JP5067846B2 - 現像装置、プロセスカートリッジおよび画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、潜像担持体上の静電潜像をトナーを用いて現像する現像装置と、その現像装置を備えたプロセスカートリッジ、および、前記現像装置または前記プロセスカートリッジを備えた複写機、プリンタ、プロッタ、ファクシミリあるいはこれらの複合機等の画像形成装置に関する。

従来、複写機、プリンタ、プロッタ、ファクシミリあるいはこれらの複合機等として、電子写真プロセスにより画像形成を行う画像形成装置が利用されているが、この画像形成装置に用いられる現像装置には、現像剤にトナーと磁性キャリアからなる２成分現像剤を用いる２成分現像方式の現像装置や、現像剤にトナーのみを用いる１成分現像方式の現像装置などがある。

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。この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の主流方式である。この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るが、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ものである。

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に記載の従来技術のように、２成分現像方式と１成分現像方式とをハイブリッド化したハイブリッド化方式も幾つか提案されている。
また、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、現像部でのトナーのクラウド化を行い、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。
また、特許文献４には、トナー担持体の機械的な駆動をなくし、３相以上の交互電界によってトナーを静電的に搬送し現像する方法が提案されており、特許文献５には、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の現像装置が提案されている。

さらに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特許文献６に記載されており、また、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特許文献７に記載されている。さらに特許文献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

前述の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ことが必要であるために、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、キャリア粒子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の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。

この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高くする試みや、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の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、現像部での電界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、この１成分現像方式は、現像ローラ上でのトナー薄層形成時にトナー規制部材によりトナーに対して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早い。トナーの劣化につれて、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。

前述の特許文献１等に記載の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、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。

前述の特許文献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。
また、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たものと解釈できるが、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、かえ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ならない。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、潜像担持体上に順に各色トナー像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という問題がある。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ためには潜像担持体と現像ローラとの間に交番電界を形成しない方法で現像する必要がある。

このような現像を実現できる方法としては、先に挙げた特許文献３に記載のクラウド現像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ない。
また、特許文献４に記載の方式などのように、トナー担持体の機械的な駆動をなくし、３相以上の交互電界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、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しまう。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。

以上のような従来技術の問題を解決する方式として、本出願人は先に、２相の電極間に時間周期的に変化する電界を印加してトナーをトナー担持体から飛翔（ホッピング）させて、前記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の現像装置や現像方法を提案している（特願２００５−２９９０８２、特願２００６−０１８８９２、特願２００６−００２０２８）。
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、フレアローラと呼ぶ）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、トナー層厚規制部材とフレアローラの摩擦帯電や、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注入等の理由により、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。ひいては潜像担持体との対向部で、フレアローラ表面と潜像担持体の画像部、もしくは非画像部との電位差が変動し、画像の濃度ムラや、地汚れの原因となってしまう。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、さまざまな原因によるトナー担持体（フレアローラ）の表面電位の変動を抑制するために、本発明では、トナー担持体表面の移動方向で現像領域下流から規制部材上流の間に設けたトナー漏れ防止部材に所定の電圧を印加することによってトナー担持体（フレアローラ）の表面電位を一定に維持し、画像の濃度ムラや、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ことを目的とし、さらには、その現像装置を備えたプロセスカートリッジおよび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、本発明では以下のような解決手段を採っている。
本発明の第１の手段は、潜像担持体に対向して配置され、ローラ部周面上の周方向に所定の間隔で交互に並べられた第１電極群及び第２電極群から成る複数の電極を有するトナー担持体と、該トナー担持体の表面に接触しながら該トナー担持体とカウンター方向に回転してトナーを供給する供給手段と、前記トナー担持体の表面上に担持されたトナーの層厚を規制する規制部材と、前記トナー担持体表面の移動方向で現像領域下流から該規制部材上流の間の位置に設けられた導電性のトナー漏れ防止部材と、前記複数の電極における隣り合う第１電極群の電極と第２電極群の電極との間の電界が時間的に切り替わるように、第１電極群に矩形波バイアスを印加するとともに、第２電極群に該第１電極群に印加する矩形波バイアスと逆位相である矩形波バイアスを印加する電圧供給手段と、を備え、
前記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飛翔させてクラウドを形成し、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、
前記トナー漏れ防止部材に、前記第１電極群に印加される矩形波バイアスの平均値と同等であり、かつ前記第２電極群に印加される矩形波バイアスの平均値と同等である直流バイアスを印加することを特徴とする。

本発明の第１の参考手段は、第１の手段の現像装置において、前記複数の電極として、前記トナー担持体の内部には第一のバイアス（Ａ相のバイアスとする）が印加される電極と第二のバイアス（Ｂ相のバイアスとする）が印加される電極が交互に配置されて第一（Ａ相）の電極群と第二（Ｂ相）の電極群を構成しており、前記トナー担持体内部の一方の電極群（Ａ相またはＢ相の電極群）に印加するバイアスは時間的に変化する波形であり、もう一方の電極群（Ｂ相またはＡ相の電極群）に印加するバイアスは直流（ＤＣ）バイアスであり、前記トナー漏れ防止部材に印加するバイアスは直流（ＤＣ）バイアスであることを特徴とする。

本発明の第２の参考手段は、第１の手段の現像装置において、前記複数の電極として、前記トナー担持体の内部には第一のバイアス（Ａ相のバイアスとする）が印加される電極と第二のバイアス（Ｂ相のバイアスとする）が印加される電極が交互に配置されて第一（Ａ相）の電極群と第二（Ｂ相）の電極群を構成しており、前記トナー担持体内部の一方の電極群（Ａ相またはＢ相の電極群）に印加するバイアスは時間的に変化する波形であり、もう一方の電極群（Ｂ相またはＡ相の電極群）に印加するバイアスは逆位相の時間的に変化する波形であり、前記トナー漏れ防止部材に印加するバイアスは時間的に変化する波形であることを特徴とする。
また、本発明の第３の参考手段は、第２の参考手段の現像装置において、前記トナー漏れ防止部材に印加するバイアスが、前記トナー担持体内部の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。

本発明の第４の参考手段は、第１の手段の現像装置において、前記複数の電極として、前記トナー担持体の内部には第一のバイアス（Ａ相のバイアスとする）が印加される電極と第二のバイアス（Ｂ相のバイアスとする）が印加される電極が交互に配置されて第一（Ａ相）の電極群と第二（Ｂ相）の電極群を構成しており、前記トナー担持体内部の一方の電極群（Ａ相またはＢ相の電極群）に印加するバイアスは時間的に変化する波形であり、もう一方の電極群（Ｂ相またはＡ相の電極群）に印加するバイアスは直流（ＤＣ）バイアスであり、前記トナー漏れ防止部材に印加するバイアスは前記トナー担持体内部の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。

本発明の第２の手段は、第１の手段乃至第１〜第４いずれか１つの参考手段の現像装置において、前記トナー漏れ防止部材が、導電性の薄板状の弾性シール部材であることを特徴とする。
また、本発明の第３の手段は、第１の手段乃至第１〜第４いずれか１つの参考手段の現像装置において、前記トナー漏れ防止部材が、導電性の円筒形状の弾性部材であることを特徴とする。

本発明の第４の手段は、潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体の潜像を現像する現像手段とを備えた画像形成装置において、前記現像手段として、第１〜第３のいずれか１つの手段乃至第１〜第４のいずれか１つの参考手段の現像装置を用いたことを特徴とする。
また、本発明の第５の手段は、第４の手段の画像形成装置において、前記潜像担持体に対して前記現像装置を複数備え、該複数の現像装置はそれぞれ色の異なるトナーで前記潜像担持体上の潜像を順次現像し、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。

本発明の第６の手段は、電子写真プロセスにより画像形成を行う画像形成装置に装備されるプロセスカートリッジであって、潜像を担持する潜像担持体、帯電手段、クリーニング手段のうちの少なくとも一つと、第１〜第３のいずれか1つの手段乃至第１〜第４のいずれか１つの参考手段の現像装置を一体に保持し、画像形成装置本体に対して着脱可能に設けられたことを特徴とする。
また、本発明の第７の手段は、電子写真プロセスにより画像形成を行う画像形成装置であって、第６の手段のプロセスカートリッジを一つまたは複数備えていることを特徴とする。

第１の手段の現像装置では、電圧印加手段によりトナー漏れ防止部材に印加するバイアス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。
また、第１の手段の現像装置では、上述の第１の手段の効果に加え、複数の電極における隣り合う第１電極群の電極と第２電極群の電極との間の電界が時間的に切り替わるように、第１電極群に矩形波バイアスを印加するとともに、第２電極群に該第１電極群に印加する矩形波バイアスと逆位相である矩形波バイアスを印加することで、トナー担持体の印加バイアスの平均値が常に一定に保たれる。
また、第１の参考手段の現像装置では、第１の手段の効果に加え、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。

第２の参考手段の現像装置では、第１の手段の効果に加え、Ａ相の電極群と、Ｂ相の電極群に逆位相の矩形波バイアスを印加することで、トナー担持体の印加バイアスの平均値が常に一定に保たれ、かつトナー漏れ防止部材にも時間的に変化する波形を印加することで、トナー担持体の表面電位を安定化できる。
また、第３の参考手段の現像装置では、第２の参考手段の効果に加え、Ａ相の電極群と、Ｂ相の電極群に逆位相の矩形波バイアスを印加することで、トナー担持体の印加バイアスの平均値が常に一定に保たれ、かつトナー漏れ防止部材に印加する電圧印加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。
また、第４の参考手段の現像装置では、第１の手段の効果に加え、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。

第２の手段の現像装置では、第１の手段乃至第１〜第４いずれか１つの参考手段の効果に加え、導電性で薄板状の弾性シール部材を用いることによって簡易な構成でトナーの現像装置外部へのトナーの漏れを防止しつつ、トナー担持体の表面電位を安定化できる。
また、第３の手段の現像装置では、第１の手段乃至第１〜第４いずれか１つの参考手段の効果に加え、導電性で円筒形状の弾性部材を用いることによって、トナーの現像装置外部へのトナーの漏れを防止しつつ、トナー担持体の表面電位を安定化できる。

第４の手段の画像形成装置では、現像手段として、第１〜第３のいずれか１つの手段乃至第１〜第４の参考手段のいずれか１つの現像装置を用いたことにより、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、表面電位制御手段を有し、トナー担持体の表面電位を常に一定に維持することが可能な現像装置を用いて画像形成を行うことができるので、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。

第５の手段の画像形成装置では、第４の手段の構成および効果に加え、潜像担持体に対して現像装置を複数備え、該複数の現像装置はそれぞれ色の異なるトナーで前記潜像担持体上の潜像を順次現像し、前記潜像担持体上で複数回の色重ねを行うことにより、色ずれのない高画質な多色またはカラー画像を得ることができる。すなわち、第５の手段の画像形成装置では、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、潜像担持体上での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、潜像担持体上で色重ねができるため、色ずれのない高画質なカラー画像を得ることができる。

第６の手段のプロセスカートリッジでは、潜像担持体、帯電手段、クリーニング手段のうちの少なくとも一つと、第１〜第３のいずれか１つの手段乃至第１〜第４の参考手段のいずれか１つの現像装置を一体に保持したことにより、安定した良好な画像形成を行うことができるプロセスカートリッジを提供することができる。また、このプロセスカートリッジは、画像形成装置に対して着脱可能に設けられているので、容易に交換やリサイクルが可能になり、画像形成装置のメンテンナンス性の向上や、省資源化に寄与することができる。

第７の手段の画像形成装置では、第６の手段のプロセスカートリッジを一つまたは複数備え、単色、多色またはフルカラー画像を形成することにより、安定した良好な単色、多色またはカラー画像を形成することができる。また、プロセスカートリッジは、着脱可能に設けられているので、容易に交換やリサイクルが可能になり、画像形成装置のメンテンナンス性の向上や、省資源化に寄与することができる。また、画像形成装置の保守や管理も容易になる。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に図示した実施例に基づいて詳細に説明する。

［実施例１］
図１は本発明の一実施例を示す画像形成装置の概略構成図である。この実施例では、画像形成装置はフレア現像方式の現像装置を複数用いて構成され、潜像担持体である無端ベルト状の感光体２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である。
すなわち、この画像形成装置は、マゼンタ、シアン、イエロー、ブラック（以下、Ｍ、Ｃ、Ｙ、Ｋと記す）のトナー像を重ね合わせてフルカラー画像を形成することができるカラープリンタの例であり、ベルトユニット１、４つの現像装置１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｙ，１０Ｋ、レジストローラ対２０、転写ローラ２１、定着装置２２、図示しない給紙カセット、給紙装置、給紙路などを備えている。

複数のフレア現像方式の現像装置１０Ｋ，１０Ｙ，１０Ｃ，１０Ｍは同一の構成であり、現像ケース１１内に、トナー担持体であるフレアローラ１２、フレアローラにトナーを供給する供給ローラ１３、フレアローラ上のトナー層厚を規制する層厚規制部材１４、トナーを攪拌する攪拌パドル１５、現像ケース１１からのトナー漏れを防止するトナー漏れ防止部材１６等を備えている。また、現像装置の構成例としては、図２に示すように、上記の構成に加えてトナー回収用の回収ローラ１７やフリッカー１８を設けても良い。なお、フレア現像方式については後で詳しく説明する。

この実施例では、ベルトユニット１は、潜像担持体たる無端ベルト状の感光体２を、水平方向よりも鉛直方向にスペースをとる縦長の姿勢で張架しながら図中時計回り方向に無端移動せしめる。より詳しくは、感光体２を、駆動ローラ３、テンションローラ４、転写上流ローラ５、転写バックアップローラ６、及び４つの現像対向ローラ７Ｍ，７Ｃ，７Ｙ，７Ｋによって裏面側から支えながら張架している。そして、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せしめられる駆動ローラ３の回転によって感光体２を無端移動せしめる。この感光体２における図中左側の張架面（以下、左側張架面という）は、ほぼ鉛直方向に延在する姿勢になっている。

感光体２の左側張架面の図中左側方には、マゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ），イエロー（Ｙ），ブラック（Ｋ）用の現像装置１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｙ，１０Ｋが鉛直方向に並ぶように配設されており、それぞれ感光体２の左側張架面に対向している。
４つの現像装置１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｙ，１０Ｋのうち、鉛直方向の最も下側に位置するＭ用の現像装置１０Ｍの更に下方には、Ｍ用の帯電装置８Ｍが感光体２の左側張架面に対向するように配設されている。また、Ｍ用の現像装置１０Ｍと、Ｃ用の現像装置１０Ｃとの間には、Ｃ用の帯電装置８Ｃが感光体２の左側張架面に対向するように配設されている。また、Ｃ用の現像装置１０Ｃと、Ｙ用の現像装置１０Ｙとの間には、Ｙ用の帯電装置８Ｙが感光体２の左側張架面に対向するように配設されている。更に、Ｙ用の現像装置１０Ｙと、Ｋ用の現像装置１０Ｋとの間には、Ｋ用の帯電装置８Ｋが感光体２の左側張架面に対向するように配設されている。

鉛直方向に並ぶ４つの現像装置１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｙ，１０Ｋの図中左側方には、図示しない光書込装置が配設されている。この光書込装置は、外部の図示しないパーソナルコンピュータやスキャナから送られてくる画像情報に基づいて、図示しない４つの半導体レーザを駆動してＭ，Ｃ，Ｙ，Ｋ用の４つの書込光Ｌｍ，Ｌｃ，Ｌｙ，Ｌｋを出射する。そして、これらを図示しないポリゴンミラーによって偏向せしめながら、図示しない反射ミラーで反射させたり光学レンズに通したりすることで感光体２に対する光走査を行う。なお、かかる構成のものに代えて、ＬＥＤアレイ等によって光走査を行うものを用いてもよい。また、光走査は暗中にて行われる。

感光体２は、自らを張架している複数の張架ローラのうち、最も下方に位置する転写バックアップローラ６と、最も上方に位置する駆動ローラ３との間では、鉛直方向下方から上方に向けてほぼ真っ直ぐに移動する。そして、駆動ローラ３に対する掛け回し箇所を通過すると、今度は相対的に鉛直方向上方から下方に向けて移動する。駆動ローラ３に対する掛け回し箇所を通過して鉛直方向下方から上方に向けて移動するようになったベルト箇所は、Ｍ用の帯電装置８Ｍとの対向位置を通過する際に、例えば負極性に一様帯電される。そして、Ｍ用の書込光Ｌｍによる光走査によってＭ用の静電潜像を担持した後、Ｍ用の現像装置１０Ｍとの対向位置を通過する。この際、感光体２に書き込まれたＭ用の静電潜像がＭ用の現像装置１０Ｍによって現像されてＭトナー像になる。その後、感光体２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Ｍトナー像が形成された感光体２は、鉛直方向下方から上方に向けての移動に伴って、Ｃ用の帯電装置８Ｃによって再び一様帯電せしめられた後、Ｃ用の書込光Ｌｃによる光走査によってＣ用の静電潜像を担持する。このＣ用の静電潜像は、Ｃ用の現像装置１０Ｃによって現像されてＣトナー像となる。このとき、Ｃトナー像の全領域又は一部領域は、既に感光体２上に形成されているＭトナー像の上に重ね合わせた状態で現像される。そして、その重ね合わせ箇所は、Ｍ及びＣによる２次色となる。その後、感光体２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。

さらにＣトナー像が形成された感光体２は、鉛直方向下方から上方に向けての移動に伴って、Ｙ用の帯電装置８Ｙによって再び一様帯電せしめられた後、Ｙ用の書込光Ｌｙによる光走査によってＹ用の静電潜像を担持する。このＹ用の静電潜像は、Ｙ用の現像装置１０Ｙによって現像されてＹトナー像となる。このとき、Ｙトナー像の全領域又は一部領域は、既に感光体２上に形成されているＭトナー像やＣトナー像の上に重ね合わせた状態で現像される。そして、その重ね合わせ箇所は、Ｍ及びＹによる２次色、Ｃ及びＹによる２次色、あるいはＭ，Ｃ及びＹによる３次色となる。その後、感光体２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。

最後にＹトナー像が形成された感光体２は、鉛直方向下方から上方に向けての移動に伴って、Ｋ用の帯電装置８Ｋによって再び一様帯電せしめられた後、Ｋ用の書込光Ｌｋによる光走査によってＫ用の静電潜像を担持する。このＫ用の静電潜像は、Ｋ用の現像装置１０Ｋによって現像されてＫトナー像となる。このようなＭ，Ｃ，Ｙ，Ｋトナー像の重ね合わせ現像により、感光体２のおもて面（ループ外面）には、４色重ね合わせトナー像が形成され、フルカラー画像が形成される。

感光体２における転写バックアップローラ６に対する掛け回し箇所には、転写ローラ２１が表面側から当接して転写ニップを形成している。転写バックアップローラ６は接地されているのに対し、導電性の転写ローラ２１には図示しないバイアス印加手段によって転写バイアスが印加されている。これにより、転写ニップを間に挟んでいる転写バックアップローラ６と転写ローラ２１との間には、感光体２上のトナー像を転写バックアップローラ６側から転写ローラ２１側に静電移動させる転写電界が形成されている。

一方、所定のタイミングで図示しない給紙カセットから図示しない給紙装置により給紙路に送り出された記録媒体（例えば記録紙）Ｐは、転写ニップの図中右側方に配設されたレジストローラ対２０のローラ間に挟み込まれる。レジストローラ対２０は、記録紙Ｐの先端部を挟み込むとすぐに回転駆動を一時停止する。そして、記録紙Ｐを感光体２上の４色重ね合わせトナー像と同期させ得るタイミングで回転駆動を再開して、記録紙Ｐを転写ニップに送り出す。

転写ニップで記録紙Ｐに密着せしめられた４色重ね合わせトナー像は、ニップ圧や転写電界の作用によって感光体２から記録紙Ｐに一括転写され、記録紙Ｐの白色と相まってフルカラー画像となる。

このようにしてフルカラー画像が形成された記録紙Ｐは、転写ニップから定着装置２２に送り込まれる。定着装置２２は、例えばハロゲンランプ等の発熱源を内包する定着ローラ２２ａと、これに圧接せしめられている加圧ローラ２２ｂとの当接によって定着ニップを形成しており、送り込まれてきた記録紙Ｐをこの定着ニップ内に挟み込む。そして、定着ローラ２２ａによる加熱やニップ圧の作用によってフルカラー画像を記録紙Ｐに定着する。

定着装置３２内でフルカラー画像の定着処理が施された記録紙Ｐは、図示しない排紙ローラ対を経由した後、機外へと排出される。なお、転写ニップを通過した後の感光体２の表面に付着している転写残トナー等は、クリーニング手段としてのクリーニング装置９により除去される。

以上に述べた実施例では、同一の感光体２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、上記実施例の現像装置を用いた色重ねシステムは、トナー担持体（フレアローラ）１２と感光体２が非接触で、かつ現像領域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無く、高画質な作像プロセスを長期的に渡り安定して行うことができる。

次に、フレア現像方式の現像装置とフレア現像について詳しく説明する。ここでは図２に示す構成の現像装置を例に上げて説明する。
現像装置１０のケーシング１１内には、トナー担持体であるフレアローラ１２、フレアローラにトナーを供給する供給ローラ１３、フレアローラ上のトナー層厚を規制する層厚規制部材１４、トナーを攪拌する攪拌パドル１５、現像ケース１１からのトナー漏れを防止するトナー漏れ防止部材１６、トナー回収用の回収ローラ１７、フリッカー１８等を備えている。

現像装置１０のケーシング１１内に形成されたトナー収容部には図示しないトナーが収容されており、このトナーは、トナー収容部内で回転駆動される撹拌パドル１５によって撹拌されている。トナー収容部の図中右側方には、供給ローラ１３が配設されており、図中反時計回りに回転駆動されている。撹拌パドル１５によってトナー収容部内から排出されるトナーは、この供給ローラ１３に汲み上げられる。
供給ローラ１３の図中右上には、トナー担持体であるフレアローラ１２が配設されており、供給ローラ１３に当接しながら図中反時計回りに回転駆動している。両ローラの当接部では、供給ローラ１３上のトナーがフレアローラ１２に供給される。供給ローラ１３からフレアローラ１２へのトナー供給効率を高める目的で、供給ローラ１３には、図示しない供給バイアス電源によってトナーと同極性の供給バイアスが印加されている。

フレアローラ１２に供給されたトナーは、フレアローラ１２の表面上でホッピングしながら、フレアローラ１２の回転駆動に伴って図中反時計回りに回転する。そして、回転するフレアローラ１２と、ケーシング１１に固定されている層厚規制部材１４との当接部に進入して、フレアローラ１２の表面上における担持量が規制される。

フレアローラ１２は、ケーシング１１に設けられた開口から周面の一部を露出させており、その露出箇所を前述の感光体２に対して所定の間隙を介して対向させている。層厚規制部材１４によってフレアローラ１２の表面上における担持量が規制されたトナーは、フレアローラ１２の回転駆動に伴って、感光体と対向する現像領域に至る。そして、その一部が感光体上の静電潜像に付着して現像に寄与する。現像に寄与しなかったトナーは、フレアローラ１２の回転駆動に伴って回収ローラ１７との当接部に至り、回収ローラ１７に回収される。そして、回収ローラ１７に移ったトナーは、回収ローラ１７の回転駆動に伴ってフリッカー１８で掻き落とされ、ケーシング１１内に戻る。

図３は、フレアローラ１２の一例を示す斜視図である。このフレアローラ１２は、ローラ部の周面上において、ローラ軸線方向に延在しつつローラ周方向に所定のピッチで並ぶ複数の電極を有している。より詳しく説明すると、これら複数の電極は、図３〜図５に示すように、第一のバイアス（Ａ相のバイアスとする）が印加されるＡ相電極３１Ａと、第二のバイアス（Ｂ相のバイアスとする）が印加されるＢ相電極３１Ｂとがローラ周方向に交互に配置されたものであり、第一（Ａ相）の電極群と第二（Ｂ相）の電極群を構成している。

また、図３、図５において、フレアローラ１２のローラ部における軸線方向の一端部には、Ａ相共通電極３２Ａがローラ部の全周に渡って延在するように設けられており、これには複数のＡ相電極３１Ａの一端部がそれぞれ接続されている。また、ローラ部における軸線方向の他端部には、Ｂ相共通電極３２Ｂがローラ部の全周に渡って延在するように設けられており、これには複数のＢ相電極３１Ｂの他端部がそれぞれ接続されている。

図４はフレアローラの電極部分の周方向断面の概略図であり、便宜上、図３や図５には示していなかったが、図４に示すように、支持基板３３上に複数のＡ相電極３１ＡやＢ相電極３１Ｂが所定の間隔で配置され、その上には、無機又は有機の絶縁性材料で形成した表面保護層３４が積層されており、この表面保護層３４によってそれら電極とトナーとの接触が回避される。但し、図３に示したＡ相共通電極３２ＡやＢ相共通電極３２Ｂの上には表面保護層が設けられておらず、それら共通電極は剥き出しの状態になっている。そして、フレアローラ１２の回転に伴って無端移動するＡ相共通電極３１Ａには、上記のケーシング１１に固定された図示しないＡ相ブラシ接点部材が摺擦する。Ａ相電極に所定のバイアスを印加する電圧印加手段であるＡ相パルス電源３５Ａから出力されるＡ相パルス電圧は、このＡ相ブラシ接点部材とＡ相共通電極３２Ａとを介して、各Ａ相電極３１Ａに印加される。また、フレアローラ１２の回転に伴って無端移動するＢ相共通電極３１Ｂには、ケーシングに固定された図示しないＢ相ブラシ接点部材が摺擦する。Ｂ相電極に所定のバイアスを印加する電圧印加手段であるＢ相パルス電源３５Ｂから出力されるＢ相パルス電圧は、このＢ相ブラシ接点部材とＢ相共通電極３２Ｂとを介して、各Ｂ相電極３１Ｂに印加される。

なお、図４において各電極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。各電極に対しては、本体側の電源３５Ａ，３５Ｂから２相の異なる駆動電圧が印加される。
また、Ａ相パルス電圧が印加される複数のＡ相電極３１Ａの集合をＡ相電極群といい、Ｂ相パルス電圧が印加される複数のＢ相電極３２Ｂの集合をＢ相電極群という。Ａ相電極３１ＡとＢ相電極３１Ｂとは交互に配設されているため、複数のＡ相電極３１Ａはローラ周方向における所定位置からの並び順が何れも、奇数番目又は偶数番目となる。また、複数のＢ相電極３１Ｂの並び順は、Ａ相電極３１Ａの並び順が奇数番目である場合には偶数番目、Ａ相電極３１Ａの並び順が偶数番目である場合には奇数番目となる。

図５はフレアローラ電極部の平面展開図であり、これらの図からわかるようにフレアローラは、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（Ａ相電極群、Ｂ相電極群）を有し、偶数番目の電極群（Ａ相電極群（またはＢ相電極群））と奇数番目の電極群（Ｂ相電極群（またはＡ相電極群））にそれぞれ図示しない駆動回路（図３、図４に示したＡ相パルス電源３５Ａ、Ｂ相パルス電源３５Ｂ）から、一例としては図６（ｂ）に示すような逆位相の駆動波形のパルス電圧が印加され、２相の電極間に時間周期的な電位差が形成される。そしてフレアローラは回転駆動され、回転軸の一方側の共通電極に奇数番電極が接続され、回転軸のもう一方側の共通電極に偶数番電極が接続されている。

より詳しく述べると、一例として、Ａ相電極群には、例えば図６（ｂ）の上段に示すような所定周期で立ち上がりと立ち下がりとを繰り返す矩形波状のＡ相パルス電圧が印加される。これに対し、Ｂ相電極群には、例えば図６（ｂ）の下段に示すような、立ち上がりや立ち下がりの位相がＡ相パルス電圧と逆位相になる矩形波状のＢ相パルス電圧が印加される。このようなパルス電圧が印加されると、フレアローラ１２上のトナーは、Ａ相電極３１Ａの真上から浮上して放物線を描くようにして隣のＢ相電極３１Ｂの真上に着地した後、今度はＢ相電極３１Ｂの真上から浮上して放物線を描くようにして隣のＡ相電極３１Ａ上に逆戻りするという、ホッピングによる往復移動を繰り返す。

このようにしてホッピングによる往復移動を繰り返しているトナーは、フレアローラ１２の回転駆動によって現像領域まで搬送される。そして、現像領域にて、その放物線状のホッピング軌跡の頂点付近で感光体２の静電潜像の近傍に位置すると、静電潜像の静電気力によって引かれながらホッピング軌跡から外れて、静電潜像に付着する。これに対し、放物線状のホッピング軌跡の頂点付近で感光体２の地肌部（一様帯電部）の近傍に位置すると、ホッピング軌跡から外れることなく下降して、フレアローラ１２の表面に着地する。

かかる構成においては、ホッピングによってフレアローラ１２との吸着力が解かれた状態のトナーを現像に用いることで、従来の１成分現像方式や二成分現像方式では実現が望めなかったほどの低電位現像を実現することができる。そして、このようにフレアローラの電極間でトナーをホッピングによって往復移動させながら、フレアローラの表面移動によって現像領域まで搬送して現像を行う方式がフレア（Ｆｌａｒｅ）現像方式である。

上述した図２の現像装置１０は、本発明の画像形装置に使われる現像装置の一例であり、このような構成にすることにより、供給ローラ１３からフレアローラ１２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自体の回転駆動により、潜像担持体である感光体２との対向領域に搬送され、感光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トナー漏れ防止部材１６を通過して、回収ローラ１７との対向領域へ運ばれてくる。フレアローラ１２上のトナーはホッピングしているため、フレアローラ１２とトナーの付着力は非常に低く、回収ローラ１７で容易に回収される。そして供給ローラ１３との対向領域では、再び新しいトナーがフレアローラ１２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１２の支持基板３３としては、ガラス基板、樹脂基板あるいはセラミックス基板等の絶縁性材料からなる基板、あるいはステンレススチール（ＳＵＳ）等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、ポリイミドなどの材料からなる基板等を適用できる。
また、電極は、支持基板上に、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ニングして形成している。

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。
図４に示す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３４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の電極幅Ｌ、電極間隔Ｒ、表面保護層３４の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。
そこで本実施例では、図４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。

次に、表面保護層３４は、例えばＳｉＯ₂、ＢａＴｉＯ₂、ＴｉＯ₂、ＴｉＯ₄、ＳｉＯＮ、ＢＮ、ＴｉＮ、Ｔａ₂Ｏ₅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、ＳｉＯ₂等の上にポリカーボネートなどの有機材料をコートしても良い。また、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。なお、表面保護層３４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１０を画像形成装置に用いる場合、フレアローラ１２として、少なくともＡ４縦幅２１ｃｍ、または横幅３０ｃｍ以上の長尺、大面積にファインピッチパターンの電極を形成したローラの実用化が必要になってくる。

ここでフレアローラの製造方法について幾つか挙げる。
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３３）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。

また、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。具体的には、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、パターニング、エッチングで電極３１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ー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３４としてＳｉＯ₂、ＢａＴｉＯ₂、ＴｉＯ₂等を厚さ０．５〜２μｍをスパッタ等により形成する。あるいは、表面保護層３４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ＳｉＯ₂、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、ＳｉＯ₂等の上にポリカーボネートなどの有機材料をコートしても良い。なお、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３３）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１２の形状にパターン化し、その電極１２面上に保護層１３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、フレアローラ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３３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のファインパターンの電極３１を形成する。さらに、表面に前記ＳｉＯ₂、ＢａＴｉＯ₂、ＴｉＯ₂等の表面保護層１３を０．５〜１μｍ程度の厚みにスパッタにより形成することで、フレキシブルな電極パターンを有する支持基板３３を得ることができる。また、ＳｉＯ₂等の上にポリカーボネートなどの有機材料をコートしても良い。なお、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して、その上に表面保護層を形成する方法もある。一例として図７に示すような工法が挙げられる。
この図７に示す例では、工程（１）〜（５）によりパターン電極を形成する。工程（１）〜（５）の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部分断面図である。

工程（１）ではローラ１２の表面を外周旋削によって平滑に仕上げる。工程（２）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（３）では無電解ニッケルメッキを施して電極膜３１を形成し、工程（４）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（Ａ相電極３１Ａ、Ｂ相電極３１Ｂ）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事でローラ表面を平滑にし、同時に表面保護層３４とした。なお、このとき、表面保護層３４の厚みは約５μｍ、体積抵抗率約１０¹⁰Ω・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。
なお、フレアローラ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。

次にその他の実験条件について説明する。ここでは現像装置として、図１０に示す構成の現像装置１０を用いた。この現像装置１０では、トナー収容部に収容されているトナーが撹拌パドル１５により、供給ローラ１３’に運ばれる。さらに、供給ローラ１３’をフレアローラ１２とカウンター方向に回転させることによって、供給ローラ１３’に回収ローラとしての機能も持たせている。すなわち、図１０に示す現像装置では、供給と回収を兼ねた供給・回収ローラ１３’を用いた構成となっている。
もちろん、このような機能集約化を図らずに、図２に示す現像装置のように供給ローラ１３と回収ローラ１７が独立していても良い。

トナー供給・回収ローラ１３’でフレアローラ１２にトナーが供給されると、同時にトナーが摩擦帯電される。その後、トナーはフレアローラ１２の回転とともに運ばれ、トナー層厚規制部材１４で付着量が規制される。なお、この層厚規制部材１４には絶縁性のゴムブレードを用いた。

層厚規制部材１４で付着量を規制された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、感光体上の静電潜像を非接触で現像する。現像に使用されなかったトナーは、現像領域を通過して、トナー漏れ防止部材１６を通過した後、供給・回収ローラ１３’（回収機能と供給機能が集約されている場合（集約されていない場合は、図２に示すような回収ローラ１７））で回収され、トナー収容部に一旦戻される。

ここでトナー漏れ防止部材１６について説明する。フレアローラ１２上方のケーシング１１の端部には、ケーシング内のトナーが現像装置１０の外部へ漏れ出すのを防ぐためのトナー漏れ防止部材１６としてシール部材が設けられている。このシール部材は、導電性を有する弾性材で薄板状に形成されており、その一方の端部はケーシング１１に固着され、もう一方の端部はフレアローラ１２の表面に対して弾性的に当接されている。

次に、上記の実施例１で用いたフレアローラ１２の２相の電極への印加バイアスと、トナー漏れ防止部材１６に印加するバイアスについて説明する。
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６（ｂ）に示すような矩形波を用いた。すなわち、Ａ相、Ｂ相の２相の電極３１Ａ，３１Ｂ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（パルス電圧）である。
また、トナー漏れ防止部材１６にはＡ相またはＢ相の電極の１相に印加したのと同じ直流（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１２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１２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、トナー漏れ防止部材１６に印加するバイアスはフレアローラ１２に印加するバイアスの平均値Ｖaveを印加してトナー漏れ防止部材１６を同電位にする。

このような条件のもとで、図２に示す構成の現像装置１０でフレアローラ１２を連続回転させても、層厚規制部材１４通過後のトナー付着量と帯電量は一定であった。さらに図８に示すように、クラウド電位が一定であった。なお、クラウド電位とは、フレアローラ１２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。

［比較例］
上記の実施例１と同様の構成の現像装置で、フレアローラ１２に印加するバイアスは実施例１と同じにして、トナー漏れ防止部材に、−４００［Ｖ］印加したところ、図９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１２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［Ｖ］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。

［参考例１］
次に参考例１として、現像装置１０の構成は上記の実施例１と同様の構成とし、フレアローラ１２に印加するバイアスは、トナーをホッピングさせるための駆動波形として図６（ａ）に示すような矩形波を用いた。すなわち、Ａ相とＢ相のうちの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（パルス電圧）であり、もう１相はＤＣバイアスＶ0として−３００［Ｖ］を印加した。このように２相ある電極３１Ａ，３１Ｂのうちの一方の電極には常に一定のＤＣ電圧を印加しておき、もう一方の電極に矩形波電圧（パルス電圧）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１２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、トナー漏れ防止部材１６にはＶ0のＤＣバイアスを印加した。このようにしてトナー漏れ防止部材１６に印加するバイアスとフレアローラ１２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。

［参考例２］
次に参考例２として、現像装置１０の構成は上記の実施例１と同様の構成とし、フレアローラ１２に印加するバイアスは、トナーをホッピングさせるための駆動波形として図６（ｂ）に示す矩形波を用いた。すなわち、Ａ相、Ｂ相の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（パルス電圧）である。また、トナー漏れ防止部材１６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（パルス電圧）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。

［参考例３］
次に参考例３として、実施例３と同じ駆動波形をフレアローラ１２のバイアスとして印加し、トナー漏れ防止部材１６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。

［参考例４］
次に参考例４として、現像装置１０の構成は上記の実施例１と同様の構成とし、フレアローラ１２に印加するバイアスは、トナーをホッピングさせるための駆動波形として図６（ａ）に示す矩形波を用いた。すなわち、Ａ相、Ｂ相のうちの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（パルス電圧）であり、もう１相はＤＣバイアスＶ0として−３００［Ｖ］を印加した。このときのトナー漏れ防止部材１６に印加するバイアスは、フレアローラ１２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２］
次に、本発明に係る現像装置のさらに別の実施例を説明する。
図１５は本発明に係る現像装置のさらに別の実施例を示す概略構成図であり、トナー漏れ防止部材１６として、円筒形状の弾性部材を用い、この円筒形状の弾性部材をフレアローラ１２に当接させたものである。

また、フレアローラ１２の回転方向は、上述の実施例１で述べた方向（反時計回り）に限定されるものではなく、例えば一例として図１６に示すように、図２や図１０の現像装置とは逆方向に回転するタイプであっても構わないことは言うまでもない。

次に、上記の実施例１〜２及び参考例１〜３で述べた現像装置の実験結果のように、トナー漏れ防止部材１６に適切な電圧を印加しないとフレアローラ１２の表面電位が変動してしまうメカニズムについて説明しておく。
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。
上記の実施例で述べた構成の現像装置（例えば図２に示す構成の現像装置）１０において、トナーの介在をなくし、供給ローラ１３とフレアローラ１２の影響のみを抽出するために、供給ローラ１３とフレアローラ１２のみを空回転させ、フレアローラ１２の表面電位の時間推移を測定した結果を図１１に示す。この挙動は図１２に示すフレアローラのコンデンサモデルの、ＲＣ直列回路のコンデンサーＣ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１３とフレアローラ１２の表面電位の電位差がなくなるまでフレアローラ１２の表面保護層３４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、いったん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１３とフレアローラ１２の表面電位の影響のうち、さらに、供給ローラ１３に印加するバイアス、フレアローラ１２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、供給バイアスと、Ａ相とＢ相の２相のフレアローラ印加バイアスのすべてをグランド接続して、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１３に示す。この挙動から、フレアローラ１２と供給ローラ１３の摩擦帯電のみでフレアローラが−４０［Ｖ］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１３とフレアローラ１２の表面保護層の材料の帯電列の関係や、供給ローラ１３の喰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１４参照）。
供給ローラ１３から供給されたトナーがフレアローラ１２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１２の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、図１４に示すように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。

上記の（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、コンデンサー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、同時に上記の（２）や（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１２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、いずれにしてもフレアローラ表面の除電が必要であるといえる。

このため、本発明では、電圧印加手段によりトナー漏れ防止部材１６に適切な電圧を印加して、トナー漏れ防止部材１６に印加するバイアスとフレアローラ１２の表面電位を同電位にしており、これにより、トナー担持体への注入帯電を防止することができ、フレアローラ１２の表面電位を一定にすることができる。従って、感光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。

さて、図１に示した実施例では、１つの潜像担持体（ベルト状の感光体）２に対して４つの現像装置１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｙ，１０Ｋを配設してカラー画像を形成する画像形成装置の一例を示したが、本発明のフレア現像方式の現像装置（例えば図２、図１０、図１５．図１６のいずれかの構成の現像装置）は、電子写真プロセスを利用して画像形成を行う種々の構成の画像形成装置や、その画像形成装置に用いるプロセスカートリッジに適用することができる。以下、その実施例について説明する。

［実施例３］
図１７は電子写真プロセスを利用した画像形成装置に用いられるプロセスカートリッジの一例を示す概略断面図であり、このプロセスカートリッジ４０は、潜像担持体であるドラム状の感光体２’と帯電装置８と本発明のフレア現像方式の現像装置１０とクリーニング装置９をカートリッジ４１内に一体に保持している。
このプロセスカートリッジ４０を画像形成部として、図示しない光書込装置、転写装置、定着装置、給紙装置等を設ければ、単色の画像形成装置を構成することができる。
また、このプロセスカートリッジ４０は、画像形成装置に対して着脱可能に設けられているので、容易に交換やリサイクルが可能であり、画像形成装置のメンテンナンス性の向上や、省資源化に寄与することができる。

［実施例４］
次に、図１８は、図１７に示したプロセスカートリッジ４０を複数備え、単色、多色またはフルカラー画像を形成するカラー画像形成装置の構成例を示す概略構成図である。
このカラー画像形成装置は、画像形成部（プリンタ部）１００と画像読取部（スキャナ部）１１０と原稿自動給紙装置（ＡＤＦ）１２０を備え、デジタル複写機、プリンタ、ファクシミリ等の機能を有する複合機の構成例であり、画像形成部（プリンタ部）１００では、画像読取部（スキャナ部）１１０で読取った原稿の画像情報や、装置外部のパーソナルコンピュータ等からＬＡＮを通じて入力された画像情報、あるいは、通信回線を介して外部から送信されて来た画像情報等に応じて画像形成を行なう。

画像形成部（プリンタ部）１００の略中央部には、駆動ローラ５２と従動ローラ５４と二次転写対向ローラ５３とに張架された中間転写ベルト５１と、一次転写ローラ５５Ｙ，５５Ｍ，５５Ｃ，５５Ｋと、二次転写ローラ５６を有する転写装置５０が配設されている。この転写装置５０の中間転写ベルト５１の上面側には、図１７に示す構成の４つのプロセスカートリッジ４０Ｙ，４０Ｍ，４０Ｃ，４０Ｋが並設されている。プロセスカートリッジ４０Ｙは、帯電装置８による帯電、光書込装置４５からの光ビームの露光、現像装置１０による現像の電子写真プロセスにより感光体上にイエロー色のトナー像を形成し、プロセスカートリッジ４０Ｍは同様の電子写真プロセスにより感光体上にマゼンタ色のトナー像を形成し、プロセスカートリッジ４０Ｃは同様の電子写真プロセスにより感光体上にシアン色のトナー像を形成し、プロセスカートリッジ４０Ｋは同様の電子写真プロセスにより感光体上にブラック色のトナー像を形成する。この各プロセスカートリッジ４０Ｙ，４０Ｍ，４０Ｃ，４０Ｋの感光体に形成された各色のトナー像は、一次転写ローラ５５Ｙ，５５Ｍ，５５Ｃ，５５Ｋに所定の転写バイアスを印加することにより、中間転写ベルト５１上に順次重ね合わせて転写される。

転写装置５０の下方には、記録媒体である記録紙Ｐを収納した多段の給紙カセット６０Ａ，６０Ｂが装着されており、上記の各プロセスカートリッジ４０Ｙ，４０Ｍ，４０Ｃ，４０Ｋでの画像形成動作にタイミングを合せて、給紙カセット６０Ａ，６０Ｂのいずれか一方（あるいは、装置側面に設けた手差し給紙トレイ６０Ｃ）から記録紙Ｐが給紙ローラ６１と分離ローラ６２により１枚づつ給紙され、複数の搬送ローラ６３を経てレジストローラ６４へ搬送される。そして、中間転写ベルト５１に転写された４色重ね画像が二次転写ローラ５６の位置に来るタイミングに合せて、レジストローラ６４で二次転写部に記録材Ｐが送り出され、二次転写ローラ５６で中間転写ベルト５１上の重ね画像が記録紙Ｐに一括して転写される。画像が転写された記録紙Ｐは、搬送ベルト６５等を経て定着装置２２に搬送され、定着装置２２により加熱・加圧されてトナー像が記録紙Ｐに定着される。定着後の記録紙Ｐは複数の排紙ローラ６６を経て排紙トレイ６７（あるいは外部の排紙装置、後処理装置等）に排紙される。また、トナー像転写後の各プロセスカートリッジ４０Ｙ，４０Ｍ，４０Ｃ，４０Ｋの感光体２’は、クリーニング装置９により残留トナーを清掃される。また、トナー像転写後の中間転写ベルト５１の表面も、ベルトクリーニング装置５４により残留トナーを清掃される。

上記の構成のカラー画像形成装置では、各プロセスカートリッジ４０Ｙ，４０Ｍ，４０Ｃ，４０Ｋを選択的に駆動させることにより、単色、多色またはフルカラー画像を形成することができる。また、各プロセスカートリッジ４０Ｙ，４０Ｍ，４０Ｃ，４０Ｋは、画像形成装置に対して着脱可能に設けられているので、容易に交換やリサイクルが可能であり、画像形成装置のメンテンナンス性の向上や、省資源化に寄与することができ、カラー画像形成装置の保守、管理が容易である。

なお、図１８では、中間転写ベルト５１に沿って４つのプロセスカートリッジ４０Ｙ，４０Ｍ，４０Ｃ，４０Ｋを並設した、中間転写方式のタンデム型カラー画像形成装置の構成例を示したが、中間転写ベルト５１に代えて、記録紙Ｐを搬送する転写ベルトを用い、各プロセスカートリッジの感光体から記録紙に直接説トナー像を転写する構成とすれば、直接転写方式のタンデム型カラー画像形成装置を構成することができる。

本発明の一実施例を示す画像形成装置の概略構成図である。 本発明の一実施例を示す現像装置の概略構成図である。 本発明の現像装置に用いられるトナー担持体の一例を示すフレアローラの概略斜視図である。 図３に示すフレアローラの電極部とバイアス印加例を示す図である。 図３に示すフレアローラの電極部の平面展開図である。 図３〜５に示すフレアローラの２相の電極に印加されるバイアスの波形の例を示す図である。 図３に示すフレアローラの製造工程の一例を示す図である。 フレアローラの回転時間とクラウド電位の関係の一例を示すグラフである。 フレアローラの回転時間とクラウド電位の関係の別の例を示すグラフである。 本発明の別の実施例を示す現像装置の概略構成図である。 現像装置の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示すグラフである。 フレアローラのコンデンサモデルの説明図である。 供給バイアスと、Ａ相とＢ相の２相のフレアローラ印加バイアスのすべてをグランド接続して、フレアローラ表面電位の時間推移を測定した結果を示すグラフである。 トナー吸引後のフレアローラ表面電位の時間推移を測定した結果を示すグラフである。 本発明のさらに別の実施例を示す現像装置の概略構成図である。 本発明のさらに別の実施例を示す現像装置の概略構成図である。 本発明のプロセスカートリッジの一例を示す概略断面図である。 本発明の別の実施例を示す図であって、プロセスカートリッジを用いたカラー画像形成装置の概略構成図である。

符号の説明

１：ベルトユニット
２：ベルト状の感光体（潜像担持体）
２’：ドラム状の感光体（潜像担持体）
３：駆動ローラ
４：テンションローラ
５：転写上流ローラ
６：転写バックアップローラ
７Ｍ，７Ｃ，７Ｙ，７Ｋ：現像対向ローラ
８（８Ｍ，８Ｃ，８Ｙ，８Ｋ）：帯電装置（帯電手段）
９：クリーニング装置（クリーニング手段）
１０（１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｙ，１０Ｋ）：現像装置
１１：ケーシング
１２：フレアローラ（トナー担持体）
１３：供給ローラ
１３’：供給・回収ローラ
１４：層厚規制部材
１５：攪拌パドル
１６：トナー漏れ防止部材
１７：回収ローラ
１８：フリッカー
２０：レジストローラ対
２１：転写ローラ
２２：定着装置
３１Ａ：Ａ相電極
３１Ｂ：Ｂ相電極
３２Ａ：Ａ相共通電極
３２Ｂ：Ｂ相共通電極
３３：支持基板
３４：表面保護層
３５Ａ：Ａ相パルス電源（電圧印加手段）
３５Ｂ：Ｂ相パルス電源（電圧印加手段）
４０（４０Ｙ，４０Ｍ，４０Ｃ，４０Ｋ）：プロセスカートリッジ
４１：カートリッジ
４５：光書込装置
５０：転写装置
５１：中間転写ベルト
５５Ｙ，５５Ｍ，５５Ｃ，５５Ｋ：一次転写ローラ
５６：二次転写ローラ
６０Ａ，６０Ｂ：給紙カセット
６０Ｃ：手差し給紙トレイ
６１：給紙ローラ
６２：分離ローラ
６３：搬送ローラ
６４：レジストローラ
６５：搬送バルト
６６：排紙ローラ
６７：排紙トレイ
１００：画像形成部（プリンタ部）
１１０：画像読取部（スキャナ部）
１２０：ＡＤＦ
Ｐ：記録紙（記録媒体）

Claims (7)

1. 潜像担持体に対向して配置され、ローラ部周面上の周方向に所定の間隔で交互に並べられた第１電極群及び第２電極群から成る複数の電極を有するトナー担持体と、該トナー担持体の表面に接触しながら該トナー担持体とカウンター方向に回転してトナーを供給する供給手段と、前記トナー担持体の表面上に担持されたトナーの層厚を規制する規制部材と、前記トナー担持体表面の移動方向で現像領域下流から該規制部材上流の間の位置に設けられた導電性のトナー漏れ防止部材と、前記複数の電極における隣り合う第１電極群の電極と第２電極群の電極との間の電界が時間的に切り替わるように、第１電極群に矩形波バイアスを印加するとともに、第２電極群に該第１電極群に印加する矩形波バイアスと逆位相である矩形波バイアスを印加する電圧供給手段と、を備え、
   前記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飛翔させてクラウドを形成し、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、
   前記トナー漏れ防止部材に、前記第１電極群に印加される矩形波バイアスの平均値と同等であり、かつ前記第２電極群に印加される矩形波バイアスの平均値と同等である直流バイアスを印加することを特徴とする現像装置。
2. 請求項１に記載の現像装置において、
   前記トナー漏れ防止部材が、導電性の薄板状の弾性シール部材であることを特徴とする現像装置。
3. 請求項１に記載の現像装置において、
   前記トナー漏れ防止部材が、導電性の円筒形状の弾性部材であることを特徴とする現像装置。
4. 潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体の潜像を現像する現像手段とを備えた画像形成装置において、
   前記現像手段として、請求項１〜３のいずれか１項に記載の現像装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項４記載の画像形成装置において、
   前記潜像担持体に対して前記現像装置を複数備え、該複数の現像装置はそれぞれ色の異なるトナーで前記潜像担持体上の潜像を順次現像し、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。
6. 電子写真プロセスにより画像形成を行う画像形成装置に装備されるプロセスカートリッジであって、
   潜像を担持する潜像担持体、帯電手段、クリーニング手段のうちの少なくとも一つと、請求項１〜３のいずれか１項に記載の現像装置を一体に保持し、画像形成装置本体に対して着脱可能に設けられたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
7. 電子写真プロセスにより画像形成を行う画像形成装置であって、
   請求項６に記載のプロセスカートリッジを一つまたは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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