JP6344354B2 - 転写装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、転写装置および画像形成装置に関する。

一般に、電子写真プロセス技術を利用した画像形成装置（プリンター、複写機、ファクシミリ等）は、帯電した感光体に対して、画像データに基づくレーザー光を照射（露光）することにより静電潜像を形成する。そして、静電潜像が形成された感光体ドラム（像担持体）へ現像装置よりトナーを供給することにより静電潜像を可視化してトナー像を形成する。さらに、このトナー像を直接または間接的に用紙に転写させた後、定着ニップで加熱、加圧して定着させることにより用紙にトナー像を形成する。

このような画像形成装置に用いられる転写装置としては、トナー像を担持する第１転写部材（例えば、中間転写ベルト）と、第１転写部材との間で転写ニップを形成する第２転写部材（例えば、二次転写ローラー）とを備えたものが知られている。通常、第２転写部材には、一定値の直流電圧からなる転写バイアスが印加され、第１転写部材と第２転写部材との間に転写電界が形成される。そして、形成された転写電界により第１転写部材上のトナー像が用紙に静電的に移動することで、用紙にトナー像が転写される。この種の転写装置においては、トナー像の用紙への転写効率を向上させるため様々な手法が提案されている。

例えば、特許文献１には、転写ニップを通過する用紙にトナー像を転写可能な第１直流電圧に対応する第１部分と、第１直流電圧と同極性であって第１直流電圧よりも絶対値の小さい第２直流電圧に対応する第２部分とを有するパルス波形からなる転写バイアスを第２転写部材に印加する構成が開示されている。

また、特許文献２には、互いに極性の異なる転写電圧と戻し電圧とを交互に繰り返す交流成分を含むパルス波形からなる転写バイアスが第２転写部材に印加される構成が開示されている。この構成では、エンボス紙のような表面平滑度の低い、つまり、凹凸の大きな表面形状を有する用紙の凹部の部分において、転写電圧と戻し電圧により、トナーを第１転写部材と用紙間を往復運動させることで、転写性を向上させている。

特開平３−１３２６８４号公報 特開２０１２−４２８３２号公報

ところで、凹凸の大きな表面形状を有する用紙の凹部の部分には、第１転写部材との間に空隙が生じているので、例えば、特許文献１の第１直流電圧からなる転写バイアスにより転写を行うと、凹部の部分に形成される転写電界は、その空隙が生じている分、トナーを凹部の底に移動させるには不十分な電界となる。このような転写電界においてトナーの転写がされると、トナーが凹部の底に移動しにくくなり、用紙の凹部の部分で転写不良が発生してしまう。

また、凹部においてトナーが移動するのに十分な電界を形成するために、転写バイアスの値を増加させることが考えられる。しかし、電圧値を増加させた転写バイアスを第２転写部材に印加し続けると、凹部において放電が発生しやすくなるとともに、凹部以外の部分でトナーの過剰電流による逆帯電化が発生し、ひいては転写不良が発生してしまう。

なお、特許文献２に記載の構成では、転写電圧と戻し電圧の極性が異なるので、転写電圧と戻し電圧の変化幅が大きくなるので、パルス波形の立ち下がりにおいて電圧がアンダーシュートするノイズやパルス波形の立ち上がりにおいて電圧がオーバーシュートするノイズの影響を受けやすく、ひいては転写不良が発生してしまう。

本発明の目的は、凹凸の大きな表面形状を有する用紙における転写不良を抑制することが可能な転写装置および画像形成装置を提供することである。

本発明に係る転写装置は、
トナー像を担持する像担持体と、
前記像担持体に転写ニップを形成するために用いられる転写部材と、
前記転写ニップを通過する用紙へ前記像担持体上のトナー像を転写するための同極性の転写バイアスを前記転写部材に印加する電圧印加部と、
表面平滑度が低い第１用紙が前記転写ニップを通過する際、前記第１用紙以外の第２用紙が前記転写ニップを通過する際に印加すべき転写バイアスとして設定されている基準転写バイアスより絶対値が大きい第１転写バイアスを印加する第１印加期間と、絶対値が前記基準転写バイアス以下である第２転写バイアスを印加する第２印加期間とが交互に発生する転写バイアスを前記転写バイアスに印加するように、前記電圧印加部を制御する制御部と、
を備え、
前記第２転写バイアスは、前記基準転写バイアスよりも絶対値が小さく、
前記基準転写バイアスと前記第１転写バイアスとの差分の時間積分値は、前記基準転写バイアスと前記第２転写バイアスとの差分の時間積分値に等しい。

本発明に係る画像形成装置は、
トナー像を担持する像担持体と、
前記像担持体に転写ニップを形成するために用いられる転写部材と、
前記転写ニップを通過する用紙へ前記像担持体上のトナー像を転写するための同極性の転写バイアスを前記転写部材に印加する電圧印加部と、
表面平滑度が低い第１用紙が前記転写ニップを通過する際、前記第１用紙以外の第２用紙が前記転写ニップを通過する際に印加すべき転写バイアスとして設定されている基準転写バイアスより絶対値が大きい第１転写バイアスを印加する第１印加期間と、絶対値が前記基準転写バイアス以下である第２転写バイアスを印加する第２印加期間とが交互に発生する転写バイアスを前記転写バイアスに印加するように、前記電圧印加部を制御する制御部と、
を備え、
前記第２転写バイアスは、前記基準転写バイアスよりも絶対値が小さく、
前記基準転写バイアスと前記第１転写バイアスとの差分の時間積分値は、前記基準転写バイアスと前記第２転写バイアスとの差分の時間積分値に等しい。

本発明によれば、凹凸の大きな表面形状を有する用紙における転写不良を抑制することができる。

本実施の形態に係る画像形成装置の全体構成を概略的に示す図である。 本実施の形態に係る画像形成装置の制御系の主要部を示す図である。 用紙の凹部において基準転写バイアスによりトナーが転写される様子を示す図である。 用紙の凹部において基準転写バイアスより高い転写電圧によりトナーが転写される様子を示す図である。 二次転写バイアスの例１を示す図である。 二次転写バイアスの例２を示す図である。 二次転写バイアスの例３を示す図である。 二次転写バイアスの例４を示す図である。 変形例に係る電圧印加部および中間転写ユニットの二次転写ニップ周辺を示す図である。 変形例に係る二次転写バイアスの例を示す図である。 評価実験における評価装置を示す図である。

以下、本実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係る画像形成装置１の全体構成を概略的に示す図である。図２は、本実施の形態に係る画像形成装置１の制御系の主要部を示す。図１，２に示す画像形成装置１は、電子写真プロセス技術を利用した中間転写方式のカラー画像形成装置である。すなわち、画像形成装置１は、感光体ドラム４１３上に形成されたＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の各色トナー像を中間転写ベルト４２１に一次転写し、中間転写ベルト４２１上で４色のトナー像を重ね合わせた後、用紙Ｓに二次転写することにより、画像を形成する。

また、画像形成装置１には、ＹＭＣＫの４色に対応する感光体ドラム４１３を中間転写ベルト４２１の走行方向に直列配置し、中間転写ベルト４２１に一回の手順で各色トナー像を順次転写させるタンデム方式が採用されている。

図２に示すように、画像形成装置１は、画像読取部１０、操作表示部２０，画像処理部３０、画像形成部４０、用紙搬送部５０、定着部６０、電圧印加部９０および制御部１００を備える。

制御部１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０３等を備える。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２から処理内容に応じたプログラムを読み出してＲＡＭ１０３に展開し、展開したプログラムと協働して画像形成装置１の各ブロックの動作を集中制御する。このとき、記憶部７２に格納されている各種データが参照される。記憶部７２は、例えば不揮発性の半導体メモリ（いわゆるフラッシュメモリ）やハードディスクドライブで構成される。本実施の形態では、記憶部７２は、画像形成部４０により実行される印刷ジョブに関する画像形成情報を記憶する。

制御部１００は、通信部７１を介して、ＬＡＮ（Local Area Network）、ＷＡＮ（WideArea Network）等の通信ネットワークに接続された外部の装置（例えばパーソナルコンピューター）との間で各種データの送受信を行う。制御部１００は、例えば、外部の装置から送信された画像データを受信し、この画像データ（入力画像データ）に基づいて用紙Ｓに画像を形成させる。通信部７１は、例えばＬＡＮカード等の通信制御カードで構成される。

図１に示すように、画像読取部１０は、ＡＤＦ（Auto Document Feeder）と称される自動原稿給紙装置１１および原稿画像走査装置１２（スキャナー）等を備えて構成される。

自動原稿給紙装置１１は、原稿トレイに載置された原稿Ｄを搬送機構により搬送して原稿画像走査装置１２へ送り出す。自動原稿給紙装置１１により、原稿トレイに載置された多数枚の原稿Ｄの画像（両面を含む）を連続して一挙に読み取ることが可能となる。

原稿画像走査装置１２は、自動原稿給紙装置１１からコンタクトガラス上に搬送された原稿またはコンタクトガラス上に載置された原稿を光学的に走査し、原稿からの反射光をＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサー１２ａの受光面上に結像させ、原稿画像を読み取る。画像読取部１０は、原稿画像走査装置１２による読取結果に基づいて入力画像データを生成する。この入力画像データには、画像処理部３０において所定の画像処理が施される。

図２に示すように、操作表示部２０は、例えばタッチパネル付の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）で構成され、表示部２１および操作部２２として機能する。表示部２１は、制御部１００から入力される表示制御信号に従って、各種操作画面、画像の状態、各機能の動作状況等の表示を行う。操作部２２は、テンキー、スタートキー等の各種操作キーを備え、ユーザーによる各種入力操作を受け付けて、操作信号を制御部１００に出力する。

画像処理部３０は、入力画像データに対して、初期設定またはユーザー設定に応じたデジタル画像処理を行う回路等を備える。例えば、画像処理部３０は、制御部１００の制御下で、階調補正データ（階調補正テーブル）に基づいて階調補正を行う。また、画像処理部３０は、入力画像データに対して、階調補正の他、色補正、シェーディング補正等の各種補正処理や、圧縮処理等を施す。これらの処理が施された画像データに基づいて、画像形成部４０が制御される。

図１に示すように、画像形成部４０は、入力画像データに基づいて、Ｙ成分、Ｍ成分、Ｃ成分、Ｋ成分の各有色トナーによる画像を形成するための画像形成ユニット４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋ、中間転写ユニット４２等を備える。

Ｙ成分、Ｍ成分、Ｃ成分、Ｋ成分用の画像形成ユニット４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋは、同様の構成を有する。図示および説明の便宜上、共通する構成要素は同一の符号で示し、それぞれを区別する場合には符号にＹ、Ｍ、ＣまたはＫを添えて示すこととする。図１では、Ｙ成分用の画像形成ユニット４１Ｙの構成要素についてのみ符号が付され、その他の画像形成ユニット４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋの構成要素については符号が省略されている。

画像形成ユニット４１は、露光装置４１１，現像装置４１２、感光体ドラム４１３、帯電装置４１４およびドラムクリーニング装置４１５等を備える。

感光体ドラム４１３は、例えばドラム状の金属基体の外周面に、有機光導電体を含有させた樹脂よりなる感光層が形成された有機感光体よりなる。感光層を構成する樹脂として、例えばポリカーボネート樹脂、シリコーン樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、塩化ビニル樹脂、メラミン樹脂等が挙げられる。

制御部１００は、感光体ドラム４１３を回転させる駆動モーター（図示略）に供給される駆動電流を制御することにより、感光体ドラム４１３を一定の周速度で回転させる。

帯電装置４１４は、例えば帯電チャージャーであり、コロナ放電を発生させることにより、光導電性を有する感光体ドラム４１３の表面を一様に負極性に帯電させる。

露光装置４１１は、例えば半導体レーザーで構成され、感光体ドラム４１３に対して各色成分の画像に対応するレーザー光を照射する。その結果、感光体ドラム４１３の表面のうちレーザー光が照射された画像領域には、背景領域との電位差により各色成分の静電潜像が形成される。

現像装置４１２は、二成分逆転方式の現像装置であり、感光体ドラム４１３の表面に各色成分の現像剤を付着させることにより静電潜像を可視化してトナー像を形成する。

現像装置４１２には、例えば帯電装置４１４の帯電極性と同極性の直流現像バイアス、または交流電圧に帯電装置４１４の帯電極性と同極性の直流電圧が重畳された現像バイアスが印加される。その結果、露光装置４１１によって形成された静電潜像にトナーを付着させる反転現像が行われる。

ドラムクリーニング装置４１５は、感光体ドラム４１３の表面に当接され、弾性体よりなる平板状のドラムクリーニングブレード４１５Ａ等を有し、中間転写ベルト４２１に転写されずに感光体ドラム４１３の表面に残留するトナーを除去する。

中間転写ユニット４２は、中間転写ベルト４２１、一次転写ローラー４２２、複数の支持ローラー４２３、二次転写ローラー４２４およびベルトクリーニング装置４２６等を備える。中間転写ベルト４２１は、本発明の「像担持体」に対応し、中間転写ユニット４２、電圧印加部９０および制御部１００は、本発明の「転写装置」に対応する。

中間転写ユニット４２は、無端状ベルトで構成され、複数の支持ローラー４２３にループ状に張架される。複数の支持ローラー４２３のうちの少なくとも一つは駆動ローラーで構成され、その他は従動ローラーで構成される。例えば、Ｋ成分用の一次転写ローラー４２２よりもベルト走行方向の下流側に配置されるローラー４２３Ａが駆動ローラーであることが好ましい。これにより、一次転写ニップにおけるベルトの走行速度を一定に保持しやすくなる。駆動ローラー４２３Ａが回転することにより、中間転写ベルト４２１は矢印Ａ方向に一定速度で走行する。

中間転写ベルト４２１は、導電性および弾性を有するベルトであり、表面に体積抵抗率が８〜１１［ｌｏｇΩ・ｃｍ］である高抵抗層を有する。中間転写ベルト４２１は、制御部１００からの制御信号によって回転駆動される。なお、中間転写ベルト４２１については、導電性および弾性を有するものであれば、材質、厚さおよび硬度を限定しない。

一次転写ローラー４２２は、各色成分の感光体ドラム４１３に対向して、中間転写ベルト４２１の内周面側に配置される。中間転写ベルト４２１を挟んで、一次転写ローラー４２２が感光体ドラム４１３に圧接されることにより、感光体ドラム４１３から中間転写ベルト４２１へトナー像を転写するための一次転写ニップが形成される。

二次転写ローラー４２４は、駆動ローラー４２３Ａのベルト走行方向下流側に配置されるバックアップローラー４２３Ｂに対向して、中間転写ベルト４２１の外周面側に配置される。中間転写ベルト４２１を挟んで、二次転写ローラー４２４がバックアップローラー４２３Ｂに圧接されることにより、中間転写ベルト４２１から用紙Ｓへトナー像を転写するための二次転写ニップが形成される。バックアップローラー４２３Ｂは、本発明の「転写部材」に対応し、二次転写ニップは、本発明の「転写ニップ」に対応する。

一次転写ニップを中間転写ベルト４２１が通過する際、感光体ドラム４１３上のトナー像が中間転写ベルト４２１に順次重ねて一次転写される。具体的には、一次転写ローラー４２２に一次転写バイアスを印加し、中間転写ベルト４２１の裏面側、つまり、一次転写ローラー４２２と当接する側にトナーと逆極性の電荷を付与することにより、トナー像は中間転写ベルト４２１に静電的に転写される。

その後、用紙Ｓが二次転写ニップを通過する際、中間転写ベルト４２１上のトナー像が用紙Ｓに二次転写される。具体的には、バックアップローラー４２３Ｂに二次転写バイアスを印加し、用紙Ｓの表面側、つまり、中間転写ベルト４２１と当接する側にトナーと同極性の電荷を付与することにより、トナー像は用紙Ｓに静電的に転写され、当該用紙Ｓは定着部６０に向けて搬送される。

二次転写バイアスは、制御部１００の制御の下で電圧印加部９０により生成され、電圧印加部９０からバックアップローラー４２３Ｂに印加される。二次転写バイアスについては後述する。二次転写バイアスは、本発明の「転写バイアス」に対応する。

ベルトクリーニング装置４２６は、二次転写後に中間転写ベルト４２１の表面に残留する転写残トナーを除去する。なお、二次転写ローラー４２４に代えて、二次転写ローラーを含む複数の支持ローラーに、二次転写ベルトがループ状に張架された構成いわゆるベルト方式の二次転写ユニットを採用しても良い。

定着部６０は、用紙Ｓの定着面、つまりトナー像が形成されている面側に配置される定着面側部材を有する上側定着部６０Ａ、用紙Ｓの裏面つまり定着面の反対の面側に配置される裏面側支持部材を有する下側定着部６０Ｂ、および加熱源６０Ｃ等を備える。定着面側部材に裏面側支持部材が圧接されることにより、用紙Ｓを挟持して搬送する定着ニップが形成される。

定着部６０は、トナー像が二次転写され、搬送されてきた用紙Ｓを定着ニップで加熱、加圧することにより、用紙Ｓにトナー像を定着させる。定着部６０は、定着器Ｆ内にユニットとして配置される。また、定着器Ｆには、エアを吹き付けることにより、定着面側部材または裏面側支持部材から用紙Ｓを分離させるエア分離ユニットが配置されていても良い。

用紙搬送部５０は、給紙部５１、排紙部５２および搬送経路部５３等を備える。給紙部５１を構成する３つの給紙トレイユニット５１ａ〜５１ｃには、坪量やサイズ等に基づいて識別された用紙Ｓ（規格用紙、特殊用紙）が予め設定された種類毎に収容される。搬送経路部５３は、レジストローラー体５３ａ等の複数の搬送ローラーを有する。

給紙トレイユニット５１ａ〜５１ｃに収容されている用紙Ｓは、最上部から一枚ずつ送出され、搬送経路部５３により画像形成部４０に搬送される。このとき、レジストローラー対５３ａが配設されたレジストローラー部により、給紙された用紙Ｓの傾きが補正されるとともに搬送タイミングが調整される。そして、画像形成部４０において、中間転写ベルト４２１のトナー像が用紙Ｓの一方の面に一括して二次転写され、定着部６０において定着工程が施される。画像形成された用紙Ｓは、排紙ローラー５２ａを備えた排紙部５２により機外に排紙される。

ところで、図３に示すように、エンボス紙のような表面平滑度の低い、つまり、凹凸の大きな表面形状を有する用紙Ｓ１を印刷する場合、凹部Ｒの部分において、中間転写ベルト４２１と用紙Ｓ１との間に空隙が生じている。用紙Ｓ１は、本発明の「第１用紙」に対応する。

通常、バックアップローラー４２３Ｂには、凹凸の小さい用紙、つまり、用紙Ｓ１以外の第２用紙にトナー像を転写可能な二次転写バイアスが印加されるので、用紙Ｓ１の凹部Ｒ以外の部分には、トナーＴを用紙Ｓ１に移動させるのに十分な電界Ｅ１が形成される。

しかし、用紙Ｓ１の凹部Ｒの部分に形成される電界Ｅ２は、空隙が生じている分、トナーＴを中間転写ベルト４２１から用紙Ｓ１に移動させるには不十分な電界となる。そのため、トナーＴが凹部Ｒの底に移動しにくくなり、用紙Ｓ１の凹部Ｒの部分で転写不良が発生する。

このような転写不良を抑制するためには、図４に示すように、用紙Ｓ１の凹部Ｒの部分において、トナーＴが用紙Ｓ１に移動できる程度に十分大きな電界Ｅ２が形成されるように二次転写バイアスを大きくすることが考えられる。しかし、二次転写バイアスを大きくしたままの状態、つまり、電界Ｅ２を大きくした状態を維持すると、用紙Ｓ１の凹部Ｒの部分において中間転写ベルト４２１と用紙Ｓ１の間の空隙で放電Ｄが発生してしまう。

また、二次転写バイアスを大きくすると、用紙Ｓ１の凹部Ｒ以外の部分における電界Ｅ１も大きくなるので、当該部分のトナーＴ０が過剰電流により逆帯電化してしまう。

そこで、図５に示すように、本実施の形態では、電圧印加部９０は、第１転写バイアスＶ１を印加する第１印加期間Ｗ１と、第２転写バイアスＶ２を印加する第２印加期間Ｗ２とが交互に発生する二次転写バイアスＷをバックアップローラー４２３Ｂに印加する。

第１転写バイアスＶ１は、二次転写ニップを通過する用紙Ｓ１以外の第２用紙が二次転写ニップを通過する際に印加すべき転写バイアスとして設定されている基準転写バイアスＶｔよりも絶対値が大きい。第２転写バイアスＶ２は、第１転写バイアスＶ１と同極性の電圧であり、第１転写バイアスＶ１より絶対値が小さい。用紙Ｓ１の各位置が二次転写ニップを通過する期間、つまり、二次転写バイアスＷの一周期は、第１印加期間Ｗ１および第２印加期間Ｗ２を１つずつ含んでいる。

図５では、第１転写バイアスＶ１は、−４．０［ｋＶ］、第２転写バイアスＶ２および基準転写バイアスＶｔは、−２．５［ｋＶ］、二次転写バイアスＷの第１印加期間Ｗ１に対応する部分のデューティー比は、１５［％］、二次転写バイアスＷの周波数は、５００［Ｈｚ］に設定されている。

このように設定された二次転写バイアスＷがバックアップローラー４２３Ｂに印加されることで、二次転写バイアスＷの一周期内において、基準転写バイアスＶｔよりも瞬間的に大きくなる第１転写バイアスＶ１により、用紙Ｓ１の凹部ＲにおいてトナーＴが凹部Ｒの底に移動するために十分な電界が形成される。これにより、用紙Ｓ１の凹部Ｒの部分における転写不良が生じるのを抑制することができる。

また、第１印加期間Ｗ１の後、第２印加期間Ｗ２、つまり、基準転写バイアスＶｔに等しい第２転写バイアスＶ２がバックアップローラー４２３Ｂに印加されるので、二次転写バイアスＷが基準転写バイアスＶｔより大きい第１転写バイアスＶ１に維持されたままの状態とならない。そのため、用紙Ｓ１の凹部Ｒにおける空隙で放電が発生するのを抑制することができるとともに、凹部Ｒ以外の部分でトナーＴが逆帯電化するのを低減することができる。

ところで、第２転写バイアスＶ２が基準転写バイアスＶｔに等しい状態だと、二次転写バイアスＷの一周期内において二次転写バイアスＷにより生じる電荷量が、第１印加期間Ｗ１がある分、基準転写バイアスＶｔのみからなる二次転写バイアスにより生じる電荷量よりも大きくなる。すなわち、一周期内における用紙Ｓ１の凹部Ｒ以外の部分における総電荷量が大きくなるので、なおも当該部分でトナーＴが過剰電流により逆帯電化が発生するおそれがある。

そこで、本実施の形態では、図６に示すように、電圧印加部９０は、第２転写バイアスＶ２を基準転写バイアスＶｔよりも絶対値が小さくなるように設定することができる。

図６では、第１転写バイアスＶ１は、−６．５［ｋＶ］、第２転写バイアスＶ２は、０［Ｖ］、基準転写バイアスＶｔは、−２．５［ｋＶ］、二次転写バイアスＷの第１印加期間Ｗ１に対応する部分のデューティー比は、２０［％］、二次転写バイアスＷの周波数は、１００［Ｈｚ］に設定されている。

このようにすることで、二次転写バイアスＷの一周期内において二次転写バイアスＷにより生じる総電荷量を減らすことができるので、用紙Ｓ１の凹部Ｒ以外の部分でトナーＴが過剰電流により逆帯電化するのを抑制することができる。

また、図７に示すように、電圧印加部９０は、基準転写バイアスＶｔと第１転写バイアスＶ１との差分の時間積分値と、基準転写バイアスＶｔと第２転写バイアスＶ２との差分の時間積分値とが等しくなるように、第２転写バイアスＶ２を設定するのが望ましい。

図７では、第１転写バイアスＶ１は、−６．０［ｋＶ］、第２転写バイアスＶ２は、−１．０［ｋＶ］、基準転写バイアスＶｔは、−２．０［ｋＶ］、二次転写バイアスＷの第１印加期間Ｗ１に対応する部分のデューティー比は、２０［％］、二次転写バイアスＷの周波数は、２００［Ｈｚ］に設定されている。

このようにすることで、二次転写バイアスＷの一周期内において二次転写バイアスＷにより生じる電荷量と、基準転写バイアスＶｔのみからなる二次転写バイアスにより生じる電荷量とを等しくすることができる。そのため、二次転写ニップにおける転写能力を基準転写バイアスＶｔのみからなる二次転写バイアスを印加するときの転写能力に維持したまま、用紙Ｓ１の凹部Ｒにおける空隙で生じる放電Ｄや、凹部Ｒ以外の部分でトナーＴが逆帯電化するのを抑制することができる。

ところで、第１印加期間に対応する第１電圧と、第２印加期間に対応する第２電圧の極性が異なる交流成分を有するパルス波形からなる二次転写バイアスの場合、例えば用紙Ｓ１側にトナーＴが移動する第１電圧と、中間転写ベルト４２１側にトナーＴが移動する第２電圧とが交互に繰り返される。そのため、パルス波形の周波数を小さく設定しすぎると、第１印加期間と第２印加期間が広くなるので、用紙Ｓ１に画像出力した際に、第１電圧に対応する部分と第２電圧に対応する部分とが当該画像に出力されてしまい、濃淡の縞模様が形成された画像となってしまう。

しかし、本実施の形態では、第２転写バイアスＶ２が第１転写バイアスＶ１と同極性の電圧、または０［Ｖ］の電圧に設定されるので、交流成分を有するパルス波形からなる二次転写バイアスのようにトナーＴの中間転写ベルト４２１と用紙Ｓ１との間の往復運動が起こらない。そのため、二次転写バイアスＷの周波数を小さく設定することができる。これにより、本実施の形態では、電圧印加部９０を直流電源で構成することができる。

直流電源により電圧印加部９０を構成すると、例えば周波数を１００［Ｈｚ］に設定した場合、第１印加期間Ｗ１における出力を２［ｍｓｅｃ］、第２印加期間Ｗ２における出力を８［ｍｓｅｃ］毎に切り替えることで図７と同様の二次転写バイアスＷを電圧印加部９０に出力させることが可能となる。

このように電圧印加部９０を直流電源により構成することで、交流電源を有する構成と比較して、安価にすることができる。なお、周波数が４００［Ｈｚ］以下の場合に電圧印加部９０を直流電源により構成することができる。

また、本実施の形態では、第２転写バイアスＶ２が第１転写バイアスＶ１と同極性の電圧、または０［Ｖ］の電圧に設定されることで、第１転写バイアスＶ１と第２転写バイアスＶ２との電位差が、交流成分を有するパルス波形からなる二次転写バイアスにおける第１電圧と第２電圧との電位差よりも小さくなる。

これにより、二次転写バイアスＷの立ち上がりにおけるノイズ（以下、「オーバーシュート」という）、二次転写バイアスＷの立ち下がりにおけるノイズ（以下、「アンダーシュート」という）や電源の応答性の問題で意図した電圧波形が瞬時に形成されない問題（以下、「ダレ」という）を低減することができる。そのため、オーバーシュートおよびアンダーシュートによる高圧異常やダレによる実効電圧の減少を低減することができる。

そして、このようなオーバーシュート、アンダーシュートおよびダレをさらに低減するために、図８に示すように、電圧印加部９０は、三段階の出力レベルを有する二次転写バイアスＷを出力するようにしてもよい。この二次転写バイアスＷは、第１転写バイアスＶ１に対応する第１印加期間Ｗ１と、第２転写バイアスＶ２に対応する第２印加期間Ｗ２と、第３転写バイアスＶ３に対応する第３印加期間Ｗ３とから構成されている。

図８では、第１転写バイアスＶ１は、−６．０［ｋＶ］、第２転写バイアスＶ２は、−２．０［ｋＶ］、第３転写バイアスＶ３は、０［Ｖ］、基準転写バイアスＶｔは、−２．０［ｋＶ］、二次転写バイアスＷの第１印加期間Ｗ１に対応する部分のデューティー比は、２０［％］、二次転写バイアスＷの第２印加期間Ｗ２に対応する部分のデューティー比は、４０［％］、二次転写バイアスＷの第３印加期間Ｗ３に対応する部分のデューティー比は、４０［％］に設定されている。

これによれば、第１転写バイアスＶ１と第３転写バイアスＶ３の間に第２転写バイアスＶ２を挟むことで、二次転写バイアスＷにおける電圧の変化幅を小さくすることができる。そのため、オーバーシュート、アンダーシュートおよびダレをさらに低減することができる。

また、図９に示すように、電圧印加部９０は、複数の直流電源により構成してもよい。この構成における電圧印加部９０は、第１直流電源９１と、第２直流電源９２と、バックアップローラー４２３Ｂに接続されたスイッチ９３とを有している。スイッチ９３は、第１直流電源９１と第２直流電源９２を選択的に接続可能となっている。

このような構成において、図１０に示すように、例えば、周波数を１００［Ｈｚ］、二次転写バイアスＷの第１印加期間Ｗ１に対応する部分のデューティー比を２０［％］、第１直流電源９１を−６．５［ｋＶ］、第２直流電源９２を−０．５［ｋＶ］、基準転写バイアスＶｔを−２．０［ｋＶ］に設定する。この場合、スイッチ９３を第１直流電源９２に２［ｍｓｅｃ］接続した後、スイッチ９３を第２直流電源９１に８［ｍｓｅｃ］接続させることで、パルス波形と同様の二次転写バイアスＷを出力させることができる。

これによれば、１つの電源における出力電圧を変動させないので、出力レベルの切り替えにより発生するノイズ、つまりオーバーシュートやアンダーシュートを解消することができる。

なお、上記実施の形態では、二次転写バイアスＷが一周期内に１つの第１印加期間Ｗ１および第２印加期間Ｗ２を有していたが、本発明はこれに限定されず、複数個の第１印加期間Ｗ１および第２印加期間Ｗ２を有していてもよい。二次転写バイアスＷは、８または１０個の第１印加期間Ｗ１および第２印加期間Ｗ２を有するのが望ましい。

また、電圧印加部９０は、用紙の種類に応じて出力を選択できるように構成することができる。

また、上記実施の形態では、転写方式として中間転写方式のものを用いたが、直接転写方式のものを用いても良い。また、転写部材としてバックアップローラー４２３Ｂを例示したが、二次転写ローラー４２４を採用しても良い。また、二次転写バイアスを負極性の電圧で例示したが、例えば正極性のトナーを用いる場合、正極性の電圧とすれば良い。

その他、上記実施の形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

最後に、本実施の形態に係る画像形成装置１における評価実験について説明する。
本実験では、温度２３［℃］、湿度５０［％］の条件下で用紙Ｓ１にベタ画像を形成することで、第１転写バイアスＶ１、二次転写バイアスＷの周波数および二次転写バイアスＷの第１印加期間Ｗ１に対応する部分のデューティー比を変更した条件において、用紙Ｓ１の凹部Ｒにおける転写性を評価した。

評価装置としては、図１１に示す転写装置２００を用いた。転写装置２００は、図１に示す画像形成装置１に備えられたものと同様の中間転写ユニット４２と、パルス電源からなる電圧印加部９０とを備えている。

中間転写ベルト４２１としては、材質はポリイミド性半導電ベルト、形状は厚さ８０［μｍ］、抵抗は１１．０［ＬｏｇΩ／□］のものを用いた。二次転写ローラー４２４としては、材質はニトリルゴム（ＮＢＲ）、形状は直径３８［ｍｍ］のストレート形状、物性はＡｓｋｅｒＣが硬度７１°、抵抗が７．５［ＬｏｇΩ］のものを用いた。バックアップローラー４２３Ｂとしては、材質はニトリルゴム、形状は直径３８［ｍｍ］のストレート形状、物性はＡｓｋｅｒＣ硬度が７１°、抵抗が７．５［ＬｏｇΩ］のものを用いた。

また、二次転写ローラー４２４のバックアップローラー４２３Ｂに対する押圧力は８０［Ｎ］、システム速度は２００［ｍｍ／ｓｅｃ］、二次転写ニップ幅は４［ｍｍ］、ニップ時間は０．０２［ｓｅｃ］とした。

また、用紙Ｓ１としては、坪量が１５１［ｇｓｍ］であるレザック６６白を用いた。基準転写バイアスＶｔの電圧値としては、上記条件の下では−２．０［ｋＶ］のものが最適値となり、第２転写バイアスＶ２を、−２．０［ｋＶ］に設定した上で評価を行った。また、基準転写バイアスＶｔの最適値は、環境検知等による決定やＡＴＶＣ（Active Transfer Voltage Conrol）制御によって決定されるが、それ限定されず、実施の形態に応じて適宜決定して良い。

表１に二次転写バイアスの周波数を１００［Ｈｚ］としたときの用紙Ｓ１の凹部Ｒにおける転写性の評価結果を示す。表２に二次転写バイアスの周波数を５００［Ｈｚ］としたときの用紙Ｓ１の凹部Ｒにおける転写性の評価結果を示す。表３に二次転写バイアスの周波数を７００［Ｈｚ］としたときの用紙Ｓ１の凹部Ｒにおける転写性の評価結果を示す。表４に二次転写バイアスの周波数を１０００［Ｈｚ］としたときの用紙Ｓ１の凹部Ｒにおける転写性の評価結果を示す。

各表における評価基準としては、「○」は、転写不良が全くなく良好な転写性が得られたことを示し、「△」は、一部転写不良があるが実用上問題のないレベルであることを示し、「×」は、転写不良、凹部での放電、および凹部以外でのトナーの逆帯電化が発生したことを示している。

上記結果より、二次転写バイアスの第１印加期間に対応する部分のデューティー比にも応じて変わってくるが、良好な転写性が得られる条件としては、第１転写バイアスＶ１は、基準転写バイアスＶｔの１．５倍である−３．０［ｋＶ］以下で、望ましくは基準転写バイアスＶｔの２倍である−４．０［ｋＶ］以下のときであることが確認できた。

また、各表において、「×」の評価結果の部分で、白抜きで表示されている部分については、凹部での放電や凹部以外でトナーの逆帯電化が発生していることが確認された。このような放電やトナーの逆帯電化の領域は、二次転写バイアスの第１印加期間に対応する部分のデューティー比が３０［％］以下の場合、周波数が高くなるにつれ少なくなっていく傾向にあることが確認できる。これは、周波数が高くなるにつれ、第１印加期間の時間が小さくなることに起因すると考えられる。

一方、二次転写バイアスの第１印加期間に対応する部分のデューティー比が４０［％］を超えると、白抜き部分の評価結果「×」の数が各周波数で略同じとなっていることが確認された。この部分については、二次転写バイアスの第１印加期間に対応する部分のデューティー比が増えることで、第１印加期間が大きくなることに起因して放電が発生しやすくなっていると考えられる。

また、各表において、「×」の評価結果の部分で、白抜きで表示されてない部分は、周波数を変更しても、差異がほとんど見られなかった。これは、基準転写バイアスＶｔと第１転写バイアスＶ１の電位差が小さいため、用紙Ｓ１の凹部Ｒで、トナーが用紙Ｓ１に移動するのに十分な電界が形成されないことに起因すると考えられる。

次に、二次転写バイアスＷにおいて第１印加期間Ｗ１および第２印加期間Ｗ２の数が複数個ある場合について、上記と同様の実験を行った。具体的に、二次転写バイアスＷの周波数毎に第１印加期間Ｗ１および第２印加期間Ｗ２の数を設定して用紙Ｓ１の凹部Ｒにおける転写性を評価した。

表５は、二次転写バイアスの第１印加期間に対応する部分のデューティー比を１０［％］に設定したときの用紙Ｓ１の凹部Ｒにおける転写性の評価結果を示す。表６は、二次転写バイアスの第１印加期間に対応する部分のデューティー比を２０［％］に設定したときの用紙Ｓ１の凹部Ｒにおける転写性の評価結果を示す。

なお、各印加期間の数は、用紙が二次転写ニップを通過する間における各印加期間の数を示している。

各表の結果から、第１印加期間Ｗ１および第２印加期間Ｗ２の数を８又は１０個としたとき、第１転写バイアスＶ１が−８［ｋＶ］である場合の評価結果が改善できていることが確認できた。

また、周波数の下限値は、画像形成装置の仕様により異なるが、二次転写ニップ内で少なくとも１回の第１印加期間および第２印加期間が生じるように設定すればよい。

また、上記実験では、各パラメーターは、上記したような関係であるが、これらのパラメーターは、システム速度や転写ニップの構成など画像形成装置の仕様、環境条件、用紙の種類、出力画像により変化するため、上記の関係に限定されない。これらのパラメーターは、それぞれの状況に合わせて上記実験を行った上で設定するとよい。

また、システム速度の増加や、転写ニップの幅の減少等による転写ニップの時間が小さくなる場合や、用紙Ｓ１の凹部Ｒの深さが大きくなる場合、定性的に各パラメーターを大きくする方向に調整するとよい。

１ 画像形成装置
４２ 中間転写ユニット
９０ 電圧印加部
４２１ 中間転写ベルト
４２３Ｂ バックアップローラー

Claims (10)

1. トナー像を担持する像担持体と、
   前記像担持体に転写ニップを形成するために用いられる転写部材と、
   前記転写ニップを通過する用紙へ前記像担持体上のトナー像を転写するための同極性の転写バイアスを前記転写部材に印加する電圧印加部と、
   表面平滑度が低い第１用紙が前記転写ニップを通過する際、前記第１用紙以外の第２用紙が前記転写ニップを通過する際に印加すべき転写バイアスとして設定されている基準転写バイアスより絶対値が大きい第１転写バイアスを印加する第１印加期間と、絶対値が前記基準転写バイアス以下である第２転写バイアスを印加する第２印加期間とが交互に発生する転写バイアスを前記転写バイアスに印加するように、前記電圧印加部を制御する制御部と、
   を備え、
   前記第２転写バイアスは、前記基準転写バイアスよりも絶対値が小さく、
   前記基準転写バイアスと前記第１転写バイアスとの差分の時間積分値は、前記基準転写バイアスと前記第２転写バイアスとの差分の時間積分値に等しい、
   転写装置。
2. トナー像を担持する像担持体と、
   前記像担持体に転写ニップを形成するために用いられる転写部材と、
   前記転写ニップを通過する用紙へ前記像担持体上のトナー像を転写するための同極性の転写バイアスを前記転写部材に印加する電圧印加部と、
   表面平滑度が低い第１用紙が前記転写ニップを通過する際、前記第１用紙以外の第２用紙が前記転写ニップを通過する際に印加すべき転写バイアスとして設定されている基準転写バイアスより絶対値が大きい第１転写バイアスを印加する第１印加期間と、絶対値が前記基準転写バイアス以下である第２転写バイアスを印加する第２印加期間とが交互に発生する転写バイアスを前記転写バイアスに印加するように、前記電圧印加部を制御する制御部と、
   を備え、
   前記電圧印加部は、前記第１転写バイアスおよび前記第２転写バイアスを切り替えて印加する直流電源を有する、
   転写装置。
3. 前記第１用紙上の各位置が前記転写ニップを通過する期間は、前記第１印加期間および前記第２印加期間を含む、
   請求項１または請求項２に記載の転写装置。
4. 前記第２転写バイアスは、前記基準転写バイアスよりも絶対値が小さい、
   請求項２または請求項３に記載の転写装置。
5. 前記基準転写バイアスと前記第１転写バイアスとの差分の時間積分値は、前記基準転写バイアスと前記第２転写バイアスとの差分の時間積分値に等しい、
   請求項４に記載の転写装置。
6. 前記電圧印加部は、前記第１転写バイアスおよび前記第２転写バイアスを切り替えて印加する直流電源を有する、
   請求項１および請求項３〜５の何れか１項に記載の転写装置。
7. 前記電圧印加部は、
   前記第１転写バイアスを印加する第１直流電源と、
   前記第２転写バイアスを印加する第２直流電源と、
   を有する、
   請求項６に記載の転写装置。
8. 前記転写バイアスは、８又は１０個の前記第１印加期間および前記第２印加期間を有する、
   請求項１〜７の何れか１項に記載の転写装置。
9. トナー像を担持する像担持体と、
   前記像担持体に転写ニップを形成するために用いられる転写部材と、
   前記転写ニップを通過する用紙へ前記像担持体上のトナー像を転写するための同極性の転写バイアスを前記転写部材に印加する電圧印加部と、
   表面平滑度が低い第１用紙が前記転写ニップを通過する際、前記第１用紙以外の第２用紙が前記転写ニップを通過する際に印加すべき転写バイアスとして設定されている基準転写バイアスより絶対値が大きい第１転写バイアスを印加する第１印加期間と、絶対値が前記基準転写バイアス以下である第２転写バイアスを印加する第２印加期間とが交互に発生する転写バイアスを前記転写バイアスに印加するように、前記電圧印加部を制御する制御部と、
   を備え、
   前記第２転写バイアスは、前記基準転写バイアスよりも絶対値が小さく、
   前記基準転写バイアスと前記第１転写バイアスとの差分の時間積分値は、前記基準転写バイアスと前記第２転写バイアスとの差分の時間積分値に等しい、
   画像形成装置。
10. トナー像を担持する像担持体と、
    前記像担持体に転写ニップを形成するために用いられる転写部材と、
    前記転写ニップを通過する用紙へ前記像担持体上のトナー像を転写するための同極性の転写バイアスを前記転写部材に印加する電圧印加部と、
    表面平滑度が低い第１用紙が前記転写ニップを通過する際、前記第１用紙以外の第２用紙が前記転写ニップを通過する際に印加すべき転写バイアスとして設定されている基準転写バイアスより絶対値が大きい第１転写バイアスを印加する第１印加期間と、絶対値が前記基準転写バイアス以下である第２転写バイアスを印加する第２印加期間とが交互に発生する転写バイアスを前記転写バイアスに印加するように、前記電圧印加部を制御する制御部と、
    を備え、
    前記電圧印加部は、前記第１転写バイアスおよび前記第２転写バイアスを切り替えて印加する直流電源を有する、
    画像形成装置。

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