現像装置及び画像形成装置
【課題】トナー担持ローラ３１の表面上におけるトナーの厚みムラによる現像濃度ムラを抑えることができるホッピング方式の現像装置を提供する。
【解決手段】トナー担持ローラ３１の回転する表面に担持したトナーを電界によってローラ表面上でホッピングさせながら、ローラ表面の移動により、規制部材によるトナー厚み規制位置に通した後、感光体との対向位置まで搬送して感光体上の潜像に付着させる現像装置において、上記規制部材として、片持ち支持された可撓性部材からなり且つ自由端側を前記トナー担持体に当接せしめるメータリングブレード６８を用いた。このメータリングブレード６８は、発泡ウレタン製のローラからなる規制部材とは異なり、規制部材の厚み方向の弾性変形に起因するトナーの厚みムラと、規制部材の軸線方向の撓みに起因するトナーの厚みムラとの両方を解消することができる。
【解決手段】トナー担持ローラ３１の回転する表面に担持したトナーを電界によってローラ表面上でホッピングさせながら、ローラ表面の移動により、規制部材によるトナー厚み規制位置に通した後、感光体との対向位置まで搬送して感光体上の潜像に付着させる現像装置において、上記規制部材として、片持ち支持された可撓性部材からなり且つ自由端側を前記トナー担持体に当接せしめるメータリングブレード６８を用いた。このメータリングブレード６８は、発泡ウレタン製のローラからなる規制部材とは異なり、規制部材の厚み方向の弾性変形に起因するトナーの厚みムラと、規制部材の軸線方向の撓みに起因するトナーの厚みムラとの両方を解消することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は現像装置、及びこれを用いて画像を形成する複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の現像装置として、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、トナー搬送基板等の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。
【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、このようにしてホッピングを繰り返しながら、筒状のトナー担持体の回転駆動に伴う表面移動よって現像領域まで搬送される。現像領域では、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、ホッピングによって吸着力を発揮していないトナーを現像に用いる。これにより、従来の１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僅か数十［Ｖ］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。
【０００４】
【特許文献１】特開平３−２１９６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１の現像装置においては、筒状のトナー担持体の表面に担持したトナーを、トナー担持体の回転駆動に伴って発泡ウレタンからなるローラとの当接部に進入させて、トナー担持体の表面上におけるトナーの厚みを規制している。しかしながら、発泡ウレタンからなるローラは物体との接触に伴って容易に変形してしまうため、トナー担持体の表面上におけるトナーの厚みを均一にすることは困難である。しかも、軸受けに支持されていない軸線方向の中央部を撓ませ易いため、トナー担持体の表面上における表面移動方向と直交する方向の中央部のトナーの厚みを両端部よりも厚くしてしまい易い。特許文献１に記載の現像装置では、このようなトナーの厚みムラによって現像濃度ムラを引き起こし易かった。
【０００６】
本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、トナー担持体の表面上におけるトナーの厚みムラによる現像濃度ムラを抑えることができるホッピング方式の現像装置及び画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、トナー担持体の移動する表面に担持したトナーを電界によって該表面上でホッピングさせながら、該表面の移動により、規制部材によるトナー厚み規制位置に通した後、潜像担持体との対向位置まで搬送して該潜像担持体上の潜像に付着させる現像装置において、上記規制部材として、片持ち支持された可撓性部材からなり且つ自由端側を前記トナー担持体に当接せしめるもの、を用いた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、上記トナー担持体として、表面を無端移動させるものを用い、且つ、該表面上にて、該表面の無端移動方向の全周に渡って上記電界を形成するようにした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又は２の現像装置において、上記可撓性部材として、上記トナー担持体の表面上のトナーとの摺擦に伴って該トナーの正規帯電極性側への摩擦帯電を促す材料からなるもの、を用いた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３の現像装置であって、上記トナーの主成分が、ポリエステル又はスチレンアクリルからなり、且つ、上記可撓性部材が、シリコーン樹脂、ナイロン樹脂、メラミン樹脂、アクリル樹脂、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ウレタン、第４級アンモニウム塩、及びニグシロン系染料からなる群から選ばれる１つ、あるいは１つ以上の組合せによる材料からなることを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項１又は２の現像装置において、上記可撓性部材として、導電性材料からなるものを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項１乃至６のいずれか１つに記載の現像装置を有する画像形成装置において、この現像装置により潜像担持体上に２種以上のトナー画像を重ね合わせて形成することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
これらの発明では、トナー担持体の表面移動方向と直交する方向において、規制部材たる可撓性部材の支持端の全領域を支持部材によって支持することが可能である。このため、軸受けによって両端の領域しか支持することができないローラに比べて、中央の撓みを抑えることができる。しかも、厚み方向の弾性変形を生じないブレード等の部材を可撓性部材として用いることが可能である。これらの結果、規制部材として発泡ウレタン製のローラを用いる場合とは異なり、規制部材の厚み方向の弾性変形に起因するトナーの厚みムラと、規制部材の軸線方向の撓みに起因するトナーの厚みムラとの両方を解消することができる。よって、従来に比べて、トナー担持体の表面上におけるトナーの厚みムラによる現像濃度ムラを抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
まず、本発明に関する実験について説明する。図１に示すように、ガラス基板１上にアルミニウムを蒸着することによって、ｐ[μｍ]のピッチで移動方向に配列された複数の電極２１、２２、２３・・・からなる電極バターン２を形成し、その上に保護層３として厚み約３[μｍ]、体積抵抗率約１０１０[Ω・ｃｍ]の樹脂コートを施したものを形成してトナー担持体としての基板４を構成し、この基板４の上には、帯電させたトナー層５を形成する。
【００１０】
このトナー層５は、基板４に対して図示しない２成分現像器によってベタ画像を薄層に現像することによって形成した。トナーはポリエステル系の粒径約６[μｍ]のものを使い、基板４上に薄層に形成された状態でのトナーの帯電量は約−２２[μＣ／ｇ]であった。この状態のトナー層５に対して、図２に示すように、奇数番目の電極２１、２３・・・の集合体である奇数番目電極群に交流電源６から交流電圧を印加する一方で、偶数番目の電極２２・・・の集合体である偶数番目電極群に前記交流電圧とは逆位相の交流電圧を印加すると、トナー５は奇数番目電極群２１、２３・・・と偶数番目電極群２２・・・を往復するような運動を行う。この現象を以下、フレア（あるいはフレア現象）と呼ぶ。また、フレア現象を引き起こしている状態をフレア状態という。
【００１１】
電極２１、２２、２３・・・のピッチがそれぞれ５０、１００、２００及び４００[μｍ]である４種類の基板４を用いて、交流電源６から電極２１、２２、２３・・・間に印加する交流電圧のプラス側ピーク値とマイナス側ピーク値との差分の絶対値であるＶmax［Ｖ］を何点かに振りながら（変えながら）、フレアの活性度を高速度カメラで観察したところ、図３に示すような結果を得た。因みに、電極２１、２２、２３・・・の幅と、電極２１、２２、２３・・・の隣同士の距離は、電極２１、２２、２３・・・のピッチの１／２となるようにした。
【００１２】
ここで、フレアの活性度とは、基板４の表面に張り付いて動かないトナーの様子を観察することで約５段階の官能評価により求められたものである。図３から、Ｖmaxやｐの値に関わらず、Ｖmax［Ｖ］／ｐ[μｍ]によってフレアの活性度がほぼ一義的に得られることが確認できる。そして、Ｖmax［Ｖ］／ｐ[μｍ]＞１の時にフレアが活性化し始めて、Ｖmax［Ｖ］／ｐ[μｍ]＞３ではフレアが完全に活性化していることが分かる。
【００１３】
また、基板４表面の電気的特性の影響を調べるために、基板４の表層３の体積抵抗率を何点か振って（変えて）、同様にフレア活性度を確認した。表層３に用いた材料はシリコーン系樹脂であり、そこに分散されるカーボン微粒子の量を変更することにより、１０７〜１０１４[Ω・ｃｍ]の体積抵抗率の保護層（厚みは約５[μｍ]）３を形成した。代表的なものとして、電極２１、２２、２３・・・のピッチが５０[μｍ]のものを使って、上述と同様の実験をしたところ、図４に示す結果を得た。
【００１４】
この結果から、表層３の体積抵抗率が１０９〜１０１２[Ω・ｃｍ]の範囲にあることが適正であることが確認できる。これは、体積抵抗率が非常に高い表層３を用いると、飛翔を繰り返すトナーと表層３との摩擦によって基板４の表面が帯電したままになってしまう。そして、この帯電により、基板の表面電位が変動して、現像に寄与するバイアスを不安定にしてしまう。また、逆にあまりに表層３の導電性が高いと、電極２１、２２、２３・・・間で電荷のリーク（ショート）が発生してしまうために、効率的なバイアス効果が得られなくなるからである。表層３は、基板４の表面に蓄積した電荷が電極群２１、２２、２３・・・にうまく逃げられるように、適当な抵抗率（体積抵抗率で１０９〜１０１２[Ω・ｃｍ]）となっている必要がある。なお、この体積抵抗率の最適範囲は、図２に示す装置を具備する実験設備を用いた実験によって得られたものである。図２に示す装置に代えて、図１１に示す現像ローラ（詳細は後述する）を備える現像装置の場合には、最適範囲が前述のものと変わってくることもある。このような場合には、その現像装置における体積抵抗率の最適範囲を実験によって調べた上で、適切な体積抵抗率に調整することが望ましい。
【００１５】
本発明者らは、基板４の表面の摩擦帯電特性の影響を調べるために、表層３をシリコーン系樹脂及びフッ素系樹脂の２種類として上記と同様なフレア活性度観察を行った。表層３は、カーボン微粒子を微量分散させることにより、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂のいずれのコート層としても体積抵抗率を１０１１〜１０１２[Ω・ｃｍ]とした。交流電源６から電極２１、２２、２３・・・に交番バイアスを印加してフレア活性度を観察すると、表層３がシリコーン系樹脂の場合は長時間フレア状態を維持していたが、表層３がフッ素系樹脂の場合は直ぐにフレアが消滅しトナーが基板４に張り付いたままとなってしまった。
【００１６】
上記観察後に、基板４上のトナーの帯電量を測定したところ、表層３がシリコーン系樹脂の場合には基板４上のトナーの帯電量は初期に比べて若干の低下がみられただけであったが、表層３がフッ素系樹脂の場合には基板４上のトナーの帯電量はトナーの電荷がほとんど無くなっていた。試しに、帯電していないトナーをそれぞれの表層３の表面に擦り付けてみたところ、表層３がシリコーン系樹脂の場合にはトナーが正規の極性の摩擦電荷を得られたのに対し、表層３がフッ素系樹脂の場合にはほとんど摩擦電荷を得られないばかりか若干逆の極性となっていた。つまり、フレア現象は、トナーと基板４の表面とが無数回衝突するプロセスであるため、表層３の材料はトナーの電荷を奪ってしまうものではなく、トナーに正規の電荷を与えられる材質であることが好ましいことが理解できる。これは材料の摩擦帯電系列に習うものであり、表層３の材料としては、例えばガラス系のものや、２成分現像剤のキャリアコートに使用されている材料を用いることが好ましい。
【００１７】
次に、図５に示すような系での実験結果について説明する。基板Ａはアルミニウムからなる基板７の上に厚み約２０[μｍ]の樹脂層（これは感光体を想定したもの）８を形成することで構成する。基板７は接地し、樹脂層８にはベタ画像相当の０．４［ｍｇ／ｃｍ２］のトナー層９を形成する。このトナー層９は図示しない２成分現像器によって樹脂層８に対してベタ現像をすることで形成したものである。
【００１８】
この基板Ａに間隔ｄ[μｍ]で対向するように基板Ｂを設置する。この基板Ｂは上記基板４と同様に構成され、表層３は以降の作業によってここに転移するトナーの量を光学的な測定装置（反射光濃度測定器）によって計測しやすいように白色のコート層とする。図３から、Ｖmax［Ｖ］／ｐ[μｍ]＝４であればいずれの条件でも安定なフレアを形成できるので、Ｖmax［Ｖ］／ｐ[μｍ]＝４となる４種の条件を用いて、基板Ｂへのトナー転移量の現像ギャップ（ｄ[μｍ]）依存性を調べると、図６に示すような結果が得られた。図６のグラフの縦軸は、基板Ｂにおける表層３の光学濃度増加量を示しており、表層３にトナーが全く付着していない状態では、光学濃度増加量が０となる。同グラフにおいて、光学濃度増加量が０よりも大きくなっている結果が含まれているが、これは基板Ａの樹脂層８に付着していたトナー層９における一部のトナーが基板Ｂ上に形成される電界の影響を受けてトナー層９から基板Ｂの表層３に転移したためである。このような転移が発生すると、重ね合わせ現像において、先行する現像時に潜像担持体（例えば感光体）上に形成されたトナー層のトナーが、後続の現像時に後続色の現像装置内に転移して混色を引き起こしてしまう。また、先行する現像で得られた潜像担持体上の画像を乱してしまう。かかる混色や画像の乱れを回避し得るのは、同グラフにおいて光学濃度増加量が０となっている条件である。そして、同グラフにより、かかる条件は、ピッチ間距離ｐが現像ギャップｄより小さいこと、すなわちｐ＜ｄであることがわかる。
【００１９】
これは、トナー担持体（基板Ｂ）上に形成される電界カーテンの影響が、潜像担持体（基板Ａ）上の静電潜像電場やトナー像に対して及ばない条件であると考えることができる。このような条件のもとでは、例えば１２００ｄｐｉや２４００ｄｐｉの孤立ドットをスキャベンジなしで正確に現像できるばかりでなく、上述したように、潜像担持体（基板Ａ）上でのトナー像重ねのような作像プロセスを利用する際にも、先に潜像担持体上に形成されているトナー像を乱すこと無く、且つ、現像装置内のトナーの混色を招くことも無く、非常に高画質なトナー像重ねを実現することができる。
【００２０】
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、２成分現像方式や１成分現像方式などがある。２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２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３０μｍ程度のキャリアも使われ始めている。
【００２１】
１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１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１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。
【００２２】
上記２成分現像方式と１成分現像方式との欠点を補い合うべく、特開平３−１００５７５号公報に記載のものなどのように２成分現像方式と１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。
【００２３】
高解像度の微小均一ドットを現像する方法としては、例えば特開平３−１１３４７４号公報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。
【００２４】
また、特開平３−２１９６７号公報（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。
【００２５】
また、進行波電界による電界カーテンで現像剤を搬送する現像装置が特開２００３−１５４１９号公報に記載されている。また、現像ローラの周面上にほぼ１層のキャリアをほぼ均等に吸着する複数の磁極を有する現像装置が特開平９−２６９６６１号公報に記載されている。また、特開２００３−８４５６０号公報には、非磁性トナーを担持する現像剤担持体表面に、絶縁部を介して周期的な導電性電極パターンを設け、該電極に所定のバイアス電位を与えることで現像剤担持体表面近傍に電界勾配を発生せしめ、前記現像剤担持体上に前記非磁性トナーを付着搬送させる現像装置が記載されている。
【００２６】
従来の２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。
【００２７】
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。
【００２８】
そもそも２成分現像方式は、磁気ブラシと呼ばれる２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。
【００２９】
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、２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。
【００３０】
１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１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、１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。
【００３１】
ハイブリッド化方式（特開平３−１００５７５号公報）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１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。
【００３２】
特開平３−１１３４７４号公報に記載の方式は、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。
【００３３】
また、特開平３−２１９６７号公報（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開２００２−３４１６５６号公報に記載の方式でも、同様のことが言える。
【００３４】
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、３−１１３４７４号公報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。
【００３５】
このようなクラウド現像を実現できる方法としては、先に挙げた特開平３−２１９６７号公報（特許文献１）や特開２００２−３４１６５６号公報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。具体的には、条件が不適切であると、トナーをクラウド化させることができなくなる。更には、トナーをクラウド化させたとしても、重ね合わせ現像においては、先行する現像で得られた潜像担持体上のトナー層中のトナーを後続色の現像装置内に転移させ、画像の乱れや混色を引き起こしてしまう。
【００３６】
そこで、本実施形態に係る画像形成装置においては、上述した実験の結果に鑑みて、Ｖmax［Ｖ］／ｐ［μｍ］＞１という条件を具備させている。かかる構成では、トナーを確実にクラウド化せしめることができる。よって、本実施形態によれば、従来技術よりも高画質を実現でき、且つより小型にできる。
【００３７】
なお、特開２００２−３４１６５６号公報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においても、上記条件を具備させることで、トナーを確実にクラウド化せしめることが可能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、例えば特開２００４−２８６８３７号公報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、本画像形成装置のように、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。
【００３８】
図７は、本発明の実施形態に係る画像形成装置におけるトナー担持体の代表例を示すものである。このトナー担持体３１は、回転ローラ形状に形成したもので、移動方向にｐ[μｍ]のピッチで配列されて空間周期的に配置された複数の電極４１、４２、４３・・・からなる電極バターンにおける奇数番目の電極の集合体である奇数番目電極群を束ねた電極軸４０Ａと、偶数番目の電極の集合体である偶数番目電極群を束ねた電極軸４０Ｂを回転軸として回転することができる。それぞれの電極軸４０Ａ、４０Ｂには、図示しない電極ブラシ等によって交流電源からバイアス電位として交流電圧が印加される。この交流電圧は、図１５に示されるように、上述の奇数番目電極群を束ねた電極軸（４０Ａ）に印加される矩形波状のＡ相パルス電圧と、偶数番目電極群を束ねた電極軸（４０Ｂ）に印加される矩形波状のＢ相パルス電圧とからなる。これらＡ相パルス電圧、Ｂ相パルス電圧は、図示のように互いに逆位相になっており、単位時間あたりにおける平均電位は互いに同じである。なお、図１６に示すように、一方の電極軸に周波数ｆの矩形波状のパルス電圧を印加する一方で、もう一方の電極軸には、前記パルス電圧の平均電位となる直流電圧を印加しても、逆位相のパルス電圧を採用する場合と同様に、フレア現象を生起せしめることが可能である。
【００３９】
上記トナー担持体３１は、図８（ａ）に示すように、絶縁体であるアクリル樹脂の円筒５１に軸穴５２を設け、図８（ｂ）に示すようにステンレス製の電極軸４０Ａ、４０Ｂを円筒５１の軸穴５２に圧入して電極軸４０Ａ、４０Ｂを奇数番目電極群４１、４３・・・、偶数番目電極群４２・・・にそれぞれ接続する。次に、図９（ａ）〜（ｅ）に示す各工程でパターン電極を形成する。図９はトナー担持ローラ３１の表面を回転軸に沿った方向に見た図である。図９（ａ）に示す工程では、図８に示す工程よって得られたローラ５１の表面を外周旋削によって平滑に仕上げる。図９（ｂ）に示す工程では、溝のピッチが１００[μｍ]、溝幅が５０[μｍ]となるように溝５３の切削を行う。図９（ｃ）に示す工程では、溝切削を行ったローラ５１に無電解ニッケル５４のメッキを施し、図９（ｄ）に示す工程では、無電解ニッケル５４のメッキを施したローラ３１の外周を旋削して不要な導体膜を取り除く。この時点で電極４１、４２、４３・・・が溝５３の部分に互いに絶縁して形成される。その後、ローラ５１にシリコーン系樹脂をコーティングすることでローラ５１の表面を平滑にし、同時に表面保護層（厚み約５[μｍ]、体積抵抗率約１０１０[Ω・ｃｍ]）５５を形成してトナー担持ローラ３１を製作した。図１０は、トナー担持ローラ３１を平面状に展開した状態を示す。
【００４０】
このトナー担持ローラ３１は、上記基板４と同様に、保護層５５上に薄いトナー層が形成される。そして、電極軸４０Ａ、４０Ｂに対して図１５に示した交流電圧がバイアス電位として図示しない交流電源から電極ブラシ等を経て印加されると、トナーは奇数番目電極群４１、４３・・・と偶数番目電極群４２・・・を往復するような運動（フレア）を行う。交流電源から電極４１、４２、４３・・・間に印加する交流電圧のプラス側ピーク値とマイナス側ピーク値との差分の絶対値をＶmax［Ｖ］とし、Ｖmax［Ｖ］／ｐ[μｍ]＞１の時にフレアが活性化し始めて、Ｖmax［Ｖ］／ｐ[μｍ]＞３ではフレアが完全に活性化している。また、トナー担持体３１は、上記基板４と同様に、表層５５の体積抵抗率が１０９〜１０１２[Ω・ｃｍ]の範囲にあることが適正であり、表層５５がシリコーン系樹脂である。表層５５の材料は、上述のように、トナーとの摩擦でトナーに正規の電荷を与えられる材質であることが好ましく、例えばガラス系のものや、２成分現像剤のキャリアコートに使用されている材料を用いることが好ましい。ｐは現像ギャップｄより小さいこと、すなわちｐ＜ｄに設定される。
【００４１】
なお、先に示した図７においては、各電極をトナー担持ローラ３１の端面まで延在させて、その端面において電極軸４０Ａ又は４０Ｂに接続した例を示している。これに対し、図１０に示した例では、トナー担持ローラ３１の軸線方向の両端部に、金属製のフランジ状の電極軸４０Ａ及び４０Ｂを設け、これらフランジ状の電極軸４０Ａ及び４０Ｂと各電極の長手方向の一端とを接続した例を示している。
【００４２】
図１１は、トナーと磁性キャリアとを含有する２成分現像剤を用いてホッピング方式の現像を行う画像形成装置を示す概略構成図である。この画像形成装置は上記トナー担持ローラ３１を利用した現像装置を有するものである。トナー担持ローラ３１に対しては、通常の２成分現像器５６により２成分現像剤の穂が当接されている。具体的には、粒径５０[μｍ]の磁性キャリア粉と粒径約６[μｍ]のポリエステルトナーを重量比で７〜８[ｗｔ％]混合させた２成分現像剤を、２成分現像器５６の永久磁石を内包するマグネットスリーブ５７によってトナー担持ローラ３１まで搬送し、そこでトナーの一部がマグネットスリーブ５７とトナー担持ローラ３１との間に印加される直流バイアス電位によってトナー担持ローラ３１に転移する。トナー担持ローラ３１に転移したトナーは、トナー担持体３１上でフレアを形成しながら、トナー担持体３１が図示しない駆動部により回転駆動されることで潜像担持体５８との対向部に搬送され、トナー担持ローラ３１表面の平均電位と潜像担持体５８電位との差によって潜像担持体５８上の静電潜像に付着することで該静電潜像を現像してトナー像を形成する。なお、電極軸４０Ａ、４０Ｂ間には交流電源５９から電極ブラシ等によってバイアス電位として交流電圧が印加され、奇数番目電極群４１、４３・・・と偶数番目電極群４２・・・との間に時間周期的な電位差が形成される。
【００４３】
現像に寄与しなかった不要なトナーは現像部から再びマグネットスリーブ５７に戻ってくる。フレアが形成されているので、トナー担持ローラ３１に対するトナーの付着力は非常に低く、トナー担持ローラ３１によって現像部から戻ってきたトナーは、マグネットスリーブ５７の回転に追随した２成分現像剤の穂によって容易に掻き取られたり馴らされたりする。これを繰り返すことによって、トナー担持ローラ３１上には常にほぼ一定量のトナーフレアが形成されることになる。２成分現像器５６は、容器６０内の２成分現像剤６３を攪拌しながら搬送して循環させ、マグネットスリーブ５７がその２成分現像剤の一部をトナー担持ローラ３１まで搬送すると共に現像部から現像に寄与しなかった不要なトナーを戻す。
【００４４】
潜像担持体５８としては、厚み１３[μｍ]の有機感光体を使用し、１２００ｄｐｉのレーザ書き込み系を利用して潜像を形成する場合について以下に説明する。感光体５８は、図示しない駆動部により回転駆動されて帯電装置により一様に帯電され、露光手段としてのレーザ書き込み系により露光されて静電潜像が形成される。この場合、感光体５８の帯電電位は−３００〜−５００［Ｖ］とし、ベタ部での書き込み電位が０〜−５０［Ｖ］となるような条件で静電潜像を形成する。
【００４５】
この静電潜像は、トナー担持体３１上でフレアを形成するトナーにより現像されてトナー像となる。この時、帯電量が約−２２[μC／ｇ]で粒径が６[μｍ]であるトナーを使って、地汚れが無く、ベタ部の埋まりも良く、且つ１２００ｄｐｉの１ドットが再現できるように条件を設定したところ、トナー担持体３１と感光体５８とのギャップは約５００[μｍ]、トナー担持体３１の奇数番目電極群と偶数番目電極群には、−４００［Ｖ］と０［Ｖ］のそれぞれをピークに持つ各瞬間瞬間における平均電位が−２００［Ｖ］の交流バイアスを、５［ｋＨｚ］の周波数で交流電源５９から印加することで実現した（奇数番目電極群と偶数番目電極群で交流バイアスの位相を互いに逆位相とした）。
【００４６】
トナー担持体３１上のトナー像は給紙装置から給送されてきた記録紙等の記録媒体へ転写手段により転写され、その記録媒体は定着装置によりトナー像が定着されて外部へ排出される。
トナー担持ローラ３１上に過剰なトナーが乗っていると、トナーの電荷によって電界カーテンがシールドされてしまいフレアが形成できなくなるので、トナー担持ローラ３１上に乗っている単位面積当りのトナー量は０．２［ｍｇ／ｃｍ２］となるように、マグネットスリーブ５７とトナー担持ローラ３１との間には電源から約２００［Ｖ］の直流バイアスが印加されている。ちなみに、フレアによるトナーの拡散効果があるので、マグネットスリーブ５７からトナー担持ローラ３１へのトナー転移には多少のムラがあっても問題なく、マグネットスリーブ５７とトナー担持ローラ３１との間には上記直流バイアスにＡＣバイアスを重畳するような工夫は特に必要なく、また、２成分現像剤の穂を厳格に均一にするような工夫も特に必要ない。
【００４７】
一方、感光体５８上のベタ画像として必要とされるトナー量が０．４［ｍｇ／ｃｍ２］であることから、現像部でのトナー枯渇が生じないように、トナー担持ローラ３１の移動速度は、感光体５８の移動速度の２倍以上にする必要があり、ここでは感光体５８の移動速度の２．５倍としている。トナー担持ローラ３１の移動方向と感光体５８の移動方向は、図１１に示すように同じ向きでも良いが、逆向きでも良い。マグネットスリーブ５７とトナー担持ローラ３１の移動方向は、戻りトナーの掻き取り効果を得るために、図１１のように逆向きであるのが好ましい。
以上の系によって、感光体５８の線速３００[ｍｍ／ｓ]の元で、ベタ部の埋まり性、１２００ｄｐｉドット再現性、に優れた地汚れの無い高画質現像を実現できることが確認された。
【００４８】
図１２は、２成分現像剤を用いてホッピング方式の現像を行う画像形成装置の他の例を示す概略構成図である。この画像形成装置の２成分現像器５６は、図１１の画像形成装置に具備されていたマグネットスリーブ５７を有しておらず、トナー担持ローラ３１に対するトナー供給を２成分現像剤のカスケード現像現象によって行う。現像器５６は単純なカスケードを利用してトナー担持ローラ３１に薄いトナー層を形成するため、トナー担持ローラ３１へのトナー転移率が図１１に示す実施形態に比べて低下するが、その分トナー担持ローラ３１の回転速度を高くすることにより、感光体５８への現像速度に対応することができる。マグネットスリーブを具備していない２成分現像器５６及びトナー担持ローラ３１を備える現像装置は、実質的に従来の２成分現像器と同サイズとなるため、図１１に示した装置よりも小型である。しかも、図１１に示した装置と同様に、高画質の作像エンジンを構成することが可能である。
【００４９】
図１３は、実施形態に係る画像形成装置を示す概略構成図である。この画像形成装置は、２成分現像剤を用いる２成分現像器（５６）の代りに、トナーのみからなる１成分現像剤を用いる現像器６４を採用している点が、図１１や図１２に示した画像形成装置と異なっている。現像器６４はトナー担持ローラ３１に対してトナーを転位させてトナー担持ローラ３１上に薄いトナー層を形成する。この現像器６４は、容器６５内のトナー６６を循環パドル６７で攪拌して循環させながらトナー担持ローラ３１に供給する。回転駆動によって表面を無端移動させるトナー担持体としてのトナー担持ローラ３１は、供給されたトナー６６を表面に担持した後、規制部材であり且つ可撓性部材であるメータリングブレード６８との当接位置に進入させる。そして、この当接位置は、トナー担持ローラ３１上でのトナー層の厚みを規制するトナー厚み規制位置となっており、ここに進入したトナー層は厚みが規制されることで、均一な厚みとなる。これにより、トナー担持ローラ３１の表面上には、一定厚に規制された薄いトナー層が形成される。
【００５０】
メータリングブレード６８としては、薄板やフィルムなどの可撓性部材であって且つ厚み方向の弾性変形を生じない部材からなるものが用いられている。そして、このメータリングブレード６８は、図示しないブラケットなどの支持手段によって片持ち支持されており、自由端側をトナー担持ローラ３１に当接させている。かかる構成では、トナー担持ローラ３１の表面移動方向と直交する方向（図紙面に直交する方向）において、メータリングブレード６８の支持端の全領域を支持手段によって支持している。このため、軸受けによって両端の領域しか支持することができないローラに比べて、中央の撓みを抑えることができる。しかも、メータリングブレード６８は、厚み方向の弾性変形を生じない部材からなるので、厚み方向の弾性変形によるトナーの厚みムラを回避する。これらの結果、発泡ウレタン製のローラを用いる構成で生じていた、ローラの厚み方向の弾性変形に起因するトナーの厚みムラと、ローラの軸線方向の撓みに起因するトナーの厚みムラとの両方を解消することができる。よって、従来に比べて、トナー担持ローラ３１の表面上におけるトナーの厚みムラによる現像濃度ムラを抑えることができる。
【００５１】
本実施形態に係る画像形成装置においては、トナーとして、母材樹脂（トナーの主成分）がポリエステル又はスチレンアクリルからなり、且つ正規帯電極性がマイナス極性（負極性）であるものを用いている。そして、感光体５８の一様帯電部（地肌部）と潜像部とを共にトナーの正規帯電極性と同極性（本例ではマイナス極性）にし、且つ地肌部よりも電位を減衰せしめた潜像部に対してトナーを選択的に付着させるいわゆる反転現像を行うようになっている。
【００５２】
規制部材たるメータリングブレード６８としては、トナー担持体たるトナー担持ローラ３１の表面上のトナーとの摺擦に伴ってトナーの正規帯電極性側（本例ではマイナス側）への摩擦帯電を促す材料からなるもの、を用いている。即ち、トナーの方がメータリングブレード６８よりも摩擦帯電系列上でマイナス側に位置しているのである。このような関係を実現し得るメータリングブレード６８の材料としては、シリコーン、ナイロン、メラミン樹脂、アクリル樹脂、ＰＶＡ、ウレタンなどの有機材料を例示することができる。また、第四級アンモニウム塩やニグシロン系染料などでもよい。更には、これまでに例示した材料の２つ以上を混合した材料でもよい。
【００５３】
このようなメータリングブレード６８を具備する本画像形成装置においては、トナー担持ローラ３１の表面上のトナーとの摺擦に伴ってトナーの正規帯電極性側への摩擦帯電を促す。これにより、帯電不良のトナーを現像領域に搬送してしまうことによる画質の劣化を抑えることができる。
【００５４】
なお、トナー担持ローラ３１としては、先に図１に示したように、保護層３を具備するものを用いている。そして、トナー担持ローラ３１の表面上でホッピングするトナーと摺擦するこの保護層３についても、トナーとの摺擦に伴ってトナーの正規帯電極性側への摩擦帯電を促す材料からなるもの、を用いている。かかる構成では、保護層３との摺擦に伴うトナーの正規帯電極性とは逆極性側への摩擦帯電を回避する。これにより、トナー担持ローラ３１の表面上でのホッピングに伴うトナーの帯電量（正規帯電極性）の低下を抑えることで、トナーのホッピング不良による現像不良の発生を抑えることができる。
【００５５】
また、トナーとして、正規帯電極性がプラス極性（正極性）であるものを用いてもよい。この場合には、メータリングブレード６８や保護層３として、トナーとの摺擦に伴ってトナーのプラス極性側への摩擦帯電を促す材料からなるものを用いればよい。
【００５６】
また、トナーの帯電系列とは、トナー母材樹脂（粒子）にシリカ、酸化チタンなどの外添剤を添加したトナー全体としての帯電系列を意味する。帯電系列における序列については、次のようにして調べることが可能である。即ち、トナーを表面保護層上で所定時間だけメータリングブレード６８又は保護層３に摺擦せしめた後、そのトナーを吸引して採取する。そして、採取したトナーの帯電量をエレクトロメータで測定する。この測定結果がトナーの負極性への帯電量増加を示すものであれば、トナーの方がメータリングブレード６８又は保護層３よりもマイナス側の帯電系列となる。また、測定結果がトナーの正極性への帯電量増加を示すものであれば、トナーの方がプラス側の帯電系列となる。
【００５７】
また、保護層３と電極との間に中間層を設けてもよい。この場合、中間層として、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ａｌ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、ＣｕＯ、Ｃｒ２Ｏ３、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３等の導電性の材料からなるものを用いることも可能である。
【００５８】
本実施形態に係る画像形成装置においては、先に図７や図８（ｂ）に示したように、トナー担持ローラ３１の複数の電極をそれぞれ、トナー担持ローラ３１の回転位置にかかわらず、電極軸４０Ａ又は電極軸４０Ｂに摺擦させ続けている。そして、これにより、トナー担持ローラ３１の表面上において、無端移動方向（回転方向）の全周に渡ってホッピング用の電界を形成するようにしている。かかる構成では、トナー担持ローラ３１の表面上のトナーを、メータリングブレード６８によるトナー厚み規制位置から現像領域に至るまでの過程でホッピングさせ続けて、そのトナーのフレア状態を維持することができる。
【００５９】
本発明者らは、これまで説明してきた実施形態に係る画像形成装置と同様の構成のプリンタ試験機を用意した。但し、この試験機においては、実施形態に係る画像形成装置とは異なり、トナー担持ローラ３１の複数の電極をトナー担持ローラ３１の所定の回転位置に移動させたときにだけ、電極軸４０Ａ又は電極軸４０Ｂに接触させるようにしている。この所定の回転位置としては、次に列記する３通りを採用した。
（１）実験番号１：現像領域に対向する回転位置
（２）実験番号２：トナー厚み規制位置に対向する回転位置、及び現像領域に対向する回転位置
（３）実験番号３：トナー厚み規制位置に対向する回転位置から、現像領域に対向する回転位置に至るまでの全領域
【００６０】
これら３通りの条件について、それぞれ、プリンタ試験機にてテスト画像をプリントして、トナー帯電量分布、トナー帯電量収束性、及び地汚れの有無を評価した。トナー帯電量分布については、次のようにして評価した。即ち、テストプリント中にプリント動作（トナー担持ローラ３１の回転駆動）を一時停止して、トナー担持ローラ３１の周面における全領域のうち、現像領域に進入する直前の領域にあるトナーを採取する。そして、そのトナーに含まれる個々のトナー粒子についてそれぞれ周知の技術によって帯電量を測定して帯電量分布を分析した。そして、その帯電量のバラツキが比較的大きい場合、中程度である場合、比較的小さい場合を、大、中、小として評価した。
【００６１】
また、トナー帯電量の収束性については、帯電量分布の標準偏差にあたる帯電量範囲を分析し、その範囲が比較的小さい場合、中程度である場合、比較的大きい場合を○、△、×として評価した。トナーはある程度まで摩擦帯電すると、それ以降、摩擦されても帯電量を上昇させなくなるため、帯電量の収束性が良好なほど（標準偏差にあたる帯電量範囲が狭くなるほど）、トナーが十分に摩擦帯電せしめられたことになる。
【００６２】
また、地汚れの有無については、テストプリント中に試験機を一時停止させた後、感光体５８の地肌部に対して粘着性透明テープを貼り付け及び引き剥がしを行って、地肌部に付着しているトナーを粘着性透明テープに転移させた。そして、テープに転移したトナー量に基づいて、◎（転移トナー無し）、○（転移トナーが僅かにあるが視認できないレベル）、△（転移トナーが視認されるレベル）、×（転移トナーが目立ってしまうレベル）の４段階で評価した。
【００６３】
これらの実験結果を次の表１に示す。
【表１】
【００６４】
表１に示すように、実験番号１では、トナー帯電量分布が比較的大きく（大）、且つトナー帯電量収束性が比較的小さく（×）なった。これは、現像領域に搬送されるトナーの中に、まだ十分に帯電していないトナーが含まれていることを示している。このため、表１に示すように、帯電不良のトナーによる地汚れが発生している（×）。これに対し、実験番号２では、実験番号１に比べてトナー帯電量分布、トナー帯電量収束性及び地汚れが改善されている。但し、トナー帯電量収束性がまだ十分でないため、感光体５８の地肌部に付着してしまうトナーが僅かに認められた。一方、実験番号３では、トナー帯電量分布、トナー帯電量収束性ともに最良の結果が得られたため、地汚れが全く発生しなかった。これらのことから、トナー担持ローラ３１の表面上のトナーは、規制位置と現像領域との間でホッピングする過程で、トナー担持ローラ３１の保護層３と摺擦して摩擦帯電が促されることがわかった。
【００６５】
よって、本実施形態に係る画像形成装置のように、トナー担持ローラ３１の表面上において、無端移動方向の全周に渡ってホッピング用の電界を形成することで、規制位置と現像領域との間でトナーの摩擦帯電を促して、トナーの帯電不良による地汚れの発生を抑えることができる。
【００６６】
次に、実施形態に係る画像形成装置に、より特徴的な構成を付加した各実施例の画像形成装置について説明する。なお、以下に特筆しない限り、各実施例に係る画像形成装置の構成は、実施形態と同様である。
［第１実施例］
本発明者らは、上述のプリンタ試験機に搭載するメータリングブレード６８として、非導電性の材料からなるものと、導電性の材料からなるものとの２種類を用意した。そして、これらを個別に搭載した条件にて、それぞれテスト画像を所定枚数だけ連続プリントした後、メータリングブレード６８に対するトナーの固着性について、×（一見して固着が認められる）、○（よく目を凝らすと僅かに固着している箇所が認められる）、◎（固着が全く認められない）の３段階で評価した。この結果を次の表２に示す。
【表２】
【００６７】
表２の実験番号５と６との比較からわかるように、メータリングブレード６８として導電性のものを用いた場合には、非導電性のものを用いる場合に比べて、ブレードに対するトナー固着を抑えることができている。これは、導電性のメータリングブレード６８では、トナーとの摺擦に伴うカウンターチャージ（トナーとは逆極性側への帯電）を起こさないのに対し、非導電性のものではカウンターチャージによってトナーを静電的に付着させてしまうからだと考えられる。なお、実験番号４では、導電性のメータリングブレード６８を用いているにもかかわらず、トナーの固着の評価結果が×になっている。これは、規制位置にホッピング電界を形成していない、即ち、規制位置でトナー担持ローラ３１の表面上のトナーをホッピングさせていないことにより、トナーの固着を助長してしまったためと考えられる。換言すれば、規制位置でホッピング電界を形成することで、トナーを規制部材の表面から引き剥がす静電気力を定期的に発生させて、トナーの規制部材への固着を抑えることができるのである。
【００６８】
そこで、第１実施例に係る画像形成装置においては、メータリングブレード６８として、導電性材料からなるものを用いることで、メータリングブレード６８に対するトナーの固着を抑えている。なお、実施形態で説明したように、ホッピング電界については、トナー担持ローラ３１の全周に渡って形成している。よって、規制位置でトナーをホッピングさせることによっても、メータリングブレード６８に対するトナーの固着を抑えている。
【００６９】
［第２実施例］
図１４は、第２実施例に係る画像形成装置を示す概略構成図である。この画像形成装置は、図１３に示した現像器６４及びトナー担持ローラ３１を具備する現像装置と同じ構成の現像装置を複数備えている。これら現像装置は、互いに異なる色のトナーによって現像を行うものであり、ベルト状の有機感光体６９上に各色のトナー像を重ねて現像する。感光体としてのベルト状の有機感光体６９は、図示しない２つのローラに掛け渡され、図示しない駆動部により回転駆動される。
【００７０】
有機感光体６９の左側には、複数色、例えばブラック、イエロー、シアン、マゼンタの画像をそれぞれ形成する複数の画像形成手段としての作像装置７０Ｋ、７０Ｙ、７０Ｃ、７０Ｍが配列されている。感光体６９は、まず、作像装置７０Ｋにて帯電装置７１Ｋにより一様に帯電されて図示しない露光手段としての書込装置により、ブラックの画像データで変調された光ビーム７２Kによって露光されることで静電潜像が形成され、この静電潜像が図１３に示した現像器６４及びトナー担持ローラ３１を具備する現像装置と同じ構成の現像装置７３Ｋにより現像されてブラックのトナー像となる。その後、有機感光体６９は除電器７４Kにより除電されて次の画像形成に備える。
【００７１】
次いで、有機感光体６９は、作像装置７０Ｙにて帯電装置７１Ｙにより一様に帯電されて図示しない露光手段としての書込装置により、イエローの画像データで変調された光ビーム７２Ｙによって露光されることで静電潜像が形成され、この静電潜像が図１３に示した現像器６４及びトナー担持ローラ３１を具備する現像装置と同じ構成の現像装置７３Ｙにより現像されて上記ブラックのトナー像と重なるイエローのトナー像となる。その後、有機感光体６９は除電器７４Ｙにより除電されて次の画像形成に備える。
【００７２】
次に、有機感光体６９は、作像装置７０Ｃにて帯電装置７１Ｃにより一様に帯電されて図示しない露光手段としての書込装置により、シアンの画像データで変調された光ビーム７２Ｃによって露光されることで静電潜像が形成され、この静電潜像が図１３に示した現像器６４及びトナー担持ローラ３１を具備する現像装置と同じ構成の現像装置７３Ｃにより現像されて上記ブラックのトナー像及び上記イエローのトナー像と重なるシアンのトナー像となる。その後、有機感光体６９は除電器７４Cにより除電されて次の画像形成に備える。
【００７３】
次に、有機感光体６９は、作像装置７０Ｍにて帯電装置７１Ｍにより一様に帯電されて図示しない露光手段としての書込装置により、マゼンタの画像データで変調された光ビーム７２Ｍによって露光されることで静電潜像が形成され、この静電潜像が図１３に示した現像器６４及びトナー担持ローラ３１を具備する現像装置と同じ構成の現像装置７３Ｍにより現像されて上記ブラックのトナー像、上記イエローのトナー像及び上記シアンのトナー像と重なるマゼンタのトナー像となることでフルカラー画像が形成される。
【００７４】
一方、図示しない給紙装置から記録紙等の記録媒体が給送され、この記録媒体は電源から転写バイアスが印加される転写手段としての転写ローラ７５により感光体６９上のフルカラー画像が転写される。フルカラー画像が転写された記録媒体は、定着装置７６によりフルカラー画像が定着され、外部へ排出される。感光体６９は、フルカラー画像転写後にクリーニング手段としてのクリーナ７７により残留トナー等が除去される。
【００７５】
この画像形成装置では、同一の有機感光体６９上に４色分の書き込みを行うので、通常の４連タンデム方式と比較すると、原理的に位置ズレがほとんど発生せず、感光体上で色重ねができて位置ズレのない高画質のフルカラー画像を得ることができる。
【００７６】
なお、この画像形成装置においては、上述した実験の結果に鑑みて、Ｖｍａｘ［Ｖ］／ｐ［μｍ］＞１という条件に加えて、ｐ［μｍ］＜ｄ［μｍ］という条件も具備させている。かかる構成では、上述したように、有機感光体６９上に一度形成されたトナー像に対しては全く影響を与えることが無く、しかも、有機感光体６９上に形成された先行色のトナー層を後続色の現像装置内に転移させることもない。よって、スキャベンジや混色などの問題が一切無く、高画質な作像プロセスを長期的に渡り安定して行うことができる。
【００７７】
これまで、互いに隣り合う２つの電極の間でトナーを往復移動させるようにホッピングせしめてフレア現象を得ながら、トナー担持体の表面移動によってトナーを現像領域まで搬送する画像形成装置の実施形態について説明してきたが、次のような画像形成装置にも、本発明の適用が可能である。即ち、特開２００２−３４１６５６号公報に記載の方式のように、トナー担持体において、ある電極の上からこれに隣り合う電極の上に向けてのホッピングを、トナー担持体の一端側から他端側に向かう方向で繰り返して行わせることで、トナーを現像領域に向けて搬送する画像形成装置である。また、このようなホッピングによるトナーの移動と、トナー担持体の表面移動との両方によってトナーを現像領域に向けて搬送する画像形成装置にも、本発明の適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明に関する実験に用いた系を示す断面図である。
【図２】同系のフレア状態を示す断面図である。
【図３】同系の実験結果であるＶmax［Ｖ］／ｐ[μｍ]とフレア活性度との関を示す特性図である。
【図４】同系の実験結果である表層３の体積抵抗率とフレア活性度との関係を示す特性図である。
【図５】本発明に関する実験に用いた系を示す断面図である。
【図６】同系の実験結果である現像ギャップと基板Ａ上の光学濃度増加分との関係を示す特性図である。
【図７】本発明の実施形態におけるトナー担持体の代表例を示す斜視図である。
【図８】同トナー担持体の製造工程の一部を示す断面図である。
【図９】同トナー担持体の製造工程の他の一部を示す断面図である。
【図１０】同トナー担持体を平面状に展開した状態を示す展開図である。
【図１１】トナーと磁性キャリアとを含有する２成分現像剤を用いてホッピング方式の現像を行う画像形成装置を示す概略構成図。
【図１２】２成分現像剤を用いてホッピング方式の現像を行う画像形成装置の他の例を示す概略構成図。
【図１３】実施形態に係る画像形成装置を示す概略構成図。
【図１４】第２実施例に係る画像形成装置を示す概略構成図。
【図１５】同トナー担持体の電極に印加されるＡ相パルス電圧及びＢ相パルス電圧の特性を示す波形図。
【図１６】特許文献１に記載のトナー担持体の電極に印加されるパルス電圧の特性を示す波形図。
【符号の説明】
【００７９】
1：ガラス基板
２：電極バターン
２１、２２、２３：電極
３：保護層
４：基板
５、９：トナー層
６：交流電源
７：基板
８：樹脂層
Ａ、Ｂ：基板
３１：トナー担持体
４０：電極バターン
４０Ａ、４０Ｂ：電極軸
４１、４２、４３：電極
５１：円筒
５５：表層
５６：２成分現像器
５８：感光体
５９：交流電源
６４：１成分現像器
６９：感光体
７０Ｋ、７０Ｙ、７０Ｃ、７０Ｍ：作像装置
７３Ｋ、７３Ｙ、７３Ｃ、７３Ｍ：現像装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は現像装置、及びこれを用いて画像を形成する複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の現像装置として、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、トナー搬送基板等の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。
【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、このようにしてホッピングを繰り返しながら、筒状のトナー担持体の回転駆動に伴う表面移動よって現像領域まで搬送される。現像領域では、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、ホッピングによって吸着力を発揮していないトナーを現像に用いる。これにより、従来の１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僅か数十［Ｖ］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。
【０００４】
【特許文献１】特開平３−２１９６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１の現像装置においては、筒状のトナー担持体の表面に担持したトナーを、トナー担持体の回転駆動に伴って発泡ウレタンからなるローラとの当接部に進入させて、トナー担持体の表面上におけるトナーの厚みを規制している。しかしながら、発泡ウレタンからなるローラは物体との接触に伴って容易に変形してしまうため、トナー担持体の表面上におけるトナーの厚みを均一にすることは困難である。しかも、軸受けに支持されていない軸線方向の中央部を撓ませ易いため、トナー担持体の表面上における表面移動方向と直交する方向の中央部のトナーの厚みを両端部よりも厚くしてしまい易い。特許文献１に記載の現像装置では、このようなトナーの厚みムラによって現像濃度ムラを引き起こし易かった。
【０００６】
本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、トナー担持体の表面上におけるトナーの厚みムラによる現像濃度ムラを抑えることができるホッピング方式の現像装置及び画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、トナー担持体の移動する表面に担持したトナーを電界によって該表面上でホッピングさせながら、該表面の移動により、規制部材によるトナー厚み規制位置に通した後、潜像担持体との対向位置まで搬送して該潜像担持体上の潜像に付着させる現像装置において、上記規制部材として、片持ち支持された可撓性部材からなり且つ自由端側を前記トナー担持体に当接せしめるもの、を用いた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、上記トナー担持体として、表面を無端移動させるものを用い、且つ、該表面上にて、該表面の無端移動方向の全周に渡って上記電界を形成するようにした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又は２の現像装置において、上記可撓性部材として、上記トナー担持体の表面上のトナーとの摺擦に伴って該トナーの正規帯電極性側への摩擦帯電を促す材料からなるもの、を用いた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３の現像装置であって、上記トナーの主成分が、ポリエステル又はスチレンアクリルからなり、且つ、上記可撓性部材が、シリコーン樹脂、ナイロン樹脂、メラミン樹脂、アクリル樹脂、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ウレタン、第４級アンモニウム塩、及びニグシロン系染料からなる群から選ばれる１つ、あるいは１つ以上の組合せによる材料からなることを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項１又は２の現像装置において、上記可撓性部材として、導電性材料からなるものを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項１乃至６のいずれか１つに記載の現像装置を有する画像形成装置において、この現像装置により潜像担持体上に２種以上のトナー画像を重ね合わせて形成することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
これらの発明では、トナー担持体の表面移動方向と直交する方向において、規制部材たる可撓性部材の支持端の全領域を支持部材によって支持することが可能である。このため、軸受けによって両端の領域しか支持することができないローラに比べて、中央の撓みを抑えることができる。しかも、厚み方向の弾性変形を生じないブレード等の部材を可撓性部材として用いることが可能である。これらの結果、規制部材として発泡ウレタン製のローラを用いる場合とは異なり、規制部材の厚み方向の弾性変形に起因するトナーの厚みムラと、規制部材の軸線方向の撓みに起因するトナーの厚みムラとの両方を解消することができる。よって、従来に比べて、トナー担持体の表面上におけるトナーの厚みムラによる現像濃度ムラを抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
まず、本発明に関する実験について説明する。図１に示すように、ガラス基板１上にアルミニウムを蒸着することによって、ｐ[μｍ]のピッチで移動方向に配列された複数の電極２１、２２、２３・・・からなる電極バターン２を形成し、その上に保護層３として厚み約３[μｍ]、体積抵抗率約１０１０[Ω・ｃｍ]の樹脂コートを施したものを形成してトナー担持体としての基板４を構成し、この基板４の上には、帯電させたトナー層５を形成する。
【００１０】
このトナー層５は、基板４に対して図示しない２成分現像器によってベタ画像を薄層に現像することによって形成した。トナーはポリエステル系の粒径約６[μｍ]のものを使い、基板４上に薄層に形成された状態でのトナーの帯電量は約−２２[μＣ／ｇ]であった。この状態のトナー層５に対して、図２に示すように、奇数番目の電極２１、２３・・・の集合体である奇数番目電極群に交流電源６から交流電圧を印加する一方で、偶数番目の電極２２・・・の集合体である偶数番目電極群に前記交流電圧とは逆位相の交流電圧を印加すると、トナー５は奇数番目電極群２１、２３・・・と偶数番目電極群２２・・・を往復するような運動を行う。この現象を以下、フレア（あるいはフレア現象）と呼ぶ。また、フレア現象を引き起こしている状態をフレア状態という。
【００１１】
電極２１、２２、２３・・・のピッチがそれぞれ５０、１００、２００及び４００[μｍ]である４種類の基板４を用いて、交流電源６から電極２１、２２、２３・・・間に印加する交流電圧のプラス側ピーク値とマイナス側ピーク値との差分の絶対値であるＶmax［Ｖ］を何点かに振りながら（変えながら）、フレアの活性度を高速度カメラで観察したところ、図３に示すような結果を得た。因みに、電極２１、２２、２３・・・の幅と、電極２１、２２、２３・・・の隣同士の距離は、電極２１、２２、２３・・・のピッチの１／２となるようにした。
【００１２】
ここで、フレアの活性度とは、基板４の表面に張り付いて動かないトナーの様子を観察することで約５段階の官能評価により求められたものである。図３から、Ｖmaxやｐの値に関わらず、Ｖmax［Ｖ］／ｐ[μｍ]によってフレアの活性度がほぼ一義的に得られることが確認できる。そして、Ｖmax［Ｖ］／ｐ[μｍ]＞１の時にフレアが活性化し始めて、Ｖmax［Ｖ］／ｐ[μｍ]＞３ではフレアが完全に活性化していることが分かる。
【００１３】
また、基板４表面の電気的特性の影響を調べるために、基板４の表層３の体積抵抗率を何点か振って（変えて）、同様にフレア活性度を確認した。表層３に用いた材料はシリコーン系樹脂であり、そこに分散されるカーボン微粒子の量を変更することにより、１０７〜１０１４[Ω・ｃｍ]の体積抵抗率の保護層（厚みは約５[μｍ]）３を形成した。代表的なものとして、電極２１、２２、２３・・・のピッチが５０[μｍ]のものを使って、上述と同様の実験をしたところ、図４に示す結果を得た。
【００１４】
この結果から、表層３の体積抵抗率が１０９〜１０１２[Ω・ｃｍ]の範囲にあることが適正であることが確認できる。これは、体積抵抗率が非常に高い表層３を用いると、飛翔を繰り返すトナーと表層３との摩擦によって基板４の表面が帯電したままになってしまう。そして、この帯電により、基板の表面電位が変動して、現像に寄与するバイアスを不安定にしてしまう。また、逆にあまりに表層３の導電性が高いと、電極２１、２２、２３・・・間で電荷のリーク（ショート）が発生してしまうために、効率的なバイアス効果が得られなくなるからである。表層３は、基板４の表面に蓄積した電荷が電極群２１、２２、２３・・・にうまく逃げられるように、適当な抵抗率（体積抵抗率で１０９〜１０１２[Ω・ｃｍ]）となっている必要がある。なお、この体積抵抗率の最適範囲は、図２に示す装置を具備する実験設備を用いた実験によって得られたものである。図２に示す装置に代えて、図１１に示す現像ローラ（詳細は後述する）を備える現像装置の場合には、最適範囲が前述のものと変わってくることもある。このような場合には、その現像装置における体積抵抗率の最適範囲を実験によって調べた上で、適切な体積抵抗率に調整することが望ましい。
【００１５】
本発明者らは、基板４の表面の摩擦帯電特性の影響を調べるために、表層３をシリコーン系樹脂及びフッ素系樹脂の２種類として上記と同様なフレア活性度観察を行った。表層３は、カーボン微粒子を微量分散させることにより、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂のいずれのコート層としても体積抵抗率を１０１１〜１０１２[Ω・ｃｍ]とした。交流電源６から電極２１、２２、２３・・・に交番バイアスを印加してフレア活性度を観察すると、表層３がシリコーン系樹脂の場合は長時間フレア状態を維持していたが、表層３がフッ素系樹脂の場合は直ぐにフレアが消滅しトナーが基板４に張り付いたままとなってしまった。
【００１６】
上記観察後に、基板４上のトナーの帯電量を測定したところ、表層３がシリコーン系樹脂の場合には基板４上のトナーの帯電量は初期に比べて若干の低下がみられただけであったが、表層３がフッ素系樹脂の場合には基板４上のトナーの帯電量はトナーの電荷がほとんど無くなっていた。試しに、帯電していないトナーをそれぞれの表層３の表面に擦り付けてみたところ、表層３がシリコーン系樹脂の場合にはトナーが正規の極性の摩擦電荷を得られたのに対し、表層３がフッ素系樹脂の場合にはほとんど摩擦電荷を得られないばかりか若干逆の極性となっていた。つまり、フレア現象は、トナーと基板４の表面とが無数回衝突するプロセスであるため、表層３の材料はトナーの電荷を奪ってしまうものではなく、トナーに正規の電荷を与えられる材質であることが好ましいことが理解できる。これは材料の摩擦帯電系列に習うものであり、表層３の材料としては、例えばガラス系のものや、２成分現像剤のキャリアコートに使用されている材料を用いることが好ましい。
【００１７】
次に、図５に示すような系での実験結果について説明する。基板Ａはアルミニウムからなる基板７の上に厚み約２０[μｍ]の樹脂層（これは感光体を想定したもの）８を形成することで構成する。基板７は接地し、樹脂層８にはベタ画像相当の０．４［ｍｇ／ｃｍ２］のトナー層９を形成する。このトナー層９は図示しない２成分現像器によって樹脂層８に対してベタ現像をすることで形成したものである。
【００１８】
この基板Ａに間隔ｄ[μｍ]で対向するように基板Ｂを設置する。この基板Ｂは上記基板４と同様に構成され、表層３は以降の作業によってここに転移するトナーの量を光学的な測定装置（反射光濃度測定器）によって計測しやすいように白色のコート層とする。図３から、Ｖmax［Ｖ］／ｐ[μｍ]＝４であればいずれの条件でも安定なフレアを形成できるので、Ｖmax［Ｖ］／ｐ[μｍ]＝４となる４種の条件を用いて、基板Ｂへのトナー転移量の現像ギャップ（ｄ[μｍ]）依存性を調べると、図６に示すような結果が得られた。図６のグラフの縦軸は、基板Ｂにおける表層３の光学濃度増加量を示しており、表層３にトナーが全く付着していない状態では、光学濃度増加量が０となる。同グラフにおいて、光学濃度増加量が０よりも大きくなっている結果が含まれているが、これは基板Ａの樹脂層８に付着していたトナー層９における一部のトナーが基板Ｂ上に形成される電界の影響を受けてトナー層９から基板Ｂの表層３に転移したためである。このような転移が発生すると、重ね合わせ現像において、先行する現像時に潜像担持体（例えば感光体）上に形成されたトナー層のトナーが、後続の現像時に後続色の現像装置内に転移して混色を引き起こしてしまう。また、先行する現像で得られた潜像担持体上の画像を乱してしまう。かかる混色や画像の乱れを回避し得るのは、同グラフにおいて光学濃度増加量が０となっている条件である。そして、同グラフにより、かかる条件は、ピッチ間距離ｐが現像ギャップｄより小さいこと、すなわちｐ＜ｄであることがわかる。
【００１９】
これは、トナー担持体（基板Ｂ）上に形成される電界カーテンの影響が、潜像担持体（基板Ａ）上の静電潜像電場やトナー像に対して及ばない条件であると考えることができる。このような条件のもとでは、例えば１２００ｄｐｉや２４００ｄｐｉの孤立ドットをスキャベンジなしで正確に現像できるばかりでなく、上述したように、潜像担持体（基板Ａ）上でのトナー像重ねのような作像プロセスを利用する際にも、先に潜像担持体上に形成されているトナー像を乱すこと無く、且つ、現像装置内のトナーの混色を招くことも無く、非常に高画質なトナー像重ねを実現することができる。
【００２０】
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、２成分現像方式や１成分現像方式などがある。２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２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３０μｍ程度のキャリアも使われ始めている。
【００２１】
１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１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１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。
【００２２】
上記２成分現像方式と１成分現像方式との欠点を補い合うべく、特開平３−１００５７５号公報に記載のものなどのように２成分現像方式と１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。
【００２３】
高解像度の微小均一ドットを現像する方法としては、例えば特開平３−１１３４７４号公報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。
【００２４】
また、特開平３−２１９６７号公報（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。
【００２５】
また、進行波電界による電界カーテンで現像剤を搬送する現像装置が特開２００３−１５４１９号公報に記載されている。また、現像ローラの周面上にほぼ１層のキャリアをほぼ均等に吸着する複数の磁極を有する現像装置が特開平９−２６９６６１号公報に記載されている。また、特開２００３−８４５６０号公報には、非磁性トナーを担持する現像剤担持体表面に、絶縁部を介して周期的な導電性電極パターンを設け、該電極に所定のバイアス電位を与えることで現像剤担持体表面近傍に電界勾配を発生せしめ、前記現像剤担持体上に前記非磁性トナーを付着搬送させる現像装置が記載されている。
【００２６】
従来の２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。
【００２７】
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。
【００２８】
そもそも２成分現像方式は、磁気ブラシと呼ばれる２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。
【００２９】
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、２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。
【００３０】
１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１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、１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。
【００３１】
ハイブリッド化方式（特開平３−１００５７５号公報）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１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。
【００３２】
特開平３−１１３４７４号公報に記載の方式は、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。
【００３３】
また、特開平３−２１９６７号公報（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開２００２−３４１６５６号公報に記載の方式でも、同様のことが言える。
【００３４】
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、３−１１３４７４号公報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。
【００３５】
このようなクラウド現像を実現できる方法としては、先に挙げた特開平３−２１９６７号公報（特許文献１）や特開２００２−３４１６５６号公報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。具体的には、条件が不適切であると、トナーをクラウド化させることができなくなる。更には、トナーをクラウド化させたとしても、重ね合わせ現像においては、先行する現像で得られた潜像担持体上のトナー層中のトナーを後続色の現像装置内に転移させ、画像の乱れや混色を引き起こしてしまう。
【００３６】
そこで、本実施形態に係る画像形成装置においては、上述した実験の結果に鑑みて、Ｖmax［Ｖ］／ｐ［μｍ］＞１という条件を具備させている。かかる構成では、トナーを確実にクラウド化せしめることができる。よって、本実施形態によれば、従来技術よりも高画質を実現でき、且つより小型にできる。
【００３７】
なお、特開２００２−３４１６５６号公報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においても、上記条件を具備させることで、トナーを確実にクラウド化せしめることが可能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、例えば特開２００４−２８６８３７号公報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、本画像形成装置のように、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。
【００３８】
図７は、本発明の実施形態に係る画像形成装置におけるトナー担持体の代表例を示すものである。このトナー担持体３１は、回転ローラ形状に形成したもので、移動方向にｐ[μｍ]のピッチで配列されて空間周期的に配置された複数の電極４１、４２、４３・・・からなる電極バターンにおける奇数番目の電極の集合体である奇数番目電極群を束ねた電極軸４０Ａと、偶数番目の電極の集合体である偶数番目電極群を束ねた電極軸４０Ｂを回転軸として回転することができる。それぞれの電極軸４０Ａ、４０Ｂには、図示しない電極ブラシ等によって交流電源からバイアス電位として交流電圧が印加される。この交流電圧は、図１５に示されるように、上述の奇数番目電極群を束ねた電極軸（４０Ａ）に印加される矩形波状のＡ相パルス電圧と、偶数番目電極群を束ねた電極軸（４０Ｂ）に印加される矩形波状のＢ相パルス電圧とからなる。これらＡ相パルス電圧、Ｂ相パルス電圧は、図示のように互いに逆位相になっており、単位時間あたりにおける平均電位は互いに同じである。なお、図１６に示すように、一方の電極軸に周波数ｆの矩形波状のパルス電圧を印加する一方で、もう一方の電極軸には、前記パルス電圧の平均電位となる直流電圧を印加しても、逆位相のパルス電圧を採用する場合と同様に、フレア現象を生起せしめることが可能である。
【００３９】
上記トナー担持体３１は、図８（ａ）に示すように、絶縁体であるアクリル樹脂の円筒５１に軸穴５２を設け、図８（ｂ）に示すようにステンレス製の電極軸４０Ａ、４０Ｂを円筒５１の軸穴５２に圧入して電極軸４０Ａ、４０Ｂを奇数番目電極群４１、４３・・・、偶数番目電極群４２・・・にそれぞれ接続する。次に、図９（ａ）〜（ｅ）に示す各工程でパターン電極を形成する。図９はトナー担持ローラ３１の表面を回転軸に沿った方向に見た図である。図９（ａ）に示す工程では、図８に示す工程よって得られたローラ５１の表面を外周旋削によって平滑に仕上げる。図９（ｂ）に示す工程では、溝のピッチが１００[μｍ]、溝幅が５０[μｍ]となるように溝５３の切削を行う。図９（ｃ）に示す工程では、溝切削を行ったローラ５１に無電解ニッケル５４のメッキを施し、図９（ｄ）に示す工程では、無電解ニッケル５４のメッキを施したローラ３１の外周を旋削して不要な導体膜を取り除く。この時点で電極４１、４２、４３・・・が溝５３の部分に互いに絶縁して形成される。その後、ローラ５１にシリコーン系樹脂をコーティングすることでローラ５１の表面を平滑にし、同時に表面保護層（厚み約５[μｍ]、体積抵抗率約１０１０[Ω・ｃｍ]）５５を形成してトナー担持ローラ３１を製作した。図１０は、トナー担持ローラ３１を平面状に展開した状態を示す。
【００４０】
このトナー担持ローラ３１は、上記基板４と同様に、保護層５５上に薄いトナー層が形成される。そして、電極軸４０Ａ、４０Ｂに対して図１５に示した交流電圧がバイアス電位として図示しない交流電源から電極ブラシ等を経て印加されると、トナーは奇数番目電極群４１、４３・・・と偶数番目電極群４２・・・を往復するような運動（フレア）を行う。交流電源から電極４１、４２、４３・・・間に印加する交流電圧のプラス側ピーク値とマイナス側ピーク値との差分の絶対値をＶmax［Ｖ］とし、Ｖmax［Ｖ］／ｐ[μｍ]＞１の時にフレアが活性化し始めて、Ｖmax［Ｖ］／ｐ[μｍ]＞３ではフレアが完全に活性化している。また、トナー担持体３１は、上記基板４と同様に、表層５５の体積抵抗率が１０９〜１０１２[Ω・ｃｍ]の範囲にあることが適正であり、表層５５がシリコーン系樹脂である。表層５５の材料は、上述のように、トナーとの摩擦でトナーに正規の電荷を与えられる材質であることが好ましく、例えばガラス系のものや、２成分現像剤のキャリアコートに使用されている材料を用いることが好ましい。ｐは現像ギャップｄより小さいこと、すなわちｐ＜ｄに設定される。
【００４１】
なお、先に示した図７においては、各電極をトナー担持ローラ３１の端面まで延在させて、その端面において電極軸４０Ａ又は４０Ｂに接続した例を示している。これに対し、図１０に示した例では、トナー担持ローラ３１の軸線方向の両端部に、金属製のフランジ状の電極軸４０Ａ及び４０Ｂを設け、これらフランジ状の電極軸４０Ａ及び４０Ｂと各電極の長手方向の一端とを接続した例を示している。
【００４２】
図１１は、トナーと磁性キャリアとを含有する２成分現像剤を用いてホッピング方式の現像を行う画像形成装置を示す概略構成図である。この画像形成装置は上記トナー担持ローラ３１を利用した現像装置を有するものである。トナー担持ローラ３１に対しては、通常の２成分現像器５６により２成分現像剤の穂が当接されている。具体的には、粒径５０[μｍ]の磁性キャリア粉と粒径約６[μｍ]のポリエステルトナーを重量比で７〜８[ｗｔ％]混合させた２成分現像剤を、２成分現像器５６の永久磁石を内包するマグネットスリーブ５７によってトナー担持ローラ３１まで搬送し、そこでトナーの一部がマグネットスリーブ５７とトナー担持ローラ３１との間に印加される直流バイアス電位によってトナー担持ローラ３１に転移する。トナー担持ローラ３１に転移したトナーは、トナー担持体３１上でフレアを形成しながら、トナー担持体３１が図示しない駆動部により回転駆動されることで潜像担持体５８との対向部に搬送され、トナー担持ローラ３１表面の平均電位と潜像担持体５８電位との差によって潜像担持体５８上の静電潜像に付着することで該静電潜像を現像してトナー像を形成する。なお、電極軸４０Ａ、４０Ｂ間には交流電源５９から電極ブラシ等によってバイアス電位として交流電圧が印加され、奇数番目電極群４１、４３・・・と偶数番目電極群４２・・・との間に時間周期的な電位差が形成される。
【００４３】
現像に寄与しなかった不要なトナーは現像部から再びマグネットスリーブ５７に戻ってくる。フレアが形成されているので、トナー担持ローラ３１に対するトナーの付着力は非常に低く、トナー担持ローラ３１によって現像部から戻ってきたトナーは、マグネットスリーブ５７の回転に追随した２成分現像剤の穂によって容易に掻き取られたり馴らされたりする。これを繰り返すことによって、トナー担持ローラ３１上には常にほぼ一定量のトナーフレアが形成されることになる。２成分現像器５６は、容器６０内の２成分現像剤６３を攪拌しながら搬送して循環させ、マグネットスリーブ５７がその２成分現像剤の一部をトナー担持ローラ３１まで搬送すると共に現像部から現像に寄与しなかった不要なトナーを戻す。
【００４４】
潜像担持体５８としては、厚み１３[μｍ]の有機感光体を使用し、１２００ｄｐｉのレーザ書き込み系を利用して潜像を形成する場合について以下に説明する。感光体５８は、図示しない駆動部により回転駆動されて帯電装置により一様に帯電され、露光手段としてのレーザ書き込み系により露光されて静電潜像が形成される。この場合、感光体５８の帯電電位は−３００〜−５００［Ｖ］とし、ベタ部での書き込み電位が０〜−５０［Ｖ］となるような条件で静電潜像を形成する。
【００４５】
この静電潜像は、トナー担持体３１上でフレアを形成するトナーにより現像されてトナー像となる。この時、帯電量が約−２２[μC／ｇ]で粒径が６[μｍ]であるトナーを使って、地汚れが無く、ベタ部の埋まりも良く、且つ１２００ｄｐｉの１ドットが再現できるように条件を設定したところ、トナー担持体３１と感光体５８とのギャップは約５００[μｍ]、トナー担持体３１の奇数番目電極群と偶数番目電極群には、−４００［Ｖ］と０［Ｖ］のそれぞれをピークに持つ各瞬間瞬間における平均電位が−２００［Ｖ］の交流バイアスを、５［ｋＨｚ］の周波数で交流電源５９から印加することで実現した（奇数番目電極群と偶数番目電極群で交流バイアスの位相を互いに逆位相とした）。
【００４６】
トナー担持体３１上のトナー像は給紙装置から給送されてきた記録紙等の記録媒体へ転写手段により転写され、その記録媒体は定着装置によりトナー像が定着されて外部へ排出される。
トナー担持ローラ３１上に過剰なトナーが乗っていると、トナーの電荷によって電界カーテンがシールドされてしまいフレアが形成できなくなるので、トナー担持ローラ３１上に乗っている単位面積当りのトナー量は０．２［ｍｇ／ｃｍ２］となるように、マグネットスリーブ５７とトナー担持ローラ３１との間には電源から約２００［Ｖ］の直流バイアスが印加されている。ちなみに、フレアによるトナーの拡散効果があるので、マグネットスリーブ５７からトナー担持ローラ３１へのトナー転移には多少のムラがあっても問題なく、マグネットスリーブ５７とトナー担持ローラ３１との間には上記直流バイアスにＡＣバイアスを重畳するような工夫は特に必要なく、また、２成分現像剤の穂を厳格に均一にするような工夫も特に必要ない。
【００４７】
一方、感光体５８上のベタ画像として必要とされるトナー量が０．４［ｍｇ／ｃｍ２］であることから、現像部でのトナー枯渇が生じないように、トナー担持ローラ３１の移動速度は、感光体５８の移動速度の２倍以上にする必要があり、ここでは感光体５８の移動速度の２．５倍としている。トナー担持ローラ３１の移動方向と感光体５８の移動方向は、図１１に示すように同じ向きでも良いが、逆向きでも良い。マグネットスリーブ５７とトナー担持ローラ３１の移動方向は、戻りトナーの掻き取り効果を得るために、図１１のように逆向きであるのが好ましい。
以上の系によって、感光体５８の線速３００[ｍｍ／ｓ]の元で、ベタ部の埋まり性、１２００ｄｐｉドット再現性、に優れた地汚れの無い高画質現像を実現できることが確認された。
【００４８】
図１２は、２成分現像剤を用いてホッピング方式の現像を行う画像形成装置の他の例を示す概略構成図である。この画像形成装置の２成分現像器５６は、図１１の画像形成装置に具備されていたマグネットスリーブ５７を有しておらず、トナー担持ローラ３１に対するトナー供給を２成分現像剤のカスケード現像現象によって行う。現像器５６は単純なカスケードを利用してトナー担持ローラ３１に薄いトナー層を形成するため、トナー担持ローラ３１へのトナー転移率が図１１に示す実施形態に比べて低下するが、その分トナー担持ローラ３１の回転速度を高くすることにより、感光体５８への現像速度に対応することができる。マグネットスリーブを具備していない２成分現像器５６及びトナー担持ローラ３１を備える現像装置は、実質的に従来の２成分現像器と同サイズとなるため、図１１に示した装置よりも小型である。しかも、図１１に示した装置と同様に、高画質の作像エンジンを構成することが可能である。
【００４９】
図１３は、実施形態に係る画像形成装置を示す概略構成図である。この画像形成装置は、２成分現像剤を用いる２成分現像器（５６）の代りに、トナーのみからなる１成分現像剤を用いる現像器６４を採用している点が、図１１や図１２に示した画像形成装置と異なっている。現像器６４はトナー担持ローラ３１に対してトナーを転位させてトナー担持ローラ３１上に薄いトナー層を形成する。この現像器６４は、容器６５内のトナー６６を循環パドル６７で攪拌して循環させながらトナー担持ローラ３１に供給する。回転駆動によって表面を無端移動させるトナー担持体としてのトナー担持ローラ３１は、供給されたトナー６６を表面に担持した後、規制部材であり且つ可撓性部材であるメータリングブレード６８との当接位置に進入させる。そして、この当接位置は、トナー担持ローラ３１上でのトナー層の厚みを規制するトナー厚み規制位置となっており、ここに進入したトナー層は厚みが規制されることで、均一な厚みとなる。これにより、トナー担持ローラ３１の表面上には、一定厚に規制された薄いトナー層が形成される。
【００５０】
メータリングブレード６８としては、薄板やフィルムなどの可撓性部材であって且つ厚み方向の弾性変形を生じない部材からなるものが用いられている。そして、このメータリングブレード６８は、図示しないブラケットなどの支持手段によって片持ち支持されており、自由端側をトナー担持ローラ３１に当接させている。かかる構成では、トナー担持ローラ３１の表面移動方向と直交する方向（図紙面に直交する方向）において、メータリングブレード６８の支持端の全領域を支持手段によって支持している。このため、軸受けによって両端の領域しか支持することができないローラに比べて、中央の撓みを抑えることができる。しかも、メータリングブレード６８は、厚み方向の弾性変形を生じない部材からなるので、厚み方向の弾性変形によるトナーの厚みムラを回避する。これらの結果、発泡ウレタン製のローラを用いる構成で生じていた、ローラの厚み方向の弾性変形に起因するトナーの厚みムラと、ローラの軸線方向の撓みに起因するトナーの厚みムラとの両方を解消することができる。よって、従来に比べて、トナー担持ローラ３１の表面上におけるトナーの厚みムラによる現像濃度ムラを抑えることができる。
【００５１】
本実施形態に係る画像形成装置においては、トナーとして、母材樹脂（トナーの主成分）がポリエステル又はスチレンアクリルからなり、且つ正規帯電極性がマイナス極性（負極性）であるものを用いている。そして、感光体５８の一様帯電部（地肌部）と潜像部とを共にトナーの正規帯電極性と同極性（本例ではマイナス極性）にし、且つ地肌部よりも電位を減衰せしめた潜像部に対してトナーを選択的に付着させるいわゆる反転現像を行うようになっている。
【００５２】
規制部材たるメータリングブレード６８としては、トナー担持体たるトナー担持ローラ３１の表面上のトナーとの摺擦に伴ってトナーの正規帯電極性側（本例ではマイナス側）への摩擦帯電を促す材料からなるもの、を用いている。即ち、トナーの方がメータリングブレード６８よりも摩擦帯電系列上でマイナス側に位置しているのである。このような関係を実現し得るメータリングブレード６８の材料としては、シリコーン、ナイロン、メラミン樹脂、アクリル樹脂、ＰＶＡ、ウレタンなどの有機材料を例示することができる。また、第四級アンモニウム塩やニグシロン系染料などでもよい。更には、これまでに例示した材料の２つ以上を混合した材料でもよい。
【００５３】
このようなメータリングブレード６８を具備する本画像形成装置においては、トナー担持ローラ３１の表面上のトナーとの摺擦に伴ってトナーの正規帯電極性側への摩擦帯電を促す。これにより、帯電不良のトナーを現像領域に搬送してしまうことによる画質の劣化を抑えることができる。
【００５４】
なお、トナー担持ローラ３１としては、先に図１に示したように、保護層３を具備するものを用いている。そして、トナー担持ローラ３１の表面上でホッピングするトナーと摺擦するこの保護層３についても、トナーとの摺擦に伴ってトナーの正規帯電極性側への摩擦帯電を促す材料からなるもの、を用いている。かかる構成では、保護層３との摺擦に伴うトナーの正規帯電極性とは逆極性側への摩擦帯電を回避する。これにより、トナー担持ローラ３１の表面上でのホッピングに伴うトナーの帯電量（正規帯電極性）の低下を抑えることで、トナーのホッピング不良による現像不良の発生を抑えることができる。
【００５５】
また、トナーとして、正規帯電極性がプラス極性（正極性）であるものを用いてもよい。この場合には、メータリングブレード６８や保護層３として、トナーとの摺擦に伴ってトナーのプラス極性側への摩擦帯電を促す材料からなるものを用いればよい。
【００５６】
また、トナーの帯電系列とは、トナー母材樹脂（粒子）にシリカ、酸化チタンなどの外添剤を添加したトナー全体としての帯電系列を意味する。帯電系列における序列については、次のようにして調べることが可能である。即ち、トナーを表面保護層上で所定時間だけメータリングブレード６８又は保護層３に摺擦せしめた後、そのトナーを吸引して採取する。そして、採取したトナーの帯電量をエレクトロメータで測定する。この測定結果がトナーの負極性への帯電量増加を示すものであれば、トナーの方がメータリングブレード６８又は保護層３よりもマイナス側の帯電系列となる。また、測定結果がトナーの正極性への帯電量増加を示すものであれば、トナーの方がプラス側の帯電系列となる。
【００５７】
また、保護層３と電極との間に中間層を設けてもよい。この場合、中間層として、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ａｌ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、ＣｕＯ、Ｃｒ２Ｏ３、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３等の導電性の材料からなるものを用いることも可能である。
【００５８】
本実施形態に係る画像形成装置においては、先に図７や図８（ｂ）に示したように、トナー担持ローラ３１の複数の電極をそれぞれ、トナー担持ローラ３１の回転位置にかかわらず、電極軸４０Ａ又は電極軸４０Ｂに摺擦させ続けている。そして、これにより、トナー担持ローラ３１の表面上において、無端移動方向（回転方向）の全周に渡ってホッピング用の電界を形成するようにしている。かかる構成では、トナー担持ローラ３１の表面上のトナーを、メータリングブレード６８によるトナー厚み規制位置から現像領域に至るまでの過程でホッピングさせ続けて、そのトナーのフレア状態を維持することができる。
【００５９】
本発明者らは、これまで説明してきた実施形態に係る画像形成装置と同様の構成のプリンタ試験機を用意した。但し、この試験機においては、実施形態に係る画像形成装置とは異なり、トナー担持ローラ３１の複数の電極をトナー担持ローラ３１の所定の回転位置に移動させたときにだけ、電極軸４０Ａ又は電極軸４０Ｂに接触させるようにしている。この所定の回転位置としては、次に列記する３通りを採用した。
（１）実験番号１：現像領域に対向する回転位置
（２）実験番号２：トナー厚み規制位置に対向する回転位置、及び現像領域に対向する回転位置
（３）実験番号３：トナー厚み規制位置に対向する回転位置から、現像領域に対向する回転位置に至るまでの全領域
【００６０】
これら３通りの条件について、それぞれ、プリンタ試験機にてテスト画像をプリントして、トナー帯電量分布、トナー帯電量収束性、及び地汚れの有無を評価した。トナー帯電量分布については、次のようにして評価した。即ち、テストプリント中にプリント動作（トナー担持ローラ３１の回転駆動）を一時停止して、トナー担持ローラ３１の周面における全領域のうち、現像領域に進入する直前の領域にあるトナーを採取する。そして、そのトナーに含まれる個々のトナー粒子についてそれぞれ周知の技術によって帯電量を測定して帯電量分布を分析した。そして、その帯電量のバラツキが比較的大きい場合、中程度である場合、比較的小さい場合を、大、中、小として評価した。
【００６１】
また、トナー帯電量の収束性については、帯電量分布の標準偏差にあたる帯電量範囲を分析し、その範囲が比較的小さい場合、中程度である場合、比較的大きい場合を○、△、×として評価した。トナーはある程度まで摩擦帯電すると、それ以降、摩擦されても帯電量を上昇させなくなるため、帯電量の収束性が良好なほど（標準偏差にあたる帯電量範囲が狭くなるほど）、トナーが十分に摩擦帯電せしめられたことになる。
【００６２】
また、地汚れの有無については、テストプリント中に試験機を一時停止させた後、感光体５８の地肌部に対して粘着性透明テープを貼り付け及び引き剥がしを行って、地肌部に付着しているトナーを粘着性透明テープに転移させた。そして、テープに転移したトナー量に基づいて、◎（転移トナー無し）、○（転移トナーが僅かにあるが視認できないレベル）、△（転移トナーが視認されるレベル）、×（転移トナーが目立ってしまうレベル）の４段階で評価した。
【００６３】
これらの実験結果を次の表１に示す。
【表１】
【００６４】
表１に示すように、実験番号１では、トナー帯電量分布が比較的大きく（大）、且つトナー帯電量収束性が比較的小さく（×）なった。これは、現像領域に搬送されるトナーの中に、まだ十分に帯電していないトナーが含まれていることを示している。このため、表１に示すように、帯電不良のトナーによる地汚れが発生している（×）。これに対し、実験番号２では、実験番号１に比べてトナー帯電量分布、トナー帯電量収束性及び地汚れが改善されている。但し、トナー帯電量収束性がまだ十分でないため、感光体５８の地肌部に付着してしまうトナーが僅かに認められた。一方、実験番号３では、トナー帯電量分布、トナー帯電量収束性ともに最良の結果が得られたため、地汚れが全く発生しなかった。これらのことから、トナー担持ローラ３１の表面上のトナーは、規制位置と現像領域との間でホッピングする過程で、トナー担持ローラ３１の保護層３と摺擦して摩擦帯電が促されることがわかった。
【００６５】
よって、本実施形態に係る画像形成装置のように、トナー担持ローラ３１の表面上において、無端移動方向の全周に渡ってホッピング用の電界を形成することで、規制位置と現像領域との間でトナーの摩擦帯電を促して、トナーの帯電不良による地汚れの発生を抑えることができる。
【００６６】
次に、実施形態に係る画像形成装置に、より特徴的な構成を付加した各実施例の画像形成装置について説明する。なお、以下に特筆しない限り、各実施例に係る画像形成装置の構成は、実施形態と同様である。
［第１実施例］
本発明者らは、上述のプリンタ試験機に搭載するメータリングブレード６８として、非導電性の材料からなるものと、導電性の材料からなるものとの２種類を用意した。そして、これらを個別に搭載した条件にて、それぞれテスト画像を所定枚数だけ連続プリントした後、メータリングブレード６８に対するトナーの固着性について、×（一見して固着が認められる）、○（よく目を凝らすと僅かに固着している箇所が認められる）、◎（固着が全く認められない）の３段階で評価した。この結果を次の表２に示す。
【表２】
【００６７】
表２の実験番号５と６との比較からわかるように、メータリングブレード６８として導電性のものを用いた場合には、非導電性のものを用いる場合に比べて、ブレードに対するトナー固着を抑えることができている。これは、導電性のメータリングブレード６８では、トナーとの摺擦に伴うカウンターチャージ（トナーとは逆極性側への帯電）を起こさないのに対し、非導電性のものではカウンターチャージによってトナーを静電的に付着させてしまうからだと考えられる。なお、実験番号４では、導電性のメータリングブレード６８を用いているにもかかわらず、トナーの固着の評価結果が×になっている。これは、規制位置にホッピング電界を形成していない、即ち、規制位置でトナー担持ローラ３１の表面上のトナーをホッピングさせていないことにより、トナーの固着を助長してしまったためと考えられる。換言すれば、規制位置でホッピング電界を形成することで、トナーを規制部材の表面から引き剥がす静電気力を定期的に発生させて、トナーの規制部材への固着を抑えることができるのである。
【００６８】
そこで、第１実施例に係る画像形成装置においては、メータリングブレード６８として、導電性材料からなるものを用いることで、メータリングブレード６８に対するトナーの固着を抑えている。なお、実施形態で説明したように、ホッピング電界については、トナー担持ローラ３１の全周に渡って形成している。よって、規制位置でトナーをホッピングさせることによっても、メータリングブレード６８に対するトナーの固着を抑えている。
【００６９】
［第２実施例］
図１４は、第２実施例に係る画像形成装置を示す概略構成図である。この画像形成装置は、図１３に示した現像器６４及びトナー担持ローラ３１を具備する現像装置と同じ構成の現像装置を複数備えている。これら現像装置は、互いに異なる色のトナーによって現像を行うものであり、ベルト状の有機感光体６９上に各色のトナー像を重ねて現像する。感光体としてのベルト状の有機感光体６９は、図示しない２つのローラに掛け渡され、図示しない駆動部により回転駆動される。
【００７０】
有機感光体６９の左側には、複数色、例えばブラック、イエロー、シアン、マゼンタの画像をそれぞれ形成する複数の画像形成手段としての作像装置７０Ｋ、７０Ｙ、７０Ｃ、７０Ｍが配列されている。感光体６９は、まず、作像装置７０Ｋにて帯電装置７１Ｋにより一様に帯電されて図示しない露光手段としての書込装置により、ブラックの画像データで変調された光ビーム７２Kによって露光されることで静電潜像が形成され、この静電潜像が図１３に示した現像器６４及びトナー担持ローラ３１を具備する現像装置と同じ構成の現像装置７３Ｋにより現像されてブラックのトナー像となる。その後、有機感光体６９は除電器７４Kにより除電されて次の画像形成に備える。
【００７１】
次いで、有機感光体６９は、作像装置７０Ｙにて帯電装置７１Ｙにより一様に帯電されて図示しない露光手段としての書込装置により、イエローの画像データで変調された光ビーム７２Ｙによって露光されることで静電潜像が形成され、この静電潜像が図１３に示した現像器６４及びトナー担持ローラ３１を具備する現像装置と同じ構成の現像装置７３Ｙにより現像されて上記ブラックのトナー像と重なるイエローのトナー像となる。その後、有機感光体６９は除電器７４Ｙにより除電されて次の画像形成に備える。
【００７２】
次に、有機感光体６９は、作像装置７０Ｃにて帯電装置７１Ｃにより一様に帯電されて図示しない露光手段としての書込装置により、シアンの画像データで変調された光ビーム７２Ｃによって露光されることで静電潜像が形成され、この静電潜像が図１３に示した現像器６４及びトナー担持ローラ３１を具備する現像装置と同じ構成の現像装置７３Ｃにより現像されて上記ブラックのトナー像及び上記イエローのトナー像と重なるシアンのトナー像となる。その後、有機感光体６９は除電器７４Cにより除電されて次の画像形成に備える。
【００７３】
次に、有機感光体６９は、作像装置７０Ｍにて帯電装置７１Ｍにより一様に帯電されて図示しない露光手段としての書込装置により、マゼンタの画像データで変調された光ビーム７２Ｍによって露光されることで静電潜像が形成され、この静電潜像が図１３に示した現像器６４及びトナー担持ローラ３１を具備する現像装置と同じ構成の現像装置７３Ｍにより現像されて上記ブラックのトナー像、上記イエローのトナー像及び上記シアンのトナー像と重なるマゼンタのトナー像となることでフルカラー画像が形成される。
【００７４】
一方、図示しない給紙装置から記録紙等の記録媒体が給送され、この記録媒体は電源から転写バイアスが印加される転写手段としての転写ローラ７５により感光体６９上のフルカラー画像が転写される。フルカラー画像が転写された記録媒体は、定着装置７６によりフルカラー画像が定着され、外部へ排出される。感光体６９は、フルカラー画像転写後にクリーニング手段としてのクリーナ７７により残留トナー等が除去される。
【００７５】
この画像形成装置では、同一の有機感光体６９上に４色分の書き込みを行うので、通常の４連タンデム方式と比較すると、原理的に位置ズレがほとんど発生せず、感光体上で色重ねができて位置ズレのない高画質のフルカラー画像を得ることができる。
【００７６】
なお、この画像形成装置においては、上述した実験の結果に鑑みて、Ｖｍａｘ［Ｖ］／ｐ［μｍ］＞１という条件に加えて、ｐ［μｍ］＜ｄ［μｍ］という条件も具備させている。かかる構成では、上述したように、有機感光体６９上に一度形成されたトナー像に対しては全く影響を与えることが無く、しかも、有機感光体６９上に形成された先行色のトナー層を後続色の現像装置内に転移させることもない。よって、スキャベンジや混色などの問題が一切無く、高画質な作像プロセスを長期的に渡り安定して行うことができる。
【００７７】
これまで、互いに隣り合う２つの電極の間でトナーを往復移動させるようにホッピングせしめてフレア現象を得ながら、トナー担持体の表面移動によってトナーを現像領域まで搬送する画像形成装置の実施形態について説明してきたが、次のような画像形成装置にも、本発明の適用が可能である。即ち、特開２００２−３４１６５６号公報に記載の方式のように、トナー担持体において、ある電極の上からこれに隣り合う電極の上に向けてのホッピングを、トナー担持体の一端側から他端側に向かう方向で繰り返して行わせることで、トナーを現像領域に向けて搬送する画像形成装置である。また、このようなホッピングによるトナーの移動と、トナー担持体の表面移動との両方によってトナーを現像領域に向けて搬送する画像形成装置にも、本発明の適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明に関する実験に用いた系を示す断面図である。
【図２】同系のフレア状態を示す断面図である。
【図３】同系の実験結果であるＶmax［Ｖ］／ｐ[μｍ]とフレア活性度との関を示す特性図である。
【図４】同系の実験結果である表層３の体積抵抗率とフレア活性度との関係を示す特性図である。
【図５】本発明に関する実験に用いた系を示す断面図である。
【図６】同系の実験結果である現像ギャップと基板Ａ上の光学濃度増加分との関係を示す特性図である。
【図７】本発明の実施形態におけるトナー担持体の代表例を示す斜視図である。
【図８】同トナー担持体の製造工程の一部を示す断面図である。
【図９】同トナー担持体の製造工程の他の一部を示す断面図である。
【図１０】同トナー担持体を平面状に展開した状態を示す展開図である。
【図１１】トナーと磁性キャリアとを含有する２成分現像剤を用いてホッピング方式の現像を行う画像形成装置を示す概略構成図。
【図１２】２成分現像剤を用いてホッピング方式の現像を行う画像形成装置の他の例を示す概略構成図。
【図１３】実施形態に係る画像形成装置を示す概略構成図。
【図１４】第２実施例に係る画像形成装置を示す概略構成図。
【図１５】同トナー担持体の電極に印加されるＡ相パルス電圧及びＢ相パルス電圧の特性を示す波形図。
【図１６】特許文献１に記載のトナー担持体の電極に印加されるパルス電圧の特性を示す波形図。
【符号の説明】
【００７９】
1：ガラス基板
２：電極バターン
２１、２２、２３：電極
３：保護層
４：基板
５、９：トナー層
６：交流電源
７：基板
８：樹脂層
Ａ、Ｂ：基板
３１：トナー担持体
４０：電極バターン
４０Ａ、４０Ｂ：電極軸
４１、４２、４３：電極
５１：円筒
５５：表層
５６：２成分現像器
５８：感光体
５９：交流電源
６４：１成分現像器
６９：感光体
７０Ｋ、７０Ｙ、７０Ｃ、７０Ｍ：作像装置
７３Ｋ、７３Ｙ、７３Ｃ、７３Ｍ：現像装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナー担持体の移動する表面に担持したトナーを電界によって該表面上でホッピングさせながら、該表面の移動により、規制部材によるトナー厚み規制位置に通した後、潜像担持体との対向位置まで搬送して該潜像担持体上の潜像に付着させる現像装置において、
上記規制部材として、片持ち支持された可撓性部材からなり且つ自由端側を前記トナー担持体に当接せしめるもの、を用いた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、
上記トナー担持体として、表面を無端移動させるものを用い、且つ、該表面上にて、該表面の無端移動方向の全周に渡って上記電界を形成するようにしたことを特徴とする現像装置。
【請求項３】
請求項１又は２の現像装置において、
上記可撓性部材として、上記トナー担持体の表面上のトナーとの摺擦に伴って該トナーの正規帯電極性側への摩擦帯電を促す材料からなるもの、を用いたことを特徴とする現像装置。
【請求項４】
請求項３の現像装置であって、
上記トナーの主成分が、ポリエステル又はスチレンアクリルからなり、且つ、上記可撓性部材が、シリコーン樹脂、ナイロン樹脂、メラミン樹脂、アクリル樹脂、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ウレタン、第４級アンモニウム塩、及びニグシロン系染料からなる群から選ばれる１つ、あるいは１つ以上の組合せによる材料からなることを特徴とする現像装置。
【請求項５】
請求項１又は２の現像装置において、
上記可撓性部材として、導電性材料からなるものを用いたことを特徴とする現像装置。
【請求項６】
請求項１乃至６のいずれか１つに記載の現像装置を有し、この現像装置により潜像担持体上に２種以上のトナー画像を重ね合わせて形成することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
トナー担持体の移動する表面に担持したトナーを電界によって該表面上でホッピングさせながら、該表面の移動により、規制部材によるトナー厚み規制位置に通した後、潜像担持体との対向位置まで搬送して該潜像担持体上の潜像に付着させる現像装置において、
上記規制部材として、片持ち支持された可撓性部材からなり且つ自由端側を前記トナー担持体に当接せしめるもの、を用いた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、
上記トナー担持体として、表面を無端移動させるものを用い、且つ、該表面上にて、該表面の無端移動方向の全周に渡って上記電界を形成するようにしたことを特徴とする現像装置。
【請求項３】
請求項１又は２の現像装置において、
上記可撓性部材として、上記トナー担持体の表面上のトナーとの摺擦に伴って該トナーの正規帯電極性側への摩擦帯電を促す材料からなるもの、を用いたことを特徴とする現像装置。
【請求項４】
請求項３の現像装置であって、
上記トナーの主成分が、ポリエステル又はスチレンアクリルからなり、且つ、上記可撓性部材が、シリコーン樹脂、ナイロン樹脂、メラミン樹脂、アクリル樹脂、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ウレタン、第４級アンモニウム塩、及びニグシロン系染料からなる群から選ばれる１つ、あるいは１つ以上の組合せによる材料からなることを特徴とする現像装置。
【請求項５】
請求項１又は２の現像装置において、
上記可撓性部材として、導電性材料からなるものを用いたことを特徴とする現像装置。
【請求項６】
請求項１乃至６のいずれか１つに記載の現像装置を有し、この現像装置により潜像担持体上に２種以上のトナー画像を重ね合わせて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】
【公開番号】特開２００７−１３３３９０（Ｐ２００７−１３３３９０Ａ）
【公開日】平成１９年５月３１日（２００７．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２７９５４１（Ｐ２００６−２７９５４１）
【出願日】平成１８年１０月１３日（２００６．１０．１３）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年５月３１日（２００７．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月１３日（２００６．１０．１３）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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