JP4800229B2 - 現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置に関し、詳細には２成分磁気ブラシ現像を使用してトナーを帯電させ電界を形成して搬送基板によって形成される搬送電界にトナーを電界による力で受け渡しして現像領域まで搬送を行う、いわゆるＥＴＨ（Electrostatic Transport & Hopping）現象を用いた現像装置及び電界に加え搬送部材表面の移動によりトナーの搬送を行う所謂フレア現象を用いた現像装置を備えたプロセスカートリッジ並びに画像形成装置に関する。

従来より、現像剤担持体上の現像剤を潜像担持体に直接接触させないで、現像剤を潜像担持体上に供給して現像を行う構成の現像装置が知られている。その一例としての特許文献１には、搬送部材によってトナーを潜像担持体上に供給するという現像装置が提案されている。この搬送部材は潜像担持体に対向して配置され、その表面には複数の電極が所定のピッチで配置されている。この電極にはｎ相の交流電圧が印加され、トナーを搬送する進行波電界を発生させる。トナーはこの進行波電界によって、垂直方向にホッピングしながら潜像担持体と対向する現像領域まで搬送される。現像領域まで搬送されたトナーは、更に垂直方向にホッピングしながら、画像部では潜像担持体に向かう方向に、非画像部では搬送部材に向かう方向に力を受け、画像部が現像される。
特開２００４−１９８６７５号公報

しかしながら、このような従来の現像装置によれば、トナークラウド層の不均一なムラが供給領域、搬送領域、現像領域で発生する。供給領域は電界で供給領域から現像領域に移動するために強力な電界を形成して供給することができないのとトナーを担持した部材がトナーを介して搬送部材に接触することができない。接触した場合はトナーの静電気力、特に鏡像力と非静電気力（特にファン・デル・ワールス力）により、トナーが搬送基板に付着してしまう状況が発生する。それを「貼り付き」と称している。この貼り付きを抑制するために非接触で供給を行うと供給ギャップや磁気ブラシの不均一な状態の影響を受けて、供給状態が不均一になる。また、搬送部材はガラスもしくは樹脂の比較的高抵抗の材料で形成されており、少なくともベース層、電極層、表層を有していて製作時の不均一状態、例えば抵抗分布、表面粗さ分布、表面濡れ性等の影響で形成する電界に影響を与える可能性がある。更に、現像領域では供給・搬送に加えトナーの帯電量分布がブロードになることによる影響でトナークラウド層の電位が場所により不均一になり、現像バイアスに影響を与え、実効現像バイアスが変動してしまうことにより不安定になるものである。

本発明はこれらの問題点を解決するためのものであり、均一なトナークラウド層を形成して均一な画像を形成することができると共に、装置全体の小型化を図れる現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することを目的とする。

前記問題点を解決するために、本発明は、潜像担持体に対向して配置され、トナーを搬送部材上で移動させる電界を発生させるために、互いに絶縁された状態で所定の間隔で配列された複数の電極を有する搬送部材と、該電極にｎ相（ｎは２以上の正の整数）の電圧を印加するための電圧印加手段と、前記搬送部材にトナーを供給するトナー供給手段を具備し、前記電圧印加手段により前記電極にｎ相の電圧を印加してトナーによるクラウドを形成し、前記潜像担持体上にトナーを付着させてトナー顕像を形成する画像形成装置において、前記搬送部材上の現像を行う現像領域の直前にトナーのトナー層の高さを均一にする高さ均一化手段を設けるとともに、前記高さ均一化手段に交流電圧を印加するように前記電圧印加手段を構成したことに特徴がある。よって、均一なトナークラウド層を形成して均一な画像を形成することができる。また、高さ均一化手段に交流電圧を印加することにより、帯電量分布をシャープにでき、より一層均一なトナークラウド層を形成することができる。

また、電圧印加手段により搬送部材上にトナーを移動させる進行波電界を形成して潜像担持体と対向する領域にトナーを搬送することにより、低電圧駆動が可能となり高い現像効率で高品質現像を行うことができる。

更に、電圧印加手段による搬送電界の形成に加え、搬送部材の表面の移動により潜像担持体と対向する領域にトナーを搬送することが好ましい。

また、複数の電極における所定の電極を起点にした奇数番目の電極の集合体である奇数番目電極群と偶数番目の電極の集合体である偶数番目電極群との間に電位差を生起せしめ、奇数番目の電極と偶数番目の電極とにそれぞれ互いに位相ズレしたパルス電圧を印加することでトナー担持体の表面上のトナーを電極間で移動させるようにしたことに特徴がある。よって、一方の電極をパルス電圧の振幅（Ｖｐｐ）の中心よりもプラス側にシフトさせた電位にしたときに、他方の電極を中心よりもマイナス側にシフトさせた電位にすることが可能になる。そして、これにより、両電極間にパルス電圧の振幅の半分よりも大きな電位差を発生させることが可能になる。このような構成では一方の電極だけにパルス電圧を印加する場合に比べて、より小さな振幅（Ｖｐｐ）のパルス電圧によって両電極間に所望の電位差を発生させるので、地汚れの発生を抑えることができる。

更に、高さ均一化手段は可とう性を有する材料で形成されることにより、ホッピングするトナーの衝突の衝撃を吸収し速度を低減でき、トナークラウド層の高さ分布を均一化できる。

また、高さ均一化手段を振動させることにより、当該振動がホッピングするトナーに作用して反発を緩和してトナークラウド層の高さの均一化を図れる。

更に、トナーの搬送方向とホッピング方向で形成される面に対して垂直方向に電界を形成する複数の垂直方向搬送電極を所定の間隔で前記搬送部材に配設し、垂直方向搬送電極によって形成される電界によってトナー搬送方向に対して垂直方向にトナーを振動させて幅方向の均一化を行い、トナーのトナー層の高さを均一にすることができる。

また、トナーの添加剤被覆率が４０％以上であることが好ましい。

また、別の発明としてのプロセスカートリッジは、上記現像装置と、電子写真プロセスにおける潜像担持体、帯電手段、クリーニング手段のうちの少なくとも一つと、を少なくとも含み、画像形成装置本体に着脱自在であることに特徴がある。よって、均一なトナークラウド層を形成して均一な画像を形成することができるプロセスカートリッジを提供で
きる。

更に、別の発明としての画像形成装置は、上記現像装置もしくは上記プロセスカートリッジを備えていることに特徴がある。よって、均一なトナークラウド層を形成して均一な画像を形成することができる画像形成装置を提供できる。

また、カラー画像を形成する画像形成装置は上記プロセスカートリッジを複数備えている。よって、均一なトナークラウド層を形成して均一な画像を形成することができる、カラー画像を形成する画像形成装置を提供できる。

本発明は、搬送部材上の現像を行う現像領域の直前にトナーのトナー層の高さを均一にする高さ均一化手段を設けることにより、均一なトナークラウド層を形成して均一な画像を形成することができる。また、高さ均一化手段に交流電圧を印加することにより、帯電量分布をシャープにでき、より一層均一なトナークラウド層を形成することができる。

図１は本発明の第１の実施の形態に係る現像装置の構成を示す概略断面図である。同図のトナー供給手段１１に帯電したトナーが担持され、搬送部材１２の最近接部に近づく。トナー供給手段１１と搬送部材１２は間に電界が形成されていてトナーの受ける静電気力により搬送部材１２に形成される搬送電界にトラップされる。搬送部材１２は三相電極を有し、矩形波の搬送電圧を順次変えて印加することで帯電したトナーを搬送可能となる。搬送状態のトナーは所謂クラウド層を形成し、図中の矢印Ａの方向に移動する。そして、本実施の形態の現像装置１０によれば、ホッピング高さ均一化部材１３を搬送部材１２の表面と、所定のギャップを有して配設されている。このホッピング高さ均一化部材１３により、搬送部材１２上でホッピング高さが均一なり、その後潜像の形成された感光体１４を通過することで感光体１４の上にトナーが現像され顕像化される。更に、ホッピング高さが均一となった搬送部材１２上のトナーが、搬送部材１２と感光体１４のニップ部に至る間に、トナー層が乱れてクラウド高さが高くならないようにするために、搬送部材１２の搬送方向に沿って長手方向に比較的長い長さの規制部材１９を配置している。そして、感光体１４に対向する位置に転写チャージャ１５が配設され、転写紙１６が通過するタイミングで電圧が印加され、転写工程を経て定着手段１７により定着されて画像が形成される。本実施の形態では供給時にトナー供給手段１１と搬送部材１２の間にエア流を発生させて時間的に均一に搬送するということと添加剤被覆条件を加味したものである。

図２は磁性粒子の測定装置の概略を示す図である。同図において、磁性粒子２１は金属もしくは樹脂をコアとしてフェライト等の磁性材料を含有している。また、搬送部材の表層はシリコン樹脂等で被覆されている。磁性粒子２１の粒径は２０〜５０μｍの範囲が好適である。また、磁性粒子２１の抵抗は、ダイナミック抵抗ＤＲで１０^４〜１０^１５Ωの範囲が好適である。図２に示す磁性粒子２１のダイナミック抵抗ＤＲの測定は、まず接地した台座２２の上方に、固定磁石を所定位置に内蔵した直径φ２０ｍｍの回転可能なスリーブ２３をセットする。このスリーブ２３の表面には、幅Ｗ＝６５ｍｍ及び長さＬ＝０．５〜１ｍｍの対向面積を有する対向電極（ドクタ）２４を、ギャップｇ＝０．９ｍｍで対向させる。次に、スリーブ２３を回転速度６００ｒｐｍ（線速６２８ｍｍ／ｓｅｃ）で回転駆動し始める。そして、回転しているスリーブ２３上に測定対象の磁性粒子２１を所定量、例えば１４ｇだけ担持させ、スリーブ２３の回転により磁性粒子２１を１０分間攪拌する。次に、スリーブ２３に電圧を印加しない状態で、スリーブ２３と対向電極２４との間を流れる電流ＩRII［Ａ］を電流計２５で測定する。次に、直流電源２６からスリーブ２３に耐圧上限レベル（高抵抗シリコンコートキャリアでは４００Ｖから鉄粉キャリアでは印加電圧Ｅ［Ｖ］、例えば２００Ｖを５分間印加する。そして、印加電圧Ｅを印加した状態でスリーブ２３と対向電極２４との間を流れる電流ＩRQ［Ａ］を電流計２５で測定する。これらの測定結果から、次式を用いてダイナミック抵抗ＤＲ［Ω］を算出する。

ＤＲ＝Ｅ／（ＩRQ−ＩRII）

図３は本発明の現像装置の別の構成を示す概略図である。同図において、磁気ブラシローラ３１は、複数の磁極を有する磁石部材３２を内蔵した非磁性の回転可能なスリーブ３３で構成されている。磁石部材３２は固定配置され、現像剤３４がスリーブ３３上の所定箇所を通過するときに磁力が作用するようになっている。スリーブ３３は、直径がφ１８ｍｍであり、表面粗さＲｚ（十点平均粗さ）が１０〜２０μｍの範囲に入るようにサンドブラスト処理されている。

また、磁気ブラシローラ３１に内蔵された磁石部材３２は、図３に示すように、規制ブレード３５による規制箇所から磁気ブラシローラ３１の回転方向にＮ極（Ｎ１）、Ｓ極（Ｓ１）、Ｎ極（Ｎ２）、Ｓ極（Ｓ２）の４つの磁極を有している。なお、磁石部材３２の磁極の配置は、図３に示す配置に限定されるものではなく、磁気ブラシローラ３１の周囲の規制ブレード３５等の配置に応じて他の配置に設定してもよい。また、例えば規制ブレード３５による規制箇所から磁気ブラシローラ３１の回転方向にＮ極（Ｎ１）、Ｓ極（Ｓ１）、Ｎ極（Ｎ２）、Ｓ極（Ｓ２）、Ｓ極（Ｓ３）の５つの磁極を配置してもよい。

そして、磁石部材３１の磁力により、スリーブ３３上にトナー及び磁性粒子からなる現像剤３４がブラシ状に担持される。そして、磁気ブラシローラ３１上の磁気ブラシ中のトナーは、磁性粒子と混合されることで規定の帯電量を得る。この磁気ブラシローラ３１上のトナーの帯電量としては、−１０〜−４０［μＣ／ｇ］の範囲が好適である。

また、搬送部材３６は、磁気ブラシローラ３１内の磁極Ｎ２に隣接するトナー供給領域Ａ１で磁気ブラシローラ３１上の磁気ブラシと接触するようにして対向するとともに、現像領域Ａ２で感光体３７に対向するように配設されている。また、搬送部材３６上のトナーが搬送部材３６と感光体３７の現像領域Ａ２に至る間にトナー層が乱れてクラウド高さが高くならないようにするために搬送部材３６の搬送方向に沿って長手方向に比較的長い長さの規制部材４３が配置されている。更に、規制ブレード３５と磁気ブラシローラ３１の間の最近接部における間隔が５００μｍに設定され、また規制ブレード３５に対向した磁石部材３２の磁極Ｎ１を、規制ブレード３５との対向位置よりも磁気ブラシローラ３１の回転方向上流側に数度傾斜して位置している。これにより、ケーシング３８内における現像剤３４の循環流を容易に形成することができる。

更に、規制ブレード３５は、磁気ブラシローラ３１との対向部で磁気ブラシローラ３１上に形成された現像剤３４の量を規制するように磁気ブラシと接触し、所定量の現像剤がトナー供給領域に搬送されるようにするとともに、現像剤３４中のトナーと磁性粒子との摩擦帯電を促進させている。

また、磁気ブラシローラ３１は図示しない回転駆動装置により図３の矢印Ｂの方向に回転駆動され、トナー供給領域Ａ１でトナーのみが供給される。また、トナー供給領域Ａ１における搬送部材３６と磁気ブラシローラ３１のスリーブ３３とのギャップは１．１ｍｍに設定した。また、搬送電極には、複数の電圧が印加され、電源３９が接続されている。また、磁気ブラシローラ３１のスリーブ３３には、トナー供給領域Ａ１にトナー供給用電界を形成するためのトナー供給バイアスＶVXSを印加する電源４０が接続されている。

次に、図３の現像装置の供給・搬送・現像の動作について説明すると、ケーシング３８内に収容された現像剤３４は、トナーと磁性粒子が混合されたものであり、図示していない攪拌・搬送部材や磁気ブラシローラ３１のスリーブ３３の回転力、磁石部材３２の磁力によって攪拌され、そのときに、トナーに磁性粒子との摩擦帯電により電荷が付与される。一方、磁気ブラシローラ３１上に担持された現像剤３４は規制ブレード３５によって規制され、現像剤３４の一定量がトナー供給バイアスで形成された電界等により、搬送部材に転移し、残りはケーシング３８内に戻される。

トナー供給ニップ領域Ａ１では、磁気ブラシ中のトナーが分離されて搬送部材に転移する。磁気ブラシローラ３１にはＡＣバイアスの電圧が印加されている。本実施の形態では供給部の供給能力は電位差１０００［Ｖ］で０．６［ｍｇ／ｃｍ^２］が供給される。ここで、スリーブ３３の回転線速は４０［ｃｍ／ｓ］であり、幅１ｃｍ当たりの搬送能力は０．６［ｍｇ／ｃｍ^２］×４０［ｃｍ／ｓ］＝２４［ｍｇ／ｃｍ・ｓ］となる。

図４は静電トナー搬送の現像装置の構成を示す概略図である。同図に示す現像装置１００は、粉体であるトナーＴを搬送、ホッピング、回収するための電界を発生するための複数の搬送電極１０１が配列された搬送部材である搬送基板１０２を備え、この搬送基板１０２の各搬送電極１０１に対しては駆動回路１０３から所要の電界を発生させるためのｎ相（ｎは２以上の正の整数。ここでは３相とする。）の異なる駆動波形Ｖａ１，Ｖｂ１，Ｖｃ１及びＶａ２，Ｖｂ２，Ｖｃ２の搬送電圧が印加される。ここでは、搬送基板１０２は、駆動波形Ｖａ１，Ｖｂ１，Ｖｃ１及びＶａ２，Ｖｂ２，Ｖｃ２を与える搬送電極１０１の範囲及び潜像担持体である感光体ドラム２００との関係において、トナーＴを感光体ドラム２００の近傍まで搬送する搬送領域、感光体ドラム２００の潜像にトナーＴを付着させてトナー像を形成するための現像領域、トナーＴを搬送基板１０２側に回収するための現像領域通過後の回収領域とに分けられる。

そして、この現像装置１００において、搬送基板１０２の搬送領域ではトナーＴを感光体ドラム２００の近傍まで搬送し、現像領域では感光体ドラム２００上の潜像の画像部に対してはトナーＴが感光ドラム２００側に向かい、非画像部に対してはトナーＴが感光ドラム２００と反対側（搬送基板側）に向かう方向の電界を形成して、トナーＴを潜像に付着させて現像を行うための電界を発生し、回収領域ではトナーＴが潜像の画像部及び非画像部のいずれに対しても感光体ドラム２００と反対側（搬送基板１０２側）に向かう方向の電界を形成する。

これにより、現像領域では感光体ドラム２００上の潜像にトナーが付着して可視像化され、現像に寄与しなかったトナーは感光体ドラム２００の回転方向（移動方向）下流側の回収領域で搬送基板１０２側に回収されるので、飛散トナーの発生が防止される。なお、回収領域は現像領域よりも潜像担持体の移動方向下流側とすることで、確実に浮遊トナーの回収を行うことができる。

ここで、第１の実施の形態の現像装置における搬送基板の構成について、図５〜図９を参照して詳細に説明する。なお、図５は搬送基板の平面図、図６は図５のＡ−Ａ’線断面図、図７は図５のＢ−Ｂ’線断面図、図８は図５のＣ−Ｃ’線断面図、図９は図５のＤ−Ｄ’線断面図である。

本実施の形態の現像装置１００における搬送基板１０２は、図６に示すように、支持基板１０４上に３本の搬送電極１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ（これらを搬送電極１０１と総称する）を１セットとして、図６の矢印方向のトナー搬送方向に沿って所定の間隔で、かつトナー搬送方向と略直交する方向に繰り返し形成され配置し、この上に搬送面を形成する絶縁性の搬送面形成部材となり、これらの搬送電極１０１の表面を覆う保護膜となる、無機又は有機の絶縁性材料で形成した表面保護層１０５を積層したものである。なお、ここでは、表面保護層１０５が搬送面を形成しているが、表面保護層１０５上に更に粉体（トナー）との適合性に優れた表面層を別途成膜することもできる。

これらの搬送電極１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃの両側には、搬送電極１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃとそれぞれ両端部で相互接続した共通電極１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ（これらを共通電極１０６と総称する）をトナー搬送方向に沿って、すなわち搬送電極１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃの各々と略直交する方向に設けている。この場合、共通電極１０６の幅（この幅は、トナー搬送方向と直交する方向の幅）は搬送電極１０１の幅（この幅は、トナー搬送方向に沿う方向の幅）よりも広くしている。なお、図５では、共通電極１０６を、搬送領域では共通電極１０６ａ１、１０６ｂ１、１０６ｃ１を、現像領域では共通電極１０６ａ２、１０６ｂ２、１０６ｃ２、回収領域では共通電極１０６ａ３、１０６ｂ３、１０６ｃ３と、区別して表記している。

ここでは、図７〜図９に示すように、支持基板１０４上に共通電極１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃのパターンを形成した後層間絶縁膜１０７を形成し、この層間絶縁膜１０７にコンタクトホール１０８を形成した後搬送電極１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃを形成することによって、搬送電極１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃと共通電極１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃとをそれぞれ相互接続している。なお、層間絶縁膜１０７は表面保護層１０５と同じ材料でも異なる材料のいずれでも良い。また、搬送電極１０１ａと共通電極１０６ａを一体形成したパターン上に層間絶縁膜１０７を形成し、この層間絶縁膜１０７上に搬送電極１０１ｂと共通電極１０６ｂを一体形成したパターンを形成し、更に層間絶縁膜１０７を形成して、この層間絶縁膜１０７上に搬送電極１０１ｃと共通電極１０６ｃを一体形成したパターンを形成する、つまり、電極を三層構造とすることもでき、あるいは一体形成に相互接続とコンタクトホール１０８による相互接続とを混在させることもできる。

更に、これらの共通電極１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃには、図４の駆動回路１０３からの駆動信号（駆動波形）Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃを入力するための駆動信号印加用入力端子（図示せず）を設けている。この駆動信号入力用端子は、支持基板１０４に裏面側に設けてスルーホールを介して各共通電極１０６に接続してもよいし、あるいは層間絶縁膜１０７上に設けてもよい。

ここで、支持基板１０４としては、ガラス基板、樹脂基板或いはセラミックス基板等の絶縁性材料からなる基板、或いはＳＵＳなどの導電性材料からなる基板にＳｉＯ_２等の絶縁膜を成膜したもの、ポリイミドフィルムなどのフレキシブルに変形可能な材料からなる基板などを用いることができる。

また、搬送電極１０１は、支持基板１０４上にＡｌ、Ｎｉ−Ｃｒ等の導電性材料を０．１〜１０μｍ厚、好ましくは０．５〜２．０μｍで成膜し、これをフォトリソ技術等を用いて所要の電極形状にパターン化して形成している。これらの複数の搬送電極１０１の粉体進行方向における幅Ｌは移動させる粉体の平均粒径の１倍以上２０倍以下とし、かつ搬送電極１０１の粉体進行方向の間隔Ｒも移動させる粉体の平均粒径の１倍以上２０倍以下としている。

更に、表面保護層１０５としては、例えばＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＴｉＯ_４、ＳｉＯＮ、ＢＮ、ＴｉＮ、Ｔａ_２Ｏ_５、ＺｒＯ_２、ＢａＴｉＯ_３などを厚さ０．５〜１０μｍ、好ましくは厚さ０．５〜３μｍで成膜して形成している。また、無機ナイトライド化合物、例えばＳｉＮ、ＢＮ、などを用いることができる。特に、表面水酸基が増えると帯電トナーの帯電量が搬送途中で下がる傾向にあるので、表面水酸基（ＳｉＯＨ、シラトール基）が少ない無機ナイトライド化合物が好ましい。

次に、このように構成した搬送基板におけるトナーの静電搬送の原理について説明する。搬送基板１０２の複数の搬送電極１０１に対してｎ相（ｎは２以上の正の整数）の駆動波形を印加することにより、複数の搬送電極１０１によって移相電界（進行波電界）が発生し、搬送基板１０２上の帯電したトナーは反発力及び／又は吸引力を受けて移送方向にホッピングと搬送を含んで移動する。

例えば、搬送基板１０２の複数の搬送電極１０１に対して図１０に示すようにグランドＧ（０Ｖ）と正の電圧＋との間で変化する３相のパルス状駆動波形（駆動信号）Ａ（Ａ相）、Ｂ（Ｂ相）、Ｃ（Ｃ相）を、タイミングをずらして印加する。

このとき、図１１に示すように、搬送基板１０２上に負帯電のトナーＴがあり、搬送基板１０２の連続した複数の搬送電極１０１に同図の（１）で示すようにそれぞれ「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」が印加されたとすると、負帯電のトナーＴは「＋」の搬送電極１０１上に位置する。

次のタイミングで複数の搬送電極１０１には図１１の（２）に示すようにそれぞれ「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」が印加され、負帯電のトナーＴには同図で左側の「Ｇ」の搬送電極１０１との間で反発力が、右側の「＋」の搬送電極１０１との間で吸引力がそれぞれ作用するので、負帯電のトナーＴは「＋」の搬送電極１０１側に移動する。さらに、次のタイミングで複数の搬送電極１０１には図１１の（３）に示すようにそれぞれ「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」が印加され、負帯電のトナーＴには同様に反発力と吸引力がそれぞれ作用するので、負帯電のトナーＴは更に「＋」の搬送電極１０１側に移動する。

このように複数の搬送電極１０１に電圧の変化する複相の駆動波形を印加することで、搬送基板１０２上には進行波電界が発生し、この進行波電界の進行方向に負帯電のトナーＴは搬送及びホッピングを行いながら移動する。なお、正帯電のトナーＴの場合には駆動波形の変化パターンを逆にすることで同様に同方向に移動する。

このようなトナーＴの搬送の様子について図１２を参照して具体的に説明すると、同図の（ａ）に示すように、搬送基板１０２の搬送電極Ａ〜Ｆがいずれも０Ｖ（Ｇ）で搬送基板１０２上に負帯電のトナーＴが載っている状態から、同図の（ｂ）に示すように搬送電極Ａ、Ｄに「＋」が印加されると、負帯電のトナーＴは搬送電極Ａ及び搬送電極Ｄに吸引されて搬送電極Ａ、Ｄ上に移る。次のタイミングで、同図の（ｃ）に示すように、搬送電極Ａ、Ｄがいずれも「０」になり、搬送電極Ｂ、Ｅに「＋」が印加されると、搬送電極Ａ、Ｄ上のトナーＴは反発力を受けるとともに、搬送電極Ｂ、Ｅの吸引力を受けることになって、負帯電のトナーＴは搬送電極Ｂ及び搬送電極Ｅに搬送される。更に、次のタイミングで、同図の（ｄ）に示すように、搬送電極Ｂ、Ｅがいずれも「０」になり、搬送電極Ｃ、Ｆに「＋」が印加されると、搬送電極Ｂ、Ｅ上のトナーＴは反発力を受けるとともに、搬送電極Ｃ、Ｆの吸引力を受けることになって負帯電のトナーＴは搬送電極Ｃ及び搬送電極Ｆに搬送される。このように進行波電界によって負帯電のトナーは順次図中の右方向に搬送されることになる。

次に、図４の駆動回路の全体構成について図１３を参照して説明する。この駆動回路１０３は、パルス信号を生成出力するパスル信号発生回路１０３−１と、このパルス信号発生回路１０３−１からのパルス信号を入力して駆動波形Ｖａ１、Ｖｂ１、Ｖｃ１を生成出力する波形増幅器１０３−２ａ、１０３−２ｂ、１０３−２ｃと、パルス信号発生回路１０３−１からのパルス信号を入力して駆動波形Ｖａ２、Ｖｂ２、Ｖｃ２を生成出力する波形増幅器１０３−３ａ、１０３−３ｂ、１０３−３ｃとを含んで構成されている。そして、パルス信号発生回路１０３−１は、例えばロジックレベルの入力パルスを受けて、各１２０°に位相シフトした２組のパルスで、次段の波形増幅器１０３−２ａ〜１０３−２ｃ、１０３−３ａ〜１０３−３ｃに含まれるスイッチング手段（図示せず）、例えばトランジスタを駆動して１００Ｖのスイッチングを行うことができるレベルの出力電圧１０〜１５Ｖのパルス信号を生成して出力する。

また、波形増幅器１０３−２ａ、１０３−２ｂ、１０３−２ｃは、図４の搬送領域の各搬送電極１０１及び回収領域の各搬送電極１０１に対して、例えば図１４に示すように、各相の＋１００Ｖの印加時間ｔａを繰り返し周期ｔｆの１／３である約３３％に設定した（以下、これを「搬送電圧パターン」又は「回収搬送電圧パターン」と称す）３相の駆動
波形（駆動パルス）Ｖａ１、Ｖｂ１、Ｖｃ１を印加する。更に、波形増幅器１０３−３ａ、１０３−３ｂ、１０３−３ｃは、図４の現像領域の各搬送電極１０１に対して、例えば図１５又は図１６に示すように、各相の＋１００Ｖ又は０Ｖの印加時間ｔａを繰り返し周期ｔｆの２／３である約６７％に設定した（以下、これを「ホッピング電圧パターン」と称す）３相の駆動波形（駆動パルス）Ｖａ２、Ｖｂ２、Ｖｃ２を印加する。

以上説明したように、ＥＴＨ現像ではトナーをホッピングさせることによって潜像担持体の静電潜像を一成分現像方式で反転現像を行うことができる。すなわち、現像領域で、トナーが潜像の画像部に対しては潜像担持体側に向かい、非画像部に対してはトナーが潜像担持体と反対側に向かう方向の電界を形成する手段を備えることによって現像を行うことができる。

例えば、前述した図１６に示すホッピング電圧パターンの駆動波形のように、０〜−１００Ｖで遷移するパルス状電圧波形である場合、潜像担持体上の非画像部電位が−１００Ｖより低いときには、画像部に対してはトナーが潜像担持体側に向かい、非画像部に対してはトナーが潜像担持体と反対側に向かうことになる。この場合、潜像の非画像部の電位を−１５０Ｖや後述する−１７０Ｖとした場合に、トナーが潜像担持体側に向かうことが確認された。

また、ホッピング電圧パターンの駆動波形が２０Ｖ〜−８０Ｖで遷移するパルス状電圧波形である場合、画像部の電位を約０Ｖ、非画像部の電位が−１１０Ｖのときにも、パルス状駆動波形のローレベルの電位が潜像の画像部電位と非画像部電位との間にあるので、同様に、画像部に対してはトナーが潜像担持体側に向かい、非画像部に対してはトナーが潜像担持体と反対側に向かうことになる。

要するに、パルス状駆動波形のローレベルの電位を潜像の画像部の電位と非画像部の電位との間の電位に設定することで、非画像部へのトナーの付着を防止し、高品質の現像を行うことができる。

このように、ＥＴＨ現像においては、トナーがホッピングしていることにより潜像の画像部に対してトナーが吸引付着し、非画像部ではトナーが反発されて付着されないので、トナーによる潜像の現像を行うことができ、このとき、既にホッピングしているトナーは搬送基板との間で吸着力が生じないため、容易に潜像担持体側に搬送することができ、高い画像品質が得られる現像を低電圧で行うことができるようになる。

すなわち、従来の所謂ジャンピング現像方式にあっては、現像ローラから帯電トナーを剥離させて感光体に搬送させるには、トナーの現像ローラに対する付着力以上の印加電圧が必要であり、ＤＣ６００〜９００Ｖのバイアス電圧をかけなければならない。これに対して、本発明によれば、トナーの付着力は通常５０〜２００ｎＮであるが、搬送基板１上でホッピングしているために搬送基板１０２に対する付着力が略零になるので、トナーを搬送基板１０２から剥離する力が不要になり、低電圧で十分にトナーを潜像担持体側に搬送することが可能になるのである。

しかも、各搬送電極１０１間に印加する電圧が｜１５０〜１００｜Ｖ以下の低電圧であっても発生する電界が非常に大きい値となり、搬送電極１０１の表面に付着しているトナーを容易に剥離し、飛翔、ホッピングさせることが可能になる。また、ＯＰＣ等の感光体を帯電する時に発生するオゾン、ＮＯxが非常に少なく、又は皆無にすることができて、環境問題、感光体の耐久性に非常に有利となる。

従って、従来方式の現像ローラ表面、またはキャリア表面に付着しているトナーを剥離するために現像ローラと感光体の間に印加していた５００Ｖ〜数ＫＶの高電圧バイアスを必要とすることがなく、感光体の帯電電位を非常に低い値として、潜像を形成して現像することが可能になる。

例えば、ＯＰＣ感光体を使用し、その表面のＣＴＬ(Charge Transport Layer)の厚さが１５μｍ、その比誘電率εが３、帯電したトナーの電荷密度が（−３Ｅ−４Ｃ／ｍ２の場合、ＯＰＣ表面電位は約−１７０Ｖとなるが、この場合、搬送基板の電極への印加電圧として、０〜−１００Ｖ、デューティー５０％のパルス状駆動電圧を印加すると、平均で−５０Ｖとなり、トナーが負帯電であれば搬送基板の電極とＯＰＣ感光体との間の電界は前述した関係になる。

このとき、搬送基板とＯＰＣ感光体とのギャップ（間隔）が０．２〜０．３ｍｍであれば十分に現像が可能となる。トナーのＱ／Ｍ、搬送基板の電極への印加電圧、印刷速度すなわち感光体の回転速度によっても異なるが、負帯電トナーの場合、少なくとも感光体を帯電する電位は−３００Ｖ以下、または現像効率を優先した構成の場合は−１００Ｖ以下でも十分に現像を行うことができる。なお、正帯電の場合の帯電電位は＋電位となる。

ところで、上述したＥＴＨ現像は、搬送基板上でトナーをホッピングさせることによって、搬送基板との吸着力を０にすることで現像を行うものであるが、単に搬送基板上でトナーをホッピングにさせるだけでは、ホッピングしたトナーが潜像担持体側への進行性を有しているとしても、潜像担持体の潜像に付着することの確実性が保証されず、トナー飛散が生じる。

そこで、本発明は、ＥＴＨ現像について、ホッピングしたトナーが潜像担持体の潜像の画像部に対して選択的に確実に付着し、かつ、非画像部には付着しない、すなわち地汚れが生じない条件を見出したものである。

すなわち、潜像担持体の潜像の電位（表面電位）と搬送基板に印加する電位（発生させる電界）との関係を所定の関係に設定する、つまり、上述したように、潜像担持体の潜像の画像部に対してはトナーが潜像担持体側に向かい、非画像部に対してはトナーが搬送基板側に向かう電界を発生させる。これにより、潜像の画像部に対してはトナーが確実に付着し、非画像部に向かうトナーは搬送基板側に押し返されるので、搬送基板からホッピングしたトナーが効率的に現像に利用され、飛散を防止でき低電圧駆動による高品質現像を可能にすることができる。

この場合、搬送基板の搬送電極に印加する電位の平均値（平均値電位）を潜像担持体の潜像の画像部の電位と非画像部の電位との間の電位に設定することで、上述したように、潜像担持体の潜像の画像部に対してはトナーが潜像担持体側に向かい、非画像部に対してはトナーが搬送基板側に向かう電界を発生させることができる。

次に、ホッピング高さ均一化部材にＡＣを印加した場合について概説する。図１７に示すように、搬送部材１２の搬送領域において少なくとも１０ｍｍの搬送方向長さで、ホッピング高さ均一化部材１３と搬送基板とのギャップを０．１２〜０．２４ｍｍ（想定ホッピング高さによって値は変化させる）の範囲に設定して想定されるホッピング高さの１５０〜３００μｍに対して低くとも高さに対して約８０％に設定するものである。これによりホッピングトナーの６０〜９０％がホッピング高さ均一化部材１３の高さに制御されることとなり、均一なトナークラウド層高さになる。また、ホッピング高さ均一化部材１３に負極性の電圧（５０Ｖ〜３００Ｖ程度）を印加することで更に制御効果が高まり、トナークラウド層高さの均一性が向上する。この印加電圧はトナー帯電量、搬送時の印加電圧Ｖ_ＰＰ、周波数等にも関係し、適宜適正化することで均一化可能である。図１８はトナー帯電量約−２０μＣ／ｇのトナーを搬送しているときのホッピング高さ均一化部材に印加するＡＣ電圧と最終的な均一性に対する効果を示す特性図であるが、同図からわかるようにＶ_ＰＰを上げるに従い均一性が向上している。これはＡＣ電界の効果でトナーが上下に往復動することでホッピングに対してアシストして強度が高まり該ホッピング高さ均一化部材によっても規制されることで更にトナークラウド層の高さの均一性が向上する。なお、本実施の形態では周波数３［ｋＨｚ］の矩形波が印加されている。

一方、これらのことは、搬送しているトナーが帯電量分布を有していることによるホッピング高さの違いに起因する。分布の中で高さの高いトナーは帯電量が比較的高く、搬送電極に印加された電圧に対して作用する電界の力が強くなることによると考えられる。また、分布の中で高さの低いトナーは帯電量が比較的低いものになるが、この低いトナーをホッピング高さ均一化部材に印加した電圧は高さが高く、帯電量の比較的高いトナーに作用するので制御される高さが低くなり、同様に帯電量の比較的低いトナーは高めに制御されて均一性が向上して、高さバラツキが低減して特にトナークラウド層の電位の均一化が可能となる。

また、使用するトナーは添加剤を外添し流動性を有したものであるが、トナー単独の実験では添加剤の被覆率がある値以下では搬送ムラが発生し、更に被覆率が低下すると搬送しなくなることが分かっている。図１９はトナーに対する添加剤量と被覆率の関係を示す特性図であり、図２０は被覆率と搬送時貼り付きの発生度合いの関係を示す特性図である。ここで、被覆率Ｔｎは下記の式で算出するものとする。
Ｔｎ＝100C・√3／｛2π(100−C)(1＋r/R)^２(r/R)(ρr/ρc)｝
但し、R:トナー半径、r:添加剤半径、C:トナーに対する添加剤の重量％である。

図１９及び図２０から、被覆率を一定値以上とすることで搬送部材へのトナー貼り付きが低減できることが分かった。この状態で該エア流とトナーを組み合わせることで環境等の外乱状態であっても流動性の向上とスタート時エア噴出効果で搬送を安定させることが可能となる。

次に、ホッピング高さ均一化部材を可とう性部材で構成すること及び振動させることで搬送状態が安定し、トナークラウド層が均一化する効果が得られることについて説明する。

図２１に示すように、上述の実施の形態と同様に搬送領域において少なくとも１０ｍｍの搬送方向長さで搬送基板とのギャップを０．１２〜０．２４ｍｍ（想定ホッピング高さによって値は変化させる）の範囲に設定して想定されるホッピング高さの１５０〜３００μｍに対して低くとも高さに対して約８０％に設定するものである。

ここで、ホッピング高さ均一化部材を、かとう性を有する部材で形成するものである。材料はゴム系の材料で例として挙げられ、シリコン、ブタジエン、ＮＢＲ、ヒドリン、ＥＰＤＭ等のゴム材料にカーボンブラック等の導電剤を分散させて抵抗を調整して使用することが可能である。硬度にも依存するが、厚みは数十μｍから２ｍｍの範囲で搬送電極からホッピングするトナーの衝突の衝撃を吸収し速度を低減することでトナークラウド層の高さ分布を均一化できる。材料の硬度はアスカーＣで１０度から３５度程度が好ましい。１０度より低いと可塑剤がブリードし易くトナーと反応して固着する可能性が高くなる。また、３５度を超えると衝撃を吸収できず高弾性で反発するのでトナークラウド層の別のトナーと衝突の可能性が高くなり、トナークラウド層の乱れを促進してしまう。

また、図２２に示すように、ホッピング高さ均一化部材１３の裏側に振動素子５１を配設して振動させる。即ち、ホッピング高さ均一化部材の裏側に例えばピエゾ素子等の振動素子５１を貼り付け、当該振動素子５１に特定の周波数の電圧を印加することで振動が得られホッピングするトナーに作用することで反発を緩和してトナークラウド層高さの均一化が図れる。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図２３に示すように、ガラス基板１２１上にアルミニウムを蒸着することによって、ｐ[μｍ]のピッチで移動方向に配列された複数の電極１２２−１、１２２−２、１２２−３・・・からなる電極バターン１２２を形成し、その上に保護層１２３として厚み約３[μｍ]、体積抵抗率約１０^１０[Ω・ｃｍ]の樹脂コートを施したものを形成してトナー担持体としての基板１２４を構成し、この基板１２４の上には、帯電させたトナー層１２５を形成する。

このトナー層１２５は、基板１２４に対して図示しない２成分現像器によってベタ画像を薄層に現像することによって形成した。トナーはポリエステル系の粒径約６[μｍ]のものを使い、基板１２４上に薄層に形成された状態でのトナーの帯電量は約−２２[μＣ／ｇ]であった。この状態のトナー層１２５に対して、図２４に示すように、奇数番目の電極１２−１、１２２−３・・・の集合体である奇数番目電極群に交流電源１２６から交流電圧を印加する一方で、偶数番目の電極１２２−２・・・の集合体である偶数番目電極群に前記交流電圧とは逆位相の交流電圧を印加すると、トナー１２５は奇数番目電極群１２２−１、１２２−３・・・と偶数番目電極群１２２−２・・・を往復するような運動を行う。この現象を以下、フレア（あるいはフレア現象）と呼ぶ。また、フレア現象を引き起こしている状態をフレア状態という。

電極１２２−１、１２２−２、１２２−３・・・のピッチｐがそれぞれ５０、１００、２００及び４００[μｍ]である４種類の基板１２４を用いて、交流電源１２６から電極１２２−１、１２２−２、１２２−３・・・間に印加する交流電圧のプラス側ピーク値とマイナス側ピーク値との差分の絶対値であるＶmax［Ｖ］を何点かに振りながら（変えながら）、フレアの活性度を高速度カメラで観察したところ、図２５に示すような結果を得た。因みに、電極１２２−１、１２２−２、１２２−３・・・の幅と、電極１２２−１、１２２−２、１２２−３・・・の隣同士の距離は、電極１２２−１、１２２−２、１２２−３・・・のピッチｐの１／２となるようにした。

ここで、フレアの活性度とは、基板１２４の表面に張り付いて動かないトナーの様子を観察することで約５段階の官能評価により求められたものである。図２５から、Ｖmaxやピッチｐの値に関わらず、Ｖmax［Ｖ］／ｐ[μｍ]によってフレアの活性度がほぼ一義的に得られることが確認できる。そして、Ｖmax［Ｖ］／ｐ[μｍ]＞１の時にフレアが活性化し始めて、Ｖmax［Ｖ］／ｐ[μｍ]＞３ではフレアが完全に活性化していることが分かる。

また、基板１２４の表面の電気的特性の影響を調べるために、基板１２４の表層１２３の体積抵抗率を何点か振って（変えて）、同様にフレア活性度を確認した。表層１２３に用いた材料はシリコーン系樹脂であり、そこに分散されるカーボン微粒子の量を変更することにより、１０^７〜１０^１４[μΩ・ｃｍ]の体積抵抗率の保護層（厚みは約５[μｍ]）１２３を形成した。代表的なものとして、電極１２２−１、１２２−２、１２２−３・・・のピッチｐが５０[μｍ]のものを使って、上述と同様の実験をしたところ、図２６に示す結果を得た。

この結果から、表層１２３の体積抵抗率が１０^９〜１０^１２[Ω・ｃｍ]の範囲にあることが適正であることが確認できる。これは、体積抵抗率が非常に高い表層１２３を用いると、飛翔を繰り返すトナーと表層３との摩擦によって基板４の表面が帯電したままになってしまう。そして、この帯電により、基板の表面電位が変動して、現像に寄与するバイアスを不安定にしてしまう。また、逆にあまりに表層１２３の導電性が高いと、電極１２２−１、１２２−２、１２２−３・・・間で電荷のリーク（ショート）が発生してしまうために、効率的なバイアス効果が得られなくなるからである。表層１２３は、基板１２４の表面に蓄積した電荷が電極群１２２−１、１２２−２、１２２−３・・・にうまく逃げられるように、適当な抵抗率（体積抵抗率で１０^９〜１０^１２[Ω・ｃｍ]）となっている必要がある。なお、この体積抵抗率の最適範囲は、図２４に示す装置を具備する実験設備を用いた実験によって得られたものである。図２４に示す装置に代えて、後述する図３３に示す現像ローラ（詳細は後述する）を備える現像装置の場合には、最適範囲が前述のものと変わってくることもある。このような場合には、その現像装置における体積抵抗率の最適範囲を実験によって調べた上で、適切な体積抵抗率に調整することが望ましい。

図２７は本発明の第２の実施の形態に係る画像形成装置におけるトナー担持体の代表例を示す概略図である。このトナー担持体１３１は、回転ローラ形状に形成したもので、移動方向にｐ[μｍ]のピッチで配列されて空間周期的に配置された複数の電極１４１、１４２、１４３・・・からなる電極バターンにおける奇数番目の電極の集合体である奇数番目電極群を束ねた電極軸１４０Ａと、偶数番目の電極の集合体である偶数番目電極群を束ねた電極軸１４０Ｂを回転軸として回転することができる。それぞれの電極軸１４０Ａ、１４０Ｂには、図示しない電極ブラシ等によって交流電源からバイアス電位として交流電圧が印加される。

この交流電圧は、図２８に示されるように、上述の奇数番目電極群を束ねた電極軸１４０Ａに印加される矩形波状のＡ相パルス電圧と、偶数番目電極群を束ねた電極軸１４０Ｂに印加される矩形波状のＢ相パルス電圧とからなる。これらＡ相パルス電圧、Ｂ相パルス電圧は、図示のように互いに逆位相になっており、単位時間あたりにおける平均電位（振幅の中心）は互いに同じである。この平均電位は、１成分現像方式や２成分現像方式の現像バイアスに相当する。このような２相のパルス電圧では、１周期Ｔの前半、後半ともに、パルス電圧の振幅（Ｖｐｐ）と同じ電位差を、奇数番目の電極（電極対における一方の電極）と偶数番目の電極（電極対における他方の電極）との間に発生させている。これにより、振幅の半分の電位差しか発生させることができない、図２９の印加方式に比べて、より小さな振幅（Ｖｐｐ）のパルス電圧によって両電極間に所望の電位差を発生させる。よって、従来よりも地汚れの発生を抑えることができる。

なお、奇数番目の電極と偶数番目の電極とにそれぞれ互いに逆位相のパルス電圧を印加する例について説明したが、完全に逆位相にする必要は必ずしもない。位相のズレ量を半周期以下にしても、一方の電極をパルス電圧の振幅（Ｖｐｐ）の中心よりもプラス側にシフトさせた電位にしたときに、他方の電極を中心よりもマイナス側にシフトさせた電位にすることが可能だからである。但し、完全に逆位相にすると、電極間の電位差を振幅と同じ値にしている時間が最も長くなるので、最も効率的である。

上記トナー担持体１３１は、図３０の（ａ）に示すように、絶縁体であるアクリル樹脂の円筒１５１に軸穴１５２を設け、図３０の（ｂ）に示すようにステンレス製の電極軸１４０Ａ、１４０Ｂを円筒１５１の軸穴１５２に圧入して電極軸１４０Ａ、１４０Ｂを奇数番目電極群１４１、１４３・・・、偶数番目電極群１４２・・・にそれぞれ接続する。次に、図３１の（ａ）〜（ｅ）に示す各工程でパターン電極を形成する。図３１はトナー担持ローラ１３１の表面を回転軸に沿った方向に見た図である。図３１の（ａ）に示す工程では、図３０に示す工程よって得られたローラ１５１の表面を外周旋削によって平滑に仕上げる。図３１の（ｂ）に示す工程では、溝のピッチが１００[μｍ]、溝幅が５０[μｍ]となるように溝１５３の切削を行う。図３１の（ｃ）に示す工程では、溝切削を行ったローラ１５１に無電解ニッケル１５４のメッキを施し、図３１の（ｄ）に示す工程では、無電解ニッケル１５４のメッキを施したローラ１３１の外周を旋削して不要な導体膜を取り除く。この時点で電極１４１、１４２、１４３・・・が溝１５３の部分に互いに絶縁して形成される。その後、ローラ１５１にシリコーン系樹脂をコーティングすることでローラ１５１の表面を平滑にし、同時に表面保護層（厚み約５[μｍ]、体積抵抗率約１０^１０[Ω・ｃｍ]）１５５を形成してトナー担持ローラ１３１を製作した。図３２は、トナー担持ローラ１３１を平面状に展開した状態を示す。

このトナー担持ローラ１３１は、上記基板１２４と同様に、保護層１５５上に薄いトナー層が形成される。そして、電極軸１４０Ａ、１４０Ｂに対して図２８に示した交流電圧がバイアス電位として図示しない交流電源から電極ブラシ等を経て印加されると、トナーは奇数番目電極群１４１、１４３・・・と偶数番目電極群１４２・・・を往復するような運動（フレア）を行う。交流電源から電極１４１、１４２、１４３・・・間に印加する交流電圧のプラス側ピーク値とマイナス側ピーク値との差分の絶対値をＶmax［Ｖ］とし、Ｖmax［Ｖ］／ｐ[μｍ]＞１の時にフレアが活性化し始めて、Ｖmax［Ｖ］／ｐ[μｍ]＞３ではフレアが完全に活性化している。また、トナー担持体１３１は、上記基板１２４と同様に、表層１５５の体積抵抗率が１０^９〜１０^１２[Ω・ｃｍ]の範囲にあることが適正であり、表層１５５がシリコーン系樹脂である。表層１５５の材料は、上述のように、トナーとの摩擦でトナーに正規の電荷を与えられる材質であることが好ましく、例えばガラス系のものや、２成分現像剤のキャリアコートに使用されている材料を用いることが好ましい。ピッチｐは現像ギャップｄより小さいこと、すなわちｐ＜ｄに設定される。

図３３は本実施の形態に係る画像形成装置を示す概略構成図である。この画像形成装置は上記トナー担持ローラ１３１を利用した現像装置を有するものである。トナー担持ローラ１３１に対しては、通常の２成分現像器１５６により２成分現像剤の穂が当接されている。具体的には、粒径５０[μｍ]の磁性キャリア粉と粒径約６[μｍ]のポリエステルトナーを重量比で７〜８[ｗｔ％]混合させた２成分現像剤を、２成分現像器１５６の永久磁石を内包するマグネットスリーブ１５７によってトナー担持ローラ１３１まで搬送し、そこでトナーの一部がマグネットスリーブ１５７とトナー担持ローラ１３１との間に印加される直流バイアス電位によってトナー担持ローラ１３１に転移する。トナー担持ローラ１３１に転移したトナーは、トナー担持体１３１上でフレアを形成しながら、トナー担持体１３１が図示しない駆動部により回転駆動されることで潜像担持体１５８との対向部に搬送され、トナー担持ローラ１３１の表面の平均電位と潜像担持体１５８の電位との差によって潜像担持体１５８上の静電潜像に付着することで該静電潜像を現像してトナー像を形成する。なお、電極軸１４０Ａと電極軸１４０Ｂの間には交流電源１５９から電極ブラシ等によってバイアス電位として交流電圧が印加され、奇数番目電極群１４１、１４３・・・と偶数番目電極群１４２・・・との間に時間周期的な電位差が形成される。

現像に寄与しなかった不要なトナーは現像部から再びマグネットスリーブ１５７に戻ってくる。フレアが形成されているので、トナー担持ローラ１３１に対するトナーの付着力は非常に低く、トナー担持ローラ１３１によって現像部から戻ってきたトナーは、マグネットスリーブ１５７の回転に追随した２成分現像剤の穂によって容易に掻き取られたり馴らされたりする。これを繰り返すことによって、トナー担持ローラ１３１上には常にほぼ一定量のトナーフレアが形成されることになる。２成分現像器１５６は、容器１６０内の２成分現像剤１６３を攪拌しながら搬送して循環させ、マグネットスリーブ１５７がその２成分現像剤の一部をトナー担持ローラ１３１まで搬送すると共に現像部から現像に寄与しなかった不要なトナーを戻す。

潜像担持体１５８としては、厚み１３[μｍ]の有機感光体を使用し、１２００ｄｐｉのレーザ書き込み系を利用して潜像を形成する場合について以下に説明する。感光体１５８は、図示しない駆動部により回転駆動されて帯電装置により一様に帯電され、露光手段としてのレーザ書き込み系により露光されて静電潜像が形成される。この場合、感光体１５８の帯電電位は−３００〜−５００［Ｖ］とし、ベタ部での書き込み電位が０〜−５０［Ｖ］となるような条件で静電潜像を形成する。

この静電潜像は、トナー担持体１３１上でフレアを形成するトナーにより現像されてトナー像となる。この時、帯電量が約−２２[μＣ／ｇ]で粒径が６[μｍ]であるトナーを使って、地汚れが無く、ベタ部の埋まりも良く、かつ１２００ｄｐｉの１ドットが再現できるように条件を設定したところ、トナー担持体１３１と感光体１５８とのギャップは約５００[μｍ]、トナー担持体１３１の奇数番目電極群と偶数番目電極群には、−４００［Ｖ］と０［Ｖ］のそれぞれをピークに持つ各瞬間における平均電位が−２００［Ｖ］の交流バイアスを、５［ｋＨｚ］の周波数で交流電源１５９から印加することで実現した（奇数番目電極群と偶数番目電極群で交流バイアスの位相を互いに逆位相とした）。

トナー担持体１３１上のトナー像は給紙装置から給送されてきた記録紙等の記録媒体へ転写手段により転写され、その記録媒体は定着装置によりトナー像が定着されて外部へ排出される。トナー担持ローラ１３１上に過剰なトナーが乗っていると、トナーの電荷によって電界カーテンがシールドされてしまいフレアが形成できなくなるので、トナー担持ローラ１３１上に乗っている単位面積当りのトナー量は０．２［ｍｇ／ｃｍ^２］となるように、マグネットスリーブ１５７とトナー担持ローラ１３１との間には電源から約２００［Ｖ］の直流バイアスが印加されている。因みに、フレアによるトナーの拡散効果があるので、マグネットスリーブ１５７からトナー担持ローラ１３１へのトナー転移には多少のムラがあっても問題なく、マグネットスリーブ１５７とトナー担持ローラ１３１との間には上記直流バイアスにＡＣバイアスを重畳するような工夫は特に必要なく、また２成分現像剤の穂を厳格に均一にするような工夫も特に必要ない。

一方、感光体１５８上のベタ画像として必要とされるトナー量が０．４［ｍｇ／ｃｍ^２］であることから、現像部でのトナー枯渇が生じないように、トナー担持ローラ１３１の移動速度は、感光体１５８の移動速度の２倍以上にする必要があり、ここでは感光体１５８の移動速度の２．５倍としている。トナー担持ローラ１３１の移動方向と感光体１５８の移動方向は、図３３に示すように同じ向きでも良いが、逆向きでも良い。マグネットスリーブ１５７とトナー担持ローラ１３１の移動方向は、戻りトナーの掻き取り効果を得るために、図３３のように逆向きであるのが好ましい。以上の系によって、感光体１５８の線速３００[ｍｍ／ｓ]の元で、ベタ部の埋まり性、１２００ｄｐｉドット再現性、に優れた地汚れの無い高画質現像を実現できることが確認された。

本実施の形態に係る画像形成装置においては、トナーとして、母材樹脂（トナーの主成分）がポリエステル又はスチレンアクリルからなり、かつ正規帯電極性がマイナス極性（負極性）であるものを用いている。そして、潜像担持体１５８の一様帯電部（地肌部）と潜像部とを共にトナーの正規帯電極性と同極性（本例ではマイナス極性）にし、かつ地肌部よりも電位を減衰せしめた潜像部に対してトナーを選択的に付着させるいわゆる反転現像を行うようになっている。

図３３における筒状のトナー担持ローラ１３１は、先に図２３に示したように、ガラス基板１２１と、複数の電極（１２１、１２２・・・）と、これら電極を覆う表面保護層たる保護層１２３とを有している。この保護層１２３としては、トナー担持体たるトナー担持ローラ１３１の表面上でホッピングするトナーとの摺擦に伴ってトナーの正規帯電極性側（本例ではマイナス側）への摩擦帯電を促す材料からなるもの、を用いている。即ち、トナーの方が保護層１２３よりも摩擦帯電系列上でマイナス側に位置しているのである。このような関係を実現し得る保護層３の材料としては、シリコーン、ナイロン、メラミン樹脂、アクリル樹脂、ＰＶＡ、ウレタンなどの有機材料を例示することができる。また、第四級アンモニウム塩やニグシロン系染料などでもよい。また、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ａｌ等の金属材料でもよい。また、Ｔ_ｉＯ_２、ＳｎＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｆｅ_３Ｏ_４、ＣｕＯ、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３等の無機材料でもよい。更には、これまでに例示した材料の２つ以上を混合した材料でもよい。

このような保護層１２３を具備する本画像形成装置においては、トナー担持体たるトナー担持ローラ１３１の保護層１２３（表面保護層）がホッピングするトナーとの摺擦に伴ってトナーの正規帯電極性側への摩擦帯電を促す。そして、保護層１２３との摺擦に伴うトナーの正規帯電極性とは逆極性側への摩擦帯電を回避する。これにより、ホッピングに伴うトナーの帯電量（正規帯電極性）の低下を抑えることで、トナーのホッピング不良による現像不良の発生を抑えることができる。

なお、トナーとして、正規帯電極性がプラス極性（正極性）であるものを用いてもよい。この場合には、保護層１２３として、トナーとの摺擦に伴ってトナーのプラス極性側への摩擦帯電を促す材料からなるものを用いればよい。

また、トナーの帯電系列とは、トナー母材樹脂（粒子）にシリカ、酸化チタンなどの外添剤を添加したトナー全体としての帯電系列を意味する。帯電系列における序列については、次のようにして調べることが可能である。即ち、トナーを表面保護層上で所定時間だけ表面保護層に摺擦せしめた後、そのトナーを吸引して採取する。そして、採取したトナーの帯電量をエレクトロメータで測定する。この測定結果がトナーの負極性への帯電量増加を示すものであれば、トナーの方が表面保護層よりもマイナス側の帯電系列となる。また、測定結果がトナーの正極性への帯電量増加を示すものであれば、トナーの方が表面保護層よりもプラス側の帯電系列となる。

図３４は本発明の他の実施形態を示す。この実施形態では、図３３に示す実施の形態において、現像器１５６は、マグネットスリーブ１５７を省略して簡略化した構成とし、トナー担持ローラ１３１に対するトナー供給を２成分現像剤のカスケード現像現象によって行う。現像器１５６は単純なカスケードを利用してトナー担持ローラ１３１に薄いトナー層を形成するため、トナー担持ローラ１３１へのトナー転移率が図３３に示す実施の形態に比べて低下するが、その分トナー担持ローラ１３１の回転速度を高くすることにより、感光体１５８への現像速度に対応することができる。図３４に示す実施の形態のマグネットスリーブ１５７を省略した２成分現像器１５６及びトナー担持ローラ１３１からなる現像装置は、実質的に従来の２成分現像器と同サイズとなるため、図３４に示す実施の形態は小型で高画質の作像エンジンを構成することが可能である。

よって、本実施の形態によれば、従来技術よりも高画質を実現でき、かつより小型にできる。

図３５は本発明の別の実施形態を示す。この実施形態は、図３４に示す実施形態において、２成分現像器１５６の代りにトナーのみを有する１成分現像器１６４が用いられ、この１成分現像器１６４はトナー担持ローラ１３１に対してトナーを転位させてトナー担持ローラ１３１上に薄いトナー層を形成する。この場合、１成分現像器１６４は、容器１６５内のトナー１６６を循環パドル１６７で攪拌して循環させながらトナー担持ローラ１３１に供給し、トナー担持ローラ１３１上のトナーをトナー規制部材としてのメータリングブレード１６８により一定厚に規制して薄いトナー層とする。

トナー担持ローラ１３１へのトナー供給安定性という意味では、図３３に示す実施の形態や図３４に示す実施の形態にやや劣る部分もあるが、それは条件を詰めれば解決できる問題であり、何よりも非常に小型軽量かつ高画質な現像装置を提供することができる。

よって、本実施の形態によれば、従来技術よりも高画質を実現でき、かつより小型にできる。

図３６は本発明の更に別の実施形態を示す。この実施形態は、図３３に示す実施の形態における２成分現像器１５６及びトナー担持ローラ１３１からなる現像装置と同じ現像装置を利用して構成され、感光体上に各色のトナー像を重ねて形成する画像形成装置の例である。この実施の形態では、感光体としてのベルト状の有機感光体１６９は、図示しない２つのローラに掛け渡され、図示しない駆動部により回転駆動される。

感光体１６９の左側には、複数色、例えばブラック、イエロー、シアン、マゼンタの画像をそれぞれ形成する複数の画像形成手段としての作像装置１７０Ｋ、１７０Ｙ、１７０Ｃ、１７０Ｍが配列されている。感光体１６９は、先ず作像装置１７０Ｋにて帯電装置１７１Ｋにより一様に帯電されて図示しない露光手段としての書込装置により、ブラックの画像データで変調された光ビーム１７２Ｋによって露光されることで静電潜像が形成され、この静電潜像が上記図３３に示す実施の形態における２成分現像器１５６及びトナー担持ローラ１３１からなる現像装置と同じ構成の現像装置１７３Ｋにより現像されてブラックのトナー像となる。その後、感光体１６９は除電器１７４Ｋにより除電されて次の画像形成に備える。

次いで、感光体１６９は、作像装置１７０Ｙにて帯電装置１７１Ｙにより一様に帯電されて図示しない露光手段としての書込装置により、イエローの画像データで変調された光ビーム１７２Ｙによって露光されることで静電潜像が形成され、この静電潜像が上記図３３に示す実施の形態における２成分現像器１５６及びトナー担持ローラ１３１からなる現像装置と同じ構成の現像装置１７３Ｙにより現像されて上記ブラックのトナー像と重なるイエローのトナー像となる。その後、感光体１６９は除電器１７４Ｙにより除電されて次の画像形成に備える。

次に、感光体１６９は、作像装置１７０Ｃにて帯電装置１７１Ｃにより一様に帯電されて図示しない露光手段としての書込装置により、シアンの画像データで変調された光ビーム１７２Ｃによって露光されることで静電潜像が形成され、この静電潜像が上記図３３に示す実施の形態における２成分現像器１５６及びトナー担持ローラ１３１からなる現像装置と同じ構成の現像装置１７３Ｃにより現像されて上記ブラックのトナー像及び上記イエローのトナー像と重なるシアンのトナー像となる。その後、感光体１６９は除電器１７４Ｃにより除電されて次の画像形成に備える。

次に、感光体１６９は、作像装置１７０Ｍにて帯電装置１７１Ｍにより一様に帯電されて図示しない露光手段としての書込装置により、マゼンタの画像データで変調された光ビーム１７２Ｍによって露光されることで静電潜像が形成され、この静電潜像が上記図３３に示す実施の形態における２成分現像器１５６及びトナー担持ローラ１３１からなる現像装置と同じ構成の現像装置１７３Ｍにより現像されて上記ブラックのトナー像、上記イエローのトナー像及び上記シアンのトナー像と重なるマゼンタのトナー像となることでフルカラー画像が形成される。

一方、図示しない給紙装置から記録紙等の記録媒体が給送され、この記録媒体は電源から転写バイアスが印加される転写手段としての転写ローラ１７５により感光体１６９上のフルカラー画像が転写される。フルカラー画像が転写された記録媒体は、定着装置１７６によりフルカラー画像が定着され、外部へ排出される。感光体１６９は、フルカラー画像転写後にクリーニング手段としてのクリーナ１７７により残留トナー等が除去される。

なお、現像装置１７３Ｋ、１７３Ｙ、１７３Ｃ、１７３Ｍは、図３４の２成分現像器１５６及びトナー担持ローラ１３１からなる現像装置又は図３５の１成分現像器１６４及びトナー担持ローラ１３１からなる現像装置を用いてもよい。

この実施の形態では、同一の感光体１６９上に４色分の書き込みを行うので、通常の４連タンデム方式と比較すると、原理的に位置ズレがほとんど発生せず、感光体上で色重ねができて位置ズレのない高画質のフルカラー画像を得ることができる。

なお、図３６に示した画像形成装置においては、上述した実験の結果に鑑みて、Ｖｍａｘ［Ｖ］／ｐ［μｍ］＞１という条件に加えて、ｐ［μｍ］＜ｄ[μｍ］という条件も具備させている。かかる構成では、上述したように、感光体１６９上に一度形成されたトナー像に対しては全く影響を与えることが無く、しかも、感光体１６９上に形成された先行色のトナー層を後続色の現像装置内に転移させることもない。よって、スキャベンジや混色などの問題が一切無く、高画質な作像プロセスを長期的に渡り安定して行うことができる。

図３７は本発明の第３の実施の形態に係る現像装置の構成を示す図である。同図の（ａ）に示すように、搬送部材１２の搬送電極１０１に対して垂直方向で、かつ幅方向に等間隔に配列された複数の垂直方向搬送電極１１０が設けられている。更に、図３７の（ａ）のＥ−Ｅ’線断面図である図３７の（ｂ）、及び図３７の（ａ）のＦ−Ｆ’線断面図である図３７の（ｃ）に示すように、支持基板１０４上に配列された搬送電極１０１を覆うように積層された絶縁層１１０上に、垂直方向搬送電極１１１が搬送電極１０１に対して垂直方向で、かつ幅方向に等間隔に配列され、更に垂直方向搬送電極１１１上に表面保護層１１２が積層されている。このように、図３７に示す垂直方向搬送電極１１１は、トナー搬送方向とホッピング方向で形成される面に対して垂直方向に電界を形成するものである。よって、トナー搬送方向に対して垂直方向にトナーを振動させて幅方向の均一性が向上できる。基本的に搬送電極１０１の長さ方向に対して垂直方向に搬送されるわけであるが、その直線性は搬送距離を多く（例えば１５ｃｍ）設定したとしてもかなりの直線性を
維持している。故に、供給時に幅方向でムラが存在するとそのまま維持されてしまい、画像に悪影響をもたらす。そこで、図３７の（ａ），（ｃ）に示すように、垂直方向搬送電極１１１が、搬送電極１０１に対して搬送方向と平行に電極間距離を数１００μｍを上限として全幅に対して複数配設するものである。これにＶ_ＰＰとして正負の電圧をそれぞれの電極に特定の周波数で印加することでトナーは幅方向に往復運動しつつ搬送方向に移動する。これを実現することで当初有していた幅方向のムラが緩和されることで均一化して、均一な密度を有するトナークラウド層にすることが可能となる。

次に、本発明の現像装置を搭載する別の発明に係る第１の実施の形態の画像形成装置について図３８を参照して説明する。
この画像形成装置の全体の概略及び動作を説明すると、潜像担持体である感光体ドラム３０１は基体３０２上に感光体層３０３を形成してなり、同図の矢印Ｃの方向に回転駆動される。この感光体ドラム３０１は帯電装置３０４によって一様に帯電され、露光部３０５からの読み取り画像に応じたレーザ光による書き込みにより、感光体ドラム３０１の表面に静電潜像が形成される。

そして、この感光体ドラム３０１の表面の静電潜像は、本発明に係る現像装置３０６によってトナーが付着されて可視像化され、この可視像は、給紙カセット３０７から給紙された転写紙（記録媒体）３０８に転写電源３０９からの電圧が印加される転写コロ３１０によって転写され、この可視像が転写された転写紙３０８は、感光体ドラム３０１の表面より分離されて、定着ユニット３１１のローラ間を通って、可視像が定着され、機外の排紙トレイへと排紙される。

一方、転写が終了した感光体ドラム３０１の表面に残留しているトナーはクリーニング装置３１２によって除去され、感光体ドラム３０１の表面に残留している電荷は除電ランプ３１３によって消去される。

そこで、本発明の現像装置について説明すると、現像装置３０６内には粉体であるトナーの帯電を施す部材の一例として帯電ブラシ３１４ａ、３１４ｂの両ブラシが接触するように配置され回転動作し、トナータンク３１５から送り込まれるトナーＴは帯電ブラシ３１４ａ、３１４ｂによる摩擦を受けて帯電が施される。そして、帯電が施されたトナーＴは、搬送基板３１６に送り込まれ、この搬送基板３１６上を搬送、ホッピングされて潜像担持体の感光体ドラム３０１に対向する現像領域に送られて、所要の現像を行った後、現像に供されなったトナーＴは搬送基板３１６の終端から落下して、逆送用の搬送基板３１７によってトナーに帯電を施す部材（帯電ブラシ３１４ｂ）に逆送される。

なお、搬送基板３１６及び逆送用の搬送基板３１７の構成は、上述した搬送基板１０１と同様であり、搬送基板３１６及び逆送用の搬送基板３１７の各電極に駆動波形を与える駆動回路の構成も図示は省略するが、現像装置の各実施形態で説明した同様である。

このように構成することで、飛散トナーが少なく、高い現像品質で現像を行って高画質の画像を形成することができる。また、本発明ではホッピング高さ均一化部材を採用することでトナークラウド層の高さの均一化を図ることができる。

次に、別の発明に係るプロセスカートリッジを備えた、第２の実施の形態の画像形成装置について、図３９及び図４０を参照して簡単に説明する。なお、図３９はプロセスカートリッジを備えた画像形成装置の概略構成図、図４０はプロセスカートリッジの概略構成図である。

図３９に示す画像形成装置４００は、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｂｋ）の４色でフルカラー画像を形成するレーザプリンタの一例であり、各色用の画像信号に応じたレーザビームを出射する４つの光書込装置４０１−Ｍ、４０１−Ｃ、４０１−Ｙ、４０１−Ｂｋ（以下、光書込装置４０１と総称する）と、作像用の４つのプロセスカートリッジ４０２−Ｍ、４０２−Ｃ、４０２−Ｙ、４０２−Ｂｋ（以下、プロセスカートリッジ４０２と総称する）と、画像が転写される記録用紙を収納する給紙カセット４０３と、給紙カセット４０３から記録用紙を給紙する給紙ローラ４０４と、記録用紙を所定のタイミングで搬送するレジストローラ４０５と、記録用紙を各プロセスカートリッジの転写部に搬送する転写ベルト４０６と、記録用紙に転写された画像を定着する定着ベルト４０７と加圧ローラ４０８からなる定着装置４０９と、定着後の記録用紙を排紙トレイ４１１に排紙する排紙ローラ４１０等を備えた構成となっている。

４つのプロセスカートリッジからなるプロセスカートリッジ４０２は、図４０に示すように、各プロセスカートリッジ４０２は、ケース内に像担持体であるドラム状の感光体４１２と、帯電ローラ４１３と、本発明に係る現像装置４１４と、クリーニングブレード４１５等を一体に備え、画像形成装置の本体に対して着脱可能に構成している。現像装置４１４を着脱自在であるプロセスカートリッジ４０２内に具備させることにより、メンテナンス性の向上、他の装置との一体交換を容易に行うことができるようになる。

また、現像装置４１４内には、トナー供給ローラ４１６、帯電ローラ４１７、搬送基板４１８、搬送基板４１８へのトナー送り込み基板４１９、回収トナーを戻すトナー戻しローラ４２０が設けられており、各色のトナーが収納されている。また、プロセスカートリッジ４０２の背面側には、光書込装置４０１からのレーザビームが入射される窓口となるスリット４２１が設けられている。

各光書き込み装置４０１−Ｍ、４０１−Ｃ、４０１−Ｙ、４０１−Ｂｋは、半導体レーザ、コリメートレンズ、ポリゴンミラー等の光偏向器、走査結像用光学系等から構成され、装置外部のパーソナルコンピュータ等のホスト（画像処理装置）から入力される各色用の画像データに応じて変調されたレーザビームを出射し、各プロセスカートリッジ４０２−Ｍ、４０２−Ｃ、４０２−Ｙ、４０２−Ｂｋの感光体４１２上を走査し、静電荷像（静電潜像）を書き込む。

そして、画像形成が開始されると、各プロセスカートリッジ４０２−Ｍ、４０２−Ｃ、４０２−Ｙ、４０２−Ｂｋの感光体４１２が帯電ローラ４１３で均一に帯電され、各光書込装置４０１−Ｍ、４０１−Ｃ、４０１−Ｙ、４０１−Ｂｋから画像データに応じたレーザビームが照射されて各感光体上に各色の静電潜像が形成される。

この感光体４１２上に形成された静電潜像は、現像装置４１４の搬送基板４１８によるＥＴＨ現像により、各色のトナーによって現像され顕像化される。また、現像に供されなかったトナーは搬送基板４１８で搬送されてトナー戻しローラ４２０によってトナー送り込み基板４１９の入口側に戻される。このように、本発明に係る現像装置によって現像を行うことで、前述したように高品質の画像を形成することができる。

一方、各プロセスカートリッジ４０２−Ｂｋ、４０２−Ｙ、４０２−Ｃ、４０２−Ｍの各色の画像形成に同期して、供給カセット４０３内の記録用紙が供給ローラ４０４で給紙され、レジストローラ４０５により所定のタイミングで転写ベルト４０６に向けて搬送される。そして、記録用紙は転写ベルト４０６に担持されて４つのプロセスカートリッジ４０２−Ｂｋ、４０２−Ｙ、４０２−Ｃ、４０２−Ｍの感光体４１２に向けて順次搬送され、各感光体上のＢｋ、Ｙ、Ｃ、Ｍの各色のトナー像が順次重ね合わせて転写される。４色のトナー像が転写された記録用紙は、定着装置４０９に搬送され、４色のトナー像からなるカラー画像が定着されて排紙トレイ４１１に排紙される。

次に、別の発明に係るプロセスカートリッジを備えた、第３の実施の形態の画像形成装置について、図４１及び図４２を参照して簡単に説明する。なお、図４１はプロセスカートリッジを備えた画像形成装置の概略構成図、図４２はプロセスカートリッジの概略構成図である。

図４１に示す画像形成装置５００は、水平に延在する転写ベルト（像担持体）５０１に沿って、各色のプロセスカートリッジ５０２−Ｙ、５０２−Ｍ、５０２−Ｃ、５０２−Ｂｋ（以下、プロセスカートリッジ５０２と総称する）を並置したタンデム方式のカラー画像形成装置である。なお、プロセスカートリッジ５０２は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順で説明したが、この順番に特定されるものではなく、どの順番で並置してもよい。

そして、図４２に示すプロセスカートリッジ５０２は、像担持体５０５、帯電手段５０６、搬送基板５０７を含む本発明に係る現像装置５０８、クリーニング装置５０９等の構成要素のうち、複数のものをプロセスカートリッジとして一体に結合して構成し、このプロセスカートリッジを複写機やプリンタ等の画像形成装置本体に対して着脱可能に構成している。

通常、カラーの画像形成装置は複数の画像形成部を有するため装置が大きくなってしまう。また、現像装置、クリーニングや帯電などの各ユニットが個別で故障したり、寿命による交換時期がきた場合は、装置が複雑でユニットの交換に非常に手間がかかっていた。

そこで、少なくとも像担持体と現像装置の構成要素をプロセスカートリッジ５０２として一体に結合して構成することによって、ユーザによる交換も可能な小型で高耐久のカラー画像形成装置を提供することができる。

ここで、各色のプロセスカートリッジ５０２−Ｙ、５０２−Ｍ、５０２−Ｃ、５２０−Ｂｋで現像された像担持体５０５上の現像トナーは水平に延在する転写電圧が印加された転写ベルト５０１に順次転写される。

このようにイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと画像の形成が行なわれ、転写ベルト５０１上に多重に転写され、転写手段５０３で転写材５０４にまとめて転写される。そして、転写材５０４上の多重トナー像は図示しない定着装置によって定着される。

上記各実施の形態の画像形成装置は、いずれも本発明に係る現像装置を備えているので、装置の小型化、低コスト化を図れ、トナー飛散などもなく、画像品質を向上することができる。

なお、上記実施の形態においては、粉体としてトナーを例に説明しているが、トナー以外の粉体を搬送するための装置などにも同様に適用することができる。また、搬送電極に印加する駆動信号は３相を例に説明しているが、４相、６相などのｎ相（ｎは２以上の正の整数）でもよい。

また、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。

本発明の第１の実施の形態に係る現像装置の構成を示す概略断面図である 磁性粒子の測定装置の概略を示す図である。 本発明の現像装置の別の構成を示す概略図である。 静電トナー搬送の現像装置の構成を示す概略図である。 現像装置の搬送基板の平面図である。 図５のＡ−Ａ’線断面図である。 図５のＢ−Ｂ’線断面図である。 図５のＣ−Ｃ’線断面図である。 図５のＤ−Ｄ’線断面図である。 搬送基板に与える駆動波形の一例を示す波形図である。 粉体の搬送及びホッピングの様子を示す概略図である。 粉体の搬送及びホッピングの様子の具体例を示す概略図である。 図４の駆動回路の一例を示すブロック図である。 搬送電圧パターン及び回収搬送電圧パターンの駆動波形の一例を示すタイムチャートである。 ホッピング電圧パターンの駆動波形の一例を示すタイムチャートである。 ホッピング電圧パターンの駆動波形の他の例を示すタイムチャートである ホッピング高さ均一化部材に電圧を印加する様子を示す概略図である。 トナー帯電量約−２０μＣ／ｇのトナーを搬送しているときのホッピング高さ均一化部材に印加するＡＣ電圧と最終的な均一性に対する効果を示す特性図である。 トナーに対する添加剤量と被覆率の関係を示す特性図である。 被覆率と搬送時貼り付きの発生度合いの関係を示す特性図である。 本発明の現像装置の概略を示す図である。 ホッピング高さ均一化部材に振動素子を設けた例を示す図である。 本発明に関する実験に用いた系を示す断面図である。 本発明に関する実験に用いた系のフレア状態を示す断面図である。 本発明に関する実験に用いた系の実験結果であるＶmax[V]/p[μｍ]とフレア活性度との関係を示す特性図である。 本発明に関する実験に用いた系の実験結果である表層の体積抵抗率とフレア活性度との関係を示す特性図である。 本発明の第２の実施の形態に係る画像形成装置におけるトナー担持体の代表例を示す概略図である。 トナー担持体の電極に印加されるＡ相パルス電圧及びＢ相パルス電圧の特性を示す波形図である。 従来の印加方式を示す波形図である。 トナー担持体の製造工程の一部を示す断面図である。 トナー担持体の製造工程の他の一部を示す断面図である。 トナー担持体を平面状に展開した状態を示す展開図である。 本発明の第３の実施の形態に係る現像装置を示す断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る現像装置を示す断面図である。 本発明の第５の実施の形態に係る現像装置を示す断面図である。 本発明の第６の実施の形態に係る画像形成装置を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る現像装置の構成を示す図である。 本発明の現像装置を搭載する別の発明に係る第１の実施の形態の画像形成装置を示す概略断面図である。 本発明の現像装置を搭載する別の発明に係る第２の実施の形態の画像形成装置を示す概略断面図である。 図３９のプロセスカートリッジの概略構成図である。 本発明の現像装置を搭載する別の発明に係る第３の実施の形態の画像形成装置を示す概略断面図である。 図４１のプロセスカートリッジの概略構成図である。

符号の説明

１１；トナー供給手段、１２；搬送部材、
１３；ホッピング高さ均一化部材、１４，１５８，１６９；感光体、
１９；規制部材、５１；振動素子、１００；現像装置、
１１１；垂直方向搬送電極、
１２１；ガラス基板、１２２；電極パターン、１２３；保護層、
１２４，１２７；基板、１２５，１２９；トナー層、
１２６，１５９；交流電源、１２８；樹脂層、１３１；トナー担持体、
１４０；電極パターン、１４１、１４２、１４３；電極、
１５１；円筒、１５５；表層、１５６；２成分現像器、
１６４；１成分現像器、
１７０Ｋ，１７０Ｙ，１７０Ｃ，１７０Ｍ；作像装置、
１７３Ｋ，１７３Ｙ，１７３Ｃ，１７３Ｍ；現像装置、
３００，４００，５００；画像形成装置。

Claims (11)

1. 潜像担持体に対向して配置され、トナーを搬送部材上で移動させる電界を発生させるために、互いに絶縁された状態で所定の間隔で配列された複数の電極を有する搬送部材と、該電極にｎ相（ｎは２以上の正の整数）の電圧を印加するための電圧印加手段と、前記搬送部材にトナーを供給するトナー供給手段を具備し、前記電圧印加手段により前記電極にｎ相の電圧を印加してトナーによるクラウドを形成し、前記潜像担持体上にトナーを付着させてトナー顕像を形成する画像形成装置において、
   前記搬送部材上の現像を行う現像領域の直前にトナーのトナー層の高さを均一にする高さ均一化手段を設けるとともに、前記高さ均一化手段に交流電圧を印加するように前記電圧印加手段を構成したことを特徴とする現像装置。
2. 前記電圧印加手段により搬送部材上にトナーを移動させる進行波電界を形成して前記潜像担持体と対向する領域にトナーを搬送することを特徴とする請求項１記載の現像装置。
3. 前記電圧印加手段による搬送電界の形成に加え、前記搬送部材の表面の移動により前記潜像担持体と対向する領域にトナーを搬送することを特徴とする請求項１記載の現像装置。
4. 複数の電極における所定の電極を起点にした奇数番目の電極の集合体である奇数番目電極群と偶数番目の電極の集合体である偶数番目電極群との間に電位差を生起せしめ、奇数番目の電極と偶数番目の電極とにそれぞれ互いに位相ズレしたパルス電圧を印加することで前記トナー担持体の表面上のトナーを電極間で移動させるようにしたことを特徴とする請求項３記載の現像装置。
5. 前記高さ均一化手段は可とう性を有する材料で形成される請求項１〜４のいずれか１項に記載の現像装置。
6. 前記高さ均一化手段を振動させる請求項１〜５のいずれか１項に記載の現像装置。
7. トナーの搬送方向とホッピング方向で形成される面に対して垂直方向に電界を形成する複数の垂直方向搬送電極を所定の間隔で前記搬送部材に配設し、
   前記垂直方向搬送電極によって形成される電界によってトナー搬送方向に対して垂直方向にトナーを振動させて幅方向の均一化を行い、トナーのトナー層の高さを均一にすることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の現像装置。
8. 前記トナーの添加剤被覆率が４０％以上である請求項１〜７のいずか１項に記載の現像装置。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の現像装置と、電子写真プロセスにおける潜像担持体、帯電手段、クリーニング手段のうちの少なくとも一つと、を少なくとも含み、画像形成装置本体に着脱自在であることを特徴とするプロセスカートリッジ。
10. 潜像担持体上に粉体を付着させて潜像担持体上の潜像を現像して画像を形成する画像形成装置において、
    請求項１〜８のいずれか１項に記載の現像装置もしくは請求項９記載のプロセスカートリッジを備えていることを特徴とする画像形成装置。
11. カラー画像を形成する画像形成装置において、
    請求項９記載のプロセスカートリッジを複数備えていることを特徴とする画像形成装置。

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