帯電装置、画像形成装置及びプロセスカートリッジ
【課題】放電生成物（オゾン、ＮＯｘなど）の発生によって放電生成物が像担持体表面に付着したり、放電により生じた活性な気体によって像担持体表面が酸化して劣化したりするハザードが発生し、また、電子放出材料そのものも酸化による燃焼などの劣化が生じる。
【解決手段】電極１０１上に混合ガスプラズマ（ジボラン：水素化ホウ素Ｂ２Ｈ６、水素、アンモニア、アルゴン）と同時にデフォーカス（多少集光した）紫外エキシマレーザー（λ:１９３ｎｍ、ｆ：１０３０Ｈｚ）を照射してｓｐ３結合性５Ｈ−ＢＮ材料の薄膜１０２を形成してなる電子放出素子１を用いて、ｓｐ３結合性５Ｈ−ＢＮ材料の薄膜１０２に電圧を印加することで電子を放出させて像担持体を帯電させる。
【解決手段】電極１０１上に混合ガスプラズマ（ジボラン：水素化ホウ素Ｂ２Ｈ６、水素、アンモニア、アルゴン）と同時にデフォーカス（多少集光した）紫外エキシマレーザー（λ:１９３ｎｍ、ｆ：１０３０Ｈｚ）を照射してｓｐ３結合性５Ｈ−ＢＮ材料の薄膜１０２を形成してなる電子放出素子１を用いて、ｓｐ３結合性５Ｈ−ＢＮ材料の薄膜１０２に電圧を印加することで電子を放出させて像担持体を帯電させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は帯電装置、画像形成装置及びプロセスカートリッジに関し、特に電子放出によって像担持体の帯電を行なう帯電装置、画像形成装置及びプロセスカートリッジに関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、プリンタ／ファックス／複写機複合機等の各種画像形成装置として電子写真プロセスを用いる画像形成装置が知られている。この電子写真プロセスにおいて、像担持体としての感光体に潜像を形成するために像担持体を一様に帯電させる帯電装置にはコロナ放電を利用するものが多い。
【０００３】
このコロナ帯電方式は、白金やタングステンの直径５０〜２００μｍ程度のワイヤー電極、あるいは、ステンレス材料などの針状電極の周囲に、導電性のケース電極を設け、電極とケースの間に直流又は交流の高圧バイアスを印加して、電極周辺での空気分子が電離したイオンを用いて、感光体を帯電させるものであり、遠距離からの均一な帯電が可能である。
【０００４】
しかしながら、コロナ帯電方式は、空気を電離・イオン化させるため、オゾン、窒素酸化物といった放電生成物が生成される。その発生量はオゾン、窒素酸化物ともに６０分帯電後で４〜１０ｐｐｍにも上ることが知られている。
【０００５】
オゾンは、高濃度で画像形成装置内に滞留すると、感光体表面を酸化し、感光体光感度の低下や帯電能の劣化を生じさせ、形成画像が悪化することが知られている（非特許文献１）。また、感光体以外の部材の劣化が促進され、部品寿命が低下する等の不具合も生じる。
【非特許文献１】明珍寿史他、「オゾンによる感光体劣化軽減のためのコロナチャージャの開発」、電子写真学会誌、第３１、１、１９９２。
【０００６】
また、窒素酸化物は、次のような不具合を生じる。すなわち、放電により、窒素酸化物が発生することが知られているが、窒素酸化物は空気中の水分と反応して硝酸が、また、金属などと反応して金属硝酸塩が生成される。これらの生成物は、低湿環境下では高抵抗であるが、高湿環境下では空気中の水と反応し、低抵抗となる。そのため、感光体表面に硝酸又は硝酸塩による薄い膜が形成されると、画像が流れたような異常画像が発生する。これは硝酸、硝酸塩が吸湿することで低抵抗となり、感光体表面の静電潜像が壊れてしまうためである。
【０００７】
さらに、窒素酸化物は、放電後も空気中に分解されずにその場に留まっているため、窒素酸化物から生成された化合物の感光体表面への付着は、帯電を行っていないとき、すなわち、プロセスの休止期間中にも生じる。そして、この化合物は、時間が経過するにつれて、感光体の表面から内部に浸透することから、感光体の劣化の一因となっている。
【０００８】
この場合、感光体表面の付着物は、クリーニング時に感光体を少しずつ削りとることで除去するといった方法が取られているが、コストの上昇や経時的な劣化を生じるという新たな問題を伴っている。
【０００９】
また、コロナ帯電方式は、遠距離からの放電のため、印加電圧がかなりの高電圧（４ｋV〜１０ｋV）となるほか、帯電電位は帯電時間によって変わるため、必要な帯電電位（４００V〜１０００V）を得るためには、感光体速度が大きい場合にはケース電極の感光体回転方向の幅を大きくする必要があり、プリント速度が速い画像形成装置の小型化が難しくなる。
【００１０】
一方、帯電装置としては、近接ローラ帯電方式も広く使用されるようになっている。この、近接ローラ帯電方式は、感光体近傍に保持した帯電部材（帯電ローラ）と感光体との間に、直流又は交流のバイアスを印加し、両者間の空隙で放電を生じさせ、感光体を帯電させるものである。この帯電方式では、パッシェンの放電則に則った帯電現象を利用しており、所望の帯電電位に対し放電開始電圧分だけ大きい電位差を形成することで、所望の帯電電位を得ている。
【００１１】
この場合、交流バイアス方式では、近接帯電部材と感光体との間で電界の向きが時間とともに交互となり、放電、逆放電が繰り返される。交流バイアス方式では、放電、逆放電によって、帯電がならされより、均一な帯電が得られる利点があるものの、放電による感光体へのハザードが非常に大きくなっている。
【００１２】
このように、感光体への電荷付与はこれまで何らかのパッシェン放電を伴う帯電手段で行われており、その結果、放電によって放電生成物が感光体表面に付着したり、放電によって生じた活性な気体によって感光体表面が酸化されたりするハザードは避けられない。
【００１３】
そのため、現在、経時的な画質の劣化を低減して画質を維持するために、上述したように感光体の表面を微小に削りながら使用している。一方、感光体を削ることは消耗であり、長期的な観点から避けることが好ましいが、前述の感光体ハザードによる画質劣化防止とトレードオフとなっており、根本的な解決が困難である。
【００１４】
さらに、帯電部材を感光体に接触させて感光体を帯電させる接触帯電装置がある。これは、例えば、ローラ状の帯電部材を感光体上に接触従動させて感光体の帯電を行なうものである。この接触帯電方式は、上述したコロナ帯電方式に比べると、オゾンの発生量、直流電圧印加時の６０分帯電後のオゾン発生量が０．０１ｐｐｍと少なく、また、印加電圧が低いため電源のコストが小さく、電気絶縁の設計が行い易いなど利点を有している。
【００１５】
この接触帯電方式としては、例えば特開昭５７−１７８２５７号公報、特開昭５６−１０４３５１号公報、特開昭５８−４０５６６号公報、特開昭５８−１３９１５６号公報、特開昭５８−１５０９７５号公報、特開昭６３−７３８０号公報等に記載されているように、その接触又は近接部分近傍に狭い空間を形成し、パッシェンの法則で解釈できるような放電を形成することにより、感光体を帯電する方法があり、これらの場合に、帯電開始電圧以上の直流電圧を導電性部材に印加する方法や、詳しくは特開昭６３−１４９６６９号公報に記載されているように、目標帯電電位に相当する直流電圧に交流電圧を重畳した振動電圧を印加することで帯電均一化を一層促進することができる。
【００１６】
しかしながら、交流電圧を印加すると、帯電部材と感光体との間で電界の向きが時間と伴に交互となり、放電、逆放電が繰り返され、放電、逆放電によって、帯電がならされより均一な帯電が得られる利点がある反面、電流量が増えるため、オゾン、窒素酸化物の発生量も、電流量が増えるに従って多くなり、交流印加条件によっては６０分帯電後にコロナ帯電方式に近い３ｐｐｍものオゾンが発生することもある。
【００１７】
また、一方で、例えば特開平８−１０６２００号公報に記載されているように、電圧を印加した前記導電性部材を感光体に接触させ、感光体表面にあるトラップ準位に電荷を注入して接触注入帯電を行なう方法もある。この方法における導電性部材としては、接触／離間状態や形状の制御のしやすさといった観点から、ローラ形状の導電性部材（帯電ローラ）が汎用的に使用される。
【００１８】
しかしながら、帯電部材がゴム材であるため、長期間、コピー機を停止させた場合、感光体に接した状態にあるローラが変形する可能性がある。また、ゴムは吸水しやすい材料であるため環境の変化に伴う電気抵抗変動が大きい。さらに、ゴムはその弾性を発揮させるためや劣化防止のため数種の可塑剤や活性剤を必要としており、導電性顔料を分散させるためには分散補助剤を用いることも少なくない。つまり、感光体の表面はポリカーボネートやアクリルといった非晶性樹脂であるため、上述した可塑剤や活性剤および分散補助剤に対し非常に弱いとい問題がある。
【００１９】
また、接触帯電方式では帯電部材と感光体との間に異物を巻き込み、帯電部材が汚染されて帯電不良が発生する、直接感光体にローラが触れているために長期保存した場合に感光体が汚染され、そのために横スジ等の画像不良を生じるという問題もある。
【００２０】
そこで、これらに変わる帯電技術として、電子放出材料を用いた方式が着目されつつある。例えば、特許文献１には、絶縁層と半導体材料層、もしくは絶縁層と金属材料層よりなる電子放出層が、基板電極および薄膜電極とにより挟み込まれた構成を有する、所謂ＭＩＳ型、ＭＩＭ型の電子放出素子を用いたものが記載されている。
【特許文献１】特開２００３−１４５８２６号公報
【００２１】
特許文献２には、先端部分に金属または合金（ａ）、あるいは金属を含む窒化物、炭化物、ケイ化物またはホウ化物の少なくとも１種（ｂ）で被覆されたカーボンナノチューブを構成要素として有する電子放出素子を用いたものが記載されている。
【特許文献２】特開２００１−２５０４６７号公報
【００２２】
特許文献３には、石英、ガラス、セラミックス、金属、シリコン基板などによって構成される支持体と、支持体の片面上に金属または合金を成膜することにより形成されたエミッタ電極と、エミッタ電極上に所定の間隔で設置された複数のアルミニウム膜を硫酸、過塩素酸などの酸中で陽極化することにより形成された複数の陽極化膜と、複数の陽極化膜の各陽極化膜間に形成され、エミッタ電極と反対側に開口部を有する細孔と、複数の陽極化膜の各陽極化膜間に形成された細孔内に底面がエミッタ電極に接するように設置され、電子を電界放出するカーボンナノチューブと、細孔の開口部を被覆する引き出し電極と、を備え、カーボンナノチューブは、エミッタ電極と陽極酸化膜と引き出し電極とに囲まれていることを特徴とする電子放出装置を用いたものが記載されている。
【特許文献３】特開２００２−２７９８８５号公報
【００２３】
特許文献４には、上部電極と下部電極との間に半導体層が形成されている電子放出素子であって、半導体層の半導体表面に有機化合物を吸着させて有機化合物吸着層を形成させる電子放出素子を用いたものが記載されている。
【特許文献４】特開２００３−１４０４４４号公報
【００２４】
その他、電子放出素子を用いるものとしては、特許文献５、同６に記載されているものもある。
【特許文献５】特開２００２−３１１６８４号公報
【特許文献６】特開２００４−３２７０８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
上述した電子放出素子を用いるものの内でも、カーボンナノ材料についての研究は近年盛んに行われており、その中でもカーボンナノチューブについての研究は広く行われ、高い電子放出能が示唆されている。例えば、上記特許文献２には、カーボンナノチューブ先端部分の構成要素を規定することでカーボンナノチューブの耐久性を向上させると共に、帯電器として非接触、接触で使用可能であること記載されている。
【００２６】
しかしながら、カーボンナノ材料は有機物であるため、電子写真方式で使用されるような大気中での電子放出では、放出された電子よって励起された酸素原子によってカーボンナノ材料そのものが酸化され、燃焼により分解されてしまい、構造的に非常に弱く所望の寿命を達成できないおそれがあるという課題がある。
【００２７】
また、その他の特許文献１、同４に記載のＭＩＳ構造やＭＩＭ構造などを有する電子放出素子を用いた場合、十分な電子放出性が得られないという課題がある。
【００２８】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、放電生成物が発生しないレベルでの電子放出を行ない得ることで像担持体のハザードを防止でき、電子放出材料自体の劣化の少ない帯電装置、この帯電装置を備えるプロセスカートリッジ、帯電装置又はプロセスカートリッジを備える画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
上記の課題を解決するため、本発明に係る帯電装置は、ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段を備えている構成とした。
【００３０】
ここで、ｓｐ３結合性材料がｓｐ３結合性窒化ホウ素であることが好ましい。この場合、ｓｐ３結合性窒化ホウ素がｓｐ３結合性５Ｈ−ＢＮ材料又はｓｐ３結合性６Ｈ−ＢＮ材料であることが好ましい。
【００３１】
また、ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段と像担持体間に電圧を印加することで、ｓｐ３結合性材料表面から放出された電子又は該電子が大気中の分子に付着して生成されたイオンによって像担持体を帯電することが好ましい。この場合、ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段と像担持体表面との間の電位差がパッシェン則に基づく放電限界以下の電位差となる電圧が印加されることが好ましい。
【００３２】
さらに、ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段は像担持体の表面との間に２０μｍ以上の空隙を介して配置されることが好ましい。この場合、ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段は像担持体の表面との間に５０μｍ以上の空隙を介して配置されることが好ましい。
【００３３】
また、ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段と像担持体の表面との間に、像担持体の表面電位を制御する導電性部材を備えていることが好ましい。
【００３４】
また、ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段は導電材料の表層に形成された１００μｍ以下の薄膜であることが好ましい。
【００３５】
また、ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段は、ｓｐ３結合性材料の粉体を導電性部分に導電的に接触して固定化して形成したものであることが好ましい。
【００３６】
また、ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段の表面には略一様な高さの突起を有していることが好ましい。この場合、ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段の表面に形成される突起の高さを略一様な高さにするための処理が施されていることが好ましい。
【００３７】
また、電子放出手段は導電性基体上にｓｐ３結合性材料を配置して構成することができる。この場合、導電性基体はローラ形状、シート状とすることができる。
【００３８】
本発明に係る帯電装置は、少なくとも導電性基体上にｓｐ３結合性材料を配置した電子放出手段と、この電子放出手段に対して所定の空隙を持って配置される像担持体と電子放出手段との間に介在して像担持体の表面電位を制御するための表面電位制御部材とを備え、電子放出手段にはｓｐ３結合性材料により形成された表面に存在する紡錘形状の突起の高さを一定に揃える処理が施されており、また像担持体を帯電するときにｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段と表面電位制御部材との間の電位差がパッシェン則に基づく放電限界以下の電位差となる電圧が導電性基体に印加される構成とした。
【００３９】
本発明に係る帯電装置は、少なくとも導電性基体上にｓｐ３結合性材料を配置した電子放出手段と、この電子放出手段に対して所定の空隙を持って配置される像担持体と電子放出手段との間に介在して像担持体の表面電位を制御するための表面電位制御部材とを備え、電子放出手段の導電性基体がローラ形状であって、像担持体を帯電するときにｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段と表面電位制御部材との間の電位差がパッシェン則に基づく放電限界以下の電位差となる電圧が導電性基体に印加される構成とした。
【００４０】
本発明に係る帯電装置は、少なくとも導電性基体上にｓｐ３結合性材料を配置した電子放出手段と、この電子放出手段に対して所定の空隙を持って配置される像担持体と電子放出手段との間に介在して像担持体の表面電位を制御するための表面電位制御部材とを備え、電子放出手段の導電性基体がシート状であって、像担持体の全域に対して同じ空隙を維持した状態で配置され、像担持体を帯電するときにｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段と表面電位制御部材との間の電位差がパッシェン則に基づく放電限界以下の電位差となる電圧が導電性基体に印加される構成とした。
【００４１】
本発明に係る画像形成装置は、この像担持体上に静電潜像を形成するために電荷を付与する本発明に係る帯電手段と、静電潜像に着色体を付着させ可視像化する現像手段を備えているものである。
【００４２】
ここで、複数の独立した帯電手段と、各帯電手段に対して独立に電圧を設定し印加する電圧供給手段を備えていることが好ましい。この場合、電圧供給手段は、各帯電手段が像担持体に対して同量の電荷を供給するように制御した電圧を印加することが好ましい。
【００４３】
本発明に係るプロセスカートリッジは、像担持体、現像手段、転写手段及びクリーニング手段の少なくともいずれかと、本発明に係る帯電手段とを含むものである。
【００４４】
本発明に係る画像形成装置は、本発明に係るプロセスカートリッジを複数備えているものである。
【発明の効果】
【００４５】
本発明に係る帯電装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置によれば、ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段を備えている構成としたので、放電生成物が発生しないレベルでの電子放出を行なうことができて像担持体のハザードを防止でき、電子放出材料自体の劣化も少なくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。まず、本発明に係る帯電装置を構成する電子放出手段としての電子放出素子について図１ないし図４を参照して説明する。なお、図１ないし図４は同電子放出素子の第１例ないし第４例を示す説明図説明図である。
【００４７】
図１に示す第１例に係る電子放出素子１は、電極１０１上にｓｐ３結合性材料の薄膜１０２を固定化して形成したものである。また、図２に示す第２例に係る電子放出素子１１は、電極１１１上にｓｐ３結合性材料の粉体１１２を分散して固定化して形成したものである。また、図３に示す第３例に係る電子放出素子３１は、円筒状あるいはローラ状電極１２１上にｓｐ３結合性材料の粉体１２１を分散して固定化して形成したものである。
また、図４に示す第４例に係る電子放出素子３１は感光体の円筒状基体の形状に合わせて円弧のように湾曲したシート状の電極１３１にｓｐ３結合性材料の薄膜１３２を固定化して形成したものである。なお、第１例、第４例において、薄膜１０２、１３２の代わりにｓｐ３結合性材料の粉体１１２、１２２を分散して固定化して形成してもよい。
【００４８】
これらの電子放出素子１、１１、２１、３１は、電極１０１、１１１、１２１、１３１に対して図示しない電源によって電圧を印加することで電子を放出する。この放出された電子は、気体分子、例えば酸素、二酸化炭素、窒素またはこれらに水が付着した分子に付着し、負イオンを発生しこれらの負イオンによって被帯電体を帯電することができる。
【００４９】
ここで、このような電子放出素子１、１１、２１、３１を用いた場合のオゾン及び窒素酸化物の低減化について説明する。
一般的に、コロナ放電を用いて帯電を行なう場合においては、非常に多くのオゾンや窒素酸化物（ＮＯｘ）を生じさせる。これは、電子衝突による窒素分子の解離エネルギーは２４．３ｅＶ、電子衝突による酸素分子の解離エネルギーは８ｅＶであるところ、コロナワイヤーから放出される電子のエネルギーは３０ｅＶ以上であり、電子衝突により気体分子が解離するためである。
【００５０】
これに対して、ｓｐ３結合性材料を用いた電子放出素子の場合、発生する電子のエネルギーは６ｅＶ程度であり、放出された電子は気体分子の解離を起こさず、窒素酸化物もオゾンも発生しない。
【００５１】
これによって、放電生成物（オゾン、ＮＯｘなど）の発生がないので、放電生成物が被帯電体である像担持体表面に付着したり、放電により生じた活性な気体によって像担持体表面が酸化して劣化したりするハザードを防止できるとともに、電子放出材料そのものも酸化による燃焼などの劣化を生じなく、長期にわたり安定した帯電を行なうことができるようになる。また、低電圧動作で、短時間で十分な被帯電体の帯電電位を得ることができ、更に非接触帯電方式のため、転写残トナーの付着による劣化を生じることもなくなる。
【００５２】
ここで、ｓｐ３結合性材料について説明すると、ｓｐ３結合性材料としては、ｓｐ３結合性窒化ホウ素、例えば、ｓｐ３結合性５Ｈ−ＢＮ材料又はｓｐ３結合性６Ｈ−ＢＮ材料を用いることができる。つまり、一般式：ＢＮで示され、六方晶系５Ｈ形又は６Ｈ型多形構造を有するｓｐ３結合性窒化ホウ素としては、例えば特許第３５９８３８１号公報に記載されているものが知られている。
【００５３】
本発明者らは、このようなｓｐ３結合性５Ｈ−ＢＮ材料又はｓｐ３結合性６Ｈ−ＢＮ材料について、画像形成装置における像担持体の帯電装置への適用について鋭意検討した結果、ｓｐ３結合性５Ｈ−ＢＮ材料又はｓｐ３結合性６Ｈ−ＢＮ材料を電子放出材料として使用することで像担持体を帯電させることができることを見出して本発明を完成させたものである。
【００５４】
特に、ｓｐ３結合性５Ｈ−ＢＮは、ダイヤモンドと同じ結合状態をもち、ダイヤモンドの次に硬い窒化ホウ素の一種である。窒化ホウ素は例えばルツボなどにも使われる材料であり、抜群の耐熱性と化学物質に対する耐性を有することから、従来にない耐久性を持ち、かつ高負荷にも耐えられる電子放出材料であると言える。
【００５５】
このｓｐ３結合性５Ｈ−ＢＮの製法は、シリコン、ニッケルなどの基板に混合ガスプラズマ（ジボラン：水素化ホウ素Ｂ２Ｈ６、水素、アンモニア、アルゴン）と同時にデフォーカス（多少集光した）紫外エキシマレーザー（λ:１９３ｎｍ、ｆ：１０３０Ｈｚ）を照射して作製することができる。特に、このようにして作製したｓｐ３結合性５Ｈ−ＢＮ材料は、その作製方法そのものによって、レーザー照射方向に揃って薄膜表面に１０μｍ程度の先端の尖った紡錘形状（突起）が多数形成され、電子放出エミッタとして働くという特徴を有している。
【００５６】
このようなｓｐ３結合性材料を用いた電子放出素子を作製するとき、上述したようにｓｐ３結合性材料は導電材料（上記の電極）の表層に形成された１００μｍ以下の薄膜とすることで、製造に時間がかかりコストが高くなる単結晶を用いる場合に比べて、電子放出特性をある程度維持したまま製造時間を短縮し、材料費を抑えつつコストダウンを図ることができる。あるいは、上述したように、粉体化したｓｐ３結合性材料を電極となる導電性部分に導電的に接触させて固定化することにより、単結晶のｓｐ３結合性材料を用いた場合に比べて製造工程が簡略され、コストの低減を図ることができる。
【００５７】
次に、このような電子放出素子を備える本発明に係る帯電装置の第１実施形態について図５を参照して説明する。なお、同図は同実施形態の像担持体軸方向に沿う方向の説明図である。
この帯電装置は、複数の電子放出素子１をステンレス、ニッケル、アルミニウムなどからなる電極部材２上に隙間なく並べて配置し、導電性接着剤を用いて接着固定することで、電子放出アレイ１０を構成し、この電子放出アレイ１０に対して直流電源３から電圧を印加する構成としている。
【００５８】
ここで、電子放出素子１は、具体的には、前述したように、１０ｍｍ×５ｍｍ、厚み５００μｍのシリコン、ニッケルなどの電極（導電性部材）１０１に混合ガスプラズマ（ジボラン：水素化ホウ素Ｂ２Ｈ６、水素、アンモニア、アルゴン）と同時にデフォーカス（多少集光した）紫外エキシマレーザー（λ：１９３ｎｍ、ｆ：１０３０Ｈｚ）を照射して電極１０１上にｓｐ３結合性５Ｈ−ＢＮ薄膜１０２を合成して形成している。
【００５９】
一方、この帯電装置によって帯電させる被帯電体である像担持体２０１は、例えば、導電性基体２０２と感光体層２０３とで構成される。
【００６０】
まず、導電性基体２０２としてのアルミ素管のみを用いて、電子放出素子アレイ１０に電圧を印加し、その時に計測された電流量を電荷量に換算し、その電荷量から像担持体の表面帯電電位の理論値を求める実験を行った。
【００６１】
電子放出素子アレイ１０と導電性基体２０２とのギャップＧを２０μｍに保って、電子放出素子アレイ１０に電圧を印加した。このとき、導電性基体２０２は静止状態とし、電子放出素子アレイ１０は固定で幅５ｍｍとした。電源３から電子放出素子アレイ１０に対して−２０Ｖの電圧を印加した際に導電性基体２０２に流れる電流量を測定した結果、像担持体２０１の表面電位を−６００Ｖに帯電できる程度の電流量が確認された。
【００６２】
これにより、この帯電装置は、従来の帯電装置に比べて、理論的には非常に低電圧（ここでは｜２０Ｖ｜）で十分な帯電能力を持つことが確認された。また、電子放出を継続して行なっても、帯電性能は持続し、電子放出素子１の劣化も見られなかった。
【００６３】
また、電子放出素子アレイ１０と導電性基体２０２とのギャップＧを５０μｍに保って電子放出素子アレイ１０に電圧を印加した。電源３から電子放出アレイ１０に対して−５０Ｖの電圧を印加した際に導電性基体２０２に流れる電流量を測定した結果、像担持体２０１の表面電位を−６００Ｖに帯電できる程度の電流量が確認された。さらに、ギャップＧを１００μｍに固定し、同様の実験を行なったところ、−１００Ｖ印加で−１００Ｖに帯電できる程度の電流量が得られた。
【００６４】
続いて、実際に像担持体を帯電する能力を評価するために、電子放出素子アレイ１０と被帯電体である像担持体２０１とのギャップＧを２０μｍに保って非接触帯電を行なった。このとき、像担持体２０１の線速は２００ｍｍ／ｓｅｃ、電子放出素子アレイ１０は固定で幅５ｍｍとした。電源３から電子放出素子アレイ１０に対して−３００Ｖの電圧を印加することで、像担持体２０１の表面電位が−２００Ｖに帯電することが確認された。
なお、電子放出素子アレイ１０に印加する電圧を−３００Ｖとしたのは、ギャップ２０μｍのときのパッシェンの法則による放電限界電圧−４３６Ｖに対して十分低い電圧とすることで、放電の発生を防止するためである。
【００６５】
同様に、電子放出素子アレイ１０と被帯電体である像担持体２０１とのギャップＧを５０μｍに保って非接触帯電を行なったところ、電源３から電子放出アレイ１０に対して−３００Ｖの電圧を印加することで、像担持体２０１の表面電位が−１００Ｖに帯電することが確認された。さらに、ギャップＧを１００μｍに固定し、同様の実験を行なったところ、−３００Ｖ印加で帯電電位−５０Ｖが得られた。
【００６６】
これらの結果から、像担持体を帯電する帯電装置として電子放出素子アレイ１０を用いることで、従来の帯電装置に比べて非常に低電圧で、被帯電体を帯電できることを確認できた。なお、理論値のように電子放出アレイ１０に印加した電圧以上の像担持体２０１表面帯電電位が得られない理由は、像担持体２０１の感光層２０３が絶縁性であるため、電子放出に必要な電界強度を得づらくなるためだと考えられる。
また、ギャップＧが大きくなると、電子放出素子１からの放出電子が像担持体２０１まで到達しにくいことが確認できた。したがって、後述するように、ギャップＧが大きい場合は、必要な帯電電位を得るためには、放出電子を加速し像担持体２０１まで到達させるためのグリッドを備えることが好ましいことになる。
【００６７】
ここで、電源３から電子放出素子１に印加する電圧は、ｓｐ３結合性材料と像担持体表面との間の電位差がパッシェン則に基づく放電限界以下の電位差となる電圧とする。これにより、放電による大気中分子の電離によるオゾン、ＮＯｘを発生させないようにすることができ、パッシェン放電させないことによって帯電電位の制御性が良くなり、ｓｐ３結合性材料の部材寿命を延ばすことができる。
【００６８】
また、上述したように、ｓｐ３結合性材料と像担持体表面との間の空隙（ギャップ）は、２０μｍ以上とすること、好ましくは５０μｍ以上とすることが好ましい。これにより、像担持体の振れ、二成分キャリア用の直径以上のギャップを予め確保することができ、電子放出素子１への異物や像担持体の衝突による傷を防止することができて、ｓｐ３結合性材料の部材寿命を延ばすことができる。
【００６９】
次に、本発明に係る帯電装置の第２実施形態について図６及び図７を参照して説明する。なお、図６は同実施形態の側面説明図、図７は同じく像担持体軸方向に沿う説明図である。
この実施形態では、上述した第１実施形態の電子放出素子アレイ１０を絶縁性の略コ字状のケース４内に収納し、ケース４の開口部４ａを像担持体２０１に対向するように配置する。そして、ケース４の開口部４ａにステンレス製のグリッド７を取り付け、このグリッド７に電源８から電圧を印加する構成としている。
【００７０】
ここで、グリッド７としては、従来からスコロトロン帯電方式で用いられているハニカム構造のステンレス板を用いているが、その他の電子が通過する構造の導電性膜や穴を形成した導電性板状部材を使用することもできる。
【００７１】
そして、電子放出素子アレイ１０とグリッド７との距離は５０μｍ、グリッド７と像担持体２０１間のギャップは１ｍｍとし、電子放出素子アレイ１０に電源３から−３００Ｖの電圧を印加し、グリッド７に電源８から−６５０Ｖの電圧を印加し、ケース４の開口部４ａが像担持体２０１に対向するように配置して非接触帯電を行なった。
【００７２】
このとき、像担持体２０１の線速を２００ｍｍ／ｓｅｃとした場合、像担持体２０１の表面は−６００Ｖに帯電した。グリッド７に対する印加電圧を変化させると像担持体２０１の表面電位も変化し、グリッド７に−８５０Ｖの電圧を印加すると、像担持体２０１は約−８００Ｖに帯電することが確認された。また、グリッド７に対する印加電圧を小さくすると、像担持体２０１の表面電位もそれに対応して小さくなることが確認された。
【００７３】
このように、ｓｐ３結合性材料と像担持体表面との間の空隙（ギャップ）に像担持体表面電位を制御する導電性部材（グリッド）を配置することにより、ｓｐ３結合性材料と像担持体表面との間の空隙を広くしても所要の帯電電位を得ることができるようになる。これにより、遠距離から電子放出を行うことができ、トナーなどによる汚れを防ぐことができるとともに、帯電電位を安定化させることができ、帯電部材（電子放出素子）への異物や像担持体の衝突による傷を防止することができ、ｓｐ３結合性材料の部材寿命を延ばすことができる。
【００７４】
次に、本発明の第３実施形態について図８及び図９を参照して説明する。なお、図８は同実施形態の像担持体軸方向に沿う方向の説明図、図９は同実施形態の側面説明図である。
この帯電装置は、複数の電子放出素子４１をステンレス、ニッケル、アルミニウムなどからなる電極部材４２上に隙間なく並べて配置し、導電性接着剤を用いて接着固定することで、電子放出アレイ４０を構成し、この電子放出アレイ４０に対して直流電源４３から電圧を印加する構成としている。そして、この電子放出素子アレイ４０を絶縁性の略コ字状のケース４６内に収納し、ケース４６の開口部４６ａを像担持体２０１に対向するように配置する。
【００７５】
ここで、電子放出素子４１は、具体的には、前記第１実施形態の電子放出素子１と同じように、１０ｍｍ×５ｍｍ、厚み５００μｍのシリコン、ニッケルなどの電極（導電性部材）１４１に混合ガスプラズマ（ジボラン：水素化ホウ素Ｂ２Ｈ６、水素、アンモニア、アルゴン）と同時にデフォーカス（多少集光した）紫外エキシマレーザー（λ：１９３ｎｍ、ｆ：１０３０Ｈｚ）を照射して電極１４１上にｓｐ３結合性５Ｈ−ＢＮ薄膜１４２を合成して形成している。
【００７６】
そして、この実施形態における電子放出素子４１では、ｓｐ３結合性５Ｈ−ＢＮ薄膜１４２の表面に形成される紡錘状突起の高さを略一様な高さにするための処理を施すことによって、ｐ３結合性５Ｈ−ＢＮ薄膜１４２の表面に形成される紡錘状突起の高さが略一様なっている構成としている。
【００７７】
具体的には、前記ｓｐ３結合性５Ｈ−ＢＮ薄膜１４２を合成した電極１４１を複数個隙間無く並べて帯電器の電極４２に固定化する。複数固定化して帯電器としたあとの電極４２の幅は１０ｍｍ、長さは像担持体２０１の長さよりも短く必要な画像長さよりも余裕をもった長さという条件から３１０ｍｍとした。
【００７８】
一方、この帯電装置によって帯電させる被帯電体である感光体ドラム（像担持体）２０１は、例えば、導電性基体２０２と感光体層２０３とで構成される。ここでは、感光体層２０３として、比誘電率３、厚み２５μｍのものを使用した。
【００７９】
この電子放出素子アレイ４０を感光体ドラム２０１との最近接距離ｄ＝７０μｍに設定し、感光体ドラムを２００ｍｍ／secの速度で駆動させながら電圧を−６７０Ｖ印加したところ、暗中で−６００Ｖの帯電電位を得た。なお、帯電電位の測定は、トレック社表面電位計モデル３４４を用いて行った。また、最近接距離は、ｓｐ３結合性５Ｈ−ＢＮ薄膜１４２の表面に形成される紡錘状突起の底面から感光体層０３表面までの高さである。ポリイミド製テープを電子放出素子アレイ４０が固定されている電極４２の両端部に貼り付け、ギャップを持たせてある。
【００８０】
次に、帯電電位の均一性を評価するために、暗中での帯電電位を−２５０Ｖにするように印加電圧を調整し、２００ｍｍ／secのスピードで感光体ドラム２０１を回転し、帯電を行い、帯電直後に２成分現像剤を入れた現像器により−２５０Vの帯電部に対して現像を行い、帯電部にトナーを付着させて帯電状態の可視化を行ったところ、帯電電位にムラが生じないことが確認された。
【００８１】
このように、ｓｐ３結合性５Ｈ−ＢＮ薄膜１４２の表面に形成される紡錘状突起の高さが略一様になっている構成とすることによって、帯電ムラのない帯電電位を得ることができる。
【００８２】
つまり、前述したこの実施形態の電子放出素子アレイ４０に代えて、ｓｐ３結合性５Ｈ−ＢＮ薄膜１４２の表面に形成される紡錘状突起の高さを略一様な高さにするための処理を施さない電子放出素子アレイを用いて、上述したと同様の構成、及び、条件で、感光体ドラム２０１に対する帯電を行って帯電状態の可視化を行ったところ、帯電電位に帯電ムラが生じていることが確認された。帯電電位にムラがあると、その後の現像工程において帯電電位ムラを同じようなトナー付着状態のムラを生じ、画像品質が悪化することは周知である。
【００８３】
そこで、本発明者らは、この帯電電位ムラの原因について鋭意究明しているが、その原因の１つには、ｓｐ３結合性材料からなる薄膜表面に多数存在している、電子放出源である先端の尖った紡錘形状部分（突起）の高さが完全に同じ高さではないこと、すべての突起から放出される電子による電流密度が同じではないことによるのではないか、つまり、各突起の電子放出性能の違いによるのではないかと考えた。
【００８４】
そのため、像担持体表面を数十Ｖ以内の範囲で均一帯電するには、前記ｓｐ３結合性材料で形成した薄膜表面の突起の高さを一定に揃えるか、あるいは、像担持体の表面電位を均一に制御するための機構が必要であることが判明した。
【００８５】
そこで、ｓｐ３結合性５Ｈ−ＢＮ薄膜１４２の表面に形成される紡錘状突起の高さを略一様な高さに揃えるために、次のような処理を施した。
つまり、突起高さ１０μｍ〜３０μｍの突起が混在する電子放出素子４１を含む電子放出素子アレイ４０と高抵抗の導電板を対向させ各電子放出素子４１に電圧を印加する。印加する電圧は、対向との距離がより近い３０μｍの突起との間にパッシェンの法則から導かれる大気中放電が発生する条件に設定する。そして放電を起こさせると、その突起は放電により焼き切られたようになり、高さが低い突起のみ残存するようになる。このようにして、略均一な高さの突起のみを残すような処理を行えば、突起の高さを一定に揃えることができる。
【００８６】
ここで、パッシェンの法則について説明する。
微小空隙での放電限界電圧Ｖｐａは、パッシェンの法則により、次の（１）式で表すことができる。２体間の電位差がこの値Ｖｐａを超えると放電が発生し、電位差を小さくするように電荷が移動する。
【００８７】
【数１】
ただし、Ｖｐａ：放電限界電圧、ｇ：空隙間距離（ｍ）
【００８８】
図１０に放電限界電圧Ｖｐａの直線を示している。このＶｐａ以上では放電が発生することが分かる。
【００８９】
このように、ｓｐ３結合性５Ｈ−ＢＮ薄膜１４２の表面に形成される紡錘状突起の高さが略一様になっている構成とすることによって、帯電ムラのない帯電電位を得ることができ、画像形成装置に適用することにとって画像濃度ムラのない高品質の画像を形成することができる。
【００９０】
次に、本発明の第４実施形態について図１１を参照して説明する。なお、図１１は同実施形態の像担持体軸方向に見た側面説明図である。
この実施形態では、図４に示した第４例の電子放出素子３１（ただし、突起の高さは前記第３実施形態と同様に略一様に揃っている。）を用いている。つまり、シート状にし、大面積化したシート状導電性基体１３１に突起高さを均一化する処理を行ったｓｐ３結合性材料の薄膜１３２を固定化して電子放出素子３１とし、シート状導電性基体１３１の領域全域にわたり、対向する像担持体２０１との間に同じ空隙（ギャップ）ｄを維持しながら配置する。帯電動作のときは、この電子放出素子３１のシート状導電性基体１３１に電圧を印加しながら感光体を帯電する。
【００９１】
このようにシート状に大面積化した導電性基体にｓｐ３結合性材料を固定化した電子放出素子を備えることによって、ｓｐ３結合性材料の突起が部分的に存在しない場合でも、像担持体における帯電しない部分の発生による欠落部を大面積化で補うことができて、帯電ムラを低減することができる。
【００９２】
すなわち、前述したように、画像形成動作が開始され、感光体が回転移動を開始し、電子放出素子３１の対向位置入口に突入すると、シート状導電性基体１３１に所定の電圧が印加され、各突起から電子が放出される。このとき、前述したように高さ均一化処理後に突起がなくなった位置では電子が放出されないが、感光体回転方向のシート幅を大きくし、感光体軸方向において２０μｍ以上にわたり突起が存在しない箇所をつくらないようにすれば、１２００ｄｐｉのドット画像を形成する場合であっても、帯電しない箇所がないようにすることができる。また、電子が放出されて、感光体が帯電し、電圧が印加されている電子放出素子との間の電界が小さくなると、もうそれ以上の電子放出も行なわれなくなり、感光体電位が一定値に収束する。
【００９３】
ここで、図１１において、図示しない電源から電子放出素子３１に印加する電圧は、ｓｐ３結合性材料と像担持体表面との間の電位差がパッシェン則に基づく放電限界以下の電位差となる電圧とする。これにより、放電による大気中分子の電離によるオゾン、ＮＯｘを発生させないようにすることができ、パッシェン放電させないことによってｓｐ３結合性材料の部材寿命を延ばすことができる。
【００９４】
次に、本発明の第５実施形態について図１２を参照して説明する。なお、図１２は同実施形態の像担持体軸方向に見た側面説明図である。
この実施形態は、図３に示した電子放出素子２１（ただし、突起の高さは前記第３実施形態と同様に略一様に揃っている。）を用いている。つまり、ローラ状（ロール状を含む意味）にした導電性基体１２１に突起高さを均一化する処理を行ったｓｐ３結合性材料の薄膜１２２を固定化して電子放出素子２１とし、ローラ状導電性基体１２１の領域全域にわたり、対向する像担持体２０１との間に同じ空隙を維持しながら配置する。帯電動作のときは、このローラ状導電性基体１２１に電圧を印加しながら感光体を帯電する。
【００９５】
このように、電子放出素子の導電性基体をローラ状導電性基体とすることで、像担持体との空隙（ギャップ）を簡単な構成で一定に保つことができる。
【００９６】
次に、本発明の第６実施形態について図１３を参照して説明する。なお、図１３は同実施形態の像担持体軸方向に見た側面説明図である。
この実施形態では、上記第５実施形態のローラ状導電性基体１２１を用いた電子放出素子２１の周面に付着するトナーを除去するためのクリーニング手段としてのクリーニング部材１８を、像担持体２０１と対向する位置以外の位置に配置している。なお、この場合のローラ表面（電子放出素子２１表面）と像担持体（感光体）間のギャップ形成も、ポリイミドなどの既知の厚みを持つテープをローラ両端部に巻きつけ感光体と接触駆動させることにより行なうことができる。
【００９７】
つまり、実際の画像形成装置に使用するときには、帯電器（装置）がトナーで汚れる可能性があることを考慮し、トナーを付着させた実験を行ったところ、帯電電位が低下することが判明した。ただし、ｓｐ３結合性５Ｈ−ＢＮはルツボにも使われるほどの高硬度な材料のためトナークリーニング動作を行えばもとの帯電電位に戻すことができる。
【００９８】
この場合、トナー汚れのクリーニング動作は、電子放出部が感光体と対向している位置のままではその空隙が１００μｍ以下などの狭い空隙になっていて、払拭動作などが著しく困難である。
【００９９】
そこで、帯電装置に用いる電子放出素子の導電性基体としてローラ状導電性基体１２１にして、ローラ表面にｓｐ３結合性材料を固定化した電子放出素子２１を使用し、電子放出素子２１を回転させることによって、クリーニング動作を感光体対向箇所以外の箇所で行なうことができる。
【０１００】
ここで、クリーニング部材１８としては、導電性繊維を植毛したブラシ状のものが好適である。導電性繊維としては、カーボンやイオン系導電剤をナイロン、アクリル、ポリエステルなどの繊維に付与したものを用いている。また、ここではクリーニング部材１８は固定ブラシとしている。
【０１０１】
このように、電子放出素子に付着するトナーなどの異物を除去するクリーニング手段を備えることによって、異物による帯電電位の低下を抑制することができ、安定した帯電を行うことができる。
【０１０２】
次に、本発明の第７実施形態について図１４を参照して説明する。なお、図１４は同実施形態の像担持体軸方向に見た側面説明図である。
この実施形態では、上記第５実施形態のローラ状導電性基体１２１を用いた電子放出素子２１の周面に付着するトナーを除去するためのクリーニング手段としての回転可能なクリーニング部材１９を、像担持体２０１と対向する位置以外の位置に配置している。なお、このクリーニング部材９としての回転可能なロールブラシの構成は上記クリーニング部材１８と同様である。
【０１０３】
そして、このクリーニング部材１９にはバイアス電源２０によってトナーの帯電極性と逆極性の電圧を印加している。ここでは、トナーはマイナスの印加電圧を印加し電子を放出する電子放出素子２１である帯電器に付着することによりマイナス帯電しているので、クリーニング部材１９のブラシを導電性にしてプラスの電圧を印加している。これによって、トナークリーニング性が向上する。
【０１０４】
次に、本発明に係る帯電装置を備えた画像形成装置の第１実施形態について図１５を参照して説明する。なお、同図は同画像形成装置の説明図である。
この画像形成装置は、矢示方向に回転する感光体ドラム２０１の周囲に、感光体ドラム２０１表面を帯電させるための上述した電子放出素子アレイ１０で構成した第２実施形態の帯電装置２１１と、帯電した感光体ドラム２０１上に原稿画像に応じて照射されるレーザー光２１２によって形成された静電潜像を現像するための現像装置２１３と、感光体ドラム２０１上のトナー像を転写材２１５に転写するための転写装置２１６と、転写後の感光体ドラム２０１上の残留トナーを除去するクリーニング装置２１７と、感光体ドラム２０１上の残留電荷を除去する除電装置２１８とを配置している。また、転写装置２１６でトナー像が転写された転写材２１５に定着処理を行なう定着装置２１９を備えている。
【０１０５】
ここで、帯電装置２１１の電子放出素子アレイ１０と感光体ドラム２０１表面との距離（ギャップＧ）は５０μｍとし、電子放出素子アレイ１０に−５６０Ｖの電圧を印加することで、電子放出素子アレイ１０から放出された電子は感光体ドラム２０１上に付着し、感光体ドラム２０１の表面が帯電する。帯電後の感光体ドラム２０１は２００ｍｍ／ｓｅｃで回転し、図示しない書込み装置により静電潜像が形成される。その後、現像装置２１３によって潜像がトナーなどの現像剤で現像され可視像となり、感光体２０１上に形成されたトナー像は次に転写装置２１６により紙などの転写材２１５に転写される。トナー像が転写された後の感光体ドラム２０１上には微量の転写残トナーが残るが、次のクリーニング装置２１７によりクリーニングされ、次に除電装置２１８によって感光体ドラム２０１は必要に応じて除電され、次に画像形成プロセスに備える。
【０１０６】
なお、クリーニング工程のない、クリーナレスプロセスを行い、転写残トナーを現像装置により回収する構成とすることもできる。
【０１０７】
この場合、電子放出素子アレイを含む本発明に係る帯電装置は、前述したようにオゾン、ＮＯｘの発生がなく像担持体を帯電することができ、また、印加電圧を従来のコロナ帯電やローラ帯電方式に比べて低減することができるので、省エネルギーの画像形成装置を構成することができる。さらに、電子放出を低エネルギーで行うことができるので、感光体材料のポリカーボネートなどの有機材料をアタックして酸化・焼失させることがないので、感光体膜削れも低減できる。
【０１０８】
次に、本発明における電子放出素子によって直接潜像形成に使用する本発明に係る画像形成装置の第２実施形態について説明する。
ここでは、電子放出素子１を像担持体の軸方向の長さ、例えば３００ｍｍにわたって例えば６００ｄｐｉの密度で並べて配置し、各々の電子放出素子１に対して独立して電圧を印加するように構成する。
【０１０９】
そして、例えばプリント信号が与えられたときに、画像に応じた書き込み信号に従って各電子放出素子１に対して電圧を印加することで、電圧が印加された電子放出素子１のみから電子が放出して、その対向にある像担持体の１ドットにあたる面積を帯電する。電子放出素子に電圧が印加されなかった箇所は帯電しないので、像担持体上に帯電部と非帯電部が形成され、これが潜像となる。つまり、電子放出素子を含む帯電装置は像担持体上に潜像を書き込む書込み装置を兼ねることになる。
【０１１０】
その後、現像装置により潜像が現像され可視像となり、感光体上に形成されたトナー像は次に転写装置により紙などの転写材に転写される。トナー像が転写された後の感光体上には微量の転写残トナーが残るが、次のクリーニング工程によりクリーニングされ、次に感光体は必要に応じて除電され、再び帯電装置により帯電されて画像形成プロセスを繰り返し行なう。あるいは、クリーニング工程のない、クリーナレスプロセスを行い、転写残トナーを現像装置により回収するようにすることもできる。
【０１１１】
このように、直接潜像形成方式は従来の帯電と露光の２つのプロセスを一度に簡略化できるため画像形成装置の小型化、低コスト化を図ることができる。この場合、帯電装置及び露光装置の二つの装置が電荷付与装置になる。
【０１１２】
つまり、一つの画像形成装置に複数の独立して電圧印加を可能な帯電手段（ｓｐ３結合性材料を用いた電子放出素子）を備えて、複数の帯電手段に対して独立に電圧を設定し印加する電圧印加手段を備えることによって、像担持体を１ドット単位で帯電／非帯電することができるようになり、形成したい潜像を直接帯電時に像担持体上に形成することができ、像担持体として光半導体である感光体に潜像を形成するための露光装置を必要としなくなり、画像形成装置の低コスト化を図ることができる。
【０１１３】
この場合、複数の帯電手段（帯電装置）に対してはそれぞれ同量の電荷を像担持体に供給するように制御された電圧を印加する電圧印加手段を備えることが好ましい。つまり、複数の微細な帯電手段により潜像を直接帯電時に形成する場合に電位が揃っていなければ高画質な画像を得られないことになるので、一画素にあたる帯電手段それぞれが付与する電荷が同じになるように制御することによって、電位が揃い高画質な画像を得られる。
【０１１４】
次に、本発明に係る帯電装置を備えた画像形成装置の第３実施形態について図１６を参照して説明する。なお、図１６は同画像形成装置の説明図である。
この画像形成装置は、矢示方向に回転する感光体ドラム２０１の周囲に、感光体ドラム２０１表面を帯電させるための上述したシート状導電性基体でｓｐ３結合性材料を担持した電子放出素子で構成した第４実施形態の帯電装置２３１と、帯電した感光体ドラム２０１上に原稿画像に応じて照射されるレーザー光２１２によって形成された静電潜像を現像するための現像装置２１３と、感光体ドラム２０１上のトナー像を転写材２１５に転写するための転写装置２１６と、転写後の感光体ドラム２０１上の残留トナーを除去するクリーニング装置２１７と、感光体ドラム２０１上の残留電荷を除去する除電装置２１８とを配置している。また、転写装置２１６でトナー像が転写された転写材２１５に定着処理を行なう定着装置２１９を備えている。
【０１１５】
ここで、帯電装置２３１の電子放出素子３１と感光体ドラム２０１表面との距離ｄは５０μｍとし、電子放出素子３１に−５６０Ｖの電圧を印加することで、電子放出素子３１から放出された電子は感光体ドラム２０１上に付着し、感光体ドラム２０１の表面が−５００Ｖに帯電する。帯電後の感光体ドラム２０１は２００ｍｍ／ｓｅｃで回転し、図示しない書込み装置により静電潜像が形成される。
【０１１６】
その後、現像装置２１３によって潜像が２成分トナーあるいは１成分トナーなどの現像剤で現像され可視像となり、感光体２０１上に形成されたトナー像は次に転写装置２１６により紙などの転写材２１５に転写される。トナー像が転写された後の感光体ドラム２０１上には微量の転写残トナーが残るが、次のクリーニング装置２１７によりクリーニングされ、次に除電装置２１８によって感光体ドラム２０１は必要に応じて除電され、次に画像形成プロセスに備える。
【０１１７】
なお、クリーニング工程のない、クリーナレスプロセスを行い、転写残トナーを現像装置により回収する構成とすることもできる。
【０１１８】
この場合、電子放出素子アレイを含む本発明に係る帯電装置は、前述したようにオゾン、ＮＯｘの発生がなく像担持体を帯電することができ、また、印加電圧を従来のコロナ帯電やローラ帯電方式に比べて低減することができるので、省エネルギーの画像形成装置を構成することができる。さらに、電子放出を低エネルギーで行うことができるので、感光体材料のポリカーボネートなどの有機材料をアタックして酸化・焼失させることがないので、感光体膜削れも低減できる。
【０１１９】
次に、本発明に係る帯電装置を備えた画像形成装置の第４実施形態について図１７を参照して説明する。なお、図１７は同画像形成装置の説明図である。
この画像形成装置では、上記第１実施形態におけるシート状導電性基体の電子放出素子の用いた第３実施形態に係る帯電装置２２１に代えて、ローラ状導電性基体の電子放出素子２１を用いた、第７実施形態に係るクリーニング装置（部材）１９を備える帯電装置２２１を使用している。
【０１２０】
つまり、この画像形成装置は、矢示方向に回転する感光体ドラム２０１に対向して感光体ドラム２０１表面を帯電させるための、上述したｓｐ３結合材料の粉体を隙間無くローラ状導電性基体（ローラ部材あるいは中空の円筒状部材）１２１上に固定化し、さらに電子放出素子２１の突起高さを一定に揃える前述した処理を施した、帯電装置２２１を用いている。
【０１２１】
そして、帯電した感光体ドラム２０１上に原稿画像に応じて照射されるレーザー光２１２によって形成された静電潜像を現像するための現像装置２１３と、感光体ドラム２０１上のトナー像を転写材２１５に転写するための転写装置２１６と、転写後の感光体ドラム２０１上の残留トナーを除去するクリーニング装置２１７と、感光体ドラム２０１上の残留電荷を除去する除電装置２１８とを配置している。また、転写装置２１６でトナー像が転写された転写材２１５に定着処理を行なう定着装置２１９を備えている。
【０１２２】
ここで、帯電装置２２１の電子放出素子２１と感光体ドラム２０１表面との距離ｄは５０μｍとし、電子放出素子２１に−５６０Ｖの電圧を印加することで、電子放出素子２１から放出された電子は感光体ドラム２０１上に付着し、感光体ドラム２０１の表面が−５００Ｖに帯電する。帯電後の感光体ドラム２０１は１００ｍｍ／ｓｅｃで回転し、図示しない書込み装置により静電潜像が形成される。なお、本実施形態では第３実施形態よりも感光体ドラム２０１の速度は遅くなっている。その理由は、電子放出素子２１がローラ形状であることから、第３実施形態よりも、電子放出素子２１と感光体ドラム２０１の最近接距離ｄを保つ時間が短くなるため、第３実施形態よりも感光体が単位時間に得ることができる電荷量が少なくなるため、帯電時間を多く取る必要があるためである。
【０１２３】
その後、現像装置２１３によって潜像が２成分トナーあるいは１成分トナーなどの現像剤で現像され可視像となり、感光体２０１上に形成されたトナー像は次に転写装置２１６により紙などの転写材２１５に転写される。トナー像が転写された後の感光体ドラム２０１上には微量の転写残トナーが残るが、次のクリーニング装置２１７によりクリーニングされ、次に除電装置２１８によって感光体ドラム２０１は必要に応じて除電され、次に画像形成プロセスに備える。
【０１２４】
一方、図示しないプリント枚数カウンターによってカウントされる所定枚数プリントごとに、非画像形成時に帯電装置２１１に電圧非印加の際にクリーニング装置（部材）１９に電源２０から＋１００Ｖの電圧が印加されると同時に図示しない回転駆動装置によって電子放出素子２１の回転動作を行い、電子放出素子２１上に付着したトナーをクリーニングする。
【０１２５】
次に、本発明に係る帯電装置を含む本発明に係るプロセスカ−トリッジの第１実施形態について図１８参照して説明する。なお、同図は同プロセスカートリッジの説明図である。
このプロセスカートリッジ３００は、像担持体３０１、本発明に係る帯電装置である帯電手段（ここでは第１実施形態に係る帯電装置を用いている。）３１１、現像手段３１３、クリーニング装置２１７をプロセスカ−トリッジとして一体に結合して構成し、このプロセスカ−トリッジを複写機やプリンタ等の画像形成装置本体に対して着脱可能に構成している。なお、本発明に係るプロセスカートリッジの構成としてはこれに限るものではなくなく、本発明に係る帯電装置である帯電手段３１１と、像担持体３０１、現像手段３１３、クリーニング装置２１７の少なくともいずれかとで構成することもできる。
【０１２６】
帯電手段３１１を装置本体に対して着脱自在であるプロセスカ−トリッジ内に具備させることにより、メンテナンス性の向上、他の装置との一体交換を容易に行うことができるようになる。
【０１２７】
次に、この第１実施形態に本発明に係るプロセスカートリッジを用いたカラー画像形成装置の第１実施形態について図１９を参照して説明する。なお、同図は同画像形成装置の説明図である。
この画像形成装置は、水平に延在する転写ベルト（像担持体）３２１に沿って、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の画像を形成するための上述したプロセスカ−トリッジ３００Ｙ、３００Ｍ、３００Ｃ、３００Ｋを並置した形式のカラー画像形成装置である。各プロセスカ−トリッジ３００Ｙ、３００Ｍ、３００Ｃ、３００Ｋで現像された各像担持体３０１上の現像トナーは水平に延在する転写電圧が印加された転写ベルト３２１に順次転写される。
【０１２８】
このようにイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと画像の形成が行なわれ、転写ベルト３２１上に多重に転写され、転写手段３２２で転写材３２３にまとめて転写される。そして、転写材３２３上の多重トナー像は図示しない定着装置によって定着される。なお、プロセスカ−トリッジ３００は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順で説明したが、この順番に特定されるものではなく、どの順番で並置してもよい。
【０１２９】
通常、カラーの画像形成装置は複数の画像形成部を有するため装置が大きくなってしまう。また、クリーニングや帯電などの各ユニットが個別で故障したり、寿命による交換時期がきた場合は、装置が複雑でユニットの交換に非常に手間がかかることになる。そこで、本実施形態のように、像担持体、帯電手段、現像手段の構成要素をプロセスカ−トリッジとして一体に結合して構成することによって、ユーザーによる交換も可能な小型で高耐久のカラー画像形成装置を提供することができる。
【０１３０】
次に、本発明に係る帯電装置を含む本発明に係るプロセスカ−トリッジの第２実施形態について図２０を参照して説明する。なお、同図は同プロセスカートリッジの説明図である。
このプロセスカートリッジ４００は、像担持体４０１、本発明に係る帯電装置である帯電手段（ここでは第７実施形態に係る帯電装置を用いている。）４１１、現像手段４１３、クリーニング装置４１７をプロセスカ−トリッジとして一体に結合して構成し、このプロセスカ−トリッジを複写機やプリンタ等の画像形成装置本体に対して着脱可能に構成している。なお、本発明に係るプロセスカートリッジの構成としてはこれに限るものではなくなく、本発明に係る帯電装置である帯電手段４１１と、像担持体４０１、現像手段４１３、クリーニング装置４１７の少なくともいずれかとで構成することもできる。
【０１３１】
帯電手段４１１を装置本体に対して着脱自在であるプロセスカ−トリッジ内に具備させることにより、メンテナンス性の向上、他の装置との一体交換を容易に行うことができるようになる。
【０１３２】
次に、この第２実施形態に係るプロセスカートリッジを用いたカラー画像形成装置について図２１を参照して説明する。なお、同図は同画像形成装置の説明図である。
この画像形成装置は、前記図１９に示したカラー画像形成装置と同様な構成であって、水平に延在する転写ベルト（像担持体）４２１に沿って、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の画像を形成するための上述したプロセスカ−トリッジ４００Ｙ、４００Ｍ、４００Ｃ、４００Ｋを並置した形式のカラー画像形成装置である。各プロセスカ−トリッジ４００Ｙ、４００Ｍ、４００Ｃ、４００Ｋで現像された各像担持体４０１上の現像トナーは水平に延在する転写電圧が印加された転写ベルト４２１に順次転写される。
【０１３３】
このようにイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと画像の形成が行なわれ、転写ベルト４２１上に多重に転写され、転写手段４２２で転写材４２３にまとめて転写される。そして、転写材４２３上の多重トナー像は図示しない定着装置によって定着される。なお、プロセスカ−トリッジ４００は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順で説明したが、この順番に特定されるものではなく、どの順番で並置してもよい。
【０１３４】
通常、カラーの画像形成装置は複数の画像形成部を有するため装置が大きくなってしまう。また、クリーニングや帯電などの各ユニットが個別で故障したり、寿命による交換時期がきた場合は、装置が複雑でユニットの交換に非常に手間がかかることになる。そこで、本実施形態のように、像担持体、帯電手段、現像手段の構成要素をプロセスカ−トリッジとして一体に結合して構成することによって、ユーザーによる交換も可能な小型で高耐久のカラー画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３５】
【図１】本発明に係る帯電装置で用いる電子放出素子の第１例を示す説明図である。
【図２】同じく電子放出素子の第２例を示す説明図である。
【図３】同じく電子放出素子の第３例を示す説明図である。
【図４】同じく電子放出素子の第４例を示す説明図である。
【図５】本発明に係る帯電装置の第１実施形態の説明に供する像担持体軸方向に沿う説明図である。
【図６】本発明に係る帯電装置の第２実施形態の説明に供する側面説明図である。
【図７】同じく像担持体軸方向に沿う説明図である。
【図８】本発明に係る帯電装置の第３実施形態の説明に供する像担持体軸方向に沿う説明図である。
【図９】同じく側面説明図である。
【図１０】パッシェン則による放電限界電圧の説明に供する説明図である。
【図１１】本発明に係る帯電装置の第４実施形態の説明に供する側面説明図である。
【図１２】本発明に係る帯電装置の第５実施形態の説明に供する側面説明図である。
【図１３】本発明に係る帯電装置の第６実施形態の説明に供する側面説明図である。
【図１４】本発明に係る帯電装置の第７実施形態の説明に供する側面説明図である。
【図１５】本発明に係る画像形成装置の第１実施形態の説明に供する説明図である。
【図１６】本発明に係る画像形成装置の第３実施形態の説明に供する説明図である。
【図１７】本発明に係る画像形成装置の第４実施形態の説明に供する説明図である。
【図１８】本発明に係るプロセスカートリッジの第１実施形態の説明に供する説明図である。
【図１９】同プロセスカートリッジを備えた本発明に係る画像形成装置の説明図である。
【図２０】本発明に係るプロセスカートリッジの第２実施形態の説明に供する説明図である。
【図２１】同プロセスカートリッジを備えた本発明に係る画像形成装置の説明図である。
【符号の説明】
【０１３６】
１、１１、２１、３１…電子放出素子
２…基板
３…電源
４…ケース
７…グリッド
８…電源
１０…電子放出素子アレイ
１０１、１１１、１２１、１３１…ｓｐ３結合性材料
１０２、１１２、１２２、１３２…電極（導電性基体）
２０１…像担持体
２０２…導電性基体
２０３…感光体層
２１１、２２１、２３１…帯電装置
２１３…現像装置
２１６…転写装置
２１７…クリーニング装置
２１８…除電装置
２１９…定着装置
３００、４００…プロセスカートリッジ
３０１、４０１…像担持体
３１１、４１１…帯電手段
３１３、４１３…現像装置
３１７、４１７…クリーニング装置
３２１、４２１…転写ベルト
３２２、４２２…転写ローラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は帯電装置、画像形成装置及びプロセスカートリッジに関し、特に電子放出によって像担持体の帯電を行なう帯電装置、画像形成装置及びプロセスカートリッジに関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、プリンタ／ファックス／複写機複合機等の各種画像形成装置として電子写真プロセスを用いる画像形成装置が知られている。この電子写真プロセスにおいて、像担持体としての感光体に潜像を形成するために像担持体を一様に帯電させる帯電装置にはコロナ放電を利用するものが多い。
【０００３】
このコロナ帯電方式は、白金やタングステンの直径５０〜２００μｍ程度のワイヤー電極、あるいは、ステンレス材料などの針状電極の周囲に、導電性のケース電極を設け、電極とケースの間に直流又は交流の高圧バイアスを印加して、電極周辺での空気分子が電離したイオンを用いて、感光体を帯電させるものであり、遠距離からの均一な帯電が可能である。
【０００４】
しかしながら、コロナ帯電方式は、空気を電離・イオン化させるため、オゾン、窒素酸化物といった放電生成物が生成される。その発生量はオゾン、窒素酸化物ともに６０分帯電後で４〜１０ｐｐｍにも上ることが知られている。
【０００５】
オゾンは、高濃度で画像形成装置内に滞留すると、感光体表面を酸化し、感光体光感度の低下や帯電能の劣化を生じさせ、形成画像が悪化することが知られている（非特許文献１）。また、感光体以外の部材の劣化が促進され、部品寿命が低下する等の不具合も生じる。
【非特許文献１】明珍寿史他、「オゾンによる感光体劣化軽減のためのコロナチャージャの開発」、電子写真学会誌、第３１、１、１９９２。
【０００６】
また、窒素酸化物は、次のような不具合を生じる。すなわち、放電により、窒素酸化物が発生することが知られているが、窒素酸化物は空気中の水分と反応して硝酸が、また、金属などと反応して金属硝酸塩が生成される。これらの生成物は、低湿環境下では高抵抗であるが、高湿環境下では空気中の水と反応し、低抵抗となる。そのため、感光体表面に硝酸又は硝酸塩による薄い膜が形成されると、画像が流れたような異常画像が発生する。これは硝酸、硝酸塩が吸湿することで低抵抗となり、感光体表面の静電潜像が壊れてしまうためである。
【０００７】
さらに、窒素酸化物は、放電後も空気中に分解されずにその場に留まっているため、窒素酸化物から生成された化合物の感光体表面への付着は、帯電を行っていないとき、すなわち、プロセスの休止期間中にも生じる。そして、この化合物は、時間が経過するにつれて、感光体の表面から内部に浸透することから、感光体の劣化の一因となっている。
【０００８】
この場合、感光体表面の付着物は、クリーニング時に感光体を少しずつ削りとることで除去するといった方法が取られているが、コストの上昇や経時的な劣化を生じるという新たな問題を伴っている。
【０００９】
また、コロナ帯電方式は、遠距離からの放電のため、印加電圧がかなりの高電圧（４ｋV〜１０ｋV）となるほか、帯電電位は帯電時間によって変わるため、必要な帯電電位（４００V〜１０００V）を得るためには、感光体速度が大きい場合にはケース電極の感光体回転方向の幅を大きくする必要があり、プリント速度が速い画像形成装置の小型化が難しくなる。
【００１０】
一方、帯電装置としては、近接ローラ帯電方式も広く使用されるようになっている。この、近接ローラ帯電方式は、感光体近傍に保持した帯電部材（帯電ローラ）と感光体との間に、直流又は交流のバイアスを印加し、両者間の空隙で放電を生じさせ、感光体を帯電させるものである。この帯電方式では、パッシェンの放電則に則った帯電現象を利用しており、所望の帯電電位に対し放電開始電圧分だけ大きい電位差を形成することで、所望の帯電電位を得ている。
【００１１】
この場合、交流バイアス方式では、近接帯電部材と感光体との間で電界の向きが時間とともに交互となり、放電、逆放電が繰り返される。交流バイアス方式では、放電、逆放電によって、帯電がならされより、均一な帯電が得られる利点があるものの、放電による感光体へのハザードが非常に大きくなっている。
【００１２】
このように、感光体への電荷付与はこれまで何らかのパッシェン放電を伴う帯電手段で行われており、その結果、放電によって放電生成物が感光体表面に付着したり、放電によって生じた活性な気体によって感光体表面が酸化されたりするハザードは避けられない。
【００１３】
そのため、現在、経時的な画質の劣化を低減して画質を維持するために、上述したように感光体の表面を微小に削りながら使用している。一方、感光体を削ることは消耗であり、長期的な観点から避けることが好ましいが、前述の感光体ハザードによる画質劣化防止とトレードオフとなっており、根本的な解決が困難である。
【００１４】
さらに、帯電部材を感光体に接触させて感光体を帯電させる接触帯電装置がある。これは、例えば、ローラ状の帯電部材を感光体上に接触従動させて感光体の帯電を行なうものである。この接触帯電方式は、上述したコロナ帯電方式に比べると、オゾンの発生量、直流電圧印加時の６０分帯電後のオゾン発生量が０．０１ｐｐｍと少なく、また、印加電圧が低いため電源のコストが小さく、電気絶縁の設計が行い易いなど利点を有している。
【００１５】
この接触帯電方式としては、例えば特開昭５７−１７８２５７号公報、特開昭５６−１０４３５１号公報、特開昭５８−４０５６６号公報、特開昭５８−１３９１５６号公報、特開昭５８−１５０９７５号公報、特開昭６３−７３８０号公報等に記載されているように、その接触又は近接部分近傍に狭い空間を形成し、パッシェンの法則で解釈できるような放電を形成することにより、感光体を帯電する方法があり、これらの場合に、帯電開始電圧以上の直流電圧を導電性部材に印加する方法や、詳しくは特開昭６３−１４９６６９号公報に記載されているように、目標帯電電位に相当する直流電圧に交流電圧を重畳した振動電圧を印加することで帯電均一化を一層促進することができる。
【００１６】
しかしながら、交流電圧を印加すると、帯電部材と感光体との間で電界の向きが時間と伴に交互となり、放電、逆放電が繰り返され、放電、逆放電によって、帯電がならされより均一な帯電が得られる利点がある反面、電流量が増えるため、オゾン、窒素酸化物の発生量も、電流量が増えるに従って多くなり、交流印加条件によっては６０分帯電後にコロナ帯電方式に近い３ｐｐｍものオゾンが発生することもある。
【００１７】
また、一方で、例えば特開平８−１０６２００号公報に記載されているように、電圧を印加した前記導電性部材を感光体に接触させ、感光体表面にあるトラップ準位に電荷を注入して接触注入帯電を行なう方法もある。この方法における導電性部材としては、接触／離間状態や形状の制御のしやすさといった観点から、ローラ形状の導電性部材（帯電ローラ）が汎用的に使用される。
【００１８】
しかしながら、帯電部材がゴム材であるため、長期間、コピー機を停止させた場合、感光体に接した状態にあるローラが変形する可能性がある。また、ゴムは吸水しやすい材料であるため環境の変化に伴う電気抵抗変動が大きい。さらに、ゴムはその弾性を発揮させるためや劣化防止のため数種の可塑剤や活性剤を必要としており、導電性顔料を分散させるためには分散補助剤を用いることも少なくない。つまり、感光体の表面はポリカーボネートやアクリルといった非晶性樹脂であるため、上述した可塑剤や活性剤および分散補助剤に対し非常に弱いとい問題がある。
【００１９】
また、接触帯電方式では帯電部材と感光体との間に異物を巻き込み、帯電部材が汚染されて帯電不良が発生する、直接感光体にローラが触れているために長期保存した場合に感光体が汚染され、そのために横スジ等の画像不良を生じるという問題もある。
【００２０】
そこで、これらに変わる帯電技術として、電子放出材料を用いた方式が着目されつつある。例えば、特許文献１には、絶縁層と半導体材料層、もしくは絶縁層と金属材料層よりなる電子放出層が、基板電極および薄膜電極とにより挟み込まれた構成を有する、所謂ＭＩＳ型、ＭＩＭ型の電子放出素子を用いたものが記載されている。
【特許文献１】特開２００３−１４５８２６号公報
【００２１】
特許文献２には、先端部分に金属または合金（ａ）、あるいは金属を含む窒化物、炭化物、ケイ化物またはホウ化物の少なくとも１種（ｂ）で被覆されたカーボンナノチューブを構成要素として有する電子放出素子を用いたものが記載されている。
【特許文献２】特開２００１−２５０４６７号公報
【００２２】
特許文献３には、石英、ガラス、セラミックス、金属、シリコン基板などによって構成される支持体と、支持体の片面上に金属または合金を成膜することにより形成されたエミッタ電極と、エミッタ電極上に所定の間隔で設置された複数のアルミニウム膜を硫酸、過塩素酸などの酸中で陽極化することにより形成された複数の陽極化膜と、複数の陽極化膜の各陽極化膜間に形成され、エミッタ電極と反対側に開口部を有する細孔と、複数の陽極化膜の各陽極化膜間に形成された細孔内に底面がエミッタ電極に接するように設置され、電子を電界放出するカーボンナノチューブと、細孔の開口部を被覆する引き出し電極と、を備え、カーボンナノチューブは、エミッタ電極と陽極酸化膜と引き出し電極とに囲まれていることを特徴とする電子放出装置を用いたものが記載されている。
【特許文献３】特開２００２−２７９８８５号公報
【００２３】
特許文献４には、上部電極と下部電極との間に半導体層が形成されている電子放出素子であって、半導体層の半導体表面に有機化合物を吸着させて有機化合物吸着層を形成させる電子放出素子を用いたものが記載されている。
【特許文献４】特開２００３−１４０４４４号公報
【００２４】
その他、電子放出素子を用いるものとしては、特許文献５、同６に記載されているものもある。
【特許文献５】特開２００２−３１１６８４号公報
【特許文献６】特開２００４−３２７０８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
上述した電子放出素子を用いるものの内でも、カーボンナノ材料についての研究は近年盛んに行われており、その中でもカーボンナノチューブについての研究は広く行われ、高い電子放出能が示唆されている。例えば、上記特許文献２には、カーボンナノチューブ先端部分の構成要素を規定することでカーボンナノチューブの耐久性を向上させると共に、帯電器として非接触、接触で使用可能であること記載されている。
【００２６】
しかしながら、カーボンナノ材料は有機物であるため、電子写真方式で使用されるような大気中での電子放出では、放出された電子よって励起された酸素原子によってカーボンナノ材料そのものが酸化され、燃焼により分解されてしまい、構造的に非常に弱く所望の寿命を達成できないおそれがあるという課題がある。
【００２７】
また、その他の特許文献１、同４に記載のＭＩＳ構造やＭＩＭ構造などを有する電子放出素子を用いた場合、十分な電子放出性が得られないという課題がある。
【００２８】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、放電生成物が発生しないレベルでの電子放出を行ない得ることで像担持体のハザードを防止でき、電子放出材料自体の劣化の少ない帯電装置、この帯電装置を備えるプロセスカートリッジ、帯電装置又はプロセスカートリッジを備える画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
上記の課題を解決するため、本発明に係る帯電装置は、ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段を備えている構成とした。
【００３０】
ここで、ｓｐ３結合性材料がｓｐ３結合性窒化ホウ素であることが好ましい。この場合、ｓｐ３結合性窒化ホウ素がｓｐ３結合性５Ｈ−ＢＮ材料又はｓｐ３結合性６Ｈ−ＢＮ材料であることが好ましい。
【００３１】
また、ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段と像担持体間に電圧を印加することで、ｓｐ３結合性材料表面から放出された電子又は該電子が大気中の分子に付着して生成されたイオンによって像担持体を帯電することが好ましい。この場合、ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段と像担持体表面との間の電位差がパッシェン則に基づく放電限界以下の電位差となる電圧が印加されることが好ましい。
【００３２】
さらに、ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段は像担持体の表面との間に２０μｍ以上の空隙を介して配置されることが好ましい。この場合、ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段は像担持体の表面との間に５０μｍ以上の空隙を介して配置されることが好ましい。
【００３３】
また、ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段と像担持体の表面との間に、像担持体の表面電位を制御する導電性部材を備えていることが好ましい。
【００３４】
また、ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段は導電材料の表層に形成された１００μｍ以下の薄膜であることが好ましい。
【００３５】
また、ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段は、ｓｐ３結合性材料の粉体を導電性部分に導電的に接触して固定化して形成したものであることが好ましい。
【００３６】
また、ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段の表面には略一様な高さの突起を有していることが好ましい。この場合、ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段の表面に形成される突起の高さを略一様な高さにするための処理が施されていることが好ましい。
【００３７】
また、電子放出手段は導電性基体上にｓｐ３結合性材料を配置して構成することができる。この場合、導電性基体はローラ形状、シート状とすることができる。
【００３８】
本発明に係る帯電装置は、少なくとも導電性基体上にｓｐ３結合性材料を配置した電子放出手段と、この電子放出手段に対して所定の空隙を持って配置される像担持体と電子放出手段との間に介在して像担持体の表面電位を制御するための表面電位制御部材とを備え、電子放出手段にはｓｐ３結合性材料により形成された表面に存在する紡錘形状の突起の高さを一定に揃える処理が施されており、また像担持体を帯電するときにｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段と表面電位制御部材との間の電位差がパッシェン則に基づく放電限界以下の電位差となる電圧が導電性基体に印加される構成とした。
【００３９】
本発明に係る帯電装置は、少なくとも導電性基体上にｓｐ３結合性材料を配置した電子放出手段と、この電子放出手段に対して所定の空隙を持って配置される像担持体と電子放出手段との間に介在して像担持体の表面電位を制御するための表面電位制御部材とを備え、電子放出手段の導電性基体がローラ形状であって、像担持体を帯電するときにｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段と表面電位制御部材との間の電位差がパッシェン則に基づく放電限界以下の電位差となる電圧が導電性基体に印加される構成とした。
【００４０】
本発明に係る帯電装置は、少なくとも導電性基体上にｓｐ３結合性材料を配置した電子放出手段と、この電子放出手段に対して所定の空隙を持って配置される像担持体と電子放出手段との間に介在して像担持体の表面電位を制御するための表面電位制御部材とを備え、電子放出手段の導電性基体がシート状であって、像担持体の全域に対して同じ空隙を維持した状態で配置され、像担持体を帯電するときにｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段と表面電位制御部材との間の電位差がパッシェン則に基づく放電限界以下の電位差となる電圧が導電性基体に印加される構成とした。
【００４１】
本発明に係る画像形成装置は、この像担持体上に静電潜像を形成するために電荷を付与する本発明に係る帯電手段と、静電潜像に着色体を付着させ可視像化する現像手段を備えているものである。
【００４２】
ここで、複数の独立した帯電手段と、各帯電手段に対して独立に電圧を設定し印加する電圧供給手段を備えていることが好ましい。この場合、電圧供給手段は、各帯電手段が像担持体に対して同量の電荷を供給するように制御した電圧を印加することが好ましい。
【００４３】
本発明に係るプロセスカートリッジは、像担持体、現像手段、転写手段及びクリーニング手段の少なくともいずれかと、本発明に係る帯電手段とを含むものである。
【００４４】
本発明に係る画像形成装置は、本発明に係るプロセスカートリッジを複数備えているものである。
【発明の効果】
【００４５】
本発明に係る帯電装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置によれば、ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段を備えている構成としたので、放電生成物が発生しないレベルでの電子放出を行なうことができて像担持体のハザードを防止でき、電子放出材料自体の劣化も少なくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。まず、本発明に係る帯電装置を構成する電子放出手段としての電子放出素子について図１ないし図４を参照して説明する。なお、図１ないし図４は同電子放出素子の第１例ないし第４例を示す説明図説明図である。
【００４７】
図１に示す第１例に係る電子放出素子１は、電極１０１上にｓｐ３結合性材料の薄膜１０２を固定化して形成したものである。また、図２に示す第２例に係る電子放出素子１１は、電極１１１上にｓｐ３結合性材料の粉体１１２を分散して固定化して形成したものである。また、図３に示す第３例に係る電子放出素子３１は、円筒状あるいはローラ状電極１２１上にｓｐ３結合性材料の粉体１２１を分散して固定化して形成したものである。
また、図４に示す第４例に係る電子放出素子３１は感光体の円筒状基体の形状に合わせて円弧のように湾曲したシート状の電極１３１にｓｐ３結合性材料の薄膜１３２を固定化して形成したものである。なお、第１例、第４例において、薄膜１０２、１３２の代わりにｓｐ３結合性材料の粉体１１２、１２２を分散して固定化して形成してもよい。
【００４８】
これらの電子放出素子１、１１、２１、３１は、電極１０１、１１１、１２１、１３１に対して図示しない電源によって電圧を印加することで電子を放出する。この放出された電子は、気体分子、例えば酸素、二酸化炭素、窒素またはこれらに水が付着した分子に付着し、負イオンを発生しこれらの負イオンによって被帯電体を帯電することができる。
【００４９】
ここで、このような電子放出素子１、１１、２１、３１を用いた場合のオゾン及び窒素酸化物の低減化について説明する。
一般的に、コロナ放電を用いて帯電を行なう場合においては、非常に多くのオゾンや窒素酸化物（ＮＯｘ）を生じさせる。これは、電子衝突による窒素分子の解離エネルギーは２４．３ｅＶ、電子衝突による酸素分子の解離エネルギーは８ｅＶであるところ、コロナワイヤーから放出される電子のエネルギーは３０ｅＶ以上であり、電子衝突により気体分子が解離するためである。
【００５０】
これに対して、ｓｐ３結合性材料を用いた電子放出素子の場合、発生する電子のエネルギーは６ｅＶ程度であり、放出された電子は気体分子の解離を起こさず、窒素酸化物もオゾンも発生しない。
【００５１】
これによって、放電生成物（オゾン、ＮＯｘなど）の発生がないので、放電生成物が被帯電体である像担持体表面に付着したり、放電により生じた活性な気体によって像担持体表面が酸化して劣化したりするハザードを防止できるとともに、電子放出材料そのものも酸化による燃焼などの劣化を生じなく、長期にわたり安定した帯電を行なうことができるようになる。また、低電圧動作で、短時間で十分な被帯電体の帯電電位を得ることができ、更に非接触帯電方式のため、転写残トナーの付着による劣化を生じることもなくなる。
【００５２】
ここで、ｓｐ３結合性材料について説明すると、ｓｐ３結合性材料としては、ｓｐ３結合性窒化ホウ素、例えば、ｓｐ３結合性５Ｈ−ＢＮ材料又はｓｐ３結合性６Ｈ−ＢＮ材料を用いることができる。つまり、一般式：ＢＮで示され、六方晶系５Ｈ形又は６Ｈ型多形構造を有するｓｐ３結合性窒化ホウ素としては、例えば特許第３５９８３８１号公報に記載されているものが知られている。
【００５３】
本発明者らは、このようなｓｐ３結合性５Ｈ−ＢＮ材料又はｓｐ３結合性６Ｈ−ＢＮ材料について、画像形成装置における像担持体の帯電装置への適用について鋭意検討した結果、ｓｐ３結合性５Ｈ−ＢＮ材料又はｓｐ３結合性６Ｈ−ＢＮ材料を電子放出材料として使用することで像担持体を帯電させることができることを見出して本発明を完成させたものである。
【００５４】
特に、ｓｐ３結合性５Ｈ−ＢＮは、ダイヤモンドと同じ結合状態をもち、ダイヤモンドの次に硬い窒化ホウ素の一種である。窒化ホウ素は例えばルツボなどにも使われる材料であり、抜群の耐熱性と化学物質に対する耐性を有することから、従来にない耐久性を持ち、かつ高負荷にも耐えられる電子放出材料であると言える。
【００５５】
このｓｐ３結合性５Ｈ−ＢＮの製法は、シリコン、ニッケルなどの基板に混合ガスプラズマ（ジボラン：水素化ホウ素Ｂ２Ｈ６、水素、アンモニア、アルゴン）と同時にデフォーカス（多少集光した）紫外エキシマレーザー（λ:１９３ｎｍ、ｆ：１０３０Ｈｚ）を照射して作製することができる。特に、このようにして作製したｓｐ３結合性５Ｈ−ＢＮ材料は、その作製方法そのものによって、レーザー照射方向に揃って薄膜表面に１０μｍ程度の先端の尖った紡錘形状（突起）が多数形成され、電子放出エミッタとして働くという特徴を有している。
【００５６】
このようなｓｐ３結合性材料を用いた電子放出素子を作製するとき、上述したようにｓｐ３結合性材料は導電材料（上記の電極）の表層に形成された１００μｍ以下の薄膜とすることで、製造に時間がかかりコストが高くなる単結晶を用いる場合に比べて、電子放出特性をある程度維持したまま製造時間を短縮し、材料費を抑えつつコストダウンを図ることができる。あるいは、上述したように、粉体化したｓｐ３結合性材料を電極となる導電性部分に導電的に接触させて固定化することにより、単結晶のｓｐ３結合性材料を用いた場合に比べて製造工程が簡略され、コストの低減を図ることができる。
【００５７】
次に、このような電子放出素子を備える本発明に係る帯電装置の第１実施形態について図５を参照して説明する。なお、同図は同実施形態の像担持体軸方向に沿う方向の説明図である。
この帯電装置は、複数の電子放出素子１をステンレス、ニッケル、アルミニウムなどからなる電極部材２上に隙間なく並べて配置し、導電性接着剤を用いて接着固定することで、電子放出アレイ１０を構成し、この電子放出アレイ１０に対して直流電源３から電圧を印加する構成としている。
【００５８】
ここで、電子放出素子１は、具体的には、前述したように、１０ｍｍ×５ｍｍ、厚み５００μｍのシリコン、ニッケルなどの電極（導電性部材）１０１に混合ガスプラズマ（ジボラン：水素化ホウ素Ｂ２Ｈ６、水素、アンモニア、アルゴン）と同時にデフォーカス（多少集光した）紫外エキシマレーザー（λ：１９３ｎｍ、ｆ：１０３０Ｈｚ）を照射して電極１０１上にｓｐ３結合性５Ｈ−ＢＮ薄膜１０２を合成して形成している。
【００５９】
一方、この帯電装置によって帯電させる被帯電体である像担持体２０１は、例えば、導電性基体２０２と感光体層２０３とで構成される。
【００６０】
まず、導電性基体２０２としてのアルミ素管のみを用いて、電子放出素子アレイ１０に電圧を印加し、その時に計測された電流量を電荷量に換算し、その電荷量から像担持体の表面帯電電位の理論値を求める実験を行った。
【００６１】
電子放出素子アレイ１０と導電性基体２０２とのギャップＧを２０μｍに保って、電子放出素子アレイ１０に電圧を印加した。このとき、導電性基体２０２は静止状態とし、電子放出素子アレイ１０は固定で幅５ｍｍとした。電源３から電子放出素子アレイ１０に対して−２０Ｖの電圧を印加した際に導電性基体２０２に流れる電流量を測定した結果、像担持体２０１の表面電位を−６００Ｖに帯電できる程度の電流量が確認された。
【００６２】
これにより、この帯電装置は、従来の帯電装置に比べて、理論的には非常に低電圧（ここでは｜２０Ｖ｜）で十分な帯電能力を持つことが確認された。また、電子放出を継続して行なっても、帯電性能は持続し、電子放出素子１の劣化も見られなかった。
【００６３】
また、電子放出素子アレイ１０と導電性基体２０２とのギャップＧを５０μｍに保って電子放出素子アレイ１０に電圧を印加した。電源３から電子放出アレイ１０に対して−５０Ｖの電圧を印加した際に導電性基体２０２に流れる電流量を測定した結果、像担持体２０１の表面電位を−６００Ｖに帯電できる程度の電流量が確認された。さらに、ギャップＧを１００μｍに固定し、同様の実験を行なったところ、−１００Ｖ印加で−１００Ｖに帯電できる程度の電流量が得られた。
【００６４】
続いて、実際に像担持体を帯電する能力を評価するために、電子放出素子アレイ１０と被帯電体である像担持体２０１とのギャップＧを２０μｍに保って非接触帯電を行なった。このとき、像担持体２０１の線速は２００ｍｍ／ｓｅｃ、電子放出素子アレイ１０は固定で幅５ｍｍとした。電源３から電子放出素子アレイ１０に対して−３００Ｖの電圧を印加することで、像担持体２０１の表面電位が−２００Ｖに帯電することが確認された。
なお、電子放出素子アレイ１０に印加する電圧を−３００Ｖとしたのは、ギャップ２０μｍのときのパッシェンの法則による放電限界電圧−４３６Ｖに対して十分低い電圧とすることで、放電の発生を防止するためである。
【００６５】
同様に、電子放出素子アレイ１０と被帯電体である像担持体２０１とのギャップＧを５０μｍに保って非接触帯電を行なったところ、電源３から電子放出アレイ１０に対して−３００Ｖの電圧を印加することで、像担持体２０１の表面電位が−１００Ｖに帯電することが確認された。さらに、ギャップＧを１００μｍに固定し、同様の実験を行なったところ、−３００Ｖ印加で帯電電位−５０Ｖが得られた。
【００６６】
これらの結果から、像担持体を帯電する帯電装置として電子放出素子アレイ１０を用いることで、従来の帯電装置に比べて非常に低電圧で、被帯電体を帯電できることを確認できた。なお、理論値のように電子放出アレイ１０に印加した電圧以上の像担持体２０１表面帯電電位が得られない理由は、像担持体２０１の感光層２０３が絶縁性であるため、電子放出に必要な電界強度を得づらくなるためだと考えられる。
また、ギャップＧが大きくなると、電子放出素子１からの放出電子が像担持体２０１まで到達しにくいことが確認できた。したがって、後述するように、ギャップＧが大きい場合は、必要な帯電電位を得るためには、放出電子を加速し像担持体２０１まで到達させるためのグリッドを備えることが好ましいことになる。
【００６７】
ここで、電源３から電子放出素子１に印加する電圧は、ｓｐ３結合性材料と像担持体表面との間の電位差がパッシェン則に基づく放電限界以下の電位差となる電圧とする。これにより、放電による大気中分子の電離によるオゾン、ＮＯｘを発生させないようにすることができ、パッシェン放電させないことによって帯電電位の制御性が良くなり、ｓｐ３結合性材料の部材寿命を延ばすことができる。
【００６８】
また、上述したように、ｓｐ３結合性材料と像担持体表面との間の空隙（ギャップ）は、２０μｍ以上とすること、好ましくは５０μｍ以上とすることが好ましい。これにより、像担持体の振れ、二成分キャリア用の直径以上のギャップを予め確保することができ、電子放出素子１への異物や像担持体の衝突による傷を防止することができて、ｓｐ３結合性材料の部材寿命を延ばすことができる。
【００６９】
次に、本発明に係る帯電装置の第２実施形態について図６及び図７を参照して説明する。なお、図６は同実施形態の側面説明図、図７は同じく像担持体軸方向に沿う説明図である。
この実施形態では、上述した第１実施形態の電子放出素子アレイ１０を絶縁性の略コ字状のケース４内に収納し、ケース４の開口部４ａを像担持体２０１に対向するように配置する。そして、ケース４の開口部４ａにステンレス製のグリッド７を取り付け、このグリッド７に電源８から電圧を印加する構成としている。
【００７０】
ここで、グリッド７としては、従来からスコロトロン帯電方式で用いられているハニカム構造のステンレス板を用いているが、その他の電子が通過する構造の導電性膜や穴を形成した導電性板状部材を使用することもできる。
【００７１】
そして、電子放出素子アレイ１０とグリッド７との距離は５０μｍ、グリッド７と像担持体２０１間のギャップは１ｍｍとし、電子放出素子アレイ１０に電源３から−３００Ｖの電圧を印加し、グリッド７に電源８から−６５０Ｖの電圧を印加し、ケース４の開口部４ａが像担持体２０１に対向するように配置して非接触帯電を行なった。
【００７２】
このとき、像担持体２０１の線速を２００ｍｍ／ｓｅｃとした場合、像担持体２０１の表面は−６００Ｖに帯電した。グリッド７に対する印加電圧を変化させると像担持体２０１の表面電位も変化し、グリッド７に−８５０Ｖの電圧を印加すると、像担持体２０１は約−８００Ｖに帯電することが確認された。また、グリッド７に対する印加電圧を小さくすると、像担持体２０１の表面電位もそれに対応して小さくなることが確認された。
【００７３】
このように、ｓｐ３結合性材料と像担持体表面との間の空隙（ギャップ）に像担持体表面電位を制御する導電性部材（グリッド）を配置することにより、ｓｐ３結合性材料と像担持体表面との間の空隙を広くしても所要の帯電電位を得ることができるようになる。これにより、遠距離から電子放出を行うことができ、トナーなどによる汚れを防ぐことができるとともに、帯電電位を安定化させることができ、帯電部材（電子放出素子）への異物や像担持体の衝突による傷を防止することができ、ｓｐ３結合性材料の部材寿命を延ばすことができる。
【００７４】
次に、本発明の第３実施形態について図８及び図９を参照して説明する。なお、図８は同実施形態の像担持体軸方向に沿う方向の説明図、図９は同実施形態の側面説明図である。
この帯電装置は、複数の電子放出素子４１をステンレス、ニッケル、アルミニウムなどからなる電極部材４２上に隙間なく並べて配置し、導電性接着剤を用いて接着固定することで、電子放出アレイ４０を構成し、この電子放出アレイ４０に対して直流電源４３から電圧を印加する構成としている。そして、この電子放出素子アレイ４０を絶縁性の略コ字状のケース４６内に収納し、ケース４６の開口部４６ａを像担持体２０１に対向するように配置する。
【００７５】
ここで、電子放出素子４１は、具体的には、前記第１実施形態の電子放出素子１と同じように、１０ｍｍ×５ｍｍ、厚み５００μｍのシリコン、ニッケルなどの電極（導電性部材）１４１に混合ガスプラズマ（ジボラン：水素化ホウ素Ｂ２Ｈ６、水素、アンモニア、アルゴン）と同時にデフォーカス（多少集光した）紫外エキシマレーザー（λ：１９３ｎｍ、ｆ：１０３０Ｈｚ）を照射して電極１４１上にｓｐ３結合性５Ｈ−ＢＮ薄膜１４２を合成して形成している。
【００７６】
そして、この実施形態における電子放出素子４１では、ｓｐ３結合性５Ｈ−ＢＮ薄膜１４２の表面に形成される紡錘状突起の高さを略一様な高さにするための処理を施すことによって、ｐ３結合性５Ｈ−ＢＮ薄膜１４２の表面に形成される紡錘状突起の高さが略一様なっている構成としている。
【００７７】
具体的には、前記ｓｐ３結合性５Ｈ−ＢＮ薄膜１４２を合成した電極１４１を複数個隙間無く並べて帯電器の電極４２に固定化する。複数固定化して帯電器としたあとの電極４２の幅は１０ｍｍ、長さは像担持体２０１の長さよりも短く必要な画像長さよりも余裕をもった長さという条件から３１０ｍｍとした。
【００７８】
一方、この帯電装置によって帯電させる被帯電体である感光体ドラム（像担持体）２０１は、例えば、導電性基体２０２と感光体層２０３とで構成される。ここでは、感光体層２０３として、比誘電率３、厚み２５μｍのものを使用した。
【００７９】
この電子放出素子アレイ４０を感光体ドラム２０１との最近接距離ｄ＝７０μｍに設定し、感光体ドラムを２００ｍｍ／secの速度で駆動させながら電圧を−６７０Ｖ印加したところ、暗中で−６００Ｖの帯電電位を得た。なお、帯電電位の測定は、トレック社表面電位計モデル３４４を用いて行った。また、最近接距離は、ｓｐ３結合性５Ｈ−ＢＮ薄膜１４２の表面に形成される紡錘状突起の底面から感光体層０３表面までの高さである。ポリイミド製テープを電子放出素子アレイ４０が固定されている電極４２の両端部に貼り付け、ギャップを持たせてある。
【００８０】
次に、帯電電位の均一性を評価するために、暗中での帯電電位を−２５０Ｖにするように印加電圧を調整し、２００ｍｍ／secのスピードで感光体ドラム２０１を回転し、帯電を行い、帯電直後に２成分現像剤を入れた現像器により−２５０Vの帯電部に対して現像を行い、帯電部にトナーを付着させて帯電状態の可視化を行ったところ、帯電電位にムラが生じないことが確認された。
【００８１】
このように、ｓｐ３結合性５Ｈ−ＢＮ薄膜１４２の表面に形成される紡錘状突起の高さが略一様になっている構成とすることによって、帯電ムラのない帯電電位を得ることができる。
【００８２】
つまり、前述したこの実施形態の電子放出素子アレイ４０に代えて、ｓｐ３結合性５Ｈ−ＢＮ薄膜１４２の表面に形成される紡錘状突起の高さを略一様な高さにするための処理を施さない電子放出素子アレイを用いて、上述したと同様の構成、及び、条件で、感光体ドラム２０１に対する帯電を行って帯電状態の可視化を行ったところ、帯電電位に帯電ムラが生じていることが確認された。帯電電位にムラがあると、その後の現像工程において帯電電位ムラを同じようなトナー付着状態のムラを生じ、画像品質が悪化することは周知である。
【００８３】
そこで、本発明者らは、この帯電電位ムラの原因について鋭意究明しているが、その原因の１つには、ｓｐ３結合性材料からなる薄膜表面に多数存在している、電子放出源である先端の尖った紡錘形状部分（突起）の高さが完全に同じ高さではないこと、すべての突起から放出される電子による電流密度が同じではないことによるのではないか、つまり、各突起の電子放出性能の違いによるのではないかと考えた。
【００８４】
そのため、像担持体表面を数十Ｖ以内の範囲で均一帯電するには、前記ｓｐ３結合性材料で形成した薄膜表面の突起の高さを一定に揃えるか、あるいは、像担持体の表面電位を均一に制御するための機構が必要であることが判明した。
【００８５】
そこで、ｓｐ３結合性５Ｈ−ＢＮ薄膜１４２の表面に形成される紡錘状突起の高さを略一様な高さに揃えるために、次のような処理を施した。
つまり、突起高さ１０μｍ〜３０μｍの突起が混在する電子放出素子４１を含む電子放出素子アレイ４０と高抵抗の導電板を対向させ各電子放出素子４１に電圧を印加する。印加する電圧は、対向との距離がより近い３０μｍの突起との間にパッシェンの法則から導かれる大気中放電が発生する条件に設定する。そして放電を起こさせると、その突起は放電により焼き切られたようになり、高さが低い突起のみ残存するようになる。このようにして、略均一な高さの突起のみを残すような処理を行えば、突起の高さを一定に揃えることができる。
【００８６】
ここで、パッシェンの法則について説明する。
微小空隙での放電限界電圧Ｖｐａは、パッシェンの法則により、次の（１）式で表すことができる。２体間の電位差がこの値Ｖｐａを超えると放電が発生し、電位差を小さくするように電荷が移動する。
【００８７】
【数１】
ただし、Ｖｐａ：放電限界電圧、ｇ：空隙間距離（ｍ）
【００８８】
図１０に放電限界電圧Ｖｐａの直線を示している。このＶｐａ以上では放電が発生することが分かる。
【００８９】
このように、ｓｐ３結合性５Ｈ−ＢＮ薄膜１４２の表面に形成される紡錘状突起の高さが略一様になっている構成とすることによって、帯電ムラのない帯電電位を得ることができ、画像形成装置に適用することにとって画像濃度ムラのない高品質の画像を形成することができる。
【００９０】
次に、本発明の第４実施形態について図１１を参照して説明する。なお、図１１は同実施形態の像担持体軸方向に見た側面説明図である。
この実施形態では、図４に示した第４例の電子放出素子３１（ただし、突起の高さは前記第３実施形態と同様に略一様に揃っている。）を用いている。つまり、シート状にし、大面積化したシート状導電性基体１３１に突起高さを均一化する処理を行ったｓｐ３結合性材料の薄膜１３２を固定化して電子放出素子３１とし、シート状導電性基体１３１の領域全域にわたり、対向する像担持体２０１との間に同じ空隙（ギャップ）ｄを維持しながら配置する。帯電動作のときは、この電子放出素子３１のシート状導電性基体１３１に電圧を印加しながら感光体を帯電する。
【００９１】
このようにシート状に大面積化した導電性基体にｓｐ３結合性材料を固定化した電子放出素子を備えることによって、ｓｐ３結合性材料の突起が部分的に存在しない場合でも、像担持体における帯電しない部分の発生による欠落部を大面積化で補うことができて、帯電ムラを低減することができる。
【００９２】
すなわち、前述したように、画像形成動作が開始され、感光体が回転移動を開始し、電子放出素子３１の対向位置入口に突入すると、シート状導電性基体１３１に所定の電圧が印加され、各突起から電子が放出される。このとき、前述したように高さ均一化処理後に突起がなくなった位置では電子が放出されないが、感光体回転方向のシート幅を大きくし、感光体軸方向において２０μｍ以上にわたり突起が存在しない箇所をつくらないようにすれば、１２００ｄｐｉのドット画像を形成する場合であっても、帯電しない箇所がないようにすることができる。また、電子が放出されて、感光体が帯電し、電圧が印加されている電子放出素子との間の電界が小さくなると、もうそれ以上の電子放出も行なわれなくなり、感光体電位が一定値に収束する。
【００９３】
ここで、図１１において、図示しない電源から電子放出素子３１に印加する電圧は、ｓｐ３結合性材料と像担持体表面との間の電位差がパッシェン則に基づく放電限界以下の電位差となる電圧とする。これにより、放電による大気中分子の電離によるオゾン、ＮＯｘを発生させないようにすることができ、パッシェン放電させないことによってｓｐ３結合性材料の部材寿命を延ばすことができる。
【００９４】
次に、本発明の第５実施形態について図１２を参照して説明する。なお、図１２は同実施形態の像担持体軸方向に見た側面説明図である。
この実施形態は、図３に示した電子放出素子２１（ただし、突起の高さは前記第３実施形態と同様に略一様に揃っている。）を用いている。つまり、ローラ状（ロール状を含む意味）にした導電性基体１２１に突起高さを均一化する処理を行ったｓｐ３結合性材料の薄膜１２２を固定化して電子放出素子２１とし、ローラ状導電性基体１２１の領域全域にわたり、対向する像担持体２０１との間に同じ空隙を維持しながら配置する。帯電動作のときは、このローラ状導電性基体１２１に電圧を印加しながら感光体を帯電する。
【００９５】
このように、電子放出素子の導電性基体をローラ状導電性基体とすることで、像担持体との空隙（ギャップ）を簡単な構成で一定に保つことができる。
【００９６】
次に、本発明の第６実施形態について図１３を参照して説明する。なお、図１３は同実施形態の像担持体軸方向に見た側面説明図である。
この実施形態では、上記第５実施形態のローラ状導電性基体１２１を用いた電子放出素子２１の周面に付着するトナーを除去するためのクリーニング手段としてのクリーニング部材１８を、像担持体２０１と対向する位置以外の位置に配置している。なお、この場合のローラ表面（電子放出素子２１表面）と像担持体（感光体）間のギャップ形成も、ポリイミドなどの既知の厚みを持つテープをローラ両端部に巻きつけ感光体と接触駆動させることにより行なうことができる。
【００９７】
つまり、実際の画像形成装置に使用するときには、帯電器（装置）がトナーで汚れる可能性があることを考慮し、トナーを付着させた実験を行ったところ、帯電電位が低下することが判明した。ただし、ｓｐ３結合性５Ｈ−ＢＮはルツボにも使われるほどの高硬度な材料のためトナークリーニング動作を行えばもとの帯電電位に戻すことができる。
【００９８】
この場合、トナー汚れのクリーニング動作は、電子放出部が感光体と対向している位置のままではその空隙が１００μｍ以下などの狭い空隙になっていて、払拭動作などが著しく困難である。
【００９９】
そこで、帯電装置に用いる電子放出素子の導電性基体としてローラ状導電性基体１２１にして、ローラ表面にｓｐ３結合性材料を固定化した電子放出素子２１を使用し、電子放出素子２１を回転させることによって、クリーニング動作を感光体対向箇所以外の箇所で行なうことができる。
【０１００】
ここで、クリーニング部材１８としては、導電性繊維を植毛したブラシ状のものが好適である。導電性繊維としては、カーボンやイオン系導電剤をナイロン、アクリル、ポリエステルなどの繊維に付与したものを用いている。また、ここではクリーニング部材１８は固定ブラシとしている。
【０１０１】
このように、電子放出素子に付着するトナーなどの異物を除去するクリーニング手段を備えることによって、異物による帯電電位の低下を抑制することができ、安定した帯電を行うことができる。
【０１０２】
次に、本発明の第７実施形態について図１４を参照して説明する。なお、図１４は同実施形態の像担持体軸方向に見た側面説明図である。
この実施形態では、上記第５実施形態のローラ状導電性基体１２１を用いた電子放出素子２１の周面に付着するトナーを除去するためのクリーニング手段としての回転可能なクリーニング部材１９を、像担持体２０１と対向する位置以外の位置に配置している。なお、このクリーニング部材９としての回転可能なロールブラシの構成は上記クリーニング部材１８と同様である。
【０１０３】
そして、このクリーニング部材１９にはバイアス電源２０によってトナーの帯電極性と逆極性の電圧を印加している。ここでは、トナーはマイナスの印加電圧を印加し電子を放出する電子放出素子２１である帯電器に付着することによりマイナス帯電しているので、クリーニング部材１９のブラシを導電性にしてプラスの電圧を印加している。これによって、トナークリーニング性が向上する。
【０１０４】
次に、本発明に係る帯電装置を備えた画像形成装置の第１実施形態について図１５を参照して説明する。なお、同図は同画像形成装置の説明図である。
この画像形成装置は、矢示方向に回転する感光体ドラム２０１の周囲に、感光体ドラム２０１表面を帯電させるための上述した電子放出素子アレイ１０で構成した第２実施形態の帯電装置２１１と、帯電した感光体ドラム２０１上に原稿画像に応じて照射されるレーザー光２１２によって形成された静電潜像を現像するための現像装置２１３と、感光体ドラム２０１上のトナー像を転写材２１５に転写するための転写装置２１６と、転写後の感光体ドラム２０１上の残留トナーを除去するクリーニング装置２１７と、感光体ドラム２０１上の残留電荷を除去する除電装置２１８とを配置している。また、転写装置２１６でトナー像が転写された転写材２１５に定着処理を行なう定着装置２１９を備えている。
【０１０５】
ここで、帯電装置２１１の電子放出素子アレイ１０と感光体ドラム２０１表面との距離（ギャップＧ）は５０μｍとし、電子放出素子アレイ１０に−５６０Ｖの電圧を印加することで、電子放出素子アレイ１０から放出された電子は感光体ドラム２０１上に付着し、感光体ドラム２０１の表面が帯電する。帯電後の感光体ドラム２０１は２００ｍｍ／ｓｅｃで回転し、図示しない書込み装置により静電潜像が形成される。その後、現像装置２１３によって潜像がトナーなどの現像剤で現像され可視像となり、感光体２０１上に形成されたトナー像は次に転写装置２１６により紙などの転写材２１５に転写される。トナー像が転写された後の感光体ドラム２０１上には微量の転写残トナーが残るが、次のクリーニング装置２１７によりクリーニングされ、次に除電装置２１８によって感光体ドラム２０１は必要に応じて除電され、次に画像形成プロセスに備える。
【０１０６】
なお、クリーニング工程のない、クリーナレスプロセスを行い、転写残トナーを現像装置により回収する構成とすることもできる。
【０１０７】
この場合、電子放出素子アレイを含む本発明に係る帯電装置は、前述したようにオゾン、ＮＯｘの発生がなく像担持体を帯電することができ、また、印加電圧を従来のコロナ帯電やローラ帯電方式に比べて低減することができるので、省エネルギーの画像形成装置を構成することができる。さらに、電子放出を低エネルギーで行うことができるので、感光体材料のポリカーボネートなどの有機材料をアタックして酸化・焼失させることがないので、感光体膜削れも低減できる。
【０１０８】
次に、本発明における電子放出素子によって直接潜像形成に使用する本発明に係る画像形成装置の第２実施形態について説明する。
ここでは、電子放出素子１を像担持体の軸方向の長さ、例えば３００ｍｍにわたって例えば６００ｄｐｉの密度で並べて配置し、各々の電子放出素子１に対して独立して電圧を印加するように構成する。
【０１０９】
そして、例えばプリント信号が与えられたときに、画像に応じた書き込み信号に従って各電子放出素子１に対して電圧を印加することで、電圧が印加された電子放出素子１のみから電子が放出して、その対向にある像担持体の１ドットにあたる面積を帯電する。電子放出素子に電圧が印加されなかった箇所は帯電しないので、像担持体上に帯電部と非帯電部が形成され、これが潜像となる。つまり、電子放出素子を含む帯電装置は像担持体上に潜像を書き込む書込み装置を兼ねることになる。
【０１１０】
その後、現像装置により潜像が現像され可視像となり、感光体上に形成されたトナー像は次に転写装置により紙などの転写材に転写される。トナー像が転写された後の感光体上には微量の転写残トナーが残るが、次のクリーニング工程によりクリーニングされ、次に感光体は必要に応じて除電され、再び帯電装置により帯電されて画像形成プロセスを繰り返し行なう。あるいは、クリーニング工程のない、クリーナレスプロセスを行い、転写残トナーを現像装置により回収するようにすることもできる。
【０１１１】
このように、直接潜像形成方式は従来の帯電と露光の２つのプロセスを一度に簡略化できるため画像形成装置の小型化、低コスト化を図ることができる。この場合、帯電装置及び露光装置の二つの装置が電荷付与装置になる。
【０１１２】
つまり、一つの画像形成装置に複数の独立して電圧印加を可能な帯電手段（ｓｐ３結合性材料を用いた電子放出素子）を備えて、複数の帯電手段に対して独立に電圧を設定し印加する電圧印加手段を備えることによって、像担持体を１ドット単位で帯電／非帯電することができるようになり、形成したい潜像を直接帯電時に像担持体上に形成することができ、像担持体として光半導体である感光体に潜像を形成するための露光装置を必要としなくなり、画像形成装置の低コスト化を図ることができる。
【０１１３】
この場合、複数の帯電手段（帯電装置）に対してはそれぞれ同量の電荷を像担持体に供給するように制御された電圧を印加する電圧印加手段を備えることが好ましい。つまり、複数の微細な帯電手段により潜像を直接帯電時に形成する場合に電位が揃っていなければ高画質な画像を得られないことになるので、一画素にあたる帯電手段それぞれが付与する電荷が同じになるように制御することによって、電位が揃い高画質な画像を得られる。
【０１１４】
次に、本発明に係る帯電装置を備えた画像形成装置の第３実施形態について図１６を参照して説明する。なお、図１６は同画像形成装置の説明図である。
この画像形成装置は、矢示方向に回転する感光体ドラム２０１の周囲に、感光体ドラム２０１表面を帯電させるための上述したシート状導電性基体でｓｐ３結合性材料を担持した電子放出素子で構成した第４実施形態の帯電装置２３１と、帯電した感光体ドラム２０１上に原稿画像に応じて照射されるレーザー光２１２によって形成された静電潜像を現像するための現像装置２１３と、感光体ドラム２０１上のトナー像を転写材２１５に転写するための転写装置２１６と、転写後の感光体ドラム２０１上の残留トナーを除去するクリーニング装置２１７と、感光体ドラム２０１上の残留電荷を除去する除電装置２１８とを配置している。また、転写装置２１６でトナー像が転写された転写材２１５に定着処理を行なう定着装置２１９を備えている。
【０１１５】
ここで、帯電装置２３１の電子放出素子３１と感光体ドラム２０１表面との距離ｄは５０μｍとし、電子放出素子３１に−５６０Ｖの電圧を印加することで、電子放出素子３１から放出された電子は感光体ドラム２０１上に付着し、感光体ドラム２０１の表面が−５００Ｖに帯電する。帯電後の感光体ドラム２０１は２００ｍｍ／ｓｅｃで回転し、図示しない書込み装置により静電潜像が形成される。
【０１１６】
その後、現像装置２１３によって潜像が２成分トナーあるいは１成分トナーなどの現像剤で現像され可視像となり、感光体２０１上に形成されたトナー像は次に転写装置２１６により紙などの転写材２１５に転写される。トナー像が転写された後の感光体ドラム２０１上には微量の転写残トナーが残るが、次のクリーニング装置２１７によりクリーニングされ、次に除電装置２１８によって感光体ドラム２０１は必要に応じて除電され、次に画像形成プロセスに備える。
【０１１７】
なお、クリーニング工程のない、クリーナレスプロセスを行い、転写残トナーを現像装置により回収する構成とすることもできる。
【０１１８】
この場合、電子放出素子アレイを含む本発明に係る帯電装置は、前述したようにオゾン、ＮＯｘの発生がなく像担持体を帯電することができ、また、印加電圧を従来のコロナ帯電やローラ帯電方式に比べて低減することができるので、省エネルギーの画像形成装置を構成することができる。さらに、電子放出を低エネルギーで行うことができるので、感光体材料のポリカーボネートなどの有機材料をアタックして酸化・焼失させることがないので、感光体膜削れも低減できる。
【０１１９】
次に、本発明に係る帯電装置を備えた画像形成装置の第４実施形態について図１７を参照して説明する。なお、図１７は同画像形成装置の説明図である。
この画像形成装置では、上記第１実施形態におけるシート状導電性基体の電子放出素子の用いた第３実施形態に係る帯電装置２２１に代えて、ローラ状導電性基体の電子放出素子２１を用いた、第７実施形態に係るクリーニング装置（部材）１９を備える帯電装置２２１を使用している。
【０１２０】
つまり、この画像形成装置は、矢示方向に回転する感光体ドラム２０１に対向して感光体ドラム２０１表面を帯電させるための、上述したｓｐ３結合材料の粉体を隙間無くローラ状導電性基体（ローラ部材あるいは中空の円筒状部材）１２１上に固定化し、さらに電子放出素子２１の突起高さを一定に揃える前述した処理を施した、帯電装置２２１を用いている。
【０１２１】
そして、帯電した感光体ドラム２０１上に原稿画像に応じて照射されるレーザー光２１２によって形成された静電潜像を現像するための現像装置２１３と、感光体ドラム２０１上のトナー像を転写材２１５に転写するための転写装置２１６と、転写後の感光体ドラム２０１上の残留トナーを除去するクリーニング装置２１７と、感光体ドラム２０１上の残留電荷を除去する除電装置２１８とを配置している。また、転写装置２１６でトナー像が転写された転写材２１５に定着処理を行なう定着装置２１９を備えている。
【０１２２】
ここで、帯電装置２２１の電子放出素子２１と感光体ドラム２０１表面との距離ｄは５０μｍとし、電子放出素子２１に−５６０Ｖの電圧を印加することで、電子放出素子２１から放出された電子は感光体ドラム２０１上に付着し、感光体ドラム２０１の表面が−５００Ｖに帯電する。帯電後の感光体ドラム２０１は１００ｍｍ／ｓｅｃで回転し、図示しない書込み装置により静電潜像が形成される。なお、本実施形態では第３実施形態よりも感光体ドラム２０１の速度は遅くなっている。その理由は、電子放出素子２１がローラ形状であることから、第３実施形態よりも、電子放出素子２１と感光体ドラム２０１の最近接距離ｄを保つ時間が短くなるため、第３実施形態よりも感光体が単位時間に得ることができる電荷量が少なくなるため、帯電時間を多く取る必要があるためである。
【０１２３】
その後、現像装置２１３によって潜像が２成分トナーあるいは１成分トナーなどの現像剤で現像され可視像となり、感光体２０１上に形成されたトナー像は次に転写装置２１６により紙などの転写材２１５に転写される。トナー像が転写された後の感光体ドラム２０１上には微量の転写残トナーが残るが、次のクリーニング装置２１７によりクリーニングされ、次に除電装置２１８によって感光体ドラム２０１は必要に応じて除電され、次に画像形成プロセスに備える。
【０１２４】
一方、図示しないプリント枚数カウンターによってカウントされる所定枚数プリントごとに、非画像形成時に帯電装置２１１に電圧非印加の際にクリーニング装置（部材）１９に電源２０から＋１００Ｖの電圧が印加されると同時に図示しない回転駆動装置によって電子放出素子２１の回転動作を行い、電子放出素子２１上に付着したトナーをクリーニングする。
【０１２５】
次に、本発明に係る帯電装置を含む本発明に係るプロセスカ−トリッジの第１実施形態について図１８参照して説明する。なお、同図は同プロセスカートリッジの説明図である。
このプロセスカートリッジ３００は、像担持体３０１、本発明に係る帯電装置である帯電手段（ここでは第１実施形態に係る帯電装置を用いている。）３１１、現像手段３１３、クリーニング装置２１７をプロセスカ−トリッジとして一体に結合して構成し、このプロセスカ−トリッジを複写機やプリンタ等の画像形成装置本体に対して着脱可能に構成している。なお、本発明に係るプロセスカートリッジの構成としてはこれに限るものではなくなく、本発明に係る帯電装置である帯電手段３１１と、像担持体３０１、現像手段３１３、クリーニング装置２１７の少なくともいずれかとで構成することもできる。
【０１２６】
帯電手段３１１を装置本体に対して着脱自在であるプロセスカ−トリッジ内に具備させることにより、メンテナンス性の向上、他の装置との一体交換を容易に行うことができるようになる。
【０１２７】
次に、この第１実施形態に本発明に係るプロセスカートリッジを用いたカラー画像形成装置の第１実施形態について図１９を参照して説明する。なお、同図は同画像形成装置の説明図である。
この画像形成装置は、水平に延在する転写ベルト（像担持体）３２１に沿って、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の画像を形成するための上述したプロセスカ−トリッジ３００Ｙ、３００Ｍ、３００Ｃ、３００Ｋを並置した形式のカラー画像形成装置である。各プロセスカ−トリッジ３００Ｙ、３００Ｍ、３００Ｃ、３００Ｋで現像された各像担持体３０１上の現像トナーは水平に延在する転写電圧が印加された転写ベルト３２１に順次転写される。
【０１２８】
このようにイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと画像の形成が行なわれ、転写ベルト３２１上に多重に転写され、転写手段３２２で転写材３２３にまとめて転写される。そして、転写材３２３上の多重トナー像は図示しない定着装置によって定着される。なお、プロセスカ−トリッジ３００は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順で説明したが、この順番に特定されるものではなく、どの順番で並置してもよい。
【０１２９】
通常、カラーの画像形成装置は複数の画像形成部を有するため装置が大きくなってしまう。また、クリーニングや帯電などの各ユニットが個別で故障したり、寿命による交換時期がきた場合は、装置が複雑でユニットの交換に非常に手間がかかることになる。そこで、本実施形態のように、像担持体、帯電手段、現像手段の構成要素をプロセスカ−トリッジとして一体に結合して構成することによって、ユーザーによる交換も可能な小型で高耐久のカラー画像形成装置を提供することができる。
【０１３０】
次に、本発明に係る帯電装置を含む本発明に係るプロセスカ−トリッジの第２実施形態について図２０を参照して説明する。なお、同図は同プロセスカートリッジの説明図である。
このプロセスカートリッジ４００は、像担持体４０１、本発明に係る帯電装置である帯電手段（ここでは第７実施形態に係る帯電装置を用いている。）４１１、現像手段４１３、クリーニング装置４１７をプロセスカ−トリッジとして一体に結合して構成し、このプロセスカ−トリッジを複写機やプリンタ等の画像形成装置本体に対して着脱可能に構成している。なお、本発明に係るプロセスカートリッジの構成としてはこれに限るものではなくなく、本発明に係る帯電装置である帯電手段４１１と、像担持体４０１、現像手段４１３、クリーニング装置４１７の少なくともいずれかとで構成することもできる。
【０１３１】
帯電手段４１１を装置本体に対して着脱自在であるプロセスカ−トリッジ内に具備させることにより、メンテナンス性の向上、他の装置との一体交換を容易に行うことができるようになる。
【０１３２】
次に、この第２実施形態に係るプロセスカートリッジを用いたカラー画像形成装置について図２１を参照して説明する。なお、同図は同画像形成装置の説明図である。
この画像形成装置は、前記図１９に示したカラー画像形成装置と同様な構成であって、水平に延在する転写ベルト（像担持体）４２１に沿って、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の画像を形成するための上述したプロセスカ−トリッジ４００Ｙ、４００Ｍ、４００Ｃ、４００Ｋを並置した形式のカラー画像形成装置である。各プロセスカ−トリッジ４００Ｙ、４００Ｍ、４００Ｃ、４００Ｋで現像された各像担持体４０１上の現像トナーは水平に延在する転写電圧が印加された転写ベルト４２１に順次転写される。
【０１３３】
このようにイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと画像の形成が行なわれ、転写ベルト４２１上に多重に転写され、転写手段４２２で転写材４２３にまとめて転写される。そして、転写材４２３上の多重トナー像は図示しない定着装置によって定着される。なお、プロセスカ−トリッジ４００は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順で説明したが、この順番に特定されるものではなく、どの順番で並置してもよい。
【０１３４】
通常、カラーの画像形成装置は複数の画像形成部を有するため装置が大きくなってしまう。また、クリーニングや帯電などの各ユニットが個別で故障したり、寿命による交換時期がきた場合は、装置が複雑でユニットの交換に非常に手間がかかることになる。そこで、本実施形態のように、像担持体、帯電手段、現像手段の構成要素をプロセスカ−トリッジとして一体に結合して構成することによって、ユーザーによる交換も可能な小型で高耐久のカラー画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３５】
【図１】本発明に係る帯電装置で用いる電子放出素子の第１例を示す説明図である。
【図２】同じく電子放出素子の第２例を示す説明図である。
【図３】同じく電子放出素子の第３例を示す説明図である。
【図４】同じく電子放出素子の第４例を示す説明図である。
【図５】本発明に係る帯電装置の第１実施形態の説明に供する像担持体軸方向に沿う説明図である。
【図６】本発明に係る帯電装置の第２実施形態の説明に供する側面説明図である。
【図７】同じく像担持体軸方向に沿う説明図である。
【図８】本発明に係る帯電装置の第３実施形態の説明に供する像担持体軸方向に沿う説明図である。
【図９】同じく側面説明図である。
【図１０】パッシェン則による放電限界電圧の説明に供する説明図である。
【図１１】本発明に係る帯電装置の第４実施形態の説明に供する側面説明図である。
【図１２】本発明に係る帯電装置の第５実施形態の説明に供する側面説明図である。
【図１３】本発明に係る帯電装置の第６実施形態の説明に供する側面説明図である。
【図１４】本発明に係る帯電装置の第７実施形態の説明に供する側面説明図である。
【図１５】本発明に係る画像形成装置の第１実施形態の説明に供する説明図である。
【図１６】本発明に係る画像形成装置の第３実施形態の説明に供する説明図である。
【図１７】本発明に係る画像形成装置の第４実施形態の説明に供する説明図である。
【図１８】本発明に係るプロセスカートリッジの第１実施形態の説明に供する説明図である。
【図１９】同プロセスカートリッジを備えた本発明に係る画像形成装置の説明図である。
【図２０】本発明に係るプロセスカートリッジの第２実施形態の説明に供する説明図である。
【図２１】同プロセスカートリッジを備えた本発明に係る画像形成装置の説明図である。
【符号の説明】
【０１３６】
１、１１、２１、３１…電子放出素子
２…基板
３…電源
４…ケース
７…グリッド
８…電源
１０…電子放出素子アレイ
１０１、１１１、１２１、１３１…ｓｐ３結合性材料
１０２、１１２、１２２、１３２…電極（導電性基体）
２０１…像担持体
２０２…導電性基体
２０３…感光体層
２１１、２２１、２３１…帯電装置
２１３…現像装置
２１６…転写装置
２１７…クリーニング装置
２１８…除電装置
２１９…定着装置
３００、４００…プロセスカートリッジ
３０１、４０１…像担持体
３１１、４１１…帯電手段
３１３、４１３…現像装置
３１７、４１７…クリーニング装置
３２１、４２１…転写ベルト
３２２、４２２…転写ローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体上に静電潜像を形成するために電荷を付与する帯電装置において、この帯電装置はｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の帯電装置において、前記ｓｐ３結合性材料がｓｐ３結合性窒化ホウ素であることを特徴とする帯電装置。
【請求項３】
請求項２に記載の帯電装置において、前記ｓｐ３結合性窒化ホウ素がｓｐ３結合性５Ｈ−ＢＮ材料又はｓｐ３結合性６Ｈ−ＢＮ材料であることを特徴とする帯電装置。
【請求項４】
請求項１ないし４のいずれかに記載の帯電装置において、前記ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段と前記像担持体間に電圧を印加することで、前記ｓｐ３結合性材料表面から放出された電子又は該電子が大気中の分子に付着して生成されたイオンによって前記像担持体を帯電することを特徴とする帯電装置。
【請求項５】
請求項４に記載の帯電装置において、前記ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段と前記像担持体表面との間の電位差がパッシェン則に基づく放電限界以下の電位差となる電圧が印加されることを特徴とする帯電装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の帯電装置において、前記ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段は前記像担持体の表面との間に所定の空隙を介して配置されることを特徴とする帯電装置。
【請求項７】
請求項６に記載の帯電装置において、前記ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段は前記像担持体の表面との間に２０μｍ以上の空隙を介して配置されることを特徴とする帯電装置。
【請求項８】
請求項７に記載の帯電装置において、前記ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段は前記像担持体の表面との間に５０μｍ以上の空隙を介して配置されることを特徴とする帯電装置。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載の帯電装置において、前記ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段と前記像担持体の表面との間に、前記像担持体の表面電位を制御するための導電性部材を備えていることを特徴とする帯電装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかに記載の帯電装置において、前記ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段は導電材料の表層に形成された１００μｍ以下の薄膜であることを特徴とする帯電装置。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれかに記載の帯電装置において、前記ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段は、前記ｓｐ３結合性材料の粉体を導電性部分に導電的に接触して固定化して形成したものであることを特徴とする帯電装置。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれかに記載の帯電装置において、前記ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段の表面には略一様な高さの突起を有していることを特徴とする帯電装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の帯電装置において、前記ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段の表面に形成される突起の高さを略一様な高さにするための処理が施されていることを特徴とする帯電装置。
【請求項１４】
請求項１ないし１３のいずれかに記載の帯電装置において、前記電子放出手段は導電性基体上に前記ｓｐ３結合性材料を配置して構成されていることを特徴とする帯電装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の帯電装置において、前記導電性基体はローラ形状であることを特徴とする帯電装置。
【請求項１６】
請求項１４に記載の帯電装置において、前記導電性基体はシート状であることを特徴とする帯電装置。
【請求項１７】
像担持体上に静電潜像を形成するために電荷を付与する帯電装置において、この帯電装置は少なくとも導電性基体上にｓｐ３結合性材料を配置した電子放出手段と、この電子放出手段に対して所定の空隙を持って配置される前記像担持体と前記電子放出手段との間に介在して前記像担持体の表面電位を制御するための表面電位制御部材とを備え、前記電子放出手段には前記ｓｐ３結合性材料により形成された表面に存在する紡錘形状の突起の高さを一定に揃える処理が施されており、また前記像担持体を帯電するときに前記ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段と前記表面電位制御部材との間の電位差がパッシェン則に基づく放電限界以下の電位差となる電圧が前記導電性基体に印加されることを特徴とする帯電装置。
【請求項１８】
像担持体上に静電潜像を形成するために電荷を付与する帯電装置において、この帯電装置は少なくとも導電性基体上にｓｐ３結合性材料を配置した電子放出手段と、この電子放出手段に対して所定の空隙を持って配置される前記像担持体と前記電子放出手段との間に介在して前記像担持体の表面電位を制御するための表面電位制御部材とを備え、電子放出手段の前記導電性基体がローラ形状であって、前記像担持体を帯電するときに前記ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段と前記表面電位制御部材との間の電位差がパッシェン則に基づく放電限界以下の電位差となる電圧が前記導電性基体に印加されることを特徴とする帯電装置。
【請求項１９】
像担持体上に静電潜像を形成するために電荷を付与する帯電装置において、この帯電装置は少なくとも導電性基体上にｓｐ３結合性材料を配置した電子放出手段と、この電子放出手段に対して所定の空隙を持って配置される前記像担持体と前記電子放出手段との間に介在して前記像担持体の表面電位を制御するための表面電位制御部材とを備え、電子放出手段の前記導電性基体がシート状であって、前記像担持体の全域に対して同じ空隙を維持した状態で配置され、前記像担持体を帯電するときに前記ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段と前記表面電位制御部材との間の電位差がパッシェン則に基づく放電限界以下の電位差となる電圧が前記導電性基体に印加されることを特徴とする帯電装置。
【請求項２０】
像担持体と、この像担持体上に静電潜像を形成するために電荷を付与する帯電手段と、静電潜像に着色体を付着させ可視像化する現像手段を備えた画像形成装置において、前記帯電手段が請求項１ないし１９のいずれか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。
【請求項２１】
請求項２０に記載の画像形成装置において、複数の独立した帯電手段と、各帯電手段に対して独立に電圧を設定し印加する電圧供給手段を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載の画像形成装置において、前記電圧供給手段は、前記各帯電手段が前記像担持体に対して同量の電荷を供給するように制御した電圧を印加することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２３】
像担持体、現像手段、転写手段及びクリーニング手段の少なくともいずれかと、帯電手段とを含み、画像形成装置本体に着脱自在であるプロセスカートリッジにおいて、前記帯電手段が請求項１ないし１９のいずれかに記載の帯電装置あることを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項２４】
カラー画像を形成する画像形成装置において、請求項２３に記載のプロセスカートリッジを複数備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
像担持体上に静電潜像を形成するために電荷を付与する帯電装置において、この帯電装置はｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の帯電装置において、前記ｓｐ３結合性材料がｓｐ３結合性窒化ホウ素であることを特徴とする帯電装置。
【請求項３】
請求項２に記載の帯電装置において、前記ｓｐ３結合性窒化ホウ素がｓｐ３結合性５Ｈ−ＢＮ材料又はｓｐ３結合性６Ｈ−ＢＮ材料であることを特徴とする帯電装置。
【請求項４】
請求項１ないし４のいずれかに記載の帯電装置において、前記ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段と前記像担持体間に電圧を印加することで、前記ｓｐ３結合性材料表面から放出された電子又は該電子が大気中の分子に付着して生成されたイオンによって前記像担持体を帯電することを特徴とする帯電装置。
【請求項５】
請求項４に記載の帯電装置において、前記ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段と前記像担持体表面との間の電位差がパッシェン則に基づく放電限界以下の電位差となる電圧が印加されることを特徴とする帯電装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の帯電装置において、前記ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段は前記像担持体の表面との間に所定の空隙を介して配置されることを特徴とする帯電装置。
【請求項７】
請求項６に記載の帯電装置において、前記ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段は前記像担持体の表面との間に２０μｍ以上の空隙を介して配置されることを特徴とする帯電装置。
【請求項８】
請求項７に記載の帯電装置において、前記ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段は前記像担持体の表面との間に５０μｍ以上の空隙を介して配置されることを特徴とする帯電装置。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載の帯電装置において、前記ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段と前記像担持体の表面との間に、前記像担持体の表面電位を制御するための導電性部材を備えていることを特徴とする帯電装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかに記載の帯電装置において、前記ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段は導電材料の表層に形成された１００μｍ以下の薄膜であることを特徴とする帯電装置。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれかに記載の帯電装置において、前記ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段は、前記ｓｐ３結合性材料の粉体を導電性部分に導電的に接触して固定化して形成したものであることを特徴とする帯電装置。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれかに記載の帯電装置において、前記ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段の表面には略一様な高さの突起を有していることを特徴とする帯電装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の帯電装置において、前記ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段の表面に形成される突起の高さを略一様な高さにするための処理が施されていることを特徴とする帯電装置。
【請求項１４】
請求項１ないし１３のいずれかに記載の帯電装置において、前記電子放出手段は導電性基体上に前記ｓｐ３結合性材料を配置して構成されていることを特徴とする帯電装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の帯電装置において、前記導電性基体はローラ形状であることを特徴とする帯電装置。
【請求項１６】
請求項１４に記載の帯電装置において、前記導電性基体はシート状であることを特徴とする帯電装置。
【請求項１７】
像担持体上に静電潜像を形成するために電荷を付与する帯電装置において、この帯電装置は少なくとも導電性基体上にｓｐ３結合性材料を配置した電子放出手段と、この電子放出手段に対して所定の空隙を持って配置される前記像担持体と前記電子放出手段との間に介在して前記像担持体の表面電位を制御するための表面電位制御部材とを備え、前記電子放出手段には前記ｓｐ３結合性材料により形成された表面に存在する紡錘形状の突起の高さを一定に揃える処理が施されており、また前記像担持体を帯電するときに前記ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段と前記表面電位制御部材との間の電位差がパッシェン則に基づく放電限界以下の電位差となる電圧が前記導電性基体に印加されることを特徴とする帯電装置。
【請求項１８】
像担持体上に静電潜像を形成するために電荷を付与する帯電装置において、この帯電装置は少なくとも導電性基体上にｓｐ３結合性材料を配置した電子放出手段と、この電子放出手段に対して所定の空隙を持って配置される前記像担持体と前記電子放出手段との間に介在して前記像担持体の表面電位を制御するための表面電位制御部材とを備え、電子放出手段の前記導電性基体がローラ形状であって、前記像担持体を帯電するときに前記ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段と前記表面電位制御部材との間の電位差がパッシェン則に基づく放電限界以下の電位差となる電圧が前記導電性基体に印加されることを特徴とする帯電装置。
【請求項１９】
像担持体上に静電潜像を形成するために電荷を付与する帯電装置において、この帯電装置は少なくとも導電性基体上にｓｐ３結合性材料を配置した電子放出手段と、この電子放出手段に対して所定の空隙を持って配置される前記像担持体と前記電子放出手段との間に介在して前記像担持体の表面電位を制御するための表面電位制御部材とを備え、電子放出手段の前記導電性基体がシート状であって、前記像担持体の全域に対して同じ空隙を維持した状態で配置され、前記像担持体を帯電するときに前記ｓｐ３結合性材料により形成された電子放出手段と前記表面電位制御部材との間の電位差がパッシェン則に基づく放電限界以下の電位差となる電圧が前記導電性基体に印加されることを特徴とする帯電装置。
【請求項２０】
像担持体と、この像担持体上に静電潜像を形成するために電荷を付与する帯電手段と、静電潜像に着色体を付着させ可視像化する現像手段を備えた画像形成装置において、前記帯電手段が請求項１ないし１９のいずれか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。
【請求項２１】
請求項２０に記載の画像形成装置において、複数の独立した帯電手段と、各帯電手段に対して独立に電圧を設定し印加する電圧供給手段を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載の画像形成装置において、前記電圧供給手段は、前記各帯電手段が前記像担持体に対して同量の電荷を供給するように制御した電圧を印加することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２３】
像担持体、現像手段、転写手段及びクリーニング手段の少なくともいずれかと、帯電手段とを含み、画像形成装置本体に着脱自在であるプロセスカートリッジにおいて、前記帯電手段が請求項１ないし１９のいずれかに記載の帯電装置あることを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項２４】
カラー画像を形成する画像形成装置において、請求項２３に記載のプロセスカートリッジを複数備えていることを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２００６−３２３３６６（Ｐ２００６−３２３３６６Ａ）
【公開日】平成１８年１１月３０日（２００６．１１．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１０７０９２（Ｐ２００６−１０７０９２）
【出願日】平成１８年４月１０日（２００６．４．１０）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月３０日（２００６．１１．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月１０日（２００６．４．１０）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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