(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
潜像担持体上にトナーを供給し、この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、
帯電した前記トナーを搬送面に沿って静電力で一端部側に向かって搬送するための空間進行波電界を発生させる複数の電極を有し、前記一端部側から前記潜像担持体に向かって前記トナーを飛翔させる、前記電極面側が対峙する一対の搬送基板と、
前記一対の搬送基板の前記一端部の前記電極間に交流電界を発生させ、前記搬送基板の一端部側から飛翔するトナーによるトナークラウドを発生させる手段と、を備え、
前記搬送基板の前記複数の電極は、トナーの飛翔搬送方向に沿って順次段階的に配置密度を高くして配置されている
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像形成装置において、前記一対の対峙した搬送基板にそれぞれ対峙する中間搬送基板を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１に記載の画像形成装置において、前記搬送基板に対峙して前記トナーを搬送面に沿って静電力で他端部側に向かって搬送する逆搬送基板を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の画像形成装置において、現像に使用されなかったトナーを回収するトナーガターを有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項４に記載の画像形成装置において、前記トナーガターに回収したトナーを逆方向に搬送する逆搬送部材を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の画像形成装置において、前記搬送基板の電極と前記潜像担持体との間に直流電界を発生させる手段を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれかに記載の画像形成装置において、前記搬送基板の外面側に設けた電極と前記潜像担持体との間に直流電界を発生させる手段を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】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は画像形成装置に関し、特に潜像担持体の潜像を現像して画像を形成する画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、この潜像に現像剤（以下「トナー」という。）を付着させて現像して可視像化し、このトナー像を記録媒体（転写紙）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、潜像を現像する現像装置としては、従来から、現像装置内で攪拌されたトナーを現像剤担持体である現像ローラ表面に担持し、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向する位置まで搬送し、潜像担持体の潜像を現像し、現像終了後、潜像担持体に転写しなかった現像剤もしくはトナーは現像ローラの回転により現像装置内に回収し、新たに現像剤もしくはトナーを攪拌・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】
また、現像装置としては、特開平５−１９６１５号公報に記載されているように、現像ローラ表面において静電力を用いてトナーを搬送し、潜像担持体との間で生じる吸引力で現像ローラ表面からトナーを分離して潜像担持体表面に付着させるようにしたもの、或いは、特開昭５９−１８１３７５号などに記載されているように、トナーを静電力で搬送する搬送基板を用いて、トナーを潜像担持体に対向する位置まで搬送し、潜像担持体との間で生じる吸引力で搬送面からトナーを分離して潜像担持体表面に付着させるようにしたものもある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した現像ローラを用いてトナーを潜像担持体に付着させる画像形成装置にあっては、現像ローラから強電界の静電圧や交流電圧によるトナー吸引で潜像担持体にトナーを付着させて現像しているため、潜像担持体のブラシ打痕、穂後やトナー飛散が生じ易く、地汚れが生じる。特に、現像の際には、トナーの帯電量の大きさに左右されず、小さい帯電トナーも潜像担持体に付着するため、現像プロセスの過程で潜像担持体との付着力が小さい帯電トナーが飛散し易いという課題がある。
【０００６】
また、摩擦帯電やコロナ放電帯電によってトナーを帯電させた場合、飽和帯電したトナーと不飽和帯電のトナーとが混在し、大きな帯電分布を有することになる。このようなトナーを強制的に磁気ブラシや転写ローラなどを用いて現像ローラに転写すると、現像ローラの現像速度（線速１００ｃｍ／sec程度）の速さでは、一旦現像ローラに担持させた現像剤のうちの電荷が小さなトナーは離脱して、トナーが飛散したり、形成画像の地汚れが生じ易くなるという課題がある。
【０００７】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、構成が簡単でトナー飛散が少なく高い画像品質が得られる画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る画像形成装置は、
潜像担持体上にトナーを供給し、この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、
帯電した前記トナーを搬送面に沿って静電力で一端部側に向かって搬送するための空間進行波電界を発生させる複数の電極を有し、前記一端部側から前記潜像担持体に向かって前記トナーを飛翔させる、前記電極面側が対峙する一対の搬送基板と、
前記一対の搬送基板の前記一端部の前記電極間に交流電界を発生させ、前記搬送基板の一端部側から飛翔するトナーによるトナークラウドを発生させる手段と、を備え、
前記搬送基板の前記複数の電極は、トナーの飛翔搬送方向に沿って順次段階的に配置密度を高くして配置されている
構成とした。
【０００９】
ここで、一対の対峙した搬送基板にそれぞれ対峙する中間搬送基板を備えていることが好ましい。
【００１０】
また、搬送基板に対峙してトナーを搬送面に沿って静電力で他端部側に向かって搬送する逆搬送基板を有することが好ましい。さらに、現像に使用されなかったトナーを回収するトナーガターを有することが好ましい。このトナーガターには回収したトナーを逆方向に搬送する逆搬送部材を有することが好ましい。
【００１１】
さらに、搬送基板の電極と潜像担持体との間に直流電界を発生させる手段を備えていることが好ましい。また、搬送基板の外面側に設けた電極と前記潜像担持体との間に直流電界を発生させる手段を備えていることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。先ず、本発明の第１実施形態に係る画像形成装置について図１を参照して説明する。なお、同図は同画像形成装置の全体概略構成図である。
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１（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２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３とミラー４とを含む走査光学系５と、ミラー６、７を含む走査光学系８とが移動して、原稿画像の読み取りが行われる。
【００１３】
ここで、走査された原稿画像がレンズ９の後方に配置した画像読み取り素子１０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（ＬＤ）を駆動し、このレーザーダイオードからのレーザー光をポリゴンミラー１３で反射した後、ミラー１４を介して感光体ドラム１上に照射する。この感光体ドラム１は帯電装置１５によって一様に帯電されており、レーザー光による書き込みにより、感光体ドラム１の表面に静電潜像が形成される。
【００１４】
そして、この感光体ドラム１表面の静電潜像は、本発明に係る現像装置１６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、給紙部１７Ａ又は１７Ｂから給紙コロ１８Ａ又は１８Ｂで給紙された転写紙（記録媒体）１９に転写チャージャ２０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１９は、分離チャージャ２１により感光体ドラム１の表面より分離されて、搬送ベルト２２によって搬送され、定着ローラ対２３の圧接部を通って、可視像が定着され、機外の排紙トレイ２４へと排紙される。
【００１５】
一方、転写が終了した感光体ドラム１の表面に残留しているトナーはクリーニング装置２５によって除去され、感光体ドラム１の表面に残留している電荷は除電ランプ２６によって消去される。
【００１６】
次に、現像装置１６について図２を参照して説明する。なお、同図は同現像装置の概略構成図である。
この現像装置１６は、帯電したトナーを対峙する搬送基板３０、３０の搬送面３０ａ、３０ａに沿って静電力で一端部側（以下「飛翔側」とも称する。）に向かって搬送し、搬送基板３０、３０の一端部側から潜像担持体である感光体ドラム１に向かってトナーを飛翔させるトナー飛翔装置３１を備えている。
【００１７】
そして、このトナー飛翔装置３１の搬送基板３０、３０間に帯電したトナーをトナーボックス部３２から送り込む搬送路部材３３、３３と、トナーボックス部３２に供給するトナーを帯電させる帯電ローラ３４及びこの帯電ローラ３４の周面に接触させて配置した帯電ブレード３５と、トナーホッパ部３６内のトナーを帯電ローラ３４付近まで搬送するアジテータ３７とを備えている。
【００１８】
さらに、トナー飛翔装置３１の搬送基板３０、３０から飛翔されて使用されなかった未使用トナーを回収する回収手段であるトナーガター３８、３８と、このトナーガター３８で回収されたトナーをトナーボックス部３２に静電力で逆方向に搬送して戻すための逆搬送路部材３９、３９等とを備えている。
【００１９】
そこで、この現像装置６におけるトナー飛翔装置３１を構成する搬送基板３０について図３及び図４を参照して説明する。なお、図３は同搬送基板の模式的断面説明図、図４は同搬送基板の平面説明図である。
この搬送基板３０は、長尺の平板状の支持基板４１上に、静電力でトナーを搬送するための空間進行波電界を発生させる多数の電極４２、４２、……を３本を１セットとして設け、更に搬送面を形成する搬送面形成部材４３を積層し、この搬送面形成部材４３の表面にトナーとの接触抵抗を低減する表面コート層４４を成膜したものであり、搬送面に沿ってトナーを静電力で加速しながら搬送する。
【００２０】
ここで、支持基板４１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を用いることができる。ここでは、厚さ０．９〜１．１ｍｍのガラス基板を用いた。
【００２１】
電極４２は、支持基板４１上にＡｌ、Ｎｉ‐Ｃｒ等の導電性材料を０．１〜０．２μｍ厚で成膜し、これをフォトリソ技術等の半導体技術を用いて電極形状にパターン化して形成している。この電極４２の配置密度は、トナー径の１／３〜１００倍のライン／スペース（Ｌ／Ｓ）であることが、良好な搬送速度と量を確保するために好ましく、特にトナー粒径の１／２〜５倍であることが好ましい。また、電極４２の幅はトナー径の１〜３倍であることが、良好な搬送速度と搬送量を確保するために好ましい。
【００２２】
そこで、電極４２は、図４に示すように、トナー飛翔搬送方向と直交する方向に配列し、トナー飛翔搬送方向に沿って順次段階的に配置密度を高くして（配置間隔を狭くして）配置している。すなわち、例えば、トナー供給側からトナー飛翔側に向かって、領域Ａでは電極４２を１００μｍ間隔で、領域Ｂでは電極４２を２０μｍ間隔で、領域Ｃでは電極４２を１０μｍ間隔で、領域Ｄでは電極４２を５μｍ間隔で配置している。また、電極４２の幅はトナーの平均粒径が８μｍとして１０μｍ幅としている。
【００２３】
搬送面形成部材４３としては、比誘電率の大きな絶縁膜、例えばＳｉＯ２（シリコン酸化膜）又はＴａ２Ｏ５（五酸化タンタル、比誘電率２８）を厚さ０．５〜１μｍ厚で成膜して形成している。また、ポリイミドを用いる場合、ポリイミドは比誘電率が３．６程度であるが、基板にコーティングするときＢａＴｉＯ３の微粒子を１％程度添加することで見かけの比誘電率は１０〜１２になる。
【００２４】
この搬送面形成部材４３の比誘電率を大きくすることによって、駆動電圧の低電圧化を図ることができるとともに、粒子（トナー）の駆動反跳と搬送速度が大きくなる。したがって、より確実に帯電したトナーを低電圧で、飛翔可能な速度で搬送するために、搬送面形成部材４３は比誘電率が１０以上である材料で形成することが好ましい。厚さ１μｍのポリイミドフィルムを用いて実験したところ、ＤＣ５００Ｖの走査駆動電圧が必要になるが、これに上述したようにＢａＴｉＯ３の微粒子を１％程度添加したときには３００Ｖの駆動電圧で相当の結果が得られた。
【００２５】
表面コート層４４は、搬送面と帯電トナー界面と接触抵抗の低減を図る機能を有する膜であり、例えばＰＴＦＥ、ＰＦＡなどのフッ素系樹脂材料を０．１〜０．３μｍ厚でコートして形成している。
【００２６】
ここで、トナー飛翔装置３１を構成する搬送基板３０は１枚でもよいが、この実施形態では、２枚の搬送基板３０、３０を用いて、搬送基板３０の搬送面３０ａ、３０ａを対向（対峙）させて配置している。このときの２枚の搬送基板３０、３０の対向間隔は３０〜２００μｍの範囲にしている。
【００２７】
このように複数枚の搬送基板３０を用いることによって単位時間当たりで搬送して飛翔させることできるトナー量を増加することができるとともに、駆動する搬送基板３０を選択することによって搬送、飛翔させるトナー量を制御することができるようになる。
【００２８】
また、搬送路部材３３及び逆搬送路部材３９も上述した搬送基板３０と基本的構成を同じくし、ここでは図示しないが、支持基板としての絶縁性のフレキシブル基板上に、多数の電極を所定の間隔で配置し、更に搬送面を形成する搬送面形成部材を積層し、この搬送面形成部材の表面にトナーとの接触抵抗を低減する表面コート層を成膜したものである。これらの搬送路部材３３及び逆搬送路部材３９においては電極の配置密度は略等間隔としている。
【００２９】
次に、トナー飛翔装置３１の搬送基板３０、３０によるトナーの搬送及び飛翔（噴射）動作について図５乃至図８をも参照して説明する。
先ず、このトナー飛翔装置３１においては、図５に示すように、搬送基板３０、３０の３本の電極４２、４２、４２を１セットとして、各電極４２に３相の駆動電圧（駆動波形）Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃをそれぞれ電極印加する駆動回路（ドライバ）５０、５０を設けている。この駆動回路５０から出力する駆動波形Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃにはそれぞれ若干の遅延時間を持たせ、また駆動波形Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃはそれぞれ＋電位、−電位、０電位（非印加）の三値をとる電圧波形である。
【００３０】
ここで、図６に示すように、搬送基板３０上に負帯電したトナーＴがあり、搬送基板３０の連続した複数の電極４２に、▲１▼で示すようにそれぞれ「＋」、「−」、「０」、「＋」、「−」が印加され、「０」の電極４２上に負帯電トナーＴが位置するとき、負帯電トナーＴには図で左側の「−」の電極４２との間で反発力が、右側の「＋」の電極４２との間で吸引力がそれぞれ作用するので、負帯電トナーＴは「＋」の電極４２側に移動する。
【００３１】
そして、例えば、図７に示すような変化パターンで駆動回路５０から３相の駆動電圧Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃを三本の電極４２毎に印加している場合、搬送基板３０の連続した複数の電極４２に印加する電圧は▲２▼で示すようにそれぞれ「０」、「＋」、「−」、「０」、「＋」のように変化する。したがって、「＋」から「０」になった電極４２と負帯電トナーＴとの間には力が作用しなくなり、負帯電トナーＴは「０」から「−」になった電極４２との間で反発力が、「−」から「＋」になった電極４２との間で吸引力がそれぞれ作用するので、負帯電トナーＴは更に「＋」の電極４２側に移動する。
【００３２】
このように電極４２に印加する駆動波形の電位を変化させて見かけ上駆動波形を移動させることによって空間進行波電界が発生して、負帯電トナーＴは「＋」の電極４２側に引かれながら移動するので、搬送基板３０の搬送面に沿って負帯電トナーＴが搬送される。なお、正帯電トナーの場合には駆動波形の変化パターンを逆にすることで搬送できる。以下では負帯電トナーで説明する。
【００３３】
ここで、搬送基板３０は、一端部側（飛翔側）に向かうに従って前述したように電極４２の配置間隔を狭く形成しているので、負帯電したトナーＴにはより強く吸引力と反発力が作用することになり、トナーＴは飛翔側に向かうに従って搬送速度が段階的（図４の領域Ａ→領域Ｂ→領域Ｃ→領域Ｄの順）に増加して、トナーＴは最終的に搬送基板３０の一端部から飛翔する（噴射される。）。
【００３４】
なお、駆動回路５０から搬送基板３０の各電極４２に印加する３相の駆動電圧Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃの変化パターンは上記の例に限るものではなく、例えば図８に示すように「０」を用いないで三本の電極４２のうちの連続する二本の電極４２に対する駆動波形を「＋」、他の一本の電極４２に対する駆動波形を「−」にするパターンであっても、負帯電トナーＴは搬送基板３０に搬送面に沿って加速されながら搬送され、飛翔側から飛翔する。本実施形態の搬送基板３０を用いて飛翔するトナー速度を測定したところ、印加電圧や周波数にもよるが、概ね０．５ｍ〜５ｍ／secの飛翔速度が得られた。
【００３５】
そこで、以上のように構成した画像形成装置における現像装置１６を用いた現像作用について図９をも参照して説明する。
先ず、同図に示すように、現像装置１６のトナー飛翔装置３１の搬送基板３０、３０によって負帯電したトナーＴを加速しながら搬送して飛翔側から感光体ドラム１に向けて飛翔させる。これによって、飛翔された負帯電トナーＴは感光体ドラム１表面の正電荷がある部分（画像部分）に付着して潜像が現像される。
【００３６】
このとき、搬送基板３０、３０の一端部（飛翔側）側の電極４２、４２に対して交流電源５２からの交流電圧を印加して、搬送基板３０、３０間に交流電界（交流電場）を発生させておくと、搬送基板３０、３０から飛翔されたトナーＴが交流電界によってクラウド状態になるトナークラウド５３が発生し、感光体ドラム１の潜像に対して均質にトナーが付着するので、画像品質が向上する。すなわち、この画像形成装置においては、搬送基板３０、３０の一端部（飛翔側）側の電極４２、４２と交流電源５２とでトナークラウドを発生させる手段である交流電場を印加する手段を構成している。
【００３７】
このように、帯電したトナーを搬送基板の搬送面に沿って静電力で一端部側に向かって搬送し、搬送基板の一端部側から潜像担持体に向かってトナーを飛翔させるので、非接触で直接トナーを付着させることができ、装置が簡単になって低コスト化を図れる。そして、静電トナー搬送はクーロン力による搬送であることから、帯電量の小さなトナー、無帯電のトナー、逆極性帯電のトナーは所定の方向に搬送されず、ある閾値以上の帯電トナーのみが搬送されて、現像に供するトナーの帯電量が均一化し、現像プロセスでのトナーの再離脱が低減して、地汚れが少なくなり、画像品質が向上する。
【００３８】
また、現像ローラを現像手段とする場合に比べてトナーの劣化が少なくなる。すなわち、通常は、摩擦帯電で、トナーを帯電させ、現像ローラに磁性キャリヤとともに製膜し、キャリヤに静電付着したトナーを磁気ブラシ状にして、潜像担持体に接触させて現像するが、このため、トナーは現像ローラで混練り状態となり、さらに微粉末に粉砕されたり、ＳｉＯ２，ＴｉＯ２等、添加物がトナーの樹脂部に刷り込まれるなどして、トナーの特性劣化が発生して、機能障害が発生する。これに対して、上述したように搬送基板でトナーを搬送して飛翔させるようにすることで、トナーが更に微粉末に粉砕されたり、ＳｉＯ２，ＴｉＯ２等、添加物がトナーの樹脂部に刷り込まれることがなく、特性劣化も低減する。
【００３９】
次に、この画像形成装置におけるトナー回収作用について図１０をも参照して説明する。なお、同図はトナー回収作用の説明に供する説明図である。
上述したように搬送基板３０、３０からトナーが飛翔して感光体ドラム１上の潜像領に域付着するが、すべてのトナーが現像に使用されるものではなく、搬送基板３０、３０から飛翔したが現像に供されないトナーも生じる。
【００４０】
そこで、対峙する搬送基板３０、３０の外方側にトナーガター３８、３８を設けて、現像部から離散しようとする未使用のトナーを付着させて回収する。このトナーガター３８、３８には、前述したように逆搬送路部材３９、３９を設けており、この逆搬送路部材３９、３９も前述した搬送基板３０、３０と同様な構成によって空間進行波電界による静電力でトナーを供給側（他端部側）に搬送することができるので、トナーボックス部３２側にトナーを戻して、再使用に供することができる。
【００４１】
このように搬送基板３０から飛翔した未使用のトナーを回収する回収手段を備えることによって、トナーの飛散を確実に防止でき、更に回収手段にトナーを静電力で供給側に逆搬送する手段を備えることにより、トナーを再利用でき、コストの低減を図ることができる。
【００４２】
なお、上述したトナーガター３８にトナーと順／逆のバイアス電圧を交互に印加すると、トナーの吸引と離脱が行われるようになり、飛散するトナーを回収するとともに、回収したトナーを再度搬送基板３０の飛翔側に戻して再利用することができる。この場合には逆搬送路部材３９でトナーボックス部３２に回収トナーを戻す必要は必ずしもない。
【００４３】
次に、本発明に係る画像形成装置の第２実施形態について図１１を参照して説明する。なお、同図は同画像形成装置の現像装置部分を説明する要部説明図である。
この実施形態では、現像装置１６のトナー飛翔装置３１の搬送基板３０、３０として、多数の電極４２を略等間隔で搬送方向に沿って配置したものを用いている。また、駆動回路５５として、搬送基板３０の各電極４２に対して３種類の周波数ｆ１の三相の駆動波形Ｖａ１、Ｖｂ１、Ｖｃ１と、周波数ｆ２の三相の駆動波形Ｖａ２、Ｖｂ２、Ｖｃ２と、周波数ｆ３（ｆ１＞ｆ２＞ｆ３）の三相の駆動波形Ｖａ３、Ｖｂ３、Ｖｃ３とを出力するものを用いている。
【００４４】
そして、駆動回路５５の周波数ｆ１の三相の駆動波形Ｖａ１、Ｖｂ１、Ｖｃ１を搬送基板３０の飛翔側の所要の領域の電極４２、４２……に、周波数ｆ２の三相の駆動波形Ｖａ２、Ｖｂ２、Ｖｃ２を搬送基板３０の中間部の領域の電極４２、４２……に、周波数ｆ３の三相の駆動波形Ｖａ３、Ｖｂ３、Ｖｃ３を搬送基板３０の供給側の所要の領域の電極４２、４２……に、それぞれ印加するようにしている。その他の構成は前記実施形態と同様であるの説明及び図示は省略している。
【００４５】
このように構成することで、搬送基板３０、３０の電極４２、４２は略等間隔で配置されているが、搬送基板３０の各電極４２に印加される駆動波形Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃの周波数は供給側から飛翔側に向かって段階的（この例ではｆ３、ｆ２、ｆ１の三段階）に高くなる。ここで、帯電したトナーに作用する吸引力と反発力は駆動波形の周波数が高いほど単時間で変化することになるので、搬送基板３０の供給側から与えられたトナーは、電極４２、４２…に与えられる駆動波形の周波数が高くなるに従って移動速度が速くなり、したがって、トナーは搬送基板３０の搬送面に沿って加速されながら搬送され、飛翔側（一端部側）から感光体ドラム１に向かって飛翔する。
【００４６】
このように、駆動波形の周波数を段階的に変化させて与えることによってトナーを加速する場合には、前記実施形態のように電極の配置密度を変化させる場合と比較し、搬送基板の電極の配置を略等間隔にできるという利点があるが、他方、駆動回路側の構成が若干複雑になる。したがって、いずれの形態を採用するかは駆動回路や搬送基板の製作コストなどを考慮して選択すればよく、また、搬送基板の電極の配置密度を飛翔側ほど狭くしながら、かつ、駆動波形の周波数も段階的に高くする駆動回路を用いることもできる。
【００４７】
次に、本発明に係る画像形成装置の第３実施形態について図１２を参照して説明する。なお、同図は同画像形成装置の現像装置部分の要部説明図である。
この実施形態では、現像装置６のトナー飛翔装置３１の搬送基板３０、３０として、多数の電極４２を略等間隔で搬送方向に沿って配置したものを用いている。また、駆動回路５６として、搬送基板３０の各電極４２に対して３種類の波高値Ｖｐ１の三相の駆動波形Ｖａｐ１、Ｖｂｐ１、Ｖｃｐ１と、波高値Ｖｐ２の三相の駆動波形Ｖａｐ２、Ｖｂｐ２、Ｖｃｐ２と、波高値Ｖｐ３（Ｖｐ１＞Ｖｐ２＞Ｖｐ３）の三相の駆動波形Ｖａｐ３、Ｖｂｐ３、Ｖｃｐ３とを出力するものを用いている。
【００４８】
そして、駆動回路５６の波高値Ｖｐ１の三相の駆動波形Ｖａｐ１、Ｖｂｐ１、Ｖｃｐ１を搬送基板３０の飛翔側の所要の領域の電極４２、４２……に、波高値Ｖｐ２の三相の駆動波形Ｖａｐ２、Ｖｂｐ２、Ｖｃｐ２を搬送基板３０の中間部の領域の電極４２、４２……に、波高値Ｖｐ３の三相の駆動波形Ｖａｐ３、Ｖｂｐ３、Ｖｃｐ３を搬送基板３０の供給側の所要の領域の電極４２、４２……に、それぞれ印加するようにしている。その他の構成は前記実施形態と同様であるの説明及び図示は省略している。
【００４９】
このように構成することで、搬送基板３０、３０の電極４２、４２には略等間隔で配置されているが、搬送基板３０の各電極４２に印加される駆動波形Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃの波高値は供給側から飛翔側に向かって段階的（この例ではＶｐ３、Ｖｐ２、Ｖｐ１の三段階）に高くなる。ここで、帯電したトナーに作用する吸引力と反発力は駆動波形の波高値が高いほど単時間で変化することになるので、搬送基板３０の供給側から与えられたトナーは、電極４２、４２…に与えられる駆動波形の波高値が高くなるに従って移動速度が速くなり、したがって、トナーは搬送基板３０の搬送面に沿って加速されながら搬送され、飛翔側（一端部側）から感光体ドラム１に向かって飛翔する。
【００５０】
次に、本発明に係る画像形成装置の第４実施形態について図１３を参照して説明する。なお、同図は同画像形成装置の現像装置部分の要部説明図である。
この実施形態では、現像装置６のトナー飛翔装置３１の搬送基板３０、３０として、多数の電極４２を略等間隔で搬送方向に沿って配置したものを用いている。また、前述した駆動回路５０を備えるとともに、搬送基板３０の各電極４２のうちのいずれかの電極４２（ここでは、供給側の電極４２）に対して駆動回路５０からの三相の駆動波形Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃよりもディユーティ比が高い駆動波形Ｖａｄ、Ｖｂｄ、Ｖｃｄを印加する駆動回路５７を備えている。
【００５１】
このように構成したので、駆動回路５７からデューティ比の高い駆動波形Ｖａｄ、Ｖｂｄ、Ｖｃｄを印加することによって、トナーには搬送基板３０から飛翔する初速が与えられ、その後駆動回路５０からの駆動波形Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃが印加される電極４２による静電力でその初速をほぼ維持した状態で搬送され、搬送基板３０の飛翔側（一端部側）から感光体ドラム１に向かって飛翔する。
【００５２】
次に、本発明に係る画像形成装置の第５実施形態について図１４を参照して説明する。なお、同図は同画像形成装置の現像装置部分の要部説明図である。
この実施形態におけるトナー飛翔装置３１は、前述した搬送基板３０と同じく、片面を搬送面とする搬送基板３０Ａ、３０Ａとの間に両面を搬送面とする中間搬送基板３０Ｂを配置したものであり、各搬送基板３０Ａ、３０Ａの搬送面及び中間搬送基板３０Ｂの２つの搬送面でトナーを搬送して飛翔させるようにしている。
【００５３】
このように構成したので、トナー飛翔装置３１で単位時間当たりに搬送できるトナー量が前記各実施形態の２倍になり、高速記録で使用するトナー量にも十分に対応することができる。すなわち、記録速度が高速になるに従って、画像にもよるが消費されるトナー量が多くなり、現像に必要なトナーの補給が間に合わなくなることがあるので、より多くの搬送基板を備えることによって、簡単な構成で多くのトナーを搬送できるようになって、記録速度の高速化に対応することができる。
【００５４】
この場合、同図に示すように、中間搬送基板３０Ｂを両側の搬送基板３０Ａ、３０Ａよりも飛翔側を後退させて配置し、両側の搬送基板３０Ａ、３０Ａ間に交流電源５２から交流電圧を印加して交流電界を発生させ、トナークラウドを発生させる。
【００５５】
次に、本発明に係る画像形成装置の第６実施形態について図１５を参照して説明する。なお、同図は同画像形成装置の現像装置部分の要部説明図である。
この実施形態では、トナー飛翔装置３１の搬送基板３０、３０の飛翔側端部の電極４２、４２間に前述したように交流電源５２から交流電圧を印加するとともに、感光体ドラム１と一方（ここでは下側）の搬送基板３０の飛翔側端部の電極４２との間に直流電界を発生させる手段である直流電源６０からの直流電圧を印加している。
【００５６】
このように構成したので、例えば、交流電源５２からＡＣ±３００Ｖを、直流電源６０からＤＣ５００Ｖを印加すると、下側の搬送基板３０には感光体ドラム１との間に常に＋５００Ｖが印加され、上側の搬送基板３０には２００Ｖ（＝５００−（＋３００））と８００Ｖ（５００−（−３００））の電圧が交互に印加されることになり、上側の搬送基板３０と感光体ドラム１との間に交番電界による電界振動が発生する。
【００５７】
これにより、トナー飛翔装置３１の搬送基板３０、３０から飛翔した帯電したトナーＴによって形成されるトナークラウドは交番電界による電界振動によって拡散されることになり、感光体ドラム１との間での付着／離脱の頻度が向上する。したがって、より高精度に目的とする感光体ドラム１の電荷にトナーを付着させることができ、画像品質が向上する。
【００５８】
次に、本発明に係る画像形成装置の第７実施形態について図１６を参照して説明する。なお、同図は同画像形成装置の現像装置部分の要部説明図である。
この実施形態では、トナー飛翔装置３１の搬送基板３０、３０との間に前述したように交流電源５２から交流電圧を印加するとともに、搬送基板３０、３０の外面に設けた電極部６１、６１と感光体ドラム１との間に直流電界を発生させる手段である直流電源６０からの直流電圧を印加している。
【００５９】
このように構成したので、各搬送基板３０、３０と感光体ドラム１との間には直流バイアス電界が発生し、トナー飛翔装置３１の搬送基板３０、３０から飛翔して交流電界によりクラウド状態になったトナーＴが直流バイアス電界間に封じ込められることなる。したがって、トナーの飛散が防止され、より画像品質が向上する。
【００６０】
次に、本発明に係る画像形成装置の第８実施形態について図１７を参照して説明する。なお、同図は同画像形成装置の現像装置部分の要部説明図である。
この実施形態では、トナー飛翔装置３１として搬送基板３０、３０の供給側にトナーを蓄積する凹部形状の蓄積部７０を形成したものを備え、上側の搬送基板３０に対して前述した図７に示すような変化パターンで駆動波形Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃを変化させて印加する駆動回路７１と、下側の搬送基板３０に対して図１８に示すように図７とは逆の変化パターンで駆動波形Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃを変化させて印加する駆動回路７２とを備えている。
【００６１】
このように構成したので、トナー飛翔装置３１の上側の搬送基板３０からは前述したと同様にトナーが搬送されて感光体ドラム１に向かって飛翔されるが、下側の搬送基板３０は逆の変化パターンの駆動波形が印加されているため、トナーは逆方向（飛翔側から供給側の方向）に搬送されることになる。すなわち、下側の搬送基板３０は逆搬送基板となる。
【００６２】
このように構成したので、現像装置６のトナーボックス部３２から供給されるトナーを蓄積部７０、７０に蓄積しておくことができ、搬送基板３０、３０で途切れることなくトナーを搬送して飛翔させることができる。すなわち、トナーの使用量が多い場合には、連続的にトナーを搬送、飛翔させなければならないが、このとき搬送基板３０、３０へのトナー補給が間に合わなくなるとトナー不足が発生することになるので、蓄積部７０、７０にトナーを蓄積しながら搬送、飛翔させることで、連続的に安定したトナーの搬送、飛翔を行うことができ、画像品質の劣化を防止することができる。
【００６３】
加えて、感光体ドラム１に付着せずに反跳するトナーは下側の搬送基板３０によって供給側に搬送されて蓄積部７０に戻され、この下側の搬送基板３０の蓄積部７０に戻されたトナーは上側の搬送基板３０に移送されながら再び現像に供される。これによって、トナーの有効利用を図れるとともに、反跳トナーの飛散が防止されて画像品質の向上を図れる。
【００６４】
次に、本発明に係る画像形成装置の第９実施形態について図１９を参照して説明する。なお、同図は同画像形成装置の現像装置部分の要部説明図である。
この実施形態では、トナー飛翔装置３１の上側の搬送基板３０に対して前述した図７に示すような変化パターンで駆動波形Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃを変化させて印加する駆動回路７１と、下側の搬送基板３０に対して図７に示すような変化パターンで駆動波形Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃを変化させて印加するモードと、図１８に示すように図７とは逆の変化パターンで駆動波形Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃを変化させて印加するモードとを有する駆動回路７３とを備えている。
【００６５】
そして、駆動回路７３に対しては図示しない制御部からモードを切り替えるモード切替信号を与えている。このモード切替信号は、例えば画像形成装置が待機中であるときに図１８に示すような変化パターンで駆動波形Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃを変化させて印加するモードを選択する信号である。
【００６６】
このように構成したので、通常の画像を形成する記録中は、下側の搬送基板３０に対しても駆動回路７３からは図７に示すような変化パターンで駆動波形Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃを変化させて印加するので、上下いずれの搬送基板３０、３０もトナーを飛翔側に搬送して飛翔させ、一枚の搬送基板３０の２倍の搬送量でトナーを飛翔させて現像することができる。
【００６７】
そして、待機モードになると、下側の搬送基板３０に対して駆動回路７３からは図１８に示すような変化パターンで駆動波形Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃを変化させて印加するので、下側の搬送基板３０はトナーを逆方向に搬送するようになり、その結果、トナーは搬送基板３０、３０との間で循環される状態になって、飛翔しなくなる。このように、待機中などにはトナーが飛翔しなくなるので、トナーの飛散がより確実に防止され、画像品質の向上を図れる。
【００６８】
また、このように２枚の搬送基板を設けて、その一方の搬送基板はトナーを飛翔させる搬送基板として用いるとともに、トナーを供給側に搬送する逆搬送基板としても使用することにより、構成が簡単になる。
【００６９】
次に、上記各実施形態のトナー飛翔装置３１におけるトナー搬送形態の他の例について図２０を参照して説明する。
上記各実施形態におけるトナー飛翔装置３１のように少なくとも２枚の搬送基板３０、３０の搬送面を対向して配置した場合、駆動電圧と搬送面間のギャップを設定することで、２枚の搬送基板３０、３０の各電極４２に印加する駆動波形を同期させると、上側の搬送基板３０によって発生する電界カーテン８１と上側の搬送基板３０によって発生する電界カーテン８２とが繋がった状態になる。
【００７０】
このように電界カーテン８１、８２が繋がった状態になると、トナーは移動しなくなり、電界カーテン８１、８２が繋がっていない部分でトナーは層状化する。そこで、これらの電界カーテン８１、８２を所繋がったまま所要の時定数で飛翔側方向に移動させることで、トナーは層状態のまま、飛翔側に搬送されることになり、間欠的にトナーを層状に搬送することができる。
【００７１】
この場合搬送基板３０からはより多くのトナーが供給されることになり、画像によっては未使用トナーが多くなるので、トナーガター３８によって未使用トナーを回収して、逆搬送路部材３９で供給側にトナーを逆送する。ここで、この逆搬送路部材３９の構成について簡単に説明すると、フレキシブル基板９１に空間進行波電界を発生させる複数の電極９２を設け、搬送面形成部材９３で被覆して表面に表面コート層９４を成膜したものであり、フレキシブル基板９１を用いることで任意の形状の搬送面を形成することができ、トナーガター３８に倣わせて配置することができる。
【００７２】
なお、上記各実施形態ではトナーを加速して飛翔させる例で説明しているが、一定の搬送速度のまま搬送基板の一端部から噴出させる（これも「飛翔」に含める）ように構成することもできる。この場合には、複数の電極は等間隔で配置して、同じ駆動波形を位相をずらして印加すればよい。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る画像形成装置によれば、帯電したトナーを搬送面に沿って静電力で一端部側に向かって搬送するための空間進行波電界を発生させる複数の電極を有し、一端部側から潜像担持体に向かってトナーを飛翔させる、電極面側が対峙する一対の搬送基板と、一対の搬送基板の一端部の電極間に交流電界を発生させ、搬送基板の一端部側から飛翔するトナーによるトナークラウドを発生させる手段と、を備え、搬送基板の複数の電極は、トナーの飛翔搬送方向に沿って順次段階的に配置密度を高くして配置されている構成としたので、簡単な構成で均一な帯電量のトナーを搬送してトナークラウドを発生させることができ、トナー飛散も少なくなり、画像品質が向上する。
【００７４】
ここで、一対の対峙した搬送基板にそれぞれ対峙する中間搬送基板を備えていることで、より多くの量のトナーを搬送することができる。
【００７５】
また、搬送基板に対峙してトナーを搬送面に沿って静電力で他端部側に向かって搬送する逆搬送基板を有することで、未使用トナーを簡単な構成で回収してトナー飛散を防止することができ、トナーの再利用も容易になる。さらに、現像に使用されなかったトナーを回収するトナーガターを有することで、より確実にトナー飛散を防止することができる。このトナーガターには回収したトナーを逆方向に搬送する逆搬送部材を有することで、回収したトナーの再利用が容易になる。
【００７６】
さらに、搬送基板の電極と潜像担持体との間に直流電界を発生させる手段を備えていることで、トナークラウドを振動させることができて、より効率的な現像を行うことができる。また、搬送基板の外面側に設けた電極と潜像担持体との間に直流電界を発生させる手段を備えていることで、直流電界間にトナーを封じ込めてトナー飛散をより確実に防止できるとともに、トナークラウドの広さが広がて潜像担持体との接触面積が広くなり、トナー抜けのない良好な高濃度現像を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る画像形成装置の全体概略構成図
【図２】同画像形成装置の現像装置の一例を示す概略構成図
【図３】同現像装置にトナー飛翔装置の搬送基板の模式的断面説明図
【図４】同搬送基板の平面説明図
【図５】同トナー飛翔装置の動作説明に供する説明図
【図６】同搬送基板によるトナー搬送の原理説明に供する説明図
【図７】同搬送基板に印加する駆動波形の変化パターンの一例を説明する説明図
【図８】同搬送基板に印加する駆動波形の変化パターンの他の例を説明する説明図
【図９】同画像形成装置における現像動作の原理説明に供する説明図
【図１０】同画像形成装置におけるトナー回収動作の説明に供する説明図
【図１１】本発明の第２実施形態に係る画像形成装置の現像装置部分の要部説明図
【図１２】本発明の第３実施形態に係る画像形成装置の現像装置部分の要部説明図
【図１３】本発明の第４実施形態に係る画像形成装置の現像装置部分の要部説明図
【図１４】本発明の第５実施形態に係る画像形成装置の現像装置部分の要部説明図
【図１５】本発明の第６実施形態に係る画像形成装置の現像装置部分の要部説明図
【図１６】本発明の第７実施形態に係る画像形成装置の現像装置部分の要部説明図
【図１７】本発明の第８実施形態に係る画像形成装置の現像装置部分の要部説明図
【図１８】同実施形態の説明に供する逆搬送の駆動波形パターンの説明に供する説明図
【図１９】同実施形態の他の例を説明する現像装置部分の要部説明図
【図２０】トナー搬送形態の他の例の説明に供する現像装置部分の要部説明図
【符号の説明】
１…感光体ドラム（潜像担持体）、５、８…走査光学系、１３…ポリゴンミラー、１５…帯電装置、１６…現像装置、１７Ａ，１７Ｂ…給紙部、２０…転写チャージャ、２１…分離チャジージャ、２３…定着ローラ対、３０、３０Ａ…搬送基板、３０Ｂ…中間搬送基板、３３…搬送路部材、３８…トナーガター、３９…逆搬送路部材、３１…トナー飛翔装置、４１…支持基板、４２…電極、４３…搬送路形成部材、４４…表面コート層、５２…交流電源、６０…直流電源、７０…蓄積部。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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