JP2004198675A - 現像装置及び現像方法、画像形成装置及び画像形成方法、並びにプロセスカートリッジ - Google Patents
現像装置及び現像方法、画像形成装置及び画像形成方法、並びにプロセスカートリッジ Download PDFInfo
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Abstract
【課題】トナー飛散によって画像の地汚れが生じる。
【構成】進行波電界を発生させる複数の電極１０２を有する搬送基板１を備え、この搬送基板１の現像領域１２では感光体ドラム１０上の潜像の画像部に対してはトナーＴがドラム１０側に向かい、非画像部に対してはトナーＴがドラム１０と反対側に向かう方向の電界を形成する電位を印加し、回収領域１３ではトナーＴが潜像の画像部及び非画像部のいずれに対しても感光体ドラム１０と反対側に向かう方向の電界を形成する電位を印加する。
【選択図】 図１
【構成】進行波電界を発生させる複数の電極１０２を有する搬送基板１を備え、この搬送基板１の現像領域１２では感光体ドラム１０上の潜像の画像部に対してはトナーＴがドラム１０側に向かい、非画像部に対してはトナーＴがドラム１０と反対側に向かう方向の電界を形成する電位を印加し、回収領域１３ではトナーＴが潜像の画像部及び非画像部のいずれに対しても感光体ドラム１０と反対側に向かう方向の電界を形成する電位を印加する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は現像装置及び現像方法、画像形成装置及び画像形成方法、並びにプロセスカートリッジに関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平９−１９７７８１号公報
【特許文献２】特開平９−３２９９４７号公報
【特許文献３】特公平５−３１１４６号公報
【特許文献４】特公平５−３１１４７号公報
【０００３】
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、この潜像に粉体である現像剤（以下「トナー」ともいう。）を付着させて現像してトナー像として可視像化し、このトナー像を記録媒体に転写し、或いは中間転写部材に一旦転写した後記録媒体に転写することで画像を形成するものがある。
【０００４】
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。
【０００５】
また、画像形成装置としては、
【特許文献１】、
【特許文献２】に記載されているように、潜像担持体と現像ローラとの間にＤＣとＡＣの重畳電圧を印加して、非接触で現像ローラから潜像担持体にトナーを転移させる所謂ジャンピング現像と称する方式で現像するものも知られている。
【０００６】
さらに、画像形成装置としては、
【特許文献３】、
【特許文献４】に記載されているように、静電搬送基板を用いて、トナーを潜像担持体に対向する位置まで搬送し、振動、浮遊、スモーク化させて、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。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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与える現像装置を備えた画像形成装置にあっては、現像ローラと現像装置側板との間にトナーが侵入して、トナーが擦れてトナー固着等が発生し、画像に悪影響を及ぼしたり、現像装置周りのシール材が経時劣化することで、現像装置内にて現像剤もしくはトナーを攪拌・帯電させることにより、トナーが飛散し、画像の地汚れなどを生じることがある。
【０００９】
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。
【００１０】
さらに、所謂ジャンピング現像を行う現像装置にあっては、高電圧による帯電トナーの授受を行わなければならないため、高電圧電源が必要になり、装置の大型化、コストの増加を招くという課題がある。
【００１１】
また、粉体を用いる画像形成装置における現在の課題は、画質とコストと環境をいかにして満足するかということである。画質について言えば、カラー画像を形成する場合に、直径わずか約３０μｍの１２００dpiの孤立１ドットをいかに現像するか、それも好ましくは地汚れなしに現像するかということである。また、コストについて言えば、パーソナルのレーザプリンタを考えた場合、現像器や現像剤の単体コストのみならず、メンテナンス及び最終処分費用まで含めたトータルのコストを下げることが重要になる。さらに、環境について言えば、特に、微小粉末であるトナーが装置内や装置外に飛散することを防止することが重要になる。
【００１２】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、ＥＴＨ（イース：Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ＆ Ｈｏｐｐｉｎｇ）現象を用いて、低電圧駆動で高い現像効率が得られる現像装置、この現像装置を備えたプロセスカートリッジ及び画像形成装置、低電圧駆動が可能で高い現像効率が得られ、しかも粉体の飛散を防止できる現像装置及び現像方法、この現像装置を備えたプロセスカートリッジ及び画像形成装置、この現像方法を行う画像形成方法を提供することを目的とする。
【００１３】
ここで、ＥＴＨ現象とは、粉体が移相電界のエネルギーを与えられ、そのエネルギーが機械的なエネルギーに変換されて、粉体自身が動的に変動する現象をいう。このＥＴＨ現象は、静電気力による粉体の水平方向の移動（搬送）と垂直方向の移動（ホッピング）を含む現象であり、静電搬送部材の表面を、移相電界によって粉体が進行方向の成分を持って飛び跳ねる現象であり、このＥＴＨ現象を用いた現像方式をＥＴＨ現像という。
【００１４】
なお、本明細書において、ＥＴＨ現象における搬送部材上の粉体の振る舞いを区別して表現する場合、基板水平方向への移動については、「搬送」、「搬送速度」、「搬送方向」、「搬送距離」という表現を使用し、基板垂直方向への飛翔（移動）については、「ホッピング」、「ホッピング速度」、「ホッピング方向」、「ホッピング高さ（距離）」という表現を使用し、搬送部材上での「搬送及びホッピング」は「移送」と総称する。なお、搬送装置、搬送基板という用語に含まれる「搬送」は「移送」と同義である。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る現像装置は、潜像担持体に対向して配置され、粉体を移動させる進行波電界を発生させるための複数の電極を有する搬送部材を備え、この搬送部材の電極に対して粉体が潜像の画像部に対しては潜像担持体側に向かい、非画像部に対しては粉体が潜像担持体と反対側に向かう方向の電界を形成するｎ相の電位が印加される構成とした。
【００１６】
ここで、搬送部材の電極に印加される電圧の平均値電位が、潜像の画像部電位と非画像部電位の間となる電位であることが好ましい。また、搬送部材の電極に印加される電圧の波形はパルス電圧と直流バイアス電圧とを重畳した波形であることが好ましい。この場合、直流バイアス電圧を出力する手段を有し、この手段は直流バイアス電圧の値を変化可能なことが好ましい。
【００１７】
また、搬送部材の電極に印加される電圧の波形はパルス状波形であることが好ましい。さらに、搬送部材に印加される電圧の波形にパルス状波形を含み、パルス状波形のうち搬送部材からトナーが反発飛翔する電位が、潜像の画像部電位と非画像部電位の間となる電位であることが好ましい。
【００１８】
本発明に係る現像装置は、現像領域通過後の領域で粉体が潜像潜像担持体と反対側に向かう方向の電界を形成する手段を備えているものである。
【００１９】
また、本発明に係る現像装置は、現像領域で、粉体が潜像の画像部に対しては潜像担持体側に向かい、非画像部に対しては粉体が潜像担持体と反対側に向かう方向の電界を形成し、現像領域通過後の領域で、粉体が潜像潜像担持体と反対側に向かう方向の電界を形成する手段を備えているものである。
【００２０】
ここで、現像領域通過後に形成される電界の強さは潜像担持体に付着した粉体を潜像担持体面より引き剥がさない範囲であることが好ましい。
【００２１】
また、電界を発生する手段は、粉体を搬送させるための進行波電界を発生させるための複数の電極を有する搬送部材を有し、この搬送部材の各電極にｎ相の電位が印加されることが好ましい。
【００２２】
この場合、潜像担持体側の電位に対して進行波電界を発生させるために搬送部材に印加される電位が、現像領域で、粉体が潜像の画像部に対しては潜像担持体側に向かい、非画像部に対しては粉体が潜像担持体と反対側に向かう方向の電界が形成され、現像領域通過後の領域で、粉体が潜像潜像担持体と反対側に向かう方向の電界が形成される電位であることが好ましい。
【００２３】
また、負帯電粉体を用いる場合には、搬送部材に印加される電圧の平均値電位が、現像領域では潜像の画像部電位と非画像部電位の間となり、現像領域通過後の領域では潜像の画像部電位と非画像部電位の両電位よりも高い電位であることが、正帯電粉体を用いる場合には、搬送部材に印加される電圧の平均値電位が、現像領域では潜像の画像部電位と非画像部電位の間となり、現像領域通過後の領域では潜像の画像部電位と非画像部電位の両電位よりも低い電位であることが好ましい。
【００２４】
さらに、潜像担持体と搬送部材との間のギャップに応じて搬送部材に異なるバイアス電圧が印加され、又は搬送部材に印加される電位が異なることが好ましい。或いは、潜像担持体と搬送部材との間のギャップが現像領域と現像領域通過後の領域で略同じであることが好ましく、この場合、搬送部材が湾曲面を形成可能な部材で形成されていることが好ましく、更に搬送部材の湾曲面を形成している部分が現像領域通過後の領域であることが、搬送部材の湾曲面を形成している部分は潜像担持体との間のギャップが潜像担持体の移動方向下流側ほど広くなっていることが好ましい。
【００２５】
さらにまた、負帯電粉体を用いる場合には、搬送部材の電極に対して、現像領域では０〜−Ｖ１の電圧が、現像領域通過後の領域では０〜＋Ｖ２の電圧が印加されること、正帯電粉体を用いる場合には、搬送部材の電極に対して、現像領域では０〜＋Ｖ３の電圧が、現像領域通過後の領域では０〜−Ｖ４の電圧が印加されることが好ましく、これらの場合、搬送部材の電極に対して印加する駆動波形を生成する回路にはクランプ回路を含むことが好ましい。
【００２６】
また、負帯電粉体を用いる場合には、搬送部材の電極に対して、現像領域では−Ｖ５〜−Ｖ６（Ｖ５＞Ｖ６）の電圧が、現像領域通過後の領域では＋Ｖ７〜＋Ｖ８（Ｖ８＞Ｖ７）電圧が印加されること、正帯電粉体を用いる場合には、搬送部材の電極に対して、現像領域では＋Ｖ９〜Ｖ１０（Ｖ１０＞Ｖ９）の電圧が、現像領域通過後の領域では−Ｖ１１〜−Ｖ１２（Ｖ１２＞Ｖ１１）の電圧が印加されることが好ましく、これらの場合、搬送部材の電極に対して印加する駆動波形を生成する回路にはクランプ回路を含み、このクランプ回路には直流バイアス電圧を発生する手段を含むことが、そして、直流バイアス電圧を発生する手段はは直流バイアス電圧の値を変化可能なことが好ましい。
【００２７】
本発明に係る現像方法は、現像領域通過後の領域で粉体を潜像潜像担持体と反対側に向かわせる方向の電界を形成して、現像領域通過後の領域で粉体を引き戻すものである。
【００２８】
本発明に係るプロセスカートリッジは、本発明に係るいずれかの現像装置の搬送部材を備えたものである。
【００２９】
本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る現像装置又はプロセスカートリッジを備え、或いは複数のプロセスカートリッジを備えて潜像を現像して画像を形成するものである。
【００３０】
本発明に係る画像形成方法は、本発明に係る現像方法を用いて潜像を現像して画像を形成するものである。
【００３１】
【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、本発明に係る現像装置の第１実施形態について図１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。
【００３２】
この現像装置は、粉体であるトナーＴを搬送、ホッピング、回収するための電界を発生するための複数の電極１０２を有する搬送部材である搬送基板１を備え、この搬送基板１の各電極１０２に対しては駆動回路２から所要の電界を発生させるためのｎ相（ここでは３相とする。）の異なる駆動波形Ｖａ１〜Ｖｃ１及びＶａ２〜Ｖｃ２が印加される。
【００３３】
ここでは、搬送基板１は、駆動波形Ｖａ１〜Ｖｃ１及びＶａ２〜Ｖｃ２を与える電極１０２の範囲及び潜像担持体である感光体ドラム１０との関係において、トナーＴを感光体ドラム１０近傍まで移送する搬送領域１１、感光体ドラム１の潜像にトナーＴを付着させてトナー像を形成するための現像領域１２、トナーＴを搬送基板１側に回収するための現像領域通過後の領域（これを、以下「回収領域」という。）１３とに分けられる。
【００３４】
そして、この現像装置１は、搬送基板１の搬送領域１１ではトナーＴを感光体ドラム１０の近傍まで移送し、現像領域１２では感光体ドラム１０上の潜像の画像部に対してはトナーＴがドラム１０側に向かい、非画像部に対してはトナーＴがドラム１０と反対側（搬送基板側）に向かう方向の電界を形成して、トナーＴを潜像に付着させて現像を行うための電界を発生し、回収領域１３ではトナーＴが潜像の画像部及び非画像部のいずれに対しても感光体ドラム１０と反対側（搬送基板側）に向かう方向の電界を形成する。
【００３５】
これにより、現像領域では感光体ドラム１０上の潜像にトナーが付着して可視像化され、現像に寄与しなかったトナーは感光体ドラム１０の回転方向（移動方向）下流側の回収領域で搬送基板１側に回収されるので、飛散トナーの発生が防止される。なお、回収領域は現像領域よりも潜像担持体の移動方向下流側とすることで、確実に浮遊トナーの回収を行うことができる。
【００３６】
そこで、まず、この現像装置における搬送基板１の構成について図２ないし図６を参照して詳細に説明する。なお、図２は同搬送基板１の平面説明図、図３は図２のＡ−Ａ線に沿う断面説明図、図４は図２のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図、図５は図２のＣ−Ｃ線に沿う断面説明図、図６は図２のＤ−Ｄ線に沿う断面説明図である。
【００３７】
この搬送基板１は、ベース基板（支持基板）１０１上に３本の電極（搬送電極）１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ（これらを「電極１０２」とも総称する。）を１セットとして、所定の間隔で、トナー移送方向（トナー進行方向、トナー移動方向：図２、図３で矢示方向とする。）に沿ってトナー移送方向と略直交する方向に繰り返し形成配置し、この上に搬送面を形成する絶縁性の搬送面形成部材となり、電極１０２の表面を覆う保護膜となる、無機又は有機の絶縁性材料で形成した表面保護層１０３を積層したものである。なお、ここでは、表面保護層１０３が搬送面を形成しているが、表面保護層１０３上に更に粉体（トナー）との適合性に優れた表面層を別途成膜することもできる。
【００３８】
これらの電極１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの両側には、電極１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃとそれぞれ両端部で相互接続した共通電極１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ（これらを「共通電極１０５」とも総称する。）をトナー移送方向に沿って、すなわち、個々の電極と略直交する方向に設けている。この場合、共通電極１０５の幅（この幅は、トナー移送方向と直交する方向の幅）は電極１０２の幅（この幅は、トナー移送方向に沿う方向の幅）よりも広くしている。なお、図２では、共通電極１０５を、搬送領域１１では共通電極１０５ａ１、１０５ｂ１、１０５ｃ１を、現像領域１２では共通電極１０５ａ２、１０５ｂ２、１０５ｃ２、回収領域１３では共通電極１０５ａ３、１０５ｂ３、１０５ｃ３と、区別して表記している。
【００３９】
ここでは、支持基板１０１上に共通電極１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃのパターンを形成した後層間絶縁膜１０７（表面保護層１０３と同じ材料でも異なる材料のいずれでも良い。）を形成し、この層間絶縁膜１０７にコンタクトホール１０８を形成した後、電極１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃを形成することによって電極１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃと共通電極１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃとをそれぞれ相互接続している。
【００４０】
なお、電極１０２ａと共通電極１０５ａを一体形成したパターン上に層間絶縁膜を形成し、この層間絶縁膜上に電極１０２ｂと共通電極１０５ｂを一体形成したパターンを形成し、更に層間絶縁膜を形成して、この層間絶縁膜上に電極１０２ｃと共通電極１０５ｃを一体形成したパターンを形成する、つまり、電極を三層構造とすることもでき、あるいは、一体形成に相互接続とコンタクトホールによる相互接続とを混在させることもできる。
【００４１】
さらに、これらの共通電極１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃには図示しないが駆動回路２からの駆動信号（駆動波形）Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃを入力するための駆動信号印加用入力端子を設けている。この駆動信号入力用端子は、支持基板１０１に裏面側に設けてスルーホールを介して共通電極１０５に接続してもよいし、あるいは後述する層間絶縁膜１０７上に設けてもよい。
【００４２】
ここで、支持基板１０１としては、ガラス基板、樹脂基板或いはセラミックス基板等の絶縁性材料からなる基板、或いは、ＳＵＳなどの導電性材料からなる基板にＳｉＯ２等の絶縁膜を成膜したもの、ポリイミドフィルムなどのフレキシブルに変形可能な材料からなる基板などを用いることができる。
【００４３】
電極１０２は、支持基板１０１上にＡｌ、Ｎｉ−Ｃｒ等の導電性材料を０．１〜１０μｍ厚、好ましくは０．５〜２．０μｍで成膜し、これをフォトリソ技術等を用いて所要の電極形状にパターン化して形成している。これらの複数の電極１０２の粉体進行方向における幅Ｌは移動させる粉体の平均粒径の１倍以上２０倍以下とし、かつ、電極１０２、１２の粉体進行方向の間隔Ｒも移動させる粉体の平均粒径の１倍以上２０倍以下としている。
【００４４】
表面保護層１０３としては、例えばＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＴｉＯ４、ＳｉＯＮ、ＢＮ、ＴｉＮ、Ｔａ２Ｏ５などを厚さ０．５〜１０μｍ、好ましくは厚さ０．５〜３μｍで成膜して形成している。また、無機ナイトライド化合物、例えばＳｉＮ、Ｂｎ、Ｗなどを用いることができる。特に、表面水酸基が増えると帯電トナーの帯電量が搬送途中で下がる傾向にあるので、表面水酸基（ＳｉＯＨ、シラトール基）が少ない無機ナイトライド化合物が好ましい。
【００４５】
次に、このように構成した搬送基板１におけるトナーの静電搬送の原理について説明する。
搬送基板１の複数の電極１０２に対してｎ相の駆動波形を印加することにより、複数の電極１０２によって移相電界（進行波電界）が発生し、搬送基板１上の帯電したトナーは反発力及び／又は吸引力を受けて移送方向にホッピングと搬送を含んで移動する。
【００４６】
例えば、搬送基板１の複数の電極１０２に対して図７に示すようにグランドＧ（０Ｖ）と正の電圧＋との間で変化する３相のパルス状駆動波形（駆動信号）Ａ（Ａ相）、Ｂ（Ｂ相）、Ｃ（Ｃ相）をタイミングをずらして印加する。
【００４７】
このとき、図８に示すように、搬送基板１上に負帯電トナーＴがあり、搬送基板１の連続した複数の電極１０２に同図に▲１▼で示すようにそれぞれ「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」が印加されたとすると、負帯電トナーＴは「＋」の電極１０２上に位置する。
【００４８】
次のタイミングで複数の電極１０２には▲２▼に示すようにそれぞれ「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」が印加され、負帯電トナーＴには同図で左側の「Ｇ」の電極１０２との間で反発力が、右側の「＋」の電極１０２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１０２側に移動する。さらに、次のタイミングで複数の電極１０２には▲３▼に示すようにそれぞれ「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」が印加され、負帯電トナーＴには同様に反発力と吸引力がそれぞれ作用するので、負帯電トナーＴは更に「＋」の電極１０２側に移動する。
【００４９】
このように複数の電極１０２に電圧の変化する複相の駆動波形を印加することで、搬送基板１上には進行波電界が発生し、この進行波電界の進行方向に負帯電トナーＴは搬送及びホッピングを行いながら移動する。なお、正帯電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同様に同方向に移動する。
【００５０】
これを図９を参照して具体的に説明すると、同図（ａ）に示すように、搬送基板１の電極Ａ〜Ｆがいずれも０Ｖ（Ｇ）で搬送基板１上に負帯電トナーＴが載っている状態から、同図（ｂ）に示すように電極Ａ、Ｄに「＋」が印加されると、負帯電トナーＴは電極Ａ及び電極Ｄに吸引されて電極Ａ、Ｄ上に移る。次のタイミングで、同図（ｃ）に示すように、電極Ａ、Ｄがいずれも「０」になり、電極Ｂ、Ｅに「＋」が印加されると、電極Ａ、Ｄ上のトナーＴは反発力を受けるとともに、電極Ｂ、Ｅの吸引力を受けることになって、負帯電トナーＴは電極Ｂ及び電極Ｅに移送される。さらに、次のタイミングで、同図（ｄ）に示すように、電極Ｂ、Ｅがいずれも「０」になり、電極Ｃ、Ｆに「＋」が印加されると、電極Ｂ、Ｅ上のトナーＴは反発力を受けるとともに、電極Ｃ、Ｆの吸引力を受けることになって、負帯電トナーＴは電極Ｃ及び電極Ｆに移送される。このように進行波電界によって負帯電トナーは順次図において右方向に移送されることになる。
【００５１】
次に、駆動回路２の全体構成について図１０を参照して説明する。
この駆動回路２は、パルス信号を生成出力するパスル信号発生回路２１と、このパルス信号発生回路２１からのパルス信号を入力して駆動波形Ｖａ１、Ｖｂ１、Ｖｃ１を生成出力する波形増幅器２２ａ、２２ｂ、２２ｃと、パルス信号発生回路２１からのパルス信号を入力して駆動波形Ｖａ２、Ｖｂ２、Ｖｃ２を生成出力する波形増幅器２３ａ、２３ｂ、２３ｃとを有する。
【００５２】
パルス信号発生回路２１は、例えばロジックレベルの入力パルスを受けて、各１２０°に位相シフトした２組みパルスで、次段の波形増幅器２２ａ〜２２ｃ、２３ａ〜２３ｃに含まれるスイッチング手段、例えばトランジスタを駆動して１００Ｖのスイッチングを行うことができるレベルの出力電圧１０〜１５Ｖのパルス信号を生成して出力する。
【００５３】
波形増幅器２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、搬送領域１１の各電極１０２及び回収領域１３の各電極１０２に対して、例えば図１１に示すように、各相の＋１００Ｖの印加時間ｔａを繰り返し周期ｔｆの１／３である約３３％に設定した（これを「搬送電圧パターン」又は「回収搬送電圧パターン」という。）３相の駆動波形（駆動パルス）Ｖａ１、Ｖｂ１、Ｖｃ１を印加する。
【００５４】
波形増幅器２３ａ、２３ｂ、２３ｃは、現像領域１１の各電極１０２に対して、例えば図１２又は図１３に示すように、各相の＋１００Ｖ又は０Ｖの印加時間ｔａを繰り返し周期ｔｆの２／３である約６７％に設定した（これを「ホッピング電圧パターン」という。）３相の駆動波形（駆動パルス）Ｖａ２、Ｖｂ２、Ｖｃ２を印加する。
【００５５】
そこで、搬送基板１を用いたＥＴＨ現像の原理について説明する。ＥＴＨ現像はトナーの静電搬送を利用するものであるが、従来の静電搬送を用いた現像装置のように、静電搬送に伴なって自然発生的に生じるトナーのスモーク化、クラウド化を利用して現像するのではなく、トナーを積極的に潜像担持体に向かって打ち上げて現像するものである。
【００５６】
ＥＴＨ現象は、従来の静電搬送基板を用いただけでは発生せず、電極幅、電極間隔と駆動波形との関係を設定することで発生することが見出されているが、この点については後述する。そこで、まず、ＥＨＴ現象に含まれるホッポング現象の基本原理について、実験と対応させながら二次元差分法でシミュレーションを行った結果を基にして説明する。
【００５７】
このシミュレーション対象領域の略図を図１４に示している。なお、都合により重力の方向を上向きに取っている。ここでは、搬送基板１の電極１０２と反対側に導電性基板１０４を配置して常時接地している。また、搬送基板１に対向して感光体ドラム１０としてのＯＰＣ層１５を配置し、ＯＰＣ層１５には導電性基板１６を設けて常時接地している。そして、ＯＰＣ層１５上に静電潜像１７を載せている。また、負帯電トナーを用いて反転現像（電荷のない部分にトナーを付着させる現像方式）するため、静電潜像１７の画像部には電荷がなく、非画像部（地肌部）に電荷が存在している。
【００５８】
搬送基板１の電極１０２とＯＰＣ層１５との間隔は２００μｍとし、トナーＴの平均粒径は８μｍ、平均帯電量Ｑ／ｍは−２０μＣ／ｇ、ＯＰＣ層１５上の電荷密度は、−３．０ｅ-4〔ｃ／ｍ2〕 である（ＯＰＣ層が全面がこの電荷密度で帯電された時その表面電位は−１６９Ｖになる。）。トナーＴは１４０個を２層にシミュレーション幅７００μｍに均一に並べた。
【００５９】
上記の条件の内でＯＰＣ層１５の帯電電荷密度を「ゼロ」とした場合に、搬送基板１上に並んだ隣り合う３本の電極Ａ，Ｂ，Ｃに、それぞれ＋１００Ｖ／０Ｖ／＋１００Ｖを印加したときの、電極Ｂ近傍の電界ベクトルは図１５に示すようになる。
【００６０】
なお、同図では、電極Ｃ近傍の電界は、電極Ｂを挟んで電極Ａと対称なので省略している。また、トナーも省略している。両電極１０２、１０２の下側が、ＯＰＣ層１５に向かう空間である（ＯＰＣ層１５は図示していない。）。また、図示できないが、左側の電極Ａの近傍の電位は＋１００Ｖに近く、右側の電極Ｂの近傍の電位は０Ｖに近く、両電極Ａ、Ｂより離れた空間の電位は＋５０Ｖ前後である。さらに、同図中、矢印はその場所の電界ベクトルを示し、その向きが電界の向きであり、その長さが電界の強さを示している。
【００６１】
この図１５から分かるように、＋１００Ｖが印加された電極Ｂのセンターからその下方（実際は上方）の空間にかけては、電界ベクトルが垂直に上を向いている。この結果、この時、電極Ｂのセンターにいた負帯電トナーには、まっすぐ下向き（実際は上向き）の静電力が働き、下向きに（実際は上向き）に加速され、搬送基板１を離れた後も、電界ベクトルの向きに従ってまっすぐ下降（実際は上昇）させられることが分かる。
【００６２】
ここで、電極Ａ，Ｃに印加する電圧を５０Ｖ，１００Ｖ、１５０Ｖにしたときの電極Ｂのセンターから真下（真上）の空間における垂直（Ｙ）方向電界の一例を図１６に示している。
【００６３】
この図１６から、電極Ｂより約５０μｍ下降（上昇）すると、電界ベクトルの大きさはほとんどゼロになるので、ここまで加速されてきたトナーは、この付近では空気の粘性抵抗で減速され、その先では、電界の向きが反転するので、逆向きの静電力を受けて下（上）向きの速度を失うことが予想される。
【００６４】
さらに、直径８μｍ、比帯電量Ｑ／ｍ＝−２０μＣ／ｇのトナーを電極Ｂのセンターに置き、電極Ａ，Ｃに印加する電圧を５０Ｖ，１００Ｖ、１５０Ｖにしたときの、当該トナーのＹ方向位置とＹ方向速度のシミュレーション結果を１０μsecごとに１６０μsecまで図１７に示している。なお、これは、電極幅３０μｍ、電極間隔３０μｍとした電極構成である。
【００６５】
この図１７より分かるように、電極Ｂの両隣りの電極Ａ，Ｃに＋１００Ｖが印加された場合、電極Ｂのセンターに置かれたトナーは、５０〜６０μsec後に、電極Ｂの上方４０〜５０μｍに達し、その時点で上昇速度が１ｍ／secになり、その後は、徐々に減速されながらも、さらに上昇を続けている。
【００６６】
このように、電極上にトナーをまっすぐ打ち上げる条件は、上記のシミュレーション結果から、負帯電トナーの場合には、０Ｖになった電極の両側の電極の電位が等しく、０Ｖより高く、かつ、その０Ｖの電極上にトナーが存在することがである。なお、正帯電トナーの場合には、０Ｖになった電極の両側の電極の電位が等しく、０Ｖより低く（例えば−１００Ｖ）高く、かつ、その０Ｖの電極上にトナーが存在することがである。
【００６７】
この条件を最も充足する駆動波形パターンは、前述した図１２又は図１３に示すように各相の＋１００Ｖ又は０Ｖの印加時間ｔａを繰り返し周期ｔｆの２／３である約６７％に設定したホッピング電圧パターンである。そこで、本実施形態においては、このホッピング電圧パターンを有する駆動波形Ｖａ２、Ｖｂ２、Ｖｃ２を現像領域１２に対応する搬送基板１の各電極１０２に対して印加するようにしている。
【００６８】
これに対して、トナーの搬送を行うための駆動波形パターンとしては、前述した図１１に示すパターンが最も適している。すなわち、駆動波形Ｖａ（Ａ相）、Ｖｂ（Ｂ相）、Ｖｃ（Ｃ相）を印加する場合、各相の＋１００Ｖの印加時間ｔａを繰り返し周期ｔｆの１／３である約３３％に設定した搬送電圧パターンである。そこで、本実施形態においては、この搬送電圧パターンを有する駆動波形Ｖａ１、Ｖｂ１、Ｖｃ１を搬送領域１１に対応する搬送基板１の各電極１０２に対して印加するようにしている。
【００６９】
この搬送電圧パターンでは、Ｂ相電極に注目すると、Ｂ相電極の印加電圧が０Ｖになった時間においては、Ａ相電極の印加電圧は０Ｖ、Ｃ相電極の印加電圧は＋電圧であり、トナーの進行方向はＡ→Ｃであるから、Ｂ相電極上のトナーはＡ相電極との間では反発され、Ｃ相電極との間では吸引される方向の電界を受けることになり、搬送効率が高くなり、特に高速搬送を行うことができる。
【００７０】
なお、ホッピング電圧パターンの駆動波形を印加した場合でも、０Ｖ電極のセンターに位置したトナー以外は、横方向への力も受けるため、すべてのトナーがいっせいに高く打ち上げられるというものではなく、水平方向に移動するトナーもあり、逆に、搬送電圧パターンの駆動波形を印加した場合でも、トナーの位置によっては、大きな角度で斜めに打ち上げられて水平に移動するよりも上昇距離の方が大きいものがある。
【００７１】
したがって、搬送領域１１の各電極１０２に印加する駆動波形パターンは前述した図１１に示す搬送電圧パターンに限られるものではなく、また、現像領域１２の各電極１０２に印加する駆動波形パターンも前述した図１２又は図１３に示すホッポング電圧パターンに限られるものではない。
【００７２】
これを一般的に言えば、各電極に対してｎ相（ｎは３以上の整数）のパルス状電圧（駆動波形）を印加して進行波電界を発生させる場合、１相あたりの電圧印加時間が｛繰り返し周期時間×（ｎ−１）／ｎ｝未満となる電圧印加デューティとすることによって、搬送、ホッピングの効率を上げることができる。例えば、３相の駆動波形を用いる場合には、各相の電圧印加時間ｔａを繰り返し周期時間ｔｆの２／３である約６７％未満に設定し、４相の駆動波形を用いる場合には、各相の電圧印加時間を繰り返し周期時間の３／４である７５％未満に設定することが好ましい。
【００７３】
他方、電圧印加デューティーは｛繰り返し周期時間／ｎ｝以上に設定することが好ましい。例えば、３相の駆動波形を用いる場合には、各相の電圧印加時間ｔａを繰り返し周期時間ｔｆの１／３である約３３％以上に設定することが好ましい。
【００７４】
すなわち、注目電極に印加する電圧と進行方向上流側隣接電極及び下流側隣接電極に印加する各電圧との間には、上流側隣接電極が反発、下流側隣接電極が吸引という時間を設定することによって、効率を向上することができる。特に、駆動周波数が高い場合は、｛繰り返し周期時間／ｎ｝以上で｛繰り返し周期時間×(ｎ−１)／ｎ｝未満の範囲内に設定することにより、注目電極上のトナーに対する初期速度が得られやすくなる。
【００７５】
次に、ＯＰＣ層１５上に反転現像用の電荷パターンを乗せ、図１３に示すホッピング電圧パターンの駆動波形Ｖａ２、Ｖｂ２、Ｖｃ２を各電極１０２に印加したときのトナーＴの挙動の一例について図１８以降を参照して時間を追って説明する。
【００７６】
なお、同図に示すように、ＯＰＣ層１５上の潜像１７は、反転現像用の電荷がない部分を画像部１７ａとし、電荷がある部分を非画像部（又は「地肌部」という。）１７ｂとする。なお、反転現像は電荷のない部分（ここでは、負電荷のない部分）が画像部となるので、同図の非画像部（地肌部１７ｂ）の外側にも負電荷は存在しているが図示を省略しているだけである（以下の図においても同様である。）。また、ＯＰＣ層１５表面の電位は約−１５０Ｖ、潜像部１７の内の画像部１７ａの部分での表面の電位は約０Ｖである。また、電極１０２に印加するホッピング電圧パターンの電圧値も図１３に示すように「−１００Ｖ」と「０Ｖ」にしている。
【００７７】
先ず、図１８は現像開始０μsec後にはトナーは搬送基板１上に位置している。この状態から、ホッピング電圧パターンを印加した時に状態を図１９以降に示している。
図１９は電圧パターンの印加開始から１００μsec経過した時点でのトナーの分布を示している。この図１９の分布を図１８と比較すると、−１００Ｖの電極（Ｂ相電極）１０２上にいたトナーが上方に（図では下方に）または、斜め左右に飛び出したことが分かる。
【００７８】
図２０は２００μsec経過後のトナー分布を示している。同図からは、ＯＰＣ層１５上の潜像１７のうちの電荷のない、電位が０Ｖの画像部１７ａにトナーが付着し、反転現像が始まっていることが分かる。一方、電荷があり、電位が約−１５０Ｖの地肌部１７ｂではトナーがＯＰＣ層１５に到達していないことが分かる。また、図１９と比較すると、−１００Ｖの電極の位置が一つ隣に移動して、そこから、新たにトナーが打ち上げられつつあることも分かる。
【００７９】
図２１は３００μsec経過後のトナー分布を示している。同図からは、ＯＰＣ層１５上の潜像１７のうちの電荷のない、電位が０Ｖの画像部１７ａに付着するトナーの数が、図２０より増えて現像が進んでいることが分かる。一方、地肌部１７ｂでは、最初に打ち上げられたトナーが、ＯＰＣ層１５と搬送基板１間に形成されている逆電界で搬送基板１側に戻りつつあることが分かる。
【００８０】
図２２は５００μsec経過後のトナー分布を示している。同図からは、現像が更に進んでいるが地肌部１７ｂに付着するトナーはまったくないことが分かる。
【００８１】
図２３は１０００μsec経過後のトナー分布を示している。同図と図２３とを比較すると、現像が更に進んでいるが、その違いは小さいことが分かる。
【００８２】
図２４は１５００μsec経過後のトナー分布を示している。同図と図２３とを比較すると、画像部１７ａに付着しているトナーの数は同じで、この間では現像が進まなかったこと、すなわち、現像は開始１ｍsec後でほぼ飽和したことが分かる。
【００８３】
図２５は２００００μsec経過後のトナー分布を示している。同図と図２４とを比較すると、この間ではまったく現像が進んでいないことが分かる。
【００８４】
以上の説明のようにＥＴＨ現像ではトナーをホッピングさせることによって潜像担持体の静電潜像を一成分現像方式で反転現像を行うことができる。すなわち、現像領域で、トナーが潜像の画像部に対しては潜像担持体側に向かい、非画像部に対してはトナーが潜像担持体と反対側に向かう方向の電界を形成する手段を備えることによって現像を行うことができる。
【００８５】
例えば、前述した図１３に示すホッピング電圧パターンの駆動波形のように、０〜−１００Ｖで遷移するパルス状電圧波形である場合、潜像担持体上の非画像部電位が−１００Ｖより低いときには、画像部に対してはトナーが潜像担持体側に向かい、非画像部に対してはトナーが潜像担持体と反対側に向かうことになる。この場合、潜像の非画像部の電位を−１５０Ｖや後述する−１７０Ｖとした場合に、トナーが潜像担持体側に向かうことが確認された。
【００８６】
また、ホッピング電圧パターンの駆動波形が２０Ｖ〜−８０Ｖで遷移するパルス状電圧波形である場合、画像部の電位を約０Ｖ、非画像部の電位が−１１０Ｖのときにも、パルス状駆動波形のローレベルの電位が潜像の画像部電位と非画像部電位との間にあるので、同様に、画像部に対してはトナーが潜像担持体側に向かい、非画像部に対してはトナーが潜像担持体と反対側に向かうことになる。
【００８７】
要するに、パルス状駆動波形のローレベルの電位を潜像の画像部の電位と非画像部の電位との間の電位に設定することで、非画像部へのトナーの付着を防止し、高品質の現像を行うことができる。
【００８８】
このように、ＥＴＨ現像においては、トナーがホッピングしていることにより潜像の画像部に対してトナーが吸引付着し、非画像部ではトナーが反発されて付着されないので、トナーによる潜像の現像を行うことができ、このとき、既にホッピングしているトナーは搬送基板１との間で吸着力が生じないため、容易に潜像担持体側に移送することができ、高い画像品質が得られる現像を低電圧で行うことができるようになる。
【００８９】
すなわち、従来の所謂ジャンピング現像方式にあっては、現像ローラから帯電トナーを剥離させて感光体に移送させるには、トナーの現像ローラに対する付着力以上の印加電圧が必要であり、ＤＣ６００〜９００Ｖのバイアス電圧をかけなければならない。これに対して、本発明によれば、トナーの付着力は通常５０〜２００ｎＮであるが、搬送基板１上でホッピングしているために搬送基板１に対する付着力が略零になるので、トナーを搬送基板１から剥離する力が不要になり、低電圧で十分にトナーを潜像担持体側に移送することが可能になるのである。
【００９０】
しかも、電極１０２、１０２間に印加する電圧が｜１５０〜１００｜Ｖ以下の低電圧であっても発生する電界が非常に大きい値となり、電極１０２表面に付着しているトナーを容易に剥離し、飛翔、ホッピングさせることが可能になる。また、ＯＰＣ等の感光体を帯電する時に発生するオゾン、ＮＯxが非常に少なく、又は皆無にすることができて、環境問題、感光体の耐久性に非常に有利となる。
【００９１】
したがって、従来方式の現像ローラ表面、またはキャリア表面に付着しているトナーを剥離するために現像ローラと感光体の間に印加していた５００Ｖ〜数ＫＶの高電圧バイアスを必要とすることがなく、感光体の帯電電位を非常に低い値として、潜像を形成して現像することが可能になる。
【００９２】
例えば、ＯＰＣ感光体を使用し、その表面のＣＴＬ(Charge Transport Layer)の厚さが１５μｍ、その比誘電率εが３、帯電したトナーの電荷密度が（−３Ｅ−４Ｃ／ｍ２の場合、ＯＰＣ表面電位は約−１７０Ｖとなるが、この場合、搬送基板の電極への印加電圧として、０〜−１００Ｖ、デューティー５０％のパルス状駆動電圧を印加すると、平均で−５０Ｖとなり、トナーが負帯電であれば搬送基板の電極とＯＰＣ感光体との間の電界は前述した関係になる。
【００９３】
このとき、搬送基板とＯＰＣ感光体とのギャップ（間隔）が０．２〜０．３ｍｍであれば十分に現像が可能となる。トナーのＱ／Ｍ、搬送基板の電極への印加電圧、印刷速度すなわち感光体の回転速度によっても異なるが、負帯電トナーの場合、少なくとも感光体を帯電する電位は−３００Ｖ以下、または現像効率を優先した構成の場合は−１００Ｖ以下でも十分に現像を行うことができる。なお、正帯電の場合の帯電電位は＋電位となる。
【００９４】
ところで、上述したＥＴＨ現像は、搬送基板１上でトナーをホッピングさせることによって、搬送基板１との吸着力を０にすることで現像を行うものであるが、本発明者らの研究によると、単に搬送基板上でトナーをホッピングにさせるだけでは、ホッピングしたトナーが潜像担持体側への進行性を有しているとしても、潜像担持体の潜像に付着することの確実性が保証されず、トナー飛散が生じることも確認された。
【００９５】
そこで、本発明者らはＥＴＨ現像について鋭意研究した結果、ホッピングしたトナーが潜像担持体の潜像の画像部に対して選択的に確実に付着し、かつ、非画像部には付着しない、すなわち地汚れが生じない条件を見出したものである。
【００９６】
すなわち、潜像担持体の潜像の電位（表面電位）と搬送基板に印加する電位（発生させる電界）との関係を所定の関係に設定する、つまり、上述したように、潜像担持体の潜像の画像部に対してはトナーが潜像担持体側に向かい、非画像部に対してはトナーが搬送基板側に向かう電界を発生させる。これにより、潜像の画像部に対してはトナーが確実に付着し、非画像部に向かうトナーは搬送基板側に押し返されるので、搬送基板からホッピングしたトナーが効率的に現像に利用され、飛散を防止でき、低電圧駆動による高品質現像を可能にすることができる。
【００９７】
この場合、搬送基板の電極に印加する電位の平均値（平均値電位）を潜像担持体の潜像の画像部の電位と非画像部の電位との間の電位に設定することで、上述したように、潜像担持体の潜像の画像部に対してはトナーが潜像担持体側に向かい、非画像部に対してはトナーが搬送基板側に向かう電界を発生させることができる。
【００９８】
本発明者らは更に鋭意研究を重ねた結果、上述したように本発明に係るＥＴＨ現像では地肌部（非画像部）にトナーが付着しないため、地肌汚れが生じないはずであるにもかかわらず、未だ地肌汚れが生じ得ることを確認した。
【００９９】
すなわち、本発明者らは上述した搬送基板を製作して、同じような粒径と帯電量を有するトナーを用いて、厚さ１５μｍのＯＰＣ層を有する感光体ドラムで、表面電位−１７０Ｖに帯電後レーザービーム光学系により潜像を形成し、周速２００ｍｍ／secで回転する感光体ドラムより０．２００ｍｍ離して搬送基板を固定し、前記搬送電圧パターンを印加して該トナーを搬送基板上を感光体ドラムの周速と等しい速度で搬送し、更に搬送基板が感光体ドラムと最接近する０．４ｍｍ幅の領域（これを「現像領域」とした。）の電極に対してだけ前記ホッピング電圧パターンに切り替えて該潜像を反転現像し、ＯＰＣ感光体ドラム上に形成された該トナー画像を公知の方法で、転写、定着してきれいな白紙上に黒トナー画像を形成した。
【０１００】
この結果、形成した画像の地肌部には地汚れが生じており、また、多数枚プリント試験を繰り返すうちに機内にトナーが付着していることが認められたことから、高速度カメラにより、現像領域のトナーの動きを観察したところ、現像に寄与せず（感光体に付着せず）かつ、搬送基板に戻らなかったトナーが、感光体ドラムの回転に伴ってその周辺に発生した気流に巻き込まれていくことが判明した。
【０１０１】
また、地肌部よりも画像部の方が飛散トナーが増えることが判明した。さらに、ＯＰＣ層の帯電電位を高くすると飛散は少なくなることも判明した。また、通常、従来の現像方式ではトナーの帯電量が下がった時トナー飛散が増加していたが、ＥＴＨ現像方式では、逆に、トナーの帯電量が低い方がトナー飛散が少なくなることも判明した。
【０１０２】
これらのことから、図２３ないし図２５に示すように、感光体ドラムの回転に伴う気流が一番強い画像部の直上（下）で浮遊しているトナーが、感光体ドラムの回転の気流に巻き込まれて飛散したことが確認された。
【０１０３】
画像部に対して後行するトナーが滞留する原因については、空中のトナーに働く力が無くなったと考えられる。
【０１０４】
本来、画像部の近傍には負帯電トナーを画像部に引き付ける電界が形成されているので、この電界が、無くなって、又は弱くなって、後行のトナーが画像部に引き付けられなくなたと考えられる。前述したように、ＯＰＣ層の電荷密度は−３．０ｅ-4〔Ｃ／ｍｍ２〕であるが、−２０μＣ／ｇに帯電しているトナーが、１平方ｃｍに１．５ｍｇ集まると、その電荷密度も−３．０ｅ-4〔Ｃ／ｍｍ２〕になる。
【０１０５】
実際には、飽和現像でも、１平方ｃｍに１．５ｍｇのトナーが乗ることはないが、その半分程度が乗っているとすると、地肌部と画像部の電位差が半減して電界も半減しトナーの滞留が始まると考えられる。これは、電荷分布を均一と仮定した場合であるが、トナー間のクーロン反発力を考えると、１個の後行のトナーは複数の先行付着トナーより反発されて先に（潜像担持体側に）進めなくなったと考えることもできる。
【０１０６】
そこで、本発明の他の例においては、現像領域通過後の領域でトナーを搬送基板１側に引き戻す電界を発生させる手段を備えた。すなわち、この第１実施形態では、上述したように搬送基板１に回収領域１３を設けて、この回収領域１３の電極１０２に対しては駆動回路２から回収搬送電圧パターンの駆動波形Ｖａ１、Ｖｂ１、Ｖｃ１を印加する。つまり、ここでは、搬送領域１１の電極１０２に印加する搬送電圧パターンの駆動波形をそのまま回収領域１３の電極１０２に印加する回収搬送電圧パターンの駆動波形として用いている。
【０１０７】
このように、現像領域通過後の領域でトナーが潜像潜像担持体と反対側に向かう方向の電界を形成することによって、浮遊トナーを搬送基板１側に回収することができ、この結果トナーの再利用も可能になる。
【０１０８】
この点についてより詳細に説明する。前述した図１８以降を参照して説明したようにＯＰＣ層１５上に反転現像用の電荷パターンを乗せ、図１３に示すホッピング電圧パターンの駆動波形Ｖａ２、Ｖｂ２、Ｖｃ２を各電極１０２に印加して現像を行った後、図１１に示す回収搬送電圧パターンの駆動波形Ｖａ１、Ｖｂ１、Ｖｃ１を各電極１０２に印加したときのトナーＴの挙動の一例について図２６以降を参照して時間を追って説明する。
【０１０９】
先ず、図２６は各電極１０２に印加する電圧を回収搬送電圧パターンの駆動波形Ｖａ１、Ｖｂ１、Ｖｃ１に切り替えた後１００μsecを経過したときのトナーの分布を示している。前述した図２３と比較すると分かるように、画像部１７ａ上（実際は下）に浮遊していたトナーが、搬送基板１側に引き寄せられ始めている。また、画像部１７ａのみならず、もともと地肌部１７ｂに対応して搬送基板１側の空中にいたトナーも更に搬送基板１側に引き寄せられ始めている。
【０１１０】
図２７は切り替え後２００μsecを経過したときのトナーの分布を示している。図２６と比較すると、画像部１７ａ、地肌部１７ｂともにトナーは更に搬送基板１側に引き寄せられていることが分かる。
【０１１１】
図２８は切り替え後４００μsecを経過したときのトナーの分布を示している。画像部１７ａに対応して浮遊していたトナーの搬送基板１側への回収が更に進んでいることが分かる。ただし、地肌部１７ｂに対応する部分では新たに打ち上げられるトナーがあるために少し膨らんでいる。
【０１１２】
図２９は切り替え後７００μｓｅｃを経過したときのトナーの分布を示している。画像部１７ａに対応する浮遊トナー中、最後尾に位置するトナーも搬送基板１との間の中途まで進んでいることが分かる。
【０１１３】
図３０は切り替え後１０００μｓｅｃを経過したときのトナーの分布を示している。最後尾のトナーも、搬送基板１側に入り、ＯＰＣ層１５側には浮遊トナーがまったく存在しなくなったことが分かる。
【０１１４】
この場合、画像部１７ａに付着しているトナーは、搬送基板１側に引き戻されない。これは、帯電しているトナーと誘電体であるＯＰＣ感光層との間には強い鏡像力が働いている。また、電荷の有無とは関係なしに、トナーとＯＰＣ層の間には、ファンデルワールツ力、液間架橋力も働いている。さらに、画像部が小さい場合には、エッジ電界による静電力も働く。これらの力が合わさってトナーをＯＰＣ側に押しているので、浮遊トナーのように搬送基板１側に引き戻されることがないのである。なお、浮遊トナーには、ファンデルワールツ力と液間架橋力は働かず、また鏡像力も実質的にゼロであることから、搬送基板１側に引き戻される。
【０１１５】
ただし、後述するように、搬送基板側の電極に印加する電位を高めていくと感光体ドラム上に付着したトナーまで引き戻されるので、現像領域通過後に形成する電界の強さは、潜像担持体に付着したトナーを潜像担持体面より引き剥がさない範囲であることが好ましい。この場合、付着力の弱いトナーは引き剥がした方がよい場合もあり、全く引き剥がすことのない電界の強さでなければならないということではない。
【０１１６】
なお、上述したシミュレーションでは、画像部１７ａの２層目以上のトナーはすべて、搬送基板１側に回収されたが、これはシミュレーションではトナー間の付着力をゼロにしたためであり、実際は、トナー同士の間にも、ファンデルワールツ力、液間架橋力は働くので、２層目のトナーも１層目のトナーに付着して残る。
【０１１７】
このように、現像領域通過後の領域において、トナーを潜像担持体側と反対側の方向に向かう電界を発生させる手段を備えることによって、飛散トナーの発生を大幅に低減することができる。
【０１１８】
この場合、搬送部材である搬送基板の電極に印加する電圧の平均値電位は、現像領域では潜像の画像部電位と非画像部電位の間とすることで、ＥＴＨ現像を行うことができ、負帯電トナーを用いるときには、現像領域通過後の領域（回収領域）では潜像の画像部電位と非画像部電位の両電位よりも高い電位とし、正帯電トナーを用いるときには、現像領域通過後の領域では潜像の画像部電位と非画像部電位の両電位よりも低い電位とすることで、浮遊しているトナーを搬送基板側に回収することができる。
【０１１９】
ここで、上述した図１３に示すホッピング電圧パターンの駆動波形を発生するための波形増幅器２３ａ〜２３ｃ（これらを符号「２３」で表記する。）の一例について図３１を参照して説明する。
なお、前述したように図１３に示すホッピング電圧パターンの駆動波形は、各相が０〜−１００Ｖのパルス波形で、電位が相対的に＋の時間（０Ｖの時間）が６７％デューティーの波形であるが、ここでは、電位が相対的に＋の時間（０Ｖの時間）が３３％デューティーの波形で説明する。
【０１２０】
波形増幅器２３は、入力信号を分圧するための抵抗Ｒ１、Ｒ２と、スイッチング用のトランジスタＴｒ１と、コレクタ抵抗Ｒ３と、トランジスタＴｒ２と、電流制限抵抗Ｒ４と、コンデンサＣ１、抵抗Ｒ５、ダイオードＤ１からなるクランプ回路２５とで構成している。
【０１２１】
この波形増幅器２３に対し、前述したパルス信号発生回路２１から図３２（ａ）に示すように、例えば、０〜１５Ｖの図示の波形で１５Ｖのデューティーが約６７％の入力信号ＩＮが与えられると、この入力信号ＩＮは抵抗Ｒ１、Ｒ２で分圧されてトランジスタＴｒ１のベースに入力され、トランジスタＴｒ１がスイッチングを動作することで、位相が反転され、０〜＋１００Ｖにレベルアップされた同図（ｂ）に示すような電圧波形（コレクタ電圧）ｍが得られる。
【０１２２】
このコレクタ電圧ｍをトランジスタＴｒ２が受け、同じレベルの波形を低インピーダンスで出力する。このトランジスタＴｒ２のエミッタに接続されたクランプ回路２５は、＋波形に対しては時定数が小さく、−波形に対しては時定数がコンデンサＣ１及び抵抗Ｒ５で決定されるが、パルスの周期に対してこの時定数を十分大きな値に設定することで、クランプ回路２５からは、同図（ｃ）に示すように、０レベルがクランプされた０〜−１００Ｖの出力波形ＯＵＴが得られる。
【０１２３】
次に、上述した図１１に示す回収搬送電圧パターンの駆動波形を発生するための波形増幅器２２ａ〜２２ｃ（これらを符号「２２」で表記する。）の一例について図３３を参照して説明する。
前述したように図１１に示す回収搬送電圧パターンの駆動波形は、各相が０〜＋１００Ｖのパルス波形で、電位が相対的に＋の時間（＋１００Ｖの時間）が３３％デューティーの波形の例である。
【０１２４】
波形増幅器２２は、入力信号を分圧するための抵抗Ｒ１、Ｒ２と、スイッチング用のトランジスタＴｒ１と、コレクタ抵抗Ｒ３と、トランジスタＴｒ２と、電流制限抵抗Ｒ４と、コンデンサＣ１、抵抗Ｒ５、ダイオードＤ２からなるクランプ回路２６とで構成している。すなわち、波形増幅器２３のクランプ回路２５のダイオードＤ１と波形増幅器２２のクランプ回路２６のダイオードＤ２の向きが異なるだけである。
【０１２５】
この波形増幅器２２に対し、前述したパルス信号発生回路２１から図３４（ａ）に示すように、例えば、０〜１５Ｖの図示の波形で１５Ｖのデューティーが約６７％の入力信号ＩＮが与えられると、この入力信号ＩＮは抵抗Ｒ１、Ｒ２で分圧されてトランジスタＴｒ１のベースに入力され、トランジスタＴｒ１がスイッチングを動作することで、位相が反転され、０〜＋１００Ｖにレベルアップされた同図（ｂ）に示すような電圧波形（コレクタ電圧）ｍが得られる。
【０１２６】
このコレクタ電圧ｍをトランジスタＴｒ２が受け、同じレベルの波形を低インピーダンスで出力する。このトランジスタＴｒ２のエミッタに接続されたクランプ回路２６は、−波形に対しては時定数が小さく、＋波形に対しては時定数がコンデンサＣ１及び抵抗Ｒ５で決定されるが、パルスの周期に対してこの時定数を十分大きな値に設定することで、クランプ回路２６からは、同図（ｃ）に示すように、０レベルがクランプされた０〜＋１００Ｖの出力波形ＯＵＴが得られる。
【０１２７】
このように、搬送基板の各電極に印加する駆動波形をコンデンサ、抵抗、ダイオードから構成されるクランプ回路で形成することで、簡単な回路構成で、また、低レベル側をクランプすることでドリフトのない、波高値が一定で安定な波形が得られるので、正確なトナー搬送、ホッピングが可能になる。
【０１２８】
ここで、トナーの帯電極性と搬送基板１の電極１０２に印加する電圧（電位）との関係について説明すると、負帯電トナーを用いる場合には、現像領域では０〜−Ｖ１の電圧とし、現像領域通過後の領域では０〜＋Ｖ２の電圧とする、つまりホッピング用駆動波形の電圧は０〜−Ｖとし、回収搬送用駆動波形の電圧は０〜＋Ｖとすることで、上述したように駆動回路の構成が簡単で、信頼性が向上する。
【０１２９】
同様に、正帯電トナーを用いる場合には、現像領域では０〜＋Ｖ３の電圧とし、現像領域通過後の領域では０〜−Ｖ４の電圧とする、つまりホッピング用駆動波形の電圧は０〜＋Ｖとし、回収搬送用駆動波形の電圧は０〜−Ｖとすることで、上述したように駆動回路の構成が簡単で、信頼性が向上する。
【０１３０】
なお、上述した電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４は、同じ絶対値の電圧であっても、異なる絶対値の電圧であってもよい。
【０１３１】
ここで、トナーの搬送及びホッピングを行うための搬送基板１の複数の電極１０２の幅（電極幅）Ｌ及び電極間隔Ｒ、並びに表面保護層１０３について説明する。
搬送基板１における電極幅Ｌと電極間隔Ｒはトナーの搬送効率、ホッピング効率に大きく影響する。すなわち、電極と電極の間にあるトナーはほぼ水平方向の電界により、基板表面を隣接する電極まで移動する。これに対して、電極上に乗っているトナーは、少なくとも垂直方向の成分も持った初速が与えられることから、多くは基板面から離れて飛翔する。
【０１３２】
特に、電極端面付近にあるトナーは、隣接電極を飛び越えて移動するため、電極幅Ｌが広い場合には、その電極上に乗っているトナーの数が多くなり、移動距離の大きいトナーが増えて搬送効率が上がる。ただし、電極幅Ｌが広すぎると、電極中央付近の電界強度が低下するためにトナーが電極に付着し、搬送効率が低下することになる。そこで、本発明者らは鋭意研究した結果、低電圧で効率よく粉体を搬送、ホッピングするための適正な電極幅があることを見出した。
【０１３３】
また、電極間隔Ｒは、距離と印加電圧の関係から電極間の電界強度を決定し、間隔Ｒが狭い程電界強度は当然強く、搬送、ホッピングの初速が得られやすい。しかし、電極から電極へ移動するようなトナーについては、一回の移動距離が短くなり、駆動周波数を高くしないと移動効率が上がらないことになる。これについても、本発明者らは鋭意研究した結果、低電圧で効率よく粉体を搬送、ホッピングするための適正な電極間隔があることを見出した。
【０１３４】
さらに、電極表面を覆う表面保護層の厚さも電極表面の電界強度に影響を与え、特に垂直方向成分の電気力線への影響が大きく、ホッピングの効率を決定することをも見出した。
【０１３５】
そこで、搬送基板の電極幅、電極間隔、表面保護層厚さの関係を適正に設定することによって、電極表面でのトナー吸着問題を解決し、低電圧で効率的な移動を行うことができる。
【０１３６】
より詳しく説明すると、まず、電極幅Ｌについては、電極幅Ｌをトナー径（粉体径）の１倍としたときは、最低１個のトナーを乗せて搬送、ホピングするための幅寸法であり、これより狭いとトナーに作用する電界が少なくなり、搬送力、飛翔力が低下して実用上は十分でない。
【０１３７】
また、電極幅Ｌが広くなるに従って、特に、電極上面中央付近で、電気力線が進行方向（水平方向）に傾斜し、垂直方向の電界の弱い領域が発生し、ホッピングの発生力が小さくなる。電極幅Ｌがあまり広くなると、極端な場合、トナーの帯電電荷に応じた鏡像力、ファンデルワールス力、水分等による吸着力が勝り、トナーの堆積が発生することがある。
【０１３８】
そして、搬送及びホッピングの効率から、電極の上にトナー２０個程度が乗る幅であれば吸着が発生しにくく、１００Ｖ程度の低電圧の駆動波形で効率良く搬送、ホッピングの動作が可能である。それ以上広いと部分的に吸着が発生する領域が生じる。例えば、トナーの平均粒径を５μmとすると、５μｍ〜１００μｍまでの範囲に相当する。
【０１３９】
電極幅Ｌのより好ましい範囲は、駆動波形による印加電圧を１００Ｖ以下の低電圧でより効率的に駆動するため、粉体の平均粒径の２倍以上〜１０倍以下である。電極幅Ｌをこの範囲内とすることで、電極表面中央付近の電界強度の低下が１／３以下に抑えられ、ホッピングの効率低下は１０％以下となって、効率の大幅な低下をきたすことがなくなる。これは、例えば、トナーの平均粒径を５μｍとすると、１０μｍ〜５０μｍの範囲に相当する。
【０１４０】
さらに、より好ましくは、電極幅Ｌは、粉体の平均粒径の２倍以上〜６倍以下の範囲である。これは、例えば、トナーの平均粒径を５μｍとすると、１０μｍ〜３０μｍに相当する範囲である。この範囲とすることによって非常に効率が良くなることが判明している。
【０１４１】
ここで、図３５に示すように、搬送基板１上の電極１０２の幅（電極幅）Ｌを３０μｍ、電極間隔Ｒを３０μｍ、電極１０２の厚みを５μｍ、表面保護層１０３の厚みを０．１μｍとし、隣接する２つの電極１０２、１２にそれぞれ＋１００Ｖ、０Ｖを印加し、電極幅Ｌ、電極間隔Ｒに対する搬送電界ＴＥ、ホッピング電界ＨＥの強度を測定した結果を図３６及び図３７に示している。
【０１４２】
なお、各評価データはシミュレーションと実測、および粒子の振る舞いについて高速度ビデオにより実測評価した結果である。図３５では細部を分かり易くするために電極１０２は２つを示しているが、実際のシミュレーション、及び実験は前述したように十分な数の電極を有する領域について評価している。また、トナーＴの粒径は８μｍ、電荷量は−２０μＣ／ｇである。
【０１４３】
これらの図３６及び図３７で示す電界の強度は電極表面の代表点の値であり、搬送電界ＴＥの代表点ＴＥａは図３５に示す電極端部５μｍ上方の点、ホッピング電界ＨＥの代表点ＨＥａは図３５に示す電極中央部５μｍ上方の点とし、それぞれＸ方向、Ｙ方向のトナーに作用する一番電界の強い代表点に相当する。
【０１４４】
これらの図３６及び図３７から、トナーの搬送、ホッピングに作用する力を付与できる電界としては（５Ｅ＋５）Ｖ／ｍ以上、吸着の問題がない好ましい電界としては（１Ｅ＋６）Ｖ／ｍ以上、さらに十分な力を付与できるより好ましい電界としては（２Ｅ＋６）Ｖ／ｍ以上の範囲であることが分かる。
【０１４５】
電極間隔Ｒについては、間隔が広くなるほど搬送方向の電界強度は低下するため、上記電界強度の範囲に対応する値としても同様で、前述したように、トナーの平均粒径の１倍以上〜２０倍以下、好ましくは２倍以上〜１０倍以下、さらにより好ましくは２倍以上〜６倍以下である。
【０１４６】
また、図３７からホッピングの効率は電極間隔Ｒが広がると低下するが、トナー平均粒径の２０倍までは実用上のホッピング効率が得られる。トナー平均粒径の２０倍を越えるとやはり多くのトナーの吸着力が無視できなくなり、ホッピングが全く発生しないトナーが発生するため、この点でも電極間隔Ｒはトナーの平均粒径の２０倍以下とする必要がある。
【０１４７】
以上のように、Ｙ方向の電界強度は電極幅Ｌ、電極間隔Ｒで決定され、狭い方が電界強度は高くなる。また、電極端部寄りのＸ方向の電界強度も電極間隔Ｒで決定され、狭い方が電界強度は高くなる。
【０１４８】
このように、電極のトナー進行方向における幅をトナーの平均粒径の１倍以上２０倍以下で、かつ、電極のトナー進行方向の間隔を粉体の平均粒径の１倍以上２０倍以下とすることによって、電極上又は電極間にある帯電したトナーに対し、その鏡像力、ファンデルワールス力、その他、吸着力にうち勝って、トナーを搬送、ホッピングさせるのに十分な静電力を作用させることができ、トナーの滞留が防止されて、低電圧で安定して効率的に搬送及びホッピングをさせることができる。
【０１４９】
本発明者らの研究するところによると、トナーの平均粒径が２〜１０μｍ、Ｑ／ｍが負帯電の場合には−３〜−４０μＣ／ｇ、より好ましくは、−１０〜−３０μＣ／ｇ、正帯電の場合には＋３〜＋４０μＣ／ｇ、より好ましくは、＋１０〜＋３０μＣ／ｇであるときに、特に、上述した電極構成による搬送及びホッピングを効率的に行うことができた。
【０１５０】
次に、表面保護層１０３について説明する。表面保護層を設けることにより、電極の汚れ、微粒子等の付着が無く、表面を搬送に好適な条件で維持することができ、高湿度環境での沿面リークの回避でき、Ｑ／ｍの変動が無く、粉体の帯電電荷量を安定に維持することができる。
【０１５１】
ここで、図３５の構成において表面保護層の厚さを０．１〜８０μｍの範囲で変化させたときのＸ方向の電界強度を計算値で求めた結果を図３８に示している。
【０１５２】
この表面保護層１０３の誘電率εは空気より高い値であり、通常ε＝２以上である。同図から分かるように、この表面保護層の膜厚（電極表面からの厚さ）が厚すぎると、表面のトナーに作用する電界強度が低下する。そこで、搬送効率、耐温湿度環境等を考慮すると、搬送動作に対して効率低下を問題にしないで実用可能な表面保護層厚さは、３０％効率が低下する１０μｍ以下、より好ましくは効率低下が数％に押さえられる５μｍ以下である。
【０１５３】
また、電極表面のホッピングに作用する電界強度の例を図３９及び図４０に示している。図３９は表面保護層の厚みを５μｍとした例、図４０は表面保護層の厚みを３０μｍとした例であり、いずれも電極幅３０μｍ、電極間隔３０μｍで印加電圧０Ｖ、１００Ｖとしている。
【０１５４】
これらの各図から分かるように、表面保護層の厚さが厚くなると空気より誘電率が高い保護層から隣接する電極方向へ向かう電界が増加するため、表面の垂直方向成分が減少するとともに、保護層の厚み分、表面のトナーに作用する電界強度が低下する。
【０１５５】
すなわち、ホッピングに作用する垂直方向成分の電気力線は保護層厚さに大きく依存する。１００Ｖ程度の低電圧で効率的にホッピングに作用する力を付与できる電界は、吸着の問題がない好ましい電界として（１Ｅ＋６）Ｖ／ｍ以上、さらに十分な力を付与できるより好ましい電界としては（２Ｅ＋６）Ｖ／ｍ以上の範囲であり、そのための保護層厚さとしては１０μｍ以下、より好ましくは５μｍ以下である。
【０１５６】
なお、表面保護層の材料としては、比抵抗は１０＊Ｅ６Ωｃｍ以上、誘電率εが２以上の材料を用いることが好ましい。
【０１５７】
このように、電極表面を覆う表面保護層を設け、この表面保護層の厚さを１０μｍ以下とすることで、特に粉体に対して垂直方向成分の電界をより強く作用させることができ、ホッピングの効率を上げることができる。
【０１５８】
また、潜像担持体の帯電電位との関係については、トナーが負帯電トナーの場合、潜像担持体の表面の帯電電位を−３００Ｖ以下、正帯電トナーの場合、潜像担持体の表面の帯電電位を＋３００Ｖ以下にする。すなわち、潜像担持体の表面の帯電電位は｜３００｜Ｖ以下とする。
【０１５９】
これによって、前述したように、電極をファインピッチ化した場合に、電極１０２、１０２間に印加する電圧が１５０〜１００Ｖ以下の低電圧であっても発生する電界が非常に大きい値となり、電極１０２表面に付着しているトナーを容易に剥離し、飛翔、ホッピングさせることが可能になる。また、ＯＰＣ等の感光体を帯電する時に発生するオゾン、ＮＯxが非常に少なく、又は皆無にすることができて、環境問題、感光体の耐久性に非常に有利となる。
【０１６０】
次に、移動させるトナーの帯電極性と表面保護層の最外層の材料の関係について説明する。なお、表面保護層の最外層とは、表面保護層が単一層の場合には当該層を、表面保護層が複数層から形成される場合には粉体が接触する面を形成する層をいう。
【０１６１】
画像形成装置に用いられるトナーを搬送する場合、トナーの８０％以上を占める樹脂材料としては、溶融温度、カラーにおいては透明性等が考慮され、一般的にはスチレン−アクリル系の共重合体、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリオール樹脂等が用いられる。トナーの帯電特性はこれらの樹脂の影響を受けるが、積極的に帯電量をコントロールする目的で帯電制御剤が加えられる。ブラックトナー（ＢＫ）用の帯電制御剤としては、正帯電の場合は、例えば、ニグロシン系染料、四級アンモニウム塩類、負帯電の場合は、例えば、アゾ系含金属錯体、サリチル酸金属錯体が使用される。また、カラートナー用の帯電制御剤としては、正帯電の場合は、例えば、四級アンモニウム塩類、イミダゾール系錯体類、負帯電の場合は、例えば、サリチル酸金属錯体や塩類、有機ホウ素塩類が使用される。
【０１６２】
一方、これらのトナーは、搬送基板上を移相電界（進行波電界）によって搬送、またはホッピングする動作によって、表面保護層と接触、剥離を繰り返すため、トナーが摩擦帯電の影響を受けることになるが、その帯電量と極性は材料相互の帯電系列によって決まってくる。
【０１６３】
この場合、トナーの帯電量を主に帯電制御剤によって決定される飽和帯電量、または多少低下する程度に維持することで、搬送、ホッピング、感光体現像にとっての効率を向上させることができる。
【０１６４】
そこで、トナーの帯電極性が負の場合は、少なくとも表面保護層の最表面を形成する層の材料として、摩擦帯電系列上でトナーの帯電制御剤として用いられる材料の近傍（搬送、ホッピングの領域が少ない場合）に位置する材料か、または正端側に位置する材料を使用することが好ましい。例えば、帯電制御剤が、サリチル酸金属錯体の場合はこの近傍に位置するポリアミド系が好ましい。例えば、ポリアミド（ナイロン：商品名）６６、ナイロン（商品名）１１等を用いる。
【０１６５】
また、トナーの帯電極性が正の場合は、少なくとも表面保護層の最表面を形成する層の材料として、摩擦帯電系列上でトナーの帯電制御剤として用いられる材料の近傍（搬送、ホッピングの領域が少ない場合）に位置する材料か、または負端側に位置する材料を使用することが好ましい。例えば、帯電制御剤が、四級アンモニウム塩類の場合はこの近傍、またはフッ素等のテフロン（登録商標）系材料を用いる。
【０１６６】
次に、電極１０２の厚みについて説明する。
上述したように電極表面を覆う数μｍ厚さの表面保護層を形成した場合、表面保護層の下に電極がある領域とない領域に対応して、搬送基板表面には凹凸が生じることになる。このとき、電極の厚さを３μｍ以下の薄層に形成することによって、保護膜表面の凹凸を問題にすることなくトナー等、５μm程度の粉体をスムースに搬送することができる。したがって、電極を３μｍ以下の厚みに形成すれば、搬送基板表面の平坦化処理等を必要しないで、薄層の表面保護層を有する搬送基板を実用化でき、搬送、ホッピングのための電界強度が低下することもなくなり、より効率的な搬送、ホッピングを行うことができる。
【０１６７】
次に、本発明に係る現像装置の第２実施形態について図４１を参照以降をも参照して説明する。
この第２実施形態では、第１実施形態の駆動回路２に代えて、搬送基板１の搬送領域１１、現像領域１２及び回収領域１３の各電極１０２に対して、それぞれ駆動波形Ｖａ１、Ｖｂ１、Ｖｃ１、Ｖａ２、Ｖｂ２、Ｖｃ２、Ｖａ３、Ｖｂ３、Ｖｃ３を印加する駆動回路３２を備えている。
【０１６８】
ここで、駆動回路３２から回収領域１３の各電極１０３に出力する回収搬送駆動波形Ｖａ３、Ｖｂ３、Ｖｃ３は、図４２に示すように、搬送駆動波形Ｖａ１、Ｖｂ１、Ｖｃ１にＤＣ＋５０Ｖのバイアス電圧を加えたものであり、各Ａ〜Ｃ相の波形は１２０°ずつ位相がシフトした＋５０〜＋１５０Ｖのパルス波形である。
【０１６９】
この駆動波形を生成するために駆動回路３２に含まれる回収搬送電圧用の波形増幅器２４は、図４３に示すように、前述した波形増幅器２２のクランプ回路２６のＧＮＤ方向とは逆向きのダイオードＤ２及び抵抗Ｒ５とシリーズに＋５０Ｖの電源回路２７を挿入したのものであり、前記波形増幅器２２の出力波形に＋５０ＶのＤＣ電圧がバイアスされ、結果として＋５０〜＋１５０Ｖの波形が得られる。
【０１７０】
このように、搬送基板の各電極に印加する駆動波形をコンデンサ、抵抗、ダイオード及びバイアス電圧発生手段から構成されるクランプ回路で形成することで、簡単な回路構成で、また、低レベル側をクランプすることでドリフトのない、波高値が一定で安定な波形が得られるので、正確なトナー搬送、ホッピングが可能になるとともに、また、低レベル側が０Ｖでない所定のバイアス波形を簡単な電源回路を挿入するだけで構成でき、感光体と搬送基板の間のバイアス電界を調整することが可能になって最適な画像が得られる条件を容易に設定できる。
【０１７１】
この実施形態のように、回収領域１３の各電極１０２に印加する駆動波形にＤＣバイアスを重畳することによって、より回収効率が向上し、飛散トナーの発生を確実に防止できる。
【０１７２】
すなわち、前述したように現像領域通過後の領域でトナーを搬送基板１側に引き戻す電界を形成する手段を設けることによって、トナーの飛散は大変少なくなったが、まだゼロにはならなかった。その原因を究明したところ、高速度カメラの映像と上記シミュレーションより、搬送基板１に近い側でも、回転するＯＰＣ感光体ドラム１０に引かれて空気の移動が生じていることに起因していることが判明した。
【０１７３】
そこで、回収領域１３の各電極１０２に印加する駆動波形に＋５０ＶのＤＣバイアスを重畳して電界強度を高くしたことによって、飛散トナーの発生が略ゼロになった。なお、このときの駆動波形の平均電圧は８３．３Ｖになる。
【０１７４】
このときのトナーＴの挙動の一例について図４４に示している。同図は、各電極１０２に印加する電圧を回収搬送電圧パターンの駆動波形Ｖａ３、Ｖｂ３、Ｖｃ３に切り替えた後１０００μsecを経過したときのトナーの分布を示すものであり、第１実施形態の図２７と同じ経過時間である。この図４４と前記の図３０とを対比すると分かるように、トナーが搬送基板１側に引き寄せられている。
【０１７５】
さらに研究を研究を重ねた結果、バイアス電圧にも適正値があることが判明した。すなわち、ＤＣバイアス電圧を＋１００Ｖにした（駆動波形は＋１００〜＋２００Ｖになり、平均電圧は＋１３３．３Ｖになる。）ときのトナーＴの挙動の一例を図４５に示している。同図は、各電極１０２に印加する電圧を回収搬送電圧パターンの駆動波形Ｖａ３、Ｖｂ３、Ｖｃ３に切り替えた後１０００μsecを経過したときのトナーの分布を示すものであり、前述した図４４と対比すると分かるように、さらにトナーが搬送基板１側に引き寄せられているが、搬送基板１に引き付ける静電力が強くなり、搬送されないトナーがかなり生じる。
【０１７６】
さらに、ＤＣバイアス電圧を＋１５０Ｖにした（駆動波形は＋１５０〜＋２５０Ｖになり、平均電圧は＋１８３．３Ｖになる。）ときのトナーＴの挙動の一例を図４７に示している。同図は、各電極１０２に印加する電圧を回収搬送電圧パターンの駆動波形Ｖａ３、Ｖｂ３、Ｖｃ３に切り替えた後１０００μsecを経過したときのトナーの分布を示すものであり、前述した図４５と対比すると分かるように、さらに搬送基板１に引き付ける静電力が強くなり、ＯＰＣ層１５上に付着していたトナーまで搬送基板１に引き戻され、現像した画像が消えている。
【０１７７】
すなわち、回収搬送電圧のプラスバイアスには適正値があり、低すぎては、浮遊トナーを、ＯＰＣ感光体ドラムの回転に伴って発生している気流中から、ほとんど空気の移動のない搬送基板側に引き寄せることができず、逆に高すぎると、トナーが搬送できなくなり、ついには、いったん現像されたトナーまで回収されて画像が消えてしまうことになる。
【０１７８】
次に、本発明に係る現像装置の第３実施形態について説明する。
この実施形態は、ＯＰＣ感光体ドラム１０の表面電位を高くするとともに、ホッピング電圧パターンの駆動波形Ｖａ２、Ｖｂ２、Ｖｃ２に−ＤＣバイアス電圧を重畳したものである。
【０１７９】
すなわち、ＯＰＣ感光体層１５の帯電電荷密度を、−４．０ｅ-4〔Ｃ／m*m〕に、電位として、−２２０Ｖに上げた。一方、現像領域１２の各電極１０２に印加する駆動波形Ｖａ２、Ｖｂ２、Ｖｃ２として、図４７に示すように−５０ＶのＤＣ電圧をバイアスし、−５０Ｖ〜−１５０Ｖの駆動波形とした。なお、同図でも相対的に＋の時間が３３％デューティーの波形としている。
【０１８０】
この駆動波形を生成するための前述した波形増幅器２３は、図４８に示すように、図３１に示す回路のクランプ回路２５のＧＮＤ方向のダイオードＤ１及び抵抗Ｒ５とシリーズに−５０Ｖの電源回路２８を挿入したのものであり、前記波形増幅器２３の出力波形に−５０ＶのＤＣ電圧がバイアスされ、結果として−５０〜−１５０Ｖの波形が得られる。
【０１８１】
このときのトナーＴの挙動の一例について図４９に示している。同図は、現像終了時のトナーの分布を示すものであり、第１実施形態の図２３と比較すると分かるように、画像部１７ａに付着するトナー数が２倍近くなっている。
【０１８２】
このように、この実施形態では、画像部に付着する（現像する）トナーが増えて、画像濃度が高く、地汚れのない画像を形成することができる。
【０１８３】
これらの第２、第３実施形態を組み合わせて、搬送基板の各電極に対し、負帯電トナーを用いる場合には、現像領域では−Ｖ５〜−Ｖ６（Ｖ５＞Ｖ６）の電圧を、現像領域通過後の領域では＋Ｖ７〜＋Ｖ８（Ｖ８＞Ｖ７）電圧を印加する、つまり、現像領域では−Ｖ〜−（Ｖ＋α）の電圧を、現像領域通過後の領域では＋Ｖ〜＋（Ｖ＋α）電圧を印加する駆動波形とすることによって、トナーによる現像量及び浮遊トナーの回収量をより高めることができる。
【０１８４】
同様に、正帯電トナーを用いる場合には、現像領域では＋Ｖ９〜Ｖ１０（Ｖ１０＞Ｖ９）の電圧を、現像領域通過後の領域では−Ｖ１１〜−Ｖ１２（Ｖ１２＞Ｖ１１）の電圧を印加する、つまり、現像領域では＋Ｖ〜＋（Ｖ＋α）の電圧を、現像領域通過後の領域では−Ｖ〜−（Ｖ＋α）電圧を印加する駆動波形とすることによって、トナーによる現像量及び浮遊トナーの回収量をより高めることができる。
【０１８５】
なお、電圧Ｖ９、Ｖ１０、Ｖ１１、Ｖ１２は、同じ絶対値あってもよいし、異なる絶対値であってもよい。
【０１８６】
次に、本発明に係る現像装置の第４実施形態について説明する。
この実施形態では、前記第１実施形態と同様の駆動波形の電圧パターンを用いて、搬送基板１とＯＰＣ感光体１０との間隔を２００μｍから４００μｍに広げたものである。
【０１８７】
このときのトナーＴの挙動の一例について図５０に示している。同図は、回収搬送電圧パターンの駆動波形を印加した後１０００μsecを経過した時のトナーの分布を示すものであり、第２実施形態の図４４と比較しても、相対的に浮遊していたトナーが搬送基板１側に引き寄せられていることが分かる。このように、一層トナーの飛散を防止することができる。
【０１８８】
次に、本発明に係る現像装置の第５実施形態について図５１を参照して説明する。
この実施形態では、フレキシブル支持基板１１１に複数の電極１０２を設け、保護層１０３を形成した搬送基板４１を用いて、この搬送基板４１のうちの回収領域１３に対応する部分を感光体ドラム１０の表面形状に倣わせて湾曲させている。
【０１８９】
すなわち、前記第１実施形態において感光体ドラム１０の回転数を上げる（周速をあげる）と、トナーの飛散が生じるようになった。これは、感光体ドラム１０と搬送基板１との間隔（ギャップ）が感光体ドラム１０下流側になるほど広がっているため、トナー回収時間が短くなって、浮遊トナーを、搬送基板１側に十分引き付ける前にＯＰＣ感光層が搬送基板１より遠ざかって行ってしまうことが原因であると考えられる。
【０１９０】
そこで、搬送基板４１としてフレキシブル基板を用いて感光体ドラム１０とのギャップを回収領域１３で略同じに保持することで、十分なトナー回収のための時間を確保でき、浮遊トナーを搬送基板４１側に引き付けることができるので、トナーの飛散が解消される。
【０１９１】
この場合、現像時間が不足するときには、図５２に示すように、現像領域１２でも、フレキシブルな搬送基板４１を湾曲させてＯＰＣ感光体ドラム１０の曲率に合わせて湾曲させることで、現像時間を確保することができるようになる。
【０１９２】
また、搬送基板４１を湾曲させる場合、湾曲面を形成している部分は潜像担持体（感光体ドラム１）との間のギャップが潜像担持体の移動方向下流側ほど広くなっているようにすることで、空気の流れが乱れることなく速やかに減衰でき、浮遊トナーの回収をより確実に行うことができる。
【０１９３】
ここで、フレキシブルなファインピッチ薄層電極を有する搬送基板の一例としては、ポリイミドのベースフィルム（厚さ２０〜１００μｍ）を基材（支持基板１１１）として、その上に蒸着法によって０．１〜３μｍのＣｕ、Ａｌ、Ｎｉ-Ｃｒ等を成膜する。幅３０〜６０ｃｍであれば、ロール・トゥ・ロールの装置で製造可能であり、量産性が非常に高まる。共通バスラインは同時に幅１〜５ｍｍ程度の電極を形成する。
【０１９４】
この蒸着法の具体的手段としては、スパッタ法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、イオンビーム法、等の方法が可能である。例えば、スパッタ法で電極を形成する場合において、ポリイミドとの密着性を向上させるため、Ｃｒ膜を介在させても良いし、前処理として、プラズマ処理やプライマー処理によっても密着性を向上させることができる。
【０１９５】
また、蒸着法以外の工法としては、電着法によっても薄層電極を形成することができる。この場合は、ポリイミドの基材上に、まず、無電解メッキによって電極を形成する。塩化Ｓｎ、塩化Ｐｄ、塩化Ｎｉに順次浸漬して下地電極を形成した後、Ｎｉ電解液中で電解メッキを行ってＮｉ膜１〜３μｍをロール・トゥ・ロールで製造することが可能である。
【０１９６】
そして、これらの薄膜電極にレジスト塗布、パタンニング、エッチングで電極１０２を形成する。この場合、０．１〜３μｍ厚さの薄層電極であれば、フォトリソ、エッチング処理によって５μｍ〜数１０μｍ幅、又は間隔のファインパタン電極を精度良く形成することができる。
【０１９７】
次いで、表面保護層１０３としてＳｉＯ２、ＴｉＯ２等を厚さ０．５〜２μｍをスパッタ等により形成する。或いは、表面保護層としてＰＩ（ポリイミド）を厚さ２〜５μｍにロールコータ、その他コーティング装置により塗布し、ベークして仕上げる。ＰＩのままで支障を生じるときには、更に最表面にＳｉＯ２、その他無機膜を０．１〜２μｍの厚みにスパッタ等で形成すればよい。
【０１９８】
また、別の例としては、ポリイミドのベースフィルム（厚さ２０〜１００μｍ）を基材（支持基板１１１）として、その上に電極材料として、厚さ１０〜２０μｍのＣｕ、ＳＵＳ等を使用することも可能である。この場合は、逆に金属材の上にポリイミドをロールコータにて２０〜１００μｍ塗布してベークする。その後、金属材をフォトリソ、エッチング処理によって電極１０２の形状にパターン化し、その電極１０２面上に保護層１０３としてポリイミドをコーティング、金属材電極の厚さ１０〜２０μｍに応じた凹凸がある場合は、適正な段差を含む、準平坦化を行う。
【０１９９】
例えば、粘度５０〜１０，０００ｃｐｓ、より好ましくは１００〜３００ｃｐｓのポリイミド系材料、ポリウレタン系材料をスピンコートして放置することによって、材料の表面張力によって基板の凹凸がスムージングされ、搬送基板最表面が平坦化される。その後、熱処理により安定した保護フィルム膜材となる。
【０２００】
さらに、フレキシブル搬送基板の強度を上げた更に他の例としては、基材として厚さ２０〜３０μｍのＳＵＳ、Ａｌ材等を用いて、その表面に絶縁層（電極と基材との間の絶縁）として５μｍ程度の希釈したポリイミド材をロールコータによりコーティングする。そして、このポリイミドを例えば１５０℃−３０分のプリベーク、３５０℃−６０分のポストベークして薄層ポリイミド膜を形成して支持基板１０１とする。
【０２０１】
その後、密着性向上のプラズマ処理やプライマー処理を施した後、薄層電極層としてＮｉ-Ｃｒを０．１〜２μｍの厚みに蒸着し、フォトリソ、エッチングによって数１０μｍのファインパタンの電極１０２を形成する。さらに、表面にＳｉＯ２、ＴｉＯ２等の表面保護層１０３を０．５〜１μｍ程度の厚みにスパッタにより形成することで、フレキシブル搬送基板を得ることができる。
【０２０２】
次に、本発明に係る現像装置の第６実施形態について説明する。
上述したように感光体ドラム１０の回転数を上げる（周速をあげる）と、感光体ドラム１０と搬送基板１との間隔（ギャップ）が感光体ドラム１０下流側になるほど広がっているため、トナー回収時間が短くなって、浮遊トナーを、搬送基板１側に十分引き付ける前にＯＰＣ感光層が搬送基板１より遠ざかってしまうことになる。
【０２０３】
そこで、この実施形態では、ハードタイプの搬送基板１を使って、搬送基板１とＯＰＣ感光体ドラム１０の間隔が広がるのに合わせて、回収搬送電圧パターンの駆動波形に加えるプラスバイアス電圧を順次増加させるようにしたものである。これにより、周速が上がったときにもトナー飛散を解消することができる。
【０２０４】
このときの回収領域１３の長さに対するＯＰＣ感光体ドラム１０と平板状の搬送基板１間のギャップ、及びそれに対するプラスバイアス電圧の関係を表１に示している。このときの条件は、次のとおりである。なお、なお、もともと地肌部はＯＰＣ感光体層側に浮遊するトナーは少なく、また、回収電界も画像部に比較して大きいので、画像部の回収電界が一定に維持されるようにバイアス電圧を設定した
【０２０５】
（条件）
直径６０ｍｍの感光体ドラムと平板状搬送基板。
回収領域１３は感光体ドラムセンター直下より始まる。
回収搬送電圧パターンは＋１００Ｖ，０Ｖ，０Ｖ（＋バイアス５０Ｖ）
静電潜像電位は、画像部０Ｖ、地肌部−１７０Ｖ。
トナーの帯電極性は負（−２０μＣ／ｇ）
【０２０６】
【表１】
【０２０７】
次に、本発明に係る現像装置の第７実施形態について図５３を参照して説明する。
この実施形態は、搬送基板１（又は搬送基板４１）の各電極１０２に印加する駆動波形のバイアス電圧を変化できるようにしたものである。図５３はこの場合のホッピング電圧パターンの駆動波形を出力するための波形増幅器２３の一例を示すものであり、図４８の回路において、固定電圧を出力するバイアス電源回路２８に代えて、出力電圧を可変できるバイアス電源回路２９を備えている。なお、搬送電圧パターン、或いは回収搬送電圧パターンの駆動波形を出力するための波形増幅器２２、２４についても同様にバイアス電圧を可変とすることができる。また、バイアス電源回路２９の出力電圧は、図示しない主制御部によって調整できるようにしている。
【０２０８】
すなわち、トナーの帯電量や、ＯＰＣ感光体の表面電位が、使用環境の温湿度や、プリンタの使用時間によって変化し、また、複写機の場合は、濃度の薄い原稿をより濃く複写したい場合や、逆に、地肌を飛ばして複写したい場合がある。そこで、この実施形態のようにバイアス値を変化できるようにすることで、環境の変化や、機械の変化、原稿の濃淡にかかわらず常に良好な画像をトナーの飛散無しに形成することができる。
【０２０９】
また、バイアス電圧をフィードパック制御する構成でなくても、機械組み立て後の機械間の特性バラツキをこのバイアス電圧を調整することで最適な画像が得られるように調整することもできる。
【０２１０】
ここで、パルス状駆動波形に直流バイアス電圧（現像バイアス）を重畳した場合の現像バイアスと地肌部に対するトナー付着量について図５４を参照して説明する。
まず、潜像担持体、搬送基板の電極、その他空間等に関する条件として、トナー平均直径：８μｍ、平均Ｑ／ｍ：−２０μＣ／ｇ、搬送基板と潜像担持体のギャップ（Ｇａｐ）：２００μｍ、潜像のラインパタン幅：３０μｍを３〜１０ライン、ラインパタンの間隔（地肌部分)：４５０μｍ、潜像ラインパタン部（画像部）電位：３０Ｖ、地肌部電位：１１０Ｖ、搬送電極（電極１０２）：幅３０μｍ／間隔３０μｍとし、この電極１０２に対して基本駆動パルス：０〜−１００Ｖ/３相駆動、３ｋＨｚ、６６％Ｄｕｔｙとし、この基本駆動パルスに対して直流電圧のバイアスを＋２０〜−４０Ｖと可変して現像を行ったときの現像バイアスと地肌部に対するトナー付着量の関係は同図に示すようになった。また、このときの電極の電位、感光体表面電位などとの関係を表２に示している。
【０２１１】
【表２】
【０２１２】
なお、上記の潜像パタン条件は、トナー付着にとっては極細線まで現像するための厳しいパタンであり、このパタンまで現像できれば広い方向については問題なく現像することができる。
【０２１３】
図５４において、直流バイアス電圧を−４０Ｖより１０Ｖづつ上げて行くと、地肌に到達するトナーの数（同図に実線で表記）も減るが、ライン潜像を現像するトナーの数（単位長当たりの数、同図に破線で表記）も減っていくことが分かる。なお、この結果は現像バイアス電圧に対する地肌到達トナーを潜像担持体がニップ領域を通過する現像時間内に付着した量の計測値である。
【０２１４】
現像は、地汚れさせずに、最小ドットを現像できることが必要である。そのためには、地肌に到達するトナーがなく、最小ドット幅の潜像にトナーが到達できればよい。その観点から見ると、図５４の結果は、地汚れさせずに最小ドット幅を現像できるのは、現像バイアスが−３０〜＋１０Ｖ、好ましくは−２０Ｖ〜０Ｖ（なお、０Ｖのときはパルス状駆動波形のみとなる。）の範囲内であることが分かる。そのときの、駆動パルス電圧の平均値は、−６３．３〜−２３．３Ｖ、好ましくは−５３．３〜−３３．３Ｖの範囲内である。
【０２１５】
さらに、現像ギャップ（Ｇａｐ）、駆動パルス条件をパラメータにトナー付着の評価を行った結果、駆動パルス（駆動波形）の周波数が比較的高い値の条件においては、パルスの平均値電位が潜像担持体の画像部と非画像部の間にあることで正常な画像が得られることが判った。
【０２１６】
また、駆動パルスの周波数が比較的低い値の条件においては、ホッピングされたトナーの最初の出発点の電位は、平均値ではなく、ホッピング電圧パターンのロー”Ｌ”の電位が支配的である（表２のLow 電位（Ｖ）に相当する欄）。
【０２１７】
これは、例えば、加速されて飛翔するトナーの平均速度が０．３ｍ／secであるとき、電界強度が１／５に低下する３０μｍの高さ方向の距離を移動する時間は１００μｍとなる。したがって、この場合には、駆動波形の印加電圧の時定数として１００μsec以上であれば、初速が得られ、ホッピング動作が可能になる。これより、ロー”Ｌ”電位の印加時間が１００μsec以上の駆動パルスは、Ｄｕｔｙ５０％の場合は５ｋＨｚ以下、Ｄｕｔｙ６６％の場合は３．３ｋＨｚ以下で好適な画像が得られることが確認できた。
【０２１８】
次に、本発明に係る現像装置の第８実施形態について図５５を参照して説明する。
この実施形態は、上記各実施形態において回収領域１３では搬送基板を用いてトナーを回収する構成としていたものに代えて、回収領域１３を持たない搬送基板６１を用いて現像を行うとともに、現像領域１２の出口付近に、トナーが潜像担持体である感光体ドラム１と反対側に向かう方向の電界を形成する手段として回収ローラ６２を設け、この回収ローラ６２にバイアス電源６３から電界発生用のバイアス電圧を印加し、また回収ローラ６２表面から回収トナーを剥離する回収ブレード６４を設けている。
【０２１９】
この実施形態において、具体的に、現像領域１２の出口に、直径２０ｍｍの金属ローラからなる回収ローラ６２を、ＯＰＣ感光体ドラム１０より０．５ｍｍのギャップを空けて配置し、この回収ローラ６２にバイアス電圧として＋５００Ｖを印加したところ、浮遊トナーの大部分は金属ローラである回収ローラ６２に静電付着し、トナーの飛散が低減した。
【０２２０】
さらに、金属ローラである回収ローラ６２を、ＯＰＣ感光体ドラム１０と同方向に回転させ、その間のギャップで、両ローラを逆方向に移動させて、感光体ドラム６２によって発生する気流を止めたところ、すべてのトナーを回収することができ、トナー飛散がなくなった。
【０２２１】
このように、トナーが潜像担持体である感光体ドラム１と反対側に向かう方向の電界を形成する手段としては、搬送基板に限られるものではなく、ローラ部材或いは、平板状部材などを用いることもできる。
【０２２２】
なお、前記実施形態で説明したシュミレーションで用いたトナーの粒径（半径）の分布を図５６に、帯電量Ｑ／ｍの分布を図５７にそれぞれ示している。なお、これらの分布は従来のトナーにおける実測値を基にした一例である。
【０２２３】
次に、本発明に係る現像装置を含む本発明に係る画像形成装置の第１実施形態について図５８を参照して説明する。
この画像形成装置の全体の概略及び動作を説明すると、潜像担持体である感光体ドラム３０１は基体３０２上に感光体層３０３を形成してなり、同図で矢示方向に回転駆動される。この感光体ドラム３０１は帯電装置３０５によって一様に帯電され、露光部３０６からの読み取り画像に応じたレーザー光による書き込みにより、感光体ドラム３０１の表面に静電潜像が形成される。
【０２２４】
そして、この感光体ドラム３０１表面の静電潜像は、本発明に係る現像装置３１６によってトナーが付着されて可視像化され、この可視像は、給紙カセット３１７から給紙された転写紙（記録媒体）３１９に転写電源３２１からの電圧が印加される転写コロ３２０によって転写され、この可視像が転写された転写紙３１９は、感光体ドラム３０１の表面より分離されて、定着ユニット３２３のローラ間を通って、可視像が定着され、機外の排紙トレイへと排紙される。
【０２２５】
一方、転写が終了した感光体ドラム３０１の表面に残留しているトナーはクリーニング装置３２５によって除去され、感光体ドラム３０１の表面に残留している電荷は除電ランプ３２６によって消去される。
【０２２６】
そこで、現像装置３１６について説明すると、現像装置３１６内には粉体であるトナーの帯電を施す部材の一例として帯電ブラシ３３１ａ、３３１ｂの両ブラシが接触するように配置され回転動作し、トナータンク３３２から送り込まれるトナーＴはブラシ３３１ａ、３３１ｂによる摩擦を受けて帯電が施される。
【０２２７】
帯電が施されトナーは、搬送基板３４１に送り込まれ、この搬送基板３４１上を搬送、ホッピングされて潜像担持体３０１に対向する現像領域に送られて、所要の現像を行った後、現像に供されなったトナーは搬送基板３４１の終端から落下して、逆送搬送基板３４２によってトナーに帯電を施す部材（帯電ブラシ３３１ｂ）に逆送される。
【０２２８】
なお、搬送基板３４１及び逆送搬送基板３４２の構成は、前記搬送基板１と同様であり、搬送基板３４１及び逆送搬送基板３４２の各電極に駆動波形を与える駆動回路の構成も図示は省略するが、前記現像装置の各実施形態で説明した同様である。
【０２２９】
このように構成することで、飛散トナーが少なく、高い現像品質で現像を行って高画質の画像を形成することができる。
【０２３０】
次に、本発明に画像形成装置の第２実施形態について図５９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４０１（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４０２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４０３とミラー４０４とを含む走査光学系４０５と、ミラー４０６、４０７を含む走査光学系４０８とが移動して、原稿画像の読み取りが行われる。
【０２３１】
ここで、走査された原稿画像がレンズ４０９の後方に配置した画像読み取り素子４１０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４１３で反射した後、ミラー４１４を介して感光体ドラム４０１上に照射する。この感光体ドラム４０１は帯電装置４１５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４０１の表面に静電潜像が形成される。
【０２３２】
そして、この感光体ドラム４０１表面の静電潜像は、本発明に係る現像装置４１６によってトナーが付着されて可視像化され、この可視像（トナー像）は、給紙部４１７Ａ又は４１７Ｂから給紙コロ４１８Ａ又は４１８Ｂで給紙された転写紙（記録媒体）４１９に転写チャージャ４２０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４１９は、分離チャージャ４２１により感光体ドラム４０１の表面より分離されて、搬送ベルト４２２によって搬送され、定着ローラ対４２３の圧接部を通って、可視像が定着され、機外の排紙トレイ４２４へと排紙される。
【０２３３】
一方、転写が終了した感光体ドラム４０１の表面に残留しているトナーはクリーニング装置４２５によって除去され、感光体ドラム４０１の表面に残留している電荷は除電ランプ４２６によって消去される。
【０２３４】
現像装置４１６は、図６０に示すように、トナーを収納するトナーホッパ部４３１と、このトナーホッパ部４３１内のトナーを攪拌するアジテータ４３２と、トナーホッパ部４３１内のトナーを帯電させてトナーボックス部４３３に供給する帯電ローラ４３４及びこの帯電ローラ４３４の周面に接触させて配置したドクターブレード４３５とを備えている。
【０２３５】
また、トナーボックス部４３３内に供給されたトナーを現像のために搬送、ホッポングするために搬送する搬送基板４４１と、この搬送基板４４１の終端から落下する現像に供されなかったトナーを帯電を施す部材（帯電ローラ４３４）に戻す方向に搬送する逆送搬送基板４４２とを備えている。
【０２３６】
なお、上記第１実施形態でも述べたとおり、搬送基板４４１及び逆送搬送基板４４２の構成は、前記搬送基板１と同様であり、搬送基板４４１及び逆送搬送基板４４２の各電極に駆動波形を与える駆動回路の構成も図示は省略するが、前記現像装置の各実施形態で説明した同様である。
【０２３７】
このように構成することで、飛散トナーが少なく、高い現像品質で現像を行って高画質の画像を形成することができる。
【０２３８】
次に、本発明に係るプロセスカートリッジを備えた画像形成装置の第３実施形態について図６１及び図６２を参照して簡単に説明する。なお、図６１は同画像形成装置の概略構成図、図６２は同画像形成装置を構成するプロセスカートリッジの概略構成図である。
【０２３９】
この画像形成装置５００は、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｂｋ）の４色でフルカラー画像を形成するレーザプリンタの一例であり、各色用の画像信号に応じたレーザビームを出射する４つの光書き込み装置５０１Ｍ、５０１Ｃ、５０１Ｙ、５０１Ｂｋ（以下「光書き込み装置５０１」とも総称する。）と、作像用の４つのプロセスカートリッジ５０２Ｍ、５０２Ｃ、５０２Ｙ、５０２Ｂｋと、画像が転写される記録用紙を収納する給紙カセット５０３と、給紙カセット５０３から記録用紙を給紙する給紙ローラ５０４と、記録用紙を所定のタイミングで搬送するレジストローラ５０５と、記録用紙を各プロセスカートリッジの転写部に搬送する転写ベルト５０６と、記録用紙に転写された画像を定着する定着ベルト５０７と加圧ローラ５０８からなる定着装置５０９と、定着後の記録用紙を排紙トレイ５１１に排紙する排紙ローラ５１０等を備えた構成となっている。
【０２４０】
４つのプロセスカートリッジ５０２Ｍ、５０２Ｃ、５０２Ｙ、５０２Ｂｋの構成は同じ（以下「プロセスカートリッジ５０２」とも総称する。）であり、図６２に示すように、各プロセスカートリッジ５０２は、ケース内に像担持体であるドラム状の感光体５２１と、帯電ローラ５２２と、本発明に係る現像装置５２３と、クリーニングブレード５２４等を一体に備え、画像形成装置本体に対して着脱可能に構成している。現像装置５２３を着脱自在であるプロセスカ−トリッジ５０２内に具備させることにより、メンテナンス性の向上、他の装置との一体交換を容易に行うことができるようになる。
【０２４１】
また、現像装置５２３内には、トナー供給ローラ５２５、帯電ローラ５２６、搬送基板１、搬送基板１へのトナー送り込み基板５２７、回収トナーを戻すトナー戻しローラ５２８が設けられており、各色のトナーが収納されている。また、プロセスカートリッジ５０２の背面側には、光書き込み装置５０１からのレーザビームが入射される窓口となるスリット５３０が設けられている。
【０２４２】
各光書き込み装置５０１Ｍ、５０１Ｃ、５０１Ｙ、５０１Ｂｋは、半導体レーザ、コリメートレンズ、ポリゴンミラー等の光偏向器、走査結像用光学系等から構成され、装置外部のパーソナルコンピュータ等のホスト（画像処理装置）から入力される各色用の画像データに応じて変調されたレーザビームを出射し、各プロセスカートリッジ５０２Ｍ、５０２Ｃ、５０２Ｙ、５０２Ｂｋの感光体５２１上を走査し、静電荷像（静電潜像）を書き込む。
【０２４３】
そして、画像形成が開始されると、各プロセスカートリッジ５０２Ｍ、５０２Ｃ、５０２Ｙ、５０２Ｂｋの感光体５２１が帯電ローラ５２２で均一に帯電され、各光書き込み装置５０１Ｍ、５０１Ｃ、５０１Ｙ、５０１Ｂｋから画像データに応じたレーザビームが照射されて各感光体上に各色の静電潜像が形成される。
【０２４４】
この感光体５２１上に形成された静電潜像は、現像装置５２３の搬送基板１によるＥＴＨ現像により、各色のトナーによって現像され顕像化される。また、現像に供されなかったトナーは搬送基板１で搬送されてトナー戻しローラ５２８によってトナー送り込み基板５２７の入口側に戻される。このように、本発明に係る現像装置によって現像を行うことで、前述したように高品質の画像を形成することができる。
【０２４５】
一方、各プロセスカートリッジ５０２Ｂｋ、５０２Ｙ、５０２Ｃ、５０２Ｍの各色の画像形成に同期して、供給カセット５０３内の記録用紙が供給ローラ５０４で給紙され、レジストローラ５０５により所定のタイミングで転写ベルト５０６に向けて搬送される。そして、記録用紙は転写ベルト５０６に担持されて４つのプロセスカートリッジ５０２Ｂｋ、５０２Ｙ、５０２Ｃ、５０２Ｍの感光体５２１に向けて順次搬送され、各感光体上のＢｋ、Ｙ、Ｃ、Ｍの各色のトナー像が順次重ね合わせて転写される。４色のトナー像が転写された記録用紙は、定着装置５０９に搬送され、４色のトナー像からなるカラー画像が定着されて排紙トレイ５１１に排紙される。
【０２４６】
次に、本発明に係るプロセスカートリッジを含む本発明に係る画像形成装置の第４実施形態について図６３及び図６４を参照して簡単に説明する。なお、図６３は同画像形成装置の概略構成図、図６４は同画像形成装置を構成するプロセスカートリッジの概略構成図である。
【０２４７】
この画像形成装置は、水平に延在する転写ベルト（像担持体）２５１に沿って、各色のプロセスカ−トリッジ２６０Ｙ、２６０Ｍ、２６０Ｃ、２６０Ｂｋ（以下「プロセスカートリッジ２６０」とも総称する。）を並置したタンデム方式のカラー画像形成装置である。なお、プロセスカ−トリッジ２６０は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順で説明したが、この順番に特定されるものではなく、どの順番で並置してもよい。
【０２４８】
プロセスカ−トリッジ２６０は、像担持体２６１、帯電手段２６２、本発明に係る静電搬送装置の搬送基板１を含む現像手段２６３、クリーニング装置２６４等の構成要素のうち、複数のものをプロセスカ−トリッジとして一体に結合して構成し、このプロセスカ−トリッジを複写機やプリンタ等の画像形成装置本体に対して着脱可能に構成している。
【０２４９】
通常、カラーの画像形成装置は複数の画像形成部を有するため装置が大きくなってしまう。また、現像装置、クリーニングや帯電などの各ユニットが個別で故障したり、寿命による交換時期がきた場合は、装置が複雑でユニットの交換に非常に手間がかかっていた。
【０２５０】
そこで、少なくとも像担持体と現像手段の構成要素をプロセスカ−トリッジ２６０として一体に結合して構成することによって、ユーザーによる交換も可能な小型で高耐久のカラー画像形成装置を提供することができる。
【０２５１】
ここで、各色のプロセスカ−トリッジ２６０Ｙ、２６０Ｍ、２６０Ｃ、２６０Ｂｋで現像された像担持体２６２上の現像トナーは水平に延在する転写電圧が印加された転写ベルト２５１に順次転写される。
【０２５２】
このようにイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと画像の形成が行なわれ、転写ベルト２５１上に多重に転写され、転写手段２５２で転写材２５３にまとめて転写される。そして、転写材２５３上の多重トナー像は図示しない定着装置によって定着される。
【０２５３】
上記各実施形態で説明した画像形成装置は、いずれも本発明に係る静電搬送装置を含む現像手段（装置）を備えているので、装置の小型化、低コスト化を図れ、トナ−飛散などもなく、画像品質を向上することができる。
【０２５４】
なお、上記実施形態においては、粉体としてトナーを例に説明しているが、トナー以外の粉体を搬送するための装置などにも同様に適用することができる。また、搬送電極に印加する駆動信号は３相を例に説明しているが、４相、６相などでもよい。
【０２５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る現像装置によれば、搬送部材の電極に対して粉体が潜像の画像部に対しては潜像担持体側に向かい、非画像部に対しては粉体が潜像担持体と反対側に向かう方向の電界を形成する電位を与えるので、低電圧駆動が可能で、高い現像効率で高品質現像を行うことができる。
【０２５６】
また、本発明に係る現像装置によれば、現像領域で、粉体が潜像の画像部に対しては潜像担持体側に向かい、非画像部に対しては粉体が潜像担持体と反対側に向かう方向の電界を形成し、現像領域通過後の領域で、粉体が潜像潜像担持体と反対側に向かう方向の電界を形成するので、低電圧駆動が可能で、高い現像効率で高品質現像を行うことができるとともに、粉体の飛散をより一層確実に抑制することができる。
【０２５７】
本発明に係る現像方法によれば、現像領域通過後の領域で粉体を潜像潜像担持体と反対側に向かわせる方向の電界を形成して、現像領域通過後の領域で粉体を引き戻すので、飛散粉体を可及的に低減することができ、また、現像品質が向上する。
【０２５８】
本発明に係るプロセスカートリッジによれば、本発明に係る現像装置の搬送部材を備えているので、低電圧駆動が可能で、高い現像効率で高品質現像を行って高品質画像を形成可能なプロセスカートリッジが得られる。
【０２５９】
本発明に係る画像形成装置によれば、本発明に係る現像装置或いはプロセスカートリジを備えているので、高画質画像を形成することができる。
【０２６０】
本発明に係る画像形成方法によれば、本発明に係る現像方法を用いて潜像を現像して画像を形成するので、飛散粉体が少なく、高画質画像を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る現像装置の第１実施形態を説明する概略構成図
【図２】同装置の搬送基板の平面説明図
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿う断面説明図
【図４】図２のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図
【図５】図２のＣ−Ｃ線に沿う断面説明図
【図６】図２のＤ−Ｄ線に沿う断面説明図
【図７】搬送基板に与える駆動波形の一例を説明する説明図
【図８】粉体の搬送、ホッピングの説明に供する説明図
【図９】粉体の搬送、ホッピングの具体例の説明に供する説明図
【図１０】同装置の駆動回路の一例を示すブロック図
【図１１】搬送電圧パターン及び回収搬送電圧パターンの駆動波形の一例を示す説明図
【図１２】ホッピング電圧パターンの駆動波形の一例を示す説明図
【図１３】ホッピング電圧パターンの駆動波形の他の例を示す説明図
【図１４】ホッピングの原理の説明に供するシュミレーション対象領域の説明図
【図１５】電極近傍の電界ベクトルの説明に供する説明図
【図１６】印加電圧とホッピング方向電界と０Ｖ電極センターからの高さの関係の一例を説明する説明図
【図１７】印加電圧に対するＹ方向速度及びホッピング高さの関係の一例を説明する説明図
【図１８】ＥＴＨ現像におけるホッピング電圧パターンの駆動波形を印加して現像を開始する直前（０μsec後）のトナー位置の説明に供する説明図
【図１９】同じく１００μsec後のトナー位置の説明に供する説明図
【図２０】同じく２００μsec後のトナー位置の説明に供する説明図
【図２１】同じく３００μsec後のトナー位置の説明に供する説明図
【図２２】同じく５００μsec後のトナー位置の説明に供する説明図
【図２３】同じく１０００μsec後のトナー位置の説明に供する説明図
【図２４】同じく１５００μsec後のトナー位置の説明に供する説明図
【図２５】同じく２０００μsec後のトナー位置の説明に供する説明図
【図２６】同じく現像終了後回収搬送電圧パターンの駆動波形を印加して１００μsec後のトナー位置の説明に供する説明図
【図２７】同じく２００μsec後のトナー位置の説明に供する説明図
【図２８】同じく４００μsec後のトナー位置の説明に供する説明図
【図２９】同じく７００μsec後のトナー位置の説明に供する説明図
【図３０】同じく１０００μsec後のトナー位置の説明に供する説明図
【図３１】ホッピング電圧パターン用波形増幅器の一例を説明する説明図
【図３２】同波形増幅器の説明に供する各部の波形の説明図
【図３３】回収搬送電圧パターン及び搬送電圧パターン用波形増幅器の一例を説明する説明図
【図３４】同波形増幅器の説明に供する各部の波形の説明図
【図３５】同装置の搬送基板の電極幅及び電極間隔の説明に供する説明図
【図３６】電極幅と０Ｖ電極端の電界（Ｘ方向）の関係の一例を説明する説明図
【図３７】電極幅と０Ｖ電極端の電界（Ｙ方向）の関係の一例を説明する説明図
【図３８】表面保護層の膜厚と電界強度の関係の一例を説明する説明図
【図３９】表面保護層の膜厚と電界強度の関係の説明に供する説明図
【図４０】表面保護層の膜厚と電界強度の関係の説明に供する説明図
【図４１】本発明に係る現像装置の第２実施形態を説明する概略構成図
【図４２】同装置の回収搬送電圧パターンの駆動波形の説明図
【図４３】同回収搬送電圧パターンの駆動波形を生成する波形増幅器の一例を説明する説明図
【図４４】同回収搬送電圧パターンの駆動波形を印加して１０００μsec後のトナー位置の説明に供する説明図
【図４５】同回収搬送電圧パターンのバイアス電圧を＋１００Ｖにした駆動波形を印加して１０００μsec後のトナー位置の説明に供する説明図
【図４６】同回収搬送電圧パターンのバイアス電圧を＋１５０Ｖにした駆動波形を印加して１０００μsec後のトナー位置の説明に供する説明図
【図４７】本発明に係る現像装置の第３実施形態におけるホッピング電圧パターンの駆動波形を説明する説明図
【図４８】同ホッピング電圧パターンの駆動波形を生成する波形増幅器の一例を示す説明図
【図４９】同実施形態の現像終了時のトナー位置の説明に供する説明図
【図５０】本発明に係る現像装置の第４実施形態における回収搬送電圧パターンの駆動波形を印加した後１０００μsecを経過した時のトナー位置の説明に供する説明図
【図５１】本発明に係る現像装置の第５実施形態の説明に供する要部概略構成図
【図５２】同実施形態の他の例の説明に供する要部概略構成図
【図５３】本発明に係る現像装置の第７施形態におけるホッピング電圧パターンの駆動波形生成用の波形増幅器を説明する説明図
【図５４】現像バイアス電圧とトナー付着量の関係の一例を説明する説明図
【図５５】本発明に係る現像装置の第８実施形態の説明に供する要部概略構成図
【図５６】シュミレーションで用いたトナーの半径分布を示す説明図
【図５７】シュミレーションで用いたトナーの帯電量Ｑ／ｍ分布を示す説明図
【図５８】本発明に係る画像形成装置の第１実施形態を説明する概略構成図
【図５９】本発明に係る画像形成装置の第２実施形態を説明する概略構成図
【図６０】同画像形成装置の現像装置部分の拡大説明図
【図６１】本発明に係る画像形成装置の第３実施形態を説明する概略構成図
【図６２】同画像形成装置のプロセスカートリッジの概略構成図
【図６３】本発明に係る画像形成装置の第３実施形態を説明する概略構成図
【図６４】同画像形成装置のプロセスカートリッジの概略構成図
【符号の説明】
１、４１、６１…搬送基板、２…駆動回路、１０…感光体ドラム、１１…搬送領域、１２…現像領域、１３…回収領域、１０１…支持基板、１０２…電極、２２ａ〜２２ｃ、２３ａ〜２３ｃ…波形増幅器、３０１…感光体ドラム、３４１…搬送基板、３４２…逆送搬送基板、４０１…感光体ドラム（潜像担持体）、４０５、４０８…走査光学系、４１３…ポリゴンミラー、４１５…帯電装置、４１６…現像装置、４３４…帯電ローラ、４４１…搬送基板、４４２…逆送搬送基板、５０２Ｍ、５０２Ｃ、５０２Ｙ、５０２Ｂ…プロセスカートリッジ、５２３…現像装置、５６０Ｍ、５６０Ｃ、５６０Ｙ、５６０Ｂ…プロセスカートリッジ、５６３…現像装置。
【産業上の利用分野】
本発明は現像装置及び現像方法、画像形成装置及び画像形成方法、並びにプロセスカートリッジに関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平９−１９７７８１号公報
【特許文献２】特開平９−３２９９４７号公報
【特許文献３】特公平５−３１１４６号公報
【特許文献４】特公平５−３１１４７号公報
【０００３】
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、この潜像に粉体である現像剤（以下「トナー」ともいう。）を付着させて現像してトナー像として可視像化し、このトナー像を記録媒体に転写し、或いは中間転写部材に一旦転写した後記録媒体に転写することで画像を形成するものがある。
【０００４】
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。
【０００５】
また、画像形成装置としては、
【特許文献１】、
【特許文献２】に記載されているように、潜像担持体と現像ローラとの間にＤＣとＡＣの重畳電圧を印加して、非接触で現像ローラから潜像担持体にトナーを転移させる所謂ジャンピング現像と称する方式で現像するものも知られている。
【０００６】
さらに、画像形成装置としては、
【特許文献３】、
【特許文献４】に記載されているように、静電搬送基板を用いて、トナーを潜像担持体に対向する位置まで搬送し、振動、浮遊、スモーク化させて、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。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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与える現像装置を備えた画像形成装置にあっては、現像ローラと現像装置側板との間にトナーが侵入して、トナーが擦れてトナー固着等が発生し、画像に悪影響を及ぼしたり、現像装置周りのシール材が経時劣化することで、現像装置内にて現像剤もしくはトナーを攪拌・帯電させることにより、トナーが飛散し、画像の地汚れなどを生じることがある。
【０００９】
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。
【００１０】
さらに、所謂ジャンピング現像を行う現像装置にあっては、高電圧による帯電トナーの授受を行わなければならないため、高電圧電源が必要になり、装置の大型化、コストの増加を招くという課題がある。
【００１１】
また、粉体を用いる画像形成装置における現在の課題は、画質とコストと環境をいかにして満足するかということである。画質について言えば、カラー画像を形成する場合に、直径わずか約３０μｍの１２００dpiの孤立１ドットをいかに現像するか、それも好ましくは地汚れなしに現像するかということである。また、コストについて言えば、パーソナルのレーザプリンタを考えた場合、現像器や現像剤の単体コストのみならず、メンテナンス及び最終処分費用まで含めたトータルのコストを下げることが重要になる。さらに、環境について言えば、特に、微小粉末であるトナーが装置内や装置外に飛散することを防止することが重要になる。
【００１２】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、ＥＴＨ（イース：Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ＆ Ｈｏｐｐｉｎｇ）現象を用いて、低電圧駆動で高い現像効率が得られる現像装置、この現像装置を備えたプロセスカートリッジ及び画像形成装置、低電圧駆動が可能で高い現像効率が得られ、しかも粉体の飛散を防止できる現像装置及び現像方法、この現像装置を備えたプロセスカートリッジ及び画像形成装置、この現像方法を行う画像形成方法を提供することを目的とする。
【００１３】
ここで、ＥＴＨ現象とは、粉体が移相電界のエネルギーを与えられ、そのエネルギーが機械的なエネルギーに変換されて、粉体自身が動的に変動する現象をいう。このＥＴＨ現象は、静電気力による粉体の水平方向の移動（搬送）と垂直方向の移動（ホッピング）を含む現象であり、静電搬送部材の表面を、移相電界によって粉体が進行方向の成分を持って飛び跳ねる現象であり、このＥＴＨ現象を用いた現像方式をＥＴＨ現像という。
【００１４】
なお、本明細書において、ＥＴＨ現象における搬送部材上の粉体の振る舞いを区別して表現する場合、基板水平方向への移動については、「搬送」、「搬送速度」、「搬送方向」、「搬送距離」という表現を使用し、基板垂直方向への飛翔（移動）については、「ホッピング」、「ホッピング速度」、「ホッピング方向」、「ホッピング高さ（距離）」という表現を使用し、搬送部材上での「搬送及びホッピング」は「移送」と総称する。なお、搬送装置、搬送基板という用語に含まれる「搬送」は「移送」と同義である。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る現像装置は、潜像担持体に対向して配置され、粉体を移動させる進行波電界を発生させるための複数の電極を有する搬送部材を備え、この搬送部材の電極に対して粉体が潜像の画像部に対しては潜像担持体側に向かい、非画像部に対しては粉体が潜像担持体と反対側に向かう方向の電界を形成するｎ相の電位が印加される構成とした。
【００１６】
ここで、搬送部材の電極に印加される電圧の平均値電位が、潜像の画像部電位と非画像部電位の間となる電位であることが好ましい。また、搬送部材の電極に印加される電圧の波形はパルス電圧と直流バイアス電圧とを重畳した波形であることが好ましい。この場合、直流バイアス電圧を出力する手段を有し、この手段は直流バイアス電圧の値を変化可能なことが好ましい。
【００１７】
また、搬送部材の電極に印加される電圧の波形はパルス状波形であることが好ましい。さらに、搬送部材に印加される電圧の波形にパルス状波形を含み、パルス状波形のうち搬送部材からトナーが反発飛翔する電位が、潜像の画像部電位と非画像部電位の間となる電位であることが好ましい。
【００１８】
本発明に係る現像装置は、現像領域通過後の領域で粉体が潜像潜像担持体と反対側に向かう方向の電界を形成する手段を備えているものである。
【００１９】
また、本発明に係る現像装置は、現像領域で、粉体が潜像の画像部に対しては潜像担持体側に向かい、非画像部に対しては粉体が潜像担持体と反対側に向かう方向の電界を形成し、現像領域通過後の領域で、粉体が潜像潜像担持体と反対側に向かう方向の電界を形成する手段を備えているものである。
【００２０】
ここで、現像領域通過後に形成される電界の強さは潜像担持体に付着した粉体を潜像担持体面より引き剥がさない範囲であることが好ましい。
【００２１】
また、電界を発生する手段は、粉体を搬送させるための進行波電界を発生させるための複数の電極を有する搬送部材を有し、この搬送部材の各電極にｎ相の電位が印加されることが好ましい。
【００２２】
この場合、潜像担持体側の電位に対して進行波電界を発生させるために搬送部材に印加される電位が、現像領域で、粉体が潜像の画像部に対しては潜像担持体側に向かい、非画像部に対しては粉体が潜像担持体と反対側に向かう方向の電界が形成され、現像領域通過後の領域で、粉体が潜像潜像担持体と反対側に向かう方向の電界が形成される電位であることが好ましい。
【００２３】
また、負帯電粉体を用いる場合には、搬送部材に印加される電圧の平均値電位が、現像領域では潜像の画像部電位と非画像部電位の間となり、現像領域通過後の領域では潜像の画像部電位と非画像部電位の両電位よりも高い電位であることが、正帯電粉体を用いる場合には、搬送部材に印加される電圧の平均値電位が、現像領域では潜像の画像部電位と非画像部電位の間となり、現像領域通過後の領域では潜像の画像部電位と非画像部電位の両電位よりも低い電位であることが好ましい。
【００２４】
さらに、潜像担持体と搬送部材との間のギャップに応じて搬送部材に異なるバイアス電圧が印加され、又は搬送部材に印加される電位が異なることが好ましい。或いは、潜像担持体と搬送部材との間のギャップが現像領域と現像領域通過後の領域で略同じであることが好ましく、この場合、搬送部材が湾曲面を形成可能な部材で形成されていることが好ましく、更に搬送部材の湾曲面を形成している部分が現像領域通過後の領域であることが、搬送部材の湾曲面を形成している部分は潜像担持体との間のギャップが潜像担持体の移動方向下流側ほど広くなっていることが好ましい。
【００２５】
さらにまた、負帯電粉体を用いる場合には、搬送部材の電極に対して、現像領域では０〜−Ｖ１の電圧が、現像領域通過後の領域では０〜＋Ｖ２の電圧が印加されること、正帯電粉体を用いる場合には、搬送部材の電極に対して、現像領域では０〜＋Ｖ３の電圧が、現像領域通過後の領域では０〜−Ｖ４の電圧が印加されることが好ましく、これらの場合、搬送部材の電極に対して印加する駆動波形を生成する回路にはクランプ回路を含むことが好ましい。
【００２６】
また、負帯電粉体を用いる場合には、搬送部材の電極に対して、現像領域では−Ｖ５〜−Ｖ６（Ｖ５＞Ｖ６）の電圧が、現像領域通過後の領域では＋Ｖ７〜＋Ｖ８（Ｖ８＞Ｖ７）電圧が印加されること、正帯電粉体を用いる場合には、搬送部材の電極に対して、現像領域では＋Ｖ９〜Ｖ１０（Ｖ１０＞Ｖ９）の電圧が、現像領域通過後の領域では−Ｖ１１〜−Ｖ１２（Ｖ１２＞Ｖ１１）の電圧が印加されることが好ましく、これらの場合、搬送部材の電極に対して印加する駆動波形を生成する回路にはクランプ回路を含み、このクランプ回路には直流バイアス電圧を発生する手段を含むことが、そして、直流バイアス電圧を発生する手段はは直流バイアス電圧の値を変化可能なことが好ましい。
【００２７】
本発明に係る現像方法は、現像領域通過後の領域で粉体を潜像潜像担持体と反対側に向かわせる方向の電界を形成して、現像領域通過後の領域で粉体を引き戻すものである。
【００２８】
本発明に係るプロセスカートリッジは、本発明に係るいずれかの現像装置の搬送部材を備えたものである。
【００２９】
本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る現像装置又はプロセスカートリッジを備え、或いは複数のプロセスカートリッジを備えて潜像を現像して画像を形成するものである。
【００３０】
本発明に係る画像形成方法は、本発明に係る現像方法を用いて潜像を現像して画像を形成するものである。
【００３１】
【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、本発明に係る現像装置の第１実施形態について図１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。
【００３２】
この現像装置は、粉体であるトナーＴを搬送、ホッピング、回収するための電界を発生するための複数の電極１０２を有する搬送部材である搬送基板１を備え、この搬送基板１の各電極１０２に対しては駆動回路２から所要の電界を発生させるためのｎ相（ここでは３相とする。）の異なる駆動波形Ｖａ１〜Ｖｃ１及びＶａ２〜Ｖｃ２が印加される。
【００３３】
ここでは、搬送基板１は、駆動波形Ｖａ１〜Ｖｃ１及びＶａ２〜Ｖｃ２を与える電極１０２の範囲及び潜像担持体である感光体ドラム１０との関係において、トナーＴを感光体ドラム１０近傍まで移送する搬送領域１１、感光体ドラム１の潜像にトナーＴを付着させてトナー像を形成するための現像領域１２、トナーＴを搬送基板１側に回収するための現像領域通過後の領域（これを、以下「回収領域」という。）１３とに分けられる。
【００３４】
そして、この現像装置１は、搬送基板１の搬送領域１１ではトナーＴを感光体ドラム１０の近傍まで移送し、現像領域１２では感光体ドラム１０上の潜像の画像部に対してはトナーＴがドラム１０側に向かい、非画像部に対してはトナーＴがドラム１０と反対側（搬送基板側）に向かう方向の電界を形成して、トナーＴを潜像に付着させて現像を行うための電界を発生し、回収領域１３ではトナーＴが潜像の画像部及び非画像部のいずれに対しても感光体ドラム１０と反対側（搬送基板側）に向かう方向の電界を形成する。
【００３５】
これにより、現像領域では感光体ドラム１０上の潜像にトナーが付着して可視像化され、現像に寄与しなかったトナーは感光体ドラム１０の回転方向（移動方向）下流側の回収領域で搬送基板１側に回収されるので、飛散トナーの発生が防止される。なお、回収領域は現像領域よりも潜像担持体の移動方向下流側とすることで、確実に浮遊トナーの回収を行うことができる。
【００３６】
そこで、まず、この現像装置における搬送基板１の構成について図２ないし図６を参照して詳細に説明する。なお、図２は同搬送基板１の平面説明図、図３は図２のＡ−Ａ線に沿う断面説明図、図４は図２のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図、図５は図２のＣ−Ｃ線に沿う断面説明図、図６は図２のＤ−Ｄ線に沿う断面説明図である。
【００３７】
この搬送基板１は、ベース基板（支持基板）１０１上に３本の電極（搬送電極）１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ（これらを「電極１０２」とも総称する。）を１セットとして、所定の間隔で、トナー移送方向（トナー進行方向、トナー移動方向：図２、図３で矢示方向とする。）に沿ってトナー移送方向と略直交する方向に繰り返し形成配置し、この上に搬送面を形成する絶縁性の搬送面形成部材となり、電極１０２の表面を覆う保護膜となる、無機又は有機の絶縁性材料で形成した表面保護層１０３を積層したものである。なお、ここでは、表面保護層１０３が搬送面を形成しているが、表面保護層１０３上に更に粉体（トナー）との適合性に優れた表面層を別途成膜することもできる。
【００３８】
これらの電極１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの両側には、電極１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃとそれぞれ両端部で相互接続した共通電極１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ（これらを「共通電極１０５」とも総称する。）をトナー移送方向に沿って、すなわち、個々の電極と略直交する方向に設けている。この場合、共通電極１０５の幅（この幅は、トナー移送方向と直交する方向の幅）は電極１０２の幅（この幅は、トナー移送方向に沿う方向の幅）よりも広くしている。なお、図２では、共通電極１０５を、搬送領域１１では共通電極１０５ａ１、１０５ｂ１、１０５ｃ１を、現像領域１２では共通電極１０５ａ２、１０５ｂ２、１０５ｃ２、回収領域１３では共通電極１０５ａ３、１０５ｂ３、１０５ｃ３と、区別して表記している。
【００３９】
ここでは、支持基板１０１上に共通電極１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃのパターンを形成した後層間絶縁膜１０７（表面保護層１０３と同じ材料でも異なる材料のいずれでも良い。）を形成し、この層間絶縁膜１０７にコンタクトホール１０８を形成した後、電極１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃを形成することによって電極１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃと共通電極１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃとをそれぞれ相互接続している。
【００４０】
なお、電極１０２ａと共通電極１０５ａを一体形成したパターン上に層間絶縁膜を形成し、この層間絶縁膜上に電極１０２ｂと共通電極１０５ｂを一体形成したパターンを形成し、更に層間絶縁膜を形成して、この層間絶縁膜上に電極１０２ｃと共通電極１０５ｃを一体形成したパターンを形成する、つまり、電極を三層構造とすることもでき、あるいは、一体形成に相互接続とコンタクトホールによる相互接続とを混在させることもできる。
【００４１】
さらに、これらの共通電極１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃには図示しないが駆動回路２からの駆動信号（駆動波形）Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃを入力するための駆動信号印加用入力端子を設けている。この駆動信号入力用端子は、支持基板１０１に裏面側に設けてスルーホールを介して共通電極１０５に接続してもよいし、あるいは後述する層間絶縁膜１０７上に設けてもよい。
【００４２】
ここで、支持基板１０１としては、ガラス基板、樹脂基板或いはセラミックス基板等の絶縁性材料からなる基板、或いは、ＳＵＳなどの導電性材料からなる基板にＳｉＯ２等の絶縁膜を成膜したもの、ポリイミドフィルムなどのフレキシブルに変形可能な材料からなる基板などを用いることができる。
【００４３】
電極１０２は、支持基板１０１上にＡｌ、Ｎｉ−Ｃｒ等の導電性材料を０．１〜１０μｍ厚、好ましくは０．５〜２．０μｍで成膜し、これをフォトリソ技術等を用いて所要の電極形状にパターン化して形成している。これらの複数の電極１０２の粉体進行方向における幅Ｌは移動させる粉体の平均粒径の１倍以上２０倍以下とし、かつ、電極１０２、１２の粉体進行方向の間隔Ｒも移動させる粉体の平均粒径の１倍以上２０倍以下としている。
【００４４】
表面保護層１０３としては、例えばＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＴｉＯ４、ＳｉＯＮ、ＢＮ、ＴｉＮ、Ｔａ２Ｏ５などを厚さ０．５〜１０μｍ、好ましくは厚さ０．５〜３μｍで成膜して形成している。また、無機ナイトライド化合物、例えばＳｉＮ、Ｂｎ、Ｗなどを用いることができる。特に、表面水酸基が増えると帯電トナーの帯電量が搬送途中で下がる傾向にあるので、表面水酸基（ＳｉＯＨ、シラトール基）が少ない無機ナイトライド化合物が好ましい。
【００４５】
次に、このように構成した搬送基板１におけるトナーの静電搬送の原理について説明する。
搬送基板１の複数の電極１０２に対してｎ相の駆動波形を印加することにより、複数の電極１０２によって移相電界（進行波電界）が発生し、搬送基板１上の帯電したトナーは反発力及び／又は吸引力を受けて移送方向にホッピングと搬送を含んで移動する。
【００４６】
例えば、搬送基板１の複数の電極１０２に対して図７に示すようにグランドＧ（０Ｖ）と正の電圧＋との間で変化する３相のパルス状駆動波形（駆動信号）Ａ（Ａ相）、Ｂ（Ｂ相）、Ｃ（Ｃ相）をタイミングをずらして印加する。
【００４７】
このとき、図８に示すように、搬送基板１上に負帯電トナーＴがあり、搬送基板１の連続した複数の電極１０２に同図に▲１▼で示すようにそれぞれ「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」が印加されたとすると、負帯電トナーＴは「＋」の電極１０２上に位置する。
【００４８】
次のタイミングで複数の電極１０２には▲２▼に示すようにそれぞれ「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」が印加され、負帯電トナーＴには同図で左側の「Ｇ」の電極１０２との間で反発力が、右側の「＋」の電極１０２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１０２側に移動する。さらに、次のタイミングで複数の電極１０２には▲３▼に示すようにそれぞれ「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」が印加され、負帯電トナーＴには同様に反発力と吸引力がそれぞれ作用するので、負帯電トナーＴは更に「＋」の電極１０２側に移動する。
【００４９】
このように複数の電極１０２に電圧の変化する複相の駆動波形を印加することで、搬送基板１上には進行波電界が発生し、この進行波電界の進行方向に負帯電トナーＴは搬送及びホッピングを行いながら移動する。なお、正帯電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同様に同方向に移動する。
【００５０】
これを図９を参照して具体的に説明すると、同図（ａ）に示すように、搬送基板１の電極Ａ〜Ｆがいずれも０Ｖ（Ｇ）で搬送基板１上に負帯電トナーＴが載っている状態から、同図（ｂ）に示すように電極Ａ、Ｄに「＋」が印加されると、負帯電トナーＴは電極Ａ及び電極Ｄに吸引されて電極Ａ、Ｄ上に移る。次のタイミングで、同図（ｃ）に示すように、電極Ａ、Ｄがいずれも「０」になり、電極Ｂ、Ｅに「＋」が印加されると、電極Ａ、Ｄ上のトナーＴは反発力を受けるとともに、電極Ｂ、Ｅの吸引力を受けることになって、負帯電トナーＴは電極Ｂ及び電極Ｅに移送される。さらに、次のタイミングで、同図（ｄ）に示すように、電極Ｂ、Ｅがいずれも「０」になり、電極Ｃ、Ｆに「＋」が印加されると、電極Ｂ、Ｅ上のトナーＴは反発力を受けるとともに、電極Ｃ、Ｆの吸引力を受けることになって、負帯電トナーＴは電極Ｃ及び電極Ｆに移送される。このように進行波電界によって負帯電トナーは順次図において右方向に移送されることになる。
【００５１】
次に、駆動回路２の全体構成について図１０を参照して説明する。
この駆動回路２は、パルス信号を生成出力するパスル信号発生回路２１と、このパルス信号発生回路２１からのパルス信号を入力して駆動波形Ｖａ１、Ｖｂ１、Ｖｃ１を生成出力する波形増幅器２２ａ、２２ｂ、２２ｃと、パルス信号発生回路２１からのパルス信号を入力して駆動波形Ｖａ２、Ｖｂ２、Ｖｃ２を生成出力する波形増幅器２３ａ、２３ｂ、２３ｃとを有する。
【００５２】
パルス信号発生回路２１は、例えばロジックレベルの入力パルスを受けて、各１２０°に位相シフトした２組みパルスで、次段の波形増幅器２２ａ〜２２ｃ、２３ａ〜２３ｃに含まれるスイッチング手段、例えばトランジスタを駆動して１００Ｖのスイッチングを行うことができるレベルの出力電圧１０〜１５Ｖのパルス信号を生成して出力する。
【００５３】
波形増幅器２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、搬送領域１１の各電極１０２及び回収領域１３の各電極１０２に対して、例えば図１１に示すように、各相の＋１００Ｖの印加時間ｔａを繰り返し周期ｔｆの１／３である約３３％に設定した（これを「搬送電圧パターン」又は「回収搬送電圧パターン」という。）３相の駆動波形（駆動パルス）Ｖａ１、Ｖｂ１、Ｖｃ１を印加する。
【００５４】
波形増幅器２３ａ、２３ｂ、２３ｃは、現像領域１１の各電極１０２に対して、例えば図１２又は図１３に示すように、各相の＋１００Ｖ又は０Ｖの印加時間ｔａを繰り返し周期ｔｆの２／３である約６７％に設定した（これを「ホッピング電圧パターン」という。）３相の駆動波形（駆動パルス）Ｖａ２、Ｖｂ２、Ｖｃ２を印加する。
【００５５】
そこで、搬送基板１を用いたＥＴＨ現像の原理について説明する。ＥＴＨ現像はトナーの静電搬送を利用するものであるが、従来の静電搬送を用いた現像装置のように、静電搬送に伴なって自然発生的に生じるトナーのスモーク化、クラウド化を利用して現像するのではなく、トナーを積極的に潜像担持体に向かって打ち上げて現像するものである。
【００５６】
ＥＴＨ現象は、従来の静電搬送基板を用いただけでは発生せず、電極幅、電極間隔と駆動波形との関係を設定することで発生することが見出されているが、この点については後述する。そこで、まず、ＥＨＴ現象に含まれるホッポング現象の基本原理について、実験と対応させながら二次元差分法でシミュレーションを行った結果を基にして説明する。
【００５７】
このシミュレーション対象領域の略図を図１４に示している。なお、都合により重力の方向を上向きに取っている。ここでは、搬送基板１の電極１０２と反対側に導電性基板１０４を配置して常時接地している。また、搬送基板１に対向して感光体ドラム１０としてのＯＰＣ層１５を配置し、ＯＰＣ層１５には導電性基板１６を設けて常時接地している。そして、ＯＰＣ層１５上に静電潜像１７を載せている。また、負帯電トナーを用いて反転現像（電荷のない部分にトナーを付着させる現像方式）するため、静電潜像１７の画像部には電荷がなく、非画像部（地肌部）に電荷が存在している。
【００５８】
搬送基板１の電極１０２とＯＰＣ層１５との間隔は２００μｍとし、トナーＴの平均粒径は８μｍ、平均帯電量Ｑ／ｍは−２０μＣ／ｇ、ＯＰＣ層１５上の電荷密度は、−３．０ｅ-4〔ｃ／ｍ2〕 である（ＯＰＣ層が全面がこの電荷密度で帯電された時その表面電位は−１６９Ｖになる。）。トナーＴは１４０個を２層にシミュレーション幅７００μｍに均一に並べた。
【００５９】
上記の条件の内でＯＰＣ層１５の帯電電荷密度を「ゼロ」とした場合に、搬送基板１上に並んだ隣り合う３本の電極Ａ，Ｂ，Ｃに、それぞれ＋１００Ｖ／０Ｖ／＋１００Ｖを印加したときの、電極Ｂ近傍の電界ベクトルは図１５に示すようになる。
【００６０】
なお、同図では、電極Ｃ近傍の電界は、電極Ｂを挟んで電極Ａと対称なので省略している。また、トナーも省略している。両電極１０２、１０２の下側が、ＯＰＣ層１５に向かう空間である（ＯＰＣ層１５は図示していない。）。また、図示できないが、左側の電極Ａの近傍の電位は＋１００Ｖに近く、右側の電極Ｂの近傍の電位は０Ｖに近く、両電極Ａ、Ｂより離れた空間の電位は＋５０Ｖ前後である。さらに、同図中、矢印はその場所の電界ベクトルを示し、その向きが電界の向きであり、その長さが電界の強さを示している。
【００６１】
この図１５から分かるように、＋１００Ｖが印加された電極Ｂのセンターからその下方（実際は上方）の空間にかけては、電界ベクトルが垂直に上を向いている。この結果、この時、電極Ｂのセンターにいた負帯電トナーには、まっすぐ下向き（実際は上向き）の静電力が働き、下向きに（実際は上向き）に加速され、搬送基板１を離れた後も、電界ベクトルの向きに従ってまっすぐ下降（実際は上昇）させられることが分かる。
【００６２】
ここで、電極Ａ，Ｃに印加する電圧を５０Ｖ，１００Ｖ、１５０Ｖにしたときの電極Ｂのセンターから真下（真上）の空間における垂直（Ｙ）方向電界の一例を図１６に示している。
【００６３】
この図１６から、電極Ｂより約５０μｍ下降（上昇）すると、電界ベクトルの大きさはほとんどゼロになるので、ここまで加速されてきたトナーは、この付近では空気の粘性抵抗で減速され、その先では、電界の向きが反転するので、逆向きの静電力を受けて下（上）向きの速度を失うことが予想される。
【００６４】
さらに、直径８μｍ、比帯電量Ｑ／ｍ＝−２０μＣ／ｇのトナーを電極Ｂのセンターに置き、電極Ａ，Ｃに印加する電圧を５０Ｖ，１００Ｖ、１５０Ｖにしたときの、当該トナーのＹ方向位置とＹ方向速度のシミュレーション結果を１０μsecごとに１６０μsecまで図１７に示している。なお、これは、電極幅３０μｍ、電極間隔３０μｍとした電極構成である。
【００６５】
この図１７より分かるように、電極Ｂの両隣りの電極Ａ，Ｃに＋１００Ｖが印加された場合、電極Ｂのセンターに置かれたトナーは、５０〜６０μsec後に、電極Ｂの上方４０〜５０μｍに達し、その時点で上昇速度が１ｍ／secになり、その後は、徐々に減速されながらも、さらに上昇を続けている。
【００６６】
このように、電極上にトナーをまっすぐ打ち上げる条件は、上記のシミュレーション結果から、負帯電トナーの場合には、０Ｖになった電極の両側の電極の電位が等しく、０Ｖより高く、かつ、その０Ｖの電極上にトナーが存在することがである。なお、正帯電トナーの場合には、０Ｖになった電極の両側の電極の電位が等しく、０Ｖより低く（例えば−１００Ｖ）高く、かつ、その０Ｖの電極上にトナーが存在することがである。
【００６７】
この条件を最も充足する駆動波形パターンは、前述した図１２又は図１３に示すように各相の＋１００Ｖ又は０Ｖの印加時間ｔａを繰り返し周期ｔｆの２／３である約６７％に設定したホッピング電圧パターンである。そこで、本実施形態においては、このホッピング電圧パターンを有する駆動波形Ｖａ２、Ｖｂ２、Ｖｃ２を現像領域１２に対応する搬送基板１の各電極１０２に対して印加するようにしている。
【００６８】
これに対して、トナーの搬送を行うための駆動波形パターンとしては、前述した図１１に示すパターンが最も適している。すなわち、駆動波形Ｖａ（Ａ相）、Ｖｂ（Ｂ相）、Ｖｃ（Ｃ相）を印加する場合、各相の＋１００Ｖの印加時間ｔａを繰り返し周期ｔｆの１／３である約３３％に設定した搬送電圧パターンである。そこで、本実施形態においては、この搬送電圧パターンを有する駆動波形Ｖａ１、Ｖｂ１、Ｖｃ１を搬送領域１１に対応する搬送基板１の各電極１０２に対して印加するようにしている。
【００６９】
この搬送電圧パターンでは、Ｂ相電極に注目すると、Ｂ相電極の印加電圧が０Ｖになった時間においては、Ａ相電極の印加電圧は０Ｖ、Ｃ相電極の印加電圧は＋電圧であり、トナーの進行方向はＡ→Ｃであるから、Ｂ相電極上のトナーはＡ相電極との間では反発され、Ｃ相電極との間では吸引される方向の電界を受けることになり、搬送効率が高くなり、特に高速搬送を行うことができる。
【００７０】
なお、ホッピング電圧パターンの駆動波形を印加した場合でも、０Ｖ電極のセンターに位置したトナー以外は、横方向への力も受けるため、すべてのトナーがいっせいに高く打ち上げられるというものではなく、水平方向に移動するトナーもあり、逆に、搬送電圧パターンの駆動波形を印加した場合でも、トナーの位置によっては、大きな角度で斜めに打ち上げられて水平に移動するよりも上昇距離の方が大きいものがある。
【００７１】
したがって、搬送領域１１の各電極１０２に印加する駆動波形パターンは前述した図１１に示す搬送電圧パターンに限られるものではなく、また、現像領域１２の各電極１０２に印加する駆動波形パターンも前述した図１２又は図１３に示すホッポング電圧パターンに限られるものではない。
【００７２】
これを一般的に言えば、各電極に対してｎ相（ｎは３以上の整数）のパルス状電圧（駆動波形）を印加して進行波電界を発生させる場合、１相あたりの電圧印加時間が｛繰り返し周期時間×（ｎ−１）／ｎ｝未満となる電圧印加デューティとすることによって、搬送、ホッピングの効率を上げることができる。例えば、３相の駆動波形を用いる場合には、各相の電圧印加時間ｔａを繰り返し周期時間ｔｆの２／３である約６７％未満に設定し、４相の駆動波形を用いる場合には、各相の電圧印加時間を繰り返し周期時間の３／４である７５％未満に設定することが好ましい。
【００７３】
他方、電圧印加デューティーは｛繰り返し周期時間／ｎ｝以上に設定することが好ましい。例えば、３相の駆動波形を用いる場合には、各相の電圧印加時間ｔａを繰り返し周期時間ｔｆの１／３である約３３％以上に設定することが好ましい。
【００７４】
すなわち、注目電極に印加する電圧と進行方向上流側隣接電極及び下流側隣接電極に印加する各電圧との間には、上流側隣接電極が反発、下流側隣接電極が吸引という時間を設定することによって、効率を向上することができる。特に、駆動周波数が高い場合は、｛繰り返し周期時間／ｎ｝以上で｛繰り返し周期時間×(ｎ−１)／ｎ｝未満の範囲内に設定することにより、注目電極上のトナーに対する初期速度が得られやすくなる。
【００７５】
次に、ＯＰＣ層１５上に反転現像用の電荷パターンを乗せ、図１３に示すホッピング電圧パターンの駆動波形Ｖａ２、Ｖｂ２、Ｖｃ２を各電極１０２に印加したときのトナーＴの挙動の一例について図１８以降を参照して時間を追って説明する。
【００７６】
なお、同図に示すように、ＯＰＣ層１５上の潜像１７は、反転現像用の電荷がない部分を画像部１７ａとし、電荷がある部分を非画像部（又は「地肌部」という。）１７ｂとする。なお、反転現像は電荷のない部分（ここでは、負電荷のない部分）が画像部となるので、同図の非画像部（地肌部１７ｂ）の外側にも負電荷は存在しているが図示を省略しているだけである（以下の図においても同様である。）。また、ＯＰＣ層１５表面の電位は約−１５０Ｖ、潜像部１７の内の画像部１７ａの部分での表面の電位は約０Ｖである。また、電極１０２に印加するホッピング電圧パターンの電圧値も図１３に示すように「−１００Ｖ」と「０Ｖ」にしている。
【００７７】
先ず、図１８は現像開始０μsec後にはトナーは搬送基板１上に位置している。この状態から、ホッピング電圧パターンを印加した時に状態を図１９以降に示している。
図１９は電圧パターンの印加開始から１００μsec経過した時点でのトナーの分布を示している。この図１９の分布を図１８と比較すると、−１００Ｖの電極（Ｂ相電極）１０２上にいたトナーが上方に（図では下方に）または、斜め左右に飛び出したことが分かる。
【００７８】
図２０は２００μsec経過後のトナー分布を示している。同図からは、ＯＰＣ層１５上の潜像１７のうちの電荷のない、電位が０Ｖの画像部１７ａにトナーが付着し、反転現像が始まっていることが分かる。一方、電荷があり、電位が約−１５０Ｖの地肌部１７ｂではトナーがＯＰＣ層１５に到達していないことが分かる。また、図１９と比較すると、−１００Ｖの電極の位置が一つ隣に移動して、そこから、新たにトナーが打ち上げられつつあることも分かる。
【００７９】
図２１は３００μsec経過後のトナー分布を示している。同図からは、ＯＰＣ層１５上の潜像１７のうちの電荷のない、電位が０Ｖの画像部１７ａに付着するトナーの数が、図２０より増えて現像が進んでいることが分かる。一方、地肌部１７ｂでは、最初に打ち上げられたトナーが、ＯＰＣ層１５と搬送基板１間に形成されている逆電界で搬送基板１側に戻りつつあることが分かる。
【００８０】
図２２は５００μsec経過後のトナー分布を示している。同図からは、現像が更に進んでいるが地肌部１７ｂに付着するトナーはまったくないことが分かる。
【００８１】
図２３は１０００μsec経過後のトナー分布を示している。同図と図２３とを比較すると、現像が更に進んでいるが、その違いは小さいことが分かる。
【００８２】
図２４は１５００μsec経過後のトナー分布を示している。同図と図２３とを比較すると、画像部１７ａに付着しているトナーの数は同じで、この間では現像が進まなかったこと、すなわち、現像は開始１ｍsec後でほぼ飽和したことが分かる。
【００８３】
図２５は２００００μsec経過後のトナー分布を示している。同図と図２４とを比較すると、この間ではまったく現像が進んでいないことが分かる。
【００８４】
以上の説明のようにＥＴＨ現像ではトナーをホッピングさせることによって潜像担持体の静電潜像を一成分現像方式で反転現像を行うことができる。すなわち、現像領域で、トナーが潜像の画像部に対しては潜像担持体側に向かい、非画像部に対してはトナーが潜像担持体と反対側に向かう方向の電界を形成する手段を備えることによって現像を行うことができる。
【００８５】
例えば、前述した図１３に示すホッピング電圧パターンの駆動波形のように、０〜−１００Ｖで遷移するパルス状電圧波形である場合、潜像担持体上の非画像部電位が−１００Ｖより低いときには、画像部に対してはトナーが潜像担持体側に向かい、非画像部に対してはトナーが潜像担持体と反対側に向かうことになる。この場合、潜像の非画像部の電位を−１５０Ｖや後述する−１７０Ｖとした場合に、トナーが潜像担持体側に向かうことが確認された。
【００８６】
また、ホッピング電圧パターンの駆動波形が２０Ｖ〜−８０Ｖで遷移するパルス状電圧波形である場合、画像部の電位を約０Ｖ、非画像部の電位が−１１０Ｖのときにも、パルス状駆動波形のローレベルの電位が潜像の画像部電位と非画像部電位との間にあるので、同様に、画像部に対してはトナーが潜像担持体側に向かい、非画像部に対してはトナーが潜像担持体と反対側に向かうことになる。
【００８７】
要するに、パルス状駆動波形のローレベルの電位を潜像の画像部の電位と非画像部の電位との間の電位に設定することで、非画像部へのトナーの付着を防止し、高品質の現像を行うことができる。
【００８８】
このように、ＥＴＨ現像においては、トナーがホッピングしていることにより潜像の画像部に対してトナーが吸引付着し、非画像部ではトナーが反発されて付着されないので、トナーによる潜像の現像を行うことができ、このとき、既にホッピングしているトナーは搬送基板１との間で吸着力が生じないため、容易に潜像担持体側に移送することができ、高い画像品質が得られる現像を低電圧で行うことができるようになる。
【００８９】
すなわち、従来の所謂ジャンピング現像方式にあっては、現像ローラから帯電トナーを剥離させて感光体に移送させるには、トナーの現像ローラに対する付着力以上の印加電圧が必要であり、ＤＣ６００〜９００Ｖのバイアス電圧をかけなければならない。これに対して、本発明によれば、トナーの付着力は通常５０〜２００ｎＮであるが、搬送基板１上でホッピングしているために搬送基板１に対する付着力が略零になるので、トナーを搬送基板１から剥離する力が不要になり、低電圧で十分にトナーを潜像担持体側に移送することが可能になるのである。
【００９０】
しかも、電極１０２、１０２間に印加する電圧が｜１５０〜１００｜Ｖ以下の低電圧であっても発生する電界が非常に大きい値となり、電極１０２表面に付着しているトナーを容易に剥離し、飛翔、ホッピングさせることが可能になる。また、ＯＰＣ等の感光体を帯電する時に発生するオゾン、ＮＯxが非常に少なく、又は皆無にすることができて、環境問題、感光体の耐久性に非常に有利となる。
【００９１】
したがって、従来方式の現像ローラ表面、またはキャリア表面に付着しているトナーを剥離するために現像ローラと感光体の間に印加していた５００Ｖ〜数ＫＶの高電圧バイアスを必要とすることがなく、感光体の帯電電位を非常に低い値として、潜像を形成して現像することが可能になる。
【００９２】
例えば、ＯＰＣ感光体を使用し、その表面のＣＴＬ(Charge Transport Layer)の厚さが１５μｍ、その比誘電率εが３、帯電したトナーの電荷密度が（−３Ｅ−４Ｃ／ｍ２の場合、ＯＰＣ表面電位は約−１７０Ｖとなるが、この場合、搬送基板の電極への印加電圧として、０〜−１００Ｖ、デューティー５０％のパルス状駆動電圧を印加すると、平均で−５０Ｖとなり、トナーが負帯電であれば搬送基板の電極とＯＰＣ感光体との間の電界は前述した関係になる。
【００９３】
このとき、搬送基板とＯＰＣ感光体とのギャップ（間隔）が０．２〜０．３ｍｍであれば十分に現像が可能となる。トナーのＱ／Ｍ、搬送基板の電極への印加電圧、印刷速度すなわち感光体の回転速度によっても異なるが、負帯電トナーの場合、少なくとも感光体を帯電する電位は−３００Ｖ以下、または現像効率を優先した構成の場合は−１００Ｖ以下でも十分に現像を行うことができる。なお、正帯電の場合の帯電電位は＋電位となる。
【００９４】
ところで、上述したＥＴＨ現像は、搬送基板１上でトナーをホッピングさせることによって、搬送基板１との吸着力を０にすることで現像を行うものであるが、本発明者らの研究によると、単に搬送基板上でトナーをホッピングにさせるだけでは、ホッピングしたトナーが潜像担持体側への進行性を有しているとしても、潜像担持体の潜像に付着することの確実性が保証されず、トナー飛散が生じることも確認された。
【００９５】
そこで、本発明者らはＥＴＨ現像について鋭意研究した結果、ホッピングしたトナーが潜像担持体の潜像の画像部に対して選択的に確実に付着し、かつ、非画像部には付着しない、すなわち地汚れが生じない条件を見出したものである。
【００９６】
すなわち、潜像担持体の潜像の電位（表面電位）と搬送基板に印加する電位（発生させる電界）との関係を所定の関係に設定する、つまり、上述したように、潜像担持体の潜像の画像部に対してはトナーが潜像担持体側に向かい、非画像部に対してはトナーが搬送基板側に向かう電界を発生させる。これにより、潜像の画像部に対してはトナーが確実に付着し、非画像部に向かうトナーは搬送基板側に押し返されるので、搬送基板からホッピングしたトナーが効率的に現像に利用され、飛散を防止でき、低電圧駆動による高品質現像を可能にすることができる。
【００９７】
この場合、搬送基板の電極に印加する電位の平均値（平均値電位）を潜像担持体の潜像の画像部の電位と非画像部の電位との間の電位に設定することで、上述したように、潜像担持体の潜像の画像部に対してはトナーが潜像担持体側に向かい、非画像部に対してはトナーが搬送基板側に向かう電界を発生させることができる。
【００９８】
本発明者らは更に鋭意研究を重ねた結果、上述したように本発明に係るＥＴＨ現像では地肌部（非画像部）にトナーが付着しないため、地肌汚れが生じないはずであるにもかかわらず、未だ地肌汚れが生じ得ることを確認した。
【００９９】
すなわち、本発明者らは上述した搬送基板を製作して、同じような粒径と帯電量を有するトナーを用いて、厚さ１５μｍのＯＰＣ層を有する感光体ドラムで、表面電位−１７０Ｖに帯電後レーザービーム光学系により潜像を形成し、周速２００ｍｍ／secで回転する感光体ドラムより０．２００ｍｍ離して搬送基板を固定し、前記搬送電圧パターンを印加して該トナーを搬送基板上を感光体ドラムの周速と等しい速度で搬送し、更に搬送基板が感光体ドラムと最接近する０．４ｍｍ幅の領域（これを「現像領域」とした。）の電極に対してだけ前記ホッピング電圧パターンに切り替えて該潜像を反転現像し、ＯＰＣ感光体ドラム上に形成された該トナー画像を公知の方法で、転写、定着してきれいな白紙上に黒トナー画像を形成した。
【０１００】
この結果、形成した画像の地肌部には地汚れが生じており、また、多数枚プリント試験を繰り返すうちに機内にトナーが付着していることが認められたことから、高速度カメラにより、現像領域のトナーの動きを観察したところ、現像に寄与せず（感光体に付着せず）かつ、搬送基板に戻らなかったトナーが、感光体ドラムの回転に伴ってその周辺に発生した気流に巻き込まれていくことが判明した。
【０１０１】
また、地肌部よりも画像部の方が飛散トナーが増えることが判明した。さらに、ＯＰＣ層の帯電電位を高くすると飛散は少なくなることも判明した。また、通常、従来の現像方式ではトナーの帯電量が下がった時トナー飛散が増加していたが、ＥＴＨ現像方式では、逆に、トナーの帯電量が低い方がトナー飛散が少なくなることも判明した。
【０１０２】
これらのことから、図２３ないし図２５に示すように、感光体ドラムの回転に伴う気流が一番強い画像部の直上（下）で浮遊しているトナーが、感光体ドラムの回転の気流に巻き込まれて飛散したことが確認された。
【０１０３】
画像部に対して後行するトナーが滞留する原因については、空中のトナーに働く力が無くなったと考えられる。
【０１０４】
本来、画像部の近傍には負帯電トナーを画像部に引き付ける電界が形成されているので、この電界が、無くなって、又は弱くなって、後行のトナーが画像部に引き付けられなくなたと考えられる。前述したように、ＯＰＣ層の電荷密度は−３．０ｅ-4〔Ｃ／ｍｍ２〕であるが、−２０μＣ／ｇに帯電しているトナーが、１平方ｃｍに１．５ｍｇ集まると、その電荷密度も−３．０ｅ-4〔Ｃ／ｍｍ２〕になる。
【０１０５】
実際には、飽和現像でも、１平方ｃｍに１．５ｍｇのトナーが乗ることはないが、その半分程度が乗っているとすると、地肌部と画像部の電位差が半減して電界も半減しトナーの滞留が始まると考えられる。これは、電荷分布を均一と仮定した場合であるが、トナー間のクーロン反発力を考えると、１個の後行のトナーは複数の先行付着トナーより反発されて先に（潜像担持体側に）進めなくなったと考えることもできる。
【０１０６】
そこで、本発明の他の例においては、現像領域通過後の領域でトナーを搬送基板１側に引き戻す電界を発生させる手段を備えた。すなわち、この第１実施形態では、上述したように搬送基板１に回収領域１３を設けて、この回収領域１３の電極１０２に対しては駆動回路２から回収搬送電圧パターンの駆動波形Ｖａ１、Ｖｂ１、Ｖｃ１を印加する。つまり、ここでは、搬送領域１１の電極１０２に印加する搬送電圧パターンの駆動波形をそのまま回収領域１３の電極１０２に印加する回収搬送電圧パターンの駆動波形として用いている。
【０１０７】
このように、現像領域通過後の領域でトナーが潜像潜像担持体と反対側に向かう方向の電界を形成することによって、浮遊トナーを搬送基板１側に回収することができ、この結果トナーの再利用も可能になる。
【０１０８】
この点についてより詳細に説明する。前述した図１８以降を参照して説明したようにＯＰＣ層１５上に反転現像用の電荷パターンを乗せ、図１３に示すホッピング電圧パターンの駆動波形Ｖａ２、Ｖｂ２、Ｖｃ２を各電極１０２に印加して現像を行った後、図１１に示す回収搬送電圧パターンの駆動波形Ｖａ１、Ｖｂ１、Ｖｃ１を各電極１０２に印加したときのトナーＴの挙動の一例について図２６以降を参照して時間を追って説明する。
【０１０９】
先ず、図２６は各電極１０２に印加する電圧を回収搬送電圧パターンの駆動波形Ｖａ１、Ｖｂ１、Ｖｃ１に切り替えた後１００μsecを経過したときのトナーの分布を示している。前述した図２３と比較すると分かるように、画像部１７ａ上（実際は下）に浮遊していたトナーが、搬送基板１側に引き寄せられ始めている。また、画像部１７ａのみならず、もともと地肌部１７ｂに対応して搬送基板１側の空中にいたトナーも更に搬送基板１側に引き寄せられ始めている。
【０１１０】
図２７は切り替え後２００μsecを経過したときのトナーの分布を示している。図２６と比較すると、画像部１７ａ、地肌部１７ｂともにトナーは更に搬送基板１側に引き寄せられていることが分かる。
【０１１１】
図２８は切り替え後４００μsecを経過したときのトナーの分布を示している。画像部１７ａに対応して浮遊していたトナーの搬送基板１側への回収が更に進んでいることが分かる。ただし、地肌部１７ｂに対応する部分では新たに打ち上げられるトナーがあるために少し膨らんでいる。
【０１１２】
図２９は切り替え後７００μｓｅｃを経過したときのトナーの分布を示している。画像部１７ａに対応する浮遊トナー中、最後尾に位置するトナーも搬送基板１との間の中途まで進んでいることが分かる。
【０１１３】
図３０は切り替え後１０００μｓｅｃを経過したときのトナーの分布を示している。最後尾のトナーも、搬送基板１側に入り、ＯＰＣ層１５側には浮遊トナーがまったく存在しなくなったことが分かる。
【０１１４】
この場合、画像部１７ａに付着しているトナーは、搬送基板１側に引き戻されない。これは、帯電しているトナーと誘電体であるＯＰＣ感光層との間には強い鏡像力が働いている。また、電荷の有無とは関係なしに、トナーとＯＰＣ層の間には、ファンデルワールツ力、液間架橋力も働いている。さらに、画像部が小さい場合には、エッジ電界による静電力も働く。これらの力が合わさってトナーをＯＰＣ側に押しているので、浮遊トナーのように搬送基板１側に引き戻されることがないのである。なお、浮遊トナーには、ファンデルワールツ力と液間架橋力は働かず、また鏡像力も実質的にゼロであることから、搬送基板１側に引き戻される。
【０１１５】
ただし、後述するように、搬送基板側の電極に印加する電位を高めていくと感光体ドラム上に付着したトナーまで引き戻されるので、現像領域通過後に形成する電界の強さは、潜像担持体に付着したトナーを潜像担持体面より引き剥がさない範囲であることが好ましい。この場合、付着力の弱いトナーは引き剥がした方がよい場合もあり、全く引き剥がすことのない電界の強さでなければならないということではない。
【０１１６】
なお、上述したシミュレーションでは、画像部１７ａの２層目以上のトナーはすべて、搬送基板１側に回収されたが、これはシミュレーションではトナー間の付着力をゼロにしたためであり、実際は、トナー同士の間にも、ファンデルワールツ力、液間架橋力は働くので、２層目のトナーも１層目のトナーに付着して残る。
【０１１７】
このように、現像領域通過後の領域において、トナーを潜像担持体側と反対側の方向に向かう電界を発生させる手段を備えることによって、飛散トナーの発生を大幅に低減することができる。
【０１１８】
この場合、搬送部材である搬送基板の電極に印加する電圧の平均値電位は、現像領域では潜像の画像部電位と非画像部電位の間とすることで、ＥＴＨ現像を行うことができ、負帯電トナーを用いるときには、現像領域通過後の領域（回収領域）では潜像の画像部電位と非画像部電位の両電位よりも高い電位とし、正帯電トナーを用いるときには、現像領域通過後の領域では潜像の画像部電位と非画像部電位の両電位よりも低い電位とすることで、浮遊しているトナーを搬送基板側に回収することができる。
【０１１９】
ここで、上述した図１３に示すホッピング電圧パターンの駆動波形を発生するための波形増幅器２３ａ〜２３ｃ（これらを符号「２３」で表記する。）の一例について図３１を参照して説明する。
なお、前述したように図１３に示すホッピング電圧パターンの駆動波形は、各相が０〜−１００Ｖのパルス波形で、電位が相対的に＋の時間（０Ｖの時間）が６７％デューティーの波形であるが、ここでは、電位が相対的に＋の時間（０Ｖの時間）が３３％デューティーの波形で説明する。
【０１２０】
波形増幅器２３は、入力信号を分圧するための抵抗Ｒ１、Ｒ２と、スイッチング用のトランジスタＴｒ１と、コレクタ抵抗Ｒ３と、トランジスタＴｒ２と、電流制限抵抗Ｒ４と、コンデンサＣ１、抵抗Ｒ５、ダイオードＤ１からなるクランプ回路２５とで構成している。
【０１２１】
この波形増幅器２３に対し、前述したパルス信号発生回路２１から図３２（ａ）に示すように、例えば、０〜１５Ｖの図示の波形で１５Ｖのデューティーが約６７％の入力信号ＩＮが与えられると、この入力信号ＩＮは抵抗Ｒ１、Ｒ２で分圧されてトランジスタＴｒ１のベースに入力され、トランジスタＴｒ１がスイッチングを動作することで、位相が反転され、０〜＋１００Ｖにレベルアップされた同図（ｂ）に示すような電圧波形（コレクタ電圧）ｍが得られる。
【０１２２】
このコレクタ電圧ｍをトランジスタＴｒ２が受け、同じレベルの波形を低インピーダンスで出力する。このトランジスタＴｒ２のエミッタに接続されたクランプ回路２５は、＋波形に対しては時定数が小さく、−波形に対しては時定数がコンデンサＣ１及び抵抗Ｒ５で決定されるが、パルスの周期に対してこの時定数を十分大きな値に設定することで、クランプ回路２５からは、同図（ｃ）に示すように、０レベルがクランプされた０〜−１００Ｖの出力波形ＯＵＴが得られる。
【０１２３】
次に、上述した図１１に示す回収搬送電圧パターンの駆動波形を発生するための波形増幅器２２ａ〜２２ｃ（これらを符号「２２」で表記する。）の一例について図３３を参照して説明する。
前述したように図１１に示す回収搬送電圧パターンの駆動波形は、各相が０〜＋１００Ｖのパルス波形で、電位が相対的に＋の時間（＋１００Ｖの時間）が３３％デューティーの波形の例である。
【０１２４】
波形増幅器２２は、入力信号を分圧するための抵抗Ｒ１、Ｒ２と、スイッチング用のトランジスタＴｒ１と、コレクタ抵抗Ｒ３と、トランジスタＴｒ２と、電流制限抵抗Ｒ４と、コンデンサＣ１、抵抗Ｒ５、ダイオードＤ２からなるクランプ回路２６とで構成している。すなわち、波形増幅器２３のクランプ回路２５のダイオードＤ１と波形増幅器２２のクランプ回路２６のダイオードＤ２の向きが異なるだけである。
【０１２５】
この波形増幅器２２に対し、前述したパルス信号発生回路２１から図３４（ａ）に示すように、例えば、０〜１５Ｖの図示の波形で１５Ｖのデューティーが約６７％の入力信号ＩＮが与えられると、この入力信号ＩＮは抵抗Ｒ１、Ｒ２で分圧されてトランジスタＴｒ１のベースに入力され、トランジスタＴｒ１がスイッチングを動作することで、位相が反転され、０〜＋１００Ｖにレベルアップされた同図（ｂ）に示すような電圧波形（コレクタ電圧）ｍが得られる。
【０１２６】
このコレクタ電圧ｍをトランジスタＴｒ２が受け、同じレベルの波形を低インピーダンスで出力する。このトランジスタＴｒ２のエミッタに接続されたクランプ回路２６は、−波形に対しては時定数が小さく、＋波形に対しては時定数がコンデンサＣ１及び抵抗Ｒ５で決定されるが、パルスの周期に対してこの時定数を十分大きな値に設定することで、クランプ回路２６からは、同図（ｃ）に示すように、０レベルがクランプされた０〜＋１００Ｖの出力波形ＯＵＴが得られる。
【０１２７】
このように、搬送基板の各電極に印加する駆動波形をコンデンサ、抵抗、ダイオードから構成されるクランプ回路で形成することで、簡単な回路構成で、また、低レベル側をクランプすることでドリフトのない、波高値が一定で安定な波形が得られるので、正確なトナー搬送、ホッピングが可能になる。
【０１２８】
ここで、トナーの帯電極性と搬送基板１の電極１０２に印加する電圧（電位）との関係について説明すると、負帯電トナーを用いる場合には、現像領域では０〜−Ｖ１の電圧とし、現像領域通過後の領域では０〜＋Ｖ２の電圧とする、つまりホッピング用駆動波形の電圧は０〜−Ｖとし、回収搬送用駆動波形の電圧は０〜＋Ｖとすることで、上述したように駆動回路の構成が簡単で、信頼性が向上する。
【０１２９】
同様に、正帯電トナーを用いる場合には、現像領域では０〜＋Ｖ３の電圧とし、現像領域通過後の領域では０〜−Ｖ４の電圧とする、つまりホッピング用駆動波形の電圧は０〜＋Ｖとし、回収搬送用駆動波形の電圧は０〜−Ｖとすることで、上述したように駆動回路の構成が簡単で、信頼性が向上する。
【０１３０】
なお、上述した電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４は、同じ絶対値の電圧であっても、異なる絶対値の電圧であってもよい。
【０１３１】
ここで、トナーの搬送及びホッピングを行うための搬送基板１の複数の電極１０２の幅（電極幅）Ｌ及び電極間隔Ｒ、並びに表面保護層１０３について説明する。
搬送基板１における電極幅Ｌと電極間隔Ｒはトナーの搬送効率、ホッピング効率に大きく影響する。すなわち、電極と電極の間にあるトナーはほぼ水平方向の電界により、基板表面を隣接する電極まで移動する。これに対して、電極上に乗っているトナーは、少なくとも垂直方向の成分も持った初速が与えられることから、多くは基板面から離れて飛翔する。
【０１３２】
特に、電極端面付近にあるトナーは、隣接電極を飛び越えて移動するため、電極幅Ｌが広い場合には、その電極上に乗っているトナーの数が多くなり、移動距離の大きいトナーが増えて搬送効率が上がる。ただし、電極幅Ｌが広すぎると、電極中央付近の電界強度が低下するためにトナーが電極に付着し、搬送効率が低下することになる。そこで、本発明者らは鋭意研究した結果、低電圧で効率よく粉体を搬送、ホッピングするための適正な電極幅があることを見出した。
【０１３３】
また、電極間隔Ｒは、距離と印加電圧の関係から電極間の電界強度を決定し、間隔Ｒが狭い程電界強度は当然強く、搬送、ホッピングの初速が得られやすい。しかし、電極から電極へ移動するようなトナーについては、一回の移動距離が短くなり、駆動周波数を高くしないと移動効率が上がらないことになる。これについても、本発明者らは鋭意研究した結果、低電圧で効率よく粉体を搬送、ホッピングするための適正な電極間隔があることを見出した。
【０１３４】
さらに、電極表面を覆う表面保護層の厚さも電極表面の電界強度に影響を与え、特に垂直方向成分の電気力線への影響が大きく、ホッピングの効率を決定することをも見出した。
【０１３５】
そこで、搬送基板の電極幅、電極間隔、表面保護層厚さの関係を適正に設定することによって、電極表面でのトナー吸着問題を解決し、低電圧で効率的な移動を行うことができる。
【０１３６】
より詳しく説明すると、まず、電極幅Ｌについては、電極幅Ｌをトナー径（粉体径）の１倍としたときは、最低１個のトナーを乗せて搬送、ホピングするための幅寸法であり、これより狭いとトナーに作用する電界が少なくなり、搬送力、飛翔力が低下して実用上は十分でない。
【０１３７】
また、電極幅Ｌが広くなるに従って、特に、電極上面中央付近で、電気力線が進行方向（水平方向）に傾斜し、垂直方向の電界の弱い領域が発生し、ホッピングの発生力が小さくなる。電極幅Ｌがあまり広くなると、極端な場合、トナーの帯電電荷に応じた鏡像力、ファンデルワールス力、水分等による吸着力が勝り、トナーの堆積が発生することがある。
【０１３８】
そして、搬送及びホッピングの効率から、電極の上にトナー２０個程度が乗る幅であれば吸着が発生しにくく、１００Ｖ程度の低電圧の駆動波形で効率良く搬送、ホッピングの動作が可能である。それ以上広いと部分的に吸着が発生する領域が生じる。例えば、トナーの平均粒径を５μmとすると、５μｍ〜１００μｍまでの範囲に相当する。
【０１３９】
電極幅Ｌのより好ましい範囲は、駆動波形による印加電圧を１００Ｖ以下の低電圧でより効率的に駆動するため、粉体の平均粒径の２倍以上〜１０倍以下である。電極幅Ｌをこの範囲内とすることで、電極表面中央付近の電界強度の低下が１／３以下に抑えられ、ホッピングの効率低下は１０％以下となって、効率の大幅な低下をきたすことがなくなる。これは、例えば、トナーの平均粒径を５μｍとすると、１０μｍ〜５０μｍの範囲に相当する。
【０１４０】
さらに、より好ましくは、電極幅Ｌは、粉体の平均粒径の２倍以上〜６倍以下の範囲である。これは、例えば、トナーの平均粒径を５μｍとすると、１０μｍ〜３０μｍに相当する範囲である。この範囲とすることによって非常に効率が良くなることが判明している。
【０１４１】
ここで、図３５に示すように、搬送基板１上の電極１０２の幅（電極幅）Ｌを３０μｍ、電極間隔Ｒを３０μｍ、電極１０２の厚みを５μｍ、表面保護層１０３の厚みを０．１μｍとし、隣接する２つの電極１０２、１２にそれぞれ＋１００Ｖ、０Ｖを印加し、電極幅Ｌ、電極間隔Ｒに対する搬送電界ＴＥ、ホッピング電界ＨＥの強度を測定した結果を図３６及び図３７に示している。
【０１４２】
なお、各評価データはシミュレーションと実測、および粒子の振る舞いについて高速度ビデオにより実測評価した結果である。図３５では細部を分かり易くするために電極１０２は２つを示しているが、実際のシミュレーション、及び実験は前述したように十分な数の電極を有する領域について評価している。また、トナーＴの粒径は８μｍ、電荷量は−２０μＣ／ｇである。
【０１４３】
これらの図３６及び図３７で示す電界の強度は電極表面の代表点の値であり、搬送電界ＴＥの代表点ＴＥａは図３５に示す電極端部５μｍ上方の点、ホッピング電界ＨＥの代表点ＨＥａは図３５に示す電極中央部５μｍ上方の点とし、それぞれＸ方向、Ｙ方向のトナーに作用する一番電界の強い代表点に相当する。
【０１４４】
これらの図３６及び図３７から、トナーの搬送、ホッピングに作用する力を付与できる電界としては（５Ｅ＋５）Ｖ／ｍ以上、吸着の問題がない好ましい電界としては（１Ｅ＋６）Ｖ／ｍ以上、さらに十分な力を付与できるより好ましい電界としては（２Ｅ＋６）Ｖ／ｍ以上の範囲であることが分かる。
【０１４５】
電極間隔Ｒについては、間隔が広くなるほど搬送方向の電界強度は低下するため、上記電界強度の範囲に対応する値としても同様で、前述したように、トナーの平均粒径の１倍以上〜２０倍以下、好ましくは２倍以上〜１０倍以下、さらにより好ましくは２倍以上〜６倍以下である。
【０１４６】
また、図３７からホッピングの効率は電極間隔Ｒが広がると低下するが、トナー平均粒径の２０倍までは実用上のホッピング効率が得られる。トナー平均粒径の２０倍を越えるとやはり多くのトナーの吸着力が無視できなくなり、ホッピングが全く発生しないトナーが発生するため、この点でも電極間隔Ｒはトナーの平均粒径の２０倍以下とする必要がある。
【０１４７】
以上のように、Ｙ方向の電界強度は電極幅Ｌ、電極間隔Ｒで決定され、狭い方が電界強度は高くなる。また、電極端部寄りのＸ方向の電界強度も電極間隔Ｒで決定され、狭い方が電界強度は高くなる。
【０１４８】
このように、電極のトナー進行方向における幅をトナーの平均粒径の１倍以上２０倍以下で、かつ、電極のトナー進行方向の間隔を粉体の平均粒径の１倍以上２０倍以下とすることによって、電極上又は電極間にある帯電したトナーに対し、その鏡像力、ファンデルワールス力、その他、吸着力にうち勝って、トナーを搬送、ホッピングさせるのに十分な静電力を作用させることができ、トナーの滞留が防止されて、低電圧で安定して効率的に搬送及びホッピングをさせることができる。
【０１４９】
本発明者らの研究するところによると、トナーの平均粒径が２〜１０μｍ、Ｑ／ｍが負帯電の場合には−３〜−４０μＣ／ｇ、より好ましくは、−１０〜−３０μＣ／ｇ、正帯電の場合には＋３〜＋４０μＣ／ｇ、より好ましくは、＋１０〜＋３０μＣ／ｇであるときに、特に、上述した電極構成による搬送及びホッピングを効率的に行うことができた。
【０１５０】
次に、表面保護層１０３について説明する。表面保護層を設けることにより、電極の汚れ、微粒子等の付着が無く、表面を搬送に好適な条件で維持することができ、高湿度環境での沿面リークの回避でき、Ｑ／ｍの変動が無く、粉体の帯電電荷量を安定に維持することができる。
【０１５１】
ここで、図３５の構成において表面保護層の厚さを０．１〜８０μｍの範囲で変化させたときのＸ方向の電界強度を計算値で求めた結果を図３８に示している。
【０１５２】
この表面保護層１０３の誘電率εは空気より高い値であり、通常ε＝２以上である。同図から分かるように、この表面保護層の膜厚（電極表面からの厚さ）が厚すぎると、表面のトナーに作用する電界強度が低下する。そこで、搬送効率、耐温湿度環境等を考慮すると、搬送動作に対して効率低下を問題にしないで実用可能な表面保護層厚さは、３０％効率が低下する１０μｍ以下、より好ましくは効率低下が数％に押さえられる５μｍ以下である。
【０１５３】
また、電極表面のホッピングに作用する電界強度の例を図３９及び図４０に示している。図３９は表面保護層の厚みを５μｍとした例、図４０は表面保護層の厚みを３０μｍとした例であり、いずれも電極幅３０μｍ、電極間隔３０μｍで印加電圧０Ｖ、１００Ｖとしている。
【０１５４】
これらの各図から分かるように、表面保護層の厚さが厚くなると空気より誘電率が高い保護層から隣接する電極方向へ向かう電界が増加するため、表面の垂直方向成分が減少するとともに、保護層の厚み分、表面のトナーに作用する電界強度が低下する。
【０１５５】
すなわち、ホッピングに作用する垂直方向成分の電気力線は保護層厚さに大きく依存する。１００Ｖ程度の低電圧で効率的にホッピングに作用する力を付与できる電界は、吸着の問題がない好ましい電界として（１Ｅ＋６）Ｖ／ｍ以上、さらに十分な力を付与できるより好ましい電界としては（２Ｅ＋６）Ｖ／ｍ以上の範囲であり、そのための保護層厚さとしては１０μｍ以下、より好ましくは５μｍ以下である。
【０１５６】
なお、表面保護層の材料としては、比抵抗は１０＊Ｅ６Ωｃｍ以上、誘電率εが２以上の材料を用いることが好ましい。
【０１５７】
このように、電極表面を覆う表面保護層を設け、この表面保護層の厚さを１０μｍ以下とすることで、特に粉体に対して垂直方向成分の電界をより強く作用させることができ、ホッピングの効率を上げることができる。
【０１５８】
また、潜像担持体の帯電電位との関係については、トナーが負帯電トナーの場合、潜像担持体の表面の帯電電位を−３００Ｖ以下、正帯電トナーの場合、潜像担持体の表面の帯電電位を＋３００Ｖ以下にする。すなわち、潜像担持体の表面の帯電電位は｜３００｜Ｖ以下とする。
【０１５９】
これによって、前述したように、電極をファインピッチ化した場合に、電極１０２、１０２間に印加する電圧が１５０〜１００Ｖ以下の低電圧であっても発生する電界が非常に大きい値となり、電極１０２表面に付着しているトナーを容易に剥離し、飛翔、ホッピングさせることが可能になる。また、ＯＰＣ等の感光体を帯電する時に発生するオゾン、ＮＯxが非常に少なく、又は皆無にすることができて、環境問題、感光体の耐久性に非常に有利となる。
【０１６０】
次に、移動させるトナーの帯電極性と表面保護層の最外層の材料の関係について説明する。なお、表面保護層の最外層とは、表面保護層が単一層の場合には当該層を、表面保護層が複数層から形成される場合には粉体が接触する面を形成する層をいう。
【０１６１】
画像形成装置に用いられるトナーを搬送する場合、トナーの８０％以上を占める樹脂材料としては、溶融温度、カラーにおいては透明性等が考慮され、一般的にはスチレン−アクリル系の共重合体、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリオール樹脂等が用いられる。トナーの帯電特性はこれらの樹脂の影響を受けるが、積極的に帯電量をコントロールする目的で帯電制御剤が加えられる。ブラックトナー（ＢＫ）用の帯電制御剤としては、正帯電の場合は、例えば、ニグロシン系染料、四級アンモニウム塩類、負帯電の場合は、例えば、アゾ系含金属錯体、サリチル酸金属錯体が使用される。また、カラートナー用の帯電制御剤としては、正帯電の場合は、例えば、四級アンモニウム塩類、イミダゾール系錯体類、負帯電の場合は、例えば、サリチル酸金属錯体や塩類、有機ホウ素塩類が使用される。
【０１６２】
一方、これらのトナーは、搬送基板上を移相電界（進行波電界）によって搬送、またはホッピングする動作によって、表面保護層と接触、剥離を繰り返すため、トナーが摩擦帯電の影響を受けることになるが、その帯電量と極性は材料相互の帯電系列によって決まってくる。
【０１６３】
この場合、トナーの帯電量を主に帯電制御剤によって決定される飽和帯電量、または多少低下する程度に維持することで、搬送、ホッピング、感光体現像にとっての効率を向上させることができる。
【０１６４】
そこで、トナーの帯電極性が負の場合は、少なくとも表面保護層の最表面を形成する層の材料として、摩擦帯電系列上でトナーの帯電制御剤として用いられる材料の近傍（搬送、ホッピングの領域が少ない場合）に位置する材料か、または正端側に位置する材料を使用することが好ましい。例えば、帯電制御剤が、サリチル酸金属錯体の場合はこの近傍に位置するポリアミド系が好ましい。例えば、ポリアミド（ナイロン：商品名）６６、ナイロン（商品名）１１等を用いる。
【０１６５】
また、トナーの帯電極性が正の場合は、少なくとも表面保護層の最表面を形成する層の材料として、摩擦帯電系列上でトナーの帯電制御剤として用いられる材料の近傍（搬送、ホッピングの領域が少ない場合）に位置する材料か、または負端側に位置する材料を使用することが好ましい。例えば、帯電制御剤が、四級アンモニウム塩類の場合はこの近傍、またはフッ素等のテフロン（登録商標）系材料を用いる。
【０１６６】
次に、電極１０２の厚みについて説明する。
上述したように電極表面を覆う数μｍ厚さの表面保護層を形成した場合、表面保護層の下に電極がある領域とない領域に対応して、搬送基板表面には凹凸が生じることになる。このとき、電極の厚さを３μｍ以下の薄層に形成することによって、保護膜表面の凹凸を問題にすることなくトナー等、５μm程度の粉体をスムースに搬送することができる。したがって、電極を３μｍ以下の厚みに形成すれば、搬送基板表面の平坦化処理等を必要しないで、薄層の表面保護層を有する搬送基板を実用化でき、搬送、ホッピングのための電界強度が低下することもなくなり、より効率的な搬送、ホッピングを行うことができる。
【０１６７】
次に、本発明に係る現像装置の第２実施形態について図４１を参照以降をも参照して説明する。
この第２実施形態では、第１実施形態の駆動回路２に代えて、搬送基板１の搬送領域１１、現像領域１２及び回収領域１３の各電極１０２に対して、それぞれ駆動波形Ｖａ１、Ｖｂ１、Ｖｃ１、Ｖａ２、Ｖｂ２、Ｖｃ２、Ｖａ３、Ｖｂ３、Ｖｃ３を印加する駆動回路３２を備えている。
【０１６８】
ここで、駆動回路３２から回収領域１３の各電極１０３に出力する回収搬送駆動波形Ｖａ３、Ｖｂ３、Ｖｃ３は、図４２に示すように、搬送駆動波形Ｖａ１、Ｖｂ１、Ｖｃ１にＤＣ＋５０Ｖのバイアス電圧を加えたものであり、各Ａ〜Ｃ相の波形は１２０°ずつ位相がシフトした＋５０〜＋１５０Ｖのパルス波形である。
【０１６９】
この駆動波形を生成するために駆動回路３２に含まれる回収搬送電圧用の波形増幅器２４は、図４３に示すように、前述した波形増幅器２２のクランプ回路２６のＧＮＤ方向とは逆向きのダイオードＤ２及び抵抗Ｒ５とシリーズに＋５０Ｖの電源回路２７を挿入したのものであり、前記波形増幅器２２の出力波形に＋５０ＶのＤＣ電圧がバイアスされ、結果として＋５０〜＋１５０Ｖの波形が得られる。
【０１７０】
このように、搬送基板の各電極に印加する駆動波形をコンデンサ、抵抗、ダイオード及びバイアス電圧発生手段から構成されるクランプ回路で形成することで、簡単な回路構成で、また、低レベル側をクランプすることでドリフトのない、波高値が一定で安定な波形が得られるので、正確なトナー搬送、ホッピングが可能になるとともに、また、低レベル側が０Ｖでない所定のバイアス波形を簡単な電源回路を挿入するだけで構成でき、感光体と搬送基板の間のバイアス電界を調整することが可能になって最適な画像が得られる条件を容易に設定できる。
【０１７１】
この実施形態のように、回収領域１３の各電極１０２に印加する駆動波形にＤＣバイアスを重畳することによって、より回収効率が向上し、飛散トナーの発生を確実に防止できる。
【０１７２】
すなわち、前述したように現像領域通過後の領域でトナーを搬送基板１側に引き戻す電界を形成する手段を設けることによって、トナーの飛散は大変少なくなったが、まだゼロにはならなかった。その原因を究明したところ、高速度カメラの映像と上記シミュレーションより、搬送基板１に近い側でも、回転するＯＰＣ感光体ドラム１０に引かれて空気の移動が生じていることに起因していることが判明した。
【０１７３】
そこで、回収領域１３の各電極１０２に印加する駆動波形に＋５０ＶのＤＣバイアスを重畳して電界強度を高くしたことによって、飛散トナーの発生が略ゼロになった。なお、このときの駆動波形の平均電圧は８３．３Ｖになる。
【０１７４】
このときのトナーＴの挙動の一例について図４４に示している。同図は、各電極１０２に印加する電圧を回収搬送電圧パターンの駆動波形Ｖａ３、Ｖｂ３、Ｖｃ３に切り替えた後１０００μsecを経過したときのトナーの分布を示すものであり、第１実施形態の図２７と同じ経過時間である。この図４４と前記の図３０とを対比すると分かるように、トナーが搬送基板１側に引き寄せられている。
【０１７５】
さらに研究を研究を重ねた結果、バイアス電圧にも適正値があることが判明した。すなわち、ＤＣバイアス電圧を＋１００Ｖにした（駆動波形は＋１００〜＋２００Ｖになり、平均電圧は＋１３３．３Ｖになる。）ときのトナーＴの挙動の一例を図４５に示している。同図は、各電極１０２に印加する電圧を回収搬送電圧パターンの駆動波形Ｖａ３、Ｖｂ３、Ｖｃ３に切り替えた後１０００μsecを経過したときのトナーの分布を示すものであり、前述した図４４と対比すると分かるように、さらにトナーが搬送基板１側に引き寄せられているが、搬送基板１に引き付ける静電力が強くなり、搬送されないトナーがかなり生じる。
【０１７６】
さらに、ＤＣバイアス電圧を＋１５０Ｖにした（駆動波形は＋１５０〜＋２５０Ｖになり、平均電圧は＋１８３．３Ｖになる。）ときのトナーＴの挙動の一例を図４７に示している。同図は、各電極１０２に印加する電圧を回収搬送電圧パターンの駆動波形Ｖａ３、Ｖｂ３、Ｖｃ３に切り替えた後１０００μsecを経過したときのトナーの分布を示すものであり、前述した図４５と対比すると分かるように、さらに搬送基板１に引き付ける静電力が強くなり、ＯＰＣ層１５上に付着していたトナーまで搬送基板１に引き戻され、現像した画像が消えている。
【０１７７】
すなわち、回収搬送電圧のプラスバイアスには適正値があり、低すぎては、浮遊トナーを、ＯＰＣ感光体ドラムの回転に伴って発生している気流中から、ほとんど空気の移動のない搬送基板側に引き寄せることができず、逆に高すぎると、トナーが搬送できなくなり、ついには、いったん現像されたトナーまで回収されて画像が消えてしまうことになる。
【０１７８】
次に、本発明に係る現像装置の第３実施形態について説明する。
この実施形態は、ＯＰＣ感光体ドラム１０の表面電位を高くするとともに、ホッピング電圧パターンの駆動波形Ｖａ２、Ｖｂ２、Ｖｃ２に−ＤＣバイアス電圧を重畳したものである。
【０１７９】
すなわち、ＯＰＣ感光体層１５の帯電電荷密度を、−４．０ｅ-4〔Ｃ／m*m〕に、電位として、−２２０Ｖに上げた。一方、現像領域１２の各電極１０２に印加する駆動波形Ｖａ２、Ｖｂ２、Ｖｃ２として、図４７に示すように−５０ＶのＤＣ電圧をバイアスし、−５０Ｖ〜−１５０Ｖの駆動波形とした。なお、同図でも相対的に＋の時間が３３％デューティーの波形としている。
【０１８０】
この駆動波形を生成するための前述した波形増幅器２３は、図４８に示すように、図３１に示す回路のクランプ回路２５のＧＮＤ方向のダイオードＤ１及び抵抗Ｒ５とシリーズに−５０Ｖの電源回路２８を挿入したのものであり、前記波形増幅器２３の出力波形に−５０ＶのＤＣ電圧がバイアスされ、結果として−５０〜−１５０Ｖの波形が得られる。
【０１８１】
このときのトナーＴの挙動の一例について図４９に示している。同図は、現像終了時のトナーの分布を示すものであり、第１実施形態の図２３と比較すると分かるように、画像部１７ａに付着するトナー数が２倍近くなっている。
【０１８２】
このように、この実施形態では、画像部に付着する（現像する）トナーが増えて、画像濃度が高く、地汚れのない画像を形成することができる。
【０１８３】
これらの第２、第３実施形態を組み合わせて、搬送基板の各電極に対し、負帯電トナーを用いる場合には、現像領域では−Ｖ５〜−Ｖ６（Ｖ５＞Ｖ６）の電圧を、現像領域通過後の領域では＋Ｖ７〜＋Ｖ８（Ｖ８＞Ｖ７）電圧を印加する、つまり、現像領域では−Ｖ〜−（Ｖ＋α）の電圧を、現像領域通過後の領域では＋Ｖ〜＋（Ｖ＋α）電圧を印加する駆動波形とすることによって、トナーによる現像量及び浮遊トナーの回収量をより高めることができる。
【０１８４】
同様に、正帯電トナーを用いる場合には、現像領域では＋Ｖ９〜Ｖ１０（Ｖ１０＞Ｖ９）の電圧を、現像領域通過後の領域では−Ｖ１１〜−Ｖ１２（Ｖ１２＞Ｖ１１）の電圧を印加する、つまり、現像領域では＋Ｖ〜＋（Ｖ＋α）の電圧を、現像領域通過後の領域では−Ｖ〜−（Ｖ＋α）電圧を印加する駆動波形とすることによって、トナーによる現像量及び浮遊トナーの回収量をより高めることができる。
【０１８５】
なお、電圧Ｖ９、Ｖ１０、Ｖ１１、Ｖ１２は、同じ絶対値あってもよいし、異なる絶対値であってもよい。
【０１８６】
次に、本発明に係る現像装置の第４実施形態について説明する。
この実施形態では、前記第１実施形態と同様の駆動波形の電圧パターンを用いて、搬送基板１とＯＰＣ感光体１０との間隔を２００μｍから４００μｍに広げたものである。
【０１８７】
このときのトナーＴの挙動の一例について図５０に示している。同図は、回収搬送電圧パターンの駆動波形を印加した後１０００μsecを経過した時のトナーの分布を示すものであり、第２実施形態の図４４と比較しても、相対的に浮遊していたトナーが搬送基板１側に引き寄せられていることが分かる。このように、一層トナーの飛散を防止することができる。
【０１８８】
次に、本発明に係る現像装置の第５実施形態について図５１を参照して説明する。
この実施形態では、フレキシブル支持基板１１１に複数の電極１０２を設け、保護層１０３を形成した搬送基板４１を用いて、この搬送基板４１のうちの回収領域１３に対応する部分を感光体ドラム１０の表面形状に倣わせて湾曲させている。
【０１８９】
すなわち、前記第１実施形態において感光体ドラム１０の回転数を上げる（周速をあげる）と、トナーの飛散が生じるようになった。これは、感光体ドラム１０と搬送基板１との間隔（ギャップ）が感光体ドラム１０下流側になるほど広がっているため、トナー回収時間が短くなって、浮遊トナーを、搬送基板１側に十分引き付ける前にＯＰＣ感光層が搬送基板１より遠ざかって行ってしまうことが原因であると考えられる。
【０１９０】
そこで、搬送基板４１としてフレキシブル基板を用いて感光体ドラム１０とのギャップを回収領域１３で略同じに保持することで、十分なトナー回収のための時間を確保でき、浮遊トナーを搬送基板４１側に引き付けることができるので、トナーの飛散が解消される。
【０１９１】
この場合、現像時間が不足するときには、図５２に示すように、現像領域１２でも、フレキシブルな搬送基板４１を湾曲させてＯＰＣ感光体ドラム１０の曲率に合わせて湾曲させることで、現像時間を確保することができるようになる。
【０１９２】
また、搬送基板４１を湾曲させる場合、湾曲面を形成している部分は潜像担持体（感光体ドラム１）との間のギャップが潜像担持体の移動方向下流側ほど広くなっているようにすることで、空気の流れが乱れることなく速やかに減衰でき、浮遊トナーの回収をより確実に行うことができる。
【０１９３】
ここで、フレキシブルなファインピッチ薄層電極を有する搬送基板の一例としては、ポリイミドのベースフィルム（厚さ２０〜１００μｍ）を基材（支持基板１１１）として、その上に蒸着法によって０．１〜３μｍのＣｕ、Ａｌ、Ｎｉ-Ｃｒ等を成膜する。幅３０〜６０ｃｍであれば、ロール・トゥ・ロールの装置で製造可能であり、量産性が非常に高まる。共通バスラインは同時に幅１〜５ｍｍ程度の電極を形成する。
【０１９４】
この蒸着法の具体的手段としては、スパッタ法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、イオンビーム法、等の方法が可能である。例えば、スパッタ法で電極を形成する場合において、ポリイミドとの密着性を向上させるため、Ｃｒ膜を介在させても良いし、前処理として、プラズマ処理やプライマー処理によっても密着性を向上させることができる。
【０１９５】
また、蒸着法以外の工法としては、電着法によっても薄層電極を形成することができる。この場合は、ポリイミドの基材上に、まず、無電解メッキによって電極を形成する。塩化Ｓｎ、塩化Ｐｄ、塩化Ｎｉに順次浸漬して下地電極を形成した後、Ｎｉ電解液中で電解メッキを行ってＮｉ膜１〜３μｍをロール・トゥ・ロールで製造することが可能である。
【０１９６】
そして、これらの薄膜電極にレジスト塗布、パタンニング、エッチングで電極１０２を形成する。この場合、０．１〜３μｍ厚さの薄層電極であれば、フォトリソ、エッチング処理によって５μｍ〜数１０μｍ幅、又は間隔のファインパタン電極を精度良く形成することができる。
【０１９７】
次いで、表面保護層１０３としてＳｉＯ２、ＴｉＯ２等を厚さ０．５〜２μｍをスパッタ等により形成する。或いは、表面保護層としてＰＩ（ポリイミド）を厚さ２〜５μｍにロールコータ、その他コーティング装置により塗布し、ベークして仕上げる。ＰＩのままで支障を生じるときには、更に最表面にＳｉＯ２、その他無機膜を０．１〜２μｍの厚みにスパッタ等で形成すればよい。
【０１９８】
また、別の例としては、ポリイミドのベースフィルム（厚さ２０〜１００μｍ）を基材（支持基板１１１）として、その上に電極材料として、厚さ１０〜２０μｍのＣｕ、ＳＵＳ等を使用することも可能である。この場合は、逆に金属材の上にポリイミドをロールコータにて２０〜１００μｍ塗布してベークする。その後、金属材をフォトリソ、エッチング処理によって電極１０２の形状にパターン化し、その電極１０２面上に保護層１０３としてポリイミドをコーティング、金属材電極の厚さ１０〜２０μｍに応じた凹凸がある場合は、適正な段差を含む、準平坦化を行う。
【０１９９】
例えば、粘度５０〜１０，０００ｃｐｓ、より好ましくは１００〜３００ｃｐｓのポリイミド系材料、ポリウレタン系材料をスピンコートして放置することによって、材料の表面張力によって基板の凹凸がスムージングされ、搬送基板最表面が平坦化される。その後、熱処理により安定した保護フィルム膜材となる。
【０２００】
さらに、フレキシブル搬送基板の強度を上げた更に他の例としては、基材として厚さ２０〜３０μｍのＳＵＳ、Ａｌ材等を用いて、その表面に絶縁層（電極と基材との間の絶縁）として５μｍ程度の希釈したポリイミド材をロールコータによりコーティングする。そして、このポリイミドを例えば１５０℃−３０分のプリベーク、３５０℃−６０分のポストベークして薄層ポリイミド膜を形成して支持基板１０１とする。
【０２０１】
その後、密着性向上のプラズマ処理やプライマー処理を施した後、薄層電極層としてＮｉ-Ｃｒを０．１〜２μｍの厚みに蒸着し、フォトリソ、エッチングによって数１０μｍのファインパタンの電極１０２を形成する。さらに、表面にＳｉＯ２、ＴｉＯ２等の表面保護層１０３を０．５〜１μｍ程度の厚みにスパッタにより形成することで、フレキシブル搬送基板を得ることができる。
【０２０２】
次に、本発明に係る現像装置の第６実施形態について説明する。
上述したように感光体ドラム１０の回転数を上げる（周速をあげる）と、感光体ドラム１０と搬送基板１との間隔（ギャップ）が感光体ドラム１０下流側になるほど広がっているため、トナー回収時間が短くなって、浮遊トナーを、搬送基板１側に十分引き付ける前にＯＰＣ感光層が搬送基板１より遠ざかってしまうことになる。
【０２０３】
そこで、この実施形態では、ハードタイプの搬送基板１を使って、搬送基板１とＯＰＣ感光体ドラム１０の間隔が広がるのに合わせて、回収搬送電圧パターンの駆動波形に加えるプラスバイアス電圧を順次増加させるようにしたものである。これにより、周速が上がったときにもトナー飛散を解消することができる。
【０２０４】
このときの回収領域１３の長さに対するＯＰＣ感光体ドラム１０と平板状の搬送基板１間のギャップ、及びそれに対するプラスバイアス電圧の関係を表１に示している。このときの条件は、次のとおりである。なお、なお、もともと地肌部はＯＰＣ感光体層側に浮遊するトナーは少なく、また、回収電界も画像部に比較して大きいので、画像部の回収電界が一定に維持されるようにバイアス電圧を設定した
【０２０５】
（条件）
直径６０ｍｍの感光体ドラムと平板状搬送基板。
回収領域１３は感光体ドラムセンター直下より始まる。
回収搬送電圧パターンは＋１００Ｖ，０Ｖ，０Ｖ（＋バイアス５０Ｖ）
静電潜像電位は、画像部０Ｖ、地肌部−１７０Ｖ。
トナーの帯電極性は負（−２０μＣ／ｇ）
【０２０６】
【表１】
次に、本発明に係る現像装置の第７実施形態について図５３を参照して説明する。
この実施形態は、搬送基板１（又は搬送基板４１）の各電極１０２に印加する駆動波形のバイアス電圧を変化できるようにしたものである。図５３はこの場合のホッピング電圧パターンの駆動波形を出力するための波形増幅器２３の一例を示すものであり、図４８の回路において、固定電圧を出力するバイアス電源回路２８に代えて、出力電圧を可変できるバイアス電源回路２９を備えている。なお、搬送電圧パターン、或いは回収搬送電圧パターンの駆動波形を出力するための波形増幅器２２、２４についても同様にバイアス電圧を可変とすることができる。また、バイアス電源回路２９の出力電圧は、図示しない主制御部によって調整できるようにしている。
【０２０８】
すなわち、トナーの帯電量や、ＯＰＣ感光体の表面電位が、使用環境の温湿度や、プリンタの使用時間によって変化し、また、複写機の場合は、濃度の薄い原稿をより濃く複写したい場合や、逆に、地肌を飛ばして複写したい場合がある。そこで、この実施形態のようにバイアス値を変化できるようにすることで、環境の変化や、機械の変化、原稿の濃淡にかかわらず常に良好な画像をトナーの飛散無しに形成することができる。
【０２０９】
また、バイアス電圧をフィードパック制御する構成でなくても、機械組み立て後の機械間の特性バラツキをこのバイアス電圧を調整することで最適な画像が得られるように調整することもできる。
【０２１０】
ここで、パルス状駆動波形に直流バイアス電圧（現像バイアス）を重畳した場合の現像バイアスと地肌部に対するトナー付着量について図５４を参照して説明する。
まず、潜像担持体、搬送基板の電極、その他空間等に関する条件として、トナー平均直径：８μｍ、平均Ｑ／ｍ：−２０μＣ／ｇ、搬送基板と潜像担持体のギャップ（Ｇａｐ）：２００μｍ、潜像のラインパタン幅：３０μｍを３〜１０ライン、ラインパタンの間隔（地肌部分)：４５０μｍ、潜像ラインパタン部（画像部）電位：３０Ｖ、地肌部電位：１１０Ｖ、搬送電極（電極１０２）：幅３０μｍ／間隔３０μｍとし、この電極１０２に対して基本駆動パルス：０〜−１００Ｖ/３相駆動、３ｋＨｚ、６６％Ｄｕｔｙとし、この基本駆動パルスに対して直流電圧のバイアスを＋２０〜−４０Ｖと可変して現像を行ったときの現像バイアスと地肌部に対するトナー付着量の関係は同図に示すようになった。また、このときの電極の電位、感光体表面電位などとの関係を表２に示している。
【０２１１】
【表２】
なお、上記の潜像パタン条件は、トナー付着にとっては極細線まで現像するための厳しいパタンであり、このパタンまで現像できれば広い方向については問題なく現像することができる。
【０２１３】
図５４において、直流バイアス電圧を−４０Ｖより１０Ｖづつ上げて行くと、地肌に到達するトナーの数（同図に実線で表記）も減るが、ライン潜像を現像するトナーの数（単位長当たりの数、同図に破線で表記）も減っていくことが分かる。なお、この結果は現像バイアス電圧に対する地肌到達トナーを潜像担持体がニップ領域を通過する現像時間内に付着した量の計測値である。
【０２１４】
現像は、地汚れさせずに、最小ドットを現像できることが必要である。そのためには、地肌に到達するトナーがなく、最小ドット幅の潜像にトナーが到達できればよい。その観点から見ると、図５４の結果は、地汚れさせずに最小ドット幅を現像できるのは、現像バイアスが−３０〜＋１０Ｖ、好ましくは−２０Ｖ〜０Ｖ（なお、０Ｖのときはパルス状駆動波形のみとなる。）の範囲内であることが分かる。そのときの、駆動パルス電圧の平均値は、−６３．３〜−２３．３Ｖ、好ましくは−５３．３〜−３３．３Ｖの範囲内である。
【０２１５】
さらに、現像ギャップ（Ｇａｐ）、駆動パルス条件をパラメータにトナー付着の評価を行った結果、駆動パルス（駆動波形）の周波数が比較的高い値の条件においては、パルスの平均値電位が潜像担持体の画像部と非画像部の間にあることで正常な画像が得られることが判った。
【０２１６】
また、駆動パルスの周波数が比較的低い値の条件においては、ホッピングされたトナーの最初の出発点の電位は、平均値ではなく、ホッピング電圧パターンのロー”Ｌ”の電位が支配的である（表２のLow 電位（Ｖ）に相当する欄）。
【０２１７】
これは、例えば、加速されて飛翔するトナーの平均速度が０．３ｍ／secであるとき、電界強度が１／５に低下する３０μｍの高さ方向の距離を移動する時間は１００μｍとなる。したがって、この場合には、駆動波形の印加電圧の時定数として１００μsec以上であれば、初速が得られ、ホッピング動作が可能になる。これより、ロー”Ｌ”電位の印加時間が１００μsec以上の駆動パルスは、Ｄｕｔｙ５０％の場合は５ｋＨｚ以下、Ｄｕｔｙ６６％の場合は３．３ｋＨｚ以下で好適な画像が得られることが確認できた。
【０２１８】
次に、本発明に係る現像装置の第８実施形態について図５５を参照して説明する。
この実施形態は、上記各実施形態において回収領域１３では搬送基板を用いてトナーを回収する構成としていたものに代えて、回収領域１３を持たない搬送基板６１を用いて現像を行うとともに、現像領域１２の出口付近に、トナーが潜像担持体である感光体ドラム１と反対側に向かう方向の電界を形成する手段として回収ローラ６２を設け、この回収ローラ６２にバイアス電源６３から電界発生用のバイアス電圧を印加し、また回収ローラ６２表面から回収トナーを剥離する回収ブレード６４を設けている。
【０２１９】
この実施形態において、具体的に、現像領域１２の出口に、直径２０ｍｍの金属ローラからなる回収ローラ６２を、ＯＰＣ感光体ドラム１０より０．５ｍｍのギャップを空けて配置し、この回収ローラ６２にバイアス電圧として＋５００Ｖを印加したところ、浮遊トナーの大部分は金属ローラである回収ローラ６２に静電付着し、トナーの飛散が低減した。
【０２２０】
さらに、金属ローラである回収ローラ６２を、ＯＰＣ感光体ドラム１０と同方向に回転させ、その間のギャップで、両ローラを逆方向に移動させて、感光体ドラム６２によって発生する気流を止めたところ、すべてのトナーを回収することができ、トナー飛散がなくなった。
【０２２１】
このように、トナーが潜像担持体である感光体ドラム１と反対側に向かう方向の電界を形成する手段としては、搬送基板に限られるものではなく、ローラ部材或いは、平板状部材などを用いることもできる。
【０２２２】
なお、前記実施形態で説明したシュミレーションで用いたトナーの粒径（半径）の分布を図５６に、帯電量Ｑ／ｍの分布を図５７にそれぞれ示している。なお、これらの分布は従来のトナーにおける実測値を基にした一例である。
【０２２３】
次に、本発明に係る現像装置を含む本発明に係る画像形成装置の第１実施形態について図５８を参照して説明する。
この画像形成装置の全体の概略及び動作を説明すると、潜像担持体である感光体ドラム３０１は基体３０２上に感光体層３０３を形成してなり、同図で矢示方向に回転駆動される。この感光体ドラム３０１は帯電装置３０５によって一様に帯電され、露光部３０６からの読み取り画像に応じたレーザー光による書き込みにより、感光体ドラム３０１の表面に静電潜像が形成される。
【０２２４】
そして、この感光体ドラム３０１表面の静電潜像は、本発明に係る現像装置３１６によってトナーが付着されて可視像化され、この可視像は、給紙カセット３１７から給紙された転写紙（記録媒体）３１９に転写電源３２１からの電圧が印加される転写コロ３２０によって転写され、この可視像が転写された転写紙３１９は、感光体ドラム３０１の表面より分離されて、定着ユニット３２３のローラ間を通って、可視像が定着され、機外の排紙トレイへと排紙される。
【０２２５】
一方、転写が終了した感光体ドラム３０１の表面に残留しているトナーはクリーニング装置３２５によって除去され、感光体ドラム３０１の表面に残留している電荷は除電ランプ３２６によって消去される。
【０２２６】
そこで、現像装置３１６について説明すると、現像装置３１６内には粉体であるトナーの帯電を施す部材の一例として帯電ブラシ３３１ａ、３３１ｂの両ブラシが接触するように配置され回転動作し、トナータンク３３２から送り込まれるトナーＴはブラシ３３１ａ、３３１ｂによる摩擦を受けて帯電が施される。
【０２２７】
帯電が施されトナーは、搬送基板３４１に送り込まれ、この搬送基板３４１上を搬送、ホッピングされて潜像担持体３０１に対向する現像領域に送られて、所要の現像を行った後、現像に供されなったトナーは搬送基板３４１の終端から落下して、逆送搬送基板３４２によってトナーに帯電を施す部材（帯電ブラシ３３１ｂ）に逆送される。
【０２２８】
なお、搬送基板３４１及び逆送搬送基板３４２の構成は、前記搬送基板１と同様であり、搬送基板３４１及び逆送搬送基板３４２の各電極に駆動波形を与える駆動回路の構成も図示は省略するが、前記現像装置の各実施形態で説明した同様である。
【０２２９】
このように構成することで、飛散トナーが少なく、高い現像品質で現像を行って高画質の画像を形成することができる。
【０２３０】
次に、本発明に画像形成装置の第２実施形態について図５９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４０１（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４０２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４０３とミラー４０４とを含む走査光学系４０５と、ミラー４０６、４０７を含む走査光学系４０８とが移動して、原稿画像の読み取りが行われる。
【０２３１】
ここで、走査された原稿画像がレンズ４０９の後方に配置した画像読み取り素子４１０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４１３で反射した後、ミラー４１４を介して感光体ドラム４０１上に照射する。この感光体ドラム４０１は帯電装置４１５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４０１の表面に静電潜像が形成される。
【０２３２】
そして、この感光体ドラム４０１表面の静電潜像は、本発明に係る現像装置４１６によってトナーが付着されて可視像化され、この可視像（トナー像）は、給紙部４１７Ａ又は４１７Ｂから給紙コロ４１８Ａ又は４１８Ｂで給紙された転写紙（記録媒体）４１９に転写チャージャ４２０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４１９は、分離チャージャ４２１により感光体ドラム４０１の表面より分離されて、搬送ベルト４２２によって搬送され、定着ローラ対４２３の圧接部を通って、可視像が定着され、機外の排紙トレイ４２４へと排紙される。
【０２３３】
一方、転写が終了した感光体ドラム４０１の表面に残留しているトナーはクリーニング装置４２５によって除去され、感光体ドラム４０１の表面に残留している電荷は除電ランプ４２６によって消去される。
【０２３４】
現像装置４１６は、図６０に示すように、トナーを収納するトナーホッパ部４３１と、このトナーホッパ部４３１内のトナーを攪拌するアジテータ４３２と、トナーホッパ部４３１内のトナーを帯電させてトナーボックス部４３３に供給する帯電ローラ４３４及びこの帯電ローラ４３４の周面に接触させて配置したドクターブレード４３５とを備えている。
【０２３５】
また、トナーボックス部４３３内に供給されたトナーを現像のために搬送、ホッポングするために搬送する搬送基板４４１と、この搬送基板４４１の終端から落下する現像に供されなかったトナーを帯電を施す部材（帯電ローラ４３４）に戻す方向に搬送する逆送搬送基板４４２とを備えている。
【０２３６】
なお、上記第１実施形態でも述べたとおり、搬送基板４４１及び逆送搬送基板４４２の構成は、前記搬送基板１と同様であり、搬送基板４４１及び逆送搬送基板４４２の各電極に駆動波形を与える駆動回路の構成も図示は省略するが、前記現像装置の各実施形態で説明した同様である。
【０２３７】
このように構成することで、飛散トナーが少なく、高い現像品質で現像を行って高画質の画像を形成することができる。
【０２３８】
次に、本発明に係るプロセスカートリッジを備えた画像形成装置の第３実施形態について図６１及び図６２を参照して簡単に説明する。なお、図６１は同画像形成装置の概略構成図、図６２は同画像形成装置を構成するプロセスカートリッジの概略構成図である。
【０２３９】
この画像形成装置５００は、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｂｋ）の４色でフルカラー画像を形成するレーザプリンタの一例であり、各色用の画像信号に応じたレーザビームを出射する４つの光書き込み装置５０１Ｍ、５０１Ｃ、５０１Ｙ、５０１Ｂｋ（以下「光書き込み装置５０１」とも総称する。）と、作像用の４つのプロセスカートリッジ５０２Ｍ、５０２Ｃ、５０２Ｙ、５０２Ｂｋと、画像が転写される記録用紙を収納する給紙カセット５０３と、給紙カセット５０３から記録用紙を給紙する給紙ローラ５０４と、記録用紙を所定のタイミングで搬送するレジストローラ５０５と、記録用紙を各プロセスカートリッジの転写部に搬送する転写ベルト５０６と、記録用紙に転写された画像を定着する定着ベルト５０７と加圧ローラ５０８からなる定着装置５０９と、定着後の記録用紙を排紙トレイ５１１に排紙する排紙ローラ５１０等を備えた構成となっている。
【０２４０】
４つのプロセスカートリッジ５０２Ｍ、５０２Ｃ、５０２Ｙ、５０２Ｂｋの構成は同じ（以下「プロセスカートリッジ５０２」とも総称する。）であり、図６２に示すように、各プロセスカートリッジ５０２は、ケース内に像担持体であるドラム状の感光体５２１と、帯電ローラ５２２と、本発明に係る現像装置５２３と、クリーニングブレード５２４等を一体に備え、画像形成装置本体に対して着脱可能に構成している。現像装置５２３を着脱自在であるプロセスカ−トリッジ５０２内に具備させることにより、メンテナンス性の向上、他の装置との一体交換を容易に行うことができるようになる。
【０２４１】
また、現像装置５２３内には、トナー供給ローラ５２５、帯電ローラ５２６、搬送基板１、搬送基板１へのトナー送り込み基板５２７、回収トナーを戻すトナー戻しローラ５２８が設けられており、各色のトナーが収納されている。また、プロセスカートリッジ５０２の背面側には、光書き込み装置５０１からのレーザビームが入射される窓口となるスリット５３０が設けられている。
【０２４２】
各光書き込み装置５０１Ｍ、５０１Ｃ、５０１Ｙ、５０１Ｂｋは、半導体レーザ、コリメートレンズ、ポリゴンミラー等の光偏向器、走査結像用光学系等から構成され、装置外部のパーソナルコンピュータ等のホスト（画像処理装置）から入力される各色用の画像データに応じて変調されたレーザビームを出射し、各プロセスカートリッジ５０２Ｍ、５０２Ｃ、５０２Ｙ、５０２Ｂｋの感光体５２１上を走査し、静電荷像（静電潜像）を書き込む。
【０２４３】
そして、画像形成が開始されると、各プロセスカートリッジ５０２Ｍ、５０２Ｃ、５０２Ｙ、５０２Ｂｋの感光体５２１が帯電ローラ５２２で均一に帯電され、各光書き込み装置５０１Ｍ、５０１Ｃ、５０１Ｙ、５０１Ｂｋから画像データに応じたレーザビームが照射されて各感光体上に各色の静電潜像が形成される。
【０２４４】
この感光体５２１上に形成された静電潜像は、現像装置５２３の搬送基板１によるＥＴＨ現像により、各色のトナーによって現像され顕像化される。また、現像に供されなかったトナーは搬送基板１で搬送されてトナー戻しローラ５２８によってトナー送り込み基板５２７の入口側に戻される。このように、本発明に係る現像装置によって現像を行うことで、前述したように高品質の画像を形成することができる。
【０２４５】
一方、各プロセスカートリッジ５０２Ｂｋ、５０２Ｙ、５０２Ｃ、５０２Ｍの各色の画像形成に同期して、供給カセット５０３内の記録用紙が供給ローラ５０４で給紙され、レジストローラ５０５により所定のタイミングで転写ベルト５０６に向けて搬送される。そして、記録用紙は転写ベルト５０６に担持されて４つのプロセスカートリッジ５０２Ｂｋ、５０２Ｙ、５０２Ｃ、５０２Ｍの感光体５２１に向けて順次搬送され、各感光体上のＢｋ、Ｙ、Ｃ、Ｍの各色のトナー像が順次重ね合わせて転写される。４色のトナー像が転写された記録用紙は、定着装置５０９に搬送され、４色のトナー像からなるカラー画像が定着されて排紙トレイ５１１に排紙される。
【０２４６】
次に、本発明に係るプロセスカートリッジを含む本発明に係る画像形成装置の第４実施形態について図６３及び図６４を参照して簡単に説明する。なお、図６３は同画像形成装置の概略構成図、図６４は同画像形成装置を構成するプロセスカートリッジの概略構成図である。
【０２４７】
この画像形成装置は、水平に延在する転写ベルト（像担持体）２５１に沿って、各色のプロセスカ−トリッジ２６０Ｙ、２６０Ｍ、２６０Ｃ、２６０Ｂｋ（以下「プロセスカートリッジ２６０」とも総称する。）を並置したタンデム方式のカラー画像形成装置である。なお、プロセスカ−トリッジ２６０は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順で説明したが、この順番に特定されるものではなく、どの順番で並置してもよい。
【０２４８】
プロセスカ−トリッジ２６０は、像担持体２６１、帯電手段２６２、本発明に係る静電搬送装置の搬送基板１を含む現像手段２６３、クリーニング装置２６４等の構成要素のうち、複数のものをプロセスカ−トリッジとして一体に結合して構成し、このプロセスカ−トリッジを複写機やプリンタ等の画像形成装置本体に対して着脱可能に構成している。
【０２４９】
通常、カラーの画像形成装置は複数の画像形成部を有するため装置が大きくなってしまう。また、現像装置、クリーニングや帯電などの各ユニットが個別で故障したり、寿命による交換時期がきた場合は、装置が複雑でユニットの交換に非常に手間がかかっていた。
【０２５０】
そこで、少なくとも像担持体と現像手段の構成要素をプロセスカ−トリッジ２６０として一体に結合して構成することによって、ユーザーによる交換も可能な小型で高耐久のカラー画像形成装置を提供することができる。
【０２５１】
ここで、各色のプロセスカ−トリッジ２６０Ｙ、２６０Ｍ、２６０Ｃ、２６０Ｂｋで現像された像担持体２６２上の現像トナーは水平に延在する転写電圧が印加された転写ベルト２５１に順次転写される。
【０２５２】
このようにイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと画像の形成が行なわれ、転写ベルト２５１上に多重に転写され、転写手段２５２で転写材２５３にまとめて転写される。そして、転写材２５３上の多重トナー像は図示しない定着装置によって定着される。
【０２５３】
上記各実施形態で説明した画像形成装置は、いずれも本発明に係る静電搬送装置を含む現像手段（装置）を備えているので、装置の小型化、低コスト化を図れ、トナ−飛散などもなく、画像品質を向上することができる。
【０２５４】
なお、上記実施形態においては、粉体としてトナーを例に説明しているが、トナー以外の粉体を搬送するための装置などにも同様に適用することができる。また、搬送電極に印加する駆動信号は３相を例に説明しているが、４相、６相などでもよい。
【０２５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る現像装置によれば、搬送部材の電極に対して粉体が潜像の画像部に対しては潜像担持体側に向かい、非画像部に対しては粉体が潜像担持体と反対側に向かう方向の電界を形成する電位を与えるので、低電圧駆動が可能で、高い現像効率で高品質現像を行うことができる。
【０２５６】
また、本発明に係る現像装置によれば、現像領域で、粉体が潜像の画像部に対しては潜像担持体側に向かい、非画像部に対しては粉体が潜像担持体と反対側に向かう方向の電界を形成し、現像領域通過後の領域で、粉体が潜像潜像担持体と反対側に向かう方向の電界を形成するので、低電圧駆動が可能で、高い現像効率で高品質現像を行うことができるとともに、粉体の飛散をより一層確実に抑制することができる。
【０２５７】
本発明に係る現像方法によれば、現像領域通過後の領域で粉体を潜像潜像担持体と反対側に向かわせる方向の電界を形成して、現像領域通過後の領域で粉体を引き戻すので、飛散粉体を可及的に低減することができ、また、現像品質が向上する。
【０２５８】
本発明に係るプロセスカートリッジによれば、本発明に係る現像装置の搬送部材を備えているので、低電圧駆動が可能で、高い現像効率で高品質現像を行って高品質画像を形成可能なプロセスカートリッジが得られる。
【０２５９】
本発明に係る画像形成装置によれば、本発明に係る現像装置或いはプロセスカートリジを備えているので、高画質画像を形成することができる。
【０２６０】
本発明に係る画像形成方法によれば、本発明に係る現像方法を用いて潜像を現像して画像を形成するので、飛散粉体が少なく、高画質画像を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る現像装置の第１実施形態を説明する概略構成図
【図２】同装置の搬送基板の平面説明図
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿う断面説明図
【図４】図２のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図
【図５】図２のＣ−Ｃ線に沿う断面説明図
【図６】図２のＤ−Ｄ線に沿う断面説明図
【図７】搬送基板に与える駆動波形の一例を説明する説明図
【図８】粉体の搬送、ホッピングの説明に供する説明図
【図９】粉体の搬送、ホッピングの具体例の説明に供する説明図
【図１０】同装置の駆動回路の一例を示すブロック図
【図１１】搬送電圧パターン及び回収搬送電圧パターンの駆動波形の一例を示す説明図
【図１２】ホッピング電圧パターンの駆動波形の一例を示す説明図
【図１３】ホッピング電圧パターンの駆動波形の他の例を示す説明図
【図１４】ホッピングの原理の説明に供するシュミレーション対象領域の説明図
【図１５】電極近傍の電界ベクトルの説明に供する説明図
【図１６】印加電圧とホッピング方向電界と０Ｖ電極センターからの高さの関係の一例を説明する説明図
【図１７】印加電圧に対するＹ方向速度及びホッピング高さの関係の一例を説明する説明図
【図１８】ＥＴＨ現像におけるホッピング電圧パターンの駆動波形を印加して現像を開始する直前（０μsec後）のトナー位置の説明に供する説明図
【図１９】同じく１００μsec後のトナー位置の説明に供する説明図
【図２０】同じく２００μsec後のトナー位置の説明に供する説明図
【図２１】同じく３００μsec後のトナー位置の説明に供する説明図
【図２２】同じく５００μsec後のトナー位置の説明に供する説明図
【図２３】同じく１０００μsec後のトナー位置の説明に供する説明図
【図２４】同じく１５００μsec後のトナー位置の説明に供する説明図
【図２５】同じく２０００μsec後のトナー位置の説明に供する説明図
【図２６】同じく現像終了後回収搬送電圧パターンの駆動波形を印加して１００μsec後のトナー位置の説明に供する説明図
【図２７】同じく２００μsec後のトナー位置の説明に供する説明図
【図２８】同じく４００μsec後のトナー位置の説明に供する説明図
【図２９】同じく７００μsec後のトナー位置の説明に供する説明図
【図３０】同じく１０００μsec後のトナー位置の説明に供する説明図
【図３１】ホッピング電圧パターン用波形増幅器の一例を説明する説明図
【図３２】同波形増幅器の説明に供する各部の波形の説明図
【図３３】回収搬送電圧パターン及び搬送電圧パターン用波形増幅器の一例を説明する説明図
【図３４】同波形増幅器の説明に供する各部の波形の説明図
【図３５】同装置の搬送基板の電極幅及び電極間隔の説明に供する説明図
【図３６】電極幅と０Ｖ電極端の電界（Ｘ方向）の関係の一例を説明する説明図
【図３７】電極幅と０Ｖ電極端の電界（Ｙ方向）の関係の一例を説明する説明図
【図３８】表面保護層の膜厚と電界強度の関係の一例を説明する説明図
【図３９】表面保護層の膜厚と電界強度の関係の説明に供する説明図
【図４０】表面保護層の膜厚と電界強度の関係の説明に供する説明図
【図４１】本発明に係る現像装置の第２実施形態を説明する概略構成図
【図４２】同装置の回収搬送電圧パターンの駆動波形の説明図
【図４３】同回収搬送電圧パターンの駆動波形を生成する波形増幅器の一例を説明する説明図
【図４４】同回収搬送電圧パターンの駆動波形を印加して１０００μsec後のトナー位置の説明に供する説明図
【図４５】同回収搬送電圧パターンのバイアス電圧を＋１００Ｖにした駆動波形を印加して１０００μsec後のトナー位置の説明に供する説明図
【図４６】同回収搬送電圧パターンのバイアス電圧を＋１５０Ｖにした駆動波形を印加して１０００μsec後のトナー位置の説明に供する説明図
【図４７】本発明に係る現像装置の第３実施形態におけるホッピング電圧パターンの駆動波形を説明する説明図
【図４８】同ホッピング電圧パターンの駆動波形を生成する波形増幅器の一例を示す説明図
【図４９】同実施形態の現像終了時のトナー位置の説明に供する説明図
【図５０】本発明に係る現像装置の第４実施形態における回収搬送電圧パターンの駆動波形を印加した後１０００μsecを経過した時のトナー位置の説明に供する説明図
【図５１】本発明に係る現像装置の第５実施形態の説明に供する要部概略構成図
【図５２】同実施形態の他の例の説明に供する要部概略構成図
【図５３】本発明に係る現像装置の第７施形態におけるホッピング電圧パターンの駆動波形生成用の波形増幅器を説明する説明図
【図５４】現像バイアス電圧とトナー付着量の関係の一例を説明する説明図
【図５５】本発明に係る現像装置の第８実施形態の説明に供する要部概略構成図
【図５６】シュミレーションで用いたトナーの半径分布を示す説明図
【図５７】シュミレーションで用いたトナーの帯電量Ｑ／ｍ分布を示す説明図
【図５８】本発明に係る画像形成装置の第１実施形態を説明する概略構成図
【図５９】本発明に係る画像形成装置の第２実施形態を説明する概略構成図
【図６０】同画像形成装置の現像装置部分の拡大説明図
【図６１】本発明に係る画像形成装置の第３実施形態を説明する概略構成図
【図６２】同画像形成装置のプロセスカートリッジの概略構成図
【図６３】本発明に係る画像形成装置の第３実施形態を説明する概略構成図
【図６４】同画像形成装置のプロセスカートリッジの概略構成図
【符号の説明】
１、４１、６１…搬送基板、２…駆動回路、１０…感光体ドラム、１１…搬送領域、１２…現像領域、１３…回収領域、１０１…支持基板、１０２…電極、２２ａ〜２２ｃ、２３ａ〜２３ｃ…波形増幅器、３０１…感光体ドラム、３４１…搬送基板、３４２…逆送搬送基板、４０１…感光体ドラム（潜像担持体）、４０５、４０８…走査光学系、４１３…ポリゴンミラー、４１５…帯電装置、４１６…現像装置、４３４…帯電ローラ、４４１…搬送基板、４４２…逆送搬送基板、５０２Ｍ、５０２Ｃ、５０２Ｙ、５０２Ｂ…プロセスカートリッジ、５２３…現像装置、５６０Ｍ、５６０Ｃ、５６０Ｙ、５６０Ｂ…プロセスカートリッジ、５６３…現像装置。
Claims (30)
- 潜像担持体上に粉体を付着させて潜像担持体上の潜像を現像するための現像装置において、前記潜像担持体に対向して配置され、前記粉体を移動させる進行波電界を発生させるための複数の電極を有する搬送部材を備え、前記搬送部材の電極には、前記粉体が前記潜像の画像部に対しては前記潜像担持体側に向かい、非画像部に対しては前記粉体が前記潜像担持体と反対側に向かう方向の電界を形成するｎ相の電位が印加されることを特徴とする現像装置。
- 請求項１に記載の現像装置において、前記搬送部材の電極に印加される電圧の平均値電位が、前記潜像の画像部電位と非画像部電位の間となる電位であることを特徴とする現像装置。
- 請求項１又は２に記載の現像装置において、前記搬送部材の電極に印加される電圧の波形はパルス電圧と直流バイアス電圧とを重畳した波形であることを特徴とする現像装置。
- 請求項３に記載の現像装置において、前記直流バイアス電圧を出力する手段を有し、この手段は直流バイアス電圧の値を変化可能なことを特徴とする現像装置。
- 請求項１又は２に記載の現像装置において、前記搬送部材の電極に印加される電圧の波形はパルス状波形であることを特徴とする現像装置。
- 請求項１に記載の現像装置において、前記搬送部材に印加される電圧の波形にはパルス状波形を含み、パルス状波形のうち前記搬送部材からトナーが反発飛翔する電位が、前記潜像の画像部電位と非画像部電位の間となる電位であることを特徴とする現像装置。
- 潜像担持体上に粉体を付着させて潜像担持体上の潜像を現像するための現像装置において、現像領域通過後の領域で前記粉体が前記潜像担持体と反対側に向かう方向の電界を形成する手段を備えていることを特徴とする現像装置。
- 潜像担持体上に粉体を付着させて潜像担持体上の潜像を現像するための現像装置において、現像領域で、前記粉体が前記潜像の画像部に対しては前記潜像担持体側に向かい、非画像部に対しては前記粉体が前記潜像担持体と反対側に向かう方向の電界を形成し、現像領域通過後の領域で、前記粉体が前記潜像担持体と反対側に向かう方向の電界を形成する手段を備えていることを特徴とする現像装置。
- 請求項７又は８に記載の現像装置において、前記現像領域通過後の領域で形成される電界の強さは前記潜像担持体に付着した粉体を潜像担持体面より引き剥がさない範囲であることを特徴とする現像装置。
- 請求項７ないし９のいずれかに記載の現像装置において、前記電界を発生する手段は、前記粉体を搬送させるための進行波電界を発生させるための複数の電極を有する搬送部材を含み、この搬送部材の各電極にｎ相の電位が印加されることを特徴とする現像装置。
- 請求項１０に記載の現像装置において、前記潜像担持体側の電位に対して前記進行波電界を発生させるために前記搬送部材に印加される電位は、前記現像領域で、前記粉体が前記潜像の画像部に対しては前記潜像担持体側に向かい、非画像部に対しては前記粉体が前記潜像担持体と反対側に向かう方向の電界が形成され、現像領域通過後の領域で、前記粉体が前記潜像担持体と反対側に向かう方向の電界が形成される電位であることを特徴とする現像装置。
- 請求項１０又は１１に記載の現像装置において、前記搬送部材に印加される電圧の平均値電位が、前記現像領域では前記潜像の画像部電位と非画像部電位の間の電位であり、前記現像領域通過後の領域では前記潜像の画像部電位と非画像部電位の両電位よりも高い電位であることを特徴とする現像装置。
- 請求項１０又は１１に記載の現像装置において、前記搬送部材に印加される電圧の平均値電位が、前記現像領域では前記潜像の画像部電位と非画像部電位の間であり、前記現像領域通過後の領域では前記潜像の画像部電位と非画像部電位の両電位よりも低い電位であることを特徴とする現像装置。
- 請求項１０ないし１３のいずれかに記載の現像装置において、前記潜像担持体と前記搬送部材との間のギャップに応じて前記搬送部材に異なるバイアス電圧が印加され、又は前記搬送部材に印加される電位が異なることを特徴とする現像装置。
- 請求項１０ないし１３のいずれかに記載の現像装置において、前記潜像担持体と前記搬送部材との間のギャップが前記現像領域と前記現像領域通過後の領域で略同じであることを特徴とする現像装置。
- 請求項１５に記載の現像装置において、前記搬送部材が湾曲面を形成可能な部材で形成されていることを特徴とする現像装置。
- 請求項１６に記載の現像装置において、前記搬送部材の湾曲面を形成している部分が前記現像領域通過後の領域であることを特徴とする現像装置。
- 請求項１７に記載の現像装置において、前記搬送部材の湾曲面を形成している部分は前記潜像担持体との間のギャップが潜像担持体の移動方向下流側ほど広くなっていることを特徴とする現像装置。
- 請求項１０ないし１８のいずれかに記載の現像装置において、前記搬送部材の電極に対して、前記現像領域では０〜−Ｖ１の電圧が、現像領域通過後の領域では０〜＋Ｖ２の電圧が印加されることを特徴とする現像装置。
- 請求項１０ないし１８のいずれかに記載の現像装置において、前記搬送部材の電極に対して、前記現像領域では０〜＋Ｖ３の電圧が、現像領域通過後の領域では０〜−Ｖ４の電圧が印加されることを特徴とする現像装置。
- 請求項１９又は２０に記載の現像装置において、前記搬送部材の電極に対して印加する駆動波形を生成する回路にはクランプ回路を含むことを特徴とする現像装置。
- 請求項１０ないし１８のいずれかに記載の現像装置において、前記搬送部材の電極に対して、前記現像領域では−Ｖ５〜−Ｖ６（Ｖ５＞Ｖ６）の電圧が、現像領域通過後の領域では＋Ｖ７〜＋Ｖ８（Ｖ８＞Ｖ７）電圧が印加されることを特徴とする現像装置。
- 請求項１０ないし１８のいずれかに記載の現像装置において、前記搬送部材の電極に対して、前記現像領域では＋Ｖ９〜Ｖ１０（Ｖ１０＞Ｖ９）の電圧が、現像領域通過後の領域では−Ｖ１１〜−Ｖ１２（Ｖ１２＞Ｖ１１）の電圧が印加されることを特徴とする現像装置。
- 請求項２２又は２３に記載の現像装置において、前記搬送部材の電極に対して印加する駆動波形を生成する回路を有し、この回路にはクランプ回路を含み、このクランプ回路には直流バイアス電圧を発生する手段を含むことを特徴とする現像装置。
- 請求項２４に記載の現像装置において、前記直流バイアス電圧を発生する手段は直流バイアス電圧の値を変化可能なことを特徴とする現像装置。
- 潜像担持体上に粉体を付着させて潜像担持体上の潜像を現像するための現像方法において、現像領域通過後の領域で前記粉体を前記潜像担持体と反対側に向かわせる方向の電界を形成して、現像領域通過後の領域で前記粉体を引き戻すことを特徴とする現像方法。
- 少なくとも現像手段を含み、画像形成装置本体に着脱自在であるプロセスカートリッジにおいて、前記現像手段が請求項１ないし２５のいずれか記載の現像装置の搬送部材であることを特徴とするプロセスカートリッジ。
- 潜像担持体上に粉体を付着させて潜像担持体上の潜像を現像して画像を形成する画像形成装置において、前記請求項１ないし２５のいずれかに記載の現像装置若しくは請求項２７に記載のプロセスカートリッジを備えていることを特徴とする画像形成装置。
- カラー画像を形成する画像形成装置において、請求項２７に記載のプロセスカートリッジを複数備えていることを特徴とする画像形成装置。
- 潜像担持体上に粉体を付着させて潜像担持体上の潜像を現像して画像を形成する画像形成方法において、前記請求項２６に記載の現像方法で前記潜像を現像して画像を形成することを特徴とする画像形成方法。
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