(57)【要約】【課題】トナーのホッピング不良による現像不良の発生と、パルス電圧の周波数設定の不適によるライン太りやベタ濃度不足の発生と、トナー飛散の発生とを何れも抑える。【解決手段】トナー担持ローラ２の表面上にて第１電極と第２電極との間でホッピングさせたトナーによって感光体４９の潜像を現像する画像形成装置において、トナー担持ローラ２を多層構造のものとし、第１電極と第２電極を、両者間に少なくとも１つの絶縁層を介在させる互いに異なった階層に形成するとともに、パルス電圧を所定の出力時間ｔ１だけ出力する処理と、パルス電圧の出力を所定の停止時間ｔ２だけ停止する処理とを交互に実施するように、パルス電源２５，２５Ｂを構成した。【選択図】図２
2010217256.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーを担持する表面と、該表面に沿って延在しつつ互いに絶縁状態にある第１電極及び第２電極とを具備するトナー担持体と、
該第１電極及び第２電極のうち、少なくとも一方に対して所定の周期Ｔで繰り返すパルス電圧を出力するパルス電圧出力手段とを有し、
該トナー担持体の表面上にて、表面方向における該第１電極と該第２電極との間でトナーをホッピングさせながら、画像形成装置の潜像担持体上の潜像に付着させて該潜像を現像する現像装置において、
上記トナー担持体を、複数の層を順次積層した多層構造のものとし、該第１電極と該第２電極を、両者間に少なくとも１つの絶縁層を介在させる互いに異なった階層に形成するとともに、
該第１電極及び第２電極のうち、少なくとも一方に対して上記パルス電圧を所定の出力時間ｔ１だけ出力する処理と、パルス電圧の出力を所定の停止時間ｔ２だけ停止する処理とを交互に実施するように、上記パルス電圧出力手段を構成し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、
潜像担持体の移動する表面が上記トナー担持体に対向する現像領域を通過するのに要する時間である現像時間内にて、該トナー担持体の表面上のトナーを２回以上ホッピングさせるように、該潜像担持体の表面移動速度、該トナー担持体の表面移動速度、出力時間ｔ１、停止時間ｔ２、及び周期Ｔの組合せを設定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、
出力時間ｔ１を、出力時間ｔ１と停止時間ｔ２との加算値の半分未満に設定したことを特徴とする現像装置。
【請求項４】
潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体の表面を一様帯電せしめる帯電手段と、一様帯電後の該表面に潜像を形成する潜像形成手段と、該潜像を現像する現像手段と、現像によって得られたトナー像を該潜像担持体から転写体に転写する転写手段と、該潜像担持体の表面に付着している転写残トナーをクリーニングするクリーニング手段とを備える画像形成装置において、
上記現像手段として、請求項１乃至３の何れかの現像装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項４の画像形成装置において、
上記潜像担持体、帯電手段、及びクリーニング手段のうち、少なくとも１つと、上記現像装置とを、共通の保持体に保持させて１つのユニットとして画像形成装置本体に着脱可能にしたプロセスユニットとして構成したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項５の画像形成装置において、
互いに異なる色のトナーによって現像を行う複数の上記プロセスユニットを設けたことを特徴とする画像形成装置。
【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、いわゆるホッピング現像方式を採用した画像形成装置が知られている。ホッピング現像方式では、ローラや磁性キャリアに付着させたトナーを現像に用いるのではなく、トナー担持体の表面上でホッピングさせたトナーを現像に用いる。例えば、特許文献１に記載の画像形成装置は、複数の第１電極や第２電極を具備する筒状のトナー担持体を有している。トナー担持体の周方向において、第１電極と第２電極とは所定のピッチで交互に並ぶように配設されており、第１電極同士や第２電極同士は互いに導通している。そして、互いに導通している複数の第１電極と、互いに導通している複数の第２電極とのうち、少なくとも何れか一方には、所定周期で繰り返されるパルス電圧が印加される。すると、トナー担持体の表面上において、互いに隣り合っている第１電極と第２電極との間で、トナーが往復移動するように繰り返しホッピングする。このホッピングによってトナー担持体の表面との付着力をなくしているトナーは、例えば、周囲の非画像部との電位差が僅か数十［Ｖ］である静電潜像に対して選択的に付着するような低電位現像を実現することができる。
【０００３】
このようなホッピング現像方式において、装置停止時のホッピングしていない状態のトナーは、ファンデルワールス力や鏡像力などによってトナー担持体の表面に付着している。ホッピング不良による現像不良の発生を回避するためには、装置停止時にトナー担持体の表面に付着しているトナーを、その帯電量（Ｑ／Ｍ）や流動性にかかわらず、付着力に抗してトナー担持体の表面から浮上させる必要がある。そして、そのためには、第１電極及び第２電極のうち、少なくとも何れか一方に対して、十分に振幅の大きなパルス電圧を印加する必要がある。
【０００４】
一方、ホッピング現像方式で濃度ムラのない現像を実現するためには、トナー担持体における電極の配設ピッチを数十［μｍ］といった微小なものにする必要がある。ところが、微小ピッチで配設された電極に対して、トナーの良好なホッピングのために振幅の大きなパルス電圧を印加すると、電極間で電流のリークを発生させ易くなってしまう。このリークは、具体的には次のようにして発生する。即ち、トナー担持体において、絶縁性基体の表面に沿って所定の間隙を介して並んでいる第１電極と第２電極との間には、絶縁材料を介在させている。第１電極と第２電極との対向領域に絶縁材料を介在させることで、両電極間での放電の発生を抑えている。ところが、第１電極と第２電極と絶縁材料とは、何れも絶縁性基体の表面という同一平面上に形成されており、第１電極と絶縁性基体との界面、絶縁材料と絶縁性基体との界面、第２電極と絶縁性基体との界面が連続して繋がった状態にある。第１電極と第２電極とのうち、少なくとも何れか一方に振幅の大きなパルス電圧が印加されると、その連続した界面で電極間の放電が発生して電流のリークを引き起こしてしまうことがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明者らは、第１電極と第２電極とを、両者間に少なくとも１つの絶縁層を介在させる互いに異なった階層に形成した多層構造のトナー担持体を開発中である。このトナー担持体においては、円筒状基体の表面の全域に金属層を被覆して、この金属層を第１電極として機能させている。第１電極の表面上には、樹脂からなる絶縁層を積層している。更に、この絶縁層の表面上において、周方向に所定ピッチで並ぶ複数の第２電極を形成している。第１電極は、筒状の１つの大きな電極であるが、トナー担持体の周方向においては、所定ピッチで並ぶ複数の第２電極の間にそれぞれ第１電極が存在することになる。このため、トナー担持体の表面上において、複数の第２電極と、第１電極における第２電極間に相当する箇所との間で、トナーをホッピングさせることが可能である。また、筒状の大きな第１電極と、複数の第２電極とを、互いの間に絶縁層を介在させる別々の階層に形成したことで、第１電極と第２電極とを連続した界面で繋げない構造になっている。よって、第１電極と第２電極との間での放電の発生を抑えて、振幅の比較的大きなパルス電圧を印加することが可能になった。
【０００６】
しかしながら、この開発中のトナー担持体においては、ライン太りやベタ画像濃度不足を発生させない範囲にパルス電圧の周波数を設定すると、トナー飛散によるトナー汚れを引き起こしてしまうことが本発明者らの実験によって明らかになった。具体的には、ホッピング現像方式においては、パルス電圧の周波数を適切に設定しないと、ライン太りやベタ濃度不足を引き起こしてしまう。ライン太りは、ライン画像が本来よりも太くなってしまう現象であり、次のようにして発生する。即ち、潜像担持体の潜像のエッジと、潜像周囲の非画像部との間には、多数の電気力線が形成される。トナー担持体の表面上において、潜像担持体の非画像部に対向する領域と、潜像に対向する領域との境界付近でホッピングしたトナーは、その電気力線に引かれて潜像のエッジに付着する。このため、潜像に対するトナー付着量は、中央部よりもエッジ部の方が多くなる。ホッピング現像方式では、単位時間あたりにおけるホッピング回数が多くなるほど、即ち、パルス電圧の周波数が高くなるほど、上述の境界付近でホッピングしたトナーを潜像のエッジに引き込む回数が増えるため、エッジに対するトナー付着量が多くなる。そして、エッジに多量に付着したトナーが定着処理時につぶれて周囲の非画像部に広がることで、ライン太りを発生させる。かかるライン太りの発生を抑えるためには、パルス電圧の周波数を低くしてホッピング回数を少なくすることが有効であるが、周波数を低くし過ぎると、面積の広いベタ画像の中央部で十分なトナー付着量が得られずに画像濃度不足を引き起こしてしまう。このため、従来は、ライン太りを発生させてしまうほどホッピング回数を多くせず、且つベタ画像濃度不足を発生させてしまうほどホッピング回数を少なくしない範囲に、パルス電圧の周波数を設定していた。ところが、開発中のトナー担持体において、現像濃度不足の発生を抑える目的で、従来よりも振幅の比較的大きなパルス電圧を印加した場合、前述の周波数の範囲では、トナー飛散によるトナー汚れを顕著に発生させてしまったのである。トナー汚れとは、トナー担持体の表面上で勢い良くホッピングしたトナーの一部が、トナー担持体の表面上の電界による制御可能範囲を超えて現像装置外に飛び散って、機内やプリント紙を汚してしまう現象である。
【０００７】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、次のようなホッピング現像方式の現像装置や画像形成装置を提供することである。即ち、トナー担持体の電極に対して振幅の比較的大きなパルス電圧を印加してトナーのホッピング不良による現像不良の発生を抑えつつ、ライン太りやベタ濃度不足の発生と、トナー飛散の発生とを何れも抑えることができる現像装置等である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、トナーを担持する表面と、該表面に沿って延在しつつ互いに絶縁状態にある第１電極及び第２電極とを具備するトナー担持体と、該第１電極及び第２電極のうち、少なくとも一方に対して所定の周期Ｔで繰り返すパルス電圧を出力するパルス電圧出力手段とを有し、該トナー担持体の表面上にて、表面方向における該第１電極と該第２電極との間でトナーをホッピングさせながら、画像形成装置の潜像担持体上の潜像に付着させて該潜像を現像する現像装置において、上記トナー担持体を、複数の層を順次積層した多層構造のものとし、該第１電極と該第２電極を、両者間に少なくとも１つの絶縁層を介在させる互いに異なった階層に形成するとともに、該第１電極及び第２電極のうち、少なくとも一方に対して上記パルス電圧を所定の出力時間ｔ１だけ出力する処理と、パルス電圧の出力を所定の停止時間ｔ２だけ停止する処理とを交互に実施するように、上記パルス電圧出力手段を構成し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、潜像担持体の移動する表面が上記トナー担持体に対向する現像領域を通過するのに要する時間である現像時間内にて、該トナー担持体の表面上のトナーを２回以上ホッピングさせるように、該潜像担持体の表面移動速度、該トナー担持体の表面移動速度、出力時間ｔ１、停止時間ｔ２、及び周期Ｔの組合せを設定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、出力時間ｔ１を、出力時間ｔ１と停止時間ｔ２との加算値の半分未満に設定したことを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体の表面を一様帯電せしめる帯電手段と、一様帯電後の該表面に潜像を形成する潜像形成手段と、該潜像を現像する現像手段と、現像によって得られたトナー像を該潜像担持体から転写体に転写する転写手段と、該潜像担持体の表面に付着している転写残トナーをクリーニングするクリーニング手段とを備える画像形成装置において、上記現像手段として、請求項１乃至３の何れかの現像装置を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項４の画像形成装置において、上記潜像担持体、帯電手段、及びクリーニング手段のうち、少なくとも１つと、上記現像装置とを、共通の保持体に保持させて１つのユニットとして画像形成装置本体に着脱可能にしたプロセスユニットとして構成した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５の画像形成装置において、互いに異なる色のトナーによって現像を行う複数の上記プロセスユニットを設けたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
これらの発明においては、トナー担持体の第１電極と第２電極とを、両者間に絶縁層を介在させる互いに異なった階層に形成して、両電極を連続した界面で繋げない構成にしたことで、両電極間の放電を発生させ難くしている。よって、少なくとも何れか一方の電極に対して十分に振幅の大きなパルス電圧を印加して、トナーのホッピング不良による現像濃度不足の発生を抑えることができる。
また、少なくとも何れか一方の電極に対して、繰り返しのパルス電圧を連続して印加するのではなく、パルス電圧の印加と、印加停止とを交互に繰り返すことで、後述する実験で本発明者らが明らかにしたように、ライン太りやベタ濃度不足の発生を抑えつつ、トナー飛散の発生も抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係る複写機を示す概略構成図。
【図２】同複写機における感光体と現像装置とを示す概略構成図。
【図３】トナー担持ローラを回転軸に直交する方向から示す模式図。
【図４】同トナー担持ローラを、その回転軸に対して直交する面に沿って切断したときの断面を模式的に表した部分断面図。
【図５】同トナー担持ローラの第１電極，第２電極に印加される第１パルス電圧，第２パルス電圧の一例を示すグラフ。
【図６】第１電極，第２電極に印加される第１パルス電圧，第２パルス電圧の他の例を示すグラフ。
【図７】第１電極，第２電極に印加される第１パルス電圧，第２パルス電圧の更に他の例を示すグラフ。
【図８】第１電極及び第２電極への給電構成を、ローラ軸に沿って切断したときの模式図。
【図９】同給電構成を模式的に示す斜視図。
【図１０】トナー飛散ランクとパルス電圧の出力・停止デューティとの関係を示すグラフ。
【図１１】同複写機において第１電極，第２電極に出力されるパルス電圧の波形を示すグラフ。
【図１２】第１変形例に係る複写機において第１電極，第２電極に出力されるパルス電圧の波形を示すグラフ。
【図１３】第２変形例における第１電極及び第２電極への給電構成をローラ軸に沿って切断した状態を示す模式図。
【図１４】同給電構成をもつトナー担持ローラを軸方向に対して直交する方向から示す模式図。
【図１５】同給電構成を模式的に示す斜視図。
【図１６】第３変形例における現像装置を示す模式図。
【図１７】第４変形例における現像装置を示す模式図。
【図１８】第５変形例における現像装置を感光体とともに示す概略構成図。
【図１９】同現像装置における回収機構の他の例を示す概略構成図。
【図２０】同現像装置における回収機構の更に他の例を示す概略構成図。
【図２１】同現像装置における回収機構の更に他の例を示す概略構成図。
【図２２】第６変形例に係る複写機のプリンタ部を示す概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を、ホッピング現像方式を採用した画像形成装置である複写機に適用した一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る複写機を示す概略構成図である。
潜像担持体としてのドラム状の感光体４９は、図中時計回り方向に回転駆動される。操作者がコンタクトガラス９０に図示しない原稿を装置し、図示しないプリントスタートスイッチを押すと、原稿照明光源９１及びミラー９２を具備する第１走査光学系９３と、ミラー９４，９５を具備する第２走査光学系９６とが移動して、原稿画像の読み取りが行われる。走査された原稿画像がレンズ９７の後方に配設された画像読み取り素子９８で画像信号として読み込まれ、読み込まれた画像信号はデジタル化された後に画像処理される。そして、画像処理後の信号でレーザーダイオード（ＬＤ）が駆動され、このレーザーダイオードからのレーザー光がポリゴンミラー９９で反射した後、ミラー８０を介して感光体４９を走査する。この走査に先立って、感光体４９は帯電装置５０によって一様に帯電され、レーザー光による走査により感光体４９の表面に静電潜像が形成される。
【００１２】
感光体４９の表面に形成された静電潜像には現像装置１の現像処理によってトナーが付着し、これによりトナー像が形成される。このトナー像は、感光体４９の回転に伴って、転写チャージャー６０との対向位置である転写位置に搬送される。この転写位置に対しては、感光体４９上のトナー像と同期するように、第１給紙コロ７０ａを具備する第１給紙部７０、又は第２給紙コロ７１ａを具備する第２給紙部７１から記録紙Ｐが送り込まれる。そして、感光体４９上のトナー像は、転写チャージャー６０のコロナ放電によって記録紙Ｐ上に転写される。
【００１３】
このようにしてトナー像が転写された記録紙Ｐは、分離チャージャー６１のコロナ放電によって感光体４９表面から分離され、その後、搬送ベルト７５によって定着装置７６に向けて搬送される。そして、定着装置７６内において、図示しないハロゲンランプ等の発熱源を内包する定着ローラ７６ａと、これに向けて押圧される加圧ローラ７６ｂとの当接による定着ニップに挟み込まれる。その後、定着ニップ内での加圧や加熱によってトナー像が表面に定着せしめられた後、機外の排紙トレイ７７に向けて排紙される。
【００１４】
上述の転写位置を通過した感光体４９表面に付着している転写残トナーは、クリーニング装置４５によって感光体４９表面から除去される。このようにしてクリーニング処理が施された感光体４９表面は、除電ランプ４４によって除電されて次の潜像形成に備えられる。
【００１５】
図２は、実施形態に係る複写機における感光体４９と現像装置１とを示す概略構成図である。同図において、ドラム状の感光体４９は、図示しない駆動手段によって図中時計回り方向に回転駆動される。そして、この感光体４９の図中右側方には、現像剤担持体であるトナー担持ローラ２を有する現像装置１が配設されている。現像装置１は、図中時計回り方向に回転駆動される第１搬送スクリュー１２を収容する第１収容部１３と、図中反時計回りに回転駆動される第２搬送スクリュー１４を収容する第２収容部１５とを有しており、両収容部は仕切壁１６によって仕切られている。そして、これら収容部はそれぞれ、図示しない磁性キャリアとマイナス帯電性のトナーとを混合した混合剤を収容している。
【００１６】
第１搬送スクリュー１２は、その回転駆動によって第１収容部１３内の混合剤を回転撹拌しながら、図中手前側から図中奥側へと搬送する。このとき、搬送途中の混合剤は、第１収容部１３の底部に固定されたトナー濃度センサ１７によってそのトナー濃度が検知される。そして、図中奥側の端部付近まで搬送された混合剤は、仕切壁１６の奥側端部付近に設けられた図示しない第１連通口を経て、第２収容部１５内に進入する。第２収容部１５は、現像剤供給部材としての後述するトナー供給ロール１８を収容する磁気ブラシ形成部２１に連通しており、第２搬送スクリュー１４とトナー供給ロール１８とは所定の間隙を介して互いに軸線方向を平行にする姿勢で対向している。第２収容部１５内の第２搬送スクリュー１４は、その回転駆動によって第２収容部１５内の混合剤を回転撹拌しながら、図中奥側から図中手前側へと搬送する。この過程において、第２搬送スクリュー１４によって搬送される混合剤の一部は、トナー供給ロール１８のトナー供給スリーブ１９上に汲み上げられる。そして、図中反時計回り方向のトナー供給スリーブ１９の回転駆動に伴って、後述するトナー供給位置を通過した後、トナー供給スリーブ１９の表面から離脱して、再び第２収容部１５内に戻される。その後、第２搬送スクリュー１４によって図中手前側の端部付近まで搬送された混合剤は、仕切壁１６の図中手前側端部付近に設けられた図示しない第２連通口を経て第１収容部１３内に戻される。
【００１７】
上述したトナー濃度センサ１７は、透磁率センサからなる。このトナー濃度センサ１７による混合剤の透磁率の検知結果は、電圧信号として図示しない制御部に送られる。混合剤の透磁率は、混合剤のＫトナー濃度と相関を示すため、トナー濃度センサ１７はトナー濃度に応じた値の電圧を出力することになる。
【００１８】
本複写機の図示しない制御部はＲＡＭ（Random Access Memory）を備えており、この中にトナー濃度センサ１７からの出力電圧の目標値であるＶｔｒｅｆを格納している。そして、トナー濃度センサ１７からの出力電圧値と、ＲＡＭ内のＶｔｒｅｆとを比較して、比較結果に応じた時間だけ図示しないトナー補給装置を駆動させる。この駆動により、現像に伴うトナーの消費によってトナー濃度を低下させた混合剤に対し、トナー補給口１３ａから第１収容部１３内に適量のトナーが補給される。このため、第２収容部１５内の混合剤のトナー濃度が所定の範囲内に維持される。
【００１９】
トナー供給ロール１８は、図中反時計回り方向に回転駆動される非磁性材料からなる筒状のトナー供給スリーブ１９と、これに内包される固定配置されたマグネットローラ２０とを有している。筒状のトナー供給スリーブ１９は、アルミニウム、真鍮、ステンレス、導電性樹脂などの非磁性体を円筒形に成型したものである。また、マグネットローラ２０は、図示のように、回転方向に並ぶ複数の磁極（図中真上の位置から反時計回り方向に順にＮ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極）を有している。これら磁極により、トナー供給スリーブ１９の周面上に混合剤が吸着し、磁力線に沿って穂立ちした磁気ブラシが形成される。
【００２０】
トナー供給スリーブ１９の表面によって汲み上げられた混合剤は、トナー供給スリーブ１９の回転に伴って図中反時計回り方向に回転する。そして、トナー供給スリーブ１９の表面に対して所定の間隙を介して対向配置されている規制部材２２との対向位置である担持量規制位置に進入する。このとき、規制部材２２とスリーブ表面との間隙を通過することで、スリーブ表面上における混合剤の担持量が規制される。
【００２１】
トナー供給スリーブ１９の図中左側方では、トナー担持ローラ２がトナー供給スリーブ１９表面と所定の間隙を介して対向しながら、図示しない駆動手段によって図中反時計回り方向に回転駆動されている。トナー供給スリーブ１９の回転に伴って上述の担持量規制位置を通過した混合剤は、トナー担持ローラ２との接触位置であるトナー供給位置に進入する。これにより、混合剤からなる磁気ブラシ先端がトナー担持ローラ２の表面を摺擦する。この摺擦やトナー供給スリーブ１９とトナー担持ローラ２との電位差などの作用を受けて、磁気ブラシ中のトナーがトナー担持ローラ２の表面上に供給される。なお、トナー供給スリーブ１９には、供給バイアス電源２４により、供給バイアスが印加されている。この供給バイアスは、トナー担持ローラ２側にトナーを移動させる電界が形成できるようなものであれば、直流電圧でもよいし、かかる直流電圧に交流電圧を重畳したものでもよい。
【００２２】
トナー供給位置を通過したトナー供給スリーブ１９上の混合剤は、スリーブの回転に伴って第２収容部１５との対向位置まで搬送される。この対向位置の付近には、マグネットローラ２０に磁極が設けられておらず、混合剤をスリーブ表面に引き付ける磁力が作用していないため、混合剤はスリーブ表面から離脱して第２収容部１５内に戻る。
【００２３】
トナーが供給されたトナー担持ローラ２は、現像装置１のケーシング１１に設けられた開口から外周面の一部を露出させている。この露出箇所は、感光体４９に対して数十〜数百［μｍ］の間隙を介して対向している。このようにトナー担持ローラ２と感光体４９とが対向している位置が、本複写機における現像位置となっている。
【００２４】
トナー担持ローラ２の表面上に供給されたトナーは、後述する理由により、トナー担持ローラ２の表面上でホッピングしながら、トナー担持ローラ２の回転に伴って、トナー供給位置から現像位置に向けて搬送される。現像領域まで搬送されたトナーは、トナー担持ローラ２と感光体４９上の静電潜像との間の現像電界によって、感光体表面上の静電潜像部分に付着し、これにより現像が行われる。現像に寄与しなかったトナーは、ホッピングしながらトナー担持ローラ２の回転によってさらに搬送され、繰り返し利用される。
【００２５】
次に、実施形態に係る複写機におけるトナー担持ローラ２の具体的構成について説明する。
図３は、実施形態に係る複写機のトナー担持ローラ２の電極配置を説明するためにトナー担持ローラ２を回転軸に対して直交する方向から見たときの模式図である。なお、説明の都合上、表層６や絶縁層５は図示していない。また、図４は、実施形態に係る複写機のトナー担持ローラ２を、その回転軸に対して直交する面に沿って切断したときの断面を模式的に表した部分断面図である。それらの図において、トナー担持ローラ２は、筒状の絶縁性基体２ａの表面上に、第１電極３ａと、絶縁層５と、第２電極４ａと、絶縁性の表層６とを順次積層した多層構造になっている。第１電極３ａは、絶縁性基体２ａの表面の全域に被覆された筒状の大きな電極である。この第１電極３ａの表面上には、絶縁性材料からなる絶縁層５が全域に渡って積層されている。また、筒状の絶縁層５の表面上には、ローラ軸線方向に延在する矩形状の複数の第２電極４ａが周方向に所定ピッチで並ぶように形成されている。更に、絶縁層５における第２電極間の箇所や、複数の第２電極４ａの上には、絶縁性材料からなる表層６が形成されている。
【００２６】
第１電極３ａは、トナー担持ローラ２の基体としても機能しており、ＳＵＳやアルミニウム等の導電性材料を円筒状に成型した金属ローラである。このほか、第１電極３ａの構成としては、ポリアセタール（ＰＯＭ）やポリカーボネート（ＰＣ）等からなる樹脂ローラの表面にアルミニウムや銅などの金属層等からなる導電層を形成したものが挙げられる。この導電層の形成方法としては、金属メッキ、蒸着等により形成する方法や、ローラ表面に金属膜を接着する方法などが考えられる。
【００２７】
第１電極３ａの外周面側は絶縁層５に覆われている。本実施形態において、この絶縁層５は、ポリカーボネートやアルキッドメラミン等で形成されている。また、本実施形態において、絶縁層５の厚みは、３［μｍ］以上５０［μｍ］以下の範囲内が好ましい。３［μｍ］よりも小さくなると、第１電極３ａと第２電極４ａとの間の絶縁性が十分に保てなくなり、第１電極３ａと第２電極４ａとの間でリークが発生してしまう可能性が高くなる。一方、５０［μｍ］よりも大きくなると、第１電極３ａと第２電極４ａとの間で作られる電界が表層６よりも外側に形成されにくくなり、表層６の外側に強いフレア用電界（外部電界）を形成することが困難となる。本実施形態では、メラミン樹脂からなる絶縁層５の厚みを２０［μｍ］としている。絶縁層５はスプレー法やディップ法等によって第１電極３ａ上に均一な膜厚で形成することができる。
【００２８】
絶縁層５の上には第２電極４ａが形成される。本実施形態において、この第２電極４ａは、アルミニウム、銅、銀などの金属で形成されている。櫛歯状の第２電極４ａの形成方法としては、種々の方法が考えられる。例えば、絶縁層５の上にメッキや蒸着によって金属膜を形成し、フォトレジスト・エッチングによって櫛歯状の電極を形成するという方法が挙げられる。また、インクジェット方式やスクリーン印刷によって導電ペーストを絶縁層５の上に付着させて櫛歯状の電極を形成するという方法も考えられる。
【００２９】
第２電極４ａ及び絶縁層５の外周面側は、表層６により覆われている。トナーは、表層６上でホッピングを繰り返す際、この表層６との接触摩擦によって帯電する。トナーに正規帯電極性（本実施形態ではマイナス極性）を与えるため、本実施形態では、表層６の材料として、シリコーン、ナイロン（登録商標）、ウレタン、アルキッドメラミン、ポリカーボネート等が使用される。本実施形態ではポリカーボネートを採用している。また、表層６は、第２電極４ａを保護する役割も持ち合わせているので、表層６の膜厚としては、３［μｍ］以上４０［μｍ］以下の範囲内が好ましい。３［μｍ］よりも小さいと、経時使用による膜削れ等で第２電極４ａが露出し、トナー担持ローラ２上に担持されたトナーやトナー担持ローラ２に接触するその他の部材を通じてリークしてしまうおそれがある。一方、４０［μｍ］よりも大きいと、第１電極３ａと第２電極４ａとの間で作られる電界が表層６よりも外側に形成されにくくなり、表層６の外側に強いフレア用電界を形成することが困難となる。本実施形態では、表層の膜厚は２０［μｍ］としている。表層６は、絶縁層５と同様にスプレー法やディッピング法等によって形成することができる。
【００３０】
本実施形態では、第１電極３ａと第２電極４ａとの間で作られる電界、より詳しくは、第１電極３ａの第２電極４ａとは対向していない部分（第２電極４ａの櫛歯間に位置する第１電極３ａの部分）と第２電極４ａの櫛歯部分との間で作られる電界が、表層６の外側に形成されることで、トナー担持ローラ２上のトナーをホッピングさせ、これによりトナーをクラウド化させる。このとき、トナー担持ローラ２上のトナーは、第１電極３ａに絶縁層５を介して対向した表層部分と、これに隣接する第２電極４ａに対向した表層部分との間を、飛翔しながら往復移動するように、ホッピングすることになる。
【００３１】
トナーを安定してクラウド化させるためには、相応する大きさのフレア用電界を形成することが重要となるが、このような大きなフレア用電界を形成するためには第１電極３ａと第２電極４ａとの間に大きな電位差を形成する必要がある。しかし、このような大きな電位差を安定して形成するためには、第１電極３ａと第２電極４ａとの間を安定かつ有効に絶縁し、リークを防止することが重要である。従来のように、フレア用電界を形成するための２種類の電極をそれぞれ櫛歯状に形成して同心円上に配置し、互いの櫛歯部分が相手の櫛歯間に入り込むように構成した場合、その櫛歯状電極の形成品質が悪いと、２種類の電極間の絶縁性が著しく低下し、リークが起きやすい。具体的には、例えば、エッチングで電極形成する場合には除去すべき金属膜の一部が残存していたり、インクジェット法やスクリーン印刷法で電極形成する場合には電極間に導電ペーストが付着してしまったりする事態が起こり得る。このような事態が生じると、２種類の電極間でリークが起きやすいなり、適正なフレア用電界を形成することができなくなる。また、従来構成においては、ローラの樹脂表面上に櫛歯状電極を高い品質で形成したとしても、２種類の櫛歯状電極を形成した後にその外周面側を絶縁材で覆うことにより電極間に絶縁材を充填して電極間の絶縁性を得るため、電極間にはローラの樹脂表面と絶縁材との界面が形成され、この界面を通じたリークが生じやすく、比較的大きな電圧を印加すると電極間の絶縁性が著しく低下する。
【００３２】
本実施形態によれば、第１電極３ａの上に絶縁層５を設け、その絶縁層上に櫛歯状の第２電極４ａを形成した構成であるため、これらの電極間にリークの原因となり得るような界面は存在しない。また、トナー担持ローラ２の製造段階において、リークの原因となり得る導電材が電極間に介在する可能性も非常に少なくできる。したがって、本実施形態によれば、第１電極３ａと第２電極４ａとの間を安定かつ有効に絶縁することができ、比較的大きな電圧を印加する場合でもリークを効果的に防止することができる。
【００３３】
また、本実施形態において、第２電極４ａの電極幅（各櫛歯部分の幅）は、１０［μｍ］以上１２０［μｍ］以下であるのが好ましい。１０［μｍ］よりも小さいと、細すぎて電極が途中で断線してしまうおそれがある。一方、１２０［μｍ］より大きいと、第２電極４ａの被給電部４ｂからの距離が遠い箇所の電圧が低くなり、その箇所でトナーを安定かつ有効にホッピングさせることが困難となる。本実施形態の被給電部４ｂは、図３に示すように、トナー担持ローラ２の外周面上における軸方向両端に設けられている。よって、本実施形態では、第２電極４ａの電極幅が１２０［μｍ］より大きいと、トナー担持ローラ２の軸方向中央部におけるフレア用電界が軸方向両端部のフレア用電界よりも相対的に低くなり、軸方向中央部に担持されているトナーを安定かつ有効にホッピングさせることが困難となる。
【００３４】
また、本実施形態では、第２電極４ａの電極ピッチ（櫛歯部分間の距離）は、電極幅と同じか広いのが好ましい。電極幅よりも小さいと、第１電極３ａからの電気力線の多くが表層６の外側に出る前に第２電極４ａへ収束してしまい、表層６の外側に形成されるフレア用電界が弱くなってしまうからである。一方、電極ピッチが大きいと、電極間中央のフレア用電界が弱くなってしまう。本実施形態において、電極ピッチは、電極幅以上であって電極幅の５倍以下の範囲内であるのが好ましい。
本実施形態では、電極幅及び電極ピッチをいずれも８０［μｍ］に設定している。
【００３５】
また、本実施形態では、第２電極４ａの電極ピッチを、トナー担持ローラ２の周方向にわたって一定となるように設定されている。電極ピッチを一定とすることで、第１電極３ａと第２電極４ａとの間で作られるフレア用電界がトナー担持ローラ２上の周方向にわたってほぼ均一となる。よって、現像位置で周方向に均一なトナーのホッピングを実現することが可能となり、均一な現像が可能となる。
【００３６】
次に、第１電極３ａ及び第２電極４ａに印加する電圧について説明する。
トナー担持ローラ２上の電極には繰り返しパルス電圧（以下、単にパルス電圧という）が印加される。具体的には、第１電極３ａ，第２電極４ａには、パルス電源２５Ａ，２５Ｂから第１電圧である第１パルス電圧，第２電圧である第２パルス電圧が印加される。パルス電源２５Ａ，２５Ｂが印加する第１パルス電圧，第２パルス電圧は、矩形波が最も適している。ただし、これに限らず、例えばサイン波で三角波でもよい。また、本実施形態では、フレア用電極を形成するための電極が第１電極３ａ及び第２電極４ａの２相構成であり、各電極３ａ，４ａには互いに位相差πをもった電圧がそれぞれ印加される。
【００３７】
図５は、第１電極３ａ，第２電極４ａに印加される第１パルス電圧，第２パルス電圧の一例を示すグラフである。
本実施形態において、各電圧は矩形波であり、第１電極３ａ，第２電極４ａに印加される第１パルス電圧，第２パルス電圧は、互いに位相がπだけズレた同じ大きさ（ピークトゥピーク電圧Ｖｐｐ）の電圧である。よって、第１電極３ａと第２電極４ａとの間には、常にＶｐｐだけの電位差が生じる。この電位差によって電極間に電界が発生し、この電界のうち表層６の外側に形成されるフレア用電界によって表層６上をトナーがホッピングする。本実施形態において、Ｖｐｐは１００［Ｖ］以上２０００［Ｖ］以下の範囲内であるのが好ましい。Ｖｐｐが１００［Ｖ］より小さいと、十分なフレア用電界を表層６上に形成できず、トナーを安定してホッピングさせるのが困難となる。一方、Ｖｐｐが２０００［Ｖ］より大きいと、経時使用により電極間でリークが発生する可能性が高くなる。本実施形態では、Ｖｐｐを５００［Ｖ］に設定している。
また、本実施形態において、第１パルス電圧と第２パルス電圧の中心値Ｖ０は、画像部電位（静電潜像部分の電位）と非画像部電位（地肌部分の電位）との間に設定され、現像条件によって適宜変動する。
【００３８】
本実施形態において、第１パルス電圧，第２パルス電圧の周波数ｆは、０．１［ｋＨｚ］以上１０［ｋＨｚ］以下であるのが好ましい。０．１［ｋＨｚ］より小さいと、トナーのホッピングが現像速度に追いつかなくなるおそれがある。一方、１０［ｋＨｚ］より大きいと、トナーの移動が電界の切り替わりに追従できなくなり、トナーを安定してホッピングさせるのが困難となる。本実施形態では、周波数ｆを５００［Ｈｚ］に設定している。
【００３９】
図６は、第１電極３ａ，第２電極４ａに印加される第１パルス電圧，第２パルス電圧の他の例を示すグラフである。
この例では、第１電極３ａについては、図５に示したものと同様の第１パルス電圧が印加されるが、第２電極４ａについては、直流電圧が印加される。この場合、電極間の電位差はＶｐｐ／２となる。よって、この例におけるＶｐｐの好適な範囲は、２００［Ｖ］以上４０００［Ｖ］以下である。この例によれば、第１電極３ａと第２電極４ａとの位相差を考慮する必要がなく、電源コストが安くなる。
【００４０】
図７は、第１電極３ａ，第２電極４ａに印加される第１パルス電圧，第２パルス電圧の更に他の例を示すグラフである。
この例では、第２電極４ａについては、図５に示したものと同様の第１パルス電圧が印加されるが、第１電極３ａについては、直流電圧が印加される。この場合も、電極間の電位差はＶｐｐ／２となる。よって、この例におけるＶｐｐの好適な範囲は、２００［Ｖ］以上４０００［Ｖ］以下である。この例も、第１電極３ａと第２電極４ａとの位相差を考慮する必要がなく、電源コストが安くなる。
【００４１】
図８は、本実施形態における第１電極３ａ及び第２電極４ａへの給電構成を、ローラ軸に沿って切断したときの模式図である。
図９は、同給電構成を模式的に示す斜視図である。
本実施形態における第１電極３ａ及び第２電極４ａへの給電構成において、第１電極３ａは、トナー担持ローラ２のローラ軸と一体化されており、そのローラ軸端面が被給電部３ｂとなる。ローラ軸端面で構成される被給電部３ｂには、パルス電源２５Ａに接続された第１給電部材としての給電ブラシ７が当接している。一方、トナー担持ローラ２の外周面両端部分には表層６が設けられておらず、トナー担持ローラ２の外周面における第２電極４ａの両端部分は露出しており、この露出面が被給電部４ｂとなる。その露出面で構成される被給電部４ｂには、パルス電源２５Ｂに接続された第２給電部材としての給電コロ８が当接している。この給電コロ８は、回転自在に支持されており、トナー担持ローラ２の回転に伴い、被給電部４ｂに当接したまま連れ回り回転する。
【００４２】
なお、本実施形態では、第２電極４ａに第２パルス電圧を印加するための第２給電部材である給電コロ８が２つ設けられているが、１つであっても３つ以上であってもよい。第２電極４ａに第２パルス電圧を印加するための第２給電部材が複数あれば、一部の第２給電部材で接触不良による給電不良が生じても、他の第２給電部材により給電を行うことができるので、安定した給電を行うことが可能となる。
【００４３】
また、本実施形態のように、トナー担持ローラ２の外周面に第２電極４ａの一部分を露出させ、その露出部分を被給電部４ｂとして、これに第２給電部材を当接させて給電する方式を採用する場合、その被給電部４ｂは、トナー担持ローラ２上における現像幅（感光体上において静電潜像が形成され得る領域と対向し得る領域幅）よりも軸方向外側に位置することが望まれる。なぜなら、被給電部４ｂが現像幅内に位置すると、トナー担持ローラ２と被給電部４ｂとの間で押しつぶされたトナーが現像に寄与することになり、その部分で現像不良が発生するからである。より好ましくは、被給電部４ｂは、トナー担持ローラ２上におけるトナー供給幅（トナー供給スリーブ１９からトナーが供給される領域幅）よりも軸方向外側に位置することが望まれる。なぜなら、被給電部４ｂがトナー供給幅内に位置すると、トナー担持ローラ２と被給電部４ｂとの間に多量のトナーが介在し、給電不良が起きやすくなるからである。本実施形態では、被給電部４ｂがトナー担持ローラ２上におけるトナー供給幅よりも軸方向外側に位置するように構成している。更に、本実施形態では、トナー供給幅内のトナーが被給電部４ｂに付着しないように、ローラ両端部に位置する各被給電部４ｂの軸方向中央側に図示しないトナーシールが設けられている。
【００４４】
なお、本実施形態では、第２給電部材として、被給電部４ｂに連れ回り回転する給電コロ８を用いているが、これに限らず、例えば、導電性ブラシや導電性板バネなどを用いてもよい。なお、導電性ブラシや、導電性板バネなどのように被給電部４ｂに対して摺動する第２給電部材を用いる場合、被給電部４ｂとの接点部分の摩耗を抑制するために導電性グリスなど充填するとよい。
また、本実施形態では、第１電極３ａの被給電部がローラ軸端面である場合について説明したが、これに限らず、例えばローラ軸の周面やローラ本体部の端面を被給電部としてもよい。
【００４５】
次に、本発明者らが行った実験について説明する。
本発明者らは、実施形態に係る複写機と同様の構成の複写試験機を用意した。この複写機のトナー担持ローラ２は、第２電極４ａの幅が８０［μｍ］に設定されており、複数の第２電極４ａが互いの間に８０［μｍ］の間隙を保持するように配設され、第２電極４ａ間に第１電極３ａの一部を８０［μｍ］の幅で位置させている。
【００４６】
以下に説明する実験においては、基本条件を次のように設定した。
・プロセス線速Ｖｐ：１８０［ｍｍ／ｓ］又は３６０［ｍｍ／ｓ］
・現像領域での感光体とトナー担持ローラとの移動方向：互いに順方向
・パルス電圧：図５に示した特性のもの
・パルス電圧の平均電位：−３５０［Ｖ］
・パルス電圧のピークツウピーク電位Ｖｐｐ：５００［Ｖ］
・感光体地肌部電位（一様帯電電位）：−５００［Ｖ］
・潜像電位：−１００［Ｖ］
【００４７】
複写試験機における現像時間を把握するために、複写試験機の現像領域のローラ回転方向長さ（以下、現像領域長さＬｄという）を測定した。現像領域とは、感光体とトナー担持ローラ２との対向部において、トナー担持ローラ２上でホッピングしたトナーが現像可能な領域のことである。測定については次のようにして行った。即ち、感光体４９の表面に副走査方向（ローラやドラムの回転方向）に延在するライン潜像を形成した状態で、所定の出力時間ｔｏだけトナー担持ローラ２の電極に対してパルス電圧を出力する。すると、出力時間ｔｏに対応する長さ分だけ、ライン潜像が現像される。出力時間ｔｏを段階的に変化させながら、それぞれにおけるライン現像長さを測定する。そして、測定結果に基づいて、出力時間ｔｏとライン現像長さとの関係を示す回帰直線を求め、この回帰直線における出力時間軸との切片値（ｔｏ＝０におけるライン現像長さ）を、現像領域長さＬｄ（＝１０ｍｍ）とした。
【００４８】
次に、パルス電圧の周波数ｆを段階的に変化させながら、それぞれの周波数ｆの条件下で、ライン部とベタ部とを具備する所定のテスト画像を出力した。そして、出力したテスト画像について、対ベタ部トナー付着量と、対ライン部トナー付着量とをそれぞれ評価した。また、出力中におけるトナー飛散の有無も測定した。トナー飛散については、粘着面をトナー担持ローラ２に向けた姿勢の粘着テープを現像領域の周囲に張り巡らして、粘着テープに対するトナー付着の有無を顕微鏡で観察して評価した。パルス電圧の周波数ｆについては、０．０１［ｋＨｚ］、０．１［ｋＨｚ］、１［ｋＨｚ］、３［ｋＨｚ］、４［ｋＨｚ］、５［ｋＨｚ］の６通りを採用した。また、プロセス線速Ｖｐについては、１８０［ｍｍ／ｓ］に設定した。この結果を次の表１に示す。
【表１】
2010217256.tif 000003
【００４９】
表１に示すように、周波数ｆが０．０１［ｋＨｚ］や０．１［ｋＨｚ］などといった比較的低い条件では、トナー飛散が認められた。周波数ｆが比較的低い条件では、トナー担持ローラ表面上に形成された電界の向きの切り替わり周期が比較的長くなることから、ホッピングしたトナーに対して電界の反転によるローラ表面への引き戻し作用が働き難くなるためであると考えられる。また、周波数ｆ＝０．０１［ｋＨｚ］の条件では、ベタ部、ライン部ともにトナー付着量が不足してしまった。これは現像領域でのトナーのホッピング回数が不足したためであると考えられる。
【００５０】
一方、周波数ｆが４［ｋＨｚ］や５［ｋＨｚ］などといった比較的高い条件では、ライン部に対するトナー付着量が過多になってしまった。周波数が高い場合、現像領域内でのホッピング回数が増加する。現像領域における画像部と非画像部との境界において、画像部と対向するトナー担持ローラ上のトナーは現像電界によって感光体上に現像される。非画像部と対向するトナー担持ローラ上のトナーはホッピングによって画像部と対向する領域に移動する。移動したトナーは現像電界によって感光体上に現像される。周波数が高い場合は、このホッピングによるトナーの移動が多く起こり、画像部のエッジ部にトナーが多く現像されてしまう。これはベタ画像よりもライン画像の方がエッジ部が多いため多く起こり、ライン画像の付着量が多過になってしまう。
【００５１】
トナー付着量に着目した場合、最も望ましい周波数ｆは０．１［ｋＨｚ］程度である（１〜３ｋＨｚではラインのトナー付着量が少し多くなっている）。ところが、この周波数ｆでは、トナー飛散が発生している。つまり、トナー付着量を最適にする周波数ｆでは、トナー飛散を発生させてしまうのである。高画質化という観点からすれば、トナー付着量にとって最適なホッピング回数の条件下で、トナー飛散の発生を抑える必要がある。
【００５２】
一方、本発明者らは、次のような実験も行った。即ち、所定の周波数ｆのパルス電圧を出力し続けるのではなく、出力と停止とを繰り返す実験である。この実験における各種条件やトナー付着量の結果を次の表２に示す。
【表２】
2010217256.tif 000004
【００５３】
表２において、条件１だけは、先の実験で同様に、パルス電圧の出力の停止時間ｔ２を設けておらず、パルス電圧を連続して出力し続けている。これに対し、条件２、３、４、５、６は、それぞれ、パルス電圧の出力を出力時間ｔ１だけ行った後、出力を停止時間ｔ２だけ停止するという処理を繰り返している。条件２、３、４、５では、ベタ部及びライン部でともに適切なトナー付着量を得つつ、トナー飛散の発生を回避することができている。このことから、パルス電圧を適切な出力時間ｔ１の間だけ出力した後、出力を停止時間ｔ２だけ停止するという処理を繰り返し行うことで、パルス電圧の周波数設定の不適によるライン太りやベタ濃度不足の発生と、トナー飛散の発生とを何れも抑え得ることがわかった。
【００５４】
パルス電圧を適切な出力時間ｔ１の間だけ出力した後、出力を停止時間ｔ２だけ停止するという処理を繰り返し行う場合、現像時間内におけるトナーのホッピング回数ｈは、次の式によって求められる。なお、式中におけるｍは、出力時間ｔ１内におけるパルス出力回数を示している。
【数１】
2010217256.tif 000005
【００５５】
この式に基づいて、表２の条件２、３、４、５、６におけるホッピング回数ｈを求めると、次の表３のようになる。
【表３】
2010217256.tif 000006
【００５６】
表２と表３との結果から、ベタ部及びライン部ともに十分なトナー付着量を得るためには、現像時間内においてトナー担持ローラ２の表面上のトナーを２回以上ホッピングさせる必要があることがわかる（条件６では付着量不足）。
【００５７】
図１０は、トナー飛散ランクと、パルス電圧の出力・停止デューティとの関係を示すグラフである。この出力・停止デューティは、上述の出力時間ｔ１の「出力時間ｔ１＋停止時間ｔ２」に対する割合である。地汚れランクは５が最も良い評価（飛散量がゼロ）であり、１に近づくほど飛散量が多くなる。出力・停止デューティが５０［％］に達すると、停止時間ｔ２を設けない条件に近づいてしまうため、トナー飛散量が急激に上昇し始めることがわかる。よって、出力・停止デューティについては、５０［％］未満に設定することが望ましい。
【００５８】
次に、実施形態に係る複写機の特徴的な構成について説明する。
図１１は、実施形態に係る複写機のパルス電源２４Ａ，２５Ｂによって出力されるパルス電圧の波形を示すグラフである。パルス電圧出力手段としてのパルス電源２４Ａ，２５Ｂは、図示のように、トナー担持ローラ２の第１電極３ａ，第２電極４ａに対してパルス電圧を所定の出力時間ｔ１だけ出力する処理と、パルス電圧の出力を所定の停止時間ｔ２だけ停止する処理とを交互に実施するように構成されている。
【００５９】
かかる構成では、上述した実験の結果から明らかなように、パルス電圧の周波数設定の不適によるライン太りやベタ濃度不足の発生を抑えつつ、トナー飛散の発生を抑えることができる。
【００６０】
パルス電圧は、図示のように矩形波である。第１電極３ａに出力されるパルス電圧と、第２電極４ａに出力されるパルス電圧とは、互いに平均電位やピークツウピーク電圧Ｖｐｐが等しく、且つ互いに逆位相の関係になっている。この位相差により、第１電極３ａと第２電極４ａとの間には、常にピークツウピーク電位Ｖｐｐと同じだけの電位差が生じている。この電位差によって電極間に電界が発生して、トナー担持ローラ２の表面上においてトナーが電極間をホッピングする。ピークツウピーク電位Ｖｐｐは、例えば１００［Ｖ］〜２０００［Ｖ］である。ピークツウピーク電位Ｖｐｐが１００［Ｖ］より小さくなると、電極間の電界強度が弱すぎて、トナーが良好にホッピングしなくなる。また、ピークツウピーク電位Ｖｐｐが２０００［Ｖ］より大きくなると、電極間で電流をリークさせるおそれがでてくる。リークが発生すると、それ以降は電極間に電界が発生しなくなり、トナーがホッピングしなくなってしまう。
【００６１】
実施形態に係る複写機においては、ピークツウピーク電位Ｖｐｐを具体的には５００［Ｖ］に設定している。周波数ｆ（＝１／Ｔ）については、１０［ｋＨｚ］以下に設定することが望ましい。１０［ｋＨｚ］より大きくすると、トナーが電圧の極性の切り替わりに追従できなくなるからである。より詳しくは、実施形態に係る複写機においては、周波数ｆ＝１［ｋＨｚ］、出力時間ｔ１内パルス数ｍ＝３、出力時間ｔ１＋停止時間ｔ２＝１０［ｍｓ］としている（条件５と同じ）。プロセス線速Ｖｐについては、１８０［ｍｍ／ｓ］に設定している。また、パルス電圧の平均電位については、感光体４９の地肌部電位と潜像電位との間に設定している。図示のような矩形波のパルス電圧では、電圧の極性の切り替わりが瞬時に起きるので、トナーのホッピングには適している。但し、サイン波や三角波を採用してもよい。
【００６２】
現像時間内におけるホッピング回数ｈについては、２回以上に設定している。より詳しくは、条件５と同様に、ホッピング回数ｈを２９回にしている。これにより、ベタ部及びライン部の両方において、十分なトナー付着量を得ることができる。
【００６３】
出力時間ｔ１については、出力時間ｔ１と停止時間ｔ２との加算値の半分未満に設定している。つまり、出力・停止チューティを５０［％］未満に設定している。より詳しくは、出力時間ｔ１＝３［ｍｓ］、出力時間ｔ１＋停止時間ｔ２＝１０［ｍｓ］であるので、出力・停止チューティを３０［％］に設定している。出力・停止チューティを５０［％］に設定したことで、上述したように、トナー飛散の発生を有効に抑えることができる。
【００６４】
次に、実施形態に係る複写機の各変形例について説明する。なお、以下に特筆しない限り、各変形例に係る複写機の構成は実施形態と同様である。
［第１変形例］
図１２は、第１変形例に係る複写機の第１電極３ａ，第２電極４ａに出力されるパルス電圧の波形を示すグラフである。第１電極３ａに対しては、実施形態と同様に矩形波の繰り返しパルス電圧が印加される。これに対し、第２電極４ａに対しては、実施形態とは異なり、前述のパルス電圧の平均電位と同じ値の直流電圧が印加されている。この場合、第１電極３ａと第２電極４ａとの電位差は、前述のパルス電圧のピークツウピーク電位Ｖｐｐの半分になる。そこで、実施形態に係る複写機における電位差と同じ値を確保するために、前述のパルス電圧のピークツウピーク電位については、実施形態の倍の２００［Ｖ］〜４０００［Ｖ］としている。実施形態とは異なり、２つのパルス電圧の位相を完全な逆位相の関係になるように位相を厳密にコントロールに強うがないため、パルス電源の低コスト化を図ることが可能になる。第１電極３ａに対して直流電圧を印加する一方で、第２電極４ａにパルス電圧を印加するという同図とは逆の関係にしてもよい。
【００６５】
〔第２変形例〕
図１３は、第２変形例における第１電極３ａ及び第２電極４ａへの給電構成を、ローラ軸に沿って切断した状態を示す模式図である。また、図１４は、同給電構成をもつトナー担持ローラを、軸方向に対して直交する方向から示す模式図である。また、図１５は、同給電構成を模式的に示す斜視図である。
【００６６】
第２変形例において、第１電極３ａに対する給電構成は、実施形態と同様に、ローラ軸端面がその被給電部３ｂとなるように構成されており、その被給電部３ｂに給電ブラシ７が当接している。一方、第２電極４ａに対する給電構成は、第２電極４ａをローラ軸周面上まで引き出し、その引き出した部分を被給電部４ｂとしている。そして、絶縁層５も同様にローラ軸周面上まで引き出すことにより、ローラ軸周面上においても第１電極３ａと第２電極４ａとの絶縁を確保している。ローラ軸周面上の被給電部４ｂには、パルス電源２５Ｂに接続された第２給電部材としての給電ブラシ８’が当接する。
【００６７】
第２変形例に例示した給電構成以外にも、例えば、トナー担持ローラ２の各ローラ軸を互いに電気的に分割し、第１電極３ａ及び第２電極４ａをそれぞれいずれかの軸に導通させ、各ローラ軸を通じて第１電極３ａ及び第２電極４ａそれぞれに電圧を印加する構成が考えられる。
【００６８】
〔第３変形例〕
次に、トナー担持ローラ２にトナーを供給する構成の第３変形例について説明する。
図１６は、第３変形例における現像装置を示す模式図である。第３変形例では、磁性キャリアを用いないでトナー担持ローラ２にトナーを供給する。具体的には、本変形例２に係る現像装置１は、図中時計回り方向に回転駆動される第１搬送スクリュー１２を収容する第１収容部１３と、図中反時計回りに回転駆動される第２搬送スクリュー１４を収容する第２収容部１５とを有しており、両収容部は仕切壁１６によって仕切られている。そして、これら収容部には、それぞれ、図示しないマイナス帯電性のトナーが収容されている。第１搬送スクリュー１２及び第２搬送スクリュー１４の回転駆動により、トナーは第１収容部１３及び第２収容部１５を循環搬送される。この搬送時に、トナーは第１搬送スクリュー１２及び第２搬送スクリュー１４から摺擦を受けることで摩擦帯電する。このようにして摩擦帯電した第２収容部１５内のトナーは、供給バイアス電源２４により供給バイアスが印加されたトナー供給ロール１８’上に、静電的に吸着する。なお、この供給バイアスは、直流電圧でも交流電圧でもよいし、また、直流電圧に交流電圧を重畳させたバイアスでもよい。トナー供給ロール１８’上に吸着したトナーは、規制部材２２により担持量が規制された後、供給位置へと搬送される。そして、供給位置へ搬送されたトナーは、トナー供給ロール１８’とトナー担持ローラ２との電位差の作用を受けて、トナー担持ローラ２の表面上に供給される。その後は、実施形態と同様なので説明を省略する。
【００６９】
〔第４変形例〕
次に、トナー担持ローラ２にトナーを供給する構成の第４変形例について説明する。
図１７は、第４変形例における現像装置を示す模式図である。第４変形例では、第３変形例と同様に磁性キャリアを用いないでトナー担持ローラ２にトナーを供給するが、トナー供給ロール１８’を用いずにトナーを直接的にトナー担持ローラ２へ供給する。具体的には、第４変形例では、トナー収容部１５’内にスポンジローラ１８’を設け、スポンジローラ１８’の表面をトナー担持ローラ２の表面に当接させている。これにより、トナー収容部１５’内でスポンジローラ１８’の表面に付着したトナーは、トナー担持ローラ２の表面との当接部で摺擦を受けて摩擦帯電し、これにより静電的にトナー担持ローラ２上へ供給される。第４変形例では、スポンジローラ１８’をトナー担持ローラ２に対してトレーリング方向に回転駆動しているが、カウンター方向でもよい。第４変形例の場合、スポンジローラ１８’に接続された供給バイアス電源２４’により印加される供給バイアスによって、トナー担持ローラ２へ供給するトナーの量を制御することができる。この供給バイアスは、直流電圧でも交流電圧でもよいし、また直流電圧に交流電圧を重畳させたバイアスでもよい。
【００７０】
〔第５変形例〕
次に、現像に寄与しなかったトナーをトナー担持ローラ２から回収する回収手段としての回収機構３０を設けた現像装置の第５変形例について説明する。
図１８は、第５変形例における現像装置を感光体４９とともに図示した概略構成図である。第５変形例における現像装置の基本構成は、実施形態と同様であるが、回収機構３０が設けられている点と、トナー担持ローラ２及びトナー供給ロール１８の下方に位置するケーシング１１の内壁が第２搬送スクリュー１４を収容する第２収容部１５に向けて下傾斜している点とが、主に相違する構成である。以下、この相違する構成についてのみ説明する。
【００７１】
第５変形例において、回収機構３０は、トナー担持ローラ２の外周面に対向するように配置される回収板３１と、回収板３１に接触するように配置された振動子３２と、回収板３１に所定の電圧を印加するための回収電源３３とから構成されている。トナー担持ローラ２と回収板３１との間には、マイナス極性に帯電したトナーをトナー担持ローラ２から回収板３１に向けて静電的に移動させる向きの電界が形成される。これにより、現像領域で現像に寄与しなかったトナーは、回収板３１とトナー担持ローラ２とが対向しあう回収領域において、トナー担持ローラ２上から回収板３１側へ移動する。回収板３１に付着したトナーは、振動子３２によって回収板３１を振動させることにより、回収板３１上から振るい落とされる。振るい落とされたトナーは、ケーシング１１の内壁面上を移動して第２収容部１５内に戻され、再び第１収容部１３及び第２収容部１５を循環搬送される。
【００７２】
図１９は、回収機構３０の他の例を示すための概略構成図である。同図に示すように、回収機構３０として、回収ローラ３４を利用した構成も採用できる。具体的には、この回収機構３０は、トナー担持ローラ２の外周面に対向するように配置される回収ローラ３４と、回収ローラ３４に接触するように配置されたクリーニングブレード３５と、回収ローラ３４に所定の電圧を印加するための回収電源３３とから構成されている。トナー担持ローラ２と回収ローラ３４との間には、マイナス極性に帯電したトナーをトナー担持ローラ２から回収ローラ３４に向けて静電的に移動させる向きの電界が形成される。これにより、現像領域で現像に寄与しなかったトナーは、回収ローラ３４とトナー担持ローラ２とが対向しあう回収領域において、トナー担持ローラ２上から回収ローラ３４側へ移動する。回収ローラ３４に付着したトナーは、クリーニングブレード３５によって掻き落とされる。掻き落とされたトナーは、ケーシング１１の内壁面上を移動して第２収容部１５内に戻され、再び第１収容部１３及び第２収容部１５を循環搬送される。
【００７３】
図２０は、回収機構３０の更に他の例を示すための概略構成図である。同図に示すように、回収機構３０として、ブラシローラ３６を利用した構成も採用できる。具体的には、この回収機構３０は、トナー担持ローラ２の外周面に接触して対向するように配置されるブラシローラ３６と、ブラシローラ３６に接触するように配置されたフリッカー３７と、ブラシローラ３６に所定の電圧を印加するための回収電源３３とから構成されている。トナー担持ローラ２とブラシローラ３６との間には、マイナス極性に帯電したトナーをトナー担持ローラ２からブラシローラ３６に向けて静電的に移動させる向きの電界が形成される。これにより、現像領域で現像に寄与しなかったトナーは、ブラシローラ３６とトナー担持ローラ２とが対向しあう回収領域において、トナー担持ローラ２上からブラシローラ３６側へ移動する。ブラシローラ３６に付着したトナーは、フリッカー３７によって払い落とされる。払い落とされたトナーは、ケーシング１１の内壁面上を移動して第２収容部１５内に戻され、再び第１収容部１３及び第２収容部１５を循環搬送される。
【００７４】
図２１は、回収機構３０の更に他の例を示すための概略構成図である。同図に示すように、回収機構３０として、吸引ポンプ４０を利用した構成も採用できる。具体的には、この回収機構３０は、トナー担持ローラ２の外周面に対向するように配置される吸引ノズル３８と、入口端が吸引ノズル３８に接続され、出口端４１ａが第１搬送スクリュー１２を収容する第１収容部１３の上部に連通したダクト４１と、吸引ノズル３８からのトナーをダクト４１の出口端４１ａまで吸引搬送するための吸引ポンプ４０とから構成されている。また、吸引ノズル３８に対してトナー担持ローラ２の表面移動方向下流側には、シール３９が設けられている。このシール３９は、トナー担持ローラ２の表面と接触している。現像領域で現像に寄与しなかったトナーは、トナー担持ローラ２と吸引ノズル３８とが対向しあう回収領域において、吸引ポンプ４０により生じる空気の流れに乗って吸引ノズル３８内に吸引され、ダクト４１を通って出口端４１ａから第１収容部１３内へ戻され、再び第１収容部１３及び第２収容部１５を循環搬送される。なお、空気の流れに乗らずに回収領域を通過したトナーは、シールによって堰き止められるので、そのまま下流に搬送されていくことはない。
【００７５】
［第６変形例］
図２２は、第６実施例に係る複写機のプリンタ部を示す概略構成図である。この画像形成装置は、マゼンタ，シアン，イエロー，ブラック（以下、Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｋという）のトナー像を重ね合わせてフルカラー画像を形成することができる。そして、ベルトユニット１０２、４色にそれぞれ個別に対応する４つのプロセスユニット、４つの光書込ユニット１００Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｋ、レジストローラ対１０８、転写ローラ１０７、定着装置７６、給紙カセット１０１などを備えている。
【００７６】
ベルトユニット１０２は、潜像担持体たる無端ベルト状の感光体４９を、水平方向よりも鉛直方向にスペースをとる縦長の姿勢で張架しながら図中反時計回り方向に無端移動せしめる。より詳しくは、無端ベルト状の感光体４９を、駆動ローラ１０４、テンションローラ１０６、転写バックアップローラ１０５、及び４つの現像対向ローラ１０３Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｋによって裏面側から支えながら張架している。そして、図示しない駆動手段によって図中反時計回り方向に回転駆動せしめられる駆動ローラ１０４の回転によって感光体４９を無端移動せしめる。この感光体４９における図中左側の張架面（以下、左側張架面という）は、ほぼ鉛直方向に延在する姿勢になっている。
【００７７】
感光体４９の左側張架面の図中左側方には、Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｋ用のプロセスユニットが鉛直方向に並ぶように配設されており、それぞれ感光体４９の左側張架面に対向している。これら４つのプロセスユニットは、それぞれ、現像装置（１Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｋ）と、感光体４９を一様帯電せしめる帯電装置（５０Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｋ）とを１つのユニットとして図示しない共通の保持体に保持している。そして、プリンタ筺体に対して現像装置及び帯電装置が一体的に着脱されるようになっている。
【００７８】
４つの現像装置１Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｋのうち、鉛直方向の最も下側に位置するＫ用の現像装置１Ｋの上方には、Ｋ用の帯電装置５０Ｋが感光体４９の左側張架面に対向するように配設されている。また、Ｋ用の現像装置１Ｋの真上に配設されたＹ用の現像装置１Ｙの上方には、Ｙ用の帯電装置５０Ｙが感光体の左側張架面に対向するように配設されている。また、Ｙ用の現像装置１Ｙの真上に配設されたＣ用の現像装置１Ｃの上方には、Ｃ用の帯電装置５０Ｃが感光体４９の左側張架面に対向するように配設されている。更に、Ｙ用の現像装置１Ｙの真上に配設されたＭ用の現像装置１Ｍの上方には、Ｍ用の帯電装置５０Ｍが感光体４９の左側張架面に対向するように配設されている。
【００７９】
鉛直方向に並ぶ４つの現像装置１Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｋの図中左側方には、４つの光書込ユニット１００Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｋが鉛直方向に並ぶように配設されている。これら光書込ユニット１００Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｋは、外部の図示しないパーソナルコンピュータやスキャナから送られてくる画像情報に基づいて、図示しない４つの半導体レーザーを駆動してＭ，Ｃ，Ｙ，Ｋ用の書込光Ｌｍ，Ｌｃ，Ｌｙ，Ｌｋを出射する。そして、これらを図示しないポリゴンミラーによって偏向せしめながら、図示しない反射ミラーで反射させたり光学レンズに通したりすることで感光体４９に対する光走査を行う。かかる構成のものに代えて、ＬＥＤアレイによって光走査を行うものを用いてもよい。なお、光走査は暗中にて行われる。
【００８０】
感光体４９は、自らを張架している複数の張架ローラのうち、最も下方に位置する駆動ローラ１０４と、最も上方に位置するテンションローラ１０６との間では、鉛直方向上方から下方に向けてほぼ真っ直ぐに移動する。この過程において、まず、Ｍ用の帯電装置５０Ｍとの対向位置を通過する際に、例えば負極性に一様帯電せしめられる。そして、Ｍ用の書込光Ｌｍによる光走査によってＭ用の静電潜像を担持した後、Ｍ用の現像装置１Ｍとの対向位置を通過する。この際、感光体４９に書き込まれたＭ用の静電潜像がＭ用の現像装置１Ｍによって現像されてＭトナー像になる。
【００８１】
Ｍトナー像が形成された感光体４９は、鉛直方向上方から下方に向けての移動に伴って、Ｃ用の帯電装置５０Ｃによって再び一様帯電せしめられた後、Ｃ用の書込光Ｌｃによる光走査によってＣ用の静電潜像を担持する。このＣ用の静電潜像は、Ｃ用の現像装置１Ｃによって現像されてＣトナー像となる。このとき、Ｃトナー像の全領域又は一部領域は、既に感光体４９上に形成されているＭトナー像に重ね合わせて現像される。そして、その重ね合わせ箇所は、Ｍ及びＣによる２次色部となる。
【００８２】
Ｃトナー像が形成された感光体４９は、鉛直方向上方から下方に向けての移動に伴って、Ｙ用の帯電装置５０Ｙによって再び一様帯電せしめられた後、Ｙ用の書込光Ｌｙによる光走査によってＹ用の静電潜像を担持する。このＹ用の静電潜像は、Ｙ用の現像装置１Ｙによって現像されてＹトナー像となる。このとき、Ｙトナー像の全領域又は一部領域は、既に感光体４９上に形成されているＭトナー像、Ｃトナー像、あるいはＭＣ２次色部の上に重ね合わせた状態で現像される。そして、その重ね合わせ箇所は、ＭＹ２次色部、ＣＹ２次色部、あるいはＭＣＹ３次色部となる。
【００８３】
Ｙトナー像が形成された感光体４９は、鉛直方向上方から下方に向けての移動に伴って、Ｋ用の帯電装置５０Ｋによって再び一様帯電せしめられた後、Ｋ用の書込光Ｌｋによる光走査によってＫ用の静電潜像を担持する。このＫ用の静電潜像は、Ｋ用の現像装置１Ｋによって現像されてＫトナー像となる。
【００８４】
以上のようなＭ，Ｃ，Ｙ，Ｋトナー像の重ね合わせ現像により、感光体４９のおもて面（ループ外面）には、４色重ね合わせトナー像が形成される。なお、Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｋ用の帯電装置５０Ｍ，Ｃ，Ｙ，Ｋとしては、それぞれコロナ放電によって感光体４９を一様帯電せしめるものが用いられている。
【００８５】
Ｋ用の現像装置１Ｋとの対向位置であるＫ用の現像領域を通過した感光体４９は、駆動ローラ１０４に対する掛け回し箇所を通過すると、今度は相対的に鉛直方向下方から上方に向けて移動するようになる。そして、転写バックアップローラ１０５に対する掛け回し箇所に進入する。この掛け回し箇所の一部に対しては、転写ローラ１０７がおもて面側から当接して転写ニップを形成している。転写バックアップローラ１０５は接地されているのに対し、導電性の転写ローラ１０７には図示しないバイアス印加手段によって転写バイアスが印加されている。これにより、転写ニップを間に挟んでいる転写バックアップローラ１０５と転写ローラ１０７との間には、感光体４９上のトナー像を転写バックアップローラ１０５側から転写ローラ１０７側に静電移動させる転写電界が形成されている。
【００８６】
一方、給紙カセット１０１は、所定のタイミングで給紙ローラ１０１ａを回転駆動させることで、カセット内に収容している記録紙Ｐを給紙路に向けて送り出す。送り出された記録紙Ｐは、転写ニップの図中下方に配設されたレジストローラ対１０８のローラ間に挟み込まれる。レジストローラ対１０８は、記録紙Ｐの先端部を挟み込むとすぐに回転駆動を一時停止する。そして、記録紙Ｐを感光体４９の４色重ね合わせトナー像と同期させ得るタイミングで回転駆動を再開して、記録紙Ｐを転写ニップに送り出す。
【００８７】
転写ニップで記録紙Ｐに密着せしめられた４色重ね合わせトナー像は、ニップ圧や転写電界の作用によってベルトから記録紙Ｐに一括転写され、記録紙Ｐの白色と相まってフルカラー画像となる。このようにしてフルカラー画像が形成された記録紙Ｐは、転写ニップから定着装置７６に送り込まれた後、機外へと排出される。
【符号の説明】
【００８８】
１：現像装置
２：トナー担持ローラ（トナー担持体）
３ａ：第１電極
４ａ：第２電極
５：絶縁層
２５Ａ，２５Ｂ：パルス電源（パルス電圧出力手段）
４９：感光体（潜像担持体）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８９】
【特許文献１】特開２００７−１３３３８７号公報
【図１】
2010217256.tif 000007
【図２】
2010217256.tif 000008
【図３】
2010217256.tif 000009
【図４】
2010217256.tif 000010
【図５】
2010217256.tif 000011
【図６】
2010217256.tif 000012
【図７】
2010217256.tif 000013
【図８】
2010217256.tif 000014
【図９】
2010217256.tif 000015
【図１０】
2010217256.tif 000016
【図１１】
2010217256.tif 000017
【図１２】
2010217256.tif 000018
【図１３】
2010217256.tif 000019
【図１４】
2010217256.tif 000020
【図１５】
2010217256.tif 000021
【図１６】
2010217256.tif 000022
【図１７】
2010217256.tif 000023
【図１８】
2010217256.tif 000024
【図１９】
2010217256.tif 000025
【図２０】
2010217256.tif 000026
【図２１】
2010217256.tif 000027
【図２２】
2010217256.tif 000028