(57)【要約】【課題】トナーへの負荷を低減してトナーの劣化を最小限に抑え、長期に亘って高品位な画像を形成できると共に、カラー画像も安価に形成できるようにする。【解決手段】電極ローラ６の中心を感光体ドラム１の中心を通る垂線よりトナーホッパ４側に位置させ、感光体ドラム１の中心と電極ローラ６の中心とを結ぶ直線をトナーホッパ４側に傾けた。現像ギャップにおけるトナー５に作用する重力３１の接線３０に平行な接線方向成分３２が感光体ドラム１の周面の回転方向の上流側に向かうことにより、トナー５が自重により現像ギャップから流出することがない。また、接線３０と水平線３４とがなす角度θを、トナーの安息角よりも小さくする。これによって、現像ギャップに十分な量のトナーを供給することができる。【選択図】  図３
2005195966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転自在に支持された円筒状の感光体ドラムと、
静電潜像が形成された前記感光体ドラムに面して開口部を有し、非磁性一成分のトナーを貯蔵するトナーホッパと、
前記トナーが供給された前記感光体ドラムと所定の間隙を保持して対向し、前記感光体ドラムとの対向位置で表面が前記感光体ドラムの表面と逆方向に移動する円筒状の電極ローラと、
を備える画像形成装置において、
前記対向位置でトナーに作用する重力の前記感光体ドラムの周面における接線方向成分が前記感光体ドラムの周面の回転方向の上流側に向かうことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記対応位置内の前記感光体ドラムと前記電極ローラとが最も接近する位置での前記感光体ドラムの周面における接線が水平線となす角度が、トナーの安息角よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記電極ローラの周面とトナーとの摩擦係数が、前記感光体ドラムの周面とトナーとの摩擦係数よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記電極ローラの周速が、前記感光体ドラムの周速以上であることを特徴とする請求項１〜３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
起動時に前記感光体ドラムが回転を開始するよりも先に、前記電極ローラが回転を開始することを特徴とする請求項１〜４に記載の画像形成装置。
【請求項６】
静電潜像を形成された前記感光体ドラムの表面に、前記トナーホッパ内で前記電極ローラと対向する上流側の位置でトナーを供給する回転部材を備えることを特徴とした請求項１〜５に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記回転部材と前記感光体ドラムとの間隔が、前記感光体ドラムと前記電極ローラとの間隔以上であることを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置、特に感光体ドラム上に形成された静電潜像をトナーによって現像する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
トナーを用いる画像形成装置としては、静電潜像担持体である感光体ドラムに近接または当接して配置される現像剤担持体と、現像剤担持体にトナーを供給する現像剤供給部材と、現像剤担持体に当接して現像剤担持体上のトナーを薄層化するとともに摩擦帯電により電荷を付与する層規制ブレードと、を備えたものが実用化されている。この画像形成装置で適切な現像を行うには、現像剤担持体上に常に安定したトナーの薄層を形成することが非常に重要である。しかし、現像剤担持体上のトナー層の帯電および均一なトナー層形成は層規制ブレードと現像剤担持体との当接圧を高く設定することが必要である。
【０００３】
ところが、層規制ブレードと現像剤担持体の当接圧を高くすると、当接部でトナーに過剰な負荷がかかりトナーが劣化し、トナーの流動性や帯電性が低下する。このため、層規制ブレードへの融着による白筋や、搬送されるトナー量の低下による濃度低下、さらに帯電状態が正常でないトナーが感光体ドラムに供給されることによる画像のカブリやトナー飛散などにより画像が劣化する。
【０００４】
上記の層規制ブレードを用いない画像形成装置として、図５に示す構成を供えたものが知られている。
【０００５】
図において１０６は磁性粉を含有する磁性トナー、１０５はトナー溜め、１０１は静電潜像が形成される静電潜像担持体としての感光体ドラム、１０２は感光体ドラム１０１に内包され固定された磁石、１０７は感光体ドラム１０１と所定の間隔を保って対向する電極ローラ、１０８は電極ローラに内包され固された磁石、１０３は感光体ドラム１０１を均一に帯電するコロナ帯電器、１０４は感光体ドラム１０１に潜像を書き込む信号光、１１１は記録紙、１１２は感光体ドラム１０１上のトナー像を記録紙へ転写する転写器、１０９は電極ローラ１０７に電圧を印加する交流高圧電源、１１０は電極ローラ１０７上のトナーを掻き取るスクレーパである。トナーは感光体ドラム１０１内の磁石１０２と電極ローラ１０７内の磁石１０８の磁力により、それぞれ感光体ドラム１０１と電極ローラ１０７に強力に引きつけられている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
以上のように構成された画像形成装置について、以下、その動作を説明する。まず、感光体ドラム１０１をコロナ帯電器１０３で帯電させた後、信号光１０４で露光して静電潜像を形成する。この感光体ドラム１０１の表面の全面にトナー１０６をトナー溜め１０５内で磁力により付着させ、感光体ドラム１０１を回転させて電極ローラ１０７との対向部を通過させる。このとき、電極ローラ１０７に所定の電圧を印加することにより、感光体ドラム１０１の非画像部に付着したトナーは電極ローラ１０７に回収され、感光体ドラム１０１上には画像部のみにトナー１０６が残ることによってトナー像が形成される。矢印方向に回転する電極ローラ１０７に付着したトナー１０６はスクレーパ１１０により掻き取られ、再びトナー溜め１０５内に戻り、次の画像形成に用いられる。こうして感光体ドラム１０１上に得られたトナー像を転写器１１２により記録紙１１１へ転写して不図示の定着器により定着する。
【特許文献１】特開平５−１８１３５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような構成では感光体ドラム１０１内の固定された磁石１０２でトナー１０６を強力に引きつけながら感光体が回転する。同様に電極ローラ１０７内の固定された磁石１０８でトナー１０６を強力に引きつけながら電極ローラ１０７が回転する。このため、感光体ドラム１０１と電極ローラ１０７との回転により、トナー１０６に強い負荷が作用する。この負荷によりトナー１０６が劣化するために、感光体ドラム１０１の表面に付着するトナー１０６の減少によって画像濃度が低下、さらに画像のカブリやトナー飛散等を生じて画像品位が劣化する。また、磁力により感光体ドラム１０１へ強力に引きつけるため、トナー１０６の帯電特性とは関係なく感光体ドラム１０１と電極ローラ１０７との現像位置へトナー１０６が搬送される。このため、帯電能力の低いトナー１０６も対向部へ搬送されて現像に供されるので、帯電量の低いトナー１０６が非画像部へ付着してカブリを生じる。
【０００８】
また、構成が簡単な一成分トナーを用いるためには、トナー１０６が磁性体を含む必要がある。このため、カラートナーとして用いるためには、高価な透明磁性体が必要となりトナーが非常に高価になる。
【０００９】
しかしながら安価でカラー化が容易な非磁性一成分トナーを用いる場合、感光体ドラムと電極ローラの間隙におけるトナー層が、感光体ドラムの回転の法線方向に対して同方向の重力成分を有すると、この間隙からトナーが流出する恐れがある。
【００１０】
本発明は上記の課題に鑑み、トナーへの負荷を低減してトナーの劣化を最小限に抑え、長期に亘って高品位な画像を形成できると共に、カラー画像も安価に形成できる画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明は上記の課題を解決するために、以下の構成を備えている。
【００１２】
（１）回転する円筒状の感光体ドラムと、
静電潜像が形成された前記感光体ドラムに面して開口部を有し、非磁性一成分のトナーを貯蔵するトナーホッパと、
前記トナーが供給された前記感光体ドラムと所定の間隙を保持して対向し、前記感光体ドラムとの対向位置で表面が前記感光体ドラムの表面と逆方向に移動する円筒状の電極ローラと、
を備える画像形成装置において、
前記感光体ドラムと前記電極ローラの間隙におけるトナーに作用する重力の接線方向成分が前記感光体ドラムの周面の回転方向の上流側に向かうことを特徴とする。
【００１３】
この構成では、感光体ドラムと電極ローラとの対向位置（以下現像ギャップと称す。）に位置するトナーに作用する重力の接線方向成分が感光体ドラムの周面の回転方向の上流側に向かうように、感光体ドラム、電極ローラ及びトナーホッパが配置される。したがって現像ギャップにあるトナーが自重によって前記感光体ドラムの周面の回転方向の下流側に移動することがない。
【００１４】
（２）感光体ドラムと電極ローラの間隙における感光体ドラムの周面の感光体ドラムと電極ローラが最も接近する位置での接線と水平線がなす角度が、トナーの安息角よりも小さいことを特徴とする。
【００１５】
この構成では、感光体ドラム周面における電極ローラが最も接近する位置での接線がトナーの安息角より小さい角度で水平線と交わる。したがって、現像ギャップにおいてトナー上面が感光体ドラムの回転方向の上流側から下流側も向かって下向きになる。
【００１６】
（３）電極ローラの周面とトナーの摩擦係数が、感光体ドラムの周面とトナーの摩擦係数よりも大きいことを特徴とする。
【００１７】
この構成では、現像ギャップからトナーを搬送する力が、感光体ドラムがトナーホッパから現像ローラとの対向位置へトナーを搬送する力より大きくなる。したがって、現像ギャップではトナー密度が疎となる。
【００１８】
（４）電極ローラの周速が、感光体ドラムの周速以上であることを特徴とする。
【００１９】
この構成では、現像ギャップからトナーを搬送する力が、感光体ドラムがトナーホッパから現像ローラとの対向位置へトナーを搬送する力より大きくなる。したがって、現像ギャップではトナー密度が疎となる。
【００２０】
（５）起動時に感光体ドラムが回転を開始するよりも先に、電極ローラが回転を開始することを特徴とする。
【００２１】
この構成では、電極ローラが回転を開始した後に感光体ドラムが回転を開始する。したがって現像ギャップで感光体ドラムに付着した余分なトナーがトナーホッパに戻された後に感光体ドラムが回転を開始する。
【００２２】
（６）静電潜像を形成された前記感光体ドラムの表面に、トナーホッパ内で電極ローラと対向する上流側の位置でトナーを供給する回転部材を備えることを特徴とする。
【００２３】
この構成では、感光体表面へ供給されるトナーが回転部材の回転により攪拌される。したがって回転部材とトナーあるいはトナー同士が摩擦力により予備帯電し、鏡像力による感光体へのトナーの付着力が増加する。
【００２４】
（７）回転部材と感光体ドラムの間隔が、前記感光体ドラムと電極ローラの間隔以上であることを特徴とする
この構成では、回転部材と感光体ドラムとの間に感光体ドラムと電極ローラとの間隙以上の間隙が設けられる。したがって、現像ギャップに搬送すべきトナー量より多量のトナーが回転部材と感光体ドラムの間を経由して感光体ドラムと電極ローラとの対向位置に搬送される。
【発明の効果】
【００２５】
この発明によれば、
（１）トナーが現像ギャップから前記感光体ドラムの周面の回転方向の下流側に移動しないので現像ギャップからのトナーの流出を防ぐことができる。
【００２６】
（２）この構成では、現像ギャップにトナーが自重によって落下しやすくされるため、現像ギャップに十分な量のトナーを搬送できる。
【００２７】
（３）現像ギャップでトナーが疎となるため、交番電界によるトナーの振動が可能な状態を保つことができる。
【００２８】
（４）現像ギャップでトナーが疎となるため、交番電界によるトナーの振動が可能な状態を保つことができる。
【００２９】
（５）現像ギャップでの感光体ドラムに付着した余分なトナーを取り去ることにより、トナー飛散による汚れの発生を抑えることができる。
【００３０】
（６）鏡像力による感光体への付着力を増加させることができることにより十分な画像濃度が得られると共に、画像の安定性を向上させることができる。
【００３１】
（７）感光体が搬送するトナー量を現像に必要なトナー量以上とすることができるので、十分な画像濃度が得られると共に、画像の安定性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。
【００３３】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態における画像形成装置の断面図である。
【００３４】
図１において、感光体ドラム１はＧＮＤ電位に接続された基材のアルミ素管上に有機光感光層を有し、直径３０ｍｍで、図示の方向に周速度８０ｍｍ／ｓで回転する。感光体の材料としては酸化亜鉛、セレン、アモルファスシリコン等の材料を用いることができる。素管上の感光層は電荷発生層、電荷輸送層を積層して、４０μｍの層厚に形成されている。感光体の層構成は上記に限るものではなく、感光層の下層に下地層、表面に表面層を設けても良い。
【００３５】
帯電ローラ２は所定の電圧を印加されることにより感光体ドラム１の表面を均一に負極性に帯電させる。感光体ドラム１を均一に帯電させる手段としては、スコロトロン等のコロナ帯電器を用いても良い。信号光３は感光体ドラム１上に潜像を形成する。
【００３６】
トナー５は負帯電性の絶縁性非磁性一成分トナーであり、結着樹脂に着色剤及び、離型剤が分散されており、体積平均粒径を６．５μｍ、軟化点を１００℃、安息角を４０°、顔料の含有率を１５％、離型剤としてのワックスの含有率を１２％としている。
【００３７】
本発明で使用するトナーに使用可能な結着樹脂は、一般の電子写真技術において使用されているトナー用樹脂であれば特に制限はない。具体的には、ポリスチレン、ポリ−ｐ−クロルスチレン、ポリビニルトルエンなどのスチレンおよびその置換体の単重合体、スチレン−Ｐ−クロルスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタレン共重合体、スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−メタアクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタアクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタアクリル酸ブチル共重合体、スチレン−α−クロロメタアクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−アクリロニトリル−インデン共重合体などのスチレン系共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリビニルブチラール、ロジン変性レジン、テルペン樹脂、フェノール樹脂、キシレン樹脂、脂肪族又は、脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンワックス等を単独または２種以上の組合せで使用することができる。特にフルカラートナー用としては、熱特性制御などから軟化点が９５℃以上、１２０℃以下のポリエステル樹脂が好ましい。
【００３８】
また、本発明で使用する現像剤に使用可能な着色剤としては、一般の電子写真技術で使用されているトナー用着色剤であれば特に制限はない、例えば、従来からモノクロ用として用いられているカーボンブラックやニグロシン染料などの他に、アゾ系染料、アントラキノン系染料、インジゴ染料、フタロシアニン系染料、キサンテン系染料などの染料、アゾ系顔料、ベンズイミダゾロン系顔料、キナクリドン系顔料、フタロシアニン系顔料、イソインドリノン系顔料、イソインドリン系顔料、ジオキサジン系顔料、アントラキノン系顔料、ぺリレン系顔料、ぺリノン系顔料、チオインジゴ系顔料、キノフタロン系顔料、金属錯体系顔料などの有機系顔料および酸化チタン、カーボンブラック、モリブデンレッド、クロムイエロー、チタンイエロー、酸化クロム、ベルリンブルーなどの無機系顔料およびアルミニウム粉などの金属粉のような公知の染料や顔料を用いることができる。
【００３９】
離型剤としてのワックスとしては特に限定されるものではなく、例えば、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、パラフィンワックス等が採用できる。
【００４０】
本発明で使用するトナー中には、必要に応じて、帯電制御剤、流動性向上剤、定着促進剤、導電剤を、適宜選択して添加することができる。
【００４１】
トナーホッパ４はトナー５を収容するトナー溜めである。本実施の形態では、トナー５を感光体へ供給するトナー供給するトナー供給手段として、トナーホッパ４の下方に感光体に面する開口部を設け、重力によりトナー５が感光体に接触する構成としている。
【００４２】
電極ローラ６は感光体ドラム１との間に２００μｍのギャップを設けて対向させた直径１５ｍｍのステンレス製のものであり、図中矢印で示す方向へ周速度８０ｍｍ／ｓで回転する。感光体ドラム１と電極ローラ６の回転方向は図示のように対向位置（現像ギャップ）で表面が逆方向へ移動する方向で、周速は等速である。電極ローラ６の材質は導電性であれば良く、体積抵抗としては１０5 Ωｃｍ以下であればよい。電極ローラ６の径は１０ｍｍ〜２０ｍｍの範囲が良い。電極電源１０は電極ローラ６に対して直流電圧に交番電圧を重畳した電圧を印加する。電極ローラ６には図２に示すように、−４００Ｖの直流電圧（ＤＣＶ）に周波数２ｋＨｚで振幅が１．６ｋＶｐ−ｐ（Ｖｐｐ）の交番電圧を重畳して印加している。この交番電圧はｓｉｎ波でも矩形波でもよく、潜像が形成された感光体ドラム１の表面と電極ローラ６との間に実質的に交番電界が作用すればよい。
【００４３】
スクレーパ９は、この発明の除去手段であり、ステンレス製厚さ５０μｍの板材により構成されており、電極ローラ６上のトナー５を掻き落とす。転写ローラ８は感光体ドラム１上のトナー像を記録紙７へ転写する。
【００４４】
電極ローラ６の中心が感光体ドラム１の中心を含む垂線よりトナーホッパ４側に配置している。このため、感光体ドラム１の中心と電極ローラ６の中心とを結ぶ直線がトナーホッパ４側に傾いている。
【００４５】
３０は現像ギャップにおける感光体ドラム１の接線に平行な直線であり、以下においては便宜上接線という。感光体ドラム１により搬送されたトナー５には重力３１が作用している。電極ローラ６の中心が感光体ドラム１の中心を含む垂線よりトナーホッパ４側に配置している。このため、感光体ドラム１の中心と電極ローラ６の中心とを結ぶ直線がトナーホッパー４側に傾いている。現像ギャップにおけるトナー５に作用する重力３１の接線３０に平行な接線方向成分３２が感光体ドラム１の周面の回転方向の上流側に向かうことにより、トナーが自重により現像ギャップから流出することを防ぐことができる。
【００４６】
また、接線３０と水平線３４とがなす角度θを、トナーの安息角よりも小さくする。したがって、感光体ドラムと電極ローラとの対向位置においてトナー上面が感光体ドラムの回転方向の上流側から下流側に向かって下向きになる。これによって、トナーホッパ４内のトナー５が自重によって現像ギャップ内に移動しやすくなり、現像ギャップに十分な量のトナーを供給することができる。接線３０と水平線とがなす角度が、トナーの安息角よりも大きくなると現像ギャップへのトナー供給量が少なくなり、画像濃度の低下などの問題が発生する。
【００４７】
次に、以上のように構成した画像形成装置の動作を説明する。
【００４８】
画像形成装置において、現像形成を行う際には、まず、電極ローラ６を回転させ、それに続いて感光体ドラム１を回転させる。感光体ドラムよりも先に電極ローラ６を回転させることで、現像ギャップから感光体ドラム１側への余分なトナーの移動を抑え、記録紙や転写ローラの汚れを防ぐことができる。
【００４９】
次に、感光体ドラム１を帯電ローラ２により−６００Ｖに均一に帯電させる。この感光体を信号光３が露光することで、感光体ドラム１上に静電潜像を形成する。この感光体ドラム１の露光電位は一例として−７０Ｖである。この感光体ドラム１表面に重力によりトナー５が供給される。感光体ドラム１近傍のトナー５が感光体ドラム１の回転により電極ローラ６との対向部の現像ギャップへ搬送される。
【００５０】
静電潜像とトナー５を搬送する感光体ドラム１が電極ローラ６との対向部を通過すると、感光体ドラム１上には静電潜像に対応したトナー像が得られる。図示の矢印方向に回転する電極ローラ６の表面に付着して搬送されるトナー５は、スクレーパ９により掻き取られて、トナーホッパ４へ戻される。こうして感光体ドラム１上に得られたトナー像は転写ローラ８へ印加される電圧により記録紙７に転写される。この記録紙７に転写されたトナー像を不図示の定着器により加熱及び加圧することにより、記録紙７上に画像が得られる。この結果、画像はカブリも無く、濃度も十分で均一で、細線にも優れた高品位な画像が実現できる。
ここで、画像形成時のトナーの挙動について詳しく述べる。
【００５１】
まず、トナーホッパ４内のトナー５は感光体ドラム１表面に重力により供給される、感光体ドラム１近傍のトナー５は感光体ドラム１と接触して接触帯電するとともに、感光体ドラム１の回転により攪拌されたトナ−５同士が摩擦帯電して電荷を帯びる。このトナ−５の電荷による鏡像力により、トナー５の感光体ドラム１への付着力が増加し、より多くのトナー５が感光体ドラム１の回転により搬送されるようになる。感光体ドラム１の回転により搬送されるトナー５は、感光体ドラム１と電極ローラ６の対向部に形成される楔状の空間に進入するに従って搬送される量が規制される。こうして、所定量のトナー５が感光体ドラム１の回転により電極ローラ６との現像位置の現像ギャップへ搬送される。このとき、トナー５は全体として−５μＣ／ｇに帯電する。
【００５２】
現像ギャップへ搬送されたトナー５は電極ローラ６に印加された現像電位と感光体ドラム１の電位により形成される現像電界により運動する。電極電圧には交番電圧が重畳されているので現像ギャップにおいてトナー５が往復運動してクラウド状になる。この交番電圧による電界によっても現像ギャップの内部へ侵入するトナー量は規制される。また、クラウド状態での往復運動により、トナー粒子と感光体ドラム１及び電極ローラ６との接触機会が増加する。この接触によりトナー５が接触帯電するために、現像ギャップ中でトナー５の帯電は正規の極性に揃うと共に帯電量が増加する。これにより、静電潜像に忠実に細線もシャープに現像できると共に、画像濃度も確保でき、カブリの少ない良好な画像を得ることができる。
【００５３】
また、トナー５の往復運動により、感光体ドラム１の非画像部に付着したトナー粒子と運動するトナー粒子との衝突が発生する。この衝突時に感光体ドラム１上のトナー５が弾き飛ばされて移動するので、非画像部のトナー５と感光体ドラム１との付着力を低減させて、電界力により除去することが容易になる。この作用によって、非画像部のカブリを除去して良好な画像を得ることができる。現像後の感光体ドラム１上のトナー像は全体として−１８μＣ／ｇに帯電する。
【００５４】
また、感光体ドラム１へ供給されたトナー５は、トナー粒子同士が凝集しているために流動性が低下しているので、トナー粒子径よりも大きな現像ギャップから流出することは無い。一方、現像ギャップでは交番電界によりトナー５の凝集が分散されるので、現像ギャップへは適量のトナー５が搬送される。
【００５５】
トナー５は現像ローラ６と感光体ドラム１との間を往復運動しながら、所定極性に帯電する。従って、トナー５が感光体ドラム１上に複数層形成していても、全てのトナー５を均一にむらなく帯電することが可能である。この結果未帯電トナーや、弱帯電トナー、逆帯電トナーの発生を防止することが可能になり、カブリ、濃度低下の発生を防止することができる。
【００５６】
なお、感光体ドラム１と電極ローラ６の現像位置のギャップは２００μｍとしたが、ベタ濃度を実現するために必要な感光体ドラム１上のトナー層厚よりも広ければよい。これにより、感光体ドラム１と電極ローラ６の現像位置で、トナー５が交番電圧により現像ギャップ内を疎な状態で往復運動できるので、トナー５と電極ローラ６および感光体ドラム１との接触帯電機会が増加する。同時に、往復運動により、感光体ドラム１の非画像部に付着したトナー粒子に運動するトナー粒子を衝突させることができる。このため、非画像部のトナー５と感光体ドラム１との付着力を低減させて、電界力により除去することが可能になる。したがって、非画像部のカブリを除去して良好な画像を得ることができる。
【００５７】
また、感光体ドラム１の素管上の感光層の厚さは、４０μｍとしている。感光体ドラム１上のトナー５の感光体に付着させる鏡像力はトナー５の電荷と、この電荷によりＧＮＤ電位の素管に誘起される鏡像電荷の吸引力として考えられる。このため、トナー５と素管の距離が増加すると、トナー５を感光体ドラム１に付着させる力は距離の二乗に反比例して低下する。この感光体ドラム１の膜厚が５０μｍの場合には十分なトナー搬送力が得られないため、十分な画像濃度が得られない。本実施の形態の４０μｍの膜厚では、十分な画像濃度が得られる。この感光体ドラム１の膜厚には、転写や帯電、クリーニングといった感光体ドラム１への負荷による膜厚の低下を考慮する必要があり、トナーホッパ４のトナー容量に対応する寿命を保証するために、５μｍの厚さが必要であり、１０μｍ以上とすることが望ましい。
【００５８】
電極電源１０の交番電圧としては、感光体ドラム１と電極ローラ６の対向部でトナー５が振動可能な電圧、電界強度としては５×１０6 Ｖ／ｍ（ｐ−ｐ）以上の電界が作用すればよい。本実施の形態では現像ギャップが２００μｍ、交番電圧が１．６ｋＶｐ−ｐなので、交番電界強度は８×１０6 Ｖ／ｍとなる。この範囲に電圧値を設定することによって、感光体ドラム１と電極ローラ６の現像位置でトナーが振動可能なので、対向部での帯電機会を確保し、非画像部のトナー５を除去する作用も十分に得られる。
【００５９】
一方、電源電圧を安価に製造するために、交番電圧の振幅はｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋで５ｋＶ以下とすることが望ましい。この電圧でトナーを感光体ドラム１と電極ローラ６とのギャップ内で往復運動させるために、現像ギャップは１ｍｍ以下とすることが望ましい。これにより、安価な電源で良好な画像を得ることができる。
【００６０】
さらに、電極電源１０による電極ローラ６の電位と感光体ドラム１の潜像による電位とにより形成される現像ギャップにおける電界強度の最大値が大気中における放電開始電圧よりも低いことが好ましい。
【００６１】
なお、感光体ドラム１と電極ローラ６との放電開始電圧は、下記の式（１）で求まる。    Ｖｔｈ＝３１２＋６．２ｚ…（１）
上式にて、
ｚ：空隙距離［μｍ］
Ｖｔｈ：ｚ＞8 μｍの時のパッシェンの法則の近似式
本実施の形態では、感光体ドラム１と電極ローラ６との現像ギャップを２００μｍとしたが、このように設定したとき、１５５２Ｖより小さい電位差になる電圧を印加することがよい。感光体本表面の帯電電位が−６００Ｖ、露光電位が−７０Ｖなので電極電源１０による電圧は−１６２２Ｖ〜９５２Ｖとすればよい。本実施の形態では、電源電圧１０は−４００Ｖの直流電圧に１．６ｋＶｐｐの交番電圧を重畳しているので−１２００Ｖ〜＋４００Ｖの電圧が電極ローラ６に印加される。
【００６２】
このように、感光体ドラム１と電極ローラ６の現像ギャップで放電が発生しない範囲に電圧値を設定することによって、電極ローラ６から感光体ドラム１への放電を防止することができる。これにより、現像ギャップで感光体ドラム１、電極ローラ６、トナー５が変質、劣化することを防止できる。
【００６３】
また、周波数は２ｋＨｚとしたが、周波数としては５００Ｈｚ以上３ｋＨｚ以下が好ましい。トナー５の重量や帯電量にも依存するが、５ｋＨｚを超える周波数では、トナー５の往復運動が追随できなくなる場合がある。一方、周波数が低い場合には、現像ギャップでのトナー５の往復運動の回数が不足して十分な帯電作用やカブリ除去作用が得られない。交番電圧の周波数を５００Ｈｚ〜３ｋＨｚとすることにより、トナー５が十分に均一に帯電され、カブリ等の異常画像の発生も防止される。
【００６４】
なお、本実施の形態では電極ローラ６の周速度を、感光体ドラム１と等速としたが電極ローラ６の周速が、感光体ドラム１の周速以上３倍以下であればよい。この構成により、電極ローラ６が現像ギャップからトナー５を搬送する力が、感光体ドラム１が現像ギャップへ搬送する力より大きくなる。このため、現像ギャップ内においてトナー５の粒子間隔が疎になり、トナー粒子が振動できる状態を保つことが出来る。
【００６５】
（第２の実施形態）
図４は本発明の第２の実施形態における画像形成装置の構成を示す断面図である。なお、上記第１の実施形態と同一の機能を有する部材には同一の符号を付与して、その説明は省略する。
【００６６】
本実施の形態は図３に示すように、回転するアクリルやＡＢＳ等の樹脂からなる回転部材２０を備える点が上記の第１の実施形態と異なる。この発明のトナー供給手段である回転部材２０と感光体ドラム１との間隔は、前記感光体ドラム１と電極ローラ６の間隔（２００μｍ）以上の０，５ｍｍに設定している。回転部材２０の表面速度は、感光体ドラム１の表面速度と同方向で、前記感光体ドラム１の表面速度以上１００ｍｍ／ｓとしている。
【００６７】
こうして、十分なトナー５が感光体ドラム１の回転により電極ローラ６との対向部の現像ギャップへ搬送される。このとき、トナー５は全体としてー８μＣ／ｇに帯電する。
【００６８】
現像ギャップへ搬送されたトナー５は電極ローラ６に印加された現像電位と感光体ドラム１の電位により形成される現像電界により運動する。電極電圧には交番電圧が重畳されているので現像ギャップにおいてトナーが往復運動してクラウド状になる。この交番電圧による電界によっても現像ギャップの内部へ侵入するトナー量は規制される。また、クラウド状態での往復運動により、トナー粒子と感光体ドラム１及び電極ローラ６との接触機会が増加する。この接触によりトナー５が接触帯電するために、現像ギャップ中でトナーの帯電は正規の極性に揃うと共に帯電量が増加する。これにより、細線もシャープに現像できると共に、画像濃度も確保でき、カブリの少ない良好な画像を得ることができる。
【００６９】
また、トナー５の往復運動により、感光体ドラム１の非画像部に付着したトナー粒子が運動するトナー粒子と衝突する。この衝突により非画像部のトナーと感光体ドラム１との付着力を低減させて、電界力による除去することが可能になる。この作用によって、非画像部のカブリを除去して良好な画像を得ることができる。現像後の感光体ドラム１上のトナー像は全体としてー２０μＣ／ｇに帯電する。
【００７０】
また、回転部材２０と感光体ドラム１との間隔を、前記感光体ドラム１と電極ローラ６の間隔以上とすることにより、感光体ドラム１が搬送するトナー量を現像に必要なトナー量以上とすることができるので、十分な画像濃度が得られると共に、画像の安定性を向上させることができる。
【００７１】
以上のように、トナー供給手段として、トナーホッパ４の開口部に設けられた回転部材２０を備えることにより、重力によるトナー供給だけでなく、感光体ドラム１表面へ供給されるトナー５を予備帯電させると同時に搬送力を増加させられるので、十分な画像濃度が得られると共に、画像の安定性を向上させることができる。
【００７２】
なお、本実施の形態では回転部材２０を円筒状のローラ形状としたが、この形状に限るものではなく、板状や多面形断面の棒状としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第１の実施形態の画像形成装置の構成を示す断面図である。
【図２】画像形成装置の電極ローラに印加する電圧の波形図である。
【図３】電極ローラと感光体ドラムの間隙部分の拡大図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態の画像形成装置の構成を示す断面図である。
【図５】従来の画像形成装置の構成を示す断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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