JP2006251104A - 現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 搬送電界によってトナーを像担持体に対する現像領域に搬送するとき、トナーがトナー搬送部材に付着して、搬送効率が低下する。
【解決手段】 静電潜像が形成される像担持体１との対向領域にトナーを搬送するトナー搬送部材２と、トナー搬送部材２にトナーを供給する現像剤担持体３と、トナー搬送部材２の電極に対して電圧を印加する第２電圧印加手段１２とを備え、第２電圧印加手段１２によってトナー搬送部材２の各電極１０２に対し、同一の電極１０２に印加されるトナーを引き付ける電圧成分の連続印加時間ｔｂが５００μｓｅｃ以下であるパルス状電圧Ｖ１１〜１３を印加する。
【選択図】 図８

Description

本発明は現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置に関し、特に粉体を進行波電界によって移送する現像装置、プロセスカートリッジ、画像形成装置に関する。

プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、プリンタ／ファックス／複写機複合機等の各種画像形成装置として、像担持体を帯電させ、静電潜像を形成して、この静電潜像に着色体などの粉体（以下「トナー」又は「トナー粒子」という。）を付着させて現像し、トナー像を被記録媒体に転写する電子写真プロセスを用いる画像形成装置が知られている。

このような画像形成装置において、特許文献１に記載されているように、所定間隔を有して複数配列されている電極に対して多相電圧を印加して進行波電界を形成することによって、現像剤を搬送する現像剤搬送手段を備え、静電潜像をその表面に担持する像担持体に対向する現像領域に、該現像搬送手段が配置されている現像装置において、上記現像搬送手段は複数の電極をエンドレスループ状に配列し、該複数の電極は、複数のユニットに分割して配列されるとともにユニットごとの電圧印加を制御する手段を設け、ユニット個別に多相電圧を印加することが可能に構成されているものがある。
特許第３５３０１２４号公報

この特許文献１に記載の装置では、所定の現像搬送動作が終了した後、未だ現像剤が現像剤搬送手段に残存している場合、第１のユニットには多相電圧を印加せず、第２のユニットにのみ多相電圧を印加することによって、現像剤を供給せずに残存している現像剤のみ搬送することを可能とし、また、現像剤搬送部材の表面に付着した現像剤に関しては、現像剤搬送部材を回転可能な構成とし、さらにトナー回収部材を設けて、現像剤搬送部材を回転させながらトナー回収部材によって表面に付着している現像剤を除去するようにしている。

また、本出願人は、特許文献２に記載しているように、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を利用した現像方式を用いる現像装置を提案している。この現像装置は、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、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、搬送部材の電極には、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ものである。
特開２００４−１９８６７５号公報

さらに、特許文献３には、搬送される現像剤によって搬送部材の表面が帯電したり、表面に現像剤が固着したりして現像剤の搬送が不安定となるのを防ぐために、現像剤搬送部材の周面を覆う無端ベルト状の被覆部材を設け、被覆部材を現像剤搬送部材に対して移動させ、クリーニング部材を設けることによって、被覆部材から現像剤を除去し、現像剤搬送部材の表面に現像剤が付着するのを防ぐようにすることができる記載されている。
特開２００２−９１１６０号公報

上述したように移相電界（進行波電界）によってトナー粒子を移動させるタイプの現像装置においては、進行波電界によってトナーを像担持体（潜像担持体）に対向する領域まで搬送されるが、電極上に搬送されずに表面に付着してしまうトナーも発生し、その後のトナー搬送が影響を受け、トナーの効率的な搬送が阻害されるおそれがある。

この場合、特許文献３に記載されているように被覆部材で現像剤搬送部材の表面を覆うと、搬送電界が歪み、現像剤の搬送に影響を与えることになる。ここで、被覆部材を非常に薄くすることによって、搬送電界の歪みを小さくすることはできるが、被覆部材の耐久性が小さくなり、経時劣化しやすくなる。また、被覆部材を移動させる機構を新たに設ける必要があり、コストが高くなるという課題もある。

また、特許文献１に記載されているような構成を採用すると、現像剤搬送部材を回転可能な構成にしたり、トナー回収部材を設けることによって、コストが高くなるという課題があるとともに、トナーの電極への付着そのものを防止できないという課題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、搬送電界によってトナーを移動させるトナー搬送部材に対するトナーの付着を防止した現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係る現像装置は、像担持体の潜像を現像するための、所定の間隔で並べて配置された複数の電極に多相の電圧が印加されること形成される搬送電界によって、像担持体との対向領域にトナーを搬送するトナー搬送部材を備えた現像装置において、トナー搬送部材の各電極に対し、同一の電極に印加されるトナーを引き付ける電圧成分の連続印加時間が５００μｓｅｃ以下であるパルス状電圧を印加する手段を備えている構成とした。

ここで、同一の電極に印加されるトナーを引き付ける電圧成分の連続印加時間はパルス状電圧の周波数及びパルスデューティで決定される構成とした。また、トナー搬送部材が形成する搬送電界が２．２×１０^６Ｖ／ｍ以上であることが好ましい。さらに、同一の電極に印加されるトナーを引き付ける電圧成分の連続印加時間は３３μｓｅｃ以上であることが好ましい。さらにまた、トナー搬送部材に対してトナーを供給するトナー供給手段を備え、このトナー供給手段は現像剤を表面に担持して搬送する現像剤担持体であって、この現像剤担持体に対して電圧を印加する電圧印加手段を備えていることが好ましい。

本発明に係る現像装置は、像担持体の潜像を現像するための、所定の間隔で並べて配置された複数の電極に多相の電圧が印加されること形成される搬送電界によって、像担持体との対向領域にトナーを搬送するトナー搬送部材と、このトナー搬送部材に対してトナーを供給するトナー供給手段とを備えた現像装置において、トナー搬送部材とトナー供給手段が対向する領域における搬送電界がトナー搬送部材と像担持体が対向する領域における搬送電界よりも大きくなる構成とした。

ここで、トナー搬送部材における複数の電極は、すべての領域で電極幅、電極間距離、電極ピッチが同じに形成され、トナー搬送部材の複数の電極を複数の領域に分割して各領域毎に個別的に多相の電圧を印加可能であって、トナー搬送部材とトナー供給手段が対向する領域における搬送電界がトナー搬送部材と像担持体が対向する領域における搬送電界よりも大きくなる電圧を印加する電圧印加手段を備えていることが好ましい。

或いは、トナー搬送部材における複数の電極は、トナー供給手段が対向する領域における電極幅、電極間距離及び電極ピッチの少なくともいずれかが、像担持体が対向する領域における電極幅、電極間距離及び電極ピッチの少なくともいずれかよりも小さく形成され、トナー搬送部材とトナー供給手段が対向する領域における電極とトナー搬送部材と像担持体が対向する領域における電極に対して同じ波高値の電圧を印加する電圧印加手段を備えていることが好ましい。

そして、トナー供給手段は現像剤を表面に保持し現像剤を搬送する現像剤担持体であり、この現像剤担持体に電圧を印加する電圧印加手段を有することが好ましい。この場合、トナー搬送部材が現像剤担持体に対向する領域における搬送電界は、現像剤担持体とトナー搬送部材間の距離と電位差で決定される供給電界よりも大きいことが好ましい。

また、搬送電界は、トナー搬送部材の電極に印加する電圧の波高値と電極間距離と電極幅で決定される値である。現像剤は、磁性キャリアと非磁性のトナーからなる二成分現像剤、又は、トナーからなる一成分現像剤を用いることができる。

本発明に係るプロセスカートリッジは、本発明に係る現像装置を備えている構成とした。

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本発明に係るプロセスカートリッジを備えている構成とした。

本発明に係る画像形成装置は、カラー画像を形成する画像形成装置において、本発明に係るプロセスカートリッジを複数備えている構成とした。

本発明に係る現像装置によれば、トナー搬送部材の各電極に対し、同一の電極に印加されるトナーを引き付ける電圧成分の連続印加時間が５００μｓｅｃ以下であるパルス状電圧を印加する手段を備えている構成としたので、トナーのトナー搬送部材への付着を防止してトナーを効率的に搬送し、現像に供することができる。

本発明に係る現像装置によれば、トナー搬送部材とトナー供給手段が対向する領域における搬送電界がトナー搬送部材と像担持体が対向する領域における搬送電界よりも大きくなる構成としたので、トナーのトナー搬送部材への付着を防止してトナーを効率的に搬送し、現像に供することができる。

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を備えているので、トナーのトナー搬送部材への付着を防止してトナーを効率的に搬送し、現像に供することができるプロセスカートリッジが得られる。

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本発明に係るプロセスカートリッジを備えているので、トナーのトナー搬送部材への付着を防止してトナーを効率的に搬送し、現像に供することができる画像形成装置が得られる。

本発明に係る画像形成装置によれば、カラー画像を形成する画像形成装置において、本発明に係るプロセスカートリッジを複数備えている構成としたので、トナーのトナー搬送部材への付着を防止してトナーを効率的に搬送し、現像に供することができるカラー画像形成装置が得られる。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。なお、以下の説明においては、現像剤担持体からトナー搬送部材に対して電界による静電気力を受けてトナーが移動することを「移動」や「供給」といい、その移動、供給されるトナーの量を「供給量」と表現する。また、トナー搬送部材に供給された（移動した）トナーが搬送電界によってトナー搬送部材表面を移動することを「搬送」といい、搬送されるトナーの量を「搬送量」と表現している。また、供給量が低下すると搬送量も低下する関係にあり、トナー搬送部材に供給されるが搬送されず、トナーがトナー搬送部材の表面に付着している場合も搬送量は低下する。

先ず、本発明に係る現像装置の第１実施形態の一例ついて図１を参照して説明する。なお、図１は同現像装置の模式的構成図である。
この現像装置は、磁性キャリアと非磁性トナーから成る二成分現像剤を用いる現像装置であり、静電潜像が形成される像担持体１との対向領域にトナーを搬送するローラ状に形成したトナー搬送部材２と、このトナー搬送部材２にトナーを供給するトナー供給手段である現像剤担持体３と、この現像剤担持体３で供給するトナー及び磁性キャリアを収容する現像剤収容部４とを備えている。

なお、このトナー搬送部材２と像担持体１は、５０〜１０００μｍ、好ましくは１５０〜４００μｍの間隙をあけて非接触で対向している。また、トナー搬送部材２は回転せず、外周面をトナーが矢示方向に搬送電界（移相電界）で搬送される。一方、現像剤担持体３は矢示方向に回転する。

現像剤収容部４は、２室に分けられており、各室は現像装置内の両端部の図示しない現像剤通路によって連通している。この現像剤収容部４には二成分現像剤が収容されており、各室にある攪拌搬送スクリュー５Ａ、５Ｂによって攪拌されながら現像剤収容部４内を搬送されている。

また、現像剤収容部４には図示しないトナー収容部から現像剤を補給するためのトナー補給口６を設けている。そして、現像剤収容部４には現像剤の透磁率を検知する図示しないトナー濃度センサ（図示せず）が設置されており、現像剤の濃度を検知している。現像剤収容部４のトナー濃度が減少すると、トナー補給口６から現像剤収容部４にトナーが補給される。

現像剤担持体３は、現像剤収容部４の攪拌搬送スクリュー５Ａと対向する領域に配置されている。現像剤担持体３の内部には、固定された磁石が配置されおり、現像剤担持体３の回転と磁力によって、現像剤収容部４内の現像剤は現像剤担持体３表面に汲み上げられる。

また、現像剤の汲み上げ領域より現像剤担持体３の回転方向（矢示方向）下流側でトナー搬送部材２との対向領域より上流側には、現像剤担持体３と対向する領域に現像剤層規制部材７を設け、汲み上げ領域で汲み上げたれた現像剤を一定量の現像剤層厚に規制される。そして、現像剤層規制部材７を通った現像剤は現像剤担持体３の回転に伴って、トナー搬送部材２と対向する領域まで搬送される。

ここで、現像剤担持体３には、第１電圧印加手段１１によって供給バイアスが印加されている。また、トナー搬送ローラには、第２電圧印加手段１２によって後述するように電極に電圧が印加されている。なお、第１、第２電圧印加手段１１、１２によって印加する電圧の詳細については後述する。

これにより、現像剤担持体３とトナー搬送ローラが対向する領域においては、第１、第２電圧印加手段１１、１２によってトナー搬送ローラと現像剤担持体３との間に電界が生じている。その電界からの静電気力を受け、トナーはキャリアから解離し、トナー搬送ローラ２表面に移動する。そして、トナー搬送部材２表面に達したトナーは、第２電圧印加手段１２が印加する電圧によって形成される搬送電界によって、トナー搬送部材２表面上をホッピングしながら搬送される（移動する）。

次いで、潜像担持体１と対向する領域まで搬送電界によって搬送されたトナーは、トナー搬送部材２と潜像担持体１上の画像部との間の現像電界によって、潜像担持体１上に移動して潜像担持体１上の潜像を可視像化（現像）する。

次に、本発明に係る現像装置の第１実施形態の他の例について図２を参照して説明する。なお、図２は同現像装置の模式的構成図である。
この現像装置は、非磁性トナーから成る一成分現像剤を用いる現像装置であり、静電潜像が形成される像担持体１との対向領域にトナーを搬送するローラ状に形成したトナー搬送部材２と、このトナー搬送部材２にトナーを供給するトナー供給手段である現像剤担持体１３と、この現像剤担持体１３で供給するトナーを収容する現像剤収容部１４とを備えている。

なお、このトナー搬送部材２と像担持体１は、５０〜１０００μｍ、好ましくは１５０〜４００μｍの間隙をあけて非接触で対向している。また、トナー搬送部材２は回転せず、外周面をトナーが矢示方向に搬送電界（移相電界）で搬送される。一方、現像剤担持体１３は矢示方向に回転する。

現像剤収容部１４にはトナー補給ローラ１５Ａ、１５Ｂを備え、トナーはトナー補給ローラ１５Ａと現像剤担持体１３とによる摩擦帯電などによって、静電気力によって現像剤担持体１３上に汲み上げられる。そして、現像剤担持体１３上のトナーは現像剤層規制部材７によって薄層化され、現像剤担持体１３の回転に伴ってトナー搬送部材２と対向する領域に搬送される。

ここでも、現像剤担持体１３には、第１電圧印加手段１１によって供給バイアスが印加されている。また、トナー搬送部材２には、第２電圧印加手段１２によって後述するように電極に電圧が印加されている。なお、第１、第２電圧印加手段１１、１２によって印加する電圧の詳細については後述する。

これにより、現像剤担持体１３とトナー搬送部材２が対向する領域においては、第１、第２電圧印加手段１１、１２によってトナー搬送部材２と現像剤担持体１３との間に電界が生じている。その電界からの静電気力を受け、トナーは現像剤担持体１３表面から解離し、トナー搬送部材２表面に移動する。そして、トナー搬送部材２表面に達したトナーは、第２電圧印加手段１２が印加する電圧によって形成される搬送電界によって、トナー搬送部材２表面上をホッピングしながら搬送される。

そして、潜像担持体１と対向する領域まで搬送電界によって搬送されたトナーは、トナー搬送部材２と潜像担持体１上の画像部との間の現像電界によって、潜像担持体１上に移動して潜像担持体１上の潜像を可視像化（現像）する。

ここで、トナー搬送部材２の詳細について図３以降を参照して説明する。
図３は、同トナー搬送部材２の像担持体１側表面を拡大した断面図である。
トナー搬送部材２は、支持基板１０１上に複数の電極１０２、１０２、１０２……を、ｎ本を１セットとして、トナー移動方向に沿って所要の間隔で配置し、この上に静電搬送面１０３ａを形成する絶縁性の静電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。

本実施形態における支持基板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ＳｉＯ_２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。

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。

表面保護層１０３としては、例えばＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＴｉＯ_４、ＳｉＯＮ、ＢＮ、ＴｉＮ、Ｔａ_２Ｏ_５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。

図3において、各電極１０２から伸びる線は各電極１０２に電圧を印加するための導電線をあらわしており、各線の重なる部分のうち黒丸で示した部分だけが電気的に接続されており、他の部分は電気的に絶縁状態である。各電極１０２に対しては、本体側の第２電圧印加手段（電源）１１からｎ相の異なる駆動電圧Ｖ１１〜Ｖ１３が印加される。なお、本実施形態では３相の駆動電圧が印加される場合（ｎ＝３）について説明するが、本発明はトナー粒子が搬送される限りにおいて、ｎ＞２を満たす任意の自然数ｎについて適用可能である。

本実施形態では、各電極１０２は現像装置側の接点Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３のいずれかに接続されており、各接点Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３は、現像装置が画像形成装置本体に装着された状態においては、それぞれ駆動波形Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３を与える本体側の第２電圧印加手段１１と接続される。

そこで、トナー搬送部材２におけるトナーの静電搬送の原理について説明する。トナー搬送部材２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、トナー搬送ローラ４２上の帯電したトナー粒子は反発力及び／又は吸引力を受けて移送方向に移動する。

例えば、トナー搬送部材２の複数の電極１０２に対して図４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Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の３相のパルス状駆動波形を、タイミングをずらして印加する。このとき、図５に示すように、トナー搬送部材２上に負帯電トナーＴがあり、トナー搬送部材２の連続した複数の電極１０２にそれぞれ「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」が印加された（同図（ａ））とすると、負帯電トナーＴは「＋」の電極１０２上に位置する。次のタイミングで複数の電極１０２にはそれぞれ「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」が印加され（同図（ｂ））、負帯電トナーＴには左側の「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、同図（ｃ）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。

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、トナー搬送部材２上には進行波電界（移相電界）が発生し、負帯電トナーはこの進行波電界の進行方向に移動する。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。

次に、上述した現像装置における第１電圧印加手段１１、第２電圧印加手段１２による印加電圧について図６以降を参照して説明する。なお、以下では、トナーとキャリア、又はトナーと現像剤担持体との摩擦帯電によって、トナーが負に帯電する場合で説明する。
上述したように、現像剤担持体３又は１３によってトナー搬送部材２と対向する領域まで現像剤が搬送されるが、第１電圧印加手段１１によって印加されている供給バイアスによって、トナーはキャリア又は現像剤担持体１３から解離し、トナー搬送部材２に移動する。

ここで、第１電圧印加手段１１から現像剤担持体３，１３に印加する供給バイアスとしては、直流バイアスのみ、又は直流バイアスに交流バイアスを重畳させたバイアスいずれでも良い。

直流バイアスに交流バイアスを重畳させたバイアスを印加する場合、交流成分の波形としてはｓｉｎ波、矩形波、三角波等のいずれでも良いが、本実施形態では、電圧が瞬時に切り替わることによってトナーがキャリア又は現像剤担持体１３から解離しやすい矩形波を用いている。矩形波を用いることによって、現像剤担持体１３からトナー搬送部材２へのトナーの供給量が増加すると考えられる。

また、矩形波のピーク間電圧Ｖ１ｐｐは直流成分Ｖ１ｄｃより大きくしている。現像剤担持体３，１３とトナー搬送部材２間の電界が大きく変化し、トナーがキャリア又は現像剤担持体１３から解離しやすくなり、トナー供給量が増加する。

さらに、矩形波の一周期のうち、第２電圧印加手段１２が印加する電圧の直流成分との電位差が大きい成分の割合が、第２電圧印加手段１２が印加する電圧の直流成分との電位差が小さい成分の割合よりも大きくなるような電圧を印加している。このような電圧を印加することによって、電位差が大きい成分が印加されているときの方が電界が大きくなり、トナーが現像剤担持体３，１３からトナー搬送部材２へ移動しやすい。矩形波の一周期のうち絶対値の大きい成分の割合が絶対値の小さい成分の割合よりも大きいと、より多くのトナーを移動させることができる。本実施形態では、一周期のうち第２電圧印加手段１２が印加する電圧の直流成分との電位差が大きい成分の割合を８０％としている。このような電圧を第１電圧印加手段１１が現像剤担持体３又は１３に印加することによって、多くのトナーをキャリア又は現像剤担持体１３から解離させトナー搬送部材２へ移動させることができる。

次に、第２電圧印加手段１２からトナー搬送部材２に印加する電圧（駆動波形）Ｖ１１〜Ｖ１３（以下「電圧Ｖ０」という。）は、図６に示すように、パルス状電圧とし、このパルス状電圧Ｖ１１〜Ｖ１３は、トナーを電極１０２に引き付ける（成分の）電圧とトナーを電極１０２に対して反撥させる（成分の）電圧うち、トナーを引き付ける（成分の）電圧が同一の電極１０２に続けて印加される時間（連続印加時間）が５００μｓｅｃ以下になるパルス状電圧としている。

すなわち、トナー搬送部材２の１つの電極１０２に印加するパルス状電圧Ｖ０は、平均電圧Ｖ０ｄｃ＝０Ｖ、ピーク間電圧Ｖ０ｐｐの波形である。トナーは負帯電であるため、トナーを電極１０２に引き付ける（成分の）電圧は期間ｔｂの電圧である。トナーを反撥させる（成分の）電圧は期間ｔａの電圧となる。ここでは、この期間ｔｂを５００μｓｅｃ以下とし、かつ、期間ｔｂは３３μｓｅｃ以上としている。このパルス状電圧の一周期中の期間ｔｂ、期間ｔａは、第２電圧印加手段１２によって印加する電圧の周波数ｆとパルスデューティ（Ｄｕｔｙ）で決定される値である。

ここで、第２電圧印加手段１２から印加するパルス状電圧Ｖ０の周波数を変化させたときのトナー搬送量比の実験結果について図７に示している。なお、「トナー搬送量」とは、トナー搬送部材２と潜像担持体１とが対向する現像領域まで搬送されたトナーの量であり、供給領域やトナー搬送部材２の途中でトナー搬送部材２表面に付着したトナーは含んでいない。

この図７から分かるように、トナー搬送部材２の電極１０２に印加するパルス状電圧Ｖ０の周波数が１ｋＨｚより大きい領域では、トナー搬送量比（ここでは、周波数１ｋＨｚのときの搬送量との比）はほぼ１であり、供給されたトナーはトナー搬送部材２表面に付着することなく、像担持体１との間の現像領域に搬送される。しかし、周波数が１ｋＨｚより小さくなっていくとトナー搬送量比が「１」から減少していき「0」に近づいていく。なお、図６に示す結果は、第１電圧印加手段１１が印加する供給バイアスの条件は一定であり、供給されるトナー量は一定である。また、第２電圧印加手段１２が印加する電圧のＤｕｔｙは５０％で一定である。

この図７の結果を、期間ｔｂをパラメートとすると、図８に示すようになる。この図８から分かるように、期間ｔｂが５００μｓｅｃ以下ではトナー搬送量比がほぼ「１」であるが、５００μｓｅｃを越えると、トナー搬送量比は減少する。

次に、パルス状電圧Ｖ０の周波数を１ｋＨｚで一定とし、デューティ（Ｄｕｔｙ）を５０％前後で変化させた場合のトナー搬送量比（ここでは、Ｄｕｔｙ５０％のトナー搬送量との比）を図９に示している。
この図９から分かるように、パルス状電圧Ｖ０のＤｕｔｙが５０％以下の場合はトナー搬送量比がほぼ「１」であり、供給されたトナーはトナー搬送部材２表面に付着することなく、現像領域に搬送される。Ｄｕｔｙが５０％より大きくなりに従ってトナー搬送量比は「１」より減少する。

この図９の結果を、期間ｔｂをパラメータにすると、図１０に示すようになる。図１０も図８と同様に、期間ｔｂが５００μｓｅｃ以下ではトナー搬送量比がほぼ「１」であるが、５００μｓｅｃを越えるとトナー搬送量比は減少する。

これらの実験結果において、供給側の条件は一定であるため、供給されるトナーの量は一定である。したがって、期間ｔｂが５００μｓｅｃを越えると、供給されたトナーの一部はトナー搬送部材２の表面に付着してしまい、搬送されなくなってしまうということができる。

この現象は次のように説明することができる。つまり、トナーは搬送電界によって引き引き付けられる成分の電圧が印加されている電極１０２の領域のトナー搬送部材２表面に加速されながら衝突する。衝突したトナーはある反撥係数によって決定される速度を持って跳ね返る。しかし、引き付けられる成分の電圧がまだ印加されているために、跳ね返ったトナーは搬送電界によって再びトナー搬送部材２表面に衝突する。衝突したトナーは再びある速度を持って跳ね返る。引き付けられる成分の電圧が印加されている期間ｔｂの間は、トナーは、トナー搬送部材２表面（搬送面）との衝突を繰り返し、やがてトナー搬送部材２表面に付着する。

この付着力としては、トナーが搬送電界から受ける力の他に、静電気的な付着力として搬送部材２表面の鏡像力、非静電気的な付着力としてファンデルワールス力や吸着水分子による液架橋力等が考えられるが、これらの付着力は時間とともに増加する。したがって、トナーが搬送部材２と継続的に接触している時間が長くなると、付着力は増加することになる。

期間ｔｂが経過し電圧が切り替わり、トナーを反撥する成分の電圧が印加されると、トナーは搬送電界によってトナー搬送部材２表面から反撥する力を受ける。搬送部材２との付着力が搬送電界による反撥する力より小さい場合は、トナーは再び搬送部材２表面から離れることができるが、搬送部材２との付着力が搬送電界による反撥する力がより大きい場合は、トナーは搬送部材２と付着したままとなり搬送されなくなってしまう。

したがって、トナーが搬送部材２表面から離れることができるか付着したままになるかは、時間ｔｂの長さによって決定されることになる。上述した実験結果より、期間ｔｂが５００μｓｅｃ以下ではトナーと搬送部材２との付着力が搬送電界による反撥する力より小さくなるためトナーは搬送されるが、期間ｔｂが５００μｓｅｃを越えると、トナーと搬送部材２との付着力が搬送電界による反撥する力より大きくなってしまうため、トナーは搬送部材２表面に付着してしまい、搬送されなくなる。つまり、トナーが搬送部材２の電極１０３に印加する電圧は期間ｔｂが５００μｓｅｃ以下となる電圧とすることによって、トナーがトナー搬送部材２表面に付着することを防止できることになる。

このように、トナー搬送部材による搬送電界でトナーを搬送する場合、トナーをトナー搬送部材表面に付着させる力としては静電気的な付着力や非静電気的な付着力としていろいろ考えられるが、それらの付着力はトナーと搬送部材表面との接触時間が長くなれば増加していくと考えられる。そこで、トナー搬送部材の電極に印加する電圧は、同一の電極にトナーを引きつける（成分の）電圧を続けて印加する連続印加時間が５００μｓｅｃ以下である電圧とすることで、付着力が大きくなる前にトナーと反撥する電圧を印加してトナーを表面から剥離させることができ、トナー搬送部材に対するトナー付着を防止することができ、搬送効率が向上する。

次に、パルス状電圧Ｖ０の周波数を大きく上げた場合のトナー搬送量比（ここでは、周波数１５ｋＨｚの場合のトナー搬送量との比）の変化を図１１に示しているである。なお、Ｄｕｔｙは５０％である。この図１１から分かるように、周波数１５ｋＨｚ以下ではトナー搬送量比はほぼ「１」であり、トナーは搬送部材２表面に付着することなく搬送される。周波数が１５ｋＨｚより大きくなると、トナー搬送量比が減少する。

この図１１の結果を、期間ｔｂをパラメータにすると、図１２に示すようになる。図１２において、周波数１５ｋＨｚに対応するのがｔｂ＝３３μｓｅｃの点である。したがって、３３μｓｅｃ以上ではトナー搬送量比はほぼ「１」であるが、３３μｓｅｃより小さい（短い）とトナー搬送量比が減少する。

これは、次のように説明できる。つまり、トナーが搬送電界から力を受け移動する場合、トナーは空気の粘性抵抗を受けている。電圧が切り替わりトナーが搬送電界から力を受けて移動しようとするが、空気との粘性抵抗のためすぐに移動することはできない。トナーが移動しきれていない状態でさらに電圧が切り替わるとトナーは移動できずその領域にとどまったままになってしまう。

周波数が高い場合、電圧の切り替わりが速いため、その切り替わりに追随できないトナーが増加し、結果的にトナー搬送量比は低下する。図１１の結果より、期間ｔｂが３３μｓｅｃより小さいと、上述したように電圧の切り替わりにトナーが追随できず、トナー搬送量比は低下する。

このように、パルス状電圧の切り替わり時間が短すぎると、空気の粘性等によりトナーはその切り替わりに追随できなくなってしまい、却ってトナーを搬送することができなくなる。そこで、同一の電極に続けて印加する連続印加時間ｔｂを３３μｓｅｃ以上とすることで、トナーは電界の切り替わりに追随することができ、正常にトナーを搬送することができる。

次に、トナー搬送部材２で形成する搬送電界について説明する。
トナー搬送部材２表面へのトナー付着は、搬送電界が小さくなると発生しやすい。そこで、搬送電界は２．２×１０^６Ｖ／ｍ以上としている。搬送電界は、第２電圧印加手段１２が印加する電圧Ｖ０の波高値と、図１３に示すようなトナー搬送部材２の電極１０２の幅（電極幅）ａと電極１０２、１０２間の距離（電極間距離）Ｒとで決定される。

トナー搬送部材２表面での搬送電界を考える場合、表面の絶縁膜（保護膜）１０３は非常に薄いため、絶縁膜の影響は無視する。トナー搬送部材２表面での搬送電界は電極１０２の中央で最も弱くなる。よって、搬送電界は、電極１０２の中央と隣の電極１０２の端部との距離（Ｒ＋ａ／２）と電極間電位差、即ち、第２電圧印加手段１２が印加する電圧Ｖ０の波高値との比で決定される。

例えば、トナー搬送部材２の電極幅ａが３０μｍ、電極間距離Ｒが３０μｍとする。第２電圧印加手段１２が印加する電圧の波高値Ｖ０ｐｐを４０〜３００Ｖで変化させた場合のトナー搬送量比（ここでのトナー搬送量比は、波高値Ｖ０ｐｐ＝１００Ｖの場合のトナー搬送量との比）を図１４に示している。なお、周波数は１ｋＨｚでＤｕｔｙは５０％であるため、図６の期間ｔｂは５００μｓｅｃである。

この図１４から分かるように、波高値Ｖ０ｐｐが１００Ｖ以上の場合はトナー搬送量比がほぼ「１」であり、供給されたトナーは搬送部材２表面に付着することなく搬送される。波高値Ｖ０ｐｐが１００Ｖより小さい場合は、トナー搬送量比が減少する。

この図１４の結果を、搬送電界をパラメートとすると、図１５に示すようになる。波高値が１００Ｖの場合、搬送電界はＶ０ｐｐ／（Ｒ＋ａ／２）＝２．２×１０^６Ｖ／ｍである。この図１５から分かるように、搬送電界が２．２×１０^６Ｖ／ｍ以上の場合はトナー搬送量比がほぼ「１」であり、供給されたトナーは搬送部材表面に付着することなく搬送される。搬送電界が２．２×１０^６Ｖ／ｍより小さい場合は、トナー搬送量比が減少する。

これは、搬送電界が小さくなると、トナーが搬送電界から受ける力が搬送部材２表面との付着力より小さくなるため、搬送部材２表面へのトナー付着が発生するためである。したがって、本実施形態では搬送電界は２．２×１０^６Ｖ／ｍ以上とする。

このように、同一の電極にトナーを引き付ける（成分の）電圧の連続印加時間が５００μｓｅｃ以下とあっても、トナー搬送部材の搬送電界が小さすぎると、表面にトナーが付着してしまうことになる。そこで、搬送電界を２．２×１０^６Ｖ/ｍ以上にすることで、確実にトナー付着を防ぐことができる。

本実施例では、トナーはキャリア、または現像剤担持体との摩擦帯電によって負に帯電する場合を示したが、正に帯電する場合も同様の説明があてはまる。正に帯電する場合は、図６において期間ｔａを５００μｓｅｃ以下３３μｓｅｃ以上となるようにする。

また、上述したように、磁性キャリアと非磁性トナーから成る二成分現像剤を用いる場合には、キャリアとの接触摩擦によってトナーが帯電するため、帯電が安定し、また、現像においてトナーの供給量が多いため、高速現像に適している。したがって、二成分現像剤を用いることによって、帯電の安定したトナーを大量にトナー搬送部材に供給することができる。

また、現像剤として、トナーから成る一成分現像剤を用いた場合、当然のことながら、キャリアの付着という問題が生じない。つまり。二成分現像剤の場合、現像剤担持体３の回転や磁気穂がトナー搬送部材２に衝突する衝撃によって、磁気穂を形成しているキャリアの一部が切れてトナー搬送部材２に移動し、供給領域でトナー搬送部材２の表面に付着してしまうおそれがある。一成分現像剤の場合、キャリアを用いていないのでトナー搬送部材表面へのキャリアの付着という問題は起こらない。また、一成分現像剤の場合、現像剤収容部が簡単な構成となるため、現像装置を小型化・低コスト化することが可能となる。

さらに、上述したように、トナー搬送部材にトナーを供給する方式として、現像剤を表面に保持し現像剤を搬送する現像剤担持体とし、その現像剤担持体に電圧を印加してトナーをトナー搬送部材に供給することによって、多くのトナーを供給することができる。そして、トナー搬送部材の同一の電極に引き付ける成分の電圧の連続印加時間が５００μｓｅｃ以下になる電圧を印加することで、多くのトナーを搬送部材の表面に付着することなく、供給、搬送することができる。

次に、本発明の第２実施形態に係る現像装置について図１６以降をも参照して説明する。なお、ここでも、トナーとキャリア又はトナーと現像剤担持体との摩擦帯電によってトナーが負に帯電する場合について説明する。
先ず、二成分現像剤を用いる現像装置の一例を図１６に、一成分現像剤を用いる現像装置の一例を図１７にそれぞれ示している。これらの現像装置が前記第１実施形態の現像装置と異なる部分は、トナー搬送部材２の電極１０２に対してパルス状電圧を印加する手段として第２電圧印加手段２２を備えている点である。

すなわち、この実施形態では、図１８に示すように、トナー搬送部材２の各電極１０２を、トナー供給ローラ３と対向する供給領域２Ａ、像担持体１と対向する現像領域２Ｂ、供給領域２Ａから現像領域２Ｂに向けてトナーを搬送する領域及び現像領域２Ｂから供給領域２Ａに向けてトナーを搬送する領域（これらを併せて「搬送領域２Ｃ」という。）との３つの領域に分割して、図１９に示すように、第２電圧印加手段２２から搬送領域２Ｃの各電極１０２に対して３相の電圧Ｖ１１〜Ｖ１３を、供給領域２Ａの各電極１０２に対して３相の電圧Ｖ２１〜Ｖ２３を、現像領域２Ｂの各電極１０２に対して３相の電圧Ｖ３１〜Ｖ３２を、それぞれ印加するようにしている。

ここで、トナー搬送部材２において、すべての領域における搬送電界が同じである場合を考える。供給領域２Ａでは現像剤担持体３，１３に供給バイアスが印加されており、現像剤担持体３、１３とトナー搬送部材２間に供給電界が生じている。この供給電界によってトナーはキャリア又は現像剤担持体１３から解離しトナー搬送部材２へ移動することができる。

この供給領域２Ａにおける搬送電界が小さいと、供給電界によって搬送電界がつぶされてしまい、現像剤担持体３、１３から移動してきたトナーは搬送部材２表面に付着し、搬送されない。しかも、この供給領域２Ａのトナー搬送部材２表面に付着したトナーは後から搬送部材２へ移動してくるトナーにも影響を与えるため一層付着してしまうことになる。

したがって、搬送電界は供給電界につぶされないような大きい電界でなければならない。

そして、供給電界につぶされないような大きい搬送電界によって供給領域２Ａを搬送されたトナーは、搬送領域２Ｃに入る。搬送領域２Ｃでは供給電界の影響を受けないために、トナーは搬送部材２表面に付着することはない。しかし、搬送電界が大きいとトナーは反撥電界によって高くホッピングしてしまう。高くホッピングしたトナーの中には、搬送電界からの力を受けない領域までホッピングしてしまい、トナー飛散が発生してしまうおそれが生じる。

次いで、現像領域２Ｂまで飛散することなく搬送されたトナーは、ホッピングしながら潜像担持体１の画像部電位に引かれ、潜像を現像する。しかし、搬送電界が大きいと、トナーはその大きい搬送電界によって加速されホッピングする。大きい運動エネルギーを持ったトナーは潜像担持体１の非画像部に付着する可能性もあり、地汚れ等を生じるおそれがある。

このように、搬送電界が小さいと供給領域２Ａでのトナー付着の問題が、搬送電界が大きいと搬送領域２Ｃでのトナー飛散や現像領域２Ｂでの地汚れの問題が発生する。各領域２Ａ〜２Ｃで搬送電界が同じである場合は、いずれかの領域において、これらの問題が顕現するおそれがある。よって、搬送電界は各領域２Ａ〜２Ｃにおいて個別に制御することが好ましい。

そこで、この実施形態では、上述したように、第２電圧印加手段２２から搬送領域２Ｃの各電極１０２に対して３相の電圧Ｖ１１〜Ｖ１３を、供給領域２Ａの各電極１０２に対して３相の電圧Ｖ２１〜Ｖ２３を、現像領域２Ｂの各電極１０２に対して３相の電圧Ｖ３１〜Ｖ３２を、それぞれ印加する。

このとき、供給領域２Ａにおける搬送電界は現像領域２Ｂにおける搬送電界よりも大きくなるように、供給領域２Ａの各電極１０２に対して印加する電圧Ｖ２１〜Ｖ２３と現像領域２Ｂの各電極１０２に対して印加する電圧Ｖ３１〜Ｖ３２の関係を設定している。

つまり、前述したように、搬送電界は、電圧印加手段２２が印加する電圧の波高値と電極間距離Ｒと電極幅ａで決定される。トナー搬送部材２の複数の電極１０２の電極幅ａや電極間距離Ｒがすべての領域において同じである場合、供給領域２Ａにおける電極１０２に印加する電圧Ｖ２１〜Ｖ２３の波高値を、現像領域２Ｂにおける電極１０２に印加する電圧Ｖ３１〜Ｖ３３の波高値よりも大きくすることで、供給領域２Ａにおける搬送電界を現像領域２Ｂにおける搬送電界よりも大きくすることができる。

図２１に供給領域２Ａでの波高値と現像領域２Ｂでの波高値を示している。各領域２Ａ〜２Ｃの電極１０２に印加する電圧は、パルス状としパルスＤｕｔｙを５０％とし、印加する電圧の平均電圧は0Ｖとしている。供給領域２Ａでの電圧Ｖ２１〜Ｖ２３の波高値は２４０Ｖであり、現像領域２Ｂでの電圧Ｖ３１〜Ｖ３３の波高値は１６０Ｖである。電極幅ａと電極間距離Ｒは第１実施形態と同様に、ａ＝３０μｍ、Ｒ＝３０μｍとする。したがって、電極１０２の中心での搬送電界はＶ０ｐｐ／（Ｒ＋ａ／２）で求められ、供給領域２Ａでは５．３×１０^６Ｖ／ｍ、現像領域２Ｂでは３．６×１０^６Ｖ／ｍであり、

なお、各電極１０２に印加するパルス状電圧の周波数はすべての領域において同じであり、トナーの搬送速度も同じであるため、搬送速度の違いによるトナー溜まりなどの問題も発生しない。

したがって、供給領域２Ａの搬送電界の方が現像領域２Ｂの搬送電界より大きくなるようにすることで、供給領域２Ａでは搬送部材表面へのトナー付着を防止し、現像領域２Ｂでは潜像担持体の非画像部へのトナー付着も防止することができる。さらに、搬送領域２Ｃにおける搬送電界を供給領域２Ａにおける搬送電界より小さくする（電圧Ｖ１１〜Ｖ１３の波高値を電圧Ｖ２１〜Ｖ２３の波高値より小さくする。）ことによって、搬送領域２Ｃにおけるトナー飛散も防止することができる。

このように、トナー搬送部材表面へのトナーの付着を防止するためには、搬送電界を大きくすればよいが、搬送電界が大きいとトナーは搬送電界によって大きな加速度で加速されるためにトナー飛散の問題が生じ、他方、像担持体と対向する領域においては、トナーは潜像担持体に向かって大きく加速され、非画像部にもトナーが付着してしまうおそれがある。そこで、トナー搬送部材とトナー供給手段が対向する領域における搬送電界はトナー搬送部材と潜像担持体が対向する領域における搬送電界よりも大きくすることによって、供給部でのトナー付着を防止し、さらに現像領域における潜像担持体の非画像部へのトナー付着も防止することができる。

この場合、トナー搬送部材の複数の電極を複数の領域に分割し、各領域ごとに電極に個別的に電圧を印加できるようにすることで、トナー搬送部材の各領域における電極構成を一定にすることができ、トナー搬送部材のコストを低減することができる。

次に、供給領域２Ａにおける搬送電界と供給電界の関係について説明する。
上述したように、搬送領域２Ａにおける搬送電界が現像領域２Ｂにおける搬送電界より大きくなるようにしているが、供給領域２Ａにおける搬送電界は、現像剤担持体３に対する第１電圧印加手段１１による供給バイアスによって形成する供給電界よりも大きくしている。

ここでいう供給電界というのは、現像剤担持体３とトナー搬送部材２間の電位差と距離の比で決定されるものである。上述したように、搬送電界が小さいと、供給電界によって搬送電界がつぶされてしまい、現像剤担持体３から移動してきたトナーは搬送部材２表面に付着し、搬送されない。この供給領域２Ａのトナー搬送部材２表面に付着したトナーは後から搬送部材２Ａへ移動してくるトナーにも影響を与えることになる。

そこで、本実施形態では、現像剤担持体３に対する第１電圧印加手段１１による供給バイアスとして、前述したように、直流バイアスに交流バイアスを重畳させた電圧を印加しており、交流バイアス成分は矩形波を用いている。

例えば、直流バイアス成分はＶ１ｄｃ＝−７５０Ｖであり、交流バイアス成分の波高値はＶ１ｐｐ＝１５００Ｖ、矩形波のＤｕｔｙは８０％としている。現像剤担持体３とトナー搬送部材２間の距離は１ｍｍとしている。以上より、搬送電界の影響を無視すると、供給電界の最大値は１．５×１０^６Ｖ／ｍである。供給領域２Ａにおける搬送電界は上述の５．３×１０^６Ｖ／ｍであるため、供給領域２Ａにおいては搬送電界の方が供給電界よりも大きくなる。

これによって、供給領域において搬送電界が供給電界によって潰されることが防止されて、トナーを確実に搬送することができる。

このように、現像剤担持体に電圧を印加してトナーを搬送部材に供給する場合、現像剤担持体とトナー搬送部材間の距離と電位差で決定される供給電界が大きすぎると、供給部で搬送電界がつぶされてしまい、トナー搬送部材の表面にトナーが付着してしまうことになる。そこで、トナー搬送部材と現像剤担持体が対向する領域における搬送電界を供給電界よりも大きくすることによって、供給されたトナーを表面に付着することなく搬送することができる。

次に、本発明の第３実施形態に係る現像装置について図２１以降をも参照して説明する。なお、ここでも、トナーとキャリア又はトナーと現像剤担持体との摩擦帯電によってトナーが負に帯電する場合について説明する。
先ず、二成分現像剤を用いる現像装置の一例を図２１に、一成分現像剤を用いる現像装置の一例を図２２にそれぞれ示している。これらの現像装置が前記第１実施形態の現像装置と異なる部分は、トナー搬送部材としてトナー搬送部材３２を備えている点である。

すなわち、この実施形態では、図２３に示すように、トナー搬送部材３２として、トナー供給ローラ３と対向する供給領域２Ａ、像担持体１と対向する現像領域３２Ｂ及び供給領域３２Ａから現像領域３２Ｂに向けてトナーを搬送する領域及び現像領域３２Ｂから供給領域３２Ａに向けてトナーを搬送する領域（これらを併せて「搬送領域３２Ｃ」という。）との３つの領域（実質的には次の述べるように２つの領域）に分割して、図２４に示すように、供給領域３２Ａと現像領域３２Ｂ及び搬送領域３２Ｃで各電極１０２の幅（電極幅ａ）、間隔（電極間距離Ｒ）又は電極ピッチを異ならせ（供給領域３２Ａは電極幅ａ１、電極間距離ｒ１、現像領域３２Ｂは電極幅ａ２、電極間距離Ｒ２としている。搬送領域３２Ｃは現像領域３２Ｂと同じ。）、前述した図３で説明したと同様に、第２電圧印加手段１２から各領域３２Ａ〜３２Ｃの各電極１０２に対して同じ３相の電圧Ｖ１１〜Ｖ１３を印加するようにしている。

すなわち、電極１０２に印加する電圧の波高値がすべての領域において同じである場合、供給領域３２Ａにおける電極幅、電極間距離及び電極ピッチの少なくともいずれかを現像領域３２Ｂにおける電極幅、電極間距離又は電極ピッチよりも小さくすることで、供給領域３２Ａにおける搬送電界を現像領域３２Ｂにおける搬送電界よりも大きくすることができる。

上述した図２４に示す例で、供給領域３２Ａでは電極幅ａ１=３０μｍ、電極間距離Ｒ１＝３０μｍとし、現像領域３２Ｂでは電極幅ａ２＝４０μｍ、電極間距離Ｒ２＝４０μmとしている。電極１０２に印加する電圧Ｖ１１〜Ｖ１３の波高値Ｖ０ｐｐはすべての領域において２４０Ｖとしている。

したがって、電極１０２の中心での搬送電界は、供給領域３２Ａでは５．３×１０^６Ｖ／ｍ、現像領域３２Ｂでは４×１０^６Ｖ／ｍであり、供給領域３２Ａの搬送電界の方が現像領域３２Ｂの搬送電界より大きくなる。

この場合、電極に印加するパルス電圧の周波数はすべての領域において同じであるが、電極ピッチが各領域で違っているために、トナーの搬送速度に違いが生じる。トナーの搬送速度はパルス状電圧の周波数をｆ、電極の相数をｎ、電極ピッチを（Ｒ＋ａ）としたとき、ｆ×ｎ×（Ｒ＋ａ）で求められる。この場合、パルス電圧の周波数は５ｋＨｚ、電極の相数ｎは３としている。

したがって、供給領域３２Ａにおけるトナーの搬送速度は０．９ｍ／ｓｅｃ、現像領域３２Ｂにおけるトナーの搬送速度は１．２ｍ／ｓｅｃである。搬送領域３２Ｃの電極は現像領域３２と同じ構成（ａ２=４０μｍ、Ｒ２＝４０μm）であるため、搬送領域３２Ｃにおけるトナーの搬送速度も１．２ｍ／ｓｅｃである。

よって、供給領域２Ａと搬送領域２Ｃの境界においてトナーの搬送速度に違いが生じる。しかし、搬送領域２Ｃにおける搬送速度の方が供給領域２Ａにおける搬送速度より速いために、供給領域２Ａと搬送領域２Ｃの境界においてトナー溜まりが生じることはない。

なお、この第３実施形態でも供給領域３２Ａにおける搬送電界が供給電界よりも大きくなるようにしていることは、前述した第２実施形態と同様である。

このように、トナー搬送部材とトナー供給手段が対向する領域における搬送電界はトナー搬送部材と潜像担持体が対向する領域における搬送電界よりも大きくする場合、トナー搬送部材の複数の電極を複数の領域に分割し、各領域ごとに電極幅、電極間距離及び電極ピッチのいずれかを異ならせることで、トナー搬送部材の各領域における電極に対する印加電圧を同じにすることができ、現像装置が単純な構成となり、小型化が可能である。

また、これらの第２、第３実施形態においても、トナーとキャリア、又はトナーと現像剤担持体との摩擦帯電によってトナーが負に帯電する場合について説明したが、正に帯電するトナーを用いた場合も同様の説明が成り立つ。バイアスの符号が変わるだけである。

次に、本発明に係るプロセスカートリッジ及び同プロセスカートリッジを備える本発明に係る画像形成装置の一例について図２５を参照して説明する。
この画像形成装置は、像担持体、帯電手段、現像手段としての本発明に係る現像装置、クリーニング手段を備えた作像手段であるブラック（Ｋ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）のトナー像を形成するプロセスカートリッジ５０１Ｋ、５０１Ｍ、５０1Ｃ、５０１Ｙ（以下、区別しないときには単に「プロセスカートリッジ５０１」という。なお、他も同じである。）と、光書込み装置５０２Ｋ、５０２Ｍ、５０２Ｃ、５０２Ｙと、転写材５０６を搬送する搬送ベルト５０３Ａ及びプロセスカートリッジ５０１Ｋ、５０１Ｍ、５０1Ｃ、５０１Ｙに搬送ベルト５０３Ａを挟んで対向する転写ローラ５０３Ｂｋ、５０３Ｂｍ、５０３Ｂｃ、５０３Ｂｙと、定着装置５０４と、転写材５０６を収容する給紙装置５０５とを備えている。

ここで、光書込み装置５０２Ｋ、５０２Ｍ、５０２Ｃ、５０２Ｙは画像情報に従ってプロセスカートリッジ５０１Ｋ、５０１Ｍ、５０1Ｃ、５０１Ｙの帯電後の像担持体に潜像を書き込むためのものであり、ポリゴンを用いた光走査装置やＬＥＤアレイ等、種々のものを使用することができる。

搬送ベルト５０３Ａは、搬送ローラ５１１、従動ローラ５１２及びテンションローラ５１３，５１４間に架け渡され、搬送ローラ５１１の回転により矢示方向に周回移動する。そして、搬送ローラ５１１と対向して転写材５０６を搬送ベルト５０３Ａ上に吸着させるための吸着ローラ５１５を配置し、また、搬送ベルト５０３Ａの出口側には搬送ベルト５０３Ａにトナー像を形成したときのパターンを検出するＰセンサ５１６を配置している。

転写ローラ５０３Ｂｋ、５０３Ｂｍ、５０３Ｂｃ、５０３Ｂｙは、少なくとも芯金と芯金を被覆する導電性弾性層とを有し、導電性弾性層はポリウレタンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンポリエチレン（ＥＰＤＭ）等の弾性材料に、カーボンブラック、酸化亜鉛、酸化スズ等の導電性付与剤を配合分散して電気抵抗値（体積抵抗率）を１０⁶〜１０¹⁰Ω・ｃｍの中抵抗に調整した弾性体ローラである。

定着装置５０４は、加熱ローラ５０４ａ及びこれに対向して加圧ローラ５０４ｂを備えている。

そして、この画像形成装置において、通常の画像形成動作では、給紙装置５０５から供給される記録用紙等の転写材５０６は吸着ローラ５１５に所定の電圧が印加されることで転写体である転写材搬送ベルト５０３Ａに吸着させられる。転写材５０６は転写材搬送ベルト５０３Ａに担持された状態で転写材搬送ベルト５０３Ａとともに移動し、移動中にプロセスカートリッジ５０１Ｋ、５０１Ｍ、５０1Ｃ、５０１Ｙから順次各色のトナー像が転写させられ、転写材５０６上にカラーのトナー像が形成される。転写材５０６が搬送ベルト５０３Ａを通過して定着装置５０４に到達すると、転写材５０６上のトナー像は加熱ローラ５０４ａ及び加圧ローラ５０４ｂに挟まれつつ加熱されることで転写材５０６上に定着させられ、転写材５０６上に可視像が定着形成される。その後、カラー画像が形成された転写材５０６は装置本体５１０上部の排紙部５０７に排出される。

また、各色トナー像の色ずれやトナー濃度の調整を行なうモードでは、作像ユニット５０１Ｋ、５０１Ｍ、５０1Ｃ、５０１Ｙから転写材搬送ベルト５０３Ａ上に直接所定パターンのトナー像が形成され、Ｐセンサ５１６によってそのトナーパターンが検出され、その検出結果に基づいて書込みタイミングや現像バイアスの変更などが行なわれ、最適なカラー画像を得ることができる状態に調整させられる。転写材搬送ベルト５０３Ａ上のトナーパターンは吸着ローラ５１５に印加されたバイアスによって帯電極性を整えられた後、転写ローラ５０３Ｂｋ、５０３Ｂｍ、５０３Ｂｃ、５０３Ｂｙに印加された電圧によってプロセスカートリッジ５０１Ｋ、５０１Ｍ、５０1Ｃ、５０１Ｙに回収される。

次に、本発明にプロセスカートリッジ５０１について図２５を参照して説明する。なお、図２５は同プロセスカートリッジの拡大説明図である。
このプロセスカートリッジ５０１は、像担持体５２１と、接触帯電部材５３１と、前述した第１実施形態の一例で説明した現像装置５４１（なお、他の現像装置でも良い。）と、クリーニング装置５５１とを備えている。

像担持体５２１は、負帯電の有機感光体であり、図示しない回転駆動機構によって矢印方向（図で反時計回り方向）に回転されるようにして備えられている。接触帯電部材５３１は、芯金上に、ウレタン樹脂、導電性粒子としてのカーボンブラック、硫化剤、発泡剤等を処方した中抵抗の発泡ウレタン層をローラ状に形成した可撓性の帯電ローラである。接触帯電部材（帯電ローラ）５３１の芯金上に形成される中抵抗層としては、上記の発泡ウレタン層に限定されるものではなく、ウレタン、エチレン−プロピレン−ジエンポリエチレン（ＥＰＤＭ）、ブタジエンアクリロニトリルゴム（ＮＢＲ）、シリコーンゴムや、イソプレンゴム等に抵抗調整のためにカーボンブラックや金属酸化物等の導電性物質を分散したゴム材や、またこれらを発泡させたものを用いることができる。

クリーニング装置５５１は、像担持体５２１の回転方向に対してカウンタ方向で当接させられたクリーニングブレード５５２と、クリーニングされたトナー粒子を廃トナーとして収納する廃トナー格納部５５３などを備えている。

次に、このように構成したプロセスカートリッジ５０１の動作について説明する。
この画像形成装置は、複写機及びプリンタとして機能することができる複合機であり、複写機として機能するときには、スキャナから読み込まれた画像情報がＡ／Ｄ変換、ＭＴＦ補正、階調処理等の種々の画像処理を施されて書込みデータに変換される。プリンタとして機能するときには、コンピュータ等から転送されるページ記述言語やビットマップ等の形式の画像情報に対して画像処理が施され書込みデータに変換される。

そして、画像形成に先駆けて、像担持体５２１は表面の移動速度が所定の速度となるように、図２５の矢印方向すなわち反時計回り方向に回転を始める。また帯電ローラ５３１は像担持体５２１に対してつれまわり回転させられる。このとき帯電ローラ５３１の芯金には帯電バイアス印加電源から−１００Ｖの直流電圧および振幅１２００Ｖ周波数２ｋＨｚの交流電圧が印加され、これにより像担持体５２１の表面が約−１００Ｖに帯電させられる。

帯電させられた像担持体５２１に対し、光書込み装置５０２は書込みデータに応じてレーザー光５０２ａを照射して露光を行なう。すなわち、光照射によって画像部の電位を変化させることで光照射されなかった非画像部の電位との差を発生させ、この電位コントラストによる静電潜像を形成する。

光書込み装置５０２によって像担持体５２１上に形成された静電潜像は本発明に係る現像装置５４１によって現像され、画像部にトナー粒子が付着することによってトナー像として像担持体５２１上に可視化される。

像担持体５２１上に形成させられたトナー像が転写ローラ５０３Ｂと像担持体５２１との対向部である転写部に到達するのとタイミングを合わせて給紙装置５０５から転写材５０６が搬送され、像担持体５２１上のトナー像は転写ローラ５０３Ｂに印加された電圧により転写材５０６へと転写される。トナー像が転写された転写材５０６は定着装置５０４によって定着処理され転写材５０６上にカラー画像が出力される。

一方、転写されずに像担持体５２１上に残留したトナー（転写残トナー）はクリーニング装置５５１によって清掃され、清掃後の像担持体５２１表面は次回の画像形成のために使用される。

そして、これらのブラック、マゼンタ、シアン、イエローのトナー像を形成するためのプロセスカートリッジ５０１Ｋ、５０１Ｍ、５０１Ｃ、５０１Ｙは、画像形成装置本体５１０から着脱可能としている。つまり、プロセスカートリッジ５０１Ｋ、５０１Ｍ、５０１Ｃ、５０１Ｙは、図２６に示すように、転写材搬送ベルト５０３Ａが装置本体５１０から開放退避することで、開放された空間から着脱可能となっており、ユーザーによる交換が可能となっている。

このように、画像形成装置本体に対して着脱自在に装着されるプロセスカートリッジに本発明に係る現像装置を備えることで、トナーの付着がなく、像担持体に対する安定したトナー供給が可能になって安定した画像形成を行うことができる。また、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を構成することによって、トナーの付着がなく、像担持体に対する安定したトナー供給が可能になって安定した画像形成を行うことができる。

次に、本発明に係る現像装置を備える本発明に係る画像形成装置の他の例について図２８及び図２９を参照して説明する。なお、図２５と同じ機能を果たす要素については同じ符号を付して、特に必要がない限りその説明は省略する。
この画像形成装置では、負帯電の有機感光体をベルト形状に構成したベルト状像担持体５６１を備え、このベルト状像担持体５６１は、駆動ローラ５６２、従動ローラ５６３及び転写対向ローラ５６４間に架け渡され、図示しない回転駆動機構によって矢印方向に周回移動される。

このベルト状像担持体５６１には、ベルト状像担持体５６１を帯電させる帯電装置５６５Ｋ、５６５Ｍ、５６５Ｃ、５６５Ｙと、ベルト状像担持体５６１上の静電潜像を現像する本発明に係る現像装置である現像カートリッジ５６６Ｋ、５６６Ｍ、５６６Ｃ、５６６Ｙとが、それぞれ各色ごとに対向しており、像担持体５２１の移動にしたがって順次トナー像を像担持体５６１上に重ねていくように構成されている（１パスカラー）。

また、現像カートリッジ５６６Ｋ、５６６Ｍ、５６６Ｃ、５６６Ｙのトナー搬送部材２にベルト状像担持体５６１を挟んで対向する位置に対向ローラ５６７Ｋ、５６７Ｍ、５６７Ｃ、５６７Ｙを配置している。さらに、転写対向ローラ５６４にベルト状像担持体５６１を挟んで対向する位置に転写ローラ５６８を配置している。

帯電装置５６５は像担持体５６１の表面を一様帯電させるためのものであり、本実施形態ではコロナ帯電方式を採用している。コロナ帯電のように非接触の帯電手段を用いれば、上流側の現像カートリッジ５６６によって形成されたトナー像を乱すことなく像担持体５６１を帯電させることができる。

現像カートリッジ５６６は、本発明に係る現像装置であり、多少の形状の変更はあるが上記実施形態で説明した現像装置と同じである。ここで、ブラック、マゼンタ、シアン、イエローのトナー像を現像するための現像カートリッジ５６６Ｋ、５６６Ｍ、５６６Ｃ、５６６Ｙは、図２９に示すように、像担持体５６１が装置本体５１０から開放退避することで、開放された空間から着脱可能となっており、ユーザーによる交換が可能となっている。

この画像形成装置においては、画像形成時には、帯電装置５６５によって像担持体５６１表面が一様に帯電させられる。すでに像担持体５６１上にトナー像が形成されている場合でも、トナー像を含め像担持体５６１の表面が一様帯電させられる。次いで、光書込み装置５０２から画像情報に応じた光ビームが照射される。光ビームは帯電装置５６５と現像カートリッジ５６６の間を通過するため、すでに一様帯電させられた像担持体５６１に対して光ビームが照射されることとなり、負帯電性の感光体である像担持体５６１の表面では画像部に対応する領域が除電されて潜像が形成される。

現像カートリッジ５６６は第１実施形態と同様に像担持体５６１上に形成された潜像の画像部にトナー粒子を付着させ、潜像をトナー像として可視化する。以上の帯電、光ビーム照射、現像の工程が前述のように各現像カートリッジとの対向部において繰り返され、像担持体５６１上に４色のトナー像が重ねられたフルカラー画像が形成される。

一方、給紙装置５０５から送られた転写材５０６が像担持体５６１と転写ローラ５６８との接触部へと搬送され、当該接触部において像担持体５６１上に形成されたフルカラー画像が転写ローラ５６８に印加された電圧によって転写材５０６上に転写される。その後、転写材５０６は定着装置５０４に到達すると、転写材５０６上のトナー像は加熱ローラ５０４ａ及び加圧ローラ５０４ｂに挟まれつつ加熱されることで転写材５０６上に定着させられ、転写材５０６上にフルカラーの可視像が形成される。

なお、本発明は、中間転写ベルト、転写ドラム、中間転写ドラムなどを用いたカラー画像形成装置、モノクロ画像形成装置などにも適用可能であることはいうまでもない。

本発明の第１実施形態に係る現像装置の一例を示す模式的構成図である。 同実施形態の他の一例を示す模式的構成図である。 同実施形態のトナー搬送部材の一例を説明する説明図である。 同トナー搬送部材による搬送原理の説明に供する駆動波形の一例を示す説明図である。 同じくトナー搬送の一例を説明する説明図である。 同じく第２電圧印加手段によって印加するパルス状電圧の説明に供する説明図である。 同パルス状電圧の周波数に対するトナー搬送量比の測定結果の一例を示す説明図である。 図７を期間ｔｂに対するトナー搬送量比で示した説明図である。 同パルス状電圧の周波数一定としたときのデューティに対するトナー搬送量比で示した説明図である。 図７を期間ｔｂに対するトナー搬送量比で示した説明図である。 同パルス状電圧の周波数に対するトナー搬送量比の測定結果の一例を示す説明図である。 図１１を期間ｔｂに対するトナー搬送量比で示した説明図である。 トナー搬送部材の電極の説明に供する説明図である。 パルス状電圧の波高値に対するトナー搬送量比で示した説明図である。 図１４を搬送電界に対するトナー搬送量比で示した説明図である。 本発明の第２実施形態に係る現像装置の一例を示す模式的構成図である。 同実施形態の他の一例を示す模式的構成図である。 同実施形態のトナー搬送部材の説明に供する説明図である。 同じくトナー搬送部材の説明に供する説明図である。 同実施形態の第２電圧印加手段による印加電圧の説明に供する説明図である。 本発明の第３実施形態に係る現像装置の一例を示す模式的構成図である。 同実施形態の他の一例を示す模式的構成図である。 同実施形態のトナー搬送部材の説明に供する説明図である。 同じくトナー搬送部材の説明に供する説明図である。 本発明に係るプロセスカートリッジを備えた本発明に係る画像形成装置の第１実施形態を説明する構成図である。 同プロセスカートリッジの説明に供する説明図である。 同画像形成装置のプロセスカートリッジの脱着の説明に供する説明図である。 本発明に係る現像装置からなる現像カートリッジを備えた本発明に係る画像形成装置の第２実施形態を説明する構成図である。 同画像形成装置の現像カートリッジの脱着の説明に供する説明図である。

符号の説明

１…像担持体
２、３２…トナー搬送部材
３，１３…現像剤担持体（トナー供給ローラ）
４…収容部
５Ａ、５Ｂ…攪拌スクリュー
７…現像剤規制部材
１１…第１電圧印加手段
１２、２２…第２電圧印加手段
１０２…電極
５０１Ｋ、５０１Ｍ、５０１Ｃ、５０１Ｙ…プロセスカートリッジ
５０２Ｋ、５０２Ｍ、５０２Ｃ、５０２Ｙ…光書込み装置
５０３Ａ…転写材搬送ベルト
５０３Ｂｋ、５０３Ｂｍ、５０３Ｂｃ、５０３Ｂｙ…転写ローラ
５０４…定着装置
５０５…給紙装置
５０６…転写材
５０７…排紙部
５２１…像担持体
５３１…帯電装置
５４１…現像装置
５５１…クリーニング装置
５６１…像担持体
５６５Ｋ、５６５Ｍ、５６５Ｃ、５６５Ｙ…帯電装置
５６６Ｋ、５６６Ｍ、５６６Ｃ、５６６Ｙ…現像カートリッジ

Claims (16)

1. 像担持体の潜像を現像するための、所定の間隔で並べて配置された複数の電極に多相の電圧が印加されることで形成される搬送電界によって、前記像担持体との対向領域にトナーを搬送するトナー搬送部材を備えた現像装置において、前記トナー搬送部材の各電極に対し、同一の電極に印加される前記トナーを引き付ける電圧成分の連続印加時間が５００μｓｅｃ以下であるパルス状電圧を印加する手段を備えていることを特徴とする現像装置。
2. 請求項１に記載の現像装置において、前記同一の電極に印加される前記トナーを引き付ける電圧成分の連続印加時間は前記パルス状電圧の周波数及びパルスデューティで決定されることを特徴とする現像装置。
3. 請求項１又は２に記載の現像装置において、前記トナー搬送部材が形成する搬送電界が２．２×１０^６Ｖ／ｍ以上であることを特徴とする現像装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の現像装置において、前記同一の電極に印加される前記トナーを引き付ける電圧成分の連続印加時間は３３μｓｅｃ以上であることを特徴とする現像装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の現像装置において、前記トナー搬送部材に対してトナーを供給するトナー供給手段を備え、このトナー供給手段は現像剤を表面に担持して搬送する現像剤担持体であって、この現像剤担持体に対して電圧を印加する電圧印加手段を備えていることを特徴とする現像装置。
6. 像担持体の潜像を現像するための、所定の間隔で並べて配置された複数の電極に多相の電圧が印加されること形成される搬送電界によって、前記像担持体との対向領域にトナーを搬送するトナー搬送部材と、このトナー搬送部材に対して前記トナーを供給するトナー供給手段とを備えた現像装置において、前記トナー搬送部材とトナー供給手段が対向する領域における搬送電界が前記トナー搬送部材と像担持体が対向する領域における搬送電界よりも大きくなることを特徴とする現像装置。
7. 請求項６に記載の現像装置において、前記トナー搬送部材における複数の電極は、すべての領域で電極幅、電極間距離、電極ピッチが同じに形成され、前記トナー搬送部材の前記複数の電極を複数の領域に分割して各領域毎に個別的に前記多相の電圧を印加可能であって、前記トナー搬送部材とトナー供給手段が対向する領域における搬送電界が前記トナー搬送部材と像担持体が対向する領域における搬送電界よりも大きくなる電圧を印加する電圧印加手段を備えていることを特徴とする現像装置。
8. 請求項６に記載の現像装置において、前記トナー搬送部材における複数の電極は、前記トナー供給手段が対向する領域における電極幅、電極間距離及び電極ピッチの少なくともいずれかが、像担持体が対向する領域における電極幅、電極間距離及び電極ピッチの少なくともいずれかよりも小さく形成され、前記トナー搬送部材とトナー供給手段が対向する領域における電極と前記トナー搬送部材と像担持体が対向する領域における電極に対して同じ波高値の電圧を印加する電圧印加手段を備えていることを特徴とする現像装置。
9. 請求項６ないし８のいずれかに記載の現像装置において、トナー供給手段は現像剤を表面に保持し現像剤を搬送する現像剤担持体であり、この現像剤担持体に電圧を印加する電圧印加手段を有することを特徴とする現像装置。
10. 請求項９に記載の現像装置において、前記トナー搬送部材が前記現像剤担持体に対向する領域における搬送電界は、前記現像剤担持体とトナー搬送部材間の距離と電位差で決定される供給電界よりも大きいことを特徴とする現像装置。
11. 請求項３、６、１０のいずれかに記載に現像装置において、前記搬送電界は、前記トナー搬送部材の電極に印加する電圧の波高値と電極間距離と電極幅で決定される値であることを特徴とする現像装置。
12. 請求項５又は９に記載の現像装置において、前記現像剤は、磁性キャリアと非磁性のトナーからなる二成分現像剤であることを特徴とする現像装置。
13. 請求項５又は９に記載の現像装置において、前記現像剤は、トナーからなる一成分現像剤であることを特徴とする現像装置。
14. 電子写真方式の画像形成プロセスにおける帯電、クリーニング、像担持体のうちの少なくとも1つと、現像手段とを備えたプロセスカートリッジにおいて、請求項１ないし１３のいずれかに記載の現像装置であることを特徴するプロセスカートリッジ。
15. 像担持体に形成された静電潜像にトナーを付着させて現像する現像手段を備えた画像形成装置において、請求項１ないし１３のいずれかに記載の現像装置又は請求項１４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。
16. カラー画像を形成する画像形成装置において、請求項１４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。
    

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