(57)【要約】【課題】従来の１成分現像ローラの代わりに、内部に２相の微細ピッチの電極群を埋め込んだローラを用いて、そのローラ表面でトナーをホッピングさせる方式では、トナーのホッピング状態が、現像量と密接に関係する。トナーがホッピングせずにトナー担持体上に貼り付いた状態だと、現像されるトナーが少なくなり、十分な画像濃度を得ることができない。供給部で供給されたトナーが現像領域に搬送されるまでの間に、良好なホッピング状態を形成することが重要である。【解決手段】トナー担持ローラの回転方向に関し、トナー供給部から下流のトナー規制部までの間に、トナークラウドを促進する手段としてのトナークラウド促進部材を設けることによって、貼り付きのない良好なトナークラウド状態を形成し、画像濃度の安定した現像装置、および画像形成装置を提供する。【選択図】図１
2010026333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面が一方向に移動し、移動方向と交叉する方向に所定の間隔で並べられた複数の電極を有するトナー担持体と、該トナー担持体にトナーを供給するトナー供給部材と、前記複数の電極の隣接する電極間に、電界方向が時間的に交互に変化するようなバイアスを印加し、前記トナー担持体上のトナーを飛翔させてクラウドを形成させる電圧印加手段と、前記トナー担持体上のトナー量を規制する規制部材と、を備える現像装置において、前記トナー担持体の移動方向における前記トナー供給部材から前記規制部材までの間に、前記トナー担持体と対向して配置された導電部材からなるトナークラウド促進部材を設けたことを特徴とする現像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の現像装置において、前記トナークラウド促進部材は、前記導電部材に前記トナー担持体の前記複数の電極に印加する時間的に変化するバイアスの平均値と等しい平均値を有する時間的に変化するバイアスを印加することを特徴とする現像装置。
【請求項３】
請求項２に記載の現像装置において、前記導電部材に印加する時間的に変化するバイアスの周波数ｆ１が、前記複数の電極に印加する時間的に変化するバイアスの周波数ｆ２よりも高いことを特徴とする現像装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の現像装置において、前記導電部材は、前記トナー担持体表面と一定のギャップを介して対向配置された板状電極であることを特徴とする現像装置。
【請求項５】
請求項２または３に記載の現像装置において、前記導電部材は、前記トナー担持体表面と一定のギャップを介して長手方向に張られたワイヤであることを特徴とする現像装置。
【請求項６】
請求項２ないし５のいずれか１つに記載の現像装置において、前記導電部材に付着したトナーをクリーニングするクリーニング手段を設けたことを特徴とする現像装置。
【請求項７】
潜像形成手段と、現像手段と、転写手段と、定着手段を有する電子写真式の画像形成装置において、前記現像手段は、請求項１ないし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。
【請求項８】
それぞれ複数色に対応する潜像形成手段と、現像手段と、転写手段とを有し、像担持体上で複数色の画像を重ねる電子写真式の画像形成装置において、前記現像手段は、請求項１ないし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。
【請求項９】
電子写真プロセスにおける静電潜像担持体、帯電手段、クリーニング手段のうちの少なくとも一つと、請求項１〜６のいずれか１つに記載の現像装置を一体に保持したことを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項１０】
請求項９に記載のプロセスカートリッジを１つまたは複数備え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、複写機、プリンタ、ファクシミリ等に用いられる現像装置、および画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写機，プリンタ，ファクシミリ等の画像形成装置に用いられる現像装置には、２成分現像方式や１成分現像方式などがある。２成分現像方式は、高速現像に非常に適しており、現在の中速や高速の画像形成装置の主流方式である。この２成分現像方式では、高画質を狙うためには、潜像担持体上の静電潜像との接触部における現像剤の状態を非常に緻密にする必要がある。そのために、現在はキャリア粒子の小径化が進んでおり、商用レベルでは３０μｍ程度のキャリアも使われ始めている。
１成分現像方式は、機構が小型軽量になることから、現在の低速の画像形成装置の主流方式である。この１成分現像方式では、現像ローラ上にトナー薄層を形成するために、ブレードやローラなどのトナー規制部材を現像ローラ上のトナーに当接させ、そのときに現像ローラやトナー規制部材とトナーとの摩擦によってトナーは帯電される。現像ローラ上に薄層に形成された帯電トナー層は、現像部に運ばれて潜像担持体上の静電潜像を現像する。ここでの現像方式には大きく分けて接触型と非接触型があり、前者は現像ローラと潜像担持体とが接触するものであり、後者は現像ローラと潜像担持体とが非接触であるものである。
【０００３】
上記２成分現像方式と１成分現像方式との弱点を補い合うべく、２成分現像方式と１成分現像方式とをハイブリッド化したハイブリッド化方式も幾つか提案されている（例えば、特許文献１  参照。）。  
高解像度の微小均一ドットを現像する方法としては、上記ハイブリッド化方式に対して、現像部に高周波バイアスを印加したワイヤを設置することにより、現像部でのトナークラウド化を行い、高解像度のドット現像性を実現するものがある（例えば、特許文献２  参照。）。  
最も効率良く、且つ安定なトナークラウドを形成するために、回転ローラ上に電界カーテンを形成する方法が提案されている（例えば、特許文献３  参照。）。
進行波電界による電界カーテンで現像剤を搬送する現像装置が提案されている（例えば、特許文献４  参照。）。また、現像ローラの周面上にほぼ１層のキャリアをほぼ均等に吸着する複数の磁極を有する現像装置が提案されている（例えば、特許文献５  参照。）。さらに、非磁性トナーを担持する現像剤担持体表面に、絶縁部を介して周期的な導電性電極パターンを設け、該電極に所定のバイアス電位を与えることで現像剤担持体表面近傍に電界勾配を発生せしめ、前記現像剤担持体上に前記非磁性トナーを付着搬送させる現像装置が提案されている（例えば、特許文献６  参照。）。
【０００４】
２成分現像方式では、高画質化に対する要求が益々高まっており、必要とされる画素のドットサイズ自身が現状のキャリア粒子径と同等もしくはそれよりも小さい必要があるために、孤立ドットの再現性という意味では更にキャリア粒子を小さくする必要がある。しかし、キャリア径を小さくしていくと、キャリア粒子の透磁率が低下するために、現像ローラからのキャリア離脱が生じやすくなり、離脱したキャリア粒子が潜像担持体に付着した場合には、キャリア付着そのものによる画像欠陥が生じるだけでなく、それを起点として潜像担持体に傷をつけてしまうなどいろいろな副作用が生じる。
このキャリア離脱を防止するために、材料面からキャリア粒子の透磁率を高くする試みや、現像ローラに内包されるマグネットの磁力を強くする試みが進められているが、低コスト化および高画質化との兼ね合いの中で開発は困難を極めている。また、小型化の煽りを受けて、現像ローラは益々小径化の一途をたどっていることからも、キャリア離脱を完全に抑止できるような強力な磁場構成を有した現像ローラ設計が困難となっている。
そもそも２成分現像方式は、磁気ブラシと呼ばれる２成分現像剤の穂を静電潜像に対して擦り付けるようにしてトナー像を形成するプロセスであるために、どうしても穂の不均一性によって、孤立ドットの現像性にムラが生じやすい。現像ローラと潜像担持体との間に交番電界を形成することで画質の向上は可能であるが、現像剤の穂のムラといった根本的な画像ムラを完全に消滅させることは困難である。
【０００５】
１成分現像方式では、トナー規制部材により薄層化された現像ローラ上のトナー層は、現像ローラ上に十分に圧接されてしまっているために、現像部での電界に対するトナー応答性が非常に悪い。よって、通常は高画質を得るために、現像ローラと潜像担持体との間に強力な交番電場を形成するのが主流であるが、この交番電場の形成をもってしても静電潜像に対して一定量のトナーを安定して現像することは困難であり、高解像度の微小ドットを均一に現像することは難しい。また、この１成分現像方式は、現像ローラへのトナー薄層形成時にトナーに対して大きなストレスをかけてしまうため、現像装置内を循環するトナーの劣化が早い。トナーの劣化につれて、現像ローラへのトナー薄層形成の工程でもムラなどが生じやすくなり、１成分現像方式は一般には高速や高耐久の画像形成装置としては向かない。
【０００６】
ハイブリッド化方式では、現像装置そのものの大きさや部品点数は増えてしまうものの、幾つかの課題は克服される。しかし、現像部においてはやはり１成分現像方式と同様の問題があり、つまり高解像度の微小均一ドットを現像することには難が残る。  
特許文献２記載の方式は、高安定且つ高画質な現像が実現できるものと考えられるが、現像装置の構成が複雑になる。
特許文献３記載の方法は、小型且つ高画質の現像を得るには非常に優れたものと解釈できるが、本発明者らが鋭意研究した結果、理想的な高画質を得るためには、形成する電界カーテンや現像などの条件を限定しなくてはならないことが発見された。すなわち、適正な条件から外れた条件で作像を行ってしまうと、全く効果が得られないばかりか、かえって粗悪な画質を提供してしまうことになる。
【０００７】
ところで、潜像担持体に第一のトナー像が形成され、その上に順に第二のトナー像、第三のトナー像を形成していくような作像プロセスにおいては、先に潜像担持体上に形成されているトナー像を乱さないような現像方式でなくてはならない。非接触一成分現像方式や、特許文献２記載のトナークラウド現像方式を用いることで、潜像担持体上に順に各色トナー像を形成していくことは可能であるが、いずれの方式も、潜像担持体と現像ローラとの間に交番電界が形成されてしまうために、潜像担持体上に先に形成されたトナー像からトナーの一部が引き剥がされて現像装置に入り込んでしまう。これによって、潜像担持体上の画像が乱されてしまうばかりでなく、現像装置内のトナーが混色するという問題も生じてしまう。これらは高画質画像を得るには致命的であり、この問題を解決するためには潜像担持体と現像ローラとの間に交番電界を形成しない方法で現像する必要がある。
このような現像を実現できる方法としては、先に挙げた特許文献３記載のクラウド現像方式などが有効と考えられるが、これに関しては先にも述べた通り、適当な条件の元で利用しないと全く効果がない。  
【０００８】
また、トナー担持体の機械的な駆動をなくし、３相以上の交互電界によってトナーを静電的に搬送し現像する方法も有効と考えられる（例えば、特許文献７  参照。）。しかし、この方法によれば、何かのきっかけで静電搬送できなくなったトナーを起点として、搬送基板上にトナーが堆積してしまい、結果として機能しなくなる問題を抱えてしまう。このような問題を解決すべく、固定搬送基板とその表面を移動するトナー担持体の組合せのような構造も提案されているが（例えば、特許文献８  参照。）、機構が非常に複雑になってしまう。
これらの問題を解決する方式として、２相の電極間に時間周期的に変化する電界を印加してトナーをトナー担持体から飛翔させて、前記トナー担持体を回転駆動させて潜像担持体との対向領域に運んで現像させる方式（フレア方式）が本出願人により提案されている。
【０００９】
【特許文献１】特開平３−１００５７５号公報
【特許文献２】特開平３−１１３４７４号公報
【特許文献３】特開平３−２１９６７号公報
【特許文献４】特開２００３−１５４１９号公報
【特許文献５】特開平９−２６９６６１号公報
【特許文献６】特開２００３−８４５６０号公報
【特許文献７】特開２００２−３４１６５６号公報
【特許文献８】特開２００４−２８６８３７号公報
【特許文献９】特開２００８−００８９２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このように従来の１成分現像ローラの代わりに、内部に２相の微細ピッチの電極群を埋め込んだローラ（以後、フレアローラと呼ぶ。）を用いて、そのローラ表面でトナーをホッピングさせる方式では、トナーのホッピング状態が、現像量と密接に関係する。すなわち、トナーがホッピングせずにトナー担持体上に貼り付いた状態だと、現像されるトナーが少なくなり、十分な画像濃度を得ることができない。したがって、供給部で供給されたトナーが現像領域に搬送されるまでの間に、良好なホッピング状態を形成することが重要である。
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、トナー担持ローラの回転方向に関し、トナー供給部から下流のトナー規制部までの間に、トナークラウドを促進する手段としてのトナークラウド促進部材を設けることによって、貼り付きのない良好なトナークラウド状態を形成し、画像濃度の安定した現像装置、および画像形成装置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】
【００１１】
請求項１に記載の発明では、表面が一方向に移動し、移動方向と交叉する方向に所定の間隔で並べられた複数の電極を有するトナー担持体と、該トナー担持体にトナーを供給するトナー供給部材と、前記複数の電極の隣接する電極間に、電界方向が時間的に交互に変化するようなバイアスを印加し、前記トナー担持体上のトナーを飛翔させてクラウドを形成させる電圧印加手段と、前記トナー担持体上のトナー量を規制する規制部材と、を備える現像装置において、前記トナー担持体の移動方向における前記トナー供給部材から前記規制部材までの間に、前記トナー担持体と対向して配置された導電部材からなるトナークラウド促進部材を設けたことを特徴とする。
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の現像装置において、前記トナークラウド促進部材は、前記導電部材に前記トナー担持体の前記複数の電極に印加する時間的に変化するバイアスの平均値と等しい平均値を有する時間的に変化するバイアスを印加することを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の現像装置において、前記導電部材に印加する時間的に変化するバイアスの周波数ｆ１が、前記複数の電極に印加する時間的に変化するバイアスの周波数ｆ２よりも高いことを特徴とする。
請求項４に記載の発明では、請求項２または３に記載の現像装置において、前記導電部材は、前記トナー担持体表面と一定のギャップを介して対向配置された板状電極であることを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載の発明では、請求項２または３に記載の現像装置において、前記導電部材は、前記トナー担持体表面と一定のギャップを介して長手方向に張られたワイヤであることを特徴とする。
請求項６に記載の発明では、請求項２ないし５のいずれか１つに記載の現像装置において、前記導電部材に付着したトナーをクリーニングするクリーニング手段を設けたことを特徴とする。
【００１４】
請求項７に記載の発明では、潜像形成手段と、現像手段と、転写手段と、定着手段を有する電子写真式の画像形成装置において、前記現像手段は、請求項１ないし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。
請求項８に記載の発明では、それぞれ複数色に対応する潜像形成手段と、現像手段と、転写手段とを有し、像担持体上で複数色の画像を重ねる電子写真式の画像形成装置において、前記現像手段は、請求項１ないし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。
請求項９に記載の発明では、電子写真プロセスにおける静電潜像担持体、帯電手段、クリーニング手段のうちの少なくとも一つと、請求項１〜６のいずれか１つに記載の現像装置を一体に保持したプロセスカートリッジを特徴とする。
【００１５】
請求項１０に記載の発明では、請求項９に記載のプロセスカートリッジを１つまたは複数備えた画像形成装置を特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、トナー担持体上に供給されたトナーのホッピングを促進し、貼り付きのない良好なホッピング状態のトナーを現像領域に搬送することができる。したがって、画像濃度が安定した良好な画像形成を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は本発明の基本となるフレア方式の現像装置を示す図である。
同図において符号１は現像装置、２はフレアローラ、３は供給・回収ローラ、４は攪拌パドル、５はトナークラウド促進部材、６は層厚規制部材、７はトナー漏れ防止部材をそれぞれ示す。
図２は本発明の実施の形態を示す図である。
同図において符号８は帯電装置、９は像担持体をそれぞれ示す。Ｋ、Ｙ、Ｃ、Ｍは現像色の略号でそれぞれ黒、イエロー、シアン、マゼンタを示す。
この実施形態は、図１に示すフレア方式の現像装置を利用して構成され、感光体上に各色のトナー像を重ねて形成する画像形成装置の例である。フレア現像方式については後で詳しく説明する。この実施形態では、ベルト状の感光体である像担持体９は、複数のローラに掛け渡され、図示しない駆動部により回転駆動される。
【００１８】
像担持体９と対向して、複数色、例えばブラック（Ｋ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）の画像をそれぞれ形成する複数の画像形成手段としての現像装置が配列されている。感光体は、まず、帯電装置により一様に帯電されて図示しない露光手段としての書込装置により、マゼンタの画像データで変調された光ビームによって露光されることで静電潜像が形成され、この静電潜像が現像装置（マゼンタ）により現像されてマゼンタのトナー像となる。その後、感光体は図示しない除電器により除電されて次の色の画像形成に備える。
次いで、感光体は、次の帯電装置により一様に帯電されて図示しない露光手段としての書込装置により、シアンの画像データで変調された光ビームによって露光されることで静電潜像が形成され、この静電潜像が現像装置（シアン）により現像されて上記マゼンタのトナー像と重なるシアンのトナー像となる。その後、感光体は図示しない除電器により除電されて次の画像形成に備える。
【００１９】
さらに感光体は、次の帯電装置により一様に帯電されて図示しない露光手段としての書込装置により、イエローの画像データで変調された光ビームによって露光されることで静電潜像が形成され、この静電潜像が現像装置（イエロー）により現像されて上記マゼンタのトナー像および上記シアンのトナー像と重なるイエローのトナー像となる。その後、感光体は図示しない除電器により除電されて次の画像形成に備える。
最後に、感光体は、次の帯電装置により一様に帯電されて図示しない露光手段としての書込装置により、ブラックの画像データで変調された光ビームによって露光されることで静電潜像が形成され、この静電潜像が現像装置（ブラック）により現像されて上記マゼンタのトナー像、上記シアンのトナー像および上記イエローのトナー像と重なるブラックのトナー像となることでフルカラー画像が形成される。
【００２０】
一方、図示しない給紙装置から記録紙等の記録媒体が給送され、この記録媒体は電源から転写バイアスが印加される転写手段としての転写ローラにより感光体上のフルカラー画像が転写される。フルカラー画像が転写された記録媒体は、定着装置によりフルカラー画像が定着され、外部へ排出される。感光体は、フルカラー画像転写後にクリーニング手段としてのクリーナにより残留トナー等が除去される。  
【００２１】
以上に述べた実施形態では、同一の感光体上に４色分の書き込みを行うので、通常の４連タンデム方式と比較すると、原理的に位置ズレがほとんど発生せず、感光体上で色重ねができて位置ズレのない高画質のフルカラー画像を得ることができる。また、上記実施形態の現像装置を用いた色重ねシステムは、トナー担持体と感光体が非接触で、かつ現像領域で交番電界がかかっていないため、次の色の現像工程が、感光体上に一度形成されたトナー像に対しては機械的にも電界的にも影響を与えないので、スキャベンジや混色などの問題が無く、高画質な作像プロセスを長期的に渡り安定して行うことができる。
【００２２】
図３はフレアローラの電極配置を示す概略図である。同図（ａ）は直線電極型、同図（ｂ）はねじれ電極型をそれぞれ示す図である。
同図において符号２１は電源接続部、２１ａはＡ相に対応する電極群、２１ｂはＢ相に対応する電極群をそれぞれ示す。
電源接続部２１はローラの両端の円周一回りにそれぞれ配置されている。
同図（ａ）において、各電極群はローラの回転軸方向に直線的に平行に配置されているが、同図（ｂ）に示すようにねじりを加えた配置にしても良い。この場合でも、電極相互の間隔は一定にするのが望ましい。
図４はフレアローラの電極部分の周方向断面の概略図である。
同図において符号２ａはフレアローラの基材、２ｂは表面保護層、２２ａ、２２ｂはそれぞれＡ相・Ｂ相に対応する導電線、Ｒは電極間隔、Ｌは電極幅をそれぞれ示す。ただし、円筒断面を直線状に展開して示してある。
ここでフレア現像について詳しく説明する。
フレア現像で用いるトナー担持体を以後、フレアローラと呼ぶことにする。
支持基板上に電極が所定の間隔で配置され、その上に無機または有機の絶縁性材料で形成した表面保護層が積層されている。なお、図４において各電極から伸びる線２２ａ、２２ｂは各電極に電圧を印加するための導電線を表しており、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、他の交叉部分は電気的に絶縁状態である。各電極に対しては、本体側の電源からＡ相、Ｂ相の２相の異なる駆動電圧が印加される。
【００２３】
図５はフレアローラ電極部の平面展開図である。
図６はフレアローラに印加する駆動波形を示す図である。同図（ａ）は一方の相を電圧固定にして、他方の相を相対的に振らせる例を示す図、同図（ｂ）は双方の電極に互いに逆相になるように電圧を印加する例を示す図である。
フレアローラは、トナーをホッピングさせるための電界を発生する２相の電極群を有し、偶数番目の電極群と奇数番目の電極群にそれぞれ図示しない駆動回路から一例としては図６（ａ）もしくは（ｂ）に示すような異なる位相の駆動波形が印加され、２相の電極間に時間周期的な電位差が形成される。その結果、隣り合う電極間に互いに逆向きの電界が交互に生ずる。
そしてフレアローラは回転駆動され、回転軸の一方に奇数番電極が接続され、回転軸のもう一方に偶数番電極が接続されている。
【００２４】
フレアローラの支持基板としては、樹脂等の絶縁性材料、あるいはＳＵＳ等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等を適用できる。
電極は、支持基板上に、Ａｌ、Ｃｕ、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で所要の電極形状にパターニングして形成している。
次にトナーのホッピングを行うためのフレアローラ上の電極幅Ｌおよび電極間隔Ｒ、駆動波形形状並びに表面保護層について説明する。搬送部材における電極幅Ｌと電極間隔Ｒはトナーのホッピング効率に大きく影響する。なお電極ピッチＰは、Ｐ＝Ｒ＋Ｌで表される。
【００２５】
電極と電極の間にあるトナーは特定の極性を持っているので、ほぼ水平方向の電界により、基板表面を隣接する電極まで移動する。これに対して、電極上に乗っているトナーは、少なくとも垂直方向の成分も持った初速が与えられることから、多くは基板面から離れて飛翔する。
特に、電極端面付近にあるトナーは、隣接電極を飛び越えて移動するため、電極幅Ｌが広い場合には、その電極上に乗っているトナーの数が多くなり、移動距離の大きいトナーが増える。ただし、電極幅Ｌが広すぎると、電極中央付近の電界強度が低下するためにトナーが電極に付着し、ホッピング効率が低下することになる。そこで、本発明者らは鋭意研究した結果、低電圧で効率よくトナーをホッピングさせるための適正な電極幅があることを見出した。
【００２６】
また、電極間隔Ｒは、距離と印加電圧の関係から電極間の電界強度を決定し、間隔Ｒが狭い程電界強度は当然強く、ホッピングの初速が得られやすい。しかし、電極から電極へ移動するようなトナーについては、一回の移動距離が短くなり、駆動周波数を高くしないとホッピングしている時間が短くなり、着地している時間が長くなる。これについても、本発明者らは鋭意研究した結果、低電圧で効率よくトナーを搬送、ホッピングするための適正な電極間隔があることを見出した。
さらに、電極表面を覆う表面保護層の厚さも電極表面の電界強度に影響を与え、特に垂直方向成分の電気力線への影響が大きく、ホッピングの効率を決定することをも見出した。
すなわちフレアローラの電極幅、電極間隔、表面保護層厚さの関係を適正に設定することによって、低電圧で効率的なホッピングを行うことができる。
そこで本実施例では、図４に示す電極幅Ｌは、トナー平均粒径の１倍以上２０倍以下とし、かつ、電極間隔Ｒもトナー平均粒径の１倍以上２０倍以下としている。
【００２７】
次に、表面保護層は、例えばＳｉＯ２、ＢａＴｉＯ２、ＴｉＯ２、ＴｉO４、ＳｉＯN、ＢＮ、ＴｉＮ、Ｔａ２O５等を適用でき、厚さは０．５〜１０μｍ、好ましくは０．５〜３μｍで形成している。
また、ＳｉＯ２等の上にポリカなどの有機材料をコートしても良い。ジルコニア、あるいは二成分現像剤のキャリアのコート材料として一般的に使われる材料、例えばシリコーン系樹脂を選択することもできる。表面保護層は、絶縁性、耐久性、フレアローラ自体の製法、および使用するトナーとの帯電列との関係から適宜選択される。
本発明に係る現像装置を画像形成装置に用いる場合、フレアローラとして、少なくともＡ４縦幅２１ｃｍ、または横幅３０ｃｍ以上の長尺、大面積にファインパターンの実用が必要になってくる。
【００２８】
ここでフレアローラの製法についていくつか挙げる。
まずはじめに、フレキシブルな部材に電極パターンを形成し、それを支持基材であるローラに巻きつけてフレアローラを形成する場合について説明する。
フレキシブルなファインピッチ薄層電極を有する基板の一例としては、ポリイミドのベースフィルム（厚さ２０〜１００μｍ）を基材（支持ローラ２ａ）として、その上に蒸着法によって０．１〜０．３μｍのＣｕ、Ａｌ、Ｎｉ−Ｃｒ等を成膜する。幅３０〜６０ｃｍであれば、ロール・トゥ・ロールの装置で製造可能であり、量産性が非常に高まる。共通バスラインは同時に幅１〜５ｍｍ程度の電極を形成する。
【００２９】
この蒸着法の具体的手段としては、スパッタ法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、イオンビーム法、等の方法が可能である。例えば、スパッタ法で電極を形成する場合において、ポリイミドとの密着性を向上させるため、Ｃｒ膜を介在させても良いし、プラズマ処理やプライマー処理によっても密着性を向上させることができる。
【００３０】
また、蒸着法以外の工法としては、電着法によっても薄層電極を形成することができる。この場合は、前記ポリイミドの基材上に、まず、無電解メッキによって電極を形成する。塩化Ｓｎ、塩化Ｐｄ、塩化Ｎｉに順次浸漬して下地電極を形成した後、Ｎｉ電解液中で電解メッキを行ってＮｉ膜１〜３μｍをロール・トゥ・ロールで製造することが可能である。
【００３１】
そして、これらの薄膜電極にレジスト塗布、パタンニング、エッチングで電極２１、２１ａ、２１ｂを形成する。この場合、０．１〜３μｍ厚さの薄層電極であれば、フォトリソ、エッチング処理によって５μｍ〜数１０μｍ幅、または間隔のファインパターン電極を精度良く形成することができる。
【００３２】
次いで、表面保護層２ｂとしてＳｉＯ２、ＢａＴｉＯ２、ＴｉＯ２ 等を厚さ０．５〜２μｍをスパッタ等により形成する。或いは、表面保護層２ｂとしてＰＩ（ポリイミド）を厚さ２〜５μｍにロールコータ、その他コーティング装置により塗布し、ベークして仕上げる。ＰＩのままで支障を生じるときには、更に最表面にＳｉＯ２、その他無機膜を０．１〜０．５μｍの厚みにスパッタ等で形成すればよい。また、ＳｉＯ２等の上にポリカなどの有機材料をコートしても良い。ジルコニア、あるいは二成分現像剤のキャリアのコート材料として一般的に使われる材料、例えばシリコーン系樹脂を選択することもできる。
このようなフレキシブル基板を構成することによって、円筒形状のローラ或いはドラムに貼り付けたり、或いは、部分的に曲面形状にしたりすることが容易に行える。
【００３３】
また、別の例としては、ポリイミドのベースフィルム（厚さ２０〜１００μｍ）を基材（支持基板２ａ）として、その上に電極材料として、厚さ１０〜２０μｍのＣｕ、ＳＵＳ等を使用することも可能である。この場合は、逆に金属材の上にポリイミドをロールコータにて２０〜１００μｍ塗布してベークする。その後、金属材をフォトリソ、エッチング処理によって電極２１の形状にパターン化し、その電極２１面上に保護層２ｂとしてポリイミドをコーティング、金属材電極の厚さ１０〜２０μｍに応じた凹凸がある場合は平坦化して完成する。
例えば、粘度５０〜１０，０００ｃｐｓ、より好ましくは１００〜３００ｃｐｓのポリイミド系材料、ポリウレタン系材料をスピンコートして放置することによって、材料の表面張力によって基板の凹凸がスムージングされ、搬送部材最表面が平坦化される。
【００３４】
フレキシブル基板の強度を上げた更に他の例としては、基材として厚さ２０〜３０μｍのＳＵＳ、Ａｌ材等を用いて、その表面に絶縁層（電極と基材との間の絶縁）として５μｍ程度の希釈したポリイミド材をロールコータによりコーティングする。そして、このポリイミドを例えば１５０℃−３０分のプリベーク、３５０℃−６０分のポストベークして薄層ポリイミド膜を形成して支持基板２ａとする。
その後、密着性向上のプラズマ処理やプライマー処理を施した後、薄層電極層としてＮｉ-Ｃｒを０．１〜０．２μｍの厚みに蒸着し、フォトリソ、エッチングによって前記数１０μｍのファインパターンの電極２１を形成する。さらに、表面に前記ＳｉＯ２、ＢａＴｉＯ２、ＴｉＯ２ 等の表面保護層２ｂを０．５〜１μｍ程度の厚みにスパッタにより形成することで、フレキシブル搬送部材を得ることができる。また、ＳｉＯ２等の上にポリカなどの有機材料をコートしても良い。ジルコニア、あるいは二成分現像剤のキャリアのコート材料として一般的に使われる材料、例えばシリコーン系樹脂を選択することもできる。
【００３５】
別のフレアローラの製法としては、導電インクを用いたスクリーン印刷、インクジェットによるプリント、メッキ加工した電極の非電極部をレーザ加工で除去する等の製法も挙げられるので、電極パターンおよび表面保護層の作成方法は上述の方法に限定されるものではない。
【００３６】
次に図１に示す現像装置の一例を用いて現像装置内でのトナー挙動について説明する。
まずトナー収容部に収容されているトナーは撹拌パドル４により、供給ローラ３に運ばれる。なお、同図の現像装置の構成では、供給ローラ３をフレアローラ２とカウンター方向に回転させることによって、供給ローラ３に回収ローラとしての機能も持たせている。もちろん供給部材と回収部材が独立していても良い。
供給ローラ３からフレアローラ２にトナーが供給されると、トナーはフレアローラ２および供給ローラ３との摩擦により帯電される。帯電されたトナーは、フレアローラ内部の２相の電極間の時間周期的に変化する電界に従ってホッピング運動を行う。そして、フレアローラ２自体の回転駆動によりトナー層厚規制部材６を通過して付着量が規制された後、感光体との対向領域に搬送され、感光体上の静電潜像を非接触で現像する。一方、現像に寄与しなかったトナーは、現像領域を通過して、トナー漏れ防止部材を通過した後、回収ローラ（回収機能と供給機能が集約されている場合は、前述の供給ローラ３）で回収され、トナー収容部に一旦戻される。フレアローラ２上のトナーはホッピングしているため、フレアローラ２とトナーの付着力は小さく、回収ローラで容易に回収される。上記の一連のプロセスを繰り返すことによってフレアローラ２上には常にトナーがホッピングしている状態が形成される。
【００３７】
しかし、トナーのホッピング状態はトナーとフレアローラ表面の付着力の関係から決定され、トナーの帯電量が適切な範囲でないと、一部のトナーがフレアローラ表面に貼り付いたままホッピングできない場合がある。
そこで、本発明ではトナー担持ローラの回転方向に関し、トナー供給部から下流のトナー規制部までの間に、トナークラウド促進部材を設けた。
【００３８】
図７はトナークラウド促進部材の有無による効果の違いを説明するための図である。
同図において横軸はトナーの帯電量を示し、縦軸はその帯電量におけるトナー量を示す。
本実施例ではトナークラウド促進部材として板状の電極を用い、後述するＡＣバイアスを印加する。
すると、トナークラウド促進部材とフレアローラの対向領域ではトナーに対してフレアローラから引き剥がす力とフレアローラに押し戻す力が交互に作用する。
フレアローラ上のトナーを引き剥がす力は、トナークラウド促進部材がない領域よりも強くなるため、フレアローラ内部の２相の電極間の電界ではホッピングできなかったトナーもフレアローラから離れてトナークラウド促進部材側に飛翔する。いったんフレアローラから離れたトナーは、フレアローラと促進部材の間の電界、およびフレアローラ内部の２相の電極間の電界によって、ホッピングを開始し、トナーとフレアローラ表面の接触回数が増える。両者の摩擦によりトナーに適切な帯電量が与えられ、図７に示すように、トナークラウド促進部材がない場合と比較して帯電量分布のばらつきが小さくなる。帯電量が安定すると、トナークラウド促進部材との対向領域を通過後も、良好なホッピング状態を維持し、規制部を通過後、現像領域に搬送されて現像に寄与することができる。
【００３９】
次に実施例１で用いたバイアスについて説明する。
本実施例ではフレアローラ内部の２相の電極に印加するバイアスとして図６（b）に示すような矩形波を用いた。すなわち、２相の電極ともオフセット電圧Ｖ０が−３００Ｖで、周波数ｆが１ｋＨｚ、ピークツーピーク電圧Ｖｐｐが５００Ｖの矩形波バイアスとした。
また、トナークラウド促進部材として、フレアローラとの最近接部のギャップを５０μｍ離して、幅２ｍｍの板状の電極を設けた。この電極に周波数が２ｋＨｚ、オフセット電圧が−３００Ｖ、ピークツーピーク電圧Ｖｐｐが６００Ｖの矩形波バイアスを印加した。
促進部材に印加する電圧のオフセット電位をフレアローラ内部の２相の電極に印加するバイアスの平均値と同じにすることによって、トナークラウド促進部材がトナーで汚れず、トナークラウド促進効果の持続性が高まる。また、促進部材に印加するバイアスの周波数をフレアローラ内部の電極に印加するバイアスの周波数よりも高くすることによって、トナーのホッピング回数を増やすことができ、より効率的にトナーのホッピングを促進することができ、貼り付きのない良好なクラウド状態を得ることができた。
このような条件のもとで画像形成を行ったところ、画像濃度は安定しており良好な画像形成を行うことができた。
【００４０】
なお、本実施例では、フレアローラに印加する矩形波バイアスのＤｕｔｙが５０％であるので、フレアローラに印加するバイアスの平均値Ｖａｖｅは矩形波バイアスのオフセット電圧Ｖ０に一致するが、Ｄｕｔｙが５０％でないなどの理由によって、フレアローラに印加するバイアスの平均値Ｖａｖｅとオフセット電圧Ｖ０が一致しない場合には、トナークラウド促進部材に印加するバイアスはフレアローラに印加するバイアスの平均値Ｖａｖｅをオフセット電圧として印加すればよい。
【００４１】
図８はトナークラウド促進部材の変形例を示す図である。
次に実施例２では、フレアローラとの最近接部のギャップを５０μm離して、直径６０μmの導電性ワイヤを長手方向に張って対向電極とした。この電極に周波数が２ｋＨｚ、オフセット電圧が−３００Ｖ、ピークツーピーク電圧Ｖｐｐが６００Ｖの矩形波バイアスを印加した。フレアローラに印加するバイアス条件は実施例１と同じとした。細いワイヤを電極として用いることにより、フレアローラ表面近傍の気流を乱すことがなく、電極を汚れにくくすることができる。
このような条件のもとで画像形成を行ったところ、画像濃度は安定しており良好な画像形成を行うことができた。
【００４２】
さらに、実施例３では、トナークラウド促進部材にDCバイアスを印加すした。実施例２で用いたワイヤ電極に、ＤＣ＋３００Ｖを印加して、フレアローラ内部の２相の電極に印加するバイアスの平均値Ｖａｖｅを−３００Ｖとし、トナークラウド促進部材との間の電位差を６００Ｖとした。この条件では、ワイヤとの対向領域に入ってきたフレアローラ上のトナーはワイヤ電極に引き寄せられる力が大きくなり、貼り付きトナーもフレアローラ表面からワイヤ電極側に飛翔する。いったんフレアローラ表面から離れたトナーは、フレアローラ内部の２相の電極間の電界によって、ホッピングを開始し、トナーとフレアローラ表面の接触回数が増える。両者の摩擦によりトナーに適切な帯電量が与えられる。帯電量が安定すると、ワイヤ電極との対向領域を通過後も、良好なホッピング状態を維持し、規制部を通過後、現像領域に搬送されて現像に寄与することができる。
【００４３】
さらに別の実施形態として、実施例２もしくは実施例３のトナークラウド促進部材をクリーニングする手段を設けたところ、長期にわたり電極がトナー等で汚れず、トナークラウド促進効果を維持することができた。クリーニングする手段としては、トナークラウド促進部材とフレアローラの間に電界を付与する手段を設け、任意のタイミングで、導電部材に付着したトナーをフレアローラの側に飛翔させることで、導電部材に付着したトナーを除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の基本となるフレア方式の現像装置を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態を示す図である。
【図３】フレアローラの電極配置を示す概略図である。
【図４】フレアローラの電極部分の周方向断面の概略図である。
【図５】フレアローラ電極部の平面展開図である。
【図６】フレアローラに印加する駆動波形を示す図である。
【図７】トナークラウド促進部材の有無による効果の違いを説明するための図である。
【図８】トナークラウド促進部材の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１      現像装置
２      フレアローラ
３      供給・回収ローラ
５      トナークラウド促進部材
６      層厚規制部材
【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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