画像形成装置
【課題】中間記録ベルトに画像を形成する場合にトナーの滞留による劣化が生じる。
【解決手段】装置上方から下方に向かって移動する面にトナー像が形成される中間記録ベルト２０３と、中間記録ベルト２０３に帯電した異なる色のトナーを飛翔付着させてトナー像を形成する、中間記録ベルト２９３の移動方向に沿って配置された複数の作像手段２０２と、中間記録ベルト２０３の背面からトナーを移動させる方向のバイアス電圧を印加する対向電極手段２０５とを備え、複数の作像手段２０２は、トナー担持体１０１と、トナー供給ローラ２０２と、トナー制御手段１０４とを有し、トナー担持体１０１は中間記録ベルト２０３に対向する側が装置下方から上方に向かう方向に移動し、トナー供給ローラ１０２はトナー担持体１０２に対して回転中心よりも上方でトナーを供給する。
【解決手段】装置上方から下方に向かって移動する面にトナー像が形成される中間記録ベルト２０３と、中間記録ベルト２０３に帯電した異なる色のトナーを飛翔付着させてトナー像を形成する、中間記録ベルト２９３の移動方向に沿って配置された複数の作像手段２０２と、中間記録ベルト２０３の背面からトナーを移動させる方向のバイアス電圧を印加する対向電極手段２０５とを備え、複数の作像手段２０２は、トナー担持体１０１と、トナー供給ローラ２０２と、トナー制御手段１０４とを有し、トナー担持体１０１は中間記録ベルト２０３に対向する側が装置下方から上方に向かう方向に移動し、トナー供給ローラ１０２はトナー担持体１０２に対して回転中心よりも上方でトナーを供給する。
【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開口（トナー通過穴、開口部などともいう。）を介して中間記録ベルト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（中間記録媒体を含む）上に画像を直接記録する方式のものが知られている。なお、本願において、「トナー」とは、トナー、画像形成粒子、微粒子、記録材（剤）などと称されるものを含み、記録媒体に画像を付与できるものの総称である。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載されているように、画像形成粒子を担持する粒子担持体と、互いに独立あるいは連続する複数の微小開口部が設けられ、該粒子担持体に対向する開口部材と、該開口部材又は該開口部材の近傍に設けられ、該粒子担持体上の画像形成粒子の飛翔を制御する複数の飛翔制御電極とを有する画像形成器と、該開口部材を介して該粒子担持体に対向する対向電極とを備え、飛翔記録方式により、該対向電極上の中間記録体、又は、中間記録体としての機能を有する該対向電極、の記録面に画像を形成した後、該画像を記録部材に転写するものが知られている。
【０００４】
その他、直接記録方式に関しては、特許文献２ないし８に記載されているようなものも知れている。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−０９４７３４号公
【特許文献２】特開昭６５３６０５８号公報
【特許文献３】特許第２９３３９３０号公報
【特許文献４】特公平２−５２２６０号公報
【特許文献５】特開昭５９−１８１３７０号公報
【特許文献６】特開平０２−２２６２６１号公報
【特許文献７】特表２００１−５０５１４６号公報
【特許文献８】特開平１１−３０１０１４号公報
【０００６】
ここで、直接記録方式によって画像を形成する基本構成について図１７を参照して説明すると、図１７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。
【０００７】
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１６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。
【０００８】
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。
【０００９】
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
【００１０】
また、通常の電子写真方式の画像形成装置において像担持体上の潜像を、一成分トナーを用いて現像する場合、トナーを担持する現像ローラと像担持体としての感光体は各々の表面の移動方向が同じ向きで、現像ローラの表面の速度が感光体の１．２倍〜２．５倍程度になるように設定されることはよく知られている。これは、現像ローラと感光体の移動方向が反対方向になると、接触するニップ部で発生するトルクが非常に大きくなり、大きな駆動源を使用しなければならないことや画像が劣化することよるものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述した従来の直接記録方式の画像形成装置にあっては、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高い電圧値を必要とするためドライバコストが高価になり、あるいは、トナーの通過を制御する制御電極にトナー付着が付着することによる画質低下、信頼性低下の問題がある。
【００１２】
これとは別に、直接記録方式でトナー像を形成する中間記録ベルトを装置の上方向から下方向に移動させ、この中間記録ベルトに対向して直接記録を行う作像ユニットをベルト移動方向に沿って配置し、作像ユニットでは、トナー担持ローラに対してトナー担持ローラの回転中心より下方からトナー供給ローラでトナーを供給し、トナー担持ローラのトナー厚みを規制部材で所定の厚みに規制する構成を採用した場合、トナーがトナー供給ローラとトナー担持体との間で滞留して劣化して画像品質が低下するという課題が生じる。
【００１３】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、上述した直接記録方式でトナー像を形成する中間記録ベルトを装置の上方向から下方向に移動させる場合に作像手段内でのトナーの滞留による劣化を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決するために、本発明に係る画像形成装置は、
装置上方から下方に向かって移動する面にトナー像が形成される中間記録ベルトと、
前記中間記録ベルトに帯電した異なる色のトナーを飛翔付着させてトナー像を形成する、前記中間記録ベルトの移動方向に沿って配置された複数の作像手段と、
前記中間記録ベルトの背面から前記トナーを移動させる方向のバイアス電圧を印加する対向電極手段と、を備え、
前記複数の作像手段は、
前記中間記録ベルトに対向する位置に配置され、帯電したトナーを担持して所定の移動方向に移動するローラ状のトナー担持体と、
前記トナー担持体に前記トナーを供給するローラ状の供給部材と、
前記トナー担持体と前記中間記録ベルトとの間に配置された複数のトナー通過開口を有し、前記トナーのトナー通過開口の通過及び遮蔽を制御する電極を有するトナー制御手段と、を有し、
前記トナー担持体は前記中間記録ベルトに対向する側が装置下方から上方に向かう方向に移動し、前記供給部材は前記トナー担持体に対して回転中心よりも上方で前記トナーを供給する
構成とした。
【００１５】
ここで、前記複数の作像手段は、黒色のトナーを飛翔付着させる黒作像手段と、カラーのトナーを飛翔付着させる複数のカラー作像手段とを有し、前記中間記録ベルトが駆動されている状態で、前記黒作像手段は作像していないときに停止し、前記複数のカラー作像手段は全てのカラー作像手段が作像していないときに停止する構成とできる。
【００１６】
また、前記複数の作像手段は、黒色のトナーを飛翔付着させる黒作像手段と、カラーのトナーを飛翔付着させる複数のカラー作像手段とを有し、前記黒作像手段と複数のカラー作像手段とは前記中間記録ベルトの移動方向に沿って配置され、前記黒作像手段はベルト移動方向最下流側に配置されている構成とできる。
【００１７】
また、前記トナー担持体に一成分トナーを供給する構成とできる。
【００１８】
なお、本願発明において、「ローラ状」とは円筒状のものを含む意味であり、中空、中実のいずれかに限定されるものではない。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る画像形成装置によれば、中間記録ベルトは装置上方から下方に向かう方向移動し、トナー担持体は中間記録ベルトに対向する側が装置下方から上方に向かう方向に移動し、供給部材はトナー担持体に対して回転中心よりも上方でトナーを供給する構成としたので、供給部材とトナー担持体との間でのトナーの滞留が低減し、トナーの劣化を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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。先ず、本発明に係る画像形成装置を構成する直接記録方式でトナー像を形成する作像手段の構成について図１の模式的構成図を参照して説明する。
ここでは、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（中間記録ベルト）３と、トナー担持体１と中間記録ベルト３との間に配置された複数のトナー通過穴（トナー通過開口）４１を有するトナー制御手段４と、中間記録ベルト３の背面に配置された対向電極手段としてのローラ状の対向電極５とを備えている。なお、図１では、中間記録ベルト３の上方にトナー担持体１が配置されている状態で図示しているが、これは説明の便宜上であって、本発明における配置は図１の状態を９０度回転した状態になる。また、作像手段はトナー担持体１及びトナー制御手段４で構成される。
【００２１】
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、電圧印加手段電源６から時間によって電位の異なる平均電位Ｖｓのパスル電圧（クラウドパルス）が印加される。これにより、トナーＴをクラウド化（フレアカ）する手段を構成している。
【００２２】
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。
【００２３】
ここで、このトナー担持体の一例について図２を参照して説明する。なお、図２（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２（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３参照）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。
【００２４】
このトナー担持体１は、絶縁性基板１０Ａ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１０Ｂを設けたものである。櫛歯状の電極１１Ａ、１１Ｂは、トナー担持体１の回転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６）にそれぞれ接続されている。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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）のトナー通過穴４１周辺にはリング状に制御電極４２が設けられ、更にトナー通過穴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。
【００２８】
このトナー制御手段４の制御電極４２には制御パルス発生手段７から例えば図４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８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、トナー通過穴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。
【００２９】
中間記録ベルト３の背面には、トナー制御手段４を通過したトナーＴを中間記録ベルト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（対向電極）５が配置され、トナー制御手段４を通過したトナーＴを中間記録ベルト３に付着させるため、バイアス電源手段９からのバイアス電圧Ｖｐが印加される。この中間記録ベルト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である。この中間記録ベルト３に対するバイアス電圧Ｖｐの印加は、例えば中間記録ベルト３の背面側（トナー担持体１と反対側面）に対向電極５を配置し、この対向電極５上を中間記録ベルト３を通過させる構成としているが、中間記録ベルト３内部に電極を埋め込んだ構成とすることもできる。
【００３０】
ここで、トナー担持体１表面のトナーをクラウド化する手段として、トナー担持体１表面に設けられた複数の電極１１を備え、各電極１１に電圧Ｖｓを印加する。このとき、隣接する電極１１相互の間でトナーＴを吸引する方向と反発する方向を交互に繰り返す関係の電圧を印加する２相の電極間ピッチｐ（又は、ｎ本毎の各電極１１にｎ相の位相電圧を印加するｎ相の電極間ピッチ）に対し、トナー担持体１表面とトナー制御手段４のトナー担持体１側面（トナー担持体１側の表面の意味）の間の距離ｄが大きくなる関係（ｐ＜ｄ）でトナー担持体１とトナー制御手段４とを配置している。
【００３１】
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。
【００３２】
次に、トナー制御手段４の具体的構成の一例について図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。
【００３３】
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（中間記録ベルト３側の面）はトナー通過穴４１が開口した状態である。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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６を参照して説明する。なお、図６（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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
このように構成した作像手段においては、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、中間記録ベルト３側の対向電極５に印写バイアス電圧Ｖｐが印加される。
【００４０】
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２に示すＯＮ時の電圧Ｖｃ-onを印加し、トナーＴがトナー通過穴４１を通過不可能な状態（ＯＦＦ状態）にするときには図２に示すＯＦＦ時の電圧Ｖｃ-offを印加する。
【００４１】
この場合、これらの各電極１１，５，４２，４３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が中間記録ベルト３に向かって通過可能な状態にするときに、中間記録ベルト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。
【００４２】
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を通過して中間記録ベルト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、中間記録ベルト３上に直接トナー画像を形成することができる。そして、中間記録ベルト３側とトナー制御手段４の共通電極４３との間にトナーの通過を制御する制御電極４２を迂回してループ状に電気力線１０が形成されることから、制御電極４２やトナー通過穴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。
【００４３】
そこで、トナー担持体１の電極１１に対するパルス電圧の平均電位Ｖｓ、中間記録ベルト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７をも参照して説明する。なお、図７は、トナー担持体１、トナー制御手段４、中間記録ベルト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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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へのパルス電圧の平均電位Ｖｓとの関係はトナーＴを常にトナー担持体１側へ向ける方向のバイアスであるため、この共通電極４３面へのトナー付着はない。
【００４７】
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。中間記録ベルト３の対向電極５へのバイアス電圧Ｖｐはトナー制御手段４と中間記録ベルト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と中間記録ベルト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中間記録ベルト３の表面にを引き寄せる電位勾配としている。
【００４８】
各電極１１、４２，４３、５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中間記録ベルト３側の対向電極５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。
【００４９】
そのため、図７（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、先の中間記録ベルト３側の対向電極５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、中間記録ベルト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。
【００５０】
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、中間記録ベルト３の表面に多くのトナーＴが移動することができる。
【００５１】
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７（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上方を中間記録ベルト３側電極からトナー通過穴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。
【００５２】
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７（ｂ）に示すように中間記録ベルト３側電極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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
つまり、トナー担持体１の電極１１に対し時間的に変動する平均電位Ｖｓのパルス電圧を印加し、トナー制御手段４の制御電極４２に対しトナーがトナー通過穴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中間記録ベルト３に導いてトナーを付着させるために中間記録ベルト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。
【００５７】
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。
【００５８】
各電極１１、４２、４３、５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。
【００５９】
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。
【００６０】
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６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。
【００６１】
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８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。
【００６２】
この図８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９に示している。この図９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。
【００６３】
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、中間記録ベルト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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
すなわち、電荷を有するトナーがトナー担持体１表面から飛翔してクラウド状態にある制御電極４２側からみたトナー電位をＶｔとしたとき（その他は前記の条件と同じ）、トナーの通過をＯＮさせる場合の各電位の関係は、
Ｖｐ＞Ｖｃ-on＞（Ｖｓ＋Ｖｔ）＞Ｖｇ
と、負帯電トナーの場合はＶｐがプラス電位側に高くなる関係、正帯電トナーの場合はＶｐがマイナス電位側に高くなる設定とする。
【００６８】
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。
【００６９】
各電極１１、４２、４３、５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。
【００７０】
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。
【００７１】
これにより、中間記録ベルト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。
【００７２】
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。
【００７３】
上述したように、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。
【００７４】
次に、本発明に係る画像形成装置の一例について図１０及び図１１を参照して説明する。なお、図１０は同画像形成装置の模式的構成図、図１１は同じく作像手段の要部拡大説明図である。
この画像形成装置は、前述した作像手段（作像ユニット）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制御を行って中間記録ベルト上にカラー画像を形成し、中間記録ベルト上のカラー画像を記録紙上に転写する画像形成装置の例である。
【００７５】
つまり、この画像形成装置においては、装置本体２０１内に、装置上方から下方に向かって移動する面にトナー像が形成される中間記録ベルト２０３と、中間記録ベルト２０３に帯電した異なる色のトナーを飛翔付着させてカラーのトナー像を形成する、中間記録ベルト２０３の移動方向に沿って配置された複数の作像手段（作像ユニット）２０２Ｙ、２０２Ｍ、２０２Ｃ、２０２Ｋと、中間記録ベルトの背面からトナーを移動させる方向のバイアス電圧を印加する、各作像手段２０２Ｙ、２０２Ｍ、２０２Ｃ、２０２Ｋ（区別しないときは「作像手段２０２」といい、また、色を特定するときには「Ｋ作像手段２０２Ｋ」というようにいう。）に対向する位置に配置された前述した対向電極５に相当する対向電極手段としての対向電極ローラ２０５Ｙ、２０５Ｍ、２０５Ｃ、２０５Ｋ（区別しないときは「対向電極ローラ２０５」という。）を備えている。
【００７６】
中間記録ベルト２０３は、上方側に配置された対向電極ローラ２０５Ｙ、下方側に配置された対向電極ローラ２０５Ｋ、転写対向ローラ２１１、テンションローラ２１２に掛け回されて、矢示方向に周回移動することで、作像手段２０２に対向する側で装置上方から下方に移動する。なお、装置上方から下方とは、相対的に高い位置から低い位置に向かうことを意味し、鉛直方向に限らず、斜めに傾斜した状態で中間記録ベルトが配置される場合も含む意味である。
【００７７】
作像手段２０２は、中間記録ベルト２０３に対向する位置に配置され、帯電したトナーを担持して所定の移動方向（矢示方向）に移動するローラ状のトナー担持体１０１と、トナー担持体１０１に一成分トナーを供給するローラ状の供給部材（トナー供給ローラ）１０２と、トナー供給ローラ１０２からトナー担持体１０１に供給されたトナーを所要の膜厚に薄層化するトナー薄層化部材１０３と、トナーを貯留するトナー貯留部１０５内に配置されてトナーを攪拌する攪拌部材１０６と、トナー担持体１０１と中間記録ベルト２０３との間に配置されて、トナー担持体１０１から中間記録ベルト２０３に対するトナーの飛翔を画像に応じて制御する前述したトナー制御手段４と同様な構成のトナー制御手段１０４とを有している。
【００７８】
ここで、図１１にも示すように、作像手段２０３のトナー担持体１０１は中間記録ベルト２０３に対向する側が装置下方から上方に向かう方向に移動し、トナー供給ローラ１０２はトナー担持体１０１に対して回転中心１１１よりも上方でトナーを供給する位置、すなわちトナー担持体１０１とトナー供給ローラ１０２のニップ部１１２の位置がトナー担持体１０１に対して回転中心１１１よりも高い（より高いは「以上」を含む意味である。）位置に配置されている。また、トナー薄層化部材１０３は、トナー供給ローラ１０２からトナー担持体１０１に対するトナー供給位置よりもトナー担持体移動方向下流側に配置されている。
【００７９】
一方、装置本体２０１の下方には記録紙２２０を収容する給紙部２２１が配置され、給紙部２２１から記録紙２００がピックアップローラ（給紙ローラ）２２２で給紙されて、レジストローラ２２３でタイミングを取られ、所定のタイミングで転写部２２４の転写ローラ２２５と転写対向ローラ２２１上の中間記録ベルト２０３との間に送り出されて、転写ローラ２２５で中間記録ベルト２０３上のトナー画像が転写され、定着ユニット２２６でトナーが記録紙２００上に溶融定着されて装置上部の排紙部２２７に排紙される。
【００８０】
このように、中間記録ベルト２０３は装置上方から下方に向かう方向移動し、トナー担持体１０１は中間記録ベルト２０３に対向する側が装置下方から上方に向かう方向に移動し、トナー供給ローラ１０２はトナー担持体１０１に対して回転中心よりも上方でトナーを供給する構成としたので、トナー供給ローラ１０２とトナー担持体１０１との間でのトナーの滞留が低減し、トナーの劣化を低減することができる。
【００８１】
この点について図１２及び図１３に示す比較例との対比で説明する。
通常の電子写真方式の接触一成分現像を行う装置のように現像ローラと感光体を各々の表面の移動方向が同じ向きになるように移動させる構成を、上述した実施形態の画像形成装置に適用すると、図１２及び図１３に示す比較例のような構成になる。なお、図１２の作像手段２０２の配置順序は図１０と異なるがこれについては後述する。
【００８２】
この比較例の構成では、トナー担持体１０１は、図１３に示す破線矢印方向に回転し、トナー供給ローラ１０２からトナーが供給されて、トナー薄層化部材１０３とのニップ部１１３で薄層化される。このとき、トナー薄層化部材１０３とトナー担持体１０１とのニップ部１１３を通過しないトナーは貯留部１０６内に戻るが、このとき、図１３に矢印３１１で示すように、トナー供給ローラ１０２とのニップ部１１２周辺に戻ることになる。そのため、一部のトナーはトナー担持体１０１とトナー供給ローラ１０２とのニップ部（供給ニップ部１１２）及びトナー薄層化部材１０３とのニップ部（ブレードニップ部１１３）との間で滞留してストレスを受けるため劣化しやすくなる。その結果、画像品質が低下するだけでなく、作像手段２０２をユニット化した場合、トナーが劣化しやすいと作像手段２０２を装置寿命まで使用するのが困難となる。
【００８３】
これに対し、上記実施形態の画像形成装置においては、図１１に示すように、トナー薄層化部材１０３とトナー担持体１０１とのニップ部１１３を通過しないトナーが貯留部１０５内に戻るとき、矢印３１０で示すように、当該トナーはそのまま下方に落下して、トナー担持体１０１とトナー供給ローラ１０２とのニップ部（供給ニップ部１１２）及びトナー薄層化部材１０３とのニップ部（ブレードニップ部１１３）との間で滞留することがなくなる。これにより、トナーの劣化が低減し、画像品質の低下が防止されるとともに、作像手段２０２をユニット化した場合に作像手段２０２を装置寿命まで使用する（長寿命化を図る）ことができるようになる。
【００８４】
なお、中転記録ベルトとトナー担持体とは接触しないので、両者の移動方向を反対方向にしてもトルクが増加することはなく、また、実験によれば、画像が悪化する現象を生じないことが確認された。
【００８５】
次に、上述した画像形成装置の作像シーケンスについて図１４に示す他の比較例の作像シーケンスと図１５に示す上記実施形態の作像シーケンスを参照して説明する。
まず、接触１成分現像と中間転写ベルトを用いたタンデム型のカラー画像形成装置は、転写紙（記録紙）の紙種対応性が高く、かつ、カラー画像のプリント速度を遅くせずに低コスト化を図れるが、作像シーケンス上、次のような問題がある。
【００８６】
つまり、直接記録方式でない通常の画像形成装置におけるカラー画像出力時の作像シーケンスは例えば図１４に示すようなものである。ここでは、トナー像が形成される感光体（像担持体）は中間転写ベルトに接しているので、中間転写ベルトが駆動されている間に感光体を停止すると感光体にダメージを与えやすい。また、感光体とトナー担持体である現像ローラが所定のくい込み量を持って接触しているので、感光体が駆動されている間は現像ローラも駆動されないと、同様の問題が発生することになる。
【００８７】
そこで、図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、中間転写ベルトが駆動されている間は、黒色のトナー像が形成される感光体及び現像ローラを含むＫ作像ユニット、カラーのトナー像が形成される感光体及び現像ローラを含むカラー作像ユニット（Ｙ、Ｍ、Ｃの各色の作像ユニット）も駆動されることになる。中間転写ベルトは、２次転写部で転写紙に画像を転写し、更にベルト上の転写残がクリーニングされるまで駆動しなければならないため、実際に１つの作像ユニットが画像を形成する時間よりもかなり長い時間駆動されることになるため、現像ローラや感光体も同様に駆動される。図１４の例では、Ｋ作像ユニットは、Ｋ出力時（モノクロ画像を出力するとき）もカラー出力時（カラー画像を出力するとき）も作像するため、中間転写ベルトが駆動されるときは必ず駆動されるので、同じ駆動となっている。これに対し、カラー作像ユニットは、Ｋ出力時は中間転写ベルトから離間させることにより停止できるので、Ｋ作像ユニット及び中間転写ベルトの駆動と別に行うようにしている。
【００８８】
これに対し、上記実施形態に係る画像形成装置では、中間記録ベルト２０３に接触する感光体（像担持体）がなく、トナー担持体１０１も中間記録ベルト２０３に非接触で画像を形成するので、中間記録ベルト２０３が駆動されていてもトナー担持体１０１を停止することができる。
【００８９】
そこで、図１５に示すように、Ｋ作像手段（黒作像手段）２０２Ｋは、黒色のトナー像を作像しているときだけ駆動され、トナー像を作像していないときには停止する（同図（ｂ）、（ｇ））。また、Ｙ、Ｍ、Ｃのカラー作像手段２０２Ｙ、２０２Ｍ、２０２Ｃはカラー作像手段２０２Ｙ、２０２Ｍ、２０２Ｃのいずれかが作像しているときだけ駆動されて、すべてのカラー作像手段２０２Ｙ、２０２Ｍ、２０２Ｃが作像していないときには停止する（同図（ｃ）ないし（ｆ））ようにしている。
【００９０】
これらの図１４及び図１５から分かるように、上記実施形態における作像シーケンスを採用することで、一枚出力するときの作像手段の駆動時間をかなり短くすることができる。その結果、トナーやユニット（作像手段）の劣化が少なくなり、長寿命化することができる。
【００９１】
次に、各作像手段の配置について説明する。
通常の接触一成分現像と中間転写ベルトを用いたタンデム型のカラー画像形成装置では、Ｋ作像ユニットを中間転写ベルトの回転方向の最下流側に配置することはできない。つまり、図１６に示すように、感光体４０１から中間転写ベルト４０２へ転写する１次転写位置（１次転写バイアス４０３が印加される位置）で、地汚れトナー４０５はプラスに帯電（逆帯電）しているものが多く、１次転写バイアス４０３の電界により感光体４０１方向に力を受けているので、地肌部では中間転写ベルト４０２上に移動しにくい。
【００９２】
しかし、図１６（ａ）に示すように、中間転写ベルト４０２上に上流位置で作像された他色のトナー層４０６があると、同図（ｂ）に示すように、地汚れトナー４０５はそのトナー層４０６に付着して中間転写ベルト４０３に移動してしまうという現象が発生する。２成分現像では経時的にも感光体上地汚れがそれほど悪化しないので問題とならないが、小型低コスト化に有利な接触一成分現像では、経時的に感光体上地汚れが悪化しやすく問題となる。特に、濃い色の地汚れが薄い色のトナーに付着したとすると、画像で見えやすく、特に、Ｋトナーの地汚れがＹトナーに付着すると見えやすい。逆に、薄い色の地汚れが濃い色のトナーに付着しても見えにくいので問題とならない。
【００９３】
そのため、通常の接触１成分現像と中間転写ベルトを用いたタンデム型のカラー画像形成装置では、黒の作像ユニットを中間転写ベルト移動方向の最上流側に配置することになる。
【００９４】
この構成を、図１２に示した比較例で説明すると、Ｋ作像手段２０２Ｋは中間記録ベルト２０３の移動方向最上流側に配置されているので、黒画像を形成する（黒出力の）場合、Ｋ作像手段２０２Ｋで形成されたトナー像を転写部２２４に移動させるまでの中間記録ベルト２０３の移動時間がかかり、黒出力時のファーストプリントタイムは遅くなる。
【００９５】
これに対し、図１０に示す上記実施形態におけるＫ作像手段２０２Ｋは、複数の作像手段２０５の内で、中間記録ベルト２０３の移動方向の最下流側に配置している。これにより、黒出力時に中間記録ベルト２０３がＫ作像手段２０２Ｋによる作像位置から転写紙に転写する位置までの中間記録ベルト２０３の移動時間は、比較例に比べて格段に短くなり、黒出力時のファーストプリントタイムを短縮することができる。
【００９６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明に係る画像形成装置を構成する作像手段の説明に供する模式的構成図である。
【図２】（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３】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４】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５】（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６】（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７】（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８】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９】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１０】本発明に係る画像形成装置の一例を示す全体構成図である。
【図１１】同じく作像手段の要部拡大説明図である。
【図１２】比較例に係る画像形成装置の一例を示す全体構成図である。
【図１３】同じく作像手段の要部拡大説明図である。
【図１４】直接記録方式でない画像形成装置の作像シーケンスの説明に供する説明図である。
【図１５】図８の画像形成装置の作像シーケンスの説明に供する説明図である。
【図１６】直接記録方式でない画像形成装置の作像ユニットの配置の説明に供する説明図である。
【図１７】直接記録方式による画像形成の基本構成の説明に供する説明図である。
【符号の説明】
【００９８】
１…トナー担持体
３…中間記録ベルト（記録媒体手段）
４…トナー制御手段
５…対向電極手段
１１…電極
４１…トナー通過穴
４２…制御電極
４３…共通電極
１０１…トナー担持体
１０２…トナー供給ローラ
１０３…トナー薄層化部材
１０４…トナー制御手段
２０１…装置本体
２０２…作像手段
２０３…中間記録ベルト
２０４…対向電極ローラ
【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開口（トナー通過穴、開口部などともいう。）を介して中間記録ベルト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（中間記録媒体を含む）上に画像を直接記録する方式のものが知られている。なお、本願において、「トナー」とは、トナー、画像形成粒子、微粒子、記録材（剤）などと称されるものを含み、記録媒体に画像を付与できるものの総称である。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載されているように、画像形成粒子を担持する粒子担持体と、互いに独立あるいは連続する複数の微小開口部が設けられ、該粒子担持体に対向する開口部材と、該開口部材又は該開口部材の近傍に設けられ、該粒子担持体上の画像形成粒子の飛翔を制御する複数の飛翔制御電極とを有する画像形成器と、該開口部材を介して該粒子担持体に対向する対向電極とを備え、飛翔記録方式により、該対向電極上の中間記録体、又は、中間記録体としての機能を有する該対向電極、の記録面に画像を形成した後、該画像を記録部材に転写するものが知られている。
【０００４】
その他、直接記録方式に関しては、特許文献２ないし８に記載されているようなものも知れている。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−０９４７３４号公
【特許文献２】特開昭６５３６０５８号公報
【特許文献３】特許第２９３３９３０号公報
【特許文献４】特公平２−５２２６０号公報
【特許文献５】特開昭５９−１８１３７０号公報
【特許文献６】特開平０２−２２６２６１号公報
【特許文献７】特表２００１−５０５１４６号公報
【特許文献８】特開平１１−３０１０１４号公報
【０００６】
ここで、直接記録方式によって画像を形成する基本構成について図１７を参照して説明すると、図１７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。
【０００７】
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１６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。
【０００８】
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。
【０００９】
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
【００１０】
また、通常の電子写真方式の画像形成装置において像担持体上の潜像を、一成分トナーを用いて現像する場合、トナーを担持する現像ローラと像担持体としての感光体は各々の表面の移動方向が同じ向きで、現像ローラの表面の速度が感光体の１．２倍〜２．５倍程度になるように設定されることはよく知られている。これは、現像ローラと感光体の移動方向が反対方向になると、接触するニップ部で発生するトルクが非常に大きくなり、大きな駆動源を使用しなければならないことや画像が劣化することよるものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述した従来の直接記録方式の画像形成装置にあっては、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高い電圧値を必要とするためドライバコストが高価になり、あるいは、トナーの通過を制御する制御電極にトナー付着が付着することによる画質低下、信頼性低下の問題がある。
【００１２】
これとは別に、直接記録方式でトナー像を形成する中間記録ベルトを装置の上方向から下方向に移動させ、この中間記録ベルトに対向して直接記録を行う作像ユニットをベルト移動方向に沿って配置し、作像ユニットでは、トナー担持ローラに対してトナー担持ローラの回転中心より下方からトナー供給ローラでトナーを供給し、トナー担持ローラのトナー厚みを規制部材で所定の厚みに規制する構成を採用した場合、トナーがトナー供給ローラとトナー担持体との間で滞留して劣化して画像品質が低下するという課題が生じる。
【００１３】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、上述した直接記録方式でトナー像を形成する中間記録ベルトを装置の上方向から下方向に移動させる場合に作像手段内でのトナーの滞留による劣化を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決するために、本発明に係る画像形成装置は、
装置上方から下方に向かって移動する面にトナー像が形成される中間記録ベルトと、
前記中間記録ベルトに帯電した異なる色のトナーを飛翔付着させてトナー像を形成する、前記中間記録ベルトの移動方向に沿って配置された複数の作像手段と、
前記中間記録ベルトの背面から前記トナーを移動させる方向のバイアス電圧を印加する対向電極手段と、を備え、
前記複数の作像手段は、
前記中間記録ベルトに対向する位置に配置され、帯電したトナーを担持して所定の移動方向に移動するローラ状のトナー担持体と、
前記トナー担持体に前記トナーを供給するローラ状の供給部材と、
前記トナー担持体と前記中間記録ベルトとの間に配置された複数のトナー通過開口を有し、前記トナーのトナー通過開口の通過及び遮蔽を制御する電極を有するトナー制御手段と、を有し、
前記トナー担持体は前記中間記録ベルトに対向する側が装置下方から上方に向かう方向に移動し、前記供給部材は前記トナー担持体に対して回転中心よりも上方で前記トナーを供給する
構成とした。
【００１５】
ここで、前記複数の作像手段は、黒色のトナーを飛翔付着させる黒作像手段と、カラーのトナーを飛翔付着させる複数のカラー作像手段とを有し、前記中間記録ベルトが駆動されている状態で、前記黒作像手段は作像していないときに停止し、前記複数のカラー作像手段は全てのカラー作像手段が作像していないときに停止する構成とできる。
【００１６】
また、前記複数の作像手段は、黒色のトナーを飛翔付着させる黒作像手段と、カラーのトナーを飛翔付着させる複数のカラー作像手段とを有し、前記黒作像手段と複数のカラー作像手段とは前記中間記録ベルトの移動方向に沿って配置され、前記黒作像手段はベルト移動方向最下流側に配置されている構成とできる。
【００１７】
また、前記トナー担持体に一成分トナーを供給する構成とできる。
【００１８】
なお、本願発明において、「ローラ状」とは円筒状のものを含む意味であり、中空、中実のいずれかに限定されるものではない。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る画像形成装置によれば、中間記録ベルトは装置上方から下方に向かう方向移動し、トナー担持体は中間記録ベルトに対向する側が装置下方から上方に向かう方向に移動し、供給部材はトナー担持体に対して回転中心よりも上方でトナーを供給する構成としたので、供給部材とトナー担持体との間でのトナーの滞留が低減し、トナーの劣化を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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。先ず、本発明に係る画像形成装置を構成する直接記録方式でトナー像を形成する作像手段の構成について図１の模式的構成図を参照して説明する。
ここでは、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（中間記録ベルト）３と、トナー担持体１と中間記録ベルト３との間に配置された複数のトナー通過穴（トナー通過開口）４１を有するトナー制御手段４と、中間記録ベルト３の背面に配置された対向電極手段としてのローラ状の対向電極５とを備えている。なお、図１では、中間記録ベルト３の上方にトナー担持体１が配置されている状態で図示しているが、これは説明の便宜上であって、本発明における配置は図１の状態を９０度回転した状態になる。また、作像手段はトナー担持体１及びトナー制御手段４で構成される。
【００２１】
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、電圧印加手段電源６から時間によって電位の異なる平均電位Ｖｓのパスル電圧（クラウドパルス）が印加される。これにより、トナーＴをクラウド化（フレアカ）する手段を構成している。
【００２２】
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。
【００２３】
ここで、このトナー担持体の一例について図２を参照して説明する。なお、図２（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２（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３参照）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。
【００２４】
このトナー担持体１は、絶縁性基板１０Ａ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１０Ｂを設けたものである。櫛歯状の電極１１Ａ、１１Ｂは、トナー担持体１の回転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６）にそれぞれ接続されている。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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）のトナー通過穴４１周辺にはリング状に制御電極４２が設けられ、更にトナー通過穴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。
【００２８】
このトナー制御手段４の制御電極４２には制御パルス発生手段７から例えば図４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８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、トナー通過穴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。
【００２９】
中間記録ベルト３の背面には、トナー制御手段４を通過したトナーＴを中間記録ベルト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（対向電極）５が配置され、トナー制御手段４を通過したトナーＴを中間記録ベルト３に付着させるため、バイアス電源手段９からのバイアス電圧Ｖｐが印加される。この中間記録ベルト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である。この中間記録ベルト３に対するバイアス電圧Ｖｐの印加は、例えば中間記録ベルト３の背面側（トナー担持体１と反対側面）に対向電極５を配置し、この対向電極５上を中間記録ベルト３を通過させる構成としているが、中間記録ベルト３内部に電極を埋め込んだ構成とすることもできる。
【００３０】
ここで、トナー担持体１表面のトナーをクラウド化する手段として、トナー担持体１表面に設けられた複数の電極１１を備え、各電極１１に電圧Ｖｓを印加する。このとき、隣接する電極１１相互の間でトナーＴを吸引する方向と反発する方向を交互に繰り返す関係の電圧を印加する２相の電極間ピッチｐ（又は、ｎ本毎の各電極１１にｎ相の位相電圧を印加するｎ相の電極間ピッチ）に対し、トナー担持体１表面とトナー制御手段４のトナー担持体１側面（トナー担持体１側の表面の意味）の間の距離ｄが大きくなる関係（ｐ＜ｄ）でトナー担持体１とトナー制御手段４とを配置している。
【００３１】
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。
【００３２】
次に、トナー制御手段４の具体的構成の一例について図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。
【００３３】
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（中間記録ベルト３側の面）はトナー通過穴４１が開口した状態である。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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６を参照して説明する。なお、図６（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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
このように構成した作像手段においては、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、中間記録ベルト３側の対向電極５に印写バイアス電圧Ｖｐが印加される。
【００４０】
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２に示すＯＮ時の電圧Ｖｃ-onを印加し、トナーＴがトナー通過穴４１を通過不可能な状態（ＯＦＦ状態）にするときには図２に示すＯＦＦ時の電圧Ｖｃ-offを印加する。
【００４１】
この場合、これらの各電極１１，５，４２，４３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が中間記録ベルト３に向かって通過可能な状態にするときに、中間記録ベルト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。
【００４２】
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を通過して中間記録ベルト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、中間記録ベルト３上に直接トナー画像を形成することができる。そして、中間記録ベルト３側とトナー制御手段４の共通電極４３との間にトナーの通過を制御する制御電極４２を迂回してループ状に電気力線１０が形成されることから、制御電極４２やトナー通過穴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。
【００４３】
そこで、トナー担持体１の電極１１に対するパルス電圧の平均電位Ｖｓ、中間記録ベルト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７をも参照して説明する。なお、図７は、トナー担持体１、トナー制御手段４、中間記録ベルト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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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へのパルス電圧の平均電位Ｖｓとの関係はトナーＴを常にトナー担持体１側へ向ける方向のバイアスであるため、この共通電極４３面へのトナー付着はない。
【００４７】
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。中間記録ベルト３の対向電極５へのバイアス電圧Ｖｐはトナー制御手段４と中間記録ベルト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と中間記録ベルト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中間記録ベルト３の表面にを引き寄せる電位勾配としている。
【００４８】
各電極１１、４２，４３、５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中間記録ベルト３側の対向電極５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。
【００４９】
そのため、図７（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、先の中間記録ベルト３側の対向電極５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、中間記録ベルト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。
【００５０】
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、中間記録ベルト３の表面に多くのトナーＴが移動することができる。
【００５１】
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７（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上方を中間記録ベルト３側電極からトナー通過穴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。
【００５２】
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７（ｂ）に示すように中間記録ベルト３側電極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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
つまり、トナー担持体１の電極１１に対し時間的に変動する平均電位Ｖｓのパルス電圧を印加し、トナー制御手段４の制御電極４２に対しトナーがトナー通過穴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中間記録ベルト３に導いてトナーを付着させるために中間記録ベルト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。
【００５７】
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。
【００５８】
各電極１１、４２、４３、５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。
【００５９】
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。
【００６０】
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６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。
【００６１】
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８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。
【００６２】
この図８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９に示している。この図９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。
【００６３】
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、中間記録ベルト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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
すなわち、電荷を有するトナーがトナー担持体１表面から飛翔してクラウド状態にある制御電極４２側からみたトナー電位をＶｔとしたとき（その他は前記の条件と同じ）、トナーの通過をＯＮさせる場合の各電位の関係は、
Ｖｐ＞Ｖｃ-on＞（Ｖｓ＋Ｖｔ）＞Ｖｇ
と、負帯電トナーの場合はＶｐがプラス電位側に高くなる関係、正帯電トナーの場合はＶｐがマイナス電位側に高くなる設定とする。
【００６８】
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。
【００６９】
各電極１１、４２、４３、５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。
【００７０】
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。
【００７１】
これにより、中間記録ベルト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。
【００７２】
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。
【００７３】
上述したように、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。
【００７４】
次に、本発明に係る画像形成装置の一例について図１０及び図１１を参照して説明する。なお、図１０は同画像形成装置の模式的構成図、図１１は同じく作像手段の要部拡大説明図である。
この画像形成装置は、前述した作像手段（作像ユニット）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制御を行って中間記録ベルト上にカラー画像を形成し、中間記録ベルト上のカラー画像を記録紙上に転写する画像形成装置の例である。
【００７５】
つまり、この画像形成装置においては、装置本体２０１内に、装置上方から下方に向かって移動する面にトナー像が形成される中間記録ベルト２０３と、中間記録ベルト２０３に帯電した異なる色のトナーを飛翔付着させてカラーのトナー像を形成する、中間記録ベルト２０３の移動方向に沿って配置された複数の作像手段（作像ユニット）２０２Ｙ、２０２Ｍ、２０２Ｃ、２０２Ｋと、中間記録ベルトの背面からトナーを移動させる方向のバイアス電圧を印加する、各作像手段２０２Ｙ、２０２Ｍ、２０２Ｃ、２０２Ｋ（区別しないときは「作像手段２０２」といい、また、色を特定するときには「Ｋ作像手段２０２Ｋ」というようにいう。）に対向する位置に配置された前述した対向電極５に相当する対向電極手段としての対向電極ローラ２０５Ｙ、２０５Ｍ、２０５Ｃ、２０５Ｋ（区別しないときは「対向電極ローラ２０５」という。）を備えている。
【００７６】
中間記録ベルト２０３は、上方側に配置された対向電極ローラ２０５Ｙ、下方側に配置された対向電極ローラ２０５Ｋ、転写対向ローラ２１１、テンションローラ２１２に掛け回されて、矢示方向に周回移動することで、作像手段２０２に対向する側で装置上方から下方に移動する。なお、装置上方から下方とは、相対的に高い位置から低い位置に向かうことを意味し、鉛直方向に限らず、斜めに傾斜した状態で中間記録ベルトが配置される場合も含む意味である。
【００７７】
作像手段２０２は、中間記録ベルト２０３に対向する位置に配置され、帯電したトナーを担持して所定の移動方向（矢示方向）に移動するローラ状のトナー担持体１０１と、トナー担持体１０１に一成分トナーを供給するローラ状の供給部材（トナー供給ローラ）１０２と、トナー供給ローラ１０２からトナー担持体１０１に供給されたトナーを所要の膜厚に薄層化するトナー薄層化部材１０３と、トナーを貯留するトナー貯留部１０５内に配置されてトナーを攪拌する攪拌部材１０６と、トナー担持体１０１と中間記録ベルト２０３との間に配置されて、トナー担持体１０１から中間記録ベルト２０３に対するトナーの飛翔を画像に応じて制御する前述したトナー制御手段４と同様な構成のトナー制御手段１０４とを有している。
【００７８】
ここで、図１１にも示すように、作像手段２０３のトナー担持体１０１は中間記録ベルト２０３に対向する側が装置下方から上方に向かう方向に移動し、トナー供給ローラ１０２はトナー担持体１０１に対して回転中心１１１よりも上方でトナーを供給する位置、すなわちトナー担持体１０１とトナー供給ローラ１０２のニップ部１１２の位置がトナー担持体１０１に対して回転中心１１１よりも高い（より高いは「以上」を含む意味である。）位置に配置されている。また、トナー薄層化部材１０３は、トナー供給ローラ１０２からトナー担持体１０１に対するトナー供給位置よりもトナー担持体移動方向下流側に配置されている。
【００７９】
一方、装置本体２０１の下方には記録紙２２０を収容する給紙部２２１が配置され、給紙部２２１から記録紙２００がピックアップローラ（給紙ローラ）２２２で給紙されて、レジストローラ２２３でタイミングを取られ、所定のタイミングで転写部２２４の転写ローラ２２５と転写対向ローラ２２１上の中間記録ベルト２０３との間に送り出されて、転写ローラ２２５で中間記録ベルト２０３上のトナー画像が転写され、定着ユニット２２６でトナーが記録紙２００上に溶融定着されて装置上部の排紙部２２７に排紙される。
【００８０】
このように、中間記録ベルト２０３は装置上方から下方に向かう方向移動し、トナー担持体１０１は中間記録ベルト２０３に対向する側が装置下方から上方に向かう方向に移動し、トナー供給ローラ１０２はトナー担持体１０１に対して回転中心よりも上方でトナーを供給する構成としたので、トナー供給ローラ１０２とトナー担持体１０１との間でのトナーの滞留が低減し、トナーの劣化を低減することができる。
【００８１】
この点について図１２及び図１３に示す比較例との対比で説明する。
通常の電子写真方式の接触一成分現像を行う装置のように現像ローラと感光体を各々の表面の移動方向が同じ向きになるように移動させる構成を、上述した実施形態の画像形成装置に適用すると、図１２及び図１３に示す比較例のような構成になる。なお、図１２の作像手段２０２の配置順序は図１０と異なるがこれについては後述する。
【００８２】
この比較例の構成では、トナー担持体１０１は、図１３に示す破線矢印方向に回転し、トナー供給ローラ１０２からトナーが供給されて、トナー薄層化部材１０３とのニップ部１１３で薄層化される。このとき、トナー薄層化部材１０３とトナー担持体１０１とのニップ部１１３を通過しないトナーは貯留部１０６内に戻るが、このとき、図１３に矢印３１１で示すように、トナー供給ローラ１０２とのニップ部１１２周辺に戻ることになる。そのため、一部のトナーはトナー担持体１０１とトナー供給ローラ１０２とのニップ部（供給ニップ部１１２）及びトナー薄層化部材１０３とのニップ部（ブレードニップ部１１３）との間で滞留してストレスを受けるため劣化しやすくなる。その結果、画像品質が低下するだけでなく、作像手段２０２をユニット化した場合、トナーが劣化しやすいと作像手段２０２を装置寿命まで使用するのが困難となる。
【００８３】
これに対し、上記実施形態の画像形成装置においては、図１１に示すように、トナー薄層化部材１０３とトナー担持体１０１とのニップ部１１３を通過しないトナーが貯留部１０５内に戻るとき、矢印３１０で示すように、当該トナーはそのまま下方に落下して、トナー担持体１０１とトナー供給ローラ１０２とのニップ部（供給ニップ部１１２）及びトナー薄層化部材１０３とのニップ部（ブレードニップ部１１３）との間で滞留することがなくなる。これにより、トナーの劣化が低減し、画像品質の低下が防止されるとともに、作像手段２０２をユニット化した場合に作像手段２０２を装置寿命まで使用する（長寿命化を図る）ことができるようになる。
【００８４】
なお、中転記録ベルトとトナー担持体とは接触しないので、両者の移動方向を反対方向にしてもトルクが増加することはなく、また、実験によれば、画像が悪化する現象を生じないことが確認された。
【００８５】
次に、上述した画像形成装置の作像シーケンスについて図１４に示す他の比較例の作像シーケンスと図１５に示す上記実施形態の作像シーケンスを参照して説明する。
まず、接触１成分現像と中間転写ベルトを用いたタンデム型のカラー画像形成装置は、転写紙（記録紙）の紙種対応性が高く、かつ、カラー画像のプリント速度を遅くせずに低コスト化を図れるが、作像シーケンス上、次のような問題がある。
【００８６】
つまり、直接記録方式でない通常の画像形成装置におけるカラー画像出力時の作像シーケンスは例えば図１４に示すようなものである。ここでは、トナー像が形成される感光体（像担持体）は中間転写ベルトに接しているので、中間転写ベルトが駆動されている間に感光体を停止すると感光体にダメージを与えやすい。また、感光体とトナー担持体である現像ローラが所定のくい込み量を持って接触しているので、感光体が駆動されている間は現像ローラも駆動されないと、同様の問題が発生することになる。
【００８７】
そこで、図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、中間転写ベルトが駆動されている間は、黒色のトナー像が形成される感光体及び現像ローラを含むＫ作像ユニット、カラーのトナー像が形成される感光体及び現像ローラを含むカラー作像ユニット（Ｙ、Ｍ、Ｃの各色の作像ユニット）も駆動されることになる。中間転写ベルトは、２次転写部で転写紙に画像を転写し、更にベルト上の転写残がクリーニングされるまで駆動しなければならないため、実際に１つの作像ユニットが画像を形成する時間よりもかなり長い時間駆動されることになるため、現像ローラや感光体も同様に駆動される。図１４の例では、Ｋ作像ユニットは、Ｋ出力時（モノクロ画像を出力するとき）もカラー出力時（カラー画像を出力するとき）も作像するため、中間転写ベルトが駆動されるときは必ず駆動されるので、同じ駆動となっている。これに対し、カラー作像ユニットは、Ｋ出力時は中間転写ベルトから離間させることにより停止できるので、Ｋ作像ユニット及び中間転写ベルトの駆動と別に行うようにしている。
【００８８】
これに対し、上記実施形態に係る画像形成装置では、中間記録ベルト２０３に接触する感光体（像担持体）がなく、トナー担持体１０１も中間記録ベルト２０３に非接触で画像を形成するので、中間記録ベルト２０３が駆動されていてもトナー担持体１０１を停止することができる。
【００８９】
そこで、図１５に示すように、Ｋ作像手段（黒作像手段）２０２Ｋは、黒色のトナー像を作像しているときだけ駆動され、トナー像を作像していないときには停止する（同図（ｂ）、（ｇ））。また、Ｙ、Ｍ、Ｃのカラー作像手段２０２Ｙ、２０２Ｍ、２０２Ｃはカラー作像手段２０２Ｙ、２０２Ｍ、２０２Ｃのいずれかが作像しているときだけ駆動されて、すべてのカラー作像手段２０２Ｙ、２０２Ｍ、２０２Ｃが作像していないときには停止する（同図（ｃ）ないし（ｆ））ようにしている。
【００９０】
これらの図１４及び図１５から分かるように、上記実施形態における作像シーケンスを採用することで、一枚出力するときの作像手段の駆動時間をかなり短くすることができる。その結果、トナーやユニット（作像手段）の劣化が少なくなり、長寿命化することができる。
【００９１】
次に、各作像手段の配置について説明する。
通常の接触一成分現像と中間転写ベルトを用いたタンデム型のカラー画像形成装置では、Ｋ作像ユニットを中間転写ベルトの回転方向の最下流側に配置することはできない。つまり、図１６に示すように、感光体４０１から中間転写ベルト４０２へ転写する１次転写位置（１次転写バイアス４０３が印加される位置）で、地汚れトナー４０５はプラスに帯電（逆帯電）しているものが多く、１次転写バイアス４０３の電界により感光体４０１方向に力を受けているので、地肌部では中間転写ベルト４０２上に移動しにくい。
【００９２】
しかし、図１６（ａ）に示すように、中間転写ベルト４０２上に上流位置で作像された他色のトナー層４０６があると、同図（ｂ）に示すように、地汚れトナー４０５はそのトナー層４０６に付着して中間転写ベルト４０３に移動してしまうという現象が発生する。２成分現像では経時的にも感光体上地汚れがそれほど悪化しないので問題とならないが、小型低コスト化に有利な接触一成分現像では、経時的に感光体上地汚れが悪化しやすく問題となる。特に、濃い色の地汚れが薄い色のトナーに付着したとすると、画像で見えやすく、特に、Ｋトナーの地汚れがＹトナーに付着すると見えやすい。逆に、薄い色の地汚れが濃い色のトナーに付着しても見えにくいので問題とならない。
【００９３】
そのため、通常の接触１成分現像と中間転写ベルトを用いたタンデム型のカラー画像形成装置では、黒の作像ユニットを中間転写ベルト移動方向の最上流側に配置することになる。
【００９４】
この構成を、図１２に示した比較例で説明すると、Ｋ作像手段２０２Ｋは中間記録ベルト２０３の移動方向最上流側に配置されているので、黒画像を形成する（黒出力の）場合、Ｋ作像手段２０２Ｋで形成されたトナー像を転写部２２４に移動させるまでの中間記録ベルト２０３の移動時間がかかり、黒出力時のファーストプリントタイムは遅くなる。
【００９５】
これに対し、図１０に示す上記実施形態におけるＫ作像手段２０２Ｋは、複数の作像手段２０５の内で、中間記録ベルト２０３の移動方向の最下流側に配置している。これにより、黒出力時に中間記録ベルト２０３がＫ作像手段２０２Ｋによる作像位置から転写紙に転写する位置までの中間記録ベルト２０３の移動時間は、比較例に比べて格段に短くなり、黒出力時のファーストプリントタイムを短縮することができる。
【００９６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明に係る画像形成装置を構成する作像手段の説明に供する模式的構成図である。
【図２】（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３】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４】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５】（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６】（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７】（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８】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９】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１０】本発明に係る画像形成装置の一例を示す全体構成図である。
【図１１】同じく作像手段の要部拡大説明図である。
【図１２】比較例に係る画像形成装置の一例を示す全体構成図である。
【図１３】同じく作像手段の要部拡大説明図である。
【図１４】直接記録方式でない画像形成装置の作像シーケンスの説明に供する説明図である。
【図１５】図８の画像形成装置の作像シーケンスの説明に供する説明図である。
【図１６】直接記録方式でない画像形成装置の作像ユニットの配置の説明に供する説明図である。
【図１７】直接記録方式による画像形成の基本構成の説明に供する説明図である。
【符号の説明】
【００９８】
１…トナー担持体
３…中間記録ベルト（記録媒体手段）
４…トナー制御手段
５…対向電極手段
１１…電極
４１…トナー通過穴
４２…制御電極
４３…共通電極
１０１…トナー担持体
１０２…トナー供給ローラ
１０３…トナー薄層化部材
１０４…トナー制御手段
２０１…装置本体
２０２…作像手段
２０３…中間記録ベルト
２０４…対向電極ローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置上方から下方に向かって移動する面にトナー像が形成される中間記録ベルトと、
前記中間記録ベルトに帯電した異なる色のトナーを飛翔付着させてトナー像を形成する、前記中間記録ベルトの移動方向に沿って配置された複数の作像手段と、
前記中間記録ベルトの背面から前記トナーを移動させる方向のバイアス電圧を印加する対向電極手段と、を備え、
前記複数の作像手段は、
前記中間記録ベルトに対向する位置に配置され、帯電したトナーを担持して所定の移動方向に移動するローラ状のトナー担持体と、
前記トナー担持体に前記トナーを供給するローラ状の供給部材と、
前記トナー担持体と前記中間記録ベルトとの間に配置された複数のトナー通過開口を有し、前記トナーのトナー通過開口の通過及び遮蔽を制御する電極を有するトナー制御手段と、を有し、
前記トナー担持体は前記中間記録ベルトに対向する側が装置下方から上方に向かう方向に移動し、前記供給部材は前記トナー担持体に対して回転中心よりも上方で前記トナーを供給する
ことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項２】
前記複数の作像手段は、黒色のトナーを飛翔付着させる黒作像手段と、カラーのトナーを飛翔付着させる複数のカラー作像手段とを有し、前記中間記録ベルトが駆動されている状態で、前記黒作像手段は作像していないときに停止し、前記複数のカラー作像手段は全てのカラー作像手段が作像していないときに停止することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記複数の作像手段は、黒色のトナーを飛翔付着させる黒作像手段と、カラーのトナーを飛翔付着させる複数のカラー作像手段とを有し、前記黒作像手段と複数のカラー作像手段とは前記中間記録ベルトの移動方向に沿って配置され、前記黒作像手段はベルト移動方向最下流側に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記トナー担持体に一成分トナーを供給することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか記載の画像形成装置。
【請求項１】
装置上方から下方に向かって移動する面にトナー像が形成される中間記録ベルトと、
前記中間記録ベルトに帯電した異なる色のトナーを飛翔付着させてトナー像を形成する、前記中間記録ベルトの移動方向に沿って配置された複数の作像手段と、
前記中間記録ベルトの背面から前記トナーを移動させる方向のバイアス電圧を印加する対向電極手段と、を備え、
前記複数の作像手段は、
前記中間記録ベルトに対向する位置に配置され、帯電したトナーを担持して所定の移動方向に移動するローラ状のトナー担持体と、
前記トナー担持体に前記トナーを供給するローラ状の供給部材と、
前記トナー担持体と前記中間記録ベルトとの間に配置された複数のトナー通過開口を有し、前記トナーのトナー通過開口の通過及び遮蔽を制御する電極を有するトナー制御手段と、を有し、
前記トナー担持体は前記中間記録ベルトに対向する側が装置下方から上方に向かう方向に移動し、前記供給部材は前記トナー担持体に対して回転中心よりも上方で前記トナーを供給する
ことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項２】
前記複数の作像手段は、黒色のトナーを飛翔付着させる黒作像手段と、カラーのトナーを飛翔付着させる複数のカラー作像手段とを有し、前記中間記録ベルトが駆動されている状態で、前記黒作像手段は作像していないときに停止し、前記複数のカラー作像手段は全てのカラー作像手段が作像していないときに停止することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記複数の作像手段は、黒色のトナーを飛翔付着させる黒作像手段と、カラーのトナーを飛翔付着させる複数のカラー作像手段とを有し、前記黒作像手段と複数のカラー作像手段とは前記中間記録ベルトの移動方向に沿って配置され、前記黒作像手段はベルト移動方向最下流側に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記トナー担持体に一成分トナーを供給することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか記載の画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１０−６９６３８（Ｐ２０１０−６９６３８Ａ）
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３７１１９（Ｐ２００８−２３７１１９）
【出願日】平成２０年９月１６日（２００８．９．１６）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１６日（２００８．９．１６）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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