(57)【要約】【課題】従来よりも記録オン電圧を低減しつつ、トナー汚れの発生を抑えることができる直接記録方式の画像形成装置を提供する。【解決手段】Ａ相パルス電圧及びＡ相パルス電圧をトナー担持スリーブ３０Ｙの複数のホッピング電極に印加して、スリーブ表面上のトナーをホッピングさせるスイッチングドライバ２７Ｙを設け、且つ、トナーの帯電極性側に大きい方のパルスピークと同じ値になっている状態のホッピング電極をスリーブ回転に伴って非画像孔となっている貫通孔１４Ｙとの対向位置に移動させたとしても、そのホッピング電極と貫通孔１４Ｙとの間における少なくとも一部領域に、トナーを孔側からスリーブ側側に向けて静電移動させる電界を形成し得る値に、パルス平均電位と記録オフ電圧との電位差を設定した。【選択図】図９
2011037218.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体を具備するとともに、該基体を厚み方向に貫通する貫通孔、及び該貫通孔の近傍に設けられた孔近傍電極の組合せを複数具備する基板と、
前記基板に所定の間隙を介して対向する自らの移動する表面にトナーを担持するトナー担持体と、
前記基板におけるトナー担持体側とは反対側の面に対して所定の間隙を介して対向する対向電極と、
該対向電極に対して対向電圧を供給する対向電圧印加手段と、
複数の前記孔近傍電極のうち、画像を形成するためのドットに対応する位置にある孔近傍電極である記録オン電極に対して所定の記録オン電圧を印加にする一方で、前記ドットに対応しない位置にある孔近傍電極である記録オフ電極に対して所定の記録オフ電圧を印加する記録電圧印加手段とを備え、
前記トナー担持体の表面に担持されているトナーのうち、前記記録オン電極との対向領域にあるトナーを、前記記録オン電極の近傍に位置する前記貫通孔である画像孔に向けて飛翔させた後、該画像孔に通して前記対向電極に向けて移動させて、前記対向電極あるいはその上の記録部材に付着させてドットを形成する画像形成装置において、
上記トナー担持体として、その移動する表面の移動方向に沿って並ぶ複数のホッピング電極を設けたものを用い、
所定の第１ピークと第２ピークとの間で立ち上がり及び立ち下がりを繰り返す繰り返しパルス電圧をそれら複数のホッピング電極に印加して、前記トナー担持体の表面上のトナーをそれら複数のホッピング電極の間でホッピングさせるパルス電圧印加手段を設け、
且つ、前記第１ピーク及び第２ピークのうち、トナーの帯電極性側に大きい方のピークと同じ値になっている状態のホッピング電極を、前記トナー担持体の表面移動に伴って前記記録オフ電極の近傍に位置する前記貫通孔である非画像孔との対向位置に移動させたとしても、そのホッピング電極とこれに対向している前記非画像孔との間における少なくとも一部領域に、トナーを非画像孔側からトナー担持体側に向けて静電移動させる電界を形成し得る値に、前記繰り返しパルス電圧の単位時間あたりにおける平均電位と、前記記録オフ電圧との電位差を設定したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
画像形成装置に採用する所定の条件の設計値を決定する設計値決定方法において、
請求項１の画像形成装置における前記条件としての前記電位差について、前記第１ピーク及び第２ピークのうち、トナーの帯電極性側に大きい方のピークと同じ値になっている状態のホッピング電極を、前記トナー担持体の表面移動に伴って前記非画像孔との対向位置に移動させたとしても、そのホッピング電極とこれに対向している前記非画像孔との間における少なくとも一部領域に前記電界を形成し得る値を、設計値として決定することを特徴とする設計値決定方法。
【請求項３】
請求項２の設計値決定方法において、
前記電位差が所定値を超える場合には、複数の前記ホッピング電極におけるトナー担持体表面移動方向の配設ピッチの設計値を変化させることで、前記電位差の設計値をより小さくすることを特徴とする設計値決定方法。
【請求項４】
請求項２又は３の設計値決定方法において、
前記電位差が所定値を超える場合には、前記繰り返しパルス電圧のピーク・ツウ・ピーク電位の設計値を変化させることで、前記電位差の設計値をより小さくすることを特徴とする設計値決定方法。
【請求項５】
請求項２乃至４の何れかの設計値決定方法において、
前記電位差が所定値を超える場合には、前記貫通孔の径の設計値を変化させることで、前記電位差の設計値をより小さくすることを特徴とする設計値決定方法。
【請求項６】
請求項２乃至５の何れかの設計値決定方法において、
前記電位差が所定値を超える場合には、前記貫通孔と、前記対向電極又はこれの上の記録部材との距離の設計値を変化させることで、前記電位差の設計値をより小さくすることを特徴とする設計値決定方法。
【請求項７】
請求項２乃至６の何れかの設計値決定方法において、
前記電位差が所定値を超える場合には、前記孔近傍電極の大きさの設計値を変化させることで、前記電位差の設計値をより小さくすることを特徴とする設計値決定方法。
【請求項８】
請求項２乃至７の何れかの設計値決定方法において、
前記電位差を前記所定値に固定し、且つ前記記録オフ電圧と前記記録オン電圧との差を所定の値に固定した条件における、前記貫通孔と前記トナー担持体の表面との距離と、前記画像孔に対するトナー通過量との関係を調べた結果に基づいて、前記距離の設計値として、該トナー通過量を最大にする値を決定することを特徴とする設計値決定方法。
【請求項９】
工場で組み立てられた個々の画像形成装置の製品に対し、それぞれ所定の制御パラメータを設定する制御パラメータ設定方法において、
請求項１の画像形成装置の製品を制御パラメータ設定の対象とし、前記製品における前記ホッピング電極に対して所定の繰り返しパルス電圧を印加し、且つ前記対向電極に所定の前記対向電圧を印加した状態で、前記記録オフ電圧を変化させながら、それぞれの記録オフ電圧条件下で前記トナー担持体をそれぞれ所定時間以上に渡って表面移動させた場合における前記対向電極又は対向電極上の記録部材に対するトナー付着量をそれぞれ測定し、測定結果と、請求項２乃至８の何れかの設計値決定方法で決定した前記電位差の設計値とに基づいて、前記製品における前記記録オフ電圧及び記録オン電圧を設定することを特徴とする制御パラメータ設定方法。
【請求項１０】
請求項９の制御パラメータ設定方法において、
前記対向電極、又は対向電極上の記録部材の光学特性を検知する光学センサによって前記トナー付着量を測定することを特徴とする制御パラメータ設定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直接記録方式によって画像を形成する複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に関するものである。更には、画像形成装置における所定の条件の設計値を決定する設計値決定方法や、画像形成装置における所定の制御パラメータを設定する制御パラメータ設定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、直接記録方式によって画像を形成する画像形成装置としては、例えば特許文献１に記載のものが知られている。直接記録方式では、潜像を形成してからその潜像にトナーを付着させてトナー像を形成するという電子写真プロセスによらずに、次のような直接的なプロセスによってトナー像を形成する。即ち、潜像を形成していない記録体のドット形成領域に対してトナーを選択的に付着させるというプロセスである。
【０００３】
図１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を示す構成図である。同図において、トナー担持体としてのトナー担持ローラ９０１は、その回転軸線を図中左右方向に延在させる姿勢で配設され、図示しない駆動手段によって回転駆動せしめられる。表面にトナー粒子Ｔを担持したトナー担持ローラ９０１の図中下方には、複数の貫通孔９０２を具備する基板９０３が配設されている。貫通孔９０２の周囲には、孔を囲むリング状の飛翔制御電極９０４が形成されている。なお、同図では、便宜上、貫通孔９０２と飛翔制御電極９０４との組合せ（以下、「孔−電極組」という）を１つしか図示していないが、実際には複数設けている。
【０００４】
基板９０３の図中下方には、基板９０３を介してトナー担持ローラ９０１に対向する対向電極９０６と、この対向電極６上で図示しない搬送手段によって図紙面に直交する方向に搬送される記録紙９０７とが配設されている。トナー担持ローラ９０１は、例えば接地された状態で、マイナス極性のトナーを表面に担持する。この状態で飛翔制御電極９０４に例えばプラス極性の記録オン電圧が印加されると、トナー担持ローラ９０１の表面上で飛翔制御電極９０４と対向する位置にあるトナーや、これの近傍にあるトナーに、ローラ側から電極側に向かう電界が作用する。この電界の作用により、トナー粒子Ｔの集合体がドット状の形状でトナー担持ローラ９０１から飛翔して貫通孔９０２内に進入する。そして、飛翔制御電極９０４と、これよりも高い電位になっている対向電極９０６との間に形成される電界に引かれて飛翔を続け、貫通孔９０２を通過して記録紙７の表面に付着する。この付着により、トナー粒子Ｔの集合体はドットを記録する。
【０００５】
このような直接記録方式においては、複数の飛翔制御電極９０４に対する記録オン電圧の入切を、それぞれ専用のＩＣによって個別に行う必要があり、そのＩＣはかなりの数になる。例えば、６００［ｄｐｉ］の解像度で画像を形成する仕様では、貫通孔９０２と飛翔制御電極９０４とからなる「孔−電極組」を４９６０組設ける必要があるため、前述のＩＣが４９６０個必要になる。一般に、ＩＣはその耐電圧が高くなるほど高価になるため、直接記録方式では記録オン電圧の値をできるだけ低く抑えることが重要になる。ところが、鏡像力、ファンデルワールス力、液架橋力などによるトナー担持ローラ９０１とトナーとの付着力に打ち勝てる電界を形成するためには、記録オン電圧の値を少なくとも５００［Ｖ］以上にする必要がある。このことが、低コスト化を図る上での障害になっていた。
【０００６】
一方、従来、例えば特許文献２に記載の画像形成装置のように、トナー担持体の表面上でホッピングさせたトナーによって現像を行うものが知られている。特許文献２に記載の画像形成装置は、周方向に所定のピッチで配設された複数のホッピング電極を具備する筒状のトナー担持体を有している。複数のホッピング電極のうち、偶数番目の配列位置にあるものに対しては、互いに同じＡ相の繰り返しパルス電圧を印加する一方で、奇数番目の配列位置にあるものに対しては、互いに同じＢ相の繰り返しパルス電圧を印加する。これにより、互いに隣り合う２つのホッピング電極の間に交番電界を形成して、トナーを電極間でホッピングさせる。そして、ホッピングさせたトナーを、潜像担持体上の潜像に付着させることで現像を行う。かかる構成では、ホッピングによってトナー担持体の表面との付着力をなくしているトナーを潜像に付着させることにより、通常の１成分現像方式や２成分現像方式では実現が望めなかったほどの低電位現像を実現することができる。例えば、周囲の非画像部との電位差が僅か数十［Ｖ］である静電潜像にトナーを選択的に付着させることも可能である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明者らは、トナー担持体の表面上でホッピングさせたトナーを用いて直接記録方式を実施する新規な画像形成装置を開発中である。この画像形成装置においては、ホッピングによってトナーにおけるトナー担持体表面との付着力をなくすことで、トナーを基板の貫通孔に通すための電界として、付着力に打ち勝つほど強いものを形成する必要がなくなる。よって、記録オン電圧を大幅に低減することができる。
【０００８】
しかしながら、この画像形成装置では、記録紙の非画像部にトナー汚れを発生させ易くなってしまうことがわかった。そこで、本発明者らは、かかるトナー汚れを発生させる原因について鋭意研究を行ったところ、以下のようなことを見出した。
【０００９】
即ち、一般的な直接記録方式においては、複数の飛翔制御電極のうち、画像のドットに対応する位置にある飛翔制御電極に対し、トナー担持体の電位よりもトナーの帯電極性とは逆極性側に大きな値の記録オン電圧を印加する。その飛翔制御電極の内側にある貫通孔（以下、「画像孔」という）と、トナー担持体の表面との間に、トナーをトナー担持体側から貫通孔側に向けて静電移動させる電界を形成するためである。一方、複数の飛翔制御電極のうち、ドットに対応する位置にない飛翔制御電極に対しは、トナー担持体の電位よりもトナーの帯電極性側に大きな値の記録オフ電圧を印加する。その飛翔制御電極との対向位置においてトナーをトナー担持体の表面に押し付けて、その飛翔制御電極の内側にある貫通孔（以下、「非画像孔」という）にトナーを進入させないようにするためである。一般的な直接記録方式であれば、トナー担持体の表面電位はトナー担持体に印加される直流電圧とほぼ同じ値になるので、その直流電圧に対して前述のような関係になる値の記録オン電圧や記録オフ電圧を採用すればよい。しかし、トナーをホッピングさせるために、トナー担持体の複数のホッピング電極に対して繰り返しパルス電圧を印加する構成では、トナー担持体の表面電位を一義的に把握することができなくなる。そこで、本発明者らは、記録オン電圧や記録オフ電圧を、繰り返しパルス電圧の単位時間あたりの平均電位に対して先に述べた関係になる値に設定していた。例えば、繰り返しパルス電圧として、マイナス側のピーク＝−１５０［Ｖ］、プラス側のピーク＝＋１５０［Ｖ］、デューティ＝５０［％］のものを用いるとする。この場合、その単位時間あたりの平均電位である０［Ｖ］に対して先に述べた関係を具備する値に、記録オン電圧や記録オフ電圧の値を設定するのである。ところが、繰り返しパルス電圧の平均電位を基準にすると、記録オフ電圧を、画像のドットに対応しない貫通孔に対するトナーの進入を許容してしまう値にしてしまう場合があることがわかった。
【００１０】
このことについて詳述する。繰り返しパルス電圧が印加されるホッピング電極は、繰り返しパルス電圧の周期変動に応じて、ホッピング中のトナーに対して、自らに引き寄せる方向の静電気力を付与したり、自らから遠ざける方向の静電気力を付与したりする。後者の方向の静電気力が最も強くなるタイミングは、ピーク・ツウ・ピークという２つのピークを持つ繰り返しパルス電圧がトナーの帯電極性側に大きい方のピークを迎えたときである。例えば、トナーとしてマイナス帯電性のものを用い、且つ、−１５０［Ｖ］及び＋１５０［Ｖ］という２つのピークを持つ繰り返しパルス電圧を採用する場合には、繰り返しパルス電圧が−１５０［Ｖ］のピークを迎えたタイミングである。表面移動するトナー担持体のホッピング電極と、基板の「非画像孔」との相対位置は、トナー担持体の表面移動に伴って変化するが、前述のタイミングを迎えたホッピング電極が、偶然にも「非画像孔」の真正面に移動していたとする。すると、記録オフ電圧を、前述の平均電位である０［Ｖ］よりもマイナス側に大きい例えば−１００［Ｖ］に設定していても、ホッピング電極と「非画像孔」との間に、トナーを孔内に向けて移動させる電界を瞬間的に形成してしまうことがある。この電界によってトナーを「非画像孔」に進入させてしまうと、対向電圧を印加している対向電極から生ずる強い電界により、そのトナーを「非画像孔」から容易に抜け出させて対向電極上の記録紙に付着させてしまう。開発中の画像形成装置においては、このようにしてトナー汚れを引き起こしていることがわかった。
【００１１】
本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、その第１の目的とするところは、従来よりも記録オン電圧を低減しつつ、トナー汚れの発生を抑えることができる直接記録方式の画像形成装置を提供することである。また、その第２の目的とするところは、かかる画像形成装置を設計することができる設計値決定方法を提供することである。また、その第３の目的とするところは、画像形成装置の製品において、各種部品の組み付け誤差が生じても、従来よりも記録オン電圧を低減しつつ、トナー汚れの発生を抑え得る値に、その製品の制御パラメータを設定することができる制御パラメータ設定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記第１の目的を達成するために、請求項１の発明は、基体を具備するとともに、該基体を厚み方向に貫通する貫通孔、及び該貫通孔の近傍に設けられた孔近傍電極の組合せを複数具備する基板と、前記基板に所定の間隙を介して対向する自らの移動する表面にトナーを担持するトナー担持体と、前記基板におけるトナー担持体側とは反対側の面に対して所定の間隙を介して対向する対向電極と、該対向電極に対して対向電圧を供給する対向電圧印加手段と、複数の前記孔近傍電極のうち、画像を形成するためのドットに対応する位置にある孔近傍電極である記録オン電極に対して所定の記録オン電圧を印加にする一方で、前記ドットに対応しない位置にある孔近傍電極である記録オフ電極に対して所定の記録オフ電圧を印加する記録電圧印加手段とを備え、前記トナー担持体の表面に担持されているトナーのうち、前記記録オン電極との対向領域にあるトナーを、前記記録オン電極の近傍に位置する前記貫通孔である画像孔に向けて飛翔させた後、該画像孔に通して前記対向電極に向けて移動させて、前記対向電極あるいはその上の記録部材に付着させてドットを形成する画像形成装置において、上記トナー担持体として、その移動する表面の移動方向に沿って並ぶ複数のホッピング電極を設けたものを用い、所定の第１ピークと第２ピークとの間で立ち上がり及び立ち下がりを繰り返す繰り返しパルス電圧をそれら複数のホッピング電極に印加して、前記トナー担持体の表面上のトナーをそれら複数のホッピング電極の間でホッピングさせるパルス電圧印加手段を設け、且つ、前記第１ピーク及び第２ピークのうち、トナーの帯電極性側に大きい方のピークと同じ値になっている状態のホッピング電極を、前記トナー担持体の表面移動に伴って前記記録オフ電極の近傍に位置する前記貫通孔である非画像孔との対向位置に移動させたとしても、そのホッピング電極とこれに対向している前記非画像孔との間における少なくとも一部領域に、トナーを非画像孔側からトナー担持体側に向けて静電移動させる電界を形成し得る値に、前記繰り返しパルス電圧の単位時間あたりにおける平均電位と、前記記録オフ電圧との電位差を設定したことを特徴とするものである。
また、上記第２の目的を達成するために、請求項２の発明は、画像形成装置に採用する所定の条件の設計値を決定する設計値決定方法において、請求項１の画像形成装置における前記条件としての前記電位差について、前記第１ピーク及び第２ピークのうち、トナーの帯電極性側に大きい方のピークと同じ値になっている状態のホッピング電極を、前記トナー担持体の表面移動に伴って前記非画像孔との対向位置に移動させたとしても、そのホッピング電極とこれに対向している前記非画像孔との間における少なくとも一部領域に前記電界を形成し得る値を、設計値として決定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２の設計値決定方法において、前記電位差が所定値を超える場合には、複数の前記ホッピング電極におけるトナー担持体表面移動方向の配設ピッチの設計値を変化させることで、前記電位差の設計値をより小さく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又は３の設計値決定方法において、前記電位差が所定値を超える場合には、前記繰り返しパルス電圧のピーク・ツウ・ピーク電位の設計値を変化させることで、前記電位差の設計値をより小さく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２乃至４の何れかの設計値決定方法において、前記電位差が所定値を超える場合には、前記貫通孔の径の設計値を変化させることで、前記電位差の設計値をより小さくす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２乃至５の何れかの設計値決定方法において、前記電位差が所定値を超える場合には、前記貫通孔と、前記対向電極又はこれの上の記録部材との距離の設計値を変化させることで、前記電位差の設計値をより小さくす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２乃至６の何れかの設計値決定方法において、前記電位差が所定値を超える場合には、前記孔近傍電極の大きさの設計値を変化させることで、前記電位差の設計値をより小さくす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２乃至７の何れかの設計値決定方法において、前記電位差を前記所定値に固定し、且つ前記記録オフ電圧と前記記録オン電圧との差を所定の値に固定した条件における、前記貫通孔と前記トナー担持体の表面との距離と、前記画像孔に対するトナー通過量との関係を調べた結果に基づいて、前記距離の設計値として、該トナー通過量を最大にする値を決定することを特徴とするものである。
また、上記第３の目的を達成するために、請求項９の発明は、工場で組み立てられた個々の画像形成装置の製品に対し、それぞれ所定の制御パラメータを設定する制御パラメータ設定方法において、請求項１の画像形成装置の製品を制御パラメータ設定の対象とし、前記製品における前記ホッピング電極に対して所定の繰り返しパルス電圧を印加し、且つ前記対向電極に所定の前記対向電圧を印加した状態で、前記記録オフ電圧を変化させながら、それぞれの記録オフ電圧条件下で前記トナー担持体をそれぞれ所定時間以上に渡って表面移動させた場合における前記対向電極又は対向電極上の記録部材に対するトナー付着量をそれぞれ測定し、測定結果と、請求項２乃至８の何れかの設計値決定方法で決定した前記電位差の設計値とに基づいて、前記製品における前記記録オフ電圧及び記録オン電圧を設定す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９の制御パラメータ設定方法において、前記対向電極、又は対向電極上の記録部材の光学特性を検知する光学センサによって前記トナー付着量を測定することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の画像形成装置においては、トナー担持体の表面上でトナーをホッピングさせることにより、トナー担持体とトナーとの付着力をなくすことで、基板の記録オン電極に印加する記録オン電圧を従来よりも低減することができる。
更には、本発明者らが後述する実験で明らかにしたように、基板における非画像孔との対向位置に移動し、且つトナーの帯電極性側に大きい方の繰り返し電圧ピーク値になっている状態のホッピング電極と、同対向位置にある非画像孔との間における少なくとも一部領域に、トナーを非画像孔側からトナー担持体側に向けて静電移動させる電界を形成することで、トナー汚れの発生を抑えることができる。
【００１４】
また、請求項２の発明特定事項の全てを備える設計値決定方法においては、ホッピング電極に印加する繰り返しパルス電圧の第１ピーク及び第２ピークのうち、トナーの帯電極性側に大きい方のピークと、記録オフ電圧との電位差について、少なくとも前記一部領域に前記電界を形成し得る値を設計値として決定することで、記録オン電圧を従来よりも低減しつつ、トナー汚れの発生を抑え得る直接記録方式の画像形成装置を設計することができる。
【００１５】
また、請求項９の発明特定事項の全てを備える制御パラメータ決定方法においては、画像形成装置の製品で各種部品の組み付け誤差が生じても、次のようにして、記録オン電圧を従来よりも低減しつつ、トナー汚れの発生を抑え得る値に、その製品の制御パラメータを設定することができる。即ち、実際に組み立てた製品に各種部品の組み付け誤差が生じたことで、その製品にて少なくとも前記一部領域に前記電界を形成し得る電位差の値と、請求項２の発明特定事項の全てを備える設計値決定方法によって決定した電位差の設計値との間に誤差が生じたとする。すると、制御パラメータたる記録オフ電圧の値として、前記電位差の設計値に基づく値を採用すると、電位差を不足させて、前記一部領域に前記電界を形成することができなくなる場合がある。そこで、その製品におけるホッピング電極に対して所定の繰り返しパルス電圧を印加し、且つ対向電極に所定の対向電圧を印加した状態で、記録オフ電圧を変化させながら、それぞれの記録オフ電圧条件下でトナー担持体をそれぞれ所定時間以上に渡って表面移動させて対向電極又は対向電極上の記録部材に対するトナー付着量を測定する。この測定により、トナー汚れの発生を確実に抑え得る記録オフ電圧の値を調べて、記録オフ電位の設定値をその値に設定することで、各種部品の組み付け誤差が生じても、トナー汚れの発生を抑え得る値に制御パラメータたる記録オフ電圧を設定することができる。また、このようにして設定した記録オフ電圧と、請求項２乃至８の何れかの設計値決定方法で決定した電位差とに基づいて、記録オン電圧の設定値として、記録オフ電圧の設定値に前述の電位差を加えた値を採用することで、記録オン電圧を従来よりも低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来の直接記録方式の画像形成装置における要部構成を示す構成図。
【図２】実施形態に係るプリンタを示す概略構成図。
【図３】同プリンタにおけるＹ用の画像形成部のトナー担持スリーブを示す斜視図。
【図４】同トナー担持スリーブを示す横断面図。
【図５】同トナー担持スリーブの円筒部を平面的に展開した平面展開図。
【図６】同トナー担持スリーブのＡ相電極に印加されるＡ相パルス電圧、及びＢ相電極に印加されるＢ相パルス電圧の波形を示すグラフ。
【図７】同同トナー担持スリーブと、これの表面上でホッピングするトナーとを示す構成図。
【図８】同波形の変形例を示すグラフ。
【図９】Ｙ用の画像形成部の一部とその周囲とを示す拡大構成図。
【図１０】同トナー担持スリーブと制御基板とを示す拡大構成図。
【図１１】飛翔制御電極に印加される記録オン電圧Ｖｃ−ｏｎと記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆとの関係を示すグラフ。
【図１２】同プリンタのＹ用の画像形成部を示す拡大構成図。
【図１３】変形例に係るプリンタのＹ用のホッピングユニットを示す拡大構成図。
【図１４】記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆを−１００［Ｖ］に設定した実験のプラスピーク電極の孔対向タイミングにおける電界強度と、中間記録ベルト表面からスリーブ表面に至るまでの空間におけるベルト表面からの距離との関係を示すグラフ。
【図１５】同実験のマイナスピーク電極の孔対向タイミングにおける電界強度と、ベルト表面からの距離との関係を示すグラフ。
【図１６】記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆを−１７０［Ｖ］に設定した実験のプラスピーク電極の孔対向タイミングにおける電界強度と、ベルト表面からの距離との関係を示すグラフ。
【図１７】同実験のマイナスピーク電極の孔対向タイミングにおける電界強度と、ベルト表面からの距離との関係を示すグラフ。
【図１８】各種パラメータと、トナー汚れの発生を抑え得る記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆの最小値との関係を示すグラフ。
【図１９】Ｖｐｐを２００［Ｖ］にし、且つホッピング電極配設ピッチをより小さくした他は、同実験と同じ条件にした場合の、マイナスピーク電極の孔対向タイミングにおける電界強度と、ベルト表面からの距離との関係を示すグラフ。
【図２０】飛翔制御電極を示す拡大平面図。
【図２１】供給ギャップと、トナー汚れを抑え得る記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆの最小値と、この最小値から所定値だけシフトさせた記録オン電圧Ｖｃ−ｏｎと、ドットに対するトナー付着量との関係を示すグラフ。
【図２２】実施形態に係る制御パラメータ設定方法の処理を説明するためのタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を適用した直接記録方式の画像形成装置であるカラープリンタ（以下、単にプリンタという）の一実施形態について説明する。
まず、本プリンタの基本的な構成について説明する。図２は実施形態に係るプリンタを示す概略構成図である。同図において、本プリンタは、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）のトナーを用いて画像を形成するＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋ用の画像形成部９０Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ、中間記録装置１００、給紙カセット１２０、レジストローラ対１２２、定着装置１３０などを備えている。
【００１８】
画像形成部９０Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋは、鉛直方向に所定のピッチで並ぶように配設され、それぞれ、制御基板１０Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋや、トナー担持体たるトナー担持スリーブ３０Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋなどを有している。
【００１９】
中間記録装置１００は、画像形成部９０Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの図中右側方に配設されている。無端状の中間記録ベルト１０１、駆動ローラ１０２、押さえローラ１０３、４つの対向電極ローラ１０４Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ、転写ローラ１１５などを有している。中間記録ベルト１０１は、駆動ローラ１０２と、４つの対向電極ローラ１０４Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋとによって縦長の姿勢で張架されながら、駆動ローラ１０２の図中反時計回り方向の回転駆動によって図中反時計回り方向に無端移動せしめられる。中間記録ベルト１０１のおもて面（ループ外面）は、ベルト無端移動に伴って画像形成部９０Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋとの対向位置を順次通過していく。この際、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋトナー像が順次重ね合わせて記録されていく。これにより、中間記録ベルト１０１のおもて面には４色重ね合わせトナー像が形成される。
【００２０】
中間記録装置１００の４つの対向電極ローラ１０４Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋは、中間記録ベルト１０１のループ内で、ベルトを介して、画像形成部９０Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの制御基板１０Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋに対向するように配設されている。また、中間記録装置１００の転写ローラ１１５は、中間記録ベルト１０１のループ外に配設され、ベルトにおける駆動ローラ１０２に対する掛け回し箇所に当接して転写ニップを形成している。この転写ニップにおいては、図示しない電源によってプラスの転写バイアスが印加される転写ローラ１１５と、駆動ローラ１０２との電位差によって転写電界が形成されている。
【００２１】
給紙カセット１２０は、複数枚の記録紙Ｐを重ね合わせて収容しており、一番上の記録紙Ｐの給紙ローラ１２０ａを当接させている。そして、所定のタイミングで給紙ローラ１２０を回転駆動させて、一番上の記録紙Ｐを給紙路１２１に向けて送り出す。送り出された記録紙Ｐは、上述の転写ニップの直前に配設されたレジストローラ対１２２のローラ間に挟まれる。レジストローラ対１２２は、ローラ間に挟み込んだ記録紙Ｐを、中間記録ベルト１０１上の４色重ね合わせトナー像に密着させ得るタイミングを見計らって転写ニップに向けて送り出す。転写ニップで記録紙Ｐに密着せしめられた４色重ね合わせトナー像は、転写電界やニップ圧の作用によって記録紙Ｐに転写され、記録紙Ｐの白色と相まってフルカラートナー像になる。このようにしてフルカラートナー像が形成された記録紙Ｐは、転写ニップから定着装置１３０に送られてフルカラートナー像が定着せしめられた後、機外へと排出される。なお、定着装置１３０は、ハロゲンランプ等の発熱源を内包する加熱ローラ１３１とこれに向けて押圧されている加圧ローラ１３２との当接によって定着ニップを形成している。そして、この定着ニップ内に記録紙Ｐを挟み込んだ際に、ニップ圧や加熱の作用によってフルカラートナー像を記録紙Ｐの表面に定着せしめる。
【００２２】
図３は、Ｙ用の画像形成部（９０Ｙ）のトナー担持スリーブ３０Ｙを示す斜視図である。また、図４は、このトナー担持スリーブ３０Ｙの横断面図である。また、図５は、トナー担持スリーブ３０Ｙの円筒部３１Ｙを平面的に展開した平面展開図である。図３に示すように、トナー担持スリーブ３０Ｙは、円筒部３１Ｙ、これの軸線方向の両端面にそれぞれ接続されたフランジ３６Ｙ，３８Ｙ、それぞれのフランジの中心から突出する軸部材３７Ｙ，３９Ｙなどを有している。円筒部３１Ｙの周面には、ローラ軸線方向に延在する形状の複数の電極３３Ｙが、周方向（回転方向）に所定のピッチで並ぶように形成されている。これら電極のうち、周方向において１個おきに並んでいるもの同士は、互いに同じ電位状態にされる電気的に同相の電極になっている。具体的には、円筒部３１Ｙの周面には、図４や図５に示すように、ホッピング電極としてのＡ相電極３３ａＹとＢ相電極３３ｂＹとが周方向に交互に並ぶように配設されている。Ａ相電極３３ａＹは、円筒部３１Ｙの軸線方向の一端まで延在しており、円筒部３１Ｙの一端には金属製のフランジ３６Ｙが接続されている（図３を参照）。このフランジ３６Ｙにより、複数のＡ相電極３３ａＹが互いに電気的に導通している。また、Ｂ相電極３３ｂＹは、円筒部３１Ｙの軸線方向の他端まで延在しており、円筒部３１Ｙの他端には金属製のフランジ３８Ｙが接続されている。このフランジ３８Ｙにより、複数のＢ相電極３３ｂＹが互いに電気的に導通している。
【００２３】
図３に示したトナー担持スリーブ３０Ｙは、軸線方向の両端の軸部材３７Ｙ，３９Ｙがそれぞれ回転自在に支持されながら回転駆動される。そして、図示のように、図中左側のフランジ３６Ｙには、搬送制御部９１ＹによってＡ相パルス電圧が印加される。この印加は、フランジ３６Ｙに摺擦する図示しない摺擦電極を介して行われる。フランジ３６Ｙに印加されたＡ相パルス電圧は、複数のＡ相電極３３ａＹにそれぞれ導かれる。また、図中右側のフランジ３８Ｙには、搬送制御部９１ＹによってＢ相パルス電圧が印加される。この印加は、フランジ３８Ｙに摺擦する図示しない摺擦電極を介して行われる。フランジ３８Ｙに印加されたＢ相パルス電圧は、複数のＢ相電極３３ｂＹにそれぞれ導かれる。
【００２４】
図６は、Ａ相電極３３ａＹに印加されるＡ相パルス電圧、及びＢ相電極３３ｂＹに印加されるＢ相パルス電圧の波形を示すグラフである。Ａ相パルス電圧と、Ｂ相パルス電圧とは、図示のように互いに逆位相になっており、単位時間あたりにおける平均電位は互いに同じである。それぞれのパルス電圧の波形における中心位置で水平方向に延在している線が、この平均電位を示している。これにより、Ａ相電極３３ａＹやＢ相電極３３ｂＹは、平均的にトナーとは逆極性の電位を帯びる。このようなパルス電圧がそれぞれの電極に印加されると、図７に示すように、トナー担持スリーブ３０Ｙにおける円筒部３１Ｙの表面上のＹトナーが、Ａ相電極３３ａＹ上とＢ相電極３３ｂＹ上との間を往復移動するように繰り返しホッピングする。以下、トナー担持スリーブ３０Ｙの表面上でトナーが所定の周期でホッピングを繰り返している状態をフレア（Ｆｌａｒｅ）という。また、Ａ相パルス電圧及びＢ相パルス電圧をまとめてホッピングパルス電圧という。
【００２５】
なお、図示のような矩形波状のパルス電圧では、極性が瞬時に切り替わるため、トナーに対して大きな静電力を付与することが可能である。但し、サイン波状のパルス電圧や三角波状のパルス電圧を採用してもよい。また、Ａ相電極３３ａＹとＢ相電極３３ｂＹとのうち、一方に対して周波数ｆの矩形波状のパルス電圧を印加する一方で、もう一方に対して前記パルス電圧の平均電位となる直流電圧を印加しても、逆位相のパルス電圧を採用する場合と同様に、フレア現象を生起せしめることが可能である（図８）。
【００２６】
円筒部３１Ｙの周面におけるＡ相電極３３ａＹ上とＢ相電極３３ｂＹとの間をホッピングによる往復移動の繰り返しで、円筒部３１Ｙの周面上にフレアを形成しているＹトナーは、トナー担持スリーブ３０Ｙの回転駆動により、図２に示したＹ用の制御基板１０Ｙに対向するＹ用の記録領域まで搬送される。そして、その記録領域にて、その放物線状のホッピング軌跡の頂点付近で制御基板１０Ｙの近傍に至ると、必要に応じて制御基板１０Ｙの後述する図示しない貫通孔内に取り込まれて、トナー像の記録に寄与する。
【００２７】
なお、図４や図７に示したように、円筒部３１Ｙの表面には、絶縁材料からなる表面保護層３４Ｙを設けている。この表面保護層３４Ｙにより、ＹトナーとＡ相電極３３ａＹやＢ相電極３３ｂＹとの直接接触を回避することで、電極からＹトナーへの電荷注入の発生を回避している。
【００２８】
円筒部３１Ｙの円筒状の基材３２Ｙとしては、ガラス基板、樹脂基板、セラミックス基板等の絶縁性材料からなる基板、ステンレス等の導電性材料からなる基板にＳｉＯ２等の絶縁膜を成膜したもの、ポリイミドフィルム等の変形可能な材料からなる基板などを用いることができる。
【００２９】
Ａ相電極３３ａＹやＢ相電極３３ｂＹについては、次のようにして作成することが可能である。即ち、まず、基板３２Ｙ上にＡｌ、Ｎｉ−Ｃｒ等の導電性材料を０．１〜１０［μｍ］、好ましくは０．５〜２．０［μｍ］の厚みで成膜してから、これをフォトリソグラフィー技術等によって所要の電極形状にパターン化して各電極を得る。      
【００３０】
表面保護層３４Ｙとしては、例えばＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＴｉＮ、Ｔａ２Ｏ５などを厚さ０．５〜１０［μｍ］、好ましくは厚さ０．５〜２［μｍ］で成膜したものを例示することができる。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０．５〜１０μｍ厚に薄膜印刷塗布して加熱硬化したものでもよい。
【００３１】
図１０は、Ｙ用の画像形成部９０Ｙの一部とその周囲とを示す拡大構成図である。トナー担持体としてのトナー担持スリーブ３０Ｙは、表面上のトナーをＡ相電極とＢ相電極との間でホッピングさせてフレアを形成しながら、図中時計回り方向に回転駆動する。このトナー担持スリーブ３０ＹにはＹ用の制御基板１０Ｙが所定の間隙を介して対向配設されており、スリーブとの間に距離ｄのギャップを介在させている。更に、制御基板１０Ｙの上方では、中間記録ベルト１０１が図中矢印方向に移動しており、更にその上方には対向電極ローラ１０４Ｙがベルトと制御基板１０Ｙとを介してトナー担持スリーブ３０Ｙに対向している。トナー担持スリーブ３０Ｙと制御基板１０Ｙとの間においては、図９に示すように、トナー担持スリーブ３０Ｙ上のトナーがホッピングして、制御基板１０Ｙに近づく。
【００３２】
制御基板１０Ｙは、基体としての絶縁性基板１１Ｙを具備している。また、絶縁性基板１１Ｙに形成された複数の貫通孔１４Ｙと、それぞれの貫通孔１４Ｙに個別に対応する複数の飛翔制御電極１２Ｙとを具備している。なお、図９や図１０では、便宜上、貫通孔１４Ｙ及び飛翔制御電極１２Ｙの組合せを１つしか示していないが、制御基板１０Ｙには、その組合せが複数形成されている。孔近傍電極としての飛翔制御電極１２Ｙは、そのリング形状のループ内側に１つの貫通孔１４Ｙを位置させるように形成されている。複数の飛翔制御電極には、それぞれ金属からなるリード部１５Ｙが繋がっており、それらリード部１５Ｙは互いに絶縁を維持する状態で、記録制御部２８Ｙに接続されている。
【００３３】
搬送制御部９１Ｙは、トナー担持スリーブ３０ＹのＡ相電極やＢ相電極に対し、先に図６に示した繰り返しパルス電圧としてのＡ相パルス電圧やＢ相パルス電圧を印加して、スリーブ表面上のトナーを電極間でホッピングさせる。それらパルス電圧は、何れもデューティ比が５０％になっているので、ピークツウピーク電圧Ｖｐｐの半分の電位が、スリーブ表面上での平均電位Ｖｓとなる。例えば、パルス電圧として、一方のピークが＋１５０［Ｖ］で且つもう一方のピークが−１５０［Ｖ］のものを用いた場合、平均電位Ｖｓは０［Ｖ］である。ホッピングパルス電圧の周波数ｆは、例えば、０．５〜７［ＫＨｚ］程度である。なお、ホッピングパルス電圧のＶｐｐは、±６０〜±３００程度がよい。
【００３４】
一方、制御基板１０Ｙの飛翔制御電極１２Ｙは、スイッチングドライバ２７Ｙに接続されている。このスイッチングドライバ２７Ｙは、電源２６Ｙから出力される記録オン電圧Ｖｃ−ｏｎや記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆの印加の入切を、複数の飛翔制御電極１２Ｙに対して個別に行うものであり、個別の入切を実現するために、飛翔制御電極１２Ｙと同数のＩＣを具備している。
【００３５】
図１１は、飛翔制御電極１２Ｙに印加される記録オン電圧Ｖｃ−ｏｎと記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆとの関係を示すグラフである。同図において、記録オン電圧Ｖｃ−ｏｎと記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆとの間の点線は、ホッピングパルス電圧の平均電位Ｖｓを示している。つまり、平均電位Ｖｓは、飛翔制御電極１２Ｙに印加される記録オン電圧Ｖｃ−ｏｎと記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆとの間の値になっている。より詳しく説明すると、記録オン電圧Ｖｃ−ｏｎは、ホッピングパルス電圧の平均電位Ｖｓ（スリーブ平均電位）よりも、トナーの帯電極性とは逆極性側に大きな値になっている。これにより、複数の飛翔制御電極１２Ｙのうち、記録オン電圧Ｖｃ−ｏｎが印加されたものは、その上方に位置しているスリーブ表面上のホッピングトナーを自らに向けて引き寄せる。引き寄せられたトナーは、貫通孔１４Ｙを通過して対向電極ローラ１０４Ｋに向けて飛翔し、対向電極ローラ１０４Ｋ上の中間記録ベルト１０１に着地してドットを形成する。これに対し、記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆは、スリーブの平均電位Ｖｓよりも、トナーの帯電極性側に大きな値になっている。これにより、複数の飛翔制御電極１２Ｙのうち、記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆが印加されたものは、その上方に位置しているスリーブ表面上のホッピングトナーを自らと反発させるようになる。
【００３６】
なお、対向電極ローラ１０４Ｋに印加する対向バイアスＶｐの値は、制御基板１０Ｙと対向電極ローラとの距離に応じて設定される。当然ながら、距離が大きくなるほど、対向バイアスＶｐは大きな値に設定される。
【００３７】
図１２は、Ｙ用の画像形成部（９０Ｙ）を示す拡大構成図である。図２では、便宜上、トナー担持スリーブ３０Ｙの周囲構成を省略して示していたが、図１２に示すように、トナー担持スリーブ３０Ｙは、ホッピングユニット４０Ｙのケーシング４１Ｙ内に収容されている。ホッピングユニット４０Ｙは、トナー担持スリーブ３０Ｙの他に、第１剤収容部４８Ｙ、第２剤収容部４６Ｙ、磁気ブラシ部などを有している。
【００３８】
第１剤収容部４８Ｙは、図中時計回り方向に回転駆動される第１搬送スクリュウ４９Ｙを、図示しない磁性キャリアとトナーとを混合した混合剤とともに収容している。また、第２剤収容部４６Ｙは、図中反時計回りに回転駆動される第２搬送スクリュウ４７Ｙを、混合剤とともに収容している。これら剤収容部は、互いに仕切壁によって仕切られているが、一部が互いに連通口を介して連通している。
【００３９】
第１搬送スクリュウ４９Ｙは、その回転駆動によって第１収容部４８Ｙ内の混合剤を回転撹拌しながら、図紙面に直交する方向における手前側から奥側へと搬送する。このとき、搬送途中の混合剤は、第１収容部４８Ｙの天板に固定されたトナー濃度センサ５０Ｙによってトナー濃度が検知される。そして、図中奥側の端部付近まで搬送された混合剤は、仕切壁の連通口を経て、第２収容部４６Ｙ内に進入する。
【００４０】
第２収容部４６Ｙは、後述するトナー供給ロール４２Ｙを収容する磁気ブラシ形成部に連通しており、第２搬送スクリュウ４７Ｙとトナー供給ロール４２Ｙとは所定の間隙を介して互いに軸線方向を平行にする姿勢で対向している。第２収容部４６Ｙ内の第２搬送スクリュウ４７Ｙは、その回転駆動によって第２収容部４６Ｙ内の混合剤を回転撹拌しながら、図中奥側から手前側へと搬送する。この過程において、第２搬送スクリュウ４７Ｙによって搬送される混合剤の一部は、トナー供給ロール４２Ｙの筒状のトナー供給スリーブ４３Ｙによって汲み上げられる。そして、トナー供給スリーブ４３Ｙの図中反時計回り方向の回転駆動に伴って、後述するトナー供給領域を通過した後、トナー供給スリーブ４３Ｙの表面から離脱して再び第２収容部４６Ｙ内に戻される。その後、第２搬送スクリュウ４７Ｙによって図中手前側の端部付近まで搬送された混合剤は、仕切壁の連通口を経て第１収容部４８Ｙ内に戻される。
【００４１】
上述したトナー濃度センサ５０Ｙは、透磁率センサからなる。このトナー濃度センサ５０Ｙによる混合剤の透磁率の検知結果は、電圧信号として図示しない制御部に送られる。混合剤の透磁率は、混合剤のＫトナー濃度と相関を示すため、トナー濃度センサ５０Ｙはトナー濃度に応じた値の電圧を出力することになる。
【００４２】
本プリンタの図示しない制御部は、演算手段としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）や、データ記憶手段としてのＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）を備えている。そして、ＲＯＭの中にトナー濃度センサ５０Ｙからの出力電圧の目標値であるＹ用のＶｔｒｅｆを格納している。そして、トナー濃度センサ５０Ｙからの出力電圧値と、ＲＡＭ内のＹ用のＶｔｒｅｆとを比較して、比較結果に応じた時間だけ図示しないトナー供給装置を駆動させる。この駆動により、作像に伴うトナー消費によってトナー濃度を低下させた混合剤に対し、第１収容部４８Ｙ内に適量のトナーが供給される。このため、第２収容部４６Ｙ内の混合剤のトナー濃度が所定の範囲内に維持される。
【００４３】
トナー供給ロール４２Ｙは、図中反時計回り方向に回転駆動される非磁性材料からなる筒状のトナー供給スリーブ４３Ｙと、これに連れ回らないように内包されるマグネットローラ４４Ｙとを有している。筒状のトナー供給スリーブ４３Ｙは、アルミニウム、真鍮、ステンレス、導電性樹脂などの非磁性体が円筒形に形成されたものである。また、マグネットローラ４４Ｙは、図示のように、回転方向に並ぶ複数の磁極（図中１２時の位置から反時計回り方向に順にＮ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極）を有している。これら磁極により、トナー供給スリーブ４３Ｙの周面上に混合剤が吸着せしめられて、磁力線に沿って穂立ちした磁気ブラシとなる。
【００４４】
トナー供給スリーブ４３Ｙの表面に汲み上げられた混合剤は、トナー供給スリーブ４３Ｙの回転に伴って図中反時計回り方向に回転する。そして、自らの先端をトナー供給スリーブ４３Ｙの表面に対して所定の間隙を介して対向させている規制部材４５Ｙとの対向位置である担持量規制位置に進入する。このとき、規制部材４５Ｙとスリーブ表面との間隙を通過することで、スリーブ表面上における担持量が規制される。
【００４５】
トナー供給スリーブ４３Ｙの図中左側方では、トナー担持体たるトナー担持スリーブ３０Ｙがトナー供給スリーブ４３Ｙ表面と所定の間隙を介して対向しながら、図示しない駆動手段によって図中反時計回り方向に回転駆動されている。トナー供給スリーブ４３Ｙの回転に伴って上述の担持量規制位置を通過した混合剤は、トナー担持スリーブ３０Ｙとの接触位置であるトナー供給領域に進入して、磁気ブラシ先端を摺擦せしめながら移動する。この摺擦や、トナー供給スリーブ４３Ｙとトナー担持スリーブ３０Ｙとの電位差などにより、磁気ブラシ中のトナーがトナー担持スリーブ３０Ｙの表面上に供給される。なお、トナー供給スリーブ４３Ｙには、バイアス制御部５５Ｙにより、可変可能なバイアスが印加される。トナー供給スリーブ４３Ｙからトナー担持スリーブ３０Ｙへのトナー供給を行うときには、バイアス制御部５５Ｙにより、トナー供給スリーブ４３Ｙに対してトナー供給バイアスが印加される。これにより、トナー供給スリーブ４３Ｙとトナー担持スリーブ３０Ｙとの間に、トナーを前者から後者に移動させる電界が形成される。供給バイアスは、トナーの帯電極性と同極性の直流電圧でもよいし、かかる直流電圧に交流電圧を重畳したものでもよい。
【００４６】
トナー供給領域を通過したトナー供給スリーブ４３Ｙ上の磁気ブラシ（混合剤）は、スリーブの回転に伴って第２収容部４６Ｙとの対向位置まで搬送される。この対向位置の付近には、マグネットローラ４４Ｙに磁極が設けられておらず、混合剤をスリーブ表面に引き付ける磁力が作用していないため、混合剤はスリーブ表面から離脱して第２収容部４６Ｙ内に戻る。なお、マグネットローラ４４Ｙとして、６つの磁極を有するものの代わりに、６つを超える磁極を有するものを用いてもよい。
【００４７】
トナー供給スリーブ４３Ｙから供給されたトナーを担持するトナー担持スリーブ３０Ｙは、ケーシング４１Ｙに設けられた開口から周面の一部を露出させている。この露出箇所は、制御基板１０Ｙに対向している。
【００４８】
トナー担持スリーブ３０Ｙの表面上に供給されたトナーは、トナー担持スリーブ３０Ｙの表面上でホッピングしながら、トナー担持スリーブ３０Ｙの回転に伴って、トナー供給領域から制御基板１０Ｙとの対向領域に向けて搬送される。そして、制御基板１０Ｙとの対向領域において、必要に応じて制御基板１０Ｙの貫通孔内に取り込まれて、ドットの記録に寄与する。Ｙ用の画像形成部（９０Ｙ）について詳しく説明してきたが、他色の画像形成部（９０Ｍ，Ｃ，Ｋ）もＹ用のものと同様の構成になっている。
【００４９】
以上の構成の本プリンタにおいては、特許文献１に記載の画像形成装置のようなトナー担持体の表面に付着させているトナーを制御基板の貫通孔内に取り込むものとは異なり、トナー担持体の表面上でホッピングさせているトナーを制御基板の貫通孔内に取り込んでいる。これにより、制御基板の飛翔制御電極に対する印加電圧を制御する記録制御部（例えば２８Ｙ）の低コスト化を図ることができる。具体的には、複数の飛翔制御電極に対する記録オン電圧Ｖｃ−ｏｎや記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆの入切については、専用のＩＣによって個別に行う必要がある。このＩＣの数は、相当数に及ぶ。例えば、６００［ｄｐｉ］の解像度で画像を形成する仕様では、前述のＩＣ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る。直接記録方式では、いかに制御電圧を下げるかが、記録制御部の低コスト化を図る上で重要な要素となる。ところが、特許文献１に記載の画像形成装置では、ＩＣとして、少なくとも５００［Ｖ］以上の耐電圧のものを用いる必要がある。これは次に説明する理由による。即ち、トナーとトナー担持スリーブとには、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、これに打ち勝つだけの電界をつくり出すには、少なくとも絶対値が５００［Ｖ］以上であるバイアスを飛翔制御電極に印加しなければならないのである。これに対し、本プリンタにおいては、トナー担持スリーブ３０Ｙの表面上でトナーをホッピングさせることで、スリーブ表面とトナーとの付着力をなくしているので、数十［Ｖ］程度のバイアスを飛翔制御電極に印加すれば、記録のオンオフを制御することが可能である。つまり、上述のＩＣとして、１００［Ｖ］程度の耐電圧のものでよいのである。
【００５０】
また、本プリンタにおいては、トナー担持スリーブ３０Ｙの表面上でトナーをホッピングさせることで、トナーの摩擦帯電を促して、トナーの帯電量不足の発生を抑えることができる。具体的には、トナー担持スリーブ３０Ｙの表面上でトナーを繰り返しホッピングさせると、スリーブ表面に対してトナーを繰り返し衝突させて、トナーの摩擦帯電を促すことができるのである。
【００５１】
図１３は、変形例に係るプリンタにおけるＹ用のホッピングユニット４０Ｙを示す拡大構成図である。このホッピングユニット４０Ｙは、トナーと磁性キャリアとを混合した混合剤を収容する代わりに、トナーそのものを収容している。トナー収容部内に収容しているトナーを、回転するトナー供給ローラ５２Ｙの弾性材料からなるローラ部と、これに当接しながら回転する帯電ローラ５３Ｙとの間にトナーを挟み込むことで、トナーの摩擦帯電を助長しながら、そのトナーをトナー供給ローラ５２Ｙ表面で汲み上げる。汲み上げられたトナーは、トナー供給ローラ５２Ｙに当接している規制部材５１Ｙによって層厚が規制された後、トナー供給ローラ５２Ｙの回転に伴ってトナー担持スリーブ３０Ｙとの対向領域まで搬送される。
【００５２】
プリントジョブ時には、トナー供給ローラ５２Ｙに対して、バイアス制御部５５Ｙによって供給バイアスが印加される。この供給バイアスは、トナー担持スリーブ３０ＹのＡ相電極やＢ相電極に印加されるホッピングパルス電圧の平均電位Ｖｓよりも、トナーの帯電極性とは逆極性側に大きな値のバイアスである。よって、トナー供給ローラ５２Ｙと、トナー担持スリーブ３０Ｙとの間には、トナーをトナー供給ローラ５２Ｙ側からスリーブ側に移動させる電界が形成される。トナー供給ローラ５２Ｙの表面上のトナーは、その電界の作用によってローラ表面からスリーブ表面に転移する。トナー担持スリーブ３０Ｙの表面上では、既に説明したように、トナーのホッピングによるフレアが形成される。フレアを形成しているトナーの一部は、制御基板１０Ｙの貫通孔内に取り込まれてドットの形成に寄与する。
【００５３】
制御基板１０Ｙとの対向領域で制御基板１０Ｙの貫通孔内に取り込まれなかったトナーは、トナー担持スリーブ３０Ｙの回転に伴ってケーシング内に至った後、図示しない回収手段によってトナー担持スリーブ３０Ｙの表面から回収される。回収されたトナーは再びトナー収容部される。
【００５４】
かかる構成においては、実施形態に比べて、ホッピングユニット４０Ｙの構造を簡素化することができる。
【００５５】
次に、本発明者らが行った実験について説明する。
本発明者らは、実施形態に係るプリンタと同様の構成のプリンタ試験機を用意した。このプリンタにおける各色の画像形成部における条件は次の通りである。
・トナー担持スリーブと制御基板との間の間隙：２００［μｍ］
以下、この間隙を供給ギャップという。
・制御基板と中間記録ベルトとの間の間隙：３００［μｍ］
以下、この間隙を飛翔ギャップという。
・ホッピングパルス電圧（Ａ相、Ｂ相）のピーク・ツウ・ピーク電位：３００［Ｖ］
・Ａ相、Ｂ相それぞれのプラス側ピーク値：＋１５０［Ｖ］
・Ａ相、Ｂ相それぞれのマイナス側ピーク値：−１５０［Ｖ］
・Ａ相、Ｂ相それぞれのデューティ：５０［％］
・Ａ相、Ｂ相それぞれの周波数：１［ｋＨｚ］
・Ａ相、Ｂ相それぞれのパルス波形：矩形波
・ホッピングパルス電圧の平均電位Ｖｓ：０［Ｖ］
・対向バイアスＶｐ：５００［Ｖ］
【００５６】
かかる条件を具備するプリンタ試験機を用いて、画像を形成せずにＫ用のホッピングユニットだけを駆動した場合における中間記録ベルト１０１に対するトナー付着の有無を調べる実験を行った。Ｙ，Ｍ，Ｃ用のホッピングユニット４０Ｙ，Ｍ，Ｃについては、各種バイアスの印加も行わず、トナー担持スリーブ上でフレアを形成しない状態とした。また、Ｙ，Ｍ，Ｃ用の対向バイアスＶｐも印加しない状態とした。一方、Ｋ用のホッピングユニット４０Ｋについては、各種バイアスを印加して、トナー担持スリーブの表面上でＫトナーをホッピングさせた。このとき、制御基板における全ての飛翔制御電極に対し、記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆを印加した。記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆとしては、マイナスの直流電圧からなるものを採用し、その絶対値を徐々に大きくしていった。それぞれの記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆの条件下でそれぞれ、中間記録ベルト１０１を所定時間駆動した後、中間記録ベルト１０１に対するトナー付着量を確認した。すると、マイナス極性の記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆの絶対値を比較的低くした場合には、多量のトナーが中間記録ベルト１０１に付着したが、記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆの絶対値を少しずつ大きくしていくと、ある時点でトナー付着量が急激に許容レベルまで低減した。このときの記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆは、−１７０［Ｖ］であった。
【００５７】
本発明者らは、ホッピングユニット内における電界の状態をシミュレーションすることができるシミュレーションプログラムを開発し、これにより、先の条件における電界の状態をシミュレーションした。シミュレーションしたタイミングは、次の２通りである。即ち、１つ目のタイミングは、トナー担持スリーブにおける複数のＡ相電極及びＢ相電極のうち、ホッピングパルス電圧のプラス側ピーク値の印加を受けた電極が、スリーブの回転に伴って制御基板の貫通孔の対向位置に移動したタイミング（以下、プラスピーク電極の孔対向タイミングという）である。また、２つ目のタイミングは、トナー担持スリーブにおける複数のＡ相電極及びＢ相電極のうち、ホッピングパルス電圧のマイナス側ピーク値の印加を受けた電極が、スリーブの回転に伴って制御基板の貫通孔の対向位置に移動したタイミング（以下、マイナスピーク電極の孔対向タイミングという）である。トナー担持スリーブ上でホッピングしているマイナス極性のトナーは、このマイナスピーク電極の孔対向タイミングにおいて、貫通孔に向かう方向の静電気力を最も強く受けることになる。
【００５８】
図１４は、記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆを−１００［Ｖ］に設定した実験のプラスピーク電極の孔対向タイミングにおける電界強度と、中間記録ベルト１０１表面からスリーブ表面に至るまでの空間におけるベルト表面からの距離との関係を示すグラフである。同図において、距離３５０［μｍ］の位置は、制御基板におけるスリーブ対向面が存在している位置である。また、電界強度は、貫通孔の真ん中を通って、ベルト表面とスリーブ表面とに対してそれぞれ直交する仮想線上における電界強度を示している。この電界強度がプラス側の値のときには、貫通孔とスリーブ表面との間における仮想線上に存在しているトナーに対してスリーブ側から貫通孔側に向かう静電気力を付与する。これに対し、マイナス側の値のときには、同トナーに対して貫通孔側からスリーブ側に向かう静電気力を付与する。図示のように、記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆを−１００［Ｖ］に設定した場合、制御基板の複数のＡ相電極やＢ相電極のうち、パルス電圧のプラス側ピーク値の印加を受けた電極が貫通孔に対向する、プラスピーク電極の孔対向タイミングでは、供給ギャップ（３５０〜５５０μｍ）の状態が次のようになる。即ち、３５０〜４００［μｍ］の距離範囲では、電界の向きがトナーを貫通孔に導いてしまう方向になるものの、４００［μｍ］〜５５０［μｍ］の距離範囲では、電界の向きがトナーをスリーブ表面に押さえ付ける方向になる。トナーのホッピング範囲は、４５０〜５５０［μｍ］程度の距離範囲であり、この範囲ではトナーをスリーブ表面に押さえ付けることになる。このため、プラスピーク電極の孔対向タイミングでは、トナーは貫通孔に進入せず、トナー汚れを引き起こしていないと考えられる。
【００５９】
なお、３５０〜４００［μｍ］の距離範囲で電界の向きがトナーを貫通孔に導いてしまう方向になるのは、飛翔制御電極のスリーブ対向面における貫通孔に比較的誓い領域から立ち上がった電気力線が急激な放物線を描いて１８０°の方向転換をしながら貫通孔内に進入して対向電極ローラに至るという経路を辿るため、その放物線の領域で電界の向きが同方向になるからである。
【００６０】
図１５は、記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆを−１００［Ｖ］に設定した実験のマイナスピーク電極の孔対向タイミングにおける電界強度と、ベルト表面からの距離との関係を示すグラフである。図示のように、記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆを−１００［Ｖ］に設定した場合において、制御基板の複数のＡ相電極やＢ相電極のうち、パルス電圧のマイナス側ピーク値の印加を受けた電極が貫通孔に対向する、マイナスピーク電極の孔対向タイミングでは、供給ギャップ（３５０〜５５０μｍ）の状態が次のようになる。即ち、全ての範囲において、電界の向きがトナーを貫通孔に導いてしまう方向になる。このため、複数の貫通孔のうち、マイナスピーク電極の孔対向タイミングを迎えた貫通孔に対し、ホッピング中のトナーが進入してトナー汚れを引き起こしたと考えられる。
【００６１】
図１６は、記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆを−１７０［Ｖ］に設定した実験のプラスピーク電極の孔対向タイミングにおける電界強度と、ベルト表面からの距離との関係を示すグラフである。図示のように、記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆを−１７０［Ｖ］に設定した場合においても、マイナスピーク電極の孔対向タイミングでは、３５０〜４００［μｍ］の距離範囲で電界の向きがトナーを貫通孔に導いてしまう方向になる。しかし、その距離範囲にはホッピングトナーが存在しておらず、ホッピングトナーが存在する４００［μｍ］〜５５０［μｍ］の距離範囲では、電界の向きがトナーをスリーブ表面に押さえ付ける方向になっている。このため、トナーは貫通孔に進入せず、トナー汚れを引き起こしていない。
【００６２】
図１７は、記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆを−１７０［Ｖ］に設定した実験のマイナスピーク電極の孔対向タイミングにおける電界強度と、ベルト表面からの距離との関係を示すグラフである。図示のように、この条件においても、ホッピングトナーが存在する４００［μｍ］〜５５０［μｍ］の距離範囲では、電界の向きがトナーをスリーブ表面に押さえ付ける方向になっている。よって、記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆでは、マイナスピーク電極がスリーブ回転に伴って貫通孔に移動したとしても、ホッピングトナーを貫通孔に進入させることはない。従って、スリーブ回転位置にかかわらず、トナー汚れをほぼ回避することができている。このことが、マイナス極性の記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆの絶対値を１７０まで大きくした時点で、ベルトに対するトナー付着量が急激に低減した理由である。
【００６３】
以上のことから、マイナスピーク電極の孔対向タイミングで、そのマイナスピーク電極と、これの対向位置にある貫通孔（非画像孔）との間における少なくとも一部領域に、トナーを貫通孔側からスリーブ側に向けて静電移動させる電界を形成することで、トナー汚れの発生を有効に抑え得ることがわかった。そこで、実施形態に係るプリンタにおいては、マイナスピーク電極の孔対向タイミングで、マイナスピーク電極と、これの対向位置にある貫通孔との間における少なくとも一部領域に、トナーを貫通孔側からスリーブ側に向けて静電移動させる電界を形成するように、各種条件を設定している。よって、トナー汚れの発生を有効に抑え得ることができる。
【００６４】
なお、おける少なくとも一部領域に、トナーを貫通孔側からスリーブ側に向けて静電移動させる電界を形成するには、ホッピングパルス電圧におけるトナーと同極性側のピークの絶対値よりも、記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆの絶対値を大きくすればよい。
【００６５】
次に、本発明を適用した設計値決定方法の実施形態について説明する。
記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆの絶対値が大きくなるほど、スイッチングドライバのＩＣとして、耐電圧のより大きなものを用いる必要が生ずるため、低コスト化の妨げになる。このため、記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆについては、その絶対値をできるだけ小さくすることが望ましい。そのためには、ホッピングパルス電圧の平均電位Ｖｓと、トナー汚れの発生を抑え得る記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆの最小値との電位差を、できるだけ小さくする必要がある。
【００６６】
平均電位Ｖｓと、トナー汚れの発生を抑え得る記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆの最小値との電位差を小さくする方法の１つとして、供給ギャップをより大きくする方法が挙げられる。しかしながら、供給ギャップは、画像孔に対するトナー進入量、ひいてはドットに対するトナー付着量を左右し易いパラメータであり、供給ギャップを大きくすると、それに応じてドットに対するトナー付着量を低減してしまう。すると、所望の画像濃度を得るためには、記録オン電圧Ｖｃ−ｏｎをより大きくする必要に迫られ、その結果、ＩＣの耐電圧を引き上げざるを得なくなってしまう。
【００６７】
そこで、実施形態に係る設計値決定方法では、供給ギャップの設計値の決定を最優先とし、その他のパラメータの設計値の決定については、供給ギャップの設計値に合わせて決定する。
【００６８】
供給ギャップの他に、平均電位Ｖｓと、トナー汚れの発生を抑え得る記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆの最小値との電位差を左右するパラメータとしては、ホッピングパルス電圧のピーク・ツウ・ピーク電位（以下、Ｖｐｐという）、Ａ相電極及びＢ相電極（以下、これらをまとめてホッピング電極という）のスリーブ回転方向の配設ピッチ、貫通孔の径、飛翔ギャップ、飛翔制御電極の幅などが挙げられる。図１８は、上記電位差を左右する様々なパラメータの値と、トナー汚れの発生を抑え得る記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆの最小値との関係を示すグラフである。図示のように、それらのパラメータがそれぞれ、トナー汚れの発生を抑え得る記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆの最小値を左右していることがわかる。
【００６９】
ホッピング電極におけるスリーブ回転方向の配設ピッチを変化させると、良好なフレアを形成することが可能なＶｐｐの最小値が変化する。配設ピッチを小さくするほど、電極間の電界強度を強くすることになるので、前述の最小値をより小さくすることができる。すると、平均電位Ｖｓと、トナー汚れの発生を抑え得る記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆの最小値との電位差をより小さくすることができる。
【００７０】
例えば、図１７のグラフを得た実験では、ホッピングパルス電圧のＶｐｐを３００［Ｖ］に設定し、且つ、上記配設ピッチを所定値に設定していた。上記配設ピッチをその所定値よりも小さくしたトナー担持スリーブを用意し、図１７と同様のグラフが得られるＶｐｐ（その他の条件は図１７と同じ）を実験によって調べたところ、ホッピングパルス電圧のＶｐｐを２００［Ｖ］に引き下げることができた。この条件での、マイナスピーク電極の孔対向タイミングにおける電界強度と、ベルト表面からの距離との関係を図１９に示す。図１７と同様に、供給ギャップ内の一部領域に、マイナス極性の電界を形成していることがわかる。
【００７１】
先に図１８に示したＶｐｐに着目すると、Ｖｐｐを小さくするほど、トナー汚れを抑え得る記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆの最小値を小さくし得ることがわかる。Ｖｐｐを小さくするほど、スリーブ表面上におけるトナーのホッピング高さを小さくして、トナーをより非画像孔から遠ざけるからである。但し、Ｖｐｐを小さくし過ぎると、画像孔に所望量のトナーを進入させることができずに、画像濃度不足を招いてしまうので、記録オン電圧Ｖｃ−ｏｎの印加で所望量のトナーを画像孔に進入させ得る範囲内で、Ｖｐｐを小さくする必要がある。
【００７２】
図１８に示した孔径（貫通孔の径）に着目すると、孔径を小さくするほど、トナー汚れを抑え得る記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆの最小値を小さくし得ることがわかる。孔径を小さくするほど、孔中心を通る仮想線上での記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆによるスリーブ方向への電界の強度を大きくするからである。但し、孔径を小さくし過ぎると、所望の大きさのドットを形成することができなくなるので、所望のドット径が得られる範囲内で、孔径を小さくする必要がある。
【００７３】
図１８に示した飛翔ギャップ（基板〜ベルト表面）に着目すると、飛翔ギャップを大きくするほど、トナー汚れを抑え得る記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆの最小値を小さくし得ることがわかる。飛翔ギャップを大きくするほど、非画像孔の入口付近から対向電極ローラに向かう電界の強さを小さくするからである。なお、飛翔ギャップを大きくしても、ドットに対するトナー付着量を所望量とし得る記録オン電圧Ｖｃ−ｏｎの最小値はそれほど変わらない。但し、図１８からわかるように、飛翔ギャップをある程度まで大きくすると、ギャップ拡大に伴う記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆの低下が飽和に達するので、その飽和点の付近の値に飛翔ギャップを留めることが望ましい。
【００７４】
図１９に示した電極幅に着目すると、電極幅を大きくするほど、トナー汚れを抑え得る記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆの最小値を小さくし得ることがわかる。電極幅を大きくするほど、記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆを印加した電極からスリーブ表面に向けてより多くの電気力線を延ばすことができるからである。但し、電極幅を大きくし過ぎると、隣り合う電極同士の短絡を引き起こし易くなってしまう。更には、図１８からわかるように、電極幅をある程度まで大きくすると、幅拡大に伴う記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆの低下が飽和に達するので、その飽和点の付近の値に電極幅を留めることが望ましい。なお、図２０に示すように、電極幅Ｗは、ドーナッツ状の飛翔制御電極１２における外径と内径との差である。
【００７５】
本発明者は、供給ギャップ（制御基板〜スリーブ）と、トナー汚れを抑え得る記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆの最小値と、この最小値から所定量だけプラス側にシフトさせた値の記録オン電圧Ｖｃ−ｏｎと、ドットに対するトナー付着量との関係を調べる実験を行った。具体的には、１５０、２００、２５０、３００、４００［μｍ］の５段階の供給ギャップについてそれぞれ、トナー汚れを抑え得る記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆの最小値を調べた。そして、その最小値からプラス側に所定量だけプラス側にシフトさせた値をそれぞれ記録オン電圧Ｖｃ−ｏｎとして印加した場合における中間記録ベルトに対するトナー付着量を調べた。この結果を図２１に示す。図示のように、上記電位差を所定の値に留めるために、トナー汚れを抑え得る記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆの最小値から所定量だけプラス側にシフトさせた値を記録オン電圧Ｖｃ−ｏｎとする場合、供給ギャップによってドットに対するトナー付着量にバラツキが生ずる。図示の例では、供給ギャップを２００［μｍ］にした場合におけるトナー付着量が最大になり、供給ギャップがそれより小さくても、大きくても、トナー付着量は少なくなっている。供給ギャップを２００［μｍ］よりも大きくした場合には、記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆの最小値を低減することができる反面、トナー付着量を低下させている。ホッピングの放物線軌道の頂点と、画像孔との距離を広くしてトナーを画像孔に進入させ難くしたためと考えられる。また、供給ギャップを２００［μｍ］よりも小さくした場合には、記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆの最小値の増大化が顕著になり、画像孔に隣り合う非画像孔の飛翔制御電極に印加される大きな記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆの影響を受けるため、画像孔にトナーが進入し難くなるためと考えられる。このように、トナー汚れを抑え得る記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆの最小値から所定量だけプラス側にシフトさせた値を記録オン電圧ｖｃ−ｏｎとする場合には、トナー付着量を最大にし得る適切な供給ギャップが存在することがわかった。
【００７６】
以上の実験結果に鑑みて、実施形態に係る設計値決定方法では、まず、ＩＣの耐電圧に応じて、記録オン電圧Ｖｃ−ｏｎと記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆとの電位差の設計値を決める。そして、供給ギャップを様々に変化させながら、それぞれの供給ギャップ条件にて、トナー汚れを抑え得る記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆの最小値と、その最小値から前述の電位差だけプラス側にシフトさせた記録オン電圧Ｖｃ−ｏｎを印加したときのドットに対するトナー付着量とを調べる。次いで、その結果から、トナー付着量を最大にする供給ギャップ値を特定し、その供給ギャップ値における前述の最小値を、記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆの仮設計値として決定する。また、その設計値から前述の電位差だけプラス側にシフトさせた値を、記録オン電圧Ｖｃ−ｏｎの仮設計値として決定する。
【００７７】
次に、記録オン電圧Ｖｃ−ｏｎの仮設計値を印加した場合におけるトナー付着量について、所望の量であるか否かを判断する。そして、所望の量である場合には、ホッピング電極におけるスリーブ回転方向の配設ピッチ、Ｖｐｐ、孔径、飛翔ギャップ、電極幅について、それぞれ実験装置で採用した値を設計値として決定する。これに対し、トナー付着量が所望の量よりも少ない場合には、ホッピング電極におけるスリーブ回転方向の配設ピッチ、Ｖｐｐ、孔径、飛翔ギャップ、及び電極幅のうち、少なくとも１つを変化させた実験装置構成にして、トナー汚れを抑え得る記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆの最小値を調べる。そして、その最小値から前述の電位差だけプラス側にシフトさせた値を記録オン電圧Ｖｃ−ｏｎとして印加した場合のトナー付着量を調べた後、そのトナー付着量について所望の量であるか否かを判断する。所望の量であれば、ホッピング電極におけるスリーブ回転方向の配設ピッチ、Ｖｐｐ、孔径、飛翔ギャップ、電極幅について、それぞれそのときの実験装置構成で採用した値を設計値として決定する。所望の量よりも少ない場合には、配設ピッチ、Ｖｐｐ、孔径、飛翔ギャップ、及び電極幅のうち、少なくとも１つを再び変化させた実験装置構成にして、同様の実験を行う。トナー付着量が所望量になるまで、実験を繰り返す。
【００７８】
次に、本発明を適用した制御パラメータ設定方法について説明する。
上述したように、トナー汚れを抑え得る記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆの最小値は、供給ギャップの値に応じて変化する。このため、画像形成装置における個々の製品で、供給ギャップに誤差があると、前述の最小値に誤差がでてくる。
【００７９】
そこで、実施形態に係る制御パラメータ設定方法においては、組み立て後の個々の製品についてそれぞれ、トナー汚れを抑え得る記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆの最小値を、先に説明した実験と同様にして調べる。そして、その最小値の絶対値が設計値の絶対値よりも小さい場合には、記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆ、記録オン電圧ｖｃ−ｏｎをそれぞれ設計値と同じ値に設定する。これに対し、最小値の絶対値が設計値の絶対値よりも大きい場合には、記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆをその最小値と同じ値に設定する。また、記録オン電圧Ｖｃ−ｏｎを、最小値から所定の電位差だけプラス側にシフトさせた値に設定する。
【００８０】
なお、最小値の絶対値が設計値の絶対値よりも大きい場合、実際の供給ギャップが設計値よりも小さくなっていることになる。この場合、供給ギャップが設計値通りになっている場合に比べて、ホッピングトナーをより画像孔に進入させ易くなっている。よって、最小値から所定の電位差だけプラス側にシフトさせた記録オン電圧も設計値よりも小さな値になるが、その値でもほぼ所望のトナー付着量を得ることが可能である。
【００８１】
本制御パラメータ設定方法では、図２２に示すようなタイミングで、スリーブ回転、ホッピングパルス電圧、ベルト駆動をそれぞれ制御して、トナー汚れを抑え得る記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆの最小値の測定を行う。まず、トナー担持スリーブを駆動し、ホッピングパルス電圧の印加によってトナーをホッピングさせた状態で、所定時間ｔだけ中間記録ベルトの駆動を停止させておく。中間記録ベルトの駆動を所定時間ｔだけ停止させておくことで、僅かなトナー付着であってもそれを蓄積して容易に視認できるようにすることが可能である。ベルト表面におけるトナー付着量については、反射型フォトセンサなどの光学センサにより、ベルト表面を光学的に検知して結果に基づいて測定する。記録オフ電圧Ｖｃ−ｏｆｆを段階的に変化させながら、それぞれの電圧条件でトナー付着量の測定を行って、トナー付着量を急激に低減し始める電位値を特定する。そして、その電位値を、トナー汚れを抑え得る記録オフ電圧ｖｃ−ｏｆｆの最小値として決定する。
【００８２】
以上、実施形態に係る設計値決定方法においては、上記電位差が所定値を超える場合には、複数のホッピング電極におけるスリーブ表面移動方向の配設ピッチ、Ｖｐｐ、孔径、貫通孔と記録部材たる中間記録ベルトとの距離である飛翔ギャップ、及び孔近傍電極の大きさである電極幅のうち、少なくとも何れか１つの設計値を変化させることで、上記電位差の設計値をより小さくしている。かかる構成では、記録オン電圧Ｖｃ−ｏｎの増大を抑えつつ、上記電位差の設計値の低減を図ることができる。
【符号の説明】
【００８３】
１０Ｙ：制御基板（基板）
１１Ｙ：絶縁性基板（基体）
１２Ｙ：飛翔制御電極（孔近傍電極）
１４Ｙ：貫通孔
２６Ｙ：電源（記録電圧印加手段の一部）
２７Ｙ：スイッチングドライバ（記録電圧印加手段の一部）
３０Ｙ：トナー担持スリーブ（トナー担持体）
３３ａＹ，３３ｂＹ：ホッピング電極
１０１：中間記録ベルト（記録部材）
１０４Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ：対向電極ローラ
１１６：対向バイアス電源（対向電圧印加手段）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８４】
【特許文献１】特開平１０−８１０号公報
【特許文献２】特開２００７−１３３３８７号公報
【図１】
2011037218.tif 000003
【図２】
2011037218.tif 000004
【図３】
2011037218.tif 000005
【図４】
2011037218.tif 000006
【図５】
2011037218.tif 000007
【図６】
2011037218.tif 000008
【図７】
2011037218.tif 000009
【図８】
2011037218.tif 000010
【図９】
2011037218.tif 000011
【図１０】
2011037218.tif 000012
【図１１】
2011037218.tif 000013
【図１２】
2011037218.tif 000014
【図１３】
2011037218.tif 000015
【図１４】
2011037218.tif 000016
【図１５】
2011037218.tif 000017
【図１６】
2011037218.tif 000018
【図１７】
2011037218.tif 000019
【図１８】
2011037218.tif 000020
【図１９】
2011037218.tif 000021
【図２０】
2011037218.tif 000022
【図２１】
2011037218.tif 000023
【図２２】
2011037218.tif 000024