(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
潜像担持体に対向して配置され、粉体を移動させる進行波電界を発生させるための複数の搬送電極を有する搬送部材と、該搬送部材に前記粉体を供給する粉体供給機構と、前記潜像担持体で現像に使用されなかった余剰な前記粉体を前記潜像担持体から前記粉体供給機構に戻して回収する回収機構とを具備し、前記潜像担持体上に前記粉体を付着させて潜像担持体上の潜像を現像するための現像装置において、
前記搬送部材は、搬送方向に沿って、前記粉体供給機構から前記潜像担持体へ前記粉体を搬送する供給搬送領域と、該供給搬送領域へ搬送された前記粉体が前記潜像担持体に付着して潜像を形成する現像領域と、前記潜像担持体から前記粉体供給機構へ余剰な前記粉体を搬送される回収搬送領域とを有し、前記粉体が前記供給搬送領域、前記現像領域及び前記回収搬送領域を順に通って搬送されていく搬送領域以外の領域における少なくとも前記搬送電極の表面を覆う第１の絶縁層の膜厚は、前記搬送領域における少なくとも前記搬送電極の表面を覆う第２の絶縁層の膜厚より厚いことを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記第１の絶縁層の膜厚は、８０μｍ以上である請求項１記載の現像装置。
【請求項３】
前記第１、第２の絶縁層は、薄膜形成方法で形成される請求項１又は２に記載の現像装置。
【請求項４】
前記第１、第２の絶縁層は、スクリーン印刷法で形成される請求項１又は２に記載の現像装置。
【請求項５】
前記第１、第２の絶縁層は、絶縁性樹脂を使ったテープで形成される請求項１又は２に記載の現像装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれかに記載の現像装置を少なくとも含み、画像形成装置本体に着脱自在であることを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項７】
潜像担持体上に粉体を付着させて潜像担持体上の潜像を現像して画像を形成する画像形成装置において、
請求項１〜請求項５のいずれかに記載の現像装置もしくは請求項６記載のプロセスカートリッジを備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
カラー画像を形成する画像形成装置において、
請求項６記載のプロセスカートリッジを複数備えてい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、プロセスカートリッジ及び画像形成装置に関し、詳細にはＥＴＨ（Electrostatic Transport & Hopping）現象を用いて、低電圧駆動で高い現像効率が得られる現像装置、この現像装置を備えたプロセスカートリッジ及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写装置、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置として、電子写真式プロセスを用いて、潜像担持体に潜像を形成し、この潜像に粉体である現像剤（以下、トナーと称す）を付着させて現像してトナー像として可視像化し、このトナー像を記録媒体に転写し、あるいは中間転写部材に一旦転写した後記録媒体に転写することで画像を形成するものがある。
【０００３】
このような画像形成装置において、潜像担持体に形成された潜像を現像する現像装置として、従来から、現像装置内で攪拌させたトナーを現像剤担持体である現像ローラの表面に担持し、当該現像ローラを回転させることによって潜像担持体の表面に対して対向する位置まで搬送し、潜像担持体の潜像を現像する。そして、現像終了後、潜像担持体に転写しなかったトナーは現像ローラの回転により現像装置内に回収され、新たにトナーを攪拌・帯電して再び現像ローラに担持して搬送するようにしたものが知られている。
【０００４】
一方、現在、潜像担持体に現像ローラを接触させずに現像を行う非接触方式の現像装置が注目されている。その一つに、進行波電界を利用した方法が提案されている。このような進行波電界を利用する現像装置においては、その現像剤搬送部材上における各電極の配列方向と直交する幅方向の外側（現像剤搬送部材の搬送方向と直交する幅方向の両側）にそれぞれ配線パターンが設けられている。その場合、配線パターンが位置する領域では、各電極の外側に位置しているために進行波電界条件が形成されておらず、この領域に現像剤が入り込むと、現像剤の飛散や固着が発生する恐れがある。このような問題点を解決する提案の一つとしての特許文献１によれば、静電潜像をその表面に担持している像担持体に対向する現像領域に配置し、基材上に所定間隔を存して複数配列された電極を表面保護層によって被覆してなる現像剤搬送部材を備え、各電極に対する多相電圧の印加により形成される進行波電界によって現像剤を現像剤搬送部材上で搬送するようにした現像装置において、上記現像剤搬送部材上に現像剤を供給する供給部材を設けている。そして、上記各電極の配列方向と直交する幅方向の有効電極幅Ｌｅと、上記供給部材上における現像剤存在領域の現像剤供給方向と直交する幅方向の長さＬｔとを、Ｌｔ＜Ｌｅの関係を満たすように設定する。このように供給幅を搬送幅より狭めることで、搬送領域外にトナーが散逸するのを防止している。
【特許文献１】特許第３，６３９，５４５号明細書
【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、上記特許文献１では、トナーを搬送すると配線電極にも電界がかかっているために、搬送領域よりも長手方向で、幅広くトナーが搬送されてしまい、配線パターンが位置する領域まで、トナーが進入してしまう。また、進行波に載せてトナーを搬送する現像装置は進行波が並んで発生している部分は問題なく搬送されるが、エッジ部はバスライン（共通電極）があり、その部分には進行方向に電極が並んでいないためトナーが付着すると動かなくなって堆積していく。
【０００６】
本発明はこれらの問題点を解決するためのものであり、ＥＴＨ（Electrostatic Transport & Hopping）現象を用いて、低電圧駆動で高い現像効率が得られる、現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００７】
ここで、ＥＴＨ現象とは、粉体が移相電界のエネルギーを与えられ、そのエネルギーが機械的なエネルギーに変換されて、粉体自身が動的に変動する現象をいう。このＥＴＨ現象は、静電気力による粉体の水平方向の移動（搬送）と垂直方向の移動（ホッピング）を含む現象であり、静電搬送部材の表面を、移相電界によって粉体が進行方向の成分を持って飛び跳ねる現象であり、このＥＴＨ現象を用いた現像方式をＥＴＨ現像という。
【０００８】
なお、本明細書において、ＥＴＨ現象における搬送部材上の粉体の振る舞いを区別して表現する場合、基板水平方向への移動については、「搬送」、「搬送速度」、「搬送方向」、「搬送距離」という表現を使用し、基板垂直方向への飛翔（移動）については、「ホッピング」、「ホッピング速度」、「ホッピング方向」、「ホッピング高さ（距離）」という表現を使用し、搬送部材上での「搬送及びホッピング」は「移送」と総称する。なお、搬送装置、搬送基板という用語に含まれる「搬送」は「移送」と同義である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記問題点を解決するために、本発明の現像装置は、潜像担持体に対向して配置され、粉体を移動させる進行波電界を発生させるための複数の搬送電極を有する搬送部材と、該搬送部材に前記粉体を供給する粉体供給機構と、潜像担持体で現像に使用されなかった余剰な粉体を潜像担持体から粉体供給機構に戻して回収する回収機構とを具備し、潜像担持体上に粉体を付着させて潜像担持体上の潜像を現像するための現像装置である。そして、本発明の現像装置によれば、搬送部材は、搬送方向に沿って、粉体供給機構から潜像担持体へ粉体を搬送する供給搬送領域と、該供給搬送領域へ搬送された粉体が潜像担持体に付着して潜像を形成する現像領域と、潜像担持体から粉体供給機構へ余剰な粉体を搬送される回収搬送領域とを有し、粉体が供給搬送領域、現像領域及び回収搬送領域を順に通って搬送されていく搬送領域以外の領域における少なくとも搬送電極の表面を覆う第１の絶縁層の膜厚は、搬送領域における少なくとも搬送電極の表面を覆う第２の絶縁層の膜厚より厚いことに特徴がある。よって、搬送領域外に粉体の搬送に必要な力が作用しなくなるので、粉体の飛散や固着が防止できる。
【００１０】
また、第１の絶縁層の膜厚は８０μｍ以上であることが好ましい。
【００１１】
更に、第１、第２の絶縁層は薄膜形成方法で形成されることにより、非常に稠密な膜を作ることができるので絶縁性及び対磨耗性に優れた絶縁膜を形成することができ、粉体の飛散や固着がより一層防止できる。
【００１２】
また、第１、第２の絶縁層はスクリーン印刷法で形成されることにより、所定の平面形状に絶縁層を形成することができ、搬送基板を円筒状に加工した後に絶縁層を形成することができる。
【００１３】
更に、第１、第２の絶縁層は絶縁性樹脂を使ったテープで形成されることにより、簡単に比較的厚い絶縁膜を形成することができ、搬送基板を円筒状に加工した後に絶縁膜を形成することができる。
【００１４】
また、別の発明としてのプロセスカートリッジは、上記現像装置を少なくとも含み、画像形成装置本体に着脱自在である。よって、低電圧駆動が可能で、高い現像効率で高品質な現像を行って高品質画像を形成可能なプロセスカートリッジを提供できる。
【００１５】
更に、別の発明としての画像形成装置は、上記現像装置もしくは上記プロセスカートリッジを備えている。よって、高画質画像を形成することができる。
【００１６】
また、別の発明としての画像形成装置によれば、上記プロセスカートリッジを複数備えて、高画質なカラー画像を形成することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の現像装置によれば、搬送部材により粉体が搬送される領域以外の領域に、搬送部材上の表層より厚い絶縁層を設けたことに特徴がある。よって、搬送領域外に粉体の搬送に必要な力が作用しなくなるので、粉体の飛散や固着が防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は本発明の一実施の形態例に係る現像装置の構成を示す概略図である。同図に示す現像装置１０は、粉体であるトナーＴを搬送、ホッピング、回収するための電界を発生するための複数の搬送電極１０２を有する搬送部材である搬送基板１１を備え、この搬送基板１１の各搬送電極１０２に対しては駆動回路１２から所要の電界を発生させるためのｎ相（ここでは３相とする。）の異なる駆動波形Ｖａ１，Ｖｂ１，Ｖｃ１及びＶａ２，Ｖｂ２，Ｖｃ２が印加される。ここでは、搬送基板１１は、駆動波形Ｖａ１，Ｖｂ１，Ｖｃ１及びＶａ２，Ｖｂ２，Ｖｃ２を与える搬送電極１０２の範囲及び潜像担持体である感光体ドラム２０との関係において、トナーＴを感光体ドラム２０近傍まで搬送する搬送領域、感光体ドラム２０の潜像にトナーＴを付着させてトナー像を形成するための現像領域、トナーＴを搬送基板１１側に回収するための現像領域通過後の回収領域とに分けられる。
【００１９】
そして、この現像装置１０において、搬送基板１１の搬送領域ではトナーＴを感光体ドラム２０の近傍まで搬送し、現像領域では感光体ドラム２０上の潜像の画像部に対してはトナーＴが感光ドラム２０側に向かい、非画像部に対してはトナーＴが感光ドラム２０と反対側（搬送基板側）に向かう方向の電界を形成して、トナーＴを潜像に付着させて現像を行うための電界を発生し、回収領域ではトナーＴが潜像の画像部及び非画像部のいずれに対しても感光体ドラム２０と反対側（搬送基板１１側）に向かう方向の電界を形成する。
【００２０】
ここで、本実施の形態例の現像装置における搬送基板の構成について、図２〜図６を参照して詳細に説明する。なお、図２は搬送基板の平面図、図３は図２のＡ−Ａ’線断面図、図４は図２のＢ−Ｂ’線断面図、図５は図２のＣ−Ｃ’線断面図、図６は図２のＤ−Ｄ’線断面図である。
【００２１】
本実施の形態例の現像装置における搬送基板１１は、図３の支持基板１０１上に３本の搬送電極１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ（これらを搬送電極１０２と総称する）を１セットとして、図２及び図３の矢印方向のトナー搬送方向に沿って所定の間隔で、かつトナー搬送方向と略直交する方向に繰り返し形成され配置し、この上に搬送面を形成する絶縁性の搬送面形成部材となり、これらの搬送電極１０１の表面を覆う保護膜となる、無機又は有機の絶縁性材料で形成した表面保護層１０３を積層したものである。なお、ここでは、表面保護層１０３が搬送面を形成しているが、表面保護層１０３上に更に粉体（トナー）との適合性に優れた表面層を別途成膜することもできる。
【００２２】
これらの搬送電極１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの両側には、搬送電極１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃとそれぞれ両端部で相互接続した共通電極１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ（これらを共通電極１０４と総称する）をトナー搬送方向に沿って、すなわち搬送電極１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの各々と略直交する方向に設けている。この場合、共通電極１０４の幅（この幅は、トナー搬送方向と直交する方向の幅）は搬送電極１０２の幅（この幅は、トナー搬送方向に沿う方向の幅）よりも広くしている。なお、図２では、共通電極１０４を、搬送領域では共通電極１０４ａ１、１０４ｂ１、１０４ｃ１を、現像領域では共通電極１０４ａ２、１０４ｂ２、１０４ｃ２、回収領域では共通電極１０４ａ３、１０４ｂ３、１０４ｃ３と、区別して表記している。
【００２３】
ここでは、図４に示すように、支持基板１０１上に共通電極１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃのパターンを形成した後層間絶縁膜１０５を形成し、この層間絶縁膜１０５にコンタクトホール１０６を形成した後搬送電極１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃを形成することによって、搬送電極１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃと共通電極１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃとをそれぞれ相互接続している。なお、層間絶縁膜１０５は表面保護層１０３と同じ材料でも異なる材料のいずれでも良い。また、搬送電極１０２ａと共通電極１０４ａを一体形成したパターン上に層間絶縁膜１０５を形成し、この層間絶縁膜１０５上に搬送電極１０２ｂと共通電極１０４ｂを一体形成したパターンを形成し、更に層間絶縁膜１０５を形成して、この層間絶縁膜１０５上に搬送電極１０２ｃと共通電極１０４ｃを一体形成したパターンを形成する、つまり、電極を三層構造とすることもでき、あるいは一体形成に相互接続とコンタクトホール１０６による相互接続とを混在させることもできる。
【００２４】
更に、これらの共通電極１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃには、図１の駆動回路１２からの駆動信号（駆動波形）Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃを入力するための駆動信号印加用入力端子（図示せず）を設けている。この駆動信号入力用端子は、支持基板１０１に裏面側に設けてスルーホールを介して各共通電極１０４に接続してもよいし、あるいは層間絶縁膜１０５上に設けてもよい。
【００２５】
ここで、支持基板１０１としては、ガラス基板、樹脂基板或いはセラミックス基板等の絶縁性材料からなる基板、或いはＳＵＳなど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、ポリイミドフィルムなどのフレキシブルに変形可能な材料からなる基板などを用いることができる。
【００２６】
また、搬送電極１０２は、支持基板１０１上にＡｌ、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を用いて所要の電極形状にパターン化して形成している。これらの複数の搬送電極１０２の粉体進行方向における幅Ｌは移動させる粉体の平均粒径の１倍以上２０倍以下とし、かつ搬送電極１０２の粉体進行方向の間隔Ｒも移動させる粉体の平均粒径の１倍以上２０倍以下としている。
【００２７】
更に、表面保護層１０３としては、例えばＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＴｉＯ４、ＳｉＯＮ、ＢＮ、ＴｉＮ、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＢａＴｉＯ３などを厚さ０．５〜１０μｍ、好ましくは厚さ０．５〜３μｍで成膜して形成している。また、無機ナイトライド化合物、例えばＳｉＮ、ＢＮ、などを用いることができる。
【００２８】
また、本実施の形態例の現像装置において、搬送領域以外の領域（長手方向の外側部分）は、絶縁層１０７を搬送領域より厚く形成する。搬送に寄与する電界強度が、搬送領域とそれ以外の領域で差ができ、搬送したい方向の表面の電界強度が、絶縁層１０７のある領域の表面の電界強度より大きくなり、搬送したい方向の力が強くなる。そのために電荷を持ったトナーは搬送方向に動く。
【００２９】
従って、帯電したトナー粒子は搬送領域から逸脱しないで搬送され、現像領域まで運ばれる。また、搬送領域と搬送領域外のエリアに厚み差を持たせることによって搬送領域の空間が大きくなり、トナーが搬送領域で動きやすくなり、結果的に搬送領域外のエリアへのトナーの拡散を抑えることができる。
【００３０】
図２において、搬送領域外のエリアに絶縁層１０７を形成したもので、後述する図１７に示すような絶縁層の厚みと進行方向の電界強度を計算で求め、その計算結果から搬送領域外のエリアの絶縁層１０７を搬送領域の表面絶縁層より厚くすることによって、バスライン（共通電極）方向に向かう電界が、進行方向の電界が弱くなる。より好ましくは８０μｍ以上の絶縁膜にすれば、電界によってトナーを外周に向かって移動させる力小さくなり実際はほぼ働かないので、トナーが搬送領域外のエリアに付着することを防止できる。
【００３１】
また、形成する絶縁層１０７は、表面保護層と同様の材料が使用できる。絶縁層１０７の形成方法は、真空蒸着、スパッタ法をはじめとする薄膜形成方法があり、その他に、メッキ法、印刷法によって樹脂ペーストを所定の部分にだけ形成することも有用な手段である。また、絶縁性樹脂層を直接貼り付けて形成することも有用である。更に、真空蒸着法で形成した絶縁膜は、非常に稠密な膜を作ることができるので、絶縁性に優れている。
【００３２】
絶縁膜の形成にスクリーン印刷法を利用する例である。スクリーン印刷法は、エポキシ樹脂などを、マスクの開口部を通して、基板に所定の層を形成する。印刷法で形成した時には、任意の樹脂パターンが形成できるので、絶縁層中に、開口部を設け電極の取り出し口を形成することもできる。
【００３３】
この例は、絶縁層の形成をテープ貼り付けで行うものである。例えば、７０μｍのポリエステル基材に１０μｍのアクリル粘着層を持ったテープを貼り合わせることによって簡単に形成することができる。テープの厚さを選ぶことによって絶縁層の厚みもコントロール可能である。
テープ基材は絶縁性の素材であれば良く、ポリエステル系に限らず、ウレタン系、フッ素系、ポリイミド、ポリアミドなどの耐熱性のある基材も使用可能であるし、粘着剤もウレタン系、ゴム系などでも使用可能である。
【００３４】
また、絶縁層の厚みを現像ギャップと同じにすることによって、感光体とのギャップを一定にすることが可能になり、所謂ギャップコロと同等働きをさせることができる。
【００３５】
円形度９６％以上の球形トナーを使用することにより表面形状のばらつきを、粉砕トナーのような不定形と比較して少なくできるので均一な搬送が可能になる。つまり、円形度が９６％より低い場合にトナーが基板と衝突のしたときの反発の方向がランダムになり、搬送方向から外れるトナーが生じる。このような円形度を規定することでトナーのバスライン（共通電極）への散逸を防止することが可能となる。
【００３６】
次に、このように構成した搬送基板１１におけるトナーの静電搬送の原理について説明する。搬送基板１１の複数の搬送電極１０２に対してｎ相の駆動波形を印加することにより、複数の搬送電極１０２によって移相電界（進行波電界）が発生し、搬送基板１１上の帯電したトナーは反発力及び／又は吸引力を受けて移送方向にホッピングと搬送を含んで移動する。
【００３７】
例えば、搬送基板１１の複数の搬送電極１０２に対して図７に示すようにグランドＧ（０Ｖ）と正の電圧＋との間で変化する３相のパルス状駆動波形（駆動信号）Ａ（Ａ相）、Ｂ（Ｂ相）、Ｃ（Ｃ相）をタイミングをずらして印加する。
【００３８】
このとき、図８に示すように、搬送基板１１上に負帯電のトナーＴがあり、搬送基板１１の連続した複数の搬送電極１０２に同図に（１）で示すようにそれぞれ「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」が印加されたとすると、負帯電のトナーＴは「＋」の搬送電極１０２上に位置する。
【００３９】
次のタイミングで複数の搬送電極１０２には（２）に示すようにそれぞれ「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」が印加され、負帯電のトナーＴには同図で左側の「Ｇ」の搬送電極１０２との間で反発力が、右側の「＋」の搬送電極１０２との間で吸引力がそれぞれ作用するので、負帯電のトナーＴは「＋」の搬送電極１０２側に移動する。さらに、次のタイミングで複数の搬送電極１０２には（３）に示すようにそれぞれ「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」が印加され、負帯電のトナーＴには同様に反発力と吸引力がそれぞれ作用するので、負帯電のトナーＴは更に「＋」の搬送電極１０２側に移動する。
【００４０】
このように複数の搬送電極１０２に電圧の変化する複相の駆動波形を印加することで、搬送基板１上には進行波電界が発生し、この進行波電界の進行方向に負帯電のトナーＴは搬送及びホッピングを行いながら移動する。なお、正帯電のトナーＴの場合には駆動波形の変化パターンを逆にすることで同様に同方向に移動する。
【００４１】
このようなトナーＴの搬送の様子について図９を参照して具体的に説明すると、同図の（ａ）に示すように、搬送基板１１の搬送電極Ａ〜Ｆがいずれも０Ｖ（Ｇ）で搬送基板１１上に負帯電のトナーＴが載っている状態から、同図の（ｂ）に示すように搬送電極Ａ、Ｄに「＋」が印加されると、負帯電のトナーＴは搬送電極Ａ及び搬送電極Ｄに吸引されて搬送電極Ａ、Ｄ上に移る。次のタイミングで、同図の（ｃ）に示すように、搬送電極Ａ、Ｄがいずれも「０」になり、搬送電極Ｂ、Ｅに「＋」が印加されると、搬送電極Ａ、Ｄ上のトナーＴは反発力を受けるとともに、搬送電極Ｂ、Ｅの吸引力を受けることになって、負帯電のトナーＴは搬送電極Ｂ及び搬送電極Ｅに搬送される。更に、次のタイミングで、同図の（ｄ）に示すように、搬送電極Ｂ、Ｅがいずれも「０」になり、搬送電極Ｃ、Ｆに「＋」が印加されると、搬送電極Ｂ、Ｅ上のトナーＴは反発力を受けるとともに、搬送電極Ｃ、Ｆの吸引力を受けることになって負帯電のトナーＴは搬送電極Ｃ及び搬送電極Ｆに搬送される。このように進行波電界によって負帯電のトナーは順次図中の右方向に搬送されることになる。
【００４２】
次に、図１の駆動回路の全体構成について図１０を参照して説明する。この駆動回路１２は、パルス信号を生成出力するパスル信号発生回路２１と、このパルス信号発生回路２１からのパルス信号を入力して駆動波形Ｖａ１、Ｖｂ１、Ｖｃ１を生成出力する波形増幅器２２ａ、２２ｂ、２２ｃと、パルス信号発生回路２１からのパルス信号を入力して駆動波形Ｖａ２、Ｖｂ２、Ｖｃ２を生成出力する波形増幅器２３ａ、２３ｂ、２３ｃとを含んで構成されている。そして、パルス信号発生回路２１は、例えばロジックレベルの入力パルスを受けて、各１２０°に位相シフトした２組のパルスで、次段の波形増幅器２２ａ〜２２ｃ、２３ａ〜２３ｃに含まれるスイッチング手段（図示せず）、例えばトランジスタを駆動して１００Ｖのスイッチングを行うことができるレベルの出力電圧１０〜１５Ｖのパルス信号を生成して出力する。
【００４３】
また、波形増幅器２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、図１の搬送領域の各搬送電極１０２及び回収領域の各搬送電極１０２に対して、例えば図１１に示すように、各相の＋１００Ｖの印加時間ｔａを繰り返し周期ｔｆの１／３である約３３％に設定した（以下、これを「搬送電圧パターン」又は「回収搬送電圧パターン」と称す）３相の駆動波形（駆動パルス）Ｖａ１、Ｖｂ１、Ｖｃ１を印加する。更に、波形増幅器２３ａ、２３ｂ、２３ｃは、図１の現像領域の各搬送電極１０２に対して、例えば図１２又は図１３に示すように、各相の＋１００Ｖ又は０Ｖの印加時間ｔａを繰り返し周期ｔｆの２／３である約６７％に設定した（以下、これを「ホッピング電圧パターン」と称す）３相の駆動波形（駆動パルス）Ｖａ２、Ｖｂ２、Ｖｃ２を印加する。
【００４４】
以上の説明のように、ＥＴＨ現像ではトナーをホッピングさせることによって潜像担持体の静電潜像を一成分現像方式で反転現像を行うことができる。すなわち、現像領域で、トナーが潜像の画像部に対しては潜像担持体側に向かい、非画像部に対してはトナーが潜像担持体と反対側に向かう方向の電界を形成する手段を備えることによって現像を行うことができる。
【００４５】
例えば、前述した図１３に示すホッピング電圧パターンの駆動波形のように、０〜−１００Ｖで遷移するパルス状電圧波形である場合、潜像担持体上の非画像部電位が−１００Ｖより低いときには、画像部に対してはトナーが潜像担持体側に向かい、非画像部に対してはトナーが潜像担持体と反対側に向かうことになる。この場合、潜像の非画像部の電位を−１５０Ｖや後述する−１７０Ｖとした場合に、トナーが潜像担持体側に向かうことが確認された。
【００４６】
また、ホッピング電圧パターンの駆動波形が２０Ｖ〜−８０Ｖで遷移するパルス状電圧波形である場合、画像部の電位を約０Ｖ、非画像部の電位が−１１０Ｖのときにも、パルス状駆動波形のローレベルの電位が潜像の画像部電位と非画像部電位との間にあるので、同様に、画像部に対してはトナーが潜像担持体側に向かい、非画像部に対してはトナーが潜像担持体と反対側に向かうことになる。
【００４７】
要するに、パルス状駆動波形のローレベルの電位を潜像の画像部の電位と非画像部の電位との間の電位に設定することで、非画像部へのトナーの付着を防止し、高品質の現像を行うことができる。
【００４８】
このように、ＥＴＨ現像においては、トナーがホッピングしていることにより潜像の画像部に対してトナーが吸引付着し、非画像部ではトナーが反発されて付着されないので、トナーによる潜像の現像を行うことができ、このとき、既にホッピングしているトナーは搬送基板１１との間で吸着力が生じないため、容易に潜像担持体側に搬送することができ、高い画像品質が得られる現像を低電圧で行うことができるようになる。
【００４９】
すなわち、従来の所謂ジャンピング現像方式にあっては、現像ローラから帯電トナーを剥離させて感光体に搬送させるには、トナーの現像ローラに対する付着力以上の印加電圧が必要であり、ＤＣ６００〜９００Ｖのバイアス電圧をかけなければならない。これに対して、本発明によれば、トナーの付着力は通常５０〜２００ｎＮであるが、搬送基板１上でホッピングしているために搬送基板１１に対する付着力が略零になるので、トナーを搬送基板１１から剥離する力が不要になり、低電圧で十分にトナーを潜像担持体側に搬送することが可能になるのである。
【００５０】
しかも、各搬送電極１０２間に印加する電圧が｜１５０〜１００｜Ｖ以下の低電圧であっても発生する電界が非常に大きい値となり、搬送電極１０２の表面に付着しているトナーを容易に剥離し、飛翔、ホッピングさせることが可能になる。また、ＯＰＣ等の感光体を帯電する時に発生するオゾン、ＮＯxが非常に少なく、又は皆無にすることができて、環境問題、感光体の耐久性に非常に有利となる。
【００５１】
従って、従来方式の現像ローラ表面、またはキャリア表面に付着しているトナーを剥離するために現像ローラと感光体の間に印加していた５００Ｖ〜数ＫＶの高電圧バイアスを必要とすることがなく、感光体の帯電電位を非常に低い値として、潜像を形成して現像することが可能になる。
【００５２】
例えば、ＯＰＣ感光体を使用し、その表面のＣＴＬ(Charge Transport Layer)の厚さが１5μｍ、その比誘電率εが３、帯電したトナーの電荷密度が（−３Ｅ−４Ｃ／ｍ２の場合、ＯＰＣ表面電位は約−１７０Ｖとなるが、この場合、搬送基板の電極への印加電圧として、０〜−１００Ｖ、デューティー５０％のパルス状駆動電圧を印加すると、平均で−５０Ｖとなり、トナーが負帯電であれば搬送基板の電極とＯＰＣ感光体との間の電界は前述した関係になる。
【００５３】
このとき、搬送基板とＯＰＣ感光体とのギャップ（間隔）が０．２〜０．３ｍｍであれば十分に現像が可能となる。トナーのＱ／Ｍ、搬送基板の電極への印加電圧、印刷速度すなわち感光体の回転速度によっても異なるが、負帯電トナーの場合、少なくとも感光体を帯電する電位は−３００Ｖ以下、または現像効率を優先した構成の場合は−１００Ｖ以下でも十分に現像を行うことができる。なお、正帯電の場合の帯電電位は＋電位となる。
【００５４】
ところで、上述したＥＴＨ現像は、搬送基板１１上でトナーをホッピングさせることによって、搬送基板１１との吸着力を０にすることで現像を行うものであるが、単に搬送基板上でトナーをホッピングにさせるだけでは、ホッピングしたトナーが潜像担持体側への進行性を有しているとしても、潜像担持体の潜像に付着することの確実性が保証されず、トナー飛散が生じる。
【００５５】
そこで、本発明は、ＥＴＨ現像について、ホッピングしたトナーが潜像担持体の潜像の画像部に対して選択的に確実に付着し、かつ、非画像部には付着しない、すなわち地汚れが生じない条件を見出したものである。
【００５６】
すなわち、潜像担持体の潜像の電位（表面電位）と搬送基板に印加する電位（発生させる電界）との関係を所定の関係に設定する、つまり、上述したように、潜像担持体の潜像の画像部に対してはトナーが潜像担持体側に向かい、非画像部に対してはトナーが搬送基板側に向かう電界を発生させる。これにより、潜像の画像部に対してはトナーが確実に付着し、非画像部に向かうトナーは搬送基板側に押し返されるので、搬送基板からホッピングしたトナーが効率的に現像に利用され、飛散を防止でき低電圧駆動による高品質現像を可能にすることができる。
【００５７】
この場合、搬送基板の電極に印加する電位の平均値（平均値電位）を潜像担持体の潜像の画像部の電位と非画像部の電位との間の電位に設定することで、上述したように、潜像担持体の潜像の画像部に対してはトナーが潜像担持体側に向かい、非画像部に対してはトナーが搬送基板側に向かう電界を発生させることができる。
【００５８】
以下、トナーの搬送及びホッピングを行うための搬送基板１１の複数の搬送電極１０２の電極幅Ｌ及び電極間隔Ｒ、並びに表面保護層１０３について説明する。
【００５９】
搬送基板１１における電極幅Ｌと電極間隔Ｒはトナーの搬送効率、ホッピング効率に大きく影響する。すなわち、搬送電極と搬送電極の間にあるトナーはほぼ水平方向の電界により、基板表面を隣接する搬送電極まで移動する。これに対して、搬送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、隣接する搬送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て搬送効率が上がる。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搬送電極に付着し、搬送効率が低下することになる。そこで、本発明は、低電圧で効率良く粉体を搬送、ホッピングするための適正な電極幅があることを見出した。
【００６０】
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、搬送、ホッピングの初速が得られやすい。しかし、搬送電極から搬送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移動効率が上がらないことになる。これについても、本発明によれば、低電圧で効率良く粉体を搬送、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。
【００６１】
更に、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。
【００６２】
そこで、搬送基板の電極幅、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、電極表面でのトナー吸着問題を解決し、低電圧で効率的な移動を行うことができる。
【００６３】
詳細に説明すると、先ず電極幅Ｌについては、電極幅Ｌをトナー径（粉体径）の１倍としたときは、最低１個のトナーを乗せて搬送、ホピングするための幅寸法であり、これより狭いとトナーに作用する電界が少なくなり、搬送力、飛翔力が低下して実用上は十分でない。また、電極幅Ｌが広くなるに従って、特に、電極上面中央付近で、電気力線が進行方向（水平方向）に傾斜し、垂直方向の電界の弱い領域が発生し、ホッピングの発生力が小さくなる。電極幅Ｌがあまり広くなると、極端な場合、トナーの帯電電荷に応じた鏡像力、ファンデルワールス力、水分等による吸着力が勝り、トナーの堆積が発生することがある。
【００６４】
そして、搬送及びホッピングの効率から、搬送電極の上にトナー２０個程度が乗る幅であれば吸着が発生しにくく、１００Ｖ程度の低電圧の駆動波形で効率良く搬送、ホッピングの動作が可能である。それ以上広いと部分的に吸着が発生する領域が生じる。例えば、トナーの平均粒径を５μｍとすると、５μｍ〜１００μｍまでの範囲に相当する。
【００６５】
よって、電極幅Ｌのより好ましい範囲は、駆動波形による印加電圧を１００Ｖ以下の低電圧でより効率的に駆動するため、粉体の平均粒径の２倍以上〜１０倍以下である。電極幅Ｌをこの範囲内とすることで、電極表面中央付近の電界強度の低下が１／３以下に抑えられ、ホッピングの効率低下は１０％以下となって、効率の大幅な低下をきたすことがなくなる。これは、例えばトナーの平均粒径を５μｍとすると、１０μｍ〜５０μｍの範囲に相当する。
【００６６】
更に、より好ましくは、電極幅Ｌは粉体の平均粒径の２倍以上〜６倍以下の範囲である。これは、例えばトナーの平均粒径を５μｍとすると、１０μｍ〜３０μｍに相当する範囲である。この範囲とすることによって非常に効率が良くなることが判明している。
【００６７】
ここで、図１４に示すように、図１の搬送基板１１上の搬送電極１０２の電極幅Ｌを３０μｍ、電極間隔Ｒを３０μｍ、搬送電極１０２の厚みを５μｍ、表面保護層１０３の厚みを０．１μｍとし、隣接する２つの搬送電極１０２にそれぞれ＋１００Ｖ、０Ｖを印加し、電極幅Ｌ、電極間隔Ｒに対する搬送電界ＴＥ、ホッピング電界ＨＥの強度を測定した結果を図１５及び図１６に示している。
【００６８】
なお、各評価データはシミュレーションと実測、および粒子の振る舞いについて高速度ビデオにより実測評価した結果である。図１４では細部を分かり易くするために搬送電極１０２は２つを示しているが、実際のシミュレーション、及び実験は前述したように十分な数の搬送電極を有する領域について評価している。また、トナーＴの粒径は８μｍ、電荷量は−２０μＣ／ｇである。
【００６９】
これらの図１５及び図１６で示す電界の強度は電極表面の代表点の値であり、搬送電界ＴＥの代表点ＴＥａは図１４に示す電極端部の５μｍ上方の点、ホッピング電界ＨＥの代表点ＨＥａは図１４に示す電極中央部の５μｍ上方の点とし、それぞれＸ方向、Ｙ方向のトナーに作用する一番電界の強い代表点に相当する。
【００７０】
これらの図１５及び図１６から、トナーの搬送、ホッピングに作用する力を付与できる電界としては（５Ｅ＋５）Ｖ／ｍ以上、吸着の問題がない好ましい電界としては（１Ｅ＋６）Ｖ／ｍ以上、更に十分な力を付与できるより好ましい電界としては（２Ｅ＋６）Ｖ／ｍ以上の範囲であることが分かる。
【００７１】
電極間隔Ｒについては、間隔が広くなるほど搬送方向の電界強度は低下するため、上記電界強度の範囲に対応する値としても同様で、前述したように、トナーの平均粒径の１倍以上〜２０倍以下、好ましくは２倍以上〜１０倍以下、更により好ましくは２倍以上〜６倍以下である。
【００７２】
また、図１６からホッピングの効率は電極間隔Ｒが広がると低下するが、トナー平均粒径の２０倍までは実用上のホッピング効率が得られる。トナー平均粒径の２０倍を越えるとやはり多くのトナーの吸着力が無視できなくなり、ホッピングが全く発生しないトナーが発生するため、この点でも電極間隔Ｒはトナーの平均粒径の２０倍以下とする必要がある。
【００７３】
以上のように、Ｙ方向の電界強度は電極幅Ｌ、電極間隔Ｒで決定され、狭い方が電界強度は高くなる。また、電極端部寄りのＸ方向の電界強度も電極間隔Ｒで決定され、狭い方が電界強度は高くなる。
【００７４】
このように、電極のトナー進行方向における幅をトナーの平均粒径の１倍以上２０倍以下で、かつ電極のトナー進行方向の間隔を粉体の平均粒径の１倍以上２０倍以下とすることによって、電極上又は電極間にある帯電したトナーに対し、その鏡像力、ファンデルワールス力、その他、吸着力にうち勝って、トナーを搬送、ホッピングさせるのに十分な静電力を作用させることができ、トナーの滞留が防止されて、低電圧で安定して効率的に搬送及びホッピングをさせることができる。
【００７５】
また、トナーの平均粒径が２〜１０μｍ、Ｑ／Ｍが負帯電の場合には−３〜−４０μＣ／ｇ、より好ましくは、−１０〜−３０μＣ／ｇ、正帯電の場合には＋３〜＋４０μＣ／ｇ、より好ましくは、＋１０〜＋３０μＣ／ｇであるときに、特に、上述した電極構成による搬送及びホッピングを効率的に行うことができた。
【００７６】
次に、表面保護層について説明すると、図３の表面保護層１０３を設けることにより、電極の汚れ、微粒子等の付着が無く、表面を搬送に好適な条件で維持することができ、高湿度環境での沿面リークの回避でき、Ｑ／Ｍの変動が無く、粉体の帯電電荷量を安定に維持することができる。
【００７７】
ここで、図１４の構成において表面保護層１０３の厚さを０．１〜８０μｍの範囲で変化させたときのＸ方向の電界強度を計算値で求めた結果を図１７に示している。
【００７８】
この表面保護層１０３の誘電率εは空気より高い値であり、通常ε＝２以上である。同図から分かるように、この表面保護層１０３の膜厚（電極表面からの厚さ）が厚すぎると、表面のトナーに作用する電界強度が低下する。そこで、搬送効率、耐温湿度環境等を考慮すると、搬送動作に対して効率低下を問題にしないで実用可能な表面保護層１０３の厚さは、３０％効率が低下する１０μｍ以下、より好ましくは効率低下が数％に抑えられる５μｍ以下である。
【００７９】
また、電極表面のホッピングに作用する電界強度の例を図１８及び図１９に示している。図１８は表面保護層１０３の厚みを５μｍとした例、図１９は表面保護層１０３の厚みを３０μｍとした例であり、いずれも電極幅３０μｍ、電極間隔３０μｍで印加電圧０Ｖ、１００Ｖとしている。
【００８０】
これらの各図からわかるように、表面保護層１０３の厚さが厚くなると空気より誘電率が高い保護層から隣接する電極方向へ向かう電界が増加するため、表面の垂直方向成分が減少するとともに、表面保護層１０３の厚み分、表面のトナーに作用する電界強度が低下する。
【００８１】
すなわち、ホッピングに作用する垂直方向成分の電気力線は表面保護層の厚さに大きく依存する。１００Ｖ程度の低電圧で効率的にホッピングに作用する力を付与できる電界は、吸着の問題がない好ましい電界として（１Ｅ＋６）Ｖ／ｍ以上、さらに十分な力を付与できるより好ましい電界としては（２Ｅ＋６）Ｖ／ｍ以上の範囲であり、そのための表面保護層の厚さとしては１０μｍ以下、より好ましくは５μｍ以下である。なお、表面保護層１０３の材料としては、比抵抗は１０＊Ｅ６Ωｃｍ以上、誘電率εが２以上の材料を用いることが好ましい。
【００８２】
このように、電極表面を覆う表面保護層を設け、この表面保護層の厚さを１０μｍ以下とすることで、特に粉体に対して垂直方向成分の電界をより強く作用させることができ、ホッピングの効率を上げることができる。
【００８３】
また、潜像担持体の帯電電位との関係については、トナーが負帯電トナーの場合、潜像担持体の表面の帯電電位を−３００Ｖ以下、正帯電トナーの場合、潜像担持体の表面の帯電電位を＋３００Ｖ以下にする。すなわち、潜像担持体の表面の帯電電位は｜３００｜Ｖ以下とする。
【００８４】
これによって、前述したように、搬送電極をファインピッチ化した場合に、各搬送電極１０２間に印加する電圧が１５０〜１００Ｖ以下の低電圧であっても発生する電界が非常に大きい値となり、搬送電極１０２表面に付着しているトナーを容易に剥離し、飛翔、ホッピングさせることが可能になる。また、ＯＰＣ等の感光体を帯電する時に発生するオゾン、ＮＯxが非常に少なく、又は皆無にすることができて、環境問題、感光体の耐久性に非常に有利となる。
【００８５】
次に、移動させるトナーの帯電極性と表面保護層の最外層の材料の関係について説明する。なお、表面保護層の最外層とは、表面保護層が単一層の場合には当該層を、表面保護層が複数層から形成される場合には粉体が接触する面を形成する層をいう。
【００８６】
画像形成装置に用いられるトナーを搬送する場合、トナーの８０％以上を占める樹脂材料としては、溶融温度、カラーにおいては透明性等が考慮され、一般的にはスチレン−アクリル系の共重合体、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリオール樹脂等が用いられる。トナーの帯電特性はこれらの樹脂の影響を受けるが、積極的に帯電量をコントロールする目的で帯電制御剤が加えられる。ブラックトナー（ＢＫ）用の帯電制御剤としては、正帯電の場合は、例えば、ニグロシン系染料、四級アンモニウム塩類、負帯電の場合は、例えば、アゾ系含金属錯体、サリチル酸金属錯体が使用される。また、カラートナー用の帯電制御剤としては、正帯電の場合は、例えば、四級アンモニウム塩類、イミダゾール系錯体類、負帯電の場合は、例えば、サリチル酸金属錯体や塩類、有機ホウ素塩類が使用される。
【００８７】
一方、これらのトナーは、搬送基板上を移相電界（進行波電界）によって搬送、またはホッピングする動作によって、表面保護層と接触、剥離を繰り返すため、トナーが摩擦帯電の影響を受けることになるが、その帯電量と極性は材料相互の帯電系列によって決まってくる。
【００８８】
この場合、トナーの帯電量を主に帯電制御剤によって決定される飽和帯電量、または多少低下する程度に維持することで、搬送、ホッピング、感光体現像にとっての効率を向上させることができる。
【００８９】
そこで、トナーの帯電極性が負の場合は、少なくとも表面保護層の最表面を形成する層の材料として、摩擦帯電系列上でトナーの帯電制御剤として用いられる材料の近傍（搬送、ホッピングの領域が少ない場合）に位置する材料か、または正端側に位置する材料を使用することが好ましい。例えば、帯電制御剤が、サリチル酸金属錯体の場合はこの近傍に位置するポリアミド系が好ましい。例えば、ポリアミド（ナイロン：商品名）６６、ナイロン（商品名）１１等を用いる。
【００９０】
また、トナーの帯電極性が正の場合は、少なくとも表面保護層の最表面を形成する層の材料として、摩擦帯電系列上でトナーの帯電制御剤として用いられる材料の近傍（搬送、ホッピングの領域が少ない場合）に位置する材料か、または負端側に位置する材料を使用することが好ましい。例えば、帯電制御剤が、四級アンモニウム塩類の場合はこの近傍、またはフッ素等のテフロン（登録商標）系材料を用いる。
【００９１】
次に、搬送電極の厚みについて説明する。
上述したように搬送電極の表面を覆う数μｍ厚さの表面保護層を形成した場合、表面保護層の下に搬送電極がある領域とない領域に対応して、搬送基板の表面には凹凸が生じることになる。このとき、搬送電極の厚さを３μｍ以下の薄層に形成することによって、保護膜表面の凹凸を問題にすることなくトナー等、５μｍ程度の粉体をスムースに搬送することができる。従って、搬送電極を３μｍ以下の厚みに形成すれば、搬送基板の表面の平坦化処理等を必要しないで、薄層の表面保護層を有する搬送基板を実用化でき、搬送、ホッピングのための電界強度が低下することもなくなり、より効率的な搬送、ホッピングを行うことができる。
【００９２】
次に、本発明の現像装置を搭載する別の発明に係る第１の実施の形態例の画像形成装置について図２０を参照して説明する。
この画像形成装置の全体の概略及び動作を説明すると、潜像担持体である感光体ドラム２０１は基体２０２上に感光体層２０３を形成してなり、同図で矢示方向に回転駆動される。この感光体ドラム２０１は帯電装置２０４によって一様に帯電され、露光部２０５からの読み取り画像に応じたレーザ光による書き込みにより、感光体ドラム２０１の表面に静電潜像が形成される。
【００９３】
そして、この感光体ドラム２０１の表面の静電潜像は、本発明に係る現像装置２０６によってトナーが付着されて可視像化され、この可視像は、給紙カセット２０７から給紙された転写紙（記録媒体）２０８に転写電源２０９からの電圧が印加される転写コロ２１０によって転写され、この可視像が転写された転写紙２０８は、感光体ドラム２０１の表面より分離されて、定着ユニット２１１のローラ間を通って、可視像が定着され、機外の排紙トレイへと排紙される。
【００９４】
一方、転写が終了した感光体ドラム２０１の表面に残留しているトナーはクリーニング装置２１２によって除去され、感光体ドラム２０１の表面に残留している電荷は除電ランプ２１３によって消去される。
【００９５】
そこで、本発明の現像装置について説明すると、現像装置２０６内には粉体であるトナーの帯電を施す部材の一例として帯電ブラシ２１４ａ、２１４ｂの両ブラシが接触するように配置され回転動作し、トナータンク２１５から送り込まれるトナーＴは帯電ブラシ２１４ａ、２１４ｂによる摩擦を受けて帯電が施される。そして、帯電が施されたトナーＴは、搬送基板２１６に送り込まれ、この搬送基板２１６上を搬送、ホッピングされて潜像担持体２０１に対向する現像領域に送られて、所要の現像を行った後、現像に供されなったトナーＴは搬送基板２１６の終端から落下して、逆送用の搬送基板２１７によってトナーに帯電を施す部材（帯電ブラシ２１４ｂ）に逆送される。
【００９６】
なお、搬送基板２１６及び逆送用の搬送基板２１７の構成は、上述した搬送基板１１と同様であり、搬送基板２１６及び逆送用の搬送基板２１７の各電極に駆動波形を与える駆動回路の構成も図示は省略するが、現像装置の各実施形態で説明した同様である。
【００９７】
このように構成することで、飛散トナーが少なく、高い現像品質で現像を行って高画質の画像を形成することができる。
【００９８】
次に、本発明の現像装置を搭載する別の発明に係る第２の実施の形態例の画像形成装置について図２１を参照して説明する。
第２の実施の形態例の画像形成装置の全体の概略及び動作を説明すると、潜像担持体である感光体ドラム３０１（例えば、有機感光体：ＯＰＣ）は同図で時計方向に回転駆動される。コンタクトガラス３０２上に原稿を載置し、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３０３とミラー３０４とを含む走査光学系３０５と、ミラー３０６、３０７を含む走査光学系３０８とが移動して、原稿画像の読み取りが行われる。ここで、走査された原稿画像がレンズ３０９の後方に配置した画像読取素子３１０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画像処理される。そして、この画像処理をした信号でレーザーダイオードを駆動し、このレーザーダイオードからのレーザ光をポリゴンミラー３１１で反射した後、ミラー３１２を介して感光体ドラム３０１上に照射する。この感光体ドラム３０１は帯電装置３１３によって一様に帯電されており、レーザ光による書き込みにより、感光体ドラム３０１の表面に静電潜像が形成される。
【００９９】
そして、この感光体ドラム３０１表面の静電潜像は、本発明に係る現像装置３１４によってトナーが付着されて可視像化され、この可視像（トナー像）は、給紙部３１５Ａ又は３１５Ｂから給紙コロ３１６Ａ又は３１６Ｂで給紙された転写紙（記録媒体）３１７に転写チャージャ３１８のコロナ放電により転写される。この可視像が転写された転写紙３１７は、分離チャージャ３１９により感光体ドラム３０１の表面より分離されて、搬送ベルト３２０によって搬送され、定着ローラ対３２１の圧接部を通って、可視像が定着され、機外の排紙トレイ３２２へと排紙される。
【０１００】
一方、転写が終了した感光体ドラム３０１の表面に残留しているトナーはクリーニング装置３２３によって除去され、感光体ドラム３０１の表面に残留している電荷は除電ランプ３２４によって消去される。
【０１０１】
図２１の現像装置３１４は、図２２に示すように、トナーを収納するトナーホッパ部３２５と、このトナーホッパ部３２５内のトナーを攪拌するアジテータ３２６と、トナーホッパ部３２５内のトナーを帯電させてトナーボックス部３２７に供給する帯電ローラ３２８及びこの帯電ローラ３２８の周面に接触させて配置したドクターブレード３２９とを備えている。また、トナーボックス部３２５内に供給されたトナーを現像のために搬送、ホッポングするために搬送する搬送基板３３０と、この搬送基板３３０の終端から落下する現像に供されなかったトナーを、帯電を施す部材である帯電ローラ３２８に戻す方向に搬送する逆送用の搬送基板３３１とを備えている。
【０１０２】
なお、上記第１の実施の形態例でも述べたとおり、搬送基板３３０及び逆送用の搬送基板３３１の構成は、上述した搬送基板１１と同様であり、搬送基板３３０及び逆送用の搬送基板３３１の各搬送電極に駆動波形を与える駆動回路の構成も図示は省略するが、上述した現像装置の各実施の形態例で説明した同様である。
【０１０３】
このように構成することで、飛散トナーが少なく、高い現像品質で現像を行って高画質の画像を形成することができる。
【０１０４】
次に、別の発明に係るプロセスカートリッジを備えた、第３の実施の形態例の画像形成装置について、図２３及び図２４を参照して簡単に説明する。なお、図２３はプロセスカートリッジを備えた画像形成装置の概略構成図、図２４はプロセスカートリッジの概略構成図である。
【０１０５】
図２３に示す画像形成装置４００は、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｂｋ）の４色でフルカラー画像を形成するレーザプリンタの一例であり、各色用の画像信号に応じたレーザビームを出射する４つの光書込装置４０１−Ｍ、４０１−Ｃ、４０１−Ｙ、４０１−Ｂｋ（以下、光書込装置４０１と総称する）と、作像用の４つのプロセスカートリッジ４０２−Ｍ、４０２−Ｃ、４０２−Ｙ、４０２−Ｂｋ（以下、プロセスカートリッジ５０２と総称する）と、画像が転写される記録用紙を収納する給紙カセット４０３と、給紙カセット４０３から記録用紙を給紙する給紙ローラ４０４と、記録用紙を所定のタイミングで搬送するレジストローラ４０５と、記録用紙を各プロセスカートリッジの転写部に搬送する転写ベルト４０６と、記録用紙に転写された画像を定着する定着ベルト４０７と加圧ローラ４０８からなる定着装置４０９と、定着後の記録用紙を排紙トレイ４１１に排紙する排紙ローラ４１０等を備えた構成となっている。
【０１０６】
４つのプロセスカートリッジからなるプロセスカートリッジ４０２は、図２４に示すように、各プロセスカートリッジ４０２は、ケース内に像担持体であるドラム状の感光体４１２と、帯電ローラ４１３と、本発明に係る現像装置４１４と、クリーニングブレード４１５等を一体に備え、画像形成装置の本体に対して着脱可能に構成している。現像装置４１４を着脱自在であるプロセスカートリッジ４０２内に具備させることにより、メンテナンス性の向上、他の装置との一体交換を容易に行うことができるようになる。
【０１０７】
また、現像装置４１４内には、トナー供給ローラ４１６、帯電ローラ４１７、搬送基板４１８、搬送基板４１８へのトナー送り込み基板４１９、回収トナーを戻すトナー戻しローラ４２０が設けられており、各色のトナーが収納されている。また、プロセスカートリッジ４０２の背面側には、光書込装置４０１からのレーザビームが入射される窓口となるスリット４２１が設けられている。
【０１０８】
各光書き込み装置４０１−Ｍ、４０１−Ｃ、４０１−Ｙ、４０１−Ｂｋは、半導体レーザ、コリメートレンズ、ポリゴンミラー等の光偏向器、走査結像用光学系等から構成され、装置外部のパーソナルコンピュータ等のホスト（画像処理装置）から入力される各色用の画像データに応じて変調されたレーザビームを出射し、各プロセスカートリッジ４０２−Ｍ、４０２−Ｃ、４０２−Ｙ、４０２−Ｂｋの感光体４１２上を走査し、静電荷像（静電潜像）を書き込む。
【０１０９】
そして、画像形成が開始されると、各プロセスカートリッジ４０２−Ｍ、４０２−Ｃ、４０２−Ｙ、４０２−Ｂｋの感光体４１２が帯電ローラ４１３で均一に帯電され、各光書込装置４０１−Ｍ、４０１−Ｃ、４０１−Ｙ、４０１−Ｂｋから画像データに応じたレーザビームが照射されて各感光体上に各色の静電潜像が形成される。
【０１１０】
この感光体４１２上に形成された静電潜像は、現像装置４１４の搬送基板４１８によるＥＴＨ現像により、各色のトナーによって現像され顕像化される。また、現像に供されなかったトナーは搬送基板４１８で搬送されてトナー戻しローラ４２０によってトナー送り込み基板４１９の入口側に戻される。このように、本発明に係る現像装置によって現像を行うことで、前述したように高品質の画像を形成することができる。
【０１１１】
一方、各プロセスカートリッジ４０２−Ｂｋ、４０２−Ｙ、４０２−Ｃ、４０２−Ｍの各色の画像形成に同期して、供給カセット４０３内の記録用紙が供給ローラ４０４で給紙され、レジストローラ４０５により所定のタイミングで転写ベルト４０６に向けて搬送される。そして、記録用紙は転写ベルト４０６に担持されて４つのプロセスカートリッジ４０２−Ｂｋ、４０２−Ｙ、４０２−Ｃ、４０２−Ｍの感光体４１２に向けて順次搬送され、各感光体上のＢｋ、Ｙ、Ｃ、Ｍの各色のトナー像が順次重ね合わせて転写される。４色のトナー像が転写された記録用紙は、定着装置４０９に搬送され、４色のトナー像からなるカラー画像が定着されて排紙トレイ４１１に排紙される。
【０１１２】
次に、別の発明に係るプロセスカートリッジを備えた、第４の実施の形態例の画像形成装置について、図２５及び図２６を参照して簡単に説明する。なお、図２５はプロセスカートリッジを備えた画像形成装置の概略構成図、図２６はプロセスカートリッジの概略構成図である。
【０１１３】
図２５に示す画像形成装置５００は、水平に延在する転写ベルト（像担持体）５０１に沿って、各色のプロセスカ−トリッジ５０２−Ｙ、５０２−Ｍ、５０２−Ｃ、５０２−Ｂｋ（以下、プロセスカートリッジ５０２と総称する）を並置したタンデム方式のカラー画像形成装置である。なお、プロセスカートリッジ５０２は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順で説明したが、この順番に特定されるものではなく、どの順番で並置してもよい。
【０１１４】
そして、図２６に示すプロセスカ−トリッジ５０２は、像担持体５０５、帯電手段５０６、搬送基板５０７を含む本発明に係る現像装置５０８、クリーニング装置５０９等の構成要素のうち、複数のものをプロセスカートリッジとして一体に結合して構成し、このプロセスカートリッジを複写機やプリンタ等の画像形成装置本体に対して着脱可能に構成している。
【０１１５】
通常、カラーの画像形成装置は複数の画像形成部を有するため装置が大きくなってしまう。また、現像装置、クリーニングや帯電などの各ユニットが個別で故障したり、寿命による交換時期がきた場合は、装置が複雑でユニットの交換に非常に手間がかかっていた。
【０１１６】
そこで、少なくとも像担持体と現像装置の構成要素をプロセスカートリッジ５０２として一体に結合して構成することによって、ユーザによる交換も可能な小型で高耐久のカラー画像形成装置を提供することができる。
【０１１７】
ここで、各色のプロセスカートリッジ５０２−Ｙ、５０２−Ｍ、５０２−Ｃ、５０２−Ｂｋで現像された像担持体５０５上の現像トナーは水平に延在する転写電圧が印加された転写ベルト５０１に順次転写される。
【０１１８】
このようにイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと画像の形成が行なわれ、転写ベルト５０１上に多重に転写され、転写手段５０３で転写材５０４にまとめて転写される。そして、転写材５０４上の多重トナー像は図示しない定着装置によって定着される。
【０１１９】
上記各実施の形態例の画像形成装置は、いずれも本発明に係る現像装置を備えているので、装置の小型化、低コスト化を図れ、トナー飛散などもなく、画像品質を向上することができる。
【０１２０】
なお、上記実施の形態例においては、粉体としてトナーを例に説明しているが、トナー以外の粉体を搬送するための装置などにも同様に適用することができる。また、搬送電極に印加する駆動信号は３相を例に説明しているが、４相、６相などのｎ相（ｎは２以上の正の整数）でもよい。更に、搬送基板を円筒状にすることにより、搬送基板からのトナー回収が、小型化が可能になり、利用効率も向上する。
【０１２１】
また、本発明は上記実施の形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】本発明の一実施の形態例に係る現像装置の構成を示す概略図である。
【図２】本実施の形態例の現像装置の搬送基板の平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ’線断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ’線断面図である。
【図５】図２のＣ−Ｃ’線断面図である。
【図６】図２のＤ−Ｄ’線断面図である。
【図７】搬送基板に与える駆動波形の一例を示す波形図である。
【図８】粉体の搬送及びホッピングの様子を示す概略図である。
【図９】粉体の搬送及びホッピングの様子の具体例を示す概略図である。
【図１０】図１の駆動回路の一例を示すブロック図である。
【図１１】搬送電圧パターン及び回収搬送電圧パターンの駆動波形の一例を示すタイムチャートである。
【図１２】ホッピング電圧パターンの駆動波形の一例を示すタイムチャートである。
【図１３】ホッピング電圧パターンの駆動波形の他の例を示すタイムチャートである。
【図１４】本実施の形態例の現像装置の搬送基板の電極幅及び電極間隔を示す図である。
【図１５】電極幅と０Ｖ電極端の電界（Ｘ方向）の関係の一例を示す特性図である。
【図１６】電極幅と０Ｖ電極端の電界（Ｙ方向）の関係の一例を示す特性図である。
【図１７】表面保護層の膜厚と電界強度の関係の一例を示す特性図である。
【図１８】表面保護層の膜厚（５μｍ）と電界強度の関係を示す図である。
【図１９】表面保護層の膜厚（３０μｍ）と電界強度の関係を示す図である。
【図２０】別の発明に係る第１の実施の形態例に係る画像形成装置の構成を示す概略構成図である。
【図２１】別の発明に係る第２の実施の形態例に係る画像形成装置の構成を示す概略構成図である。
【図２２】図２１の現像装置の構成を示す拡大概略構成図である。
【図２３】別の発明に係る第３の実施の形態例に係る画像形成装置の構成を示す概略構成図である。
【図２４】図２３の現像装置を含むプロセスカートリッジの構成を示す拡大概略構成図である。
【図２５】別の発明に係る第４の実施の形態例に係る画像形成装置の構成を示す概略構成図である。
【図２６】図２５の現像装置を含むプロセスカートリッジの構成を示す拡大概略構成図である。
【符号の説明】
【０１２３】
１０，２０６，３１４；現像装置、
１１，２１６，２１７，３３０，３３１，４１８，５０７；搬送基板、
１２；駆動回路、２０；感光体ドラム、２１；パスル信号発生回路、
２２ａ〜２２ｃ、２３ａ〜２３ｃ；波形増幅器、１０１；支持基板、
１０２；搬送電極、１０３；表面保護層、１０４；共通電極、
１０５；層間絶縁膜、１０６；コンタクトホール、１０７；絶縁層、
２００，３００，４００，５００；画像形成装置、
４０２，５０２；プロセスカートリッジ。
【図１】
0004734142.tif 000002
【図２】
0004734142.tif 000003
【図３】
0004734142.tif 000004
【図４】
0004734142.tif 000005
【図５】
0004734142.tif 000006
【図６】
0004734142.tif 000007
【図７】
0004734142.tif 000008
【図８】
0004734142.tif 000009
【図９】
0004734142.tif 000010
【図１０】
0004734142.tif 000011
【図１１】
0004734142.tif 000012
【図１２】
0004734142.tif 000013
【図１３】
0004734142.tif 000014
【図１４】
0004734142.tif 000015
【図１５】
0004734142.tif 000016
【図１６】
0004734142.tif 000017
【図１７】
0004734142.tif 000018
【図１８】
0004734142.tif 000019
【図１９】
0004734142.tif 000020
【図２０】
0004734142.tif 000021
【図２１】
0004734142.tif 000022
【図２２】
0004734142.tif 000023
【図２３】
0004734142.tif 000024
【図２４】
0004734142.tif 000025
【図２５】
0004734142.tif 000026
【図２６】
0004734142.tif 000027