JP2012027082A - 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】現像効率が低下するのを抑制できる現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】導電性基材とその上方に絶縁層を介して設けた第一の電極と第二の電極とからなる移動可能な現像剤担持体を有し、第一の電極及び第二の電極にそれぞれ位相の異なる電圧を印加することで、電極間で現像剤がクラウドする電界を形成しながら現像剤担持体の移動によって現像剤を現像領域まで搬送し、像担持体に形成された潜像を現像する現像装置において、前記現像剤担持体の導電性の基材は装置本体の筐体と電気的に絶縁されており、前記第一の電極と第二の電極に印加する電圧の波高値以内の電圧を導電性基材に印加する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリンタ、ファクシミリ、複写機などの画像形成装置に用いられる現像装置、並びに、そ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に関するものである。

従来、トナー担持体の表面上でホッピングさせたトナーを現像に用いるクラウド現像方式を採用した画像形成装置が知られている。例えば、特許文献１に記載の画像形成装置は、周方向に所定のピッチで配設された複数の電極を具備する筒状のトナー担持体を有している。複数の電極のうち、偶数番目の配列位置にあるものに対しては、互いに同じＡ相の繰り返しパルス電圧を印加する一方で、奇数番目の配列位置にあるものに対しては、互いに同じＡ相とは異なるＢ相の繰り返しパルス電圧を印加する。これにより、互いに隣り合う２つの電極の間に交番電界を形成して、前記交番電界によってトナーに対して働く静電気力によりトナーを電極間でホッピングさせる。そして、ホッピングさせたトナーを、像担持体上の潜像に付着させることで現像を行う。

特許文献１には、トナー担持ローラの基材として絶縁体であるアクリル樹脂の円筒を使用し、その両側に軸穴を設けてステンレス製の電極軸を圧入して摺擦部材を接触させ、ローラ表面に形成した２種類の電極群に電圧を印加する現像装置が開示されている。ところが、トナー担持ローラの基材として樹脂製の円筒を用いた場合は、機械的な仕上がりである真直度やローラ径の精度が十分でないため、特に像担持体とトナー担持ローラとの隙間変動による画像濃度変動が生じることがある。

特許文献２に記載の現像装置では、ポリイミドフィルムの上に蒸着法によってＣｕ、Ａｌ、Ｎｉ−Ｃｒ等を成膜し、フォトリソにより電極をパターンニングした後、絶縁性の表面保護層を成膜して仕上げたフィルム状電極部材を導電性基材である金属素管に巻きつけたトナー担持ローラが用いられている。このようにトナー担持ローラの基材として金属素管を用いることで、トナー担持ローラの真直度やローラ径などの機械的な精度を像担持体とトナー担持ローラとの隙間変動が抑制できる程度に維持することができ、前記隙間変動による画像濃度変動が生じるのを抑えることができる。

トナー担持ローラの基材として金属素管などの導電性材料を用いた場合には、トナー担持ローラの基材が筐体アースに接続された構造にするのが通常であるが、このようにトナー担持ローラの基材を筐体アースに接続すると、トナー担持ローラの隣り合う電極間で形成されるクラウド電界の形成効率において問題があることが判った。

例えば、マイナス極性に帯電したトナーを用いる場合に、トナー担持ローラの隣り合う電極にそれぞれ−２００［Ｖ］と−６００［Ｖ］の電圧を印加すると、通常、隣り合う電極間には−６００［Ｖ］の電圧が印加された電極から−２００［Ｖ］の電圧が印加された電極にトナーが飛翔するようなクラウド電界が形成される。ところが、トナー担持ローラの基材が筐体アースに接続されることで隣り合う電極間にある基材の電位が０［Ｖ］であると、−６００［Ｖ］の電圧が印加された電極から−２００［Ｖ］の電圧が印加された電極にトナーが飛翔するようなクラウド電界よりも、−６００［Ｖ］の電圧が印加された電極から−２００［Ｖ］の電圧が印加された電極よりも電位がプラス側にある基材にトナーが飛翔するようなクラウド電界が形成されやすくなる。そのため、隣り合う電極間に形成されるクラウド電界の形成効率が下がってしまう。さらに、電位が０［Ｖ］の基材から−２００［Ｖ］の電圧が印加された電極や−６００［Ｖ］の電圧が印加された電極に、マイナス極性に帯電したトナーが飛翔するような電界が形成されないので、基材上にトナーが留まってしまう。よって、トナー担持ローラ上でトナーを繰り返しホッピングさせ難くなり、トナー担持ローラから像担持体に供給されるトナーが低減するため、現像効率が低下してしまう。

本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、現像効率が低下するのを抑制できる現像装置、並びに、そ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を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、導電性基材と該導電性基材上に絶縁層を介して設けた第一の電極と第二の電極とからなるトナー担持体と、前記トナー担持体の表面にトナーを供給するトナー供給手段と、前記第一の電極及び前記第二の電極にそれぞれ位相の異なる電圧を印加することで、前記第一の電極と前記第二の電極との間でトナーが飛翔するようなクラウド電界をトナー担持体の表面上に発生させるクラウド電界発生手段と、を有し、前記トナー担持体の表面に担持されているトナーを像担持体と対向する現像領域へ搬送して該像担持体上の潜像にトナーを付着させることによって該潜像を現像する現像装置において、前記導電性基材は装置本体の筐体と電気的に絶縁されており、前記第一の電極や第二の電極に印加する電圧の波高値以内の電圧を前記導電性基材に印加することを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の現像装置において、上記クラウド電界発生手段により上記第一の電極と上記第二の電極とに印加する電圧は直流にパルス電圧が重畳されたクラウドパルスであり、前記クラウドパルスの平均直流電圧を上記導電性基材に印加することを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１の現像装置において、上記クラウド電界発生手段により上記第一の電極または上記第二の電極に印加する電圧と同じ電圧を上記導電性基材に印加することを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項１、２または３の現像装置において、上記第一の電極及び上記第二の電極はトナー担持体表面のトナー搬送方向と直交する方向に長く延びて所定の間隔で配設された複数の電極が同一層に形成されたものであることを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項１、２または３の現像装置において、上記第一の電極及び上記第二の電極はトナー担持体表面のトナー搬送方向と直交する方向に長く延びて所定の間隔で配設された複数の電極が絶縁層を介して異なる層に形成されたものであることを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項１、２、３、４または５の現像装置において、上記第一の電極及び上記第二の電極に印加する直流にパルス電圧が重畳されたクラウドパルスを発生する回路は、前記第一の電極と前記第二の電極とに印加するための２つのパルス発生回路と、前記パルス発生回路に供給するための電気的なグランドからフローティングされた第一の電源と、前記第一の電源の低電位側とグランドの間に設けた第二の電源からなり、上記導電性基材のバイアスを発生する回路が、前記第一の電極または前記第二の電極に印加するパルスの直流電圧を取り出す平滑回路と前記第二の電源電圧を重畳する回路とからなることを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、像担持体上に形成された潜像に対して現像手段によって現像剤を供給することで潜像を現像して得られる画像を最終的に記録材上に転移させて画像を形成する画像形成装置において、前記現像手段として請求項１、２、３、４、５または６の現像装置を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、像担持体と像担持体上に形成される潜像を現像剤で現像する現像手段とを１つのユニットとして共通の保持体に保持させて画像形成装置本体に対して一体的に着脱可能に構成したプロセスカートリッジにおいて、前記現像手段として請求項１、２、３、４、５または６の現像装置を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項９の発明は、像担持体と像担持体上に形成される潜像を現像剤で現像する現像手段とを１つのユニットとして共通の保持体に保持させて装置本体に対して一体的に着脱可能に構成したプロセスカートリッジを備える画像形成装置において、前記プロセスカートリッジとして請求項８のプロセスカートリッジを複数備えることを特徴とするものである。

本発明においては、トナー担持体の導電性の基材を装置本体の筐体と電気的に絶縁するとともに、第一の電極や第二の電極に印加する電圧の波高値以内の電圧を導電性基材に印加するので、導電性基材の電位が第一の電極や第二の電極に印加する電圧の電位よりも絶対値で大きくなるのを抑制できる。これにより、第一の電極や第二の電極から導電性基材にトナーが飛翔するようなクラウド電界が形成されるのを抑制することができ、その分、第一の電極と第二の電極との間でトナーが飛翔するような第一の電極と第二の電極間に形成されるクラウド電界の形成効率が上がる。よって、トナー担持体表面上のトナーをクラウド化する効率が上がり、トナー担持体から像担持体に供給されるトナーが低減するを抑えられ、現像効率が低下するのを抑制することができる。

以上、本発明によれば、現像効率が低下するのを抑制できるという優れた効果がある。

（ａ）ローラ基材バイアス電圧−４００［Ｖ］、クラウドパルスのピーク間電圧４００［Ｖｐｐ］、クラウドパルス−２００［Ｖ］〜−６００［Ｖ］の場合のトナー担持ローラと感光体との間の電界強度に応じて形成される電気力線をシミュレーション結果からプロットした図。（ｂ）ローラ基材バイアス電圧−４００［Ｖ］、クラウドパルスのピーク間電圧５００［Ｖｐｐ］、クラウドパルス−１５０［Ｖ］〜−６５０［Ｖ］の場合のトナー担持ローラと感光体との間の電界強度に応じて形成される電気力線をシミュレーション結果からプロットした図。（ｃ）ローラ基材バイアス電圧−４００［Ｖ］、クラウドパルスのピーク間電圧６００［Ｖｐｐ］、クラウドパルス−１００［Ｖ］〜−７００［Ｖ］の場合のトナー担持ローラと感光体との間の電界強度に応じて形成される電気力線をシミュレーション結果からプロットした図。 実施形態に係る複写機を示す概略構成図。 実施形態に係る複写機における感光体と現像装置とを示す概略構成図。 （ａ）トナー担持ローラを展開した状態で示す模式的平面図。（ｂ）トナー担持ローラの模式的断面図。 Ａ相用電極及びＢ相用電極にそれぞれ印加するＡ相用電圧とＢ相用電圧の一例を示す図。 （ａ）トナー担持ローラを展開した状態で示す模式的平面図。（ｂ）トナー担持ローラの模式的断面図。 クラウドパルス発生回路の概略構成図。 マイナス帯電トナー使用時のクラウドパルス発生回路の概略構成図。 プラス帯電トナー使用時のクラウドパルス発生回路の概略構成図。 図７における電源３１を出力レベル可変のＤＣ電源の構成とし、クラウドパルスの波高値を制御する例を示した図。 クラウドパルス発生回路の具体的な回路図。 本実施形態の複写機で行われる制御の一例を示したフローチャート。 クラウドパルスの波高値であるピーク間電圧の値を４００［Ｖｐｐ］（クラウドパルス−２００［Ｖ］〜−６００［Ｖ］）、５００［Ｖｐｐ］（−１５０［Ｖ］〜−６５０［Ｖ］）、６００［Ｖｐｐ］（−１００［Ｖ］〜−７００［Ｖ］）に変化させた場合の波形図。 （ａ）ローラ基材の電位０［Ｖ］、クラウドパルスのピーク間電圧４００［Ｖｐｐ］、クラウドパルス−２００［Ｖ］〜−６００［Ｖ］の場合のトナー担持ローラと感光体との間の電界強度に応じて形成される電気力線をシミュレーション結果からプロットした図。（ｂ）ローラ基材の電位０［Ｖ］、クラウドパルスのピーク間電圧５００［Ｖｐｐ］、クラウドパルス−１５０［Ｖ］〜−６５０［Ｖ］の場合のトナー担持ローラと感光体との間の電界強度に応じて形成される電気力線をシミュレーション結果からプロットした図。（ｃ）ローラ基材の電位０［Ｖ］、クラウドパルスのピーク間電圧６００［Ｖｐｐ］、クラウドパルス−１００［Ｖ］〜−７００［Ｖ］の場合のトナー担持ローラと感光体との間の電界強度に応じて形成される電気力線をシミュレーション結果からプロットした図。 図１４（ａ）、図１４（ｂ）、図１４（ｃ）それぞれに対応した現像Ｇａｐ内のＹ方向位置の電界強度を示したグラフ。 図１（ａ）、図１（ｂ）、図１（ｃ）それぞれに対応した現像Ｇａｐ内のＹ方向位置の電界強度を示したグラフ。 Ａ相用電極、Ｂ相用電極及び基材への給電構成の一例を示す模式図。 Ａ相用電極、Ｂ相用電極及び基材への給電構成の他例を示す模式図。 クラウドパルスのＡ相またはＢ相のパルス電圧を平滑化する場合の回路図。

以下、本発明を、電子写真方式の画像形成装置である複写機について適用した実施形態について説明する。

図２は、実施形態に係る複写機を示す概略構成図である。同図において、像担持体としてのドラム状の感光体４９は、図中時計回り方向に回転駆動される。操作者がコンタクトガラス９０に図示しない原稿を装置し、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９１及びミラー９２を具備する第１走査光学系９３と、ミラー９４，９５を具備する第２走査光学系９６とが移動して、原稿画像の読み取りが行われる。走査された原稿画像がレンズ９７の後方に配設された画像読み取り素子９８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た後に画像処理される。そして、画像処理後の信号でレーザーダイオード（ＬＤ）が駆動され、このレーザーダイオードからのレーザー光がポリゴンミラー９９で反射した後、ミラー８０を介して感光体４９を走査する。

この走査に先立って、感光体４９は帯電装置５０によって一様に帯電され、レーザー光よる走査により感光体４９の表面に静電潜像が形成される。

感光体４９の表面に形成された静電潜像には現像装置１の現像処理によってトナーが付着し、これによりトナー像が形成される。このトナー像は、感光体４９の回転に伴って、転写チャージャー６０との対向位置である転写位置に搬送される。この転写位置に対しては、感光体４９上のトナー像と同期するように、第１給紙コロ７０ａを具備する第１給紙部７０、又は第２給紙コロ７１ａを具備する第２給紙部７１から記録紙Ｐが送り込まれる。そして、感光体４９上のトナー像は、転写チャージャー６０のコロナ放電によって記録紙Ｐ上に転写される。

このようにしてトナー像が転写された記録紙Ｐは、分離チャージャー６１のコロナ放電によって感光体表面から分離され、その後、搬送ベルト７５によって定着装置７６に向けて搬送される。そして、定着装置７６内において、図示しないハロゲンランプ等の発熱源を内包する定着ローラ７６ａと、これに向けて押圧される加圧ローラ７６ｂとの当接による定着ニップに挟み込まれる。その後、定着ニップ内での加圧や加熱によってトナー像が表面に定着せしめられた後、機外の排紙トレイ７７に向けて排紙される。

上述の転写位置を通過した感光体表面に付着している転写残トナーは、クリーニング装置４５によって感光体表面から除去される。このようにしてクリーニング処理が施された感光体表面は、除電ランプ４４によって除電されて次の潜像形成に備えられる。

また、現像装置１と、少なくとも感光体４９、帯電装置５０及びクリーニング装置４５とを、画像形成装置本体に対して着脱可能なプロセスカートリッジとして一体でユニット化している。これにより、現像装置１などのメンテナンス性を向上させることが可能となる。

図３は、実施形態に係る複写機における感光体４９と現像装置１とを示す概略構成図である。同図において、ドラム状の感光体４９は、図示しない駆動手段によって図中時計回り方向に回転駆動される。そして、この感光体４９の図中右側方には、現像剤担持体であるトナー担持ローラ１０１を有する現像装置１が配設されている。

現像装置１は、トナー担持ローラ１０１の他、トナー供給ローラ１８やトナー摩擦ブレード２２を有している。表面がスポンジからなるトナー供給ローラ１８は、図示しない駆動手段によって図中反時計回り方向に回転駆動されながら、現像装置１内に収容されているトナーをローラ表面に担持する。同図では、トナー供給ローラ１８の回転方向として、トナー担持ローラ１０１との対向部で表面をトナー担持ローラ１０１とは逆方向に移動させる方向に設定した例を示した。これとは逆に、前記対向部で表面をトナー担持ローラ１０１と同じ方向に移動させる方向に設定してもよい。

トナー供給ローラ１８の金属からなる回転軸部材には、供給バイアス電源２４によって供給バイアスが印加される。一方、トナー担持ローラ１０１には、後述するＡ相用電極やＢ相電極が複数形成されており、それら電極にはクラウドパルス発生回路３０によって繰り返しのパルス電圧が印加される。これらパルス電圧の平均値は、前述した供給バイアスよりも、トナーの帯電極性とは逆極性側に大きな値になっている。これにより、トナー供給ローラ１８とトナー担持ローラ１０１との間には、トナーを前者から後者に静電移動させる電界が形成される。

トナー供給ローラ１８の表面に担持されたトナーは、トナー供給ローラ１８とトナー担持ローラ１０１との当接部において、トナー供給ローラ１８からトナー担持ローラ１０１に供給される。このときの供給量については、供給バイアスの大きさによって調整することが可能である。なお、供給バイアスは、直流電圧であっても、交流電圧であっても、直流電圧に交流電圧を重畳したバイアスであってもよい。

トナー担持ローラ１０１の表面上に供給されたトナーは、後述する理由により、トナー担持ローラ１０１の表面上でホッピングしながら、トナー担持ローラ１０１の図中反時計回り方向の回転に伴って周回移動する。トナー担持ローラ１０１の表面において、トナー供給ローラ１８との当接部を通過してから、感光体４９に対向する現像領域に進入する前の箇所には、片持ち支持されるトナー摩擦ブレード２２の自由端側が当接している。トナー担持ローラ１０１の表面上でホッピングしながら、トナー担持ローラ１０１の回転に伴って全体的に図中反時計回り方向に移動するトナーは、トナー担持ローラ１０１とトナー摩擦ブレード２２との間に進入すると、トナー担持ローラ１０１の表面やトナー摩擦ブレード２２の表面に擦り付けられる。これにより、摩擦帯電が促される。その後、トナー担持ローラ１０１の回転に伴ってトナー担持ローラ１０１とトナー摩擦ブレード２２との当接部を抜けると、再びトナー担持ローラ１０１の表面上でトナーがホッピングしながら、現像領域へと搬送される。

トナー担持ローラ１０１は、現像装置１のケーシング１１に設けられた開口から外周面の一部を露出させている。この露出箇所は、感光体４９に対して数十〜数百［μｍ］の間隙を介して対向している。このようにトナー担持ローラ１０１と感光体４９とが対向している位置が、本複写機における現像領域となっている。トナー担持ローラ１０１の表面上でホッピングしながら現像領域まで搬送されたトナーは、トナー担持ローラ１０１と感光体４９上の静電潜像との間の現像電界によって、感光体表面上の静電潜像部分に付着し、これにより現像が行われる。現像に寄与しなかったトナーは、ホッピングしながらトナー担持ローラ１０１の回転によってさらに搬送されて、繰り返し利用される。

なお、トナー摩擦ブレード２２をトナー担持ローラ１０１の代わりにトナー供給ローラ１８に当接させて、トナー供給ローラ１８の表面上でトナー摩擦ブレード２２によるトナー摩擦帯電を促すようにしてもよい。

次に、トナー担持ローラ１０１の一例について図４を参照して説明する。なお、図４（ａ）はトナー担持ローラ１０１を展開した状態で示す模式的平面図であり、図４（ｂ）はトナー担持ローラ１０１の模式的断面図である。

この例は、トナー担持体表面に複数の電極を設け、１本おきの２組を共通にした２相用電極を備え、１８０［°］位相の異なる２相パルス（図５参照）を印加して、隣接電極同士で吸引と反発を繰り返す２相電界を形成するトナー担持体の例である。

このトナー担持ローラ１０１は、ローラのベース材である導電性の基材１０１Ａ、その上に絶縁層１０１Ｂ、そして表面上に複数の電極１１１としてＡ相用電極１１１Ａと、Ｂ相用電極１１１Ｂとを同時に設け、最表面に絶縁性の表面保護層１０１Ｃを設けたものである。櫛歯状のＡ相用電極１１１Ａ，Ｂ相用電極１１１Ｂは、トナーの搬送方向と直交する方向に微細なピッチに並行に設け、両サイドには共通のバスライン１１１Ａａ，１１１Ｂａで外部の図示しない２相パルス出力回路にそれぞれ接続されている。

Ａ相用電極１１１Ａ、Ｂ相用電極１１１Ｂに印加するパルス電圧は、周波数が０．３［ｋＨｚ］〜２［ｋＨｚ］、ＤＣ電圧をバイアスに含むパルス電圧であるが、その波高値は３００［Ｖ］〜６００［Ｖ］等、電極幅、電極間隔に応じたパルス電圧を印加する。この２相電界の場合は、隣接するＡ相用電極１１１ＡとＢ相用電極１１１Ｂとの間で生じる電界の電界方向の切り替わりに応じてトナーの反発飛翔と吸引飛翔とを繰り返し、トナーは相互の電極間を往復移動する。

次に、Ａ相用電極１１１Ａ及びＢ相用電極１１１Ｂに印加する電圧について説明する。 トナー担持ローラ１０１上のＡ相用電極１１１Ａ及びＢ相用電極１１１Ｂには、クラウドパルス発生回路３０からＡ相用電圧及びＢ相電圧が印加される。クラウドパルス発生回路３０が印加するＡ相用電圧及びＢ相電圧は、矩形波が最も適している。また、本複写機では、クラウド用電極を形成するための電極がＡ相用電極１１１Ａ及びＢ相用電極１１１Ｂの２相構成であり、Ａ相用電極１１１Ａ、Ｂ相用電極１１１Ｂには互いに位相差πをもった電圧がそれぞれ印加される。

図５は、Ａ相用電極１１１Ａ及びＢ相用電極１１１Ｂにそれぞれ印加するＡ相用電圧とＢ相用電圧の一例を示す図である。本複写機において、各電圧は矩形波であり、Ａ相用電極１１１ＡとＢ相用電極１１１Ｂにそれぞれ印加されるＡ相用電圧とＢ相用電圧とは、互いに位相がπだけずれた同じ大きさ（ピークトゥピーク電圧Ｖｐｐ）の電圧である。

よって、Ａ相用電極１１１ＡとＢ相用電極１１１Ｂとの間には、常にＶｐｐだけの電位差が生じる。この電位差によって電極間に電界が発生し、この電界のうち表面保護層１０１Ｃの外側に形成されるクラウド用電界によって表面保護層１０１Ｃ上をトナーがホッピングする。

このように、トナー担持ローラ表面のトナーを飛翔させてクラウド化する手段が、トナー担持ローラ表面にトナーの搬送方向と直交する方向に長く延びて所定の間隔で配設された複数の電極を有し、各電極に印加する電圧は隣接電極相互の間でトナーを吸引する方向と反発する方向とを交互に繰り返す関係の電圧を印加し、トナー担持ローラ１０１が回転移動することでトナーの搬送とクラウド化を行う構成とすることで、トナー担持ローラ表面のトナーの搬送に関して、トナーの帯電品質に左右されない安定なトナーの搬送が可能となり、装置全体としても信頼性の高い複写機を実現できる。

次に、本実施形態に係る現像装置に用いられるトナー担持ローラ２０１の他の例について図６を用いて説明する。なお、図６（ａ）はトナー担持ローラ２０１を展開した状態で示す模式的平面図、図６（ｂ）はトナー担持ローラ２０１の模式的断面図である。

この例は、トナー担持ローラ表面にそれぞれ複数のＡ相用電極とＢ相用電極を別々の層に設け、その電極間に１８０［°］位相の異なる２相パルス（前記と同じ図５参照）を印加して、電極相互の電界で吸引と反発とを繰り返すトナー担持ローラの例である。

本実施形態のトナー担持ローラ２０１は、中空状の導電性基材である金属スリーブ２０１Ａで構成されており、その上層に絶縁層２０１Ｂ、その表面にＢ相用電極としての下層電極２１１Ｂを形成し、さらに絶縁層２０１Ｃを介してＡ相用電極としての上層電極２１１Ａを形成して、最表面に絶縁性の表面保護層２０１Ｄを設けたものである。

金属スリーブ２０１Ａはアルミニウム、鉄材等の導電性材料を円筒状に成型した金属ローラである。金属スリーブ２０１Ａの表面に設けた絶縁層２０１Ｂ、および絶縁層２０１Ｃは、ポリカーボネートやアルキッドメラミン等で形成されている。その製造はスプレー法やディップ法等によって金属スリーブ２０１Ａの表面に均一な膜厚で形成することができる。

また、本複写機において上層電極２１１Ａ及び下層電極２１１Ｂは、アルミニウムや銅などの金属で形成されている。その製造方法は種々の方法が適用できる。例えば、各絶縁層の上にメッキや蒸着によって金属膜を形成し、フォトレジスト・エッチングによって電極を形成するという方法が適用できる。また、インクジェット方式やスクリーン印刷によって導電ペーストを各絶縁層の上に付着させて櫛歯状の電極を形成するという方法が適用できる。

上層電極２１１Ａの外周面側を覆っている最表面の表面保護層２０１Ｄの材料として、シリコーン、ナイロン（登録商標）、ウレタン、アルキッドメラミン、ポリカーボネート等が使用される。表面保護層２０１Ｄは、前記と同様にスプレー法やディッピング法等によって形成することができる。

このように、トナー担持ローラ表面にそれぞれ複数のＡ相用電極としての上層電極２１１ＡとＢ相用電極としての下層電極２１１Ｂとを別々の層に設けた構成においては、多数の電極パタンを形成する製造工程で多少のパタン不良があって電極間隔が狭い領域、またはショート状態のパタンがあったとしても、上層電極２１１Ａと下層電極２１１Ｂとの間に絶縁層２０１Ｃを形成しているため、上層電極２１１Ａと下層電極２１１Ｂとの間に電気的なリークは発生しないため、高信頼性化が可能である。

本実施形態では、下層電極２１１Ｂと上層電極２１１Ａとの間で形成される電界が、最表面の表面保護層２０１Ｄの外側に形成されることで、トナー担持ローラ２０１上のトナーをホッピングさせ、これによりトナーをトナー担持ローラ表面上でクラウド化させる。このとき、トナー担持ローラ２０１上のトナーは、下層電極２１１Ｂ及び上層電極２１１Ａに対向した表層部分で飛翔しながら往復移動するように、ホッピングすることになる。

トナー担持ローラ２０１の下層電極２１１Ｂと上層電極２１１Ａとに印加する電圧は、図５と同様にクラウドパルス発生回路３０から印加される。本実施形態では、下層電極２１１Ｂと上層電極２１１Ａとも絶縁層を介してトナーの搬送方向と直交する方向に微細なピッチに並行に設けられており、トナー担持ローラ軸方向両サイドに設けられた共通のバスライン２１１Ａａやバスライン２１１Ｂａで外部の図示しない２相パルス出力回路にそれぞれ接続されている。

クラウドパルス発生回路３０が印加する電圧は、矩形波が最も適している。また、本複写機では、クラウド用電極を形成するための下層電極２１１Ｂと上層電極２１１Ａとはそれぞれ等間隔に配置されており、２相構成で互いに位相差πをもった電圧が印加される。

図７は、クラウドパルス発生回路３０の構成を示す。電源３１は、クラウドパルス出力用で、電源回路の一次、二次が分離型、つまり２次側はＧＮＤに対してフローティングとなっている。電源３２は、マイナスＤＣバイアス用で１次、２次とも共通ＧＮＤに接続されている構成である。また、クラウドパルス発生回路は、Ａ相パルスを発生するＡ相パルス発生回路３３と、Ｂ相パルスを発生するＢ相パルス発生回路３４と、からなる２相パルス出力回路３７を有している。

例えば、電源３１の出力が５００［Ｖ］とすると、Ｈｉｇｈ側がＡ相パルス発生回路３３及びＢ相パルス発生回路３４の上側、Ｌｏｗ側がＡ相パルス発生回路３３及びＢ相パルス発生回路３４の下側に接続、同時にＬｏｗ側は電源３２のマイナスＨｉｇｈ側に接続されている。電源３２は、マイナス帯電トナーを利用する場合の現像バイアスは潜像電位に対してマイナス電位であるから、ここでは例えば−６５０［Ｖ］とすると、電源３１のＬｏｗ側は−６５０［Ｖ］の電位となる。従って、電源３１の電圧５００［Ｖ］が供給された各パルス発生回路で生成されるパルス波形は、波高値−６５０［Ｖ］〜−１５０［Ｖ］のクラウドパルスを発生することになる（図８参照）。

ここで、電源３２を出力レベル可変のＤＣ電源とし、感光体４９上に現像したテストパタンの画像濃度を画像濃度検知センサー６５で検知して、その濃度基準レベルに対する判定を画像濃度制御回路６６で行ない、画像濃度が低い場合は画像濃度制御回路６６によって電源３２のＤＣ出力レベルをマイナス側に高くして潜像電位に対する現像バイアスを強くする制御を行ない、画像濃度を一定にする制御を行う。また、画像濃度が基準より高い場合は画像濃度制御回路６６によって電源３２のＤＣ出力レベルをマイナス側よりに低くして潜像電位に対する現像バイアスを弱くする制御を行ない、画像濃度を一定にする制御を行う。

図９は、プラス帯電トナーを使用する場合のクラウドパルス発生回路３０の構成を示す。電源３１は、クラウドパルス出力用で、電源回路の一次、二次が分離型、つまり２次側はＧＮＤに対してフローティングとなっている。電源３２は、プラスＤＣバイアス用で１次、２次とも共通ＧＮＤに接続されている構成である。

ここで、例えば電源３１の出力が５００［Ｖ］とすると、Ｈｉｇｈ側がＡ相パルス発生回路３３及びＢ相パルス発生回路３４の上側、Ｌｏｗ側がＡ相パルス発生回路３３及びＢ相パルス発生回路３４の下側に接続、同時にＬｏｗ側は電源３２のマイナスＨｉｇｈ側に接続されている。電源３２は、プラス帯電トナーを利用する場合の現像バイアスは潜像電位に対してプラス電位であるから、ここでは例えば１５０［Ｖ］とすると、電源３１のＬｏｗ側は１５０［Ｖ］の電位となる。従って、電源３１の電圧５００［Ｖ］が供給された各パルス発生回路で生成されるパルス波形は、波高値６５０［Ｖ］〜１５０［Ｖ］のクラウドパルスを発生することになる。

次に、図１０は図７における電源３１を出力レベル可変のＤＣ電源の構成とし、クラウドパルスの波高値を制御する例を示したものである。電源３１の出力を可変して、そのレベルに応じたクラウドパルス出力が可能であるが、電源３２の出力が固定であればクラウドパルスの低電位側は固定のままは高値のみを可変できる。例えば、環境湿度が高い条件ではトナー搬送手段表面でのトナーの付着力が大きくなり、トナーのクラウド量低下によって現像効率が悪くなる。これを電源３２の出力レベルの可変による現像バイアスのみによって制御すると、現像バイアスと感光体の地肌電位との差が小さくなり地肌汚れが発生したり、地肌汚れの余裕度が低下したりする。したがって、湿度センサー４０の検知結果に基づいて環境湿度が高い場合には、クラウドパルス制御回路６７によって電源３１の出力レベルを上げてクラウドパルスの波高値を高くし、トナーのクラウド量低下を補正する制御を行うことで、トナー劣化やトナー帯電量変動などに対する画像濃度制御が容易となり、高画質、高信頼性の現像が可能となる。

図１１は、クラウドパルス発生回路３０の具体的な回路例を示したものである。このクラウドパルス発生回路３０では、Ａ相パルス発生回路３３に対してＤＣ出力の電源３１端子の間にシリーズに接続した２個のスイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ−Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）からなるスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２および電流規制抵抗Ｒ１，Ｒ２を設け、Ｂ相パルス発生回路３４に対して同様に接続した２個のスイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４および電流規制抵抗Ｒ３，Ｒ４を設け、トナー担持ローラ１０１の一方の電極群を２個のスイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２との間、ここでは電流規制抵抗Ｒ１と電流規制抵抗Ｒ２との間に接続し、他方の電極群を残り２個のスイッチング素子Ｑ３とスイッチング素子Ｑ４との間、ここでは電流規制抵抗Ｒ３と電流規制抵抗Ｒ４との間に接続した、電極負荷（電極負荷容量）３６を有するブリッジ構成とし、正相（本実施形態ではＡ相パルス）のクラウドパルスを印加する場合はスイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ４とをＯＮにし、逆相（本実施形態ではＢ相パルス）のクラウドパルスを印加する場合はスイッチング素子Ｑ２とスイッチングＱ３とをＯＮする構成である。これによって、トナー担持ローラ表面のトナーは２つの電極群の間で飛翔を繰り返してクラウド状態となる。

なお、本実施形態では、ＭＯＳＦＥＴを駆動するためのドライブ回路は１５［Ｖ］の低圧パルスを生成した後、スイッチング素子Ｑ１のゲート信号はＣ１，Ｄ１，Ｒ５からなるクランプ回路３５によって１５［Ｖ］パルスのＨｉｇｈ側は電源３１のＨｉｇｈレベルにクランプされる。具体的には、電源３１が５００［Ｖ］、電源３２が−６５０［Ｖ］の場合は、スイッチング素子Ｑ１のゲート信号は−１５０［Ｖ］〜−１３５［Ｖ］のパルスとなり、Ｌｏｗ期間にスイッチング素子Ｑ１はＯＮすることになる。

また、スイッチング素子Ｑ２のゲート信号はコンデンサーＣ２，ダイオードＤ２，電流規制抵抗Ｒ６からなるクランプ回路３５によって１５［Ｖ］パルスのＬｏｗ側は電源３１のＬｏｗレベルにクランプされる。具体的には、電源３１が５００［Ｖ］、電源３２が−６５０［Ｖ］の場合は、スイッチング素子Ｑ２のゲート信号は−６５０［Ｖ］〜−６３５［Ｖ］のパルスとなり、Ｈｉｇｈ期間にスイッチング素子Ｑ２はＯＮすることになる。

同様に、逆相であるＢ相パルス側も１８０［°］位相が遅れたタイミングで、スイッチング素子Ｑ３とスイッチング素子Ｑ４とが動作する。

ここで、環境湿度が高くなると、トナーの液架橋力が大きくなってトナーとトナー担持ローラ表面との間で作用する付着力が大きくなったり、トナーの帯電効率が下がるためトナーの帯電量が低下しトナーに対して働く前記電界による静電気力が小さくなったりする。また、トナーが劣化して外添剤の埋没や離脱によりトナーとトナー担持ローラ表面との間で作用する付着力が大きくなる。そのため、トナー担持ローラ上でトナーがホッピングし難くなり、感光体表面の潜像部に付着するトナーが少なくなって画像濃度が低くなる。

よって、これらの付着力に打ち勝ってトナーをトナー担持ローラ表面上で良好にホッピングさせるだけの電界をつくり出すために、クラウドパルスの波高値を大きくする制御を行う。

図１２は、本実施形態の複写機で行われる制御の一例を示したフローチャートである。例えば、現像装置１内に設けられた湿度センサー４０（図３を参照）により湿度を検知し（Ｓ１）、その検知した湿度が予め設定された標準時の湿度範囲よりも高いと検知された場合（Ｓ２でＹｅｓ）には複写機本体または現像装置１に設けられＣＰＵやメモリーなどからなる制御部で高湿度環境であると判断し（Ｓ３）、その制御部からの制御信号によって電源３１から出力電圧のパルス波高値を標準時の５００［Ｖ］から６００［Ｖ］へと大きくする（Ｓ４）。また、このときの電源３２のＤＣバイアス電圧は標準時と同じ−６５０［Ｖ］とすると、パルス発生回路から電極に出力される出力パルスの波高値は−６５０［Ｖ］〜−５０［Ｖ］、平均電位は−３５０［Ｖ］となる。このように、標準時よりも湿度が高くなった際に、クラウドパルスの波高値を大きくする制御を行ない、トナー担持ローラ１０１の隣接電極間に発生させる電界の強度を強くすることで、その分、トナーに対して働く前記電界による静電気力が大きくなる。よって、前記付着力に打ち勝ってトナーをトナー担持ローラ表面上でホッピングさせるだけの電界がつくり出され、トナー担持ローラ１０１上でトナーがホッピングし易くなり、感光体表面の潜像部に付着するトナーが少なくなって画像濃度が低くなることを抑制することができる。

一方、環境湿度が低くなると、トナーの液架橋力が小さくなってトナーとトナー担持ローラ表面との間で作用する付着力が小さくなったり、トナーの帯電効率が上がるためトナーの帯電量が上昇しトナーに対して働く前記電界による静電気力が大きくなったりする。

そのため、トナー担持ローラ１０１上でトナーが勢い良く高くホッピングし過ぎて、トナー担持ローラ１０１の上空に形成されるトナーのクラウド高さが高くなり過ぎ、地汚れ余裕度が小さくなる。つまり、感光体表面上の静電潜像が形成されていない非画像部（地肌領域）にトナーが付着して画像に地汚れが生ずる虞がある。よって、トナーのクラウド高さが高くなり過ぎないようにクラウドパルスの波高値を低くする制御を行う。

例えば、現像装置１内に設けられた湿度センサー４０により環境湿度が予め設定された標準時の湿度範囲よりも低いと検知された場合（Ｓ５でＹｅｓ）、前記制御部で低湿度環境であると判断し（Ｓ６）、その制御部からの制御信号によって電源３１から出力される電圧のパルス波高値を標準時の５００［Ｖ］から４００［Ｖ］へと小さくする（Ｓ７）。また、このときの電源３２のＤＣバイアス電圧は標準時と同じ−６５０［Ｖ］とすると、パルス発生回路から電極に出力される出力パルスの波高値は−６５０［Ｖ］〜−２５０［Ｖ］、平均電位は−４５０［Ｖ］となる。このように、標準時よりも湿度が低くなった際に、クラウドパルスの波高値を小さくする制御を行ない、トナー担持ローラ１０１の隣接電極間に発生させる電界の強度を弱くすることで、その分、トナーに対して働く前記電界による静電気力が小さくなる。よって、トナー担持ローラ表面からトナーが高くホッピングし過ぎて、トナーのクラウド高さが高くなり過ぎ、感光体表面上の静電潜像が形成されていない非画像部（地肌領域）にトナーが付着して画像に地汚れが生ずることを抑制することができる。

また、現像装置１内に設けられた湿度センサー４０により環境湿度が、予め設定された標準時の湿度範囲よりも高くなく（Ｓ２でＮｏ）、且つ、標準時の湿度範囲よりも低くない（Ｓ５でＮｏ）場合には、前記制御部により標準湿度環境であると判断し、一連の制御を終了する。

次に、本発明の実施例としてクラウドパルスの波高値を３水準に変えたときの例を記載する。

図１３は、クラウドパルスの波高値であるピーク間電圧の値が４００［Ｖｐｐ］（クラウドパルス−２００［Ｖ］〜−６００［Ｖ］）、５００［Ｖｐｐ］（−１５０［Ｖ］〜−６５０［Ｖ］）、６００［Ｖｐｐ］（−１００［Ｖ］〜−７００［Ｖ］）に変化させた場合の波形図である。なお、クラウドパルスの平均値（−４００［Ｖ］）を一定としている。

先ず図１４は、図４に示したトナー担持ローラ１０１におけるベース材である導電性の基材１０１Ａを筐体ＧＮＤに接続した場合のシミュレーション結果である。

図１４（ａ）は、クラウドパルスのピーク間電圧４００［Ｖｐｐ］、クラウドパルス−２００［Ｖ］〜−６００［Ｖ］の場合のトナー担持ローラ１０１と感光体４９との間の電界強度に応じて形成される電気力線をシミュレーション結果からプロットした図である。図１４（ｂ）は、クラウドパルスのピーク間電圧５００［Ｖｐｐ］、クラウドパルス−１５０［Ｖ］〜−６５０［Ｖ］の場合のトナー担持ローラ２０１と感光体４９との間の電界強度に応じて形成される電気力線をシミュレーション結果からプロットした図である。図１４（ｃ）は、クラウドパルスのピーク間電圧６００［Ｖｐｐ］、クラウドパルス−１００［Ｖ］〜−７００［Ｖ］の場合のトナー担持ローラ２０１と感光体４９との間の電界強度に応じて形成される電気力線をシミュレーション結果からプロットした図である。

この例では、トナー担持ローラ１０１のベース材である導電性の基材１０１Ａと、その上の絶縁層１０１Ｂの厚さ１６［μｍ］、そして表面上の複数の電極であるＡ相用電極１１１ＡおよびＢ相用電極１１１Ｂの厚さ１０［μｍ］、最表面に設けた絶縁性の表面保護層１０１Ｃの厚さは電極より上に１０［μｍ］としている。なお、絶縁層１０１Ｂや表面保護層１０１Ｃの比誘電率はいずれもεｒ＝３である。

電極の幅や隣り合う電極間の間隔はＡ相用電極１１１Ａ及びＢ相用電極１１１Ｂともに、幅１００［μｍ］、間隔１００［μｍ］としている。また、感光体４９の潜像部の電位は−７０［Ｖ］、感光体４９の潜像が存在しない地肌部電位は−６００［Ｖ］としている。図１４（ａ）、図１４（ｂ）、図１４（ｃ）において、上端がトナー担持ローラ１０１の表面側、下端が感光体表面側であり、トナー担持ローラ表面と感光体表面との間隔である現像Ｇａｐは０．３［ｍｍ］、潜像部の幅は中央部に０．２［ｍｍ］としている。

このシミュレーション結果において、電気力線はトナー担持ローラ１０１の最表面から上方２０［μｍ］位置を横切る電気力線をプロットした結果であり、トナー担持ローラ表面から上方２０［μｍ］の位置を横切らないその他の電気力線は図示を省略している。Ａ相用電極１１１ＡとＢ相用電極１１１Ｂのうち低電位のクラウドパルスが印加されている電極、すなわち図１４（ａ）の例では−６００［Ｖ］、図１４（ｂ）の例では−６５０［Ｖ］、図１４（ｃ）の例では−７００［Ｖ］が印加されている電極と、ＧＮＤ電位（０［Ｖ］）の基材１０１Ａとの間に多くの電気力線が形成されている。そのため、Ａ相用電極１１１ＡとＢ相用電極１１１Ｂとの間に形成されるクラウド電界の形成効率が下がってしまうので、トナー担持ローラ表面近傍でＡ相用電極１１１ＡとＢ相用電極１１１Ｂとの間に形成される電気力線は少ない。さらに、基材１０１ＡからＡ相用電極１１１ＡやＢ相用電極１１１Ｂに、マイナス極性に帯電したトナーが飛翔するような電界が形成されないので、基材１０１Ａ上にトナーが留まってしまい、トナー担持ローラ１０１上でトナーを繰り返しホッピングさせ難くなる。

また、感光体表面の潜像部の電位−７０［Ｖ］よりも基材１０１Ａの電位のほうがプラス側に大きいので、Ａ相用電極１１１ＡとＢ相用電極１１１Ｂとのうち低電位のクラウドパルスが印加された電極から、潜像部よりも基材１０１Ａのほうにマイナス極性に帯電したトナーを飛翔させるような電界が形成されやすくなる。その結果、Ａ相用電極１１１ＡとＢ相用電極１１１Ｂとのうち低電位のクラウドパルスが印加されている電極と感光体表面の潜像部との間に形成される電気力線が少なくなり領域幅も狭くなる。

そのため、トナー担持ローラ表面側から感光体表面の潜像部に飛翔して現像に寄与するトナーが少なくなり、現像効率が非常に悪くなってしまう。

図１５は、図１４（ａ）、図１４（ｂ）、図１４（ｃ）における現像Ｇａｐ内に形成されている現像電界のＹ方向の電界強度をプロットした図である。

次に図１は、図４に示したトナー担持ローラ１０１におけるベース材である導電性の基材１０１Ａを筐体ＧＮＤから切り離し、クラウドパルスの平均電位のバイアスを基材１０１Ａに印加した場合のシミュレーション結果である。

具体的には、図１（ａ）はクラウドパルスのピーク間電圧４００［Ｖｐｐ］、クラウドパルス−２００［Ｖ］〜−６００［Ｖ］の場合のトナー担持ローラ２０１と感光体４９との間の電界強度に応じて形成される電気力線をシミュレーション結果である。図１（ｂ）はクラウドパルスのピーク間電圧５００［Ｖｐｐ］、クラウドパルス−１５０［Ｖ］〜−６５０［Ｖ］の場合のトナー担持ローラ２０１と感光体４９との間の電界強度に応じて形成される電気力線をシミュレーション結果である。図１（ｃ）はクラウドパルスのピーク間電圧６００［Ｖｐｐ］、クラウドパルス−１００［Ｖ］〜−７００［Ｖ］の場合のトナー担持ローラ２０１と感光体４９との間の電界強度に応じて形成される電気力線をシミュレーション結果である。

ここでは、基材１０１Ａに印加するのはクラウドパルスの平均電位のバイアスであるから、図１３の例ではいずれも−４００［Ｖ］一定である。その他の条件は図１４の実施例と全て同じである。

このシミュレーション結果において、トナー担持ローラ表面近傍では、Ａ相用電極１１１ＡやＢ相用電極１１１Ｂと基材１０１Ａとの間に電気力線が形成されていない。これは、基材１０１Ａの電位が−４００［Ｖ］であるため、低電位のクラウドパルスが印加された電極から基材１０１Ａよりも高電位のクラウドパルスが印加された電極に、マイナス極性に帯電したトナーが飛翔するようなクラウド電界が形成されやすくなるためである。また、基材１０１Ａの電位−４００［Ｖ］よりも感光体表面の潜像部の電位−７０［Ｖ］のほうがプラス側に大きいので、Ａ相用電極１１１ＡとＢ相用電極１１１Ｂとのうち低電位のクラウドパルスが印加された電極から、基材１０１Ａよりも潜像部のほうにマイナス極性に帯電したトナーを飛翔させるような電界が形成されやすくなる。そのため、Ａ相用電極１１１ＡとＢ相用電極１１１Ｂとの間や、Ａ相用電極１１１ＡとＢ相用電極１１１Ｂとのうちの低電位のクラウドパルスが印加されているほうの電極と感光体表面の潜像部との間に、全ての電気力線が形成されている。特に、Ａ相用電極１１１ＡとＢ相用電極１１１Ｂとのうちの低電位のクラウドパルスが印加されている電極と感光体表面の潜像部との間に形成されている電気力線で、図１（ａ）、図１（ｂ）、図１（ｃ）のいずれの場合も電極表面の電気力線の領域幅が広い。よって、トナー担持ローラ表面側から感光体表面の潜像部に飛翔して現像に寄与するトナーが多く、現像効率が非常に良くなる。

図１６は、図１（ａ）、図１（ｂ）、図１（ｃ）における現像Ｇａｐ内に形成されている現像電界のＹ方向の電界強度をプロットした図である。トナー担持ローラ表面からＹ方向に０．１［ｍｍ］高い位置から感光体４９に至る領域の電界強度は、図１５と比較して図１６の方が強い。すなわち、導電性の基材１０１Ａにはクラウドパルスの平均電位に近い電位をバイアスとして印加した方が現像効率は良いことになる。

実際に、本願発明者らが行った図１４及び図１に対応した条件で出力した画像評価の結果において、クラウドパルスの平均電位は−４００［Ｖ］一定として各クラウドパルスのピーク間電圧４００［Ｖｐｐ］（クラウドパルス−２００［Ｖ］〜−６００［Ｖ］）、ピーク間電圧５００［Ｖｐｐ］（クラウドパルス−１５０［Ｖ］〜−６５０［Ｖ］）、ピーク間電圧６００［Ｖｐｐ］（クラウドパルス−１００［Ｖ］〜−７００［Ｖ］）相互を比較した場合、いずれの場合も基材１０１Ａに印加するバイアスであるローラ基材バイアス電圧が０［Ｖ］のときよりもクラウドパルスの平均電位−４００［Ｖ］のときのほうが、画像濃度は高い結果となった。なお、ここでは基材１０１Ａにローラ基材バイアス電圧を印加する電源として、電源３１や電源３２とは異なる第三の固定直流電源を用い、その固定直流電源から基材１０１Ａにクラウドパルスの平均電位に近い電位のバイアスを供給する構成である。

また、基材１０１Ａに印加するローラ基材バイアス電圧としては高精度を必要としないため、クラウドパルスのＡ相パルス電圧またはＢ相パルス電圧を平滑化することで平均的な直流バイアスを得ることができる。その際の回路構成の一例を図１９に示す。ここで、クラウドパルス発生回路３０は図８と同様に平均電位−４００［Ｖ］、パルス波高値５００［Ｖ］の例であり、電源３１でパルス波高値を生成し電源３２で直流成分を重畳する構成である。このクラウドパルスの出力端（図１１の電流規制抵抗Ｒ１と電流規制抵抗Ｒ２の接続点、または電流規制抵抗Ｒ３と電流規制抵抗Ｒ４の接続点）をダイオードＤ２１、コンデンサーＣ２１、放電抵抗Ｒ２１からなる平滑化回路であるローラ基材バイアス電源回路３８に接続することで、平均的な直流電圧が容易に得られる。図１９の回路構成であれば、平滑化された電圧は電源３２の直流成分が重畳されるため、クラウドパルス波高値−６５０［Ｖ］〜−１５０［Ｖ］範囲でローラ基材バイアス電圧が出力可能となる。そのレベル設定はコンデンサーＣ２１、放電抵抗Ｒ２１の定数により決定できる。

さらに、このローラ基材バイアス電源回路３８を設けることなく、クラウドパルスのＡ相パルス電圧またはＢ相パルス電圧をそのまま基材１０１Ａに印加して画像評価を行った。その結果、クラウドパルスの平均電位は−４００［Ｖ］一定として各クラウドパルスのピーク間電圧４００［Ｖｐｐ］（クラウドパルス−２００［Ｖ］〜−６００［Ｖ］）、ピーク間電圧５００［Ｖｐｐ］（クラウドパルス−１５０［Ｖ］〜−６５０［Ｖ］）、ピーク間電圧６００［Ｖｐｐ］（クラウドパルス−１００［Ｖ］〜−７００［Ｖ］）の一方の相パルス電圧を基材１０１Ａに印加した場合は、ローラ基材バイアス電圧が０［Ｖ］のときと比較し、それぞれのクラウドパルス波高値における比較評価において、画像濃度がより高い結果であった。

以上より、基材１０１Ａに印加するローラ基材バイアス電圧がＡ相用電極１１１ＡやＢ相用電極１１１Ｂに印加するクラウドパルスの平均電位の近傍でなくても、クラウドパルスの波高値内のバイアス電位であれば０［Ｖ］の場合より画像濃度の改善が得られ、現像効率が上がる結果となる。

なお、トナー担持ローラ１０１に代えて図６のトナー担持ローラ２０１を用いた場合においても、Ａ相用電極である上層電極２１１ＡとＢ相用電極である下層電極２１１Ｂとが厚さ１０［μｍ］の絶縁層２０１Ｃを介して設けられている違いのみであるため、前記画像評価と同様な結果であった。

本実施形態ではトナー担持ローラ１０１やトナー担持ローラ２０１の導電性基材である基材１０１Ａや金属スリーブ２０１Ａの表面に設けた絶縁層１０１Ｂ（図４）や絶縁層２０１Ｂ（図６）の厚さが、電極の配列ピッチに比較して比較的小さい値の例であるが、絶縁層１０１Ｂ（図４）や絶縁層２０１Ｂ（図６）の厚さが大きい値になるにしたがい、本実施形態で説明したような基材１０１Ａや金属スリーブ２０１Ａにローラ基材バイアス電圧を印加した際に得られる効果が少なくなる。シミュレーションの結果によると、絶縁層１０１Ｂ（図４）や絶縁層２０１Ｂ（図６）の厚さが、トナー担持ローラ１０１の表面から見たＡ相用電極１１１ＡとＢ相用電極１１１Ｂ（図４）との間隔、または、トナー担持ローラ２０１の表面から見た上層電極２１１Ａと下層電極２１１Ｂ（図６）との間隔より小さい範囲では、電極表面の現像電界に寄与する領域幅の差があるため、現像効率が上がる。より大きい効果が得られるのは、絶縁層１０１Ｂ（図４）や絶縁層２０１Ｂ（図６）の厚さが、トナー担持ローラ１０１の表面から見たＡ相用電極１１１ＡとＢ相用電極１１１Ｂ（図４）との間隔、または、トナー担持ローラ２０１の表面から見た上層電極２１１Ａと下層電極２１１Ｂ（図６）との間隔の１／２以下になる領域である。

図１７は、トナー担持ローラ１０１への給電構成を模式的に示す斜視図である。ここでは、トナー担持ローラの基材１０１Ａが導電性であり、その基材１０１Ａの上方に絶縁層１０１Ｂを介してＡ相用電極１１１ＡとＢ相用電極１１１Ｂとを設けた図４のトナー担持ローラ１０１を用いた場合である。なお、図６のトナー担持ローラ２０１を用いた場合でも同様の構成を採用することができる。

トナー担持ローラ１０１の軸方向両端の周方向にあるバスライン１１１Ａａ，１１１Ｂｂと呼んでいる共通パタン部は、いずれも表面に絶縁層１０１Ｂ（図４参照）や表面保護層１０１Ｃ（図４参照）を設けていない領域であり、Ａ相用パルス電圧を印加するための第一摺擦部材４ａとバスライン１１１Ａａとが接触し、Ｂ相用パルス電圧を印加するための第二摺擦部材４ｂとバスライン１１１Ｂｂとが接触してパルス発生回路に接続されている。トナー担持ローラ１０１は、基材１０１Ａをアルミニウム等の導電性部材からなるスリーブ構成として軽量化を図っている。また、アルミニウムやステンレス鋼等の導電性材料からなる回転軸とフランジとが一体になった軸部材３ａ，３ｂがスリーブ両端面に圧入されている。トナー担持ローラ１０１の軸方向両側の軸部材３ａ，３ｂそれぞれの回転軸は、ここで図示していない絶縁部材に取り付けたベアリング等の回転軸保持部材を介して取り付けられている。また、基材１０１Ａにバイアスを印加するために一方の軸部材、ここでは軸部材３ａの回転軸に第三摺擦部材４ｃを接触させて軸部材３ａと第三摺擦部材４ｃとを介して基材１０１Ａが基材バイアス用電源回路に接続されている。これにより、ローラ基材バイアス電圧がトナー担持ローラ１０１の基材１０１Ａに印加される。

図１８は、トナー担持ローラ１０１への給電構成を模式的に示す他の例の斜視図である。この例においても、トナー担持ローラの基材１０１Ａが導電性であり、その基材１０１Ａの上方に絶縁層１０１Ｂを介してＡ相用電極１１１ＡとＢ相用電極１１１Ｂとを設けた図４のトナー担持ローラ１０１を用いた場合である。なお、図６のトナー担持ローラ２０１を用いた場合でも同様の構成を採用することができる。

この例では、トナー担持ローラ１０１の軸方向両側に設けられた軸部材３ａ，３ｂに、Ａ相用パルス電圧やＢ相用パルス電圧を印加する第一摺擦部材４ａや第二摺擦部材４ｂを受けるリング受け部材５ａ，５ｂをそれぞれ圧入している。リング受け部材５ａ，５ｂはリング状の樹脂材で外周表面にＣｕ、Ｎｉメッキ等が施されており、トナー担持ローラ１０１の軸方向両端の周方向にあるバスライン１１１Ａａ，１１１Ｂｂと呼んでいる共通パタン部とリング受け部材の外周表面とはフレキケーブル６ａ，６ｂ等で電気的に接続されている。そして、第一摺擦部材４ａがリング受け部材５ａに接触し、第二摺擦部材４ｂがリング受け部材５ｂに接触し、第三摺擦部材４ｃが軸部材３ａに接触して、Ａ相用パルス電圧、Ｂ相用パルス電圧及びローラ基材バイアス電圧を、Ａ相用電極１１１Ａ、Ｂ相用電極１１１Ｂ及び基材１０１Ａに印加する構成となっている。図１８に示した給電構成では、リング受け部材５ａ，５ｂや第一摺擦部材４ａ及び第二摺擦部材４ｂを、トナー担持ローラ表面にあるトナーから完全に隔離した構造が可能となり、より高信頼性化が可能である。

以上、本実施形態によれば、導電性基材である基材１０１Ａと基材１０１Ａ上に絶縁層１０１Ｂを介して設けた第一の電極であるＡ相用電極１１１Ａと第二の電極であるＢ相用電極１１１Ｂとからなるトナー担持体であるトナー担持ローラ１０１と、トナー担持ローラ１０１の表面にトナーを供給するトナー供給手段であるトナー供給ローラ１８と、Ａ相用電極１１１Ａ及びＢ相用電極１１１Ｂにそれぞれ位相の異なる電圧を印加することで、Ａ相用電極１１１ＡとＢ相用電極１１１Ｂとの間でトナーが飛翔するようなクラウド電界をトナー担持ローラ１０１の表面上に発生させるクラウド電界発生手段であるクラウドパルス発生回路３０と、を有し、トナー担持ローラ１０１の表面に担持されているトナーを像担持体である感光体４９と対向する現像領域へ搬送して感光体４９上の潜像にトナーを付着させることによって前記潜像を現像する現像装置１において、基材１０１Ａは装置本体の筐体と電気的に絶縁されており、Ａ相用電極１１１ＡやＢ相用電極１１１Ｂに印加する電圧の波高値以内の電圧を基材１０１Ａに印加する。本実施形態においては、トナー担持ローラ１０１の導電性の基材１０１Ａを装置本体の筐体と電気的に絶縁するとともに、Ａ相用電極１１１ＡやＢ相用電極１１１Ｂに印加する電圧の波高値以内の電圧を基材１０１Ａに印加するので、基材１０１Ａの電位がＡ相用電極１１１ＡやＢ相用電極１１１Ｂに印加する電圧の電位よりも絶対値で大きくなるのを抑制できる。これにより、Ａ相用電極１１１ＡやＢ相用電極１１１Ｂから基材１０１Ａにトナーが飛翔するようなクラウド電界が形成されるのを抑制することができ、その分、Ａ相用電極１１１ＡとＢ相用電極１１１Ｂとの間でトナーが飛翔するようなＡ相用電極１１１ＡとＢ相用電極１１１Ｂ間に形成されるクラウド電界の形成効率が上がる。よって、トナー担持ローラ表面のトナーをクラウド化する効率が上がり、トナー担持ローラ１０１から感光体４９に供給されるトナーが低減するのを抑えられ、現像効率が低下するのを抑制することができる。
また、本実施形態によれば、クラウドパルス発生回路３０によりＡ相用電極１１１ＡとＢ相用電極１１１Ｂとに印加する電圧は直流にパルス電圧が重畳されたクラウドパルスであり、それらの平均直流電圧を基材１０１Ａに印加することで、良好な現像効率を得ることができる。
また、本実施形態によれば、クラウドパルス発生回路３０によりＡ相用電極１１１ＡまたはＢ相用電極１１１Ｂに印加する電圧と同じ電圧を基材１０１Ａに印加することで、基材１０１Ａを筐体ＧＮＤに接続したりして基材１０１Ａの電位が０［Ｖ］の場合よりも高い画像濃度を得ることができる。
また、本実施形態によれば、Ａ相用電極１１１Ａ及びＢ相用電極１１１Ｂはトナー担持ローラ表面のトナー搬送方向と直交する方向に長く延びて所定の間隔で配設された複数の電極が同一層に形成されたものであることで、上述したような本発明の優れた効果を得ることができる。
また、本実施形態によれば、Ａ相用電極１１１Ａ及びＢ相用電極１１１Ｂはトナー担持ローラ表面のトナー搬送方向と直交する方向に長く延びて所定の間隔で配設された複数の電極が絶縁層を介して異なる層に形成されたものであることで、上述したような本発明の優れた効果を得ることができる。
また、本実施形態によれば、Ａ相用電極１１１Ａ及びＢ相用電極１１１Ｂに印加する直流にパルス電圧が重畳されたクラウドパルスを発生する回路であるクラウドパルス発生回路３０は、Ａ相用電極１１１ＡとＢ相用電極１１１Ｂとに印加するための２つのパルス発生回路であるＡ相パルス発生回路３３及びＢ相パルス発生回路３４と、Ａ相パルス発生回路３３及びＢ相パルス発生回路３４に供給するための電気的なグランドからフローティングされた第一の電源である電源３１と、電源３１の低電位側とグランドの間に設けた第二の電源である電源３２とからなり、基材１０１Ａのバイアスを発生する回路であるローラ基材バイアス電源回路３８が、Ａ相用電極１１１ＡまたはＢ相用電極１１１Ｂに印加するパルスの直流電圧を取り出す平滑回路と電源３２の電圧を重畳する回路とからなるものを適用することができる。
また、本実施形態によれば、感光体４９上に形成された潜像に対して現像手段によって現像剤を供給することで潜像を現像して得られる画像を最終的に記録材上に転移させて画像を形成する画像形成装置において、前記現像手段として本発明の現像装置１を用いることで、上述したような種々の効果が得られることで、その結果、良好な画像形成を行うことができる。
また、本実施形態によれば、感光体４９と感光体４９上に形成された潜像を現像剤で現像する現像手段とを１つのユニットとして共通の保持体に保持させて画像形成装置本体に対して一体的に着脱可能に構成したプロセスカートリッジにおいて、前記現像手段として、本発明の現像装置１を用いることで、上述したような種々の効果が得られるので望ましい。
また、本実施形態によれば、感光体４９と感光体４９上に形成された潜像を現像剤で現像する現像手段とを１つのユニットとして共通の保持体に保持させて装置本体に対して一体的に着脱可能に構成したプロセスカートリッジを備えた画像形成装置において、前記プロセスカートリッジとして、本発明の現像装置１を有するプロセスカートリッジを用いることで、上述したような種々の効果が得られるので望ましい。また、カラー画像形成装置に前記プロセスカートリッジを複数備えるのが好適である。

１ 現像装置
３ａ 軸部材
３ｂ 軸部材
４ａ 第一摺擦部材
４ｂ 第二摺擦部材
４ｃ 第三摺擦部材
５ａ リング受け部材
５ｂ リング受け部材
６ａ フレキケーブル
６ｂ フレキケーブル
１１ ケーシング
１８ トナー供給ローラ
２２ トナー摩擦ブレード
２４ 供給バイアス電源
３０ クラウドパルス発生回路
３１ 電源
３２ 電源
３３ Ａ相パルス発生回路
３４ Ｂ相パルス発生回路
３５ クランプ回路
３７ ２相パルス出力回路
３８ ローラ基材バイアス電源回路
４０ 湿度センサー
４４ 除電ランプ
４５ クリーニング装置
４９ 感光体
５０ 帯電装置
６０ 転写チャージャー
６１ 分離チャージャー
６５ 画像濃度検知センサー
６６ 画像濃度制御回路
６７ クラウドパルス制御回路
７０ 第１給紙部
７０ａ 第１給紙コロ
７１ 第２給紙部
７１ａ 第２給紙コロ
７５ 搬送ベルト
７６ 定着装置
７６ａ 定着ローラ
７６ｂ 加圧ローラ
７７ 排紙トレイ
８０ ミラー
９０ コンタクトガラス
９１ 原稿照明光源
９２ ミラー
９３ 走査光学系
９４ ミラー
９５ ミラー
９６ 走査光学系
９７ レンズ
９８ 画像読み取り素子
９９ ポリゴンミラー
１０１ トナー担持ローラ
１０１Ａ 基材
１０１Ｂ 絶縁層
１０１Ｃ 表面保護層
１１１Ａ Ａ相用電極
１１１Ａａ バスライン
１１１Ｂ Ｂ相用電極
１１１Ｂｂ バスライン
２０１ トナー担持ローラ
２０１Ａ 金属スリーブ
２０１Ｂ 絶縁層
２０１Ｃ 絶縁層
２０１Ｄ 表面保護層
２１１Ａ 上層電極
２１１Ａａ バスライン
２１１Ｂ 下層電極
２１１Ｂａ バスライン

特開２００７−１３３３８７号公報 特開２００９−０３６９２９号公報

Claims (9)

1. 導電性基材と該導電性基材上に絶縁層を介して設けた第一の電極と第二の電極とからなるトナー担持体と、
   前記トナー担持体の表面にトナーを供給するトナー供給手段と、
   前記第一の電極及び前記第二の電極にそれぞれ位相の異なる電圧を印加することで、前記第一の電極と前記第二の電極との間でトナーが飛翔するようなクラウド電界をトナー担持体の表面上に発生させるクラウド電界発生手段と、を有し、
   前記トナー担持体の表面に担持されているトナーを像担持体と対向する現像領域へ搬送して該像担持体上の潜像にトナーを付着させることによって該潜像を現像する現像装置において、
   前記導電性基材は装置本体の筐体と電気的に絶縁されており、前記第一の電極や第二の電極に印加する電圧の波高値以内の電圧を前記導電性基材に印加することを特徴とする現像装置。
2. 請求項１の現像装置において、
   上記クラウド電界発生手段により上記第一の電極と上記第二の電極とに印加する電圧は直流にパルス電圧が重畳されたクラウドパルスであり、前記クラウドパルスの平均直流電圧を上記導電性基材に印加することを特徴とする現像装置。
3. 請求項１の現像装置において、
   上記クラウド電界発生手段により上記第一の電極または上記第二の電極に印加する電圧と同じ電圧を上記導電性基材に印加することを特徴とする現像装置。
4. 請求項１、２または３の現像装置において、
   上記第一の電極及び上記第二の電極はトナー担持体表面のトナー搬送方向と直交する方向に長く延びて所定の間隔で配設された複数の電極が同一層に形成されたものであることを特徴とする現像装置。
5. 請求項１、２または３の現像装置において、
   上記第一の電極及び上記第二の電極はトナー担持体表面のトナー搬送方向と直交する方向に長く延びて所定の間隔で配設された複数の電極が絶縁層を介して異なる層に形成されたものであることを特徴とする現像装置。
6. 請求項１、２、３、４または５の現像装置において、
   上記第一の電極及び上記第二の電極に印加する直流にパルス電圧が重畳されたクラウドパルスを発生する回路は、前記第一の電極と前記第二の電極とに印加するための２つのパルス発生回路と、前記パルス発生回路に供給するための電気的なグランドからフローティングされた第一の電源と、前記第一の電源の低電位側とグランドの間に設けた第二の電源からなり、
   上記導電性基材のバイアスを発生する回路が、前記第一の電極または前記第二の電極に印加するパルスの直流電圧を取り出す平滑回路と前記第二の電源電圧を重畳する回路とからなることを特徴とする現像装置。
7. 像担持体上に形成された潜像に対して現像手段によって現像剤を供給することで潜像を現像して得られる画像を最終的に記録材上に転移させて画像を形成する画像形成装置において、
   前記現像手段として請求項１、２、３、４、５または６の現像装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
8. 像担持体と像担持体上に形成される潜像を現像剤で現像する現像手段とを１つのユニットとして共通の保持体に保持させて画像形成装置本体に対して一体的に着脱可能に構成したプロセスカートリッジにおいて、
   前記現像手段として請求項１、２、３、４、５または６の現像装置を用いたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
9. 像担持体と像担持体上に形成される潜像を現像剤で現像する現像手段とを１つのユニットとして共通の保持体に保持させて装置本体に対して一体的に着脱可能に構成したプロセスカートリッジを備える画像形成装置において、前記プロセスカートリッジとして請求項８のプロセスカートリッジを複数備えることを特徴とする画像形成装置。

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