JP2008058585A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、転写ムラや白抜け、カブリの少ない優れた印字品質で、両面印刷時にも高印字品質の良好な画像を形成できる画像形成装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の画像形成装置は、トナー画像を担持する感光体ドラム１と、感光体ドラム１と接触して回転し、感光体ドラム１との間に搬送される記録媒体に、感光体ドラム１に担持されたトナー画像を転写させる転写ローラ１３と、トナー画像を感光体ドラム１から記録媒体に転写させる転写バイアス電圧を、転写ローラに印加する転写バイアス電圧制御手段２４と、を具備し、転写バイアス電圧は、直流成分に交流成分を重畳したものであることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、本発明は、転写ローラを電圧制御し転写ムラや白抜け、カブリの少ない優れた印字品質を提供する画像形成装置、中でも両面印刷時に高印字品質を示す画像形成装置に関する。

電子写真技術を用いた複写機、プリンタ、複合機、ファクシミリ等の画像形成装置においては、広く転写ローラを用いた転写装置が使用されている。この転写装置は、帯電器によって感光体を一様に帯電し、この感光体表面を画像信号で変調したレーザ光で走査して静電潜像を形成し、この静電潜像が形成された感光体にトナーを移転、付着させ、これを可視画像（以下、トナー画像）とし、さらに、転写ローラに転写バイアス電圧を印加しながら感光体と転写ローラの間に記録媒体を搬送し、感光体側のトナー画像を記録媒体に転写するものである。この転写バイアス電圧は、記録媒体の裏側からトナーと逆極性の電荷を与えることによりトナー画像を記録媒体に転写するために印加される。

従来、良好な転写を行うためには記録媒体が通過時に所定範囲の電流を流す必要があり、装置の機能に応じて適宜定電流制御や定電圧制御などの制御方法が使い分けられてきた。

図６は従来の定電圧制御される転写装置の構成図である。

図６において、１０１は感光体ドラム、１０２は転写ローラ、１０３は記録媒体、１０４は非磁性一成分のトナー、１０５は転写バイアス制御回路である。図示しないトナー供給ローラから供給されてきたトナー１０４は、トナー規制ブレードで負に摩擦帯電され、感光体ドラム１０１上の静電潜像に移転、付着し、これを顕像化する。感光体ドラム１０１とタイミングを合わせて記録媒体が通過させられ、転写ローラ１０２に転写バイアス制御回路１０５の正の直流電圧を印加して記録媒体１０３の裏面を逆極性とする。これによって感光体ドラム１０１のトナー画像を記録媒体１０３に転写する。その後、図示しない定着器のヒートローラと加圧ロータで熱と圧力によって定着する。

しかし、定電圧制御を行うとき、常温常湿下で良好な転写を行うために好適な電圧、例えば５００Ｖを印加すると、低温低湿環境下では転写電流不足で転写不良を起こしてしまう。そこで、低温低湿環境下で良好な転写を行うべく印加電圧を設定すると、常温常湿環境下、高温高湿環境下でカブリを発生する。こうした矛盾を回避するため定電流制御が適応されているが、用紙幅の狭い記録媒体に転写を行うとき、非画像域では電流密度が大きくなり、転写ローラの電圧が低下し、別の要因で転写不良を発生するといった問題を有していた。

このため、色々なサイズの記録媒体と環境において安定した転写性が得られるように次の画像形成装置が提案された（特許文献１参照）。この画像形成装置は、転写ローラに対してニップ部が非画像域（サイズ以上）の場合は定電流制御を行い、このときの電圧をホールドし、ニップ部が画像域（サイズ内）の場合はこのホールドした電圧で定電圧制御するものである。

また同様に、カラー画像形成装置において、転写ローラに対しては定電圧制御を行い、分離ブラシに直流成分のほか交流線分を含んだ分離バイアス電圧で静電分離を行う画像形成装置も提案されている（特許文献２参照）。但し、感光体ドラムのドラム径が７０ｍｍ以上、若しくはニップ部で曲率半径が３５ｍｍ以上の場合に限られる。
特開平２−１２３３８５号公報 特開平７−９８５４８号公報

（特許文献１）の画像形成装置は、色々なサイズ幅の記録媒体と環境においてカブリなどの少ない安定した転写性が得るためのものであったが、ニップ部が画像域（サイズ内）か、非画像域（サイズ以上）か、で制御方法を変える必要があり、制御が複雑であり、高い印字品質を提供するまでには至らなかった。

また、（特許文献２）の画像形成装置は、転写ローラの定電圧制御を行い、分離ブラシに分離バイアス電圧を印加して静電分離を行っているが、これは感光体ドラム上でのトナー画像の重ね合わせを行うカラー固有のプロセスで転写と分離の両立性を図るものである。すなわち、これはカラー画像形成装置に特有の制御であり、しかも分離ブラシに対する制御が増え、全体の制御が複雑になるものであった。

このように（特許文献１，２）の画像形成装置は、印刷環境やカラーの特性に対処するものではあっても、トナーの性質そのものを考慮して印字品質を向上させるものではない。一般に、トナーは、各帯電部材などとの摩擦帯電により所定の帯電極性である負または正に帯電されるが、そのほかにも攪拌などでトナー同士の衝突による粉砕、微粉砕化等が起こり、トナーに異物分としてこのような微粒子が逆極性に帯電されて混入してしまう（中には極性が逆に帯電するトナーも存在する）。このような微粒子の中で、割れたトナーや欠片のトナー等の微細な微粒子は転写ムラや白抜けの原因になったり、カブリなどの原因になったりする。図７はトナーボトルでの攪拌の様子を示す説明図である。

図７において、１０４ａは正（逆極性）に帯電したトナー等の微粒子、１０４ｂはトナーの欠片等の微細微粒子、１０６はトナーボトル、１０７はトナー撹拌部材である。トナー撹拌部材１０７はトナー供給ローラの回転と同期して回転し、トナー１０４の凝集を防ぐと共にトナー１０４を負に帯電させ、これをトナー供給ローラ６へ移動させる。このとき、トナー１０４は一様に負に帯電するはずであるが、トナーの中には異物分の微粒子１０４ａとして摩擦で正に帯電したもの、また、攪拌で割れた、若しくはその欠片である微細な微細微粒子１０４ｂも存在する。

従って、このようなトナー１０４でトナー画像を形成すると、大きな正の微粒子１０４ａは感光体ドラム１０１に付着することはないが、微細微粒子１０４ｂは付着してしまい、これが記録媒体に転写されるような場合が発生する。そして割れたトナー１０４の欠片は画像領域以外に浮遊したりなどで付着してしまう。これらは白抜けや転写ムラ、カブリを生じ、印字品質を低下させる原因の一つになっている。

また、両面印刷を行うときには、記録媒体の片面に印刷を行ってからもう一方の側の印刷を行うが、初めに印刷した画像が残りの面を印刷するときにその印字品質を損なってしまうことがあった。（特許文献１，２）のような従来の画像形成装置は、こうした両面印刷の際に発生する印字品質の課題を解消するものではない。

そこで、本発明は、転写ムラや白抜け、カブリの少ない優れた印字品質で、両面印刷時にも高印字品質の良好な画像を形成できる画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明の画像形成装置は、トナー画像を担持する像担持体と、像担持体と接触して回転し、像担持体との間に搬送される記録媒体に、像担持体に担持されたトナー画像を転写させる転写ローラと、トナー画像を像担持体から記録媒体に転写させる転写バイアス電圧を、転写ローラに印加する制御手段と、を具備し、転写バイアス電圧は、直流成分に交流成分を重畳したものであることを特徴とする。

本発明の画像形成装置によれば、転写ムラや白抜け、カブリの少ない優れた印字品質で、両面印刷時にも高印字品質の良好な画像を形成できる。

本発明の請求項１の発明は、トナー画像を担持する像担持体と、像担持体と接触して回転し、像担持体との間に搬送される記録媒体に、像担持体に担持されたトナー画像を転写させる転写ローラと、トナー画像を像担持体から記録媒体に転写させる転写バイアス電圧を、転写ローラに印加する制御手段と、を具備し、転写バイアス電圧は、直流成分に交流成分を重畳したものであることを特徴とした画像形成装置である。この構成によって、像担持体の表面と同極性の微細微粒子が像担持体に付着して、記録媒体の画像領域で付着しようとし、またトナーの欠片などが非画像領域に付着しようとしても、転写バイアス電圧の交流成分の発生する電界の作用によってこれを付着させないので、記録媒体の転写ムラや白抜け、カブリを防止し、画像品質を向上することができる。

本発明の請求項２の発明は、請求項１の発明において、直流成分が定電圧Ｘ（Ｖ）、交流成分が周波数ｆ（Ｈｚ）、振幅［Ｐ−Ｐ］（Ｖ）で表わされる電圧のとき、５００Ｖ≦｜Ｘ（Ｖ）｜≦６０００Ｖ、５００Ｈｚ≦ｆ（Ｈｚ）≦１０００Ｈｚ、かつ、［Ｐ−Ｐ］（Ｖ）≦２｜Ｘ（Ｖ）｜の関係を満たすことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置である。この構成によって、記録媒体の転写ムラや白抜け、カブリを確実に防止して画像品質を向上することができる。

本発明の請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、転写ローラは弾性発泡体であって、転写ローラのゴム硬度がＡｓｋｅｒＣで１０°から６０°であることを特徴とする請求項２記載の画像形成装置である。この構成によって、適切な像担持体と転写ローラとの関係を実現でき、記録媒体の転写ムラや白抜け、カブリを防止して画像品質を向上することができる。

本発明の請求項４の発明は、請求項３の発明において、像担持体と転写ローラとの間のニップ幅は、１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項３記載の画像形成装置である。この構成によって、適切な像担持体と転写ローラとの関係を実現でき、記録媒体の転写ムラや白抜け、カブリを防止して画像品質を向上することができる。

本発明の請求項５の発明は、請求項１〜請求項４の発明において、制御手段は、両面印刷時の裏面に印字するとき、直流成分に交流成分を重畳した転写バイアス電圧を転写ローラに印加することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置である。この構成によって、両面印刷時に一旦表面を印字した後の裏面に印字において、最初に印字した画像領域と非画像領域に作用する電界が平均化され、最初に印字した画像領域の転写効率が低下することはなく、両面印刷時の記録媒体の転写ムラや白抜け、カブリを防止して画像品質を向上することができる。

（実施例１）
以下、図面を参照しながら、本発明の実施例１における画像形成装置について詳細に説明する。なお、本発明の画像形成装置は、電子写真プロセスで画像を形成するものであればよく、プリンタ、複写機、複合機等のようにトナーを使って画像形成を行い、転写するものであればよい。

図１は本発明の実施例１における画像形成装置の構成図、図２は本発明の実施例１における画像形成装置の主要部構成の説明図、図３（ａ）は本発明の実施例１における画像形成装置に直流成分と交流成分を重畳させた転写バイアス電圧を印加したときの動作説明図、図３（ｂ）は図３（ａ）の画像形成装置に直流の転写バイアス電圧を印加したときの動作説明図、図４は転写ローラゴム硬度と転写効率の関係図である。

実施例１における画像形成装置は片面印刷できるものが対象で、両面印刷もできるものに縛られないが、以下両面印刷することが可能な画像形成装置の片面印刷時の場合を説明する。なお、この両面印刷時の画像形成装置の詳細については実施例２で説明する。実施例１では片面印刷が対象である。ここで、図１に示す画像形成装置の搬送路Ａは片面印刷時に複写用紙等の記録媒体が搬送される搬送路を示し、搬送路Ｂは両面印刷時のものであり、両面印刷時に排出トレイに排出された記録媒体を反転して挿入した後の搬送路である。

図１において、１は静電潜像を形成する感光体ドラム（本発明の像担持体）であり、アルミニウム等の金属ドラムの外周面上に感光材層が形成されている。２は帯電器であって、感光体ドラム１に近接して配設され、コロナ放電などによって感光体ドラム１を一様に帯電する。３はレーザダイオード等の露光手段であり、３ａは露光手段３から照射されるレーザ光等の光線である。露光手段３は、イメージセンサで取得した画像信号または録画データなどの画像信号などに基づいて、この画像信号を露光手段３の駆動回路で変調して光線３ａを生成し、これで感光体ドラム１の表面を走査することにより、静電潜像を形成する。

４は光を照射して除電するための除電器、５は感光体ドラム１の表面に残っている残トナーを掻き落とすクリーニングブレードである。また、６はトナー担持体である現像ローラ、７は負に帯電させられたトナー９を現像ローラ６の表面に供給するトナー供給ローラであり、現像ローラ６とトナー供給ローラ７は接触して設けられる。トナー供給ローラ７にはトナー供給バイアス電圧制御手段２２（後述する）により直流成分と交流成分の重畳したトナー供給バイアス電圧が印加され、現像ローラ６には現像バイアス電圧制御手段２３（後述する）により定電圧の直流電圧の現像バイアス電圧が印加されている。

さらに、８はトナーボトル、９はトナーであり、１０はトナー９を攪拌するトナー攪拌部材である。また、１１はトナー規制ブレード、１２はトナーボトル８と現像ローラ６、トナー供給ローラ７を収容する現像装置である。実施例１のトナー９は非磁性一成分系トナーであり、ポリエステル樹脂にカーボン、ワックス、帯電制御剤等を均一分散させたもので、トナー攪拌部材１０で攪拌することで負に帯電される。

また、現像ローラ６は現像装置１２の両端に回転軸支され、金属製シャフトの外周に導電性弾性部材、例えばシリコンゴム層が形成されたものである。現像ローラ６の金属製シャフトには、定電圧電源が接続されている。同様に、トナー供給ローラ７も金属製シャフトの周囲に導電性弾性発泡体を形成したもので、金属製シャフトにはトナー供給バイアス電源が接続されている。このトナー供給バイアス電圧を直流成分と交流成分が重畳された電圧にすることで、トナー供給ローラ７は現像装置１２から供給されたトナー９を現像ローラ６に供給することができ、現像されずに残存した現像ローラ６上のトナー９を効果的に掻き落とすことができる。

トナー供給ローラ７によって供給されてきたトナー９は、トナー規制ブレード１１により現像ローラ６の外周面上に薄いトナー層を形成する。なお、このトナー規制ブレード１１は、金属板バネと、その一端にウレタンゴム、シリコンゴム等の弾性部材を設けたもので、現像ローラ５を線圧８０ｇ／ｃｍ程度の圧力で押圧し、現像ローラ５の表面にトナー層を形成する。この現像ローラ６は感光体ドラム１と接触して配置されており、現像バイアス電圧手段２２が印加するバイアス電圧によって、感光体ドラム１上の静電潜像が形成された部分にトナー層のトナー９が転移、付着し、静電潜像をトナー画像として顕像化する。

さて、実施例１の転写装置について説明する。図１において、１３は感光体ドラム１と当接して回転する転写ローラである。転写ローラ１３は、ステンレス等の金属製シャフトの外周に導電性弾性発泡体、実施例１ではゴム硬度がＡｓｋｅｒＣで１０°から６０°のシリコンゴム層が成形されている。この転写ローラ１３の金属シャフトには、転写バイアス電圧制御手段２４によって直流成分と交流成分が重畳されたトナー９とは逆極性の、すなわち正の電圧を印加され、感光体ドラム１上のトナー画像を記録媒体に転写する。なお、これについては後述する。

また、実施例１においては、この転写ローラ１３の以上説明した構成に加えて、感光体ドラム１と転写ローラ１３との間のニップ幅を１ｍｍ以上２０ｍｍ以下に構成している。この設定により、交流成分による電界の変動が、正に帯電した割れたトナー９やその欠片等の微細微粒子９ａが感光体ドラム１に付着して記録媒体の画像領域に付着するのを抑えると共に、これが浮遊して非画像領域の記録媒体に付着しようとしてもこれを感光体ドラム１に戻すため、適切な感光体ドラム１と転写ローラ１３との関係を実現でき、白抜きや印字ムラ、カブリを防止して印字品質を向上することができる。これらの具体的な制御についても後で詳述する。

次いで、図１に示す１４は定着装置であり、１５はハロゲンランプ等の熱源が内部に設けられたヒートローラ、１６はヒートローラ１５と圧接され表面にゴム層若しくはスポンジ層が形成された加圧ローラである。加圧ローラ１６はバネ等によりヒートローラ１５に圧接される。

また、１７は用紙等の記録媒体を収容した給紙トレイ、１８は仕切り板との間で記録媒体を挟んで給紙トレイ１７から記録媒体を搬送路Ａに１枚ずつ搬入するためのピックアップローラ、１９は搬送ローラである。そして、１９ａは記録媒体と感光体ドラム１のトナー画像の位置を一致させるため、一時的に記録媒体を停止待機させるためのレジストローラであり、従動ローラに当接されている。また、２０は排紙トレイであり、２１は両面印刷時に記録媒体を２回目の印字のため排紙トレイ２０の排出口から挿入したとき搬送路Ｂに搬送するための両面印字用搬送ローラである。

そして、２２はトナー供給バイアス電圧制御手段であり、トナー供給ローラ７に直流成分と交流成分の重畳したトナー供給バイアス電圧を印加する。また、２３は現像バイアス電圧制御手段であり、現像ローラ６に定電圧の直流電圧である現像バイアス電圧を印加する。現像バイアス電圧制御手段２３とトナー供給バイアス電圧制御手段２２は連携して制御を行う。

現像バイアス電圧制御手段２３は、現像バイアス電圧を少なくとも１００Ｖ以上になるように制御し、この現像バイアス電圧の制御に応じて、トナー供給バイアス電圧制御手段２２はトナー供給バイアス電圧の直流成分の電圧をこの現像バイアス電圧以上の電圧に制御する。さらに、トナー供給バイアス電圧制御手段２２は、トナー供給バイアス電圧の交流成分のピーク間振幅（以下、振幅［Ｐ−Ｐ］（Ｖ））を直流成分より小さく制御すると共に、現像バイアス電圧とトナー供給バイアス電圧の直流成分の電位差より少し大きい電圧になるように制御する。この現像バイアス電圧制御手段２３とトナー供給バイアス電圧制御手段２２の連携した制御により、現像ローラ６へのトナー搬送及び未消費トナーの掻き落としを効果的に行うことができる。なお、トナー供給ローラ７は、このほか接地したり、または直流電圧のみを印加したりするなど、他の制御手段を講じることが可能であり、この場合も同様の効果が得られる。

さて、図１において２４は実施例１の特徴である転写バイアス電圧制御手段である。転写バイアス電圧制御手段２４は、直流成分と交流成分が重畳されたトナー９と逆極性（正）の電圧を印加して、感光体ドラム１上のトナー画像を転写する。この詳細を図２、図３（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。図２において、９ａはトナー９と逆極性（正）の微細微粒子、２４ａは転写バイアス電圧制御手段２４が制御する直流電源、２４ｂは同様に転写バイアス電圧制御手段２４が制御する交流電源を示す。また、２５は用紙等の記録媒体である。

実施例１の場合、トナー９の極性は負、感光体ドラム１、転写ローラ１３の極性は正、微細微粒子９ａの極性が正であり、トナー９が感光体ドラム１に付着して静電潜像を形成し記録媒体２５に転写されるが、質量の大きな微粒子（逆極性に帯電したトナーなど）が感光体ドラム１、記録媒体２５に付着することはない。若しくは稀である。しかし、割れたトナー９やその欠片等の小さな微細微粒子９ａの場合には、ファンデルワールス力など静電力以外の物理力が作用し、感光体ドラム１に付着し、記録媒体２５に転写されることが発生する。なお、実施例１の場合トナー９の中心粒径は概ね１０μｍ〜１２μｍであり、微細微粒子９ａはこれよりはるかに小さいサイズとなる。

図３（ｂ）は従来のように直流の転写バイアス電圧を印加した場合を示している。感光体ドラム１に付着しているトナー９と微細微粒子９ａに対して、転写ローラ１３から感光体ドラム１まで変動の少ない所定の一様な電界が作用し、トナー９が記録媒体に転写される。このとき逆極性の微細微粒子９ａに対しては電気的な力のほかに上述の物理力が作用し、この物理力が静電力に打ち勝って一部の微細微粒子９ａを記録媒体に移転、付着させてしまう。

しかし、図３（ａ）のように転写バイアス電圧制御手段２４が直流成分と交流成分が重畳された転写バイアス電圧を印加した場合、記録媒体２５の表裏で起こる分極のため記録媒体２５を挟んで電荷が表裏両方向（双方向）に移動し、転写ローラ１３と感光体ドラム１間の電界は変動し、この交流成分による逆方向の電界が形成されたときは、静電力が逆極性の微細微粒子９ａに作用する物理力に対し逆向きの抵抗力として作用する。

このため、割れたトナー９やその欠片等の微細微粒子９ａを感光ドラム１から脱離させないで済むか、若しくは一旦脱離しても元に戻すことが可能になる。これにより微細微粒子９ａが記録媒体２５へ転写されるのを抑制することができる。また、微細微粒子９ａが感光ドラム１から脱離後浮遊して非画像領域に付着し、カブリなどの原因になるのを防止できる。しかし、実施例１においてはこのように交流成分で電界を変化させるものの、転写バイアス電圧自体は全体として正の値であり、トナー９に対して転写ローラ１３へ向う電気的な力を作用させることができる。従って、従来のように白抜けや転写ムラ、カブリを生じ、印字品質を低下させることはなく、転写効率を低下させることもない。

さて、以上説明した実施例１の画像形成装置は次のように動作する。ピックアップローラ１８が給紙トレイ１７から記録媒体を１枚ずつ取り出して搬送路Ａに搬入し、搬送ローラ１９によってレジストローラ１９ａの位置まで搬送される。感光体ドラム１の回転に伴ってトナー画像が転写ローラ１３と感光体ドラム１の接触部に到達したとき、レジストローラ１９ａによって、トナー画像とタイミングを合わせて記録媒体もこの接触部に到達するように制御される。転写ローラ１３にはトナー９と逆極性の転写バイアス電圧が印加されており、感光体ドラム１上のトナー画像が静電力等によって記録媒体に転写される。その後、記録媒体は定着装置１４に搬送され、ヒートローラ１５と加圧ローラ１６の熱と圧力で定着し、排紙トレイ２０に排出される。

そこで、直流成分と交流成分が重畳された転写バイアス電圧の制御の詳細を検討するため、現像バイアス電圧Ｘ（Ｖ）と、交流成分の周波数ｆ（Ｈｚ）と振幅［Ｐ−Ｐ］（Ｖ）を変化させて印字品質を評価した。最初に転写ローラゴム硬度の好適な範囲を転写効率の観点から求め、これをパラメータとして上記現像バイアス電圧Ｘ（Ｖ）と、交流成分の周波数ｆ（Ｈｚ）と振幅［Ｐ−Ｐ］（Ｖ）を変化させた。ニップ幅は上述したように１ｍｍ〜２０ｍｍが適当であるが、実施例１では３ｍｍに固定した。そして、印字品質はカブリの発生状況や、白抜け、転写ムラ等の画質、転写ローラの汚れで評価し、その評価は目視によって行った。評価は○，△，×の３段階評価で行った。なお、温度湿度は常温（室内）常湿の環境で行った。

図４において、転写ローラゴム硬度はＡｓｋｅｒＣである。これは転写バイアス電圧１ＫＶで片面印刷を行ったもので、周波数ｆ（Ｈｚ）は１０００Ｈｚ、交流成分の振幅［Ｐ−Ｐ］（Ｖ）は５００Ｖである。図４によれば、ゴム硬度１０°の位置で６０°から一挙に転写効率が上昇し、転写効率９３％に到達している。そして、ゴム硬度が６０°付近まで９３％〜９４％の状態を保ち、ゴム硬度７０°においても９１％程度、ゴム硬度７５°付近で８５％を示している。（表１）はこの実験の結果を表に表わしたものである。図４と（表１）によれば、この実験の評価を基に、印字品質を向上させるには転写ローラゴム硬度をＡｓｋｅｒＣで１０°〜６０°にするのが好適である。

次に、転写ローラゴム硬度をパラメータとして上記現像バイアス電圧Ｘ（Ｖ）と、交流成分の周波数ｆ（Ｈｚ）と振幅［Ｐ−Ｐ］（Ｖ）を変化させたときの結果を示す。いずれも片面印字の場合である。（表２）は転写ローラゴム硬度がＡｓｋｅｒＣで２０°の場合の結果を示す。

また、（表３）は転写ローラゴム硬度がＡｓｋｅｒＣで４０°の場合の結果を示す。片面印字である。

さらに、（表４）は転写ローラゴム硬度がＡｓｋｅｒＣで６０°の場合の結果である。上記と同様に片面印字である。

（表２）〜（表４）によれば、転写電圧Ｘ（Ｖ）が５００Ｖ〜６０００Ｖ、周波数ｆ（Ｈｚ）が５００Ｈｚ〜１０００Ｈｚ、振幅［Ｐ−Ｐ］（Ｖ）が５００Ｖのときに転写効率が９０％付近以上の高効率を示すと共に、カブリが少なく、白抜け、転写ムラ等が発生しておらず、転写ローラの汚れが少ないことが分かる。なお、振幅［Ｐ−Ｐ］（Ｖ）は転写電圧Ｘ（Ｖ）の絶対値の２倍を越えると、転写ローラ１３と感光体ドラム１間の電界は向きを変えて変動し、負に帯電したトナー９自体の転写を妨げるようになるため利用できない。従って、振幅［Ｐ−Ｐ］（Ｖ）≦２｜Ｘ（Ｖ）｜が印字品質を低下させない条件となる。ここに｜Ｘ（Ｖ）｜はＸ（Ｖ）の絶対値を示す。

実施例１の画像形成装置は、従来のように環境の変化に応じて条件を細かく設定し定電流制御と定電圧制御を使い分けて印字品質を保つというものではなく、交流成分と直流成分を併せて印加し、その関係と交流成分の作用で印字品質を確保しているものである。このため制御は容易になり、確実に印字品質を向上させることが可能になる。なお、ここでは表示しなかったが、周波数ｆ（Ｈｚ）はより広域の５０Ｈｚ〜５０００Ｈｚで変化させた場合にも、転写電圧Ｘ（Ｖ）、振幅［Ｐ−Ｐ］（Ｖ）を選ぶことで、比較的カブリ、白抜け、転写ムラ等が少なく、転写ローラの汚れが少ない画像形成装置にすることができる。

このように、実施例１の画像形成装置は、転写バイアス電圧を直流成分に交流成分を重畳させたため、転写ムラや白抜け、カブリの少ない優れた印字品質を提供することができる。また、直流成分が定電圧Ｘ（Ｖ）であり、交流成分が周波数ｆ（Ｈｚ）、振幅［Ｐ−Ｐ］（Ｖ）を有すとき、５００Ｖ≦｜Ｘ（Ｖ）｜≦６０００Ｖ、５００Ｈｚ≦ｆ（Ｈｚ）≦１０００Ｈｚ、［Ｐ−Ｐ］（Ｖ）≦２｜Ｘ｜とすることにより、確実に転写ムラや白抜け、カブリを防ぐことができる。

（実施例２）
次に、本発明の実施例２における画像形成装置、とくに両面印刷できる画像形成装置について詳細に説明する。実施例１では両面印字可能な画像形成装置の片面印刷を説明したが、実施例２では両面印刷を行う場合を説明する。従って、実施例１と実施例２の画像形成装置は構成が同一であり、同一符号は同一のものを示すから説明を省略する。

実施例２における画像形成装置は、図１に示す搬送路Ａで最初（１回目）の印字が行われ、排出トレイに排出された記録媒体が反転されて挿入され、搬送路Ｂを搬送された後、再度搬送路Ａを経て２回目の印字が行われる両面印刷可能なものである。

図５（ａ）は本発明の実施例２における画像形成装置に直流成分と交流成分を重畳させた転写バイアス電圧を印加したときの動作説明図、図５（ｂ）は図５（ａ）の画像形成装置に直流の転写バイアス電圧を印加したときの動作説明図である。

さて、両面印刷を行うときには、１回目の印刷で画像が定着された側を反転させて転写する。従って、搬送される記録媒体２５は、１回目の印刷で定着されたトナー９が裏面に付着しており、２回目の印刷では１回目の転写で定着したトナー９（画像領域）が今回の転写のための電界に変化をもたらす。

すなわち、画像領域では定着されたトナー９のため誘電率等の低下が起こり、記録媒体２５の分極率が下がって、転写ローラ１３と感光体ドラム１間の電界強度が低下する。従って、直流電圧だけを印加した場合には、図５（ｂ）に示すように１回目の印刷でトナー９が定着された画像領域で電界不足が起こり、移動、付着するはずのトナー９が転写されず、割れたトナー９や欠片等の小さな微細微粒子９ａが付着したりなどする。図５（ｂ）において、９ｂは本来転写されるはずの状態のトナーであり、実際には転写されていないトナーを示す。また、２６は１回目の印字でトナー９が定着された画像領域である。この画像領域以外が非画像領域となる。

しかし、実施例２で図５（ａ）に示すように転写バイアス電圧制御手段２４が直流成分と交流成分が重畳された転写バイアス電圧を印加した場合、記録媒体２５の分極率が下がっていても、転写ローラ１３と感光体ドラム１間の電界が交互に変動し、これは画像領域でも非画像領域でも同じであり、１回目の印刷の画像領域と非画像領域との電界が平均化され、平均的にみれば両者の電界の差は小さくなり、既に印刷されている画像領域部分の転写効率が非画像領域部分の転写効率と比較して低下することはない。１回目の印刷の状態は画像ｄｕｔｙ０％から１００％までありえるが、１回目の印刷面でいかなる印字濃度の場合であっても２回目の転写時に交流成分を重畳することで転写ムラは平均化され、スムーズで問題のない転写を達成できる。

そこで、実施例２において、現像バイアス電圧Ｘ（Ｖ）と、交流成分の周波数ｆ（Ｈｚ）と振幅［Ｐ−Ｐ］（Ｖ）を変化させて印字品質を評価した。転写ローラゴム硬度をパラメータとして変化させた。ニップ幅は３ｍｍ、印字品質は実施例１と同様にカブリの発生状況や白抜け、転写ムラ等の画質、転写ローラの汚れで評価し、その評価は目視によって行った。評価は○，△，×の３段階評価で行った。（表５）は両面印刷で転写ローラゴム硬度がＡｓｋｅｒＣで２０°の場合の結果を示す。

また、（表６）は両面印刷で転写ローラゴム硬度がＡｓｋｅｒＣで４０°の場合の結果を示す。

さらに、（表７）は転写ローラゴム硬度がＡｓｋｅｒＣで６０°の場合の結果である。上記と同様に両面印字である。

（表５）〜（表７）によれば、実施例１と同様、転写電圧Ｘ（Ｖ）が５００Ｖ〜６０００Ｖ、周波数ｆ（Ｈｚ）が５００Ｈｚ〜１０００Ｈｚ、振幅［Ｐ−Ｐ］（Ｖ）が５００Ｖのときに転写効率が９０％付近以上の高効率を示すと共に、カブリが少なく、白抜け、転写ムラ等が発生しておらず、転写ローラの汚れが少ないことが分かる。振幅［Ｐ−Ｐ］（Ｖ）は転写電圧Ｘ（Ｖ）の絶対値の２倍を越えると、転写ローラ１３と感光体ドラム１間の電界は向きを変えて変動し、負に帯電したトナー９自体の転写を妨げるようになるため利用できない。従って、振幅［Ｐ−Ｐ］（Ｖ）≦２｜Ｘ（Ｖ）｜が印字品質を低下させない条件となる。

実施例２の画像形成装置は、実施例１と同様、従来のように環境の変化に応じて条件を細かく設定し定電流制御と定電圧制御を使い分けて印字品質を保つというものではなく、交流成分と直流成分を併せて印加し、その関係と交流成分の作用で印字品質を確保しているものである。このため制御は容易になり、確実に印字品質を向上させることが可能になる。そして、周波数ｆ（Ｈｚ）は５０Ｈｚ〜５０００Ｈｚで変化させた場合にも、転写電圧Ｘ（Ｖ）、振幅［Ｐ−Ｐ］（Ｖ）を選ぶことで、カブリ、白抜け、転写ムラ等が少なく、転写ローラの汚れが少ない画像形成装置にすることができる。

以上説明した実施例２の画像形成装置は両面印刷時に次のように動作する。ピックアップローラ１８が給紙トレイ１７から記録媒体２５を１枚ずつ取り出して搬送路Ａに搬入し、搬送ローラ１９によってレジストローラ１９ａの位置まで搬送される。感光体ドラム１の回転に伴ってトナー画像が転写ローラ１３と感光体ドラム１の接触部に到達したとき、レジストローラ１９ａによって、トナー画像とタイミングを合わせて記録媒体２５もこの接触部に到達するように制御される。転写ローラ１３にはトナー９と逆極性の転写バイアス電圧が印加されており、感光体ドラム１上のトナー画像が静電力等によって記録媒体２５に転写される。その後、記録媒体２５は定着装置１４に搬送され、ヒートローラ１５と加圧ローラ１６の熱と圧力で定着し、排紙トレイ２０に排出される。

その後、両面印刷時であるため、手差しまたは自動で記録媒体を２回目の印刷のため排紙トレイ２０の排出口から挿入される。このとき搬送ローラ１９は逆回転するように制御され、両面印字用搬送ローラ１９ａの位置にまで到達すると、両面印字用搬送ローラ１９ａの回転力で記録媒体２５は搬送路Ｂに搬送される。搬送路Ｂを経て再びレジストローラ１９ａの位置まで搬送され、感光体ドラム１上のトナー画像は記録媒体２５の背面に転写される。その後、記録媒体２５は定着装置１４で定着され、排紙トレイ２０に排出される。

ところで、実施例２の画像形成装置はモノクロ画像形成装置を中心に説明したが、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）のトナーボトルを有する現像装置１２を設け、１回目の印刷をイエローで行い、２回目の印刷をマゼンダ、３回目の印刷をシアン、４回目の印刷を黒で行うなどのように、印刷を複数回繰返すカラー画像形成装置にも転用することができる。すなわち、４色の繰り返し転写で、静電分離の制御などを確実に行わないと印字品質を損なってしまうが、実施例２の画像形成装置は簡単にこれを回避することができ、カラー画像形成装置の片面印刷、両面印刷でも使うことができる。とくにカラー画像形成装置における両面印刷のときの印字品質を向上させることは従来の画像形成装置にはできないものである。

このように、実施例２の画像形成装置は、転写バイアス電圧を直流成分に交流成分を重畳させたため、両面印刷時に発生し易い転写ムラや白抜け、カブリの少ない優れた印字品質を提供することができる。また、直流成分Ｘ（Ｖ）、交流成分の周波数ｆ（Ｈｚ）、振幅［Ｐ−Ｐ］（Ｖ）としたとき、５００Ｖ≦｜Ｘ（Ｖ）｜≦６０００Ｖ、５００Ｈｚ≦ｆ（Ｈｚ）≦１０００Ｈｚ、［Ｐ−Ｐ］≦２｜Ｘ｜とすることにより、確実に転写ムラや白抜け、カブリを防ぐことができる。

本発明は、トナーを使った電子写真プロセスで画像を形成する複写機、プリンタ、複合機、ファクシミリ等の画像形成装置に適用することができる。

本発明の実施例１における画像形成装置の構成図 本発明の実施例１における画像形成装置の主要部構成の説明図 （ａ）本発明の実施例１における画像形成装置に直流成分と交流成分を重畳させた転写バイアス電圧を印加したときの動作説明図、（ｂ）図３（ａ）の画像形成装置に直流の転写バイアス電圧を印加したときの動作説明図 転写ローラゴム硬度と転写効率の関係図 （ａ）本発明の実施例２における画像形成装置に直流成分と交流成分を重畳させた転写バイアス電圧を印加したときの動作説明図、（ｂ）図５（ａ）の画像形成装置に直流の転写バイアス電圧を印加したときの動作説明図 従来の定電圧制御される転写装置の構成図 トナーボトルでの攪拌の様子を示す説明図

符号の説明

１ 感光体ドラム
２ 帯電器
３ 露光手段
３ａ 光線
４ 除電器
５ クリーニングブレード
６ 現像ローラ
７ トナー供給ローラ
８ トナーボトル
９ トナー
９ａ 微細微粒子
９ｂ 本来転写されるはずのトナー
１０ トナー攪拌部材
１１ トナー規制ブレード
１２ 現像装置
１３ 転写ローラ
１４ 定着装置
１５ ヒートローラ
１６ 加圧ローラ
１７ 給紙トレイ
１８ ピックアップローラ
１９ 搬送ローラ
１９ａ レジストローラ
２０ 排紙トレイ
２１ 両面印字用搬送ローラ
２２ トナー供給バイアス電圧制御手段
２３ 現像バイアス電圧制御手段
２４ 転写バイアス電圧制御手段
２４ａ 直流電源
２４ｂ 交流電源
２５ 記録媒体
２６ 画像領域
１０１ 感光体ドラム
１０２ 転写ローラ
１０３ 記録媒体
１０４ トナー
１０４ａ 微粒子
１０４ｂ 微細微粒子
１０５ 転写バイアス制御回路
１０６ トナーボトル
１０７ トナー撹拌部材

Claims (5)

1. トナー画像を担持する像担持体と、前記像担持体と接触して回転し、前記像担持体との間に搬送される記録媒体に、前記像担持体に担持されたトナー画像を転写させる転写ローラと、トナー画像を前記像担持体から前記記録媒体に転写させる転写バイアス電圧を、前記転写ローラに印加する制御手段と、を具備し、
   前記転写バイアス電圧は、直流成分に交流成分を重畳したものであることを特徴とした画像形成装置。
2. 前記直流成分が定電圧Ｘ（Ｖ）、前記交流成分が周波数ｆ（Ｈｚ）、振幅［Ｐ−Ｐ］（Ｖ）で表わされる電圧のとき、
   ５００Ｖ≦｜Ｘ（Ｖ）｜≦６０００Ｖ、
   ５００Ｈｚ≦ｆ（Ｈｚ）≦１０００Ｈｚ、かつ、
   ［Ｐ−Ｐ］（Ｖ）≦２｜Ｘ（Ｖ）｜
   の関係を満たすことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記転写ローラは弾性発泡体であって、前記転写ローラのゴム硬度がＡｓｋｅｒＣで１０°から６０°であることを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
4. 前記像担持体と前記転写ローラとの間のニップ幅は、１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
5. 前記制御手段は、両面印刷時の裏面に印字するとき、直流成分に交流成分を重畳した転写バイアス電圧を前記転写ローラに印加することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。

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