JP6213813B2 - 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際に、トナー像中のトナーを記録シートの表面と像担持体の表面との間で往復移動させる画像形成装置に関するものである。

従来、この種の画像形成装置として、特許文献１に記載のものが知られている。この画像形成装置は、周知の電子写真プロセスによって感光体の表面に形成したトナー像を、感光体と中間転写ベルトとの当接による１次転写ニップで中間転写ベルトの表面に１次転写する。その後、中間転写ベルトとニップ形成ローラとの当接による２次転写ニップに挟み込んだ記録シートに対して中間転写ベルト上のトナー像を２次転写することで、記録シートにトナー像を形成する。

かかる構成において、記録シートとして、和紙のような表面凹凸に富んだものを用いると、表面凹凸にならった濃淡パターンを画像中に発生させ易くなる。この濃淡パターンは、シート表面における凹部に対して十分量のトナーが転写されずに、凹部の画像濃度が凸部よりも薄くなることによって生じるものである。そこで、特許文献１に記載の画像形成装置は、２次転写電界として、２次転写ニップ内における中間転写ベルトと記録シートの表面との間でトナーを何度も往復移動させる交番電界からなるものを形成することで、濃淡パターンの発生を抑えるようになっている。

特許文献１で説明されているように、交番電界からなる２次転写電界を形成することで濃淡パターンの発生が抑えられる理由は次の通りである。即ち、２次転写ニップにおけるトナーの往復移動の周期は、交番電界の周期と同期している。トナー像が２次転写ニップに進入した後における交番電界の初めの１周期では、中間転写ベルトの表面上でトナー層を形成している複数のトナー粒子のうち、ごく一部のトナー粒子だけがトナー層から離脱して記録シートの表面に向かう。そして、記録シートの表面の凹部内に進入した後、電界の極性の反転に伴ってＵターンして、中間転写ベルト上のトナー層に戻る。このとき、戻ったトナー粒子が、トナー層内で停止しているトナー粒子に衝突することで、そのトナー粒子のトナー層からの離脱を促す。すると、次の１周期では、先に１往復したトナー粒子に加えて、このトナー粒子によって離脱が促されたトナー粒子もトナー層から離脱して往復移動するようになる。更に、それらトナー粒子がトナー層に再び戻ってきた際に、トナー層内で停止している別のトナー粒子に衝突して、そのトナー粒子のトナー層からの離脱を促す。このように、トナー粒子を往復移動させる毎に、往復移動するトナー粒子の数を増やしていくことで、最終的に記録シート表面の凹部内に十分量のトナー粒子を転移させて、凹部において十分な画像濃度を得る。これにより、濃淡パターンの発生が抑えられるのである。

しかしながら、かかる構成においても、画像面積率の比較的低い画像を形成する場合に、濃淡パターンの発生を十分に抑えられなくなるおそれがあることが、本発明者らの実験によって判明した。具体的には、画像面積率が比較的低い画像の場合、トナー像に対するトナー付着量が比較的少なくなることがある。すると、初めに往復移動を開始するトナーの数が通常よりも少なくすることから、往復移動回数の増加に伴う凹部進入トナー数の増加率が通常よりも低くなる。このため、２次転写ニップ内で凹部進入トナー数を十分に増加させることができずに、濃淡パターンを発生させてしまうのである。

本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、画像面積率の比較的低いトナー像を形成するときにおける濃淡パターンの発生を抑えることができる画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、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、交番電界からなる転写電界を前記像担持体と前記ニップ形成部材との間に形成する転写電界形成手段とを備え、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際に、トナー像中のトナーを記録シートの表面と像担持体の表面との間で往復移動させる画像形成装置において、前記トナー像形成手段によって形成されるトナー像の画像面積率が低くなるにつれて、前記転写ニップ内でのトナーの往復移動回数に影響を与える制御パラメータの変更によって前記往復移動回数を増加させる移動回数調整処理を実施する制御手段を設けたことを特徴とするものである。

本発明においては、画像面積率の比較的低いトナー像を形成するときにおける濃淡パターンの発生を抑えることができる。

実施形態に係るプリンタを示す概略構成図。 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次転写バイアスの波形を示す波形図。 同プリンタの電気回路の一部を示すブロック図。 Ａ３サイズの記録紙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。 Ａ３サイズの記録紙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。 実験に使用された観測実験装置を示す概略構成図。 ２次転写ニップにおける転写初期段階のトナーの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の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の挙動を示す拡大模式図 同プリンタにおける交流電圧の周波数ｆと「５０ライン区画」における画像面積率との関係を示すグラフ。 同プリンタにおけるＶｐｐやＶｏｆｆの電圧値と「５０ライン区画」の画像面積率との関係を示すグラフ。 ２次転写バイアスの交流電圧の目標値を変更するタイミングと、直流電圧の目標値を変更するタイミングとを説明するための説明図。 オフセット電圧Ｖｏｆｆよりも平均電位Ｖａｖｅをトナー転写極性側にシフトさせた転写バイアスの第１例の波形を示すグラフ。 オフセット電圧Ｖｏｆｆよりも平均電位Ｖａｖｅをトナー転写極性側にシフトさせた転写バイアスの第２例の波形を示すグラフ。 オフセット電圧Ｖｏｆｆよりも平均電位Ｖａｖｅをトナー転写極性側にシフトさせた転写バイアスの第３例の波形を示すグラフ。 オフセット電圧Ｖｏｆｆよりも平均電位Ｖａｖｅをトナー転写極性側にシフトさせた転写バイアスの第４例の波形を示すグラフ。 オフセット電圧Ｖｏｆｆよりも平均電位Ｖａｖｅをトナー転写極性側にシフトさせた転写バイアスの第５例の波形を示すグラフ。 オフセット電圧Ｖｏｆｆよりも平均電位Ｖａｖｅをトナー転写極性側にシフトさせた転写バイアスの第６例の波形を示すグラフ。 オフセット電圧Ｖｏｆｆよりも平均電位Ｖａｖｅをトナー転写極性側にシフトさせた転写バイアスの第７例の波形を示すグラフ。

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。なお、以下に記述する各種部材の電気抵抗値は、特筆しない限り、温度２２［℃］、相対湿度５０［％］の環境下における値である。
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なども備えている。

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３１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、４つの１次転写ローラ３５Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ、ニップ形成ローラ３６、ベルトクリーニング装置３７、濃度センサ３８などを有している。

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、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、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Ｒは、約３Ｅ７Ω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。

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することができる。２次転写バイアス電源３９から２次転写裏面ローラ３３に印加される電圧における交流電圧の周波数ｆなどの制御パラメータは、中間転写ベルト３１上の画像面積率に応じて制御される。この制御については、後に詳述する。

転写ユニット３１の下方には、記録紙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。

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。

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。

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紙Ｐに対して鋸歯状の除電針の先端を接触せながら、交流電圧に直流電圧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からの記録紙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、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。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（サイン波）のものを採用しているが、後述するように、直流電圧に重畳する交流電圧の波形はサイン波でも矩形波でも、三角波でも、台形波でも構わない。また、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。

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次転写ニップよりも紙搬送方向の下流側には、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紙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紙Ｐは、定着後搬送路を経由した後、機外へと排出される。その後、不図示の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。

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次転写裏面ローラの芯金に印加される。また、上述したように、２次転写裏面ローラの芯金に２次転写バイスが印加されると、第１部材たる２次転写裏面ローラの芯金と、第２部材たるニップ形成ローラの芯金との間に、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次転写裏面ローラの芯金の電位から、ニップ形成ローラ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、ニップ形成ローラの電位を２次転写裏面ローラ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次転写裏面ローラ側からニップ形成ローラ側に静電移動させることになる。

同図において、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。

同図に示されるように、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（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。なお、同図において、戻り電位ピーク値Ｖｒは、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。

本プリンタでは、２次転写バイアスの交流電圧として、正弦波状の特性のものを採用しているが、交流電圧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。更に、デューティ比を変化させた波形を用いても良い。交流電圧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表面と記録紙Ｐ表面との間で往復移動する。

図４は、本プリンタの電気回路の一部を示すブロック図である。同図において、制御手段たる制御部６０は、演算手段たるＣＰＵ６０ａ（Central Processing Unit）を有している。また、不揮発性メモリたるＲＡＭ６０ｃ（Random Access Memory）、一時記憶手段たるＲＯＭ６０ｂ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ６０ｄ等も有している。装置全体の制御を司る制御部６０には、様々な機器やセンサが接続されているが、同図では、主要な機器やセンサだけを示している。

１次転写電源８１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋは、１次転写ローラ３５Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋに印加するための１次転写バイアスを出力するものである。また、２次転写電源３９は、２次転写裏面ローラ３３に印加するための２次転写バイスを出力するものである。

制御部６０は，ＲＡＭ６０ｃやＲＯＭ６０ｂ内に記憶している制御プログラムに基づいて、各手段の制御を行っている。そして、画像データに基づいて、各色（Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋ）のトナーの、ＬＤ露光の各副走査位置における、感光体上の画像面積率と、それらの和である、中間転写ベルト上の画像面積率を演算する。

また、制御部６０は、演算した画像面積率に基づいて、２次転写バイアスの交流電圧について周波数ｆの適正値を求め、その周波数ｆを実現する２次転写バイアス波形にするように、２次転写電源３９を制御する。

オペレーションパネル５０は、図示しないタッチパネルや複数のキーボタンなどから構成され、タッチパネルの画面に画像を表示したり、タッチパネルやキーボタンによって操作者による入力操作を受け付けたりする。制御部６０から送られてくる制御信号に基づいて、タッチパネルに画像を表示することができる。

２次転写電源３９は、２次転写バイアスを定電流制御で出力するものである。具体的には、制御部６０から出力される電流目標値と同じ電流を出力する。制御部６０は、中間転写ベルト３１における周方向の全領域のうち、２次転写ニップに進入する区画、の画像面積率を算出する。具体的には、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、６００ｄｐｉの５０画素分（約７．５ｍｓ毎）ずつの領域毎に理論上の区分けがなされる。そして、その区分けによる各区画（以下、「５０ライン区画」という）には、それぞれ主走査方向に一直線上に並ぶ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。そして、５０個の画素ラインの画像面積率の平均値が、「５０ライン区画」における画像面積率として求められる。

より詳しくは、中間転写ベルト３１の全領域のうち、２次転写ニップに進入する直前の領域であって、ベルト移動方向に５０画素の大きさで区切った領域である「５０ライン区画」の先端が、２次転写ニップの入口に所定の距離まで近づいたタイミング（以下、算出基準タイミングという）で、制御部６０はその「５０ライン区画」の画像面積率を算出する。例えば、前記算出基準タイミングに対し、所定の第１時間だけ遡ったタイミングから所定の第２時間だけ遡ったタイミングの間で光書込ユニットの８０によってＹ用の感光体２Ｙに対して書き込まれたドット数に基づいて、その「５０ライン区画」のＹの画像面積率を算出する。また、前記算出基準タイミングに対し、所定の第３時間だけ遡ったタイミングから所定の第４時間だけ遡ったタイミングの間で光書込ユニットの８０によってＭ用の感光体２Ｍに対して書き込まれたドット数に基づいて、その「５０ライン区画」のＭの画像面積率を算出する。また、前記算出基準タイミングに対し、所定の第５時間だけ遡ったタイミングから所定の第６時間だけ遡ったタイミングの間で光書込ユニットの８０によってＣ用の感光体２Ｃに対して書き込まれたドット数に基づいて、その「５０ライン区画」のＣの画像面積率を算出する。また、前記算出基準タイミングに対し、所定の第７時間だけ遡ったタイミングから所定の第８時間だけ遡ったタイミングの間で光書込ユニットの８０によってＫ用の感光体２Ｋに対して書き込まれたドット数に基づいて、その「５０ライン区画」のＫの画像面積率を算出する。そして、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの４つの画像面積率を累積した値を、その「５０ライン区画」の画像面積率とする。このようにして画像面積率が求められた「５０ライン区画」のベルト移動方向下流側には、次の「５０ライン区画」が隣接している。次の「５０ライン区画」の画像面積率については、次の「５０ライン区画」の先端が、２次転写ニップの入口に所定の距離まで近づいたタイミング、即ち、次の「５０ライン区画」についての算出基準タイミングで、画像面積率の算出を開始する。

図５は、Ａ３サイズの記録紙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、記録紙Ｐは、図中の矢印の方向に搬送される。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サイズの記録紙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サイズの記録紙Ｐの短手方向サイズよりも少し大きい。但し、実施形態に係るプリンタの制御部６０は、便宜的に、２次転写ニップのベルト幅方向の長さを、Ａ３サイズの記録紙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次転写ニップのベルト移動方向の長さである２次転写ニップ幅は、３［ｍｍ］である。

同図の記録紙Ｐには、記録紙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。その記録紙搬送方向の長さは、２２０［ｍｍ］程度であり、図示のように、記録紙Ｐの長手方向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。このトナー像の短手方向の長さは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、記録紙搬送方向において、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。中間転写ベルト３１の周方向における全域のうち、図示のトナー像を担持している領域が２次転写ニップに進入する際には、５０ライン区画の画像面積率が１０［％］であると制御部６０によって算出される。

図６は、Ａ３サイズの記録紙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。同図の記録紙Ｐには、記録紙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紙搬送方向の長さは、それぞれ２２０［ｍｍ］程度であり、図示のように、互いに記録紙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、記録紙搬送方向において、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。中間転写ベルト３１の周方向における全域のうち、図示のトナー像を担持している領域が２次転写ニップに進入する際には、５０ライン区画の画像面積率が２０［％］であると制御部６０によって算出される。

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７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２１２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、記録用紙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、記録用紙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、記録用紙２１４を透明基板２１０から離間させる。 すると、トナー層２１６の一部が記録用紙２１４上に転写されている。

トナーの挙動の観察については、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。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。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回作用してトナー粒子が１回往復移動する。初めの１周期では、図８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、記録紙２１６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９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、記録紙２１６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１０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の一部を記録用紙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、記録紙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。にもかかわらず、例えばトナーセーブモードなどの実施により、１ドットあたりのトナー付着量を通常よりも少なくした際に、通常と同じ回数だけしかトナー粒子を往復移動させないとする。すると、記録紙Ｐ表面の凹部に十分量のトナーを転移させることができずに、濃淡パターンを発生させてしまうおそれがある。

実際に、本発明者らが、プリンタ試験機により、１ドットあたりのトナー付着量を通常よりも少なくしたベタトナー像を和紙タイプの記録紙Ｐに２次転写してみると、通常のトナー付着量では発生しなかった濃淡パターンを発生させてしまった。

次に、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電圧について、Ｖｏｆｆ＝−０．８［ｋＶ］、Ｖｐｐ＝５．０［ｋＶ］に設定した。また、交流電圧の周波数ｆ［Ｈｚ］や、プロセス線速（中間転写ベルト３１や感光体２の線速）については、適宜変更した。互いに異なる周波数ｆやプロセス線速の条件下で、普通紙からなる記録紙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、交流電圧の周波数ｆ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。この結果を次の表２に示す。

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、交流電圧の周波数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、交流電圧の周波数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。つまり、プロセス線速ｖ＝２８２［ｍｍ／ｓ］、１４１［ｍｍ／ｓ］のときにおいて、それぞれピッチムラの発生を回避し得る周波数ｆの下限値は４００［Ｈｚ］、２００［Ｈｚ］である。このことから、周波数ｆ［Ｈｚ］は、プロセス線速ｖ［ｍｍ／ｓ］の２００／１４１≒１．４２倍が必要となることがわかった。よって、ピッチムラのない良好な画像を得るためには、「ｆ≧１．４２×ｖ」という式を満足させるように周波数ｆを設定する必要がある。以下、この式を「周波数条件式」という。

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。
記録紙Ｐとして、エンボス紙（特殊製紙株式会社製のレザック６６ ２６０ｋｇ）を用いた。２次転写バイアスを、Ｖｏｆｆ＝−１．２［ｋＶ］、Ｖｐｐ＝７．２［ｋＶ］で２次転写電源３９から出力させた（定電圧制御）。交流電圧の周波数ｆについては、適宜変更した。この条件で、Ｋ単色全ベタ画像をエンボス紙に形成し、得られた画像における紙表面凹部の画像濃度を１．０〜５．０の１０段階のランク（数値が大きいほど画質が良い）付けで評価した。また、２次転写バイアスとして、重畳バイアスからなるものではなく、直流電圧だけからなるものを採用して同様の評価を行った。これらの結果を、次の表３に示す。

表３に示されるように、交流電圧の周波数ｆを高くするほど、紙表面の凹部における画像濃度を高くすることができた。これは、周波数ｆを高くするほど、２次転写ニップ内でベルト表面と紙表面凹部との間におけるトナー粒子の往復移動回数を増加させて、凹部内に転移するトナー粒子の数を増加させるためである。

次に、本発明者らが行った「第３転写実験」について説明する。
出力画像として、Ｋ単色全ベタ画像に代えて、面積階調率＝２５［％］（対ベタ）、面積階調率＝５０［％］のハーフトーン画像を採用した点の他は、「第２転写実験」と同様にして「第３転写実験」を行った。紙表面凹部の画像濃度については、面積階調率＝１００％（ベタ画像）における最大濃度を５．０としてランク付けを行った。この結果を次の表４に示す。

表４に示されるように、同じ周波数ｆに着目すると、面積階調率が低くなるほど、紙表面凹部の画像濃度のランクが低くなる。これは、上述した観察実験におけるトナー粒子の被覆面積と往復移動回数との相関と同じ結果である。

表３、表４より、面積階調によるハーフトーン画像の場合は、紙表面凹部である程度の画像濃度を実現するためには、周波数ｆを比較的高くして、２次転写ニップ内でのトナー粒子の往復移動回数をより増加させる必要があることがわかった。但し、周波数ｆを増加させるにつれて、画像部の周囲に存在する非画像部にトナーを飛び散らせてしまう転写チリと呼ばれる現象を引き起こし易くなる。このため、周波数ｆを必要以上に高くすることは好ましくない。

次に、実施形態に係るプリンタの特徴的な構成について説明する。

図１１は、実施形態に係るプリンタにおける交流電圧の周波数ｆと「５０ライン区画」における画像面積率との関係を示すグラフである。図示のように、制御部６０は、「５０ライン区画」における画像面積率が低くなるほど、２次転写バイアスの交流電圧の周波数ｆを高くする処理を実施するようになっている。直流電圧の電流値や交流電圧のＶｐｐは、例えば「第３転写実験」と同様である。

かかる構成では、周波数ｆを比較的高くすることによる転写チリの発生を抑えつつ、ハーフトーン画像を形成するとき（画像面積率の比較的低いトナー像を形成するとき）における濃淡パターンの発生を抑えることができる。

なお、２次転写ニップ内におけるトナー粒子の往復移動回数を増加させる方法として、交流成分の周波数ｆを高くする方法を採用した例について説明したが、往復移動回数に影響を及ぼすパラメータとして、周波数ｆとは異なるものを採用してもよい。例えば、同じ周波数ｆであっても、プロセス線速ｖを低下させるほど、往復移動回数を増加させることが可能である。よって、トナー付着量を少なくするほど周波数ｆを高くする方法に代えて、トナー付着量を少なくするほどプロセス線速ｖを遅くする方法を採用してもよい。この場合、プロセス線速ｖを遅くすることに起因する画像形成時間の長期化を抑えつつ、ハーフトーン画像を形成するときにおける濃淡パターンの発生を抑えることができる。

つまり、往復移動回数に影響を与える制御パラメータの変更によって往復移動回数を増加させる移動回数調整処理を実施することで、次のような効果を奏することができる。即ち、往復移動回数を比較的高くするように制御パラメータを設定することによる不具合を抑えつつ、画像面積率の比較的低いトナー像を形成するときにおける濃淡パターンの発生を抑えることができる。

なお、制御部６０は、ピッチムラの発生を回避する狙いから、交流電圧の周波数ｆの下限を４００［Ｈｚ］にするようになっている。

図１２は、本プリンタにおけるＶｐｐやＶｏｆｆの電圧値と「５０ライン区画」の画像面積率との関係を示すグラフである。制御部６０は、画像面積率に応じて周波数ｆを変化させることに加えて、同グラフに示されるように、画像面積率に応じてＶｐｐやＶｏｆｆを変化させるようになっている。

２次転写ニップ内に進入しているトナーの量が多くなるほど、それらのトナーをベルトから紙表面に転写するために必要なVｐｐやＶｏｆｆの値は高くなる。このため、基本的には、画像面積率が高くなるほど、ＶｐｐやＶｏｆｆを大きくすることで、紙表面の凹部や凸部において十分な画像濃度が得られるようにする。但し、先に述べたように、画像面積率が低くなる場合には、２次転写ニップ内でのトナー粒子の往復移動回数をより増やす必要がある。このため、図示のように、画像面積率が低くなるほど、Ｖｏｆｆに対するＶｐｐの比率を大きくなるように、Ｖｏｆｆ及びＶｐｐをそれぞれ制御するようになっている。

なお、紙表面の凹部内に十分量のトナーを転移させるためには、図３に示される戻り電位ピーク値Ｖｒをある程度大きくする必要がある。このため、制御部６０は、次の式を満足させるように、Ｖｏｆｆ及びＶｐｐをそれぞれ制御するようになっている。
「Ｖｐｐ＞４×｜Ｖｏｆｆ｜」

図１３は、２次転写バイアスの交流電圧の目標値を変更するタイミングと、直流電圧の目標値を変更するタイミングとを説明するための説明図である。それらの目標値も、周波数ｆと同じく、６００ｄｐｉ「５０ライン区画」（約７．５ｍｓ毎）の画像面積率に基づいて変更される。画素情報に基づいて把握した「５０ライン区画」が、２次転写ニップの出口部を通過する間には、その「５０ライン区画」の画像面積率に応じたＶｏｆｆ、Ｖｐｐ、周波数ｆの組み合わせを採用した２次転写バイアスが２次転写電源３９から出力される。同図では画像面積率＝０％になるタイミングでＶｏｆｆやＶｐｐの出力をオフにしているが、直流電圧のみ出力したり、所定のＶｏｆｆ及びＶｐｐの組み合わせを出力したりしてもよい。

なお、本実施形態では、「５０ライン区画」毎に画像面積率を算出しているが、画像面積率を算出する区画については、５０ラインよりも多くしても少なくしてもよい。少なくする場合には、交流電圧の周波数ｆよりも大きな区画になるようにする。例えば、交流電圧の下限は４００［Ｈｚ］であり、この場合の周期は０．００２５［ｓ］で、この間の紙移動距離は７．０５Ｅ−４［ｍ］である。これは、６００［ｄｐｉ］の１６．７画素に相当するため、区画の大きさの下限は１７画素となる。

画像面積率を算出する区画を５０ラインよりも多くする場合いは、最大で１ページ分を区画としてもよい。

実施形態に係るプリンタでは、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。かかる構成では、両ローラ間における電位差の時間平均値である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てもよい。この場合、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と同じにすればよい。このように、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する場合であっても、Ｖａｖｅをオフセット電圧Ｖｏｆｆと同じ値にすることができる。

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

交流電圧の波形がサイン波である場合には、２次転写裏面ローラ３３とニップ形成ローラ３６における電位差の時間平均値であるＶａｖｅを、２次転写バイアスの直流成分であるオフセット電圧Ｖｏｆｆと等しくすることができる（図３参照）。但し、トナー粒子の往復運動に必要なＶｒに対し、Ｖｔが大きくなり過ぎると、特にトナーの付着量が多い場合や、紙の抵抗が高い場合に、放電による画像の白抜けが発生し易くなるため、Ｖｏｆｆを小さくするなどの対策が必要である。

これに対し、図１４〜図２０に示されるように、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ことで、Ｖｔを小さな値に抑えつつ、必要なＶｒを確保することができる。「転写時間」と「戻し時間」とを、それぞれ所望の値にする波形を実現させればよいのである。転写時間は、交流電圧の１周期において、２次転写バイアスが中心電圧（Ｖｏｆｆ）よりもトナーを記録紙側に転移させる側の値になる時間である。また、戻し時間は、交流電圧の１周期において、２次転写バイアスが中心電圧（Ｖｏｆｆ）よりもトナーをベルト側に戻す側の値になる時間である。戻し時間の比率を転写時間より小さくすることで、Ｖｔを下げつつ、Ｖａｖｅを大きくすることが可能になるので、サイン波に比べて、白抜けの発生を抑えることができるようになる。例えば、Ｖｔ＝−３［ｋＶ］、Ｖｒ＝＋２．０［ｋＶ］、Ｄｕｔｙ＝１６％を実現する矩形波を採用すればよい。

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］
態様Ａは、トナー像を担持する像担持体（例えば中間転写ベルト３１）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（例えば画像形成ユニット１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ、及び光書込ユニット８０）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（例えばニップ形成ローラ３６）と、交番電界からなる転写電界を前記像担持体と前記ニップ形成部材との間に形成する転写電界形成手段（例えば２次転写バイアス電源３９）とを備え、前記像担持体上のトナー像を前記転写ニップ（例えば２次転写ニップ）に挟み込んだ記録シート（例えば記録紙Ｐ）に転写する際に、トナー像中のトナーを記録シートの表面と像担持体の表面との間で往復移動させる画像形成装置において、前記トナー像形成手段によって形成されるトナー像の画像面積率が低くなるにつれて、前記転写ニップ内でのトナーの往復移動回数に影響を与える制御パラメータの変更によって前記往復移動回数を増加させる移動回数調整処理を実施する制御手段を設けたことを特徴とするものである。

かかる構成においては、画像面積率の比較的低いトナー像を形成するときに、制御パラメータの変更によって転写ニップ内でのトナーの往復移動回数を増加させることで、転写ニップ内で記録シート表面の凹部内に転移するトナー粒子の数をより増加させる。これにより、画像面積率の比較的低いトナー像を形成するときにおける濃淡パターンの発生を抑えることができる。

なお、既に述べたように、転写ニップ内でのトナーの往復移動回数を比較的多くするように制御パラメータを変更した場合、それに伴って不具合を引き起こすことがある。例えば、往復移動回数に影響を及ぼす制御パラメータとして、転写バイアスの交流成分の周波数ｆを採用した場合、周波数ｆを高くするほど、転写チリを引き起こし易くなる。また、制御パラメータとして、プロセス線速ｖを採用した場合、プロセス線速ｖを遅くして往復移動回数を増加させるほど、画像形成時間を長期化させてしまう。そこで、本発明においては、往復移動回数を比較的高くする値で制御パラメータを固定するのではなく、トナー像のトナー付着量を少なくするにつれて往復移動回数を増加させるように制御パラメータを変更する。これにより、制御パラメータを前述のように固定することによる不具合を抑えつつ、画像面積率の比較的低いトナー像を形成するときにおける濃淡パターンの発生を抑えることができる。

［態様Ｂ］
態様Ｂは、態様Ａにおいて、前記画像面積率が低くなるにつれて、前記移動回数調整処理にて、前記制御パラメータとしての前記交番電界の周波数を高くすることで、前記往復移動回数を増加させる処理を実施するように、前記制御手段を構成したことを特徴とするものである。

［態様Ｃ］
態様Ｃは、態様Ａ又はＢにおいて、前記転写電界形成手段として、前記転写ニップの周辺に存在する部材に印加するための直流バイアス及び交流バイアスを出力する電源を具備するものを用い、前記画像面積率に応じて、前記直流バイアスの電圧値、前記直流バイアスの電流値、前記交流バイアスの電圧値、及び交流バイアスの電流値のうち、少なくとも何れか１つを変化させるバイアス制御処理を実施するように、前記制御手段を構成したことを特徴とするものである。

［態様Ｄ］
態様Ｄは、態様Ｃにおいて、前記バイアス制御処理にて、前記画像面積率が低くなるにつれて、前記直流バイアスに対して前記交流バイアスを重畳した重畳バイアスの時間平均値の絶対値に対する前記交流バイアスのピークツウピーク電圧の比率を大きくする処理を実施するように、前記制御手段を構成したことを特徴とするものである。

［態様Ｅ］
態様Ｅは、態様Ａ〜Ｄの何れかにおいて、前記転写電界形成手段として、前記転写ニップの周辺に存在する部材に印加するための直流バイアス及び交流バイアスを出力する電源を具備するものを用い、前記直流バイアス及び交流バイアスの組み合わせとして、前記前記直流バイアスに対して前記交流バイアスを重畳した重畳バイアスの最大値と最小値との中心である中心値と、前記重畳バイアスの時間平均値とを同じにし、且つ前記交流バイアスのピークツウピーク電圧が前記中心値の４倍よりも大きくなるものを出力するように、前記電源を構成したことを特徴とするものである。

［態様Ｆ］
態様Ｆは、態様Ａ〜Ｅの何れかにおいて、前記転写電界形成手段として、前記転写ニップの周辺に存在する部材に印加するための直流バイアス及び交流バイアスを出力する電源を具備するものを用い、前記直流バイアス及び交流バイアスの組み合わせとして、前記交番電界の極性について、正規極性に帯電しているトナーを前記転写ニップ内で前記像担持体側から前記記録シート側に移動させる極性にする時間を、逆の極性にする時間よりも長くするものを出力するように、前記電源を構成したことを特徴とするものである。

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（転写電界形成手段）
８０：光書込ユニット（トナー像形成手段の一部）
Ｐ：記録紙（記録シート）

特開２０１２−６３７４６号公報

Claims (6)

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、交番電界からなる転写電界を前記像担持体と前記ニップ形成部材との間に形成する転写電界形成手段とを備え、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際に、トナー像中のトナーを記録シートの表面と像担持体の表面との間で往復移動させる画像形成装置において、
   前記トナー像形成手段によって形成されるトナー像の画像面積率が低くなるにつれて、前記転写ニップ内でのトナーの往復移動回数に影響を与える制御パラメータの変更によって前記往復移動回数を増加させる移動回数調整処理を実施する制御手段を設けたことを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１の画像形成装置において、
   前記画像面積率が低くなるにつれて、前記移動回数調整処理にて、前記制御パラメータとしての前記交番電界の周波数を高くすることで、前記往復移動回数を増加させる処理を実施するように、前記制御手段を構成したことを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１又は２の画像形成装置において、
   前記転写電界形成手段として、前記転写ニップの周辺に存在する部材に印加するための直流バイアス及び交流バイアスを出力する電源を具備するものを用い、
   前記画像面積率に応じて、前記直流バイアスの電圧値、前記直流バイアスの電流値、前記交流バイアスの電圧値、及び交流バイアスの電流値のうち、少なくとも何れか１つを変化させるバイアス制御処理を実施するように、前記制御手段を構成したことを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項３の画像形成装置において、
   前記バイアス制御処理にて、前記画像面積率が低くなるにつれて、前記直流バイアスに対して前記交流バイアスを重畳した重畳バイアスの時間平均値の絶対値に対する前記交流バイアスのピークツウピーク電圧の比率を大きくする処理を実施するように、前記制御手段を構成したことを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１乃至４の何れか一項に記載の画像形成装置において、
   前記転写電界形成手段として、前記転写ニップの周辺に存在する部材に印加するための直流バイアス及び交流バイアスを出力する電源を具備するものを用い、
   前記直流バイアス及び交流バイアスの組み合わせとして、前記直流バイアスに対して前記交流バイアスを重畳した重畳バイアスの最大値と最小値との中心である中心値と、前記重畳バイアスの時間平均値とを同じにし、且つ前記交流バイアスのピークツウピーク電圧が前記中心値の４倍よりも大きくなるものを出力するように、前記電源を構成したことを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項１乃至４の何れか一項に記載の画像形成装置において、
   前記転写電界形成手段として、前記転写ニップの周辺に存在する部材に印加するための直流バイアス及び交流バイアスを出力する電源を具備するものを用い、
   前記直流バイアス及び交流バイアスの組み合わせとして、前記交番電界の極性について、正規極性に帯電しているトナーを前記転写ニップ内で前記像担持体側から前記記録シート側に移動させる極性にする時間を、逆の極性にする時間よりも長くするものを出力するように、前記電源を構成したことを特徴とする画像形成装置。

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