JP4761457B2 - 現像方法及び画像形成方法 - Google Patents

Description

本発明は現像装置及び現像方法、画像形成装置及び画像形成方法、並びにプロセスカートリッジに関する。

複写装置、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置として、電子写真プロセスを用いて、潜像担持体に潜像を形成し、この潜像に粉体である現像剤（以下「トナー」ともいう。）を付着させて現像してトナー像として可視像化し、このトナー像を記録媒体に転写し、或いは中間転写部材に一旦転写した後記録媒体に転写することで画像を形成するものがある。

このような画像形成装置において、潜像を現像する現像装置としては、従来から、現像装置内で攪拌されたトナーを現像剤担持体である現像ローラ表面に担持させ、現像ローラを回転させることによって潜像担持体の表面に対向する位置まで搬送し、潜像担持体の潜像を現像し、現像終了後、潜像担持体に転写しなかったトナーは現像ローラの回転により現像装置内に回収し、新たにトナーを攪拌・帯電して再び現像ローラに担持して搬送するようにしたものが知られている。

また、画像形成装置としては、特許文献１、特許文献２に記載されているように、潜像担持体と現像ローラとの間にＤＣとＡＣの重畳電圧を印加して、非接触で現像ローラから潜像担持体にトナーを転移させる所謂ジャンピング現像と称する方式で現像するものも知られている。

さらに、画像形成装置としては、特許文献３、特許文献４に記載されているように、静電搬送基板を用いて、トナーを潜像担持体に対向する位置まで搬送し、振動、浮遊、スモーク化させて、潜像担持体との間で生じる吸引力で搬送面からトナーを分離して潜像担持体表面に付着させるようにしたものもある。
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

しかしながら、上述した現像ローラを用いてトナーを潜像担持体に与える現像装置を備えた画像形成装置にあっては、現像ローラと現像装置側板との間にトナーが侵入して、トナーが擦れてトナー固着等が発生し、画像に悪影響を及ぼしたり、現像装置周りのシール材が経時劣化することで、現像装置内にて現像剤もしくはトナーを攪拌・帯電させることにより、トナーが飛散し、画像の地汚れなどを生じることがある。

また、摩擦帯電やコロナ放電帯電によってトナーを帯電させた場合、飽和帯電したトナーと不飽和帯電のトナーとが混在し、大きな帯電分布を有することになる。このようなトナーを強制的に磁気ブラシや転写ローラなどを用いて現像ローラに転写すると、現像ローラの現像速度（線速１００ｃｍ／ｓｅｃ程度）の速さでは、一旦現像ローラに担持させた現像剤のうちの電荷が小さなトナーは離脱して、トナーが飛散したり、形成画像の地汚れが生じ易くなる。

さらに、所謂ジャンピング現像を行う現像装置にあっては、高電圧による帯電トナーの授受を行わなければならないため、高電圧電源が必要になり、装置の大型化、コストの増加を招くという課題がある。

また、トナーを用いる画像形成装置における現在の課題は、画質とコストと環境をいかにして満足するかということである。画質について言えば、カラー画像を形成する場合に、直径わずか約３０μｍの１２００ｄｐｉの孤立１ドットをいかに現像するか、それも好ましくは地汚れなしに現像するかということである。また、コストについて言えば、パーソナルのレーザプリンタを考えた場合、現像器や現像剤の単体コストのみならず、メンテナンス及び最終処分費用まで含めたトータルのコストを下げることが重要になる。さらに、環境について言えば、特に、微小粉末であるトナーが装置内や装置外に飛散することを防止することが重要になる。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、ＥＨ（Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ＆ Ｈｏｐｐｉｎｇ）現象を用いて、低電圧駆動が可能で高い現像効率が得られ、しかもトナーの飛散を防止でき、高画質の画像を再現できる現像装置及び現像方法、この現像装置を備えたプロセスカートリッジ及び画像形成装置、この現像方法を行う画像形成方法を提供することを目的とする。

ここで、ＥＨ現象とは、粉体が移相電界のエネルギーを与えられ、そのエネルギーが機械的なエネルギーに変換されて、粉体自身が動的に変動する現象をいう。このＥＨ現象は、静電気力による粉体の水平方向の移動（搬送）と垂直方向の移動（ホッピング）を含む現象であり、静電搬送部材の表面を、移相電界によって粉体が進行方向の成分を持って飛び跳ねる現象であり、このＥＨ現象を用いた現像方式をＥＨ現像という。

なお、本明細書において、ＥＨ現象における搬送部材上の粉体の振る舞いを区別して表現する場合、基板水平方向への移動については、「搬送」、「搬送速度」、「搬送方向」、「搬送距離」という表現を使用し、基板垂直方向への飛翔（移動）については、「ホッピング」、「ホッピング速度」、「ホッピング方向」、「ホッピング高さ（距離）」という表現を使用し、搬送部材上での「搬送及びホッピング」は「移送」と総称する。なお、搬送装置、搬送基板という用語に含まれる「搬送」は「移送」と同義である。

上記の課題を解決するため、本発明に係る現像装置は、潜像担持体上にトナーを付着させて潜像担持体上の潜像を現像するための現像装置において、前記潜像担持体に対向して配置され、トナーを移動させる進行波電界を発生させるための複数の電極を有する搬送部材を備え、前記搬送部材の電極には、現像領域において、潜像の画像部に対してはトナーが潜像担持体側に向かい、非画像部に対してはトナーが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（ｎは２以上の整数）の電位が印加され、かつ上記トナーの重量平均粒径が２〜５μｍであることを特徴とする現像装置の構成とした。
ここで、上記現像装置に用いられるトナーの形状係数ＳＦ−１が、１１０〜１５０であることが好ましい。
また、上記現像装置に用いられるトナーの外添剤の少なくとも一種が平均粒径５０ｎｍ以上であることが好ましく、１００ｎｍ以上であることがより好ましい。
ここでｎ相とは２相以上の整数を表し、好ましくは３相、４相、６相である。

ここで、搬送部材の電極に印加される電圧の平均値電位が、潜像の画像部電位と非画像部電位の間となる電位であることが好ましい。また、搬送部材の電極に印加される電圧の波形はパルス電圧と直流バイアス電圧とを重畳した波形であることが好ましい。この場合、直流バイアス電圧を出力する手段を有し、この手段は直流バイアス電圧の値を変化可能なことが好ましい。

また、搬送部材の電極に印加される電圧の波形はパルス状波形であることが好ましい。さらに、搬送部材に印加される電圧の波形にパルス状波形を含み、パルス状波形のうち搬送部材からトナーが反発飛翔する電位が、潜像の画像部電位と非画像部電位の間となる電位であることが好ましい。

本発明に係る現像装置は、更に搬送部材の現像領域通過後の領域でトナーが潜像潜像担持体と反対側に向かう方向の電界を形成する手段を備えているものが好ましい。
ここで、現像領域通過後に形成される電界の強さは潜像担持体に付着したトナーを潜像担持体面より引き剥がさない範囲であることが好ましい。

また、負帯電トナーを用いる場合には、搬送部材に印加される電圧の平均値電位が、現像領域では潜像の画像部電位と非画像部電位の間となり、現像領域通過後の領域では潜像の画像部電位と非画像部電位の両電位よりも高い電位であることが、正帯電トナーを用いる場合には、搬送部材に印加される電圧の平均値電位が、現像領域では潜像の画像部電位と非画像部電位の間となり、現像領域通過後の領域では潜像の画像部電位と非画像部電位の両電位よりも低い電位であることが好ましい。

さらに、潜像担持体と搬送部材との間のギャップに応じて搬送部材に異なるバイアス電圧が印加され、又は搬送部材に印加される電位が異なることが好ましい。或いは、潜像担持体と搬送部材との間のギャップが現像領域と現像領域通過後の領域で略同じであることが好ましく、この場合、搬送部材が湾曲面を形成可能な部材で形成されていることが好ましく、更に搬送部材の湾曲面を形成している部分が現像領域通過後の領域であることが、搬送部材の湾曲面を形成している部分は潜像担持体との間のギャップが潜像担持体の移動方向下流側ほど広くなっていることが好ましい。

さらにまた、負帯電トナーを用いる場合には、搬送部材の電極に対して、現像領域では０〜−Ｖ１の電圧が、現像領域通過後の領域では０〜＋Ｖ２の電圧が印加されること、正帯電トナーを用いる場合には、搬送部材の電極に対して、現像領域では０〜＋Ｖ３の電圧が、現像領域通過後の領域では０〜−Ｖ４の電圧が印加されることが好ましく、これらの場合、搬送部材の電極に対して印加する駆動波形を生成する回路にはクランプ回路を含むことが好ましい。

また、負帯電トナーを用いる場合には、搬送部材の電極に対して、現像領域では−Ｖ５〜−Ｖ６（Ｖ５＞Ｖ６）の電圧が、現像領域通過後の領域では＋Ｖ７〜＋Ｖ８（Ｖ８＞Ｖ７）電圧が印加されること、正帯電トナーを用いる場合には、搬送部材の電極に対して、現像領域では＋Ｖ９〜Ｖ１０（Ｖ１０＞Ｖ９）の電圧が、現像領域通過後の領域では−Ｖ１１〜−Ｖ１２（Ｖ１２＞Ｖ１１）の電圧が印加されることがより好ましく、これらの場合、搬送部材の電極に対して印加する駆動波形を生成する回路にはクランプ回路を含み、このクランプ回路には直流バイアス電圧を発生する手段を含むことが、そして、直流バイアス電圧を発生する手段は直流バイアス電圧の値を変化可能なことが好ましい。

本発明に係る現像方法は、本発明の現像装置を用いて現像を行うものである。
本発明に係るプロセスカートリッジは、本発明に係るいずれかの現像装置を備えたものである。
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プロセスカートリッジを備え、或いは複数のプロセスカートリッジを備えて潜像を現像して画像を形成するものである。
本発明に係る画像形成方法は、本発明に係る現像方法を用いて潜像を現像して画像を形成するものである。

本発明に係る現像装置によれば、現像領域で、搬送部材の電極に対してトナーが潜像の画像部に対しては潜像担持体側に向かい、非画像部に対してはトナーが潜像担持体と反対側に向かう方向の電界を形成する電位を与えるので、低電圧駆動が可能で、特定の粒子径、形状、外添剤を用いたトナーによって、高い現像効率で高品質現像を長期にわたり安定して行うことができる。

また、本発明に係る現像装置によれば、現像領域で、トナーが潜像の画像部に対しては潜像担持体側に向かい、非画像部に対してはトナーが潜像担持体と反対側に向かう方向の電界を形成し、現像領域通過後の領域で、トナーが潜像潜像担持体と反対側に向かう方向の電界を形成するので、低電圧駆動が可能で、高い現像効率で高品質現像を行うことができるとともに、トナーの飛散をより一層確実に抑制することができる。

本発明に係る現像方法によれば、本発明の現像装置を用いて現像するので、飛散トナーを可及的に低減することができ、また、現像品質が向上する。
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、低電圧駆動が可能で、高い現像効率で高品質現像を行って高品質画像を形成可能なプロセスカートリッジが得られる。

本発明に係る画像形成装置によれば、本発明に係る現像装置或いはプロセスカートリジを備えているので、高画質画像を形成することができる。
本発明に係る画像形成方法によれば、本発明に係る現像方法を用いて潜像を現像して画像を形成するので、飛散トナーが少なく、高画質画像を形成することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。先ず、本発明に係る現像装置の第１実施形態について図１を参照して説明する。なお、同図は同現像装置の概略構成図である。

この現像装置は、粉体であるトナーＴを搬送、ホッピング、回収するための電界を発生するための複数の電極１０２を有する搬送部材である搬送基板１を備え、この搬送基板１の各電極１０２に対しては駆動回路２から所要の電界を発生させるためのｎ相（ここでは３相とする。）の異なる駆動波形Ｖａ１〜Ｖｃ１及びＶａ２〜Ｖｃ２が印加される。

ここでは、搬送基板１は、駆動波形Ｖａ１〜Ｖｃ１及びＶａ２〜Ｖｃ２を与える電極１０２の範囲及び潜像担持体である感光体ドラム１０との関係において、トナーＴを感光体ドラム１０近傍まで移送する搬送領域１１、感光体ドラム１の潜像にトナーＴを付着させてトナー像を形成するための現像領域１２、トナーＴを搬送基板１側に回収するための現像領域通過後の領域（これを、以下「回収領域」という。）１３とに分けられる。

そして、この現像装置１は、搬送基板１の搬送領域１１ではトナーＴを感光体ドラム１０の近傍まで移送し、現像領域１２では感光体ドラム１０上の潜像の画像部に対してはトナーＴがドラム１０側に向かい、非画像部に対してはトナーＴがドラム１０と反対側（搬送基板側）に向かう方向の電界を形成して、トナーＴを潜像に付着させて現像を行うための電界を発生し、回収領域１３ではトナーＴが潜像の画像部及び非画像部のいずれに対しても感光体ドラム１０と反対側（搬送基板側）に向かう方向の電界を形成する。

これにより、現像領域では感光体ドラム１０上の潜像にトナーが付着して可視像化され、現像に寄与しなかったトナーは感光体ドラム１０の回転方向（移動方向）下流側の回収領域で搬送基板１側に回収されるので、飛散トナーの発生が防止される。なお、回収領域は現像領域よりも潜像担持体の移動方向下流側とすることで、確実に浮遊トナーの回収を行うことができる。

そこで、まず、この現像装置における搬送基板１の構成について図２ないし図６を参照して詳細に説明する。なお、図２は同搬送基板１の平面説明図、図３は図２のＡ−Ａ線に沿う断面説明図、図４は図２のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図、図５は図２のＣ−Ｃ線に沿う断面説明図、図６は図２のＤ−Ｄ線に沿う断面説明図である。

この搬送基板１は、ベース基板（支持基板）１０１上に３本の電極（搬送電極）１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ（これらを「電極１０２」とも総称する。）を１セットとして、所定の間隔で、トナー移送方向（トナー進行方向、トナー移動方向：図２、図３で矢示方向とする。）に沿ってトナー移送方向と略直交する方向に繰り返し形成配置し、この上に搬送面を形成する絶縁性の搬送面形成部材となり、電極１０２の表面を覆う保護膜となる、無機又は有機の絶縁性材料で形成した表面保護層１０３を積層したものである。なお、ここでは、表面保護層１０３が搬送面を形成しているが、表面保護層１０３上に更に粉体（トナー）との適合性に優れた表面層を別途成膜することもできる。

これらの電極１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの両側には、電極１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃとそれぞれ両端部で相互接続した共通電極１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ（これらを「共通電極１０５」とも総称する。）をトナー移送方向に沿って、すなわち、個々の電極と略直交する方向に設けている。この場合、共通電極１０５の幅（この幅は、トナー移送方向と直交する方向の幅）は電極１０２の幅（この幅は、トナー移送方向に沿う方向の幅）よりも広くしている。なお、図２では、共通電極１０５を、搬送領域１１では共通電極１０５ａ１、１０５ｂ１、１０５ｃ１を、現像領域１２では共通電極１０５ａ２、１０５ｂ２、１０５ｃ２、回収領域１３では共通電極１０５ａ３、１０５ｂ３、１０５ｃ３と、区別して表記している。

ここでは、支持基板１０１上に共通電極１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃのパターンを形成した後層間絶縁膜１０７（表面保護層１０３と同じ材料でも異なる材料のいずれでも良い。）を形成し、この層間絶縁膜１０７にコンタクトホール１０８を形成した後、電極１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃを形成することによって電極１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃと共通電極１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃとをそれぞれ相互接続している。

なお、電極１０２ａと共通電極１０５ａを一体形成したパターン上に層間絶縁膜を形成し、この層間絶縁膜上に電極１０２ｂと共通電極１０５ｂを一体形成したパターンを形成し、更に層間絶縁膜を形成して、この層間絶縁膜上に電極１０２ｃと共通電極１０５ｃを一体形成したパターンを形成する、つまり、電極を三層構造とすることもでき、あるいは、一体形成に相互接続とコンタクトホールによる相互接続とを混在させることもできる。

さらに、これらの共通電極１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃには図示しないが駆動回路２からの駆動信号（駆動波形）Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃを入力するための駆動信号印加用入力端子を設けている。この駆動信号入力用端子は、支持基板１０１に裏面側に設けてスルーホールを介して共通電極１０５に接続してもよいし、あるいは後述する層間絶縁膜１０７上に設けてもよい。

ここで、支持基板１０１としては、ガラス基板、樹脂基板或いはセラミックス基板等の絶縁性材料からなる基板、或いは、ＳＵＳなどの導電性材料からなる基板にＳｉＯ₂等の絶縁膜を成膜したもの、ポリイミドフィルムなどのフレキシブルに変形可能な材料からなる基板などを用いることができる。

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ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、ＴｉＯ₄、ＳｉＯＮ、ＢＮ、ＴｉＮ、Ｔａ₂Ｏ₅などを厚さ０．５〜１０μｍ、好ましくは厚さ０．５〜３μｍで成膜して形成している。また、無機ナイトライド化合物、例えばＳｉＮ、Ｂｎ、Ｗなどを用いることができる。特に、表面水酸基が増えると帯電トナーの帯電量が搬送途中で下がる傾向にあるので、表面水酸基（ＳｉＯＨ、シラトール基）が少ない無機ナイトライド化合物が好ましい。

次に、このように構成した搬送基板１におけるトナーの静電搬送の原理について説明する。
搬送基板１の複数の電極１０２に対してｎ相の駆動波形を印加することにより、複数の電極１０２によって移相電界（進行波電界）が発生し、搬送基板１上の帯電したトナーは反発力及び／又は吸引力を受けて移送方向にホッピングと搬送を含んで移動する。

例えば、搬送基板１の複数の電極１０２に対して図７に示すようにグランドＧ（０Ｖ）と正の電圧＋との間で変化する３相のパルス状駆動波形（駆動信号）Ａ（Ａ相）、Ｂ（Ｂ相）、Ｃ（Ｃ相）をタイミングをずらして印加する。
このとき、図８に示すように、搬送基板１上に負帯電トナーＴがあり、搬送基板１の連続した複数の電極１０２に同図に（ｉ）で示すようにそれぞれ「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」が印加されたとすると、負帯電トナーＴは「＋」の電極１０２上に位置する。

次のタイミングで複数の電極１０２には（ii）に示すようにそれぞれ「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」が印加され、負帯電トナーＴには同図で左側の「Ｇ」の電極１０２との間で反発力が、右側の「＋」の電極１０２との間で吸引力がそれぞれ作用するので、負帯電トナーＴは「＋」の電極１０２側に移動する。さらに、次のタイミングで複数の電極１０２には（iii）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、搬送基板１上には進行波電界が発生し、この進行波電界の進行方向に負帯電トナーＴは搬送及びホッピングを行いながら移動する。なお、正帯電トナーの場合には駆動波形の変化パターンを逆にすることで同様に同方向に移動する。

これを図９を参照して具体的に説明すると、同図（ａ）に示すように、搬送基板１の電極Ａ〜Ｆがいずれも０Ｖ（Ｇ）で搬送基板１上に負帯電トナーＴが載っている状態から、同図（ｂ）に示すように電極Ａ、Ｄに「＋」が印加されると、負帯電トナーＴは電極Ａ及び電極Ｄに吸引されて電極Ａ、Ｄ上に移る。次のタイミングで、同図（ｃ）に示すように、電極Ａ、Ｄがいずれも「０」になり、電極Ｂ、Ｅに「＋」が印加されると、電極Ａ、Ｄ上のトナーＴは反発力を受けるとともに、電極Ｂ、Ｅの吸引力を受けることになって、負帯電トナーＴは電極Ｂ及び電極Ｅに移送される。さらに、次のタイミングで、同図（ｄ）に示すように、電極Ｂ、Ｅがいずれも「０」になり、電極Ｃ、Ｆに「＋」が印加されると、電極Ｂ、Ｅ上のトナーＴは反発力を受けるとともに、電極Ｃ、Ｆの吸引力を受けることになって、負帯電トナーＴは電極Ｃ及び電極Ｆに移送される。このように進行波電界によって負帯電トナーは順次図において右方向に移送されることになる。

次に、駆動回路２の全体構成について図１０を参照して説明する。
この駆動回路２は、パルス信号を生成出力するパスル信号発生回路２１と、このパルス信号発生回路２１からのパルス信号を入力して駆動波形Ｖａ１、Ｖｂ１、Ｖｃ１を生成出力する波形増幅器２２ａ、２２ｂ、２２ｃと、パルス信号発生回路２１からのパルス信号を入力して駆動波形Ｖａ２、Ｖｂ２、Ｖｃ２を生成出力する波形増幅器２３ａ、２３ｂ、２３ｃとを有する。

パルス信号発生回路２１は、例えばロジックレベルの入力パルスを受けて、各１２０°に位相シフトした２組みパルスで、次段の波形増幅器２２ａ〜２２ｃ、２３ａ〜２３ｃに含まれるスイッチング手段、例えばトランジスタを駆動して１００Ｖのスイッチングを行うことができるレベルの出力電圧１０〜１５Ｖのパルス信号を生成して出力する。

波形増幅器２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、搬送領域１１の各電極１０２及び回収領域１３の各電極１０２に対して、例えば図１１に示すように、各相の＋１００Ｖの印加時間ｔａを繰り返し周期ｔｆの１／３である約３３％に設定した（これを「搬送電圧パターン」又は「回収搬送電圧パターン」という。）３相の駆動波形（駆動パルス）Ｖａ１、Ｖｂ１、Ｖｃ１を印加する。

波形増幅器２３ａ、２３ｂ、２３ｃは、現像領域１１の各電極１０２に対して、例えば図１２又は図１３に示すように、各相の＋１００Ｖ又は０Ｖの印加時間ｔａを繰り返し周期ｔｆの２／３である約６７％に設定した（これを「ホッピング電圧パターン」という。）３相の駆動波形（駆動パルス）Ｖａ２、Ｖｂ２、Ｖｃ２を印加する。

そこで、搬送基板１を用いたＥＨ現像の原理について説明する。ＥＨ現像はトナーの静電搬送を利用するものであるが、従来の静電搬送を用いた現像装置のように、静電搬送に伴なって自然発生的に生じるトナーのスモーク化、クラウド化を利用して現像するのではなく、トナーを積極的に潜像担持体に向かって打ち上げて現像するものである。
例えば、パルス状駆動波形のローレベルの電位を潜像の画像部の電位と非画像部の電位との間の電位に設定することで、非画像部へのトナーの付着を防止し、高品質の現像を行うことができる。

このように、ＥＨ現像においては、トナーがホッピングしていることにより潜像の画像部に対してトナーが吸引付着し、非画像部ではトナーが反発されて付着されないので、トナーによる潜像の現像を行うことができ、このとき、既にホッピングしているトナーは搬送基板１との間で吸着力が生じないため、容易に潜像担持体側に移送することができ、高い画像品質が得られる現像を低電圧で行うことができるようになる。

さらに、本発明の現像装置は、現像領域通過後の領域でトナーを搬送基板１側に引き戻す電界を発生させる手段を備えていることが好ましい。すなわち、この第１実施形態では、上述したように搬送基板１に回収領域１３を設けて、この回収領域１３の電極１０２に対しては駆動回路２から回収搬送電圧パターンの駆動波形Ｖａ１、Ｖｂ１、Ｖｃ１を印加する。つまり、ここでは、搬送領域１１の電極１０２に印加する搬送電圧パターンの駆動波形をそのまま回収領域１３の電極１０２に印加する回収搬送電圧パターンの駆動波形として用いている。

このように、現像領域通過後の領域でトナーが潜像潜像担持体と反対側に向かう方向の電界を形成することによって、浮遊トナーを搬送基板１側に回収することができ、この結果トナーの再利用も可能になる。

一般に、トナーの粒径が小さくなることにより、静電潜像に忠実な現像が行なわれることで、高い解像力の画像が得られる。トナー粒径は、本発明の目的を達成する為に、重量平均粒径が２〜５μｍであることが好ましく、２μｍよりも小さい場合には、搬送基板との付着力が大きくなり、搬送性が不十分になる場合があり、逆に５μｍより大きい場合には、ドット再現性が不十分になり、ハーフトン部分の粒状性も悪化して、高精細な画像が得られなくなる場合がある。

トナー重量平均粒径は次の測定方法により測定する。
コールターカウンター法によるトナー粒子の粒度分布の測定装置としては、コールターカウンターＴＡ−ＩＩやコールターマルチサイザーＩＩ（いずれもコールターエレクトロニクス社製）があげられる。以下に測定方法について述べる。
まず、電解水溶液１００〜１５０ｍｌ中に分散剤として界面活性剤（好ましくはアルキルベンゼンスルフォン酸塩）を０．１〜５ｍｌ加える。ここで、電解液とは１級塩化ナトリウムを用いて約１％ＮａＣｌ水溶液を調製したもので、例えばＩＳＯＴＯＮ−ＩＩ（コールター社製）が使用できる。ここで、更に測定試料を２〜２０ｍｇ加える。試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で約１〜３分間分散処理を行ない、前記測定装置により、アパーチャーとして５０μｍアパーチャーを用いて、トナー粒子又はトナーの体積、個数を測定して、体積分布と個数分布を算出する。得られた分布から、トナーの重量平均粒径（Ｄ４）を求めることができる。

また、トナーの形状係数ＳＦ−１が、１１０〜１５０でより球形に近い形状であることが、現像性に優れる。これは、球形に近いトナーの場合は、搬送基板との付着力が小さいためと考えられる。
またトナーの帯電電荷が曲率の小さい突起部に集中せずに表面で均一に帯電しているため、基板上の移動もスムーズに行われるためと考えられる。
なお、形状係数ＳＦ−１は、トナー形状の丸さの割合を示すものであり、下記式（１）で表される。トナーを２次元平面に投影してできる形状の最大長ＭＸＬＮＧの二乗を図形面積ＡＲＥＡで除して、１００π／４を乗じた値である。
ＳＦ−１＝｛（ＭＸＬＮＧ）²／ＡＲＥＡ｝×（１００π／４） ・・・式（１）

ＳＦ−１の値が１００の場合トナーの形状は真球となり、ＳＦ−１の値が大きくなるほど不定形になる。１１０未満の場合は現像後の感光体、や中間転写体からのクリーニングが困難になり、１５０を超えると前記した付着力や帯電の均一性の問題が発生する。
形状係数の測定は、具体的には、走査型電子顕微鏡（Ｓ−８００：日立製作所製）でトナーの写真を撮り、これを画像解析装置（ＬＵＳＥＸ３：ニレコ社製）に導入して解析して計算する。具体的には日立製作所製ＦＥ−ＳＥＭ（Ｓ−８００）を用い１０００倍に拡大した２μｍ以上のトナー粒子像を１００個無作為にサンプリングし、その画像情報はインターフェースを介して、例えばニコレ社製画像解析装置（Ｌｕｚｅｘ III）に導入し解析を行なった。

トナーに流動性を付与し、現像効率を上げるために外添剤を表面に付着させるが、しかし、経時の使用においては、トナーに転写性向上、流動性付与のために外添される流動性改質剤が、トナー表面に急速に埋没するため、搬送性、転写性、流動性の変化が大きくなる。特に、画像面積の小さい、即ち、トナー消費量の少ない画像を連続して出力した場合など、使用経時でトナー中の外添剤が埋没し、流動性向上効果が得られなくなるため、搬送性、転写性が変動したり、それに起因して画像上のムラが目立つなどの課題を有しているのが現状である。

前記外添剤は、大粒径の無機酸化物であり、その平均粒径は５０〜５００ｎｍが好ましく、９０〜２００ｎｍがより好ましく、１００〜１５０ｎｍがさらに好ましい。前記粒径が５０ｎｍ未満であると、小粒径の外添剤のトナー母体への埋没を抑制する効果がなくななることがあり、５００ｎｍを超えると、トナー母体への付着性が極端に低下し、トナーとは独立して動くことになるため、トナーがストレスにさらされた時に小粒径の外添剤がトナー母体への埋没してしまい、これを抑制する効果が低減してしまう。

外添剤としては無機酸化物が代表的なものとして選ばれるが特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、シリカ微粒子、疎水性シリカ、チタニア、アルミナ、酸化錫、酸化アンチモンなどが挙げられ、これらの中でも、シリカ微粒子が特に好ましい。

前記シリカ微粒子としては、市販品を用いることができ、例えば、ＨＤＫ Ｈ２０００、ＨＤＫ Ｈ２０００／４、ＨＤＫ Ｈ２０５０ＥＰ、ＨＶＫ２１、ＨＤＫ Ｈ１３０３（いずれもヘキスト社製）；Ｒ９７２、Ｒ９７４、ＲＸ２００、ＲＹ２００、Ｒ２０２、Ｒ８０５、Ｒ８１２（いずれも日本アエロジル株式会社製）、などが挙げられる。
その他ゾルゲル法、乾式火炎法によって製造されたシリカ、樹脂微粒子も好適な例として挙げられる。

また、前記外添剤としては、ＢＥＴ比表面積が２０〜２５０ｍ²／ｇのシリカ微粉子をシリコーンオイルで表面処理したものが好ましい。
前記比表面積は、ＢＥＴ法に従い、比表面積測定装置（「オートソーブ１」；湯浅アイオニクス社製）を用い、試料表面に窒素ガスを吸着させ、ＢＥＴ多点法を用いて算出することができる。

前記シリコーンオイルとしては、例えば、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、クロルフェニルシリコーンオイル、メチルハイドロジェンシリコーンオイル、アルキル変性シリコーンオイル、フッ素変性シリコーンオイル、ポリエーテル変性シリコーンオイル、アルコール変性シリコーンオイル、アミノ変性シリコーンオイル、エポキシ変性シリコーンオイル、エポキシ・ポリエーテル変性シリコーンオイル、フェノール変性シリコーンオイル、カルボキシル変性シリコーンオイル、メルカプト変性シリコーンオイル、アクリル、メタクリル変性シリコーンオイル、α−メチルスチレン変性シリコーンオイル等が使用できる。

（外添剤平均粒子径）
本発明に使用される無機微粒子の粒子径は、動的光散乱を利用する粒径分布測定装置、例えば（株）大塚電子製のＤＬＳ−７００やコールターエレクトロニクス社製のコールターＮ４により測定可能である、しかし、微粒子の二次凝集を解離する事は困難であるため、走査型電子顕微鏡もしくは透過型電子顕微鏡により得られる写真より直接粒径を求めることが好ましい。より好ましくはトナー表面の外添剤をＦＥ−ＳＥＭ（電界放出型走査電子顕微鏡）により１０万倍の倍率で観察することが好ましい。この場合少なくとも１００個以上の微粒子を観察しその長径の平均値を求める。トナー表面で外添剤が凝集構造をとっている場合は凝集体を構成する単独の一次粒子の長径を求める。

本発明に用いられるトナーはその材料に関しては公知のものが全て可能である。結着樹脂としては、ポリスチレン、ポリｐ−クロロスチレン、ポリビニルトルエンなどのスチレン及びその置換体の重合体；スチレン−ｐ−クロロスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタリン共重合体、スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体、スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン−α−クロルメタクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−アクリロニトリル−インデン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸エステル共重合体などのスチレン系共重合体；ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、エポキシ樹脂、エポキシポリオール樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂などが挙げられ、これらを単独であるいは混合して使用できる。

着色剤としては公知の染料及び顔料が全て使用でき、例えば、カーボンブラック、ニグロシン染料、鉄黒、ナフトールイエローＳ、ハンザイエロー（１０Ｇ、５Ｇ、Ｇ）、カドミウムイエロー、黄色酸化鉄、黄土、黄鉛、チタン黄、ポリアゾイエロー、オイルイエロー、ハンザイエロー（ＧＲ、Ａ、ＲＮ、Ｒ）、ピグメントイエローＬ、ベンジジンイエロー（Ｇ、ＧＲ）、パーマネントイエロー（ＮＣＧ）、バルカンファストイエロー（５Ｇ、Ｒ）、タートラジンレーキ、キノリンイエローレーキ、アンスラザンイエローＢＧＬ、イソインドリノンイエロー、ベンガラ、鉛丹、鉛朱、カドミウムレッド、カドミウムマーキュリレッド、アンチモン朱、パーマネントレッド４Ｒ、パラレッド、ファイセーレッド、パラクロルオルトニトロアニリンレッド、リソールファストスカーレットＧ、ブリリアントファストスカーレット、ブリリアントカーンミンＢＳ、パーマネントレッド（Ｆ２Ｒ、Ｆ４Ｒ、ＦＲＬ、ＦＲＬＬ、Ｆ４ＲＨ）、ファストスカーレットＶＤ、ベルカンファストルビンＢ、ブリリアントスカーレットＧ、リソールルビンＧＸ、パーマネントレッドＦ５Ｒ、ブリリアントカーミン６Ｂ、ポグメントスカーレット３Ｂ、ボルドー５Ｂ、トルイジンマルーン、パーマネントボルドーＦ２Ｋ、ヘリオボルドーＢＬ、ボルドー１０Ｂ、ボンマルーンライト、ボンマルーンメジアム、エオシンレーキ、ローダミンレーキＢ、ローダミンレーキＹ、アリザリンレーキ、チオインジゴレッドＢ、チオインジゴマルーン、オイルレッド、キナクリドンレッド、ピラゾロンレッド、ポリアゾレッド、クロームバーミリオン、ベンジジンオレンジ、ペリノンオレンジ、オイルオレンジ、コバルトブルー、セルリアンブルー、アルカリブルーレーキ、ピーコックブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー、インダンスレンブルー（ＲＳ、ＢＣ）、インジゴ、群青、紺青、アントラキノンブルー、ファストバイオレットＢ、メチルバイオレットレーキ、コバルト紫、マンガン紫、ジオキサンバイオレット、アントラキノンバイオレット、クロムグリーン、ジンクグリーン、酸化クロム、ピリジアン、エメラルドグリーン、ピグメントグリーンＢ、ナフトールグリーンＢ、グリーンゴールド、アシッドグリーンレーキ、マラカイトグリーンレーキ、フタロシアニングリーン、アントラキノングリーン、酸化チタン、亜鉛華、リトボン及びそれらの混合物が使用できる。使用量は一般にバインダー樹脂１００重量部に対し０．１〜５０重量部である。

本発明においてトナーが離型剤を含有する場合には、キャンデリラワックス、カルナウバワックス、ライスワックスなどの天然ワックス、モンタンワックス、パラフィンワックス、サゾールワックス、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、アルキルリン酸エステルなどが単独であるいは混合して使用できる。

本発明においてトナーに必要に応じて帯電制御剤を含有してもよい。帯電制御剤としては、具体的には、モノアゾ染料の金属錯塩、ニトロフミン酸およびその塩、四級アンモニウム塩類、イミダゾール金属錯体や塩類などが用いられ、サリチル酸、ナフトエ塩、ジカルボン酸のＣｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ａｌなどの金属錯体や金属塩、アミノ化合物、有機ホウ素塩類、カリックスアレン系化合物、有機染料などが使用できる。これらの中から、カラートナーの場合には、トナーの色調を損なうことない透明色から白色の物質を添加し、負極性もしくは正極性にトナーを安定化付与することが好ましい。

本発明において帯電制御剤の使用量は、バインダー樹脂の種類、必要に応じて使用される添加剤の有無、分散方法を含めたトナー製造方法によって決定されるもので、一義的に限定されるものではないが、好ましくはバインダー樹脂１００重量部に対して、０．１〜１０重量部の範囲で用いられる。好ましくは、２〜５重量部の範囲がよい。０．１重量部未満では、トナーの帯電が不足し実用的でない。１０重量部を越える場合にはトナーの帯電性が大きすぎ、キャリアとの静電的吸引力の増大のため、現像剤の流動性低下や、画像濃度の低下を招く。

さらに、トナー粒子中への磁性材料の導入には、フェライト、マグネタイト、マグヘマタイト等の酸化鉄類、鉄、コバルト、ニッケル等の金属あるいは、これらと他の金属との合金等の磁性成分を単独または混合して使用することができる。この場合もカラートナーの場合には、色調を損なうことない透明色から白色の物質を選択することが好ましい。

トナー流動性や環境依存性改良のための添加剤として、一般に公知のものを使用することもできる。例えば、酸化亜鉛、酸化錫、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化珪素、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、ジルコン酸ストロンチウム、ジルコン酸カルシウム、チタン酸ランタン、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、マイカ、ドロマイト等の無機粉末や、これらの疎水化物が単独または混合して使用できる。

この他の添加剤として、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレンヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素樹脂微粒子をトナー表面改質剤として使用してもよい。これらは、添加する材料の種類にもよるが、トナー母体粒子１００重量部に対して、およそ０．１〜１０重量部程度を外添し、必要であれば適当な混合機により混合してトナー粒子表面に付着、凝着或いは、トナー粒子間隙で遊離した状態になるよう調整し、用いることができる。

トナー粒子の製造方法としては、上述のような原材料を、二本ロール、二軸押出し混練機、一軸押出し混練機等の、公知の方法で混練し、これを機械式や気流式等の公知の粉砕、分級を行ないトナー母体粒子を作成することができる。また、重合法によってトナー粒子を作成することもできる。造粒法は、これら公知のものに限定されるものではない。

次に、本発明に係る現像装置を含む本発明に係る画像形成装置の第１実施形態について図１４を参照して説明する。
この画像形成装置の全体の概略及び動作を説明すると、潜像担持体である感光体ドラム３０１は基体３０２上に感光体層３０３を形成してなり、同図で矢示方向に回転駆動される。この感光体ドラム３０１は帯電装置３０５によって一様に帯電され、露光部３０６からの読み取り画像に応じたレーザー光による書き込みにより、感光体ドラム３０１の表面に静電潜像が形成される。

そして、この感光体ドラム３０１表面の静電潜像は、本発明に係る現像装置３１６によってトナーが付着されて可視像化され、この可視像は、給紙カセット３１７から給紙された転写紙（記録媒体）３１９に転写電源３２１からの電圧が印加される転写コロ３２０によって転写され、この可視像が転写された転写紙３１９は、感光体ドラム３０１の表面より分離されて、定着ユニット３２３のローラ間を通って、可視像が定着され、機外の排紙トレイへと排紙される。

一方、転写が終了した感光体ドラム３０１の表面に残留しているトナーはクリーニング装置３２５によって除去され、感光体ドラム３０１の表面に残留している電荷は除電ランプ３２６によって消去される。

そこで、現像装置３１６について説明すると、現像装置３１６内には粉体であるトナーの帯電を施す部材の一例として帯電ブラシ３３１ａ、３３１ｂの両ブラシが接触するように配置され回転動作し、トナータンク３３２から送り込まれるトナーＴはブラシ３３１ａ、３３１ｂによる摩擦を受けて帯電が施される。

帯電が施されトナーは、搬送基板３４１に送り込まれ、この搬送基板３４１上を搬送、ホッピングされて潜像担持体３０１に対向する現像領域に送られて、所要の現像を行った後、現像に供されなったトナーは搬送基板３４１の終端から落下して、逆送搬送基板３４２によってトナーに帯電を施す部材（帯電ブラシ３３１ｂ）に逆送される。

なお、搬送基板３４１及び逆送搬送基板３４２の構成は、前記搬送基板１と同様であり、搬送基板３４１及び逆送搬送基板３４２の各電極に駆動波形を与える駆動回路の構成も図示は省略するが、前記現像装置の各実施形態で説明したものと同様である。また、用いるトナーの重量平均粒径は２〜５μｍである。

このように構成することで、飛散トナーが少なく、高い現像品質で現像を行って高画質の画像を形成することができる。

次に、本発明に画像形成装置の第２実施形態について図１５を参照して説明する。なお、同図は同画像形成装置の全体概略構成図である。
この画像形成装置の全体の概略及び動作を説明すると、潜像担持体である感光体ドラム４０１（例えば、有機感光体：ＯＰＣ）は同図で時計方向に回転駆動される。コンタクトガラス４０２上に原稿を載置し、図示しないプリントスタートスイッチを押すと、原稿照明光源４０３とミラー４０４とを含む走査光学系４０５と、ミラー４０６、４０７を含む走査光学系４０８とが移動して、原稿画像の読み取りが行われる。

ここで、走査された原稿画像がレンズ４０９の後方に配置した画像読み取り素子４１０で画像信号として読み込まれ、読み込まれた画像信号はデジタル化され画像処理される。そして、この画像処理をした信号でレーザーダイオード（ＬＤ）を駆動し、このレーザーダイオードからのレーザー光をポリゴンミラー４１３で反射した後、ミラー４１４を介して感光体ドラム４０１上に照射する。この感光体ドラム４０１は帯電装置４１５によって一様に帯電されており、レーザー光による書き込みにより、感光体ドラム４０１の表面に静電潜像が形成される。

そして、この感光体ドラム４０１表面の静電潜像は、本発明に係る現像装置４１６によってトナーが付着されて可視像化され、この可視像（トナー像）は、給紙部４１７Ａ又は４１７Ｂから給紙コロ４１８Ａ又は４１８Ｂで給紙された転写紙（記録媒体）４１９に転写チャージャ４２０のコロナ放電により転写される。この可視像が転写された転写紙４１９は、分離チャージャ４２１により感光体ドラム４０１の表面より分離されて、搬送ベルト４２２によって搬送され、定着ローラ対４２３の圧接部を通って、可視像が定着され、機外の排紙トレイ４２４へと排紙される。

一方、転写が終了した感光体ドラム４０１の表面に残留しているトナーはクリーニング装置４２５によって除去され、感光体ドラム４０１の表面に残留している電荷は除電ランプ４２６によって消去される。

現像装置４１６は、図１６に示すように、トナーを収納するトナーホッパ部４３１と、このトナーホッパ部４３１内のトナーを攪拌するアジテータ４３２と、トナーホッパ部４３１内のトナーを帯電させてトナーボックス部４３３に供給する帯電ローラ４３４及びこの帯電ローラ４３４の周面に接触させて配置したドクターブレード４３５とを備えている。

また、トナーボックス部４３３内に供給されたトナーを現像のために搬送、ホッポングするために搬送する搬送基板４４１と、この搬送基板４４１の終端から落下する現像に供されなかったトナーを帯電を施す部材（帯電ローラ４３４）に戻す方向に搬送する逆送搬送基板４４２とを備えている。

なお、上記第１実施形態でも述べたとおり、搬送基板４４１及び逆送搬送基板４４２の構成は、前記搬送基板１と同様であり、搬送基板４４１及び逆送搬送基板４４２の各電極に駆動波形を与える駆動回路の構成も図示は省略するが、前記現像装置の各実施形態で説明したものと同様である。また、用いるトナーの重量平均粒径は２〜５μｍである。
このように構成することで、飛散トナーが少なく、高い現像品質で現像を行って高画質の画像を形成することができる。

次に、本発明に係るプロセスカートリッジを備えた画像形成装置の第３実施形態について図１７及び図１８を参照して簡単に説明する。なお、図１７は同画像形成装置の概略構成図、図１８は同画像形成装置を構成するプロセスカートリッジの概略構成図である。

この画像形成装置５００は、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｂｋ）の４色でフルカラー画像を形成するレーザプリンタの一例であり、各色用の画像信号に応じたレーザビームを出射する４つの光書き込み装置５０１Ｍ、５０１Ｃ、５０１Ｙ、５０１Ｂｋ（以下「光書き込み装置５０１」とも総称する。）と、作像用の４つのプロセスカートリッジ５０２Ｍ、５０２Ｃ、５０２Ｙ、５０２Ｂｋと、画像が転写される記録用紙を収納する給紙カセット５０３と、給紙カセット５０３から記録用紙を給紙する給紙ローラ５０４と、記録用紙を所定のタイミングで搬送するレジストローラ５０５と、記録用紙を各プロセスカートリッジの転写部に搬送する転写ベルト５０６と、記録用紙に転写された画像を定着する定着ベルト５０７と加圧ローラ５０８からなる定着装置５０９と、定着後の記録用紙を排紙トレイ５１１に排紙する排紙ローラ５１０等を備えた構成となっている。

４つのプロセスカートリッジ５０２Ｍ、５０２Ｃ、５０２Ｙ、５０２Ｂｋの構成は同じ（以下「プロセスカートリッジ５０２」とも総称する。）であり、図１８に示すように、各プロセスカートリッジ５０２は、ケース内に像担持体であるドラム状の感光体５２１と、帯電ローラ５２２と、本発明に係る現像装置５２３と、クリーニングブレード５２４等を一体に備え、画像形成装置本体に対して着脱可能に構成している。現像装置５２３を着脱自在であるプロセスカートリッジ５０２内に具備させることにより、メンテナンス性の向上、他の装置との一体交換を容易に行うことができるようになる。

また、現像装置５２３内には、トナー供給ローラ５２５、帯電ローラ５２６、搬送基板１、搬送基板１へのトナー送り込み基板５２７、回収トナーを戻すトナー戻しローラ５２８が設けられており、各色のトナーが収納されている。また、プロセスカートリッジ５０２の背面側には、光書き込み装置５０１からのレーザビームが入射される窓口となるスリット５３０が設けられている。

各光書き込み装置５０１Ｍ、５０１Ｃ、５０１Ｙ、５０１Ｂｋは、半導体レーザ、コリメートレンズ、ポリゴンミラー等の光偏向器、走査結像用光学系等から構成され、装置外部のパーソナルコンピュータ等のホスト（画像処理装置）から入力される各色用の画像データに応じて変調されたレーザビームを出射し、各プロセスカートリッジ５０２Ｍ、５０２Ｃ、５０２Ｙ、５０２Ｂｋの感光体５２１上を走査し、静電荷像（静電潜像）を書き込む。

そして、画像形成が開始されると、各プロセスカートリッジ５０２Ｍ、５０２Ｃ、５０２Ｙ、５０２Ｂｋの感光体５２１が帯電ローラ５２２で均一に帯電され、各光書き込み装置５０１Ｍ、５０１Ｃ、５０１Ｙ、５０１Ｂｋから画像データに応じたレーザビームが照射されて各感光体上に各色の静電潜像が形成される。

この感光体５２１上に形成された静電潜像は、現像装置５２３の搬送基板１によるＥＨ現像により、各色のトナーによって現像され顕像化される。また、現像に供されなかったトナーは搬送基板１で搬送されてトナー戻しローラ５２８によってトナー送り込み基板５２７の入口側に戻される。このように、本発明に係る現像装置によって現像を行うことで、前述したように高品質の画像を形成することができる。

一方、各プロセスカートリッジ５０２Ｂｋ、５０２Ｙ、５０２Ｃ、５０２Ｍの各色の画像形成に同期して、供給カセット５０３内の記録用紙が供給ローラ５０４で給紙され、レジストローラ５０５により所定のタイミングで転写ベルト５０６に向けて搬送される。そして、記録用紙は転写ベルト５０６に担持されて４つのプロセスカートリッジ５０２Ｂｋ、５０２Ｙ、５０２Ｃ、５０２Ｍの感光体５２１に向けて順次搬送され、各感光体上のＢｋ、Ｙ、Ｃ、Ｍの各色のトナー像が順次重ね合わせて転写される。４色のトナー像が転写された記録用紙は、定着装置５０９に搬送され、４色のトナー像からなるカラー画像が定着されて排紙トレイ５１１に排紙される。

次に、本発明に係るプロセスカートリッジを含む本発明に係る画像形成装置の第４実施形態について図１９及び図２０を参照して簡単に説明する。なお、図１９は同画像形成装置の概略構成図、図２０は同画像形成装置を構成するプロセスカートリッジの概略構成図である。

この画像形成装置は、水平に延在する転写ベルト（像担持体）５５１に沿って、各色のプロセスカートリッジ５６０Ｙ、５６０Ｍ、５６０Ｃ、５６０Ｂｋ（以下「プロセスカートリッジ５６０」とも総称する。）を並置したタンデム方式のカラー画像形成装置である。なお、プロセスカートリッジ５６０は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順で説明したが、この順番に特定されるものではなく、どの順番で並置してもよい。

プロセスカートリッジ５６０は、像担持体５６１、帯電手段５６２、本発明に係る静電搬送装置の搬送基板１を含む現像手段５６３、クリーニング装置５６４等の構成要素のうち、複数のものをプロセスカートリッジとして一体に結合して構成し、このプロセスカートリッジを複写機やプリンタ等の画像形成装置本体に対して着脱可能に構成している。

通常、カラーの画像形成装置は複数の画像形成部を有するため装置が大きくなってしまう。また、現像装置、クリーニングや帯電などの各ユニットが個別で故障したり、寿命による交換時期がきた場合は、装置が複雑でユニットの交換に非常に手間がかかっていた。

そこで、少なくとも像担持体と現像手段の構成要素をプロセスカートリッジ５６０として一体に結合して構成することによって、ユーザーによる交換も可能な小型で高耐久のカラー画像形成装置を提供することができる。

ここで、各色のプロセスカートリッジ５６０Ｙ、５６０Ｍ、５６０Ｃ、５６０Ｂｋで現像された像担持体５６２上の現像トナーは水平に延在する転写電圧が印加された転写ベルト５５１に順次転写される。

このようにイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと画像の形成が行なわれ、転写ベルト５５１上に多重に転写され、転写手段５５２で転写材５５３にまとめて転写される。そして、転写材５５３上の多重トナー像は図示しない定着装置によって定着される。

上記各実施形態で説明した画像形成装置は、いずれも本発明に係る搬送部材を含む現像装置（手段）を備えているので、装置の小型化、低コスト化を図れ、トナ−飛散などもなく、画像品質を向上することができる。

なお、上記実施形態においては、粉体としてトナーを例に説明しているが、トナー以外の粉体を搬送するための装置などにも同様に適用することができる。また、搬送電極に印加する駆動信号は３相を例に説明しているが、４相、６相などでもよい。

次に実施例をあげて本発明をより具体的に説明する。本発明の実施例においては以下の現像装置およびトナーを使用した。

〔トナー〕
トナーａ〜ｆ、ｃ−１〜６、ｃ−３−１〜４の作製
着色剤 カーボンブラック ６重量部
帯電制御剤 サリチル酸誘導体亜鉛塩 ２重量部
結着樹脂 ポリエステル樹脂（１／２流出開始温度１２０℃） ９７重量部
離型剤 カルナバワックス ３重量部
のトナー構成材料をブレンダーで十分混合した後、１００〜１１０℃に加熱した２軸押し出し機で溶融混練した。混練物を放冷後カッターミルで粗粉砕し、ジェット気流を用いた微粉砕機で粉砕後、風力分級装置を用いて母体着色粒子を得た。粉砕圧力を変化させることにより重量平均粒子径ａ）１．５μｍ、ｂ）２．５μｍ、ｃ）３．５μｍ、ｄ）４．５μｍ、ｅ）５．５μｍ、ｆ）６．５μｍのトナー母体を得た。またそれぞれの粒子の形状係数ＳＦ−１はａ）１２５、ｂ）１２７、ｃ）１３１、ｄ）１３２μｍ、ｅ）１２８μｍ、ｆ）１３６μｍであった。
トナー母体ｃをサーフュージョンシステム装置（ホソカワミクロン工業社製）気流設定温度２７０℃、フィード量を０．５ｋｇ／ｈｒ〜３ｋｇ／ｈｒ変化させて概略球形の母体着色粒子を得た。重量平均粒子径は変化しなかったが母体着色粒子の形状係数ＳＦ−１は、ｃ−１）１０５、ｃ−２）１１５、ｃ−３）１３０、ｃ−４）１４５、ｃ−５）１５５、ｃ−６）１７０である６種のトナー母体を得た。
さらに、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｃ−１〜６の母体着色粒子１００重量部に対して、一次粒径１０ｎｍの疎水性シリカ１．５重量部と一次粒子径２０ｎｍの酸化チタン１．０重量部をヘンシェルミキサーにて混合しトナーを得た。
また得られたトナーｃ−３に平均粒径４０ｎｍ、６０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍのＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）による疎水化処理のシリカ微粒子１．０重量部をさらにヘンシェルミキサーにて混合しそれぞれｃ−３−１，ｃ−３−２，ｃ−３−３，ｃ−３−４のトナーを得た。

トナーｇの作製
（トナーバインダー樹脂の合成）
冷却管、攪拌機および窒素導入管の付いた反応槽中に、ビスフェノールＡ エチレンオキサイド２モル付加物７２４部、イソフタル酸２７６部およびジブチルチンオキサイド２部を入れ、常圧で２３０℃で８時間反応させ、さらに１０〜１５ｍｍＨｇの減圧で５時間反応させた後、１６０℃まで冷却して、これに３２部の無水フタル酸を加えて２時間反応させた。次いで、８０℃まで冷却し、酢酸エチル中にてイソホロンジイソシアネート１８８部と２時間反応を行いイソシアネート含有プレポリマー（１）を得た。次いでプレポリマー（１）２６７部とイソホロンジアミン１４部を５０℃で２時間反応させ、重量平均分子量６４０００のウレア変性ポリエステル樹脂（１）を得た。

上記と同様にビスフェノールＡエチレンオキサイド２モル付加物７２４部、テレフタル酸２７６部を常圧下、２３０℃で８時間重縮合し、次いで１０〜１５ｍｍＨｇの減圧で５時間反応させて、ピーク分子量５０００の変性されていないポリエステル樹脂（ａ）を得た。ウレア変性ポリエステル樹脂（１）２００部と変性されていないポリエステル樹脂（ａ）８００部を酢酸エチル／ＭＥＫ（１／１）混合溶剤２０００部に溶解、混合し、トナーバインダー樹脂（１）の酢酸エチル／ＭＥＫ溶液を得た。一部減圧乾燥し、トナーバインダー樹脂（１）を単離した。Ｔｇは６２℃、酸価は１０であった。

（トナーの作製）
ビーカー内に前記のトナーバインダー樹脂（１）の酢酸エチル／ＭＥＫ溶液２４０部、ペンタエリスリトールテトラベヘネート（融点８１℃、溶融粘度２５ｃｐｓ）２０部、銅フタロシアニンブルー顔料４部を入れ、６０℃にてＴＫ式ホモミキサーで１２０００ｒｐｍで攪拌し、均一に溶解、分散させた。ビーカー内にイオン交換水７０６部、ハイドロキシアパタイト１０％懸濁液（日本化学工業（株）製スーパタイト１０）２９４部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム０．５部を入れ均一に溶解した。次いで６０℃に昇温し、ＴＫ式ホモミキサーで１２０００ｒｐｍに攪拌しながら、上記トナー材料溶液を投入し１０分間攪拌した。ついでこの混合液を攪拌棒および温度計付のコルベンに移し、９８℃まで昇温して一部溶剤を除去し、室温に戻してから同ホモミキサーで１２０００ｒｐｍで攪拌を行い、更に溶剤を完全に除去した。その後、濾別、洗浄、乾燥した後、風力分級し、母体トナー粒子を得た。重量平均粒径は３．５μｍであった。またＳＦ１は１２０であった。
さらに、得られた母体着色粒子１００重量部に対して、一次粒径１０ｎｍの疎水性シリカ１．５重量部と一次粒子径２０ｎｍの酸化チタン１．０重量部と平均粒径１００ｎｍのＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）疎水化処理のシリカ微粒子１．０重量部をヘンシェルミキサーにて混合しトナーｇを得た。

実施例１〜１４（内、実施例１〜３及び５〜１２は参考実施例）、比較例１〜３
上記のそれぞれのトナーを、図１４で示した画像形成装置のトナーＴに充填し、以下の画像評価を行った。
画像評価
［細線再現性］
写真画像の出力を行い、粒状性、鮮鋭性の度合を目視にて下記基準で評価した。
〔評価基準〕
５：オフセット印刷並みである。
４：オフセット印刷よりわずかに悪い程度である。
３：オフセット印刷よりかなり悪い程度である。
２：従来の電子写真画像程度で悪い。
１：従来の電子写真画像よりも非常に悪い。

［ドット均一性］
６００ｄｐｉの１ｂｙ１画像（１ドット間隔画像）を出力し、マイクロスコープで観察したときのドット再現性をランク見本を用いて５段階評価した。数値が大きいほど良好で、３以上は合格である。

［地汚れ］
専用チャート（５％画像面積）のＡ４紙を１万枚ランニングした後に、白紙画像を現像中に停止させ、現像後の感光体上のトナーをテープ転写し、未転写のテープの画像濃度との差を９３８スペクトロデンシトメーター（Ｘ−Ｒｉｔｅ社製）により測定した。（５段階評価、５が地汚れ不良全くなし、１が最低、３以上が合格）

［クリーニング性］
専用チャート（５％画像面積）のＡ４紙を１万枚ランニングした後に、全面黒ベタ画像を１０枚連続出力させ、１０枚目に現像中に停止させ、感光体上のクリーニングブレード以降のトナーをテープ転写し、テープの汚れ度合いを５段階の段階見本と比較して評価した。（５がクリーニング不良全くなし、１が最低、３以上が合格）

［搬送性］
専用チャート（５％画像面積）のＡ４紙を１万枚ランニングした後に、白紙画像を１０枚通紙し、搬送基板を取り出して、基板上の転写残トナーをスコッチテープ（住友スリーエム株式会社製）で白紙に移し、それをマクベス反射濃度計ＲＤ５１４型で測定し、下記基準により評価した。
〔評価基準〕
５：ブランク（白紙にテープを貼ったもの）との差が０．００５未満である。
４：ブランクとの差が０．００５〜０．０１０である。
３：ブランクとの差が０．０１１〜０．０２である。
２：ブランクとの差が０．０２を超える。
１：ブランクとの差が０．０５を超える。

［転写性］
専用チャート（５％画像面積）のＡ４紙を１万枚ランニングした後に、画像面積率２０％チャートを感光体から紙に転写後、クリーニングの直前における感光体上の転写残トナーをスコッチテープ（住友スリーエム株式会社製）で白紙に移し、それをマクベス反射濃度計ＲＤ５１４型で測定し、下記基準により評価した。
〔評価基準〕
５：ブランク（白紙にテープを貼ったもの）との差が０．００５未満である。
４：ブランクとの差が０．００５〜０．０１０である。
３：ブランクとの差が０．０１１〜０．０２である。
２：ブランクとの差が０．０２を超える。
１：ブランクとの差が０．０５を超える。

以上の結果を見てわかるように重量平均粒子径が本発明の範囲内であると画像品質（細線再現性、ドット均一性、地汚れ）は良好である。中でも粒子径が小さいほうが良い傾向にあるがクリーニング性が落ちてくる。また搬送性、現像性は合格であるが最良ではない。
重量平均粒子径とトナーの形状が本発明の範囲内であると上記の良好な特性に加え、さらに転写性が優れたトナーが得られている。
さらに重量平均粒子径とトナーの形状及び外添剤の粒子径が本発明の範囲内であるとすべての項目にわたって最良に近いトナーが得られている。

本発明に係る現像装置の第１実施形態を説明する概略構成図である。 同装置の搬送基板の平面説明図である。 図２のＡ−Ａ線に沿う断面説明図である。 図２のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図である。 図２のＣ−Ｃ線に沿う断面説明図である。 図２のＤ−Ｄ線に沿う断面説明図である。 搬送基板に与える駆動波形の一例を説明する説明図である。 粉体の搬送、ホッピングの説明に供する説明図である。 粉体の搬送、ホッピングの具体例の説明に供する説明図である。 同装置の駆動回路の一例を示すブロック図である。 搬送電圧パターン及び回収搬送電圧パターンの駆動波形の一例を示す説明図である。 ホッピング電圧パターンの駆動波形の一例を示す説明図である。 ホッピング電圧パターンの駆動波形の他の例を示す説明図である。 本発明に係る画像形成装置の第１実施形態を説明する概略構成図である。 本発明に係る画像形成装置の第２実施形態を説明する概略構成図である。 同画像形成装置の現像装置部分の拡大説明図である。 本発明に係る画像形成装置の第３実施形態を説明する概略構成図である。 同画像形成装置のプロセスカートリッジの概略構成図である。 本発明に係る画像形成装置の第４実施形態を説明する概略構成図である。 同画像形成装置のプロセスカートリッジの概略構成図である。

符号の説明

１、４１、６１…搬送基板
２…駆動回路
１０…感光体ドラム
１１…搬送領域
１２…現像領域
１３…回収領域
１０１…支持基板
１０２…電極
２２ａ〜２２ｃ、２３ａ〜２３ｃ…波形増幅器
３０１…感光体ドラム
３４１…搬送基板
３４２…逆送搬送基板
４０１…感光体ドラム（潜像担持体）
４０５、４０８…走査光学系
４１３…ポリゴンミラー
４１５…帯電装置
４１６…現像装置
４３４…帯電ローラ
４４１…搬送基板
４４２…逆送搬送基板
５０２Ｍ、５０２Ｃ、５０２Ｙ、５０２Ｂ…プロセスカートリッジ
５２３…現像装置
５６０Ｍ、５６０Ｃ、５６０Ｙ、５６０Ｂ…プロセスカートリッジ
５６３…現像装置

Claims (4)

1. 潜像担持体上にトナーを付着させて潜像担持体上の潜像を現像する現像装置を用いて現像を行う現像方法において、該現像装置が、前記潜像担持体に対向して配置され、トナーを移動させる進行波電界を発生させるための複数の電極を有する搬送部材を備え、前記搬送部材の電極には、現像領域において、潜像の画像部に対してはトナーが潜像担持体側に向かい、非画像部に対してはトナーが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（ｎは２以上の整数）の電位が印加されており、かつ上記トナーの重量平均粒径が２〜５μｍであり、トナーに用いられている外添剤の少なくとも一種が平均粒径９０〜２００ｎｍであって、ヘキサメチルジシラザンによる疎水化処理されたシリカ微粒子であることを特徴とする現像方法。
2. トナーの形状係数ＳＦ−１が、１１０〜１５０であることを特徴とする請求項１記載の現像方法。
3. 前記現像装置が搬送部材の現像領域通過後の領域で、トナーを潜像担持体と反対側に向かわせる方向の電界を形成する手段を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の現像方法。
4. 潜像担持体上にトナーを付着させて潜像担持体上の潜像を現像して画像を形成する画像形成方法において、請求項１〜３のいずれかに記載の現像方法で前記潜像を現像して画像を形成することを特徴とする画像形成方法。
   

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