(57)【要約】【課題】飛翔電極に付着する画像形成剤を低減できる画像形成装置を提供する。【解決手段】画像形成剤を担持する剤担持体と、複数の開口部が形成され剤担持体に対向する開口部形成部材と、複数の開口部それぞれに対応させて開口部形成部材の剤担持体に対向する側の面の開口部周囲に設けられ剤担持体から画像形成剤を飛翔させる電界を形成する複数の飛翔電極と、剤担持体と開口形成部材との間に設けられ剤担持体上の画像形成剤をクラウド化するクラウド電極と、開口部形成部材を介して剤担持体に対向し剤担持体から飛翔した画像形成剤を引き寄せる電界を形成する対向電極とを備えた画像形成装置において、複数の開口部それぞれに対応させて上記対向する側の面の開口部周囲に飛翔電極を介して複数の外周電極を設け、対向電極と外周電極との間に飛翔した画像形成剤が外周電極側から開口部を通り対向電極側に向かって移行する電界を形成するように構成した。【選択図】図１
2010012717.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像形成剤を担持する剤担持体と、
複数の開口部が形成され、該剤担持体に対向するように配設された開口部形成部材と、
該複数の開口部それぞれに対応させて該開口部形成部材の該剤担持体に対向する側の面における開口部周囲に設けられ、該剤担持体から画像形成剤を選択的に飛翔させるような電界を形成するための複数の飛翔電極と、
該剤担持体と該開口形成部材との間に設けられ該剤担持体に担持された画像形成剤を静電気力によってクラウド化するためのクラウド電極と、
該開口部形成部材を介して該剤担持体に対向するように配設され、該剤担持体から飛翔した画像形成剤を引き寄せるような電界を形成するための対向電極とを備え、
画像情報に基づいて、該飛翔電界の形成によって該剤担持体から選択的に飛翔させた画像形成剤を、該開口部を通して該対向電極側に移行させた後、記録部材上に付着させて画像を形成する画像形成装置において、
該複数の開口部それぞれに対応させて該対向する側の面における開口部周囲に該飛翔電極を介して設けられた複数の外周電極を有しており、
該対向電極と該外周電極との間に、該飛翔した画像形成剤が該外周電極側から該開口部を通り該対向電極側に向かって移行するような電界を形成するように構成したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１の画像形成装置において、
上記クラウド電極に対して画像形成剤が反発する力が作用する電圧Ｖｓを該クラウド電極に印加し、上記飛翔電極に対し画像形成剤が上記開口部を通過可能な状態にするときに電圧Ｖｃ−ｏｎを印加し、上記外周電極に電圧Ｖｇを印加し、上記対向電極に電圧Ｖｐを印加するとき、画像形成剤が該開口部を通過可能な状態にするときの各電位の関係は、Ｖｐ＞Ｖｃ−ｏｎ＞Ｖｓ＞Ｖｇであって、画像形成剤が負極性に帯電している場合は該電圧Ｖｐの電位の絶対値がプラス電位側に高くなる設定であり、画像形成剤が正極性に帯電している場合は該電圧Ｖｐの電位の絶対値がマイナス電位側に高くなる設定であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項２の画像形成装置において、
画像形成剤が上記開口部を通過不可能な状態にするときには、上記飛翔電極に対して電圧Ｖｃ−ｏｆｆを印加し、画像形成剤が該開口部を通過不可能な状態にするときの各電位の関係は、Ｖｓ＞Ｖｇ、且つ、Ｖｓ＞Ｖｃ−ｏｆｆであって、画像形成剤が負極性に帯電している場合は該電圧Ｖｓの電位の絶対値がプラス電位側に高くなる設定であり、画像形成剤が正極性に帯電している場合は該電圧Ｖｓの電位の絶対値がマイナス電位側に高くなる設定であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項１の画像形成装置において、
上記クラウド電極に対して画像形成剤が反発する力が作用する電圧Ｖｓを該クラウド電極に印加し、上記飛翔電極に対し画像形成剤が上記開口部を通過可能な状態にするときに電圧Ｖｃ−ｏｎを印加し、上記外周電極に電圧Ｖｇを印加し、上記対向電極に電圧Ｖｐを印加するとき、上記剤担持体の表面及びクラウド電極近傍に画像形成剤が存在している状態で該飛翔電極側から該剤担持体側を見たときの画像形成剤による電位をＶｔとすると、画像形成剤が該開口部を通過可能な状態にするときの各電位の関係は、Ｖｐ＞Ｖｃ−ｏｎ＞（Ｖｓ＋Ｖｔ）＞Ｖｇであって、画像形成剤が負極性に帯電している場合は該電圧Ｖｐの電位の絶対値がプラス電位側に高くなる設定であり、画像形成剤が正極性に帯電している場合は該電圧Ｖｐの電位の絶対値がマイナス電位側に高くなる設定であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項４の画像形成装置において、
画像形成剤が上記開口部を通過不可能な状態にするときには、上記飛翔電極に対して電圧Ｖｃ−ｏｆｆを印加し、画像形成剤が該開口部を通過不可能な状態にするときの各電位の関係は、（Ｖｓ＋Ｖｔ）＞Ｖｇであり、且つ、（Ｖｓ＋Ｖｔ）＞Ｖｃ−ｏｆｆであって、画像形成剤が負極性に帯電している場合は（Ｖｓ＋Ｖｔ）の電位の絶対値がプラス電位側に高くなる設定であり、画像形成剤が正極性に帯電している場合は（Ｖｓ＋Ｖｔ）の電位の絶対値がマイナス電位側に高くなる設定であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項１、２、３、４または５の画像形成装置において、
上記クラウド電極がワイヤー部材であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
請求項１、２、３、４、５または６の画像形成装置において、
上記画像形成剤は磁性キャリアとトナーとからなる二成分画像形成剤であり、
上記剤担持体は磁性部材を内包するマグネットローラであり、
上記クラウド電極に交流成分を含む電圧を印加して、該剤担持体と該クラウド電極との間に電界を形成し、その電界によって該剤担持体上に担持されたトナーのクラウド化を行うように構成したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
請求項１、２、３、４、５または６の画像形成装置において、
上記画像形成剤はトナーを含む一成分画像形成剤であり、
上記クラウド電極に交流成分を含む電圧を印加して、上記剤担持体と該クラウド電極との間に電界を形成し、その電界によって該剤担持体上に担持されたトナーのクラウド化を行うように構成したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
請求項１、２、３、４、５または６の画像形成装置において、
上記画像形成剤は磁性キャリアとトナーとからなる二成分画像形成剤であり、
上記剤担持体にトナーを供給する、磁性部材を内包しローラ表面にトナーを担持するマグネットローラを有しており、
上記クラウド電極に交流成分を含む電圧を印加して、該剤担持体と該クラウド電極との間に電界を形成し、その電界によって該剤担持体上に担持されたトナーのクラウド化を行うように構成したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８または９の画像形成装置において、
上記複数の開口部それぞれに対応させて上記開口部形成部材の上記対向電極に対向する側の面における開口部周囲に個別背面電極が設けられており、
上記飛翔電極と該個別背面電極とに常時同電位の電圧を印加するように構成したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】
請求項１０の画像形成装置において、
上記飛翔電極と上記個別背面電極とが上記開口部の内壁面を介して導通していることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１２】
請求項１０の画像形成装置において、
上記飛翔電極と上記個別背面電極とが上記開口部の内壁面以外の箇所で導通していることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１３】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１または１２の画像形成装置において、
異なる色の画像形成剤を記録部材上で重ね合わせて該記録部材上にカラー画像を形成するように構成したことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に係り、詳しくは、飛翔電界の形成によって剤担持体から選択的に飛翔させた画像形成剤を、微小開口部を通して記録部材上に付着させて画像を形成する画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の画像形成装置として、トナージェット、ダイレクトトーニング、トナープロジェクションなどと称される直接記録方式の画像形成方法を採用した画像形成装置（以下、直接記録方式の画像形成装置という）が知られている（特許文献１など）。この種の画像形成装置は、電子写真プロセスのように静電潜像をトナー等の画像形成剤で現像するというようなことは行わず、記録紙や転写体に対し、飛翔させた画像形成剤を付着させて画像を直接記録するものである。
【０００３】
図１９は、従来の直接記録方式の画像形成装置における要部構成の一例を示す構成図である。図１９において、剤担持体としてのトナー担持ローラ５０１は、その軸線を図中左右方向に延在させるように配設され、図示しない駆動手段によって回転駆動せしめられながら、帯電済みのトナーＴをその表面に担持する。このトナー担持ローラ５０１の下には、複数の孔５０２を形成する穴形成部材としてのフレキシブルプリント基板（以下、ＦＰＣという）５０３が配設されている。ＦＰＣ５０３は、各孔５０２を囲むようにトナー担持ローラ５０１との対向面側に形成されたリング状の複数の飛翔電極５０４を備えている。
【０００４】
そして、ＦＰＣ５０３の下方には、これを介してトナー担持ローラ５０１に対向する対向電極５０６と、この対向電極５０６上で搬送手段によって搬送される記録紙５０７とが配設されている。なお、図１９においては、便宜上、孔５０２及び飛翔電極５０４をそれぞれ１つずつしか示していないが、実際には、ＦＰＣ５０３にこれらの組み合わせが複数形成されている。具体的には、例えば６００ｄｐｉ用のＦＰＣ５０３では、これらの組み合わせが４９６０個形成されている。
【０００５】
トナー担持ローラ５０１は、例えば接地された状態で、マイナス極性に帯電したトナーＴをクラウド状態で表面に担持する。飛翔電極５０４にプラス極性の飛翔電圧が印加されると、飛翔電極５０４と対向する位置にあるトナー担持ローラ５０１の表面付近で浮遊しているトナーＴや、これの近傍で浮遊しているトナーＴなどに所定強度の電界が作用する。この電界の作用により、トナーＴがトナー担持ローラ５０１から選択的に飛翔して孔５０２内に進入する。そして、孔５０２内に進入したトナーＴは、プラス極性の対向バイアスが印加された対向電極５０６によって形成される電界に引かれて飛翔を続け、孔５０２を通過し記録紙５０７の表面に付着してドット画素像となる。
【０００６】
【特許文献１】特開昭５９−１８１３７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
トナー担持ローラ５０１の表面付近に浮遊しているマイナス極性に帯電したトナーＴが孔５０２に向かって飛翔した際に、プラス極性の飛翔電圧が印加された飛翔電極５０４に引きつけられると、その引きつけられたトナーＴが図１９に示すように飛翔電極５０４の表面に付着する。経時で飛翔電極の表面にトナーＴが付着し堆積すると、飛翔電極によって形成されるトナーＴを飛翔させる電界が弱まってしまい、飛翔効率が低下してしまう。そのため、経時で孔５０２を通過するトナーＴの通過量が変化し、所望の画像濃度が得られなくなるといった問題が生じる。
【０００８】
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、飛翔電極に付着する画像形成剤を低減させることができる画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、画像形成剤を担持する剤担持体と、複数の開口部が形成され、該剤担持体に対向するように配設された開口部形成部材と、該複数の開口部それぞれに対応させて該開口部形成部材の該剤担持体に対向する側の面における開口部周囲に設けられ、該剤担持体から画像形成剤を選択的に飛翔させるような電界を形成するための複数の飛翔電極と、該剤担持体と該開口形成部材との間に設けられ該剤担持体に担持された画像形成剤を静電気力によってクラウド化するためのクラウド電極と、該開口部形成部材を介して該剤担持体に対向するように配設され、該剤担持体から飛翔した画像形成剤を引き寄せるような電界を形成するための対向電極とを備え、画像情報に基づいて、該飛翔電界の形成によって該剤担持体から選択的に飛翔させた画像形成剤を、該開口部を通して該対向電極側に移行させた後、記録部材上に付着させて画像を形成する画像形成装置において、該複数の開口部それぞれに対応させて該対向する側の面における開口部周囲に該飛翔電極を介して設けられた複数の外周電極を有しており、該対向電極と該外周電極との間に、該飛翔した画像形成剤が該外周電極側から該開口部を通り該対向電極側に向かって移行するような電界を形成するように構成した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の画像形成装置において、上記クラウド電極に対して画像形成剤が反発する力が作用する電圧Ｖｓを該クラウド電極に印加し、上記飛翔電極に対し画像形成剤が上記開口部を通過可能な状態にするときに電圧Ｖｃ−ｏｎを印加し、上記外周電極に電圧Ｖｇを印加し、上記対向電極に電圧Ｖｐを印加するとき、画像形成剤が該開口部を通過可能な状態にするときの各電位の関係は、Ｖｐ＞Ｖｃ−ｏｎ＞Ｖｓ＞Ｖｇであって、画像形成剤が負極性に帯電している場合は該電圧Ｖｐの電位の絶対値がプラス電位側に高くなる設定であり、画像形成剤が正極性に帯電している場合は該電圧Ｖｐの電位の絶対値がマイナス電位側に高くなる設定であ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２の画像形成装置において、画像形成剤が上記開口部を通過不可能な状態にするときには、上記飛翔電極に対して電圧Ｖｃ−ｏｆｆを印加し、画像形成剤が該開口部を通過不可能な状態にするときの各電位の関係は、Ｖｓ＞Ｖｇ、且つ、Ｖｓ＞Ｖｃ−ｏｆｆであって、画像形成剤が負極性に帯電している場合は該電圧Ｖｓの電位の絶対値がプラス電位側に高くなる設定であり、画像形成剤が正極性に帯電している場合は該電圧Ｖｓの電位の絶対値がマイナス電位側に高くなる設定であ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の画像形成装置において、上記クラウド電極に対して画像形成剤が反発する力が作用する電圧Ｖｓを該クラウド電極に印加し、上記飛翔電極に対し画像形成剤が上記開口部を通過可能な状態にするときに電圧Ｖｃ−ｏｎを印加し、上記外周電極に電圧Ｖｇを印加し、上記対向電極に電圧Ｖｐを印加するとき、上記剤担持体の表面及びクラウド電極近傍に画像形成剤が存在している状態で該飛翔電極側から該剤担持体側を見たときの画像形成剤による電位をＶｔとすると、画像形成剤が該開口部を通過可能な状態にするときの各電位の関係は、Ｖｐ＞Ｖｃ−ｏｎ＞（Ｖｓ＋Ｖｔ）＞Ｖｇであって、画像形成剤が負極性に帯電している場合は該電圧Ｖｐの電位の絶対値がプラス電位側に高くなる設定であり、画像形成剤が正極性に帯電している場合は該電圧Ｖｐの電位の絶対値がマイナス電位側に高くなる設定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４の画像形成装置において、画像形成剤が上記開口部を通過不可能な状態にするときには、上記飛翔電極に対して電圧Ｖｃ−ｏｆｆを印加し、画像形成剤が該開口部を通過不可能な状態にするときの各電位の関係は、（Ｖｓ＋Ｖｔ）＞Ｖｇであり、且つ、（Ｖｓ＋Ｖｔ）＞Ｖｃ−ｏｆｆであって、画像形成剤が負極性に帯電している場合は（Ｖｓ＋Ｖｔ）の電位の絶対値がプラス電位側に高くなる設定であり、画像形成剤が正極性に帯電している場合は（Ｖｓ＋Ｖｔ）の電位の絶対値がマイナス電位側に高くなる設定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の画像形成装置において、上記クラウド電極がワイヤー部材であることを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項１、２、３、４、５または６の画像形成装置において、上記画像形成剤は磁性キャリアとトナーとからなる二成分画像形成剤であり、上記剤担持体は磁性部材を内包するマグネットローラであり、上記クラウド電極に交流成分を含む電圧を印加して、該剤担持体と該クラウド電極との間に電界を形成し、その電界によって該剤担持体上に担持されたトナーのクラウド化を行うように構成したことを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、請求項１、２、３、４、５または６の画像形成装置において、上記画像形成剤はトナーを含む一成分画像形成剤であり、上記クラウド電極に交流成分を含む電圧を印加して、上記剤担持体と該クラウド電極との間に電界を形成し、その電界によって該剤担持体上に担持されたトナーのクラウド化を行うように構成したことを特徴とするものである。
また、請求項９の発明は、請求項１、２、３、４、５または６の画像形成装置において、上記画像形成剤は磁性キャリアとトナーとからなる二成分画像形成剤であり、上記剤担持体にトナーを供給する、磁性部材を内包しローラ表面にトナーを担持するマグネットローラを有しており、上記クラウド電極に交流成分を含む電圧を印加して、該剤担持体と該クラウド電極との間に電界を形成し、その電界によって該剤担持体上に担持されたトナーのクラウド化を行うように構成したことを特徴とするものである。
また、請求項１０の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７、８または９の画像形成装置において、上記複数の開口部それぞれに対応させて上記開口部形成部材の上記対向電極に対向する側の面における開口部周囲に個別背面電極が設けられており、上記飛翔電極と該個別背面電極とに常時同電位の電圧を印加するように構成したことを特徴とするものである。
また、請求項１１の発明は、請求項１０の画像形成装置において、上記飛翔電極と上記個別背面電極とが上記開口部の内壁面を介して導通していることを特徴とするものである。
また、請求項１２の発明は、請求項１０の画像形成装置において、上記飛翔電極と上記個別背面電極とが上記開口部の内壁面以外の箇所で導通していることを特徴とするものである。
また、請求項１３の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１または１２の画像形成装置において、異なる色の画像形成剤を記録部材上で重ね合わせて該記録部材上にカラー画像を形成するように構成したことを特徴とするものである。
【００１０】
本発明においては、対向電極と外周電極との間に、剤担持体から飛翔した画像形成剤が外周電極側から開口部を通り対向電極側に向かって移行するような電界が形成される。ここで、この電界の状態を表す電気力線は、上記開口部を通り、且つ、飛翔電極をまたぐように剤担持体と開口部形成部材との間の空間を通って、対向電極と外周電極との間に形成される。そのため、剤担持体から飛翔電極に向かって飛翔してきた画像形成剤は、飛翔電極に達する前に上記電気力線に達し、その電気力線に沿って外周電極側から上記開口部を通り対向電極に向かって移行される。よって、剤担持体から飛翔した画像形成剤が飛翔電極に到達し難くなり、飛翔電極に付着する画像形成剤を低減させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上、本発明によれば、飛翔電極に付着する画像形成剤を低減させることができるという優れた効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
［実施形態１］
以下、直接記録方式の画像形成装置に本発明を適用した第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る画像形成装置の要部構成を示したものである。この要部構成においては、トナーＴを担持するローラ状のトナー担持体１と、トナーＴが付着させられる記録媒体３と、トナー担持体１と記録媒体３との間に配置された複数のトナー通過孔４１を有するトナー制御手段４とを備えている。
【００１３】
トナー担持体１は、表面に予め電荷を与えられたトナーＴを薄層を有し、トナー担持体１が回転することでトナーＴが搬送される。このトナー担持体１から僅かに離間した位置にクラウド電極１１を有し、このクラウド電極１１とトナー担持体１との間にＡＣパルスを含むクラウドバイアス（Ｖｗ）を電源５によって印加してトナーＴのクラウド化（トナーが浮遊している状態）を行う。クラウド電極１１としては、後述する制御電極４２の幅方向に相当する領域にΦ０．０５〜０．１［ｍｍ］のワイヤを１本または複数本設けた構成、または０．０５〜０．１［ｍｍ］のワイヤをメッシュ状に編んだ構成であってもよい。このクラウド電極１１とトナー担持体１との間隔は０．０２〜０．０６と非常に近接した距離に設定することでトナー担持体表面のトナーＴを剥離するための電界を形成してクラウド化が可能となる。
【００１４】
クラウド電極１１のトナー搬送方向の幅について、トナー制御手段４のトナー通過孔４１の列数に応じた構成とし、ワイヤの場合は１本から４本程度で必要なトナークラウドが得られる。
【００１５】
図１に示す要部構成の例において、クラウド電極１１とトナー担持体１との間に印加するＡＣパルスを含むクラウドバイアスは、トナー担持体１に電源９によって＋２００［Ｖ］のＤＣバイアスを印加し、クラウド電極１１に電源５によって＋２００Ｖ±２５０Ｖｐｐ（＋４５０〜−５０［Ｖ］のパルス電圧）を印加する構成である。このＡＣバイアスの電位差は、トナー担持体表面に付着しているトナーＴを剥離すると同時にワイヤに付着するトナーＴを剥離する作用もあり、一定値以上の電界強度が必要である。また、クラウドバイアス値が高すぎる場合は、放電の発生、またトナーＴのクラウド高さが高くなりトナー制御手段表面へのトナー付着が発生する。したがって、クラウド電極１１とトナー担持体１の間隔０．０２〜０．０６ではＡＣバイアス値は±１００Ｖｐｐ〜±１０００［Ｖ］で可能である。
【００１６】
図１に示す要部構成の例において、トナー担持体１が＋２００［Ｖ］のＤＣバイアス、クラウド電極１１が＋２００［Ｖ］±２５０Ｖｐｐ（＋４５０〜−５０［Ｖ］のパルス電圧）を印加しているが、この逆の構成、または必要に応じてそれぞれのＤＣ電圧を可変して与えた構成であってもよい。
【００１７】
またクラウドバイアスの切り替え周波数ｆは、トナーＴのクラウド化の効率とトナー飛翔の応答性から１〜１２［ｋＨｚ］の様な範囲から設定すれば良い。
【００１８】
以上より、トナーＴをクラウド化する手段を構成している。
【００１９】
トナー制御手段４は、トナーＴが通過可能なトナー通過孔（開口）４１が複数設けられ、このトナー制御手段４のトナー供給側面（トナー担持体１側の面）の各トナー通過孔４１周辺には各トナー通過孔４１に対して個別的にリング状に制御電極（個別制御電極、個別電極ともいう）４２が設けられ、更にトナー通過孔４１に対し制御電極４２の外側に絶縁領域を介して複数のトナー通過孔４１に共通の共通電極４３が設けられている。なお、「共通の」とは同じ電位が印加されること、ないし、電気的に繋がっていることを意味する。
【００２０】
このトナー制御手段４の制御電極４２には、制御パスル発生手段６から例えば図２に示すような制御パルスＶｃが印加される。この場合、トナー通過孔４１をトナーＴが通過可能な状態（ＯＮ状態）にするときには制御電極４２に電圧Ｖｃ−ｏｎが印加され、トナーＴが通過不可能な状態（ＯＦＦ状態）にするときには制御電極４２に電圧Ｖｃ−ｏｆｆが印加される。また、共通電極４３には常時電源手段７から電圧Ｖｇが印加される。トナー制御手段４の制御電極４２は、トナー通過孔４１周囲だけでも動作が可能であるが、トナー通過孔４１の内壁面又はトナー通過孔４１の内壁面とトナー担持体１側の周囲の両方に設けたものであってもよい。
【００２１】
記録媒体３側には、記録媒体３の背面に、トナー制御手段４を通過したトナーＴを記録媒体３に付着させるためのバイアス電圧が印加されるバイアス電圧印加手段となる電極手段としての背面電極３１が配置され、トナー通過孔４１を通ってトナー制御手段４を通過したトナーＴを記録媒体３に付着させるため、バイアス電源手段８からのバイアス電圧Ｖｐが印加される。
【００２２】
この記録媒体３は、この上に一度画像を形成し、その後紙に転写する中間転写記録媒体、あるいは、記録紙であってもよい。
【００２３】
この記録媒体３に対するバイアス電圧Ｖｐの印加は、例えば記録媒体３の背面側（トナー担持体１と反対側面）に背面電極３１を配置し、この背面電極３１上面に記録媒体３を通過させる構成、あるいは、中間転写記録媒体であれば内部に電極を埋め込んだ構成（記録媒体側の電極を内部電極とする構成）又は中間転写記録媒体の背面に背面電極３１を配置した構成とすることができる。
【００２４】
次に、トナー制御手段４の具体的構成の一例について、図３を参照して説明する。なお、図３（ａ）はトナー制御手段４の印写面側の説明図、（ｂ）はトナー制御手段４のトナー供給側面の説明図である。
【００２５】
この例は、絶縁基板（基材）４５のトナー供給側（トナー担持体１１側）面に、トナー通過孔４１を囲む形で１０〜１００［μｍ］幅のリング状の制御電極４２を設け、この制御電極４２から２０〜５０［μｍ］の間隔を置いて、つまり、絶縁基材４５で形成される絶縁領域を介して、制御電極４２と同一面に、複数のトナー通過孔４１に共通のバイアス電圧Ｖｇを印加する共通電極４３を設けた構成である。
【００２６】
トナー通過孔４１は、形成するドット径のサイズで決定するが直径φ３０［μｍ］〜φ１５０［μｍ］である。制御電極４２は個々にトナーＴの通過をＯＮ、ＯＦＦ制御するためのドライバ回路（駆動回路）に接続するためのリードパターン４２ａが接続され、また共通電極４３は共通のリードパターン４３ａに接続されている。また、絶縁基板４５の印写面側（記録媒体３側の面）はトナー通過孔４１が開口した状態である。
【００２７】
このように、トナー制御手段４の共通電極４３は、制御電極４２の外側を絶縁領域を介してリング状に囲む形状である構成とすることで、記録媒体３側のバイアス電圧と制御電極４２外側の共通電極４３との間に形成する電気力を各トナー通過孔独立の電気力線として形成できるため、マルチ駆動（複数のトナー通過孔４１からトナーを飛翔させる駆動）のときの相互干渉（他のトナー通過孔４１の状態を受けること）が発生しない。
【００２８】
また、トナー制御手段４の制御電極４２と共通電極４３を同一面上形成することで、一回の製造プロセスで同時に形成でき、精度よく低コストに電極を作ることができる。
【００２９】
また、トナー制御手段４の具体的構成の他の例について図４を参照して説明する。なお、図４（ａ）はトナー制御手段４の印写面側の説明図、（ｂ）はトナー制御手段４のトナー供給側面の説明図である。この例は、絶縁基板（基材）４５のトナー供給側（トナー担持体１１側）面に、トナー通過孔４１を囲む形で１０〜１００［μｍ］幅のリング状の制御電極４２を設け、この制御電極４２から２０〜５０［μｍ］の絶縁領域の間隔を置いて複数のトナー通過孔４１に共通のバイアス電圧Ｖｇを印加する共通電極４３が空いたスペース全体を覆うようにベタ状に設けられた構成としている。
【００３０】
このように、トナー制御手段４の共通電極４３は、制御電極４２の外側に絶縁領域を介してベタ状に設けられている構成、つまり、共通電極４３を制御電極４２の外側領域全体にわたり形成することで、記録媒体３側のバイアス電圧の電界をシールドすることができ、かつ制御電極４２へのトナー付着低減、およびトナーＴの利用効率向上を図れる。
【００３１】
このようなトナー制御手段４の具体的製造方法は、基材４５である絶縁性部材として、コスト、製造プロセスの観点から樹脂フィルム、例えば、ポリイミド、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＥＳ等で、厚さは３０［μｍ］〜１００［μｍ］のものを使用し、まずフィルム面に０．２［μｍ］〜１［μｍ］のＡｌ蒸着膜を形成する。次に、フォトリソ工程で、フォトレジストをスピンナで塗布後、プリベーク、マスク露光を行ない、現像した後、フォトレジストの加熱硬化を進めた後、Ａｌエッチング液によるＡｌのパタンニングを行う。
【００３２】
フィルムの裏面にも電極パターンが必要な場合は上記と同様に可能であるが、穴加工用のマスクとして使用するパターンを裏面に形成してもよい。トナー通過孔４１となる貫通孔の形成は、パターン形成後プレスによる機械的な加工、または裏面に形成したパターンを利用したエキシマレーザー加工、またはスパッタエッチング加工等のドライエッチング加工によれば、位置ずれの無い高精度な孔加工が可能である。
【００３３】
このように構成した画像形成装置においては、トナーＴをクラウド化するために印加するクラウドバイアスを印加することによって、トナー担持体１上でトナーＴが飛翔してクラウド化され、トナー担持体１の回転による搬送によってトナーＴが搬送される。一方、記録媒体３側の背面電極３１に印写バイアス電圧Ｖｐが印加される。
【００３４】
この状態で、トナー制御手段４の共通電極４３に対して電圧Ｖｇを印加し、制御電極４２に対してトナーＴがトナー通過孔４１を通過可能な状態（ＯＮ状態）にするときには図２に示すＯＮ時の電圧Ｖｃ−ｏｎを印加し、トナーＴがトナー通過孔４１を通過不可能な状態（ＯＦＦ状態）にするときには図２に示すＯＦＦ時の電圧Ｖｃ−ｏｆｆを印加する。
【００３５】
この場合、これらの各電極１１，３１，４２，４３に対する電圧を後述するように設定することで、トナー制御手段４をトナー担持体１のトナーＴが記録媒体３に向かって通過可能な状態にするときに、記録媒体３側とトナー制御手段４の共通電極４３との間に、トナーＴの通過を制御する制御電極４２をまたいでループ状に電気力線１０が形成される。
【００３６】
これにより、トナー担持体１上でクラウド化しているトナーＴは電気力線１０による電界に乗ってトナー制御手段４のトナー通過孔４１を通過して記録媒体３上に着弾する。したがって、画像に応じてトナー制御手段４１の各トナー通過孔４１をＯＮ／ＯＦＦ制御（開閉制御）することで、記録媒体３上に直接トナー画像を形成することができる。
【００３７】
そして、記録媒体３側とトナー制御手段４の共通電極４３との間にトナーＴの通過を制御する制御電極４２をまたいでループ状に電気力線１０が形成されることから、制御電極４２やトナー通過孔４１周辺へのトナーの付着が低減され、またトナーＴをクラウド化していることでトナーＴの利用効率が向上する。
【００３８】
そこで、クラウド電極１１側からトナーが反発する力が作用するクラウド電極１１に対する電圧をＶｓとし、記録媒体３側の電極３１に対する電圧Ｖｐ、トナー制御手段４の制御電極４２に対する制御パルス電圧Ｖｃ、共通電極４３に対する電圧Ｖｇについて、図５を参照して説明する。なお、図５は、トナー担持体１、クラウド電極１１、トナー制御手段４、記録媒体３の二次元断面電界強度分布のシミュレーション結果に基づくトナー通過孔４１を通過する電気力線を示す説明図である。
【００３９】
クラウド電極１１にＡＣ成分を含むクラウドバイアスとして＋２００［Ｖ］±２５０Ｖｐｐ（＋４５０〜−５０［Ｖ］のパルス電圧）を印加を印加するが、図５のシミュレーションはクラウド電極１１が−５０［Ｖ］でトナーが反発する電位にある。トナー担持体１は＋ＤＣ２００［Ｖ］で、クラウド電極１１に印加するパルス電位の平均電位を与えている。
【００４０】
なお、トナー担持体１とトナー制御手段４との間隔ｄは０．５［ｍｍ］、トナー担持体１とクラウド電極１１との間隔は０．０２５［ｍｍ］、クラウド電極１１のワイヤーの断面形状は０．０６［ｍｍ］×０．０６［ｍｍ］の正方形であり、直径０．０６［ｍｍ］の円形状に近似してシミュレーションを行っている。
【００４１】
また、この例では、トナー制御手段４のトナー通過孔４１の直径φ１００［μｍ］、リング状の制御電極４２の孔中心方向の幅は５０［μｍ］、制御電極４２は共通電極４３の間隔は４０［μｍ］である。
【００４２】
このトナー制御手段４の共通電極４３へのバイアスＶｇはＤＣ−１２５［Ｖ］であり、共通電極４３の電位と、トナー担持体１の電位（＋２００［Ｖ］）及びクラウド電極手段の電位Ｖｓ（−５０［Ｖ］）との関係は、トナーＴを常に共通電極４３から反発する方向のバイアスであるため、この共通電極４３面へのトナー付着はない。
【００４３】
そして、トナー制御手段４の制御電極４２には、トナーＴがトナー通過孔４１を通過可能な状態（ＯＮ状態）にする場合、制御パルス電圧Ｖｃ−ｏｎは＋５０［Ｖ］、トナーＴを通過させる時以外の阻止状態の（通過不可能な状態にする）場合の電圧Ｖｃ−ｏｆｆは−１２５［Ｖ］としている。記録媒体３の背面電極３１への電圧Ｖｐはトナー制御手段４と記録媒体３との間隔にもよるが、例えば＋２００〜＋１５００［Ｖ］のＤＣ電圧を印加すればよい。図５に示すシミュレーションでは、トナー制御手段４と記録媒体３との間隔を０．３［ｍｍ］としており、ＤＣ＋５００［Ｖ］を印加して、マイナス帯電トナーを記録媒体３の表面に引き寄せる電位勾配としている。
【００４４】
各電極１１、３１、４２、４３に印加する電位の関係を以上のように設定することで、マイナスに帯電したトナーＴをトナー通過孔４１を通過可能な状態にする場合においては、最もプラス側に電位が高い記録媒体３側の電極３１から出る電気力線のうち、トナー制御手段４のトナー通過孔４１を通る電気力線の多くが、トナー通過孔４１を通過した後、一番電位の低い共通電極４３に入ることになる。このとき、近接した距離にあるトナー制御手段４の制御電極４２と共通電極４３とにも１７５［Ｖ］の電位差があるため、その間にも強い電気力線が生じる。
【００４５】
そのため、図５（ａ）に示すように、トナーＴがトナー通過孔４１を通過可能な状態（ＯＮ状態）にしたときには、先の記録媒体３側の電極３１からトナー通過孔４１を通る電気力線１０は、制御電極４２に入ること無く（制御電極４２をまたいで）、−１２５［Ｖ］と最も電位の低い共通電極４３に多くが入るため、ループ状に拡がった形状となる。つまり、記録媒体３側とトナー制御手段４の共通電極４３との間に制御電極４２をまたいでループ状に電気力線１０が形成される。
【００４６】
したがって、クラウド電極１１近傍にあるマイナス帯電トナーＴがこの電気力線１０に沿ってトナー通過孔４１を通過し、記録媒体３の表面に多くのトナーＴが移動することができる。
【００４７】
このとき制御電極４２には＋５０［Ｖ］が印加され、クラウド電極１１の−５０［Ｖ］との関係は、トナーＴを制御電極４２へ吸着する関係にあるため、本来であればこの＋５０［Ｖ］が印加されている間に制御電極４２表面にトナーが付着するはずであるが、図５（ａ）のシミュレーションの結果から分かる様に、＋５０［Ｖ］が印加されている制御電極４２上方を記録媒体３側電極からトナー通過孔４１を通って共通電極４３に入る電気力線１０が覆っているため、制御電極４１へトナーＴが付着することが防止される。
【００４８】
一方、トナーＴがトナー通過孔４１を通過不可能な阻止状態（ＯＦＦ状態）にした場合、制御電極４２には−１２５［Ｖ］が印加され、共通電極４３に対する電位と同じ電位であり、クラウド電極１１の−５０［Ｖ］との関係は、クラウド電極１１側に反発する関係であり、トナー制御手段４へのトナーＴの付着はないし、図５（ｂ）に示すように記録媒体３側電極からの電気力がトナー通過孔４１を通り抜ける電気力線もないため、トナーＴがトナー通過孔４１を通過することもなく、地汚れ画像は発生しない。
【００４９】
なお、阻止状態（ＯＦＦ状態）の制御電極４２への印加電圧は共通電極４３の電位と同じ電位である必要はなく、よりマイナス側の電位であってもトナーＴの通過を阻止する（ＯＦＦ状態にする）ことはできる。
【００５０】
また、クラウド電極１１がトナーを吸引する電位＋４５０［Ｖ］が印加されている状態においては、制御電極４２のＯＮ時＋５０［Ｖ］、ＯＦＦ時−１２５［Ｖ］、いずれにおいてもトナーＴはクラウド電極１１側に吸引する方向にあるため、制御電極４２へのトナー付着は発生しない。
【００５１】
このように、トナーＴを担持するトナー担持体１と、トナー担持体１のトナーＴをクラウド化するためのクラウド電極１１と、トナーＴが付着させられる記録媒体３と、トナー担持体１と記録媒体３との間に配置され複数のトナー通過孔４１を有するトナー制御手段４と、を備え、トナー制御手段４は、トナー担持体側表面に、トナー通過孔４１の周囲及び穴内壁の少なくともいずれかにトナーの通過を制御する制御電極４２が設けられ、この制御電極４２の外側に複数のトナー通過孔４１に共通の共通電極４３が設けられ、トナー制御手段４のトナー通過孔４１をトナー担持体１のトナーＴが記録媒体３に向かって通過可能な状態にするとき、記録媒体３側とトナー制御手段４の共通電極４３との間に制御電極４２をまたいでループ状に電気力線が形成されることにより、トナーＴを吸引する電位が印加される制御電極４２の表面やその周囲へのトナー付着を大幅に低減でき、トナーＴの通過のＯＮ／ＯＦＦの制御を安定して行うことができるとともに、記録媒体３側のバイアス電圧と制御電極４２外側の共通電極４３との間に形成される電気力線はトナー担持体１側ではトナー通過孔４１の径より大きく広がり、クラウド化されたトナーＴを広範囲に捕獲して印写面側に向けて飛翔させることが可能となってトナーＴの利用効率が上がり、印刷濃度の確保、印刷速度の向上を図れる。
【００５２】
このように、上述したトナー通過ＯＮ時に各電極に対して印加する電圧の電位の関係を、次のように設定することで、記録媒体３側とトナー制御手段４の共通電極４３との間に制御電極４２をまたいでループ状に電気力線を形成することができる。
【００５３】
つまり、クラウド電極１１からトナーＴが反発する力が作用するバイアス電圧Ｖｓを印加し、トナー制御手段４の制御電極４２に対しトナーＴがトナー通過孔４１を通過可能な状態にするときに電圧Ｖｃ−ｏｎを、共通電極４３に電圧Ｖｇを印加し、トナーＴがトナー通過孔４１を通過不可能な状態にするときに電圧Ｖｃ−ｏｆｆを印加し、トナー制御手段４のトナー通過孔４１を通過したトナーＴを記録媒体３に導いてトナーＴを記録媒体３に付着させるために記録媒体３側にバイアス電圧Ｖｐを印加するとき、トナーＴがトナー通過孔４１を通過可能な状態にするときの各電圧の電位の関係は、数１に示すような関係とし、トナーＴが負帯電トナーの場合はバイアス電圧Ｖｐの電位の絶対値がプラス電位側に高くなる関係、正帯電トナーの場合はバイアス電圧Ｖｐの電位の絶対値がマイナス電位側に高くなる設定とする。
【数１】
2010012717.tif 000003
【００５４】
各電極１１、３１、４２、４３に対する電位の関係を上述した関係に設定することにより、背面電極３１とトナー担持体１との間に直接形成される電気力線が低減され、背面電極３１と制御電極４２外側の共通電極４３との間に電気力を形成することができ、これにより、トナーＴを吸引する電圧が印加される制御電極４２へのトナー付着を大幅に低減できて、制御電位が安定する。
【００５５】
また、背面電極３１と制御電極４２外側の共通電極４３との間に形成される電気力線は、トナー供給側ではトナー通過孔４１の径より大きく広がるため、クラウド化されたトナーＴを広範囲に捕獲して印写面側に向けて飛翔させることが可能となり、トナーＴの利用効率が上がり、印刷濃度の確保、印刷速度の向上を図ることができる。
【００５６】
さらに、トナー制御手段４の共通電極４３はトナーＴを常に反発する関係の電位にあるため、トナーＴの付着が発生することがなく、共通電極４３の電位を一定に保つことが可能となり信頼性の高い画像形成装置を実現できる。
【００５７】
また、トナーＴがトナー通過孔４１を通過不可能な状態にするときの各電位の関係は、数２に示すような関係であって、トナーＴが負帯電トナーの場合はバイアス電圧Ｖｓの電位の絶対値がプラス電位側に高くなる関係、正帯電トナーの場合はバイアス電圧Ｖｓの電位の絶対値がマイナス電位側に高くなる設定とすることが好ましい。これにより、トナーがトナー通過孔１４を通過しないようにする制御が良好に行える。
【数２】
2010012717.tif 000004
【００５８】
ここで、高速印刷のためにトナー担持体１表面のトナー量が多くなった場合、また帯電電荷量が大きいトナーを使用して印刷を行う場合は、トナーＴが有する電荷によるトナー電位を無視できなくなり、各電極に印加する電位決定に考慮が必要となる。
【００５９】
具体的に説明すると、トナー担持体１表面の供給トナー量［ｍ／Ａ］（［ｍｇ／ｃｍ２］）に対するトナー電位の変化は図６に示すようになる。ここでは、トナーＴはマイナスに帯電したトナーＴの例であり、トナー担持体１表面の単位面積当たりのトナー量が増加するに従って、制御電極４２側からみた表面電位はマイナス電位に上昇する。そして、供給したトナーＴがトナー担持体１表面に単に付着したままの電位Ｖｏに対して、クラウド電極１１とトナー担持体１との間に電圧を印加してトナーＴがクラウド状態の電位Ｖｔは大きく上昇する。これは、トナーＴがトナー担持体１の表面上にあるよりも表面近傍の空間にある方が、個々のトナーの周囲に対する結合静電容量が小さくなり、その結果電位が上昇するためである。
【００６０】
このクラウド状態のトナー電位Ｖｔの測定は、クラウド電極１１とトナー担持体１との間にパルス電圧を印加しながら、供給したトナーＴをクラウド状態にして、その上方に表面電位計を設定することで、容易に測定することができる。具体的には、クラウド化を起こすパルスを印加して、後述する一成分現像剤または二成分現像剤を担持するローラからトナーＴを供給しながらトナー担持体１を回転し、トナー制御手段４が設定される位置にてトナー担持体１表面から２［ｍｍ］程度離れた位置に表面電位計を設置して測定する。図６の結果は、帯電電荷量が−１５〜−２５［μＣ／ｇ］のトナー供給した場合のＶｏ、そのトナーを飛翔高さがトナー担持体１の表面近傍から２００［μｍ］の範囲でクラウド状態にした場合のトナー電位Ｖｔの場合の例である。
【００６１】
この図６に示す各供給トナー量においてトナー制御手段４によりトナーの通過のＯＮ／ＯＦＦ制御を行って印刷を行った結果、トナー制御手段４の制御電極４２及び共通電極４３それぞれの表面に付着したトナー量を評価した結果を図７に示している。この図７の結果において、供給トナー量が少ない領域では制御電極４２や共通電極４３などへのトナー付着はないが、供給トナー量が増加して０．９［ｍｇ／ｃｍ２］ではトナー電位Ｖｔが−８０［Ｖ］となり、制御電極４２へのトナー付着が起き始める。
【００６２】
これは、等価的にクラウド電極１１とトナー担持体１との電位がマイナス側に電位上昇してトナー制御手段４の共通電極４２との電位差が小さくなった結果、背面電極３１から出てトナー通過孔４１を通る電気力線のうち、トナー担持体１に直接入る電気力線が増加し、共通電極４３へ入るループ状の電気力線が減ったためである。すなわち、ループ状の電気力線が少なくなると、飛翔エネルギーの高いトナーＴがループ状の電気力線に乗って印写面の方向に飛翔することなく、ＯＮ電圧が印加されている制御電極４２まで飛翔するためである。
【００６３】
さらに、供給トナー量が増加して１．２［ｍｇ／ｃｍ２］超えると、トナー電位Ｖｔは−１２０［Ｖ］以上の値となる。この領域では、トナー制御手段４の共通電極４３の電圧Ｖｇ（−１２５［Ｖ］）との電位差がなくなり、飛翔エネルギーを有するトナーＴが共通電極４３まで到達し始めてトナー付着が起きた結果である。また、制御電極４２へのトナー付着量も増えてくる。
【００６４】
これらのトナー付着は、定期的な電極クリーニングの頻度を上げることで、使用できないことはないが、画質低下が発生する。トナー付着が発生しない条件であれば、連続印刷においても画像濃度が低下することなく、信頼性の高い画像記録装置が可能となる。
【００６５】
そこで、トナー量が多い場合、また帯電電荷量が大きいトナーを使用して画像を形成する場合は、各電極に対する電位を、次の条件で設定することで、制御電極４２や共通電極４３へのトナー付着が回避され、さらにトナー利用効率の向上で画像濃度が低下することなく高速印刷が可能になる。
【００６６】
すなわち、電荷を有するトナーＴがトナー担持体１表面から飛翔してクラウド状態にある制御電極４２側からみたトナー電位をＶｔとしたとき（他の条件は上記の条件と同じとする。）、トナーの通過をＯＮさせる場合の各電位の関係は、数３に示すような関係とし、負帯電トナーの場合はＶｐの電位の絶対値がプラス電位側に高くなる関係、正帯電トナーの場合はＶｐの電位の絶対値がマイナス電位側に高くなる設定とする。
【数３】
2010012717.tif 000005
【００６７】
各電極１１、３１、４２、４３に対する電位を上記のように設定する、つまり、トナー供給側の電位として、トナー担持体表面のトナーＴが飛翔することによる電位も考慮して各電極の電位を適正に設定することで、印刷速度が速い供給トナー量が多い場合、またトナーの帯電電荷量が大きい場合においても、制御電極４２などへのトナー付着の低減やトナー利用効率の向上などが図れ、高濃度、高速印刷の画像形成装置を実現することができる。この場合、トナーＴをクラウド化していない（パルスを印加していない）状態でも、上述した電位の関係に設定することで、制御電極４２などにトナー付着が発生しないため、信頼性が向上する。
【００６８】
これにより、背面電極３１からトナー制御手段４の共通電極４３に向けて形成されるループ状の電気力線を強いものとし、クラウド化されたトナーＴを印写面に向けてより多く飛翔させることができ、高速、高品質のドット形成が可能となる。
【００６９】
なお、上記の例では、クラウド電極１１にクラウドパルスを印加してトナーＴがクラウド状態にある場合の条件について説明したが、トナーを飛翔させていない状態の制御電極４２側からみたトナーＴによる電位をＶｔとしたとき前記と同条件に設定することで、制御電極４２などへのトナー付着を回避する効果がある。つまり、クラウドパルスの印加をＯＦＦしてトナーＴのクラウドが無い状態においても、僅かなトナーが浮遊している。この僅かな浮遊トナーの電位は無視できるが、トナー担持体表面に着地して乗っているトナー電位があり、この電位Ｖｔを考慮した（Ｖｓ＋Ｖｔ）も前記と同条件の範囲に設定することで、同じ効果が得られる。
【００７０】
また、トナーの通過をＯＦＦさせる場合の各電位の関係は、数４に示すような関係とし、負帯電トナーの場合は（Ｖｓ＋Ｖｔ）の電位の絶対値がプラス電位側に高くなる関係、正帯電トナーの場合は（Ｖｓ＋Ｖｔ）の電位の絶対値がマイナス電位側に高くなる関係に設定する。これにより、トナーがトナー通過孔１４を通過しないようにする制御が良好に行える。
【数４】
2010012717.tif 000006
【００７１】
上述したように、本実施形態では、トナーＴを担持するトナー担持体１と、トナー担持体１のトナーＴをクラウド化するためのクラウド電極１１に時間的に変動する電圧を印加する。ここで、トナー制御手段４の共通電極４３がない場合や各電極へ印加する電圧の電位の設定が上述した範囲に無い場合などには、制御電極４２などへのトナー付着が急速に発生する等、信頼性の低下は避けられない。また、クラウド化したトナーＴの利用効率が非常に低下するため、画像濃度の確保、高速印刷の画像形成装置を達成することはできなくなる。
【００７２】
［実施形態２］
次に、直接記録方式の画像形成装置に本発明を適用したの第２の実施の形態について図面を参照して説明する。図８は、本実施形態に係る画像形成装置の要部構成を示したものである。なお、実施形態１と共通する構成については、その説明を省略する。また、特に記載しない場合は、トナーＴを負帯電トナーとする。
【００７３】
本実施形態において、トナー制御手段４には、前述したようにトナーＴが通過可能なトナー通過孔（開口）４１が複数設けられ、このトナー制御手段４のトナー供給側面（トナー担持体１側の面）の各トナー通過孔４１周辺には各トナー通過孔４１に対して個別的にリング状に制御電極４２が設けられ、トナー通過孔４１に対し制御電極４２の外側に絶縁領域を介して複数のトナー通過孔４１に共通の共通電極４３が設けられている。
【００７４】
さらに、このトナー制御手段４の記録媒体３側面（記録媒体３側の面）の各トナー通過孔４１周辺には、各トナー通過孔４１に対して個別的に、個別背面電極４４が設けられ、この個別背面電極４４には常時、制御電極４２と同じ電位Ｖｃ（＝Ｖｒ）が印加されている。
【００７５】
このようなトナー制御手段４の具体的構成の一例について図９を参照して説明する。
このトナー制御手段４は、図９（ｂ）に示すように、絶縁基板（基材）４５のトナー供給側（トナー担持体１１側）面に、図４で説明したのと同様に、トナー通過孔４１を囲む形で１０〜１００［μｍ］幅のリング状の制御電極４２を設け、この制御電極４２から２０〜５０［μｍ］の絶縁領域の間隔を置いて複数のトナー通過孔４１に共通のバイアス電圧Ｖｇを印加する共通電極４３が空いたスペース全体を覆うようにベタ状に設けられている。
【００７６】
一方、図９（ａ）に示すように、絶縁基板４５の記録媒体３側（印写面側）にはトナー通過孔４１を囲む形でリング状の個別背面電極４４が設けられている。この個別背面電極４４は例えばＡｌ蒸着で形成されている。
【００７７】
なお、その他のトナー担持体１、記録媒体３などの構成については実施形態１の構成と同じであるので説明を省略する。
【００７８】
本実施形態においても、実施形態１と同様に、各電極１１、３１、４２、４３に対する電位の関係を上述した関係に設定することにより、背面電極３１とトナー担持体１との間に直接形成される電気力線が低減され、背面電極３１と制御電極４２外側の共通電極４３との間に電気力線を形成することができ、これにより、トナーＴを吸引する電圧が印加される制御電極４２へのトナー付着を大幅に低減できて、制御電位が安定する。
【００７９】
このように構成したトナー制御手段４の制御電極４２に対する電位Ｖｃ、共通電極４３に対する電位Ｖｇ、個別背面電極４４に対する電位Ｖｒとして、それぞれ＋５０［Ｖ］、−１２５［Ｖ］、＋５０［Ｖ］を印加し、トナー担持体１にＤＣ＋２００［Ｖ］、クラウド電極１１に−５０［Ｖ］の電圧を印加したときの電極電界分布のシミュレーション結果を図１０（ａ）に示している。
【００８０】
この結果、トナーＴがトナー通過孔４１を通過可能な状態（ＯＮ状態）にするとき、クラウド状態のトナーＴを取り込んで印写面側に飛翔させるループ状の電界（電気力線１０）は、前述した図５（ａ）の場合（個別背面電極４４がない場合）に比べて、幅が広く、トナー通過孔４１を通過する電気力線１０の量が多いことが分かる。
【００８１】
これは、図５（ａ）の場合には、共通電極４３の電圧Ｖｇの電界が印写面側に作用し、印写面側のトナー通過孔４１近傍にも作用して印写バイアスＶｐからの電気力線の通過量を制限しているのに対し、図１０（ａ）の例では個別背面電極４４の電圧Ｖｒが電圧Ｖｃと同じ電位で、トナー制御手段４の印写面側のトナー通過孔４１近傍の表面電位が図５（ａ）の場合に比較して高い電位であるため、トナー通過孔４１を通過する電気力線が多くなった結果である。
【００８２】
また、図１０（ｂ）は制御電極４２に対する電位Ｖｃ、共通電極４３に対する電位Ｖｇ、個別背面電極４４に対する電位Ｖｒとして、いずれも−１２５［Ｖ］を印加し、トナー担持体１にＤＣ＋２００［Ｖ］、クラウド電極１１に−５０［Ｖ］の電圧を印加したときの電極電界分布のシミュレーション結果であり、トナー通過孔４１近傍が−１２５［Ｖ］の電界で強く覆われているためトナーＴが通過することはない。
【００８３】
ここで、トナー制御手段４の個別背面電極４４の電位Ｖｒと制御電極４２の電位Ｖｃとを異なる電位とした場合について図１１及び図１２を参照して説明する。図１１（ａ）、（ｂ）は、図８の構成において、制御電極４２に印加する電圧Ｖｃ（＋５０［Ｖ］）に対し、個別背面電極４４に印加する電圧Ｖｒを＋１０［Ｖ］と低くした場合（−４０［Ｖ］低くなる場合）の電界分布を示している。また、図１２（ａ）、（ｂ）は、図８の構成において、制御電極４２に印加する電圧Ｖｃ（＋５０［Ｖ］）に対し、個別背面電極４４に印加する電圧Ｖｒを＋９０Ｖと高くした場合（＋４０［Ｖ］高くした場合）の電界分布を示している。なお、その他の電圧は上記した図１０の例と同様である。
【００８４】
この結果から、個別背面電極４４の電圧Ｖｒが制御電極４２の電圧Ｖｃよりマイナス側の電位である図１１（ａ）の場合には、電圧Ｖｐが印加される背面電極３１からトナー通過孔４１を通る電気力線１０の量が減少し、その結果クラウド化されたトナーＴを印写面（記録媒体３）側に飛翔させる力が減って印写濃度が低下する。これは、個別背面電極４４の電圧Ｖｒと印写面バイアス電圧Ｖｐとの間で形成される電気力線がトナー通過孔４１の開口エッジ部にはみ出し、トナー通過孔４１を通過する電気力線が減少することによる。
【００８５】
また、個別背面電極４４の電圧Ｖｒが制御電極４２の電圧Ｖｃよりプラス側の電位である図１２（ａ）、（ｂ）の場合には、電圧Ｖｐが印加される背面電極３１からトナー通過孔４１を通る電気力線１０は、トナー通過孔４１の全体に拡がっており、形成されるドット径が図１０の例に比較して大きくなる。特に、トナー通過電圧ＯＦＦ時においての拡がりが大きく、トナーＴがトナー通過孔４１を通過した直後に電圧ＶｃがＯＦＦになった場合の印刷面側でのトナーＴの拡がりが問題である。
【００８６】
そのため、トナー通過孔４１の開口径を小さくする必要があり、トナー通過孔４１にトナー、微粉、紙粉等が付着した場合、飛翔トナーが衝突してドット欠けが発生し易く、図１０の例に比較して信頼性が低下する。
【００８７】
また、制御電極４２の電圧Ｖｃ及び個別背面電極４４の電圧Ｖｒをドット毎にそれぞれ異なる電圧で印加する構成では、トナー通過孔４１の数の２倍のドライバ（回路）を必要とするため、コストアップとなる。
【００８８】
したがって、本実施形態のように、制御電極４２の電圧Ｖｃと個別背面電極４４の電圧Ｖｒとに同じ電圧を印加することにより、トナーＴを印写面に飛翔させる電界の強度を保ち、且つ、トナー通過孔４１の穴径に対して形成ドット径を小さくして高解像度の画像が得られ、しかもドライバコストの上昇を抑えることができる。
【００８９】
［実施形態３］
次に、直接記録方式の画像形成装置に本発明を適用したの第３の実施の形態について図面を参照して説明する。図１３は、本実施形態に係る画像形成装置の要部構成を示したものである。なお、実施形態１や実施形態２などと共通する構成については、その説明を省略する。また、特に記載しない場合は、トナーＴを負帯電トナーとする。
【００９０】
本実施形態においても、実施形態１や実施形態２と同様に、各電極１１、３１、４２、４３に対する電位の関係を上述した関係に設定することにより、背面電極３１とトナー担持体１との間に直接形成される電気力線が低減され、背面電極３１と制御電極４２外側の共通電極４３との間に電気力線を形成することができ、これにより、トナーＴを吸引する電圧が印加される制御電極４２へのトナー付着を大幅に低減できて、制御電位が安定する。
【００９１】
また、本実施形態においても、実施形態２と同様に、制御電極４２の電圧Ｖｃと個別背面電極４４の電圧Ｖｒとして同じ電位の電圧を印加することにより、トナーＴを印写面に飛翔させる電界の強度を保ち、且つ、トナー通過孔４１の穴径に対して形成ドット径を小さくして高解像度の画像が得られ、しかもドライバコストの上昇を抑えることができる。
【００９２】
本実施形態では、トナー制御手段４１の制御電極４２と個別背面電極４４とがトナー通過孔４１の内壁面に設けた導通パターン４６を介して接続されている。この導通パターン４６の形成は、例えば、トナー通過孔４１以外をメタルマスクで覆い、Ａｌ、Ａｕ、ＩＴＯ等の導電性材料の蒸着、スパッタで内壁面に成膜する、または、トナー通過孔４１以外の部分にレジスト膜を形成した後メッキによる導電性膜を成膜することなどで行うことができる。
【００９３】
これにより、トナー制御手段４１の制御電極４２に印加する電圧Ｖｃと個別背面電極４４に印加する電圧Ｖｒとは常に同じ電圧になる。この場合、図９（ａ）に示したような個別背面電極４４の引出しパターン４４ａを図示しないドライバに接続して電圧Ｖｃ（＝Ｖｒ）を印加することで、前述の図３や図４などに示す制御電極４２からの引出しパターン４２ａが不要になるので、制御電極４２側へのトナー付着が一層低減されることになる。また、各トナー通過孔４１によってトナードットを形成するための制御信号発生用のドライバは、各トナー通過孔４１の数に対応した数があればよいことになる。
【００９４】
なお、図１３ではトナー通過孔４１の内壁面に設けた導通パターン４６によって制御電極４２と個別背面電極４４との導通をとった場合の構成を示したが、これに限らず、トナー通過孔４１以外の箇所に導通用のスルーホール（孔）を設け、そのスルーホールの内壁面を介して制御電極４２と個別背面電極４４とを導通することも可能である。このときの導通用スルーホールは導通のみを考慮すればよいため、必要最低限の大きさの孔でよく、導通処理も孔内壁を埋め尽くすものであってもよいことから、導通用スルーホールに導電性インクを噴射して埋めることもできる。
【００９５】
トナー通過孔４１の内壁面全体を導電性膜（導通パターン４６）で覆うことは、トナーを飛翔させるためのループ状電気力線のトナー通過孔４１内部での歪みが大きくなるが、トナー通過孔４１以外の箇所に導通用の孔を設ける構成とすることで、そのループ状電気力線の歪みが抑えられ、トナーの飛翔にとっては印写面への飛翔経路の曲がりが減少し、ドット品質が向上する。
【００９６】
［実施形態４］
次に、直接記録方式の画像形成装置に本発明を適用したの第４の実施形態について図面を参照して説明する。図１４は、実施形態１、２または３で示した要部構成を有する本実施形態に係る画像形成装置の模式的構成図である。この画像形成装置は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色分のトナーのクラウド化とトナー制御手段４によるＯＮ／ＯＦＦ制御とを行ってカラー画像を形成する画像形成装置の例である。
【００９７】
つまり、この画像形成装置は、記録媒体である中間転写記録体１０３に沿って、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナーをクラウド化して供給する４個のトナー供給ユニット１００Ｙ、１００Ｍ、１００Ｃ、１００Ｋ（色を区別しないときは「トナー供給ユニット１００」という。以下同様。）を配置し、各トナー供給ユニット１００と中間転写記録体１０３との間に、それぞれ前記各実施形態に示したいずれかのトナー制御手段４と同様な構成、すなわち、トナー通過孔、制御電極、共通電極、個別背面電極などが設けられたトナー制御手段１０４を配置している。
【００９８】
ここで、中間転写記録体１０３は、２つのローラ１３２、１３３との間に掛け回されて矢印方向に周回移動する。この中間転写記録体１０３の背面（ループ内側）には各トナー供給ユニット１００に対応させて記録媒体側電極である背面電極１３１が配置されている。また、転写後の中間転写記録体１０３上の残トナーを除去するクリーニングユニット１３５が備えられる。
【００９９】
トナー供給ユニット１００は、トナーを担持するトナー担持体１０１と、トナー担持体１０１に担持されたトナーをクラウド化するためのクラウド電極１１１と、このトナー担持体１０１にトナーを補給する、回転可能に設けられたトナー補給ローラ１１３と、トナー担持体１０１上のトナー量を規制するブレード１１４を備えている。
【０１００】
ここでは、トナー補給ローラ１１３からトナー担持体１０１にトナーが補給されるとともに、トナー補給ローラ１１３上のトナーとトナー担持体１０１との摩擦によってトナーの摩擦帯電が行われる。また、トナー補給ローラ１１３の下流側のブレード１１４は、トナー担持体１０１表面のトナー量を薄層で一定量にするとともに、トナー帯電量の安定化も図っている。
【０１０１】
そして、トナー供給ユニット１００から供給されるトナーＴがトナー制御手段１０４によって画像に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御されることで中間転写記録体１０３上に飛翔され、中間転写記録体１０３上にカラーのトナー画像が形成される。
【０１０２】
一方、下方に記録紙１５０を収容する給紙部１０５が配置され、給紙部１０５から記録紙１５０がピックアップローラ（給紙ローラ）１０６で給紙されて、中間転写記録体１０３を掛け回したローラ１３２に対向して配置した転写ローラ１０７で中間転写記録体１０３上のトナー画像が転写され、定着ユニット１０８でトナーが記録紙１５０上に溶融定着されて排紙される。
【０１０３】
なお、ここでは図示していないが、記録紙１５０の裏面側の転写ローラ１０７に＋バイアスが印加されることで中間転写記録体１０３から記録紙１５０面へのトナー画像の転写が行われる。また、上述したように中間転写記録体１０３はクリーニングユニット１３５で残トナーがクリーニングされて、次の画像形成が行われる。
【０１０４】
このように本実施形態に係る画像形成装置は、中間転写記録体１０３に４色画像を形成した後、給紙部１０５から供給される記録紙１５０に転写を行う中間転写記録方式である。この中間転写記録方式の場合は、印写面（トナーが着弾する面、画像形成面ともいう）とトナー制御手段１０４との間隔を一定に保つ精度確保が容易であり、トナー飛翔速度が低い条件で高画質化を図ることができる。
【０１０５】
また、平滑で体積抵抗率の調整によって電荷が蓄積しない、電位変動のない印写面が得られ、クラウド化したトナーの通過のＯＮ／ＯＦＦで直接印刷する画像形成装置は電位に対する感度が高く、印写面バイアス電位の変動に対して画質変動が発生しやすいが、この構成であれば信頼性の高い、高画質のカラー画像を得ることができる。
【０１０６】
また、本実施形態に係る画像形成装置は、実施形態１、２または３に示した要部構成を有しているので、実施形態１、２または３で説明したような種々の効果が得られる。
【０１０７】
例えば、本実施形態に係る画像形成装置においても、実施形態１、２及び３と同様に、クラウド電極１１１、背面電極１３１、トナー制御手段１０４に設けた制御電極及び共通電極に対する電位の関係を上述した関係に設定することにより、背面電極１３１とトナー担持体１０１との間に直接形成される電気力線が低減され、背面電極１３１とトナー制御手段１０４に設けた制御電極外側の共通電極との間に電気力線を形成することができ、これにより、トナーＴを吸引する電圧が印加されるトナー制御手段１０４に設けた制御電極へのトナー付着を大幅に低減できて、制御電位が安定する。
【０１０８】
また、本実施形態においても、実施形態２と同様にトナー制御手段１０４に個別背面電極を設け、制御電極の電圧Ｖｃと個別背面電極の電圧Ｖｒとして同じ電位の電圧を印加することにより、トナーＴを印写面に飛翔させる電界の強度を保ち、且つ、トナー制御手段１０４に設けたトナー通過孔の穴径に対して形成ドット径を小さくして高解像度の画像が得られ、しかもドライバコストの上昇を抑えることができる。
【０１０９】
［実施形態５］
次に、直接記録方式の画像形成装置に本発明を適用したの第５の実施の形態について図面を参照して説明する。図１５は、実施形態１、２または３で示した要部構成を有する本実施形態に係る画像形成装置の模式的構成図である。なお、実施形態４と符号が共通する部材など構成に関しては、その説明を省略する。この画像形成装置は、記録媒体を記録紙１５０として、記録紙１５０上に直接画像を形成する例である。つまり、ここでは、給紙部１０５から供給される記録紙１５０を紙搬送ベルト１６１に静電的に吸着してトナー供給ユニット１００の領域を通過させ、トナー制御手段１０４の画像に応じたＯＮ／ＯＦＦ制御によって記録紙１５０上に直接カラー画像を形成する。
【０１１０】
なお、紙搬送ベルト１６１は、ポリイミド等から形成され、２つのローラ１６２、１６３に掛け回されて矢示方向に周回移動し、図示しない帯電ローラなどの帯電手段によって帯電されることで記録紙１５０を静電的に吸着保持して搬送する。なお、給紙部１０５から記録紙１５０を紙搬送ベルト１６１に導くためのガイド１６４、レジストローラ１６５なども配置されている。
【０１１１】
この構成では、トナー通過を制御するトナー制御手段１０４と通過後のトナーＴを記録紙１５０に導くためのバイアスを印加する背面電極１３１との間にポリイミド等の紙搬送ベルト１６１及び記録紙１５０があるため、トナー制御手段１０４と背面電極１３１との間隔を非常に狭く設定することが難しいが、他方、記録紙１５０上に直接カラー画像を形成し、転写プロセスがないため、転写によるトナー散りで画質低下することがなくなる。
【０１１２】
また、実施形態４に係る画像形成装置に設けられた図１４に示すようなベルトクリーニング機構を必要としないこと等もあり、小型、低コストの画像形成装置の実現に有利である。また、トナーＴをクラウド化する本構成では、印写面バイアスを低い設定にしてトナーを導くことも可能であるため、紙面へのトナーの着弾スピードも低く設定でき、トナーの散りが起きない高画質の画像形成装置を得ることができる。
【０１１３】
また、本実施形態に係る画像形成装置は、実施形態１、２または３に示した要部構成を有しているので、実施形態１、２または３で説明したような種々の効果が得られる。
【０１１４】
例えば、本実施形態に係る画像形成装置においても、実施形態１、２及び３と同様に、クラウド電極１１１、背面電極１３１、トナー制御手段１０４に設けた制御電極及び共通電極に対する電位の関係を上述した関係に設定することにより、背面電極１３１とトナー担持体１０１との間に直接形成される電気力線が低減され、背面電極１３１とトナー制御手段１０４に設けた制御電極外側の共通電極との間に電気力線を形成することができ、これにより、トナーＴを吸引する電圧が印加されるトナー制御手段１０４に設けた制御電極へのトナー付着を大幅に低減できて、制御電位が安定する。
【０１１５】
また、本実施形態においても、実施形態２と同様にトナー制御手段１０４に個別背面電極を設け、制御電極の電圧Ｖｃと個別背面電極の電圧Ｖｒとして同じ電位の電圧を印加することにより、トナーＴを印写面に飛翔させる電界の強度を保ち、且つ、トナー制御手段１０４に設けたトナー通過孔の穴径に対して形成ドット径を小さくして高解像度の画像が得られ、しかもドライバコストの上昇を抑えることができる。
【０１１６】
次に、実施形態４及び実施形態５に係る画像形成装置におけるトナー供給ユニット１００の具体的な構成の一例について図１６を参照して説明する。
【０１１７】
このトナー供給ユニット１００は、磁性キャリアと非磁性トナーから成る二成分記録剤を用いる例である。記録剤収容部２０１は２つの室２０１Ａ、２０１Ｂに分けられており、トナー供給ユニット１００内の両端部の記録剤通路（図示せず）によって繋がっている。記録剤収容部２０１には二成分記録剤が収容されており、各室２０１Ａ、２０１Ｂにある攪拌搬送スクリュー２０２Ａ、２０２Ｂによって攪拌されながら記録剤収容部２０１内を搬送されている。
【０１１８】
記録剤収容部２０１の室２０１Ａにはトナー補給口２０３が配置されており、図示しないトナー収容部からトナー補給口２０３を通って、記録剤収容部２０１内に補給される。記録剤収容部２０１には記録剤の透磁率を検知する図示しないトナー濃度センサが設置されており、記録剤の濃度を検知している。記録剤収容部２０１のトナー濃度が減少すると、トナー補給口２０３から記録剤収容部２０１内にトナーが補給される。
【０１１９】
そして、攪拌搬送スクリュー２０２Ｂと対向する位置には、トナー補給ローラとしてのマグブラシローラ２０４が配置されている。マグブラシローラ２０４の内部には固定された磁石が配置されおり、マグブラシローラ２０４の回転と磁力とによって、記録剤収容部２０１内の記録剤はマグブラシローラ２０４表面に汲み上げられる。記録剤の汲み上げ位置よりマグブラシローラ２０４の回転方向上流において、マグブラシローラ２０４と対向する位置に記録剤層規制部材２０５が設けられている。
【０１２０】
汲み上げ位置で汲み上げたれた記録剤は記録剤層規制部材２０５によって一定量の記録剤層厚に規制される。記録剤層規制部材２０５を通った記録剤はマグブラシローラ２０４の回転に伴って、トナー担持体１０１と対向する位置まで搬送される。マグブラシローラ２０４には、電圧印加手段２１１によって供給バイアスが印加されている。
【０１２１】
トナー担持体１０１の電位は、図１６に示す例では０［Ｖ］であり、マグブラシローラ２０４と対向する位置においては、電圧印加手段２１１によってトナー担持体１０１とマグブラシローラ２０４との間に電界が生じている。その電界からの静電気力を受け、マグブラシローラ２０４表面に担持されたトナーはキャリアから分離し、トナー担持体１０１表面に移動する。トナー担持体１０１表面に達したトナーは、クラウド電極１１１との間に電源１１９によって印加するＡＣバイアスによってクラウド化し、トナー担持体１０１の回転によって搬送される。
【０１２２】
そして、図１４や図１５などに示したトナー制御手段１０４と対向する位置まで搬送されたトナーは、トナー制御手段１０４に設けられた制御電極のトナー通過ＯＮ／ＯＦＦの制御電界により選択的に記録媒体手段側に飛翔されて、トナーのドット印写が制御される。
【０１２３】
次に、トナー供給ユニット１００の他の構成の一例について図１７を参照して説明する。このトナー供給ユニット１００は、非磁性トナーから成る一成分記録剤を用いる例である。トナーは記録剤収容部２０１に収容されており、帯電ローラ２２０によってトナーはトナー担持体１０１と摩擦帯電を行い、規制部材２０５によってトナー担持体表面に薄層のトナー層が形成される。  
【０１２４】
前記の例と同様に、クラウド電極１１１に電源１１９によってＡＣバイアスを印加し、トナー担持体１０１とクラウド電極１１１との間に電界を形成して、その形成された電界によってトナー担持体１０１表面に担持されたトナーがクラウド化され、トナー担持体１０１の回転によって搬送される。
【０１２５】
そして、トナー制御手段１０４と対向する位置まで搬送されたトナーは、図１４や図１５などに示したトナー制御手段１０４に設けられた制御電極のトナー通過ＯＮ／ＯＦＦの制御電界により選択的に記録媒体側に飛翔されて、トナーのドット印写が制御される。
【０１２６】
図１８は、トナー供給ユニット１００の更に他の構成の一例を示したものである。このトナー供給ユニット１００は、磁性キャリアと非磁性トナーとから成る二成分記録剤であり、図１６に示したトナー供給ユニット１００と同様に、記録剤収容部２０１は２つの室２０１Ａ、２０１Ｂに分けられており、トナー供給ユニット１００内の両端部の記録剤通路（図示せず）によって繋がっている。記録剤収容部２０１には二成分記録剤が収容されており、各室２０１Ａ、２０１Ｂにある攪拌搬送スクリュー２０２Ａ、２０２Ｂによって攪拌されながら記録剤収容部２０１内を搬送されている。記録剤収容部２０１の室２０１Ａにはトナー補給口２０３、図示しないトナー濃度センサが設置されており、記録剤の濃度を検知して記録剤収容部２０１のトナー濃度が減少すると、トナー補給口２０３から記録剤収容部２０１内にトナーが補給される。
【０１２７】
攪拌搬送スクリュー２０２Ｂと対向する位置には、マグブラシローラ２０４が配置されている。マグブラシローラ２０４の内部には固定された磁石が配置されおり、マグブラシローラ２０４の回転と磁力とによって、記録剤収容部２０１内の記録剤がマグブラシローラ２０４表面に汲み上げられる。記録剤の汲み上げ位置よりマグブラシローラ２０４の回転方向上流において、マグブラシローラ２０４と対向する位置に記録剤層規制部材２０５が設けられている。
【０１２８】
汲み上げ位置でマグブラシローラ２０４に汲み上げたれた記録剤は記録剤層規制部材２０５によって一定量の記録剤層厚に規制され、クラウド電極１１１の方向に搬送される。このマグブラシローラ２０４はトナー担持体として機能させるものであり、マグブラシローラ２０４は、図１８に示す例では０［Ｖ］であり、クラウド電極１１１に電源１１９によって印加するＡＣバイアスによってマグブラシローラ２０４とクラウド電極１１１との間に形成される電界によってマグブラシローラ２０４表面に担持されたトナーがクラウド化される。そして、図１４や図１５などに示したトナー制御手段１０４に設けた制御電極のトナー通過ＯＮ／ＯＦＦの制御電界により選択的に記録媒体側に飛翔されて、トナーのドット印写が制御される。
【０１２９】
なお、これらの各トナー供給ユニット１００において、印写に寄与しなかったトナー担持体１０１やマグブラシローラ２０４などに保持されたトナーは、トナー担持体１０１やマグブラシローラ２０４などによってさらに搬送され、図示しない回収手段によってトナー担持体１０１表面やマグブラシローラ２０４などから回収される。回収されたトナーは再び記録剤収容部２０１に戻され、トナー供給ユニット１００内を循環する。
【０１３０】
なお、上記の説明では主に負帯電トナーを例にしているが、正帯電トナーを用いることもできる。
【０１３１】
以上、各実施形態によれば、画像形成剤を担持する剤担持体であるトナー担持体と、複数の開口部であるトナー通過孔が形成され、トナー担持体に対向するように配設された開口部形成部材であるトナー制御手段と、上記複数のトナー通過孔それぞれに対応させてトナー制御手段のトナー担持体に対向する側の面におけるトナー通過孔周囲に設けられ、トナー担持体から画像形成剤であるトナーを選択的に飛翔させるような電界を形成するための複数の飛翔電極である制御電極と、トナー担持体とトナー制御手段との間に設けられトナー担持体に担持されたトナーを静電気力によってクラウド化するためのクラウド電極と、トナー制御手段を介してトナー担持体に対向するように配設され、トナー担持体から飛翔したトナーを引き寄せるような電界を形成するための対向電極である背面電極とを備え、画像情報に基づいて、飛翔電界の形成によってトナー担持体から選択的に飛翔させたトナーを、トナー通過孔を通して背面電極側に移行させた後、記録部材である記録媒体上に付着させて画像を形成する画像形成装置において、上記複数のトナー通過孔それぞれに対応させて上記対向する側の面におけるトナー通過孔周囲に制御電極を介して設けられた複数の外周電極である共通電極を有しており、背面電極と共通電極との間に、上記飛翔したトナーが共通電極側からトナー通過孔を通り背面電極側に向かって移行するような電界を形成するように構成した。このように各実施形態においては、背面電極と共通電極との間に、トナー担持体から飛翔したトナーが共通電極側からトナー通過孔を通り背面電極側に向かって移行するような電界が形成される。ここで、この電界の状態を表す電気力線は、トナー通過孔を通り、且つ、制御電極をまたぐようにトナー担持体とトナー制御手段との間の空間を通って、背面電極と共通電極との間に形成される。そのため、トナー担持体から制御電極に向かって飛翔してきたトナーは、制御電極に達する前に上記電気力線に達し、その電気力線に沿って共通電極側からトナー通過孔を通り背面電極側に向かって移行される。よって、トナー担持体から飛翔したトナーが制御電極に到達し難くなり、制御電極に付着するトナーを低減させることができる。
また、各実施形態によれば、クラウド電極に対してトナーが反発する力が作用する電圧Ｖｓをクラウド電極に印加し、制御電極に対しトナーがトナー通過孔を通過可能な状態にするときの電圧Ｖｃ−ｏｎを印加し、共通電極に電圧Ｖｇを印加し、背面電極に電圧Ｖｐを印加するとき、トナーがトナー通過孔を通過可能な状態にするときの各電位の関係は、Ｖｐ＞Ｖｃ−ｏｎ＞Ｖｓ＞Ｖｇであって、トナーが負極性に帯電している場合は電圧Ｖｐの電位の絶対値がプラス電位側に高くなる設定であり、トナーが正極性に帯電している場合は電圧Ｖｐの電位の絶対値がマイナス電位側に高くなる設定である。これにより、背面電極とトナー担持体との間に直接形成される電気力線が低減され、背面電極とトナー制御手段に設けた制御電極外側の共通電極との間に電気力線を形成することができる。よって、トナーを吸引する電圧が印加されるトナー制御手段に設けた制御電極へのトナー付着を大幅に低減できて、制御電位が安定する。
また、各実施形態によれば、制御電極に対してトナーがトナー通過孔を通過不可能な状態にするときの電圧Ｖｃ−ｏｆｆを印加し、トナーがトナー通過孔を通過不可能な状態にするときの各電位の関係は、Ｖｓ＞Ｖｇ、且つ、Ｖｓ＞Ｖｃ−ｏｆｆであって、トナーが負極性に帯電している場合は電圧Ｖｓの電位の絶対値がプラス電位側に高くなる設定であり、トナーが正極性に帯電している場合は電圧Ｖｓの電位の絶対値がマイナス電位側に高くなる設定である。これにより、トナーがトナー通過孔を通過しないようにする制御が良好に行える。
また、各実施形態によれば、クラウド電極に対してトナーが反発する力が作用する電圧Ｖｓをクラウド電極に印加し、制御電極に対しトナーがトナー通過孔を通過可能な状態にするときの電圧Ｖｃ−ｏｎを印加し、共通電極に電圧Ｖｇを印加し、背面電極に電圧Ｖｐを印加し、トナー担持体の表面及びクラウド電極近傍にトナーが存在している状態で制御電極側からトナー担持体側を見たときのトナーによる電位をＶｔとすると、トナーがトナー通過孔を通過可能な状態にするときの各電位の関係は、Ｖｐ＞Ｖｃ−ｏｎ＞（Ｖｓ＋Ｖｔ）＞Ｖｇであって、トナーが負極性に帯電している場合は電圧Ｖｐの電位の絶対値がプラス電位側に高くなる設定であり、トナーが正極性に帯電している場合は電圧Ｖｐの電位の絶対値がマイナス電位側に高くなる設定である。このように、トナー担持体表面のトナーが飛翔することによる電位も考慮して各電極の電位を適正に設定することで、印刷速度が速い供給トナー量が多い場合、またトナーの帯電電荷量が大きい場合においても、制御電極などへのトナー付着の低減やトナー利用効率の向上などが図れ、高濃度、高速印刷の画像形成装置を実現することができる。
また、各実施形態によれば、制御電極に対してトナーがトナー通過孔を通過不可能な状態にするときの電圧Ｖｃ−ｏｆｆを印加し、トナーがトナー通過孔を通過不可能な状態にするときの各電位の関係は、（Ｖｓ＋Ｖｔ）＞Ｖｇであり、且つ、（Ｖｓ＋Ｖｔ）＞Ｖｃ−ｏｆｆであって、トナーが負極性に帯電している場合は（Ｖｓ＋Ｖｔ）の電位の絶対値がプラス電位側に高くなる設定であり、トナーが正極性に帯電している場合は（Ｖｓ＋Ｖｔ）の電位の絶対値がマイナス電位側に高くなる設定である。これにより、トナーの帯電電荷量が大きい場合などにおいても、トナーがトナー通過孔を通過しないようにする制御が良好に行える。
また、各実施形態によれば、上記クラウド電極がワイヤー部材であることで、簡単な構成でトナー担持体に担持されたトナーをクラウド化することができ、装置の小型化や低コスト化を図ることができる。
また、実施形態２などによれば、複数のトナー通過孔それぞれに対応させてトナー制御手段の背面電極に対向する側の面におけるトナー通過孔周囲に個別背面電極が設けられており、制御電極と個別背面電極とに常時、同電位の電圧を印加するように構成した。これにより、上述したようにトナーを印写面に飛翔させる電界の強度を保ち、且つ、トナー通過孔の穴径に対して形成ドット径を小さくして高解像度の画像が得られ、しかもドライバコストの上昇を抑えることができる。
また、実施形態３などによれば、制御電極と個別背面電極とがトナー通過孔の内壁面を介して導通している。これにより、簡単な構成で制御電極に印加される電圧Ｖｃと個別背面電極に印加される電圧Ｖｒとを常に同じ電圧にすることができる。
また、実施形態３などによれば、制御電極と個別背面電極とがトナー通過孔の内壁面以外の箇所で導通していることで、簡単な構成で制御電極に印加される電圧Ｖｃと個別背面電極に印加される電圧Ｖｒとを常に同じ電圧にすることができ、さらに上述したように、トナーを飛翔させるためのループ状電気力線の歪みが抑えられ、トナーの飛翔にとっては印写面への飛翔経路の曲がりが減少し、ドット品質が向上する。
また、実施形態４及び５によれば、異なる色の画像形成剤であるトナーを記録部材である記録媒体上で重ね合わせて記録媒体上にカラー画像を形成するように構成した、本発明を適用する直接記録方式の画像形成装置によってカラー画像を形成することで、上述したように高画質のカラー画像を得ることができる。
また、本発明を適用する直接記録方式の画像形成装置に設けられる上述したトナー供給ユニットとして、上記画像形成剤が磁性キャリアとトナーとからなる二成分画像形成剤である二成分記録剤であり、トナー担持体は磁性部材である磁石を内包するマグネットローラであるマグブラシローラであり、クラウド電極に交流成分を含む電圧を印加して、トナー担持体とクラウド電極との間に電界を形成し、その電界によってトナー担持体上に担持されたトナーのクラウド化を行うように構成したトナー供給ユニットを用いるのが好適である。
また、本発明を適用する直接記録方式の画像形成装置に設けられる上述したトナー供給ユニットとして、上記画像形成剤がトナーを含む一成分画像形成剤である一成分記録剤であり、クラウド電極に交流成分を含む電圧を印加して、トナー担持体とクラウド電極との間に電界を形成し、その電界によってトナー担持体上に担持されたトナーのクラウド化を行うように構成したトナー供給ユニットを用いるのが好適である。
また、本発明を適用する直接記録方式の画像形成装置に設けられる上述したトナー供給ユニットとして、上記画像形成剤が磁性キャリアとトナーとからなる二成分画像形成剤である二成分記録剤であり、トナー担持体にトナーを供給する、磁性部材である磁石を内包しローラ表面にトナーを担持するマグネットローラであるマグブラシローラを有しており、クラウド電極に交流成分を含む電圧を印加して、トナー担持体とクラウド電極との間に電界を形成し、その電界によってトナー担持体上に担持されたトナーのクラウド化を行うように構成したトナー供給ユニットを用いるのが好適である。
【図面の簡単な説明】
【０１３２】
【図１】本発明の基本構成の説明に供する模式的構成図。
【図２】制御電極に印加する制御パルスの一例を示す説明図。
【図３】（ａ）トナー制御手段の一例を示す印写面側の説明図。（ｂ）トナー供給側面の説明図。
【図４】（ａ）トナー制御手段の他の例を示す印写面側の説明図。（ｂ）トナー供給側面の説明図。
【図５】（ａ）トナー制御手段がトナー通過可能状態時の二次元断面電界強度分布のシミュレーション結果に基づくトナー通過孔を通過する電気力線を示す説明図。（ｂ）トナー通過不可能状態時の電気力線を示す線図。
【図６】供給トナー量とトナー電位との関係の一例を示す説明図。
【図７】供給トナー量とトナー制御手段へのトナー付着との関係の説明に供する説明図。
【図８】本発明の一実施形態を示す模式的説明図。
【図９】（ａ）同実施形態のトナー制御手段の他の例を示す印写面側の説明図。（ｂ）トナー供給側面の説明図。
【図１０】同実施形態のトナー制御手段がトナー通過可能状態時の二次元断面電界強度分布のシミュレーション結果に基づくトナー通過孔を通過する電気力線を示す説明図。
【図１１】制御電極と個別背面電極の電位とを異にした場合の説明図。
【図１２】制御電極と個別背面電極の電位とを異にした場合の説明図。
【図１３】本発明の他の実施形態を示す模式的説明図。
【図１４】本発明に係る画像形成装置の一例を示す模式的説明図。
【図１５】本発明に係る画像形成装置の他の例を示す模式的説明図。
【図１６】トナー供給ユニットの一例を示す模式的説明図。
【図１７】トナー供給ユニットの他の例を示す模式的説明図。
【図１８】トナー供給ユニットの他の例を示す模式的説明図。
【図１９】従来の直接記録方式の画像形成装置における要部構成の一例を示す模式的説明図。
【符号の説明】
【０１３３】
１      トナー担持体
３      記録媒体
４      トナー制御手段
１１    クラウド電極
３１    背面電極
４１    トナー通過孔
４２    制御電極
４３    共通電極
４４    個別背面電極
４５    絶縁基板
４６    導通パターン
１００  トナー供給ユニット
１０１  トナー担持体
１０３  中間転写記録体
１０４  トナー制御手段
１０５  給紙部
１０６  ピックアップローラ
１０７  転写ローラ
１０８  定着ユニット
１１１  クラウド電極
１１３  トナー補給ローラ
１１４  ブレード
１３１  背面電極
１３５  クリーニングユニット
１５０  記録紙
１６１  紙搬送ベルト
１６４  ガイド
１６５  レジストローラ
２０１  記録剤収容部
２０２  攪拌搬送スクリュー
２０３  トナー補給口
２０４  マグブラシローラ
２０５  記録剤層規制部材
２１１  電圧印加手段
２２０  帯電ローラ
５０１  トナー担持ローラ
５０２  孔
５０３  フレキシブルプリント基板
５０４  飛翔電極
５０６  対向電極
５０７  記録紙
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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