現像装置、プロセスカートリッジおよび画像形成装置
【課題】トナー担持体上のトナーの帯電量を制御して潜像担持体上の付着量を一定に制御することができる構成の現像装置を実現する。
【解決手段】本発明は、潜像担持体１０と対向して配置され、潜像担持体上の静電潜像を現像するためのトナーを担持するトナー担持体２１を有する現像装置２０において、トナー担持体２１の内部に所定の間隔で並べられた複数の電極を有し、該複数の電極間の電界が時間的に変化するように前記電極に電圧を印加する電圧印加手段２８を備え、電極間の電界によりトナー担持体上のトナーを飛翔させてクラウドを形成する構成であり、トナー担持体上のトナーの帯電量を制御するトナー帯電量制御手段を備えている構成としたので、トナー担持体上のトナーの帯電量を制御することによって、現像に入っていくトナーの帯電量を常に一定にすることができ、安定した良好な画像が形成できる。
【解決手段】本発明は、潜像担持体１０と対向して配置され、潜像担持体上の静電潜像を現像するためのトナーを担持するトナー担持体２１を有する現像装置２０において、トナー担持体２１の内部に所定の間隔で並べられた複数の電極を有し、該複数の電極間の電界が時間的に変化するように前記電極に電圧を印加する電圧印加手段２８を備え、電極間の電界によりトナー担持体上のトナーを飛翔させてクラウドを形成する構成であり、トナー担持体上のトナーの帯電量を制御するトナー帯電量制御手段を備えている構成としたので、トナー担持体上のトナーの帯電量を制御することによって、現像に入っていくトナーの帯電量を常に一定にすることができ、安定した良好な画像が形成できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、潜像担持体上の静電潜像をトナーを用いて現像する現像装置と、その現像装置を備えたプロセスカートリッジ、および、前記現像装置または前記プロセスカートリッジを備えた複写機、プリンタ、プロッタ、ファクシミリあるいはこれらの複合機等の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、多相の交流電圧を搬送路の各電極に印加して、進行波電界を形成し、この進行波電界により現像剤を搬送路上で潜像担持体へと搬送して、この現像剤を潜像担持体に供給することにより潜像担持体上の静電潜像を現像する現像装置において、搬送路上での現像剤の搬送量を調節する制御手段を備えることを特徴とする現像装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
また、カラー画像を形成する画像形成装置において、潜像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像剤を保持・供給する現像装置であって、基材上に所定の間隔をあけて複数配列された電極を有し、それら電極に多相の交流電圧を印加することにより形成される進行波電界によって現像剤を潜像担持体と対向する現像領域に搬送するように構成されているとともに、前記現像領域に搬送する現像剤の量を変化させることが可能であることを特徴とする現像装置が提案されている（例えば特許文献２参照）。
【０００４】
また、本出願人により先に出願公開されたものとして、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するための現像装置において、前記潜像担持体に対向して配置され、前記粉体を移動させる進行波電界を発生させるための複数の電極を有する搬送部材を備え、前記搬送部材の電極には、前記粉体が前記潜像の画像部に対しては前記潜像担持体側に向かい、非画像部に対しては前記粉体が前記潜像担持体と反対側に向かう方向の電界を形成するｎ相の電位が印加されることを特徴とする現像装置が提案されている（特許文献３）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１０１９３３公報
【特許文献２】特開２００４−１７０７９６公報
【特許文献３】特開２００４−１９８６７５公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来、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、トナー担持体上のトナーをクラウド化させることによってトナーを潜像担持体上に供給するという従来技術がある。このトナー担持体は潜像担持体に対向して配置され、その内部には複数の電極が所定のピッチで配置されている。この複数の電極に時間的に変化する電圧を印加し、電極間の電界によってトナー担持体上のトナーを飛翔させてクラウド化させている。
【０００７】
このような構成のトナー担持体の場合、トナーの搬送方法は３通り考えられる。一つは、電極は３相以上であり、トナー担持体は回転せず、電極間の電界によってトナーをホッピングさせながら、搬送方向にも搬送させる方法である。２つ目は、電極は２相であり電極間の電界によってトナーを往復運動させながらホッピングさせることによってクラウド化し、トナーの搬送はトナー担持体の回転によって行う方法である。最後は、トナー担持体の回転と電極間の電界の両方で搬送する方法である。
【０００８】
いずれの方法でも、現像領域まで搬送されたトナーは、垂直方向にホッピングしながら、潜像担持体の画像部では潜像担持体に向かう方向に、非画像部ではトナー担持体に向かう方向に力を受け、画像部が現像される。
トナー担持体の各電極には直流電圧にパルス電圧を重畳させた電圧を印加しており、トナーはトナー担持体上でクラウド化している。この場合、現像バイアスとしてはトナー担持体の各電極に印加された直流電圧成分の電位にクラウド化したトナー自身の電位であるクラウド電位を加えたものとなる。
【０００９】
潜像担持体上のトナーの付着量を一定にするためには、２つの方法が考えられる。一つは、現像バイアスと画像部電位の電位差を十分大きくとり、トナー担持体上のトナーがすべて現像された時に現像が終了するという方法である。この場合、潜像担持体上の付着量を制御するものはトナー担持体上のトナーの量である。もう一つは、トナー担持体上には十分な量のトナーを乗せておき、画像部電位と現像バイアスの電位の差を埋めるようにトナーが現像されていき、その電位差がなくなると現像が終了するという方法である。この場合、潜像担持体上の付着量を制御するものは、画像部電位と現像バイアスの電位の差とトナーの帯電量である。
【００１０】
前者の方法の場合、ベタ画像を現像する場合と低面積率の画像を現像する場合では付着量が違ってきてしまう。低面積率の画像の場合、トナーはクラウド化しているため、トナー担持体上のトナーのうち潜像と対向している部分のトナーだけでなく、その周辺でホッピングしているトナーも潜像に引き込まれ、結果として付着量は多くなってしまう。よって、クラウド化したトナーで現像する場合、後者の方法が望ましい。後者の方法の現像の場合、トナーの帯電量が大きいと少量のトナーで現像バイアスと画像部電位との電位差がなくなり、潜像担持体上の付着量は少なくなる。逆に、トナーの帯電量が小さいと潜像担持体上の付着量は多くなる。よって、潜像担持体上の付着量を一定にするためには、トナーの帯電量を一定に制御する必要がある。
【００１１】
トナー供給手段によってトナー担持体へ供給されたトナーは電極間の電界によってホッピングを繰り返しながら現像領域まで運ばれる。その際、トナーとトナー担持体表面との接触摩擦によって、電荷の授受が発生する。ホッピングによってトナーの帯電量が上がるのか低下するのかは、トナーとトナー担持体表面との摩擦帯電特性によって決まってくる。いずれにせよ、トナーの帯電量はトナーとトナー担持体表面との接触回数によって決まる。トナーとトナー担持体表面との接触回数はトナーのホッピング回数であり、トナーのホッピング回数はトナー担持体の各電極に印加されているパルス電圧の切り替わり回数と比例する。よって、このパルス電圧の切り替わり回数を制御することによって、トナー担持体上のトナーの帯電量を制御することができる。
【００１２】
トナーの帯電量を制御するためには、帯電量を検知する必要がある。トナーの帯電量と対応する特性値としては、トナーのホッピング高さである。トナーの帯電量が大きい場合、トナーが電界から受ける力は大きくなる。トナー担持体上の電界強度はトナー担持体表面から離れていくと弱くなっていくが、帯電量が大きいためにトナーは高い位置までホッピングすることができる。一方、トナーの帯電量が小さい場合は電界から受ける力が小さく、トナーは高い位置までホッピングすることはできない。よって、トナーのホッピング高さを検知することによって、トナーの帯電量を知ることができる。
【００１３】
前述の特許文献１や特許文献２に記載の従来技術では、潜像担持体上の現像剤の付着量を検知し、現像領域に搬送する現像剤の量を制御している。検知された付着量が大きい場合、搬送する現像剤の量を少なくし、付着量が小さい場合は搬送する現像剤の量を多くしている。
この従来技術の場合、上述した前者の現像方法ではベタ画像の潜像担持体上の付着量は制御できるが、ベタ画像と低面積率の画像の付着量の差が発生してしまい、問題となる。また、上述した後者の現像方法ではトナー担持体上のトナーの量を制御しても、潜像担持体上の付着量は制御できない。
【００１４】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、上述した後者の現像方法で、トナー担持体上のトナーの帯電量を制御して潜像担持体上の付着量を一定に制御することができる構成の現像装置を提供することを目的とし、さらには、その現像装置を備えたプロセスカートリッジおよび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】
【００１５】
上記課題を解決する手段として、本発明では、トナーとトナー担持体との接触摩擦を利用して、供給領域から現像領域まで到達する間の、または規制領域から現像領域まで到達する間のトナー担持体の電極に印加する電圧の切り替わり回数を制御することによって、トナーとトナー担持体との接触回数を制御しており、具体的には、電極に印加するパルス電圧の周波数とトナー担持体の線速を制御することによって、切り替わり回数を制御している。また、トナー担持体上のトナーの帯電量を光学的に検知し、その検知結果に基づいてトナーの帯電量を制御している。そして、より具体的には、本発明では以下のような解決手段を採っている。
【００１６】
本発明の第１の手段は、潜像担持体と対向して配置され、前記潜像担持体上の静電潜像を現像するためのトナーを担持するトナー担持体を有する現像装置において、前記トナー担持体の内部に所定の間隔で並べられた複数の電極を有し、該複数の電極間の電界が時間的に変化するように前記電極に電圧を印加する電圧印加手段を備え、前記電極間の電界により前記トナー担持体上のトナーを飛翔させてクラウドを形成する構成であり、前記トナー担持体上のトナーの帯電量を制御するトナー帯電量制御手段を備えていることを特徴とする。
【００１７】
本発明の第２の手段は、第１の手段の現像装置において、前記トナー担持体にトナーを供給するトナー供給手段を有し、該トナー供給手段と前記トナー担持体とが対向する供給領域で供給されたトナーは、前記トナー担持体の回転によって前記潜像担持体と該トナー担持体が対向する現像領域まで搬送される構成であり、前記トナー帯電量制御手段とは、各電極が前記供給領域から前記現像領域まで移動するまでに印加される電圧が切り替わる回数を制御する切り替わり回数制御手段であることを特徴とする。
【００１８】
本発明の第３の手段は、第１の手段の現像装置において、前記トナー担持体にトナーを供給するトナー供給手段と、該トナー供給手段で前記トナー担持体に供給されたトナーを規制するトナー層規制部材を有し、該トナー層規制部材で規制されたトナーは前記トナー担持体の回転によって前記潜像担持体と該トナー担持体が対向する現像領域まで搬送される構成であり、前記トナー帯電量制御手段とは、各電極が前記トナー担持体と前記トナー層規制部材とが対向する規制領域から前記現像領域まで移動するまでに印加される電圧が切り替わる回数を制御する切り替わり回数制御手段であることを特徴とする。
【００１９】
本発明の第４の手段は、第２または第３の手段の現像装置において、前記切り替わり回数制御手段が制御するのは、前記電圧印加手段が印加する電圧の周波数であることを特徴とする。
また、本発明の第５の手段は、第２または第３の手段の現像装置において、前記切り替わり回数制御手段が制御するのは、前記トナー担持体の線速であることを特徴とする。
さらに本発明の第６の手段は、第２または第３の手段の現像装置において、前記切り替わり回数制御手段は、前記電圧印加手段が印加する電圧の周波数と、前記トナー担持体の線速の両方を制御することを特徴とする。
【００２０】
本発明の第７の手段は、第１〜第６のいずれか１つの手段の現像装置において、前記トナー担持体上のトナーの帯電量を検知する帯電量検知手段を備えたことを特徴とする。
また、本発明の第８の手段は、第７の手段の現像装置において、前記トナー担持体の回転方向に対して、前記供給領域もしくは前記規制領域の下流で前記現像領域より上流の位置に前記帯電量検知手段を設けることを特徴とする。
さらに本発明の第９の手段は、第１〜第８のいずれか１つの手段の現像装置において、前記帯電量検知手段の検知結果に基づいて前記切り替わり回数制御手段が電極の切り替わり回数を制御することを特徴とする。
【００２１】
本発明の第１０の手段は、第７〜第９のいずれか１つの手段の現像装置において、前記帯電量検知手段は、前記トナー担持体上のトナーの該トナー担持体表面からの高さ方向の位置を検知することを特徴とする。
また、本発明の第１１の手段は、第７〜第１０のいずれか１つの手段の現像装置において、前記帯電量検知手段は、発光素子と受光素子から成ることを特徴とする。
さらに本発明の第１２の手段は、第１１の手段の現像装置において、前記発光素子は前記トナー担持体上の回転によって搬送されるトナーの搬送経路に光を投光し、前記受光素子はトナーによって散乱されずに透過した光を検知することを特徴とする。
さらにまた、本発明の第１３の手段は、第１１の手段の現像装置において、前記発光素子は前記トナー担持体上の回転によって搬送されるトナーの搬送経路に光を投光し、前記受光素子はトナーによって散乱された拡散光を検知することを特徴とする。
さらにまた、本発明の第１４の手段は、第１１の手段の現像装置において、前記発光素子は前記トナー担持体上の回転によって搬送されるトナーの搬送経路に光を投光し、前記受光素子はトナーによって散乱されずに透過した光とトナーによって散乱された拡散光の両方を検知することを特徴とする。
【００２２】
本発明の第１５の手段は、潜像担持体上の潜像にトナーを付着させることにより潜像を現像し、これにより得られたトナー像を最終的に記録材に転移させて画像形成を行う画像形成装置において、前記潜像担持体上の潜像を現像する手段として、第１〜第１４のいずれか１つの手段の現像装置を備えたことを特徴とする。
また、本発明の第１６の手段は、第１５の手段の画像形成装置において、前記潜像担持体上に形成されたトナー像を複数互いに重ね合わせて得られる画像を記録材に形成することを特徴とする。
【００２３】
本発明の第１７の手段は、電子写真プロセスにより画像形成を行う画像形成装置に装備されるプロセスカートリッジであって、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、第１〜第１４のいずれか１つの手段の現像装置を一体に保持し、前記画像形成装置に対して着脱可能に設けられたことを特徴とする。
また、本発明の第１８の手段は、電子写真プロセスにより画像形成を行う画像形成装置であって、第１７の手段のプロセスカートリッジを複数備え、単色、多色またはフルカラー画像を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
第１の手段の現像装置では、トナー担持体上のトナーの帯電量を制御するトナー帯電量制御手段を備えている構成としたので、トナー担持体上のトナーの帯電量を制御することによって、現像に入っていくトナーの帯電量を常に一定にすることができ、安定した良好な画像が形成できる。
また、第２の手段の現像装置では、第１の手段の効果に加え、トナー供給手段でトナー担持体にトナーを供給し、電極間の電界によってトナーをホッピングさせ、トナー担持体の回転によってトナーを現像領域まで搬送する構成の場合、供給領域から現像領域までに電極に印加する電圧の切り替わり回数を制御することで、現像領域におけるトナーの帯電量を制御することができる。
さらに第３の手段の現像装置では、第１の手段の効果に加え、トナー供給手段でトナー担持体にトナーを供給し、トナー規制部材でトナー層を規制して、電極間の電界によってトナーをホッピングさせ、トナー担持体の回転によってトナーを現像領域まで搬送する構成の場合、規制領域から現像領域までに電極に印加する電圧の切り替わり回数を制御することで、現像領域におけるトナーの帯電量を制御することができる。
【００２５】
第４の手段の現像装置では、第２または第３の手段の効果に加え、電圧印加手段が印加する電圧の周波数を制御することで、切り替わり回数を制御することができる。
また、第５の手段の現像装置では、第２または第３の手段の効果に加え、トナー担持体の線速を制御することで、切り替わり回数を制御することができる。
さらに第６の手段の現像装置では、第２または第３の手段の効果に加え、電圧印加手段が印加する電圧の周波数とトナー担持体の線速の両方を制御することで、切り替わり回数を制御することができる。
【００２６】
第７の手段の現像装置では、第１〜第６のいずれか１つの手段の効果に加え、トナー担持体上のトナーの帯電量を検知するトナー帯電量検知手段を備えることによって、トナーの帯電量を把握することができる。
また、第８の手段の現像装置では、第７の手段の効果に加え、トナー担持体の回転方向に対して供給領域、もしくは規制領域下流で現像領域より上流の位置に帯電量検知手段を設けることによって、現像領域に入っていくトナーの帯電量を検知することができる。
さらに第９の手段の現像装置では、第１〜第８のいずれか１つの手段の効果に加え、帯電量検知手段の検知結果に基づいて切り替わり回数制御手段が電極の切り替わり回数を制御することによって、検知結果に基づいてトナー担持体上のトナーの帯電量を制御できる。
【００２７】
第１０の手段の現像装置では、第７〜第９のいずれか１つの手段の効果に加え、トナーの帯電量と対応しているトナー担持体上のトナーの高さ方向の位置を検知することによって、トナーの帯電量を正確に検知することができる。
また、第１１の手段の現像装置では、第７〜第１０のいずれか１つの手段の効果に加え、トナーの高さ方向の位置を光学的に検知することによって、正確にトナーの帯電量を検知することができる。
さらに第１２の手段の現像装置では、第１１の手段の効果に加え、透過光によってトナーの高さ方向の位置を検知することによって、ブラックトナーの帯電量を検知することができる。
さらにまた、第１３の手段の現像装置では、第１１の手段の効果に加え、拡散光によってトナーの高さ方向の位置を検知することによって、カラートナーの帯電量を検知することができる。
さらにまた、第１４の手段の現像装置では、第１１の手段の効果に加え、透過光と拡散光の両方でトナーの高さ方向の位置を検知することによって、トナーの帯電量を精度よく検知することができる。
【００２８】
第１５の手段の画像形成装置では、潜像担持体上の潜像を現像する手段として、第１〜第１４のいずれか１つの手段の現像装置を備えたことにより、第１〜第１４のいずれか１つの手段の効果が得られ、安定した良好な画像形成を行うことができる。
また、第１６の手段の画像形成装置では、第１５の手段の効果に加え、前記潜像担持体上に形成されたトナー像を複数互いに重ね合わせて得られる画像を記録材に形成することにより、安定した良好な多色またはカラー画像を形成することができる。
【００２９】
第１７の手段のプロセスカートリッジでは、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、第１〜第１４のいずれか１つの手段の現像装置を一体に保持したことにより、安定した良好な画像形成を行うことができるプロセスカートリッジを提供することができる。また、このプロセスカートリッジは、画像形成装置に対して着脱可能に設けられているので、容易に交換やリサイクルが可能になり、画像形成装置のメンテンナンス性の向上や、省資源化に寄与することができる。
【００３０】
第１８の手段の画像形成装置では、第１７の手段のプロセスカートリッジを複数備え、単色、多色またはフルカラー画像を形成することにより、安定した良好な単色、多色またはカラー画像を形成することができる。また、複数のプロセスカートリッジは、着脱可能に設けられているので、容易に交換やリサイクルが可能になり、画像形成装置のメンテンナンス性の向上や、省資源化に寄与することができる。また、画像形成装置の保守や管理も容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明に係る現像装置、プロセスカートリッジ、画像形成装置の具体的な実施例を、図面を参照して詳細に説明する。
【実施例】
【００３２】
［実施例１］
本発明の現像装置に用いられるトナー担持体の電極構成例を図１に示す。図１の構成ではトナー担持体２１の電極は２相であり、奇数番目の電極１ａ，２ａ，３ａ，４ａ，５ａ・・・をａ相、偶数番目の電極１ｂ，２ｂ，３ｂ，４ｂ・・・をｂ相とする。図２にトナー担持体のａ相とｂ相の電極に印加する電圧の例を示す。電圧は矩形波であり、Ｖppは２００Ｖ〜１０００Ｖ、周波数ｆは０．５〜５ｋＨzであり、電圧の中心値Ｖ0は画像部電位と非画像部電位の間で現像条件によって変動させている。ａ相とｂ相の電圧は位相がπだけずれて印加されている。この位相差によって、ａ相とｂ相間には常にＶppだけの電位差が生じている。この電位差Ｖppによって電極間に電界が発生し、この電界に応じてトナーが電極間をホッピングする。図２では印加する電圧は矩形波であるが、矩形波の場合、電圧の切り替わりが瞬時に起き、トナーのホッピングには適しているが、サイン波でも三角波でもよい。図３にトナー担持体の軸に平行な方向から見た図を示す。図３において、ａ相の電極は左側からｂ相の電極は右側から出ており、ａ相とｂ相で櫛歯状の電極構成になっている。トナー担持体２１の端部はベタ電極となっており、ここから配線し、電圧を供給している。トナー担持体２１の作成方法としては、軸となるステンレスなどの金属ローラに樹脂をコーティング、または樹脂ローラに金属ローラを圧入し、その樹脂ローラの表面に櫛歯状に電極を作成する。さらに、電極の作成後、表面を絶縁層でコーティングすることでトナー担持体ができあがる。
【００３３】
図４は本発明の第１の実施例を示す現像装置の概略構成図であり、図４における現像装置２０は、磁性キャリアと非磁性トナーから成る二成分現像剤を用いた例である。図４の現像剤収容部は２室２４ａ，２４ｂに分けられており、現像装置内の両端部の現像剤通路（図示せず）によってつながっている。現像剤収容部２４ａ，２４ｂには二成分現像剤が収容されており、各室にある攪拌搬送スクリュ２５ａ，２５ｂによって攪拌されながら現像剤収容部内を搬送されている。現像装置２０にはトナー補給口２６が配置されており、トナー収容部（図示せず）からトナー補給口を通って、現像剤収容部２４ａにトナーが補給される。現像剤収容部（２４ａまたは２４ｂ）には現像剤の透磁率を検知するトナー濃度センサ（図示せず）が設置されており、現像剤の濃度を検知している。現像剤収容部（２４ａまたは２４ｂ）のトナー濃度が減少すると、トナー補給口２６から現像剤収容部にトナーが補給される。
【００３４】
攪拌搬送スクリュ２５ｂと対向する位置には、トナー供給部材（現像剤担持体）２２が配置されている。トナー供給部材２２の内部には固定された磁石が配置されおり、トナー供給部材２２の回転と磁力によって、現像剤収容部内の現像剤はトナー供給部材表面に汲み上げられる。現像剤の汲み上げ位置よりトナー供給部材２２の回転方向上流において、トナー供給部材２２と対向する位置に現像剤層規制部材２３が設けられている。汲み上げ位置で汲み上げられた現像剤は現像剤層規制部材２３によって一定量の現像剤層厚に規制される。現像剤層規制部材２３を通った現像剤はトナー供給部材２２の回転にともなって、前述の電極構成のトナー担持体２１と対向する位置まで搬送される。
【００３５】
トナー供給部材２２には、第一電圧印加手段２７によって供給バイアスが印加されている。この供給バイアスは、直流電圧でも交流電圧でもよい。また、直流電圧に交流電圧を重畳させたバイアスでもよい。トナー担持体２１と対向する位置においては、第一、第二電圧印加手段２７，２８によってトナー担持体２１とトナー供給部材２２との間に電界が生じている。その電界からの静電気力を受け、トナーはキャリアから解離し、トナー担持体２１の表面に移動する。トナー担持体２１には、第二電圧印加手段２８によって電極に電圧が印加されている。第二電圧印加手段２８が印加する電圧は、図２に示したような矩形波が最も適しているが、サイン波で三角波でもよい。
【００３６】
本実施例では前述したように電極はａ相とｂ相の２相とし、各隣り合う電極に位相差πをもった電圧を印加し、電極間に電界を生じさせている。トナー担持体２１の表面に達したトナーは、この電極間の電界によってホッピングしながら電極間を往復運動する。本実施例ではトナーの搬送はトナー担持体２１の回転によって行っている。トナーはホッピングしながら電極間を往復運動しながら、トナー担持体２１の回転によって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、トナー担持体２１と潜像担持体１０上の画像部との間の現像電界によって、潜像担持体１０上に現像される。現像に寄与しなかったトナーはホッピングしながらトナー担持体２１の回転によってさらに搬送され、回収手段（図示せず）によってトナー担持体表面から回収される。回収されたトナーは再び現像剤収容部２４ａ，２４ｂに戻され、現像装置内を循環する。
【００３７】
［実施例２］
次に図５は本発明の第２の実施例を示す現像装置の概略構成図であり、非磁性トナーから成る一成分現像剤を用いた現像装置３０の一例を示している。トナーは現像剤収容部３４に収容されており、トナー補給ローラ３５ａ，３５ｂによって攪拌されている。そして、トナー補給ローラ３５ｂによってトナーはトナー供給部材３２と摩擦帯電を行ない、静電気力によってトナー供給部材３２上に汲み上げられる。トナー供給部材３２上のトナーは現像剤層規制部材３３によって薄層とされ、トナー供給部材３２の回転にともなって、前述の電極構成のトナー担持体３１と対向する位置に搬送される。
【００３８】
トナー供給部材３２には、第一電圧印加手段３７によって供給バイアスが印加されている。この供給バイアスは、直流電圧でも交流電圧でもよい。また、直流電圧に交流電圧を重畳させたバイアスでもよい。トナー担持体３２と対向する位置においては、第一、第二電圧印加手段３７，３８によってトナー担持体３１とトナー供給部材３２との間に電界が生じている。その電界からの静電気力を受け、トナーはトナー供給部材３２から解離し、トナー担持体３１の表面に移動する。トナー担持体３１には、第二電圧印加手段３８によって電極に電圧が印加されている。第二電圧印加手段３８が印加する電圧は、図２に示したような矩形波が最も適しているが、サイン波で三角波でもよい。
【００３９】
本実施例では前述したように電極はａ相とｂ相の２相とし、各隣り合う電極に位相差πをもった電圧を印加し、電極間に電界を生じさせている。トナー担持体３１の表面に達したトナーは、この電極間の電界によってホッピングしながら電極間を往復運動する。本実施例ではトナーの搬送はトナー担持体３１の回転によって行っている。トナーはホッピングしながら電極間を往復運動しながら、トナー担持体３１の回転によって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、トナー担持体３１と潜像担持体１０上の画像部との間の現像電界によって、潜像担持体１０上に現像される。現像に寄与しなかったトナーはトナー担持体の回転によってさらに搬送され、回収手段（図示せず）によってトナー担持体表面から回収される。回収されたトナーは再び現像剤収容部３４に戻され、現像装置内を循環する。
【００４０】
［実施例３］
次に図６は本発明の第３の実施例を示す現像装置の概略構成図であり、トナー搬送方向に関して現像領域下流側にトナー回収手段を備えている構成の現像装置４０の例である。なお、図６において、符号４１はトナー担持体、４２はトナー供給部材（または現像剤担持体）、４３は現像剤層規制部材であり、これらは図４または図５の現像装置と同様の構成部材であり、動作も同様である。また、符号４５ａ，４５ｂは攪拌搬送部材である。
【００４１】
トナー回収手段としては種々の方法が考えられる。図６は、回収板４６と振動子４７によるトナー回収を示した図である。トナー担持体４１と回収板４６の間に電圧印加手段４８で直流電圧を印加し、トナーにトナー担持体４１から回収板４６に向かう方向に力が作用するように電界を発生させる。現像領域で現像に寄与しなかったトナーは回収板４６とトナー担持体４１が対向しあう回収領域において、トナー担持体４１上から回収板４６へ移動する。回収板上にトナーがある程度の量がたまると、振動子４７によって回収板４６を振動させ、回収板上のトナーを振るい落とし、再び現像剤収容部４４に戻す。
【００４２】
［実施例４］
次に図７は本発明の第４の実施例を示す現像装置の概略構成図であり、トナー搬送方向に関して現像領域下流側にトナー回収手段を備えている構成の現像装置の別の例である。図７に示す現像装置４０では、トナー回収手段として回収ローラ４９を用いてトナーを回収している。トナー担持体４１と回収ローラ４９の間に電圧印加手段４８で直流電圧を印加し、トナーにトナー担持体４１から回収ローラ４９に向かう方向に力が作用するように電界を発生させる。現像領域で現像に寄与しなかったトナーは回収ローラ４９とトナー担持体４１が対向しあう回収領域において、トナー担持体４１上から回収ローラ４９へ移動する。回収ローラ４９に付着したトナーは、ブレード５０によって掻き落とされ、再び現像剤収容部４４に戻される。
【００４３】
［実施例５］
次に図８は本発明の第５の実施例を示す現像装置の概略構成図であり、トナー搬送方向に関して現像領域下流側にトナー回収手段を備えている構成の現像装置のさらに別の例である。図８に示す現像装置４０では、トナー回収手段としてブラシローラ５１を用いてトナーを回収している。トナー担持体４１とブラシローラ５１の間に電圧印加手段４８で直流電圧を印加し、トナーにトナー担持体４１からブラシローラ５１に向かう方向に力が作用するように電界を発生させる。現像領域で現像に寄与しなかったトナーはブラシローラ５１とトナー担持体４１が対向しあう回収領域において、トナー担持体４１上からブラシローラ５１へ移動する。ブラシローラ５１に付着したトナーは、フリッカバー５２によって掻き落とされ、再び現像剤収容部４４に戻される。
【００４４】
［実施例６］
次に図９は本発明の第６の実施例を示す現像装置の概略構成図であり、トナー搬送方向に関して現像領域下流側にトナー回収手段を備えている構成の現像装置のさらに別の例である。図９に示す現像装置４０では、トナー回収手段として吸引ノズル５３を用いてトナーを回収している。具体的には、吸引ノズル５３とトナー担持体４１を対向させ、吸引ポンプ５５によって吸引ノズル５３から空気を吸引する。吸引ノズル５３のトナー搬送方向下流側にはシール５４が付けてあり、このシール５４はトナー担持体４１の表面と接触している。現像領域で現像に寄与しなかったトナーは、回収領域において空気の流れに乗って吸引ノズル５３を通って回収される。空気の流れに乗らず、進行波電界によって搬送されているトナーもシール５４と衝突し、そのまま下流に搬送されていくことはない。吸引ノズル５３によって回収されたトナーは、ダクト５６を通って再び現像剤収容部４４に戻される。
【００４５】
［実施例７］
次に図１０は本発明の第７の実施例を示す現像装置の概略構成図である。この現像装置６０は、現像剤として一成分非磁性トナーを用い、トナー供給部材であるトナー補給ローラ６２から直接トナー担持体６１へトナーを供給する構成である。なお、トナー担持体６１の構成は実施例１と同様である。
【００４６】
図１０に示す現像装置６０では、トナー補給ローラ６２としてスポンジローラを用い、スポンジローラ６２をトナー担持体６１へ当接させてトナーを帯電させながらトナー担持体上へ供給する。スポンジローラ６２には第一電圧印加手段６４によって供給バイアスが印加されており、この電圧によってトナー担持体６１へ供給するトナーの量を制御することができる。この供給バイアスは、直流電圧でも交流電圧でもよい。また、直流電圧に交流電圧を重畳させたバイアスでもよい。トナー担持体６１には、第二電圧印加手段６５によって電極に電圧が印加されている。第二電圧印加手段６５が印加する電圧は、図２に示したような矩形波が最も適しているが、サイン波で三角波でもよい。
【００４７】
本実施例では前述したように電極はａ相とｂ相の２相とし、各隣り合う電極に位相差πをもった電圧を印加し、電極間に電界を生じさせている。トナー担持体６１へ供給されたトナーは、この電極間の電界によってホッピングしながら電極間を往復運動する。本実施例ではトナーの搬送はトナー担持体６１の回転によって行っている。トナー補給ローラ６２からトナー担持体６１へ供給されたトナーはトナー層規制部材６３によって、さらに帯電され、トナー量は規制される。トナー層規制部材６３によって帯電され規制されたトナーは、さらにホッピングしながらトナー担持体６１の回転によって、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、トナー担持体６１と潜像担持体１０上の画像部との間の現像電界によって、潜像担持体１０上に現像される。現像に寄与しなかったトナーはトナー担持体６１の回転によってさらに搬送され、トナー供給部材であるトナー補給ローラ６２まで達する。トナー補給ローラ６２は現像に使われずに戻ってきたトナーをトナー担持体６１上から掃き取り、現像剤収容部６６にトナーを戻す。
【００４８】
［実施例８］
次に、以上に述べた実施例１〜７の現像装置（２０，３０，４０，６０）に共通の実施例について説明する。
実施例１〜７の現像装置（２０，３０，４０，６０）において、現像領域とは、潜像担持体１０とトナー担持体（２１，３１，４１，６１）が対向する領域において、潜像担持体１０は停止させた状態で画像部電位がトナー担持体（２１，３１，４１，６１）と対向するようにし、トナー担持体（２１，３１，４１，６１）の回転によってトナーを搬送し、潜像担持体１０にトナーが現像された領域を現像領域と定義する。
また、各実施例で供給領域とは、トナー担持体（２１，３１，４１，６１）の回転を停止させ各電極にパルス電圧を印加しない状態で、トナー供給部材（２２，３２，４２，６２）に電圧を印加し、トナーがトナー担持体上に供給された領域のことを供給領域と定義する。
さらに各実施例で規制領域とは、トナー担持体上にトナーがない状態で、トナー担持体と現像剤層規制部材（またはトナー層規制部材）（２３，３３，４３，６３）とが接触する領域のことを規制領域と定義する。
【００４９】
実施例１〜７の現像装置（２０，３０，４０，６０）の構成では、トナー供給部材（２２，３２，４２，６２）からトナー担持体（２１，３１，４１，６１）上にトナーが供給される際に、トナーはある程度帯電量を持っている。ある程度帯電量の持ったトナーが電極間の電界によってホッピングを繰り返しながらトナー担持体（２１，３１，４１，６１）の回転によって現像領域へ搬送されるが、ホッピングの際にトナー担持体表面との接触摩擦によって、電荷のやり取りが発生する。トナーとトナー担持体との接触摩擦によって、トナーの帯電量が増加するのか減少するのかは、トナーとトナー担持体表面との摩擦帯電特性によって決まっており、長時間トナーをトナー担持体上でホッピングさせると、トナーの帯電量はある一定値に収束する。トナーはトナー担持体上をホッピングしながら現像領域まで搬送されるが、ホッピングによる接触摩擦の繰り返しによって、現像領域に入る際のトナーの帯電量は供給領域や規制領域での帯電量とは違ってくる。この帯電量の変化量は、接触摩擦の回数に比例する。接触摩擦の回数はトナーのホッピング回数に比例すると考えられる。そしてホッピング回数は、トナー担持体内の各電極に印加される電圧の切り替わり回数に比例すると考えられる。よって、トナー担持体内の各電極に印加される電圧の切り替わり回数を制御することによって、現像領域に入る際のトナーの帯電量を制御することができる（第１の手段）。
【００５０】
そこで、本発明の現像装置では、各電極が供給領域から現像領域まで移動するまでに印加される電圧が切り替わる回数を制御する切り替わり回数制御手段を設けている（第２の手段）。これは実施例１，２で説明した図４、図５のような構成の現像装置（２０，３０）の場合である。実施例７で説明した図１０のような構成の現像装置の場合は、切り替わり回数制御手段は各電極がトナー担持体６１とトナー層規制部材６３とが対向する規制領域から現像領域まで移動するまでに印加される電圧が切り替わる回数を制御している（第３の手段）。切り替わり回数制御手段が制御するのは、各電極に印加されたパルス電圧の周波数である（第４の手段）。トナー担持体の線速が一定の場合、供給領域や規制領域から現像領域までトナーが搬送される時間は一定であるため、各電極に印加されたパルス電圧の周波数を制御することで切り替わり回数を制御することができる。またトナー担持体の線速を制御することで切り替わり回数を制御することもできる（第５の手段）。この場合、パルス電圧の周波数は一定であるため、線速を大きくすると短い時間で現像領域まで到達し、切り替わり回数は少なくなる。線速を小さくすると現像領域まで到達する時間が長くなり、切り替わり回数は多くなる。また、パルス電圧の周波数とトナー担持体の線速の両方を組み合わせて制御することもできる（第６の手段）。本発明の現像装置では、現像領域に入る際のトナーの帯電量は、粒径が５μｍから６μｍのトナーで、−１０μＣ／ｇから−４０μＣ／ｇであり、その間にトナーの帯電量がなるように制御している。帯電量の絶対値が４０より大きい場合は切り替わり回数を少なくすることによって帯電量の絶対値を４０以下にし、帯電量の絶対値が１０より小さい場合は、切り替わり回数を多くすることによって帯電量の絶対値を１０以上に制御している。
【００５１】
トナー担持体上のトナーの帯電量を制御するためには、トナー担持体上のトナーの帯電量を知る必要がある。そこで本発明では、トナー担持体上のトナーの帯電量を検知する帯電量検知手段を設けている（第７の手段）。
この帯電量検知手段７３は、例えば図１１に示すように、トナー担持体７１（実施例１〜７の２１，３１，４１，６１のいずれかに相当）の回転方向に対して、トナー供給部材７２（実施例１〜７の２２，３２，４２，６２のいずれかに相当）による供給領域より下流側で、現像領域より上流側に設けるか、あるいは、図１２に示すように、現像剤層規制部材（またはトナー層規制部材）７４（実施例１〜７の２３，３３，４３，６３のいずれかに相当）による規制領域より下流側で、現像領域より上流側に設けている（第８の手段）。これによって、現像領域に入っていくトナーの帯電量を帯電量検知手段７３で検知することができる。
そして本発明では、帯電量検知手段７３で検知したトナーの帯電量に基づいて、切り替わり回数制御手段が電極の電圧の切り替わり回数を制御することによって、トナー担持体上のトナーの帯電量を制御している（第９の手段）。
【００５２】
トナーは電極間の電界から力を受け、トナー担持体上をホッピングしているが、トナーが受ける力はトナーの帯電量と電界強度に比例する。トナー担持体の電極に印加するパルス電圧が一定の場合、トナーが受ける力はトナーの帯電量に比例する。トナーの帯電量が大きい場合、トナーは大きな力を受け、より高くホッピングすることができ、トナー担持体上の平均的なトナーの位置は高くなる。逆に、トナーの帯電量が小さい場合、トナーが受ける力は小さく、トナーはあまり高くホッピングできない。よって、トナー担持体上のトナーのホッピング高さがわかれば、トナーの帯電量がわかる。本発明の現像装置に用いる帯電量検知手段７３では、トナー担持体上のトナーの高さ方向の位置を検知している（第１０の手段）。より具体的には、トナーのホッピング高さを発光素子と受光素子を用いて光学的に検知している（第１１の手段）。そして、光学的に検知することによって、電界強度やトナーの動きには影響を与えずに検知することが可能である。
【００５３】
帯電量検知手段７３に発光素子と受光素子を用いて光学的に検知する構成としては、２つ考えられる。一つは、図１３に示すように、トナー担持体７１の両端のうち一方に発光素子７３Ａを配置させ、他方に受光素子７３Ｂを配置させる構成である。この構成では、トナー担持体７１上でトナーがホッピングしている高さ領域の光はトナーによって吸収や散乱されるため、受光素子７３Ｂまで到達できない。しかし、トナーがホッピングしている高さ領域より高い位置の光はトナーに散乱されることなく受光素子７３Ｂまで到達できる。よって、発光素子７３Ａからの光のうち透過光を受光素子７３Ｂが検知することによって、トナーのホッピング高さが検知できる（第１２の手段）。特に、ブラックトナーは光を吸収してしまうため、このような構成の検知方法が適している。
【００５４】
もう一つの構成は、図１４に示すように、トナー担持体７１の片端に発光素子７３Ａと受光素子７３Ｂの両方を配置させる構成である。この構成の場合、トナー担持体７１上でトナーがホッピングしている高さ領域の光はトナーによって散乱されるため、その拡散光を受光素子７３Ｂが検知することによってトナーのホッピング高さが検知できる（第１３の手段）。特に、カラートナーは光を拡散させるため、このような構成の検知方法が適している。また、この２つ構成を組み合わせて検知することで、トナーのホッピング高さを精度よく検知することができる（第１４の手段）。
【００５５】
図１５にトナーの帯電量の検知と制御の流れをフローチャートで示す。この制御は、図示しない画像形成装置の制御部（マイクロコンピュータからなる中央演算処理装置（ＣＰＵ）、各種制御用プログラムやデータを格納した記録装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ，不揮発ＲＡＭ等の各種メモリ、ハードディスク、各種カードメモリ等）、入・出力インターフェース、クロック、タイマー、各種制御回路等から構成される）で実行される。
【００５６】
図１５において、まずトナーの供給を行う前に、トナー担持体７１とトナー供給部材７２を回転させる（Ｓ１）。次に、トナー担持体７１の電極にパルス電圧を印加する（Ｓ２）。そして、トナー供給部材７２に電圧を印加する。このようにして供給されたトナーは電極間の電界によってホッピングしながらトナー担持体７１の回転によって搬送される（Ｓ３）。次に帯電量検知手段７３の発光素子７３Ａと受光素子７３Ｂを用いてトナー担持体上のトナーのホッピング高さを光学的に検知する（Ｓ４）。その検知結果より、トナーの帯電量ｑ／ｍを決定する（Ｓ５）。なお、ホッピング高さから帯電量が幾つになるかは予め実験等で求められており、それらの実験結果はデータテーブル等にまとめて、画像形成装置内の制御部の記録装置に記録してある。
【００５７】
検知されたホッピング高さに基づいて、制御部のＣＰＵは記録装置のデータテーブルを読みに行き、対応する帯電量を決定する。帯電量が決定されると、標準帯電量との比較を行う（Ｓ６）。標準帯電量と決定された帯電量との差｜(標準ｑ／ｍ)−ｑ／ｍ｜が、閾値(ｑ／ｍ)thより小さい場合、そのときの帯電量は正常であると見なされ、終了となる。また、標準帯電量と決定された帯電量との差｜(標準ｑ／ｍ)−ｑ／ｍ｜が、閾値(ｑ／ｍ)thよりも大きい場合は、切り替わり回数制御手段による切り替わり回数の制御を行う。
【００５８】
ここで、検知された帯電量の値によって切り替わり回数をどれだけ変化させればいいかというのは、予め実験等で決定し、データテーブル等でまとめておき、それを制御部の記録装置に記録しておく。そして、上記のように帯電量の検知を行ない、切り替わり回数の制御が必要となった際には、制御部のＣＰＵは記録装置に記録されたデータテーブルを読みに行き、切り替わり回数を決定し、切り替わり回数を変化させる（Ｓ７）。
切り替わり回数を変化させた後は、もう一度帯電量の検知を行ない、標準帯電量と決定された帯電量との差が閾値より小さくなるまで制御を繰り返す（Ｓ３〜Ｓ８）。
【００５９】
しかし、制御の繰り返しがある回数（Ｎ回）となった場合は、異常が起こっているとみなし、画像形成装置の表示部に異常であることを表示する（Ｓ９）。さらに、画像形成装置が外部の中央管理装置等と情報を通信する通信手段を持っている場合は、異常の情報を中央管理装置等に送信するようにしてもよい。なお、制御の繰り返し回数の上限値Ｎは固定値でもいいし、画像形成装置の動作時間や出力枚数などによって変化させてもよい。また、このようなトナー担持体上の帯電量の検知・制御はあるタイミングで行われる。画像形成装置に電源が投入された時に行ってもよいし、電源投入後にある時間間隔で行ってもよい。また、画像の出力枚数毎に行ってもよい。また、画像形成装置の操作表示部からの入力信号によって行うようにしてもよい。
【００６０】
［実施例９］
次に、図１６は、以上の実施例１〜８で説明した現像装置を用いた画像形成装置の構成例を示す概略構成図であり、デジタル複写機（またはデジタル複合機）の一例を示している。この画像形成装置は、画像形成部（プリンタ部）１００と画像読取部（スキャナ部）１１０で構成されており、画像形成部（プリンタ部）１００では、画像読取部（スキャナ部）１１０で読取った原稿の画像情報や、装置外部のパーソナルコンピュータ等からＬＡＮを通じて入力された画像情報、あるいは、通信回線を介して外部から送信されて来た画像情報等に応じて画像形成を行なう。
【００６１】
画像形成部（プリンタ部）１００の略中央部には潜像担持体であるドラム状の感光体１０が配設されており、その周囲には、感光体１０を帯電する帯電手段である帯電装置（例えば帯電ローラ、帯電チャージャ、帯電ブラシ等）１１と、帯電された感光体に画像情報に応じて光を照射し静電潜像を形成する光書込装置（例えばレーザ走査方式の光書込装置、あるいはＬＥＤアレイと結像素子アレイからなるライン状の光書込装置等）１２と、感光体上の潜像をトナーで現像して顕像化する現像装置（図示の例では図４に示した現像装置）２０と、感光体上に形成されたトナー像を記録材Ｐに転移させる転写装置（例えば転写ローラ、転写チャージャ、転写ブラシ等）１３と、転写後の感光体上の残留トナーを清掃するクリーニング装置（例えばクリーニングブレード、クリーニングブラシ、クリーニングローラ等）１４と、感光体上の残留電荷を除去する除電装置（例えば除電ランプ、除電チャージャ、除電ブラシ等）１５などが配設されている。また、現像装置２０の上部にはトナー収容部２９が設けられており、トナー収容部２９からトナー補給口を通って現像剤収容部にトナーが補給されるようになっている。
【００６２】
画像形成が開始されると電子写真プロセスによる画像形成動作が実行され、感光体１０が図中の矢印で示すように時計回りに回転し、感光体表面が帯電装置１１により均一に帯電される。そして光書込装置１２により、帯電された感光体１０に画像情報に応じた光が照射され静電潜像が形成される。この静電潜像は現像装置２０のトナー担持体２１に担持されたトナーにより現像され、トナー像として顕像化される。
【００６３】
画像形成部１００の下部には、記録紙等の記録材Ｐを収納した給紙カセット１６が装着されており、上記の画像形成動作にタイミングを合せて給紙カセット１６内の記録材Ｐが給紙ローラ１７ａと分離ローラ１７ｂにより１枚づつ給紙され、複数の搬送ローラ１７ｃを経てレジストローラ１７ｄへ搬送される。そして、感光体上のトナー像が転写位置に来るタイミングに合せてレジストローラ１７ｄで転写位置に記録材Ｐが送り出され、転写装置１３により感光体上のトナー像が記録材Ｐに転写される。トナー像が転写された記録材Ｐは、搬送ベルト１７ｅを経て定着装置１８に搬送され、定着装置１８により加熱・加圧されてトナー像が記録材Ｐに定着される。定着後の記録材Ｐは複数の排紙ローラ１９ａ〜１９ｅを経て排紙トレイ１２０に排紙される。また、トナー像転写後の感光体１０は、クリーニング装置１４により残留トナーを清掃され、除電装置１５により残留電荷を除電される。
【００６４】
［実施例１０］
上記の実施例で述べたような画像形成装置においては、感光体、帯電装置、クリーニング装置のうちの少なくとも一つと、現像装置とを一体にしたプロセスカートリッジを用いることができる。
図１７はプロセスカートリッジの一例を示す概略断面図であり、このプロセスカートリッジ８０は、感光体１０と帯電装置１１と現像装置（図示の例では図１０に示す現像装置）６０とクリーニング装置１４をカートリッジ８１内に一体に保持している。そして、このプロセスカートリッジ８０は、画像形成装置に対して着脱可能に設けられているので、容易に交換やリサイクルが可能であり、画像形成装置のメンテンナンス性の向上や、省資源化に寄与することができる。
【００６５】
［実施例１１］
次に、図１８は、図１７に示したプロセスカートリッジ８０を複数備え、単色、多色またはフルカラー画像を形成するカラー画像形成装置の構成例を示す概略構成図である。
このカラー画像形成装置２００では、記録材Ｐを搬送する転写ベルト９０に沿って４つのプロセスカートリッジ８０Ｙ，８０Ｍ，８０Ｃ，８０Ｋを並設したものであり、プロセスカートリッジ８０Ｙは実施例９と同様の電子写真プロセスにより感光体上にイエロー色のトナー像を形成し、プロセスカートリッジ８０Ｍは実施例９と同様の電子写真プロセスにより感光体上にマゼンタ色のトナー像を形成し、プロセスカートリッジ８０Ｃは実施例９と同様の電子写真プロセスにより感光体上にマゼンタ色のトナー像を形成し、プロセスカートリッジ８０Ｋは実施例９と同様の電子写真プロセスにより感光体上にブラック色のトナー像を形成する。
【００６６】
転写ベルト９０の下方には、記録紙等の記録材Ｐを収納した多段の給紙カセット１６Ａ，１６Ｂが装着されており、上記の各プロセスカートリッジ８０Ｙ，８０Ｍ，８０Ｃ，８０Ｋでの画像形成動作にタイミングを合せて給紙カセット１６Ａ，１６Ｂのいずれか一方から記録材Ｐが給紙ローラ１７ａと分離ローラ１７ｂにより１枚づつ給紙され、複数の搬送ローラ１７ｃを経てレジストローラ１７ｄへ搬送される。そして、各プロセスカートリッジ８０Ｙ，８０Ｍ，８０Ｃ，８０Ｋの感光体上のトナー像が転写位置に来るタイミングに合せてレジストローラ１７ｄで転写ベルト９０に記録材Ｐが送り出され、転写ベルト９０で記録材が各プロセスカートリッジ８０Ｙ，８０Ｍ，８０Ｃ，８０Ｋの転写位置に順次搬送され、各転写装置１３により感光体上の各色のトナー像が記録材Ｐに順次重ね合わせて転写される。トナー像が転写された記録材Ｐは、搬送ベルト１７ｅを経て定着装置１８に搬送され、定着装置１８により加熱・加圧されてトナー像が記録材Ｐに定着される。定着後の記録材Ｐは複数の排紙ローラ１９ａ〜１９ｅを経て排紙トレイ２１０に排紙される。また、トナー像転写後の各プロセスカートリッジ８０Ｙ，８０Ｍ，８０Ｃ，８０Ｋの感光体１０は、クリーニング装置１４により残留トナーを清掃される。
【００６７】
上記の構成のカラー画像形成装置２００では、各プロセスカートリッジ８０Ｙ，８０Ｍ，８０Ｃ，８０Ｋを選択的に駆動されることにより、単色、多色またはフルカラー画像を形成することができる。また、各プロセスカートリッジ８０Ｙ，８０Ｍ，８０Ｃ，８０Ｋは、画像形成装置に対して着脱可能に設けられているので、容易に交換やリサイクルが可能であり、画像形成装置のメンテンナンス性の向上や、省資源化に寄与することができ、カラー画像形成装置２００の保守、管理が容易である。
【００６８】
なお、図１８では、記録材Ｐを搬送する転写ベルト９０に沿って４つのプロセスカートリッジ８０Ｙ，８０Ｍ，８０Ｃ，８０Ｋを並設した、直接転写方式のタンデム型カラー画像形成装置の構成例を示したが、転写ベルト９０に代えて中間転写ベルトを用い、中間転写ベルトから記録材に二次転写する二次転写部を設ければ、中間転写方式のタンデム型カラー画像形成装置を構成することができる。
また、図１８は、プリンタ部の構成のみを示しているが、図１６と同様に、プリンタ部の上部に画像読取部（スキャナ部）を設置すれば、プリンタやデジタル複写機として機能する複合機を構成することができる。また、通信回線と接続することにより、ファクシミリとしても利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の現像装置に用いられるトナー担持体の電極構成例を示す要部断面図である。
【図２】図１に示すトナー担持体のａ相とｂ相の電極に印加する電圧の例を示す図である。
【図３】図１に示すトナー担持体を軸に平行な方向から見た図である。
【図４】本発明の第１の実施例を示す現像装置の概略構成図である。
【図５】本発明の第２の実施例を示す現像装置の概略構成図である。
【図６】本発明の第３の実施例を示す現像装置の概略構成図である。
【図７】本発明の第４の実施例を示す現像装置の概略構成図である。
【図８】本発明の第５の実施例を示す現像装置の概略構成図である。
【図９】本発明の第６の実施例を示す現像装置の概略構成図である。
【図１０】本発明の第７の実施例を示す現像装置の概略構成図である。
【図１１】トナー担持体上のトナーの帯電量を検知する帯電量検知手段の設置位置を示す図である。
【図１２】トナー担持体上のトナーの帯電量を検知する帯電量検知手段の設置位置を示す図である。
【図１３】帯電量検知手段に発光素子と受光素子を用いて光学的に検知する場合の構成例を示す図である。
【図１４】帯電量検知手段に発光素子と受光素子を用いて光学的に検知する場合の別の構成例を示す図である。
【図１５】トナーの帯電量の検知と制御の流れを示すフローチャートである。
【図１６】本発明の現像装置を用いた画像形成装置の構成例を示す概略構成図である。
【図１７】本発明の現像装置を用いたプロセスカートリッジの一例を示す概略断面図である。
【図１８】図１７に示すプロセスカートリッジを複数備えたカラー画像形成装置の構成例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００７０】
１ａ，２ａ，３ａ，４ａ，５ａ：ａ相の電極
１ｂ、２ｂ、３ｂ、４ｂ：ｂ相の電極
１０：感光体（潜像担持体）
１１：帯電装置
１２：光書込装置
１３：転写装置
１４：クリーニング装置
１５：除電装置
１６，１６Ａ，１６Ｂ：給紙カセット
１８：定着装置
２０，３０，４０，６０：現像装置
２１，３１，４１，６１，７１：トナー担持体
２２，３２，４２，６２，７２：トナー供給部材
２３，３３，４３，６３：現像剤層規制部材（またはトナー層規制部材）
２４ａ，２４ｂ，３４，４４，６６：現像剤収容部
２５ａ，２５ｂ：攪拌搬送スクリュ
２７，３７，６４：第一電圧印加手段
２８，３８，６５：第二電圧印加手段
３５ａ，３５ｂ：トナー補給ローラ
４５ａ，４５ｂ：攪拌搬送部材
７３：帯電量検知手段
７３Ａ：発光素子
７３Ｂ：受光素子
８０，８０Ｙ，８０Ｍ，８０Ｃ，８０Ｋ：プロセスカートリッジ
９０：転写ベルト
１００：画像形成部（プリンタ部）
１１０：画像読取部（スキャナ部）
１２０，２１０：排紙トレイ
２００：カラー画像形成装置
Ｐ：記録材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、潜像担持体上の静電潜像をトナーを用いて現像する現像装置と、その現像装置を備えたプロセスカートリッジ、および、前記現像装置または前記プロセスカートリッジを備えた複写機、プリンタ、プロッタ、ファクシミリあるいはこれらの複合機等の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、多相の交流電圧を搬送路の各電極に印加して、進行波電界を形成し、この進行波電界により現像剤を搬送路上で潜像担持体へと搬送して、この現像剤を潜像担持体に供給することにより潜像担持体上の静電潜像を現像する現像装置において、搬送路上での現像剤の搬送量を調節する制御手段を備えることを特徴とする現像装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
また、カラー画像を形成する画像形成装置において、潜像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像剤を保持・供給する現像装置であって、基材上に所定の間隔をあけて複数配列された電極を有し、それら電極に多相の交流電圧を印加することにより形成される進行波電界によって現像剤を潜像担持体と対向する現像領域に搬送するように構成されているとともに、前記現像領域に搬送する現像剤の量を変化させることが可能であることを特徴とする現像装置が提案されている（例えば特許文献２参照）。
【０００４】
また、本出願人により先に出願公開されたものとして、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するための現像装置において、前記潜像担持体に対向して配置され、前記粉体を移動させる進行波電界を発生させるための複数の電極を有する搬送部材を備え、前記搬送部材の電極には、前記粉体が前記潜像の画像部に対しては前記潜像担持体側に向かい、非画像部に対しては前記粉体が前記潜像担持体と反対側に向かう方向の電界を形成するｎ相の電位が印加されることを特徴とする現像装置が提案されている（特許文献３）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１０１９３３公報
【特許文献２】特開２００４−１７０７９６公報
【特許文献３】特開２００４−１９８６７５公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来、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、トナー担持体上のトナーをクラウド化させることによってトナーを潜像担持体上に供給するという従来技術がある。このトナー担持体は潜像担持体に対向して配置され、その内部には複数の電極が所定のピッチで配置されている。この複数の電極に時間的に変化する電圧を印加し、電極間の電界によってトナー担持体上のトナーを飛翔させてクラウド化させている。
【０００７】
このような構成のトナー担持体の場合、トナーの搬送方法は３通り考えられる。一つは、電極は３相以上であり、トナー担持体は回転せず、電極間の電界によってトナーをホッピングさせながら、搬送方向にも搬送させる方法である。２つ目は、電極は２相であり電極間の電界によってトナーを往復運動させながらホッピングさせることによってクラウド化し、トナーの搬送はトナー担持体の回転によって行う方法である。最後は、トナー担持体の回転と電極間の電界の両方で搬送する方法である。
【０００８】
いずれの方法でも、現像領域まで搬送されたトナーは、垂直方向にホッピングしながら、潜像担持体の画像部では潜像担持体に向かう方向に、非画像部ではトナー担持体に向かう方向に力を受け、画像部が現像される。
トナー担持体の各電極には直流電圧にパルス電圧を重畳させた電圧を印加しており、トナーはトナー担持体上でクラウド化している。この場合、現像バイアスとしてはトナー担持体の各電極に印加された直流電圧成分の電位にクラウド化したトナー自身の電位であるクラウド電位を加えたものとなる。
【０００９】
潜像担持体上のトナーの付着量を一定にするためには、２つの方法が考えられる。一つは、現像バイアスと画像部電位の電位差を十分大きくとり、トナー担持体上のトナーがすべて現像された時に現像が終了するという方法である。この場合、潜像担持体上の付着量を制御するものはトナー担持体上のトナーの量である。もう一つは、トナー担持体上には十分な量のトナーを乗せておき、画像部電位と現像バイアスの電位の差を埋めるようにトナーが現像されていき、その電位差がなくなると現像が終了するという方法である。この場合、潜像担持体上の付着量を制御するものは、画像部電位と現像バイアスの電位の差とトナーの帯電量である。
【００１０】
前者の方法の場合、ベタ画像を現像する場合と低面積率の画像を現像する場合では付着量が違ってきてしまう。低面積率の画像の場合、トナーはクラウド化しているため、トナー担持体上のトナーのうち潜像と対向している部分のトナーだけでなく、その周辺でホッピングしているトナーも潜像に引き込まれ、結果として付着量は多くなってしまう。よって、クラウド化したトナーで現像する場合、後者の方法が望ましい。後者の方法の現像の場合、トナーの帯電量が大きいと少量のトナーで現像バイアスと画像部電位との電位差がなくなり、潜像担持体上の付着量は少なくなる。逆に、トナーの帯電量が小さいと潜像担持体上の付着量は多くなる。よって、潜像担持体上の付着量を一定にするためには、トナーの帯電量を一定に制御する必要がある。
【００１１】
トナー供給手段によってトナー担持体へ供給されたトナーは電極間の電界によってホッピングを繰り返しながら現像領域まで運ばれる。その際、トナーとトナー担持体表面との接触摩擦によって、電荷の授受が発生する。ホッピングによってトナーの帯電量が上がるのか低下するのかは、トナーとトナー担持体表面との摩擦帯電特性によって決まってくる。いずれにせよ、トナーの帯電量はトナーとトナー担持体表面との接触回数によって決まる。トナーとトナー担持体表面との接触回数はトナーのホッピング回数であり、トナーのホッピング回数はトナー担持体の各電極に印加されているパルス電圧の切り替わり回数と比例する。よって、このパルス電圧の切り替わり回数を制御することによって、トナー担持体上のトナーの帯電量を制御することができる。
【００１２】
トナーの帯電量を制御するためには、帯電量を検知する必要がある。トナーの帯電量と対応する特性値としては、トナーのホッピング高さである。トナーの帯電量が大きい場合、トナーが電界から受ける力は大きくなる。トナー担持体上の電界強度はトナー担持体表面から離れていくと弱くなっていくが、帯電量が大きいためにトナーは高い位置までホッピングすることができる。一方、トナーの帯電量が小さい場合は電界から受ける力が小さく、トナーは高い位置までホッピングすることはできない。よって、トナーのホッピング高さを検知することによって、トナーの帯電量を知ることができる。
【００１３】
前述の特許文献１や特許文献２に記載の従来技術では、潜像担持体上の現像剤の付着量を検知し、現像領域に搬送する現像剤の量を制御している。検知された付着量が大きい場合、搬送する現像剤の量を少なくし、付着量が小さい場合は搬送する現像剤の量を多くしている。
この従来技術の場合、上述した前者の現像方法ではベタ画像の潜像担持体上の付着量は制御できるが、ベタ画像と低面積率の画像の付着量の差が発生してしまい、問題となる。また、上述した後者の現像方法ではトナー担持体上のトナーの量を制御しても、潜像担持体上の付着量は制御できない。
【００１４】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、上述した後者の現像方法で、トナー担持体上のトナーの帯電量を制御して潜像担持体上の付着量を一定に制御することができる構成の現像装置を提供することを目的とし、さらには、その現像装置を備えたプロセスカートリッジおよび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】
【００１５】
上記課題を解決する手段として、本発明では、トナーとトナー担持体との接触摩擦を利用して、供給領域から現像領域まで到達する間の、または規制領域から現像領域まで到達する間のトナー担持体の電極に印加する電圧の切り替わり回数を制御することによって、トナーとトナー担持体との接触回数を制御しており、具体的には、電極に印加するパルス電圧の周波数とトナー担持体の線速を制御することによって、切り替わり回数を制御している。また、トナー担持体上のトナーの帯電量を光学的に検知し、その検知結果に基づいてトナーの帯電量を制御している。そして、より具体的には、本発明では以下のような解決手段を採っている。
【００１６】
本発明の第１の手段は、潜像担持体と対向して配置され、前記潜像担持体上の静電潜像を現像するためのトナーを担持するトナー担持体を有する現像装置において、前記トナー担持体の内部に所定の間隔で並べられた複数の電極を有し、該複数の電極間の電界が時間的に変化するように前記電極に電圧を印加する電圧印加手段を備え、前記電極間の電界により前記トナー担持体上のトナーを飛翔させてクラウドを形成する構成であり、前記トナー担持体上のトナーの帯電量を制御するトナー帯電量制御手段を備えていることを特徴とする。
【００１７】
本発明の第２の手段は、第１の手段の現像装置において、前記トナー担持体にトナーを供給するトナー供給手段を有し、該トナー供給手段と前記トナー担持体とが対向する供給領域で供給されたトナーは、前記トナー担持体の回転によって前記潜像担持体と該トナー担持体が対向する現像領域まで搬送される構成であり、前記トナー帯電量制御手段とは、各電極が前記供給領域から前記現像領域まで移動するまでに印加される電圧が切り替わる回数を制御する切り替わり回数制御手段であることを特徴とする。
【００１８】
本発明の第３の手段は、第１の手段の現像装置において、前記トナー担持体にトナーを供給するトナー供給手段と、該トナー供給手段で前記トナー担持体に供給されたトナーを規制するトナー層規制部材を有し、該トナー層規制部材で規制されたトナーは前記トナー担持体の回転によって前記潜像担持体と該トナー担持体が対向する現像領域まで搬送される構成であり、前記トナー帯電量制御手段とは、各電極が前記トナー担持体と前記トナー層規制部材とが対向する規制領域から前記現像領域まで移動するまでに印加される電圧が切り替わる回数を制御する切り替わり回数制御手段であることを特徴とする。
【００１９】
本発明の第４の手段は、第２または第３の手段の現像装置において、前記切り替わり回数制御手段が制御するのは、前記電圧印加手段が印加する電圧の周波数であることを特徴とする。
また、本発明の第５の手段は、第２または第３の手段の現像装置において、前記切り替わり回数制御手段が制御するのは、前記トナー担持体の線速であることを特徴とする。
さらに本発明の第６の手段は、第２または第３の手段の現像装置において、前記切り替わり回数制御手段は、前記電圧印加手段が印加する電圧の周波数と、前記トナー担持体の線速の両方を制御することを特徴とする。
【００２０】
本発明の第７の手段は、第１〜第６のいずれか１つの手段の現像装置において、前記トナー担持体上のトナーの帯電量を検知する帯電量検知手段を備えたことを特徴とする。
また、本発明の第８の手段は、第７の手段の現像装置において、前記トナー担持体の回転方向に対して、前記供給領域もしくは前記規制領域の下流で前記現像領域より上流の位置に前記帯電量検知手段を設けることを特徴とする。
さらに本発明の第９の手段は、第１〜第８のいずれか１つの手段の現像装置において、前記帯電量検知手段の検知結果に基づいて前記切り替わり回数制御手段が電極の切り替わり回数を制御することを特徴とする。
【００２１】
本発明の第１０の手段は、第７〜第９のいずれか１つの手段の現像装置において、前記帯電量検知手段は、前記トナー担持体上のトナーの該トナー担持体表面からの高さ方向の位置を検知することを特徴とする。
また、本発明の第１１の手段は、第７〜第１０のいずれか１つの手段の現像装置において、前記帯電量検知手段は、発光素子と受光素子から成ることを特徴とする。
さらに本発明の第１２の手段は、第１１の手段の現像装置において、前記発光素子は前記トナー担持体上の回転によって搬送されるトナーの搬送経路に光を投光し、前記受光素子はトナーによって散乱されずに透過した光を検知することを特徴とする。
さらにまた、本発明の第１３の手段は、第１１の手段の現像装置において、前記発光素子は前記トナー担持体上の回転によって搬送されるトナーの搬送経路に光を投光し、前記受光素子はトナーによって散乱された拡散光を検知することを特徴とする。
さらにまた、本発明の第１４の手段は、第１１の手段の現像装置において、前記発光素子は前記トナー担持体上の回転によって搬送されるトナーの搬送経路に光を投光し、前記受光素子はトナーによって散乱されずに透過した光とトナーによって散乱された拡散光の両方を検知することを特徴とする。
【００２２】
本発明の第１５の手段は、潜像担持体上の潜像にトナーを付着させることにより潜像を現像し、これにより得られたトナー像を最終的に記録材に転移させて画像形成を行う画像形成装置において、前記潜像担持体上の潜像を現像する手段として、第１〜第１４のいずれか１つの手段の現像装置を備えたことを特徴とする。
また、本発明の第１６の手段は、第１５の手段の画像形成装置において、前記潜像担持体上に形成されたトナー像を複数互いに重ね合わせて得られる画像を記録材に形成することを特徴とする。
【００２３】
本発明の第１７の手段は、電子写真プロセスにより画像形成を行う画像形成装置に装備されるプロセスカートリッジであって、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、第１〜第１４のいずれか１つの手段の現像装置を一体に保持し、前記画像形成装置に対して着脱可能に設けられたことを特徴とする。
また、本発明の第１８の手段は、電子写真プロセスにより画像形成を行う画像形成装置であって、第１７の手段のプロセスカートリッジを複数備え、単色、多色またはフルカラー画像を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
第１の手段の現像装置では、トナー担持体上のトナーの帯電量を制御するトナー帯電量制御手段を備えている構成としたので、トナー担持体上のトナーの帯電量を制御することによって、現像に入っていくトナーの帯電量を常に一定にすることができ、安定した良好な画像が形成できる。
また、第２の手段の現像装置では、第１の手段の効果に加え、トナー供給手段でトナー担持体にトナーを供給し、電極間の電界によってトナーをホッピングさせ、トナー担持体の回転によってトナーを現像領域まで搬送する構成の場合、供給領域から現像領域までに電極に印加する電圧の切り替わり回数を制御することで、現像領域におけるトナーの帯電量を制御することができる。
さらに第３の手段の現像装置では、第１の手段の効果に加え、トナー供給手段でトナー担持体にトナーを供給し、トナー規制部材でトナー層を規制して、電極間の電界によってトナーをホッピングさせ、トナー担持体の回転によってトナーを現像領域まで搬送する構成の場合、規制領域から現像領域までに電極に印加する電圧の切り替わり回数を制御することで、現像領域におけるトナーの帯電量を制御することができる。
【００２５】
第４の手段の現像装置では、第２または第３の手段の効果に加え、電圧印加手段が印加する電圧の周波数を制御することで、切り替わり回数を制御することができる。
また、第５の手段の現像装置では、第２または第３の手段の効果に加え、トナー担持体の線速を制御することで、切り替わり回数を制御することができる。
さらに第６の手段の現像装置では、第２または第３の手段の効果に加え、電圧印加手段が印加する電圧の周波数とトナー担持体の線速の両方を制御することで、切り替わり回数を制御することができる。
【００２６】
第７の手段の現像装置では、第１〜第６のいずれか１つの手段の効果に加え、トナー担持体上のトナーの帯電量を検知するトナー帯電量検知手段を備えることによって、トナーの帯電量を把握することができる。
また、第８の手段の現像装置では、第７の手段の効果に加え、トナー担持体の回転方向に対して供給領域、もしくは規制領域下流で現像領域より上流の位置に帯電量検知手段を設けることによって、現像領域に入っていくトナーの帯電量を検知することができる。
さらに第９の手段の現像装置では、第１〜第８のいずれか１つの手段の効果に加え、帯電量検知手段の検知結果に基づいて切り替わり回数制御手段が電極の切り替わり回数を制御することによって、検知結果に基づいてトナー担持体上のトナーの帯電量を制御できる。
【００２７】
第１０の手段の現像装置では、第７〜第９のいずれか１つの手段の効果に加え、トナーの帯電量と対応しているトナー担持体上のトナーの高さ方向の位置を検知することによって、トナーの帯電量を正確に検知することができる。
また、第１１の手段の現像装置では、第７〜第１０のいずれか１つの手段の効果に加え、トナーの高さ方向の位置を光学的に検知することによって、正確にトナーの帯電量を検知することができる。
さらに第１２の手段の現像装置では、第１１の手段の効果に加え、透過光によってトナーの高さ方向の位置を検知することによって、ブラックトナーの帯電量を検知することができる。
さらにまた、第１３の手段の現像装置では、第１１の手段の効果に加え、拡散光によってトナーの高さ方向の位置を検知することによって、カラートナーの帯電量を検知することができる。
さらにまた、第１４の手段の現像装置では、第１１の手段の効果に加え、透過光と拡散光の両方でトナーの高さ方向の位置を検知することによって、トナーの帯電量を精度よく検知することができる。
【００２８】
第１５の手段の画像形成装置では、潜像担持体上の潜像を現像する手段として、第１〜第１４のいずれか１つの手段の現像装置を備えたことにより、第１〜第１４のいずれか１つの手段の効果が得られ、安定した良好な画像形成を行うことができる。
また、第１６の手段の画像形成装置では、第１５の手段の効果に加え、前記潜像担持体上に形成されたトナー像を複数互いに重ね合わせて得られる画像を記録材に形成することにより、安定した良好な多色またはカラー画像を形成することができる。
【００２９】
第１７の手段のプロセスカートリッジでは、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、第１〜第１４のいずれか１つの手段の現像装置を一体に保持したことにより、安定した良好な画像形成を行うことができるプロセスカートリッジを提供することができる。また、このプロセスカートリッジは、画像形成装置に対して着脱可能に設けられているので、容易に交換やリサイクルが可能になり、画像形成装置のメンテンナンス性の向上や、省資源化に寄与することができる。
【００３０】
第１８の手段の画像形成装置では、第１７の手段のプロセスカートリッジを複数備え、単色、多色またはフルカラー画像を形成することにより、安定した良好な単色、多色またはカラー画像を形成することができる。また、複数のプロセスカートリッジは、着脱可能に設けられているので、容易に交換やリサイクルが可能になり、画像形成装置のメンテンナンス性の向上や、省資源化に寄与することができる。また、画像形成装置の保守や管理も容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明に係る現像装置、プロセスカートリッジ、画像形成装置の具体的な実施例を、図面を参照して詳細に説明する。
【実施例】
【００３２】
［実施例１］
本発明の現像装置に用いられるトナー担持体の電極構成例を図１に示す。図１の構成ではトナー担持体２１の電極は２相であり、奇数番目の電極１ａ，２ａ，３ａ，４ａ，５ａ・・・をａ相、偶数番目の電極１ｂ，２ｂ，３ｂ，４ｂ・・・をｂ相とする。図２にトナー担持体のａ相とｂ相の電極に印加する電圧の例を示す。電圧は矩形波であり、Ｖppは２００Ｖ〜１０００Ｖ、周波数ｆは０．５〜５ｋＨzであり、電圧の中心値Ｖ0は画像部電位と非画像部電位の間で現像条件によって変動させている。ａ相とｂ相の電圧は位相がπだけずれて印加されている。この位相差によって、ａ相とｂ相間には常にＶppだけの電位差が生じている。この電位差Ｖppによって電極間に電界が発生し、この電界に応じてトナーが電極間をホッピングする。図２では印加する電圧は矩形波であるが、矩形波の場合、電圧の切り替わりが瞬時に起き、トナーのホッピングには適しているが、サイン波でも三角波でもよい。図３にトナー担持体の軸に平行な方向から見た図を示す。図３において、ａ相の電極は左側からｂ相の電極は右側から出ており、ａ相とｂ相で櫛歯状の電極構成になっている。トナー担持体２１の端部はベタ電極となっており、ここから配線し、電圧を供給している。トナー担持体２１の作成方法としては、軸となるステンレスなどの金属ローラに樹脂をコーティング、または樹脂ローラに金属ローラを圧入し、その樹脂ローラの表面に櫛歯状に電極を作成する。さらに、電極の作成後、表面を絶縁層でコーティングすることでトナー担持体ができあがる。
【００３３】
図４は本発明の第１の実施例を示す現像装置の概略構成図であり、図４における現像装置２０は、磁性キャリアと非磁性トナーから成る二成分現像剤を用いた例である。図４の現像剤収容部は２室２４ａ，２４ｂに分けられており、現像装置内の両端部の現像剤通路（図示せず）によってつながっている。現像剤収容部２４ａ，２４ｂには二成分現像剤が収容されており、各室にある攪拌搬送スクリュ２５ａ，２５ｂによって攪拌されながら現像剤収容部内を搬送されている。現像装置２０にはトナー補給口２６が配置されており、トナー収容部（図示せず）からトナー補給口を通って、現像剤収容部２４ａにトナーが補給される。現像剤収容部（２４ａまたは２４ｂ）には現像剤の透磁率を検知するトナー濃度センサ（図示せず）が設置されており、現像剤の濃度を検知している。現像剤収容部（２４ａまたは２４ｂ）のトナー濃度が減少すると、トナー補給口２６から現像剤収容部にトナーが補給される。
【００３４】
攪拌搬送スクリュ２５ｂと対向する位置には、トナー供給部材（現像剤担持体）２２が配置されている。トナー供給部材２２の内部には固定された磁石が配置されおり、トナー供給部材２２の回転と磁力によって、現像剤収容部内の現像剤はトナー供給部材表面に汲み上げられる。現像剤の汲み上げ位置よりトナー供給部材２２の回転方向上流において、トナー供給部材２２と対向する位置に現像剤層規制部材２３が設けられている。汲み上げ位置で汲み上げられた現像剤は現像剤層規制部材２３によって一定量の現像剤層厚に規制される。現像剤層規制部材２３を通った現像剤はトナー供給部材２２の回転にともなって、前述の電極構成のトナー担持体２１と対向する位置まで搬送される。
【００３５】
トナー供給部材２２には、第一電圧印加手段２７によって供給バイアスが印加されている。この供給バイアスは、直流電圧でも交流電圧でもよい。また、直流電圧に交流電圧を重畳させたバイアスでもよい。トナー担持体２１と対向する位置においては、第一、第二電圧印加手段２７，２８によってトナー担持体２１とトナー供給部材２２との間に電界が生じている。その電界からの静電気力を受け、トナーはキャリアから解離し、トナー担持体２１の表面に移動する。トナー担持体２１には、第二電圧印加手段２８によって電極に電圧が印加されている。第二電圧印加手段２８が印加する電圧は、図２に示したような矩形波が最も適しているが、サイン波で三角波でもよい。
【００３６】
本実施例では前述したように電極はａ相とｂ相の２相とし、各隣り合う電極に位相差πをもった電圧を印加し、電極間に電界を生じさせている。トナー担持体２１の表面に達したトナーは、この電極間の電界によってホッピングしながら電極間を往復運動する。本実施例ではトナーの搬送はトナー担持体２１の回転によって行っている。トナーはホッピングしながら電極間を往復運動しながら、トナー担持体２１の回転によって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、トナー担持体２１と潜像担持体１０上の画像部との間の現像電界によって、潜像担持体１０上に現像される。現像に寄与しなかったトナーはホッピングしながらトナー担持体２１の回転によってさらに搬送され、回収手段（図示せず）によってトナー担持体表面から回収される。回収されたトナーは再び現像剤収容部２４ａ，２４ｂに戻され、現像装置内を循環する。
【００３７】
［実施例２］
次に図５は本発明の第２の実施例を示す現像装置の概略構成図であり、非磁性トナーから成る一成分現像剤を用いた現像装置３０の一例を示している。トナーは現像剤収容部３４に収容されており、トナー補給ローラ３５ａ，３５ｂによって攪拌されている。そして、トナー補給ローラ３５ｂによってトナーはトナー供給部材３２と摩擦帯電を行ない、静電気力によってトナー供給部材３２上に汲み上げられる。トナー供給部材３２上のトナーは現像剤層規制部材３３によって薄層とされ、トナー供給部材３２の回転にともなって、前述の電極構成のトナー担持体３１と対向する位置に搬送される。
【００３８】
トナー供給部材３２には、第一電圧印加手段３７によって供給バイアスが印加されている。この供給バイアスは、直流電圧でも交流電圧でもよい。また、直流電圧に交流電圧を重畳させたバイアスでもよい。トナー担持体３２と対向する位置においては、第一、第二電圧印加手段３７，３８によってトナー担持体３１とトナー供給部材３２との間に電界が生じている。その電界からの静電気力を受け、トナーはトナー供給部材３２から解離し、トナー担持体３１の表面に移動する。トナー担持体３１には、第二電圧印加手段３８によって電極に電圧が印加されている。第二電圧印加手段３８が印加する電圧は、図２に示したような矩形波が最も適しているが、サイン波で三角波でもよい。
【００３９】
本実施例では前述したように電極はａ相とｂ相の２相とし、各隣り合う電極に位相差πをもった電圧を印加し、電極間に電界を生じさせている。トナー担持体３１の表面に達したトナーは、この電極間の電界によってホッピングしながら電極間を往復運動する。本実施例ではトナーの搬送はトナー担持体３１の回転によって行っている。トナーはホッピングしながら電極間を往復運動しながら、トナー担持体３１の回転によって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、トナー担持体３１と潜像担持体１０上の画像部との間の現像電界によって、潜像担持体１０上に現像される。現像に寄与しなかったトナーはトナー担持体の回転によってさらに搬送され、回収手段（図示せず）によってトナー担持体表面から回収される。回収されたトナーは再び現像剤収容部３４に戻され、現像装置内を循環する。
【００４０】
［実施例３］
次に図６は本発明の第３の実施例を示す現像装置の概略構成図であり、トナー搬送方向に関して現像領域下流側にトナー回収手段を備えている構成の現像装置４０の例である。なお、図６において、符号４１はトナー担持体、４２はトナー供給部材（または現像剤担持体）、４３は現像剤層規制部材であり、これらは図４または図５の現像装置と同様の構成部材であり、動作も同様である。また、符号４５ａ，４５ｂは攪拌搬送部材である。
【００４１】
トナー回収手段としては種々の方法が考えられる。図６は、回収板４６と振動子４７によるトナー回収を示した図である。トナー担持体４１と回収板４６の間に電圧印加手段４８で直流電圧を印加し、トナーにトナー担持体４１から回収板４６に向かう方向に力が作用するように電界を発生させる。現像領域で現像に寄与しなかったトナーは回収板４６とトナー担持体４１が対向しあう回収領域において、トナー担持体４１上から回収板４６へ移動する。回収板上にトナーがある程度の量がたまると、振動子４７によって回収板４６を振動させ、回収板上のトナーを振るい落とし、再び現像剤収容部４４に戻す。
【００４２】
［実施例４］
次に図７は本発明の第４の実施例を示す現像装置の概略構成図であり、トナー搬送方向に関して現像領域下流側にトナー回収手段を備えている構成の現像装置の別の例である。図７に示す現像装置４０では、トナー回収手段として回収ローラ４９を用いてトナーを回収している。トナー担持体４１と回収ローラ４９の間に電圧印加手段４８で直流電圧を印加し、トナーにトナー担持体４１から回収ローラ４９に向かう方向に力が作用するように電界を発生させる。現像領域で現像に寄与しなかったトナーは回収ローラ４９とトナー担持体４１が対向しあう回収領域において、トナー担持体４１上から回収ローラ４９へ移動する。回収ローラ４９に付着したトナーは、ブレード５０によって掻き落とされ、再び現像剤収容部４４に戻される。
【００４３】
［実施例５］
次に図８は本発明の第５の実施例を示す現像装置の概略構成図であり、トナー搬送方向に関して現像領域下流側にトナー回収手段を備えている構成の現像装置のさらに別の例である。図８に示す現像装置４０では、トナー回収手段としてブラシローラ５１を用いてトナーを回収している。トナー担持体４１とブラシローラ５１の間に電圧印加手段４８で直流電圧を印加し、トナーにトナー担持体４１からブラシローラ５１に向かう方向に力が作用するように電界を発生させる。現像領域で現像に寄与しなかったトナーはブラシローラ５１とトナー担持体４１が対向しあう回収領域において、トナー担持体４１上からブラシローラ５１へ移動する。ブラシローラ５１に付着したトナーは、フリッカバー５２によって掻き落とされ、再び現像剤収容部４４に戻される。
【００４４】
［実施例６］
次に図９は本発明の第６の実施例を示す現像装置の概略構成図であり、トナー搬送方向に関して現像領域下流側にトナー回収手段を備えている構成の現像装置のさらに別の例である。図９に示す現像装置４０では、トナー回収手段として吸引ノズル５３を用いてトナーを回収している。具体的には、吸引ノズル５３とトナー担持体４１を対向させ、吸引ポンプ５５によって吸引ノズル５３から空気を吸引する。吸引ノズル５３のトナー搬送方向下流側にはシール５４が付けてあり、このシール５４はトナー担持体４１の表面と接触している。現像領域で現像に寄与しなかったトナーは、回収領域において空気の流れに乗って吸引ノズル５３を通って回収される。空気の流れに乗らず、進行波電界によって搬送されているトナーもシール５４と衝突し、そのまま下流に搬送されていくことはない。吸引ノズル５３によって回収されたトナーは、ダクト５６を通って再び現像剤収容部４４に戻される。
【００４５】
［実施例７］
次に図１０は本発明の第７の実施例を示す現像装置の概略構成図である。この現像装置６０は、現像剤として一成分非磁性トナーを用い、トナー供給部材であるトナー補給ローラ６２から直接トナー担持体６１へトナーを供給する構成である。なお、トナー担持体６１の構成は実施例１と同様である。
【００４６】
図１０に示す現像装置６０では、トナー補給ローラ６２としてスポンジローラを用い、スポンジローラ６２をトナー担持体６１へ当接させてトナーを帯電させながらトナー担持体上へ供給する。スポンジローラ６２には第一電圧印加手段６４によって供給バイアスが印加されており、この電圧によってトナー担持体６１へ供給するトナーの量を制御することができる。この供給バイアスは、直流電圧でも交流電圧でもよい。また、直流電圧に交流電圧を重畳させたバイアスでもよい。トナー担持体６１には、第二電圧印加手段６５によって電極に電圧が印加されている。第二電圧印加手段６５が印加する電圧は、図２に示したような矩形波が最も適しているが、サイン波で三角波でもよい。
【００４７】
本実施例では前述したように電極はａ相とｂ相の２相とし、各隣り合う電極に位相差πをもった電圧を印加し、電極間に電界を生じさせている。トナー担持体６１へ供給されたトナーは、この電極間の電界によってホッピングしながら電極間を往復運動する。本実施例ではトナーの搬送はトナー担持体６１の回転によって行っている。トナー補給ローラ６２からトナー担持体６１へ供給されたトナーはトナー層規制部材６３によって、さらに帯電され、トナー量は規制される。トナー層規制部材６３によって帯電され規制されたトナーは、さらにホッピングしながらトナー担持体６１の回転によって、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、トナー担持体６１と潜像担持体１０上の画像部との間の現像電界によって、潜像担持体１０上に現像される。現像に寄与しなかったトナーはトナー担持体６１の回転によってさらに搬送され、トナー供給部材であるトナー補給ローラ６２まで達する。トナー補給ローラ６２は現像に使われずに戻ってきたトナーをトナー担持体６１上から掃き取り、現像剤収容部６６にトナーを戻す。
【００４８】
［実施例８］
次に、以上に述べた実施例１〜７の現像装置（２０，３０，４０，６０）に共通の実施例について説明する。
実施例１〜７の現像装置（２０，３０，４０，６０）において、現像領域とは、潜像担持体１０とトナー担持体（２１，３１，４１，６１）が対向する領域において、潜像担持体１０は停止させた状態で画像部電位がトナー担持体（２１，３１，４１，６１）と対向するようにし、トナー担持体（２１，３１，４１，６１）の回転によってトナーを搬送し、潜像担持体１０にトナーが現像された領域を現像領域と定義する。
また、各実施例で供給領域とは、トナー担持体（２１，３１，４１，６１）の回転を停止させ各電極にパルス電圧を印加しない状態で、トナー供給部材（２２，３２，４２，６２）に電圧を印加し、トナーがトナー担持体上に供給された領域のことを供給領域と定義する。
さらに各実施例で規制領域とは、トナー担持体上にトナーがない状態で、トナー担持体と現像剤層規制部材（またはトナー層規制部材）（２３，３３，４３，６３）とが接触する領域のことを規制領域と定義する。
【００４９】
実施例１〜７の現像装置（２０，３０，４０，６０）の構成では、トナー供給部材（２２，３２，４２，６２）からトナー担持体（２１，３１，４１，６１）上にトナーが供給される際に、トナーはある程度帯電量を持っている。ある程度帯電量の持ったトナーが電極間の電界によってホッピングを繰り返しながらトナー担持体（２１，３１，４１，６１）の回転によって現像領域へ搬送されるが、ホッピングの際にトナー担持体表面との接触摩擦によって、電荷のやり取りが発生する。トナーとトナー担持体との接触摩擦によって、トナーの帯電量が増加するのか減少するのかは、トナーとトナー担持体表面との摩擦帯電特性によって決まっており、長時間トナーをトナー担持体上でホッピングさせると、トナーの帯電量はある一定値に収束する。トナーはトナー担持体上をホッピングしながら現像領域まで搬送されるが、ホッピングによる接触摩擦の繰り返しによって、現像領域に入る際のトナーの帯電量は供給領域や規制領域での帯電量とは違ってくる。この帯電量の変化量は、接触摩擦の回数に比例する。接触摩擦の回数はトナーのホッピング回数に比例すると考えられる。そしてホッピング回数は、トナー担持体内の各電極に印加される電圧の切り替わり回数に比例すると考えられる。よって、トナー担持体内の各電極に印加される電圧の切り替わり回数を制御することによって、現像領域に入る際のトナーの帯電量を制御することができる（第１の手段）。
【００５０】
そこで、本発明の現像装置では、各電極が供給領域から現像領域まで移動するまでに印加される電圧が切り替わる回数を制御する切り替わり回数制御手段を設けている（第２の手段）。これは実施例１，２で説明した図４、図５のような構成の現像装置（２０，３０）の場合である。実施例７で説明した図１０のような構成の現像装置の場合は、切り替わり回数制御手段は各電極がトナー担持体６１とトナー層規制部材６３とが対向する規制領域から現像領域まで移動するまでに印加される電圧が切り替わる回数を制御している（第３の手段）。切り替わり回数制御手段が制御するのは、各電極に印加されたパルス電圧の周波数である（第４の手段）。トナー担持体の線速が一定の場合、供給領域や規制領域から現像領域までトナーが搬送される時間は一定であるため、各電極に印加されたパルス電圧の周波数を制御することで切り替わり回数を制御することができる。またトナー担持体の線速を制御することで切り替わり回数を制御することもできる（第５の手段）。この場合、パルス電圧の周波数は一定であるため、線速を大きくすると短い時間で現像領域まで到達し、切り替わり回数は少なくなる。線速を小さくすると現像領域まで到達する時間が長くなり、切り替わり回数は多くなる。また、パルス電圧の周波数とトナー担持体の線速の両方を組み合わせて制御することもできる（第６の手段）。本発明の現像装置では、現像領域に入る際のトナーの帯電量は、粒径が５μｍから６μｍのトナーで、−１０μＣ／ｇから−４０μＣ／ｇであり、その間にトナーの帯電量がなるように制御している。帯電量の絶対値が４０より大きい場合は切り替わり回数を少なくすることによって帯電量の絶対値を４０以下にし、帯電量の絶対値が１０より小さい場合は、切り替わり回数を多くすることによって帯電量の絶対値を１０以上に制御している。
【００５１】
トナー担持体上のトナーの帯電量を制御するためには、トナー担持体上のトナーの帯電量を知る必要がある。そこで本発明では、トナー担持体上のトナーの帯電量を検知する帯電量検知手段を設けている（第７の手段）。
この帯電量検知手段７３は、例えば図１１に示すように、トナー担持体７１（実施例１〜７の２１，３１，４１，６１のいずれかに相当）の回転方向に対して、トナー供給部材７２（実施例１〜７の２２，３２，４２，６２のいずれかに相当）による供給領域より下流側で、現像領域より上流側に設けるか、あるいは、図１２に示すように、現像剤層規制部材（またはトナー層規制部材）７４（実施例１〜７の２３，３３，４３，６３のいずれかに相当）による規制領域より下流側で、現像領域より上流側に設けている（第８の手段）。これによって、現像領域に入っていくトナーの帯電量を帯電量検知手段７３で検知することができる。
そして本発明では、帯電量検知手段７３で検知したトナーの帯電量に基づいて、切り替わり回数制御手段が電極の電圧の切り替わり回数を制御することによって、トナー担持体上のトナーの帯電量を制御している（第９の手段）。
【００５２】
トナーは電極間の電界から力を受け、トナー担持体上をホッピングしているが、トナーが受ける力はトナーの帯電量と電界強度に比例する。トナー担持体の電極に印加するパルス電圧が一定の場合、トナーが受ける力はトナーの帯電量に比例する。トナーの帯電量が大きい場合、トナーは大きな力を受け、より高くホッピングすることができ、トナー担持体上の平均的なトナーの位置は高くなる。逆に、トナーの帯電量が小さい場合、トナーが受ける力は小さく、トナーはあまり高くホッピングできない。よって、トナー担持体上のトナーのホッピング高さがわかれば、トナーの帯電量がわかる。本発明の現像装置に用いる帯電量検知手段７３では、トナー担持体上のトナーの高さ方向の位置を検知している（第１０の手段）。より具体的には、トナーのホッピング高さを発光素子と受光素子を用いて光学的に検知している（第１１の手段）。そして、光学的に検知することによって、電界強度やトナーの動きには影響を与えずに検知することが可能である。
【００５３】
帯電量検知手段７３に発光素子と受光素子を用いて光学的に検知する構成としては、２つ考えられる。一つは、図１３に示すように、トナー担持体７１の両端のうち一方に発光素子７３Ａを配置させ、他方に受光素子７３Ｂを配置させる構成である。この構成では、トナー担持体７１上でトナーがホッピングしている高さ領域の光はトナーによって吸収や散乱されるため、受光素子７３Ｂまで到達できない。しかし、トナーがホッピングしている高さ領域より高い位置の光はトナーに散乱されることなく受光素子７３Ｂまで到達できる。よって、発光素子７３Ａからの光のうち透過光を受光素子７３Ｂが検知することによって、トナーのホッピング高さが検知できる（第１２の手段）。特に、ブラックトナーは光を吸収してしまうため、このような構成の検知方法が適している。
【００５４】
もう一つの構成は、図１４に示すように、トナー担持体７１の片端に発光素子７３Ａと受光素子７３Ｂの両方を配置させる構成である。この構成の場合、トナー担持体７１上でトナーがホッピングしている高さ領域の光はトナーによって散乱されるため、その拡散光を受光素子７３Ｂが検知することによってトナーのホッピング高さが検知できる（第１３の手段）。特に、カラートナーは光を拡散させるため、このような構成の検知方法が適している。また、この２つ構成を組み合わせて検知することで、トナーのホッピング高さを精度よく検知することができる（第１４の手段）。
【００５５】
図１５にトナーの帯電量の検知と制御の流れをフローチャートで示す。この制御は、図示しない画像形成装置の制御部（マイクロコンピュータからなる中央演算処理装置（ＣＰＵ）、各種制御用プログラムやデータを格納した記録装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ，不揮発ＲＡＭ等の各種メモリ、ハードディスク、各種カードメモリ等）、入・出力インターフェース、クロック、タイマー、各種制御回路等から構成される）で実行される。
【００５６】
図１５において、まずトナーの供給を行う前に、トナー担持体７１とトナー供給部材７２を回転させる（Ｓ１）。次に、トナー担持体７１の電極にパルス電圧を印加する（Ｓ２）。そして、トナー供給部材７２に電圧を印加する。このようにして供給されたトナーは電極間の電界によってホッピングしながらトナー担持体７１の回転によって搬送される（Ｓ３）。次に帯電量検知手段７３の発光素子７３Ａと受光素子７３Ｂを用いてトナー担持体上のトナーのホッピング高さを光学的に検知する（Ｓ４）。その検知結果より、トナーの帯電量ｑ／ｍを決定する（Ｓ５）。なお、ホッピング高さから帯電量が幾つになるかは予め実験等で求められており、それらの実験結果はデータテーブル等にまとめて、画像形成装置内の制御部の記録装置に記録してある。
【００５７】
検知されたホッピング高さに基づいて、制御部のＣＰＵは記録装置のデータテーブルを読みに行き、対応する帯電量を決定する。帯電量が決定されると、標準帯電量との比較を行う（Ｓ６）。標準帯電量と決定された帯電量との差｜(標準ｑ／ｍ)−ｑ／ｍ｜が、閾値(ｑ／ｍ)thより小さい場合、そのときの帯電量は正常であると見なされ、終了となる。また、標準帯電量と決定された帯電量との差｜(標準ｑ／ｍ)−ｑ／ｍ｜が、閾値(ｑ／ｍ)thよりも大きい場合は、切り替わり回数制御手段による切り替わり回数の制御を行う。
【００５８】
ここで、検知された帯電量の値によって切り替わり回数をどれだけ変化させればいいかというのは、予め実験等で決定し、データテーブル等でまとめておき、それを制御部の記録装置に記録しておく。そして、上記のように帯電量の検知を行ない、切り替わり回数の制御が必要となった際には、制御部のＣＰＵは記録装置に記録されたデータテーブルを読みに行き、切り替わり回数を決定し、切り替わり回数を変化させる（Ｓ７）。
切り替わり回数を変化させた後は、もう一度帯電量の検知を行ない、標準帯電量と決定された帯電量との差が閾値より小さくなるまで制御を繰り返す（Ｓ３〜Ｓ８）。
【００５９】
しかし、制御の繰り返しがある回数（Ｎ回）となった場合は、異常が起こっているとみなし、画像形成装置の表示部に異常であることを表示する（Ｓ９）。さらに、画像形成装置が外部の中央管理装置等と情報を通信する通信手段を持っている場合は、異常の情報を中央管理装置等に送信するようにしてもよい。なお、制御の繰り返し回数の上限値Ｎは固定値でもいいし、画像形成装置の動作時間や出力枚数などによって変化させてもよい。また、このようなトナー担持体上の帯電量の検知・制御はあるタイミングで行われる。画像形成装置に電源が投入された時に行ってもよいし、電源投入後にある時間間隔で行ってもよい。また、画像の出力枚数毎に行ってもよい。また、画像形成装置の操作表示部からの入力信号によって行うようにしてもよい。
【００６０】
［実施例９］
次に、図１６は、以上の実施例１〜８で説明した現像装置を用いた画像形成装置の構成例を示す概略構成図であり、デジタル複写機（またはデジタル複合機）の一例を示している。この画像形成装置は、画像形成部（プリンタ部）１００と画像読取部（スキャナ部）１１０で構成されており、画像形成部（プリンタ部）１００では、画像読取部（スキャナ部）１１０で読取った原稿の画像情報や、装置外部のパーソナルコンピュータ等からＬＡＮを通じて入力された画像情報、あるいは、通信回線を介して外部から送信されて来た画像情報等に応じて画像形成を行なう。
【００６１】
画像形成部（プリンタ部）１００の略中央部には潜像担持体であるドラム状の感光体１０が配設されており、その周囲には、感光体１０を帯電する帯電手段である帯電装置（例えば帯電ローラ、帯電チャージャ、帯電ブラシ等）１１と、帯電された感光体に画像情報に応じて光を照射し静電潜像を形成する光書込装置（例えばレーザ走査方式の光書込装置、あるいはＬＥＤアレイと結像素子アレイからなるライン状の光書込装置等）１２と、感光体上の潜像をトナーで現像して顕像化する現像装置（図示の例では図４に示した現像装置）２０と、感光体上に形成されたトナー像を記録材Ｐに転移させる転写装置（例えば転写ローラ、転写チャージャ、転写ブラシ等）１３と、転写後の感光体上の残留トナーを清掃するクリーニング装置（例えばクリーニングブレード、クリーニングブラシ、クリーニングローラ等）１４と、感光体上の残留電荷を除去する除電装置（例えば除電ランプ、除電チャージャ、除電ブラシ等）１５などが配設されている。また、現像装置２０の上部にはトナー収容部２９が設けられており、トナー収容部２９からトナー補給口を通って現像剤収容部にトナーが補給されるようになっている。
【００６２】
画像形成が開始されると電子写真プロセスによる画像形成動作が実行され、感光体１０が図中の矢印で示すように時計回りに回転し、感光体表面が帯電装置１１により均一に帯電される。そして光書込装置１２により、帯電された感光体１０に画像情報に応じた光が照射され静電潜像が形成される。この静電潜像は現像装置２０のトナー担持体２１に担持されたトナーにより現像され、トナー像として顕像化される。
【００６３】
画像形成部１００の下部には、記録紙等の記録材Ｐを収納した給紙カセット１６が装着されており、上記の画像形成動作にタイミングを合せて給紙カセット１６内の記録材Ｐが給紙ローラ１７ａと分離ローラ１７ｂにより１枚づつ給紙され、複数の搬送ローラ１７ｃを経てレジストローラ１７ｄへ搬送される。そして、感光体上のトナー像が転写位置に来るタイミングに合せてレジストローラ１７ｄで転写位置に記録材Ｐが送り出され、転写装置１３により感光体上のトナー像が記録材Ｐに転写される。トナー像が転写された記録材Ｐは、搬送ベルト１７ｅを経て定着装置１８に搬送され、定着装置１８により加熱・加圧されてトナー像が記録材Ｐに定着される。定着後の記録材Ｐは複数の排紙ローラ１９ａ〜１９ｅを経て排紙トレイ１２０に排紙される。また、トナー像転写後の感光体１０は、クリーニング装置１４により残留トナーを清掃され、除電装置１５により残留電荷を除電される。
【００６４】
［実施例１０］
上記の実施例で述べたような画像形成装置においては、感光体、帯電装置、クリーニング装置のうちの少なくとも一つと、現像装置とを一体にしたプロセスカートリッジを用いることができる。
図１７はプロセスカートリッジの一例を示す概略断面図であり、このプロセスカートリッジ８０は、感光体１０と帯電装置１１と現像装置（図示の例では図１０に示す現像装置）６０とクリーニング装置１４をカートリッジ８１内に一体に保持している。そして、このプロセスカートリッジ８０は、画像形成装置に対して着脱可能に設けられているので、容易に交換やリサイクルが可能であり、画像形成装置のメンテンナンス性の向上や、省資源化に寄与することができる。
【００６５】
［実施例１１］
次に、図１８は、図１７に示したプロセスカートリッジ８０を複数備え、単色、多色またはフルカラー画像を形成するカラー画像形成装置の構成例を示す概略構成図である。
このカラー画像形成装置２００では、記録材Ｐを搬送する転写ベルト９０に沿って４つのプロセスカートリッジ８０Ｙ，８０Ｍ，８０Ｃ，８０Ｋを並設したものであり、プロセスカートリッジ８０Ｙは実施例９と同様の電子写真プロセスにより感光体上にイエロー色のトナー像を形成し、プロセスカートリッジ８０Ｍは実施例９と同様の電子写真プロセスにより感光体上にマゼンタ色のトナー像を形成し、プロセスカートリッジ８０Ｃは実施例９と同様の電子写真プロセスにより感光体上にマゼンタ色のトナー像を形成し、プロセスカートリッジ８０Ｋは実施例９と同様の電子写真プロセスにより感光体上にブラック色のトナー像を形成する。
【００６６】
転写ベルト９０の下方には、記録紙等の記録材Ｐを収納した多段の給紙カセット１６Ａ，１６Ｂが装着されており、上記の各プロセスカートリッジ８０Ｙ，８０Ｍ，８０Ｃ，８０Ｋでの画像形成動作にタイミングを合せて給紙カセット１６Ａ，１６Ｂのいずれか一方から記録材Ｐが給紙ローラ１７ａと分離ローラ１７ｂにより１枚づつ給紙され、複数の搬送ローラ１７ｃを経てレジストローラ１７ｄへ搬送される。そして、各プロセスカートリッジ８０Ｙ，８０Ｍ，８０Ｃ，８０Ｋの感光体上のトナー像が転写位置に来るタイミングに合せてレジストローラ１７ｄで転写ベルト９０に記録材Ｐが送り出され、転写ベルト９０で記録材が各プロセスカートリッジ８０Ｙ，８０Ｍ，８０Ｃ，８０Ｋの転写位置に順次搬送され、各転写装置１３により感光体上の各色のトナー像が記録材Ｐに順次重ね合わせて転写される。トナー像が転写された記録材Ｐは、搬送ベルト１７ｅを経て定着装置１８に搬送され、定着装置１８により加熱・加圧されてトナー像が記録材Ｐに定着される。定着後の記録材Ｐは複数の排紙ローラ１９ａ〜１９ｅを経て排紙トレイ２１０に排紙される。また、トナー像転写後の各プロセスカートリッジ８０Ｙ，８０Ｍ，８０Ｃ，８０Ｋの感光体１０は、クリーニング装置１４により残留トナーを清掃される。
【００６７】
上記の構成のカラー画像形成装置２００では、各プロセスカートリッジ８０Ｙ，８０Ｍ，８０Ｃ，８０Ｋを選択的に駆動されることにより、単色、多色またはフルカラー画像を形成することができる。また、各プロセスカートリッジ８０Ｙ，８０Ｍ，８０Ｃ，８０Ｋは、画像形成装置に対して着脱可能に設けられているので、容易に交換やリサイクルが可能であり、画像形成装置のメンテンナンス性の向上や、省資源化に寄与することができ、カラー画像形成装置２００の保守、管理が容易である。
【００６８】
なお、図１８では、記録材Ｐを搬送する転写ベルト９０に沿って４つのプロセスカートリッジ８０Ｙ，８０Ｍ，８０Ｃ，８０Ｋを並設した、直接転写方式のタンデム型カラー画像形成装置の構成例を示したが、転写ベルト９０に代えて中間転写ベルトを用い、中間転写ベルトから記録材に二次転写する二次転写部を設ければ、中間転写方式のタンデム型カラー画像形成装置を構成することができる。
また、図１８は、プリンタ部の構成のみを示しているが、図１６と同様に、プリンタ部の上部に画像読取部（スキャナ部）を設置すれば、プリンタやデジタル複写機として機能する複合機を構成することができる。また、通信回線と接続することにより、ファクシミリとしても利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の現像装置に用いられるトナー担持体の電極構成例を示す要部断面図である。
【図２】図１に示すトナー担持体のａ相とｂ相の電極に印加する電圧の例を示す図である。
【図３】図１に示すトナー担持体を軸に平行な方向から見た図である。
【図４】本発明の第１の実施例を示す現像装置の概略構成図である。
【図５】本発明の第２の実施例を示す現像装置の概略構成図である。
【図６】本発明の第３の実施例を示す現像装置の概略構成図である。
【図７】本発明の第４の実施例を示す現像装置の概略構成図である。
【図８】本発明の第５の実施例を示す現像装置の概略構成図である。
【図９】本発明の第６の実施例を示す現像装置の概略構成図である。
【図１０】本発明の第７の実施例を示す現像装置の概略構成図である。
【図１１】トナー担持体上のトナーの帯電量を検知する帯電量検知手段の設置位置を示す図である。
【図１２】トナー担持体上のトナーの帯電量を検知する帯電量検知手段の設置位置を示す図である。
【図１３】帯電量検知手段に発光素子と受光素子を用いて光学的に検知する場合の構成例を示す図である。
【図１４】帯電量検知手段に発光素子と受光素子を用いて光学的に検知する場合の別の構成例を示す図である。
【図１５】トナーの帯電量の検知と制御の流れを示すフローチャートである。
【図１６】本発明の現像装置を用いた画像形成装置の構成例を示す概略構成図である。
【図１７】本発明の現像装置を用いたプロセスカートリッジの一例を示す概略断面図である。
【図１８】図１７に示すプロセスカートリッジを複数備えたカラー画像形成装置の構成例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００７０】
１ａ，２ａ，３ａ，４ａ，５ａ：ａ相の電極
１ｂ、２ｂ、３ｂ、４ｂ：ｂ相の電極
１０：感光体（潜像担持体）
１１：帯電装置
１２：光書込装置
１３：転写装置
１４：クリーニング装置
１５：除電装置
１６，１６Ａ，１６Ｂ：給紙カセット
１８：定着装置
２０，３０，４０，６０：現像装置
２１，３１，４１，６１，７１：トナー担持体
２２，３２，４２，６２，７２：トナー供給部材
２３，３３，４３，６３：現像剤層規制部材（またはトナー層規制部材）
２４ａ，２４ｂ，３４，４４，６６：現像剤収容部
２５ａ，２５ｂ：攪拌搬送スクリュ
２７，３７，６４：第一電圧印加手段
２８，３８，６５：第二電圧印加手段
３５ａ，３５ｂ：トナー補給ローラ
４５ａ，４５ｂ：攪拌搬送部材
７３：帯電量検知手段
７３Ａ：発光素子
７３Ｂ：受光素子
８０，８０Ｙ，８０Ｍ，８０Ｃ，８０Ｋ：プロセスカートリッジ
９０：転写ベルト
１００：画像形成部（プリンタ部）
１１０：画像読取部（スキャナ部）
１２０，２１０：排紙トレイ
２００：カラー画像形成装置
Ｐ：記録材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
潜像担持体と対向して配置され、前記潜像担持体上の静電潜像を現像するためのトナーを担持するトナー担持体を有する現像装置において、
前記トナー担持体の内部に所定の間隔で並べられた複数の電極を有し、該複数の電極間の電界が時間的に変化するように前記電極に電圧を印加する電圧印加手段を備え、前記電極間の電界により前記トナー担持体上のトナーを飛翔させてクラウドを形成する構成であり、前記トナー担持体上のトナーの帯電量を制御するトナー帯電量制御手段を備えていることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の現像装置において、
前記トナー担持体にトナーを供給するトナー供給手段を有し、該トナー供給手段と前記トナー担持体とが対向する供給領域で供給されたトナーは、前記トナー担持体の回転によって前記潜像担持体と該トナー担持体が対向する現像領域まで搬送される構成であり、前記トナー帯電量制御手段とは、各電極が前記供給領域から前記現像領域まで移動するまでに印加される電圧が切り替わる回数を制御する切り替わり回数制御手段であることを特徴とする現像装置。
【請求項３】
請求項１に記載の現像装置において、
前記トナー担持体にトナーを供給するトナー供給手段と、該トナー供給手段で前記トナー担持体に供給されたトナーを規制するトナー層規制部材を有し、該トナー層規制部材で規制されたトナーは前記トナー担持体の回転によって前記潜像担持体と該トナー担持体が対向する現像領域まで搬送される構成であり、前記トナー帯電量制御手段とは、各電極が前記トナー担持体と前記トナー層規制部材とが対向する規制領域から前記現像領域まで移動するまでに印加される電圧が切り替わる回数を制御する切り替わり回数制御手段であることを特徴とする現像装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の現像装置において、
前記切り替わり回数制御手段が制御するのは、前記電圧印加手段が印加する電圧の周波数であることを特徴とする現像装置。
【請求項５】
請求項２または３に記載の現像装置において、
前記切り替わり回数制御手段が制御するのは、前記トナー担持体の線速であることを特徴とする現像装置。
【請求項６】
請求項２または３に記載の現像装置において、
前記切り替わり回数制御手段は、前記電圧印加手段が印加する電圧の周波数と、前記トナー担持体の線速の両方を制御することを特徴とする現像装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の現像装置において、
前記トナー担持体上のトナーの帯電量を検知する帯電量検知手段を備えたことを特徴とする現像装置。
【請求項８】
請求項７に記載の現像装置において、
前記トナー担持体の回転方向に対して、前記供給領域もしくは前記規制領域の下流で前記現像領域より上流の位置に前記帯電量検知手段を設けることを特徴とする現像装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の現像装置において、
前記帯電量検知手段の検知結果に基づいて前記切り替わり回数制御手段が電極の切り替わり回数を制御することを特徴とする現像装置。
【請求項１０】
請求項７〜９のいずれか１項に記載の現像装置において、
前記帯電量検知手段は、前記トナー担持体上のトナーの該トナー担持体表面からの高さ方向の位置を検知することを特徴とする現像装置。
【請求項１１】
請求項７〜１０のいずれか１項に記載の現像装置において、
前記帯電量検知手段は、発光素子と受光素子から成ることを特徴とする現像装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の現像装置において、
前記発光素子は前記トナー担持体上の回転によって搬送されるトナーの搬送経路に光を投光し、前記受光素子はトナーによって散乱されずに透過した光を検知することを特徴とする現像装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の現像装置において、
前記発光素子は前記トナー担持体上の回転によって搬送されるトナーの搬送経路に光を投光し、前記受光素子はトナーによって散乱された拡散光を検知することを特徴とする現像装置。
【請求項１４】
請求項１１に記載の現像装置において、
前記発光素子は前記トナー担持体上の回転によって搬送されるトナーの搬送経路に光を投光し、前記受光素子はトナーによって散乱されずに透過した光とトナーによって散乱された拡散光の両方を検知することを特徴とする現像装置。
【請求項１５】
潜像担持体上の潜像にトナーを付着させることにより潜像を現像し、これにより得られたトナー像を最終的に記録材に転移させて画像形成を行う画像形成装置において、
前記潜像担持体上の潜像を現像する手段として、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の現像装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の画像形成装置において、
前記潜像担持体上に形成されたトナー像を複数互いに重ね合わせて得られる画像を記録材に形成することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１７】
電子写真プロセスにより画像形成を行う画像形成装置に装備されるプロセスカートリッジであって、
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、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の現像装置を一体に保持し、前記画像形成装置に対して着脱可能に設けられたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項１８】
電子写真プロセスにより画像形成を行う画像形成装置であって、
請求項１７に記載のプロセスカートリッジを複数備え、単色、多色またはフルカラー画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
潜像担持体と対向して配置され、前記潜像担持体上の静電潜像を現像するためのトナーを担持するトナー担持体を有する現像装置において、
前記トナー担持体の内部に所定の間隔で並べられた複数の電極を有し、該複数の電極間の電界が時間的に変化するように前記電極に電圧を印加する電圧印加手段を備え、前記電極間の電界により前記トナー担持体上のトナーを飛翔させてクラウドを形成する構成であり、前記トナー担持体上のトナーの帯電量を制御するトナー帯電量制御手段を備えていることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の現像装置において、
前記トナー担持体にトナーを供給するトナー供給手段を有し、該トナー供給手段と前記トナー担持体とが対向する供給領域で供給されたトナーは、前記トナー担持体の回転によって前記潜像担持体と該トナー担持体が対向する現像領域まで搬送される構成であり、前記トナー帯電量制御手段とは、各電極が前記供給領域から前記現像領域まで移動するまでに印加される電圧が切り替わる回数を制御する切り替わり回数制御手段であることを特徴とする現像装置。
【請求項３】
請求項１に記載の現像装置において、
前記トナー担持体にトナーを供給するトナー供給手段と、該トナー供給手段で前記トナー担持体に供給されたトナーを規制するトナー層規制部材を有し、該トナー層規制部材で規制されたトナーは前記トナー担持体の回転によって前記潜像担持体と該トナー担持体が対向する現像領域まで搬送される構成であり、前記トナー帯電量制御手段とは、各電極が前記トナー担持体と前記トナー層規制部材とが対向する規制領域から前記現像領域まで移動するまでに印加される電圧が切り替わる回数を制御する切り替わり回数制御手段であることを特徴とする現像装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の現像装置において、
前記切り替わり回数制御手段が制御するのは、前記電圧印加手段が印加する電圧の周波数であることを特徴とする現像装置。
【請求項５】
請求項２または３に記載の現像装置において、
前記切り替わり回数制御手段が制御するのは、前記トナー担持体の線速であることを特徴とする現像装置。
【請求項６】
請求項２または３に記載の現像装置において、
前記切り替わり回数制御手段は、前記電圧印加手段が印加する電圧の周波数と、前記トナー担持体の線速の両方を制御することを特徴とする現像装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の現像装置において、
前記トナー担持体上のトナーの帯電量を検知する帯電量検知手段を備えたことを特徴とする現像装置。
【請求項８】
請求項７に記載の現像装置において、
前記トナー担持体の回転方向に対して、前記供給領域もしくは前記規制領域の下流で前記現像領域より上流の位置に前記帯電量検知手段を設けることを特徴とする現像装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の現像装置において、
前記帯電量検知手段の検知結果に基づいて前記切り替わり回数制御手段が電極の切り替わり回数を制御することを特徴とする現像装置。
【請求項１０】
請求項７〜９のいずれか１項に記載の現像装置において、
前記帯電量検知手段は、前記トナー担持体上のトナーの該トナー担持体表面からの高さ方向の位置を検知することを特徴とする現像装置。
【請求項１１】
請求項７〜１０のいずれか１項に記載の現像装置において、
前記帯電量検知手段は、発光素子と受光素子から成ることを特徴とする現像装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の現像装置において、
前記発光素子は前記トナー担持体上の回転によって搬送されるトナーの搬送経路に光を投光し、前記受光素子はトナーによって散乱されずに透過した光を検知することを特徴とする現像装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の現像装置において、
前記発光素子は前記トナー担持体上の回転によって搬送されるトナーの搬送経路に光を投光し、前記受光素子はトナーによって散乱された拡散光を検知することを特徴とする現像装置。
【請求項１４】
請求項１１に記載の現像装置において、
前記発光素子は前記トナー担持体上の回転によって搬送されるトナーの搬送経路に光を投光し、前記受光素子はトナーによって散乱されずに透過した光とトナーによって散乱された拡散光の両方を検知することを特徴とする現像装置。
【請求項１５】
潜像担持体上の潜像にトナーを付着させることにより潜像を現像し、これにより得られたトナー像を最終的に記録材に転移させて画像形成を行う画像形成装置において、
前記潜像担持体上の潜像を現像する手段として、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の現像装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の画像形成装置において、
前記潜像担持体上に形成されたトナー像を複数互いに重ね合わせて得られる画像を記録材に形成することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１７】
電子写真プロセスにより画像形成を行う画像形成装置に装備されるプロセスカートリッジであって、
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、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の現像装置を一体に保持し、前記画像形成装置に対して着脱可能に設けられたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項１８】
電子写真プロセスにより画像形成を行う画像形成装置であって、
請求項１７に記載のプロセスカートリッジを複数備え、単色、多色またはフルカラー画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
【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１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２００９−２０２０９（Ｐ２００９−２０２０９Ａ）
【公開日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１８１４２４（Ｐ２００７−１８１４２４）
【出願日】平成１９年７月１０日（２００７．７．１０）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月１０日（２００７．７．１０）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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