(57)【要約】      （修正有）【課題】カブリ量の低減、及びトナーに加わる負荷の減少を達成しつつ、良好な画像を形成することが可能な現像ユニット、及びこれを備える画像形成装置を提供する。【解決手段】第１のトナー担持体６と、第１のトナー担持体のトナー層厚を規制する規制部材５と、第２のトナー担持体７と、を備える現像ユニット２において、規制部材５はトナー層厚をトナーの直径の１．５倍以上に規制し、第１のトナー担持体７の表面速度は、第２のトナー担持体６の表面速度の０．８倍より大きく１．２倍より小さな値であって、第２のトナー担持体７の表面速度は、像担持体１１の表面速度の０．８倍より大きく１．２倍より小さな値であって、第２のトナー担持体７へトナーが転移した後に、第１のトナー担持体６の表面に残留するトナーの面積が、第１のトナー担持体６の表面積の１０％未満になるように第１のトナー担持体６と第２のトナー担持体７の間の電位差が設定される。【選択図】図１
2009047747.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーを担持して回転駆動する第１のトナー担持体と、
第１のトナー担持体の表面に当接して第１のトナー担持体の表面のトナー層厚を規制する規制部材と、
第１のトナー担持体の表面に当接して、第１のトナー担持体と逆方向に回転駆動する第２のトナー担持体と、
を備え、
第１のトナー担持体と第２のトナー担持体の電位差を利用して第１のトナー担持体から第２のトナー担持体へトナーを転移させ、さらに第２のトナー担持体から、第２のトナー担持体と逆方向に回転駆動する像担持体へトナーを供給して、前記像担持体上にトナー像を現像する現像ユニットにおいて、
前記規制部材は、
第１のトナー担持体の表面におけるトナー層厚をトナーの直径の１．５倍以上に規制し、
第１のトナー担持体の表面速度は、
第２のトナー担持体の表面速度の０．８倍より大きく１．２倍より小さな値であって、
第２のトナー担持体の表面速度は、
前記像担持体の表面速度の０．８倍より大きく１．２倍より小さな値であって、
第１のトナー担持体から第２のトナー担持体へトナーが転移した後に、第１のトナー担持体の表面に残留するトナーの面積が、第１のトナー担持体の表面積の１０％未満になるように第１のトナー担持体と第２のトナー担持体の間の電位差が設定されることを特徴とする現像ユニット。
【請求項２】
前記規制部材に電圧を印加することを特徴とする請求項１に記載の現像ユニット。
【請求項３】
第１のトナー担持体、及び第２のトナー担持体の表面の十点平均粗さが、トナーの直径よりも小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の現像ユニット。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の現像ユニットと、
現像ユニットによって現像されるトナー像を担持する像担持体と、
像担持体が担持するトナー像をシート材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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は像担持体上にトナーを供給する現像ユニット、及びこれを備える画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の非磁性１成分接触現像方式を採用する乾式電子写真による画像形成装置の概略構成を図４に示す。また、図４に示す従来例に係る画像形成装置に備えられる現像ユニット２の拡大図を図３に示す。
【０００３】
図４に示す従来例に係る画像形成装置は、トナー１を供給する現像ユニット２から像担持体１１の表面にトナー１を供給し、像担持体１１上に形成されたトナー像をシート材上に転写することでシート材上に所望の画像を形成するものである。まず、図３を参照して現像ユニット２の構成について説明する。
【０００４】
図３に示す現像ユニット２は、トナー１を収容するトナー容器１０と、攪拌部材３と、供給ローラ４と、トナー担持体２８と、トナー担持体２８の表面に当接する規制部材５とを備える。また、トナー担持体２８は像担持体１１に当接する。
【０００５】
現像ユニット２から像担持体１１の表面にトナー１を供給する際は、まずトナー容器１０内に備えられる攪拌部材３と供給ローラ４が回転駆動する。
【０００６】
そしてトナー容器１０内に収容されるトナー１が供給ローラ４の近傍へ搬送され、供給ローラ４の回転に伴って供給ローラ４とトナー担持体２８が摺擦することで、供給ローラ４の表面からトナー担持体２８の表面にトナー１が擦り付けられる。
【０００７】
トナー担持体２８の表面に対しては規制部材５が所定の当接圧を以って当接しており、トナー担持体２８の回転とともに、トナー担持体２８の表面に供給されたトナーを所定の厚さに規制し、トナー層が形成される。
【０００８】
この際、トナーが規制部材５を通過する際に規制部材５と摺擦することで、トナーに対して電荷が付与されトナーが帯電する。これにより、トナー担持体２８の表面には帯電したトナー層が形成される。
【０００９】
一方で、像担持体１１の表面は帯電ローラ１３によって予めトナー１と同極に帯電されており、帯電済みの像担持体１１に対して画像情報に基づいてレーザスキャナ１４からレーザ光が射出されることで、像担持体１１の表面が露光され、静電潜像が形成される。なお、像担持体１１の表面における露光部分（静電潜像が形成される部分）は、非露光部分と比較して電位の絶対値が小さくなる。
【００１０】
そして、静電気力によってトナー担持体２８から像担持体１１上の静電潜像に対してトナーが供給され、静電潜像がトナー像として現像される。像担持体１１の表面に形成されたトナー像は、転写ローラ１９と形成するニップ部においてシート材に転写され、トナー像が転写されたシート材は定着ユニット２０内の定着ローラ対２１において永久定着され、排出部２４に排出される。
【００１１】
しかしながら上記のように構成される現像ユニット２、もしくはこれを備える画像形成装置においては、静電潜像にトナーを供給してトナー像として現像する際に以下に示す問
題を生じる。
【００１２】
上記で説明したように、トナー担持体２８の表面に形成されるトナー層は、規制部材５を通過する際に電荷が付与され帯電する。しかしこの際に規制部材５と十分に摺擦できず、十分に帯電しない帯電不足のトナーが含まれてしまう。
【００１３】
また、トナー同士の摩擦により、トナー担持体２８の表面には逆極性に帯電したトナーが含まれてしまう。
【００１４】
このように、トナー担持体２８の表面に十分に帯電しない帯電不足のトナーが含まれる場合は、像担持体１１の表面の露光部、非露光部の区別なくトナーが付着してしまう。
【００１５】
また、トナー担持体２８の表面に逆極性に帯電したトナーが含まれる場合は、逆極性に帯電したトナーが像担持体１１の表面における非露光部に付着してしまう。
【００１６】
すなわち、トナー担持体２８の表面に、十分に帯電しない帯電不足のトナー、逆極性に帯電したトナーが含まれる場合は、像担持体１１の表面に形成された静電潜像を現像する際に、像担持体１１の表面における非露光部にトナーが付着してしまう。
【００１７】
そして、像担持体１１の表面における非露光部にトナーが付着してしまうと、カブリと呼ばれる画像不良が生じてしまう。
【００１８】
一方でこの問題の解決策として、以下（１）、（２）に示す方法が提案されている。
【００１９】
（１）第２のトナー担持体を新たに設ける方法（特許文献１）
第２のトナー担持体によって、第１のトナー担持体の表面に含まれる逆極性のトナーを選択的に取り除く方法である。
【００２０】
この方法は、２つのトナー担持体（第１のトナー担持体、第２のトナー担持体）設け、トナー容器内のトナーを第１のトナー担持体が帯電させた後、第２のトナー担持体へ供給し、第２のトナー担持体から像担持体へトナーを供給するものである。さらに、第２のトナー担持体の電位をトナーの極性とは逆極性に高く設定する。
【００２１】
この構成によれば、第１のトナー担持体の表面に含まれる逆極性のトナー（第２のトナー担持体とは同極性）が第２のトナー担持体へ転移することができない。よって所望の極性に帯電したトナーのみが第２のトナー担持体の表面に転移し、その後、像担持体の表面に形成された静電潜像に供給されることになる。よって、カブリ量の少ない画像を形成することが可能になる。
【００２２】
（２）トナーを追加帯電する方法（非特許文献１）
十分に帯電しない帯電不足のトナーを追加帯電することで、カブリ量を低減させる方法である。この方法は、トナー担持体と像担持体の各々の表面速度が異なるように設定し、トナー担持体と像担持体が表面速度差をもって接触するものである。
【００２３】
この構成によれば、トナー担持体と像担持体の間でトナーが摺擦されることで、トナーを追加帯電することが可能になる。また、表面速度差が形成されることでトナーが押し集められ、像担持体の表面に形成されるトナー像のトナー層厚を増加させることも可能なるので適正な画像濃度を得ることができる。
【特許文献１】特開平０７−１９９６４７号公報
【非特許文献１】佐藤浩明、非磁性接触現象の検討、Ｊａｐａｎ  ＨａｒｄＣｏｐｙ  Ｐａｇｅ．１７（１９９０）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
しかしながら、上記従来例に係る現像ユニット、及びこれを備える画像形成装置においては、以下に示す問題を生じる。
【００２５】
上記で説明した（１）第２のトナー担持体を新たに設ける方法においては、逆極性のトナーを取り除くことが可能であっても、十分に帯電しない帯電不足のトナーは第２のトナー担持体へ転移することになるので、カブリ量が増加する。
【００２６】
特に、適正な画像濃度を得るために、第１のトナー担持体の表面においてトナー層の層厚を厚くした場合は、規制部材と摺擦せず十分に帯電しない帯電不足のトナーの割合が増大するので、カブリ量が増加する。すなわちトナー担持体の表面におけるトナー層厚を厚くして適正な画像濃度を得つつ、カブリ量を低減させることが困難である。
【００２７】
また、近年は画像形成装置に対して、印刷の高速性と省エネ性の両方を高める要求がなされている。そして、印刷の高速性を高めるために、例えばトナー担持体の回転速度を上げるといった方法が知られている。
【００２８】
しかし、トナー担持体の回転速度を上げると、現像ユニット内においてトナー粒子が受ける圧力、摩擦熱などの負荷が増大する。トナーに加わる負荷が増大すると、帯電性などのトナーの表面特性が初期の状態から変質してしまい、トナー性能が低下してしまう。そしてトナー性能の低下は画像品質の低下につながる。
【００２９】
さらに、このようなトナー性能の低下は、省エネ性を達成するための手段として融解温度を低下させたトナーほど起こりやすい。
【００３０】
すなわち、印刷の高速性と省エネ性を両立させる場合は、トナーに対する負荷が増大するので、トナー性能が低下して画像品質の低下につながりやすい。
【００３１】
また、（２）トナーを追加帯電する方法では、カブリ量をある程度低減することができるものの、トナー担持体と像担持体の間でトナーがさらに摺擦されることになるので、圧力や摩擦熱などのトナーの負荷がさらに増大する。
【００３２】
すなわち、上記従来例に係る現像ユニット、及び画像形成装置においては、カブリ量を低減しつつ、トナーに加わる負荷を減少させて良好な画像を形成する構成については開示されていない。
【００３３】
本発明は上記現状に鑑みてなされたものであり、カブリ量の低減、及びトナーに加わる負荷の減少を達成しつつ、良好な画像を形成することが可能な現像ユニット、及びこれを備える画像形成装置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】
【００３４】
上記目的を達成するために本発明にあっては、トナーを担持して回転駆動する第１のトナー担持体と、第１のトナー担持体の表面に当接して第１のトナー担持体の表面のトナー層厚を規制する規制部材と、第１のトナー担持体の表面に当接して、第１のトナー担持体と逆方向に回転駆動する第２のトナー担持体と、を備え、第１のトナー担持体と第２のトナー担持体の電位差を利用して第１のトナー担持体から第２のトナー担持体へトナーを転移させ、さらに第２のトナー担持体から、第２のトナー担持体と逆方向に回転駆動する像
担持体へトナーを供給して、前記像担持体上にトナー像を現像する現像ユニットにおいて、前記規制部材は、第１のトナー担持体の表面におけるトナー層厚をトナーの直径の１．５倍以上に規制し、第１のトナー担持体の表面速度は、第２のトナー担持体の表面速度の０．８倍より大きく１．２倍より小さな値であって、第２のトナー担持体の表面速度は、前記像担持体の表面速度の０．８倍より大きく１．２倍より小さな値であって、第１のトナー担持体から第２のトナー担持体へトナーが転移した後に、第１のトナー担持体の表面に残留するトナーの面積が、第１のトナー担持体の表面積の１０％未満になるように第１のトナー担持体と第２のトナー担持体の間の電位差が設定されることを特徴とする。
【００３５】
また、本発明の画像形成装置は、上記現像ユニットと、現像ユニットによって現像されるトナー像を担持する像担持体と、像担持体が担持するトナー像をシート材に転写する転写手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、カブリ量の低減、及びトナーに加わる負荷の減少、を達成しつつ、良好な画像を形成することが可能な現像ユニット、及びこれを備える画像形成装置を提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を、実施の形態に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００３８】
（第１の実施の形態）
図１，２を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る現像ユニット、及びこれを備える画像形成装置について説明を行う。
【００３９】
［画像形成装置の全体構成］
図２を参照して本実施の形態に係る画像形成装置の全体構成について説明を行う。図２は、本実施の形態に係る画像形成装置の概略構成を示すものである。
【００４０】
本実施の形態に係る画像形成装置は、像担持体１１と、像担持体１１の表面を帯電する帯電ローラ１３と、像担持体１１の表面を露光して静電潜像を形成するレーザスキャナ１４と、像担持体１１の表面にトナーを供給する現像ユニット２と、を備える。
【００４１】
画像形成開始の信号が入力されると、像担持体１１が１００ｍｍ／ｓｅｃで回転駆動するとともに、像担持体１１の表面に当接して設けられる帯電ローラ１３の放電によって、像担持体１１の表面が−５００ｖ程度に一様に帯電する。像担持体１１の表面の電位は、表面電位計Ｍｏｄｅｌ３４４（トレック・ジャパン株式会社製）によって計測する。
【００４２】
なお、本実施の形態における像担持体１１には、直径３０ｍｍのアルミ円筒の表面に正孔阻止層と電荷発生層を塗工し、その上に厚さ２０μｍの電界移動層を塗工したものが用いられ、アルミ円筒は接地されているものとする。
【００４３】
また、帯電ローラ１３には金属軸の周りに導電性弾性体を設けたものが用いられ、金属軸には−１１００ｖの電圧が印加される。
【００４４】
そして、表面が−５００ｖ程度に一様に帯電した像担持体１１に対して、画像情報に基づいてレーザスキャナ１４からレーザ光が射出され、像担持体１１の表面が露光されて像
担持体１１の表面に静電潜像が形成される。
【００４５】
なお、レーザスキャナ１４は、光源としてのレーザ１５、ポリゴンミラー１６、レンズ１７を備え、レーザ１５から射出されたレーザ光がポリゴンミラー１６によって偏向され、ミラー１８で反射されることで像担持体１１の表面を走査する。
【００４６】
像担持体１１が露光されて表面に静電潜像が形成されると、静電潜像が形成される部分（露光部分）の電位は−１００ｖ程度になる。
【００４７】
一方で、像担持体１１の表面に形成された静電潜像にトナーを供給する現像ユニット２には、像担持体１１の表面に当接する位置に第２のトナー担持体７が配置されており、第２のトナー担持体７から静電潜像に対してトナーが供給される。具体的には、第２のトナー担持体７の表面にトナーを担持させ、第２のトナー担持体７の金属軸に−３００ｖの電圧を印加することで、静電潜像（−１００ｖ）に対しトナーを供給する構成である。
【００４８】
このように、像担持体１１の表面における静電潜像が形成される部分の電位は−１００ｖであって、それ以外の部分は−５００ｖ程度に帯電されているので、−３００ｖの電位が印加される第２のトナー担持体７からは、静電潜像の部分にのみトナーが供給される。なお、第２のトナー担持体７を備える現像ユニット２の構成、特徴に関しては後述する。
【００４９】
像担持体１１の表面において静電潜像がトナー像として現像されると、現像されたトナー像は、像担持体１１と転写ローラ１９とのニップ部において給送トレイ１２から給送されたシート材に転写される。シート材に転写されずに像担持体１１上に残留したトナーはクリーニングブレード２２によって掻き落とされ、廃トナー容器２３内に収容される。
【００５０】
なお、転写ローラ１９は導電性弾性体から構成され、その金属軸には＋１０００ｖの電圧が印加されている。これにより像担持体１１の表面上のトナー像が転写ローラ１９の方向へ引き付けられ、シート材上にトナー像が転写される構成である。
【００５１】
トナー像が転写されたシート材は定着ユニット２０へ搬送され、定着ユニット２０内に設けられる加圧ローラ対２１のニップにおいてトナー像の加熱定着が行われる。定着ローラ対２１を形成するローラのうち、トナー像に直接接触する方のローラは１００℃程度に加熱され、もう一方のローラは１８０℃程度に加熱されるものとする。
【００５２】
そして、定着ユニット２０においてトナー像の定着が行われたシート材は、排出部２４に排出される。
【００５３】
［現像ユニットの構成］
図１を参照して、本実施の形態に係る現像ユニット２の構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る現像ユニット２の概略構成を示すものである。
【００５４】
本実施の形態に係る現像ユニット２は、トナー担持体として、第１のトナー担持体６と第２のトナー担持体７を有する。第１のトナー担持体６、及び第２のトナー担持体７は、導電性弾性体から構成され、長手方向の長さ寸法が２３０ｍｍで、直径が１６ｍｍである。
【００５５】
また、第１のトナー担持体６、第２のトナー担持体７の表面には、カーボンと樹脂粒子を分散させた樹脂が塗工されている。この構成によると、これらのトナー担持体の抵抗は１ＭΩ程度で、十点平均の表面粗さＲｚ（ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１−１９９４）は４μｍ程度、硬度は５０度程度である。
【００５６】
なお、これらのトナー担持体の抵抗は次のようにして測定した。
【００５７】
まず、直径３０ｍｍで長さがトナー担持体よりも長い金属棒を、トナー担持体の表面対して侵入量が３０μｍとなるように接触させた。そして金属棒を表面速度１００ｍｍ／ｓｅｃで回転させ、それに伴いトナー担持体を金属棒と従動回転させた。
【００５８】
この状態で、トナー担持体の金属軸と金属棒との間に１００ｖの電圧を印加した際に、トナー担持体に流れる電流を測定した。このときの電圧１００ｖを、測定された電流値で割った値をトナー担持体の抵抗とした。
【００５９】
また、トナー担持体の表面粗さＲｚ（ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１−１９９４）は、表面粗さ試験機ＳＥ−３０Ｈ（株式会社小坂研究所製）を用いて測定した。
【００６０】
また、トナー担持体の硬度は、アスカーゴム硬度計Ｃ型（高分子計器株式会社製）を用いて、１ｋｇの荷重の下測定した。
【００６１】
そして上記のように構成される第１のトナー担持体６の表面に対して、発泡体から形成される直径１４ｍｍの供給ローラ４と、長さ１２ｍｍの金属板から形成される規制部材５を当接させた。
【００６２】
なお、供給ローラ４を形成する発泡体は連泡であって、表面の長さ１インチの線が横切るセル数は８０個程度で、硬度は１５度程度のものを用いる。供給ローラ４の硬度の測定には、アスカーゴム硬度計ＣＳＣ２型（高分子計器株式会社製）を用いた。
【００６３】
また、第２のトナー担持体７の表面に対しては、像担持体１１と、導電性弾性体から形成される直径１２ｍｍのトナー除去ローラ８が当接する。
【００６４】
なお、本実施の形態においては、懸濁重合法で製造した平均粒径６．５μｍ程度の非磁性のトナーを用いた。さらにトナーの表面特性を改質するために、２０ｎｍ程度の酸化ケイ素粒子を、トナー重量の１．５％程度、トナーの表面に均一に付着させた。トナーの平均粒径は、レーザ回折式粒度分布測定器ＬＳ−２３０（ベックマン・コールスター株式会社製）によって測定した体積平均粒径である。
【００６５】
［現像プロセス］
上記のように構成される本実施の形態に係る現像ユニット２によって、トナーを像担持体１１の表面に形成される静電潜像に供給してトナー像として現像するまでの現像プロセスについて説明を行う。
【００６６】
現像プロセス開始の信号が入力されると、トナー容器１０内に充填されたトナー（本実施の形態では初期状態においてトナー容器１０内に１００ｇのトナーを充填するものとする）が攪拌部材３によって供給ローラ４の近傍に搬送される。
【００６７】
供給ローラ４と第１のトナー担持体６は、侵入量１ｍｍで互いに当接する状態で共に図１中矢印方向（時計回り）に回転することで、第１のトナー担持体６の表面にトナーが押し付けられて付着する。なお、第１のトナー担持体６は表面速度が１００ｍｍ／ｓｅｃで回転するものとし、その金属軸は接地されているものとする。
【００６８】
第１のトナー担持体６の表面に付着したトナーは、第１のトナー担持体６に当接して設けられる規制部材５の自由端と摺擦する。
【００６９】
本実施の形態においては、規制部材５の自由端を、規制部材５と第１のトナー担持体６との当接部分よりさらに５００μｍ程度突き出すようすることで、規制部材５を通過するトナーの層厚が所定の厚さになるように規制する。なお、規制部材５と第１のトナー担持体６の当接面における単位長さ当たりの接触力は２０Ｎ／ｍとした。また、層厚が規制された後のトナー層の厚さは１０μｍ程度になるようにした。
【００７０】
このように規制部材５とトナーが摺擦することで、第１のトナー担持体６上のトナーに対して電荷が付与され、帯電したトナー層が形成される。なお、規制部材５と第１のトナー担持体６は導体でつながっている。すなわち規制部材５は、トナー層の層厚を規制するとともに、トナーを帯電させる機能を有する。
【００７１】
ここで、本実施の形態におけるトナー層の層厚の測定方法、及び規制部材５と第１のトナー担持体６の接触力の測定方法について説明を行う。
【００７２】
本実施の形態においては、まず、共焦点レーザ顕微鏡ＶＫ―９５１０（株式会社キーエンス製）を用いて、第１のトナー担持体６の中央部で軸方向に０．２ｍｍの範囲のトナー表面の高さを求めた。そして、これを第１のトナー担持体６の表面の高さから引いた結果を測定範囲で平均することでトナー層の層厚を求めた。
【００７３】
また、規制部材５と第１のトナー担持体６の間の接触力は、幅３０ｍｍで厚さ３０μｍのステンレス板を折り曲げて、その間に幅１５ｍｍで厚さ３０μｍのステンレスを挟み込むことで形成した測定部材を用いて測定した。
【００７４】
上記測定部材を規制部材５と第１のトナー担持体６の間に挿入して、測定部材の間に挟まれたステンレス板を引き抜いた時に働く力をデジタルフォースゲージＤＳ２（株式会社イマダ製）によって測定した。この力をステンレス板の幅で除した値を単位長さあたりの接触力とした。
【００７５】
このようにして第１のトナー担持体６の表面には層厚が約１０μｍの負電荷に帯電したトナー層が形成され、その後、第１のトナー担持体６から第２のトナー担持体７へトナーの転移が行われる。
【００７６】
第２のトナー担持体７は、第１のトナー担持体６に対して侵入量３０μｍで当接し、図１中反時計回りに表面速度が１００ｍｍ／ｓｅｃで回転し、その金属軸には−３００ｖの電圧が印加されている。
【００７７】
そして、第１のトナー担持体６と第２のトナー担持体７の当接部分において、第１のトナー担持体６と第２のトナー担持体７の間の電位差を利用して、第１のトナー担持体６の表面から第２のトナー担持体７へトナーが転移する。
【００７８】
第２のトナー担持体７の表面に付着したトナーは、第２のトナー担持体７に対して侵入量３０μｍで当接する像担持体１１の表面に形成された静電潜像（露光部分）に供給される。
【００７９】
上記で説明したように像担持体１１は表面速度が１００ｍｍ／ｓｅｃで回転し、その金属軸が接地されているものとする。すなわち、本実施の形態において第２のトナー担持体７と、それに当接する像担持体１１の表面速度には差がなく、同じ表面速度で両者は回転駆動する。
【００８０】
そして静電気力によって、第２のトナー担持体７から像担持体１１の表面に形成される静電潜像に対してトナーが供給され、静電潜像がトナー像として現像される。
【００８１】
また、像担持体１１の表面に形成された静電潜像に付着しなかったトナーは、第２のトナー担持体７の表面に残留することになる。この残留トナーは、第２のトナー担持体７に対して侵入量３０ｍｍで当接し、図１中時計回りに１００ｍｍ／ｓｅｃで回転するトナー除去ローラ８によって除去される。
【００８２】
具体的には、トナー除去ローラ８の金属軸に−１００ｖの電圧を印加することで、第２のトナー担持体７の表面に残留したトナーを静電気的に除去することが可能である。
【００８３】
そして、トナー除去ローラ８の表面に付着したトナーは、金属軸が設置されたブラシ９によって電気的にかつ機械的に剥ぎ取られ、トナーを収容するトナー容器１０内に再び戻される。
【００８４】
［トナーに加わる負荷を減少させる構成］
上記のように構成され、駆動する現像ユニット２において、トナーに加わる負荷を減少させるメカニズムについて説明を行う。
【００８５】
上記で説明したように従来の現像ユニットにおいては、トナー担持体と像担持体の各々の表面速度に差がある場合に、その摺擦によってトナーに及ぼされる負荷が増大し、トナーの性質が変質して画像品質の低下を招いていた。
【００８６】
本実施の形態においては、第１のトナー担持体６、第２のトナー担持体７、像担持体１１の全ての表面速度を１００ｍｍ／ｓｅｃに設定した。また、第１のトナー担持体６と第２のトナー担持体７の回転方向が互いに逆方向になるように、第２のトナー担持体７と像担持体１１の回転方向が互いに逆方向になるように設定した（図１）。
【００８７】
この構成によると、第１のトナー担持体６とトナー第２の担持体７、及び第２のトナー担持体７と像担持体１１が摺擦することがほとんどない。よって、第１のトナー担持体６から像担持体１１に至るまで、摺擦によってトナーに加わる負荷を減少させることが可能になり、トナーの変質にともなう画像品質の低下を防ぐことができる。
【００８８】
［カブリ量を低減させる構成］
上記のように構成され、駆動する現像ユニット２において、カブリ量を低減させるメカニズムについて説明を行う。
【００８９】
上記で説明したように従来は、適正な画像濃度を得るためにトナー担持体の表面においてトナー層の層厚を厚くした場合は、規制部材と十分に摺擦せず十分に帯電しない帯電不足のトナーの割合が増大するので、カブリ量が増加してしまっていた。すなわち、トナー層の層厚を厚くしつつ、カブリ量を低減させることが不可能であった。
【００９０】
本実施の形態では、まず、現像後のシート材に形成される画像の画像濃度が１．５以上になることを目標とした。すなわち画像濃度が１．５以上であれは、その画像が適正な画像濃度を有するものとした。なお、本実施の形態における画像濃度は、分光濃度計Ｘ−Ｒｉｔｅ５０４（エックスライト社製）によって測定した。
【００９１】
画像濃度が１．５以上であるためには、シート材に転写されるトナー層が２層以上の層構造を有することが必要となる。従来ではトナー担持体と像担持体に表面速度差を設けることで、トナー担持体もしくは像担持体の表面にトナーを押し集めてトナー層厚を増加さ
せる構成であった。一方の表面速度が他方の表面速度の１．２倍以上である場合は、トナー層厚を増加させることが可能である。
【００９２】
しかし本実施の形態では、トナーに加わる負荷を減少させるために、トナー担持体と像担持体の表面速度に差がない。よって、表面速度の差を利用してトナー層厚を厚くすることが困難である。
【００９３】
そこで本実施の形態においては、第１のトナー担持体６の表面にトナー粒子の直径の１．５倍以上となる１０μｍ程度の厚さを有するトナー層を形成するものとした。
【００９４】
具体的には、規制部材５の接触力を変更することでトナー層の層厚を１０μｍ程度の厚さにすることができる。すなわち、接触力を大きくすればするほど層厚は小さくなり、接触力を小さくすると層厚は大きくなる。
【００９５】
トナー層厚が１０μｍの時に共焦点レーザ顕微鏡によってトナー層の層構造を観察すると、トナー層は２層から３層程度の層構造を有していることが観察された。すなわち、トナー層厚を１０μｍ程度とすることで、適正な画像濃度を有する画像が得られることがわかる。
【００９６】
一方でこのようにトナー層厚を厚くすると、規制部材５と摺擦せず十分量に帯電しないトナーの割合が増大するので、カブリ量が増加する可能性が高くなる。
【００９７】
例えば、第１のトナー担持体６の表面に形成された層厚１０μｍのトナー層の帯電量を、吸引式のファラデーゲージを用いて測定したところ、平均帯電量は−１８ｕＣ／ｇであった。次に上層５μｍのトナー層を除去し、下層５μｍのトナー層の平均帯電量を測定したところ、下層の平均帯電量は−１９ｕＣ／ｇであった。全体の平均帯電量と下層の平均帯電量より推定すると、上層５μｍのトナー層の平均帯電量は−１７ｕＣ／ｇ程度と推定される。
【００９８】
このように、トナー層厚を厚くすると、トナー層の上層には帯電不足のトナーが含まれることがわかる。
【００９９】
そこで本実施の形態では、第１のトナー担持体６から第２のトナー担持体７へトナー層を転移させる際に、トナー層の上層と下層を反転させて第２のトナー担持体７へ転移させる構成とした。
【０１００】
電位差を利用して第１のトナー担持体６の表面から第２のトナー担持体７の表面へ層構造を保ちつつトナー層を転移させることで、結果的に第２のトナー担持体７には上下層が反転したトナー層が形成される。
【０１０１】
この構成によれば、第１のトナー担持体６において帯電不足であった上層のトナー層が、第２のトナー担持体７においてはトナー層の下層を形成することになる。すなわち、第２のトナー担持体７においては、上層には十分に帯電したトナー層が形成され、帯電不足のトナーが含まれるトナー層は下層を形成する。
【０１０２】
よって、第２のトナー担持体７から像担持体１１へトナー層が転移する際は、十分に帯電したトナー層から像担持体１１の表面に転移することになるので、帯電不足のトナー層が像担持体１１の表面における露光部分以外に付着する可能性が低くなる。よって、カブリ量を低減させることが可能になる。
【０１０３】
また、第１のトナー担持体６から第２のトナー担持体７へ、第２のトナー担持体７から像担持体１１へトナー層が転移する際に、トナー層の層構造を保ちながら転移するのでトナー層厚が減少することがない。すなわち、本実施の形態においては、トナー層の層厚を厚くして適正な画像濃度を得つつ、カブリ量を低減させることが可能である。
【０１０４】
また、上記のように第１のトナー担持体６から第２のトナー担持体７へ上層と下層を反転させてトナー層を転移する構成では、第１のトナー担持体６と第２のトナー担持体７間の電位差の大きさを一定以上に設定することも重要である。
【０１０５】
すなわち、第１のトナー担持体６と第２のトナー担持体７の間の電位差が小さいと、第１のトナー担持体６から第２のトナー担持体７へトナーが転移しにくくなる。この際に第１のトナー担持体６において、帯電不足のトナーを含む上層のトナー層のみが第２のトナー担持体７へ転移される場合がある。
【０１０６】
帯電不足のトナー層のみが第２のトナー担持体７へ転移すると、第２のトナー担持体７の表面には帯電不足のトナー層が露出することになり、そのトナー層がそのまま像担持体１１へ転移してしまうのでカブリ量が増加してしまう。なお、帯電不足のトナー層が露出する面積が、第２のトナー担持体７の表面積の１０％以上を占めると、カブリ量が増加することがわかっている。
【０１０７】
本実施の形態では、第１のトナー担持体６と第２のトナー担持体７の電位差を適切な値にすることで、帯電不足のトナー層が露出する面積の割合（露出面積率）が、第２のトナー担持体７の表面積の１０％未満になるようにした。すなわち、第１のトナー担持体６と第２のトナー担持体７の電位差を小さくすると、帯電不足のトナー層の露出面積率が大きくなるので、両トナー担持体間の電位差が一定以上の値になるようにした。
【０１０８】
なお、第２のトナー担持体７の表面における帯電不足のトナー層の露出面積率の算出は、第２のトナー担持体７にトナー層を転移した後の、第１のトナー担持体６の表面における残留トナーの面積を顕微鏡で０．２ｍｍの範囲で撮影することで行った。撮影した画像を画像解析することで、第２のトナー担持体７の表面における帯電不足のトナー層の露出面積率を算出した。
【０１０９】
また、本実施の形態におけるカブリ量の測定は以下の測定方法によって行った。
【０１１０】
まず、像担持体１１上に付着したカブリのトナーをポリエステルテープで採取して白紙上に貼り付ける。さらに基準値の設定として、何も付着していないポリエステルテープを白紙上に貼り付ける。
【０１１１】
そしてこれらを白色度計ＴＣ−６ＤＳ（東京電色工業株式会社製）にトナー色の補色フィルターを加えて測定した。この２つの測定結果の差をカブリ量とした。
【０１１２】
以上の構成によってシート材に転写され、定着ユニット２０において加熱定着されたトナー像の黒部（露光時にレーザ光の最大光量が与えられた部分）の画像濃度は１．５であることが計測された。また、シート上における白部（露光時にレーザ光が照射されなかった部分）のカブリ量は、従来と比較して減少していることが確認された。
【０１１３】
［比較例］
上記で説明した本実施の形態の効果を検証すべく、（比較実験１）〜（比較実験３）を行った。それらの実験結果を以下に述べる。
【０１１４】
（比較実験１）
第１のトナー担持体６の表面速度を上げていき、第２のトナー担持体７の表面速度の１．２倍に設定した。その他の構成は上記第１の実施の形態と異なるものではない。この時、第２のトナー担持体７の表面に形成されるトナー層の層厚は１１μｍ程度になっていた。
【０１１５】
この構成によると、トナー担持体同士の当接部において、両トナー担持体の表面速度の差から生じるせん断力によって、帯電不足のトナーを含む第１のトナー担持体６の上層部が第２のトナー担持体へ押し集められる。
【０１１６】
よって、第２のトナー担持体７の表面には、帯電不足のトナーを含むトナー層が露出してしまう。その結果、カブリ量が増加するといった問題が生じる。また、表面速度に差を設けることで、トナーに加わる負荷が増大しトナー性能が低下するといった問題も生じる。特に印字枚数が多くなった場合は、カブリ量が増加する。
【０１１７】
（比較実験２）
第１のトナー担持体６の表面速度を下げていき、第２のトナー担持体７の表面速度の０．８倍に設定した。その他の構成は上記第１の実施の形態と異なるものではない。
【０１１８】
この場合は、両トナー担持体の表面速度の差から生じるせん断力によって、第２のトナー担持体７に転移されるトナー層の表層において、トナーの間隔が広がってしまう。そのため、下層の帯電不足のトナー層が露出し、カブリ量が増大するといった問題を生じる。
【０１１９】
（比較実験３）
ここでは、第１のトナー担持体６の表面に分散させた樹脂粒子を変更して、第１のトナー担持体６の十点平均の表面粗さＲｚを８μｍにして現像プロセスを行った。その他の構成は上記第１の実施の形態と異なるものではない。
【０１２０】
上記第１の実施の形態では、第１のトナー担持体６の十点平均の表面粗さＲｚ（ＪＩＳＢ  ０６０１−１９９４）を４μｍ程度に設定した。これに対して比較実験３のように表面粗さを８μｍ程度に増加させると、第１のトナー担持体６の表面に形成されるトナー層の層厚が増加することが確認され、トナー層厚が１３μｍ程度になった。
【０１２１】
この時のトナー層の層構造を共焦点レーザ顕微鏡（株式会社キーエンス製）によって観察すると、２層から３層程度の層構造を有していた。
【０１２２】
そして、上記で説明した現像プロセスに従って静電潜像を現像すると、像担持体１１の表面に現像されたトナー像において、トナー担持体表面の樹脂粒子と接触していた部分に穴が形成され、トナー像を形成するトナーが減少していることがわかった。
【０１２３】
トナーの減少に伴って、現像された画像の画像濃度も低下し、平滑性のないガサついた画像が形成されていた。
【０１２４】
すなわち第１のトナー担持体６もしくは第２のトナー担持体７において、トナー層厚を厚くすべく表面粗さを大きくしても、樹脂粒子と接触する部分に穴が形成されてしまうので画像濃度が低下してしまう。
【０１２５】
これに対して本実施の形態のように、トナー担持体の表面粗さＲｚを４μｍ程度に設定すると、この値はトナー粒子の直径よりも小さい値であるのでトナー層の均一性を高めることができ、画像濃度の低下、画像のガサつきの低減させることが可能になる。
【０１２６】
以上より、本実施の形態においては、まず第１のトナー担持体６において適正な画像濃度を得るために十分な厚さのトナー層を形成し、第１のトナー担持体６から第２のトナー担持体７へトナー層を転移させる際に上層と下層を反転させる。
【０１２７】
さらに、第１のトナー担持体６の表面速度が第２のトナー担持体７の表面速度の０．８倍より大きく１．２倍より小さな値となるように、第２のトナー担持体７の表面速度が像担持体１１の表面速度の０．８倍より大きく１．２倍より小さな値になるようにする。
【０１２８】
また、第１のトナー担持体６と第２のトナー担持体７の間に十分な値の電圧を印加し、第２のトナー担持体７の表面に残留する帯電不足のトナー層の露出面積率が１０％未満になるようにする。
【０１２９】
これらの構成によって、カブリ量の低減、及びトナーに加わる負荷の減少、を達成しつつ、良好な画像を形成することが可能な現像ユニット、及びこれを備える画像形成装置を提供することが可能になる。
【０１３０】
（第２の実施の形態）
以下、本発明の第２の実施の形態について説明を行う。
【０１３１】
上記第１の実施の形態では、第１のトナー担持体６と、第１のトナー担持体６に当接する規制部材５を導体で接続し、規制部材５と第１のトナー担持体６を同電位とした。これに対し本実施の形態においては、規制部材５に電圧を印加し、第１のトナー担持体６と規制部材５との間で電位差が生じるようにした。
【０１３２】
なお、［画像形成装置の全体構成］、［現像ユニットの構成］等に関しては第１の実施の形態と異なるものではないので説明は省略する。
【０１３３】
本実施の形態においては、規制部材５に−４００Ｖの電圧を印加した。このように、規制部材５に対してトナーと同極性の電圧を印加することで、第１のトナー担持体６の表面にはより多くのトナーが付着する。
【０１３４】
その結果、第１のトナー担持体６の表面に形成されるトナー層の層厚が１２μｍに増加した。よって、トナー層厚の増加に伴い十分な画像濃度を有する画像をシート材上に形成することが可能になる。
【０１３５】
なお、トナー層厚を増加させると帯電不足のトナーの量も増加してしまうが、上記で説明したように、第１のトナー担持体６から第２のトナー担持体７へトナー層を転移させる際に上層と下層を反転させることで、カブリ量の低減させることができる。
【０１３６】
その他、トナー担持体、像担持体の構成、印加電圧の大きさ、表面速度等の設定は、上記で説明した第１の実施の形態と何ら異なるものではない。よって、トナーに加わる負荷を減少させることも可能である。
【０１３７】
よって、本実施の形態においては、カブリ量の低減、及びトナーに加わる負荷の減少、を達成しつつ、良好な画像を形成することが可能な現像ユニット、及びこれを備える画像形成装置を提供することが可能になる
【図面の簡単な説明】
【０１３８】
【図１】第１の実施の形態に係る現像ユニットの概略構成図
【図２】第１の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成図
【図３】従来例に係る現像ユニットの概略構成図
【図４】従来例に係る画像形成装置の概略構成図
【符号の説明】
【０１３９】
１    トナー
２    現像ユニット
３    攪拌部材
４    供給ローラ
５    規制部材
６    第１のトナー担持体
７    第２のトナー担持体
８    トナー除去ローラ
１０  トナー容器
１１  像担持体
【図１】
2009047747.tif 000003
【図２】
2009047747.tif 000004
【図３】
2009047747.tif 000005
【図４】
2009047747.tif 000006