(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電潜像が保持された像保持体に対向して配置され且つ帯電されたトナーを外周面に保持して回転するトナー保持体と、
このトナー保持体から離間して配置される飛翔電極部材と、
この飛翔電極部材と前記トナー保持体との間に設けられ且つトナー保持体からトナーを飛翔させる予め定めた振動電界を生成する振動電界生成電源と、を備え、
前記飛翔電極部材は、
少なくともトナー保持体の回転軸方向に沿って延びる導電部材と、
この導電部材のうちトナー保持体との最近接部位及びトナー保持体から像保持体に向かってトナーが通過する経路に面して最も突出した部位を少なくとも含むようにトナー保持体側に位置する表面を連続的に絶縁被覆する絶縁被覆層と、
前記導電部材のうち前記絶縁被覆層に隣接して像保持体側に位置する表面を露出させる露出部と、
を有することを特徴とする現像装置。
【請求項２】
請求項１記載の現像装置のうち導電部材が一又は複数の線状部材である態様において、
前記絶縁被覆層は、導電部材の表面のうちトナー保持体側に位置する表面を少なくとも半周に亘って絶縁被覆するものであることを特徴とする現像装置。
【請求項３】
請求項１記載の現像装置のうち導電部材がトナー保持体の回転方向に沿っても延びる板状部材である態様において、
前記絶縁被覆層は、導電部材の表面のうちトナー保持体から像保持体に向かってトナーが通過する経路に面した端部面及びトナー保持体側に位置する表面を絶縁被覆するものであることを特徴とする現像装置。
【請求項４】
請求項３記載の現像装置のうちトナー保持体が曲面状の表面を有している態様において、
前記絶縁被覆層は、導電部材のトナー保持体側に位置する表面のうち、トナー保持体の回転方向上流側に位置し且つトナー保持体との間の距離が離間した振動電界の弱い領域に対応した部位を除いて設けられることを特徴とする現像装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の現像装置において、
更に、トナー保持体で保持されるトナーに対し電荷注入を行う電荷注入機構を備えることを特徴とする現像装置。
【請求項６】
請求項５記載の現像装置において、
トナーは予め定めた規定電界を境に抵抗が急変する抵抗変化特性を有するものであり、
前記電荷注入機構は、前記規定電界を超える電界強度を有する予め定めた注入電界にて抵抗が低下した状態のトナーに電荷注入を行い、
前記振動電界生成電源は、前記振動電界を前記規定電界と前記注入電界との間に設定したことを特徴とする現像装置。
【請求項７】
請求項６記載の現像装置において、
前記飛翔電極部材は、トナー保持体と導電部材との間の電界強度が前記規定電界を超える部位に対応して絶縁被覆層を設けたものであることを特徴とする現像装置。
【請求項８】
静電潜像を保持して回転する像保持体と、
この像保持体に対向して配置される請求項１乃至７のいずれかに記載の現像装置と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
請求項８記載の画像形成装置のうち導電部材が複数の線状部材である態様において、
前記飛翔電極部材は、像保持体とトナー保持体との最近接部位を挟んでトナー保持体の回転方向に沿った領域に導電部材としての複数の線状部材を配置したものであることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
請求項８記載の画像形成装置のうち導電部材が板状部材である態様において、
前記飛翔電極部材は、像保持体とトナー保持体との最近接部位に対し、トナー保持体の回転方向上流側に偏って前記板状部材を配置したものであることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】
請求項８乃至１０のいずれかに記載の画像形成装置において、
最大画像形成領域以上の周面を有する回転可能な支持体並びにこの支持体上に当該支持体の回転方向及びこの回転方向に交差する交差方向に沿って画素単位毎に行列配列された画素電極を有する像保持体と、
前記交差方向に沿った各行の画素電極群のうち走査信号によって選択された行の夫々の画素電極に対応して画像信号に基づいた潜像電圧を印加することにより潜像を書き込む潜像書込手段と、
を備え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た画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、感光体とドナーローラとの対向領域（現像領域）に対応してドナーローラから離間した電極ワイヤを設け、ドナーローラと電極ワイヤとの間に交流電圧を印加する方式が開示され、印加交流電圧の短絡防止のために電極ワイヤ上に誘電体被膜を形成することが記されている。
また、特許文献２には、像形成体に対向する現像スリーブの対向領域（現像領域）内の上流側部分に、現像スリーブに近接または接触可能な絶縁部材を介して電極を備える制御電極を設け、電極部分は少なくともその下流側端部が絶縁部材により被覆されているものが開示されている。
更に、特許文献３には、現像剤搬送体と感光体ドラムとの対向域に板状部材を屈曲して配置し、その下流側に延びるひさし部分に電極部を設けた構成が開示され、電流のリークを防ぐには電極部の露出部分に絶縁層を設けることが記されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平３−１１３４７４号公報（実施例、図２）
【特許文献２】特開平６−１７５４８５号公報（実施例、図８）
【特許文献３】特開平９−５４４８６号公報（実施例、図４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、トナー保持体から振動電界を用いてトナーを飛翔させる方式にあって、トナーの不要な帯電状態の変化を抑えながら電界ムラの発生を低減するようにした現像装置及びこれを用いた画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に係る発明は、静電潜像が保持された像保持体に対向して配置され且つ帯電されたトナーを外周面に保持して回転するトナー保持体と、このトナー保持体から離間して配置される飛翔電極部材と、この飛翔電極部材と前記トナー保持体との間に設けられ且つトナー保持体からトナーを飛翔させる予め定めた振動電界を生成する振動電界生成電源と、を備え、前記飛翔電極部材は、少なくともトナー保持体の回転軸方向に沿って延びる導電部材と、この導電部材のうちトナー保持体との最近接部位及びトナー保持体から像保持体に向かってトナーが通過する経路に面して最も突出した部位を少なくとも含むようにトナー保持体側に位置する表面を連続的に絶縁被覆する絶縁被覆層と、前記導電部材のうち前記絶縁被覆層に隣接して像保持体側に位置する表面を露出させる露出部と、を有することを特徴とする現像装置である。
【０００６】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の現像装置のうち導電部材が一又は複数の線状部材である態様において、前記絶縁被覆層は、導電部材の表面のうちトナー保持体側に位置する表面を少なくとも半周に亘って絶縁被覆するものであることを特徴とする現像装置である。
請求項３に係る発明は、請求項１記載の現像装置のうち導電部材がトナー保持体の回転方向に沿っても延びる板状部材である態様において、前記絶縁被覆層は、導電部材の表面のうちトナー保持体から像保持体に向かってトナーが通過する経路に面した端部面及びトナー保持体側に位置する表面を絶縁被覆するものであることを特徴とする現像装置である。
請求項４に係る発明は、請求項３記載の現像装置のうちトナー保持体が曲面状の表面を有している態様において、前記絶縁被覆層は、導電部材のトナー保持体側に位置する表面のうち、トナー保持体の回転方向上流側に位置し且つトナー保持体との間の距離が離間した振動電界の弱い領域に対応した部位を除いて設けられることを特徴とする現像装置である。
請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれかに係る現像装置において、更に、トナー保持体で保持されるトナーに対し電荷注入を行う電荷注入機構を備えることを特徴とする現像装置である。
請求項６に係る発明は、請求項５に係る現像装置において、トナーは予め定めた規定電界を境に抵抗が急変する抵抗変化特性を有するものであり、前記電荷注入機構は、前記規定電界を超える電界強度を有する予め定めた注入電界にて抵抗が低下した状態のトナーに電荷注入を行い、前記振動電界生成電源は、前記振動電界を前記規定電界と前記注入電界との間に設定したことを特徴とする現像装置である。
請求項７に係る発明は、請求項６に係る現像装置において、前記飛翔電極部材は、トナー保持体と導電部材との間の電界強度が前記規定電界を超える部位に対応して絶縁被覆層を設けたものであることを特徴とする現像装置である。
【０００７】
請求項８に係る発明は、静電潜像を保持して回転する像保持体と、この像保持体に対向して配置される請求項１乃至７のいずれかに係る現像装置と、を備えることを特徴とする画像形成装置である。
請求項９に係る発明は、請求項８に係る画像形成装置のうち導電部材が複数の線状部材である態様において、前記飛翔電極部材は、像保持体とトナー保持体との最近接部位を挟んでトナー保持体の回転方向に沿った領域に導電部材としての複数の線状部材を配置したものであることを特徴とする画像形成装置である。
請求項１０に係る発明は、請求項８に係る画像形成装置のうち導電部材が板状部材である態様において、前記飛翔電極部材は、像保持体とトナー保持体との最近接部位に対し、トナー保持体の回転方向上流側に偏って前記板状部材を配置したものであることを特徴とする画像形成装置である。
請求項１１に係る発明は、請求項８乃至１０のいずれかに係る画像形成装置において、最大画像形成領域以上の周面を有する回転可能な支持体並びにこの支持体上に当該支持体の回転方向及びこの回転方向に交差する交差方向に沿って画素単位毎に行列配列された画素電極を有する像保持体と、前記交差方向に沿った各行の画素電極群のうち走査信号によって選択された行の夫々の画素電極に対応して画像信号に基づいた潜像電圧を印加することにより潜像を書き込む潜像書込手段と、を備えることを特徴とする画像形成装置である。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に係る発明によれば、トナー保持体から振動電界を用いてトナーを飛翔させる方式にあって、トナーの不要な帯電状態の変化を抑えながら電界ムラの発生を低減することができる。
請求項２に係る発明によれば、本構成を有さない場合に比べて、飛翔電極部材のレイアウトに対する自由度が向上する。
請求項３に係る発明によれば、本構成を有さない場合に比べて、振動電界によるトナーの飛翔量を多くすることができる。
請求項４に係る発明によれば、本構成を有さない場合に比べて、振動電界によるトナー保持体からのトナー飛翔時にも電界ムラが低減できる。
請求項５に係る発明によれば、本構成を有さない場合に比べて、安定した帯電状態のトナーがトナー保持体に保持されるようになる。
請求項６に係る発明によれば、本構成を有さない場合に比べて、飛翔されるトナーの安定した帯電状態が保たれる。
請求項７に係る発明によれば、本構成を有さない場合に比べて、トナーが飛翔電極部材に接触してもトナーの帯電状態が安定に保たれる。
請求項８に係る発明によれば、トナー保持体から振動電界を用いてトナーを飛翔させる方式にあって、トナーの不要な帯電状態の変化を抑えながら電界ムラの発生を低減することができる画像形成装置を提供できる。
請求項９に係る発明によれば、本構成を有さない場合に比べて、トナー保持体からの効果的なトナーの飛翔が促されると共に像保持体の静電潜像に対する良好な現像が実現できる。
請求項１０に係る発明によれば、本構成を有さない場合に比べて、トナー保持体からの効果的なトナーの飛翔が促されると共に像保持体の静電潜像に対する良好な現像が実現できる。
請求項１１に係る発明によれば、本構成を有さない場合に比べて、帯電工程を実施する際の画質低下を考慮することのない高画質画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は本発明が適用された現像装置を用いた画像形成装置の実施の形態の概要を示す説明図である。
【図２】（ａ）は飛翔電極部材の作用を示す説明図であり、（ｂ）はトナーの抵抗と電界強度との関係を示すグラフである。
【図３】実施の形態１に係る画像形成装置の全体構成の概略を示す説明図である。
【図４】実施の形態１の像保持体の構成を示す説明図である。
【図５】（ａ）（ｂ）は画素電極の構成を示す説明図であり、（ｃ）は等価回路を示す説明図である。
【図６】画素電極の駆動方式を示す説明図である。
【図７】実施の形態１の現像装置を示す説明図である。
【図８】（ａ）（ｂ）は導電性トナーを示す説明図である。
【図９】（ａ）（ｂ）は実施の形態１の現像時におけるトナーの挙動を示す説明図である。
【図１０】実施の形態２の現像装置を示す説明図である。
【図１１】（ａ）（ｂ）は実施の形態２の現像時におけるトナーの挙動を示す説明図である。
【図１２】（ａ）（ｂ）は実施例１の結果を示すグラフであり、（ｃ）は比較例の結果を示すグラフである。
【図１３】（ａ）（ｂ）は実施例２の結果を示すグラフであり、（ｃ）（ｄ）は比較例の結果を示すグラフである。
【図１４】実施例３の結果を示すグラフである。
【図１５】実施例４の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
◎実施の形態の概要
先ず、本発明が適用された現像装置の実施の形態の概要について説明する。
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明を具現化する実施の形態モデルに係る画像形成装置の概略を示すものであって、静電潜像を保持して回転する像保持体１と、この像保持体１に対向して配置され且つ像保持体１上に保持された静電潜像に対しトナーＴを飛翔させて現像する現像装置２と、を備えたものとなっている。
【００１１】
ここで、現像装置２は、静電潜像が保持された像保持体１に対向して配置され且つ帯電されたトナーＴを外周面に保持して回転するトナー保持体３と、このトナー保持体３から離間して配置される飛翔電極部材４と、この飛翔電極部材４とトナー保持体３との間に設けられ且つトナー保持体からトナーを飛翔させる予め定めた振動電界を生成する振動電界生成電源８と、を備え、飛翔電極部材４は、少なくともトナー保持体３の回転軸方向に沿って延びる導電部材５と、この導電部材５のうちトナー保持体３との最近接部位及びトナー保持体３から像保持体１に向かってトナーＴが通過する経路に面して最も突出した部位を少なくとも含むようにトナー保持体３側に位置する表面を連続的に絶縁被覆する絶縁被覆層６と、導電部材５のうち絶縁被覆層６に隣接して像保持体１側に位置する表面を露出させる露出部７と、を有する構成のものである。
【００１２】
ここで、像保持体１やトナー保持体３はドラム状、ベルト状いずれでもよく、トナーＴを保持して回転できるようになっていればよい。
また、飛翔電極部材４は、像保持体１とトナー保持体３との対向領域にてトナー保持体３上のトナーＴを振動電界によって飛翔できるようになっていればその形状等は特に限定されず、ワイヤ状、メッシュ状、板状等の態様が挙げられる。
更に、振動電界生成電源８は、トナー保持体３と飛翔電極部材４（具体的には導電部材５）との間に作用させる振動電界を生成するもので、振動電界としては、トナー保持体３からトナーＴが飛翔できるように予め定めた電界強度を有するものであればよく、少なくとも交流電界が含まれるもので、直流電界が重畳されたものであっても差し支えない。
【００１３】
そして、飛翔電極部材４の導電部材５としては金属製のものが好適であるが、例えば絶縁性の部材に導電性材料によるめっき等を施す態様であってもよい。また、絶縁被覆層６としては、導電部材５に例えば絶縁コートを施すようにしてもよいし、導電部材５の一部を例えば酸化処理等によって絶縁処理するようにしてもよい。このとき、絶縁被覆層６は、厚すぎるとトナー保持体３上のトナーＴに作用する振動電界の電界強度が小さくなり、また、厚い絶縁層によって作用する電界に電界ムラが生じ易くなることから、通常、１０μｍ以下の厚さのものが選定される。そして、このような絶縁被覆層６の絶縁性は、絶縁被覆層６に振動電界で飛翔したトナーＴが接触しても、トナーＴ自体の帯電状態の変化が抑えられる程度の絶縁性を有していればよく、通常、１０１０Ω・ｃｍ以上の体積抵抗率を有するものが用いられる。
【００１４】
ここで、絶縁被覆層６が設けられる部位として、「導電部材５のうちトナー保持体３との最近接部位及びトナー保持体３から像保持体１に向かってトナーＴが通過する経路に面して最も突出した部位を少なくとも含むようにトナー保持体３側に位置する表面を連続的に絶縁被覆する」としたのは、振動電界による高エネルギ状態にあるトナーＴが導電部材５表面に直接接触する可能性の高い部位を意味する。
図２（ａ）は一例としての飛翔電極部材４が配置された模式図を示すもので、飛翔電極部材４の導電部材５とトナー保持体３との間の振動電界生成電源８（図１参照）による振動電界Ｅｓが作用することで、トナー保持体３上のトナーＴは飛翔を開始する。トナー保持体３から飛翔したトナーＴは、飛翔電極部材４との衝突を繰り返しながら飛翔電極部材４の横を通って像保持体１側に向かう。このとき、飛翔電極部材４には、トナー保持体３側に位置する表面が絶縁被覆層６で覆われ、また、飛翔電極部材４のトナーＴが通過する経路に面した突出端も絶縁被覆層６が設けられている。そのため、トナー保持体３から飛翔したトナーＴの帯電量をｑとすると、トナーＴが飛翔電極部材４に接触しても絶縁被覆層６に接触することから、トナーＴの帯電量はｑのまま維持される。更に、トナーＴが像保持体１に向かう経路で飛翔電極部材４に接触しても絶縁被覆層６に接触するため、トナーＴは帯電量が保持されたまま像保持体１側に向かう。また、飛翔電極部材４に露出部７を設けたことで、飛翔電極部材４と像保持体１との間の電界Ｅは、トナー保持体３の回転軸方向に沿って連続して設けられた露出部７による効果が発揮され、振動電界Ｅｓより小さな電界強度であっても回転軸方向に沿って安定した電界が作用するようになり、像保持体１上に付着するトナーＴの特にトナー保持体３の回転軸方向に沿ったムラは大幅に改善されるようになる。仮に、露出部７の代わりに絶縁被覆層６を設けると、トナー保持体３の回転軸方向に沿って電界ムラが発生し易くなり、像保持体１上に付着するトナーＴ量もその方向に沿ってムラが発生し、例えば画像ムラの発生要因となり易い。
【００１５】
このような飛翔電極部材４の第一の態様としては、図１（ａ）に示すように、導電部材５が一又は複数の線状部材である態様において、絶縁被覆層６は、導電部材５の表面のうちトナー保持体３側に位置する表面を少なくとも半周に亘って絶縁被覆するものが挙げられる。このように線状部材を導電部材５とする代表的態様としては、ワイヤを用いるものが挙げられるが、その断面形状は円形に限らず、トナー保持体３との間で振動電界が有効に作用する形状であればよく、例えばワイヤを撚った撚り線であっても差し支えない。また、導電部材５としては、例えばトナー保持体３の回転方向に沿った方向にも設けるようにした所謂メッシュ状であっても差し支えない。このように導電部材５として線状部材を用いることで、現像装置２への飛翔電極部材４のレイアウトの自由度が向上すると共に、トナー保持体３と像保持体１とが対向する領域のうち飛翔電極部材４が配置された部位で像保持体１側へトナーＴが飛翔されるようになる。更に、この態様において、絶縁被覆層６は導電部材５の半周を超える部位にまで設けるようにしても差し支えなく、露出部７が設けられていればよい。
【００１６】
また、飛翔電極部材４の第二の態様としては、図１（ｂ）に示すように、導電部材５がトナー保持体３の回転方向に沿っても延びる板状部材である態様において、絶縁被覆層６は、導電部材５の表面のうちトナー保持体３から像保持体１に向かってトナーＴが通過する経路に面した端部面及びトナー保持体３側に位置する表面を絶縁被覆するものが挙げられる。このように板状部材を導電部材５とする場合、振動電界による電界強度は、特に、板状部材のエッジ効果が大きく作用するようになるが、絶縁被覆層６によって大幅に軽減される。更に、飛翔電極部材４として板状部材の導電部材５を用いる場合、飛翔電極部材４とトナー保持体３との間の振動電界をより安定化させる観点から、トナー保持体３が曲面状の表面を有している態様において、絶縁被覆層６は、導電部材５のトナー保持体３側に位置する表面のうち、トナー保持体３の回転方向上流側に位置し且つトナー保持体３との間の距離が離間した振動電界の弱い領域に対応した部位を除いて設けられることが好ましい。
【００１７】
そして、トナー保持体３に保持されるトナーＴがより安定した帯電状態を維持する観点からすれば、現像装置２は、更に、トナー保持体３で保持されるトナーＴに対し電荷注入を行う電荷注入機構を備えることが好ましい。このような電荷注入機構としては、公知の電荷注入方式を採用するようにすればよく、トナーＴが電荷注入機構によって注入帯電されることで、例えば摩擦帯電方式によって帯電させる方式に比べ、環境依存性への配慮が大幅に改善される。
【００１８】
次に、本実施の形態モデルでのトナーＴについて説明する。図２（ｂ）に示すように、トナーＴは、予め定めた規定電界Ｅｎを境に抵抗が急変する抵抗変化特性を有するものであり、電荷注入機構は、規定電界Ｅｎを超える電界強度を有する予め定めた注入電界Ｅｉにて抵抗が低下した状態のトナーＴに電荷注入を行い、振動電界生成電源８は、振動電界Ｅｓを規定電界Ｅｎと注入電界Ｅｉとの間に設定することが好ましい。このように、規定電界Ｅｎより大きな電界強度を有する注入電界Ｅｉを用いることで、トナーＴへの電荷注入が容易になされると共に、より大きな電界強度を有する振動電界Ｅｓによってトナー保持体３から有効にトナーＴの飛翔がなされる。更に、振動電界ＥｓによってトナーＴの帯電状態が変化する虞は殆どなく、また、振動電界Ｅｓによって抵抗の低下したトナーＴが飛翔電極部材４に接触しても、絶縁被覆層６によって直接導電部材５に接触する確率は大きく低減され、トナーＴの帯電状態の変化が抑えられる。
【００１９】
更に、飛翔電極部材４での電界ムラをより低減する観点からすれば、飛翔電極部材４は、トナー保持体３と導電部材５との間の電界強度が規定電界Ｅｎを超える部位に対応して絶縁被覆層６を設けることが好ましい。この場合、規定電界Ｅｎを超える電界強度にて抵抗の低下したトナーＴが導電部材５に直接接触することがなくなり、トナーＴの帯電状態はより安定に保たれる。
また、このことは、導電部材５の表面のうち規定電界Ｅｎ未満の部位では露出部７が設けられることから、仮に、この部位に絶縁被覆層６を設ける場合に比べて、飛翔電極部材４と例えば像保持体１との間の電界ムラが低減されるようになる。
【００２０】
このような飛翔電極部材４を用いてトナー保持体３からトナーＴを飛翔させる、所謂トナークラウド方式を利用する現像装置２の必要性としては、次のような点が挙げられる。
近年、高画質化を狙いとしてトナーの小径化が進んでいるが、小径化に伴いトナー一個当たりの帯電量も小さくなり、従来、静電潜像が保持された像保持体とトナーが保持されたトナー保持体との間に用いられる現像電界による静電気力（ｑＥ）が、所謂非静電気的な力である例えばファンデルワールス力と同等な大きさの範囲となりつつある。
そのため、現像時の現像電界を従来に比べ強くすることが想定される。現像電界を強くするには、現像時の間隙（像保持体とトナー保持体との間隙）を狭く、像保持体側の潜像電位とトナー保持体側の電位との電位差を大きくする必要があるが、従来から現像電界としては放電が生じない程度の十分大きな電界強度のものが用いられており、これ以上現像電界を大きくすることは困難な状況下にある。
【００２１】
また、現像電界による静電気力を大きくするには、トナー一個当たりの電荷量（帯電量ｑ）を大きくすることも想定されるが、トナーの帯電はその表面を利用するため、小径化によりトナーの表面積は二乗の割合で小さくなることを考えると困難となる。また、単に電荷量を大きくすると、静電的な付着力は、トナーの径をｄとすると（ｑ／ｄ）の二乗に比例することから、この場合、トナーをトナー保持体から飛翔させるには却って大きな電界強度を要するようにもなる。
このような理由により、トナー保持体からトナーを飛翔させるための電極部材（飛翔電極部材に相当）を像保持体とトナー保持体との間に設け、トナー保持体との間でより強い電界強度を作用させることでトナーを飛翔させるようにした現像方式（トナークラウド現像）が提案される。
【００２２】
一方、従来、トナーの帯電は摩擦帯電によるものが用いられていたが、この摩擦帯電は温度、湿度、帯電に用いる部材の表面状態等に影響され易い。中でも、湿度の影響は大きく、高湿度時と低湿度時とでその帯電量が大きく異なり、現像時の適性幅を狭める要因ともなる。
このような摩擦帯電方式に代わるトナーの帯電方式として、電荷注入（注入帯電）方式が提案されているが、このような電荷注入方式を従来のトナーに適用しようとしても困難であり、トナーとして電荷注入時に低抵抗化する特性が必要である。
本発明は、このような点を鑑み案出されたものである。
【００２３】
そして、本実施の形態モデルの現像装置２を用いた画像形成装置としては、静電潜像を保持して回転する像保持体１と、この像保持体１に対向して配置される現像装置２と、を備え、この現像装置２として上述した現像装置２を用いるようにすればよい。
このような画像形成装置の第一の態様としては、例えば図１（ａ）に示すように、導電部材５が複数の線状部材である態様において、飛翔電極部材４は、像保持体１とトナー保持体３との最近接部位を挟んでトナー保持体３の回転方向に沿った領域に導電部材５としての複数の線状部材を配置したものが挙げられる。尚、この態様において、飛翔電極部材４は、導電部材５の像保持体１側に位置する表面の少なくとも一部に露出部７を備えるものであればよい。
【００２４】
また、画像形成装置の第二の態様としては、例えば図１（ｂ）に示すように、導電部材５が板状部材である態様において、飛翔電極部材４は、像保持体１とトナー保持体３との最近接部位に対し、トナー保持体３の回転方向上流側に偏って板状部材を配置したものが挙げられる。ここで、上流側に偏って板状部材を配置とは、トナー保持体３の回転方向下流側の板状部材の端部位置が、最近接部位より上流側にある場合、最近接部位と一致する場合、最近接部位より上流側にある場合を含むことを意味するものである。尚、例えば前記端部位置が最近接部位より下流側に配置される場合、トナー保持体３から有効にトナーＴが飛翔され、飛翔したトナーＴが像保持体１側に向かうような位置に前記端部位置が配置されていることは言うまでもない。
【００２５】
また、このような画像形成装置において、現像時の現像濃度を高める観点から、トナー保持体３の回転速度は像保持体１の回転速度より速く設定されていることが好ましい。
更に、このような現像装置２を適用する好適な画像形成装置としては、次のものが挙げられる。すなわち、最大画像形成領域以上の周面を有する回転可能な支持体並びにこの支持体上に当該支持体の回転方向及びこの回転方向に交差する交差方向に沿って画素単位毎に行列配列された画素電極を有する像保持体１と、前記交差方向に沿った各行の画素電極群のうち走査信号によって選択された行の夫々の画素電極に対応して画像信号に基づいた潜像電圧を印加することにより潜像を書き込む潜像書込手段と、を備えるものである。このような所謂アクティブマトリクス方式の像保持体１を用いる場合、画素電極に印加する潜像電圧（潜像電位に相当）が小さい場合であっても有効な現像がなされるようになる。
【００２６】
次に、図面に示す実施の形態に基づいて本発明を更に詳細に説明する。
◎実施の形態１
図３は、本発明が適用された実施の形態モデルの画像形成装置の実施の形態１を示す。
＜画像形成装置の全体構成＞
同図において、本実施の形態の画像形成装置は、所謂タンデム型のカラー画像形成装置であり、装置筐体１５内に例えば電子写真方式にて各色成分（例えばイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ））の各色トナー像が形成される四色の像保持体２０（２０ａ〜２０ｄ）を略鉛直方向に並べて配置したものである。
四色の像保持体２０ａ〜２０ｄに対向する位置には、二つの張架ロール６１、６２に掛け渡され、記録材を吸着して搬送する記録材搬送ベルト６０が設けられ、例えば張架ロール６１を駆動ロールとして循環回転するようになっている。また、張架ロール６２と記録材搬送ベルト６０を挟んで対向する位置には、記録材を記録材搬送ベルト６０に吸着するための帯電器６３が設けられている。そして、各色の像保持体２０の周囲には、像保持体２０上に形成された静電潜像をトナーにて現像して可視像化する現像装置４０と、像保持体２０上の残留トナーを清掃する清掃器６５とが設けられ、更に、各色の像保持体２０と記録材搬送ベルト６０を挟んで対向する位置には、記録材搬送ベルト６０によって搬送される記録材上に像保持体２０上のトナー像を転写する転写器６４が夫々設けられている。尚、符号４１は現像装置４０（詳細は後述する）内にて像保持体２０にトナーを供給する現像ロールを示している。
【００２７】
また、装置筐体１５内の下方には、記録材を供給する記録材供給装置７０が設けられ、例えば供給容器７１内に収容された記録材が、供給ロール７２及び捌き機構７３にて一枚毎に鉛直方向に延びる記録材搬送路７４に向かって供給される。
そのため、記録材供給装置７０から記録材搬送路７４に供給された記録材は、記録材搬送路７４の下流側に配置された位置合わせロール（レジストロール）７８にて一旦位置合わせされた後、予め定めたタイミングで記録材搬送路７４を更に搬送される。そして、搬送された記録材は、帯電器６３によって記録材搬送ベルト６０に吸着され、そのまま記録材搬送ベルト６０の回転と共に搬送される。記録材搬送ベルト６０上の記録材には、各色の転写器６４によって夫々のトナー像が順次転写されて多重化される。トナー像が多重化された記録材は定着器７６にて定着された後、排出ロール７７から装置筐体１５の一部で構成される記録材排出受け１６に排出される。尚、記録材搬送路７４には、記録材を搬送するための搬送部材（例えば搬送ロール等）７８が適宜設けられる一方、記録材搬送ベルト６０の出口近傍（張架ロール６１近傍）には図示外の剥離部材が設けられ、記録材搬送ベルト６０からの記録材の剥離が容易になされる。
【００２８】
＜像保持体＞
次に、本実施の形態で用いられる像保持体２０について詳述する。
本実施の形態における像保持体２０は、図４に示すように、フィルム上に多数の画素電極３４が行列配列状（所謂マトリクス状）に形成された画素電極フィルム３０を回転可能な支持体である剛体ドラム２１上に巻き付けて固定支持したものとなっている。
本例において、画素電極フィルム３０は、例えばポリイミド系樹脂フィルム基体上に、所謂ＩＣ製造プロセス等で用いられる薄膜技術を利用して作製されたもので、画素電極３４が行列配列されている。そして、このように行列配列された画素電極３４は、例えば剛体ドラム２１の回転方向に沿った方向にデータライン、剛体ドラム２１の回転軸方向に沿った方向に走査ラインを設け、各画素電極３４に対応するデータライン及び走査ラインはまとめられて適宜数のデータ用ドライバ３１及び走査用ドライバ３２に接続されている。尚、画素電極フィルム３０は画素電極３４を覆うように全体が図示外の保護膜で覆われており、また、図中符号２１ａは、剛体ドラム２１の外周面の一部に回転軸方向に沿って開口された溝であり、本例では、画素電極フィルム３０の端部がこの溝２１ａから剛体ドラム２１の内側に入り込む構造となっている。
【００２９】
−画素電極の周辺構造−
次に、画素電極フィルム３０の画素電極３４及びその周辺構造について説明する。
本実施の形態において、画素電極フィルム３０は、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、各画素電極３４が所謂アクティブマトリクス方式に構成され、画素電極３４を切り替えるスイッチング素子として例えばＴＦＴ（Thin Film Transistor）３３が用いられ、蓄積容量３５及び配線（ソース線Ｌｓ、ゲート線Ｌｇ等）が夫々付加されたものである。
そして、各画素電極３４間の結線は、データライン毎にＴＦＴ３３のソースｓが結線されるソース線Ｌｓ、走査ライン毎にＴＦＴ３３のゲートｇが結線されるゲート線Ｌｇとしてまとめられている。また、ＴＦＴ３３のドレインｄには該当する画素電極３４及び蓄積容量３５が並列に接続され、蓄積容量３５の一方はゲート線Ｌｇ毎にまとめられており、図５（ｃ）のような等価回路を呈するように構成されている。
【００３０】
画素電極フィルム３０では、画素電極３４がマトリクス状に多数並べられた構成のために、画素電極３４の駆動回路は次のように行われる。
つまり、画素電極フィルム３０には、図６に示すように、データライン及び走査ライン毎に予め定めた数量の画素電極３４が配列されており、各画素電極３４をスイッチングするＴＦＴ３３のソースｓ側がデータライン毎に夫々データ用ドライバ３１へ接続される一方、ＴＦＴ３３のゲートｇ側が走査ライン毎に夫々走査用ドライバ３２に接続される。また、これらのデータ用ドライバ３１及び走査用ドライバ３２は、像保持体２０に設けられた像書込制御装置１００によって駆動され、像書込制御装置１００によってデータ用ドライバ３１及び走査用ドライバ３２を駆動することで、選択された画素電極３４に画像信号に基づいた潜像電圧が印加され、蓄積容量３５によって保持される。尚、図６では画素電極３４は省略しているが、図５（ｃ）に示すように、ＴＦＴ３３と蓄積容量３５との間に画素電極３４が接続されていることは言うまでもない。
【００３１】
＜現像装置＞
−現像装置の構成例−
本実施の形態において、現像装置４０としては注入帯電型トナーを用いたときの構成が採用される。
本実施の形態における現像装置４０は、図７に示すように、トナーが収容される現像容器４０ａを有し、この現像容器４０ａには像保持体２０に対向して現像用開口４０ｂを開設すると共に、この現像用開口４０ｂに面して像保持体２０と離間配置され且つ対向部位で同方向に回転する現像ロール４１を配設し、像保持体２０と現像ロール４１とが対向する部位にて像保持体２０上に形成された静電潜像をトナーにて現像して顕像化するものである。
そして、本実施の形態では、像保持体２０と現像ロール４１との間の間隙が例えば５００μｍ、夫々の周速は例えば像保持体２０が２０ｍｍ／ｓ、現像ロール４１が６０ｍｍ／ｓと現像ロール４１の周速の方が速くなっている。
【００３２】
また、現像ロール４１の像保持体２０側と異なる側には、現像ロール４１との間にてトナーに電荷注入を行う電荷注入ロール４３が設けられ、互いに軽く接触又は微小間隙をもって支持された状態で対向部位では互いに同方向に回転している。本例では、電荷注入ロール４３の周速が現像ロール４１の周速に対して約二倍になるように設定されている。そして、現像ロール４１と電荷注入ロール４３との間には、対向部位にあるトナーに対して電荷注入を行うための注入電界を生成する注入電界生成電源９１が設けられている。つまり、本実施の形態では電荷注入ロール４３や注入電界生成電源９１等で電荷注入機構が構成される。
更に、現像ロール４１と電荷注入ロール４３との対向部位より電荷注入ロール４３の回転方向に沿った上流側には、電荷注入ロール４３上にトナーの薄層を形成する層規制ブレード４５が設けられ、この層規制ブレード４５によって電荷注入ロール４３上のトナーの層厚規制がなされることで、層厚規制がなされたトナーが現像ロール４１との対向部位に搬送されて電荷注入がなされる。
また、現像容器４０ａ内の電荷注入ロール４３の奥側にはトナーを撹拌するアジテータ４８が設けられ、電荷注入ロール４３側へのトナーの供給を行うようになっている。
【００３３】
本実施の形態における現像ロール４１は、例えば快削ステンレス鋼（ＳＵＭ）の芯がねにゴム厚約５ｍｍの相対的に低抵抗なシリコーンゴム層を設け、その表面を約２０μｍ厚の相対的に高抵抗のフッ素樹脂系コート層で被覆したものを用いた。このような現像ロール４１の硬さはアスカーＣ硬度が約５０度であり、抵抗は、線圧２００ｇｆ／ｃｍの荷重で金属板上に押し付けた状態で１００Ｖの電圧を印加したときの電流から換算すると１０８Ω程度であった。尚、下地のシリコーンゴム層の抵抗は、これより一桁以上低くした。
【００３４】
また、層規制ブレード４５は例えば厚さ０．０３〜０．３ｍｍ程度のステンレスの板ばねに例えばシリコーンやＥＰＤＭゴムを接着剤等により固着したものであり、この層規制ブレード４５の自由端側は電荷注入ロール４３の表面に軽く接触し、固定端側は現像容器４０ａの一部に固定されている。
【００３５】
そして、本実施の形態の現像装置４０には、現像ロール４１と像保持体２０との対向部位に飛翔電極部材５０が設けられている。また、この飛翔電極部材５０は、像保持体２０と現像ロール４１との間隙にて現像ロール４１に近い側に設けられており、本例では現像ロール４１との間隙が約３０μｍになるように配置されている。更に、飛翔電極部材５０は、線状部材からなる導電部材５１を少なくとも現像ロール４１の回転軸方向に沿って予め定めた間隔を持って複数本張ったものであり、例えば現像ロール４１の回転軸方向の両端側にて夫々の線状部材の端部が張られた状態で支持されている。
【００３６】
そして、飛翔電極部材５０は、導電部材５１の表面のうち現像ロール４１側に位置する表面を少なくとも半周に亘って覆うように絶縁被覆層５２が形成され、絶縁被覆層５２がない像保持体２０側に位置する表面は導電部材５１の表面がそのまま露出した露出部５３となっている。つまり、ここでは、導電部材５１の現像ロール４１に面する側は絶縁被覆され、半周を超える部分まで絶縁被覆されている。
【００３７】
本例の導電部材５１は、例えば線径約３０μｍのステンレス線が用いられ、現像ロール４１から飛翔したトナーが通過できる十分広い間隔を持って張られている。また、絶縁被覆層５２は、導電部材５１の一部に例えば溶剤に可溶した樹脂溶液を塗布して加熱炉で溶剤を蒸発して厚さ約３μｍの被膜を形成したものである。
導電部材５１や絶縁被覆層５２としてはこれらに限らず、導電部材５１としては、例えばステンレス線の他にピアノ線やタングステン線を用いるようにしてもよく、その線径も他の線径のものを用いるようにしても差し支えない。また、これらの線材表面に例えば金めっき処理等を施したものであってもよい。一方、絶縁被覆層５２に用いられる樹脂としては、例えばフェノール、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＥＴＦＡなどであってもよい。更に、絶縁被覆層５２としては樹脂に限らず、例えばチタニア系やアルミナ系のセラミックコートを用いるようにしても差し支えない。そして、絶縁被覆層５２の抵抗は、トナーが接触した際にトナーに対して導電部材５１からの電荷注入が及ばないように、１０１２Ω・ｃｍ以上の抵抗が好ましい。尚、このような絶縁被覆層５２を導電部材５１の一部に設ける方法については、公知の技術を用いるようにすればよく、例えば一方向からのスプレー塗布やマスキング等の手法を利用すればよい。
【００３８】
また、本実施の形態では、電荷注入ロール４３と現像ロール４１との間に設けられた注入電界生成電源９１の他に、現像ロール４１と導電部材５１との間に振動電界を生成する振動電界生成電源９０が設けられている。尚、本例では、注入電界生成電源９１として例えば電荷注入ロール４３側が現像ロール４１側より１００Ｖ低い電位になるようにしており、一方、振動電界生成電源９０としては例えば現像ロール４１側が接地され、導電部材５１に例えば６００Ｖｐｐ、１５ｋＨｚの矩形波が作用するようになっている。
【００３９】
−トナーの構成例−
本実施の形態で用いられるトナーは、絶縁性トナーの表面に、例えばＩＴＯ微粒子を付着させて導電性基体を得た後、更に、その表面に絶縁性微粉を付着させた構成のものとなっている。より具体的には、絶縁性トナーとして例えば平均粒径が６．５μｍの球形状のものを用い、ＩＴＯ微粒子を１５ｗｔ％加えて、サンプルミル（協立理工製ＳＫ−Ｍ１０型）にて１２０００ｒｐｍで３０秒間混合し、その後、精製したラテックス微粉（絶縁性トナーと同一の樹脂）を加え、水冷されたサンプルミルにて１２０００ｒｐｍで３０分間混合することで、トナーを作製した。尚、トナーとしては、これに限らず、注入帯電型トナーであればよく、その作製方法も公知の技術を用いるようにすればよい。
このようなトナーでは、高い電界強度の注入電界が作用すると、トナー相互間では精製したラテックス微粉による絶縁層を介して導電性基体同士が接触する形となり、この絶縁層に高電界が作用することでトンネル効果等によって導通し、トナーに対する電荷注入がなされる。
【００４０】
トナーとしては、これに限らず、例えば図８（ａ）に示すように、導電性を有する材料からなる導電性トナー基体（導電性コア）８１を有し、この導電性コア８１の周囲を絶縁性の被覆層（例えば絶縁性樹脂層）８２で被覆すると共に、導電性コア８１の一部が露出するように絶縁性の被覆層８２に適宜数の凹部８３を設けたものが用いられる。このようなトナーは、重合法や各種公知のカプセル化技術等で作製することができる。このとき、導電性コア８１としては、ポリエステル系樹脂やスチレンアクリル系樹脂等に導電性カーボンやＩＴＯ等の透明導電粉などの導電剤を分散させたり、ポリエステル系樹脂やスチレンアクリル系樹脂等からなる粒子表面を前記導電剤により被覆することによって、作製される。
このような態様のトナーに対し高電界を作用させる低抵抗化する傾向を示す。そして、低抵抗化する電界強度については、トナーの主として凹部８３の占有割合、あるいは、絶縁性の被覆層８２の厚さなどに依存する。
このメカニズムについては、次のように推測される。つまり、導電性コア８１が絶縁性の被覆層８２にて被覆されているため、導電性コア８１自体がコア同士接触することや直接電極部材等に接触することが殆どなく、絶縁性の被覆層８２を介して一定の微小間隙を保つことになり、この結果、例えば高電界が作用した時、トンネル効果等により導通することによる。
【００４１】
また、このようなトナーの他の態様としては、例えば図８（ｂ）に示すように、導電性コア８１を絶縁性若しくは半導電性の被覆層８４にて被覆し、半導電性の被覆層８４の厚さｈを適宜調整することにより、トナーの抵抗を調整可能としたものが挙げられる。このとき、半導電性の被覆層８４については、それ自体半導電性の材料を用いるようにしてもよいし、例えば絶縁性樹脂に、酸化チタンや酸化すず等の金属酸化物や導電性カーボンを微量含有させた半導電性樹脂を用いるようにしてもよい。そして、導電性コア８１としては、例えば通常の絶縁性トナーからなる絶縁性トナー基体（絶縁性コア）の外表面近傍に導電性微粒子を付着させる態様や、絶縁性コアの内部に導電性微粒子を混入させるものなど適宜選定して差し支えない。
【００４２】
＜画像形成装置の作動＞
次に、本実施の形態に係る画像形成装置の作動についてその概略を説明する。
−像保持体での潜像形成−
像保持体２０での潜像形成は、各色の像保持体２０ａ〜２０ｄ（図３参照）の各画素電極３４（図４参照）に対して画像信号に応じた潜像電圧が印加されることで保持される。本実施の形態では、像保持体２０の画像部の表面電位が例えば＋５０Ｖ、非画像部の表面電位が例えば−５０Ｖになるように各潜像電圧が設定されている。
【００４３】
−現像装置の作動−
次に、現像装置４０での作動を説明するが、先ず、図７を用いてトナーに対する電荷注入工程を中心に説明する。
アジテータ４８により撹拌されたトナーは、電荷注入ロール４３側に供給された後、電荷注入ロール４３の回転に伴って搬送され、層規制ブレード４５にてその層厚が規制されて電荷注入ロール４３上には略均一なトナー層が形成される。この均一に形成されたトナー層は、電荷注入ロール４３と現像ロール４１とが対向する対向部位にて互いに同方向に回転する両者間に挟まれた状態で擦られながら、注入電界生成電源９１による注入電界によって電荷注入される。尚、このとき、電荷注入ロール４３の周速が現像ロール４１の周速より速く設定されているため、トナーへの有効な擦りがなされ、良好な電荷注入がなされる。
このような状態において、両者間に挟まれたトナーは電荷注入ロール４３と接触する確率が高められ、しかも、トナーとの接触抵抗を小さくすることが可能になり、その結果、トナーの見かけ上の抵抗が小さくなり、トナーは低抵抗な状態のまま有効に電荷注入がなされる。そのため、注入電界としては、比較的低電界であってもトナーには効率的に電荷注入が行われる。
【００４４】
このように、単層以下になったトナーに対して電荷注入を行うことで、トナーに対する電荷注入が効果的になされ、ＷＳＴ（Wrong Sign Toner：トナー本来の帯電極性とは異なる逆極性に帯電されたトナー）の発生が抑えられる。そして、電荷注入ロール４３との対向部位を経た現像ロール４１上には、均一な電荷注入がなされた単層以下のトナー層が形成され、現像ロール４１と像保持体２０との対向領域に搬送される。尚、このような電荷注入方式にあっては、トナー層間にせん断力が与えられるため、トナー同士が分極状態で重なることが防止され、注入電界が仮に高電界の場合であってもＷＳＴの発生は防止される。
【００４５】
−現像時のトナーの挙動−
次に、本実施の形態の特徴点である像保持体２０と現像ロール４１との対向部位でのトナーの挙動について説明する。
図９（ａ）は、本実施の形態における像保持体２０と現像ロール４１との対向部位での電気力線の様子（細線部分）を示したものであり、図中太い破線部分は、現像ロール４１上のトナーの飛翔経路の一例を示したものである。また、（ｂ）は（ａ）の電気力線を部分的に拡大したものを示している。尚、（ａ）では絶縁被覆層５２を省略している。
【００４６】
本実施の形態の飛翔電極部材５０は、導電部材５１のうち現像ロール４１との最近接部位及び現像ロール４１から像保持体２０に向かってトナーが通過する経路に面して最も突出した部位である両横部位を少なくとも含むように現像ロール４１側に位置する表面を連続的に絶縁被覆する絶縁被覆層５２が設けられている。つまり、現像ロール４１側に位置する表面側を含む導電部材５１の半周を超える部位に絶縁被覆層５２が設けられている。
【００４７】
このような状況において、飛翔電極部材５０（具体的には導電部材５１）と現像ロール４１との間に振動電界が作用することで電気力線の密度も高くなり、図９（ｂ）に示すように、夫々の部位での電界強度は、Ｅ１＞Ｅ２＞Ｅ３＞Ｅ４＞Ｅ５の関係となる。本実施の形態では、例えば電界強度がＥ１、Ｅ２、Ｅ３の部位に対応して絶縁被覆層５２が設けられている。一方、電界強度がＥ４とＥ５の部位には導電部材５１の表面がそのまま露出した露出部５３となる。尚、本例では、Ｅ１〜Ｅ３までの電界強度が使用されるトナーの規定電界を超える可能性があるものとなっている。
このように、規定電界を超える可能性がある部位であるか否かについては、例えば事前の実験等に基づいて決めておけばよく、例えば環境条件や経時に対する動作保証等を踏まえて予め余裕を持って設定するようにすればよい。
【００４８】
このような構成にあって、現像ロール４１上のトナーは、飛翔電極部材５０（具体的には導電部材５１）による電界作用が作用する領域に達すると、現像ロール４１から飛翔を開始する。現像ロール４１から飛翔したトナーは交流電界である振動電界によって現像ロール４１と飛翔電極部材５０との間で往復運動を繰り返しながら、像保持体２０側に向かうようになる。更に、飛翔電極部材５０と像保持体２０との間でも、交流電界の作用によってトナーは幾分往復運動をした後、最終的に像保持体２０の画像部に付着する。その後、像保持体２０と現像ロール４１との間には像保持体２０側の画像部及び非画像部の電位のみが作用するため、像保持体２０上の画像部に付着したトナーはそのまま安定した状態を維持する。
【００４９】
ここで、飛翔電極部材５０の導電部材５１には、規定電界を超える電界強度の部位に対して絶縁被覆層５２を設けたことで、抵抗が低下した状態のトナーが導電部材５１に直接接触することが阻止され、トナーの帯電状態は保たれる。また、絶縁被覆層５２のない露出部５３では、導電部材５１と現像ロール４１、導電部材５１と像保持体２０との間の電界強度は絶縁被覆層５２がない分安定し、安定した電界作用が維持されるようになり、電界ムラが低減する。そのため、像保持体２０側に帯電状態の安定したトナーが飛翔し、電界作用も安定し、画像部では濃度が均一になり易く、非画像部へのトナー付着によるかぶり現象も抑えられた良好な画像となって現像される。
【００５０】
仮に、導電部材５１表面に絶縁被覆層５２がない場合を想定すると、電界作用の安定性は得られるものの、現像ロール４１から飛翔したトナーが低抵抗の状態のまま導電部材５１に直接接触することにより、トナーの帯電状態が変化する。その結果、像保持体２０の画像部での濃度変化や、非画像部に付着することによるかぶり現象などが発生する虞がある。
また、導電部材５１の全周に亘って絶縁被覆層５２を設ける場合を想定すると、トナーの帯電状態の変化は抑えられるものの、電界作用が不安定になり易く、電界ムラを生じ易くなり、例えば像保持体２０の回転軸方向に沿っての画像濃度に対する均一性が損なわれたり、かぶり現象を生じる虞がある。更に、このような絶縁被覆層５２を設けることで、絶縁被覆層５２自体の電荷蓄積により、絶縁被覆層５２へのトナーの堆積も生じ易く、結果的に、電界強度の小さい部位での電界ムラがより一層大きくなる。
【００５１】
本実施の形態では、導電部材５１表面のうち、現像ロール４１との間で作用する電界強度が規定電界を超える部位に絶縁被覆層５２を設けるようにしたが、規定電界以下の部位の一部に対しても絶縁被覆層５２を設けるようにしてもよい。つまり、絶縁被覆層５２を設ける領域として、ある程度の余裕を持たせることで、トナーの帯電状態の変化はより効果的に抑えられ、一方、規定電界以下の部位に多少絶縁被覆層５２があっても、これに起因する電界ムラは、導電部材５１の全周に絶縁被覆層５２を設けるものに比べ、影響は小さく抑えられる。
【００５２】
本実施の形態では、電荷注入ロール４３と現像ロール４１とは対向部位で互いに同方向に回転する態様を示したが、例えば対向部位で互いに反対方向に回転するようにしても差し支えない。
また、本実施の形態では、トナーに対する電荷注入を、電荷注入ロール４３と現像ロール４１との間で行う方式を示したが、例えば電荷注入ロール４３に代えてトナーを現像ロール４１側に供給する供給ロールとし、現像ロール４１とこの供給ロールとの対向部位より現像ロール４１の回転方向下流側に現像ロール４１上のトナーに電荷注入を行う部材を設けるようにしてもよい。あるいは、例えば電荷注入用の部材を他に設け、トナーを保持して搬送するロール部材との間に注入電界を作用させて、トナーに電荷注入を行った後、適正に電荷注入がなされたトナーを改めて現像ロール４１に供給するようにしても差し支えない。
更に、本実施の形態では、現像ロール４１や像保持体２０はロール形状のものを示したが、これに限らず、例えばベルト形状であっても差し支えない。
【００５３】
◎実施の形態２
図１０は、本発明が適用された実施の形態モデルに係る実施の形態２の現像装置４０の概略を示すものであり、実施の形態１と異なる飛翔電極部材５０を用いたものとなっている。尚、実施の形態１と同様の構成要素には同様の符号を付し、ここではその詳細な説明を省略する。
【００５４】
同図において、本実施の形態の飛翔電極部材５０は、像保持体２０と現像ロール４１との対向部位のうち、両者の最近接部位から現像ロール４１の回転方向上流側に亘って設けられている。そのため、飛翔電極部材５０と現像ロール４１との間隙は現像ロール４１の回転方向下流側に向かって漸減するように設定されている。更に、この飛翔電極部材５０の導電部材５１の現像ロール４１側に位置する表面のうち、現像ロール４１の回転方向下流側端部面を含む端部位置から上流側に向かう一部には絶縁被覆層５２が設けられ、飛翔電極部材５０の像保持体２０側に位置する面は導電部材５１がそのまま露出した露出部５３となっており、一方、飛翔電極部材５０の現像ロール４１に位置する表面側で現像ロール４１の回転方向上流側の一部には、絶縁被覆層５２を設けずに導電部材５１がそのまま露出する第二の露出部５３’が設けられている。
【００５５】
また、本実施の形態の飛翔電極部材５０は、例えば像保持体２０と現像ロール４１との間隙５００μｍに対して、飛翔電極部材５０と現像ロール４１との間隙が約１００μｍになるように配置され、例えば現像ロール４１の回転軸方向の両端部位にて飛翔電極部材５０を支持している。尚、飛翔電極部材５０の支持方法としてはこれに限らず、飛翔電極部材５０の像保持体２０側に位置する面に対して現像ロール４１の回転軸方向に沿って延びる支持部材を設けるようにしても差し支えない。そして、本例では、例えば像保持体２０の周速が２０ｍｍ／ｓ、現像ロール４１の周速が６０ｍｍ／ｓと、現像ロール４１の周速が像保持体２０の周速より速く設定されている。
【００５６】
更に、本実施の形態では、現像ロール４１に対して例えばＶｐｐが６００Ｖで１５ｋＨｚの矩形波が印加されるようになっており、飛翔電極部材５０側（具体的には導電部材５１）が接地されている。また、注入電界生成電源９１は、現像ロール４１に対して電荷注入ロール４３側が−１００Ｖの電位差になるように設定されている。尚、像保持体２０側の画像部並びに非画像部の電位は実施の形態１と同様に設定されている。
【００５７】
−現像時のトナーの挙動−
次に、本実施の形態の特徴点である像保持体２０と現像ロール４１との対向部位でのトナーの挙動について説明する。
図１１（ａ）は、本実施の形態における像保持体２０と現像ロール４１との対向部位での電気力線の様子を示したものであり、図中太い破線部分は、現像ロール４１上のトナーの飛翔経路の一例を示したものである。また、（ｂ）は（ａ）の電気力線を部分的に拡大したものを示している。尚、（ａ）では絶縁被覆層５２を省略している。
【００５８】
本実施の形態では、飛翔電極部材５０と現像ロール４１との間隙が現像ロール４１の回転方向下流側に向かって漸減する傾向にある。そのために、電気力線も下流側に向かって徐々に間隔が狭くなり、結果的に、飛翔電極部材５０の先端（下流側端部）に向かって振動電界による電界強度が徐々に上昇し、（ｂ）に示すように、電界強度はＥ３＞Ｅ２＞Ｅ１と大きくなる。また、電界強度がＥ１の部位より下流側では、飛翔電極部材５０と現像ロール４１との間である程度大きな電界作用が及ぶ領域（Ｅ４）もある。
本実施の形態では、このような飛翔電極部材５０の導電部材５１に対し、端部面及び現像ロール４１側に位置する表面の一部に絶縁被覆層５２を設けており、この例では、電界強度がＥ１〜Ｅ２の間及び電界強度がＥ１〜Ｅ４の間に相当する部位に絶縁被覆層５２が設けられている。つまり、本例では、Ｅ１〜Ｅ２、Ｅ１〜Ｅ４までの電界強度が使用されるトナーの規定電界を超えるものとなっている。
【００５９】
このような構成にあって、現像ロール４１上のトナーは、飛翔電極部材５０と現像ロール４１との間の振動電界によって、その電界作用が作用する領域に達すると、現像ロール４１から飛翔を開始する（本例では、間隙が約１ｍｍとなる部位から飛翔が開始される）。現像ロール４１から飛翔したトナーは、飛翔電極部材５０と現像ロール４１との間を適宜往復しながら徐々に飛翔電極部材５０の端部に向かう。このとき、トナーの往復運動に伴い、現像ロール４１上のトナーも追加される形で叩き出されるようになり、最終的に現像ロール４１から飛翔するトナー量は実施の形態１のような線状部材を用いる構成のものより多くなる。
【００６０】
飛翔電極部材５０の端部位置では、飛翔電極部材５０と現像ロール４１との間の狭い空間から像保持体２０側に向かってトナーが飛翔するが、導電部材５１のエッジ効果も手伝って例えばＥ４の電界強度もある程度大きいため、多少、飛翔電極部材５０と現像ロール４１との間を往復しながら像保持体２０側に向かう。このとき、現像ロール４１と像保持体２０との間には交流電界が作用することから、トナーは像保持体２０と現像ロール４１との間でも若干の往復運動を繰り返しながら像保持体２０の画像部に付着する。
【００６１】
ここで、飛翔電極部材５０には、規定電界を超える電界強度の部位に対して絶縁被覆層５２を設けたことで、飛翔電極部材５０と現像ロール４１との間で往復運動するトナーが低抵抗の状態では直接導電部材５１に接触することが避けられる。また、導電部材５１の現像ロール４１に面する側に絶縁被覆層５２のない第二の露出部５３’を設けることで、導電部材５１と現像ロール４１との間の振動電界による電界作用がムラなく安定して行われ、現像ロール４１からのトナーの飛翔は良好に安定してなされる。つまり、飛翔電極部材５０の端部位置では、トナーの帯電状態が安定すると共に、トナーの飛翔量も十分確保され、更に、現像ロール４１の回転軸方向にもトナー量分布がより均一化されたトナーが像保持体２０に向かって飛翔する。そして、導電部材５１の像保持体２０に位置する表面側に露出部５３を設けたことで、飛翔電極部材５０の端部位置から像保持体２０側へ向かうトナーに対して、導電部材５１と像保持体２０との間の電界作用も有効に作用し、画像部では十分な濃度が確保された画像になり、非画像部へのトナー付着によるかぶり現象が抑えられた良好な画像となって現像される。
【００６２】
ここで、このような板状の導電部材５１に対し絶縁被覆層５２を設けない場合を想定すると、現像ロール４１から飛翔したトナーが導電部材５１に直接接触することでトナーの帯電状態が変化するようになる。一方、導電部材５１に絶縁被覆層５２を全面に設けた場合を想定すると、トナーの帯電状態の変化は抑えられるものの、電界作用の安定性が損なわれ、像保持体２０の画像部での濃度ムラや非画像部でのかぶり現象が生じ易くなる。
【００６３】
また、本実施の形態では導電部材５１に薄い絶縁被覆層５２を設けたので、現像ロール４１との間に作用する電界は絶縁被覆層５２の影響を殆ど受けずに、加えられた振動電界は殆どトナーに対して有効に作用する。一方、例えば絶縁被覆層５２の代わりに厚い絶縁板を用いる場合を想定すると、現像ロール４１から絶縁板までの距離が変わらない設定では、加えられる振動電圧の一部分のみが振動電界形成に役立つに過ぎない。更に、厚い場合には、電界ムラも発生し易くなり、安定したトナーの飛翔を確保することが困難になる。
このことは、現像ロール４１と飛翔電極部材５０との間を次のようにモデル化することで理解される。
現像ロール４１から絶縁被覆層５２表面までの空気層の誘電率をε１、厚さをｄ１とし、絶縁被覆層５２の誘電率をε２、厚さをｄ２とし、面積をＳとすると、各層の静電容量は、Ｃ１＝ε１・Ｓ／ｄ１、Ｃ２＝ε２・Ｓ／ｄ２
となる。
また、現像ロール４１と導電部材５１との間の電圧をＶ、各層に加わる電圧をＶ１、Ｖ２とし、各層の静電容量に蓄積される電荷をＱとすると、
Ｖ＝Ｖ１＋Ｖ２＝Ｑ／Ｃ１＋Ｑ／Ｃ２＝（１／Ｃ１＋１／Ｃ２）・Ｑ
となる。
これらの式から、空気層の電界強度Ｅ１は、
Ｅ１＝Ｖ１／ｄ１＝Ｖ／｛ｄ１＋（ε１／ε２）・ｄ２｝
となる。
その結果、空気層の厚さｄ１（現像ロール４１から絶縁被覆層５２までの距離に相当）を一定としたとき、ｄ２が小さければε１／ε２も小さいのでＥ１は影響を受け難くなる。一方、ｄ２が大きくなると、Ｅ１は影響を受けて小さくなる。尚、ｄ２が大きい（厚い）とｄ２の厚みムラも大きくなり、この厚みムラによってＥ１のムラも目立つようになる。
本実施の形態では、導電部材５１に絶縁被覆層５２を設けることでこのような問題は低減される。
【００６４】
本実施の形態では、飛翔電極部材５０を像保持体２０と現像ロール４１との最近接部位から現像ロール４１の回転方向上流側に延びるように設けたが、最近接部位より離れた位置から上流側に延びるように設けてもよいし、最近接部位より現像ロール４１の回転方向下流側から上流側に延びるように設けても差し支えない。ただし、飛翔電極部材５０の現像ロール４１の回転方向下流側の端部位置は、当該端部位置から像保持体２０側へ向かってトナーが通過する経路が構成される位置であることは言うまでもない。
【００６５】
上述した実施の形態１では、図９に示すように、導電部材５１に交流電界を加え、現像ロール４１及び像保持体２０を接地するようにしたが、実施の形態２のように（図１１参照）、現像ロール４１に交流電界を加え、導電部材５１及び像保持体２０を接地してもよい。この場合、導電部材５１を超えて像保持体２０側に向かうトナーは、現像ロール４１と像保持体２０との間の交流電界によって像保持体２０の画像部に向かうようになり、像保持体２０と現像ロール４１との間の現像を支配する電界が交流電界（交流ジャンピング電界）となる。
また、上述した実施の形態２では、現像ロール４１に交流電界を印加し、導電部材５１及び像保持体２０を接地するようにしたが、実施の形態１のように、導電部材５１に交流電界を印加し、現像ロール４１及び像保持体２０を接地してもよい。この場合、飛翔電極部材５０の端部から飛翔したトナーは、像保持体２０と現像ロール４１との間の直流電界によって支配されて現像される。
【００６６】
また、実施の形態１や実施の形態２では、画像形成装置として四色に対応する像保持体２０を用いた構成のものを示したが、これに限らず、単色のものであってもよい。
更に、像保持体２０として画素電極３４を使用した構成のものとしたが、例えば画素電極３４を用いない感光体を適用することも可能であり、この場合、感光体側の潜像電圧（潜像電位）を小さく設定しても安定した画像が得られると共にかぶりの発生が抑えられるようになり、感光体自体の長寿命化が実現される。
【実施例】
【００６７】
◎実施例１
実施の形態１の構成にて、像保持体上の画像は非画像部とした状態で、像保持体と現像ロールとの対向部位に対し通過前後の現像ロール上のトナーの帯電分布を評価した。尚、比較例として、導電部材に絶縁被覆層を設けない場合の評価も同時に行った。また、トナーは負帯電トナーを用いた。
図１２（ａ）〜（ｃ）は結果を示すグラフであり、（ａ）は通過前、（ｂ）は通過後、（ｃ）は比較例の通過後を示す。
【００６８】
これらの結果では、対向部位の通過前後によって、実施例及び比較例共に帯電電荷の分布範囲が狭くなる傾向を示した。また、実施例では帯電電荷は、通過前に−５μＣ／ｇのトナーが一番多いものであったが、通過後には−１０μＣ／ｇのトナーが最も多くなった。また、逆極性に帯電したものの量は減少した。しかしながら、全体の分布は大きな変化はなく、このことから、トナーが電極部材に接触しても帯電状態の変化は殆ど確認されないことが理解された。一方、絶縁被覆層を設けないものでは、対向部位通過後のトナーの帯電電荷は逆極性方向にシフトする傾向を示した。具体的には、トナーの帯電電荷は−２．５μＣ／ｇが一番多くなり、更に、逆極性トナー量も増加した。つまり、絶縁被覆層を設けることでトナーの帯電状態は安定するが、絶縁被覆層を設けない場合にはトナーが導電部材に接触することでトナーの帯電状態が変化したものと理解された。
【００６９】
◎実施例２
実施例１と同様の構成にて、像保持体上の現像を行った場合の非画像部及び画像部へ付着したトナーの帯電分布を評価した。尚、比較例として導電部材に絶縁被覆層を設けないものでの評価も行った。
図１３（ａ）〜（ｄ）は結果を示すグラフであり、（ａ）は非画像部、（ｂ）は画像部、（ｃ）は比較例の非画像部、（ｄ）は比較例の画像部を示す。
【００７０】
非画像部での結果は、図１２（ａ）（ｃ）に示すように、実施例では非画像部（背景部）に殆どトナーの付着が確認されなかったが、比較例では多くのトナー付着が確認され、特に、逆極性トナーが多く付着していることが確認された。
一方、画像部での結果は、図１２（ｂ）（ｄ）に示すように、実施例ではトナーの帯電分布の広がりは確認されず、適正な画像が得られることが確認されたが、比較例では帯電分布が広く、逆極性のものまで付着していることが確認された。
【００７１】
このことは、飛翔電極部材を用いてトナーを飛翔させて現像する場合（トナークラウド現像）、導電部材に絶縁被覆層を設けることで大きな電界強度を有する振動電界によってもトナーの帯電状態の変化が抑えられ、安定した画像が得られると共に背景部でのかぶりの発生も抑えられることが理解された。一方、絶縁被覆層を設けない場合には、振動電界によってトナーは直接導電部材に接触するようになり、トナーの帯電状態の変化が生じ、帯電分布もより広く、逆極性トナーも出現し易く、かぶりも発生するようになる。
そのため、本件の有効性が確認された。
【００７２】
更に、本件発明者らは、部分的な絶縁被覆層の有効性を確認するため、導電部材の現像ロール側に位置する表面をそのままの露出部とし、像保持体側に位置する表面に絶縁被覆層を設けた構成にて、画像評価を行った。その結果、画像部での濃度ムラが発生したり、背景部でのかぶりが見られる結果が得られた。
更に、実施の形態２の構成についても実施例と同様の評価を行ったところ、同様の結果が得られることを確認した。
【００７３】
◎実施例３
本実施例は、電荷注入部材と現像ロールとの間に印加する電圧（注入電界を作用させるための電圧に相当する）と注入帯電されたトナーの電荷量（注入電荷量）との関係を評価したもので、環境条件として、通常環境（実験室）、高温高湿環境（２８℃８５％ＲＨ）、低温低湿環境（１０℃１５％ＲＨ）の三水準での測定を行った。尚、通常環境としては、特に温湿度に配慮をしなかったが、高温高湿環境と低温低湿環境の間の環境であった。
結果は、図１４に示すように、環境条件に依らず、注入電荷量は印加される電圧によって増加することが確認された。このことは、抵抗依存性を有するトナーに対して注入帯電を行うことで、環境条件に左右されず、単に印加電圧によって注入電荷量が決定されることを示している。
つまり、注入帯電を行う方式を採用することで、環境変化への適性に優れることが理解された。
【００７４】
◎実施例４
本実施例は、注入帯電トナーによる注入帯電方式と通常の二成分現像剤による帯電方式（摩擦帯電方式）によるトナーの帯電量が環境条件によってどう変化するかを評価したものである。
結果は、図１５に示すように、注入帯電トナーでは、高温高湿環境下（２８℃８５％ＲＨ）で−１３．０μＣ／ｇ、低温低湿環境下（１０℃１５％ＲＨ）で−１２．５μＣ／ｇの帯電量となったが、一方、二成分現像剤を用いたものでは、高温高湿環境下で−４４μＣ／ｇ、低温低湿環境下で−３１μＣ／ｇの帯電量となった。
このことは、注入帯電トナーを用いたものでは、環境依存性が殆ど確認されず、一定の帯電量が維持されるが、摩擦帯電方式によるトナーを用いたものでは、環境条件によって帯電量に大きな差が確認され、環境依存性が高いことが理解された。
【符号の説明】
【００７５】
１…像保持体，２…現像装置，３…トナー保持体，４…飛翔電極部材，５…導電部材，６…絶縁被覆層，７…露出部，８…振動電界生成電源，Ｔ…トナー
【図１】
0005463996.tif 000002
【図２】
0005463996.tif 000003
【図３】
0005463996.tif 000004
【図４】
0005463996.tif 000005
【図５】
0005463996.tif 000006
【図６】
0005463996.tif 000007
【図７】
0005463996.tif 000008
【図８】
0005463996.tif 000009
【図９】
0005463996.tif 000010
【図１０】
0005463996.tif 000011
【図１１】
0005463996.tif 000012
【図１２】
0005463996.tif 000013
【図１３】
0005463996.tif 000014
【図１４】
0005463996.tif 000015
【図１５】
0005463996.tif 000016