(57)【要約】【課題】電気回路コストを大幅にアップさせることなく、従来よりもトナー担持体の劣化を抑制することができる【解決手段】下層導体基材である第１電極と、これに対して内部絶縁層を介して設けた表面電極である第２電極とを有するトナー担持ローラを備え、第１電極と第２電極との間の電位差を時間的に反転させる同一周期の交流電圧を第１電極及び第２電極へそれぞれ印加することによりトナー担持ローラ外周面上でトナーをホッピングさせる現像装置において、第１電極及び第２電極に印加する交流電圧（逆相印加電圧と正相印加電圧）は、第１電極に印加される電圧波形の立ち上がり開始タイミング及び立ち下がり開始タイミングと、第２電極に印加される電圧波形の立ち下がり開始タイミング及び立ち上がり開始タイミングとが互いにずれている。【選択図】図７
2013125151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と、該第１電極に対して絶縁体を介して設けた第２電極とを有するトナー担持体を備え、該第１電極と該第２電極との間の電位差を時間的に反転させる同一周期の交流電圧を該第１電極及び該第２電極へそれぞれ印加することにより該トナー担持体の外周面上でトナーをホッピングさせ、該トナーを現像領域へ搬送して潜像担持体に形成された潜像を現像する現像装置において、
上記第１電極及び上記第２電極に印加する交流電圧は、該第１電極に印加される電圧波形の立ち上がり開始タイミング及び立ち下がり開始タイミングと、該第２電極に印加される電圧波形の立ち下がり開始タイミング及び立ち上がり開始タイミングとが互いにずれてい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電極及び上記第２電極に印加する交流電圧は、最大電圧値及び最小電圧値が一定時間持続する波形を有するものであり、
上記第１電極に最大電圧値が印加されている期間と上記第２電極に最小電圧値が印加されている期間との重複期間が存在し、かつ、上記第１電極に最小電圧値が印加されている期間と上記第２電極に最大電圧値が印加されている期間との重複期間が存在するように設定されていることを特徴とする現像装置。
【請求項３】
請求項１又は２の現像装置において、
上記第１電極及び上記第２電極に印加する交流電圧は、互いに同一の波形であり、
上記第２電極に印加する交流電圧は、上記第１電極に印加する交流電圧に対してπ/８以上７π/８以下の位相ずれが生じていることを特徴とする現像装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の現像装置において、
上記トナー担持体は、その外周面法線方向に厚みをもった絶縁層の内周面側に第１電極を有し、該絶縁層の外周面側に複数の電極部を備えた第２電極を有し、該絶縁層の外周面側に表面絶縁層を有するものであり、
上記第１電極に印加する交流電圧を、上記トナー担持体の外周面に接触する接触部材にも印加するように構成した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１項に記載の現像装置において、
所定のクロック信号を出力するクロック信号出力回路と、
上記クロック信号を所定時間だけ遅延させるための遅延回路と、
上記遅延回路から出力される遅延クロック信号に基づいて上記第１電極に印加する交流電圧を生成して出力する第１交流電圧発生回路と、
上記クロック信号出力回路から出力されるクロック信号に基づいて上記第２電極に印加する交流電圧を生成して出力する第２交流電圧発生回路とを有することを特徴とする現像装置。
【請求項６】
潜像担持体の潜像にトナーを付着させることにより該潜像を現像し、これによる得られたトナー像を最終的に記録材に転移させて画像形成を行う画像形成装置において、
上記潜像担持体上の潜像を現像する手段として、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の現像装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
潜像担持体と、該潜像担持体上に形成される潜像をトナーで現像する現像装置とを、１つのユニットとして共通の保持体に保持させて画像形成装置本体に対して一体的に着脱可能に構成したプロセスユニットにおいて、
上記現像装置として、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の現像装置を用いたことを特徴とするプロセスユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トナー担持体上のトナーを現像領域へ搬送して潜像担持体上の潜像に付着させることにより潜像を現像する現像装置、並びに、この現像装置を備えた複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置及びプロセスユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の現像装置としては、トナー担持体表面や磁性キャリアに吸着させたトナーを現像に用いるのではなく、トナー担持体の外周面上でホッピングさせたトナーを現像に用いるフレア現像方式を採用したものが知られている。フレア現像方式を採用した現像装置としては、例えば、周方向に所定のピッチで配設された複数の電極を具備する筒状のトナー担持体を有するものがある（特許文献１）。これらの電極は、互いに隣り合う２種類の電極（第１電極と第２電極）からなる電極対が繰り返し配設されたものである。それぞれの電極対における２つの電極の間では電位差が時間的に反転し、これにより交番電界（ホッピング用電界）が形成される。これにより、電極対における一方の電極の上に位置していたトナーが浮上して他方の電極の上に着地したり、他方の電極の上から浮上して一方の電極の上に着地したりするといったホッピングの挙動を示す。このようなホッピングが高速に繰り返される結果、トナー担持体の表面上には、トナーがクラウド化した状態で存在するように観測される。
【０００３】
また、フレア現像方式を採用した現像装置としては、例えば、トナー担持体の内周面側に一方の電極（第１電極）を形成し、その上に絶縁層を介して櫛歯状の他方の電極（第２電極）を形成したトナー担持体を有するものも知られている（特許文献２）。このような電極構成のトナー担持体でも、その外周面上でトナーをホッピングさせることができる。
【０００４】
このようなホッピングを繰り返しながら、トナー担持体上のトナーはトナー担持体の回転駆動に伴う表面移動よって現像領域まで搬送される。現像領域では、潜像担持体上の潜像の近傍まで浮上したトナーが、トナー担持体の電極に向けて下降することなく、潜像による電界に引かれて潜像に付着する。かかる構成では、トナー担持体表面や磁性キャリアなどに吸着しているトナーではなく、ホッピングによって吸着力を発揮していないトナーを現像に用いる。
【０００５】
特に、潜像担持体の表面上に第一のトナー像を形成し、その上に順次に第二のトナー像や第三のトナー像を形成していくような作像プロセスを実施する場合、先に潜像担持体上に形成されているトナー像を乱さないような現像方式が要求される。このような現像方式として、上述したフレア現像方式は好適に利用することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のフレア現像方式において、第１電極と第２電極に印加される電圧には、図２４（ａ）及び（ｂ）に示すように、デューティ比が５０％である同一周期の交流電圧であって、多くの場合、その電圧波形が矩形波であるものが利用される。そして、従来のフレア現像方式では、第２電極に印加される電圧は、第１電極に印加される電圧に対して逆相（位相が半周記（π）だけずれている）のものを用いる。このような電圧を用いることで、両電極間に対応するトナー担持体の表面上に、振幅の大きな交番電界を形成でき、安定してトナーホッピングを維持できる。以下、第１電極に印加される電圧を正相印加電圧といい、第２電極に印加される電圧を逆相印加電圧という。
【０００７】
ところが、本発明者らの研究の結果、第１電極及び第２電極に印加する電圧として、このような関係にある正相印加電圧と逆相印加電圧を用いると、次のような問題が発生することが判明した。なお、以下の説明では、上記特許文献２に開示の構成のように、トナー担持体の内周面側に第１電極を形成し、その上に絶縁層を介して櫛歯状の第２電極を形成したトナー担持体を例に挙げて説明するが、上記特許文献２に開示の構成でも同様に考えることができる。
【０００８】
正相印加電圧及び逆相印加電圧として、＋５００［Ｖ］と０［Ｖ］とが繰り返される矩形波電圧を用いる場合を例に挙げて説明する。この場合、一周期の前半サイクルでは、第１電極の電位が＋５００［Ｖ］になり、第２電極の電位が０［Ｖ］になり、その前半サイクル中は、常に、逆相印加電圧に対して正相印加電圧が５００［Ｖ］だけ高くなり、＋５００［Ｖ］の電位差が生じる。また、一周期の後半サイクルでは、第１電極の電位が０［Ｖ］になり、第２電極の電位が＋５００［Ｖ］になり、その後半サイクル中は、逆相印加電圧に対して正相印加電圧が５００［Ｖ］だけ低くなり、−５００［Ｖ］の電位差が生じる。したがって、従来のフレア現像方式では、図２４（ｃ）に示すように、常時、両電極間にＶｐｐに相当する５００［Ｖ］の大きさの電位差が生じた状態になる。
【０００９】
このように両電極間に５００［Ｖ］の大きさの電位差が常時加わった状態で経時使用されることを想定して長期ランニング試験（通常環境下と高温高湿環境下）を実施したところ、第１電極と第２電極との間に介在する絶縁層上に、銀ペーストで形成された第２電極から茶色のマイグレーション（酸化銀）の滲み出しが観測され、トナー担持体の劣化が確認された。これは、特に高温高湿環境下において顕著であった。
【００１０】
本出願人は、特願２０１０−２０３４７９号（以下「先願」という。）において、正相印加電圧及び逆相印加電圧の電圧波形を、例えば図２５（ａ）及び（ｂ）のように変形する構成を提案した。図示のような電圧波形であれば、両電極間に最大電位差Ｖｐｐが生じる期間が存在し、その分だけ両電極間に最大電位差Ｖｐｐが生じている期間が短くなる。よって、常に５００［Ｖ］の大きさの電位差が加わっている従来の構成と比較して、上述したトナー担持体の劣化を抑制することが可能である。特に、上記先願の構成においては、両電極間に最大電位差Ｖｐｐが生じていない期間には、両電極に対して同時にＶｐｐ／２の中間電圧が印加され、このときの両電極の電位差は、図２５（ｃ）に示すように、ゼロとなる。この期間には、電位差によるトナー担持体の劣化が発生しない。図示の例では、両電極間に最大電位差Ｖｐｐが生じる期間が一周期中の半分の期間（５０％の期間）まで減るので、トナー担持体の劣化進行も半分に抑えられることが期待できる。
【００１１】
しかしながら、上記先願の構成においては、第１電極や第２電極に印加する正相印加電圧及び逆相印加電圧として、最大値と最小値の２値からなる単純な矩形波（２値化波形）ではなく、更に中間電圧を加えた３値からなる電圧波形を生成する必要が生じる。このため、このような電圧波形を生成するための回路構成が複雑になり、電気回路コストが大幅にアップしてしまうという不具合があった。
なお、この不具合は、最大値と最小値の２値からなる単純な矩形波だけに限らず、正弦波や台形波などであっても、その最大値と最小値の２値以外の中間値において一定電圧を一定時間出力する回路構成とする場合には、同様に生じ得るものである。
【００１２】
本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、電気回路コストを大幅にアップさせることなく、従来よりもトナー担持体の劣化を抑制することができる現像装置並びにこれを備えた画像形成装置及びプロセスユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明は、第１電極と、該第１電極に対して絶縁体を介して設けた第２電極とを有するトナー担持体を備え、該第１電極と該第２電極との間の電位差を時間的に反転させる同一周期の交流電圧を該第１電極及び該第２電極へそれぞれ印加することにより該トナー担持体の表面上でトナーをホッピングさせ、該トナーを現像領域へ搬送して潜像担持体に形成された潜像を現像する現像装置において、上記第１電極及び上記第２電極に印加する交流電圧は、該第１電極に印加される電圧波形の立ち上がり開始タイミング及び立ち下がり開始タイミングと、該第２電極に印加される電圧波形の立ち下がり開始タイミング及び立ち上がり開始タイミングとが互いにずれていることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明では、第１電極に印加される交流電圧が立ち上がっている期間と第２電極に印加される交流電圧が立ち下がっている期間との重複期間において、第１電極と第２電極との間の電位差がプラス側（又はマイナス側）に最大値をとる期間が存在する。また、第１電極に印加される交流電圧が立ち下がっている期間と第２電極に印加される交流電圧が立ち上がっている期間との重複期間において、第１電極と第２電極との間の電位差がマイナス側（又はプラス側）の最大値をとる期間が存在する。これらの時期が交互に繰り返されることで、第１電極と第２電極との間の電位差が時間的に反転し、トナー担持体の表面上でトナーをホッピングさせるホッピング用電界が形成される。
【００１５】
従来構成では、上述した重複期間を作り出すために、第１電極に印加される電圧波形の立ち上がり開始タイミングと第２電極に印加される電圧波形の立ち下がり開始タイミングとを一致させ、第１電極に印加される電圧波形の立ち下がり開始タイミングと第２電極に印加される電圧波形の立ち上がり開始タイミングとも一致させていた。すなわち、第１電極に印加される交流電圧と第２電極に印加される交流電圧との間で位相がちょうど半周期（π）だけずれるように設定されていた。
【００１６】
これに対し、本発明では、第１電極に印加される交流電圧と第２電極に印加される交流電圧との間でこれらのタイミングがずれている。これにより、これらのタイミングが一致していた従来構成と比較して、第１電極と第２電極との間で大きな電位差が生じる期間を短くすることができ、トナー担持体の劣化を抑制することができる。しかも、これらのタイミングをずらす場合、第１電極と第２電極に印加される交流電圧のいずれか一方の位相を遅らせる又は進めるという一般的な位相シフト回路等で実現でき、これは非常に安価であるため、上記先願の構成と比較してコストアップ幅は小さくて済む。
【００１７】
本発明においては、特に、第１電極及び第２電極に印加する交流電圧として、最大電圧値及び最小電圧値が一定時間持続する波形（矩形波や台形波など）を有する交流電圧を使用する場合、本発明のようにタイミングをずらしても、第１電極と第２電極との間で最大電位差が生じる期間を確保することができるので、安定したトナーホッピングを実現できる。そして、最大電位差が生じる期間は、タイミングが一致していた従来構成と比較して短くなるので、トナー担持体の劣化が抑制される。
【発明の効果】
【００１８】
以上より、本発明によれば、電気回路コストを大幅にアップさせることなく、従来よりもトナー担持体の劣化を抑制することができるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態に係る複写機を示す概略構成図である。
【図２】同複写機における感光体と現像装置とを示す概略構成図である。
【図３】同現像装置におけるトナー担持ローラの電極配置を説明するためにトナー担持ローラを回転軸に対して直交する方向から見たときの模式図である。
【図４】同トナー担持ローラを、その回転軸に対して直交する面に沿って切断したときの断面を模式的に表した部分断面図である。
【図５】図２４に示した従来構成の正相印加電圧及び逆相印加電圧を印加する場合の回路例の概要を示す電気回路図である。
【図６】図２５に示した先願構成における正相印加電圧及び逆相印加電圧を印加する場合の回路例の概要を示す電気回路図である。
【図７】実施形態における正相印加電圧の電圧波形と逆相印加電圧の電圧波形の一例を、これらの電位差と一緒に示したグラフである。
【図８】実施形態における正相印加電圧の電圧波形と逆相印加電圧の電圧波形の他の例を、これらの電位差と一緒に示したグラフである。
【図９】実施形態における正相印加電圧の電圧波形と逆相印加電圧の電圧波形の更に他の例を、これらの電位差と一緒に示したグラフである。
【図１０】図９に示した正相印加電圧及び逆相印加電圧を印加する場合の回路例の概要を示すブロック図である。
【図１１】図１０に示したブロック図のうちのタイミング生成回路及び位相シフト回路を、市販されているＩＣを組み合わせて実現した場合の電気回路例を示す電気回路図である。
【図１２】図１０に示したブロック図のうちのゲート駆動回路、正相印加電圧発生回路及び逆相印加電圧発生回路の電気回路例を示す電気回路図である。
【図１３】図１３は、図１１及び図１２に示した電気回路の各地点における信号波形によって各地点の動作タイミングを示したタイミングチャートである。
【図１４】同電気回路における正相用ゲート信号及び逆相用ゲート信号、並びに、同電気回路から出力される正相印加電圧及び逆相印加電圧の波形によってそれらの動作タイミングを示したタイミングチャートである。
【図１５】実施形態における下層導体基材及び表面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である。
【図１６】同給電構成を模式的に示す斜視図である。
【図１７】変形例１における下層導体基材及び表面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である。
【図１８】同給電構成をもつトナー担持ローラを、軸方向に対して直交する方向から見たときの模式図である。
【図１９】同給電構成を模式的に示す斜視図である。
【図２０】変形例２における現像装置を示す模式図である。
【図２１】変形例３における現像装置を示す模式図である。
【図２２】変形例４における現像装置を感光体とともに図示した概略構成図である。
【図２３】同現像装置における回収機構の他の例を示すための概略構成図である。
【図２４】（ａ）は、従来構成における正相印加電圧の波形を示すグラフである。（ｂ）は、従来構成における逆相印加電圧の波形を示すグラフである。（ｃ）は、同正相印加電圧と同逆相印加電圧との電位差を示すグラフである。
【図２５】（ａ）は、先願構成における正相印加電圧の波形を示すグラフである。（ｂ）は、先願構成における逆相印加電圧の波形を示すグラフである。（ｃ）は、同正相印加電圧と同逆相印加電圧との電位差を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る複写機を示す概略構成図である。
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
本実施形態の複写機においては、少なくとも感光体４９と現像装置１とを一体化して、画像形成装置本体に対して着脱自在なプロセスカートリッジ（プロセスユニット）の構成としてもよい。プロセスカートリッジには、感光体と現像装置のほか、例えば帯電装置やクリーニング装置を搭載してもよい。
【００２５】
図２は、本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。
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、トナー担持体であるトナー担持ローラ２を有する現像装置１が配設されている。現像装置１は、図中時計回り方向に回転駆動される第１搬送スクリュー１２を収容する第１収容部１３と、図中反時計回りに回転駆動される第２搬送スクリュー１４を収容する第２収容部１５とを有しており、両収容部は仕切壁１６によって仕切られている。そして、これら収容部はそれぞれ、図示しない磁性キャリアとマイナス帯電性のトナーとが混合された混合剤を収容している。
【００２６】
第１搬送スクリュー１２は、その回転駆動によって第１収容部１３内の混合剤を回転撹拌しながら、図中手前側から図中奥側へと搬送する。このとき、搬送途中の混合剤は、第１収容部１３の底部に固定されたトナー濃度センサ１７によってそのトナー濃度が検知される。そして、図中奥側の端部付近まで搬送された混合剤は、仕切壁１６の奥側端部付近に設けられた図示しない第１連通口を経て、第２収容部１５内に進入する。第２収容部１５は、トナー供給部材としての後述するトナー供給ロール１８を収容する磁気ブラシ形成部２１に連通しており、第２搬送スクリュー１４とトナー供給ロール１８とは所定の間隙を介して互いに軸線方向を平行にする姿勢で対向している。第２収容部１５内の第２搬送スクリュー１４は、その回転駆動によって第２収容部１５内の混合剤を回転撹拌しながら、図中奥側から図中手前側へと搬送する。この過程において、第２搬送スクリュー１４によって搬送される混合剤の一部は、トナー供給ロール１８のトナー供給スリーブ１９上に汲み上げられる。そして、図中反時計回り方向のトナー供給スリーブ１９の回転駆動に伴って、後述するトナー供給位置を通過した後、トナー供給スリーブ１９の表面から離脱して、再び第２収容部１５内に戻される。その後、第２搬送スクリュー１４によって図中手前側の端部付近まで搬送された混合剤は、仕切壁１６の図中手前側端部付近に設けられた図示しない第２連通口を経て第１収容部１３内に戻される。
【００２７】
上述したトナー濃度センサ１７は、透磁率センサからなる。このトナー濃度センサ１７による混合剤の透磁率の検知結果は、電圧信号として図示しない制御部に送られる。混合剤の透磁率は、混合剤のＫトナー濃度と相関を示すため、トナー濃度センサ１７はトナー濃度に応じた値の電圧を出力することになる。
【００２８】
本複写機の図示しない制御部はＲＡＭ（Random Access Memory）を備えており、この中にトナー濃度センサ１７からの出力電圧の目標値であるＶｔｒｅｆを格納している。そして、トナー濃度センサ１７からの出力電圧値と、ＲＡＭ内のＶｔｒｅｆとを比較して、比較結果に応じた時間だけ図示しないトナー補給装置を駆動させる。この駆動により、現像に伴うトナーの消費によってトナー濃度を低下させた混合剤に対し、トナー補給口１３ａから第１収容部１３内に適量のトナーが補給される。このため、第２収容部１５内の混合剤のトナー濃度が所定の範囲内に維持される。
【００２９】
トナー供給ロール１８は、図中反時計回り方向に回転駆動される非磁性材料からなる筒状のトナー供給スリーブ１９と、これに内包される固定配置されたマグネットローラ２０とを有している。筒状のトナー供給スリーブ１９は、アルミニウム、真鍮、ステンレス、導電性樹脂などの非磁性体を円筒形に成型したものである。また、マグネットローラ２０は、図示のように、回転方向に並ぶ複数の磁極（図中真上の位置から反時計回り方向に順にＮ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極）を有している。これら磁極により、トナー供給スリーブ１９の周面上に混合剤が吸着し、磁力線に沿って穂立ちした磁気ブラシが形成される。
【００３０】
トナー供給スリーブ１９の表面によって汲み上げられた混合剤は、トナー供給スリーブ１９の回転に伴って図中反時計回り方向に回転する。そして、トナー供給スリーブ１９の表面に対して所定の間隙を介して対向配置されている規制部材２２との対向位置である担持量規制位置に進入する。このとき、規制部材２２とスリーブ表面との間隙を通過することで、スリーブ表面上における混合剤の担持量が規制される。
【００３１】
トナー供給スリーブ１９の図中左側方では、トナー担持ローラ２がトナー供給スリーブ１９表面と所定の間隙を介して対向しながら、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ている。トナー供給スリーブ１９の回転に伴って上述の担持量規制位置を通過した混合剤は、トナー担持ローラ２との接触位置であるトナー供給位置に進入する。これにより、混合剤からなる磁気ブラシ先端がトナー担持ローラ２の表面を摺擦する。この摺擦やトナー供給スリーブ１９とトナー担持ローラ２との電位差などの作用を受けて、磁気ブラシ中のトナーがトナー担持ローラ２の表面上に供給される。なお、トナー供給スリーブ１９には、供給バイアス電源２４により、供給バイアスが印加されている。この供給バイアスは、トナー担持ローラ２側にトナーを移動させる電界が形成できるようなものであれば、直流電圧でもよいし、かかる直流電圧に交流電圧を重畳したものでもよい。
【００３２】
トナー供給位置を通過したトナー供給スリーブ１９上の混合剤は、スリーブの回転に伴って第２収容部１５との対向位置まで搬送される。この対向位置の付近には、マグネットローラ２０に磁極が設けられておらず、混合剤をスリーブ表面に引き付ける磁力が作用していないため、混合剤はスリーブ表面から離脱して第２収容部１５内に戻る。なお、本複写機においては、マグネットローラ２０として、６つの磁極を有するものを用いたが、磁極の個数はこれに限られるものではない。８極、１２極などであってもよい。
【００３３】
トナーが供給されたトナー担持ローラ２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２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位置となっている。
【００３４】
トナー担持ローラ２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２の表面上でホッピングしながら、トナー担持ローラ２の回転に伴って、トナー供給位置から現像位置に向けて搬送される。現像領域まで搬送されたトナーは、トナー担持ローラ２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２の回転によってさらに搬送され、繰り返し利用される。
【００３５】
次に、本実施形態におけるトナー担持ローラ２の具体的構成について説明する。
図３は、本実施形態におけるトナー担持ローラ２の電極配置を説明するためにトナー担持ローラ２を回転軸に対して直交する方向から見たときの模式図である。なお、説明の都合上、表面コート層６や内部絶縁層５は図示していない。
図４は、本実施形態におけるトナー担持ローラ２を、その回転軸に対して直交する面に沿って切断したときの断面を模式的に表した部分断面図である。
【００３６】
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、外周側に位置する電極を第２電極としての表面電極４ａ、内周に位置する電極を第１電極としての下層導体基材３ａとし、表面電極４ａと下層導体基材３ａへ印加される電圧は異なる電圧が印加されている。表面電極４ａと下層導体基材３ａとの間にはこれらの間を絶縁するための内部絶縁層５が設けられている。また、表面電極４ａの外周面側を覆う表面絶縁層としての表面コート層６も設けられている。すなわち、本実施形態のトナー担持ローラ２は、内周側から順に、下層導体基材３ａ、内部絶縁層５、表面電極４ａ、表面コート層６の４層構造となっている。
【００３７】
下層導体基材３ａは、トナー担持ローラ２の基体としても機能しており、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、表面電極４ａ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、あるいは銀ペーストなどを印刷する方法などが考えられる。
【００３８】
表面電極４ａの内側は内部絶縁層５によって覆われている。本実施形態において、この内部絶縁層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。また、本実施形態において、内部絶縁層５の厚みは、３［μｍ］以上５０［μｍ］以下の範囲内が好ましい。３［μｍ］よりも小さくなると、下層導体基材３ａと表面電極４ａとの間の絶縁性が十分に保てなくなり、下層導体基材３ａと表面電極４ａとの間でリークが発生してしまう可能性が高くなる。一方、５０［μｍ］よりも大きくなると、下層導体基材３ａと表面電極４ａとの間で作られる電界が表面コート層６よりも外側に形成されにくくなり、表面コート層６の外側に強いホッピング用電界（外部電界）を形成することが困難となる。本実施形態では、メラミン樹脂からなる内部絶縁層５の厚みを２０［μｍ］としている。内部絶縁層５はスプレー法やディップ法等によって下層導体基材３ａ上に均一な膜厚で形成することができる。
【００３９】
内部絶縁層５の上には表面電極４ａが形成される。本実施形態において、この表面電極４ａは、アルミニウム、銅、銀などの金属で形成されている。形成方法としては、種々の方法が考えられる。例えば内部絶縁層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内部絶縁層５の上に付着させて電極を形成するという方法も考えられる。
【００４０】
表面電極４ａ及び内部絶縁層５の外周面側は、表面コート層６により覆われている。トナーは、表面コート層６上でホッピングを繰り返す際、この表面コート層６との接触摩擦によって帯電する。トナーに正規帯電極性（本実施形態ではマイナス極性）を与えるため、本実施形態では、表面コート層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。本実施形態ではポリカーボネートを採用している。また、表面コート層６は、表面電極４ａを保護する役割も持ち合わせているので、表面コート層６の膜厚としては、３［μｍ］以上４０［μｍ］以下の範囲内が好ましい。３［μｍ］よりも小さいと、経時使用による膜削れ等で表面電極４ａが露出し、トナー担持ローラ２上に担持されたトナーやトナー担持ローラ２に接触するその他の部材を通じてリークしてしまうおそれがある。一方、４０［μｍ］よりも大きいと、下層導体基材３ａと表面電極４ａとの間で作られる電界が表面コート層６よりも外側に形成されにくくなり、表面コート層６の外側に強いホッピング用電界を形成することが困難となる。本実施形態では、表面コート層６の膜厚は２０［μｍ］としている。表面コート層６は内部絶縁層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。
【００４１】
本実施形態では、下層導体基材３ａと表面電極４ａとの間で作られる電界、より詳しくは、下層導体基材３ａの表面電極４ａとは対向していない部分（表面電極４ａの櫛歯間に位置する下層導体基材３ａの部分）と下層導体基材３ａと表面電極４ａの櫛歯部分との間で作られる電界が、表面コート層６の外側に形成されることで、表面コート層６上の帯電トナーを吸引、あるいは反発させ表面コート層６の上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。
【００４２】
トナーを安定してホッピングさせるためには、相応する大きさのホッピング用電界を形成することが重要となるが、このような大きなホッピング用電界を形成するためには下層導体基材３ａと表面電極４ａとの間に大きな電位差を形成する必要がある。しかし、このような大きな電位差を安定して形成するためには、下層導体基材３ａと表面電極４ａとの間を安定かつ有効に絶縁し、リークを防止することが重要である。従来のように、ホッピング用電界を形成するための２種類の電極をそれぞれ櫛歯状に形成して同心円上に配置し、互いの櫛歯部分が相手の櫛歯間に入り込むように構成した場合、その櫛歯状電極の形成品質が悪いと、２種類の電極間の絶縁性が著しく低下し、リークが起きやすい。具体的には、例えば、エッチングで電極形成する場合には除去すべき金属膜の一部が残存していたり、インクジェット法やスクリーン印刷法で電極形成する場合には電極間に導電ペーストが付着してしまったりする事態が起こり得る。このような事態が生じると、２種類の電極間でリークが起きやすいなり、適正なホッピング用電界を形成することができなくなる。また、従来構成においては、ローラの樹脂表面上に櫛歯状電極を高い品質で形成したとしても、２種類の櫛歯状電極を形成した後にその外周面側を絶縁材で覆うことにより電極間に絶縁材を充填して電極間の絶縁性を得るため、電極間にはローラの樹脂表面と絶縁材との界面が形成され、この界面を通じたリークが生じやすく、比較的大きな電圧を印加すると電極間の絶縁性が著しく低下する。
【００４３】
本実施形態によれば、下層導体基材３ａの上に内部絶縁層５を設け、その絶縁層上に櫛歯状の表面電極４ａを形成した構成であるため、これらの電極間にリークの原因となり得るような界面は存在しない。また、トナー担持ローラ２の製造段階において、リークの原因となり得る導電材が電極間に介在する可能性も非常に少なくできる。したがって、本実施形態によれば、下層導体基材３ａと表面電極４ａとの間を安定かつ有効に絶縁することができ、比較的大きな電圧を印加する場合でもリークを効果的に防止することができる。
【００４４】
また、本実施形態において、表面電極４ａの電極幅（各櫛歯部分の幅）は、１０［μｍ］以上１２０［μｍ］以下であるのが好ましい。１０［μｍ］よりも小さいと、細すぎて電極が途中で断線してしまうおそれがある。一方、１２０［μｍ］より大きいと、表面電極４ａの被給電部からの距離が遠い箇所の電圧が低くなり、その箇所でトナーを安定かつ有効にホッピングさせることが困難となる。本実施形態の被給電部は、図３示すように、トナー担持ローラ２の外周面上における軸方向両端に設けられている。よって、本実施形態では、表面電極４ａの電極幅が１２０［μｍ］より大きいと、トナー担持ローラ２の軸方向中央部におけるホッピング用電界が軸方向両端部のホッピング用電界よりも相対的に低くなり、軸方向中央部に担持されているトナーを安定かつ有効にホッピングさせることが困難となる。
【００４５】
また、本実施形態では、表面電極４ａの電極ピッチ（櫛歯部分間の距離）は、電極幅と同じか広いのが好ましい。電極幅よりも小さいと、下層導体基材３ａからの電気力線の多くが表面コート層６の外側に出る前に表面コート層６へ収束してしまい、表面コート層６の外側に形成されるフレア用電界が弱くなってしまうからである。一方、電極ピッチが大きいと、電極間中央（電極と電極の間の間隙が大きくなる事により）のフレア用電界が弱くなってしまう。本実施形態において、電極ピッチは、電極幅以上であって電極幅の５倍以下の範囲内であるのが好ましい。
本実施形態では、電極幅及び電極ピッチをいずれも８０［μｍ］に設定している。
【００４６】
また、本実施形態では、表面電極４ａの電極ピッチを、トナー担持ローラ２の周方向にわたって一定となるように設定されている。電極ピッチを一定とすることで、下層導体基材３ａと表面電極４ａとの間で作られるホッピング用電界がトナー担持ローラ２上の周方向にわたってほぼ均一となる。よって、現像位置で周方向に均一なトナーのホッピングを実現することが可能となり、均一な現像が可能となる。
【００４７】
次に、下層導体基材３ａ及び表面電極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上の下層導体基材３ａ及び表面電極４ａには、それぞれ逆相印加電圧発生回路２５Ａ、正相印加電圧発生回路２５Ｂがそれぞれ印加されている。逆相印加電圧発生回路２５Ａ及び正相印加電圧発生回路２５Ｂが印加する逆相印加電圧及び正相印加電圧は、矩形波が最も適している。ただし、これに限らず、例えばサイン波で三角波でもよい。また、本実施形態では、トナーをクラウド化させるための電極が下層導体基材３ａ及び表面電極４ａの２相構成であるが、３相以上の構成とすることもできる。
【００４８】
図５は、図２４に示した従来構成の正相印加電圧及び逆相印加電圧を印加する場合の回路例の概要を示す電気回路図である。
従来構成における正相印加電圧及び逆相印加電圧は、図２４に示すように、最大値（例えば＋５００［Ｖ］）と最小値（０［Ｖ］）の２値からなる単純な矩形波の電圧波形を有する。このような正相印加電圧及び逆相印加電圧を発生させる高圧発生回路は、図５に示すように、Ｖｐｐ用電源１０１Ａと、バイアス電源１０１Ｂと、図示しないゲート駆動回路からのスイッチング素子駆動用ゲート信号ＡＨ，ＡＬ，ＢＨ，ＢＬが印加される４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を備えたＨ型フルブリッジ回路とで構成できる。
【００４９】
図６は、図２５に示した上記先願の構成における正相印加電圧及び逆相印加電圧を印加する場合の回路例の概要を示す電気回路図である。
先願構成における正相印加電圧及び逆相印加電圧は、図２５に示した最大値（例えば＋５００［Ｖ］）と最小値（０［Ｖ］）のほか、その中間値であるＶｐｐ／２という中間電圧（例えば＋２５０［Ｖ］）という３値からなる矩形波の電圧波形である。このような正相印加電圧及び逆相印加電圧を発生させる高圧発生回路としては、図６に示すように、少なくとも、Ｈ型フルブリッジ回路にもう一組のスイッチ回路が必要となる。その結果、図５に示した従来構成の電気回路に対し、中間電圧用電源１０１Ｃ、２つの中間電圧用スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６、中間電圧用スイッチング素子ゲート信号ＡＭ，ＢＭを追加する必要がある。特に、中間電圧用スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６には、高圧（例えば９００Ｖ程度）をＯＮ／ＯＦＦできる高耐圧品の使用が望まれるため、そのような高価なスイッチング素子を２個も増加させることは、製造コストを高騰させることになる。また、中間電圧用電源１０１Ｃの追加も製造コストを高騰させることになる。
【００５０】
上述したように、図２５に示すような先願構成における正相印加電圧及び逆相印加電圧を用いることで、表面電極４ａと下層導体基材３ａの両方に対して同時に中間電圧Ｖｐｐ／２が印加されて、両電極の電位差がゼロになる期間を作り出すことができる。これにより、両電極間に最大電位差Ｖｐｐが常時加わる従来構成と比較して、トナー担持ローラ２の劣化が抑制される。しかしながら、そのような正相印加電圧及び逆相印加電圧を生成するための電気回路のコスト高騰を招くため、図５に示した従来構成の電気回路と同程度のコストで、両電極の電位差が最大電位差よりも小さくなる期間、好ましくはゼロになる期間を作り出すことが強く要望されていた。
【００５１】
本実施形態は、この要望に応えるべく、最大値と最小値の２値からなる単純な矩形波（２値化波形）の電圧波形を有する正相印加電圧及び逆相印加電圧を用いて、表面電極４ａと下層導体基材３ａとの電位差が最大電位差Ｖｐｐよりも小さくなる期間、好ましくはゼロになる期間を、図５に示した従来構成の電気回路と同程度のコストで作り出すことを可能とするものである。
【００５２】
本発明者らは、まず、従来のフルブリッジという考え方を改め、正相側と逆相側をそれぞれ独立のハーフブリッジであると考え、これら２つのハーフブリッジを個別のタイミングで駆動するという新たな着想に至った。
図示していないが、仮に、正相印加電圧と逆相印加電圧として、位相差のない全く同じ電圧波形のものを用いた場合、正相印加電圧と逆相印加電圧は、同時に、０［Ｖ］とＶｐｐ［Ｖ］とを交互に繰り返すことになり、これらの電位差は常に０［Ｖ］となる。ただし、この場合には、トナー担持ローラ２の表面上でトナーのホッピングは発生しない。この状態から逆相印加電圧の位相を正相印加電圧の位相からずらしていくと、両電極に最大電位差Ｖｐｐが発生する期間が現れ始め、トナーのホッピングも発生し始める。
【００５３】
図７は、本実施形態における正相印加電圧の電圧波形と逆相印加電圧の電圧波形の一例を、これらの電位差と一緒に示したグラフである。
図７に示す例は、正相印加電圧の位相に対して逆相印加電圧の位相がπ／２だけ遅れている例である。このときの電位差の時間変化は、図７（ｃ）に示すとおりであり、図２５（ｃ）に示した先願構成の電位差の時間変化と同じになる。表面電極４ａと下層導体基材３ａとの間にこのような電位差を生じさせた場合、電位差が＋Ｖｐｐの期間と−Ｖｐｐの期間とが交互に繰り返される結果、トナー担持ローラ２の表面上にはトナーを連続的にホッピングさせるホッピング用電界が形成される。しかも、電位差が０［Ｖ］である期間が存在するので、先願構成の場合と同様に、常にＶｐｐの大きさの電位差が加わる従来構成と比較してトナー担持ローラ２の劣化を抑制できる。具体的には、電位差が０［Ｖ］である期間が一周期の半分を占めるので、Ｖｐｐの大きさの電位差が加わっている期間は５０％であり、常にＶｐｐの大きさの電位差が加わる従来構成と比較すると、トナー担持ローラ２の劣化進行を半分に抑制できる。
【００５４】
図８は、本実施形態における正相印加電圧の電圧波形と逆相印加電圧の電圧波形の他の例を、これらの電位差と一緒に示したグラフである。
図８に示す例は、正相印加電圧の位相に対して逆相印加電圧の位相がπ／２だけ進んでいる（３π／２だけ遅れている）例である。このときの電位差の時間変化は、図８（ｃ）に示すとおりであり、電位差が０［Ｖ］である期間が一周期の半分を占めるので、Ｖｐｐの大きさの電位差が加わっている期間は５０％である。よって、本例も、常にＶｐｐの大きさの電位差が加わる従来構成と比較して、トナー担持ローラ２の劣化進行を半分に抑制できる。
【００５５】
図９は、本実施形態における正相印加電圧の電圧波形と逆相印加電圧の電圧波形の更に他の例を、これらの電位差と一緒に示したグラフである。
図９に示す例は、正相印加電圧の位相に対して逆相印加電圧の位相がπ／４だけ遅れている例である。このときの電位差の時間変化は、図９（ｃ）に示すとおりであり、Ｖｐｐの大きさの電位差が加わっている期間は２５％となる。この場合、常にＶｐｐの大きさの電位差が加わる従来構成と比較して、トナー担持ローラ２の劣化進行を１／４にまで抑制することができる。
【００５６】
本実施形態においては、逆相印加電圧の位相をシフトさせて、正相印加電圧と逆相印加電圧との間に位相差を設ける必要があり、そのための回路構成を、図５に示した従来構成の電気回路に対して追加することが求められる。しかしながら、このような位相がシフトした信号を生成する回路は、例えばタイミング生成回路と位相シフト回路で容易に実現でき、一般に低コストである。
【００５７】
図１０は、図９に示した正相印加電圧及び逆相印加電圧を印加する場合の回路例の概要を示すブロック図である。
本実施形態では、制御ボード１０２からの基準クロック（２２．４ｋ［Ｈｚ］）をタイミング生成回路１０６に入力し、このタイミング生成回路１０６で基準クロックを１／３２にしてホッピング用電界の交番周波数を決定するクロック信号（７００［Ｈｚ］）を生成する。
【００５８】
また、タイミング生成回路１０６には、位相シフト回路１０７が接続されている。位相シフト回路１０７は、タイミング生成回路１０６で生成される７００［Ｈｚ］のクロック信号の位相をπ／４だけ遅らせたものをタイミング生成回路１０６に戻す。これにより、タイミング生成回路１０６では、７００［Ｈｚ］の正相用クロック信号と、この正相用クロック信号に対して位相がπ／４だけ遅れた７００［Ｈｚ］の逆相用クロック信号が生成され、これらがゲート駆動回路１０３へ出力される。
【００５９】
ゲート駆動回路１０３は、タイミング生成回路１０６から入力される正相用クロック信号に基づいて正相用ゲート信号ＡＨ，ＡＬを出力するとともに、タイミング生成回路１０６から入力される逆相用クロック信号に基づいて逆相用ゲート信号ＢＨ，ＢＬを出力する。これにより、正相印加電圧発生回路１０４は、正相用ゲート信号ＡＨ，ＡＬに応じたスイッチング動作により、５００［Ｖ］と０［Ｖ］からなる２値化波形（矩形波）の正相印加電圧を出力する。また、逆相印加電圧発生回路１０５は、逆相用ゲート信号ＢＨ，ＢＬに応じたスイッチング動作により、正相印加電圧からπ／４だけ位相が遅れた５００［Ｖ］と０［Ｖ］からなる２値化波形（矩形波）の逆相印加電圧を出力する。なお、正相印加電圧発生回路１０４と逆相印加電圧発生回路１０５の回路構成は、図５に示したものと同様である。
【００６０】
最近のロジック回路設計では、専用のＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）を作成して実装する手法が一般的である。ＡＳＩＣの作成にあたっては、所望の機能を実現する電気回路を何十万ゲートという単位で組み込んで回路を設計していくが、その中で、図５に示した従来構成の電気回路に対して追加することになるタイミング生成回路１０６及び位相シフト回路１０７は、フリップフロップ回路の応用で、数十ゲート程度を用いて作成することができ、これを製造コストに換算すると、多く見積もっても数円程度である。
【００６１】
なお、専用のＡＳＩＣを作成せずに、市販されているＩＣを組み合わせても、本実施形態の電気回路を作成することができる。図１０に示した電気回路の例であれば、図５に示した従来構成の電気回路に対して追加することになるタイミング生成回路１０６及び位相シフト回路１０７を、２〜３個程度のＩＣを使用して作成することができる。
【００６２】
図１１は、図１０に示したブロック図のうちのタイミング生成回路１０６及び位相シフト回路１０７を、市販されているＩＣを組み合わせて実現した場合の電気回路例を示す電気回路図である。
図１２は、図１０に示したブロック図のうちのゲート駆動回路１０３、正相印加電圧発生回路１０４及び逆相印加電圧発生回路１０５の電気回路例を示す電気回路図である。
図１３は、図１１及び図１２に示した電気回路の各地点における信号波形によって各地点の動作タイミングを示したタイミングチャートである。
図１４は、同電気回路における正相用ゲート信号ＡＨ，ＡＬ及び逆相用ゲート信号ＢＨ，ＢＬ、並びに、同電気回路から出力される正相印加電圧及び逆相印加電圧の波形によってそれらの動作タイミングを示したタイミングチャートである。
【００６３】
本実施形態では、図１３及び図１４中の斜線部分で示すように、正相用ゲート信号ＡＨ，ＡＬ間、及び、逆相用ゲート信号ＢＨ，ＢＬ間で、立ち上がりタイミング及び立ち下がりタイミングをずらしている。これは、正相用ゲート信号ＡＨ，ＡＬが同時にＨレベル又はＬレベルになって貫通電流が流れる事態や、逆相用ゲート信号ＢＨ，ＢＬが同時にＨレベル又はＬレベルになって貫通電流が流れる事態を防止するためである。
【００６４】
トナー担持ローラ２の劣化進行を抑える観点からすると、表面電極４ａと下層導体基材３ａとの間に大きな電位差が加わる時間を極力少なくすることが望まれ、そのためには正相印加電圧と逆相印加電圧との位相ずれをなるべく小さくする必要がある。ここで、正相印加電圧や逆相印加電圧のＶｐｐ（ピークツゥピーク電圧）は、本実施形態のように５００［Ｖ］程度、大きくても６００［Ｖ］程度に設定されるのが通常である。この場合、フルブリッジ回路のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４として高速のスイッチング素子を用いたとしても、その立ち上がり時間や立ち下がり時間には数十［μｓ］程度はかかってしまう。
【００６５】
本発明者らの実験によれば、７００［Ｈｚ］の場合、その一周期のπ／８よりも位相差を小さくすると、出力波形（正相印加電圧や逆相印加電圧の波形）が充分に立ち上がる前に立ち下がりが始まってしまい、狙いのＶｐｐが得られないという事態が発生した。また、スイッチング素子自体にも個体差があるため立ち上がり特性や立ち下がり特性にばらつきが生じること、温度環境の変化によって立ち上がり特性や立ち下がり特性にばらつきが生じること等も考慮すると、正相印加電圧と逆相印加電圧との間には、少なくともπ／８以上の位相差が必要になるという知見を得た。
【００６６】
本実施形態においては、下層導体基材３ａと表面電極４ａとの間に＋Ｖｐｐの電位差と−Ｖｐｐの電位差が生じる期間が交互に発生する。その期間に電極間で電界が発生し、この電界のうち表面コート層６の外側に形成されるホッピング用電界によって表面コート層６をトナーがホッピングする。本実施形態においては、逆相印加電圧と正相印加電圧を直流電圧に重畳して、下層導体基材３ａ及び表面電極４ａへ印加する。この直流電圧は、画像部電位（静電潜像部分の電位）と非画像部電位（地肌部分の電位）との間に設定され、現像条件によって適宜変動する。
【００６７】
本実施形態において、Ｖｐｐは１００［Ｖ］以上２０００［Ｖ］以下の範囲内であるのが好ましい。Ｖｐｐが１００［Ｖ］より小さいと、十分なホッピング用電界を表面コート層６上に形成できず、トナーを安定してホッピングさせるのが困難となる。一方、Ｖｐｐが２０００［Ｖ］より大きいと、経時使用により電極間でリークが発生する可能性が高くなる。本実施形態では、Ｖｐｐを５００［Ｖ］に設定している。
【００６８】
本実施形態において、逆相印加電圧と正相印加電圧の周波数ｆは、０．１［ｋＨｚ］以上１０［ｋＨｚ］以下であるのが好ましい。０．１［ｋＨｚ］より小さいと、トナーのホッピングが現像速度に追いつかなくなるおそれがある。一方、１０［ｋＨｚ］より大きいと、トナーの移動が電界の切り替わりに追従できなくなり、トナーを安定してホッピングさせるのが困難となる。本実施形態では、周波数ｆを７００［Ｈｚ］に設定している。
【００６９】
図１５は、本実施形態における下層導体基材３ａ及び表面電極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。
本実施形態における下層導体基材３ａ及び表面電極４ａへの給電構成において、下層導体基材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となる。ローラ軸端面で構成される被給電部は逆相印加電圧発生回路２５Ａ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面コート層６が設けられておらず、トナー担持ローラ２の外周面における表面電極４ａの両端部分は露出しており、この露出面が被給電部となる。その露出面で構成される被給電部には、正相印加電圧発生回路２５Ｂ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、被給電部当接したまま連れ回り回転する。
【００７０】
なお、本実施形態では、表面電極４ａに正相印加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。外側電極に正相印加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。
【００７１】
また、本実施形態のように、トナー担持ローラ２の外周面に表面電極４ａの一部分を露出させ、その露出部分を被給電部として、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、その被給電部は、トナー担持ローラ２上における現像幅（感光体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（トナー供給スリーブ１９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。本実施形態では、被給電部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、本実施形態では、トナー供給幅内のトナーが被給電部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。
【００７２】
なお、本実施形態では、第２給電部材として、被給電部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に対して摺動する第２給電部材を用いる場合、被給電部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、本実施形態では、下層導体基材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。  
【００７３】
〔変形例１〕
次に、下層導体基材３ａ及び表面電極４ａへの給電構成の変形例（以下、本変形例を「変形例１」という。）について説明する。
図１７は、本変形例１における下層導体基材３ａ及び表面電極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１８は、同給電構成をもつトナー担持ローラを、軸方向に対して直交する方向から見たときの模式図である。
図１９は、同給電構成を模式的に示す斜視図である。
【００７４】
本変形例１において、下層導体基材３ａに対する給電構成は、上記実施形態と同様に、ローラ軸端面がその被給電部となるように構成されており、その被給電部に給電ブラシ７が当接している。一方、表面電極４ａに対する給電構成は、表面電極４ａをローラ軸周面上まで引き出し、その引き出した部分を被給電部としている。そして、内部絶縁層５も同様にローラ軸周面上まで引き出すことにより、ローラ軸周面上においても下層導体基材３ａと表面電極４ａとの絶縁を確保している。ローラ軸周面上の被給電部には、正相印加電圧発生回路２５Ｂに接続された第２給電部材としての給電ブラシ８’が当接する。
【００７５】
本変形例１に例示した給電構成以外にも、例えば、トナー担持ローラ２の各ローラ軸を互いに電気的に分割し、下層導体基材３ａ及び表面電極４ａをそれぞれいずれかの軸に導通させ、各ローラ軸を通じて下層導体基材３ａ及び表面電極４ａそれぞれに電圧を印加する構成が考えられる。
【００７６】
〔変形例２〕
次に、トナー担持ローラ２にトナーを供給する構成の変形例（以下、本変形例を「変形例２」という。）について説明する。
図２０は、本変形例２における現像装置を示す模式図である。
本変形例２では、磁性キャリアを用いないでトナー担持ローラ２にトナーを供給する。具体的には、本変形例２に係る現像装置１は、図中時計回り方向に回転駆動される第１搬送スクリュー１２を収容する第１収容部１３と、図中反時計回りに回転駆動される第２搬送スクリュー１４を収容する第２収容部１５とを有しており、両収容部は仕切壁１６によって仕切られている。そして、これら収容部には、それぞれ、図示しないマイナス帯電性のトナーが収容されている。第１搬送スクリュー１２及び第２搬送スクリュー１４の回転駆動により、トナーは第１収容部１３及び第２収容部１５を循環搬送される。この搬送時に、トナーは第１搬送スクリュー１２及び第２搬送スクリュー１４から摺擦を受けることで摩擦帯電する。このようにして摩擦帯電した第２収容部１５内のトナーは、供給バイアス電源２４により供給バイアスが印加されたトナー供給ロール１８’上に、静電的に吸着する。なお、この供給バイアスは、直流電圧でも交流電圧でもよいし、また、直流電圧に交流電圧を重畳させたバイアスでもよい。トナー供給ロール１８’上に吸着したトナーは、規制部材２２により担持量が規制された後、供給位置へと搬送される。そして、供給位置へ搬送されたトナーは、トナー供給ロール１８’とトナー担持ローラ２との電位差の作用を受けて、トナー担持ローラ２の表面上に供給される。その後は、上記実施形態１と同様なので説明を省略する。
【００７７】
〔変形例３〕
次に、トナー担持ローラ２にトナーを供給する構成の他の変形例（以下、本変形例を「変形例３」という。）について説明する。
図２１は、本変形例３における現像装置を示す模式図である。
本変形例３では、上記変形例２と同様に磁性キャリアを用いないでトナー担持ローラ２にトナーを供給するが、トナー供給ロール１８’を用いずにトナーを直接的にトナー担持ローラ２へ供給する。  具体的には、本変形例３では、トナー収容部１５’内にスポンジローラ１８’を設け、スポンジローラ１８’の表面をトナー担持ローラ２の表面に当接させている。これにより、トナー収容部１５’内でスポンジローラ１８’の表面に付着したトナーは、トナー担持ローラ２の表面との当接部で摺擦を受けて摩擦帯電し、これにより静電的にトナー担持ローラ２上へ供給される。本変形例３では、スポンジローラ１８’をトナー担持ローラ２に対してトレーリング方向に回転駆動しているが、カウンター方向でもよい。本変形例３の場合、スポンジローラ１８’に接続された供給バイアス電源２４’により印加される供給バイアスによって、トナー担持ローラ２へ供給するトナーの量を制御することができる。この供給バイアスは、直流電圧でも交流電圧でもよいし、また直流電圧に交流電圧を重畳させたバイアスでもよい。
【００７８】
〔変形例４〕
次に、現像に寄与しなかったトナーをトナー担持ローラ２から回収する回収手段としての回収機構３０を設けた現像装置の変形例（以下、本変形例を「変形例４」という。）について説明する。
図２２は、本変形例４における現像装置を感光体４９とともに図示した概略構成図である。
本変形例４における現像装置の基本構成は、上記実施形態と同様であるが、回収機構３０が設けられている点と、トナー担持ローラ２及びトナー供給ロール１８の下方に位置するケーシング１１の内壁が第２搬送スクリュー１４を収容する第２収容部１５に向けて下傾斜している点とが、主に相違する構成である。以下、この相違する構成についてのみ説明する。
【００７９】
本変形例４において、回収機構３０は、トナー担持ローラ２の外周面に対向するように配置される回収板３１と、回収板３１に接触するように配置された振動子３２と、回収板３１に所定の電圧を印加するための回収電源３３とから構成されている。トナー担持ローラ２と回収板３１との間には、マイナス極性に帯電したトナーをトナー担持ローラ２から回収板３１に向けて静電的に移動させる向きの電界が形成される。これにより、現像領域で現像に寄与しなかったトナーは、回収板３１とトナー担持ローラ２とが対向しあう回収領域において、トナー担持ローラ２上から回収板３１側へ移動する。回収板３１に付着したトナーは、振動子３２によって回収板３１を振動させることにより、回収板３１上から振るい落とされる。振るい落とされたトナーは、ケーシング１１の内壁面上を移動して第２収容部１５内に戻され、再び第１収容部１３及び第２収容部１５を循環搬送される。
【００８０】
図２３は、回収機構３０の他の例を示すための概略構成図である。
図２３に示すように、回収機構３０として、回収ローラ３４を利用した構成も採用できる。具体的には、この回収機構３０は、トナー担持ローラ２の外周面に対向するように配置される回収ローラ３４と、回収ローラ３４に接触するように配置されたクリーニングブレード３５と、回収ローラ３４に所定の電圧を印加するための回収電源３３とから構成されている。トナー担持ローラ２と回収ローラ３４との間には、マイナス極性に帯電したトナーをトナー担持ローラ２から回収ローラ３４に向けて静電的に移動させる向きの電界が形成される。これにより、現像領域で現像に寄与しなかったトナーは、回収ローラ３４とトナー担持ローラ２とが対向しあう回収領域において、トナー担持ローラ２上から回収ローラ３４側へ移動する。回収ローラ３４に付着したトナーは、クリーニングブレード３５によって掻き落とされる。掻き落とされたトナーは、ケーシング１１の内壁面上を移動して第２収容部１５内に戻され、再び第１収容部１３及び第２収容部１５を循環搬送される。
【００８１】
以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
下層導体基材３ａ等の第１電極と、該第１電極に対して内部絶縁層５等の絶縁体を介して設けた表面電極４ａ等の第２電極とを有するトナー担持ローラ２等のトナー担持体を備え、該第１電極と該第２電極との間の電位差を時間的に反転させる同一周期の交流電圧（逆相印加電圧と正相印加電圧）を該第１電極及び該第２電極へそれぞれ印加することにより該トナー担持体の外周面上でトナーをホッピングさせ、該トナーを現像領域へ搬送して感光体４９等の潜像担持体に形成された潜像を現像する現像装置１において、上記第１電極及び上記第２電極に印加する交流電圧は、該第１電極に印加される電圧波形の立ち上がり開始タイミング及び立ち下がり開始タイミングと、該第２電極に印加される電圧波形の立ち下がり開始タイミング及び立ち上がり開始タイミングとが互いにずれていることを特徴とする。
これによれば、第１電極に印加される交流電圧（逆相印加電圧）と第２電極に印加される交流電圧（正相印加電圧）との間で、立ち上がり開始タイミング及び立ち下がり開始タイミングが互いにずれているので、これらのタイミングが一致していた従来構成と比較して、第１電極と第２電極との間で大きな電位差が生じる期間を短くすることができる。よって、大きな電位差が生じることによるトナー担持体の劣化進行を抑制することができる。しかも、このようにタイミングをずらす場合、第１電極と第２電極に印加される交流電圧のいずれか一方の位相を遅らせる又は進めるという一般的な位相シフト回路等で実現でき、これは非常に安価であるため、上記先願の構成と比較してコストアップ幅は小さくて済む。
【００８２】
（態様Ｂ）
上記態様Ａにおいて、上記第１電極及び上記第２電極に印加する交流電圧は、最大電圧値及び最小電圧値が一定時間持続する矩形波等の波形を有するものであり、上記第１電極に最大電圧値が印加されている期間と上記第２電極に最小電圧値が印加されている期間との重複期間が存在し、かつ、上記第１電極に最小電圧値が印加されている期間と上記第２電極に最大電圧値が印加されている期間との重複期間が存在するように設定されていることを特徴とする。
これにより、上述したようにタイミングをずらしても、第１電極と第２電極との間で最大電位差が生じる期間を確保することができるので、安定したトナーホッピングを実現できる。この場合でも、最大電位差が生じる期間は、タイミングが一致していた従来構成と比較して短くなるので、トナー担持体の劣化進行は抑制される。
【００８３】
（態様Ｃ）
上記態様Ａ又はＢにおいて、上記第１電極及び上記第２電極に印加する交流電圧は、互いに同一の波形であり、上記第２電極に印加する交流電圧（正相印加電圧）は、上記第１電極に印加する交流電圧（逆相印加電圧）に対してπ/８以上７π/８以下の位相ずれが生じていることを特徴とする。
これによれば、上述したように、第１電極と第２電極との間の最大電位差を安定して得やすくなり、安定したトナーホッピングを実現することが可能となる。
【００８４】
（態様Ｄ）
上記態様Ａ〜Ｃのいずれかの態様において、上記トナー担持体は、その外周面法線方向に厚みをもった内部絶縁層５等の絶縁層の内周面側に下層導体基材３ａ等の第１電極を有し、該絶縁層の外周面側に複数の電極部を備えた表面電極４ａ等の第２電極を有するものであり、上記第１電極に印加する交流電圧を、上記トナー担持体の外周面に接触するトナー供給ロール１８，１８’や規制部材２２等の接触部材にも印加するように構成したことを特徴とする。
このような接触部材には、上記第１電極に印加する交流電圧が印加される構成とする場合がある。この場合、従来構成では、第１電極と第２電極との間と同様、第２電極と接触部材との間にも、最大電位差が常時加わった状態になる。ここで、トナー担持体の外周面とこれに接触するトナー供給ロール（供給部材）や規制ブレード（層圧規制部材）等の接触部材との間に形成される狭小ギャップ域では気中放電が発生する。このような放電の発生により、第２電極よりもトナー担持体外周面側に形成される表面絶縁層は、放電電流によるダメージが加速し、トナー担持体外周面の粗面化が進行してトナー担持量が不安定化するなどのトナー担持体の劣化が生じる。さらにダメージが進行すると、表面絶縁層の絶縁破壊による高圧リークが発生し、それによる異常画像の発生が誘発される。
本態様Ｄによれば、第２電極と接触部材との間で大きな電位差が生じる期間も従来構成と比較して短くなるので、表面絶縁層に関するトナー担持体の劣化も抑制できる。
【００８５】
（態様Ｅ）
上記態様Ａ〜Ｄのいずれかの態様において、所定のクロック信号を出力するタイミング生成回路１０６等のクロック信号出力回路と、上記クロック信号を所定時間だけ遅延させるための位相シフト回路１０７等の遅延回路と、上記遅延回路から出力される遅延クロック信号に基づいて上記第１電極に印加する交流電圧（逆相印加電圧）を生成して出力する逆相印加電圧発生回路１０５等の第１交流電圧発生回路と、上記クロック信号出力回路から出力されるクロック信号に基づいて上記第２電極に印加する交流電圧（正相印加電圧）を生成して出力する正相印加電圧発生回路１０４等の第２交流電圧発生回路とを有することを特徴とする。
従来、逆相用クロック信号は、正相用クロック信号をインバータ回路に通して位相反転させる（位相をπだけずらす）ことにより得ていたが、本実施形態では、位相をπからもずらす必要がある。このとき、外部から位相のずれた逆相用クロック信号専用の信号を受信すればよいが、そのためのハーネス、コネクタなどの新たなインターフェースを設ける必要が生じ、コストアップが懸念される。本態様Ｅによれば、逆相用クロック信号を正相用クロック信号から遅延回路によって生成するので、新たなインターフェースを設ける必要がない。
【００８６】
（態様Ｆ）
潜像担持体の潜像にトナーを付着させることにより該潜像を現像し、これによる得られたトナー像を最終的に記録材に転移させて画像形成を行う画像形成装置において、上記潜像担持体上の潜像を現像する手段として、上記態様Ａ乃至Ｅのいずれかの態様に係る現像装置を用いたことを特徴とする。
これによれば、電気回路コストを大幅にアップさせることなく、従来よりもトナー担持体の劣化を抑制することができる。
【００８７】
（態様Ｇ）
潜像担持体と、該潜像担持体上に形成される潜像をトナーで現像する現像装置とを、１つのユニットとして共通の保持体に保持させて画像形成装置本体に対して一体的に着脱可能に構成したプロセスユニットにおいて、上記潜像担持体上の潜像を現像する手段として、上記態様Ａ乃至Ｅのいずれかの態様に係る現像装置を用いたことを特徴とする。
これによれば、電気回路コストを大幅にアップさせることなく、従来よりもトナー担持体の劣化を抑制することができる。
【符号の説明】
【００８８】
１  現像装置
２  トナー担持ローラ
３ａ  下層導体基材
４ａ  表面電極
５  内部絶縁層
６  表面コート層
２５Ａ  逆相印加電圧発生回路
２５Ｂ  正相印加電圧発生回路
５０ 帯電装置
１０１Ａ  Ｖｐｐ用電源
１０１Ｂ  バイアス電源
１０１Ｃ  中間電圧用電源
１０２  制御ボード
１０３  ゲート駆動回路
１０４  正相印加電圧発生回路
１０５  逆相印加電圧発生回路
１０６  タイミング生成回路
１０７  位相シフト回路
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８９】
【特許文献１】特開２００７−１３３３８８号公報
【特許文献２】特開２０１１−１５４０９８号公報
【図１】
2013125151.tif 000003
【図２】
2013125151.tif 000004
【図３】
2013125151.tif 000005
【図４】
2013125151.tif 000006
【図５】
2013125151.tif 000007
【図６】
2013125151.tif 000008
【図７】
2013125151.tif 000009
【図８】
2013125151.tif 000010
【図９】
2013125151.tif 000011
【図１０】
2013125151.tif 000012
【図１１】
2013125151.tif 000013
【図１２】
2013125151.tif 000014
【図１３】
2013125151.tif 000015
【図１４】
2013125151.tif 000016
【図１５】
2013125151.tif 000017
【図１６】
2013125151.tif 000018
【図１７】
2013125151.tif 000019
【図１８】
2013125151.tif 000020
【図１９】
2013125151.tif 000021
【図２０】
2013125151.tif 000022
【図２１】
2013125151.tif 000023
【図２２】
2013125151.tif 000024
【図２３】
2013125151.tif 000025
【図２４】
2013125151.tif 000026
【図２５】
2013125151.tif 000027