JP5891788B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、これら複数の機能を備えた複合機等の画像形成装置に関する。

従来、電子写真方式には多様な方法が知られており、一般的には像担持体の表面を帯電させ、帯電させた像担持体を露光して静電潜像を形成する。次いで、静電潜像にトナーを現像し、像担持体上にトナー像を形成する。さらに、中間転写体を介して、または直接的に像担持体上のトナー像を用紙等の記録材上に転写し、この転写されたトナー像を加熱、圧力もしくはこれらの併用によって定着することにより、記録材上に画像が形成された記録物が得られる。なお、トナー像転写後の像担持体上に残ったトナーは、ブレード、ブラシ、ローラ等の既知の方法によりクリーニングされる。

画像が形成される記録材に凹凸がある場合、トナーの転写過程において、凸部は中間転写体または像担持体上のトナーと接触するが、凹部では中間転写体または像担持体上のトナーと記録材の凹部間に空隙ができる。トナーに作用する転写電界は、空隙があると低下するため、凹部は凸部に較べて転写電界が低下し、転写画像のムラが生じやすい。記録材の凹凸が大きくなると、凹部の転写電界が極端に低下するため、凹部にトナーを転写させることが困難となり、凹部にトナーが無い画像（白抜け画像）が発生する。

このような転写ムラや白抜け画像を抑制する方法として、記録材の凹凸に応じてトナー付着量を制御する方法が提案されている。特許文献１では、記録材の種別情報から表面粗さを特定し、表面粗さが大きいほどトナー付着量が増加するように制御している。特許文献２では、記録材である用紙の凹凸を検知し、凹凸に応じて適切なトナー付着量を制御している。しかし、これらの方法では凹部の転写性が改善されているわけではないので、画像の濃度ムラがやや改善される程度で、白抜け画像を解消することはできない。また、トナー付着量を増加すると、中間転写体または像担持体上に転写されなかった多量のトナーが残ってしまい、環境負荷が大きいという問題がある。

転写バイアスとして直流電圧に交番電圧を重畳することで転写率を向上させる方法も提案されている。特許文献３では、転写前に記録材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ことで凹部にトナーを転写させるように制御している。特許文献４では、交番電圧の振幅が、直流電圧の以下になるように交番電圧を重畳するようにしている。しかし、特許文献３、４共に、記載されている実施例と同様の転写バイアスを印加して凹凸の大きな記録材となる用紙に画像を形成したが、白抜け画像はほとんど改善されなかった。

そこで、本発明者らは、交番電圧の振幅と直流電圧の様々に組み合わせについて凹凸のある記録材の凹部の転写性を検討し、さらに特殊な実験装置によって記録材の凹部におけるトナーの挙動を観察した結果、トナーが記録材の凹部で往復運動できるような交流電界を印加することによって、直流電圧による転写に較べて記録材の凹部での転写性が大幅に向上することを見出した。ところが、温度や湿度の影響によって、二次転写部の転写部材の抵抗が下がると、交番電界を使っても転写性が低下し、高温、高湿環境で、良好な画像が得られない課題があることを見いだした。

本発明は上記問題に鑑み為されたことであり、転写部材の抵抗が低い条件でも、凹凸のある記録材の転写性を向上させ、画像のムラや白抜け画像の無い高品質な画像を得られる画像形成装置を提供することを、その目的とする。

本発明に係る画像形成装置は、像担持体と、像担持体上のトナー像が一旦保持される中間転写体と、中間転写体上のトナー像を転写するために、接地もしくは電圧が印加される転写部材と、接地もしくは電圧が印加されるとともに、転写部材の対向位置に配設され、記録材を転写部材とで挟持する転写ニップを形成する対向部材と、少なくとも転写部材、対向部材もしくは転写部材と対向部材間の抵抗値を検知する抵抗検知手段を有し、転写部材と対向部材の間に直流と交流を重畳した２次転写バイアスの電位差が形成される画像形成装置であって、２次転写バイアスの電位差によって形成される電界は、正規の極性に帯電しているトナーを前間転写体側から記録材側に転写させる方向の電界と、記録材側から中間転写体側に戻す方向の電界との繰り返しからなるものであって、２次転写バイアスの時間平均電圧が２次転写バイアスの電位差の最大値と最小値の中心電圧と同じか、それより転写方向側にある電圧条件で転写を行い、かつ、抵抗検知手段で検知される、転写部材、対向部材、もしくは転写部材と対向部材間の抵抗値が低い程、作像時の、２次転写バイアスの周波数が高くなるように、転写部材もしくは対向部材に２次転写バイアスを印加すること特徴としている。

本発明によれば、転写部材の抵抗値が下がって電荷の充電速度が速くなると交流成分による、転写ニップ通過時間内のトナーの往復運動の回数が減るので、周波数を高く必要があるが、湿度に関係なく必要以上に周波数を高くすると、チリが発生するため、転写部材と対向部材間の抵抗値が低い程、作像時の、転写部材と対向部材間の電位差の周波数が高くなるように、転写部材もしくは対向部材に２次転写バイアスを印加することでよって最適な出力画質を提供することができる。

本発明に係る画像形成装置の一形態を示す要部構成図。 画像形成装置における１つの画像形成ユニットの一構成例を示す拡大図。 画像形成装置の２次転写バイアス電源から出力される重畳バイアスからなる２次転写バイアスの出力波形がサインの場合を示す図。 実験に使用した転写実験装置の概略構成図。 ２次転写ニップにおける転写初期段階のトナー挙動を示す拡大模式図。 ２次転写ニップにおける転写中期段階のトナー挙動を示す拡大模式図。 ２次転写ニップにおける転写後期段階のトナー挙動を示す拡大模式図。 転写ニップにおけるトナー粒子に働く静電力の時間変化を説明する模式図。 転写方向ピーク値が高い時に記録紙の凹部に発生する放電痕を示す図。 本発明に係る画像形成装置の別な形態を示す要部構成図。 本発明に係る画像形成装置の別な形態を示す要部構成図。 中心電圧値よりも転写方向寄りの値の電圧の出力時間となる転写時間よりも中心電圧値よりも転写方向とは逆極性寄りの値の電圧の出力時間となる戻り時間よりも短くした時の、電源から出力される台形波となる２次転写バイアスの電圧波形を示す図。 戻し時間を転写時間よりも短くした時の、電源から出力される矩形波となる２次転写バイアスの電圧波形を示す図。 図１２よりも戻し時間をさらに短時間としたときの、電源から出力される台形波となる２次転写バイアスの電圧波形を示す図。 戻し時間を転写時間よりも短くした時の、電源から出力される三角波となる２次転写バイアスの電圧波形を示す図。 図１５よりも戻し時間が短くしたときの、電源から出力される三角波となる２次転写バイアスの電圧波形を示す図。 図１６よりも戻し時間を短くしたときの、電源から出力される三角波となる２次転写バイアスの電圧波形を示す図。 戻し時間を転写時間よりも短くし波形を丸くしたときの、電源から出力される２次転写バイアスの電圧波形を示す図。

以下、図を参照して本発明の実施形態を説明する。最初に画像形成装置の全体構成と動作を説明し、そのあとに本発明の特徴部分について説明する。各実施の形態において、同一の機能もしくは形状を有する部材や構成部品等の構成要素については、判別が可能な限り同一符号を付すに留め、先の説明との重複説明は省略する。

図１は、本発明を適用した画像形成装の一例である電子写真方式のプリンタ（以下、単に「プリンタ」という）を示す。本実施形態において、以下に記述する部材の抵抗値は、特に限定しない限り、温度２２℃、相対湿度５０％の環境下の値を示すものとする。

図１に示すプリンタは、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，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋと、転写装置としての転写ユニット３０と、光書込ユニット８０と、定着装置９０と、給紙カセット１００と、レジストローラ対１０１と、制御部２００を備えていて、両面印刷可能とされている。

画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋは、現像剤となるトナーの色が異なる以外は同一構成であるので、以下画像形成ユニット１Ｋを代表例として図２を用いて説明する。画像形成ユニット１Ｋは、像担持体となる感光体２Ｋを備えている。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例えば外径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。

感光体２Ｋの周囲には、帯電ローラ７Ｋを備えた帯電装置６Ｋ、現像装置８Ｋ、ドラムクリーニング装置３Ｋが配置されている。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ものである。図１に示す形態では、トナーの正規帯電極性と同じマイナス極性に感光体２Ｋの表面を一様帯電せしめる。帯電バイアスとしては、直流電圧に交流電圧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。帯電装置６Ｋとしては、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ではなく、帯電チャージャーによる非接触帯電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、図１に示す光書込ユニット８０から発せられるレーザ光Ｌ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、転写ユニット３０が備える中間転写ベルト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の表面に付着している転写残トナーを除去するものである。ドラムクリーニング装置３Ｋは、図２に示すように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の先端を感光体２Ｋに当接させるクリーニングブレード５Ｋ等を有している。ドラムクリーニング装置３Ｋは、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の表面から掻き取ったり、クリーニングブレード５Ｋで転写残トナーを感光体２Ｋの表面から掻き落とすものである。なお、クリーニングブレード５Ｋ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、自由端の先端を感光体２Ｋに当接させている。

図示しない除電装置は、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、現像剤担持体となる現像ロール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を有している。現像剤搬送部１３Ｋは、現像剤搬送部材となる第１スクリュウ部材１０Ｋを収容する第１搬送室と、現像剤搬送部材となる第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。これらスクリュウ部材１０Ｋ、１１Ｋ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搬送室と第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、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搬送室内に位置する現像装置８Ｋの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。このトナー濃度センサには、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二成分の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（トナー濃度センサ）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用の現像装置の各第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。

プリンタの制御部２００は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ等の構成を備えた周知のコンピュータで構成されている。この制御部２００は、そのＲＯＭに、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ用の各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が予め記憶されている。制御部２００は、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ用のトナー濃度検知センサからの各出力電圧値と、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ用の各Ｖｔｒｅｆとの差が所定値を超えた場合、その差に応じた時間だけＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋ用のトナー補給手段を駆動する。これにより、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ用の各現像装置における各第２搬送室内にＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋトナーが補給されることになる。

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。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、これの内部に現像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備えた周知の構成である。現像ロール９Ｋは、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、現像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（現像ロール９Ｋ）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（現像ロール９Ｋ）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と同様の構成とされていて、感光体２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ上にＹ，Ｍ，Ｃのトナー像がそれぞれ形成される。

画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ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、プリンタにパーソナルコンピュータ等の外部機器が接続されている場合、これら外部機器から送られてくる画像情報に基づいてレーザダイオードから発したレーザ光Ｌにより、感光体２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋを光走査する。この光走査により、感光体２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋ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、レーザ光Ｌ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，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの下方には、トナー像が一端保持される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、像担持体であり中間転写体たる中間転写ベルト３１の他に、駆動ローラ３２、対向部材となる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、４つの１次転写ローラ３５Ｙ，３５Ｍ，３５Ｃ，３５Ｋ、転写部材となるニップ形成ローラ３６、ベルトクリーニング装置３７、電位検知センサ３８などを有している。

無端状の中間転写ベルト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，３５Ｍ，３５Ｃ，３５Ｋによって張架されている。中間転写ベルト３１は、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、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，３５Ｍ，３５Ｃ，３５Ｋは、無端移動せしめられる中間転写ベルト３１を感光体２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋ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，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋ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，３５Ｍ，３５Ｃ，３５Ｋには、図示しない１次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おり、これにより、感光体２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋ上のＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋのトナー像と、１次転写ローラ３５Ｙ，３５Ｍ，３５Ｃ，３５Ｋとの間に転写電界が形成されている。Ｙ用の感光体２Ｙの表面に形成されたＹトナー像は、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の各トナー像が、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，３５Ｍ，３５Ｃ，３５Ｋ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、芯金の径は１０［ｍｍ］である。また、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次転写ローラの芯金に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Ｒは、約３Ｅ７Ωである。本実施形態では、このような構成の１次転写ローラ３５Ｙ，３５Ｍ，３５Ｃ，３５Ｋに対して、１次転写バイアスを定電流制御で印加している。なお、１次転写ローラ３５Ｙ，３５Ｍ，３５Ｃ，３５Ｋ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が有するニップ形成ローラ３６は、中間転写ベルト３１のループ外側に配設されていて、ループ内側に位置する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との間には、両者が当接する２次転写ニップが形成されている。本実施形態において、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（中間転写ベルト３１）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。

ニップ形成ローラ３６には、ニップ形成ローラ３６の回転に従動する、例えば直径１０ｍｍ、ステンレス（ＳＵＳ３０４）等で構成された金属製ローラ４０が当接されている。この金属製ローラ４０には電圧源と電流計を備えた抵抗検出手段となる抵抗測定装置４１が接続されており、非作像動作時に直流電圧１０００Ｖを印加した際に流れる電流から、オームの法則に基づいてニップ形成ローラ３６の抵抗を算出する。なお、当然のことながら、非作像動作時に直流電圧の値は１０００Ｖ以外でもよく、温度や湿度に応じて変更してもよい。また、電圧として交流電圧を用いることも可能である。

転写ユニット３０の下方には、記録材となる記録紙Ｐを複数枚重ねた紙束の状態で収容可能な給紙カセット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紙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、その記録紙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紙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、挟み込んだ記録紙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、記録紙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紙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紙Ｐ上に一括２次転写され、記録紙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紙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。

なお、記録紙Ｐが、例えば片面にエンボス加工を施され、表面に大きな凹凸を有するエンボス紙の場合は、記録紙Ｐはエンボス面が下向きになるように給紙カセット１００にセットされる。また、記録紙Ｐは給紙トレイ１０２にセットすることも可能であり、この場合はエンボス面が上向きになるようにセットされる。

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、外径は例えば約２４［ｍｍ］である。また、芯金の径は例えば約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、上述の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。

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、外径は例えば約２４［ｍｍ］である。また、芯金の径は例えば約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、上述の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、直流電圧に交流電圧を重畳せしめたものを出力可能とされている。２次転写バイアス電源３９は、両面印字時において、第一面（定着装置９０を通過する前にトナーが転写される紙の表面）にトナーを二次転写する際は、直流電圧に交流電圧を重畳せしめた２次転写バイアスを出力し、第二面（一度定着装置９０を通過した後にトナーが転写される紙の表面）にトナーを二次転写する際は単純な直流電圧からなる２次転写バイアスを出力するように、制御部２００によって制御される。

２次転写バイアス電源３９の出力端子は、２次転写裏面ローラ３３の芯金に接続されている。２次転写裏面ローラ３３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、ニップ形成ローラ３６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（２次転写バイアス）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（２次転写バイアス）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、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（２次転写バイアス）を印加する場合には、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（２次転写バイアス）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（２次転写バイアス）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（２次転写バイアス）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（２次転写バイアス）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２次転写バイアスとしてもよい。

本実施形態では、直流電圧に重畳する交流電圧の波形としてサイン波を用いていて、トナーを戻す側の時間（Ｄｕｔｙ）を５０％としている。直流電圧に重畳する交流電圧の波形は、サイン波に限定されるものではなく、図１２から図１８に示すような台形波、矩形波、三角波でもよく、また、トナーを戻す側の時間（Ｄｕｔｙ）が５０％でない、波形を用いることも可能である。

２次転写ニップを通過した後の中間転写ベルト３１には、記録紙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ものである。

電位検知センサ３８は、中間転写ベルト３１のループ外側で、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配置されている。そして中間転写ベルト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、そのトナー像の表面電位を測定する。なお、本実施形態において、電位検知センサ３８としては、ＴＤＫ（株）社製のＥＦＳ−２２Ｄを用いている。

２次転写ニップよりも記録紙搬送方向下流側には、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とを備え、これら２つのローラによって定着ニップが形成されている。定着装置９０内に送り込まれた記録紙Ｐは、その未定着トナー像の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、加熱や加圧の作用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紙Ｐは、片面印字の場合は搬送経路１に従ってプリンタ外へと排出され、通常は、図示されないフィニッシャによって画像面が下向きになるような形で図示しない排紙トレイに排出される。フィニッシャによって画像面を下向きにするのは、セキュリティやプライバシに対する配慮である。一方、両面印字の場合には搬送経路２へと案内され、搬送経路２の先端に配置された記録材反転機構１４によって反転され給紙トレイ１０２へと搬送される。そして給紙トレイ１０２から再びレジストローラ対１０１を経て２次転写ニップへと搬送され、裏面側へとトナー像が一括転写され、定着装置９０、搬送経路１を経てプリンタ外へと排出される。

図３は、２次転写バイアス電源３９から出力されて２次転写裏面ローラ３に印加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図である。ここでは、サイン波として出力し、トナーを戻す側の時間（Ｄｕｔｙ）を５０％としている。同図において、Ｖａｖｅは時間平均電圧であり、２次転写バイアスの時間平均値を示している。図示のように、重畳バイアスからなる２次転写バイアスは、正弦波状の形状を示しており、戻し方向側のピーク値と、転写方向側のピーク値とを具備している。図３において、Ｖｔとは、２次転写ニップ内でトナーをベルト側からニップ形成ローラ３６側に移動させる方（転写方向側）のピーク値を指し、符号Ｖｒは、トナーをニップ形成ローラ３６側からベルト側に戻す方（戻し方向側）のピーク値を指す。Ｖｏｆｆは電位差の最大値と最小値の中心電圧であり、ここでは２次転写バイアスの直流成分の値である。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電位差の最大値を示す。

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。電圧出力手段となる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も機能する。また、上述したように、２次転写裏面ローラ３３の芯金に２次転写バイスが印加されると、第１部材であり対向部材となる２次転写裏面ローラ３３の芯金と、第２部材であり、転写部材とな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することになる。

この２次転写裏面ローラ３３の芯金とニップ形成ローラ３６の芯金との間の電位差は、絶対値として取り扱われることが一般的であるが、本実施形態では、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、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、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（本例ではプラス側）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１に示す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（Ｖａｖｅ）はオフセット電圧（Ｖｏｆｆ）と同じ値になる。また、同プリンタにおいては、２次転写バイアスを２次転写裏面ローラ３３の芯金に印加し、且つニップ形成ローラ３６の芯金を接地している（０Ｖ）。よって、２次転写裏面ローラ３３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Ｖａｖｅ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に示すように、本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上のトナーを記録紙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、記録紙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。

次に、上記実施形態を用いて本発明者らが行った研究結果について添付図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態において使用する二成分現像剤は、粒径平均が６．８μｍの、一般的な不定形トナー（ポリエステル系）と、平均粒径５５μｍの樹脂キャリアを使用している。

これまでの発明者らの検討で、凹凸のある記録材の凹部にトナーを十分に転写させるためには、波形がサイン波の場合は、オフセット電圧（Ｖｏｆｆ）とピークツウピーク電圧（Ｖｐｐ）との関係が式（１）を満たす必要があることがわかっている。
Ｖｐｐ ＞ ４×｜Ｖｏｆｆ｜・・（１）
また、直流電圧に交流電圧を重畳した２次転写バイアスによって転写した場合、交流電圧による周期的な画像ムラを発生させないように配慮する必要がある。ここで、交流電圧の周波数をｆ［Ｈｚ］、中間転写ベルト３１の線速をｖ［ｍｍ／ｓ］、転写ニップ幅をｄ［ｍｍ］とすると、画像が転写ニップを通過する時間はニップ幅を線速で割った値ｄ／ｖ［ｓ］で、交番電圧の周期は１／ｆ［ｓ］なので、ニップ通過時間中に印加される交番電圧の周期回数は、ｄ×ｆ／ｖとなる。周期的な画像ムラが発生しない条件は、この周期回数が４回以上となるように周波数を設定することで、交番電圧の周波数ｆの条件としては以下の式（２）のようになる。

ｆ ＞ （４／ｄ）×ｖ・・・（２）
本実施形態において、上記の条件を満たす具体的例を以下に示す。凹凸のある記録材として、（株）ＮＢＳリコー製のＦＣ和紙タイプ「さざ波」と呼ばれる厚みが約１３０μｍ、凹凸差が最大で約７０μｍ程度の記録紙Ｐに画像を転写する場合、例えば、温度２２℃、相対湿度５０％の環境下では、２次転写バイアスをＶｏｆｆ＝−１．０ｋＶ、Ｖｐｐ＝５．０ｋＶに設定すると、白抜け画像の無い良好な画像が得られた。また、中間転写ベルト３１の線速ｖの設定値が２８２ｍｍ／ｓの場合、例えば周波数が４００Ｈｚで周期的な画像ムラは発生しなかった。

本実施形態においては、２次転写裏面ローラ３３の芯金に対して２次転写バイアスを印加するとともに、ニップ形成ローラ３６の芯金を接地しているので、両ローラ間における電位差の時間平均値（Ｖａｖｅ）が、２次転写バイアスの直流成分であるオフセット電圧（Ｖｏｆｆ）と同じ値になる。ニップ形成ローラ３６の芯金を接地する代わりに、ニップ形成ローラ３６の芯金に直流電圧を印加した場合、２次転写裏面ローラ３３の芯金に印加する直流電圧と、ニップ形成ローラ３６の芯金に印加する直流電圧との重畳値を、オフセット電圧（Ｖｏｆｆ）として取り扱うものとする。つまり、ニップ形成ローラ３６の芯金を接地する代わりに、ニップ形成ローラ３６の芯金に直流電圧を印加した場合であっても、電位差の時間平均値（Ｖａｖｅ）とオフセット電圧（Ｖｏｆｆ）とは同じ値になる。

ニップ形成ローラ３６等のニップ形成部材と、２次転写裏面ローラ３３等の裏面当接部材との間に、直流成分と交流成分とを含む電位差を発生させる方法としては、次の６通りを例示することができる。

（１）ニップ形成部材（ニップ形成ローラ３６）に重畳バイアスを印加し、且つ、裏面当接部材（２次転写裏面ローラ３３）をアース接続する。
（２）ニップ形成部材（ニップ形成ローラ３６）に重畳バイアスを印加し、且つ、裏面当接部材（２次転写裏面ローラ３３）に直流バイアスを印加する。
（３）ニップ形成部材（ニップ形成ローラ３６）に交流成分だけからなる交流バイアスを印加し、且つ、裏面当接部材（２次転写裏面ローラ３３）に直流バイアスを印加する。
（４）ニップ形成部材（ニップ形成ローラ３６）をアース接続し、且つ、裏面当接部材（２次転写裏面ローラ３３）に重畳バイアスを印加する。
（５）ニップ形成部材（ニップ形成ローラ３６）に直流バイアスを印加し、且つ、裏面当接部材（２次転写裏面ローラ３３）に重畳バイアスを印加する。
（６）ニップ形成部材（ニップ形成ローラ３６）に直流バイアスを印加し、且つ、裏面当接部材（２次転写裏面ローラ３３）に交流成分だけからなる交流バイアスを印加する。

次に、本発明者らが行った転写実験について説明する。
本発明者らは、サイン波の電圧条件を「１／４×Ｖｐｐ＞｜Ｖｏｆｆ｜」という条件にすることで、凹部で十分な画像濃度を得てエンボス面の凹凸にならった濃淡パターンを従来よりも目立たなくすることができた原因を明らかにするために、特殊な転写実験装置を作製した。

図４は、その転写実験装置を示す概略構成図である。この転写実験装置は、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ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）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が金属板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、図１に示すプリンタの各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、透明基板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紙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によって直流電圧及び交番電圧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、記録紙２１４がトナー層２１６と接触し始める。金属板２１５を更に上昇させると、トナー層２１６に対する圧力が増加するが、加重センサからの出力が所定の値になると金属板２１５の上昇を停止させる。圧力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、記録紙２１４を透明基板２１０から離間させる。すると、トナー層２１６は記録紙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、透明電極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。高速度カメラ２４３としては、フォトロン社製のＦＡＳＴＣＡＭ−ＭＡＸ１２０ＫＣを用いた。フォトロン社ＦＡＳＴＣＡＭ−ＭＡＸ１２０ＫＣ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。

トナーの挙動については、次のようにして撮影する。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、記録紙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で撮影する。

図４に示した転写実験装置と、図１に示すプリンタとでは、トナーを記録紙Ｐに転写する転写ニップの構造が異なるため、転写バイアスが同じであっても、トナーに作用する転写電界は異なる。適切な観察条件を調べるために、転写実験装置でも、良好な凹部濃度再現性が得られる転写バイアス条件を調べてみた。記録紙２１４としては、レザック６６ ２６０ｋｇ紙を使用した。トナーとしては、平均粒径６．８［μｍ］のＹトナーに、Ｋトナーを少量混入したものを用いた。図４の転写実験装置では、記録紙２１４の裏面に転写バイアスを印加する構成になっているため、トナーを記録紙２１４に転写し得る転写バイアスの極性が、図１に係るプリンタとは逆になっている（即ち、プラス極性）。重畳バイアスからなる転写バイアスの交流成分として、波形が正弦波であるものを採用した。交流成分の周波数ｆを５００［Ｈｚ］、直流電圧（本例ではオフセット電圧（Ｖｏｆｆ）に該当）を２００［Ｖ］、ピークツウピーク電圧（Ｖｐｐ）を４００［Ｖ］から２６００［Ｖ］まで２００［Ｖ］単位で変化させていきながら、記録紙２１４に対して０．４〜０．５［ｍｇ／ｃｍ２］のトナー付着量でトナー層２１６を転写した。その結果、ピークツウピーク電圧（Ｖｐｐ）を８００［Ｖ］以下に設定した条件では、凹部濃度再現性がレベル４未満になったが、ピークツウピーク電圧（Ｖｐｐ）を９００〜２２００［Ｖ］の範囲に設定した条件では、凹部濃度再現性がレベル４以上になった。転写試験装置でも、プリンタ試験機と同様に、「１／４×Ｖｐｐ＞Ｖｏｆｆ」という条件で、凹部濃度再現性を許容レベルまで良好にすることができたのである。なお、ピークツウピーク電圧（Ｖｐｐ）を２４００［Ｖ］に設定した条件では、凹部濃度再現性は許容レベルであるものの、許容レベルを超える白点が発生してしまった。ここでレベルとは、凹部濃度再現性の目視評価を示すもので、レベル１からレベル５までの範囲で評価した。レベル1は低くレベル４以上を許容レベルとした。

次に、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、即ち、「１／４×Ｖｐｐ＞｜Ｖｏｆｆ｜」という条件で、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と記録紙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回作用して黒丸で示すトナー粒子が１回往復移動する。初めの１周期では、図５に示すように、トナー層２１６のうち、層の表面に存在している白丸で示すトナー粒子だけがトナー層２１６から離脱する。そして、記録紙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６に示すように、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、記録紙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７に示すように、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。すると、ニップ通過時間が経過したときには（転写実験装置ではニップ通過時間に相当する時間が経過したとき）、記録紙２１４の凹部内に十分量のトナーが転移していることがわかった。

一方、直流電圧を２００［Ｖ］に設定し、且つピークツウピーク電圧（Ｖｐｐ）を８００［Ｖ］にした条件、即ち、「１／４×Ｖｐｐ＞｜Ｖｏｆｆ｜」を満足しない条件で、トナーの挙動を撮影したところ、次のような現象が観察された。即ち、トナー層２１６中のトナー粒子のうち、層の表面に存在しているものが、初めの１周期で層から離脱して記録紙２１４の凹部内に進入する。ところが、進入したトナー粒子は、その後、トナー層２１６に向かうことなく、凹部内に留まった。次の１周期が到来したとき、トナー層２１６から新たに離脱して記録紙２１４の凹部内に進入したトナー粒子は、ごく僅かであった。よって、ニップ通過時間が経過した時点で、記録紙２１４の凹部内には少量のトナー粒子しか転移していない状態であった。

以上のように、「１／４×Ｖｐｐ＞｜Ｖｏｆｆ｜」という条件を具備することで図５〜図７に示したようなトナーの移動現象を生起せしめて、記録紙２１４の凹部内に十分量のトナーを転移させ得ることがわかった。
すなわち、「１／４×Ｖｐｐ＞｜Ｖｏｆｆ｜」を満たすオフセット電圧（Ｖｏｆｆ）とピークツウピーク電圧（Ｖｐｐ）を有するサイン波で画像形成を行うことによって、エンボス紙（記録紙２１４）上で良好な画像を得ることが可能となる。ちなみに、凹部の濃度の観点からから言えば、オフセット電圧（Ｖｏｆｆ）とピークツウピーク電圧（Ｖｐｐ）の関係は、より好ましくは、「１／５×Ｖｐｐ＞｜Ｖｏｆｆ｜」である。

なお図５〜図７に示したようなトナーの移動現象を生起せしめるためには、転写ニップ内で最低でもトナー粒子を２往復させる必要がある。このため、ニップ通過時間については、交流成分の周期の２倍以上に設定する必要がある。

一方、図１に示すプリンタでは、上述したように、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周波数ｆの下限値が４００［Ｈｚ］であることがわかっている。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ｄ［ｍｍ］としたとき、本プリンタのニップ幅ｄは３ｍｍであり、４００Ｈｚの条件で二次転写ニップをトナーが通過する過程での交流成分の波形数は約４．２６回分（３×４００／２８２）と計算することができる。すなわち、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、ピッチムラのない良好な画像を得るためには、「４＜ｄ×ｆ／ｖ」という条件が必要になるのである。

ところで、ニップ形成ローラ３６や２次転写裏面ローラ３３などのゴム層の抵抗は温度や湿度の影響によって変化するが、本発明者らが検討を進めた結果、これらの抵抗が変化すると、これらの部材や記録紙Ｐへの電荷の充電時間が変化し、結果的にトナーの往復運動回数が変化することが判った。特に、ニップ形成ローラ３６や２次転写裏面ローラ３３の抵抗が下がると、電荷の充電時間が短くなり、エンボス紙などの凹凸を有する記録紙Ｐの凹部の画像濃度が低くなることが、発明者らの検討で明らかになった。なお、図８は、交流バイアスの周期に対して、電荷の充電が速い場合にトナーが往復運動しないことを説明するための、2次転写ニップにおけるトナー粒子に働く静電力の時間変化を説明する模式図である。

記録紙Ｐの凹部の画像濃度はトナーの往復運動回数を増やせば高くなるため、交流電圧の周波数を高くすれば良いのだが、必要以上に高い周波数を用いるとトナーチリが増えるという、別の問題が発生してしまう。

そこで、本発明者らは、これらニップ形成ローラ３６や２次転写裏面ローラ３３の抵抗低下に従って交流電圧の周波数を高くすることによって、記録紙Ｐの凹部の濃度とチリを両立することを見出した。

表１はモノクロ画像に対して、直流電圧にサイン波の交流電圧を重畳して、記録紙Ｐとなる凹凸紙（レザック６６ １７５ｋｇ）に転写を行う場合の、ニップ形成ローラ３６の抵抗に対するオフセット電圧（Ｖｏｆｆ）とピークツウピーク電圧（Ｖｐｐ）の設定値の例であり、表２は、各電圧条件で周波数を変えたときの、凹凸紙の凹部の画像濃度と、チリの目視評価の５段階評価結果である。表２の各セルの左側の値が大きくなる程、凹凸紙の凹部の画像濃度が高いことを意味し、右側の値が大きくなる程、チリが少ないことを意味する。一方、凹凸紙の画質ではチリよりも凹部の画像濃度の方が重要であるため、総合的な評価は、凹部の画像濃度のランクを２倍した値と、チリの値を足し合わせた値で最終評価を行い、表３のようにランク付けした。なお、単純な直流電圧の2次転写バイアスの場合は、どのような電圧条件でも、凹凸紙の凹部の画像濃度のランクは１であり、一方、チリについては５となる。

表３に示すように、ニップ形成ローラ３６の抵抗に応じて２次転写バイアス電源３９からの交流電圧の周波数を制御部２００で制御して変えることによって、より高画質な画像の提供を実現した。

ところで、上述したように、凹凸紙の凹部の画像濃度を上げるためには、トナーの往復運動が重要であるが、往復運動が起これば良いので、波形は図３に示すサイン波に限定されるものではない。特にサイン波の場合は、ニップ形成ローラ３６と２次転写裏面ローラ３３間における電位差の時間平均値（Ｖａｖｅ）が、２次転写バイアスの直流成分であるオフセット電圧（Ｖｏｆｆ）と等しくなるが、このような交流電圧では、往復運動に必要な戻り電位ピーク値Ｖｒに対して、必然的に転写方向ピーク値Ｖｔが大きくなり、特にトナーの付着量が多い場合や、凹凸紙の抵抗が高い場合に、図９のような放電痕が発生し易い問題があるため、オフセット電圧（Ｖｏｆｆ）を小さくするなどして調整する必要あった。

これに対し、本発明者らは、図１２〜図１８に示すような、交流成分のオフセット電圧（Ｖｏｆｆ）を挟んで、トナーを戻す側の波形の面積を、トナーを転写する側の波形の面積より小さくするように、２次転写バイアス電源３９の出力を制御部２００で制御することによって、必要以上に高い転写方向ピーク値Ｖｔが印加されることがないようにした。ここで、「転写時間Ａ」と「戻し時間Ｂ」という用語を導入し、これらを以下のように定義する。

転写時間Ａ：交流バイアスの波形１周期において、電位差の最大値と最小値の中心電圧となるオフセット電圧（Ｖｏｆｆ）よりもトナーが記録紙に転写される側の電圧となる時間
戻し時間Ｂ：交流バイアスの波形１周期において、電位差の最大値と最小値の中心電圧となるオフセット電圧（Ｖｏｆｆ）よりもトナーが中間転写ベルト３１へ戻される側の電圧となる時間
表４は、図１６に示される波形を使って、戻し時間Ｂの比率（Ｄｕｔｙ）を１６％としたときの、種々の温湿度環境におけるカラー画像に対するバイアス条件であり、表５、表６は各環境下での、画質のランクと周波数の関係を示す図である。

サイン波と同様に、ニップ形成ローラ３６の抵抗に応じて２次転写バイアス電源３９からの交流電圧の周波数を制御部２００で変えることによって、高画質な画像の提供を実現している。さらに、制御部２００で戻し時間Ｂの比率を転写時間より小さくし、転写方向ピーク値Ｖｔを下げつつ、かつ、電位差の時間平均値（Ｖａｖｅ）を大きくできる効果により、サイン波より良好な画像を実現した。

上述の図１に示すプリンタの形態では、ニップ形成ローラ３６の抵抗をＳＵＳローラ４０と抵抗測定装置４１で直接測定し、この測定結果に基づいて、制御部２００で２次転写バイアスの周波数を制御しているが、抵抗の測定はニップ形成ローラ３６に限らず、例えば、ＳＵＳローラ４０と抵抗測定装置４１を２次転写裏面ローラ３３側に接続し、２次転写裏面ローラ３３を接地した状態で測定した、２次転写裏面ローラ３３の抵抗値に基づいて制御部２００で制御しても構わない。

あるいは、図１０に示す第２の実施形態のように、非作像時に、２次転写裏面ローラ３３に直流電圧や交流電圧を印加した際に、ニップ形成ローラ３６に流れる電流を抵抗検知手段として電流計１４１で計測し、その計測結果に基づいて作像時に印加する、交流電圧の周波数を制御部２００で決定して制御するようにしてもよい。同様に、２次転写裏面ローラ３３に２次転写バイアス電源３９から印加した電圧と、その際に流れた電流の値から抵抗を算出しても良い。これらの構成は、図１の構成に比べて、抵抗検知用の電圧源が不要になるため、スペースやコストの点で優れることとなる。

ところで、中間転写ベルト３１、２次転写裏面ローラ３３、ニップ形成ローラ３６の体積抵抗率や抵抗は、上記形態のものに限定されるものではない。但し、抵抗が高すぎると、放電等によって中間転写ベルト３１、２次転写裏面ローラ３３、ニップ形成ローラ３６の表面に付与される電荷が蓄積し、電界が経時変化するため好ましくない。その電荷を除電する手段を設けない場合には、中間転写ベルト３１、２次転写裏面ローラ３３、ニップ形成ローラ３６としては、体積抵抗率が１Ｅ１２Ωｃｍ以下であるものを用いることが望ましい。

上記形態では、中間転写ベルト３１とニップ形成ローラ３６の当接によって２次転写ニップを形成するものとしたが、図１１に示すように、中間転写ベルト３１と、転写部材として無端状のニップ形成ベルト１３６との当接によって２次転写ニップを形成してもよい。この場合、中間転写ベルト３１のループ内側に配設された２次転写裏面ローラ３３の芯金と、ニップ形成ベルト１３６のループ内側でニップ形成ベルト１３６を中間転写ベルト３１に向けて押圧する押圧部材たる押圧ローラ１３７の芯金との間に印加される交流バイアスのオフセット電圧（Ｖｏｆｆ）が、電位差の時間平均値（Ｖａｖｅ）と同じか、それより転写方向側になるようにし、特に図３に示したサイン波の場合は、「１／４×Ｖｐｐ＞｜Ｖｏｆｆ｜」という条件を具備し、且つ押圧ローラ１３７の芯金の電位を２次転写裏面ローラ３３の芯金の電位よりもトナーの帯電極性とは逆極性側に大きくした電位差を発生させればよい。

上述したような、凹凸状の記録紙Ｐ（エンボス紙）のエンボス面に対して、直流バイアスに非常に大きな交流電圧を重畳する手法は、引っ張り弾性率が高く、記録紙Ｐの凹凸に対する追従性が悪いベルトに対して特に有効である。特に引っ張り弾性率が２ＧＰａ以上あるような、ポリイミド製の無端ベルト状のベルト部材の場合は、耐久性の面で優れるが、従来の直流成分のみを２次転写バイアスとして用いた画像形成装置の場合は、エンボス面での濃度ムラが著しかった。本発明により、記録紙Ｐ（エンボス紙）での高画質と、ベルトの耐久性の両立が可能となる。

なお、上述した転写部材の抵抗の低下による、記録紙Ｐの凹部の転写率低下は、特に、トナーが劣化し、トナーの付着力が大きくなった場合に顕著になるため、トナーが劣化したと判断した場合にのみ、その抵抗に応じて２次転写バイアス電源３９の出力を制御部２００で制御して周波数を変えても良い。劣化の判断は、プリンタの出力枚数、出力した画像面積率、現像バイアス等の情報に基づいて判断することができる。

つまり、上述の形態によると、記録紙Ｐの抵抗が下がって電荷の充電速度が速くなると、交流成分による、転写ニップ通過時間内のトナーの往復運動の回数が減るため、周波数を図８に示すように、高くするが、湿度に関係なく必要以上に周波数を高くすると、チリが発生するため、トナーの往復運動回数の起こりやすさに応じて、周波数を高くすることによって最適な出力画質を提供することができる。

また、２次転写バイアスの交流バイアスを、正規の極性に帯電しているトナーを中間転写ベルト３１（像担持体/中間転写体）側から記録紙Ｐ側に移動させる方向の時間（転写時間Ａ）を、同じく記録紙Ｐ側から中間転写ベルト３１（像担持体/中間転写体）側に戻す方向の時間（戻し時間Ｂ）よりも長くしたものを出力するようにしたので、戻し時間Ｂの比率（Ｄｕｔｙ）を低くすることによって、必要以上に転写方向ピーク値Ｖｔが高くなることを防ぐとともに、高い電位差の時間平均値（Ｖａｖｅ）を与えることによって、記録紙Ｐの凹部と凸部での高い画像濃度を実現することができる。

オフセット電圧（Ｖｏｆｆ）＝電位差の時間平均値（Ｖａｖｅ）で、且つ、交流成分の電位差の最大値であるピークツウピーク（Ｖｐｐ）が、オフセット電圧（Ｖｏｆｆ）の絶対値の４倍よりも大きく設定したので、サイン波のようなトナーを戻す側の戻し時間Ｂの比率Ｄｕｔｙが５０％の交流電圧を用いる場合は、ピークツウピーク（Ｖｐｐ）がオフセット電圧（Ｖｏｆｆ）の絶対値の４倍より大きいような、大きな交番電界を形成し、トナーの往復運動を起すことによって、記録紙Ｐの凹部での高い画像濃度を実現することができる。

２次転写ニップの幅をｗ、プロセスの線速をｖとするとき、交流成分の周波数ｆ［Ｈｚ]がｆ＞２/（ｗ／ｖ）・・・式１を満たすようにしたので、交流電圧成分に起因する画像上の濃度ムラをなくすことができる。さらに、中間転写ベルト３１の引っ張り弾性率を２ＧＰａ以上としたので、弾性率の高いベルト部材を用いても凹凸状の記録紙Ｐ上で濃度ムラのない画質を提供することができる。

１（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ） 像担持体
３１ 中間転写体
３３ ２次転写裏面ローラ（対向部材）
３６、１３６ 転写部材
４１、１４１ 抵抗検知手段
Ａ 中間転写体から記録材側に移動させる方向の時間（転写時間）
Ｂ 記録材側から中間転写体体側に戻す方向の時間（戻し時間）
Ｖｏｆｆ 中心電圧
Ｖａｖｅ 時間平均電圧
Ｖｐｐ 電位差の最大値
ｗ 転写ニップの幅
ｖ 中間転写体の線速

特開２００４−２５８３９７号公報 特開２００７−３０４４９２号公報 特開２００６−２６７４８６号公報 特開２００８−０５８５８５号公報

Claims (6)

1. 像担持体と、像担持体上のトナー像が一旦保持される中間転写体と、前記中間転写体上のトナー像を転写するために、接地もしくは電圧が印加される転写部材と、接地もしくは電圧が印加されるとともに、前記転写部材の対向位置に配設され、記録材を前記転写部材とで挟持する転写ニップを形成する対向部材と、少なくとも、前記転写部材、対向部材、もしくは転写部材と対向部材間の抵抗を検知する抵抗検知手段を有し、前記転写部材と対向部材の間に直流と交流を重畳した２次転写バイアスの電位差が形成される画像形成装置であって、
   前記２次転写バイアスの電位差によって形成される電界は、正規の極性に帯電しているトナーを前記中間転写体側から記録材側に転写させる方向の電界と、前記記録材側から中間転写体側に戻す方向の電界との繰り返しからなるものであって、前記２次転写バイアスの時間平均電圧が前記２次転写バイアスの電位差の最大値と最小値の中心電圧と同じか、それより転写方向側にある電圧条件で転写を行い、かつ、前記抵抗検知手段で検知される、前記転写部材、前記対向部材、もしくは前記転写部材と対向部材間の抵抗値が低い程、作像時の、前記２次転写バイアスの周波数が高くなるように、前記転写部材もしくは前記対向部材に２次転写バイアスを印加すること特徴とする画像形成装置。
2. 非作像時に、前記転写部材と対向部材の間に電位差を設け、その際に流れる電流の値が大きいほど、作像時の、前記２次転写バイアスの周波数が高くなるように、前記転写部材もしくは前記対向部材に２次転写バイアスを印加すること特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記２次転写バイアスは、
   前記中心電圧よりも、正規の極性に帯電しているトナーが前記記録材に転写される側の電圧となる時間を、前記中心電圧よりも前記トナーが前記中間転写体へ戻される側の電圧となる時間よりも長くしたものを出力するようにしたことを特徴とする、請求項１または２に記載の画像形成装置。
4. 前記電位差の最大値と最小値の中心電圧と前記２次転写バイアスの時間平均電圧が等しく、且つ、前記２次転写バイアスの電位差の最大値が、前記中心電圧の絶対値の４倍よりも大きいことを特徴とする、請求項１または２に記載の画像形成装置。
5. 前記転写ニップの幅をｗ、前記中間転写体の線速をｖとするとき、前記２次転写バイアスの交流成分の周波数ｆ［Ｈｚ］が、ｆ＞２／（ｗ／ｖ）を満たすことを特徴とする、請求項１ないし４の何れか１項に記載の画像形成装置。
6. 前記中間転写体が無端ベルト状部材であり、その引っ張り弾性率２ＧＰａ以上であることを特徴とする、請求項１ないし５の何れか１項に記載の画像形成装置。

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