JP2006259020A - 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】 移相電界によってトナーを搬送して像担持体に対する現像を行なうときに、現像可能領域で現像に寄与するトナー不足による濃度変動が生じる。
【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に電圧を印加する第２電圧印加手段１２とを備え、トナー搬送部材２の電極１０２のピッチをｐ、パルス状電圧の周波数をｆ、相数をｎとしたときに、トナー搬送部材２が対向する像担持体１の潜像を現像可能な領域における、ｐ×ｆ×ｎで表わされるトナー搬送部材２によるトナー搬送速度Ｖｔが像担持体の移動線速度Ｖｐ以上となる構成とする。
【選択図】 図３

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

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、像担持体上に粉体を付着させて像担持体上の潜像を現像するための現像装置において、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像担持体側に向かい、非画像部に対しては粉体が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ようにしたものである。
特開２００４−１９８６７５号公報

なお、画像形成装置としては、特許文献３、４に記載されているように、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、特許文献５、６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、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像担持体表面に付着させるようにしたものもある。
特開平９−１９７７８１号公報 特開平９−３２９９４７号公報 特公平５−３１１４６号公報 特公平５−３１１４７号公報

ところで、電子写真プロセスを用いる画像形成装置における現在及び将来の課題は、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。

上述した本出願人の出願に係る特許文献２などで既に提案しているものが、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（ＥＨ：Electrostatic transport＆Hopping）を利用したＥＴ現像である。このＥＴ現像を用いることによって、低電圧駆動で高い現像効率が得られる現像装置を実現することができる。

本発明は電子写真プロセスを用いる画像形成装置における課題解決のために、ＥＨ現像における更なる高画質化を実現し、また画像濃度均一性に優れた現像を行なえるようにした現像装置、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、トナー搬送部材が対向する像担持体の潜像を現像可能な領域におけるトナー搬送部材のトナー搬送速度が像担持体の移動線速度以上である構成とした。

本発明に係る現像装置は、トナー搬送部材の電極のピッチをｐ、パルス状電圧の周波数をｆ、相数をｎとしたときに、トナー搬送部材が対向する像担持体の潜像を現像可能な領域における、ｐ×ｆ×ｎで表わされるトナー搬送部材によるトナー搬送速度が像担持体の移動線速度以上である構成とした。

これらの本発明に係る現像装置においては、トナー搬送部材の電極に印加される電圧の周波数が１０ｋＨｚ以下であることが好ましい。また、トナー搬送部材のトナー搬送速度が像担持体の移動線速度の３倍以上であることが好ましい。

本発明に係る現像装置は、トナー搬送部材が対向する像担持体の潜像を現像可能な領域の幅をｄ、パルス状電圧の周波数をｆ、相数をｎ、像担持体の線速をＶｐとしたとき、ｄ／Ｖｐ＝ｈ×１／ｎ×１／ｆ（ｈ≧１）の関係を充たす構成とした。

ここで、ｈが３以上であることが好ましい。

本発明に係る現像装置においては、電極幅がトナーの平均粒径の１倍以上２０倍以下で、かつ、電極間距離がトナーの平均粒径の１倍以上２０倍以下であることが好ましい。

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、トナー搬送部材が対向する像担持体の潜像を現像可能な領域におけるトナー搬送部材のトナー搬送速度が像担持体の移動線速度以上である構成としたので、現像可能領域で現像に寄与するトナー不足による濃度変動を低減することができ、高画質化を図れる。

本発明に係る現像装置によれば、トナー搬送部材の電極のピッチをｐ、パルス状電圧の周波数をｆ、相数をｎとしたときに、トナー搬送部材が対向する像担持体の潜像を現像可能な領域における、ｐ×ｆ×ｎで表わされるトナー搬送部材によるトナー搬送速度が像担持体の移動線速度以上である構成としたので、現像可能領域で現像に寄与するトナー不足による濃度変動を低減することができ、高画質化を図れる。

本発明に係る現像装置によれば、トナー搬送部材が対向する像担持体の潜像を現像可能な領域の幅をｄ、パルス状電圧の周波数をｆ、相数をｎ、像担持体の線速をＶｐとしたとき、ｄ／Ｖｐ＝ｈ×１／ｎ×１／ｆ（ｈ≧１）の関係を充たす構成としたので、ホッピング周期による画像濃度変動を低減することができ、高画質化を図れる。

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、画像濃度変動を低減することができて高画質化を図れ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によれば、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、画像濃度変動を低減することができて高画質化を図れ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、画像濃度変動を低減することができて高画質化を図れ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。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に対向し、トナー搬送部材２に対して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。この場合、トナー搬送部材２は像担持体１及び現像剤担持体３に対して径方向の反対側の領域で対向している配置としている。

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、トナー搬送部材には、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。

これにより、現像剤担持体３とトナー搬送部材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（移動する）。

次いで、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と像担持体１上の画像部との間の現像電界によって、像担持体１上に移動して像担持体１上の潜像を可視像化（現像）する。

このように、磁性キャリアと非磁性のトナーから成る二成分現像剤を用いた現像装置では、キャリアとの接触摩擦によってトナーが帯電するため、帯電が安定する。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。

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に対向し、トナー搬送部材２に対して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。この場合、トナー搬送部材２は像担持体１及び現像剤担持体３に対して径方向の反対側の領域で対向している配置としている。

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、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と像担持体１上の画像部との間の現像電界によって、像担持体１上に移動して像担持体１上の潜像を可視像化（現像）する。

このように、現像剤として、トナーから成る一成分現像剤を用いることもできる。二成分現像剤の場合、現像剤担持体の回転や磁気穂がトナー搬送部材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に移動し、供給部でトナー搬送部材の表面に付着してしまうおそれがある。これに対し、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ず、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できる。

ここで、トナー搬送部材２の詳細について図３を参照して詳細に説明する。なお、図３は同トナー搬送部材２の一部を拡大した断面説明図である。
このトナー搬送部材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のトナー搬送方向における幅（電極幅）ａ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、１０２のピッチｐも移動させるトナーの平均粒径の１倍以上２０倍以下としている（図１０参照）。

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、本体側の電源１０４からｎ相の異なる駆動電圧Ｖ１１〜Ｖ１３、Ｖ２１〜Ｖ２３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，Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３のいずれかに接続されており、各接点Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３，Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３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、Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３を与える本体側電源１０４と接続される。

トナー搬送部材２は、トナー粒子を像担持体１近傍まで移送し、また現像領域通過後の現像に寄与しなかったトナー粒子を回収するための搬送領域、像担持体１の潜像にトナー粒子を付着させてトナー像を形成するための現像領域とに分けられる。

現像領域は、像担持体１に近接した領域のみに存在し、搬送領域はトナー搬送部材２の周上、現像領域以外の全域に存在する。本発明では、トナーが移相電界によって移動可能な領域を「静電搬送面」という。本実施形態の場合、トナー搬送部材２の周表面全体が静電搬送面である。

搬送領域では電源１０４によって各電極１０２に駆動波形Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３が印加され、現像領域では電源１０４によって各電極１０２に駆動波形Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３が印加される。

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相のパルス状電圧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、トナー搬送部材２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（電圧）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。

これを図６を参照して具体的に説明すると、同図（ａ）に示すように、トナー搬送部材２の電極Ａ〜Ｆがいずれも０Ｖ（Ｇ）で、トナー搬送部材２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。

このように複数の電極１０２に電圧の変化する多相の駆動波形（電圧）を印加することで、トナー搬送部材２上には進行波電界が発生し、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、電源１０４（第２電圧印加手段１１）の一例について図７を参照して説明する。
この電源１０４は、パルス信号を生成出力するパスル信号発生回路１０５と、このパルス信号発生回路１０５からのパルス信号を入力して駆動波形であるパルス状電圧Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３を生成出力する波形増幅器１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃと、パルス信号発生回路１０５からのパルス信号を入力して駆動波形Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３を生成出力する波形増幅器１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃとを有する。

パルス信号発生回路１０５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１０６ａ〜１０６ｃ、１０７ａ〜１０７ｃ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。

波形増幅器１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃは、搬送領域の各電極１０２に対して、３相の駆動波形（駆動パルス）Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３を印加し、波形増幅器１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃは、現像領域の各電極１０２に対して、３相の駆動波形（駆動パルス）Ｖ２１、ｖ２２、Ｖ２３を印加する。

ここで、トナー搬送部材２の搬送領域では、各電極１０２に対して、図８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」という。）３相の駆動波形（駆動パルス）Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３を印加する。この駆動波形は搬送領域においてトナーを高速搬送させるのに適した波形である。

また、現像領域では、各電極１０２に対して、図９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「現像電圧パターン」という）３相の駆動波形（駆動パルス）Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３を印加する。現像領域ではトナー粒子を積極的に像担持体に向かって打ち上げることが好ましく、図９の駆動波形はトナー粒子を打ち上げるのに適している。

なお、現像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。

したがって、搬送領域において各電極１０２に印加する駆動波形パターンは前述した図８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９に示す現像電圧パターンに限られるものではない。

ここまで駆動波形は３相の場合について説明したが、これをｎ相に一般化すると、次のようになる。すなわち、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、現像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。

他方、電圧印加デューティは、｛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。

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。

次に、像担持体１の移動線速度Ｖｐに対するトナー搬送部材２によって搬送するトナーの搬送速度（トナー搬送速度）Ｖｔとの関係について説明する。
ここでは、トナー搬送部材２が対向する像担持体１の潜像を現像可能な領域を（これを「現像ニップ」という。例えば、図３に示すトナー移動方向の幅（現像ニップ幅）ｄの領域とする。）としたとき、現像ニップにおけるトナー搬送部材２のトナー搬送速度Ｖｔが像担持体の移動線速度Ｖｐ以上（Ｖｔ≧Ｖｐ）になるようにしている。

ここで、トナー搬送部材２のトナー搬送速度Ｖｔは、電極１０２のピッチをｐ、電極１０２に印加するパルス状電圧の周波数（駆動周波数）をｆ、電極１０２に印加するパルス状電圧の相数をｎとしたときに、次の（１）式で表わすことができる。

具体的に説明すると、現像ニップの幅ｄは、正確には実験により求めることができる。つまり、搬送電極、現像ニップ、トナー搬送量等の条件を実使用の条件とし、像担持体（感光体）上をベタ画像に相当する電位とする。この状態で、感光体を回転させないで、トナー搬送部材２に駆動電圧（パルス状電圧）を印加し、感光体上にトナーが付着した幅を計測する。ここで計測されるトナー搬送方向の幅が、現像ニップ幅ｄである。

トナー搬送部材２上のトナーは、対向する像担持体１の表面電位により現像電位差が異なり、それにより現像時のホッピング高さが異なる。像担持体上の電位がベタ相当である場合最も現像電位差が大きくなり、最も現像ニップが広くなる。そのため、最も広いニップ幅を示す条件での領域を現像ニップと定義し、この現像ニップ中での必要条件について説明する。

次に、トナー搬送部材２の表面を移動するトナーの速度も正確には実験により求めることができる。そこで、トナー搬送部材２の電極ピッチｐを６０μｍ（電極間間隔Ｒ＝３０μｍ、電極幅ａ＝３０μｍ）とし、駆動電圧の駆動パルスを±６０Ｖ、デューティ５０％、３相として、駆動電圧の周波数（駆動周波数）ｆを変化させてトナーの移動速度（トナー搬送速度）を測定した。トナー搬送速度は、トナー搬送部材２上に一定間隔で光学センサを配置し、センサ間を通過する時間を計測することで決定した。この結果を図９に示している。また、同様に、駆動電圧の相数（ｎ）、電極ピッチｐを変化させた実験も行った。

一方、トナー搬送部材２上のトナー搬送速度Ｖｔを、駆動電圧の周波数ｆ、相数ｎ、電極ピッチｐに基づいて、Ｖｔ＝ｐ×ｆ×ｎ、の計算式（（１）式）で算出した。この計算値についても図１１に示している。

これより、ｐ×ｆ×ｎで計算されたトナー搬送速度と実際にトナー搬送部材２の表面を搬送されるトナーの搬送速度を測定した実測値とはほぼ一致していることが分かる。

したがって、トナー搬送部材２が対向する像担持体１の潜像を現像可能な領域（現像ニップ）における、トナー搬送部材２のトナー搬送速度Ｖｔが像担持体の移動線速度Ｖｐ以上（Ｖｔ≧Ｖｐ）になるようにする場合、実際の測定結果としてＶｔ≧Ｖｐとなるように構成しても良いし、ｐ×ｆ×ｎで表わされるトナー搬送速度が像担持体の移動線速度Ｖｐ以上になるように構成しても良い。

なお、駆動周波数ｆに関して、図１１では７ｋＨｚまでの範囲での結果を示しているが、トナーによって追従する周波数の限界があり、上記実験においては１０ｋＨｚ以上の周波数では、トナー搬送速度が逆に減少する傾向が見られた。したがって、トナー搬送部材２の電極１０２に印加する電圧の周波数は１０ｋＨｚ以下にすることで、トナー搬送速度

次に、トナー搬送速度Ｖｔによる画像濃度の均一性の変化（トナー搬送方向における像担持体に付着するトナー量の変動）を評価する実験を行なった。実験に使用したトナー搬送部材２は、トナー搬送速度を計測したときと同じ構成で、駆動電圧として±６０Ｖ、デューティ５０％、３相の波形を、駆動周波数ｆ（ｋＨｚ）を変化させて印加した。一方、感光体（像担持体１）の回転線速度は１００ｍｍ／ｓとした。また、感光体上には、１０ｍｍ×１０ｍｍの正方形のベタ潜像を１ｍｍ間隔で感光体回転方向に６つ形成し、感光体上の付着トナー量を測定した。ここでは、１番目と６番目との付着トナー量の変化の割合を、指標として用いた。

なお、使用したトナーは、平均帯電量約２０μＣ／ｇ、平均粒径が約５μmである。感光体のベタ潜像の電位は、感光体上の付着トナー量によって合わせている。具体的には、前記ベタの正方形潜像を１番目から６番目まで現像させ、付着トナー量の差がほとんどない駆動周波数のときの付着トナー量が約０．５ｍｇ／ｃｍ^２となるようにベタの潜像電位を合わせた。

このときの測定結果を図１２に示している。この結果は、駆動周波数ｆは０．２ｋＨｚ〜2ｋＨｚまで変化させたときのものである。

この図１０から分かるように、駆動周波数ｆが略０．５ｋＨｚより低くなると付着トナー濃度が低下し、０．５ｋＨｚ以上では付着トナー濃度の低下は認められない。ここで、各駆動周波数ｆでのトナー搬送速度Ｖｔを、上述したｐ×ｆ×ｎの計算式で求めた値を図１３に示している。

これらの図１２及び図１３から分かるように、駆動周波数ｆが０．５ｋＨｚでは、トナー搬送速度Ｖｔが９０ｍｍ／ｓとなり、感光体の線速度Ｖｐ＝１００ｍｍ／ｓより小さい値となっている。

したがって、ｐ×ｆ×ｎで表わされるトナー搬送速度Ｖｔと感光体線速度Ｖｐとが、次の（２）式の関係を充たしているとき、トナー搬送方向におけるトナー付着量の均一性が良好となり、画像濃度変動を低減することができる。言い換えれば、上記のｋの値が１以上の場合、トナー搬送方向での感光体上トナー付着量均一性が良好となる。

さらに、図１２の結果から、駆動周波数ｆが１．７ｋＨｚ以上では、更に値のばらつきが小さくなっていることから、ｋ≧３、即ち、ｐ×ｆ×ｎで表わされるトナー搬送速度Ｖｔが感光体線速度Ｖｐに対して３倍以上になるようにすることで、より安定したばらつきのない画像濃度を得ることができる。

このように、現像ニップにおける像担時体の移動線速度Ｖｐに対し、トナー搬送部材によるトナー搬送速度をＶｔとしたとき、トナー搬送速度Ｖｔは、複数の電極のピッチをｐとし、駆動周波数をｆとしたとき、Ｖｔ＝ｐ×ｆ×ｎで表わされるものとし、ｋ×Ｖｐ＝Ｖｔ（ｋ≧１）となるように構成することで、現像ニップで現像に寄与するトナー不足による濃度変動を低減することができる。

この場合、トナー搬送部材に印加する電圧の周波数が１０ｋＨｚを越えると、トナー搬送速度が逆に減少するので、トナー搬送部材２の電極１０２に印加する電圧の周波数は１０ｋＨｚ以下にすることで、電極ピッチ、駆動周波数、相数、によるトナー搬送速度の関係が確実に成り立つ範囲で使用することができ、現像ニップ中の前記粉体の不足による濃度変動が低減できる。また、トナー搬送速度を像担持体の移動線速度の３倍以上にすることで、確実に濃度変動を低減できる。

次に、現像ニップ幅ｄ及び感光体線速度Ｖｐと駆動電圧の周波数ｆ及び相数ｎと画像濃度の均一性との関係について説明する。
これらの関係を確認するために、次の実験を行なった。トナー搬送部材２の電極幅ａ＝３０μm、電極間隔Ｒ＝３０μｍとし、駆動電圧のパルスの平均値を−２００Ｖとした。感光体上にベタ部の電位として−１５０Ｖの潜像を形成した。この電位では、トナー付着量は、中間調の画像に相当し、現像飽和値に近い付着量の場合と比較して現像によるムラが目立ちやすいためこのような濃度を用いている。現像ニップ幅ｄは、前述のような方法で測定して約１ｍｍであった。駆動電圧の周波数ｆを０．１ｋＨｚ、相数ｎを３に固定して、感光体線速度を変化させた。感光体を回転させ、一定の線速度になった時点で駆動電圧を印加する方法で、線速に対する画像濃度の均一性を評価した。この結果を図１４に示している。

この図１４に示す結果から次のことが言える。すなわち、前述した図６を参照して説明すると、上記の結果は像担持体１（感光体）上の回転方向の粗密であるので、トナー搬送の状態と関係があると推認した。ここで、搬送状態の変化の周期を考えると、図６に示したように、３相のものでは図６（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の状態を繰り返す。各駆動電圧の周波数ｆがあるので、搬送状態の変化の周波数は、周波数ｆと相数ｎの積となると考えられる。例えば、駆動周波数ｆが０．１ｋＨｚであり、相数ｎが３である場合、搬送状態は約３．３ｍｓごとに変化することになる。

そして、像担持体上の潜像が現像ニップを通過するとき、この搬送状態変化の周期より短い場合、濃度のむらが生じることになる。ニップ幅ｄを１mmとして計算すると、実験結果における、感光体線速４００ｍｍ／ｓでは現像ニップ通過時間が３ｍｓ以下となっていることが分かる。また、感光体線速３００ｍｍ／ｓの場合、丁度境界付近の値であり、許容レベルであると考えられるムラがやや見られる状態である。

このことから、現像ニップ幅ｄ、像担持体線速Ｖｐ、駆動周波数ｆ、相数ｎが、次の（３）式の関係が成り立つとき、ホッピング周期によるトナー付着ムラに起因した画像濃度ムラが低減することになる。

この場合、より好ましくは、ｈ≧３程度の条件にすることで、トナーＱ／ｍの変動等による現像ニップ幅ｄの変動が生じたときでも、安定した均一なトナー付着が得られる。

このように、トナー搬送部材が対向する像担持体の潜像を現像可能な領域の幅をｄ、パルス状電圧の周波数をｆ、相数をｎ、像担持体の線速をＶｐとしたとき、ｄ／Ｖｐ＝ｈ×１／ｎ×１／ｆ（ｈ≧１）の関係を充たす構成とすることで、ホッピング周期による画像濃度変動を低減することができる。この場合、ｈ≧３になるように構成することで、プロセス変動が生じた場合でも確実に画像濃度変動を低減することができる。

以下、具体的に実験例について説明する。
〔実験例１〕
電極幅ａ＝３０μｍ、電極間間隔Ｒ＝３０μｍのトナー搬送部材２を用いて、トナーを搬送及びホッピングさせ現像を行った。駆動電圧は、６０Ｖ、５０％デューティ、駆動周波数ｆは２ｋＨｚ、３相（ｎ＝３）とした。トナーの平均帯電量は約−２０μC／ｇである。前述の方法で計測したニップ幅ｄは、約３ｍｍであった。感光体線速度を１８０ｍｍ／ｓとし、感光体上に画像濃度の均一性を調べる前述のパターンと、トナー付着ムラを調べる前述のパターンを作成し評価した。

この条件では、画像濃度均一性、トナー付着ムラ両方について、良好な結果が得られた。このときの条件を前述した（１）、（２）、（３）に当てはめて、係数ｋ、ｈを計算したところ、ｋ＝１．８、ｈ＝１００ となり、条件を満たしていることが分かる。

〔実験例２〕
実験例１と同様の条件で駆動電圧の周波数ｆを０．５ｋＨｚとして実験を行った。この結果、トナー付着ムラは発生していないが、画像濃度均一性が著しく悪化していた。同様に式（１）、（２）、（３）式に当てはめ、係数ｋ、ｈを計算したところ、ｋ＝０．４５、ｈ＝２５となり、係数ｈについては条件を満たしているが、係数ｋは条件を満たしておらず、評価と一致していることが核にできた。

次に、トナー搬送部材２のよるトナー搬送速度と現像剤担持体３による現像剤搬送速度との関係について説明する。
この現像装置においては、現像剤担持体３とトナー搬送部材２との対向領域における、トナー搬送部材２表面におけるトナー搬送速度υ２が現像剤担持体３上の現像剤を搬送する速度υ１よりも大きくなるようにしている。

前述したように、トナー搬送部材２のトナー搬送速度υ２（Ｖｔに相当するが、ここでは搬送領域でのトナー搬送速度であるので符号を異ならせている。）は、電極１０２のピッチをｐ、電極１０２に印加するパルス状電圧の周波数（駆動周波数）をｆ、電極１０２に印加するパルス状電圧の相数をｎとしたときに、Ｖｔ＝ｐ×ｆ×ｎ、で表わされる。

ここで、トナー搬送部材２表面におけるトナー搬送速度υ２が現像剤担持体３上の現像剤を搬送する速度υ１がよりも小さい場合は、現像剤担持体３とトナー搬送部材２が対向する部分において、一定時間にトナー搬送部材２によって搬送されるトナー量よりも現像剤担持体３から供給されるトナー量の方が多くなり、現像剤担持体３から供給されたが、搬送されずに、その場にとどまるトナーが時間とともに増加する。

そこで、トナー搬送部材２の現像剤担持体３と対向する表面におけるトナー搬送速度υ２を現像剤担持体３上の現像剤を搬送する速度υ１よりも大きくすることによって、現像剤担持体３から供給されたトナーを、トナー搬送部材２表面にとどまることなく、次々と移相電界によって、像担持体１側の現像領域に向けて搬送することができる。

図１５にはトナー搬送部材２に印加する電圧の周波数ｆを一定としたときの現像剤担持体３上の現像剤の搬送速度υ１とトナー搬送部材２表面におけるトナーの搬送速度υ２（＝ｒ×ｎ×ｆ）の比（＝υ１／υ２：速度比）に対するトナー搬送量比を示している。この場合のトナー搬送量比とは、速度比が１のときのトナー搬送量との比である。

この図１５から分かるように、速度比が１より小さい場合は、速度が大きくなるにつれてトナー搬送量も増加している。現像剤担持体３上の現像剤の搬送速度υ１が増加すると、単位時間に供給部（現像剤担持体３とトナー搬送部材２が対向する位置）を通過する現像剤の量が増加する。それによって、トナー搬送部材２に供給されるトナー量は増加するが、トナー搬送部材２のトナー搬送速度υ２の方が大きいため、供給されたトナーはすべて搬送される。したがって、トナー搬送量が増加する。

これに対して、速度比が１より大きい場合は、単位時間に供給部（現像剤担持体３とトナー搬送部材２が対向する位置）を通過する現像剤の量がさらに増加し、トナー搬送部材２に供給されるトナー量もさらに増加するが、トナー搬送部材２のトナー搬送速度υ２の方が小さいため、搬送されずに供給部にとどまってしまい、トナー搬送量は減少する。

このとき、速度比が１より大きくなると、トナー搬送量は著しく減少していく。これは、一旦、供給部にトナーがとどまって付着してしまうと、その後現像剤担持体から供給されたトナーは、付着しているトナーがじゃまとなり、搬送されにくくなり、更に付着トナーが増加するという循環に陥るためである。その結果、トナー搬送量は大きく減少してしまうことになる。

このように、トナー搬送部材のトナー搬送速度を現像剤担持体上の現像剤を搬送する速度よりも大きくすることによって、供給部でのトナー搬送部材へのトナー付着を防止することができ、現像領域に安定的にトナーを搬送することができ、現像時にトナー不足による濃度低下を防止することができる。

次に、本発明に係る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１６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１７を参照して説明する。なお、図１７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１８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。

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１９及び図２０を参照して説明する。なお、図１６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。 同じくトナー搬送の具体例を説明する説明図である。 同じく電源（第２電圧印加手段）の一例を説明するブロック図である。 同トナー搬送部材の搬送領域に印加する駆動波形の一例を示す説明図である。 同トナー搬送部材の現像領域に印加する駆動波形の一例を示す説明図である。 トナー搬送部材の電極及びその配置の説明に供する説明図である。 トナー搬送部材に印加する電圧の周波数に対するトナー搬送速度の計算値と実測値の関係の説明に供する説明図である。 トナー搬送部材に印加する電圧の周波数に対する均一性指数の実験結果の一例を示す説明図である。 同実験における駆動周波数とトナー搬送速度の計算値を説明する説明図である。 感光体線速度を変化させたときの画像の状態の実験結果を説明する説明図である。 トナー搬送部材のトナー搬送速度と現像剤担持体の現像剤搬送速度との比に対するトナー搬送量比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…トナー搬送部材
３…現像剤担持体
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…第２電圧印加手段
１０２…電極
１０４…電源
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 (10)

1. 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トナーを搬送するトナー搬送部材を備え、このトナー搬送部材で前記トナーを潜像が現像される像担持体との対向領域に搬送して現像する現像装置において、前記トナー搬送部材が対向する前記像担持体の潜像を現像可能な領域における前記トナー搬送手段のトナー搬送速度が前記像担持体の移動線速度以上であることを特徴とする現像装置。
2. 所定の間隔で並べて配置された複数の電極に多相のパルス状電圧が印加されることで形成される搬送電界によってトナーを搬送するトナー搬送部材を備え、このトナー搬送部材で前記トナーを潜像が現像される像担持体との対向領域に搬送して現像する現像装置において、前記トナー搬送部材の電極のピッチをｐ、前記パルス状電圧の周波数をｆ、相数をｎとしたときに、前記トナー搬送部材が対向する前記像担持体の潜像を現像可能な領域における、ｐ×ｆ×ｎで表わされる前記トナー搬送手段によるトナー搬送速度が前記像担持体の移動線速度以上であ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の電極に印加される電圧の周波数が１０ｋＨｚ以下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、前記トナー搬送手段のトナー搬送速度が前記像担持体の移動線速度の３倍以上であることを特徴とする現像装置。
5. 所定の間隔で並べて配置された複数の電極に多相のパルス状電圧が印加されることで形成される搬送電界によってトナーを搬送するトナー搬送部材を備え、このトナー搬送部材で前記トナーを潜像が現像される像担持体との対向領域に搬送して現像する現像装置において、前記トナー搬送部材が対向する前記像担持体の潜像を現像可能な領域の幅をｄ、前記パルス状電圧の周波数をｆ、相数をｎ、前記像担持体の線速をＶｐとしたとき、ｄ／Ｖｐ＝ｈ×１／ｎ×１／ｆ（ｈ≧１）の関係を充たすことを特徴とする現像装置。
6. 請求項５に記載の現像装置において、前記ｈが３以上であることを特徴とする現像装置。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の現像装置において、電極幅がトナーの平均粒径の１倍以上２０倍以下で、かつ、電極間距離がトナーの平均粒径の１倍以上２０倍以下であることを特徴とする現像装置。
8. 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７のいずれかに記載の現像装置を備えていることを特徴するプロセスカートリッジ。
9. 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７のいずれかに記載の現像装置又は請求項８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。
10. カラー画像を形成する画像形成装置において、請求項８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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