(57)【要約】【課題】  気圧変化の影響が少なく、かつトナー飛散による周辺領域の汚染が防止された状態で、トナーによる像担持体上の静電潜像に対する現像効率が向上するとともに、長期間にわたって均一で高品位なトナー像を像担持体上に形成することができる現像装置を提供する。【解決手段】  現像装置５は、トナー搬送部材１５にて形成される進行波電界によりベルト部材１６上でトナーを搬送し、ベルト部材１６の表面上の現像領域Ｙにおいて、感光体ドラム２上の静電潜像にトナーを供給して現像する。このとき、振動電源１０２から電極部材１００に電圧が印加されると、電極部材１００と振動ローラ１０１との間隙Ｇには振動電界が形成され、この振動電界によって振動ローラ１０１が振動して、振動ローラ１０１と接触して設けられるベルト部材１６が振動する。【選択図】      図２
2010128021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体が担持する静電潜像を、現像剤であるトナーを用いて現像する現像装置であって、
前記像担持体を臨んで回転可能に設けられて、現像領域において前記像担持体上の静電潜像にトナーを供給する無端状のベルト部材と、
前記ベルト部材の内周面に接触して、前記ベルト部材を介して前記像担持体に対向するように設けられ、一定の進行方向を持った進行波状に電位分布が変化する電界である進行波電界を形成し、前記ベルト部材上のトナーを前記現像領域に向けて移動させながら搬送するトナー搬送部材と、
中空円筒状に形成されて、前記ベルト部材の内周面に接触するように設けられ、前記ベルト部材の回転と同方向かつ同速度で回転する振動ローラと、
前記振動ローラに対して所定の間隙を有して対向する電極部材と、
前記電極部材に、所定の周波数を有する電圧を印加する振動電源とを含み、
前記トナー搬送部材にて形成される前記進行波電界によって、前記ベルト部材上を搬送されるトナーが、前記現像領域において前記像担持体上の静電潜像に供給されるとき、前記振動電源が前記電極部材に電圧を印加して、前記振動ローラを介して前記ベルト部材を振動させることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記振動ローラは、前記現像領域よりも前記ベルト部材の回転方向上流側において、前記ベルト部材の内周面に接触するように設けられることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
【請求項３】
前記電極部材の前記振動ローラに対向する部分に、絶縁材料からなるコート層を設けることを特徴とする請求項１または２に記載の現像装置。
【請求項４】
前記電極部材の前記振動ローラに対する対向方向への曲げ剛性が、前記振動ローラの円筒面の半径方向の曲げ剛性よりも高いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の現像装置。
【請求項５】
前記振動電源は、前記振動ローラの円筒面の固有振動数の整数倍となる周波数を有する電圧である固有振動電圧を、前記電極部材に印加することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の現像装置。
【請求項６】
前記振動電源が前記電極部材に印加する電圧の周波数は、２０ｋＨｚ以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の現像装置。
【請求項７】
静電潜像を担持する像担持体と、像担持体が担持する静電潜像に現像剤であるトナーを供給してトナー像を形成する現像装置と、像担持体の表面に形成されたトナー像を記録媒体に転写する転写装置と、記録媒体上に転写されたトナー像を記録媒体上に定着させる定着装置とを含む画像形成装置であって、
前記現像装置が、請求項１〜６のいずれか１つに記載の現像装置である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、像担持体上に形成される静電潜像を、トナーを用いて現像する現像装置、および該現像装置を備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、レーザプリンタ等の電子写真プロセスを用いる画像形成装置に用いられる現像装置として、感光体ドラムなどの像担持体に、現像スリーブなどの現像剤担持体を接触させずに現像を行う方式の現像装置が注目されている。このような現像装置として、たとえば、パウダークラウド方式、ジャンピング現像方式、あるいは進行波電界を用いる方式の現像装置が提案されている。
【０００３】
特許文献１，２には、進行波電界を用いる方式の現像装置が開示されている。特許文献１，２に開示される現像装置は、いずれも、互いに位相の異なった交番電圧を発生する電源と、板状の現像剤搬送部材上に所定間隔にて配列されている複数の電極とを備え、各電極に交番電圧を印加して形成される進行波電界により現像剤を搬送して、感光体ドラムに供給するものである。
【０００４】
しかしながら、特許文献１，２に開示される現像装置においては、現像剤搬送部材が帯電したり、現像剤搬送部材上に現像剤が固着する場合がある。現像剤搬送部材が帯電した場合、進行波電界が乱されて現像剤の搬送状態に悪影響を与えたり、感光体ドラムへの現像剤の供給過程において現像電界が変化し、現像される画像濃度が変化することがある。また、現像剤搬送部材上に現像剤が固着した場合、現像剤の搬送むらが生じ、現像される画像に濃度むらが発生することがある。
【０００５】
このような問題を解決するために、特許文献３，４には、感光体ドラムを臨んで配置される現像剤搬送部材を覆うように設けられた無端状のベルト部材と、該ベルト部材の内周面に接触するように配置された駆動ローラとを備え、駆動ローラを回転してベルト部材を回転させることにより、現像剤搬送部材における現像剤を搬送する面の除電や、残留現像剤の除去を行う現像装置が開示されている。特許文献３，４に開示される現像装置によれば、現像剤搬送部材の帯電や、濃度むらによる画像品位の劣化を抑えることが可能である。
【０００６】
ところで、現像装置においては、現像剤であるトナーによる、感光体ドラム上の静電潜像に対する現像効率が高いものが望まれる。特許文献３，４に開示される現像装置において、現像効率を高めるためには、ベルト部材と感光体ドラムとの間の電界力が強くなるようにすればよい。しかしながら、ベルト部材と感光体ドラムとの間の電界力が強くなり過ぎると、感光体ドラムに対するトナーの付着量が多くなり過ぎて、地肌かぶりなどの弊害が生じる。
【０００７】
特許文献５には、感光体ドラム上の静電潜像に対してトナーを供給するトナー供給ベルトの内周面に、圧電セラミック振動素子などの振動素子を接触させて配置する構成が開示されている。特許文献５に開示される構成によれば、振動素子による振動の衝撃力をトナー供給ベルトに加え、トナー供給ベルト上からトナーを離脱させてトナークラウドを形成して感光体ドラム上の静電潜像を現像するので、現像効率が高い状態で現像することができる。
【０００８】
また、特許文献６には、感光体ドラム上の静電潜像に対してトナーを供給するトナー供給ベルトの内側に、音響振動する圧電素子を配置する構成が開示されている。特許文献６に開示される構成によれば、トナー供給ベルトを音響振動させ、トナー供給ベルトに対するトナーの付着力を低下させるとともに、トナーをトナー供給ベルト表面から浮遊させて感光体ドラム上の静電潜像を現像するので、現像効率が高い状態で現像することができる。
【０００９】
【特許文献１】特開昭５９−１８１３７１号公報
【特許文献２】特開昭５９−１８９３７１号公報
【特許文献３】特開２００２−９１１６０号公報
【特許文献４】特開２００３−１５４１６号公報
【特許文献５】特開平１−２０４０８２号公報
【特許文献６】特開平２−１３９５８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献５に開示される構成では、接触して配置される振動素子の振動による衝撃力が、トナー供給ベルトに繰り返して加えられるので、長期間の使用により、振動素子とトナー供給ベルトとの接触部で、トナー供給ベルトの劣化（摩耗、伸び、亀裂の発生など）が発生する。さらに、振動素子の振動による衝撃力によってクラウド化されたトナーは、飛散し易く、周辺領域を汚染する場合がある。
【００１１】
また、特許文献６に開示される構成では、トナー供給ベルトを音響振動させ、トナー供給ベルトに対するトナーの付着力を低下させるようになっているが、該音響振動は、気圧変化の影響を大きく受ける。たとえば、高地と低地のような、気圧が異なる環境下で現像装置が使用された場合、音響振動特性が変化するので、トナー供給ベルトに対するトナーの付着力を低下させる効果が変化するとともに、トナーをトナー供給ベルト表面から浮遊させる効果も変化し、現像効率を高い状態で維持することができなくなる。
【００１２】
したがって本発明の目的は、気圧変化の影響が少なく、かつトナー飛散による周辺領域の汚染が防止された状態で、トナーによる像担持体上の静電潜像に対する現像効率が向上するとともに、長期間にわたって均一で高品位なトナー像を像担持体上に形成することができる現像装置および画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、像担持体が担持する静電潜像を、現像剤であるトナーを用いて現像する現像装置であって、
前記像担持体を臨んで回転可能に設けられて、現像領域において前記像担持体上の静電潜像にトナーを供給する無端状のベルト部材と、
前記ベルト部材の内周面に接触して、前記ベルト部材を介して前記像担持体に対向するように設けられ、一定の進行方向を持った進行波状に電位分布が変化する電界である進行波電界を形成し、前記ベルト部材上のトナーを前記現像領域に向けて移動させながら搬送するトナー搬送部材と、
中空円筒状に形成されて、前記ベルト部材の内周面に接触するように設けられ、前記ベルト部材の回転と同方向かつ同速度で回転する振動ローラと、
前記振動ローラに対して所定の間隙を有して対向する電極部材と、
前記電極部材に、所定の周波数を有する電圧を印加する振動電源とを含み、
前記トナー搬送部材にて形成される前記進行波電界によって、前記ベルト部材上を搬送されるトナーが、前記現像領域において前記像担持体上の静電潜像に供給されるとき、前記振動電源が前記電極部材に電圧を印加して、前記振動ローラを介して前記ベルト部材を振動させることを特徴とする現像装置である。
【００１４】
また本発明は、前記振動ローラは、前記現像領域よりも前記ベルト部材の回転方向上流側において、前記ベルト部材の内周面に接触するように設けられることを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、前記電極部材の前記振動ローラに対向する部分に、絶縁材料からなるコート層を設けることを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、前記電極部材の前記振動ローラに対する対向方向への曲げ剛性が、前記振動ローラの円筒面の半径方向の曲げ剛性よりも高いことを特徴とする。
【００１７】
また本発明は、前記振動電源は、前記振動ローラの円筒面の固有振動数の整数倍となる周波数を有する電圧である固有振動電圧を、前記電極部材に印加することを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、前記振動電源が前記電極部材に印加する電圧の周波数は、２０ｋＨｚ以上であることを特徴とする。
【００１９】
また本発明は、静電潜像を担持する像担持体と、像担持体が担持する静電潜像に現像剤であるトナーを供給してトナー像を形成する現像装置と、像担持体の表面に形成されたトナー像を記録媒体に転写する転写装置と、記録媒体上に転写されたトナー像を記録媒体上に定着させる定着装置とを含む画像形成装置であって、
前記現像装置が、前記現像装置であることを特徴とする画像形成装置である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、トナー搬送部材にて形成される進行波電界によって、ベルト部材上でトナーを搬送し、ベルト部材の表面上に対応する現像領域において、像担持体上の静電潜像にトナーを供給して現像する現像装置である。そして、トナーが像担持体上の静電潜像に供給されるとき、振動電源が電極部材に電圧を印加する。電極部材に電圧が印加されると、電極部材と振動ローラとの間隙には振動電界が形成され、この振動電界によって振動ローラが振動して、振動ローラと接触して設けられるベルト部材が振動する。このように、ベルト部材が振動すると、ベルト部材上で搬送されるトナーが振動することになる。
【００２１】
振動するトナーには、振動の運動状態を維持しようとする慣性力が働き、そのため、トナーのベルト部材に対する付着力が低下する。これによって、トナーがベルト部材の表面から離れ易く、かつトナー搬送部材にて形成される進行波電界によりベルト部材の表面から浮遊され易くなる。したがって、ベルト部材上のトナーは、現像領域において、ベルト部材表面から像担持体に向けて飛翔しやすくなり、トナーによる像担持体上の静電潜像に対する現像効率が向上するとともに、静電潜像が忠実に現像された均一で高品位なトナー像を像担持体上に形成することができる。また、トナーのベルト部材に対する付着力が低下されることによって、ベルト部材の表面から飛翔せずにベルト部材上に残留するトナーを少なくすることができ、現像時におけるトナーの必要量を低減することができる。
【００２２】
また、従来技術では、圧電セラミック振動素子などの振動素子をベルト部材に接触させて振動させているために、長期間の使用により、振動素子とベルト部材との接触部でベルト部材の劣化（摩耗、伸び、亀裂の発生など）が発生するが、本発明の現像装置では、電極部材と振動ローラとの間隙に発生する振動電界によってベルト部材を非接触で振動させるように構成されているので、電極部材、振動ローラおよびベルト部材のそれぞれにおいて、長期間にわたって振動に起因する摩耗などの劣化が発生することはない。また、振動ローラは、ベルト部材と同方向かつ同速度で回転するように設けられているので、ベルト部材と振動ローラとの間における摩耗などの劣化も発生することはない。このように、電極部材、振動ローラおよびベルト部材のそれぞれにおいて摩耗などの劣化が防止されるので、長期間にわたって、静電潜像が忠実に現像された均一で高品位なトナー像を像担持体上に形成することができる。
【００２３】
また、本発明の現像装置では、電極部材と振動ローラとの間隙に発生する振動電界によってベルト部材を非接触で振動させて、トナーのベルト部材に対する付着力を低減するように構成されているので、トナーに付与される振動力は、トナーがクラウド化するほど大きな力ではない。したがって、ベルト部材上のトナーが飛散して周辺領域を汚染するのを防止することができる。さらに、本発明の現像装置では、電極部材と振動ローラとの間隙に形成される振動電界によってベルト部材上のトナーを振動させるようになっているので、従来技術のベルト部材を音響振動させる構成に比べれば、気圧変化の影響を少なくすることができる。
【００２４】
また本発明によれば、振動ローラは、現像領域よりもベルト部材の回転方向上流側において、ベルト部材の内周面に接触するように設けられる。これによって、現像領域よりも回転方向上流側においてベルト部材上を搬送されるトナーに対して、効率的に振動を付与することができる。そのため、現像領域に到達する前のトナーに対して、ベルト部材との付着力を効率的に低下させることができる。
【００２５】
また本発明によれば、電極部材の振動ローラに対向する部分に、絶縁材料からなるコート層を設ける。このように、絶縁材料からなるコート層が電極部材の表面に設けられることによって、振動ローラに対向する部分が導電体で構成されている場合に比べて、電極部材に高い電圧を印加しても、気中放電の発生を防止することができる。そのため、高い電圧を電極部材に印加して、振動ローラと電極部材との間隙に大きな振動電界を発生させることができる。また、絶縁材料からなるコート層は比誘電率が高いので、振動ローラと電極部材との間隙に、さらに大きな振動電界を発生させることができる。
【００２６】
また本発明によれば、電極部材の振動ローラに対する対向方向への曲げ剛性が、振動ローラの円筒面の半径方向の曲げ剛性よりも高くなるように構成されている。これによって、電極部材と振動ローラとの間隙に生じる振動電界による引力が作用したときに、電極部材の撓みを抑制しながら振動ローラを振動させることができる。また、電極部材が撓む場合には、この撓みによって電極部材と振動ローラとの間隙幅が小さくなり、気中放電が発生しやすくなる。電極部材の曲げ剛性を高めて電極部材の撓みを抑制することによって、高い電圧を電極部材に印加しても、電極部材と振動ローラとの間隙幅が小さくなり過ぎるのを防止して、振動ローラを大きく振動させて、ベルト部材に大きな振動を付与することができる。
【００２７】
また本発明によれば、振動電源は、振動ローラの円筒面の固有振動数の整数倍となる周波数を有する電圧である固有振動電圧を、電極部材に印加する。これによって、振動ローラの円筒面を共振させることができる。そのため、振動ローラの振動振幅が大きくなり、ベルト部材上のトナーを大きく振動させることができる。したがって、トナーに働く慣性力が大きくなって、ベルト部材に対するトナーの付着力を低下させることができる。
【００２８】
また本発明によれば、振動電源が電極部材に印加する電圧の周波数は、２０ｋＨｚ以上である。電極部材と振動ローラとの間隙に発生する振動電界によって振動ローラが振動するときに、振動ローラが振動することにより生じる空気振動が、人間の可聴周波数以上となり、動作時の不快感を防止することができる。
【００２９】
また本発明によれば、画像形成装置は、像担持体上の静電潜像に対する現像効率が向上するとともに、静電潜像が忠実に現像された均一で高品位なトナー像を像担持体上に形成可能な前記現像装置を備えているので、均一で高品位なトナー像に基づいて、均一で高品位な画像を記録媒体に形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
図１は、本発明の実施の一形態である画像形成装置１の要部の構成を示す図である。画像形成装置１は、複写機、レーザプリンタ等の電子写真プロセスを用いる画像形成装置である。画像形成装置１は、ネットワークを介して接続されたＰＣ（Personal Computer）等の各種端末装置から送信される画像データや、スキャナ等の原稿読み取り装置によって読み取られた画像データに基づいて、記録媒体Ｐに対して、カラー画像またはモノクロ画像を形成するプリンタ機能を有するものである。
【００３１】
画像形成装置１は、像担持体である感光体ドラム２と、帯電装置３と、露光装置４と、現像装置５と、転写装置６と、クリーニング装置７と、除電装置８と、定着装置９とを含んで構成される。なお、帯電装置３、露光装置４、現像装置５、転写装置６、クリーニング装置７および除電装置８は、感光体ドラム２の回転方向Ａまわりに、この順序で配置されている。
【００３２】
感光体ドラム２は、所定の回転方向Ａに回転可能な略円筒のドラム形状を呈し、露光装置４により形成される静電潜像を担持するものである。そして、感光体ドラム２の外周面には基材層１０が形成されており、基材層１０のさらに外周面には薄膜状の光導電層１１が形成されている。また、基材層１０はアルミニウムなどの金属から成り、光導電層１１はアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、セレン（Ｓｅ）、有機光半導体（Organic
Photoconductor、略称ＯＰＣ）などから成る。
【００３３】
帯電装置３は、感光体ドラム２の表面を所定の電位に均一に帯電するためのものであり、感光体ドラム２の外周面に近接して配置されている。帯電装置３としては、たとえば、タングステンワイヤなどの帯電線と、金属製のシールド板と、グリッド板とを備えているコロナ帯電器や、帯電ローラや、帯電ブラシを用いることができる。露光装置４は、たとえば、ホストコンピュータから出力された画像データに基づいて、帯電装置３によって帯電された感光体ドラム２の表面にレーザ光などを照射して露光することにより、感光体ドラム２表面における露光部の電位を低下させ、当該表面に画像データに応じた静電潜像を書き込み形成する機能を有する。露光装置４としては、たとえば、半導体レーザや、発光ダイオードを用いることができる。
【００３４】
現像装置５は、本発明の特徴部分であり、詳細は後述するが、トナーＴとキャリアとを含む二成分現像剤を用いて、露光装置４にて感光体ドラム２の表面に形成された静電潜像を当該トナーＴにて反転現像してトナー像を形成する。なお、現像剤としては、二成分現像剤に限定されるものではなく、一成分現像剤を用いることもできる。ここで、トナーＴは、公知のものを挙げることができ、結着樹脂と、着色剤と、必要に応じて離型剤、帯電制御剤などの添加剤とを含有したものである。また、トナーＴには、シリカ、酸化チタン、アルミナなどの無機微粒子から成る外添剤が外添されていてもよい。また、キャリアは、公知のものを挙げることができ、たとえば、フェライト系粒子などの磁性体粒子から成るコア粒子表面に、アクリル樹脂やシリコーン樹脂などの樹脂材料から成る被覆材が被覆されたものである。
【００３５】
転写装置６は、感光体ドラム２の表面に可視像化されたトナー像を、ＰＰＣ（Plain
Paper Copy）用紙などの記録媒体Ｐに転写するものである。転写装置６としては、たとえば、コロナ転写器や、転写ローラや、転写ブラシを用いることができる。クリーニング装置７は、転写装置６による記録媒体Ｐへのトナー像転写後に、感光体ドラム２の表面に残留するトナーＴや紙粉などを除去するものである。クリーニング装置７としては、たとえば、黄銅板から成るブレードを用いることができる。除電装置８は、転写装置６による記録媒体Ｐへのトナー像転写後に、感光体ドラム２の表面に残留する電位を除去するものである。除電装置８としては、たとえば、除電ランプを用いることができる。定着装置９は、記録媒体Ｐに転写されたトナー像を構成するトナーを加熱して溶融させ、記録媒体Ｐに定着させる。
【００３６】
以上のように構成された画像形成装置１は、帯電装置３による帯電工程と、露光装置４による露光工程と、現像装置５による現像工程と、転写装置６による転写工程とを経るいわゆる電子写真プロセスにより、記録媒体Ｐ上に所望の画像を形成する。
【００３７】
次に、本発明の現像装置５について、図２を用いて詳細に説明する。図２は、本発明の実施の一形態である現像装置５の構成を示す図である。現像装置５は、筐体１２と、ミキシングパドル１３と、トナー供給ローラ１４と、トナー搬送部材１５と、ベルト部材１６と、トナー回収ローラ１７と、ベルト駆動ローラ１８と、駆動補助ローラ１９と、振動ローラ１０１と、電極部材１００とを備えている。
【００３８】
現像装置５は、トナー搬送部材１５にて形成される進行波電界（電位分布が一定の進行方向をもった進行波状に時間的に変化する電界）を用いて、トナーＴをベルト部材１６上において搬送し、感光体ドラム２の表面に形成される静電潜像にトナーＴを供給して現像する。本実施の形態では、トナー搬送部材１５と感光体ドラム２との間には一定の間隙が設けられており、現像装置５は、非接触状態で感光体ドラム２上の静電潜像を現像する構成となっている。なお、感光体ドラム２上の静電潜像を現像するための構成はこの構成に限定されるものではなく、トナー搬送部材１５と感光体ドラム２とを接触させて現像を行う構成であってもよい。
【００３９】
筐体１２は、たとえば硬質の合成樹脂などから成り、トナーＴおよびキャリアをその内部に収容する容器部材であり、また、必要に応じて現像装置５を構成する各部材を支持するものである。筐体１２は、感光体ドラム２の軸線方向の長さにほぼ対応して感光体ドラム２を臨むように開口する開口部を有する。ミキシングパドル１３は、筐体１２の内部において回転し、トナーＴとキャリアとを撹拌して混合する。
【００４０】
トナー供給ローラ１４は、筐体１２の開口部においてベルト部材１６の表面に接触し、かつ回転可能に設けられており、筐体１２内に収容されるトナーＴを、接触部分においてベルト部材１６の表面に供給する。トナー供給ローラ１４は、たとえばシリコン、ウレタン、ＥＰＤＭ（Ethylene Propylene Diene Methylene：エチレン−プロピレン−ジエン−メチレン共重合体）であるソリッドゴム、あるいは発泡ゴムにより形成される。
【００４１】
また、トナー供給ローラ１４は、その表面にカーボンブラックやイオン導電剤が添加されて、導電性が付与されるように構成されてもよい。これによって、トナーＴを静電吸着してベルト部材１６の表面に供給することができる。あるいは、トナー供給ローラ１４の前段（トナー供給ローラ１４において、ベルト部材１６との接触部分とは反対側の領域部分）に、トナー供給ローラ１４と同一の材料で形成される薄板状の供給ブレード２０を設け、該供給ブレード２０により静電吸着されたトナーＴを、ベルト部材１６の表面に供給するようにすることも可能である。
【００４２】
なお、トナー供給ローラ１４は、ベルト部材１６と接触しないように設けられてもよいし、回動しないように設けられていてもよい。
【００４３】
トナー搬送部材１５は、筐体１２の開口部において支持部材２３を介して筐体１２に設けられる板状部材であり、感光体ドラム２の軸線方向の長さにほぼ対応して感光体ドラム２を臨むように配置されている。そして、トナー搬送部材１５は、感光体ドラム２に臨む表面が、後述するベルト部材１６の内側に接触して覆われている。つまり、トナー搬送部材１５は、ベルト部材１６を介して感光体ドラム２に対向するように設けられている。支持部材２３は、トナー搬送部材１５がベルト部材１６を介して感光体ドラム２に対向した状態となるように保持するものであり、ＡＢＳ（Acrylonitrile-Butadiene-Styrene：アクリロニトリルブダジエンスチレン）樹脂などにより形成することができる。また、トナー搬送部材１５の感光体ドラム２に臨む表面は、感光体ドラム２に向かって膨らむような曲面に形成されている。なお、トナー搬送部材１５の感光体ドラム２に臨む表面の形状は、前記のような曲面に限定されるものではなく、半円弧状の断面を有する曲面であってもよいし、フラットな平面であってもよい。
【００４４】
そして、トナー搬送部材１５は、トナー供給ローラ１４によってベルト部材１６の表面に供給されたトナーＴを、トナー供給ローラ１４よりもベルト部材１６の回転方向Ｂの下流側に位置する現像領域Ｙに向けて、ベルト部材１６上を移動させながら搬送するための進行波電界を形成する部材であり、多相交流電源２１と、現像バイアス電源２２とに接続されている。ここで、現像領域Ｙは、ベルト部材１６の表面における、感光体ドラム２の表面と最近接する領域部分であり、この現像領域Ｙに搬送されたトナーＴが感光体ドラム２に供給されることになる。
【００４５】
図３は、トナー搬送部材１５の構成を概略的に示す図である。また、図４は、トナー搬送部材１５が有する電極２７に印加される交番電圧の電圧波形の一例を示す図である。トナー搬送部材１５は、図３に示すように、３つの層から成る積層体である。すなわち、トナー搬送部材１５は、感光体ドラム２に臨む側に形成される表面保護層２４と、筐体１２の内部側に形成される基材層２５と、表面保護層２４と基材層２５との間に形成される絶縁層２６とを備えている。本実施の形態では、表面保護層２４と、基材層２５とは、いずれも、ポリイミドから成り、厚みが２５μｍ程度に設定されている。
【００４６】
また、絶縁層２６の内部には、複数の電極２７が、互いに隣接する電極２７同士の間隔ｔが一定となるように埋設されている。隣接する電極２７同士の間隔ｔは、たとえば、８５μｍ〜５００μｍ（５０ｄｐｉ〜３００ｄｐｉ）の範囲に設定される。また、電極２７の幅Ｗは、隣接する電極２７同士の間隔ｔの値に応じて、たとえば、４０μｍ〜２５０μｍの範囲に設定される。
【００４７】
また、電極２７は、厚みが１８μｍ程度である銅製の電極を用いることができる。さらに、電極２７は、多相交流電源２１と、現像バイアス電源２２とに接続されている。なお、ここで用いられている多相交流電源２１は、４相の交番電圧を発生するものである。一方、連続する４つの電極２７を１組としてみた場合、各組における４つの電極２７には、それぞれ多相交流電源２１から４つの位相の異なる交番電圧が印加されている。すなわち、図４に示すように、連続する４つの電極２７を、電極２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄとして表現した場合、電極２７ａ〜２７ｄには、互いに９０°位相がシフトした異なる電圧波形を有する交番電圧がそれぞれ印加されている。なお、多相交流電源２１は、３相の交番電圧を発生するものであってもよい。この場合、連続する３つの電極２７に、互いに１２０°位相がシフトした異なる交番電圧をそれぞれ印加することにより、進行波電界を形成することも可能である。
【００４８】
また、多相交流電源２１が発生する交番電圧の電圧波形は、図４に示すような方形波に限られず、正弦波、あるいは台形波であってもよい。また、交番電圧の電圧値は、１００Ｖ〜３ｋＶの範囲であることが好ましい。また、交番電圧の周波数は、１００Ｈｚ〜５ｋＨｚの範囲であることが好ましい。なお、これらの電圧値と周波数とは、電極２７の形状、トナーＴの搬送速度、トナーＴの種類などを考慮して適正な値に設定すればよく、前記した範囲の数値に限定されるものではない。
【００４９】
このようにして、トナー搬送部材１５に埋設された複数の電極２７に多相交流電源２１で発生する交番電圧を印加することにより、電位分布が一定の進行方向をもった進行波状に時間的に変化する電界、すなわち進行波電界が形成されるのである。このように形成された進行波電界により、トナー搬送部材１５は、トナーＴをベルト部材１６表面において現像領域Ｙに向けて搬送することができる。
【００５０】
そして、トナー搬送部材１５にて形成される進行波電界によりベルト部材１６上の現像領域Ｙに搬送されたトナーＴは、現像バイアス電源２２による現像バイアスの静電気力によって、ベルト部材１６の表面から感光体ドラム２の表面に向けて飛翔し、これによって、感光体ドラム２上の静電潜像が現像される。
【００５１】
ベルト部材１６は、筐体１２の開口部に設けられるトナー搬送部材１５の感光体ドラム２に臨む表面を覆うように設けられる無端状ベルト部材である。そして、ベルト部材１６は、トナー搬送部材１５に接触する内側とは反対側の表面において、トナー供給ローラ１４により供給されたトナーＴが、トナー搬送部材１５にて形成される進行波電界によって搬送される媒介部材となる。また、ベルト部材１６は、トナー搬送部材１５の帯電を防止するとともに、トナー搬送部材１５にトナーＴが固着するのを防止する役割も担う。
【００５２】
ベルト部材１６は、ポリイミド、ＰＥＴ（polyethylene terephthalate：ポリエチレンテレフタレート）、ポリ４フッ化エチレン、ポリフッ化エチレンプロピレン、ＰＴＦＥ（
polytetrafluoroethylene：ポリテトラフルオロエチレン）などの有機絶縁材料、あるいはシリコン、イソプレン、ブタジエンなどのゴム材料を用いることができる。また、ベルト部材１６の厚みは、５μｍ〜２００μｍの範囲、好ましくは、１０μｍ〜１００μｍの範囲に設定される。また、ベルト部材１６の体積抵抗率は、１×１０８Ω・ｃｍ〜１×１０１６Ω・ｃｍの範囲に設定されるのが好ましい。
【００５３】
また、ベルト部材１６は、トナー搬送部材１５と密着するように、ベルト駆動ローラ１８により一定の張力が付与されている。これによって、ベルト部材１６の表面には、トナー搬送部材１５にて形成される進行波電界が均一に作用する。そして、ベルト部材１６は、回転駆動するベルト駆動ローラ１８の回転に伴って、感光体ドラム２の回転方向Ａとは逆の回転方向Ｂに回転するようになっている。
【００５４】
ベルト駆動ローラ１８は、図示しない駆動機構によって所定の周速度で回転駆動されるとともに、ベルト部材１６の内周面に接触して設けられてベルト部材１６を懸架し、ベルト部材１６を従動回転させるローラ部材である。また、ベルト駆動ローラ１８は、ベルト部材１６の除電や、現像領域Ｙにおける感光体ドラム２に対する現像後にベルト部材１６上に残留したトナーＴを除去する役割も担う。
【００５５】
また、ベルト駆動ローラ１８の周速度は、トナー搬送部材１５にて形成される進行波電界による、ベルト部材１６上におけるトナーＴの搬送速度に対して、１／１０〜１／１００程度の速度にてベルト部材１６が従動回転するように設定されるのが好ましい。なお、ベルト部材１６上におけるトナーＴの搬送速度は、たとえば、赤外線センサを２つ設け、各センサによりトナーＴの到達した時間を検知する方法、あるいは、高速度ビデオカメラを用いて計測することが可能である（IS & Ts NIP 15:1999 International Conference
on DigitalPrinting Technologies、第２６２〜２６５頁参照）。
【００５６】
さらに、ベルト駆動ローラ１８は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）や鉄などから成る金属製のローラを用いることができる。さらに、ベルト駆動ローラ１８の表面は、たとえばシリコン、ウレタン、ＥＰＤＭであるソリッドゴム、発泡ゴム、フィルム、あるいはスポンジなどの弾性部材で被覆されている。さらに、ベルト駆動ローラ１８は、その表面を被覆する前記弾性部材にカーボンブラックやイオン導電剤が添加されて、導電性が付与されるように構成されてもよい。また、ベルト駆動ローラ１８は、板状や、角柱状のものであってもよい。
【００５７】
駆動補助ローラ１９は、ベルト駆動ローラ１８がより効率的にベルト部材１６を回転させることができるようにするものであり、ベルト部材１６を介してベルト駆動ローラ１８に当接するように設けられている。すなわち、ベルト部材１６は、ベルト駆動ローラ１８と駆動補助ローラ１９との間に挟持されており、ベルト部材１６とベルト駆動ローラ１８との接触圧が高められている。前記接触圧を高めるために、板ばね部材、コイル状ばね部材などの、ベルト部材１６をベルト駆動ローラ１８に向かって付勢する付勢手段を備えるように構成することも可能である。
【００５８】
また、駆動補助ローラ１９は、筐体１２に対して回転可能に設けられている。駆動補助ローラ１９の回転は、ベルト部材１６の回転に従動して行われるものであっても、ベルト駆動ローラ１８とギヤ（図示せず）により連結されて行われるものであっても、ベルト駆動ローラ１８とプーリー（図示せず）およびベルト（図示せず）により連結されて行われるものであっても、ベルト駆動ローラ１８とは別の駆動源により行われるものであってもよい。
【００５９】
また、駆動補助ローラ１９は、ベルト駆動ローラ１８の周速度と異なる周速度にて回転されている。好ましくは、駆動補助ローラ１９の周速度は、ベルト駆動ローラ１８の周速度より大きい値に設定されている。なお、駆動補助ローラ１９は、ベルト駆動ローラ１８と同様に、板状や、角柱状のものであってもよい。また、駆動補助ローラ１９は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）や鉄などから成る金属製のローラを用いることができる。さらに、駆動補助ローラ１９の表面は、ゴム、フィルム、スポンジなどの弾性部材で被覆されている。さらに、駆動補助ローラ１９は、その表面を被覆する前記弾性部材にカーボンブラックやイオン導電剤が添加されて、導電性が付与されるように構成されてもよい。なお、駆動補助ローラ１９の表面は、ベルト駆動ローラ１８の表面よりも柔らかい部材で被覆されていることが好ましい。さらに、ベルト部材１６とベルト駆動ローラ１８との摩擦係数をμ１、ベルト部材１６と駆動補助ローラ１９との摩擦係数をμ２とした場合、μ１とμ２とは、μ１＞μ２を満たすように設定されている。
【００６０】
トナー回収ローラ１７は、感光体ドラム２に形成された静電潜像の現像に寄与しないトナーＴを回収して、筐体１２の内部に戻すためのものであり、ベルト部材１６の回転方向Ｂの下流側においてベルト部材１６に接触し、かつ回動可能に設けられている。トナー回収ローラ１７を構成する材料としては、前述したトナー供給ローラ１４と同様のものを用いることができる。なお、トナー回収ローラ１７は、ベルト部材１６と接触しないように設けられてもよいし、回動しないように設けられていてもよい。
【００６１】
現像装置５によれば、筐体１２の内部でミキシングパドル１３により撹拌されたトナーＴを、トナー供給ローラ１４によりベルト部材１６に供給する。そして、ベルト部材１６上に供給されたトナーＴは、トナー搬送部材１５にて形成される進行波電界によりベルト部材１６上を現像領域Ｙに向けて搬送される。このようにして、現像領域Ｙに搬送されたトナーＴは、現像バイアス電源２２による現像バイアスの静電気力によって、ベルト部材１６の表面から感光体ドラム２の表面に向けて飛翔し、これによって、感光体ドラム２上の静電潜像が現像される。
【００６２】
さらに、現像装置５は、振動ローラ１０１と、電極部材１００とを備えている。図５は、現像装置５における振動ローラ１０１が配置される近傍の構成を示す図である。振動ローラ１０１は、感光体ドラム２の軸線方向の長さにほぼ対応して、現像領域Ｙよりもベルト部材１６の回転方向Ｂの上流側においてベルト部材１６の内周面に接触するように設けられる、中空円筒状のローラ部材である。振動ローラ１０１は、本実施の形態では、外径が３０ｍｍで、軸線方向の長さが３１０ｍｍで、アルミニウム（Ａ５０５２）からなる厚さ０．８ｍｍの円筒端部に、導電性の樹脂フランジを設け、ボールベアリングを介して回転軸まわりに回転可能に支持されている。振動ローラ１０１は、ベルト部材１６の回転に従動して、ベルト部材１６の回転方向Ｂと同方向に、ベルト部材１６の回転速度と同速度で回転するように設けられている。そして、振動ローラ１０１は、回転軸を介して電気的に接地されている。
【００６３】
電極部材１００は、ベルト部材１６の内側であり、かつ振動ローラ１０１がベルト部材１６と接触する領域部分の反対側において、振動ローラ１０１に対して所定の間隙を有して対向するように配置されている。電極部材１００を構成する材料は、ステンレス（ＳＵＳ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、真ちゅう、カーボンなどの導電性材料であれば特に限定されないが、本実施の形態ではＳＵＳからなる。また、本実施の形態では、電極部材１００は、直方体形状に形成され、振動ローラ１０１の軸線に直交する面で切断した切断面は長方形状でありその寸法は、振動ローラ１０１に対する対向方向Ｃに対応する寸法Ｌが２０ｍｍで、対向方向Ｃに直交する方向に対応する寸法Ｈは、振動ローラ１０１の直径よりも小さく、１０ｍｍである。ここで、対向方向Ｃとは、電極部材１００から振動ローラ１０１に向かう方向である。そして、電極部材１００における振動ローラ１０１の軸線方向に延びる長さは３００ｍｍである。また、本実施の形態では、電極部材１００と振動ローラ１０１との間隙Ｇの間隙幅は、２００μｍに設定されている。ここで、振動ローラ１０１の周面に対向する電極部材１００の面は平坦面であるが、前記間隙幅は、互いに対向する面同士の最短距離のことである。
【００６４】
ここで、前述したように、振動ローラ１０１は、現像領域Ｙよりもベルト部材１６の回転方向Ｂの上流側においてベルト部材１６の内周面に接触するように設けられ、電極部材１００は、振動ローラ１０１に対して所定の間隙を有して対向するように配置されている。現像装置５においては、トナー搬送部材１５は、感光体ドラム２に臨む表面が、ベルト部材１６の内側に接触して覆われるように設けられているが、振動ローラ１０１および電極部材１００は、トナー搬送部材１５の感光体ドラム２に臨む表面に形成される凹部に嵌まり込むようにして設けられて、振動ローラ１０１がベルト部材１６の内周面に接触するように設けられている。
【００６５】
また、電極部材１００は、振動電源１０２に接続されている。振動電源１０２は、電極部材１００に所定の周波数および振幅を有する電圧を印加する。本実施の形態では、振動電源１０２は、周波数が２．２ｋＨｚで、振幅が４ｋＶｐｐの正弦波の波形を有する電圧を電極部材１００に印加し、オフセット電圧は０Ｖである。振動電源１０２は、現像バイアス電源２２により現像バイアス電圧がトナー搬送部材１５に印加開始されるときに電極部材１００に対する電圧供給を開始し、現像バイアス電圧が印加停止されるときに電極部材１００に対する電圧供給を停止する。
【００６６】
振動ローラ１０１に対向して配置される電極部材１００に所定の周波数および振幅を有する電圧が印加されると、電極部材１００と振動ローラ１０１との間隙Ｇには振動電界が形成され、この振動電界によって振動ローラ１０１の円筒面が対向方向Ｃに振動し、ベルト部材１６が振動ローラ１０１に接触する領域において対向方向Ｃに振動する。ベルト部材１６が対向方向Ｃに振動すると、ベルト部材１６の外周面において現像領域Ｙに向けて搬送されるトナーＴは対向方向Ｃに振動することになる。
【００６７】
トナーＴのような物体は、慣性の法則により、物体に力が働かないとき（または力がつり合っているとき）、静止していた物体はいつまでも静止している。また、運動していた物体はその速さで等速直線運動を続ける。ベルト部材１６上のトナーＴは、静止状態を維持しようとする慣性力、静電気力およびファンデルワールス力によってベルト部材１６表面に付着している。
【００６８】
これに対して、対向方向Ｃに振動するトナーＴには、振動の運動状態を維持しようとする慣性力（慣性力は質量が大きいほど大きい）が働く。つまり、対向方向Ｃに振動するトナーＴには、トナーＴ自身の質量に起因する、振動の運動状態を維持しようとする慣性力が働き、そのため、トナーＴのベルト部材１６に対する付着力が低下する。これによって、トナーＴが、ベルト部材１６の表面から離れ易く、かつトナー搬送部材１５にて形成される進行波電界によりベルト部材１６の表面から浮遊され易くなる。
【００６９】
したがって、ベルト部材１６上の現像領域ＹにおいてトナーＴは、現像バイアス電源２２による現像バイアスの静電気力によって、ベルト部材１６の表面から感光体ドラム２の表面に向けて飛翔しやすくなり、トナーＴによる感光体ドラム２上の静電潜像に対する現像効率が向上するとともに、静電潜像が忠実に現像された均一で高品位なトナー像を感光体ドラム２上に形成することができる。さらに、感光体ドラム２上に形成された、均一で高品位なトナー像に基づいて、均一で高品位な画像を記録媒体Ｐ上に形成することができる。また、トナーＴのベルト部材１６に対する付着力が低下されることによって、ベルト部材１６の表面から飛翔せずにベルト部材１６上に残留するトナーＴを少なくすることができるので、現像時におけるトナーＴの必要量を低減することができるとともに、高速印字におけるトナーＴの追従性を改善することができる。
【００７０】
また、従来技術では、圧電セラミック振動素子などの振動素子をベルト部材１６に接触させて振動させているために、長期間の使用により、振動素子とベルト部材１６との接触部でベルト部材１６の劣化（摩耗、伸び、亀裂の発生など）が発生するが、本発明の現像装置５では、電極部材１００と振動ローラ１０１との間隙Ｇに発生する振動電界によってベルト部材１６を非接触で振動させるように構成されているので、電極部材１００、振動ローラ１０１およびベルト部材１６のそれぞれにおいて、長期間にわたって振動に起因する摩耗などの劣化が発生することはない。また、振動ローラ１０１は、ベルト部材１６の回転に従動して、ベルト部材１６の回転方向Ｂと同方向に、ベルト部材１６の回転速度と同速度で回転するように設けられているので、ベルト部材１６と振動ローラ１０１との間における摩耗などの劣化も発生することはない。このように、電極部材１００、振動ローラ１０１およびベルト部材１６のそれぞれにおいて摩耗などの劣化が防止されるので、長期間にわたって、静電潜像が忠実に現像された均一で高品位なトナー像を感光体ドラム２上に形成することができるとともに、均一で高品位な画像を記録媒体Ｐ上に形成することができる。
【００７１】
また、振動素子をベルト部材１６に接触させて振動させる従来技術の構成では、振動素子による振動の衝撃力によって、ベルト部材１６上のトナーＴがクラウド化される。このようにクラウド化されたトナーＴは、ベルト部材１６の周辺に飛散して、周辺領域を汚染し易くなる。これに対して本発明の現像装置５では、電極部材１００と振動ローラ１０１との間隙Ｇに発生する振動電界によってベルト部材１６を非接触で振動させて、トナーＴのベルト部材１６に対する付着力を低減するように構成されているので、トナーＴに付与される振動力は、トナーＴがクラウド化するほど大きな力ではない。したがって、ベルト部材１６上のトナーＴが飛散して周辺領域を汚染するのを防止することができる。
【００７２】
また、本発明の現像装置５を搭載する画像形成装置１は、たとえば北米のデンバー市（地名）であるような高地と、日本の東京都のような低地のような、大気圧が異なる環境下において、好適に使用可能とする必要がある。現像装置５では、電極部材１００と振動ローラ１０１との間隙Ｇに形成される振動電界によって、ベルト部材１６上のトナーＴを振動させるようになっているので、従来技術のベルト部材１６を音響振動させる構成に比べれば、気圧変化の影響を少なくすることができる。
【００７３】
しかしながら、電極部材１００と振動ローラ１０１との間隙Ｇに形成される振動電界は波動であるので、電極部材１００と振動ローラ１０１との間隙Ｇにおける大気中の空気分子の数に、多少なりとも影響される。つまり、大気中の空気分子の数が多い低地では、電極部材１００と振動ローラ１０１との間隙Ｇに所望の振動電界が形成されるものの、大気中の空気分子の数が少ない高地では、電極部材１００と振動ローラ１０１との間隙Ｇに所望の振動電界が形成されない場合がある。したがって、振動電源１０２は、電極部材１００に電圧を印加するものであるが、特に現像装置５の周囲の雰囲気の気圧に影響されないように、定電流を用いて電圧を制御するのが好ましい。
【００７４】
次に、ベルト部材１６上のトナーＴを対向方向Ｃに振動させて、ベルト部材１６に対する付着力を低下させ、現像効率を向上させるために考慮すべき事項について説明する。考慮すべき重要な事項としては、（ａ）ベルト部材１６の振動周波数および振動振幅、（ｂ）ベルト部材１６の振動領域の大きさ、（ｃ）ベルト部材１６の振動領域における振動振幅の大きさの分布、である。
【００７５】
（ａ）ベルト部材１６の振動周波数および振動振幅
ベルト部材１６に発生する対向方向Ｃの振動の、振動周波数および振動振幅は、電極部材１００に電圧が印加されることによって発生する振動ローラ１０１の振動に左右される。
【００７６】
まず、電極部材１００から振動ローラ１０１に働く力について説明する。電極部材１００と振動ローラ１０１を電極板とするコンデンサを考えると、電極板間に働く引力Ｆは下式（１）で表される。
Ｆ＝（１／２）×Ｑ×Ｅ                                          …（１）
［式中、Ｆは電極板間に働く引力を示し、Ｑは電荷量を示し、Ｅは電界の強さを示す。］
【００７７】
また電荷量Ｑは、下式（２）で表される。
Ｑ＝（εＳ／ｄ）Ｖ                                              …（２）
［式中、εは真空の比誘電率を示し、Ｓは対向面積を示し、ｄは電極間隔を示し、Ｖは電位差を示す。］
【００７８】
式（１）および式（２）に、たとえば、Ｓ＝３００ｍｍ×５ｍｍ、ｄ＝２００μｍ、ε＝８．８５×１０−１２（ｓ４・Ａ２・ｋｇ−１・ｍ−３）、Ｖ＝２ｋＶを代入して電極板間に働く引力Ｆを算出すると、Ｆ＝０．６６Ｎとなる。
【００７９】
つまり、電極部材１００に振動電源１０２から電圧が印加されると、電極部材１００と振動ローラ１０１との間には前述のような引力が働き、この引力は印加電圧の周波数で繰り返し生じる。これによって、振動ローラ１０１の円筒面が対向方向Ｃに、引力に対応する振動振幅で、かつ印加電圧の周波数に対応する振動周波数で振動する。そして、この振動ローラ１０１の振動に伴って、ベルト部材１６は、振動ローラ１０１に接触する領域において対向方向Ｃに、前記振動振幅および振動周波数で振動する。
【００８０】
以上のことより、ベルト部材１６の振動周波数は、電極部材１００に印加される印加電圧の周波数によって調整することができるが、ベルト部材１６上のトナーＴのベルト部材１６に対する付着力を低下させて現像効率を向上させるためには、印加電圧の周波数を所定値以上に調整する必要がある。つまり、前述したように、トナーＴが振動することによって生じる自身の質量に起因する慣性力により、トナーＴのベルト部材１６に対する付着力が低下するが、印加電圧の周波数が低すぎると、トナーＴに付与される慣性力が小さくなり過ぎて付着力の低下幅が小さく、トナーＴの現像効率の向上が認められなくなる。そのため、本実施の形態では、電極部材１００に印加する印加電圧の周波数は、２．２ｋＨｚに設定している。
【００８１】
また、電極部材１００に印加する印加電圧の周波数は、２０ｋＨｚ以上（たとえば、２２ｋＨｚ）であるのが好ましい。これによって、振動ローラ１０１が振動することにより生じる空気振動が、人間の可聴周波数以上となり、動作時の不快感を防止することができる。
【００８２】
また、電極部材１００と振動ローラ１０１との間に生じる前記引力に対応するベルト部材１６の振動振幅は、式（１）および式（２）から明らかに、電極部材１００および振動ローラ１０１を構成する材料の比誘電率を高くし、電極部材１００と振動ローラ１０１との対向面積を大きくし、電極部材１００に印加する印加電圧を高くし、電極部材１００と振動ローラ１０１との間隙幅を小さくすることによって、振動振幅を大きくすることができる。このように、ベルト部材１６の振動振幅が大きくなると、ベルト部材１６上のトナーＴに付与される慣性力が大きくなり、トナーＴのベルト部材１６に対する付着力が低下する。ただし、電極部材１００に印加する印加電圧が高すぎる、または、電極部材１００と振動ローラ１０１との間隙幅が小さ過ぎると、気中放電が発生してしまうので好ましくない。
【００８３】
次に、ベルト部材１６の振動振幅を効率よく大きくすることが可能な構成について説明する。
【００８４】
振動電源１０２によって電極部材１００に印加する印加電圧を、振動ローラ１０１の円筒面の固有振動数の整数倍となる周波数を有する電圧である固有振動電圧とすることによって、振動ローラ１０１の円筒面を共振させることができる。具体的には、振動ローラ１０１の円筒面の半径方向の面内振動の固有振動数ｆは下式（３）で表される。
【００８５】
【数１】
2010128021.tif 000003
【００８６】
［式中、Ｒは振動ローラ１０１の半径を示し、ｎは振動次数を示し、Ｅはヤング率を示し、νはポアソン比を示し、Ｉは断面２次モーメントを示し、ρは周方向の単位長さ当りの質量を示す。］
【００８７】
また、断面２次モーメントＩは、下式（４）で表される。
【００８８】
【数２】
2010128021.tif 000004
【００８９】
［式中、ｂは振動ローラ１０１の軸線方向長さを示し、ｈは振動ローラ１０１の肉厚を示す。］
【００９０】
また、周方向の単位長さ当りの質量ρは、下式（５）で表される。
ρ＝γｂｈ                                                      …（５）
［式中、γは密度を示し、ｂは振動ローラ１０１の軸線方向長さを示し、ｈは振動ローラ１０１の肉厚を示す。］
【００９１】
式（３）、式（４）および式（５）に、振動ローラ１０１の半径Ｒ＝１５ｍｍ、振動ローラ１０１の肉厚ｈ＝０．８ｍｍ、振動ローラ１０１の軸線方向長さｂ＝３００ｍｍ、ヤング率Ｅ＝７０ＧＰａ、ポアソン比ν＝０．３５、密度γ＝２．７×１０３ｋｇ／ｍ３を代入して、基本固有振動数（振動次数ｎ＝２）ｆ１を算出すると、ｆ１＝２．２ｋＨｚとなる。この基本固有振動数ｆ１および、その整数倍の周波数を有する電圧を電極部材１００に印加することによって、振動ローラ１０１の円筒面を共振させることができる。そのため、振動ローラ１０１の対向方向Ｃに振動する振動振幅が大きくなり、ベルト部材１６上のトナーＴを大きく振動させることができる。したがって、トナーＴに働く慣性力が大きくなって、ベルト部材１６に対するトナーＴの付着力を低下させることができる。
【００９２】
また、電極部材１００は、振動ローラ１０１に対する対向方向Ｃへの曲げ剛性が、振動ローラ１０１の円筒面の半径方向の曲げ剛性よりも高く設定されるのが好ましい。これによって、電極部材１００と振動ローラ１０１との間隙Ｇに生じる振動電界による引力が作用したときに、電極部材１００の撓みを抑制しながら振動ローラ１０１を振動させることができる。具体的には、軸方向に延びる梁を考える場合、その曲げ剛性Ｘは、Ｘ＝Ｅ×Ｉ（Ｅはヤング率、Ｉは断面２次モーメントを示す）で表される。
【００９３】
振動ローラ１０１の軸線に直交する面で切断した切断面が長方形状でありその寸法が、振動ローラ１０１に対する対向方向Ｃに対応する寸法Ｌが２０ｍｍで、対向方向Ｃに直交する方向に対応する寸法Ｈが１０ｍｍである電極部材１００では、断面２次モーメントＩ１は、下式（６）で表される。
【００９４】
【数３】
2010128021.tif 000005
【００９５】
電極部材１００の構成材料がステンレスである場合、ステンレスのヤング率Ｅ＝１７０ＧＰａであるので、電極部材１００の曲げ剛性Ｘ１は、Ｘ１＝Ｅ×Ｉ１＝１．１×１０３Ｎ・ｍ２となる。
【００９６】
一方、外径Ｄが３０ｍｍで、肉厚が０．８ｍｍ（内径ｄ＝２８．４ｍｍ）の円筒形状の振動ローラ１０１では、断面２次モーメントＩ２は、下式（７）で表される。
【００９７】
【数４】
2010128021.tif 000006
【００９８】
振動ローラ１０１の構成材料がアルミニウムである場合、アルミニウムのヤング率Ｅ＝７０ＧＰａであるので、振動ローラ１０１の曲げ剛性Ｘ２は、Ｘ２＝Ｅ×Ｉ２＝５．５×１０２Ｎ・ｍ２となる。
【００９９】
このように、電極部材１００が、その対向方向Ｃへの曲げ剛性が、振動ローラ１０１の円筒面の半径方向の曲げ剛性よりも高く設定されている場合には、電極部材１００と振動ローラ１０１との間隙Ｇに生じる振動電界による引力が作用したときに、電極部材１００の撓みを抑制しながら振動ローラ１０１を振動させることができる。
【０１００】
また、電極部材１００が撓む場合には、この撓みによって電極部材１００と振動ローラ１０１との間隙幅が小さくなり、気中放電が発生しやすくなる。電極部材１００の曲げ剛性を高めて電極部材１００の撓みを抑制することによって、高い電圧を電極部材１００に印加しても、電極部材１００と振動ローラ１０１との間隙幅が小さくなり過ぎるのを防止して、振動ローラ１０１を大きく振動させて、ベルト部材１６に大きな振動振幅の振動を付与することができる。
【０１０１】
また、振動電源１０２が前述した固有振動電圧を電極部材１００に印加したときに、振動ローラ１０１に生じる振動モードでの振動の腹部に対応するベルト部材１６の部分が、現像領域Ｙとなるように構成するのが好ましい。振動ローラ１０１に生じる振動モードでの振動の腹部に対応するベルト部材１６の部分は、大きな振動振幅の振動が付与されることになる。そのため、ベルト部材１６上のトナーＴを大きな振動振幅で振動させることができ、トナーＴに働く慣性力が大きくなって、ベルト部材１６に対するトナーＴの付着力を低下させることができる。
【０１０２】
具体的には、図６を用いて以下に説明する。図６は、振動ローラ１０１の振動モードを説明する図である。電極部材１００に前述した基本固有振動数ｆ１を有する電圧が印加された場合、振動ローラ１０１の振動モードは、図６（ａ）に示すように、一次振動モード（ｎ＝２）となる。このとき、振動の腹に当たる部分である腹部１０１ａにおける振幅が最大である。また、図６（ｂ）に示す二次振動モード（ｎ＝３）、図６（ｃ）に示す三次振動モード（ｎ＝４）においても、振動の腹部１０１ａにおける振幅が最大である。この振動ローラ１０１の振動の腹部１０１ａに対応するベルト部材１６の部分が、現像領域Ｙとなるように構成すればよい。
【０１０３】
（ｂ）ベルト部材１６の振動領域の大きさ
ベルト部材１６が振動する振動領域は、振動する振動ローラ１０１に接触する部分である。ただし、ベルト部材１６の外周面上のトナーＴの付着力を低下させるために重要なのは、トナーＴが存在する可能性のある、ベルト部材１６表面におけるトナーＴの搬送領域が、軸線方向に延びる全範囲にわたって振動することである。ベルト部材１６表面上のトナーＴの搬送領域が軸線方向に延びる長さは、感光体ドラム２の軸線方向に延びる長さに対応して設定される。電極部材１００の軸線方向に延びる長さは、振動ローラ１０１が軸線方向に延びる長さ以下となるように設定するのが好ましい。これによって、ベルト部材１６上におけるトナーＴの搬送領域内に存在する全てのトナーＴの付着力を、振動によって低下させることができる。
【０１０４】
（ｃ）ベルト部材１６の振動領域における振動振幅の大きさの分布
直方体形状に形成される電極部材１００において、振動ローラ１０１の周面に対向する対向面は平坦面である。そのため、電極部材１００と振動ローラ１０１とが間隙を有して対向する対向領域では、その間隙幅は、軸線方向から見た場合、対向領域中央部で間隙幅が狭く、対向領域両端部で間隙幅が広くなっている。したがって、電極部材１００に電圧が印加されたときに対向領域に形成される振動電界は、軸線方向から見た場合、対向領域中央部で大きく、対向領域両端部で小さくなる。これによって、軸線方向から見た場合、ベルト部材１６を、対向領域中央部に対応する部分が大きな振動振幅で、対向領域両端部に対応する部分が小さな振動振幅で振動させることができる。したがって、ベルト部材１６における現像領域Ｙ以外の領域の振動振幅が大きくなり過ぎるのを防止することができ、現像領域Ｙ以外の領域でトナーＴがベルト部材１６から剥離するのを防止することができる。
【０１０５】
図７は、現像装置５が有する電極部材の他の構成を示す図である。前述した電極部材１００では、振動ローラ１０１の周面に対向する対向面は平坦面であった。図７（ａ）に示す電極部材２００ａは、振動ローラ１０１の周面に対向する対向面が、振動ローラ１０１の周面に沿うように形成されている。そのため、電極部材２００ａと振動ローラ１０１とが間隙を有して対向する対向領域では、全領域にわたって同一の間隙幅となる。したがって、電極部材２００ａに電圧が印加されたときに対向領域に形成される振動電界は、対向領域の全体にわたって均一になる。これによって、電極部材２００ａと振動ローラ１０１の対向部の間隔の狭い範囲が広くなる。このため、上記（２）式での電荷量Ｑが大きくなり、上記（１）式での起震力が大きくなる。そのため、振動ローラ１０１に接するベルト部材１６上のトナーＴを大きく振動させることができ、ベルト部材１６とトナーＴとの付着力をより低減できるという効果が得られる。
【０１０６】
また、図７（ｂ）に示す電極部材２００ｂは、円柱状に形成され、振動ローラ１０１の周面に対向する対向面が、円弧状の周面となる。このように形成された電極部材２００ｂでは、前述した電極部材１００と同様に、電極部材２００ｂと振動ローラ１０１とが間隙を有して対向する対向領域では、その間隙幅は、軸線方向から見た場合、対向領域中央部で間隙幅が狭く、対向領域両端部で間隙幅が広くなる。電極部材２００ｂと電極部材１００との違いは、電極部材２００ｂの方が電極部材１００よりも、対向領域両端部における間隙幅がより広いことである。したがって、ベルト部材１６における現像領域Ｙ以外の領域の振動振幅が大きくなり過ぎるのをさらに防止することができ、現像領域Ｙ以外の領域でトナーＴがベルト部材１６から剥離するのをさらに防止することができる。
【０１０７】
ただし、電極部材と振動ローラ１０１とが対向する対向領域を極狭く構成した場合には、電極部材と振動ローラ１０１との対向面積が小さくなり、上記（２）式での電荷量Ｑが小さくなり、上記（１）式での起震力が小さくなる。そのため、振動ローラ１０１に接するベルト部材１６上のトナーＴを十分に振動できないという不具合が発生して好ましくない。
【０１０８】
次に、本発明の実施の他の形態である現像装置５０について説明する。現像装置５０は、前述した現像装置５と同様に、本発明の画像形成装置１に、好適に搭載可能である。図８は、本発明の実施の他の形態である現像装置５０における振動ローラ１０１が配置される近傍の構成を示す図である。現像装置５０は、現像装置５に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。現像装置５０において特徴的な構成は、電極部材３００の振動ローラ１０１に対向する部分に、絶縁材料から成るコート層３００ａが設けられている点である。現像装置５０は、電極部材３００にコート層３００ａが設けられていること以外は、現像装置５と同様に構成されている。
【０１０９】
コート層３００ａを構成する材料としては、たとえば、チタン酸バリウム（比誘電率；１２００）やチタン酸ストロンチウム（比誘電率；３３２）、酸化チタン（比誘電率；１００）の様な比誘電率が高く、絶縁性の材料が望ましい。このように、絶縁材料からなるコート層３００ａが電極部材３００の表面に設けられることによって、振動ローラ１０１に対向する部分が導電体で構成されている場合に比べて、電極部材３００に高い電圧を印加しても、気中放電の発生を防止することができる。そのため、現像装置５０の電極部材３００に印加する電圧は、現像装置５の電極部材１００に印加する電圧よりも高い電圧である、空気中のパッシェンの放電電圧よりも高く設定している。このようにして、振動ローラ１０１と電極部材３００との間隙に大きな振動電界を発生させることができる。
【０１１０】
また、絶縁材料からなるコート層３００ａは比誘電率が高いので、振動ローラ１０１と電極部材３００との間隙に、さらに大きな振動電界を発生させることができる。そのため、振動ローラ１０１を大きく振動させて、ベルト部材１６に大きな振動を付与することができる。したがって、トナーＴとベルト部材１６との付着力を低下させることができ、トナーＴが、ベルト部材１６の表面から離れ易く、かつトナー搬送部材１５にて形成される進行波電界によりベルト部材１６の表面から浮遊され易くなる。
【０１１１】
したがって、ベルト部材１６上の現像領域ＹにおいてトナーＴは、現像バイアス電源２２による現像バイアスの静電気力によって、ベルト部材１６の表面から感光体ドラム２の表面に向けて飛翔しやすくなり、トナーＴによる感光体ドラム２上の静電潜像に対する現像効率が向上するとともに、静電潜像が忠実に現像された均一で高品位なトナー像を感光体ドラム２上に形成することができる。さらに、感光体ドラム２上に形成された、均一で高品位なトナー像に基づいて、均一で高品位な画像を記録媒体Ｐ上に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】本発明の実施の一形態である画像形成装置１の要部の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の一形態である現像装置５の構成を示す図である。
【図３】トナー搬送部材１５の構成を概略的に示す図である。
【図４】トナー搬送部材１５が有する電極２７に印加される交番電圧の電圧波形の一例を示す図である。
【図５】現像装置５における振動ローラ１０１が配置される近傍の構成を示す図である。
【図６】振動ローラ１０１の振動モードを説明する図である。
【図７】現像装置５が有する電極部材の他の構成を示す図である。
【図８】本発明の実施の他の形態である現像装置５０における振動ローラ１０１が配置される近傍の構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１１３】
１  画像形成装置
２  感光体ドラム
３  帯電装置
４  露光装置
５，５０  現像装置
６  転写装置
７  クリーニング装置
８  除電装置
９  定着装置
１５  トナー搬送部材
１６  ベルト部材
１８  ベルト駆動ローラ
１９  駆動補助ローラ
１００，２００ａ，２００ｂ，３００  電極部材
１０１  振動ローラ
１０２  振動電源
３００ａ  コート層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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