(57)【要約】【課題】パルス電圧の波高値を変化させた際に潜像担持体上に形成される画像の濃度が変動することを抑制できる現像装置及びその現像装置を備えた画像形成装置を提供する。【解決手段】複数の電極を有するトナー担持体と、トナー担持体表面にトナーを供給するトナー供給手段と、複数の電極にパルス電圧を印加しトナーをホッピングさせる電界を発生させるホッピング電界発生手段と、を有する現像装置において、ホッピング電界発生手段は、パルス電圧発生回路と、パルス電圧発生回路にバイアスを供給するための電気的なグランドからフローティングされた出力レベル可変の直流電源である第１の電源と、第１の電源の低電位側とグランドとの間に設けられた出力レベル可変のマイナス直流電源である第２の電源とからなり、第１の電源の出力レベルを変化させてパルス電圧の波高値を制御し、第２の電源の出力レベルを変化させてパルス電圧の平均値を制御する。【選択図】図１
2011059553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電極を有するトナー担持体と、
該トナー担持体の表面にトナーを供給するトナー供給手段と、
該複数の電極にパルス電圧を印加することによって、該トナー担持体の表面に担持されているトナーをホッピングさせる電界を該トナー担持体の表面上に発生させるホッピング電界発生手段と、を有し、
該トナー担持体の表面に担持されているトナーを潜像担持体と対向する現像領域へ搬送して該潜像担持体上の潜像にトナーを付着させることによって該潜像を現像する現像装置において、
上記ホッピング電界発生手段は、パルス電圧を発生するためのパルス電圧発生回路と、該パルス電圧発生回路にバイアスを供給するための電気的なグランドからフローティングされた出力レベル可変の直流電源である第１の電源と、該第１の電源の低電位側とグランドとの間に設けられた出力レベル可変のマイナス直流電源である第２の電源とからなり、
マイナス極性に帯電したトナーを用いる場合、前記第１の電源の出力レベルを変化させてパルス電圧の波高値を制御し、前記第２の電源の出力レベルを変化させてパルス電圧の平均値を制御す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、
上記第１の電源の出力レベルの変化量に応じて上記第２の電源の出力レベルを変化させることを特徴とする現像装置。
【請求項３】
請求項１または２の現像装置において、
上記第２の電源の出力レベルの変化量は、上記第１の電源の出力レベルの変化量の半分であることを特徴とする現像装置。
【請求項４】
請求項１、２または３の現像装置において、
上記パルス電圧発生回路は、上記第１の電源の端子間に第１のスイッチング素子、第２のスイッチング素子及び電流規制抵抗を直列で接続し、また、それとは並列で前記第１の電源の端子間に第３のスイッチング素子、第４のスイッチング素子及び電流規制抵抗を直列で接続し、上記トナー担持体に設けられた上記複数の電極の内の一方の電極群を前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子との間に接続し、他方の電極群を前記第３のスイッチング素子と前記第４のスイッチング素子との間に接続したブリッジ構成とし、正相のパルス電圧を印加する場合は前記第１のスイッチング素子と前記第４のスイッチング素子とをＯＮにし、逆相のパルス電圧を印加する場合は前記第２のスイッチング素子と前記第３のスイッチング素子とをＯＮにする構成であることを特徴とする現像装置。
【請求項５】
請求項１、２、３または４の現像装置において、
湿度を検知する湿度検知手段と、
前記湿度検知手段の検知結果に基づいて、湿度が低くなるほど前記電界の強度を弱くし、湿度が高くなるほど前記電界の強度を強くする制御を前記ホッピング電界発生手段に対して行う制御手段を備えることを特徴とする現像装置。
【請求項６】
請求項５の現像装置において、
上記制御手段は、上記ホッピング電界発生手段に対して上記制御を行う際に、上記パルス電圧の平均値が予め設定された一定値となるように制御を行うことを特徴とする現像装置。
【請求項７】
潜像担持体上に形成された潜像に対して現像手段により現像剤を供給することにより該潜像を現像して得られる画像を、最終的に記録材上に転移させて、該記録材上に画像を形成する画像形成装置において、
前記現像手段として、請求項１、２、３、４、５または６の現像装置を用い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、プリンタ、ファクシミリ、複写機などの画像形成装置に用いられる現像装置、及び、その現像装置を備えた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、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。例えば、特許文献１に記載の画像形成装置は、周方向に所定のピッチで配設された複数のホッピング電極を具備する筒状のトナー担持体を有している。複数のホッピング電極のうち、偶数番目の配列位置にあるものに対しては、互いに同じＡ相の繰り返しパルス電圧を印加する一方で、奇数番目の配列位置にあるものに対しては、互いに同じＢ相の繰り返しパルス電圧を印加する。これにより、互いに隣り合う２つのホッピング電極の間に交番電界を形成して、前記交番電界によってトナーに対して働く静電気力によりトナーを電極間でホッピングさせる。そして、ホッピングさせたトナーを、潜像担持体上の潜像に付着させることで現像を行う。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本願発明者らが、上述したようなホッピング現像方式を採用した画像形成装置を用いて種々の実験を行った際に、ホッピング電極に印加するパルス電圧の波高値を変化させると、パルス電圧の波高値の大きさによって潜像担持体上に形成される画像の濃度に変動が生じた。そして、本願発明者らは鋭意研究を重ねた結果、パルス電圧の波高値を変化させた際にパルス電圧の平均値が異なることで、トナー担持体のホッピング電極と潜像担持体との間で形成される電界の潜像担持体表面近傍の電界強度に変動が生じ、潜像担持体上に形成される画像の濃度が変動することを見出した。
【０００４】
ここで、上述したようにパルス電圧の波高値を変化させるのは、例えば、画像形成動作時の環境が変化した場合などがある。
高湿度環境であると、トナーの液架橋力が大きくなってトナーとトナー担持体表面との間で作用する付着力が大きくなったり、トナーの帯電効率が下がるためトナーの帯電量が低下しトナーに対して働く前記交番電界による静電気力が小さくなったりする。そのため、トナー担持体上でトナーがホッピングし難くなり、潜像担持体上の潜像部に付着するトナーが少なくなって画像濃度が低くなる。
一方、低湿度環境であると、トナーの液架橋力が小さくなってトナーとトナー担持体表面との間で作用する付着力が小さくなったり、トナーの帯電効率が上がるためトナーの帯電量が上昇しトナーに対して働く前記交番電界による静電気力が大きくなったりする。そのため、トナー担持体上でトナーが勢い良く高くホッピングし過ぎて、潜像担持体上の静電潜像が形成されていない非画像部にトナーが付着し画像に地汚れが生ずる虞がある。
【０００５】
また、特許文献１に記載の現像装置のようにホッピングによって電極間を往復移動するトナーをトナー担持体の表面移動によって現像領域に搬送するのではなく、トナー担持体の表面上のトナーをホッピングによって一定方向に移動させて現像領域まで搬送する現像装置も知られている。例えば、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相という３つの電極がその順序で繰り返し配設されたトナー担持体を用いる現像装置では、トナー担持体の表面上でトナーをＡ相電極上からＢ相電極上へ、Ｂ相電極上からＣ相電極上へ、Ｃ相電極上からＡ相電極上へというように順次ホッピングさせていくことで、トナーを現像領域に向けて搬送する。このような現像装置でも、上述したような問題が生じる。
【０００６】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、パルス電圧の波高値を変化させた際に潜像担持体上に形成される画像の濃度が変動することを抑制できる現像装置、及び、その現像装置を備えた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、複数の電極を有するトナー担持体と、該トナー担持体の表面にトナーを供給するトナー供給手段と、該複数の電極にパルス電圧を印加することによって、該トナー担持体の表面に担持されているトナーをホッピングさせる電界を該トナー担持体の表面上に発生させるホッピング電界発生手段と、を有し、該トナー担持体の表面に担持されているトナーを潜像担持体と対向する現像領域へ搬送して該潜像担持体上の潜像にトナーを付着させることによって該潜像を現像する現像装置において、上記ホッピング電界発生手段は、パルス電圧を発生するためのパルス電圧発生回路と、該パルス電圧発生回路にバイアスを供給するための電気的なグランドからフローティングされた出力レベル可変の直流電源である第１の電源と、該第１の電源の低電位側とグランドとの間に設けられた出力レベル可変のマイナス直流電源である第２の電源とからなり、マイナス極性に帯電したトナーを用いる場合、前記第１の電源の出力レベルを変化させてパルス電圧の波高値を制御し、前記第２の電源の出力レベルを変化させてパルス電圧の平均値を制御する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、上記第１の電源の出力レベルの変化量に応じて上記第２の電源の出力レベルを変化させる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または２の現像装置において、上記第２の電源の出力レベルの変化量は、上記第１の電源の出力レベルの変化量の半分であることを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項１、２または３の現像装置において、上記パルス電圧発生回路は、上記第１の電源の端子間に第１のスイッチング素子、第２のスイッチング素子及び電流規制抵抗を直列で接続し、また、それとは並列で前記第１の電源の端子間に第３のスイッチング素子、第４のスイッチング素子及び電流規制抵抗を直列で接続し、上記トナー担持体に設けられた上記複数の電極の内の一方の電極群を前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子との間に接続し、他方の電極群を前記第３のスイッチング素子と前記第４のスイッチング素子との間に接続したブリッジ構成とし、正相のパルス電圧を印加する場合は前記第１のスイッチング素子と前記第４のスイッチング素子とをＯＮにし、逆相のパルス電圧を印加する場合は前記第２のスイッチング素子と前記第３のスイッチング素子とをＯＮにする構成である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１、２、３または４の現像装置において、湿度を検知する湿度検知手段と、前記湿度検知手段の検知結果に基づいて、湿度が低くなるほど前記電界の強度を弱くし、湿度が高くなるほど前記電界の強度を強くする制御を前記ホッピング電界発生手段に対して行う制御手段を備える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の現像装置において、上記制御手段は、上記ホッピング電界発生手段に対して上記制御を行う際に、上記パルス電圧の平均値が予め設定された一定値となるように制御を行うことを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、潜像担持体上に形成された潜像に対して現像手段により現像剤を供給することにより該潜像を現像して得られる画像を、最終的に記録材上に転移させて、該記録材上に画像を形成する画像形成装置において、前記現像手段として、請求項１、２、３、４、５または６の現像装置を用いたことを特徴とするものである。
【０００８】
本発明においては、パルス電圧の波高値を第１の電源の出力レベルを変化させて制御し、パルス電圧の平均値を前記第２の電源の出力レベルを変化させて制御するので、パルス電圧の波高値の制御とパルス電圧の平均値の制御とを別々に行うことができる。これにより、パルス電圧の波高値を変化させた際に、パルス電圧の平均値を所望の値に容易に変化させることができる。よって、パルス電圧の波高値を変化させた際にパルス電圧の平均値を前記波高値の変化前と変化後で同じにすることが可能となり、トナー担持体の電極と潜像担持体との間で形成される電界の潜像担持体表面近傍の電界強度に変動が生じ、潜像担持体上に形成される画像の濃度が変動してしまうことを抑制できる。
【発明の効果】
【０００９】
以上、本発明によれば、パルス電圧の波高値を変化させた際に潜像担持体上に形成される画像の濃度が変動することを抑制できるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】クラウドパルス発生回路の概略構成図。
【図２】実施形態に係る複写機を示す概略構成図。
【図３】実施形態に係る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４】（ａ）トナー担持ローラを展開した状態で示す模式的平面図。（ｂ）トナー担持ローラの模式的断面図。
【図５】Ａ相用電極及びＢ相用電極にそれぞれ印加するＡ相用電圧とＢ相用電圧の一例を示すグラフ。
【図６】電源３１、電源３２からクラウドパルスとバイアス用の電圧が供給されたクラウドパルス発生回路の回路図。
【図７】実施形態の複写機で行われる制御の一例を示したフローチャート。
【図８】クラウドパルスのＬｏｗ側ピーク値（−６５０［Ｖ］）一定で、クラウドパルスのピーク間電圧の値を４００［Ｖｐｐ］、５００［Ｖｐｐ］、６００［Ｖｐｐ］に変化させた場合の波形図。
【図９】（ａ）クラウドパルスのピーク間電圧４００［Ｖｐｐ］、クラウドパルス−２５０［Ｖ］〜−６５０［Ｖ］の場合のトナー担持ローラと感光体の間の電界強度に応じて形成される電気力線をシミュレーション結果からプロットした図。（ｂ）クラウドパルスのピーク間電圧５００［Ｖｐｐ］、クラウドパルス−１５０［Ｖ］〜−６５０［Ｖ］の場合のトナー担持ローラと感光体の間の電界強度に応じて形成される電気力線をシミュレーション結果からプロットした図。（ｃ）クラウドパルスのピーク間電圧６００［Ｖｐｐ］、クラウドパルス−５０［Ｖ］〜−６５０［Ｖ］の場合のトナー担持ローラと感光体の間の電界強度に応じて形成される電気力線をシミュレーション結果からプロットした図。
【図１０】図９（ａ）、図９（ｂ）、図９（ｃ）それぞれに対応した現像Ｇａｐ内のＹ方向位置の電界強度を示したグラフ。
【図１１】クラウドパルスの波高値の平均値（−４００［Ｖ］）を一定で、クラウドパルスのピーク間電圧の値を４００［Ｖｐｐ］（クラウドパルス−２００［Ｖ］〜−６００［Ｖ］）、５００［Ｖｐｐ］（−１５０［Ｖ］〜−６５０［Ｖ］）、６００［Ｖｐｐ］（−１００［Ｖ］〜−７００［Ｖ］）に変化させた場合の波形図。
【図１２】図１１に示した各波形に対応した現像Ｇａｐ内Ｙ方向位置の電界強度を示したグラフ。
【図１３】（ａ）トナー担持ローラを展開した状態で示す模式的平面図。（ｂ）トナー担持ローラの模式的断面図。
【図１４】内側電極及び外側電極にそれぞれ印加する内側電圧と外側電圧の一例を示すグラフ。
【図１５】内側電極及び外側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１６】同給電構成を模式的に示す斜視図。
【図１７】（ａ）クラウドパルスのピーク間電圧４００［Ｖｐｐ］、クラウドパルス−２５０［Ｖ］〜−６５０［Ｖ］の場合のトナー担持ローラと感光体の間の電界強度に応じて形成される電気力線をシミュレーション結果からプロットした図。（ｂ）クラウドパルスのピーク間電圧５００［Ｖｐｐ］、クラウドパルス−１５０［Ｖ］〜−６５０［Ｖ］の場合のトナー担持ローラと感光体の間の電界強度に応じて形成される電気力線をシミュレーション結果からプロットした図。（ｃ）クラウドパルスのピーク間電圧６００［Ｖｐｐ］、クラウドパルス−５０［Ｖ］〜−６５０［Ｖ］の場合のトナー担持ローラと感光体の間の電界強度に応じて形成される電気力線をシミュレーション結果からプロットした図。
【図１８】比較例のクラウドパルス発生回路の概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［実施形態１］
以下、本発明を、電子写真方式の画像形成装置である複写機について適用した第一の実施形態について説明する。
図２は、実施形態に係る複写機を示す概略構成図である。同図において、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３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１０１を有する現像装置１が配設されている。
【００１６】
現像装置１は、トナー担持ローラ１０１の他、トナー供給ローラ１８やトナー摩擦ブレード２２を有している。表面がスポンジからなるトナー供給ローラ１８は、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ながら、現像装置１内に収容されているトナーをローラ表面に担持する。同図では、トナー供給ローラ１８の回転方向として、トナー担持ローラ１０１との対向部で表面をトナー担持ローラ１０１とは逆方向に移動させる方向に設定した例を示した。これとは逆に、前記対向部で表面をトナー担持ローラ１０１と同じ方向に移動させる方向に設定してもよい。
【００１７】
トナー供給ローラ１８の金属からなる回転軸部材には、供給バイアス電源２４によって供給バイアスが印加される。一方、トナー担持ローラ１０１には、後述するＡ相用電極やＢ相電極が複数形成されており、それら電極にはパルス電圧印加手段３０によって繰り返しのパルス電圧（以下、クラウドパルスともいう）が印加される。これらパルス電圧の平均値（パルス電圧の平均電位）は、前述した供給バイアスよりも、トナーの帯電極性とは逆極性側に大きな値になっている。これにより、トナー供給ローラ１８とトナー担持ローラ１０１との間には、トナーを前者から後者に静電移動させる電界が形成される。
【００１８】
トナー供給ローラ１８の表面に担持されたトナーは、トナー供給ローラ１８とトナー担持ローラ１０１との当接部において、トナー供給ローラ１８からトナー担持ローラ１０１に供給される。このときの供給量については、供給バイアスの大きさによって調整することが可能である。なお、供給バイアスは、直流電圧であっても、交流電圧であっても、直流電圧に交流電圧を重畳したバイアスであってもよい。
【００１９】
トナー担持ローラ１０１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１０１の表面上でホッピングしながら、トナー担持ローラ１０１の図中反時計回り方向の回転に伴って周回移動する。トナー担持ローラ１０１の表面において、トナー供給ローラ１８との当接部を通過してから、感光体４９に対向する現像領域に進入する前の箇所には、片持ち支持されるトナー摩擦ブレード２２の自由端側が当接している。トナー担持ローラ１０１の表面上でホッピングしながら、トナー担持ローラ１０１の回転に伴って全体的に図中反時計回り方向に移動するトナーは、トナー担持ローラ１０１とトナー摩擦ブレード２２との間に進入すると、トナー担持ローラ１０１の表面やトナー摩擦ブレード２２の表面に擦り付けられる。これにより、摩擦帯電が促される。その後、トナー担持ローラ１０１の回転に伴ってトナー担持ローラ１０１とトナー摩擦ブレード２２との当接部を抜けると、再びトナー担持ローラ１０１の表面上でトナーがホッピングしながら、現像領域へと搬送される。
【００２０】
トナー担持ローラ１０１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１０１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領域となっている。トナー担持ローラ１０１の表面上でホッピングしながら現像領域まで搬送されたトナーは、トナー担持ローラ１０１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１０１の回転によってさらに搬送されて、繰り返し利用される。
【００２１】
なお、トナー摩擦ブレード２２をトナー担持ローラ１０１の代わりにトナー供給ローラ１８に当接させて、トナー供給ローラ１８の表面上でトナー摩擦ブレード２２によるトナー摩擦帯電を促すようにしてもよい。
【００２２】
次に、トナー担持ローラ１０１の一例について図４を参照して説明する。なお、図４（ａ）はトナー担持ローラ１０１を展開した状態で示す模式的平面図であり、図４（ｂ）はトナー担持ローラ１０１の模式的断面図である。
【００２３】
この例は、トナー担持体表面に複数の電極を設け、１本おきの２組を共通にした２相用電極を備え、１８０［°］位相の異なる２相パルス（図５参照）を印加して、隣接電極同士で吸引と反発を繰り返す２相電界を形成するトナー担持体の例である。
【００２４】
このトナー担持ローラ１０１は、絶縁性基板１０１Ａの表面上に複数の電極１１１としてＡ相用電極１１１Ａと、Ｂ相用電極１１１Ｂとを設け、その上に表面保護層１０１Ｂを設けたものである。櫛歯状のＡ相用電極１１１Ａ，Ｂ相用電極１１１Ｂは、トナーの搬送方向と直交する方向に微細なピッチに並行に設け、両サイドには共通のバスライン１１１Ａａ，１１１Ｂａで外部の図示しない２相パルス発生回路にそれぞれ接続されている。
【００２５】
Ａ相用電極１１１Ａ，Ｂ相用電極１１１Ｂに印加するパルス電圧は、周波数が０．３［ｋＨｚ］〜２［ｋＨｚ］、ＤＣ電圧をバイアスに含むパルス電圧であるが、その波高値は３００［Ｖ］〜６００［Ｖ］等、電極幅、電極間隔に応じたパルス電圧を印加する。この２相電界の場合は、隣接するＡ相用電極１１１ＡとＢ相用電極１１１Ｂとの間で生じる電界の電界方向の切り替わりに応じてトナーの反発飛翔と吸引飛翔とを繰り返し、トナーは相互の電極間を往復移動する。
【００２６】
次に、Ａ相用電極１１１Ａ及びＢ相用電極１１１Ｂに印加する電圧について説明する。
トナー担持ローラ１０１上のＡ相用電極１１１Ａ及びＢ相用電極１１１Ｂには、パルス電圧印加手段３０からＡ相用電圧及びＢ相電圧が印加される。パルス電圧印加手段３０が印加するＡ相用電圧及びＢ相電圧は、矩形波が最も適している。また、本複写機では、クラウド用電極を形成するための電極がＡ相用電極１１１Ａ及びＢ相用電極１１１Ｂの２相構成であり、各電極１１１Ａ，１１１Ｂ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。
【００２７】
図５は、Ａ相用電極１１１Ａ及びＢ相用電極１１１Ｂにそれぞれ印加するＡ相用電圧とＢ相用電圧の一例を示すグラフである。本複写機において、各電圧は矩形波であり、Ａ相用電極１１１ＡとＢ相用電極１１１Ｂにそれぞれ印加されるＡ相用電圧とＢ相用電圧とは、互いに位相がπだけずれた同じ大きさ（ピークトゥピーク電圧Ｖｐｐ）の電圧である。よって、Ａ相用電極１１１ＡとＢ相用電極１１１Ｂ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クラウド用電界によって表層６上をトナーがホッピングする。
【００２８】
このように、トナー担持ローラ表面のトナーを飛翔させてクラウド化する手段が、トナー担持ローラ表面にトナーの搬送方向と直交する方向に長く延びて所定の間隔で配設された複数の電極を有し、各電極に印加する電圧は隣接電極相互の間でトナーを吸引する方向と反発する方向とを交互に繰り返す関係の電圧を印加し、トナー担持ローラ１０１が回転移動することでトナーの搬送とクラウド化を行う構成とすることで、トナー担持ローラ表面のトナーの搬送に関して、トナーの帯電品質に左右されない安定なトナーの搬送が可能となり、装置全体としても信頼性の高い複写機を実現できる。
【００２９】
図１は、パルス電圧印加手段３０の構成を示す。電源３１は、クラウドパルス出力用で、電源回路の一次、二次が分離型、つまり２次側はＧＮＤに対してフローティングとなっている。電源３２は、マイナスＤＣバイアス用で１次、２次とも共通ＧＮＤに接続されている構成。
【００３０】
ここで、例えば電源３１の出力が５００［Ｖ］とすると、Ｈｉｇｈ側がＡ相パルス発生回路３３及びＢ相パルス発生回路３４の上側、Ｌｏｗ側がＡ相パルス発生回路３３及びＢ相パルス発生回路３４の下側に接続、同時にＬｏｗ側は電源３２のマイナスＨｉｇｈ側に接続されている。電源３２は、マイナス帯電トナーを利用する場合の現像バイアスは潜像電位に対してマイナス電位であるから、ここでは例えば−６５０［Ｖ］とすると、電源３１のＬｏｗ側は−６５０［Ｖ］の電位となる。従って、電源３１の電圧５００［Ｖ］が供給された各パルス発生回路で生成されるパルス波形は、波高値−６５０［Ｖ］〜−１５０［Ｖ］のクラウドパルスを発生することになる。
【００３１】
図６は、パルス電圧印加手段３０の具体的な回路例を示す。このパルス電圧印加手段３０では、Ａ相パルス発生回路３３に対してＤＣ出力の電源３１端子の間にシリーズに接続した２個のスイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ−Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）からなるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２および電流規制抵抗Ｒ１，Ｒ２を設け、Ｂ相パルス発生回路３４に対して同様に接続した２個のスイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４および電流規制抵抗Ｒ３，Ｒ４を設け、トナー担持ローラ１０１の一方の電極群を２個のスイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２との間、ここでは電流規制抵抗Ｒ１と電流規制抵抗Ｒ２との間に接続し、他方の電極群を残り２個のスイッチング素子Ｑ３とスイッチング素子Ｑ４との間、ここでは電流規制抵抗Ｒ３と電流規制抵抗Ｒ４との間に接続した、電極負荷（電極負荷容量）３６を有するブリッジ構成とし、正相（本実施形態ではＡ相パルス）のクラウドパルスを印加する場合はスイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ４とをＯＮにし、逆相（本実施形態ではＢ相パルス）のクラウドパルスを印加する場合はスイッチング素子Ｑ２とスイッチングＱ３とをＯＮする構成である。これによって、トナー担持ローラ表面のトナーは２つの電極群の間で飛翔を繰り返してクラウド状態となる。
【００３２】
なお、本実施形態では、ＭＯＳＦＥＴを駆動するためのドライブ回路は１５［Ｖ］の低圧パルスを生成した後、スイッチング素子Ｑ１のゲート信号はＣ１，Ｄ１，Ｒ５からなるクランプ回路３５によって１５［Ｖ］パルスのＨｉｇｈ側は電源３１のＨｉｇｈレベルにクランプされる。具体的には、電源３１が５００［Ｖ］、電源３２が−６５０［Ｖ］の場合は、スイッチング素子Ｑ１のゲート信号は−１５０［Ｖ］〜−１３５［Ｖ］のパルスとなり、Ｌｏｗ期間にスイッチング素子Ｑ１はＯＮすることになる。
【００３３】
また、スイッチング素子Ｑ２のゲート信号はコンデンサーＣ２，ダイオードＤ２，電流規制抵抗Ｒ６からなるクランプ回路３５によって１５［Ｖ］パルスのＬｏｗ側は電源３１のＬｏｗレベルにクランプされる。具体的には、電源３１が５００［Ｖ］、電源３２が−６５０［Ｖ］の場合は、スイッチング素子Ｑ２のゲート信号は−６５０［Ｖ］〜−６３５［Ｖ］のパルスとなり、Ｈｉｇｈ期間にスイッチング素子Ｑ２はＯＮすることになる。
【００３４】
同様に、逆相であるＢ相パルス側も１８０［°］位相が遅れたタイミングで、スイッチング素子Ｑ３とスイッチング素子Ｑ４とが動作する。
【００３５】
ここで、環境湿度が高くなると、トナーの液架橋力が大きくなってトナーとトナー担持ローラ表面との間で作用する付着力が大きくなったり、トナーの帯電効率が下がるためトナーの帯電量が低下しトナーに対して働く前記電界による静電気力が小さくなったりする。また、トナーが劣化して外添剤の埋没や離脱によりトナーとトナー担持ローラ表面との間で作用する付着力が大きくなる。そのため、トナー担持ローラ上でトナーがホッピングし難くなり、感光体表面の潜像部に付着するトナーが少なくなって画像濃度が低くなる。よって、これらの付着力に打ち勝ってトナーをトナー担持ローラ表面上で良好にホッピングさせるだけの電界をつくり出すために、クラウドパルスの波高値を大きくする制御を行う。
【００３６】
図７は、本実施形態の複写機で行われる制御の一例を示したフローチャートである。
例えば、現像装置１内に設けられた湿度センサー４０（図３を参照）により湿度を検知し（Ｓ１）、その検知した湿度が予め設定された標準時の湿度範囲よりも高いと検知された場合（Ｓ２でＹｅｓ）には複写機本体または現像装置１に設けられＣＰＵやメモリーなどからなる制御部で高湿度環境であると判断し（Ｓ３）、その制御部からの制御信号によって電源３１から出力電圧のパルス波高値を標準時の５００［Ｖ］から６００［Ｖ］へと大きくする（Ｓ４）。また、このときの電源３２のＤＣバイアス電圧は標準時と同じ−６５０［Ｖ］とすると、パルス発生回路から電極に出力される出力パルスの波高値は−６５０［Ｖ］〜−５０［Ｖ］、平均値は−３５０［Ｖ］となる。このように、標準時よりも湿度が高くなった際に、クラウドパルスの波高値を大きくする制御を行い、トナー担持ローラ１０１の隣接電極間に発生させる電界の強度を強くすることで、その分、トナーに対して働く前記電界による静電気力が大きくなる。よって、前記付着力に打ち勝ってトナーをトナー担持ローラ表面上でホッピングさせるだけの電界がつくり出され、トナー担持ローラ１０１上でトナーがホッピングし易くなり、感光体表面の潜像部に付着するトナーが少なくなって画像濃度が低くなることを抑制することができる。
【００３７】
一方、環境湿度が低くなると、トナーの液架橋力が小さくなってトナーとトナー担持ローラ表面との間で作用する付着力が小さくなったり、トナーの帯電効率が上がるためトナーの帯電量が上昇しトナーに対して働く前記電界による静電気力が大きくなったりする。そのため、トナー担持体上でトナーが勢い良く高くホッピングし過ぎて、トナー担持ローラ１０１の上空に形成されるトナーのクラウド高さが高くなり過ぎ、地汚れ余裕度が小さくなる。つまり、感光体表面上の静電潜像が形成されていない非画像部（地肌領域）にトナーが付着して画像に地汚れが生ずる虞がある。よって、トナーのクラウド高さが高くなり過ぎないようにクラウドパルスの波高値を低くする制御を行う。
【００３８】
例えば、現像装置１内に設けられた湿度センサー４０により環境湿度が予め設定された標準時の湿度範囲よりも低いと検知された場合（Ｓ５でＹｅｓ）、前記制御部で低湿度環境であると判断し（Ｓ６）、その制御部からの制御信号によって電源３１から出力される電圧のパルス波高値を標準時の５００［Ｖ］から４００［Ｖ］へと小さくする（Ｓ７）。また、このときの電源３２のＤＣバイアス電圧は標準時と同じ−６５０［Ｖ］とすると、パルス発生回路から電極に出力される出力パルスの波高値は−６５０［Ｖ］〜−２５０［Ｖ］、平均値は−４５０［Ｖ］となる。このように、標準時よりも湿度が低くなった際に、クラウドパルスの波高値を小さくする制御を行い、トナー担持ローラ１０１の隣接電極間に発生させる電界の強度を弱くすることで、その分、トナーに対して働く前記電界による静電気力が小さくなる。よって、トナー担持ローラ表面からトナーが高くホッピングし過ぎて、トナーのクラウド高さが高くなり過ぎ、感光体表面上の静電潜像が形成されていない非画像部（地肌領域）にトナーが付着して画像に地汚れが生ずることを抑制することができる。
【００３９】
また、現像装置１内に設けられた湿度センサー４０により環境湿度が、予め設定された標準時の湿度範囲よりも高くなく（Ｓ２でＮｏ）、且つ、標準時の湿度範囲よりも低くない（Ｓ５でＮｏ）場合には、前記制御部により標準湿度環境であると判断し、一連の制御を終了する。
【００４０】
図８は、クラウドパルスのＬｏｗ側ピーク値（−６５０［Ｖ］）一定で、クラウドパルスのピーク間電圧の値を４００［Ｖｐｐ］、５００［Ｖｐｐ］、６００［Ｖｐｐ］に変化させた場合の波形図である。
【００４１】
図９（ａ）は、クラウドパルスのピーク間電圧４００［Ｖｐｐ］、クラウドパルス−２５０［Ｖ］〜−６５０［Ｖ］の場合のトナー担持ローラ１０１と感光体４９の間の電界強度に応じて形成される電気力線をシミュレーション結果からプロットした図である。図９（ｂ）は、クラウドパルスのピーク間電圧５００［Ｖｐｐ］、クラウドパルス−１５０［Ｖ］〜−６５０［Ｖ］の場合のトナー担持ローラ１０１と感光体４９の間の電界強度に応じて形成される電気力線をシミュレーション結果からプロットした図である。図９（ｃ）は、クラウドパルスのピーク間電圧６００［Ｖｐｐ］、クラウドパルス−５０［Ｖ］〜−６５０［Ｖ］の場合のトナー担持ローラ１０１と感光体４９の間の電界強度に応じて形成される電気力線をシミュレーション結果からプロットした図である。
【００４２】
ここで、トナー担持ローラ１０１のクラウド電極には、幅１００［μｍ］、間隔１００［μｍ］でＡ相用（正相用）、Ｂ相用（逆相用）が交互に配置されている。トナー担持ローラ１０１に対向して配置した感光体表面の画像情報に応じて露光された潜像部の潜像幅は、０．２［ｍｍ］幅であり、感光体表面のその他は地肌部である。地肌部の帯電電位は−６００［Ｖ］であり、潜像部の帯電電位は−７０［Ｖ］である。トナー担持ローラ１０１の表面と感光体４９の表面との間隔である現像Ｇａｐは０．３［ｍｍ］である。なお、図９に示された電気力線は、トナー担持ローラ１０１のクラウド電極表面から上方２０［μｍ］位置を横切る電気力線をプロットしたものであり、トナー担持ローラ１０１のクラウド電極表面から上方２０［μｍ」の位置を横切らないその他の電気力線は省略している。
【００４３】
図１０は、図９（ａ）、図９（ｂ）、図９（ｃ）それぞれに対応した現像Ｇａｐ内のＹ方向位置の電界強度を示したものであり、電位差が最も大きい、潜像の中央部とクラウドパルスの低電位が印加された電極中央部とを結ぶＹ方向位置の電界強度を示している。
【００４４】
クラウドパルスのＬｏｗ側ピーク値（−６５０［Ｖ］）一定でクラウドパルスのピーク間電圧の値を４００［Ｖｐｐ］、５００［Ｖｐｐ］、６００［Ｖｐｐ］に変化させた場合は、図１０からわかるように、感光体表面近傍の電界強度に変動があり、ピーク間電圧の値が大きくなるほど、感光体表面近傍の電界強度が低下している。このように、感光体表面近傍の電界強度が低下すると感光体表面の潜像部に付着するトナーが少なくなり、その結果、画像濃度は低くなる。
【００４５】
図１１は、クラウドパルスの波高値の平均値（−４００［Ｖ］）を一定で、クラウドパルスのピーク間電圧の値を４００［Ｖｐｐ］（クラウドパルス−２００［Ｖ］〜−６００［Ｖ］）、５００［Ｖｐｐ］（−１５０［Ｖ］〜−６５０［Ｖ］）、６００［Ｖｐｐ］（−１００［Ｖ］〜−７００［Ｖ］）に変化させた場合の波形図である。
【００４６】
図１２は図１１に示した各波形に対応した現像Ｇａｐ内Ｙ方向位置の電界強度を示したものである。クラウドパルスの波高値の平均値を一定にした場合は、図１２からわかるように、感光体表面近傍の電界強度は変動がなく、ピーク間電圧の値を変化させても画像濃度に変動は発生しない。
【００４７】
よって、環境湿度が標準時よりも高くなった際に、電源３２のＤＣバイアス電圧が−６５０［Ｖ］の状態で、電源３１から生成されるパルス波高値を標準時の５００［Ｖ］から６００［Ｖ］へと大きくした場合には、パルス発生回路から出力される出力パルスの波高値が−６５０［Ｖ］〜−５０［Ｖ］、平均値は−３５０［Ｖ］であるので、出力パルスの平均値を変更前の標準時と同じ−４００［Ｖ］にするために、電源３２が出力する−６５０［Ｖ］のＤＣバイアス電圧に電源３１の電位の変化量の１／２を補正して−７００［Ｖ］（＝−６５０［Ｖ］−５０［Ｖ］）に変更する。これにより、パルス発生回路から出力される出力パルスの波高値が−７００［Ｖ］〜−１００［Ｖ］、平均値は−４００［Ｖ］となり、パルス発生回路からの出力パルスの平均値が標準時と同じになるので、上述したように感光体表面近傍の電界強度に変動が生じることを抑えられ画像濃度を一定に保つことができる。
【００４８】
一方、環境湿度が標準時よりも低くなった際に、電源３２のＤＣバイアス電圧が−６５０［Ｖ］の状態で、電源３１から生成されるパルス波高値を標準時の５００［Ｖ］から４００［Ｖ］へと小さくした場合には、パルス発生回路から出力される出力パルスの波高値が−６５０［Ｖ］〜−２５０［Ｖ］、平均値は−４５０［Ｖ］であるので、出力パルスの平均値を変更前の標準時と同じ−４００［Ｖ］にするために、電源３２が出力する−６５０［Ｖ］のＤＣバイアス電圧に電源３１の電位の変化量の１／２を補正して−６００［Ｖ］（＝−６５０［Ｖ］＋５０［Ｖ］）に変更する。これにより、パルス発生回路から出力される出力パルスの波高値が−６００［Ｖ］〜−２００［Ｖ］、平均値は−４００［Ｖ］となり、パルス発生回路からの出力パルスの平均値が標準時と同じになるので、上述したように感光体表面近傍の電界強度に変動が生じることを抑えられ画像濃度を一定に保つことができる。
【００４９】
図１８は、比較例のパルス電圧印加手段の構成の一例を示す。
トナー担持ローラのクラウド電極に印加する信号はクラウドパルスとＤＣバイアスを含む信号を出力する必要があり、図示しないＤ／Ａコンバータにより低電圧のＤＣ含むパルス信号を生成し、それを３００〜６００［Ｖ］に増幅するフィードバック回路構成を含むＤＣアンプ回路を、正相パルス用ＤＣアンプ回路５１と逆相パルス用ＤＣアンプ回路５２と２組設けて、電極負荷５３の両端に印加していた。この場合、回路コストのアップ、温度変化などによるアンプ回路の直流ドリフトが問題であった。また、温度経時による増幅率の変動は、パルス波高値、ＤＣバイアス電圧両方ともに変動となり、クラウド特性、画像濃度の品質低下に影響するものであった。その他、トランスによって高圧パルスを生成し、同時にＤＣバイアスを加える回路構成もあるが、回路部品の大型化、コスト、電力ロス等において問題であった。これに対し、図１や図６などに示すような構成を有する本実施形態のパルス電圧印加手段３０の構成を採用することで、ＤＣアンプ回路ではなくスイッチング回路を設けるのでＤＣアンプ回路を設ける場合よりも、部品点数が少なく、出力レベルも安定しているため、小型化や低コスト化を図りつつ、高信頼性を得ることができる。また、現像バイアス調整（パルス電圧の平均値の調整）のためのＤＣ成分調整は、スイッチング回路単独では不可能であり、本実施形態のパルス電圧印加手段３のような構成にすることで容易に可能となる。これらのことから本実施形態のパルス電圧印加手段３を用いることによって、前述したような種々の問題を抑制することができる。
【００５０】
ここで、本発明の複数のホッピング電極を有する円筒状のトナー担持ローラは、例えば、円筒の直径φ＝１２［ｍｍ］〜１６［ｍｍ］、トナー担持体軸方向の幅がＡ４用紙〜Ａ３用紙の幅、電極幅１００［μｍ］、電極ピッチ２００［μｍ］〜２５０［μｍ］の場合、Ａ相電極とＢ相電極との相互間の容量成分は、全体で３［ｎＦ］〜２０［ｎＦ］と従来の現像ローラや帯電ローラの負荷に比較して非常に大きい負荷となる。この容量負荷に対して、Ａ相電極とＢ相電極間の電位差が４００［Ｖ］〜６００［Ｖ］の波高値のパルス電圧を数百［Ｈｚ］で切り替えてトナーをホッピングさせる場合、波高値の立ち上がりや立ち下がりは１０［μｓ］〜５０［μｓ］で切り替えないと現像効率が低下する。したがって、切り替えの瞬間は３００［ｍＡ］〜５００［ｍＡ］以上の充電、放電能力のパルス電圧発生回路を必要する。Ａ相電極のパルス電圧の波高値が−６５０［Ｖ］〜−１５０［Ｖ］、Ｂ相電極のパルス電圧の波高値が−１５０［Ｖ］〜−６５０［Ｖ］に切り替わった瞬間に、Ａ相パルス発生回路から電極負荷（電極負荷容量）を介してＢ相パルス発生回路に電流が流れる。この波高値分の電位差に応じた大きな電流は、上述したような本発明の回路構成であれば、スイッチング回路で供給が可能であり、ＤＣバイアス分の回路の電流容量は小さい（第二電源回路の電流容量）構成でも、問題なく実現できる。これに対し、上述したような比較例の回路構成では、パルス電圧の波高値が４００［Ｖ］〜６００［Ｖ］、前記切り替えの瞬間における充電、放電能力が３００［ｍＡ］〜５００［ｍＡ］の容量回路の実現は、上述したような部品コストや安定性の観点など難しい。
【００５１】
［実施形態２］
以下、本発明を、電子写真方式の画像形成装置である複写機について適用した第二の実施形態について説明する。なお、本実施形態に係る複写機の基本的な構成や現像装置の基本的な構成は、実施形態１に係る複写機や現像装置と略同じであるので、その説明は省略する。本実施形態においては、実施形態１の現像装置１に設けられていたトナー担持ローラ１０１にかえて後述するトナー担持ローラ２（図１６などを参照）を用いている。
【００５２】
次に、本実施形態に係る現像装置に用いられるトナー担持ローラ２の一例について図１３を用いて説明する。なお、図１３（ａ）はトナー担持ローラ２を展開した状態で示す模式的平面図、図１３（ｂ）はトナー担持ローラ２の模式的断面図である。  
【００５３】
この例は、トナー担持ローラ表面に複数の電極を設け、表層側の各電極を共通とし、絶縁層を介して下層に設けた導体基材電極との間に１８０［°］位相の異なる２相パルス（図５参照）を印加して、表層側電極と下層導体基材電極相互の電界で吸引と反発とを繰り返すトナー担持ローラの例である。
【００５４】
本実施形態のトナー担持ローラ２は、中空状のローラ部材で構成されており、その最内周に位置する最内周電極部材又は内周側電極部材としての内側電極３ａと、最外周側に位置していて内側電極３ａへ印加される電圧（内側電圧）とは異なる電圧（外側電圧）が印加される最外周電極部材としての外側電極４ａとを備えている。また、内側電極３ａと外側電極４ａとの間にはこれらの間を絶縁するための絶縁層５が設けられている。また、外側電極４ａの外周面側を覆う保護層としての表層６も設けられている。すなわち、本複写機のトナー担持ローラ２は、内周側から順に、内側電極３ａ、絶縁層５、外側電極４ａ、表層６の４層構造となっている。
【００５５】
内側電極３ａは、トナー担持ローラ２の基体としても機能しており、ステンレス鋼（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、内側電極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。
【００５６】
内側電極３ａの外周面側は絶縁層５に覆われている。本複写機において、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。絶縁層５はスプレー法やディップ法等によって内側電極３ａ上に均一な膜厚で形成することができる。
【００５７】
絶縁層５の上には外側電極４ａが形成される。本複写機において、この外側電極４ａは、アルミニウム、銅、銀などの金属で形成されている。外側電極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。
【００５８】
外側電極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。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。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。
【００５９】
本実施形態では、内側電極３ａと外側電極４ａとの間で作られる電界、より詳しくは、内側電極３ａの外側電極４ａとは対向していない部分（外側電極４ａの間に位置する内側電極３ａの部分）と外側電極４ａの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、内側電極３ａに絶縁層５を介して対向した表層部分と、これに隣接する外側電極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。
【００６０】
次に、内側電極３ａ及び外側電極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上の内側電極３ａ及び外側電極４ａには、パルス電圧印加手段３０から内側電圧及び外側電圧が印加される。本実施形態では、外側電極４ａは、トナーの搬送方向と直交する方向に微細なピッチに並行に設けられており、その両サイドには後述する被給電部が設けられており外部の図示しないパルス電圧印加手段３０にそれぞれ接続されている。なお、本実施形態で用いるパルス電圧印加手段３０としては実施形態１で図１を用いて説明したものと同じ構成である。パルス電圧印加手段３０が印加する内側電圧及び外側電圧は、矩形波が最も適している。また、本複写機では、クラウド用電極を形成するための電極が内側電極３ａ及び外側電極４ａの２相構成であり、内側電極３ａと外側電極４ａとには互いに位相差πをもった電圧がそれぞれ印加される。
【００６１】
図１４は、内側電極３ａ及び外側電極４ａにそれぞれ印加する内側電圧と外側電圧の一例を示すグラフである。
本複写機において、各電圧は矩形波であり、内側電極３ａと外側電極４ａにそれぞれ印加される内側電圧と外側電圧とは、互いに位相がπだけずれた同じ大きさ（ピークトゥピーク電圧Ｖｐｐ）の電圧である。よって、内側電極３ａと外側電極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クラウド用電界によって表層６上をトナーがホッピングする。
【００６２】
内側電極３ａ，外側電極４ａに印加するパルス電圧は、周波数が０．３［ｋＨｚ］〜２［ｋＨｚ］、ＤＣ電圧をバイアスに含むパルス電圧であるが、その波高値は３００［Ｖ］〜６００［Ｖ］等、電極幅、電極間隔に応じたパルス電圧を印加する。そして、内側電極３ａと外側電極４ａとの間で作られる電界、より詳しくは、内側電極３ａの外側電極４ａとは対向していない部分（外側電極４ａの間に位置する内側電極３ａの部分）と外側電極４ａ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、内側電極３ａに絶縁層５を介して対向した表層部分と、これに隣接する外側電極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。また、トナー担持ローラ２全体は、トナーを搬送する方向に回転移動するものである。
【００６３】
図１５は、本複写機における内側電極３ａ及び外側電極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１６は、同給電構成を模式的に示す斜視図である。
本複写機における内側電極３ａ及び外側電極４ａへの給電構成において、内側電極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、パルス電圧印加手段３０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の外周面における外側電極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、パルス電圧印加手段３０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。
【００６４】
なお、本複写機では、外側電極４ａに外側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。外側電極４ａに外側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。
【００６５】
また、本複写機のように、トナー担持ローラ２の外周面に外側電極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４９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（トナー供給ローラ１８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。本複写機では、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、本複写機では、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。
【００６６】
なお、本複写機では、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、本複写機では、内側電極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。
【００６７】
ここで、環境湿度が高くなると、トナーの液架橋力が大きくなってトナーとトナー担持ローラ表面との間で作用する付着力が大きくなったり、トナーの帯電効率が下がるためトナーの帯電量が低下しトナーに対して働く前記電界による静電気力が小さくなったりする。また、トナーが劣化して外添剤の埋没や離脱によりトナーとトナー担持ローラ表面との間で作用する付着力が大きくなる。そのため、トナー担持ローラ２上でトナーがホッピングし難くなり、感光体表面の潜像部に付着するトナーが少なくなって画像濃度が低くなる。よって、これらの付着力に打ち勝ってトナーをトナー担持ローラ表面上で良好にホッピングさせるだけの電界をつくり出すために、クラウドパルスの波高値を大きくする制御を行う。
【００６８】
例えば、現像装置１内に設けられた湿度センサー４０により環境湿度が予め設定された標準時の湿度範囲よりも高いと検知された場合、電源３１から生成されるパルス波高値を標準時の５００［Ｖ］から６００［Ｖ］へと大きくする。また、このときの電源３２のＤＣバイアス電圧は標準時と同じ−６５０［Ｖ］とすると、パルス発生回路から電極に出力される出力パルスの波高値は−６５０［Ｖ］〜−５０［Ｖ］、平均値は−３５０［Ｖ］となる。このように、標準時よりも湿度が高くなった際に、クラウドパルスの波高値を大きくする制御を行い、トナー担持ローラ２の上下電極間に発生させる電界の強度を強くすることで、その分、トナーに対して働く前記電界による静電気力が大きくなる。よって、前記付着力に打ち勝ってトナーをトナー担持ローラ表面上でホッピングさせるだけの電界がつくり出され、トナー担持ローラ２上でトナーがホッピングし易くなり、感光体表面の潜像部に付着するトナーが少なくなって画像濃度が低くなることを抑制することができる。
【００６９】
一方、環境湿度が低くなると、トナーの液架橋力が小さくなってトナーとトナー担持ローラ表面との間で作用する付着力が小さくなったり、トナーの帯電効率が上がるためトナーの帯電量が上昇しトナーに対して働く前記電界による静電気力が大きくなったりする。そのため、トナー担持ローラ２上でトナーが勢い良く高くホッピングし過ぎて、トナー担持ローラ２の上空に形成されるトナーのクラウド高さが高くなり過ぎ、地汚れ余裕度が小さくなる。つまり、感光体表面上の静電潜像が形成されていない非画像部（地肌領域）にトナーが付着して画像に地汚れが生ずる虞がある。よって、トナーのクラウド高さが高くなり過ぎないようにクラウドパルスの波高値を低くする制御を行う。
【００７０】
例えば、現像装置１内に設けられた湿度センサー４０により環境湿度が予め設定された標準時の湿度範囲よりも低いと検知された場合、電源３１から生成されるパルス波高値を標準時の５００［Ｖ］から４００［Ｖ］へと小さくする。また、このときの電源３２のＤＣバイアス電圧は標準時と同じ−６５０［Ｖ］とすると、パルス発生回路から電極に出力される出力パルスの波高値は−６５０［Ｖ］〜−２５０［Ｖ］、平均値は−４５０［Ｖ］となる。このように、標準時よりも湿度が低くなった際に、クラウドパルスの波高値を小さくする制御を行い、トナー担持ローラ２の上下電極間に発生させる電界の強度を弱くすることで、その分、トナーに対して働く前記電界による静電気力が小さくなる。よって、トナー担持ローラ表面からトナーが高くホッピングし過ぎて、トナーのクラウド高さが高くなり過ぎ、感光体表面上の静電潜像が形成されていない非画像部（地肌領域）にトナーが付着して画像に地汚れが生ずることを抑制することができる。
【００７１】
図１７（ａ）は、クラウドパルスのピーク間電圧４００［Ｖｐｐ］、クラウドパルス−２５０［Ｖ］〜−６５０［Ｖ］の場合のトナー担持ローラ２と感光体４９の間の電界強度に応じて形成される電気力線をシミュレーション結果からプロットした図である。図１７（ｂ）は、クラウドパルスのピーク間電圧５００［Ｖｐｐ］、クラウドパルス−１５０［Ｖ］〜−６５０［Ｖ］の場合のトナー担持ローラ２と感光体４９の間の電界強度に応じて形成される電気力線をシミュレーション結果からプロットした図である。図１７（ｃ）は、クラウドパルスのピーク間電圧６００［Ｖｐｐ］、クラウドパルス−５０［Ｖ］〜−６５０［Ｖ］の場合のトナー担持ローラ２と感光体４９の間の電界強度に応じて形成される電気力線をシミュレーション結果からプロットした図である。
【００７２】
この例では、下電極はアルミ等の素管であり全面ベタの導体。その表層に厚さ１０［μｍ］〜２０［μｍ］の絶縁層（このシミュレーションでは１６［μｍ］）、その表面に上電極として幅１００［μｍ］、間隔３００［μｍ］、最表面に１５［μｍ］の絶縁コート層を設けた構成。各絶縁層の比誘電率はいずれもεｒ＝３である。
【００７３】
クラウドパルスのＬｏｗ側ピーク値（−６５０［Ｖ］）一定でクラウドパルスのピーク間電圧の値を４００［Ｖｐｐ］、５００［Ｖｐｐ］、６００［Ｖｐｐ］に変化させた場合は、感光体表面近傍の電界強度に変動があり、図１７に示す電気力線の様子からもわかるように、ピーク間電圧の値が大きくなるほど、感光体表面近傍の電界強度が低下している。このように、感光体表面近傍の電界強度が低下すると感光体表面の潜像部に付着するトナーが少なくなり、その結果、画像濃度は低くなる。
【００７４】
これに対して、クラウドパルスの波高値の平均値（−４００［Ｖ］）を一定で、クラウドパルスのピーク間電圧の値を４００［Ｖｐｐ］（クラウドパルス−２００［Ｖ］〜−６００［Ｖ］）、５００［Ｖｐｐ］（−１５０［Ｖ］〜−６５０［Ｖ］）、６００［Ｖｐｐ］（−１００［Ｖ］〜−７００［Ｖ］）に変化させた場合は、感光体表面近傍の電界強度は変動がなく、ピーク間電圧の値を変化させても画像濃度に変動は発生しないという結果が得られた。
【００７５】
よって、環境湿度が標準時よりも高くなった際に、電源３２のＤＣバイアス電圧が−６５０［Ｖ］の状態で、電源３１から生成されるパルス波高値を標準時の５００［Ｖ］から６００［Ｖ］へと大きくした場合には、パルス発生回路から出力される出力パルスの波高値が−６５０［Ｖ］〜−５０［Ｖ］、平均値は−３５０［Ｖ］であるので、出力パルスの平均値を変更前の標準時と同じ−４００［Ｖ］にするために、電源３２が出力する−６５０［Ｖ］のＤＣバイアス電圧に電源３１の電位の変化量の１／２を補正して−７００［Ｖ］（＝−６５０［Ｖ］−５０［Ｖ］）に変更する。これにより、パルス発生回路から出力される出力パルスの波高値が−７００［Ｖ］〜−１００［Ｖ］、平均値は−４００［Ｖ］となり、パルス発生回路からの出力パルスの平均値が標準時と同じになるので、上述したように感光体表面近傍の電界強度に変動が生じることを抑えられ画像濃度を一定に保つことができる。
【００７６】
一方、環境湿度が標準時よりも低くなった際に、電源３２のＤＣバイアス電圧が−６５０［Ｖ］の状態で、電源３１から生成されるパルス波高値を標準時の５００［Ｖ］から４００［Ｖ］へと小さくした場合には、パルス発生回路から出力される出力パルスの波高値が−６５０［Ｖ］〜−２５０［Ｖ］、平均値は−４５０［Ｖ］であるので、出力パルスの平均値を変更前の標準時と同じ−４００［Ｖ］にするために、電源３２が出力する−６５０［Ｖ］のＤＣバイアス電圧に電源３１の電位の変化量の１／２を補正して−６００［Ｖ］（＝−６５０［Ｖ］＋５０［Ｖ］）に変更する。これにより、パルス発生回路から出力される出力パルスの波高値が−６００［Ｖ］〜−２００［Ｖ］、平均値は−４００［Ｖ］となり、パルス発生回路からの出力パルスの平均値が標準時と同じになるので、上述したように感光体表面近傍の電界強度に変動が生じることを抑えられ画像濃度を一定に保つことができる。
【００７７】
以上、各実施形態によれば、複数の電極を有するトナー担持体であるトナー担持ローラと、トナー担持ローラの表面にトナーを供給するトナー供給手段であるトナー供給ローラと、前記複数の電極にパルス電圧を印加することによって、トナー担持ローラの表面に担持されているトナーをホッピングさせる電界をトナー担持ローラの表面上に発生させるホッピング電界発生手段であるクラウド電圧印加手段と、を有し、トナー担持ローラの表面に担持されているトナーを潜像担持体である感光体と対向する現像領域へ搬送して感光体上の潜像にトナーを付着させることによって前記潜像を現像する現像装置において、上記クラウド電圧印加手段は、パルス電圧を発生するためのパルス電圧発生回路であるクラウドパルス発生回路と、クラウドパルス発生回路に供給するための電気的なグランドからフローティングされた出力レベル可変の直流電源である第１の電源である電源３１と、電源３１の低電位側とグランドとの間に設けられた出力レベル可変のマイナス直流電源である第２の電源である電源３２とからなり、マイナス極性に帯電したトナーを用いる場合、電源３１の出力レベルを変化させてパルス電圧の波高値を制御し、電源３２の出力レベルを変化させてパルス電圧の平均値を制御する。これにより、クラウドパルスの波高値とＤＣバイアス値を簡単な回路構成によって別々に調整ができる。
また、各実施形態によれば、電源３１の出力レベルの変化量に応じて電源３２の出力レベルを変化させる、例えば、電源３２の出力レベルの変化量は、電源３１の出力レベルの変化量の半分（１／２）とすれば良い。
また、各実施形態によれば、上記クラウドパルス発生回路は、電源３１の端子間に２個のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２及び電流規制抵抗を直列で接続し、また、それとは並列で電源３１の端子間に２個のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４及び電流規制抵抗を直列で接続し、トナー担持ローラに設けられた上記複数の電極の内の一方の電極群をスイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２との間に接続し、他方の電極群をスイッチング素子Ｑ３とスイッチング素子Ｑ４との間に接続したブリッジ構成とし、正相のパルス電圧を印加する場合はスイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ４とをＯＮにし、逆相のパルス電圧を印加する場合はスイッチング素子Ｑ２とスイッチング素子Ｑ３とをＯＮにする構成であることで、トナー担持ローラ表面のトナーを２つの電極群の間で繰り返し飛翔させてクラウド状態にすることができる。
また、各実施形態によれば、湿度を検知する湿度検知手段である湿度センサー４０と、湿度センサー４０の検知結果に基づいて、湿度が低くなるほど前記電界の強度を弱くし、湿度が高くなるほど前記電界の強度を強くする制御をクラウド電圧印加手段に対して行う制御手段を備える。これにより、標準時よりも湿度が高くなった際に、クラウドパルスの波高値を大きくする制御を行い、トナー担持ローラの電極間に発生させる電界の強度を強くすることで、その分、トナーに対して働く前記電界による静電気力が大きくなる。よって、トナーとトナー担持ローラとの間に作用する付着力に打ち勝ってトナーをトナー担持ローラ表面上でホッピングさせるだけの電界がつくり出され、トナー担持ローラ２上でトナーがホッピングし易くなり、感光体表面の潜像部に付着するトナーが少なくなって画像濃度が低くなることを抑制することができる。また、標準時よりも湿度が低くなった際に、クラウドパルスの波高値を小さくする制御を行い、トナー担持ローラの電極間に発生させる電界の強度を弱くすることで、その分、トナーに対して働く前記電界による静電気力が小さくなる。よって、トナー担持ローラ表面からトナーが高くホッピングし過ぎて、トナーのクラウド高さが高くなり過ぎ、感光体表面上の静電潜像が形成されていない非画像部（地肌領域）にトナーが付着して画像に地汚れが生ずることを抑制することができる。
また、各実施形態によれば、上記制御手段は、クラウド電圧印加手段に対して上記制御を行う際に、パルス電圧の平均値が予め設定された一定値となるように制御を行うことで、上述したように感光体表面近傍の電界強度に変動が生じることを抑えられ画像濃度を一定に保つことができる。
また、各実施形態によれば、感光体上に形成された潜像に対して現像手段により現像剤を供給することにより前記潜像を現像して得られる画像を、最終的に記録材上に転移させて、前記記録材上に画像を形成する画像形成装置において、前記現像手段として、本発明の現像装置を用いることで、上述したような種々の効果が得られることで、その結果、良好な画像形成を行うことができる。
【符号の説明】
【００７８】
１          現像装置
２          トナー担持ローラ
３ａ        内側電極
３ｂ        被給電部
４ａ        外側電極
４ｂ        被給電部
５          絶縁層
６          表層
７          給電ブラシ
８          給電コロ
１１        ケーシング
１８        トナー供給ローラ
２２        トナー摩擦ブレード
２４        供給バイアス電源
３０        パルス電圧印加手段
３１        電源
３２        電源
３３        Ａ相パルス発生回路
３４        Ｂ相パルス発生回路
３５        クランプ回路
４０        湿度センサー
４４        除電ランプ
４５        クリーニング装置
４９        感光体
５０        帯電装置
６０        転写チャージャー
６１        分離チャージャー
７０        給紙部
７０ａ      給紙コロ
７１        給紙部
７１ａ      給紙コロ
７５        搬送ベルト
７６        定着装置
７６ａ      定着ローラ
７６ｂ      加圧ローラ
７７        排紙トレイ
８０        ミラー
９０        コンタクトガラス
９１        原稿照明光源
９２        ミラー
９３        走査光学系
９４        ミラー
９５        ミラー
９６        走査光学系
９７        レンズ
９８        素子
９９        ポリゴンミラー
１０１      トナー担持ローラ
１０１Ａ    絶縁性基板
１０１Ｂ    表面保護層
１１１      電極
１１１Ａ    Ａ相用電極
１１１Ｂ    Ｂ相用電極
１１１Ａａ  バスライン
１１１Ｂａ  バスライン
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７９】
【特許文献１】特開２００７−１３３３８７号公報
【図１】
2011059553.tif 000003
【図２】
2011059553.tif 000004
【図３】
2011059553.tif 000005
【図４】
2011059553.tif 000006
【図５】
2011059553.tif 000007
【図６】
2011059553.tif 000008
【図７】
2011059553.tif 000009
【図８】
2011059553.tif 000010
【図９】
2011059553.tif 000011
【図１０】
2011059553.tif 000012
【図１１】
2011059553.tif 000013
【図１２】
2011059553.tif 000014
【図１３】
2011059553.tif 000015
【図１４】
2011059553.tif 000016
【図１５】
2011059553.tif 000017
【図１６】
2011059553.tif 000018
【図１７】
2011059553.tif 000019
【図１８】
2011059553.tif 000020