(57)【要約】【課題】完全オゾンレスかつ簡易な構成及び制御で、一対の回転体の摩擦帯電による電位差を低減し、静電オフセットを防止することができる定着装置を提供する。【解決手段】定着装置１５が有する、電位調整装置１５ｅは、電極基板３０１と薄膜電極３０２とに挟まれた電子加速層３０３ｈ、を有する電子放出素子１５ｈと、電子加速層３０３ｈにて電子を加速させ、薄膜電極３０２から該電子が放出するよう、電極基板３０１と薄膜電極３０２との間に電圧を印加する第１電源Ｖ１と、薄膜電極３０２と定着ローラ１５ａとの間に電圧を印加する第２電源Ｖ２と、を備え、薄膜電極３０２は、定着ローラ１５ａと対向して配置され、電子加速層３０３ｈは、絶縁体微粒子を含む微粒子層から成る。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の回転部材を備え、該一対の回転部材で記録材を挟持しながら搬送することで該記録材上の未定着画像を該記録材に定着させる定着装置において、
上記一対の回転部材のうち正帯電する回転部材の電位を調整する電位調整装置が設けられており、
上記電位調整装置は、
電極基板、薄膜電極、及び該電極基板と該薄膜電極とに挟まれた電子加速層、を有する電子放出素子と、
上記電子加速層にて電子を加速させ、上記薄膜電極から該電子が放出するよう、上記電極基板と上記薄膜電極との間に電圧を印加する第１電圧印加手段と、
上記薄膜電極と上記正帯電する回転部材との間に電圧を印加する第２電圧印加手段と、
を備え、
上記薄膜電極は、上記正帯電する回転部材と対向して配置され、
上記電子加速層は、絶縁体微粒子を含む微粒子層から成ることを特徴とする定着装置。
【請求項２】
上記絶縁体微粒子の平均粒径は、７〜１０００ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の定着装置。
【請求項３】
上記絶縁体微粒子は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、及びＴｉＯ２の少なくとも１つを含んでいる、または有機ポリマーを含んでいることを特徴とする請求項１または２に記載の定着装置。
【請求項４】
上記絶縁体微粒子は、表面処理されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項５】
上記表面処理は、シラノールまたはシリル基による処理であることを特徴とする請求項４に記載の定着装置。
【請求項６】
上記微粒子層は、導電微粒子及び塩基性分散剤の少なくとも一方を含んでいることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項７】
上記微粒子層は、上記絶縁体微粒子と少なくとも上記導電微粒子とを含んでおり、上記導電微粒子は、抗酸化力が高い導電体であることを特徴とする請求項６に記載の定着装置。
【請求項８】
上記導電微粒子は、貴金属であることを特徴とする請求項７に記載の定着装置。
【請求項９】
上記導電微粒子は、金、銀、白金、パラジウム、及びニッケルの少なくとも１つを含んでいることを特徴とする請求項７または８に記載の定着装置。
【請求項１０】
上記導電微粒子の平均粒径は、３〜１０ｎｍであることを特徴とする、請求項７から９のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項１１】
上記導電微粒子の周囲に、該導電微粒子の大きさより小さい絶縁体物質である小絶縁体物質が存在することを特徴とする、請求項７から１０のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項１２】
上記小絶縁体物質は、アルコラート、脂肪酸、及びアルカンチオールの少なくとも１つを含んでいること特徴とする請求項１１に記載の定着装置。
【請求項１３】
上記微粒子層は、上記絶縁体微粒子と少なくとも塩基性分散剤とを含んでおり、
上記塩基性分散剤は、立体反発効果により上記絶縁体微粒子を分散させる高分子体に、電子対を供与する電子対供与体が置換基として導入されてなることを特徴とする請求項６に記載の定着装置。
【請求項１４】
一対の回転部材を備え、該一対の回転部材で記録材を挟持しながら搬送することで該記録材上の未定着画像を該記録材に定着させる定着装置において、
上記一対の回転部材のうち正帯電する回転部材の電位を調整する電位調整装置が設けられており、
上記電位調整装置は、
電極基板、薄膜電極、及び該電極基板と該薄膜電極とに挟まれた電子加速層、を有する電子放出素子と、
上記電子加速層にて電子を加速させ、上記薄膜電極から該電子が放出するよう、上記電極基板と上記薄膜電極との間に電圧を印加する第１電圧印加手段と、
上記薄膜電極と上記正帯電する回転部材との間に電圧を印加する第２電圧印加手段と、
を備え、
上記薄膜電極は、上記正帯電する回転部材と対向して配置され、
上記電子加速層は、層状に形成された絶縁体物質から成り、該絶縁体物質は層の厚み方向に貫通する複数の開口部を有し、該開口部には導電微粒子が収容されていることを特徴とする定着装置。
【請求項１５】
上記絶縁体物質は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、及びＴｉＯ２の少なくとも１つを含んでいる、または有機ポリマーを含んでいることを特徴とする請求項１４に記載の定着装置。
【請求項１６】
上記導電微粒子は、抗酸化力が高い導電体であることを特徴とする請求項１４または１５に記載の定着装置。
【請求項１７】
上記導電微粒子は、貴金属であることを特徴とする請求項１４から１６のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項１８】
上記導電微粒子は、金、銀、白金、パラジウム、及びニッケルの少なくとも１つを含んでいることを特徴とする請求項１４から１７に記載の定着装置。
【請求項１９】
上記導電微粒子の周囲に、該導電微粒子の大きさより小さい絶縁体物質である小絶縁体物質が存在することを特徴とする、請求項１４から１８のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項２０】
上記小絶縁体物質は、アルコラート、脂肪酸、及びアルカンチオールの少なくとも１つを含んでいること特徴とする請求項１９に記載の定着装置。
【請求項２１】
上記導電微粒子の平均粒径は、３〜１０ｎｍであることを特徴とする、請求項１４から２０のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項２２】
上記薄膜電極は、金、銀、炭素、タングステン、チタン、アルミ、及びパラジウムの少なくとも１つを含んでいることを特徴とする請求項１から２１のいずれか１項に記載の定着装置。
【請求項２３】
請求項１から２２のいずれか１つに記載の定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電位調整装置を備えた定着装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機やファクシミリ装置あるいはプリンタや印刷機などの画像形成装置では、紙などの記録媒体上に転写されて担持されている未定着トナーを含む未定着画像を、記録媒体に定着させて、複写物や印刷物として出力する場合がある。
【０００３】
ここで、上記定着に用いられる装置の一つに熱ローラ定着方式の定着装置がある。この熱ローラ定着方式の定着装置では、弾性層を有する一対のローラを対峙させて配置し、一方のローラを加熱側ローラをなす定着ローラとして用い、他方のローラを記録媒体の加圧ローラとして用いる。この熱ローラ定着方式の定着装置では、記録媒体が定着ローラと加圧ローラとの間のニップ部において挟持されながら搬送され、定着ローラから与えられる熱により未定着画像中のトナーが融着され、記録媒体に浸透することで定着される。
【０００４】
上記定着ローラの構成には、内部にハロゲンランプなどの熱源を備えた構成があり、この構成では、熱源であるハロゲンランプの点灯制御により定着ローラ表面の温度を所定の定着温度に維持するようになっている。
【０００５】
上記熱ローラ定着方式の定着装置を有する画像形成装置において、潜像担持体に対する電荷制御によって静電潜像を書き込み、現像及び転写を行う方式を用いる、いわゆる電子写真方式の画像形成装置では、定着装置を通過する時点で未定着トナーの一部が残像としてローラ表面に残ってしまう静電オフセットが発生する場合がある。静電オフセットは、ローラ同士が連動しながら回転する際に画像形成動作に伴い摩擦帯電することが原因となって発生する。静電オフセットは、各ローラ表層に電荷が蓄積され、この蓄積された帯電電荷が静電気力のみで記録媒体上に付着しているトナーに影響してトナーが飛び散る現象のことである。この現象は、定着ローラと加圧ローラとの間の電位差が大きいほど、生じやすい。
【０００６】
例えば、トナーが負に帯電している場合は、記録媒体に転写されたトナーは記録媒体側に誘起されている正帯電力によって引きつけられて記録媒体上に付着している。このとき、加圧ローラに対して定着ローラが正に帯電していると、定着装置に進入した際のトナー像は記録媒体側に誘起されているのとは逆向きの電界を受け、それによってトナー像が定着ローラ側に転移し、静電オフセットが発生する。一方、トナー像が正に帯電している場合は、加圧ローラに対して定着ローラが負に帯電していると、トナー像が定着ローラ側に転移し静電オフセットが発生する。
【０００７】
このような静電オフセットを防止するためには、定着ローラと加圧ローラとの間の電位差を調整することが必要である。その方法としては、例えば、コロナチャージャーを用いる方法が挙げられるが、コロナチャージャーを用いるとオゾンが発生し人体への悪影響を及ぼすため、好ましくない。
【０００８】
そこで、コロナチャージャーを用いずに定着ローラと加圧ローラとの間の電位差を調整する方法として、特許文献１に、一対の回転体に未定着画像を通過させる際に、熱を未定着画像に加えることにより永久定着させる加熱定着装置において、定着ローラあるいは加圧ローラの少なくともいずれか一方に、ダイオードを介して所定バイアスを印加することにより、環境等の条件が変動しても、それぞれの状態に応じて常に効果的に静電オフセットを防止する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平５−６１１５（平成５年１月１４日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記従来の加熱定着装置のように整流器を介し所定のバイアス印加で電位差の制御を行うと構成が複雑になり、離型層のこげやピンホールの拡大などが生じるため、制御が難しい。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、完全オゾンレスかつ簡易な構成及び制御で、一対の回転体の摩擦帯電による電位差を低減し、静電オフセットを防止することができる定着装置及びそれを備える画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の定着装置は、一対の回転部材を備え、該一対の回転部材で記録材を挟持しながら搬送することで該記録材上の未定着画像を該記録材に定着させる定着装置において、上記一対の回転部材のうち正帯電する回転部材の電位を調整する電位調整装置が設けられており、上記電位調整装置は、電極基板、薄膜電極、及び該電極基板と該薄膜電極とに挟まれた電子加速層、を有する電子放出素子と、上記電子加速層にて電子を加速させ、上記薄膜電極から該電子が放出するよう、上記電極基板と上記薄膜電極との間に電圧を印加する第１電圧印加手段と、上記薄膜電極と上記正帯電する回転体との間に電圧を印加する第２電圧印加手段と、を備え、上記薄膜電極は、上記正帯電する回転部材と対向して配置され、上記電子加速層は、絶縁体微粒子を含む微粒子層から成ることを特徴としている。
【００１３】
上記構成によると、電位調整装置の電子放出素子が薄膜電極から電子を放出し、その電子により一対の回転部材のうち正帯電する回転部材の電位を調整する。この電子放出素子は、絶縁体微粒子を含む微粒子層から成る電子加速層を備えた構成であり、オゾンやＮＯｘ等の有害物質を生成することはない。よって、定着装置において、上記構成の電子放出素子を備えた電位調整装置により一対の回転部材のうち正帯電する回転部材の電位を調整することで、完全オゾンレスかつ簡易な構成及び制御で、一対の回転体の摩擦帯電による電位差を低減し、静電オフセットを防止することができる。
【００１４】
ここで、本発明の定着装置が有する電位調整装置において、電子加速層は、絶縁体微粒子を含む微粒子層から成る構成であるため、絶縁体微粒子の平均粒径や絶縁体微粒子の積粒数（電子加速層の膜厚）を制御するという簡易な方法で、安定かつ良好な量の電子放出が可能な素子を容易に得ることができる。また、絶縁体微粒子を含む微粒子層から成る構成なので、たとえば、微粒子の分散液を塗布するという簡易な製造プロセスで、容易に電子加速層を形成できる。さらに、本発明の定着装置において、電子放出素子は、絶縁体微粒子の平均粒径や絶縁体微粒子の積粒数（電子加速層の膜厚）により電子放出特性を制御することが可能である。
【００１５】
なお、本発明の定着装置が有する電位調整装置における電子放出素子の電子放出機構は、明確になっていないが、二つの導電体膜の間に絶縁体層が挿入された、所謂ＭＩＭ型の電子放出素子における動作機構と類似すると考えられる。ＭＩＭ型の電子放出素子において、絶縁体層へ電界が印加された時に、電流路が形成されるメカニズムは、一般説として、ａ）電極材料の絶縁体層中への拡散、ｂ）絶縁体物質の結晶化、ｃ）フィラメントと呼ばれる導電経路の形成、ｄ）絶縁体物質の化学量論的なズレ、ｅ）絶縁体物質の欠陥に起因する電子のトラップと、そのトラップ電子の形成する局所的な強電界領域等、様々な説が考えられているが、未だ明確にはなっていない。いずれの理由にせよ、本発明の上記構成によると、絶縁体層に相当する絶縁体微粒子を含む微粒子層よりなる電子加速層へ電界が印加された時にこの様な電流路の形成と、その電流の一部が電界により加速された結果、弾道電子となり、二つの導電体膜に相当する電極基板と薄膜電極のうちの一方である薄膜電極を通過して、電子が素子外へ放出されると考えられる。
【００１６】
本発明の定着装置では、上記構成に加え、上記絶縁体微粒子の平均粒径は、７〜１０００ｎｍであってもよい。この場合、粒子径の分散状態は平均粒径に対してブロードであっても良く、例えば平均粒径５０ｎｍの微粒子は、２０〜１００ｎｍの領域にその粒子径分布を有していても問題ない。絶縁体微粒子の粒子径が小さすぎると、粒子間に働く力が強いために粒子が凝集しやすく、分散が困難になる。また、絶縁体微粒子の粒子径が大きすぎると分散性は良いけれども、抵抗調整のために電子加速層の層厚や、表面電導物質の配合比を調整することが困難になる。また、絶縁体微粒子の平均粒径が上記範囲であると、電子加速層における抵抗値の調整を行いやすい。
【００１７】
また、本発明の定着装置では、上記構成に加え、上記絶縁体微粒子は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、及びＴｉＯ２の少なくとも１つを含んでいる、または有機ポリマーを含んでいてもよい。
【００１８】
上記絶縁体微粒子が、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、及びＴｉＯ２の少なくとも１つを含んでいる、あるいは、有機ポリマーを含んでいると、これら物質の絶縁性が高いため、上記電子加速層の抵抗値を任意の範囲に調整することが可能となる。抵抗値が高くなるに伴い、電子放出素子内の電流が流れにくくなり、電子放出量が少なくなる。逆に抵抗が低くなるに伴い、電子が加速することなく導通し、電子放出量が少なくなる。したがって、抵抗値を調整することによって、電子放出素子内の電流と電子加速とを制御し、電子放出量を制御することができる。また、絶縁体微粒子として酸化物（ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、及びＴｉＯ２の）を用いる場合には、大気中の酸素による酸化に伴う素子劣化を発生し難くなるため、定着装置を、大気圧中でも安定して動作させることができる。
【００１９】
また、本発明の定着装置では、上記構成に加え、上記絶縁体微粒子は、表面処理されていてもよい。ここで、上記表面処理は、シラノールまたはシリル基による処理であってもよい。
【００２０】
電子加速層を作製する際、絶縁体微粒子を有機溶媒へ分散させて電極基板に塗布する場合に、粒子表面がシラノール及びシリル基により表面処理されていることにより、絶縁体微粒子の有機溶媒への分散性が向上し、絶縁体微粒子が均一に分散した電子加速層を容易に得ることができる。また、絶縁体微粒子が均一に分散することより、層厚が薄く、表面平滑性が高い電子加速層を形成でき、その上の薄膜電極を薄く形成することができる。薄膜電極は電気的導通を確保できる厚さであれば薄い程、効率よく電子を放出させることができる。
【００２１】
また、上記微粒子層は、導電微粒子及び塩基性分散剤の少なくとも一方を含んでいてもよい。
【００２２】
上記構成によると、電極基板と薄膜電極との間には、絶縁体微粒子を主たる構成物質とし、導電微粒子及び塩基性分散剤の少なくとも一方が含まれた微粒子層よりなる電子加速層が設けられている。
【００２３】
導電微粒子を含む構成では、電子加速層は、絶縁体微粒子と導電微粒子とが緻密に集合した層であり、半導電性を有する。この半導電性の電子加速層に電圧を印加すると、電子加速層内に電流が流れ、その一部は印加電圧の形成する強電界により弾道電子となって放出される。
【００２４】
一方、塩基性分散剤を含む構成では、電子放出のメカニズムは明確に解析できてはいないが、電極基板と薄膜電極との間に電圧を印加することで、電子加速層内に電流が流れ、その一部が印加電圧の形成する強電界により弾道電子となって、薄膜電極側より放出される。ここで、電子放出素子より電子が放出されるのは、塩基性分散剤が有する電子対を供与する電子対供与体が作用しているのではないかと推察している。すなわち、塩基性分散剤は、電子対を供与する電子対供与体を有しており、電子対供与体は電子対を供与後、イオン化する。このイオン化した電子対供与体が、付着している絶縁体微粒子の表面において電荷の受け渡しを行い、絶縁体微粒子の表面における電気伝導が可能になっていると考えられる。
【００２５】
また、絶縁体微粒子を溶媒に分散させるにおいて、必須の要素とも言える分散剤に、金属などの微粒子の機能を担わせているので、製造工程の削減、及び材料費も削減できるといった効果も期待できる。
【００２６】
また、本発明の定着装置では、上記構成に加え、上記微粒子層に少なくとも上記絶縁体微粒子と上記導電微粒子とが含まれている場合には、上記導電微粒子は、抗酸化力が高い導電体であってもよい。ここで言う抗酸化力が高いとは、酸化物形成反応の低いことを指す。一般的に熱力学計算より求めた、酸化物生成自由エネルギーの変化量ΔＧ［ｋＪ／ｍｏｌ］値が負で大きい程、酸化物の生成反応が起こり易いことを表す。本発明ではΔＧ＞−４５０［ｋＪ／ｍｏｌ］以上に該当する金属元素が、抗酸化力の高い導電微粒子として該当する。また、該当する導電微粒子の周囲に、その導電微粒子の大きさよりも小さい絶縁体物質を付着、または被覆することで、酸化物の生成反応をより起こし難くした状態の導電微粒子も、抗酸化力が高い導電微粒子に含まれる。
【００２７】
電子加速層は、絶縁体微粒子と抗酸化力が高い導電微粒子とが緻密に集合した薄膜の層であり、半導電性を有する。この半導電性の電子加速層に電圧を印加すると、電子加速層内に電流が流れ、その一部は印加電圧の形成する強電界により弾道電子となって放出される。
【００２８】
上記構成によると、導電微粒子として抗酸化力が高い導電体を用いることから、大気中の酸素による酸化に伴う素子劣化を発生し難いため、電子放出素子を大気圧中でも安定して動作させることができる。よって、定着装置の寿命を長くでき、大気中でも長時間連続動作をさせることができる。
【００２９】
また、本発明の定着装置では、上記構成に加え、上記導電微粒子は、貴金属であってもよい。このように、上記導電微粒子を成す導電体が、貴金属であることで、導電微粒子の、大気中の酸素による酸化などをはじめとする素子劣化を防ぐことができる。よって、定着装置の長寿命化を図ることができる。
【００３０】
また、本発明の定着装置では、上記構成に加え、上記導電微粒子は、金、銀、白金、パラジウム、及びニッケルの少なくとも１つを含んでいてもよい。
【００３１】
導電微粒子の酸化膜が厚くなるとトンネル効果の妨げになるため、導電微粒子を成す導電体は、酸化しにくい金属である必要がある。従って、導電微粒子が、金、銀、白金、ニッケル、及びパラジウムの少なくとも１つを含んでいることによって、大気中の酸素による酸化をより効果的に防ぐことができる。よって、定着装置の長寿命化をより効果的に図ることができる。
【００３２】
また、本発明の定着装置では、上記構成に加え、上記導電微粒子の平均粒径は、３〜１０ｎｍであるのが好ましい。このように、上記導電微粒子の平均粒径を、好ましくは３〜１０ｎｍとすることにより、電子加速層内で、導電微粒子による導電パスが形成されず、電子加速層内での絶縁破壊が起こり難くなる。また原理的には不明確な点が多いが、平均粒径が上記範囲内の導電微粒子を用いることで、弾道電子が効率よく生成される。
【００３３】
また、本発明の定着装置では、上記構成に加え、上記導電微粒子の周囲に、該導電微粒子の大きさより小さい絶縁体物質である小絶縁体物質が存在していてもよい。このように、上記電微粒子の周囲に、小絶縁体物質が存在することは、電子放出素子作成時の導電微粒子の分散液中での分散性向上に貢献する他、導電微粒子の、大気中の酸素による酸化などをはじめとする電子放出素子の劣化を、より効果的に防ぐことができる。よって、定着装置の長寿命化をより効果的に図ることができる。
【００３４】
また、本発明の定着装置では、上記構成に加え、上記小絶縁体物質は、アルコラート、脂肪酸、及びアルカンチオールの少なくとも１つを含んでいてもよい。上記小絶縁体物質が、アルコラート、脂肪酸、及びアルカンチオールの少なくとも１つを含んでいると、電子放出素子作成時の導電微粒子の分散液中での分散性向上に貢献するため、導電微粒子の凝集体が元と成る電流の異常パス形成を生じ難くする他、絶縁体微粒子の周囲に存在する導電微粒子自身の酸化に伴う粒子の組成変化を生じないため、電子放出特性に影響を与えることがない。よって、定着装置の長寿命化をより効果的に図ることができる。
【００３５】
ここで、本発明の定着装置では、上記小絶縁体物質は、上記導電微粒子表面に付着して付着物質として存在するものであり、該付着物質は、上記導電微粒子の平均粒径より小さい形状の集合体として、上記導電微粒子表面を被膜していてもよい。このように、上記小絶縁体物質が、上記導電微粒子表面に付着あるいは、上記導電微粒子の平均粒径より小さい形状の集合体として、上記導電微粒子表面を被膜していることで、電子放出素子作成時の導電微粒子の分散液中での分散性向上に貢献するため、導電微粒子の凝集体が元と成る電流の異常パス形成を生じ難くする他、絶縁体微粒子の周囲に存在する導電微粒子自身の酸化に伴う粒子の組成変化を生じないため、電子放出特性に影響を与えることがない。その結果、定着装置の長寿命化をさらに効果的に図ることができる。
【００３６】
また、本発明の定着装置では、上記構成に加え、上記微粒子層に少なくとも上記絶縁体微粒子と塩基性分散剤とが含まれている場合には、上記塩基性分散剤は、立体反発効果により上記絶縁体微粒子を分散させる高分子体に、電子対を供与する電子対供与体が置換基として導入されてなるものであってもよい。
【００３７】
立体反発効果により前記絶縁体微粒子を分散させる高分子体を有することで、絶縁体微粒子の分散性を良好にすることができ、電子加速層として均一な微粒子層を形成することが可能となる。これにより、電子放出素子における作成バラツキを少なく抑えることができる。
【００３８】
ただし、このような塩基性分散剤の添加量には最適値があり、添加量が多すぎる場合には、塩基性分散剤の有する高分子体の部分の抵抗成分が素子内電流を流れ難くしてしまい、電子放出素子からの電子放出を低下させる虞がある。一方、添加量が少なすぎると、電子加速層を流れる電流量が十分得られず、電子放出素子からの電子放出がまったく得られなくなる。塩基性分散剤の最適な添加量は絶縁体微粒子との関連から設計事項となり、この添加量を適切に制御することで、電子放出素子からの十分な電子放出を得ることができる。
【００３９】
また、本発明の定着装置は、上記課題を解決するために、一対の回転部材を備え、該一対の回転部材で記録材を挟持しながら搬送することで該記録材上の未定着画像を該記録材に定着させる定着装置において、上記一対の回転部材のうち正帯電する回転部材の電位を調整する電位調整装置が設けられており、上記電位調整装置は、電極基板、薄膜電極、及び該電極基板と該薄膜電極とに挟まれた電子加速層、を有する電子放出素子と、上記電子加速層にて電子を加速させ、上記薄膜電極から該電子が放出するよう、上記電極基板と上記薄膜電極との間に電圧を印加する第１電圧印加手段と、上記薄膜電極と上記正帯電する回転体との間に電圧を印加する第２電圧印加手段と、を備え、上記薄膜電極は、上記正帯電する回転部材と対向して配置され、上記電子加速層は、層状に形成された絶縁体物質から成り、該絶縁体物質は層の厚み方向に貫通する複数の開口部を有し、該開口部には導電微粒子が収容されていることを特徴としている。
【００４０】
上記構成によると、本発明の定着装置が有する電位調整装置の電子放出素子が薄膜電極から電子を放出し、その電子により一対の回転部材のうち正帯電する回転部材の電位を調整する。この電子放出素子は、層状に形成された絶縁体物質から成り、該絶縁体物質は層の厚み方向に貫通する複数の開口部を有し、該開口部には導電微粒子が収容されている構成であり、オゾンやＮＯｘ等の有害物質を生成することはない。よって、定着装置において、上記構成の電子放出素子を備えた電位調整装置により一対の回転部材のうち正帯電する回転部材の電位を調整することで、完全オゾンレスかつ簡易な構成及び制御で、一対の回転体の摩擦帯電による電位差を低減し、静電オフセットを防止することができる。
【００４１】
ここで、層状に形成された絶縁体物質は微粒子の集合体ではなく固体の塊として存在するため、電流が流れない絶縁体として機能する。一方、開口部に導電微粒子が収容された部分では、表面抵抗が低下しその部分のみ電流が流れ易くなる。よって、電子加速層に電圧を印加すると、開口部に導電微粒子が収容された部分でのみ、電子放出が生じる。また、この構造を形成するには、微粒子の分散した分散液を均一に塗布する工程を必要としないため、より大面積の電子放出素子を容易に形成可能となる。
【００４２】
本発明の定着装置では、上記構成に加え、上記絶縁体物質は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、及びＴｉＯ２の少なくとも１つを含んでいる、または有機ポリマーを含んでいてもよい。
【００４３】
上記絶縁体物質が、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、及びＴｉＯ２の少なくとも１つを含んでいる、あるいは、有機ポリマーを含んでいると、これら物質の絶縁性が高いため、上記電子加速層の抵抗値を任意の範囲に調整することが可能となる。抵抗値が高くなるに伴い、電子放出素子内の電流が流れにくくなり、電子放出量が少なくなる。逆に抵抗が低くなるに伴い、電子が加速することなく導通し、電子放出量が少なくなる。したがって、抵抗値を調整することによって、電子放出素子内の電流と電子加速とを制御し、電子放出量を制御することができる。また、絶縁体物質として酸化物（ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、及びＴｉＯ２の）を用いる場合には、大気中の酸素による酸化に伴う素子劣化を発生し難くなるため、定着装置を、大気圧中でも安定して動作させることができる。
【００４４】
また、本発明の定着装置では、上記構成に加え、上記電子加速層に少なくとも上記導電微粒子が含まれている場合には、上記導電微粒子は、抗酸化力が高い導電体であってもよい。ここで言う抗酸化力が高いとは、酸化物形成反応の低いことを指す。一般的に熱力学計算より求めた、酸化物生成自由エネルギーの変化量ΔＧ［ｋＪ／ｍｏｌ］値が負で大きい程、酸化物の生成反応が起こり易いことを表す。本発明ではΔＧ＞−４５０［ｋＪ／ｍｏｌ］以上に該当する金属元素が、抗酸化力の高い導電微粒子として該当する。また、該当する導電微粒子の周囲に、その導電微粒子の大きさよりも小さい絶縁体物質を付着、または被覆することで、酸化物の生成反応をより起こし難くした状態の導電微粒子も、抗酸化力が高い導電微粒子に含まれる。
【００４５】
電子加速層は、絶縁体物質と抗酸化力が高い導電微粒子とが緻密に集合した薄膜の層であり、半導電性を有する。この半導電性の電子加速層に電圧を印加すると、電子加速層内に電流が流れ、その一部は印加電圧の形成する強電界により弾道電子となって放出される。
【００４６】
上記構成によると、導電微粒子として抗酸化力が高い導電体を用いることから、大気中の酸素による酸化に伴う素子劣化を発生し難いため、電子放出素子を大気圧中でも安定して動作させることができる。よって、定着装置の寿命を長くでき、大気中でも長時間連続動作をさせることができる。
【００４７】
また、本発明の定着装置では、上記構成に加え、上記導電微粒子は、貴金属であってもよい。このように、上記導電微粒子を成す導電体が、貴金属であることで、導電微粒子の、大気中の酸素による酸化などをはじめとする素子劣化を防ぐことができる。よって、定着装置の長寿命化を図ることができる。
【００４８】
また、本発明の定着装置では、上記構成に加え、上記導電微粒子は、金、銀、白金、パラジウム、及びニッケルの少なくとも１つを含んでいてもよい。
【００４９】
導電微粒子の酸化膜が厚くなるとトンネル効果の妨げになるため、導電微粒子を成す導電体は、酸化しにくい金属である必要がある。従って、導電微粒子が、金、銀、白金、ニッケル、及びパラジウムの少なくとも１つを含んでいることによって、大気中の酸素による酸化をより効果的に防ぐことができる。よって、定着装置の長寿命化をより効果的に図ることができる。
【００５０】
また、本発明の定着装置では、上記構成に加え、上記導電微粒子の周囲に、該導電微粒子の大きさより小さい絶縁体物質である小絶縁体物質が存在していてもよい。このように、上記電微粒子の周囲に、小絶縁体物質が存在することは、電子放出素子作成時の導電微粒子の分散液中での分散性向上に貢献する他、導電微粒子の、大気中の酸素による酸化などをはじめとする電子放出素子の劣化を、より効果的に防ぐことができる。よって、定着装置の長寿命化をより効果的に図ることができる。
【００５１】
また、本発明の定着装置では、上記構成に加え、上記小絶縁体物質は、アルコラート、脂肪酸、及びアルカンチオールの少なくとも１つを含んでいてもよい。上記小絶縁体物質が、アルコラート、脂肪酸、及びアルカンチオールの少なくとも１つを含んでいると、電子放出素子作成時の導電微粒子の分散液中での分散性向上に貢献するため、導電微粒子の凝集体が元と成る電流の異常パス形成を生じ難くする他、絶縁体物質の周囲に存在する導電微粒子自身の酸化に伴う粒子の組成変化を生じないため、電子放出特性に影響を与えることがない。よって、定着装置の長寿命化をより効果的に図ることができる。
【００５２】
ここで、本発明の定着装置では、上記小絶縁体物質は、上記導電微粒子表面に付着して付着物質として存在するものであり、該付着物質は、上記導電微粒子の平均粒径より小さい形状の集合体として、上記導電微粒子表面を被膜していてもよい。このように、上記小絶縁体物質が、上記導電微粒子表面に付着あるいは、上記導電微粒子の平均粒径より小さい形状の集合体として、上記導電微粒子表面を被膜していることで、電子放出素子作成時の導電微粒子の分散液中での分散性向上に貢献するため、導電微粒子の凝集体が元と成る電流の異常パス形成を生じ難くする他、絶縁体物質の周囲に存在する導電微粒子自身の酸化に伴う粒子の組成変化を生じないため、電子放出特性に影響を与えることがない。その結果、定着装置の長寿命化をさらに効果的に図ることができる。
【００５３】
また、本発明の定着装置では、上記構成に加え、上記導電微粒子の平均粒径は、３〜１０ｎｍであるのが好ましい。このように、上記導電微粒子の平均粒径を、好ましくは３〜１０ｎｍとすることにより、電子加速層内で、導電微粒子による導電パスが形成されず、電子加速層内での絶縁破壊が起こり難くなる。また原理的には不明確な点が多いが、平均粒径が上記範囲内の導電微粒子を用いることで、弾道電子が効率よく生成される。
【００５４】
また、本発明の定着装置では、上記構成に加え上記薄膜電極は、金、銀、炭素、タングステン、チタン、アルミ、及びパラジウムの少なくとも１つを含んでいてもよい。上記薄膜電極に、金、銀、炭素、タングステン、チタン、アルミ、及びパラジウムの少なくとも１つが含まれることによって、これら物質は仕事関数が低いため、電子加速層で発生させた電子を効率よくトンネルさせ、電子放出素子外に高エネルギーの電子をより多く放出させることができる。
【００５５】
本発明に係る画像形成装置は、上記課題を解決するために、上記何れか１つの定着装置を備えたことを特徴としている。
【００５６】
上記構成によると、本発明の画像形成装置は本発明の定着装置を備えているため、完全オゾンレスかつ簡易な構成及び制御で、一対の回転体の摩擦帯電による電位差を低減し、静電オフセットを防止できる。そのため、長期にわたり静電オフセットによる不具合がなく、高品位の画像を得ることが可能な画像形成装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００５７】
本発明に係る定着装置は、以上のように、上記一対の回転部材のうち正帯電する回転部材の電位を調整する電位調整装置が設けられており、上記電位調整装置は、電極基板、薄膜電極、及び該電極基板と該薄膜電極とに挟まれた電子加速層、を有する電子放出素子と、上記電子加速層にて電子を加速させ、上記薄膜電極から該電子が放出するよう、上記電極基板と上記薄膜電極との間に電圧を印加する第１電圧印加手段と、上記薄膜電極と上記正帯電する回転体との間に電圧を印加する第２電圧印加手段と、を備え、上記薄膜電極は、上記正帯電する回転部材と対向して配置され、上記電子加速層は、絶縁体微粒子を含む微粒子層から成る。
【００５８】
上記構成によると、電位調整装置の電子放出素子が薄膜電極から電子を放出し、その電子により一対の回転部材のうち正帯電する回転部材の電位を調整する。この電子放出素子は、絶縁体微粒子を含む微粒子層から成る電子加速層を備えた構成であり、オゾンやＮＯｘ等の有害物質を生成することはない。よって、定着装置において、上記構成の電子放出素子を備えた電位調整装置により一対の回転部材のうち正帯電する回転部材の電位を調整することで、完全オゾンレスかつ簡易な構成及び制御で、一対の回転体の摩擦帯電による電位差を低減し、静電オフセットを防止することができる。
【００５９】
ここで、本発明の定着装置が有する電位調整装置において、電子加速層は、絶縁体微粒子を含む微粒子層から成る構成であるため、絶縁体微粒子の平均粒径や絶縁体微粒子の積粒数（電子加速層の膜厚）を制御するという簡易な方法で、安定かつ良好な量の電子放出が可能な素子を容易に得ることができる。また、絶縁体微粒子を含む微粒子層から成る構成なので、たとえば、微粒子の分散液を塗布するという簡易な製造プロセスで、容易に電子加速層を形成できる。さらに、本発明の定着装置において、電子放出素子は、絶縁体微粒子の平均粒径や絶縁体微粒子の積粒数（電子加速層の膜厚）により電子放出特性を制御することが可能である。
【００６０】
また、本発明に係る定着装置は、以上のように、上記一対の回転部材のうち正帯電する回転部材の電位を調整する電位調整装置が設けられており、上記電位調整装置は、電極基板、薄膜電極、及び該電極基板と該薄膜電極とに挟まれた電子加速層、を有する電子放出素子と、上記電子加速層にて電子を加速させ、上記薄膜電極から該電子が放出するよう、上記電極基板と上記薄膜電極との間に電圧を印加する第１電圧印加手段と、上記薄膜電極と上記正帯電する回転体との間に電圧を印加する第２電圧印加手段と、を備え、上記薄膜電極は、上記正帯電する回転部材と対向して配置され、上記電子加速層は、層状に形成された絶縁体物質から成り、該絶縁体物質は層の厚み方向に貫通する複数の開口部を有し、該開口部には導電微粒子が収容されている。
【００６１】
上記構成によると、本発明の定着装置が有する電位調整装置の電子放出素子が薄膜電極から電子を放出し、その電子により一対の回転部材のうち正帯電する回転部材の電位を調整する。この電子放出素子は、層状に形成された絶縁体物質から成り、該絶縁体物質は層の厚み方向に貫通する複数の開口部を有し、該開口部には導電微粒子が収容されている構成であり、オゾンやＮＯｘ等の有害物質を生成することはない。よって、定着装置において、上記構成の電子放出素子を備えた電位調整装置により一対の回転部材のうち正帯電する回転部材の電位を調整することで、完全オゾンレスかつ簡易な構成及び制御で、一対の回転体の摩擦帯電による電位差を低減し、静電オフセットを防止することができる。
【００６２】
ここで、層状に形成された絶縁体物質は微粒子の集合体ではなく固体の塊として存在するため、電流が流れない絶縁体として機能する。一方、開口部に導電微粒子が収容された部分では、表面抵抗が低下しその部分のみ電流が流れ易くなる。よって、電子加速層に電圧を印加すると、開口部に導電微粒子が収容された部分でのみ、電子放出が生じる。また、この構造を形成するには、微粒子の分散した分散液を均一に塗布する工程を必要としないため、より大面積の電子放出素子を容易に形成可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の一実施形態の画像形成装置の部分的構成を示す模式図である。
【図２】上記画像形成装置が備える定着装置の構成を示す模式図である。
【図３】上記画像形成装置が備える電位調整装置の構成を示す模式図である。
【図４】本発明の一実施形態の電位調整装置が有する電子放出素子の拡大模式図である。
【図５】本発明の別の実施形態の電位調整装置が有する電子放出素子の拡大模式図である。
【図６】本発明のさらに別の実施形態の電位調整装置が有する電子放出素子の拡大模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００６４】
以下に本発明の実施の形態について図１〜６に基づいて説明する。なお、以下に記述する実施の形態及び実施例は本発明の具体的な一例に過ぎず、本発明はこれらよって限定されるものではない。
【００６５】
図１は、本発明の実施の一形態である画像形成装置１００の概略構成を模式的に示す断面図である。画像形成装置１００は、読み取った原稿の画像データやネットワーク等を介して受信した画像データに基づいて用紙（記録材）に対して多色あるいは単色の画像を形成する。図１に示すように、画像形成装置１００は、露光ユニットＥ、画像形成部ｐａ〜ｐｄ、中間転写ベルト１１、二次転写ローラ１４、定着装置１５、用紙搬送路Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３、給紙カセット１６、手差し給紙トレイ１７及び排紙トレイ１８等を備えている。
【００６６】
画像形成装置１００は、ブラック（Ｋ）及びカラー画像を色分解して得られる減法混色の３原色であるシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の４色の各色相に対応した画像データを用いて画像形成部ｐａ〜ｐｄにおいて画像形成を行う。画像形成部ｐａ〜ｐｄは同様の構成であり、例えばブラックの画像形成部ｐａは、感光体１０１ａ、現像装置１０２ａ、帯電ローラ１０３ａ、一次転写ローラ１３ａ及びクリーニングユニット１０４ａを備えている。以下では、画像形成部ｐａ〜ｐｄが有する同じ構成の部材について区別しない場合には符号の英字は省く。
【００６７】
感光体１０１はトナー像担持体であり、本実施形態ではドラム状に形成されている。感光体１０１の周囲に、帯電ローラ１０３、現像装置１０２、クリーニングユニット１０４が配置される。また、一次転写ローラ１３ａは、中間転写ベルト１１を介して感光体１０１ａに圧接して配置されている。
【００６８】
帯電ローラ１０３は、感光体１０１の表面を所定の電位に均一に帯電させる接触方式の帯電器である。接触方式の帯電器に代えて、帯電ブラシを用いた接触方式の帯電器、又は、帯電ワイヤを用いた非接触方式の帯電器を用いることもできる。また、帯電ローラ１０３が、後述の電位調整装置１５ｅと同様に電子放出素子１５ｈ（１５ｉ，１５ｊ）を備えた構成となっていてもよい。露光ユニットＥは、光源４及び複数の反射ミラー８を備えており、ブラック、シアン、マゼンタ及びイエローの各色相の画像データによって変調されたレーザビーム等の光ビームのそれぞれを感光体１０１ａ〜１０１ｄのそれぞれに照射する。よって、感光体１０１ａ〜１０１ｄのそれぞれには、ブラック、シアン、マゼンタ及びイエローの各色相の画像データによる静電潜像が形成される。
【００６９】
現像装置１０２は、静電潜像が形成された感光体１０１の表面にトナーを供給し、静電潜像をトナー像に現像する。現像装置１０２ａ〜１０２ｄのそれぞれは、ブラック、シアン、マゼンタ及びイエローの各色相のトナーを収納しており、感光体１０１ａ〜１０１ｄのそれぞれに形成された各色相の静電潜像をブラック、シアン、マゼンタ及びイエローの各色相のトナー像に顕像化する。クリーニングユニット１０４は、現像・画像転写後における感光体１０１上の表面に残留したトナーを除去・回収する。
【００７０】
中間転写ベルト１１は、感光体１０１の上方に配置されており、駆動ローラ１１ａと従動ローラ１１ｂとに張架されてループ状の移動経路を形成している。中間転写ベルト１１の外周面は、感光体１０１ｄ、感光体１０１ｃ、感光体１０１ｂ及び感光体１０１ａにこの順に対向する。また、中間転写ベルト１１は、本実施形態では、厚さ１００〜１５０μｍ程度のフィルムで形成されている。
【００７１】
一次転写ローラ１３は、感光体１０１の表面に担持されたトナー像を中間転写ベルト１１上に転写するためのローラである。一次転写ローラ１３は、中間転写ベルト１１を挟んで感光体１０１に対向する位置に配置されている。なお、中間転写ベルト１１が感光体１０１ａ〜１０１ｄに対向する位置のそれぞれが一次転写位置である。一次転写ローラ１３ａには、感光体１０１の表面に担持されたトナー像を中間転写ベルト１１上に転写するために、トナーの帯電極性と逆極性の一次転写バイアスが定電圧制御によって印加される。これによって、各感光体１０１ａ〜１０１ｄに形成された各色相のトナー像は中間転写ベルト１１の外周面に順次重ねて転写され、中間転写ベルト１１の外周面にフルカラーのトナー像が形成される。
【００７２】
但し、イエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの色相の一部のみの画像データが入力された場合には、４つの感光体１０１ａ〜１０１ｄのうち、入力された画像データの色相に対応する一部の感光体１０１のみにおいて静電潜像及びトナー像の形成が行われる。例えば、モノクロ画像形成時には、ブラックの色相に対応した感光体１０１ａのみにおいて静電潜像の形成及びトナー像の形成が行われ、中間転写ベルト１１の外周面にはブラックのトナー像のみが転写される。
【００７３】
各一次転写ローラ１３ａ〜１３ｄは、直径８〜１０ｍｍの金属（例えばステンレス）を素材とする軸の表面を導電性の弾性材（例えばＥＰＤＭ，発泡ウレタン等）により被覆して構成されており、導電性の弾性材によって中間転写ベルト１１に均一に高電圧を印加する。各一次転写位置において中間転写ベルト１１の外周面に転写されたトナー像は、中間転写ベルト１１の回転によって、二次転写ローラ１４との対向位置である二次転写位置に搬送される。
【００７４】
二次転写ローラ１４は、画像形成時において、内周面が駆動ローラ１１ａの周面に接触する中間転写ベルト１１の外周面に所定のニップ圧で圧接されている。給紙カセット１６又は手差し給紙トレイ１７から給紙された用紙が二次転写ローラ１４と中間転写ベルト１１との間を通過する際に、二次転写ローラ１４にトナーの帯電極性とは逆極性の高電圧が印加される。これによって、中間転写ベルト１１の外周面から用紙の表面にトナー像が転写される。
【００７５】
なお、感光体１０１から中間転写ベルト１１に付着したトナーのうち用紙上に転写されずに中間転写ベルト１１上に残存したトナーは、次工程での混色を防止するために、クリーニングユニット１２によって回収される。
【００７６】
二次転写ローラ１４と中間転写ベルト１１との間を通過し、トナー像が転写された用紙は、本発明の一実施形態の定着装置１５に導かれる。定着装置１５は、二次転写ローラ１４の下流に配置されており、定着ローラ（回転部材）１５ａ、加圧ローラ（回転部材）１５ｂ、及び電位調整装置１５ｅを備えている。定着装置１５については後段で説明する。
【００７７】
定着装置１５に導かれたトナー像が転写された用紙（記録材）は、定着ローラ１５ａと加圧ローラ１５ｂとの間を通過して加熱及び加圧を受ける。これによって、トナー像が、用紙の表面に堅牢に定着する。トナー像が定着した用紙は、排紙ローラ１８ａによって排紙トレイ１８上に排出される。
【００７８】
また、画像形成装置１００には、給紙カセット１６に収納されている用紙を二次転写ローラ１４と中間転写ベルト１１との間及び定着装置１５を経由して排紙トレイ１８に送るための略垂直方向の用紙搬送路Ｐ１が設けられている。用紙搬送路Ｐ１には、給紙カセット１６内の用紙を一枚ずつ用紙搬送路Ｐ１内に繰り出すピックアップローラ１６ａ、繰り出された用紙を上方に向けて搬送する搬送ローラｒ、搬送されてきた用紙を所定のタイミングで二次転写ローラ１４と中間転写ベルト１１との間に導くレジストローラ１９、及び、用紙を排紙トレイ１８に排出する排紙ローラ１８ａが配置されている。
【００７９】
また、画像形成装置１００の内部には、手差し給紙トレイ１７からレジストローラ１９に至る間に、ピックアップローラ１７ａ及び搬送ローラｒを配置した用紙搬送路Ｐ２が形成されている。さらに、排紙ローラ１８ａから用紙搬送路Ｐ１におけるレジストローラ１９の上流側に至る間には、用紙搬送路Ｐ３が形成されている。
【００８０】
排紙ローラ１８ａは、正逆両方向に回転自在にされており、用紙の片面に画像を形成する片面画像形成時、及び、用紙の両面に画像を形成する両面画像形成における第２面画像形成時に正転方向に駆動されて用紙を排紙トレイ１８に排出する。一方、両面画像形成における第１面画像形成時には、排紙ローラ１８ａは、用紙の後端が定着装置１５を通過するまで正転方向に駆動された後、用紙の後端部を挟持した状態で逆転方向に駆動されて用紙を用紙搬送路Ｐ３内に導く。これによって、両面画像形成時に片面のみに画像が形成された用紙は、表裏面及び前後端を反転した状態で用紙搬送路Ｐ１に導かれる。
【００８１】
レジストローラ１９は、給紙カセット１６若しくは手差し給紙トレイ１７から給紙され、又は、用紙搬送路Ｐ３を経由して搬送された用紙を、中間転写ベルト１１の回転に同期したタイミングで二次転写ローラ１４と中間転写ベルト１１との間に導く。このため、レジストローラ１９は、感光体１０１や中間転写ベルト１１の動作開始時には回転を停止しており、中間転写ベルト１１の回転に先立って給紙又は搬送された用紙は、前端をレジストローラ１９に当接させた状態で用紙搬送路Ｐ１内における移動を停止する。この後、レジストローラ１９は、二次転写ローラ１４と中間転写ベルト１１とが圧接する位置で、用紙の前端部と中間転写ベルト１１上に形成されたトナー像の前端部とが対向するタイミングで回転を開始する。
【００８２】
なお、画像形成部ｐａ〜ｐｄの全てにおいて画像形成が行われるフルカラー画像形成時には、全ての一次転写ローラ１３ａ〜１３ｄを中間転写ベルト１１を感光体１０１ａ〜１０１ｄの全てに圧接させる。一方、画像形成部ｐａのみにおいて画像形成が行われるモノクロ画像形成時には、一次転写ローラ１３ａのみを中間転写ベルト１１を感光体１０１ａに圧接させる。
【００８３】
（定着装置）
次に、定着装置１５について説明する。図２は、本発明の実施形態の定着装置１５の構成を示す図である。図２の定着装置１５は、定着ローラ１５ａと加圧ローラ１５ｂと電位調整装置１５ｅとを有している。定着ローラ１５ａと加圧ローラ１５ｂは、図示しない加圧手段により所定の圧力で圧接されている。また、本実施形態では、定着ローラ１５ａ内部に熱源を備えており、定着ローラ１５ａは熱源によって加熱される。熱源はハロゲンランプやＩＨなどが用いられる。また、加圧ローラ１５ｂに熱源が備えられていてもよい。
【００８４】
定着ローラ１５ａは、図３に示すように、その芯金１５２は、ＡｌあるいはＦｅといった金属からなり、その表層（電位調整装置１５ｅに対向する面）１５１はフッ素ゴムやシリコンゴム等の弾性層から成る。この弾性層は、金属またはカーボンなどの導電性材料を含んでいるため導電性を有し、薄膜電極３０２と定着ローラ１５ａとの間に電圧が印加される。
【００８５】
加圧ローラ１５ｂは、例えば、芯金に弾性層が形成された構成となっていればよい。
【００８６】
電位調整装置１５ｅは電子を放出し、定着ローラ１５ａ及び加圧ローラ１５ｂのうち、正帯電するローラの電位を調整する装置である。定着ローラ１５ａ及び加圧ローラ１５ｂは摩擦により電位を発生するが、正帯電するローラに対して、電位調整装置１５ｅを設けることで、電位調整装置１５ｅからの電子により、正帯電するローラの電位が調整される。
【００８７】
本実施形態では、負帯電トナーが用いられる画像形成装置であり、定着ローラが正帯電し、加圧ローラが負帯電しているものとし、図２に示すように、定着ローラ１５ａに対して電位調整装置１５ｅが電子を放出するよう設けられる。また、正帯電トナーが用いられる画像形成装置の場合は、定着ローラが負帯電で、加圧ローラが正帯電のとき、加圧ローラ１５ｂに対して電位調整装置１５ｅが電子を放出するよう設けられる。つまり、電位調整装置１５ｅは、正帯電する回転体の電位調整を行うように、設けられる。
【００８８】
定着装置１５に導かれたトナー像が転写された用紙は、定着ローラ１５ａと加圧ローラ１５ｂとの間を通過して加熱及び加圧を受ける。これによって、トナー像が、用紙の表面に堅牢に定着する。ここで、電位調整装置１５ｅにより、回転部材の電位を調整することで、定着ローラ１５ａと加圧ローラ１５ｂとの間の摩擦帯電による電位差を低減し、静電オフセットを防止することができる。
【００８９】
電位調整装置について、さらに詳しく説明する。
【００９０】
（電位調整装置）
次に電位調整装置１５ｅについて説明する。図３は、電位調整装置１５ｅの構成を模式的に示す断面図である。電位調整装置１５ｅは、電極基板３０１、薄膜電極３０２、及び電子加速層３０３ｈからなる電子放出素子１５ｈと、第１電源（第１電圧印加手段）Ｖ１と、第２電源（第２電圧印加手段）Ｖ２と、を備えている。電子加速層３０３ｈは、電極基板３０１と薄膜電極３０２とにより挟まれて存在している。第１電源Ｖ１は、電極基板３０１と薄膜電極３０２との間に電圧を印加するものであり、電子放出素子１５ｈにおける電子加速層３０３ｈ内で電子を加速させ、薄膜電極３０２から電子を放出させるのに用いられる。第２電源Ｖ２は、薄膜電極３０２と定着ローラ１５ａとの間に電圧を印加するものであり、薄膜電極３０２から放出された電子を定着ローラ１５ａへ付与するのに用いられる。
【００９１】
ここで、図２に示すように、本実施形態では、電子放出素子１５ｈは、定着ローラ１５ａから２〜５ｍｍ離れた位置に備える。
【００９２】
図４は、電子放出素子１５ｈの電子加速層３０３ｈを拡大した模式図である。電子加速層３０３ｈは、絶縁体微粒子３０６を含む微粒子層から成る。本発明の別の形態の電子放出素子１５ｉでは、図５に示すように、電子加速層３０３ｉは、絶縁体微粒子３０６を含む微粒子層から成り、この微粒子層は、導電微粒子３０７を含んでいてもよい。また、本発明のさらに別の形態の電子放出素子１５ｊでは、図６に示すように、電子加速層３０３ｊは、絶縁体微粒子３０６を含む微粒子層から成り、この微粒子層は、塩基性分散剤６０を含んでいてもよい。また、絶縁体微粒子３０６を含む微粒子層が、導電微粒子３０７及び塩基性分散剤６０を含んでいても構わない。
【００９３】
図３に示すように、電子放出素子１５ｈ（１５ｉ，１５ｊ以下省略）は、第１電源Ｖ１により、電極基板３０１と薄膜電極３０２との間、つまり、電子加速層３０３ｈ（３０３ｉ，３０３ｊ以下省略）に電流を流し、その一部を印加電圧の形成する強電界により弾道電子として、薄膜電極３０２を透過あるいは薄膜電極３０２の隙間から放出させる。そして、第２電源Ｖ２から印加された電圧により放出された電子が定着ローラ１５ａ側に引き寄せられる。
【００９４】
第１電源Ｖ１からの印加電圧は、電子放出素子１５ｈから安定して電子が放出され、定着ローラ１５ａの電位を調整することができればよく、電子放出量は、画像形成装置のプロセススピードや、静電オフセットが発生しないように設定される第２電源Ｖ２の印加電圧に応じて、制御すればよい。
【００９５】
また、第２電源Ｖ２からの印加電圧は、正帯電するローラの所望電圧設定値と同じ値に設定する。ここで、電位調整装置１５ｅを配置するに当たって、定着ベルト１５ｃと薄膜電極３０２との距離は、薄膜電極３０２から放出された電子を定着ベルト１５ｃへ付与することができる距離であれば、特に制限されない。しかし、定着ベルト１５ｃと薄膜電極３０２との間の電界強度を高くするための、上記距離は小さい方が好ましい。例えば、その距離は、２〜５ｍｍが好ましい。
【００９６】
電極基板３０１は、電子放出素子の支持体の役割を担う。そのため、ある程度の強度を有し、直に接する物質との接着性が良好で、適度な導電性を有するものであれば、特に制限なく用いることができる。例えばＳＵＳやＴｉ、Ｃｕ等の金属基板、ＳｉやＧｅ、ＧａＡｓ等の半導体基板、ガラス基板のような絶縁体基板、プラスティック基板等が挙げられる。例えばガラス基板のような絶縁体基板を用いるのであれば、その電子加速層３０３との界面に金属などの導電性物質を電極として付着さることによって、電極基板として用いることができる。上記導電性物質としては、導電性に優れた貴金属系材料を、マグネトロンスパッタ等を用いて薄膜形成できれば、その構成材料は特に問わない。また、酸化物導電材料として、透明電極に広く利用されているＩＴＯ薄膜も有用である。また、強靭な薄膜を形成できるという点で、例えば、ガラス基板表面にＴｉを２００ｎｍ成膜し、さらに重ねてＣｕを１０００ｎｍ成膜した金属薄膜を用いてもよい。ただし、これら材料及び数値に限定されることはない。
【００９７】
薄膜電極３０２は、電子加速層３０３ｈ内に電圧を印加させるものである。そのため、電圧の印加が可能となるような材料であれば特に制限なく用いることができる。ただし、電子加速層３０３内で加速され高エネルギーとなった電子をなるべくエネルギーロス無く透過させて放出させるという観点から、仕事関数が低くかつ薄膜を形成することが可能な材料であれば、より高い効果が期待できる。このような材料として、例えば、仕事関数が４〜５ｅＶに該当する金、銀、炭素、タングステン、チタン、アルミ、パラジウムなどが挙げられる。中でも大気圧中での動作を想定した場合、酸化物及び硫化物形成反応のない金が、最良な材料となる。また、酸化物形成反応の比較的小さい銀、パラジウム、タングステンなども問題なく実使用に耐える材料である。
【００９８】
また、薄膜電極３０２の膜厚は、電子放出素子１５ｈから外部へ電子を効率良く放出させる条件として重要であり、１０〜１００ｎｍの範囲とすることが好ましい。薄膜電極３０２を平面電極として機能させるための最低膜厚は１０ｎｍであり、これ未満の膜厚では、電気的導通を確保できない。一方、電子放出素子１５ｈから外部へ電子を放出させるための最大膜厚は１００ｎｍであり、これを超える膜厚では弾道電子の透過が起こらず、薄膜電極３０２で弾道電子の吸収あるいは、薄膜電極３０２で弾道電子が反射されて電子加速層３０３ｈへ再捕獲される現象が生じてしまう。
【００９９】
本発明の電位調整装置１５ｅが備える電子放出素子１５ｈの電子放出機構は、二つの導電体膜の間に絶縁体層が挿入された、所謂ＭＩＭ型の電子放出素子における動作機構と類似すると考えられる。ＭＩＭ型の電子放出素子において、絶縁体層へ電界が印加された時に、電流路が形成されるメカニズムは、一般説として、ａ）電極材料の絶縁体層中への拡散、ｂ）絶縁体物質の結晶化、ｃ）フィラメントと呼ばれる導電経路の形成、ｄ）絶縁体物質の化学量論的なズレ、ｅ）絶縁体物質の欠陥に起因する電子のトラップと、そのトラップ電子の形成する局所的な強電界領域等、様々な説が考えられているが、明確にはなっていない。いずれの理由にせよ、本発明の電位調整装置１５ｅが備える電子放出素子１５ｈの構成によると、絶縁体層に相当する絶縁体微粒子３０６を含む微粒子層よりなる電子加速層３０３ｈへ電界が印加された時にこの様な電流路の形成と、その電流の一部が電界により加速された結果、弾道電子となり、二つの導電体膜に相当する電極基板３０１と薄膜電極３０２のうちの一方である薄膜電極３０２を通過して、電子が素子外へ放出されると考えられる。
【０１００】
また、図５、図６に示した、微粒子層に、導電微粒子３０７又は塩基性分散剤６０の少なくとも何れか一方が含まれている電子放出素子１５ｉ，１５ｊの電子加速層３０３ｉ，３０３ｊでは、電子加速層３０３ａ，３０３ｂへ電界が印加された時に、次のようなメカニズムで電流路が形成されるのではないかと考えられる。
【０１０１】
導電微粒子３０７を含む電子加速層３０３ｉは、絶縁体微粒子３０６と導電微粒子３０７とが緻密に集合した薄膜の層であり、半導電性を有する。この半導電性の電子加速層３０３ｉに電圧を印加すると、電子加速層３０３ｉ内に電流が流れ、その一部は印加電圧の形成する強電界により弾道電子となって放出される。
【０１０２】
一方、塩基性分散剤６０を含む構成の電子加速層３０３ｊでは、電子放出のメカニズムは明確に解析できてはいないが、電極基板３０１と薄膜電極３０２との間に電圧を印加することで、電子加速層３０３ｊ内に電流が流れ、その一部が印加電圧の形成する強電界により弾道電子となって、薄膜電極３０２側より放出される。ここで、電子放出素子１５ｊより電子が放出されるのは、塩基性分散剤６０が有する電子対を供与する電子対供与体が作用しているのではないかと推察している。すなわち、塩基性分散剤６０は、電子対を供与する電子対供与体を有しており、電子対供与体は電子対を供与後、イオン化する。このイオン化した電子対供与体が、付着している絶縁体微粒子３０６の表面において電荷の受け渡しを行い、絶縁体微粒子３０６の表面における電気伝導が可能になっていると考えられる。
【０１０３】
以下、電子加速層３０３ｈ，３０３ｉ，３０３ｊの構成について、説明する。
【０１０４】
（電子加速層その１）
電子加速層３０３ｈは、図４に示すように、絶縁体微粒子３０６を含む微粒子層から成る。
【０１０５】
絶縁体微粒子３０６は、その材料は絶縁性を持つものであれば特に制限なく用いることができる。絶縁体微粒子３０６の材料は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２といったものが実用的となる。ただし、表面処理が施された小粒径シリカ粒子を用いると、それよりも粒子径の大きな球状シリカ粒子を用いるときと比べて、溶媒中に占めるシリカ粒子の表面積が増加し、溶液粘度が上昇するため、電子加速層３０３ｈの膜厚が若干増加する傾向にある。また、絶縁体微粒子３０６として、有機ポリマーから成る微粒子を用いてもよい。有機ポリマーから成る微粒子としては、例えば、ＪＳＲ株式会社の製造販売するスチレン／ジビニルベンゼンから成る高架橋微粒子（ＳＸ８７４３）や、日本ペイント株式会社の製造販売するスチレン・アクリル微粒子のファインスフェアシリーズが利用可能である。また、絶縁体微粒子３０６としては、材質の異なる２種類以上の粒子を用いてもよく、また、粒径のピークが異なる粒子を用いてもよい。さらに、絶縁体微粒子３０６としては、単一粒子で粒径がブロードな分布のものを用いてもよい。
【０１０６】
また絶縁体微粒子３０６の平均粒径は、電子加速層３０３ｈが、絶縁体微粒子３０６を含み、かつ、導電微粒子を含まない場合、７〜４００ｎｍであるのが好ましい。後述のように、電子加速層３０３ｈの層厚は１０００ｎｍ以下であることが好ましいが、絶縁体微粒子３０６の平均粒径が４００ｎｍよりも大きくなると、電子加速層３０３ｈの層厚を適切な厚みに制御することが困難となる。よって、絶縁体微粒子３０６の平均粒径は上記範囲であるのが好ましい。なお、この場合、粒子径の分散状態は平均粒径に対してブロードであっても良く、例えば平均粒径５０ｎｍの微粒子は、２０〜１００ｎｍの領域にその粒子径分布を有していても問題ない。
【０１０７】
また、絶縁体微粒子３０６は、表面処理されていてもよい。この表面処理は、シラノールまたはシリル基による処理であってもよい。電子加速層３０３ｈを作製する際、絶縁体微粒子３０６を有機溶媒に分散させて電極基板に塗布する場合に、粒子表面がシラノール及びシリル基により表面処理されていることにより有機溶媒への分散性が向上し、絶縁体微粒子３０６が均一に分散した電子加速層３０３ｈを容易に得ることができる。また、絶縁体微粒子３０６が均一に分散することより、層厚が薄く、表面平滑性が高い電子加速層を形成でき、その上の薄膜電極を薄く形成することができる。薄膜電極３０２は上記したように電気的導通を確保できる厚さであれば薄い程、効率よく電子を放出させることができる。
【０１０８】
電子加速層３０３ｈの層厚は、電子加速層３０３ｈが、絶縁体微粒子３０６を含み、かつ、導電微粒子を含まない場合、絶縁体微粒子３０６の平均粒径以上であり、１０００ｎｍ以下であるのが好ましい。電子加速層３０３ｈの層厚は薄いほど電流が流れやすくなるが、電子加速層３０３ｈの絶縁体微粒子３０６が重なり合わず、電極基板３０１上に均一に一層敷き詰められたときが最小であることから、電子加速層３０３ｈの最小層厚は構成する絶縁体微粒子３０６の平均粒径とする。電子加速層３０３ｈの層厚が絶縁体微粒子３０６の平均粒径よりも小さい場合は、電子加速層３０３ｈ中に絶縁体微粒子３０６が存在しない部分が存在する状態ということであり、電子加速層として機能しない。よって、電子加速層３０３ｈの層厚の下限値としては上記範囲が好ましい。電子加速層３０３ｈの下限層厚のより好ましい値としては、絶縁体微粒子が２から３個以上積まれた状態と考える。その理由としては、電子加速層３０３ｈが構成粒子１個分の厚みであると、電子加速層３０３ｈを流れる電流量は多くなるけれども、リーク電流が多くなり、電子加速層３０３ｈにかかる電界が弱くなってしまうために効率良く電子を放出することができないからである。また１０００ｎｍよりも厚いと、電子加速層３０３ｈの抵抗が大きくなり、充分な電流が流れず、そのため十分な電子放出量を得ることができない。
【０１０９】
なお、電子加速層３０３ｈの層厚は、絶縁体微粒子３０６の粒径や、絶縁体微粒子３０６が溶媒に分散された分散液の濃度（粘度）によって制御されるが、特に後者の影響を大きく受ける。
【０１１０】
このような絶縁体微粒子３０６を含み、かつ、導電微粒子を含まない電子加速層３０３ｈを有する電子放出素子１５ｈの電子放出機構について説明する。電子放出素子１５ｈの電子放出メカニズムは、明確になっていないが、前述したａ）〜ｅ）の５つの導電経路形成のメカニズムから、例えば上記ｅ）の解釈を用いると、次のように説明できる。電極基板３０１と薄膜電極３０２との間に電圧が印加されると、電極基板３０１から絶縁体微粒子３０６の表面に電子が移る。絶縁体微粒子３０６の内部は高抵抗であることから電子は絶縁体微粒子３０６の表面を伝導していく。このとき、絶縁体微粒子３０６の表面の不純物や絶縁体微粒子３０６が酸化物の場合に発生することのある酸素欠陥、あるいは絶縁体微粒子３０６間の接点において、電子がトラップされる。このトラップされた電子は固定化された電荷として働く。その結果、電子加速層３０３ｈの薄膜電極３０２近傍では印加電圧とトラップされた電子の作る電界が合わさって局所的に高電界領域が形成され、その高電界によって電子が加速され、薄膜電極３０２から該電子が放出されると考えられる。
【０１１１】
次に、このような絶縁体微粒子３０６を含み、かつ、導電微粒子を含まない電子加速層３０３ｈを有する電子放出素子１５ｈ製造方法の一実施形態について説明する。まず、絶縁体微粒子３０６を溶媒に分散させた絶縁体微粒子分散液Ａを得る。ここで用いられる溶媒としては、絶縁体微粒子３０６を分散でき、かつ塗布後に乾燥できれば、特に制限なく用いることができ、例えば、トルエン、ベンゼン、キシレン、ヘキサン、メタノール、エタノール、プロパノール等を用いることができる。
【０１１２】
そして、上記のように作成した絶縁体微粒子分散液Ａを電極基板３０１上にスピンコート法を用いて塗布し、電子加速層３０３ｈを形成する。スピンコート法による成膜、乾燥、を複数回繰り返すことで所定の膜厚にすることができる。電子加速層３０３ｈは、スピンコート法以外に、例えば、滴下法、スプレーコート法等の方法でも形成することができる。
【０１１３】
電子加速層３０３ｈの形成後、電子加速層３０３ｈ上に薄膜電極３０２を成膜する。薄膜電極３０２の成膜には、例えば、マグネトロンスパッタ法を用いればよい。また、薄膜電極３０２は、例えば、インクジェット法、スピンコート法、蒸着法等を用いて成膜してもよい。
【０１１４】
（電子加速層その２）
本発明に係る電子加速層の別の形態として、図５に、絶縁体微粒子３０６と導電微粒子３０７とを含む電子加速層３０３ｉの模式図を示す。
【０１１５】
導電微粒子３０７の材料としては、弾道電子を生成するという動作原理の上ではどのような導電体でも用いることができる。ただし、抗酸化力が高い導電体であると、大気圧動作させた時の酸化劣化を避けることができる。ここで言う抗酸化力が高いとは、酸化物形成反応の低いことを指す。一般的に熱力学計算より求めた、酸化物生成自由エネルギーの変化量ΔＧ［ｋＪ／ｍｏｌ］値が負で大きい程、酸化物の生成反応が起こり易いことを表す。本発明ではΔＧ＞−４５０［ｋＪ／ｍｏｌ］以上に該当する金属元素が、抗酸化力の高い導電微粒子として該当する。また、該当する導電微粒子の周囲に、その導電微粒子の大きさよりも小さい絶縁体物質を付着、または被覆することで、酸化物の生成反応をより起こし難くした状態の導電微粒子も、抗酸化力が高い導電微粒子に含まれる。抗酸化力が高い導電微粒子であることで、導電微粒子の、大気中の酸素による酸化などをはじめとする素子劣化を防ぐことができる。よって、電子放出素子１５ｉの長寿命化を図ることができる。
【０１１６】
抗酸化力が高い導電微粒子としては、貴金属、例えば、金、銀、白金、パラジウム、ニッケルといった材料が挙げられる。このような導電微粒子３０７は、公知の微粒子製造技術であるスパッタ法や噴霧加熱法を用いて作成可能であり、応用ナノ研究所が製造販売する銀ナノ粒子等の市販の金属微粒子粉体も利用可能である。弾道電子の生成の原理については後段で記載する。
【０１１７】
ここで、導電微粒子３０７の平均粒径は、３〜１０ｎｍであるのがより好ましい。このように、導電微粒子３０７の平均粒径を、好ましくは３〜１０ｎｍとすることにより、電子加速層３０３ｉ内で、導電微粒子３０７による導電パスが形成されず、電子加速層３０３ｉ内での絶縁破壊が起こり難くなる。また原理的には不明確な点が多いが、平均粒径が上記範囲内の導電微粒子３０７を用いることで、弾道電子が効率よく生成される。
【０１１８】
また、電子加速層３０３ｉ全体における導電微粒子３０７の割合は、０．５〜３０重量％が好ましい。０．５重量％より少ない場合は導電微粒子として素子内電流を増加させる効果を発揮せず、３０重量％より多い場合は導電微粒子の凝集が発生する。中でも、１〜１０重量％であることがより好ましい。
【０１１９】
なお、導電微粒子３０７の周囲には、導電微粒子３０７の大きさより小さい絶縁体物質である小絶縁体物質が存在していてもよく、この小絶縁体物質は、導電微粒子３０７の表面に付着する付着物質であってもよく、付着物質は、導電微粒子３０７の平均粒径より小さい形状の集合体として、導電微粒子３０７の表面を被膜する絶縁被膜であってもよい。小絶縁体物質としては、弾道電子を生成するという動作原理の上ではどのような絶縁体物質でも用いることができる。ただし、導電微粒子３０７の大きさより小さい絶縁体物質が導電微粒子３０７を被膜する絶縁被膜であり、絶縁被膜を導電微粒子３０７の酸化被膜によって賄った場合、大気中での酸化劣化により酸化皮膜の厚さが所望の膜厚以上に厚くなってしまう恐れがあるため、大気圧動作させた時の酸化劣化を避ける目的から、有機材料による絶縁被膜が好ましく、例えば、アルコラート、脂肪酸、アルカンチオールといった材料が挙げられる。この絶縁被膜の厚さは薄い方が有利であることが言える。
【０１２０】
また、導電微粒子３０７は、後述の製造方法において導電微粒子３０７の分散液を作成する際の分散性の向上のために、表面処理を施されているのが好ましく、その表面処理が上記の絶縁被膜物質を被膜することであってもよい。
【０１２１】
絶縁体微粒子３０６の構成等は、上記と同様で構わないが、電子加速層３０３ｉが、絶縁体微粒子３０６及び導電微粒子３０７を含む場合には、絶縁体微粒子３０６の平均粒径は、７〜１０００ｎｍであることが好ましく、１２〜１１０ｎｍであることがより好ましい。
【０１２２】
また、電子加速層３０３ｉには、電極基板３０１と薄膜電極３０２との間に印加する電圧が同じである場合、層厚が薄いほど強電界がかかる。したがって、電子加速層３０３ｉの層厚は、薄くすることで、電極基板３０１と薄膜電極３０２との間に印加する電圧を低く抑えながら、強電界をかけて電子を加速させることができる。一方で、電子加速層３０３ｉの層厚は、層厚を均一化できることや、層厚方向における加速層の抵抗調整を可能にする必要もある。これらのことを鑑みて、電子加速層３０３ｉの層厚は、１２〜６０００ｎｍが好ましく、３００〜６０００ｎｍがより好ましい。
【０１２３】
なお、電子加速層３０３ｉに導電微粒子３０７が含まれると、導電微粒子３０７による絶縁体微粒子３０６の表面の電気伝導が向上するため、素子の導電性制御が容易になる。
【０１２４】
このような電子加速層３０３ｉを有する電子放出素子１５ｉの電子放出の原理について、前述の図５を用いて説明する。図５に示すように、電子加速層３０３ｉを構成する微粒子層は、その大部分を絶縁体微粒子３０６で構成され、その隙間に導電微粒子３０７が点在している。絶縁体微粒子３０６及び導電微粒子３０７の比率は、絶縁体微粒子３０６及び導電微粒子３０７の総重量に対する絶縁体微粒子３０６の重量比率が例えば８０％に相当する状態である。
【０１２５】
このように電子加速層３０３ｉは、絶縁体微粒子３０６と少数の導電微粒子３０７とで構成されるため、半導電性を有する。よって電子加速層３０３ｉへ電圧を印加すると、極弱い電流が流れる。電子加速層３０３ｉの電圧電流特性は所謂バリスタ特性を示し、印加電圧の上昇に伴い急激に電流値を増加させる。この電流の一部は、印加電圧が形成する電子加速層３０３ｉ内の強電界により弾道電子となり、薄膜電極３０２を透過或いはその隙間を通過して電子放出素子１５ｉの外部へ放出される。弾道電子の形成過程は、電子が電界方向に加速されつつトンネルすることによるものと考えられるが、断定できていない。
【０１２６】
次に、このような導電微粒子３０７にて、絶縁体微粒子３０６の表面の電気伝導を可能にする電子放出素子１５ｉの製造方法の一実施形態について説明する。まず、電極基板３０１上に、絶縁体微粒子３０６と導電微粒子３０７とを分散させた微粒子分散液Ｂを得る。ここで、分散液に用いる溶媒としては、絶縁体微粒子３０６と導電微粒子３０７とを分散でき、かつ塗布後に乾燥できれば、特に制限なく用いることができ、例えば、トルエン、ベンゼン、キシレン、ヘキサン、テトラデカン等を用いることができる。また、導電微粒子３０７の分散性を向上させる目的で、事前処理としてアルコラート処理を施すとよい。
【０１２７】
そして、上記のように作成した微粒子分散液Ｂを電極基板３０１上にスピンコート法を用いて塗布し、電子加速層３０３ｉを形成する。スピンコート法による成膜、乾燥、を複数回繰り返すことで所定の膜厚にすることができる。電子加速層３０３ｉは、スピンコート法以外に、例えば、滴下法、スプレーコート法等の方法でも形成することができる。なお、この電子加速層の製造方法は単なる一実施形態であり、例えば、絶縁体微粒子層上に導電微粒子を添加するといったような、他の方法で製造してもよい。
【０１２８】
電子加速層３０３ｉの形成後、電子加速層３０３ｉ上に薄膜電極３０２を成膜する。薄膜電極３０２の成膜は、上記と同様である。
【０１２９】
（電子加速層その３）
本発明に係る電子加速層のさらに別の形態として、図６に、絶縁体微粒子３０６と塩基性分散剤６０とを含む電子加速層３０３ｊの模式図を示す。
【０１３０】
塩基性分散剤６０は、溶媒中における絶縁体微粒子３０６の凝集を防ぎ、絶縁体微粒子３０６を分散させるためのものであるが、ここでは、凝集し易い絶縁体微粒子３０６の溶媒への分散を良好にして、電極基板３０１表面に極めて平滑な微粒子層の形成を実現する分散剤としての本来の機能と、絶縁体微粒子３０６の表面の電気伝導を可能にするといったさらなる機能とを有する。
【０１３１】
塩基性分散剤６０は、高分子と、該高分子の一部に導入された電子対供与体とを有する。高分子が、立体反発効果によって分散性を付与する。図６においては、参照符号１５０にて、絶縁体微粒子３０６相互間に形成される立体障害となる領域を示す。電子対供与体は、絶縁体微粒子３０６に吸着するアンカーとしての役割を果たす。また、電子対供与体は、電子対を供与したことで、プラスイオンとなり、イオン電導を可能にする。絶縁体微粒子３０６の表面の電気伝導を可能にする機能は、塩基性分散剤６０における上記イオン電導を可能にする部分が、電荷の受け渡しをしているためと考えられる。また、塩基性分散剤６０のイオン電導部分は、電気的に互いに反発し合うため、絶縁体微粒子の分散性にも寄与する。
【０１３２】
電子対供与体部分は、電子供与基から成る特定の置換基であり、上記置換基としては、例えば、π電子系であるフェニル基やビニル基、そしてアルキル基、アミノ基等である。
【０１３３】
本発明に適用できる塩基性分散剤６０の市販品を例示すると、アビシア社製の商品名：ソルスパース９０００、１３２４０、１３９４０、２００００、２４０００、２４０００ＧＲ、２４０００ＳＣ、２６０００、２８０００、３２５５０、３４７５０、３１８４５等の各種ソルスパース分散剤、ビックケミー社製の商品名：ディスパービック１０６、１１２、１１６、１４２、１６１、１６２，１６３、１６４、１６５、１６６、１８１、１８２、１８３、１８４、１８５、１９１、２０００、２００１、味の素ファインテクノ社製の商品名：アジスパーＰＢ７１１、ＰＢ４１１、ＰＢ１１１、ＰＢ８２１、ＰＢ８２２、エフカケミカルズ社製の商品名：ＥＦＫＡ−４７、４０５０等を挙げることができる。
【０１３４】
電子加速層３０３ｊにおける塩基性分散剤６０の含有量は、電子放出量と相関のある電子放出素子１５ｊの素子内電流の流れ易さに関係するため、電子放出量を制御する上で、重要な制御因子の一つである。
【０１３５】
電子加速層３０３ｊへの塩基性分散剤６０の添加は、電子加速層３０３ｊを構成する絶縁体微粒子３０６を溶媒中に分散する過程で行う。つまり使用する溶媒に必要量の塩基性分散剤６０を投入して分散した分散剤含有溶媒に絶縁体微粒子３０６を加え、絶縁体微粒子３０６の十分な分散を行うことで、絶縁体微粒子３０６の表面に塩基性分散剤６０を付着させる。絶縁体微粒子３０６の表面における分散剤の付着量は、溶媒に対する分散剤の投入量を操作することで制御可能である。しかしながら、分散剤の投入量と、分散剤の添加後に得られる電子加速層３０３ｊの電流の流れ易さは一対一の関係ではなく、ある添加量に電流の流れ易さのピークを持つ特性を有する。添加量が少ない場合には、電子の担い手が少ないため、当然ながら電子加速層３０３ｊを流れる電流量は小さくなる。一方、添加量が多すぎる場合には、塩基性分散剤の有する高分子の成分が、素子内を流れる電流に対して抵抗成分として強く作用してしまい、電流値を小さくしてしまう。
【０１３６】
このように、塩基性分散剤６０の添加量には最適値があり、素子内に流れる電流量を鑑みて、最適に設定するものであるため、一概にはいえないが、絶縁体微粒子３０６が分散された分散溶液を滴下してスピンコート法で電子加速層３０３ｊを成膜する条件において、溶媒に対する塩基性分散剤６０の添加量にて規定すると、添加量０．４〜１０ｗｔ％が好ましく、より好ましくは１〜５ｗｔ％以下である。
【０１３７】
溶媒に対する添加量が０．４ｗｔ％未満となると、電子加速層３０３ｊを流れる電流量が十分に得られず、電子放出素子からの電子放出をまったく得ることができない虞がある。より好ましい１ｗｔ％以上とすることで、電子放出素子からの電子放出を安定して得ることができる。一方、添加量の上限であるが、１０％を超えると、塩基性分散剤６０の有する高分子の部分の抵抗成分が素子内電流を流れ難くしてしまい、電子放出素子からの電子放出を低下させる虞がある。添加量の下限をより好ましい５ｗｔ％以下とすることで、電子放出素子１５ｊからの電子放出を低下させることなく得ることができるといった効果がある。
【０１３８】
塩基性分散剤６０にて、絶縁体微粒子３０６の表面の電気伝導を可能にする電子放出素子１５ｊでは、スピンコート法などの安価な製法で電子加速層３０３ｊを形成しても、電子加速層３０３ｊにおいて絶縁破壊が生じる虞のない電子放出素子１５ｊを提供することができる。しかも、絶縁体微粒子を溶媒に分散させるにおいて、必須の部材とも言える分散剤に、金属などの微粒子の機能を担わせているので、製造工程の削減、及び材料費も削減できる。
【０１３９】
絶縁体微粒子３０６の構成等は、上記と同様で構わないが、電子加速層３０３ｊが、絶縁体微粒子３０６及び塩基性分散剤６０を含む場合には、絶縁体微粒子３０６の平均粒径は、７〜１０００ｎｍであることが好ましく、１２〜１１０ｎｍであることがより好ましい。
【０１４０】
また、電子加速層３０３ｊの層厚は、電子加速層３０３ｉと同様に、１２〜６０００ｎｍが好ましく、３００〜２０００ｎｍがより好ましい。
【０１４１】
このような塩基性分散剤６０にて、絶縁体微粒子３０６の表面の電気伝導を可能にする電子放出素子１５ｊにおける電子放出の原理について、前述の図６を用いて説明する。
【０１４２】
図６に示すように、電子加速層３０３ｊは、その大部分を絶縁体微粒子３０６で構成され、絶縁体微粒子３０６の表面に塩基性分散剤６０が付着している。これにより、絶縁体微粒子３０６の表面に塩基性分散剤６０からなる立体障害領域１５０が形成され、絶縁体微粒子３０６の溶媒への分散を良好にする。また、絶縁体微粒子３０６は絶縁性であるが、その表面に付着した塩基性分散剤６０のイオン電導部分が、電荷の受け渡しを行うことで、電子加速層３０３ｊは半導電性を有する。したがって、電極基板３０１と薄膜電極３０２との間に電圧を印加すると、電子加速層３０３ｊに極めて弱い電流が流れる。電子加速層３０３ｊの電圧電流特性は、所謂バリスタ特性を示し、印加電圧の上昇に伴い急激に電流値を増加させる。この電流の一部は、印加電圧が形成する電子加速層３０３ｊ内の強電界により弾道電子となり、薄膜電極３０２を通過（透過）して、又は薄膜電極３０２に孔（隙間）がある場合は、その孔から、外部へと放出される。道電子の形成過程は、電子が電界方向に加速されつつトンネルすることによるものと考えられるが、断定できていない。
【０１４３】
次に、このような塩基性分散剤６０にて、絶縁体微粒子３０６の表面の電気伝導を可能にする電子放出素子１５ｊにおける製造方法の一実施形態について説明する。分散溶媒に、塩基性分散剤６０を投入し、超音波分散器にかけて塩基性分散剤６０を分散させた後、絶縁体微粒子３０６を投入して、再び超音波分散器にかけて絶縁体微粒子３０６を分散させ、絶縁体微粒子分散液Ｃを得る。なお、分散法は、特に限定されず、超音波分散器以外の方法で分散させてもよい。
【０１４４】
ここで、分散溶媒としては、塩基性分散剤６０との合性がよく、絶縁体微粒子３０６を効果的に分散でき、かつ塗布後に蒸発するものであれば、特に制限なく、用いることができる。分散溶媒としては、例えば、トルエン、ベンゼン、キシレン、ヘキサン、テトラデカン等を用いることができる。
【０１４５】
そして、上記のように作成した絶縁体微粒子分散液Ｃを、電極基板３０１上に塗布して、電子加速層３０３ｊを形成する。塗布方法として、例えば、スピンコート法を用いることができる。絶縁体微粒子分散液Ｃを電極基板３０１上に滴下し、スピンコート法を用いて、電子加速層３０３ｊとなる薄膜を形成する。電極基板３０１上への絶縁体微粒子分散液Ｃの滴下、スピンコート法による成膜、乾燥、を複数回繰り返すことで所定の膜厚にすることができる。電子加速層３０３ｊの成膜には、スピンコート法以外に、例えば、滴下法、スプレーコート法等の方法も用いることができる。なお、この電子加速層の製造方法は単なる一実施形態であり、例えば、絶縁体微粒子層上に塩基性分散剤を添加するといったような、他の方法で製造してもよい。
【０１４６】
そして、電子加速層３０３ｊの形成後、電子加速層３０３ｊ上に薄膜電極３０２を成膜する。薄膜電極３０２の成膜は、上記と同様である。
【０１４７】
以上のように、本実施形態の定着装置１５では、電位調整装置１５ｅの電子放出素子１５ｈ（１５ｉ，１５ｊ）が薄膜電極３０２から電子を放出し、その電子により一対の回転部材のうち正帯電する回転部材の電位を調整する。この電子放出素子１５ｈ（１５ｉ，１５ｊ）は、絶縁体微粒子３０６を含む微粒子層から成る電子加速層３０３ｈ（３０３ｉ，３０３ｊ）を備えた構成であり、オゾンやＮＯｘ等の有害物質を生成することはない。よって、定着装置１５において、上記構成の電子放出素子１５ｈ（１５ｉ，１５ｊ）を備えた電位調整装置１５ｅにより一対の回転部材（定着ローラ、加圧ローラ）のうち正帯電する回転部材の電位を調整することで、完全オゾンレスかつ簡易な構成及び制御で、一対の回転体の摩擦帯電による電位差を低減し、静電オフセットを防止することができる。
【０１４８】
また、本実施形態の画像形成装置１００は、電位調整装置１５ｅを有する定着装置１５を備えることで、長期にわたり静電オフセットによる不具合がなく、高品位の画像を得ることが可能である。
【０１４９】
ここで、上記では、電子加速層が、絶縁体微粒子を含む微粒子層から成る構成として説明したが、絶縁体微粒子を含む微粒子層の代わりに、電子加速層は、層状に形成された絶縁体物質から成り、該絶縁体物質は層の厚み方向に貫通する複数の開口部を有し、該開口部には導電微粒子が収容されているという構成であってもよい。ここで、層状に形成された絶縁体物質としては、例えば、有機ポリマーから成るシート基板を用いてもよい。但しこのシート状基板には厚さ方向を貫通する複数の微細孔を有する必要がある。このような用件を満たす材料として、例えば、ワットマンジャパン株式会社の製造販売するメンブレンフィルターニュークリポア（ポリカーボネート製）が有用である。
【０１５０】
この場合、電子放出素子は、層状に形成された絶縁体物質から成り、該絶縁体物質は層の厚み方向に貫通する複数の開口部を有し、該開口部には導電微粒子が収容されている構成であり、オゾンやＮＯｘ等の有害物質を生成することはない。よって、上記と同様に、完全オゾンレスかつ簡易な構成及び制御で、一対の回転体の摩擦帯電による電位差を低減し、静電オフセットを防止することができる。
【０１５１】
以下に本発明に係る実施例及び比較例を示す。
【０１５２】
（実施例）
本実施例の電位調整装置の電子放出素子は、次のように作製した。電極基板３０１としてＳＵＳ基板、薄膜電極３０２として金、導電微粒子３０７として応用ナノ粒子研究所製の銀ナノ粒子（銀平均粒径１０ｎｍ、うち絶縁被膜アルコラート１ｎｍ厚）、絶縁体微粒子３０６として平均粒径１１０ｎｍの疎水性のＳｉＯ２粒子を用いた。
【０１５３】
銀ナノ粒子とＳｉＯ２粒子とを、配合比１：９、固形分２０ｗｔ％でトルエン中に分散させ、ＳＵＳ基板上にスピンコートし電子加速層３０３ｉを形成した。ここで、ＳＵＳ基板は１０ｍｍ×５０ｍｍ角で厚さ１ｍｍのものを用いた。また、電子加速層３０３ｉは層厚が７８０ｎｍとなるように形成した。このように電子加速層３０３ｉを形成後、電子加速層３０３ｉ上に膜厚が３０ｎｍになるよう金をスパッタして薄膜電極（金電極）を形成し、電子放出素子１５ｉ（３２ｍｍ×２ｍｍ）を作製した。
【０１５４】
得られた電子放出素子１５ｉを、図２に示すように、定着ローラのトナーとの接触面と対向する位置に設置し、本実施例の定着装置１５を作製した。定着ローラの表層には厚さ２ｍｍの導電性シリコン樹脂層が設けられており、加圧ローラ１５ｂの表層にはフッ素樹脂層が設けられている。なお、この場合は定着ローラ１５ａが正に帯電する。また、第１電源Ｖ１により１３Ｖの電圧を電極基板３０１と薄膜電極３０２とに印加し、電子加速層３０３ｉで電子が加速され薄膜電極３０２から電子が放出するようにした。ここでは、定電流駆動によって電子放出電流量が常に８×１０−１０Ａ・ｃｍ−２になるように設定した。また、第２電源Ｖ２により薄膜電極３０２と定着ローラ１５ａとの間に１０Ｖの電圧を印加した。ここでは、薄膜電極３０２が−１０Ｖ、定着ローラ１５ａがグランド（０Ｖ）となるようにした。このようにして、本実施例の定着装置として、電子放出素子を有する電位調整装置を備えた定着装置を構成した。
【０１５５】
そして、この本実施例の定着装置にて、未定着画像（トナー像は負帯電）を、定着ローラと加圧ローラの間に通過させて定着させたところ、静電オフセットが発生しないことを確認した。なお、プロセススピードは、０．３ｍ／ｓ（５０枚機相当）とした。
【０１５６】
（比較例１）
比較例１の定着装置として、実施例１の定着装置内の電子放出素子１５ｉを有する電位調整装置１５ｅを設置しなかった以外は、実施例１と同様の構成にした定着装置を作製した。この比較例１の定着装置にて未定着画像を定着させたところ、静電オフセットが発生した。
【０１５７】
（比較例２）
比較例２の定着装置として、実施例１の定着装置内の電子放出素子１５ｉを有する電位調整装置１５ｅの代わりに、コロナチャージャーを設置したこと以外は実施例１と同様の構成にした定着装置を作製した。この比較例２の定着装置にて未定着画像を定着させたところ、静電オフセットは発生しなかったが、オゾン臭が発生した。また、コロナチャージャーでは、実施例の１０倍程度の電圧印加が必要である。
【０１５８】
以上から、本発明の電位調整装置は、完全オゾンレスかつ簡易な構成及び制御で、一対の回転体の摩擦帯電による電位差を低減し、静電オフセットを防止することができることがわかる。
【０１５９】
なお、本発明は上述した実施形態及び実施例に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１６０】
本発明に係る定着装置は、完全オゾンレスかつ簡易な構成及び制御で、静電オフセットを防止することができるため、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置の定着装置として好適に利用することができる。
【符号の説明】
【０１６１】
１４    二次転写ローラ
１５    定着装置
１５ａ    定着ローラ（回転部材）
１５ｂ    加圧ローラ（回転部材）
１５ｅ    電位調整装置
１５ｈ，１５ｉ，１５ｊ    電子放出素子
１００    画像形成装置
１０１  感光体
１０２  現像装置
１０３  帯電ローラ
１０４  クリーニングユニット
３０１  電極基板
３０２  薄膜電極
３０３ｈ，３０３ｉ，３０３ｊ  電子加速層
３０６  絶縁体微粒子
３０７  導電微粒子
Ｖ１    第１電源（第１電圧印加手段）
Ｖ２    第２電源（第２電圧印加手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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