(57)【要約】【課題】金属層の旋削加工や、エッチング廃液を発生させるエッチング処理を行うことなく製造することが可能なトナー担持ローラを提供する。【解決手段】ローラ基体３２Ｙに対して、互いに独立した２本のワイヤをそれぞれローラ基体３２Ｙの周面に沿って互いに重ねないように螺旋状に巻き付けて、独立した螺旋状の第１ホッピング電極３３Ｙ及び第２ホッピング電極３４Ｙを形成した。そして、トナー担持ローラ３０Ｙの表面上のトナーを、第１ホッピング電極３３Ｙの螺旋によるループと、第２ホッピング電極３４Ｙの螺旋によるループとの間でホッピングさせるようにした。【選択図】図２
2009204632.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自らの無端状の周面に担持したトナーを該周面上でホッピングさせるためのホッピング電極を具備するトナー担持体を備え、該周面上でホッピングしているトナーを、該周面の無端移動に伴って画像形成装置の潜像担持体に対向する現像領域まで搬送し、該現像領域でホッピングしたトナーを該潜像担持体上の潜像に付着させて該潜像を現像する現像装置に搭載される該トナー担持体において、
基体に対して、互いに独立した複数の導電性線材をそれぞれ上記周面に沿って互いに重ねないように螺旋状に巻き付けて、それぞれを互いに独立した上記ホッピング電極として機能させるようにしたことを特徴とするトナー担持体。
【請求項２】
請求項１のトナー担持体において、
互いに独立した２本の上記導電性線材を上記基体に螺旋状に巻き付けたことを特徴とするトナー担持体。
【請求項３】
請求項２のトナー担持体において、
上記基体の周面における周方向とは直交する方向の両端部に、周方向に沿って延在する表面を具備する端部電極をそれぞれ設け、２つの上記導電性線材の何れか一方における端部を、２つの端部電極の何れか一方に接続するとともに、他方の導電性線材の端部を他方の端部電極に接続したことを特徴とするトナー担持体。
【請求項４】
請求項２又は３のトナー担持体において、
２本の絶縁性線材を上記基体の周面に螺旋状に巻き付けて、それぞれを螺旋ピッチ方向にて２つの上記導電性線材の間に介在させたことを特徴とするトナー担持体。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかのトナー担持体において、
上記基体の周面を、上記導電性線材の基体表面からの突出量よりも大きな厚みの絶縁層で被覆したことを特徴とするトナー担持体。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れかのトナー担持体において、
上記導電性線材として、体積抵抗率が７５［μΩｍ］以下であるものを用いたことを特徴とするトナー担持体。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れかのトナー担持体において、
上記トナー担持体に、トナーとの摩擦によってトナーに対して正規帯電極性の電荷を与えることができる材料からなる表面層を設けたことを特徴とするトナー担持体。
【請求項８】
自らの無端状の周面に担持したトナーを該周面上でホッピングさせるためのホッピング電極を具備するトナー担持体を備え、該周面上でホッピングしているトナーを、該周面の無端移動に伴って画像形成装置の潜像担持体に対向する現像領域まで搬送し、該現像領域でホッピングしたトナーを該潜像担持体上の潜像に付着させて該潜像を現像する現像装置において、
上記トナー担持体として、請求項１乃至７の何れかのものを用いたことを特徴とする現像装置。
【請求項９】
潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体上の潜像を現像する現像手段とを備える画像形成装置において、
上記現像手段として、請求項８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１０】
請求項８の画像形成装置において、
上記トナー担持体として、請求項２、３又は４のものを用い、
２本の上記導電性線材にそれぞれ周期的なパルス電圧を供給する電源を設け、
且つ、該パルス電圧が印加されるそれら導電性線材の電位差の最大値をＶｍａｘ［Ｖ］で示し、一方の導電性線材の螺旋によるループと他方の導電性線材の螺旋によるループとが交互に並ぶ二重螺旋構造の螺旋のピッチをｐ［μｍ］で示した場合に、「Ｖｍａｘ／ｐ＞１」の関係を具備させたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】
請求項１０の画像形成装置において、
一方の上記導電性線材に供給するパルス電圧と、他方の上記導電性線材に供給するパルス電圧との和を、パルス電圧の位相にかかわらず、上記潜像担持体の画像部電位と非画像部電位との間の値にするように、上記電源を構成したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１２】
請求項９乃至１１の何れかの画像形成装置において、
上記潜像担持体に形成した複数のトナー像を転写体に重ね合わせて転写する転写手段を設け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、トナー担持体の周面上でホッピングしているトナーを、トナー担持体の周面の無端移動に伴って潜像担持体に対向する現像領域まで搬送して潜像担持体上の潜像を現像する現像装置に搭載されるトナー担持体に関するものである。また、かかるトナー担持体を用いる現像装置及び画像形成装置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、特許文献１に記載のものが知られている。図１４は、特許文献１に記載の現像装置に搭載されるトナー担持体としてのトナー担持ローラ４００を示す拡大正面図である。同図において、図示しない駆動系によって図中矢印Ｂ方向に回転駆動されるトナー担持ローラ４００は、円柱状のローラ部４０１と、これの回転軸線方向の両端部に固定された第１フランジ４０４及び第２フランジ４０５とを有している。ローラ部４０１の絶縁性材料からなるローラ基体には、回転軸線方向に延在した姿勢で回転方向に互いに所定の間隔をおいて並ぶ複数の短冊状電極が形成されている。ホッピング電極として機能するこれらの短冊状電極は、回転方向にて互いに交互に繰り返し配設されている第１短冊状電極４０２及び第２短冊状電極４０３からなる。複数の第１短冊状電極４０２は、それぞれローラ部４０１の回転軸線方向の一端側で金属製の第１フランジ４０４に電気接続されている。また、複数の第２短冊状電極４０３は、それぞれローラ部４０１の回転軸線方向の他端側で金属製の第２フランジ４０５に電気接続されている。第１フランジ４０４や第２フランジ４０５には、第１短冊状電極４０２や第２短冊状電極４０３に対してバイアスを供給するため、あるいは接地を施すため、の図示しない接点電極がそれぞれ摺擦している。そして、第１短冊状電極４０２及び第２短冊状電極４０３のうち、少なくとも何れか一方には、周期的なパルス電圧が接点電極とフランジとを介して印加される。すると、ローラ部４０１の周面上に担持されている図示しないトナーが、第１短冊状電極４０２上と第２短冊状電極４０３上との間を繰り返し往復移動するようにホッピングする。このようにしてホッピングしているトナーを、トナー担持ローラ４００の回転に伴って図示しない潜像担持体に対向する現像領域まで搬送し、現像領域でホッピングしたトナーを潜像担持体上の静電潜像に付着させることで静電潜像を現像する。
【０００３】
かかる構成においては、ホッピングによってトナー担持ローラ４００の表面から離脱してローラ表面に対する吸着力を発揮していないトナーを、ローラ上から潜像担持体上に転移させる。これにより、例えば潜像担持体において周囲の非画像部との電位差が僅か数十［Ｖ］である静電潜像に対してトナーを選択的に付着させるという低電位差現像を実現することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１３３３８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
複数の第１短冊状電極４０２及び第２短冊状電極４０３を具備するローラ部４０１の製造方向として、特許文献１には次のような方法が記載されている。即ち、まず、アクリル樹脂からなるローラ基体の表面に、ローラ回転軸線方向に延在しつつローラ回転方向に所定の間隔をおいて並ぶ複数の溝を切削加工する。次いで、ローラ表面の全領域に対して無電解金属メッキ処理を施した後、ローラ基体表面の溝でない箇所の無垢のアクリル樹脂を露出させるまで、金属層を旋削する。これにより、ローラ基体の表面に全域に渡って形成した金属層のうち、溝内の金属だけを残すことで、互いに独立した複数の第１短冊状電極４０２及び第２短冊状電極４０３を得る。このような製造方法においては、ニッケル層を旋削するときの衝撃により、溝内のニッケルの一部を溝内壁から剥離させてしまうおそれがあった。
【０００６】
一方、絶縁性の基体の表面に互いに独立する複数の電極を形成する方法としては、周知のフォトリソグラフィー法が知られている。フォトリソグラフィー法によれば、金属層の旋削加工を行うことなく、互いに独立した複数の電極を基体の表面に形成することが可能である。しかしながら、基体の表面の全域に渡って形成した金属層の一部を除去して互いに独立した電極を得るためのエッチング処理を行う際に、不要な金属箇所を溶解したエッチング廃液を発生させてしまう。このようなエッチング廃液の発生は、環境保護や資源保護の観点から好ましくない。
【０００７】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、金属層の旋削加工や、エッチング廃液を発生させるエッチング処理を行うことなく製造することが可能なトナー担持体、並びに、それを搭載した現像装置及び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】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、自らの無端状の周面に担持したトナーを該周面上でホッピングさせるためのホッピング電極を具備するトナー担持体を備え、該周面上でホッピングしているトナーを、該周面の無端移動に伴って画像形成装置の潜像担持体に対向する現像領域まで搬送し、該現像領域でホッピングしたトナーを該潜像担持体上の潜像に付着させて該潜像を現像する現像装置に搭載される該トナー担持体において、基体に対して、互いに独立した複数の導電性線材をそれぞれ上記周面に沿って互いに重ねないように螺旋状に巻き付けて、それぞれを互いに独立した上記ホッピング電極として機能させるようにした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のトナー担持体において、互いに独立した２本の上記導電性線材を上記基体に螺旋状に巻き付けた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２のトナー担持体において、上記基体の周面における周方向とは直交する方向の両端部に、周方向に沿って延在する表面を具備する端部電極をそれぞれ設け、２つの上記導電性線材の何れか一方における端部を、２つの端部電極の何れか一方に接続するとともに、他方の導電性線材の端部を他方の端部電極に接続した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２又は３のトナー担持体において、２本の絶縁性線材を上記基体の周面に螺旋状に巻き付けて、それぞれを螺旋ピッチ方向にて２つの上記導電性線材の間に介在させた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乃至４の何れかのトナー担持体において、上記基体の周面を、上記導電性線材の基体表面からの突出量よりも大きな厚みの絶縁層で被覆した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１乃至５の何れかのトナー担持体において、上記導電性線材として、体積抵抗率が７５［μΩｍ］以下であるものを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項１乃至６の何れかのトナー担持体において、上記トナー担持体に、トナーとの摩擦によってトナーに対して正規帯電極性の電荷を与えることができる材料からなる表面層を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、自らの無端状の周面に担持したトナーを該周面上でホッピングさせるためのホッピング電極を具備するトナー担持体を備え、該周面上でホッピングしているトナーを、該周面の無端移動に伴って画像形成装置の潜像担持体に対向する現像領域まで搬送し、該現像領域でホッピングしたトナーを該潜像担持体上の潜像に付着させて該潜像を現像する現像装置において、上記トナー担持体として、請求項１乃至７の何れかのものを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項９の発明は、潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体上の潜像を現像する現像手段とを備える画像形成装置において、上記現像手段として、請求項８の現像装置を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項１０の発明は、請求項８の画像形成装置において、上記トナー担持体として、請求項２、３又は４のものを用い、２本の上記導電性線材にそれぞれ周期的なパルス電圧を供給する電源を設け、且つ、該パルス電圧が印加されるそれら導電性線材の電位差の最大値をＶｍａｘ［Ｖ］で示し、一方の導電性線材の螺旋によるループと他方の導電性線材の螺旋によるループとが交互に並ぶ二重螺旋構造の螺旋のピッチをｐ［μｍ］で示した場合に、「Ｖｍａｘ／ｐ＞１」の関係を具備させたことを特徴とするものである。
また、請求項１１の発明は、請求項１０の画像形成装置において、一方の上記導電性線材に供給するパルス電圧と、他方の上記導電性線材に供給するパルス電圧との和を、パルス電圧の位相にかかわらず、上記潜像担持体の画像部電位と非画像部電位との間の値にするように、上記電源を構成したことを特徴とするものである。
また、請求項１２の発明は、請求項９乃至１１の何れかの画像形成装置において、上記潜像担持体に形成した複数のトナー像を転写体に重ね合わせて転写する転写手段を設けたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
これらの発明においては、トナー担持体の基体に対して互いに重ならないように螺旋状に巻き付けられた複数の導電性線材が、それぞれ自らの螺旋による個々のループを他の導電性線材の螺旋による個々のループの間に位置させる。そして、それぞれ導電性線材が、トナー担持ローラの表面上のトナーを、自らの螺旋による個々のループと、他の導電性線材の螺旋による個々のループとの間でホッピングさせる。これにより、それぞれの導電性線材は、自らの螺旋による個々のループを、従来の現像装置における個々の短冊状電極と同様に機能させることが可能である。ホッピング電極として機能するそれらのループについては、導電性線材の基体に対する巻き付け処理だけで形成することが可能であるので、金属層の旋削加工やエッチング処理を行うことなく、ホッピング電極を具備するトナー担持ローラを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、発明を適用した画像形成装置として、電子写真方式のカラープリンタ（以下、単にプリンタという）の実施形態について説明する。
図１は、実施形態に係るプリンタを示す概略構成図である。このプリンタは、潜像担持体としての感光ベルト１を備えている。この感光ベルト１は、無端状のベルト基体と、ベルト基体のおもて側（ループ外面側）の全面に被覆された有機感光層とを具備するものである。そして、図示しない駆動手段によって回転駆動される駆動ローラ２と、従動回転可能なテンションローラ３とによって鉛直方向に一直線上に延在する姿勢で張架されながら、駆動ローラ２の回転駆動に伴って図中反時計回り方向に無端移動するようになっている。
【００１１】
感光ベルト１の図中左側方には、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の画像をそれぞれ個別に現像するための現像装置９Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋが鉛直方向に重なるように並べて配設されている。それぞれの現像装置（１０Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）は、現像剤収容器（１０Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）と、現像剤担持ロール（１５Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）と、コロナチャージャー等からなる帯電装置（２０Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）と、トナー担持体たるトナー担持ローラ（３０Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）とを有している。また、Ｙ用の現像装置９Ｙを除く現像装置（９Ｍ，Ｃ，Ｋ）は、それぞれ除電ランプ等を具備する除電装置（２１Ｍ，Ｃ，Ｋ）を有している。
【００１２】
帯電装置２０Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋは、感光ベルト１のおもて面に向けてコロナ放電を発することで、感光ベルト１のおもて面をトナーの帯電極性と同じ負極性に一様帯電せしめるものである。かかる帯電装置としては、スコロトロンチャージャーを例示することができる。帯電バイアスが印加される帯電ローラ等の帯電部材を感光ベルト１のおもて面に接触あるいは近接せしめながら、帯電部材と感光ベルト１との間に放電を発生させる方式のものを用いてもよい。
【００１３】
除電装置２１Ｍ，Ｃ，Ｋは、感光ベルト１のおもて面に向けて一様に光照射を行うことで、感光ベルト１のおもて面を除電する。光照射による除電に代えて、交番電圧による放電によってベルト表面を除電する方式のものを用いてもよい。
【００１４】
４つの現像装置９Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの図中左側方には、図示しない光書込ユニットが配設されている。この光書込ユニットは、レーザーダイオード、ポリゴンミラー、折り返しミラー、結像レンズ等を具備する周知の光学系による光走査を感光ベルト１のおもて面に対して行うことで、感光ベルト１のおもて面にＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋ用の静電潜像を個別に形成することができる。
【００１５】
Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ用の現像装置９Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋは、互いに異なる色のトナーを用いる点の他がほぼ同様の構成になっているので、以下、Ｙ用の現像装置９Ｙについてのみ説明する。
【００１６】
Ｙ用の現像装置９Ｙの現像剤収容器１０Ｙ内には、磁性キャリアと、Ｙトナーとを含有する２成分現像剤（以下、単に現像剤という）が収容されている。この現像剤は、粒径５５[μｍ]の磁性キャリア粒子に対して、粒径約６[μｍ]のポリエステルトナー粒子を重量比５〜７[ｗｔ％]の割合で混合している。現像剤収容器１０Ｙは、図示しない駆動手段によって回転駆動される第１搬送スクリュウ１１Ｙを内包する第１収容室と、図示しない駆動手段によって回転駆動される第２搬送スクリュウ１２Ｙを内包する第２収容室とを具備している。第１収容室と第２収容室とは、両者間に存在する仕切壁１３Ｙによって仕切られているが、仕切壁１３Ｙの図紙面に直交する方向の両端部にはそれぞれ図示しない開口が設けられており、両収容室はこれら開口を介して互いに連通している。
【００１７】
第１収容室内の第１搬送スクリュウ１１Ｙは、図示しない駆動手段によって回転駆動せしめられることで、第１収容室内の現像剤を図紙面に直交する方向における手前側から奥側へと搬送する。そして、第１収容室の同方向における奥側端部にて、仕切壁１３Ｙに設けられた図示しない開口を通って第２収容室に進入する。なお、第１収容室の底壁には、透磁率センサからなる図示しないトナー濃度センサが配設されており、現像剤は、第１搬送スクリュウ１１Ｙの回転に伴ってこのトナー濃度センサとの対向位置を通過する際に、Ｙトナー濃度が検知される。
【００１８】
第２収容室内の第２搬送スクリュウ１２Ｙは、図示しない駆動手段によって回転駆動せしめられることで、現像剤を同方向における奥側から手前側へと搬送する。このようにして現像剤を搬送する第２搬送スクリュウ１２Ｙの図中右側方には、現像剤担持ロール１５Ｙが第２搬送スクリュウ１２Ｙと平行な姿勢で配設されている。この現像剤担持ロール１５Ｙは、図中時計回り方向に回転駆動せしめられる非磁性パイプからなる回転スリーブ１６Ｙ内に、スリーブと連れ回らないように固定されたマグネットローラ１７Ｙを具備している。第２搬送スクリュウ１２Ｙによって搬送される現像剤の一部は、マグネットローラ１７Ｙの発する磁力によって回転スリーブ１６Ｙ表面に汲み上げられる。そして、現像部材たる回転スリーブ１６Ｙと所定の間隙を保持するように配設された図示しないドクターブレードによってその層厚が規制された後、後述するトナー担持ローラ３０Ｙと対向するトナー供給領域まで搬送される。このトナー供給領域では、回転スリーブ１６Ｙの表面上に担持された現像剤内のＹトナーがトナー担持ローラ３０Ｙの表面上に供給される。
【００１９】
上記トナー供給領域でトナー担持ローラ３０Ｙに対してＹトナーを供給した後の現像剤は、回転スリーブ１６Ｙの回転に伴って第２収容室との対向位置まで移動した後、第２搬送スクリュウ１２Ｙ上に戻される。そして、第２収容室内において、図紙面に直交する方向の手前側端部まで搬送されると、仕切壁１３Ｙの図示しない開口を通って第１収容室内に戻る。
【００２０】
上記トナー濃度センサによるＹトナー濃度の検知結果は、電圧信号として図示しない制御部に送られる。この制御部はＲＡＭ等のデータ記憶手段を備えており、この中にトナー濃度センサからの出力電圧の目標値であるＹ用Ｖｔｒｅｆや、他の現像装置に搭載されたＣ，Ｍ，Ｋ用のトナー濃度センサからの出力電圧の目標値であるＣ用Ｖｔｒｅｆ、Ｍ用Ｖｔｒｅｆ、Ｋ用Ｖｔｒｅｆのデータを格納している。Ｙ用の現像装置９Ｙについては、Ｙ用のトナー濃度センサからの出力電圧の値とＹ用Ｖｔｒｅｆを比較し、図示しないＹ用のトナー供給装置を比較結果に応じた時間だけ駆動させる。この駆動により、トナー担持ローラ３０Ｙへのトナー供給によってＹトナー濃度を低下させた現像剤に対し、第１収容室にて適量のＹトナーが供給される。このため、第１収容室内の現像剤のＹトナー濃度が所定の範囲内に維持される。他色用の現像装置（１０Ｍ，Ｃ，Ｋ）においても、同様のトナー供給制御が実施される。
【００２１】
トナー担持ローラ３０Ｙは、回転スリーブ１６Ｙから供給されたＹトナーを、ローラ部の周面上でホッピングさせながら、図中時計回り方向に回転駆動する。そして、その回転駆動に伴うローラ周面の表面移動より、周面上でホッピングしているＹトナーを感光ベルト１に対向する現像領域まで搬送する。
【００２２】
図中反時計回り方向に無端移動せしめられる感光ベルト１は、テンションローラ３に対する掛け回し領域を通過すると、Ｙ用の現像装置９Ｙにおける帯電装置２０Ｙとの対向位置に進入する。そして、帯電装置２０Ｙによって負極性に一様帯電せしめられた後、上述した光書込ユニットから発せられるレーザー光Ｌｙによる光走査を受けてＹ用の静電潜像を担持する。その後、Ｙ用の現像装置９Ｙにおけるトナー担持ローラ３０Ｙとの対向位置であるＹ用の現像領域に進入する。Ｙ用の現像領域においては、トナー担持ローラ３０Ｙの表面上でホッピングしたＹトナーが、感光ベルト１のおもて面に担持されているＹ用の静電潜像に付着する。これにより、感光ベルト１のおもて面に担持されているＹ用の静電潜像が現像されてＹトナー像になる。
【００２３】
このようにしてＹトナー像が形成された感光ベルト１のおもて面は、ベルトの無端移動に伴って、Ｍ用の現像装置９Ｍにおける除電装置２１Ｍとの対向位置に進入して除電された後、帯電装置２０Ｍとの対向位置に進入して負極性に一様帯電せしめられる。その後、上述した光書込ユニットから発せられるレーザー光Ｌｍによる光走査を受けてＭ用の静電潜像を担持した後、Ｍ用の現像装置９Ｍにおけるトナー担持ローラ３０Ｍとの対向位置であるＭ用の現像領域に進入する。Ｍ用の現像領域においては、トナー担持ローラ３０Ｍの表面上でホッピングしたＭトナーが、感光ベルト１のおもて面に担持されているＭ用の静電潜像に付着する。これにより、感光ベルト１のおもて面に担持されているＭ用の静電潜像が現像されてＭトナー像になって、感光ベルト１の表面上にＹ，Ｍの重ね合わせによる２色トナー像が形成される。
【００２４】
以降、同様にして、感光ベルト１のおもて面にＣ、Ｋ用の静電潜像が順次形成されて、Ｃトナー像、Ｋトナー像に現像される。これにより、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの重ね合わせによる４色トナー像が感光ベルト１のおもて面に形成される。
【００２５】
感光ベルト１の下方には、転写手段たる転写ローラ４が、感光ベルト１における駆動ローラ２に対する掛け回し箇所におもて面側から当接して転写ニップを形成するように配設されている。この転写ローラ４には、図示しない電源によってトナーの帯電極性とは逆極性である正極性の帯電バイアスが印加される。
【００２６】
本プリンタは、記録体たる記録紙を感光ベルト１のおもて面上の４色トナー像に同期させ得るタイミングで転写ニップに向けて供給するレジストローラ対等の給紙手段を備えている。感光ベルト１の無端移動に伴って転写ニップに進入して記録紙に密着せしめられた４色トナー像は、転写ニップ内に形成される転写電界やニップ圧の作用により、ベルトおもて面から記録紙に転写される。これにより、４色トナー像が記録紙の白色と相まってフルカラートナー像になる。
【００２７】
転写ニップの図中右側方には、記録紙を加熱する手段を備える定着器５が配設されている。転写ニップを通過した記録紙は、この定着器５内を通過する際に、フルカラートナー像が定着せしめられる。そして、定着器５から出た後、機外へと排出される。
【００２８】
次に、本プリンタにおける特徴的な構成について説明する。
図２は、Ｙ用のトナー担持ローラ３０Ｙを示す正面図である。同図において、トナー担持ローラ３０Ｙは、アクリル樹脂等の絶縁性材料からなるローラ基体を具備するローラ部３１Ｙを有している。また、ローラ部３１Ｙの軸線方向における図中左側の端面から突出するようにローラ部３１Ｙに挿入固定された金属製の第１軸部３８Ｙや、ローラ部３１Ｙの軸線方向における図中右側の端面から突出するようにローラ部３１Ｙに挿入固定された金属製の第２軸部３９Ｙも有している。
【００２９】
ローラ部３１Ｙの絶縁性のローラ基体３２Ｙには、第１ホッピング電極３３Ｙ及び第２ホッピング電極３４Ｙが形成されている。これらホッピング電極は、互いに独立した２本のワイヤ（導電性線材）がそれぞれ互いに重ならないように螺旋状に巻き付けられたものである。
【００３０】
なお、同図においては、便宜上、第１ホッピング電極３３Ｙを太線で描く一方で、第２ホッピング電極３４Ｙを細線で描いているが、実際には、それらホッピング電極の太さは互いに同じである。また、ローラ部３１Ｙの表面には、それらホッピング電極を上から覆う絶縁層を設けているが、同図においては、便宜上、その絶縁層の図示を省略している。
【００３１】
第１ホッピング電極３３Ｙの図中左側の端部は、図示しない領域で、ローラ基体３２Ｙの図中左側の端面上を這わされた後、金属製の第１軸部３８Ｙに接続されている。また、第２ホッピング電極３４Ｙの図中右側の端部は、図示しない領域で、ローラ基体３２Ｙの図中右側の端面上を這わされた後、金属製の第２軸部３９Ｙに接続されている。
【００３２】
第１ホッピング電極３３Ｙ及び第２ホッピング電極３４Ｙは、図示のように、互いに重なることなくローラ基体の周面上を螺旋状に這う２重螺旋構造を形成している。そして、それぞれ自らの螺旋による個々のループを、他のホッピング電極の螺旋による個々のループの間に位置させる。これにより、ローラ部３１Ｙにおいては、ローラ軸線方向にて、第１ホッピング電極３２Ｙのループと、第２ホッピング電極３３Ｙのループとが所定の間隔をおいて交互に並んでいる。ローラ基体３２Ｙの軸線方向の両端部には、それぞれホッピング電極のループを形成していない領域が存在している。換言すると、ローラ基体３２Ｙにおいては、軸線方向の中央領域Ａ１だけにホッピング電極のループが形成されているが、この中央領域Ａ１の軸線方向の長さは、感光ベルト（１）の幅方向における画像形成領域の長さよりも大きくなっている。
【００３３】
トナー担持ローラ３０Ｙの第１軸部３８Ｙは、図示しない軸受けによって回転可能に支持されながら、図３に示すＡ相パルス電圧Ｖａがその軸受けを介して印加される。そして、このＡ相パルス電圧Ｖａは、第１軸部３８Ｙを介して第１ホッピング電極３２Ｙに印加される。また、トナー担持ローラ３０Ｙの第２軸部３９Ｙは、図示しない軸受けによって回転可能に支持されながら、図３に示すＢ相パルス電圧Ｖｂがその軸受けを介して印加される。そして、このＢ相パルス電圧Ｖｂは、第２軸部３９Ｙを介して第２ホッピング電極３３Ｙに印加される。
【００３４】
図３に示すように、Ａ相パルス電圧ＶａとＢ相パルス電圧Ｖｂとは、互いに周期Ｔのパルスを逆位相で出現させるものである。それぞれのパルス電圧のピーク・ツウ・ピーク電圧（Ｖｐｐ）は互いに同じであり、それぞれのパルス中心電圧（Ｖａｃ，Ｖｂｃ）は何れもマイナス極性になっている。このようなパルス電圧が印加されると、ローラ部３１Ｙの周面上に担持されているトナー粒子Ｔが、図４に示すように、互いに隣り合う第１ホッピング電極３３Ｙのループと、第２ホッピング電極３４Ｙのループとの間で繰り返しホッピングして往復移動する。このホッピングにより、ローラ部３１Ｙの表面上には、浮遊した無数のトナー粒子Ｔによる一様なトナークラウドが中央領域Ａ１の全域に渡って形成される。つまり、本プリンタにおいては、そして、ワイヤからなる第１ホッピング電極３３Ｙ、第２ホッピング電極３４Ｙが、それぞれ自らの螺旋による個々のループを、従来の現像装置における個々の短冊状電極と同様に機能させる。
【００３５】
かかる構成のトナー担持ローラ３０Ｙのローラ部３１Ｙにおいて、各ホッピング電極のループについては、ローラ基体３２Ｙに対する巻き付け処理だけで形成することが可能である。よって、金属層の旋削加工やエッチング処理を行うことなく、製造することができる。
【００３６】
なお、第１ホッピング電極３３Ｙ、第２ホッピング電極３４Ｙに対してそれぞれパルス電圧を印加する例について説明したが、何れか一方の電極に対しては、他方の電極に印加するパルス電圧のパルス中心値と同じ値の直流電圧を印加してもよい。
【００３７】
また、図５に示すように、何れか一方の電極に対してパルス電極を印加する一方で、他方の電極については接地してもよい。
【００３８】
また、第１軸部３８Ｙや第２軸部３９Ｙをローラ基体３２Ｙに挿入固定した例について説明したが、特許文献１に記載の現像装置のように、ローラ基体の両端部にそれぞれ、軸部を具備するフランジを固定してもよい。この場合、ワイヤからなるホッピング電極の端部をフランジに接続し、且つ、それぞれのフランジに接点電極を摺擦させることで、接点電極とフランジとを介してホッピング電極にパルス電圧を印加することが可能である。
【００３９】
先に示した図１において、Ｙ用のトナー担持ローラ３０Ｙの表面上でホッピングしている図示しないＹトナーの一部は、感光ベルト１に対向するＹ用の現像領域で一部が現像に寄与する。また、現像に寄与しなかった残りのＹトナーは、トナー担持ローラ３０Ｙの回転に伴って上述したトナー供給領域に戻る。このトナー供給領域では、マグネットローラ１７Ｙの発する磁力により、回転スリーブ１６Ｙの表面に担持される現像剤中の磁性キャリアは穂を形成している。トナー担持ローラ３０Ｙの回転に伴って現像領域からトナー供給領域に戻ってきたＹトナーは、この穂によってトナー担持ローラ３０Ｙの表面上から掻き取られたり、トナー担持ローラ３０Ｙの表面上で一様に均されたりする。
【００４０】
ローラ基体３２Ｙを構成する絶縁性材料としては、アクリル樹脂を用いたが、所定の剛性を発揮し得るものであれば、アクリル樹脂以外の絶縁性材料を用いてもよい。
【００４１】
ホッピング電極を構成する導電性線材たるワイヤとしては、直径３０〜１００［μｍ］程度の金属ワイヤを例示することができる。本プリンタにおいては、直径４０［μｍ］の銅ワイヤを用いている。
【００４２】
２重螺旋構造の２つのホッピング電極におけるループの軸線方向のピッチｐについては、等間隔とすることが望ましい。ピッチｐとしては、３０〜１００［μｍ］程度を例示することができる。本プリンタにおいては、ピッチｐを４０［μｍ］に設定している。
【００４３】
ワイヤの材質としては、銅以外の金属材料を用いることも可能であるが、ステンレスのような比較的電気抵抗の高いものを用いることは好ましくない。本発明者らの実験によれば、体積抵抗率が７５［μΩｍ］を超える金属材料からなるワイヤを用いると、ループ間の電界強度を狙いの値まで高くするのが困難になったり、ローラ部３１Ｙの軸線方向の一端側と他端側とで電界強度を異ならせたりといった不具合が発生した。よって、本プリンタにおいては、ワイヤとして、体積抵抗率が７５［μΩｍ］以下のものを用いている。
【００４４】
先に図４に示したように、ローラ部３１Ｙのローラ基体３２Ｙの周面には、絶縁性材料からなる絶縁層３５Ｙが被覆されている。この絶縁層３５Ｙは、ローラ部３１Ｙの表面上のトナーと、各ホッピング電極（３３Ｙ、３４Ｙ）との間に介在することで、ホッピング電極からトナーへの電荷注入を阻止する。また、各ホッピング電極のループのピッチ変動を回避することもできる。具体的には、本プリンタにおいては、図示のように、絶縁層３５Ｙとして、厚みｔが、ホッピング電極（３３Ｙ、３４Ｙ）のローラ基体３２Ｙ表面からの突出量αよりも大きいものを形成している。このような絶縁層３５Ｙでは、図示のように、ホッピング電極よりも大きな厚みで、ホッピング電極の各ループ間にそれぞれ介在することで、各ループの軸線方向への移動によるループピッチ変動を阻止することができる。
【００４５】
本発明者らは、実施形態に係るプリンタと同様の構成を備え、且つ、次のような構成を備えるプリンタ試験機を用意した。
・感光ベルト：厚み１３［μｍ］の有機感光体。
・感光ベルトに対する光書込解像度：１２００［ｄｐｉ］。
・感光ベルト１の一様帯電電位：−３００［Ｖ］。
・トナーの平均帯電量：−２２［μＣ／ｇ］。
・トナーの平均粒径：６［μｍ］。
・トナー担持ローラ３０と感光ベルト１との間の現像ギャップ：５００［μｍ］。
・パルス電圧（Ｖａ、Ｖｂ）の最小ピーク値：−４００［Ｖ］。
・パルス電圧の最大ピーク値：０［Ｖ］。
（平均電位＝−２００Ｖ）
・パルス電圧の周波数：１［ｋＨｚ］。
・感光ベルトの線速：３００［ｍｍ／ｓｅｃ］。
【００４６】
トナー担持ローラ３０の表面に多量のトナーが載っていると、ホッピング電極の周囲に形成される電界を表面近くに位置するトナーによってシールドして良好なトナークラウドを形成することができなくなる。そこで、プリンタ試験機においては、トナー担持ローラ３０におけるトナーの単位面積あたりの担持量が約０．４［ｍｇ／ｃｍ２］になるように、回転スリーブ１６には、次のような電圧を印加した。即ち、トナー担持ローラ３０の平均電位（−２００Ｖ）に対して、２００［Ｖ］の電位差が生ずるように、−４００［Ｖ］の直流バイスを印加した。また、感光ベルト１のベタ潜像を良好に現像するのに必要とされる現像領域へのトナー搬送量が実験により０．４［ｍｇ／ｃｍ２］であり、このトナー搬送量を確保するためにはトナー担持ローラ３０の表面移動速度を感光ベルト１の表面移動速度の２倍以上にしなければならないことが実験により判明した。そこで、トナー担持ローラ３０の表面移動速度については、感光ベルト１の表面移動速度の２．５倍に設定した。トナー担持ローラ３０の現像領域における表面移動方向については、感光ベルト１に対して同じ方向に設定している。また、回転スリーブ１６の上記トナー供給領域における表面移動方向については、スリーブ上の磁性キャリアの穂によるトナー担持ローラ３０表面上のトナーの掻き取り効果を得る狙いから、トナー担持ローラ３０に対して逆方向とした。
【００４７】
以上の条件に設定したプリンタ試験機でテスト画像をプリントしたところ、地汚れも、ベタ埋まりもなく、且つ１２００［ｄｐｉ］の１ドットを良好に再現することができた。
【００４８】
なお、本発明者らは、実施形態に係るプリンタを発明する前に、次に説明するような実験を行っていた。即ち、図６に示すように、ガラス基板５０１上にアルミニウムを蒸着することによって、ｐ[μｍ]のピッチで移動方向に配列された複数の電極５２１、５２２、５２３・・・からなる電極バターン５０２を形成し、その上に保護層５０３として厚み約３[μｍ]、体積抵抗率約１０１０[Ω・ｃｍ]の樹脂コートを施したものを形成してトナー担持体としての基板５０４を作成した。基板５０４に対して図示しない２成分現像器によってベタ画像を薄層に現像することにで、基板５０４の上にトナー粒子Ｔからなるトナー層を形成した。トナーとしては、ポリエステル系の粒径約６[μｍ]のものを使い、基板５０４上に薄層に形成された状態でのトナーの帯電量を約−２２[μＣ／ｇ]にした。この状態のトナー層に対して、図７に示すように、奇数番目の電極５２１、５２３・・・の集合体である奇数番目電極群に交流電源５０６から交流電圧を印加する一方で、偶数番目の電極５２２、５２４・・・の集合体である偶数番目電極群に前記交流電圧とは逆位相の交流電圧を印加すると、トナーＴは奇数番目電極群５２１、５２３・・・と偶数番目電極群５２２、５２４・・・との間をホッピングして往復移動する。この現象を以下、フレア（あるいはフレア現象）という。
【００４９】
電極５２１、５２２、５２３・・・のピッチがそれぞれ５０、１００、２００及び４００[μｍ]である４種類の基板５０４を用いて、交流電源５０６から電極５２１、５２２、５２３・・・に印加する交流電圧のプラス側ピーク値とマイナス側ピーク値との差分の絶対値であるＶｍａｘ［Ｖ］を何点かに振りながら（変えながら）、フレアの活性度を高速度カメラで観察したところ、図８に示すような結果を得た。なお、電極５２１、５２２、５２３・・・の幅と、電極５２１、５２２、５２３・・・の隣同士の距離は、電極５２１、５２２、５２３・・・のピッチの１／２となるようにした。
【００５０】
図８におけるフレアの活性度とは、基板５０４の表面に張り付いて動かないトナーの様子を観察することで約５段階の官能評価により求められたものである。図８から、Ｖｍａｘやｐの値に関わらず、Ｖｍａｘ［Ｖ］／ｐ[μｍ]によってフレアの活性度がほぼ一義的に得られることが確認できる。そして、Ｖｍａｘ［Ｖ］／ｐ[μｍ]＞１の時にフレアが活性化し始めて、Ｖｍａｘ［Ｖ］／ｐ[μｍ]＞３ではフレアが完全に活性化していることが分かる。
【００５１】
また、本発明者らは、基板５０４の表面の摩擦帯電特性の影響を調べるために、表面層５０３をシリコーン系樹脂及びフッ素系樹脂の２種類として先の実験と同様なフレア活性度観察を行っていた。表面層５０３は、カーボン微粒子を微量分散させることにより、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂のいずれのコート層としても体積抵抗率を１０１１〜１０１２[Ω・ｃｍ]とした。交流電源５０６から電極５２１、５２２、５２３・・・に交番バイアスを印加してフレア活性度を観察すると、表面層５０３がシリコーン系樹脂の場合は長時間フレア状態を維持していたが、表面層５０３がフッ素系樹脂の場合は直ぐにフレアが消滅しトナーが基板５０４に張り付いたままとなってしまった。観察後に、基板５０４上のトナーの帯電量を測定したところ、表面層５０３がシリコーン系樹脂の場合には基板５０４上のトナーの帯電量は初期に比べて若干の低下がみられただけであったが、表面層５０３がフッ素系樹脂の場合には基板５０４上のトナーの帯電量はトナーの電荷がほとんど無くなっていた。試しに、帯電していないトナーをそれぞれの表面層５０３の表面に擦り付けてみたところ、表面層５０３がシリコーン系樹脂の場合にはトナーが正規の極性の摩擦電荷を得られたのに対し、表面層５０３がフッ素系樹脂の場合にはほとんど摩擦電荷を得られないばかりか若干逆の極性となっていた。つまり、フレア現象は、トナーと基板５０４の表面とが無数回衝突するプロセスであるため、表面層５０３の材料はトナーの電荷を奪ってしまうものではなく、トナーに正規帯電極性の電荷を与えられる材質であることが好ましいことが理解できる。これは材料の摩擦帯電系列に習うものであり、表面層５０３の材料としては、例えばガラス系のものや、現像剤のキャリアコートに使用されている材料を用いることが好ましい。
【００５２】
本発明者らは、次に、図１０に示す装置を用いた実験を行った。具体的には、基板Ｅはアルミニウムからなる基板５０７の上に厚み約２０[μｍ]の樹脂層（これは感光体を想定したもの）５０８が形成されたものである。基板５０７は接地され、樹脂層５０８にはベタ画像相当の０．４［ｍｇ／ｃｍ２］のトナー層が形成されている。このトナー層は図示しない２成分現像器によって樹脂層５０８に対してベタ現像をすることで形成されたものである。この基板Ｅに間隔ｄ[μｍ]で対向するように基板Ｆを設置する。この基板Ｆは上記基板５０４と同様に構成され、表面層５０３は以降の作業によってここに転移するトナーの量を光学的な測定装置（反射光濃度測定器）による計測を容易にするように白色のコート層となっている。先に示した図８から、Ｖｍａｘ［Ｖ］／ｐ[μｍ]＝４であればいずれの条件でも安定なフレアを形成し得ることが解っているので、Ｖｍａｘ［Ｖ］／ｐ[μｍ]＝４となる４種の条件を用いて、基板Ｆへのトナー転移量の現像ギャップ（ｄ[μｍ]）依存性を調べた。すると、図１２に示すような結果が得られた。図１１のグラフの縦軸は、基板Ｆにおける表面層５０３の光学濃度増加量を示しており、表面層５０３にトナーが全く付着していない状態では、光学濃度増加量が０となる。同グラフにおいて、光学濃度増加量が０よりも大きくなっている結果が含まれているが、これは基板Ｅの樹脂層５０８に付着していたトナー層における一部のトナーが基板Ｆ上に形成される電界の影響を受けてトナー層から基板Ｆの表面層５０３に転移したためである。このような転移が発生すると、重ね合わせ現像において、先行する現像時に潜像担持体（例えば感光体）上に形成されたトナー層のトナーが、後続の現像時に後続色の現像装置内に転移して混色を引き起こしてしまう。また、先行する現像で得られた潜像担持体上の画像を乱してしまう。このような混色や画像の乱れを回避し得るのは、同グラフにおいて光学濃度増加量が０となっている条件である。そして、同グラフにより、かかる条件は、ピッチ間距離ｐが現像ギャップｄより小さいこと、すなわちｐ＜ｄであることがわかる。
【００５３】
これは、トナー担持体（基板Ｆ）上に形成される電界カーテンの影響が、潜像担持体（基板Ｅ）上の静電潜像電場やトナー像に対して及ばない条件であると考えることができる。このような条件のもとでは、例えば１２００ｄｐｉや２４００ｄｐｉの孤立ドットをスキャベンジなしで正確に現像できるばかりでなく、上述したように、潜像担持体（基板Ｅ）上でのトナー像重ねのような作像プロセスを利用する際にも、先に潜像担持体上に形成されているトナー像を乱すこと無く、且つ、現像装置内のトナーの混色を招くことも無く、非常に高画質なトナー像重ねを実現することができる。
【００５４】
従来、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に用いられる現像装置には、２成分現像方式や１成分現像方式などがある。２成分現像方式は、高速現像に非常に適しており、現在の中速や高速の画像形成装置の主流方式である。この２成分現像方式では、高画質を狙うためには、潜像担持体上の静電潜像との接触部における現像剤の状態を非常に緻密にする必要がある。そのために、現在はキャリア粒子の小径化が進んでおり、商用レベルでは３０［μｍ］程度のキャリアも使われ始めている。
【００５５】
１成分現像方式は、機構が小型軽量になることから、現在の低速の画像形成装置の主流方式である。この１成分現像方式では、現像ローラ等の現像剤担持体の表面に担持したトナーをホッピングさせずに現像に用いる。具体的には、現像ローラ上にトナー薄層を形成するために、ブレードやローラなどのトナー規制部材を現像ローラ上のトナーに当接させ、そのときに現像ローラやトナー規制部材とトナーとの摩擦によってトナーは帯電される。現像ローラ上に薄層に形成された帯電トナー層は、現像部に運ばれて潜像担持体上の静電潜像を現像する。ここでの１成分現像方式には大きく分けて接触型と非接触型があり、前者は現像ローラと潜像担持体とが接触するものであり、後者は現像ローラと潜像担持体とが非接触であるものである。
【００５６】
２成分現像方式と１成分現像方式との欠点を補い合うべく、特開平３−１００５７５号公報に記載のものなどのように２成分現像方式と１成分現像方式とをハイブリッド化したハイブリッド化方式も幾つか提案されている。
【００５７】
高解像度の微小均一ドットを現像する方法としては、例えば特開平３−１１３４７４号公報に記載の方式がある。この方式は、上記ハイブリッド化方式に対して、現像部に高周波バイアスを印加したワイヤを設置することにより、現像部でのトナークラウド化を行い、高解像度のドット現像性を実現するものである。
【００５８】
また、特開平３−２１９６７号公報には、最も効率良く、且つ安定なトナークラウドを形成するために、回転ローラ上に電界カーテンを形成する方法が提案されている。
【００５９】
また、進行波電界による電界カーテンで現像剤を搬送する現像装置が特開２００３−１５４１９号公報に記載されている。また、現像ローラの周面上にほぼ１層のキャリアをほぼ均等に吸着する複数の磁極を有する現像装置が特開平９−２６９６６１号公報に記載されている。また、特開２００３−８４５６０号公報には、非磁性トナーを担持する現像剤担持体表面に、絶縁部を介して周期的な導電性電極パターンを設け、該電極に所定のバイアス電位を与えることで現像剤担持体表面近傍に電界勾配を発生せしめ、前記現像剤担持体上に前記非磁性トナーを付着搬送させる現像装置が記載されている。
【００６０】
従来の２成分現像方式では、高画質化に対する要求が益々高まっており、必要とされる画素のドットサイズ自身が現状のキャリア粒子径と同等もしくはそれよりも小さい必要があるために、孤立ドットの再現性という意味では更にキャリア粒子を小さくする必要がある。しかし、キャリア径を小さくしていくと、キャリア粒子の透磁率が低下するために、現像ローラからのキャリア離脱が生じやすくなり、離脱したキャリア粒子が潜像担持体に付着した場合には、キャリア付着そのものによる画像欠陥が生じるだけでなく、それを起点として潜像担持体に傷をつけてしまうなどいろいろな副作用が生じる。
【００６１】
このキャリア離脱を防止するために、材料面からキャリア粒子の透磁率を上げる試みや、現像ローラに内包されるマグネットの磁力を強くする試みが進められているが、低コスト化及び高画質化との兼ね合いの中で開発は困難を極めている。また、小型化の煽りを受けて、現像ローラは益々小径化の一途をたどっていることからも、キャリア離脱を完全に抑止できるような強力な磁場構成を有した現像ローラ設計が困難となっている。
【００６２】
そもそも２成分現像方式は、磁気ブラシと呼ばれる２成分現像剤の穂を静電潜像に対して擦り付けるようにしてトナー像を形成するプロセスであるために、どうしても穂の不均一性によって、孤立ドットの現像性にムラが生じやすい。現像ローラと潜像担持体との間に交番電界を形成することで画質の向上は可能であるが、現像剤の穂のムラといった根本的な画像ムラを完全に消滅させることは困難である。
【００６３】
また、潜像担持体上の現像されたトナー像を転写する工程や、転写後に潜像担持体上に残存するトナーをクリーニングする工程において、転写効率やクリーニング効率を向上させるためには、潜像担持体とトナーとの非静電的付着力を極力下げる必要がある。潜像担持体とトナーとの非静電的付着力を下げる方法としては、潜像担持体表面の摩擦係数を下げることが効果的であることが知られているが、この場合、２成分現像剤の穂が滑らかに現像部をすり抜けてしまうために現像効率やドット再現性が非常に悪くなってしまう。
【００６４】
１成分現像方式では、トナー規制部材により薄層化された現像ローラ上のトナー層は、現像ローラ上に十分に圧接されてしまっているために、現像部での電場に対するトナー応答性が非常に悪い。よって、通常は高画質を得るために、現像ローラと潜像担持体との間に強力な交番電場を形成するのが主流であるが、この交番電場の形成をもってしても静電潜像に対して一定量のトナーを安定して現像することは困難であり、高解像度の微小ドットを均一に現像することは難しい。また、この１成分現像方式は、現像ローラへのトナー薄層形成時にトナーに対して非常に大きなストレスをかけてしまうため、現像装置内を循環するトナーの劣化が非常に早い。トナーの劣化に連れて、現像ローラへのトナー薄層形成の工程でもムラなどが生じやすくなり、１成分現像方式は一般には高速や高耐久の画像形成装置としては向かない。
【００６５】
ハイブリッド化方式（特開平３−１００５７５号公報）では、現像装置そのものの大きさや部品点数は増えてしまうものの、幾つかの課題は克服される。しかし、現像部においてはやはり１成分現像方式と同様の問題があり、つまり高解像度の微小均一ドットを現像することには難が残る。
【００６６】
特開平３−１１３４７４号公報に記載の方式は、高安定且つ高画質な現像が実現できるものと考えられるが、現像装置の構成が複雑になる。
【００６７】
また、特開平３−２１９６７号公報に記載の方法は、小型且つ高画質の現像を得るには非常に優れたものと解釈できるが、本発明者らが鋭意研究した結果、理想的な高画質を得るためには、形成する電界カーテンや現像などの条件を限定しなくてはならないことが発見された。すなわち、適正な条件から外れた条件で作像を行ってしまうと、全く効果が得られないばかりか、返って粗悪な画質を提供してしまうことになる。また、この方式はトナー担持体上でホッピング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まで搬送するものであるが、トナー担持体を表面移動させずに、ホッピングよる移動のみによってトナーを現像領域まで搬送する特開２００２−３４１６５６号公報に記載の方式でも、同様のことが言える。
【００６８】
また、潜像担持体に第一のトナー像が形成され、その上に順次に第二のトナー像、第三のトナー像を形成していくような作像プロセスにおいては、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でなくてはいけない。非接触一成分現像方式や、３−１１３４７４号公報に記載のトナークラウド現像方式を用いることで、潜像担持体上に順次に各色トナーを形成していくことは可能であるが、何れの方式も、潜像担持体と現像ローラとの間には交番電界が形成されてしまうために、潜像担持体上に先に形成されたトナー像からトナーの一部が引き剥がされて現像装置に入り込んでしまう。これによって、潜像担持体上の画像が乱されてしまうばかりでなく、現像装置内のトナーが混色するという問題も生じてしまう。これらは高画質画像を得るには致命的であり、この問題を解決する方法としては潜像担持体と現像ローラとの間には交番電場を形成しない方法で、クラウド現像を実現する必要がある。
【００６９】
このようなクラウド現像を実現できる方法としては、先に挙げた特開平３−２１９６７号公報や特開２００２−３４１６５６号公報に記載の方式が有効と考えられるが、これらに関しては先にも述べた通り、適当な条件の元で利用しないと全く効果が無い。具体的には、条件が不適切であると、トナーをクラウド化させることができなくなる。更には、トナーをクラウド化させたとしても、重ね合わせ現像においては、先行する現像で得られた潜像担持体上のトナー層中のトナーを後続色の現像装置内に転移させ、画像の乱れや混色を引き起こしてしまう。
【００７０】
そこで、本実施形態に係るプリンタにおいては、上述した実験の結果に鑑みて、Ｖｍａｘ［Ｖ］／ｐ［μｍ］＞１という条件を具備させている。かかる構成では、トナーを確実にクラウド化せしめることができる。よって、本実施形態によれば、従来技術よりも高画質を実現でき、且つより小型にできる。
【００７１】
なお、特開２００２−３４１６５６号公報に記載の方式などの様に、トナー担持体の機械的な駆動を無くし、３相以上の交互電場によってトナーを静電的に搬送し現像する方法においても、上記条件を具備させることで、トナーを確実にクラウド化せしめることが可能であると考えられる。しかしながら、同公報に記載の方法によれば、何かのきっかけで静電搬送できなくなったトナーを起点として、搬送基板上にトナーが堆積してしまい、結果として機能しなくなる問題を抱えてしまう。このような問題を解決すべく、例えば特開２００４−２８６８３７号公報に記載の方式のように固定搬送基板とその表面を移動するトナー担持体の組合せのような構造も提案されているが、機構が非常に複雑になってしまう。これに対し、本プリンタのように、トナーをホッピングによって電極間で往復移動させながら、トナー担持体の表面移動によって現像領域に搬送する方式では、前述のようなトナーの堆積や機構の複雑化を回避することができる。
【００７２】
先に示した図３において、Ａ相パルス電圧とＢ相パルス電圧とは、互いにＶｐｐの値、パルス中心電圧（Ｖａｃ，Ｖｂｃ）及び周期が同じであり、且つパルス発生の位相が互いに逆位相の関係になっている。このような関係においては、経過時間にかかわらず（位相にかかわらず）、両パルス電圧の和をパルス中心電圧の値にする。そして、本実施形態においては、パルス中心電圧が、感光ベルト１の地肌部電位（一様帯電電位）と、潜像電位との間の値になっている。かかる構成では、トナー担持ローラ３０Ｙの表面上でホッピングしたトナーを、両パルス電圧の和と、潜像電位（画像部電位）との電位差によって静電潜像に確実に付着させることができる。また、両パルス電圧の和と、地肌部電位（非画像部電位）との電位差により、トナーの地肌部への付着（地汚れ）の発生を確実に防止することができる。なお、感光ベルト１の一様帯電電位は、−３００〜−５００［Ｖ］である。また、潜像電位は０〜−５０［Ｖ］である。そして、パルス中心電位は、−１００〜−２００［Ｖ］である。Ａ相パルス電圧やＢ相パルス電圧の一例として、−４００［Ｖ］と０［Ｖ］のそれぞれをピークに持ち、パルス中心電位が−２００［Ｖ］であり、周波数が５［ｋＨｚ］であるＡＣ重畳ＤＣバイアスを例示することができる。
【００７３】
トナーとしては、母材樹脂（トナーの主成分）がポリエステル又はスチレンアクリルからなり、且つ正規帯電極性がマイナス極性（負極性）であるものを用いている。そして、感光ベルト１の一様帯電部（地肌部）と静電潜像とを共にトナーの正規帯電極性と同極性（本例ではマイナス極性）にし、且つ地肌部よりも電位を減衰せしめた静電潜像に対してトナーを選択的に付着させるいわゆる反転現像を行うようになっている。
【００７４】
先に示した図４において、ローラ部３１Ｙの絶縁層３５Ｙとしては、その上でホッピングするトナーとの摺擦に伴ってトナーの正規帯電極性側（本例ではマイナス側）への摩擦帯電を促す材料からなるもの、を用いている。即ち、トナーの方が絶縁層３５Ｙよりも摩擦帯電系列上でマイナス側に位置しているのである。このような関係を実現し得る絶縁層３５Ｙの材料としては、シリコーン、ナイロン、メラミン樹脂、アクリル樹脂、ＰＶＡ、ウレタンなどの有機材料を例示することができる。また、第四級アンモニウム塩やニグシロン系染料などでもよい。また、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ａｌ等の金属材料でもよい。また、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、ＣｕＯ、Ｃｒ２Ｏ３、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３等の無機材料でもよい。更には、これまでに例示した材料の２つ以上を混合した材料でもよい。
【００７５】
このような絶縁層３５Ｙを具備するトナー担持ローラ３０Ｙにおいては、絶縁層３５Ｙがホッピングするトナーとの摺擦に伴ってトナーの正規帯電極性側への摩擦帯電を促す。これにより、ホッピングに伴うトナーの帯電量（正規帯電極性）の低下を抑えることで、トナーのホッピング不良による現像不良の発生を抑えることができる。
【００７６】
なお、トナーとして、正規帯電極性がプラス極性（正極性）であるものを用いてもよい。この場合には、絶縁層３５Ｙとして、トナーとの摺擦に伴ってトナーのプラス極性側への摩擦帯電を促す材料からなるものを用いればよい。
【００７７】
また、トナーの帯電系列とは、トナー母材樹脂（粒子）にシリカ、酸化チタンなどの外添剤を添加したトナー全体としての帯電系列を意味する。帯電系列における序列については、次のようにして調べることが可能である。即ち、トナーを絶縁層上で所定時間だけ絶縁層に摺擦せしめた後、そのトナーを吸引して採取する。そして、採取したトナーの帯電量をエレクトロメータで測定する。この測定結果がトナーの負極性への帯電量増加を示すものであれば、トナーの方が絶縁層よりもマイナス側の帯電系列となる。また、測定結果がトナーの正極性への帯電量増加を示すものであれば、トナーの方が絶縁層よりもプラス側の帯電系列となる。
【００７８】
Ｙ用のトナー担持ローラ３０Ｙについて説明してきたが、他色用のトナー担持ローラ３０Ｍ，Ｃ，Ｋも、Ｙ用のものと同様の構成になっている。
【００７９】
次に、実施形態に係るプリンタの各変形例について説明する。なお、以下に特筆しない限り、各変形例に係るプリンタの構成は、実施形態と同様である。
［第１変形例］
図１２は、第１変形例に係るプリンタのＹ用のトナー担持ローラ３０Ｙを示す拡大縦断面図である。このトナー担持ローラ３０Ｙにおいては、第１ホッピング電極３３Ｙ及び第２ホッピング電極３４Ｙを構成する２本のワイヤの他に、第１絶縁性線材３６Ｙ及び第２絶縁性線材３７Ｙをローラ基体３２Ｙに螺旋状に巻き付けている。そして、軸線方向（螺旋ピッチ方向）において、第１ホッピング電極３３Ｙの螺旋によるループ、第１絶縁性線材３６Ｙの螺旋によるループ、第２ホッピング電極３４Ｙの螺旋によるループ、第２絶縁性線材３７の螺旋によるループという順で、各ループを並べる４重螺旋構造にしている。各ループを隙間無く並べるように、４本の線材を４重螺旋状に巻き付けている。これにより、第１ホッピング電極３３Ｙの螺旋によるループと、第２ホッピング電極３４Ｙの螺旋によるループとの間に、絶縁性線材の螺旋によるループを介在させることで、各ホッピング電極のループのずれを阻止している。かかる構成では、両ホッピング電極のループの間に絶縁層を介在させることで銅ループのずれを阻止する構成に比べて、すれを阻止するための構造体の強度を高めて、より確実にずれを阻止することができる。
【００８０】
［第２変形例］
図１３は、第２変形例に係るプリンタを示す要部構成図である。このプリンタにおいては、潜像担持体としてドラム状の感光体１０１を備えている。このドラム状の感光体１の表面上に形成された潜像を現像する現像装置１０９としては、Ｋトナーを用いるものだけを備えている。つまり、このプリンタにおいては、モノクロ画像だけを形成するようになっている。
【００８１】
現像装置１０９は、１成分現像剤としてのトナーを収容するトナー収容ケース１１０と、トナー担持ローラ１３０とを有している。そして、トナー収容ケース１１０には、第１トナー搬送部材１１１、第２トナー搬送部材１１２、トナー供給ローラ１１３などが設けられている。第１トナー搬送部材１１１や第２トナー搬送部材１１３は、トナー収容ケース１１４の内部で回転駆動することで、ケース内のトナーをトナー供給ローラ１１３に向けて搬送するものである。
【００８２】
トナー供給ローラ１１４のローラ部は、発泡ポリウレタンなどといった無数のセル構造を有する部材からなり、周面の一部をトナー収容ケース１０９内に位置させている（以下、ケース内周面という）。トナー供給ローラ１１４のケース内周面の上には、第２トナー搬送部材１１２によって搬送されてくるトナーが載っている。このような状態でトナー供給ローラ１１４が回転することで、トナー収容ケース１０９内のトナーがトナー供給ローラ１１４のセル構造によって汲み上げられる。汲み上げられたトナーは、トナー供給ローラ１１４の周面に当接している規制ブレード１１４によって層厚規制されたり、摩擦帯電せしめられたりする。
【００８３】
トナー供給ローラ１１４の周面のうち、上記ケース内周面を除く領域は、トナー収容ケース１０９に設けられた開口を通じて外部に露出するケース外周面となっている。トナー供給ローラ１１４の回転に伴って規制ブレード１１４との対向領域を通過したトナーは、トナー収容ケース１１０の外部に出て、トナー担持ローラ１３０に対向するトナー供給領域に至る。そして、このトナー供給領域において、トナー供給ローラ１１４に保持されるトナーの一部が、トナー担持ローラ３０に供給される。
【００８４】
以上のように、第２変形例に係るプリンタにおいては、２成分現像方式に代えて、１成分現像方式を採用している。
【００８５】
以上、実施形態に係るプリンタにおいては、互いに独立した２本のワイヤ（導電性線材）をローラ基体３２Ｙに螺旋状に巻き付けている。かかる構成では、一方のワイヤによって構成されるホッピング電極（３３Ｙ）の螺旋によるループと、他方のワイヤによって構成されるホッピング電極（３４Ｙ）の螺旋によるループとを螺旋ピッチ方向に交互に並べる２重螺旋構造において、互いに隣り合うループの間でトナーをホッピングさせることができる。
【００８６】
また、実施形態に係るプリンタにおいては、ローラ基体３２Ｙの周面における周方向とは直交する方向の両端部に、周方向に沿って延在する表面を具備する端部電極としての第１軸部３８Ｙ、第２軸部３９Ｙをそれぞれ設け、２つのホッピング電極を構成する２つのワイヤのうち、何れか一方における端部をそれら軸部のうちの何れか一方に接続するとともに、他方のワイヤの端部を他方の軸部に接続している。かかる構成では、ローラ基体３２Ｙの螺旋ピッチ方向の両端側から、２つのホッピング電極に対してそれぞれ、個別のパルス電圧を印加したり、接地処理を施したりすることができる。
【００８７】
また、第１変形例に係るプリンタにおいては、２本の絶縁性線材をローラ基体３２Ｙの周面に螺旋状に巻き付けて、それぞれを螺旋ピッチ方向にて２つのワイヤからなる２つのホッピング電極のループの間に介在させている。かかる構成では、上述したように、両ホッピング電極のループの間に絶縁層を介在させることで銅ループのずれを阻止する構成に比べて、すれを阻止するための構造体の強度を高めて、より確実にずれを阻止することができる。
【００８８】
また、実施形態に係るプリンタにおいては、ローラ基体３２Ｙの周面を、ホッピング電極を構成するワイヤのローラ基体表面からの突出量よりも大きな厚みの絶縁層３５Ｙで被覆している。かかる構成では、上述したように、２つのホッピング電極のループの間に絶縁層３５Ｙを介在させることで、ループのずれを阻止することができる。
【００８９】
また、実施形態に係るプリンタにおいては、ホッピング電極を構成するワイヤとして、体積抵抗率が７５［μΩｍ］以下であるものを用いている。かかる構成では、上述したように、ワイヤの電気抵抗が高すぎることによる電界強度不足や、電界強度ムラの発生を回避することができる。
【００９０】
また、実施形態に係るプリンタにおいては、トナー担持ローラ３０Ｙに、トナーとの摩擦によってトナーに対して正規帯電極性の電荷を与えることができる材料からなる表面層としての絶縁層３５Ｙを設けている。かかる構成では、ホッピングするトナーとの摺擦に伴って絶縁層３５Ｙがトナーに対して正規帯電極性とは逆極性の電荷を与えてしまうことによるホッピング不良の発生を回避することができる。
【００９１】
また、実施形態に係るプリンタにおいては、２本のワイヤからなる２つのホッピング電極にそれぞれ周期的なパルス電圧を供給する電源を設け、且つ、パルス電圧が印加されるそれらホッピング電極の電位差の最大値をＶｍａｘ［Ｖ］で示し、一方のホッピング電極の螺旋によるループと他方のホッピング電極の螺旋によるループとが交互に並ぶ二重螺旋構造の螺旋のピッチをｐ［μｍ］で示した場合に、「Ｖｍａｘ／ｐ＞１」の関係を具備させている。かかる構成では、上述したように、トナー担持ローラ３０Ｙの表面上において安定したフレアを確実に形成することができる。
【００９２】
また、実施形態に係るプリンタにおいては、一方のホッピング電極に供給するパルス電圧（Ｖａ）と、他方のホッピング電極に供給するパルス電圧（Ｖｂ）との和を、パルス電圧の位相にかかわらず、感光ベルト１の画像部電位と非画像部電位との間の値にするように、上記電源を構成している。かかる構成では、トナー担持ローラ３０Ｙの表面上でホッピングしたトナーを、両パルス電圧の和と、潜像電位との電位差によって静電潜像に確実に付着させることができる。更には、両パルス電圧の和と、地肌部電位との電位差により、トナーの地肌部への付着（地汚れ）の発生を確実に防止することができる。
【００９３】
また、実施形態に係るプリンタにおいては、感光ベルト１に形成した複数のトナー像を転写体たる記録紙に重ね合わせて転写する転写手段としての転写ローラ４を設けているので、複数色のトナー像の重ね合わせによるカラートナー像を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】実施形態に係るプリンタを示す概略構成図。
【図２】同プリンタのＹ用のトナー担持ローラを示す正面図。
【図３】同トナー担持ローラの各ホッピング電極に印加されるパルス電圧の波形を示すグラフ。
【図４】同トナー担持ローラを示す拡大縦断面図。
【図５】各ホッピング電極に対する供給電圧の他の例を波形として示すグラフ。
【図６】実験基板を示す断面図。
【図７】同実験基板上でのフレア状態を示す断面図。
【図８】同実験基板を用いた実験結果に基づくＶｍａｘ［Ｖ］／ｐ[μｍ]とフレア活性度との関を示すグラフ。
【図９】同実験基板を用いた実験結果に基づく表面層の体積抵抗率とフレア活性度との関係を示すグラフ。
【図１０】実験装置の概略構成を示す断面図。
【図１１】同実験装置を用いた実験結果に基づく現像ギャップと基板Ａ上の光学濃度増加分との関係を示すグラフ。
【図１２】第１変形例に係るプリンタのＹ用のトナー担持ローラを示す拡大縦断面図。
【図１３】第２変形例に係るプリンタを示す要部構成図。
【図１４】特許文献１に記載の現像装置に搭載されるトナー担持ローラを示す拡大正面図。
【符号の説明】
【００９５】
１：感光ベルト（潜像担持体）
４：転写ローラ（転写手段）
９Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ：現像装置
３０Ｙ：トナー担持ローラ（トナー担持体）
３１Ｙ：ローラ部
３２Ｙ：ローラ基体（基体）
３３Ｙ：第１ホッピング電極
３４Ｙ：第２ホッピング電極
３５Ｙ：絶縁層（表面層）
３６Ｙ：第１絶縁性線材
３７Ｙ：第２絶縁性線材
３８Ｙ：第１軸部（端部電極）
３９Ｙ：第２軸部（端部電極）
【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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