JP2008286931A - 現像装置・プロセスカートリッジ・画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】さまざまな原因によるフレアローラ（トナー担持体）表面電位の変動を抑制でき、現像領域に対向するフレアローラ表面電位を常に一定にし、画像の濃度ムラ、地汚れのない安定した現像ができる現像装置を提供する。
【解決手段】現像装置３０は、潜像担持体に対向するトナー担持体としてのフレアローラ３３と、フレアローラ３３にトナーを供給する供給ローラ３４と、フレアローラ３３からトナーを回収する表面電位制御手段を兼ねる回収ローラ３７を有している。回収ローラ３７によるフレアローラ３３の表面電位変化の時定数τ１が、回収ローラ３７によるフレアローラ３３の表面電位変化の時定数τ２より大きく設定されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、潜像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像装置、該現像装置を一体に備えたプロセスカートリッジ、該現像装置又はプロセスカートリッジを備えた複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタ、これらのうち少なくとも１つを備えた複合機等の画像形成装置に関する。

従来、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に用いられる現像装置には、２成分現像方式や１成分現像方式などがある。２成分現像方式は、高速現像に非常に適しており、現在の中速や高速の画像形成装置の主流方式である。
２成分現像方式では、高画質を狙うためには、潜像担持体上の静電潜像との接触部における現像剤の状態を非常に緻密にする必要がある。そのために、現在はキャリア粒子の小径化が進んでおり、商用レベルでは３０μｍ程度のキャリアも使われ始めている。

１成分現像方式は、機構が小型軽量になることから、現在の低速の画像形成装置で主流となっている。１成分現像方式では、現像ローラ上にトナー薄層を形成するために、ブレードやローラなどのトナー規制部材を現像ローラ上のトナーに当接させ、そのときに現像ローラやトナー規制部材とトナーとの摩擦によってトナーは帯電される。
現像ローラ上に薄層に形成された帯電トナー層は、現像部に運ばれて潜像担持体上の静電潜像を現像する。ここでの現像方式には大きく分けて接触型と非接触型があり、前者は現像ローラと潜像担持体とが接触するものであり、後者は現像ローラと潜像担持体とが非接触である。
上記２成分現像方式と１成分現像方式との欠点を補い合うべく、特許文献１に記載されているように、２成分現像方式と１成分現像方式とを混成したハイブリッド化方式も幾つか提案されている。

高解像度の微小均一ドットを現像する方法としては、例えば特許文献２に記載の方式がある。この方式は、上記ハイブリッド化方式に対して、現像部に高周波バイアスを印加したワイヤを設置することにより、現像部でのトナークラウド化を行い、高解像度のドット現像性を実現するものである。
特許文献３には、最も効率良く、且つ安定なトナークラウドを形成するために、回転ローラ上に電界カーテンを形成する方法が提案されている。
特許文献６には、進行波電界による電界カーテンで現像剤を搬送する現像装置が記載されている。
特許文献７には、現像ローラの周面上にほぼ１層のキャリアをほぼ均等に吸着する複数の磁極を有する現像装置が記載されている。
特許文献８には、非磁性トナーを担持する現像剤担持体表面に、絶縁部を介して周期的な導電性電極パターンを設け、該電極に所定のバイアス電位を与えることで現像剤担持体表面近傍に電界勾配を発生せしめ、前記現像剤担持体上に前記非磁性トナーを付着搬送させる現像装置が記載されている。

特開平３−１００５７５号公報 特開平３−１１３４７４号公報 特開平３−２１９６７号公報 特開２００２−３４１６５６号公報 特開２００４−２８６８３７号公報 特開２００３−１５４１９号公報 特開平９−２６９６６１号公報 特開２００３−８４５６０号公報

２成分現像方式では、高画質化に対する要求が益々高まっており、必要とされる画素のドットサイズ自身が現状のキャリア粒子径と同等もしくはそれよりも小さい必要があるために、孤立ドットの再現性という意味では更にキャリア粒子を小さくする必要がある。
しかしながら、キャリア径を小さくしていくと、キャリア粒子の透磁率が低下するために、現像ローラからのキャリア離脱が生じやすくなり、離脱したキャリア粒子が潜像担持体に付着した場合には、キャリア付着そのものによる画像欠陥が生じるだけでなく、それを起点として潜像担持体に傷をつけてしまうなどいろいろな副作用が生じる。

キャリア離脱を防止するために、材料面からキャリア粒子の透磁率を上げる試みや、現像ローラに内包されるマグネットの磁力を強くする試みが進められているが、低コスト化及び高画質化との兼ね合いの中で開発は困難を極めている。
また、小型化の煽りを受けて、現像ローラは益々小径化の一途をたどっていることからも、キャリア離脱を完全に抑止できるような強力な磁場構成を有した現像ローラ設計が困難となっている。
そもそも２成分現像方式は、磁気ブラシと呼ばれる２成分現像剤の穂を静電潜像に対して擦り付けるようにしてトナー像を形成するプロセスであるために、どうしても穂の不均一性によって、孤立ドットの現像性にムラが生じやすい。

現像ローラと潜像担持体との間に交番電界を形成することで画質の向上は可能であるが、現像剤の穂のムラといった根本的な画像ムラを完全に消滅させることは困難である。
１成分現像方式では、トナー規制部材により薄層化された現像ローラ上のトナー層は、現像ローラ上に十分に圧接されてしまっているために、現像部での電場に対するトナー応答性が非常に悪い。よって、通常は高画質を得るために、現像ローラと潜像担持体との間に強力な交番電場を形成するのが主流であるが、この交番電場の形成をもってしても静電潜像に対して一定量のトナーを安定して現像することは困難であり、高解像度の微小ドットを均一に現像することは難しい。
また、１成分現像方式は、現像ローラへのトナー薄層形成時にトナーに対して非常に大きなストレスをかけてしまうため、現像装置内を循環するトナーの劣化が非常に早い。トナーの劣化に連れて、現像ローラへのトナー薄層形成の工程でもムラなどが生じやすくなり、１成分現像方式は一般には高速や高耐久の画像形成装置としては向かない。
ハイブリッド化方式では、現像装置そのものの大きさや部品点数は増えてしまうものの、幾つかの課題は克服される。しかしながら、現像部においてはやはり１成分現像方式と同様の問題があり、つまり高解像度の微小均一ドットを現像することには難が残る。

特許文献２に記載の方式は、高安定且つ高画質な現像が実現できるものと考えられるが、現像装置の構成が複雑になることを避けられない。
特許文献３に記載の方法は、小型且つ高画質の現像を得るには非常に優れていると言えるが、本発明者らが鋭意研究した結果、理想的な高画質を得るためには、形成する電界カーテンや現像などの条件を厳密に限定しなくてはならないことが発見された。
すなわち、適正な条件から外れた条件で作像を行ってしまうと、全く効果が得られないばかりか、返って粗悪な画質を提供してしまうことになる。

ところで、潜像担持体に第一のトナー像が形成され、その上に順次に第二のトナー像、第三のトナー像を形成していくような作像プロセスにおいては、先に潜像担持体上に形成されているトナー像を乱さないような現像方式でなくてはいけない。
非接触一成分現像方式や、特許文献２に記載のトナークラウド現像方式を用いることで、潜像担持体上に順次に各色トナーを形成していくことは可能であるが、いずれの方式も、潜像担持体と現像ローラとの間には交番電界が形成されてしまうために、潜像担持体上に先に形成されたトナー像からトナーの一部が引き剥がされて現像装置に入り込んでしまう。
これによって、潜像担持体上の画像が乱されてしまうばかりでなく、現像装置内のトナーが混色するという問題も生じてしまう。これらは高画質画像を得るには致命的であり、この問題を解決する方法としては潜像担持体と現像ローラとの間には交番電場を形成しない方法で、クラウド現像を実現する必要がある。

このようなクラウド現像を実現できる方法としては、先に挙げた特許文献３に記載の方式などが有効と考えられるが、これに関しては先にも述べた通り、適当な条件の元で利用しないと全く効果が無い。
また、特許文献４に記載の方式などの様に、トナー担持体の機械的な駆動を無くし、３相以上の交互電場によってトナーを静電的に搬送し現像する方法も有効と考えられる。
しかしながら、この方法によれば、何かのきっかけで静電搬送できなくなったトナーを起点として、搬送基板上にトナーが堆積してしまい、結果として機能しなくなる問題を抱えている。
このような問題を解決すべく、例えば特許文献５に記載の方式のように固定搬送基板とその表面を移動するトナー担持体の組合せのような構造も提案されているが、機構が非常に複雑になってしまう。

これらの問題を解決する方式として、本出願人は、先にクラウド現像方式として、いわゆるフレア現像方式を提案している（例えば特願２００７−００２０２８号）。
この方式は、トナー担持体（ローラ）の周面に設けられた２相の電極間に時間周期的に変化する電界を印加し、トナーをトナー担持体の表面から飛翔（ホッピング）させながら、トナー担持体を回転駆動させて潜像担持体との対向領域に運んで現像させる方式である。
このように従来の１成分現像ローラの代わりに、内部に２相の微細ピッチの電極群を埋め込んだローラ（以後、「フレアローラ」ともいう）を用いて、そのフレアローラ表面でトナーをホッピングさせる方式では、電極間の上に絶縁性の表面保護層を設けている。

ところが、本発明者らが鋭意研究した結果、このようなフレアローラを回転駆動させると、トナー層厚規制ブレードとフレアローラの摩擦帯電、ホッピングするトナー自身とフレアローラとの摩擦帯電、およびフレアローラにトナーを供給する供給ローラに印加するバイアスとフレアローラに印加するバイアスの平均値との電位差によるフレアローラ表面への電荷誘起等の理由により、フレアローラの表面電位が大きく変動してしまうことを発見した。
フレアローラの表面電位が変動すると、ひいては潜像担持体との対向部で、フレアローラと画像部、もしくは非画像部との電位差が変動し、画像の濃度ムラ、地汚れの原因となってしまうことが判明した。
この問題を解消すべく、本出願人は、先にフレアローラに蓄積した電荷を除電手段（除電ローラ）により除電する構成を提案した（特願２００６−３０８１７６号）。

しかしながら、さらに探求した結果、フレアローラ表面電位を略一定に維持するためには、供給ローラからフレアローラへの注入帯電と、除電ローラによる除電の電位変化の速度について、適切な関係を満たす必要があることを発見した。
また、フレアローラ表面電位の変動には複数の要因が関係していることが判明した。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、さまざまな原因によるフレアローラ表面電位の変動を抑制でき、現像領域に対向するフレアローラ表面電位を常に一定にし、画像の濃度ムラ、地汚れのない安定した現像ができる現像装置、該現像装置を有するプロセスカートリッジ、該現像装置又はプロセスカートリッジを有する画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明では、潜像担持体に対向して配置されるトナー担持体と、該トナー担持体の表面に所定方向に並べて設けられ互いに絶縁された複数の電極と、前記複数の電極間の電界が時間的に切り替わるように前記電極に電圧を供給する電圧供給手段とを備え、前記電極間の電界により前記トナー担持体の表面に担持されたトナーをホッピングさせながらクラウドを形成し、前記潜像担持体上に形成された潜像にトナーを付着させて該潜像を現像する現像装置において、前記トナー担持体にトナーを供給するトナー供給手段と、前記トナー担持体の表面電位を制御する表面電位制御手段とを有し、前記トナー供給手段による前記トナー担持体の表面電位変化の時定数τ１が、前記表面電位制御手段による前記トナー担持体の表面電位変化の時定数τ２より大きいことを特徴とする。
潜像担持体との電位差を一定に保つことができ、濃度ムラのない良好な画像を得ることができる。

請求項２記載の発明では、請求項１記載の現像装置において、前記トナー担持体と前記表面電位制御手段の電位がトナーと同極性であり、且つ、電位の絶対値において前記トナー担持体の方が大きくなるように設定されていることを特徴とする。
トナー回収による電位制御を行うことができる。
請求項３記載の発明では、請求項１記載の現像装置において、前記表面電位制御手段に印加するバイアスが、前記トナー担持体の電極群に印加する周期的な電圧の平均電位と略等しいことを特徴とする。
請求項４記載の発明では、請求項１〜３のいずれか１つに記載の現像装置において、前記トナー担持体の回転方向における、潜像を現像する現像領域下流で、且つ、前記トナー供給手段からトナーを供給される供給領域上流の位置に、前記表面電位制御手段を設けることを特徴とする。
現像前のフレアローラ上のトナーを乱すことなく、フレアローラ表面の電位制御を行うことができ、濃度ムラのない良好な画像を得ることができる。

請求項５記載の発明では、請求項１〜４のいずれか１つに記載の現像装置において、前記表面電位制御手段が、前記トナー担持体上のトナーを回収するトナー回収手段の機能を兼ねることを特徴とする。
構成の簡略化、ユニットの低コスト化を図ることができる。
請求項６記載の発明では、請求項１〜５いずれかに記載の現像装置において、前記トナー供給手段が、前記トナー担持体と対向して回転駆動されるスポンジローラであることを特徴とする。
スポンジローラで供給することによって、十分な量のトナーを長期にわたって安定して供給することができる。
請求項７記載の発明では、請求項６記載の現像装置において、前記表面電位制御手段が、前記トナー担持体と対向して回転駆動されるスポンジローラであることを特徴とする。
スポンジローラで回収、電位制御することによって、十分な量のトナーを長期に亘って安定して回収することができる。

請求項８記載の発明では、請求項６記載の現像装置において、前記表面電位制御手段が、前記トナー担持体と対向して回転駆動されるファーブラシローラであることを特徴とする。
ファーブラシローラで回収、電位制御することによって、十分な量のトナーを長期に亘って安定して回収することができる。
請求項９記載の発明では、請求項１〜５のいずれか１つに記載の現像装置において、前記トナー供給手段が、前記トナー担持体と対向して回転駆動されるファーブラシローラであることを特徴とする。
ファーブラシローラで供給することによって、十分な量のトナーを長期に亘って安定して供給することができる。
請求項１０記載の発明では、請求項９記載の現像装置において、前記表面電位制御手段が、前記トナー担持体と対向して回転駆動されるスポンジローラであることを特徴とする。
スポンジローラで回収、電位制御することによって、十分な量のトナーを長期に亘って安定して回収することができる。

請求項１１記載の発明では、請求項９記載の現像装置において、前記表面電位制御手段が、前記トナー担持体と対向して回転駆動されるファーブラシローラであることを特徴とする。
ファーブラシローラで回収、電位制御することによって、十分な量のトナーを長期に亘って安定して回収することができる。
請求項１２記載の発明では、請求項６〜１１のいずれか１つに記載の現像装置において、前記表面電位制御手段と前記トナー担持体の接触ニップ幅が、前記トナー供給手段と前記トナー担持体の接触ニップ幅よりも大きいことを特徴とする。
表面電位制御手段の方が実質的な電荷注入の時間が長くなるので測定される時定数が小さくなる効果をもつ。したがって、供給手段で電荷注入された電位を、十分に打ち消すだけの電位制御能力を持つ。ひいては長期に亘り濃度ムラのない良好な画像を得ることができる。
請求項１３記載の発明では、請求項６〜１１のいずれか１つに記載の現像装置において、前記表面電位制御手段の径が、前記トナー供給手段の径よりも大きいことを特徴とする。
径が大きいことにより、ニップ幅を大きく取ることができ、時定数を小さくできる。
請求項１４記載の発明では、請求項６〜１１のいずれか１つに記載の現像装置において、前記トナー担持体に対する前記表面電位制御手段の食い込み量が、前記トナー担持体に対する前記トナー供給手段の食い込み量よりも大きいことを特徴とする。
食込み量が大きいことによりニップ幅を大きく取ることができ、時定数を小さくできる。

請求項１５記載の発明では、潜像担持体に対向して配置されるトナー担持体と、該トナー担持体の表面に所定方向に並べて設けられ互いに絶縁された複数の電極と、前記複数の電極間の電界が時間的に切り替わるように前記電極に電圧を供給する電圧供給手段とを備え、前記電極間の電界により前記トナー担持体の表面に担持されたトナーをホッピングさせながらクラウドを形成し、前記潜像担持体上に形成された潜像にトナーを付着させて該潜像を現像する現像装置において、前記トナー担持体にトナーを供給するトナー供給部材と、前記トナー担持体からトナーを回収するトナー回収部材と、前記トナー担持体の表面電位を制御する表面電位制御手段とを有し、前記表面電位制御手段に印加するバイアスの平均電位が、前記トナー担持体の前記電極群に印加するバイスの平均電位と略等しいことを特徴とする。
表面電位制御手段とトナー担持体の表面電位が同電位であることにより、トナー担持体への注入帯電を防止することができる。

請求項１６記載の発明では、請求項１５記載の現像装置において、前記トナー担持体の前記電極群のうち一方の電極群に印加するバイアスが時間的に変化する波形であり、他方の電極群に印加するバイアスが逆位相の時間的に変化する波形であり、前記表面電位制御手段に印加するバイアスがＤＣバイアスであることを特徴とする。
逆位相の矩形波バイアスを印加することで、フレアローラ印加バイアスの平均値を常に一定に保つことができる。
請求項１７記載の発明では、請求項１５記載の現像装置において、前記トナー担持体の前記電極群のうち一方の電極群に印加するバイアスが時間的に変化する波形であり、他方の電極群に印加するバイアスがＤＣバイアスであり、前記表面電位制御手段に印加するバイアスがＤＣバイアスであることを特徴とする。
時間的に変化する波形を出力する電源が一系統で済むため、電源の低コスト化が図れる。
請求項１８記載の発明では、請求項１５記載の現像装置において、前記トナー担持体の前記電極群のうち一方の電極群に印加するバイアスが時間的に変化する波形であり、他方の電極群に印加するバイアスが逆位相の時間的に変化する波形であり、前記表面電位制御手段に印加するバイアスが時間的に変化する波形であることを特徴とする。
逆位相の矩形波バイアスを印加することで、フレアローラ印加バイアスの平均値が常に一定に保たれ、かつ表面電位制御手段にも時間的に変化する波形を印加することで、電位制御が可能である。

請求項１９記載の発明では、請求項１８記載の現像装置において、前記表面電位制御手段に印加するバイアスが、前記トナー担持体の前記一方の電極群に印加するバイアスと同一であることを特徴とする。
逆位相の矩形波バイアスを印加することで、フレアローラ印加バイアスの平均値が常に一定に保たれ、かつ表面電位制御手段に新たな電源が不要のため、電源が２チャンネルで済み、電源の低コスト化が図れる。
請求項２０記載の発明では、請求項１５記載の現像装置において、前記トナー担持体の前記電極群のうち一方の電極群に印加するバイアスが時間的に変化する波形であり、他方の電極群に印加するバイアスがＤＣバイアスであり、前記表面電位制御手段に印加するバイアスが、前記トナー担持体の前記一方の電極群に印加する時間的に変化する波形と同一であることを特徴とする。
時間的に変化する波形の出力が１系統で済むため、電源の低コスト化が図れる。
請求項２１記載の発明では、請求項１５〜２０のいずれか１つに記載の現像装置において、前記トナー供給部材が、前記表面電位制御手段としての機能を兼ねており、且つ、前記トナー担持体と摺擦しながら回転するスポンジローラであることを特徴とする。
スポンジローラで供給することによって、十分な量のトナーを長期にわたって安定して供給することができるとともに、トナー担持体の表面電位を安定化できる。

請求項２２記載の発明では、請求項１５〜２０のいずれか１つに記載の現像装置において、前記トナー供給部材が、前記表面電位制御手段としての機能を兼ねており、且つ、前記トナー担持体と摺擦しながら回転するファーブラシローラであることを特徴とする。
ファーブラシローラで供給することによって、十分な量のトナーを長期にわたって安定して供給することができるとともに、トナー担持体の表面電位を安定化できる。
請求項２３記載の発明では、請求項２１又は２２記載の現像装置において、前記トナー供給部材が前記トナー回収部材としての機能を兼ねていることを特徴とする。
トナー供給手段について回収手段と機能集約を図ることによって、構成の簡略化、ユニットの低コスト化を図ることができる。
請求項２４記載の発明では、プロセスカートリッジにおいて、少なくとも前記潜像担持体と、請求項１〜２３のいずれか１つに記載の現像装置とを一体に備え、画像形成装置本体に着脱自在であることを特徴とする。

請求項２５記載の発明では、画像形成装置において、請求項１〜２３のいずれか１つに記載の現像装置を備えたことを特徴とする。
濃度ムラや、地汚れのない良好な画像を得ることができる。
請求項２６記載の発明では、画像形成装置において、請求項２４記載のプロセスカートリッジを備えたことを特徴とする。
請求項２７記載の発明では、画像形成装置において、請求項１〜２３のいずれか１つに記載の現像装置又は請求項２４記載のプロセスカートリッジを複数備え、前記潜像担持体上で複数回の色重ねを行うことを特徴とする。
本発明の現像装置を画像形成装置に備えることで、潜像担持体と非接触の現像が可能となる。よって接触現像での潜像担持体の劣化がなくなり、高耐久化が可能となる。また、非接触の現像で、かつ静電潜像近傍では直流電界であるため、感光体上色重ねが可能であり、簡易な構成でフルカラー画像の形成が可能となる。また感光体上で色重ねができることは、色ずれのない高画質な画像を得ることができる。

本発明によれば、トナー担持体の表面電位を一定にすることができる。すなわち、潜像担持体上の静電潜像の画像部、非画像部との電位差を一定にすることができ、画像濃度ムラのない良好な画像を得ることができる。

以下、本発明の実施形態を、図１乃至図１８を参照して説明する。
まず、フレア現像方式（トナーをホッピングさせてクラウドを形成した状態で現像する方式）の原理を実験モデルで簡単に説明する。
図１に示すように、ガラス基板１上にアルミニウムを蒸着することによって、ｐ[μｍ]のピッチで潜像担持体の移動方向に配列された複数の電極２１、２２、２３・・・からなる電極パターン２を形成し、その上に保護層３として樹脂コートを施したものを形成してトナー担持体としての基板４を構成し、この基板４の上には、帯電させたトナー層５を形成する。

トナー層５は、基板４に対して図示しない２成分現像器によってベタ画像を薄層に現像することによって形成する。トナー層５に対して、図２に示すように、奇数番目の電極２１、２３・・・の集合体である奇数番目電極群と、偶数番目の電極２２・・・の集合体である偶数番目電極群との間に電圧供給手段としての交流電源６から奇数番目電極群に交流電圧を偶数番目電極群に前記交流電圧の逆位相を印加すると、トナー層５の各トナー粒子は奇数番目電極群２１、２３・・・と偶数番目電極群２２・・・を往復するようなホッピング運動を行う。本発明ではこのトナーのホッピング運動によるクラウド状態を「フレア（Ｆｌａｒｅ）」と呼ぶこととする。
基板４を潜像担持体に対向させた状態でフレアを形成することにより、潜像担持体上の潜像にトナーが付着して現像をすることができる。この現像方式を「フレア現像」と呼び、このフレア現像で用いるローラ形状のトナー担持体を「フレアローラ」と呼ぶこととする。

図３に基づいて、本実施形態に係る、上記フレア現像の原理を適用した現像装置を説明する。
現像装置３０は、現像剤を収容するケーシング３１と、ケーシング３１内の現像剤を攪拌する攪拌部材３２と、図示しない潜像担持体に対向するトナー担持体としてのフレアローラ３３と、フレアローラ３３の回転方向（トナー搬送方向）の上流側に位置し、フレアローラ３３にトナーを供給するトナー供給手段で且つトナー供給部材としての供給ローラ３４と、フレアローラ３３に供給されたトナーの厚みを一定にする層厚規制部材３５と、潜像担持体側においてフレアローラ３３とケーシング３１との間の隙間を塞ぐシール部材３６と、フレアローラ３３の回転方向（トナー搬送方向）の下流側に位置する表面電位制御手段で且つトナー回収手段あるいはトナー回収部材としての回収ローラ３７と、回収ローラ３７上のトナーを掻き落とすフリッカー３８とを備えている。

ここでフレア現像について詳しく説明する。
図４はフレアローラ３３の斜視図である。フレアローラ３３の軸線方向の一端部にはＡ相の電圧を印加するための共通電極３３Ａが周方向に亘って形成されており、他端部にはＡ相とは逆位相のＢ相の電圧を印加するための共通電極３３Ｂが周方向に亘って形成されている。図６に示すように、共通電極３３Ａ、３３Ｂからは、ローラの軸線方向において対向するように複数の電極２０Ａ、２０Ｂが延びており、これらの電極は周方向に交互に並べられている。

図５はフレアローラ３３の長手方向と直交する方向での電極部分の周方向断面を直線状に表した概略図である。支持基板４上に電極２０Ａ、２０Ｂが所定の間隔で配置され、その上に無機又は有機の絶縁性材料で形成した表面保護層３が積層されている。
なお、図５において各電極２０Ａ、２０Ｂから伸びる線は各電極に電圧を印加するための導電線を表しており、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。
上記のように、各電極２０Ａ、２０Ｂに対しては、装置本体側の電源から２相（Ａ相、Ｂ相）の異なる駆動電圧が共通電極３３Ａ、３３Ｂに図示しないブラシ接点部材を介して印加される。

図６はフレアローラ３０の電極部の平面展開図である。これらの図からわかるようにフレアローラ３０は、トナーをホッピングさせるための電界を発生する２相の電極群を有し、偶数番目の電極群と奇数番目の電極群にそれぞれ図示しない駆動回路から図７に示すような駆動波形が印加され、２相の電極間に時間周期的な電位差が形成される。
フレアローラ３０は、回転軸の一方に奇数番電極（共通電極３３Ａ）が接続され、回転軸のもう一方に偶数番電極（共通電極３３Ｂ）が接続されている状態で回転駆動される。

このような構成により、供給ローラ３４からフレアローラ３３に供給されたトナーは、時間周期的に変化する電界に従ってホッピング運動を行う。そしてフレアローラ３３自体の回転駆動により、潜像担持体との対向領域に搬送され、潜像担持体上の潜像にトナーが電界からの力を受けて移動して現像が行われる。
一方、現像に寄与しなかった不要なトナーは回収ローラ３７との対向領域へ運ばれてくる。フレアローラ３３上のトナーはホッピングしているため、フレアローラ３３とトナーの付着力は非常に低く、回収ローラ３７で容易に回収される。そして供給ローラ３４との対向領域では、再び新しいトナーがフレアローラ３３に供給される。これを繰り返すことによって、フレアローラ３３上には常に一定量のトナーがホッピングしている状態が形成される。

なお、フレアローラ３３の支持基板４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、あるいはＳＵＳ等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、ポリイミドなどの材料からなる基板等を適用できる。
電極２０は、支持基板４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で所要の電極形状にパターン化して形成している。

次にトナーのホッピングを行うためのフレアローラ３３上の電極幅Ｌ及び電極間隔Ｒ、駆動波形形状並びに表面保護層について説明する。
搬送部材における電極幅Ｌと電極間隔Ｒはトナーのホッピング効率に大きく影響する。なお電極ピッチＰは、Ｐ＝Ｒ＋Ｌで表される。
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。
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、ホッピング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、低電圧で効率よくトナーをホッピングさせるための適正な電極幅があることを見出した。

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、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ホッピングしている時間が短くなり、着地している時間が長くなる。これについても、本発明者らは鋭意研究した結果、低電圧で効率よくトナーを搬送、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。
さらに、電極表面を覆う表面保護層３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。
すなわち、フレアローラ３３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、低電圧で効率的なホッピングを行うことができる。
そこで本実施形態では、図５に示す電極幅Ｌは、トナー平均粒径の１倍以上２０倍以下とし、かつ、電極間隔Ｒもトナー平均粒径の１倍以上２０倍以下としている。

駆動波形として本実施形態では、図７（ｂ）に示す矩形波を用いた。図７（ｂ）の波形は、位相を１８０度ずらした矩形波をＡ相とＢ相に印加したものであるが、図７（ａ）に示すように、２相ある電極のうちの一方の電極を常に一定の電圧を印加しておき、もう一方の電極に矩形波電圧を印加しても、同様にトナーをホッピングさせることが可能である。
さらに、フレアローラ３３の電極に印加するバイアスは矩形波に限定されるものではなく、時定数を持った三角波等の駆動波形であってもよく、また同様の時定数に相当する正弦波を駆動波形として用いても、実用上の動作は可能である。

次に、表面保護層３は、例えばＳｉＯ_２、ＢａＴｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＴｉＯ_４、ＳｉＯＮ、ＢＮ、ＴｉＮ、Ｔａ２Ｏ_５等を適用でき、厚さは０．５〜１０μｍ、好ましくは０．５〜３μｍで形成している。
また、ＳｉＯ_２等の上にポリカなどの有機材料をコートしても良い。ジルコニア、あるいは二成分現像剤のキャリアのコート材料として一般的に使われる材料、例えばシリコーン系樹脂を選択することもできる。表面保護層３は、絶縁性、耐久性、フレアローラ自体の製法、及び使用するトナーとの帯電列との関係から適宜選択される。
本発明に係る現像装置３０を画像形成装置に用いる場合、フレアローラ３３として、少なくともＡ４縦幅２１ｃｍ、または横幅３０ｃｍ以上の長尺、大面積にファインパタンの実用が必要になってくる。

ここでフレアローラ３３の製法についていくつか挙げる。
まず始めに、フレキシブルな電極パターンを形成し、それを支持ドラムに巻きつけてフレアローラを形成する場合について説明する。
フレキシブルなファインピッチ薄層電極を有する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）として、その上に蒸着法によって０．１〜０．３μｍ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。
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、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。

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、前記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。
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１２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。
次いで、表面保護層１３としてＳｉＯ_２、ＢａＴｉＯ_２、ＴｉＯ_２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ＳｉＯ_２、その他無機膜を０．１〜０．５μｍの厚みにスパッタ等で形成すればよい。また、ＳｉＯ_２等の上にポリカなどの有機材料をコートしても良い。ジルコニア、あるいは二成分現像剤のキャリアのコート材料として一般的に使われる材料、例えばシリコーン系樹脂を選択することもできる。

このようなフレキシブル基板を構成することによって、円筒形状のドラムに貼り付けたり、或いは、部分的に曲面形状にしたりすることが容易に行える。
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）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の形状にパターン化し、その電極面上に保護層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平坦化して完成する。
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、搬送部材最表面が平坦化される。

さらに、フレキシブル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１１とする。
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０．１〜０．２μｍの厚みに蒸着し、フォトリソ、エッチングによって前記数１０μｍのファインパタンの電極を形成する。さらに、表面に前記ＳｉＯ_２、ＢａＴｉＯ_２、ＴｉＯ_２等の表面保護層を０．５〜１μｍ程度の厚みにスパッタにより形成することで、フレキシブル搬送部材を得ることができる。
また、ＳｉＯ_２等の上にポリカなどの有機材料をコートしても良い。ジルコニア、あるいは二成分現像剤のキャリアのコート材料として一般的に使われる材料、例えばシリコーン系樹脂を選択することもできる。

フレアローラ３３の別の製法としては、はじめから円筒ドラムに対して電極をパターニング及び表面保護層を形成する方法もある。
一例として図８に示すような工法が挙げられる。
この実施形態では工程（ａ）〜（ｅ）によりパターン電極を形成する。図はフレアローラ表面を、回転軸に沿った方向に見たときの図である。工程（ａ）ではローラの表面を外周旋削によって平滑に仕上げる。工程（ｂ）では溝のピッチが１００μｍ、溝幅が５０μｍとなるように溝切削を行う。工程（ｃ）では無電解ニッケルメッキを施し、工程（ｄ）では外周を旋削して不要な導体膜を取り除く。
この時点で電極が溝部分に形成される。その後、シリコーン系樹脂でコーティングすることでローラ表面を平滑にし、同時に表面保護層とした（工程（ｅ））。なおこのとき、表面保護層の厚みは約５μｍ、体積抵抗率約１０＾１０Ω・ｃｍとした。

さらに別のフレアローラの製法としては、導電インクを用いたスクリーン印刷、インクジェットによるプリント、メッキ加工した電極の非電極部をレーザ加工で除去する等の製法も挙げられる。
フレアローラ３３の電極パターンおよび表面保護層の作成方法は上述の方法に限定されるものではなく、電極材料としては銀、銅などを使用しても良い。
フレアローラ３３のＡ相の接続端子（共通電極３３Ａ）とＢ相の接続端子（共通電極３３Ｂ）間で測定した静電容量は９００ｐＦ〜２０００ｐＦであった。
また、トナーの粒径は平均粒径が３〜１２μｍのトナーを用いることができ、トナーに添加するシリカは１重量部から５重量部までは、トナーが正常な範囲に帯電した。すなわち、フレアローラ３３上でホッピングするのに十分な帯電量を持ち、かつ、フレアローラ３３に貼り付くほどの高い帯電量にもならなかった。

次に表面電位制御手段の実施例について説明する。
［実施例１］
本実施例では図３に示す現像装置を用い、トナーは体積平均粒径が６μｍのものを用いた。
トナー収容部に収容されているトナーが攪拌部材（撹拌パドル）３２により、供給ローラ３４に運ばれる。供給ローラ３４としてスポンジローラを用い、フレアローラ３３へ０．５ｍｍ食い込ませた。
トナーはフレアローラ３３に供給されると同時に摩擦帯電を促進される。フレアローラ３３に供給されたトナーは、フレアローラ３３の回転とともに運ばれ、トナー層厚規制部材３５で付着量が規制される。層厚規制部材３５として絶縁性のゴムブレードを用いた。
付着量を規制された後のトナーはホッピングしながら均一に再配置されつつ、現像領域に搬送され、図示しない感光体上の静電潜像を非接触で現像する。

次にトナー回収部材を兼ねた表面電位制御手段について説明する。
トナー回収部材兼表面電位制御手段としての回収ローラ３７として、本実施例ではスポンジローラを用い、フレアローラ３３への食込み量０．５ｍｍとした。
現像に使用されなかったトナーは、現像領域を通過して、回収ローラ３７で回収され、ケーシング３１のトナー収容部に一旦戻される。フレアローラ３３上のトナーはホッピングしているため、非常に付着力が小さく、少ない食い込み量で十分な回収性能が得られる。回収されたトナーは図示しない経路で他のトナーと混合され、再びフレアローラ３３への供給に用いられる。

本実施例では回収ローラ３７に、Ｖａｖｅ（フレアローラ３３に印加するバイアスの平均値）と同じ−２００Ｖを印加した。
フレアローラ３３の線速を３００ｍｍ／ｓとし、供給ローラ３４はフレアローラ３３とカウンター方向で線速２００ｍｍ／ｓにした。フレアローラ３３に印加するバイアスは周波数ｆが１ｋＨｚ、Ｖｐｐが２００Ｖの矩形波電圧を図７（ｂ）に示すように、Ａ相、Ｂ相で位相を１８０度ずらして印加した。オフセット電圧Ｖ０は−２００Ｖとした。矩形波のＤｕｔｙは５０％なのでフレアローラ３３に印加するバイアスの平均値Ｖａｖｅはオフセット電圧Ｖ０に一致する。
供給ローラ３４にはＤＣ−４５０Ｖを印加し、供給ポテンシャルは２５０Ｖ確保した。

本実施例のトナー供給手段及び回収手段を兼ねた表面電位制御手段のタイプ、時定数、フレアローラへの食込み量、ローラ径は表１の条件１に示す通りである。
表１中の高抵抗ローラは１０＾８Ω、中抵抗ローラは１０＾６Ωのものを用いた。
なお、供給ローラ３４及び回収ローラ３７の抵抗測定は、ＤＣ−１００Ｖを印加した状態でφ３０（径３０ｍｍ）の金属ローラ（３０ｒｐｍ）に対象とするローラを載せ、荷重片端５００ｇにて測定する。

次にこれらの条件で供給ローラ３４によるフレアローラ３３への電荷注入の時定数τ１の測定法、及び表面電位制御手段としての回収ローラ３７によるフレアローラ３３の電位変化の時定数τ２の測定法を説明する。
トナーなしでフレアローラ３３周上に供給ローラ３４のみ当接する単純な構成で、食込み量、ローラ回転数等の諸条件を実機と同じ条件に設定する。フレアバイアスの平均値Ｖａｖｅ＝０Ｖとする。
フレアバイアスと供給バイアスを印加し、それぞれ９０秒間回転させたときのフレアローラ表面電位挙動を表面電位計で測定する。なお印加するバイアスはＤＣ−２５０Ｖ、０Ｖ、＋２５０Ｖの３条件であるが、時定数は略同じなので条件を減らしても良い。
ただし、供給バイアスが０Ｖのときの電位挙動は見ておく必要がある。なぜなら電荷注入とは別のモデルで電位の変動が発生する場合があるので、その場合には供給バイアスが０Ｖでの挙動を差し引いた電位挙動で時定数を求める必要があるからである。

すると図１２に示すような電位プロフィールが得られる。そもそも電荷注入は図１３に示すＲＣ直列回路で説明できる特性なので、実験で得られた電位プロフィールから時定数τが求められる。
ここで得られる時定数は、ローラの回転時間を横軸にした電荷注入特性であり、実際に電荷注入が行われている時間はずっと短いが、ここではあえて実際の充電時間ではなくローラの径やニップ幅等のパラメータで変わる時定数を求めている。
表面電位制御手段（回収ローラ３７）によるフレアローラ３３への電位変化の時定数を測定する場合も同様の手順で求められる。
以上に述べた方法で時定数を求めると、本実施例の場合、表１に示すように、供給の時定数が１４、回収兼電位制御の時定数が１．５であり、
τ１＞τ２
の関係が成り立っている。

このような条件のもとで、図２に示す構成の現像装置３０でフレアローラ３３を連続回転させても、層厚規制後のトナー付着量と帯電量は一定であった。
さらにフレアローラ３３の１回転後からのクラウド電位は、図９に示すように一定であった。なおクラウド電位とは、フレアローラ３３の上にトナーが付着した状態で、かつフレアバイアス印加状態でホッピング中の表面電位のことである。
クラウド電位が一定であると、感光体上の潜像電位との電位差が一定に保たれるので、画像濃度は安定しており地汚れも発生せず、良好な画像形成を行うことができた。
すなわち、供給ローラ３４よるフレアローラの表面電位の増加率よりも、回収ローラ３７によるフレアローラの表面電位の減衰率を大きくすれば（τ１＞τ２）、潜像担持体上の潜像電位との電位差を一定に保つことができる。

［実施例２］
本実施例では表１の条件２に示すように、供給ローラ３４としてφ１０のスポンジローラを用い、回収ローラ３７として同材料のφ１４のスポンジローラを用いた。同じ食込み量での条件において、小径ローラの方がフレアローラ３３との接触ニップ幅が狭く、電荷注入の時定数τ１が大きくなる。したがって、
τ１＞τ２
の関係が得られ、フレアローラを連続回転させても層厚規制後のトナー付着量と帯電量は一定であった。さらにフレアローラ１回転後からクラウド電位が一定であった。そのため、感光体上の潜像電位との電位差が一定に保たれ、画像濃度は安定しており地汚れも発生せず、良好な画像形成を行うことができた。

［実施例３］
本実施例では表１の条件３に示すように、表面電位制御手段を兼ねた回収ローラ３７の食込み量を１．０ｍｍにして、回収ニップ幅を供給ニップ幅よりも大きくしている。
これによって、フレアローラ１回転あたりの電荷注入の時間が長くなり、電位制御の時定数τ２が小さくなる。したがって、
τ１＞τ２
の関係が得られ、フレアローラ３３を連続回転させても層厚規制後のトナー付着量と帯電量は一定であった。さらにフレアローラ１回転後からクラウド電位が一定であった。そのため、感光体上の潜像電位との電位差が一定に保たれ、画像濃度は安定しており地汚れも発生せず、良好な画像形成を行うことができた。

実施例１〜３では供給ローラ３４および回収ローラ３７としてスポンジローラを用いたが、ファーブラシを用いても好適である（実施例４）。
また、トナー供給手段としてファーブラシを用いても、時定数の関係が満足されれば充分な電位制御の効果が得られる（実施例５）。

［比較例１］
一方、供給ローラ３４と回収ローラ３７を入れ替えた条件で実験を行ったところ、図１０に示すように電位はローラ回転後２０秒程度まで下がり続けた。このとき現像領域で適正な現像ポテンシャルが維持されないため、画像濃度が濃くなり、地汚れも発生する不具合が生じた。
また、実質的に供給ポテンシャルが初期より小さくなってしまっているため、十分な量のトナーがフレアローラに供給されない問題も発生した。
これらの結果をまとめると、フレアローラ回転開始直後は、フレアローラ表面電位が０であるため、狙い通りの画像が得られるが、表面電位がマイナス側に大きくなると、感光体上の潜像電位との差である現像ポテンシャルが大きくなり、画像濃度が濃く不具合が生じる。これらの原因はフレアローラの電位制御の能力が不足していたことが原因であると考えられる。

［比較例２］
本比較例では、図１１に示すように、表面電位制御手段として導電性ブレード３９を現像領域下流かつ供給領域上流に設け、ブレード３９にバイアスを印加した。
ブレード当接の場合、充分なニップ幅を設けることが難しく、実質的な注入時間が供給ローラ３４を用いたトナー供給部での電荷注入の時間より小さくなり、注入された電荷を完全に除電して電位制御することができなかった。

フレアローラ３３と回収ローラ３７にトナーと同極性（ここでは−極性）の電圧を印加し、且つ、電位の絶対値においてフレアローラ３３の方が大きくなるように設定することもできる。例えば、フレアローラ３３の電位Ｖｆを−２００Ｖ、回収ローラ３７の電位Ｖ_Ｒを−１００Ｖとすれば（｜Ｖ_Ｆ｜＞｜Ｖ_Ｒ｜）、トナーは回収ローラ３７に引き付けられる。
このようにすれば、回収ローラ３７によるフレアローラ３３からのトナーの回収率を高めることができ、トナー回収はフレアローラ３３の表面電位の変化につながるので、電位制御（除電）に寄与することができ、除電効率を高めることができる。

［実施例４］
本実施例では、トナーをホッピングさせるための駆動波形として図７（ｂ）に示すような矩形波を用いた。すなわち、２相の電極とも平均値Ｖ０が−２００［Ｖ］で、周波数ｆが１［ｋＨｚ］、ピークツーピーク電圧Ｖｐｐが３００［Ｖ］の矩形波バイアスである。また、供給ローラにも電極の１相に印加したのと同じＤＣバイアスＶ０として−２００［Ｖ］を印加した。
本実施例のように、矩形波バイアスのＤｕｔｙが５０％の場合は、フレアローラに印加するバイアスの平均値Ｖａｖｅは矩形波バイアスのオフセット電圧Ｖ０に一致する。
一方、Ｄｕｔｙが５０％でないなどの理由によって、フレアローラに印加するバイアスの平均値Ｖａｖｅとオフセット電圧Ｖ０が一致しない場合には、表面電位制御手段に印加するバイアスはフレアローラに印加するバイアスの平均値Ｖａｖｅを印加して供給バイアスを同電位にする。

なお、供給ローラおよび回収ローラとして用いたスポンジローラは１０＾５〜１０＾７Ωのものを用いた。
ただし、供給ローラ、回収ローラの抵抗測定は、ＤＣ−１００Ｖを印加した状態でφ３０金属ローラ（３０ｒｐｍ）に対象とするローラを載せ、荷重片端５００ｇにて測定する。
このような条件のもとで、図３に示す構成の現像装置でフレアローラを連続回転させても、層厚規制後のトナー付着量と帯電量は一定であった。
さらに図９に示すように、クラウド電位が一定であった。クラウド電位が一定であると、感光体上の潜像電位との電位差が一定に保たれるので、画像濃度は安定しており地汚れも発生せず、良好な画像形成を行うことができた。

［実施例４に対する比較例］
実施例４と同様の構成で、フレアローラに印加するバイアスは実施例１と同じにして、表面電位制御手段を兼ねる回収ローラに、−４００［Ｖ］印加したところ、図１０に示すように、電位はローラ回転後２０秒程度まで下がり続けた。このとき現像領域で適正な現像ポテンシャルが維持されないため、画像濃度が濃くなり、地汚れも発生する不具合が生じた。
また、実質的に供給ポテンシャルが初期より小さくなってしまっているため、十分な量のトナーがフレアローラに供給されない問題も発生した。
これらの結果をまとめると、フレアローラ回転開始直後は、フレアローラ表面電位が０であるため、狙い通りの画像が得られるが、表面電位がマイナス側に大きくなると、感光体上の潜像電位との差である現像ポテンシャルが大きくなり、画像濃度が濃く不具合が生じる。

［実施例５］
本実施例では、トナーをホッピングさせるための駆動波形として図７（ａ）に示すような矩形波を用いた。すなわち、１相は平均値Ｖ０が−３００［Ｖ］で、周波数ｆが１［ｋＨｚ］、ピークツーピーク電圧Ｖｐｐが６００［Ｖ］の矩形波であり、もう１相はＤＣバイアスＶ０として−３００［Ｖ］印加した。
このように２相ある電極のうちの一方の電極を常に一定の電圧を印加しておき、もう一方の電極に矩形波電圧を印加しても、同様にトナーをホッピングさせることが可能である。このようにフレアローラに印加する一方のバイアスをＤＣバイアスにすることで、パルスを生成する電源系統を１つ減らせ、電源の低コスト化が可能である。
また、供給ローラにはＶ０のＤＣバイアスを印加した。

このようにして供給ローラに印加するバイアスとフレアローラに印加するバイアスの平均値を同電位とすることによって、フレアローラ表面電位を常に一定に維持することができ、フレアローラを連続回転させてもクラウド電位が一定であった。そのため、画像濃度ムラのない良好な画像形成を行うことができた。

［実施例６］
本実施例では、トナーをホッピングさせるための駆動波形として図７（ｂ）に示す矩形波を用いた。すなわち、２相の電極とも平均値Ｖ０が−３００［Ｖ］で、周波数ｆが１［ｋＨｚ］、ピークツーピーク電圧Ｖｐｐが３００［Ｖ］の互いに逆位相の矩形波バイアスである。
また、供給ローラには、平均値Ｖ０が−３００［Ｖ］、周波数ｆ２が５００［Ｈｚ］、ピークツーピーク電圧Ｖ２が４００［Ｖ］の矩形波バイアスを印加した。
このような条件のもとで、フレアローラを連続回転させてもクラウド電位が一定であった。そのため、画像濃度ムラのない良好な画像形成を行うことができた。

［実施例７］
本実施例では、実施例６と同じ駆動波形をフレアバイアスとして印加し、供給ローラには、フレアローラ印加バイアスのＡ相もしくはＢ相に印加する矩形波バイアスと同一の波形を印加した。
このような条件のもとで、フレアローラを連続回転させてもクラウド電位が一定であった。そのため、画像濃度ムラのない良好な画像形成を行うことができた。

［実施例８］
本実施例では、トナーをホッピングさせるための駆動波形として図７（ａ）に示す矩形波を用いた。すなわち、１相は平均値Ｖ０が−３００［Ｖ］で、周波数ｆが１［ｋＨｚ］、ピークツーピーク電圧Ｖｐｐが６００［Ｖ］の矩形波であり、もう１相はＤＣバイアスＶ０として−３００［Ｖ］を印加した。
このときの供給バイアスは、フレアローラの片側１相に印加した矩形波バイアスと同一の矩形波バイアスとした。
このような条件のもとで、フレアローラを連続回転させてもクラウド電位が一定であった。そのため、画像濃度ムラのない良好な画像形成を行うことができた。

実施例４〜８では供給ローラおよび回収ローラとしてスポンジローラを用いたが、どちらか一方、もしくは両方ともファーブラシを用いても良い。

これらの実験結果のように、適切な電位制御手段を設けないと電位が変動してしまうメカニズムについて説明する。
本発明者らが鋭意研究した結果、フレアローラ表面電位の変動要因には以下の３つがあることを発見した。
（１）コンデンサーモデルによる電荷の蓄積。
トナーの介在をなくし、供給ローラとフレアローラの影響のみを抽出するために、供給ローラとフレアローラのみを空回転させ、フレアローラの表面電位の時間推移を測定した結果を図１２に示す。この挙動は図１３に示したＲＣ直列回路のコンデンサーに蓄積される電荷が生み出すコンデンサーの表面電位に他ならない。
すなわち、供給ローラとフレアローラ表面電位の電位差がなくなるまでフレアローラの表面保護層に電荷が蓄積し、電位が飽和する。
供給バイアス、フレアバイアスの電源をオフにして放置すれば電荷は徐々に失われるが、表面保護層は電極間の絶縁性を出すために抵抗が高いため、一旦蓄えた電荷をなかなか自然にはリークしない。したがって、除電機能を設けずにシステムを成立させるのは難しいと考えられる。
（２）フレアローラと供給ローラの摩擦帯電。
供給ローラとフレアローラ表面電位の影響のうち、さらに、供給ローラに印加するバイアス、フレアローラに印加するバイアスの影響を取り除き、両者の摩擦帯電特性のみを調べるために、供給バイアス、２相のフレアローラ印加バイアス、をすべてグランド接続して、同様にフレアローラ表面電位の時間推移を測定した結果を図１４に示す。
この挙動から、フレアローラと供給ローラの摩擦帯電のみでフレアローラが−４０Ｖ程度帯電することが分かった。この値、収束速度は、供給ローラとフレアローラ表面保護層の材料の帯電列の関係や、供給ローラの食い込み量なども影響する。
（３）トナーのマイナス電荷を打ち消す電荷が誘起される（図１５参照）。
供給ローラから供給されたトナーがフレアローラ上でホッピングしていると、逆チャージのプラス電荷がフレアローラ表面保護層に誘起され、トナーを除去した後のフレアローラ表面電位を測定すると、プラス側の表面電位を持つ。トナーの帯電量が高いほど、この値は顕著となる。
図１５における「トナー吸引」はホッピングしたトナーをフレアローラの表面に引き付けることを意味する。

上記（１）のモデルだけならば、トナーの供給・回収を機械的な掻き取りのみに頼るようにして電界を使わなければ、コンデンサモデルによる表面電位の変動は避けることができる。しかし、同時に（２）、（３）のモデルで表面電位が帯電しているので、フレアローラの表面電位を常に一定にして感光体との対向領域へトナーを運ぶためには、いずれにしても除電が必要であるといえる。

図１６は、供給ローラ３４に回収ローラの機能を持たせて機能の集約化を図った現像装置の例を示している。符号３２ａ、３２ｂは搬送方向が逆の攪拌部材を示しており、現像剤はケーシング３１内で循環移動する。
このような現像装置においても上記実施例と同様の表面電位制御結果が得られた。

次に、図１７に基づいて、上記実施形態に係る現像装置を画像形成装置へ適用した実施形態を説明する。ここでは感光体上に各色のトナー像を重ねて形成する画像形成装置の例を示す。
本実施形態では、潜像担持体としての無端ベルト状の感光体５０は、複数のローラ５１、５２、５３、５４に掛け渡され、図示しない駆動部により回転駆動される。
感光体５０と対向して、複数色、例えばブラック、イエロー、シアン、マゼンタの画像をそれぞれ形成する複数の画像形成手段としての現像装置３０Ｋ、３０Ｙ、３０Ｃ、３０Ｍが配列されている。
感光体５０は、まず、帯電装置５６Ｍにより一様に帯電されて図示しない露光手段としての書込装置により、マゼンタの画像データで変調された光ビーム５７Ｍによって露光されることで静電潜像が形成され、この静電潜像が現像装置（マゼンタ）３０Ｍにより現像されてマゼンタのトナー像となる。マゼンタのトナー像は一次転写ローラ５５Ｍにより感光体５０上に転写される。
その後、感光体５０は図示しない除電器により除電されて次の色の画像形成に備える。

次いで、感光体５０は、次の帯電装置５６Ｃにより一様に帯電されて図示しない露光手段としての書込装置により、シアンの画像データで変調された光ビーム５７Ｃによって露光されることで静電潜像が形成され、この静電潜像が現像装置（シアン）３０Ｃにより現像されて上記マゼンタのトナー像と重なるシアンのトナー像となる。シアンのトナー像は一次転写ローラ５５Ｃにより感光体５０上に転写される。
その後、感光体５０は除電器により除電されて次の画像形成に備える。
さらに感光体５０は、次の帯電装置５６Ｙにより一様に帯電されて図示しない露光手段としての書込装置により、イエローの画像データで変調された光ビーム５７Ｙによって露光されることで静電潜像が形成され、この静電潜像が現像装置（イエロー）３０Ｙにより現像されて上記マゼンタのトナー像及び上記シアンのトナー像と重なるイエローのトナー像となる。イエローのトナー像は一次転写ローラ５５Ｙにより感光体５０上に転写される。
その後、感光体５０は除電器により除電されて次の画像形成に備える。
最後に、感光体５０は、次の帯電装置５６Ｋにより一様に帯電されて図示しない露光手段としての書込装置により、ブラックの画像データで変調された光ビーム５７Ｋによって露光されることで静電潜像が形成され、この静電潜像が現像装置（ブラック）３０Ｋにより現像されて上記マゼンタのトナー像、上記シアンのトナー像及び上記イエローのトナー像と重なるブラックのトナー像となる。ブラックのトナー像は一次転写ローラ５５Ｋにより感光体５０上に転写され、これによりフルカラー画像が形成される。

一方、図示しない給紙装置から記録紙等の記録媒体Ｐが給送される。記録媒体Ｐは、レジストローラ対５８で斜めずれを修正された後所定のタイミングで二次転写部位へ搬送され、電源から転写バイアスが印加される転写手段としての二次転写ローラ５９により感光体上のフルカラー画像が転写される。
フルカラー画像が転写された記録媒体Ｐは、定着装置６０によりフルカラー画像を定着され、外部へ排出される。感光体５０は、フルカラー画像転写後に図示しないクリーニング手段により残留トナー等が除去される。
以上に述べた実施形態では、同一の感光体５０上に４色分の書き込みを行うので、通常の４連タンデム方式と比較すると、原理的に位置ズレがほとんど発生せず、感光体５０上で色重ねができて位置ズレのない高画質のフルカラー画像を得ることができる。
また、上記実施形態の現像装置を用いた色重ねシステムは、トナー担持体と感光体が非接触で、かつ現像領域の感光体近傍で交番電界がかかっていないため、次の色の現像工程が、感光体上に一度形成されたトナー像に対しては機械的にも電界的にも影響を与えないので、スキャベンジや混色などの問題が一切無く、高画質な作像プロセスを長期に亘り安定して行うことができる。

上記画像形成装置の実施形態において、現像装置３０Ｍと帯電装置５６Ｍを一体に備えたプロセスカートリッジ（他の色についても同様）を着脱自在に備える構成とすることもできる。
また、図１８に示すように、図３で示した現像装置３０と、潜像担持体としての感光体６２を一体に備えたプロセスカートリッジ６３を、４連タンデム方式の画像形成装置に着脱自在に設ける構成とすることもできる。この場合、現像装置は図１６に示した構成のものとしてもよい。

フレア現像の原理を説明するための、フレアが形成される前の状態を示す模式図である。 フレア現像の原理を説明するための、フレアが形成された状態を示す模式図である。 実施形態に係る現像装置の概要断面図である。 フレアローラの斜視図である。 フレアローラの電極部における軸方向と直交する断面での直線展開図である。 フレアローラの電極部の平面展開図である。 フレアローラの電極に印加される電圧の波形図である。 フレアローラの製造工程を示す模式図である。 本発明の実施例に係るフレアローラの回転時間とクラウド電位との関係を示す特性図である。 比較例に係るフレアローラの回転時間とクラウド電位との関係を示す特性図である。 比較例に係る現像装置の概要断面図である。 印加電圧を変化させたときのフレアローラ電位と回転時間との関係を示す電位プロフィールである。 コンデンサモデルの回路図である。 フレアローラと供給ローラの摩擦帯電の関係を示す特性図である。 フレアローラの表面においてトナーがホッピングする場合としない場合とにおける表面電位の違いを示す特性図である。 現像装置の変形例を示す概要断面図である。 画像形成装置の実施形態を示す概要断面図である。 プロセスカートリッジの概要断面図である。

符号の説明

６ 電圧供給手段としての交流電源
２０Ａ、２０Ｂ 電極
３０ 現像装置
３３ トナー担持体としてのフレアローラ
３７ 表面電位制御手段、トナー回収手段、トナー回収部材としての回収ローラ
３４ トナー供給手段、トナー供給部材としての供給ローラ
５０、６２ 潜像担持体としての感光体
６３ プロセスカートリッジ

Claims (27)

1. 潜像担持体に対向して配置されるトナー担持体と、該トナー担持体の表面に所定方向に並べて設けられ互いに絶縁された複数の電極と、前記複数の電極間の電界が時間的に切り替わるように前記電極に電圧を供給する電圧供給手段とを備え、前記電極間の電界により前記トナー担持体の表面に担持されたトナーをホッピングさせながらクラウドを形成し、前記潜像担持体上に形成された潜像にトナーを付着させて該潜像を現像する現像装置において、
   前記トナー担持体にトナーを供給するトナー供給手段と、前記トナー担持体の表面電位を制御する表面電位制御手段とを有し、前記トナー供給手段による前記トナー担持体の表面電位変化の時定数τ１が、前記表面電位制御手段による前記トナー担持体の表面電位変化の時定数τ２より大きいことを特徴とする現像装置。
2. 請求項１記載の現像装置において、
   前記トナー担持体と前記表面電位制御手段の電位がトナーと同極性であり、且つ、電位の絶対値において前記トナー担持体の方が大きくなるように設定されていることを特徴とする現像装置。
3. 請求項１記載の現像装置において、
   前記表面電位制御手段に印加するバイアスが、前記トナー担持体の電極群に印加する周期的な電圧の平均電位と略等しいことを特徴とする現像装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の現像装置において、
   前記トナー担持体の回転方向における、潜像を現像する現像領域下流で、且つ、前記トナー供給手段からトナーを供給される供給領域上流の位置に、前記表面電位制御手段を設けることを特徴とする現像装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の現像装置において、
   前記表面電位制御手段が、前記トナー担持体上のトナーを回収するトナー回収手段の機能を兼ねることを特徴とする現像装置。
6. 請求項１〜５いずれかに記載の現像装置において、
   前記トナー供給手段が、前記トナー担持体と対向して回転駆動されるスポンジローラであることを特徴とする現像装置。
7. 請求項６記載の現像装置において、
   前記表面電位制御手段が、前記トナー担持体と対向して回転駆動されるスポンジローラであることを特徴とする現像装置。
8. 請求項６記載の現像装置において、
   前記表面電位制御手段が、前記トナー担持体と対向して回転駆動されるファーブラシローラであることを特徴とする現像装置。
9. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の現像装置において、
   前記トナー供給手段が、前記トナー担持体と対向して回転駆動されるファーブラシローラであることを特徴とする現像装置。
10. 請求項９記載の現像装置において、
    前記表面電位制御手段が、前記トナー担持体と対向して回転駆動されるスポンジローラであることを特徴とする現像装置。
11. 請求項９記載の現像装置において、
    前記表面電位制御手段が、前記トナー担持体と対向して回転駆動されるファーブラシローラであることを特徴とする現像装置。
12. 請求項６〜１１のいずれか１つに記載の現像装置において、
    前記表面電位制御手段と前記トナー担持体の接触ニップ幅が、前記トナー供給手段と前記トナー担持体の接触ニップ幅よりも大きいことを特徴とする現像装置。
13. 請求項６〜１１のいずれか１つに記載の現像装置において、
    前記表面電位制御手段の径が、前記トナー供給手段の径よりも大きいことを特徴とする現像装置。
14. 請求項６〜１１のいずれか１つに記載の現像装置において、
    前記トナー担持体に対する前記表面電位制御手段の食い込み量が、前記トナー担持体に対する前記トナー供給手段の食い込み量よりも大きいことを特徴とする現像装置。
15. 潜像担持体に対向して配置されるトナー担持体と、該トナー担持体の表面に所定方向に並べて設けられ互いに絶縁された複数の電極と、前記複数の電極間の電界が時間的に切り替わるように前記電極に電圧を供給する電圧供給手段とを備え、前記電極間の電界により前記トナー担持体の表面に担持されたトナーをホッピングさせながらクラウドを形成し、前記潜像担持体上に形成された潜像にトナーを付着させて該潜像を現像する現像装置において、
    前記トナー担持体にトナーを供給するトナー供給部材と、前記トナー担持体からトナーを回収するトナー回収部材と、前記トナー担持体の表面電位を制御する表面電位制御手段とを有し、前記表面電位制御手段に印加するバイアスの平均電位が、前記トナー担持体の前記電極群に印加するバイスの平均電位と略等しいことを特徴とする現像装置。
16. 請求項１５記載の現像装置において、
    前記トナー担持体の前記電極群のうち一方の電極群に印加するバイアスが時間的に変化する波形であり、他方の電極群に印加するバイアスが逆位相の時間的に変化する波形であり、前記表面電位制御手段に印加するバイアスがＤＣバイアスであることを特徴とする現像装置。
17. 請求項１５記載の現像装置において、
    前記トナー担持体の前記電極群のうち一方の電極群に印加するバイアスが時間的に変化する波形であり、他方の電極群に印加するバイアスがＤＣバイアスであり、前記表面電位制御手段に印加するバイアスがＤＣバイアスであることを特徴とする現像装置。
18. 請求項１５記載の現像装置において、
    前記トナー担持体の前記電極群のうち一方の電極群に印加するバイアスが時間的に変化する波形であり、他方の電極群に印加するバイアスが逆位相の時間的に変化する波形であり、前記表面電位制御手段に印加するバイアスが時間的に変化する波形であることを特徴とする現像装置。
19. 請求項１８記載の現像装置において、
    前記表面電位制御手段に印加するバイアスが、前記トナー担持体の前記一方の電極群に印加するバイアスと同一であることを特徴とする現像装置。
20. 請求項１５記載の現像装置において、
    前記トナー担持体の前記電極群のうち一方の電極群に印加するバイアスが時間的に変化する波形であり、他方の電極群に印加するバイアスがＤＣバイアスであり、前記表面電位制御手段に印加するバイアスが、前記トナー担持体の前記一方の電極群に印加する時間的に変化する波形と同一であることを特徴とする現像装置。
21. 請求項１５〜２０のいずれか１つに記載の現像装置において、
    前記トナー供給部材が、前記表面電位制御手段としての機能を兼ねており、且つ、前記トナー担持体と摺擦しながら回転するスポンジローラであることを特徴とする現像装置。
22. 請求項１５〜２０のいずれか１つに記載の現像装置において、
    前記トナー供給部材が、前記表面電位制御手段としての機能を兼ねており、且つ、前記トナー担持体と摺擦しながら回転するファーブラシローラであることを特徴とする現像装置。
23. 請求項２１又は２２記載の現像装置において、
    前記トナー供給部材が前記トナー回収部材としての機能を兼ねていることを特徴とする現像装置。
24. 少なくとも前記潜像担持体と、請求項１〜２３のいずれか１つに記載の現像装置とを一体に備え、画像形成装置本体に着脱自在なプロセスカートリッジ。
25. 請求項１〜２３のいずれか１つに記載の現像装置を備えた画像形成装置。
26. 請求項２４記載のプロセスカートリッジを備えた画像形成装置。
27. 請求項１〜２３のいずれか１つに記載の現像装置又は請求項２４記載のプロセスカートリッジを複数備え、前記潜像担持体上で複数回の色重ねを行うことを特徴とする画像形成装置。

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