(57)【要約】【課題】トナー担持体の電極上のフレアトナーの均一性を高め、トナー飛散やムラ画像を抑制することが可能な画像形成装置を提供することである。【解決手段】複数の電極が所定のピッチで並設される電極群３Ａ・３Ｂを有するトナー担持ローラ１と、電極間の電界が時間的に変化するように隣り合う電極に異なる相の電圧を印加する交流電源５とを備え、電極間に生じる電界によってトナー担持ローラ１の表面に担持するトナーを表面上から飛翔させて感光体に担持される潜像に付着させて潜像を現像する現像装置において、一種の相の電圧が印加される電極群３Ｂからみて両隣に並設される他種の相の電圧が印加される電極群３Ａの電極幅が互いに異なる。【選択図】図７
2010044322.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電極が所定のピッチで並設される電極群を有し無端移動するトナー担持体と、該電極間の電界が時間的に変化するように隣り合う電極に異なる相の電圧を印加する電圧印加手段とを備え、電極間に生じる電界によって該トナー担持体の表面に担持するトナーを該表面上から飛翔させて潜像担持体に担持される潜像に付着させて該潜像を現像する現像装置において、
上記電極群のうち少なくとも、一種の相の電圧が印加される電極からみて両隣に並設される他種の相の電圧が印加される電極の電極幅が互いに異なることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
請求項１の現像装置において、
上記電圧印加手段は上記電極群に２相の電圧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の現像装置において、
上記トナー担持体はローラ形状であることを特徴とする現像装置。
【請求項４】
請求項３の現像装置において、
上記電圧印加手段は、上記トナー担持体のローラ端面を介して給電することを特徴とする現像装置。
【請求項５】
請求項３の現像装置において、
上記電圧印加手段は、上記トナー担持体のローラ中心部を介して給電することを特徴とする現像装置。
【請求項６】
請求項１、２、３、４又は５の現像装置において、
上記トナー担持体の電極群は、トナーとは逆極性の材料よりなる表面保護層により被覆されていることを特徴とする現像装置。
【請求項７】
請求項１、２、３、４、又は５の現像装置において、
上記トナー担持体の電極群は、体積抵抗が１０７［Ω・ｃｍ］以上１０１３［Ω・ｃｍ］以下である材料により被覆されていることを特徴とする現像装置。
【請求項８】
請求項１、２、３、４、５、６又は７の現像装置において、
上記電極群に印加される単位時間当たりの電位平均値が、静電潜像担持体に形成されている画像部電位と非画像部電位との間の値であることを特徴とする現像装置。
【請求項９】
潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体上の潜像を現像してトナー画像を形成する現像手段とを備える画像形成装置において、
上記現像装置として、請求項１乃至８の何れかの現像装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
請求項９の画像形成装置において、
上記潜像担持体上に２種以上のトナー画像を重ね合わせ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、現像装置、及びこれを用いて画像を形成するプリンタ、ファクシミリ、複写機等の画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、現像ローラや磁性キャリアに吸着させたトナーを現像に用いる一成分現像方式や二成分現像方式ではなく、トナー担持体表面でフレアを形成しているトナーを現像に用いるフレア現像方式が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１及び２に記載の現像装置は、周方向に所定のピッチで配設された複数の電極を具備するローラ形状のトナー担持体を有している。そして、これら電極の間には、電極間の電界が時間的に変化するように交番電界が形成される。この交番電界によって、一方の電極の上に位置していたトナーが飛翔して他方の電極の上に移動したり、他方の電極の上から飛翔して一方の電極の上に移動したりする。このようにしてトナー担持体上からホッピングを繰り返してフレアを形成しているトナーは、トナー担持体の回転駆動に伴う表面移動によって現像領域まで搬送される。現像領域では、潜像担持体上の潜像の近傍まで飛翔したトナーが、トナー担持体の電極に向けて下降することなく、潜像による電界に引かれて潜像に付着する。かかる構成では、現像ローラや磁性キャリアなどに吸着しているトナーではなく、ホッピングによって吸着力を発揮していないフレアトナーを現像に用いる。これにより、従来の１成分現像方式や二成分現像方式では実現が望めなかったほどの高解像度のドット再現性や低電位現像を実現することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開平３−２１９６７号公報
【特許文献２】特開２００７−１３３３８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、上述した現像装置においては、電極形状や電極間距離の僅かな製造バラツキ、重力・気流等の僅かな外力等によって、トナー担持体上のフレアトナーが徐々にある特定の電極へ寄っていくフレアトナー寄りが発生する場合がある。このようなフレアトナー寄りが発生すると、トナーが寄り集まった部分でトナーが飛散してしまう。また、このようなフレアトナー寄りにより、トナー担持体上でのトナー量のバラツキやトナー担持体表面の平均電位にバラツキが生じるために、潜像担持体上の潜像へのトナー付着量がバラツキ、均一性に欠けたムラ画像が形成されてしまう。
【０００６】
本発明は、以上の背景に鑑みてなされてものであり、その目的とするところは、トナー担持体の電極上のフレアトナーの均一性を高め、トナー飛散やムラ画像を抑制することが可能な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】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、複数の電極が所定のピッチで並設される電極群を有し無端移動するトナー担持体と、該電極間の電界が時間的に変化するように隣り合う電極に異なる相の電圧を印加する電圧印加手段とを備え、電極間に生じる電界によって該トナー担持体の表面に担持するトナーを該表面上から飛翔させて潜像担持体に担持される潜像に付着させて該潜像を現像する現像装置において、上記電極群のうち少なくとも、一種の相の電圧が印加される電極からみて両隣に並設される他種の相の電圧が印加される電極の電極幅が互いに異なることを特徴とするものである。
請求項２の発明は、請求項１の現像装置において、上記電圧印加手段は上記電極群に２相の電圧を印加することを特徴とするものである。
請求項３の発明は、請求項２の現像装置において、上記トナー担持体はローラ形状であることを特徴とするものである。
請求項４の発明は、請求項３の現像装置において、上記電圧印加手段は、上記トナー担持体のローラ端面を介して給電することを特徴とするものである。
請求項５の発明は、請求項３の現像装置において、上記電圧印加手段は、上記トナー担持体のローラ中心部を介して給電することを特徴とするものである。
請求項６の発明は、請求項１、２、３、４又は５の現像装置において、上記トナー担持体の電極群は、トナーとは逆極性の材料よりなる表面保護層により被覆されていることを特徴とするものである。
請求項７の発明は、請求項１、２、３、４、又は５の現像装置において、上記トナー担持体の電極群は、体積抵抗が１０７［Ω・ｃｍ］以上１０１３［Ω・ｃｍ］以下である材料により被覆されていることを特徴とするものである。
請求項８の発明は、請求項１、２、３、４、５、６又は７の現像装置において、上記電極群に印加される単位時間当たりの電位平均値が、静電潜像担持体に形成されている画像部電位と非画像部電位との間の値であることを特徴とするものである。
請求項９の発明は、潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体上の潜像を現像してトナー画像を形成する現像手段とを備える画像形成装置において、上記現像装置として、請求項１乃至８の何れかの現像装置を用いることを特徴とするものである。
請求項１０の発明は、請求項９の画像形成装置において、上記潜像担持体上に２種以上のトナー画像を重ね合わせることを特徴とするものである。
本発明に係るトナー担持体は、例えば、Ａ相電極とＢ相電極とが交互に所定のピッチで並設され、Ａ相電極からみて両隣に並設される２つのＢ相電極は電極幅が互いに異なるように構成される。そして、Ａ相電極とＢ相電極間の時間周期的な電位の変化により、Ａ相電極群上にあったトナーが飛翔して両隣のＢ相電極群上に移動したり、Ｂ相電極群上にあったトナーが飛翔して両隣のＡ相電極群上に再び移動したりする。このような動作を繰り返すことで、トナー担持体上にフレアトナーが形成される。このとき、電極幅が大きい電極よりも電極幅が小さい電極で作られる電界の方が、電気力線が密となる。そのため、Ａ相電極上のトナーは、電極間の電位の変化により両隣のＢ相電極から電界の力を受けるが、電極幅が大きいＢ相電極よりも電極幅が小さいＢ相電極上に移動する確率が高くなる。このように、電極幅の小さい電極に向かってトナーを移動させる方向性をもっているため、製造バラツキ等によるピッチ方向におけるフレアトナー寄りの発生要因があっても、これにかかわらず、トナーを意図した電極に移動させることができ、フレアトナー寄りを抑制することができる。これに対し、電極幅を全て同一に設計した場合でも、例えば製造バラツキによりある１つの電極のみの電極幅が小さくなると、電極幅が同一となる他の電極間に位置するトナーには上記方向性がないため、電極幅の小さい電極に向かってトナーが徐々に集まっていき、ピッチ方向におけるトナー寄りが生じてしまうことになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を適用した現像装置の実施形態について説明する。まず、トナー担持体たるトナー担持ローラの構成について説明する。図１は、トナー担持ローラの構成を示す断面模式図である。図１に示すように、トナー担持体たるトナー担持ローラ１は、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ガラス等の絶縁材料からなる基体２の上に、アルミニウムやニッケル等の非導電性材料からなる電極３が所定のピッチで移動方向に沿って並設され、これら電極３の上に表面保護層４が形成されてなる。これら電極３のうち、奇数番の電極の集合体をＡ相電極群３Ａとし、偶数番目の電極の集合体をＢ相電極群３Ｂとする。そして、これらＡ相電極群３ＡとＢ相電極群３Ｂには、後述するように、電圧印加手段である交流電源５により交流電圧が印加される。
【０００９】
図２は、トナー担持ローラの構成を示す斜視図である。図２に示すように、Ａ相極群３Ａは電極軸６Ａに束ねられ、Ｂ相電極群３Ｂは電極軸６Ｂに束ねられた状態で回転することができる。この電極軸６Ａ・６Ｂの軸端面又は軸周面が給電面となり、この給電面に対して交流電源５から装置本体側に設置された電極板や導電ブラシ等の導電性部材を介して時間周期的に変化する交流電圧が印加される。
【００１０】
図３は、トナー担持ローラの電極群に印加される印加バイアスの特性を示す波形図である。図３に示すように、このトナー担持ローラ１の電極群３Ａ・３Ｂに印加される交流電圧は、Ａ相電極群３Ａに印加される周波数ｆ（＝１／Ｔ）、印加バイアスＶｐｐの矩形波状のＡ相パルス電圧と、Ｂ相電極群３Ｂに印加される周波数ｆ、印加バイアスＶｐｐの矩形波状のＢ相パルス電圧である。Ａ相パルス電圧とＢ相パルス電圧とは、同周波数ｆ、同印加バイアスＶｐｐとなり、且つ互いに逆位相となっており、単位時間当たりにおける平均電位は互いに同じである。例えば、本実施形態では、２相の電極群３Ａ・３Ｂには、周波数ｆ０．５〜２．０ｋＨｚ、印加バイアスＶｐｐ２００〜４００Ｖの矩形波の交流電圧が印加される。このような交流電圧を印加することより、トナー担持ローラ１の表面保護層４上の電荷をもったトナーＴは、Ａ相電極群３ＡとＢ相電極群３Ｂを往復するようなホッピング運動を行う。このような現象をフレアという。なお、Ａ相電極群３Ａに周波数ｆの矩形波状のパルス電圧を印加する一方で、Ｂ相電極群３Ｂにパルス電圧の平均電位となる直流電圧を印加しても、逆位相のパルス電圧を採用する場合と同様にフレア現象を起こすことが可能である。
【００１１】
また、上記トナー担持ローラ１においては、ローラの端面に隣合わせて電極軸にツバを設けてもよい。図４（ａ）は、トナー担持ローラの基体の構成を示す断面図、（ｂ）はトナー担持ローラの電極軸の構成を示す斜視図、（ｃ）は基体に電極軸が圧入された様子を説明する断面図である。図５は、トナー担持ローラを平面状に展開した状態を示す平面図である。図４（ａ）に示すように、例えばアクリル樹脂からなる円筒状の基体２に軸穴を設け、図４（ｂ）で示されるようなツバ８Ａが形成されるステンレス製の電極軸７Ａを圧入する。同様に、基体２の軸穴にツバ８Ｂが形成される電極軸７Ｂを圧入し、図４（ｃ）で示されるようなトナー担持ローラ１を構成する。図４及び図５に示すように、この電極軸７Ａ・７Ｂの軸端面７１Ａ・７１Ｂ又は軸周面７２Ａ・７２Ｂを給電面としてもよいし、若しくはトナー担持ローラ１の端面に隣合うツバ８Ａ・８Ｂを給電面としてもよい。これらの給電面に対して交流電源５から装置本体側に設置された電極板や導電ブラシ等の導電性部材を介して時間周期的に変化する交流電圧が印加される。
【００１２】
上記構成のトナー担持ローラ１は、例えば次のようにして作成することができる。図６（ａ）〜（ｅ）は、トナー担持ローラの製造工程を説明する断面模式図である。図６（ａ）に示す工程では、ローラ状の基体２表面を外周旋削によって平滑に仕上げる。図６（ｂ）に示す工程では、溝のピッチがａ（例えば１００［μｍ］）、溝幅がｂ、ｄ、ｃ、ｅ［μｍ］となるように溝切削を行う。溝幅に関しては後述する。図６（ｃ）に示す工程は、無電解ニッケルメッキを施し導体膜を形成する。図６（ｄ）に示す工程では、外周を旋削して不要な導体膜を取り除く。この時点で溝部分に電極群３Ａ・３Ｂが形成され電極同士が互いに絶縁された状態となっている。その後、図６（ｅ）に示す工程では、基体２表面がシリコーン系樹脂でコーティングされ、基体２と電極群３Ａ・３Ｂ上に表面保護層４を形成して平滑に仕上げる。これにより、図１に示すように、Ａ相電極群３ＡとＢ相電極群３Ｂが移動方向に沿って絶縁材料である基体２を介して交互に形成されたトナー担持ローラ１が作成される。本実施形態では、表面保護層４は、厚み約５［μｍ］、体積抵抗１０１０［Ω・ｃｍ］である。また、電極となる導体膜の形成方法は、無電解ニッケルメッキに限られず、例えばアルミ蒸着によってもよい。
【００１３】
ここで、上記トナー担持ローラ１の表面に形成される表面保護層４としては、トナー担持ローラ１の表面（表面保護層４）上でホッピングするトナーＴとの摺擦に伴ってトナーＴに正規の電荷を与えられる材質であることが好ましい。すなわち、表面保護層４には、トナーＴに対し帯電系列で逆極性となる材料を用いることが好ましい。表面保護層４の帯電系列をトナーＴと同極性にしてしまうと、フレアトナーの帯電量が除々に低下してフレアの活性が悪化する。表面保護層４には、トナーＴと帯電系列で逆極性となる材料を用いることで、フレアトナーの帯電量を保つことができる。本実施形態では、トナーＴの正規帯電極性がマイナス極性であり、表面保護層４としては、シリコーン樹脂、ナイロン樹脂、メラミン樹脂、アクリル樹脂、ＰＶＡ、ウレタン樹脂等の有機材料を例示することができる。また、第４級アンモニウム塩やニグシロン系染料等でもよい。
【００１４】
トナーの帯電系列とは、トナー母材樹脂（粒子）にシリカ、酸化チタン等の外添剤を添加したトナー全体としての帯電系列を意味する。帯電系列における序列については、次のようにして調べることが可能である。即ち、トナーを表面保護層上で所定時間だけ表面保護層に摺擦せしめた後、そのトナーを吸引して採取する。そして、採取したトナーの帯電量をエレクトロメータで測定する。この測定結果がトナーの負極性への帯電量増加を示すものであれば、トナーの方が表面保護層よりもマイナス側の帯電系列となる。また、測定結果がトナーの正極性への帯電量増加を示すものであれば、トナーの方が表面保護層よりもプラス側の帯電系列となる。
【００１５】
また、上記表面保護層４の体積抵抗は、１０７［Ω・ｃｍ］〜１０１３［Ω・ｃｍ］であることが好ましい。表面保護層４の体積抵抗が１０７［Ω・ｃｍ］未満である場合には、電極群間で電荷のリーク（ショート）が発生してしまうために、効率的なバイアス効果が得られなり、フレアの活性が悪化する。表面保護層４の体積抵抗が１０１３［Ω・ｃｍ］より大きいと飛翔を繰り返すトナーとの摩擦によってトナー担持ローラ１の表面（表面保護層４）が帯電したままになってしまいトナー担持ローラ１の表面（表面保護層４）の平均電位が変化してしまう。
【００１６】
次に、トナー担持体上のフレアトナーの動き方について説明する。図７は、本実施形態に係るトナー担持体の電極構成を示す模式図である。図１４は、従来のトナー担持体の電極構成を示す模式図である。なお、ここでは簡略化のためバイアスの切替えはＡ相電極３Ａのみで行い、Ｂ相電極３ＢはＧＮＤ接地している。図１４に示すトナー担持体では、Ａ相電極群１００Ａ及びＢ相電極群１００Ｂがピッチ間距離ａでそれぞれ櫛歯状に設けられ、Ａ相電極群１００Ａ及びＢ相電極群１００Ｂ共に電極幅ｂに形成されている。電極へ印加するバイアスが切り替わる度に、ある電極上のトナーはその電極と両隣りの電極との間で形成される電界から等しい力を受ける。例えば、図１４（ａ）では、Ｂ相電極群１００Ｂ上に存在していたマイナス帯電トナーは、Ａ相電極群１００Ａが＋バイアスに切り替わると、ピッチ間距離ａの両隣りのＡ相電極群１００Ａ（左右共に電極幅がｂで等しい）との間で左右等しい電界からの力を受けて、左右に等しい確率でＡ相電極群１００Ａ上に移動する。その後、図１４（ｂ）では、Ａ相電極群１００Ａ上に存在していたマイナス帯電トナーは、Ａ相電極群１００Ａが−バイアスに切り替わることで、両隣りのＢ相電極群１００Ｂとの間で左右等しい電界からの力を受けて、左右に等しい確率でトナーがＢ相電極群１００Ｂ上に移動する。この動作をバイアス切替え時に繰り返すことで、トナー担持体上にフレアが発生する。このとき、トナー担持体上で、例えば製造バラツキにより、ある１つの電極のみの電極幅が小さくなってしまった場合には、電極幅が同一である他の電極間に位置するトナーには方向性がないためこの電極幅の小さい電極に向かってトナーが徐々に集まっていき、ピッチ方向でのトナー寄りが生じてしまうことになる。
【００１７】
これに対し、図７に示すトナー担持体では、Ａ相電極群３Ａ及びＢ相電極群３Ｂがピッチ間距離ａでそれぞれ櫛歯状に設けられ、Ａ相電極群３Ａは電極幅ｂ、ｃ（ｂ＞ｃ）と交互に形成され、Ｂ相電極群３Ｂは電極幅ｄに形成されている。なお、ここでも簡略化のためバイアスの切替えはＡ相電極群３Ａのみで行い、Ｂ相電極群３ＢはＧＮＤ接地している。電極へ印加するバイアスが切り替わる度に、ある電極上のトナーはその電極と両隣りの電極との間で形成される電界から力を受ける。例えば図７（ａ）に示すように、Ｂ相電極群３Ｂ上に存在していたマイナス帯電トナーは、Ａ相電極群３Ａが＋バイアスに切り替わると、電極幅が異なる左右のＡ相電極群３Ａからピッチ間距離ａを隔てて電界から力を受ける。このとき、大きい電極幅ｂとなるＡ相電極群３Ａよりも小さい電極幅ｃとなるＡ相電極３Ａで作られる電界の方が電気力線が密となる。そのため、Ｂ相電極群３Ｂ上のトナーは、小さい電極幅ｃのＡ相電極群３Ａ上に移動する確率が高くなる。その後、図７（ｂ）に示すように、電極幅ｃのＡ相電極３Ａ上のマイナス帯電トナーは、Ａ相電極群３Ａが−バイアスに切り替わることで、ピッチ間距離ａを隔てて電界から力を受ける。このとき、左右どちらのＢ相電極群３Ｂとも電極幅ｄで等しいために、トナーは左右から等しい力を受けて左右のＢ相電極群３Ｂへほぼ均等分配されて移動する。このときもし仮に、何らかのバラツキで左または右へのトナー移動が他方より多くなったとしても、次回の電極のバイアス切替え時に再び狭い電極幅ｃとなるＡ相電極群３Ａ上にトナーは移動する。このような動作をバイアス切替えに従って繰り返すことで、トナー担持体上に均一なフレアが発生する。このとき、バイアス切り替えによって小さい電極幅ｃのＡ相電極に向かってトナーを移動させる方向性をもっているため、トナー担持体上でピッチ方向におけるフレアトナー寄りの発生要因があっても、これにかかわらず、トナーを意図した電極に移動させることができ、フレアトナー寄りを抑制することができる。
【００１８】
図８は、図７で示す電極構成とは別の実施形態に係るトナー担持体の電極構成を示す模式図である。図８では、Ａ相電極群３Ａ及びＢ相電極群３Ｂがピッチ間距離ａでそれぞれ櫛歯状に形成され、Ａ相電極群３Ａは電極幅ｂ、ｃ（ｂ＞ｃ）と交互に形成され、Ｂ相電極群３Ｂは電極幅ｄ、ｅ（ｄ＞ｅ）と交互に形成されている。なお、ここでも図７のとき同様に簡略化のためバイアスの切替えはＡ相電極群３Ａのみで行い、Ｂ相電極群はＧＮＤ接地している。電極へ印加するバイアスが切り替わる度に、ある電極上のトナーはその電極と両隣りの電極との間で形成される電界から力を受ける。例えば、図８（ａ）に示すように、Ｂ相電極群３Ｂ上に存在していたマイナス帯電トナーは、Ａ相電極群３Ａが＋バイアスに切り替わると、電極幅ｂ、ｃ（ｂ＞ｃ）が異なる左右のＡ相電極群３Ａからピッチ間距離ａを隔てて電界から力を受ける。このとき、広い電極幅ｂとなるＡ相電極群３Ａよりも狭い電極幅ｃとなるＡ相電極群３Ａで作られる電界の方が電気力線が密となる。そのため、Ｂ相電極群３Ｂ上のトナーは電極幅ｃのＡ相電極群３Ａ上に移動する確率が高くなる。その後、図８（ｂ）に示すように、電極幅ｃのＡ相電極群３Ａ上のマイナス帯電トナーは、Ａ相電極群３Ａが−バイアスに切り替わることで、ピッチ間距離ａを隔てて電界から力を受ける。このとき、広い電極幅ｄとなるＢ相電極群３Ｂよりも狭い電極幅ｅとなるＢ相電極群３Ｂで作られる電界の方が電気力線が密となる。そのため、Ａ相電極群３Ａ上のトナーは、電極幅ｅのＢ相電極群３Ｂ上に移動する確率が高くなる。そして、狭い電極幅ｅのＢ相電極群３Ｂ上のマイナス帯電トナーは、次回のＡ相電極群３Ａのバイアス切替え時に再び狭い電極幅ｃのＡ相電極群３Ａ上に移動する。この動作をバイアス切替えに従って繰り返すことでトナー担持体上にフレアが発生する。この電極構成の場合も図７の場合と同様に、このとき、バイアス切り替えの度に小さい電極幅ｃのＡ相電極又は小さい電極幅ｅのＢ相電極に向かってトナーを移動させる方向性をもっているため、トナー担持体上でピッチ方向におけるフレアトナー寄りの発生要因があっても、これにかかわらず、トナーを意図した電極に移動させることができ、フレアトナー寄りを抑制することができる。
【００１９】
次に、トナー担持体上でのフレアトナー寄りを評価した実験結果について説明する。まず、以下に示す実施例１、実施例２、及び比較例に基づくトナー担持体を作成した。
＜実施例１＞
ピッチａ＝１００μｍ
Ａ相電極幅：ｂ＝１２０μｍ、ｃ＝６０μｍ
Ｂ相電極幅：ｄ＝６０μｍ
＜実施例２＞
ピッチａ＝１００μｍ
Ａ相電極幅：ｂ＝１２０μｍ、ｃ＝６０μｍ
Ｂ相電極幅：ｄ＝１２０μｍ、ｅ＝６０μｍ
＜比較例＞
ピッチａ＝１００μｍ
Ａ相電極幅、Ｂ相電極幅：ｂ＝６０μｍ
【００２０】
上記実施例及び比較例のトナー担持体（平板２５ｃｍ２）にトナーを均一に載せ、Ｂ相電極群をＧＮＤ接地、Ａ相電極群に０±４００Ｖ、周波数１ｋＨｚのバイアスを印加する。トナー担持体上に載せるトナー量Ｍ／Ａは、０．３、０．４、０．５、０．６［ｍｇ／ｃｍ２］とし、トナー帯電量は全て−２０μＣ／ｇとした。そして、前記バイアス３秒印加後のフレアトナーの様子を観察し、フレア寄りランクを評価した。その結果を図９に示す。図９中の評価は、ランク５：寄り無し、ランク４：許容レベル、ランク３以下：ＮＧとする。図９の結果から、実施例１及び実施例２では、比較例に比べフレアトナー寄りが抑制されていることが明らかとなった。フレアトナー寄りの抑制効果は、原理的には電極幅の比で１：１．２以上で得られることができると考えられるが、本実施例のように電極幅の比を１：２以上とすることがより効果的である。なお、トナー担持体上のトナー供給部から現像部までの移動時間は長くてもせいぜい０．５秒であり、３秒はトナー寄りを確認するには十分な時間である。仮に静電潜像坦持体である感光体（ＯＰＣ）の線速を１５０ｍｍ／ｓｅｃ、感光体に対するトナー担持ローラの線速比を１／２、トナー担持ローラ径をφ１８ｍｍ、供給〜現像を１８０°と仮定しても、移動時間は０．３８秒である。
【００２１】
次に、上述したトナー担持ローラ１を利用した現像装置の構成について説明する。図１０は本実施形態に係る現像装置の概略構成を示す構成図である。図１０に示す現像装置では、潜像担持体である感光体１０に対向して配置されるトナー担持ローラ１に対して、通常の２成分現像器１１により２成分現像剤の穂が当接されている。２成分現像器１１は、容器１２内の２成分現像剤１３を攪拌ローラ１４、１５によって攪拌しながら循環させ、永久磁石を内包するマグネットスリーブ１６がその２成分現像剤１３の一部をトナー担持ローラ１まで搬送すると共に現像部から現像に寄与しなかった不要なトナーを戻す。本実施形態では、２成分現像器１１は、粒径３５［μｍ］の磁性キャリア粉と粒径約６［μｍ］のポリエステルトナーを重量比で７〜８［ｗｔ％］混合させた２成分現像剤１３を収容する。マグネットスリーブ１６に担持されるトナーの一部は、マグネットスリーブ１６とトナー担持ローラ１との間に印加される直流バイアス電位によってトナー担持ローラ１に転移する。
【００２２】
トナー担持ローラ１に転移したトナーは、トナー担持ローラ１上でフレアを形成しながら、トナー担持ローラ１が図示しない駆動部により回転駆動されることで感光体１０との対向部である現像領域に搬送される。現像領域では、トナー担持ローラ１上のトナーがトナー担持ローラ１表面の平均電位と感光体１０の電位との差によって感光体１０上の静電潜像に付着してトナー像を形成する。電極軸３Ａ・３Ｂ間には交流電源５から電極ブラシ等によってバイアス電位として交流電圧が印加され、Ａ相電極群３ＡとＢ相電極群３Ｂとの間に時間周期的な電位差が形成される。電極に印加される単位時間当たりの電位平均値は、感光体１０に形成されている画像部電位と非画像部電位との間の値となる。トナー担持ローラ１の現像に寄与しなかった不要なトナーは現像部から再びマグネットスリーブ１６に戻ってくる。フレアが形成されているので、トナー担持ローラ１に対するトナーの付着力は非常に低く、トナー担持ローラ１によって現像部から戻ってきたトナーは、マグネットスリーブ１６の回転に追随した２成分現像剤の穂によって容易に掻き取られたり馴らされたりする。これを繰り返すことによって、トナー担持ローラ１上には常にほぼ一定量のトナーフレアが形成されることになる。
【００２３】
図１１は別の実施形態に係る現像装置の概略構成を示す構成図である。図１１に示す現像器１７は、マグネットスリーブ１６を省略して簡略化した構成とし、トナー担持ローラ１に対するトナー供給を２成分現像剤のカスケード現像現象によって行う。現像器２１は単純なカスケードを利用してトナー担持ローラ１に薄いトナー層を形成するため、トナー担持ローラ１へのトナー転移率が図１０に示す実施形態に比べて低下するが、その分トナー担持ローラ１の回転速度を高くすることにより、感光体１０への現像速度に対応することができる。また、図１２に示す現像器１７は、トナー担持ローラ１、容器１２、攪拌ローラ１４、１５とから構成され、成分現像器１１からマグネットスリーブ１６を省略した構成であるため、実質的に従来の２成分現像器と同サイズとなり、小型で高画質の作像エンジンを構成することが可能である。
【００２４】
図１２は、別の実施形態に係る現像装置の概略構成を示す構成図である。図１２に示す現像装置は、２成分現像器１１の代りにトナーのみを有する１成分現像器２１を用いる。この１成分現像器２１は、容器２２内のトナーＴを循環パドル２３で攪拌して循環させながらトナー担持ローラ１に供給し、トナー担持ローラ１上のトナーをトナー規制部材としてのドクタブレード２４により一定厚に規制して薄いトナー層とする。本実施形態では、トナー担持ローラ１上のトナー量が０．４５［ｍｇ・ｃｍ２］となるように規制される。ドクタブレード２４に交流電圧を印加することで、フレアトナーのフレア活性度を上げて現像領域に送ることも可能である。現像領域に搬送されたトナー担持ローラ１上のトナーは、トナー担持ローラ１表面の平均電位−１５０Ｖと感光体１０の画像部電位−４０Ｖ（非画像部電位−２６０Ｖ）との差によって感光体１０上の静電潜像に付着してトナー像を形成する。現像に寄与しなかった不要なトナーは再びトナー溜まり部に戻ってくる。トナー担持ローラ１によって現像部から戻ってきたトナーは、フレアを形成しているためトナー担持ローラ１に対する付着力が非常に低く、トナー溜り部でのトナー間の摺擦によって容易に掻き取られたり馴らされたりする。これを繰り返す事によって、トナー担持ローラ１上には常にほぼ一定量のトナーフレアが形成されることになる。トナー担持ローラ１へのトナー供給安定性という意味では、図１０に示した現像器１１や図１１に示した現像器１７にやや劣る部分もあるが、それは条件を詰めれば解決できる問題であり、何よりも非常に小型軽量且つ高画質な作像エンジンを構成することが可能である。
【００２５】
図１３は、実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す概略構成図である。図１３に示す画像形成装置は、図１２に示した１成分現像器２１を利用して構成され、ベルト状感光体２０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。この実施形態では、図示しないローラに掛け渡され回転駆動されるベルト状感光体２０の移動方向に沿って、複数色、例えばブラック、イエロー、シアン、マゼンタの画像をそれぞれ形成する複数の現像装置２１Ｋ、２１Ｙ、２１Ｃ、２１Ｍが並設されている。感光体２０は、まず、作像装置２５Ｋにて帯電装置２６Ｋにより一様に帯電され、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２７Kを露光されることで静電潜像が形成される。この静電潜像が図１２に示した現像装置２１Kにより現像されてブラックのトナー像となる。その後、感光体２０は除電器２８Ｋにより除電されて次の画像形成に備える。次いで、感光体２０は、帯電装置２６Ｙにより一様に帯電され、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２７Ｙを露光されることで静電潜像が形成される。この静電潜像が図１２に示した現像装置２１Ｙにより現像されて上記ブラックのトナー像と重なるイエローのトナー像となる。その後、感光体２０は除電器２８Ｙにより除電されて次の画像形成に備える。
【００２６】
次に、感光体２０は、帯電装置２６Ｃにより一様に帯電され、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２７Ｃを露光されることで静電潜像が形成される。この静電潜像が図１２に示した現像装置２１Ｃにより現像されて上記ブラックのトナー像及び上記イエローのトナー像と重なるシアンのトナー像となる。その後、感光体２０は除電器２８Ｃにより除電されて次の画像形成に備える。次に、感光体２０は、帯電装置２６Ｍにより一様に帯電され、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２７Ｍを露光されることで静電潜像が形成される。この静電潜像が図１２に示した現像装置２１Ｍにより現像されて上記ブラックのトナー像、上記イエローのトナー像及び上記シアンのトナー像と重なるマゼンタのトナー像となることでフルカラー画像が形成される。
【００２７】
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２９により感光体２０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３０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２０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３１により残留トナー等が除去される。
【００２８】
図１３に示す画像形成装置では、同一のベルト状感光体２０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、同一感光体２０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、上記現像装置２１Ｋ、２１Ｙ、２１Ｃ、２１Ｍは、感光体２０上に一度形成されたトナー像に対しては影響を与えることが無いので、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事ができる。なお、図１３に示す画像形成装置では、図１２で示した現像装置２１Ｋ、２１Ｙ、２１Ｃ、２１Ｍを用いたが、図１０及び図１１で示した現像装置１１、１７を用いてもよいことは言うまでもない。
【００２９】
以上、本実施形態に係る現像装置１１、１７、２１によれば、トナー担持体であるトナー担持ローラ１に電極幅や電極間距離のバラツキがあったり、重力や気流等の僅かな外力の影響があったりしても、フレアトナー寄りが発生しにくく、フレアトナーの均一性を高めることができる。
また、本実施形態に係る現像装置１１、１７、２１によれば、トナー担持ローラ１は、電圧印加手段である交流電源５によりＡ相パルス電圧が印加されるＡ相電極群３Ａ群と、Ｂ相パルス電圧が印加されるＢ相電極群とを備える。このトナー担持ローラ１に担持されたトナーは、Ａ相電極群３ＡとＢ相電極群３Ｂとの間を往復するようなホッピング運動を行いながら、トナー担持ローラ１の移動により潜像担持体である感光体１０との対向部である現像領域に搬送され現像に供される。
また、本実施形態に係る現像装置１１、１７、２１によれば、ローラ形状のトナー担持ローラ１を用いている。
また、本実施形態に係る現像装置１１、１７、２１によれば、トナー担持ローラ１はＡ相電極群３Ａに対して共通した電圧を導くための電極軸（ツバ８Ａ）とＢ相電極群３Ｂに対して共通した電圧を導くための電極軸（ツバ８Ｂ）とをローラ端面に隣り合わせて設けている。これらツバ８Ａ・８Ｂを給電面としているため、新たな共通電極を設ける必要がなく、Ａ相電極群３Ａ及びＢ相電極群３Ｂに対して独立してパルス電圧を印加することができる。
また、本実施形態に係る現像装置１１、１７、２１によれば、トナー担持ローラ１はＡ相電極群３Ａに対して共通した電圧を導くための電極軸６Ａ・７Ａと、Ｂ相電極群３Ｂに対して共通した電圧を導くための電極軸６Ｂ・７Ｂとを設けている。そして、これら電極軸６Ａ・６Ｂ・７Ａ・７Ｂの軸端面や軸周面を給電面としている。よって、新たな共通電極を設ける必要がなく、Ａ相電極群３Ａ及びＢ相電極群３Ｂに対して独立してパルス電圧を印加することができる。
また、本実施形態に係る現像装置１１、１７、２１によれば、トナー担持ローラ１の電極群３Ａ・３Ｂは、トナーＴとは逆極性の材料よりなる表面保護層４により被覆されている。これにより、トナー担持ローラ１の表面（表面保護層４）上でホッピングするトナーＴとの摺擦に伴ってトナーＴに正規の電荷を与えられることができる。
また、本実施形態に係る現像装置１１、１７、２１によれば、トナー担持体１の電極群３Ａ・３Ｂは、体積抵抗が１０７［Ω・ｃｍ］以上１０１３［Ω・ｃｍ］以下である材料よりなる表面保護層４により被覆されている。表面保護層４の体積抵抗を１０７［Ω・ｃｍ］以上とすることにより、電極群３Ａ・３Ｂ間で電荷のリーク（ショート）を防止する。また、表面保護層４の体積抵抗を１０１３［Ω・ｃｍ］以下とすることにより、トナー担持ローラ１の表面（表面保護層４）に電荷が蓄積するのを防止し、所望の平均電位が得られるようにする。
また、本実施形態に係る現像装置１１、１７、２１によれば、電極群３Ａ・３Ｂに印加される単位時間当たりの電位平均値は、静電潜像担持体である感光体１０・２０に形成されている画像部電位と非画像部電位との間の値である。これにより、トナー担持ローラ１上のトナーが感光体１０・２０上の静電潜像に付着してトナー像を形成する。
また、本実施形態に係る画像形成装置によれば、上述した現像装置１１、１７、２１を備えていることから、トナー飛散やムラ画像を抑制して、高品質な画像を得ることができる。
また、本実施形態に係る画像形成装置によれば、上述した現像装置２１Ｋ、２１Ｙ、２１Ｃ、２１Ｍを備えていることから、同一感光体２０上で色重ねができ、色ズレ、スキャベンジや混色等のない高品質な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】トナー担持ローラの構成を示す断面模式図。
【図２】トナー担持ローラの構成を示す斜視図。
【図３】トナー担持ローラの電極群に印加される印加バイアスの特性を示す波形図。
【図４】（ａ）は、トナー担持ローラの基体の構成を示す断面図、（ｂ）はトナー担持ローラの電極軸の構成を示す斜視図、（ｃ）は基体に電極軸が圧入された様子を説明する断面図。
【図５】トナー担持ローラを平面状に展開した状態を示す平面図。
【図６】ａ）〜（ｅ）は、トナー担持ローラの製造工程を説明する断面模式図。
【図７】本実施形態に係るトナー担持体の電極構成を示す模式図。
【図８】別の実施形態に係るトナー担持体の電極構成を示す模式図。
【図９】フレアトナー寄りの評価実験結果を示す特性図。
【図１０】本実施形態に係る現像装置の概略構成を示す構成図。
【図１１】別の実施形態に係る現像装置の概略構成を示す構成図。
【図１２】別の実施形態に係る現像装置の概略構成を示す構成図。
【図１３】同現像装置を用いた画像形成装置の概略構成を示す構成図。
【図１４】従来のトナー担持体の電極構成を示す模式図。
【符号の説明】
【００３１】
１    トナー担持ローラ
２    基体
３Ａ  Ａ相電極群
３Ｂ  Ｂ相電極群
４    表面保護層
５    交流電源
【図１】
2010044322.tif 000003
【図２】
2010044322.tif 000004
【図３】
2010044322.tif 000005
【図４】
2010044322.tif 000006
【図５】
2010044322.tif 000007
【図６】
2010044322.tif 000008
【図７】
2010044322.tif 000009
【図８】
2010044322.tif 000010
【図９】
2010044322.tif 000011
【図１０】
2010044322.tif 000012
【図１１】
2010044322.tif 000013
【図１２】
2010044322.tif 000014
【図１３】
2010044322.tif 000015
【図１４】
2010044322.tif 000016