画像形成装置
【課題】熱定着方式の画像形成装置に比べてエネルギーの消費が少なくなるとともに、圧力定着以外の処理でトナーが圧力を受けることによるトナーの固着や固化を抑制することができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】圧力相転移樹脂を含むトナーＴを担持するトナー担持体１と、トナー担持体１から飛翔したトナーＴが通過するトナー通過孔４１とトナー通過孔４１におけるトナーＴの通過を制御する制御電圧Ｖｃが印加される制御電極４２とを有するトナー制御手段４と、トナー制御手段４の制御電極４２に制御電圧Ｖｃを印加する駆動回路７などの電圧印加手段とを備える。トナー制御手段４のトナー通加孔４１を通過したトナーＴを、記録媒体に直接又は中間転写体１０３を介して付着させることにより、記録媒体上にトナー画像を形成する。記録媒体上のトナー画像は圧力定着ユニット１６０により定着させる。
【解決手段】圧力相転移樹脂を含むトナーＴを担持するトナー担持体１と、トナー担持体１から飛翔したトナーＴが通過するトナー通過孔４１とトナー通過孔４１におけるトナーＴの通過を制御する制御電圧Ｖｃが印加される制御電極４２とを有するトナー制御手段４と、トナー制御手段４の制御電極４２に制御電圧Ｖｃを印加する駆動回路７などの電圧印加手段とを備える。トナー制御手段４のトナー通加孔４１を通過したトナーＴを、記録媒体に直接又は中間転写体１０３を介して付着させることにより、記録媒体上にトナー画像を形成する。記録媒体上のトナー画像は圧力定着ユニット１６０により定着させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ、ＦＡＸ等の画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の画像形成装置においてトナー画像を紙等の記録媒体に定着させる定着方式としては熱定着方式が広く用いられているが、画像形成装置の消費電力の半分以上が熱定着方式の加熱に費やされているため、昨今の環境問題の観点から加熱温度を下げるか全く加熱させないで定着させる非加熱定着方式が種々提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、トナーに含まれる樹脂の少なくとも一部を溶解又は膨潤させる成分を含む粒子が非水系分散媒に分散されている非水系の定着液を、記録媒体上の撥水性処理されたトナーに付与する定着方法が提案されている。また、特許文献２には、トナーを溶解または膨潤可能で、水に不溶または難溶である有機化合物が水に分散混合された水中油滴型の定着液を、未定着のトナーが所定位置に配設された紙などの被定着物の表面から噴霧または滴下することにより、トナーを溶解または膨潤させた後、被定着物を乾燥させる湿式定着方法が提案されている。しかしながら、これらの方法では定着液を塗布あるいは噴霧する際や、塗布後の液体の表面張力の影響により未定着トナーが移動してしまい画像が大幅に乱れてしまう不具合やさらに水分除去が必要となり実用的ではないと考えられる。
【０００４】
また、特許文献３には、トナーの樹脂を溶解または膨潤させる軟化剤を含有した泡状定着液を調合し、泡状定着液を均一塗布することにより、トナー画像を乱すことなく非加熱定着させる定着方法が提案されている。しかしながら、この定着方法では、泡状定着液のトナーへの浸透に時間がかかるため、実用レベルには至っていないのが現状である。
【０００５】
一方、以下に示すように、エンジニアリングプラスチックやバイオプラスチック分野では、樹脂のミクロ相分離構造由来の特性を利用した低温での圧力成形用樹脂の研究がなされており、当該樹脂を電子写真方式の画像形成装置に応用する試みが行われている。
【０００６】
性質の異なる二種以上の高分子が共有結合でつながって構成されているブロック共重合体からなる樹脂は、互いに性質の異なる複数の高分子鎖が独立して凝集し、ミクロ相分離構造を形成する。このブロック共重合体からなる樹脂の構造は、各高分子鎖の組成に比例し、海島構造、シリンダー構造、ラメラ構造へと変化することは既に広く知られていたが、非特許文献１に記載されている小核中性子散乱によるブロック共重合体の構造研究において、当該樹脂に圧力刺激を加えると流動性が発生するという現象が近年新たに発見された。その後、非特許文献２に記載されているように、上記ブロック共重合体からなる樹脂のほか、ナノサイズのコアシェル樹脂粒子においても、同様の圧力刺激に対する樹脂の流動性発現が確認されている。さらに、非特許文献２では、この現象の解釈としてフローリー・ハギンズ理論を見直し、最終的に樹脂を構成する高分子成分の質量密度、溶解度パラメーター、膨張係数から、圧力刺激にて当該樹脂を構成する高分子が秩序状態（Ordered State：固体）から無秩序状態（Disordered State：相溶）に変化することにより当該樹脂に流動性が発現することを理論および実験の両側面から証明し、また、当該樹脂をバロプラスチック（baroplastic）と命名した。このように非特許文献１のブロック共重合体からなる樹脂の圧力刺激による流動性の発現は、非特許文献２に記載されているように、圧力刺激による樹脂の相転移現象により生じることが明らかにされた。
また、ソフトセグメント（ガラス転移温度または融点が低い（−３０℃以下））とハードセグメント（ガラス転移温度が高い（５０℃以上））とから成るミクロ相分離構造を有する樹脂であると圧力による相転移が起こりやすく流動性が発現することは、その後の多数の研究からも示唆されている（例えば、非特許文献３参照）。
このようにして１９９８年に発見された圧力刺激にて樹脂に流動性が出現する現象は２００３年以降に広く認められるようになってきた。
ミクロ相分離構造を有する共重合体（樹脂）の設計は流動性現象の発見以前に既に古くから行われており、上述のソフトセグメントとハードセグメントとからなる樹脂設計を含め、種々の文献に上記樹脂の製造方法が記載されている。例えば、エチレン性不飽和化合物の場合にはミニエマルション法やリビングラジカル重合など、ポリエステル系の場合には結晶性ブロックと非結晶性ブロックとを含むポリエステルブロック共重合体（例えば、非特許文献４参照）などは、一般によく知られている。
【０００７】
上記圧力刺激に伴う相転移現象により流動性が出現する樹脂（以下「圧力相転移樹脂」という。）を画像形成装置に用いる試みについては、圧力定着を行う電子写真方式の画像形成装置に応用した例が提案されている。
例えば、特許文献４には、上記圧力相転移樹脂を有するトナーとキャリアとを含む二成分現像剤を用いて潜像保持体上にトナー画像を形成し、その感光体から被記録材（記録媒体）に転写されたトナー画像を、定着温度が１５℃以上５０℃以下及び定着圧力が０．１Ｍｐａ以上５Ｍｐａ以下の条件で定着する画像形成装置が提案されている。
また、特許文献５には、上記圧力相転移樹脂を有するトナーとキャリアとを含む二成分現像剤を用いて潜像保持体上にトナー画像を形成し、その潜像保持体から被転写体（記録媒体）に転写されたトナー画像を、最大定着圧力が５Ｍｐａとなるように構成した２ロール型の定着装置により、定着ローラを加熱することなく圧力定着する画像形成装置が提案されている。
また、特許文献６には、上記圧力相転移樹脂を有するトナーとキャリアとを含む二成分現像剤を用いて潜像保持体上にトナー画像を形成し、その潜像保持体から被転写材（記録媒体）に転写されたトナー画像を、定着温度が１１０〜１８０℃及び定着圧力が１〜５Ｍｐａとなるように構成された加熱ローラ加熱ローラ定着機により定着する画像形成装置が提案されている。
また、特許文献７には、上記圧力相転移樹脂を有するトナーを含む現像剤を用いて像保持体上にトナー画像を形成し、その保持体から被転写材（記録媒体）に転写されたトナー画像を、定着温度が５０℃以下及び定着圧力が１〜５Ｍｐａとなるように上下ロールから構成された圧力付与装置により加圧して仮定着し、その後、紫外線を照射することにより紫外線硬化成分を硬化させ、被転写材にトナー画像を定着する画像形成装置が提案されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献４〜７に記載されている上記圧力相転移樹脂を有するトナーと圧力定着方式とを組み合わせた従来の画像形成装置では、圧力相転移樹脂が一定以上の圧力を受けることによって軟化する特性をもつことから、当該樹脂のトナーを用いて形成したトナー画像を圧力定着方式で定着することができる。そのため、従来の加熱によってトナーの樹脂を溶融して定着する熱定着方式の画像形成装置に比べてエネルギーの消費が少なくなる。
しかしながら、上記従来の画像形成装置では、感光体（潜像保持体、像保持体）の周面上で帯電、露光、現像、転写の各工程が繰り返し実行される。そのため、感光体上のトナー画像を記録媒体（被記録材、被転写体）に転写する転写工程の後、感光体の周面に残った残トナーを除去するクリーニング手段が必要になる。このクリーニング手段は、感光体上の残トナーをかき取るように感光体に押圧させた弾性ブレードや感光体に接触させた状態で回転駆動されるブラシローラなどを用いて構成されるが、いずれの構成も感光体上の残トナーに圧力がかかる。このため、圧力定着を行う定着装置以外の部分で一定以上の圧力を受けると、感光体の周面やクリーニング手段を構成する弾性ブレード及びブラシローラの表面などの部材表面に固着したりトナーがいったん軟化した後に固化したりするなどの不具合が発生するおそれがある。
【０００９】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、熱定着方式の画像形成装置に比べてエネルギーの消費が少なくなるとともに、圧力定着以外の処理でトナーが圧力を受けることによるトナーの固着や固化を抑制することができる画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、圧力相転移樹脂を含むトナーを用いて記録媒体上に形成したトナー画像に、非加熱で圧力を加えることにより、該トナー画像を該記録媒体に定着させる圧力定着手段を備えた画像形成装置であって、圧力相転移樹脂を含むトナーを担持するトナー担持体と、前記トナー担持体から飛翔したトナーが通過するトナー通過孔と該トナー通過孔におけるトナーの通過を制御する制御電圧が印加される制御電極とを有するトナー制御手段と、前記トナー制御手段の制御電極に前記制御電圧を印加する電圧印加手段と、を備え、前記トナー制御手段のトナー通加孔を通過したトナーを、前記記録媒体に直接又は中間転写体を介して付着させることにより、該記録媒体上にトナー画像を形成することを特徴とするものである。
【００１１】
本発明においては、圧力相転移樹脂を含むトナーを担持したトナー担持体からトナー制御手段に向かってトナーが飛翔し、そのトナー制御手段のトナー通過孔におけるトナー通過が、トナー制御手段の制御電極に印加された制御電圧により制御される。このように制御されてトナー通過孔を通過したトナーを、記録媒体に直接又は中間転写体を介して付着させることにより、記録媒体上にトナー画像を形成する。この圧力相転移樹脂を含むトナーで形成されたトナー画像は、従来の加熱定着方式に比して加熱温度を低減した又は加熱を行わない非加熱方式で圧力を加えることにより記録媒体に定着させることができる。従って、熱定着方式の画像形成装置に比べてエネルギーの消費が少なくなる。しかも、従来の潜像担持体上のトナー画像を転写した後に潜像担持体の表面にブレードやブラシ等のクリーニング部材を押圧して残トナーを除去する構成とは異なり、上記圧力相転移樹脂を含むトナーは、潜像担持体上に付着した状態でクリーニング部材から圧力を受けるということがなくなる。そのため、圧力定着以外の処理でトナーが圧力を受けることによるトナーの固着等を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、熱定着方式の画像形成装置に比べてエネルギーの消費が少なくなるとともに、圧力定着以外の処理でトナーが圧力を受けることによるトナーの固着や固化を抑制することができる、という優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る画像形成装置の要部構成の一例を示す説明図。
【図２】制御パルスのＯＮ／ＯＦＦの状態を示す説明図。
【図３】（ａ）は記録紙側から見たトナー制御手段の印写面の一例を示す説明図。（ｂ）はトナー担持体側から見たトナー制御手段のトナー供給側面の一例を示す説明図。
【図４】トナー担持体、トナー制御手段、記録媒体の二次元断面電界強度分布のシミュレーション結果に基づくトナー通過孔を通過する電気力線を示す説明図。
【図５】本発明の実施形態に係る画像形成装置の全体構成の一例を模式的に示した全体構成図。
【図６】本発明の他の実施形態に係る画像形成装置の全体構成の一例を模式的に示した全体構成図。
【図７】（ａ）は、トナー担持体の一構成例を展開した状態で模式的に示す平面説明図。（ｂ）は、そのトナー担持体の断面説明図。
【図８】トナー担持体の電極に印加するパルス電圧の一例を示す説明図
【図９】（ａ）は、トナー担持体の他の構成例を展開した状態で模式的に示す平面説明図。（ｂ）は、そのトナー担持体の断面説明図。
【図１０】トナー供給ユニットの一構成例を示す概略構成図。
【図１１】トナー供給ユニットの他の構成例を示す概略構成図。
【図１２】圧力定着ユニットに用いられる加圧装置の加圧ローラ対で発生させる加圧力を変化させる加圧力調整機構の構成例を示す図であり、同加圧装置の加圧ローラ対による加圧力を高くした状態の概略構成図。
【図１３】同加圧装置の加圧ローラ対による加圧力を低くした状態の概略構成図。
【図１４】画像情報に基づいて加圧装置の加圧ローラ対で発生させる加圧力を制御する制御系の一例を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成などは、発明が適用される装置の機構や各種条件により適宜変更されるべきものであり、本発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。
【００１５】
まず、本発明の実施形態に係る画像形成装置で用いる圧力相転移樹脂を含むトナーについて説明する。本実施形態におけるトナーを構成する圧力相転移樹脂としては、ミクロ相分離構造を有するものが好ましく、ブロック共重合体あるいはコアシェル構造の樹脂がより好ましい。このブロック共重合体は、ガラス転移温度Ｔｇの高いハードセグメントの高分子と、ガラス転移温度Ｔｇあるいは融点が低いソフトセグメントの高分子とから構成されていることがさらに好ましい。上記コアシェル構造の樹脂の場合は、コア及びシェルのどちらか一方がガラス転移温度Ｔｇの高いハードセグメントの高分子（以下、必要に応じて「ハードセグメント成分相」という。）からなり、もう一方がガラス転移温度Ｔｇあるいは融点が低いソフトセグメントの高分子（以下、必要に応じて「ソフトセグメント成分相」という。）から構成されていることがさらに好ましい。
【００１６】
上記圧力相転移樹脂を画像形成用のトナーに用いると、圧力刺激により、樹脂の流動性が発現し、所定の定着工程を有する作像プロセスにおいて、定着工程に必要な所望の樹脂流動性を得ることができる。
【００１７】
上記構造の圧力相転移樹脂としては、例えば、重縮合機構により重合した樹脂、あるいはエチレン性不飽和単量体をラジカル重合機構により重合した樹脂を用いることができる。
上記重縮合機構により重合した樹脂は、例えば、「重縮合」（化学同人、１９７１年刊）、「ポリエステル樹脂ハンドブック」（日刊工業新聞社編、１９８８年刊）等に記載の従来公知の方法を用いて合成することができる。また、上記重縮合機構により重合した樹脂は、エステル交換法や直接重縮合法等を単独で、又は、それらの方法を組み合わせて用いて合成することもできる。上記重縮合機構により重合した樹脂としては、ポリエステル樹脂を好ましく挙げることができる。
上記エチレン性不飽和単量体を重合した樹脂としては、例えば、リビングアニオン重合法によりブロック共重合体を得ることができる。また、コアシェル粒子の場合には、２ステージフィード法と呼ばれる単量体を段階的に重合系へ供給する方法にて、コア成分高分子とシェル成分高分子とからなるガラス転移温度の異なるナノサイズのコアシェル樹脂粒子を合成することができ、好ましい。
【００１８】
上記ハードセグメント成分相のガラス転移温度Ｔｇは、４５〜１２０℃であることが好ましく、５０〜１１０℃の範囲にあることがより好ましい。上記ソフトセグメント成分相のガラス転移温度Ｔｇは、上記ハードセグメント成分相のガラス転移温度Ｔｇより２０℃以上低いことが好ましく、圧力刺激による樹脂の流動性を効率よく出現させるためには、３０℃以上低いことがより好ましい。ここで、上記ガラス転移温度Ｔｇの値は、示差走査熱量計（ＤＳＣ）を用いて−８０〜１４０℃迄、毎分１０℃の昇温速度で測定を行ったときのＡＳＴＭ Ｄ３４１８−８２に規定された方法で測定した値を意味する。
【００１９】
上記ブロック共重合体や重縮重合したポリエステル樹脂については、回転剪断型ホモジナイザーや、メディアを有するボールミル、サンドミル、ダイノミル、圧力吐出型分散機（ゴーリンホモジナイザー、ゴーリン社製）など各種機械的高剪断力により水系媒体に分散させる剪断乳化法、樹脂を有機溶剤に溶解した後、水系媒体を添加し転相させる転相乳化法、ブロック共重合体又はその前駆体（リビング末端低分子量体又はブロック）を少量のエチレン性不飽和化合物と混合し、剪断乳化や転相乳化後、ミニエマルション重合、懸濁重合によりブロック共重合体の樹脂粒子分散液に調合する手法など、既存の分散法を利用してナノサイズコアシェル粒子の場合と同様に、樹脂粒子分散液にすることができる。例えば、得られた樹脂分散液を用い、着色剤含有分散液、必要に応じて離型剤含有分散液をそれぞれ適量配合し、乳化凝集法により画像形成用のトナーを製造することができる。
【００２０】
画像形成用のトナーの製造方法においては、前記分散液中の前記樹脂粒子、離型剤粒子及びその他の添加した粒子を凝集（会合）させる既知の凝集法を用いて凝集（会合）させることにより、トナー粒径及び粒径分布を調整することが可能である。
【００２１】
具体的には、樹脂粒子分散液及び離型剤粒子分散液を、着色剤粒子分散液等と混合し、さらに凝集剤を添加しヘテロ凝集を生じさせることによりトナー径の凝集粒子を形成し、その後、配合した分散液の系を樹脂粒子のガラス転移温度以上、又は、融点以上の温度に加熱して前記凝集粒子を融合合一し、洗浄、乾燥することによりトナーが得られる。このとき、加熱温度条件を選択することでトナー形状を不定形から球形まで制御することができる。
【００２２】
上記重縮合樹脂としては、非結晶性ポリエステル樹脂、結晶性ポリエステル樹脂が好ましく、ポリエステル樹脂は、多価カルボン酸や、多価アルコール、ヒドロキシカルボン酸等の重縮合性単量体を用いた直接エステル化反応、エステル交換反応等により重縮合を行い、作製することができる。重縮合の際には、重縮合を促進するために、重縮合触媒を併用することが好ましい。
多価カルボン酸は、脂肪族、脂環族、芳香族の多価カルボン酸、それらのアルキルエステル、酸無水物及び酸ハロゲン化物を含む。
多価アルコールは、多価アルコール、それらのエステル化合物を含む。
【００２３】
なお、多価カルボン酸のアルキルエステルは、低級アルキルエステルであることが好ましい。ここで、「低級アルキルエステル」とは、エステルのアルコキシ部分の炭素数が１〜８であるアルキルエステルを表す。具体的には、メチルエステル、エチルエステル、ｎ−プロピルエステル、イソプロピルエステル、ｎ−ブチルエステル及びイソブチルエステル等を挙げることができる。
【００２４】
また、多価カルボン酸は、１分子中にカルボキシ基を２個以上含有する化合物である。このうち、ジカルボン酸は１分子中にカルボキシ基を２個含有する化合物であり、例えば、シュウ酸、コハク酸、マレイン酸、アジピン酸、β−メチルアジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ノナンジカルボン酸、デカンジカルボン酸、ウンデカンジカルボン酸、ドデセニルコハク酸、ドデカンジカルボン酸、フマル酸、シトラコン酸、ジグリコール酸、シクロヘキサンジカルボン酸、シクロヘキサン−３，５−ジエン−１，２−ジカルボン酸、２，２−ジメチロールブタン酸、リンゴ酸、クエン酸、ヘキサヒドロテレフタル酸、マロン酸、ピメリン酸、酒石酸、粘液酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、テトラクロロフタル酸、クロロフタル酸、ニトロフタル酸、ｐ−カルボキシフェニル酢酸、ｐ−フェニレン二酢酸、ｍ−フェニレンジグリコール酸、ｐ−フェニレンジグリコール酸、ｏ−フェニレンジグリコール酸、ジフェニル酢酸、ジフェニル−ｐ，ｐ’−ジカルボン酸、ナフタレン−１，４−ジカルボン酸、ナフタレン−１，５−ジカルボン酸、ナフタレン−２，６−ジカルボン酸、アントラセンジカルボン酸、ドデセニルコハク酸等を挙げることができる。
ジカルボン酸以外の多価カルボン酸としては、例えば、トリメリット酸、ピロメリット酸、ナフタレントリカルボン酸、ナフタレンテトラカルボン酸、ピレントリカルボン酸、ピレンテトラカルボン酸等を挙げることができる。
これらの多価カルボン酸は、１種単独で使用することもでき、また、２種以上を併用することもできる。
【００２５】
多価アルコール（ポリオール）は、１分子中に水酸基を２個以上含有する化合物である。このうち、ジオールは１分子中に水酸基を２個含有する化合物であり、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ヘキサンジオール、シクロヘキサンジオール、オクタンジオール、デカンジオール、ドデカンジオール、ビスフェノールＡのエチレンオキサイド付加物、ビスフェノールＡのプロピレンオキサイド付加物、ビスフェノキシアルコールフルオレン（ビスフェノキシエタノールフルオレン）等を挙げることができる。
【００２６】
ジオール以外のポリオールとしては、例えば、グリセリン、ペンタエリスリトール、ヘキサメチロールメラミン、ヘキサエチロールメラミン、テトラメチロールベンゾグアナミン、テトラエチロールベンゾグアナミン等を挙げることができる。これらの多価アルコール（ポリオール）は、１種単独で使用することもでき、また、２種以上を併用することもできる。
【００２７】
また、エチレン性不飽和化合物は、少なくとも１つのエチレン性不飽和結合を有する化合物であり、親水性基及びエチレン性不飽和結合を有する単量体であってもよい。エチレン性不飽和化合物としては、例えば、スチレン、パラクロロスチレン、α−メチルスチレン等のスチレン類；アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸２−エチルヘキシル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸ヘキシル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸２−エチルヘキシル等の（メタ）アクリル酸エステル類；アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のエチレン性不飽和ニトリル類；アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸等のエチレン性不飽和カルボン酸；ビニルメチルエーテル、ビニルイソブチルエーテル等のビニルエーテル類；ビニルメチルケトン、ビニルエチルケトン、ビニルイソプロペニルケトン等のビニルケトン類；イソプレン、ブテン、ブタジエンなどのオレフィン類などや、β−カルボキシエチルアクリレートが好ましく例示できる。これらの単量体からなる単独重合体、又はこれらを２種以上共重合して得られる共重合体、さらにはこれらの混合物を使用することができる。
【００２８】
親水性基としては、極性基が挙げられ、例えば、カルボキシ基、スルホ基、ホスホニル基等の酸性極性基：アミノ基等の塩基性極性基、アミド基、ヒドロキシ基、シアノ基、ホルミル基等の中性極性基等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。これらの中で、特に本実施形態のトナーに好ましく用いられるのは、酸性極性基である。この酸性極性基及びエチレン性不飽和結合を有する単量体が、樹脂粒子表面にある特定の範囲で存在することにより、樹脂粒子に凝集性を付与し、樹脂粒子のトナー化が可能となり、さらにトナーに十分な帯電性を与えることができる。好ましく用いられる酸性極性基としては、カルボキシ基、スルホ基が挙げられる。この酸性極性基を有する単量体としては、例えば、カルボキシ基を有するα，β−エチレン性不飽和化合物及びスルホ基を有するα，β−エチレン性不飽和化合物を挙げることができる。上記カルボキシ基を有するα，β−エチレン性不飽和化合物としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、フマル酸、マレイン酸、イタコン酸、ケイ皮酸、マレイン酸モノメチル、マレイン酸モノブチルエステル、マレイン酸モノオクチルエステルを挙げることができる。これらの単量体は、１種を単独で使用してもよいし、２種類以上を併用してもよい。
【００２９】
ガラス転移温度Ｔｇが４０℃以上の樹脂としては、エチレン性不飽和化合物の重合体である場合には、ランダム共重合体であることが好ましい。また、親水性基を有するエチレン性不飽和化合物をモノマー単位として含有する樹脂が好ましく、親水性基を有するエチレン性不飽和化合物を共重合比で０．１〜１０ｍｏｌ％含有することが好ましい。この範囲内の共重合比であると、水系媒体中でのトナーの製造工程において、Ｔｇが４０℃以上の樹脂がトナーのシェル層を容易に形成するため、好ましい。Ｔｇが４０℃以上のエチレン性不飽和化合物の重合体、ポリエステル樹脂などの重縮合樹脂は、トナーに含まれる全結着樹脂の５０重量％以下が好ましく、５〜２０重量％がより好ましい。上記範囲内の共重合比であると、トナー耐久性が向上し、安定した画質特性を得ることができる。
【００３０】
本実施形態のトナーに用いることができる着色剤としては、例えば、次のようなものが挙げられる。
例えば、黒色顔料としては、カーボンブラック、酸化銅、二酸化マンガン、アニリンブラック、活性炭、非磁性フェライト、マグネタイト等が挙げられる。
また、黄色顔料としては、黄鉛、亜鉛黄、黄色酸化鉄、カドミウムイエロー、クロムイエロー、ハンザイエロー、ハンザイエロー１０Ｇ、ベンジジンイエローＧ、ベンジジンイエローＧＲ、スレンイエロー、キノリンイエロー、パーマネントイエローＮＣＧ等が挙げられる。橙色顔料としては、赤色黄鉛、モリブデンオレンジ、パーマネントオレンジＧＴＲ、ピラゾロンオレンジ、バルカンオレンジ、ベンジジンオレンジＧ、インダスレンブリリアントオレンジＲＫ、インダスレンブリリアントオレンジＧＫ等が挙げられる。
また、赤色顔料としては、ベンガラ、カドミウムレッド、鉛丹、硫化水銀、ウオッチヤングレッド、パーマネントレッド４Ｒ、リソールレッド、ブリリアンカーミン３Ｂ、ブリリアンカーミン６Ｂ、デイポンオイルレッド、ピラゾロンレッド、ローダミンＢレーキ、レーキレッドＣ、ローズベンガル、エオキシンレッド、アリザリンレーキ等が挙げられる。
また、青色顔料としては、紺青、コバルトブルー、アルカリブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、ファストスカイブルー、インダスレンブルーＢＣ、アニリンブルー、ウルトラマリンブルー、カルコオイルブルー、メチレンブルークロライド、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、マラカイトグリーンオクサレレートなどが挙げられる。紫色顔料としては、マンガン紫、ファストバイオレットＢ、メチルバイオレットレーキ等が挙げられる。緑色顔料としては、酸化クロム、クロムグリーン、ピグメントグリーン、マラカイトグリーンレーキ、ファイナルイエローグリーンＧ等が挙げられる。
また、白色顔料としては、亜鉛華、酸化チタン、アンチモン白、硫化亜鉛等が挙げられる。
また、これらの着色剤は単独又は混合して使用される。
【００３１】
これらの着色剤は、任意の方法、例えば、回転せん断型ホモジナイザーやメディアを有するボールミル、サンドミル、アトライター等のメディア式分散機、高圧対向衝突式の分散機等や、ダイノミルなどの一般的な分散方法を使用することにより、着色剤粒子の分散液が調製される。また、これらの着色剤は極性を有する界面活性剤を用いて、ホモジナイザーによって水系に分散され、また、その他の粒子成分と共に混合溶媒中に一度に添加してもよいし、分割して多段回で添加してもよい。
【００３２】
着色剤は、色相角、彩度、明度、耐候性、ＯＨＰ透過性、トナー中での分散性の観点から選択される。また、着色剤は、トナー構成固体分総重量に対して４〜１５重量％の範囲で添加される。黒色着色剤として磁性体を用いる場合は、他の着色剤とは異なり、１２〜２４０重量％添加される。前記の着色剤の配合量は、定着時の発色性を確保するために好ましい量である。また、トナー中の着色剤粒子の中心径（メジアン径）を１００〜３３０ｎｍにすることにより、ＯＨＰ透明性及び発色性が確保される。なお、着色剤粒子の中心径は、例えば、レーザー回析式粒度分布測定装置（（株）堀場製作所製、ＬＡ−９２０）で測定される。
【００３３】
本実施形態のトナーに用いることができる離型剤の具体例としては、例えば、各種エステルワックス、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン等の低分子量ポリオレフィン類、加熱により軟化点を示すシリコーン類、オレイン酸アミド、エルカ酸アミド、リシノール酸アミド、ステアリン酸アミド等のような脂肪酸アミド類や、カルナウバワックス、ライスワックス、キャンデリラワックス、木ロウ、ホホバ油等のような植物系ワックス、ミツロウのような動物系ワックス、モンタンワックス、オゾケライト、セレシン、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、フィッシャートロプシュワックス等のような鉱物系・石油系ワックス、及びそれらの変性物などが挙げられる。これらのワックス類は、室温付近では、トルエンなど溶剤にはほとんど溶解しないか、溶解しても極めて微量である。これらのワックス類を、水中にイオン性界面活性剤や高分子酸や高分子塩基などの高分子電解質とともに分散し、融点以上に加熱するとともに、強い剪断付与能力を有するホモジナイザーや圧力吐出型分散機（ゴーリンホモジナイザー、ゴーリン社製）で粒子状に分散させ、サブミクロン以下の粒子の分散液が作製される。なお、得られた離型剤粒子分散液の粒径は、例えばレーザー回析式粒度分布測定装置（（株）堀場製作所製、ＬＡ−９２０）で測定することができる。
【００３４】
上記具体例を挙げた離型剤は、トナー構成固体分総重量に対して５〜２５重量％の範囲で添加することが、オイルレス定着システムにおける定着画像の剥離性を確保する上で好ましい。
【００３５】
また、上記離型剤を使用するときには、樹脂粒子、着色剤粒子及び離型剤粒子を凝集した後に、さらに樹脂粒子分散液を追加して凝集粒子表面に樹脂粒子を付着することが、帯電性、耐久性を確保する観点から好ましい。
【００３６】
磁性体としては、具体的には、磁場中で磁化される物質を用いるが、鉄、コバルト、ニッケルなどの強磁性の粉末、若しくはフェライト、マグネタイト等の化合物が使用される。本実施形態において水系媒体中でトナーを得るときには、磁性体の水相移行性に注意を払う必要があり、好ましくは予め磁性体の表面を改質し、例えば疎水化処理等を施しておくことが好ましい。
【００３７】
帯電制御剤としては、４級アンモニウム塩化合物、ニグロシン系化合物、アルミ、鉄、クロムなどの錯体からなる染料やトリフェニルメタン系顔料など通常使用される種々の帯電制御剤を使用することができるが、凝集や合一時の安定性に影響するイオン強度の制御と廃水汚染減少の点から水に溶解しにくい材料が好適である。
【００３８】
重合、顔料の分散、樹脂粒子の製造や分散、離型剤の分散、凝集、又はその安定化などに用いる界面活性剤の例としては、硫酸エステル塩系、スルホン酸塩系、リン酸エステル系、せっけん系等のアニオン界面活性剤、アミン塩型、４級アンモニウム塩型等のカチオン系界面活性剤、またポリエチレングリコール系、アルキルフェノールエチレンオキサイド付加物系、多価アルコール系等の非イオン性界面活性剤を併用することも効果的であり、分散のため手段としては回転せん断型ホモジナイザーやメデイアを有するボールミル、サンドミル、ダイノミルなどの一般的なものが使用される。
【００３９】
次に、本実施形態の圧力相転移樹脂を含むトナー及びその作成方法のより具体的な実施例についてさらに詳しく説明する。
［樹脂粒子分子量の測定］
ゲル・パーミュエーション・クロマトグラフィ（ＧＰＣ）によって以下に記す条件で重量平均分子量Ｍｗ及び数平均分子量Ｍｎを測定した。温度４０℃において、溶媒（テトラヒドロフラン）を毎分１．２ｍｌの流速で流し、濃度０．２ｇ／２０ｍｌのテトラヒドロフラン試料溶液を試料重量として３ｍｇ注入し、測定を行う。試料の分子量測定にあたっては、当該試料の有する分子量が数種の単分散ポリスチレン標準試料により、作製された検量線の分子量の対数とカウント数が直線となる範囲内に包含される測定条件を選択する。ここで、測定結果の信頼性は、上記測定条件で行ったＮＢＳ７０６ポリスチレン標準試料が、重量平均分子量Ｍｗ＝２８．８×１０４及び数平均分子量Ｍｎ＝１３．７×１０４となることにより、確認することができる。また、上記ＧＰＣのカラムとしては、上記条件を満足するＴＳＫ−ＧＥＬ、ＧＭＨ（東ソー（株）製）等を用いた。
【００４０】
［樹脂のガラス転移温度Ｔｇの測定］
樹脂のガラス転移温度Ｔｇの測定には、示差走査熱量計ＤＳＣ／ＲＤＣ２２０（セイコーインスツルメント社製）を用いた。樹脂粒子分散液中における樹脂粒子の粒子径は、レーザー回析式粒度分布測定装置（（株）堀場製作所製、ＬＡ−９２０）を使用して、測定した。トナー粒子、キャリア粒子、及び、記録剤の粒子径は、コールターマルチサイザーＩＩ型（ベックマン・コールター社製）を使用して、測定した。
【００４１】
［樹脂粒子分散液（１）の作成］
エチレン性不飽和化合物重合体からなる樹脂分散液（１）は次のようにして作成した。まず、セパラブルフラスコ中に、イオン交換水３００重量部とＴＴＡＢ（テトラデシルトリメチルアンモニウムブロマイド、シグマ社製）１．５重量部を仕込み、２０分間、窒素置換を行った後、撹拌しながら６５℃まで昇温した。その後、ｎ−ブチルアクリレートモノマー４０重量部を加え、さらに２０分間撹拌を行った。そして、重合開始剤Ｖ−５０（２，２’−アゾビス（２−メチルプロピオンアミジン）ジヒドロクロリド、和光純薬工業（株）製）０．５重量部を予め、１０重量部のイオン交換水に溶解後、フラスコ中に投入した。６５℃で、３時間保持し、スチレンモノマー６１重量部と、ｎ−ブチルアクリレートモノマー９重量部、アクリル酸２重量部及び０．８重量部のドデカンチオールを０．５重量部のＴＴＡＢを溶解したイオン交換水１００重量部に乳化した乳化液を２時間かけて定量ポンプを用いてフラスコ中に連続的に投入した。その後、温度を７０℃に昇温、さらに２時間保持して、重合を完了させた。この重合により、重量平均分子量Ｍｗが２５，０００、平均粒子径が１５０ｎｍ、固形分量が２５重量％のコアシェル型樹脂粒子分散液（１）を得た。また、樹脂粒子を４０℃で風乾後、−８０℃から１４０℃の温度範囲のＤＳＣ解析を行ったところ、−５０℃付近にポリブチルアクリレートによるガラス転移が観測された。また、６０℃付近にスチレン−ブチルアクリレート−アクリル酸共重合体からなると考えられる共重合体による樹脂のガラス転移が観測された。
【００４２】
［着色剤粒子分散液（Ｃ１）の調合］
着色剤粒子分散液（Ｃ１）の調合は次のようにして行った。ここで、着色剤粒子分散液は、シアンに対応した着色剤粒子分散液（Ｃ１）の調合の例について説明する。シアン顔料１００重量部（大日精化工業（株）製、銅フタロシアニンＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ１５：３）アニオン性界面活性剤（第一工業製薬（株）製、ネオゲンＲ）１０重量部イオン交換水４００重量部前記成分を混合溶解し、ホモジナイザー（ＩＫＡ社製、ウルトラタラックス）により１５分間分散した後、超音波バスにより１０分間分散し、中心径２１０ｎｍ、固形分量２１．５％のシアン着色剤粒子分散液を得た。
【００４３】
［離型剤粒子分散液（Ｒ１）の調合］
離型剤粒子分散液（Ｒ１）の調合は次のようにして行った。イオン交換水８００重量部にアニオン性界面活性剤（第一工業製薬（株）製、ネオゲンＲ）２重量部とカルナバワックス２１５重量部上記成分を混合し、１００℃に加熱し融解した。その後、ホモジナイザー（ＩＫＡ社製、ウルトラタラックス）で１５分間乳化した後、さらにゴーリンホモジナイザーを用いて１００℃にて乳化を行った。これにより、粒子の中心径が２３０ｎｍ、融点が８３℃、固形分量が２１．５％の離型剤粒子分散液を得た。
【００４４】
［トナー（１）の調合・作成］
上記調合した各種分散液を用い、以下のようにしてトナー（１）を作成した。樹脂粒子分散液（１）１６８部（樹脂４２部）着色剤粒子分散液（Ｃ１）４０部（顔料８．６部）離型剤粒子分散液（Ｒ１）８０部（離型剤１７．２部）ポリ塩化アルミニウム０．１５部イオン交換水３００重量部を成分を丸型ステンレス製フラスコ中でホモジナイザー（ＩＫＡ社製、ウルトラタラックスＴ５０）で十分に混合・分散した。その後、加熱用オイルバスでフラスコを撹拌しながら４２℃まで加熱し、４２℃で６０分間保持した後、樹脂粒子分散液（１）を８４重量部（樹脂２１重量部）追加して緩やかに撹拌した。その後、０．５モル／リットルの水酸化ナトリウム水溶液で系内のｐＨを６．０に調整した後、撹拌を継続しながら９５℃まで加熱した。ここでは、水酸化ナトリウム水溶液を追加滴下し、ｐＨが５．５以下とならないように９５℃で３時間保持した。反応終了後、冷却し、濾過し、イオン交換水で十分に洗浄した後、ヌッチェ式吸引濾過で固液分離した。そして、４０℃のイオン交換水中に再分散し、１５分、３００ｒｐｍで撹拌、洗浄した。この洗浄操作を５回繰り返し、ヌッチェ式吸引濾過で固液分離し、次いで、真空乾燥を１２時間行いシアントナー粒子（１）を得た。このトナー粒子の粒径をコールターカウンターで測定したところ、体積平均粒径は５．８μｍであった。
上記トナー５０重量部に対し、疎水性シリカ（キャボット社製、ＴＳ７２０）１．５重量部を添加し、サンプルミルで混合してシアン色のトナー（１）を得た。
【００４５】
［記録剤（１）の調合］
シリコン樹脂溶液（ＫＲ５０、信越化学社製）１００重量部、カーボンブラック（ＢＰ２０００、キャボット社製）３重量部およびトルエン１００重量部を、ホモミキサーで３０分間分散させ、被覆層形成溶液を調製した。この被覆層形成液および平均粒子径５０μｍの球状フェライトキャリア１０００重量部を用い、流動床型塗布装置により、球状フェライトキャリア表面に被覆層を形成したキャリアを製造した。次に、上記トナー９０重量部および上記キャリア９１０重量部をボールミルに入れ３０分間攪拌して記録剤（１）を作成した。シアン顔料の代わりにマゼンタマゼンタ顔料（Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド５７：２）、イエロー顔料（Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー９７）、ブラック顔料（カーボンブラックＲ３３０）を用いた以外は、シアンの記録剤（１）と同様にして、他のイエロー、マゼンタ、ブラックの３色の記録剤（１）を作成した。
【００４６】
［樹脂粒子分散液（２）の作成］
ポリエステス樹脂からなる樹脂粒子の分散液（２）の作成は次の様にして行った。１，４−シクロヘキサンジカルボン酸１７５重量部、ビスフェノールＡ２モルエチレンオキサイド付加物３２０重量部、ドデシルベンゼンスルホン酸０．５重量部の材料を混合した。そして、この混合した材料を、撹拌機を備えたリアクターに投入し、窒素雰囲気下１２０℃で１２時間重縮合を実施したところ、均一透明なポリエステル樹脂（１）を得た。ＧＰＣによる重量平均分子量は１４，０００、ＤＳＣによるＴｇは５４℃であった。
また、ドデシルベンゼンスルホン酸０．３６重量部、１，６−ヘキサンジオール８０重量部およびセバシン酸１１５重量部を上記材料を混合し、撹拌機を備えたリアクターに投入し、窒素雰囲気下９０℃で５時間重縮合を実施したところ、均一白色ポリエステル樹脂（２）を得た。ＧＰＣによる重量平均分子量は８，０００、ＤＳＣによるＴｇは−５２℃であった。
【００４７】
上記の重縮合で得られたポリエステル樹脂（１）１００重量部とポリエステル樹脂（２）１００重量部を撹拌機を備えたリアクターに投入し、１２０℃で３０分溶解、混合した。その後、９５℃に加熱したイオン交換水８００重量部にドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム１．０重量部、１ＮＮａＯＨ水溶液を１．０重量部溶解した中和用水溶液をフラスコ中に投入し、ホモジナイザー（ＩＫＡ社製、ウルトラタラックス）で５分間乳化した後、さらに超音波バス内で１０分振とうした後、室温水にてフラスコを冷却した。このように固形分量が２０重量％の樹脂粒子分散液（２）を得た樹脂粒子の中心径は、２５０ｎｍであった。
【００４８】
［トナー（２）の調合・作成］
上記調合した各種分散液を用い、以下のようにしてトナー（２）を作成した。樹脂粒子分散液（２）２１０重量部（樹脂４２重量部）、着色剤粒子分散液（Ｃ１）４０重量部（着色剤８．６重量部）、離型剤粒子分散液（Ｒ１）４０重量部（離型剤８．６重量部）、ポリ塩化アルミニウム０．１５重量部、イオン交換水３００重量部を上記配合に従って、その成分を丸型ステンレス製フラスコ中でホモジナイザー（ＩＫＡ社製、ウルトラタラックスＴ５０）で十分に混合・分散した。その後、加熱用オイルバスでフラスコを撹拌しながら４２℃まで加熱し、４２℃で６０分間保持した後、樹脂粒子分散液（２）を１０５重量部（樹脂２１重量部）追加して緩やかに撹拌した。その後、０．５モル／リットルの水酸化ナトリウム水溶液で系内のｐＨを６．０に調整した後、撹拌を継続しながら９５℃まで加熱した。９５℃までのあいだ、水酸化ナトリウム水溶液を追加滴下し、ｐＨが５．０以下とならないようにした。９５℃で、３時間保持した。反応終了後、冷却し、濾過し、イオン交換水で十分に洗浄した後、ヌッチェ式吸引濾過で固液分離した。そして、４０℃のイオン交換水３リットル中に再分散し、１５分、３００ｒｐｍで撹拌、洗浄した。この洗浄操作を５回繰り返し、ヌッチェ式吸引濾過で固液分離し、次いで、真空乾燥を１２時間行いトナー粒子を得た。このトナー粒子の粒径をコールターカウンターで測定したところ、体積平均粒径は４．９μｍであった。
上記トナー５０重量部に対し、疎水性シリカ（キャボット社製、ＴＳ７２０）１．５重量部を添加し、サンプルミルで混合してシアン色のトナー（２）を得た。
【００４９】
［記録剤（２）の調合］
シリコン樹脂溶液（ＫＲ５０、信越化学社製）１００重量部、カーボンブラック（ＢＰ２０００、キャボット社製）３重量部およびトルエン１００重量部をホモミキサーで３０分間分散させ被覆層形成溶液を調製した。この被覆層形成液および平均粒子径５０μｍの球状フェライトキャリア１０００重量部を用い、流動床型塗布装置により、球状フェライトキャリア表面に被覆層を形成したキャリアを製造した。次に、上記トナー９０重量部および上記キャリア９１０重量部をボールミルに入れ３０分間攪拌して静電荷像現像用（２）を作成した。シアン顔料の代わりにマゼンタマゼンタ顔料（Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド５７：２）、イエロー顔料（Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー９７）、ブラック顔料（カーボンブラックＲ３３０）を用いた以外は、シアンのトナー（２）と同様にして、他のイエロー、マゼンタ、ブラックの３色の記録剤（２）を作成した。
【００５０】
次に、本実施形態に係る画像形成装置におけるトナー画像形成の原理について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る画像形成装置の要部構成の一例を示す説明図である。この画像形成装置は、上記圧力相転移樹脂を含むトナーＴを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、トナー制御手段４とを備えている。トナーＴとしては、例えば、前述のトナー（１）やトナー（２）を用いることができる。トナー制御手段４は、トナー担持体１と、トナーＴが付着させられるトナー付着対象物としての記録媒体である記録紙３の搬送路（通過位置）との間に位置するように配置されている。
【００５１】
トナー担持体１は、表面側にトナーＴを搬送する方向（本例では周方向）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（本例では軸方向）に沿って形成された所定ピッチで設けられた複数の制御電極１１を有している。このトナー担持体１の各制御電極１１には、バイアス電圧印加手段（電源）６から時間によって電位が変化するパルス電圧（クラウドパルス）Ｖｓが印加される。例えば、０．５ｋＨｚ〜７ｋＨｚの周波数のパルス電圧Ｖｓが印加される。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の表面からトナー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に引き寄せられる。パルス電圧Ｖｓが切り替わることにより、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。
【００５２】
トナー制御手段４は、トナーＴが通過可能な複数（図１では１個のみ図示）のトナー通過孔（開口）４１が複数列配列するように設けられている。また、トナー制御手段４のトナー供給側の面（トナー担持体側の面）のトナー通過孔４１周辺にはリング状に制御電極４２が設けられている。また、トナー制御手段４のトナー通過孔４１から若干離れた印写側の面（記録媒体側の面）には共通の共通電極４３が設けられている。
【００５３】
トナー制御手段４の制御電極４２には、制御電圧印加手段（制御パルス印加手段）Ｐを構成する駆動回路７から、例えば図２に示すような制御パルスＶｃが印加される。この場合、トナー通過孔４１をトナーＴが通過可能な状態（ＯＮ状態）にするときには、制御電極４２に電圧Ｖｃ−ｏｎが印加される。一方、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、印写側の面の共通電極４３には常時、電圧印加手段としての電源８から電圧Ｖｒｇが印加されており、トナー制御手段４の印写側の領域における電界の相互干渉を防止している。
【００５４】
なお、トナー制御手段４の制御電極４２は、トナー通過孔４１の周囲に設けるだけでも動作が可能であるが、トナー通過孔４１の内壁面に設けたものであってもよいし、又は、トナー通過孔４１の内壁面とトナー通過孔４１のトナー担持体側の周囲との両方に設けたものであってもよい。
【００５５】
記録紙３のトナー付着面とは反対側の背面には、対向電極手段としての背面電極５が接触対向するように配置されている。この背面電極５には、バイアス電圧印加手段としてのバイアス電源９から、トナー制御手段４を通過したトナーＴを記録紙３に付着させるためのバイアス電圧Ｖｐが印加される。
【００５６】
なお、トナー担持体１からのトナーＴが付着するトナー付着対象物は、記録媒体としての記録紙３に転写されるトナー画像が担持される中間転写体（例えば、中間転写ベルトや中間転写ドラム）であってもよい。この場合、トナー担持体１からのトナーＴを中間転写体の表面に選択的に付着させることによりトナー画像を形成し、その後、中間転写体上のトナー画像が記録媒体としての記録紙に転写される。
【００５７】
記録紙３にバイアス電圧Ｖｐを印加するには、例えば、トナー付着対象物が記録媒体としての記録紙３の場合、その記録紙３の背面側（トナー担持体側とは反対側の面）に、バイアス電圧Ｖｐを印加する背面電極５を配置し、この背面電極５の上面に記録紙３を通過させるように構成する。また、トナー付着対象物が記録媒体としての中間転写体の場合、その中間転写体の内部に電極を埋め込んだ構成（記録媒体側の対向電極手段を内部電極とする構成）にしたり、又は、中間転写体の背面側に背面電極５を配置した構成にしたりすることができる。この場合、上記バイアス電圧Ｖｐは、中間転写体の内部の電極に印加したり、中間転写体の背面側の背面電極５に印加したりする。
【００５８】
ここで、トナー担持体１の表面に担持する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、互いに隣接する複数の電極１１は、その電極間でトナー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、２本毎の各電極１１に２相の位相電圧を印加する２相の電極間ピッチに配置する。
【００５９】
図３（ａ）は記録紙側から見たトナー制御手段４の印写面の一例を示す説明図であり、図３（ｂ）はトナー担持体側から見たトナー制御手段４のトナー供給側面の一例を示す説明図である。この図３の例では、絶縁基板（基材）４５のトナー供給側（トナー担持体１１側）面に、トナー通過孔４１を囲む形で所定幅（例えば、１０〜１００μｍ幅）のリング状の制御電極４２を設けている。トナー通過孔４１は、形成する画像のドット径のサイズで決定するが、例えば直径φ５０μｍ〜φ２００μｍである。
【００６０】
トナー制御手段４の制御電極４２には、個々にトナーＴの通過をＯＮ、ＯＦＦ制御するためのドライバ回路（駆動回路）に接続するためのリードパターン４２ａが接続されている。また、トナー制御手段４の印写面側には、トナー通加孔４１の周辺部を除いた領域に共通電極４３が設けられている。この共通電極４３には、制御電極４２へのＶｃ−ｏｎ、Ｖｃ−ｏｆｆの電圧印加にかかわらず、隣接相互の電界の影響を受けないようにＤＣ電位が印加される。すなわち、記録紙側のバイアス電位とトナー供給側の間に形成する電気力を各トナー通過孔の独立した電気力線として形成できるため、マルチ駆動（複数のノズルトナー通過孔からトナーを飛翔させる駆動）のときの相互干渉（他のトナー通過孔の状態を受けること）が発生しないようにしている。
【００６１】
上記構成のトナー制御手段４は、例えば次のように製造することができる。まず、基材４５である絶縁性部材として、コスト及び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）を使用する。樹脂フィルムの厚さは３０μｍ〜１００μｍが好適である。この樹脂フィルムの裏表の表面に０．２μｍ〜１μｍのＡｌ蒸着膜を形成する。次に、Ａｌ蒸着膜が形成された樹脂フィルムの表面（おもての面）のフォトリソ工程として、フォトレジストをスピンナで塗布後、プリベーク及びマスク露光を行ない、現像した後、フォトレジストの加熱硬化を行なう。同様に、Ａｌ蒸着膜が形成された樹脂フィルムの裏面に対して印写面側のパターンを前記と同様なフォトリソ工程で形成する。その後、Ａｌエッチング液によるＡｌのパタンニングを行う。トナー通過孔４１となる貫通孔の形成は、上記Ａｌのパターンを形成した後に行う。この貫通孔を形成する加工としては、プレスによる機械的な加工、形成したパターンに対するエキシマレーザー加工、メタルマスクを利用したスパッタエッチング加工等のドライエッチング加工を用いることができる。これらの加工を採用することにより、位置ずれの無い高精度な貫通孔の加工が可能になる。
【００６２】
上記構成のトナー担持体１及びトナー制御手段４を備えた画像形成装置においては、トナー担持体１の電極１１に対して１８０度位相の異なる２相パルス電圧を印加することにより、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る。また、トナー担持体１の回転による搬送により、トナーＴが搬送される。一方、記録紙３側の背面電極５に印写バイアス電圧Ｖｐが印加される。この状態で、トナー制御手段４の共通電極４３に対して電圧Ｖｒｇを印加する。そして、制御電極４２に対して、トナーＴがトナー通過孔４１を通過可能な状態（ＯＮ状態）にするときには図２に示すＯＮ時の電圧Ｖｃ−ｏｎを印加し、トナーＴがトナー通過孔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。この場合、これらの各電極１１，５，４２，４３に対する印加電圧を後述するように設定することで、トナー制御手段４をトナー担持体１のトナーＴが記録紙３に向かって通過可能な状態のＶｃ−ｏｎ印加時に、記録紙３側からトナー供給側に電気力線１０が形成される。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のトナー通過孔４１を通過して記録紙３上に着弾する。したがって、形成対象の画像に応じてトナー制御手段４１の各トナー通過孔４１をＯＮ／ＯＦＦ制御（開閉制御）することで、記録紙３上に直接トナー画像を形成することができる。
【００６３】
図４は、トナー担持体１の電極１１に対するパルス電圧Ｖｓ、記録紙３側の背面電極５に対するバイアス電圧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をそれぞれ印加したときの、トナー担持体１、トナー制御手段４、記録紙３の二次元断面における電界強度分布のシミュレーション結果に基づくトナー通過孔を通過する電気力線を示す説明図である。
トナー担持体１の電極１１にはパルス電圧（電位が時間的に変動する電位）Ｖｓを印加する。この場合、バイアス電圧Ｖｐの波高値は電極ピッチ、使用するトナー等に応じて設定する。通常の実験結果によると、バイアス電圧Ｖｐの波高値を±６０〜±３００Ｖｐｐ（ｐｐはピーク−ピーク）の範囲内で設定することにより、トナーの飛翔が可能になる。
【００６４】
図４のシミュレーションの例では、±２００Ｖｐｐ、ＤＣ電圧成分０Ｖの電圧を印加している。なお、トナー担持体１とトナー制御手段４の間隔ｄは０．２ｍｍである。また、この例では、トナー制御手段４のトナー通過孔４１の直径はφ１２０μｍ、リング状の制御電極４２の穴中心方向の幅は５０μｍ、共通電極４３と穴の間隔は５０μｍである。このトナー制御手段４の共通電極４３に対する印加電圧は０Ｖである。そして、トナー制御手段４の制御電極４２には、トナーＴがトナー通過孔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が＋２５０Ｖ、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０Ｖとしている。
【００６５】
記録紙３の背面電極５へのバイアス電圧Ｖｐは、トナー制御手段４と記録紙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。図４の例では、トナー制御手段４と記録紙３との間隔が０．３ｍｍであり、背面電極５に＋８００ＶのＤＣ電圧を印加し、マイナス帯電トナーを記録紙３の表面に引き寄せる電位勾配を形成している。
【００６６】
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、例えば、マイナスに帯電したトナーがトナー通過孔４１を通過可能な状態（ＯＮ状態）にする場合（図４（ａ））においては、次のように電気力線が形成される。すなわち、最もプラス側に電位が高い記録紙３側の電極５から出る電気力線のうち、トナー制御手段４のトナー通過孔４１を通る電気力線の多くが、トナー通過孔４１を通過した後、一番電位の低い電極すなわちトナー担持体電極１１の−２００Ｖを印加している電極に入ることになる。
【００６７】
図４（ａ）に示すように、トナーＴがトナー通過孔４１を通過可能な状態（ＯＮ状態）にしたときには、先の記録紙３側の電極５からトナー通過孔４１を通る電気力線１０は、−２００Ｖと最も電位の低い２箇所の電極４３に入る結果となっている。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、または−２００Ｖ印加の担持体電極近傍のトナーは、この電気力線１０に沿ってトナー通過孔４１を通過し、記録紙３の表面にトナーＴが飛翔することができる。
【００６８】
一方、トナーＴがトナー通過孔４１を通過不可能な阻止状態（ＯＦＦ状態）にした場合（図４（ｂ））においては、制御電極４２に−２００Ｖが印加されている。また、トナー担持体１の電極１１の低電位側も−２００Ｖであるが、記録紙３側の電極５からの電気力線は近い位置にある制御電極４２に全ての電気力線が入ることになる。したがって、トナー担持体１の表面及びその上方の供給領域にあるトナーは、記録紙３側の電極３１に向かって飛翔することはない。この阻止状態（ＯＦＦ状態）の制御電極４２への印加電圧は、トナー担持体１の電極１１の低電位側と同じ電位である必要はなく、トナー通過孔４１を通過した電気力線がトナー担持体１の表面に至らない条件であればトナーＴの通過を阻止する（ＯＦＦ状態にする）ことはできる。
【００６９】
次に、本発明の実施形態に係る画像形成装置の全体構成及び動作について説明する。
図５は本発明の実施形態に係る画像形成装置の全体構成の一例を模式的に示した全体構成図である。この画像形成装置は、前述した実施形態のユニットを４個設けてイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色分のトナーのクラウド化とトナー制御手段によるＯＮ／ＯＦＦ制御とを行ってカラー画像を形成する画像形成装置の例である。図５において、画像形成装置は、トナー付着対象物としてのベルト状の中間転写体１０３の張架面に沿って、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色分のトナーのクラウド化して供給する４個のトナー供給ユニット１００ｙ、１０１ｍ、１０１ｃ、１０１ｋ（色を区別しないときは「トナー供給ユニット１００」という。以下同様。）が配置されている。各トナー供給ユニット１００と中間転写体１０３との間にはそれぞれ、前述のトナー制御手段４と同様な構成のトナー制御手段１０４が配置されている。トナーとしては、例えば、前述のトナー（１）やトナー（２）を用いることができる。
【００７０】
中間転写体１０３は、２つのローラ１３２、１３３との間に掛け回されて矢示方向に周回移動する。この中間転写体１０３の背面（内側）には各トナー供給ユニット１００に対応して記録媒体側電極である背面電極１０５が配置されている。また、記録紙３にトナー画像が転写された後の中間転写体１０３上の残トナーを除去するクリーニングユニット１３５が設けられている。
【００７１】
トナー供給ユニット１００は、トナーをクラウド化させるために電圧を印加する複数の電極１１１を並べて配置したトナー担持体１と同様な構成の円筒状のトナー担持体１０１と、このトナー担持体１０１にトナーを補給する回転するトナー補給ローラ１１３と、トナー担持体１０１上のトナー量を規制するブレード１１４とを備えている。
ここでは、トナー補給ローラ１１３からトナー担持体１０１にトナーが補給されるとともに、トナー補給ローラ１１３上のトナーとトナー担持体１０１との摩擦によってトナーの摩擦帯電が行われる。
また、トナー補給ローラ１１３の下流側のブレード１１４は、トナー担持体１０１表面のトナー量を薄層で一定量にするとともに、トナー帯電量の安定化も図っている。
そして、トナー供給ユニット１００で供給されるトナーがトナー制御手段１０４によって画像に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御されることで中間転写体１０３上に飛翔され、中間転写体１０３上にカラーのトナー画像が形成される。
【００７２】
トナー供給ユニット１００の下方には、記録紙１５０を収容する給紙部１５１が配置され、給紙部１５１から記録紙１５０がピックアップローラ（給紙ローラ）１５２で給紙される。給紙部１５１から給紙された記録紙１５０は、中間転写体１０３を掛け回したローラ１３２に対向して配置した転写ローラ１５３で中間転写体１０３上のトナー画像が転写される。なお、ここでは図示していないが、記録紙１５０の裏面側の転写ローラ１５３に正極性のバイアス電圧（＋バイアス）が印加されることで中間転写体１０３から記録紙１５０面へのトナー画像の転写が行われる。
【００７３】
上記トナー画像が転写された記録紙１５０は、圧力定着手段としての圧力定着ユニット１６０に搬送され、その圧力定着ユニット１６０でトナーが記録紙１５０上に定着された後、排紙される。この圧力定着ユニット１６０は、記録紙１５０が通過するニップ部を形成する加圧ローラ対を備えている。圧力定着ユニット１６０による圧力定着の際に加圧ローラ対によって記録紙１５０上のトナー画像に加える圧力は、０．５ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下が好ましい。当該圧力が０．５ＭＰａ以上であることによって定着不良を防止し、また当該圧力が１００ＭＰａ以下であることによって記録紙１５０を支障なく搬送することができる。
【００７４】
また、上述したように中間転写体１０３は、中間転写体クリーニング手段としてのクリーニングユニット１３５によって残トナーがクリーニングされ、次の画像形成が行われる。
【００７５】
以上のように、図５の画像形成装置は、中間転写体１０３に４色トナー画像を形成した後、その中間転写体１０３上の４色トナー画像を給紙部１５１から供給される記録紙１５０に転写を行う中間転写記録方式である。
この中間転写記録方式の場合は、印写面（「トナーが着弾する面」、「画像形成面」ともいう。）とトナー制御手段１０４との間隔を一定に保つ精度確保が容易であり、トナー飛翔速度が低い条件で高画質化を図ることができる。
また、中間転写記録方式の場合は、平滑で体積抵抗率の調整によって電荷が蓄積しない、電位変動のない印写面が得られる。クラウド化したトナーの通過のＯＮ／ＯＦＦで記録紙上に直接印刷する画像形成装置は電位に対する感度が高く、印写面バイアス電位の変動に対して画質変動が発生しやすいが、上記中間転写記録方式の構成であれば信頼性の高い、高画質のカラー画像を得ることができる。
【００７６】
図６は、本発明の他の実施形態に係る画像形成装置の全体構成の一例を示す全体構成図である。なお、図６において、図５と同様な構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
図６の画像形成装置は、トナー制御手段を通過したトナーを記録媒体としての記録紙上に直接着弾させてトナー画像を形成する例である。つまり、本実施形態の画像形成装置では、給紙部１５１から供給される記録紙１５０を紙搬送ベルト１６１に静電的に吸着し、トナー供給ユニット１００と対向する領域を通過させ、トナー制御手段１０４の画像に応じたＯＮ／ＯＦＦ制御によって記録紙１５０上に直接カラー画像を形成する。
【００７７】
図６において、紙搬送ベルト１６１は例えばポリイミド等から形成され、２つのローラ１６２、１６３に掛け回されて矢示方向に周回移動するように駆動される。そして、紙搬送ベルト１６１は、図示しない帯電ローラなどの帯電手段によって帯電されることにより、記録紙１５０を静電的に吸着保持して搬送する。また、給紙部１０５から記録紙１５０を紙搬送ベルト１６１に導くためのガイド１６４、レジストローラ１６５なども配置されている。
【００７８】
図６の構成の画像形成装置では、トナー通過を制御するトナー制御手段１０４と、通過後のトナーを記録紙１５０に導くためのバイアスを印加する背面電極１０５との間に、ポリイミド等の紙搬送ベルト１６１及び記録紙１５０がある。そのため、トナー制御手段１０４と背面電極１０５との間隔を非常に狭く設定することが難しいが、他方、記録紙１５０上に直接カラー画像を形成し、転写プロセスがないため、転写によるトナー散りで画質低下することがなくなる。また、図６の画像形成装置は、前記図５で説明した構成のようなベルトクリーニング機構を必要としないこと等もあり、小型、低コストの画像形成装置の実現に有利である。
【００７９】
図５及び図６に示したトナーをクラウド化して飛翔させる構成の画像形成装置では、印写面のバイアスを低い設定にしてトナーを導くことも可能であるため、記録紙の表面へのトナーの着弾スピードも低く設定でき、トナーの散りが起きない高画質の画像形成装置を得ることができる。
【００８０】
次に、上記構成の画像形成装置で用いることができるトナー担持体の構成例について説明する。
図７（ａ）は、トナー担持体の一構成例を展開した状態で模式的に示す平面説明図であり、図７（ｂ）は、そのトナー担持体の断面説明図である。図示の例は、トナー担持体１０１の表面に複数の電極を設け、これら複数の電極を１本おきの２組を共通にして２相用電極を構成した例である。２組の２相用電極それぞれには、１８０°位相の異なる２相パルス（例えば、図８のＡ相のパルス及びＢ相のパルス参照）が印加され、互いに隣接する電極同士で吸引と反発を繰り返す２相電界が形成される。
【００８１】
図７において、トナー担持体１０１は、絶縁性基板１０１Ａの表面上に複数の電極１１１として、Ａ用電極（第１の電極）１１１ＡとＢ相用電極（第２の電極）１１１Ｂとを備え、その上に表面保護層１０１Ｂを設けたものである。電極１１１Ａ、１１１Ｂはそれぞれ櫛歯状に形成され、トナーの搬送方向に微細なピッチで並び、かつトナーの搬送方向と直交する方向に対して並行になるように設けられている。トナーの搬送方向と直交する方向における両サイドには共通のバスライン１１１Ａａ、１１１Ｂａが設けられ、各バスライン１１１Ａａ、１１１Ｂａは外部の図示しない２相パルス発生回路にそれぞれ接続されている。
【００８２】
電極１１１Ａ、１１１Ｂに印加するパルス電圧は、例えば、周波数が０．５ｋＨｚ〜７ｋＨｚであり、ＤＣ電圧をバイアスに含むパルス電圧である。そのパルス電圧の波高値は例えば±６０〜±３００Ｖの範囲内で、電極幅、電極間隔及び使用するトナーの種類などに応じて設定される。このパルス電圧の印加により、電極１１１Ａと電極１１１Ｂとの間には、隣接同士の電界方向の切り替わりに応じてトナーの反発飛翔と吸引飛翔とを繰り返す２相電界が形成される。このトナーの反発飛翔と吸引飛翔とを繰り返しにより、トナーは相互の電極１１１Ａ、１１１Ｂ間を往復移動する。そして、トナー担持体１０１の全体は、トナーを搬送する方向に表面が移動するように回転するものである。
【００８３】
図７のトナー担持体１０１は、その表面にトナーの搬送方向と直交する方向に長く延びて所定の間隔で配設された複数の電極１１１Ａ、１１１Ｂを有し、各電極１１１Ａ、１１１Ｂに、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パルス電圧を印加し、更にトナー担持体１０１を所定方向に回転駆動するように構成されている。このようにトナーの搬送とクラウド化を行うようにトナー担持体１０１を構成することにより、トナー担持体１０１の表面におけるトナー搬送に関して、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。
【００８４】
図９（ａ）は、トナー担持体の他の構成例を展開した状態で模式的に示す平面説明図であり、図９（ｂ）は、そのトナー担持体の断面説明図である。図９の例は、トナー担持体表面に複数の電極を設け、表層側の各電極をすべて共通とした例である。この表層側の各電極と、絶縁層を介して下層に設けた導体基材電極との間に、１８０°位相の異なる２相パルス（図８参照）が印加され、表層側電極と下層の導体基材電極との間に形成される相互の電界で吸引と反発を繰り返すトナー担持体の例である。なお、図９において、図７と同様な構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
【００８５】
図９において、トナー担持体１０１は、内部に配置した絶縁性基板１０１Ａの表面上に複数の電極としてＡ相用電極１１１Ａが設けられ、絶縁性基板１０１Ａの下面にベタの導体基材（Ｂ相用電極）１１１Ｂが設けられている。これらの電極１１１Ａ、１１１Ｂの表面に保護層１０１Ｂ、１０１Ｂが設けられている。表面側の電極１１１Ａは、トナーの搬送方向に微細なピッチで並び、かつトナーの搬送方向と直交する方向にそれぞれ並行になるように設けられている。トナーの搬送方向と直交する方向における両サイドには共通のバスライン１１１Ａａが設けられている。この電極１１１Ａのバスライン１１１Ａａと絶縁性基板１０１Ａの下面の電極１１１Ｂは、外部の図示しない２相パルス発生回路にそれぞれ接続されている。
【００８６】
電極１１１Ａ、１１１Ｂに印加する２相パルス電圧も、例えば、周波数が０．５ＫＨｚ〜７ＫＨｚでありＤＣ電圧をバイアスに含むパルス電圧である。そのパルス電圧の波高値は例えば±６０〜±３００Ｖの範囲内で、電極幅、電極間隔及び使用するトナーの種類などに応じて設定される。パルス電圧を印加する構成は、図７と同様である。このパルス電圧の印加により、表層側の電極１１１Ａ、１１１Ａの間（スペース間）を２相パルスの切り替わりに応じてトナーが飛翔を繰り返す。そして、トナー担持体１０１全体は、トナーを搬送する方向に表面が移動するように回転するものである。
【００８７】
図９のトナー担持体１０１の具体的構成において、ベース基板である絶縁性基板１０１Ａは、例えば、樹脂或いはセラミックス等の絶縁性材料からなるもの、或いは、アルミなどの導電性材料からなる基材にＳｉＯ２等の絶縁膜を成膜したもの、ポリイミドフィルムなどのフレキシブルに変形可能な材料からなるもの、などを用いることができる。
【００８８】
また、電極１１１は、ベース基板上にＡｌ、Ｎｉ−Ｃｒ等の導電性材料を０．１〜１μｍ厚さで成膜し、フォトリソ技術等を用いて所要の電極形状にパターン化して形成、または銅箔を積層、メッキ等で形成した後フォトリソでパターン化したものであってもよい。下層導体基材電極１１１Ｂは、例えばＡｌ、Ｎｉ−Ｃｒ等の導電性材料であればよい。
【００８９】
表面保護層１０１Ｂとしては、例えば、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＴｉＮ、Ｔａ２Ｏ５などを厚さ０．５〜２μｍで蒸着成膜して形成、またはポリカーボネート、ポリイミド、メチルメタアクリレート等の有機材料を２〜１０μｍ厚に薄膜印刷塗布して加熱硬化したものでもよい。
【００９０】
このように構成したトナー担持体においては、前述の駆動回路７から飛翔用のパルスを印加して飛翔電界を形成することにより、トナー担持体１０１上の帯電したトナーは反発力及び吸引力を受けて上下方向への飛翔しながら進行波方向への搬送が行われる。
【００９１】
次に、上記画像形成装置におけるトナー供給ユニット１００の具体的な構成例について説明する。
図１０は、トナー供給ユニット１００の一構成例を示す概略構成図である。本構成例は、トナー供給ユニット１００は、磁性キャリアと非磁性トナーとを含む二成分記録剤を用いる例である。二成分記録剤としては、例えば、前述の記録剤（１）や記録剤（２）を用いることができる。記録剤収容部２０１は２つの室２０１Ａ、２０１Ｂに分けられており、トナー供給ユニット１００内の両端部の記録剤通路（図示せず）によって繋がっている。記録剤収容部２０１には二成分記録剤が収容されており、各室２０１Ａ、２０１Ｂにある攪拌搬送スクリュー２０２Ａ、２０２Ｂによって攪拌されながら記録剤収容部２０１内を搬送されている。記録剤収容部２０１の室２０１Ａにはトナー補給口２０３が配置されており、図示しないトナー収容部からトナー補給口２０３を通って、記録剤収容部２０１内に補給される。
【００９２】
記録剤収容部２０１には記録剤の透磁率を検知する図示しないトナー濃度センサが設置されており、記録剤の濃度を検知している。記録剤収容部２０１のトナー濃度が減少すると、トナー補給口２０３から記録剤収容部２０１内にトナーが補給される。そして、攪拌搬送スクリュー２０２Ｂと対向する位置には、トナー補給ローラとしてのマグブラシローラ２０４が配置されている。マグブラシローラ２０４の内部には固定された磁石が配置されおり、マグブラシローラ２０４の回転と磁力によって、記録剤収容部２０１内の記録剤はマグブラシローラ２０４表面に汲み上げられる。記録剤の汲み上げ位置よりマグブラシローラ２０４の回転方向上流において、マグブラシローラ２０４と対向する位置に記録剤層規制部材２０５が設けられている。汲み上げ位置で汲み上げたれた記録剤は記録剤層規制部材２０５によって一定量の記録剤層厚に規制される。
【００９３】
記録剤層規制部材２０５を通った記録剤はマグブラシローラ２０４の回転に伴って、トナー担持体１０１と対向する位置まで搬送される。マグブラシローラ２０４には、第一電圧印加手段２１１によって供給バイアスが印加されている。 トナー担持体１０１には、第二電圧印加手段２１２によって前述した図７或いは図９に示す電圧が電極１１１に印加されている。
【００９４】
マグブラシローラ２０４と対向する位置においては、第一、第二電圧印加手段２１１、２１２によってトナー担持体１０１とマグブラシローラ２０４との間に電界が生じている。その電界からの静電気力を受け、トナーはキャリアから分離し、トナー担持体１０１の表面に移動する。
【００９５】
トナー担持体１０１表面に達したトナーは、第二電圧印加手段２１２から電極１１１に印加された電圧が形成する電界によってクラウド化し、トナー担持体１０１の回転、またはトナー担持体１０１の進行波電界によって搬送される。そして、トナー制御手段１０４と対向する位置まで搬送されたトナーは、制御電極４２のトナー通過ＯＮ／ＯＦＦの制御電界により選択的に記録媒体側に飛翔されて、トナーのドット印写が制御される。
【００９６】
図１１は、トナー供給ユニット１００の他の構成例を示す概略構成図である。このトナー供給ユニット１００は、非磁性トナーから成る一成分記録剤を用いる例である。トナーは記録剤収容部２０１に収容されており、帯電ローラ２２０によってトナーはトナー補給ローラ１１３と摩擦帯電を行い、静電気力によってトナー補給ローラ１１３上に汲み上げられる。トナー補給ローラ１１３上のトナーは記録剤層規制部材１１４によって薄層とされ、トナー補給ローラ１１３の回転に伴ってトナー担持体１０１と対向する位置に搬送される。このとき、トナー補給ローラ１１３には、第一電圧印加手段２２１によって供給バイアスが印加されている。また、トナー担持体１０１には、第二電圧印加手段２２２によって電極１１１に電圧が印加されている。したがって、トナー担持体１０１と対向する位置においては、第一、第二電圧印加手段２２１、２２２によってトナー担持体１０１とトナー補給ローラ１１３との間に電界が生じ、その電界からの静電気力を受け、トナーはトナー補給ローラ１１３から分離し、トナー担持体１０１表面に移動する。
【００９７】
前述の図１０の構成例と同様に、トナー担持体１０１の表面に達したトナーは、第二電圧印加手段２２２から電極１１に印加された電圧が形成する電界によってクラウド化し、トナー担持体１０１の回転、またはトナー担持体１０１の進行波電界によって搬送される。
【００９８】
そして、トナー制御手段１０４と対向する位置まで搬送されたトナーは、制御電極４２のトナー通過ＯＮ／ＯＦＦの制御電界により選択的に記録媒体側に飛翔されて、トナーのドット印写が制御される。
【００９９】
なお、これらの各トナー供給ユニット１００において、印写に寄与しなかったトナーはトナー担持体１０１によってさらに搬送され、図示しない回収手段によってトナー担持体１０１表面から回収される。回収されたトナーは再び記録剤収容部２０１に戻され、トナー供給ユニット１００内を循環する。
【０１００】
次に、本発明の実施形態に係る画像形成装置における圧力定着ユニット１６０における圧力を変更する圧力変更手段について説明する。この圧力変更手段は、制御手段としての制御装置と、この制御装置に接続された圧力定着ユニット１６０の加圧力を変化させる加圧力調整機構とを用いて構成される。
【０１０１】
図１２及び図１３は、圧力定着ユニット１６０に用いられる加圧装置１２の加圧ローラ対で発生させる加圧力を変化させる加圧力調整機構の構成例を示す概略構成図である。図１２は加圧ローラ対による加圧力を高めた状態の図であり、図１３は加圧ローラ対による加圧力を低くした状態の図である。
本構成例の加圧力調整機構は、加圧装置１２の筐体１５の支点４０に一端が軸支され、多端側が圧縮スプリング３３で支持されたレバー３１を備えている。このレバー３１の略中央部で下ローラ１２ｂの軸受１２ｂ１を支持するとともに、圧縮スプリング３３で支持されたレバー３１の端部に、カム３４と当接するコロ３２が設けられている。このカム３４の回転（図示しないモータ等により回転する）によりレバー３１が揺動するように構成されている。また、カム３４を挟んで反対側には、加圧装置１２の筐体１５に設けた軸３７、３８と圧縮スプリング３９とで支持されたアーム３６が設けられている。このアーム３６の先端に設けたコロ３５がカム３４に当接している。このような構成とすることにより、カム３４の回転に応じて上ローラ１２ａと下ローラ１２ｂで発生する圧力を変化させることができる。
【０１０２】
図１４は、画像情報に基づいて加圧力調整機構における加圧装置１２の加圧ローラ対で発生させる加圧力を制御する制御系の一例を示すブロック図である。制御装置９００は例えばＣＰＵ９０１、ＲＡＭ９０２、ＲＯＭ９０３、Ｉ／Ｏインターフェース９０４などで構成され、加圧装置１２及び前述の駆動回路７（図１参照）に接続されている。制御装置９００は、予め組み込まれた所定の制御プログラムを実行することにより、駆動回路７からの画像情報に基づいて加圧装置１２における加圧力を制御することができる。
【０１０３】
例えば、制御装置９００は、前述の図５及び図６に示した構成の複数の色の画像を形成できる画像形成装置によって記録紙１５０に形成された画像が、単色で形成された画像であるか複数の色で形成された画像であるかを、前述の駆動回路７（図１参照）からの情報に基づいて判別する。制御装置９００は、その判別結果に基づいて、加圧装置１２の加圧ローラ対１２ａ，１２ｂで発生させる加圧力の設定値を各々の画像に適した値に変更し、その変更後の設定値に基づいて加圧装置１２に制御信号を送る。加圧装置１２は、制御装置９００からの制御信号に基づいて加圧ローラ対１２ａ，１２ｂで発生させる圧力を変化させる。
【０１０４】
ここで、一般に単色の画像に比べて複数の色の画像はトナー付着量が多くトナー層も厚いため、例えばモノクロ（単色）の画像である場合は加圧ローラ対１２ａ，１２ｂで発生させる圧力を小さく設定し、カラー（複数の色）の画像である場合は加圧ローラ対１２ａ，１２ｂで発生させる圧力を大きく設定し、加圧力をそれぞれの画像パターンに適した値に変更する。このように、記録紙に形成する画像が単色か否かを判断し、記録材の画像の違いによって加圧装置１２の加圧ローラ対に発生させる圧力を自動的に最適値に変更することにより、加圧力不足による定着不良や、過剰な加圧力がかかることによって発生するしわなどの不具合を防止することができる。
【０１０５】
また、前述の図５及び図６に示した構成の複数の色の画像を形成できる画像形成装置によって記録紙１５０に形成された画像の画像面積率を前述の駆動回路７（図１参照）からの情報によって判別する。制御装置９００は、その判別結果に基づいて、加圧装置１２の加圧ローラ対１２ａ，１２ｂで発生させる加圧力の設定値を各々の画像に適した値に変更し、その変更後の設定値に基づいて加圧装置１２に制御信号を送る。加圧装置１２は、制御装置９００からの制御信号に基づいて加圧ローラ対１２ａ，１２ｂで発生させる圧力を変化させる。
【０１０６】
ここで、記録紙上のトナー付着量は画像面積率に比例して多くなりトナー層も厚くなる。そのため、例えば各色の画像面積率の合計が予め設定した閾値（例えば５０％）以下の画像である場合は加圧ローラ対１２ａ，１２ｂで発生させる圧力を小さく設定し、画像面積率が上記閾値（例えば５０％）よりも大きい場合は加圧ローラ対１２ａ，１２ｂで発生させる圧力を大きく設定し、加圧力をそれぞれの画像面積率に適した値に変更する。このように、記録紙に形成する画像の画像面積率を判断し、その画像面積率の違いによって加圧装置１２の加圧ローラ対１２ａ，１２ｂに発生させる圧力を自動的に最適値に変更することにより、加圧力不足による定着不良や、過剰な加圧力がかかることによって発生するしわなどの不具合を防止することができる。
【０１０７】
なお、上記実施形態では主に負帯電トナーを用いてトナー画像を形成する場合について説明したが、本発明は、正帯電トナーを用いてトナー画像を形成する場合にも同様に適用することができる。
【０１０８】
以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
圧力相転移樹脂を含むトナーＴを用いて記録紙３（１５０）などの記録媒体上に形成したトナー画像に、非加熱で圧力を加えることにより、トナー画像を記録媒体に定着させる加圧装置１２を有する圧力定着ユニット１６０などの圧力定着手段を備えた画像形成装置であって、圧力相転移樹脂を含むトナーＴを担持するトナー担持体１（１０１）と、トナー担持体１から飛翔したトナーＴが通過するトナー通過孔４１とトナー通過孔４１におけるトナーＴの通過を制御するパルス電圧などの制御電圧Ｖｃが印加される制御電極４２とを有するトナー制御手段４（１０４）と、トナー制御手段４の制御電極４２に制御電圧Ｖｃを印加する駆動回路７などの電圧印加手段と、を備え、トナー制御手段４のトナー通加孔４１を通過したトナーＴを、記録媒体に直接又は中間転写ベルトなどの中間転写体１０３を介して付着させることにより、記録媒体上にトナー画像を形成する。
これによれば、上記実施形態について説明したように、圧力相転移樹脂を含むトナーＴを担持したトナー担持体１からトナー制御手段４に向かってトナーＴが飛翔し、そのトナー制御手段４のトナー通過孔４１におけるトナー通過が、トナー制御手段４の制御電極４２に印加された制御電圧Ｖｃにより制御される。このように制御されてトナー通過孔４１を通過したトナーＴを、記録媒体に直接又は中間転写体１０３を介して付着させることにより、記録媒体上にトナー画像を形成する。この圧力相転移樹脂を含むトナーＴで形成されたトナー画像は、従来の加熱定着方式に比して加熱温度を低減した又は加熱を行わない非加熱方式で圧力を加えることにより記録媒体に定着させることができる。従って、熱定着方式の画像形成装置に比べてエネルギーの消費が少なくなる。しかも、従来の潜像担持体上のトナー画像を転写した後に潜像担持体の表面にブレードやブラシ等のクリーニング部材を押圧して残トナーを除去する構成とは異なり、上記圧力相転移樹脂を含むトナーＴは、潜像担持体上に付着した状態でクリーニング部材から圧力を受けるということがなくなる。そのため、圧力定着以外の処理でトナーが圧力を受けることによるトナーの固着や固化を抑制することができる。
（態様Ｂ）
上記態様Ａにおいて、トナー制御手段４のトナー通加孔４１を通過したトナーを、中間転写体を介さずに記録媒体に直接付着させることにより、記録媒体上にトナー画像を形成する。これによれば、上記実施形態について説明したように、トナー担持体１からのトナーが直接付着させられる記録媒体が記録紙であり、中間転写ベルトなどの中間転写体を必要としないため、中間転写体の表面をクリーニングする中間転写体クリーニング手段が不要になる。このため、中間転写体とクリーニングブレード等の中間転写体クリーニング部材との間にかかる圧力によってトナーが固化したり、中間転写体やクリーニングブレードなどの中間転写体クリーニング部材へトナーが固着したりすることを防止することができる。
（態様Ｃ）
上記態様Ａ又は態様Ｂにおいて、圧力定着ユニット１６０などの圧力定着手段による定着の際に記録媒体上のトナー画像に加える圧力は０．５ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下である。これによれば、上記実施形態について説明したように、前記圧力の下限値を０．５ＭＰａに規定することによって定着不良を防止し、また前記圧力の上限値を１００ＭＰａに規定することによって記録紙３などの記録媒体を支障なく搬送することができる。
（態様Ｄ）
上記態様Ａ、態様Ｂ又は態様Ｃにおいて、圧力定着ユニット１６０などの圧力定着手段は、記録紙３などの記録媒体が通過するニップ部を形成する加圧ローラ対１２ａ，１２ｂを備え、記録媒体に形成されるトナー画像が単色の画像か否かの情報に基づいて、加圧ローラ対１２ａ，１２ｂのニップ部に加える圧力を変更する、制御装置９００及び加圧力調整機構などからなる圧力変更手段を備える。記録媒体に形成される画像がモノクロ画像などの単色の画像か、その他のフルカラーなどの２色以上の画像かによって、圧力定着ユニット１６０などの圧力定着手段で記録媒体上のトナー画像にかける圧力の最適範囲は変化する。本態様Ｄの構成によれば、上記実施形態で示したように、記録紙３などの記録媒体に形成される画像が単色の画像かあるいはその他の複数色の画像かに応じて、圧力定着手段で記録媒体上のトナー画像にかける加圧力を調整できるため、トナー画像の定着性を確保しながら記録媒体におけるしわの発生などの副作用を防止することができる。
（態様Ｅ）
上記態様Ａ、態様Ｂ又は態様Ｃにおいて、圧力定着ユニット１６０などの圧力定着手段は、記録紙３などの記録媒体が通過するニップ部を形成する加圧ローラ対１２ａ，１２ｂを備え、記録媒体に形成されるトナー画像の面積率に基づいて、加圧ローラ対１２ａ，１２ｂのニップ部に加える圧力を変更する、制御装置９００及び加圧力調整機構などからなる圧力変更手段を備える。記録紙３等の記録媒体に形成される画像の面積率によって、圧力定着手段で記録媒体上のトナー画像にかける圧力の最適範囲は変化する。本態様Ｅの構成によれば、上記実施形態で示したように、記録紙３などの記録媒体に形成される画像の面積率に応じて、圧力定着手段で記録媒体上のトナー画像にかける加圧力を調整できるため、トナー画像の定着性を確保しながら記録媒体のしわの発生などの副作用を防止することができる。
【符号の説明】
【０１０９】
１ トナー担持体
３ 記録紙（記録媒体）
４ トナー制御手段
５ 対向電極（背面電極）
６ 電圧印加手段
７ 駆動回路
８ 電源手段
１１ 電極
１２ 加圧装置
１２ａ 上ローラ
１２ａ１ 軸受
１２ｂ 下ローラ
１２ｂ１ 軸受
１５ 定着装置の筐体
３１ レバー
３２ コロ
３３ 圧縮スプリング
３４ カム
３５ コロ
３６ アーム
３７，３８ 軸
３９ 圧縮スプリング
４０ 支点
４１ トナー通過孔
４２ 制御電極
４３ 共通電極
１００ トナー供給ユニット
１０１ トナー担持体
１０１Ａ 絶縁性基板
１０１Ｂ 表面保護層
１０３ 中間転写体
１０４ トナー制御手段
１０５ 対向電極（背面電極）
１１１ 電極
１１１Ａ 電極
１１１Ａａ バスライン
１１１Ｂ 電極
１１１Ｂａ バスライン
１１３ トナー補給ローラ
１１４ 記録剤層規制部材
１１３ トナー補給ローラ
１１４ ブレード
１５０ 記録紙
１５１ 給紙部
１５２ ピックアップローラ（給紙ローラ）
１５３ 転写ローラ
１６０ 圧力定着ユニット（圧力定着手段）
１６２，１６３ ローラ
１６５ レジストローラ
２２０ 帯電ローラ
２２１ 第１電圧印加手段
２２２ 第２電圧印加手段
Ｔ トナー
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１１０】
【特許文献１】特公昭５９−１１９３６４号公報
【特許文献２】特許第３２９０５１３号公報
【特許文献３】特開２００９−００８９６７号公報
【特許文献４】特許第４５８２２２７号公報
【特許文献５】特許第４５２５８２８号公報
【特許文献６】特開２００９−３００８４８号公報
【特許文献７】特開２０１１−０２８０５５号公報
【非特許文献】
【０１１１】
【非特許文献１】Pollard, M., Russell, T. P., Ruzette, A.-V. G., Mayes, A. M. and Gallot, Y., "The effect of hydrostatic pressure on the lower critical ordering transition on diblock copolymers": Macromolecules, 31, 6493 (1998)
【非特許文献２】Ruzette, A.-V. G., Banerjee, P., Mayes, A. M. and Russell, T. P., "A simple model for baroplastic behavior in block copolymer melts": J. Chem. Phys., 114, 8205 (2001)
【非特許文献３】Gonzalez-Leon, J. A., Metin, H. A., Ryu, S.-W., Ruzette, A.-V. G. and Mayes, A. M., "Low temperature processing of baroplastics by pressure-induced flow": Nature, 426, 424 (2003)
【非特許文献４】Doi, Y. and Steinbuchel, A.: Biopolymers, Polyester II-Properties and Chemical Synthesis, (2002), Wiley-VCH
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ、ＦＡＸ等の画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の画像形成装置においてトナー画像を紙等の記録媒体に定着させる定着方式としては熱定着方式が広く用いられているが、画像形成装置の消費電力の半分以上が熱定着方式の加熱に費やされているため、昨今の環境問題の観点から加熱温度を下げるか全く加熱させないで定着させる非加熱定着方式が種々提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、トナーに含まれる樹脂の少なくとも一部を溶解又は膨潤させる成分を含む粒子が非水系分散媒に分散されている非水系の定着液を、記録媒体上の撥水性処理されたトナーに付与する定着方法が提案されている。また、特許文献２には、トナーを溶解または膨潤可能で、水に不溶または難溶である有機化合物が水に分散混合された水中油滴型の定着液を、未定着のトナーが所定位置に配設された紙などの被定着物の表面から噴霧または滴下することにより、トナーを溶解または膨潤させた後、被定着物を乾燥させる湿式定着方法が提案されている。しかしながら、これらの方法では定着液を塗布あるいは噴霧する際や、塗布後の液体の表面張力の影響により未定着トナーが移動してしまい画像が大幅に乱れてしまう不具合やさらに水分除去が必要となり実用的ではないと考えられる。
【０００４】
また、特許文献３には、トナーの樹脂を溶解または膨潤させる軟化剤を含有した泡状定着液を調合し、泡状定着液を均一塗布することにより、トナー画像を乱すことなく非加熱定着させる定着方法が提案されている。しかしながら、この定着方法では、泡状定着液のトナーへの浸透に時間がかかるため、実用レベルには至っていないのが現状である。
【０００５】
一方、以下に示すように、エンジニアリングプラスチックやバイオプラスチック分野では、樹脂のミクロ相分離構造由来の特性を利用した低温での圧力成形用樹脂の研究がなされており、当該樹脂を電子写真方式の画像形成装置に応用する試みが行われている。
【０００６】
性質の異なる二種以上の高分子が共有結合でつながって構成されているブロック共重合体からなる樹脂は、互いに性質の異なる複数の高分子鎖が独立して凝集し、ミクロ相分離構造を形成する。このブロック共重合体からなる樹脂の構造は、各高分子鎖の組成に比例し、海島構造、シリンダー構造、ラメラ構造へと変化することは既に広く知られていたが、非特許文献１に記載されている小核中性子散乱によるブロック共重合体の構造研究において、当該樹脂に圧力刺激を加えると流動性が発生するという現象が近年新たに発見された。その後、非特許文献２に記載されているように、上記ブロック共重合体からなる樹脂のほか、ナノサイズのコアシェル樹脂粒子においても、同様の圧力刺激に対する樹脂の流動性発現が確認されている。さらに、非特許文献２では、この現象の解釈としてフローリー・ハギンズ理論を見直し、最終的に樹脂を構成する高分子成分の質量密度、溶解度パラメーター、膨張係数から、圧力刺激にて当該樹脂を構成する高分子が秩序状態（Ordered State：固体）から無秩序状態（Disordered State：相溶）に変化することにより当該樹脂に流動性が発現することを理論および実験の両側面から証明し、また、当該樹脂をバロプラスチック（baroplastic）と命名した。このように非特許文献１のブロック共重合体からなる樹脂の圧力刺激による流動性の発現は、非特許文献２に記載されているように、圧力刺激による樹脂の相転移現象により生じることが明らかにされた。
また、ソフトセグメント（ガラス転移温度または融点が低い（−３０℃以下））とハードセグメント（ガラス転移温度が高い（５０℃以上））とから成るミクロ相分離構造を有する樹脂であると圧力による相転移が起こりやすく流動性が発現することは、その後の多数の研究からも示唆されている（例えば、非特許文献３参照）。
このようにして１９９８年に発見された圧力刺激にて樹脂に流動性が出現する現象は２００３年以降に広く認められるようになってきた。
ミクロ相分離構造を有する共重合体（樹脂）の設計は流動性現象の発見以前に既に古くから行われており、上述のソフトセグメントとハードセグメントとからなる樹脂設計を含め、種々の文献に上記樹脂の製造方法が記載されている。例えば、エチレン性不飽和化合物の場合にはミニエマルション法やリビングラジカル重合など、ポリエステル系の場合には結晶性ブロックと非結晶性ブロックとを含むポリエステルブロック共重合体（例えば、非特許文献４参照）などは、一般によく知られている。
【０００７】
上記圧力刺激に伴う相転移現象により流動性が出現する樹脂（以下「圧力相転移樹脂」という。）を画像形成装置に用いる試みについては、圧力定着を行う電子写真方式の画像形成装置に応用した例が提案されている。
例えば、特許文献４には、上記圧力相転移樹脂を有するトナーとキャリアとを含む二成分現像剤を用いて潜像保持体上にトナー画像を形成し、その感光体から被記録材（記録媒体）に転写されたトナー画像を、定着温度が１５℃以上５０℃以下及び定着圧力が０．１Ｍｐａ以上５Ｍｐａ以下の条件で定着する画像形成装置が提案されている。
また、特許文献５には、上記圧力相転移樹脂を有するトナーとキャリアとを含む二成分現像剤を用いて潜像保持体上にトナー画像を形成し、その潜像保持体から被転写体（記録媒体）に転写されたトナー画像を、最大定着圧力が５Ｍｐａとなるように構成した２ロール型の定着装置により、定着ローラを加熱することなく圧力定着する画像形成装置が提案されている。
また、特許文献６には、上記圧力相転移樹脂を有するトナーとキャリアとを含む二成分現像剤を用いて潜像保持体上にトナー画像を形成し、その潜像保持体から被転写材（記録媒体）に転写されたトナー画像を、定着温度が１１０〜１８０℃及び定着圧力が１〜５Ｍｐａとなるように構成された加熱ローラ加熱ローラ定着機により定着する画像形成装置が提案されている。
また、特許文献７には、上記圧力相転移樹脂を有するトナーを含む現像剤を用いて像保持体上にトナー画像を形成し、その保持体から被転写材（記録媒体）に転写されたトナー画像を、定着温度が５０℃以下及び定着圧力が１〜５Ｍｐａとなるように上下ロールから構成された圧力付与装置により加圧して仮定着し、その後、紫外線を照射することにより紫外線硬化成分を硬化させ、被転写材にトナー画像を定着する画像形成装置が提案されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献４〜７に記載されている上記圧力相転移樹脂を有するトナーと圧力定着方式とを組み合わせた従来の画像形成装置では、圧力相転移樹脂が一定以上の圧力を受けることによって軟化する特性をもつことから、当該樹脂のトナーを用いて形成したトナー画像を圧力定着方式で定着することができる。そのため、従来の加熱によってトナーの樹脂を溶融して定着する熱定着方式の画像形成装置に比べてエネルギーの消費が少なくなる。
しかしながら、上記従来の画像形成装置では、感光体（潜像保持体、像保持体）の周面上で帯電、露光、現像、転写の各工程が繰り返し実行される。そのため、感光体上のトナー画像を記録媒体（被記録材、被転写体）に転写する転写工程の後、感光体の周面に残った残トナーを除去するクリーニング手段が必要になる。このクリーニング手段は、感光体上の残トナーをかき取るように感光体に押圧させた弾性ブレードや感光体に接触させた状態で回転駆動されるブラシローラなどを用いて構成されるが、いずれの構成も感光体上の残トナーに圧力がかかる。このため、圧力定着を行う定着装置以外の部分で一定以上の圧力を受けると、感光体の周面やクリーニング手段を構成する弾性ブレード及びブラシローラの表面などの部材表面に固着したりトナーがいったん軟化した後に固化したりするなどの不具合が発生するおそれがある。
【０００９】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、熱定着方式の画像形成装置に比べてエネルギーの消費が少なくなるとともに、圧力定着以外の処理でトナーが圧力を受けることによるトナーの固着や固化を抑制することができる画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、圧力相転移樹脂を含むトナーを用いて記録媒体上に形成したトナー画像に、非加熱で圧力を加えることにより、該トナー画像を該記録媒体に定着させる圧力定着手段を備えた画像形成装置であって、圧力相転移樹脂を含むトナーを担持するトナー担持体と、前記トナー担持体から飛翔したトナーが通過するトナー通過孔と該トナー通過孔におけるトナーの通過を制御する制御電圧が印加される制御電極とを有するトナー制御手段と、前記トナー制御手段の制御電極に前記制御電圧を印加する電圧印加手段と、を備え、前記トナー制御手段のトナー通加孔を通過したトナーを、前記記録媒体に直接又は中間転写体を介して付着させることにより、該記録媒体上にトナー画像を形成することを特徴とするものである。
【００１１】
本発明においては、圧力相転移樹脂を含むトナーを担持したトナー担持体からトナー制御手段に向かってトナーが飛翔し、そのトナー制御手段のトナー通過孔におけるトナー通過が、トナー制御手段の制御電極に印加された制御電圧により制御される。このように制御されてトナー通過孔を通過したトナーを、記録媒体に直接又は中間転写体を介して付着させることにより、記録媒体上にトナー画像を形成する。この圧力相転移樹脂を含むトナーで形成されたトナー画像は、従来の加熱定着方式に比して加熱温度を低減した又は加熱を行わない非加熱方式で圧力を加えることにより記録媒体に定着させることができる。従って、熱定着方式の画像形成装置に比べてエネルギーの消費が少なくなる。しかも、従来の潜像担持体上のトナー画像を転写した後に潜像担持体の表面にブレードやブラシ等のクリーニング部材を押圧して残トナーを除去する構成とは異なり、上記圧力相転移樹脂を含むトナーは、潜像担持体上に付着した状態でクリーニング部材から圧力を受けるということがなくなる。そのため、圧力定着以外の処理でトナーが圧力を受けることによるトナーの固着等を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、熱定着方式の画像形成装置に比べてエネルギーの消費が少なくなるとともに、圧力定着以外の処理でトナーが圧力を受けることによるトナーの固着や固化を抑制することができる、という優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る画像形成装置の要部構成の一例を示す説明図。
【図２】制御パルスのＯＮ／ＯＦＦの状態を示す説明図。
【図３】（ａ）は記録紙側から見たトナー制御手段の印写面の一例を示す説明図。（ｂ）はトナー担持体側から見たトナー制御手段のトナー供給側面の一例を示す説明図。
【図４】トナー担持体、トナー制御手段、記録媒体の二次元断面電界強度分布のシミュレーション結果に基づくトナー通過孔を通過する電気力線を示す説明図。
【図５】本発明の実施形態に係る画像形成装置の全体構成の一例を模式的に示した全体構成図。
【図６】本発明の他の実施形態に係る画像形成装置の全体構成の一例を模式的に示した全体構成図。
【図７】（ａ）は、トナー担持体の一構成例を展開した状態で模式的に示す平面説明図。（ｂ）は、そのトナー担持体の断面説明図。
【図８】トナー担持体の電極に印加するパルス電圧の一例を示す説明図
【図９】（ａ）は、トナー担持体の他の構成例を展開した状態で模式的に示す平面説明図。（ｂ）は、そのトナー担持体の断面説明図。
【図１０】トナー供給ユニットの一構成例を示す概略構成図。
【図１１】トナー供給ユニットの他の構成例を示す概略構成図。
【図１２】圧力定着ユニットに用いられる加圧装置の加圧ローラ対で発生させる加圧力を変化させる加圧力調整機構の構成例を示す図であり、同加圧装置の加圧ローラ対による加圧力を高くした状態の概略構成図。
【図１３】同加圧装置の加圧ローラ対による加圧力を低くした状態の概略構成図。
【図１４】画像情報に基づいて加圧装置の加圧ローラ対で発生させる加圧力を制御する制御系の一例を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成などは、発明が適用される装置の機構や各種条件により適宜変更されるべきものであり、本発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。
【００１５】
まず、本発明の実施形態に係る画像形成装置で用いる圧力相転移樹脂を含むトナーについて説明する。本実施形態におけるトナーを構成する圧力相転移樹脂としては、ミクロ相分離構造を有するものが好ましく、ブロック共重合体あるいはコアシェル構造の樹脂がより好ましい。このブロック共重合体は、ガラス転移温度Ｔｇの高いハードセグメントの高分子と、ガラス転移温度Ｔｇあるいは融点が低いソフトセグメントの高分子とから構成されていることがさらに好ましい。上記コアシェル構造の樹脂の場合は、コア及びシェルのどちらか一方がガラス転移温度Ｔｇの高いハードセグメントの高分子（以下、必要に応じて「ハードセグメント成分相」という。）からなり、もう一方がガラス転移温度Ｔｇあるいは融点が低いソフトセグメントの高分子（以下、必要に応じて「ソフトセグメント成分相」という。）から構成されていることがさらに好ましい。
【００１６】
上記圧力相転移樹脂を画像形成用のトナーに用いると、圧力刺激により、樹脂の流動性が発現し、所定の定着工程を有する作像プロセスにおいて、定着工程に必要な所望の樹脂流動性を得ることができる。
【００１７】
上記構造の圧力相転移樹脂としては、例えば、重縮合機構により重合した樹脂、あるいはエチレン性不飽和単量体をラジカル重合機構により重合した樹脂を用いることができる。
上記重縮合機構により重合した樹脂は、例えば、「重縮合」（化学同人、１９７１年刊）、「ポリエステル樹脂ハンドブック」（日刊工業新聞社編、１９８８年刊）等に記載の従来公知の方法を用いて合成することができる。また、上記重縮合機構により重合した樹脂は、エステル交換法や直接重縮合法等を単独で、又は、それらの方法を組み合わせて用いて合成することもできる。上記重縮合機構により重合した樹脂としては、ポリエステル樹脂を好ましく挙げることができる。
上記エチレン性不飽和単量体を重合した樹脂としては、例えば、リビングアニオン重合法によりブロック共重合体を得ることができる。また、コアシェル粒子の場合には、２ステージフィード法と呼ばれる単量体を段階的に重合系へ供給する方法にて、コア成分高分子とシェル成分高分子とからなるガラス転移温度の異なるナノサイズのコアシェル樹脂粒子を合成することができ、好ましい。
【００１８】
上記ハードセグメント成分相のガラス転移温度Ｔｇは、４５〜１２０℃であることが好ましく、５０〜１１０℃の範囲にあることがより好ましい。上記ソフトセグメント成分相のガラス転移温度Ｔｇは、上記ハードセグメント成分相のガラス転移温度Ｔｇより２０℃以上低いことが好ましく、圧力刺激による樹脂の流動性を効率よく出現させるためには、３０℃以上低いことがより好ましい。ここで、上記ガラス転移温度Ｔｇの値は、示差走査熱量計（ＤＳＣ）を用いて−８０〜１４０℃迄、毎分１０℃の昇温速度で測定を行ったときのＡＳＴＭ Ｄ３４１８−８２に規定された方法で測定した値を意味する。
【００１９】
上記ブロック共重合体や重縮重合したポリエステル樹脂については、回転剪断型ホモジナイザーや、メディアを有するボールミル、サンドミル、ダイノミル、圧力吐出型分散機（ゴーリンホモジナイザー、ゴーリン社製）など各種機械的高剪断力により水系媒体に分散させる剪断乳化法、樹脂を有機溶剤に溶解した後、水系媒体を添加し転相させる転相乳化法、ブロック共重合体又はその前駆体（リビング末端低分子量体又はブロック）を少量のエチレン性不飽和化合物と混合し、剪断乳化や転相乳化後、ミニエマルション重合、懸濁重合によりブロック共重合体の樹脂粒子分散液に調合する手法など、既存の分散法を利用してナノサイズコアシェル粒子の場合と同様に、樹脂粒子分散液にすることができる。例えば、得られた樹脂分散液を用い、着色剤含有分散液、必要に応じて離型剤含有分散液をそれぞれ適量配合し、乳化凝集法により画像形成用のトナーを製造することができる。
【００２０】
画像形成用のトナーの製造方法においては、前記分散液中の前記樹脂粒子、離型剤粒子及びその他の添加した粒子を凝集（会合）させる既知の凝集法を用いて凝集（会合）させることにより、トナー粒径及び粒径分布を調整することが可能である。
【００２１】
具体的には、樹脂粒子分散液及び離型剤粒子分散液を、着色剤粒子分散液等と混合し、さらに凝集剤を添加しヘテロ凝集を生じさせることによりトナー径の凝集粒子を形成し、その後、配合した分散液の系を樹脂粒子のガラス転移温度以上、又は、融点以上の温度に加熱して前記凝集粒子を融合合一し、洗浄、乾燥することによりトナーが得られる。このとき、加熱温度条件を選択することでトナー形状を不定形から球形まで制御することができる。
【００２２】
上記重縮合樹脂としては、非結晶性ポリエステル樹脂、結晶性ポリエステル樹脂が好ましく、ポリエステル樹脂は、多価カルボン酸や、多価アルコール、ヒドロキシカルボン酸等の重縮合性単量体を用いた直接エステル化反応、エステル交換反応等により重縮合を行い、作製することができる。重縮合の際には、重縮合を促進するために、重縮合触媒を併用することが好ましい。
多価カルボン酸は、脂肪族、脂環族、芳香族の多価カルボン酸、それらのアルキルエステル、酸無水物及び酸ハロゲン化物を含む。
多価アルコールは、多価アルコール、それらのエステル化合物を含む。
【００２３】
なお、多価カルボン酸のアルキルエステルは、低級アルキルエステルであることが好ましい。ここで、「低級アルキルエステル」とは、エステルのアルコキシ部分の炭素数が１〜８であるアルキルエステルを表す。具体的には、メチルエステル、エチルエステル、ｎ−プロピルエステル、イソプロピルエステル、ｎ−ブチルエステル及びイソブチルエステル等を挙げることができる。
【００２４】
また、多価カルボン酸は、１分子中にカルボキシ基を２個以上含有する化合物である。このうち、ジカルボン酸は１分子中にカルボキシ基を２個含有する化合物であり、例えば、シュウ酸、コハク酸、マレイン酸、アジピン酸、β−メチルアジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ノナンジカルボン酸、デカンジカルボン酸、ウンデカンジカルボン酸、ドデセニルコハク酸、ドデカンジカルボン酸、フマル酸、シトラコン酸、ジグリコール酸、シクロヘキサンジカルボン酸、シクロヘキサン−３，５−ジエン−１，２−ジカルボン酸、２，２−ジメチロールブタン酸、リンゴ酸、クエン酸、ヘキサヒドロテレフタル酸、マロン酸、ピメリン酸、酒石酸、粘液酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、テトラクロロフタル酸、クロロフタル酸、ニトロフタル酸、ｐ−カルボキシフェニル酢酸、ｐ−フェニレン二酢酸、ｍ−フェニレンジグリコール酸、ｐ−フェニレンジグリコール酸、ｏ−フェニレンジグリコール酸、ジフェニル酢酸、ジフェニル−ｐ，ｐ’−ジカルボン酸、ナフタレン−１，４−ジカルボン酸、ナフタレン−１，５−ジカルボン酸、ナフタレン−２，６−ジカルボン酸、アントラセンジカルボン酸、ドデセニルコハク酸等を挙げることができる。
ジカルボン酸以外の多価カルボン酸としては、例えば、トリメリット酸、ピロメリット酸、ナフタレントリカルボン酸、ナフタレンテトラカルボン酸、ピレントリカルボン酸、ピレンテトラカルボン酸等を挙げることができる。
これらの多価カルボン酸は、１種単独で使用することもでき、また、２種以上を併用することもできる。
【００２５】
多価アルコール（ポリオール）は、１分子中に水酸基を２個以上含有する化合物である。このうち、ジオールは１分子中に水酸基を２個含有する化合物であり、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ヘキサンジオール、シクロヘキサンジオール、オクタンジオール、デカンジオール、ドデカンジオール、ビスフェノールＡのエチレンオキサイド付加物、ビスフェノールＡのプロピレンオキサイド付加物、ビスフェノキシアルコールフルオレン（ビスフェノキシエタノールフルオレン）等を挙げることができる。
【００２６】
ジオール以外のポリオールとしては、例えば、グリセリン、ペンタエリスリトール、ヘキサメチロールメラミン、ヘキサエチロールメラミン、テトラメチロールベンゾグアナミン、テトラエチロールベンゾグアナミン等を挙げることができる。これらの多価アルコール（ポリオール）は、１種単独で使用することもでき、また、２種以上を併用することもできる。
【００２７】
また、エチレン性不飽和化合物は、少なくとも１つのエチレン性不飽和結合を有する化合物であり、親水性基及びエチレン性不飽和結合を有する単量体であってもよい。エチレン性不飽和化合物としては、例えば、スチレン、パラクロロスチレン、α−メチルスチレン等のスチレン類；アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸２−エチルヘキシル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸ヘキシル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸２−エチルヘキシル等の（メタ）アクリル酸エステル類；アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のエチレン性不飽和ニトリル類；アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸等のエチレン性不飽和カルボン酸；ビニルメチルエーテル、ビニルイソブチルエーテル等のビニルエーテル類；ビニルメチルケトン、ビニルエチルケトン、ビニルイソプロペニルケトン等のビニルケトン類；イソプレン、ブテン、ブタジエンなどのオレフィン類などや、β−カルボキシエチルアクリレートが好ましく例示できる。これらの単量体からなる単独重合体、又はこれらを２種以上共重合して得られる共重合体、さらにはこれらの混合物を使用することができる。
【００２８】
親水性基としては、極性基が挙げられ、例えば、カルボキシ基、スルホ基、ホスホニル基等の酸性極性基：アミノ基等の塩基性極性基、アミド基、ヒドロキシ基、シアノ基、ホルミル基等の中性極性基等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。これらの中で、特に本実施形態のトナーに好ましく用いられるのは、酸性極性基である。この酸性極性基及びエチレン性不飽和結合を有する単量体が、樹脂粒子表面にある特定の範囲で存在することにより、樹脂粒子に凝集性を付与し、樹脂粒子のトナー化が可能となり、さらにトナーに十分な帯電性を与えることができる。好ましく用いられる酸性極性基としては、カルボキシ基、スルホ基が挙げられる。この酸性極性基を有する単量体としては、例えば、カルボキシ基を有するα，β−エチレン性不飽和化合物及びスルホ基を有するα，β−エチレン性不飽和化合物を挙げることができる。上記カルボキシ基を有するα，β−エチレン性不飽和化合物としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、フマル酸、マレイン酸、イタコン酸、ケイ皮酸、マレイン酸モノメチル、マレイン酸モノブチルエステル、マレイン酸モノオクチルエステルを挙げることができる。これらの単量体は、１種を単独で使用してもよいし、２種類以上を併用してもよい。
【００２９】
ガラス転移温度Ｔｇが４０℃以上の樹脂としては、エチレン性不飽和化合物の重合体である場合には、ランダム共重合体であることが好ましい。また、親水性基を有するエチレン性不飽和化合物をモノマー単位として含有する樹脂が好ましく、親水性基を有するエチレン性不飽和化合物を共重合比で０．１〜１０ｍｏｌ％含有することが好ましい。この範囲内の共重合比であると、水系媒体中でのトナーの製造工程において、Ｔｇが４０℃以上の樹脂がトナーのシェル層を容易に形成するため、好ましい。Ｔｇが４０℃以上のエチレン性不飽和化合物の重合体、ポリエステル樹脂などの重縮合樹脂は、トナーに含まれる全結着樹脂の５０重量％以下が好ましく、５〜２０重量％がより好ましい。上記範囲内の共重合比であると、トナー耐久性が向上し、安定した画質特性を得ることができる。
【００３０】
本実施形態のトナーに用いることができる着色剤としては、例えば、次のようなものが挙げられる。
例えば、黒色顔料としては、カーボンブラック、酸化銅、二酸化マンガン、アニリンブラック、活性炭、非磁性フェライト、マグネタイト等が挙げられる。
また、黄色顔料としては、黄鉛、亜鉛黄、黄色酸化鉄、カドミウムイエロー、クロムイエロー、ハンザイエロー、ハンザイエロー１０Ｇ、ベンジジンイエローＧ、ベンジジンイエローＧＲ、スレンイエロー、キノリンイエロー、パーマネントイエローＮＣＧ等が挙げられる。橙色顔料としては、赤色黄鉛、モリブデンオレンジ、パーマネントオレンジＧＴＲ、ピラゾロンオレンジ、バルカンオレンジ、ベンジジンオレンジＧ、インダスレンブリリアントオレンジＲＫ、インダスレンブリリアントオレンジＧＫ等が挙げられる。
また、赤色顔料としては、ベンガラ、カドミウムレッド、鉛丹、硫化水銀、ウオッチヤングレッド、パーマネントレッド４Ｒ、リソールレッド、ブリリアンカーミン３Ｂ、ブリリアンカーミン６Ｂ、デイポンオイルレッド、ピラゾロンレッド、ローダミンＢレーキ、レーキレッドＣ、ローズベンガル、エオキシンレッド、アリザリンレーキ等が挙げられる。
また、青色顔料としては、紺青、コバルトブルー、アルカリブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、ファストスカイブルー、インダスレンブルーＢＣ、アニリンブルー、ウルトラマリンブルー、カルコオイルブルー、メチレンブルークロライド、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、マラカイトグリーンオクサレレートなどが挙げられる。紫色顔料としては、マンガン紫、ファストバイオレットＢ、メチルバイオレットレーキ等が挙げられる。緑色顔料としては、酸化クロム、クロムグリーン、ピグメントグリーン、マラカイトグリーンレーキ、ファイナルイエローグリーンＧ等が挙げられる。
また、白色顔料としては、亜鉛華、酸化チタン、アンチモン白、硫化亜鉛等が挙げられる。
また、これらの着色剤は単独又は混合して使用される。
【００３１】
これらの着色剤は、任意の方法、例えば、回転せん断型ホモジナイザーやメディアを有するボールミル、サンドミル、アトライター等のメディア式分散機、高圧対向衝突式の分散機等や、ダイノミルなどの一般的な分散方法を使用することにより、着色剤粒子の分散液が調製される。また、これらの着色剤は極性を有する界面活性剤を用いて、ホモジナイザーによって水系に分散され、また、その他の粒子成分と共に混合溶媒中に一度に添加してもよいし、分割して多段回で添加してもよい。
【００３２】
着色剤は、色相角、彩度、明度、耐候性、ＯＨＰ透過性、トナー中での分散性の観点から選択される。また、着色剤は、トナー構成固体分総重量に対して４〜１５重量％の範囲で添加される。黒色着色剤として磁性体を用いる場合は、他の着色剤とは異なり、１２〜２４０重量％添加される。前記の着色剤の配合量は、定着時の発色性を確保するために好ましい量である。また、トナー中の着色剤粒子の中心径（メジアン径）を１００〜３３０ｎｍにすることにより、ＯＨＰ透明性及び発色性が確保される。なお、着色剤粒子の中心径は、例えば、レーザー回析式粒度分布測定装置（（株）堀場製作所製、ＬＡ−９２０）で測定される。
【００３３】
本実施形態のトナーに用いることができる離型剤の具体例としては、例えば、各種エステルワックス、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン等の低分子量ポリオレフィン類、加熱により軟化点を示すシリコーン類、オレイン酸アミド、エルカ酸アミド、リシノール酸アミド、ステアリン酸アミド等のような脂肪酸アミド類や、カルナウバワックス、ライスワックス、キャンデリラワックス、木ロウ、ホホバ油等のような植物系ワックス、ミツロウのような動物系ワックス、モンタンワックス、オゾケライト、セレシン、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、フィッシャートロプシュワックス等のような鉱物系・石油系ワックス、及びそれらの変性物などが挙げられる。これらのワックス類は、室温付近では、トルエンなど溶剤にはほとんど溶解しないか、溶解しても極めて微量である。これらのワックス類を、水中にイオン性界面活性剤や高分子酸や高分子塩基などの高分子電解質とともに分散し、融点以上に加熱するとともに、強い剪断付与能力を有するホモジナイザーや圧力吐出型分散機（ゴーリンホモジナイザー、ゴーリン社製）で粒子状に分散させ、サブミクロン以下の粒子の分散液が作製される。なお、得られた離型剤粒子分散液の粒径は、例えばレーザー回析式粒度分布測定装置（（株）堀場製作所製、ＬＡ−９２０）で測定することができる。
【００３４】
上記具体例を挙げた離型剤は、トナー構成固体分総重量に対して５〜２５重量％の範囲で添加することが、オイルレス定着システムにおける定着画像の剥離性を確保する上で好ましい。
【００３５】
また、上記離型剤を使用するときには、樹脂粒子、着色剤粒子及び離型剤粒子を凝集した後に、さらに樹脂粒子分散液を追加して凝集粒子表面に樹脂粒子を付着することが、帯電性、耐久性を確保する観点から好ましい。
【００３６】
磁性体としては、具体的には、磁場中で磁化される物質を用いるが、鉄、コバルト、ニッケルなどの強磁性の粉末、若しくはフェライト、マグネタイト等の化合物が使用される。本実施形態において水系媒体中でトナーを得るときには、磁性体の水相移行性に注意を払う必要があり、好ましくは予め磁性体の表面を改質し、例えば疎水化処理等を施しておくことが好ましい。
【００３７】
帯電制御剤としては、４級アンモニウム塩化合物、ニグロシン系化合物、アルミ、鉄、クロムなどの錯体からなる染料やトリフェニルメタン系顔料など通常使用される種々の帯電制御剤を使用することができるが、凝集や合一時の安定性に影響するイオン強度の制御と廃水汚染減少の点から水に溶解しにくい材料が好適である。
【００３８】
重合、顔料の分散、樹脂粒子の製造や分散、離型剤の分散、凝集、又はその安定化などに用いる界面活性剤の例としては、硫酸エステル塩系、スルホン酸塩系、リン酸エステル系、せっけん系等のアニオン界面活性剤、アミン塩型、４級アンモニウム塩型等のカチオン系界面活性剤、またポリエチレングリコール系、アルキルフェノールエチレンオキサイド付加物系、多価アルコール系等の非イオン性界面活性剤を併用することも効果的であり、分散のため手段としては回転せん断型ホモジナイザーやメデイアを有するボールミル、サンドミル、ダイノミルなどの一般的なものが使用される。
【００３９】
次に、本実施形態の圧力相転移樹脂を含むトナー及びその作成方法のより具体的な実施例についてさらに詳しく説明する。
［樹脂粒子分子量の測定］
ゲル・パーミュエーション・クロマトグラフィ（ＧＰＣ）によって以下に記す条件で重量平均分子量Ｍｗ及び数平均分子量Ｍｎを測定した。温度４０℃において、溶媒（テトラヒドロフラン）を毎分１．２ｍｌの流速で流し、濃度０．２ｇ／２０ｍｌのテトラヒドロフラン試料溶液を試料重量として３ｍｇ注入し、測定を行う。試料の分子量測定にあたっては、当該試料の有する分子量が数種の単分散ポリスチレン標準試料により、作製された検量線の分子量の対数とカウント数が直線となる範囲内に包含される測定条件を選択する。ここで、測定結果の信頼性は、上記測定条件で行ったＮＢＳ７０６ポリスチレン標準試料が、重量平均分子量Ｍｗ＝２８．８×１０４及び数平均分子量Ｍｎ＝１３．７×１０４となることにより、確認することができる。また、上記ＧＰＣのカラムとしては、上記条件を満足するＴＳＫ−ＧＥＬ、ＧＭＨ（東ソー（株）製）等を用いた。
【００４０】
［樹脂のガラス転移温度Ｔｇの測定］
樹脂のガラス転移温度Ｔｇの測定には、示差走査熱量計ＤＳＣ／ＲＤＣ２２０（セイコーインスツルメント社製）を用いた。樹脂粒子分散液中における樹脂粒子の粒子径は、レーザー回析式粒度分布測定装置（（株）堀場製作所製、ＬＡ−９２０）を使用して、測定した。トナー粒子、キャリア粒子、及び、記録剤の粒子径は、コールターマルチサイザーＩＩ型（ベックマン・コールター社製）を使用して、測定した。
【００４１】
［樹脂粒子分散液（１）の作成］
エチレン性不飽和化合物重合体からなる樹脂分散液（１）は次のようにして作成した。まず、セパラブルフラスコ中に、イオン交換水３００重量部とＴＴＡＢ（テトラデシルトリメチルアンモニウムブロマイド、シグマ社製）１．５重量部を仕込み、２０分間、窒素置換を行った後、撹拌しながら６５℃まで昇温した。その後、ｎ−ブチルアクリレートモノマー４０重量部を加え、さらに２０分間撹拌を行った。そして、重合開始剤Ｖ−５０（２，２’−アゾビス（２−メチルプロピオンアミジン）ジヒドロクロリド、和光純薬工業（株）製）０．５重量部を予め、１０重量部のイオン交換水に溶解後、フラスコ中に投入した。６５℃で、３時間保持し、スチレンモノマー６１重量部と、ｎ−ブチルアクリレートモノマー９重量部、アクリル酸２重量部及び０．８重量部のドデカンチオールを０．５重量部のＴＴＡＢを溶解したイオン交換水１００重量部に乳化した乳化液を２時間かけて定量ポンプを用いてフラスコ中に連続的に投入した。その後、温度を７０℃に昇温、さらに２時間保持して、重合を完了させた。この重合により、重量平均分子量Ｍｗが２５，０００、平均粒子径が１５０ｎｍ、固形分量が２５重量％のコアシェル型樹脂粒子分散液（１）を得た。また、樹脂粒子を４０℃で風乾後、−８０℃から１４０℃の温度範囲のＤＳＣ解析を行ったところ、−５０℃付近にポリブチルアクリレートによるガラス転移が観測された。また、６０℃付近にスチレン−ブチルアクリレート−アクリル酸共重合体からなると考えられる共重合体による樹脂のガラス転移が観測された。
【００４２】
［着色剤粒子分散液（Ｃ１）の調合］
着色剤粒子分散液（Ｃ１）の調合は次のようにして行った。ここで、着色剤粒子分散液は、シアンに対応した着色剤粒子分散液（Ｃ１）の調合の例について説明する。シアン顔料１００重量部（大日精化工業（株）製、銅フタロシアニンＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｂｌｕｅ１５：３）アニオン性界面活性剤（第一工業製薬（株）製、ネオゲンＲ）１０重量部イオン交換水４００重量部前記成分を混合溶解し、ホモジナイザー（ＩＫＡ社製、ウルトラタラックス）により１５分間分散した後、超音波バスにより１０分間分散し、中心径２１０ｎｍ、固形分量２１．５％のシアン着色剤粒子分散液を得た。
【００４３】
［離型剤粒子分散液（Ｒ１）の調合］
離型剤粒子分散液（Ｒ１）の調合は次のようにして行った。イオン交換水８００重量部にアニオン性界面活性剤（第一工業製薬（株）製、ネオゲンＲ）２重量部とカルナバワックス２１５重量部上記成分を混合し、１００℃に加熱し融解した。その後、ホモジナイザー（ＩＫＡ社製、ウルトラタラックス）で１５分間乳化した後、さらにゴーリンホモジナイザーを用いて１００℃にて乳化を行った。これにより、粒子の中心径が２３０ｎｍ、融点が８３℃、固形分量が２１．５％の離型剤粒子分散液を得た。
【００４４】
［トナー（１）の調合・作成］
上記調合した各種分散液を用い、以下のようにしてトナー（１）を作成した。樹脂粒子分散液（１）１６８部（樹脂４２部）着色剤粒子分散液（Ｃ１）４０部（顔料８．６部）離型剤粒子分散液（Ｒ１）８０部（離型剤１７．２部）ポリ塩化アルミニウム０．１５部イオン交換水３００重量部を成分を丸型ステンレス製フラスコ中でホモジナイザー（ＩＫＡ社製、ウルトラタラックスＴ５０）で十分に混合・分散した。その後、加熱用オイルバスでフラスコを撹拌しながら４２℃まで加熱し、４２℃で６０分間保持した後、樹脂粒子分散液（１）を８４重量部（樹脂２１重量部）追加して緩やかに撹拌した。その後、０．５モル／リットルの水酸化ナトリウム水溶液で系内のｐＨを６．０に調整した後、撹拌を継続しながら９５℃まで加熱した。ここでは、水酸化ナトリウム水溶液を追加滴下し、ｐＨが５．５以下とならないように９５℃で３時間保持した。反応終了後、冷却し、濾過し、イオン交換水で十分に洗浄した後、ヌッチェ式吸引濾過で固液分離した。そして、４０℃のイオン交換水中に再分散し、１５分、３００ｒｐｍで撹拌、洗浄した。この洗浄操作を５回繰り返し、ヌッチェ式吸引濾過で固液分離し、次いで、真空乾燥を１２時間行いシアントナー粒子（１）を得た。このトナー粒子の粒径をコールターカウンターで測定したところ、体積平均粒径は５．８μｍであった。
上記トナー５０重量部に対し、疎水性シリカ（キャボット社製、ＴＳ７２０）１．５重量部を添加し、サンプルミルで混合してシアン色のトナー（１）を得た。
【００４５】
［記録剤（１）の調合］
シリコン樹脂溶液（ＫＲ５０、信越化学社製）１００重量部、カーボンブラック（ＢＰ２０００、キャボット社製）３重量部およびトルエン１００重量部を、ホモミキサーで３０分間分散させ、被覆層形成溶液を調製した。この被覆層形成液および平均粒子径５０μｍの球状フェライトキャリア１０００重量部を用い、流動床型塗布装置により、球状フェライトキャリア表面に被覆層を形成したキャリアを製造した。次に、上記トナー９０重量部および上記キャリア９１０重量部をボールミルに入れ３０分間攪拌して記録剤（１）を作成した。シアン顔料の代わりにマゼンタマゼンタ顔料（Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド５７：２）、イエロー顔料（Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー９７）、ブラック顔料（カーボンブラックＲ３３０）を用いた以外は、シアンの記録剤（１）と同様にして、他のイエロー、マゼンタ、ブラックの３色の記録剤（１）を作成した。
【００４６】
［樹脂粒子分散液（２）の作成］
ポリエステス樹脂からなる樹脂粒子の分散液（２）の作成は次の様にして行った。１，４−シクロヘキサンジカルボン酸１７５重量部、ビスフェノールＡ２モルエチレンオキサイド付加物３２０重量部、ドデシルベンゼンスルホン酸０．５重量部の材料を混合した。そして、この混合した材料を、撹拌機を備えたリアクターに投入し、窒素雰囲気下１２０℃で１２時間重縮合を実施したところ、均一透明なポリエステル樹脂（１）を得た。ＧＰＣによる重量平均分子量は１４，０００、ＤＳＣによるＴｇは５４℃であった。
また、ドデシルベンゼンスルホン酸０．３６重量部、１，６−ヘキサンジオール８０重量部およびセバシン酸１１５重量部を上記材料を混合し、撹拌機を備えたリアクターに投入し、窒素雰囲気下９０℃で５時間重縮合を実施したところ、均一白色ポリエステル樹脂（２）を得た。ＧＰＣによる重量平均分子量は８，０００、ＤＳＣによるＴｇは−５２℃であった。
【００４７】
上記の重縮合で得られたポリエステル樹脂（１）１００重量部とポリエステル樹脂（２）１００重量部を撹拌機を備えたリアクターに投入し、１２０℃で３０分溶解、混合した。その後、９５℃に加熱したイオン交換水８００重量部にドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム１．０重量部、１ＮＮａＯＨ水溶液を１．０重量部溶解した中和用水溶液をフラスコ中に投入し、ホモジナイザー（ＩＫＡ社製、ウルトラタラックス）で５分間乳化した後、さらに超音波バス内で１０分振とうした後、室温水にてフラスコを冷却した。このように固形分量が２０重量％の樹脂粒子分散液（２）を得た樹脂粒子の中心径は、２５０ｎｍであった。
【００４８】
［トナー（２）の調合・作成］
上記調合した各種分散液を用い、以下のようにしてトナー（２）を作成した。樹脂粒子分散液（２）２１０重量部（樹脂４２重量部）、着色剤粒子分散液（Ｃ１）４０重量部（着色剤８．６重量部）、離型剤粒子分散液（Ｒ１）４０重量部（離型剤８．６重量部）、ポリ塩化アルミニウム０．１５重量部、イオン交換水３００重量部を上記配合に従って、その成分を丸型ステンレス製フラスコ中でホモジナイザー（ＩＫＡ社製、ウルトラタラックスＴ５０）で十分に混合・分散した。その後、加熱用オイルバスでフラスコを撹拌しながら４２℃まで加熱し、４２℃で６０分間保持した後、樹脂粒子分散液（２）を１０５重量部（樹脂２１重量部）追加して緩やかに撹拌した。その後、０．５モル／リットルの水酸化ナトリウム水溶液で系内のｐＨを６．０に調整した後、撹拌を継続しながら９５℃まで加熱した。９５℃までのあいだ、水酸化ナトリウム水溶液を追加滴下し、ｐＨが５．０以下とならないようにした。９５℃で、３時間保持した。反応終了後、冷却し、濾過し、イオン交換水で十分に洗浄した後、ヌッチェ式吸引濾過で固液分離した。そして、４０℃のイオン交換水３リットル中に再分散し、１５分、３００ｒｐｍで撹拌、洗浄した。この洗浄操作を５回繰り返し、ヌッチェ式吸引濾過で固液分離し、次いで、真空乾燥を１２時間行いトナー粒子を得た。このトナー粒子の粒径をコールターカウンターで測定したところ、体積平均粒径は４．９μｍであった。
上記トナー５０重量部に対し、疎水性シリカ（キャボット社製、ＴＳ７２０）１．５重量部を添加し、サンプルミルで混合してシアン色のトナー（２）を得た。
【００４９】
［記録剤（２）の調合］
シリコン樹脂溶液（ＫＲ５０、信越化学社製）１００重量部、カーボンブラック（ＢＰ２０００、キャボット社製）３重量部およびトルエン１００重量部をホモミキサーで３０分間分散させ被覆層形成溶液を調製した。この被覆層形成液および平均粒子径５０μｍの球状フェライトキャリア１０００重量部を用い、流動床型塗布装置により、球状フェライトキャリア表面に被覆層を形成したキャリアを製造した。次に、上記トナー９０重量部および上記キャリア９１０重量部をボールミルに入れ３０分間攪拌して静電荷像現像用（２）を作成した。シアン顔料の代わりにマゼンタマゼンタ顔料（Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド５７：２）、イエロー顔料（Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー９７）、ブラック顔料（カーボンブラックＲ３３０）を用いた以外は、シアンのトナー（２）と同様にして、他のイエロー、マゼンタ、ブラックの３色の記録剤（２）を作成した。
【００５０】
次に、本実施形態に係る画像形成装置におけるトナー画像形成の原理について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る画像形成装置の要部構成の一例を示す説明図である。この画像形成装置は、上記圧力相転移樹脂を含むトナーＴを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、トナー制御手段４とを備えている。トナーＴとしては、例えば、前述のトナー（１）やトナー（２）を用いることができる。トナー制御手段４は、トナー担持体１と、トナーＴが付着させられるトナー付着対象物としての記録媒体である記録紙３の搬送路（通過位置）との間に位置するように配置されている。
【００５１】
トナー担持体１は、表面側にトナーＴを搬送する方向（本例では周方向）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（本例では軸方向）に沿って形成された所定ピッチで設けられた複数の制御電極１１を有している。このトナー担持体１の各制御電極１１には、バイアス電圧印加手段（電源）６から時間によって電位が変化するパルス電圧（クラウドパルス）Ｖｓが印加される。例えば、０．５ｋＨｚ〜７ｋＨｚの周波数のパルス電圧Ｖｓが印加される。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の表面からトナー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に引き寄せられる。パルス電圧Ｖｓが切り替わることにより、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。
【００５２】
トナー制御手段４は、トナーＴが通過可能な複数（図１では１個のみ図示）のトナー通過孔（開口）４１が複数列配列するように設けられている。また、トナー制御手段４のトナー供給側の面（トナー担持体側の面）のトナー通過孔４１周辺にはリング状に制御電極４２が設けられている。また、トナー制御手段４のトナー通過孔４１から若干離れた印写側の面（記録媒体側の面）には共通の共通電極４３が設けられている。
【００５３】
トナー制御手段４の制御電極４２には、制御電圧印加手段（制御パルス印加手段）Ｐを構成する駆動回路７から、例えば図２に示すような制御パルスＶｃが印加される。この場合、トナー通過孔４１をトナーＴが通過可能な状態（ＯＮ状態）にするときには、制御電極４２に電圧Ｖｃ−ｏｎが印加される。一方、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、印写側の面の共通電極４３には常時、電圧印加手段としての電源８から電圧Ｖｒｇが印加されており、トナー制御手段４の印写側の領域における電界の相互干渉を防止している。
【００５４】
なお、トナー制御手段４の制御電極４２は、トナー通過孔４１の周囲に設けるだけでも動作が可能であるが、トナー通過孔４１の内壁面に設けたものであってもよいし、又は、トナー通過孔４１の内壁面とトナー通過孔４１のトナー担持体側の周囲との両方に設けたものであってもよい。
【００５５】
記録紙３のトナー付着面とは反対側の背面には、対向電極手段としての背面電極５が接触対向するように配置されている。この背面電極５には、バイアス電圧印加手段としてのバイアス電源９から、トナー制御手段４を通過したトナーＴを記録紙３に付着させるためのバイアス電圧Ｖｐが印加される。
【００５６】
なお、トナー担持体１からのトナーＴが付着するトナー付着対象物は、記録媒体としての記録紙３に転写されるトナー画像が担持される中間転写体（例えば、中間転写ベルトや中間転写ドラム）であってもよい。この場合、トナー担持体１からのトナーＴを中間転写体の表面に選択的に付着させることによりトナー画像を形成し、その後、中間転写体上のトナー画像が記録媒体としての記録紙に転写される。
【００５７】
記録紙３にバイアス電圧Ｖｐを印加するには、例えば、トナー付着対象物が記録媒体としての記録紙３の場合、その記録紙３の背面側（トナー担持体側とは反対側の面）に、バイアス電圧Ｖｐを印加する背面電極５を配置し、この背面電極５の上面に記録紙３を通過させるように構成する。また、トナー付着対象物が記録媒体としての中間転写体の場合、その中間転写体の内部に電極を埋め込んだ構成（記録媒体側の対向電極手段を内部電極とする構成）にしたり、又は、中間転写体の背面側に背面電極５を配置した構成にしたりすることができる。この場合、上記バイアス電圧Ｖｐは、中間転写体の内部の電極に印加したり、中間転写体の背面側の背面電極５に印加したりする。
【００５８】
ここで、トナー担持体１の表面に担持する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、互いに隣接する複数の電極１１は、その電極間でトナー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、２本毎の各電極１１に２相の位相電圧を印加する２相の電極間ピッチに配置する。
【００５９】
図３（ａ）は記録紙側から見たトナー制御手段４の印写面の一例を示す説明図であり、図３（ｂ）はトナー担持体側から見たトナー制御手段４のトナー供給側面の一例を示す説明図である。この図３の例では、絶縁基板（基材）４５のトナー供給側（トナー担持体１１側）面に、トナー通過孔４１を囲む形で所定幅（例えば、１０〜１００μｍ幅）のリング状の制御電極４２を設けている。トナー通過孔４１は、形成する画像のドット径のサイズで決定するが、例えば直径φ５０μｍ〜φ２００μｍである。
【００６０】
トナー制御手段４の制御電極４２には、個々にトナーＴの通過をＯＮ、ＯＦＦ制御するためのドライバ回路（駆動回路）に接続するためのリードパターン４２ａが接続されている。また、トナー制御手段４の印写面側には、トナー通加孔４１の周辺部を除いた領域に共通電極４３が設けられている。この共通電極４３には、制御電極４２へのＶｃ−ｏｎ、Ｖｃ−ｏｆｆの電圧印加にかかわらず、隣接相互の電界の影響を受けないようにＤＣ電位が印加される。すなわち、記録紙側のバイアス電位とトナー供給側の間に形成する電気力を各トナー通過孔の独立した電気力線として形成できるため、マルチ駆動（複数のノズルトナー通過孔からトナーを飛翔させる駆動）のときの相互干渉（他のトナー通過孔の状態を受けること）が発生しないようにしている。
【００６１】
上記構成のトナー制御手段４は、例えば次のように製造することができる。まず、基材４５である絶縁性部材として、コスト及び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）を使用する。樹脂フィルムの厚さは３０μｍ〜１００μｍが好適である。この樹脂フィルムの裏表の表面に０．２μｍ〜１μｍのＡｌ蒸着膜を形成する。次に、Ａｌ蒸着膜が形成された樹脂フィルムの表面（おもての面）のフォトリソ工程として、フォトレジストをスピンナで塗布後、プリベーク及びマスク露光を行ない、現像した後、フォトレジストの加熱硬化を行なう。同様に、Ａｌ蒸着膜が形成された樹脂フィルムの裏面に対して印写面側のパターンを前記と同様なフォトリソ工程で形成する。その後、Ａｌエッチング液によるＡｌのパタンニングを行う。トナー通過孔４１となる貫通孔の形成は、上記Ａｌのパターンを形成した後に行う。この貫通孔を形成する加工としては、プレスによる機械的な加工、形成したパターンに対するエキシマレーザー加工、メタルマスクを利用したスパッタエッチング加工等のドライエッチング加工を用いることができる。これらの加工を採用することにより、位置ずれの無い高精度な貫通孔の加工が可能になる。
【００６２】
上記構成のトナー担持体１及びトナー制御手段４を備えた画像形成装置においては、トナー担持体１の電極１１に対して１８０度位相の異なる２相パルス電圧を印加することにより、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る。また、トナー担持体１の回転による搬送により、トナーＴが搬送される。一方、記録紙３側の背面電極５に印写バイアス電圧Ｖｐが印加される。この状態で、トナー制御手段４の共通電極４３に対して電圧Ｖｒｇを印加する。そして、制御電極４２に対して、トナーＴがトナー通過孔４１を通過可能な状態（ＯＮ状態）にするときには図２に示すＯＮ時の電圧Ｖｃ−ｏｎを印加し、トナーＴがトナー通過孔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。この場合、これらの各電極１１，５，４２，４３に対する印加電圧を後述するように設定することで、トナー制御手段４をトナー担持体１のトナーＴが記録紙３に向かって通過可能な状態のＶｃ−ｏｎ印加時に、記録紙３側からトナー供給側に電気力線１０が形成される。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のトナー通過孔４１を通過して記録紙３上に着弾する。したがって、形成対象の画像に応じてトナー制御手段４１の各トナー通過孔４１をＯＮ／ＯＦＦ制御（開閉制御）することで、記録紙３上に直接トナー画像を形成することができる。
【００６３】
図４は、トナー担持体１の電極１１に対するパルス電圧Ｖｓ、記録紙３側の背面電極５に対するバイアス電圧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をそれぞれ印加したときの、トナー担持体１、トナー制御手段４、記録紙３の二次元断面における電界強度分布のシミュレーション結果に基づくトナー通過孔を通過する電気力線を示す説明図である。
トナー担持体１の電極１１にはパルス電圧（電位が時間的に変動する電位）Ｖｓを印加する。この場合、バイアス電圧Ｖｐの波高値は電極ピッチ、使用するトナー等に応じて設定する。通常の実験結果によると、バイアス電圧Ｖｐの波高値を±６０〜±３００Ｖｐｐ（ｐｐはピーク−ピーク）の範囲内で設定することにより、トナーの飛翔が可能になる。
【００６４】
図４のシミュレーションの例では、±２００Ｖｐｐ、ＤＣ電圧成分０Ｖの電圧を印加している。なお、トナー担持体１とトナー制御手段４の間隔ｄは０．２ｍｍである。また、この例では、トナー制御手段４のトナー通過孔４１の直径はφ１２０μｍ、リング状の制御電極４２の穴中心方向の幅は５０μｍ、共通電極４３と穴の間隔は５０μｍである。このトナー制御手段４の共通電極４３に対する印加電圧は０Ｖである。そして、トナー制御手段４の制御電極４２には、トナーＴがトナー通過孔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が＋２５０Ｖ、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０Ｖとしている。
【００６５】
記録紙３の背面電極５へのバイアス電圧Ｖｐは、トナー制御手段４と記録紙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。図４の例では、トナー制御手段４と記録紙３との間隔が０．３ｍｍであり、背面電極５に＋８００ＶのＤＣ電圧を印加し、マイナス帯電トナーを記録紙３の表面に引き寄せる電位勾配を形成している。
【００６６】
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、例えば、マイナスに帯電したトナーがトナー通過孔４１を通過可能な状態（ＯＮ状態）にする場合（図４（ａ））においては、次のように電気力線が形成される。すなわち、最もプラス側に電位が高い記録紙３側の電極５から出る電気力線のうち、トナー制御手段４のトナー通過孔４１を通る電気力線の多くが、トナー通過孔４１を通過した後、一番電位の低い電極すなわちトナー担持体電極１１の−２００Ｖを印加している電極に入ることになる。
【００６７】
図４（ａ）に示すように、トナーＴがトナー通過孔４１を通過可能な状態（ＯＮ状態）にしたときには、先の記録紙３側の電極５からトナー通過孔４１を通る電気力線１０は、−２００Ｖと最も電位の低い２箇所の電極４３に入る結果となっている。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、または−２００Ｖ印加の担持体電極近傍のトナーは、この電気力線１０に沿ってトナー通過孔４１を通過し、記録紙３の表面にトナーＴが飛翔することができる。
【００６８】
一方、トナーＴがトナー通過孔４１を通過不可能な阻止状態（ＯＦＦ状態）にした場合（図４（ｂ））においては、制御電極４２に−２００Ｖが印加されている。また、トナー担持体１の電極１１の低電位側も−２００Ｖであるが、記録紙３側の電極５からの電気力線は近い位置にある制御電極４２に全ての電気力線が入ることになる。したがって、トナー担持体１の表面及びその上方の供給領域にあるトナーは、記録紙３側の電極３１に向かって飛翔することはない。この阻止状態（ＯＦＦ状態）の制御電極４２への印加電圧は、トナー担持体１の電極１１の低電位側と同じ電位である必要はなく、トナー通過孔４１を通過した電気力線がトナー担持体１の表面に至らない条件であればトナーＴの通過を阻止する（ＯＦＦ状態にする）ことはできる。
【００６９】
次に、本発明の実施形態に係る画像形成装置の全体構成及び動作について説明する。
図５は本発明の実施形態に係る画像形成装置の全体構成の一例を模式的に示した全体構成図である。この画像形成装置は、前述した実施形態のユニットを４個設けてイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色分のトナーのクラウド化とトナー制御手段によるＯＮ／ＯＦＦ制御とを行ってカラー画像を形成する画像形成装置の例である。図５において、画像形成装置は、トナー付着対象物としてのベルト状の中間転写体１０３の張架面に沿って、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色分のトナーのクラウド化して供給する４個のトナー供給ユニット１００ｙ、１０１ｍ、１０１ｃ、１０１ｋ（色を区別しないときは「トナー供給ユニット１００」という。以下同様。）が配置されている。各トナー供給ユニット１００と中間転写体１０３との間にはそれぞれ、前述のトナー制御手段４と同様な構成のトナー制御手段１０４が配置されている。トナーとしては、例えば、前述のトナー（１）やトナー（２）を用いることができる。
【００７０】
中間転写体１０３は、２つのローラ１３２、１３３との間に掛け回されて矢示方向に周回移動する。この中間転写体１０３の背面（内側）には各トナー供給ユニット１００に対応して記録媒体側電極である背面電極１０５が配置されている。また、記録紙３にトナー画像が転写された後の中間転写体１０３上の残トナーを除去するクリーニングユニット１３５が設けられている。
【００７１】
トナー供給ユニット１００は、トナーをクラウド化させるために電圧を印加する複数の電極１１１を並べて配置したトナー担持体１と同様な構成の円筒状のトナー担持体１０１と、このトナー担持体１０１にトナーを補給する回転するトナー補給ローラ１１３と、トナー担持体１０１上のトナー量を規制するブレード１１４とを備えている。
ここでは、トナー補給ローラ１１３からトナー担持体１０１にトナーが補給されるとともに、トナー補給ローラ１１３上のトナーとトナー担持体１０１との摩擦によってトナーの摩擦帯電が行われる。
また、トナー補給ローラ１１３の下流側のブレード１１４は、トナー担持体１０１表面のトナー量を薄層で一定量にするとともに、トナー帯電量の安定化も図っている。
そして、トナー供給ユニット１００で供給されるトナーがトナー制御手段１０４によって画像に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御されることで中間転写体１０３上に飛翔され、中間転写体１０３上にカラーのトナー画像が形成される。
【００７２】
トナー供給ユニット１００の下方には、記録紙１５０を収容する給紙部１５１が配置され、給紙部１５１から記録紙１５０がピックアップローラ（給紙ローラ）１５２で給紙される。給紙部１５１から給紙された記録紙１５０は、中間転写体１０３を掛け回したローラ１３２に対向して配置した転写ローラ１５３で中間転写体１０３上のトナー画像が転写される。なお、ここでは図示していないが、記録紙１５０の裏面側の転写ローラ１５３に正極性のバイアス電圧（＋バイアス）が印加されることで中間転写体１０３から記録紙１５０面へのトナー画像の転写が行われる。
【００７３】
上記トナー画像が転写された記録紙１５０は、圧力定着手段としての圧力定着ユニット１６０に搬送され、その圧力定着ユニット１６０でトナーが記録紙１５０上に定着された後、排紙される。この圧力定着ユニット１６０は、記録紙１５０が通過するニップ部を形成する加圧ローラ対を備えている。圧力定着ユニット１６０による圧力定着の際に加圧ローラ対によって記録紙１５０上のトナー画像に加える圧力は、０．５ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下が好ましい。当該圧力が０．５ＭＰａ以上であることによって定着不良を防止し、また当該圧力が１００ＭＰａ以下であることによって記録紙１５０を支障なく搬送することができる。
【００７４】
また、上述したように中間転写体１０３は、中間転写体クリーニング手段としてのクリーニングユニット１３５によって残トナーがクリーニングされ、次の画像形成が行われる。
【００７５】
以上のように、図５の画像形成装置は、中間転写体１０３に４色トナー画像を形成した後、その中間転写体１０３上の４色トナー画像を給紙部１５１から供給される記録紙１５０に転写を行う中間転写記録方式である。
この中間転写記録方式の場合は、印写面（「トナーが着弾する面」、「画像形成面」ともいう。）とトナー制御手段１０４との間隔を一定に保つ精度確保が容易であり、トナー飛翔速度が低い条件で高画質化を図ることができる。
また、中間転写記録方式の場合は、平滑で体積抵抗率の調整によって電荷が蓄積しない、電位変動のない印写面が得られる。クラウド化したトナーの通過のＯＮ／ＯＦＦで記録紙上に直接印刷する画像形成装置は電位に対する感度が高く、印写面バイアス電位の変動に対して画質変動が発生しやすいが、上記中間転写記録方式の構成であれば信頼性の高い、高画質のカラー画像を得ることができる。
【００７６】
図６は、本発明の他の実施形態に係る画像形成装置の全体構成の一例を示す全体構成図である。なお、図６において、図５と同様な構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
図６の画像形成装置は、トナー制御手段を通過したトナーを記録媒体としての記録紙上に直接着弾させてトナー画像を形成する例である。つまり、本実施形態の画像形成装置では、給紙部１５１から供給される記録紙１５０を紙搬送ベルト１６１に静電的に吸着し、トナー供給ユニット１００と対向する領域を通過させ、トナー制御手段１０４の画像に応じたＯＮ／ＯＦＦ制御によって記録紙１５０上に直接カラー画像を形成する。
【００７７】
図６において、紙搬送ベルト１６１は例えばポリイミド等から形成され、２つのローラ１６２、１６３に掛け回されて矢示方向に周回移動するように駆動される。そして、紙搬送ベルト１６１は、図示しない帯電ローラなどの帯電手段によって帯電されることにより、記録紙１５０を静電的に吸着保持して搬送する。また、給紙部１０５から記録紙１５０を紙搬送ベルト１６１に導くためのガイド１６４、レジストローラ１６５なども配置されている。
【００７８】
図６の構成の画像形成装置では、トナー通過を制御するトナー制御手段１０４と、通過後のトナーを記録紙１５０に導くためのバイアスを印加する背面電極１０５との間に、ポリイミド等の紙搬送ベルト１６１及び記録紙１５０がある。そのため、トナー制御手段１０４と背面電極１０５との間隔を非常に狭く設定することが難しいが、他方、記録紙１５０上に直接カラー画像を形成し、転写プロセスがないため、転写によるトナー散りで画質低下することがなくなる。また、図６の画像形成装置は、前記図５で説明した構成のようなベルトクリーニング機構を必要としないこと等もあり、小型、低コストの画像形成装置の実現に有利である。
【００７９】
図５及び図６に示したトナーをクラウド化して飛翔させる構成の画像形成装置では、印写面のバイアスを低い設定にしてトナーを導くことも可能であるため、記録紙の表面へのトナーの着弾スピードも低く設定でき、トナーの散りが起きない高画質の画像形成装置を得ることができる。
【００８０】
次に、上記構成の画像形成装置で用いることができるトナー担持体の構成例について説明する。
図７（ａ）は、トナー担持体の一構成例を展開した状態で模式的に示す平面説明図であり、図７（ｂ）は、そのトナー担持体の断面説明図である。図示の例は、トナー担持体１０１の表面に複数の電極を設け、これら複数の電極を１本おきの２組を共通にして２相用電極を構成した例である。２組の２相用電極それぞれには、１８０°位相の異なる２相パルス（例えば、図８のＡ相のパルス及びＢ相のパルス参照）が印加され、互いに隣接する電極同士で吸引と反発を繰り返す２相電界が形成される。
【００８１】
図７において、トナー担持体１０１は、絶縁性基板１０１Ａの表面上に複数の電極１１１として、Ａ用電極（第１の電極）１１１ＡとＢ相用電極（第２の電極）１１１Ｂとを備え、その上に表面保護層１０１Ｂを設けたものである。電極１１１Ａ、１１１Ｂはそれぞれ櫛歯状に形成され、トナーの搬送方向に微細なピッチで並び、かつトナーの搬送方向と直交する方向に対して並行になるように設けられている。トナーの搬送方向と直交する方向における両サイドには共通のバスライン１１１Ａａ、１１１Ｂａが設けられ、各バスライン１１１Ａａ、１１１Ｂａは外部の図示しない２相パルス発生回路にそれぞれ接続されている。
【００８２】
電極１１１Ａ、１１１Ｂに印加するパルス電圧は、例えば、周波数が０．５ｋＨｚ〜７ｋＨｚであり、ＤＣ電圧をバイアスに含むパルス電圧である。そのパルス電圧の波高値は例えば±６０〜±３００Ｖの範囲内で、電極幅、電極間隔及び使用するトナーの種類などに応じて設定される。このパルス電圧の印加により、電極１１１Ａと電極１１１Ｂとの間には、隣接同士の電界方向の切り替わりに応じてトナーの反発飛翔と吸引飛翔とを繰り返す２相電界が形成される。このトナーの反発飛翔と吸引飛翔とを繰り返しにより、トナーは相互の電極１１１Ａ、１１１Ｂ間を往復移動する。そして、トナー担持体１０１の全体は、トナーを搬送する方向に表面が移動するように回転するものである。
【００８３】
図７のトナー担持体１０１は、その表面にトナーの搬送方向と直交する方向に長く延びて所定の間隔で配設された複数の電極１１１Ａ、１１１Ｂを有し、各電極１１１Ａ、１１１Ｂに、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パルス電圧を印加し、更にトナー担持体１０１を所定方向に回転駆動するように構成されている。このようにトナーの搬送とクラウド化を行うようにトナー担持体１０１を構成することにより、トナー担持体１０１の表面におけるトナー搬送に関して、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。
【００８４】
図９（ａ）は、トナー担持体の他の構成例を展開した状態で模式的に示す平面説明図であり、図９（ｂ）は、そのトナー担持体の断面説明図である。図９の例は、トナー担持体表面に複数の電極を設け、表層側の各電極をすべて共通とした例である。この表層側の各電極と、絶縁層を介して下層に設けた導体基材電極との間に、１８０°位相の異なる２相パルス（図８参照）が印加され、表層側電極と下層の導体基材電極との間に形成される相互の電界で吸引と反発を繰り返すトナー担持体の例である。なお、図９において、図７と同様な構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
【００８５】
図９において、トナー担持体１０１は、内部に配置した絶縁性基板１０１Ａの表面上に複数の電極としてＡ相用電極１１１Ａが設けられ、絶縁性基板１０１Ａの下面にベタの導体基材（Ｂ相用電極）１１１Ｂが設けられている。これらの電極１１１Ａ、１１１Ｂの表面に保護層１０１Ｂ、１０１Ｂが設けられている。表面側の電極１１１Ａは、トナーの搬送方向に微細なピッチで並び、かつトナーの搬送方向と直交する方向にそれぞれ並行になるように設けられている。トナーの搬送方向と直交する方向における両サイドには共通のバスライン１１１Ａａが設けられている。この電極１１１Ａのバスライン１１１Ａａと絶縁性基板１０１Ａの下面の電極１１１Ｂは、外部の図示しない２相パルス発生回路にそれぞれ接続されている。
【００８６】
電極１１１Ａ、１１１Ｂに印加する２相パルス電圧も、例えば、周波数が０．５ＫＨｚ〜７ＫＨｚでありＤＣ電圧をバイアスに含むパルス電圧である。そのパルス電圧の波高値は例えば±６０〜±３００Ｖの範囲内で、電極幅、電極間隔及び使用するトナーの種類などに応じて設定される。パルス電圧を印加する構成は、図７と同様である。このパルス電圧の印加により、表層側の電極１１１Ａ、１１１Ａの間（スペース間）を２相パルスの切り替わりに応じてトナーが飛翔を繰り返す。そして、トナー担持体１０１全体は、トナーを搬送する方向に表面が移動するように回転するものである。
【００８７】
図９のトナー担持体１０１の具体的構成において、ベース基板である絶縁性基板１０１Ａは、例えば、樹脂或いはセラミックス等の絶縁性材料からなるもの、或いは、アルミなどの導電性材料からなる基材にＳｉＯ２等の絶縁膜を成膜したもの、ポリイミドフィルムなどのフレキシブルに変形可能な材料からなるもの、などを用いることができる。
【００８８】
また、電極１１１は、ベース基板上にＡｌ、Ｎｉ−Ｃｒ等の導電性材料を０．１〜１μｍ厚さで成膜し、フォトリソ技術等を用いて所要の電極形状にパターン化して形成、または銅箔を積層、メッキ等で形成した後フォトリソでパターン化したものであってもよい。下層導体基材電極１１１Ｂは、例えばＡｌ、Ｎｉ−Ｃｒ等の導電性材料であればよい。
【００８９】
表面保護層１０１Ｂとしては、例えば、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＴｉＮ、Ｔａ２Ｏ５などを厚さ０．５〜２μｍで蒸着成膜して形成、またはポリカーボネート、ポリイミド、メチルメタアクリレート等の有機材料を２〜１０μｍ厚に薄膜印刷塗布して加熱硬化したものでもよい。
【００９０】
このように構成したトナー担持体においては、前述の駆動回路７から飛翔用のパルスを印加して飛翔電界を形成することにより、トナー担持体１０１上の帯電したトナーは反発力及び吸引力を受けて上下方向への飛翔しながら進行波方向への搬送が行われる。
【００９１】
次に、上記画像形成装置におけるトナー供給ユニット１００の具体的な構成例について説明する。
図１０は、トナー供給ユニット１００の一構成例を示す概略構成図である。本構成例は、トナー供給ユニット１００は、磁性キャリアと非磁性トナーとを含む二成分記録剤を用いる例である。二成分記録剤としては、例えば、前述の記録剤（１）や記録剤（２）を用いることができる。記録剤収容部２０１は２つの室２０１Ａ、２０１Ｂに分けられており、トナー供給ユニット１００内の両端部の記録剤通路（図示せず）によって繋がっている。記録剤収容部２０１には二成分記録剤が収容されており、各室２０１Ａ、２０１Ｂにある攪拌搬送スクリュー２０２Ａ、２０２Ｂによって攪拌されながら記録剤収容部２０１内を搬送されている。記録剤収容部２０１の室２０１Ａにはトナー補給口２０３が配置されており、図示しないトナー収容部からトナー補給口２０３を通って、記録剤収容部２０１内に補給される。
【００９２】
記録剤収容部２０１には記録剤の透磁率を検知する図示しないトナー濃度センサが設置されており、記録剤の濃度を検知している。記録剤収容部２０１のトナー濃度が減少すると、トナー補給口２０３から記録剤収容部２０１内にトナーが補給される。そして、攪拌搬送スクリュー２０２Ｂと対向する位置には、トナー補給ローラとしてのマグブラシローラ２０４が配置されている。マグブラシローラ２０４の内部には固定された磁石が配置されおり、マグブラシローラ２０４の回転と磁力によって、記録剤収容部２０１内の記録剤はマグブラシローラ２０４表面に汲み上げられる。記録剤の汲み上げ位置よりマグブラシローラ２０４の回転方向上流において、マグブラシローラ２０４と対向する位置に記録剤層規制部材２０５が設けられている。汲み上げ位置で汲み上げたれた記録剤は記録剤層規制部材２０５によって一定量の記録剤層厚に規制される。
【００９３】
記録剤層規制部材２０５を通った記録剤はマグブラシローラ２０４の回転に伴って、トナー担持体１０１と対向する位置まで搬送される。マグブラシローラ２０４には、第一電圧印加手段２１１によって供給バイアスが印加されている。 トナー担持体１０１には、第二電圧印加手段２１２によって前述した図７或いは図９に示す電圧が電極１１１に印加されている。
【００９４】
マグブラシローラ２０４と対向する位置においては、第一、第二電圧印加手段２１１、２１２によってトナー担持体１０１とマグブラシローラ２０４との間に電界が生じている。その電界からの静電気力を受け、トナーはキャリアから分離し、トナー担持体１０１の表面に移動する。
【００９５】
トナー担持体１０１表面に達したトナーは、第二電圧印加手段２１２から電極１１１に印加された電圧が形成する電界によってクラウド化し、トナー担持体１０１の回転、またはトナー担持体１０１の進行波電界によって搬送される。そして、トナー制御手段１０４と対向する位置まで搬送されたトナーは、制御電極４２のトナー通過ＯＮ／ＯＦＦの制御電界により選択的に記録媒体側に飛翔されて、トナーのドット印写が制御される。
【００９６】
図１１は、トナー供給ユニット１００の他の構成例を示す概略構成図である。このトナー供給ユニット１００は、非磁性トナーから成る一成分記録剤を用いる例である。トナーは記録剤収容部２０１に収容されており、帯電ローラ２２０によってトナーはトナー補給ローラ１１３と摩擦帯電を行い、静電気力によってトナー補給ローラ１１３上に汲み上げられる。トナー補給ローラ１１３上のトナーは記録剤層規制部材１１４によって薄層とされ、トナー補給ローラ１１３の回転に伴ってトナー担持体１０１と対向する位置に搬送される。このとき、トナー補給ローラ１１３には、第一電圧印加手段２２１によって供給バイアスが印加されている。また、トナー担持体１０１には、第二電圧印加手段２２２によって電極１１１に電圧が印加されている。したがって、トナー担持体１０１と対向する位置においては、第一、第二電圧印加手段２２１、２２２によってトナー担持体１０１とトナー補給ローラ１１３との間に電界が生じ、その電界からの静電気力を受け、トナーはトナー補給ローラ１１３から分離し、トナー担持体１０１表面に移動する。
【００９７】
前述の図１０の構成例と同様に、トナー担持体１０１の表面に達したトナーは、第二電圧印加手段２２２から電極１１に印加された電圧が形成する電界によってクラウド化し、トナー担持体１０１の回転、またはトナー担持体１０１の進行波電界によって搬送される。
【００９８】
そして、トナー制御手段１０４と対向する位置まで搬送されたトナーは、制御電極４２のトナー通過ＯＮ／ＯＦＦの制御電界により選択的に記録媒体側に飛翔されて、トナーのドット印写が制御される。
【００９９】
なお、これらの各トナー供給ユニット１００において、印写に寄与しなかったトナーはトナー担持体１０１によってさらに搬送され、図示しない回収手段によってトナー担持体１０１表面から回収される。回収されたトナーは再び記録剤収容部２０１に戻され、トナー供給ユニット１００内を循環する。
【０１００】
次に、本発明の実施形態に係る画像形成装置における圧力定着ユニット１６０における圧力を変更する圧力変更手段について説明する。この圧力変更手段は、制御手段としての制御装置と、この制御装置に接続された圧力定着ユニット１６０の加圧力を変化させる加圧力調整機構とを用いて構成される。
【０１０１】
図１２及び図１３は、圧力定着ユニット１６０に用いられる加圧装置１２の加圧ローラ対で発生させる加圧力を変化させる加圧力調整機構の構成例を示す概略構成図である。図１２は加圧ローラ対による加圧力を高めた状態の図であり、図１３は加圧ローラ対による加圧力を低くした状態の図である。
本構成例の加圧力調整機構は、加圧装置１２の筐体１５の支点４０に一端が軸支され、多端側が圧縮スプリング３３で支持されたレバー３１を備えている。このレバー３１の略中央部で下ローラ１２ｂの軸受１２ｂ１を支持するとともに、圧縮スプリング３３で支持されたレバー３１の端部に、カム３４と当接するコロ３２が設けられている。このカム３４の回転（図示しないモータ等により回転する）によりレバー３１が揺動するように構成されている。また、カム３４を挟んで反対側には、加圧装置１２の筐体１５に設けた軸３７、３８と圧縮スプリング３９とで支持されたアーム３６が設けられている。このアーム３６の先端に設けたコロ３５がカム３４に当接している。このような構成とすることにより、カム３４の回転に応じて上ローラ１２ａと下ローラ１２ｂで発生する圧力を変化させることができる。
【０１０２】
図１４は、画像情報に基づいて加圧力調整機構における加圧装置１２の加圧ローラ対で発生させる加圧力を制御する制御系の一例を示すブロック図である。制御装置９００は例えばＣＰＵ９０１、ＲＡＭ９０２、ＲＯＭ９０３、Ｉ／Ｏインターフェース９０４などで構成され、加圧装置１２及び前述の駆動回路７（図１参照）に接続されている。制御装置９００は、予め組み込まれた所定の制御プログラムを実行することにより、駆動回路７からの画像情報に基づいて加圧装置１２における加圧力を制御することができる。
【０１０３】
例えば、制御装置９００は、前述の図５及び図６に示した構成の複数の色の画像を形成できる画像形成装置によって記録紙１５０に形成された画像が、単色で形成された画像であるか複数の色で形成された画像であるかを、前述の駆動回路７（図１参照）からの情報に基づいて判別する。制御装置９００は、その判別結果に基づいて、加圧装置１２の加圧ローラ対１２ａ，１２ｂで発生させる加圧力の設定値を各々の画像に適した値に変更し、その変更後の設定値に基づいて加圧装置１２に制御信号を送る。加圧装置１２は、制御装置９００からの制御信号に基づいて加圧ローラ対１２ａ，１２ｂで発生させる圧力を変化させる。
【０１０４】
ここで、一般に単色の画像に比べて複数の色の画像はトナー付着量が多くトナー層も厚いため、例えばモノクロ（単色）の画像である場合は加圧ローラ対１２ａ，１２ｂで発生させる圧力を小さく設定し、カラー（複数の色）の画像である場合は加圧ローラ対１２ａ，１２ｂで発生させる圧力を大きく設定し、加圧力をそれぞれの画像パターンに適した値に変更する。このように、記録紙に形成する画像が単色か否かを判断し、記録材の画像の違いによって加圧装置１２の加圧ローラ対に発生させる圧力を自動的に最適値に変更することにより、加圧力不足による定着不良や、過剰な加圧力がかかることによって発生するしわなどの不具合を防止することができる。
【０１０５】
また、前述の図５及び図６に示した構成の複数の色の画像を形成できる画像形成装置によって記録紙１５０に形成された画像の画像面積率を前述の駆動回路７（図１参照）からの情報によって判別する。制御装置９００は、その判別結果に基づいて、加圧装置１２の加圧ローラ対１２ａ，１２ｂで発生させる加圧力の設定値を各々の画像に適した値に変更し、その変更後の設定値に基づいて加圧装置１２に制御信号を送る。加圧装置１２は、制御装置９００からの制御信号に基づいて加圧ローラ対１２ａ，１２ｂで発生させる圧力を変化させる。
【０１０６】
ここで、記録紙上のトナー付着量は画像面積率に比例して多くなりトナー層も厚くなる。そのため、例えば各色の画像面積率の合計が予め設定した閾値（例えば５０％）以下の画像である場合は加圧ローラ対１２ａ，１２ｂで発生させる圧力を小さく設定し、画像面積率が上記閾値（例えば５０％）よりも大きい場合は加圧ローラ対１２ａ，１２ｂで発生させる圧力を大きく設定し、加圧力をそれぞれの画像面積率に適した値に変更する。このように、記録紙に形成する画像の画像面積率を判断し、その画像面積率の違いによって加圧装置１２の加圧ローラ対１２ａ，１２ｂに発生させる圧力を自動的に最適値に変更することにより、加圧力不足による定着不良や、過剰な加圧力がかかることによって発生するしわなどの不具合を防止することができる。
【０１０７】
なお、上記実施形態では主に負帯電トナーを用いてトナー画像を形成する場合について説明したが、本発明は、正帯電トナーを用いてトナー画像を形成する場合にも同様に適用することができる。
【０１０８】
以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
圧力相転移樹脂を含むトナーＴを用いて記録紙３（１５０）などの記録媒体上に形成したトナー画像に、非加熱で圧力を加えることにより、トナー画像を記録媒体に定着させる加圧装置１２を有する圧力定着ユニット１６０などの圧力定着手段を備えた画像形成装置であって、圧力相転移樹脂を含むトナーＴを担持するトナー担持体１（１０１）と、トナー担持体１から飛翔したトナーＴが通過するトナー通過孔４１とトナー通過孔４１におけるトナーＴの通過を制御するパルス電圧などの制御電圧Ｖｃが印加される制御電極４２とを有するトナー制御手段４（１０４）と、トナー制御手段４の制御電極４２に制御電圧Ｖｃを印加する駆動回路７などの電圧印加手段と、を備え、トナー制御手段４のトナー通加孔４１を通過したトナーＴを、記録媒体に直接又は中間転写ベルトなどの中間転写体１０３を介して付着させることにより、記録媒体上にトナー画像を形成する。
これによれば、上記実施形態について説明したように、圧力相転移樹脂を含むトナーＴを担持したトナー担持体１からトナー制御手段４に向かってトナーＴが飛翔し、そのトナー制御手段４のトナー通過孔４１におけるトナー通過が、トナー制御手段４の制御電極４２に印加された制御電圧Ｖｃにより制御される。このように制御されてトナー通過孔４１を通過したトナーＴを、記録媒体に直接又は中間転写体１０３を介して付着させることにより、記録媒体上にトナー画像を形成する。この圧力相転移樹脂を含むトナーＴで形成されたトナー画像は、従来の加熱定着方式に比して加熱温度を低減した又は加熱を行わない非加熱方式で圧力を加えることにより記録媒体に定着させることができる。従って、熱定着方式の画像形成装置に比べてエネルギーの消費が少なくなる。しかも、従来の潜像担持体上のトナー画像を転写した後に潜像担持体の表面にブレードやブラシ等のクリーニング部材を押圧して残トナーを除去する構成とは異なり、上記圧力相転移樹脂を含むトナーＴは、潜像担持体上に付着した状態でクリーニング部材から圧力を受けるということがなくなる。そのため、圧力定着以外の処理でトナーが圧力を受けることによるトナーの固着や固化を抑制することができる。
（態様Ｂ）
上記態様Ａにおいて、トナー制御手段４のトナー通加孔４１を通過したトナーを、中間転写体を介さずに記録媒体に直接付着させることにより、記録媒体上にトナー画像を形成する。これによれば、上記実施形態について説明したように、トナー担持体１からのトナーが直接付着させられる記録媒体が記録紙であり、中間転写ベルトなどの中間転写体を必要としないため、中間転写体の表面をクリーニングする中間転写体クリーニング手段が不要になる。このため、中間転写体とクリーニングブレード等の中間転写体クリーニング部材との間にかかる圧力によってトナーが固化したり、中間転写体やクリーニングブレードなどの中間転写体クリーニング部材へトナーが固着したりすることを防止することができる。
（態様Ｃ）
上記態様Ａ又は態様Ｂにおいて、圧力定着ユニット１６０などの圧力定着手段による定着の際に記録媒体上のトナー画像に加える圧力は０．５ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下である。これによれば、上記実施形態について説明したように、前記圧力の下限値を０．５ＭＰａに規定することによって定着不良を防止し、また前記圧力の上限値を１００ＭＰａに規定することによって記録紙３などの記録媒体を支障なく搬送することができる。
（態様Ｄ）
上記態様Ａ、態様Ｂ又は態様Ｃにおいて、圧力定着ユニット１６０などの圧力定着手段は、記録紙３などの記録媒体が通過するニップ部を形成する加圧ローラ対１２ａ，１２ｂを備え、記録媒体に形成されるトナー画像が単色の画像か否かの情報に基づいて、加圧ローラ対１２ａ，１２ｂのニップ部に加える圧力を変更する、制御装置９００及び加圧力調整機構などからなる圧力変更手段を備える。記録媒体に形成される画像がモノクロ画像などの単色の画像か、その他のフルカラーなどの２色以上の画像かによって、圧力定着ユニット１６０などの圧力定着手段で記録媒体上のトナー画像にかける圧力の最適範囲は変化する。本態様Ｄの構成によれば、上記実施形態で示したように、記録紙３などの記録媒体に形成される画像が単色の画像かあるいはその他の複数色の画像かに応じて、圧力定着手段で記録媒体上のトナー画像にかける加圧力を調整できるため、トナー画像の定着性を確保しながら記録媒体におけるしわの発生などの副作用を防止することができる。
（態様Ｅ）
上記態様Ａ、態様Ｂ又は態様Ｃにおいて、圧力定着ユニット１６０などの圧力定着手段は、記録紙３などの記録媒体が通過するニップ部を形成する加圧ローラ対１２ａ，１２ｂを備え、記録媒体に形成されるトナー画像の面積率に基づいて、加圧ローラ対１２ａ，１２ｂのニップ部に加える圧力を変更する、制御装置９００及び加圧力調整機構などからなる圧力変更手段を備える。記録紙３等の記録媒体に形成される画像の面積率によって、圧力定着手段で記録媒体上のトナー画像にかける圧力の最適範囲は変化する。本態様Ｅの構成によれば、上記実施形態で示したように、記録紙３などの記録媒体に形成される画像の面積率に応じて、圧力定着手段で記録媒体上のトナー画像にかける加圧力を調整できるため、トナー画像の定着性を確保しながら記録媒体のしわの発生などの副作用を防止することができる。
【符号の説明】
【０１０９】
１ トナー担持体
３ 記録紙（記録媒体）
４ トナー制御手段
５ 対向電極（背面電極）
６ 電圧印加手段
７ 駆動回路
８ 電源手段
１１ 電極
１２ 加圧装置
１２ａ 上ローラ
１２ａ１ 軸受
１２ｂ 下ローラ
１２ｂ１ 軸受
１５ 定着装置の筐体
３１ レバー
３２ コロ
３３ 圧縮スプリング
３４ カム
３５ コロ
３６ アーム
３７，３８ 軸
３９ 圧縮スプリング
４０ 支点
４１ トナー通過孔
４２ 制御電極
４３ 共通電極
１００ トナー供給ユニット
１０１ トナー担持体
１０１Ａ 絶縁性基板
１０１Ｂ 表面保護層
１０３ 中間転写体
１０４ トナー制御手段
１０５ 対向電極（背面電極）
１１１ 電極
１１１Ａ 電極
１１１Ａａ バスライン
１１１Ｂ 電極
１１１Ｂａ バスライン
１１３ トナー補給ローラ
１１４ 記録剤層規制部材
１１３ トナー補給ローラ
１１４ ブレード
１５０ 記録紙
１５１ 給紙部
１５２ ピックアップローラ（給紙ローラ）
１５３ 転写ローラ
１６０ 圧力定着ユニット（圧力定着手段）
１６２，１６３ ローラ
１６５ レジストローラ
２２０ 帯電ローラ
２２１ 第１電圧印加手段
２２２ 第２電圧印加手段
Ｔ トナー
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１１０】
【特許文献１】特公昭５９−１１９３６４号公報
【特許文献２】特許第３２９０５１３号公報
【特許文献３】特開２００９−００８９６７号公報
【特許文献４】特許第４５８２２２７号公報
【特許文献５】特許第４５２５８２８号公報
【特許文献６】特開２００９−３００８４８号公報
【特許文献７】特開２０１１−０２８０５５号公報
【非特許文献】
【０１１１】
【非特許文献１】Pollard, M., Russell, T. P., Ruzette, A.-V. G., Mayes, A. M. and Gallot, Y., "The effect of hydrostatic pressure on the lower critical ordering transition on diblock copolymers": Macromolecules, 31, 6493 (1998)
【非特許文献２】Ruzette, A.-V. G., Banerjee, P., Mayes, A. M. and Russell, T. P., "A simple model for baroplastic behavior in block copolymer melts": J. Chem. Phys., 114, 8205 (2001)
【非特許文献３】Gonzalez-Leon, J. A., Metin, H. A., Ryu, S.-W., Ruzette, A.-V. G. and Mayes, A. M., "Low temperature processing of baroplastics by pressure-induced flow": Nature, 426, 424 (2003)
【非特許文献４】Doi, Y. and Steinbuchel, A.: Biopolymers, Polyester II-Properties and Chemical Synthesis, (2002), Wiley-VCH
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力相転移樹脂を含むトナーを用いて記録媒体上に形成したトナー画像に、非加熱で圧力を加えることにより、該トナー画像を該記録媒体に定着させる圧力定着手段を備えた画像形成装置であって、
圧力相転移樹脂を含むトナーを担持するトナー担持体と、
前記トナー担持体から飛翔したトナーが通過するトナー通過孔と該トナー通過孔におけるトナーの通過を制御する制御電圧が印加される制御電極とを有するトナー制御手段と、
前記トナー制御手段の制御電極に前記制御電圧を印加する電圧印加手段と、を備え、
前記トナー制御手段のトナー通加孔を通過したトナーを、前記記録媒体に直接又は中間転写体を介して付着させることにより、該記録媒体上にトナー画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１の画像形成装置において、
前記トナー制御手段のトナー通加孔を通過したトナーを、中間転写体を介さずに前記記録媒体に直接付着させることにより、該記録媒体上にトナー画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１又は２の画像形成装置において、
前記圧力定着手段による定着の際に前記記録媒体上のトナー画像に加える圧力は、０．５ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項１、２又は３の画像形成装置において、
前記圧力定着手段は、前記記録媒体が通過するニップ部を形成する加圧ローラ対を備え、
前記記録媒体に形成されるトナー画像が単色の画像か否かの情報に基づいて、前記加圧ローラ対のニップ部に加える圧力を変更する圧力変更手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項１、２又は３の画像形成装置において、
前記圧力定着手段は、前記記録媒体が通過するニップ部を形成する加圧ローラ対を備え、
前記記録媒体に形成されるトナー画像の面積率に基づいて、前記加圧ローラ対のニップ部に加える圧力を変更する圧力変更手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
圧力相転移樹脂を含むトナーを用いて記録媒体上に形成したトナー画像に、非加熱で圧力を加えることにより、該トナー画像を該記録媒体に定着させる圧力定着手段を備えた画像形成装置であって、
圧力相転移樹脂を含むトナーを担持するトナー担持体と、
前記トナー担持体から飛翔したトナーが通過するトナー通過孔と該トナー通過孔におけるトナーの通過を制御する制御電圧が印加される制御電極とを有するトナー制御手段と、
前記トナー制御手段の制御電極に前記制御電圧を印加する電圧印加手段と、を備え、
前記トナー制御手段のトナー通加孔を通過したトナーを、前記記録媒体に直接又は中間転写体を介して付着させることにより、該記録媒体上にトナー画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１の画像形成装置において、
前記トナー制御手段のトナー通加孔を通過したトナーを、中間転写体を介さずに前記記録媒体に直接付着させることにより、該記録媒体上にトナー画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１又は２の画像形成装置において、
前記圧力定着手段による定着の際に前記記録媒体上のトナー画像に加える圧力は、０．５ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項１、２又は３の画像形成装置において、
前記圧力定着手段は、前記記録媒体が通過するニップ部を形成する加圧ローラ対を備え、
前記記録媒体に形成されるトナー画像が単色の画像か否かの情報に基づいて、前記加圧ローラ対のニップ部に加える圧力を変更する圧力変更手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項１、２又は３の画像形成装置において、
前記圧力定着手段は、前記記録媒体が通過するニップ部を形成する加圧ローラ対を備え、
前記記録媒体に形成されるトナー画像の面積率に基づいて、前記加圧ローラ対のニップ部に加える圧力を変更する圧力変更手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【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】
【公開番号】特開２０１３−３７３１１（Ｐ２０１３−３７３１１Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７５５３０（Ｐ２０１１−１７５５３０）
【出願日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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