(57)【要約】【課題】トナー担持体上のトナーのホッピング状態の乱れを抑えて記録部材上に形成された画像に画像濃度むらなどが生じるのを抑制できる画像形成装置を提供する。【解決手段】表面に複数の電極１１が所定間隔で配設されたトナー担持体１と、時間的に変化するｎ相の交番電圧を複数の電極に印加してトナーをホッピングさせる電界をトナー担持体表面上に発生させる電圧印加手段５と、複数の孔４１が形成されトナー担持体に対向する孔形成部材４５と、各複数の孔に対応させて孔形成部材のトナー担持体に対向する面の孔周囲または孔内壁の少なくとも一方に設けられトナー担持体からトナーを飛翔させる電界を形成するための複数の飛翔電極４２と、孔形成部材を介してトナー担持体に対向し飛翔したトナーを引寄せる電界を形成するための対向電極３１とを備えた画像形成装置において、電圧印加手段による複数の電極への交番電圧の印加を間欠的に行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基材の表面に沿うように複数の電極が所定の間隔で配設されたトナー担持体と、
該トナー担持体の表面に担持されている所定極性に帯電したトナーをホッピングさせる電界を該トナー担持体の表面上に発生させるように、ｎ相（ｎは１以上）の交番電圧を該複数の電極に印加する電圧印加手段と、
複数の孔が形成され、該トナー担持体に対向するように配設された孔形成部材と、
該複数の孔それぞれに対応させて該孔形成部材の該トナー担持体に対向する側の面における孔周囲または孔内壁の少なくとも一方に設けられ、該トナー担持体から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と、
該孔形成部材を介して該トナー担持体に対向するように配設され、該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とを備え、
画像情報に基づいて、前記飛翔電界の形成によって前記トナー担持体から選択的に飛翔させたトナーを、前記孔を通して前記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、
前記電圧印加手段による前記複数の電極への前記交番電圧の印加を間欠的に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２】
請求項１の画像形成装置において、
上記ホッピング電界発生手段は、所定時間Ｔ２内に周期Ｔ１の交番電圧を所定回数ｍ回印加するものであり、Ｔ２＞Ｔ１×ｍの関係を満たすことを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１または２の画像形成装置において、
上記電圧供給手段によって上記トナー担持体の複数の電極間に印加されるｎ相の交番電圧は、同じタイミング且つ異位相で交番することを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項２の画像形成装置において、
上記電圧供給手段によって上記トナー担持体の複数の電極間に印加されるｎ相の交番電圧のうち少なくとも１相は、上記周期Ｔ１の交番電圧であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項１、２、３または４の画像形成装置において、
上記複数の孔それぞれに対応させて上記対向する側の面における孔周囲に上記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、
上記対向電極と該外周電極との間に、該飛翔したトナーが該外周電極側から該飛翔電極を跨いで該孔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６】
請求項５の画像形成装置において、
上記外周電極は、上記飛翔電極の外側を絶縁領域を介してリング状に囲む形状であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
請求項５の画像形成装置において、
上記外周電極は、上記飛翔電極の外側に絶縁領域を介してベタ状に設けられていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
請求項５、６または７の画像形成装置において、
上記外周電極は、上記飛翔電極と同一平面に絶縁領域を介して設けられている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、６、７または８の画像形成装置において、
上記トナー担持体の表面に配設された複数の電極の隣接する電極間で上記トナーを吸引する方向と反発する方向とを交互に繰り返す関係の電圧が上記電圧供給手段によって印加され、該電極に印加する２相の電極間ピッチまたはｎ本毎の各電極にｎ相の位相電圧を印加する構成である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または８の画像形成装置において、
上記トナー担持体の表面に配設された複数の電極の隣接する電極間で上記トナーを吸引する方向と反発する方向とを交互に繰り返す関係の電圧が上記電圧供給手段によって印加され、該電極に印加する２相の電極間ピッチまたはｎ本毎の各電極にｎ相の位相電圧を印加するときのｎ相の電極間ピッチよりも、該トナー担持体の表面と上記孔形成部材のトナー担持体側の表面との間隔のほうが大きいことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０の画像形成装置において、
上記記録部材は記録紙であり、上記孔形成部材を介して上記トナー担持体と対向する該記録紙の背面となる位置に上記対向電極を設けたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１２】
請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０の画像形成装置において、
上記記録部材は中間転写体であり、該中間転写体自体または上記孔形成部材を介して上記トナー担持体と対向する中間転写体の背面となる位置に、上記対向電極を設けた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、
異なる色のトナーを重ねて上記記録部材上にカラー画像を形成する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、プリンタ、ファクシミリ、複写機などの画像形成装置に係り、詳しくはトナー担持体から飛翔させたトナーを開閉制御されるトナー通過孔を介して記録媒体に飛翔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感光体上に形成された潜像をトナー等の画像形成剤で現像し、その現像された画像を感光体上から記録紙や転写体に転写するというようなことは行わず、記録紙や転写体などに対し、飛翔させた画像形成剤を付着させて画像を直接記録紙や転写体などに形成するものである。
【０００３】
図１７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１７において、トナー担持体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。このトナー担持体５０１の下には、複数の孔５０２を形成する孔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体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体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。図１７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】
また、トナー担持体５０１には、絶縁性の支持基材の周方向に複数の電極５１１が所定の間隔で配設されている。これら電極５１１は、互いに隣り合う２つの電極からなる電極対が繰り返し配設されたものである。それぞれの電極対における２つの電極の間には交番電界が形成される。すると、電極対における一方の電極の上に位置していたトナーが浮上して他方の電極の上に着地したり、他方の電極の上から浮上して一方の電極の上に着地したりする。このようなトナーのホッピングが繰り返し行われることで、トナー担持体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体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がトナー担持体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。
【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】
【０００６】
ここで、一方の電極上に位置していたトナーが浮上し他方の電極上に着地したり、他方の電極上から浮上し一方の電極上に着地したりするように、上記交番電界の切り替わりに追従してトナーがホッピングすると、トナー担持体５０１上のいずれの箇所においてもトナーのホッピング状態は比較的揃う。
【０００７】
しかしながら、上記交番電界の切り替わりに一部のトナーが追従できなくなると、交番電界切り替え時に電極上に着地しているトナーや電極上に着地していないトナーなどが混在し、トナーのホッピング状態が乱れてしまう。上記交番電界の切り替わりに追従できないトナーの分布はトナー担持体５０１上の箇所毎で異なるため、トナー担持体５０１上の箇所毎でトナーのホッピング状態が異なる。このように、トナー担持体５０１上の箇所毎でトナーのホッピング状態が異なってしまうと、トナーがホッピングすることで形成されるトナークラウドのトナー濃度がトナー担持体５０１上の箇所毎でばらついてしまう。このようにトナークラウドのトナー濃度にばらつきが生じてしまうと、トナー担持体５０１から飛翔しＦＰＣ５０３に形成された複数の孔５０２それぞれを通過するトナーの量が複数の孔５０２ごとで異なってしまう。そのため、複数の孔５０２それぞれを通って記録紙５０７の表面まで飛翔し複数の孔５０２それぞれに対応して形成された各ドット画素像のトナー付着量にばらつきが生じ、これらドット画素像が集まって形成される画像に画像濃度むらなどが発生するといった問題が生じる。
【０００８】
また、トナーを２つの電極間で往復移動するようにホッピングさせるのではなく、トナー担持体の表面上のトナーを一定方向に移動させつつホッピングさせる画像形成装置も知られている。例えば、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相という３つの電極がその順序で繰り返し配設されたトナー担持体を用いた画像形成装置では、トナー担持体の表面上でトナーをＡ相電極上からＢ相電極上へ、Ｂ相電極上からＣ相電極上へ、Ｃ相電極上からＡ相電極上へというように順次ホッピングさせてトナー担持体の表面上のトナーを一定方向に移動させる。このような構成の画像形成装置であっても、上述したような問題が生じる。
【０００９】
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、トナー担持体上のトナーのホッピング状態の乱れを抑えて記録部材上に形成された画像に画像濃度むらなどが生じるのを抑制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】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、支持基材の表面に沿うように複数の電極が所定の間隔で配設されたトナー担持体と、該トナー担持体の表面に担持されている所定極性に帯電したトナーをホッピングさせる電界を該トナー担持体の表面上に発生させるように、ｎ相（ｎは１以上）の交番電圧を該複数の電極に印加する電圧印加手段と、複数の孔が形成され、該トナー担持体に対向するように配設された孔形成部材と、該複数の孔それぞれに対応させて該孔形成部材の該トナー担持体に対向する側の面における孔周囲または孔内壁の少なくとも一方に設けられ、該トナー担持体から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と、該孔形成部材を介して該トナー担持体に対向するように配設され、該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とを備え、画像情報に基づいて、前記飛翔電界の形成によって前記トナー担持体から選択的に飛翔させたトナーを、前記孔を通して前記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、前記電圧印加手段による前記複数の電極への前記交番電圧の印加を間欠的に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２の発明は、請求項１の画像形成装置において、上記ホッピング電界発生手段は、所定時間Ｔ２内に周期Ｔ１の交番電圧を所定回数ｍ回印加するものであり、Ｔ２＞Ｔ１×ｍの関係を満たすことを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１または２の画像形成装置において、上記電圧供給手段によって上記トナー担持体の複数の電極間に印加されるｎ相の交番電圧は、同じタイミング且つ異位相で交番することを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項２の画像形成装置において、上記電圧供給手段によって上記トナー担持体の複数の電極間に印加されるｎ相の交番電圧のうち少なくとも１相は、上記周期Ｔ１の交番電圧であることを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項１、２、３または４の画像形成装置において、上記複数の孔それぞれに対応させて上記対向する側の面における孔周囲に上記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、上記対向電極と該外周電極との間に、該飛翔したトナーが該外周電極側から該飛翔電極を跨いで該孔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６の発明は、請求項５の画像形成装置において、上記外周電極は、上記飛翔電極の外側を絶縁領域を介してリング状に囲む形状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５の画像形成装置において、上記外周電極は、上記飛翔電極の外側に絶縁領域を介してベタ状に設けられている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５、６または７の画像形成装置において、上記外周電極は、上記飛翔電極と同一平面に絶縁領域を介して設けられている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、６、７または８の画像形成装置において、上記トナー担持体の表面に配設された複数の電極の隣接する電極間で上記トナーを吸引する方向と反発する方向とを交互に繰り返す関係の電圧が上記電圧供給手段によって印加され、該電極に印加する２相の電極間ピッチまたはｎ本毎の各電極にｎ相の位相電圧を印加する構成である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または８の画像形成装置において、上記トナー担持体の表面に配設された複数の電極の隣接する電極間で上記トナーを吸引する方向と反発する方向とを交互に繰り返す関係の電圧が上記電圧供給手段によって印加され、該電極に印加する２相の電極間ピッチまたはｎ本毎の各電極にｎ相の位相電圧を印加するときのｎ相の電極間ピッチよりも、該トナー担持体の表面と上記孔形成部材のトナー担持体側の表面との間隔のほうが大きい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１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０の画像形成装置において、上記記録部材は記録紙であり、上記孔形成部材を介して上記トナー担持体と対向する該記録紙の背面となる位置に上記対向電極を設けた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１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０の画像形成装置において、上記記録部材は中間転写体であり、該中間転写体自体または上記孔形成部材を介して上記トナー担持体と対向する中間転写体の背面となる位置に、上記対向電極を設けた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、異なる色のトナーを重ねて上記記録部材上にカラー画像を形成することを特徴とするものである。
【００１１】
本発明においては、電圧印加手段によって複数の電極に交番電圧が間欠的に印加されるので、トナーのホッピングが断続的に行われ交番電圧が印加されずホッピングをしていないときのトナーはトナー担持体上に担持される。これにより、交番電圧の切り替わりに追従できないトナーが現れたとしても、トナーのホッピングが断続的に行われるので、トナーのホッピングが行われないときにホッピング開始位置をトナー担持体上に揃えることができる。よって、次に交番電圧が印加されてトナーのホッピングが開始される時には、トナー担持体上のいずれの箇所においてもトナー担持体上からトナーが飛び跳ねることになり、連続的に交番電圧を印加する場合よりも、トナー担持体上の箇所毎でトナーのホッピング状態が乱れてしまうのを抑制することができる。したがって、トナーがホッピングすることで形成されるトナークラウドのトナー濃度がトナー担持体上の箇所毎でばらついてしまうのを抑制することができ、トナー担持体から飛翔し上記複数の孔それぞれを通過するトナーの量にばらつきが生じるのを抑えられる。ゆえに、上記複数の孔それぞれを通って記録部材の表面まで飛翔し複数の孔それぞれに対応して形成された各ドット画素像のトナー付着量のばらつきが抑えられ、これらドット画素像が集まって形成された画像に画像濃度むらなどが生じるの抑制できる。
【発明の効果】
【００１２】
以上、本発明によれば、トナー担持体上のトナーのホッピング状態の乱れを抑えて記録部材上に形成された画像に画像濃度むらなどが生じるのを抑制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】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。本発明の一実施形態について図２の模式的構成図を参照して説明する。
この実施形態においては、トナーＴを飛翔させ、クラウド化した状態で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。
【００１４】
トナー担持体１は、表面側にトナーＴを搬送する方向（ここでは周方向）に所定の間隔でトナーＴを搬送する方向と直交する方向（ここでは軸方向）に沿って形成された所定ピッチで設けられた複数の電極１１を有し、このトナー担持体１の各電極１１には、電圧印加手段５から時間によって電位の異なる平均電位Ｖｓのパスル電圧（クラウドパルス）が印加される。これにより、トナーＴをクラウド化する手段を構成している。
【００１５】
例えば、０．５［ｋＨｚ］〜７［ｋＨｚ］の周波数のパルス電圧が印加され、各電極１１、１１の間隔はファインピッチに設けられているため、電極１１、１１間で強い電界が形成される。そのため、トナーＴの帯電極性に対して反発する電位にある電極１１表面からトナーＴは勢いよく飛翔し、飛翔したトナーＴは吸引する極性の電位が印加されている電極１１に引き寄せられ、パルスが切り替わることでパルス周波数に応じた上下方向の飛翔を繰り返し、トナーＴがクラウド化された状態になる。なお、パルスの周波数が高い領域では、上方高くに飛翔したトナーＴは、飛翔している間にパルスが切り替わり、電極１１表面に戻る前に再び上方に飛翔する場合もある。
トナーＴを飛翔をさらに安定させるために、さらに調整したパルス電圧を印加することが有効である。詳しくは後述する。
【００１６】
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）のトナー通過孔４１周辺にはリング状に制御電極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。
【００１７】
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３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には電源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。
【００１８】
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。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。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。
【００１９】
ここで、トナー担持体１表面のトナーをクラウド化する手段として、トナー担持体１表面に設けられた複数の電極１１を備え、各電極１１に電圧Ｖｓを印加する。このとき、隣接する電極１１相互の間でトナーＴを吸引する方向と反発する方向を交互に繰り返す関係の電圧を印加する２相の電極間ピッチｐ（又は、ｎ本毎の各電極１１にｎ相の位相電圧を印加するｎ相の電極間ピッチ）に対し、トナー担持体１表面とトナー制御手段４のトナー担持体１側面（トナー担持体１側の表面の意味）の間の距離ｄが大きくなる関係（ｐ＜ｄ）でトナー担持体１とトナー制御手段４とを配置している。
【００２０】
つまり、ｐ＞ｄの関係ではトナー担持体１の電極１１表面に形成される飛翔電界がトナー制御手段４のトナー担持体１側表面のＯＮ／ＯＦＦ電界と干渉を起こし、後述するトナー制御手段４のループ電界が乱れるためである。そのため、制御電極４２表面へのトナー付着の発生が起きやすくなる。ｐ＜ｄの条件においては、制御電極４２へトナーが付着することを確実に防止でき、連続したドットを印写しても濃度が変化することなく、良好な画像が得られる。
【００２１】
次に、トナー制御手段４の具体的構成の一例について図４を参照して説明する。なお、図４（ａ）は同トナー制御手段の印写面側の説明図、図４（ｂ）は同じく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１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、絶縁基板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。
【００２２】
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。
【００２３】
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、記録媒体側のバイアス電位と制御電極４２外側の共通電極４３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（他のトナー通過孔の状態を受けること）が発生しない。
【００２４】
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。
【００２５】
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５を参照して説明する。なお、図５（ａ）は同トナー制御手段４の印写面側の説明図、図５（ｂ）は同じく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１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。
【００２６】
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、記録媒体側のバイアス電位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、およびトナーの利用効率向上を図れる。
【００２７】
このようなトナー制御手段４の具体的製造方法は、絶縁基板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。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、孔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。
【００２８】
このように構成した画像形成装置においては、トナー担持体１の電極１１に対して平均電位Ｖｓのパルス電圧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の回転又は進行波電界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。
【００２９】
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３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３に示すＯＦＦ時の電圧Ｖｃ−ｏｆｆを印加する。
【００３０】
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との間にトナーの通過を制御する制御電極４２を迂回してループ状に電気力線１０が形成される。
【００３１】
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４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。そして、記録媒体３側とトナー制御手段４の共通電極４３との間にトナーの通過を制御する制御電極４２を迂回して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、またトナーをクラウド化していることでトナーの利用効率が向上する。
【００３２】
そこで、トナー担持体１の電極１１に対するパルス電圧の平均電位Ｖｓ、記録媒体３側のバイアス電圧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６をも参照して説明する。なお、図６は、トナー担持体１、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を通過する電気力線を示す説明図である。
【００３３】
トナー担持体１の電極１１には平均電位Ｖｓのパルス電圧（電位が時間的に変動する電位）を印加する。この場合、バイアス電圧の波高値は電極ピッチ、使用するトナー等に応じて設定する。例えば、±６０〜±３００Ｖｐｐ（ｐｐはピーク−ピーク）の範囲内で設定することが好ましく、ここでは、±１５０Ｖｐｐ、ＤＣ電圧成分０［Ｖ］の電圧を印加している。したがって、トナー制御手段４に対するトナー担持体１側のＤＣバイアスとしては０［Ｖ］であり、平均電位Ｖｓ＝０［Ｖ］となる。なお、トナー担持体１とトナー制御手段４の間隔ｄは０．３［ｍｍ］としている。
【００３４】
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３０［μｍ］、制御電極４２は共通電極４３の間隔は５０［μｍ］である。
【００３５】
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、トナー担持体１へのパルス電圧の平均電位Ｖｓとの関係はトナーＴを常にトナー担持体１側へ向け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。
【００３６】
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へのバイアス電圧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。ここでは、トナー制御手段４と記録媒体３との間隔０．３［ｍｍ］としてＤＣ＋３００［Ｖ］を印加し、マイナス帯電トナーを記録媒体３の表面にを引き寄せる電位勾配としている。
【００３７】
各電極１１、４２，４３、３１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側の背面電極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にも１７５Ｖの電位があるため、その間にも強い電気力線が生じる。
【００３８】
そのため、図６（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側の背面電極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を迂回して）、−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を迂回してループ状に電気力線１０が形成される。
【００３９】
したがって、トナー担持体１上でクラウド状態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。
【００４０】
このとき制御電極４２には＋５０［Ｖ］が印加され、トナー担持体１の０［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６（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４２へトナーＴが付着することが防止される。
【００４１】
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、トナー担持体１の電位０［Ｖ］との関係は、トナーＴをトナー担持体１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６（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。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。
【００４２】
このように、トナーを飛翔させ、クラウド化して担持するトナー担持体１と、トナーが付着させられる記録媒体と、トナー担持体１と記録媒体との間に配置された複数のトナー通過孔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１側表面に、トナー通過孔の周囲及び孔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のトナー通過孔をトナー担持体１のトナーが記録媒体に向かって通過可能な状態にするとき、記録媒体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を迂回してループ状に電気力線が形成されることにより、トナーを吸引する電位が印加される制御電極４２表面やその周囲へのトナー付着を大幅に低減でき、トナーの通過のオン／オフの制御を安定して行うことができるとともに、記録媒体側のバイアス電位と制御電極４２外側の共通電極４３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の径より大きく広がり、クラウド化されたトナー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。
【００４３】
また、各電極に印加する電位の関係として、トナー担持体１の電極１１のＤＣバイアスとして−５０［Ｖ］、パルスの波高値を＋１５０［Ｖ］〜−１５０［Ｖ］として、±１５０Ｖｐｐ−５０［Ｖ］ＤＣを印加すると、平均電位Ｖｓは−５０［Ｖ］となる。そして、トナー制御手段４の制御電極４２のトナー通過ＯＮ時の電位Ｖｃ−ｏｎが０Ｖ、トナー通過ＯＦＦ時の電位Ｖｃ−ｏｆｆが−１７５［Ｖ］であっても、上述した例と等価である。この場合、制御電極４２に印加する電圧Ｖｃが０〜−１７５［Ｖ］の一極性電圧のＯＮ、ＯＦＦであるため、ドライバ回路の構成が簡単になりコスト的にも有利である。
【００４４】
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位の関係を、次のように設定することで、記録媒体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を迂回してループ状に電気力線を形成することができる。
【００４５】
つまり、トナー担持体１の電極１１に対し時間的に変動する平均電位Ｖｓのパルス電圧を印加し、トナー制御手段４の制御電極４２に対しトナーがトナー通過孔４１を通過可能な状態にするときに電圧Ｖｃ−ｏｎを、トナーがトナー通過孔４１を通過不可能な状態にするときに電圧Ｖｃ−ｏｆｆを印加し、共通電極４３に電圧Ｖｇを印加し、トナー制御手段４を通過したトナーを記録媒体３に導いてトナーを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、トナーがトナー通過孔４１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とし、トナーが負帯電トナーの場合はバイアス電圧Ｖｐ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がマイナス電位側に高くなる設定とする。
【００４６】
また、この場合、トナーがトナー通過孔４１を通過不可能な状態にするときの各電位の関係は、Ｖｓ＞Ｖｇであり、且つ、Ｖｓ＞Ｖｃ−ｏｆｆであって、トナーが負帯電トナーの場合は平均電位Ｖｓがプラス電位側に高くなる関係、正帯電トナーの場合は平均電位Ｖｓ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。
【００４７】
各電極１１、４２、４３、３１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、記録媒体側のバイアス電位とトナー担持体１の電位間に直接形成される電気力線が低減され、記録媒体側のバイアス電位と制御電極４２外側の共通電極４３間に電気力を形成することができ、これにより、トナーを吸引する電位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。また、記録媒体側のバイアス電位と制御電極４２外側の共通電極４３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の径より大きく広がるため、クラウド化されたトナー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。さらに、トナー制御手段４の共通電極４３はトナーを常に反発する関係の電位にあるため、トナー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。
【００４８】
さらに、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。
【００４９】
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／Ａｍ］（［ｇ／ｃｍ２）に対するトナー電位の変化は図７に示すようになる。ここでは、トナーはマイナスに帯電したトナーの例であり、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、トナー担持体１表面の電極に電圧を印加してトナーが電極１１相互の電気力線に沿って上下の飛翔を繰り返すクラウド状態の電位Ｖｔは大きく上昇する。これは、トナーがトナー担持体１表面より上方の空間にある方が、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。
【００５０】
このクラウド状態のトナー電位Ｖｔの測定は、トナー担持体１表面の各電極１１にパルス電圧を印加しながら、供給したトナー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、または二成分ローラからトナーを供給しながらトナー担持体１を回転、又は進行波パルスでトナーを搬送し、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］程度上方に表面電位計を設置して測定する。図７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。
【００５１】
この図７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、共通電極４３表面に付着したトナー量を評価した結果を図８に示している。この図８の結果において、供給トナー量が少ない領域は制御電極４２、共通電極４３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］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。
【００５２】
これは、等価的にトナー担持体１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４３との電位差が小さくなった結果、記録媒体３側電極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。
【００５３】
さらに、供給トナー量が増加して１．２［ｍｇ／ｃｍ２］を超えると、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のバイアス電位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。
【００５４】
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。
【００５５】
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、電極へのトナー付着回避、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。
【００５６】
すなわち、電荷を有するトナーがトナー担持体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（その他は前記の条件と同じ）、トナーの通過をＯＮさせる場合の各電位の関係は、Ｖｐ＞Ｖｃ−ｏｎ＞（Ｖｓ＋Ｖｔ）＞Ｖｇと、負帯電トナーの場合はＶｐ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がマイナス電位側に高くなる設定とする。
【００５７】
また、トナーの通過をＯＦＦさせる場合の各電位の関係は、（Ｖｓ＋Ｖｔ）＞Ｖｇであり、且つ、（Ｖｓ＋Ｖｔ）＞Ｖｃ−ｏｆｆと、負帯電トナーの場合は（Ｖｓ＋Ｖｔ）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）がマイナス電位側に高くなる関係に設定する。
【００５８】
各電極１１、４２、４３、３１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１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、トナー利用効率の向上を図れ、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
【００５９】
なお、上記の例では、トナー担持体１表面の複数の電極にクラウドパルスを印加してトナー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、電極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１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。
【００６０】
上述したように、本実施形態では、トナー担持体１表面のトナーをホッピングさせてクラウド化する際に、時間的に変動する電圧をトナー担持体１の複数の電極１１に印加する。例えば、トナーの供給はトナーを搬送供給するトナー担持体１の表面にトナーを搬送する方向と直交する方向に所定ピッチで設けられた複数の電極１１を有するトナー担持体１から供給する。ここで、トナー制御手段４の共通電極４３が設けられてない場合や、各電極１１、４２、４３、３１に対する電位の設定が上述した範囲に無い場合などでは、制御電極４２へのトナー付着が急速に発生する等、トナー飛翔制御の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の利用効率が非常に低下するため、画像濃度の確保や高速印刷などが困難となる。
【００６１】
トナー担持体１表面上のトナーが十分にクラウド化し活性な条件であっても、各トナー通過孔４１から印写されたドットが集まって形成される画像としては、必ずしも良好な画像が得られない場合がある。その原因を調べるために、トナーのクラウド状態を高速度カメラで観察した。トナー担持体１の電極１１に印加する電圧であるＶｍａｘ，ｐは十分に活性化する条件で固定し、印加する電圧（交番電圧）の周波数を変化させおこなった。電極１１に印加する交番電圧の周波数が低い場合、電極１１上のトナーは電圧の切り替わりにより浮き上がり近隣の電極１１上に付着する動きを繰り返し、トナーのホッピング状態は比較的そろっていた。電極１１に印加する交番電圧の周波数をより高い周波数にしていった場合、電圧の切り替わりによりトナーは電極１１上から浮き上がり近隣の電極１１に付着するような動きをするが、次の電圧の切り替わり時に、飛翔した一部のトナーが近隣の電極１１に付着する前の状態となり、次の電圧の切り替わりに追従できなくなってトナーのホッピング状態に乱れが生じてくることが観察された。また、トナーのホッピング状態が乱れてくる条件と、記録媒体３上に印写されたドットが乱れやすくなる条件とが一致することから、このトナーのホッピング状態が乱れる条件において、トナー担持体１上の電極間でトナーをホッピングさせる電界に、十分にコントロールされていないトナーが存在することが、印写ドットの不安定性に寄与するものと考えられる。
【００６２】
つまり、電極間の交番電界の切り替わりに一部のトナーが追従できなくなると、交番電界切り替え時に電極１１上に着地しているトナーや電極１１上に着地していないトナーなどが混在し、トナーのホッピング状態が乱れてしまう。上記交番電界の切り替わりに追従できないトナーの分布はトナー担持体１上の箇所毎で異なるため、トナー担持体１上の箇所毎でトナーのホッピング状態が異なる。このように、トナー担持体１上の箇所毎でトナーのホッピング状態が異なってしまうと、トナーがホッピングすることで形成されるトナークラウドのトナー濃度（クラウド密度）がトナー担持体１上の箇所毎でばらついてしまう。このようにトナークラウドのトナー濃度にばらつきが生じてしまうと、トナー担持体１から飛翔し絶縁基板４５に形成された複数のトナー通過孔４１それぞれを通過するトナーの量が複数のトナー通過孔４１ごとで異なってしまう。そのため、複数のトナー通過孔４１それぞれを通って記録媒体３の表面まで飛翔し複数のトナー通過孔４１それぞれに対応して形成された各ドット画素像のトナー付着量にばらつきが生じ、これらドット画素像が集まって形成される画像に画像濃度むらなどが発生するといった問題が生じる。
【００６３】
そこで、本実施形態においては、電圧印加手段５によるトナー担持体１の電極１１への交番電圧の印加を間欠的に行う。このように、電圧印加手段５によって複数の電極１１に交番電圧が間欠的に印加されることで、複数の電極１１に交番電圧が印加されずホッピングをしていないときのトナーはトナー担持体１上に担持される。これにより、交番電圧の切り替わりに追従できないトナーが現れたとしても、トナーのホッピングが断続的に行われることで、トナー担持体１上のいずれの箇所においてもトナーのホッピング開始位置をトナー担持体１上にすることができる。よって、次に交番電圧が印加されてトナーのホッピングが開始される時には、トナー担持体１上のいずれの箇所においてもトナー担持体１上からトナーが飛び跳ねることになり、連続的に交番電圧を印加する場合よりも、トナー担持体１上の箇所毎でトナーのホッピング状態が乱れてしまうのを抑制することができる。したがって、トナーがホッピングすることで形成されるトナークラウドのトナー濃度がトナー担持体１上の箇所毎でばらついてしまうのを抑制することができ、トナー担持体１から飛翔し複数のトナー通過孔４１それぞれを通過するトナーの量にばらつきが生じるのを抑えられる。すなわち、図６（ａ）に示したように、トナー通過ｏｎ時には記録媒体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を迂回して（跨いで）ループ状に電気力線１０が形成されるので、そのループ状の電気力線１０近傍にあるトナーは、トナー通過孔４１を通って記録媒体３側に向かう力を受ける。このとき、トナー担持体１と絶縁基板４５（トナー制御手段４）との間にある電気力線１０から、トナー通過孔４１を通って記録媒体３側に向かう力を受ける領域に安定したトナークラウドがあれば、安定した量のトナーが電気力線１０に沿ってトナー担持体１側からトナー通過孔４１を通過し記録媒体３上に印写される。ゆえに、複数のトナー通過孔４１それぞれを通って記録媒体３の表面まで飛翔し複数のトナー通過孔４１それぞれに対応して形成された各ドット画素像のトナー付着量のばらつきが抑えられ、これらドット画素像が集まって形成された画像に画像濃度むらなどが生じるの抑制できる。
【００６４】
また、印加電圧の切り替わり回数が多いほど印写画像濃度は得られやすく、単純に電極１１に印加する交番電圧を低周波としたのでは、十分な画像濃度が得られ難い。そのため、良好な画像を得るためには、トナーのホッピング状態のコントロールと、画像濃度とを両立させることが課題となる。
【００６５】
本実施形態では、上記課題を解決するために、図１に示すような電圧を２相（Ａ相及びＢ相）で印加した。この電圧は、周期Ｔ１の交番電圧をｍ回交番させる印加を周期Ｔ２で繰り返すようにしたものであり、周期Ｔ２で示される所定時間内において、まず周期Ｔ１の交番電圧をｍ回連続して印加し、そのｍ回の電圧印加が終わった後の残りの時間には周期Ｔ１の交番電圧の電圧印加を行わないようにしている。このように、本実施形態においては、所定時間Ｔ２内でトナーをホッピングさせるための交番電圧を電極１１に印加しない時間がある。よって、このような電圧印加をＴ２毎に行う、言い換えれば、周期Ｔ１の交番電圧を間欠的に行うことで、トナーのホッピング状態を落ち着かせ、トナーのホッピンング状態がコントロールされない状態となるのを防ぐことができる。これにより、後述する実験結果などからもわかるように、周期Ｔ１の交番電圧を所定回数ｍ回作用させる印加を所定時間Ｔ２毎に行うことによって、トナーのクラウド状態を適切にコントロールすることが可能となり、周期Ｔ１の交番電圧をｍ回繰り返し電極１１に印加することで所望の画像濃度を得ることが可能となる。
【００６６】
図９に、トナー担持体１の電極１１に印加する交番電圧の一例を示す。Ａ相は周期Ｔ１で周期Ｔ２のパルスがｍ回交番するものであり、Ｂ相は、周期Ｔ１でＡ相のＴ１とは逆位相で交番する電圧である。このような電圧をトナー担持体１の電極１１に印加した場合でも、トナークラウドが安定化するとともに、ｍ回の交番によって十分なクラウド密度が得られ、画像濃度が得られている。
【００６７】
次に、本発明に係る画像形成装置の一例について図１０を参照して説明する。なお、図１０は同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、前述した実施形態のユニットを４個設けてイエロー（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１０４によるＯＮ／ＯＦＦ制御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。
【００６８】
つまり、この画像形成装置は、記録媒体である中間転写体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色分のトナーのクラウド化して供給する４個のトナー供給ユニット１００ｙ、１０１ｍ、１０１ｃ、１０１ｋ（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と中間転写体１０３との間に、それぞれ前記実施形態のトナー制御手段４と同様な構成のトナー制御手段１０４を配置している。
【００６９】
ここで、中間転写体１０３は、２つのローラ１３２、１３３との間に掛け回されて矢示方向に周回移動する。この中間転写体１０３の背面（内側）には各トナー供給ユニット１００に対応し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。
【００７０】
トナー供給ユニット１００は、トナーをクラウド化させるために電圧を印加する複数の電極１１１を並べて配置したトナー担持体１と同様な構成の円筒状のトナー担持体１０１と、このトナー担持体１０１にトナーを補給する回転するトナー補給ローラ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。
【００７１】
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。
【００７２】
そして、トナー供給ユニット１００で供給されるトナーがトナー制御手段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体１０３上に飛翔され、中間転写体１０３上にカラーのトナー画像が形成される。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
このように、この画像形成装置は、中間転写記録体に４色画像を形成した後、給紙部から供給される記録紙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。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。
【００７６】
次に、本発明に係る画像形成装置の他の例について図１１を参照して説明する。なお、図１１は同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、記録媒体を記録紙として、記録紙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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
また、図１０で説明した構成の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。トナー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。
【００８０】
次に、上述した画像形成装置で用いるトナー担持体１０１の一例について図１２を参照して説明する。なお、図１２（ａ）はトナー担持体１０１を展開した状態で示す模式的平面説明図、図１２（ｂ）は同じく模式的断面説明図である。
この例は、トナー担持体１０１表面に複数の電極を設け、１本おきの２組を共通にした２相用電極を備え、１８０［°］位相の異なる２相パルス（図１参照）を印加して、隣接電極同士で吸引と反発を繰り返す２相電界を形成するトナー担持体１０１の例である。
【００８１】
このトナー担持体１０１は、絶縁性基材１０１Ａの表面上に複数の電極１１１としてＡ相用電極１１１Ａと、Ｂ相用電極１１１Ｂとを設け、その上に表面保護層１０１Ｂを設けたものである。櫛歯状の電極１１１Ａ、１１１Ｂは、トナーの搬送方向と直交する方向に微細なピッチに並行に設け、両サイドには共通のバスライン１１１Ａａ、１１１Ｂａで外部の図示しない２相パルス発生回路にそれぞれ接続されている。
【００８２】
電極１１１Ａ、１１１Ｂに印加するパルス電圧は、周波数が０．５［ｋＨｚ］〜７［ｋＨｚ］、ＤＣ電圧をバイアスに含むパルス電圧であるが、その波高値は±６０〜±３００［Ｖ］等、電極幅、電極間隔に応じたパルス電圧を印加する。この２相電界の場合は、隣接同士の電界方向の切り替わりに応じてトナーの反発飛翔と吸引飛翔を繰り返し、トナーは相互の電極間を往復移動する。そして、トナー担持体１０１全体は、トナーを搬送する方向に回転移動するものである。
【００８３】
このように、トナー担持体１０１表面のトナーを飛翔させてクラウド化する手段が、トナー担持体１０１表面にトナーの搬送方向と直交する方向に長く延びて所定の間隔で配設された複数の電極を有し、各電極に印加する電圧は隣接電極相互の間でトナーを吸引する方向と反発する方向を交互に繰り返す関係の電圧を印加し、トナー担持体１０１が回転移動することでトナーの搬送とクラウド化を行う構成とすることで、トナー担持体１０１表面のトナーの搬送に関して、トナーの帯電品質に左右されない安定なトナーの搬送が可能となり、装置全体としても信頼性の高い画像形成装置を実現できる。
【００８４】
次に、上述した画像形成装置で用いるトナー担持体１０１の他の例について図１３を参照して説明する。なお、図１３（ａ）はトナー担持体１０１を展開した状態で示す模式的平面説明図、図１３（ｂ）は同じく模式的断面説明図である。
この例は、３相進行波電界を形成するトナー担持体１０１の例である。絶縁性基材１０１Ａ上にＡ相、Ｂ相の電極１１１Ａ、１１１Ｂ、その上層に絶縁層１０１Ｃを形成した後Ｃ相電極１１１Ｃを形成し、このＣ相電極１１１Ｃの上に表面保護層１０１Ｂを設けている。
【００８５】
各ＡＢＣ３相の電極１１１Ａ、１１１Ｂ、１１１Ｃは、トナーの搬送方向と直交する方向に微細なピッチに並行に設け、両サイドには共通のバスライン１１１Ａａ、１１１Ｂａ、１１１Ｃａで外部の図示しない３相パルス発生回路にそれぞれ接続されている。
【００８６】
この３相進行波電界を用いる場合は、図１４に示すように、１周期で１２０［°］位相がシフトしたパルス電圧を順次印加することで、トナー担持体１０１表面にはパルスの切り替わりに伴って電界も順次シフトする進行波電界が発生し、電界が切り替わる方向に帯電トナーは上方への飛翔を繰り返すと同時に搬送されるため、基本的にトナー担持体１０１は回転しないで静止したままで良い。
【００８７】
このように、トナー担持体１０１表面のトナーを飛翔させてクラウド化する手段が、トナー担持体１０１表面にトナーの搬送方向と直交する方向に長く延びて所定の間隔で配設された複数の電極を有し、ｎ本毎の各電極にｎ相の位相電圧を印加して電極相互の間で進行波電界を形成することでトナーの搬送とクラウド化を行う構成とすることで、トナー担持体１０１表面のトナーの搬送に関して、トナー搬送を行う部分が回転駆動を必要としないため、平面的なベルト形状も可能となり、レイアウトの自由度から装置全体の小形化、低コスト化が可能となる。
【００８８】
また、長期間の使用に際し、電極表面にはトナーの外添剤等微細な粒子が堆積する場合は、画像形成の時間以外に行うクリーニングモードのシーケンスによって、トナー担持体１０１表面をクリーニングすることで搬送の信頼性が確保できる。クリーニングは、クリーニングモードの時のみトナー担持体１０１表面に接する構成で、回転ブラシ、ブレート、吸引スリット等でクリーニングを行う。電極１１１Ａ，１１１Ｂ、１１１Ｃに印加するパルス電圧は、前記と同様に、周波数が０．５［ｋＨｚ］〜７［ｋＨｚ］、ＤＣ電圧をバイアスに含むパルス電圧であるが、その波高値は±６０〜±３００［Ｖ］等、電極幅、電極間隔に応じたパルスを印加する。
【００８９】
これらのトナー担持体１０１の具体的構成において、ベース基板である絶縁性基材１０１Ａは、例えば、樹脂或いはセラミックス等の絶縁性材料からなるもの、或いは、アルミなどの導電性材料からなる基材に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ものなどを用いることができる。また、電極１１１は、ベース基板上にＡｌ、Ｎｉ−Ｃｒ等の導電性材料を０．１〜１［μｍ］厚さで成膜し、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、または銅箔を積層、メッキ等で形成した後フォトリソでパターン化してもよい。
【００９０】
表面保護層１０１Ｂとしては、例えば、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＴｉＮ、Ｔａ２Ｏ５などを厚さ０．５〜２［μｍ］で蒸着成膜して形成、またはポリカーボネート、ポリイミド、メチルメタアクリレート等の有機材料を２〜１０［μｍ］厚に薄膜印刷塗布して加熱硬化したものでもよい。
【００９１】
このように構成したトナー担持体１０１においては、駆動回路から飛翔用のパルスを印加して飛翔電界を形成することで、トナー担持体１０１上の帯電したトナーは反発力や吸引力などを受けて上下方向への飛翔、進行波方向への搬送が行われる。
【００９２】
次に、上記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１５を参照して説明する。
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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、第一電圧印加手段２１１によって供給バイアスが印加されている。
【００９６】
トナー担持体１０１には、第二電圧印加手段２１２によって前述した図１或いは図１４に示す電圧が電極１１１に印加されている。マグブラシローラ２０４と対向する位置においては、第一電圧印加手段２１１及び第二電圧印加手段２１２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、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、第二電圧印加手段２１２から電極１１１に印加された電圧が形成する電界によってクラウド化し、トナー担持体１０１の回転、またはトナー担持体１０１の進行波電界によって搬送される。
【００９７】
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、制御電極４２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。
【００９８】
次に、上記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。
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補給ローラ１１３と摩擦帯電を行い、静電気力によってトナー補給ローラ１１３上に汲み上げられる。トナー補給ローラ１１３上のトナーはブレード１１４によって薄層とされ、トナー補給ローラ１１３の回転に伴ってトナー担持体１０１と対向する位置に搬送される。
【００９９】
このとき、トナー補給ローラ１１３には、第一電圧印加手段２２１によって供給バイアスが印加されている。トナー担持体１０１には、第二電圧印加手段２２２によって電極１１１に電圧が印加されている。したがって、トナー担持体１０１と対向する位置においては、第一電圧印加手段２２１及び第二電圧印加手段２２２によってトナー担持体１０１とトナー補給ローラ１１３との間に電界が生じ、その電界からの静電気力を受け、トナーはトナー補給ローラ１１３から分離し、トナー担持体１０１表面に移動する。
【０１００】
前記の例と同様に、トナー担持体１０１表面に達したトナーは、第二電圧印加手段２２２から電極１１に印加された電圧が形成する電界によってクラウド化し、トナー担持体１０１の回転、またはトナー担持体１０１の進行波電界によって搬送される。
【０１０１】
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、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。
【０１０２】
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はトナー担持体１０１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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
［実験］
次に、図１１に示した画像形成装置を用いて行った、トナー供給ユニット内のトナー担持体１０１の複数の電極１１１に印加する電圧のかけ方を変化させたときに記録紙１５０上に形成される画像の状態の評価実験について説明する。
【０１０５】
実施例１においては、±１５０Ｖｐｐの２相の交番電圧を同じタイミングで異位相となるようにトナー担持体１０１の複数の電極１１１に印加し、且つ、２［ｍｓ］周期（周期Ｔ２）毎に、まず０．２［ｍｓ］周期（周期Ｔ１）の交番電圧を３回（ｍ＝３）連続印加し、その連続印加後の残りの時間（１．２［ｍｓ］の間）には交番電圧の印加せず、間欠的に０．２［ｍｓ］周期の交番電圧を電極１１１に印加した。
【０１０６】
実施例２においては、±１５０Ｖｐｐの２相の交番電圧を同じタイミングで異位相となるようにトナー担持体１０１の複数の電極１１１に印加し、且つ、２［ｍｓ］周期（周期Ｔ２）毎に、まず０．２［ｍｓ］周期（周期Ｔ１）の交番電圧を４回（ｍ＝４）連続印加し、その連続印加後の残りの時間（１．２［ｍｓ］の間）には交番電圧の印加せず、間欠的に０．２［ｍｓ］周期の交番電圧を電極１１１に印加した。
【０１０７】
実施例３においては、±１５０Ｖｐｐの２相の交番電圧を同じタイミングで異位相となるようにトナー担持体１０１の複数の電極１１１に印加し、且つ、２［ｍｓ］周期（周期Ｔ２）毎に、まず０．２［ｍｓ］周期（周期Ｔ１）の交番電圧を６回（ｍ＝６）連続印加し、その連続印加後の残りの時間（１．２［ｍｓ］の間）には交番電圧の印加せず、間欠的に０．２［ｍｓ］周期の交番電圧を電極１１１に印加した。
【０１０８】
実施例４においては、±１５０Ｖｐｐの２相の交番電圧を同じタイミングで異位相となるようにトナー担持体１０１の複数の電極１１１に印加し、且つ、２［ｍｓ］周期（周期Ｔ２）毎に、まず０．２［ｍｓ］周期（周期Ｔ１）の交番電圧を７回（ｍ＝７）連続印加し、その連続印加後の残りの時間（１．２［ｍｓ］の間）には交番電圧の印加せず、間欠的に０．２［ｍｓ］周期の交番電圧を電極１１１に印加した。
【０１０９】
実施例５においては、２相の交番電圧のうち、一方の交番電圧を±１５０［Ｖｐｐ］とし、他方の交番電圧が上記一方の交番電圧の電圧振幅の中心電圧、すなわち、０［Ｖ］としてトナー担持体１０１の複数の電極１１１に印加し、且つ、２［ｍｓ］周期（周期Ｔ２）毎に、まず０．２［ｍｓ］（周期Ｔ１）周期の交番電圧を４回（ｍ＝４）連続印加し、その連続印加後の残りの時間（１．２［ｍｓ］の間）には交番電圧の印加せず、間欠的に０．２［ｍｓ］周期の交番電圧を電極１１１に印加した。
【０１１０】
実施例６においては、２相の交番電圧のうち、一方の交番電圧を±３００［Ｖｐｐ］とし、他方の交番電圧が上記一方の交番電圧の電圧振幅の中心電圧、すなわち、０［Ｖ］としてトナー担持体１０１の複数の電極１１１に印加し、且つ、２［ｍｓ］周期（周期Ｔ２）毎に、まず０．２［ｍｓ］周期（周期Ｔ１）の交番電圧を４回（ｍ＝４）連続印加し、その連続印加後の残りの時間（１．２［ｍｓ］の間）には交番電圧の印加せず、間欠的に０．２［ｍｓ］周期の交番電圧を電極１１１に印加した。
【０１１１】
比較例１においては、連続的に±１５０Ｖｐｐ、２［ｍｓ］周期の２相の交番電圧を同じタイミングで異位相となるようにトナー担持体１０１の複数の電極１１１に印加した。
【０１１２】
比較例２におていは、連続的に±１５０Ｖｐｐ、０．２［ｍｓ］周期の２相の交番電圧を同じタイミングで異位相となるようにトナー担持体１０１の複数の電極１１１に印加した。
【０１１３】
各実験条件で記録紙１５０上に形成された画像の状態の評価は、その画像を形成するドットの径及び濃度を目視によって主観的に評価し総合評価として、良好なものを「◎」、実使用上許容できるものを「○」、実使用上許容できないものを「×」とした。
【０１１４】
この評価実験の実験結果を表１に示す。
【０１１５】
【表１】
2010089439.tif 000003
【０１１６】
実施例１から実施例６においては、いずれの評価も良好「◎」または実使用上許容できる「○」となり、比較例１及び比較例２においては、いずれの評価も実使用上許容できない「×」となった。このことから、トナー担持体１０１の複数の電極１１１に交番電圧を間欠的に印加することで、トナーのホッピング状態が乱れるのを抑えられトナーのクラウド状態を適切にコントロールすることが可能となり、上述した理由などによって良好な画像形成が行えることがわかる。
【０１１７】
また、実施例１から実施例６の実験結果から、０．２［ｍｓ］周期（Ｔ１）の交番電圧を印加する回数ｍは、ドットの径のばらつき低減に関して言えば回数ｍが６以下のときにその効果が強く見られた。また、ドットの濃度に関しては、回数ｍが４以上でほぼ同じ程度の濃度となった。このことから、クラウド状態になっているトナーの濃度（クラウド密度）が、回数ｍの値の増加とともに増加するが、印写へ使われるトナー量に対して回数ｍ＝４程度でクラウド状態のトナーの濃度（クラウド密度）が十分となることがわかる。
【０１１８】
また、実施例５においては、電極間の電位差が両電極に実施例２のような交番電圧をかける場合の１／２となるため、すなわち、実施例２においては電位差が１５０［Ｖ］であるのに対して実施例５では電位差が７５［Ｖ］となる。そのため、実施例２よりも電位差が小さくなる分、トナーのホッピングが活性されないため、クラウド状態になっているトナーの濃度が実施例１よりも小さくなったと考えられる。
【０１１９】
また、実施例６において、実施例５の実験条件に対して交番電圧の振幅を２倍にし、実施例６における電極間の電位差を実施例２と同じ１５０［Ｖ］にすることで、評価結果が実施例２と同様の結果が得られた。つまり、電極間の電位差が実施例２と同じで、且つ、０．２［ｍｓ］周期（Ｔ１）の交番電圧が実施例１と同じように４回（ｍ＝４）印加されるので、クラウド状態になっているトナーの濃度（クラウド密度）が実施例２と同程度になったためだと考えられる。
【０１２０】
以上、本実施形態によれば、支持基材の表面に沿うように複数の電極１１が所定の間隔で配設されたトナー担持体１と、時間的に変化するｎ相（ｎは１以上）の交番電圧を複数の電極１１に印加して、トナー担持体１の表面に担持されている所定極性に帯電したトナーをホッピングさせる電界をトナー担持体１の表面上に発生させる電圧印加手段５と、複数の孔であるトナー通過孔４１が形成され、トナー担持体１に対向するように配設された孔形成部材である絶縁基板４５と、複数のトナー通過孔それぞれに対応させて絶縁基板４５のトナー担持体１に対向する側の面におけるトナー通過孔周囲またはトナー通過孔内壁の少なくとも一方に設けられ、トナー担持体１から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４２と、絶縁基板４５を介してトナー担持体１に対向するように配設され、トナー担持体１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３１とを備え、画像情報に基づいて、上記飛翔電界の形成によってトナー担持体１から選択的に飛翔させたトナーを、トナー通過孔４１を通して背面電極３１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、電圧印加手段５による複数の電極１１への上記交番電圧の印加を間欠的に行うように構成した。本実施形態においては、電圧印加手段５によって複数の電極１１に交番電圧が間欠的に印加されるので、複数の電極１１に交番電圧が印加されずホッピングをしていないときのトナーはトナー担持体１上に担持される。これにより、交番電圧の切り替わりに追従できないトナーが現れたとしても、トナーのホッピングが断続的に行われることで、トナー担持体１上のいずれの箇所においてもトナーのホッピング開始位置をトナー担持体１上にすることができる。よって、次に交番電圧が印加されてトナーのホッピングが開始される時には、トナー担持体１上のいずれの箇所においてもトナー担持体１上からトナーが飛び跳ねることになり、連続的に交番電圧を印加する場合よりも、トナー担持体１上の箇所毎でトナーのホッピング状態が乱れてしまうのを抑制することができる。したがって、トナーがホッピングすることで形成されるトナークラウドのトナー濃度がトナー担持体１上の箇所毎でばらついてしまうのを抑制することができ、トナー担持体１から飛翔し複数のトナー通過孔４１それぞれを通過するトナーの量にばらつきが生じるのを抑えられる。ゆえに、複数のトナー通過孔４１それぞれを通って記録媒体３の表面まで飛翔し複数のトナー通過孔４１それぞれに対応して形成された各ドット画素像のトナー付着量のばらつきが抑えられ、これらドット画素像が集まって形成された画像に画像濃度むらなどが生じるの抑制できる。
また、本実施形態によれば、電圧印加手段５は、所定時間Ｔ２内に周期Ｔ１の交番電圧を所定回数ｍ回印加するものであり、Ｔ２＞Ｔ１×ｍの関係を満たすことで、上述したように、トナーのホッピング状態を落ち着かせつつ、十分な画像濃度を得ることができる。
また、本実施形態によれば、電圧印加手段５によってトナー担持体１の複数の電極１１間に印加されるｎ相の交番電圧は、同じタイミング且つ異位相で交番することで、電圧の切り替えタイミングに追従させてトナーのホッピングを効率良く行うことができ、また、トナーのクラウド状態が安定化するとともに、ｍ回の交番によって十分なクラウド密度（クラウド状態のトナーの濃度）となり、トナー担持体１から飛翔し複数のトナー通過孔４１を通過するトナーの量がトナー通過孔４１ごとでばらつくことがなく、その結果、所望の画像濃度で記録媒体３上に画像を形成することができる。
また、本実施形態によれば、電圧印加手段５によってトナー担持体１の複数の電極１１間に印加されるｎ相の交番電圧のうち少なくとも１相は、上記周期Ｔ１の交番電圧であることで、このような構成においても、トナーのクラウド状態が安定化するとともに、ｍ回の交番によって十分なクラウド密度（クラウド状態のトナーの濃度）となり、トナー担持体１から飛翔し複数のトナー通過孔４１を通過するトナーの量がトナー通過孔４１ごとでばらつくことがなく、その結果、所望の画像濃度で記録媒体３上に画像を形成することができる。
また、本実施形態によれば、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４２を介して設けられた複数の外周電極である共通電極４３を有しており、背面電極３１と共通電極４３との間に、飛翔したトナーが共通電極４３側から制御電極４２を跨いでトナー通過孔４１を通り背面電極３１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。ここで、このように形成される電界の状態を表す電気力線は、トナー通過孔４１を通り、且つ、制御電極４２を跨ぐようにトナー担持体１と絶縁基板４５（トナー制御手段４）との間の空間を通って、背面電極３１と共通電極４３との間に形成される。そのため、トナー担持体１から制御電極４２に向かって飛翔してきたトナーは、制御電極４２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４３側からトナー通過孔４１を通り背面電極３１側に向かって移行される。よって、トナー担持体１から飛翔したトナーが制御電極４２に到達し難くなり、制御電極４２に付着するトナーを低減させることができる。経時で制御電極４２の表面にトナーが堆積すると、制御電極４２によって形成されるトナーを飛翔させる電界が弱まってしまい、トナーの飛翔効率が低下してしまう。そのため、経時でトナー通過孔４１を通過するトナーの通過量が変化し、所望の画像濃度が得られなくなる。したがって、本実施形態のように制御電極４２に付着するトナーを低減させることでトナーの飛翔効率が低減するのを抑えられ、経時で所望の画像濃度を得ることができる。
また、本実施形態によれば、共通電極４３を制御電極４２の外側を絶縁領域を介してリング状に囲む形状とすることで、背面電極３１と制御電極４２外側の共通電極４３との間に形成する電気力を各トナー通過孔４１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）のときに相互干渉（他のトナー通過孔４１の状態を受けること）が発生するのを抑制できる。
また、本実施形態によれば、共通電極４３を制御電極４２の外側に絶縁領域を介してベタ状に設ける、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、背面電極３１側の電界をシールドすることができ、且つ、制御電極４２へのトナー付着低減及びトナーの利用効率向上を図ることができる。
また、本実施形態によれば、共通電極４３を制御電極４２と同一平面に絶縁領域を介して設けることで、一回の製造プロセスで同時に形成でき、精度良く且つ低コストで絶縁基板４５に制御電極４２と共通電極４３とを形成できる。
また、本実施形態によれば、トナー担持体１の表面に配設された複数の電極１１の隣接する電極間でトナーを吸引する方向と反発する方向とを交互に繰り返す関係の電圧が電圧印加手段５によって印加され、電極１１に印加する２相の電極間ピッチまたはｎ本毎の各電極１１にｎ相の位相電圧を印加するような構成であることで、隣り合う電極間には必ず逆位相の電圧が加わっているようになり、電圧の切り替えタイミングに追従させてトナーのホッピングを効率良く行うことができる。また、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）のときに相互干渉（他のトナー通過孔４１の状態を受けること）が発生するのを抑制できる。
また、本実施形態によれば、トナー担持体１の表面に配設された複数の電極１１の隣接する電極間でトナーを吸引する方向と反発する方向とを交互に繰り返す関係の電圧が電圧印加手段５によって印加され、電極１１に印加する２相の電極間ピッチまたはｎ本毎の各電極１１にｎ相の位相電圧を印加するときのｎ相の電極間ピッチよりも、トナー担持体１の表面と絶縁基板４５のトナー担持体１側の表面との間隔のほうが大きいことで、上述したように、制御電極４２へトナーが付着することを確実に防止でき、連続したドットを印写しても濃度が変化することがなく、良好な画像が得られる。
また、本実施形態によれば、記録媒体３は記録紙であり、絶縁基板４５を介してトナー担持体１と対向する記録紙の背面となる位置に背面電極３１を設けた構成であっても上述したような種々の効果を得ることができる。
また、本実施形態によれば、記録媒体３は中間転写体であり、中間転写体自体または絶縁基板４５を介してトナー担持体１と対向する中間転写体の背面となる位置に背面電極３１を設けた構成であっても上述したような種々の効果を得ることができる。
また、本実施形態によれば、異なる色のトナーを記録媒体３上で重ね合わせて記録媒体３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。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】トナー担持体の電極に印加するパルス電圧の一例を示す波形図。
【図２】直接記録方法の模式的構成図。
【図３】制御電極に印加する制御パルスの一例を示す説明図。
【図４】（ａ）トナー制御手段の印写面側の模式図。（ｂ）トナー制御手段のトナー供給側面の説明図。
【図５】（ａ）トナー制御手段の印写面側の模式図。（ｂ）トナー制御手段のトナー供給側面の説明図。
【図６】（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）トナー制御手段がトナー通過不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７】供給トナー量とトナー電位との関係を示したグラフ。
【図８】供給トナー量とトナー制御手段へのトナー付着量との関係を示したグラフ。
【図９】トナー担持体の一方の電極に矩形波状のパルス電圧を印加し、他方の電極に直流電圧を印加した際の波形図。
【図１０】本実施形態に係る画像形成装置の一例を示す模式的説明図。
【図１１】本実施形態に係る画像形成装置の他の例を示す模式的説明図。
【図１２】（ａ）トナー担持体の一例を展開した状態で示す模式的平面説明図。（ｂ）同トナー担持体の模式的断面説明図。
【図１３】（ａ）トナー担持体の他の例を展開した状態で示す模式的平面説明図。（ｂ）同トナー担持体の模式的断面説明図。
【図１４】トナー担持体の電極に印加するパルス電圧の他の例を示す波形図。
【図１５】トナー供給ユニットの一例を示す模式的説明図。
【図１６】トナー供給ユニットの他の例を示す模式的説明図。
【図１７】従来の直接記録方式の装置の基本構成を示す模式図。
【符号の説明】
【０１２２】
１        トナー担持体
３        記録媒体
４        トナー制御手段
５        電圧印加手段
６        制御パスル発生手段
７        電源
８        バイアス電源手段
１０      電気力線
１１      電極
３１      背面電極
４１      トナー通過孔
４２      制御電極
４２ａ    リードパターン
４３      共通電極
４３ａ    リードパターン
４５      絶縁基板
１００    トナー供給ユニット
１０１    トナー担持体
１０１Ａ  絶縁性基材
１０１Ｂ  表面保護層
１０１Ｃ  絶縁層
１０３    中間転写記録体
１０４    トナー制御手段
１０５    給紙部
１０７    転写ローラ
１０８    定着ユニット
１１１    電極
１１３    トナー補給ローラ
１１４    ブレード
１３１    背面電極
１３２    ローラ
１３５    クリーニングユニット
１５０    記録紙
１６１    紙搬送ベルト
１６２    ローラ
１６４    ガイド
１６５    レジストローラ
２０１    記録剤収容部
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    第一電圧印加手段
２１２    第二電圧印加手段
２２０    帯電ローラ
２２１    第一電圧印加手段
２２２    第二電圧印加手段
５０１    トナー担持体
５０２    孔
５０４    飛翔電極
５０６    対向電極
５０７    記録紙
５１１    電極
【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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