(57)【要約】【課題】無駄なトナー消費を抑制し、またトナーの小粒径化にも対応することのできる技術を提供する。【解決手段】感光体２に接触しないコロナ帯電器５により感光体２表面を帯電させるとともに、感光体２に非接触対向配置し交流現像バイアスＶbを付与した現像ローラ７ａにより静電潜像を現像する。トナーの正規帯電極性（負極性）とは逆極性（すなわち正極性）の転写バイアスＶt1を中間転写ベルト８ａに印加し、転写位置ＴＰの手前位置ＴＰ0で感光体２の非露光部との間に放電を生じさせる。非露光部に付着した負帯電粒子は極性が反転する。ブラシローラ４ａに与えるクリーニングバイアスＶbrも正極性とし、正帯電粒子を残し負帯電粒子のみを吸着し感光体２表面から除去する。このため、感光体２表面には常時概ね一定量の正帯電粒子が付着した状態で画像形成プロセスが進行する。【選択図】図１１
2010139608.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の回転方向に周回移動する潜像担持体と、
所定の帯電位置で、前記潜像担持体表面に対し非接触で該表面をトナーの正規帯電極性と同極性の電位に帯電させる帯電手段と、
前記回転方向において前記帯電位置よりも下流の潜像形成位置で、帯電された前記潜像担持体表面の電位を、トナーを付着させる画像部と付着させない非画像部との間で異ならせることにより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、
前記回転方向において前記潜像形成位置よりも下流の現像位置で前記潜像担持体に対し非接触対向配置されたトナー担持体を有し、該トナー担持体がその表面に帯電トナーを担持して前記現像位置へ搬送するとともに現像バイアスとしての交番電圧を印加されて前記静電潜像をトナー像として現像する現像手段と、
前記回転方向において前記現像位置よりも下流の転写位置で、前記潜像担持体に転写媒体を当接させるとともに前記転写媒体に前記正規帯電極性とは逆極性の転写バイアスを印加して前記トナー像を前記転写媒体に転写する転写手段と、
前記潜像担持体、前記帯電手段、前記潜像形成手段、前記現像手段および前記転写手段を制御して画像形成プロセスを実行する制御手段と
を備え、
前記潜像担持体は、前記画像形成プロセスの実行中、その表面に正規帯電極性とは逆極性に帯電したトナー、トナーから遊離し正規帯電極性とは逆極性に帯電した外添剤の少なくとも一方を分散付着させた状態で前記帯電位置、前記現像位置および前記転写位置を通って周回移動する
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記回転方向において前記転写位置よりも下流かつ前記帯電位置よりも上流のクリーニング位置で、前記潜像担持体表面に付着する正規帯電極性に帯電したトナーを除去するクリーニング手段を備える請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記クリーニング手段は、前記トナーの正規帯電極性とは逆極性の電位を付与されて前記潜像担持体表面に当接する当接部材を備える請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記トナー担持体は表面に規則的な凹凸を有するローラ状に形成されて回転するトナー担持ローラであり、前記トナーが前記トナー担持ローラ表面の凹部に担持される請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記トナー担持体は表面に規則的な凹凸を有するローラ状に形成されて回転するトナー担持ローラであり、各凸部の頂面が互いに同一の円筒面の一部をなすとともに、凹部との高低差がトナーの体積平均粒径以上となっており、
前記現像手段は、前記トナー担持ローラの回転方向において前記現像位置よりも上流側でエッジ部が前記トナー担持ローラの凸部に当接することによって前記凸部へのトナー付着を規制する、弾性材料からなる規制部材を備える請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記転写位置と前記帯電位置との間において前記潜像担持体の除電を行わない請求項１ないし５のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記トナーの体積平均粒径が５μｍ以下である請求項１ないし６のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項８】
所定の回転方向に周回移動する潜像担持体の周囲に、その回転方向に沿って、
前記潜像担持体表面に対し非接触で該表面をトナーの正規帯電極性と同極性の電位に帯電させる帯電手段と、
前記帯電手段により帯電された前記潜像担持体表面の電位を、トナーを付着させる画像部と付着させない非画像部との間で異ならせることにより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、
前記潜像担持体に対し非接触で対向するトナー担持体を有し、該トナー担持体がその表面に帯電トナーを担持するとともに現像バイアスとしての交番電圧を印加されて前記静電潜像をトナー像として現像する現像手段と、
前記潜像担持体に転写媒体を当接させるとともに前記転写媒体に前記正規帯電極性とは逆極性の転写バイアスを印加して前記トナー像を前記転写媒体に転写する転写手段と
をこの順番に配置し、
前記帯電手段により所定の表面電位に帯電させた前記潜像担持体表面に、前記潜像形成手段により静電潜像を形成し、前記現像手段により該静電潜像を現像して前記転写媒体に転写する画像形成プロセスを実行し、しかも、
前記潜像担持体を、その表面に正規帯電極性とは逆極性に帯電したトナー、トナーから遊離し正規帯電極性とは逆極性に帯電した外添剤の少なくとも一方を分散付着させた状態で前記帯電位置、前記現像位置および前記転写位置を通って周回移動させながら、前記画像形成プロセスを実行する
ことを特徴とする画像形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、潜像担持体上に形成した静電潜像をトナー担持体に担持させた帯電トナーにより現像することで画像を形成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】
潜像担持体上で静電潜像をトナー像として現像し、該トナー像を転写媒体に転写するように構成された画像形成装置および画像形成方法においては、潜像担持体から転写媒体への転写効率が１００％以下であるため、転写後の潜像担持体表面に少量ながらトナーが残留している場合がある。また一般的には、静電潜像のうち本来トナーを付着させるべきでない非画像部に付着したトナー（いわゆるカブリトナー）も転写されずに残留している。このような残留トナーを除去するため、一般的な画像形成装置では、転写後の潜像担持体表面にクリーニング部材を当接させるようにしている（特許文献１参照）。また、これとは別に、例えば特許文献２に記載されたように、潜像担持体上の残留トナーに適当な電荷を与えておき、潜像担持体と当接する現像ローラによって静電的に残留トナーを現像器内に回収する技術も提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−０９１５６６号公報
【特許文献２】特開２００７−３１６１３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような残留トナーは画像形成プロセスを実行する度に発生する。そのため、残留トナーを除去する構成においては、画像形成に寄与しない無駄なトナーの消費量が増大してしまう。また、現像器内に残留トナーを回収する構成ではこのようなトナーの無駄は生じないが、使用済みの劣化したトナーが現像器内で増加してゆくことになるため、画像品質は次第に低下することとなる。
【０００５】
さらに、近年では、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、これまでより粒径の小さなトナーの採用が検討されつつある。このような小粒径トナーでは、鏡像力やファンデルワールス力などの増大に起因して潜像担持体へのトナーの付着力がより粒径の大きなトナーに比して大きくなっており、このことが潜像担持体からの残留トナーの除去を難しくする一因となっている。特に、潜像担持体とトナー担持体とを非接触対向配置し交番電界によりトナーを飛翔させることで現像を行うＡＣジャンピング現像方式では、小粒径トナーが往復動する間に上記の力により潜像担持体にトラップされ、本来付着しないはずの帯電極性を有するトナーが潜像担持体上に付着して、地カブリの原因となったりカブリによるトナー消費量が増加したりするといった課題も顕著になっていた。
【０００６】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、潜像担持体上に形成した静電潜像をトナー担持体に担持させた帯電トナーにより現像することで画像を形成する装置および方法において、無駄なトナー消費を抑制し、またトナーの小粒径化にも対応す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、所定の回転方向に周回移動する潜像担持体と、所定の帯電位置で、前記潜像担持体表面に対し非接触で該表面をトナーの正規帯電極性と同極性の電位に帯電させる帯電手段と、前記回転方向において前記帯電位置よりも下流の潜像形成位置で、帯電された前記潜像担持体表面の電位を、トナーを付着させる画像部と付着させない非画像部との間で異ならせることにより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、前記回転方向において前記潜像形成位置よりも下流の現像位置で前記潜像担持体に対し非接触対向配置されたトナー担持体を有し、該トナー担持体がその表面に帯電トナーを担持して前記現像位置へ搬送するとともに現像バイアスとしての交番電圧を印加されて前記静電潜像をトナー像として現像する現像手段と、前記回転方向において前記現像位置よりも下流の転写位置で、前記潜像担持体に転写媒体を当接させるとともに前記転写媒体に前記正規帯電極性とは逆極性の転写バイアスを印加して前記トナー像を前記転写媒体に転写する転写手段と、前記潜像担持体、前記帯電手段、前記潜像形成手段、前記現像手段および前記転写手段を制御して画像形成プロセスを実行する制御手段とを備え、前記潜像担持体は、前記画像形成プロセスの実行中、その表面に正規帯電極性とは逆極性に帯電したトナー、トナーから遊離し正規帯電極性とは逆極性に帯電した外添剤の少なくとも一方を分散付着させた状態で前記帯電位置、前記現像位置および前記転写位置を通って周回移動することを特徴としている。
【０００８】
このように構成された画像形成装置は、静電潜像を担持する潜像担持体とトナー担持体とを非接触で対向配置し、両者の間に交番電界を形成することで静電潜像をトナーにより現像する、いわゆるＡＣジャンピング現像方式の画像形成装置である。このような構成の画像形成装置において、本発明では、画像形成プロセスを実行する際に、潜像担持体の表面に、正規帯電極性とは逆極性に帯電したトナーおよび／または外添剤を付着させた状態を保っている。このような逆極性のトナーや外添剤（以下、これらを総称して「逆帯電粒子」という）が潜像担持体の表面に付着していることによって新たな帯電粒子に作用する潜像担持体表面への付着力が弱められるため、現像位置においてはさらなる帯電粒子の付着が抑制される。このため、潜像担持体への帯電粒子の付着量が次第に増加することは抑えられる。
【０００９】
また、転写位置においては、転写バイアスの作用により逆帯電粒子は転写媒体に転写されない。さらに、帯電手段は潜像担持体の帯電を非接触にて行っているため、潜像担持体上の逆帯電粒子が帯電手段に移行することもない。
【００１０】
結果として、この発明では、潜像担持体の表面に概ね一定量の逆帯電粒子が付着した状態で画像形成プロセスが進行することとなる。言い換えれば、本発明の構成を採ることによって、潜像担持体の表面に一定量の逆帯電粒子を付着させた状態で、潜像担持体を周回させることができる。ここで、潜像担持体の周回過程で残留トナー等を除去する構成とした場合には、上記した原理により現像位置で新たな逆帯電粒子が潜像担持体の非画像部に供給されては除去される、というプロセスが繰り返されることとなり、トナーの無用な消費の増大を招いてしまう。これに対して、本発明では、潜像担持体の非画像部に付着した逆帯電粒子の量が次第に増加することもなく、また除去されることもないので、このような無駄なトナー消費が抑制される。
【００１１】
潜像担持体の非画像部に付着したトナーは地カブリの原因となりうるが、この発明では、逆帯電粒子を選択的に残留させており、しかも転写媒体に対し正規帯電極性とは逆極性の、つまり逆帯電粒子と同極性の転写バイアスを与えているので、潜像担持体上の逆帯電粒子が転写媒体に転写されてしまうことはなく、地カブリを生じさせることはない。
【００１２】
また、転写後の残留トナーを全て除去することを必要とせず、むしろその帯電極性を限定しながら積極的に潜像担持体上に残留させる構成としているので、付着力が強いため完全なトナー除去が難しい小粒径のトナーを使用する場合にも好適である。
【００１３】
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、所定の回転方向に周回移動する潜像担持体の周囲に、その回転方向に沿って、前記潜像担持体表面に対し非接触で該表面をトナーの正規帯電極性と同極性の電位に帯電させる帯電手段と、前記帯電手段により帯電された前記潜像担持体表面の電位を、トナーを付着させる画像部と付着させない非画像部との間で異ならせることにより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、前記潜像担持体に対し非接触で対向するトナー担持体を有し、該トナー担持体がその表面に帯電トナーを担持するとともに現像バイアスとしての交番電圧を印加されて前記静電潜像をトナー像として現像する現像手段と、前記潜像担持体に転写媒体を当接させるとともに前記転写媒体に前記正規帯電極性とは逆極性の転写バイアスを印加して前記トナー像を前記転写媒体に転写する転写手段とをこの順番に配置し、前記帯電手段により所定の表面電位に帯電させた前記潜像担持体表面に、前記潜像形成手段により静電潜像を形成し、前記現像手段により該静電潜像を現像して前記転写媒体に転写する画像形成プロセスを実行し、しかも、前記潜像担持体を、その表面に正規帯電極性とは逆極性に帯電したトナー、トナーから遊離し正規帯電極性とは逆極性に帯電した外添剤の少なくとも一方を分散付着させた状態で前記帯電位置、前記現像位置および前記転写位置を通って周回移動させながら、前記画像形成プロセスを実行することを特徴としている。
【００１４】
このように構成された発明では、上記した画像形成装置の発明と同様に、無駄なトナー消費を抑制し、またトナーの小粒径化にも対応することができる。
【００１５】
上記発明においては、前記回転方向において前記転写位置よりも下流かつ前記帯電位置よりも上流のクリーニング位置で、前記潜像担持体表面に付着する正規帯電極性に帯電したトナーを除去するクリーニング手段を設けてもよい。このように、転写位置において転写媒体に転写されずに潜像担持体上に残留した正規帯電極性に帯電したトナーや外添剤（以下、「正規帯電粒子」という）を除去することで、逆帯電粒子のみを選択的に潜像担持体表面に残留させることができる。
【００１６】
より具体的には、例えば、前記クリーニング手段は、前記トナーの正規帯電極性とは逆極性の電位を付与されて前記潜像担持体表面に当接する当接部材を備えてもよい。このような構成では、逆極性の電位を与えられた当接部材が潜像担持体表面に当接することにより、潜像担持体上に残留付着する正規帯電粒子の帯電極性を逆極性に反転させたり、あるいは依然として正規極性に帯電する粒子を当接部材に移行させることで潜像担持体表面から除去し、潜像担持体表面に逆帯電粒子のみを残留させることができる。
【００１７】
また、前記トナー担持体は表面に規則的な凹凸を有するローラ状に形成されて回転するトナー担持ローラであり、前記トナーが前記トナー担持ローラ表面の凹部に担持されるように構成されてもよい。このようにすると、トナーの搬送量を安定させることができる。
【００１８】
また前記トナー担持体は表面に規則的な凹凸を有するローラ状に形成されて回転するトナー担持ローラであり、各凸部の頂面が互いに同一の円筒面の一部をなすとともに、凹部との高低差がトナーの体積平均粒径以上となっており、前記現像手段は、前記トナー担持ローラの回転方向において前記現像位置よりも上流側でエッジ部が前記トナー担持ローラの凸部に当接することによって前記凸部へのトナー付着を規制する、弾性材料からなる規制部材を備えるようにしてもよい。このようにすると、凹部に搬送されるトナーは規制部材による摺擦を受けないため、トナーの劣化が防止される。また、凹凸の高低差をトナーの体積平均粒径以上とすることで、凹部に１層以上のトナー層を担持させることができ、十分な量のトナーを搬送することができる。
【００１９】
本発明は、前記転写位置と前記帯電位置との間において前記潜像担持体の除電を行わない場合に特に有効である。潜像担持体の表面電位を除電によりリセットしてしまうと、帯電位置において次の帯電を受ける際に潜像担持体表面は大きな電位変化を必要とする。このときに帯電手段と潜像担持体の間で放電が生じるために潜像担持体上の一部の逆帯電トナーの帯電極性を反転させてしまい発明の効果を減じてしまう可能性がある。したがって除電を行わない方が高い効果を得られる。
【００２０】
さらに、本発明は、前記トナーの体積平均粒径が５μｍ以下である場合にも有効である。前記したように小粒径のトナーはトナー担持体や潜像担持体に対する付着力が大きいため、電界の力によりまたは機械的にトナー担持体や潜像担持体から引き離すのが困難である。このような性質はトナーの体積平均粒径が５μｍ以下であるときに特に顕著となる。しかしながら本発明は、強制的にトナーを除去するのではなくむしろ積極的に潜像担持体上に逆帯電トナーを分散させた状態で動作するように構成しているため、このような小粒径のトナーを使用する場合に特に優れた効果を奏するものである。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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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。すなわち、この実施形態では、負極性が「正規帯電極性」である。もちろん、正極性を正規帯電極性とする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、単に「トナー」という場合には、トナー母粒子に外添剤が外添されてなる粒子全体を指すものとする。
【００２２】
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。
【００２３】
感光体２の周囲には、感光体２表面を所定の電位に帯電させるコロナ帯電器である帯電器５、感光体２表面を画像信号に応じて露光することで静電潜像を形成する露光ユニット６、該静電潜像をトナー像として顕像化する現像ユニット７、該トナー像を転写される転写ユニット８およびクリ−ニングローラ４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、時計回り）に沿って配設されている。
【００２４】
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には負のワイヤ電流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。帯電器５によりトナーと同極性（負極性）のコロナ放電で感光体２が帯電されることで、感光体２の表面の電位が略均一の負電位、より具体的には画像形成時に設定される電位Ｖoに設定される。
【００２５】
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２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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
クリーニングローラ４は、回転可能に設けられたブラシローラ４ａを有している。このブラシローラ４ａは例えばナイロン製の多数のブラシ毛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。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）、すなわちいわゆるウィズ回転で回転するように構成されている。
【００２９】
このブラシローラ４ａには、トナーの正規帯電極性とは逆極性、つまり正極性の直流（ＤＣ）のクリーニングバイアスＶbrが印加される。これにより、中間転写ベルト８ａとの当接位置を通過した感光体２上の転写残りトナーと外添剤のうち、正規帯電極性に帯電したものがブラシローラ４ａへ引き寄せられてブラシ毛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。
【００３０】
さらに、クリーニングローラ４は、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。
【００３１】
なお、以下の説明においては、感光体２と帯電器５との対向位置を帯電位置ＣＰ、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、感光体２にクリーニングローラ４が当接する位置をクリーニング位置ＢＰと称する。この実施形態では、これらの各位置が感光体２の回転方向Ｄ2の上流側から下流側に向けて上記順序で設けられている。
【００３２】
図３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、その内部に非磁性一成分トナー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。
【００３３】
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。
【００３４】
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３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。
【００３５】
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。
【００３６】
図４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４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。
【００３７】
複数の凸部７４１のそれぞれは、図４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、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。
【００３８】
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。
【００３９】
図５は現像ローラ表面の構造の詳細を示す断面図である。図５（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よりも大きな値とする。こうすることにより、凹部７４２に１層以上のトナーを担持させることができ、しかも、担持されたトナーの多くは凸部７４１の頂面から外部に突出しないので、規制ブレード７６やシール部材７７による摺擦に起因する外添剤の剥落や変形などの劣化を免れることができる。
【００４０】
より好ましくは、図５（ａ）に示すように、凹部７４２の深さを体積平均粒径Ｄaveの２倍（２Ｄave）以上とする。こうすることで、図５（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５（ｂ）において、符号Ｔ1を付した白丸印は現像ローラ７ａ表面に直接接触しているトナー（接触トナー）を示している。また、符号Ｔ2および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に担持されているトナー（非接触トナー）を示している。２層以上のトナー層はこのように接触トナーおよび非接触トナーの双方を含む。非接触トナーＴ2は接触トナーＴ1に比べて現像ローラ表面への拘束力が弱いため飛翔しやすく、トナーの飛翔量を大きくして画像濃度を確保するのに効果的である。その一方、拘束力の弱さに起因して、現像ローラ７ａの回転によりその表面に生じる気流により現像ローラ７ａ表面から離脱して飛散しやすいという問題もある。
【００４１】
図５（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。
【００４２】
現像ローラ７ａ表面に図５（ｂ）に示すようにトナーを担持させるためには、図５（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として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。
【００４３】
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５（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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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７ａ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７ａに強く働く鏡像力により現像ローラ７ａ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。
【００４８】
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。
【００４９】
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、トナーの本来の帯電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。一方、絶対的な帯電極性が正極性であるトナーや外添剤などの粒子を「正帯電粒子」、帯電極性が負であるトナーや外添剤などの粒子を「負帯電粒子」と称する。したがって、絶対的な帯電極性が正極性である「正帯電トナー」は本実施形態においては「逆帯電トナー」である。一方、絶対的な帯電極性が負極性である「負帯電トナー」が本実施形態における「正規帯電トナー」である。
【００５０】
図６はトナーの帯電量分布を示す図である。この図は、現像ローラ表面から採集されたトナーの帯電量分布を個数基準で計測した結果を示している。この実施形態において使用するトナーは負極性を正規帯電極性とするが、図６の実線に示すように、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。以下では、正規帯電極性に帯電するトナーのうち帯電量の少ないものを特に「弱帯電トナー」ということがある。
【００５１】
また、上記したようにこの実施形態では、現像ローラ７ａ表面の凹部７４２のみにトナーを担持させ凸部７４１には担持させない構造としているため、供給ローラ７ｂや規制ブレード７６によるトナーへのストレスが少ない。そのため、トナーの劣化に起因する帯電量のばらつきを小さくすることができ、図６の破線で示すように比較的狭い帯電量分布を得ることが可能である。
【００５２】
図７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。感光体２の表面電位Ｖsは、帯電器５により帯電された後、露光ユニット６からの光ビームＬを照射された露光部においては電荷が中和されて電位ＶLとなる一方、露光されなかった非露光部では暗減衰後の電位Ｖoとなっている。一方、現像バイアスＶbは図７に示すように矩形波交流電圧であり、その正側の最大値を符号Ｖmax、負側の最大値を符号Ｖmin、両者の電位差（振幅に相当）を符号Ｖppにより表す。また、現像バイアスの平均電位を符号Ｖaveにより表す。
【００５３】
現像バイアスＶbの交流成分の繰り返し周期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７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、正規帯電トナーが感光体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正規帯電トナーを現像ローラ７ａ側へ効率よく引き戻し地カブリを抑制するためである。
【００５４】
図８は各部の電位の数値の一例を示す図である。なお、ここに開示する数値は本発明の要件を満たす一例に過ぎず、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。感光体２の非露光部電位Ｖoは、代表的には（−６００）Ｖであるが後述するようにその前後で可変である。一方、露光部電位ＶLは感光体材料の特性によって決まる値でここでは（−１００）Ｖとする。現像バイアスＶbの正側最大値Ｖmax、負側最大値Ｖminはそれぞれ（＋２００）Ｖ、（−８００）Ｖである。したがって振幅Ｖppは１０００Ｖである。波形デューティＷＤを６０％としているので、現像バイアスＶbの平均電位Ｖaveは（−２００）Ｖとなる。また現像バイアスＶbの周波数は４ｋＨｚである。
【００５５】
現像バイアスＶbの平均値Ｖaveと感光体２の露光部電位ＶLとの電位差は、一般に「コントラスト電圧」と呼ばれる画像濃度に影響を与えるパラメータであり、これを符号Ｖcontにより表す。一方、現像バイアスＶbの平均値Ｖaveと感光体２の非露光部電位Ｖoとの電位差は、画像濃度への影響は少ないが現像位置ＤＰにおけるトナー飛散やカブリの量に影響を与えるパラメータであり、ここではこの電位差を「逆コントラスト電圧」と称し符号Ｖrにより表す。
【００５６】
画像濃度を制御するために、コントラスト電圧Ｖcontを可変とする必要がある一方、トナー飛散やカブリ量を安定化させるためには逆コントラスト電圧Ｖrについては一定値を維持することが好ましい。そこで、この実施形態では、現像バイアスＶbの各パラメータＶmax、ＶminおよびＷＤを変更可能とすることで平均電圧Ｖaveを制御して所望の画像濃度を得るとともに、平均電圧Ｖaveの変化に帯電バイアスＶgを連動させて感光体２の非露光部電位Ｖoを変化させることにより、逆コントラスト電圧Ｖrが一定値に保たれるようにしている。
【００５７】
また、中間転写ベルト８ａに印加する転写バイアスＶt1およびブラシローラ４に印加するクリーニングバイアスＶbrはいずれも（＋３００）Ｖである。ただし、これらを同値とする必要は特にない。
【００５８】
また、以下の説明のために、符号Ｖ1〜Ｖ6を以下のように定義する。符号Ｖ1は現像バイアスＶbの正側最大値Ｖmaxと感光体２の露光部電位ＶLとの電位差の絶対値を表す。符号Ｖ2は現像バイアスＶbの負側最大値Ｖminと感光体２の露光部電位ＶLとの電位差の絶対値を表す。符号Ｖ3は現像バイアスＶbの正側最大値Ｖmaxと感光体２の非露光部電位Ｖoとの電位差の絶対値を表す。符号Ｖ4は現像バイアスＶbの負側最大値Ｖminと感光体２の非露光部電位Ｖoとの電位差の絶対値を表す。符号Ｖ5は転写バイアスＶt1と感光体２の露光部電位ＶLとの電位差の絶対値を表す。また、符号Ｖ6は転写バイアスＶt1と感光体２の非露光部電位Ｖoとの電位差の絶対値を表す。
【００５９】
図９は各部の電位が帯電粒子に与える影響を模式的に示す図である。より詳しくは、図９（ａ）は感光体２の露光部および現像ローラ７ａの電位が帯電粒子（トナーおよび外添剤）に与える影響を示す図である。また、図９（ｂ）は感光体２の非露光部および現像ローラ７ａの電位が帯電粒子に与える影響を示す図である。図において、「＋」を付した丸印は正に帯電した粒子（正帯電粒子）を表す。また、「−」を付した丸印は負に帯電した粒子（負帯電粒子）を表す。また、以下の説明においては、その帯電極性にかかわらず、帯電トナーがトナー担持体から潜像担持体へ向かう方向を「現像方向」、逆に潜像担持体からトナー担持体へ向かう方向を「引き戻し方向」と称することとする。
【００６０】
現像バイアスＶbが正側の値Ｖmaxに振れている時刻（期間１）においては、現像ローラ７ａは感光体２の露光部、非露光部のいずれに対しても高電位となっている。そのため、現像位置ＤＰに生じる電界は、正帯電粒子に対しては、現像ローラ７ａ側から感光体２側に向かう現像方向の力を発生させるように作用する。この力により感光体２表面に移行するトナーのうち、非露光部に付着したものはカブリを生じさせることとなる。これとは逆に、負帯電粒子に対しては感光体２から現像ローラ７ａに向かって引き戻そうとする引き戻し方向の力が作用する。
【００６１】
一方、現像バイアスＶbが負側の値Ｖminに振れている時刻（期間２）においては、正帯電粒子に対しては引き戻し方向の力が、また負帯電粒子に対しては現像方向の力が作用する。この力により感光体２表面に移行する負帯電トナーのうち、露光部に付着したものは静電潜像を現像する作用をする。
【００６２】
図１０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１０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（最近接ギャップ位置）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いて現像バイアスＶbにより形成される電界（トナー飛翔電界）の電界強度を示している。図１０において「現像方向」および「引き戻し方向」は正規帯電極性に帯電した粒子、つまり負帯電粒子に着目したときの方向を示す。
【００６３】
図１０に実線で示す感光体２の露光部と現像ローラ７ａとの間における現像方向の電界強度は、図９（ａ）に示す電位差Ｖ2（７００Ｖ）をギャップの大きさで除したものであり、ギャップが最も小さい最近接ギャップ位置で最大となりその前後で漸減する。同様に、図１０に破線で示す感光体２の露光部と現像ローラ７ａとの間における引き戻し方向の電界強度は、図９（ａ）に示す電位差Ｖ1（３００Ｖ）をギャップの大きさで除したものである。したがって、感光体２の露光部と現像ローラ７ａとの間では、引き戻し方向よりも現像方向の電界強度の方が大きい。
【００６４】
また、図１０に一点鎖線で示す感光体２の非露光部と現像ローラ７ａとの間における現像方向の電界強度は、図９（ｂ）に示す電位差Ｖ4（２００Ｖ）をギャップの大きさで除したものであり、電界強度は最も低い。また、図１０に二点鎖線で示す感光体２の非露光部と現像ローラ７ａとの間における引き戻し方向の電界強度は、図９（ｂ）に示す電位差Ｖ3（９００Ｖ）をギャップの大きさで除したものであり、電界強度は最も高い。
【００６５】
図１０において、値Ｅcは現像ローラ７ａの表面に直接接触する態様で担持されているトナー（接触トナー）が現像ローラ７ａ表面から飛翔開始するのに必要な電界強度（以下、「接触トナー飛翔開始電界強度」という）である。また、値Ｅnは現像ローラ７ａの表面には直接せず、上記した現像ローラ７ａ上の接触トナーに接触することで間接的に現像ローラ７ａに担持されているトナー（非接触トナー）が現像ローラ７ａ表面から飛翔開始するのに必要な電界強度（以下、「非接触トナー飛翔開始電界強度」という）である。接触トナーには主に鏡像力に起因する付着力によって現像ローラ７ａへ強く拘束されるのに対し、現像ローラ７ａ表面から離れた位置に担持される非接触トナーに対しては拘束力が弱い。したがって非接触トナーのほうが飛翔しやすく、非接触トナー飛翔開始電界強度Ｅnは接触トナー飛翔開始電界強度Ｅcよりも低い。
【００６６】
この実施形態では、図１０の実線に示す感光体２の露光部と現像ローラ７ａとの間に生じる現像方向の電界が、接触トナー飛翔開始電界強度Ｅcよりも高くなるようにしている。このため、感光体２の露光部と対向する現像ローラ７ａの表面からは、接触トナー、非接触トナーのいずれもが飛翔する。このように、接触トナー、非接触トナーの両方を飛翔させることで、感光体２の露光部を十分な画像濃度で現像することができる。
【００６７】
一方、図１０の一点鎖線に示す感光体２の非露光部と現像ローラ７ａとの間に生じる現像方向の電界については、非接触トナー飛翔開始電界強度Ｅnよりも高いが接触トナー飛翔開始電界強度Ｅcよりも低くなるようにしている。したがって、感光体２の非露光部と現像ローラ７ａの表面との間では、非接触トナーのみが飛翔する。こうして飛翔した非接触トナーが感光体２表面に直接接触すると鏡像力による強い付着力が作用するので、引き戻し方向の電界によっても再飛翔せず感光体２表面に残留することがある。また、正帯電粒子に対しては現像方向、引き戻し方向が負帯電粒子とは反対となるため、感光体２の非露光部において強い現像方向の力が作用することになる。
【００６８】
その結果、現像位置ＤＰを通過した感光体２の非露光部には、主として正帯電粒子と、もともと現像ローラ７ａ表面に非接触で担持されていた帯電量の比較的小さい粒子（弱帯電トナーおよび外添剤；以下これらを「弱帯電粒子」と総称する）とが付着することになる。
【００６９】
図１１は感光体表面上で生じる現象を模式的に示す図である。上記したように、現像位置ＤＰを通過した感光体２表面では、その露光部には主に負帯電粒子が付着して静電潜像が現像される一方、非露光部には主として正帯電粒子と弱帯電粒子とが薄く付着した状態となっている。この状態で感光体２は転写位置ＴＰに向かって移動してゆく。中間転写ベルト８ａには正極性の転写バイアスＶt1が印加されており、その大きさは、中間転写ベルト８ａと感光体２の露光部との電位差Ｖ5（図８）が中間転写ベルト８ａと感光体２との間の放電開始電圧を超えず、中間転写ベルト８ａと感光体２の非露光部との電位差Ｖ6が放電開始電圧を超えるような値に設定される。一般的な装置構成である膜厚２５μｍの感光体では放電開始電圧は６００Ｖ程度であり、図８に示すように転写バイアスＶt1を（＋３００）Ｖとすると、Ｖ5が４００Ｖ、Ｖ6が９００Ｖとなって上記条件を満たす。
【００７０】
このような条件下では、中間転写ベルト８ａから感光体２の非画像部に向かって放電が生じる。この放電は、感光体２の回転方向Ｄ2において転写位置ＴＰの手前側位置ＴＰ0で生じ、この放電によって感光体２の非露光部に付着しているトナーや外添剤などの粒子にも電荷が注入され、正帯電粒子はその帯電量が増加する一方、弱帯電粒子は極性が反転し正帯電粒子となる。こうして非露光部に付着している粒子はほとんどが正帯電粒子となる。この放電により、感光体２の非画像部の電位は放電限界を超えた分だけ除電され、この状態で転写位置ＴＰへ移動する。したがって、位置ＴＰ0通過後の感光体２の非画像部の電位は（−３００）Ｖとなる。なお、画像部との間では位置ＴＰ0における放電が発生しないため感光体２の画像部の電位は（−１００）Ｖのままである。
【００７１】
転写位置ＴＰにおいて、正極性の転写バイアスＶt1を印加された中間転写ベルト８ａが感光体２表面に当接されており、したがって感光体２上の負帯電粒子は中間転写ベルト８ａへ移行する。感光体２表面のうち露光部に付着した負帯電トナーはトナー像として中間転写ベルト８ａに転写されるが、非露光部に付着した負帯電トナーはトナー像に地カブリを生じさせる。この実施形態では上記のように非露光部の負帯電粒子の極性を反転させているので地カブリが抑制される。
【００７２】
一方、正帯電粒子は正の転写バイアスＶt1の作用により中間転写ベルト８ａには移行せず感光体２上に残留したままクリーニング位置ＢＰへ送られる。クリーニング位置ＢＰにおいて感光体２と当接するブラシローラ４ａにも正極性のクリーニングバイアスＶbrが付与されているため、感光体２上に付着している正帯電粒子を収集する作用はない。特に、ブラシローラ４ａを感光体２に対しウィズ回転させることにより、ブラシによる正帯電粒子の掻き取り作用も小さく抑えられる。
【００７３】
転写効率が１００％以下であることに起因して、転写位置ＴＰを通過した感光体２の露光部表面には転写残りの負帯電粒子が残留していることがある。このような負帯電粒子はブラシローラ４ａとの当接により正の電荷を与えられて正極性に転換するか、ブラシ毛４ｂに吸着されて感光体２表面から除去される。こうして、クリーニング位置ＢＰの下流側ではほぼ正帯電粒子のみが感光体２表面に付着した状態となっている。
【００７４】
この正帯電粒子は、非接触であるため帯電器５に付着することもなく、帯電位置ＣＰおよび露光位置ＥＰを通過して再び現像位置ＤＰに到達する。現像位置ＤＰに戻ってきた感光体２表面には周回の過程で帯電量を高められた正帯電粒子が既に付着しているために感光体２が及ぼす付着力が弱められており、新たな正帯電粒子の付着は起こりにくい。さらに、交番電界による往復動により負帯電粒子が非露光部に付着したとしても、感光体２の付着力が低下しているために引き戻し方向の電界で容易に現像ローラ７ａに戻ることが可能になる。すなわち、この実施形態では、概ね一定量の正帯電粒子が常時感光体２上に分散付着した状態で画像形成プロセスが進行する。
【００７５】
図１２は感光体上の残留トナー量の変化の実測結果を示す図である。実験は、上記のようなプロセスにより感光体２表面に正帯電粒子を付着させた後、トナーが全く入っていない現像器を装置に装着して動作させたときの、感光体２上のトナー付着量の変化を感光体２表面の光学濃度（ＯＤ）を測定することによって行った。その結果、図１２に示すように、感光体２の周回を重ねても表面のＯＤ値は初期値ＯＤ2からほとんど変化せず、感光体２上のトナーがほとんど除去されていないことが確認された。図１２における破線は、感光体上の残留物を現像器に回収したりクリーニングブレードで掻き取るように構成された従来の画像形成装置において予想されるＯＤ値の変化を比較例として示したものである。また一点鎖線で示す値ＯＤ1は感光体２単体のＯＤ値であり、トナーが全く付着していないときのＯＤ値を表す。なお、トナーを充填した現像器を装着し感光体２上に全くトナーが付着していない状態から動作させたときには、当初ＯＤ値が増加するものの最終的には図１２に示す値ＯＤ2でほぼ一定となり、付着量が飽和することが確認された。
【００７６】
ところで、上記実施形態では、図８に示すように、感光体２の露光部電位ＶLと現像バイアスＶbの負側最大値Ｖminとの電位差Ｖ2を７００Ｖとする一方、感光体２の非露光部電位Ｖoと現像バイアスＶbの負側最大値Ｖminとの電位差Ｖ4を２００Ｖとするように、各部の電位を設定している。このようにしている理由について次に説明する。
【００７７】
図１３は露光部および非露光部における現像方向の電界強度を示す図である。前記したように、十分な現像濃度を得るためには感光体２の露光部と現像ローラ７ａとの間で接触トナーを飛翔させることが好ましく、このためには、図１３に示したように、少なくとも最近接ギャップ位置では露光部における現像方向の電界強度Ｅ2が接触トナー飛翔開始電界強度Ｅcよりも大きいことが必要である。一方、本実施形態の特徴である感光体２の非露光部への非接触トナーの付着を実現させるためには、最近接ギャップ位置での非露光部における現像方向の電界強度Ｅ4が、少なくとも非接触トナー飛翔開始電界強度Ｅnよりも大きいことが必要である。
【００７８】
露光部における現像方向の電界強度Ｅ2が最小、つまり接触トナー飛翔開始電界強度Ｅcとほぼ等しいときでも非露光部に非接触トナーが付着するようにするためには、図１３からわかるように、Ｅ4＞Ｅ2×（Ｅn／Ｅc）より次式：
Ｅ2／Ｅ4＜Ｅc／Ｅn  …  （式１）
の関係を満たすことが望ましい。すなわち、露光部における現像方向の電界強度Ｅ2と非露光部における現像方向の電界強度Ｅ4との比が、接触トナー飛翔開始電界強度Ｅcと非接触トナー飛翔開始電界強度Ｅnとの比よりも小さいことが好ましい。
【００７９】
ここで、ギャップにおける電界強度Ｅ2、Ｅ4は現像ローラ７ａと感光体２との電位差Ｖ2、Ｖ4に比例する。また、現像ローラ７ａからトナーを飛翔させるために必要な電界強度Ｅn、Ｅcは、トナーを現像ローラ７ａに拘束している付着力の大きさに比例すると考えられる。したがって、現像ローラ７ａが接触トナーに及ぼす付着力をＦc、非接触トナーに及ぼす付着力をＦnとして上記（式１）を整理すると、
Ｅ2／Ｅ4＝Ｖ2／Ｖ4＝｜Ｖmin−ＶL｜／｜Ｖmin−Ｖo｜＜Ｆc／Ｆn  …  （式２）
を得る。この関係が満足され、しかも、露光部における現像方向の電界強度Ｅ2が接触トナー飛翔開始電界強度Ｅcよりも大きければ、感光体２の非露光部への非接触トナーの移行が確実に行われることとなる。
【００８０】
帯電トナーに作用する付着力が主に鏡像力であるとすると、その力の大きさは現像ローラ７ａ表面からの距離の２乗に反比例する。トナーの電荷がその中心に集中しているものとすると、トナーの粒径をｒとしたとき、接触トナーの電荷と現像ローラ７ａとの距離は（０．５ｒ）である。一方、非接触トナーについては、その中心が最も現像ローラ７ａに接近する六方最密充填配列のときに鏡像力が最大となり、そのときの該トナーの中心と現像ローラ７ａとの距離はおよそ（１．３２ｒ）である。したがって鏡像力の比、つまり付着力の比は次式：
Ｆc／Ｆn＝｛（１／０．５ｒ）／（１／１．３２ｒ）｝2
＝（１．３２／０．５）2≒７  …  （式３）
となる。
【００８１】
したがって、（式２）、（式３）より簡易的には次式：
｜Ｖmin−ＶL｜／｜Ｖmin−Ｖo｜＜７  …  （式４）
が満足されれば、感光体２の非露光部への非接触トナーの移行を確実に行わせることが可能となる。本実施形態の数値例では、
Ｖ2／Ｖ4＝７００／２００＝３．５＜７
となっており、上記（式４）の関係が満足されている。
【００８２】
以上のように、この実施形態では、静電潜像を担持する感光体２とトナーを担持する現像ローラ７ａとを非接触対向配置した非接触ＡＣジャンピング現像方式の画像形成装置において、概ね一定量の正帯電粒子を表面に付着させた状態で感光体２を回転させながら、画像形成プロセスを実行している。より具体的には、現像ローラ７ａに該現像ローラ表面に直接接触する接触トナーと接触しない非接触トナーとの両方を担持させるとともに感光体２表面を非接触で帯電させる帯電器５を設けている。また、中間転写ベルト８ａとクリーニングローラ４に正極性のバイアスＶt1、Ｖbrを印加することで、感光体２の非露光部に付着する負帯電粒子の帯電極性を反転させている。
【００８３】
このような構成とすることによって、一定量の正帯電粒子が常時感光体２上に分散付着した状態で、画像形成プロセスが進行することになる。この正帯電粒子はプロセスの進行中ほとんど増減しないので、最初に感光体２上に正帯電粒子を供給するために消費された後は新たにトナーを消費することがない。このため、クリーニングブレードにより残留トナーを掻き取る従来技術に比べて無駄なトナー消費を抑えることができる。また、感光体２に付着した状態で周回したトナーが現像ローラ７ａに回収される可能性も低いので、現像器内で劣化トナーが増加してゆくという不具合も生じない。
【００８４】
また、この実施形態では、中間転写ベルト８ａに正の転写バイアスＶt1を与えて転写位置ＴＰの手前位置ＴＰ0で感光体２の非露光部と中間転写ベルト８ａとの間に放電を生じさせることによって、非露光部に付着する負帯電粒子の帯電極性を反転させるようにしている。すなわち、感光体２上で積極的に逆帯電粒子を生成させるようにしているので、逆帯電粒子がほとんど発生しないようなトナーや現像器を用いる場合であっても本発明の効果を得ることが可能である。
【００８５】
また、この実施形態では、上記のように正帯電粒子を感光体２上に残留させる一方で、トナーの本来の帯電極性である負帯電粒子については、転写位置ＴＰ手前の位置ＴＰ0で極性を反転させたり、クリーニング位置ＢＰなどで確実に除去したりして感光体２上に残留させないようにしている。感光体２の非露光部に付着した負帯電粒子は中間転写ベルト８ａに転写されてしまうため、非露光部上の負帯電トナーの存在はトナー像に地カブリを生じさせる原因となるが、この実施形態では負帯電粒子を極性を反転させて正帯電粒子にするか除去してしまうため、正帯電粒子のみを選択的に感光体２上に残留させることで、地カブリの発生を抑えることができる。
【００８６】
またこの実施形態は、例えば体積平均粒径が５μｍ以下といった小粒径トナーを使用する場合にも優れた効果を発揮する。その理由は以下のとおりである。このような小粒径のトナーはその粒径の小ささおよび感光体への付着力の強さに起因して、感光体から完全に除去してしまうことが困難である。特に、トナー母粒子から脱落した外添剤は極めて微小な粒子となっていることがあり、これを取り除くことは極めて困難である。
【００８７】
クリーニングブレードにより、あるいは現像器への回収により感光体から残留トナーを除去してしまうことを前提としている従来技術の装置においては、このようなトナー除去の困難さに起因して、小粒径トナーを使用した場合にプロセスに無理が生じることがあった。例えばクリーニングブレードによるものでは、より確実にクリーニングを行うためブレードの当接圧を高めることが考えられるが、このことは感光体にフィルミングを生じさせたり磨耗を早めてしまうことになる。また、現像器へ回収する構成においては、回収しきれない残留物が画像品質を低下させてしまうおそれがある。
【００８８】
これに対して、この実施形態では、一定量の帯電粒子が感光体２上に残留することを許容しつつもその帯電極性を制御することにより、画像品質や装置寿命に悪影響を与えることなく動作することが可能となっている。すなわち、この実施形態は小粒径トナーを好適に使用することができるものである。
【００８９】
また、この画像形成装置では、転写位置ＴＰ後に感光体表面を除電する除電ユニットを設けていない。感光体の表面電位をリセットしていわゆる画像履歴を消去する目的で除電ユニットを設けることがあるが、この実施形態では、感光体２表面に正帯電粒子を残留させておくことで上記した効果を得ており、残留するトナー等を除電してしまうとこの効果は薄れるので、上記効果を最大に発揮させるという観点からは除電を行わないことが望ましい。また、感光体の表面電位をリセットすると次の帯電時に大きな電位の変更が必要となり、この際に帯電器５と感光体２との間で放電が生じて感光体２上の正帯電粒子の帯電量や極性を変動させてしまうことがある。この点でも除電を行わないことが望ましい。
【００９０】
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。上記した第１実施形態は、逆帯電粒子がほとんど生じない装置においても実施可能となるように、正規極性に帯電しているが帯電量の低いトナーや外添剤を転写位置ＴＰ等においてその帯電極性を反転させることによって、逆帯電粒子を生成し感光体２上に残留させるように構成されていた。一方、以下に説明するこの発明の第２実施形態は、現像ローラ上に担持されるトナー層にある程度の逆帯電粒子が予め含まれていることを前提とする装置において、上記と同様に逆帯電粒子を感光体上に付着させた状態で画像形成プロセスを実行可能とするものである。
【００９１】
第２実施形態における装置構成および基本的な動作は上記した第１実施形態のものと同一である。そこで、以下では、第２実施形態に特徴的な構成のみを採り上げて詳しく説明する。ただし、図５（ｄ）に示したように現像ローラ７ａ表面の凸部７４１の頂面全体をトナーが覆った状態のトナー担持の態様は、この第２実施形態においては許容されない。後述するように、現像ローラ７ａの表面の一部を露出させトナーを担持しない非担持領域としておくことが必要だからである。なお、以下において、第１実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００９２】
図１４は第２実施形態における各部の電位の数値の一例を示す図である。感光体２の非露光部電位Ｖoは、代表的には（−５００）Ｖであるが第１実施形態と同様にその前後で可変である。一方、露光部電位ＶLは第１実施形態と同じく（−１００）Ｖとする。現像バイアスＶbの正側最大値Ｖmax、負側最大値Ｖminはそれぞれ（＋２００）Ｖ、（−８００）Ｖである。したがって振幅Ｖppは１０００Ｖである。波形デューティＷＤを６０％としているので、現像バイアスＶbの平均電位Ｖaveは（−２００）Ｖとなる。
【００９３】
また、中間転写ベルト８ａに印加する転写バイアスＶt1およびブラシローラ４に印加するクリーニングバイアスＶbrはいずれも（＋３００）Ｖである。ただし、これらについても同値とする必要は特にない。
【００９４】
このような電位関係とする理由について以下説明する。図１４に示すように、現像バイアスＶbの正側最大値Ｖmaxと感光体非露光部電位Ｖoとの電位差の絶対値を符号Ｖ21、現像バイアスＶbの負側最大値Ｖminと感光体非露光部電位Ｖoとの電位差の絶対値を符号Ｖ22により表す。また、転写バイアス電位Ｖt1と感光体露光部電位ＶLとの電位差の絶対値を符号Ｖ23、転写バイアス電位Ｖt1と感光体非露光部電位Ｖoとの電位差の絶対値を符号Ｖ24により表す。すなわち、
Ｖ21＝｜Ｖmax−Ｖo｜
Ｖ22＝｜Ｖmin−Ｖo｜
Ｖ23＝｜Ｖt1−ＶL｜
Ｖ24＝｜Ｖt1−Ｖo｜
である。なお、上記数値例からわかるように、この実施形態では、
Ｖ21＝｜（＋２００）−（−５００）｜＝７００
Ｖ22＝｜（−８００）−（−５００）｜＝３００
であるから、Ｖ21＞Ｖ22、すなわち
｜Ｖmax−Ｖo｜＞｜Ｖmin−Ｖo｜  …  （式２１）
の関係が成立している。
【００９５】
ここで、上記したようにＶ21＞Ｖ22の関係があるため、感光体２の非露光部と現像ローラ７ａとの間に形成される電界については次のようにいうことができる。すなわち、正帯電粒子については、引き戻し方向の電界よりも現像方向の電界の方が強くなっている。一方、負帯電粒子については、現像方向よりも引き戻し方向の電界の方が強くなる。したがって、感光体２の非露光部に対しては、負帯電粒子よりも正帯電粒子の方がより付着しやすくなっていることがわかる。
【００９６】
図１５は現像位置における電界分布を模式的に示す図である。互いに円筒形状を有する感光体２と現像ローラ７ａとがギャップを隔てて対向する現像位置ＤＰにおいては、両者が最も近接しその距離が最小値Ｄgとなる最近接ギャップ位置を中心に、そこから離れるにつれて距離が広がってゆく。したがって、両者の間に生じる電界の強度は、図１５に示すように最近接ギャップ位置で最も高くその両側で漸減する。
【００９７】
現像ローラ７ａ上に担持され現像位置へ搬送されてくる帯電トナーＴは、静電的に現像ローラ７ａ表面に付着しており、現像ローラ７ａから引き剥がす方向の電界の強度がその付着力に打ち勝つ所定の閾値Ｅthを超えると、トナーは現像ローラ７ａ表面から飛翔開始し、交番電界の作用により往復飛翔する。すなわち、現像位置ＤＰにおいて電界強度が閾値Ｅth以上である幅Ｗの領域が、トナーが往復飛翔する飛翔領域ＪＲであり、その意味でこの幅Ｗが実効的な現像ニップ幅であるということができる。
【００９８】
図１６は現像バイアスによって生じる電界分布を示す図である。より具体的には、感光体２の非露光部と現像ローラ７ａとの間に形成される電界の強度分布を示す図である。現像バイアスＶbは矩形波交流電圧であるため、現像バイアスＶbの変化に応じて現像位置ＤＰにおける電界強度も変化する。現像バイアスＶbが正側の値Ｖmaxに振れている時および負側の値Ｖminに振れている時の、最近接ギャップ位置における電界強度Ｅ21、Ｅ22はそれぞれ、
Ｅ21＝Ｖ21／Ｄg＝｜Ｖmax−Ｖo｜／Ｄg
Ｅ22＝Ｖ22／Ｄg＝｜Ｖmin−Ｖo｜／Ｄg
と表される。ここで、Ｖ21＞Ｖ22であるからＥ21＞Ｅ22であり、現像位置ＤＰにおける電界分布は図１６（ａ）に示すとおりとなる。
【００９９】
ここで、電界強度が閾値Ｅth以上となる領域を飛翔領域ＪＲと考えたとき、現像バイアスＶbが正側Ｖmaxに振れた時の飛翔領域の幅Ｗ1は、負側Ｖminに振れた時の飛翔領域の幅Ｗ2よりも大きくなっている。前記したように、現像バイアスＶbが正側Ｖmaxに振れている時、正帯電粒子には現像方向の力が、負帯電粒子には引き戻し方向の力が作用する。逆に、現像バイアスＶbが負側Ｖminに振れている時、正帯電粒子には引き戻し方向の力が、負帯電粒子には現像方向の力が作用する。
【０１００】
したがって、図１６（ｂ）に示すように、正帯電粒子については、現像方向の飛翔領域の幅がＷ1、引き戻し方向の飛翔領域の幅がＷ2となる。一方、負帯電粒子についてみれば、引き戻し方向の飛翔領域の幅がＷ1、現像方向の飛翔領域の幅がＷ2となる。つまり、現像ローラ７ａからトナーを飛翔開始させる現像方向の飛翔領域に着目すると、負帯電粒子よりも正帯電粒子の方が飛翔領域ＪＲの幅が広い。
【０１０１】
このことから、現像ローラ７ａ表面においては、現像位置ＤＰへ向かって移動してゆくにつれて電界強度が上昇し、まず正帯電粒子が先に飛翔を開始し、負帯電粒子はこれより遅れて飛翔を開始することとなる。最初に飛翔を開始した正帯電粒子は感光体２表面に向かって飛翔し、一部がその表面に付着する。このとき、強い鏡像力が作用するにもかかわらず引き戻し方向の電界が弱いため、感光体２表面に付着したまま再飛翔しない粒子が現れる。また、現像ローラ７ａ側に引き戻された正帯電粒子が現像ローラ７ａの露出した凸部７４１の表面に付着すると、鏡像力が強く作用するため再飛翔しにくくなる。すなわち、この実施形態では、トナーを担持させず露出させた凸部７４１の金属表面が、現像位置ＤＰにおいて飛翔する過剰なトナー、特に正帯電トナーを捕捉して飛翔を抑制するトラップとしての機能を果たしている。このため、この時点で感光体２の表面および現像ローラ７ａ表面の凸部７４１は正帯電粒子で薄く覆われた状態となる。
【０１０２】
遅れて飛翔開始した負帯電粒子は、感光体２の露光部に付着して静電潜像を現像する一方、非露光部にはほとんど付着しない。というのは、負帯電粒子に対しては引き戻し方向に強い電界が形成されるのに加えて、感光体２表面に正帯電粒子が付着していることに起因して新たな粒子に対し感光体２が及ぼす付着力が弱められているからである。
【０１０３】
したがって、第１実施形態の装置と同様に、現像位置ＤＰを通過した感光体２表面では、その露光部には主に負帯電粒子が付着して静電潜像が現像される一方、非露光部には主として正帯電粒子が薄く付着した状態となっている。そして、この実施形態でも、中間転写ベルト８ａには正極性の転写バイアスＶt1が印加されており、その大きさは、中間転写ベルト８ａと感光体２の露光部との電位差Ｖ23（図１４）が中間転写ベルト８ａと感光体２との間の放電開始電圧を超えず、中間転写ベルト８ａと感光体２の非露光部との電位差Ｖ24が放電開始電圧を超えるような値に設定される。一般的な装置構成である膜厚２５μｍの感光体では放電開始電圧は６００Ｖ程度であり、図１４に示すように転写バイアスＶt1を（＋３００）Ｖとすると、Ｖ23が４００Ｖ、Ｖ24が８００Ｖとなって上記条件を満たす。
【０１０４】
以後、転写位置ＴＰおよびクリーニング位置ＢＰにおける各部の作用および帯電粒子の挙動は、上記した第１実施形態のものと同じである。すなわち、感光体２上に残留する正帯電粒子は、帯電位置ＣＰおよび露光位置ＥＰを通過して再び現像位置ＤＰに到達する。前記したように現像位置ＤＰでは負帯電粒子よりも正帯電粒子が先に飛翔開始し、しかも感光体２から現像ローラ７ａへ向かうよりも、現像ローラ７ａから感光体２へ向かう方向の飛翔が先に開始される。したがって現像ローラ７ａ上の正帯電粒子が最初に飛翔開始するが、感光体２表面には周回の過程で帯電量を高められた正帯電粒子が既に付着しているために感光体２が及ぼす付着力が弱められており、新たな正帯電粒子の付着は起こりにくい。感光体２に付着せずに現像ローラ７ａ側に引き戻された正帯電粒子は現像ローラ７ａのトナーを担持しない凸部７４１表面に捕捉される。このため、凸部７４１表面は正帯電粒子により覆われる。したがって、感光体２上に付着する正帯電粒子はある程度の量に達するとそれ以上はほとんど増えない。すなわち、この実施形態では、凸部７４１が過剰な正帯電粒子を回収する作用をしており、これにより一定量の正帯電粒子が常時感光体２上に分散付着した状態で画像形成プロセスが進行する。
【０１０５】
このように、この実施形態では、現像ローラ７ａにより搬送されてくるトナー層がある程度の逆帯電粒子（この実施形態では正帯電粒子）を含んでいるとの前提に立ち、こうして次々に搬送されてくる正帯電粒子が感光体２上で増加するのを防止すべく、現像位置ＤＰにおいて正帯電粒子が負帯電粒子よりも先に飛翔開始するようにするとともに、過剰な正帯電粒子を、トナーを担持していない現像ローラ７ａの凸部７４１により捕捉するようにしている。
【０１０６】
このような構成によっても、前記した第１実施形態と同様に、表面に逆極性である正帯電粒子を付着させた状態で感光体２を回転させながら、画像形成プロセスを実行することができる。こうすることで、無用なトナーの消費を抑えることができるとともに、小粒径のトナーを使用する場合にも対応することができる。
【０１０７】
ここで、現像ローラ表面の総面積と、そのうちトナーを担持させずに露出させるべき領域の面積との関係について検討する。トナーを担持させずに露出させた現像ローラ７ａの表面（凸部７４１）は、現像位置ＤＰにおいて飛翔開始した正帯電トナーを捕捉するトラップとしての機能を有する。したがって、飛翔した正帯電トナーを全て捕捉するに足りるだけの面積が露出していればよいこととなる。トナーに含まれる正帯電トナーの比率は、図６に示す当該トナーの帯電量分布から推定することが可能である。ここでは、トナーの帯電量分布曲線から推定される正帯電トナーの比率をＮ％とする。
【０１０８】
図１７は凸部の必要面積を検討するための図である。現像ローラ７ａ表面に担持されるトナーのうち正帯電トナーのみを選択的に取り出したと仮定したとき、この正帯電トナーの全てを凸部７４１上に担持させることができれば、上記目的は達成される。したがって、現像ローラ７ａ表面に均一にトナーを担持させると仮定すると、該表面のうち実際にトナーが担持される中央部７４ａ（図１７（ａ））の総面積（有効表面積）に占める各凸部７４１頂面の合計面積の比率が、Ｎ％以上であればよいことになる。より簡便には、図１７（ｂ）に斜線を付して示す１つの凸部頂面Ａaの面積と、図１７（ｂ）に破線で示す隣接する各凸部間の中央を通る線によって囲まれる、図１７（ｂ）に太い実線で示す菱形領域Ａbの面積との比が、上記Ｎ％以上であればよい。
【０１０９】
また、図１７（ｃ）に示すように、凸部７４１の頂面にも少量のトナーＴを担持させることを許可する場合には、各凸部７４１頂面のトナーに覆われていない領域の合計面積と現像ローラ７ａ全体の有効表面積との比がＮ％以上であればよい。
【０１１０】
以上説明したように、上記各実施形態では、感光体２が本発明の「潜像担持体」として機能する一方、帯電器５および露光ユニット６がそれぞれ本発明の「帯電手段」および「潜像形成手段」として機能している。そして、感光体２表面のうち露光ユニット６により露光される露光部が本発明の「画像部」に相当しており、非露光部が「非画像部」に相当している。また、これらの実施形態では、現像器７が本発明の「現像手段」として機能する一方、現像ローラ７ａが「トナー担持体」および「トナー担持ローラ」として機能している。また、上記各実施形態におけるＣＰＵ１０１が、本発明の「制御手段」として機能している。
【０１１１】
また、上記各実施形態では、転写ユニット８が本発明の「転写手段」として機能しており、中間転写ベルト８ａが「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」として機能しており、ブラシローラ４ａが「当接部材」として機能している。さらに、規制ブレード７６に設けられた弾性部材７６２が、本発明の「規制部材」としての機能を果たしている。
【０１１２】
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。例えば上記第１実施形態の数値例では、電位Ｖmax、Ｖmin、Ｖoがそれぞれ（＋２００）Ｖ、（−８００）Ｖ、（−６００）Ｖであったので、
Ｖ4＝｜Ｖmin−Ｖo｜＝２００＜Ｖ3＝｜Ｖmax−Ｖo｜＝８００
という関係となっていた。しかしながら、より確実に非接触トナーを感光体２の非露光部に飛翔させるという観点からは、
Ｖ4＝｜Ｖmin−Ｖo｜≧Ｖ3＝｜Ｖmax−Ｖo｜  …  （式５）
の関係を満たすように各部の電位を設定してもよい。例えば波形デューティＷＤを７０％、Ｖoを（−３５０）Ｖとした場合、電位Ｖmax、Ｖminがそれぞれ（＋１００）Ｖ、（−９００）Ｖとなるので、
Ｖ4＝｜Ｖmin−Ｖo｜＝５５０≧Ｖ3＝｜Ｖmax−Ｖo｜＝４５０
となり（式５）の関係を満たす。このようにすると、感光体２の非露光部においては現像方向の電界強度に対して引き戻し方向の電界強度が高くなるため、現像ローラ７ａから感光体２の非露光部への負帯電粒子の付着がより促進される。
【０１１３】
また、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。また、クリーニングローラ４に印加されるクリーニングバイアスは、上記実施形態のように直流電位だけでなく、直流電位に交流電位を重畳したものであってもよい。この場合にはクリーニングバイアスの平均電位がトナーの正規帯電極性と逆極性となるようにすればよい。
【０１１４】
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２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。この場合には各部の電位関係を上記と逆転させればよい。
【０１１５】
また、上記実施形態の画像形成装置は、均一に帯電された感光体２表面を露光ユニット６により露光することで静電潜像を形成する装置であるが、帯電された潜像担持体の表面に静電潜像を形成することができるものであれば、上記のように露光によるもの以外の潜像形成手段を用いてもよい。
【０１１６】
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。
【０１１７】
また、このように規則的な凹凸を設けた現像ローラ以外にも、現像ローラからのトナー飛散等を生じさせることなく接触トナーと非接触トナーとを共に担持させることができるのであれば、例えば従来から用いられているブラスト加工により表面を荒らした現像ローラであってもよい。
【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一実施形態の主要構成を模式的に示す図。
【図２】図１の装置の電気的構成を示すブロック図。
【図３】この実施形態における現像ユニットの構造を示す断面図。
【図４】現像ローラおよびその表面の部分拡大図を示す図。
【図５】現像ローラ表面の構造の詳細を示す断面図。
【図６】トナーの帯電量分布を示す図。
【図７】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８】各部の電位の数値の一例を示す図。
【図９】各部の電位が帯電粒子に与える影響を模式的に示す図。
【図１０】現像ローラ表面近傍における電界強度分布を示す図。
【図１１】感光体表面上で生じる現象を模式的に示す図。
【図１２】感光体上の残留トナー量の変化の実測結果を示す図。
【図１３】露光部および非露光部における現像方向の電界強度を示す図。
【図１４】第２実施形態における各部の電位の数値の一例を示す図。
【図１５】現像位置における電界分布を模式的に示す図。
【図１６】現像バイアスによって生じる電界分布を示す図。
【図１７】凸部の必要面積を検討するための図。
【符号の説明】
【０１２０】
２…感光体（潜像担持体）、  ４…クリーニングローラ（クリーニング手段）、  ４ａ…ブラシローラ（当接部材）、  ５…帯電器（帯電手段）、  ６…露光ユニット（潜像形成手段）、  ７…現像器（現像手段）、  ７ａ…現像ローラ（トナー担持体、トナー担持ローラ）、  ８…転写ユニット（転写手段）、  ８ａ…中間転写ベルト（転写媒体）、  １０１…ＣＰＵ（制御手段）、  ７４１…凸部、  ７４２…凹部、  ７６２…弾性部材（規制部材）、  ＢＰ…クリーニング位置、  ＣＰ…帯電位置、  ＤＰ…現像位置、  ＥＰ…露光位置（潜像形成位置）、  ＴＰ…転写位置
【図１】
2010139608.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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