(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーを担持するトナー担持体と、
前記トナーが付着させられる記録媒体手段と、
前記トナー担持体と前記記録媒体手段との間に配置された複数のトナー通過穴を有するトナー制御手段と、を備え、
前記トナー制御手段は、前記トナー担持体側表面に、前記トナー通過穴の周囲及び穴内壁の少なくともいずれかに前記トナーの通過を制御する制御電極が設けられ、
前記記録媒体手段側には、前記トナー制御手段を通過したトナーを前記記録媒体手段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が配置され、
前記記録媒体手段にトナー画像を形成する前に、前記記録媒体手段に対して前記トナーに含まれる樹脂を溶解又は膨潤させることで前記トナーを軟化させる軟化剤を含有する塗布液を塗布する液塗布手段を備え、
前記トナー制御手段には、前記制御電極の外側に複数の前記トナー通過穴に共通の共通電極が設けられ、前記トナー制御手段の前記トナー通過穴を前記トナー担持体の前記トナーが前記記録媒体手段に向かって通過可能な状態にするとき、前記記録媒体手段側と前記トナー制御手段の前記共通電極との間に前記制御電極を迂回してループ状に電気力線が形成され、
前記トナー担持体は、前記トナーをクラウド化する手段を備え、
このトナー担持体のトナーをクラウド化する手段に対し時間的に変動する平均電位Ｖｓの電圧を印加し、
前記トナー制御手段の制御電極に対し前記トナーが前記トナー通過穴を通過可能な状態にするときに電圧Ｖｃ-onを、前記トナーが前記トナー通過穴を通過不可能な状態にするときに電圧Ｖｃ-offを印加し、前記共通電極に電圧Ｖｇを印加し、
前記トナー制御手段を通過したトナーを前記記録媒体手段に導いてトナーを付着させるために前記記録媒体手段側にバイアス電圧Ｖｐを印加するとき、
前記トナーを通過可能な状態にするときの各電位の関係は、
Ｖｐ＞Ｖｃ-on＞Ｖｓ＞Ｖｇ
であって、前記トナーが負帯電トナーの場合は前記バイアス電圧Ｖｐがプラス電位側に高くなる関係、正帯電トナーの場合は前記バイアス電圧Ｖｐがマイナス電位側に高くなる設定であり、
前記トナー制御手段には、前記記録媒体手段側に前記トナー通過穴の周囲にそれぞれ個別背面電極が設けられ、前記トナー制御手段の前記制御電極と個別背面電極は常時同じ電位が印加される
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
トナーを担持するトナー担持体と、
前記トナーが付着させられる記録媒体手段と、
前記トナー担持体と前記記録媒体手段との間に配置された複数のトナー通過穴を有するトナー制御手段と、を備え、
前記トナー制御手段は、前記トナー担持体側表面に、前記トナー通過穴の周囲及び穴内壁の少なくともいずれかに前記トナーの通過を制御する制御電極が設けられ、
前記記録媒体手段側には、前記トナー制御手段を通過したトナーを前記記録媒体手段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が配置され、
前記記録媒体手段にトナー画像を形成する前に、前記記録媒体手段に対して前記トナーに含まれる樹脂を溶解又は膨潤させることで前記トナーを軟化させる軟化剤を含有する塗布液を塗布する液塗布手段を備え、
前記液塗布手段は、フォーム状の液を生成する液生成手段と、生成されたフォーム状の液の膜厚を規制する膜厚規制手段と、膜厚が規制されたフォーム状の液を前記記録媒体手段の表面に塗布する塗布手段とを有する
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項２に記載の画像形成装置において、前記塗布手段の表面ではフォーム状の液が連続したフォーム状態であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項２に記載の画像形成装置において、前記液生成手段は、前記液と液化ガス又は圧縮性ガスを混合した状態で密封容器に封入し、前記液を前記密封容器から噴出してガス膨張により前記液に気泡を含有させてフォーム状の液を生成することを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項２に記載の画像形成装置において、前記塗布手段は、前記記録媒体手段と接触してフォーム状の液を塗布する手段であり、前記膜厚規制手段は、前記塗布手段の前記記録媒体手段に対する接触圧力に応じて、フォーム状の液の膜厚を規制することを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項２ないし５のいずれかに記載の画像形成装置において、前記塗布手段は、ローラ状部材又はベルト状部材であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
請求項１に記載の画像形成装置において、前記記録媒体手段の表面に対して液を塗布し又は加湿する手段は、液を含浸させた含浸ローラを有し、この含浸ローラを前記記録媒体手段の表面に接触する塗布ローラ又は前記記録媒体手段の表面に回転接触させ、前記液を前記記録媒体手段の表面に塗布することを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
請求項１に記載の画像形成装置において、前記記録媒体手段の表面に対して液を塗布し又は加湿する手段は、前記記録媒体手段の表面に対して非接触でミストを噴霧する手段であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載の画像形成装置において、前記記録媒体手段が記録紙であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
請求項１ないし８のいずれかに記載の画像形成装置において、前記記録媒体手段が中間転写媒体であり、前記中間転写媒体に形成されたトナー画像を記録紙に転写することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれかに記載の画像形成装置において、異なる色の前記トナーを重ねて前記記録媒体手段上にカラー画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像形成装置に関し、特に、トナー担持体から飛翔させたトナーを開閉制御されるトナー通過穴を介して記録媒体手段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。
【背景技術】
【０００２】
従来の画像形成装置として、トナージェット、ダイレクトトーニング、トナープロジェクションなどと称される、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方式のものが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１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。
【特許文献１】特開昭６３−１３６０５８号公報
【０００４】
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１００μｍ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５００Ｖ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。
【０００５】
特許文献２、特許文献３には、回転する現像剤支持体と制御手段の間に交番バイアスを印加しながら現像剤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。
【特許文献２】特許第２９３３９３０号公報
【特許文献３】特公平２−５２２６０号公報
【０００６】
この構成は、上記特許文献１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、現像剤が現像剤支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、現像剤支持体に付着している現像剤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制御手段側へ飛翔して多くの現像剤が制御手段の電極に付着すること避けられず、信頼性に大きい問題がある。さらに、現像剤支持体と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５００Ｖ以上と高く、この電界に対して現像剤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。
【０００７】
一方、特許文献４には、現像剤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。
【特許文献４】特開昭５９−１８１３７０号公報
【０００８】
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、前記特許文献１ないし３の装置の制御電圧が高くなる欠点は解決されている。
【０００９】
特許文献５には、上記特許文献４と同様に、現像剤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。
【特許文献５】特開平０２−２２６２６１号公報
【００１０】
この構成では、従前の装置では４００Ｖ必要であった制御電圧が１００Ｖ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。
【００１１】
特許文献６には、回転円筒スリーブでトナーを供給し、印写面電位とスリーブ間の均一電界でアパーチャーを通過させる静電力を与える構成であり、アパーチャーを囲む制御電極と印写面側に対になった偏向電極を設け、印刷の主走査方向のドット密度を上げることが記載されている。
【特許文献６】特表２００１−５０５１４６号公報
【００１２】
ここでは、トナーの通過を制御する制御電極の間にガード電極を設け、制御電界間の相互作用を防止することが記載されている。
【００１３】
特許文献７には、トナー供給ローラでトナーを供給し、開口部保持部材のトナー供給ローラ側にトナーの飛翔を制御する制御電極とトナーの飛翔経路を偏向させる偏向電極とを配置したものが記載されている。
【特許文献７】特開平１１−３０１０１４号公報
【００１４】
一方、特許文献８には、記録紙表面にトナー画像を形成した後、その表面から定着剤を噴霧または滴下してトナーを溶解または膨潤して記録紙に定着することが記載されている。また、特許文献９には、撥水性の中間転写体を用いて形成したトナー画像担持体表面のトナー画像部のみに溶解剤を塗布してトナーを定着することが記載されている。
【特許文献８】特許第３２９０５１３号公報
【特許文献９】特開２００４−１０９７４７号公報
【００１５】
これらは、いずれも従来の潜像を形成した像担持体にトナーを現像して転写、定着して出力画像を得る方式であり、大きい加熱エネルギーを必要としない定着技術である。しかしながら、特許文献８の構成では記録紙への定着剤の微量コントロールが難しく、記録紙にシワやカールが発生するという大きな欠点がある。また、特許文献８は、特に泡状にした定着液を中間転写体のトナーに与えてシワ、カール発生の問題を解決するものであるが、泡状定着液の塗布量のコントロールに関しては何も記載されてない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ところで、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３４に示すように構成される。図３４において、剤担持体としてのトナー担持ローラ５０１は、その軸線を図中左右方向に延在させるように配設され、図示しない駆動手段によって回転駆動せしめられながら、帯電済みのトナーＴをその表面に担持する。このトナー担持ローラ５０１の下には、複数の穴５０２を形成する穴形成部材としてのフレキシブルプリント基板５０３が配設されている。ＦＰＣ５０３は、各穴５０２を囲むようにトナー担持ローラ５０１との対向面側に形成されたリング状の複数の飛翔電極５０４を備えている。
【００１７】
そして、上記ＦＰＣ５０３の下方には、これを介してトナー担持ローラ５０１に対向する対向電極５０６と、この対向電極５０６上で搬送手段によって搬送される記録紙５０７とが配設されている。なお、図３４においては、便宜上、穴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。
【００１８】
そこで、トナー担持ローラ５０１は、例えば接地された状態で、マイナス極性に帯電したトナーＴを表面に担持する。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、トナー担持ローラ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とトナー担持ローラ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ローラ５０１から選択的に飛翔して穴５０２内に進入する。
【００１９】
そして、飛翔電極５０４と、これよりも高い電位を帯びている上記対向電極５０６との間に形成される電界に引かれて飛翔を続け、穴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。
【００２０】
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ＦＰＣ３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。
【００２１】
しかしながら、トナーＴとトナー担持ローラ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。その結果、図３４に示す装置では少なくとも５００Ｖ以上の飛翔電圧を印加する必要がある。
【００２２】
これに対して、特許文献４に記載されているような現像剤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クラウド化し、トナーを制御電極側へ飛翔させる構成を採用することで、飛翔電極への印加電圧の低電圧化は可能となる。
【００２３】
しかしながら、現像剤担持体上に設けた複数の微細ピッチ電極間相互に電位差を与えて強い電界を発生してトナーを飛翔させているため、飛翔したトナーが制御電極の表面に付着し、トナーが堆積、またトナーが通過する穴の周辺にも付着が発生し、時間の経過とともにトナーの通過量に変動が起き、画像濃度の変動が発生し易いという課題がある。
【００２４】
また、現像剤担持体表面で飛翔してクラウド状態のトナーは高さ方向に分布しており、単に制御電極に制御パルスを印加するだけではトナー通過穴を通過するトナーの利用効率が悪く、印刷速度の確保が難しい。さらに、クラウド状態のトナーの付着は、静止した状態で連続して使用する制御電極への付着だけではなく、その周辺部材への付着堆積が進み、その結果、制御電極を形成した部材全体の電位がトナーの帯電極性に応じた方向の電位に上昇し、現像剤担持体表面からのトナーの飛翔に対して逆バイアスの電界として作用し、飛翔効率が低下してしまうという問題がある。
【００２５】
このように、従来の直接記録方式の画像形成装置では、トナー制御手段表面やトナー通過穴周辺にトナーが付着し、トナーの通過のオン／オフの制御を安定して行うことができないとともに、トナーの利用効率が十分でないという課題を有している。
【００２６】
加えて、そもそも、直接記録方式が記録媒体手段の印写面にトナーを付着させて画像を形成する装置にあっては、トナーが印写面に衝突するときに、トナーが飛び散り、画像品質が低下するという課題がある。
【００２７】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、直接記録方式でトナー画像を形成するときにトナーの飛び散りを低減し、更にトナーの定着を促進して、良好な品質の画像が得られるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
上記の課題を解決するため、本発明の請求項１に係る画像形成装置は、
トナーを担持するトナー担持体と、
前記トナーが付着させられる記録媒体手段と、
前記トナー担持体と前記記録媒体手段との間に配置された複数のトナー通過穴を有するトナー制御手段と、を備え、
前記トナー制御手段は、前記トナー担持体側表面に、前記トナー通過穴の周囲及び穴内壁の少なくともいずれかに前記トナーの通過を制御する制御電極が設けられ、
前記記録媒体手段側には、前記トナー制御手段を通過したトナーを前記記録媒体手段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が配置され、
前記記録媒体手段にトナー画像を形成する前に、前記記録媒体手段に対して前記トナーに含まれる樹脂を溶解又は膨潤させることで前記トナーを軟化させる軟化剤を含有する塗布液を塗布する液塗布手段を備え、
前記トナー制御手段には、前記制御電極の外側に複数の前記トナー通過穴に共通の共通電極が設けられ、前記トナー制御手段の前記トナー通過穴を前記トナー担持体の前記トナーが前記記録媒体手段に向かって通過可能な状態にするとき、前記記録媒体手段側と前記トナー制御手段の前記共通電極との間に前記制御電極を迂回してループ状に電気力線が形成され、
前記トナー担持体は、前記トナーをクラウド化する手段を備え、
このトナー担持体のトナーをクラウド化する手段に対し時間的に変動する平均電位Ｖｓの電圧を印加し、
前記トナー制御手段の制御電極に対し前記トナーが前記トナー通過穴を通過可能な状態にするときに電圧Ｖｃ-onを、前記トナーが前記トナー通過穴を通過不可能な状態にするときに電圧Ｖｃ-offを印加し、前記共通電極に電圧Ｖｇを印加し、
前記トナー制御手段を通過したトナーを前記記録媒体手段に導いてトナーを付着させるために前記記録媒体手段側にバイアス電圧Ｖｐを印加するとき、
前記トナーを通過可能な状態にするときの各電位の関係は、
Ｖｐ＞Ｖｃ-on＞Ｖｓ＞Ｖｇ
であって、前記トナーが負帯電トナーの場合は前記バイアス電圧Ｖｐがプラス電位側に高くなる関係、正帯電トナーの場合は前記バイアス電圧Ｖｐがマイナス電位側に高くなる設定であり、
前記トナー制御手段には、前記記録媒体手段側に前記トナー通過穴の周囲にそれぞれ個別背面電極が設けられ、前記トナー制御手段の前記制御電極と個別背面電極は常時同じ電位が印加される
構成とした。
【００３２】
本発明の請求項２に係る画像形成装置は、
トナーを担持するトナー担持体と、
前記トナーが付着させられる記録媒体手段と、
前記トナー担持体と前記記録媒体手段との間に配置された複数のトナー通過穴を有するトナー制御手段と、を備え、
前記トナー制御手段は、前記トナー担持体側表面に、前記トナー通過穴の周囲及び穴内壁の少なくともいずれかに前記トナーの通過を制御する制御電極が設けられ、
前記記録媒体手段側には、前記トナー制御手段を通過したトナーを前記記録媒体手段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が配置され、
前記記録媒体手段にトナー画像を形成する前に、前記記録媒体手段に対して前記トナーに含まれる樹脂を溶解又は膨潤させることで前記トナーを軟化させる軟化剤を含有する塗布液を塗布する液塗布手段を備え、
前記液塗布手段は、フォーム状の液を生成する液生成手段と、生成されたフォーム状の液の膜厚を規制する膜厚規制手段と、膜厚が規制されたフォーム状の液を前記記録媒体手段の表面に塗布する塗布手段とを有する
構成とした。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、直接記録方式でトナー画像を形成するときにトナーの飛び散りを低減し、更にトナーの定着が促進されて、良好な画像品質が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
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。まず、本発明の第１実施形態に係る画像形成装置について図１の模式的構成図を参照して説明する。
この画像形成装置は、記録媒体手段である記録紙１０１にトナーを飛翔付着させて直接記録方式で画像を形成する画像形成部１０２と、この画像形成部１０２に対して記録紙１０１を搬送する紙ベルト１０３と、画像形成部１０２の上流側で、すなわち記録紙１０１にトナー画像を形成する前に、記録紙１０１に対してトナーに含まれる樹脂を溶解又は膨潤させることで前記トナーを軟化させる軟化剤を含有する塗布液を記録紙１０１に塗布する液塗布手段１０４と、画像形成部１０２で記録紙１０１に形成されたトナー画像を溶融定着する定着ユニット１０５と、その他記録紙１０１を搬送する搬送ローラ対１０６、搬送ガイド１０７〜１０９などを備えている。
【００３９】
画像形成部１０２は、後に詳述するように、帯電したトナーＴを担持するトナー担持体１、トナー担持体１１１にトナーＴを補給するトナー補給ローラ１１２、トナー担持体１１１上のトナー厚みを規制するブレード１１３を含む供給ユニット１１１と、記録媒体手段である記録紙１０１との間に介在され、トナー通過穴４１、制御電極４２、共通電極４３を含むトナー制御手段４と、記録紙１０１の背面側に配置されたバイアス電圧が印加されるバイアス電圧印加手段である背面電極３１とを含み、トナー担持体１上でクラウド化されたトナーＴをＯＮ／ＯＦＦ制御されるトナー制御手段４のトナー通過穴４１を介して、記録紙１０１に形成する画像に応じて、バイアス電圧が印加された記録紙１０１に選択的に飛翔され付着することで、記録紙１０１上に直接画像を形成する。
【００４０】
なお、紙搬送ベルト１０３は、２つのローラ１２１、１２２間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１０１を静電的に吸着保持して搬送する。
【００４１】
このような直接記録方式の画像形成部１０２において、印刷画像の十分な濃度を確保して印刷速度を上げるためには、トナー制御手段４のトナー通過穴４１を通過するトナー量の確保と通過するトナーの速度及び通過した後印写面（記録媒体手段の表面）に到達するまでの速度を上げる必要がある。そのため、トナーが記録媒体手段の表面（印写面）に衝突したときの飛び散りという特有な問題が生じる。特に、トナーの記録媒体面に到達するときの飛翔速度が１ｍ／ｓを超えて２〜４ｍ／ｓの高速になると、衝突時の運動エネルギーが大きくなり、記録媒体手段面でバウンドして周辺への飛び散りのトナーが発生して画質が低下する。このトナーの飛び散りは、トナー粒径が大きいほど、また環境湿度が低いほど顕著である。
【００４２】
そこで、この画像形成装置では、トナー制御手段４でトナーの通過を制御してトナー画像を形成する前に、液塗布手段１０４によって、記録媒体手段である記録紙１０１の表面に対して、トナーに含まれる樹脂を溶解又は膨潤させることでトナーを軟化させる軟化剤を含有する塗布液を記録紙１０１の表面（印写面）に塗布する。なお、液塗布手段１０４の詳細については後述する。
【００４３】
これによって、予め記録媒体手段である記録紙１０１の表面（印写面）に軟化剤を含む塗布液が塗布されて印写面の湿度が上がり、トナーが衝突した時のトナーと印写面との付着力が大きくなり、トナーの飛び散りが抑制、低減され、また、同時にトナーが衝突した時の印写面の反発力が低減して、この点からもトナーの飛び散りが少なくなる。さらに、塗布液に含まれる軟化剤によりトナーに含まれる樹脂が溶解又は膨潤して、トナーの記録媒体手段面（印写面）への定着が促進され、加熱定着で必要となる加熱エネルギーが大きく低減され、或いは、十分な塗布液量を塗布することで熱エネルギーが不要になり、圧力だけによる定着も可能となる。つまり、定着ユニット１０５として供給電力の小さい定着ユニットとし、或いは、定着ユニット１０５を加圧だけを行う定着ユニットとすることができる。
【００４４】
このように、直接記録方式でトナー画像を形成する前に、記録媒体手段に対してトナーに含まれる樹脂を溶解又は膨潤させることでトナーを軟化させる軟化剤を含有する塗布液を塗布する液塗布手段を備えていることで、直接記録方式でトナー画像を形成するときにトナーの飛び散りを低減し、更にトナーの定着が促進されて、良好な品質の画像が得られる。
【００４５】
次に、本発明に係る画像形成装置を構成する画像形成部１０２の構成の第１例について図２の模式的構成図を参照して説明する。
この画像形成部においては、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手段３（例えば前述した記録紙１０１や中間転写記録媒体など）と、トナー担持体１と記録媒体手段３との間に配置された複数のトナー通過穴４１を有するトナー制御手段４とを備えている。
【００４６】
トナー担持体１は、表面側にトナーＴを搬送する方向（ここでは周方向）に所定の間隔でトナーＴを搬送する方向と直交する方向（ここでは軸方向）に沿って形成された所定ピッチで設けられた複数の電極１１を有し、このトナー担持体１の各電極１１には、電圧印加手段５から時間によって電位の異なる平均電位Ｖｓのパルス電圧（クラウドパスル）が印加される。これにより、トナーＴをクラウド化する手段を構成している。
【００４７】
例えば、０．５ＫＨｚ〜７ＫＨｚの周波数のパルス電圧が印加され、各電極１１、１１の間隔はファインピッチに設けられているため、電極１１、１１間で強い電界が形成される。そのため、トナーＴの帯電極性に対して反発する電位にある電極１１表面からトナーＴは勢いよく飛翔し、飛翔したトナーＴは吸引する極性の電位が印加されている電極１１に引き寄せられ、パルスが切り替わることでパルス周波数に応じた上下方向の飛翔を繰り返し、トナーＴがクラウド化された状態になる。なお、パルスの周波数が高い領域では、上方高くに飛翔したトナーＴは、飛翔している間にパルスが切り替わり、電極１１表面に戻る前に再び上方に飛翔する場合もある。
【００４８】
トナー制御手段４は、トナーＴが通過可能なトナー通過穴（開口）４１が複数設けられ、このトナー制御手段４のトナー供給側面（トナー担持体１側の面）の各トナー通過穴４１周辺には各トナー通過穴４１に対して個別的にリング状に制御電極（個別制御電極、個別電極ともいう。）４２が設けられ、更にトナー通過穴４１に対し制御電極４２の外側に絶縁領域を介して複数のトナー通過穴４１に共通の共通電極４３が設けられている。なお、「共通の」とは同じ電位が印加されること、ないし、電気的に繋がっていることを意味する。
【００４９】
このトナー制御手段４の制御電極４２には制御パスル発生手段６から例えば図３に示すような制御パルスＶｃが印加される。この場合、トナー通過穴４１をトナーＴが通過可能な状態（ＯＮ状態）にするときには制御電極４２に電圧Ｖｃ-onが印加され、トナーＴが通過不可能な状態（ＯＦＦ状態）にするときには制御電極４２に電圧Ｖｃ-offが印加される。また、共通電極４３には常時電源手段７から電圧Ｖｇが印加される。トナー制御手段４の制御電極４２は、通過穴４１周囲だけでも動作が可能であるが、通過穴４１の内壁面又は通過穴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。
【００５０】
記録媒体手段３側には、記録媒体手段３の背面に、トナー制御手段４を通過したトナーＴを記録媒体手段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を記録媒体手段３に付着させるため、バイアス電源手段８からのバイアス電圧Ｖｐが印加される。この記録媒体手段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。この記録媒体手段３に対するバイアス電圧Ｖｐの印加は、例えば記録媒体手段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上面に記録媒体手段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（記録媒体手段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。
【００５１】
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に平均電位Ｖｓのパルス電圧を印加する。このとき、隣接する電極１１相互の間でトナーＴを吸引する方向と反発する方向を交互に繰り返す関係の電圧を印加する２相の電極間ピッチｐ（又は、ｎ本毎の各電極１１にｎ相の位相電圧を印加するｎ相の電極間ピッチ）に対し、トナー担持体１表面とトナー制御手段４のトナー担持体１側面（トナー担持体１側の表面の意味）の間の距離ｄが大きくなる関係（ｐ＜ｄ）でトナー担持体１とトナー制御手段４とを配置している。
【００５２】
つまり、ｐ＞ｄの関係ではトナー担持体１の電極１１表面に形成される飛翔電界がトナー制御手段４のトナー担持体１側表面のＯＮ／ＯＦＦ電界と干渉を起こし、後述するトナー制御手段４のループ電界が乱れるためである。そのため、制御電極４２表面へのトナー付着の発生が起きやすくなる。ｐ＜ｄの条件においては、制御電極４２へトナーが付着することを確実に防止でき、連続したドットを印写しても濃度が変化することなく、良好な画像が得られる。
【００５３】
次に、トナー制御手段４の具体的構成の一例について図４を参照して説明する。なお、図４（ａ）は同トナー制御手段の印写面側の説明図、（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１１側）面に、トナー通過穴４１を囲む形で１０〜１００μｍ幅のリング状の制御電極４２を設け、この制御電極４２から２０〜５０μｍの間隔を置いて、つまり、絶縁基材４５で形成される絶縁領域を介して、制御電極４２と同一面に、複数のトナー通過穴４１に共通のバイアス電圧Ｖｇを印加する共通電極４３を設けた構成である。
【００５４】
トナー通過穴４１は、形成するドット径のサイズで決定するが直径φ３０μｍ〜φ１５０μｍである。制御電極４２は個々にトナーＴの通過をＯＮ、ＯＦＦ制御するためのドライバ回路（駆動回路）に接続するためのリードパターン４２ａが接続され、また共通電極４３は共通のリードパターン４３ａに接続されている。また、絶縁基板４５の印写面側（記録媒体手段３側の面）はトナー通過穴４１が開口した状態である。
【００５５】
このように、トナー制御手段の共通電極は、制御電極の外側を絶縁領域を介してリング状に囲む形状である構成とすることで、記録媒体手段側のバイアス電位と制御電極外側の共通電極間に形成する電気力を各トナー通過穴独立の電気力線として形成できるため、マルチ駆動（複数のノズル通過穴からトナーを飛翔させる駆動）のときの相互干渉（他のトナー通過穴の状態を受けること）が発生しない。
【００５６】
また、トナー制御手段の制御電極と共通電極を同一面上形成することで、一回の製造プロセスで同時に形成でき、精度よく低コストに電極を作ることができる。
【００５７】
また、トナー制御手段４の具体的構成の他の例について図５を参照して説明する。なお、図５（ａ）は同トナー制御手段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、トナー通過穴４１を囲む形で１０〜１００μｍ幅のリング状の制御電極４２を設け、この制御電極４２から２０〜５０μｍの絶縁領域の間隔を置いて複数のトナー通過穴４１に共通のバイアス電圧Ｖｇを印加する共通電極４３が空いたスペース全体を覆うようにベタ状に設けられた構成としている。
【００５８】
このように、トナー制御手段の共通電極は、制御電極の外側に絶縁領域を介してベタ状に設けられている構成、つまり、共通電極を制御電極の外側領域全体にわたり形成することで、記録媒体手段側のバイアス電位の電界をシールドすることができ、かつ制御電極へのトナー付着低減、およびトナーの利用効率向上を図れる。
【００５９】
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３０μｍ〜１００μｍのものを使用し、まずフィルム面に０．２μｍ〜１μｍのＡｌ蒸着膜を形成する。次に、フォトリソ工程で、フォトレジストをスピンナで塗布後、プリベーク、マスク露光を行ない、現像した後、フォトレジストの加熱硬化を進めた後、Ａｌエッチング液によるＡｌのパタンニングを行う。フィルムの裏面にも電極パターンが必要な場合は上記と同様に可能であるが、穴加工用のマスクとして使用するパターンを裏面に形成してもよい。トナー通過穴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、または裏面に形成したパターンを利用したエキシマレーザー加工、またはスパッタエッチング加工等のドライエッチング加工によれば、位置ずれの無い高精度な穴加工が可能である。
【００６０】
このように構成した画像形成部においては、トナー担持体１の電極１１に対して平均電位Ｖｓのパルス電圧を印加することによって、トナー担持体１上でトナーＴが飛翔してクラウド化され、トナー担持体１の回転又は進行波電界による搬送によってトナーＴが搬送される。一方、記録媒体手段３側の背面電極３１に印写バイアス電圧Ｖｐが印加される。
【００６１】
この状態で、トナー制御手段４の共通電極４３に対して電圧Ｖｇを印加し、制御電極４２に対してトナーＴがトナー通過穴４１を通過可能な状態（ＯＮ状態）にするときには図３に示すＯＮ時の電圧Ｖｃ-onを印加し、トナーＴがトナー通過穴４１を通過不可能な状態（ＯＦＦ状態）にするときには図３に示すＯＦＦ時の電圧Ｖｃ-offを印加する。
【００６２】
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が記録媒体手段３に向かって通過可能な状態にするときに、記録媒体手段３側とトナー制御手段４の共通電極５３との間にトナーの通過を制御する制御電極４２を迂回してループ状に電気力線１０が形成される。
【００６３】
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のトナー通過穴４１を通過して記録媒体手段３上に着弾する。したがって、画像に応じてトナー制御手段４１の各トナー通過穴４１をＯＮ／ＯＦＦ制御（開閉制御）することで、記録媒体手段３上に直接トナー画像を形成することができる。そして、記録媒体手段３側とトナー制御手段４の共通電極５３との間にトナーの通過を制御する制御電極４２を迂回してループ状に電気力線１０が形成されることから、制御電極４２やトナー通過穴４１周辺へのトナーの付着が低減され、またトナーをクラウド化していることでトナーの利用効率が向上する。
【００６４】
次に、トナー担持体１の電極１１に対するパルス電圧の平均電位Ｖｓ、記録媒体手段３側のバイアス電圧Ｖｐ、トナー制御手段４の制御電極４２に対する制御パルス電圧Ｖｃ、共通電極４３に対する電圧Ｖｇについて、図６をも参照して説明する。なお、図５は、トナー担持体１、トナー制御手段４、記録媒体手段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穴を通過する電気力線を示す説明図である。
【００６５】
トナー担持体１の電極１１には平均電位Ｖｓのパルス電圧（電位が時間的に変動する電位）を印加する。この場合、バイアス電圧の波高値は電極ピッチ、使用するトナー等に応じて設定する。例えば、±６０〜±３００Ｖｐｐ（ｐｐはピーク−ピーク）の範囲内で設定することが好ましく、ここでは、±１５０Ｖｐｐ、ＤＣ電圧成分０Ｖの電圧を印加している。したがって、トナー制御手段４に対するトナー担持体側１側のＤＣバイアスとしては０Ｖであり、平均電位Ｖｓ＝０Ｖとなる。なお、トナー担持体１とトナー制御手段４の間隔ｄは０．３ｍｍとしている。
【００６６】
また、この例では、トナー制御手段４のトナー通過穴４１の直径φ１００μｍ、リング状の制御電極４２の穴中心方向の幅は３０μｍ、制御電極４２は共通電極４３の間隔は５０μｍである。
【００６７】
このトナー制御手段４の共通電極４３へのバイアスＶｇはＤＣ−１２５Ｖであり、トナー担持体１への平均電位Ｖｓのパルス電圧との関係はトナーＴを常にトナー担持体１側へ向ける方向のバイアスであるため、この共通電極４３面へのトナー付着はない。
【００６８】
そして、トナー制御手段４の制御電極４２には、トナーＴがトナー通過穴４１を通過可能な状態（ＯＮ状態）にする場合、制御パルス電圧Ｖｃ-onは＋５０Ｖ、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−１２５Ｖとしている。記録媒体手段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と記録媒体手段３との間隔にもよるが、例えば＋２００〜＋１５００ＶのＤＣ電圧を印加すればよい。ここでは、トナー制御手段４と記録媒体手段３との間隔０．３ｍｍとしてＤＣ＋３００Ｖを印加し、マイナス帯電トナーを記録媒体手段３の表面にを引き寄せる電位勾配としている。
【００６９】
各電極１１、４２，４３、３１に印加する電位の関係を以上のように設定することで、マイナスに帯電したトナーをトナー通過穴３１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手段３側の電極３１から出る電気力線のうち、トナー制御手段４のトナー通過穴４１を通る電気力線の多くが、トナー通過穴４１を通過した後、一番電位の低い共通電極４３に入ることになる。このとき、近接した距離にあるトナー制御手段４の制御電極４２と共通電極４３にも１７５Ｖの電位があるため、その間にも強い電気力線が生じる。
【００７０】
そのため、図６（ａ）に示すように、トナーＴがトナー通過穴４１を通過可能な状態（ＯＮ状態）にしたときには、先の記録媒体手段３側の電極３１からトナー通過穴４１を通る電気力線１０は、制御電極４２に入ること無く（制御電極４２を迂回して）、−１２５Ｖと最も電位の低い共通電極４３に多くが入るため、ループ状に拡がった形状となる。つまり、記録媒体手段３側とトナー制御手段４の共通電極４３との間に制御電極４２を迂回してループ状に電気力線１０が形成される。
【００７１】
したがって、トナー担持体１上でクラウド状態にあるマイナス帯電トナーＴがこの電気力線１０に沿ってトナー通過穴４１を通過し、記録媒体手段３の表面に多くのトナーＴが移動することができる。
【００７２】
このとき制御電極４２には＋５０Ｖが印加され、トナー担持体１の０Ｖとの関係は、トナーＴを制御電極４２へ吸着する関係にあるため、本来であればこの＋５０Ｖが印加されている間に制御電極４２表面にトナーが付着するはずであるが、図６（ａ）のシミュレーションの結果から分かる様に、＋５０Ｖが印加されている制御電極４２上方を記録媒体手段３側電極３１からトナー通過穴４１を通って共通電極４３に入る電気力線１０が覆っているため、制御電極４１へトナーＴが付着することが防止される。
【００７３】
一方、トナーＴがトナー通過穴４１を通過不可能な阻止状態（ＯＦＦ状態）にした場合、制御電極４２には−１２５Ｖが印加され、共通電極４３に対する電位と同じ電位であり、トナー担持体１の電位０Ｖとの関係は、トナーＴをトナー担持体１側に反発する関係であり、トナー制御手段４へのトナーＴの付着はないし、図６（ｂ）に示すように記録媒体手段３側電極３１からの電気力がトナー通過穴４１を通り抜ける電気力線もないため、トナーＴがトナー通過穴４１を通過することもなく、地汚れ画像は発生しない。なお、阻止状態（ＯＦＦ状態）の制御電極４２への印加電圧は共通電極４３の電位と同じ電位である必要はなく、よりマイナス側の電位であってもトナーＴの通過を阻止する（ＯＦＦ状態にする）ことはできる。
【００７４】
このように、トナーを飛翔させ、クラウド化して担持するトナー担持体と、トナーが付着させられる記録媒体手段と、トナー担持体と記録媒体手段との間に配置された複数のトナー通過穴を有するトナー制御手段と、を備え、トナー制御手段は、トナー担持体側表面に、トナー通過穴の周囲及び穴内壁の少なくともいずれかにトナーの通過を制御する制御電極が設けられ、この制御電極の外側に複数のトナー通過穴に共通の共通電極が設けられ、トナー制御手段のトナー通過穴をトナー担持体のトナーが記録媒体手段に向かって通過可能な状態にするとき、記録媒体手段側とトナー制御手段の共通電極との間に制御電極を迂回してループ状に電気力線が形成されることにより、トナーを吸引する電位が印加される制御電極表面やその周囲へのトナー付着を大幅に低減でき、トナーの通過のオン／オフの制御を安定して行うことができるとともに、記録媒体手段側のバイアス電位と制御電極外側の共通電極間に形成される電気力線はトナー担持体側ではトナー通過穴の径より大きく広がり、クラウド化されたトナーを広範囲に捕獲して印写面側に向けて飛翔させることが可能となってトナーの利用効率が上がり、印刷濃度の確保、印刷速度の向上を図れる。
【００７５】
また、各電極に印加する電位の関係として、トナー担持体１の電極１１のＤＣバイアスとして−５０Ｖ、パルスの波高値を＋１５０Ｖ〜−１５０Ｖとして、±１５０Ｖpp−５０ＶＤＣを印加すると、平均電位Ｖｓは−５０Ｖとなる。そして、トナー制御手段４の制御電極４２のトナー通過ＯＮ時の電位Ｖｃ-onが０Ｖ、トナー通過ＯＦＦ時の電位Ｖｃ-offが−１７５Ｖであっても、上述した例と等価である。この場合、制御電極４２に印加する電圧Ｖｃが０〜−１７５Ｖの一極性電圧のＯＮ、ＯＦＦであるため、ドライバ回路の構成が簡単になりコスト的にも有利である。
【００７６】
このように、上述したトナー通過ＯＮ時に各電極に対して印加する電位の関係を、次のように設定することで、記録媒体手段側とトナー制御手段の共通電極との間に制御電極を迂回してループ状に電気力線を形成することができる。
【００７７】
つまり、トナー担持体１の電極１１に対し時間的に変動する平均電位Ｖｓの電位を印加し、トナー制御手段４の制御電極４２に対しトナーがトナー通過穴４１を通過可能な状態にするときに電圧Ｖｃ-onを、トナーがトナー通過穴４１を通過不可能な状態にするときに電圧Ｖｃ-offを印加し、共通電極４３に電圧Ｖｇを印加し、トナー制御手段４を通過したトナーを記録媒体手段３に導いてトナーを付着させるために記録媒体手段３側にバイアス電圧Ｖｐを印加するとき、
トナーがトナー通過穴４１を通過可能な状態にするときの各電位の関係は、
Ｖｐ＞Ｖｃ-on＞Ｖｓ＞Ｖｇ
とし、トナーが負帯電トナーの場合はバイアス電圧Ｖｐがプラス電位側に高くなる関係、正帯電トナーの場合はバイアス電圧Ｖｐがマイナス電位側に高くなる設定とする。
【００７８】
また、この場合、トナーがトナー通過穴４１を通過不可能な状態にするときの各電位の関係は、
Ｖｓ＞Ｖｇ  であり、且つ、Ｖｓ＞Ｖｃ-off
であって、トナーが負帯電トナーの場合は平均電位Ｖｓがプラス電位側に高くなる関係、正帯電トナーの場合は平均電位Ｖｓがマイナス電位側に高くなる設定とすることが好ましい。
【００７９】
各電極１１、４２、４３、３１に対する電位の関係を上述した関係に設定することにより、記録媒体手段側のバイアス電位とトナー担持体の電位間に直接形成される電気力線が低減され、記録媒体手段側のバイアス電位と制御電極外側の共通電極間に電気力を形成することができ、これにより、トナーを吸引する電位が印加される制御電極へのトナー付着を大幅に低減できて、制御電位が安定する。また、記録媒体手段側のバイアス電位と制御電極外側の共通電極間に形成される電気力線は、トナー供給側ではトナー通過穴の径より大きく広がるため、クラウド化されたトナーを広範囲に捕獲して印写面側に向けて飛翔させることが可能となり、トナーの利用効率が上がり、印刷濃度の確保、印刷速度の向上を図ることができる。さらに、トナー制御手段の共通電極はトナーを常に反発する関係の電位にあるため、トナーの付着が発生することがなく、共通電極の電位を一定に保つことが可能となり信頼性の高い画像形成装置を実現できる。
【００８０】
さらに、高速印刷のためにトナー担持体１表面のトナー量が多くなった場合、また帯電電荷量が大きいトナーを使用して印刷を行う場合は、トナーが有する電荷によるトナー電位を無視できなくなり、各電極に印加する電位決定に考慮が必要となる。
【００８１】
具体的に説明すると、トナー担持体１表面の供給トナー量ｍ/Ａｍｇ／ｃｍ２に対するトナー電位の変化は図７に示すようになる。ここでは、トナーはマイナスに帯電したトナーの例であり、トナー担持体１表面の単位面積当たりのトナー量が増加するに従って、制御電極４２側からみた表面電位はマイナス電位に上昇する。そして、供給したトナーがトナー担持体１表面に単に付着したままの電位Ｖｏに対して、トナー担持体１表面の電極に電圧を印加してトナーが電極１１相互の電気力線に沿って上下の飛翔を繰り返すクラウド状態の電位Ｖｔは大きく上昇する。これは、トナーがトナー担持体１表面より上方の空間にある方が、個々のトナーの周囲に対する結合静電容量が小さくなり、その結果電位が上昇するためである。
【００８２】
このクラウド状態のトナー電位Ｖｔの測定は、トナー担持体１表面の各電極１１にパルス電圧を印加しながら、供給したトナーをクラウド状態にしてその上方に表面電位計を設定することで、容易に測定することができる。具体的には、クラウド化を起こすパルスを印加して、後述する一成分、または二成分ローラからトナーを供給しながらトナー担持体１を回転、又は進行波パルスでトナーを搬送し、トナー制御手段４が設定される位置にてトナー担持体１表面から２ｍｍ程度上方に表面電位計を設置して測定する。図７の結果は、帯電電荷量が−１５〜−２５μＣ／ｇのトナー供給した場合のＶｏ、そのトナーを飛翔高さが表面近傍から２００μｍの範囲でクラウド状態にした場合のトナー電位Ｖｔの場合の例である。
【００８３】
この図７に示す各供給トナー量においてトナー制御手段４によりトナーの通過のＯＮ／ＯＦＦ制御を行って印刷を行った結果、トナー制御手段４の電極４２、４３表面に付着したトナー量を評価した結果を図８に示している。この図８の結果において、供給トナー量が少ない領域は電極４２、４３へのトナー付着はないが、供給トナー量が増加して０．９ｍｇ／ｃｍ２はトナー電位Ｖｔが−８０Ｖとなり、制御電極４２へのトナー付着が起き始める。
【００８４】
これは、等価的にトナー担持体１の電位がマイナス側に電位上昇してトナー制御手段４の共通電極４２との電位差が小さくなった結果、記録媒体手段３側電極から出てトナー通過穴４２を通る電気力線のうち、トナー担持体１に直接入る電気力線が増加し、共通電極４３へ入るループ状の電気力線が減ったためである。すなわち、ループ状の電気力線が少なくなると、飛翔エネルギーの高いトナーがループ状の電気力線に乗って印写面の方向に飛翔することなく、ＯＮ電圧が印加されている制御電極４２まで飛翔するためである。
【００８５】
さらに、供給トナー量が増加して１．２ｍｇ／ｃｍ２超えると、トナー電位Ｖｔは−１２０Ｖ以上の値となる。この領域では、トナー制御手段４の共通電極４３のバイアス電位Ｖｇ（−１２５Ｖ）との電位差がなくなり、飛翔エネルギーを有するトナーが共通電極４３まで到達し始めてトナー付着が起きた結果である。また、制御電極４２へのトナー付着量も増えてくる。
【００８６】
これらのトナー付着は、定期的な電極クリーニングの頻度を上げることで、使用できないことはないが、画質低下が発生する。トナー付着が発生しない条件であれば、連続印刷においても画像濃度が低下することなく、信頼性の高い画像記録装置が可能となる。
【００８７】
そこで、トナー量が多い場合、また帯電電荷量が大きいトナーを使用して画像を形成する場合は、各電極に対する電位を、次の条件で設定することで、電極へのトナー付着回避、トナー利用効率の向上で画像濃度が低下することなく高速印刷が可能になる。
【００８８】
すなわち、電荷を有するトナーがトナー担持体１表面から飛翔してクラウド状態にある制御電極４２側からみたトナー電位をＶｔとしたとき、トナーの通過をＯＮさせる場合の各電位の関係は、
Ｖｐ＞Ｖｃ-on＞（Ｖｓ＋Ｖｔ）＞Ｖｇ
と、負帯電トナーの場合はＶｐがプラス電位側に高くなる関係、正帯電トナーの場合はＶｐがマイナス電位側に高くなる設定とする。
【００８９】
また、トナーの通過をＯＦＦさせる場合の各電位の関係は、
（Ｖｓ＋Ｖｔ）＞Ｖｇ  であり、且つ、（Ｖｓ＋Ｖｔ）＞Ｖｃ-off
と、負帯電トナーの場合は（Ｖs＋Ｖt）がプラス電位側に高くなる関係、正帯電トナーの場合は（Ｖs＋Ｖt）がマイナス電位側に高くなる関係に設定する。
【００９０】
各電極１１、４２、４３、３１に対する電位を上記のように設定する、つまり、トナー供給側の電位として、トナー担持体表面のトナーが飛翔することによる電位も考慮して各電極電位を適正に設定することで、印刷速度が速い供給トナー量が多い場合、またトナーの帯電電荷量が大きい場合においても、制御電極などへのトナー付着の低減、トナー利用効率の向上を図れ、高濃度、高速印刷の画像形成装置を実現することができる。この場合、トナーをクラウド化していない（パルスを印加していない）状態でも、上述した電位の関係に設定することで、制御電極などにトナー付着が発生しないため、信頼性が向上する。
【００９１】
また、前述したように、トナー担持体は、表面側に所定の間隔で配設された複数の電極を有し、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が印加され、電極に印加する２相の電極間ピッチｐ（又はｎ本毎の各電極にｎ相の位相電圧を印加するときのｎ相の電極間ピッチ）に対して、トナー担持体表面とトナー制御手段のトナー担持体側面の間の距離ｄが大きい構成とする。
【００９２】
これにより、記録媒体手段側の印写バイアスからトナー制御手段の共通電極に向けて形成されるループ状電気力線を強いものとし、クラウド化されたトナーを印写面に向けてより多く飛翔させることができ、高速、高品質のドット形成が可能となる。
【００９３】
なお、上記の例では、トナー担持体表面の複数の電極にクラウドパルスを印加してトナーがクラウド状態にある場合の条件について説明したが、トナーを飛翔させていない状態の制御電極側からみたトナーによる電位をＶｔとしたとき前記と同条件に設定することで、電極へのトナー付着を回避する効果がある。つまり、クラウドパルスの印加をＯＦＦしてトナーのクラウドが無い状態においても、僅かなトナーが浮遊している。この僅かな浮遊トナーの電位は無視できるが、トナー担持体表面に着地して乗っているトナー電位があり、この電位Ｖｔを考慮した（Ｖｓ＋Ｖｔ）も前記と同条件の範囲に設定することで、同じ効果が得られる。
【００９４】
上述したように、ここでは、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に時間的に変動する電位を印加する。例えば、トナーの供給はトナーを搬送供給するトナー担持体の表面にトナーを搬送する方向と直交する方向に所定ピッチで設けられた複数の電極を有するトナー担持体から供給する。ここで、トナー制御手段の共通電極がない場合、各電極への電位の設定が上述した範囲に無い場合は、電極へのトナー付着が急速に発生する等、信頼性の低下は避けられない。また、クラウド化したトナーの利用効率が非常に低下するため、画像濃度の確保、高速印刷の画像形成装置を達成することはできなくなる。
【００９５】
次に、本発明に係る画像形成装置を構成する画像形成部１０２の構成の第２例について図９に示す模式的説明図を参照して説明する。
この画像形成部において、トナー制御手段４には、前述したように、トナーＴが通過可能なトナー通過穴（開口）４１が複数設けられ、このトナー制御手段４のトナー供給側面（トナー担持体１側の面）の各トナー通過穴４１周辺には各トナー通過穴４１に対して個別的にリング状に制御電極４２が設けられ、トナー通過穴４１に対し制御電極４２の外側に絶縁領域を介して複数のトナー通過穴４１に共通の共通電極４３が設けられている。
【００９６】
さらに、このトナー制御手段４の記録媒体手段３側面（記録媒体手段３側の面）の各トナー通過穴４１周辺には、各トナー通過穴４１に対して個別的に、制御電極４２よりも面積が大きい個別背面電極４４が設けられ、この個別背面電極４４には常時制御電極４２と同じ電位Ｖｓ（＝Ｖｒ）が印加されている。
【００９７】
このようなトナー制御手段４の具体的構成の一例について図１０を参照して説明する。
このトナー制御手段４は、絶縁基板（基材）４５のトナー供給側（トナー担持体１１側）面に、図５で説明したと同様に、トナー通過穴４１を囲む形で１０〜１００μｍ幅のリング状の制御電極４２を設け、この制御電極４２から２０〜５０μｍの絶縁領域の間隔を置いて複数のトナー通過穴４１に共通のバイアス電圧Ｖｇを印加する共通電極４３が空いたスペース全体を覆うようにベタ状に設けられている。
【００９８】
一方、絶縁基板４５の記録媒体手段側（印写面側）にはトナー通過穴４１を囲む形で制御電極４２よりも径が大きいリング状の個別背面電極４４が設けられている。この個別背面電極４４は例えばＡｌ蒸着で形成されている。
【００９９】
なお、その他のトナー担持体１、記録媒体手段３などの構成については基本構成と同じであるので説明を省略する。
【０１００】
このように構成したトナー制御手段４の各制御電極４２に対する電位Ｖｃ、共通電極４３に対する電位Ｖｇ、個別背面電極４４に対する電位Ｖｒとして、それぞれ＋５０Ｖ、−１２５Ｖ、＋５０Ｖを印加したときの電極電界分布のシミュレーション結果を図１１に示している。
【０１０１】
ここでは、個別背面電極４４の電位Ｖｒと制御電極４１の電位Ｖｃとは同電位であり、また、トナー担持体１の電極１１に対する平均電位Ｖｓは０Ｖとしている。
【０１０２】
この結果、トナーがトナー通過穴４１を通過可能な状態（ＯＮ状態）にするとき、クラウド状態のトナーを取り込んで印写面側に飛翔させるループ状の電界（電気力線１０）は、前述した図６（ａ）の場合（個別背面電極４４がない場合）に比べて、幅が広く、トナー通過穴４１を通過する電気力線１０の量が多いことが分かる。
【０１０３】
これは、図６（ａ）の場合には、共通電極４３の電圧Ｖｇの電界が印写面側に作用し、印写面側のトナー通過穴４１近傍にも作用して印写バイアスＶｐからの電気力線の通過量を制限しているのに対して、図１１の例では個別背面電極４４の電圧Ｖｒが電圧Ｖｃと同じ電位で、制御電極印写面側のトナー通過穴４１近傍の表面電位が図６（ａ）の場合に比較して高い電位であるため、トナー通過穴４１を通過する電気力線が多くなった結果である。
【０１０４】
このとき、トナー制御手段４の各制御電極４２の面積に対して個別背面電極４４の面積がより大きい形状に設定することで、前記の効果はより顕著となる。または、トナー制御手段４の各制御電極４２と各個別背面電極４４の形状をトナー通過穴４４を囲む形でリング形状とし、制御電極４４の外径に対して個別背面電極４４の外径寸法をより大きく設定することでも前記の効果は顕著になる。
【０１０５】
ここで、トナー制御手段４の個別背面電極４４の電位Ｖｒと制御電極４２の電位Ｖｃとを異なる電位とした場合について図１２及び図１３を参照して説明する。
図１２（ａ）、（ｂ）は、図９の構成において、制御電極４２に印加する電位Ｖｃ（＋５０Ｖ）に対し、個別背面電極４４に印加する電圧Ｖｒを、＋１０Ｖ、＋３０Ｖと低くした（−４０Ｖ、−２０Ｖ低くなる。）場合の電界分布を示している。また、図１３（ａ）、（ｂ）は、図９の構成において、制御電極４２に印加する電位Ｖｃ（＋５０Ｖ）に対し、個別背面電極４４に印加する電圧Ｖｒを、＋７０Ｖ、＋９０Ｖと高くした（＋２０Ｖ、＋４０Ｖ高くなる。）場合の電界分布を示している。なお、その他の電圧は図１１の例（実施形態）と同様である。
【０１０６】
この結果から、個別背面電極４４の電圧Ｖｒが制御電極４２の電圧Ｖｃよりマイナス側の電位である図１２（ａ）、（ｂ）の場合には、印写面バイアス電圧Ｖｐが印加される記録媒体手段３側からトナー通過穴４１を通る電気力線１０の量が減少し、その結果クラウド化されたトナーを印写面（記録媒体手段３）側に飛翔させる力が減って印写濃度が低下する。これは、個別背面電極４４の電圧Ｖｒと印写面バイアス電圧Ｖｐの間で形成される電気力線がトナー通過穴４１の開口エッジ部にはみ出すために、トナー通過穴４１を通過する電気力線が減少することによる。
【０１０７】
また、個別背面電極４４の電圧Ｖｒが制御電極４２の電圧Ｖｃよりプラス側の電位である図１３（ａ）、（ｂ）の場合には、印写面バイアス電圧Ｖｐが印加される記録媒体手段３側からトナー通過穴４１を通る電気力線１０はトナー通過穴４１の全体に拡がっており、形成されるドット径が図１１の例に比較して大きくなる。そのため、トナー通過穴４１の開口径を小さくする必要があり、トナー通過穴４１にトナー、微粉、紙粉等が付着した場合、飛翔トナーが衝突してドット欠けが発生し易く、図１１の例に比較して信頼性が低下する。
【０１０８】
また、制御電極４２の電圧Ｖｃ及び個別背面電極４４の電圧Ｖｒをドット毎にそれぞれ異なる電圧で印加する構成では、トナー通過穴４１の数の２倍のドライバ（回路）を必要とするため、コストアップとなる。
【０１０９】
したがって、上述したように制御電極４２の電圧Ｖｃと個別背面電極４４の電圧Ｖｒは同じ電圧を印加することにより、トナーを印写面に飛翔させる電界の強度を保ち、且つトナー通過穴４１の穴径に対して形成ドット径を小さくして高解像度の画像が得られ、しかもドライバコストの上昇を抑えることができる。
【０１１０】
そして、より大きい効果を得るための制御電極４２と個別背面電極４４の形状については、前述したように、トナー制御手段４１の各制御電極４２の面積に対して個別背面電極４４の面積がより大きい形状に設定する。または、トナー制御手段４１の各制御電極４２と各個別背面電極４４の形状をトナー通過穴４１を囲む形でほぼリング形状とし、制御電極４２の外径に対して個別背面電極４４の外径寸法をより大きく設定する。
【０１１１】
次に、本発明に係る画像形成装置を構成する画像形成部１０２の構成の第３例について図１４に示す模式的説明図を参照して説明する。
この画像形成部では、トナー制御手段４１の制御電極４２と個別背面電極４４がトナー通過穴４１の内壁面に設けた導通パターン４６を介して接続されている。この導通パターン４６の形成は、例えば、トナー通過穴４１以外をメタルマスクで覆い、Ａｌ、Ａｕ、ＩＴＯ等の導電性材料の蒸着、スパッタで内壁面に成膜する、または、トナー通過穴４１以外の部分にレジスト膜を形成した後メッキによる導電性膜を成膜することなどで行うことができる。
【０１１２】
これにより、トナー制御手段４１の制御電極４２に印加する電圧Ｖｃと個別背面電極４４に印加する電圧Ｖｒは常に同じ電圧になる。この場合、個別背面電極４４の引出しパターン４４ａを図示しないドライバに接続して電圧Ｖｃ（＝Ｖｒ）を印加することで、前述した第１例で説明した図４、図５に示す制御電極４２からの引出しパターン４２ａが不要になるので、制御電極４２側へのトナー付着が一層低減されることになる。また、各トナー通過穴４１によってトナードットを形成するための制御信号発生用のドライバは、各ノズル通過穴４１の数に対応した数があればよいことになる。
【０１１３】
なお、ここでは、トナー通過穴４１の内壁面に設けた導通パターン４６によって制御電極４２と個別背面電極４４の導通をとったが、これに限らず、トナー通過穴４１以外の箇所に導通用のスルーホール（穴）を設け、制御電極４２と個別背面電極４４を導通することも可能である。このときの導通用スルーホールは導通のみを考慮すればよいため、必要最低限の穴でよく、導通処理も穴内壁を埋め尽くすものであってもよいことから、導通用穴に導電性インクを噴射して埋めることもできる。
【０１１４】
トナー通過穴４１の内壁面全体を導電性膜（導通パターン４６）で覆うことは、トナーを飛翔させるためのループ状電気力線のトナー通過穴４１内部での歪みが大きくなるが、トナー通過穴４１以外の箇所に導通用の穴を設ける構成とすることで、そのループ状電気力線の歪みが抑えられ、トナーの飛翔にとっては印写面への飛翔経路の曲がりが減少し、ドット品質が向上する。
【０１１５】
次に、本発明に係る画像形成装置の第２実施形態について図１５を参照して説明する。
なお、図１５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画像形成部１０２（１０２ｙ、１０２ｍ、１０２ｃ、１０２ｋ）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。
【０１１６】
つまり、この画像形成装置は、記録媒体手段である中間転写記録体１３０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１１１ｙ、１１１ｍ、１１１ｃ、１１１ｋ（色を区別しないときは「トナー供給ユニット１１１」という。以下同様。）を配置し、各トナー供給ユニット１１１と中間転写記録体１３０との間に、それぞれ前述したいずれかの例のトナー制御手段４４を配置している。
【０１１７】
ここで、中間転写記録体１３０は、２つのローラ１３２、１３３との間に掛け回されて矢示方向に周回移動する。この中間転写記録体１３０の背面（内側）には各トナー供給ユニット１１１に対応して記録媒体手段側電極である背面電極３１が配置されている。また、転写後の中間転写記録体１３０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。
【０１１８】
トナー供給ユニット１１１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１１を並べて配置した円筒状のトナー担持体１と、このトナー担持体１にトナーを補給する回転するトナー補給ローラ１１２と、トナー担持体１上のトナー量を規制するブレード１１３を備えている。
【０１１９】
ここでは、トナー補給ローラ１１２からトナー担持体１にトナーが補給されるとともに、トナー補給ローラ１１２上のトナーとトナー担持体１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１１２の下流側のブレード１１３は、トナー担持体１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。
【０１２０】
さらに、最も上流側のトナー供給ユニット１１１ｙ（画像形成部１０２ｙ）よりも上流側に、印写面となる中間転写記録媒体１３０の表面にトナーに含まれる樹脂を溶解又は膨潤させることでトナーを軟化させる軟化剤を含有する塗布液を塗布する液塗布手段１０４を配置している。
【０１２１】
そして、トナー供給ユニット１１１で供給されるトナーがトナー制御手段４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１３０上に飛翔され、中間転写記録体１３０上にカラーのトナー画像が形成される。
【０１２２】
このとき、トナー画像形成前に、液塗布手段１０４で、中間転写記録媒体１３０表面に対してトナーに含まれる樹脂を溶解又は膨潤させることでトナーを軟化させる軟化剤を含有する塗布液を塗布することによって、前述したように、トナーが衝突した時のトナーと印写面との付着力を大きくし、また、同時にトナーが衝突した時の印写面の反発力を低減して、トナーの飛び散りを少なくし、更に塗布液に含まれる軟化剤によりトナーに含まれる樹脂が溶解又は膨潤させることで中間転写記録媒体１３０表面（印写面）上においてトナーの軟化が促進されるので、転写ユニット１５２で記録紙１０１面へトナー画像を転写した後加熱定着するが、この時従来よりも非常に小さいエネルギー定着ができ、あるいは、十分な塗布液量を塗布することにより熱エネルギーが不要で圧力だけによる定着が可能となる。
【０１２３】
一方、下方に記録紙１０１を収容する給紙部１５０が配置され、給紙部１５０から記録紙１０１がピックアップローラ（給紙ローラ）１５１で給紙されて、中間転写記録体１３０を掛け回したローラ１３２に対向して配置した転写ローラ１５２で中間転写記録体１３０上のトナー画像が転写され、定着ユニット１０５でトナーが記録紙１０１上に溶融定着されて排紙される。
【０１２４】
なお、ここでは図示していないが、記録紙１０１の裏面側の転写ローラ１５２に＋バイアスが印加されることで中間転写記録体１３０から記録紙１０１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１２０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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
次に、本発明に係る画像形成装置の第３実施形態について図１６を参照して説明する。なお、図１６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、第１実施形態記録媒体手段を記録紙として、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１０１を紙搬送ベルト１０３に静電的に吸着してトナー供給ユニット１１１の領域を通過させ、トナー制御手段４の画像に応じたＯＮ／ＯＦＦ制御によって記録紙１０１上に直接カラー画像を形成する。
【０１２７】
なお、紙搬送ベルト１０３は、ポリイミド等から形成され、２つのローラ１２１、１２２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１０１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１０１を紙搬送ベルト１０３に導くためのガイド１５４、レジストローラ１５５なども配置されている。
【０１２８】
さらに、最も上流側のトナー供給ユニット１１１ｙ（画像形成部１０２）よりも上流側に、印写面となる記録紙１０１の表面（印写面）にトナーに含まれる樹脂を溶解又は膨潤させることでトナーを軟化させる軟化剤を含有する塗布液を塗布する液塗布手段１０４を配置している。
【０１２９】
これにより、トナー画像形成前に、液塗布手段１０４で、記録紙１０１の表面に対してトナーに含まれる樹脂を溶解又は膨潤させることでトナーを軟化させる軟化剤を含有する塗布液を塗布することによって、前述したように、トナーが衝突した時のトナーと印写面との付着力を大きくし、また、同時にトナーが衝突した時の印写面の反発力を低減して、トナーの飛び散りを少なくし、更に塗布液に含まれる軟化剤によりトナーに含まれる樹脂が溶解又は膨潤させることで記録紙１０１表面（印写面）上においてトナーの軟化が促進されるので、記録紙１０１面へトナー画像を形成した後加熱定着するが、この時従来よりも非常に小さいエネルギー定着ができ、あるいは、十分な塗布液量を塗布することにより熱エネルギーが不要で圧力だけによる定着が可能となる。
【０１３０】
この構成では、トナー通過を制御するトナー制御手段４と通過後のトナーを記録紙１０１に導くためのバイアスを印加する背面電極３１の間にポリイミド等の紙搬送ベルト１０３及び記録紙１０１があるため、トナー制御手段４と背面電極３１の間隔を非常に狭く設定することが難しいが、他方、前記第２実施形態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。
【０１３１】
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１７を参照して説明する。なお、図１７（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１７（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１８参照）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。
【０１３２】
このトナー担持体１は、絶縁性基板１Ａの表面上に複数の電極１１としてＡ相用電極１１Ａと、Ｂ相用電極１１Ｂとを設け、その上に表面保護層１Ｂを設けたものである。櫛歯状の電極１１Ａ、１１Ｂ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１１Ａａ、１１Ｂａで外部の図示しない２相パルス発生回路（電圧印加手段５）にそれぞれ接続されている。
【０１３３】
電極１１Ａ、１１Ｂに印加するパルス電圧は、周波数が０．５ＫＨｚ〜７ＫＨｚ、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〜±３００Ｖ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１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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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１９を参照して説明する。なお、図１９（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１９（ｂ）は同じく模式的断面説明図である。
この例は、３相進行波電界を形成するトナー担持体の例である。絶縁性基材１Ａ上にＡ相、Ｂ相の電極１１Ａ、１１Ｂ、その上層に絶縁層１Ｃを形成した後Ｃ相電極１１Ｃを形成し、このＣ相電極１１Ｃの上に表面保護層１Ｂを設けている。
【０１３６】
各ＡＢＣ３相の電極１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ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１１Ａａ、１１Ｂａ、１１Ｃａで外部の図示しない３相パルス発生回路にそれぞれ接続されている。
【０１３７】
この３相進行波電界を用いる場合は、図２０に示すように、１周期で１２０°位相がシフトしたパルス電圧を順次印加することで、トナー担持体１表面にはパルスの切り替わりに伴って電界も順次シフトする進行波電界が発生し、電界が切り替わる方向に帯電トナーは上方への飛翔を繰り返すと同時に搬送されるため、基本的にトナー担持体１は回転しないで静止したままで良い。
【０１３８】
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、ｎ本毎の各電極にｎ相の位相電圧を印加して電極相互の間で進行波電界を形成することでトナーの搬送とクラウド化を行う構成とすることで、トナー担持体表面のトナーの搬送に関して、トナー搬送を行う部分が回転駆動を必要としないため、平面的なベルト形状も可能となり、レイアウトの自由度から装置全体の小形化、低コスト化が可能となる。
【０１３９】
また、長期間の使用に際し、電極表面にはトナーの外添剤等微細な粒子が堆積する場合は、画像形成の時間以外に行うクリーニングモードのシーケンスによって、トナー担持体１０１表面をクリーニングすることで搬送の信頼性が確保できる。クリーニングは、クリーニングモードの時のみトナー担持体１表面に接する構成で、回転ブラシ、ブレート、吸引スリット等でクリーニングを行う。電極１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃに印加するパルス電圧は、前記と同様に、周波数が０．５ＫＨｚ〜７ＫＨｚ、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〜±３００Ｖ等、電極幅、電極間隔に応じたパルスを印加する。
【０１４０】
これらのトナー担持体１の具体的構成において、ベース基板である絶縁性基板１Ａ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０．１〜１μｍ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。
【０１４１】
表面保護層１Ｂとしては、例えば、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＴｉＮ、Ｔａ２Ｏ５などを厚さ０．５〜２μｍ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２〜１０μｍ厚に薄膜印刷塗布して加熱硬化したものでもよい。
【０１４２】
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及び／又は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。
【０１４３】
次に、上記画像形成装置におけるトナー供給ユニット１１１の具体的な構成の一例について図２１を参照して説明する。
このトナー供給ユニット１１１は、磁性キャリアと非磁性トナーから成る二成分記録剤を用いる例である。記録剤収容部２０１は２つの室２０１Ａ、２０１Ｂに分けられており、トナー供給ユニット１１１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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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１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。
【０１４７】
トナー担持体１には、第二電圧印加手段２１２によって前述した図１１或いは図１３に示す電圧が電極１１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、第二電圧印加手段２１１、２１２によってトナー担持体１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１表面に移動する。トナー担持体１表面に達したトナーは、第二電圧印加手段２１２から電極１１に印加された電圧が形成する電界によってクラウド化し、トナー担持体１の回転、またはトナー担持体１の進行波電界によって搬送される。
【０１４８】
そして、トナー制御手段４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手段側に飛翔されて、トナーのドット印写が制御される。
【０１４９】
次に、上記画像形成装置におけるトナー供給ユニット１１１の具体的な構成の他の例について図２２を参照して説明する。
このトナー供給ユニット１１１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１１２上に汲み上げられる。トナー補給ローラ１１２上のトナーは記録剤層規制部材１１３によって薄層とされ、トナー補給ローラ１１２の回転に伴ってトナー担持体１と対向する位置に搬送される。
【０１５０】
このとき、トナー補給ローラ１１２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１には、第二電圧印加手段２２２によって電極１１に電圧が印加されている。したがって、トナー担持体１と対向する位置においては、第一、第二電圧印加手段２２１、２２２によってトナー担持体１とトナー補給ローラ１１２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１１２から分離し、トナー担持体１表面に移動する。
【０１５１】
前記の例と同様に、トナー担持体１表面に達したトナーは、第二電圧印加手段２２２から電極１１に印加された電圧が形成する電界によってクラウド化し、トナー担持体１の回転、またはトナー担持体１の進行波電界によって搬送される。
【０１５２】
そして、トナー制御手段４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手段側に飛翔されて、トナーのドット印写が制御される。
【０１５３】
なお、これらの各トナー供給ユニット１１１において、印写に寄与しなかったトナーはトナー担持体１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１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１１１内を循環する。
【０１５４】
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。
【０１５５】
次に、液塗布手段１０４の第１例について図２３及び図２４を参照して説明する。なお、図２３は同手段の模式的構成図、図２４は要部斜視説明図である。
記録媒体手段の印写面にトナーに含まれる樹脂を溶解又は膨潤させることでトナーを軟化させる軟化剤を含有する塗布液を塗布する場合、塗布液を泡で構成されたフォーム状塗布液とすることで、液のカサ密度を低くすることができ、塗布ローラなどの塗布手段上における塗布液層の層厚の設定が容易に得られ、その結果、記録媒体手段表面（印写面）への微量塗布が可能である。
【０１５６】
この記録媒体手段への微量塗布とトナー散りを抑える効果の両立のためには、フォーム状塗布液の泡径範囲が５μｍから５０μｍ程度が必要である。
【０１５７】
ここで、一般的に、０．５ｍｍから１ｍｍ程度の大きな泡の場合、単なる撹拌等により比較的容易に泡を生成可能であり、大きな泡の生成には１秒以下の時間（０．１秒もかからない）で生成することができる。そこで、この所望の泡径よりも大きな泡（目視で観察できる程度の大きさの泡）の生成が容易、且つ、すばやく得ることができる点に着目し、大きな泡からさらに短時間に５μｍから５０μｍ程度の微細な泡を生成する。この場合、大きな泡にせん断力を加えることで大きな泡を分泡すると、液状態から微細な泡を起泡させる方法に比べて極めて短時間に所望の大きさの微細な泡が生成できる。
【０１５８】
なお、フォーム状の塗布液のかさ密度としては、０．０１ｇ／ｃｍ３〜０．１ｇ／ｃｍ３程度の範囲が好ましい。更に、塗布液は、記録紙等の記録媒体手段上への塗布時にフォーム状となっていればよく、保存容器内でフォーム状である必要はない。保存容器中では気泡を含有しない液体で、容器から液を供給する時点や、印写面に塗布するまでの液搬送経路でフォーム状にする手段を設ける構成が好ましい。これは、保存容器では液体で、容器から液を取り出した後にフォーム状とする構成のほうが、容器の小型化ができるという大きな利点を有するためである。
【０１５９】
そこで、この液塗布手段１０４においては、フォーム状の液を生成する液生成手段３０１と、生成されたフォーム状の液の膜厚を規制する膜厚規制手段３０２と、膜厚が規制されたフォーム状の液を記録媒体手段３（ここでは記録紙１０１で説明する。）の表面に塗布する塗布手段として塗布ローラ３０３とを有する。
【０１６０】
液生成手段３０１は、塗布液容器３１１内の液状塗布液３１０を、送液パイプ３１２を通じて、搬送ポンプ等の液輸送手段３１３を用いて気体・液体混合部３１４へ供給する。この気体・液体混合部３１４は、空気口３１５が設けられ、液３１０の流れとともに、空気口３１５に負圧が発生し、空気口３１５から気体が気体・液体混合部３１４に導入され、液体３１０と気体が混合し、更に、微細孔シート３１６を通過することで、泡径のそろった大きな泡を生成する。孔径としては、３０μｍから１００μｍ程度が好ましく、また、微細孔シート３１６に限らず、連泡構造の多孔質部材であればよく、孔径３０μｍから１００μｍ程度を有する焼結セラミックス板や不織布や発泡樹脂シートであってもよい。
【０１６１】
なお、大きな泡の生成方法としては、上記の搬送ポンプ等の液輸送手段３１３より供給された液状塗布液３１０と空気口３１５からの空気を羽根状攪拌子で攪拌しながら、液に気泡を巻き込みながら大きな泡を生成させる構成や、上記の液輸送手段３１３より供給された液状塗布液３１０に空気供給ポンプ等でバブリングを行って大きな泡を生成する構成などを用いることもできる。
【０１６２】
この気体・液体混合部３１４で生成された大きな泡は送液パイプ３１２を通じて泡生成手段３１７に送られる。この泡生成手段３１７では、大きな泡を分割して２つ以上に分泡化するために、大きな泡にせん断力が加える。つまり、泡生成手段３１７は、閉じた内側円筒３１８及び外側円筒３１９を有し、内側円筒３１８が回転可能な構成とし、外側円筒３１９の一部より、大きな泡状塗布液を供給し、内部の回転する内側円筒３１８と固定又は逆方向に回転する外側円筒３１９の隙間３２０（ここが流路となる）を通過させながら、回転する内側円筒３１８により泡にせん断力を与える。このせん断力により、大きな泡は微細な泡へと変化し、外側円筒３１９に設けられた泡の出口３２１より、所望の微細な泡径を有するフォーム状塗布液３３０を生成する。
【０１６３】
ここで、回転する内側円筒３１８の回転数と円筒の長さにより液搬送速度は決定される。外側円筒３１９の内径をｄ１（ｍｍ）、円筒長さがＬ（ｍｍ）とし、内側円筒３１８の外径をｄ２（ｍｍ）とし、回転数をＲ（ｒｐｍ）とすると、微細な泡を生成するための液搬送速度Ｖ（ｍｍ３／秒）は、
Ｖ＝Ｌ×π×（ｄ１２−ｄ２２）／４／（１０００／Ｒ）
の式で決まる。
【０１６４】
例えば、ｄ１が１０ｍｍ、ｄ２が８ｍｍ、Ｌが５０ｍｍ、回転数が１０００ｒｐｍとすると、液搬送速度は、約１４００ｍｍ３／秒（１．４ｃｃ／秒）となる。Ａ４の紙を塗布するために必要なフォーム状塗布液が３ｃｃであるとすると、液状塗布液から必要量のフォーム状塗布液を生成する立上がり時間は２秒ですみ、極めて素早く、所望の泡径を有するフォーム状塗布液３３０を生成可能となる。
【０１６５】
この場合、内側円筒３１８にらせん状の溝を設けて泡生成手段３１７内での液搬送性を向上することができる。
【０１６６】
このように、液状塗布液を大きな泡径を有する液へと変化させる機構と、大きな泡にせん断力を加える構成を組み合わせることで、液状塗布液を極めて短時間に５μｍから５０μｍ程度の微細な泡径を有するフォーム状塗布液を生成させることができる。
【０１６７】
そして、液生成手段３０１の泡生成手段３１７で生成されたフォーム状塗布液３３０は、塗布ローラ３０３に滴下されて付与され、膜厚制御ブレード（膜厚規制手段）３０２によって膜厚が所要の厚さに規制されて、塗布ローラ３０３の回転によって塗布ローラ３０３表面のフォーム状塗布液３３０が記録紙１０１に接触して塗布される。なお、塗布ローラ３０３に対向して記録紙１０１を塗布ローラ３０３側に押し付ける加圧ローラ３０５が配置されている。
【０１６８】
このようにして、塗布ローラ３０３の周面には、図２５に示すようにフォーム状塗布液３３０の層が形成され、記録紙１０１に接触する塗布ローラ３０３の矢示方向（図２４参照）への回転によってフォーム状塗布液３３０が記録紙１０１に転写塗布される。ここで、泡で構成されたフォーム状塗布液３３０は、図２６に示すように、気泡３３０ｂと気泡３３０ｂどうしを区切る液体である液膜境界（プラトー境界）３３０ａから構成される。
【０１６９】
なお、フォーム状塗布液３３０の塗布ローラ３０３上での膜厚を塗布ローラ３０３の記録紙１０１への接触圧に応じて変更できるようにすることが好ましい。この場合には、図２７にも示すように、膜厚制御ブレード３０２を回転軸３０６に固定し、回転軸３０６を回転することによって膜厚制御ブレード３０２を揺動させ、膜厚制御ブレード３０２と塗布ローラ３０３とのギャップを変化させる。例えば、図２７（ａ）に示すように、膜厚を薄くするときは、塗布ローラ３０３と膜厚制御ブレード３０３とのギャップを狭くし、膜厚を厚くするときは、同図（ｂ）に示すように、膜厚制御ブレード３０３を矢示方向に揺動させて同ギャップを広くする。
【０１７０】
また、上記の例では、塗布液容器３１１から液状塗布液３１０を泡化する機構に搬送する手段としては搬送ポンプなどの液輸送手段３１３を用いている。搬送ポンプとしては、ギヤポンプ、ベローズポンプ等があるが、チューブポンプが好ましい。チューブポンプはチューブ内の液を、チューブを変形させながら押し出す機構であるため、塗布液と接する部材はチューブだけであり、塗布液に対し耐液性を有する部材を用いることで、液の汚染やポンプ系部品の劣化がない。また、チューブを変形させるだけなので、液が起泡せず、搬送能力の低下を防止できる。
【０１７１】
また、塗布ローラ３０３上におけるフォーム状塗布液３３０の膜厚制御（規制）は、膜厚制御ブレード３０２に代えて、ワイヤーバーを用いることもできる。ワイヤーバーを膜厚規制手段（膜厚制御手段）として用いることで、ブレード３０２に比べ、塗布ローラ３０３面の軸方向のフォーム状塗布液３３０の膜厚均一性を向上させることができる。
【０１７２】
次に、液塗布手段１０４の第２例について図２８を参照して説明する。なお、図２８は同手段の模式的構成図である。
この例では、塗布手段として、塗布ローラに代わりに、塗布ベルト３４０を用いている。塗布ベルト３４０としては、例えばシームレスニッケルベルトやシームレスＰＥＴファイルなどの部材を用いる。この塗布ベルト３４０はローラ３４１〜３４３間に掛け回されて矢示方向に周回移動し、ローラ３４１、３４２間で記録媒体手段としての記録紙１０１に接触する。また、記録紙１０１を介して塗布ベルト３４０に対向する位置に、ローラ３４６、３４７間に掛け回された加圧ベルト３４５を配置して、記録紙１０１を塗布ベルト３４０側に押し付けるようにしている。
【０１７３】
この構成でも、液生成手段３０１で生成したフォーム状塗布液３３０を塗布ベルト３４０上に滴下して、ブレード３０２と塗布ベルト３４０のギャップを調整し、塗布ベルト３４０上のフォーム状塗布液３３０の層膜厚を制御した後、記録紙１０１の印写面にフォーム状塗布液３３０を塗布する。
【０１７４】
このように、塗布ベルトを用いる構成では、ニップ幅を容易に広くすることが可能となり、加湿時間を十分稼ぐことが可能となる。なお、塗布手段は塗布ベルトとし、加圧側をベルトではなく加圧ローラとする構成とすることも、また、塗布手段は塗布ローラとし、加圧側をベルトとする構成とすることもできる。
【０１７５】
ここで、上述した塗布ローラや塗布ベルト等の塗布手段の表面において、トナーの飛び散りを抑えた高画質画像を達成するための十分な効果を得るフォーム状塗布液は連続したフォーム状態であることが好ましい。
【０１７６】
つまり、図２９に示すように気泡３３０ｂを含む液体３３０ａが不連続な状態では、記録媒体手段への転写時の加湿効果、記録媒体手段へのフォームの広がりはあるものの、トナーの飛び散りに対してさらなる効果を得るためのより好ましい状態は、図３０に示すとうに、塗布手段の表面において連続したフォーム状態が維持されていることである。そして、この連続したフォーム状態は塗布手段表面の８０％以上であることがより好ましい。
【０１７７】
この連続したフォーム状態を形成するためには、塗布手段（塗布ローラや塗布ベルト）の表面に親水性、粗面化等の処理を施すのが良い。親水性膜としては、例えば厚さ５μｍ程度のシランカップリング剤層の形成、光触媒を酸化チタンとする厚さ５μｍ程度の親水性膜の形成、またはアルミローラ表面にサンドブラスト加工を施した粗面化による親水性面としても良い。粗面化の場合は、泡径＞面粗さ、の関係が好ましいため、平均面粗さは少なくとも５μｍ以下とする。
【０１７８】
また、連続したフォーム状態を形成し、且つ塗布手段表面において時間が経過しても泡がはじけない状態（泡沫安定性に優れる）を保つことで、記録媒体手段に転写後も連続した泡状態（フォーム状態）を保つことになり、トナーの飛び散り抑制効果が大きいことが判った。そのための塗布液処方としては、増泡剤を含むことが好ましい。具体的には、塗布液中に脂肪酸アルカノールアミド（１：１）型を含有することが好ましい。脂肪酸アルカノールアミドには（１：１）型と（１：２）型があるが、泡沫安定性には（１：１）型が適することが確認された。
【０１７９】
次に、塗布液の液処方について説明する。フォーム状の塗布液は、起泡剤を含有した液体中に気泡を含有した構成であり、ここでは、トナーに含まれる樹脂を溶解又は膨潤させることでトナーを軟化させる軟化剤を含有している。起泡剤を含有した液体は、気泡を安定に含有し、なるべく均一な気泡の大きさからなる気泡層を構成するフォーム状とするため、増泡剤を有することが好ましい。また、ある程度粘度が高いほうが、気泡が安定して液体中に分散するため、増粘剤を含有することが好ましい。
【０１８０】
起泡剤としては、陰イオン界面活性剤、特に、脂肪酸塩が好ましい。脂肪酸塩は界面活性を有するため、水を含有する塗布液の表面張力を下げ、塗布液を発泡しやすくするとともに、泡表面で脂肪酸塩が層状ラメラ構造をとるため泡壁（プラトー境界）が他の界面活性剤よりも強くなり、泡沫安定性が極めて高くなるまた、脂肪酸塩の起泡性を効果的にするため、塗布液には水を含有することが好ましい。
【０１８１】
脂肪酸としては、大気中での長期安定性の観点から酸化に強い飽和脂肪酸が好ましい。但し、飽和脂肪酸塩を含有する塗布液に若干の不飽和脂肪酸塩を含有することで脂肪酸塩の水に対する溶解・分散性を助け、５℃〜１５℃までの低気温において、優れた起泡性を有することができ、広い環境温度範囲において起泡安定を可能とし、また、塗布液長期放置中の脂肪酸塩の塗布液中分離を防止することができる。
【０１８２】
飽和脂肪酸塩に用いる脂肪酸としては、炭素数１２、１４、１６及び１８の飽和脂肪酸、具体的にはラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸が適する。炭素数が１１以下の飽和脂肪酸塩は臭気が大きくなり、当該塗布液を用いるオフィス・家庭で用いる画像形成機器に適さない。また、炭素数１９以上の飽和脂肪酸塩は、水に対する溶解性が低下し、塗布液の放置安定性を著しく低下させてしまう。これらの飽和脂肪酸による飽和脂肪酸塩を単独もしくは混合して起泡剤として用いる。
【０１８３】
更に、不飽和脂肪酸塩を用いてもよく、炭素数１８で２重結合数が１から３の不飽和脂肪酸が好ましい。具体的には、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸が適する。2重結合が４以上では反応性が強いため、塗布液の放置安定性が劣ってしまう。これらの不飽和飽和脂肪酸による不飽和脂肪酸塩を単独もしくは混合して起泡剤として用いる。また、上記飽和脂肪酸塩と不飽和脂肪酸塩を混合して起泡剤として用いても構わない。
【０１８４】
また、上記飽和脂肪酸塩又は不飽和脂肪酸塩において、当該塗布液の起泡剤として用いる場合、ナトリウム塩、カリウム塩もしくはアミン塩であることが好ましい。塗布装置に電源を投入後、素早く塗布可能な状態にすることは塗布装置の商品価値として重要な要素である。液塗布手段１０４（ここでは塗布装置）において塗布可能な状態とするためには、塗布液が適切なフォーム状となっていることが必須であるが、上記の脂肪酸塩は素早く起泡することで、電源投入後塗布可能な状態を短時間でつくることができる。特に、アミン塩とすることで、塗布液にせん断力を加えたときに最も短時間で起泡し、フォーム状塗布液を容易に作製することが可能であり、塗布装置への電源投入後の塗布可能な状態が短時間で可能となる。
【０１８５】
トナー樹脂を溶解又は膨潤することで軟化させる軟化剤は、脂肪族エステルを含む。この脂肪族エステルは、トナー等に含まれる樹脂の少なくとも一部を溶解又は膨潤させる溶解性又は膨潤性に優れている。
【０１８６】
また、軟化剤については、人体に対する安全性の観点から、その急性経口毒性ＬＤ５０が３ｇ／ｋｇよりも大きい、更に好ましくは５ｇ／ｋｇであることが好ましい。脂肪族エステルは、化粧品原料として多用されているように、人体に対する安全性が高い。
【０１８７】
更に、記録媒体手段に対するトナーの定着は、密封された環境において頻繁に使用される機器で行われ、軟化剤はトナーの記録媒体への定着後にもトナー中に残留するため、記録媒体に対するトナーの定着は揮発性有機化合物（ＶＯＣ）及び不快臭の発生を伴わないことが好ましい。すなわち、軟化剤は揮発性有機化合物（ＶＯＣ）及び不快臭の原因となる物質を含まないことが好ましい。脂肪族エステルは、一般に汎用される有機溶剤（トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、酢酸エチルなど）と比較して、高い沸点及び低い揮発性を有し、刺激臭を持たない。
【０１８８】
本発明における塗布液において、好ましくは、上記の脂肪族エステルは、飽和脂肪族エステルを含む。上記の脂肪族エステルが、飽和脂肪族エステルを含む場合には、軟化剤の保存安定性（酸化、加水分解などに対する耐性）を向上させることができる。また、飽和脂肪族エステルは、人体に対する安全性が高く、多くの飽和脂肪族エステルは、トナーに含まれる樹脂を１秒以内で溶解又は膨潤させることができる。更に、飽和脂肪族エステルは、記録媒体に提供されたトナーの粘着感を低下させることができる。これは、飽和脂肪族エステルが、溶解又は膨潤したトナーの表面に油膜を形成するためであると考えられる。
【０１８９】
本発明における塗布液において、好ましくは上記の脂肪族エステルは、脂肪族ジカルボン酸ジアルコキシアルキルを含む。上記の脂肪族エステルが、脂肪族ジカルボン酸ジアルコキシアルキルを含む場合には、記録媒体に対するトナーの定着性を向上させることができる。
【０１９０】
本発明における塗布液において、好ましくは、上記の脂肪族ジカルボン酸ジアルコキシアルキルの一般式は、
Ｒ５（ＣＯＯＲ６−Ｏ−Ｒ７）２
で表される化合物を含み、Ｒ５は、炭素数が２以上８以下のアルキレン基であり、Ｒ６は、炭素数が２以上４以下のアルキレン基であり、Ｒ７は、炭素数が１以上４以下のアルキル基である。Ｒ１及びＲ２の炭素数がそれぞれ所望の範囲よりも少ないと臭気が発生し、所望の範囲よりも多いと樹脂軟化能力が低下する。
【０１９１】
即ち、上記の脂肪族ジカルボン酸ジアルコキシアルキルは、一般式Ｒ５（ＣＯＯＲ６−Ｏ−Ｒ７）２で表される化合物を含み、Ｒ５は、炭素数が２以上８以下のアルキレン基であり、Ｒ６は、炭素数が２以上４以下のアルキレン基であり、Ｒ７は、炭素数が１以上４以下のアルキル基である場合には、トナーに含まれる樹脂に対する溶解性又は膨潤性を向上させることができる。また、上記の化合物の臭気指数は、１０以下であり、上記の化合物は、不快臭及び刺激臭を有さない。
【０１９２】
上記の化合物である脂肪族ジカルボン酸ジアルコキシアルキルとしては、例えば、コハク酸ジエトキシエチル、コハク酸ジブトキシエチル、アジピン酸ジエトキシエチル、アジピン酸ジブトキシエチル、セバシン酸ジエトキシエチル等が挙げられる。これらの脂肪族ジカルボン酸ジアルコキシアルキルを水性溶媒では、グリコール類を溶解助剤として塗布液に含有し、溶解又はマイクロエマルジョンの形態とする。
【０１９３】
また、脂肪酸エステルではないが、クエン酸エステルや炭酸エチレンや炭酸プロピレンも軟化もしくは膨潤剤として適する。
【０１９４】
上記の樹脂を含有する微粒子のうち、電子写真プロセスで用いるトナーは、本発明における塗布液との組合せにおいて最も定着への効果が高い。トナーは、色剤と帯電制御剤と結着樹脂や離型剤などのような樹脂を含む。トナーに含まれる樹脂は、特に限定されないが、好適な結着樹脂としては、ポリスチレン樹脂、スチレン−アクリル共重合体樹脂、ポリエステル樹脂などが挙げられ、離型剤としては、例えばカルバナウワックスやポリエチレンなどのワックス成分などが挙げられる。トナーは、結着樹脂の他に、公知の着色剤、電荷制御剤、流動性付与剤、外添剤などを含んでもよい。また、トナーは、メチル基を有する疎水性シリカ及び疎水性酸化チタンのような疎水性微粒子をトナーの粒子の表面に固着させることによって、撥水性処理されていることが好ましい。
【０１９５】
また、フォーム状となった塗布液は、好ましくは、撥水性処理されたトナーの粒子に対して、十分な親和性を有することが望ましい。ここで、親和性とは、液体が固体に接触したときに、固体の表面に対する液体の拡張濡れの程度を意味する。すなわち、フォーム状となった塗布液は、撥水性処理されたトナーに対して十分な濡れ性を示すことが好ましい。疎水性シリカ及び疎水性酸化チタンのような疎水性微粒子で撥水性処理されたトナーの表面は、疎水性シリカ及び疎水性酸化チタンの表面に存在するメチル基によって覆われており、おおよそ２０ｍＮ／ｍ程度の表面エネルギーを有する。現実には撥水性処理されたトナーの表面の全面が疎水性微粒子によって完全に覆われてはいないため、撥水性処理されたトナーの表面エネルギーは、おおよそ、２０〜３０ｍＮ／ｍであると推測される。よって、撥水性トナーに対して親和性を有する（十分な濡れ性を有する）ためには、フォーム状となった塗布液の表面張力は、２０〜３０ｍＮ／ｍであることが好ましい。
【０１９６】
水性溶媒を用いる場合、界面活性剤を添加することで、表面張力を２０〜３０ｍＮ／ｍとすることが好ましい。また、水性溶媒の場合、単価もしくは多価アルコールを含有していることが望ましい。これらの材料は、フォーム状の塗布液における気泡の安定性を高め、破泡しにくくする利点を有する。例えばセタノールなどの単価アルコールや、グリセンリン、プロピレングリコール、１，３ブチレングリコールなどの多価アルコールが望ましい。また、これらの単価又は多価のアルコール類を含有することで紙等の媒体のカール防止に効果を有する。
【０１９７】
次に、本発明における塗布液の具体例について説明する。
[実施例１］
＜塗布液の処方＞
希釈溶媒：イオン交換水                                        ５３ｗｔ％
軟化剤：コハク酸ジエトキシエチル(クローダ社  クローダＤＥＳ)  １０ｗｔ％
炭酸プロピレン                                        ２０ｗｔ％
増粘剤：プロピレングリコール                                  １０ｗｔ％
増泡剤：ヤシ脂肪酸ジエタノールアミド（１：１）型（松本油脂  マーポンＭＭ）
０．５ｗｔ％
起泡剤：パルミチン酸アミン                                    ２．５ｗｔ％
ミリスチン酸アミン                                    １．５ｗｔ％
ステアリン酸アミン                                    ０．５ｗｔ％
分散剤：ＰＯＥ（２０）ラウリルソルビタン（花王  レオドールＴＷ−Ｓ１２０Ｖ）
１ｗｔ％
ポリエチレングリコールモノステアレート（花王  エマノーン３１９９）
１ｗｔ％
なお、分散剤は、軟化剤の希釈溶媒への溶解性を助長するために用いた。
【０１９８】
＜液塗布手段：塗布装置＞
〔大きな泡生成手段〕
液保存容器：ＰＥＴ樹脂からなるボトル
液搬送ポンプ：チューブポンプ（チューブ内径２ｍｍ、チューブ材質：シリコーンゴム）
搬送流路：内径２ｍｍのシリコーンゴムチューブ
大きな泡を作るための微細孔シート：＃４００のステンレス製メッシュシート（開口部約４０μｍ）
【０１９９】
〔大きな泡から微細な泡を生成する手段〕
２重円筒の内側円筒は、回転軸に固定され、回転駆動モータにより回転する。２重円筒の材質は、ＰＥＴ樹脂とした。外側円筒内径：１０ｍｍ・長さ１２０ｍｍ、内側円筒外形：８ｍｍ・長さ１００ｍｍとした。回転数は、１０００ｒｐｍから２０００ｒｐｍの範囲で可変とした。
【０２００】
〔塗布液付与手段：塗布手段〕
上記の微細な泡を生成する手段を用い、フォーム状の塗布液を作成しブレードに供給する構成とした。ブレードと塗布ローラとのギャップは２５μｍと４０μｍの二通り実施した。
加圧ローラ：アルミ合金製ローラ（φ１０ｍｍ）を芯金とし、外径Φ５０ｍｍのポリウレタンフォーム材(イノアック社商品名「カラーフォームＥＭＯ」)を形成したスポンジローラ
塗布ローラ：ＰＦＡ樹脂を焼付け塗装したＳＵＳ製ローラ（φ３０ｍｍ）
膜厚制御ブレード：アルミ合金製支持板に厚み１ｍｍの並板ガラスを接着。ガラス面を塗布ローラ側に向け、１０μｍから１００μｍの範囲で塗布ローラとガラス面の隙間を制御できるようにした。
【０２０１】
以上の構成により、図１に示す画像形成装置によりトナー制御手段４に制御パルスを印加して画像形成を行った。ここで使用したトナー制御手段４は図９に示す構成のものを用いた。記録媒体手段（記録紙１０１）の搬送タイミングで、液搬送ポンプ（液輸送手段３１３）を駆動し、塗布液容器３１１から液状塗布液をくみ上げ、液流路３１２を通過させながら、大きな泡を生成する部位と泡を微細にする部位に塗布液を通過させると、液排出口（供給口３２１）から泡径５μｍから３０μｍの微細な泡を有するフォーム状塗布液を塗布ローラ３０３に供給することができ、フォーム状塗布液のかさ密度はおおよそ０．０５ｇ／ｃｍ３であった。その結果、環境湿度３０％の条件においてもトナーの飛び散りが無い非常に高画質の画像が得られ、同時に加熱定着に必要な供給エネルギーは塗布液を使用しない場合に比較して、この場合は１／２以下に低減することを確認した。
【０２０２】
次に、塗布液処方及び液塗布手段（塗布装置）の第３例について説明する。
［具体例１］
＜塗布液の処方＞
〔軟化剤を含有する液体〕
希釈溶媒：イオン交換水                      ５９ｗｔ％
軟化剤：コハク酸ジエトキシエチル(クローダ社  クローダＤＥＳ)
５ｗｔ％
浸透剤：ポリエーテル変性シリコーン
（東レダウコーニングシリコーン  ＳＳ２８０２）１ｗｔ％
増粘剤：プロピレングリコール                ３０ｗｔ％
増泡剤：ヤシ脂肪酸ジエタノールアミド          ２ｗｔ％
発泡剤：アルキル硫酸ナトリウム                ２ｗｔ％
ｐＨ調整剤：トリエタノールアミン              １ｗｔ％
上記成分比にて混合攪拌し溶液を作製した。
【０２０３】
〔高圧密封容器への封入〕
塗布液を含有する液体                        ９５ｗｔ％
液化ガス(ＬＰＧ)                              ５ｗｔ％
上記成分比にて大気開放用のアクチュエータ部とノズル部を有する密封容器に混合し、攪拌によりＯ／Ｗエマルジョン液を作製した。
【０２０４】
＜液塗布手段：塗布装置＞
図３１に示すような、塗布液と液化ガス又は圧縮性ガスを混合した状態で封入した塗布液高圧密封容器４０１からアクチュエータ４０６によって塗布液を噴出してガス膨張により気泡を混合させてフォーム状の塗布液を生成し、チューブ４０４を介してブレード４０２に供給する構成とした。ブレード４０２と塗布ローラ４０３とのギャップは７５μｍに設定した。なお、塗布ローラ４０３に対向して加圧ローラ４０５を配置している。
【０２０５】
ここで、
加圧ローラ：アルミ製ローラ（φ３０）
塗布ローラ：ＰＦＡ樹脂を焼付け塗装したＳＵＳ製ローラ（φ３０）
ブレード：ＳＵＳ製シート
紙搬送速度：１５０ｍｍ／ｓ
加圧ローラと塗布ローラ間の加重：片側１９６Ｎ
とした。
【０２０６】
そして、高圧密封容器４０１から噴射しフォーム状となった塗布液を、チューブ４０４を通してブレード４０２と塗布ローラ４０３の隙間に供給した。フォーム状の塗布液のかさ密度は０．０６ｇ／ｃｍ３であった。
また、塗布液中の気泡は３０μｍ〜１００μｍの範囲で分布し、７０μｍ付近の気泡が多い状態であり、塗布ローラ面に対し複数層の気泡層となっていた。
【０２０７】
以上の構成により、図１に示す画像形成装置によりトナー制御手段４に制御パルスを印加して画像形成を行った。ここで使用したトナー制御手段４は図９に示す構成のものも用いた。記録媒体手段の搬送タイミングで、高圧密封容器４０１から噴射しフォーム状となった塗布液を塗布ローラ４０３に供給した。このときのフォーム状塗布液のかさ密度はおおよそ０．０５ｇ／ｃｍ３であった。その結果、環境湿度３０％の条件においてもトナーの飛び散りが無い非常に高画質の画像が得られ、同時に加熱定着に必要な供給エネルギーは塗布液を使用しない場合に比較して、この場合は１／２以下に低減することを確認した。
【０２０８】
次に、液塗布手段（塗布装置）の第４例について図３２を参照して説明する。
ここでは、塗布ローラ４１３は表面が多孔性であり、このローラ４１３に接触して塗布液を含浸させた塗布液含浸ローラ４１４を設けている。塗布液含浸ローラ４１４が塗布ローラ４１３に接触することで表面に塗布液を常時保持が可能で、記録媒体手段（記録紙１０１）との加圧接触で記録媒体手段に塗布液の塗布を行う。
【０２０９】
塗布液含浸ローラ４１４はアルミ製ローラ表面に２〜３ｍｍ厚さのスポンジフォーム体層を成形したもので、下部がパン４１５に収容されるフォーム状塗布液に接しており、図示しない液面検知センサの検出結果に基づいて塗布液収容容器４２１から送液チューブ４２４を介してパン４１５への塗布液の補充を行う。なお、ここでは、塗布ローラ４１３を使用しているが、塗布液含浸ローラ４１４が記録媒体手段（記録紙や中間転写記録媒体）と直接接触する構成とすることもできる。
【０２１０】
次に、液塗布手段の第５例について図３３を参照して説明する。
ここでは、塗布液収容容器４３１からミスト発生タンク４３２に塗布液を供給し、ミスト発生タンク４３２ではＰＺＴなどを用いた超音波加振器４３３によって塗布液のミストを形成し、ブロワ４３４で記録媒体手段（記録紙１０１や中間転写記録媒体）の下方からミスト４３５を噴出させて記録紙１０１などの印写面に塗布する。なお、ミスト発生タンク４３２への塗布液収容容器４３１から塗布液の補充は図示しない液面検知センサの検出結果に基づいて行うようにしている。
【０２１１】
これらの液塗布手段は、別途設けた環境湿度を検出する検出手段の検出結果に基づいて、環境湿度が低い場合のみ動作する構成とすることで、記録媒体手段表面を必要以上に加湿することなく、効率的な画像形成装置を実現することができる。
【０２１２】
また、上記の説明では、トナー担持体表面に設けた複数の電極の電界によってトナーをクラウド化しトナーの飛翔を制御する構成で説明しているが、これに限らずトナー担持体が従来方式の磁性キャリアと非磁性トナーから成る二成分記録剤、または非磁性トナーから成る一成分記録剤を用いたトナー供給ユニットのトナー担持体表面からトナーを直接飛翔制御する構成であっても同様な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０２１３】
【図１】本発明に係る画像形成装置の構成を示す模式的構成図である。
【図２】同画像形成装置における画像形成部の第１例の説明に供する模式的構成図である。
【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である。
【図４】（ａ）はトナー制御手段の一例を示す印写面側の説明図、（ｂ）は同じくトナー供給側面の説明図である。
【図５】（ａ）はトナー制御手段の他の例を示す印写面側の説明図、（ｂ）は同じくトナー供給側面の説明図である。
【図６】（ａ）は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穴を通過する電気力線を示す説明図、（ｂ）は同じくトナー通過不可能状態時の電気力線を示す線図である。
【図７】供給トナー量とトナー電位の関係の一例を示す説明図である。
【図８】供給トナー量とトナー制御手段へのトナー付着の関係の説明に供する説明図である。
【図９】画像形成部の第２例の説明に供する模式的構成図である。
【図１０】（ａ）は同画像形成部のトナー制御手段の他の例を示す印写面側の説明図、（ｂ）は同じくトナー供給側面の説明図である。
【図１１】同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穴を通過する電気力線を示す説明図である。
【図１２】制御電極と個別背面電極の電位を異にした場合の図１１と同様な説明図である。
【図１３】制御電極と個別背面電極の電位を異にした場合の図１１と同様な説明図である。
【図１４】画像形成部の第３例の説明に供する模式的構成図である。
【図１５】本発明に係る画像形成装置の第２実施形態を示す模式的説明図である。
【図１６】本発明に係る画像形成装置の第３実施形態を示す模式的説明図である。
【図１７】（ａ）はトナー担持体の一例を展開した状態で示す模式的平面説明図、（ｂ）は同じく模式的断面説明図である。
【図１８】同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である。
【図１９】（ａ）は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）は同じく模式的断面説明図である
【図２０】同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である。
【図２１】トナー供給ユニットの一例を示す模式的説明図である。
【図２２】トナー供給ユニットの他の例を示す模式的説明図である。
【図２３】液塗布手段の第１例を示す模式的説明図である。
【図２４】同じく要部斜視説明図である。
【図２５】同じくフォーム状塗布液の塗布状態の説明に供する説明図である。
【図２６】同じくフォーム状塗布液の説明に供する模式図である。
【図２７】同じくフォーム状塗布液の層厚制御の説明に供する説明図である。
【図２８】液塗布手段の第２例を示す模式的説明図である。
【図２９】不連続状態のフォーム状塗布液の説明に供する模式図である。
【図３０】連続状態のフォーム状塗布液の説明に供する模式図である。
【図３１】液塗布手段の第３例を示す模式的説明図である。
【図３２】液塗布手段の第４例を示す模式的説明図である。
【図３３】液塗布手段の第５例を示す模式的説明図である。
【図３４】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である。
【符号の説明】
【０２１４】
１…トナー担持体
３…記録媒体手段
４…トナー制御手段
１１…電極
４１…トナー通過穴
４２…制御電極
４３…共通電極
４４…個別背面電極
１０１…記録紙
１０２…画像形成部
１０３…紙搬送ベルト
１０４…液塗布手段
１１１…トナー供給ユニット
１３０…中間転写記録体
３０１…液生成手段
３０２…膜厚制御ブレード
３０３…塗布ローラ
３４０…塗布ベルト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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