローラへの拘束力の弱い非接触トナーであっても離脱、飛翔することは防止されている。
【００９６】
現像ローラ７ａ表面に図１１（ｂ）に示すようにトナーを担持させるためには、図１１（ｃ）に示すように、現像ローラ回転方向Ｄ7における規制ブレード７６の弾性部材７６２の上流側エッジ７６２ａを現像ローラ７ａの凸部７４１に当接させる、いわゆるエッジ規制によって凸部７４１へのトナー付着を規制する。これとともに、弾性部材７６２とし適度な弾性を有する材料を選ぶことによって、凹部７４２との対向位置で弾性部材７６２が凹部７４２に向けてわずかにせり出すようにすればよい。こうすることで、凸部７４１へのトナー付着を規制するとともに、包絡円筒面を越えてトナーが凹部７４２に担持されることが防止される。
【００９７】
なお、前記したように、接触トナーに対しては現像ローラ７ａへの強い拘束力が作用する。したがって、接触トナーについては気流への耐性が比較的高く包絡円筒面の外部に露出するようにしてもトナーの離脱は起こりにくいと考えられる。この観点からは、図１１（ｄ）に示すように、凸部７４１に１層以下のトナー付着を許容するように、規制ブレード７６の当接角度や当接圧等を調節してもよい。
【００９８】
ただし、凹部７４２のみにトナーを担持させることによって、次のような効果も得られる。まず、凸部７４１に均一なトナー層を形成するためには規制ブレード７６と凸部７４１とのギャップの精密な管理が必要となるが、凹部７４２のみにトナーを担持させるためには規制ブレード７６と凸部７４１とを当接させて凸部７４１のトナーを全て除去すればよいので実現が比較的容易である。また、搬送されるトナーの量は規制ブレード７６と凹部７４２との隙間に生じる空間の容積によって決まるので、トナー搬送量を安定させることができる。
【００９９】
また、搬送されるトナー層の良好さという点においても利点がある。すなわち、凸部７４１にトナーを担持させると規制ブレード７６との摺擦に起因するトナーの劣化が起こりやすい。具体的には、トナーの流動性や帯電性が低下したり、トナーが圧粉状態となり凝集したり現像ローラ７ａに固着してフィルミングを生じさせるなどの問題がある。これに対し、規制ブレード７６からの押圧をあまり受けない凹部７４２にトナーを担持させるとこのような問題が起こりにくい。また、凸部７４１に担持されるトナーと凹部７４２に担持されるトナーとでは規制ブレード７６との摺接のされ方が大きく異なるため、トナーの帯電量のばらつきが大きくなることが予想されるが、凹部７４２のみにトナーを担持させることでこのようなばらつきも抑えられる。
【０１００】
特に近年では、画像の高精細化やトナー消費量および消費電力の削減を実現するためにトナーの小粒径化や定着温度の低温化が求められているが、本実施形態の構成はこのような要求にも対応することが可能なものである。小粒径トナーにおいては帯電の立ち上がりが鈍いにもかかわらず飽和帯電量が高いため、凸部７４１に担持されたトナーは凹部７４２に担持されたトナーよりも帯電量が著しく高く（過帯電）なる傾向にある。このような帯電量の差はいわゆる現像履歴として画像に現れる。また、低融点トナーでは摺擦によるトナー同士または現像ローラ７ａ等への固着が起きやすい。しかしながら、凹部７４２のみにトナーを担持する本実施形態の構成ではこのような問題は生じにくい。
【０１０１】
なお、この実施形態において、使用するトナーの粒子径は特に限定されないが、体積平均粒径Ｄaveが５μｍ以下であるトナーを使用する場合に特に顕著な効果を発揮する。このような小粒径トナーは、その粒子径の小ささゆえにファンデルワールス力が強く作用し現像ローラ４４からの飛翔が難しい。また、導電性材料からなる現像ローラ４４に強く働く鏡像力により現像ローラ４４からの飛翔が難しい。このため、１層を越えるトナーを現像ローラ７ａに担持させ、接触トナー、非接触トナーのいずれをも飛翔させて現像動作に寄与させる本実施形態の現像方式が、特に優れた効果を奏する。
【０１０２】
また、５μｍ程度を境にして、これ以下の体積平均粒径を有するトナーは粉体としての性質が強まり、より粒径の大きなトナーとは挙動が異なってくる。例えば、粒子径の小さなトナーは質量が小さいため、いったん飛散すると長い時間空中を漂うことになり、装置内ばかりか装置外部へも漏れ出してしまうことがある。本実施形態の装置はトナー飛散を効果的に抑制しているため、粒子径の小さなトナーを使用する場合でもこのような問題が生じることはない。
【０１０３】
以上のように、この実施形態では、現像ローラ７ａの表面に１層を超えるトナー層、より厳密には現像ローラ表面に直接接触している接触トナーおよび現像ローラ表面には直接接触しない非接触トナーの双方を含むトナー層を担持させる。こうすることによって、現像位置ＤＰに十分な量のトナーを搬送することができ、高い現像濃度を得ることができる。
【０１０４】
また、接触トナーおよび非接触トナーの双方を現像ローラに担持させることにより、より低い電界強度で飛翔開始する非接触トナーによって接触トナーをはじき出す効果を期待できるので、現像位置ＤＰにおいて発生させる電界の電界強度が低くて済む。このことは、現像位置ＤＰにおいて飛翔したトナーがギャップ外へ飛散するのを抑制するとともに、ギャップでの放電の発生を抑制するという効果をもたらす。
【０１０５】
また、第１帯電位置ＣＰ1において第１帯電器３により感光体２表面を正規極性に帯電させた後、第２帯電位置ＣＰ2において、第２帯電器５によって感光体２表面に付着する付着物（トナーや外添剤）に逆極性の電荷を与える。こうして逆極性に帯電した付着物に、現像位置ＤＰにおいて飛翔する低帯電トナーをトラップさせることにより、帯電量の低いトナーが現像ローラ７ａから周囲に飛散するのを防止している。
【０１０６】
また、第１帯電位置ＣＰ1と第２帯電位置ＣＰ2との間にクリーニングローラ４を設けているので、感光体２表面に残留する付着物が無制限に増大することが未然に防止されている。その一方、クリーニングローラ４をブラシローラとすることにより、粒子径が小さく、しかも顔料を担わないため画像には影響を及ぼさない遊離外添剤をある程度感光体２上に残留させておくことができ、この遊離外添剤を「逆極性付着物」として有効に利用することができる。
【０１０７】
また、中間転写ベルト８ａに逆極性の高い転写バイアスＶt1を与えることにより、感光体２の回転方向Ｄ2において現像位置ＤＰよりも後方で転写位置ＴＰよりも前方の位置ＴＰ0において感光体２の非露光部と中間転写ベルト８ａとの間で放電を発生させる。これにより、現像位置ＤＰを通過した後に非露光部に付着するトナーや外添剤に逆極性の電荷を与え、転写位置ＴＰにおいて中間転写ベルト８ａの転写されるのを防止することができる。これにより、さらに地カブリを低減することができる。
【０１０８】
また、接触トナーと非接触トナーとで飛翔開始電界強度が相違することに鑑み、感光体の非露光部と対向する現像ローラ表面におけるトナー飛翔電界の電界強度を非接触トナー飛翔開始電界強度Ｅ2よりは高く、かつ接触トナー飛翔開始電界強度Ｅ1よりは低くなるように設定することで、非露光部と対向する現像ローラ表面からは非接触トナーのみを飛翔させて接触トナーが飛翔するのを抑制しているので、正規高帯電トナーが非露光部へ付着するのを抑制して地カブリの発生をさらに効果的に抑えることができる。
【０１０９】
また、感光体の露光部と対向する現像ローラ表面においてはトナー飛翔電界の電界強度が接触トナー飛翔開始電界強度Ｅ1より高くなるようにしているので、接触トナー、非接触トナーのいずれをも飛翔させて現像に寄与させることができ、高い現像濃度を得ることができる。また接触トナー、非接触トナーの双方を用いて現像を行うことで、細線画像、広い面積を有する画像のいずれにおいても良好な画像品質で画像を形成することができる。
【０１１０】
また、現像ローラ表面を規則的な凹凸を設けた構造とするとともに、その高低差をトナーの体積平均粒径の２倍以上となるようにして凹部のみにトナーを担持させるようにしているので、２層以上のトナーを確実に現像ローラ７ａに担持させることが可能である。また凹部にトナーを収容した状態で現像ローラ７ａを回転させるので、回転に起因する現像ローラ表面からのトナーの離脱を防止することができる。
【０１１１】
次に、この発明にかかる画像形成装置の第２実施形態について説明する。この第２実施形態の装置は、転写ユニット８の構成が上記した第１実施形態のものと相違しているが、これを除く各部の構成および動作は基本的に第１実施形態の装置と同一である。そこで、同一構成には同一符号を付して説明を省略し、ここでは第１実施形態との相違点について主に説明する。
【０１１２】
図１２は本発明にかかる画像形成装置の第２実施形態の主要構成を模式的に示す図である。この第２実施形態では、転写ユニット８にサポートローラ８ｄが設けられており、このサポートローラ８ｄは感光体２の回転方向Ｄ2における転写位置ＴＰの上流側で中間転写ベルト８ｃを感光体２表面側に近接させることにより、感光体２の非露光部と中間転写ベルト８ｃとの間でより放電を生じやすくする作用を有する。また、この実施形態では、中間転写ベルトに転写バイアスが印加される第１実施形態の装置とは異なり、バックアップローラ８ｂに転写バイアスＶt1として＋６００Ｖの直流電位が電源８２から印加されるとともに、サポートローラ８ｄにはさらに高い正電位（＋８００Ｖ）の直流電位Ｖt0が電源８３から印加される。こうすることにより、上記した第１実施形態の装置と同様に、転写位置ＴＰの手前で感光体２に付着する低帯電トナーに逆極性の電荷を付与し、転写位置ＴＰで中間転写ベルト８ｃに転写されるのを防止することができる。
【０１１３】
以上説明したように、これらの実施形態では、感光体２および現像ローラ７ａがそれぞれ本発明の「潜像担持体」および「トナー担持ローラ」として機能している。また現像バイアス電源７１が本発明の「電界形成手段」に相当している。また、第１帯電器３および第２帯電器５がそれぞれ本発明の「第１帯電手段」および「第２帯電手段」として機能している。第２帯電器５はスコロトロン帯電器であり、グリッド５ａおよびチャージワイヤ５ｂがそれぞれ本発明の「グリッド」および「コロナワイヤ」に相当している。
【０１１４】
また、これらの実施形態では、露光ユニット６および転写ユニット８がそれぞれ本発明の「潜像形成手段」および「転写手段」として機能しており、中間転写ベルト８ａ，８ｃが本発明の「転写媒体」として機能している。また、クリーニングローラ４が本発明の「クリーニング手段」として機能する一方、規制ブレード７６が本発明の「規制部材」として機能している。さらに、転写バイアス電源８１および電源８３が本発明の「電荷供給部」として機能している。
【０１１５】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態の説明において示した各数値は一例にすぎず、本発明がこれらに限定されるものではない。
【０１１６】
また、上記実施形態は帯電させた感光体２表面のうち露光により電荷が除去された領域にトナーを付着させる、いわゆるネガ潜像タイプの画像形成装置であり、感光体２２上においては露光された領域（露光部）がトナーを付着させるべき本発明における「画像部」である一方、露光されなかった領域（非露光部）が本発明における「非画像部」となっている。しかしながら、本発明は露光により電荷の発生した領域にトナーを付着させる、いわゆるポジ潜像タイプの画像形成装置にも本発明を適用することが可能である。この場合には、感光体上の露光された領域が「画像部」、露光されなかった領域が「非画像部」となる。また、本実施形態では負帯電トナーを使用しているが、正帯電トナーを使用する画像形成装置に対しても本発明を適用することが可能である。
【０１１７】
また、本実施形態における現像ローラ７ａの表面構造は、略菱形の頂面を有する凸部７４１とこれを取り囲むように設けられた凹部７４２とを規則的に配してなるものであるが、凸部の形状や現像ローラの表面構造はこれに限定されるものではない。これ以外にも例えば、ほぼ平滑な包絡円筒面上に多数のディンプルを設けた構造のものや、螺旋状の溝を設けたものも利用可能である。この場合においても、ディンプルや溝の深さをトナーの体積平均粒径の２倍以上とすることにより、２層以上のトナーを搬送することが可能となる。なお、現像ローラ表面でのトナー流動を許容し凹部へのトナー固着等を防止するという観点からは、トナーを担持する凹部については互いに連通していることが好ましい。
【０１１８】
また、上記実施形態では現像ユニット７の個数について特に言及していないが、本発明は、回転自在のロータリー現像ユニットに複数の現像ユニットを装着したカラー画像形成装置や、複数の現像ユニットを中間転写媒体の周囲に配置したいわゆるタンデム型の画像形成装置、現像ユニットを１個だけ備えてモノクロ画像を形成するモノクロ画像形成装置などに対して好適に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】本発明にかかる画像形成装置の第１実施形態の主要構成を示す図。
【図２】図１の装置の電気的構成を示すブロック図。
【図３】この実施形態において各部に付与する電位の関係を示す図。
【図４】トナーの帯電量分布を示す図。
【図５】トナーの帯電状態と現像特性との関連を示す図。
【図６】この実施形態における感光体上でのトナー等の挙動を模式的に示す図。
【図７】トナー粒子径と飛翔開始電界強度との関係を測定した結果を示す図。
【図８】現像ローラ表面近傍における電界強度分布を示す図。
【図９】この実施形態における現像ユニットの構造を示す断面図。
【図１０】現像ローラおよびその表面の部分拡大図を示す図。
【図１１】現像ローラ表面の構造の詳細を示す断面図。
【図１２】本発明にかかる画像形成装置の第２実施形態の主要構成を示す図。
【符号の説明】
【０１２０】
２…感光体（潜像担持体）、 ３…第１帯電器（第１帯電手段）、 ４…クリーニングローラ（クリーニング手段）、 ５…第２帯電器（第２帯電手段）、 ５ａ…グリッド、 ５ｂ…チャージワイヤ（コロナワイヤ）、 ６…露光ユニット（潜像形成手段）、 ７ａ…現像ローラ（トナー担持ローラ）、 ８…転写ユニット（転写手段）、 ８ａ，８ｃ…中間転写ベルト（転写媒体）、 ７１…現像バイアス電源（電界形成手段）、 ７６…規制ブレード（規制部材）、８１…転写バイアス電源（電荷供給部）、 ８３…電源（電荷供給部）、 Ｅ1…接触トナー飛翔開始電界強度、 Ｅ2…非接触トナー飛翔開始電界強度、 Ｔ1…接触トナー、 Ｔ2…非接触トナー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の移動方向に周回移動する、表面に静電潜像を担持可能な潜像担持体と、
第１帯電位置において前記潜像担持体をトナーの帯電極性と同極性の表面電位に帯電させる第１帯電手段と、
前記第１帯電位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の第２帯電位置において前記潜像担持体表面に向けてトナーの帯電極性とは逆極性の電荷を供給する第２帯電手段と、
前記第２帯電位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の潜像形成位置において前記潜像担持体表面のうちトナーを付着させるべき画像部の表面電位を低下させ、トナーを付着させない非画像部との間で表面電位を異ならせることで前記潜像担持体表面に静電潜像を形成する潜像形成手段と、
ローラ状に形成されて、前記潜像形成位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の現像位置において前記潜像担持体と所定のギャップを隔てて対向配置され、前記ローラ表面に直接接触する接触トナーおよび該接触トナーに接触し前記ローラ表面には接触しない非接触トナーの双方を含むトナー層を担持するトナー担持ローラと、
前記現像位置において前記潜像担持体と前記トナー担持ローラとの間にトナー飛翔電界としての交番電界を形成することで前記静電潜像をトナーにより現像させる電界形成手段と、
前記現像位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の転写位置において前記静電潜像を現像してなるトナー像を転写媒体に転写する転写手段と
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
所定の移動方向に周回移動する、表面に静電潜像を担持可能な潜像担持体と、
第１帯電位置において前記潜像担持体をトナーの帯電極性と同極性の表面電位に帯電させる第１帯電手段と、
前記第１帯電位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の第２帯電位置において前記潜像担持体表面に付着している付着物をトナーの帯電極性とは逆極性に帯電させる第２帯電手段と、
前記第２帯電位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の潜像形成位置において前記潜像担持体表面のうちトナーを付着させるべき画像部の表面電位を低下させ、トナーを付着させない非画像部との間で表面電位を異ならせることで前記潜像担持体表面に静電潜像を形成する潜像形成手段と、
ローラ状に形成されて、前記潜像形成位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の現像位置において前記潜像担持体と所定のギャップを隔てて対向配置され、前記ローラ表面に直接接触する接触トナーおよび該接触トナーに接触し前記ローラ表面には接触しない非接触トナーの双方を含むトナー層を担持するトナー担持ローラと、
前記現像位置において前記潜像担持体と前記トナー担持ローラとの間にトナー飛翔電界としての交番電界を形成することで前記静電潜像をトナーにより現像させる電界形成手段と、
前記現像位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の転写位置において前記静電潜像を現像してなるトナー像を転写媒体に転写する転写手段と
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
前記転写手段は、トナーの帯電極性とは反対極性の電位を前記転写媒体に付与する請求項１または２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記転写手段は、前記現像位置と前記転写位置との間で前記潜像担持体表面の前記非画像部に向けてトナーの帯電極性とは逆極性の電荷を供給する電荷供給部を備える請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記電荷供給部は、前記潜像担持体上の前記画像部との間で放電限界を超えず、かつ前記潜像担持体上の前記非画像部との間で放電限界を超える電位が付与されている請求項４に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記第２帯電手段は、トナーの帯電極性とは逆極性の電位を付与されたコロナワイヤと、トナーの帯電極性と同極性の電位を付与されたグリッドとを有するスコロトロン帯電器である請求項１ないし５のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記第１帯電手段は、トナーの帯電極性と同極性の電位を付与されて前記潜像担持体に当接する当接部材を備える請求項１ないし６のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記トナー担持ローラは、トナーを担持する表面が導電性を有する材料により形成されている請求項１ないし７のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記トナー担持ローラは、円筒形状の表面にトナーを収容するための凹部を形成されており、前記凹部の深さがトナーの体積平均粒径の２倍以上である請求項１ないし８のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記トナー担持ローラ表面のうち前記凹部以外に形成されるトナー層をトナー１層以下に規制する規制部材を備える請求項９に記載の画像形成装置。
【請求項１１】
前記トナー担持ローラ表面のうち前記凹部以外へのトナー担持を規制する規制部材を備える請求項９に記載の画像形成装置。
【請求項１２】
トナーの体積平均粒径が５μｍ以下である請求項１ないし１１のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１３】
前記潜像担持体の移動方向において前記転写位置よりも下流側かつ前記第２帯電位置よりも上流側で、前記潜像担持体表面に付着しトナーの帯電極性とは逆極性に帯電している付着物の一部を除去するクリーニング手段を備える請求項１ないし１２のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１４】
前記クリーニング手段は前記潜像担持体表面に当接するブラシローラである請求項１３に記載の画像形成装置。
【請求項１５】
周回移動する潜像担持体を、第１帯電位置においてトナーの帯電極性と同極性の表面電位に帯電させ、
前記第１帯電位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の第２帯電位置において前記潜像担持体表面に向けてトナーの帯電極性とは逆極性の電荷を供給し、
前記第２帯電位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の潜像形成位置において前記潜像担持体表面のうちトナーを付着させるべき画像部の表面電位を低下させ、トナーを付着させない非画像部との間で表面電位を異ならせることで前記潜像担持体表面に静電潜像を形成し、
ローラ状に形成され、前記ローラ表面に直接接触する接触トナーおよび該接触トナーに接触し前記ローラ表面には接触しない非接触トナーの双方を含むトナー層を担持するトナー担持ローラを、前記潜像形成位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の現像位置において所定のギャップを隔てて対向配置し、
前記現像位置において前記潜像担持体と前記トナー担持ローラとの間にトナー飛翔電界としての交番電界を形成することで前記静電潜像をトナーにより現像し、
前記現像位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の転写位置において前記静電潜像を現像してなるトナー像を転写媒体に転写する
ことを特徴とする画像形成方法。
【請求項１】
所定の移動方向に周回移動する、表面に静電潜像を担持可能な潜像担持体と、
第１帯電位置において前記潜像担持体をトナーの帯電極性と同極性の表面電位に帯電させる第１帯電手段と、
前記第１帯電位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の第２帯電位置において前記潜像担持体表面に向けてトナーの帯電極性とは逆極性の電荷を供給する第２帯電手段と、
前記第２帯電位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の潜像形成位置において前記潜像担持体表面のうちトナーを付着させるべき画像部の表面電位を低下させ、トナーを付着させない非画像部との間で表面電位を異ならせることで前記潜像担持体表面に静電潜像を形成する潜像形成手段と、
ローラ状に形成されて、前記潜像形成位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の現像位置において前記潜像担持体と所定のギャップを隔てて対向配置され、前記ローラ表面に直接接触する接触トナーおよび該接触トナーに接触し前記ローラ表面には接触しない非接触トナーの双方を含むトナー層を担持するトナー担持ローラと、
前記現像位置において前記潜像担持体と前記トナー担持ローラとの間にトナー飛翔電界としての交番電界を形成することで前記静電潜像をトナーにより現像させる電界形成手段と、
前記現像位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の転写位置において前記静電潜像を現像してなるトナー像を転写媒体に転写する転写手段と
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
所定の移動方向に周回移動する、表面に静電潜像を担持可能な潜像担持体と、
第１帯電位置において前記潜像担持体をトナーの帯電極性と同極性の表面電位に帯電させる第１帯電手段と、
前記第１帯電位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の第２帯電位置において前記潜像担持体表面に付着している付着物をトナーの帯電極性とは逆極性に帯電させる第２帯電手段と、
前記第２帯電位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の潜像形成位置において前記潜像担持体表面のうちトナーを付着させるべき画像部の表面電位を低下させ、トナーを付着させない非画像部との間で表面電位を異ならせることで前記潜像担持体表面に静電潜像を形成する潜像形成手段と、
ローラ状に形成されて、前記潜像形成位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の現像位置において前記潜像担持体と所定のギャップを隔てて対向配置され、前記ローラ表面に直接接触する接触トナーおよび該接触トナーに接触し前記ローラ表面には接触しない非接触トナーの双方を含むトナー層を担持するトナー担持ローラと、
前記現像位置において前記潜像担持体と前記トナー担持ローラとの間にトナー飛翔電界としての交番電界を形成することで前記静電潜像をトナーにより現像させる電界形成手段と、
前記現像位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の転写位置において前記静電潜像を現像してなるトナー像を転写媒体に転写する転写手段と
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
前記転写手段は、トナーの帯電極性とは反対極性の電位を前記転写媒体に付与する請求項１または２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記転写手段は、前記現像位置と前記転写位置との間で前記潜像担持体表面の前記非画像部に向けてトナーの帯電極性とは逆極性の電荷を供給する電荷供給部を備える請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記電荷供給部は、前記潜像担持体上の前記画像部との間で放電限界を超えず、かつ前記潜像担持体上の前記非画像部との間で放電限界を超える電位が付与されている請求項４に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記第２帯電手段は、トナーの帯電極性とは逆極性の電位を付与されたコロナワイヤと、トナーの帯電極性と同極性の電位を付与されたグリッドとを有するスコロトロン帯電器である請求項１ないし５のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記第１帯電手段は、トナーの帯電極性と同極性の電位を付与されて前記潜像担持体に当接する当接部材を備える請求項１ないし６のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記トナー担持ローラは、トナーを担持する表面が導電性を有する材料により形成されている請求項１ないし７のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記トナー担持ローラは、円筒形状の表面にトナーを収容するための凹部を形成されており、前記凹部の深さがトナーの体積平均粒径の２倍以上である請求項１ないし８のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記トナー担持ローラ表面のうち前記凹部以外に形成されるトナー層をトナー１層以下に規制する規制部材を備える請求項９に記載の画像形成装置。
【請求項１１】
前記トナー担持ローラ表面のうち前記凹部以外へのトナー担持を規制する規制部材を備える請求項９に記載の画像形成装置。
【請求項１２】
トナーの体積平均粒径が５μｍ以下である請求項１ないし１１のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１３】
前記潜像担持体の移動方向において前記転写位置よりも下流側かつ前記第２帯電位置よりも上流側で、前記潜像担持体表面に付着しトナーの帯電極性とは逆極性に帯電している付着物の一部を除去するクリーニング手段を備える請求項１ないし１２のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１４】
前記クリーニング手段は前記潜像担持体表面に当接するブラシローラである請求項１３に記載の画像形成装置。
【請求項１５】
周回移動する潜像担持体を、第１帯電位置においてトナーの帯電極性と同極性の表面電位に帯電させ、
前記第１帯電位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の第２帯電位置において前記潜像担持体表面に向けてトナーの帯電極性とは逆極性の電荷を供給し、
前記第２帯電位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の潜像形成位置において前記潜像担持体表面のうちトナーを付着させるべき画像部の表面電位を低下させ、トナーを付着させない非画像部との間で表面電位を異ならせることで前記潜像担持体表面に静電潜像を形成し、
ローラ状に形成され、前記ローラ表面に直接接触する接触トナーおよび該接触トナーに接触し前記ローラ表面には接触しない非接触トナーの双方を含むトナー層を担持するトナー担持ローラを、前記潜像形成位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の現像位置において所定のギャップを隔てて対向配置し、
前記現像位置において前記潜像担持体と前記トナー担持ローラとの間にトナー飛翔電界としての交番電界を形成することで前記静電潜像をトナーにより現像し、
前記現像位置よりも前記潜像担持体の移動方向における下流側の転写位置において前記静電潜像を現像してなるトナー像を転写媒体に転写する
ことを特徴とする画像形成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
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【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−６６５３０（Ｐ２０１０−６６５３０Ａ）
【公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３２８９４（Ｐ２００８−２３２８９４）
【出願日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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