画像形成装置及びプロセスカートリッジ
【課題】 ＥＴ現像によって孤立１画素の地汚れのない現像を行なうことが求められている。
【解決手段】 静電潜像が形成される像担持体１と、複数の電極１０２に印加されるｎ相の電圧によって形成される移相電界によって像担持体１との対向域にトナーを搬送するトナー搬送部材２とを備え、像担持体１が電荷発生層と電荷移動層を有し、電荷発生層が内部にある場合、電荷移動層の厚さｔｇ（μｍ）が、解像力をｒ（ｄｐｉ）としたとき、ｔｇ≦８４００／ｒ＋１３、の式を満たしている。
【解決手段】 静電潜像が形成される像担持体１と、複数の電極１０２に印加されるｎ相の電圧によって形成される移相電界によって像担持体１との対向域にトナーを搬送するトナー搬送部材２とを備え、像担持体１が電荷発生層と電荷移動層を有し、電荷発生層が内部にある場合、電荷移動層の厚さｔｇ（μｍ）が、解像力をｒ（ｄｐｉ）としたとき、ｔｇ≦８４００／ｒ＋１３、の式を満たしている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像形成装置及びプロセスカートリッジに関し、特に粉体を進行波電界によって移送して静電潜像を現像する画像形成装置及びプロセスカートリッジに関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、プリンタ／ファックス／複写機複合機等の各種画像形成装置として、像担持体を帯電させ、静電潜像を形成して、この静電潜像に着色体などの粉体（以下「トナー」又は「トナー粒子」という。）を付着させて現像し、トナー像を被記録媒体（転写材、用紙、記録紙、中間転写体などを含む意味である。）に転写する電子写真プロセスを用いる画像形成装置が知られている。
【０００３】
このような画像形成装置において、特許文献１に記載されているように、所定間隔を有して複数配列されている電極に対して多相電圧を印加して進行波電界を形成することによって、現像剤を搬送する現像剤搬送手段を備え、静電潜像をその表面に担持する像担持体に対向する現像領域に、該現像搬送手段が配置されている現像装置において、上記現像搬送手段は複数の電極をエンドレスループ状に配列し、該複数の電極は、複数のユニットに分割して配列されるとともにユニットごとの電圧印加を制御する手段を設け、ユニット個別に多相電圧を印加することが可能に構成されているものがある。
【特許文献１】特許第３５３０１２４号公報
【０００４】
また、本出願人は、特許文献２、３に記載しているように、静電気力による粉体の水平方向の移動（搬送）と垂直方向の移動（ホッピング）を含む現象であり、静電搬送部材の表面を、移相電界によって粉体が進行方向の成分を持って飛び跳ねる現象を利用した現像方式を用いる現像装置を提案している。この現像装置は、像担持体上に粉体を付着させて像担持体上の潜像を現像するための現像装置において、像担持体に対向して配置され、粉体を移動させる進行波電界を発生させるための複数の電極を有する搬送部材を備え、搬送部材の電極には、粉体が潜像の画像部に対しては像担持体側に向かい、非画像部に対しては粉体が像担持体と反対側に向かう方向の電界を形成するｎ相の電位が印加されるようにしたものである。
【特許文献２】特開２００４−１９８６７５号公報
【特許文献３】特開２００２−２５８６０１号公報
【０００５】
なお、画像形成装置としては、特許文献４に記載されているように、像担持体と現像ローラとの間にＤＣとＡＣの重畳電圧を印加して、非接触で現像ローラから像担持体にトナーを転移させる所謂ジャンピング現像と称する方式で現像するもの、特許文献５、６に記載されているように、静電搬送基板を用いて、トナーを像担持体に対向する位置まで搬送し、振動、浮遊、スモーク化させて、像担持体との間で生じる吸引力で搬送面からトナーを分離して像担持体表面に付着させるようにしたもの、特許文献７に記載されているように電界カーテンを用いるものもある。
【特許文献４】特開平９−３２９９４７号公報
【特許文献５】特公平５−３１１４６号公報
【特許文献６】特公平５−３１１４７号公報
【特許文献７】特開平３−２１９６７号公報
【０００６】
また、現像装置の現像バイアスに関して、特許文献１０に記載されているように、バイアス電源の出力側に並列接続されたコンデンサＣ１及び抵抗器Ｒを直列に挿入することによって現像バイアスのピーク間電圧を像担持体と現像剤担持体間の静電容量Ｃ２の変動に応じて変化させ、且つ、静電容量Ｃ２と並列に可変コンデンサＣ３を挿入した画像形成装置がある。
【特許文献８】特許第３３７６１９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、電子写真プロセスを用いる画像形成装置における現在及び将来の課題は、画質とコストと環境をいかにして満足するかということである。画質について言えば、カラー画像を形成する場合に、直径わずか約３０μｍの１２００ｄｐｉの孤立１ドットをいかに現像するか、それも好ましくは、地汚れなしに現像するかということである。また、コストについて言えば、パーソナルのレーザプリンタを考えた場合、現像器や現像剤の単体コストのみならず、メンテナンス及び最終処分費用まで含めたトータルのコストを下げることが重要になる。さらに、環境について言えば、特に、微小粉末であるトナーが装置内や装置外に飛散することを防止することが重要になる。
【０００８】
上述した本出願人の出願に係る特許文献２などで既に提案している、静電搬送部材の表面を、移相電界（進行波電界）によって粉体が進行方向の成分を持って飛び跳ねる（ホッピング）現象（ＥＨ：Electrostatic transport＆Hopping）を利用したＥＨ現像は、像担持体と非接触の一方向現像方式であり、低電圧現像が可能になる極めて優れた現像方式である。
【０００９】
本発明は上記の電子写真プロセスを用いる画像形成装置において、ＥＨ現像によって孤立１画素の現像、地汚れのない現像を行なう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を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、本発明に係る画像形成装置は、像担持体上に形成された潜像にトナーを付着させて現像する画像形成装置において、所定の間隔で並べて配置された複数の電極に多相の電圧が印加されることで形成される搬送電界によって像担持体との対向域にトナーを搬送するトナー搬送部材を備え、像担持体が電荷発生層と電荷移動層を有し、電荷発生層が内部にある場合、電荷移動層の厚さｔｇ（μｍ）が、解像力をｒ（ｄｐｉ）としたとき、ｔｇ≦８４００／ｒ＋１３、の式を満たしている構成とした。
【００１１】
ここで、潜像の画像部電位と地肌部電位との差が３００Ｖ以下であることが好ましい。
【００１２】
本発明に係るプロセスカートリッジは、少なくとも像担持体と、この像担持体上に形成された潜像にトナーを付着させて現像する現像手段とを含み、画像形成装置本体に対して着脱自在なプロセスカートリッジにおいて、現像手段は、所定の間隔で並べて配置された複数の電極に多相の電圧が印加されることで形成される搬送電界によって像担持体との対向域にトナーを搬送するトナー搬送部材を備え、像担持体が電荷発生層と電荷移動層を有し、電荷発生層が内部にある場合、電荷移動層の厚さｔｇ（μｍ）が、解像力をｒ（ｄｐｉ）としたとき、ｔｇ≦８４００／ｒ＋１３、の式を満たしている構成とした。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る画像形成装置及びプロセスカートリッジによれば、所定の間隔で並べて配置された複数の電極に多相の電圧が印加されることで形成される搬送電界によって像担持体との対向域にトナーを搬送するトナー搬送部材を備え、像担持体が電荷発生層と電荷移動層を有し、電荷発生層が内部にある場合、電荷移動層の厚さｔｇ（μｍ）が、解像力をｒ（ｄｐｉ）としたとき、ｔｇ≦８４００／ｒ＋１３、の式を満たしている構成としたので、地汚れなく、孤立１画素まできれいな現像が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。先ず、本発明に係る画像形成装置の第１実施形態の一例ついて図１を参照して説明する。なお、図１は同画像形成装置の現像装置部分の模式的構成図である。
現像装置は、磁性キャリアと非磁性トナーから成る二成分現像剤を用いる現像装置であり、所定の間隔で配置された複数の電極に多相の電圧が印加されることで形成される搬送電界によって、静電潜像が形成される像担持体１との対向領域にトナーを搬送するローラ状に形成したトナー搬送部材２と、このトナー搬送部材２に対向し、トナー搬送部材２に対してトナーを供給するトナー供給手段である現像剤担持体３と、この現像剤担持体３で供給するトナー及び磁性キャリアを収容する現像剤収容部４とを備えている。この場合、トナー搬送部材２は像担持体１及び現像剤担持体３に対して径方向の反対側の領域で対向している配置としている。なお、トナー搬送部材２は回転せず、外周面をトナーが矢示方向に搬送電界（移相電界）で搬送される。一方、現像剤担持体３は矢示方向に回転する。
【００１５】
現像剤収容部４は、２室に分けられており、各室は現像装置内の両端部の図示しない現像剤通路によって連通している。この現像剤収容部４には二成分現像剤が収容されており、各室にある攪拌搬送スクリュー５Ａ、５Ｂによって攪拌されながら現像剤収容部４内を搬送されている。
【００１６】
また、現像剤収容部４には図示しないトナー収容部から現像剤を補給するためのトナー補給口６を設けている。そして、現像剤収容部４には現像剤の透磁率を検知する図示しないトナー濃度センサ（図示せず）が設置されており、現像剤の濃度を検知している。現像剤収容部４のトナー濃度が減少すると、トナー補給口６から現像剤収容部４にトナーが補給される。
【００１７】
現像剤担持体３は、現像剤収容部４の攪拌搬送スクリュー５Ａと対向する領域に配置されている。現像剤担持体３の内部には、固定された磁石が配置されおり、現像剤担持体３の回転と磁力によって、現像剤収容部４内の現像剤は現像剤担持体３表面に汲み上げられる。
【００１８】
また、現像剤の汲み上げ領域より現像剤担持体３の回転方向（矢示方向）下流側でトナー搬送部材２との対向領域より上流側には、現像剤担持体３と対向する領域に現像剤層規制部材７を設け、汲み上げ領域で汲み上げたれた現像剤を一定量の現像剤層厚に規制される。そして、現像剤層規制部材７を通った現像剤は現像剤担持体３の回転に伴って、トナー搬送部材２と対向する領域まで搬送される。
【００１９】
ここで、現像剤担持体３には、第１電圧印加手段１１によって供給バイアスが印加されている。また、トナー搬送ローラには、第２電圧印加手段１２によって後述するように電極に電圧が印加されている。
【００２０】
これにより、現像剤担持体３とトナー搬送ローラが対向する領域においては、第１、第２電圧印加手段１１、１２によってトナー搬送ローラと現像剤担持体３との間に電界が生じている。その電界からの静電気力を受け、トナーはキャリアから解離し、トナー搬送ローラ２表面に移動する。そして、トナー搬送部材２表面に達したトナーは、第２電圧印加手段１２が印加する電圧によって形成される搬送電界によって、トナー搬送部材２表面上をホッピングしながら搬送される（移動する）。
【００２１】
次いで、潜像担持体１と対向する領域まで搬送電界によって搬送されたトナーは、トナー搬送部材２と潜像担持体１上の画像部との間の現像電界によって、潜像担持体１上に移動して潜像担持体１上の潜像を可視像化（現像）する。
【００２２】
このように、磁性キャリアと非磁性のトナーから成る二成分現像剤を用いた現像装置では、キャリアとの接触摩擦によってトナーが帯電するため、帯電が安定する。また、現像においてトナーの供給量が多いため、高速現像に適している。したがって、二成分現像剤を用いることによって、帯電の安定したトナーを大量にトナー搬送部材に供給することができる。
【００２３】
ここで、像担持体１とトナー搬送部材２との間の距離をＧ（μｍ）、トナー搬送部材２の電極の幅をＷ１（μｍ）、トナー搬送部材２の電極の間隔をＷ２（μｍ）としたとき、像担持体１とトナー搬送部材２との間の距離Ｇは、Ｇ≧（Ｗ２＋０．５Ｗ１）×３１／２、の式を満たしている。また、孤立最小画素の直径をＤｍｉｎ（μｍ）、トナー搬送部材２で形成する搬送電界の最大搬送方向電界をＥｈｍａｘ（Ｖ／μｍ）としたとき、像担持体１とトナー搬送部材２との間の距離Ｇは、Ｇ≦Ｄｍｉｎ＋１５０（Ｅｈｍａｘ)１／２、の式をも満たしている。これによって、地肌汚れのない孤立１ドットのきれいな現像も行なうことができるようになる。
【００２４】
また、像担持体１は、電荷発生層と電荷移動層を有し、電荷発生層が内部にあり、電荷移動層の厚さｔｇ（μｍ）が、解像力をｒ（ｄｐｉ）としたとき、ｔｇ≦８４００／ｒ＋１３、の式を満たしている構成としている。これにより、確実に、地汚れなく、孤立１画素まできれいな現像が可能となる。
【００２５】
次に、本発明に係る画像形成装置の第１実施形態の他の例について図２を参照して説明する。なお、図２は同画像形成装置の現像装置部分の模式的構成図である。
この現像装置は、非磁性トナーから成る一成分現像剤を用いる現像装置であり、静電潜像が形成される像担持体１との対向領域にトナーを搬送するローラ状に形成したトナー搬送部材２と、このトナー搬送部材２に対向し、トナー搬送部材２に対してトナーを供給するトナー供給手段である現像剤担持体１３と、この現像剤担持体１３で供給するトナーを収容する現像剤収容部１４とを備えている。この場合、トナー搬送部材２は像担持体１及び現像剤担持体３に対して径方向の反対側の領域で対向している配置としている。なお、トナー搬送部材２は回転せず、外周面をトナーが矢示方向に搬送電界（移相電界）で搬送される。一方、現像剤担持体１３は矢示方向に回転する。
【００２６】
現像剤収容部１４にはトナー補給ローラ１５Ａ、１５Ｂを備え、トナーはトナー補給ローラ１５Ａと現像剤担持体１３とによる摩擦帯電などによって、静電気力によって現像剤担持体１３上に汲み上げられる。そして、現像剤担持体１３上のトナーは現像剤層規制部材７によって薄層化され、現像剤担持体１３の回転に伴ってトナー搬送部材２と対向する領域に搬送される。
【００２７】
ここでも、現像剤担持体１３には、第１電圧印加手段１１によって供給バイアスが印加されている。また、トナー搬送部材２には、第２電圧印加手段１２によって後述するように電極に電圧が印加されている。
【００２８】
これにより、現像剤担持体１３とトナー搬送部材２が対向する領域においては、第１、第２電圧印加手段１１、１２によってトナー搬送部材２と現像剤担持体１３との間に電界が生じている。その電界からの静電気力を受け、トナーは現像剤担持体１３表面から解離し、トナー搬送部材２表面に移動する。そして、トナー搬送部材２表面に達したトナーは、第２電圧印加手段１２が印加する電圧によって形成される搬送電界によって、トナー搬送部材２表面上をホッピングしながら搬送される。
【００２９】
そして、潜像担持体１と対向する領域まで搬送電界によって搬送されたトナーは、トナー搬送部材２と潜像担持体１上の画像部との間の現像電界によって、潜像担持体１上に移動して潜像担持体１上の潜像を可視像化（現像）する。
【００３０】
このように、現像剤として、トナーから成る一成分現像剤を用いることもできる。二成分現像剤の場合、現像剤担持体の回転や磁気穂がトナー搬送部材に衝突する衝撃によって、磁気穂を形成しているキャリアの一部が切れてトナー搬送部材に移動し、供給部でトナー搬送部材の表面に付着してしまうおそれがある。これに対し、一成分現像剤の場合、キャリアを用いていないので、トナー搬送部材表面へのキャリアの付着という問題は起こらず、また、一成分現像剤の場合、現像剤収容部が簡単な構成となるため、現像装置を小型化・低コスト化することができる。
【００３１】
ここでも、像担持体１とトナー搬送部材２との間の距離をＧ（μｍ）、トナー搬送部材２の電極の幅をＷ１（μｍ）、トナー搬送部材２の電極の間隔をＷ２（μｍ）としたとき、像担持体１とトナー搬送部材２との間の距離Ｇは、Ｇ≧（Ｗ２＋０．５Ｗ１）×３１／２、の式を満たしている。また、孤立最小画素の直径をＤｍｉｎ（μｍ）、トナー搬送部材２で形成する搬送電界の最大搬送方向電界をＥｈｍａｘ（Ｖ／μｍ）としたとき、像担持体１とトナー搬送部材２との間の距離Ｇは、Ｇ≦Ｄｍｉｎ＋１５０（Ｅｈｍａｘ)１／２、の式をも満たしている。これによって、地肌汚れのない孤立１ドットのきれいな現像も行なうことができるようになる。
【００３２】
また、像担持体１は、電荷発生層と電荷移動層を有し、電荷発生層が内部にあり、電荷移動層の厚さｔｇ（μｍ）が、解像力をｒ（ｄｐｉ）としたとき、ｔｇ≦８４００／ｒ＋１３、の式を満たしている構成としている。これにより、確実に、地汚れなく、孤立１画素まできれいな現像が可能となる。
【００３３】
ここで、トナー搬送部材２の詳細について図３以降を参照して説明する。図３は、同トナー搬送部材２の像担持体１側表面を拡大した断面図である。
このトナー搬送部材２は、支持基板１０１上に複数の電極１０２、１０２、１０２……を、ｎ本を１セットとして、トナー移動方向に沿って所要の間隔で配置し、この上に静電搬送面１０３ａを形成する絶縁性の静電搬送面形成部材となり、電極１０２の表面を覆う保護膜となる、無機又は有機の絶縁性材料で形成した表面保護層１０３を積層したものである。
【００３４】
支持基板１０１としては、ガラス基板、樹脂基板或いはセラミックス基板等の絶縁性材料からなる基板、或いは、ＳＵＳなどの導電性材料からなる基板に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板などを用いることができる。
【００３５】
電極１０２は、支持基板１０１上に、Ａｌ、Ｎｉ−Ｃｒ等の導電性材料を０．１〜１０μｍ厚、好ましくは０．５〜２．０μｍで成膜し、これをフォトリソ技術等を用いて所要の電極形状にパターン化して形成している。これらの複数の電極１０２のトナー搬送方向における幅（電極幅）Ｗ１は移動させる粉体の平均粒径の１倍以上２０倍以下とし、かつ、電極１０２、１０２のピッチｐも移動させるトナーの平均粒径の１倍以上２０倍以下としている（図４参照）。
【００３６】
表面保護層１０３としては、例えばＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＴｉＯ４、ＳｉＯＮ、ＢＮ、ＴｉＮ、Ｔａ２Ｏ５などを厚さ０．５〜１０μｍ、好ましくは厚さ０．５〜３μｍで成膜して形成している。また、無機ナイトライド化合物、例えばＳｉＮ、Ｂｎ、Ｗなどを用いることができる。特に、表面水酸基が増えると帯電トナーの帯電量が搬送途中で下がる傾向にあるので、表面水酸基（ＳｉＯＨ、シラトール基）が少ない無機ナイトライド化合物が好ましい。
【００３７】
図３において、各電極１０２から伸びる線は各電極１０２に電圧を印加するための導電線をあらわしており、各線の重なる部分のうち黒丸で示した部分だけが電気的に接続されており、他の部分は電気的に絶縁状態である。各電極１０２に対しては、本体側の電圧印加手段（駆動回路）１０４からｎ相の異なる駆動電圧Ｖ１１〜Ｖ１３、Ｖ２１〜Ｖ２３が印加される。なお、本実施形態では３相の駆動電圧が印加される場合（ｎ＝３）について説明するが、本発明はトナーが搬送される限りにおいて、多相（ｎ相）がｎ＞２を満たす任意の自然数ｎについて適用可能である。
【００３８】
また、トナー搬送部材２の各電極１０２は現像装置１０側の接点Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３，Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３のいずれかに接続されており、各接点Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３，Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３は、現像装置１０が画像形成装置本体に装着された状態においては、それぞれ駆動波形Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３、Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３を与える本体側の電圧印加手段２２と接続される。
【００３９】
トナー搬送部材２は、トナーを像担持体１近傍まで移送し、また現像領域通過後の現像に寄与しなかったトナーを回収するための搬送領域（回収領域を含む）、像担持体１の潜像にトナーを付着させてトナー像を形成するための現像領域とに分けられる。
【００４０】
現像領域は、像担持体１に近接した領域のみに存在し、搬送領域はトナー搬送部材２の周上、現像領域以外の全域に存在する。本発明では、トナーが移相電界によって移動可能な領域を「静電搬送面」という。本実施形態の場合、トナー搬送部材２の周表面全体が静電搬送面である。
【００４１】
搬送領域では第２電圧印加手段２２によって各電極１０２に駆動波形Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３が印加され、現像領域では第２電圧印加手段２２によって各電極１０２に駆動波形Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３が印加される。
【００４２】
そこで、トナー搬送部材２におけるトナーの静電搬送の原理について説明する。トナー搬送部材２の複数の電極１０２に対してｎ相のパルス状電圧を印加することにより、複数の電極１０２によって移相電界（進行波電界）が発生し、トナー搬送部材２上の帯電したトナーは反発力及び／又は吸引力を受けて移送方向に移動する。
【００４３】
例えば、トナー搬送部材２の複数の電極１０２に対して図５に示すように、グランドＧ（０Ｖ）と正の電圧＋との間で変化するＡ相、Ｂ相、Ｃ相の３相のパルス状駆動波形（電圧）を、タイミングをずらして印加する。
【００４４】
このとき、図６に示すように、トナー搬送部材２上に負帯電トナーＴがあり、トナー搬送部材２の連続した複数の電極１０２にそれぞれ「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」が印加された（同図（ａ））とすると、負帯電トナーＴは「＋」の電極１０２上に位置する。次のタイミングで複数の電極１０２にはそれぞれ「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」が印加され（同図（ｂ））、負帯電トナーＴには左側の「Ｇ」の電極１０２との間で反発力が、右側の「＋」の電極１０２との間で吸引力がそれぞれ作用するので、負帯電トナーＴは「＋」の電極１０２側に移動する。さらに、次のタイミングで複数の電極１０２には、同図（ｃ）に示すように、それぞれ「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」が印加され、負帯電トナーＴには同様に反発力と吸引力がそれぞれ作用するので、負帯電トナーＴは更に「＋」の電極１０２側に移動する。
【００４５】
これについて図７を参照して具体的に説明すると、同図（ａ）に示すように、トナー搬送部材２の電極Ａ〜Ｆがいずれも０Ｖ（Ｇ）で、トナー搬送部材２上に負帯電トナーＴが載っている状態から、同図（ｂ）に示すように電極Ａ、Ｄに「＋」が印加されると、負帯電トナーＴは電極Ａ及び電極Ｄに吸引されて電極Ａ、Ｄ上に移る。次のタイミングで、同図（ｃ）に示すように、電極Ａ、Ｄがいずれも「０」になり、電極Ｂ、Ｅに「＋」が印加されると、電極Ａ、Ｄ上のトナーＴは反発力を受けるとともに、電極Ｂ、Ｅの吸引力を受けることになって、負帯電トナーＴは電極Ｂ及び電極Ｅに移送される。さらに、次のタイミングで、同図（ｄ）に示すように、電極Ｂ、Ｅがいずれも「０」になり、電極Ｃ、Ｆに「＋」が印加されると、電極Ｂ、Ｅ上のトナーＴは反発力を受けるとともに、電極Ｃ、Ｆの吸引力を受けることになって、負帯電トナーＴは電極Ｃ及び電極Ｆに移送される。このように進行波電界によって負帯電トナーは順次図において右方向に移送されることになる。
【００４６】
このように複数の電極１０２に電圧の変化する多相（ｎ相）の駆動波形（電圧）を印加することで、トナー搬送部材２上には進行波電界が発生し、負帯電トナーはこの進行波電界の進行方向に移動する。なお、正帯電トナーの場合には駆動波形の変化パターンを逆にすることで同様に同方向に移動する。
【００４７】
次に、第２電圧印加手段２２の一例について図８を参照して説明する。
この電圧印加手段２２は、パルス信号を生成出力するパルス信号発生回路１０５と、このパルス信号発生回路１０５からのパルス信号を入力して駆動波形であるパルス状電圧Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３を生成出力する波形増幅器１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃと、パルス信号発生回路１０５からのパルス信号を入力して駆動波形Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３を生成出力する波形増幅器１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃとを有する。
【００４８】
パルス信号発生回路１０５は、例えばロジックレベルの入力パルスを受けて、各１２０°に位相シフトした２組みパルスで、次段の波形増幅器１０６ａ〜１０６ｃ、１０７ａ〜１０７ｃに含まれるスイッチング手段、例えばトランジスタを駆動して１００Ｖのスイッチングを行なうことができるレベルの出力電圧１０〜１５Ｖのパルス信号を生成して出力する。
【００４９】
波形増幅器１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃは、搬送領域の各電極１０２に対して、３相の駆動波形（駆動パルス）Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３を印加し、波形増幅器１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃは、現像領域の各電極１０２に対して、３相の駆動波形（駆動パルス）Ｖ２１、ｖ２２、Ｖ２３を印加する。
【００５０】
ここで、トナー搬送部材２の搬送領域では、各電極１０２に対して、図９に示すように、各相の＋１００Ｖの印加時間ｔａを繰り返し周期ｔｆの１／３である約３３％に設定した（これを「搬送電圧パターン」という。）３相の駆動波形（駆動パルス）Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３を印加する。この駆動波形は搬送領域においてトナーを高速搬送させるのに適した波形である。
【００５１】
また、現像領域では、各電極１０２に対して、図１０又は図１１に示すように、各相の＋１００Ｖ（又は−１００Ｖ）の印加時間ｔａを繰り返し周期ｔｆの２／３である約６７％に設定した（これを「ホッピング電圧（又は現像電圧）パターン」という）３相の駆動波形（駆動パルス）Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３を印加する。現像領域ではトナー粒子を積極的に像担持体に向かって打ち上げることが好ましく、図１０の駆動波形はトナー粒子を打ち上げるのに適している。
【００５２】
さらに、ホッピング電圧パターンとしては、図１２に示すように、パルス状電圧と直流バイアスとを重畳した波形の電圧を用いることもできる。図１２に示す波形は、−５０ＶのＤＣ電圧をバイアスし、−５０Ｖ〜−１５０Ｖの駆動波形とした。なお、同図では相対的に＋の時間が３３％デューティの波形としている。
【００５３】
なお、現像電圧パターンの駆動波形を印加した場合でも、０Ｖ電極のセンターに位置したトナー以外は、横方向への力も受けるため、すべてのトナーがいっせいに高く打ち上げられるというものではなく、水平方向に移動するトナーもあり、逆に、搬送電圧パターンの駆動波形を印加した場合でも、トナーの位置によっては、大きな角度で斜めに打ち上げられて水平に移動するよりも上昇距離の方が大きいものがある。
【００５４】
したがって、搬送領域において各電極１０２に印加する駆動波形パターンは前述した図９に示す搬送電圧パターンに限られるものではなく、また、現像領域１２の各電極１０２に印加する駆動波形パターンも前述した図１０ないし図１２に示す現像電圧パターンに限られるものではない。
【００５５】
なお、駆動波形は３相の場合について説明したが、これをｎ相に一般化すると、次のようになる。すなわち、各電極に対してｎ相（ｎは３以上の整数）のパルス状電圧（駆動波形）を印加して進行波電界を発生させる場合、１相あたりの電圧印加時間が｛繰り返し周期時間×（ｎ−１）／ｎ｝未満となる電圧印加デューティとすることによって、搬送、現像の効率を上げることができる。例えば、３相の駆動波形を用いる場合には、各相の電圧印加時間ｔａを繰り返し周期時間ｔｆの２／３である約６７％未満に設定し、４相の駆動波形を用いる場合には、各相の電圧印加時間を繰り返し周期時間の３／４である７５％未満に設定することが好ましい。
【００５６】
他方、電圧印加デューティは、｛繰り返し周期時間／ｎ｝以上に設定することが好ましい。例えば、３相の駆動波形を用いる場合には、各相の電圧印加時間ｔａを繰り返し周期時間ｔｆの１／３である約３３％以上に設定することが好ましい。
【００５７】
すなわち、注目電極に印加する電圧と進行方向上流側隣接電極及び下流側隣接電極に印加する各電圧との間には、上流側隣接電極が反発、下流側隣接電極が吸引という時間を設定することによって、効率を向上することができる。特に、駆動周波数が高い場合は、｛繰り返し周期時間／ｎ｝以上で｛繰り返し周期時間×(ｎ−１)／ｎ｝未満の範囲内に設定することにより、注目電極上のトナーに対する初期速度が得られやすくなる。
【００５８】
なお、ＥＴ現象のうちのホッピング現象は、静電搬送基板を用いただけでは発生せず、トナー搬送部材２の電極１０２の電極幅ａや電極間間隔Ｒ、電極に印加する駆動波形（電圧）との関係を設定することで発生するものである。この点については、特許文献２などに詳細に説明しているとおりである。
【００５９】
例えば、電極１０２の電極幅ａについては、電極幅ａをトナー径の１倍としたときは、最低１個のトナーを乗せて搬送、ホッピングするための幅寸法であり、これより狭いとトナーに作用する電界が少なくなり、搬送力、飛翔力が低下して実用上は十分でない。また、電極幅ａが広くなるに従って、特に、電極上面中央付近で、電気力線が進行方向（水平方向）に傾斜し、垂直方向の電界の弱い領域が発生し、ホッピングの発生力が小さくなる。電極幅ａがあまり広くなると、極端な場合、トナーの帯電電荷に応じた鏡像力、ファンデルワールス力、水分等による吸着力が勝り、トナーの堆積が発生することがある。
【００６０】
そして、搬送及びホッピングの効率から、電極の上にトナーが２０個程度が載る幅であれば吸着が発生しにくく、１００Ｖ程度の低電圧の駆動波形で効率良く搬送、ホッピングの動作が可能である。それ以上広いと部分的に吸着が発生する領域が生じる。例えば、トナーの平均粒径を５μｍとすると、５μｍ〜１００μｍまでの範囲に相当する。
【００６１】
電極１０２の電極幅ａのより好ましい範囲は、印加電圧が１００Ｖ以下の低電圧でより効率的に駆動するため、トナーの平均粒径の２倍以上〜１０倍以下である。電極幅ａをこの範囲内とすることで、電極表面中央付近の電界強度の低下が１／３以下に抑えられ、ホッピングの効率低下は１０％以下となって、効率の大幅な低下をきたすことがなくなる。これは、例えば、トナーの平均粒径を５μｍとすると、１０μｍ〜５０μｍの範囲に相当する。
【００６２】
さらに、より好ましくは、電極幅ａは、トナーの平均粒径の２倍以上〜６倍以下の範囲である。これは、例えば、トナーの平均粒径を５μｍとすると、１０μｍ〜３０μｍに相当する範囲である。この範囲とすることによって非常に効率が良くなることが判明している。
【００６３】
また、トナーの搬送、ホッピングに作用する力を付与できる電界としては０．５Ｖ／μｍ以上、吸着の問題がない好ましい電界としては１Ｖ／μｍ以上、さらに十分な力を付与できるより好ましい電界としては２Ｖ／μｍ以上の範囲であることが分かっている。
【００６４】
電極間隔Ｗ２については、間隔が広くなるほど搬送方向の電界強度は低下するため、上記電界強度の範囲に対応する値としても同様で、トナーの平均粒径の１倍以上〜２０倍以下、好ましくは２倍以上〜１０倍以下、さらにより好ましくは２倍以上〜６倍以下である。また、ホッピングの効率は電極間隔Ｗ２が広がると低下するが、トナーの平均粒径の２０倍までは実用上のホッピング効率が得られる。トナー平均粒径の２０倍を越えるとやはり多くのトナーの吸着力が無視できなくなり、ホッピングが全く発生しないトナーが発生するため、この点でも電極間隔Ｗ２はトナーの平均粒径の２０倍以下とする必要がある。
【００６５】
また、上述した電極構成による搬送及びホッピングを効率的に行なうことがでるのは、トナーの平均粒径が２〜１０μｍ、Ｑ／ｍが負帯電の場合には−３〜−４０μＣ／ｇ、より好ましくは、−１０〜−３０μＣ／ｇ、正帯電の場合には＋３〜＋４０μＣ／ｇ、より好ましくは、＋１０〜＋３０μＣ／ｇであることが分っている。
【００６６】
さらに、画像部電位Ｖｉと非画像部電位（地肌部電位）Ｖｇとの差が３００Ｖ以下で十分な現像ができるので、従来の現像方式に比較して、小型低コストの帯電器が使用でき、オゾンの発生量も少ないというメリットがある。また、トナー搬送部材２の電極１０２に印加する電圧は、トナーを引き付ける成分の電圧とトナーを反発する成分の電圧がトナー搬送部材２２の隣り合う電極１０２、１０２間に印加されたときに形成されるトナー搬送方向の電界の最大値が２Ｖ／μｍ以上になる電圧とすることによって、トナーの搬送をより確実に行なうことができる。
【００６７】
ところで、ＥＨ現像では、トナー搬送部材２上でトナーをホッピングさせることによって、トナー搬送部材２のトナーに対する吸着力を０にすることで現像を行なうものであるが、単にトナー搬送部材２上でトナーをホッピングにさせるだけでは、ホッピングしたトナーが像担持体１側への進行性を有しているとしても、像担持体１の潜像に付着することの確実性が保証されない。
【００６８】
そこで、像担持体１の潜像の電位（表面電位）とトナー搬送部材２に印加する電位（発生させる電界）との関係を所定の関係に設定する、つまり、像担持体１の潜像の画像部に対してはトナーが像担持体１側に向かい、非画像部に対してはトナーが像担持体１側に向かわない電界を発生させる。これにより、潜像の画像部に対してはトナーが確実に付着し、非画像部に対してはトナーが像担持体１側に向わないので、トナー搬送部材２からホッピングしたトナーが効率的に現像に利用され、飛散を防止でき、低電圧駆動による、色ムラのない、高品質現像を可能にすることができる。
【００６９】
このように、トナーのホッピング現象を利用するＥＨ現像は、像担持体に形成する潜像電位差が、小さい、具体的には、３００Ｖ以下のときにも、地汚れなく、一番現像しにくい孤立１画素まできれいに現像することができる。
【００７０】
これに対して、従来の乾式現像方式では、一成分現像、二成分現像を問わず、画像部と地肌部の電位差は、少なくとも４００Ｖ以上は必要で、通常は、５００〜９００Ｖである。例えば、画像部が＋７００Ｖで、地肌部が＋１００Ｖである（正規現像の場合）。そして、現像ローラに印加する現像バイアス電圧を、この中間の＋４００Ｖとし、画像部との電位差３００Ｖで、現像ローラ（一成分）、またはキャリア（二成分）表面から負帯電トナーを静電力で引き剥がし、画像部に移動させてトナー像を形成させ、地肌部との電位差３００Ｖで、地肌部に付着したトナーを静電力で引き剥がして現像ローラに戻すことで地汚れを防いでいる。
【００７１】
このように、従来の現像方式では、現像ローラやキャリア、または感光体表面に、静電力や鏡像力や液間架橋力やファンデルワールツ力で強固に付着しているトナーを引き剥がして、現像するため、地汚れを解消するために、画像部と地肌部間に大きな電位差必要としてきた。
【００７２】
これに対して、ＥＨ現像においては、トナーはトナー搬送部材より静電力で、像担持体近傍まで打ち上げられる（ホッピング）ので、像担持体側に、現像ローラやキャリアより付着トナーを剥離する力の源となる大きな電位差を準備しておく必要は全くなく、単に、像担持体近傍まで打ち上げられたトナーをさらに引き寄せる電位（画像電位）と、反発する電位（地肌電位、非画像部電位）を形成させておくだけで十分であり、その大きさは、以下に説明するように１００Ｖで可能である。
【００７３】
本発明によって、画像部と地肌部の電位差が３００Ｖ以下の、低電位現像を実用化できるようになり、帯電時のオゾン発生量が減少し、画像露光のレーザー又はＬＥＤなどの光量が下がって、その寿命が延び、低コスト化を図れることになる。また、書き込みのエネルギーが小さいということは、従来の高エネルギーの素子を利用する場合は高速での書き込みが可能であり、従って、２又は４ビームを必要としたレーザー光学系を１ビームとすることで大幅にコストダウンを図れる。あるいは、同一光学系で、画像形成速度を大幅に速くでき、また、転写電圧を低くできるので、オゾン発生量が減少し、転写時のトナー画像の乱れが少なくなり、感光層に加わる電界が下がるので、感光体の寿命が延びる等の大きな効果が得られる。
【００７４】
以下、ホッピングモードのＥＨ現像で、潜像の画像部電位Ｖｉと地肌部電位Ｖｇの電位差を３００Ｖ以下にして、地汚れなしに、孤立最小１画素もしっかり現像できる条件について説明する。
まず、ここで用いる画像形成装置の概要について図１３の模式的説明図を参照して説明する。
【００７５】
この画像形成装置では、例えば、直径６０ｍｍ、電荷移動層の膜厚が１３μｍのＯＰＣドラム２０１をスコロトロン帯電器２０２で帯電し、ＬＤ書き込みユニット２０３から照射するレーザー光で露光することで、ＯＰＣドラム２０１上に静電潜像を形成する。このときのＯＰＣドラム２０１の表面電位は、ＯＰＣドラム２０１の右下（図示せず）に備え付けた表面電位計で測定した。
【００７６】
また、ＯＰＣドラム２０１の直下に現像装置（現像手段）を構成するトナー搬送基板２０４を設けた。ＯＰＣドラム２０１とトナー搬送部材２０４の間隔は３００μｍ、また、ＯＰＣドラム２０１の回転速度は２００ｍｍ／ｓｅｃとした。トナー搬送部材２０４は、成就した図３で説明したと同様な構成で、電極１０２の電極幅Ｗ１は３０μｍで、ピッチｐは６０μｍ（電極間間隔Ｗ２＝３０μｍになる。）である。
【００７７】
そして、移送電界を発生させるために電圧印加手段２０５から前述したような３相の電圧を電極１０２に印加するようにしている。このときの印加電圧は、パルス状電圧であって、相対的にトナーを引き付ける電圧（吸引電圧）Ｖｐとトナーを反発する電圧（反発電圧）Ｖｒが交互に印加される。ここでは、印加電圧の周波数は３ｋＨｚに、デューティ（Ｄｕｔｙ）は５０％とした例で説明する。なお、トナーを静電搬送する力は、印加電圧値ではなく、吸引電圧Ｖｐと反発電圧Ｖｒとの差で決定されるので、Ｖｐ−Ｖｒを一定に保っているかぎり、電圧Ｖｐ、Ｖｒを変えてもトナーの搬送状態は変わらない。
【００７８】
また、トナー搬送部材２０４に対しては、トナー供給装置２０７からトナーＴを供給する。このトナー供給装置２０７は、トナーを攪拌する攪拌スクリュー２０８とメッシュ電極２０９とを備え、攪拌スクリュー２０８にはバイアス電源２１０とバイアス電源２１１によって各バイアス電圧を加算したバイアス電圧を印加し、メッシュ電極２０９にはバイアス電源２１０のバイアス電圧を印加することで、負帯電トナーをトナー搬送部材２０４に供給する。
【００７９】
さらに、給紙された用紙（転写材）にＯＰＣドラム２０１上に形成されたトナー像を転写するための転写ベルト２１４及び転写バイアスローラ２１５などで構成した転写装置２１３を配置し、また、ＯＰＣドラム２０１に残留したトナーを除去するためのクリーニング手段２１６、ＯＰＣドラム２０１に残留した電荷を除去するための除電手段２１７などを配置している。
【００８０】
なお、ここでは、すべて、負帯電トナーが潜像のマイナス電位が低い（絶対値が小さい）部分に付着する反転現像で説明するが、低電位現像を可能とする原理は、正規現像の場合も基本的に同じである。また、使用した現像剤は、２成分現像剤であり、トナーの平均粒径は５〜６μｍ、平均帯電量（比電荷）ｑ／ｍは−２０μＣ／ｇ前後である。
【００８１】
このように構成した装置において、スコロトロン帯電器２０２のグリッドに印加する電圧を、−５０Ｖから−５００Ｖまで変化させ、ＬＤ書き込みユニット２０３のレーザ光量を調整して、暗（地肌）電位Ｖｄと明（画像）電位Ｖｌを測定した。この測定結果を図１４に示している。
【００８２】
この図１４から、このＯＰＣドラム（電荷移動層１３μｍ）２０１で、例えば潜像電位差Ｖｐを１５０Ｖにするためには、グリッド電圧Ｖｇを−１６５Ｖにすればよいことが分かる。このとき、暗電位Ｖｄは、−２１０Ｖ、明電位Ｖｌは−６０Ｖである。なお、ここでは、負帯電トナーでネガポジ（反転）現像を行うので、暗電位が地肌部電位Ｖｇに、明電位が画像部電位Ｖｉになる。また、レーザー光量は、得られたトナー画像を参考に、オーバー露光や、アンダー露光にならないように選択した。
【００８３】
電荷移動層１３μｍのＯＰＣドラム２０１を使用し、ＯＰＣドラム周速を１５０ｍｍ／ｓｅｃ、トナー搬送部材２０４の電極に対する印加電圧を−１８０Ｖ±６０Ｖ、周波数３ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ５０％、潜像電位差１５０Ｖ(暗電位Ｖｄ＝−２１０Ｖ、明電位Ｖｌ＝−６０Ｖ)で、現像ギャップ（トナー搬送部材２０４とＯＰＣドラム２０１間の距離）を５０μｍから７００μｍまで変化させて画像評価を行った。
【００８４】
このときの、ベタ（広い面積の黒画像）画像（光学反射）濃度と地肌濃度を図１５に示している。なお、ＯＰＣドラム２０１上で直接測定することができないため、透明弱粘着テープでＯＰＣドラム２０１上よりトナー像を剥ぎ取り、テープごと白紙に張りつけて、Ｘ−Ｒｉｔｅ社のＸ−Ｒｉｔｅ９３８（商品名）で測定した。
【００８５】
この図１５より、現像ギャップが５０μｍから５００μｍまでの広い範囲で、画像濃度が１．４以上と高く、それより広がっても、７００μｍまで画像濃度が１．２以上あることが分かる。すなわち、ベタ画像濃度に関して言えば、現像ギャップは、５０μｍから５００μｍまで実用範囲である。逆に、地肌に関しては、ギャップ５０μｍを除いて、１００μｍから７００μｍまで実用範囲であることが分かる。
【００８６】
次に、孤立１画素と３×３画素を、現像ギャップを変えて現像し、そのトナー像のドット直径を計測した。この結果を図１６に示している。
【００８７】
この図１６から、同じ１ドットでもそれを構成する画素数が異なり、大きさが異なると、現像ギャップが変わったときの変化が異なることが分かる。すなわち、大ドット(３×３画素）は、現像ギャップの影響をあまり受けずに、５０μｍから７００μｍまで、わずかに小さくなるのに対して、小ドット（孤立１画素）の場合は、現像ギャップが４００μｍ以上で非常に小さくなる。
【００８８】
この原因を明らかにするため、現像ギャップを変えて、１画素潜像と３画素潜像の電界のシミュレーションを行った。この結果を以下に説明する。
シミュレーションは軸対象二次元差分法で行った。この計算方法は、数学的には、ｚとｒの二次元であるが、ｚ軸対称のため、ｚ軸を中心として物理的には三次元空間のシミュレーションになる。計算条件は、実験条件に合わせた。すなわち、ＯＰＣの厚さを１３μｍ、その表面（ベタ地肌）電位を−２１０Ｖ、トナー搬送部材の電極幅Ｗ１を３０μｍ、ピッチｐを６０μｍ、印加電圧を−１８０Ｖ±６０Ｖ、ＯＰＣドラム２０１とトナー搬送部材２０４の間のギャップを５０μｍから７００μｍ、トナーの粒径を７μｍ、比電荷を−２５μＣ／ｇ、潜像の大きさを１画素×１画素（直径４２．３μｍ）と３画素×３画素（直径１２７μｍ）とした（１画素は１／６００インチ）。
【００８９】
この結果のうち、潜像が４２．３μｍと１２７μｍで、ギャップが４００μｍの場合を図１７及び図１８に示している。なお、図１７は直径４２．３μｍの潜像（左上）の形成する電界（現像ギャップ４００μｍ）の模式的説明図であり、図１８は直径１２７μｍの潜像（左上）の形成する電界（現像ギャップ４００μｍ）の模式的説明図である。これらの図１７及び図１８において、上側の細長い帯がＯＰＣ２０１で、下側の長方形がトナー搬送部材２０４の電極１０２である。
【００９０】
ここで、例えば、各図の一番左端（ｚ軸）の−２４０Ｖ（反発電圧）が印加されている電極１０２ａ上のトナー（図示していない）は、静電力で、打ち上げられて上方に飛翔（Hopping）し、左上の潜像（画像部）から発している電気力線に到達すると、あとは、その電気力線を逆にたどって潜像に到達する。
【００９１】
ところが、図１７と図１８から、４２．３μｍ潜像と１２７μｍ潜像から発する電気力線を比較すると、その大きさに大きな違いがあることが分かる。幅が違うのは当然であるが、高さ（ＯＰＣ表面からの距離）もかなり異なっている。潜像から発する電気力線のピークの高さを測ると、４２．３μｍ潜像では５４μｍ（図１７）で、１２７μｍ潜像では１３１μｍ（図１８）であった。
【００９２】
ホッピングされたトナーは、１２７μｍ潜像では４００−１３１＝２６９μｍ飛翔すれば、潜像に到達できるが、４２．３μｍ潜像では、４００−５４＝３４６μｍ飛翔しなければ、潜像に到達できないことになる。
【００９３】
この差が、大ドット（３×３画素１２７μｍ）潜像はギャップ４００μｍでも問題なく現像できたが、小ドット（孤立１画素４２．３μｍ）潜像ではほとんど現像できなかった実験結果につながったと考えられる。
【００９４】
この結果から、現像ギャップは、最小潜像（孤立１画素）の高さ＋トナーのホッピング高さ以内にしなければならないことは明らかである。
【００９５】
次に、ギャップ４００μｍで、４２．３μｍと１２７μｍの潜像の高さは、それぞれ、５４μｍと１３１μｍで、潜像の直径とほぼ等しかったが、このことは、ギャップＧや潜像の大きさが変化しても変わらないか否かを評価するため、ギャップＧと潜像の大きさを変えてシミュレーションし、同様に潜像の高さを測定した。その結果を図１９及び図２０に示している。
【００９６】
これらの図１９及び図２０から、現像ギャップが３００μｍ以上では、現像ギャップによらず、潜像の高さは、ほぼ潜像の直径に等しいことが分かる。
【００９７】
潜像の高さが分かったので、次に、トナーのホッピング高さをシミュレーションで求めた。現像ギャップ４００μｍで、潜像直径４２．３μｍの場合に、反発電圧−２４０Ｖが印加されているｚ軸を含むトナー搬送部材２０４の電極１０２上に、直径７μm、比電荷−２５μＣ／ｇのトナーをおいて、その飛跡から最高到達点を求めた。その結果を図２１に示している。
【００９８】
この図２１において、小正方形記号はシミュレーションの結果で、曲線は次式を示している。なお、同式中、Ｈ：トナーホッピング高さ（μｍ）、Ｅ：水平搬送電界＝（吸引電圧―反発電圧）／電極間間隔Ｗ２（Ｖ／μｍ）である。
Ｈ＝√Ｅ×９６[μｍ]
【００９９】
この図２１から、トナーのホッピング高さは、トナー搬送部材２０４の電極１０２にトナーの吸引電圧と反発電圧の差を電極間間隔Ｗ２で割った水平搬送電界（最大値）のルートに比例することが分かる。
【０１００】
このときの比例定数は、この場合「９６」であるが、トナーの粒径や比電荷が大きくなればより大きくなり、小さくなればより小さくなる。その範囲は、大きいほうで、この定数の約１．５倍、小さい方で、約半分と見積もられる。したがって、トナーのホッピング高さＨの範囲は、水平搬送電界Ｅ（最大値）の関数として、次式のように表わすことができる。
５０×√Ｅ＜Ｈ＜１５０×√Ｅ
【０１０１】
これより、ホッピング高さの実質的な上限値が、水平搬送電界最大値（Ｖ／μｍ）の平方根の１５０倍、最小潜像（孤立１画素）の電界の高さが潜像の直径に等しいことが分かるので、孤立１画素も現像するための現像ギャップＧの上限Ｇｍａｘは、孤立最小画素の直径（μｍ）をＤｍｉｎ、最大水平搬送電界（Ｖ／μｍ）をＥｈｍａｘとしたとき、次式で決まることになる。
Ｇｍａｘ＝Ｄｍｉｎ＋１５０(Ｅｈｍａｘ)１／２[μｍ]
【０１０２】
そして、孤立１画素も現像するための現像ギャップＧの上限Ｇｍａｘは、このＤｍｉｎ＋１５０(Ｅｈｍａｘ)１／２以下であればよいので、現像ギャップＧの上限Ｇｍａｘ≦Ｄｍｉｎ＋１５０(Ｅｈｍａｘ)１／２の関係を満たせばよい。
【０１０３】
例えば、最小画素が６００ｄｐｉの１ドットだとすると、Ｄｍｉｎは４２μｍで、搬送電極間間隔Ｗ２が３０μｍで、その間の電位差が１２０Ｖ（吸引＝−１２０Ｖ、反発＝−２４０Ｖ）であるとすると、Ｅｈｍａｘは４Ｖ／μｍで、現像ギャップ上限Ｇｍａｘは３４２μｍとなる。
【０１０４】
この結果は、６００ｄｐｉの孤立１画素が、現像ギャップ３００μｍでは現像できたが、４００μｍでは現像できなかった実験結果とよく一致している。なお、最大水平搬送電界は、搬送基板の電極間材料の選定により、１０Ｖ／μｍまでは十分可能であり、その時の現像ギャップ上限値は、５００μｍ以上になる。
【０１０５】
次に、現像ギャップＧの下限について説明する。
まず、地汚れが発生した現像ギャップ５０μｍと発生しなかったギャップ１００μｍの現像空間のシミュレーション結果を、図２２及び図２３に示している。なお、シミュレーション方法は、図１７とまったく同じである。
【０１０６】
図２３を見ると、電極１０２のうちの吸引（高）電位（−１２０Ｖ）電極１０２ｂから、ＯＰＣの地肌部（−２１０Ｖ）に向かって電気力線が伸びて地肌部を覆っていることが分かる。負帯電トナーは、この電気力線と逆向きに静電力を受けるので、右から２番目の反発（低）電位電極１０２ａからホッピングされたトナーも、ＯＰＣの手前でこの静電力を受けて失速し、逆に、トナー搬送部材２０４の吸引電極１０２ｂに向かって移動する。このため地汚れが生じることはない。
【０１０７】
これに対して図２２を見ると、同様に、吸引（高）電位電極１０２ｂより電気力線がＯＰＣの地肌部に向かっているが、反発（低）電位電極１０２ａの真上では、この線が、左右どちらからも入っていないことが分かる。すなわち、ここには、負帯電トナーを搬送基板へ押し返す電界が形成されていないので、地汚れが発生したわけである。
【０１０８】
これらの図２２と図２３を比較すると、反発（低）電位電極の両側の吸引（高）電位電極から発した電気力線が、反発（低）電位電極真上のＯＰＣの地肌部に入るためには、現像ギャップはある程度広くなければならないことが分かる。その最小ギャップについて、曲線で描かれている電気力線を直線に置き換えて計算しても実用的には問題はない。その勾配は６０°である。
【０１０９】
そこで、図２４を参照して、隣接する、吸引（高）電位電極１０２ｂの端から発した電気力線が、６０度の勾配で、直線的に上昇すると仮定すると、その先端が、反発（低）電位電極１０２ａ中心の真上の地肌に入るギャップＧは三角形の公式から、電極幅をＷ１（μｍ）、電極間距離をＷ２（μｍ）としたとき、次式で表わされる。
Ｇ＝(Ｗ２＋０．５Ｗ１)×３１／２ [μｍ]
【０１１０】
そして、地肌汚れを生じないためには、ギャップＧが上記の(Ｗ２＋０．５Ｗ１)×３１／２以上であればよいので、Ｇ＝(Ｗ２＋０．５Ｗ１)×３１／２の関係を満たすようにすればよい。
【０１１１】
例えば、Ｗ１＝Ｗ２＝３０μｍとすると、Ｇ＝７８μｍとなる。ギャップＧがこの値より小さいと、左隣の吸引（高）電位電極の端から発した電気力線が、反発（低）電位電極の中心の真上の地肌に入る前に、その左側で、ＯＰＣに到達し、逆に、右側の吸引（高）電位電極の端から発した電気力線は、その右側でＯＰＣに当たり、その結果、その間では、吸引（高）電位電極に向かう電気力線がなく、反発（低）電位電極の中心からホッピングされたトナーが、逆方向の電界に会うことなくここに到達して地汚れとなり、ギャップＧが７８μｍより広ければ、左右の吸引（高）電位電極より発した電気力線は、反発（低）電位電極の中心の真上の地肌の手前で互いに反発して曲がってそこに入るので、その領域に来たトナーはこの電気力線に沿って、搬送基板に向かう静電力を受けるので地汚れは発生しない。
【０１１２】
この結果は、ギャップ５０μｍで地汚れし、１００μｍでしなかった実験結果とよく一致している。
【０１１３】
なお、トナー搬送部材２０４の電極幅Ｗ１と電極間間隔Ｗ２は、３０μｍより、その半分くらいに縮めることは可能なので、実用的な最小現像ギャップは４０μｍくらいである。
【０１１４】
以上の説明では、トナー搬送部材が平板状である場合について説明したものであるが、前記図１又は図２に示すようにトナー搬送部材１２がロール状部材である場合にも同様に当てはまる。
【０１１５】
したがって、像担持体とトナー搬送部材との間の距離をＧ（μｍ）、トナー搬送部材の電極の幅をＷ１（μｍ）、トナー搬送部材の電極の間隔をＷ２（μｍ）としたとき、距離Ｇが、Ｇ≧（Ｗ２＋０．５Ｗ１）×３１／２、の式を満たすことによって、地汚れのない現像を行なうことができる。
【０１１６】
また、像担持体とトナー搬送部材との間の距離をＧ（μｍ）、孤立最小画素の直径をＤｍｉｎ（μｍ）、トナー搬送部材で形成する搬送電界の最大搬送方向電界をＥｈｍａｘ（Ｖ／μｍ）としたとき、距離Ｇが、Ｇ≦Ｄｍｉｎ＋１５０（Ｅｈｍａｘ)１／２、の式を満たすことで、孤立１画素をきれいに現像することができるようになる。
【０１１７】
次に、像担持体の電荷移動層の膜厚と解像力ｒとの関係について図２５をも参照して説明する。
ここでは、前述した図１４で説明したと同様の実験を、電荷移動層の厚さを１３μｍ、１５μｍ、１８μｍ、２３μｍ、２８μｍとした５種類のＯＰＣドラム２０１を準備し、潜像電位差を１５０Ｖに統一し、同一現像条件（トナー搬送部材２０４とＯＰＣドラム２０１との現像ギャップＧを３００μｍ、ＯＰＣドラム周速を１５０ｍｍ／ｓｅｃ、トナー搬送部材２０４の電極に対する印加電圧を−１８０Ｖ±６０Ｖ、周波数３ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ５０％、潜像電位差１５０Ｖ(暗電位Ｖｄ＝−２１０Ｖ、明電位Ｖｌ＝−６０Ｖ)で現像して、画像評価を行った。
【０１１８】
この実験を、上述した６００ｄｐｉの他に、レーザー光学系を代えて、１２００ｄｐｉ、１８００ｄｐｉの解像力（画像密度）についてそれぞれ行った。この結果を図２５に示している。
【０１１９】
この実験によると、６００ｄｐｉの画像について見ると、電荷移動層の厚みによって画像が全くことなるが判明した。特に、一番現像しにくい、孤立最小１画素（書込み６００ｄｐｉで、各黒画素間には３個の白画素が配置されている。）で違いが顕著である。すなわち、電荷移動層厚みが２８μｍの場合は、孤立１画素が形成される位置にトナーがまばらに散らばって濃度の薄いボケたドット画像（ＮＧ画像）になったのに対して、電荷移動層厚みが１３μｍ、１５μｍ、１８μｍと薄い場合には、トナーが所定の位置に密に集中して濃度の濃いシャープなドット画像となった。電荷移動層厚みが２３μｍの場合は、この中間で、少しボケていた。
【０１２０】
次に、１２００ｄｐｉの画像について見ると、今度は、６００ｄｐｉで少しボケていた電荷移動層厚みが２３μｍの場合は、濃度の低いボケたドット画像（ＮＧ）となり、電荷移動層厚みが１８μｍの場合は、少しボケたドットとなった。
【０１２１】
さらに、１８００ｄｐｉの画像について見ると、今度は、電荷移動層厚みが１８μｍの場合もＮＧ画像となり、電荷移動層厚みが１５μｍの場合のドットも少しボケたが、電荷移動層厚みが１３μｍの場合は相変わらず高濃度でシャープのドット画像が得られた。
【０１２２】
この結果に基づくと、低電位潜像の、孤立最小１画素まで、高濃度にシャープに現像するためには、電荷発生層が内部（下側）にある像担持体の場合、解像力をｒ（ｄｐｉ）としたとき、電荷移動層の厚さｔｇは、ｔｇ≦７２００／ｒ＋１３ [μｍ]、の式を満たしていることが必要であることが判明した。より、好ましくは、ｔｇ≦７２００／ｒ＋１０ [μｍ]の式を満たしていることである。
【０１２３】
電荷移動層の厚さｔｇが厚いほど、ドット画像がボケて現像されたのは、電荷発生層で発生した電荷（この場合は、正孔）が、電荷移動層を移動するときに、同極性のためクーロン斥力で互いに反発し、その外殻の電荷が、横に広がりながら移動するためと考えられている。電荷移動層の厚さが厚いほど、移動距離が長くなるので、横へのシフトが大きくなって、１画素潜像が広がる（ボケる）訳である。また、像担持体（ＯＰＣ）表面に到達する正孔の分布が広がる結果、その密度も下がり、そのため、ドット潜像の深さが浅くなる（たとえば、暗電位−２１０Ｖから、正孔の広がりがなければ、−８０Ｖまで下がった明電位が、−１００Ｖまでしか下がらなくなる）。この結果、現像されるトナー量も減って濃度が薄くなる。
【０１２４】
従来の現像方式においては、例えば、暗電位が−８７０Ｖと高く、明電位（ベタで約−１２０Ｖ）との間に７５０Ｖもの電位差があったので問題にならなかったが、本発明で用いるＥＨ現像においては、明暗電位差が、例えば、１５０Ｖしかない場合は、現像されたトナーで生じるトナー電位の影響を無視できない。特に、孤立最小１画素の場合は、その差は、ベタ電位差１５０Ｖのさらに２／３〜１／２に下がるので、現像された帯電トナーから生じるトナー電位Ｖｔの影響は大きくなる。
【０１２５】
例えば、−２０μＣ／ｇに帯電したトナーが、十分な画像濃度を与える０．５ｍｇ／ｃｍ２の密度で像担持体表面に載ったとき、その電位は、電荷移動層厚みが１３μｍのＯＰＣでは、−５５Ｖであるが、電荷移動層厚みが２８μｍのＯＰＣでは、−１２０Ｖにも達する。孤立最小１画素の電位の深さは約８０Ｖと見積もられるので、電界移動層厚みが２８μｍのＯＰＣで濃度が薄くなったのは、必要とされるトナー量の半分程度がドット潜像に付着した時点で、潜像の電界がほとんど消滅して後続のトナーが現像に参加できなかったためと推測される。
【０１２６】
一方、電荷移動層厚みが１３μｍのＯＰＣの場合には、必要なトナーが潜像ドットに集まっても、まだ少し現像できる電位差が残されているので、高濃度のドットが現像されたと推測される。
【０１２７】
また、電荷移動層の厚さが同じでも、解像力が高いほど、孤立最小１画素のドットが、より低濃度に、アンシャープになったのも、これが原因と考えられる。すなわち、１２００ｄｐｉでは、６００ｄｐｉのときの、パルス幅の１／２のパルス幅で露光し、１８００ｄｐｉでは、１／３で露光したわけであるが、そのとき、１画素のピーク露光強度も低下して、潜像が浅くなり十分現像できなくなったと考えられる。
【０１２８】
すなわち、低電位現像の場合には、電荷移動層の厚さｔｇは、クーロン斥力による正孔雲の横方向への広がりよりも、トナー電位Ｖｔとの関係で、孤立最小１画素も高濃度に現像できるように決められるべきであり、図２５がその結果である。
【０１２９】
この結果、この画像形成装置によって、画像部と地肌部の電位差が３００Ｖ以下の低電位現像を実用化することができ、帯電時のオゾン発生量が減少し、画像露光のレーザー又はＬＥＤなどの光量が下がって、その寿命が延び、そのコストを低減できる。また、書き込みのエネルギーが小さいということは、高速での書き込みが可能であり、従って、２又は４ビームを必要としたレーザー光学系を１ビームとすることで大幅にコストダウンができる。また、転写電圧を低くできるので、オゾン発生量が減少し、転写時のトナー画像の乱れが少なくなり、感光層に加わる電界が下がるので、感光体の寿命が延びる等の大きな効果が期待できる。
【０１３０】
さらに、搬送電極のディメンションと印加電圧で決定される搬送電界の強さに対し、現像ギャップを適正に設定することで、潜像電位差が小さい低電位現像であるＥＨ現像においても、地汚れなく、孤立１画素まできれいな現像を行なうことができる。特に、ＥＨ現像を用いることによって直径わずか約３０μｍの１２００ｄｐｉの孤立１ドットをも現像することができるようになる。
【０１３１】
次に、本発明に係るプロセスカートリッジ及び同プロセスカートリッジを備える本発明に係る画像形成装置の一例について図２６を参照して説明する。
この画像形成装置は、像担持体、帯電手段、現像手段としての本発明に係る現像装置、クリーニング手段を備えた作像手段であるブラック（Ｋ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）のトナー像を形成するプロセスカートリッジ５０１Ｋ、５０１Ｍ、５０1Ｃ、５０１Ｙ（以下、区別しないときには単に「プロセスカートリッジ５０１」という。なお、他も同じである。）と、光書込み装置５０２Ｋ、５０２Ｍ、５０２Ｃ、５０２Ｙと、転写材５０６を搬送する搬送ベルト５０３Ａ及びプロセスカートリッジ５０１Ｋ、５０１Ｍ、５０1Ｃ、５０１Ｙに搬送ベルト５０３Ａを挟んで対向する転写ローラ５０３Ｂｋ、５０３Ｂｍ、５０３Ｂｃ、５０３Ｂｙと、定着装置５０４と、転写材５０６を収容する給紙装置５０５とを備えている。
【０１３２】
ここで、光書込み装置５０２Ｋ、５０２Ｍ、５０２Ｃ、５０２Ｙは画像情報に従ってプロセスカートリッジ５０１Ｋ、５０１Ｍ、５０1Ｃ、５０１Ｙの帯電後の像担持体に潜像を書き込むためのものであり、ポリゴンを用いた光走査装置やＬＥＤアレイ等、種々のものを使用することができる。
【０１３３】
搬送ベルト５０３Ａは、搬送ローラ５１１、従動ローラ５１２及びテンションローラ５１３，５１４間に架け渡され、搬送ローラ５１１の回転により矢示方向に周回移動する。そして、搬送ローラ５１１と対向して転写材５０６を搬送ベルト５０３Ａ上に吸着させるための吸着ローラ５１５を配置し、また、搬送ベルト５０３Ａの出口側には搬送ベルト５０３Ａにトナー像を形成したときのパターンを検出するＰセンサ５１６を配置している。
【０１３４】
転写ローラ５０３Ｂｋ、５０３Ｂｍ、５０３Ｂｃ、５０３Ｂｙは、少なくとも芯金と芯金を被覆する導電性弾性層とを有し、導電性弾性層はポリウレタンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンポリエチレン（ＥＰＤＭ）等の弾性材料に、カーボンブラック、酸化亜鉛、酸化スズ等の導電性付与剤を配合分散して電気抵抗値（体積抵抗率）を１０６〜１０10Ω・ｃｍの中抵抗に調整した弾性体ローラである。
【０１３５】
定着装置５０４は、加熱ローラ５０４ａ及びこれに対向して加圧ローラ５０４ｂを備えている。
【０１３６】
そして、この画像形成装置において、通常の画像形成動作では、給紙装置５０５から供給される記録用紙等の転写材５０６は吸着ローラ５１５に所定の電圧が印加されることで転写体である転写材搬送ベルト５０３Ａに吸着させられる。転写材５０６は転写材搬送ベルト５０３Ａに担持された状態で転写材搬送ベルト５０３Ａとともに移動し、移動中にプロセスカートリッジ５０１Ｋ、５０１Ｍ、５０1Ｃ、５０１Ｙから順次各色のトナー像が転写させられ、転写材５０６上にカラーのトナー像が形成される。転写材５０６が搬送ベルト５０３Ａを通過して定着装置５０４に到達すると、転写材５０６上のトナー像は加熱ローラ５０４ａ及び加圧ローラ５０４ｂに挟まれつつ加熱されることで転写材５０６上に定着させられ、転写材５０６上に可視像が定着形成される。その後、カラー画像が形成された転写材５０６は装置本体５１０上部の排紙部５０７に排出される。
【０１３７】
また、各色トナー像の色ずれやトナー濃度の調整を行なうモードでは、作像ユニット５０１Ｋ、５０１Ｍ、５０1Ｃ、５０１Ｙから転写材搬送ベルト５０３Ａ上に直接所定パターンのトナー像が形成され、Ｐセンサ５１６によってそのトナーパターンが検出され、その検出結果に基づいて書込みタイミングや現像バイアスの変更などが行なわれ、最適なカラー画像を得ることができる状態に調整させられる。転写材搬送ベルト５０３Ａ上のトナーパターンは吸着ローラ５１５に印加されたバイアスによって帯電極性を整えられた後、転写ローラ５０３Ｂｋ、５０３Ｂｍ、５０３Ｂｃ、５０３Ｂｙに印加された電圧によってプロセスカートリッジ５０１Ｋ、５０１Ｍ、５０1Ｃ、５０１Ｙに回収される。
【０１３８】
次に、本発明にプロセスカートリッジ５０１について図２７を参照して説明する。なお、図２７は同プロセスカートリッジの拡大説明図である。
このプロセスカートリッジ５０１は、像担持体５２１と、接触帯電部材５３１と、前述した第１実施形態の一例で説明した現像装置５４１（なお、他の現像装置でも良い。）と、クリーニング装置５５１とを備えている。
【０１３９】
像担持体５２１は、負帯電の有機感光体であり、図示しない回転駆動機構によって矢印方向（図で反時計回り方向）に回転されるようにして備えられている。接触帯電部材５３１は、芯金上に、ウレタン樹脂、導電性粒子としてのカーボンブラック、硫化剤、発泡剤等を処方した中抵抗の発泡ウレタン層をローラ状に形成した可撓性の帯電ローラである。接触帯電部材（帯電ローラ）５３１の芯金上に形成される中抵抗層としては、上記の発泡ウレタン層に限定されるものではなく、ウレタン、エチレン−プロピレン−ジエンポリエチレン（ＥＰＤＭ）、ブタジエンアクリロニトリルゴム（ＮＢＲ）、シリコーンゴムや、イソプレンゴム等に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ことができる。
【０１４０】
クリーニング装置５５１は、像担持体５２１の回転方向に対してカウンタ方向で当接させられたクリーニングブレード５５２と、クリーニングされたトナー粒子を廃トナーとして収納する廃トナー格納部５５３などを備えている。
【０１４１】
次に、このように構成したプロセスカートリッジ５０１の動作について説明する。
この画像形成装置は、複写機及びプリンタとして機能することができる複合機であり、複写機として機能するときには、スキャナから読み込まれた画像情報がＡ／Ｄ変換、ＭＴＦ補正、階調処理等の種々の画像処理を施されて書込みデータに変換される。プリンタとして機能するときには、コンピュータ等から転送されるページ記述言語やビットマップ等の形式の画像情報に対して画像処理が施され書込みデータに変換される。
【０１４２】
そして、画像形成に先駆けて、像担持体５２１は表面の移動速度が所定の速度となるように、図２５の矢印方向すなわち反時計回り方向に回転を始める。また帯電ローラ５３１は像担持体５２１に対してつれまわり回転させられる。このとき帯電ローラ５３１の芯金には帯電バイアス印加電源から−１００Ｖの直流電圧および振幅１２００Ｖ周波数２ｋＨｚの交流電圧が印加され、これにより像担持体５２１の表面が約−１００Ｖに帯電させられる。
【０１４３】
帯電させられた像担持体５２１に対し、光書込み装置５０２は書込みデータに応じてレーザー光５０２ａを照射して露光を行なう。すなわち、光照射によって画像部の電位を変化させることで光照射されなかった非画像部の電位との差を発生させ、この電位コントラストによる静電潜像を形成する。
【０１４４】
光書込み装置５０２によって像担持体５２１上に形成された静電潜像は本発明に係る現像装置５４１によって現像され、画像部にトナー粒子が付着することによってトナー像として像担持体５２１上に可視化される。
【０１４５】
像担持体５２１上に形成させられたトナー像が転写ローラ５０３Ｂと像担持体５２１との対向部である転写部に到達するのとタイミングを合わせて給紙装置５０５から転写材５０６が搬送され、像担持体５２１上のトナー像は転写ローラ５０３Ｂに印加された電圧により転写材５０６へと転写される。トナー像が転写された転写材５０６は定着装置５０４によって定着処理され転写材５０６上にカラー画像が出力される。
【０１４６】
一方、転写されずに像担持体５２１上に残留したトナー（転写残トナー）はクリーニング装置５５１によって清掃され、清掃後の像担持体５２１表面は次回の画像形成のために使用される。
【０１４７】
そして、これらのブラック、マゼンタ、シアン、イエローのトナー像を形成するためのプロセスカートリッジ５０１Ｋ、５０１Ｍ、５０１Ｃ、５０１Ｙは、画像形成装置本体５１０から着脱可能としている。つまり、プロセスカートリッジ５０１Ｋ、５０１Ｍ、５０１Ｃ、５０１Ｙは、図２８に示すように、転写材搬送ベルト５０３Ａが装置本体５１０から開放退避することで、開放された空間から着脱可能となっており、ユーザーによる交換が可能となっている。
【０１４８】
次に、本発明に係る現像装置を備える本発明に係る画像形成装置の他の例について図２９及び図３０を参照して説明する。なお、図２６と同じ機能を果たす要素については同じ符号を付して、特に必要がない限りその説明は省略する。
この画像形成装置では、負帯電の有機感光体をベルト形状に構成したベルト状像担持体５６１を備え、このベルト状像担持体５６１は、駆動ローラ５６２、従動ローラ５６３及び転写対向ローラ５６４間に架け渡され、図示しない回転駆動機構によって矢印方向に周回移動される。
【０１４９】
このベルト状像担持体５６１には、ベルト状像担持体５６１を帯電させる帯電装置５６５Ｋ、５６５Ｍ、５６５Ｃ、５６５Ｙと、ベルト状像担持体５６１上の静電潜像を現像する本発明に係る現像装置である現像カートリッジ５６６Ｋ、５６６Ｍ、５６６Ｃ、５６６Ｙとが、それぞれ各色ごとに対向しており、像担持体５２１の移動にしたがって順次トナー像を像担持体５６１上に重ねていくように構成されている（１パスカラー）。
【０１５０】
また、現像カートリッジ５６６Ｋ、５６６Ｍ、５６６Ｃ、５６６Ｙのトナー搬送部材２にベルト状像担持体５６１を挟んで対向する位置に対向ローラ５６７Ｋ、５６７Ｍ、５６７Ｃ、５６７Ｙを配置している。さらに、転写対向ローラ５６４にベルト状像担持体５６１を挟んで対向する位置に転写ローラ５６８を配置している。
【０１５１】
帯電装置５６５は像担持体５６１の表面を一様帯電させるためのものであり、本実施形態ではコロナ帯電方式を採用している。コロナ帯電のように非接触の帯電手段を用いれば、上流側の現像カートリッジ５６６によって形成されたトナー像を乱すことなく像担持体５６１を帯電させることができる。
【０１５２】
現像カートリッジ５６６は、本発明に係る現像装置であり、多少の形状の変更はあるが上記実施形態で説明した現像装置と同じである。ここで、ブラック、マゼンタ、シアン、イエローのトナー像を現像するための現像カートリッジ５６６Ｋ、５６６Ｍ、５６６Ｃ、５６６Ｙは、図２９に示すように、像担持体５６１が装置本体５１０から開放退避することで、開放された空間から着脱可能となっており、ユーザーによる交換が可能となっている。
【０１５３】
この画像形成装置においては、画像形成時には、帯電装置５６５によって像担持体５６１表面が一様に帯電させられる。すでに像担持体５６１上にトナー像が形成されている場合でも、トナー像を含め像担持体５６１の表面が一様帯電させられる。次いで、光書込み装置５０２から画像情報に応じた光ビームが照射される。光ビームは帯電装置５６５と現像カートリッジ５６６の間を通過するため、すでに一様帯電させられた像担持体５６１に対して光ビームが照射されることとなり、負帯電性の感光体である像担持体５６１の表面では画像部に対応する領域が除電されて潜像が形成される。
【０１５４】
現像カートリッジ５６６は第１実施形態と同様に像担持体５６１上に形成された潜像の画像部にトナー粒子を付着させ、潜像をトナー像として可視化する。以上の帯電、光ビーム照射、現像の工程が前述のように各現像カートリッジとの対向部において繰り返され、像担持体５６１上に４色のトナー像が重ねられたフルカラー画像が形成される。
【０１５５】
一方、給紙装置５０５から送られた転写材５０６が像担持体５６１と転写ローラ５６８との接触部へと搬送され、当該接触部において像担持体５６１上に形成されたフルカラー画像が転写ローラ５６８に印加された電圧によって転写材５０６上に転写される。その後、転写材５０６は定着装置５０４に到達すると、転写材５０６上のトナー像は加熱ローラ５０４ａ及び加圧ローラ５０４ｂに挟まれつつ加熱されることで転写材５０６上に定着させられ、転写材５０６上にフルカラーの可視像が形成される。
【０１５６】
なお、本発明は、中間転写ベルト、転写ドラム、中間転写ドラムなどを用いたカラー画像形成装置、モノクロ画像形成装置などにも適用可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０１５７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る画像形成装置の現像装置部分の一例を示す模式的構成図である。
【図２】同実施形態の現像装置部分の他の例を示す模式的構成図である。
【図３】同実施形態のトナー搬送部材の一例を説明する説明図である。
【図４】同トナー搬送部材の電極配置の説明に供する説明図である。
【図５】同トナー搬送部材による搬送原理の説明に供する駆動波形の一例を示す説明図である。
【図６】同じくトナー搬送の一例を説明する説明図である。
【図７】同じくトナー搬送の具体例を説明する説明図である。
【図８】同じくトナー搬送部材に対する電圧印加手段の構成の一例を説明するブロック図である。
【図９】同トナー搬送部材の搬送領域に印加する電圧波形の一例を示す説明図である。
【図１０】同トナー搬送部材の現像領域に印加する電圧波形の一例を示す説明図である。
【図１１】同トナー搬送部材の現像領域に印加する電圧波形の他の例を示す説明図である。
【図１２】同トナー搬送部材の搬送領域に印加する電圧波形の更に他の例を示す説明図である。
【図１３】実験に供した装置構成の説明に供する説明図である。
【図１４】グリッド電圧と暗電位、明電位、潜像電位差の関係の測定結果を示す説明図である。
【図１５】現像ギャップＧと光学反射濃度の関係の測定結果を示す説明図である。
【図１６】現像ギャップと現像されたドットのサイズの関係の測定結果を示す説明図である。
【図１７】直径４２．３μｍの潜像が形成する電界の説明に供する説明図である。
【図１８】直径１２７μｍの潜像が形成する電界の説明に供する説明図である。
【図１９】現像ギャップＧと潜像高さの関係の説明に供する説明図である。
【図２０】現像直径と潜像高さの関係の説明に供する説明図である。
【図２１】水平搬送電界の最大値とホッピング高さの関係の説明に供する説明図である。
【図２２】現像ギャップＧが５０μｍのときの地肌部対応現像空間における電界の説明に供する説明図である。
【図２３】現像ギャップＧが１００μｍのときの地肌部対応現像空間における電界の説明に供する説明図である。
【図２４】電極幅、電極間間隔と最小現像ギャップＧの説明に供する説明図である。
【図２５】書込み画素密度と電荷移動量厚さｔｇとの関係における現像ドットの品質評価結果を示す説明図である。
【図２６】本発明に係るプロセスカートリッジを備えた本発明に係る画像形成装置の第２実施形態を説明する構成図である。
【図２７】同プロセスカートリッジの説明に供する説明図である。
【図２８】同画像形成装置のプロセスカートリッジの脱着の説明に供する説明図である。
【図２９】本発明に係る現像装置からなる現像カートリッジを備えた本発明に係る画像形成装置の第３実施形態を説明する構成図である。
【図３０】同画像形成装置の現像カートリッジの脱着の説明に供する説明図である。
【符号の説明】
【０１５８】
１…像担持体
２…トナー搬送部材
３、１３…現像剤担持体
４…収容部
５Ａ、５Ｂ…攪拌スクリュー
７…現像剤規制部材
１１…第１電圧印加手段
１２…第２電圧印加手段
１０２…電極
２０１…ＯＰＣドラム
２０４…トナー搬送部材（トナー搬送基板）
５０１Ｋ、５０１Ｍ、５０１Ｃ、５０１Ｙ…プロセスカートリッジ
５０２Ｋ、５０２Ｍ、５０２Ｃ、５０２Ｙ…光書込み装置
５０３Ａ…転写材搬送ベルト
５０３Ｂｋ、５０３Ｂｍ、５０３Ｂｃ、５０３Ｂｙ…転写ローラ
５０４…定着装置
５０５…給紙装置
５０６…転写材
５０７…排紙部
５２１…像担持体
５３１…帯電装置
５４１…現像装置
５５１…クリーニング装置
５６１…像担持体
５６５Ｋ、５６５Ｍ、５６５Ｃ、５６５Ｙ…帯電装置
５６６Ｋ、５６６Ｍ、５６６Ｃ、５６６Ｙ…現像カートリッジ
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像形成装置及びプロセスカートリッジに関し、特に粉体を進行波電界によって移送して静電潜像を現像する画像形成装置及びプロセスカートリッジに関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、プリンタ／ファックス／複写機複合機等の各種画像形成装置として、像担持体を帯電させ、静電潜像を形成して、この静電潜像に着色体などの粉体（以下「トナー」又は「トナー粒子」という。）を付着させて現像し、トナー像を被記録媒体（転写材、用紙、記録紙、中間転写体などを含む意味である。）に転写する電子写真プロセスを用いる画像形成装置が知られている。
【０００３】
このような画像形成装置において、特許文献１に記載されているように、所定間隔を有して複数配列されている電極に対して多相電圧を印加して進行波電界を形成することによって、現像剤を搬送する現像剤搬送手段を備え、静電潜像をその表面に担持する像担持体に対向する現像領域に、該現像搬送手段が配置されている現像装置において、上記現像搬送手段は複数の電極をエンドレスループ状に配列し、該複数の電極は、複数のユニットに分割して配列されるとともにユニットごとの電圧印加を制御する手段を設け、ユニット個別に多相電圧を印加することが可能に構成されているものがある。
【特許文献１】特許第３５３０１２４号公報
【０００４】
また、本出願人は、特許文献２、３に記載しているように、静電気力による粉体の水平方向の移動（搬送）と垂直方向の移動（ホッピング）を含む現象であり、静電搬送部材の表面を、移相電界によって粉体が進行方向の成分を持って飛び跳ねる現象を利用した現像方式を用いる現像装置を提案している。この現像装置は、像担持体上に粉体を付着させて像担持体上の潜像を現像するための現像装置において、像担持体に対向して配置され、粉体を移動させる進行波電界を発生させるための複数の電極を有する搬送部材を備え、搬送部材の電極には、粉体が潜像の画像部に対しては像担持体側に向かい、非画像部に対しては粉体が像担持体と反対側に向かう方向の電界を形成するｎ相の電位が印加されるようにしたものである。
【特許文献２】特開２００４−１９８６７５号公報
【特許文献３】特開２００２−２５８６０１号公報
【０００５】
なお、画像形成装置としては、特許文献４に記載されているように、像担持体と現像ローラとの間にＤＣとＡＣの重畳電圧を印加して、非接触で現像ローラから像担持体にトナーを転移させる所謂ジャンピング現像と称する方式で現像するもの、特許文献５、６に記載されているように、静電搬送基板を用いて、トナーを像担持体に対向する位置まで搬送し、振動、浮遊、スモーク化させて、像担持体との間で生じる吸引力で搬送面からトナーを分離して像担持体表面に付着させるようにしたもの、特許文献７に記載されているように電界カーテンを用いるものもある。
【特許文献４】特開平９−３２９９４７号公報
【特許文献５】特公平５−３１１４６号公報
【特許文献６】特公平５−３１１４７号公報
【特許文献７】特開平３−２１９６７号公報
【０００６】
また、現像装置の現像バイアスに関して、特許文献１０に記載されているように、バイアス電源の出力側に並列接続されたコンデンサＣ１及び抵抗器Ｒを直列に挿入することによって現像バイアスのピーク間電圧を像担持体と現像剤担持体間の静電容量Ｃ２の変動に応じて変化させ、且つ、静電容量Ｃ２と並列に可変コンデンサＣ３を挿入した画像形成装置がある。
【特許文献８】特許第３３７６１９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、電子写真プロセスを用いる画像形成装置における現在及び将来の課題は、画質とコストと環境をいかにして満足するかということである。画質について言えば、カラー画像を形成する場合に、直径わずか約３０μｍの１２００ｄｐｉの孤立１ドットをいかに現像するか、それも好ましくは、地汚れなしに現像するかということである。また、コストについて言えば、パーソナルのレーザプリンタを考えた場合、現像器や現像剤の単体コストのみならず、メンテナンス及び最終処分費用まで含めたトータルのコストを下げることが重要になる。さらに、環境について言えば、特に、微小粉末であるトナーが装置内や装置外に飛散することを防止することが重要になる。
【０００８】
上述した本出願人の出願に係る特許文献２などで既に提案している、静電搬送部材の表面を、移相電界（進行波電界）によって粉体が進行方向の成分を持って飛び跳ねる（ホッピング）現象（ＥＨ：Electrostatic transport＆Hopping）を利用したＥＨ現像は、像担持体と非接触の一方向現像方式であり、低電圧現像が可能になる極めて優れた現像方式である。
【０００９】
本発明は上記の電子写真プロセスを用いる画像形成装置において、ＥＨ現像によって孤立１画素の現像、地汚れのない現像を行なう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を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、本発明に係る画像形成装置は、像担持体上に形成された潜像にトナーを付着させて現像する画像形成装置において、所定の間隔で並べて配置された複数の電極に多相の電圧が印加されることで形成される搬送電界によって像担持体との対向域にトナーを搬送するトナー搬送部材を備え、像担持体が電荷発生層と電荷移動層を有し、電荷発生層が内部にある場合、電荷移動層の厚さｔｇ（μｍ）が、解像力をｒ（ｄｐｉ）としたとき、ｔｇ≦８４００／ｒ＋１３、の式を満たしている構成とした。
【００１１】
ここで、潜像の画像部電位と地肌部電位との差が３００Ｖ以下であることが好ましい。
【００１２】
本発明に係るプロセスカートリッジは、少なくとも像担持体と、この像担持体上に形成された潜像にトナーを付着させて現像する現像手段とを含み、画像形成装置本体に対して着脱自在なプロセスカートリッジにおいて、現像手段は、所定の間隔で並べて配置された複数の電極に多相の電圧が印加されることで形成される搬送電界によって像担持体との対向域にトナーを搬送するトナー搬送部材を備え、像担持体が電荷発生層と電荷移動層を有し、電荷発生層が内部にある場合、電荷移動層の厚さｔｇ（μｍ）が、解像力をｒ（ｄｐｉ）としたとき、ｔｇ≦８４００／ｒ＋１３、の式を満たしている構成とした。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る画像形成装置及びプロセスカートリッジによれば、所定の間隔で並べて配置された複数の電極に多相の電圧が印加されることで形成される搬送電界によって像担持体との対向域にトナーを搬送するトナー搬送部材を備え、像担持体が電荷発生層と電荷移動層を有し、電荷発生層が内部にある場合、電荷移動層の厚さｔｇ（μｍ）が、解像力をｒ（ｄｐｉ）としたとき、ｔｇ≦８４００／ｒ＋１３、の式を満たしている構成としたので、地汚れなく、孤立１画素まできれいな現像が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。先ず、本発明に係る画像形成装置の第１実施形態の一例ついて図１を参照して説明する。なお、図１は同画像形成装置の現像装置部分の模式的構成図である。
現像装置は、磁性キャリアと非磁性トナーから成る二成分現像剤を用いる現像装置であり、所定の間隔で配置された複数の電極に多相の電圧が印加されることで形成される搬送電界によって、静電潜像が形成される像担持体１との対向領域にトナーを搬送するローラ状に形成したトナー搬送部材２と、このトナー搬送部材２に対向し、トナー搬送部材２に対してトナーを供給するトナー供給手段である現像剤担持体３と、この現像剤担持体３で供給するトナー及び磁性キャリアを収容する現像剤収容部４とを備えている。この場合、トナー搬送部材２は像担持体１及び現像剤担持体３に対して径方向の反対側の領域で対向している配置としている。なお、トナー搬送部材２は回転せず、外周面をトナーが矢示方向に搬送電界（移相電界）で搬送される。一方、現像剤担持体３は矢示方向に回転する。
【００１５】
現像剤収容部４は、２室に分けられており、各室は現像装置内の両端部の図示しない現像剤通路によって連通している。この現像剤収容部４には二成分現像剤が収容されており、各室にある攪拌搬送スクリュー５Ａ、５Ｂによって攪拌されながら現像剤収容部４内を搬送されている。
【００１６】
また、現像剤収容部４には図示しないトナー収容部から現像剤を補給するためのトナー補給口６を設けている。そして、現像剤収容部４には現像剤の透磁率を検知する図示しないトナー濃度センサ（図示せず）が設置されており、現像剤の濃度を検知している。現像剤収容部４のトナー濃度が減少すると、トナー補給口６から現像剤収容部４にトナーが補給される。
【００１７】
現像剤担持体３は、現像剤収容部４の攪拌搬送スクリュー５Ａと対向する領域に配置されている。現像剤担持体３の内部には、固定された磁石が配置されおり、現像剤担持体３の回転と磁力によって、現像剤収容部４内の現像剤は現像剤担持体３表面に汲み上げられる。
【００１８】
また、現像剤の汲み上げ領域より現像剤担持体３の回転方向（矢示方向）下流側でトナー搬送部材２との対向領域より上流側には、現像剤担持体３と対向する領域に現像剤層規制部材７を設け、汲み上げ領域で汲み上げたれた現像剤を一定量の現像剤層厚に規制される。そして、現像剤層規制部材７を通った現像剤は現像剤担持体３の回転に伴って、トナー搬送部材２と対向する領域まで搬送される。
【００１９】
ここで、現像剤担持体３には、第１電圧印加手段１１によって供給バイアスが印加されている。また、トナー搬送ローラには、第２電圧印加手段１２によって後述するように電極に電圧が印加されている。
【００２０】
これにより、現像剤担持体３とトナー搬送ローラが対向する領域においては、第１、第２電圧印加手段１１、１２によってトナー搬送ローラと現像剤担持体３との間に電界が生じている。その電界からの静電気力を受け、トナーはキャリアから解離し、トナー搬送ローラ２表面に移動する。そして、トナー搬送部材２表面に達したトナーは、第２電圧印加手段１２が印加する電圧によって形成される搬送電界によって、トナー搬送部材２表面上をホッピングしながら搬送される（移動する）。
【００２１】
次いで、潜像担持体１と対向する領域まで搬送電界によって搬送されたトナーは、トナー搬送部材２と潜像担持体１上の画像部との間の現像電界によって、潜像担持体１上に移動して潜像担持体１上の潜像を可視像化（現像）する。
【００２２】
このように、磁性キャリアと非磁性のトナーから成る二成分現像剤を用いた現像装置では、キャリアとの接触摩擦によってトナーが帯電するため、帯電が安定する。また、現像においてトナーの供給量が多いため、高速現像に適している。したがって、二成分現像剤を用いることによって、帯電の安定したトナーを大量にトナー搬送部材に供給することができる。
【００２３】
ここで、像担持体１とトナー搬送部材２との間の距離をＧ（μｍ）、トナー搬送部材２の電極の幅をＷ１（μｍ）、トナー搬送部材２の電極の間隔をＷ２（μｍ）としたとき、像担持体１とトナー搬送部材２との間の距離Ｇは、Ｇ≧（Ｗ２＋０．５Ｗ１）×３１／２、の式を満たしている。また、孤立最小画素の直径をＤｍｉｎ（μｍ）、トナー搬送部材２で形成する搬送電界の最大搬送方向電界をＥｈｍａｘ（Ｖ／μｍ）としたとき、像担持体１とトナー搬送部材２との間の距離Ｇは、Ｇ≦Ｄｍｉｎ＋１５０（Ｅｈｍａｘ)１／２、の式をも満たしている。これによって、地肌汚れのない孤立１ドットのきれいな現像も行なうことができるようになる。
【００２４】
また、像担持体１は、電荷発生層と電荷移動層を有し、電荷発生層が内部にあり、電荷移動層の厚さｔｇ（μｍ）が、解像力をｒ（ｄｐｉ）としたとき、ｔｇ≦８４００／ｒ＋１３、の式を満たしている構成としている。これにより、確実に、地汚れなく、孤立１画素まできれいな現像が可能となる。
【００２５】
次に、本発明に係る画像形成装置の第１実施形態の他の例について図２を参照して説明する。なお、図２は同画像形成装置の現像装置部分の模式的構成図である。
この現像装置は、非磁性トナーから成る一成分現像剤を用いる現像装置であり、静電潜像が形成される像担持体１との対向領域にトナーを搬送するローラ状に形成したトナー搬送部材２と、このトナー搬送部材２に対向し、トナー搬送部材２に対してトナーを供給するトナー供給手段である現像剤担持体１３と、この現像剤担持体１３で供給するトナーを収容する現像剤収容部１４とを備えている。この場合、トナー搬送部材２は像担持体１及び現像剤担持体３に対して径方向の反対側の領域で対向している配置としている。なお、トナー搬送部材２は回転せず、外周面をトナーが矢示方向に搬送電界（移相電界）で搬送される。一方、現像剤担持体１３は矢示方向に回転する。
【００２６】
現像剤収容部１４にはトナー補給ローラ１５Ａ、１５Ｂを備え、トナーはトナー補給ローラ１５Ａと現像剤担持体１３とによる摩擦帯電などによって、静電気力によって現像剤担持体１３上に汲み上げられる。そして、現像剤担持体１３上のトナーは現像剤層規制部材７によって薄層化され、現像剤担持体１３の回転に伴ってトナー搬送部材２と対向する領域に搬送される。
【００２７】
ここでも、現像剤担持体１３には、第１電圧印加手段１１によって供給バイアスが印加されている。また、トナー搬送部材２には、第２電圧印加手段１２によって後述するように電極に電圧が印加されている。
【００２８】
これにより、現像剤担持体１３とトナー搬送部材２が対向する領域においては、第１、第２電圧印加手段１１、１２によってトナー搬送部材２と現像剤担持体１３との間に電界が生じている。その電界からの静電気力を受け、トナーは現像剤担持体１３表面から解離し、トナー搬送部材２表面に移動する。そして、トナー搬送部材２表面に達したトナーは、第２電圧印加手段１２が印加する電圧によって形成される搬送電界によって、トナー搬送部材２表面上をホッピングしながら搬送される。
【００２９】
そして、潜像担持体１と対向する領域まで搬送電界によって搬送されたトナーは、トナー搬送部材２と潜像担持体１上の画像部との間の現像電界によって、潜像担持体１上に移動して潜像担持体１上の潜像を可視像化（現像）する。
【００３０】
このように、現像剤として、トナーから成る一成分現像剤を用いることもできる。二成分現像剤の場合、現像剤担持体の回転や磁気穂がトナー搬送部材に衝突する衝撃によって、磁気穂を形成しているキャリアの一部が切れてトナー搬送部材に移動し、供給部でトナー搬送部材の表面に付着してしまうおそれがある。これに対し、一成分現像剤の場合、キャリアを用いていないので、トナー搬送部材表面へのキャリアの付着という問題は起こらず、また、一成分現像剤の場合、現像剤収容部が簡単な構成となるため、現像装置を小型化・低コスト化することができる。
【００３１】
ここでも、像担持体１とトナー搬送部材２との間の距離をＧ（μｍ）、トナー搬送部材２の電極の幅をＷ１（μｍ）、トナー搬送部材２の電極の間隔をＷ２（μｍ）としたとき、像担持体１とトナー搬送部材２との間の距離Ｇは、Ｇ≧（Ｗ２＋０．５Ｗ１）×３１／２、の式を満たしている。また、孤立最小画素の直径をＤｍｉｎ（μｍ）、トナー搬送部材２で形成する搬送電界の最大搬送方向電界をＥｈｍａｘ（Ｖ／μｍ）としたとき、像担持体１とトナー搬送部材２との間の距離Ｇは、Ｇ≦Ｄｍｉｎ＋１５０（Ｅｈｍａｘ)１／２、の式をも満たしている。これによって、地肌汚れのない孤立１ドットのきれいな現像も行なうことができるようになる。
【００３２】
また、像担持体１は、電荷発生層と電荷移動層を有し、電荷発生層が内部にあり、電荷移動層の厚さｔｇ（μｍ）が、解像力をｒ（ｄｐｉ）としたとき、ｔｇ≦８４００／ｒ＋１３、の式を満たしている構成としている。これにより、確実に、地汚れなく、孤立１画素まできれいな現像が可能となる。
【００３３】
ここで、トナー搬送部材２の詳細について図３以降を参照して説明する。図３は、同トナー搬送部材２の像担持体１側表面を拡大した断面図である。
このトナー搬送部材２は、支持基板１０１上に複数の電極１０２、１０２、１０２……を、ｎ本を１セットとして、トナー移動方向に沿って所要の間隔で配置し、この上に静電搬送面１０３ａを形成する絶縁性の静電搬送面形成部材となり、電極１０２の表面を覆う保護膜となる、無機又は有機の絶縁性材料で形成した表面保護層１０３を積層したものである。
【００３４】
支持基板１０１としては、ガラス基板、樹脂基板或いはセラミックス基板等の絶縁性材料からなる基板、或いは、ＳＵＳなどの導電性材料からなる基板に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板などを用いることができる。
【００３５】
電極１０２は、支持基板１０１上に、Ａｌ、Ｎｉ−Ｃｒ等の導電性材料を０．１〜１０μｍ厚、好ましくは０．５〜２．０μｍで成膜し、これをフォトリソ技術等を用いて所要の電極形状にパターン化して形成している。これらの複数の電極１０２のトナー搬送方向における幅（電極幅）Ｗ１は移動させる粉体の平均粒径の１倍以上２０倍以下とし、かつ、電極１０２、１０２のピッチｐも移動させるトナーの平均粒径の１倍以上２０倍以下としている（図４参照）。
【００３６】
表面保護層１０３としては、例えばＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＴｉＯ４、ＳｉＯＮ、ＢＮ、ＴｉＮ、Ｔａ２Ｏ５などを厚さ０．５〜１０μｍ、好ましくは厚さ０．５〜３μｍで成膜して形成している。また、無機ナイトライド化合物、例えばＳｉＮ、Ｂｎ、Ｗなどを用いることができる。特に、表面水酸基が増えると帯電トナーの帯電量が搬送途中で下がる傾向にあるので、表面水酸基（ＳｉＯＨ、シラトール基）が少ない無機ナイトライド化合物が好ましい。
【００３７】
図３において、各電極１０２から伸びる線は各電極１０２に電圧を印加するための導電線をあらわしており、各線の重なる部分のうち黒丸で示した部分だけが電気的に接続されており、他の部分は電気的に絶縁状態である。各電極１０２に対しては、本体側の電圧印加手段（駆動回路）１０４からｎ相の異なる駆動電圧Ｖ１１〜Ｖ１３、Ｖ２１〜Ｖ２３が印加される。なお、本実施形態では３相の駆動電圧が印加される場合（ｎ＝３）について説明するが、本発明はトナーが搬送される限りにおいて、多相（ｎ相）がｎ＞２を満たす任意の自然数ｎについて適用可能である。
【００３８】
また、トナー搬送部材２の各電極１０２は現像装置１０側の接点Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３，Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３のいずれかに接続されており、各接点Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３，Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３は、現像装置１０が画像形成装置本体に装着された状態においては、それぞれ駆動波形Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３、Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３を与える本体側の電圧印加手段２２と接続される。
【００３９】
トナー搬送部材２は、トナーを像担持体１近傍まで移送し、また現像領域通過後の現像に寄与しなかったトナーを回収するための搬送領域（回収領域を含む）、像担持体１の潜像にトナーを付着させてトナー像を形成するための現像領域とに分けられる。
【００４０】
現像領域は、像担持体１に近接した領域のみに存在し、搬送領域はトナー搬送部材２の周上、現像領域以外の全域に存在する。本発明では、トナーが移相電界によって移動可能な領域を「静電搬送面」という。本実施形態の場合、トナー搬送部材２の周表面全体が静電搬送面である。
【００４１】
搬送領域では第２電圧印加手段２２によって各電極１０２に駆動波形Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３が印加され、現像領域では第２電圧印加手段２２によって各電極１０２に駆動波形Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３が印加される。
【００４２】
そこで、トナー搬送部材２におけるトナーの静電搬送の原理について説明する。トナー搬送部材２の複数の電極１０２に対してｎ相のパルス状電圧を印加することにより、複数の電極１０２によって移相電界（進行波電界）が発生し、トナー搬送部材２上の帯電したトナーは反発力及び／又は吸引力を受けて移送方向に移動する。
【００４３】
例えば、トナー搬送部材２の複数の電極１０２に対して図５に示すように、グランドＧ（０Ｖ）と正の電圧＋との間で変化するＡ相、Ｂ相、Ｃ相の３相のパルス状駆動波形（電圧）を、タイミングをずらして印加する。
【００４４】
このとき、図６に示すように、トナー搬送部材２上に負帯電トナーＴがあり、トナー搬送部材２の連続した複数の電極１０２にそれぞれ「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」が印加された（同図（ａ））とすると、負帯電トナーＴは「＋」の電極１０２上に位置する。次のタイミングで複数の電極１０２にはそれぞれ「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」が印加され（同図（ｂ））、負帯電トナーＴには左側の「Ｇ」の電極１０２との間で反発力が、右側の「＋」の電極１０２との間で吸引力がそれぞれ作用するので、負帯電トナーＴは「＋」の電極１０２側に移動する。さらに、次のタイミングで複数の電極１０２には、同図（ｃ）に示すように、それぞれ「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」が印加され、負帯電トナーＴには同様に反発力と吸引力がそれぞれ作用するので、負帯電トナーＴは更に「＋」の電極１０２側に移動する。
【００４５】
これについて図７を参照して具体的に説明すると、同図（ａ）に示すように、トナー搬送部材２の電極Ａ〜Ｆがいずれも０Ｖ（Ｇ）で、トナー搬送部材２上に負帯電トナーＴが載っている状態から、同図（ｂ）に示すように電極Ａ、Ｄに「＋」が印加されると、負帯電トナーＴは電極Ａ及び電極Ｄに吸引されて電極Ａ、Ｄ上に移る。次のタイミングで、同図（ｃ）に示すように、電極Ａ、Ｄがいずれも「０」になり、電極Ｂ、Ｅに「＋」が印加されると、電極Ａ、Ｄ上のトナーＴは反発力を受けるとともに、電極Ｂ、Ｅの吸引力を受けることになって、負帯電トナーＴは電極Ｂ及び電極Ｅに移送される。さらに、次のタイミングで、同図（ｄ）に示すように、電極Ｂ、Ｅがいずれも「０」になり、電極Ｃ、Ｆに「＋」が印加されると、電極Ｂ、Ｅ上のトナーＴは反発力を受けるとともに、電極Ｃ、Ｆの吸引力を受けることになって、負帯電トナーＴは電極Ｃ及び電極Ｆに移送される。このように進行波電界によって負帯電トナーは順次図において右方向に移送されることになる。
【００４６】
このように複数の電極１０２に電圧の変化する多相（ｎ相）の駆動波形（電圧）を印加することで、トナー搬送部材２上には進行波電界が発生し、負帯電トナーはこの進行波電界の進行方向に移動する。なお、正帯電トナーの場合には駆動波形の変化パターンを逆にすることで同様に同方向に移動する。
【００４７】
次に、第２電圧印加手段２２の一例について図８を参照して説明する。
この電圧印加手段２２は、パルス信号を生成出力するパルス信号発生回路１０５と、このパルス信号発生回路１０５からのパルス信号を入力して駆動波形であるパルス状電圧Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３を生成出力する波形増幅器１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃと、パルス信号発生回路１０５からのパルス信号を入力して駆動波形Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３を生成出力する波形増幅器１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃとを有する。
【００４８】
パルス信号発生回路１０５は、例えばロジックレベルの入力パルスを受けて、各１２０°に位相シフトした２組みパルスで、次段の波形増幅器１０６ａ〜１０６ｃ、１０７ａ〜１０７ｃに含まれるスイッチング手段、例えばトランジスタを駆動して１００Ｖのスイッチングを行なうことができるレベルの出力電圧１０〜１５Ｖのパルス信号を生成して出力する。
【００４９】
波形増幅器１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃは、搬送領域の各電極１０２に対して、３相の駆動波形（駆動パルス）Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３を印加し、波形増幅器１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃは、現像領域の各電極１０２に対して、３相の駆動波形（駆動パルス）Ｖ２１、ｖ２２、Ｖ２３を印加する。
【００５０】
ここで、トナー搬送部材２の搬送領域では、各電極１０２に対して、図９に示すように、各相の＋１００Ｖの印加時間ｔａを繰り返し周期ｔｆの１／３である約３３％に設定した（これを「搬送電圧パターン」という。）３相の駆動波形（駆動パルス）Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３を印加する。この駆動波形は搬送領域においてトナーを高速搬送させるのに適した波形である。
【００５１】
また、現像領域では、各電極１０２に対して、図１０又は図１１に示すように、各相の＋１００Ｖ（又は−１００Ｖ）の印加時間ｔａを繰り返し周期ｔｆの２／３である約６７％に設定した（これを「ホッピング電圧（又は現像電圧）パターン」という）３相の駆動波形（駆動パルス）Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３を印加する。現像領域ではトナー粒子を積極的に像担持体に向かって打ち上げることが好ましく、図１０の駆動波形はトナー粒子を打ち上げるのに適している。
【００５２】
さらに、ホッピング電圧パターンとしては、図１２に示すように、パルス状電圧と直流バイアスとを重畳した波形の電圧を用いることもできる。図１２に示す波形は、−５０ＶのＤＣ電圧をバイアスし、−５０Ｖ〜−１５０Ｖの駆動波形とした。なお、同図では相対的に＋の時間が３３％デューティの波形としている。
【００５３】
なお、現像電圧パターンの駆動波形を印加した場合でも、０Ｖ電極のセンターに位置したトナー以外は、横方向への力も受けるため、すべてのトナーがいっせいに高く打ち上げられるというものではなく、水平方向に移動するトナーもあり、逆に、搬送電圧パターンの駆動波形を印加した場合でも、トナーの位置によっては、大きな角度で斜めに打ち上げられて水平に移動するよりも上昇距離の方が大きいものがある。
【００５４】
したがって、搬送領域において各電極１０２に印加する駆動波形パターンは前述した図９に示す搬送電圧パターンに限られるものではなく、また、現像領域１２の各電極１０２に印加する駆動波形パターンも前述した図１０ないし図１２に示す現像電圧パターンに限られるものではない。
【００５５】
なお、駆動波形は３相の場合について説明したが、これをｎ相に一般化すると、次のようになる。すなわち、各電極に対してｎ相（ｎは３以上の整数）のパルス状電圧（駆動波形）を印加して進行波電界を発生させる場合、１相あたりの電圧印加時間が｛繰り返し周期時間×（ｎ−１）／ｎ｝未満となる電圧印加デューティとすることによって、搬送、現像の効率を上げることができる。例えば、３相の駆動波形を用いる場合には、各相の電圧印加時間ｔａを繰り返し周期時間ｔｆの２／３である約６７％未満に設定し、４相の駆動波形を用いる場合には、各相の電圧印加時間を繰り返し周期時間の３／４である７５％未満に設定することが好ましい。
【００５６】
他方、電圧印加デューティは、｛繰り返し周期時間／ｎ｝以上に設定することが好ましい。例えば、３相の駆動波形を用いる場合には、各相の電圧印加時間ｔａを繰り返し周期時間ｔｆの１／３である約３３％以上に設定することが好ましい。
【００５７】
すなわち、注目電極に印加する電圧と進行方向上流側隣接電極及び下流側隣接電極に印加する各電圧との間には、上流側隣接電極が反発、下流側隣接電極が吸引という時間を設定することによって、効率を向上することができる。特に、駆動周波数が高い場合は、｛繰り返し周期時間／ｎ｝以上で｛繰り返し周期時間×(ｎ−１)／ｎ｝未満の範囲内に設定することにより、注目電極上のトナーに対する初期速度が得られやすくなる。
【００５８】
なお、ＥＴ現象のうちのホッピング現象は、静電搬送基板を用いただけでは発生せず、トナー搬送部材２の電極１０２の電極幅ａや電極間間隔Ｒ、電極に印加する駆動波形（電圧）との関係を設定することで発生するものである。この点については、特許文献２などに詳細に説明しているとおりである。
【００５９】
例えば、電極１０２の電極幅ａについては、電極幅ａをトナー径の１倍としたときは、最低１個のトナーを乗せて搬送、ホッピングするための幅寸法であり、これより狭いとトナーに作用する電界が少なくなり、搬送力、飛翔力が低下して実用上は十分でない。また、電極幅ａが広くなるに従って、特に、電極上面中央付近で、電気力線が進行方向（水平方向）に傾斜し、垂直方向の電界の弱い領域が発生し、ホッピングの発生力が小さくなる。電極幅ａがあまり広くなると、極端な場合、トナーの帯電電荷に応じた鏡像力、ファンデルワールス力、水分等による吸着力が勝り、トナーの堆積が発生することがある。
【００６０】
そして、搬送及びホッピングの効率から、電極の上にトナーが２０個程度が載る幅であれば吸着が発生しにくく、１００Ｖ程度の低電圧の駆動波形で効率良く搬送、ホッピングの動作が可能である。それ以上広いと部分的に吸着が発生する領域が生じる。例えば、トナーの平均粒径を５μｍとすると、５μｍ〜１００μｍまでの範囲に相当する。
【００６１】
電極１０２の電極幅ａのより好ましい範囲は、印加電圧が１００Ｖ以下の低電圧でより効率的に駆動するため、トナーの平均粒径の２倍以上〜１０倍以下である。電極幅ａをこの範囲内とすることで、電極表面中央付近の電界強度の低下が１／３以下に抑えられ、ホッピングの効率低下は１０％以下となって、効率の大幅な低下をきたすことがなくなる。これは、例えば、トナーの平均粒径を５μｍとすると、１０μｍ〜５０μｍの範囲に相当する。
【００６２】
さらに、より好ましくは、電極幅ａは、トナーの平均粒径の２倍以上〜６倍以下の範囲である。これは、例えば、トナーの平均粒径を５μｍとすると、１０μｍ〜３０μｍに相当する範囲である。この範囲とすることによって非常に効率が良くなることが判明している。
【００６３】
また、トナーの搬送、ホッピングに作用する力を付与できる電界としては０．５Ｖ／μｍ以上、吸着の問題がない好ましい電界としては１Ｖ／μｍ以上、さらに十分な力を付与できるより好ましい電界としては２Ｖ／μｍ以上の範囲であることが分かっている。
【００６４】
電極間隔Ｗ２については、間隔が広くなるほど搬送方向の電界強度は低下するため、上記電界強度の範囲に対応する値としても同様で、トナーの平均粒径の１倍以上〜２０倍以下、好ましくは２倍以上〜１０倍以下、さらにより好ましくは２倍以上〜６倍以下である。また、ホッピングの効率は電極間隔Ｗ２が広がると低下するが、トナーの平均粒径の２０倍までは実用上のホッピング効率が得られる。トナー平均粒径の２０倍を越えるとやはり多くのトナーの吸着力が無視できなくなり、ホッピングが全く発生しないトナーが発生するため、この点でも電極間隔Ｗ２はトナーの平均粒径の２０倍以下とする必要がある。
【００６５】
また、上述した電極構成による搬送及びホッピングを効率的に行なうことがでるのは、トナーの平均粒径が２〜１０μｍ、Ｑ／ｍが負帯電の場合には−３〜−４０μＣ／ｇ、より好ましくは、−１０〜−３０μＣ／ｇ、正帯電の場合には＋３〜＋４０μＣ／ｇ、より好ましくは、＋１０〜＋３０μＣ／ｇであることが分っている。
【００６６】
さらに、画像部電位Ｖｉと非画像部電位（地肌部電位）Ｖｇとの差が３００Ｖ以下で十分な現像ができるので、従来の現像方式に比較して、小型低コストの帯電器が使用でき、オゾンの発生量も少ないというメリットがある。また、トナー搬送部材２の電極１０２に印加する電圧は、トナーを引き付ける成分の電圧とトナーを反発する成分の電圧がトナー搬送部材２２の隣り合う電極１０２、１０２間に印加されたときに形成されるトナー搬送方向の電界の最大値が２Ｖ／μｍ以上になる電圧とすることによって、トナーの搬送をより確実に行なうことができる。
【００６７】
ところで、ＥＨ現像では、トナー搬送部材２上でトナーをホッピングさせることによって、トナー搬送部材２のトナーに対する吸着力を０にすることで現像を行なうものであるが、単にトナー搬送部材２上でトナーをホッピングにさせるだけでは、ホッピングしたトナーが像担持体１側への進行性を有しているとしても、像担持体１の潜像に付着することの確実性が保証されない。
【００６８】
そこで、像担持体１の潜像の電位（表面電位）とトナー搬送部材２に印加する電位（発生させる電界）との関係を所定の関係に設定する、つまり、像担持体１の潜像の画像部に対してはトナーが像担持体１側に向かい、非画像部に対してはトナーが像担持体１側に向かわない電界を発生させる。これにより、潜像の画像部に対してはトナーが確実に付着し、非画像部に対してはトナーが像担持体１側に向わないので、トナー搬送部材２からホッピングしたトナーが効率的に現像に利用され、飛散を防止でき、低電圧駆動による、色ムラのない、高品質現像を可能にすることができる。
【００６９】
このように、トナーのホッピング現象を利用するＥＨ現像は、像担持体に形成する潜像電位差が、小さい、具体的には、３００Ｖ以下のときにも、地汚れなく、一番現像しにくい孤立１画素まできれいに現像することができる。
【００７０】
これに対して、従来の乾式現像方式では、一成分現像、二成分現像を問わず、画像部と地肌部の電位差は、少なくとも４００Ｖ以上は必要で、通常は、５００〜９００Ｖである。例えば、画像部が＋７００Ｖで、地肌部が＋１００Ｖである（正規現像の場合）。そして、現像ローラに印加する現像バイアス電圧を、この中間の＋４００Ｖとし、画像部との電位差３００Ｖで、現像ローラ（一成分）、またはキャリア（二成分）表面から負帯電トナーを静電力で引き剥がし、画像部に移動させてトナー像を形成させ、地肌部との電位差３００Ｖで、地肌部に付着したトナーを静電力で引き剥がして現像ローラに戻すことで地汚れを防いでいる。
【００７１】
このように、従来の現像方式では、現像ローラやキャリア、または感光体表面に、静電力や鏡像力や液間架橋力やファンデルワールツ力で強固に付着しているトナーを引き剥がして、現像するため、地汚れを解消するために、画像部と地肌部間に大きな電位差必要としてきた。
【００７２】
これに対して、ＥＨ現像においては、トナーはトナー搬送部材より静電力で、像担持体近傍まで打ち上げられる（ホッピング）ので、像担持体側に、現像ローラやキャリアより付着トナーを剥離する力の源となる大きな電位差を準備しておく必要は全くなく、単に、像担持体近傍まで打ち上げられたトナーをさらに引き寄せる電位（画像電位）と、反発する電位（地肌電位、非画像部電位）を形成させておくだけで十分であり、その大きさは、以下に説明するように１００Ｖで可能である。
【００７３】
本発明によって、画像部と地肌部の電位差が３００Ｖ以下の、低電位現像を実用化できるようになり、帯電時のオゾン発生量が減少し、画像露光のレーザー又はＬＥＤなどの光量が下がって、その寿命が延び、低コスト化を図れることになる。また、書き込みのエネルギーが小さいということは、従来の高エネルギーの素子を利用する場合は高速での書き込みが可能であり、従って、２又は４ビームを必要としたレーザー光学系を１ビームとすることで大幅にコストダウンを図れる。あるいは、同一光学系で、画像形成速度を大幅に速くでき、また、転写電圧を低くできるので、オゾン発生量が減少し、転写時のトナー画像の乱れが少なくなり、感光層に加わる電界が下がるので、感光体の寿命が延びる等の大きな効果が得られる。
【００７４】
以下、ホッピングモードのＥＨ現像で、潜像の画像部電位Ｖｉと地肌部電位Ｖｇの電位差を３００Ｖ以下にして、地汚れなしに、孤立最小１画素もしっかり現像できる条件について説明する。
まず、ここで用いる画像形成装置の概要について図１３の模式的説明図を参照して説明する。
【００７５】
この画像形成装置では、例えば、直径６０ｍｍ、電荷移動層の膜厚が１３μｍのＯＰＣドラム２０１をスコロトロン帯電器２０２で帯電し、ＬＤ書き込みユニット２０３から照射するレーザー光で露光することで、ＯＰＣドラム２０１上に静電潜像を形成する。このときのＯＰＣドラム２０１の表面電位は、ＯＰＣドラム２０１の右下（図示せず）に備え付けた表面電位計で測定した。
【００７６】
また、ＯＰＣドラム２０１の直下に現像装置（現像手段）を構成するトナー搬送基板２０４を設けた。ＯＰＣドラム２０１とトナー搬送部材２０４の間隔は３００μｍ、また、ＯＰＣドラム２０１の回転速度は２００ｍｍ／ｓｅｃとした。トナー搬送部材２０４は、成就した図３で説明したと同様な構成で、電極１０２の電極幅Ｗ１は３０μｍで、ピッチｐは６０μｍ（電極間間隔Ｗ２＝３０μｍになる。）である。
【００７７】
そして、移送電界を発生させるために電圧印加手段２０５から前述したような３相の電圧を電極１０２に印加するようにしている。このときの印加電圧は、パルス状電圧であって、相対的にトナーを引き付ける電圧（吸引電圧）Ｖｐとトナーを反発する電圧（反発電圧）Ｖｒが交互に印加される。ここでは、印加電圧の周波数は３ｋＨｚに、デューティ（Ｄｕｔｙ）は５０％とした例で説明する。なお、トナーを静電搬送する力は、印加電圧値ではなく、吸引電圧Ｖｐと反発電圧Ｖｒとの差で決定されるので、Ｖｐ−Ｖｒを一定に保っているかぎり、電圧Ｖｐ、Ｖｒを変えてもトナーの搬送状態は変わらない。
【００７８】
また、トナー搬送部材２０４に対しては、トナー供給装置２０７からトナーＴを供給する。このトナー供給装置２０７は、トナーを攪拌する攪拌スクリュー２０８とメッシュ電極２０９とを備え、攪拌スクリュー２０８にはバイアス電源２１０とバイアス電源２１１によって各バイアス電圧を加算したバイアス電圧を印加し、メッシュ電極２０９にはバイアス電源２１０のバイアス電圧を印加することで、負帯電トナーをトナー搬送部材２０４に供給する。
【００７９】
さらに、給紙された用紙（転写材）にＯＰＣドラム２０１上に形成されたトナー像を転写するための転写ベルト２１４及び転写バイアスローラ２１５などで構成した転写装置２１３を配置し、また、ＯＰＣドラム２０１に残留したトナーを除去するためのクリーニング手段２１６、ＯＰＣドラム２０１に残留した電荷を除去するための除電手段２１７などを配置している。
【００８０】
なお、ここでは、すべて、負帯電トナーが潜像のマイナス電位が低い（絶対値が小さい）部分に付着する反転現像で説明するが、低電位現像を可能とする原理は、正規現像の場合も基本的に同じである。また、使用した現像剤は、２成分現像剤であり、トナーの平均粒径は５〜６μｍ、平均帯電量（比電荷）ｑ／ｍは−２０μＣ／ｇ前後である。
【００８１】
このように構成した装置において、スコロトロン帯電器２０２のグリッドに印加する電圧を、−５０Ｖから−５００Ｖまで変化させ、ＬＤ書き込みユニット２０３のレーザ光量を調整して、暗（地肌）電位Ｖｄと明（画像）電位Ｖｌを測定した。この測定結果を図１４に示している。
【００８２】
この図１４から、このＯＰＣドラム（電荷移動層１３μｍ）２０１で、例えば潜像電位差Ｖｐを１５０Ｖにするためには、グリッド電圧Ｖｇを−１６５Ｖにすればよいことが分かる。このとき、暗電位Ｖｄは、−２１０Ｖ、明電位Ｖｌは−６０Ｖである。なお、ここでは、負帯電トナーでネガポジ（反転）現像を行うので、暗電位が地肌部電位Ｖｇに、明電位が画像部電位Ｖｉになる。また、レーザー光量は、得られたトナー画像を参考に、オーバー露光や、アンダー露光にならないように選択した。
【００８３】
電荷移動層１３μｍのＯＰＣドラム２０１を使用し、ＯＰＣドラム周速を１５０ｍｍ／ｓｅｃ、トナー搬送部材２０４の電極に対する印加電圧を−１８０Ｖ±６０Ｖ、周波数３ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ５０％、潜像電位差１５０Ｖ(暗電位Ｖｄ＝−２１０Ｖ、明電位Ｖｌ＝−６０Ｖ)で、現像ギャップ（トナー搬送部材２０４とＯＰＣドラム２０１間の距離）を５０μｍから７００μｍまで変化させて画像評価を行った。
【００８４】
このときの、ベタ（広い面積の黒画像）画像（光学反射）濃度と地肌濃度を図１５に示している。なお、ＯＰＣドラム２０１上で直接測定することができないため、透明弱粘着テープでＯＰＣドラム２０１上よりトナー像を剥ぎ取り、テープごと白紙に張りつけて、Ｘ−Ｒｉｔｅ社のＸ−Ｒｉｔｅ９３８（商品名）で測定した。
【００８５】
この図１５より、現像ギャップが５０μｍから５００μｍまでの広い範囲で、画像濃度が１．４以上と高く、それより広がっても、７００μｍまで画像濃度が１．２以上あることが分かる。すなわち、ベタ画像濃度に関して言えば、現像ギャップは、５０μｍから５００μｍまで実用範囲である。逆に、地肌に関しては、ギャップ５０μｍを除いて、１００μｍから７００μｍまで実用範囲であることが分かる。
【００８６】
次に、孤立１画素と３×３画素を、現像ギャップを変えて現像し、そのトナー像のドット直径を計測した。この結果を図１６に示している。
【００８７】
この図１６から、同じ１ドットでもそれを構成する画素数が異なり、大きさが異なると、現像ギャップが変わったときの変化が異なることが分かる。すなわち、大ドット(３×３画素）は、現像ギャップの影響をあまり受けずに、５０μｍから７００μｍまで、わずかに小さくなるのに対して、小ドット（孤立１画素）の場合は、現像ギャップが４００μｍ以上で非常に小さくなる。
【００８８】
この原因を明らかにするため、現像ギャップを変えて、１画素潜像と３画素潜像の電界のシミュレーションを行った。この結果を以下に説明する。
シミュレーションは軸対象二次元差分法で行った。この計算方法は、数学的には、ｚとｒの二次元であるが、ｚ軸対称のため、ｚ軸を中心として物理的には三次元空間のシミュレーションになる。計算条件は、実験条件に合わせた。すなわち、ＯＰＣの厚さを１３μｍ、その表面（ベタ地肌）電位を−２１０Ｖ、トナー搬送部材の電極幅Ｗ１を３０μｍ、ピッチｐを６０μｍ、印加電圧を−１８０Ｖ±６０Ｖ、ＯＰＣドラム２０１とトナー搬送部材２０４の間のギャップを５０μｍから７００μｍ、トナーの粒径を７μｍ、比電荷を−２５μＣ／ｇ、潜像の大きさを１画素×１画素（直径４２．３μｍ）と３画素×３画素（直径１２７μｍ）とした（１画素は１／６００インチ）。
【００８９】
この結果のうち、潜像が４２．３μｍと１２７μｍで、ギャップが４００μｍの場合を図１７及び図１８に示している。なお、図１７は直径４２．３μｍの潜像（左上）の形成する電界（現像ギャップ４００μｍ）の模式的説明図であり、図１８は直径１２７μｍの潜像（左上）の形成する電界（現像ギャップ４００μｍ）の模式的説明図である。これらの図１７及び図１８において、上側の細長い帯がＯＰＣ２０１で、下側の長方形がトナー搬送部材２０４の電極１０２である。
【００９０】
ここで、例えば、各図の一番左端（ｚ軸）の−２４０Ｖ（反発電圧）が印加されている電極１０２ａ上のトナー（図示していない）は、静電力で、打ち上げられて上方に飛翔（Hopping）し、左上の潜像（画像部）から発している電気力線に到達すると、あとは、その電気力線を逆にたどって潜像に到達する。
【００９１】
ところが、図１７と図１８から、４２．３μｍ潜像と１２７μｍ潜像から発する電気力線を比較すると、その大きさに大きな違いがあることが分かる。幅が違うのは当然であるが、高さ（ＯＰＣ表面からの距離）もかなり異なっている。潜像から発する電気力線のピークの高さを測ると、４２．３μｍ潜像では５４μｍ（図１７）で、１２７μｍ潜像では１３１μｍ（図１８）であった。
【００９２】
ホッピングされたトナーは、１２７μｍ潜像では４００−１３１＝２６９μｍ飛翔すれば、潜像に到達できるが、４２．３μｍ潜像では、４００−５４＝３４６μｍ飛翔しなければ、潜像に到達できないことになる。
【００９３】
この差が、大ドット（３×３画素１２７μｍ）潜像はギャップ４００μｍでも問題なく現像できたが、小ドット（孤立１画素４２．３μｍ）潜像ではほとんど現像できなかった実験結果につながったと考えられる。
【００９４】
この結果から、現像ギャップは、最小潜像（孤立１画素）の高さ＋トナーのホッピング高さ以内にしなければならないことは明らかである。
【００９５】
次に、ギャップ４００μｍで、４２．３μｍと１２７μｍの潜像の高さは、それぞれ、５４μｍと１３１μｍで、潜像の直径とほぼ等しかったが、このことは、ギャップＧや潜像の大きさが変化しても変わらないか否かを評価するため、ギャップＧと潜像の大きさを変えてシミュレーションし、同様に潜像の高さを測定した。その結果を図１９及び図２０に示している。
【００９６】
これらの図１９及び図２０から、現像ギャップが３００μｍ以上では、現像ギャップによらず、潜像の高さは、ほぼ潜像の直径に等しいことが分かる。
【００９７】
潜像の高さが分かったので、次に、トナーのホッピング高さをシミュレーションで求めた。現像ギャップ４００μｍで、潜像直径４２．３μｍの場合に、反発電圧−２４０Ｖが印加されているｚ軸を含むトナー搬送部材２０４の電極１０２上に、直径７μm、比電荷−２５μＣ／ｇのトナーをおいて、その飛跡から最高到達点を求めた。その結果を図２１に示している。
【００９８】
この図２１において、小正方形記号はシミュレーションの結果で、曲線は次式を示している。なお、同式中、Ｈ：トナーホッピング高さ（μｍ）、Ｅ：水平搬送電界＝（吸引電圧―反発電圧）／電極間間隔Ｗ２（Ｖ／μｍ）である。
Ｈ＝√Ｅ×９６[μｍ]
【００９９】
この図２１から、トナーのホッピング高さは、トナー搬送部材２０４の電極１０２にトナーの吸引電圧と反発電圧の差を電極間間隔Ｗ２で割った水平搬送電界（最大値）のルートに比例することが分かる。
【０１００】
このときの比例定数は、この場合「９６」であるが、トナーの粒径や比電荷が大きくなればより大きくなり、小さくなればより小さくなる。その範囲は、大きいほうで、この定数の約１．５倍、小さい方で、約半分と見積もられる。したがって、トナーのホッピング高さＨの範囲は、水平搬送電界Ｅ（最大値）の関数として、次式のように表わすことができる。
５０×√Ｅ＜Ｈ＜１５０×√Ｅ
【０１０１】
これより、ホッピング高さの実質的な上限値が、水平搬送電界最大値（Ｖ／μｍ）の平方根の１５０倍、最小潜像（孤立１画素）の電界の高さが潜像の直径に等しいことが分かるので、孤立１画素も現像するための現像ギャップＧの上限Ｇｍａｘは、孤立最小画素の直径（μｍ）をＤｍｉｎ、最大水平搬送電界（Ｖ／μｍ）をＥｈｍａｘとしたとき、次式で決まることになる。
Ｇｍａｘ＝Ｄｍｉｎ＋１５０(Ｅｈｍａｘ)１／２[μｍ]
【０１０２】
そして、孤立１画素も現像するための現像ギャップＧの上限Ｇｍａｘは、このＤｍｉｎ＋１５０(Ｅｈｍａｘ)１／２以下であればよいので、現像ギャップＧの上限Ｇｍａｘ≦Ｄｍｉｎ＋１５０(Ｅｈｍａｘ)１／２の関係を満たせばよい。
【０１０３】
例えば、最小画素が６００ｄｐｉの１ドットだとすると、Ｄｍｉｎは４２μｍで、搬送電極間間隔Ｗ２が３０μｍで、その間の電位差が１２０Ｖ（吸引＝−１２０Ｖ、反発＝−２４０Ｖ）であるとすると、Ｅｈｍａｘは４Ｖ／μｍで、現像ギャップ上限Ｇｍａｘは３４２μｍとなる。
【０１０４】
この結果は、６００ｄｐｉの孤立１画素が、現像ギャップ３００μｍでは現像できたが、４００μｍでは現像できなかった実験結果とよく一致している。なお、最大水平搬送電界は、搬送基板の電極間材料の選定により、１０Ｖ／μｍまでは十分可能であり、その時の現像ギャップ上限値は、５００μｍ以上になる。
【０１０５】
次に、現像ギャップＧの下限について説明する。
まず、地汚れが発生した現像ギャップ５０μｍと発生しなかったギャップ１００μｍの現像空間のシミュレーション結果を、図２２及び図２３に示している。なお、シミュレーション方法は、図１７とまったく同じである。
【０１０６】
図２３を見ると、電極１０２のうちの吸引（高）電位（−１２０Ｖ）電極１０２ｂから、ＯＰＣの地肌部（−２１０Ｖ）に向かって電気力線が伸びて地肌部を覆っていることが分かる。負帯電トナーは、この電気力線と逆向きに静電力を受けるので、右から２番目の反発（低）電位電極１０２ａからホッピングされたトナーも、ＯＰＣの手前でこの静電力を受けて失速し、逆に、トナー搬送部材２０４の吸引電極１０２ｂに向かって移動する。このため地汚れが生じることはない。
【０１０７】
これに対して図２２を見ると、同様に、吸引（高）電位電極１０２ｂより電気力線がＯＰＣの地肌部に向かっているが、反発（低）電位電極１０２ａの真上では、この線が、左右どちらからも入っていないことが分かる。すなわち、ここには、負帯電トナーを搬送基板へ押し返す電界が形成されていないので、地汚れが発生したわけである。
【０１０８】
これらの図２２と図２３を比較すると、反発（低）電位電極の両側の吸引（高）電位電極から発した電気力線が、反発（低）電位電極真上のＯＰＣの地肌部に入るためには、現像ギャップはある程度広くなければならないことが分かる。その最小ギャップについて、曲線で描かれている電気力線を直線に置き換えて計算しても実用的には問題はない。その勾配は６０°である。
【０１０９】
そこで、図２４を参照して、隣接する、吸引（高）電位電極１０２ｂの端から発した電気力線が、６０度の勾配で、直線的に上昇すると仮定すると、その先端が、反発（低）電位電極１０２ａ中心の真上の地肌に入るギャップＧは三角形の公式から、電極幅をＷ１（μｍ）、電極間距離をＷ２（μｍ）としたとき、次式で表わされる。
Ｇ＝(Ｗ２＋０．５Ｗ１)×３１／２ [μｍ]
【０１１０】
そして、地肌汚れを生じないためには、ギャップＧが上記の(Ｗ２＋０．５Ｗ１)×３１／２以上であればよいので、Ｇ＝(Ｗ２＋０．５Ｗ１)×３１／２の関係を満たすようにすればよい。
【０１１１】
例えば、Ｗ１＝Ｗ２＝３０μｍとすると、Ｇ＝７８μｍとなる。ギャップＧがこの値より小さいと、左隣の吸引（高）電位電極の端から発した電気力線が、反発（低）電位電極の中心の真上の地肌に入る前に、その左側で、ＯＰＣに到達し、逆に、右側の吸引（高）電位電極の端から発した電気力線は、その右側でＯＰＣに当たり、その結果、その間では、吸引（高）電位電極に向かう電気力線がなく、反発（低）電位電極の中心からホッピングされたトナーが、逆方向の電界に会うことなくここに到達して地汚れとなり、ギャップＧが７８μｍより広ければ、左右の吸引（高）電位電極より発した電気力線は、反発（低）電位電極の中心の真上の地肌の手前で互いに反発して曲がってそこに入るので、その領域に来たトナーはこの電気力線に沿って、搬送基板に向かう静電力を受けるので地汚れは発生しない。
【０１１２】
この結果は、ギャップ５０μｍで地汚れし、１００μｍでしなかった実験結果とよく一致している。
【０１１３】
なお、トナー搬送部材２０４の電極幅Ｗ１と電極間間隔Ｗ２は、３０μｍより、その半分くらいに縮めることは可能なので、実用的な最小現像ギャップは４０μｍくらいである。
【０１１４】
以上の説明では、トナー搬送部材が平板状である場合について説明したものであるが、前記図１又は図２に示すようにトナー搬送部材１２がロール状部材である場合にも同様に当てはまる。
【０１１５】
したがって、像担持体とトナー搬送部材との間の距離をＧ（μｍ）、トナー搬送部材の電極の幅をＷ１（μｍ）、トナー搬送部材の電極の間隔をＷ２（μｍ）としたとき、距離Ｇが、Ｇ≧（Ｗ２＋０．５Ｗ１）×３１／２、の式を満たすことによって、地汚れのない現像を行なうことができる。
【０１１６】
また、像担持体とトナー搬送部材との間の距離をＧ（μｍ）、孤立最小画素の直径をＤｍｉｎ（μｍ）、トナー搬送部材で形成する搬送電界の最大搬送方向電界をＥｈｍａｘ（Ｖ／μｍ）としたとき、距離Ｇが、Ｇ≦Ｄｍｉｎ＋１５０（Ｅｈｍａｘ)１／２、の式を満たすことで、孤立１画素をきれいに現像することができるようになる。
【０１１７】
次に、像担持体の電荷移動層の膜厚と解像力ｒとの関係について図２５をも参照して説明する。
ここでは、前述した図１４で説明したと同様の実験を、電荷移動層の厚さを１３μｍ、１５μｍ、１８μｍ、２３μｍ、２８μｍとした５種類のＯＰＣドラム２０１を準備し、潜像電位差を１５０Ｖに統一し、同一現像条件（トナー搬送部材２０４とＯＰＣドラム２０１との現像ギャップＧを３００μｍ、ＯＰＣドラム周速を１５０ｍｍ／ｓｅｃ、トナー搬送部材２０４の電極に対する印加電圧を−１８０Ｖ±６０Ｖ、周波数３ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ５０％、潜像電位差１５０Ｖ(暗電位Ｖｄ＝−２１０Ｖ、明電位Ｖｌ＝−６０Ｖ)で現像して、画像評価を行った。
【０１１８】
この実験を、上述した６００ｄｐｉの他に、レーザー光学系を代えて、１２００ｄｐｉ、１８００ｄｐｉの解像力（画像密度）についてそれぞれ行った。この結果を図２５に示している。
【０１１９】
この実験によると、６００ｄｐｉの画像について見ると、電荷移動層の厚みによって画像が全くことなるが判明した。特に、一番現像しにくい、孤立最小１画素（書込み６００ｄｐｉで、各黒画素間には３個の白画素が配置されている。）で違いが顕著である。すなわち、電荷移動層厚みが２８μｍの場合は、孤立１画素が形成される位置にトナーがまばらに散らばって濃度の薄いボケたドット画像（ＮＧ画像）になったのに対して、電荷移動層厚みが１３μｍ、１５μｍ、１８μｍと薄い場合には、トナーが所定の位置に密に集中して濃度の濃いシャープなドット画像となった。電荷移動層厚みが２３μｍの場合は、この中間で、少しボケていた。
【０１２０】
次に、１２００ｄｐｉの画像について見ると、今度は、６００ｄｐｉで少しボケていた電荷移動層厚みが２３μｍの場合は、濃度の低いボケたドット画像（ＮＧ）となり、電荷移動層厚みが１８μｍの場合は、少しボケたドットとなった。
【０１２１】
さらに、１８００ｄｐｉの画像について見ると、今度は、電荷移動層厚みが１８μｍの場合もＮＧ画像となり、電荷移動層厚みが１５μｍの場合のドットも少しボケたが、電荷移動層厚みが１３μｍの場合は相変わらず高濃度でシャープのドット画像が得られた。
【０１２２】
この結果に基づくと、低電位潜像の、孤立最小１画素まで、高濃度にシャープに現像するためには、電荷発生層が内部（下側）にある像担持体の場合、解像力をｒ（ｄｐｉ）としたとき、電荷移動層の厚さｔｇは、ｔｇ≦７２００／ｒ＋１３ [μｍ]、の式を満たしていることが必要であることが判明した。より、好ましくは、ｔｇ≦７２００／ｒ＋１０ [μｍ]の式を満たしていることである。
【０１２３】
電荷移動層の厚さｔｇが厚いほど、ドット画像がボケて現像されたのは、電荷発生層で発生した電荷（この場合は、正孔）が、電荷移動層を移動するときに、同極性のためクーロン斥力で互いに反発し、その外殻の電荷が、横に広がりながら移動するためと考えられている。電荷移動層の厚さが厚いほど、移動距離が長くなるので、横へのシフトが大きくなって、１画素潜像が広がる（ボケる）訳である。また、像担持体（ＯＰＣ）表面に到達する正孔の分布が広がる結果、その密度も下がり、そのため、ドット潜像の深さが浅くなる（たとえば、暗電位−２１０Ｖから、正孔の広がりがなければ、−８０Ｖまで下がった明電位が、−１００Ｖまでしか下がらなくなる）。この結果、現像されるトナー量も減って濃度が薄くなる。
【０１２４】
従来の現像方式においては、例えば、暗電位が−８７０Ｖと高く、明電位（ベタで約−１２０Ｖ）との間に７５０Ｖもの電位差があったので問題にならなかったが、本発明で用いるＥＨ現像においては、明暗電位差が、例えば、１５０Ｖしかない場合は、現像されたトナーで生じるトナー電位の影響を無視できない。特に、孤立最小１画素の場合は、その差は、ベタ電位差１５０Ｖのさらに２／３〜１／２に下がるので、現像された帯電トナーから生じるトナー電位Ｖｔの影響は大きくなる。
【０１２５】
例えば、−２０μＣ／ｇに帯電したトナーが、十分な画像濃度を与える０．５ｍｇ／ｃｍ２の密度で像担持体表面に載ったとき、その電位は、電荷移動層厚みが１３μｍのＯＰＣでは、−５５Ｖであるが、電荷移動層厚みが２８μｍのＯＰＣでは、−１２０Ｖにも達する。孤立最小１画素の電位の深さは約８０Ｖと見積もられるので、電界移動層厚みが２８μｍのＯＰＣで濃度が薄くなったのは、必要とされるトナー量の半分程度がドット潜像に付着した時点で、潜像の電界がほとんど消滅して後続のトナーが現像に参加できなかったためと推測される。
【０１２６】
一方、電荷移動層厚みが１３μｍのＯＰＣの場合には、必要なトナーが潜像ドットに集まっても、まだ少し現像できる電位差が残されているので、高濃度のドットが現像されたと推測される。
【０１２７】
また、電荷移動層の厚さが同じでも、解像力が高いほど、孤立最小１画素のドットが、より低濃度に、アンシャープになったのも、これが原因と考えられる。すなわち、１２００ｄｐｉでは、６００ｄｐｉのときの、パルス幅の１／２のパルス幅で露光し、１８００ｄｐｉでは、１／３で露光したわけであるが、そのとき、１画素のピーク露光強度も低下して、潜像が浅くなり十分現像できなくなったと考えられる。
【０１２８】
すなわち、低電位現像の場合には、電荷移動層の厚さｔｇは、クーロン斥力による正孔雲の横方向への広がりよりも、トナー電位Ｖｔとの関係で、孤立最小１画素も高濃度に現像できるように決められるべきであり、図２５がその結果である。
【０１２９】
この結果、この画像形成装置によって、画像部と地肌部の電位差が３００Ｖ以下の低電位現像を実用化することができ、帯電時のオゾン発生量が減少し、画像露光のレーザー又はＬＥＤなどの光量が下がって、その寿命が延び、そのコストを低減できる。また、書き込みのエネルギーが小さいということは、高速での書き込みが可能であり、従って、２又は４ビームを必要としたレーザー光学系を１ビームとすることで大幅にコストダウンができる。また、転写電圧を低くできるので、オゾン発生量が減少し、転写時のトナー画像の乱れが少なくなり、感光層に加わる電界が下がるので、感光体の寿命が延びる等の大きな効果が期待できる。
【０１３０】
さらに、搬送電極のディメンションと印加電圧で決定される搬送電界の強さに対し、現像ギャップを適正に設定することで、潜像電位差が小さい低電位現像であるＥＨ現像においても、地汚れなく、孤立１画素まできれいな現像を行なうことができる。特に、ＥＨ現像を用いることによって直径わずか約３０μｍの１２００ｄｐｉの孤立１ドットをも現像することができるようになる。
【０１３１】
次に、本発明に係るプロセスカートリッジ及び同プロセスカートリッジを備える本発明に係る画像形成装置の一例について図２６を参照して説明する。
この画像形成装置は、像担持体、帯電手段、現像手段としての本発明に係る現像装置、クリーニング手段を備えた作像手段であるブラック（Ｋ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）のトナー像を形成するプロセスカートリッジ５０１Ｋ、５０１Ｍ、５０1Ｃ、５０１Ｙ（以下、区別しないときには単に「プロセスカートリッジ５０１」という。なお、他も同じである。）と、光書込み装置５０２Ｋ、５０２Ｍ、５０２Ｃ、５０２Ｙと、転写材５０６を搬送する搬送ベルト５０３Ａ及びプロセスカートリッジ５０１Ｋ、５０１Ｍ、５０1Ｃ、５０１Ｙに搬送ベルト５０３Ａを挟んで対向する転写ローラ５０３Ｂｋ、５０３Ｂｍ、５０３Ｂｃ、５０３Ｂｙと、定着装置５０４と、転写材５０６を収容する給紙装置５０５とを備えている。
【０１３２】
ここで、光書込み装置５０２Ｋ、５０２Ｍ、５０２Ｃ、５０２Ｙは画像情報に従ってプロセスカートリッジ５０１Ｋ、５０１Ｍ、５０1Ｃ、５０１Ｙの帯電後の像担持体に潜像を書き込むためのものであり、ポリゴンを用いた光走査装置やＬＥＤアレイ等、種々のものを使用することができる。
【０１３３】
搬送ベルト５０３Ａは、搬送ローラ５１１、従動ローラ５１２及びテンションローラ５１３，５１４間に架け渡され、搬送ローラ５１１の回転により矢示方向に周回移動する。そして、搬送ローラ５１１と対向して転写材５０６を搬送ベルト５０３Ａ上に吸着させるための吸着ローラ５１５を配置し、また、搬送ベルト５０３Ａの出口側には搬送ベルト５０３Ａにトナー像を形成したときのパターンを検出するＰセンサ５１６を配置している。
【０１３４】
転写ローラ５０３Ｂｋ、５０３Ｂｍ、５０３Ｂｃ、５０３Ｂｙは、少なくとも芯金と芯金を被覆する導電性弾性層とを有し、導電性弾性層はポリウレタンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンポリエチレン（ＥＰＤＭ）等の弾性材料に、カーボンブラック、酸化亜鉛、酸化スズ等の導電性付与剤を配合分散して電気抵抗値（体積抵抗率）を１０６〜１０10Ω・ｃｍの中抵抗に調整した弾性体ローラである。
【０１３５】
定着装置５０４は、加熱ローラ５０４ａ及びこれに対向して加圧ローラ５０４ｂを備えている。
【０１３６】
そして、この画像形成装置において、通常の画像形成動作では、給紙装置５０５から供給される記録用紙等の転写材５０６は吸着ローラ５１５に所定の電圧が印加されることで転写体である転写材搬送ベルト５０３Ａに吸着させられる。転写材５０６は転写材搬送ベルト５０３Ａに担持された状態で転写材搬送ベルト５０３Ａとともに移動し、移動中にプロセスカートリッジ５０１Ｋ、５０１Ｍ、５０1Ｃ、５０１Ｙから順次各色のトナー像が転写させられ、転写材５０６上にカラーのトナー像が形成される。転写材５０６が搬送ベルト５０３Ａを通過して定着装置５０４に到達すると、転写材５０６上のトナー像は加熱ローラ５０４ａ及び加圧ローラ５０４ｂに挟まれつつ加熱されることで転写材５０６上に定着させられ、転写材５０６上に可視像が定着形成される。その後、カラー画像が形成された転写材５０６は装置本体５１０上部の排紙部５０７に排出される。
【０１３７】
また、各色トナー像の色ずれやトナー濃度の調整を行なうモードでは、作像ユニット５０１Ｋ、５０１Ｍ、５０1Ｃ、５０１Ｙから転写材搬送ベルト５０３Ａ上に直接所定パターンのトナー像が形成され、Ｐセンサ５１６によってそのトナーパターンが検出され、その検出結果に基づいて書込みタイミングや現像バイアスの変更などが行なわれ、最適なカラー画像を得ることができる状態に調整させられる。転写材搬送ベルト５０３Ａ上のトナーパターンは吸着ローラ５１５に印加されたバイアスによって帯電極性を整えられた後、転写ローラ５０３Ｂｋ、５０３Ｂｍ、５０３Ｂｃ、５０３Ｂｙに印加された電圧によってプロセスカートリッジ５０１Ｋ、５０１Ｍ、５０1Ｃ、５０１Ｙに回収される。
【０１３８】
次に、本発明にプロセスカートリッジ５０１について図２７を参照して説明する。なお、図２７は同プロセスカートリッジの拡大説明図である。
このプロセスカートリッジ５０１は、像担持体５２１と、接触帯電部材５３１と、前述した第１実施形態の一例で説明した現像装置５４１（なお、他の現像装置でも良い。）と、クリーニング装置５５１とを備えている。
【０１３９】
像担持体５２１は、負帯電の有機感光体であり、図示しない回転駆動機構によって矢印方向（図で反時計回り方向）に回転されるようにして備えられている。接触帯電部材５３１は、芯金上に、ウレタン樹脂、導電性粒子としてのカーボンブラック、硫化剤、発泡剤等を処方した中抵抗の発泡ウレタン層をローラ状に形成した可撓性の帯電ローラである。接触帯電部材（帯電ローラ）５３１の芯金上に形成される中抵抗層としては、上記の発泡ウレタン層に限定されるものではなく、ウレタン、エチレン−プロピレン−ジエンポリエチレン（ＥＰＤＭ）、ブタジエンアクリロニトリルゴム（ＮＢＲ）、シリコーンゴムや、イソプレンゴム等に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ことができる。
【０１４０】
クリーニング装置５５１は、像担持体５２１の回転方向に対してカウンタ方向で当接させられたクリーニングブレード５５２と、クリーニングされたトナー粒子を廃トナーとして収納する廃トナー格納部５５３などを備えている。
【０１４１】
次に、このように構成したプロセスカートリッジ５０１の動作について説明する。
この画像形成装置は、複写機及びプリンタとして機能することができる複合機であり、複写機として機能するときには、スキャナから読み込まれた画像情報がＡ／Ｄ変換、ＭＴＦ補正、階調処理等の種々の画像処理を施されて書込みデータに変換される。プリンタとして機能するときには、コンピュータ等から転送されるページ記述言語やビットマップ等の形式の画像情報に対して画像処理が施され書込みデータに変換される。
【０１４２】
そして、画像形成に先駆けて、像担持体５２１は表面の移動速度が所定の速度となるように、図２５の矢印方向すなわち反時計回り方向に回転を始める。また帯電ローラ５３１は像担持体５２１に対してつれまわり回転させられる。このとき帯電ローラ５３１の芯金には帯電バイアス印加電源から−１００Ｖの直流電圧および振幅１２００Ｖ周波数２ｋＨｚの交流電圧が印加され、これにより像担持体５２１の表面が約−１００Ｖに帯電させられる。
【０１４３】
帯電させられた像担持体５２１に対し、光書込み装置５０２は書込みデータに応じてレーザー光５０２ａを照射して露光を行なう。すなわち、光照射によって画像部の電位を変化させることで光照射されなかった非画像部の電位との差を発生させ、この電位コントラストによる静電潜像を形成する。
【０１４４】
光書込み装置５０２によって像担持体５２１上に形成された静電潜像は本発明に係る現像装置５４１によって現像され、画像部にトナー粒子が付着することによってトナー像として像担持体５２１上に可視化される。
【０１４５】
像担持体５２１上に形成させられたトナー像が転写ローラ５０３Ｂと像担持体５２１との対向部である転写部に到達するのとタイミングを合わせて給紙装置５０５から転写材５０６が搬送され、像担持体５２１上のトナー像は転写ローラ５０３Ｂに印加された電圧により転写材５０６へと転写される。トナー像が転写された転写材５０６は定着装置５０４によって定着処理され転写材５０６上にカラー画像が出力される。
【０１４６】
一方、転写されずに像担持体５２１上に残留したトナー（転写残トナー）はクリーニング装置５５１によって清掃され、清掃後の像担持体５２１表面は次回の画像形成のために使用される。
【０１４７】
そして、これらのブラック、マゼンタ、シアン、イエローのトナー像を形成するためのプロセスカートリッジ５０１Ｋ、５０１Ｍ、５０１Ｃ、５０１Ｙは、画像形成装置本体５１０から着脱可能としている。つまり、プロセスカートリッジ５０１Ｋ、５０１Ｍ、５０１Ｃ、５０１Ｙは、図２８に示すように、転写材搬送ベルト５０３Ａが装置本体５１０から開放退避することで、開放された空間から着脱可能となっており、ユーザーによる交換が可能となっている。
【０１４８】
次に、本発明に係る現像装置を備える本発明に係る画像形成装置の他の例について図２９及び図３０を参照して説明する。なお、図２６と同じ機能を果たす要素については同じ符号を付して、特に必要がない限りその説明は省略する。
この画像形成装置では、負帯電の有機感光体をベルト形状に構成したベルト状像担持体５６１を備え、このベルト状像担持体５６１は、駆動ローラ５６２、従動ローラ５６３及び転写対向ローラ５６４間に架け渡され、図示しない回転駆動機構によって矢印方向に周回移動される。
【０１４９】
このベルト状像担持体５６１には、ベルト状像担持体５６１を帯電させる帯電装置５６５Ｋ、５６５Ｍ、５６５Ｃ、５６５Ｙと、ベルト状像担持体５６１上の静電潜像を現像する本発明に係る現像装置である現像カートリッジ５６６Ｋ、５６６Ｍ、５６６Ｃ、５６６Ｙとが、それぞれ各色ごとに対向しており、像担持体５２１の移動にしたがって順次トナー像を像担持体５６１上に重ねていくように構成されている（１パスカラー）。
【０１５０】
また、現像カートリッジ５６６Ｋ、５６６Ｍ、５６６Ｃ、５６６Ｙのトナー搬送部材２にベルト状像担持体５６１を挟んで対向する位置に対向ローラ５６７Ｋ、５６７Ｍ、５６７Ｃ、５６７Ｙを配置している。さらに、転写対向ローラ５６４にベルト状像担持体５６１を挟んで対向する位置に転写ローラ５６８を配置している。
【０１５１】
帯電装置５６５は像担持体５６１の表面を一様帯電させるためのものであり、本実施形態ではコロナ帯電方式を採用している。コロナ帯電のように非接触の帯電手段を用いれば、上流側の現像カートリッジ５６６によって形成されたトナー像を乱すことなく像担持体５６１を帯電させることができる。
【０１５２】
現像カートリッジ５６６は、本発明に係る現像装置であり、多少の形状の変更はあるが上記実施形態で説明した現像装置と同じである。ここで、ブラック、マゼンタ、シアン、イエローのトナー像を現像するための現像カートリッジ５６６Ｋ、５６６Ｍ、５６６Ｃ、５６６Ｙは、図２９に示すように、像担持体５６１が装置本体５１０から開放退避することで、開放された空間から着脱可能となっており、ユーザーによる交換が可能となっている。
【０１５３】
この画像形成装置においては、画像形成時には、帯電装置５６５によって像担持体５６１表面が一様に帯電させられる。すでに像担持体５６１上にトナー像が形成されている場合でも、トナー像を含め像担持体５６１の表面が一様帯電させられる。次いで、光書込み装置５０２から画像情報に応じた光ビームが照射される。光ビームは帯電装置５６５と現像カートリッジ５６６の間を通過するため、すでに一様帯電させられた像担持体５６１に対して光ビームが照射されることとなり、負帯電性の感光体である像担持体５６１の表面では画像部に対応する領域が除電されて潜像が形成される。
【０１５４】
現像カートリッジ５６６は第１実施形態と同様に像担持体５６１上に形成された潜像の画像部にトナー粒子を付着させ、潜像をトナー像として可視化する。以上の帯電、光ビーム照射、現像の工程が前述のように各現像カートリッジとの対向部において繰り返され、像担持体５６１上に４色のトナー像が重ねられたフルカラー画像が形成される。
【０１５５】
一方、給紙装置５０５から送られた転写材５０６が像担持体５６１と転写ローラ５６８との接触部へと搬送され、当該接触部において像担持体５６１上に形成されたフルカラー画像が転写ローラ５６８に印加された電圧によって転写材５０６上に転写される。その後、転写材５０６は定着装置５０４に到達すると、転写材５０６上のトナー像は加熱ローラ５０４ａ及び加圧ローラ５０４ｂに挟まれつつ加熱されることで転写材５０６上に定着させられ、転写材５０６上にフルカラーの可視像が形成される。
【０１５６】
なお、本発明は、中間転写ベルト、転写ドラム、中間転写ドラムなどを用いたカラー画像形成装置、モノクロ画像形成装置などにも適用可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０１５７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る画像形成装置の現像装置部分の一例を示す模式的構成図である。
【図２】同実施形態の現像装置部分の他の例を示す模式的構成図である。
【図３】同実施形態のトナー搬送部材の一例を説明する説明図である。
【図４】同トナー搬送部材の電極配置の説明に供する説明図である。
【図５】同トナー搬送部材による搬送原理の説明に供する駆動波形の一例を示す説明図である。
【図６】同じくトナー搬送の一例を説明する説明図である。
【図７】同じくトナー搬送の具体例を説明する説明図である。
【図８】同じくトナー搬送部材に対する電圧印加手段の構成の一例を説明するブロック図である。
【図９】同トナー搬送部材の搬送領域に印加する電圧波形の一例を示す説明図である。
【図１０】同トナー搬送部材の現像領域に印加する電圧波形の一例を示す説明図である。
【図１１】同トナー搬送部材の現像領域に印加する電圧波形の他の例を示す説明図である。
【図１２】同トナー搬送部材の搬送領域に印加する電圧波形の更に他の例を示す説明図である。
【図１３】実験に供した装置構成の説明に供する説明図である。
【図１４】グリッド電圧と暗電位、明電位、潜像電位差の関係の測定結果を示す説明図である。
【図１５】現像ギャップＧと光学反射濃度の関係の測定結果を示す説明図である。
【図１６】現像ギャップと現像されたドットのサイズの関係の測定結果を示す説明図である。
【図１７】直径４２．３μｍの潜像が形成する電界の説明に供する説明図である。
【図１８】直径１２７μｍの潜像が形成する電界の説明に供する説明図である。
【図１９】現像ギャップＧと潜像高さの関係の説明に供する説明図である。
【図２０】現像直径と潜像高さの関係の説明に供する説明図である。
【図２１】水平搬送電界の最大値とホッピング高さの関係の説明に供する説明図である。
【図２２】現像ギャップＧが５０μｍのときの地肌部対応現像空間における電界の説明に供する説明図である。
【図２３】現像ギャップＧが１００μｍのときの地肌部対応現像空間における電界の説明に供する説明図である。
【図２４】電極幅、電極間間隔と最小現像ギャップＧの説明に供する説明図である。
【図２５】書込み画素密度と電荷移動量厚さｔｇとの関係における現像ドットの品質評価結果を示す説明図である。
【図２６】本発明に係るプロセスカートリッジを備えた本発明に係る画像形成装置の第２実施形態を説明する構成図である。
【図２７】同プロセスカートリッジの説明に供する説明図である。
【図２８】同画像形成装置のプロセスカートリッジの脱着の説明に供する説明図である。
【図２９】本発明に係る現像装置からなる現像カートリッジを備えた本発明に係る画像形成装置の第３実施形態を説明する構成図である。
【図３０】同画像形成装置の現像カートリッジの脱着の説明に供する説明図である。
【符号の説明】
【０１５８】
１…像担持体
２…トナー搬送部材
３、１３…現像剤担持体
４…収容部
５Ａ、５Ｂ…攪拌スクリュー
７…現像剤規制部材
１１…第１電圧印加手段
１２…第２電圧印加手段
１０２…電極
２０１…ＯＰＣドラム
２０４…トナー搬送部材（トナー搬送基板）
５０１Ｋ、５０１Ｍ、５０１Ｃ、５０１Ｙ…プロセスカートリッジ
５０２Ｋ、５０２Ｍ、５０２Ｃ、５０２Ｙ…光書込み装置
５０３Ａ…転写材搬送ベルト
５０３Ｂｋ、５０３Ｂｍ、５０３Ｂｃ、５０３Ｂｙ…転写ローラ
５０４…定着装置
５０５…給紙装置
５０６…転写材
５０７…排紙部
５２１…像担持体
５３１…帯電装置
５４１…現像装置
５５１…クリーニング装置
５６１…像担持体
５６５Ｋ、５６５Ｍ、５６５Ｃ、５６５Ｙ…帯電装置
５６６Ｋ、５６６Ｍ、５６６Ｃ、５６６Ｙ…現像カートリッジ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体上に形成された潜像にトナーを付着させて現像する画像形成装置において、所定の間隔で並べて配置された複数の電極に多相の電圧が印加されることで形成される搬送電界によって前記像担持体との対向域に前記トナーを搬送するトナー搬送部材を備え、前記像担持体が電荷発生層と電荷移動層を有し、前記電荷発生層が内部にある場合、電荷移動層の厚さｔｇ（μｍ）が、解像力をｒ（ｄｐｉ）としたとき、
ｔｇ≦８４００／ｒ＋１３
の式を満たしていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像形成装置において、前記潜像の画像部電位と地肌部電位との差が３００Ｖ以下であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
少なくとも像担持体と、この像担持体上に形成された潜像にトナーを付着させて現像する現像手段とを含み、画像形成装置本体に対して着脱自在なプロセスカートリッジにおいて、前記現像手段は、所定の間隔で並べて配置された複数の電極に多相の電圧が印加されることで形成される搬送電界によって前記像担持体との対向域に前記トナーを搬送するトナー搬送部材を備え、前記像担持体が電荷発生層と電荷移動層を有し、前記電荷発生層が内部にある場合、電荷移動層の厚さｔｇ（μｍ）が、解像力をｒ（ｄｐｉ）としたとき、
ｔｇ≦８４００／ｒ＋１３
の式を満たしていることを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項１】
像担持体上に形成された潜像にトナーを付着させて現像する画像形成装置において、所定の間隔で並べて配置された複数の電極に多相の電圧が印加されることで形成される搬送電界によって前記像担持体との対向域に前記トナーを搬送するトナー搬送部材を備え、前記像担持体が電荷発生層と電荷移動層を有し、前記電荷発生層が内部にある場合、電荷移動層の厚さｔｇ（μｍ）が、解像力をｒ（ｄｐｉ）としたとき、
ｔｇ≦８４００／ｒ＋１３
の式を満たしていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像形成装置において、前記潜像の画像部電位と地肌部電位との差が３００Ｖ以下であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
少なくとも像担持体と、この像担持体上に形成された潜像にトナーを付着させて現像する現像手段とを含み、画像形成装置本体に対して着脱自在なプロセスカートリッジにおいて、前記現像手段は、所定の間隔で並べて配置された複数の電極に多相の電圧が印加されることで形成される搬送電界によって前記像担持体との対向域に前記トナーを搬送するトナー搬送部材を備え、前記像担持体が電荷発生層と電荷移動層を有し、前記電荷発生層が内部にある場合、電荷移動層の厚さｔｇ（μｍ）が、解像力をｒ（ｄｐｉ）としたとき、
ｔｇ≦８４００／ｒ＋１３
の式を満たしている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９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【公開番号】特開２００６−２５９４１１（Ｐ２００６−２５９４１１Ａ）
【公開日】平成１８年９月２８日（２００６．９．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−７８２７３（Ｐ２００５−７８２７３）
【出願日】平成１７年３月１８日（２００５．３．１８）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月２８日（２００６．９．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月１８日（２００５．３．１８）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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