JP4543090B2 - 帯電装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、コロナ帯電方式の帯電装置および画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリなどの、電子写真方式の画像形成装置においては、像担持体として表面に光導電性物質を含む感光層を形成した感光体を用い、感光体表面に電荷を付与して均一に帯電させた後、種々の作像プロセスにて画像情報に対応する静電潜像を形成し、この静電潜像を、現像手段から供給されかつトナーを含む現像剤により現像して可視像とし、この可視像を紙などの記録材に転写した後、現像ローラによって加熱および加圧し、記録材に定着させることにより、記録紙上に画像が形成される。

このような画像形成装置では、感光体表面を帯電させるには、通常は帯電装置が用いられる。帯電装置には、感光体に対してコロナ放電を行うための放電電極と、必要に応じて感光体表面と放電電極との間に設けられて、放電電極により感光体表面に付与される電荷量ひいては感光体表面の帯電電位を制御する電極であるグリッド電極と、放電電極およびグリッド電極を支持する支持部材とで構成される非接触タイプのものと、帯電ローラや帯電ブラシなどを用いる接触タイプのものに大別される。

グリッド電極は感光体表面の帯電電位をほぼ正確に制御できるので、高速機用の画像形成装置では、グリッド電極を設けた非接触タイプの帯電装置が主流になりつつある。グリッド電極には、ステンレス鋼、タングステンなどからなるワイヤグリッド電極、ステンレス鋼などからなる金属板（グリッド基材）に多数の貫通孔が形成された多孔板状グリッド電極などが使用される。

一方、コロナ放電を行う放電電極としては、ワイヤ電極、複数の針状部を有する金属板電極（以後「針状電極」と称す）などが用いられる。これらの中でも、構成部品が少なく、寿命が長く、オゾン発生量が少なく、断線が起こりにくくて故障が少ないといった利点を有する針状電極が好ましく使用される。針状電極は、主にステンレス鋼などの鉄系金属材料からなる金属板にエッチングを施して、複数の針状部を形成することによって作製される。針状電極の材料であるステンレス鋼などの鉄系金属材料は、高い耐久性を有する反面、高湿環境下での水分、帯電動作時のコロナ放電により発生するオゾンや窒素酸化物などによって酸化され易いという欠点を有する。そして、針状電極を長時間にわたって使用する上では、高湿環境下での使用、オゾンや窒素酸化物との接触などは避けることができない。そのため、ステンレス鋼などの金属材料からなる針状電極では、空気中の水分、オゾンや窒素酸化物などによって錆などの腐蝕が発生し、その耐久性が低下する。それとともに、針状部からコロナ放電するために針状電極に印加される電圧の制御能力が低下し、感光体表面の帯電電位が不均一になり、所望の帯電電位を常に安定して感光体表面に付与できない。また、ワイヤ電極においても、コロナ放電によって生成するオゾンによって錆、腐食などが発生し、感光体表面の帯電電位が不均一になるという、針状電極と同様の解決すべき課題がある。

帯電装置における上記のような課題に鑑み、たとえば、特許文献１には、一面が開放されるシールドケース内に張設されるワイヤ電極と、ワイヤ電極と感光体との間に配置される板状グリッド電極とを含む帯電装置であって、板状グリッド電極が、ステンレス鋼製多孔板の表面に厚さ約１μｍのニッケルめっき層を形成し、さらにその上に厚さ約０．３μｍの金めっき層を形成したものである帯電装置が提案されている。特許文献１に開示される板状グリッド電極は、ニッケルめっき層を介して金めっき層を形成するので、金めっき層が剥離し難く、耐腐蝕性および感光体表面の帯電電位の制御性が比較的良好である。しかしながら、この板状グリッド電極の製造には、ニッケルめっき処理および金めっき処理という２度のめっき処理工程を経ることが必須であるため、製造工程が繁雑になり、コストが上昇するという欠点がある。

また、この板状グリッド電極において、前記のような好ましい特性を充分に発揮させるには、金めっき層の厚みを０．３μｍ以上とすることが必要である。加えて、板状グリッド電極は感光体とほぼ同じ寸法を有する比較的大きな部材であるから、めっき層を厚くしなければならないことも相俟って、金の使用量は必然的に増加する。このような金の多用は、帯電装置ひいては画像形成装置の価格を必要以上に上昇させ、画像形成装置の長所の一つである、比較的低価格であることに基因する汎用性を損なうものである。したがって、金などの高価な材料を用いることなく、耐久性および感光体表面での帯電電位の制御性に優れる帯電装置が望まれる。

また、特許文献２には、ワイヤ電極と、ステンレス鋼製金属板の表面にパルス電流を用いる電解めっき法によって直接金めっき層を形成した板状グリッド電極とを含む帯電装置が提案されている。この板状グリッド電極も金めっき層が剥離し難くいので、特許文献１に開示される板状グリッド電極と同様に、耐腐蝕性が高く、感光体表面の帯電電位の制御性も良好である。しかしながら、この板状グリッド電極においても、金めっき層の厚さを０．３μｍ以上にする必要があるので、特許文献１に開示される帯電装置と同様の欠点がある。

一方、たとえば、特許文献３には、めっき処理によって金、白金、銅、ニッケルまたはクロムから成る被覆層がその表面に形成された針状電極を含む帯電装置が提案されている。針状電極は、エッチング加工、精密プレスなどの方法で作製される。これらの方法によって作製された針状電極の加工断面は滑らかさに欠け、微細な凹凸が生じる。このような微細な凹凸は、特許文献３に記載される、めっき処理による被覆層を有する針状電極においてもそのまま残る。微細な凹凸が残った針状電極においては、針状電極に印加される電圧の制御能力である印加電圧制御性能が低下し、コロナ放電のバランスを乱して感光体表面の帯電電位が不均一化する原因となる。

また、針状電極に形成される微細な凹凸には、極小トナーなどの汚染物質が付着し易い。すなわち、特許文献３に記載される針状電極は、長期的な使用によって極小トナーなどの汚染物質が付着するので、針状電極の印加電圧制御性能が一層低下し、それが原因となって感光体表面の帯電電位が一層不均一になるという欠点がある。

また、針状電極において錆などの腐蝕に至る現象を解析したところ、その核となる物質は、電極表面に付着した微小ごみ、極小トナーおよびその外添剤、湿気などの汚染物質であることが判明した。つまり、微細な凹凸が形成される針状電極では、前述のように、汚染物質が付着し易いので、錆などの腐蝕が発生し易くなる。そのため、針状電極の印加電圧制御性能がさらに低下し、感光体表面の帯電電位がさらに一層不均一になる。

特開平１１−４０３１６号公報 特開２００１−１６６５６９号公報 特開２００４−４３３４号公報

したがって本発明の目的は、電極の表面に付着した汚染物質を容易に除去することができて、感光体表面の帯電電位が不均一になるのを防止し、感光体表面の帯電電位を長期間にわたって適正な範囲に維持することができる帯電装置を提供することである。また、該帯電装置を含んで構成され、長期間にわたって高画質画像を記録することができる画像形成装置を提供することである。

本発明は、電圧が印加されて感光体表面を帯電させる放電電極と、放電電極と感光体との間に設けられて感光体表面の帯電電位を制御するグリッド電極とを含む帯電装置であって、
前記放電電極には、自ら振動して放電電極を振動させる振動部が形成され、
前記振動部は、板状に形成された圧電材料から成る圧電素子が２枚貼り合わされ、当該貼り合わせの間に電極層を有して、それぞれの圧電素子に逆相の電圧が印加されることによって振動する圧電バイモルフ素子であり、音叉形状に形成されることを特徴とする帯電装置である。

また本発明は、前記振動部は、前記放電電極に電圧の印加が開始される前に、または電圧の印加が停止された後に振動するように構成されることを特徴とする。

また本発明は、前記振動部は、前記放電電極に電圧の印加が開始される前および電圧の印加が停止された後の両方に振動するように構成されることを特徴とする。

また本発明は、前記圧電素子が圧電セラミックスから成ることを特徴とする。

また本発明は、前記放電電極は、複数の先鋭状突起部を有して板状に形成され、
前記振動部は、前記先鋭状突起部の先端部まで振動させることが可能となるように、前記圧電素子の長手方向の長さが設定されることを特徴とする。

また本発明は、前記圧電バイモルフ素子の配置位置が、前記放電電極の長手方向の中央部であることを特徴とする。

また本発明は、前記圧電バイモルフ素子に対して電圧を印加するときの周波数が、１００Ｈｚ以上１６００Ｈｚ以下の範囲に設定されることを特徴とする。

また本発明は、その表面に静電荷像が形成される感光体と、感光体の表面を帯電させるための帯電装置と、帯電状態にある感光体表面に画像情報に基づく信号光を照射して静電荷像を形成する露光手段と、感光体表面の静電荷像を現像してトナー像を形成する現像手段と、トナー像を記録材に転写させる転写手段と、記録材に転写されるトナー像を定着させる定着手段とを含む画像形成装置であって、
前記帯電装置が、前記帯電装置であることを特徴とする画像形成装置である。

本発明によれば、感光体表面を帯電させる放電電極には、振動して放電電極を振動させる振動部が形成される。そして、前記振動部は、圧電素子が２枚貼り合わされて、当該貼り合わせの間に電極層を有する圧電バイモルフ素子である。圧電素子は、電圧が印加されることで、表面に沿う接線方向に歪みが発生する。このような特性をもつ圧電素子が２枚貼り合わされた圧電バイモルフ素子においては、それぞれの圧電素子に逆相の電圧が印加されると、一方の圧電素子が縮み他方の圧電素子が伸びて、全体的には自由端が湾曲する。このような圧電バイモルフ素子は、印加される電圧の向きが変化すると湾曲の方向が変化するので、振動することになる。

放電電極には、前述のような動作によって振動する圧電バイモルフ素子が形成されるので、放電電極の表面に付着した汚染物質を、振動によって容易に除去することができる。そのため、放電電極表面に付着した汚染物質が原因となって放電電極の印加電圧制御性能が低下するのを抑制することができる。さらに、放電電極表面に付着した汚染物質が核となって錆などの腐蝕が発生するのを防止することができるので、放電電極の印加電圧制御性能が低下するのをさらに抑制することができる。したがって、放電電極の印加電圧制御性能が長期間にわたって維持されるので、感光体表面の帯電電位を長期間にわたって適正な範囲に維持することができる。
また、振動部は、音叉形状に形成される。そのため、振動部が振動するとき、共鳴して振動する。したがって、振動部が振動するときに必要となる印加電圧の電圧値を低くすることができる。

また本発明によれば、振動部は、放電電極に電圧の印加が開始される前に、または電圧の印加が停止された後に振動するように構成される。これによって、放電電極に電圧が印加されて感光体表面を帯電させるときには、振動部は振動しておらず、放電電極は振動されていないことになる。そのため、放電電極が感光体表面を帯電させる帯電性能が低下するのが抑制される。

また本発明によれば、振動部は、放電電極に電圧の印加が開始される前および電圧の印加が停止された後の両方に振動するように構成される。これによって、感光体表面に対する放電電極の帯電性能が低下するのが抑制される状態を維持しつつ、放電電極表面に付着した汚染物質の除去能力を向上させることができる。

また本発明によれば、圧電素子がセラミックスから成る。これによって、圧電素子としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などの他の材料を用いた場合よりも、圧電バイモルフ素子が振動するときの自由端の湾曲度合いを大きくすることが可能となり、放電電極表面に付着した汚染物質の除去能力を向上させることができる。

また本発明によれば、放電電極は、複数の先鋭状突起部を有して板状に形成される。先鋭状突起部のような複雑な形状をもつ放電電極においては、振動部の振動が先鋭状突起部の先端部にまで伝導せず、放電電極全体を充分に振動させることが困難となる場合がある。先鋭状突起部を有する放電電極においても、圧電素子の長手方向の長さを所定の長さに設定することによって、先鋭状突起部の先端部まで振動させることができる。

また本発明によれば、圧電バイモルフ素子が、放電電極の長手方向の中央部に配置される。これによって、圧電バイモルフ素子は、放電電極表面における振動量が全面にわたって均一となるように、放電電極を振動させることができる。したがって、放電電極が先鋭状突起部を有する場合には、圧電バイモルフ素子は、全ての先鋭状突起部を効率よく振動させることができる。

また本発明によれば、圧電バイモルフ素子に電圧を印加するときの周波数が、１００Ｈｚ以上１６００Ｈｚ以下の範囲に設定される。この範囲の周波数は、放電電極の固有振動数に近いため、放電電極は適度に振動することができる。

また本発明によれば、画像形成装置が、感光体表面の帯電電位を長期間にわたって適正な範囲に維持することができる帯電装置を備える。そのため、長期間にわたって高画質画像を記録することができる。

図１は、帯電装置５０の構成を示す斜視図である。また、図２は、帯電装置５０の正面図である。帯電装置５０は、複数の先鋭状突起部５１ｂを有する板状の放電電極５１（以後「針状電極５１」と称す）と、針状電極５１を保持する保持部材５３と、針状電極５１、保持部材５３を収容するシールドケース５４と、感光体表面の帯電電位を調整する板状グリッド電極５２とを含む構成である。帯電装置５０は、放電電極である針状電極５１に電圧が印加されることによってコロナ放電が起こり、後述する感光体ドラム２３の表面を帯電するとともに、板状グリッド電極５２に所定のグリッド電圧が印加されることによって、感光体ドラム２３の表面の帯電状態が均一化され、感光体ドラム２３の表面を所定の電位および極性に帯電する装置である。この帯電装置５０は、後述する画像形成装置１が有する電子写真プロセスユニット２１において、感光体ドラム２３を臨み感光体ドラム２３の軸方向に沿って配置される。

図３は、針状電極５１の構成を示す斜視図である。針状電極５１には、後述の感光体ドラム２３を帯電させるべく動作中は、コロナ放電するために、５ｋＶ程度の電圧が印加される。針状電極５１は薄板状部材であり、一方向に長く延びる平板部５１ａと平板部５１ａの短手方向の一端面から短手方向に突出するように形成される先鋭状の突起部５１ｂとによって構成されるものである。さらに帯電装置５０においては、針状電極５１には、圧電バイモルフ素子１００が形成されている。

針状電極５１の材料になる金属としては、電圧の印加によってコロナ放電が可能であり、また先鋭状突起部５１ｂの形成が可能であれば特に制限なく使用でき、たとえば、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、銅、鉄などが挙げられる。これらの中でも、ステンレス鋼が好ましい。ステンレス鋼の具体例としては、たとえば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０９、ＳＵＳ３１６などが挙げられ、これらの中でもＳＵＳ３０４が好ましい。

針状電極５１の寸法について例示すると、平板部５１ａの短手方向の長さＬ１は、１０ｍｍ程度が好ましく、先鋭状突起部５１ｂの突出方向の長さＬ２は、２ｍｍ程度が好ましく、先鋭状突起部５１ｂの先端の曲率半径Ｒは、４０μｍ程度が好ましく、先鋭状突起部５１ｂの形成されるピッチＴＰは、２ｍｍ程度が好ましい。また、針状電極５１の厚さは特に制限されないけれども、好ましくは０．０５〜１ｍｍ、さらに好ましくは０．０５〜０．３ｍｍである。

このような先鋭状突起部５１ｂを有する形状に加工する方法としては、たとえば、エッチング加工、精密プレスなどの方法を挙げることができる。エッチング加工によって作製される針状電極５１の基材においては、針状電極基材のエッチング加工断面は滑らかさに欠け、微細な凹凸が生じる場合がある。このような微細な凹凸には、極小トナーなどの汚染物質が付着し易く、そのため、針状電極５１の印加電圧制御性能が低下して放電が不均一になる。さらに、汚染物質が付着し易いので、付着した汚染物質が核となって錆などの腐蝕が発生し易くなり、放電がさらに不均一になる。

そこで、針状電極５１には、振動部である圧電バイモルフ素子１００が形成されている。圧電バイモルフ素子１００は、自身が振動することによって針状電極５１を振動させることが可能な部材であり、針状電極５１の表面に付着した汚染物質を振動によって容易に除去することができる。

圧電バイモルフ素子１００は、第１圧電素子１０２と第２圧電素子１０３とが貼り合わされ、当該貼り合わせの間に電極層（ベース部）１０１を有している。そして、圧電バイモルフ素子１００に電圧を印加するときの電気配線として、第１圧電素子１０２に第１ハーネス線１０４、第２圧電素子１０３に第２ハーネス線１０５がそれぞれ接続されている。

ベース部１０１は、圧電バイモルフ素子１００を振動させるための電圧が印加される部位であり、金属材料から成る。本実施の形態では、ベース部１０１は、針状電極５１の平板部５１ａが、コの字型に切り取られた残余の部分であり、矩形板状に形成されて、一方の端部が平板部５１ａに接続されて、他方の端部が自由端となる。また、ベース部１０１の長手方向に延びる向きは、特に限定されないが、本実施の形態では、針状電極５１の長手方向と同一の方向とする。これによって、圧電バイモルフ素子１００の振動が、針状電極５１の表面全体に効率よく伝導し、針状電極５１を効率よく振動させることができる。

２つの圧電素子１０２，１０３は、電圧が印加されることで、表面に沿う接線方向に歪みが発生する圧電材料から成る。圧電材料としては、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ［Ｚｒ・Ｔｉ］Ｏ_３）、ニオブ酸鉛（ＰｂＮｂ_２Ｏ_６）などのセラミックス系圧電材料、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などの高分子系圧電材料、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、水晶などの単結晶系圧電材料などを挙げることができる。これらの圧電材料の中でも、セラミックス系圧電材料を使用するのが好ましい。これによって、圧電材料として他の材料を用いた場合よりも、後述する圧電バイモルフ素子１００が振動するときの自由端の歪み量を大きくすることが可能となり、針状電極５１に付着した汚染物質の除去能力を向上させることができる。また、セラミックス系圧電材料は、たとえば、ブザーなどの圧電素子として一般的に使用されているため、汎用性がありかつ安価に入手可能である。

また、２つの圧電素子１０２，１０３は、ベース部１０１の表面を被覆するように形成され、ベース部１０１の厚み方向一方の面に第１圧電素子１０２が形成され、厚み方向他方の面に第２圧電素子１０３が形成される。このとき、圧電素子１０２，１０３の形状は、ベース部１０１の形状に対応して、それぞれ矩形板状に形成される。圧電素子１０２，１０３は、たとえば、ベース部１０１の表面に前述した圧電材料を塗布し、その後焼成処理することによって形成することができる。このようにして、一方の端部が針状電極５１の平板部５１ａに接続されて、他方の端部が自由端となる圧電バイモルフ素子１００が形成される。

圧電バイモルフ素子１００は、針状電極５１に複数形成されてもよく、その個数および形成位置は、特に限定されない。複数の圧電バイモルフ素子１００を形成する場合には、圧電バイモルフ素子１００が均等間隔に並ぶように形成するのが好ましい。これによって、針状電極５１表面における振動量が全面にわたって均一となるように、針状電極５１を振動させることができる。

また、針状電極５１に形成される圧電バイモルフ素子１００の個数を多くすれば、針状電極５１を振動させる能力が向上し、汚染物質を効率よく除去することができるが、複数の圧電バイモルフ素子１００を制御する制御が複雑化し、かつ針状電極５１の製造コストが上がることになる。そのため、本実施の形態では、針状電極５１に圧電バイモルフ素子１００を１つ形成する。圧電バイモルフ素子１００を１つ形成する場合、針状電極５１の長手方向の中央部に形成することによって、針状電極５１表面における振動量が全面にわたって均一となるように、針状電極５１を振動させることができる。なお、１つの圧電バイモルフ素子１００を針状電極５１の中央部に形成した場合には、ハーネス線１０４，１０５が煩雑な状態で配置されることがないように注意が必要である。本実施の形態では、１つの圧電バイモルフ素子１００が、針状電極５１の長手方向端部に形成したもので概略説明を行う。このように圧電バイモルフ素子１００が針状電極５１の長手方向端部に形成された場合には、ハーネス線１０４，１０５が煩雑な状態で配置されることがない。

図４は、圧電バイモルフ素子１００の動作を説明する図である。圧電バイモルフ素子１００の２つの圧電素子１０２，１０３はそれぞれ厚み方向に分極しており、その分極の向きは、２つの圧電素子１０２，１０３で同一に揃えられている。ベース部１０１に、駆動電源１０６からハーネス線１０４，１０５を介して交番電圧が印加されると、２つの圧電素子１０２，１０３には、表面に沿う接線方向（針状電極５１の長手方向に平行な方向）に歪みが発生する。このような特性をもつ圧電素子が２枚貼り合わされた圧電バイモルフ素子１００においては、それぞれの圧電素子１０２，１０３に逆相の電圧が印加されると、一方の圧電素子が縮み他方の圧電素子が伸びて、全体的には自由端が湾曲する。

たとえば、図４（ａ）においては、正電圧が印加された第２圧電素子１０３が表面に沿う接線方向に伸び、負電圧が印加された第１圧電素子１０２が表面に沿う接線方向に縮んで、全体的には第１圧電素子１０２が配置された方向に湾曲する。次に、スイッチング回路などを用いて、２つの圧電素子１０２，１０３に印加する電圧の極性を逆にすると、図４（ｂ）に示すように、負電圧が印加された第２圧電素子１０３が表面に沿う接線方向に縮み、正電圧が印加された第１圧電素子１０２が表面に沿う接線方向に伸びて、全体的には第２圧電素子１０３が配置される方向に湾曲する。このように、圧電バイモルフ素子１００は、圧電素子１０２，１０３に印加する電圧の向きが変化すると、自由端の湾曲の方向が変化するので、振動することになる。

以上のようにして圧電バイモルフ素子１００が振動することによって、その振動が針状電極５１表面に伝導し、針状電極５１を振動させることができる。そのため、針状電極５１表面に付着した汚染物質を、振動によって容易に除去することができる。そのため、針状電極５１表面に付着した汚染物質が原因となって針状電極５１の印加電圧制御性能が低下するのを抑制することができる。さらに、針状電極５１表面に付着した汚染物質が核となって錆などの腐蝕が発生するのを防止することができるので、針状電極５１の印加電圧制御性能が低下するのをさらに抑制することができる。したがって、針状電極５１の印加電圧制御性能が長期間にわたって維持されるので、感光体ドラム２３の帯電電位を長期間にわたって適正な範囲に維持することができる。

また、一般的な帯電装置では、針状電極の表面に付着した汚染物質を除去するために、針状電極表面を擦過して清掃する清掃手段が配設されている場合がある。帯電装置５０は、針状電極５１の表面に圧電バイモルフ素子１００が形成されて、圧電バイモルフ素子１００の振動によって汚染物質を除去するので、清掃手段を用いる必要がなく、設備を簡単化することができる。

針状電極５１を振動させる能力、ひいては針状電極５１表面に付着した汚染物質を除去する能力は、圧電バイモルフ素子１００の自由端の歪み量によって決まる。つまり、圧電バイモルフ素子１００の自由端の歪み量が大きいと、針状電極５１の振動の振幅が大きくなり、振動による汚染物質の除去能力が向上することになる。

圧電バイモルフ素子１００の自由端の歪み量（ΔＬ）は、下記式（１）で導かれる。

［式中、Ｌは圧電素子の長さ、ｔは圧電素子の厚み、Ｖは印加電圧、ｄ_３１は圧電歪定数をそれぞれ示す。］

圧電素子１０２，１０３の長手方向の長さ、つまり圧電バイモルフ素子１００の長手方向の長さを長く設定することによって、式（１）から明らかに、圧電バイモルフ素子１００の自由端の歪み量ΔＬを大きくすることができる。したがって、圧電バイモルフ素子１００の長さを可能な限り長くすることによって、汚染物質の除去能力を向上させることができる。しかしながら、圧電バイモルフ素子１００の長さが長くなり過ぎると、針状電極５１表面における圧電バイモルフ素子１００の占有率が大きくなり過ぎて、針状電極５１の放電特性に悪影響を及ぼす場合がある。したがって、本実施の形態においては、針状電極５１の先鋭状突起部５１ｂの先端部まで振動させることが可能となるように、圧電バイモルフ素子１００の長手方向の長さは、針状電極５１の長手方向の長さに対して３〜２０％の割合となる１０〜５０ｍｍに設定される。

圧電素子１０２，１０３の厚みがベース部１０１の厚みと同等以上に設定されている場合には、圧電素子１０２，１０３の厚みを小さく設定することによって、式（１）から明らかに、圧電バイモルフ素子１００の自由端の歪み量ΔＬを大きくすることができる。本実施の形態では、ベース部１０１の厚みに対する圧電素子１０２，１０３のそれぞれの厚みの割合は、１〜５倍に設定される。具体的には、ベース部１０１の厚みが０．１ｍｍであるのに対して、圧電素子１０２，１０３の厚みは０．１〜０．５ｍｍの範囲となるように設定される。圧電素子１０２，１０３のそれぞれの厚みが０．５ｍｍを超えると圧電バイモルフ素子１００の歪み量が小さくなり過ぎる。そして、圧電素子１０２，１０３の厚みが０．１ｍｍより小さいと、ベース部１０１の影響が大きくなり、圧電バイモルフ素子１００の自由端を湾曲させるのが困難となる。

圧電バイモルフ素子１００に対する印加電圧は、ＤＣ７０Ｖ程度となるように設定されれば、圧電バイモルフ素子１００の自由端の歪み量ΔＬを充分得ることができる。この圧電バイモルフ素子１００に対する印加電圧値は、感光体ドラム２３を帯電させるときに針状電極５１に印加する電圧値（たとえば５ｋＶ程度）に比べて、極めて小さい値である。このように圧電バイモルフ素子１００を振動させるときに印加する電圧値は極めて小さいので、この電圧でコロナ放電が発生することはない。

また、圧電バイモルフ素子１００に対する印加電圧は、圧電バイモルフ素子１００の自由端の湾曲方向を変化させるために、スイッチング回路などを用いて、２つの圧電素子１０２，１０３に印加する電圧の極性が変化するように構成される。このとき、交流電圧電源を用いることによって、２つの圧電素子１０２，１０３に印加する電圧の極性が変化するようにしてもよい。

また、圧電バイモルフ素子１００に対して電圧を印加するときの周波数は、１００〜１６００Ｈｚの範囲に設定されるのが好ましい。この範囲の周波数は、ステンレス鋼から成る針状電極５１の固有振動数に近いため、針状電極５１を適度に振動させることができる。

また、圧電バイモルフ素子１００に対する印加電圧を、感光体ドラム２３表面を帯電させるときに針状電極５１に電圧を印加する電圧電源から供給できるように構成してもよい。

なお、圧電バイモルフ素子１００は、針状電極５１を振動させることが可能となるように構成されていればよく、その形状および配置位置などは、前述したものに限定されるものではない。

針状電極５１を保持する保持部材５３は、針状電極５１と同様に一方向に長く延び、長手方向に直交する断面が逆Ｔ字状の部材であり、たとえば樹脂製である。保持部材５３は、圧電バイモルフ素子１００が保持部材５３と接触せずスムーズな振動が可能なように、圧電バイモルフ素子１００が形成される部位に対応する部分については、樹脂が切り取られている。針状電極５１は、その長手方向の両端部付近において、保持部材５３の突出部分の一側面に、ねじ部材５５によってねじ止めされる。

シールドケース５４は、たとえばステンレス鋼製であり、その外観形状が直方体で内部空間を有するとともに、後述する感光体ドラム２３を臨む一方の面に開口部を有する容器状の部材である。またシールドケース５４は、針状電極５１と同一方向に長く延び、長手方向に直交する方向の断面形状が略Ｕ字状を有する。シールドケース５４の底面に保持部材５３が装着される。

板状グリッド５２は、針状電極５１と後述する感光体ドラム２３との間に設けられ、このものに電圧が印加されることによって、感光体ドラム２３表面の帯電状態のばらつきを調整し、帯電電位を均一化する。板状グリッド電極５２は、針状電極５１と同様に金属素材を含んで構成される。また、板状グリッド電極５２は、化学研磨処理によって多孔状に形成されるようにマスキング処理およびエッチング処理を行う以外は、針状電極５１と同様に作製できる。

図５は、本発明の実施の一形態である帯電装置６０の構成を示す正面図である。帯電装置６０は、前述した帯電装置５０に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。帯電装置６０は、針状電極５１を振動させる圧電バイモルフ素子１１０の形状が異なる以外は、前述した帯電装置５０と同様である。

帯電装置６０の針状電極５１に形成される圧電バイモルフ素子１１０は、板状に形成されて、その表面の形状が音叉形状となるように構成されている。そのため、圧電バイモルフ素子１１０が振動するとき、共鳴して振動する。したがって、圧電バイモルフ素子１１０が振動するときに必要となる印加電圧の電圧値を低くすることができる。

図６は、本発明の実施の一形態である画像形成装置１の構成を示す図である。画像形成装置１は、前述した感光体表面の帯電電位を長期間にわたって適正な範囲に維持することができる帯電装置５０，６０を備える。そのため、長期間にわたって高画質画像を記録することができる。画像形成装置１は、複写機能、プリンタ機能およびファクシミリ機能を併せ持つ複合機である。すなわち、画像形成装置１においては、コピアモード（複写モード）、プリンタモードおよびＦＡＸモードという３種の印刷モードを有しており、図示しない操作部からの操作入力、パーソナルコンピューターなどの外部ホスト装置からの印刷ジョブの受信などに応じて、図示しない制御部により、印刷モードが選択される。

画像形成装置１は、記録媒体を貯留しかつ後述の画像形成部３に記録媒体を送給する給紙ユニット部２と、記録媒体に画像を形成する画像形成部３と、排紙部４と、複写用原稿に記載される画像および／または文字を読み取り、その情報を電気的信号に変換して画像形成部３に伝達する原稿読取部５とを含んで構成される。

給紙ユニット部２は、記録紙、ＯＨＰなどの記録媒体を収容する給紙トレイ１０，１１，１２，１３と、給紙トレイ１０〜１３に収容される記録媒体を画像形成部３に搬送するための第１および第２搬送路１４，１５と、給紙トレイ１０〜１３ならびに第１および第２搬送路１４，１５を収容して保護するフレーム１６と、フレーム１６の上部に設けられる手差し部１７とを含んで構成される。

給紙トレイ１０〜１３は、たとえば、トレイ毎に異なるサイズおよび／または種類の記録媒体を収容できる。ここで、サイズとは、たとえば、ＪＩＳ Ｐ ０１３８またはＪＩＳ Ｐ ０２０２に規定されるＡ３、Ａ４、Ｂ４、Ｂ５などのサイズを意味する。また、これらのサイズに限定されず、不定形の記録媒体を収容することもできる。一方、種類とは、普通紙、カラーコピー用紙などの記録紙、ＯＨＰフィルムなどを意味する。勿論、給紙トレイ１０〜１３には、同じサイズおよび同じ種類の記録媒体を収容することもできる。給紙トレイ１０，１１は互いに並列配置され、これらの下側に給紙トレイ１２が配置され、さらにその下側に給紙トレイ１３が配置される。給紙トレイ１０〜１３への記録媒体の補給は、たとえば、画像形成装置１の正面側（操作側）に、給紙トレイ１０〜１３を引き出して行われる。

第１搬送路１４は、給紙ユニット部２のフレーム１６に沿って、画像形成装置１の設置面に対して垂直方向であるほぼ鉛直方向に延びるように設けられ、給紙トレイ１０，１２，１３に収容される記録媒体を画像形成部３に送給する。また、第２搬送路１５は、給紙ユニット部２のフレーム１６に沿って、画像形成装置１の設置面に対して平行方向であるほぼ水平方向に延びるように設けられ、給紙トレイ１１に収容される記録媒体を画像形成部３に送給する。このように、給紙ユニット部２のフレーム１６内には、給紙トレイ１０〜１３ならびに第１および第２搬送路１４，１５が効率良く配置され、省スペース化が実現される。

手差し部１７は、フレーム１６の上方に設けられ、手差しトレイ１８と、手差しトレイ１８に供給される記録媒体を画像形成装置１の内部に取り込むための給紙ローラ１９ａ，１９ｂと、第２搬送路１５に接続するように設けられ、給紙ローラ１９ａ，１９ｂによって画像形成装置１の内部に取り込まれる記録媒体を画像形成部３に送給する手差し送給路２０とを含んで構成される。

手差しトレイ１８は、画像形成装置１の内部において、フレーム１６の上側に固定され、かつその一部が画像形成装置１の側面から外方に向けて突出するように設けられる。また、手差しトレイ１８は、画像形成装置１の内部に収納可能に設けられる。手差しトレイ１８から、画像形成装置１の内部に記録媒体が供給される。

給紙ローラ１９ａ，１９ｂは、互いに圧接し、かつそれぞれ図示しない駆動手段によって軸線回りに回転駆動可能に設けられる。手差しトレイ１８から給紙ローラ１９ａ，１９ｂの圧接部に供給される記録媒体は、給紙ローラ１９ａ，１９ｂの回転駆動によって、手差し送給路２０に送られる。

手差し送給路２０は、フレーム１６を貫通して第２搬送路１５に接続するように設けられる。給紙ローラ１９ａ，１９ｂによって手差し送給路２０に送られてきた記録媒体は、第２搬送路１５を通過して画像形成部３に送給される。

手差し部１７によれば、手差しトレイ１８から供給される記録媒体は、給紙ローラ１９ａ，１９ｂによって手差し送給路２０に送られ、さらに第２搬送路１５を介して、画像形成部３に送られる。

給紙ユニット部２においては、記録媒体に画像形成を行う場合に、給紙トレイ１０〜１３の中から、予め指定されるサイズおよび種類の記録媒体が収容されるトレイが選択され、そのトレイから記録媒体が１枚ずつ分離され、分離される記録媒体は、第１搬送路１４および第２搬送路１５のいずれかを介して、画像形成部３に送給され、画像形成が行われる。または、手差し部１７から供給される記録媒体は、同様にして、画像形成部３に送給され、画像形成が行われる。

画像形成部３は、画像データに対応して形成されるトナー像を記録媒体に転写する電子写真プロセス部２１と、電子写真プロセス部２１において記録媒体上に転写されるトナー像を記録媒体に定着させる定着部２２とを含んで構成される。

電子写真プロセス部２１は、感光体ドラム２３と、帯電手段２４と、光走査ユニット２５と、現像ユニット２６と、現像剤貯留ユニット２７と、転写ユニット２８と、クリーニングユニット２９とを含んで構成される。

感光体ドラム２３は、図示しない駆動手段により、軸線回りに回転駆動可能に支持され、図示しない、円筒状、円柱状または薄膜シート状、好ましくは円筒状の導電性基体と、導電性基体の表面に形成される感光層とを含んで構成される。

導電性基体の材料になる導電性材料としては、この分野で常用されるものを使用でき、たとえば、アルミニウム、銅、真鍮、亜鉛、ニッケル、ステンレス鋼、クロム、モリブデン、バナジウム、インジウム、チタン、金、白金などの金属、これらの２種以上の合金、合成樹脂フィルム、金属フィルム、紙などのフィルム状基体にアルミニウム、アルミニウム合金、酸化錫、金、酸化インジウムなどの１種または２種以上からなる導電性層を形成してなる導電性フィルム、導電性粒子および／または導電性ポリマーを含有する樹脂組成物などが挙げられる。なお、導電性フィルムに用いられるフィルム状基体としては、合成樹脂フィルムが好ましく、ポリエステルフィルムが特に好ましい。また、導電性フィルムにおける導電性層の形成方法としては、蒸着、塗布などが好ましい。

感光層は、たとえば、電荷発生物質を含む電荷発生層と、電荷輸送物質を含む電荷輸送層とを積層することによって形成される。その際、導電性基体と電荷発生層または電荷輸送層との間には、下引き層を設けるのが好ましい。下引き層を設けることによって、導電性基体の表面に存在する傷および凹凸を被覆して、感光層表面を平滑化する、繰り返し使用時における感光層の帯電性の劣化を防止する、低温および／または低湿環境下における感光層の帯電特性を向上させるといった利点が得られる。

電荷発生層は、光照射により電荷を発生する電荷発生物質を主成分とし、必要に応じて公知の結着剤樹脂、可塑剤、増感剤などを含有する。電荷発生物質としては、この分野で常用されるものを使用でき、たとえば、ペリレンイミド、ペリレン酸無水物などのペリレン系顔料、キナクリドン、アントラキノンなどの多環キノン系顔料、金属および無金属フタロシアニン、ハロゲン化無金属フタロシアニンなどのフタロシアニン系顔料、スクエアリウム色素、アズレニウム色素、チアピリリウム色素、カルバゾール骨格、スチリルスチルベン骨格、トリフェニルアミン骨格、ジベンゾチオフェン骨格、オキサジアゾール骨格、フルオレノン骨格、ビススチルベン骨格、ジスチリルオキサジアゾール骨格またはジスチリルカルバゾール骨格を有するアゾ顔料などが挙げられる。これらの中でも、無金属フタロシアニン顔料、オキソチタニルフタロシアニン顔料、フローレン環および／またはフルオレノン環を含有するビスアゾ顔料、芳香族アミンからなるビスアゾ顔料、トリスアゾ顔料などは高い電荷発生能を有し、高感度の感光層を得るのに適する。電荷発生物質は１種を単独で使用できまたは２種以上を併用できる。電荷発生物質の含有量は特に制限はないけれども、電荷発生層中の結着剤樹脂１００重量部に対して好ましくは５〜５００重量部、さらに好ましくは１０〜２００重量部である。

電荷発生層用の結着剤樹脂としてもこの分野で常用されるものを使用でき、たとえば、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ポリウレタン、アクリル樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合樹脂、ポリカーボネート、フェノキシ樹脂、ポリビニルブチラール、ポリアリレート、ポリアミド、ポリエステルなどが挙げられる。結着剤樹脂は１種を単独で使用できまたは必要に応じて２種以上を併用できる。

電荷発生層は、電荷発生物質および結着剤樹脂ならびに必要に応じて可塑剤、増感剤などのそれぞれ適量を、これらの成分を溶解または分散し得る適切な有機溶媒に溶解または分散して電荷発生層塗液を調製し、この電荷発生層塗液を導電性基体表面に塗布し、乾燥することにより形成できる。このようにして得られる電荷発生層の膜厚は特に制限されないが、好ましくは０．０５〜５μｍ、さらに好ましくは０．１〜２．５μｍである。

電荷発生層の上に積層される電荷輸送層は、電荷発生物質から発生する電荷を受け入れて輸送する能力を有する電荷輸送物質および電荷輸送層用の結着剤樹脂を必須成分とし、必要に応じて公知の酸化防止剤、可塑剤、増感剤、潤滑剤などを含有する。電荷輸送物質としてはこの分野で常用されるものを使用でき、たとえば、ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾールおよびその誘導体、ポリ−γ−カルバゾリルエチルグルタメートおよびその誘導体、ピレン−ホルムアルデヒ縮合物およびその誘導体、ポリビニルピレン、ポリビニルフェナントレン、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、９−（ｐ−ジエチルアミノスチリル）アントラセン、１，１−ビス（４−ジベンジルアミノフェニル）プロパン、スチリルアントラセン、スチリルピラゾリン、ピラゾリン誘導体、フェニルヒドラゾン類、ヒドラゾン誘導体、トリフェニルアミン系化合物、テトラフェニルジアミン系化合物、トリフェニルメタン系化合物、スチルベン系化合物、３−メチル−２−ベンゾチアゾリン環を有するアジン化合物などの電子供与性物質、フルオレノン誘導体、ジベンゾチオフェン誘導体、インデノチオフェン誘導体、フェナンスレンキノン誘導体、インデノピリジン誘導体、チオキサントン誘導体、ベンゾ［ｃ］シンノリン誘導体、フェナジンオキサイド誘導体、テトラシアノエチレン、テトラシアノキノジメタン、プロマニル、クロラニル、ベンゾキノンなどの電子受容性物質などが挙げられる。電荷輸送物質は１種を単独で使用できまたは２種以上を併用できる。電荷輸送物質の含有量は特に制限されないけれども、好ましくは電荷輸送物質中の結着剤樹脂１００重量部に対して１０〜３００重量部、さらに好ましくは３０〜１５０重量部である。

電荷輸送層用の結着剤樹脂としては、この分野で常用されかつ電荷輸送物質を均一に分散できるものを使用でき、たとえば、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリビニルブチラール、ポリアミド、ポリエステル、ポリケトン、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ポリビニルケトン、ポリスチレン、ポリアクリルアミド、フェノール樹脂、フェノキシ樹脂、ポリスルホン樹脂、これらの共重合樹脂などが挙げられる。これらの中でも、成膜性、得られる電荷輸送層の耐摩耗性、電気特性などを考慮すると、ビスフェノールＺをモノマー成分として含有するポリカーボネート（以後「ビスフェノールＺ型ポリカーボネート」と称す）、ビスフェノールＺ型ポリカーボネートと他のポリカーボネートとの混合物などが好ましい。結着剤樹脂は１種を単独で使用できまたは２種以上を併用できる。

電荷輸送層には、電荷輸送物質および電荷輸送層用の結着剤樹脂と共に、酸化防止剤が含まれるのが好ましい。酸化防止剤としてもこの分野で常用されるものを使用でき、たとえば、ビタミンＥ、ハイドロキノン、ヒンダードアミン、ヒンダードフェノール、パラフェニレンジアミン、アリールアルカンおよびそれらの誘導体、有機硫黄化合物、有機燐化合物などが挙げられる。酸化防止剤は１種を単独で使用できまたは２種以上を併用できる。酸化防止剤の含有量は特に制限されないけれども、電荷輸送層を構成する成分の合計量の０．０１〜１０重量％、好ましくは０．０５〜５重量％である。

電荷輸送層は、電荷輸送物質および結着剤樹脂ならびに必要に応じて酸化防止剤、可塑剤、増感剤などのそれぞれ適量を、これらの成分を溶解または分散し得る適切な有機溶媒に溶解または分散して電荷輸送層用塗液を調製し、この電荷輸送層用塗液を電荷発生層表面に塗布し、乾燥することにより形成できる。このようにして得られる電荷発生層の膜厚は特に制限されないが、好ましくは１０〜５０μｍ、さらに好ましくは１５〜４０μｍである。

なお、１つの層に、電荷発生物質と電荷輸送物質とが存在する感光層を形成することもできる。その場合、電荷発生物質および電荷輸送物質の種類、含有量、結着剤樹脂の種類、その他の添加剤などは、電荷発生層および電荷輸送層を別々に形成する場合と同様でよい。

本実施の形態では、前述のような、電荷発生物質および電荷輸送物質を用いる有機感光層を形成してなる感光体を用いるけれども、それに代えて、シリコンなどを用いる無機感光層を形成してなる感光体を用いることもできる。

帯電手段２４は、感光体ドラム２３を臨み、感光体ドラム２３の長手方向に沿って感光体ドラム２３表面から間隙を有して離隔するように配置され、感光体ドラム２３表面を帯電させる。帯電手段２４は、前述した帯電装置５０，６０である。このように、画像形成装置１は、感光体ドラム２３表面の帯電電位を長期間にわたって適正な範囲に維持することができる帯電装置５０，６０を備える。そのため、長期間にわたって高画質画像を記録することができる。

光走査ユニット２５は、半導体レーザなどからなり、原稿読取部５または外部機器から入力される画像原稿情報に応じて変調されるレーザ光を出射するレーザ光源２５ａと、レーザ光源２５ａから出射されるレーザ光を主走査方向に偏向させるポリゴンミラー２５ｂと、ポリゴンミラー２５ｂにより主走査方向に偏向されるレーザ光を感光体ドラム２３の表面に結像するように収束するレンズ２５ｃと、レンズ２５ｃにより収束されるレーザ光を反射するミラー２５ｄ，２５ｅとを含んで構成される。レーザ光源２５ａから出射されるレーザ光は、ポリゴンミラー２５ｂにより偏向され、さらにレンズ２５ｃにより収束され、ミラー２５ｄ，２５ｅによって反射されて、所定の電位および極性に帯電する感光体ドラム２３の表面に照射され、画像原稿情報に応じた静電潜像が形成される。

現像ユニット２６は、感光体ドラム２３に対向しかつ圧接するように設けられ、感光体ドラム２３表面に形成される静電潜像にトナーを含む現像剤を供給する現像ローラ２６ａと、現像ローラ２６ａに圧接するように設けられ、現像ローラ２６ａにトナーを含む現像剤を供給する供給ローラ２６ｂと、現像ローラ２６ａおよび供給ローラ２６ｂを回転自在に支持するとともに、その内部空間に現像剤を収容するケーシング２６ｃとを含んで構成される。ケーシング２６ｃ中に収容される現像剤は、供給ローラ２６ｂの回転駆動によって現像ローラ２６ａの表面に付着し、さらに現像ローラ２６ａの表面から感光体ドラム２３表面の静電潜像に供給され、静電潜像が現像されてトナー像が得られる。

現像剤貯留ユニット２７は、現像ユニット２６に隣接するように設けられる現像剤貯留容器であり、現像ユニット２６内の現像剤残量に応じて、適量の現像剤を現像ユニット２６に供給する。

転写ユニット２８は、図示しない駆動手段によって軸線回りに回転駆動可能に設けられる駆動ローラ２８ａと、従動ローラ２８ｂ，２８ｃと、駆動ローラ２８ａおよび従動ローラ２８ｂ，２８ｃに張架される無端ベルト２８ｄとを含んで構成される。駆動ローラ２８ａは、回転駆動可能に設けられるだけでなく、無端ベルト２８ｄを介して感光体ドラム２３と対向しかつ感光体ドラム２３、無端ベルト２８ｄおよび駆動ローラ２８ａがこの順番で圧接するように設けられる。転写ユニット２８によれば、記録媒体は給紙ユニット部２から第３搬送路３２を通過して感光体ドラム２３と無端ベルト２８ｄとの間に供給され、駆動ローラ２８ａによる押圧によって記録媒体が感光体ドラム２３表面に圧接し、該表面のトナー像が記録媒体に転写される。このようにトナー像が転写された後、記録媒体は定着部２２に送給される。

クリーニングユニット２９は、転写ユニット２８にて記録媒体にトナー像を転写した後に、感光体ドラム２３の表面に残留するトナーを除去し、感光体ドラム２３の表面を清浄化する。クリーニングユニット２９には、たとえば、クリーニングブレードが用いられる。なお、本発明の画像形成装置においては、感光体ドラム２３として、主に有機感光体ドラムが用いられ、有機感光体の表面は樹脂成分を主体とするものであるため、帯電装置によるコロナ放電によって発生するオゾンの化学的作用によって表面の劣化が進行しやすい。ところが、劣化した表面部分はクリーニングユニット２９よる擦過作用を受けて摩耗し、徐々にではあるが確実に除去される。したがって、オゾンなどによる表面の劣化の問題が実際上解消され、長期間にわたって、帯電動作による帯電電位を安定に維持することができる。

電子写真プロセス部２１によれば、感光体ドラム２３の回転駆動に伴い、帯電、露光による静電潜像の形成、静電潜像の現像によるトナー像の形成、トナー像の記録媒体への転写、および感光体ドラム２３表面の清浄化という一連の動作を実行することにより、トナー像が記録媒体に転写され、この記録媒体は定着部２２に送給される。

定着部２２は、軸線回りに回転駆動可能に設けられ、その内部に図示しない加熱手段を有する定着ローラ３０と、定着ローラ３０の表面に圧接し、軸線回りに回転駆動可能に設けられる加圧ローラ３１と、定着ローラ３０の表面に対向するように設けられ、定着ローラ３０の表面温度を検出する温度センサ３２とを含んで構成される。定着ローラ３０の内部に設けられる不図示の加熱手段には、たとえば、ヒータなどが使用できる。また、温度センサ３２による検出結果に応じて、定着ローラ３０の表面温度が所定温度に維持されるように、図示しない制御部によって、ヒータに供給される電力量が制御される。定着部２２によれば、電子写真プロセス部２１において得られる、トナー像が転写された記録媒体が、定着ローラ３０と加圧ローラ３１との圧接部に供給され、定着ローラ３０および加圧ローラ３１の回転駆動に伴って該圧接部中を通過する際に加圧および加熱を受けることによって、トナー像が記録媒体に固定化され、画像記録済み記録媒体が得られる。

画像形成部３によれば、給紙ユニット部２から送給される記録媒体に、画像原稿情報に応じたトナー像が転写され、さらに加熱加圧してトナー像を記録媒体に固定化することによって、長期的かつ連続的に、高画質画像が形成された記録媒体が得られる。

排紙部４は、画像形成部３の定着部２２において得られる画像記録済み記録媒体を後述の反転ローラ３６ａ，３６ｂに供給する第４搬送路３４と、画像記録済み記録媒体の搬送方向を変更する反転ローラ３６ａ，３６ｂと、画像記録済み記録媒体を画像形成装置１の外部に設けられる図示しない排紙トレイまたは第６搬送路３７に搬送する第５搬送路３５と、画像記録済み記録媒体を再度第３搬送路３３に搬送する第６搬送路３７とを含んで構成される。ここで、反転ローラ３６ａ，３６ｂは、いずれも軸線回りに順逆回転可能に設けられ、かつ圧接するように設けられる。第４搬送路３４を介して反転ローラ３６ａ，３６ｂの圧接部に供給される画像記録済み記録媒体は、その端部が反転ローラ３６ａ，３６ｂの順方向の回転によって反転ローラ３６ａ，３６ｂ間に挟持される。その後、反転ローラ３６ａ，３６ｂの逆方向の回転によって、第５搬送路３５内を搬送される。そして、記録媒体の片面のみに画像が記録される場合には、第５搬送路３５を介して、図示しない切換えゲートの動作によって矢符Ａの方向に、画像形成装置１外部の図示しない排紙トレイに排出される。また、記録媒体の両面に画像が形成される場合には、図示しない切換えゲートの動作によって第５搬送路３５から第６搬送路３７に搬送され、表裏反転された後、第３搬送路を経由して画像形成部３に搬送され、トナー像の転写および定着が行われる。

原稿読取部５は、原稿供給部３８と画像読取部３９とを含む。原稿供給部３８は、原稿を載置する原稿トレイ４０と、原稿を送給する原稿規制板４１と、原稿の画像面が反転するように搬送する湾曲搬送路４２と、原料供給部３８と後述する原稿台（プラテンガラス）４４との接触面に設けられる保護マット４３とを含んで構成される。原稿トレイ４０には、原稿の画像面が上方を向くように載置される。原稿規制板４１は、原稿を１枚ずつ湾曲搬送路４２に送給する。湾曲搬送路４２は、原稿の画像面が下方を向くように反転させながら原稿を原稿台４４の真上まで搬送する。また、原稿規制板４１は、主に、プラテンガラスで形成される原稿台４４を保護する。原稿供給部３８によれば、画像形成装置１の外装前面部に配置される図示しない操作パネルにおいて、条件入力キーにより印刷枚数、印刷倍率、用紙サイズなどの印刷条件を入力したのち、スタートキーを押すことによって、コピー動作が開始され、原稿トレイ４０に画像面を上方に向けて載置される原稿が１枚ずつ自動的に搬送され、搬送の途中で画像面が下方を向くように反転処理され、原稿台４５の真上まで搬送される。そして、原稿が原稿台４５の上を通過する間に、原稿の画像原稿情報が後述の画像読取部３９によって読み取られる。なお、原稿台４５上を通過する原稿は、その後、排出ローラ４９によって、画像形成装置１の外部に設けられる図示しない排出トレイに排出される。

画像読取部３９は、自動搬送が不可能な原稿を載置し、その画像原稿情報を読み取るための原稿台４４と、副走査方向において原稿台４４から離間して設けられ、原稿トレイ４０からの自動搬送が可能な原稿を通過させ、通過の際にその画像原稿情報を読み取るための原稿台４５と、原稿台４４，４５の面に平行な方向（副走査方向）に移動可能に設けられる光源ユニット４６と、原稿からの反射光を後述のＣＣＤ読取ユニット４８に導くミラーユニット４７と、原稿からの反射光を電気信号に変換するＣＣＤ読取ユニット４８とを含んで構成される。

光源ユニット４６は、光源４６ａと、光源４６ａから出射される読み取り用の照明光を原稿台４４または原稿台４５の所定の読み取り位置に集光する図示しない凹面のレフレクタと、原稿からの反射光のみを選択的に通過させる図示しないスリットと、原稿からの反射光をさらに９０°反射するミラー４６ｂとを含む。光源ユニット４６は、原稿に読み取り用照明光を出射し、原稿から反射される光をミラーユニット４７に供給する。

ミラーユニット４７は、反射面が相互に直交するように配置される一対のミラー４７ａ，４７ｂを含む。光源ユニット４６から供給される原稿からの反射光は、ミラー４７ａ，４７ｂによって、その光路を１８０°変更され、ＣＣＤ読取ユニット４８に導かれる。

ＣＣＤ読取ユニット４８は、ミラーユニット４７からの反射光を結像する結像レンズ４８ａと、結像レンズ４８ａによって結像される光に応じる電気信号を出力するＣＣＤイメージセンサ４８ｂとを含む。ミラーユニット４７から結像レンズ４８ａに入射する反射光は結像され、その像がＣＣＤイメージセンサ４８ｂによって電気信号に変換され、図示しない制御部を介して、電気信号としての画像原稿情報が光走査ユニット２５に入力され、それに応じる画像形成が実行される。

画像読取部３９によれば、原稿台４４，４５に載置される原稿の画像原稿情報が、光源ユニット４６からの光照射により原稿からの反射光として取り込まれ、さらにこの反射光がミラーユニット４７を介してＣＣＤ読取ユニット４８に導かれ、電気信号の画像原稿情報に変換される。この情報は、予め設定される条件で画像処理が行われ、画像形成部３の光走査ユニット２５へ送信され、画像形成が実施される。

図７は、画像形成装置１における動作のタイミングを示す図である。画像形成装置１においては、装置全体の駆動源となるメインモータが駆動を開始すると同時に、感光体ドラム２３が回転軸線まわりに回転を開始する。次に、圧電バイモルフ素子１００に、駆動電源１０６からハーネス線１０４，１０５を介して交番電圧が印加されると、圧電バイモルフ素子１００は、振動を開始する。圧電バイモルフ素子１００を振動させる時間は、針状電極５１表面に付着した汚染物質の種類や量などにもよるが、約１秒間振動させることによって充分汚染物質を除去することができる。

次に、圧電バイモルフ素子１００への電圧の供給を停止して、圧電バイモルフ素子１００の振動を停止させると同時に、針状電極５１に高電圧の印加を開始する。このように針状電極５１に高電圧が印加されると、コロナ放電が開始されて、感光体ドラム２３の表面が帯電される。

以上のように、針状電極５１に高電圧の印加が開始される前であり、感光体ドラム２３の表面が帯電されていないときに、圧電バイモルフ素子１００が振動するように構成されることによって、針状電極５１が感光体ドラム２３表面を帯電させる帯電性能が低下するのを抑制した状態で、針状電極５１表面に付着した汚染物質を除去することができる。

次に、現像ユニット２６による現像動作が開始されて、記録媒体への画像形成が行われる。そして、現像ユニット２６による現像動作が停止された後に、針状電極５１への高電圧の印加が停止される。このように針状電極５１への高電圧の印加が停止されると、コロナ放電が停止されて、感光体ドラム２３表面の帯電が停止される。このように針状電極５１への高電圧の印加が停止されると同時に、圧電バイモルフ素子１００に交番電圧が印加されて、圧電バイモルフ素子１００が振動を開始して、約１秒間振動を継続してから停止する。

以上のように、針状電極５１に高電圧の印加が開始される前に加えて、高電圧の印加が停止された後にも圧電バイモルフ素子１００が振動するように構成されることによって、感光体ドラム２３表面に対する針状電極５１の帯電性能が低下するのが抑制される状態を維持しつつ、針状電極５１表面に付着した汚染物質の除去能力を向上させることができる。

［実施例］
以下に実施例を挙げ、本発明を具体的に説明する。
（試験例１）
ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）から成る板金（寸法２０ｍｍ×３１０ｍｍ×厚さ０．１ｍｍ）にマスキング処理およびエッチング処理を行い、針状電極基材を作製した。そして、針状電極基材の平板部の一部を電極層であるベース部として、矩形板状の圧電バイモルフ素子を形成した。このとき、圧電バイモルフ素子は、ベース部の厚み方向両面に、圧電材料であるセラミックス製のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を塗布し、１１００〜１１５０℃で６時間焼成することによって形成させた。また、圧電バイモルフ素子の長手方向の長さは、３０ｍｍ（針状電極の長手方向の長さに対する割合：９．７％）とした。このようにして作製した針状電極を、画像形成装置（商品名：ＡＲ６２５、シャープ株式会社製）における帯電装置の放電電極として用いた。そして、針状電極に対する電圧印加を停止させた後であり、コロナ放電が停止された後のタイミングで、圧電バイモルフ素子を振動させた。なお、圧電バイモルフ素子に対する印加電圧はＤＣ７０Ｖとし、周波数は２００Ｈｚとした。

（試験例２）
圧電バイモルフ素子を振動させるタイミングを、針状電極に対する電圧印加を開始させる前とした以外は、試験例１と同様とした。

（試験例３）
圧電バイモルフ素子を振動させるタイミングを、針状電極に対する電圧印加を開始させる前および電圧印加を停止させた後の両方とした以外は、試験例１と同様とした。

（比較例１）
針状電極に圧電バイモルフ素子が形成されていない以外は、試験例１と同様とした。比較例１においては、圧電バイモルフ素子が形成されていないので、針状電極は振動されない。

＜放電試験＞
過酷試験として、低湿（１５％ＲＨ）条件下で、Ａ４サイズで印刷枚数（３００Ｋライフ）に相当する通紙を伴わないエージングテストを、１０Ｋ毎に１０分間の放置を加えながら行った。このテストにおいて感光体ドラム表面の帯電電位は、初期では−６３０Ｖに設定した。初期の帯電電位に対する電位低下値を実測し、電位低下の程度を以下の基準で判定した。
◎：電位低下値が４０Ｖ以下
○：電位低下値が４１Ｖ以上８０Ｖ以下
△：電位低下値が８１Ｖ以上１２０Ｖ以下
×：電位低下値が１２１Ｖ以上

＜付着物評価＞
前述した放電試験後の針状電極の表面のうち１ｍｍ^２の範囲において付着した付着物の個数を、顕微鏡観察によって実測した。評価基準は以下のとおりである。
◎：付着物の個数が５個以下
○：付着物の個数が６個以上１０個以下
△：付着物の個数が１１個以上３０個以下
×：付着物の個数が３１個以上

評価結果を表１に示す。表１から明らかに、圧電バイモルフ素子が針状電極に形成されていない比較例１では、針状電極表面に多くの汚染物質が付着しており、電位低下が極めて大きかった。これに対して、試験例１〜３では、針状電極表面の汚染物質の付着量が少なく、電位低下も小さかった。これは、試験例１〜３では、圧電バイモルフ素子が振動して、針状電極表面に付着した汚染物質を、振動によって容易に除去することができるためである。

また、針状電極に電圧の印加が開始される前および電圧に印加が停止された後の両方に、圧電バイモルフ素子が振動するように構成した試験例３が、最も汚染物質の付着量が少なく、電位低下も小さかった。これは、圧電バイモルフ素子が振動する頻度を上げることによって、針状電極表面に付着した汚染物質の除去能力が向上したためである。

次に、圧電バイモルフ素子の形状および長手方向の長さに関する確認テストを行った。
（実施例１）
圧電バイモルフ素子の表面形状を音叉形状とした以外は、試験例１と同様とした。

（試験例４）
圧電バイモルフ素子の長手方向の長さを３５ｍｍ（針状電極の長手方向の長さに対する割合：１１．３％）とした以外は、試験例１と同様とした。

（試験例５）
圧電バイモルフ素子の長手方向の長さを２５ｍｍ（針状電極の長手方向の長さに対する割合：８．１％）とした以外は、試験例１と同様とした。

評価は前述した方法に準じて行い、その結果を表２に示す。表２から明らかに、圧電バイモルフ素子の表面形状が音叉形状であっても、針状電極に付着した汚染物質を除去する能力および電位低下を抑制する能力を有していることがわかった。また、圧電バイモルフ素子の長手方向の長さが、針状電極に付着した汚染物質を除去する能力および電位低下を抑制する能力に影響を及ぼすことがわかった。

次に、圧電バイモルフ素子を駆動する周波数の依存性に関する確認テストを行った。
（試験例６）
圧電バイモルフ素子を駆動する周波数を１２００Ｈｚにした以外は、試験例４と同様とした。

（試験例７）
圧電バイモルフ素子を駆動する周波数を１６００Ｈｚにした以外は、試験例４と同様とした。

（試験例８）
圧電バイモルフ素子を駆動する周波数を１００Ｈｚにした以外は、試験例４と同様とした。

（試験例９）
圧電バイモルフ素子を駆動する周波数を５０Ｈｚにした以外は、試験例４と同様とした。

（試験例１０）
圧電バイモルフ素子を駆動する周波数を２０００Ｈｚにした以外は、試験例４と同様とした。

評価は前述した方法に準じて行い、その結果を表３に示す。表３から明らかに、圧電バイモルフ素子を駆動する周波数が、針状電極に付着した汚染物質を除去する能力および電位低下を抑制する能力に影響を及ぼすことがわかった。試験例６〜１０の中では、駆動周波数が５０Ｈｚである試験例９と、駆動周波数が２０００Ｈｚである試験例１０とが、他の試験例と比べると、汚染物質を除去する能力および電位低下を抑制する能力に劣る。この結果から、圧電バイモルフ素子を駆動する駆動周波数は、１００〜１６００Ｈｚの範囲に設定されるのが好ましい。

なお、試験例１および比較例１の針状電極を用いたものについては、実際の印刷テストを１００００枚まで行い、画質確認を行った。比較例１のステンレス素材のままの針状電極では、ハーフトーンの画像で、白筋や黒筋が見られたのに対し、試験例１のものでは、ハーフトーンの画質は、均一でむらも発生しなかった。

以上のように、圧電バイモルフ素子が形成される針状電極においては、針状電極表面に付着した汚染物質を、振動によって容易に除去することができる。そのため、針状電極表面に付着した汚染物質が原因となって針状電極の印加電圧制御性能が低下するのを抑制することができる。さらに、針状電極表面に付着した汚染物質が核となって錆などの腐蝕が発生するのを防止することができるので、針状電極の印加電圧制御性能が低下するのをさらに抑制することができる。したがって、針状電極の印加電圧制御性能が長期間にわたって維持されるので、感光体表面の帯電電位を長期間にわたって適正な範囲に維持することができる。

帯電装置５０の構成を示す斜視図である。 帯電装置５０の正面図である。 針状電極５１の構成を示す斜視図である。 圧電バイモルフ素子１００の動作を説明する図である。 本発明の実施の一形態である帯電装置６０の構成を示す正面図である。 本発明の実施の一形態である画像形成装置１の構成を示す図である。 画像形成装置１における動作のタイミングを示す図である。

符号の説明

１ 画像形成装置
２ 給紙ユニット部
３ 画像形成部
４ 排紙部
５ 原稿読取部
５０，６０ 帯電装置
５１ 針状電極
５２ 板状グリッド電極
１００，１１０ 圧電バイモルフ素子

Claims (8)

1. 電圧が印加されて感光体表面を帯電させる放電電極と、放電電極と感光体との間に設けられて感光体表面の帯電電位を制御するグリッド電極とを含む帯電装置であって、
   前記放電電極には、自ら振動して放電電極を振動させる振動部が形成され、
   前記振動部は、板状に形成された圧電材料から成る圧電素子が２枚貼り合わされ、当該貼り合わせの間に電極層を有して、それぞれの圧電素子に逆相の電圧が印加されることによって振動する圧電バイモルフ素子であり、音叉形状に形成されることを特徴とする帯電装置。
2. 前記振動部は、前記放電電極に電圧の印加が開始される前に、または電圧の印加が停止された後に振動するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の帯電装置。
3. 前記振動部は、前記放電電極に電圧の印加が開始される前および電圧の印加が停止された後の両方に振動するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の帯電装置。
4. 前記圧電素子が圧電セラミックスから成ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の帯電装置。
5. 前記放電電極は、複数の先鋭状突起部を有して板状に形成され、
   前記振動部は、前記先鋭状突起部の先端部まで振動させることが可能となるように、前記圧電素子の長手方向の長さが設定されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の帯電装置。
6. 前記圧電バイモルフ素子の配置位置が、前記放電電極の長手方向の中央部であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の帯電装置。
7. 前記圧電バイモルフ素子に対して電圧を印加するときの周波数が、１００Ｈｚ以上１６００Ｈｚ以下の範囲に設定されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の帯電装置。
8. その表面に静電荷像が形成される感光体と、感光体の表面を帯電させるための帯電装置と、帯電状態にある感光体表面に画像情報に基づく信号光を照射して静電荷像を形成する露光手段と、感光体表面の静電荷像を現像してトナー像を形成する現像手段と、トナー像を記録材に転写させる転写手段と、記録材に転写されるトナー像を定着させる定着手段とを含む画像形成装置であって、
   前記帯電装置が、請求項１〜７のいずれか１つに記載の帯電装置であることを特徴とする画像形成装置。

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