JP6278270B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、像担持体上のトナー像を像担持体と当接部材との当接による転写ニップに挟み込んだ記録シートに転写する画像形成装置に関するものである。

電子写真方式の画像形成装置においては、像担持体上のトナー像を像担持体と当接部材との当接による転写ニップに挟み込んだ記録シートに転写する。記録シートの表面には凹凸が存在するが、画像形成装置によって記録シートにトナー像を形成する際に、凹部は凸部に比べてトナーが転写し難いことから、凹部においてはトナーが十分に転写せず、画像に抜けが生じる場合があるという問題があった。この問題に対する従来技術として以下のものがある。

特許文献１には、トナー像を記録シートに転写する直前に、転写前帯電ロールにより感光体ドラムをトナーと反対極性に帯電させるとともに、転写前加熱ロールにより記録シートを加熱する画像形成装置が記載されている。これにより、転写時に転写部の帯電量が十分に保持され、転写時における記録シートの転写電界が十分に形成されることで、記録シートの凹部にもトナー像を転写させることができるとしている。

特許文献２には、転写バイアスとして直流成分に交流成分を重畳したものを用い、転写前に記録シートの表面を凹凸に応じてトナーの極性と逆極性に帯電させる画像形成装置が記載されている。これにより、凹凸のある記録シートに対するトナー像の転写性能を向上させることができるとしている。

特許文献３には、転写バイアスとして直流成分に交流成分を重畳したものを用い、交流成分のピークツウピーク電圧が、直流成分の２倍以下になるような交流成分を重畳する画像形成装置が掲載されている。これにより、記録シートの転写ムラや白抜け、カブリを確実に防止することができるとしている。

特許文献４には、中間転写体の表面をフッ素樹脂を主成分とするものによって形成し、転写バイアスとして直流成分に交流成分を重畳したものを用い、交流成分のピークツウピーク電圧が、直流成分の２．０５倍以上になるように交流成分を重畳する画像形成装置が記載されている。これにより、トナーが転写せずに一部抜けた状態として残存する、いわゆる「虫食い」の発生を抑制できるとしている。

特許文献５には、転写バイアスとして直流成分に交流成分を重畳したものを用い、交流成分は、転写ニップ内でトナーの転移・逆転移を２０回以上起こさせるようなものとする画像形成装置が記載されている。これにより、厚い転写材においても文字やラインの中抜けのない印字ができるとしている。

特許文献６には、転写バイアスとして直流成分と交流成分とを重畳したものを用い、交流成分のピークツウピーク電圧が、直流成分の電圧の絶対値の６倍よりも大きな値になるようにする画像形成装置が記載されている。これにより、記録シート表面の凹部で十分な画像濃度を得ることができるとしている。

近年、記録シートとして、皮革模様をイメージしたものや和紙調のものなど、多種多様なものが市販されており、多彩な表現方法による印刷物の形成を可能にしている。これらの記録シートでは、高級感を出すためにエンボス加工などが施されており、表面の凹凸が大きくなっている。

しかしながら、表面の凹凸が大きくなっている記録シートに対し、特許文献１の構成では、記録シートの凹凸部分において十分にトナーを転写することができない。特許文献２〜５の構成では、いずれも重畳している交流成分が小さいので、２次転写ニップ内でのトナー粒子の往復移動回数が少なくなる。このため、表面の凹凸が大きくなっている記録シートでは、記録シートの凹部において十分にトナーを転写することができないことが、本発明者らによる鋭意研究により分かった。

また、特許文献６の構成では、２次転写ニップ内でのトナー粒子の往復移動回数を増やすために高い振幅の交流バイアスを用いているので、表面の凹凸が大きな記録シートでも、記録シートの凹部に十分にトナーを転写することができる。しかしながら、本発明者らによる鋭意研究により、１ドットあたりのトナーの付着量が少ないものや、ハーフトーン画像のようなドット構造のものなど、画像面積率の低い画像の形成では、凹部において十分にトナーを転写することができない場合のあることが明らかになった。また、画像面積率の低い画像の形成では、２次転写ニップ内でのトナー粒子の往復移動回数を増やしたとき、記録シート表面の凸凹の大小に係わらず、ドット周囲においてチリが発生し、画質が劣化する場合のあることも明らかになった。

本発明は以上の背景に鑑みなされたものであり、その目的は、画像面積率に係わらず、記録シート表面の凹部上で十分な画像濃度を得るとともに、チリによる画質劣化を抑制することのできる画像形成装置を提供することである。

トナー像を担持する像担持体と、前記像担持体にトナー像を形成するトナー像形成手段と、前記像担持体に当接して転写ニップを形成するニップ形成部材と、前記像担持体上のトナー像を前記転写ニップに挟み込んだ記録シートに転写するために、直流成分と交流成分とを含む転写バイアスを出力する転写バイアス出力手段とを備えた画像形成装置において、画像面積率に応じて、前記転写バイアスにおける交流成分の周波数の切り替えを行う制御部を有し、画像面積率をＡとすると、前記転写バイアスにおける交流成分の周波数は画像面積率の関数ｆ（Ａ）として表され、ｆ（Ａ）は、画像面積率が、０よりも高く、ベタ画像の画像面積率の値よりも低いある値Ａｍｉｎ[％]で最小値となるようにしたことを特徴とするものである。

画像面積率に係わらず、記録シート表面の凹部上で十分な画像濃度を得るとともに、チリによる画質劣化を抑制することのできる。

本実施形態に係るプリンタの概略構成図。 同プリンタにおけるＫ用の画像形成ユニットを拡大して示す拡大構成図。 同プリンタのニップ形成ローラに印加される２次転写バイアスの波形例を示す図。 同プリンタの制御部を示すブロック図。 同制御部で演算される画像面積率の定義を説明する図。 実験に使用された観測実験装置を示す概略構成図。 同プリンタの２次転写ニップにおける転写初期段階のトナー挙動の説明図。 同プリンタの２次転写ニップにおける転写中期段階のトナー挙動の説明図。 同プリンタの２次転写ニップにおける転写後期段階のトナー挙動の説明図。 表３に示す実験における各画像と画像面積率を示す図。 画像面積率と２次転写バイアスの交流成分の周波数との関係を示すグラフ。 画像面積率とＶｐｐ，Ｖｏｆｆとの関係を示すグラフ。 同２次転写バイアスの他の波形例を示す図。 同２次転写バイアスの他の波形例を示す図。 同２次転写バイアスの他の波形例を示す図。 同２次転写バイアスの他の波形例を示す図。 同２次転写バイアスの他の波形例を示す図。 同２次転写バイアスの他の波形例を示す図。 同２次転写バイアスの他の波形例を示す図。

以下、本発明を適用した画像形成装置として、電子写真方式のカラープリンタ（以下、単にプリンタという）の実施形態について説明する。
まず、実施形態に係るプリンタの基本的な構成について説明する。図１は、実施形態に係るプリンタを示す概略構成図である。同図において、実施形態に係るプリンタは、イエロー（Ｙ），マゼンダ（Ｍ），シアン（Ｃ），ブラック（Ｋ）のトナー像を形成するための４つの画像形成ユニット１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋを備えている。また、転写装置としての転写ユニット３０、光書込ユニット８０、定着装置９０、給紙カセット１００、レジストローラ対１０１等も備えている。

４つの画像形成ユニット１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋは、画像形成物質として、互いに異なる色のＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋトナーを用いるが、それ以外は同様の構成になっており、寿命到達時に交換される。Ｋトナー像を形成するための画像形成ユニット１Ｋを例にすると、これは、図２に示されるように、潜像担持体たるドラム状の感光体２Ｋ、ドラムクリーニング装置３Ｋ、除電装置（不図示）、帯電装置６Ｋ、現像装置８Ｋ等を備えている。これらの装置が共通の保持体に保持されてプリンタ本体に対して一体的に脱着することで、それらを同時に交換できるようになっている。

感光体２Ｋは、ドラム基体の表面上に有機感光層が形成された外径６０［ｍｍ］程度のドラム形状のものであって、図示しない駆動手段によって図中時計回り方向に回転駆動される。帯電装置６Ｋは、帯電バイアスが印加される帯電ローラ７Ｋを感光体２Ｋに接触あるいは近接させながら、帯電ローラ７Ｋと感光体２Ｋとの間に放電を発生させることで、感光体２Ｋの表面を一様帯電せしめる。実施形態では、トナーの正規帯電極性と同じマイナス極性に一様帯電せしめる。帯電バイアスとしては、直流成分に交流成分を重畳したものを採用している。帯電ローラ７Ｋは、金属製の芯金の表面に導電性弾性材料からなる導電性弾性層が被覆されたものである。帯電ローラ等の帯電部材を感光体２Ｋに接触あるいは近接させる方式に代えて、帯電チャージャーによる方式を採用してもよい。

一様帯電せしめられた感光体２Ｋの表面は、後述する光書込ユニットから発せられるレーザー光によって光走査されてＫ用の静電潜像を担持する。このＫ用の静電潜像は、図示しないＫトナーを用いる現像装置８Ｋによって現像されてＫトナー像になる。そして、後述する中間転写ベルト３１上に１次転写される。

ドラムクリーニング装置３Ｋは、１次転写工程（後述する１次転写ニップ）を経た後の感光体２Ｋ表面に付着している転写残トナーを除去する。回転駆動されるクリーニングブラシローラ４Ｋ、片持ち支持された状態で自由端を感光体２Ｋに当接させるクリーニングブレード５Ｋなどを有している。回転するクリーニングブラシローラ４Ｋで転写残トナーを感光体２Ｋ表面から掻き取ったり、クリーニングブレードで転写残トナーを感光体２Ｋ表面から掻き落としたりする。なお、クリーニングブレードについては、その片持ち支持端側を自由端側よりもドラム回転方向下流側に向けるカウンタ方向で感光体２Ｋに当接させている。

上記除電装置は、ドラムクリーニング装置３Ｋによってクリーニングされた後の感光体２Ｋの残留電荷を除電する。この除電により、感光体２Ｋの表面が初期化されて次の画像形成に備えられる。

現像装置８Ｋは、現像ロール９Ｋを内包する現像部１２Ｋと、図示しないＫ現像剤を撹拌搬送する現像剤搬送部１３Ｋとを有している。そして、現像剤搬送部１３Ｋは、第１スクリュウ部材１０Ｋを収容する第１搬送室と、第２スクリュウ部材１１Ｋを収容する第２搬送室とを有している。それらスクリュウ部材は、それぞれ、軸線方向の両端部がそれぞれ軸受けによって回転自在に支持される回転軸部材と、これの周面に螺旋状に突設せしめられた螺旋羽根とを具備している。

第１スクリュウ部材１０Ｋを収容している第１搬送室と、第２スクリュウ部材１１Ｋを収容している第２搬送室とは、仕切り壁によって仕切られているが、仕切壁におけるスクリュウ軸線方向の両端箇所には、それぞれ両搬送室を連通させる連通口が形成されている。第１スクリュウ部材１０Ｋは、螺旋羽根内に保持している図示しないＫ現像剤を、回転駆動に伴って回転方向に撹拌しながら、図中の紙面に直交する方向の奥側から手前側に向けて搬送する。第１スクリュウ部材１０Ｋと、後述する現像ロール９Ｋとは互いに向かい合う姿勢で平行配設されているため、このときのＫ現像剤の搬送方向は、現像ロール９Ｋの回転軸線方向に沿った方向でもある。そして、第１スクリュウ部材１０Ｋは、現像ロール９Ｋの表面に対してＫ現像剤をその軸線方向に沿って供給していく。

第１スクリュウ部材１０Ｋの図中手前側端部付近まで搬送されたＫ現像剤は、仕切壁の図中手前側端部付近に設けられた連通開口を通って、第２搬送室内に進入した後、第２スクリュウ部材１１Ｋの螺旋羽根内に保持される。そして、第２スクリュウ部材１１Ｋの回転駆動に伴って、回転方向に撹拌されながら、図中手前側から奥側に向けて搬送されていく。

第２搬送室内において、ケーシングの下壁には図示しないトナー濃度センサが設けられており、第２搬送室内のＫ現像剤のＫトナー濃度を検知する。Ｋトナー濃度センサとしては、透磁率センサからなるものが用いられている。Ｋトナーと磁性キャリアとを含有するＫ現像剤の透磁率は、Ｋトナー濃度と相関関係があるため、透磁率センサは、Ｋトナー濃度を検知していることになる。

本プリンタには、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ用の現像装置の第２収容室内にＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋトナーをそれぞれ個別に補給するための図示しないＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋトナー補給手段が設けられている。そして、プリンタの制御部は、ＲＡＭに、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋトナー濃度検知センサからの出力電圧値の目標値であるＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋ用のＶｔｒｅｆを記憶している。Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋトナー濃度検知センサからの出力電圧値と、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ用のＶｔｒｅｆとの差が所定値を超えた場合には、その差に応じた時間だけＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋトナー補給手段を駆動する。これにより、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ用の現像装置における第２搬送室内にＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋトナーが補給される。

現像部１２Ｋ内に収容されている現像ロール９Ｋは、第１スクリュウ部材１０Ｋに対向しているとともに、ケーシングに設けられた開口を通じて、感光体２Ｋにも対向している。また、現像ロール９Ｋは、回転駆動される非磁性パイプからなる筒状の現像スリーブと、これの内部にスリーブと連れ回らないように固定されたマグネットローラとを具備している。そして、第１スクリュウ部材１０Ｋから供給されるＫ現像剤をマグネットローラの発する磁力によってスリーブ表面に担持しながら、スリーブの回転に伴って、感光体２Ｋに対向する現像領域に搬送する。

現像スリーブには、トナーと同極性であって、感光体２Ｋの静電潜像よりも大きく、且つ感光体２Ｋの一様帯電電位よりも小さな現像バイアスが印加されている。これにより、現像スリーブと感光体２Ｋの静電潜像との間には、現像スリーブ上のＫトナーを静電潜像に向けて静電移動させる現像ポテンシャルが作用する。また、現像スリーブと感光体２Ｋの地肌部との間には、現像スリーブ上のＫトナーをスリーブ表面に向けて移動させる非現像ポテンシャルが作用する。それら現像ポテンシャル及び非現像ポテンシャルの作用により、現像スリーブ上のＫトナーが感光体２Ｋの静電潜像に選択的に転移して、静電潜像をＫトナー像に現像する。

図１において、Ｙ，Ｍ，Ｃ用の画像形成ユニット１Ｙ，Ｍ，Ｃにおいても、Ｋ用の画像形成ユニット１Ｋと同様にして、感光体２Ｙ，Ｍ，Ｃ上にＹ，Ｍ，Ｃトナー像が形成される。

画像形成ユニット１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの上方には、潜像書込手段たる光書込ユニット８０が配設されている。この光書込ユニット８０は、パーソナルコンピュータ等の外部機器から送られてくる画像情報に基づいてレーザーダイオードから発したレーザー光により、感光体２Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋを光走査する。この光走査により、感光体２Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ上にＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋ用の静電潜像が形成される。具体的には、感光体２Ｙの一様帯電した表面の全域のうち、レーザー光が照射された箇所は、電位を減衰せしめる。これにより、レーザー照射箇所の電位が、それ以外の箇所（地肌部）の電位よりも小さい静電潜像となる。なお、光書込ユニット８０は、光源から発したレーザー光Ｌを、図示しないポリゴンモータによって回転駆動したポリゴンミラーで主走査方向に偏光せしめながら、複数の光学レンズやミラーを介して感光体に照射するものである。ＬＥＤアレイの複数のＬＥＤから発したＬＥＤ光によって光書込を行うものを採用してもよい。

画像形成ユニット１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの下方には、無端状の中間転写ベルト３１を張架しながら図中反時計回り方向に無端移動せしめる転写装置としての転写ユニット３０が配設されている。転写ユニット３０は、像担持体たる中間転写ベルト３１の他に、駆動ローラ３２、２次転写裏面ローラ３３、クリーニングバックアップローラ３４などを有している。また、４つの１次転写ローラ３５Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ、ニップ形成部材（転写部材）としてのニップ形成ローラ（２次転写ローラ）３６、ベルトクリーニング装置３７、濃度センサ３８なども有している。

中間転写ベルト３１は、そのループ内側に配設された駆動ローラ３２、２次転写裏面ローラ３３、クリーニングバックアップローラ３４、及び４つの１次転写ローラ３５Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋによって張架されている。そして、図示しない駆動手段によって図中反時計回り方向に回転駆動される駆動ローラ３２の回転力により、同方向に無端移動せしめられる。中間転写ベルト３１としては、次のような特性を有するものを用いている。即ち、厚みは２０［μｍ］〜２００［μｍ］、好ましくは６０［μｍ］程度である。また、体積抵抗率は１ｅ６［Ωｃｍ］〜１ｅ１２［Ωｃｍ］、好ましくは約１ｅ９［Ωｃｍ］程度である（三菱化学製ハイレスタ−ＵＰ ＭＣＰ ＨＴ４５にて、印加電圧１００Ｖの条件で測定）。また、引っ張り弾性率は、２．６［ＧＰａ］である。また、材料は、カーボン分散ポリイミド樹脂からなる。

４つの１次転写ローラ３５Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋは、無端移動せしめられる中間転写ベルト３１を感光体２Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋとの間に挟み込んでいる。これにより、中間転写ベルト３１のおもて面と、感光体２Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋとが当接するＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋ用の１次転写ニップが形成されている。１次転写ローラ３５Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋには、図示しない転写バイアス電源によってそれぞれ１次転写バイアスが印加されている。これにより、感光体２Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ上のＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋトナー像と、１次転写ローラ３５Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋとの間に転写電界が形成される。Ｙ用の感光体２Ｙ表面に形成されたＹトナーは、感光体２Ｙの回転に伴ってＹ用の１次転写ニップに進入する。そして、転写電界やニップ圧の作用により、感光体２Ｙ上から中間転写ベルト３１上に１次転写される。このようにしてＹトナー像が１次転写せしめられた中間転写ベルト３１は、その後、Ｍ，Ｃ，Ｋ用の１次転写ニップを順次通過する。そして、感光体２Ｍ，Ｃ，Ｋ上のＭ，Ｃ，Ｋトナー像が、Ｙトナー像上に順次重ね合わせて１次転写される。この重ね合わせの１次転写により、中間転写ベルト３１上には４色重ね合わせトナー像が形成される。

１次転写ローラ３５Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋは、金属製の芯金と、これの表面上に固定された導電性のスポンジ層とを具備している弾性ローラからなり、次のような特性を有している。即ち、外形は１６［ｍｍ］である。また、心金の径は１０［ｍｍ］である。また、次に説明される抵抗Ｒは、約３Ｅ７Ωである。即ち、接地された外径３０［ｍｍ］の金属ローラを１０［Ｎ］の力でスポンジ層に押し当てた状態で、１次転写ローラ心金に１０００［Ｖ］の電圧を印加したときに流れる電流Ｉから、オームの法則（Ｒ＝Ｖ／Ｉ）に基づいて算出したスポンジ層の抵抗である。このような１次転写ローラ３５Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋに対して、１次転写バイアスを定電流制御で印加する。なお、１次転写ローラ３５Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋに代えて、転写チャージャーや転写ブラシなどを採用してもよい。

転写ユニット３０のニップ形成ローラ３６は、中間転写ベルト３１のループ外側に配設されており、ループ内側の２次転写裏面ローラ３３との間に中間転写ベルト３１を挟み込んでいる。これにより、中間転写ベルト３１のおもて面と、ニップ形成ローラ３６とが当接する２次転写ニップが形成されている。ニップ形成ローラ３６は接地されているのに対し、２次転写裏面ローラ３３には、２次転写バイアス電源３９によって２次転写バイアスが印加される。これにより、２次転写裏面ローラ３３とニップ形成ローラ３６との間に、マイナス極性のトナーを２次転写裏面ローラ３３側からニップ形成ローラ３６側に向けて静電移動させる２次転写電界が形成される。

転写ユニット３０の下方には、記録シートＰを複数枚重ねた紙束の状態で収容している給紙カセット１００が配設されている。この給紙カセット１００は、紙束の一番上の記録シートＰに給紙ローラ１００ａを当接させており、これを所定のタイミングで回転駆動させることで、その記録シートＰを給紙路に向けて送り出す。給紙路の末端付近には、レジストローラ対１０１が配設されている。このレジストローラ対１０１は、給紙カセット１００から送り出された記録シートＰをローラ間に挟み込むとすぐに両ローラの回転を停止させる。そして、挟み込んだ記録シートＰを２次転写ニップ内で中間転写ベルト３１上の４色重ね合わせトナー像に同期させ得るタイミングで回転駆動を再開して、記録シートＰを２次転写ニップに向けて送り出す。２次転写ニップで記録シートＰに密着せしめられた中間転写ベルト３１上の４色重ね合わせトナー像は、２次転写電界やニップ圧の作用によって記録シートＰ上に一括２次転写され、記録シートＰの白色と相まってフルカラートナー像となる。このようにして表面にフルカラートナー像が形成された記録シートＰは、２次転写ニップを通過すると、ニップ形成ローラ３６や中間転写ベルト３１から曲率分離する。

２次転写裏面ローラ３３は、次のような特性を有している。即ち、外径は約２４［ｍｍ］である。また、芯金の径は約１６［ｍｍ］である。芯金の表面には、導電性のＮＢＲ系ゴム層が被覆されており、その抵抗Ｒは１ｅ６［Ω］〜１ｅ１２［Ω］、好ましくは約４Ｅ７［Ω］である。抵抗Ｒは、１次転写ローラと同様の方法によって測定された値である。

また、ニップ形成ローラ３６は、次のような特性を有している。即ち、外径は約２４［ｍｍ］である。また、芯金の径は約１４［ｍｍ］である。芯金の表面には、導電性のＮＢＲ系ゴム層が被覆されており、その抵抗Ｒは１Ｅ６Ω以下である。抵抗Ｒは、１次転写ローラと同様の方法によって測定された値である。

２次転写バイアス電源３９は、直流電源と交流電源とを有しており、２次転写バイアスとして、直流成分に交流成分を重畳せしめたものを出力することができる。そして、直流成分については、定電流制御によって出力する。

ニップ形成ローラ３６よりも紙搬送方向の下流側には、用紙分離補助のための分離装置１５０が配設されている。この分離装置１５０は、２次転写ニップから送り出されてくる記録シートＰに対して鋸歯状の除電針の先端を接触させながら、交流成分に直流成分を重畳した分離バイアスを印加することで、ニップ形成ローラ３６からの記録シートＰの分離を促す。

２次転写バイアス電源３９の出力端子は、ニップ形成ローラ３６の芯金に接続されている。ニップ形成ローラ３６の芯金の電位は、２次転写バイアス電源３９からの出力電圧値とほぼ同じ値になる。また、２次転写裏面ローラ３３については、その芯金を接地（アース接続）している。なお、重畳バイアスを２次転写裏面ローラ３３の芯金に印加しつつ、ニップ形成ローラ３６の芯金を接地する代わりに、重畳バイアスをニップ形成ローラ３６の芯金に印加しつつ、２次転写裏面ローラ３３の芯金を接地してもよい。この場合、直流電圧の極性を異ならせる。具体的には、図示のように、マイナス極性のトナーを用い且つニップ形成ローラ３６を接地した条件で、２次転写裏面ローラ３３に重畳バイアスを印加する場合には、次のようにする。即ち、直流電圧としてトナーと同じマイナス極性のものを用いて、重畳バイアスの時間平均の電位をトナーと同じマイナス極性にする。

これに対し、２次転写裏面ローラ３３を接地し、且つ重畳バイアスをニップ形成ローラ３６に印加する場合には、直流電圧としてトナーとは逆のプラス極性のものを用いて、重畳バイアスの時間平均の電位をトナーとは逆のプラス極性にする。重畳バイアスを２次転写裏面ローラ３３やニップ形成ローラ３６に印加する代わりに、直流電圧を何れか一方のローラに印加するとともに、交流電圧を他方のローラに印加してもよい。印加する２次転写バイアスの交流成分、または交流電圧としては、後に図３を用いて説明するように、正弦波状の波形のものを採用しているが、矩形波状の波形のものを用いてもよい。なお、記録シートＰとして、ザラ紙のような表面凹凸の大きなものを用いずに、普通紙のような表面凹凸の小さなものを用いる場合には、凹凸パターンにならった濃淡パターンが出現しないので、２次転写バイアスとして、直流電圧だけからなるものを印加してもよい。但し、ザラ紙のような表面凹凸の大きなものを用いるときには、２次転写バイアスを、直流電圧だけからなるものから、重畳バイアスに切り替える必要がある。

２次転写ニップを通過した後の中間転写ベルト３１には、記録シートＰに転写されなかった転写残トナーが付着している。これは、中間転写ベルト３１のおもて面に当接しているベルトクリーニング装置３７によってベルト表面からクリーニングされる。中間転写ベルト３１のループ内側に配設されたクリーニングバックアップローラ３４は、ベルトクリーニング装置３７によるベルトのクリーニングをループ内側からバックアップする。

濃度センサ３８は、中間転写ベルト３１のループ外側に配設されている。そして、中間転写ベルト３１の周方向における全域のうち、接地された駆動ローラ３２に対する掛け回し箇所に対して、約４［ｍｍ］の間隙を介して対向している。この状態で、中間転写ベルト３１上に１次転写されたトナー像が自らとの対向位置に進入した際に、そのトナー像の単位面積あたりのトナー付着量（画像濃度）を測定する。

２次転写ニップの図中右側方には、定着装置９０が配設されている。この定着装置９０は、ハロゲンランプ等の発熱源を内包する定着ローラ９１と、これに所定の圧力で当接しながら回転する加圧ローラ９２とによって定着ニップを形成している。定着装置９０内に送り込まれた記録シートＰは、その未定着トナー像担持面を定着ローラ９１に密着させる姿勢で、定着ニップに挟まれる。そして、加熱や加圧の影響によってトナー像中のトナーが軟化さしめられて、フルカラー画像が定着せしめられる。定着装置９０内から排出された記録シートＰは、定着後搬送路を経由した後、機外へと排出される。

モノクロ画像を形成する場合には、転写ユニット３０におけるＹ，Ｍ，Ｃ用の１次転写ローラ３５Ｙ，Ｍ，Ｃを支持している図示しない支持板を移動せしめて、１次転写ローラ３５Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋを、感光体２Ｙ，Ｍ，Ｃから遠ざける。これにより、中間転写ベルト３１のおもて面を感光体２Ｙ，Ｍ，Ｃから引き離して、中間転写ベルト３１をＫ用の感光体２Ｋだけに当接させる。この状態で、４つの画像形成ユニット１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋのうち、Ｋ用の画像形成ユニット１Ｋだけを駆動して、Ｋトナー像を感光体２Ｋ上に形成する。

図３は、２次転写バイアス電源３９から出力される重畳バイアスからなる２次転写バイアスの波形の一例を示す波形図である。同図において、２次転写バイアスは、上述したように、２次転写裏面ローラ３３の芯金に印加される。電圧出力手段たる２次転写バイアス電源３９は、２次転写バイアスを印加する転写バイアス印加手段として機能している。また、上述したように、２次転写裏面ローラ３３の芯金に２次転写バイアスが印加されると、第１部材たる２次転写裏面ローラ３３の芯金と、第２部材たるニップ形成ローラ３６の芯金との間に、電位差が発生する。よって、２次転写バイアス電源３９は、電位差発生手段としても機能している。なお、電位差は、絶対値として取り扱われることが一般的であるが、本稿では、極性付きの値として取り扱うものとする。より詳しくは、２次転写裏面ローラ３３の芯金の電位から、ニップ形成ローラ３６の芯金の電位を差し引いた値を、電位差として取り扱うことにする。かかる電位差の時間平均値は、実施形態のように、トナーとしてマイナス極性のものを用いる構成では、その極性がマイナスになった場合に、次のようになる。即ち、ニップ形成ローラ３６の電位を２次転写裏面ローラ３３の電位よりもトナーの帯電極性とは逆極性側（本実施形態ではプラス側）に大きくすることになる。よって、トナーを２次転写裏面ローラ３３側からニップ形成ローラ３６側に静電移動させることになる。

図３において、オフセット電圧Ｖｏｆｆは、２次転写バイアスの直流成分の値である。また、ピークツウピーク電圧Ｖｐｐは、２次転写バイアスの交流成分のピークツウピーク電圧である。実施形態に係るプリンタにおいては、既に述べたように、２次転写バイアスは、オフセット電圧Ｖｏｆｆとピークツウピーク電圧Ｖｐｐとを重畳したものであり、その時間平均値はオフセット電圧Ｖｏｆｆと同じ値になる。また、実施形態に係るプリンタにおいては、既に述べたように、２次転写バイアスを２次転写裏面ローラの芯金に印加し、且つニップ形成ローラの芯金を接地している（０Ｖ）。よって、２次転写裏面ローラの芯金の電位は、そのまま両芯金の電位差となる。そして、両芯金の電位差は、オフセット電圧Ｖｏｆｆと同じ値の直流成分と、ピークツウピーク電圧Ｖｐｐと同じ値の交流成分とから構成される。

図３に示されるように、実施形態に係るプリンタでは、オフセット電圧Ｖｏｆｆとして、マイナス極性のものを採用している。２次転写裏面ローラ３３に印加される２次転写バイアスのオフセット電圧Ｖｏｆｆの極性をマイナスにすることで、２次転写ニップ内において、マイナス極性のトナーを２次転写裏面ローラ３３側からニップ形成ローラ３６側に相対的に押し出すことが可能になる。
２次転写バイアスの極性がトナーと同じマイナス極性になっているときには、２次転写ニップ内において、マイナス極性のトナーを２次転写裏面ローラ３３側からニップ形成ローラ３６側に静電的に押し出す。これにより、中間転写ベルト３１上のトナーを記録シートＰ上に転移させる。
一方、２次転写バイアスの極性がトナーとは逆のプラス極性になっているときには、２次転写ニップ内において、マイナス極性のトナーをニップ形成ローラ３６側から２次転写裏面ローラ３３側に向けて静電的に引き寄せる。これにより、記録シートＰに転移させたトナーを中間転写ベルト３１側に再び引き寄せる。但し、２次転写バイアスの時間平均値Ｖａｖｅ（本例ではオフセット電圧Ｖｏｆｆと同じ値）がマイナス極性であるので、相対的には、トナーは２次転写裏面ローラ３３側からニップ形成ローラ３６側に静電的に押し出されるのである。

図３において、戻り電位ピーク値Ｖｒは、２次転写バイアスにおけるトナーとは逆極性であるプラス側のピーク値を示している。また、送り電位ピーク値Ｖｔは、２次転写バイアスにおけるトナーと同極性であるマイナス側のピーク値を示している。

交流成分によって所定周期で極性を反転させる交番電界からなる２次転写電界を２次転写ニップに形成することで、２次転写ニップ内でトナー粒子が中間転写ベルト３１表面と記録シートＰ表面との間で往復移動する。

本プリンタでは、２次転写バイアスの交流成分として、正弦波状の特性のものを採用しているが、交流成分の波形は正弦波に限定されるものではない。矩形波、三角波、台形状波形など、正弦波とは異なる波形のものを採用してもよい。

図４は、プリンタにおける電気回路の一部を示すブロック図である。
制御手段である制御部２００は、演算手段であるＣＰＵ２００ａ、不揮発性メモリであるＲＡＭ２００ｃ、一時記憶手段であるＲＯＭ２００ｂなどから構成される。装置全体の制御を行う制御部２００には、様々な機器やセンサ類が接続されているが、図４においては、簡単のため、主な機器やセンサ類のみ示している。

制御部２００では、ＲＡＭ２００ｃやＲＯＭ２００ｂ内に記憶している制御プログラムに基づいて、各種の機器の駆動を制御したり、各種のデータ処理を行ったりする。データ処理の１つとして、外部のパーソナルコンピュータ等から送られてくる画像データに基づいて、各色トナー像の画像面積率を演算し、これらの画像面積率の和として、中間転写ベルト３１における２次転写ニップに進入する直前の領域の画像面積率を演算している。

制御部２００では、この画像面積率の演算結果から２次転写バイアスの交流成分の周波数を演算し、さらにこの演算結果に基づいて、２次転写バイアスが所望の波形になるように２次転写電源３９を制御している。なお、演算の際に用いられる、画像面積率と２次転写バイアスの交流成分の周波数の関係については、後で詳説する。

中間転写ベルト３１の表面は、副走査方向（感光体やベルトの表面移動方向）において、ページの先頭を基準にして、５０画素分ずつの領域毎に理論上の区分けがなされる。そして、その区分けされた各区画（以下、「５０ライン区画」という）には、それぞれ主走査方向に、画素の集合からなる画素ラインが、５０ラインずつ含まれている。それぞれの画素ラインについては、全画素数に対する画像部（重ね合わせトナー像）の画素数の割合が画像面積率として求められる。５０個の画素ラインそれぞれの画像面積率について平均した値が、「５０ライン区画」における画像面積率となる。

図５（ａ）は、Ａ３サイズの記録シートＰと、これの上に形成されたトナー像の第１例とを示す模式図である。２次転写ニップにおいて、記録シートＰは、図中の矢印の方向に搬送される。第１実施形態に係るプリンタにおいて、中間転写ベルト３１の幅方向のサイズは、Ａ３サイズの記録シートＰの短手方向サイズ（２９７ｍｍ）よりも少し大きい。２次転写ニップは、中間転写ベルト３１と、ニップ形成ローラ３６とが当接している領域であり、ニップ形成ローラ３６のローラ部の長さは、中間転写ベルト３１の幅よりも大きくなっている。よって、２次転写ニップのベルト幅方向の長さは、中間転写ベルト３１の幅と同じであり、これは上述したようにＡ３サイズの記録シートＰの短手方向サイズよりも少し大きい。但し、第１実施形態に係るプリンタの制御部２００は、便宜的に、２次転写ニップのベルト幅方向の長さを、Ａ３サイズの記録シートＰの短手方向サイズと同じであるとみなして、ベルト上の５０ライン区画の画像面積率を演算するようになっている。なお、２次転写ニップの、中間転写ベルト３１の移動方向（副走査方向）の長さである、２次転写ニップ幅は３［ｍｍ］である。

図５（ａ）の記録シートＰには、記録シート搬送方向に延在する短冊状のトナー像が形成されている。その記録シート搬送方向の長さは、２２０［ｍｍ］程度であり、図示のように、記録シートＰの長手方向の長さ（４２０［ｍｍ］）の概ね半分くらいの領域に渡って延在している。トナー像は、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの４色のうち、何れか１色のトナーだけからなるベタ画像である。記録シートＰの短手方向におけるトナー像の長さは２９．７［ｍｍ］であり、これは２次転写ニップのベルト幅方向の長さ（便宜上、２９７ｍｍとみなしている）の１／１０の値である。よって、記録シート搬送方向において、このトナー像が延在している領域の５０ライン区画の画像面積率は１０［％］である。

図５（ｂ）は、Ａ３サイズの記録シートＰと、これの上に形成されたトナー像の第２例とを示す模式図である。同図の記録シートＰには、記録シート搬送方向に延在する短冊状のトナー像が、搬送方向と直交する方向に所定の距離をおいて２つ形成されている。それらトナー像の記録シート搬送方向の長さは、それぞれ２２０［ｍｍ］程度であり、図示のように、互いに記録シートＰの長手方向の同じ領域内に延在している。２つのトナー像は、互いに異なる１色のトナーだけからなるベタ画像である。また、それらトナー像の短手方向の長さはそれぞれ２９．７［ｍｍ］である。よって、記録シート搬送方向において、それらトナー像が延在している領域の５０ライン区画の画像面積率は２０［％］である。

なお、本プリンタにおいて、５０ライン区画の画像面積率は、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの各色についてそれぞれ個別に算出したものの合計として求められる。よって、例えば、同図の２つのトナー像が、図示のように互いに独立しているものではなく、完全に重ね合わされた２色重ね合わせトナー像であったとしても、その２色重ね合わせトナー像についての５０ライン区画の画像面積率は、１０［％］ではなく、２０［％］となる。

次に、トナー像のトナー付着量とトナー粒子の往復移動回数との関係について本発明者らが行った観測実験について説明する。
本発明者らは、２次転写ニップ内におけるトナーの挙動を観測するために、特殊な観測実験装置を製造した。

図６は、その観測実験装置を示す概略構成図である。この観測実験装置は、透明基板２１０、現像装置２３１、Ｚステージ２２０、照明２４１、顕微鏡２４２、高速度カメラ２４３、パーソナルコンピュータ２４４などを備えている。透明基板２１０は、ガラス板２１１と、これの下面に形成された酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）からなる透明電極２１２と、透明電極２１２の上に被覆された透明材料からなる透明絶縁層２１３とを具備している。この透明基板２１０は、図示しない基板支持手段によって所定の高さ位置で支持されている。この基板支持手段は、図示しない移動機構によって図中上下左右方向に移動することが可能である。図示の例では、透明基板２１０が金属版２１５を載置したＺステージ２２０の上に位置しているが、基板支持手段の移動により、Ｚステージ２２０の側方に配設された現像装置２３１の真上に移動することも可能である。なお、透明基板２１０の透明電極２１２は、基板支持手段に固定された電極に接続され、この電極は接地されている。

現像装置２３１は、実施形態に係るプリンタの現像装置と同様の構成になっており、スクリュウ部材２３２、現像ロール２３３、ドクターブレード２３４などを有している。現像ロール２３３は、電源２３５によって現像バイアスが印加された状態で回転駆動される。

透明基板２１０が基板支持手段の移動により、現像装置２３１の真上で且つ現像ロール２３３に対して所定のギャップを介して対向する位置まで所定の速度で移動せしめられると、現像ロール２３３上のトナーが透明基板２１０の透明電極２１２上に転移する。これにより、透明基板２１０の透明電極２１２上には所定の厚みのトナー層２１６が形成される。トナー層２１６に対する単位面積あたりのトナー付着量は、現像剤のトナー濃度、トナーの帯電量、現像バイアス値、基板２１０と現像ロール２３３とのギャップ、透明基板２１０の移動速度、現像ロール２３３の回転速度などによって調整することができる。

トナー層２１６が形成された透明基板２１０は、平面状の金属板２１５上に導電性接着剤で貼り付された記録シート２１４との対向位置まで平行移動せしめられる。金属板２１５は、加重センサが設けられた基板２２１上に設置され、基板２２１はＺステージ２２０上に設置されている。また、金属板２１５は、電圧増幅器２１７に接続されている。電圧増幅器２１７には、波形発生装置２１８によって直流成分及び交流成分からなる転写バイアスが入力され、金属板２１５には電圧増幅器２１７によって増幅された転写バイアスが印加される。Ｚステージ２２０を駆動制御して金属板２１５を上昇させると、記録シート２１４がトナー層２１６と接触し始める。金属板２１５を更に上昇させ、記録シート２１４とトナー層２１６との間に一定の空隙を設けるまで金属板２１５を接近させる。空隙幅を所定値にした状態で、金属板２１５に転写バイアスを印加してトナーの挙動を観察する。 観察後は、Ｚステージ２２０を駆動制御して金属板２１５を下降させて、記録シート２１４を透明基板２１０から離間させる。 すると、トナー層２１６の一部が記録シート２１４上に転写されている。

トナーの挙動の観察については、透明基板２１０の上方に配設されている顕微鏡２４２及び高速度カメラ２４３を用いて行う。透明基板２１０は、ガラス板２１１、透明電極２１２、及び透明絶縁層２１３という各層が全て透明材料からなるので、透明基板２１０の上方から、透明基板２１０を介して、透明基板２１０の下側にあるトナーの挙動を観察することができる。

顕微鏡２４２としては、キーエンス社製のズームレンズＶＨ−Ｚ７５からなるものを用いた。また、高速度カメラ２４３としては、フォトロン社製のＦＡＳＴＣＡＭ−ＭＡＸ １２０ＫＣを用いた。フォトロン社ＦＡＳＴＣＡＭ−ＭＡＸ １２０ＫＣは、パーソナルコンピュータ２４４によって駆動制御される。顕微鏡２４２及び高速度カメラ２４３は、図示しないカメラ支持手段によって支持されている。このカメラ支持手段は、顕微鏡２４２の焦点を調整できるように構成されている。

透明基板２１０上におけるトナーの挙動を、次のようにして撮影した。即ち、まず、照明２４１によってトナーの挙動の観察位置に照明光を照射して、顕微鏡２４２の焦点を調整する。次に、金属板２１５に転写バイアスを印加して、透明基板２１０の下面に付着しているトナー層２１６のトナーを、記録シート２１４に向けて移動させる。このときのトナーの挙動を、高速度カメラ２４３で撮影した。

まず、顕微鏡２４２の焦点を透明基板２１０上のトナー層２１６に合わせ、直流電圧（本例ではオフセット電圧Ｖｏｆｆに該当）を２００［Ｖ］に設定し、且つピークツウピーク電圧Ｖｐｐを１０００［Ｖ］にした条件にてトナーの挙動を撮影した。すると、次のような現象が観察された。即ち、トナー層２１６中のトナー粒子は、転写バイアスの交流成分によって形成される交番電界により、透明基板２１０と記録シート２１４との間を往復移動するが、その往復移動回数の増加とともに、往復移動するトナー粒子の量が増加する。

具体的には、転写ニップにおいては、転写バイアスの交流成分の１周期（１／ｆ）が到来する毎に、交番電界が１回作用してトナー粒子が１回往復移動する。初めの１周期では、図７に示されるように、トナー層２１６のうち、層の表面に存在しているトナー粒子だけが層から離脱する。そして、記録シート２１４の凹部に進入した後、再びトナー層２１６に戻ってくる。このとき、戻ったトナー粒子が、トナー層２１６のトナー粒子に衝突することで、後者のトナー粒子とトナー層２１６や透明基板２１０との付着力を弱める。これにより、次の１周期には、図８に示されるように、前の１周期よりも多くのトナー粒子がトナー層２１６から離脱する。そして、記録シート２１４の凹部に進入した後、再びトナー層２１６に戻ってくる。このとき、戻ったトナー粒子が、トナー層２１６中にまだ残っていたトナー粒子に衝突することで、後者のトナー粒子とトナー層２１６や透明基板２１０との付着力を弱める。これにより、更に次の１周期には、図９に示されるように、前の１周期よりも更に多くのトナー粒子がトナー層２１６から離脱する。このように、トナー粒子は往復移動する毎に、その数を徐々に増やしていく。

次に、トナー像の単位面積あたりのトナー付着量と、転写ニップ内で往復移動するトナー粒子の数との関係について、本発明者らが行った実験について説明する。
現像直後のトナー層２１６を構成しているトナーや、往復移動している最中のトナーの重さを測定することは困難であるため、往復移動している最中のトナーの割合を調べる指標として、観察領域内における透明電極２１２上のトナーの被覆平面積を採用した。まず、観察領域の面積を領域面積Ａ_０とし、透明電極２１２上に現像された直後のトナー層２１６の領域面積Ａ_０内におけるトナーの被覆面積を初期被覆面積Ａ_ｉとして測定した。

透明電極２１２は、感光体におけるベタ静電潜像の役割を果たしているため、トナー層２１６はベタトナー像と同様のものであるが、初期被覆面積Ａ_ｉは、領域面積Ａ_０よりもかなり小さくなる。つまり、ベタであるにもかかわらず、トナー粒子を付着させていない領域が存在している。実際のプリンタにおいても、ベタ静電潜像を現像して得られたベタトナー像を定着前に顕微鏡観察すると、トナー粒子を付着させていない領域（以下、トナー未着領域という）が存在する。通常のトナー付着量であれば、定着工程において、トナー粒子が潰されることで、トナー未着領域までトナー粒子の付着領域が広がる。これに対し、トナー付着量を少なくすると、定着工程を経ても、一部のトナー未着領域が残る。残ったトナー未着領域の面積に応じて、トナー像の画像濃度が変化する。

初期被覆面積Ａ_ｉを測定したら、次に、金属板２１５に転写バイアスを印加してトナー層２１６の一部を記録シート２１４上に転写した。なお、転写バイアスとしては、周波数ｆ＝５００［Ｈｚ］、Ｖｐｐ＝１．２［ｋＶ］、Ｖｏｆｆ＝０［Ｖ］のものを採用した。転写後、透明電極２１２上に残ったトナーによる領域面積Ａ_０における被覆面積を残留被覆面積Ａ_ｒとして測定した。その後、次に掲げる式に基づいて、現像直後のトナー層の初期被覆率θ_ｉ［％］と、転写ニップ内で往復移動しているトナーの割合である活動トナー率Ｒ_ｍ［％］とを算出した。
θ_ｉ＝（Ａ_ｉ／Ａ_０）×１００
Ｒ_ｍ＝［（Ａ_ｉ−Ａ_ｒ）／Ａ_ｉ］×１００

現像バイアスの調整によってトナー付着量を互いに異ならせた複数のトナー層２１６についてそれぞれ、このようにして活動トナー率Ｒ_ｍを調べた。この結果を次の表１に示す。

表１における初期被覆率θ_ｉ［％］は、トナー像を構成している各ドットの１ドットあたりにおけるトナー付着量を反映している。つまり、ベタ画像は、１ドットあたりのトナー付着量が多くなるほど、初期被覆率θ_ｉが高くなる。表１に示されるように、初期被覆率θ_ｉが低くなるにつれて、活動トナー率Ｒ_ｍが低くなる。これは、記録シートＰ表面の凹部に同じ量のトナー粒子を転移させる場合、１ドットあたりのトナー付着量を少なくするにつれて、転写ニップ内で必要なトナー粒子の往復移動回数が多くなることを意味している。

本発明者らが行った「第１転写実験」について説明する。
本発明者らは、実施形態に係るプリンタと同様の構成のプリント試験機を用意した。そして、このプリント試験機を用いて、種々のプリントテストを実施した。プリントテストでは、２次転写バイアスの交流成分について、Ｖｏｆｆ＝−０．８［ｋＶ］、Ｖｐｐ＝５．０［ｋＶ］に設定した。また、２次転写バイアスの交流成分の周波数ｆ［Ｈｚ］や、プロセス線速ｖについては、適宜変更した。

表２は、「第１転写実験」の評価条件と結果を示したものである。
互いに異なる２次転写バイアスの交流成分（５０〜７００［Ｈｚ］）やプロセス線速（１４１、２８２［ｍｍ／ｓ］）の条件下で、普通紙からなる記録シートＰ（紙表面の凹凸が殆どない）にテスト用の黒ベタ画像を出力した。そして、出力された黒ベタ画像を、目視によって２段階で評価した。具体的には、２次転写バイアスの交流成分のの周波数に同期する濃度ムラ（ピッチムラ）が視認されない場合を○、視認される場合を×として評価した。

表２に示されるように、プロセス線速ｖを２８２［ｍｍ／ｓ］に設定した場合には、２次転写バイアスの交流成分の周波数ｆを４００［Ｈｚ］以上に設定することで、ピッチムラの発生を回避することができた。また、プロセス線速ｖを１４１［ｍｍ／ｓ］に設定した場合には、２次転写バイアスの交流成分の周波数ｆを２００［Ｈｚ］以上に設定することで、ピッチムラの発生を回避することができた。

「第１転写実験」において、プロセス線速ｖに応じて、ピッチムラの発生を回避し得る２次転写バイアスの交流成分の周波数ｆの下限値が異なっているのは、プロセス線速ｖに応じて、２次転写ニップ内でトナーに作用させる交番電界の回数が変化するからである。具体的には、以下、記録シートＰを進入させていない状態における、中間転写ベルト３１とニップ形成ローラ３６との直接当接による２次転写ニップのローラ表面移動方向の長さであるニップ幅をｗ［ｍｍ］と定義する。２次転写ニップ通過に要する時間であるニップ通過時間［ｓ］は、「ニップ幅ｗ／プロセス線速ｖ」という式で表される。一方、２次転写バイアスの交流成分の周波数ｆ［Ｈｚ］の条件下において、重畳バイアスの交流成分の周期［ｓ］は、「１／ｆ」という式で表される。よって、ニップ通過時間においては、交流成分の１周期分の波形が、「ｗ×ｆ／ｖ」回分だけ印加されることとなる。

プリント試験機におけるニップ幅ｗは３［ｍｍ］である。表２に示したように、プロセス線速ｖ＝２８２［ｍｍ／ｓ］のとき、ピッチムラの発生を回避し得る２次転写バイアスの交流成分の周波数ｆの下限値は４００［Ｈｚ］であることから、必要な波形数を約４．２６回分（３×４００／２８２）と計算することができる。これは、２次転写ニップ内において、約４．２６回の交番電界をトナーに作用させることで、ピッチムラの発生を回避し得ることを示している。また、プロセス線速ｖ＝１４１［ｍｍ／ｓ］のとき、ピッチムラの発生を回避し得る２次転写バイアスの交流成分の周波数ｆの下限値は２００［Ｈｚ］であることから、必要な波形数を約４．２６回分（３×２００／１４１）と計算することができる。これは４００［Ｈｚ］のときと同じ値である。
以上より、２次転写ニップ通過中に交番電界を約４回作用させることで、ピッチムラのない良好な画像を得ることができると言える。つまり、ピッチムラのない良好な画像を得るためには、「ｗ×ｆ／ｖ＞４」という条件が必要になるのである。

また、上述したように、トナーは２次転写ニップ内で１往復する毎に、記録シート表面の凹部内に転移するトナー量を増加させていく。記録シート表面の凹部内にトナーを十分に移転させるためには、２次転写ニップ内において、５０ライン区画内の全てのトナーに対し、有効な交流成分を少なくとも２往復以上作用させる必要がある。つまり、ニップ通過時間において、交流成分の１周期分の波形が、少なくとも２回分だけ印加される必要があり、「ｗ×ｆ／ｖ＞２」という条件が必要になる。

従って、ピッチムラがなく、かつ、記録シート表面の凹部内に十分にトナーを転写させた画像を得るためには、「ｗ×ｆ／ｖ＞４」という条件を満たすように２次転写バイアスの交流成分の周波数を設定する必要がある。

次に、本発明者らが行った「第２転写実験」について説明する。
本実験はプリンタ試験機によって行い、２次転写バイアスの直流成分の電圧Ｖｏｆｆを−１．２[ｋＶ]、交流成分のピークツウピーク電圧Ｖｐｐを７[ｋＶ]とした。また、記録シートとして、特殊製紙株式会社製のレザック６６（商品名）２６０ｋｇを用いた。

表３は、「第２転写実験」の評価条件と結果を示したものである。
２次転写バイアスの交流成分の周波数が０（直流成分のみ）、４００［Ｈｚ］、６００［Ｈｚ］、１０００［Ｈｚ］のそれぞれの場合において、Ｋ色の全面ベタ画像(画像面積率１００［％］)、Ｋ色の１ｂｙ１の全面ハーフトーン画像(画像面積率２５［％］)、幅０．３ｍｍのライン画像(画像面積率１[％])の各画像を、それぞれ記録シートに形成させたものを評価した。図１０は、各画像とその画像面積率とを示した図である。評価結果は、記録シート上の凹部の画像濃度、およびチリによる画質劣化を、１．０〜５．０（０．５刻み）の１０段階のランク（数値が大きいほど画質が良い）で示した。

表３に示したように、２次転写バイアスの交流成分の周波数を高くするほど凹部の濃度が高くなっていることが確認できた。一方、画像面積率が低い場合に、２次転写バイアスの交流成分の周波数を高くするとチリによる画質劣化が徐々に悪化することも確認できた。

チリによる画質劣化を抑制するには、２次転写バイアスの交流成分の周波数を低くする必要があるが、画像面積率が低い場合に２次転写バイアスの交流成分の周波数を低くすると、記録シートの凹部において必要なトナー濃度が確保できなくなる。
そこで、画像面積率が５０[％]程度とある程度高い場合には、２次転写バイアスの交流成分の周波数を下げても、記録シートの凹部におけるトナー濃度はある程度確保できるので、チリによる画質劣化の抑制を優先して２次転写バイアスの交流成分の周波数を下げる。一方、画像面積率が５[％]と非常に低い場合には、記録シートの凹部におけるトナー濃度の確保を優先し、２次転写バイアスの交流成分の周波数を上げる。また、１色ベタ画像（画像面積率１００[％]）のように、画像面積率が高いときは、チリが発生しても目立たないので、２次転写バイアスの交流成分の周波数を上げるようにする。これにより、できる限り記録シートの凹部におけるトナー濃度を確保しつつ、チリによる画質劣化を抑制できる。

図１１は、画像面積率に対する２次転写バイアスの交流成分の周波数を示したものである。すなわち、画像面積率が、例えば５０[％]などの、ある程度高いときは２次転写バイアスの交流成分の周波数を下げ、画像面積率が、例えば５[％]などの、非常に低いときは２次転写バイアスの交流成分の周波数を上げるようにする。また、画像面積率が、例えば１００[％]などの、高いときは２次転写バイアスの交流成分の周波数を上げるようにする。つまり、２次転写バイアスの交流成分の周波数の設定が、画像面積率が０［％］と１００［％］（１色ベタ画像）との間のＡｍｉｎ（図１１では５０［％］）において最小値を持つように制御されることで、画像面積率に係わらず良好な画像を得ることができる。ただし、ピッチムラが発生しないようにするためには、「第２転写実験」の説明で述べたように、プリント試験機におけるニップ幅ｗは３［ｍｍ］、プロセス線速ｖは２８２［ｍｍ／ｓ］なので、ピッチムラの発生を回避し得る２次転写バイアスの交流成分の周波数ｆの下限値は４００［Ｈｚ］に設定される。

また、画像面積率に応じて２次転写バイアスの交流成分の周波数を切り替えるだけでなく、図１２に示すように、画像面積率に応じて、２次転写バイアスの交流成分のピークツウピーク電圧Ｖｐｐや、２次転写バイアスの直流成分の電圧Ｖｏｆｆを切り替えるようにしても良い。
一般的にトナー付着量が多い画像ほど、ＶｐｐやＶｏｆｆは大きくする必要があるため、画像面積率が高い場合はＶｐｐやＶｏｆｆが大きくする。また、上述したように、ライン画像など画像面積率が低い場合には記録シートの凹部におけるトナーの転写性が悪くなるので、この場合はＶｐｐを大きくして、トナーの往復運動のための転写電界を強くし、記録シートの凹部におけるトナーの転写性を確保する。つまり、ある画像面積率（図１２では１００［％］）以下のときは画像面積率が低くなるほどＶｐｐが大きくなるように設定し、ある画像面積率（図１２では１００［％］）以上では、画像面積率が高くなるほどＶｐｐが大きくなるように設定する。これにより、ハーフトーン画像でもベタ画像でも、記録シートの凹部におけるトナーの転写性を確保することができる。

上述した、画像面積率に応じて、２次転写バイアスの交流成分のピークツウピーク電圧Ｖｐｐと、２次転写バイアスの直流成分の電圧Ｖｏｆｆとを切り替えることの効果を確認するため、本発明者らは「第３転写実験」を行った。以下で「第３転写実験」について説明する。

表４は、「第３転写実験」の評価条件と結果を示したものである。
実施条件１は、図１１に示した、画像面積率に応じて２次転写バイアスの交流成分の周波数の切り替えを実施した場合である。実施条件２は、図１１に示した、画像面積率に応じて２次転写バイアスの交流成分の周波数の切り替えを実施したとともに、図１２に示した、画像面積率に応じてＶｐｐ、Ｖｏｆｆの切り替えも実施した場合である。比較条件１は、２次転写バイアスの交流成分の周波数を４００［Ｈｚ］で一定にした場合である。実施条件１と比較条件１では、２次転写バイアスの直流成分の電圧Ｖｏｆｆを−１．２[ｋＶ]、交流成分のピークツウピーク電圧Ｖｐｐを７[ｋＶ]で一定とした。これら３つの条件で、Ｋ色の全面ベタ画像(画像面積率１００［％］)、Ｋ色の１ｂｙ１の全面ハーフトーン画像(画像面積率２５［％］)、幅０．３ｍｍのライン画像(画像面積率１［％］)の各画像面積率の画像を記録シートに転写したときの、記録シートの凹部におけるトナー濃度、および、チリによる画質劣化について評価した。評価結果は、記録シート上の凹部の画像濃度、およびチリによる画質劣化を、１．０〜５．０（０．５刻み）の１０段階のランク（数値が大きいほど画質が良い）で示した。

表４に示したように、実施条件１では、比較条件１に対して、いずれの画像面積率の画像においても、記録シートの凹部におけるトナー濃度、チリによる画質劣化のいずれについて良好な結果が得られることが確認できた。また、実施条件２では、実施条件１に対して、いずれの画像面積率の画像においても、記録シートの凹部におけるトナー濃度、チリによる画質劣化のいずれについてさらに良好な結果が得られることが確認できた。なお、２次転写バイアスの交流成分の周波数や、２次転写バイアスの直流成分の交流成分のピークツウピーク電圧Ｖｐｐ、Ｖｏｆｆは、単純に画像面積率を考慮するだけでも十分高い効果を発揮するが、画像の構造を考慮して制御を行ってもかまわない。同じ画像面積率でも、ベタ画像かハーフーン画像なのかを考慮すれば、より良好な画像を得ることが可能となる。

また、２次転写バイアスの波形が、対称波形である正弦波のときは、図３に示したように、２次転写バイアスの時間平均電圧Ｖａｖｅと、２次転写バイアスの直流成分の電圧Ｖｏｆｆとが等しくなる。この場合、戻り電位ピーク値Ｖｒは、以下のようにＶｏｆｆの絶対値と、Ｖｐｐとによって表される。
Ｖｒ＝Ｖｐｐ／２−｜Ｖｏｆｆ｜
本発明者らによる実験により、２次転写バイアスの波形が正弦波のときに、トナーの往復運動のために必要な戻り電位ピーク値Ｖｒを確保するためには、ＶｐｐとＶｏｆｆが以下の関係を満たすようにするのが好ましいことが分かった。
Ｖｐｐ＞４×｜Ｖｏｆｆ｜
これにより、記録シートの凹部において許容レベルの画像濃度を得ることができる。

[変形例]
次に、本実施形態における２次転写バイアスの波形の変形例について説明する。
図１３〜１９は、本実施形態における２次転写バイアスの波形の変形例を示したものである。
２次転写バイアスの波形が正弦波の場合、２次転写バイアスの時間平均電圧Ｖａｖｅと、２次転写バイアスの直流成分の電圧Ｖｏｆｆとが等しくなる。この場合、上述したように、戻り電位ピーク値Ｖｒは、「Ｖｒ＝Ｖｐｐ／２−｜Ｖｏｆｆ｜」で表されるので、トナーの往復運動のために必要な戻り電位ピーク値Ｖｒを確保するためには、２次転写バイアスのピークツウピーク電圧Ｖｐｐをある程度大きくする必要があった。Ｖｐｐは、「Ｖｐｐ＝Ｖｔ＋Ｖｒ」と表される（図３参照）。よって、Ｖｐｐを大きくすると、必然的に送り電位ピーク値Ｖｔの大きさも大きくなる。しかし、トナーの付着量が多い場合や、記録シートの抵抗が高い場合などでは、送り電位ピーク値Ｖｔの大きさが大きくなると画像に放電跡が発生しやすくなってしまう。２次転写バイアスの波形が正弦波の場合には、送り電位ピーク値Ｖｔが必要以上に大きくならないようにするためには、２次転写バイアスのピークツウピーク電圧Ｖｐｐをある程度の大きさに抑え、かつ、２次転写バイアスの直流成分の電圧Ｖｏｆｆの絶対値（すなわち、２次転写バイアスの時間平均電圧Ｖａｖｅの絶対値）が小さくなるようにする必要があった。

図１３〜１９において、転写時間とは、２次転写バイアスの波形１周期において、２次転写バイアスの直流成分の電圧Ｖｏｆｆからトナーが記録シートに転写される側の時間をいう。また、戻し時間とは、２次転写バイアスの波形１周期において、２次転写バイアスの直流成分の電圧Ｖｏｆｆからトナーが２次転写裏面ローラ３３（図１参照）へ戻される側の時間をいう。２次転写バイアスの波形１周期（戻し時間と転写時間との和）に対する戻し時間の比率（Ｄｕｔｙ比）を小さくすることで、２次転写バイアスの直流成分の電圧Ｖｏｆｆを挟んで、トナーを２次転写裏面ローラ３３（図１参照）の方に戻す側の波形の面積が、トナーを記録シートＰに転写する側の波形の面積よりも小さくなるようにしている。これにより、送り電位ピーク値Ｖｔを必要以上に大きな値にならないようにするとともに、２次転写バイアスの時間平均電圧Ｖａｖｅを高くすることができる。
図１４に示した矩形波では、Ｄｕｔｙ比を１６［％］とすることで、送り電位ピーク値Ｖｔは画像に放電跡が発生しない−３．０［ｋＶ]に抑えつつ、戻り電位ピーク値Ｖｒはトナーの往復運動のために必要な＋２．０[ｋＶ]を確保している。

以上により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）
トナー像を担持する像担持体と、前記像担持体にトナー像を形成するトナー像形成手段と、前記像担持体に当接して転写ニップを形成するニップ形成部材と、前記像担持体上のトナー像を前記転写ニップに挟み込んだ記録シートに転写するために、直流成分と交流成分とを含む転写バイアスを出力する転写バイアス出力手段とを備えた画像形成装置において、画像面積率に応じて、前記転写バイアスにおける交流成分の周波数の切り替えを行う制御部を有し、画像面積率をＡとすると、前記転写バイアスにおける交流成分の周波数は画像面積率の関数ｆ（Ａ）として表され、ｆ（Ａ）は、画像面積率が、０よりも高く、ベタ画像の画像面積率の値よりも低いある値Ａｍｉｎ[％]で最小値となるようにした。
チリによる画質劣化を抑制するには、２次転写バイアスの交流成分の周波数を低くする必要があるが、画像面積率が低い場合に２次転写バイアスの交流成分の周波数を低くすると、記録シートの凹部において必要なトナー濃度が確保できなくなる。
例えば、画像面積率５[％]などの、画像面積率が非常に低い場合には、記録シートの凹部におけるトナー濃度の確保を優先し、２次転写バイアスの交流成分の周波数を上げる。また、１色ベタ画像（画像面積率１００[％]）のように、画像面積率が高い場合にも、チリが発生しても目立たないので、２次転写バイアスの交流成分の周波数を上げるようにする。画像面積率がこれらの中間にある場合（例えば、画像面積率５０[％]）には、２次転写バイアスの交流成分の周波数を下げても、記録シートの凹部におけるトナー濃度はある程度確保できるので、チリによる画質劣化の抑制を優先して２次転写バイアスの交流成分の周波数を下げる。つまり、画像面積率が、０よりも高く、ベタ画像の画像面積率の値よりも低いある値Ａｍｉｎ[％]で最小値となるようにすれば、できる限り記録シートの凹部におけるトナー濃度を確保しつつ、チリによる画質劣化も抑制できる。

（態様Ｂ）
態様Ａの画像形成装置において、前記ニップ形成部材に印加する前記転写バイアスにおける交流成分の周波数の最小値をｆ[Ｈｚ]、前記像担持体とニップ形成部材との間に形成されるニップ幅をｗ[ｍｍ]、像担持体の線速をｖ[ｍｍ／ｓ]としたときに、ｆ＞４×ｖ／ｗの関係を満たすようにした。
本発明者らによる実験結果より、画像においてピッチムラの発生を防止するためには、線速をｖ[ｍｍ／ｓ]としたときに、２次転写バイアスの交流成分の周波数ｆはｆ＞４×ｖ／ｗの関係を常に満たすように設定する必要があることが分かっている。２次転写バイアスの交流成分の周波数ｆの最小値がｆ＞４×ｖ／ｗの関係を満たすようにすることで、ピッチムラのない良好な画像を得ることができる。

（態様Ｃ）
態様ＡまたはＢに記載の画像形成装置において、画像面積率に応じて、前記ニップ形成部材に印加する前記転写バイアスにおける交流成分のピークツウピーク電圧Ｖｐｐ、または、前記ニップ形成部材に印加する前記転写バイアスにおける交流成分のオフセット電圧Ｖｏｆｆの切り替えを行う制御部を有する。
一般的にトナー付着量が多い画像ほど、ＶｐｐやＶｏｆｆは大きくする必要があるため、画像面積率が高い場合はＶｐｐやＶｏｆｆが大きくする。また、ライン画像など画像面積率が低い場合には、記録シートの凹部におけるトナーの転写性が悪くなるので、Ｖｐｐを大きくしトナーの往復運動のための転写電界を強くして、記録シートの凹部におけるトナーの転写性を確保する必要がある。画像面積率に応じて、２次転写バイアスの交流成分の周波数の切り替えをするとともに、ＶｐｐやＶｏｆｆの切り替えをすることで、ハーフトーン画像でもベタ画像でも、記録シートの凹部におけるトナーの転写性をさらに良好にすることができる。

（態様Ｄ）
態様Ａ〜Ｃのいずれか一の画像形成装置において、前記ニップ形成部材に印加する前記転写バイアスは、前記転写バイアスの交流成分の時間平均電圧Ｖａｖｅと、前記転写バイアスの交流成分のオフセット電圧Ｖｏｆｆとが等しく、かつ、前記転写バイアスにおける交流成分のピークツウピーク電圧値Ｖｐｐが、Ｖｐｐ＞４×｜Ｖｏｆｆ｜の関係を満たすようにした。
本発明者らによる実験により、２次転写バイアスの波形が正弦波のときに、トナーの往復運動のために必要な戻り電位ピーク値Ｖｒを確保するためには、ＶｐｐとＶｏｆｆがＶｐｐ＞４×｜Ｖｏｆｆ｜の関係を満たすようにするのが好ましいことが分かった。これにより、記録シートの凹部において許容レベルの画像濃度を得ることができる。

（態様Ｅ）
態様Ａ〜Ｄのいずれか一の画像形成装置において、像担持体から被転写材にトナーを転写させる方向に移動させる電界を生じさせる電位差が作用する時間が、被転写材から像担持体にトナーを戻す方向に移動させる電界を生じさせる電位差が作用する時間よりも長くなる転写バイアスを用いた。
２次転写バイアスの波形が正弦波の場合、２次転写バイアスの時間平均電圧Ｖａｖｅと、２次転写バイアスの直流成分の電圧Ｖｏｆｆとが等しくなる。この場合、戻り電位ピーク値Ｖｒは、「Ｖｒ＝Ｖｐｐ／２−｜Ｖｏｆｆ｜」で表されるので、トナーの往復運動のために必要な戻り電位ピーク値Ｖｒを確保するためには、２次転写バイアスのピークツウピーク電圧Ｖｐｐをある程度大きくする必要があった。
また、Ｖｐｐは、「Ｖｐｐ＝Ｖｔ＋Ｖｒ」と表されるので、Ｖｐｐを大きくすると、必然的に送り電位ピーク値Ｖｔの大きさも大きくなる。しかし、トナーの付着量が多い場合や、記録シートの抵抗が高い場合などでは、送り電位ピーク値Ｖｔの大きさが大きくなると画像に放電跡が発生しやすくなってしまう。２次転写バイアスの波形が正弦波の場合には、送り電位ピーク値Ｖｔが必要以上に大きくならないようにするためには、２次転写バイアスのピークツウピーク電圧Ｖｐｐをある程度の大きさに抑え、かつ、２次転写バイアスの直流成分の電圧Ｖｏｆｆの絶対値（すなわち、２次転写バイアスの時間平均電圧Ｖａｖｅの絶対値）が小さくなるようにする必要があった。
これに対し、２次転写バイアスの波形１周期（戻し時間と転写時間との和）に対する戻し時間の比率（Ｄｕｔｙ比）を小さくすることで、２次転写バイアスの直流成分の電圧Ｖｏｆｆを挟んで、トナーを２次転写裏面ローラ３３（図１参照）の方に戻す側の波形の面積が、トナーを記録シートＰに転写する側の波形の面積よりも小さくなるようにしている。これにより、送り電位ピーク値Ｖｔを小さくし、かつ、２次転写バイアスの時間平均電圧Ｖａｖｅを高くすることができる。

１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ：画像形成ユニット（トナー像形成手段の一部）
３１：中間転写ベルト（像担持体）
３６：ニップ形成ローラ（ニップ形成部材）
３９：２次転写バイアス電源（転写バイアス出力手段）
８０：光書込ユニット（トナー像形成手段の一部）
Ｐ：記録シート

特許第５００３１８１号 特開２００６−２６７４８６号公報 特開２００８−０５８５８５号公報 特開平０９−１４６３８１号公報 特開平０４−０８６８７８号公報 特開２０１２−０６３７４６号公報

Claims (5)

1. トナー像を担持する像担持体と、
   前記像担持体にトナー像を形成するトナー像形成手段と、
   前記像担持体に当接して転写ニップを形成するニップ形成部材と、
   前記像担持体上のトナー像を前記転写ニップに挟み込んだ記録シートに転写するために、直流成分と交流成分とを含む転写バイアスを出力する転写バイアス出力手段とを備えた画像形成装置において、
   画像面積率に応じて、前記転写バイアスにおける交流成分の周波数の切り替えを行う制御部を有し、画像面積率をＡとすると、前記転写バイアスにおける交流成分の周波数は画像面積率の関数ｆ（Ａ）として表され、ｆ（Ａ）は、画像面積率が、０よりも高く、ベタ画像の画像面積率の値よりも低いある値Ａｍｉｎ[％]で最小値となるようにしたことを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置において、
   前記転写バイアスにおける交流成分の周波数の最小値をｆ[Ｈｚ]、前記像担持体とニップ形成部材との間に形成されるニップ幅をｗ[ｍｍ]、像担持体の線速をｖ[ｍｍ／ｓ]としたときに、ｆ＞４×ｖ／ｗの関係を満たすようにしたことを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１または２に記載の画像形成装置において、
   画像面積率に応じて、前記転写バイアスにおける交流成分のピークツウピーク電圧Ｖｐｐ、または、前記ニップ形成部材に印加する前記転写バイアスにおける交流成分のオフセット電圧Ｖｏｆｆの切り替えを行う制御部を有することを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一の画像形成装置において、
   前記転写バイアスは、前記転写バイアスの交流成分の時間平均電圧Ｖａｖｅと、前記転写バイアスの交流成分のオフセット電圧Ｖｏｆｆとが等しく、かつ、前記転写バイアスにおける交流成分のピークツウピーク電圧値Ｖｐｐが、Ｖｐｐ＞４×｜Ｖｏｆｆ｜の関係を満たすようにしたことを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一の画像形成装置において、
   像担持体から被転写材にトナーを転写させる方向に移動させる電界を生じさせる電位差が作用する時間が、被転写材から像担持体にトナーを戻す方向に移動させる電界を生じさせる電位差が作用する時間よりも長くなる転写バイアスを用いたことを特徴とする画像形成装置。

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