JP4815062B2 - 画像形成方法及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、剤担持体から飛翔させた帯電済みの画像形成剤に孔を通過させ、通過後の画像形成剤を対向電極に向けて飛翔させながら記録部材に付着させることで画像を形成する直接記録方式の画像形成方法及び画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ダイレクトトーニングあるいはトナープロジェクションと呼ばれる直接記録方式を採用した画像形成装置が知られている。この直接記録方式の画像形成装置は、静電潜像をトナー等の画像形成剤によって現像する電子写真方式のものとは異なり、静電潜像を形成することなく画像を記録部材に直接記録するものである。
【０００３】
図１４は、従来の直接記録方式の画像形成装置における要部構成を示す構成図である。図において、剤担持体としてのトナー担持ローラ１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１の図中下方には、複数の孔２を形成する孔形成部材としてのフレキシブルプリント基板（以下、ＦＰＣという）３が配設されている。ＦＰＣ３は、各孔２を囲むようにトナー担持ローラ１との対向面側に形成されたリング状の複数の飛翔電極４を備えている。
【０００４】
上記ＦＰＣ３の図中下方には、これを介してトナー担持ローラ１に対向する対向電極６と、この対向電極６上で図示しない搬送手段によって図中前後方向に搬送される記録紙７とが配設されている。なお、図においては、便宜上、孔２、飛翔電極４をそれぞれ１つずつしか示していないが、実際には、ＦＰＣ３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６００［ｄｐｉ］用のＦＰＣ３では、これらの組み合わせが４９６０個形成されている。
【０００５】
上記トナー担持ローラ１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４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１上で飛翔電極４と対向する位置にあるトナーや、これの近傍にあるトナーに所定強度の電界が作用する。この電界の作用により、トナーに加わる静電力が、トナーとトナー担持ローラ１との付着力を上回り、トナーの集合体がドット状の形状でトナー担持ローラ１から選択的に飛翔して孔２内に進入する。そして、飛翔電極４と、これよりも高い電位を帯びている上記対向電極６との間に形成される電界に引かれて飛翔を続け、孔２を通過して上記記録紙７の表面に付着する。この付着により、トナーの集合体はドット像となる。
【０００６】
各飛翔電極４に対する飛翔電圧のＯＮ／ＯＦＦについては、それぞれ専用のＨＶＩＣ（Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ 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、高価なＨＶＩＣが飛翔電極４と同じ数だけ必要になる。例えば６００［ｄｐｉ］用のＦＰＣ３を用いる場合には、高価なＨＶＩＣを４９６０個設ける必要がある。
【０００７】
一般に、ＨＶＩＣは、その耐電圧が高くなるほど高価になる。よって、直接記録方式の画像形成装置では、いかに飛翔電圧を下げるかが、装置の低コスト化を図る上での重要な要素となる。
【０００８】
しかしながら、トナーとトナー担持ローラ１とには、ファンデルワールス力や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た。図示の装置では少なくとも３００［Ｖ］（プラスあるいはマイナス極性）の飛翔電圧を印加する必要があった。
【０００９】
そこで、特開２０００−６４６０号公報において、所定の間隙を介して２枚の孔形成部材を対向配設し、剤担持体から飛翔させたトナー等の画像形成剤を１枚目の孔形成部材における全ての孔に通し、この孔と２枚目の孔形成部材の孔との間に浮遊させておくようにした画像形成装置が提案されている。この画像形成装置によれば、２枚目の孔形成部材の各孔に対する通過や非通過を制御する画像形成剤として、浮遊によって付着力に拘束されないものを用いることができるので、飛翔電圧を大幅に引き下げることができる。
【００１０】
ところが、この画像形成装置においては、１枚目の孔形成部材における複数の孔のうち、記録紙等の非画像部に対応する孔を通過したトナーについては、２枚目の孔形成部材の孔を通過させずに孔間に留めておき、後に剤担持体に引き戻す必要がある。それにもかかわらず、１枚目の孔形成部材の孔を通過したトナーが飛翔を続けてそのまま２枚の孔形成部材の孔をも通過してしまい、記録紙等の非画像部に付着していわゆる地汚れを引き起こすおそれがあった。
【００１１】
上記特開２０００−６４６０号公報では、かかる地汚れを抑えるべく、図１５に示すような改良装置（実施例８の装置）が提案されている。図において、この改良装置は、剤担持体１０１と、１枚目の孔形成部材１０２と、２枚目の孔形成部材１０３と、複数の振動電界形成電極対１０４とを備えている。
【００１２】
１枚目の孔形成部材１０２は、画像形成剤を担持する剤担持体１０１と所定の間隙を介して対向するように配設されており、複数の第１孔１０５と、これらをそれぞれ囲む複数の第１電極１０６と、これよりも図中上側で孔形成部材１０２のほぼ全域を覆う第１シールド電極１０７とを有している。
【００１３】
この孔形成部材１０２の図中上方には、所定の間隙を介して２枚目の孔形成部材１０８が対向するように配設されている。この孔形成部材１０８には、複数の第２孔１０９と、孔形成部材１０８のほぼ全域を覆う第２シールド電極１１０と、これよりも図中上側で各第２孔１０９をそれぞれ囲む複数の第２電極１１１とが形成されている。
【００１４】
図示のように、孔形成部材１０２と孔形成部材１０８とは、第１孔１０５と第２孔１０９とを同芯上に位置させるのではなく、水平方向にずらすように対向配設されている。
【００１５】
上記振動電界形成電極対１０４のそれぞれの電極は、２つの孔形成部材１０２、１０３の間で第１孔１０５と第２孔１０９とを挟むように複数配設されている。
【００１６】
上記剤担持体１０１に例えばマイナス帯電性の画像形成剤Ｔが担持されているとすると、次のようなプロセスで画像が形成される。即ち、まず、第１シールド電極１０７、第２シールド電極１１０のそれぞれが接地されるかあるいはマイナスの電圧供給を受けた状態で、全ての第１電極１０６にプラスの第１ＯＮ電圧が印加される。すると、図１６に示すように、画像形成剤であるトナーＴが剤担持体１０１から全ての第１孔に向けて飛翔してこれを通過した後、飛翔方向とは逆方向の電界の影響を受けて飛翔を停止させ、孔形成部材１０２、１０３間で浮遊する。
【００１７】
孔形成部材１０２、１０３間にトナーが浮遊すると、振動電界形成電極対１０４に交流電圧が印加される。すると、図１７に示すように、浮遊トナーが振動電界形成電極対１０４の電極間を往復移動する。このとき、第１シールド電極１０７、第２シールド電極１１０は、それぞれ０［Ｖ］あるいはトナーＴと同極性の電位を帯びているので、トナーＴが孔形成部材１０２、１０３の表面上に拘束されながら往復移動して激しく摩擦されるといった事態は起こらない。
【００１８】
このように浮遊トナーが往復移動しているときに、複数の第２電極１１１のうち、任意のものに飛翔電圧が印加されると、図１８に示すように、浮遊トナーがその第２電極１１１に囲まれる第２孔１０９を通過してドット画像を形成する。
【００１９】
第２孔１０９を通過せずに２つの孔形成部材１０２、１０３の間に残ったトナーＴは、第１電極１０６や剤担持体１０１に適切な電圧が印加されることで、図１９に示すように剤担持体１０１に向けて逆飛翔して回収される。
【００２０】
以上の構成の改良装置においては、第１孔１０５を通過したトナーＴがこの電界の影響によって十分に減速することができずに飛翔を続けても、２枚目の孔形成部材１０３にぶつかるため、第２孔１０９を通過してしまうようなことが怒らない。よって、トナーＴが図示しない記録紙等の非画像部に対応する第２孔１０９を通過することによる地汚れを回避することができる。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この改良装置においては、図示のように、飛翔電極の役割を担う第２電極１１１の他に、第１電極１０６、第１シールド電極１０７、第２シールド電極１１０、振動電界形成電極対１０４などといった電極を配設する必要があり、電極構成を複雑化させてしまう。また、２つの孔形成部材１０２、１０３間にトナーＴを堆積させて、この間を目詰まりさせてしまうおそれがある。
【００２２】
本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、トナー等の画像形成剤を予め浮遊させておくことで飛翔電圧の引き下げを図りながら、浮遊した画像形成剤が記録紙等の非画像部に対応する孔を通過してしまうことによる地汚れを抑えることができ、しかも、上述したような電極構成の複雑化や、画像形成剤による孔形成部材間の目詰まりを回避することができる直接記録方式の画像形成装置を提供することである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、剤担持体からの画像形成剤の飛翔を開始させるためには、画像形成剤に対して少なくとも剤担持体との付着力を上回る静電力を作用させる必要があるものの、一旦飛翔させてしまえば、それよりも弱い静電力で飛翔を継続させ得る点に着目した。
【００２４】
そこで、上記目的を達成するために、請求項１の発明は、帯電した画像形成剤を担持する剤担持体と、該剤担持体に対向する複数の孔が形成してある孔形成部材と、該孔形成部材を介して該剤担持体に対向する対向電極とを用い、該剤担持体から飛翔させた画像形成剤に該孔を通過させ、通過後の画像形成剤を該対向電極に向けて飛翔させて記録部材に付着させることで画像を形成する画像形成方法であって、各孔の近傍に配設される第１電極と、該第１電極よりも該対向電極側に位置して複数の孔のそれぞれに個別に対応する複数の第２電極とを用意し、画像形成剤を該対向電極側から該剤担持体側に向けて静電的に移動させる逆方向の電界を孔貫通方向における該第１電極と該第２電極との間に形成しつつ、画像形成剤を該剤担持体側から該対向電極側に向けて静電的に移動させる順方向の電界を該剤担持体と該第１電極との間に形成して、該剤担持体からの画像形成剤の飛翔を開始させる工程と、この工程によって画像形成剤の飛翔を開始させた後、飛翔した画像形成剤を該孔に進入させるのに先立って、該剤担持体と該第１電極との間における該順方向の電界の強度を弱めつつ、該第１電極と該第２電極との間における該逆方向の電界についてはそれまでと同等の強度を維持する工程と、その後、該記録部材の画像部に対応する該孔内には、該第１電極と該第２電極との間において該順方向の電界を形成し、且つ、該記録部材の非画像部に対応する該孔内には、該第１電極と該第２電極との間において該逆方向の電界を形成する工程とを実施することを特徴とするものである。
【００２５】
請求項２の発明は、帯電した画像形成剤を担持する剤担持体と、該剤担持体に対向する複数の孔が形成してある孔形成部材と、該孔形成部材を介して該剤担持体に対向する対向電極とを備え、該剤担持体から飛翔させた画像形成剤に該孔を通過させ、通過後の画像形成剤を該対向電極に向けて飛翔させて記録部材に付着させることで画像を形成する画像形成装置であって、各孔の近傍に配設される第１電極と、該第１電極よりも該対向電極側に位置して複数の孔のそれぞれに個別に対応する複数の第２電極とを備え、画像形成剤を該対向電極側から該剤担持体側に向けて静電的に移動させる逆方向の電界を孔貫通方向における該第１電極と該第２電極との間に形成しつつ、画像形成剤を該剤担持体側から該対向電極側に向けて静電的に移動させる順方向の電界を該剤担持体と該第１電極との間に形成して、該剤担持体からの画像形成剤の飛翔を開始させた後、飛翔した画像形成剤を該孔に進入させるのに先立って、該剤担持体と該第１電極との間における該順方向の電界の強度を弱めつつ、該第１電極と該第２電極との間における該逆方向の電界についてはそれまでと同等の強度を維持し、その後、該記録部材の画像部に対応する該孔内には、第１電極と該第２電極との間において該順方向の電界を形成し、且つ、該記録部材の非画像部に対応する該孔内には、該第１電極と該第２電極との間において該逆方向の電界を形成することを特徴とするものである。
【００２６】
これら画像形成方法や画像形成装置においては、剤担持体と第１電極との間に形成した順方向の電界の影響によって画像形成剤を剤担持体から飛翔させた後に、該電界の強度を弱める。このように電界の強度を弱めることで、画像形成剤を過剰に加速させることなく各孔内に進入させることができる。各孔内には、その貫通方向における第１電極から第２電極までの間に電界が形成されるが、それぞれの電界の向きはその孔が記録部材の画像部に対応しているのか、あるいは非画像部に対応しているのかによって異なってくる。具体的には、画像部に対応する孔内においては、その貫通方向における第１電極から第２電極までの間に順方向の電界が形成される。よって、画像部に対応する孔内に進入した画像形成剤は、該孔を通過して記録部材に付着する。一方、非画像部に対応する孔内においては、その貫通方向における第１電極から第２電極までの間に逆方向の電界が形成される。この孔に進入した画像形成剤は、進入に先立って過剰な加速が抑えられているため、進入前に得た慣性の力によって逆方向の電界中を通過してしまうといった事態が抑えられる。以上の構成においては、特開２０００−６４６０号公報の改良装置のように振動電界形成電極対、第１シールド電極、第２シールド電極などを設けたり、２つの開口形成部材の間に画像形成剤を通したりしなくても、画像形成剤の孔通過による地汚れを抑えることができる。よって、かかる地汚れを抑えながら、電極構成の複雑化や、画像形成剤による孔形成部材間の目詰まりを回避することができる。しかも、孔内の貫通方向における第１電極から第２電極までの間に順方向の電界を形成するのか、あるいは逆方向の電界を形成するのかについては、第２電極に飛翔電圧を供給するか否かによって選択することが可能で、この選択に先立って画像形成剤を該剤担持体から浮遊させて孔内に進入させておくことができる。従って、飛翔電圧の引き下げを図ることができる。
【００２７】
請求項３の発明は、請求項２の画像形成装置であって、上記記録部材の画像部に対応する上記孔内における上記第１電極と上記第２電極との間に順方向の電界を形成し、且つ、上記記録部材の非画像部に対応する上記構内における上記第１電極と上記第２電極との間に逆方向の電界を形成した後に、上記剤担持体と全ての上記第２電極との間に逆方向の電界を形成することを特徴とするものである。
【００２８】
この画像形成装置においては、次に説明する理由により、記録部材上におけるドットなどの画素像の乱れを抑えつつ、各孔の画像形成剤による目詰まりを抑えることができる。
即ち、一般に、直接記録方式の画像形成装置では、孔を通過した画像形成剤を搬送中（移動中）の記録部材に向けて飛翔させて付着させる。このとき、画像形成剤の先頭部分が記録部材に付着してから、末尾部分が記録部材に付着するまでには、どうしてもタイムラグが生ずる。記録部材はこのタイムラグの間にも移動しているため、タイムラグが大きくなるほど、該記録部材に対する画像形成剤の付着範囲が広まって画像像が乱れてしまうことになる。例えば、画素像としてドットが形成される場合には、タイムラグが大きくなるほど細長く広がった楕円状のドットとなってしまう。一方、画像形成剤には、孔内壁との接触によって飛翔を邪魔される部分が生じたり、該内壁に全く接触しない部分が生じたりする。このため、画像形成剤の一群はまとまった形ではなくストリーム状の形で孔を通過して、上記タイムラグを大きくし易くなる。しかし、本画像形成装置においては、孔内に進入した画像形成剤の一群が、たとえストリーム状の形で孔を通過する傾向にあっても、剤担持体と第２電極との間に逆方向の電界が形成されることで、そのストリーム状の形の後端部分だけは孔を通過しないで剤担持体に逆戻りするようになる。そして、この逆戻りにより、上記タイムラグが低減されて画素像の乱れが抑えられる。
また、記録部材の非画像部に対向する孔では、その内部における逆方向の電界の影響を受けて孔の入り口側から外に逆戻りしようとするが、この入り口側には剤担持体と第１電極との間に順方向の電界が形成されているため、両電界の間に浮遊して留まることになる。このように画像形成剤が留まっている孔内に、新たな画像形成剤が次々に進入してくると、やがて、該孔内が画像形成剤で満杯になって目詰まりしてしまうおそれがある。しかし、本画像形成装置では、剤担持体と第２電極との間に逆方向の電界が形成されることで、それまで孔内に留まっていた画像形成剤が剤担持体まで逆戻りしてクリーニングされる。そして、このクリーニングにより、各孔の画像形成剤による目詰まりが抑えられる。
【００２９】
請求項４の発明は、請求項３の画像形成装置であって、上記剤担持体と全ての上記第２電極との間に逆方向の電界を形成しているときに、これら第２電極と上記対向電極との間に順方向の電界を形成することを特徴とするものである。
【００３０】
この画像形成装置においては、各孔内の画像形成剤を剤担持体に向けて逆方向に飛翔させて各孔をクリーニングしながら、孔通過済みの画像形成剤を順方向に飛翔させて記録部材に付着させる。かかる構成では、各孔のクリーニングと、孔通過済みの画像形成剤による画素像の形成とを並行して行うことで、画像形成時間の短縮化を図ることができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した画像形成装置として、直接記録方式のプリンタ（以下、単にプリンタという）の一実施形態について説明する。
まず、本プリンタの基本的な構成について説明する。図１は本実施形態に係るプリンタの概略構成図である。図において、本プリンタは、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）のトナーを用いて画像を形成する画像形成部２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋや、中間記録装置２３、給紙カセット２９、レジストローラ対３０、定着装置３１、ベルトクリーニング装置３２などを備えている。
【００３２】
上記画像形成部２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋは、図中横並びに配設され、それぞれケーシング２１、これの底部となっているＦＰＣ３、トナー担持ローラ１、トナー供給ローラ２２、対向基板１３などを備えている。ケーシング２１の上部は画像形成剤であるトナーを収容するためのトナー収容部２１ａとなっており、収容されたトナーはトナー供給ローラ２２に担持される。そして、トナー供給ローラ２２から、これに当接しながら回転するトナー担持ローラ１に供給されてドット形成に寄与する。
【００３３】
各画像形成部２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋの上記対向基板１３は、それぞれ後述の中間記録ベルトを介して、それぞれの画像形成部のＦＰＣ３に対向するように配設されている。
【００３４】
上記中間記録装置２３は、これら画像形成部２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋの下方に配設され、無端状のポリエステル二軸延伸フイルムからなる中間記録ベルト２４、駆動ローラ２５、従動ローラ２６、転写ローラ２７、押圧ローラ２８などを備えている。中間記録ベルト２４は、駆動ローラ２５、従動ローラ２６によって張架されながら、駆動ローラの図中反時計回りの回転によって矢印方向に無端移動せしめられる。無端移動に伴って画像形成部２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋの直下を通過する際、その表面にＹトナー画像、Ｍトナー画像、Ｃトナー画像、Ｋトナー画像が順次重ね合わせて形成される。この重ね合わせにより、中間記録ベルト２４の表面にはフルカラートナー像が形成される。
【００３５】
上記転写ニップには、図示しない電源によってプラスの転写バイアスが印加される転写ローラ２７と、駆動ローラ２５との電位差によって転写電界が形成されている。上記押圧ローラ２８は、中間記録ベルト２４に接触しながら搬送される記録紙７をこのベルトに向けて押圧する。
【００３６】
上記給紙カセット２９は、所定のタイミングで給紙ローラ２９ａを回転させ、内部に収容している記録紙７を搬送路３６に向けて送り出す。送り出された記録紙７は、レジストローラ対３０のローラ間に挟まれる。
【００３７】
上記レジストローラ対３０は、ローラ間に挟み込んだ記録部材としての記録紙７を、中間記録ベルト２４上の上記フルカラートナー像に重ね合わせ得るタイミングを見計らって上記転写ニップに向けて送り出す。
【００３８】
上記転写ニップで記録紙７と重ね合わされた上記フルカラートナー像は、上記転写電界やニップ圧の作用を受けて転写紙７上に転写される。そして、上記押圧ローラ２８によって中間転写ベルト２４に向けて押圧されながら図中左方向に搬送された後、上記従動ローラ２６の直下を通過して中間記録ベルト２４から分離する。
【００３９】
上記定着装置３１は加熱ローラ３１ａ、加圧ローラ３１ｂなどを備えており、分離後の記録紙７を受け入れて両ローラ間に挟み込む。このとき、記録紙７上の上記フルカラートナー像を構成する各トナーは、加熱や加圧などの作用によって記録紙７上に定着せしめられる。この定着によってフルカラー画像が形成された記録紙７は、定着装置３１から機外へと排出される。
【００４０】
上記ベルトクリーニング装置３２は、記録紙７と分離した後の中間記録ベルト２４を受け入れるような位置に配設され、ベルト表面を押し下げながら回転するクリーニングローラ３３、ベルト押し下げ部分の両脇でベルト裏面の高さを固定する２つの高さ固定ローラ３４、３５などを備えている。図示しない電源によってプラスのクリーニングバイアスが印加されるクリーニングローラ３３と、中間記録ベルト２４との間にはクリーニング電界が形成されており、このクリーニング電界の作用によってベルト上の残留トナーが除去される。除去後の残留トナーは、クリーニングローラ３３に当接する図示しないクリーニングブレードによって掻き取られて回収される。
【００４１】
図２は、上記画像形成部２０Ｙの要部構成を示す断面図である。図において、トナー担持ローラ１との対向位置に配設されたＦＰＣ３は、孔２と、これを内包するようにＦＰＣ３の上面側に配設されたリング状の第１電極４と、これよりもＦＰＣ３の下面側で孔２を内包するリング状の第２電極１４とを備えている。
【００４２】
上記ＦＰＣ３の下方には、ドット状の左偏向電極５ａ、対向電極６、右偏向電極５ｂからなる対向偏向電極ユニット１０を備える対向基板１３が、対向電極６をＦＰＣ３の孔２に向かい合わせるように配設されている。対向基板１３には、この対向偏向電極ユニット１０の他、これを図３に示すように囲む周囲電極１１が形成されている。なお、図２においては、便宜上、孔２、第１電極４、第２電極１４、対向偏向電極ユニット１０をそれぞれ１つしか示していないが、実際には、これらは４９６０個配設されている。
【００４３】
なお、各電極の寸法や各部材間の距離は、図４に示す通りで、トナー担持ローラ１から中間記録ベルト２４までのトナーの飛翔距離は５１０［μｍ］程度となる。
【００４４】
先に示した図３において、矢印Ｗは図示しない上記中間記録ベルト（（２４）の搬送方向を示し、直線Ｌ１はこの搬送方向と直交する方向である主走査方向を示す線である。また、斜線Ｌ２は左偏向電極５ａの中心と右偏向電極５ｂの中心とを結ぶ線であり、トナーの飛翔経路の偏向方向を示している。図示のように、ドット状の対向電極６の両脇に配設される左偏向電極５ａ、右偏向電極５ｂは、主走査方向ではなくこれから角度θだけ傾くように並べられている。対向基板１３上には、かかる構成の対向偏向電極ユニット１０が上記ＦＰＣ３の孔２と同じ数だけ設けられている。
【００４５】
図５はＦＰＣ３の一部を対向基板１３側から見た平面図である。図において、矢印Ｗは、図示しない上記中間記録ベルト（２４）の搬送方向を示している。各第２電極１４は、０．１［mm］の孔２を内包し得るような外径φで構成され、Ｗ方向と直交する方向（主走査方向）における設置ピッチＰｈが、形成画像の解像度に応じて設定されている。本実施形態では、解像度６００［ｄｐｉ］の画像を形成し得るように、この設置ピッチＰｈが設定されている。
【００４６】
孔２と第２電極１４との組み合わせは、上記中間記録ベルト２４に抜けのない線画像を主走査方向（図中左右方向）に形成し得るように、Ｗ方向の約２［ｍｍ］の領域において８列（Ｃ１〜Ｃ８）形成されている。各第２電極１４には、これに飛翔電圧を導くための電気的に独立したリード１４ａが連結し、これらリード１４ａにはそれぞれ図示しないＨＶＩＣが接続されている。
【００４７】
上記第１電極４も第２電極１４とほぼ同様の構成になっているが、各第１電極４のリードはそれぞれ電気的に接続され、１つのＨＶＩＣに接続される。よって、各第１電極４に対する電圧のＯＮ／ＯＦＦは、１つのＨＩＶＣによって同時に行われる。これに対し、各第２電極１４に対する電圧のＯＮ／ＯＦＦは、それぞれ独立して行われる。
【００４８】
本実施形態のプリンタでは、次に説明するようなドットデフレクションコントロール（以下、ＤＤＣという）と呼ばれる制御を実施して、１つの孔２、第１電極４、第２電極１４、対向偏向電極ユニット１０の組み合わせによって３つのドットを形成する。即ち、先に示した図２において、まず、孔２を通過したトナーの一群を、対向電極６に向けて真っ直ぐに飛翔させるのではなく、左偏向電極５ａに向けて偏向させながら飛翔させ、左偏向電極５ａ上の中間記録ベルト２４部分に付着させて１ドット目を形成する。そして、トナー担持ローラ１から次に飛翔させたトナーの一群を、孔２通過後に対向電極６に向けて真っ直ぐに飛翔させ、対向電極６上の中間記録ベルト２４部分に付着させて２ドット目を形成する。更に、この次にトナー担持ローラ１から飛翔させたトナーの一群については、孔２通過後に右偏向電極５ｂに向けて偏向させながら飛翔させ、右偏向電極５ｂ上の中間記録ベルト２４部分に付着させて３ドット目を形成する。
【００４９】
このようにして３ドットを形成している間に、中間記録ベルト２４は図中前方向あるいは後方向に搬送されるため、左偏向電極５ａ、対向電極６、右偏向電極５ｂがそれぞれ主走査方向（図中左右方向）に一直線に並んでいると、各ドットの中間記録ベルト２４上における付着位置は図中前後方向にずれてしまう。そこで、図３に示したように、左偏向電極５ａ、右偏向電極５ｂを、主走査方向ではなくこれから角度θだけ傾くように並べている。このような並びにより、図中前方向あるいは後方向に移動している中間記録ベルト２４に対して、３ドットを主走査方向に並べて形成することができる。
【００５０】
以上のように、１つの孔２とこれに対応する第２電極１４などの組み合わせによって３ドットを形成することで、各第２電極１４への電圧のＯＮ／ＯＦＦをそれぞれ個別に制御するためのＨＶＩＣの数を１／３に減らして、装置のコストを大幅に低減することができる。
【００５１】
なお、左偏向電極５ａ、対向電極６、右偏向電極５ｂも、第２電極１４と同様にそれぞれ孔２と同じ数だけ設けることになるが、これらに対する電圧のＯＮ／ＯＦＦ用には、基本的には３つのＨＶＩＣで制御することができる。図示の装置では、左偏向電極５ａのグループ、対向電極６のグループ、右偏向電極５ｂのグループの３つで、電圧のＯＮ／ＯＦＦをそれぞれ独立制御すればよいからである。
【００５２】
また、後に詳述する第１電極４も第２電極１４と同様に孔２と同じ数だけ必要になるが、これらに対する電圧のＯＮ／ＯＦＦ制御も基本的には一律して行うことになる。
【００５３】
また、ＤＤＣを実施しない場合には、対向基板上に左偏向電極５ａ、対向電極６、右偏向電極５ｂからなる複数の対向偏向電極ユニット１０や、これらを囲む周囲電極１１を設けるのではなく、１つの大きな平面上の対向電極を設ければよい。
【００５４】
また、４つの画像形成部２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋのうち、２０Ｙの要部構成についてだけ説明したが、他の画像形成部の要部構成についてもほぼ同様の構成であるので、説明を省略する。
【００５５】
次に、本プリンタの特徴的な構成について、本発明者の行ったトナー飛翔のシミュレーションを示しながら説明する。
［シミュレーション１］
本発明者は、トナー飛翔シミュレーションシステムを用いて、図４に示した寸法条件を想定して以下に説明するような電位条件でトナー飛翔をシミュレーションした。なお、このシミュレーションシステムにおいて観察されるトナーの飛翔状態は、実際の直接記録方式の画像形成装置におけるものに酷似していることが既に実証されている。
【００５６】
図６（ａ）から（ｏ）までは、このシミュレーションで観察されたトナーの飛翔状態を３０［μｓｅｃ］経過毎に示す模式図である。これらのうち、図６（ａ）では、次に列記するような電位制御が行われた瞬間を示している（以下、この瞬間を初期状態という）。
・トナー担持ローラ１：接地
・第１電極４：＋３００［Ｖ］
・第２電極１４：接地
・対向電極６：＋６００［Ｖ］の対向電圧を印加
・左偏向電極５ａ：＋１０００［Ｖ］の非偏向用電圧
・右偏向電極５ｂ：＋６００［Ｖ］の非偏向用電圧
・周囲電極１１：＋２００［Ｖ］の周囲電圧
【００５７】
かかる電位制御では、＋３００［Ｖ］の電圧が印加された第１電極４と、接地された第２電極１４との間に３００［Ｖ］の電位差が生じ、マイナス帯電性のトナーに対して対向基板１３側からトナー担持ローラ１側に向かう静電力を付与する逆方向の電界が形成される（以下、このような逆方向の電界を逆電界という）。
【００５８】
一方、トナー担持ローラ１と第１電極４との間には、マイナス帯電性のトナーに対して、トナー担持ローラ１側から対向基板１３側に向かう静電力を付与する順方向の電界が形成される（以下、このような順方向の電界を順電界という）。但し、かかる順電界が形成されても、その強度がトナーとトナー担持ローラ１との付着力（概ね３．０ｅ−９［Ｎ］）よりも十分に大きくないと、トナーはトナー担持ローラ１から飛翔を開始しない。本発明者の実験によれば、第１電極４に＋１００［Ｖ］を印加しただけではトナー担持ローラ１からトナーを全く飛翔させることができず、＋１００［Ｖ］以上、＋３００［Ｖ］未満を印加しても、飛翔させることができないトナーが出現してしまう。そこで、本シミュレーションでは、第１電極４に＋３００［Ｖ］を印加してトナーを確実にトナー担持ローラ１から飛翔させるようにした。
【００５９】
しかし、トナーを一旦飛翔させてトナー担持ローラ１から離間させてしまえば、それまでよりも弱い強度の電界で飛翔を継続させることができる。本シミュレーションでは、第１電極４に＋３００［Ｖ］の電圧を印加してから２０［μｓｅｃ］後には、孔２との対向位置にあるトナーを全てトナー担持ローラ１から離間させ、且つ、まだ孔２に進入させない状態となる。そこで、２０［μｓｅｃ］後には、第１電極４に印加する電圧を＋３００［Ｖ］から＋１５０［Ｖ］に引き下げて、トナー担持ローラ１〜第１電極４間の電界強度を弱めた。このように電界強度を弱めることで、飛翔したトナーを過剰に加速させることなく孔２内に進入させることが可能になる。
【００６０】
第１電極４に印加する電圧の引き下げと同時に、第２電極１４には−１５０［Ｖ］を印加した。この印加により、孔２内における第１電極４と第２電極１４との間には３００［Ｖ］の電位差による逆電界が引き続き形成される。よって、トナー担持ローラ１と第１電極４との間における順電界の強度を弱めても、第１電極４と第２電極１４との間における逆電界の強度をそのまま維持することができる。
【００６１】
初期状態から３０［μｓｅｃ］後には（図６（ｂ））、飛翔トナーの一群の先頭部分が孔２の入り口に到達し、６０［μｓｅｃ］後には（図６（ｃ））、孔２との対向位置にあったトナーの殆どが孔２内に進入する。このとき、孔２内には逆電界が形成されている一方で、トナー担持ローラ１と第１電極４との間には順方向の電界が形成されているので、進入したトナーは基本的には第１電極４のあたりで浮遊するようになる。ところが、孔２内に進入するトナーは、進入前の飛翔速度が速すぎると、逆電界中で停止しきれずに孔２を通過してしまう。この孔２が中間記録ベルト２４の非画像部に対応するものであると、地汚れを生ずることになる。
【００６２】
しかしながら、本シミュレーションでは、トナーを孔２内に進入させるのに先立ち、トナー担持ローラ１と第１電極４との間に形成される順電界の強度を弱めて、トナーの過剰な加速を弱めている。このため、トナーは孔２内に形成された逆電界中で十分に減速している（図６（ｃ）から（ｄ）を参照：先頭のトナーの位置が殆ど変わっていないのがわかる）。
【００６３】
このように減速したトナーは、図６（ｃ）に示すように第１電極４の付近で浮遊し、トナー担持ローラ１等との付着力に何ら拘束されない状態になっている。よって、仮に孔２内で停止したとしても、トナー担持ローラ１に付着していたときよりは遙かに弱い強度の順電界で飛翔を再開することができるはずである。
【００６４】
そこで、本シミュレーション１では、１つ目のドットを形成すべく、初期状態から７５［μｓｅｃ］後において（図６（ｃ）と（ｄ）との間）、第１電極４に印加する電圧を＋１５０［Ｖ］から−１５０［Ｖ］に引き下げた。また、同時に、第２電極１４に印加する電圧を−１５０［Ｖ］から−１００［Ｖ］に上げた。すると、第１電極４と第２電極１４との間には、４０［Ｖ］という小さな電位差によって強度の比較的弱い順電界を形成することになる。
【００６５】
このような低強度の順電界でも、図６（ｅ）に示すように、それまで第１電極４の付近に浮遊させていたトナーを、孔２の出口側に向かって加速させ得ることがわかる（図６（ｅ））。そして、初期状態から１５０［μｓｅｃ］後には（図６（ｆ））、トナーの一群の先頭部分に孔２を通過させ、２１０［μｓｅｃ］後には（図６（ｈ））、１ドットを形成するのに十分な量のトナーを通過させる。
【００６６】
これ以上の量のトナーを通過させると、トナーの一群の先頭部分を中間記録ベルト２４に付着させてから、末尾部分を付着させるまでのタイムラグを大きくし過ぎて、移動中の中間記録ベルト２４上におけるドット像を細長い楕円形にして乱してしまう。
【００６７】
そこで、初期状態から２１０［μｓｅｃ］後において、第１電極４に印加する電圧を−１５０［Ｖ］から−３００［Ｖ］に引き下げると同時に、第２電極１４に印加する電圧を−１１０［Ｖ］から−６００［Ｖ］とそれ以上に引き下げた。
すると、第２電極１４から第１電極４を経由してトナー担持ローラ１に至る区間に、強い逆電界を形成することになる。この逆電界の影響により、孔２内に残留させたトナーを全てトナー担持ローラ１に向けて逆飛翔させて、孔２内をクリーニングすることができた（図６（ｈ）から（ｊ））。
【００６８】
一方、このような逆方向の電界を形成しても、孔２よりも対向基板１３側では、−６００［Ｖ］の電圧が印加される第２電極１４と、プラスの電位を帯びる対向基板１３との間に順電界を形成しているため、孔２を通過させた後のトナーについては、対向基板１３に向けての飛翔を継続させる。よって、クリーニングとドット形成のためのトナー飛翔とを並行して実施することができる。
【００６９】
対向基板１３上では、全ての電極にプラスの電圧を印加しているが、なかでも、左偏向電極５ａに印加する電圧の値を最も高くしている（＋１０００Ｖ）。このため、孔２を通過したトナーは、対向電極６に向けて真っ直ぐに飛翔しないで、図中左方向に経路を偏向させながら飛翔して、左偏向電極５ａの真上に位置する中間記録ベルト２４部分に付着する。これにより、１つ目のドット像が中間記録ベルト２４上に形成される。
【００７０】
次に、初期状態から２８０［μｓｅｃ］後には（図６（ｊ）と図６（ｋ）との間）、２つ目のドット像を形成すべく、各電極の電位状態を再び初期状態に戻した（以下、２８０μｓｅｃ後を２回目の初期状態という）。但し、２つ目のドット像形成時には、トナーの飛翔経路を偏向させないので、対向電極６に＋１０００［Ｖ］を印加するとともに、左偏向電極５ａ、右偏向電極５ｂには＋６００［Ｖ］を印加した。また、２つ目のドット像形成時には、図示の孔２が中間記録ベルト２４の非画像部に対応するものとする（図示の部分にはドット像を形成させない）。
【００７１】
２回目の初期状態（２８０μｓｅｃ）から２０［μｓｅｃ］後（図６（ｋ））には、１回目と同様に飛翔トナーの過剰な加速を抑えながら孔２内における逆方向の電界の強度をそのまま維持すべく、第１電極４への電圧を＋１５０［Ｖ］に引き下げると同時に第２電極１４に−１５０［Ｖ］を印加した。
【００７２】
この印加から４０［μｓｅｃ］後、即ち、１回目の初期状態から３３０［μｓｅｃ］後（図６（ｌ））には、１回目と同様にトナー担持ローラ１から飛翔させたトナーの一群の殆どを孔２内に進入させる。このように新たなトナーの一群の飛翔を開始させて孔２内に進入させている間にも、先に孔２を通過させた１回目のトナーの一群については、第２電極１４と対向基板１３との間の順電界によって飛翔を継続させる（図６（ｋ）〜（ｍ））。よって、１つ目のドット像を形成しながら、２つ目のドット像の形成を開始することができる。
【００７３】
上述のように、図示の孔２は２回目のドット像形成時には非画像部に対応するので、トナーをそのまま孔２内に留めておく必要がある。このため、第１電極４と第２電極１４との間には逆電界を形成する必要があるが、形成用に第２電極１４に印加する電圧については、通過させない場合の値（−１１０Ｖ）に極力近づけることが望ましい。近づけることで、第２電極１４への電圧を制御するＨＶＩＣとして、より低い耐電圧のものを使用することができるからである。
【００７４】
さて、孔２内に進入するトナーは、進入に先立って過剰な加速が抑えられているため、図６（ｃ）や図６（ｄ）で示したように、第１電極４と第２電極１４との３００［Ｖ］の電位差によって形成される逆方向の電界によって十分に孔２内で減速する。このように十分に減速すれば、逆電界の強度がより弱くなっても、孔２内で停止することができるはずである。
【００７５】
そこで、２回目の初期状態から７５［μｓｅｃ］後（一回目の初期状態から３５５μｓｅｃ後）には、第１電極４に印加する電圧を−１５０［Ｖ］に引き下げると同時に、第２電極１４に印加する電圧を−１９０［Ｖ］にして、両電極間に４０［Ｖ］の電位差による低強度の逆電界を形成した（以下、この−１９０Ｖの電圧を画像ＯＦＦ電圧という）。トナー担持ローラ１については接地したままであるので、第２電極１４からトナー担持ローラ１に向けて逆電界を形成することになる。図６（ｍ）〜図６（ｏ）に示すように、逆電界の強度を弱めても、トナーを通過させることなくトナー担持ローラ１に向けて逆飛翔させて回収していることがわかる。
【００７６】
以上のシミュレーションにおいては、図６（ｄ）と図６（ｍ）との比較からわかるように、トナーに孔２を通過させるか、あるいは通過させないかを制御するための画像ＯＮ電圧（−１００Ｖ）と画像ＯＦＦ電圧（−１９０Ｖ）との電位差を僅か８０［Ｖ］にとどめている。トナーの通過／通過阻止を制御するときに、全ての第２電極１４に共通して−１００［Ｖ］を印加し、通過を阻止したい孔２に対応する第２電極１４にだけ−８０［Ｖ］を上乗せして印加するようにすれば、個別電圧制御用のＨＶＩＣとして、８０［Ｖ］の耐電圧のものを用いることができる。よって、本シミュレーションでは、−８０［Ｖ］が従来の飛翔電圧に相当しており、図１４に示した従来装置と比較すると、ＨＶＩＣの耐電圧を３００［Ｖ］から８０［Ｖ］に下げて低コスト化を図ることができる。しかも、特開２０００−６４６０号公報の改良装置のように、振動電界形成電極対やシールド電極などを配設して電極構成の複雑にすることがなく、且つ、孔形成部材間にトナーを目詰まりさせることもない。
【００７７】
ところで、実機においては、個々のトナーの粒径や帯電量（Ｑ／Ｍ）にバラツキが生ずる。トナーの粒径や帯電量が異なれば、当然ながらその飛翔状態も異なってくる。そこで、本シミュレーション１では、実機に近い状態で、個々のトナーの粒径や帯電量にバラツキを生じさせている。
【００７８】
図７はトナーの飛翔速度と１回目の初期状態からの経過時間との関係を、トナーの帯電量別に示すグラフである。図中×印で座標をプロットしたグラフは、本シミュレーション１で中間記録ベルト（２４）に最初に付着した先頭トナーにおける上記関係を示している。また、△印で座標をプロットしたグラフは、本シミュレーション１で中間記録ベルト（２４）に最後に付着した末尾トナーにおける上記関係を示している。なお、飛翔速度については、順方向の速度を＋で、逆方向の速度を−でそれぞれ示している。
【００７９】
上記先頭トナーは、その帯電量が−２２．５［μＣ／ｇ］で、その粒径（ｒ×２）が７．８８［μｍ］であった。また、上記末尾トナーは、その帯電量が−１５．０［μＣ／ｇ］で、その粒径（ｒ×２）が７．１０［μｍ］であった。両トナーともに、１回目の初期状態においてトナー担持ローラ（１）と第１電極（４）との間に形成される強い順電界の影響を受けて一気に加速して＋１［ｍ／ｓｅｃ］程度の速度となる。そして、初期状態から２０［μｓｅｃ］後に、順電界の強度が半減すると加速度を急激に小さくするものの、少しずつ加速して孔（２）内に進入する。進入後は、第１電極（４）と第２電極（１４）との間に形成された強い逆電界の影響を受けて急激に減速していき、上記画像ＯＮ電圧又は画像ＯＦＦ電圧が印加される７５［μｓｅｃ］後には弱い逆電界でも十分に孔内で停止しきれる＋１［ｍ／ｓｅｃ］以下の速度になる。
【００８０】
但し、１回目には７５［μｓｅｃ］後に画像ＯＮ電圧が印加されて孔（２）内に弱い順電界が形成されるので、それから再び順方向に加速し始める。そして、両トナーのうち、先頭トナーは１５０［μｓｅｃ］後に孔（２）を通過してから、２８０［μｓｅｃ］後に中間記録ベルト（２４）に到達して３回程度バウンドしてからその表面に付着する。一方、末尾トナーは孔（２）内で少しずつ速度を上げていき、クリーニングが施される２１０［μｓｅｃ］後にかろうじて孔（２）を通過した後、その後は一気に加速して４００［μｓｅｃ］後に中間記録ベルト（２４）に到達する。そして、１回バウンドしてからその表面に付着する。
【００８１】
よって、帯電量が−１５．０〜−２２．５［μＣ／ｇ］の範囲でばらつき、且つ、粒径が７．１０〜７．８８［μｍ］の範囲でばらついているトナーを用いても、各孔（２）毎にトナーの通過と非通過とを完全に制御することができる。
【００８２】
［シミュレーション２］
全てのトナーについて、その帯電量を−４２．５［μＣ／ｇ］までマイナス側に高くし、且つその粒径を５．１５［μｍ］まで小さくした以外は、上記シミュレーション１と同様の条件にして本シミュレーション２を実施した。
【００８３】
先に示した図７において、＊印で座標をプロットしたグラフは、本シミュレーション２におけるトナーの飛翔速度と経過時間との関係を示している。本シミュレーション２におけるトナーは、上述のように、帯電量が−４２．５［μＣ／ｇ］と非常に高いにもかかわらず、粒径が５．１５［μｍ］と非常に小さい。このため、グラフに示すように、初期状態で非常に急激に加速し、２０［μｓｅｃ］後に順電界の強度が弱められる前に孔内に進入する。このときの速度は＋３［ｍ／ｓｅｃ］と非常に速いため、慣性の力によって孔（２）内の逆電界中を通過してしまうおそれがある。
【００８４】
ところが、帯電量が高いということは、それだけ逆電界による静電力も強く作用するため、孔（２）内で急激に減速する。そして、６０［μｓｅｃ］後に孔（２）内で停止した後、今度は孔（２）内を逆飛翔し始める。
【００８５】
初期状態から７５［μｓｅｃ］後には孔（２）内の電界が逆電界から低強度の順電界に切り替わるが、ちょっと減速するだけで孔（２）の入り口から出てしまう。このとき、トナー担持ローラ（１）と第１電極（４）との間には逆電界が形成されているため、孔（２）の入り口から出ることができたのである。そして、この逆電界の影響によって逆飛翔を続け、１４５［μｓｅｃ］後にトナー担持ローラ（１）に逆戻りする。
【００８６】
よって、帯電量(Q/m)が高すぎ且つ粒径の比較的小さいトナーは、ドット像の形成に寄与することなく、トナー担持ローラ（１）に回収される。従来の直接記録方式の画像形成装置では、かかるトナーが他のトナーよりも中間記録ベルト等に速く到達して地汚れ原因となっていたが、本件ではかかる地汚れも抑えられるわけである。
【００８７】
［シミュレーション３］
全てのトナーについて、その帯電量を−６．７［μＣ／ｇ］まで低くし、且つその粒径を７．２４［μｍ］にした以外は、上記シミュレーション１と同様の条件にして本シミュレーション３を実施した。
【００８８】
先に示した図７において、○印で座標をプロットしたグラフは、本シミュレーション３におけるトナーの飛翔速度と経過時間との関係を示している。グラフに示すように、トナーは初期状態であまり加速せず、順電界の強度が弱められると更に加速度が小さくなるため、上記画像ＯＮ電圧や画像ＯＦＦ電圧が印加される７５［μｓｅｃ］後でもまだ孔内に進入することができない。画像ＯＮ電圧や画像ＯＦＦ電圧が印加されるときには、第１電極（４）に−１５０［Ｖ］が印加されてトナー担持ローラ（１）と第１電極（４）との間に逆電界が形成される。このため、孔（２）に進入することができなかったトナーは、１２０［μｓｅｃ］後に停止した後、逆飛翔を開始して２２０［μｓｅｃ］後にトナー担持ローラ（１）に逆戻りする。
【００８９】
よって、帯電量(Q/m)が低すぎるトナーは、ドット像の形成に寄与することなく、トナー担持ローラ（１）に回収される。従来の直接記録方式の画像形成装置では、かかるトナーが他のトナーよりもかなり遅れて中間記録ベルト等に到達して地汚れ原因となっていたが、本件ではかかる地汚れも抑えられるわけである。
【００９０】
シミュレーション２及び３の結果より、本件では帯電量が高すぎるトナーや、低すぎるトナーを画像形成に寄与させることなくトナー担持ローラ１に回収することができる。従って、本件では、孔２を通過させるべきでないトナーを通過させることによる地汚れだけではなく、トナーを通過させてよいものの、他のトナーよりも中間記録ベルト等にかなり速く到達させたり、かなり遅れて到達させたりすることによる地汚れをも抑えることができる。
【００９１】
［シミュレーション４］
各トナーの帯電量をそれぞれ微妙に異ならせ、全トナーの帯電量平均値を−５、−１０、−１５、−２０、−２５、−３０、−３５、−４０［μＣ／ｇ］にした以外は、上記シミュレーション１と同様の条件にして、８回のシミュレーションを行った。
【００９２】
図８は、トナー最大帯電量やトナー最小帯電量と、各帯電量平均値との関係を示すグラフである。図示のように、帯電量平均値を大きくするほど、トナー最大帯電量とトナー最小帯電量との差を大きくして各シミュレーションを実施した。
【００９３】
図９は第２電極（１４）への上記画像ＯＮ電圧の印加によって孔（２）を通過したトナーの個数と、全トナーの帯電量平均値との関係を示すグラフである。なお、各シミュレーションでは、８±１個の通過トナーが得られたときに目標のドット濃度が得られる。
【００９４】
図９に示すように、全トナーの帯電量平均値が−１０から−３０［μＣ／ｇ］までの範囲内にあるときに、目標のドット濃度が得られている。このことにより、帯電量が−１０弱〜−３０強［μＣ／ｇ］のトナーであれば、画像形成に寄与させ得ることがわかる。先に示した図８を見ると、帯電量平均値が−１５〜−２５［μＣ／ｇ］である場合には殆ど全てのトナーを画像形成に寄与させることになる。また、帯電量平均値が−１０や−４０［μＣ／ｇ］であっても、７割以上のトナーを画像形成に寄与させ得ることがわかる。
【００９５】
ここで、実際のトナーにおいては、質の良いものでは帯電量のバラツキがせいぜい２０［μＣ／ｇ］くらいなので、本件ではトナーを有効に画像形成に寄与させて安定した画像濃度を得ることができる。よって、フルカラー画像における色調を良好に再現することが可能になる。
【００９６】
なお、第２電極（１４）に画像ＯＦＦ電圧を印加した際に、孔（２）を通過させて地汚れとしてしまったトナーについては、帯電量平均値−４０［μＣ／ｇ］のトナーを用いたときに僅かに１個出現させただけであった。
【００９７】
［シミュレーション５］
各トナーの半径平均値を２．０μｍ、２．５μｍ、３．０μｍ、３．５μｍ、４．０μｍ（粒径はそれぞれ２倍となる）にした以外は、上記シミュレーション１と同様の条件にして、５回のシミュレーションを行った。
【００９８】
図１０は、トナー最大半径やトナー最小半径と、各半径平均値との関係を示すグラフである。図示のように、半径平均値を大きくするほど、トナー最大半径とトナー最小半径との差を大きくして各シミュレーションを実施した。
【００９９】
図１１は第２電極（１４）への上記画像ＯＮ電圧の印加によって孔（２）を通過したトナーの個数と、全トナーの半径平均値との関係を示すグラフである。グラフに示すように、２．５〜３．５［μｍ］の半径平均値（粒径平均値はそれぞれ２倍で５．０〜７．０μｍとなる）のトナーを用いれば、ほぼ目標濃度のドット像を得ることができる。よって、トナー収容部（２１ａ）内に収容されるトナーが、大きなものから優先的に使用されたり、小さなものから優先的に使用されたりしてトナーの粒径平均値が変動しても、安定した濃度の画像を形成することができる。
【０１００】
なお、第２電極（１４）に画像ＯＦＦ電圧を印加した際に、孔（２）を通過させて地汚れとしてしまったトナーについては、半径平均値４．０［μｍ］のトナーを用いたときに僅かに１個出現させただけであった。
【０１０１】
［シミュレーション６］
先に示した図４において、トナー担持ローラ１とＦＰＣ３の上面との距離（以下、距離Ｌｋという）を３０μｍ、４０μｍ、５０μｍ、６０μｍ、７０μｍ、８０μｍにした以外は、上記シミュレーション１と同様の条件にして、６回のシミュレーションを行った。
【０１０２】
図１２は第２電極（１４）への上記画像ＯＮ電圧の印加によって孔（２）を通過したトナーの個数と、距離Ｌｋとの関係を示すグラフである。グラフに示すように、距離Ｌｋ＝５０±１０［μｍ］の範囲で安定した濃度のドット像が得られている。回転するトナー担持ローラ（１）の表面上のトナーと、平面状のＦＰＣ（３）との距離は、トナー担持ローラ（１）の回転角度によって異なってくる。従来の直接記録方式の画像形成装置では、孔（２）の位置によっては、この距離が異なってしまう画像濃度ムラを生ずることがあったが、本件では、距離の異なりが±１０［μｍ］の範囲内であればかかる画像濃度ムラを解消することができる。
【０１０３】
［シミュレーション７］
先に示した図４において、ＦＰＣ３の下面と中間記録ベルト２４表面との距離（以下、この距離をＬｌという）を３００μｍ、５００μｍにした以外は、上記シミュレーション１と同様の条件にして、２回のシミュレーションを行った。
【０１０４】
図１３は第２電極（１４）への上記画像ＯＮ電圧の印加によって孔（２）を通過したトナーの個数と、距離Ｌｌとの関係を示すグラフである。グラフに示すように、距離Ｌｌ＝４００±１００［μｍ］の範囲で安定した濃度のドット像が得られている。よって、対向電極（１３）の組み付け誤差や、中間記録ベルト（２４）の微妙な上下振動などによって距離Ｌｌを±１００［μｍ］の範囲で変動させても、安定した濃度の画像を形成することができる。
【０１０５】
以上のシミュレーションに鑑み、図４に示した要部構成の画像形成部部２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋを本プリンタに設け、各第２電極１４に対する個別電圧制御用に耐電圧８０［Ｖ］のＨＶＩＣを用いて、上記シミュレーション１と同様の電圧条件で実際にフルカラー画像を形成してみた。すると、地汚れが全くなく、しかも色調再現性の極めて良好なフルカラー画像を形成することができた。
【０１０６】
［比較例１］
初期状態から２０［μｓｅｃ］後に、トナー担持ローラ（１）と第１電極（４）との間における順電界の強度を弱めないで、７５［μｓｅｃ］後まで初期状態のままを維持したところ、地汚れのあるフルカラー画像が形成された。トナーが孔（２）に進入する前に過剰に加速し、上記画像ＯＦＦ電圧の印加による孔（２）内の逆電界中で停止しきれずに孔２を通過してしまったためと考えられる。
【０１０７】
［比較例２］
２回目の初期状態から２１０［μｓｅｃ］後に、孔（２）内に強い逆電界を形成しないで、上記画像ＯＦＦ電圧による弱い逆電界を形成したままの状態を維持し、２８０［μｓｅｃ］に３つ目のドット像を形成すべく、３回目の初期状態にした。すると、フルカラー画像に激しい地汚れが認められた。強い逆電界が形成されないと、孔２内に留まったトナーが十分にトナー担持ローラ（１）に戻りきれないままに次の初期状態化におかれ、第１電極（４）の近くで順電界の影響を強く受けて高速で孔（２）内に進入したためと考えられる。
【０１０８】
以上、画素像として、円状のドット像を形成するプリンタについて説明したが、楕円状や多角形状など他の形状の画素像形成する直接記録方式の画像形成装置についても本発明の適用が可能であることは言うまでもない。また、フルカラー画像を形成するプリンタについて説明したが、単色あるいは多色画像を形成する直接記録方式の画像形成装置についても本発明の適用が可能である。
【０１０９】
【発明の効果】
請求項１、２、３又は４の発明によれば、画像形成剤を予め浮遊させておくことで飛翔電圧の引き下げを図りながら、浮遊した画像形成剤が記録紙等の非画像部に対応する孔を通過してしまうことによる地汚れを抑えることができ、しかも、特開２０００−６４６０号公報の改良装置にて生ずる電極構成の複雑化や、画像形成剤による孔形成部材間の目詰まりを回避することができるという優れた効果がある。
【０１１０】
特に、請求項３又は４の発明によれば、記録部材上におけるドットなどの画素像の乱れを抑えつつ、各孔の画像形成剤による目詰まりを抑えることができるという優れた効果がある。
【０１１１】
また特に、請求項４の発明によれば、各孔のクリーニングと、孔通過済みの画像形成剤による画素像の形成とを並行して行うことで、画像形成時間の短縮化を図ることができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係るプリンタの概略構成図。
【図２】同プリンタの画像形成部の要部構成を示す断面図。
【図３】同プリンタの対向基板の一部を示す平面図。
【図４】同要部構成における各電極の寸法や各部材間の距離を示す構成図。
【図５】同プリンタのＦＰＣの一部を対向基板側から見た平面図。
【図６】（ａ）から（ｏ）までは、それぞれ本発明者の実施したシミュレーション１で観察されたトナーの飛翔状態を３０［μｓｅｃ］経過毎に示す模式図。
【図７】本発明者の実施したシミュレーション１、２及び３におけるトナーの飛翔速度と１回目の初期状態からの経過時間との関係を、トナーの帯電量別に示すグラフ。
【図８】本発明者の実施したシミュレーション４におけるトナー最大帯電量やトナー最小帯電量と、各帯電量平均値との関係を示すグラフ。
【図９】同シミュレーション４において、第２電極への画像ＯＮ電圧の印加によって孔を通過したトナーの個数と、全トナーの帯電量平均値との関係を示すグラフ。
【図１０】本発明者の実施したシミュレーション５におけるトナー最大半径やトナー最小半径と、各半径平均値との関係を示すグラフ。
【図１１】同シミュレーション５において、第２電極への画像ＯＮ電圧の印加によって孔を通過したトナーの個数と、全トナーの半径平均値との関係を示すグラフ。
【図１２】本発明者の実施したシミュレーション６において、第２電極への画像ＯＮ電圧の印加によって孔を通過したトナーの個数と、距離Ｌｋとの関係を示すグラフ。
【図１３】本発明者の実施したシミュレーション７において、第２電極への画像ＯＮ電圧の印加によって孔を通過したトナーの個数と、距離Ｌｌとの関係を示すグラフ。
【図１４】従来の直接記録方式の画像形成装置における要部構成を示す構成図。
【図１５】特開２０００−６４６０号公報の改良装置における要部構成を示す構成図。
【図１６】同改良装置内でトナーが第１孔を通過した状態を示す構成図。
【図１７】同改良装置内でトナーが振動電界形成電極対の間を往復移動する状態を示す構成図。
【図１８】同改良装置内でトナーが第２孔を通過した状態を示す構成図。
【図１９】同改良装置内でトナーが回収される状態を示す構成図。
【符号の説明】
１ トナー担持ローラ（剤担持体）
２ 孔
３ ＦＰＣ（開口形成部材）
４ 第１電極
５ 偏向電極
５ａ 左偏向電極
５ｂ 右偏向電極
６ 対向電極
７ 記録紙
１０ 対向偏向電極ユニット
１３ 対向基板
１４ 第２電極
２０ 画像形成部
２１ ケーシング
２２ トナー供給ローラ
２３ 中間記録装置
２４ 中間記録ベルト（記録部材）
２５ 駆動ローラ
２６ 従動ローラ
２７ 転写ローラ
２８ 押圧ローラ
２９ 給紙カセット
３０ レジストローラ対
３１ 定着装置
３２ ベルトクリーニング装置
３６ 搬送路
【発明の属する技術分野】
本発明は、剤担持体から飛翔させた帯電済みの画像形成剤に孔を通過させ、通過後の画像形成剤を対向電極に向けて飛翔させながら記録部材に付着させることで画像を形成する直接記録方式の画像形成方法及び画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ダイレクトトーニングあるいはトナープロジェクションと呼ばれる直接記録方式を採用した画像形成装置が知られている。この直接記録方式の画像形成装置は、静電潜像をトナー等の画像形成剤によって現像する電子写真方式のものとは異なり、静電潜像を形成することなく画像を記録部材に直接記録するものである。
【０００３】
図１４は、従来の直接記録方式の画像形成装置における要部構成を示す構成図である。図において、剤担持体としてのトナー担持ローラ１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１の図中下方には、複数の孔２を形成する孔形成部材としてのフレキシブルプリント基板（以下、ＦＰＣという）３が配設されている。ＦＰＣ３は、各孔２を囲むようにトナー担持ローラ１との対向面側に形成されたリング状の複数の飛翔電極４を備えている。
【０００４】
上記ＦＰＣ３の図中下方には、これを介してトナー担持ローラ１に対向する対向電極６と、この対向電極６上で図示しない搬送手段によって図中前後方向に搬送される記録紙７とが配設されている。なお、図においては、便宜上、孔２、飛翔電極４をそれぞれ１つずつしか示していないが、実際には、ＦＰＣ３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６００［ｄｐｉ］用のＦＰＣ３では、これらの組み合わせが４９６０個形成されている。
【０００５】
上記トナー担持ローラ１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４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１上で飛翔電極４と対向する位置にあるトナーや、これの近傍にあるトナーに所定強度の電界が作用する。この電界の作用により、トナーに加わる静電力が、トナーとトナー担持ローラ１との付着力を上回り、トナーの集合体がドット状の形状でトナー担持ローラ１から選択的に飛翔して孔２内に進入する。そして、飛翔電極４と、これよりも高い電位を帯びている上記対向電極６との間に形成される電界に引かれて飛翔を続け、孔２を通過して上記記録紙７の表面に付着する。この付着により、トナーの集合体はドット像となる。
【０００６】
各飛翔電極４に対する飛翔電圧のＯＮ／ＯＦＦについては、それぞれ専用のＨＶＩＣ（Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ 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、高価なＨＶＩＣが飛翔電極４と同じ数だけ必要になる。例えば６００［ｄｐｉ］用のＦＰＣ３を用いる場合には、高価なＨＶＩＣを４９６０個設ける必要がある。
【０００７】
一般に、ＨＶＩＣは、その耐電圧が高くなるほど高価になる。よって、直接記録方式の画像形成装置では、いかに飛翔電圧を下げるかが、装置の低コスト化を図る上での重要な要素となる。
【０００８】
しかしながら、トナーとトナー担持ローラ１とには、ファンデルワールス力や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た。図示の装置では少なくとも３００［Ｖ］（プラスあるいはマイナス極性）の飛翔電圧を印加する必要があった。
【０００９】
そこで、特開２０００−６４６０号公報において、所定の間隙を介して２枚の孔形成部材を対向配設し、剤担持体から飛翔させたトナー等の画像形成剤を１枚目の孔形成部材における全ての孔に通し、この孔と２枚目の孔形成部材の孔との間に浮遊させておくようにした画像形成装置が提案されている。この画像形成装置によれば、２枚目の孔形成部材の各孔に対する通過や非通過を制御する画像形成剤として、浮遊によって付着力に拘束されないものを用いることができるので、飛翔電圧を大幅に引き下げることができる。
【００１０】
ところが、この画像形成装置においては、１枚目の孔形成部材における複数の孔のうち、記録紙等の非画像部に対応する孔を通過したトナーについては、２枚目の孔形成部材の孔を通過させずに孔間に留めておき、後に剤担持体に引き戻す必要がある。それにもかかわらず、１枚目の孔形成部材の孔を通過したトナーが飛翔を続けてそのまま２枚の孔形成部材の孔をも通過してしまい、記録紙等の非画像部に付着していわゆる地汚れを引き起こすおそれがあった。
【００１１】
上記特開２０００−６４６０号公報では、かかる地汚れを抑えるべく、図１５に示すような改良装置（実施例８の装置）が提案されている。図において、この改良装置は、剤担持体１０１と、１枚目の孔形成部材１０２と、２枚目の孔形成部材１０３と、複数の振動電界形成電極対１０４とを備えている。
【００１２】
１枚目の孔形成部材１０２は、画像形成剤を担持する剤担持体１０１と所定の間隙を介して対向するように配設されており、複数の第１孔１０５と、これらをそれぞれ囲む複数の第１電極１０６と、これよりも図中上側で孔形成部材１０２のほぼ全域を覆う第１シールド電極１０７とを有している。
【００１３】
この孔形成部材１０２の図中上方には、所定の間隙を介して２枚目の孔形成部材１０８が対向するように配設されている。この孔形成部材１０８には、複数の第２孔１０９と、孔形成部材１０８のほぼ全域を覆う第２シールド電極１１０と、これよりも図中上側で各第２孔１０９をそれぞれ囲む複数の第２電極１１１とが形成されている。
【００１４】
図示のように、孔形成部材１０２と孔形成部材１０８とは、第１孔１０５と第２孔１０９とを同芯上に位置させるのではなく、水平方向にずらすように対向配設されている。
【００１５】
上記振動電界形成電極対１０４のそれぞれの電極は、２つの孔形成部材１０２、１０３の間で第１孔１０５と第２孔１０９とを挟むように複数配設されている。
【００１６】
上記剤担持体１０１に例えばマイナス帯電性の画像形成剤Ｔが担持されているとすると、次のようなプロセスで画像が形成される。即ち、まず、第１シールド電極１０７、第２シールド電極１１０のそれぞれが接地されるかあるいはマイナスの電圧供給を受けた状態で、全ての第１電極１０６にプラスの第１ＯＮ電圧が印加される。すると、図１６に示すように、画像形成剤であるトナーＴが剤担持体１０１から全ての第１孔に向けて飛翔してこれを通過した後、飛翔方向とは逆方向の電界の影響を受けて飛翔を停止させ、孔形成部材１０２、１０３間で浮遊する。
【００１７】
孔形成部材１０２、１０３間にトナーが浮遊すると、振動電界形成電極対１０４に交流電圧が印加される。すると、図１７に示すように、浮遊トナーが振動電界形成電極対１０４の電極間を往復移動する。このとき、第１シールド電極１０７、第２シールド電極１１０は、それぞれ０［Ｖ］あるいはトナーＴと同極性の電位を帯びているので、トナーＴが孔形成部材１０２、１０３の表面上に拘束されながら往復移動して激しく摩擦されるといった事態は起こらない。
【００１８】
このように浮遊トナーが往復移動しているときに、複数の第２電極１１１のうち、任意のものに飛翔電圧が印加されると、図１８に示すように、浮遊トナーがその第２電極１１１に囲まれる第２孔１０９を通過してドット画像を形成する。
【００１９】
第２孔１０９を通過せずに２つの孔形成部材１０２、１０３の間に残ったトナーＴは、第１電極１０６や剤担持体１０１に適切な電圧が印加されることで、図１９に示すように剤担持体１０１に向けて逆飛翔して回収される。
【００２０】
以上の構成の改良装置においては、第１孔１０５を通過したトナーＴがこの電界の影響によって十分に減速することができずに飛翔を続けても、２枚目の孔形成部材１０３にぶつかるため、第２孔１０９を通過してしまうようなことが怒らない。よって、トナーＴが図示しない記録紙等の非画像部に対応する第２孔１０９を通過することによる地汚れを回避することができる。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この改良装置においては、図示のように、飛翔電極の役割を担う第２電極１１１の他に、第１電極１０６、第１シールド電極１０７、第２シールド電極１１０、振動電界形成電極対１０４などといった電極を配設する必要があり、電極構成を複雑化させてしまう。また、２つの孔形成部材１０２、１０３間にトナーＴを堆積させて、この間を目詰まりさせてしまうおそれがある。
【００２２】
本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、トナー等の画像形成剤を予め浮遊させておくことで飛翔電圧の引き下げを図りながら、浮遊した画像形成剤が記録紙等の非画像部に対応する孔を通過してしまうことによる地汚れを抑えることができ、しかも、上述したような電極構成の複雑化や、画像形成剤による孔形成部材間の目詰まりを回避することができる直接記録方式の画像形成装置を提供することである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、剤担持体からの画像形成剤の飛翔を開始させるためには、画像形成剤に対して少なくとも剤担持体との付着力を上回る静電力を作用させる必要があるものの、一旦飛翔させてしまえば、それよりも弱い静電力で飛翔を継続させ得る点に着目した。
【００２４】
そこで、上記目的を達成するために、請求項１の発明は、帯電した画像形成剤を担持する剤担持体と、該剤担持体に対向する複数の孔が形成してある孔形成部材と、該孔形成部材を介して該剤担持体に対向する対向電極とを用い、該剤担持体から飛翔させた画像形成剤に該孔を通過させ、通過後の画像形成剤を該対向電極に向けて飛翔させて記録部材に付着させることで画像を形成する画像形成方法であって、各孔の近傍に配設される第１電極と、該第１電極よりも該対向電極側に位置して複数の孔のそれぞれに個別に対応する複数の第２電極とを用意し、画像形成剤を該対向電極側から該剤担持体側に向けて静電的に移動させる逆方向の電界を孔貫通方向における該第１電極と該第２電極との間に形成しつつ、画像形成剤を該剤担持体側から該対向電極側に向けて静電的に移動させる順方向の電界を該剤担持体と該第１電極との間に形成して、該剤担持体からの画像形成剤の飛翔を開始させる工程と、この工程によって画像形成剤の飛翔を開始させた後、飛翔した画像形成剤を該孔に進入させるのに先立って、該剤担持体と該第１電極との間における該順方向の電界の強度を弱めつつ、該第１電極と該第２電極との間における該逆方向の電界についてはそれまでと同等の強度を維持する工程と、その後、該記録部材の画像部に対応する該孔内には、該第１電極と該第２電極との間において該順方向の電界を形成し、且つ、該記録部材の非画像部に対応する該孔内には、該第１電極と該第２電極との間において該逆方向の電界を形成する工程とを実施することを特徴とするものである。
【００２５】
請求項２の発明は、帯電した画像形成剤を担持する剤担持体と、該剤担持体に対向する複数の孔が形成してある孔形成部材と、該孔形成部材を介して該剤担持体に対向する対向電極とを備え、該剤担持体から飛翔させた画像形成剤に該孔を通過させ、通過後の画像形成剤を該対向電極に向けて飛翔させて記録部材に付着させることで画像を形成する画像形成装置であって、各孔の近傍に配設される第１電極と、該第１電極よりも該対向電極側に位置して複数の孔のそれぞれに個別に対応する複数の第２電極とを備え、画像形成剤を該対向電極側から該剤担持体側に向けて静電的に移動させる逆方向の電界を孔貫通方向における該第１電極と該第２電極との間に形成しつつ、画像形成剤を該剤担持体側から該対向電極側に向けて静電的に移動させる順方向の電界を該剤担持体と該第１電極との間に形成して、該剤担持体からの画像形成剤の飛翔を開始させた後、飛翔した画像形成剤を該孔に進入させるのに先立って、該剤担持体と該第１電極との間における該順方向の電界の強度を弱めつつ、該第１電極と該第２電極との間における該逆方向の電界についてはそれまでと同等の強度を維持し、その後、該記録部材の画像部に対応する該孔内には、第１電極と該第２電極との間において該順方向の電界を形成し、且つ、該記録部材の非画像部に対応する該孔内には、該第１電極と該第２電極との間において該逆方向の電界を形成することを特徴とするものである。
【００２６】
これら画像形成方法や画像形成装置においては、剤担持体と第１電極との間に形成した順方向の電界の影響によって画像形成剤を剤担持体から飛翔させた後に、該電界の強度を弱める。このように電界の強度を弱めることで、画像形成剤を過剰に加速させることなく各孔内に進入させることができる。各孔内には、その貫通方向における第１電極から第２電極までの間に電界が形成されるが、それぞれの電界の向きはその孔が記録部材の画像部に対応しているのか、あるいは非画像部に対応しているのかによって異なってくる。具体的には、画像部に対応する孔内においては、その貫通方向における第１電極から第２電極までの間に順方向の電界が形成される。よって、画像部に対応する孔内に進入した画像形成剤は、該孔を通過して記録部材に付着する。一方、非画像部に対応する孔内においては、その貫通方向における第１電極から第２電極までの間に逆方向の電界が形成される。この孔に進入した画像形成剤は、進入に先立って過剰な加速が抑えられているため、進入前に得た慣性の力によって逆方向の電界中を通過してしまうといった事態が抑えられる。以上の構成においては、特開２０００−６４６０号公報の改良装置のように振動電界形成電極対、第１シールド電極、第２シールド電極などを設けたり、２つの開口形成部材の間に画像形成剤を通したりしなくても、画像形成剤の孔通過による地汚れを抑えることができる。よって、かかる地汚れを抑えながら、電極構成の複雑化や、画像形成剤による孔形成部材間の目詰まりを回避することができる。しかも、孔内の貫通方向における第１電極から第２電極までの間に順方向の電界を形成するのか、あるいは逆方向の電界を形成するのかについては、第２電極に飛翔電圧を供給するか否かによって選択することが可能で、この選択に先立って画像形成剤を該剤担持体から浮遊させて孔内に進入させておくことができる。従って、飛翔電圧の引き下げを図ることができる。
【００２７】
請求項３の発明は、請求項２の画像形成装置であって、上記記録部材の画像部に対応する上記孔内における上記第１電極と上記第２電極との間に順方向の電界を形成し、且つ、上記記録部材の非画像部に対応する上記構内における上記第１電極と上記第２電極との間に逆方向の電界を形成した後に、上記剤担持体と全ての上記第２電極との間に逆方向の電界を形成することを特徴とするものである。
【００２８】
この画像形成装置においては、次に説明する理由により、記録部材上におけるドットなどの画素像の乱れを抑えつつ、各孔の画像形成剤による目詰まりを抑えることができる。
即ち、一般に、直接記録方式の画像形成装置では、孔を通過した画像形成剤を搬送中（移動中）の記録部材に向けて飛翔させて付着させる。このとき、画像形成剤の先頭部分が記録部材に付着してから、末尾部分が記録部材に付着するまでには、どうしてもタイムラグが生ずる。記録部材はこのタイムラグの間にも移動しているため、タイムラグが大きくなるほど、該記録部材に対する画像形成剤の付着範囲が広まって画像像が乱れてしまうことになる。例えば、画素像としてドットが形成される場合には、タイムラグが大きくなるほど細長く広がった楕円状のドットとなってしまう。一方、画像形成剤には、孔内壁との接触によって飛翔を邪魔される部分が生じたり、該内壁に全く接触しない部分が生じたりする。このため、画像形成剤の一群はまとまった形ではなくストリーム状の形で孔を通過して、上記タイムラグを大きくし易くなる。しかし、本画像形成装置においては、孔内に進入した画像形成剤の一群が、たとえストリーム状の形で孔を通過する傾向にあっても、剤担持体と第２電極との間に逆方向の電界が形成されることで、そのストリーム状の形の後端部分だけは孔を通過しないで剤担持体に逆戻りするようになる。そして、この逆戻りにより、上記タイムラグが低減されて画素像の乱れが抑えられる。
また、記録部材の非画像部に対向する孔では、その内部における逆方向の電界の影響を受けて孔の入り口側から外に逆戻りしようとするが、この入り口側には剤担持体と第１電極との間に順方向の電界が形成されているため、両電界の間に浮遊して留まることになる。このように画像形成剤が留まっている孔内に、新たな画像形成剤が次々に進入してくると、やがて、該孔内が画像形成剤で満杯になって目詰まりしてしまうおそれがある。しかし、本画像形成装置では、剤担持体と第２電極との間に逆方向の電界が形成されることで、それまで孔内に留まっていた画像形成剤が剤担持体まで逆戻りしてクリーニングされる。そして、このクリーニングにより、各孔の画像形成剤による目詰まりが抑えられる。
【００２９】
請求項４の発明は、請求項３の画像形成装置であって、上記剤担持体と全ての上記第２電極との間に逆方向の電界を形成しているときに、これら第２電極と上記対向電極との間に順方向の電界を形成することを特徴とするものである。
【００３０】
この画像形成装置においては、各孔内の画像形成剤を剤担持体に向けて逆方向に飛翔させて各孔をクリーニングしながら、孔通過済みの画像形成剤を順方向に飛翔させて記録部材に付着させる。かかる構成では、各孔のクリーニングと、孔通過済みの画像形成剤による画素像の形成とを並行して行うことで、画像形成時間の短縮化を図ることができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した画像形成装置として、直接記録方式のプリンタ（以下、単にプリンタという）の一実施形態について説明する。
まず、本プリンタの基本的な構成について説明する。図１は本実施形態に係るプリンタの概略構成図である。図において、本プリンタは、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）のトナーを用いて画像を形成する画像形成部２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋや、中間記録装置２３、給紙カセット２９、レジストローラ対３０、定着装置３１、ベルトクリーニング装置３２などを備えている。
【００３２】
上記画像形成部２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋは、図中横並びに配設され、それぞれケーシング２１、これの底部となっているＦＰＣ３、トナー担持ローラ１、トナー供給ローラ２２、対向基板１３などを備えている。ケーシング２１の上部は画像形成剤であるトナーを収容するためのトナー収容部２１ａとなっており、収容されたトナーはトナー供給ローラ２２に担持される。そして、トナー供給ローラ２２から、これに当接しながら回転するトナー担持ローラ１に供給されてドット形成に寄与する。
【００３３】
各画像形成部２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋの上記対向基板１３は、それぞれ後述の中間記録ベルトを介して、それぞれの画像形成部のＦＰＣ３に対向するように配設されている。
【００３４】
上記中間記録装置２３は、これら画像形成部２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋの下方に配設され、無端状のポリエステル二軸延伸フイルムからなる中間記録ベルト２４、駆動ローラ２５、従動ローラ２６、転写ローラ２７、押圧ローラ２８などを備えている。中間記録ベルト２４は、駆動ローラ２５、従動ローラ２６によって張架されながら、駆動ローラの図中反時計回りの回転によって矢印方向に無端移動せしめられる。無端移動に伴って画像形成部２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋの直下を通過する際、その表面にＹトナー画像、Ｍトナー画像、Ｃトナー画像、Ｋトナー画像が順次重ね合わせて形成される。この重ね合わせにより、中間記録ベルト２４の表面にはフルカラートナー像が形成される。
【００３５】
上記転写ニップには、図示しない電源によってプラスの転写バイアスが印加される転写ローラ２７と、駆動ローラ２５との電位差によって転写電界が形成されている。上記押圧ローラ２８は、中間記録ベルト２４に接触しながら搬送される記録紙７をこのベルトに向けて押圧する。
【００３６】
上記給紙カセット２９は、所定のタイミングで給紙ローラ２９ａを回転させ、内部に収容している記録紙７を搬送路３６に向けて送り出す。送り出された記録紙７は、レジストローラ対３０のローラ間に挟まれる。
【００３７】
上記レジストローラ対３０は、ローラ間に挟み込んだ記録部材としての記録紙７を、中間記録ベルト２４上の上記フルカラートナー像に重ね合わせ得るタイミングを見計らって上記転写ニップに向けて送り出す。
【００３８】
上記転写ニップで記録紙７と重ね合わされた上記フルカラートナー像は、上記転写電界やニップ圧の作用を受けて転写紙７上に転写される。そして、上記押圧ローラ２８によって中間転写ベルト２４に向けて押圧されながら図中左方向に搬送された後、上記従動ローラ２６の直下を通過して中間記録ベルト２４から分離する。
【００３９】
上記定着装置３１は加熱ローラ３１ａ、加圧ローラ３１ｂなどを備えており、分離後の記録紙７を受け入れて両ローラ間に挟み込む。このとき、記録紙７上の上記フルカラートナー像を構成する各トナーは、加熱や加圧などの作用によって記録紙７上に定着せしめられる。この定着によってフルカラー画像が形成された記録紙７は、定着装置３１から機外へと排出される。
【００４０】
上記ベルトクリーニング装置３２は、記録紙７と分離した後の中間記録ベルト２４を受け入れるような位置に配設され、ベルト表面を押し下げながら回転するクリーニングローラ３３、ベルト押し下げ部分の両脇でベルト裏面の高さを固定する２つの高さ固定ローラ３４、３５などを備えている。図示しない電源によってプラスのクリーニングバイアスが印加されるクリーニングローラ３３と、中間記録ベルト２４との間にはクリーニング電界が形成されており、このクリーニング電界の作用によってベルト上の残留トナーが除去される。除去後の残留トナーは、クリーニングローラ３３に当接する図示しないクリーニングブレードによって掻き取られて回収される。
【００４１】
図２は、上記画像形成部２０Ｙの要部構成を示す断面図である。図において、トナー担持ローラ１との対向位置に配設されたＦＰＣ３は、孔２と、これを内包するようにＦＰＣ３の上面側に配設されたリング状の第１電極４と、これよりもＦＰＣ３の下面側で孔２を内包するリング状の第２電極１４とを備えている。
【００４２】
上記ＦＰＣ３の下方には、ドット状の左偏向電極５ａ、対向電極６、右偏向電極５ｂからなる対向偏向電極ユニット１０を備える対向基板１３が、対向電極６をＦＰＣ３の孔２に向かい合わせるように配設されている。対向基板１３には、この対向偏向電極ユニット１０の他、これを図３に示すように囲む周囲電極１１が形成されている。なお、図２においては、便宜上、孔２、第１電極４、第２電極１４、対向偏向電極ユニット１０をそれぞれ１つしか示していないが、実際には、これらは４９６０個配設されている。
【００４３】
なお、各電極の寸法や各部材間の距離は、図４に示す通りで、トナー担持ローラ１から中間記録ベルト２４までのトナーの飛翔距離は５１０［μｍ］程度となる。
【００４４】
先に示した図３において、矢印Ｗは図示しない上記中間記録ベルト（（２４）の搬送方向を示し、直線Ｌ１はこの搬送方向と直交する方向である主走査方向を示す線である。また、斜線Ｌ２は左偏向電極５ａの中心と右偏向電極５ｂの中心とを結ぶ線であり、トナーの飛翔経路の偏向方向を示している。図示のように、ドット状の対向電極６の両脇に配設される左偏向電極５ａ、右偏向電極５ｂは、主走査方向ではなくこれから角度θだけ傾くように並べられている。対向基板１３上には、かかる構成の対向偏向電極ユニット１０が上記ＦＰＣ３の孔２と同じ数だけ設けられている。
【００４５】
図５はＦＰＣ３の一部を対向基板１３側から見た平面図である。図において、矢印Ｗは、図示しない上記中間記録ベルト（２４）の搬送方向を示している。各第２電極１４は、０．１［mm］の孔２を内包し得るような外径φで構成され、Ｗ方向と直交する方向（主走査方向）における設置ピッチＰｈが、形成画像の解像度に応じて設定されている。本実施形態では、解像度６００［ｄｐｉ］の画像を形成し得るように、この設置ピッチＰｈが設定されている。
【００４６】
孔２と第２電極１４との組み合わせは、上記中間記録ベルト２４に抜けのない線画像を主走査方向（図中左右方向）に形成し得るように、Ｗ方向の約２［ｍｍ］の領域において８列（Ｃ１〜Ｃ８）形成されている。各第２電極１４には、これに飛翔電圧を導くための電気的に独立したリード１４ａが連結し、これらリード１４ａにはそれぞれ図示しないＨＶＩＣが接続されている。
【００４７】
上記第１電極４も第２電極１４とほぼ同様の構成になっているが、各第１電極４のリードはそれぞれ電気的に接続され、１つのＨＶＩＣに接続される。よって、各第１電極４に対する電圧のＯＮ／ＯＦＦは、１つのＨＩＶＣによって同時に行われる。これに対し、各第２電極１４に対する電圧のＯＮ／ＯＦＦは、それぞれ独立して行われる。
【００４８】
本実施形態のプリンタでは、次に説明するようなドットデフレクションコントロール（以下、ＤＤＣという）と呼ばれる制御を実施して、１つの孔２、第１電極４、第２電極１４、対向偏向電極ユニット１０の組み合わせによって３つのドットを形成する。即ち、先に示した図２において、まず、孔２を通過したトナーの一群を、対向電極６に向けて真っ直ぐに飛翔させるのではなく、左偏向電極５ａに向けて偏向させながら飛翔させ、左偏向電極５ａ上の中間記録ベルト２４部分に付着させて１ドット目を形成する。そして、トナー担持ローラ１から次に飛翔させたトナーの一群を、孔２通過後に対向電極６に向けて真っ直ぐに飛翔させ、対向電極６上の中間記録ベルト２４部分に付着させて２ドット目を形成する。更に、この次にトナー担持ローラ１から飛翔させたトナーの一群については、孔２通過後に右偏向電極５ｂに向けて偏向させながら飛翔させ、右偏向電極５ｂ上の中間記録ベルト２４部分に付着させて３ドット目を形成する。
【００４９】
このようにして３ドットを形成している間に、中間記録ベルト２４は図中前方向あるいは後方向に搬送されるため、左偏向電極５ａ、対向電極６、右偏向電極５ｂがそれぞれ主走査方向（図中左右方向）に一直線に並んでいると、各ドットの中間記録ベルト２４上における付着位置は図中前後方向にずれてしまう。そこで、図３に示したように、左偏向電極５ａ、右偏向電極５ｂを、主走査方向ではなくこれから角度θだけ傾くように並べている。このような並びにより、図中前方向あるいは後方向に移動している中間記録ベルト２４に対して、３ドットを主走査方向に並べて形成することができる。
【００５０】
以上のように、１つの孔２とこれに対応する第２電極１４などの組み合わせによって３ドットを形成することで、各第２電極１４への電圧のＯＮ／ＯＦＦをそれぞれ個別に制御するためのＨＶＩＣの数を１／３に減らして、装置のコストを大幅に低減することができる。
【００５１】
なお、左偏向電極５ａ、対向電極６、右偏向電極５ｂも、第２電極１４と同様にそれぞれ孔２と同じ数だけ設けることになるが、これらに対する電圧のＯＮ／ＯＦＦ用には、基本的には３つのＨＶＩＣで制御することができる。図示の装置では、左偏向電極５ａのグループ、対向電極６のグループ、右偏向電極５ｂのグループの３つで、電圧のＯＮ／ＯＦＦをそれぞれ独立制御すればよいからである。
【００５２】
また、後に詳述する第１電極４も第２電極１４と同様に孔２と同じ数だけ必要になるが、これらに対する電圧のＯＮ／ＯＦＦ制御も基本的には一律して行うことになる。
【００５３】
また、ＤＤＣを実施しない場合には、対向基板上に左偏向電極５ａ、対向電極６、右偏向電極５ｂからなる複数の対向偏向電極ユニット１０や、これらを囲む周囲電極１１を設けるのではなく、１つの大きな平面上の対向電極を設ければよい。
【００５４】
また、４つの画像形成部２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋのうち、２０Ｙの要部構成についてだけ説明したが、他の画像形成部の要部構成についてもほぼ同様の構成であるので、説明を省略する。
【００５５】
次に、本プリンタの特徴的な構成について、本発明者の行ったトナー飛翔のシミュレーションを示しながら説明する。
［シミュレーション１］
本発明者は、トナー飛翔シミュレーションシステムを用いて、図４に示した寸法条件を想定して以下に説明するような電位条件でトナー飛翔をシミュレーションした。なお、このシミュレーションシステムにおいて観察されるトナーの飛翔状態は、実際の直接記録方式の画像形成装置におけるものに酷似していることが既に実証されている。
【００５６】
図６（ａ）から（ｏ）までは、このシミュレーションで観察されたトナーの飛翔状態を３０［μｓｅｃ］経過毎に示す模式図である。これらのうち、図６（ａ）では、次に列記するような電位制御が行われた瞬間を示している（以下、この瞬間を初期状態という）。
・トナー担持ローラ１：接地
・第１電極４：＋３００［Ｖ］
・第２電極１４：接地
・対向電極６：＋６００［Ｖ］の対向電圧を印加
・左偏向電極５ａ：＋１０００［Ｖ］の非偏向用電圧
・右偏向電極５ｂ：＋６００［Ｖ］の非偏向用電圧
・周囲電極１１：＋２００［Ｖ］の周囲電圧
【００５７】
かかる電位制御では、＋３００［Ｖ］の電圧が印加された第１電極４と、接地された第２電極１４との間に３００［Ｖ］の電位差が生じ、マイナス帯電性のトナーに対して対向基板１３側からトナー担持ローラ１側に向かう静電力を付与する逆方向の電界が形成される（以下、このような逆方向の電界を逆電界という）。
【００５８】
一方、トナー担持ローラ１と第１電極４との間には、マイナス帯電性のトナーに対して、トナー担持ローラ１側から対向基板１３側に向かう静電力を付与する順方向の電界が形成される（以下、このような順方向の電界を順電界という）。但し、かかる順電界が形成されても、その強度がトナーとトナー担持ローラ１との付着力（概ね３．０ｅ−９［Ｎ］）よりも十分に大きくないと、トナーはトナー担持ローラ１から飛翔を開始しない。本発明者の実験によれば、第１電極４に＋１００［Ｖ］を印加しただけではトナー担持ローラ１からトナーを全く飛翔させることができず、＋１００［Ｖ］以上、＋３００［Ｖ］未満を印加しても、飛翔させることができないトナーが出現してしまう。そこで、本シミュレーションでは、第１電極４に＋３００［Ｖ］を印加してトナーを確実にトナー担持ローラ１から飛翔させるようにした。
【００５９】
しかし、トナーを一旦飛翔させてトナー担持ローラ１から離間させてしまえば、それまでよりも弱い強度の電界で飛翔を継続させることができる。本シミュレーションでは、第１電極４に＋３００［Ｖ］の電圧を印加してから２０［μｓｅｃ］後には、孔２との対向位置にあるトナーを全てトナー担持ローラ１から離間させ、且つ、まだ孔２に進入させない状態となる。そこで、２０［μｓｅｃ］後には、第１電極４に印加する電圧を＋３００［Ｖ］から＋１５０［Ｖ］に引き下げて、トナー担持ローラ１〜第１電極４間の電界強度を弱めた。このように電界強度を弱めることで、飛翔したトナーを過剰に加速させることなく孔２内に進入させることが可能になる。
【００６０】
第１電極４に印加する電圧の引き下げと同時に、第２電極１４には−１５０［Ｖ］を印加した。この印加により、孔２内における第１電極４と第２電極１４との間には３００［Ｖ］の電位差による逆電界が引き続き形成される。よって、トナー担持ローラ１と第１電極４との間における順電界の強度を弱めても、第１電極４と第２電極１４との間における逆電界の強度をそのまま維持することができる。
【００６１】
初期状態から３０［μｓｅｃ］後には（図６（ｂ））、飛翔トナーの一群の先頭部分が孔２の入り口に到達し、６０［μｓｅｃ］後には（図６（ｃ））、孔２との対向位置にあったトナーの殆どが孔２内に進入する。このとき、孔２内には逆電界が形成されている一方で、トナー担持ローラ１と第１電極４との間には順方向の電界が形成されているので、進入したトナーは基本的には第１電極４のあたりで浮遊するようになる。ところが、孔２内に進入するトナーは、進入前の飛翔速度が速すぎると、逆電界中で停止しきれずに孔２を通過してしまう。この孔２が中間記録ベルト２４の非画像部に対応するものであると、地汚れを生ずることになる。
【００６２】
しかしながら、本シミュレーションでは、トナーを孔２内に進入させるのに先立ち、トナー担持ローラ１と第１電極４との間に形成される順電界の強度を弱めて、トナーの過剰な加速を弱めている。このため、トナーは孔２内に形成された逆電界中で十分に減速している（図６（ｃ）から（ｄ）を参照：先頭のトナーの位置が殆ど変わっていないのがわかる）。
【００６３】
このように減速したトナーは、図６（ｃ）に示すように第１電極４の付近で浮遊し、トナー担持ローラ１等との付着力に何ら拘束されない状態になっている。よって、仮に孔２内で停止したとしても、トナー担持ローラ１に付着していたときよりは遙かに弱い強度の順電界で飛翔を再開することができるはずである。
【００６４】
そこで、本シミュレーション１では、１つ目のドットを形成すべく、初期状態から７５［μｓｅｃ］後において（図６（ｃ）と（ｄ）との間）、第１電極４に印加する電圧を＋１５０［Ｖ］から−１５０［Ｖ］に引き下げた。また、同時に、第２電極１４に印加する電圧を−１５０［Ｖ］から−１００［Ｖ］に上げた。すると、第１電極４と第２電極１４との間には、４０［Ｖ］という小さな電位差によって強度の比較的弱い順電界を形成することになる。
【００６５】
このような低強度の順電界でも、図６（ｅ）に示すように、それまで第１電極４の付近に浮遊させていたトナーを、孔２の出口側に向かって加速させ得ることがわかる（図６（ｅ））。そして、初期状態から１５０［μｓｅｃ］後には（図６（ｆ））、トナーの一群の先頭部分に孔２を通過させ、２１０［μｓｅｃ］後には（図６（ｈ））、１ドットを形成するのに十分な量のトナーを通過させる。
【００６６】
これ以上の量のトナーを通過させると、トナーの一群の先頭部分を中間記録ベルト２４に付着させてから、末尾部分を付着させるまでのタイムラグを大きくし過ぎて、移動中の中間記録ベルト２４上におけるドット像を細長い楕円形にして乱してしまう。
【００６７】
そこで、初期状態から２１０［μｓｅｃ］後において、第１電極４に印加する電圧を−１５０［Ｖ］から−３００［Ｖ］に引き下げると同時に、第２電極１４に印加する電圧を−１１０［Ｖ］から−６００［Ｖ］とそれ以上に引き下げた。
すると、第２電極１４から第１電極４を経由してトナー担持ローラ１に至る区間に、強い逆電界を形成することになる。この逆電界の影響により、孔２内に残留させたトナーを全てトナー担持ローラ１に向けて逆飛翔させて、孔２内をクリーニングすることができた（図６（ｈ）から（ｊ））。
【００６８】
一方、このような逆方向の電界を形成しても、孔２よりも対向基板１３側では、−６００［Ｖ］の電圧が印加される第２電極１４と、プラスの電位を帯びる対向基板１３との間に順電界を形成しているため、孔２を通過させた後のトナーについては、対向基板１３に向けての飛翔を継続させる。よって、クリーニングとドット形成のためのトナー飛翔とを並行して実施することができる。
【００６９】
対向基板１３上では、全ての電極にプラスの電圧を印加しているが、なかでも、左偏向電極５ａに印加する電圧の値を最も高くしている（＋１０００Ｖ）。このため、孔２を通過したトナーは、対向電極６に向けて真っ直ぐに飛翔しないで、図中左方向に経路を偏向させながら飛翔して、左偏向電極５ａの真上に位置する中間記録ベルト２４部分に付着する。これにより、１つ目のドット像が中間記録ベルト２４上に形成される。
【００７０】
次に、初期状態から２８０［μｓｅｃ］後には（図６（ｊ）と図６（ｋ）との間）、２つ目のドット像を形成すべく、各電極の電位状態を再び初期状態に戻した（以下、２８０μｓｅｃ後を２回目の初期状態という）。但し、２つ目のドット像形成時には、トナーの飛翔経路を偏向させないので、対向電極６に＋１０００［Ｖ］を印加するとともに、左偏向電極５ａ、右偏向電極５ｂには＋６００［Ｖ］を印加した。また、２つ目のドット像形成時には、図示の孔２が中間記録ベルト２４の非画像部に対応するものとする（図示の部分にはドット像を形成させない）。
【００７１】
２回目の初期状態（２８０μｓｅｃ）から２０［μｓｅｃ］後（図６（ｋ））には、１回目と同様に飛翔トナーの過剰な加速を抑えながら孔２内における逆方向の電界の強度をそのまま維持すべく、第１電極４への電圧を＋１５０［Ｖ］に引き下げると同時に第２電極１４に−１５０［Ｖ］を印加した。
【００７２】
この印加から４０［μｓｅｃ］後、即ち、１回目の初期状態から３３０［μｓｅｃ］後（図６（ｌ））には、１回目と同様にトナー担持ローラ１から飛翔させたトナーの一群の殆どを孔２内に進入させる。このように新たなトナーの一群の飛翔を開始させて孔２内に進入させている間にも、先に孔２を通過させた１回目のトナーの一群については、第２電極１４と対向基板１３との間の順電界によって飛翔を継続させる（図６（ｋ）〜（ｍ））。よって、１つ目のドット像を形成しながら、２つ目のドット像の形成を開始することができる。
【００７３】
上述のように、図示の孔２は２回目のドット像形成時には非画像部に対応するので、トナーをそのまま孔２内に留めておく必要がある。このため、第１電極４と第２電極１４との間には逆電界を形成する必要があるが、形成用に第２電極１４に印加する電圧については、通過させない場合の値（−１１０Ｖ）に極力近づけることが望ましい。近づけることで、第２電極１４への電圧を制御するＨＶＩＣとして、より低い耐電圧のものを使用することができるからである。
【００７４】
さて、孔２内に進入するトナーは、進入に先立って過剰な加速が抑えられているため、図６（ｃ）や図６（ｄ）で示したように、第１電極４と第２電極１４との３００［Ｖ］の電位差によって形成される逆方向の電界によって十分に孔２内で減速する。このように十分に減速すれば、逆電界の強度がより弱くなっても、孔２内で停止することができるはずである。
【００７５】
そこで、２回目の初期状態から７５［μｓｅｃ］後（一回目の初期状態から３５５μｓｅｃ後）には、第１電極４に印加する電圧を−１５０［Ｖ］に引き下げると同時に、第２電極１４に印加する電圧を−１９０［Ｖ］にして、両電極間に４０［Ｖ］の電位差による低強度の逆電界を形成した（以下、この−１９０Ｖの電圧を画像ＯＦＦ電圧という）。トナー担持ローラ１については接地したままであるので、第２電極１４からトナー担持ローラ１に向けて逆電界を形成することになる。図６（ｍ）〜図６（ｏ）に示すように、逆電界の強度を弱めても、トナーを通過させることなくトナー担持ローラ１に向けて逆飛翔させて回収していることがわかる。
【００７６】
以上のシミュレーションにおいては、図６（ｄ）と図６（ｍ）との比較からわかるように、トナーに孔２を通過させるか、あるいは通過させないかを制御するための画像ＯＮ電圧（−１００Ｖ）と画像ＯＦＦ電圧（−１９０Ｖ）との電位差を僅か８０［Ｖ］にとどめている。トナーの通過／通過阻止を制御するときに、全ての第２電極１４に共通して−１００［Ｖ］を印加し、通過を阻止したい孔２に対応する第２電極１４にだけ−８０［Ｖ］を上乗せして印加するようにすれば、個別電圧制御用のＨＶＩＣとして、８０［Ｖ］の耐電圧のものを用いることができる。よって、本シミュレーションでは、−８０［Ｖ］が従来の飛翔電圧に相当しており、図１４に示した従来装置と比較すると、ＨＶＩＣの耐電圧を３００［Ｖ］から８０［Ｖ］に下げて低コスト化を図ることができる。しかも、特開２０００−６４６０号公報の改良装置のように、振動電界形成電極対やシールド電極などを配設して電極構成の複雑にすることがなく、且つ、孔形成部材間にトナーを目詰まりさせることもない。
【００７７】
ところで、実機においては、個々のトナーの粒径や帯電量（Ｑ／Ｍ）にバラツキが生ずる。トナーの粒径や帯電量が異なれば、当然ながらその飛翔状態も異なってくる。そこで、本シミュレーション１では、実機に近い状態で、個々のトナーの粒径や帯電量にバラツキを生じさせている。
【００７８】
図７はトナーの飛翔速度と１回目の初期状態からの経過時間との関係を、トナーの帯電量別に示すグラフである。図中×印で座標をプロットしたグラフは、本シミュレーション１で中間記録ベルト（２４）に最初に付着した先頭トナーにおける上記関係を示している。また、△印で座標をプロットしたグラフは、本シミュレーション１で中間記録ベルト（２４）に最後に付着した末尾トナーにおける上記関係を示している。なお、飛翔速度については、順方向の速度を＋で、逆方向の速度を−でそれぞれ示している。
【００７９】
上記先頭トナーは、その帯電量が−２２．５［μＣ／ｇ］で、その粒径（ｒ×２）が７．８８［μｍ］であった。また、上記末尾トナーは、その帯電量が−１５．０［μＣ／ｇ］で、その粒径（ｒ×２）が７．１０［μｍ］であった。両トナーともに、１回目の初期状態においてトナー担持ローラ（１）と第１電極（４）との間に形成される強い順電界の影響を受けて一気に加速して＋１［ｍ／ｓｅｃ］程度の速度となる。そして、初期状態から２０［μｓｅｃ］後に、順電界の強度が半減すると加速度を急激に小さくするものの、少しずつ加速して孔（２）内に進入する。進入後は、第１電極（４）と第２電極（１４）との間に形成された強い逆電界の影響を受けて急激に減速していき、上記画像ＯＮ電圧又は画像ＯＦＦ電圧が印加される７５［μｓｅｃ］後には弱い逆電界でも十分に孔内で停止しきれる＋１［ｍ／ｓｅｃ］以下の速度になる。
【００８０】
但し、１回目には７５［μｓｅｃ］後に画像ＯＮ電圧が印加されて孔（２）内に弱い順電界が形成されるので、それから再び順方向に加速し始める。そして、両トナーのうち、先頭トナーは１５０［μｓｅｃ］後に孔（２）を通過してから、２８０［μｓｅｃ］後に中間記録ベルト（２４）に到達して３回程度バウンドしてからその表面に付着する。一方、末尾トナーは孔（２）内で少しずつ速度を上げていき、クリーニングが施される２１０［μｓｅｃ］後にかろうじて孔（２）を通過した後、その後は一気に加速して４００［μｓｅｃ］後に中間記録ベルト（２４）に到達する。そして、１回バウンドしてからその表面に付着する。
【００８１】
よって、帯電量が−１５．０〜−２２．５［μＣ／ｇ］の範囲でばらつき、且つ、粒径が７．１０〜７．８８［μｍ］の範囲でばらついているトナーを用いても、各孔（２）毎にトナーの通過と非通過とを完全に制御することができる。
【００８２】
［シミュレーション２］
全てのトナーについて、その帯電量を−４２．５［μＣ／ｇ］までマイナス側に高くし、且つその粒径を５．１５［μｍ］まで小さくした以外は、上記シミュレーション１と同様の条件にして本シミュレーション２を実施した。
【００８３】
先に示した図７において、＊印で座標をプロットしたグラフは、本シミュレーション２におけるトナーの飛翔速度と経過時間との関係を示している。本シミュレーション２におけるトナーは、上述のように、帯電量が−４２．５［μＣ／ｇ］と非常に高いにもかかわらず、粒径が５．１５［μｍ］と非常に小さい。このため、グラフに示すように、初期状態で非常に急激に加速し、２０［μｓｅｃ］後に順電界の強度が弱められる前に孔内に進入する。このときの速度は＋３［ｍ／ｓｅｃ］と非常に速いため、慣性の力によって孔（２）内の逆電界中を通過してしまうおそれがある。
【００８４】
ところが、帯電量が高いということは、それだけ逆電界による静電力も強く作用するため、孔（２）内で急激に減速する。そして、６０［μｓｅｃ］後に孔（２）内で停止した後、今度は孔（２）内を逆飛翔し始める。
【００８５】
初期状態から７５［μｓｅｃ］後には孔（２）内の電界が逆電界から低強度の順電界に切り替わるが、ちょっと減速するだけで孔（２）の入り口から出てしまう。このとき、トナー担持ローラ（１）と第１電極（４）との間には逆電界が形成されているため、孔（２）の入り口から出ることができたのである。そして、この逆電界の影響によって逆飛翔を続け、１４５［μｓｅｃ］後にトナー担持ローラ（１）に逆戻りする。
【００８６】
よって、帯電量(Q/m)が高すぎ且つ粒径の比較的小さいトナーは、ドット像の形成に寄与することなく、トナー担持ローラ（１）に回収される。従来の直接記録方式の画像形成装置では、かかるトナーが他のトナーよりも中間記録ベルト等に速く到達して地汚れ原因となっていたが、本件ではかかる地汚れも抑えられるわけである。
【００８７】
［シミュレーション３］
全てのトナーについて、その帯電量を−６．７［μＣ／ｇ］まで低くし、且つその粒径を７．２４［μｍ］にした以外は、上記シミュレーション１と同様の条件にして本シミュレーション３を実施した。
【００８８】
先に示した図７において、○印で座標をプロットしたグラフは、本シミュレーション３におけるトナーの飛翔速度と経過時間との関係を示している。グラフに示すように、トナーは初期状態であまり加速せず、順電界の強度が弱められると更に加速度が小さくなるため、上記画像ＯＮ電圧や画像ＯＦＦ電圧が印加される７５［μｓｅｃ］後でもまだ孔内に進入することができない。画像ＯＮ電圧や画像ＯＦＦ電圧が印加されるときには、第１電極（４）に−１５０［Ｖ］が印加されてトナー担持ローラ（１）と第１電極（４）との間に逆電界が形成される。このため、孔（２）に進入することができなかったトナーは、１２０［μｓｅｃ］後に停止した後、逆飛翔を開始して２２０［μｓｅｃ］後にトナー担持ローラ（１）に逆戻りする。
【００８９】
よって、帯電量(Q/m)が低すぎるトナーは、ドット像の形成に寄与することなく、トナー担持ローラ（１）に回収される。従来の直接記録方式の画像形成装置では、かかるトナーが他のトナーよりもかなり遅れて中間記録ベルト等に到達して地汚れ原因となっていたが、本件ではかかる地汚れも抑えられるわけである。
【００９０】
シミュレーション２及び３の結果より、本件では帯電量が高すぎるトナーや、低すぎるトナーを画像形成に寄与させることなくトナー担持ローラ１に回収することができる。従って、本件では、孔２を通過させるべきでないトナーを通過させることによる地汚れだけではなく、トナーを通過させてよいものの、他のトナーよりも中間記録ベルト等にかなり速く到達させたり、かなり遅れて到達させたりすることによる地汚れをも抑えることができる。
【００９１】
［シミュレーション４］
各トナーの帯電量をそれぞれ微妙に異ならせ、全トナーの帯電量平均値を−５、−１０、−１５、−２０、−２５、−３０、−３５、−４０［μＣ／ｇ］にした以外は、上記シミュレーション１と同様の条件にして、８回のシミュレーションを行った。
【００９２】
図８は、トナー最大帯電量やトナー最小帯電量と、各帯電量平均値との関係を示すグラフである。図示のように、帯電量平均値を大きくするほど、トナー最大帯電量とトナー最小帯電量との差を大きくして各シミュレーションを実施した。
【００９３】
図９は第２電極（１４）への上記画像ＯＮ電圧の印加によって孔（２）を通過したトナーの個数と、全トナーの帯電量平均値との関係を示すグラフである。なお、各シミュレーションでは、８±１個の通過トナーが得られたときに目標のドット濃度が得られる。
【００９４】
図９に示すように、全トナーの帯電量平均値が−１０から−３０［μＣ／ｇ］までの範囲内にあるときに、目標のドット濃度が得られている。このことにより、帯電量が−１０弱〜−３０強［μＣ／ｇ］のトナーであれば、画像形成に寄与させ得ることがわかる。先に示した図８を見ると、帯電量平均値が−１５〜−２５［μＣ／ｇ］である場合には殆ど全てのトナーを画像形成に寄与させることになる。また、帯電量平均値が−１０や−４０［μＣ／ｇ］であっても、７割以上のトナーを画像形成に寄与させ得ることがわかる。
【００９５】
ここで、実際のトナーにおいては、質の良いものでは帯電量のバラツキがせいぜい２０［μＣ／ｇ］くらいなので、本件ではトナーを有効に画像形成に寄与させて安定した画像濃度を得ることができる。よって、フルカラー画像における色調を良好に再現することが可能になる。
【００９６】
なお、第２電極（１４）に画像ＯＦＦ電圧を印加した際に、孔（２）を通過させて地汚れとしてしまったトナーについては、帯電量平均値−４０［μＣ／ｇ］のトナーを用いたときに僅かに１個出現させただけであった。
【００９７】
［シミュレーション５］
各トナーの半径平均値を２．０μｍ、２．５μｍ、３．０μｍ、３．５μｍ、４．０μｍ（粒径はそれぞれ２倍となる）にした以外は、上記シミュレーション１と同様の条件にして、５回のシミュレーションを行った。
【００９８】
図１０は、トナー最大半径やトナー最小半径と、各半径平均値との関係を示すグラフである。図示のように、半径平均値を大きくするほど、トナー最大半径とトナー最小半径との差を大きくして各シミュレーションを実施した。
【００９９】
図１１は第２電極（１４）への上記画像ＯＮ電圧の印加によって孔（２）を通過したトナーの個数と、全トナーの半径平均値との関係を示すグラフである。グラフに示すように、２．５〜３．５［μｍ］の半径平均値（粒径平均値はそれぞれ２倍で５．０〜７．０μｍとなる）のトナーを用いれば、ほぼ目標濃度のドット像を得ることができる。よって、トナー収容部（２１ａ）内に収容されるトナーが、大きなものから優先的に使用されたり、小さなものから優先的に使用されたりしてトナーの粒径平均値が変動しても、安定した濃度の画像を形成することができる。
【０１００】
なお、第２電極（１４）に画像ＯＦＦ電圧を印加した際に、孔（２）を通過させて地汚れとしてしまったトナーについては、半径平均値４．０［μｍ］のトナーを用いたときに僅かに１個出現させただけであった。
【０１０１】
［シミュレーション６］
先に示した図４において、トナー担持ローラ１とＦＰＣ３の上面との距離（以下、距離Ｌｋという）を３０μｍ、４０μｍ、５０μｍ、６０μｍ、７０μｍ、８０μｍにした以外は、上記シミュレーション１と同様の条件にして、６回のシミュレーションを行った。
【０１０２】
図１２は第２電極（１４）への上記画像ＯＮ電圧の印加によって孔（２）を通過したトナーの個数と、距離Ｌｋとの関係を示すグラフである。グラフに示すように、距離Ｌｋ＝５０±１０［μｍ］の範囲で安定した濃度のドット像が得られている。回転するトナー担持ローラ（１）の表面上のトナーと、平面状のＦＰＣ（３）との距離は、トナー担持ローラ（１）の回転角度によって異なってくる。従来の直接記録方式の画像形成装置では、孔（２）の位置によっては、この距離が異なってしまう画像濃度ムラを生ずることがあったが、本件では、距離の異なりが±１０［μｍ］の範囲内であればかかる画像濃度ムラを解消することができる。
【０１０３】
［シミュレーション７］
先に示した図４において、ＦＰＣ３の下面と中間記録ベルト２４表面との距離（以下、この距離をＬｌという）を３００μｍ、５００μｍにした以外は、上記シミュレーション１と同様の条件にして、２回のシミュレーションを行った。
【０１０４】
図１３は第２電極（１４）への上記画像ＯＮ電圧の印加によって孔（２）を通過したトナーの個数と、距離Ｌｌとの関係を示すグラフである。グラフに示すように、距離Ｌｌ＝４００±１００［μｍ］の範囲で安定した濃度のドット像が得られている。よって、対向電極（１３）の組み付け誤差や、中間記録ベルト（２４）の微妙な上下振動などによって距離Ｌｌを±１００［μｍ］の範囲で変動させても、安定した濃度の画像を形成することができる。
【０１０５】
以上のシミュレーションに鑑み、図４に示した要部構成の画像形成部部２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋを本プリンタに設け、各第２電極１４に対する個別電圧制御用に耐電圧８０［Ｖ］のＨＶＩＣを用いて、上記シミュレーション１と同様の電圧条件で実際にフルカラー画像を形成してみた。すると、地汚れが全くなく、しかも色調再現性の極めて良好なフルカラー画像を形成することができた。
【０１０６】
［比較例１］
初期状態から２０［μｓｅｃ］後に、トナー担持ローラ（１）と第１電極（４）との間における順電界の強度を弱めないで、７５［μｓｅｃ］後まで初期状態のままを維持したところ、地汚れのあるフルカラー画像が形成された。トナーが孔（２）に進入する前に過剰に加速し、上記画像ＯＦＦ電圧の印加による孔（２）内の逆電界中で停止しきれずに孔２を通過してしまったためと考えられる。
【０１０７】
［比較例２］
２回目の初期状態から２１０［μｓｅｃ］後に、孔（２）内に強い逆電界を形成しないで、上記画像ＯＦＦ電圧による弱い逆電界を形成したままの状態を維持し、２８０［μｓｅｃ］に３つ目のドット像を形成すべく、３回目の初期状態にした。すると、フルカラー画像に激しい地汚れが認められた。強い逆電界が形成されないと、孔２内に留まったトナーが十分にトナー担持ローラ（１）に戻りきれないままに次の初期状態化におかれ、第１電極（４）の近くで順電界の影響を強く受けて高速で孔（２）内に進入したためと考えられる。
【０１０８】
以上、画素像として、円状のドット像を形成するプリンタについて説明したが、楕円状や多角形状など他の形状の画素像形成する直接記録方式の画像形成装置についても本発明の適用が可能であることは言うまでもない。また、フルカラー画像を形成するプリンタについて説明したが、単色あるいは多色画像を形成する直接記録方式の画像形成装置についても本発明の適用が可能である。
【０１０９】
【発明の効果】
請求項１、２、３又は４の発明によれば、画像形成剤を予め浮遊させておくことで飛翔電圧の引き下げを図りながら、浮遊した画像形成剤が記録紙等の非画像部に対応する孔を通過してしまうことによる地汚れを抑えることができ、しかも、特開２０００−６４６０号公報の改良装置にて生ずる電極構成の複雑化や、画像形成剤による孔形成部材間の目詰まりを回避することができるという優れた効果がある。
【０１１０】
特に、請求項３又は４の発明によれば、記録部材上におけるドットなどの画素像の乱れを抑えつつ、各孔の画像形成剤による目詰まりを抑えることができるという優れた効果がある。
【０１１１】
また特に、請求項４の発明によれば、各孔のクリーニングと、孔通過済みの画像形成剤による画素像の形成とを並行して行うことで、画像形成時間の短縮化を図ることができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係るプリンタの概略構成図。
【図２】同プリンタの画像形成部の要部構成を示す断面図。
【図３】同プリンタの対向基板の一部を示す平面図。
【図４】同要部構成における各電極の寸法や各部材間の距離を示す構成図。
【図５】同プリンタのＦＰＣの一部を対向基板側から見た平面図。
【図６】（ａ）から（ｏ）までは、それぞれ本発明者の実施したシミュレーション１で観察されたトナーの飛翔状態を３０［μｓｅｃ］経過毎に示す模式図。
【図７】本発明者の実施したシミュレーション１、２及び３におけるトナーの飛翔速度と１回目の初期状態からの経過時間との関係を、トナーの帯電量別に示すグラフ。
【図８】本発明者の実施したシミュレーション４におけるトナー最大帯電量やトナー最小帯電量と、各帯電量平均値との関係を示すグラフ。
【図９】同シミュレーション４において、第２電極への画像ＯＮ電圧の印加によって孔を通過したトナーの個数と、全トナーの帯電量平均値との関係を示すグラフ。
【図１０】本発明者の実施したシミュレーション５におけるトナー最大半径やトナー最小半径と、各半径平均値との関係を示すグラフ。
【図１１】同シミュレーション５において、第２電極への画像ＯＮ電圧の印加によって孔を通過したトナーの個数と、全トナーの半径平均値との関係を示すグラフ。
【図１２】本発明者の実施したシミュレーション６において、第２電極への画像ＯＮ電圧の印加によって孔を通過したトナーの個数と、距離Ｌｋとの関係を示すグラフ。
【図１３】本発明者の実施したシミュレーション７において、第２電極への画像ＯＮ電圧の印加によって孔を通過したトナーの個数と、距離Ｌｌとの関係を示すグラフ。
【図１４】従来の直接記録方式の画像形成装置における要部構成を示す構成図。
【図１５】特開２０００−６４６０号公報の改良装置における要部構成を示す構成図。
【図１６】同改良装置内でトナーが第１孔を通過した状態を示す構成図。
【図１７】同改良装置内でトナーが振動電界形成電極対の間を往復移動する状態を示す構成図。
【図１８】同改良装置内でトナーが第２孔を通過した状態を示す構成図。
【図１９】同改良装置内でトナーが回収される状態を示す構成図。
【符号の説明】
１ トナー担持ローラ（剤担持体）
２ 孔
３ ＦＰＣ（開口形成部材）
４ 第１電極
５ 偏向電極
５ａ 左偏向電極
５ｂ 右偏向電極
６ 対向電極
７ 記録紙
１０ 対向偏向電極ユニット
１３ 対向基板
１４ 第２電極
２０ 画像形成部
２１ ケーシング
２２ トナー供給ローラ
２３ 中間記録装置
２４ 中間記録ベルト（記録部材）
２５ 駆動ローラ
２６ 従動ローラ
２７ 転写ローラ
２８ 押圧ローラ
２９ 給紙カセット
３０ レジストローラ対
３１ 定着装置
３２ ベルトクリーニング装置
３６ 搬送路
Claims (4)
- 帯電した画像形成剤を担持する剤担持体と、該剤担持体に対向する複数の孔が形成してある孔形成部材と、該孔形成部材を介して該剤担持体に対向する対向電極とを用い、該剤担持体から飛翔させた画像形成剤に該孔を通過させ、通過後の画像形成剤を該対向電極に向けて飛翔させて記録部材に付着させることで画像を形成する画像形成方法であって、
各孔の近傍に配設される第１電極と、該第１電極よりも該対向電極側に位置して複数の孔のそれぞれに個別に対応する複数の第２電極とを用意し、
画像形成剤を該対向電極側から該剤担持体側に向けて静電的に移動させる逆方向の電界を孔貫通方向における該第１電極と該第２電極との間に形成しつつ、画像形成剤を該剤担持体側から該対向電極側に向けて静電的に移動させる順方向の電界を該剤担持体と該第１電極との間に形成して、該剤担持体からの画像形成剤の飛翔を開始させる工程と、この工程によって画像形成剤の飛翔を開始させた後、飛翔した画像形成剤を該孔に進入させるのに先立って、該剤担持体と該第１電極との間における該順方向の電界の強度を弱めつつ、該第１電極と該第２電極との間における該逆方向の電界についてはそれまでと同等の強度を維持する工程と、
その後、該記録部材の画像部に対応する該孔内には、該第１電極と該第２電極との間において該順方向の電界を形成し、且つ、該記録部材の非画像部に対応する該孔内には、該第１電極と該第２電極との間において該逆方向の電界を形成する工程とを実施することを特徴とする画像形成方法。 - 帯電した画像形成剤を担持する剤担持体と、該剤担持体に対向する複数の孔が形成してある孔形成部材と、該孔形成部材を介して該剤担持体に対向する対向電極とを備え、該剤担持体から飛翔させた画像形成剤に該孔を通過させ、通過後の画像形成剤を該対向電極に向けて飛翔させて記録部材に付着させることで画像を形成する画像形成装置であって、
各孔の近傍に配設される第１電極と、該第１電極よりも該対向電極側に位置して複数の孔のそれぞれに個別に対応する複数の第２電極とを備え、
画像形成剤を該対向電極側から該剤担持体側に向けて静電的に移動させる逆方向の電界を孔貫通方向における該第１電極と該第２電極との間に形成しつつ、画像形成剤を該剤担持体側から該対向電極側に向けて静電的に移動させる順方向の電界を該剤担持体と該第１電極との間に形成して、該剤担持体からの画像形成剤の飛翔を開始させた後、飛翔した画像形成剤を該孔に進入させるのに先立って、該剤担持体と該第１電極との間における該順方向の電界の強度を弱めつつ、該第１電極と該第２電極との間における該逆方向の電界についてはそれまでと同等の強度を維持し、その後、該記録部材の画像部に対応する該孔内には、第１電極と該第２電極との間において該順方向の電界を形成し、且つ、該記録部材の非画像部に対応する該孔内には、該第１電極と該第２電極との間において該逆方向の電界を形成することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項２の画像形成装置であって、
上記記録部材の画像部に対応する上記孔内における上記第１電極と上記第２電極との間に順方向の電界を形成し、且つ、上記記録部材の非画像部に対応する上記構内における上記第１電極と上記第２電極との間に逆方向の電界を形成した後に、上記剤担持体と全ての上記第２電極との間に逆方向の電界を形成することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項３の画像形成装置であって、
上記剤担持体と全ての上記第２電極との間に逆方向の電界を形成しているときに、これら第２電極と上記対向電極との間に順方向の電界を形成することを特徴とする画像形成装置。
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