(57)【要約】【課題】電子放出素子の制御性を向上させることが可能であり、かつ、素子寿命の長期化を図ることが可能な電源装置を提供する。【解決手段】電源装置１００は、電子を放出する電子放出素子２００に対して電圧を出力する電源装置である。この電源装置１００は、電子放出素子２００を制御するための制御信号が入力される入力部１１０と、入力部１１０に入力された制御信号に基づいて電子放出素子２００を駆動する駆動電圧を生成して出力する出力部１３０と、入力部１１０と出力部１３０とを電気的に絶縁する一方、入力部１１０に入力された制御信号を出力部１３０に伝達する絶縁アンプ１８０と、出力部１３０にバイアス電圧を印加して、当該出力部１３０をバイアス電圧でフロートするバイアス電源部１９０とを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子を放出する電子放出素子に対して電圧を出力する電源装置であって、
前記電子放出素子を制御するための制御信号が入力される入力部と、
前記入力部に入力された制御信号に基づいて前記電子放出素子を駆動する駆動電圧を生成して出力する出力部と、
前記入力部と前記出力部とを電気的に絶縁する一方、前記入力部に入力された制御信号を前記出力部に伝達する絶縁アンプと、
前記出力部にバイアス電圧を印加して、当該出力部をバイアス電圧でフロートするバイアス電源部とを含む、電源装置。
【請求項２】
前記出力部は、前記絶縁アンプを介して伝達された制御信号を増幅するための信号増幅手段を含み、前記信号増幅手段によって増幅された制御信号を前記駆動電圧として出力する、請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
電子を放出する電子放出素子と、
前記電子放出素子に対して電圧を出力する、請求項１又は請求項２に記載の電源装置と、
前記電源装置に対して制御信号を出力する制御装置とを含む、電子放出装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記電源装置に対してパルス幅変調信号からなる制御信号を出力する、請求項３に記載の電子放出装置。
【請求項５】
前記電子放出素子は、
第１の電極と、
絶縁性微粒子を含み、前記第１の電極上に形成される微粒子層と、
前記微粒子層上に形成される第２の電極とを含み、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧が印加されることにより、前記第１の電極から放出される電子を前記微粒子層で加速させて前記第２の電極から放出する、請求項３又は請求項４に記載の電子放出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置及び電子放出装置に関し、特に、電子を放出する電子放出素子に電圧を出力する電源装置及びその電源装置を含む電子放出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、ファックス、複写機、及びこれらの複合機等の画像形成装置の多くに電子写真方式が採用されている。電子写真方式の画像形成装置は被帯電体である感光体を帯電させる帯電装置を含む。帯電装置として、従来、コロナ帯電器又はローラ帯電器を含むものが知られている。これらの帯電器はいずれも放電を伴う電荷発生機構を持つため、電荷発生時にオゾン及び種々の酸化物を生成する。これらの酸化物は感光体及びプロセス周りの樹脂構造物等を劣化させる。
【０００３】
近年、オゾン等の酸化物を生成しない新規な帯電方式として、電界電子放出機構を利用した固体帯電器が知られている。電界電子放出を電子放出メカニズムとするものに、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｍｅｔａｌ）型、及びＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型の電子放出素子が知られている。
【０００４】
また従来、これらとは別のタイプの電子放出素子としてスピント型及びカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）型等の針形状の電子放出素子が知られている。スピント型及びＣＮＴ型の電子放出素子は素子外部の強電場を利用する。そのため、これらの電子放出素子は、気体分子の電離によるスパッタリングにより素子形状そのものが破壊され易く、低真空中での取り扱いに問題がある。
【０００５】
一方、ＭＩＭ型及びＭＩＳ型の電子放出素子は、電子放出素子内部の量子サイズ効果及び強電界を利用して電子を加速し、平面状の素子表面から電子を放出させる面放出型の電子放出素子である。これらの電子放出素子は、素子内部の電子加速層で加速した電子を外部へ放出するため、素子の外部に強電場を必要としない。そのため、ＭＩＭ型及びＭＩＳ型の電子放出素子では、気体分子の電離によるスパッタリングによる素子形状の破壊が抑制される。
【０００６】
ＭＩＭ型及びＭＩＳ型の電子放出素子はさらに、その構造ゆえに低真空中は元より大気圧中での電子放出も可能である。特に弾道電子面放出型電子源（Ｂａｌｌｉｓｔｉｃ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｕｒｆａｃｅ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ：ＢＳＤ）と呼ばれる電子源は低真空中での特性に優れる。
【０００７】
後掲の特許文献１は、弾道電子面放出型電子源を電子写真プロセスにおける帯電装置に用いた電子写真装置を開示する。
【０００８】
後掲の特許文献２は、従来のＭＩＭ型及びＭＩＳ型の電子放出素子に比べて、大気圧中での安定性を向上させた電子放出素子を開示する。特許文献２に記載の電子放出素子は、下部電極を持つ基板と導電体薄膜からなる上部電極との間に電子加速層が設けられた構造を有する。電子加速層は、導電体からなり抗酸化力が高い導電性微粒子と、この導電性微粒子より大きい絶縁体微粒子とを含む。この電子放出素子は、ＢＳＤに比べて大気圧中でのより安定した電子放出が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−１７４９４３号公報
【特許文献２】特開２００９−１４６８９１号公報
【特許文献３】特開２００２−２３４６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１及び特許文献２に開示される電子放出素子を帯電装置として稼働させる際に要する電源部は、被帯電体の帯電電位を制御するための直流（ＤＣ）バイアス電源、及び電子放出素子を駆動するための直流（ＤＣ）電源又は交流（ＡＣ）電源を含む。電子写真プロセスの帯電装置において、帯電電位に相当するＤＣバイアス電圧にＡＣ電圧を重畳する電源装置は、ローラ帯電器で一般的に用いられている。特許文献３はこうした電源装置を開示する。
【００１１】
図８を参照して、この用途に使用される電源装置は、ＤＣのバイアス電圧を出力するＤＣバイアス電源３００と、ＡＣ高圧トランスを用いたＡＣ電源３１０とを含む。直流バイアス電源３００及びＡＣ電源３１０は、負荷（ローラ帯電器３２０）に対して直列に接続される。ＤＣバイアス電源３００から出力されたバイアス電圧は、ＡＣ電源３１０からのＡＣ電圧出力（二次側）に重畳される。電源装置によって電圧が印加されたローラ帯電器３２０は、被帯電体である感光体３３０を帯電させる。
【００１２】
図９を参照して、図８に示す電源装置を、電子放出素子４００を含む帯電装置に適用する場合、電子放出素子４００の駆動電圧を出力するＡＣ電源３１０は素子と閉ループを形成し、ＤＣバイアス電源３００はループ全体にバイアスを供給する形で接続することになる。ＡＣ電源３１０はトランスで結合されるため、電子放出素子４００に印加される駆動電圧波形はＡＣ波形となる。この場合、駆動電圧波形として、矩形波、ＡＣ駆動波形のデューティー比（交流信号の１波長の長さに占める素子のＯＮ時間の百分率）制御を行なった波形、及びＤＣ波形を利用することが困難、又はできない。ＡＣ電源３１０の後段に整流回路を付加することでＤＣ波形の供給は可能となるが、同一回路でのＡＣ波形の供給はできない。
【００１３】
電子放出素子の出力調整は、駆動電圧の大きさを変更したり、交流駆動波形のデューティー比を変更したりすることによって行なうことができる。一方、電子放出素子の出力（電子放出によって生じた負極性の酸素イオンのイオン供給量）は、駆動電圧の電位差とリニアな関係にないため、駆動電圧の大きさを変更することによる電子放出素子の制御性は低い。さらに駆動電圧の大きさを変更することによる駆動電圧の上昇は素子寿命の低下を招くおそれがある。
【００１４】
したがって、従来の電源装置では、駆動電圧の大きさを変更することによって電子放出素子の出力調整が行なわれることになる。このため、出力（イオン供給量）の制御性が低く、その制御性を向上させることも困難である。従来の電源装置はさらに、素子寿命の低下を招くおそれもある。
【００１５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、本発明の１つの目的は、電子放出素子の制御性を向上させることが可能であり、かつ、素子寿命の長期化を図ることが可能な電源装置、及び電子放出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明の第１の局面に係る電源装置は、電子を放出する電子放出素子に対して電圧を出力する電源装置である。この電源装置は、電子放出素子を制御するための制御信号が入力される入力部と、入力部に入力された制御信号に基づいて電子放出素子を駆動する駆動電圧を生成して出力する出力部と、入力部と出力部とを電気的に絶縁する一方、入力部に入力された制御信号を出力部に伝達する絶縁アンプと、出力部にバイアス電圧を印加して、当該出力部をバイアス電圧でフロートするバイアス電源部とを含む。
【００１７】
入力部には、電子放出素子を制御するための制御信号が入力される。入力部に入力された制御信号は、絶縁アンプを介して出力部に伝達される。バイアス電源部は、バイアス電圧を出力することによって、出力部をバイアス電圧でフロートする。出力部の基準電位はバイアス電圧の電位となる。出力部は、入力部に入力された制御信号に基づいて電子放出素子を駆動する駆動電圧を生成して出力する。出力部はバイアス電圧でフロートされているため、バイアス電圧に駆動電圧が重畳される。すなわち、出力部はバイアス電圧に駆動電圧が重畳された電圧を出力する。本電源装置では入力部と出力部との間は絶縁アンプで繋げられている。絶縁アンプは、交流のみならず直流も伝達するため、制御信号の波形を変えることによって駆動電圧の波形を交流波形から直流波形にまで変えることができる。さらに、駆動電圧の波形を、矩形波、及び交流駆動波形のデューティー比制御を行なった波形とすることもできる。
【００１８】
上述したように、電子放出素子からのイオン供給量は、駆動電圧の電位差とリニアな関係にない。そのため、ある電位領域では電位差に対してイオン供給量が指数関数的に増加、又は減少してしまう。駆動電圧の大きさを変更することによる電子放出素子の出力調整（駆動電圧による制御）は、イオン量の供給過多、又はイオン量の供給不足が生じやすい。このため、過度に厳密な電圧操作が要求される。電子放出素子を帯電装置に利用する場合、イオン量の供給過多は帯電に寄与しない無駄なイオンを生成する。イオン量の供給不足は帯電電位不足を生じ易くする。
【００１９】
一方、電子放出素子からのイオン供給量と駆動時間とは極めて良好な比例関係にある。このため、駆動電圧値を固定してその印加時間を制御することで、容易にイオン供給量の制御が可能となる。このためには、電源装置は、素子の駆動時間と休止時間とを制御したパルス波形を供給可能に構成されているのが好ましい。本電源装置は、交流駆動波形のデューティー比制御を行なった波形の駆動電圧を出力可能であるため、デューティー比を変えることによって電子放出素子の駆動時間と休止時間とを容易に制御できる。このため、駆動電圧の波形を、交流駆動波形のデューティー比制御を行なった波形とすることによって、電子放出素子の制御性を向上できる。この場合、駆動電圧の大きさを変更することなく、電子放出素子の出力調整ができるので、駆動電圧値を固定することにより電子放出素子への負荷を軽減できる。その結果、素子寿命の長期化を図ることができる。さらに、本電源装置は、イオン供給量が適切な値となるように電子放出素子を制御できる。これにより、生成したイオンの効率的な利用が可能になる。
【００２０】
本発明の第２の局面に係る電子放出装置は、電子を放出する電子放出素子と、電子放出素子に対して電圧を出力する、上記第１の局面に係る電源装置と、電源装置に対して制御信号を出力する制御装置とを含む。
【００２１】
制御装置は、電源装置に対して制御信号を出力する。電源装置は、制御信号に応じた波形の駆動電圧を生成する。電源装置はさらに、駆動電圧にバイアス電圧が重畳された電圧を電子放出素子に印加する。駆動電圧の波形は、制御信号に応じて、交流から直流まで変えることができる。本電子放出装置は、このような電源装置を含むことによって、電子放出素子を容易に制御できる。さらに本電子放出装置は、素子寿命の長期化を図ることもできる。
【００２２】
電子放出素子は、被帯電体である感光体ドラムを帯電させる帯電装置に利用できる。
【発明の効果】
【００２３】
以上より、本発明によれば、電子放出素子の制御性を向上させることが可能であり、かつ、素子寿命の長期化を図ることが可能な電源装置、及び電子放出装置を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】電子放出素子を用いた非接触帯電システムの構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る電源装置の構成を示す図である。
【図３】電源装置に用いる絶縁アンプの構成を示す図である。
【図４】図１に示す電子放出素子の構成を示す断面図（図６の４−４線に沿った断面を示す図）である。
【図５】図１に示す電子放出素子の斜視図である。
【図６】図１に示す電子放出素子の平面図である。
【図７】電子放出素子のイオン供給量とデューティー比との関係を示す図である。
【図８】帯電装置にローラ帯電器を用いた場合の電源の構成を示す図（ローラ帯電方式の構成図）である。
【図９】帯電装置に電子放出素子を用いた場合の電源の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下の実施の形態では、同一の部品には同一の参照番号を付してある。それらの機能及び名称も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。以下では、空間中に電荷を発生させる電荷発生素子である電子放出素子を用いた非接触帯電システムの電源装置に本発明を適用した例について説明する。
【００２６】
（構成）
図１を参照して、本発明の一実施の形態に係る非接触帯電システム２０は、電子写真方式の画像形成装置（図示せず。）内に設けられる。この非接触帯電システム２０は、電子を放出する電子放出装置３０及び被帯電体である感光体ドラム４０を含む。電子放出装置３０は、電子を放出する電子放出素子２００、電子放出素子２００に電圧を印加する電源装置１００、及び電源装置１００を制御する制御装置５０を含む。電子放出素子２００は、感光体ドラム４０を帯電させる帯電装置に用いられる。この電子放出素子２００は、電子を放出することによって生じた負極性の酸素イオンを感光体ドラム４０に供給する。すなわち、電子放出素子２００は、感光体ドラム４０を帯電させるためのイオンを供給するイオン供給源として機能する。
【００２７】
本実施の形態に係る電源装置１００は、電子放出素子２００全体を負極性のバイアス電圧となる高電圧でフロートし、素子駆動電圧である低電圧をバイアス電圧に重畳する。電子放出装置３０（電源装置１００）は電子放出素子２００を駆動させることによって感光体ドラム４０にイオンを供給し、感光体ドラム４０を帯電させる。電源装置１００及び電子放出素子２００の詳細については後述する。
【００２８】
感光体ドラム４０は、電子写真プロセスにおいて像担持体として機能する。感光体ドラム４０は、一方向に回転し、その表面は、図示しないクリーニング装置と除電装置によりクリーニングされた後、電子放出素子２００（帯電装置）により均一に帯電する。
【００２９】
制御装置５０は、制御中枢となるＣＰＵ５２を含む。制御装置５０はさらに、デジタル−アナログ出力ポートであるＤ／Ａポート５４、及びアナログ−デジタル出力ポートであるＡ／Ｄポート５６を含む。制御装置５０は、Ｄ／Ａポート５４を介して制御信号（「駆動信号」ともいう。）を出力し、Ａ／Ｄポート５６を介してＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）信号を出力する。
【００３０】
画像形成装置のその他の構成は従来と同様であるためその説明は省略する。
【００３１】
《電源装置１００の構成》
図２を参照して、電源装置１００は駆動回路１０２を含む。駆動回路１０２（電源装置１００）は、Ｄ／Ａポート５４から出力された制御信号が入力される入力部１１０と、電子放出素子２００を駆動する駆動電圧を出力する出力部１３０と、絶縁アンプ１８０と、直流バイアス電圧を出力するバイアス電源部１９０とを含む。絶縁アンプ１８０は、入力部１１０と出力部１３０との間を電気的に絶縁する一方、入力部１１０に入力された制御信号を出力部１３０に伝達する。
【００３２】
入力部１１０は保護回路１２０を含む。保護回路１２０は、電流方向を制限するダイオード１２２及び１２４、並びに、保護抵抗１２６及び１２８を含む。保護抵抗１２６の抵抗値は例えば４．３ｋΩであり、保護抵抗１２８の抵抗値は例えば１ｋΩである。保護回路１２０は、絶縁アンプ１８０の一次側（入力側）に接続されている。
【００３３】
出力部１３０は、バッファ回路１４０及び反転増幅回路１６０を含む。バッファ回路１４０は等倍のアンプであり、抵抗１４２、１４４、１４６及び１４８、並びにオペアンプ１５０を含む。抵抗１４２、抵抗１４４及び抵抗１４６の抵抗値はそれぞれ例えば１０ｋΩであり、抵抗１４８の抵抗値は例えば５．１ｋΩである。反転増幅回路１６０は、増幅率を決める抵抗１６２、１６４及び１６６、並びにオペアンプ１６８を含む。抵抗１６２の抵抗値は例えば２０ｋΩであり、抵抗１６４の抵抗値は例えば５１ｋΩである。抵抗１６６の抵抗値は例えば５．１ｋΩである。反転増幅回路１６０はさらに、増幅信号のゼロ点調整のための抵抗１７０及び１７２を含む。抵抗１７０の抵抗値は例えば５．１ｋΩであり、抵抗１７２の抵抗値は例えば１０ｋΩである。オペアンプ１６８の反転入力端子にはコンデンサ１７４が接続されている。コンデンサ１７４の容量は例えば０．１μＦである。バッファ回路１４０は、絶縁アンプ１８０の二次側（出力側）に接続されており、反転増幅回路１６０は、バッファ回路１４０に接続されている。
【００３４】
バイアス電源部１９０は帯電制御電圧用の電源である。バイアス電源部１９０はＤＣ高圧発生回路（高電圧バイアス回路）からなる。このバイアス電源部１９０は、スイッチング素子であるトランジスタ１９２、昇圧トランス１９４、及び昇圧トランス１９４の二次側出力を整流平滑する整流平滑回路１９６を含む。整流平滑回路１９６は、ダイオード１９６ａ及びコンデンサ１９６ｂを含む。バイアス電源部１９０は、コンデンサ１９６ｂと並列に接続されるブリーダ抵抗１９８をさらに含む。ブリーダ抵抗１９８の抵抗値は例えば１ｋΩである。トランジスタ１９２のベースには、Ａ／Ｄポート５６から出力されたＰＷＭ信号が入力される。トランジスタ１９２はＰＷＭデューティーに応じてスイッチングを行なう。ＰＷＭ信号の駆動周波数は例えば２０ｋＨｚである。バイアス電源部１９０は、ＰＷＭ信号のデューティーを変調することにより例えばＤＣ−５００Ｖ〜−８００Ｖの定電圧（バイアス電圧）を出力する。
【００３５】
バイアス電源部１９０（ＤＣ高圧発生回路）は、帯電制御電圧となるバイアス電圧を出力部１３０に印加することにより、出力部１３０をバイアス電圧でフロートする。このとき、電子放出素子２００を含む、一点鎖線１０４で囲まれた二次側全体が負極性のバイアス電圧（帯電制御電圧）でフロートした状態となる。すなわち、絶縁アンプ１８０の二次側の基準電位が、帯電制御電圧でフロートされる。バイアス電源部１９０は、帯電制御電圧となるバイアス電圧を出力することにより、被帯電体となる感光体ドラム４０の帯電電位を制御する。
【００３６】
図３を参照して、絶縁アンプ１８０は、一次側（入力側）及び二次側（出力側）にそれぞれ４つの端子が設けられている。絶縁アンプ１８０の一次側と二次側とは絶縁されている。絶縁アンプ１８０には増幅機能は特に必要がなく、一次側と二次側との絶縁耐圧及び信号周波数帯域以上の十分な帯域を有することが望まれる。絶縁耐圧については、二次側で要する高電圧が被帯電体である感光体ドラム４０の帯電制御電圧となるため、本実施の形態では、絶縁アンプ１８０の絶縁耐圧は８００Ｖ程度を必要とする。周波数帯域は、例えば５ｋＨｚの矩形波に対してデューティー制御を行なう場合、５０ｋＨｚ程度あれば十分である。
【００３７】
絶縁アンプ１８０の絶縁方法はトランスによって行なわれるものと、電圧―光変換を通して行なわれるものとがある。どちらの方法も、一次側に入力した信号はトランスを用いた場合、数百ｋＨｚ程度の変調をかけられて二次側に伝達されるため、伝送波形は正弦波である必要がなく、ＤＣ〜製品の許容帯域まで取り扱い可能である。
【００３８】
再び図２を参照して、電源装置１００の駆動回路１０２は＋２４Ｖの外部電源（図示せず。）で稼働される。絶縁アンプ１８０、及び一部のオペアンプの駆動電源である±５Ｖ、並びに増幅段オペアンプ１６８の−２４Ｖ等は、図示しないＤＣ−ＤＣコンバータで生成される。このとき、絶縁アンプ１８０の二次側へ電力を供給するＤＣ−ＤＣコンバータは、基準電位が帯電制御電圧でフロートされるため、アイソレーションタイプのものを使用するのが好ましい。
【００３９】
絶縁アンプ１８０の一次側のＶｉｎ＋は、保護回路１２０と接続されている。絶縁アンプ１８０の二次側のＶｏｕｔ＋は、抵抗１４６を介してオペアンプ１５０（バッファ回路１４０のオペアンプ）の非反転入力端子に接続されており、絶縁アンプ１８０の二次側のＶｏｕｔ−は、抵抗１４４を介してオペアンプ１５０（バッファ回路１４０のオペアンプ）の反転入力端子に接続されている。オペアンプ１５０の出力端子は、抵抗１６６を介して増幅段（反転増幅回路１６０）のオペアンプ１６８の反転入力端子に接続されている。
【００４０】
増幅段のオペアンプ１６８は、−２４Ｖ及び＋５Ｖの電源と接続されており、±５Ｖのオフセット調整を備えることで、０〜−２０Ｖの振幅からなる駆動信号出力を確保している。
【００４１】
《電子放出素子２００の構成》
図４を参照して、電子放出素子２００は、下部電極となる電極基板２１０と導電体薄膜からなる上部電極との間に微粒子層２３０（「電子加速層」ともいう。）が設けられた構造を有する。電極基板２１０は、支持体となる基板２１２と、基板２１２上に形成された下電極層２１４とを含む。基板２１２は所定の厚みを有する絶縁体基板からなる。絶縁体基板には例えばガラス基板を用いることができる。図５を参照して、基板２１２（電極基板２１０）はまた、電子写真プロセスの帯電装置として利用する目的から細長い板形状に形成されている。図６を参照して、基板２１２の具体的な寸法は、例えば３１０ｍｍ×１０ｍｍ（長さＬが３１０ｍｍ、幅Ｗが１０ｍｍ）である。
【００４２】
再び図４を参照して、下電極層２１４は、基板２１２の上面上の略全面に形成されている。基板２１２上に形成される下電極層２１４は、基板２１２上に形成された、銅からなる厚膜層（図示せず。）と、厚膜層上に形成された、高融点金属からなる薄膜層（図示せず。）とを含む。すなわち、下電極層２１４は、基板２１２上に、厚膜層及び薄膜層が順に積層された積層構造を有する。厚膜層の膜厚は、消費電力に対する耐圧を保持するために、数１００ｎｍ以上であるのが好ましい。より好ましくは、厚膜層の膜厚は例えば約３００ｎｍである。薄膜層は、銅からなる厚膜層を酸化から守る保護層となる。薄膜層はさらに、素子駆動時の銅原子の移動を抑制する。この薄膜層は、例えばクロム、モリブデン、又はチタン等の高融点金属を用いて形成されているのが好ましい。薄膜層の好ましい膜厚は、例えば約５０ｎｍである。
【００４３】
下電極層２１４上には絶縁層２２０が形成されている。この絶縁層２２０は、電子放出点となる貫通孔２２２を有している。下電極層２１４の表面の一部はこの貫通孔２２２を介して微粒子層２３０と接している。電子放出点となる貫通孔２２２の大きさ、形成位置及び数は、電子放出量（イオン供給総量）を決定するパラメータとなる。これらの値は、実験によって決定できる。本実施の形態では、実験結果より、貫通孔２２２の開口直径が４０μｍ、隣接する開口部（貫通孔２２２）との間隔が１００μｍ、貫通孔２２２の総数が約１２万点とされている。電子放出点となる貫通孔２２２はまた、電極基板２１０の長手方向に整列されている。
【００４４】
絶縁層２２０は、電気的絶縁性能、耐熱性、表面硬度、及び任意のパターン形成処理の容易さから、アクリル樹脂から形成されているのが好ましい。アクリル樹脂は、例えば感光性アクリル樹脂である。感光性アクリル樹脂のベースポリマーは、メタクリル酸とグリシジルメタクリレートとのポリマーであり、感光剤としてナフトキシジアジド系ポジ型感光剤を含む。絶縁層２２０の膜厚は１μｍ程度である。絶縁層２２０の膜厚は微粒子層２３０の形成のし易さを考慮して、微粒子層２３０の膜厚の２倍程度に設定される。例えば、絶縁層２２０をアクリル樹脂から形成した場合、絶縁層２２０の膜厚が１μｍよりも大きくなると、スピンコート法によって膜厚５００μｍ以下の微粒子層２３０を形成しようとする時に、貫通孔２２２部位の微粒子層が均一に仕上がらなくなるおそれがある。一方、絶縁層２２０の膜厚が１μｍより小さくなると、絶縁層２２０の絶縁性が低下して、電子放出素子２００に必要な駆動電圧を印加できなくなるおそれがある。
【００４５】
絶縁層２２０上には微粒子層２３０が形成されている。微粒子層２３０は、導電体からなる抗酸化作用が強い導電性微粒子２３２、導電性微粒子２３２よりも大きい絶縁体物質（絶縁性微粒子２３４）、及びそれらを固着する結着樹脂２３６を含む。これらの微粒子はいずれもナノサイズの微粒子である。絶縁性微粒子２３４は、例えば二酸化ケイ素（略称「シリカ」、以下「ＳｉＯ２」と呼ぶ。）から形成されるシリカ微粒子である。絶縁性微粒子２３４は、電子トラップとして機能する表面準位を有する。
【００４６】
絶縁性微粒子２３４の平均粒径は例えば５０ｎｍである。ここで、平均粒径は、電子顕微鏡で撮影した所定の個数の各粒子における、円相当径の算術平均値である。絶縁性微粒子２３４は、平均粒径が１０ｎｍ〜１０００ｎｍであるものが好ましく、１０ｎｍ〜２００ｎｍであるものがより好ましい。絶縁性微粒子２３４は、粒径の分散状態が平均粒径に対してブロードであってもよく、例えば平均粒径５０ｎｍの微粒子は、２０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲にその粒径が広く分布していても問題ない。このような分散状態でも、絶縁性微粒子２３４の粒径が上述した平均粒径の範囲を満たせばよい。
【００４７】
絶縁性微粒子２３４の平均粒径が１０ｎｍよりも小さいと、粒子間に働く力が強いために粒子が凝集し易くなり、微粒子層２３０中での分散が困難になり易い。一方、絶縁性微粒子２３４の平均粒径が１０００ｎｍよりも大きいと、分散性は良いものの、薄膜に形成される微粒子層２３０の空隙が大きくなり、微粒子層２３０の抵抗の調整が困難になり易い。そのため平均粒径は上述した範囲であるのが好ましい。
【００４８】
微粒子層２３０の表面には、絶縁性微粒子２３４によって凹凸が形成される場合がある。微粒子層２３０の表面の凹凸は、微粒子層２３０に形成される電界強度を不均一にする。特に、微粒子層２３０の表面の凹部は、局所的な強電界の部分を形成するので、導電路が集中してしまう傾向がある。この状態が顕著な場合、電子放出点が凹部に集中し、電子放出を面状に維持することが困難となる。こうした現象を緩和させるために、絶縁性微粒子２３４の平均粒径は２００ｎｍよりも小さいことが好ましい。
【００４９】
導電性微粒子２３２は、例えば銀から形成される。導電性微粒子２３２の平均粒径は、例えば１０ｎｍである。導電性微粒子２３２としては、微粒子層２３０の導電性を制御するために、絶縁性微粒子２３４の平均粒径よりも小さい平均粒径のものが用いられる。したがって、導電性微粒子２３２の平均粒径は、３ｎｍ〜２０ｎｍであるのが好ましい。導電性微粒子２３２の平均粒径を、絶縁性微粒子２３４の平均粒径よりも小さくすることによって、微粒子層２３０内で導電性微粒子２３２による導電パスが形成されず、微粒子層２３０内での絶縁破壊が起こり難くなる。導電性微粒子２３２の平均粒径が３ｎｍより小さい場合、凝集力が強すぎるために粒径を維持することが困難となる。平均粒径の上限を２０ｎｍとしているのは、製造工程からの制限である。具体的には、導電性微粒子２３２の粒径があまりに大きいと、絶縁性微粒子２３４であるシリカ微粒子との質量差から、成膜時に導電性微粒子２３２が沈降し、導電性微粒子２３２の分散状態を維持することが困難となる。
【００５０】
微粒子層２３０は、絶縁性微粒子２３４と導電性微粒子２３２とが、結着樹脂材であるシリコーン樹脂で固着されている。シリコーン樹脂は、微粒子層２３０の機械的強度を向上させる機能に加えて撥水機能を有する。そのため、水分子の微粒子層２３０への付着を抑制できる。大気中での電気抵抗が安定するため、湿度変動を伴う大気中でも電子放出素子２００を安定して駆動できる。シリコーン樹脂としては、例えば、東レ・ダウコーニング・シリコン株式会社製の室温・湿気硬化タイプのＳＲ２４１１、２４４１シリコーン樹脂が有用である。
【００５１】
微粒子層２３０の膜厚は３００ｎｍ〜５００ｎｍである。この膜厚は、微粒子層２３０に電流路を形成するための通電処理、いわゆるフォーミングという前処理に要する電力量によって制限される。本来絶縁体として振舞う微粒子層２３０は、気温２５℃、相対湿度２０〜６０％の大気中でゆっくりとした昇圧速度で電圧を印加することで、電流が生じるようになる。これがフォーミングと呼ばれる処理である。この処理が済んだ電子放出素子２００は、必要な電圧を印加することで電子を放出することが可能となる。微粒子層２３０の膜厚によってフォーミングに要する電圧値及び電流値は異なる。具体的には、ある所望の電子放出出力（イオン供給量）を得るまでに要するフォーミング条件において、膜厚の増加と、素子内に形成される電界強度及び素子で消費される電力量とが比例関係にある。このため、膜厚が増加する程、フォーミング時に電界及びジュール熱に起因した素子の破壊が生じ易くなる傾向にある。
【００５２】
微粒子層２３０の膜厚別のフォーミング特性評価により、微粒子層２３０の膜厚が５００ｎｍ以下であれば、フォーミング時の破壊を避けられる結果が得られている。膜厚３００ｎｍという下限値は、現状のスピンコート法による下限値である。微粒子層２３０はより薄く形成する工夫を施すことで、さらなる性能の向上が望めると考えられる。
【００５３】
微粒子層２３０の上には、薄膜電極からなる上電極層２４０が積層されている。上電極層２４０は電子放出素子２００の上部電極として機能する。上電極層２４０を構成する材料は、電極としての機能と大気中での坑酸化機能とを有する材料であればよく、例えば金又はパラジウム等からなる金属膜が好ましい。上電極層２４０の膜厚は、電子放出点から外部へ電子を効率よく放出させるための条件として重要なパラメータである。この膜厚は、１５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であることが好ましい。上電極層２４０の膜厚が１５ｎｍよりも小さいと、導電性を保持できなくなるおそれがある。この理由として、微粒子層２３０の表面の凹凸が１５ｎｍを遥かに超えるためと考えられる。上電極層２４０の膜厚が１００ｎｍより大きいと、電子放出量が極端に減少してしまう。電子放出量の減少は、上電極層２４０が電子を吸収又は反射することにより、電子の放出効率を低下させるためであると考えられる。
【００５４】
上電極層２４０上にはバス配線２５０が形成されている。図５及び図６を参照して、このバス配線２５０は、基板２１２（電極基板２１０）の長手方向において、絶縁層２２０の貫通孔２２２に被らないように上電極層２４０全体に亘って設けられる。バス配線２５０の幅は、例えば１０μｍ〜５０μｍである。バス配線２５０の膜厚は、例えば５００ｎｍ〜１０００ｎｍである。その材料は、上電極層２４０と同様、金又はパラジウム等からなる金属膜であるのが好ましい。
【００５５】
電子放出素子２００は、一方向に延びる細長い板形状の電極基板２１０を用いることによって、電極基板２１０と同様の形状に形成されている。すなわち、電子放出素子２００は、例えば３１０ｍｍ×１０ｍｍの細長い板形状を有している。
【００５６】
図５を参照して、電子放出素子２００の長手方向の端部には、電気供給点である上電極端子２６０及び下電極端子２７０が設けられている。上電極端子２６０は、バス配線２５０を介して上電極層２４０と電気的に接続されている。下電極端子２７０は、電極基板２１０の下電極層２１４と電気的に接続されている。
【００５７】
なお、電子放出素子２００にバス配線２５０を設けることによって、電子放出素子２００の上電極層２４０で生じる電圧降下を抑制できる。１００ｎｍ以下の薄膜で構成される上電極層２４０は、導電材料で形成されているとはいえ抵抗値が高い。そのため、上電極層２４０は、電流量の増加に比例して電位降下を生じてしまう。電子放出素子２００は、電子放出点が電極基板２１０の長手方向に整列した構造であるため、電子放出素子２００の長手方向で電位降下が発生し易い。そのため、電極基板２１０の端部に設けられた、上電極層２４０への上電極端子２６０及び下電極端子２７０から遠い部分では、十分な電圧が掛らず電子放出量の低下（ばらつき）が生じてしまう。これを防止するためにバス配線２５０が設けられる。
【００５８】
図４を参照して、このように構成される電子放出素子２００において、下電極層２１４（下部電極）と上電極層２４０（上部電極）との間に、上電極層２４０が正極電位となるように電圧が印加されると、下電極層２１４から供給される電子が微粒子層２３０を通過して上電極層２４０へ移動する際に、当該電子に何らかのエネルギーが与えられて電子が上電極層２４０から外部の空間へ放出される。電子の放出によって負極性の酸素イオンが生じ、このイオンが感光体ドラム４０に供給される。
【００５９】
電子放出に至る物理現象については、現時点で不明な点が多く推測の域を出ないが、微粒子層２３０を流れる電流によるジュール熱と、微粒子層２３０内に形成される局所的な強電界領域とが関わっていると予想される。
【００６０】
一般的に、電子が固体内部から外部へ放出される物理機構として、熱電子放出、光電子放出、電界電子放出、及び二次電子放出等が知られている。熱電子放出は、フェルミ準位（ゼロＫで電子が充たされている準位）と真空準位とのエネルギー障壁に相当するエネルギー（仕事関数）を熱により与えることで電子を真空中へ放出させる現象である。電界電子放出（冷電界電子放出）は、金属表面と真空との間に形成される電界強度を１×１０９Ｖ／ｍ程度とし、エネルギー障壁を非常に薄くすることで、室温程度でもトンネル効果により電子を真空中へ放出させる現象である。この熱電子放出と電界電子放出とが混交した現象は熱電界放出と呼ばれ、電子放出素子の電子放出機構として最も妥当な機構と考えられる。すなわち、ジュール熱による見かけの仕事関数の低下と、強電界によるエネルギー障壁の低下及びトンネル現象とが合わさって、電子放出に至ると考えられる。
【００６１】
なお、本実施の形態において、電子放出素子２００の３１０ｍｍという長さは、電子写真プロセスの感光体ドラム４０の幅から、１０ｍｍという幅は、感光体ドラム４０の表面が電子放出素子２００を通過する時間から決定される。例えば、感光体ドラム４０が２２５ｍｍ／ｓｅｃの表面速度で回転する場合、紙送り方向（ドラム回転方向）に１０ｍｍ幅を有する電子放出素子２００は、約４４ｍｓｅｃ（＝１０［ｍｍ］／２２５［ｍｍ／ｓ］）の間イオンの供給を行なうことができる。すなわち、感光体ドラム表面のある位置が電子放出素子２００を通過する時間は約４４ｍｓｅｃであり、この間に感光体ドラム４０の表面の当該位置にイオンを堆積させることができる。感光体ドラム４０は一定の速度で回転しているため、感光体ドラム４０の表面が均一に帯電される。
【００６２】
（動作）
本実施の形態に係る非接触帯電システム２０は以下のように動作する。
【００６３】
電源装置１００は増幅器であるため、入力された制御信号の波形と同様の波形の駆動信号電圧（駆動電圧）を出力する。すなわち、電源装置１００は、矩形波の制御信号が入力されると、矩形波の駆動電圧を出力する。電源装置１００はまた、ＡＣ波形が入力されるとＡＣ波形の駆動電圧を出力し、ＤＣ波形が入力されるとＤＣ波形の駆動電圧を出力する。以下では、制御信号として矩形波の信号（ＰＷＭ信号）が電源装置１００に入力される場合について説明する。
【００６４】
図１を参照して、制御装置５０は、デジタル−アナログ出力ポートであるＤ／Ａポート５４から電子放出素子２００の駆動電圧の１／１０の波高値となる制御信号（駆動信号）を電源装置１００に出力する。Ｄ／Ａポート５４から出力された制御信号は電源装置１００の入力部１１０に入力される。制御装置５０はまた、アナログ−デジタル出力ポートであるＡ／Ｄポート５６からバイアス電源部１９０を駆動するためのＰＷＭ信号を出力する。
【００６５】
図２を参照して、バイアス電源部１９０を駆動するＰＷＭ信号がトランジスタ１９２のベースに入力されると、トランジスタ１９２はスイッチング動作を実行する。トランジスタ１９２のスイッチング動作によって、昇圧トランス１９４がオンオフする。昇圧トランス１９４は、このオンオフ動作によって当該昇圧トランス１９４に入力された電圧を昇圧する。昇圧トランス１９４によって昇圧された電圧は整流平滑回路１９６で整流及び平滑化され、ＤＣバイアス電圧として出力される。バイアス電源部１９０は、バイアス電圧を電源装置１００の出力部１３０に印加し、一点鎖線１０４で囲まれた二次側全体を負極性のバイアス電圧（帯電制御電圧）でフロートする。これにより、絶縁アンプ１８０の二次側の基準電位が帯電制御電圧でフロートされる。
【００６６】
電源装置１００に入力された制御信号は、保護回路１２０を介して絶縁アンプ１８０の一次側に入力される。本実施の形態では、絶縁アンプ１８０の一次側に入力される制御信号は、例えば０Ｖ〜＋２Ｖの振幅とされる。絶縁アンプ１８０の一次側に入力された制御信号は、絶縁アンプ１８０の二次側に伝達される。電源装置１００の出力部１３０は、バイアス電源部１９０のバイアス電圧によって高電圧にフロートした状態にある。そのため、絶縁アンプ１８０の出力も高電圧にフロートした状態になる。絶縁アンプ１８０の出力は、バッファ回路１４０を介して反転増幅回路１６０に入力され、所望の極性と所望の電圧値とに増幅される。具体的には、絶縁アンプ１８０の二次側の出力は、後段のバッファ回路１４０、及び反転増幅回路１６０を介して例えば０Ｖ〜−２０Ｖの振幅からなる駆動信号電圧となり、電子放出素子２００の下電極層２１４（図４参照）へ供給される。
【００６７】
絶縁アンプ１８０の二次側の基準電位は帯電制御電圧でフロートされているため、電源装置１００は、制御信号を増幅した駆動電圧に帯電制御電圧を重畳した電圧を出力する。制御信号を増幅した駆動電圧は、制御信号と同様、矩形波（パルス波）であり、制御信号のデューティー比を変えることによって駆動電圧のデューティー比が変更される。
【００６８】
図４を参照して、電源装置１００は、電子放出素子２００の下電極層２１４と上電極層２４０との間に、上電極層２４０が正極電位となるように電圧を印加する。電子放出素子２００は、下電極層２１４から供給（放出）される電子を微粒子層２３０で加速し、上電極層２４０から外部の空間へ電子を放出する。図１を参照して、電子の放出によって負極性の酸素イオンが生じ、このイオンが感光体ドラム４０に供給される。
【００６９】
制御装置５０は、矩形波（パルス波）からなる制御信号のデューティー比を変えることにより、電子放出素子２００から得られるイオン供給量を制御できる。非接触帯電システム２０は、電子放出素子２００のイオン供給量を精度よく制御して、感光体ドラム４０を帯電できる。
【００７０】
（本実施の形態の効果）
以上の説明から明らかなように、本実施の形態に係る非接触帯電システム２０（電源装置１００）を利用することにより、以下に述べる効果を奏する。
【００７１】
電源装置１００の入力部１１０には、電子放出素子２００を制御するための制御信号が入力される。入力部１１０に入力された制御信号は、絶縁アンプ１８０を介して出力部１３０に伝達される。バイアス電源部１９０は、バイアス電圧を出力することによって、出力部１３０をバイアス電圧でフロートする。出力部１３０の基準電位はバイアス電圧の電位となる。出力部１３０は、入力部１１０に入力された制御信号に基づいて電子放出素子２００を駆動する駆動電圧を生成して出力する。出力部１３０はバイアス電圧でフロートされているため、バイアス電圧に駆動電圧が重畳される。すなわち、出力部１３０はバイアス電圧に駆動電圧が重畳された電圧を出力する。
【００７２】
電源装置１００は、制御信号が入力される入力部１１０と、その制御信号を増幅し、素子の駆動電圧として、帯電制御電圧となるＤＣ高電圧に重畳する出力部１３０との間が絶縁アンプ１８０で繋げられている。絶縁アンプ１８０は、交流のみならず直流も伝達するため、制御信号の波形を変えることによって駆動電圧の波形を交流波形から直流波形にまで変えることができる。さらに、駆動電圧の波形を、矩形波、及び交流駆動波形のデューティー比制御を行なった波形とすることもできる。
【００７３】
一般に、電子放出素子の出力調整は、駆動電圧の大きさ（駆動電圧値）を変更したり、交流駆動波形のデューティー比を変更したりすることによって行なうことができる。しかし、電子放出素子からのイオン供給量は、駆動電圧の電位差とリニアな関係にないため、ある電位領域では電位差に対してイオン供給量が指数関数的に増加、又は減少してしまう。駆動電圧の大きさを変更することによる電子放出素子の出力調整（駆動電圧による制御）は、イオン量の供給過多、又はイオン量の供給不足が生じやすい。このため、駆動電圧値の変更による電子放出素子の出力調整は、過度に厳密な電圧操作が要求される。電子放出素子を帯電装置に利用する場合、イオン量の供給過多は帯電に寄与しない無駄なイオンを生成する。逆にイオン量の供給不足は帯電電位不足を生じ易くする。さらに、駆動電圧の上昇は、電子放出素子の特に表面電極の破壊を生じ易くする。
【００７４】
一方、電子放出素子を帯電装置として利用する場合、電子放出によって生じた負極性の酸素イオンの移動速度が駆動周波数に比べて遅いため、交流駆動波形のデューティー比を変える出力制御方法が、生じたイオンの利用効率性、出力の制御性及び素子寿命の長期化に取って望ましい。さらに、電子放出素子からのイオン供給量と駆動時間とは極めて良好な比例関係にあるため、駆動電圧値を固定し、その印加時間を制御することで、容易にイオン供給量の制御が可能となる。このためには、素子の駆動時間と休止時間とを制御したパルス波形を供給可能な駆動電源が必要となる。
【００７５】
それ故、電子放出素子を帯電装置として実際に利用するには、交流駆動波形のデューティー比が１：１以外の条件にも追従し、直流波形までも取り扱い可能な駆動電源部と、素子及び駆動電源部を、被帯電体の帯電電位を制御するための直流バイアス電圧でフロートさせるバイアス電源部からなる電源装置が必要となる。
【００７６】
こうした電源装置は、本実施の形態に係る電源装置１００によって容易に実現できる。電源装置１００は、交流駆動波形のデューティー比制御を行なった波形の駆動電圧を出力可能であるため、デューティー比を変えることによって電子放出素子２００の駆動時間と休止時間とを容易に制御できる。このため、駆動電圧の波形を、交流駆動波形のデューティー比制御を行なった波形とすることによって、電子放出素子２００の制御性を向上できる。この場合、駆動電圧の大きさを変更することなく、電子放出素子２００の出力調整ができるので、駆動電圧値（波高値）を固定することにより電子放出素子２００への負荷を軽減できる。その結果、素子寿命の長期化を図ることができる。さらに、本電源装置１００は、イオン供給量が適切な値となるように電子放出素子２００を制御できる。これにより、生成したイオンの効率的な利用が可能になる。
【００７７】
さらに、電源装置１００は、電子放出素子２００から得られるイオン供給量を制御するために、素子の駆動電圧波形として交流電圧波形から直流電圧波形まで使用することができる。電源装置１００はさらに、交流電圧波形として、デューティー比の変更を伴った矩形波を使用することにより、イオン供給量を精度よく制御できる。
【００７８】
−実施例−
本実施の形態と同様の構成からなる電子放出素子及び電源装置を用いて、パルス波形のデューティー制御を行なったときのイオン供給量の計測を行なった。パルス波形は波高値−１７．０Ｖの矩形波とし、パルス中の素子駆動時間（ＯＮデューティー）を３０％、５０％、７５％、１００％（ＤＣ）とした時のイオン供給量の計測結果をテーブル１及び図７に示す。イオンの回収電極と電子放出素子との間は１ｍｍとし、８００Ｖの電位差を持つように設置した。
【００７９】
【表１】
2014211558.tif 000003
【００８０】
テーブル１及び図７を参照して、ＯＮデューティーが小さい領域では、電子放出素子の出力が若干小さくなる傾向にあるが、デューティー比とイオン回収量とはほぼ比例関係にあることが理解できる。感光体ドラムの帯電電位を制御する際、ＯＮデューティー５０％のパルス波（矩形波）を基本に駆動することで、出力を１／２〜２倍までの範囲でリニアに出力調整可能となる。
【００８１】
これより、本実施の形態に係る電源装置を用いることによって、電子放出素子の駆動時間と休止時間とを制御したデューティー比の変更を伴った波形を利用した供給イオン量の制御が可能となるため、生成したイオンの効率的な利用が可能となることが確認された。加えて、電子放出素子への負荷軽減の結果、素子寿命の長期化といった効果が得られることも確認された。
【００８２】
（変形例）
上記実施の形態では、画像形成装置内に設けられる非接触帯電システムの電源装置に本発明を適用した例を示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。電子放出素子を駆動する電源装置であれば、非接触帯電システムの電源装置以外の電源装置に本発明を適用してもよい。
【００８３】
上記実施の形態において、電源装置の絶縁アンプは増幅機能を有する構成、及び増幅機能を有さない構成のいずれであってもよい。
【００８４】
上記実施の形態では、電子放出素子の電極基板にガラス基板からなる絶縁体基板を用いた例を示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。電極基板には、ガラス基板以外に例えばプラスティック基板等を用いることもできる。
【００８５】
上記実施の形態では、電子放出素子の電極基板に、絶縁体基板上に電極層を形成した基板を用いた例を示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。電極基板には、例えば導電性の基板を用いることもできる。
【００８６】
電子放出素子において、下部電極となる基板（電極基板）は、当該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、その表面に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。電子放出素子の基板としては、例えばＳＵＳ、Ｔｉ、Ｃｕ等の金属基板、Ｓｉ、Ｇｅ、及び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。上記実施の形態で示したように、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、電子加速層（微粒子層）と基板との界面に、金属等の導電性物質を電極として付着さることによって、下電極層を有する電極基板として用いることができる。
【００８７】
上記実施の形態では、電極基板の下電極層を銅から構成した例を示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。下電極層は、銅以外の導電性物質で構成されていてもよい。なお、電極面として利用する導電性物質としては、抵抗の小さな金属を厚膜で構成するのが好ましく、特に、数１００ｎｍ以上の膜厚を有した銅を使用するのが好ましい。この場合、素子駆動時の銅原子の移動を抑制するために、クロム、モリブデン等の高融点金属の薄膜を、銅層の上に積層させることが好ましい。具体的には、チタン、クロム、モリブデン等からなる５０ｎｍの薄膜、及び膜厚３００ｎｍの銅層から成る下電極層、そして基板層という順で積層形成されることが好ましい。
【００８８】
上記実施の形態では、電子放出素子の微粒子層の絶縁性微粒子にシリカ微粒子を用いた例を示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。絶縁性微粒子の材料は、絶縁性を有し、かつ、電子トラップとして機能する適当な表面準位を有する材料であればよい。例えば、ＳｉＯ２のほか、酸化アルミニウム（以下「Ａｌ２Ｏ３」と呼ぶ。）及び二酸化チタン（以下「ＴｉＯ２」と呼ぶ。）からなる材料を主成分とするものを用いることもできる。ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、及びＴｉＯ２のような絶縁性が高い材料であれば、微粒子層の抵抗値を所望の値に調整することが容易となる。また、これらの酸化物を用いることで、酸化が生じ難い電子放出素子を容易に実現できる。
【００８９】
絶縁性微粒子による電子トラップはエネルギー障壁となり、電界電子放出の種になると考えられる。よって、絶縁性微粒子の材料としては、非晶質の構造を有しているものが好ましい。そのため、絶縁性微粒子として、例えばキャボット社のヒュームドシリカＣ４１３等の非晶質の絶縁性微粒子を利用するのが好ましい。
【００９０】
上記実施の形態では、微粒子層の導電性微粒子に銀からなる導電性微粒子を用いた例を示したが、本発明はそのような実施の形態に限定されない。導電性微粒子は銀以外の導電性物質から構成されていてもよい。導電性微粒子は電子放出素子が大気中で酸化して劣化するのを防ぐために、貴金属を用いて形成されるのが好ましい。例えば、導電性微粒子は、銀のほか、金、白金、パラジウム、又はニッケルを主成分とする金属材料から形成するのが好ましい。導電性微粒子は、公知の微粒子製造技術であるスパッタ法、又は噴霧加熱法を用いて形成可能である。さらに導電性微粒子として、例えば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を利用可能である。
【００９１】
本電源装置によって駆動される電子放出素子は、上記実施の形態で示した構成以外の構成であってもよい。
【００９２】
（１）本発明の第１の局面に係る電源装置１００は、電子を放出する電子放出素子２００に対して電圧を出力する電源装置である。この電源装置１００は、電子放出素子２００を制御するための制御信号が入力される入力部１１０と、入力部１１０に入力された制御信号に基づいて電子放出素子２００を駆動する駆動電圧を生成して出力する出力部１３０と、入力部１１０と出力部１３０とを電気的に絶縁する一方、入力部１１０に入力された制御信号を出力部１３０に伝達する絶縁アンプ１８０と、出力部１３０にバイアス電圧を印加して、当該出力部１３０をバイアス電圧でフロートするバイアス電源部１９０とを含む。
【００９３】
入力部１１０には、電子放出素子２００を制御するための制御信号が入力される。入力部１１０に入力された制御信号は、絶縁アンプ１８０を介して出力部１３０に伝達される。バイアス電源部１９０は、バイアス電圧を出力することによって、出力部１３０をバイアス電圧でフロートする。出力部１３０の基準電位はバイアス電圧の電位となる。出力部１３０は、入力部１１０に入力された制御信号に基づいて電子放出素子２００を駆動する駆動電圧を生成して出力する。出力部１３０はバイアス電圧でフロートされているため、バイアス電圧に駆動電圧が重畳される。すなわち、出力部１３０はバイアス電圧に駆動電圧が重畳された電圧を出力する。本電源装置１００では入力部１１０と出力部１３０との間は絶縁アンプ１８０で繋げられている。絶縁アンプ１８０は、交流のみならず直流も伝達するため、制御信号の波形を変えることによって駆動電圧の波形を交流波形から直流波形にまで変えることができる。さらに、駆動電圧の波形を、矩形波、及び交流駆動波形のデューティー比制御を行なった波形とすることもできる。
【００９４】
電子放出素子２００からのイオン供給量は、駆動電圧の電位差とリニアな関係にない。そのため、ある電位領域では電位差に対してイオン供給量が指数関数的に増加、又は減少してしまう。駆動電圧の大きさを変更することによる電子放出素子２００の出力調整（駆動電圧による制御）は、イオン量の供給過多、又はイオン量の供給不足が生じやすい。このため、過度に厳密な電圧操作が要求される。電子放出素子２００を帯電装置に利用する場合、イオン量の供給過多は帯電に寄与しない無駄なイオンを生成する。イオン量の供給不足は帯電電位不足を生じ易くする。
【００９５】
一方、電子放出素子２００からのイオン供給量と駆動時間とは極めて良好な比例関係にある。このため、駆動電圧値を固定してその印加時間を制御することで、容易にイオン供給量の制御が可能となる。このためには、電源装置１００は、素子の駆動時間と休止時間とを制御したパルス波形を供給可能に構成されているのが好ましい。本電源装置１００は、交流駆動波形のデューティー比制御を行なった波形の駆動電圧を出力可能であるため、デューティー比を変えることによって電子放出素子２００の駆動時間と休止時間とを容易に制御できる。このため、駆動電圧の波形を、交流駆動波形のデューティー比制御を行なった波形とすることによって、電子放出素子２００の制御性を向上できる。この場合、駆動電圧の大きさを変更することなく、電子放出素子２００の出力調整ができるので、駆動電圧値を固定することにより電子放出素子２００への負荷を軽減できる。その結果、素子寿命の長期化を図ることができる。さらに、本電源装置１００は、イオン供給量が適切な値となるように電子放出素子２００を制御できる。これにより、生成したイオンの効率的な利用が可能になる。
【００９６】
（２）好ましくは、出力部１３０は、絶縁アンプ１８０を介して伝達された制御信号を増幅するための信号増幅手段を含み、信号増幅手段によって増幅された制御信号を駆動電圧として出力する。制御信号として、例えば矩形波（パルス波）の信号を入力することにより、出力部１３０から矩形波の駆動電圧を出力できる。矩形波のデューティー比を制御することによって、容易に電子放出素子２００の制御性を向上できる。
【００９７】
（３）本発明の第２の局面に係る電子放出装置３０は、電子を放出する電子放出素子２００と、電子放出素子２００に対して電圧を出力する、上記第１の局面に係る電源装置１００と、電源装置１００に対して制御信号を出力する制御装置５０とを含む。
【００９８】
制御装置５０は、電源装置１００に対して制御信号を出力する。電源装置１００は、制御信号に応じた波形の駆動電圧を生成する。電源装置１００はさらに、駆動電圧にバイアス電圧が重畳された電圧を電子放出素子２００に印加する。駆動電圧の波形は、制御信号に応じて、交流から直流まで変えることができる。本電子放出装置３０は、このような電源装置１００を含むことによって、電子放出素子２００を容易に制御できる。さらに本電子放出装置３０は、素子寿命の長期化を図ることもできる。
【００９９】
（４）好ましくは、制御装置５０は、電源装置１００に対してパルス幅変調信号からなる制御信号を出力する。制御信号をパルス幅変調信号とすることにより、容易に電子放出素子２００の制御性を向上できる。これにより、電子放出素子２００からのイオン供給量を容易に制御できる。
【０１００】
（５）より好ましくは、電子放出素子２００は、第１の電極と、絶縁性微粒子を含み、第１の電極上に形成される微粒子層と、微粒子層上に形成される第２の電極とを含み、第１の電極と第２の電極との間に電圧が印加されることにより、第１の電極から放出される電子を微粒子層で加速させて第２の電極から放出する。こうした電子放出素子２００を用いることにより、電子放出素子２００からのイオン供給量をより容易に制御できる。
【０１０１】
今回開示された実施の形態は単に例示であって、本発明が上記した実施の形態のみに限定されるわけではない。本発明の範囲は、発明の詳細な説明の記載を参酌した上で、特許請求の範囲の各請求項によって示され、そこに記載された文言と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含む。
【符号の説明】
【０１０２】
２０                      非接触帯電システム
３０                      電子放出装置
４０                      感光体ドラム
５０                      制御装置
１００                    電源装置
１０２                    駆動回路
１１０                    入力部
１３０                    出力部
１４０                    バッファ回路
１６０                    反転増幅回路
１８０                    絶縁アンプ
１９０                    バイアス電源部
２００                    電子放出素子
２１０                    電極基板
２１４                    下電極層
２３０                    微粒子層
２３２                    導電性微粒子
２３４                    絶縁性微粒子
２３６                    結着樹脂
２４０                    上電極層
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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