電荷発生装置、帯電装置、画像形成装置、電荷発生方法、帯電方法、及び画像形成方法
【課題】オゾン及びＮＯｘ 等の放電生成物の発生を低減することができる電荷発生装置、帯電装置、画像形成装置、電荷発生方法、帯電方法、及び画像形成方法を提供する。
【解決手段】絶縁体上に形成された電極（基板電極）と、この基板電極上に形成された電子放出体層と、前記電子放出体層上に形成され、大気と連接する気体に満たされた空間に面する金属薄膜を一部とする導電体で構成される薄膜電極とにより形成された電子放出素子を用い、前記電子放出素子から放出される電子により被帯電物を帯電させることを特徴とするため、帯電によるオゾン、ＮＯｘ 等の放電生成物がほとんど発生せず、従来装置に比べてオゾン、ＮＯｘ等の放電生成物の低減を図ることができる。
【解決手段】絶縁体上に形成された電極（基板電極）と、この基板電極上に形成された電子放出体層と、前記電子放出体層上に形成され、大気と連接する気体に満たされた空間に面する金属薄膜を一部とする導電体で構成される薄膜電極とにより形成された電子放出素子を用い、前記電子放出素子から放出される電子により被帯電物を帯電させることを特徴とするため、帯電によるオゾン、ＮＯｘ 等の放電生成物がほとんど発生せず、従来装置に比べてオゾン、ＮＯｘ等の放電生成物の低減を図ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間中に電荷を発生させる電荷発生装置、この電荷発生装置を用いて被帯電体を帯電する帯電装置、さらにこの帯電装置を用いた複写機やプリンタ、ファクシミリ、プロッタなど電子写真記録装置、画像形成装置、電荷発生方法、帯電方法、及び画像形成方法に関する。とくに、感光体などの像坦持体（被帯電体）を帯電させるための帯電装置に係り、オゾン等の有害生成物を発生することなく感光体等の像坦持体を帯電させる帯電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタ等の電子写真方式の画像形成装置に用いられ、被帯電物である感光体を帯電する帯電装置には、コロナ帯電器、ローラ帯電器、ブラシ帯電器、固体帯電器等がある。
（コロナ帯電器）
電子複写機、静電記録装置、プリンタ等に最も多く利用されている帯電方式である。しかし、非常に多くのオゾンを発生するという欠点がある。この欠点に関しては、例えば、特許文献１にオゾンの発生量を低減する手段が開示されている。例えば、非常に細い４０〜５０μｍのワイヤを用いて放電を行うことにより５０％以下に低減している。
【０００３】
また、特許文献２にはワイヤの三方を囲むように配置された金属筐体と解放部近傍に金属メッシュ電極を配置し、ワイヤから発生したオゾンを閉じこめ、オゾン分子の衝突確率を高めることにより放出されるオゾン量の低減を計ることが開示されている。
【０００４】
しかしながら、特許文献１、２に記載の発明ではせいぜい５０％程度のオゾン量の低減しか出来ず、機内ガスを排出するにはオゾン吸着剤を含むフィルタを使用するなどの処置が必要であった。
【０００５】
（ローラ帯電器）
古くは、特許文献３に開示され、近年、盛んに検討されている帯電方式である。特許文献３に記載の発明は、オゾンの発生を非常に少なくできるので有望視されている。
しかしながら、特許文献３に記載の発明は、接触式ローラを用いるため高速処理ができない、帯電が不均一になりやすいなど難点があった。ローラ表面のトナー汚染、印加するバイアス交流による振動の影響、画像にモワレなどが生じやすい。また、ローラは回転体であり、ローラ表面にクリーニングが必要になるために部材が多くなるという欠点がある。他にも、感光体の感光層が絶縁破壊されてピンホールが発生しやすいことや、振動音、帯電ローラ跡（可塑剤）、ローラの永久変形等が生じやすいという欠点がある。
【０００６】
（ブラシ帯電器）
古くは特許文献４などに開示されている。これらの従来技術では、筋状帯電むらが出やすかったり、環境変動に影響され、低温ストリーマ放電による白斑点が顕在化したりしていた。
さらに、感光体磨耗やブラシの抜け、感光体上の傷に対する異常放電と考えられるブラシの溶融などの欠点があった。
【０００７】
（オゾン吸着剤）
発生したオゾンを活性炭などの触媒機能により酸化処理したり、表面に吸着させるなどの従来技術はあったが、経時劣化が生じるためにオゾンフィルタの交換、メンテナンスが頻繁に必要であった。
【０００８】
（固体帯電器）
古くは、特許文献５に開示されている。
特許文献６には絶縁部材上に放電電極を、微小間隔を介して多数併設する装置が開示されている。
【０００９】
特許文献７には、帯電器と非記録体との間隔を５００〜３０００μｍに設定することにより、イオンの飛距離を短くしてオゾンの拡散を抑制すると共にトナーなどの付着を防止することが開示されている。
【００１０】
特許文献８には板状基板上の放電電極とその外周に配設する沿面グロー放電手段と帯電器全体を覆うカバーを備えた放電装置が開示されている。
【００１１】
特許文献９には平面型固体放電装置の電極材料に特定の仕事関数の材料を用いる事によるＮＯｘの低減が開示されている。
【００１２】
さらに、新規な帯電方式を用いたものとして、特許文献１０には、ライン電極表面にＰ−Ｎ接合の半導体素子、又はエレクトロルミネッセンス材料よりなる電子放出素子層を設けた電荷発生器、及びこれを一画素単位で独立に駆動して誘電体上に潜像を形成する静電潜像形成装置が開示されている。
【００１３】
これらの固体帯電器は、コロナ放電電極のような劣化・破損や汚染などが少ないと見込まれ、装置を小型化できるなどの利点はあるものの、放電に必要な面積が依然として大きく生成オゾンが拡散しやすく、期待するほどオゾンやＮＯｘなどの不快物質の低減は出来ていない。
【００１４】
また、環境意識の高まりとともに有害、不快な物質の機外排出が規制される方向にある。すなわち、ＵＬ規格、ＴＵＶ規格、ＢＡＭ規格など、複数の国、地域で複数の団体により電子写真方式の画像形成装置に対して、発生するオゾン量を規制するための規格が設定されており、帯電装置等においてオゾンの発生を低減することが重要な課題となっている。また、画像形成装置においては、帯電装置の放電により発生する窒素酸化物（ＮＯｘ）に起因する物質が感光体に付着し吸湿することで、感光体表面電位を低下させることにより不良画像が発生するという不具合が問題になっている。
【特許文献１】特開平９−１１４１９２号公報
【特許文献２】特開平６−３２４５５６号公報
【特許文献３】特開昭５６−９１２５３号公報
【特許文献４】特公昭５５−２９８３７号公報
【特許文献５】特開昭５４−５３５３７号公報
【特許文献６】特開平５−９４０７７号公報
【特許文献７】特開平６−７５４５７号公報
【特許文献８】特開平９−２４４３５０号公報
【特許文献９】特開平９−１１５６４６号公報
【特許文献１０】特開平８−２０３４１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ところで、上述した従来の帯電装置（帯電方法）のうち、コロナ帯電器は、非常に多くのオゾン及びＮＯｘ を発生する。このため特許文献１、２に記載されているようなオゾン量を低減させるようにしたコロナ帯電器では、せいぜい５０％程度のオゾン量の低減しか出来ず、オゾン吸着剤等の併用が必要であった。また、オゾン吸着剤を併用した場合、オゾン量を低減することはできるが、オゾン吸着剤は、経時劣化が生じるためにオゾンフィルタの交換やメンテナンスが必要であり、コストがかかるという問題がある。
【００１６】
また、ローラ帯電器は、接触帯電方式のためオゾンの発生を非常に少なくできるが、帯電が不均一になりやすく、また、電子写真方式の画像形成装置に用いた場合、ローラ表面のトナー汚染、ローラに印加するバイアス交流による振動、画像のモワレなどが生じやすいという問題がある。
また、ローラ帯電器は回転体であり、ローラ表面のクリーニングが必要になるために部材が多く、製造コストがかかるという問題があり、その他にもローラ帯電器には、感光体の感光層が絶縁破壊されてピンホールが発生しやすくなったり、振動音、可塑剤等による帯電ローラ跡、ローラの永久変形等が生じやすくなったりするという問題がある。
【００１７】
ブラシ帯電器は、接触帯電方式のためオゾンの発生を非常に少なくできるが、筋状帯電むらや環境変動による帯電むらが発生しやすく、また、低温ストリーマ放電、白斑点、感光体磨耗、磨耗感光体の蓄積、ブラシの抜け等の発生や、感光体傷に対する異常放電に起因するブラシの溶融などの欠点がある。
【００１８】
さらに、固体帯電器では、装置を小型化できるなどの利点はあるものの、放電面積が広く、期待するほどオゾンやＮＯｘなどの不快物質の低減は出来ていない。
前述の電荷発生器や、それを用いた静電潜像形成装置においては、表面が複雑な穴形状をなしているため、トナーなどの汚れが付いた場合、クリーニングが不可能である。また、局所的な電界が集中しやすいため、予期せぬ放電のために電荷発生素子が破損しやすいなどの欠点を有している。
【００１９】
そこで、本発明は上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、オゾン及びＮＯｘ 等の放電生成物の発生を低減することができる電荷発生装置、帯電装置、画像形成装置、電荷発生方法、帯電方法、及び画像形成方法を提供することを主な目的とする。
【００２０】
さらには、電荷発生装置あるいは帯電装置そのもので静電画像を形成することにより、画像を形成する電荷当りのイオン発生量を少なくし、オゾン及びＮＯｘ 等の放電生成物の発生を低減し、ＵＬ規格、ＴＵＶ規格、ＢＡＭ規格などの規格を満たす画像形成装置を提供することを副次的な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するため、請求項１、２、１１、１２に係る発明は、絶縁体上に形成された基板電極と、前記基板電極上に形成された電子放出体層と、前記電子放出体層上に形成され、大気と連接する気体に満たされた空間に面する１〜５０ｎｍの厚さを有する金属薄膜を一部とする導電体で構成される薄膜電極とにより形成された電子放出素子を用い、前記電子放出素子から放出される電子により被帯電物を帯電させることを特徴とする電荷発生装置を用いる。
【００２２】
請求項１、２記載の電荷発生装置、請求項１１、１２記載の電荷発生方法においては、電子放出素子の表面からの電子放出を用いて被帯電物を帯電する。一般に半導体素子から放出される電子のエネルギーは、従来のコロナ放電によるものと比較すると小さく、大気中の気体分子の電離をほとんど起こさずにＣＯ3-イオンやＯ2-イオンなどの負イオンを生成し、これが被帯電物に到達するか、あるいは電子が直接被帯電物に到達する。
従って、請求項１、２記載の電荷発生装置では、この現象を利用することにより帯電を行うため、帯電によるオゾン、ＮＯｘ等の放電生成物がほとんど発生せず、従来装置に比べてオゾン、ＮＯｘ等の放電生成物の低減を図ることができる。
【００２３】
請求項３、４、１４、１５に係わる発明は、従来は耐熱、耐摩耗性材料として注目されていた窒化ホウ素材料が、特定条件下で作製された特定形状の電界電子放出特性が著しく優れていることを見出し、特にｓｐ３-結合性窒化ホウ素膜体を電子放出体として用いて大気圧条件下の空間への電子放出特性が安定性、持続性、高い電子放出電流が得られることから、前述した課題を解決することが可能となる。
【００２４】
請求項５、１５に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電荷発生装置もしくは請求項１１から請求項１４のいずれか１項に記載の電荷発生方法において、前記電子放出素子の金属薄膜側の電極に正の電圧を印加し、電子を引き出すことを特徴とするので、帯電効率を向上することが可能となる。
【００２５】
請求項６、１６に係る発明は、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電荷発生装置もしくは請求項１１から請求項１５のいずれか１項に記載の電荷発生方法において、前記電子放出素子から放出される電子により被帯電物を帯電させる際に、電子付着が容易な分子種として酸素ガス分子を大気圧下において優勢に存在させ、負イオン生成を容易にすることでイオン生成効率を向上することが出来る。このために電子が放出される概略閉空間には酸素富化膜を用いることで問題の解決を図ることが出来る。
【００２６】
請求項７、１７に係る発明は、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電荷発生装置もしくは請求項１１から１６のいずれか１項に記載の電荷発生方法において、電子放出素子の二つの電極のうち、一方の電極を走査電極とした場合、他方の電極を複数の信号電極で構成し、その複数の信号電極を別々の電位とすることができることを特徴とするので、例えば被帯電物に対して単なる帯電のみならず静電画像を形成することが可能となる。また、オゾン、ＮＯｘ等の放電生成物のさらなる低減が可能となる。
【００２７】
請求項８、１８に係る発明は、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電荷発生装置もしくは請求項１１から１７のいずれか１項に記載の電荷発生方法において、電子放出素子から放出される電子により被帯電物を帯電させる際に、前記電子放出素子から放出される電子の最大エネルギーが２４．３ｅＶ以下であることを特徴とするので、電荷発生装置から発生するオゾン、ＮＯｘ等の放電生成物のさらなる低減が可能となる。
【００２８】
請求項９、１９に係る発明は、被帯電物を帯電する帯電装置もしくは帯電方法において、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電荷発生装置を備え、該電荷発生装置の電子放出部と被帯電物との間の間隔を５０μｍ以上開けて配置したことを特徴とするので、オゾン、ＮＯｘ 等の放電生成物の発生が低減され、且つ、異常放電の発生が防止された帯電装置もしくは帯電方法の提供が可能となる。
【００２９】
請求項１０、２０に係る発明は、被帯電物である像担持体上に静電画像を形成し、該静電画像を現像して可視像化した後、該可視像を転写材に転写し、画像を形成する画像形成装置もしくは画像形成方法において、被帯電物である像担持体を均一に帯電する手段、あるいは、該像担持体上に静電画像を形成する手段として、請求項１から７のいずれか１項に記載の電荷発生装置、あるいは、請求項８および請求項９に記載の帯電装置を具備することを特徴とするので、オゾン、ＮＯｘ等の放電生成物の発生が低減された画像形成装置もしくは画像形成方法の提供が可能となる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、絶縁体上に形成された電極（基板電極）と、この基板電極上に形成された電子放出体層と、電子放出体層上に形成され、大気と連接する気体に満たされた空間に面する金属薄膜を一部とする導電体で構成される薄膜電極とにより形成された電子放出素子を用い、電子放出素子から放出される電子により被帯電物を帯電させることを特徴とするため、帯電によるオゾン、ＮＯｘ等の放電生成物がほとんど発生せず、従来装置に比べてオゾン、ＮＯｘ等の放電生成物の低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明に係る実施の形態の構成、動作及び作用について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示す電荷発生装置の概略構成説明図である。
図１において電荷発生装置は、絶縁体からなる基板（例えば、石英ガラス基板）２上に形成された一方の電極（基板電極）３と、この基板電極３の上に形成された電子放出体層４と、電子放出体層５と、電子放出体層５の上に形成され大気と連接する気体に満たされた空間１０に面する１〜５０ｎｍの厚さを有する金属薄膜を一部とする導電体とで構成される他方の電極（薄膜電極層）６とで形成された電子放出素子１を用い、半導体冷電子放出素子１から放出される電子により被帯電物７を帯電させる。
【００３２】
より詳しくは、図１に示す構造の電子放出素子１においては、膜状の電子放出体層４の電子放出側表面には、より多形の構造を具備した電子放出体層５が設けられており、電界電子放出特性に優れた先端の先鋭な構造が優勢となる表面となっている。
【００３３】
電子放出体層４および電子放出体層５で構成される電子放出側最表面には薄膜電極層６が形成されている。この薄膜電極層６に対し電源８により正（＋）の電圧を印加することにより、電子放出体層４、５に電子が注入される。
【００３４】
電子放出体層５の最表面は先端が先鋭な形状を有した構造体がナノメーターサイズの間隔、密集度で分布しており高抵抗となっているため、電界強度が大きくなり、ここで電子が加速され、薄膜電極層６をトネリングして電子放出素子１の外部に電子ｅ-が放出される。この放出された電子ｅ-により、被帯電物７との間の空間１０の大気圧の気体がイオン化する。この際、被帯電物７側にはバイアス電源９により正（＋）のバイアス電圧が印加されているため、イオン化された気体のうち、負イオンが形を変えながらも負電荷を維持し、被帯電物７側に到達し、被帯電物７はマイナス（−）に帯電する。
【００３５】
このように本発明に係る電荷発生装置では、冷電子放出素子１により放電を用いないで被帯電物７を帯電させるため、通常行われているスコロトロンやローラ帯電のように放電による化合物の発生が非常に少ない。
【００３６】
＜電子放出体 ｓｐ３-結合性窒化ホウ素膜体の作製方法＞
次に、電子放出体層４および電子放出体層５の作製方法の概略について説明する。
特定の条件下で製作した窒化ホウ素の中には、これを膜状に生成した場合、電界電子放出特性に優れた表面形状を呈してなるものが生成し、強い耐電界強度を有する。
すなわち、窒化ホウ素を気相反応によって基板上に堆積させる場合、基板近傍に高エネルギーの紫外光を照射することで基板上に窒化ホウ素が膜状に形成され、且つ膜表面上には、先端が尖った形状の窒化ホウ素が適宜間隔を置いて光方向に自己組織的に生成・成長し従来の電子放出材料から考えると、極めて高いレベルの電流密度を保ちつつも、材料の劣化、損傷、脱落のない極めて安定した状態、性能を維持し得ることがわかった。
【００３７】
本発明に使用した窒化ホウ素膜においては、電界電子放出特性に優れた表面形状が気相反応によって自己造形的に形成されるためには紫外光の照射が必要である。その理由については現段階では必ずしも明確ではないが次のように考えることができる。
すなわち、自己組織化による表面形態形成はイリヤ・プロゴジン氏らによって指摘された、「チューリング構造」として把握され、前駆体物質の表面拡散と表面化学反応とが競合するある種の条件において出現する。ここでは、紫外光照射がその両者の光化学的促進に関わり、初期核の規則的な分布に影響していると考えられる。
【００３８】
本発明に使用した、電界電子放出特性に優れたｓｐ３結合性窒化ホウ素膜体を得るための気相反応について条件等を説明する。
使用される反応容器は、図８に示す構造のＣＶＤ反応容器である。すなわち、図８において、反応容器１は、反応ガス及びその希釈ガスを導入するためのガス導入口２と、導入された反応ガス等を容器外へ排気するためのガス流出口３とを備え、真空ポンプに接続され、大気圧以下に減圧維持されている。容器内のガスの流路には窒化ホウ素析出基板４が設定され、その基板に面した反応容器の壁体の一部には光学窓５が取り付けられ、この窓を介して基板に紫外光が照射されるよう、エキシマ紫外光レーザー装置６が設定されている。
【００３９】
反応容器に導入された反応ガスは、基板表面において照射される紫外光によって励起こされ、反応ガス中の窒素源とホウ素源とが気相反応し、基板上に、一般式；ＢＮで示され、５Ｈ型または６Ｈ型多形構造を有してなるｓｐ３結合型窒化ホウ素が生成し、析出し、膜状に成長する。その場合の反応容器内の圧力は、０．００１〜７６０Ｔｏｒｒの広い範囲において実施可能であり、また、反応空間に設置された基板の温度は、室温〜１３００℃の広い範囲で実施可能であることが実験の結果明らかとなったが、圧力は低く、高温度で実施した方が好ましい。なお、基板表面ないしその近傍空間領域に対して紫外光を照射して励起する際、プラズマを併せて照射する態様も一つの実施の態様である。
【００４０】
図９は、ｓｐ３−結合性窒化ホウ素膜体の作製方法の説明図である。
図９において、プラズマトーチ９１は、この態様を示すものであり、反応ガス９２及びプラズマ９３が基板９４に照射されるよう、反応ガス導入口９５と、プラズマトーチ９１とが基板９４に向くように反応容器９６に一体的に設定されている。尚、９７はエキシマ紫外レーザ、９８はエキシマ紫外レーザ９７を反応容器９６内に照射するための光学系、９９は余分なガス１００を排出するためのガス流出口である。
【００４１】
窒化ホウ素膜体は、以上の反応容器９６を用いて作製されるが、以下に具体的な実施例に基づいて説明する。ただし、以下の実施例は、あくまでも本発明を容易に理解するための一助として開示するものであって、これによって本発明は限定されるものではない。
【００４２】
アルゴン流量２．５４×１０Ｔｏｒｒｌ／ｓ（２ＳＬＭ「standard litter par minutes」）、水素流量６．３５×１０-1Ｔｏｒｒｌ／ｓ（５０ｓｃｃｍ）の混合希釈ガス流中にジボラン流量１．２５×１０-1Ｔｏｒｒｌ／ｓ（１０ｓｃｃｍ）及び、アンモニア流量２．５４×１０-1Ｔｏｒｒｌ／ｓ（２０ｓｃｃｍ）を導入し、同時にポンプにより排気することで圧力３０Ｔｏｒｒに保った雰囲気中にて、加熱により８００℃に保持したシリコン基板上に、エキシマレーザー紫外光を照射した（図９参照）。
【００４３】
６０分の合成時間により、目的とする薄膜を得た。薄膜生成物をＸ線回折法により同定した結果、この試料の結晶系は六方晶系であり、ｓｐ３結合による５Ｈ型多形構造で、格子定数は、ａ＝２．５２Å、ｃ＝１０．５Åであった。
【００４４】
走査型電子顕微鏡像によって観察した結果、図１０に示すとおり、この薄膜は電界集中の生じやすい先端の尖った円錐状の突起構造物（数μｍから数十μｍの長さ）に覆われた特異な表面形状が自己造形的に形成されていることが観察された。
尚、図１０は、ｓｐ３−結合性窒化ホウ素膜体表面の電子顕微鏡写真の一例である。
【００４５】
図１は、本発明に係る電荷発生装置の一実施の形態を示す概念図である。
本発明に係る電荷発生装置においては、図１に示すように、電子放出素子１の金属薄膜からなる薄膜電極６に電源８により正（＋）の電圧を印加して電子を引き出している。このように絶縁体からなる基板２上に形成された基板電極３の電位に対して、電子放出素子１の表面側の薄膜電極６を正（＋）の電位にすると、素子内部からトンネル効果で電子ｅ-が外部に放出され、気体分子と反応し、負イオンを形成するので、電源９でバイアスされた被帯電物７の帯電効率を向上することができる。
【００４６】
しかし、電荷発生装置の構成が同じであっても、上記構成とは逆に薄膜電極６に負（−）の電圧を印加すると、電子放出素子１からの電子の放出がなくなるため、気体をイオン化することができなくなり、被帯電物７を帯電することができなくなる。このため、電子放出素子１の表面側の薄膜電極６を正（＋）の電位にすることが必要となる。
【００４７】
本発明の電荷発生装置においては、電子放出素子１から放出される電子ｅ-により被帯電物７を帯電させる際に、電子放出素子１から放出される電子の最大エネルギーは２４．３ｅＶ以下となっている。この背景は以下の通りである。
【００４８】
ＮＯｘ の発生は、主に窒素分子の解離により開始する。つまり、ｅ-＋Ｎ2→ｅ-＋２Ｎの反応が起こり、Ｎ＋Ｏ2→ＮＯ＋Ｏとなり、さらに、ＮＯ＋Ｏ＋Ｍ→ＮＯ2＋Ｍとなり、窒素酸化物が作成される。Ｍは、任意の気体分子である。
この最初の基底状態の窒素分子の解離エネルギーは２４．３ｅＶである。
【００４９】
本発明では、これ以下のエネルギーにより放出された電子による電子付着のみを主に利用して負イオンを発生させるため、電荷発生装置からの放電生成物の発生の低減が可能である。また、さらに基底状態の酸素分子の解離エネルギーは５．１ｅＶであり、これ以上のエネルギーで酸素分子は酸素原子に解離する。ここで生じた酸素原子は、酸素分子、窒素分子と結合しオゾンを始め様々な放電生成物を発生させる原因となりうるため、本発明の電子のエネルギーは望ましくは５．１ｅＶ未満である。
【００５０】
本発明の電荷発生装置の電子放出素子１から放出される電子のエネルギーＥのエネルギー分布についてリターディング電極を用いてエネルギー分布を測定した結果は、例えば図５で示されるようなプロファイルとなる。
図５は、電子放出素子から放出される電子のエネルギー分布の測定例を示す図である。同図において、縦軸Ｅは電子エネルギー分布密度Ｎ（Ｅ）を示し任意目盛りで比較したものである。
図中、特性曲線Ｌ１は電源８により印加される直流電圧ＶＤを１２Ｖとした場合を示し、特性曲線Ｌ２は直流電圧ＶＤを１５Ｖとした場合を示し、特性曲線Ｌ３は直流電圧ＶＤを１８Ｖとした場合を示しており、この図で見るように、電子エネルギーは印加する直流電圧でのコントロールが可能である。
【００５１】
電子放出素子１の電子放出部の金属薄膜電極６の表面が平坦な形状となっている。電子放出素子１の固体内では、高々１００Ｖ程度の電圧でよいが、被帯電物７が感光体等の像担持体の場合、その像担持体上に静電画像を形成してトナーを付着させるためには、数百Ｖの電圧が必要な場合がある。
この場合パッシェンの法則から平行平板の場合、空気中では３３０Ｖ以下ではコロナ放電等は発生しないが、表面が平坦出ない場合にはこれ以上の電界が素子表面の金属薄膜電極６と被帯電物７とにかかる可能性がある。
つまり、金属薄膜電極６の表面に突起物がある場合、その突起物の部分に電界集中が働いて見かけ上の放電開始電圧が低下してしまい、コロナ放電等が発生する可能性がある。そのため、半導体冷電子放出素子１の電子放出部の金属薄膜電極６の表面の部分が平坦となっている。
【００５２】
次に図２は、本発明に係る電荷発生装置の他の実施の形態を示す概念図であり、図１に示した材料と同様の電子放出材料を用いたものである。図３は、図２に示した電荷発生装置の電子放出素子１１の表面側の一部を拡大して示す要部平面図である。
【００５３】
図２および図３において電荷発生装置は、絶縁体からなる基板（例えば、石英ガラス基板）１２上に形成された一方の電極としての基板電極１３と、この基板電極１３の上に形成された電子放出体層１４と、この上に形成された電子放出体層１５と、電子放出体層１５の上に形成され大気圧と連接する気体に満たされた空間１０に面する１〜５０ｎｍの厚さを有する金属薄膜を一部とする導電体で構成される他方の電極（薄膜電極）１６とで形成された電子放出素子１１を用い、半導体冷電子放出素子１１から放出される電子により被帯電物７を帯電させる。
【００５４】
しかしながら、この電荷発生装置においては、図２および図３に示すように、電子放出素子１１の二つの電極１３、１６のうち、一方の電極１３を走査電極とし、他方の電極（薄膜電極）１６を複数の信号電極として構成し、電源１８、１９により信号電極端子１７を介して複数の信号電極１６に印加される電圧を制御して、複数の信号電極１６を別々の電位とするものである。
【００５５】
すなわち、図２、図３に示す構成では、信号電極１６の電位を種々にすることにより被帯電物７上に階調を持った静電画像を形成することができるようにしたものである。図４は、図３で示される素子をアレイ状に配列し電荷発生装置とし、これを用いて帯電装置を構成した一例である。
図４において、４１は感光体ドラム、４２は素子アレイ、４３は素子印加（駆動）電源、４４は共通電極、４５はバイアス電源である。
【００５６】
電荷発生装置を用いて画像形成装置等に具備される帯電装置を構成する場合、本発明では、電荷発生装置の電子放出部と被帯電物との間の間隔を５０μｍ以上開けて配置した構成としている。
【００５７】
図６は、本発明に係る電荷発生装置の他の実施の形態を示す概念図である。
図６に示すように、被帯電物７は円筒状の芯金（電極）７ａ上に感光層や誘電体層等が積層形成されたドラム状の構造からなり、電荷発生装置が図１と同様の電子放出素子１を用いた構成の場合に、大気圧下での空気の放電開始最低電圧点は、電子放出素子１の電子放出部（金属薄膜電極６の表面）と被帯電物７の間隔が１０μｍ程度で４００Ｖ程度である。
【００５８】
また、被帯電物７のドラムの回転による面振れは最小で１０μｍ程度である。従って、半導体冷電子放出素子１の電子放出部（金属薄膜電極６の表面）と被帯電物７との間に５０μｍ以上の間隔を設けることで、４００Ｖの電圧を電子放出素子１の電極６と、被帯電物７の電極７ａとの間に印加した場合、帯電電位を大きくしてもコロナ放電などのような放電現象を伴わずに被帯電物７を帯電することができる。
この結果、オゾン、ＮＯｘ 等の放電生成物の発生が低減され、且つ、異常放電の発生が防止された帯電装置を実現することができる。
【００５９】
本発明の電荷発生装置や、その電荷発生装置を用いた帯電装置は、被帯電物である像担持体上に静電画像を形成し、この静電画像を現像して可視像化した後、この可視像を転写材に転写し、画像を形成する画像形成装置において、被帯電物である像担持体を均一に帯電する手段、あるいは、この像担持体上に静電画像を形成する手段として用いるのに最適であり、オゾン、ＮＯｘ 等の放電生成物の発生が低減された画像形成装置の提供が可能となる。
【００６０】
図７は、本発明に係る画像形成装置の一実施形態を示す概念図であり、例えば図１、図６に示す構成の電荷発生装置を、被帯電物である像担持体２１を均一に帯電する帯電装置２２として用いた例である。
図７において、符号２１は像担持体であるドラム状の光導電性感光体であり、この感光体２１の周囲には、感光体２１の表面を均一に帯電する帯電装置２２、帯電された感光体２１にレーザ光等の書込み光ＬＢを照射して静電画像を形成する光書込み装置２３、感光体２１上の静電画像をトナーで現像して顕像化する現像装置２４、感光体２１上のトナー画像を転写紙等の転写材に転写する転写装置２５、転写後の感光体２１上の残留トナーや紙粉等を除去するクリーニング装置２６、感光体２１上の残留電荷を除電する除電装置２７等が配設されている。
【００６１】
また、この画像形成装置には、感光体２１と転写装置２５との間の転写部に転写材Ｐを給紙する給紙部２８と、転写材Ｐに転写されたトナー画像を定着する定着装置２９とが設けられている。図７に示す構成の画像形成装置においては、帯電装置２２として、図１、図６に示すような構成の電荷発生装置を用いているので、コロナ放電などのような放電現象を伴なわずに感光体２１を均一に帯電することができ、オゾン、ＮＯｘ等の放電生成物の発生を低減することができる。
【００６２】
次に、図８は、本発明に係る画像形成装置の他の実施形態を示す概念図であり、例えば図２、図３に示す構成の電荷発生装置を、被帯電物である像担持体３１上に直接に静電画像を形成する手段３２として用いた例である。
図８において、符号３１はドラム状の像担持体であり、この像担持体３１の周囲には、像担持体３１の表面に対して電荷発生装置を用いて選択的に帯電して静電画像を形成する静電画像形成手段３２、像担持体３１上の静電画像をトナーで現像して顕像化する現像装置３３、像担持体３１上のトナー画像を転写紙等の転写材に転写する転写装置３４、転写後の像担持体３１上の残留トナーや紙粉等を除去するクリーニング装置３５、像担持体３１上の残留電荷を除電する除電装置３６等が配設されている。また、この画像形成装置には、像担持体３１と転写装置３４の間の転写部に転写材Ｐを給紙する給紙部３７と、転写材Ｐに転写されたトナー画像を定着する定着装置３８とが設けられている。
【００６３】
図８に示す構成の画像形成装置においては、静電画像形成手段３２として、図３、図４に示すような信号電極と走査電極を有する構成の電荷発生装置を用いることにより、コロナ放電などのような放電現象を伴わずに像担持体３１上に静電画像を形成することができるので、オゾン、ＮＯｘ 等の放電生成物の発生を低減することができる。
【００６４】
また、電荷発生装置を用いて像担持体３１の帯電と画像形成を同時に行うので、図７に示した構成よりも簡便な構成の画像形成装置を提供することができる。図８に示した構成の場合、電荷発生装置を用いて静電画像の形成を行うので、像担持体３１としては、静電画像を保持できるものならよく、例えば、円筒状の芯金（電極）上に絶縁体層や誘電体層を積層したもの等を用いることができる。
【実施例１】
【００６５】
次に実施例により本発明の作用効果を詳細に説明するが、各実施例は本発明を詳しく説明するためのものであり、本発明がこれらの実施例によって何らの制約も受けないことは断るまでもない。
図１に示した電子放出素子１を用いた電荷発生装置（帯電装置）の構成において、以下の条件で被帯電物７を帯電させた。この時の電荷発生装置の周辺におけるオゾン濃度およびＮＯｘ濃度の測定を行ったところ、いずれもオゾン、ＮＯｘともバックグラウンドレベル以上の値は検出されなかった。
【００６６】
・基板（絶縁体）２：石英ガラス基板。
・基板電極３：タングステン（Ｗ）（石英ガラス基板上に成膜）。
・電子放出体層４および５：ｓｐ３-結合性窒化ホウ素膜体。電子放出体層５は特に５Ｈ型または６Ｈ型等多形窒化ホウ素を主として含んでいる。
・薄膜電極層６：金（Ａｕ）（厚さ約２０ｎｍ）。
・被帯電物７：絶縁性ハードアルマイトコートしたアルミニウムのアルマイト側。
・電源８、９：直流電源。
・薄膜電極と被帯電物の間隔：1ｍｍ。
【実施例２】
【００６７】
図１に示した電子放出素子１を用いた電荷発生装置（帯電装置）の構成において、以下の条件で被帯電物７を帯電させた。この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度およびＮＯｘ濃度の測定を行ったところ、いずれもオゾン、ＮＯｘともバックグラウンドレベル以上の値は検出されなかった。
【００６８】
・基板（絶縁体）２：石英ガラス基板。
・基板電極３：Ｗ（石英ガラス基板上にスパッタ成膜）。
・電子放出体層４および５：ｓｐ３-結合性窒化ホウ素膜体。電子放出体層５は特に５Ｈ型または６Ｈ型等多形窒化ホウ素を主として含んでいる。
・薄膜電極層６：Ａｕ（厚さ約１５ｎｍ）。
・被帯電物７：リコー製プリンタ用の感光体（ＯＰＣ）。
・電源８、９：直流電源。
・薄膜電極と被帯電物の間隔：０．５ｍｍ。
【実施例３】
【００６９】
図２、図３に示す構成の電荷発生装置で被帯電物７を帯電させた。尚、図２は素子構造及び走査電極と信号電極を用いた場合の電気的接合例を示し、図３は実際の電極レイアウト例を示している。
直流電源１８により走査電極１３と信号電極端子１７との間に２０Ｖの電圧を印加し、バイアス電源１９により素子１１と被帯電物７との間に４００Ｖの電圧を印加し、信号電極（金属薄膜電極）１６と被帯電体７との間を１００μｍの間隔に隔てたときに、３００Ｖの帯電電圧を得ることができた。
【００７０】
また、信号電極１６と走査電極１３との間の電圧のオン、オフにより静電画像のパターンを得ることができ、さらに電極間の電圧をコントロールすることにより帯電電位の分布を作ることができた。この場合、信号電極１６が正（＋）になる場合に被帯電物７を帯電できた。素子構成の材料的な条件は、実施例２と同じである。ただし、被帯電物７は、裏面をアルミニウムコートしたポリマー基板である。この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度およびＮＯｘ濃度の測定を行ったところ、いずれもオゾン、ＮＯｘともバックグラウンドレベル以上の値は検出されなかった。
【実施例４】
【００７１】
図２、図３に示す構成の電荷発生装置で被帯電物７を帯電させた。
図２は素子構造及び走査電極と信号電極を用いた場合の電気的接合例を示し、図３は実際の電極レイアウト例を示している。図２に示される電子放出体層上に形成され大気と連接する気体に満たされた空間は、概略閉空間を構成しており大気圧のまま、酸素を多く含んでいる。
【００７２】
図２では、図中の構成を省略しているが、空気を、小型ダイヤフラムポンプを用いて酸素富化膜を介して上記概略閉空間に強制的に送り、酸素成分が富化された環境となっている。
直流電源１８により走査電極１３と信号電極端子１７との間に２０Ｖの電圧を印加し、バイアス電源１９により素子１１と被帯電物７との間に４００Ｖの電圧を印加し、信号電極（金属薄膜電極）１６と被帯電体７とを１００μｍの間隔に隔てて配置したときに、電子放出体からの電界電子放出により電子が大気中に放出され酸素分子に付着し負イオン生成と空間への放射により３７０Ｖの帯電電圧を得ることができた。
【００７３】
また、信号電極１６と走査電極１３との間の電圧のオン、オフにより静電画像のパターンを得ることができ、さらに電極間の電圧をコントロールすることにより帯電電位の分布を作ることができた。この場合、信号電極１６が正（＋）になる場合に被帯電物７を帯電できた。素子構成の材料的な条件は、実施例２と同様である。ただし、被帯電物７は、裏面をアルミニウムコートしたポリマー基板である。この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度およびＮＯｘ濃度の測定を行ったところ、いずれもオゾン、ＮＯｘともバックグラウンドレベル以上の値は検出されなかった。
【実施例５】
【００７４】
図６に示す電子放出素子１を用いた電荷発生装置の構成において、以下の条件で被帯電物７の帯電テストを行った。バイアス電源９により素子１と被帯電物７間に４００Ｖの電圧を印加し、金属薄膜電極６と被帯電物７との間の間隔を１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００μｍの間隔にしたときの放電の発生を測定した。各部の構成は以下の通りである。
【００７５】
・基板（絶縁体）２：石英ガラス基板。
・基板電極３：Ｃｒ（石英ガラス基板上にスパッタ成膜）。
・電子放出体層４および５：ｓｐ３-結合性窒化ホウ素膜体。電子放出体層５は特に５Ｈ型または６Ｈ型等多形窒化ホウ素を主として含んでいる。
・薄膜電極層６：Ａｕ（厚さ約２０ｎｍ）。
・被帯電物７：絶縁性ハードアルマイト、膜厚１０μｍ（内側電極：アルミニウム）。
・電源８、９：直流電源。
以上の帯電テストの結果、金属薄膜電極６と被帯電物７との間の間隔に対する放電発生頻度（１０分間）は以下の通りである。
間隔 ；
１０μｍ：すぐ放電が発生し帯電不能
２０μｍ：すぐ放電が発生し帯電不能
３０μｍ：比較的はやく放電が発生し帯電不能
４０μｍ：２回放電が発生
５０μｍ：０回
６０μｍ：０回
７０μｍ：０回
８０μｍ：０回
９０μｍ：０回
１００μｍ：０回
５０μｍの間隔のものをこのまま５０分測定し続けたが、放電は見られなかった。また、６０μｍ、７０μｍ、８０μｍ、９０μｍ、１００μｍの場合も同様であった。
【００７６】
［比較例１］
図１１に示す従来のコロナワイヤー方式の電荷発生器（帯電装置）１１００を用い、実施例２と同じ条件下で電源１１０１により電圧を印加して被帯電物１１０２を帯電した。この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度およびＮＯｘ濃度の測定を行ったところ、オゾン：４ｐｐｍ、ＮＯｘ：０．６ｐｐｍが検出された。
【００７７】
〔作用効果〕
請求項１、２、１１、１２記載の電荷発生装置においては、絶縁体上に形成された電極（基板電極）と、この基板電極上に形成された電子放出体層と、電子放出体層上に形成され、大気圧と連接する気体に満たされた空間に面する１〜５０ｎｍの厚さを有する金属薄膜を一部とする導電体で構成される薄膜電極とにより形成された電子放出素子を用い、電子放出素子から放出される電子により被帯電物を帯電させることを特徴とするため、帯電によるオゾン、ＮＯｘ等の放電生成物がほとんど発生せず、従来装置に比べてオゾン、ＮＯｘ等の放電生成物の低減を図ることができる。
【００７８】
請求項３、４、１３、１４に係わる発明は、ｓｐ３-結合性窒化ホウ素膜体を電子放出体として用いて大気圧条件下の空間への電子放出特性が安定性、持続性、高い電子放出電流が得られることから、この放出電子を帯電のための電荷生成に用いることで、帯電によるオゾン、ＮＯｘ等の放電生成物が発生せず、従来装置に比べてオゾン、ＮＯｘ等の放電生成物の低減を図ることができる。
【００７９】
請求項５、１５に記載される電荷発生装置においては、電子放出素子の金属薄膜側の電極に正の電圧を印加し、電子を引き出すことを特徴とするので、オゾン、ＮＯｘ等の放電生成物の低減を図れると共に、帯電効率を向上することができる。
【００８０】
請求項６、１６に係る発明は、電子放出素子から放出される電子により被帯電物を帯電させる際に、電子付着が容易な分子種として酸素ガス分子を大気圧下において優勢に存在させ、負イオン生成を容易にすることでイオン生成効率を向上することが出来る。大気圧中の窒素に対して酸素分子が優勢となるため、電荷生成の主体が電子付着による負イオンとなり、活性種であるオゾンや窒素酸化物であるＮＯｘの生成を防止することが出来る。
【００８１】
請求項７、１７に記載される電荷発生装置においては、電子放出素子の二つの電極のうち、一方の電極を走査電極とした場合、他方の電極を複数の信号電極で構成し、その複数の信号電極を別々の電位とすることができることを特徴とするので、例えば被帯電物に対して単なる帯電のみならず微細な画素からなる静電画像を形成することができるうえ、オゾン、ＮＯｘ等の放電生成物の低減が可能となる。
【００８２】
請求項８、１８記載に記載される電荷発生装置においては、電子放出素子から放出される電子により被帯電物を帯電させる際に、電子放出素子から放出される電子の最大エネルギーが２４．３ｅＶ以下であることを特徴とするので、電荷発生装置から発生するオゾン、ＮＯｘ等の放電生成物を極限まで低減することができる。
【００８３】
請求項９、１９に記載される帯電装置においては、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電荷発生装置を備え、電荷発生装置の電子放出部と被帯電物との間の間隔を５０μｍ以上開けて配置したことを特徴とするので、オゾン、ＮＯｘ等の放電生成物の発生が低減され、且つ、異常な放電を伴うことがなく、大気環境下の気体の電離を生じることなく帯電に必要な電荷を発生し帯電に用いる帯電装置を実現することができる。
【００８４】
請求項１０、２０に記載される画像形成装置においては、被帯電物である像担持体を均一に帯電する手段、あるいは、像担持体上に静電画像を形成する手段として、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電荷発生装置、あるいは、請求項８または請求項９に記載の帯電装置を具備することを特徴とするので、オゾン、ＮＯｘ等の放電生成物の発生が低減され、ＵＬ規格、ＴＵＶ規格、ＢＡＭ規格などの規格を満たすことができる。また、電荷発生装置を静電画像形成手段として用いた場合には、装置構成を簡素化でき、低コスト化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明は、電荷発生装置、帯電装置、ファクシミリや複写機等の画像形成装置、電荷発生方法、帯電方法、及び画像形成方法に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の一実施形態を示す電荷発生装置の概略構成説明図である。
【図２】本発明に係る電荷発生装置の他の実施の形態を示す概念図である。
【図３】図２に示した電荷発生装置の電子放出素子１１の表面側の一部を拡大して示す要部平面図である。
【図４】図３で示される素子をアレイ状に配列し電荷発生装置とし、これを用いて帯電装置を構成した一例である。
【図５】電子放出素子から放出される電子のエネルギー分布の測定例を示す図である。
【図６】本発明に係る電荷発生装置の他の実施の形態を示す概念図である。
【図７】本発明に係る画像形成装置の一実施形態を示す概念図である。
【図８】本発明に係る画像形成装置の他の実施形態を示す概念図である。
【図９】ｓｐ３−結合性窒化ホウ素膜体の作製方法の説明図である。
【図１０】ｓｐ３−結合性窒化ホウ素膜体表面の電子顕微鏡写真の一例である。
【図１１】従来のコロナワイヤー方式の電荷発生器（帯電装置）の概念図である。
【符号の説明】
【００８７】
１ 電子放出素子
２ 基板
３ 電極（基板電極）
４ ｓｐ３-結合性窒化ホウ素膜体からなる電子放出体層
５ ｓｐ３-結合性窒化ホウ素膜体のうち５Ｈ型または６Ｈ型多形窒化ホウ素を主として含む電子放出体層
６ 薄膜電極層
７ 被帯電物
８ 電源
９ バイアス電源
１１ 電子放出素子
１２ 絶縁体からなる基板
１３ 走査電極端子
１４ ｓｐ３-結合性窒化ホウ素膜体からなる電子放出体層
１５ ｓｐ３-結合性窒化ホウ素膜体のうち５Ｈ型または６Ｈ型多形窒化ホウ素を主として含む電子放出体層
１６ 信号電極（薄膜電極層）
１７ 信号電極端子
１８ 電源
１９ バイアス電源
２１、３１ 像担持体（被帯電物）
２２ 帯電装置（電荷発生装置）
２３ 光書込み装置
２４、３３ 現像装置
２５、３４ 転写装置
２６、３５ クリーニング装置
２７、３６ 除電装置
２８、３７ 給紙部
２９、３８ 定着装置
３２ 静電画像形成手段（電荷発生装置）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間中に電荷を発生させる電荷発生装置、この電荷発生装置を用いて被帯電体を帯電する帯電装置、さらにこの帯電装置を用いた複写機やプリンタ、ファクシミリ、プロッタなど電子写真記録装置、画像形成装置、電荷発生方法、帯電方法、及び画像形成方法に関する。とくに、感光体などの像坦持体（被帯電体）を帯電させるための帯電装置に係り、オゾン等の有害生成物を発生することなく感光体等の像坦持体を帯電させる帯電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタ等の電子写真方式の画像形成装置に用いられ、被帯電物である感光体を帯電する帯電装置には、コロナ帯電器、ローラ帯電器、ブラシ帯電器、固体帯電器等がある。
（コロナ帯電器）
電子複写機、静電記録装置、プリンタ等に最も多く利用されている帯電方式である。しかし、非常に多くのオゾンを発生するという欠点がある。この欠点に関しては、例えば、特許文献１にオゾンの発生量を低減する手段が開示されている。例えば、非常に細い４０〜５０μｍのワイヤを用いて放電を行うことにより５０％以下に低減している。
【０００３】
また、特許文献２にはワイヤの三方を囲むように配置された金属筐体と解放部近傍に金属メッシュ電極を配置し、ワイヤから発生したオゾンを閉じこめ、オゾン分子の衝突確率を高めることにより放出されるオゾン量の低減を計ることが開示されている。
【０００４】
しかしながら、特許文献１、２に記載の発明ではせいぜい５０％程度のオゾン量の低減しか出来ず、機内ガスを排出するにはオゾン吸着剤を含むフィルタを使用するなどの処置が必要であった。
【０００５】
（ローラ帯電器）
古くは、特許文献３に開示され、近年、盛んに検討されている帯電方式である。特許文献３に記載の発明は、オゾンの発生を非常に少なくできるので有望視されている。
しかしながら、特許文献３に記載の発明は、接触式ローラを用いるため高速処理ができない、帯電が不均一になりやすいなど難点があった。ローラ表面のトナー汚染、印加するバイアス交流による振動の影響、画像にモワレなどが生じやすい。また、ローラは回転体であり、ローラ表面にクリーニングが必要になるために部材が多くなるという欠点がある。他にも、感光体の感光層が絶縁破壊されてピンホールが発生しやすいことや、振動音、帯電ローラ跡（可塑剤）、ローラの永久変形等が生じやすいという欠点がある。
【０００６】
（ブラシ帯電器）
古くは特許文献４などに開示されている。これらの従来技術では、筋状帯電むらが出やすかったり、環境変動に影響され、低温ストリーマ放電による白斑点が顕在化したりしていた。
さらに、感光体磨耗やブラシの抜け、感光体上の傷に対する異常放電と考えられるブラシの溶融などの欠点があった。
【０００７】
（オゾン吸着剤）
発生したオゾンを活性炭などの触媒機能により酸化処理したり、表面に吸着させるなどの従来技術はあったが、経時劣化が生じるためにオゾンフィルタの交換、メンテナンスが頻繁に必要であった。
【０００８】
（固体帯電器）
古くは、特許文献５に開示されている。
特許文献６には絶縁部材上に放電電極を、微小間隔を介して多数併設する装置が開示されている。
【０００９】
特許文献７には、帯電器と非記録体との間隔を５００〜３０００μｍに設定することにより、イオンの飛距離を短くしてオゾンの拡散を抑制すると共にトナーなどの付着を防止することが開示されている。
【００１０】
特許文献８には板状基板上の放電電極とその外周に配設する沿面グロー放電手段と帯電器全体を覆うカバーを備えた放電装置が開示されている。
【００１１】
特許文献９には平面型固体放電装置の電極材料に特定の仕事関数の材料を用いる事によるＮＯｘの低減が開示されている。
【００１２】
さらに、新規な帯電方式を用いたものとして、特許文献１０には、ライン電極表面にＰ−Ｎ接合の半導体素子、又はエレクトロルミネッセンス材料よりなる電子放出素子層を設けた電荷発生器、及びこれを一画素単位で独立に駆動して誘電体上に潜像を形成する静電潜像形成装置が開示されている。
【００１３】
これらの固体帯電器は、コロナ放電電極のような劣化・破損や汚染などが少ないと見込まれ、装置を小型化できるなどの利点はあるものの、放電に必要な面積が依然として大きく生成オゾンが拡散しやすく、期待するほどオゾンやＮＯｘなどの不快物質の低減は出来ていない。
【００１４】
また、環境意識の高まりとともに有害、不快な物質の機外排出が規制される方向にある。すなわち、ＵＬ規格、ＴＵＶ規格、ＢＡＭ規格など、複数の国、地域で複数の団体により電子写真方式の画像形成装置に対して、発生するオゾン量を規制するための規格が設定されており、帯電装置等においてオゾンの発生を低減することが重要な課題となっている。また、画像形成装置においては、帯電装置の放電により発生する窒素酸化物（ＮＯｘ）に起因する物質が感光体に付着し吸湿することで、感光体表面電位を低下させることにより不良画像が発生するという不具合が問題になっている。
【特許文献１】特開平９−１１４１９２号公報
【特許文献２】特開平６−３２４５５６号公報
【特許文献３】特開昭５６−９１２５３号公報
【特許文献４】特公昭５５−２９８３７号公報
【特許文献５】特開昭５４−５３５３７号公報
【特許文献６】特開平５−９４０７７号公報
【特許文献７】特開平６−７５４５７号公報
【特許文献８】特開平９−２４４３５０号公報
【特許文献９】特開平９−１１５６４６号公報
【特許文献１０】特開平８−２０３４１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ところで、上述した従来の帯電装置（帯電方法）のうち、コロナ帯電器は、非常に多くのオゾン及びＮＯｘ を発生する。このため特許文献１、２に記載されているようなオゾン量を低減させるようにしたコロナ帯電器では、せいぜい５０％程度のオゾン量の低減しか出来ず、オゾン吸着剤等の併用が必要であった。また、オゾン吸着剤を併用した場合、オゾン量を低減することはできるが、オゾン吸着剤は、経時劣化が生じるためにオゾンフィルタの交換やメンテナンスが必要であり、コストがかかるという問題がある。
【００１６】
また、ローラ帯電器は、接触帯電方式のためオゾンの発生を非常に少なくできるが、帯電が不均一になりやすく、また、電子写真方式の画像形成装置に用いた場合、ローラ表面のトナー汚染、ローラに印加するバイアス交流による振動、画像のモワレなどが生じやすいという問題がある。
また、ローラ帯電器は回転体であり、ローラ表面のクリーニングが必要になるために部材が多く、製造コストがかかるという問題があり、その他にもローラ帯電器には、感光体の感光層が絶縁破壊されてピンホールが発生しやすくなったり、振動音、可塑剤等による帯電ローラ跡、ローラの永久変形等が生じやすくなったりするという問題がある。
【００１７】
ブラシ帯電器は、接触帯電方式のためオゾンの発生を非常に少なくできるが、筋状帯電むらや環境変動による帯電むらが発生しやすく、また、低温ストリーマ放電、白斑点、感光体磨耗、磨耗感光体の蓄積、ブラシの抜け等の発生や、感光体傷に対する異常放電に起因するブラシの溶融などの欠点がある。
【００１８】
さらに、固体帯電器では、装置を小型化できるなどの利点はあるものの、放電面積が広く、期待するほどオゾンやＮＯｘなどの不快物質の低減は出来ていない。
前述の電荷発生器や、それを用いた静電潜像形成装置においては、表面が複雑な穴形状をなしているため、トナーなどの汚れが付いた場合、クリーニングが不可能である。また、局所的な電界が集中しやすいため、予期せぬ放電のために電荷発生素子が破損しやすいなどの欠点を有している。
【００１９】
そこで、本発明は上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、オゾン及びＮＯｘ 等の放電生成物の発生を低減することができる電荷発生装置、帯電装置、画像形成装置、電荷発生方法、帯電方法、及び画像形成方法を提供することを主な目的とする。
【００２０】
さらには、電荷発生装置あるいは帯電装置そのもので静電画像を形成することにより、画像を形成する電荷当りのイオン発生量を少なくし、オゾン及びＮＯｘ 等の放電生成物の発生を低減し、ＵＬ規格、ＴＵＶ規格、ＢＡＭ規格などの規格を満たす画像形成装置を提供することを副次的な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するため、請求項１、２、１１、１２に係る発明は、絶縁体上に形成された基板電極と、前記基板電極上に形成された電子放出体層と、前記電子放出体層上に形成され、大気と連接する気体に満たされた空間に面する１〜５０ｎｍの厚さを有する金属薄膜を一部とする導電体で構成される薄膜電極とにより形成された電子放出素子を用い、前記電子放出素子から放出される電子により被帯電物を帯電させることを特徴とする電荷発生装置を用いる。
【００２２】
請求項１、２記載の電荷発生装置、請求項１１、１２記載の電荷発生方法においては、電子放出素子の表面からの電子放出を用いて被帯電物を帯電する。一般に半導体素子から放出される電子のエネルギーは、従来のコロナ放電によるものと比較すると小さく、大気中の気体分子の電離をほとんど起こさずにＣＯ3-イオンやＯ2-イオンなどの負イオンを生成し、これが被帯電物に到達するか、あるいは電子が直接被帯電物に到達する。
従って、請求項１、２記載の電荷発生装置では、この現象を利用することにより帯電を行うため、帯電によるオゾン、ＮＯｘ等の放電生成物がほとんど発生せず、従来装置に比べてオゾン、ＮＯｘ等の放電生成物の低減を図ることができる。
【００２３】
請求項３、４、１４、１５に係わる発明は、従来は耐熱、耐摩耗性材料として注目されていた窒化ホウ素材料が、特定条件下で作製された特定形状の電界電子放出特性が著しく優れていることを見出し、特にｓｐ３-結合性窒化ホウ素膜体を電子放出体として用いて大気圧条件下の空間への電子放出特性が安定性、持続性、高い電子放出電流が得られることから、前述した課題を解決することが可能となる。
【００２４】
請求項５、１５に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電荷発生装置もしくは請求項１１から請求項１４のいずれか１項に記載の電荷発生方法において、前記電子放出素子の金属薄膜側の電極に正の電圧を印加し、電子を引き出すことを特徴とするので、帯電効率を向上することが可能となる。
【００２５】
請求項６、１６に係る発明は、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電荷発生装置もしくは請求項１１から請求項１５のいずれか１項に記載の電荷発生方法において、前記電子放出素子から放出される電子により被帯電物を帯電させる際に、電子付着が容易な分子種として酸素ガス分子を大気圧下において優勢に存在させ、負イオン生成を容易にすることでイオン生成効率を向上することが出来る。このために電子が放出される概略閉空間には酸素富化膜を用いることで問題の解決を図ることが出来る。
【００２６】
請求項７、１７に係る発明は、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電荷発生装置もしくは請求項１１から１６のいずれか１項に記載の電荷発生方法において、電子放出素子の二つの電極のうち、一方の電極を走査電極とした場合、他方の電極を複数の信号電極で構成し、その複数の信号電極を別々の電位とすることができることを特徴とするので、例えば被帯電物に対して単なる帯電のみならず静電画像を形成することが可能となる。また、オゾン、ＮＯｘ等の放電生成物のさらなる低減が可能となる。
【００２７】
請求項８、１８に係る発明は、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電荷発生装置もしくは請求項１１から１７のいずれか１項に記載の電荷発生方法において、電子放出素子から放出される電子により被帯電物を帯電させる際に、前記電子放出素子から放出される電子の最大エネルギーが２４．３ｅＶ以下であることを特徴とするので、電荷発生装置から発生するオゾン、ＮＯｘ等の放電生成物のさらなる低減が可能となる。
【００２８】
請求項９、１９に係る発明は、被帯電物を帯電する帯電装置もしくは帯電方法において、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電荷発生装置を備え、該電荷発生装置の電子放出部と被帯電物との間の間隔を５０μｍ以上開けて配置したことを特徴とするので、オゾン、ＮＯｘ 等の放電生成物の発生が低減され、且つ、異常放電の発生が防止された帯電装置もしくは帯電方法の提供が可能となる。
【００２９】
請求項１０、２０に係る発明は、被帯電物である像担持体上に静電画像を形成し、該静電画像を現像して可視像化した後、該可視像を転写材に転写し、画像を形成する画像形成装置もしくは画像形成方法において、被帯電物である像担持体を均一に帯電する手段、あるいは、該像担持体上に静電画像を形成する手段として、請求項１から７のいずれか１項に記載の電荷発生装置、あるいは、請求項８および請求項９に記載の帯電装置を具備することを特徴とするので、オゾン、ＮＯｘ等の放電生成物の発生が低減された画像形成装置もしくは画像形成方法の提供が可能となる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、絶縁体上に形成された電極（基板電極）と、この基板電極上に形成された電子放出体層と、電子放出体層上に形成され、大気と連接する気体に満たされた空間に面する金属薄膜を一部とする導電体で構成される薄膜電極とにより形成された電子放出素子を用い、電子放出素子から放出される電子により被帯電物を帯電させることを特徴とするため、帯電によるオゾン、ＮＯｘ等の放電生成物がほとんど発生せず、従来装置に比べてオゾン、ＮＯｘ等の放電生成物の低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明に係る実施の形態の構成、動作及び作用について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示す電荷発生装置の概略構成説明図である。
図１において電荷発生装置は、絶縁体からなる基板（例えば、石英ガラス基板）２上に形成された一方の電極（基板電極）３と、この基板電極３の上に形成された電子放出体層４と、電子放出体層５と、電子放出体層５の上に形成され大気と連接する気体に満たされた空間１０に面する１〜５０ｎｍの厚さを有する金属薄膜を一部とする導電体とで構成される他方の電極（薄膜電極層）６とで形成された電子放出素子１を用い、半導体冷電子放出素子１から放出される電子により被帯電物７を帯電させる。
【００３２】
より詳しくは、図１に示す構造の電子放出素子１においては、膜状の電子放出体層４の電子放出側表面には、より多形の構造を具備した電子放出体層５が設けられており、電界電子放出特性に優れた先端の先鋭な構造が優勢となる表面となっている。
【００３３】
電子放出体層４および電子放出体層５で構成される電子放出側最表面には薄膜電極層６が形成されている。この薄膜電極層６に対し電源８により正（＋）の電圧を印加することにより、電子放出体層４、５に電子が注入される。
【００３４】
電子放出体層５の最表面は先端が先鋭な形状を有した構造体がナノメーターサイズの間隔、密集度で分布しており高抵抗となっているため、電界強度が大きくなり、ここで電子が加速され、薄膜電極層６をトネリングして電子放出素子１の外部に電子ｅ-が放出される。この放出された電子ｅ-により、被帯電物７との間の空間１０の大気圧の気体がイオン化する。この際、被帯電物７側にはバイアス電源９により正（＋）のバイアス電圧が印加されているため、イオン化された気体のうち、負イオンが形を変えながらも負電荷を維持し、被帯電物７側に到達し、被帯電物７はマイナス（−）に帯電する。
【００３５】
このように本発明に係る電荷発生装置では、冷電子放出素子１により放電を用いないで被帯電物７を帯電させるため、通常行われているスコロトロンやローラ帯電のように放電による化合物の発生が非常に少ない。
【００３６】
＜電子放出体 ｓｐ３-結合性窒化ホウ素膜体の作製方法＞
次に、電子放出体層４および電子放出体層５の作製方法の概略について説明する。
特定の条件下で製作した窒化ホウ素の中には、これを膜状に生成した場合、電界電子放出特性に優れた表面形状を呈してなるものが生成し、強い耐電界強度を有する。
すなわち、窒化ホウ素を気相反応によって基板上に堆積させる場合、基板近傍に高エネルギーの紫外光を照射することで基板上に窒化ホウ素が膜状に形成され、且つ膜表面上には、先端が尖った形状の窒化ホウ素が適宜間隔を置いて光方向に自己組織的に生成・成長し従来の電子放出材料から考えると、極めて高いレベルの電流密度を保ちつつも、材料の劣化、損傷、脱落のない極めて安定した状態、性能を維持し得ることがわかった。
【００３７】
本発明に使用した窒化ホウ素膜においては、電界電子放出特性に優れた表面形状が気相反応によって自己造形的に形成されるためには紫外光の照射が必要である。その理由については現段階では必ずしも明確ではないが次のように考えることができる。
すなわち、自己組織化による表面形態形成はイリヤ・プロゴジン氏らによって指摘された、「チューリング構造」として把握され、前駆体物質の表面拡散と表面化学反応とが競合するある種の条件において出現する。ここでは、紫外光照射がその両者の光化学的促進に関わり、初期核の規則的な分布に影響していると考えられる。
【００３８】
本発明に使用した、電界電子放出特性に優れたｓｐ３結合性窒化ホウ素膜体を得るための気相反応について条件等を説明する。
使用される反応容器は、図８に示す構造のＣＶＤ反応容器である。すなわち、図８において、反応容器１は、反応ガス及びその希釈ガスを導入するためのガス導入口２と、導入された反応ガス等を容器外へ排気するためのガス流出口３とを備え、真空ポンプに接続され、大気圧以下に減圧維持されている。容器内のガスの流路には窒化ホウ素析出基板４が設定され、その基板に面した反応容器の壁体の一部には光学窓５が取り付けられ、この窓を介して基板に紫外光が照射されるよう、エキシマ紫外光レーザー装置６が設定されている。
【００３９】
反応容器に導入された反応ガスは、基板表面において照射される紫外光によって励起こされ、反応ガス中の窒素源とホウ素源とが気相反応し、基板上に、一般式；ＢＮで示され、５Ｈ型または６Ｈ型多形構造を有してなるｓｐ３結合型窒化ホウ素が生成し、析出し、膜状に成長する。その場合の反応容器内の圧力は、０．００１〜７６０Ｔｏｒｒの広い範囲において実施可能であり、また、反応空間に設置された基板の温度は、室温〜１３００℃の広い範囲で実施可能であることが実験の結果明らかとなったが、圧力は低く、高温度で実施した方が好ましい。なお、基板表面ないしその近傍空間領域に対して紫外光を照射して励起する際、プラズマを併せて照射する態様も一つの実施の態様である。
【００４０】
図９は、ｓｐ３−結合性窒化ホウ素膜体の作製方法の説明図である。
図９において、プラズマトーチ９１は、この態様を示すものであり、反応ガス９２及びプラズマ９３が基板９４に照射されるよう、反応ガス導入口９５と、プラズマトーチ９１とが基板９４に向くように反応容器９６に一体的に設定されている。尚、９７はエキシマ紫外レーザ、９８はエキシマ紫外レーザ９７を反応容器９６内に照射するための光学系、９９は余分なガス１００を排出するためのガス流出口である。
【００４１】
窒化ホウ素膜体は、以上の反応容器９６を用いて作製されるが、以下に具体的な実施例に基づいて説明する。ただし、以下の実施例は、あくまでも本発明を容易に理解するための一助として開示するものであって、これによって本発明は限定されるものではない。
【００４２】
アルゴン流量２．５４×１０Ｔｏｒｒｌ／ｓ（２ＳＬＭ「standard litter par minutes」）、水素流量６．３５×１０-1Ｔｏｒｒｌ／ｓ（５０ｓｃｃｍ）の混合希釈ガス流中にジボラン流量１．２５×１０-1Ｔｏｒｒｌ／ｓ（１０ｓｃｃｍ）及び、アンモニア流量２．５４×１０-1Ｔｏｒｒｌ／ｓ（２０ｓｃｃｍ）を導入し、同時にポンプにより排気することで圧力３０Ｔｏｒｒに保った雰囲気中にて、加熱により８００℃に保持したシリコン基板上に、エキシマレーザー紫外光を照射した（図９参照）。
【００４３】
６０分の合成時間により、目的とする薄膜を得た。薄膜生成物をＸ線回折法により同定した結果、この試料の結晶系は六方晶系であり、ｓｐ３結合による５Ｈ型多形構造で、格子定数は、ａ＝２．５２Å、ｃ＝１０．５Åであった。
【００４４】
走査型電子顕微鏡像によって観察した結果、図１０に示すとおり、この薄膜は電界集中の生じやすい先端の尖った円錐状の突起構造物（数μｍから数十μｍの長さ）に覆われた特異な表面形状が自己造形的に形成されていることが観察された。
尚、図１０は、ｓｐ３−結合性窒化ホウ素膜体表面の電子顕微鏡写真の一例である。
【００４５】
図１は、本発明に係る電荷発生装置の一実施の形態を示す概念図である。
本発明に係る電荷発生装置においては、図１に示すように、電子放出素子１の金属薄膜からなる薄膜電極６に電源８により正（＋）の電圧を印加して電子を引き出している。このように絶縁体からなる基板２上に形成された基板電極３の電位に対して、電子放出素子１の表面側の薄膜電極６を正（＋）の電位にすると、素子内部からトンネル効果で電子ｅ-が外部に放出され、気体分子と反応し、負イオンを形成するので、電源９でバイアスされた被帯電物７の帯電効率を向上することができる。
【００４６】
しかし、電荷発生装置の構成が同じであっても、上記構成とは逆に薄膜電極６に負（−）の電圧を印加すると、電子放出素子１からの電子の放出がなくなるため、気体をイオン化することができなくなり、被帯電物７を帯電することができなくなる。このため、電子放出素子１の表面側の薄膜電極６を正（＋）の電位にすることが必要となる。
【００４７】
本発明の電荷発生装置においては、電子放出素子１から放出される電子ｅ-により被帯電物７を帯電させる際に、電子放出素子１から放出される電子の最大エネルギーは２４．３ｅＶ以下となっている。この背景は以下の通りである。
【００４８】
ＮＯｘ の発生は、主に窒素分子の解離により開始する。つまり、ｅ-＋Ｎ2→ｅ-＋２Ｎの反応が起こり、Ｎ＋Ｏ2→ＮＯ＋Ｏとなり、さらに、ＮＯ＋Ｏ＋Ｍ→ＮＯ2＋Ｍとなり、窒素酸化物が作成される。Ｍは、任意の気体分子である。
この最初の基底状態の窒素分子の解離エネルギーは２４．３ｅＶである。
【００４９】
本発明では、これ以下のエネルギーにより放出された電子による電子付着のみを主に利用して負イオンを発生させるため、電荷発生装置からの放電生成物の発生の低減が可能である。また、さらに基底状態の酸素分子の解離エネルギーは５．１ｅＶであり、これ以上のエネルギーで酸素分子は酸素原子に解離する。ここで生じた酸素原子は、酸素分子、窒素分子と結合しオゾンを始め様々な放電生成物を発生させる原因となりうるため、本発明の電子のエネルギーは望ましくは５．１ｅＶ未満である。
【００５０】
本発明の電荷発生装置の電子放出素子１から放出される電子のエネルギーＥのエネルギー分布についてリターディング電極を用いてエネルギー分布を測定した結果は、例えば図５で示されるようなプロファイルとなる。
図５は、電子放出素子から放出される電子のエネルギー分布の測定例を示す図である。同図において、縦軸Ｅは電子エネルギー分布密度Ｎ（Ｅ）を示し任意目盛りで比較したものである。
図中、特性曲線Ｌ１は電源８により印加される直流電圧ＶＤを１２Ｖとした場合を示し、特性曲線Ｌ２は直流電圧ＶＤを１５Ｖとした場合を示し、特性曲線Ｌ３は直流電圧ＶＤを１８Ｖとした場合を示しており、この図で見るように、電子エネルギーは印加する直流電圧でのコントロールが可能である。
【００５１】
電子放出素子１の電子放出部の金属薄膜電極６の表面が平坦な形状となっている。電子放出素子１の固体内では、高々１００Ｖ程度の電圧でよいが、被帯電物７が感光体等の像担持体の場合、その像担持体上に静電画像を形成してトナーを付着させるためには、数百Ｖの電圧が必要な場合がある。
この場合パッシェンの法則から平行平板の場合、空気中では３３０Ｖ以下ではコロナ放電等は発生しないが、表面が平坦出ない場合にはこれ以上の電界が素子表面の金属薄膜電極６と被帯電物７とにかかる可能性がある。
つまり、金属薄膜電極６の表面に突起物がある場合、その突起物の部分に電界集中が働いて見かけ上の放電開始電圧が低下してしまい、コロナ放電等が発生する可能性がある。そのため、半導体冷電子放出素子１の電子放出部の金属薄膜電極６の表面の部分が平坦となっている。
【００５２】
次に図２は、本発明に係る電荷発生装置の他の実施の形態を示す概念図であり、図１に示した材料と同様の電子放出材料を用いたものである。図３は、図２に示した電荷発生装置の電子放出素子１１の表面側の一部を拡大して示す要部平面図である。
【００５３】
図２および図３において電荷発生装置は、絶縁体からなる基板（例えば、石英ガラス基板）１２上に形成された一方の電極としての基板電極１３と、この基板電極１３の上に形成された電子放出体層１４と、この上に形成された電子放出体層１５と、電子放出体層１５の上に形成され大気圧と連接する気体に満たされた空間１０に面する１〜５０ｎｍの厚さを有する金属薄膜を一部とする導電体で構成される他方の電極（薄膜電極）１６とで形成された電子放出素子１１を用い、半導体冷電子放出素子１１から放出される電子により被帯電物７を帯電させる。
【００５４】
しかしながら、この電荷発生装置においては、図２および図３に示すように、電子放出素子１１の二つの電極１３、１６のうち、一方の電極１３を走査電極とし、他方の電極（薄膜電極）１６を複数の信号電極として構成し、電源１８、１９により信号電極端子１７を介して複数の信号電極１６に印加される電圧を制御して、複数の信号電極１６を別々の電位とするものである。
【００５５】
すなわち、図２、図３に示す構成では、信号電極１６の電位を種々にすることにより被帯電物７上に階調を持った静電画像を形成することができるようにしたものである。図４は、図３で示される素子をアレイ状に配列し電荷発生装置とし、これを用いて帯電装置を構成した一例である。
図４において、４１は感光体ドラム、４２は素子アレイ、４３は素子印加（駆動）電源、４４は共通電極、４５はバイアス電源である。
【００５６】
電荷発生装置を用いて画像形成装置等に具備される帯電装置を構成する場合、本発明では、電荷発生装置の電子放出部と被帯電物との間の間隔を５０μｍ以上開けて配置した構成としている。
【００５７】
図６は、本発明に係る電荷発生装置の他の実施の形態を示す概念図である。
図６に示すように、被帯電物７は円筒状の芯金（電極）７ａ上に感光層や誘電体層等が積層形成されたドラム状の構造からなり、電荷発生装置が図１と同様の電子放出素子１を用いた構成の場合に、大気圧下での空気の放電開始最低電圧点は、電子放出素子１の電子放出部（金属薄膜電極６の表面）と被帯電物７の間隔が１０μｍ程度で４００Ｖ程度である。
【００５８】
また、被帯電物７のドラムの回転による面振れは最小で１０μｍ程度である。従って、半導体冷電子放出素子１の電子放出部（金属薄膜電極６の表面）と被帯電物７との間に５０μｍ以上の間隔を設けることで、４００Ｖの電圧を電子放出素子１の電極６と、被帯電物７の電極７ａとの間に印加した場合、帯電電位を大きくしてもコロナ放電などのような放電現象を伴わずに被帯電物７を帯電することができる。
この結果、オゾン、ＮＯｘ 等の放電生成物の発生が低減され、且つ、異常放電の発生が防止された帯電装置を実現することができる。
【００５９】
本発明の電荷発生装置や、その電荷発生装置を用いた帯電装置は、被帯電物である像担持体上に静電画像を形成し、この静電画像を現像して可視像化した後、この可視像を転写材に転写し、画像を形成する画像形成装置において、被帯電物である像担持体を均一に帯電する手段、あるいは、この像担持体上に静電画像を形成する手段として用いるのに最適であり、オゾン、ＮＯｘ 等の放電生成物の発生が低減された画像形成装置の提供が可能となる。
【００６０】
図７は、本発明に係る画像形成装置の一実施形態を示す概念図であり、例えば図１、図６に示す構成の電荷発生装置を、被帯電物である像担持体２１を均一に帯電する帯電装置２２として用いた例である。
図７において、符号２１は像担持体であるドラム状の光導電性感光体であり、この感光体２１の周囲には、感光体２１の表面を均一に帯電する帯電装置２２、帯電された感光体２１にレーザ光等の書込み光ＬＢを照射して静電画像を形成する光書込み装置２３、感光体２１上の静電画像をトナーで現像して顕像化する現像装置２４、感光体２１上のトナー画像を転写紙等の転写材に転写する転写装置２５、転写後の感光体２１上の残留トナーや紙粉等を除去するクリーニング装置２６、感光体２１上の残留電荷を除電する除電装置２７等が配設されている。
【００６１】
また、この画像形成装置には、感光体２１と転写装置２５との間の転写部に転写材Ｐを給紙する給紙部２８と、転写材Ｐに転写されたトナー画像を定着する定着装置２９とが設けられている。図７に示す構成の画像形成装置においては、帯電装置２２として、図１、図６に示すような構成の電荷発生装置を用いているので、コロナ放電などのような放電現象を伴なわずに感光体２１を均一に帯電することができ、オゾン、ＮＯｘ等の放電生成物の発生を低減することができる。
【００６２】
次に、図８は、本発明に係る画像形成装置の他の実施形態を示す概念図であり、例えば図２、図３に示す構成の電荷発生装置を、被帯電物である像担持体３１上に直接に静電画像を形成する手段３２として用いた例である。
図８において、符号３１はドラム状の像担持体であり、この像担持体３１の周囲には、像担持体３１の表面に対して電荷発生装置を用いて選択的に帯電して静電画像を形成する静電画像形成手段３２、像担持体３１上の静電画像をトナーで現像して顕像化する現像装置３３、像担持体３１上のトナー画像を転写紙等の転写材に転写する転写装置３４、転写後の像担持体３１上の残留トナーや紙粉等を除去するクリーニング装置３５、像担持体３１上の残留電荷を除電する除電装置３６等が配設されている。また、この画像形成装置には、像担持体３１と転写装置３４の間の転写部に転写材Ｐを給紙する給紙部３７と、転写材Ｐに転写されたトナー画像を定着する定着装置３８とが設けられている。
【００６３】
図８に示す構成の画像形成装置においては、静電画像形成手段３２として、図３、図４に示すような信号電極と走査電極を有する構成の電荷発生装置を用いることにより、コロナ放電などのような放電現象を伴わずに像担持体３１上に静電画像を形成することができるので、オゾン、ＮＯｘ 等の放電生成物の発生を低減することができる。
【００６４】
また、電荷発生装置を用いて像担持体３１の帯電と画像形成を同時に行うので、図７に示した構成よりも簡便な構成の画像形成装置を提供することができる。図８に示した構成の場合、電荷発生装置を用いて静電画像の形成を行うので、像担持体３１としては、静電画像を保持できるものならよく、例えば、円筒状の芯金（電極）上に絶縁体層や誘電体層を積層したもの等を用いることができる。
【実施例１】
【００６５】
次に実施例により本発明の作用効果を詳細に説明するが、各実施例は本発明を詳しく説明するためのものであり、本発明がこれらの実施例によって何らの制約も受けないことは断るまでもない。
図１に示した電子放出素子１を用いた電荷発生装置（帯電装置）の構成において、以下の条件で被帯電物７を帯電させた。この時の電荷発生装置の周辺におけるオゾン濃度およびＮＯｘ濃度の測定を行ったところ、いずれもオゾン、ＮＯｘともバックグラウンドレベル以上の値は検出されなかった。
【００６６】
・基板（絶縁体）２：石英ガラス基板。
・基板電極３：タングステン（Ｗ）（石英ガラス基板上に成膜）。
・電子放出体層４および５：ｓｐ３-結合性窒化ホウ素膜体。電子放出体層５は特に５Ｈ型または６Ｈ型等多形窒化ホウ素を主として含んでいる。
・薄膜電極層６：金（Ａｕ）（厚さ約２０ｎｍ）。
・被帯電物７：絶縁性ハードアルマイトコートしたアルミニウムのアルマイト側。
・電源８、９：直流電源。
・薄膜電極と被帯電物の間隔：1ｍｍ。
【実施例２】
【００６７】
図１に示した電子放出素子１を用いた電荷発生装置（帯電装置）の構成において、以下の条件で被帯電物７を帯電させた。この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度およびＮＯｘ濃度の測定を行ったところ、いずれもオゾン、ＮＯｘともバックグラウンドレベル以上の値は検出されなかった。
【００６８】
・基板（絶縁体）２：石英ガラス基板。
・基板電極３：Ｗ（石英ガラス基板上にスパッタ成膜）。
・電子放出体層４および５：ｓｐ３-結合性窒化ホウ素膜体。電子放出体層５は特に５Ｈ型または６Ｈ型等多形窒化ホウ素を主として含んでいる。
・薄膜電極層６：Ａｕ（厚さ約１５ｎｍ）。
・被帯電物７：リコー製プリンタ用の感光体（ＯＰＣ）。
・電源８、９：直流電源。
・薄膜電極と被帯電物の間隔：０．５ｍｍ。
【実施例３】
【００６９】
図２、図３に示す構成の電荷発生装置で被帯電物７を帯電させた。尚、図２は素子構造及び走査電極と信号電極を用いた場合の電気的接合例を示し、図３は実際の電極レイアウト例を示している。
直流電源１８により走査電極１３と信号電極端子１７との間に２０Ｖの電圧を印加し、バイアス電源１９により素子１１と被帯電物７との間に４００Ｖの電圧を印加し、信号電極（金属薄膜電極）１６と被帯電体７との間を１００μｍの間隔に隔てたときに、３００Ｖの帯電電圧を得ることができた。
【００７０】
また、信号電極１６と走査電極１３との間の電圧のオン、オフにより静電画像のパターンを得ることができ、さらに電極間の電圧をコントロールすることにより帯電電位の分布を作ることができた。この場合、信号電極１６が正（＋）になる場合に被帯電物７を帯電できた。素子構成の材料的な条件は、実施例２と同じである。ただし、被帯電物７は、裏面をアルミニウムコートしたポリマー基板である。この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度およびＮＯｘ濃度の測定を行ったところ、いずれもオゾン、ＮＯｘともバックグラウンドレベル以上の値は検出されなかった。
【実施例４】
【００７１】
図２、図３に示す構成の電荷発生装置で被帯電物７を帯電させた。
図２は素子構造及び走査電極と信号電極を用いた場合の電気的接合例を示し、図３は実際の電極レイアウト例を示している。図２に示される電子放出体層上に形成され大気と連接する気体に満たされた空間は、概略閉空間を構成しており大気圧のまま、酸素を多く含んでいる。
【００７２】
図２では、図中の構成を省略しているが、空気を、小型ダイヤフラムポンプを用いて酸素富化膜を介して上記概略閉空間に強制的に送り、酸素成分が富化された環境となっている。
直流電源１８により走査電極１３と信号電極端子１７との間に２０Ｖの電圧を印加し、バイアス電源１９により素子１１と被帯電物７との間に４００Ｖの電圧を印加し、信号電極（金属薄膜電極）１６と被帯電体７とを１００μｍの間隔に隔てて配置したときに、電子放出体からの電界電子放出により電子が大気中に放出され酸素分子に付着し負イオン生成と空間への放射により３７０Ｖの帯電電圧を得ることができた。
【００７３】
また、信号電極１６と走査電極１３との間の電圧のオン、オフにより静電画像のパターンを得ることができ、さらに電極間の電圧をコントロールすることにより帯電電位の分布を作ることができた。この場合、信号電極１６が正（＋）になる場合に被帯電物７を帯電できた。素子構成の材料的な条件は、実施例２と同様である。ただし、被帯電物７は、裏面をアルミニウムコートしたポリマー基板である。この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度およびＮＯｘ濃度の測定を行ったところ、いずれもオゾン、ＮＯｘともバックグラウンドレベル以上の値は検出されなかった。
【実施例５】
【００７４】
図６に示す電子放出素子１を用いた電荷発生装置の構成において、以下の条件で被帯電物７の帯電テストを行った。バイアス電源９により素子１と被帯電物７間に４００Ｖの電圧を印加し、金属薄膜電極６と被帯電物７との間の間隔を１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００μｍの間隔にしたときの放電の発生を測定した。各部の構成は以下の通りである。
【００７５】
・基板（絶縁体）２：石英ガラス基板。
・基板電極３：Ｃｒ（石英ガラス基板上にスパッタ成膜）。
・電子放出体層４および５：ｓｐ３-結合性窒化ホウ素膜体。電子放出体層５は特に５Ｈ型または６Ｈ型等多形窒化ホウ素を主として含んでいる。
・薄膜電極層６：Ａｕ（厚さ約２０ｎｍ）。
・被帯電物７：絶縁性ハードアルマイト、膜厚１０μｍ（内側電極：アルミニウム）。
・電源８、９：直流電源。
以上の帯電テストの結果、金属薄膜電極６と被帯電物７との間の間隔に対する放電発生頻度（１０分間）は以下の通りである。
間隔 ；
１０μｍ：すぐ放電が発生し帯電不能
２０μｍ：すぐ放電が発生し帯電不能
３０μｍ：比較的はやく放電が発生し帯電不能
４０μｍ：２回放電が発生
５０μｍ：０回
６０μｍ：０回
７０μｍ：０回
８０μｍ：０回
９０μｍ：０回
１００μｍ：０回
５０μｍの間隔のものをこのまま５０分測定し続けたが、放電は見られなかった。また、６０μｍ、７０μｍ、８０μｍ、９０μｍ、１００μｍの場合も同様であった。
【００７６】
［比較例１］
図１１に示す従来のコロナワイヤー方式の電荷発生器（帯電装置）１１００を用い、実施例２と同じ条件下で電源１１０１により電圧を印加して被帯電物１１０２を帯電した。この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度およびＮＯｘ濃度の測定を行ったところ、オゾン：４ｐｐｍ、ＮＯｘ：０．６ｐｐｍが検出された。
【００７７】
〔作用効果〕
請求項１、２、１１、１２記載の電荷発生装置においては、絶縁体上に形成された電極（基板電極）と、この基板電極上に形成された電子放出体層と、電子放出体層上に形成され、大気圧と連接する気体に満たされた空間に面する１〜５０ｎｍの厚さを有する金属薄膜を一部とする導電体で構成される薄膜電極とにより形成された電子放出素子を用い、電子放出素子から放出される電子により被帯電物を帯電させることを特徴とするため、帯電によるオゾン、ＮＯｘ等の放電生成物がほとんど発生せず、従来装置に比べてオゾン、ＮＯｘ等の放電生成物の低減を図ることができる。
【００７８】
請求項３、４、１３、１４に係わる発明は、ｓｐ３-結合性窒化ホウ素膜体を電子放出体として用いて大気圧条件下の空間への電子放出特性が安定性、持続性、高い電子放出電流が得られることから、この放出電子を帯電のための電荷生成に用いることで、帯電によるオゾン、ＮＯｘ等の放電生成物が発生せず、従来装置に比べてオゾン、ＮＯｘ等の放電生成物の低減を図ることができる。
【００７９】
請求項５、１５に記載される電荷発生装置においては、電子放出素子の金属薄膜側の電極に正の電圧を印加し、電子を引き出すことを特徴とするので、オゾン、ＮＯｘ等の放電生成物の低減を図れると共に、帯電効率を向上することができる。
【００８０】
請求項６、１６に係る発明は、電子放出素子から放出される電子により被帯電物を帯電させる際に、電子付着が容易な分子種として酸素ガス分子を大気圧下において優勢に存在させ、負イオン生成を容易にすることでイオン生成効率を向上することが出来る。大気圧中の窒素に対して酸素分子が優勢となるため、電荷生成の主体が電子付着による負イオンとなり、活性種であるオゾンや窒素酸化物であるＮＯｘの生成を防止することが出来る。
【００８１】
請求項７、１７に記載される電荷発生装置においては、電子放出素子の二つの電極のうち、一方の電極を走査電極とした場合、他方の電極を複数の信号電極で構成し、その複数の信号電極を別々の電位とすることができることを特徴とするので、例えば被帯電物に対して単なる帯電のみならず微細な画素からなる静電画像を形成することができるうえ、オゾン、ＮＯｘ等の放電生成物の低減が可能となる。
【００８２】
請求項８、１８記載に記載される電荷発生装置においては、電子放出素子から放出される電子により被帯電物を帯電させる際に、電子放出素子から放出される電子の最大エネルギーが２４．３ｅＶ以下であることを特徴とするので、電荷発生装置から発生するオゾン、ＮＯｘ等の放電生成物を極限まで低減することができる。
【００８３】
請求項９、１９に記載される帯電装置においては、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電荷発生装置を備え、電荷発生装置の電子放出部と被帯電物との間の間隔を５０μｍ以上開けて配置したことを特徴とするので、オゾン、ＮＯｘ等の放電生成物の発生が低減され、且つ、異常な放電を伴うことがなく、大気環境下の気体の電離を生じることなく帯電に必要な電荷を発生し帯電に用いる帯電装置を実現することができる。
【００８４】
請求項１０、２０に記載される画像形成装置においては、被帯電物である像担持体を均一に帯電する手段、あるいは、像担持体上に静電画像を形成する手段として、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電荷発生装置、あるいは、請求項８または請求項９に記載の帯電装置を具備することを特徴とするので、オゾン、ＮＯｘ等の放電生成物の発生が低減され、ＵＬ規格、ＴＵＶ規格、ＢＡＭ規格などの規格を満たすことができる。また、電荷発生装置を静電画像形成手段として用いた場合には、装置構成を簡素化でき、低コスト化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明は、電荷発生装置、帯電装置、ファクシミリや複写機等の画像形成装置、電荷発生方法、帯電方法、及び画像形成方法に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の一実施形態を示す電荷発生装置の概略構成説明図である。
【図２】本発明に係る電荷発生装置の他の実施の形態を示す概念図である。
【図３】図２に示した電荷発生装置の電子放出素子１１の表面側の一部を拡大して示す要部平面図である。
【図４】図３で示される素子をアレイ状に配列し電荷発生装置とし、これを用いて帯電装置を構成した一例である。
【図５】電子放出素子から放出される電子のエネルギー分布の測定例を示す図である。
【図６】本発明に係る電荷発生装置の他の実施の形態を示す概念図である。
【図７】本発明に係る画像形成装置の一実施形態を示す概念図である。
【図８】本発明に係る画像形成装置の他の実施形態を示す概念図である。
【図９】ｓｐ３−結合性窒化ホウ素膜体の作製方法の説明図である。
【図１０】ｓｐ３−結合性窒化ホウ素膜体表面の電子顕微鏡写真の一例である。
【図１１】従来のコロナワイヤー方式の電荷発生器（帯電装置）の概念図である。
【符号の説明】
【００８７】
１ 電子放出素子
２ 基板
３ 電極（基板電極）
４ ｓｐ３-結合性窒化ホウ素膜体からなる電子放出体層
５ ｓｐ３-結合性窒化ホウ素膜体のうち５Ｈ型または６Ｈ型多形窒化ホウ素を主として含む電子放出体層
６ 薄膜電極層
７ 被帯電物
８ 電源
９ バイアス電源
１１ 電子放出素子
１２ 絶縁体からなる基板
１３ 走査電極端子
１４ ｓｐ３-結合性窒化ホウ素膜体からなる電子放出体層
１５ ｓｐ３-結合性窒化ホウ素膜体のうち５Ｈ型または６Ｈ型多形窒化ホウ素を主として含む電子放出体層
１６ 信号電極（薄膜電極層）
１７ 信号電極端子
１８ 電源
１９ バイアス電源
２１、３１ 像担持体（被帯電物）
２２ 帯電装置（電荷発生装置）
２３ 光書込み装置
２４、３３ 現像装置
２５、３４ 転写装置
２６、３５ クリーニング装置
２７、３６ 除電装置
２８、３７ 給紙部
２９、３８ 定着装置
３２ 静電画像形成手段（電荷発生装置）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基体上に形成された基板電極と、前記基板電極上に形成された電子放出体層と、前記電子放出体層上に形成され大気と連接する気体に満たされた空間に面する薄膜電極とで形成された電子放出素子を備え、前記電子放出素子から前記空間に電子を放出するようにしたことを特徴とする電荷発生装置。
【請求項２】
絶縁基体上に形成された基板電極と、前記基板電極上に形成された電子放出体層と、前記電子放出体層上に形成され大気と連接する気体に満たされた空間に面する１〜５０ｎｍの厚さを有する金属薄膜を一部とする導電体で構成される薄膜電極とで形成された電子放出素子を備え、前記電子放出素子から前記空間に電子を放出するようにしたことを特徴とする電荷発生装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の電荷発生装置において、前記電子放出体層としてｓｐ３−結合性窒化ホウ素膜体を用いたことを特徴とする電荷発生装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電荷発生装置において、前記電子放出体層として用いるｓｐ３−結合性窒化ホウ素膜体が５Ｈ型または６Ｈ型等の多形窒化ホウ素を含むことを特徴とする電荷発生装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電荷発生装置において、前記電子放出素子の金属薄膜側の電極に正の電圧を印加し、前記空間に電子を引き出すようにしたことを特徴とする電荷発生装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電荷発生装置において、前記電子放出素子の金属薄膜側の電極に正の電圧を印加し、前記空間が酸素富化膜を介して酸素を優勢に含むようにしたことを特徴とする電荷発生装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電荷発生装置において、前記電子放出素子の基板電極と薄膜電極との二つの電極のうち、いずれか一方の電極を走査電極とし、他方の電極を複数の異なる電位の信号電極としたことを特徴とする電荷発生装置。
【請求項８】
前記電子放出素子から前記空間に放出される電子により被帯電物を帯電させる帯電装置であって、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の前記電子放出素子から放出される電子の最大エネルギーが２４．３ｅＶ以下であることを特徴とする帯電装置。
【請求項９】
前記電子放出素子から前記空間に放出される電子により被帯電物を帯電させる帯電装置であって、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電荷発生装置を備え、該電荷発生装置の電子放出部と前記被帯電物との間の間隔を５０μｍ以上設けて配置したことを特徴とする帯電装置。
【請求項１０】
被帯電物である像担持体上に静電画像を形成し、該静電画像を現像して可視像化した後、該可視像を転写材に転写し、画像を形成する画像形成装置において、
前記像担持体を均一に帯電する手段、あるいは、該像担持体上に静電画像を形成する手段として、請求項１から７のいずれか１項に記載の電荷発生装置、あるいは、請求項８または請求項９に記載の帯電装置を具備したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】
基板電極と、前記基板電極上に形成された電子放出体層と、前記電子放出体層上に形成され大気と連接する気体に満たされた空間に面する薄膜電極とで形成された電子放出素子から前記空間に電子を放出することを特徴とする電荷発生方法。
【請求項１２】
基板電極と、前記基板電極上に形成された電子放出体層と、前記電子放出体層上に形成され大気と連接する気体に満たされた空間に面する１〜５０ｎｍの厚さを有する金属薄膜を一部とする導電体で構成される薄膜電極とで形成された電子放出素子から前記空間に電子を放出することを特徴とする電荷発生方法。
【請求項１３】
請求項１１または１２記載の電荷発生方法において、前記電子放出体層としてｓｐ３−結合性窒化ホウ素膜体を用いることを特徴とする電荷発生方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の電荷発生方法において、前記電子放出体層として用いるｓｐ３−結合性窒化ホウ素膜体が５Ｈ型または６Ｈ型等の多形窒化ホウ素を含むことを特徴とする電荷発生方法。
【請求項１５】
請求項１１から請求項１４のいずれか１項に記載の電荷発生方法において、前記電子放出素子の金属薄膜側の電極に正の電圧を印加し、前記空間に電子を引き出すことを特徴とする電荷発生方法。
【請求項１６】
請求項１１から請求項１５のいずれか１項に記載の電荷発生方法において、前記電子放出素子の金属薄膜側の電極に正の電圧を印加し、前記空間が酸素富化膜を介して酸素を優勢に含むことを特徴とする電荷発生方法。
【請求項１７】
請求項１１から請求項１６のいずれか１項に記載の電荷発生方法において、前記電子放出素子の基板電極と薄膜電極との二つの電極のうち、いずれか一方の電極を走査電極とし、他方の電極を複数の異なる電位の信号電極とすることを特徴とする電荷発生方法。
【請求項１８】
前記電子放出素子から大気と連接する気体に満たされた空間に放出される電子により被帯電物を帯電させる帯電方法であって、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の前記電子放出素子から放出される電子の最大エネルギーを２４．３ｅＶ以下とすることを特徴とする帯電方法。
【請求項１９】
前記電子放出素子から前記空間に放出される電子により被帯電物を帯電させる帯電方法であって、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電荷発生装置を備え、該電荷発生装置の電子放出部と前記被帯電物との間の間隔を５０μｍ以上設けて配置することを特徴とする帯電方法。
【請求項２０】
被帯電物である像担持体上に静電画像を形成し、該静電画像を現像して可視像化した後、該可視像を転写材に転写し、画像を形成する画像形成方法において、
前記像担持体を均一に帯電する手段、あるいは、該像担持体上に静電画像を形成する手段として、請求項１から７のいずれか１項に記載の電荷発生装置、あるいは、請求項８または請求項９に記載の帯電装置を具備することを特徴とする画像形成方法。
【請求項１】
絶縁基体上に形成された基板電極と、前記基板電極上に形成された電子放出体層と、前記電子放出体層上に形成され大気と連接する気体に満たされた空間に面する薄膜電極とで形成された電子放出素子を備え、前記電子放出素子から前記空間に電子を放出するようにしたことを特徴とする電荷発生装置。
【請求項２】
絶縁基体上に形成された基板電極と、前記基板電極上に形成された電子放出体層と、前記電子放出体層上に形成され大気と連接する気体に満たされた空間に面する１〜５０ｎｍの厚さを有する金属薄膜を一部とする導電体で構成される薄膜電極とで形成された電子放出素子を備え、前記電子放出素子から前記空間に電子を放出するようにしたことを特徴とする電荷発生装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の電荷発生装置において、前記電子放出体層としてｓｐ３−結合性窒化ホウ素膜体を用いたことを特徴とする電荷発生装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電荷発生装置において、前記電子放出体層として用いるｓｐ３−結合性窒化ホウ素膜体が５Ｈ型または６Ｈ型等の多形窒化ホウ素を含むことを特徴とする電荷発生装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電荷発生装置において、前記電子放出素子の金属薄膜側の電極に正の電圧を印加し、前記空間に電子を引き出すようにしたことを特徴とする電荷発生装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電荷発生装置において、前記電子放出素子の金属薄膜側の電極に正の電圧を印加し、前記空間が酸素富化膜を介して酸素を優勢に含むようにしたことを特徴とする電荷発生装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電荷発生装置において、前記電子放出素子の基板電極と薄膜電極との二つの電極のうち、いずれか一方の電極を走査電極とし、他方の電極を複数の異なる電位の信号電極としたことを特徴とする電荷発生装置。
【請求項８】
前記電子放出素子から前記空間に放出される電子により被帯電物を帯電させる帯電装置であって、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の前記電子放出素子から放出される電子の最大エネルギーが２４．３ｅＶ以下であることを特徴とする帯電装置。
【請求項９】
前記電子放出素子から前記空間に放出される電子により被帯電物を帯電させる帯電装置であって、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電荷発生装置を備え、該電荷発生装置の電子放出部と前記被帯電物との間の間隔を５０μｍ以上設けて配置したことを特徴とする帯電装置。
【請求項１０】
被帯電物である像担持体上に静電画像を形成し、該静電画像を現像して可視像化した後、該可視像を転写材に転写し、画像を形成する画像形成装置において、
前記像担持体を均一に帯電する手段、あるいは、該像担持体上に静電画像を形成する手段として、請求項１から７のいずれか１項に記載の電荷発生装置、あるいは、請求項８または請求項９に記載の帯電装置を具備したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】
基板電極と、前記基板電極上に形成された電子放出体層と、前記電子放出体層上に形成され大気と連接する気体に満たされた空間に面する薄膜電極とで形成された電子放出素子から前記空間に電子を放出することを特徴とする電荷発生方法。
【請求項１２】
基板電極と、前記基板電極上に形成された電子放出体層と、前記電子放出体層上に形成され大気と連接する気体に満たされた空間に面する１〜５０ｎｍの厚さを有する金属薄膜を一部とする導電体で構成される薄膜電極とで形成された電子放出素子から前記空間に電子を放出することを特徴とする電荷発生方法。
【請求項１３】
請求項１１または１２記載の電荷発生方法において、前記電子放出体層としてｓｐ３−結合性窒化ホウ素膜体を用いることを特徴とする電荷発生方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の電荷発生方法において、前記電子放出体層として用いるｓｐ３−結合性窒化ホウ素膜体が５Ｈ型または６Ｈ型等の多形窒化ホウ素を含むことを特徴とする電荷発生方法。
【請求項１５】
請求項１１から請求項１４のいずれか１項に記載の電荷発生方法において、前記電子放出素子の金属薄膜側の電極に正の電圧を印加し、前記空間に電子を引き出すことを特徴とする電荷発生方法。
【請求項１６】
請求項１１から請求項１５のいずれか１項に記載の電荷発生方法において、前記電子放出素子の金属薄膜側の電極に正の電圧を印加し、前記空間が酸素富化膜を介して酸素を優勢に含むことを特徴とする電荷発生方法。
【請求項１７】
請求項１１から請求項１６のいずれか１項に記載の電荷発生方法において、前記電子放出素子の基板電極と薄膜電極との二つの電極のうち、いずれか一方の電極を走査電極とし、他方の電極を複数の異なる電位の信号電極とすることを特徴とする電荷発生方法。
【請求項１８】
前記電子放出素子から大気と連接する気体に満たされた空間に放出される電子により被帯電物を帯電させる帯電方法であって、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の前記電子放出素子から放出される電子の最大エネルギーを２４．３ｅＶ以下とすることを特徴とする帯電方法。
【請求項１９】
前記電子放出素子から前記空間に放出される電子により被帯電物を帯電させる帯電方法であって、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電荷発生装置を備え、該電荷発生装置の電子放出部と前記被帯電物との間の間隔を５０μｍ以上設けて配置することを特徴とする帯電方法。
【請求項２０】
被帯電物である像担持体上に静電画像を形成し、該静電画像を現像して可視像化した後、該可視像を転写材に転写し、画像を形成する画像形成方法において、
前記像担持体を均一に帯電する手段、あるいは、該像担持体上に静電画像を形成する手段として、請求項１から７のいずれか１項に記載の電荷発生装置、あるいは、請求項８または請求項９に記載の帯電装置を具備することを特徴とする画像形成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００７−２３３０６８（Ｐ２００７−２３３０６８Ａ）
【公開日】平成１９年９月１３日（２００７．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５５１４１（Ｐ２００６−５５１４１）
【出願日】平成１８年３月１日（２００６．３．１）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月１３日（２００７．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月１日（２００６．３．１）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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