(57)【要約】【課題】トナー担持体上でクラウド状態にあるトナーの利用効率を上げて印刷速度向上を図ることができる画像形成装置を提供する。【解決手段】複数の電極１１を有するトナー担持体１と、電極間でトナーがホッピングするホッピング電界をトナー担持体表面上に発生させるように複数の電極に電圧印加する電圧印加手段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飛翔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き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、飛翔電界が形成されているときにホッピング電界を形成する電極間の電位差を一時的に小さくする。【選択図】図１
2010179559.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該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飛翔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、
前記飛翔電界が形成されているときに、前記ホッピング電界を形成する前記電極間の電位差を一時的に小さく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、
上記複数の飛翔電極によって上記飛翔電界が形成されるのに同期して、上記ホッピング電界を形成する上記電極間の電位差を一時的に小さくする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、
上記ホッピング電界を形成する上記電極間の電位を一時的に小さくする際に、上記電極間の電位差を無くす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、
上記ホッピング電界を形成する上記電極間の電位を一時的に小さくする際に、トナーの正規帯電極性とは逆極性の電圧を上記複数の電極に印加す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。
【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、
上記記録部材が記録紙であり、該記録紙の背面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７】
請求項１、２、３、４または５の画像形成装置において、
上記記録部材が中間転写体であり、該中間転写体自体または中間転写媒体の背面に、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８】
請求項１、２、３、４、５、６または７の画像形成装置において、
異なる色の上記トナーを重ね合わせて上記記録部材上にフル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１７に示すように構成される。図１７において、剤担持体としてのトナー担持体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（ＦＰＣ）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。
【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１７においては、便宜上、孔５０２、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。
【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。上記飛翔電極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上で飛翔電極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孔５０２内に進入する。
【０００５】
そして、飛翔電極５０４と、これよりも高電位の電圧が印加された上記対向電極５０６との間に形成される電界に引かれて飛翔を続け、孔５０２を通過して上記記録紙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、各飛翔電極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が飛翔電極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。飛翔電極とトナーとの間にトナーを飛翔電極に引き寄せる電界が形成されるような飛翔電圧が飛翔電極に印加されると、飛翔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に形成された孔内に進入する。そして、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、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】
本願発明者らは、トナー担持体と飛翔電極との間に飛翔電界を形成した際に、クラウド状態にあるトナーのうち、トナー担持体の上記電極間に形成される交番電界に沿って飛翔するトナーよりも、上記飛翔電界に沿って飛翔するトナーのほうが少ないことを見出した。このように、飛翔電界に沿って飛翔するトナーが少ないと、トナー担持体からトナー通過孔を通過して画像形成に寄与するトナーの利用効率が悪く、印刷速度の高速化を図るのが難し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】
本発明は以上の背景に鑑みなされたものであり、その目的は、トナー担持体上でクラウド状態にあるトナーの利用効率を上げて印刷速度の高速化を図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】
【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該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飛翔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、前記飛翔電界が形成されているときに、前記ホッピング電界を形成する前記電極間の電位差を一時的に小さく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、上記複数の飛翔電極によって上記飛翔電界が形成されるのに同期して、上記ホッピング電界を形成する上記電極間の電位差を一時的に小さくす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１または２の画像形成装置において、上記ホッピング電界を形成する上記電極間の電位を一時的に小さくする際に、上記電極間の電位差を無くす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、上記ホッピング電界を形成する上記電極間の電位を一時的に小さくする際に、トナーの正規帯電極性とは逆極性の電圧を上記複数の電極に印加す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。
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、上記記録部材が記録紙であり、該記録紙の背面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７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、上記記録部材が中間転写体であり、該中間転写体自体または中間転写媒体の背面に、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８の発明は、請求項１、２、３、４、５、６または７の画像形成装置において、異なる色の上記トナーを重ね合わせて上記記録部材上にフルカラー画像を形成することを特徴とするものである。
【００１４】
本発明においては、トナー担持体の複数の電極における電極間の電位差を一時的に小さくした際に上記電極間の電位差が小さくなった分、上記電極間に形成されるホッピング電界の強さも弱くなる。これにより、上記電位差を小さくする前にホッピング電界によってトナー担持体上でクラウド状態になっているトナーが、ホッピング電界が弱くなった分、上記電極間をホッピング電界に沿って移動し難くなる。そのため、トナー担持体上でクラウド状態となっているトナーが、トナー担持体と飛翔電極との間に形成される飛翔電界に捕捉され易くなり、上記電位差を一時的に小さくしない場合よりも、飛翔電界に沿ってトナー担持体から孔形成部材の孔に向かって飛翔するトナー量を増やすことができる。よって、画像形成に寄与するクラウド状態のトナーの利用効率が向上し印刷速度の高速化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上、本発明によれば、トナー担持体上でクラウド状態にあるトナーの利用効率を上げて印刷速度向上を図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】実施例１に係るトナー制御手段に印加する制御パルス電圧Ｖｃと２相クラウドパルスとの関係を示す説明図。
【図２】本発明の一実施形態を示す模式的構成図。
【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６】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７】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８】（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９】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１０】（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１１】トナー供給ユニットの一例を示す模式的説明図。
【図１２】トナー供給ユニットの他の例を示す模式的説明図。
【図１３】トナー制御手段がトナー通過可能状態時の２相のクラウドパルスが０［Ｖ］のタイミングにおける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１４】トナー制御手段がトナー通過可能状態時のＡ相のクラウドパルスが−２００［Ｖ］、Ｂ相のクラウドパルスが−１００［Ｖ］のタイミングにおける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１５】トナー制御手段がトナー通過可能状態時の２相のクラウドパルスが−２００［Ｖ］のタイミングにおける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１６】実施例３に係るトナー制御手段に印加する制御パルス電圧Ｖｃと２相クラウドパルスとの関係を示す説明図。
【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。
【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のトナー担持体１側の面（トナー供給側面）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、更にトナー制御手段４の記録媒体３側の面（印写面側の面）に各トナー通過孔４１に対し共通の共通電極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３に示すような制御パルス電圧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、トナー制御手段４の共通電極４３には常時、電源７から電圧Ｖｒｇが印加されており、記録媒体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、トナー制御手段４のトナー担持体１側面のトナー通過孔４１周囲だけに設けた場合でも動作が可能であるが、トナー制御手段４のトナー通過孔４１の内壁面だけに設けたり、トナー制御手段４のトナー担持体１側面のトナー通過孔４１周囲とトナー通過孔４１の内壁面との両方に設けたりしてもよい。
【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のトナー通過孔４１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Ｖｐが電源８によって印加される背面電極３１が配置されている。この記録媒体３としては、記録紙や、最終的に記録紙上に転写される画像を一時的に担持する中間転写記録媒体などが挙げられる。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と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の記録媒体３側面の説明図、図４（ｂ）はトナー制御手段４のトナー担持体１側面の説明図である。
この例は、絶縁基材４５のトナー担持体１側面（トナー供給側面）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。また、制御電極４２には、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】
トナー制御手段４の記録媒体３側面には、トナー通過孔４１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４２へのＶｃ−ｏｎ、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。これは、トナー制御手段４の記録媒体３側のバイアス電位とトナー制御手段４のトナー担持体１側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）が発生しないことを狙いとしているためである。
【００２７】
このようなトナー制御手段４の具体的製造方法は、絶縁基材４５として用い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。同様に記録媒体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。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Ｖｒｇを印加し、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、制御電極４２に対して図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、制御電極４２に対して図３に示すＯＦＦ時の電圧Ｖｃ−ｏｆｆを印加する。
【００２９】
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Ｖｃ−ｏｎ印加時に、記録媒体３側からトナー担持体１側に電気力線が形成される。
【００３０】
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上記電気力線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。
【００３１】
次に、トナー担持体１の電極１１に印加するパルス電圧Ｖｓ、記録媒体３側の背面電極３１に印加するバイアス電圧Ｖｐ、トナー制御手段４の制御電極４２に印加する制御パルス電圧Ｖｃ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、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１０を示す説明図である。
【００３２】
トナー担持体１の電極１１にはパルス電圧Ｖｓ（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［Ｖｐｐ］〜±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０［Ｖ］の電圧を印加している。なお、トナー担持体１とトナー制御手段４との間隔ｄは０．２［ｍｍ］である。
【００３３】
また、この例では、トナー制御手段４のトナー通過孔４１の直径をφ１２０［μｍ］、リング状の制御電極４２の孔中心方向の幅は５０［μｍ］、共通電極４３とトナー通過孔４１との間隔は５０［μｍ］である。なお、ここでは、トナー制御手段４の共通電極４３の電圧が０［Ｖ］である。
【００３４】
また、トナー制御手段４の制御電極４２に印加される、トナーＴがトナー通過孔４１を通過可能な状態（ＯＮ状態）にする場合の制御パルス電圧Ｖｃ−ｏｎは＋５０［Ｖ］としており、トナーＴがトナー通過孔４１を通過通過不可能な状態（ＯＦＦ状態）、言い換えれば、トナーＴがトナー通過孔４１を通過するのを阻止する状態の場合の制御パルス電圧Ｖｃ−ｏｆｆは−２００［Ｖ］としている。
【００３５】
背面電極３１に印加するバイアス電圧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５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ＤＣ＋６００［Ｖ］を背面電極３１に印加し、マイナス極性に帯電したトナーＴを記録媒体３の表面にを引き寄せる（トナー制御手段４のトナー通過孔４１から背面電極３１に向かってトナーＴが飛翔するような）電位勾配としている。
【００３６】
各電極１１、３１、４２、４３に印加する電位の関係を上述したように設定することで、図５（ａ）に示すように、マイナス極性に帯電したトナー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、−２００［Ｖ］の電圧が印加されたトナー担持体１の電極１１に入ることになる。
【００３７】
なお、図５（ａ）に示すシミュレーションにおいては、トナーＴがトナー通過孔４１を通過可能な状態（ＯＮ状態）にしたときには、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が、−２００［Ｖ］と最も電位の低い２箇所の電極１１に入る結果となっている。
【００３８】
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Ｔ、または、−２００［Ｖ］の電圧が印加された電極１１近傍のトナーを、図５（ａ）に示す電気力線１０に沿ってトナー通過孔４１を通過させて、記録媒体３の表面に向かって飛翔させることができる。
【００３９】
一方、図５（ｂ）に示すように、トナーＴがトナー通過孔４１を通過不可能な状態（ＯＦＦ状態）にする場合には、制御電極４２に−２００［Ｖ］の電圧が印加される。また、電極１１に印加される低電位側の電圧も−２００［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、図５（ｂ）に示すように背面電極３１に対して電極１１よりも近い位置にある制御電極４２に全ての電気力線１０が入る。したがって、トナー担持体１の表面上、および、その上方（供給領域）でクラウド状態にあるトナーＴが、トナー通過孔４１を通って背面電極３１に向かって飛翔することはない。なお、トナーＴがトナー通過孔４１を通過不可能な状態（ＯＦＦ状態）に制御電極４２へ印加する電圧の電位は、トナー担持体１の電極１１に印加されるパルス電圧の低電位側と同じ大きさの電位である必要はなく、トナー通過孔４１を通過した電気力線１０がトナー担持体１の表面に至らない条件であれば、トナー担持体１の表面上、および、その上方（供給領域）でクラウド状態にあるトナーＴがトナー通過孔４１を通過するのを阻止する（ＯＦＦ状態にする）ことはできる。
【００４０】
次に、本実施形態に係る画像形成装置の一例について図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、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。
【００４１】
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。
【００４２】
ここで、中間転写記録体１０３は、ローラ１３２とローラ１３３とに掛け回されて図６中の矢示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に対応して記録媒体側の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。
【００４３】
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が印加される複数の電極１１１を並べて配置した上述したトナー担持体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可能なトナー補給ローラ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とを備えている。
【００４４】
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、トナーと摩擦し合うことによってトナー帯電量の安定化も図っている。
【００４５】
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。
【００４６】
一方、画像形成装置の下方には記録紙１５０を収容する給紙部１０５が配置されており、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１３３と、そのローラ１３３に対向して配置された転写ローラ１０７とで形成される転写ニップに送り込まれる。そして、その転写ニップで中間転写記録体１０３上のトナー画像が記録紙１５０上に転写され、そのトナー画像が転写された記録紙１５０が定着ユニット１０８に搬送されて、定着ユニット１０８によりトナー画像が記録紙１５０上に溶融定着された後、図示しない排紙トレイ上に排紙される。
【００４７】
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にプラス極性の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の表面へのトナー画像の転写が行われる。また、転写後に中間転写記録体１０３上に残留したトナーはクリーニングユニット１３５によってクリーニングされ、クリーニングされた中間転写記録体１０３の表面上に、次の画像形成が行われる。
【００４８】
このように、図６に示した画像形成装置は、中間転写記録体１０３に４色画像を形成した後、その４色画像を給紙部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。このような中間転写記録方式の場合には、中間転写記録体１０３の印写面（トナー供給ユニット１００から供給された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トナー制御手段１０４に形成されたトナー通過孔の通過のＯＮ／ＯＦＦ制御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。
【００４９】
次に、本実施形態に係る画像形成装置の他の例について図７を参照して説明する。なお、図７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に静電的に吸着させて記録紙１５０をトナー供給ユニット１００との対向領域を通過させ、トナー制御手段１０４の画像に応じた、トナー制御手段１０４に形成されたトナー通過孔のトナー通過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。
【００５０】
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とに掛け回されて図７中の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。
【００５１】
この構成では、トナー制御手段１０４に形成されたトナー通過孔のトナー通過を制御するトナー制御手段１０４と、トナー通過孔を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、記録紙１５０上に直接、カラー画像を形成し、図６に示した中間転写記録方式の画像形成装置で行われていた転写プロセスがないため、このような転写プロセスが行われることで生じ得るトナー散りにより画質が低下することがない。
【００５２】
また、図７に示した画像形成装置においては、図６に示した画像形成装置が有している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、トナー担持体１０１上のトナーをクラウド化する本構成では、背面電極１３１に印加するバイアス（印写面バイアス）を低く設定してトナーを記録紙１５０に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。
【００５３】
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８を参照して説明する。なお、図８（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であり、図８（ｂ）はトナー担持体１０１の模式的断面説明図である。
この例は、トナー担持体１０１の表面に複数の電極１１１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９参照）を印加して、隣接電極同士で吸引と反発とを繰り返す２相電界を形成するトナー担持体１０１の例である。
【００５４】
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相電極１１１Ａと、Ｂ相電極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で並行に設けられており、トナー担持体軸方向の両サイドには各相ごとに共通のバスライン１１１Ａａ、バスライン１１１Ｂａで外部の図示しない２相パルス発生回路である電源５にそれぞれ接続されている。
【００５５】
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とを繰り返し、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。
【００５６】
このように、トナー担持体１０１の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の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１１１を有し、各電極１１１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と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。
【００５７】
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１０を参照して説明する。なお、図１０（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であり、図１０（ｂ）はトナー担持体１０１の模式的断面説明図である。
【００５８】
この例は、トナー担持体１０１に複数の電極１１１が、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。すなわち、トナー担持体１０１の表面側には、Ａ相電極１１１を絶縁層である絶縁性基板１０１Ａの表面上に設けている。Ａ相電極１１１Ａは、トナーの搬送方向と直交する方向に微細なピッチで並行に複数設けられており、トナー担持体軸方向の両サイドに設けられた共通のバスライン１１１Ａａで一体となって外部の図示しない２相パルス発生回路である電源５に接続されている。そして、そのＡ相電極１１１よりも下方に絶縁性基板１０１Ａを介してベタの導体基材のＢ相電極１１１Ｂが設けられており、外部の図示しない２相パルス発生回路である電源５に接続されている。また、これらの表面には図８と同様に保護層１０１Ｂが設けられている。そして、Ａ相電極１１１ＡとＢ相電極１１１Ｂとの間に図９に示すような１８０［°］位相の異なる２相パルスを印加して、Ａ相電極１１１ＡとＢ相電極１１１Ｂとの間に形成される電界でトナー担持体１０１上のトナーの吸引と反発とを繰り返すトナー担持体の例である。
【００５９】
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であり、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８に示したトナー担持体１０１と同様である。この２相電界によって、Ａ相電極１１１ＡとＢ相電極１１１Ｂとのスペース間を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。
【００６０】
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１０の例に示す下層の導体基材の電極は、Ａｌ、Ｎｉ−Ｃｒ等の導電性材料であればよい。
【００６１】
表面保護層１０１Ｂとしては、例えば、ＳｉＯ２、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。
【００６２】
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。
【００６３】
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、磁性キャリアと非磁性トナーと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。
【００６４】
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内にトナーが補給される。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。
【００６５】
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の回転方向下流側において、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。
【００６６】
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。なお、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。
【００６７】
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と第二電圧印加手段２１２とによって、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、マグブラシローラ２０４上のトナーがトナー担持体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の各電極１１１間で形成される上述した進行波電界によって搬送される。
【００６８】
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担持体１０１表面のトナーは、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トナー制御手段１０４に形成されたトナー通過孔を通って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。
【００６９】
次に、上記画像形成装置におけるトナー供給ユニット１００の具体的な構成の他の一例について図１２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。
【００７０】
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。
【００７１】
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の各電極１１１間で形成される上述した進行波電界によって搬送される。
【００７２】
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トナー制御手段１０４に形成されたトナー通過孔を通って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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
ここで、トナー担持体上に設けた複数の電極の電極間に電位差を与えて強い電界を発生してトナーを上記電極間でホッピングさせる構成においては、トナー担持体上でクラウド状態となっているトナーが微細ピッチで配設された上記電極間の電界に沿って飛翔し、そのように飛翔するトナーよりも記録媒体の背面に設けた背面電極とトナー担持体の複数の電極との間で形成される電界に沿って飛翔するトナーの方が少ないということが判った。すなわち、トナー通過孔を通過して印写に寄与するトナーの利用効率が悪く、印刷速度を上げるのが難しくなる。
【００８５】
［実施例１］
図１は、本実施例におけるトナー制御手段１０４に印加する制御パルス電圧Ｖｃと、トナー担持体１０１の絶縁性基板１０１Ａの表面上に配設された複数の電極１１１としてのＡ相電極１１１Ａ及びＢ相電極１１１Ｂそれぞれに印加するクラウドパルス（パルス電圧）との関係を示したものである。
【００８６】
本実施例においては、トナー制御手段１０４のトナー通過孔４１をトナーが通過可能な状態（ＯＮ状態）にするときに制御電極４２に印加される制御パルス電圧Ｖｃである電圧Ｖｃ−ｏｎが＋５０［Ｖ］であり、トナー制御手段１０４のトナー通過孔４１をトナーが通過不可能な状態（ＯＦＦ状態）にするときに制御電極４２に印加される制御パルス電圧Ｖｃである電圧Ｖｃ−ｏｆｆが−２００［Ｖ］である。また、トナー担持体１０１上のトナーをクラウド化するためにトナー担持体１０１のＡ相電極１１１Ａ及びＢ相電極１１１Ｂに印加されるクラウドパルス（パルス電圧）は、正負のピーク値で±２００［Ｖ］の電圧を印加している。
【００８７】
ここで、本実施例においては、トナー担持体１０１のＡ相電極１１１ＡとＢ相電極１１１Ｂとに、正負のピーク値で±２００［Ｖ］のクラウドパルスを図９に示したように常時印加するのではなく、トナー制御手段１０４のトナー通過孔４１をトナーが通過可能な状態（ＯＮ状態）にするために制御電極４２に電圧Ｖｃ−ｏｎ（＋５０［Ｖ］）を印加するとき、一時的に±２００［Ｖ］よりピーク電圧の小さい電圧をＡ相電極１１１Ａ及びＢ相電極１１１Ｂに印加する時間を設けており、本実施例においては、図１に示したＡ相電極１１１Ａ及びＢ相電極１１１Ｂともに電位が０［Ｖ］の時間である。
【００８８】
図１３は、トナー担持体１０１、トナー制御手段１０４、記録媒体１０３の図１に示したＡ相電極１１１Ａ及びＢ相電極１１１Ｂそれぞれに印加するクラウドパルスが０［Ｖ］のタイミングにおける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制御手段１０４のトナー通過孔４１を通過する電気力線１０を示したものである。
【００８９】
なお、トナー担持体１０１と制御電極４２との間隔を０．２［ｍｍ］、制御電極４２と記録媒体１０２との間隔を０．３［ｍｍ］、クラウド電極であるＡ相電極１１１Ａ及びＢ相電極１１１Ｂは図８に対応した構成であり、表面層に２相櫛歯電極、その下層には厚さが１０［μｍ］〜３０［μｍ］の絶縁層を介して０［Ｖ］の導体、例えばアルミ製のスリーブがある。このシミュレーションにおける表面層の２相櫛歯電極は、電極幅４０［μｍ］、電極間隔４０［μｍ］、制御電極４２の孔径は１２０［μｍ］、制御電極４２の電極幅は５０［μｍ］である。また、トナー通過ＯＮ状態の制御パルス電圧Ｖｃである電圧Ｖｃ−ｏｎは＋５０［Ｖ］、記録媒体側の背面電極１３１に印加するバイアス電圧は＋６００［Ｖ］である。
【００９０】
そして、図１３に示したシミュレーション結果は、トナー担持体１０１のＡ相電極１１１Ａ及びＢ相電極１１１Ｂの２相のクラウドパルスが０［Ｖ］のタイミングの電界強度分布において、＋６００［Ｖ］の電圧が印加された背面電極１３１から０［Ｖ］のトナー担持体１０１に向かって、トナー制御手段１０４のトナー通過孔４１を通り抜ける電気力線１０を描かせた結果である。
【００９１】
ここでは、トナー担持体１０１のＡ相電極１１１Ａ、Ｂ相電極１１１ｂ及び下相導体層とも全て０［Ｖ］であるため、＋６００［Ｖ］の電圧が印加された背面電極１３１側からトナー制御手段１０４のトナー通過孔４１を通過してトナー担持体１０１側に到達した電気力線１０は、トナー担持体１０１の電極１１１（Ａ相電極１１１Ａ、Ｂ相電極１１１Ｂ）に均等に入っている。
【００９２】
ここで、図５（ａ）に示した二次元断面電界強度分布のシミュレーション結果の従来例は、トナー担持体１０１のＡ相電極１１１ＡとＢ相電極１１１Ｂとにクラウドパルスを±２００［Ｖ］印加している（Ａ相電極１１１ＡとＢ相電極１１１Ｂとのどちらか一方に＋２００［Ｖ］が印加されており、他方に−２００［ｖ］が印加されている）タイミングにおけるシミュレーション結果である以外、その他の条件は図１３に示す例と全て同じである。
【００９３】
図５（ａ）ではＡ相電極１１１ＡとＢ相電極１１１Ｂとの電位差が４００［Ｖ］であるため、隣接するＡ相電極１１１ＡとＢ相電極１１１Ｂとの間で強い電界が発生している。特に、電極端部ほど強い電界となり、その電界の傾きに沿ってトナーが飛翔するため、隣接するＡ相電極１１１ＡとＢ相電極１１１Ｂとの電極間を往復するトナーが非常に多くなる。また、背面電極１３１からトナー制御手段１０４のトナー通過孔４１を通過してトナー担持体１０１側に到達した電気力線１０は−２００［Ｖ］が印可されている電極１１１（Ａ相電極１１１ＡとＢ相電極１１Ｂのどちらか一方の電極）の中央部付近にだけ入っており、この電気力線１０に乗ったトナーのみがトナー担持体１０１側からトナー制御手段４のトナー通過孔を通過して記録媒体１０３に到達することになり、この例ではトナーの印写に寄与する効率が悪いことになる。
【００９４】
これに対して、図１３に示した本実施例では、背面電極１３１からトナー制御手段１０４のトナー通過孔４１を通過してトナー担持体１０１側に到達した電気力線１０がトナー担持体１０１（の電極１１１）に均等に入っているため、多くのトナーが電気力線１０に乗ってトナー担持体１０１側からトナー制御手段４のトナー通過孔４１を通過して記録媒体１０３に到達するので、トナーの印写効率が高くなり、高速印写が可能となる。
【００９５】
図１では、制御パルス電圧Ｖｃが電圧Ｖｃ−ｏｆｆである−２００［Ｖ］から電圧Ｖｃ−ｏｎである＋５０［Ｖ］への切り替わり前後に、Ａ相電極１１１Ａ及びＢ相電極１１１Ｂに印加するクラウドパルスを±２００［Ｖ］として、Ａ相電極１１１ＡとＢ相電極１１１Ｂとの電位差を大きい状態（電位差４００［Ｖ］）とし、トナー担持体１０１の−２００［Ｖ］の電圧が印加された電極１１１の表面にあるトナーを電気的な反発力によって飛翔させ、その飛翔したトナーが＋２００［ｖ］の電圧が印加された電極１１１の表面に付着する前に、Ａ相電極１１１Ａ及びＢ相電極１１１Ｂに印加する電圧をピーク値が±２００［Ｖ］より小さい電位の電圧である０［Ｖ］に切り換える制御を行っている。つまり、トナー担持体１０１上にトナーを浮き上がらせた後、Ａ相電極１１１ＡとＢ相電極１１１Ｂとに印加する電圧を±２００［Ｖ］から０［Ｖ］に切り換えている。
【００９６】
これにより、隣接するＡ相電極１１１ＡとＢ相電極１１１Ｂとの電極間でトナーが往復するようなホッピング電界が形成されなくなる。これにより、トナー担持体上でクラウド状態になっているトナーが、上記電極間をホッピング電界に沿って移動しなくなるので、トナー担持体上でクラウド状態となっているトナーが、トナー担持体と飛翔電極との間に形成される飛翔電界に捕捉され易くなる。また、電極１１１に＋２００［Ｖ］の電圧を印加していた場合に比べて、トナー担持体１０１上に浮き上がっているトナーを電極１１１側に引き寄せるような電気的な引力が弱まる。そのため、Ａ相電極１１１Ａ及びＢ相電極１１１Ｂに±２００［Ｖ］のクラウドパルスを印加して浮き上がった状態のトナーの多くを図１３に示すようにトナー担持体１０１（の電極１１１）に均等に入った電気力線１０へ乗せて記録媒体１０３まで飛翔させることができるので、画像形成に寄与するクラウド状態のトナーの利用効率が向上し印刷速度の高速化を図ることができる。
【００９７】
［実施例２］
次に、他の実施例として図１４に、Ａ相電極１１１ＡとＢ相電極１１１Ｂとに印加する電圧を±２００［Ｖ］から、Ａ相電極１１１Ａにおいては−２００［Ｖ］、Ｂ相電極１１１Ｂにおいては−１００［Ｖ］に切り替える制御を行った場合の二次元断面電界強度分布のシミュレーション結果を示す。なお、Ａ相電極１１１ＡとＢ相電極１１１Ｂとに印加する電圧を切り換える制御を行う際の電圧の大きさが異なる以外、その他の条件は図１３に示す例と全て同じである。
【００９８】
本実施例のように、Ａ相電極１１１ＡとＢ相電極１１１Ｂとに印加する電圧を切り換える制御を行う際に、トナーの正規帯電極性と同極性（本実施形態においてはマイナス極性）の電圧をＡ相電極１１１ＡとＢ相電極１１１ｂとに印加することで、トナー担持体１０１上に浮き上がっているトナーをＡ相電極１１１やＢ相電極１１１Ｂなどに引き寄せるような電気的な引力が発生するのを抑制することができる。
【００９９】
また、トナーの正規帯電極性とは逆極性（本実施形態ではプラス極性）の背面電極１３１からトナー制御手段１０４のトナー通過孔４１を通過してトナー担持体１０１側に到達した電気力線１０がトナー担持体１０１のＡ相電極１１１ＡやＢ相電極１１１Ｂに入り易くなる。
【０１００】
本実施例においても、図１４に示すように図５（ａ）に示す従来例と比較してトナー担持体表面付近の電極１１１に入る電気力線１０の領域幅が広くなっており、トナー担持体１０１上に浮き上がっているトナーが電気力線１０に乗りやすいことが判る。これにより、多くのトナーが電気力線１０に乗ってトナー担持体１０１側からトナー制御手段１０４のトナー通過孔４１を通過して記録媒体１０３に到達するようになるので、トナーの印写効率が高くなり、高速印写が可能となる。
【０１０１】
［実施例３］
さらに他の実施例として図１５に、Ａ相電極１１１ＡとＢ相電極１１１Ｂとに印加する電圧を±２００［Ｖ］から、Ａ相電極１１１Ａ及びＢ相電極１１１Ｂともに−２００［Ｖ］に切り替える制御を行った場合の二次元断面電界強度分布のシミュレーション結果を示す。なお、Ａ相電極１１１ＡとＢ相電極１１１Ｂとに印加する電圧を切り換える制御を行う際の電圧の大きさが異なる以外、その他の条件は図１３に示す例と全て同じである。
【０１０２】
また、図１６は、本実施例におけるトナー制御手段１０４に印加する制御パルス電圧Ｖｃと、トナー担持体１０１の絶縁性基板１０１Ａの表面上に配設された複数の電極１１１としてのＡ相電極１１１Ａ及びＢ相電極１１１Ｂそれぞれに印加するクラウドパルス（パルス電圧）との関係を示したものである。
【０１０３】
本実施例のおいても実施例２と同様に、Ａ相電極１１１ＡとＢ相電極１１１Ｂとに印加する電圧を切り換える制御を行う際に、トナーの正規帯電極性と同極性（本実施形態においてはマイナス極性）の電圧をＡ相電極１１１ＡとＢ相電極１１１ｂとに印加することで、トナー担持体１０１上に浮き上がっているトナーをＡ相電極１１１やＢ相電極１１１Ｂなどに引き寄せるような電気的な引力が発生するのを抑制することができる。さらに、このとき、Ａ相電極１１１ＡとＢ相電極１１１Ｂとに同電位の電圧を印加することで、トナーの正規帯電極性とは逆極性（本実施形態ではプラス極性）の背面電極１３１からトナー制御手段１０４のトナー通過孔４１を通過してトナー担持体１０１側に到達した電気力線１０がトナー担持体１０１のＡ相電極１１１ＡやＢ相電極１１１Ｂに均一に入る。
【０１０４】
これにより、本実施例においては、実施例２で示した図１４と比較して、Ａ相電極１１１ＡとＢ相電極１１１Ｂとの両方の電極表面近傍の電気力線１０の領域幅がより広く、且つ、トナー担持体１０１と制御電極４２との間の空間の電界強度も高くなっている。そのため、より多くのトナーが電気力線１０に乗ってトナー担持体１０１側からトナー制御手段１０４のトナー通過孔４１を通過して記録媒体１０３に到達するようになるので、トナーの印写効率がより高くなり、より高速印写が可能となる。
【０１０５】
以上の図１３、図１４、図１５、図１及び図１６を用いて説明した各実施例においては、制御パルス電圧Ｖｃ一周期の間にクラウドパルスも一周期であるが、必ずしも同じ周期である必要はない。また、制御パルス電圧Ｖｃ一周期の間にクラウドパルスが二周期以上の関係であっても同様な効果を得ることができる。
【０１０６】
また、トナー担持体１０１に設けられたクラウド電極であるＡ相電極１１１Ａ及びＢ相電極１１１Ｂは図１０に対応した構成であっても良い。
【０１０７】
さらに、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て、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ような構成であっても良い。
【０１０８】
以上、本実施形態によれば、複数の電極が配設されたトナー担持体と、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トナー担持体の表面上でホッピングさせる、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トナー担持体の表面上に発生させるように複数の電極にパルス電圧を印加する電圧印加手段である電源と、複数の孔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孔形成部材である絶縁基材と、複数のトナー通過孔それぞれに対応させて絶縁基材の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、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である制御電極と、絶縁基材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、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、前記トナー通過孔を通して前記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、前記飛翔電界が形成されているときに、前記ホッピング電界を形成する前記電極間の電位差を一時的に小さくする。本実施形態においては、トナー担持体の複数の電極における電極間の電位差を一時的に小さくした際に上記電極間の電位差が小さくなった分、上記電極間に形成されるホッピング電界の強さも弱くなる。これにより、上記電位差を小さくする前にホッピング電界によってトナー担持体上でクラウド状態になっているトナーが、ホッピング電界が弱くなった分、上記電極間をホッピング電界に沿って移動し難くなる。そのため、トナー担持体上でクラウド状態となっているトナーが、トナー担持体と制御電極との間に形成される飛翔電界に捕捉され易くなり、上記電位差を一時的に小さくしない場合よりも、飛翔電界に沿ってトナー担持体から絶縁基材のトナー通過孔に向かって飛翔するトナー量を増やすことができる。よって、画像形成に寄与するクラウド状態のトナーの利用効率が向上し印刷速度の高速化を図ることができる。
また、本実施形態によれば、上記複数の制御電極によって上記飛翔電界が形成されるのに同期して、上記ホッピング電界を形成する上記電極間の電位差を一時的に小さくするのが望ましい。
また、本実施形態によれば、上記ホッピング電界を形成する上記電極間の電位を一時的に小さくする際に、上記電極間の電位差を無くすことで、上述したように、背面電極からトナー制御手段のトナー通過孔を通過してトナー担持体側に到達した電気力線がトナー担持体の電極に均等に入る。そのため、多くのトナーが電気力線に乗ってトナー担持体側からトナー制御手段のトナー通過孔を通過して記録媒体に到達するので、トナーの印写効率が高くなり、高速印写が可能となる。
また、本実施形態によれば、上記ホッピング電界を形成する上記電極間の電位を一時的に小さくする際に、トナーの正規帯電極性とは逆極性の電圧を上記複数の電極に印加することで、トナー担持体上に浮き上がっているトナーを電極側に引き寄せるような電気的な引力が発生するのを抑制することができる。また、背面電極からトナー制御手段のトナー通過孔を通過してトナー担持体側に到達した電気力線がトナー担持体の電極に入り易くなる。これにより、多くのトナーが電気力線に乗ってトナー担持体側からトナー制御手段のトナー通過孔を通過して記録媒体に到達するようになるので、トナーの印写効率が高くなり、高速印写が可能となる。
また、本実施形態によれば、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。
また、本実施形態によれば、上記記録媒体が記録紙であり、該記録紙の背面に上記背面電極を設けた構成とできる。
また、本実施形態によれば、上記記録媒体が中間転写体であり、中間転写体自体または中間転写体の背面に、上記背面電極を設けた構成とできる。
また、本実施形態によれば、異なる色の上記トナーを重ね合わせて上記記録媒体上にフルカラー画像を形成する構成とできる。
【符号の説明】
【０１０９】
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        絶縁基材
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
１０２      記録媒体
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    Ａ相電極
１１１Ｂ    Ｂ相電極
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
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      孔
５０３      ＦＰＣ
５０４      飛翔電極
５０６      対向電極
５０７      記録紙
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１１０】
【特許文献１】特開昭５９−１８１３７０号公報
【図１】
2010179559.tif 000003
【図２】
2010179559.tif 000004
【図３】
2010179559.tif 000005
【図４】
2010179559.tif 000006
【図５】
2010179559.tif 000007
【図６】
2010179559.tif 000008
【図７】
2010179559.tif 000009
【図８】
2010179559.tif 000010
【図９】
2010179559.tif 000011
【図１０】
2010179559.tif 000012
【図１１】
2010179559.tif 000013
【図１２】
2010179559.tif 000014
【図１３】
2010179559.tif 000015
【図１４】
2010179559.tif 000016
【図１５】
2010179559.tif 000017
【図１６】
2010179559.tif 000018
【図１７】
2010179559.tif 000019