現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置
【課題】トナー担持体上に形成される電界によってトナーをクラウド状態にして現像を行う現像装置で、トナー規制ローラを用いてトナー担持体上のトナー量を規制し、安定したトナー量を現像領域に供給することが出来る現像装置、並びにこれを備えた画像形成装置及びプロセスカートリッジを提供する。
【解決手段】現像装置６は、互いに異なる交番電圧が印加される２種類の電極を備える現像剤担持体としてのトナー担持ローラ７を備え、このトナー担持ローラ７が担持するトナー量を規制するトナー規制部材として、ローラ状で導電性材料からなるトナー担持ローラ６３を備える。
【解決手段】現像装置６は、互いに異なる交番電圧が印加される２種類の電極を備える現像剤担持体としてのトナー担持ローラ７を備え、このトナー担持ローラ７が担持するトナー量を規制するトナー規制部材として、ローラ状で導電性材料からなるトナー担持ローラ６３を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トナー担持体の無端移動する表面上でホッピングさせたトナーによって潜像担持体上の潜像を現像する現像装置、並びにこれを用いるプロセスカートリッジ及び画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に搭載される現像装置として、現像ローラや磁性キャリアに吸着させたトナーを現像に用いるのではなく、トナー担持体の表面上でホッピングさせたトナーを現像に用いるものが知られている（特許文献１〜４）。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載の現像装置は、周方向に所定のピッチで配設された複数の電極を具備する筒状のトナー担持体を有している。これら電極は、互いに隣り合う２つの電極からなる電極対が繰り返し配設されたものである。それぞれの電極対における２つの電極の間には交番電界が形成される。すると、電極対における一方の電極の上に位置していたトナーが浮上して他方の電極の上に着地したり、他方の電極の上から浮上して一方の電極の上に着地したりする。そして、トナーはこのようにしてホッピングを繰り返すことによって、トナー担持体上でクラウド状態となり、筒状のトナー担持体の回転駆動に伴う表面移動より、トナー担持体と潜像担持体との対向位置である現像領域まで搬送される。
【０００４】
このような現像装置の現像領域では、クラウド状態となって潜像担持体上の潜像の近傍まで浮上したトナーが、トナー担持体の電極に向けて下降することなく、潜像による電界に引かれて潜像に付着する。かかる構成では、現像ローラや磁性キャリアなどに吸着しているトナーではなく、クラウド状態になってトナー担持体からの吸着力が発揮されていないトナーを現像に用いる。これにより、従来の一成分現像方式や二成分現像方式では実現が望めなかったほどの低電位現像を実現することができる。例えば、周囲の非画像部との電位差が１００［Ｖ］以下である静電潜像にトナーを選択的に付着させることも可能である。
【０００５】
上述した、トナーをクラウド状態とする現像装置では、帯電量によって各トナー粒子が交番電界によって受けるホッピングする力が異なるので、トナー粒子の帯電量にバラツキがあると、トナー担持体上でのトナーの挙動がばらつき、現像ムラの原因となる。このため、トナーをクラウド状態とする現像装置では、トナー担持体上のトナーの帯電量のバラツキを抑制することが求められる。
このような現像装置において、現像領域に向かうトナー担持体上のトナー量を規制するトナー規制部材として、トナー担持体の表面に接触するブレード部材であるトナー規制部レードを用いる構成やトナー担持体の表面に接触するローラ部材からなるトナー規制ローラを用いる構成が知られている。トナー規制部材としてトナー規制ブレードを用いると、当接圧が局所的に集中してトナーにストレスがかかり、トナーが劣化しやすい。トナーが劣化すると帯電性が変化し、トナーの帯電量のバラツキが生じ易くなる。一方、トナー規制ローラを用いると、トナー担持体との当接幅が増加し、当接圧が局所的に集中することを防止でき、トナー規制ブレードを用いる構成に比べて、トナーの劣化を防止することができる。このため、トナーの劣化に起因するトナーの帯電性のばらつきを抑制するためには、トナー規制部材としてトナー規制ローラを用いる構成の方がトナー規制ブレードを用いる構成よりも有利である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
トナー規制ローラを用いる現像装置では、トナー担持体上のトナーは交番電界の作用によってクラウド状態でトナー規制ローラとの対向部を通過し、その層厚を規制されて現像領域に到達する。トナー規制ローラとの対向部でトナー担持体上に形成される交番電界が現像領域と同様の交番電界であると、トナーの嵩密度が低い状態でトナー規制ローラとの対向部を通過するため、この対向部を通過して現像領域に到達するトナー量が不安定になり、濃度ムラを発生させるおそれがある。
【０００７】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、トナー担持体上に形成される電界によってトナーをクラウド状態にして現像を行う現像装置で、トナー規制ローラを用いてトナー担持体上のトナー量を規制し、安定したトナー量を現像領域に供給することが出来る現像装置、並びにこれを備えた画像形成装置及びプロセスカートリッジを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、互いに異なる電圧が印加される複数種類の電極を備え、外周面に担持されたトナーを潜像担持体との対向部である現像領域へ搬送するためのトナー担持体と、該複数種類の電極に対して互いに異なる電圧を印加することにより、種類の異なる電極の間に電界を形成し、この電界によって該トナー担持体の外周面上でトナーを飛翔させる電界形成手段と、該トナー担持体の外周面上のトナーの層厚を規制するローラ状のトナー規制ローラとを備え、上記現像領域で上記トナー担持体の外周面上で飛翔するトナーを用いて上記潜像担持体上の静電潜像を現像する現像装置において、上記トナー規制ローラの材質が導電性材料であることを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の現像装置において、上記トナー担持体は表面移動することにより担持したトナーを現像領域に搬送する構成であり、上記トナー規制ローラは該トナー担持体と対向する位置でトナーの表面移動方向に対してカウンタ方向に表面移動することを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１または２の現像装置において、上記トナー規制ローラの表面硬度は上記トナー担持体の表面硬度よりも小さいことを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の現像装置において、上記トナー担持体に担持され、所望の極性に帯電したトナーと同極性の電圧を上記トナー規制ローラに印加する規制ローラ電圧印加手段を備えることを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、潜像担持体上に形成された静電潜像に対して現像手段によってトナーを供給することにより該静電潜像を現像して得られる画像を、最終的に記録材上に転移させて、該記録材上に画像を形成する画像形成装置において、上記現像手段として、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の現像装置を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、潜像担持体と、該潜像担持体上に形成される静電潜像をトナーで現像する現像手段とを、１つのユニットとして共通の保持体に保持させて画像形成装置本体に対して一体的に着脱可能に構成したプロセスカートリッジにおいて、上記現像手段として、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の現像装置を用いたことを特徴とするものである。
【０００９】
本発明においては、トナー規制ローラの材質が導電性材料であるため、トナー規制ローラとトナー担持体との対向部ではトナー規制ローラとトナー担持体上の電極との間で電界が形成され、種類の異なる電極の間の電界を他の位置よりも弱めることが出来る。これにより、電界によってトナーをホッピングさせる作用を抑制し、トナー規制ローラとの対向部を通過するトナーの嵩密度を高めることが出来る。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、トナー規制ローラとの対向部を通過するトナーの嵩密度を高めることで、この対向部を通過するトナー量を従来よりも安定させることができ、安定したトナー量を現像領域に供給することができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係るプリンタを示す概略構成図。
【図２】プロセスユニットを着脱している最中の同プリンタを示す概略構成図。
【図３】プリンタにおけるプロセスユニットの説明図。
【図４】プロセスユニットのトナー担持ローラを示す斜視図。
【図５】トナー担持ローラの電極構成を示す平面模式図。
【図６】トナー担持ローラを示す拡大横断面図。
【図７】トナー担持ローラの電極に印加されるパルス電圧の特性を示す波形図。
【図８】トナー担持ローラの変形例を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を適用した画像形成装置として、電子写真方式のプリンタ（以下、プリンタ１００と呼ぶ）の一実施形態について説明する。
図１は本実施形態に係るプリンタ１００を示す概略構成図である。プリンタ１００は、ブラック、マゼンタ、シアン、イエロー（以下、Ｋ，Ｍ，Ｃ，Ｙと記す）のトナー像を重ね合わせてフルカラー画像を形成することができる。またプリンタ１００は、ベルトユニット１、４つのプロセスカートリッジであるプロセスユニット６０（Ｋ，Ｍ，Ｃ，Ｙ）、４つの光書込ユニット４（Ｋ，Ｍ，Ｃ，Ｙ）、レジストローラ対５３、及び、二次転写ローラ１２を備える。さらに、記録用紙等の転写材を格納し、また画像形成時に転写材を搬送開始させる給紙装置である給紙カセット５０、転写材上に形成された未定着のトナー像を転写材に定着させる定着装置３などを備えている。
【００１３】
ベルトユニット１は、潜像担持体たる有機感光体を無端ベルト形状に構成した感光体ベルト１１を備え、感光体ベルト１１を水平方向よりも鉛直方向にスペースをとる縦長の姿勢で張架しながら図中反時計回り方向（図１中の矢印Ａ方向）に無端移動せしめる。より詳しくは、感光体ベルト１１を、駆動ローラ１１ｂ、テンションローラ１１ｃ、二次転写バックアップローラ１１ａ、及び４つの現像対向ローラ１０（Ｋ，Ｍ，Ｃ，Ｙ）によって裏面側から支えながら張架している。そして、図示しない駆動手段によって図中反時計回り方向に回転駆動せしめられる駆動ローラ１１ｂの回転によって感光体ベルト１１を無端移動せしめる。この感光体ベルト１１における図中左側の張架面（以下、左側張架面という）は、ほぼ鉛直方向に延在する姿勢になっている。
【００１４】
感光体ベルト１１の左側張架面の図中左側方には、Ｋ，Ｍ，Ｃ，Ｙ用のプロセスユニット６０（Ｋ，Ｍ，Ｃ，Ｙ）が鉛直方向に並ぶように配設されており、それぞれ感光体ベルト１１の左側張架面に対向している。これら４つのプロセスユニット６０（Ｋ，Ｍ，Ｃ，Ｙ）は、それぞれ、現像装置６（Ｋ，Ｍ，Ｃ，Ｙ）と、感光体ベルト１１を一様帯電せしめる帯電装置２（Ｋ，Ｍ，Ｃ，Ｙ）とを１つのユニットとして図示しない共通の保持体に保持している。そして、図２に示すように、プリンタ１００の筺体に対して現像装置６及び帯電装置２が一体的にプロセスユニット６０として着脱可能に構成され、プロセスユニット６０は、感光体ベルト１１を含むベルトユニット１が退避することで開放された空間から、ユーザーによる交換が可能となっている。
【００１５】
先に示した図１において、４つの現像装置６（Ｋ，Ｍ，Ｃ，Ｙ）のうち、鉛直方向の最も上側に位置するＫ用の現像装置６Ｋの上方には、Ｋ用の帯電装置２Ｋが感光体ベルト１１の左側張架面に対向するように配設されている。また、鉛直方向において、Ｋ用の現像装置６Ｋと、Ｍ用の現像装置６Ｍとの間には、Ｍ用の帯電装置２Ｍが感光体ベルト１１の左側張架面に対向するように配設されている。また、Ｍ用の現像装置６Ｍと、Ｃ用の現像装置６Ｃとの間には、Ｃ用の帯電装置２Ｃが感光体ベルト１１の左側張架面に対向するように配設されている。更に、Ｃ用の現像装置６Ｃと、Ｙ用の現像装置６Ｙの間には、Ｙ用の帯電装置２Ｙが感光体ベルト１１の左側張架面に対向するように配設されている。
【００１６】
鉛直方向に並ぶ４つの現像装置６（Ｋ，Ｍ，Ｃ，Ｙ）の図中左側方には、４つの光書込ユニット４（Ｋ，Ｍ，Ｃ，Ｙ）が鉛直方向に並ぶように配設されている。これら４つの光書込ユニット４（Ｋ，Ｍ，Ｃ，Ｙ）は、画像情報に従って帯電後の感光体ベルト１１にそれぞれブラック、マゼンタ、シアン、イエロー色に対応した潜像を書き込むための装置である。光書込ユニット４（Ｋ，Ｍ，Ｃ，Ｙ）は、外部の図示しないパーソナルコンピュータやスキャナから送られてくる画像情報に基づいて、図示しない４つの半導体レーザーを駆動してＫ，Ｍ，Ｃ，Ｙ用の書込光Ｌｋ，Ｌｍ，Ｌｃ，Ｌｙを出射する。そして、これらを図示しないポリゴンミラーによって偏向せしめながら、図示しない反射ミラーで反射させたり光学レンズに通したりすることで感光体ベルト１１に対する光走査を行う。光書込ユニット４としては、このようなポリゴンを用いた光走査装置に代えて、ＬＥＤアレイによって光走査を行うもの等、種々のものを使用することができる。なお、光走査は暗中にて行われる。
【００１７】
感光体ベルト１１は、自らを張架している複数の張架ローラのうち、最も下方に位置する駆動ローラ１１ｂと、最も上方に位置するテンションローラ１１ｃとの間では、鉛直方向上方から下方に向けてほぼ真っ直ぐに移動する。この過程において、まず、Ｋ用の帯電装置２Ｋとの対向位置を通過する際に、例えば負極性に一様帯電せしめられる。そして、Ｋ用の書込光Ｌｋによる光走査によってＫ用の静電潜像を担持した後、Ｋ用の現像装置６Ｋとの対向位置を通過する。この際、感光体ベルト１１に書き込まれたＫ用の静電潜像がＫ用の現像装置６Ｋによって現像されてＫトナー像になる。
【００１８】
Ｋトナー像が形成された感光体ベルト１１は、鉛直方向上方から下方に向けての移動に伴って、Ｍ用の帯電装置２Ｍによって再び一様帯電せしめられた後、Ｍ用の書込光Ｌｍによる光走査によってＭ用の静電潜像を担持する。このＭ用の静電潜像は、Ｍ用の現像装置６Ｍによって現像されてＭトナー像となる。このとき、Ｍトナー像の全領域又は一部領域は、既に感光体ベルト１１上に形成されているＫトナー像の上に重ね合わせた状態で現像される。
【００１９】
Ｍトナー像が形成された感光体ベルト１１は、鉛直方向上方から下方に向けての移動に伴って、Ｃ用の帯電装置２Ｃによって再び一様帯電せしめられた後、Ｃ用の書込光Ｌｃによる光走査によってＣ用の静電潜像を担持する。このＣ用の静電潜像は、Ｃ用の現像装置６Ｃによって現像されてＣトナー像となる。このとき、Ｃトナー像の全領域又は一部領域は、既に感光体ベルト１１上に形成されているＫトナー像及びＭトナー像の上に重ね合わせた状態で現像される。
【００２０】
Ｃトナー像が形成された感光体ベルト１１は、鉛直方向上方から下方に向けての移動に伴って、Ｙ用の帯電装置２Ｙによって再び一様帯電せしめられた後、Ｙ用の書込光Ｌｙによる光走査によってＹ用の静電潜像を担持する。このＹ用の静電潜像は、Ｙ用の現像装置６Ｙによって現像されてＹトナー像となる。このとき、Ｙトナー像の全領域又は一部領域は、既に感光体ベルト１１上に形成されているＫトナー像、Ｍトナー像、及びＣトナー像の上に重ね合わせた状態で現像される。
【００２１】
以上のようなＫ，Ｍ，Ｃ，Ｙトナー像の重ね合わせ現像により、感光体ベルト１１のおもて面（ループ外面）には、４色重ね合わせトナー像が形成される。なお、Ｋ，Ｍ，Ｃ，Ｙ用の帯電装置２（Ｋ，Ｍ，Ｃ，Ｙ）としては、それぞれコロナ放電によって感光体ベルト１１を一様帯電せしめるものが用いられている。かかる構成の帯電装置２（Ｋ，Ｍ，Ｃ，Ｙ）によれば、感光体ベルト１１に対して非接触で一様帯電処理を施すことが可能なので、ベルト上に既に形成されているトナー像との接触によるトナー像の乱れを回避することができる。
【００２２】
Ｙ用の現像装置６Ｙとの対向位置であるＹ用の現像領域を通過した感光体ベルト１１は、駆動ローラ１１ｂに対する掛け回し箇所を通過すると、今度は相対的に鉛直方向下方から上方に向けて移動するようになる。そして、二次転写バックアップローラ１１ａに対する掛け回し箇所に進入する。この掛け回し箇所の一部に対しては、二次転写ローラ１２がおもて面側から当接して転写ニップを形成している。二次転写バックアップローラ１１ａは接地されているのに対し、導電性の二次転写ローラ１２には図示しないバイアス印加手段によって転写バイアスが印加されている。これにより、転写ニップを間に挟んでいる二次転写バックアップローラ１１ａと二次転写ローラ１２との間には、感光体ベルト１１上のトナー像を二次転写バックアップローラ１１ａ側から二次転写ローラ１２側に静電移動させる転写電界が形成されている。
【００２３】
一方、給紙カセット５０は、所定のタイミングで給紙コロ５１を回転駆動させることで、カセット内に収容している記録紙Ｐを給紙路５２に向けて送り出す。送り出された記録紙Ｐは、転写ニップの図中下方に配設されたレジストローラ対５３のローラ間に挟み込まれる。レジストローラ対５３は、記録紙Ｐの先端部を挟み込むとすぐに回転駆動を一時停止する。そして、記録紙Ｐを感光体ベルト１１上の４色重ね合わせトナー像と同期させ得るタイミングで回転駆動を再開して、記録紙Ｐを転写ニップに送り出す。
【００２４】
転写ニップで記録紙Ｐに密着せしめられた４色重ね合わせトナー像は、ニップ圧や転写電界の作用によって感光体ベルト１１から記録紙Ｐに一括転写され、記録紙Ｐの白色と相まってフルカラー画像となる。
【００２５】
このようにしてフルカラー画像が形成された記録紙Ｐは、転写ニップから定着装置３に送り込まれる。定着装置３は、ハロゲンランプ等の発熱源を内包する定着ローラ３ｂと、これに圧接せしめられている加圧ローラ３ａとの当接によって定着ニップを形成しており、送り込まれてきた記録紙Ｐをこの定着ニップ内に挟み込む。そして、定着ローラ３ｂによる加熱やニップ圧の作用によってフルカラー画像を記録紙Ｐに定着せさせる。
【００２６】
定着装置３内でフルカラー画像の定着処理が施され、表面上に可視像が形成された記録紙Ｐは、図示しない排紙ローラ対を経由した後、機外へと排出される。
【００２７】
図１に示すように、プリンタ１００においては、転写ニップを通過した後の感光体ベルト１１の表面に付着している転写残トナーをクリーニングするためのクリーニング手段を設けていない。感光体ベルト１１は、転写残トナーを付着させたままの状態で次工程のＫ，Ｍ，Ｃ，Ｙ用の現像領域に進入することになるが、４つの帯電装置２（Ｋ，Ｍ，Ｃ，Ｙ）によって転写残トナーが確実に正規極性に帯電せしめられることで、再び転写ニップに進入した際には、記録紙Ｐに転写される。転写残トナーが記録紙Ｐに転写されても、僅かの量であれば、視認される程度の画質劣化は生じない。
【００２８】
なお、転写残トナーの量が比較的多くなる場合には、転写ニップを通過した後、Ｋ用の帯電装置２Ｋとの対向位置に進入する前の感光体ベルト１１の表面から転写残トナーを除去するクリーニング手段を設けてもよい。この場合、クリーニング手段と、現像装置とを一体的に構成してプロセスユニットとすることも可能である。
【００２９】
図３は、４つのプロセスユニット６０（Ｋ，Ｍ，Ｃ，Ｙ）のうちの一つのプロセスユニット６０の説明図である。各プロセスユニット６０は、使用するトナーの色が互いに異なっているが、その他の構成についてはほぼ同様である。よって、以下の説明では、Ｋ，Ｍ，Ｃ，Ｙの色分け記号を省略して説明する。
図３に示すように、現像装置６は、感光体ベルト１１に供給するトナーＴを収容するトナー収容部６６を形成するケーシング６１と、ケーシング６１の開口部で感光体ベルト１１と対向するトナー担持体であるトナー担持ローラ７とを備える。また、現像装置６は、トナー収容部６６内のトナーをトナー担持ローラ７に供給するトナー供給手段である供給ローラ６２とを備える。さらに、供給ローラ６２を挟んでトナー担持ローラ７の反対側の領域には、トナー収容部６６内のトナーを攪拌しながら供給ローラ６２へトナーを汲み上げるパドル６４とを備える。トナー担持ローラ７、供給ローラ６２及びパドル６４は不図示の回転駆動機構によって回転されるようになっている。
【００３０】
トナーＴはトナー収容部６６に収容されており、トナー供給ローラ６２によってトナーはトナー供給ローラ６２と摩擦帯電をおこない、トナー担持ローラ７上に供給される。トナー供給ローラ６２には、供給電圧印加手段である供給ローラ電源６７によって供給バイアスが印加されている。図３に示す現像装置６では、供給バイアスとして直流電圧を印加する構成となっているが、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。
この供給バイアスによってトナー担持ローラ７とトナー供給ローラ６２との間に電界が形成される。その電界からの静電気力を受け、トナーはトナー供給ローラ６２から解離し、トナー担持ローラ７表面に移動する。
【００３１】
トナー担持ローラ７は、その表面に詳細は後述する複数の電極を備え、電極間に形成される電界によってトナーをクラウド状態にして担持し、回転駆動による表面移動によってトナーを感光体ベルト１１との対向部である現像領域に搬送する。また、現像領域に対してトナー担持ローラ７のトナー搬送方向上流側には、トナー担持ローラ７上のトナー量を規制するローラ状のトナー規制部材であるトナー規制ローラ６３が設置されている。トナー規制ローラ６３はトナー担持ローラ７に当接されており、トナー規制ローラ６３とトナー担持ローラ７との当接部を通過するときに、トナー担持ローラ７やトナー規制ローラ６３とトナーとの摩擦によってトナーは帯電される。
【００３２】
現像装置６のトナー収容部６６内には不図示のトナーが収容されている。本実施形態の現像装置６で収容するトナーは、次のものを用いる。バインダー樹脂として、スチレン系またはアクリル系の重合性単量体を重合開始剤と共に水中に分散させた状態でラジカル重合させたものや、あるいはポリエステル系樹脂を水中に分散させ重付加反応により高分子化させる。これに着色剤、帯電制御剤などを加えて造粒することにより得られた、重量平均粒径約５［μｍ］の非磁性トナー粒子である。
【００３３】
次に、トナー担持ローラ７について説明する。
トナー担持ローラ７は、粉体であるトナー粒子を搬送、現像、回収する電界を発生するために、内部に複数の電極を有するローラ状のトナー担持体である。トナー担持ローラ７は、画像形成時には、感光体ベルト１１に対して５０〜１０００［μｍ］、好ましくは１５０〜４００［μｍ］の間隙をあけて非接触に対向している。
【００３４】
図４は、トナー担持ローラ７を示す斜視図である。このトナー担持ローラ７は、ローラ部の周面上において、ローラ軸線方向に延在しつつローラ周方向に所定のピッチで並ぶ複数の電極を有している。より詳しく説明すると、これら複数の電極は、図５に示すように、Ａ相電極２０ａと、Ｂ相電極２０ｂとがローラ周方向に交互に並べられた櫛歯状の電極配置となっている。
【００３５】
図４及び図５に示すように、トナー担持ローラ７のローラ部における軸線方向の一端部には、Ａ相共通電極２１ａがローラ部の全周に渡って延在するように設けられており、これには複数のＡ相電極２０ａの一端部がそれぞれ接続されている。また、ローラ部における軸線方向の他端部には、Ｂ相共通電極２１ｂがローラ部の全周に渡って延在するように設けられており、これには複数のＢ相電極２０ｂの他端部がそれぞれ接続されている。
【００３６】
便宜上、図４や図５には示していないが、複数のＡ相電極２０ａやＢ相電極２０ｂの上には、図６に示すように、非導電性の材料からなる表面層２２が被覆されており、この表面層２２によってそれら電極とトナーとの接触が回避される。但し、図４や図５に示したＡ相共通電極２１ａやＢ相共通電極２１ｂの上には表面層２２が設けられておらず、それら共通電極は剥き出しの状態になっている。
【００３７】
トナー担持ローラ７の回転に伴ってその回転軌道上を無端移動するＡ相共通電極２１ａには、ケーシング６１に固定された不図示のＡ相ブラシ接点部材が摺擦する。そして、図４や図６に示される電源２４から出力されるＡ相パルス電圧が、このＡ相ブラシ接点部材とＡ相共通電極２１ａとを介して、各Ａ相電極２０ａに印加される。また、トナー担持ローラ７の回転に伴ってその回転軌道上を無端移動するＢ相共通電極２１ｂには、ケーシングに固定された図示しないＢ相ブラシ接点部材が摺擦する。そして、電源２４から出力されるＢ相パルス電圧が、このＢ相ブラシ接点部材とＢ相共通電極２１ｂとを介して、各Ｂ相電極２０ｂに印加される。
【００３８】
なお、以下、Ａ相パルス電圧が印加される複数のＡ相電極２０ａの集合をＡ相電極群という。また、Ｂ相パルス電圧が印加される複数のＢ相電極２０ｂの集合をＢ相電極群という。Ａ相電極２０ａとＢ相電極２０ｂとは交互に配設されているため、複数のＡ相電極２０ａはローラ周方向における所定位置からの並び順が何れも、奇数番目又は偶数番目となる。また、複数のＢ相電極２０ｂの並び順は、Ａ相電極２０ａの並び順が奇数番目である場合には偶数番目、Ａ相電極２０ａの並び順が偶数番目である場合には偶数番目となる。
【００３９】
Ａ相電極群には、例えば図７に示すような所定周期で立ち上がりと立ち下がりとを繰り返す矩形波状のＡ相パルス電圧Ｖａが印加される。これに対し、Ｂ相電極群には、例えば図７に示すような、立ち上がりや立ち下がりの位相がＡ相パルス電圧Ｖｂと逆位相になる矩形波状のＢ相パルス電圧Ｖｂが印加される。それぞれのパルス電圧の周期Ｔ、周波数ｆ（ｆ＝１／Ｔ）、ピーク・ツウ・ピーク電圧Ｖｐｐ、及び振幅中心電位Ｖｃは同じである。このようなパルス電圧が印加されると、トナー担持ローラ７上のトナーは、Ａ相電極２０ａの真上から浮上して放物線を描くようにして隣のＢ相電極２０ｂの真上に着地したり、Ｂ相電極２０ｂの真上から浮上して放物線を描くようにして隣のＡ相電極２０ａ上に逆戻りしたりするという、ホッピングによる往復移動を繰り返す。
このように、電源２４は、複数の電極（Ａ相電極２０ａ、Ｂ相電極２０ｂ）間の電界が時間的に変化するように電圧を供給する電圧供給手段である。
【００４０】
このようにしてホッピングによる往復移動を繰り返しているトナーは、上述したように、トナー担持ローラ７の回転駆動によって現像領域まで搬送される。そして、現像領域にて、その放物線状のホッピング軌跡の頂点付近で感光体ベルト１１の静電潜像の近傍に至ったトナーは、静電潜像の静電気力によって引かれながらホッピング軌跡から外れて、静電潜像に付着する。これに対し、放物線状のホッピング軌跡の頂点付近で感光体ベルト１１の地肌部（一様帯電部）の近傍に至ったトナーは、ホッピング軌跡から外れることなく下降して、トナー担持ローラ７の表面に着地する。
【００４１】
かかる構成においては、ホッピングによってトナー担持ローラ７との吸着力が解かれた状態のトナーを現像に用いることで、従来の一成分現像方式や二成分現像方式では実現が望めなかったほどの低電位現像を実現することができる。なお、以下、本実施形態のプリンタ１００のようにトナー担持体の電極間でトナーをホッピングによって往復移動させながら、トナー担持体の表面移動によって現像領域まで搬送して現像を行う方式をフレア（Ｆｌａｒｅ）現像方式という。
【００４２】
Ａ相パルス電圧ＶａやＢ相パルス電圧Ｖｂとしては、ピーク・ツウ・ピーク電圧Ｖｐｐが２００〜１０００［Ｖ］であり、周波数ｆが０．５〜５［ｋＨｚ］であり、且つ、振幅中心電位Ｖｃが感光体ベルト１１上の潜像電位と地肌部電位との間であるものを例示することができる。なお、振幅中心電位Ｖｃは、潜像電位と地肌部電位との間で条件によって変動させる。Ａ相、Ｂ相の位相は互いに１／２周期（位相π）だけずれている。この位相差によって、パルス電圧の印加中においては、Ａ相電極２０ａと、Ｂ相電極２０ｂとの間に常にＶｐｐと等しい値の電位差が生じている。この電位差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。
【００４３】
Ａ相電極群やＢ相電極群に印加する２つのパルス電圧の組合せとしては、図７に示した組合せの他、矩形波からなるＡ相パルス電圧Ｖａと、これの振幅の中心値である振幅中心電位ＶｃからなるＤＣ電圧Ｖｂとの組合せを採用してもよい。また、この組合せにおけるＡ相、Ｂ相の関係を逆にして採用してもよい。また、パルス電圧の波形としては、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、矩形波以外のもの、例えばサイン波、時定数を持った三角波、時定数に相当する正弦波などを採用してもよい。
【００４４】
図６に示すように、トナー担持ローラ７の支持基板２３の表面上には、複数の電極（２０ａ、２０ｂ）がトナー搬送方向に沿って所定の間隔で配置されている。そして、これら電極の上や、支持基板２３の非電極形成面の上には、搬送面形成部材であり、電極（２０ａ、２０ｂ）の表面を覆う保護膜となる、無機又は有機の絶縁性材料から形成した表面層２２が被覆されている。
【００４５】
支持基板２３としては、ガラス基材、樹脂基材、セラミックス基材等の絶縁性材料からなる基材を例示することができる。また、ステンレスなどの導電性材料からなる基板にＳｉＯ２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材などを用いてもよい。
【００４６】
Ａ相電極２０ａやＢ相電極２０ｂについては、例えば次のようにして形成する。すなわち、支持基板２３の表面上にＡｌ、Ｎｉ−Ｃｒ等の導電性材料からなる厚み０．１〜１０［μｍ］、好ましくは０．５〜２．０［μｍ］の膜を形成する。そして、この膜をフォトリソグラフィー法などによって所要の電極形状にパターン化して形成する。そして、各電極を形成した後、その上に表面層２２を形成する。各電極（２０ａ、２０ｂ）の幅（短手方向の長さ）については、トナー粒子の平均粒径の１倍以上、２０倍以下とすることが望ましい。
【００４７】
表面層２２としては、例えばＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＴｉＯ４、ＳｉＯＮ、ＢＮ、ＴｉＮ、Ｔａ２Ｏ５などの材料を、厚さ０．５〜１０［μｍ］、好ましくは０．５〜３［μｍ］に成膜したものを例示することができる。
【００４８】
図５に示すように、Ａ相共通電極２１ａやＢ相共通電極２１ｂについては、Ａ相電極２０ａやＢ相電極２０ｂと同様の方法によって形成することができる。また、Ａ相電極２０ａやＢ相電極２０ｂとは別に、次のようにして形成することも可能である。即ち、図８に示すように、金属からなるフランジ部材２５を、トナー担持ローラ７のＡ相電極やＢ相電極が形成されたローラ部に対し、軸線方向の端部から圧入して、フランジ部材２５をローラ部上のＡ相電極又はＢ相電極の端部に接続する。そして、このフランジ部材２５の金属表面を共通電極として使用する。フランジ部材２５としては、図示のように、トナー担持ローラ７の回転軸部材と一体形成したものを用いることが望ましい。
【００４９】
ところで、従来、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に用いられる現像装置には、二成分現像方式や一成分現像方式などがある。二成分現像方式は、高速現像に非常に適しており、現在の中速や高速の画像形成装置の主流方式である。この二成分現像方式では、高画質を狙うためには、潜像担持体上の静電潜像との接触部における現像剤の状態を非常に緻密にする必要がある。そのために、現在はキャリア粒子の小径化が進んでおり、商用レベルでは３０［μｍ］程度のキャリアも使われ始めている。
【００５０】
一成分現像方式は、機構が小型軽量になることから、現在の低速の画像形成装置の主流方式である。この一成分現像方式では、現像ローラ等の現像剤担持体の表面に担持したトナーをホッピングさせずに現像に用いる。具体的には、現像ローラ上にトナー薄層を形成するために、ブレードやローラなどのトナー規制部材を現像ローラ上のトナーに当接させ、そのときに現像ローラやトナー規制部材とトナーとの摩擦によってトナーは帯電される。現像ローラ上に薄層に形成された帯電トナー層は、現像部に運ばれて潜像担持体上の静電潜像を現像する。ここでの一成分現像方式には大きく分けて接触型と非接触型があり、前者は現像ローラと潜像担持体とが接触するものであり、後者は現像ローラと潜像担持体とが非接触であるものである。
【００５１】
上記二成分現像方式と一成分現像方式との欠点を補い合うべく、特許文献５に記載のものなどのように二成分現像方式と一成分現像方式とをハイブリッド化したハイブリッド化方式も幾つか提案されている。
【００５２】
高解像度の微小均一ドットを現像する方法としては、例えば特許文献６に記載の方式がある。この方式は、上記ハイブリッド化方式に対して、現像部に高周波バイアスを印加したワイヤを設置することにより、現像部でのトナークラウド化を行い、高解像度のドット現像性を実現するものである。
【００５３】
また、特許文献１には、最も効率良く、且つ安定なトナークラウドを形成するために、回転ローラ上に電界カーテンを形成する方法が提案されている。
【００５４】
従来の二成分現像方式では、高画質化に対する要求が益々高まっており、必要とされる画素のドットサイズ自身が現状のキャリア粒子径と同等もしくはそれよりも小さい必要があるために、孤立ドットの再現性という意味では更にキャリア粒子を小さくする必要がある。しかし、キャリア径を小さくしていくと、キャリア粒子の透磁率が低下するために、現像ローラからのキャリア離脱が生じやすくなり、離脱したキャリア粒子が潜像担持体に付着した場合には、キャリア付着そのものによる画像欠陥が生じるだけでなく、それを起点として潜像担持体に傷をつけてしまうなどいろいろな副作用が生じる。
【００５５】
このキャリア離脱を防止するために、材料面からキャリア粒子の透磁率を上げる試みや、現像ローラに内包されるマグネットの磁力を強くする試みが進められているが、低コスト化及び高画質化との兼ね合いの中で開発は困難を極めている。また、小型化の煽りを受けて、現像ローラは益々小径化の一途をたどっていることからも、キャリア離脱を完全に抑止できるような強力な磁場構成を有した現像ローラ設計が困難となっている。
【００５６】
そもそも二成分現像方式は、磁気ブラシと呼ばれる二成分現像剤の穂を静電潜像に対して擦り付けるようにしてトナー像を形成するプロセスであるために、どうしても穂の不均一性によって、孤立ドットの現像性にムラが生じやすい。現像ローラと潜像担持体との間に交番電界を形成することで画質の向上は可能であるが、現像剤の穂のムラといった根本的な画像ムラを完全に消滅させることは困難である。
【００５７】
また、潜像担持体上の現像されたトナー像を転写する工程や、転写後に潜像担持体上に残存するトナーをクリーニングする工程において、転写効率やクリーニング効率を向上させるためには、潜像担持体とトナーとの非静電的付着力を極力下げる必要がある。潜像担持体とトナーとの非静電的付着力を下げる方法としては、潜像担持体表面の摩擦係数を下げることが効果的であることが知られているが、この場合、二成分現像剤の穂が滑らかに現像部をすり抜けてしまうために現像効率やドット再現性が非常に悪くなってしまう。
【００５８】
一成分現像方式では、トナー規制部材により薄層化された現像ローラ上のトナー層は、現像ローラ上に十分に圧接されてしまっているために、現像部での電場に対するトナー応答性が非常に悪い。よって、通常は高画質を得るために、現像ローラと潜像担持体との間に強力な交番電場を形成するのが主流であるが、この交番電場の形成をもってしても静電潜像に対して一定量のトナーを安定して現像することは困難であり、高解像度の微小ドットを均一に現像することは難しい。また、この一成分現像方式は、現像ローラへのトナー薄層形成時にトナーに対して非常に大きなストレスをかけてしまうため、現像装置内を循環するトナーの劣化が非常に早い。トナーの劣化に連れて、現像ローラへのトナー薄層形成の工程でもムラなどが生じやすくなり、一成分現像方式は一般には高速や高耐久の画像形成装置としては向かない。
【００５９】
ハイブリッド化方式（特許文献５）では、現像装置そのものの大きさや部品点数は増えてしまうものの、幾つかの課題は克服される。しかし、現像部においてはやはり一成分現像方式と同様の問題があり、つまり高解像度の微小均一ドットを現像することには難が残る。
【００６０】
特許文献６に記載の方式は、高安定且つ高画質な現像が実現できるものと考えられるが、現像装置の構成が複雑になる。
【００６１】
また、特許文献１に記載の方法は、小型且つ高画質の現像を得るには非常に優れたものと解釈できるが、本発明者らが鋭意研究した結果、理想的な高画質を得るためには、形成する電界カーテンや現像などの条件を限定しなくてはならないことが発見された。すなわち、適正な条件から外れた条件で作像を行ってしまうと、全く効果が得られないばかりか、返って粗悪な画質を提供してしまうことになる。また、この方式はトナー担持体上でホッピングするトナーをトナー担持体の表面移動によって現像領域まで搬送するものであるが、トナー担持体を表面移動させずに、ホッピングよる移動のみによってトナーを現像領域まで搬送する特許文献２に記載の方式でも、同様のことが言える。
【００６２】
また、潜像担持体に第一のトナー像が形成され、その上に順次に第二のトナー像、第三のトナー像を形成していくような作像プロセスにおいては、先に潜像担持体上に形成されているトナー像を乱さないような現像方式でなくてはいけない。非接触一成分現像方式や、特許文献６に記載のトナークラウド現像方式を用いることで、潜像担持体上に順次に各色トナーを形成していくことは可能であるが、いずれの方式も、潜像担持体と現像ローラとの間には交番電界が形成されてしまうために、潜像担持体上に先に形成されたトナー像からトナーの一部が引き剥がされて現像装置に入り込んでしまう。これによって、潜像担持体上の画像が乱されてしまうばかりでなく、現像装置内のトナーが混色するという問題も生じてしまう。これらは高画質画像を得るには致命的であり、この問題を解決する方法としては潜像担持体と現像ローラとの間には交番電場を形成しない方法で、クラウド現像を実現する必要がある。
【００６３】
このようなフレア（クラウド）現像を実現できる方法としては、先に挙げた特許文献１や特許文献２に記載の方式が有効と考えられるが、これらに関しては先にも述べた通り、適当な条件の元で利用しないと全く効果が無い。
【００６４】
また、特許文献２に記載の方式などの様に、トナー担持体の機械的な駆動を無くし、３相以上の交互電場によってトナーを静電的に搬送し現像する方法も有効であると考えられる。しかしながら、同公報に記載の方法によれば、何かのきっかけで静電搬送できなくなったトナーを起点として、搬送基板上にトナーが堆積してしまい、結果として機能しなくなる問題を抱えてしまう。このような問題を解決すべく、例えば特許文献３に記載の方式のように固定搬送基板とその表面を移動するトナー担持体の組合せのような構造も提案されているが、機構が非常に複雑になってしまう。これに対し、本実施形態のプリンタ１００のように、トナーをホッピングによって電極間で往復移動させながら、トナー担持体の表面移動によって現像領域に搬送する方式では、前述のようなトナーの堆積や機構の複雑化を回避することができる。
【００６５】
また、本実施形態の現像装置６のような、トナーを電極間の電界によりトナー担持体表面から引き離し、フレア（クラウド）を形成させるタイプの現像装置では、トナーがトナー担持体表面をホッピングして移動するため、トナーとトナー担持体表面とが大部分の時間、非接触である。したがって、トナーがトナー担持体表面に静電的に付着する力は弱い。そのため、現像電界を弱く設定しても（例えば、現像ポテンシャルが１００［Ｖ］以下でも）現像能力を容易に確保することができる利点がある。また、トナーとトナー担持体表面とが静電的に付着する力が弱いので、トナー担持体表面から容易にトナーを引き剥がすことができ、トナーの劣化が抑えられるため高耐久化にできる利点がある。
【００６６】
しかし、現像電界を弱く設定すると、僅かなトナー帯電のばらつきでも現像ムラを発生させてしまう。したがって現像ポテンシャル１００［Ｖ］以下の低電位プロセスでは特に、均一にトナー粒子を現像するのは難しい。そして、トナー担持体表面に供給されたトナー粒子に帯電のばらつきが生じると、現像性能に悪影響を与える。このように、トナーを電極間の電界によりトナー担持体表面から引き離しクラウドを形成させるタイプの現像装置では、トナー担持体表面へ正常な帯電のトナー供給が重要となる。
ここで、トナー粒子に帯電のばらつきが生じる原因として、トナー薄層形成時のストレスによりトナー劣化が生じて、正常なトナー帯電ができなくなり帯電不良のトナー粒子が生じてトナー帯電ムラが生じてしまうケースが挙げられる。このような帯電不良のトナーが規制部を通過すると地汚れやトナー飛散など画像に悪影響を与える。
【００６７】
以上のように、トナーを電極間の電界によりトナー担持体表面から引き離しクラウドを形成させるタイプの現像装置を実際の製品に搭載しようとすると、帯電不良のトナーを規制部より通過させない工夫が必要となる。ここで、帯電不良のトナーを規制部の当接圧を大きくして規制部で抑えることが考えられるが、当接圧を大きくするとトナーにストレスを掛け、経時でトナーが溶融し、規制部材表面に固着する場合がある。
特に電界によりクラウドを形成させる現像装置では、トナー担持体表面に電界を発生させるために電極層上にはごく薄い絶縁層しか形成することができない。そのためトナー担持体表面は弾性がなくトナーにストレスを与え易い。また、トナーが固着しないような材料をコーティングすると表層の厚さが増し電界形成に影響を与えてしまう。
局所的にトナーが規制部材に融着すると、トナー規制量が不均一になるためスリーブ上にスジ状のトナーコートムラが発生する。またトナーが融着すると、規制部材によるトナーへの本来の電荷付与が阻害されるため、トナー帯電量が不安定になり、さまざまな画像劣化が発生してしまう。
【００６８】
このような問題に対して、本実施形態の現像装置６は、図３に示すように、トナー規制部材として、ローラ状のトナー規制ローラ６３を備えている。トナー規制部材をローラ状とすることにより、ブレード方式と比較し、トナー担持ローラ７とのニップ面積が増加するため規制圧を弱くできるので、トナー規制部材であるトナー規制ローラ６３へのトナー融着及び帯電不良トナーの規制部材からの擦り抜けを防止でき、現像装置６の長寿命化を達成できる。また、トナー担持ローラ７上によって帯電不良トナーが搬送されることに起因する地汚れを防止し、高画質な画像を提供できる。
【００６９】
以下、現像装置６について、より詳しく説明する。
トナー規制ローラ６３は、金属バネのバネ圧によってトナー担持ローラ７に当接配置される。トナーはパドル６４、および供給ローラ６２を介してトナー担持ローラ７の表面に供給される。トナー担持ローラ７上に供給されたトナーは、さらに、トナー規制ローラ６３の当接圧によって所定量に薄層化され、トナー担持ローラ７を回転させることによって感光体ベルト１１との対向部である現像領域に搬送される。
トナー規制ローラ６３は、現像動作時には静止した状態でトナー担持ローラ７に当接しているが、非現像時に所定のタイミングで、その当接位置において、トナー担持ローラ７の表面移動方向に対して逆方向に表面移動するように図中の矢印方向に回転するようになっている。
【００７０】
トナー担持ローラ７の表面移動方向に対してカウンタ方向に表面移動するに回転することで、トナー担持ローラ７とトナー規制ローラ６３の間のくさび部分に入りこんだトナーが堆積せずに、トナー担持ローラ７の表面移動方向上流側へ押し戻される。トナー担持ローラ７は表層に電極を配した実質的に剛体の部材なので、トナー規制ローラ６３は弾性体ローラとする。ローラ構成としては、芯金上に、弾性層として、ニトリルゴム、エピクロルヒドリンゴム、熱可塑 性エラストマー等を被覆したものを使用し、弾性層の外周には離型層としての表面層を設けている。
ここで、トナー規制ローラ６３の弾性体層の硬度は、トナー薄層の均一化による画像濃度の均一化のために、トナー担持ローラ７の表層硬度よりも低硬度である。弾性層としては、ＮＢＲ（ニトリルゴム）を使用し、ゴムローラと芯金とは接着している。弾性層の低硬度化のため、ナフテン系オイルを添加し、ローラ硬度としてはＪＩＳ−Ａ硬度で４５とする。
【００７１】
次にトナー規制ローラ６３の構成および製造方法に関する実施例を示す。
トナー規制ローラ６３は、中央部の外径φ１４［ｍｍ］としたが、両端部はφ１３．７５［ｍｍ］とし、外径差で２５０［μｍ］のクラウンを付与した。トナー規制ローラ６３をストレート形状とした場合、トナー規制ローラ６３の両端部をバネで押すことによる撓みが発生し、トナー規制ローラ６３の両端部が約４万枚で摩耗し、ゴムが露出することが確認された。クラウンを付与することでトナー規制ローラ６３の軸方向の偏摩耗を防ぐことができた。クラウンの付与はトナー規制ローラ６３単独の寿命上の問題だけでなく、トナー担持ローラ７との圧力分布の均一化を意味し、トナー担持ローラ７に対するトナー規制ローラ６３の連れ回り性の信頼性を向上させるためのものである。クラウン付与した場合、トナー担持ローラ７の回転量に対するトナー規制ローラ６３の移動量が１００［％］と安定性を示したのに対し、ストレート形状の場合７５〜８０［％］しか移動することができなかった。
クラウン形状については、輪郭形状を台形形状としたり、多角形形状とした場合は、変極点部分でトナー担持ローラ７上に帯状のトナー層ムラが発生し、画像濃度が不均一となるため、円弧形状と二次曲線形状といった連続波形形状とした。
【００７２】
また、トナー規制ローラ６３は導電材料で構成されている。抵抗調整のためにカーボンブラックや金属酸化物等の導電性物質を分散したゴム材や、またこれらを発泡させたものを用いる。トナー規制ローラ６３を導電性にすることで、トナー担持ローラ７上の電極間に形成される電界（フレア電界）を遮る電界シールドの作用が生じる。これによって、トナー規制ローラ６３とトナー担持ローラ７とが対向する規制部におけるフレア電界を抑制し、トナー担持ローラ７上の他の位置に比べて電界を弱まるため、トナーのフレア状態が納まり（他の位置よりも嵩が小さくなり）、トナー規制ローラ６３によって安定してトナー層厚を規制することができる。
また、トナー規制部材がブレード部材ではなく、ローラ部材を用いることで、ローラ表面とトナー担持ローラ７との間で形成されるニップ部がくさび形状となり、上記電界シールド効果が序々に得られるため、トナーの嵩を徐々に小さくしていき、より確実に、トナーのフレア状態を納めることができ、安定してトナー層厚を規制することが出来る。
【００７３】
トナー供給部における供給ローラ６２とトナー担持ローラ７との間での摩擦帯電により正常に帯電されなかった弱帯電や無帯電のトナー粒子は、正常に帯電されたトナー粒子よりもトナー担持ローラ７に対する静電的付着力が小さい。現像装置６では、トナー規制ローラ６３に正常帯電トナー粒子と同極性（逆帯電トナーとは逆極性）にバイアス電圧を印加する規制ローラ電圧印加電源６８を備えている。トナー供給部において摩擦帯電により正常帯電されず逆極性に帯電されたトナー粒子は、バイアス電圧を印加したトナー規制ローラ６３に静電的に吸着されトナー担持ローラ７から分離され、正常帯電トナーは静電的に反発するのでトナー規制ローラ６３を通過する。本実施形態の現像装置６では、トナー規制ローラ６３に対して、０［Ｖ］から−１００［Ｖ］の範囲でバイアス電圧を印加している。トナー規制ローラ６３に吸着したトナー粒子は、トナー規制ローラ６３に当接した回収ブレード６５によりトナー収容部６６へ回収される。
【００７４】
図１を用いて説明したように、本実施形態のプリンタ１００では、１つの感光体ベルト１１に対して４つの現像装置６（Ｋ、Ｍ，Ｃ，Ｙ）が対向し、感光体ベルト１１上に形成された４色重ね合わせトナー像を記録紙Ｐに転写する構成について説明した。本発明を適用可能な画像形成装置としては、図１に示す構成に限るものではなく、トナーをクラウド状態として現像領域まで搬送するトナー担持体を備えた現像装置を有するものであればよい。例えば、複数の現像装置それぞれに対応した潜像担持体を備えた構成や、潜像担持体上に形成されたトナー像を中間転写ベルト、中間転写ドラムに一次転写し、さらに、記録媒体に二次転写するカラー画像形成装置や４色重ね合わせトナー像が形成される潜像担持体がドラム状であるカラー画像形成装置、または、モノクロ画像形成装置などにも適用可能である事はいうまでもない。
【００７５】
以上、本実施形態の現像装置６は、互いに異なる電圧が印加される複数種類の電極（Ａ相電極２０ａ、Ｂ相電極２０ｂ）を備え、外周面に担持されたトナーを潜像担持体である感光体ベルト１１との対向部である現像領域へ搬送するためのトナー担持体であるトナー担持ローラ７と、Ａ相電極２０ａ及びＢ相電極２０ｂに対して互いに異なる電圧を印加することにより、Ａ相電極２０ａとＢ相電極２０ｂとの間に電界を形成し、この電界によってトナー担持ローラ７の外周面上でトナーを飛翔させる電界形成手段である電源２４と、トナー担持ローラ７の外周面上のトナーの層厚を規制するローラ状のトナー規制ローラ６３とを備え、現像領域でトナー担持ローラ７の外周面上で飛翔するトナーを用いて感光体ベルト１１上の静電潜像を現像する現像装置である。また、現像装置６は、トナー担持ローラ７の電界発生部材面である外周面へトナー粒子を供給するためのトナー供給手段である供給ローラ６２と、現像に使用するためのトナー粒子を格納するためのトナー格納部であるトナー収容部６６と、トナー収容部６６のトナー粒子を攪拌するトナー攪拌手段であるパドル６４とを備える。トナー規制部材がローラ状のトナー規制ローラ６３であるため、トナー規制部材としてブレードを用いた構成と比較し、トナー担持ローラ７とのニップ面積が増加するため規制圧を弱くできる。このため、トナー規制部でのトナーへのストレスを軽減でき、トナー規制部材へのトナー融着及び帯電不良トナーの規制部材からの擦り抜けを防止でき、現像装置の長寿命化を達成できる。また、トナー担持ローラ７上によって帯電不良トナーが搬送されることに起因する地汚れを防止し、高画質な画像を提供できる。
さらに、現像装置６が備えるトナー規制ローラ６３の材質が導電性材料であるため、規制部におけるフレア電界を抑制するころができるため規制部でクラウド状態を抑えてトナーの薄層を均一にできる。
【００７６】
また、現像装置６のトナー担持ローラ７は表面移動することにより担持したトナーを現像領域に搬送する構成であり、トナー規制ローラ６３はトナー担持ローラ７と対向する位置でトナーの表面移動方向に対してカウンタ方向に表面移動する。これにより、画像形成時に、トナー規制ローラ６３とトナー担持ローラ７との当接部によって規制されたトナーが、トナー担持ローラ７とトナー規制ローラ６３との間のくさび部分で堆積することを防止し、トナー規制部材へのトナー融着を防止することができる。
【００７７】
また、現像装置６では、トナー規制ローラ６３の表面硬度と、トナー担持ローラ７の表面硬度とは、
トナー規制ローラ６３の表面硬度≦トナー担持ローラ７の表面硬度
の関係を満たす。
これにより、トナー薄層の均一化が実現でき、現像領域に到達するトナー量のバラツキを抑制することができるため画像濃度の均一化ができる。
【００７８】
また、現像装置６では、トナー担持ローラ７に担持され、所望の極性に帯電したトナーと同極性の電圧をトナー規制ローラ６３に印加する規制ローラ電圧印加手段である規制ローラ電圧印加電源６８を備えることにより、トナー担持ローラ７の表面上から静電的に逆極性トナー粒子を分離除去することができる。これにより、トナー担持ローラ７上のトナー帯電量のバラツキを抑制することができ、現像ムラを防止することができる。
【００７９】
また、潜像を担持する潜像担持体である感光体ベルト１１と、感光体ベルト１１上の潜像を現像する現像手段とを有する画像形成装置であるプリンタ１００において、現像手段として現像装置６を用いることにより、現像ムラを防止することができ、良好な画像形成を行うことができる。
【符号の説明】
【００８０】
１ ベルトユニット
２ 帯電装置
３ 定着装置
３ａ 加圧ローラ
３ｂ 定着ローラ
４ 光書込ユニット
６ 現像装置
７ トナー担持ローラ
８ 入口部
９ 出口部
１０ 現像対向ローラ
１１ 感光体ベルト
１１ａ 二次転写バックアップローラ
１１ｂ 駆動ローラ
１１ｃ テンションローラ
１２ 二次転写ローラ
２０ａ Ａ相電極
２０ｂ Ｂ相電極
２１ａ Ａ相共通電極
２１ｂ Ｂ相共通電極
２２ 表面層
２３ 支持基板
２４ 電源
２５ フランジ部材
５０ 給紙カセット
５１ 給紙コロ
５２ 給紙路
５３ レジストローラ対
６０ プロセスユニット
６１ ケーシング
６２ 供給ローラ
６３ トナー規制ローラ
６４ パドル
６５ 回収ブレード
６６ トナー収容部
６７ 供給ローラ電源
６８ 規制ローラ電圧印加電源
１００ プリンタ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８１】
【特許文献１】特開平３−２１９６７号公報
【特許文献２】特開２００２−３４１６５６号公報
【特許文献３】特許第４１３９７１４号公報
【特許文献４】特開２００９−１０９８６３号公報
【特許文献５】特開平３−１００５７５号公報
【特許文献６】特開平３−１１３４７４号公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トナー担持体の無端移動する表面上でホッピングさせたトナーによって潜像担持体上の潜像を現像する現像装置、並びにこれを用いるプロセスカートリッジ及び画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に搭載される現像装置として、現像ローラや磁性キャリアに吸着させたトナーを現像に用いるのではなく、トナー担持体の表面上でホッピングさせたトナーを現像に用いるものが知られている（特許文献１〜４）。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載の現像装置は、周方向に所定のピッチで配設された複数の電極を具備する筒状のトナー担持体を有している。これら電極は、互いに隣り合う２つの電極からなる電極対が繰り返し配設されたものである。それぞれの電極対における２つの電極の間には交番電界が形成される。すると、電極対における一方の電極の上に位置していたトナーが浮上して他方の電極の上に着地したり、他方の電極の上から浮上して一方の電極の上に着地したりする。そして、トナーはこのようにしてホッピングを繰り返すことによって、トナー担持体上でクラウド状態となり、筒状のトナー担持体の回転駆動に伴う表面移動より、トナー担持体と潜像担持体との対向位置である現像領域まで搬送される。
【０００４】
このような現像装置の現像領域では、クラウド状態となって潜像担持体上の潜像の近傍まで浮上したトナーが、トナー担持体の電極に向けて下降することなく、潜像による電界に引かれて潜像に付着する。かかる構成では、現像ローラや磁性キャリアなどに吸着しているトナーではなく、クラウド状態になってトナー担持体からの吸着力が発揮されていないトナーを現像に用いる。これにより、従来の一成分現像方式や二成分現像方式では実現が望めなかったほどの低電位現像を実現することができる。例えば、周囲の非画像部との電位差が１００［Ｖ］以下である静電潜像にトナーを選択的に付着させることも可能である。
【０００５】
上述した、トナーをクラウド状態とする現像装置では、帯電量によって各トナー粒子が交番電界によって受けるホッピングする力が異なるので、トナー粒子の帯電量にバラツキがあると、トナー担持体上でのトナーの挙動がばらつき、現像ムラの原因となる。このため、トナーをクラウド状態とする現像装置では、トナー担持体上のトナーの帯電量のバラツキを抑制することが求められる。
このような現像装置において、現像領域に向かうトナー担持体上のトナー量を規制するトナー規制部材として、トナー担持体の表面に接触するブレード部材であるトナー規制部レードを用いる構成やトナー担持体の表面に接触するローラ部材からなるトナー規制ローラを用いる構成が知られている。トナー規制部材としてトナー規制ブレードを用いると、当接圧が局所的に集中してトナーにストレスがかかり、トナーが劣化しやすい。トナーが劣化すると帯電性が変化し、トナーの帯電量のバラツキが生じ易くなる。一方、トナー規制ローラを用いると、トナー担持体との当接幅が増加し、当接圧が局所的に集中することを防止でき、トナー規制ブレードを用いる構成に比べて、トナーの劣化を防止することができる。このため、トナーの劣化に起因するトナーの帯電性のばらつきを抑制するためには、トナー規制部材としてトナー規制ローラを用いる構成の方がトナー規制ブレードを用いる構成よりも有利である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
トナー規制ローラを用いる現像装置では、トナー担持体上のトナーは交番電界の作用によってクラウド状態でトナー規制ローラとの対向部を通過し、その層厚を規制されて現像領域に到達する。トナー規制ローラとの対向部でトナー担持体上に形成される交番電界が現像領域と同様の交番電界であると、トナーの嵩密度が低い状態でトナー規制ローラとの対向部を通過するため、この対向部を通過して現像領域に到達するトナー量が不安定になり、濃度ムラを発生させるおそれがある。
【０００７】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、トナー担持体上に形成される電界によってトナーをクラウド状態にして現像を行う現像装置で、トナー規制ローラを用いてトナー担持体上のトナー量を規制し、安定したトナー量を現像領域に供給することが出来る現像装置、並びにこれを備えた画像形成装置及びプロセスカートリッジを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、互いに異なる電圧が印加される複数種類の電極を備え、外周面に担持されたトナーを潜像担持体との対向部である現像領域へ搬送するためのトナー担持体と、該複数種類の電極に対して互いに異なる電圧を印加することにより、種類の異なる電極の間に電界を形成し、この電界によって該トナー担持体の外周面上でトナーを飛翔させる電界形成手段と、該トナー担持体の外周面上のトナーの層厚を規制するローラ状のトナー規制ローラとを備え、上記現像領域で上記トナー担持体の外周面上で飛翔するトナーを用いて上記潜像担持体上の静電潜像を現像する現像装置において、上記トナー規制ローラの材質が導電性材料であることを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の現像装置において、上記トナー担持体は表面移動することにより担持したトナーを現像領域に搬送する構成であり、上記トナー規制ローラは該トナー担持体と対向する位置でトナーの表面移動方向に対してカウンタ方向に表面移動することを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１または２の現像装置において、上記トナー規制ローラの表面硬度は上記トナー担持体の表面硬度よりも小さいことを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の現像装置において、上記トナー担持体に担持され、所望の極性に帯電したトナーと同極性の電圧を上記トナー規制ローラに印加する規制ローラ電圧印加手段を備えることを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、潜像担持体上に形成された静電潜像に対して現像手段によってトナーを供給することにより該静電潜像を現像して得られる画像を、最終的に記録材上に転移させて、該記録材上に画像を形成する画像形成装置において、上記現像手段として、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の現像装置を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、潜像担持体と、該潜像担持体上に形成される静電潜像をトナーで現像する現像手段とを、１つのユニットとして共通の保持体に保持させて画像形成装置本体に対して一体的に着脱可能に構成したプロセスカートリッジにおいて、上記現像手段として、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の現像装置を用いたことを特徴とするものである。
【０００９】
本発明においては、トナー規制ローラの材質が導電性材料であるため、トナー規制ローラとトナー担持体との対向部ではトナー規制ローラとトナー担持体上の電極との間で電界が形成され、種類の異なる電極の間の電界を他の位置よりも弱めることが出来る。これにより、電界によってトナーをホッピングさせる作用を抑制し、トナー規制ローラとの対向部を通過するトナーの嵩密度を高めることが出来る。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、トナー規制ローラとの対向部を通過するトナーの嵩密度を高めることで、この対向部を通過するトナー量を従来よりも安定させることができ、安定したトナー量を現像領域に供給することができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係るプリンタを示す概略構成図。
【図２】プロセスユニットを着脱している最中の同プリンタを示す概略構成図。
【図３】プリンタにおけるプロセスユニットの説明図。
【図４】プロセスユニットのトナー担持ローラを示す斜視図。
【図５】トナー担持ローラの電極構成を示す平面模式図。
【図６】トナー担持ローラを示す拡大横断面図。
【図７】トナー担持ローラの電極に印加されるパルス電圧の特性を示す波形図。
【図８】トナー担持ローラの変形例を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を適用した画像形成装置として、電子写真方式のプリンタ（以下、プリンタ１００と呼ぶ）の一実施形態について説明する。
図１は本実施形態に係るプリンタ１００を示す概略構成図である。プリンタ１００は、ブラック、マゼンタ、シアン、イエロー（以下、Ｋ，Ｍ，Ｃ，Ｙと記す）のトナー像を重ね合わせてフルカラー画像を形成することができる。またプリンタ１００は、ベルトユニット１、４つのプロセスカートリッジであるプロセスユニット６０（Ｋ，Ｍ，Ｃ，Ｙ）、４つの光書込ユニット４（Ｋ，Ｍ，Ｃ，Ｙ）、レジストローラ対５３、及び、二次転写ローラ１２を備える。さらに、記録用紙等の転写材を格納し、また画像形成時に転写材を搬送開始させる給紙装置である給紙カセット５０、転写材上に形成された未定着のトナー像を転写材に定着させる定着装置３などを備えている。
【００１３】
ベルトユニット１は、潜像担持体たる有機感光体を無端ベルト形状に構成した感光体ベルト１１を備え、感光体ベルト１１を水平方向よりも鉛直方向にスペースをとる縦長の姿勢で張架しながら図中反時計回り方向（図１中の矢印Ａ方向）に無端移動せしめる。より詳しくは、感光体ベルト１１を、駆動ローラ１１ｂ、テンションローラ１１ｃ、二次転写バックアップローラ１１ａ、及び４つの現像対向ローラ１０（Ｋ，Ｍ，Ｃ，Ｙ）によって裏面側から支えながら張架している。そして、図示しない駆動手段によって図中反時計回り方向に回転駆動せしめられる駆動ローラ１１ｂの回転によって感光体ベルト１１を無端移動せしめる。この感光体ベルト１１における図中左側の張架面（以下、左側張架面という）は、ほぼ鉛直方向に延在する姿勢になっている。
【００１４】
感光体ベルト１１の左側張架面の図中左側方には、Ｋ，Ｍ，Ｃ，Ｙ用のプロセスユニット６０（Ｋ，Ｍ，Ｃ，Ｙ）が鉛直方向に並ぶように配設されており、それぞれ感光体ベルト１１の左側張架面に対向している。これら４つのプロセスユニット６０（Ｋ，Ｍ，Ｃ，Ｙ）は、それぞれ、現像装置６（Ｋ，Ｍ，Ｃ，Ｙ）と、感光体ベルト１１を一様帯電せしめる帯電装置２（Ｋ，Ｍ，Ｃ，Ｙ）とを１つのユニットとして図示しない共通の保持体に保持している。そして、図２に示すように、プリンタ１００の筺体に対して現像装置６及び帯電装置２が一体的にプロセスユニット６０として着脱可能に構成され、プロセスユニット６０は、感光体ベルト１１を含むベルトユニット１が退避することで開放された空間から、ユーザーによる交換が可能となっている。
【００１５】
先に示した図１において、４つの現像装置６（Ｋ，Ｍ，Ｃ，Ｙ）のうち、鉛直方向の最も上側に位置するＫ用の現像装置６Ｋの上方には、Ｋ用の帯電装置２Ｋが感光体ベルト１１の左側張架面に対向するように配設されている。また、鉛直方向において、Ｋ用の現像装置６Ｋと、Ｍ用の現像装置６Ｍとの間には、Ｍ用の帯電装置２Ｍが感光体ベルト１１の左側張架面に対向するように配設されている。また、Ｍ用の現像装置６Ｍと、Ｃ用の現像装置６Ｃとの間には、Ｃ用の帯電装置２Ｃが感光体ベルト１１の左側張架面に対向するように配設されている。更に、Ｃ用の現像装置６Ｃと、Ｙ用の現像装置６Ｙの間には、Ｙ用の帯電装置２Ｙが感光体ベルト１１の左側張架面に対向するように配設されている。
【００１６】
鉛直方向に並ぶ４つの現像装置６（Ｋ，Ｍ，Ｃ，Ｙ）の図中左側方には、４つの光書込ユニット４（Ｋ，Ｍ，Ｃ，Ｙ）が鉛直方向に並ぶように配設されている。これら４つの光書込ユニット４（Ｋ，Ｍ，Ｃ，Ｙ）は、画像情報に従って帯電後の感光体ベルト１１にそれぞれブラック、マゼンタ、シアン、イエロー色に対応した潜像を書き込むための装置である。光書込ユニット４（Ｋ，Ｍ，Ｃ，Ｙ）は、外部の図示しないパーソナルコンピュータやスキャナから送られてくる画像情報に基づいて、図示しない４つの半導体レーザーを駆動してＫ，Ｍ，Ｃ，Ｙ用の書込光Ｌｋ，Ｌｍ，Ｌｃ，Ｌｙを出射する。そして、これらを図示しないポリゴンミラーによって偏向せしめながら、図示しない反射ミラーで反射させたり光学レンズに通したりすることで感光体ベルト１１に対する光走査を行う。光書込ユニット４としては、このようなポリゴンを用いた光走査装置に代えて、ＬＥＤアレイによって光走査を行うもの等、種々のものを使用することができる。なお、光走査は暗中にて行われる。
【００１７】
感光体ベルト１１は、自らを張架している複数の張架ローラのうち、最も下方に位置する駆動ローラ１１ｂと、最も上方に位置するテンションローラ１１ｃとの間では、鉛直方向上方から下方に向けてほぼ真っ直ぐに移動する。この過程において、まず、Ｋ用の帯電装置２Ｋとの対向位置を通過する際に、例えば負極性に一様帯電せしめられる。そして、Ｋ用の書込光Ｌｋによる光走査によってＫ用の静電潜像を担持した後、Ｋ用の現像装置６Ｋとの対向位置を通過する。この際、感光体ベルト１１に書き込まれたＫ用の静電潜像がＫ用の現像装置６Ｋによって現像されてＫトナー像になる。
【００１８】
Ｋトナー像が形成された感光体ベルト１１は、鉛直方向上方から下方に向けての移動に伴って、Ｍ用の帯電装置２Ｍによって再び一様帯電せしめられた後、Ｍ用の書込光Ｌｍによる光走査によってＭ用の静電潜像を担持する。このＭ用の静電潜像は、Ｍ用の現像装置６Ｍによって現像されてＭトナー像となる。このとき、Ｍトナー像の全領域又は一部領域は、既に感光体ベルト１１上に形成されているＫトナー像の上に重ね合わせた状態で現像される。
【００１９】
Ｍトナー像が形成された感光体ベルト１１は、鉛直方向上方から下方に向けての移動に伴って、Ｃ用の帯電装置２Ｃによって再び一様帯電せしめられた後、Ｃ用の書込光Ｌｃによる光走査によってＣ用の静電潜像を担持する。このＣ用の静電潜像は、Ｃ用の現像装置６Ｃによって現像されてＣトナー像となる。このとき、Ｃトナー像の全領域又は一部領域は、既に感光体ベルト１１上に形成されているＫトナー像及びＭトナー像の上に重ね合わせた状態で現像される。
【００２０】
Ｃトナー像が形成された感光体ベルト１１は、鉛直方向上方から下方に向けての移動に伴って、Ｙ用の帯電装置２Ｙによって再び一様帯電せしめられた後、Ｙ用の書込光Ｌｙによる光走査によってＹ用の静電潜像を担持する。このＹ用の静電潜像は、Ｙ用の現像装置６Ｙによって現像されてＹトナー像となる。このとき、Ｙトナー像の全領域又は一部領域は、既に感光体ベルト１１上に形成されているＫトナー像、Ｍトナー像、及びＣトナー像の上に重ね合わせた状態で現像される。
【００２１】
以上のようなＫ，Ｍ，Ｃ，Ｙトナー像の重ね合わせ現像により、感光体ベルト１１のおもて面（ループ外面）には、４色重ね合わせトナー像が形成される。なお、Ｋ，Ｍ，Ｃ，Ｙ用の帯電装置２（Ｋ，Ｍ，Ｃ，Ｙ）としては、それぞれコロナ放電によって感光体ベルト１１を一様帯電せしめるものが用いられている。かかる構成の帯電装置２（Ｋ，Ｍ，Ｃ，Ｙ）によれば、感光体ベルト１１に対して非接触で一様帯電処理を施すことが可能なので、ベルト上に既に形成されているトナー像との接触によるトナー像の乱れを回避することができる。
【００２２】
Ｙ用の現像装置６Ｙとの対向位置であるＹ用の現像領域を通過した感光体ベルト１１は、駆動ローラ１１ｂに対する掛け回し箇所を通過すると、今度は相対的に鉛直方向下方から上方に向けて移動するようになる。そして、二次転写バックアップローラ１１ａに対する掛け回し箇所に進入する。この掛け回し箇所の一部に対しては、二次転写ローラ１２がおもて面側から当接して転写ニップを形成している。二次転写バックアップローラ１１ａは接地されているのに対し、導電性の二次転写ローラ１２には図示しないバイアス印加手段によって転写バイアスが印加されている。これにより、転写ニップを間に挟んでいる二次転写バックアップローラ１１ａと二次転写ローラ１２との間には、感光体ベルト１１上のトナー像を二次転写バックアップローラ１１ａ側から二次転写ローラ１２側に静電移動させる転写電界が形成されている。
【００２３】
一方、給紙カセット５０は、所定のタイミングで給紙コロ５１を回転駆動させることで、カセット内に収容している記録紙Ｐを給紙路５２に向けて送り出す。送り出された記録紙Ｐは、転写ニップの図中下方に配設されたレジストローラ対５３のローラ間に挟み込まれる。レジストローラ対５３は、記録紙Ｐの先端部を挟み込むとすぐに回転駆動を一時停止する。そして、記録紙Ｐを感光体ベルト１１上の４色重ね合わせトナー像と同期させ得るタイミングで回転駆動を再開して、記録紙Ｐを転写ニップに送り出す。
【００２４】
転写ニップで記録紙Ｐに密着せしめられた４色重ね合わせトナー像は、ニップ圧や転写電界の作用によって感光体ベルト１１から記録紙Ｐに一括転写され、記録紙Ｐの白色と相まってフルカラー画像となる。
【００２５】
このようにしてフルカラー画像が形成された記録紙Ｐは、転写ニップから定着装置３に送り込まれる。定着装置３は、ハロゲンランプ等の発熱源を内包する定着ローラ３ｂと、これに圧接せしめられている加圧ローラ３ａとの当接によって定着ニップを形成しており、送り込まれてきた記録紙Ｐをこの定着ニップ内に挟み込む。そして、定着ローラ３ｂによる加熱やニップ圧の作用によってフルカラー画像を記録紙Ｐに定着せさせる。
【００２６】
定着装置３内でフルカラー画像の定着処理が施され、表面上に可視像が形成された記録紙Ｐは、図示しない排紙ローラ対を経由した後、機外へと排出される。
【００２７】
図１に示すように、プリンタ１００においては、転写ニップを通過した後の感光体ベルト１１の表面に付着している転写残トナーをクリーニングするためのクリーニング手段を設けていない。感光体ベルト１１は、転写残トナーを付着させたままの状態で次工程のＫ，Ｍ，Ｃ，Ｙ用の現像領域に進入することになるが、４つの帯電装置２（Ｋ，Ｍ，Ｃ，Ｙ）によって転写残トナーが確実に正規極性に帯電せしめられることで、再び転写ニップに進入した際には、記録紙Ｐに転写される。転写残トナーが記録紙Ｐに転写されても、僅かの量であれば、視認される程度の画質劣化は生じない。
【００２８】
なお、転写残トナーの量が比較的多くなる場合には、転写ニップを通過した後、Ｋ用の帯電装置２Ｋとの対向位置に進入する前の感光体ベルト１１の表面から転写残トナーを除去するクリーニング手段を設けてもよい。この場合、クリーニング手段と、現像装置とを一体的に構成してプロセスユニットとすることも可能である。
【００２９】
図３は、４つのプロセスユニット６０（Ｋ，Ｍ，Ｃ，Ｙ）のうちの一つのプロセスユニット６０の説明図である。各プロセスユニット６０は、使用するトナーの色が互いに異なっているが、その他の構成についてはほぼ同様である。よって、以下の説明では、Ｋ，Ｍ，Ｃ，Ｙの色分け記号を省略して説明する。
図３に示すように、現像装置６は、感光体ベルト１１に供給するトナーＴを収容するトナー収容部６６を形成するケーシング６１と、ケーシング６１の開口部で感光体ベルト１１と対向するトナー担持体であるトナー担持ローラ７とを備える。また、現像装置６は、トナー収容部６６内のトナーをトナー担持ローラ７に供給するトナー供給手段である供給ローラ６２とを備える。さらに、供給ローラ６２を挟んでトナー担持ローラ７の反対側の領域には、トナー収容部６６内のトナーを攪拌しながら供給ローラ６２へトナーを汲み上げるパドル６４とを備える。トナー担持ローラ７、供給ローラ６２及びパドル６４は不図示の回転駆動機構によって回転されるようになっている。
【００３０】
トナーＴはトナー収容部６６に収容されており、トナー供給ローラ６２によってトナーはトナー供給ローラ６２と摩擦帯電をおこない、トナー担持ローラ７上に供給される。トナー供給ローラ６２には、供給電圧印加手段である供給ローラ電源６７によって供給バイアスが印加されている。図３に示す現像装置６では、供給バイアスとして直流電圧を印加する構成となっているが、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。
この供給バイアスによってトナー担持ローラ７とトナー供給ローラ６２との間に電界が形成される。その電界からの静電気力を受け、トナーはトナー供給ローラ６２から解離し、トナー担持ローラ７表面に移動する。
【００３１】
トナー担持ローラ７は、その表面に詳細は後述する複数の電極を備え、電極間に形成される電界によってトナーをクラウド状態にして担持し、回転駆動による表面移動によってトナーを感光体ベルト１１との対向部である現像領域に搬送する。また、現像領域に対してトナー担持ローラ７のトナー搬送方向上流側には、トナー担持ローラ７上のトナー量を規制するローラ状のトナー規制部材であるトナー規制ローラ６３が設置されている。トナー規制ローラ６３はトナー担持ローラ７に当接されており、トナー規制ローラ６３とトナー担持ローラ７との当接部を通過するときに、トナー担持ローラ７やトナー規制ローラ６３とトナーとの摩擦によってトナーは帯電される。
【００３２】
現像装置６のトナー収容部６６内には不図示のトナーが収容されている。本実施形態の現像装置６で収容するトナーは、次のものを用いる。バインダー樹脂として、スチレン系またはアクリル系の重合性単量体を重合開始剤と共に水中に分散させた状態でラジカル重合させたものや、あるいはポリエステル系樹脂を水中に分散させ重付加反応により高分子化させる。これに着色剤、帯電制御剤などを加えて造粒することにより得られた、重量平均粒径約５［μｍ］の非磁性トナー粒子である。
【００３３】
次に、トナー担持ローラ７について説明する。
トナー担持ローラ７は、粉体であるトナー粒子を搬送、現像、回収する電界を発生するために、内部に複数の電極を有するローラ状のトナー担持体である。トナー担持ローラ７は、画像形成時には、感光体ベルト１１に対して５０〜１０００［μｍ］、好ましくは１５０〜４００［μｍ］の間隙をあけて非接触に対向している。
【００３４】
図４は、トナー担持ローラ７を示す斜視図である。このトナー担持ローラ７は、ローラ部の周面上において、ローラ軸線方向に延在しつつローラ周方向に所定のピッチで並ぶ複数の電極を有している。より詳しく説明すると、これら複数の電極は、図５に示すように、Ａ相電極２０ａと、Ｂ相電極２０ｂとがローラ周方向に交互に並べられた櫛歯状の電極配置となっている。
【００３５】
図４及び図５に示すように、トナー担持ローラ７のローラ部における軸線方向の一端部には、Ａ相共通電極２１ａがローラ部の全周に渡って延在するように設けられており、これには複数のＡ相電極２０ａの一端部がそれぞれ接続されている。また、ローラ部における軸線方向の他端部には、Ｂ相共通電極２１ｂがローラ部の全周に渡って延在するように設けられており、これには複数のＢ相電極２０ｂの他端部がそれぞれ接続されている。
【００３６】
便宜上、図４や図５には示していないが、複数のＡ相電極２０ａやＢ相電極２０ｂの上には、図６に示すように、非導電性の材料からなる表面層２２が被覆されており、この表面層２２によってそれら電極とトナーとの接触が回避される。但し、図４や図５に示したＡ相共通電極２１ａやＢ相共通電極２１ｂの上には表面層２２が設けられておらず、それら共通電極は剥き出しの状態になっている。
【００３７】
トナー担持ローラ７の回転に伴ってその回転軌道上を無端移動するＡ相共通電極２１ａには、ケーシング６１に固定された不図示のＡ相ブラシ接点部材が摺擦する。そして、図４や図６に示される電源２４から出力されるＡ相パルス電圧が、このＡ相ブラシ接点部材とＡ相共通電極２１ａとを介して、各Ａ相電極２０ａに印加される。また、トナー担持ローラ７の回転に伴ってその回転軌道上を無端移動するＢ相共通電極２１ｂには、ケーシングに固定された図示しないＢ相ブラシ接点部材が摺擦する。そして、電源２４から出力されるＢ相パルス電圧が、このＢ相ブラシ接点部材とＢ相共通電極２１ｂとを介して、各Ｂ相電極２０ｂに印加される。
【００３８】
なお、以下、Ａ相パルス電圧が印加される複数のＡ相電極２０ａの集合をＡ相電極群という。また、Ｂ相パルス電圧が印加される複数のＢ相電極２０ｂの集合をＢ相電極群という。Ａ相電極２０ａとＢ相電極２０ｂとは交互に配設されているため、複数のＡ相電極２０ａはローラ周方向における所定位置からの並び順が何れも、奇数番目又は偶数番目となる。また、複数のＢ相電極２０ｂの並び順は、Ａ相電極２０ａの並び順が奇数番目である場合には偶数番目、Ａ相電極２０ａの並び順が偶数番目である場合には偶数番目となる。
【００３９】
Ａ相電極群には、例えば図７に示すような所定周期で立ち上がりと立ち下がりとを繰り返す矩形波状のＡ相パルス電圧Ｖａが印加される。これに対し、Ｂ相電極群には、例えば図７に示すような、立ち上がりや立ち下がりの位相がＡ相パルス電圧Ｖｂと逆位相になる矩形波状のＢ相パルス電圧Ｖｂが印加される。それぞれのパルス電圧の周期Ｔ、周波数ｆ（ｆ＝１／Ｔ）、ピーク・ツウ・ピーク電圧Ｖｐｐ、及び振幅中心電位Ｖｃは同じである。このようなパルス電圧が印加されると、トナー担持ローラ７上のトナーは、Ａ相電極２０ａの真上から浮上して放物線を描くようにして隣のＢ相電極２０ｂの真上に着地したり、Ｂ相電極２０ｂの真上から浮上して放物線を描くようにして隣のＡ相電極２０ａ上に逆戻りしたりするという、ホッピングによる往復移動を繰り返す。
このように、電源２４は、複数の電極（Ａ相電極２０ａ、Ｂ相電極２０ｂ）間の電界が時間的に変化するように電圧を供給する電圧供給手段である。
【００４０】
このようにしてホッピングによる往復移動を繰り返しているトナーは、上述したように、トナー担持ローラ７の回転駆動によって現像領域まで搬送される。そして、現像領域にて、その放物線状のホッピング軌跡の頂点付近で感光体ベルト１１の静電潜像の近傍に至ったトナーは、静電潜像の静電気力によって引かれながらホッピング軌跡から外れて、静電潜像に付着する。これに対し、放物線状のホッピング軌跡の頂点付近で感光体ベルト１１の地肌部（一様帯電部）の近傍に至ったトナーは、ホッピング軌跡から外れることなく下降して、トナー担持ローラ７の表面に着地する。
【００４１】
かかる構成においては、ホッピングによってトナー担持ローラ７との吸着力が解かれた状態のトナーを現像に用いることで、従来の一成分現像方式や二成分現像方式では実現が望めなかったほどの低電位現像を実現することができる。なお、以下、本実施形態のプリンタ１００のようにトナー担持体の電極間でトナーをホッピングによって往復移動させながら、トナー担持体の表面移動によって現像領域まで搬送して現像を行う方式をフレア（Ｆｌａｒｅ）現像方式という。
【００４２】
Ａ相パルス電圧ＶａやＢ相パルス電圧Ｖｂとしては、ピーク・ツウ・ピーク電圧Ｖｐｐが２００〜１０００［Ｖ］であり、周波数ｆが０．５〜５［ｋＨｚ］であり、且つ、振幅中心電位Ｖｃが感光体ベルト１１上の潜像電位と地肌部電位との間であるものを例示することができる。なお、振幅中心電位Ｖｃは、潜像電位と地肌部電位との間で条件によって変動させる。Ａ相、Ｂ相の位相は互いに１／２周期（位相π）だけずれている。この位相差によって、パルス電圧の印加中においては、Ａ相電極２０ａと、Ｂ相電極２０ｂとの間に常にＶｐｐと等しい値の電位差が生じている。この電位差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。
【００４３】
Ａ相電極群やＢ相電極群に印加する２つのパルス電圧の組合せとしては、図７に示した組合せの他、矩形波からなるＡ相パルス電圧Ｖａと、これの振幅の中心値である振幅中心電位ＶｃからなるＤＣ電圧Ｖｂとの組合せを採用してもよい。また、この組合せにおけるＡ相、Ｂ相の関係を逆にして採用してもよい。また、パルス電圧の波形としては、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、矩形波以外のもの、例えばサイン波、時定数を持った三角波、時定数に相当する正弦波などを採用してもよい。
【００４４】
図６に示すように、トナー担持ローラ７の支持基板２３の表面上には、複数の電極（２０ａ、２０ｂ）がトナー搬送方向に沿って所定の間隔で配置されている。そして、これら電極の上や、支持基板２３の非電極形成面の上には、搬送面形成部材であり、電極（２０ａ、２０ｂ）の表面を覆う保護膜となる、無機又は有機の絶縁性材料から形成した表面層２２が被覆されている。
【００４５】
支持基板２３としては、ガラス基材、樹脂基材、セラミックス基材等の絶縁性材料からなる基材を例示することができる。また、ステンレスなどの導電性材料からなる基板にＳｉＯ２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材などを用いてもよい。
【００４６】
Ａ相電極２０ａやＢ相電極２０ｂについては、例えば次のようにして形成する。すなわち、支持基板２３の表面上にＡｌ、Ｎｉ−Ｃｒ等の導電性材料からなる厚み０．１〜１０［μｍ］、好ましくは０．５〜２．０［μｍ］の膜を形成する。そして、この膜をフォトリソグラフィー法などによって所要の電極形状にパターン化して形成する。そして、各電極を形成した後、その上に表面層２２を形成する。各電極（２０ａ、２０ｂ）の幅（短手方向の長さ）については、トナー粒子の平均粒径の１倍以上、２０倍以下とすることが望ましい。
【００４７】
表面層２２としては、例えばＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＴｉＯ４、ＳｉＯＮ、ＢＮ、ＴｉＮ、Ｔａ２Ｏ５などの材料を、厚さ０．５〜１０［μｍ］、好ましくは０．５〜３［μｍ］に成膜したものを例示することができる。
【００４８】
図５に示すように、Ａ相共通電極２１ａやＢ相共通電極２１ｂについては、Ａ相電極２０ａやＢ相電極２０ｂと同様の方法によって形成することができる。また、Ａ相電極２０ａやＢ相電極２０ｂとは別に、次のようにして形成することも可能である。即ち、図８に示すように、金属からなるフランジ部材２５を、トナー担持ローラ７のＡ相電極やＢ相電極が形成されたローラ部に対し、軸線方向の端部から圧入して、フランジ部材２５をローラ部上のＡ相電極又はＢ相電極の端部に接続する。そして、このフランジ部材２５の金属表面を共通電極として使用する。フランジ部材２５としては、図示のように、トナー担持ローラ７の回転軸部材と一体形成したものを用いることが望ましい。
【００４９】
ところで、従来、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に用いられる現像装置には、二成分現像方式や一成分現像方式などがある。二成分現像方式は、高速現像に非常に適しており、現在の中速や高速の画像形成装置の主流方式である。この二成分現像方式では、高画質を狙うためには、潜像担持体上の静電潜像との接触部における現像剤の状態を非常に緻密にする必要がある。そのために、現在はキャリア粒子の小径化が進んでおり、商用レベルでは３０［μｍ］程度のキャリアも使われ始めている。
【００５０】
一成分現像方式は、機構が小型軽量になることから、現在の低速の画像形成装置の主流方式である。この一成分現像方式では、現像ローラ等の現像剤担持体の表面に担持したトナーをホッピングさせずに現像に用いる。具体的には、現像ローラ上にトナー薄層を形成するために、ブレードやローラなどのトナー規制部材を現像ローラ上のトナーに当接させ、そのときに現像ローラやトナー規制部材とトナーとの摩擦によってトナーは帯電される。現像ローラ上に薄層に形成された帯電トナー層は、現像部に運ばれて潜像担持体上の静電潜像を現像する。ここでの一成分現像方式には大きく分けて接触型と非接触型があり、前者は現像ローラと潜像担持体とが接触するものであり、後者は現像ローラと潜像担持体とが非接触であるものである。
【００５１】
上記二成分現像方式と一成分現像方式との欠点を補い合うべく、特許文献５に記載のものなどのように二成分現像方式と一成分現像方式とをハイブリッド化したハイブリッド化方式も幾つか提案されている。
【００５２】
高解像度の微小均一ドットを現像する方法としては、例えば特許文献６に記載の方式がある。この方式は、上記ハイブリッド化方式に対して、現像部に高周波バイアスを印加したワイヤを設置することにより、現像部でのトナークラウド化を行い、高解像度のドット現像性を実現するものである。
【００５３】
また、特許文献１には、最も効率良く、且つ安定なトナークラウドを形成するために、回転ローラ上に電界カーテンを形成する方法が提案されている。
【００５４】
従来の二成分現像方式では、高画質化に対する要求が益々高まっており、必要とされる画素のドットサイズ自身が現状のキャリア粒子径と同等もしくはそれよりも小さい必要があるために、孤立ドットの再現性という意味では更にキャリア粒子を小さくする必要がある。しかし、キャリア径を小さくしていくと、キャリア粒子の透磁率が低下するために、現像ローラからのキャリア離脱が生じやすくなり、離脱したキャリア粒子が潜像担持体に付着した場合には、キャリア付着そのものによる画像欠陥が生じるだけでなく、それを起点として潜像担持体に傷をつけてしまうなどいろいろな副作用が生じる。
【００５５】
このキャリア離脱を防止するために、材料面からキャリア粒子の透磁率を上げる試みや、現像ローラに内包されるマグネットの磁力を強くする試みが進められているが、低コスト化及び高画質化との兼ね合いの中で開発は困難を極めている。また、小型化の煽りを受けて、現像ローラは益々小径化の一途をたどっていることからも、キャリア離脱を完全に抑止できるような強力な磁場構成を有した現像ローラ設計が困難となっている。
【００５６】
そもそも二成分現像方式は、磁気ブラシと呼ばれる二成分現像剤の穂を静電潜像に対して擦り付けるようにしてトナー像を形成するプロセスであるために、どうしても穂の不均一性によって、孤立ドットの現像性にムラが生じやすい。現像ローラと潜像担持体との間に交番電界を形成することで画質の向上は可能であるが、現像剤の穂のムラといった根本的な画像ムラを完全に消滅させることは困難である。
【００５７】
また、潜像担持体上の現像されたトナー像を転写する工程や、転写後に潜像担持体上に残存するトナーをクリーニングする工程において、転写効率やクリーニング効率を向上させるためには、潜像担持体とトナーとの非静電的付着力を極力下げる必要がある。潜像担持体とトナーとの非静電的付着力を下げる方法としては、潜像担持体表面の摩擦係数を下げることが効果的であることが知られているが、この場合、二成分現像剤の穂が滑らかに現像部をすり抜けてしまうために現像効率やドット再現性が非常に悪くなってしまう。
【００５８】
一成分現像方式では、トナー規制部材により薄層化された現像ローラ上のトナー層は、現像ローラ上に十分に圧接されてしまっているために、現像部での電場に対するトナー応答性が非常に悪い。よって、通常は高画質を得るために、現像ローラと潜像担持体との間に強力な交番電場を形成するのが主流であるが、この交番電場の形成をもってしても静電潜像に対して一定量のトナーを安定して現像することは困難であり、高解像度の微小ドットを均一に現像することは難しい。また、この一成分現像方式は、現像ローラへのトナー薄層形成時にトナーに対して非常に大きなストレスをかけてしまうため、現像装置内を循環するトナーの劣化が非常に早い。トナーの劣化に連れて、現像ローラへのトナー薄層形成の工程でもムラなどが生じやすくなり、一成分現像方式は一般には高速や高耐久の画像形成装置としては向かない。
【００５９】
ハイブリッド化方式（特許文献５）では、現像装置そのものの大きさや部品点数は増えてしまうものの、幾つかの課題は克服される。しかし、現像部においてはやはり一成分現像方式と同様の問題があり、つまり高解像度の微小均一ドットを現像することには難が残る。
【００６０】
特許文献６に記載の方式は、高安定且つ高画質な現像が実現できるものと考えられるが、現像装置の構成が複雑になる。
【００６１】
また、特許文献１に記載の方法は、小型且つ高画質の現像を得るには非常に優れたものと解釈できるが、本発明者らが鋭意研究した結果、理想的な高画質を得るためには、形成する電界カーテンや現像などの条件を限定しなくてはならないことが発見された。すなわち、適正な条件から外れた条件で作像を行ってしまうと、全く効果が得られないばかりか、返って粗悪な画質を提供してしまうことになる。また、この方式はトナー担持体上でホッピングするトナーをトナー担持体の表面移動によって現像領域まで搬送するものであるが、トナー担持体を表面移動させずに、ホッピングよる移動のみによってトナーを現像領域まで搬送する特許文献２に記載の方式でも、同様のことが言える。
【００６２】
また、潜像担持体に第一のトナー像が形成され、その上に順次に第二のトナー像、第三のトナー像を形成していくような作像プロセスにおいては、先に潜像担持体上に形成されているトナー像を乱さないような現像方式でなくてはいけない。非接触一成分現像方式や、特許文献６に記載のトナークラウド現像方式を用いることで、潜像担持体上に順次に各色トナーを形成していくことは可能であるが、いずれの方式も、潜像担持体と現像ローラとの間には交番電界が形成されてしまうために、潜像担持体上に先に形成されたトナー像からトナーの一部が引き剥がされて現像装置に入り込んでしまう。これによって、潜像担持体上の画像が乱されてしまうばかりでなく、現像装置内のトナーが混色するという問題も生じてしまう。これらは高画質画像を得るには致命的であり、この問題を解決する方法としては潜像担持体と現像ローラとの間には交番電場を形成しない方法で、クラウド現像を実現する必要がある。
【００６３】
このようなフレア（クラウド）現像を実現できる方法としては、先に挙げた特許文献１や特許文献２に記載の方式が有効と考えられるが、これらに関しては先にも述べた通り、適当な条件の元で利用しないと全く効果が無い。
【００６４】
また、特許文献２に記載の方式などの様に、トナー担持体の機械的な駆動を無くし、３相以上の交互電場によってトナーを静電的に搬送し現像する方法も有効であると考えられる。しかしながら、同公報に記載の方法によれば、何かのきっかけで静電搬送できなくなったトナーを起点として、搬送基板上にトナーが堆積してしまい、結果として機能しなくなる問題を抱えてしまう。このような問題を解決すべく、例えば特許文献３に記載の方式のように固定搬送基板とその表面を移動するトナー担持体の組合せのような構造も提案されているが、機構が非常に複雑になってしまう。これに対し、本実施形態のプリンタ１００のように、トナーをホッピングによって電極間で往復移動させながら、トナー担持体の表面移動によって現像領域に搬送する方式では、前述のようなトナーの堆積や機構の複雑化を回避することができる。
【００６５】
また、本実施形態の現像装置６のような、トナーを電極間の電界によりトナー担持体表面から引き離し、フレア（クラウド）を形成させるタイプの現像装置では、トナーがトナー担持体表面をホッピングして移動するため、トナーとトナー担持体表面とが大部分の時間、非接触である。したがって、トナーがトナー担持体表面に静電的に付着する力は弱い。そのため、現像電界を弱く設定しても（例えば、現像ポテンシャルが１００［Ｖ］以下でも）現像能力を容易に確保することができる利点がある。また、トナーとトナー担持体表面とが静電的に付着する力が弱いので、トナー担持体表面から容易にトナーを引き剥がすことができ、トナーの劣化が抑えられるため高耐久化にできる利点がある。
【００６６】
しかし、現像電界を弱く設定すると、僅かなトナー帯電のばらつきでも現像ムラを発生させてしまう。したがって現像ポテンシャル１００［Ｖ］以下の低電位プロセスでは特に、均一にトナー粒子を現像するのは難しい。そして、トナー担持体表面に供給されたトナー粒子に帯電のばらつきが生じると、現像性能に悪影響を与える。このように、トナーを電極間の電界によりトナー担持体表面から引き離しクラウドを形成させるタイプの現像装置では、トナー担持体表面へ正常な帯電のトナー供給が重要となる。
ここで、トナー粒子に帯電のばらつきが生じる原因として、トナー薄層形成時のストレスによりトナー劣化が生じて、正常なトナー帯電ができなくなり帯電不良のトナー粒子が生じてトナー帯電ムラが生じてしまうケースが挙げられる。このような帯電不良のトナーが規制部を通過すると地汚れやトナー飛散など画像に悪影響を与える。
【００６７】
以上のように、トナーを電極間の電界によりトナー担持体表面から引き離しクラウドを形成させるタイプの現像装置を実際の製品に搭載しようとすると、帯電不良のトナーを規制部より通過させない工夫が必要となる。ここで、帯電不良のトナーを規制部の当接圧を大きくして規制部で抑えることが考えられるが、当接圧を大きくするとトナーにストレスを掛け、経時でトナーが溶融し、規制部材表面に固着する場合がある。
特に電界によりクラウドを形成させる現像装置では、トナー担持体表面に電界を発生させるために電極層上にはごく薄い絶縁層しか形成することができない。そのためトナー担持体表面は弾性がなくトナーにストレスを与え易い。また、トナーが固着しないような材料をコーティングすると表層の厚さが増し電界形成に影響を与えてしまう。
局所的にトナーが規制部材に融着すると、トナー規制量が不均一になるためスリーブ上にスジ状のトナーコートムラが発生する。またトナーが融着すると、規制部材によるトナーへの本来の電荷付与が阻害されるため、トナー帯電量が不安定になり、さまざまな画像劣化が発生してしまう。
【００６８】
このような問題に対して、本実施形態の現像装置６は、図３に示すように、トナー規制部材として、ローラ状のトナー規制ローラ６３を備えている。トナー規制部材をローラ状とすることにより、ブレード方式と比較し、トナー担持ローラ７とのニップ面積が増加するため規制圧を弱くできるので、トナー規制部材であるトナー規制ローラ６３へのトナー融着及び帯電不良トナーの規制部材からの擦り抜けを防止でき、現像装置６の長寿命化を達成できる。また、トナー担持ローラ７上によって帯電不良トナーが搬送されることに起因する地汚れを防止し、高画質な画像を提供できる。
【００６９】
以下、現像装置６について、より詳しく説明する。
トナー規制ローラ６３は、金属バネのバネ圧によってトナー担持ローラ７に当接配置される。トナーはパドル６４、および供給ローラ６２を介してトナー担持ローラ７の表面に供給される。トナー担持ローラ７上に供給されたトナーは、さらに、トナー規制ローラ６３の当接圧によって所定量に薄層化され、トナー担持ローラ７を回転させることによって感光体ベルト１１との対向部である現像領域に搬送される。
トナー規制ローラ６３は、現像動作時には静止した状態でトナー担持ローラ７に当接しているが、非現像時に所定のタイミングで、その当接位置において、トナー担持ローラ７の表面移動方向に対して逆方向に表面移動するように図中の矢印方向に回転するようになっている。
【００７０】
トナー担持ローラ７の表面移動方向に対してカウンタ方向に表面移動するに回転することで、トナー担持ローラ７とトナー規制ローラ６３の間のくさび部分に入りこんだトナーが堆積せずに、トナー担持ローラ７の表面移動方向上流側へ押し戻される。トナー担持ローラ７は表層に電極を配した実質的に剛体の部材なので、トナー規制ローラ６３は弾性体ローラとする。ローラ構成としては、芯金上に、弾性層として、ニトリルゴム、エピクロルヒドリンゴム、熱可塑 性エラストマー等を被覆したものを使用し、弾性層の外周には離型層としての表面層を設けている。
ここで、トナー規制ローラ６３の弾性体層の硬度は、トナー薄層の均一化による画像濃度の均一化のために、トナー担持ローラ７の表層硬度よりも低硬度である。弾性層としては、ＮＢＲ（ニトリルゴム）を使用し、ゴムローラと芯金とは接着している。弾性層の低硬度化のため、ナフテン系オイルを添加し、ローラ硬度としてはＪＩＳ−Ａ硬度で４５とする。
【００７１】
次にトナー規制ローラ６３の構成および製造方法に関する実施例を示す。
トナー規制ローラ６３は、中央部の外径φ１４［ｍｍ］としたが、両端部はφ１３．７５［ｍｍ］とし、外径差で２５０［μｍ］のクラウンを付与した。トナー規制ローラ６３をストレート形状とした場合、トナー規制ローラ６３の両端部をバネで押すことによる撓みが発生し、トナー規制ローラ６３の両端部が約４万枚で摩耗し、ゴムが露出することが確認された。クラウンを付与することでトナー規制ローラ６３の軸方向の偏摩耗を防ぐことができた。クラウンの付与はトナー規制ローラ６３単独の寿命上の問題だけでなく、トナー担持ローラ７との圧力分布の均一化を意味し、トナー担持ローラ７に対するトナー規制ローラ６３の連れ回り性の信頼性を向上させるためのものである。クラウン付与した場合、トナー担持ローラ７の回転量に対するトナー規制ローラ６３の移動量が１００［％］と安定性を示したのに対し、ストレート形状の場合７５〜８０［％］しか移動することができなかった。
クラウン形状については、輪郭形状を台形形状としたり、多角形形状とした場合は、変極点部分でトナー担持ローラ７上に帯状のトナー層ムラが発生し、画像濃度が不均一となるため、円弧形状と二次曲線形状といった連続波形形状とした。
【００７２】
また、トナー規制ローラ６３は導電材料で構成されている。抵抗調整のためにカーボンブラックや金属酸化物等の導電性物質を分散したゴム材や、またこれらを発泡させたものを用いる。トナー規制ローラ６３を導電性にすることで、トナー担持ローラ７上の電極間に形成される電界（フレア電界）を遮る電界シールドの作用が生じる。これによって、トナー規制ローラ６３とトナー担持ローラ７とが対向する規制部におけるフレア電界を抑制し、トナー担持ローラ７上の他の位置に比べて電界を弱まるため、トナーのフレア状態が納まり（他の位置よりも嵩が小さくなり）、トナー規制ローラ６３によって安定してトナー層厚を規制することができる。
また、トナー規制部材がブレード部材ではなく、ローラ部材を用いることで、ローラ表面とトナー担持ローラ７との間で形成されるニップ部がくさび形状となり、上記電界シールド効果が序々に得られるため、トナーの嵩を徐々に小さくしていき、より確実に、トナーのフレア状態を納めることができ、安定してトナー層厚を規制することが出来る。
【００７３】
トナー供給部における供給ローラ６２とトナー担持ローラ７との間での摩擦帯電により正常に帯電されなかった弱帯電や無帯電のトナー粒子は、正常に帯電されたトナー粒子よりもトナー担持ローラ７に対する静電的付着力が小さい。現像装置６では、トナー規制ローラ６３に正常帯電トナー粒子と同極性（逆帯電トナーとは逆極性）にバイアス電圧を印加する規制ローラ電圧印加電源６８を備えている。トナー供給部において摩擦帯電により正常帯電されず逆極性に帯電されたトナー粒子は、バイアス電圧を印加したトナー規制ローラ６３に静電的に吸着されトナー担持ローラ７から分離され、正常帯電トナーは静電的に反発するのでトナー規制ローラ６３を通過する。本実施形態の現像装置６では、トナー規制ローラ６３に対して、０［Ｖ］から−１００［Ｖ］の範囲でバイアス電圧を印加している。トナー規制ローラ６３に吸着したトナー粒子は、トナー規制ローラ６３に当接した回収ブレード６５によりトナー収容部６６へ回収される。
【００７４】
図１を用いて説明したように、本実施形態のプリンタ１００では、１つの感光体ベルト１１に対して４つの現像装置６（Ｋ、Ｍ，Ｃ，Ｙ）が対向し、感光体ベルト１１上に形成された４色重ね合わせトナー像を記録紙Ｐに転写する構成について説明した。本発明を適用可能な画像形成装置としては、図１に示す構成に限るものではなく、トナーをクラウド状態として現像領域まで搬送するトナー担持体を備えた現像装置を有するものであればよい。例えば、複数の現像装置それぞれに対応した潜像担持体を備えた構成や、潜像担持体上に形成されたトナー像を中間転写ベルト、中間転写ドラムに一次転写し、さらに、記録媒体に二次転写するカラー画像形成装置や４色重ね合わせトナー像が形成される潜像担持体がドラム状であるカラー画像形成装置、または、モノクロ画像形成装置などにも適用可能である事はいうまでもない。
【００７５】
以上、本実施形態の現像装置６は、互いに異なる電圧が印加される複数種類の電極（Ａ相電極２０ａ、Ｂ相電極２０ｂ）を備え、外周面に担持されたトナーを潜像担持体である感光体ベルト１１との対向部である現像領域へ搬送するためのトナー担持体であるトナー担持ローラ７と、Ａ相電極２０ａ及びＢ相電極２０ｂに対して互いに異なる電圧を印加することにより、Ａ相電極２０ａとＢ相電極２０ｂとの間に電界を形成し、この電界によってトナー担持ローラ７の外周面上でトナーを飛翔させる電界形成手段である電源２４と、トナー担持ローラ７の外周面上のトナーの層厚を規制するローラ状のトナー規制ローラ６３とを備え、現像領域でトナー担持ローラ７の外周面上で飛翔するトナーを用いて感光体ベルト１１上の静電潜像を現像する現像装置である。また、現像装置６は、トナー担持ローラ７の電界発生部材面である外周面へトナー粒子を供給するためのトナー供給手段である供給ローラ６２と、現像に使用するためのトナー粒子を格納するためのトナー格納部であるトナー収容部６６と、トナー収容部６６のトナー粒子を攪拌するトナー攪拌手段であるパドル６４とを備える。トナー規制部材がローラ状のトナー規制ローラ６３であるため、トナー規制部材としてブレードを用いた構成と比較し、トナー担持ローラ７とのニップ面積が増加するため規制圧を弱くできる。このため、トナー規制部でのトナーへのストレスを軽減でき、トナー規制部材へのトナー融着及び帯電不良トナーの規制部材からの擦り抜けを防止でき、現像装置の長寿命化を達成できる。また、トナー担持ローラ７上によって帯電不良トナーが搬送されることに起因する地汚れを防止し、高画質な画像を提供できる。
さらに、現像装置６が備えるトナー規制ローラ６３の材質が導電性材料であるため、規制部におけるフレア電界を抑制するころができるため規制部でクラウド状態を抑えてトナーの薄層を均一にできる。
【００７６】
また、現像装置６のトナー担持ローラ７は表面移動することにより担持したトナーを現像領域に搬送する構成であり、トナー規制ローラ６３はトナー担持ローラ７と対向する位置でトナーの表面移動方向に対してカウンタ方向に表面移動する。これにより、画像形成時に、トナー規制ローラ６３とトナー担持ローラ７との当接部によって規制されたトナーが、トナー担持ローラ７とトナー規制ローラ６３との間のくさび部分で堆積することを防止し、トナー規制部材へのトナー融着を防止することができる。
【００７７】
また、現像装置６では、トナー規制ローラ６３の表面硬度と、トナー担持ローラ７の表面硬度とは、
トナー規制ローラ６３の表面硬度≦トナー担持ローラ７の表面硬度
の関係を満たす。
これにより、トナー薄層の均一化が実現でき、現像領域に到達するトナー量のバラツキを抑制することができるため画像濃度の均一化ができる。
【００７８】
また、現像装置６では、トナー担持ローラ７に担持され、所望の極性に帯電したトナーと同極性の電圧をトナー規制ローラ６３に印加する規制ローラ電圧印加手段である規制ローラ電圧印加電源６８を備えることにより、トナー担持ローラ７の表面上から静電的に逆極性トナー粒子を分離除去することができる。これにより、トナー担持ローラ７上のトナー帯電量のバラツキを抑制することができ、現像ムラを防止することができる。
【００７９】
また、潜像を担持する潜像担持体である感光体ベルト１１と、感光体ベルト１１上の潜像を現像する現像手段とを有する画像形成装置であるプリンタ１００において、現像手段として現像装置６を用いることにより、現像ムラを防止することができ、良好な画像形成を行うことができる。
【符号の説明】
【００８０】
１ ベルトユニット
２ 帯電装置
３ 定着装置
３ａ 加圧ローラ
３ｂ 定着ローラ
４ 光書込ユニット
６ 現像装置
７ トナー担持ローラ
８ 入口部
９ 出口部
１０ 現像対向ローラ
１１ 感光体ベルト
１１ａ 二次転写バックアップローラ
１１ｂ 駆動ローラ
１１ｃ テンションローラ
１２ 二次転写ローラ
２０ａ Ａ相電極
２０ｂ Ｂ相電極
２１ａ Ａ相共通電極
２１ｂ Ｂ相共通電極
２２ 表面層
２３ 支持基板
２４ 電源
２５ フランジ部材
５０ 給紙カセット
５１ 給紙コロ
５２ 給紙路
５３ レジストローラ対
６０ プロセスユニット
６１ ケーシング
６２ 供給ローラ
６３ トナー規制ローラ
６４ パドル
６５ 回収ブレード
６６ トナー収容部
６７ 供給ローラ電源
６８ 規制ローラ電圧印加電源
１００ プリンタ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８１】
【特許文献１】特開平３−２１９６７号公報
【特許文献２】特開２００２−３４１６５６号公報
【特許文献３】特許第４１３９７１４号公報
【特許文献４】特開２００９−１０９８６３号公報
【特許文献５】特開平３−１００５７５号公報
【特許文献６】特開平３−１１３４７４号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる電圧が印加される複数種類の電極を備え、外周面に担持されたトナーを潜像担持体との対向部である現像領域へ搬送するためのトナー担持体と、
該複数種類の電極に対して互いに異なる電圧を印加することにより、種類の異なる電極の間に電界を形成し、この電界によって該トナー担持体の外周面上でトナーを飛翔させる電界形成手段と、
該トナー担持体の外周面上のトナーの層厚を規制するローラ状のトナー規制ローラとを備え、
上記現像領域で上記トナー担持体の外周面上で飛翔するトナーを用いて上記潜像担持体上の静電潜像を現像する現像装置において、
上記トナー規制ローラの材質が導電性材料であることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
請求項１の現像装置において、
上記トナー担持体は表面移動することにより担持したトナーを現像領域に搬送する構成であり、上記トナー規制ローラは該トナー担持体と対向する位置でトナーの表面移動方向に対してカウンタ方向に表面移動することを特徴とすることを特徴とする現像装置。
【請求項３】
請求項１または２の現像装置において、
上記トナー規制ローラの表面硬度は上記トナー担持体の表面硬度よりも小さいことを特徴とする現像装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の現像装置において、
上記トナー担持体に担持され、所望の極性に帯電したトナーと同極性の電圧を上記トナー規制ローラに印加する規制ローラ電圧印加手段を備えることを特徴とする現像装置。
【請求項５】
潜像担持体上に形成された静電潜像に対して現像手段によってトナーを供給することにより該静電潜像を現像して得られる画像を、最終的に記録材上に転移させて、該記録材上に画像を形成する画像形成装置において、
上記現像手段として、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の現像装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
潜像担持体と、該潜像担持体上に形成される静電潜像をトナーで現像する現像手段とを、１つのユニットとして共通の保持体に保持させて画像形成装置本体に対して一体的に着脱可能に構成したプロセスカートリッジにおいて、
上記現像手段として、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の現像装置を用いたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項１】
互いに異なる電圧が印加される複数種類の電極を備え、外周面に担持されたトナーを潜像担持体との対向部である現像領域へ搬送するためのトナー担持体と、
該複数種類の電極に対して互いに異なる電圧を印加することにより、種類の異なる電極の間に電界を形成し、この電界によって該トナー担持体の外周面上でトナーを飛翔させる電界形成手段と、
該トナー担持体の外周面上のトナーの層厚を規制するローラ状のトナー規制ローラとを備え、
上記現像領域で上記トナー担持体の外周面上で飛翔するトナーを用いて上記潜像担持体上の静電潜像を現像する現像装置において、
上記トナー規制ローラの材質が導電性材料であることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
請求項１の現像装置において、
上記トナー担持体は表面移動することにより担持したトナーを現像領域に搬送する構成であり、上記トナー規制ローラは該トナー担持体と対向する位置でトナーの表面移動方向に対してカウンタ方向に表面移動することを特徴とすることを特徴とする現像装置。
【請求項３】
請求項１または２の現像装置において、
上記トナー規制ローラの表面硬度は上記トナー担持体の表面硬度よりも小さいことを特徴とする現像装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の現像装置において、
上記トナー担持体に担持され、所望の極性に帯電したトナーと同極性の電圧を上記トナー規制ローラに印加する規制ローラ電圧印加手段を備えることを特徴とする現像装置。
【請求項５】
潜像担持体上に形成された静電潜像に対して現像手段によってトナーを供給することにより該静電潜像を現像して得られる画像を、最終的に記録材上に転移させて、該記録材上に画像を形成する画像形成装置において、
上記現像手段として、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の現像装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
潜像担持体と、該潜像担持体上に形成される静電潜像をトナーで現像する現像手段とを、１つのユニットとして共通の保持体に保持させて画像形成装置本体に対して一体的に着脱可能に構成したプロセスカートリッジにおいて、
上記現像手段として、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の現像装置を用いたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−６４７８５（Ｐ２０１１−６４７８５Ａ）
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１３３０７（Ｐ２００９−２１３３０７）
【出願日】平成２１年９月１５日（２００９．９．１５）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１５日（２００９．９．１５）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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