(57)【要約】【課題】経時で個別電極表面のトナー堆積を抑制できる画像形成装置を提供する。【解決手段】複数の電極を有するトナー担持体と、ホッピング電界をトナー担持体上に発生させるように複数の電極に電圧印加する第１の電圧印加手段と、複数の貫通孔が形成されトナー担持体に対向する孔形成部材と、各複数の貫通孔に対応させて孔形成部材のトナー担持体対向面の孔周囲又は孔内壁の少なくとも一方に設けられた複数の個別電極と、少なくともトナー担持体からトナーを個別電極側に飛翔させる飛翔電界を発生させるように個別電極に電圧印加する第２の電圧印加手段と、孔形成部材を介してトナー担持体に対向しトナーを引き寄せる電界を形成するための対向電極とを備えた画像形成装置において、飛翔電界が形成されていないときに個別電極からクラウドＨｉｇｈ電圧が印加されたトナー担持体の電極へトナーが引き寄せられる電気力線を形成する。【選択図】図１
2010208238.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電極が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該トナー担持体の表面上でホッピングさせる、該複数の電極における電極間の電位差で形成されるホッピング電界を該トナー担持体の表面上に発生させるように該複数の電極にパルス電圧を印加する第１の電圧印加手段と、
複数の貫通孔が形成され、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、
該複数の貫通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貫通孔周囲または貫通孔内壁の少なくとも一方に設けられた複数の個別電極と、
少なくとも、該トナー担持体の電極と該個別電極との電位差によって該トナー担持体からトナーを該個別電極側に飛翔させるような飛翔電界を該トナー担持体の電極と該個別電極との間で発生させるように該個別電極に電圧を印加する第２の電圧印加手段と、
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飛翔させたトナーを、前記貫通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、
上記複数の電極に印加させるパルス電圧は電位の異なる、第１の電圧及び第１の電圧よりも高電位の第２の電圧とからなり、
前記第２の電圧印加手段は、前記飛翔電界が形成されていないときに、前記個別電極から該第２の電圧が印加された前記トナー担持体の電極へトナーが引き寄せられる電気力線が形成されるように該個別電極に電圧を印加する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、
１ドットの画像を形成する周期に対応して、上記飛翔電界を形成する期間と上記電気力線を形成する期間とを設けており、
トナー担持体表面に担持されるトナーがマイナス極性に帯電している場合、
前記電気力線を形成する期間には、上記個別電極に印加する電圧よりも上記第２の電圧のほうが高電位であり、且つ、該個別電極から該第２の電圧が印加された前記トナー担持体の電極へトナーが引き寄せられる電気力線が形成されるという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の画像形成装置において、
１ドットの画像を形成する周期に対応して、上記飛翔電界を形成する期間と上記電気力線を形成する期間とを設けており、
トナー担持体表面に担持されるトナーがプラス極性に帯電している場合、
前記電気力線を形成する期間には、上記第２の電圧よりも上記個別電極に印加する電圧のほうが高電位であり、且つ、該個別電極から該第２の電圧が印加された前記トナー担持体の電極へトナーが引き寄せられる電気力線が形成されることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項１または２の画像形成装置において、
上記記録部材に画像を形成する画像形成時とは別のタイミングで上記電気力線を形成して少なくとも上記個別電極のクリーニングを行うクリーニングモードを設け、
該クリーニングモード時には、上記第１の電圧印加手段によって上記複数の電極に画像形成時よりもプラス側に高電位の電圧を印加して、該個別電極に付着したトナー、または、その近傍のトナーを上記トナー担持体側に移動させ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、
上記クリーニングモード時に、上記第２の電圧印加手段によって上記個別電極に印加される電圧よりも上記第１の電圧印加手段によって上記複数の電極に印加させる上記第１の電圧及び上記第２の電圧のほうがプラス側に高電位であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項４の画像形成装置において、
上記複数の電極に同電位の電圧を印加する第３の電圧印加手段と、
該複数の電極への電圧印加を第１の電圧印加手段と第３の電圧印加手段とで切り換える電圧印加切り換え手段とを有しており、
上記クリーニングモード時には、該電圧切り換え手段によって該複数の電極への電圧印加を該第１の電圧印加手段から該第３の電圧印加手段に切り換え、
該第３の電圧印加手段によって該複数の電極に印加される電圧が上記第２の電圧印加手段によって上記個別電極に印加される電圧よりもプラス側に高電位であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
請求項４、５または６の画像形成装置において、
上記孔形成部材の上記対向電極に対向する側の面に設けられた、上記複数の貫通孔に対して共通の共通電極と、
該共通電極に電圧を印加する第４の電圧印加手段とを有しており、
クリーニングモード時には、該第４の電圧印加手段によって該共通電極に印加される電圧よりも該複数の電極に印加される電圧のほうがプラス側に高電位であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
請求項４、５、６または７の画像形成装置において、
上記クリーニングモードを紙間に実行す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、
上記複数の電極は、上記トナー担持体の支持基材の表面に沿うように所定の間隔で配設されているか、トナー担持体表面法線方向で互いに異なる位置に各電極間に絶縁層を介在させて配設されているか、のどちらかであ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トナー通過孔を通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】
従来の直接記録方式によって画像を形成する基本構成は例えば図３３に示すように構成される。図３３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、複数の貫通孔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（ＦＰＣ）５０３が配設されている。ＦＰＣ５０３は、各貫通孔孔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個別電極５０４を備えている。
【０００３】
そして、上記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が配設されており、この対向電極５０６上に搬送手段によって記録紙５０７が搬送される。図３３においては、便宜上、貫通孔５０２、個別電極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。
【０００４】
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を表面に担持する。個別電極５０４にプラス極性の飛翔電圧が印加されると、トナー担持体５０１上で個別電極５０４と対向する位置にあるトナーＴや、これの近傍にあるトナーＴ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に加わる静電力が、トナーＴとトナー担持体５０１との付着力を上回り、トナーＴの集合体がドット状の形状でトナー担持体５０１から選択的に飛翔して貫通孔５０２内に進入する。
【０００５】
そして、個別電極５０４と、これよりも高電位の電圧が印加された対向電極５０６との間に形成される電界に引かれて飛翔を続け、貫通孔５０２を通過して記録紙５０７の表面に付着する。この付着により、トナーＴの集合体はドット像となる。
【０００６】
この場合、各個別電極５０４に対する飛翔電圧のＯＮ／ＯＦＦについては、それぞれ専用のＩＣによって個別に制御する必要がある。即ち、直接記録方式の画像形成装置においては、電圧が高い場合、高価なＩＣが個別電極５０４と同じ数だけ必要になる。例えば６００ｄｐｉ用のＦＰＣ５０３を用いる場合には、高価なスイッチング素子を４９６０個設ける必要がある。一般に、ＩＣは、その耐電圧が高くなるほどチップ面積を必要とするため高価になり、直接記録方式の画像形成装置では、いかに制御電圧を下げるかが、装置の低コスト化を図る上での重要な要素となる。
【０００７】
ところが、トナーＴとトナー担持体５０１とには、鏡像力、ファンデルワールス力、液架橋力などによって互いに引き付け合うような付着力が作用しており、これが飛翔電圧の引き下げの妨げになっている。
【０００８】
特許文献１に記載の画像形成装置のトナー担持体には、絶縁性の支持基材の周方向に複数の電極が所定の間隔で配設されている。これら電極は、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つの電極の間には電極間の電位差によって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、トナー担持体は、所定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。個別電極とトナーとの間にトナーを個別電極に引き寄せる電界が形成されるような飛翔電圧が個別電極に印加されると、個別電極と対向する位置にあるトナー担持体の表面付近で浮遊しているトナーに所定強度の飛翔電界が作用する。この飛翔電界の作用により、トナーがトナー担持体から選択的に飛翔してＦＰＣに形成された貫通孔内に進入する。そして、貫通孔内に進入したトナーは、対向バイアスが印加された対向電極とトナーとの間に形成される、対向電極にトナーを引き寄せる電界に引かれて飛翔を続け、貫通孔を通過し記録紙の表面に付着してドット画素象となる。
【０００９】
特許文献１に記載の画像形成装置のように、トナー担持体上でトナーをクラウド状態にすることで、トナーとトナー担持体との間に作用する上記付着力を弱めることができ、その結果、飛翔電圧の引き下げを行うことができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
トナー担持体５０１の表面付近に浮遊しているトナーＴが貫通孔５０２に向かって飛翔した際に、飛翔電圧が印加された個別電極５０４にトナーＴが引きつけられると、その引きつけられたトナーＴが図３３に示すように個別電極５０４の表面に付着する。経時で個別電極５０４の表面にトナーＴが付着し堆積すると、個別電極５０４によって形成されるトナーＴを飛翔させる飛翔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、経時で貫通孔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。
【００１１】
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。
【００１２】
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、経時で個別電極の表面にトナーが付着し堆積す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】
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、複数の電極が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該トナー担持体の表面上でホッピングさせる、該複数の電極における電極間の電位差で形成されるホッピング電界を該トナー担持体の表面上に発生させるように該複数の電極にパルス電圧を印加する第１の電圧印加手段と、複数の貫通孔が形成され、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、該複数の貫通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貫通孔周囲または貫通孔内壁の少なくとも一方に設けられた複数の個別電極と、少なくとも、該トナー担持体の電極と該個別電極との電位差によって該トナー担持体からトナーを該個別電極側に飛翔させるような飛翔電界を該トナー担持体の電極と該個別電極との間で発生させるように該個別電極に電圧を印加する第２の電圧印加手段と、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飛翔させたトナーを、前記貫通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、上記複数の電極に印加させるパルス電圧は電位の異なる、第１の電圧及び第１の電圧よりも高電位の第２の電圧とからなり、前記第２の電圧印加手段は、前記飛翔電界が形成されていないときに、前記個別電極から該第２の電圧が印加された前記トナー担持体の電極へトナーが引き寄せられる電気力線が形成されるように該個別電極に電圧を印加することを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の画像形成装置において、１ドットの画像を形成する周期に対応して、上記飛翔電界を形成する期間と上記電気力線を形成する期間とを設けており、トナー担持体表面に担持されるトナーがマイナス極性に帯電している場合、前記電気力線を形成する期間には、上記個別電極に印加する電圧よりも上記第２の電圧のほうが高電位であり、且つ、該個別電極から該第２の電圧が印加された前記トナー担持体の電極へトナーが引き寄せられる電気力線が形成されるという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の画像形成装置において、１ドットの画像を形成する周期に対応して、上記飛翔電界を形成する期間と上記電気力線を形成する期間とを設けており、トナー担持体表面に担持されるトナーがプラス極性に帯電している場合、前記電気力線を形成する期間には、上記第２の電圧よりも上記個別電極に印加する電圧のほうが高電位であり、且つ、該個別電極から該第２の電圧が印加された前記トナー担持体の電極へトナーが引き寄せられる電気力線が形成され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または２の画像形成装置において、上記記録部材に画像を形成する画像形成時とは別のタイミングで上記電気力線を形成して少なくとも上記個別電極のクリーニングを行うクリーニングモードを設け、該クリーニングモード時には、上記第１の電圧印加手段によって上記複数の電極に画像形成時よりもプラス側に高電位の電圧を印加して、該個別電極に付着したトナー、または、その近傍のトナーを上記トナー担持体側に移動させ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、上記クリーニングモード時に、上記第２の電圧印加手段によって上記個別電極に印加される電圧よりも上記第１の電圧印加手段によって上記複数の電極に印加させる上記第１の電圧及び上記第２の電圧のほうがプラス側に高電位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４の画像形成装置において、上記複数の電極に同電位の電圧を印加する第３の電圧印加手段と、該複数の電極への電圧印加を第１の電圧印加手段と第３の電圧印加手段とで切り換える電圧印加切り換え手段とを有しており、上記クリーニングモード時には、該電圧切り換え手段によって該複数の電極への電圧印加を該第１の電圧印加手段から該第３の電圧印加手段に切り換え、該第３の電圧印加手段によって該複数の電極に印加される電圧が上記第２の電圧印加手段によって上記個別電極に印加される電圧よりもプラス側に高電位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４、５または６の画像形成装置において、上記孔形成部材の上記対向電極に対向する側の面に設けられた、上記複数の貫通孔に対して共通の共通電極と、該共通電極に電圧を印加する第４の電圧印加手段とを有しており、クリーニングモード時には、該第４の電圧印加手段によって該共通電極に印加される電圧よりも該複数の電極に印加される電圧のほうがプラス側に高電位であ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４、５、６または７の画像形成装置において、上記クリーニングモードを紙間に実行す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、上記複数の電極は、上記トナー担持体の支持基材の表面に沿うように所定の間隔で配設されているか、トナー担持体表面法線方向で互いに異なる位置に各電極間に絶縁層を介在させて配設されているか、のどちらかであることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明においては、前記飛翔電界が形成されていないときに、個別電極の表面に付着したトナーを前記第２の電圧が印加されたトナー担持体の電極に引き寄せるような電気力線が、前記第２の電圧が印加されたトナー担持体の電極と個別電極との間に形成される。これにより、個別電極の表面に付着したトナーが前記電気力線にのってトナー担持体側に移動し、個別電極に付着したトナーを個別電極から除去することができる。よって、経時で個別電極の表面にトナーが付着し堆積するのを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上、本発明によれば、経時で個別電極の表面にトナーが付着し堆積するのを抑制することができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態を示す模式的構成図。
【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）トナー制御手段の記録媒体側面の説明図。（ｂ）トナー制御手段のトナー担持体側面の説明図。
【図４】（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５】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６】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７】（ａ）トナー担持体を展開した状態で示す模式的平面説明図。（ｂ）トナー担持体の模式的断面説明図。
【図８】トナー担持体の電極に印加するパルス状電圧の一例を示す説明図。
【図９】（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）トナー担持体の他の例の模式的断面説明図。
【図１０】トナー供給ユニットの一例を示す模式的説明図。
【図１１】トナー供給ユニットの他の例を示す模式的説明図。
【図１２】実験例２におけるトナー担持体に印加する電圧と制御電極に印加する電圧との関係を示す説明図。
【図１３】（ａ）実験例１の電圧Ｖｃ−ｏｎ印加時における電界シミュレーションの結果を示す説明図。（ｂ）実験例１の電圧Ｖｃ−ｏｆｆにおける電界シミュレーションの結果を示す説明図。
【図１４】（ａ）実験例２の電圧Ｖｃ−ｏｎ印加時における電界シミュレーションの結果を示す説明図。（ｂ）実験例２の電圧Ｖｃ−ｏｆｆにおける電界シミュレーションの結果を示す説明図。
【図１５】（ａ）実験例３の電圧Ｖｃ−ｏｎ印加時における電界シミュレーションの結果を示す説明図。（ｂ）実験例３の電圧Ｖｃ−ｏｆｆにおける電界シミュレーションの結果を示す説明図。
【図１６】（ａ）実験例４の電圧Ｖｃ−ｏｎ印加時における電界シミュレーションの結果を示す説明図。（ｂ）実験例４の電圧Ｖｃ−ｏｆｆにおける電界シミュレーションの結果を示す説明図。
【図１７】（ａ）実験例５の電圧Ｖｃ−ｏｎ印加時における電界シミュレーションの結果を示す説明図。（ｂ）実験例５の電圧Ｖｃ−ｏｆｆにおける電界シミュレーションの結果を示す説明図。
【図１８】（ａ）実験例６の電圧Ｖｃ−ｏｎ印加時における電界シミュレーションの結果を示す説明図。（ｂ）実験例６の電圧Ｖｃ−ｏｆｆにおける電界シミュレーションの結果を示す説明図。
【図１９】（ａ）実験例７の電圧Ｖｃ−ｏｎ印加時における電界シミュレーションの結果を示す説明図。（ｂ）実験例７の電圧Ｖｃ−ｏｆｆにおける電界シミュレーションの結果を示す説明図。
【図２０】（ａ）実験例８の電圧Ｖｃ−ｏｎ印加時における電界シミュレーションの結果を示す説明図。（ｂ）実験例８の電圧Ｖｃ−ｏｆｆにおける電界シミュレーションの結果を示す説明図。
【図２１】（ａ）実験例９の電圧Ｖｃ−ｏｎ印加時における電界シミュレーションの結果を示す説明図。（ｂ）実験例９の電圧Ｖｃ−ｏｆｆにおける電界シミュレーションの結果を示す説明図。
【図２２】（ａ）実験例１０の電圧Ｖｃ−ｏｎ印加時における電界シミュレーションの結果を示す説明図。（ｂ）実験例１０の電圧Ｖｃ−ｏｆｆにおける電界シミュレーションの結果を示す説明図。
【図２３】（ａ）実験例１１の電圧Ｖｃ−ｏｎ印加時における電界シミュレーションの結果を示す説明図。（ｂ）実験例１１の電圧Ｖｃ−ｏｆｆにおける電界シミュレーションの結果を示す説明図。
【図２４】（ａ）実験例１２の電圧Ｖｃ−ｏｎ印加時における電界シミュレーションの結果を示す説明図。（ｂ）実験例１２の電圧Ｖｃ−ｏｆｆにおける電界シミュレーションの結果を示す説明図。
【図２５】（ａ）実験例１５の電圧Ｖｃ−ｏｎ印加時における電界シミュレーションの結果を示す説明図。（ｂ）実験例１５の電圧Ｖｃ−ｏｆｆにおける電界シミュレーションの結果を示す説明図。
【図２６】（ａ）実験例２１の電圧Ｖｃ−ｏｎ印加時における電界シミュレーションの結果を示す説明図。（ｂ）実験例２１の電圧Ｖｃ−ｏｆｆにおける電界シミュレーションの結果を示す説明図。
【図２７】（ａ）実験例２８の電圧Ｖｃ−ｏｎ印加時における電界シミュレーションの結果を示す説明図。（ｂ）実験例２８の電圧Ｖｃ−ｏｆｆにおける電界シミュレーションの結果を示す説明図。
【図２８】（ａ）実験例３４の電圧Ｖｃ−ｏｎ印加時における電界シミュレーションの結果を示す説明図。（ｂ）実験例３４の電圧Ｖｃ−ｏｆｆにおける電界シミュレーションの結果を示す説明図。
【図２９】クリーニングモード時にトナー担持体に印加する電圧と制御電極に印加する電圧との関係を示す説明図。
【図３０】クリーニングモード時における電界シミュレーションの結果を示す説明図。
【図３１】クリーニングモード時にトナー担持体の電極に印加する直流バイアスと制御電極に印加する電圧との関係を示す説明図。
【図３２】クリーニングモード時にトナー担持体の全ての電極に直流バイアスを印加したときの電界シミュレーションの結果を示す説明図。
【図３３】従来の直接記録方式の装置の基本構成を示す模式的説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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１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。
【００１８】
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、電源５から時間によって電位が変化するパスル電圧（クラウドパルス）が印加される。
【００１９】
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。
【００２０】
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に対し印写面側に共通の共通電極４３が設けられている。
【００２１】
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、印写面側の共通電極４３には常時、電源７からバイアス電圧Ｖｒｇが印加されており、印写面側領域電界の相互干渉を防止している。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。
【００２２】
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、電源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。
【００２３】
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にパルス電圧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、２本毎の各電極１１に２相の位相電圧を印加する２相の電極間ピッチ）に配置する。
【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）は同トナー制御手段の印写面側の説明図、（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［μｍ］〜１００［μｍ］幅のリング状の制御電極４２を設けている。
【００２５】
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、例えば直径φ５０［μｍ］〜φ２００［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が接続されている。
【００２６】
印写面側には、穴の周辺部を除いた領域に共通電極４３を設けた構成であり、制御電極への電圧Ｖｃ−ｏｎ、電圧Ｖｃ−ｏｆｆの電圧印加にかかわらず、隣接相互の電界の影響を受けない様ＤＣ電位を印加する構成としている。すなわち、記録媒体側のバイアス電位とトナー供給側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（複数のノズル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）が発生しないことを狙いとしている。
【００２７】
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蒸着膜を裏表に形成する。次に、表面のフォトリソ工程として、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行なう。同様に印写面側のパタンを裏面に前記と同様なフォトリソ工程を行った後、Ａｌエッチング液によるＡｌのパタンニングを行う。トナー通過孔４１となる貫通穴の形成は、パターン形成後プレスによる機械的な加工、または形成したパターンに対するエキシマレーザー加工、またはメタルマスクを利用した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穴加工が可能である。
【００２８】
このように構成した画像形成装置においては、担持体１の電極１１に対して１８０度位相の異なる２相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に対してバイアス電圧Ｖｒｇ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。
【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の電圧Ｖｃ−ｏｎ印加時に、記録媒体３側からトナー供給側に電気力線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。
【００３２】
そこで、トナー担持体１の電極１１に対するパルス電圧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Ｖｃについて、図４を参照して説明する。なお、図４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。通常の実験結果によると、±６０〜±３００［Ｖｐｐ］（ｐｐはピーク−ピーク）の範囲内で設定することでトナーの飛翔が可能であり、このシミュレーションの例では±２００［Ｖｐｐ］、ＤＣ電圧成分＋２００［Ｖ］の電圧を印加している。つまり、ピーク値で０［Ｖ］〜＋４００［Ｖ］の電圧をトナー担持体１の電極１１に印加している。なお、トナー担持体１とトナー制御手段４の間隔ｄは０．２［ｍｍ］である。
【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φ１２０［μｍ］、リング状の制御電極４２の穴中心方向の幅は５０［μｍ］、共通電極４３と穴の間隔は５０［μｍ］である。
【００３５】
このトナー制御手段４の共通電極４３は、ここでは＋１００［Ｖ］である。
【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、電圧Ｖｃ−ｏｎは＋２５０［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０［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［Ｖ］〜＋１５００［Ｖ］のＤＣ電圧を印加すればよい。図４の例では、トナー制御手段４と記録媒体３との間隔を０．３［ｍｍ］として背面電極３１にＤＣ＋８００［Ｖ］を印加し、トナー通過孔４１を通過したマイナス極性に帯電したトナーを記録媒体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がトナー通過孔４１を通過可能な状態にする場合（図４（ａ））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、一番電位の低い電極すなわちトナー担持体１の電極１１の０［Ｖ］を印加している電極に入ることになる。
【００３８】
図４（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、０［Ｖ］と最も電位の低い２箇所のトナー担持体１の電極１１に入る結果となっている。
【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極性に帯電したトナーや、０［Ｖ］の電圧が印加されたトナー担持体１の電極１１近傍のトナーなどが、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の表面にトナーＴが飛翔することができる。
【００４０】
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（図４−ｂ）、制御電極４２には０［Ｖ］が印加されている。また、トナー担持体電極の低電位側も０［Ｖ］であるが、記録媒体３側の背面電極３１からの電気力線１０は背面電極３１に対して近い位置にある制御電極４２に全て入ることになる。したがって、トナー担持体１表面、及び、その上方の供給領域にあるトナーは記録媒体の背面電極３１に向かって飛翔することはない。
【００４１】
この、阻止状態（ＯＦＦ状態）の制御電極４２への印加電圧は、トナー担持体１の電極１１の低電位側と同じ電位である必要はなく、穴を通過した電気力線１０がトナー担持体１表面に至らない条件であればトナーＴの通過を阻止する（ＯＦＦ状態にする）ことはできる。
【００４２】
次に、本発明に係る画像形成装置の一例について図５を参照して説明する。なお、図５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。
【００４３】
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と中間転写記録体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。
【００４４】
ここで、中間転写記録体１０３は、ローラ１３２とローラ１３３との間に掛け回されて矢示方向に周回移動する。この中間転写記録体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。
【００４５】
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記録剤層規制部材１１４を備えている。
【００４６】
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よりもトナー担持体回転方向下流側にある記録剤層規制部材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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
次に、本発明に係る画像形成装置の他の例について図６を参照して説明する。なお、図６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。
【００５２】
なお、紙搬送ベルト１６１は、ポリイミド等から形成され、ローラ１６２とローラ１６３と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。
【００５３】
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。
【００５４】
また、前記図５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。
【００５５】
次に、上述した画像形成装置で用いるトナー担持体の一例について図７を参照して説明する。なお、図７（ａ）はトナー担持体を展開した状態で示す模式的平面説明図、図７（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８参照）を印加して、隣接電極同士で吸引と反発を繰り返す２相電界を形成するトナー担持体の例である。
【００５６】
このトナー担持体１０１は、絶縁性基板１０１Ａの表面上に複数の電極１１１としてＡ相用電極である電極１１１Ａと、Ｂ相用電極である電極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、電極１１１Ｂは、トナーの搬送方向と直交する方向に微細なピッチに並行に設け、両サイドには共通のバスライン１１１Ａａ、バスライン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。
【００５７】
電極１１１Ａ、電極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［Ｖ］〜±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。
【００５８】
このように、トナー担持体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。
【００５９】
次に、上述した画像形成装置で用いるトナー担持体の他の例について図９を参照して説明する。なお、図９（ａ）はトナー担持体を展開した状態で示す模式的平面説明図、図９（ｂ）は同じく模式的断面説明図である。
【００６０】
この例は、トナー担持体表面に複数の電極を設け、表層側の各電極を共通とし、絶縁層を介して下層に設けた導体基材電極との間に１８０［°］位相の異なる２相パルス（図８参照）を印加して、表層側電極と下層導体基材電極相互の電界で吸引と反発を繰り返すトナー担持体の例である。
このトナー担持体は、間に設けた絶縁性基板の表面上に複数の電極としてＡ相用電極、下層にベタの導体基材であるＢ相用電極を設け、これらの表面に図７と同様に保護層を設けたものである。
【００６１】
表面側の電極は、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。
【００６２】
ここで使用する２相パルス電圧も、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、その波高値は±６０［Ｖ］〜±３００［Ｖ］等、電極幅、電極間隔に応じたパルス電圧を印加する構成は、図７と同様である。この２相電界によって、表層側電極と表層電極のスペース間を２相パルスの切り替わりに応じてトナーが飛翔を繰り返す。そして、トナー担持体全体は、トナーを搬送する方向に回転移動するものである。
【００６３】
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板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［μｍ］〜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。また、図９の例に示す下層導体基材電極は、Ａｌ、Ｎｉ−Ｃｒ等の導電性材料であればよい。
【００６４】
表面保護層１０１Ｂとしては、例えば、ＳｉＯ＿［２］＿、ＴｉＯ２、ＴｉＮ、Ｔａ２Ｏ５などを厚さ０．５［μｍ］〜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［μｍ］〜１０［μｍ］厚に薄膜印刷塗布して加熱硬化したものでもよい。
【００６５】
このように構成したトナー担持体においては、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。
【００６６】
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１０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は室２０１Ａと室２０１Ｂとの２つに分けられており、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、室２０１Ａ、室２０１Ｂにある攪拌搬送スクリュー２０２Ａ、攪拌搬送スクリュー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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
汲み上げ位置で汲み上げら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。
【００７０】
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７或いは図９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、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。
【００７１】
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。
【００７２】
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１１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上のトナーは記録剤層規制部材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。
【００７３】
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と第二電圧印加手段２２２とによって、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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
ここで、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、トナー（記録材）によって記録媒体（中間転写媒体を含む）上に画像を直接記録する従来の直接記録方式の画像形成装置として次のようなものがある。
【００７９】
例えば、特開昭６３−１３６０５８号公報には、トナーホッパから供給されたトナーに、固定ブレード又は回転ローラとの摩擦帯電によって帯電電荷を与え、回転搬送した後、制御部材に印加する制御パルスと回転ローラとの間の電界でトナーの飛翔を制御するものが記載されている。
【００８０】
ここでは、帯電電荷を有するトナーが回転ローラ表面に静電的に付着しており、そのトナーを制御パルスで剥離する必要がある。回転ローラと制御部材は数１００［μｍ］以上のギャップを有するため、剥離のために印加する制御パルスは必然的に５００［Ｖ］以上の高い電圧を必要とし、画素に対応した数が必要な制御用のドライバコストは非常に高価になってしまう問題、さらに、回転ローラに付着しているトナーを剥離して飛翔させるため応答性が悪く時間遅れの問題もある。
【００８１】
特許第２９３３９３０号公報、特公平２−５２２６０号公報には、回転するトナー担持体と制御手段との間に交番バイアスを印加しながらトナー通過の制御電極に制御パルスを印加するものが記載されている。
【００８２】
この構成は、上記特開昭６３−１３６０５８号公報に記載の装置のような応答性の問題は軽減されるものの、トナーの飛翔領域全体に一様な交番電界を印加して、トナーがトナー担持体に付着している時間と飛翔状態を繰り返すようにしている。そのため、トナー担持体に付着しているトナーを剥離するために強い交番バイアスを印加する必要があり、剥離したトナーは勢いよくトナー制御手段側へ飛翔して多くのトナーがトナー制御手段の電極に付着することが避けられず、信頼性に大きい問題がある。さらに、トナー担持体とトナー制御手段は前記と同様のギャップを有するため両者の間に印加している電圧値は５００［Ｖ］以上と高く、この電界に対してトナーを通過または阻止させる電界を形成する制御パルスは同様に高い電圧値を必要とするためドライバコストの問題は解決できていない。
【００８３】
特開平４−２６９５６３号公報には、プリント１枚終了毎に、トナー担持体と制御電極との間にト制御電極の清掃を行う清掃電界を印加して、制御電極に付着したトナーを静電的に除去する構成が開示されている。ところが、このような構成では印写密度の高い画像を印写した場合等、制御電極のトナー付着の問題を回避できるレベルに至っていない。
【００８４】
一方、特開昭５９−１８１３７０号公報（特許文献１）には、トナー担持体に複数の電極を有し、この電極間に時間的に変化する電界を形成してトナーを制御電極側へ飛翔させる構成が記載されている。
【００８５】
ここでは、制御電極近傍に飛翔して浮遊するトナーの通過を制御するため、上記特開昭６３−１３６０５８号公報、上記特許第２９３３９３０号公報、上記特公平２−５２２６０号公報の装置の制御電圧が高くなる欠点は解決されている。
【００８６】
特開平２−２２６２６１号公報には、上記特開昭５９−１８１３７０号公報（特許文献１）と同様に、トナー担持体に複数の電極を有し、この電極間に時間的に変化する電界を形成してトナー飛翔させる構成であり、トナーの通過を制御する制御電極が、それまで記録媒体側に設置されていたものをトナーの供給側面に設置することが記載されている。
【００８７】
この構成では、従来の装置では４００［Ｖ］必要であった制御電圧が１００［Ｖ」にできること、および制御電極が設けてある印字ヘッドに付着するトナーを除去した場合、トナー供給源に戻すことが可能であることが記載されている
【００８８】
［実施例］
表１は、クラウドＨｉｇｈ電圧とクラウドＬｏｗ電圧との電位差が４００Ｖ、制御パルスＶｃの電圧Ｖｃ−ｏｎが２５０［Ｖ］、電圧Ｖｃ−ｏｆｆが０［Ｖ］の場合であり、実験例１〜実験例６はいずれもクラウドＨｉｇｈ電圧＞電圧Ｖｃ−ｏｆｆの条件において、トナー担持体１の電極１１と制御電極４２間での電気力線の入り方及び制御電極４２の表面のトナー付着の結果を示している。なお、ここで使用するトナー担持体表面のトナーは負帯電性のトナーで、一般的には−１０［μＣ／ｇ］〜−４０［μＣ／ｇ］の様な帯電電荷量のトナーである。
【００８９】
【表１】
2010208238.tif 000003
【００９０】
図１２に表１中の実験例２におけるトナー担持体１の電極１１に印加するクラウドパルスと制御電極４２に印加する制御パルスＶｃとの関係を示す。図中ＡはクラウドＬｏｗ電圧であり、図中ＢはクラウドＨｉｇｈ電圧である。また、図中Ｃは電圧Ｖｃ−ｏｎであり、図中Ｄは電圧Ｖｃ−ｏｆｆである。トナー担持体１の電極１１には、クラウドパルスとして０［Ｖ］±２００［Ｖ］、つまり、ピーク値で−２００［Ｖ］〜＋２００［Ｖ］の電圧を印加している。また、制御電極４２に印加する制御パルスＶｃは、トナー通過ＯＦＦ状態が０［Ｖ］、ＯＮ状態が＋２５０［Ｖ］であり、１ドットを形成する周期に対応してトナー通過ＯＮ期間とトナー通過ＯＦＦ期間を設けている。
【００９１】
トナー通過ＯＮ期間には数１の関係を満たし、トナー通過ＯＦＦ期間には数２の関係を満たすように、クラウドパルスと制御パルスＶｃとを設定している。
【００９２】
【数１】
2010208238.tif 000004
【００９３】
【数２】
2010208238.tif 000005
【００９４】
また、実験例１の電界シミュレーションの結果を電圧Ｖｃ−ｏｎ印加時について図１３（ａ）に、電圧Ｖｃ−ｏｆｆ印加時について図１３（ｂ）に示し、実験例２の電界シミュレーションの結果を電圧Ｖｃ−ｏｎ印加時について図１４（ａ）に、電圧Ｖｃ−ｏｆｆ印加時について図１４（ｂ）に示し、実験例３の電界シミュレーションの結果を電圧Ｖｃ−ｏｎ印加時について図１５（ａ）に、電圧Ｖｃ−ｏｆｆ印加時について図１５（ｂ）に示し、実験例４の電界シミュレーションの結果を電圧Ｖｃ−ｏｎ印加時について図１６（ａ）に、電圧Ｖｃ−ｏｆｆ印加時について図１６（ｂ）に示し、実験例５の電界シミュレーションの結果を電圧Ｖｃ−ｏｎ印加時について図１７（ａ）に、電圧Ｖｃ−ｏｆｆ印加時について図１７（ｂ）に示し、実験例６の電界シミュレーションの結果を電圧Ｖｃ−ｏｎ印加時について図１８（ａ）に、電圧Ｖｃ−ｏｆｆ印加時について図１８（ｂ）に示す。
なお、各図でクラウドＬｏｗ電圧が印加されたトナー担持体１の電極１１にはハッチングを施している。また、クラウドＬｏｗ電圧が印加されたトナー担持体１の電極１１とクラウドＨｉｇｈ電圧が印加されたトナー担持体１の電極１１との間で形成される電気力線などは、図を見易くするため図示を省略している。また、トナー担持体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複数の電極１１を配設した構成では、電極１１の幅及び電極間の間隔は４０［μｍ］である。また、トナー担持体１の表層の電極と下層の絶縁層を介した導体基材の間にクラウド電圧を印加する構成においては、表層に設けた電極の幅を４０［μｍ］とし表層に設けた電極の電極間の間隔を１２０［μｍ］とする。
【００９５】
表１中に示した電圧Ｖｃ−ｏｎ印加時において、実験例１〜実験例６の各条件に対して、背面電極３１ＶｐからクラウドＬｏｗ電圧が印加されたトナー担持体１の電極１１に入る電気力線の形成有無（「有］の場合は「○」、「無」の場合は「×」）を示すと共に、２５０［Ｖ］の電圧Ｖｃ−ｏｎが印加された制御電極４２ＶｃからクラウドＬｏｗ電極に入る電気力線の形成有無（「有］の場合は「○」、「無」の場合は「×」）をも示している。
【００９６】
表１からわかるように、実験例１〜実験例４の条件においては、印写期間に２５０［Ｖ］の電圧Ｖｃ−ｏｎを印加したときに、背面電極３１ＶｐからクラウドＬｏｗ電極に入る電気力線が形成されると共に、制御電極４２ＶｃからクラウドＬｏｗ電極に入る電気力線が形成される。そのため、実験例１〜実験例４の条件において、トナー担持体１上でクラウド状態にあるマイナス極性に帯電したトナーや、クラウドＬｏｗ電圧が印加されたトナー担持体１の電極１１近傍のトナーなどが、トナー通過孔４１を通過し背面電極３１側に向かって飛翔する共に、制御電極４２の表面へのトナー付着が発生する。
【００９７】
表１に示した結果から、クラウドＨｉｇｈ電極から制御電極４２へ入るような電気力線が形成されている実験例３〜実験例６の条件においては、制御電極４２へのトナー付着が認められない。これは、印写期間に２５０［Ｖ］の電圧Ｖｃ−ｏｎを印加したときに、制御電極４２へ付着した負帯電トナーが、０［Ｖ］の電圧Ｖｃ−ｏｆｆを印加したときに、制御電極４２からトナー担持体１の電極１１側に離れて飛翔し、制御電極４２の表面からトナーが除去されたためである。
【００９８】
表２は、クラウドＨｉｇｈ電圧とクラウドＬｏｗ電圧との電位差が６００Ｖ、制御パルスＶｃの電圧Ｖｃ−ｏｎが２５０［Ｖ］、電圧Ｖｃ−ｏｆｆが０［Ｖ］の場合であり、実験例７〜実験例１２はいずれも、クラウドＨｉｇｈ電圧＞電圧Ｖｃ−ｏｆｆの条件において、トナー担持体１の電極１１と制御電極４２間での電気力線の入り方及び制御電極４２の表面のトナー付着の結果を示している。なお、ここで使用するトナー担持体表面のトナーは負帯電性のトナーで、一般的には−１０［μＣ／ｇ］〜−４０［μＣ／ｇ］の様な帯電電荷量のトナーである。
【００９９】
【表２】
2010208238.tif 000006
【０１００】
また、実験例７の電界シミュレーションの結果を電圧Ｖｃ−ｏｎ印加時について図１９（ａ）に、電圧Ｖｃ−ｏｆｆ印加時について図１９（ｂ）に示し、実験例８の電界シミュレーションの結果を電圧Ｖｃ−ｏｎ印加時について図２０（ａ）に、電圧Ｖｃ−ｏｆｆ印加時について図２０（ｂ）に示し、実験例９の電界シミュレーションの結果を電圧Ｖｃ−ｏｎ印加時について図２１（ａ）に、電圧Ｖｃ−ｏｆｆ印加時について図２１（ｂ）に示し、実験例１０の電界シミュレーションの結果を電圧Ｖｃ−ｏｎ印加時について図２２（ａ）に、電圧Ｖｃ−ｏｆｆ印加時について図２２（ｂ）に示し、実験例１１の電界シミュレーションの結果を電圧Ｖｃ−ｏｎ印加時について図２３（ａ）に、電圧Ｖｃ−ｏｆｆ印加時について図２３（ｂ）に示し、実験例１２の電界シミュレーションの結果を電圧Ｖｃ−ｏｎ印加時について図２４（ａ）に、電圧Ｖｃ−ｏｆｆ印加時について図２４（ｂ）に示す。なお、トナー担持体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複数の電極１１を配設した構成では、電極１１の幅及び電極間の間隔は４０［μｍ］である。また、トナー担持体１の表層の電極と下層の絶縁層を介した導体基材の間にクラウド電圧を印加する構成においては、表層に設けた電極の幅を４０［μｍ］とし表層に設けた電極の電極間の間隔を１２０［μｍ］とする。
【０１０１】
表２中に示した電圧Ｖｃ−ｏｎ印加時において、実験例７〜実験例１２の各条件に対し、背面電極３１ＶｐからクラウドＬｏｗ電圧が印加されたトナー担持体１の電極１１に入る電気力線の形成有無（「有］の場合は「○」、「無」の場合は「×」）を示すと共に、２５０［Ｖ］の電圧Ｖｃ−ｏｎが印加された制御電極４２ＶｃからクラウドＬｏｗ電極に入る電気力線の形成有無（「有］の場合は「○」、「無」の場合は「×」）をも示している。
【０１０２】
表２からわかるように、実験例７〜実験例１０の条件においては、印写期間に２５０［Ｖ］の電圧Ｖｃ−ｏｎを印加したときに、背面電極３１ＶｐからクラウドＬｏｗ電極に入る電気力線が形成されると共に、制御電極４２ＶｃからクラウドＬｏｗ電極に入る電気力線が形成される。そのため、実験例７〜実験例１０の条件において、トナー担持体１上でクラウド状態にあるマイナス極性に帯電したトナーや、クラウドＬｏｗ電圧が印加されたトナー担持体１の電極１１近傍のトナーなどが、トナー通過孔４１を通過し背面電極３１側に向かって飛翔する共に、制御電極４２の表面へのトナー付着が発生する。
【０１０３】
表２に示した結果から、クラウドＨｉｇｈ電圧が印加されたトナー担持体１の電極１１から制御電極４２へ入るような電気力線が形成されている実験例９〜実験例１２の条件においては、制御電極４２へのトナー付着が認められない。これは、印写期間に２５０［Ｖ］の電圧Ｖｃ−ｏｎを印加したときに、制御電極４２へ付着した負帯電トナーが、０［Ｖ］の電圧Ｖｃ−ｏｆｆを印加したときに、制御電極４２からトナー担持体１の電極１１側に離れて飛翔し、制御電極４２の表面からトナーが除去されたためである。
【０１０４】
表３は、クラウドＨｉｇｈ電圧とクラウドＬｏｗ電圧との電位差が４００Ｖ、制御パルスＶｃの電圧Ｖｃ−ｏｎが２５０［Ｖ］、電圧Ｖｃ−ｏｆｆが０［Ｖ］の場合であり、実験例１３〜実験例１８はいずれも、クラウドＨｉｇｈ電圧＞電圧Ｖｃ−ｏｆｆの条件において、トナー担持体１の電極１１と制御電極４２間での電気力線の入り方及び制御電極４２の表面のトナー付着の結果を示している。なお、ここで使用するトナー担持体表面のトナーは負帯電性のトナーで、一般的には−１０［μＣ／ｇ］〜−４０［μＣ／ｇ］の様な帯電電荷量のトナーである。
【０１０５】
【表３】
2010208238.tif 000007
【０１０６】
また、実験例１５の電界シミュレーションの結果を電圧Ｖｃ−ｏｎ印加時について図２５（ａ）に、電圧Ｖｃ−ｏｆｆ印加時について図２５（ｂ）に示が、その他の実験例においては図１３〜図１８に示したものと略同様な結果であるため、ここでは省略する。なお、トナー担持体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複数の電極１１を配設した構成では、電極１１の幅及び電極間の間隔は１５［μｍ］である。また、トナー担持体１の表層の電極と下層の絶縁層を介した導体基材の間にクラウド電圧を印加する構成においては、表層に設けた電極の幅を１５［μｍ］とし表層に設けた電極の電極間の間隔を４５［μｍ］とする。
【０１０７】
表３中に示した電圧Ｖｃ−ｏｎ印加時において、実験例１３〜実験例１８の各条件に対し、背面電極３１ＶｐからクラウドＬｏｗ電圧が印加されたトナー担持体１の電極１１に入る電気力線の形成有無（「有］の場合は「○」、「無」の場合は「×」）を示すと共に、２５０［Ｖ］の電圧Ｖｃ−ｏｎが印加された制御電極４２ＶｃからクラウドＬｏｗ電極に入る電気力線の形成有無（「有］の場合は「○」、「無」の場合は「×」）をも示している。
【０１０８】
表３からわかるように、実験例１３〜実験例１６の条件においては、印写期間に２５０［Ｖ］の電圧Ｖｃ−ｏｎを印加したときに、背面電極３１ＶｐからクラウドＬｏｗ電極に入る電気力線が形成されると共に、制御電極４２ＶｃからクラウドＬｏｗ電極に入る電気力線が形成される。そのため、実験例１３〜実験例１６の条件において、トナー担持体１上でクラウド状態にあるマイナス極性に帯電したトナーや、クラウドＬｏｗ電圧が印加されたトナー担持体１の電極１１近傍のトナーなどが、トナー通過孔４１を通過し背面電極３１側に向かって飛翔する共に、制御電極４２の表面へのトナー付着が発生する。
【０１０９】
表３に示した結果から、クラウドＨｉｇｈ電圧が印加されたトナー担持体１の電極１１から制御電極４２へ入るような電気力線が形成されている実験例１５〜実験例１８の条件においては、制御電極４２へのトナー付着が認められない。これは、印写期間に２５０［Ｖ］の電圧Ｖｃ−ｏｎを印加したときに、制御電極４２へ付着した負帯電トナーが、０［Ｖ］の電圧Ｖｃ−ｏｆｆを印加したときに、制御電極４２からトナー担持体１の電極１１側に離れて飛翔し、制御電極４２の表面からトナーが除去されたためである。
【０１１０】
表４は、クラウドＨｉｇｈ電圧とクラウドＬｏｗ電圧との電位差が６００［Ｖ］、制御パルスＶｃの電圧Ｖｃ−ｏｎが２５０［Ｖ］、電圧Ｖｃ−ｏｆｆが０［Ｖ］の場合であり、実験例１９〜実験例２４はいずれも、クラウドＨｉｇｈ電圧＞電圧Ｖｃ−ｏｆｆの条件において、トナー担持体１の電極１１と制御電極４２間での電気力線の入り方及び制御電極４２の表面のトナー付着の結果を示している。なお、ここで使用するトナー担持体表面のトナーは負帯電性のトナーで、一般的には−１０［μＣ／ｇ］〜−４０［μＣ／ｇ］の様な帯電電荷量のトナーである。
【０１１１】
【表４】
2010208238.tif 000008
【０１１２】
また、実験例２１の電界シミュレーションの結果を電圧Ｖｃ−ｏｎ印加時について図２６（ａ）に、電圧Ｖｃ−ｏｆｆ印加時について図２６（ｂ）に示すが、その他の実験例においては図１９〜図２４に示したものと略同様な結果であるため、ここでは省略する。なお、トナー担持体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複数の電極１１を配設した構成では、電極１１の幅及び電極間の間隔は１５［μｍ］である。また、トナー担持体１の表層の電極と下層の絶縁層を介した導体基材の間にクラウド電圧を印加する構成においては、表層に設けた電極の幅を１５［μｍ］とし表層に設けた電極の電極間の間隔を４５［μｍ］とする。
【０１１３】
表４中に示した電圧Ｖｃ−ｏｎ印加時において、実験例１９〜実験例２４の各条件に対し、背面電極３１ＶｐからクラウドＬｏｗ電圧が印加されたトナー担持体１の電極１１に入る電気力線の形成有無（「有］の場合は「○」、「無」の場合は「×」）を示すと共に、２５０［Ｖ］の電圧Ｖｃ−ｏｎが印加された制御電極４２ＶｃからクラウドＬｏｗ電極に入る電気力線の形成有無（「有］の場合は「○」、「無」の場合は「×」）をも示している。
【０１１４】
表４からわかるように、実験例１９〜実験例２２の条件においては、印写期間に２５０［Ｖ］の電圧Ｖｃ−ｏｎを印加したときに、背面電極３１ＶｐからクラウドＬｏｗ電極に入る電気力線が形成されると共に、制御電極４２ＶｃからクラウドＬｏｗ電極に入る電気力線が形成される。そのため、実験例１９〜実験例２２の条件において、トナー担持体１上でクラウド状態にあるマイナス極性に帯電したトナーや、クラウドＬｏｗ電圧が印加されたトナー担持体１の電極１１近傍のトナーなどが、トナー通過孔４１を通過し背面電極３１側に向かって飛翔する共に、制御電極４２の表面へのトナー付着が発生する。
【０１１５】
表４に示した結果から、クラウドＨｉｇｈ電圧が印加されたトナー担持体１の電極１１から制御電極４２へ入るような電気力線が形成されている実験例２１〜実験例２４の条件においては、制御電極４２へのトナー付着が認められない。これは、印写期間に２５０［Ｖ］の電圧Ｖｃ−ｏｎを印加したときに、制御電極４２へ付着した負帯電トナーが、０［Ｖ］の電圧Ｖｃ−ｏｆｆを印加したときに、制御電極４２からトナー担持体１の電極１１側に離れて飛翔し、制御電極４２の表面からトナーが除去されたためである。
【０１１６】
表５は、クラウドＨｉｇｈ電圧とクラウドＬｏｗ電圧との電位差が４００［Ｖ］、制御パルスＶｃの電圧Ｖｃ−ｏｎが２５０［Ｖ］、電圧Ｖｃ−ｏｆｆが０［Ｖ］の場合であり、実験例２５〜実験例３０はいずれも、クラウドＨｉｇｈ電圧＞電圧Ｖｃ−ｏｆｆの条件において、トナー担持体１の電極１１と制御電極４２間での電気力線の入り方及び制御電極４２の表面のトナー付着の結果を示している。なお、ここで使用するトナー担持体表面のトナーは負帯電性のトナーで、一般的には−１０［μＣ／ｇ］〜−４０［μＣ／ｇ］の様な帯電電荷量のトナーである。
【０１１７】
【表５】
2010208238.tif 000009
【０１１８】
また、実験例２８の電界シミュレーションの結果を電圧Ｖｃ−ｏｎ印加時について図２７（ａ）に、電圧Ｖｃ−ｏｆｆ印加時について図２７（ｂ）に示すが、その他の実験例においては図１３〜図１８に示したものと略同様な結果であるため、ここでは省略する。なお、トナー担持体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複数の電極１１を配設した構成では、電極１１の幅及び電極間の間隔は８０［μｍ］である。また、トナー担持体１の表層の電極と下層の絶縁層を介した導体基材の間にクラウド電圧を印加する構成においては、表層に設けた電極の幅を８０［μｍ］とし表層に設けた電極の電極間の間隔を２４０［μｍ］とする。
【０１１９】
表５中に示した電圧Ｖｃ−ｏｎ印加時において、実験例２５〜実験例３０の各条件に対し、背面電極３１ＶｐからクラウドＬｏｗ電圧が印加されたトナー担持体１の電極１１に入る電気力線の形成有無（「有］の場合は「○」、「無」の場合は「×」）を示すと共に、２５０［Ｖ］の電圧Ｖｃ−ｏｎが印加された制御電極４２ＶｃからクラウドＬｏｗ電極に入る電気力線の形成有無（「有］の場合は「○」、「無」の場合は「×」）をも示している。
【０１２０】
表５からわかるように、実験例２５〜実験例２８の条件においては、印写期間に２５０［Ｖ］の電圧Ｖｃ−ｏｎを印加したときに、背面電極３１ＶｐからクラウドＬｏｗ電極に入る電気力線が形成されると共に、制御電極４２ＶｃからクラウドＬｏｗ電極に入る電気力線が形成される。そのため、実験例２５〜実験例２８の条件において、トナー担持体１上でクラウド状態にあるマイナス極性に帯電したトナーや、クラウドＬｏｗ電圧が印加されたトナー担持体１の電極１１近傍のトナーなどが、トナー通過孔４１を通過し背面電極３１側に向かって飛翔する共に、制御電極４２の表面へのトナー付着が発生する。
【０１２１】
表５に示した結果から、クラウドＨｉｇｈ電圧が印加されたトナー担持体１の電極１１から制御電極４２へ入るような電気力線が形成されている実験例２７〜実験例３０の条件においては、制御電極４２へのトナー付着が認められない。これは、印写期間に２５０［Ｖ］の電圧Ｖｃ−ｏｎを印加したときに、制御電極４２へ付着した負帯電トナーが、０［Ｖ］の電圧Ｖｃ−ｏｆｆを印加したときに、制御電極４２からトナー担持体１の電極１１側に離れて飛翔し、制御電極４２の表面からトナーが除去されたためである。
【０１２２】
表６は、クラウドＨｉｇｈ電圧とクラウドＬｏｗ電圧との電位差が６００［Ｖ］、制御パルスＶｃの電圧Ｖｃ−ｏｎが２５０［Ｖ］、電圧Ｖｃ−ｏｆｆが０［Ｖ］の場合であり、実験例３１〜実験例３２はいずれも、クラウドＨｉｇｈ電圧＞電圧Ｖｃ−ｏｆｆの条件において、トナー担持体１の電極１１と制御電極４２間での電気力線の入り方及び制御電極４２の表面のトナー付着の結果を示している。なお、ここで使用するトナー担持体表面のトナーは負帯電性のトナーで、一般的には−１０［μＣ／ｇ］〜−４０［μＣ／ｇ］の様な帯電電荷量のトナーである。
【０１２３】
【表６】
2010208238.tif 000010
【０１２４】
また、実験例３４の電界シミュレーションの結果を電圧Ｖｃ−ｏｎ印加時について図２８（ａ）に、電圧Ｖｃ−ｏｆｆ印加時について図２８（ｂ）に示すが、その他の実験例においては図１９〜図２４に示したものと略同様な結果であるため、ここでは省略する。なお、トナー担持体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複数の電極１１を配設した構成では、電極１１の幅及び電極間の間隔は８０［μｍ］である。また、トナー担持体１の表層の電極と下層の絶縁層を介した導体基材の間にクラウド電圧を印加する構成においては、表層に設けた電極の幅を８０［μｍ］とし表層に設けた電極の電極間の間隔を２４０［μｍ］とする。
【０１２５】
表６中に示した電圧Ｖｃ−ｏｎ印加時において、実験例３１〜実験例３６の各条件に対し、背面電極３１ＶｐからクラウドＬｏｗ電圧が印加されたトナー担持体１の電極１１に入る電気力線の形成有無（「有］の場合は「○」、「無」の場合は「×」）を示すと共に、２５０［Ｖ］の電圧Ｖｃ−ｏｎが印加された制御電極４２ＶｃからクラウドＬｏｗ電極に入る電気力線の形成有無（「有］の場合は「○」、「無」の場合は「×」）をも示している。
【０１２６】
表６からわかるように、実験例３１〜実験例３５の条件においては、印写期間に２５０［Ｖ］の電圧Ｖｃ−ｏｎを印加したときに、背面電極３１ＶｐからクラウドＬｏｗ電極に入る電気力線が形成されると共に、制御電極４２ＶｃからクラウドＬｏｗ電極に入る電気力線が形成される。そのため、実験例３１〜実験例３５の条件において、トナー担持体１上でクラウド状態にあるマイナス極性に帯電したトナーや、クラウドＬｏｗ電圧が印加されたトナー担持体１の電極１１近傍のトナーなどが、トナー通過孔４１を通過し背面電極３１側に向かって飛翔する共に、制御電極４２の表面へのトナー付着が発生する。
【０１２７】
表６に示した結果から、クラウドＨｉｇｈ電圧が印加されたトナー担持体１の電極１１から制御電極４２へ入るような電気力線が形成されている実験例３３〜実験例３６の条件においては、制御電極４２へのトナー付着が認められない。これは、印写期間に２５０［Ｖ］の電圧Ｖｃ−ｏｎを印加したときに、制御電極４２へ付着した負帯電トナーが、０［Ｖ］の電圧Ｖｃ−ｏｆｆを印加したときに、制御電極４２からトナー担持体１の電極１１側に離れて飛翔し、制御電極４２の表面からトナーが除去されたためである。
【０１２８】
以上の本実施例において、トナー担持体１の表面層に設けた電極１１の幅及びその電極間の間隔が１５［μｍ］未満の構成では、パタンニングの歩留まりの問題で実施が難しい。また、トナー担持体１の表面層に設けた電極１１の幅及びその電極間の間隔が８０［μｍ］を超える構成では、制御電極４２の外形（本実施例ではトナー通過孔４１の直径を１２０［μｍ］、制御電極４２の電極幅を５０［μｍ］としているので、制御電極４２の外形は１７０［μｍ］である）よりトナー担持体１の電極１１の電極間の間隔が広くなると、電気力線の形成にむらが発生するため効果が小さくなる。
【０１２９】
上述したような、制御電極４２の表面からトナーを除去されるように、クラウドＨｉｇｈ電圧よりも電圧Ｖｃ−ｏｆｆを小さくするというこれらの電圧設定は、本発明技術特有のトナー担持体１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１１を有し、隣接電極相互の間、または下層の導体基材と電極相互の間に異なる電位のクラウドパルスを印加することでトナーをクラウド化し、トナー担持体１が回転移動することでトナーの搬送を行う構成であるため、一定の高さ以下のクラウド状態にあるトナーによって低い制御電圧で印写が可能である。そのため、トナー通過ＯＦＦ期間の電圧Ｖｃ−ｏｆｆを高く設定することが可能となり、制御電極４２の表面に付着したトナーをトナー通過ＯＦＦ期間に低減させる効果が大きい。
【０１３０】
この制御電極４２の表面に付着するトナーを低減させるために、記録媒体３に画像を形成する画像形成時に実行される印写モードとは別に、制御電極４２から付着トナーを除去するクリーニングモードを設けても良い。このクリーニングモード時に印写モード時より＋側に高いバイアスをトナー担持体１の電極１１に印加して、制御電極４２に付着したトナーや制御電極４２近傍のトナーをトナー担持体１の電極１１側に移動させることで、制御電極４２の表面などに付着するトナーを低減させる大きな効果が得られる。
【０１３１】
また、トナー担持体１の電極１１に印加するクラウドパルスと制御電極４２に印加する制御パルスＶｃとの関係は、印写モード時に表１の実験例３、実験例４などに示したような関係や、表２の実験例９、実験例１０などに示したような関係を満たすように設定し、クリーニングモード時では、表１の実験例５、実験例６などに示したような関係や、表２の実験例１１、実験例１２などに示したような関係を満たすように設定すれば良い。また、クリーニングモード時に、クラウドパルスに＋ＤＣバイアスを重畳することで、より高いクリーニング効果が得られる。さらに、クリーニングモード時に、背面電極３１の電位を０［Ｖ］にすることで、トナー担持体１側からトナー通過孔４１を通ってトナーが背面電極３１側に飛翔するのを抑制することができる。
【０１３２】
例えば、トナー担持体１の電極１１に印加するクラウドパルスと制御電極４２に印加する制御パルスＶｃとの関係が図２９に示した関係であるクリーニングモード時では、背面電極３１に印加するバイアス電圧Ｖｐが０［Ｖ］であれば、記録媒体３に向かってトナーが飛翔するのを避けられる。その電界シミュレーションの結果を図３０に示す。
【０１３３】
図３０において、クリーニングモード時の制御電極４２の電位は０［Ｖ］であるから、クラウドＨｉｇｈ電圧（＋７００［Ｖ］）が印加されたトナー担持体１の電極１１から制御電極４２に強い電気力線が入っている。そのため、このクリーニングモードでは制御電極４２の表面に付着したマイナス極性に帯電したトナーの多くがクラウドＨｉｇｈ電圧（＋７００［Ｖ］）が印加されたトナー担持体１の電極１１に向かって飛翔することになる。
【０１３４】
また、クリーニングモード時にトナー担持体１の電極１１に印加するパルスは２相パルスである必要は無く、ＤＣ電源と電源切り替え手段とを別に設けて、クリーニングモード時に電極１１に電圧を印加する電源を切り換えて図３１に示すようにトナー担持体１の電極１１に直流バイアスを印加しても良い。つまり、印写モード時にはトナー通過ＯＦＦ期間に制御電極４２からクラウドＨｉｇｈ電圧が印加されたトナー担持体１の電極１１にトナーを飛翔させ、且つ、クリーニングモード時においては、トナー担持体１の全ての電極１１に高い＋バイアスを印加して、トナー担持体１の全ての電極１１と制御電極４２との間に図３２に示すような電気力線を形成し、制御電極４２に付着したトナーをトナー担持体１の電極１１に飛翔させて制御電極４２のクリーニングを行う構成としても良い。
【０１３５】
図２９や図３１などでトナー制御手段４の記録媒体３側の面に設けた共通電極４３に印加するバイアス電圧Ｖｒｇは＋１００［Ｖ］としている。このように共通電極４３に印加するバイアス電圧Ｖｒｇを、制御電極４２にトナー通過ＯＮ期間に印加する＋２５０［Ｖ］の電圧とトナー通過ＯＦＦ期間に印加する電圧［０Ｖ］の概略中間電圧（＋１００［Ｖ］）に設定することで、制御電極４２と共通電極４３相互の近傍空間の電界変動が小さくでき、画像の乱れを発生しにくくすることができる。
【０１３６】
そして、図２９や図３１などのクリーニングモード時には、共通電極４３に印加するバイアス電圧Ｖｒｇに対して、トナー担持体１の電極１１に印加するクラウドＬｏｗ電圧とクラウドＨｉｇｈ電圧との電位がともに＋側に高くなる関係であるため、制御電極４２の面領域以外のトナー制御手段４の表面に付着したトナーは、共通電極４３に印加するバイアス電圧Ｖｒｇとトナー担持体１の電極１１との電界に従って飛翔するので、制御電極４２の面領域以外のトナー制御手段４の表面からトナーの除去が可能となる。
【０１３７】
以上、本実施形態によれば、複数の電極１１が配設されたトナー担持体１と、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トナー担持体１の表面上でホッピングさせる、複数の電極１１における電極間の電位差で形成されるホッピング電界をトナー担持体１の表面上に発生させるように複数の電極１１にパルス電圧を印加する第１の電圧印加手段と、複数の貫通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基材４５と、複数のトナー通過孔４１それぞれに対応させて基材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４１周囲またはトナー通過孔４１内壁の少なくとも一方に設けられた複数の個別電極である制御電極４２と、少なくとも、トナー担持体１の電極と制御電極４２との電位差によってトナー担持体１からトナーを制御電極４２側に飛翔させるような飛翔電界をトナー担持体１の電極１１と制御電極４２との間で発生させるように制御電極４２に電圧を印加する第２の電圧印加手段と、基材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３１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１から飛翔させたトナーを、トナー通過孔４１を通して対向電極３１側に移行させた後、記録部材である記録媒体３上に付着させて画像を形成する画像形成装置において、上記複数の電極１１に印加させるパルス電圧は電位の異なる、第１の電圧であるクラウドＬｏｗ電圧及び第１の電圧よりも高電位の第２の電圧であるクラウドＨｉｇｈ電圧とからなり、前記第２の電圧印加手段は、前記飛翔電界が形成されていないときに、制御電極４２からクラウドＨｉｇｈ電圧が印加されたトナー担持体１の電極１１へトナーが引き寄せられる電気力線が形成されるように制御電極４２に電圧を印加する。本実施形態においては、飛翔電界が形成されていないときに、制御電極４２の表面に付着したトナーをクラウドＨｉｇｈ電圧が印加されたトナー担持体１の電極１１に引き寄せるような電気力線が、クラウドＨｉｇｈ電圧が印加されたトナー担持体１の電極１１と制御電極４２との間に形成される。これにより、制御電極４２の表面に付着したトナーが前記電気力線にのってトナー担持体１側に移動し、制御電極４２に付着したトナーを制御電極４２から除去することができる。よって、経時で制御電極４２の表面にトナーが付着し堆積するのを抑制することができる。
また、本実施形態によれば、１ドットの画像を形成する周期に対応して、上記飛翔電界を形成する期間と上記電気力線を形成する期間とを設けており、トナー担持体１表面に担持されるトナーがマイナス極性に帯電している場合、前記電気力線を形成する期間には、上記制御電極４２に印加する電圧Ｖｃ−ｏｆｆよりもクラウドＨｉｇｈ電圧のほうが高電位であり、且つ、制御電極４２からクラウドＨｉｇｈ電圧が印加されたトナー担持体１の電極１１へトナーが引き寄せられる電気力線が形成されるという関係を満たすことで、画像形成時に制御電極４２に付着するトナーの量を低減することができる。
また、本実施形態によれば、１ドットの画像を形成する周期に対応して、上記飛翔電界を形成する期間と上記電気力線を形成する期間とを設けており、トナー担持体１表面に担持されるトナーがプラス極性に帯電している場合、前記電気力線を形成する期間には、クラウドＨｉｇｈ電圧よりも上記制御電極４２に印加する電圧Ｖｃ−ｏｆｆのほうが高電位であり、且つ、制御電極４２からクラウドＨｉｇｈ電圧が印加されたトナー担持体１の電極１１へトナーが引き寄せられる電気力線が形成されるという関係を満たすことで、画像形成時に制御電極４２に付着するトナーの量を低減することができる。
また、本実施形態によれば、記録媒体３に画像を形成する画像形成時とは別のタイミングで上記電気力線を形成して少なくとも制御電極４２のクリーニングを行うクリーニングモードを設け、クリーニングモード時には、第１の電圧印加手段によって複数の電極１１に画像形成時よりもプラス側に高電位の電圧を印加して、制御電極４２に付着したトナー、または、その近傍のトナーをトナー担持体１側に移動させることで、クリーニングモード時に、より強い前記電気力線を形成して制御電極４２に付着しているトナーをトナー担持体１側に移動させて制御電極４２のクリーニング性を向上させることができる。
また、本実施形態によれば、クリーニングモード時に、第２の電圧印加手段によって制御電極４２に印加される電圧よりも第１の電圧印加手段によって複数の電極に印加させるクラウドＬｏｗ電圧及びクラウドＨｉｇｈ電圧のほうがプラス側に高電位であることで、クリーニングモード時の全期間、制御電極４２の表面に付着したトナーをトナー担持体１側に飛翔させる電界を形成できるので、制御電極４２のクリーニング効果がより大きくなる。
また、本実施形態によれば、複数の電極１１に同電位の電圧を印加する第３の電圧印加手段と、複数の電極１１への電圧印加を第１の電圧印加手段と第３の電圧印加手段とで切り換える電圧印加切り換え手段とを有しており、クリーニングモード時には、電圧切り換え手段によって複数の電極１１への電圧印加を第１の電圧印加手段から第３の電圧印加手段に切り換え、第３の電圧印加手段によって複数の電極に印加される電圧が第２の電圧印加手段によって制御電極４２に印加される電圧Ｖｃ−ｏｆｆよりもプラス側に高電位であることで、クリーニングモード時の全期間、制御電極４２の表面に付着したトナーをトナー担持体１側に飛翔させる強い電界を形成できるので、制御電極４２のクリーニング効果がさらに大きくなる。
また、本実施形態によれば、基材４５の対向電極３１に対向する側の面に設けられた、複数のトナー通過孔４１に対して共通の共通電極４３と、共通電極４３に電圧を印加する第４の電圧印加手段とを有しており、クリーニングモード時には、第４の電圧印加手段によって共通電極４３に印加される電圧Ｖｒｇよりも複数の電極１１に印加される電圧のほうがプラス側に高電位であることで、クリーニングモード時の全期間、制御電極４２領域以外の基材４５のトナー担持体１側面に付着したトナーをクリーニングすることが可能となる。
また、本実施形態によれば、上記クリーニングモードを紙間に実行することで、印刷速度を低下させることなく、制御電極４２の表面に付着したトナーをトナー担持体１側に飛翔させる電界を形成して制御電極４２のクリーニングを行なうことができる。
また、本実施形態によれば、上記複数の電極１１は、上記トナー担持体１の支持基材の表面に沿うように所定の間隔で配設されているか、トナー担持体１表面法線方向で互いに異なる位置に各電極間に絶縁層を介在させて配設されているか、のどちらかであっても上述したような本発明の優れた効果を得ることができる。
【符号の説明】
【０１３８】
１          トナー担持体
３          記録媒体
４          トナー制御手段
５          電源
６          制御パスル発生手段
７          電源
８          電源
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
４５        基材
１００      トナー供給ユニット
１０１      トナー担持体
１０１Ａ    絶縁性基板
１０１Ｂ    表面保護層
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
１１１Ａ    電極
１１１Ｂ    電極
１１１Ａａ  バスライン
１１１Ｂａ  バスライン
１１３      トナー補給ローラ
１１４      記録剤層規制部材
１３１      背面電極
１３２      ローラ
１３３      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
１６３      ローラ
１６４      ガイド
１６５      レジストローラ
２０１      記録剤収容部
２０１Ａ    室
２０１Ｂ    室
２０２Ａ    攪拌搬送スクリュー
２０２Ｂ    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      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      貫通孔
５０３      ＦＰＣ
５０４      個別電極
５０６      対向電極
５０７      記録紙
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１３９】
【特許文献１】特開昭５９−１８１３７０号公報
【図１】
2010208238.tif 000011
【図２】
2010208238.tif 000012
【図３】
2010208238.tif 000013
【図４】
2010208238.tif 000014
【図５】
2010208238.tif 000015
【図６】
2010208238.tif 000016
【図７】
2010208238.tif 000017
【図８】
2010208238.tif 000018
【図９】
2010208238.tif 000019
【図１０】
2010208238.tif 000020
【図１１】
2010208238.tif 000021
【図１２】
2010208238.tif 000022
【図１３】
2010208238.tif 000023
【図１４】
2010208238.tif 000024
【図１５】
2010208238.tif 000025
【図１６】
2010208238.tif 000026
【図１７】
2010208238.tif 000027
【図１８】
2010208238.tif 000028
【図１９】
2010208238.tif 000029
【図２０】
2010208238.tif 000030
【図２１】
2010208238.tif 000031
【図２２】
2010208238.tif 000032
【図２３】
2010208238.tif 000033
【図２４】
2010208238.tif 000034
【図２５】
2010208238.tif 000035
【図２６】
2010208238.tif 000036
【図２７】
2010208238.tif 000037
【図２８】
2010208238.tif 000038
【図２９】
2010208238.tif 000039
【図３０】
2010208238.tif 000040
【図３１】
2010208238.tif 000041
【図３２】
2010208238.tif 000042
【図３３】
2010208238.tif 000043