(57)【要約】【課題】放電生成物が発生しないレベルでの電子放出を行ない得ることで像担持体のハザードを防止でき、電子放出材料自体の劣化の少ない、安定した品質の帯電装置を提供すること。【解決手段】画像形成装置用の帯電装置において、板状の導電性基板上に成膜されたマグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜により形成された電子放出手段を備えており、前記マグネシウム・酸素同時ドープn型六方晶窒化ホウ素が、酸素濃度がマグネシウム濃度を超えるようにドープされたマグネシウム・酸素同時ドープn型六方晶窒化ホウ素薄膜であることを特徴とする帯電装置。【選択図】図４
2015034969.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像形成装置用の帯電装置において、板状の導電性基板上に成膜されたマグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜により形成された電子放出手段を備えており、前記マグネシウム・酸素同時ドープn型六方晶窒化ホウ素が、酸素濃度がマグネシウム濃度を超えるようにドープされたマグネシウム・酸素同時ドープn型六方晶窒化ホウ素薄膜であることを特徴とする帯電装置。
【請求項２】
画像形成装置用の帯電装置であって、突起を有する導電性基板上に、マグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜層を設けることにより形成されたピラー型電子放出手段を備えており、前記マグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜が、酸素濃度がマグネシウム濃度を超えるようにドープされたマグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜であることを特徴とする帯電装置。
【請求項３】
前記突起を有する導電性基板上に形成されたマグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜層の上に、突起を囲む形で絶縁層が形成され、前記絶縁層の上にゲート電極が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の帯電装置。
【請求項４】
像担持体、現像手段、及びクリーニング手段の少なくともいずれかと、帯電手段とを含み、画像形成装置本体に脱着自在であるプロセスカートリッジにおいて、前記帯電手段が請求項１乃至３のいずれかに記載の帯電装置であることを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項５】
像担持体と、この像担持体上に静電潜像を形成するために電荷を付与する帯電手段と、静電潜像に着色体を付着させ可視像化する現像手段を備えた画像形成装置において、前記帯電手段が請求項１乃至３のいずれかに記載の帯電装置であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
カラー画像を形成する画像形成装置において、請求項４に記載のプロセスカートリッジを複数備えていることを特徴とするカラー画像形成装置。
【請求項７】
空気中の水分子と電子の衝突によってイオンを発生させるイオン発生装置であって、電極と、板状の導電性基板上に成膜されたマグネシウム・酸素同時ドープn型六方晶窒化ホウ素薄膜により形成された電子放出手段を備えており、前記マグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜が、酸素濃度がマグネシウム濃度を超えるようにドープされたマグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜であることを特徴とするイオン発生装置。
【請求項８】
空気中の水分子と電子の衝突によってイオンを発生させるイオン発生装置であって、電極と、突起を有する導電性基板上に、マグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜層を設けることにより形成されたピラー型電子放出手段を備えており、前記マグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜が、酸素濃度がマグネシウム濃度を超えるようにドープされたマグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜であることを特徴とするイオン発生装置。
【請求項９】
前記突起を有する導電性基板上に形成されたマグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜層の上に、突起を囲む形で絶縁層が形成され、前記絶縁層の上にゲート電極が形成されていることを特徴とする請求項８に記載のイオン発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子放出素子によって像担持体の帯電を行う帯電装置、画像形成装置、プロセスカートリッジ、及び電子放出素子への電圧印加で放出された電子と大気中の分子の衝突によって、プラスイオンとマイナスイオンを発生させるイオン発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
初めに、帯電装置、画像形成装置、及びプロセスカートリッジの背景技術について述べる。
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、プリンタ／ファックス／複写機複合機等の各種画像形成装置として、電子写真プロセスを用いる画像形成装置が知られている。この電子写真プロセスにおいて、像担持体に潜像を形成するために像担持体を一様に帯電させる帯電装置の主なものは、放電現象を用いるコロナ放電方式および近接放電方式である。
【０００３】
コロナ放電方式は、直径４０〜２００μｍの金属製のワイヤーの周囲に、接地した金属製のケーシングを配置し、ワイヤーとケーシングの間に交流又は直流の高電圧を印加することによりコロナ放電を起こし、像担持体を帯電させるものである。ワイヤーとケーシングのみで構成されたコロトロン型と、ケーシングの開口部に網目状のグリッド電極を配置したスコロトロン型がある。また、ワイヤーの代わりに鋸歯形状の薄板電極を用いた方式も存在する。
一方、近接放電方式は、帯電部材を像担持体に接触、あるいは微小空隙を介して配置し、帯電部材と像担持体の間に直流または交流の高電圧を印加することにより放電を起こし像担持体を帯電させるものである。帯電部材としてはローラ形状のものが広く用いられている。
【０００４】
これらのコロナ放電方式や近接帯電方式などの放電現象を用いる帯電方式では、空気中の電子や正負イオンを電界で加速させ、空気中の中性粒子と衝突させることによりイオンや電子を生成し、これによって像担持体表面を帯電させる。しかしこれらの帯電方式では、放電で生成した電子の酸素分子や窒素分子への衝突により、オゾンＯ3や窒素酸化物ＮＯｘなどの放電生成物が発生する。このオゾンＯ3や窒素酸化物ＮＯｘは以下に述べるように様々な点で問題となる。
【０００５】
オゾンＯ3は酸化力が極めて強く、水処理、悪臭除去、脱色、有機物除去、殺菌に用いられる一方、ある濃度以上では鼻や喉の粘膜刺激を与えるなど、人体に有害である。このため様々な基準が存在する。プリンタ・複写機に関連する規制としてはドイツのブルーエンジェルマーク審査基準があり、２０１３年現在、オフィスにおける装置機外排出オゾン量は３ｍｇ／ｈ以下に規制されている。
【０００６】
またオゾンＯ3は像担持体である感光体の表面を酸化し、感光体光感度の低下や帯電能の劣化を引き起こし、結果として形成画像を悪化させる。またその酸化力により、オゾンＯ3は感光体以外のゴム、プラスチック、金属製部品の劣化の原因にもなる。
【０００７】
また窒素酸化物ＮＯxは、空気中の水と反応して硝酸を、金属と反応して金属硝酸塩を生成する。これらの生成物は低湿環境下では高抵抗であるが、高湿環境下では空気中の水と反応し低抵抗となる。そのため、感光体表面に硝酸又は硝酸塩による薄い膜が形成されると、画像が流れたような異常画像が発生する。これは硝酸、硝酸塩が吸湿することで低抵抗となり、感光体表面の静電潜像が壊れてしまうためである。
【０００８】
さらに、窒素酸化物は、放電後も空気中に分解されずにその場に留まっているため、窒素酸化物から生成された化合物の感光体表面への付着は、帯電を行っていないとき、すなわち、プロセスの休止期間中にも生じる。そしてこの化合物は、時間が経過するにつれて、感光体の表面から内部に浸透することから、感光体の劣化の一因となっている。この場合、感光体表面の付着物は、クリーニング時に感光体を少しずつ削りとることで除去するといった方法が取られているが、コストの上昇や経時的な劣化を生じるという新たな問題を伴っている。
さらに感光体以外の部品への影響として、コロナ放電型の帯電器のエンドブロックの絶縁性低下の原因にもなっている。
【０００９】
オゾンＯ3の帯電方式間での発生量を比較すると、コロナ帯電方式が最も多い。スコロトロン型の場合、感光体近傍での発生オゾン量は非常に多く８〜２０ｐｐｍである。そのためオゾンの装置機外排出を防ぐためのオゾンフィルタが必須である。
一方、近接放電方式の場合、直流バイアスのみを用いるか交流バイアスを重畳するかにより発生オゾン量が異なり、直流バイアスのみの場合は４時間連続放電時で０．０１ｐｐｍ、交流バイアスを重畳する場合は０．３〜０．４ｐｐｍである。交流バイアスを重畳する近接放電では、正放電と逆放電を繰り返し発生させており、これにより感光体の均一帯電が実現されているが、放電を繰り返すため発生オゾン量が多く、場合によりオゾンフィルタが必要である。
【００１０】
以上のように帯電方式により発生オゾン量は異なり、発生オゾン量の少ない方式も存在するが、帯電均一性や帯電速度などの要求事項を満足するにはオゾン発生量の多い帯電方式も使用せざるをえないのが現状である。例えば高速機においては発生オゾン量は多いが帯電能力の高いコロナ放電方式が採用されている。
【００１１】
そこで、これらに代わる帯電技術として、電子放出材料を用いた方式が着目されつつある。
例えば、特許文献１には、絶縁層と半導体材料層、もしくは絶縁層と金属材料層よりなる電子放出層が、基板電極および薄膜電極とにより挟み込まれた構成を有する、所謂ＭＩＳ（Metal Insulator Semiconductor）型、ＭＩＭ（Metal Insulator Metal）型の電子放出素子を用いたものが記載されている。
特許文献２には、先端部分に金属または合金（ａ）、あるいは金属を含む窒化物、炭化物、ケイ化物またはホウ化物の少なくとも１種（ｂ）で被覆されたカーボンナノチューブを構成要素として有する電子放出素子を用いたものが記載されている。
特許文献３には、石英、ガラス、セラミックス、金属、シリコン基板などによって構成される支持体と、支持体の片面上に金属または合金を成膜することにより形成されたエミッタ電極と、エミッタ電極上に所定の間隔で設置された複数のアルミニウム膜を硫酸、過塩素酸などの酸中で陽極化することにより形成された複数の陽極化膜と、複数の陽極化膜の各陽極化膜間に形成され、エミッタ電極と反対側に開口部を有する細孔と、複数の陽極化膜の各陽極化膜間に形成された細孔内に底面がエミッタ電極に接するように設置され、電子を電界放出するカーボンナノチューブと、細孔の開口部を被覆する引き出し電極と、を備え、カーボンナノチューブは、エミッタ電極と陽極酸化膜と引き出し電極とに囲まれていることを特徴とする電子放出装置を用いたものが記載されている。
特許文献４には、上部電極と下部電極との間に半導体層が形成されている電子放出素子であって、半導体層の半導体表面に有機化合物を吸着させて有機化合物吸着層を形成させる電子放出素子を用いたものが記載されている。
その他、電子放出素子を用いるものとしては、特許文献５、同６に記載されているものもある。
また特許文献７にはｓｐ３結合性５Ｈ−ＢＮ材料又はｓｐ３結合性６Ｈ−ＢＮ材料により形成された電子放出手段を用いたものが記載されている。
【００１２】
次にイオン発生装置の背景技術について述べる。
従来、イオン発生装置として針状電極と対極を用いるものが知られている。このような方式のイオン発生装置は、針状の放電極と対極を備え、放電極に直流または交流高電圧を印加して、コロナ放電により放電極周辺の空気をイオン化させる仕組みとなっており、空気のイオン化効率向上、安定的なイオン化、正負イオン比率の制御、発生オゾン量低減、電磁輻射ノイズの低減を目的とし、様々な改良が施されている。
課題の一つである発生オゾン量の低減について述べる。放電現象を利用してイオンを生成するイオン発生装置は、プラスイオンＨ+(Ｈ2Ｏ)ｍとマイナスイオンO2−(H2O)ｎを生成する際にオゾンも生成する。オゾンは酸化力が極めて強く、水処理、悪臭除去、脱色、有機物除去、殺菌に用いられる一方、オゾン自体が異臭などの原因ともなり、またある濃度以上では鼻や喉の粘膜刺激を与えるなど人体に有害である。
また別の課題である放電に伴う電磁輻射ノイズの発生については、電磁輻射ノイズにより周囲で使用している電子デバイスの静電気破壊や特性劣化、電子システムの誤作動等の電磁ノイズ障害が生じる。
これらの課題解決に対し、例えば特許文献８では針状の放電極と導電性の対極を備え、放電極に交流高電圧を印加してコロナ放電により放電極周辺の空気をイオン化させるイオン発生装置であって、少なくとも放電極の先端がシリコン単結晶で構成され、放電極の先端と対極との最短距離Lが０．４ｃｍ以上４ｃｍ以下であり、放電極に印加される交流高電圧の実効値Ｖが８ｋＶ以下であり、かつ１．８L（ｃｍ）+０．５＜Ｖ（ｋＶ）＜２．８Ｌ（ｃｍ）+１．０としている。交流高電圧の実効値Ｖが８ｋｖ以下であり、かつ１．８L（ｃｍ）+０．５＜Ｖ（ｋＶ）＜２．８Ｌ（ｃｍ）+１．０とすることにより、オゾン発生をほぼ１０ｖｏｌ．ｐｐｂ以下に抑制し、電磁輻射ノイズの大きさをバックグラウンドノイズ（別称ホワイトノイズ）レベル２〜５mVを少し上回る程度に抑制している。
【００１３】
上述した電子放出素子を用いるものの内でも、カーボンナノ材料についての研究は近年盛んに行われており、その中でもカーボンナノチューブについての研究は広く行われ、高い電子放出能が示唆されている。例えば、上記特許文献２には、カーボンナノチューブ先端部分の構成要素を規定することでカーボンナノチューブの耐久性を向上させると共に、帯電器として非接触、接触で使用可能であること記載されている。
しかしながら、カーボンナノ材料は有機物であるため、電子写真方式で使用されるような大気中での電子放出では、放出された電子よって励起された酸素原子によってカーボンナノ材料そのものが酸化され、燃焼により分解されてしまい、構造的に非常に弱く所望の寿命を達成できないおそれがあるという課題がある。
また、その他の特許文献１に記載のＭＩＳ構造やＭＩＭ構造などを有する電子放出素子を用いた場合、薄膜絶縁層の大きな電位勾配による電子の加速効果はあるが、電子放出部は突起先端ではなく平坦な薄膜電極の表面であるため、形状による電界増強効果はなく、十分な電子放出性が得られないという課題がある。
また、特許文献７に記載のｓｐ３結合性５Ｈ−ＢＮ材料又はｓｐ３結合性６Ｈ−ＢＮ材料により形成された電子放出手段では、薄膜表面に１０μｍ程度の先端が尖った紡錘形状のミクロンコーンエミッターを多数形成するため高い電子放出特性が得られているが、密度、サイズ、形状が均一なミクロンコーンエミッタ生成が難しく、電子放出素子の品質が不安定になるという課題がある。
特許文献９の特許第４６７７６２９号公報には、窒化ホウ素を気相から基板上に生成堆積させる場合、基板に向けてエネルギーの高い紫外線を照射すると窒化ホウ素が膜状に形成され、膜表面には先端が尖った形状のｓｐ３結合性窒化ホウ素が適宜間隔をおいて光方向に自己組織的に生成されることが記載されている。また、先端が尖った形状部分の生成密度は基板に対する反応混合ガス流の当たる方向に依存することが記載されている。しかしこの公報記載の技術は、六方晶窒化ホウ素にドナーである酸素とアクセプターであるマグネシウムを同時にドープすることによりｎ型化した六方晶窒化ホウ素膜の形成に関するものではない。また、先端が尖った形状のｓｐ３結合性窒化ホウ素は自己組織的に生成させるものであってピラー型基板を用い生成したものではない。
かつ何より、この公報記載の技術は、電子写真分野のものでなく他分野（フィールドエミッション型ディスプレイにおける電子照射源素子）のものである。
また、従来型のイオン発生装置は、コロナ放電を用いてイオンを発生させるため、印加電圧が高圧で大型の電源装置が必要であり、小型化が難しいという課題がある。また高圧で駆動させるため、電磁輻射ノイズやオゾンが発生するという課題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、放電生成物が発生しないレベルでの電子放出を行ない得ることで像担持体のハザードを防止でき、電子放出材料自体の劣化の少ない、安定した品質の帯電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討を行った結果、以下の（１）に記載の「帯電装置」により上記課題が解決されることを見出した。
（１）「画像形成装置用の帯電装置において、板状の導電性基板上に成膜されたマグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜により形成された電子放出手段を備えており、前記マグネシウム・酸素同時ドープn型六方晶窒化ホウ素が、酸素濃度がマグネシウム濃度を超えるようにドープされたマグネシウム・酸素同時ドープn型六方晶窒化ホウ素薄膜であることを特徴とする帯電装置。」
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る帯電装置により、放電生成物が発生しないレベルでの電子放出を行うことができて、像担持体のハザードを防止でき、電子放出材料自体の劣化も少なくなり、電子放出素子の品質も安定化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の帯電装置で用いる薄膜型電子放出素子を示す図である。
【図２】本発明の帯電装置で用いるピラー型電子放出素子を示す図である。
【図３】本発明の帯電装置で用いるゲート電極型電子放出素子を示す図である。
【図４】本発明の薄膜型電子放出素子を用いた帯電装置を説明する図である。
【図５】本発明のピラー型電子放出素子を用いた帯電装置を説明する図である。
【図６】本発明のゲート電極型電子放出素子を用いた帯電装置を説明する図である。
【図７】本発明の画像形成装置の構成を示す図である。
【図８】本発明のプロセスカートリッジの構成を示す図である。
【図９】同プロセスカートリッジを備えた本発明の画像形成装置の構成を示す図である。
【図１０】本発明の薄膜型電子放出素子を用いたイオン発生措置を示す図である。
【図１１】本発明のピラー型電子放出素子を用いたイオン発生措置を示す図である。
【図１２】本発明のゲート電極型電子放出素子を用いたイオン発生措置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の帯電装置について詳細に説明するが、この帯電装置は、つぎの（２）〜（３）に記載の「帯電装置」の実施の形態を包含する。また。本発明はつぎの（４）〜（９）に記載の「画像形成装置」、「プロセスカートリッジ」、及び「イオン発生装置」を包含するものでもあるので、これらについても併せて詳細に説明する。
（２）「画像形成装置用の帯電装置であって、突起を有する導電性基板上に、マグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜層を設けることにより形成されたピラー型電子放出手段を備えており、前記マグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜が、酸素濃度がマグネシウム濃度を超えるようにドープされたマグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜であることを特徴とする帯電装置」。
（３）「前記突起を有する導電性基板上に形成されたマグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜層の上に、突起を囲む形で絶縁層が形成され、前記絶縁層の上にゲート電極が形成されていることを特徴とする前記（２）に記載の帯電装置」。
（４）「像担持体、現像手段、及びクリーニング手段の少なくともいずれかと、帯電手段とを含み、画像形成装置本体に脱着自在であるプロセスカートリッジにおいて、前記帯電手段が前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の帯電装置であることを特徴とするプロセスカートリッジ」。
（５）「像担持体と、この像担持体上に静電潜像を形成するために電荷を付与する帯電手段と、静電潜像に着色体を付着させ可視像化する現像手段を備えた画像形成装置において、前記帯電手段が前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の帯電装置であることを特徴とする画像形成装置」。
（６）「カラー画像を形成する画像形成装置において、前記（４）に記載のプロセスカートリッジを複数備えていることを特徴とするカラー画像形成装置」。
（７）「空気中の水分子と電子の衝突によってイオンを発生させるイオン発生装置であって、電極と、板状の導電性基板上に成膜されたマグネシウム・酸素同時ドープn型六方晶窒化ホウ素薄膜により形成された電子放出手段を備えており、前記マグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜が、酸素濃度がマグネシウム濃度を超えるようにドープされたマグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜であることを特徴とするイオン発生装置」。
（８）「空気中の水分子と電子の衝突によってイオンを発生させるイオン発生装置であって、電極と、突起を有する導電性基板上に、マグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜層を設けることにより形成されたピラー型電子放出手段を備えており、前記マグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜が、酸素濃度がマグネシウム濃度を超えるようにドープされたマグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜であることを特徴とするイオン発生装置」。
（９）「前記突起を有する導電性基板上に形成されたマグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜層の上に、突起を囲む形で絶縁層が形成され、前記絶縁層の上にゲート電極が形成されていることを特徴とする前記（８）に記載のイオン発生装置」。
後述の詳細な説明から理解されるように、これら（４）〜（６）に記載のプロセスカートリッジ及び画像形成装置により、放電生成物が発生しないレベルでの電子放出を行うことができて、像担持体のハザードを防止でき、電子放出材料自体の劣化も少なくなり、電子放出素子の品質も安定化できる。また、（７）〜（９）に記載のイオン発生装置により、放電生成物が発生しない低電圧での電子放出を行うことができ、それにより装置の小型化が可能となる。また、このイオン発生装置により、電磁輻射ノイズやオゾンの発生を抑制することができる。
しかし、本発明はこれらの実施の形態に何ら限定されるものではない。
【００１９】
［電子放出素子］
本発明の帯電装置及びイオン発生装置で用いられる薄膜型電子放出素子を図１を用いて説明する。図１は本発明の帯電装置及びイオン発生装置で用いられる薄膜型電子放出素子の１例を示す図である。薄膜型電子放出素子１０は基板電極１１とマグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜１２で構成されている。
薄膜型電子放出素子１０のマグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜１２は、アルゴンと酸素の混合ガスを放電ガスとし、ターゲットを粉体の六方晶窒化ホウ素に粉体の酸化マグネシウムを添加した混合物としたＲＦマグネトロンスパッタ法により基板電極１１上に作製することができる。
放電ガス中の酸素の混合割合は０％より多く２％より少なくすることが好ましい。
０％とすると六方晶窒化ホウ素に酸素がドープされず、また２％以上とすると窒化ホウ素の六方晶構造が破壊されて、水分子と反応しやすいＢ２Ｏ３に近い構造が形成され、耐湿性が低下する。
また六方晶窒化ホウ素への酸化マグネシウム添加量は０．２５ｍｏｌ％以上とすることが好ましい。０．２５ｍｏｌ％より少ないと六方晶窒化ホウ素がｎ型化しない。
基板電極１１の材料としては、導電性の材料であればよく、例えばアルミニウム、ニッケル、クロム、ニクロム、銅、金、銀、白金などの金属、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛、ＩＴＯ、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、ガリウムを添加した酸化亜鉛（ＧＺＯ）などの金属酸化物、シリコンなどを用いることができる。
【００２０】
次に本発明の帯電装置及びイオン発生装置で用いられるピラー型電子放出素子を図２を用いて説明する。
図２は本発明の帯電装置及びイオン発生装置で用いられるピラー型電子放出素子の１例を示す図である。ピラー型電子放出素子３０は基板電極３３、突起がある導電性シート３１とマグネシウム・酸素同時ドープn型六方晶窒化ホウ素薄膜３２で構成されている。
ピラー型電子放出素子３０のマグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜３２は、アルゴンと酸素の混合ガスを放電ガスとし、ターゲットを粉体の六方晶窒化ホウ素に粉体の酸化マグネシウムを添加した混合物としたＲＦマグネトロンスパッタ法により突起がある導電性シート３１上に作製することができる。
放電ガス中の酸素の混合割合は０％より多く２％より少なくすることが好ましい。
０％とすると六方晶窒化ホウ素に酸素がドープされず、また２％以上とすると窒化ホウ素の六方晶構造が破壊されて、水分子と反応しやすいＢ２Ｏ３に近い構造が形成され、耐湿性が低下する。
また六方晶窒化ホウ素への酸化マグネシウム添加量は０．２５ｍｏｌ％以上とすることが好ましい。０．２５ｍｏｌ％より少ないと六方晶窒化ホウ素がｎ型化しない。
突起がある導電性シート３１の材料としては、導電性の材料であればよく、例えばアルミニウム、ニッケル、クロム、ニクロム、銅、金、銀、白金などの金属、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛、ＩＴＯ、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、ガリウムを添加した酸化亜鉛（ＧＺＯ）などの金属酸化物、シリコンなどを用いることができる。
また、突起がある導電性シート３１として、特許文献１０の特開２０００−１９９４６９号公報に記載の噴射用ノズルのフィルタをマスクとして使用し、エレクトロフォーミング（電鋳）によって形成されたものを用いることもできる。この場合は、電鋳によって造形が可能な材質の銅、ニッケル、金、銀あるいはこれらの合金を用いることができる。帯電目的や電圧印加の態様にもよるが、突起の高さは５０μｍ以下が好ましく、突起−突起間の距離は、突起の高さ〜突起の高さの３倍であることが好ましい。
【００２１】
次に本発明の帯電装置及びイオン発生装置で用いられるゲート電極型電子放出素子を図３を用いて説明する。
図３は本発明の帯電装置及びイオン発生装置で用いられるゲート電極型電子放出素子を示す図である。ゲート電極型電子放出素子２０は基板電極２５、突起がある導電性シート２１、絶縁層２２、ゲート電極２３、マグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜２４で構成されている。
突起がある導電性シート２１は突起を有する基板で、材質は導電性の材料であればよい。例えばアルミニウム、ニッケル、クロム、ニクロム、銅、金、銀、白金などの金属、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛、ＩＴＯ、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、ガリウムを添加した酸化亜鉛（ＧＺＯ）などの金属酸化物、シリコンなどを用いることができる。
また、突起がある導電性シート２１として、前記特許文献１０の特開２０００−１９９４６９号公報に記載の噴射用ノズルのフィルタをマスクとして使用し、エレクトロフォーミング（電鋳）によって形成されたものを用いることもできる。この場合は、電鋳によって造形が可能な材質の銅、ニッケル、金、銀あるいはこれらの合金を用いることができる。
ゲート電極型電子放出素子２０のマグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜２４は、アルゴンと酸素の混合ガスを放電ガスとし、ターゲットを粉体の六方晶窒化ホウ素に粉体の酸化マグネシウムを添加した混合物としたＲＦマグネトロンスパッタ法により、突起がある導電性シート２１上に作製することができる。
放電ガス中の酸素の混合割合は０％より多く２％より少なくすることが好ましい。
０％とすると六方晶窒化ホウ素に酸素がドープされず、また２％以上とすると窒化ホウ素の六方晶構造が破壊されて、水分子と反応しやすいＢ２Ｏ３に近い構造が形成され、耐湿性が低下する。
また六方晶窒化ホウ素への酸化マグネシウム添加量は０．２５ｍｏｌ％以上とすることが好ましい。０．２５ｍｏｌ％より少ないと六方晶窒化ホウ素がｎ型化しない。
絶縁層２２の材料としては、絶縁性の材料であればよく、例えばマイカ、ケイ酸塩ガラス、シリコン酸化物、シリコン窒化物などを用いることができる。
ゲート電極２３の材料としては、導電性の材料であればよい。例えばアルミニウム、ニッケル、クロム、ニクロム、銅、金、銀、白金などの金属、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛、ＩＴＯ、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、ガリウムを添加した酸化亜鉛（ＧＺＯ）などの金属酸化物、シリコンなどを用いることができる。
【００２２】
ここで、マグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素について説明する。マグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素は六方晶窒化ホウ素にドナーである酸素とアクセプターであるマグネシウムを同時にドープすることによりｎ型化した六方晶窒化ホウ素である。例えば非特許文献１、非特許文献２、非特許文献３に記載されているものが知られている。
ある化合物にドナー（Ｄ）又はアクセプター（Ａ）不純物を添加する際、単一のドナー原子またはアクセプター原子の添加では化合物中でドーパントが安定化されない場合がある。同時ドープ法は、複数の不純物を同時に添加し化合物中でドナーとアクセプターの複合体を形成することにより、ドーパントを安定化させる方法である。その際、複合体がドナーとして働くためには、複合体の組成はＡＤｘ（ｘ＞１）である必要がある。
マグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素においても、不純物添加によりｎ型化するため、アクセプターであるマグネシウムに対しドナーである酸素の方が高濃度となるように添加されている。
六方晶窒化ホウ素は熱安定性、耐食性などの化学安定性に優れた材料であり、マグネシウム・酸素同時ドープによりｎ型化することで、六方晶窒化ホウ素の耐熱性と化学的安定性を有し、かつ低電界で電子放出が可能な電子放出材料となる。
また、このマグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素の高電子放出特性は、薄膜表面の形態変化による電場増強ではなくｎ型化による仕事関数の減少によるものである。そのため、薄膜の組成が一定であれば同じ電子放出特性を持つ素子を安定して製造することが可能である。
さらにピラー型電子放出素子は、突起による電場増強によりエミッタ先端に強い局所電界が掛かり、電子放出が促進されるため高効率の電子放出素子が実現できる。
さらにゲート電極型電子放出素子は、突起による電場増強に加え、突起先端のすぐ近くに対向電極としてゲート電極を備えているため、突起先端の局所電界がより大きくなり、電子放出が促進されるため高効率の電子放出素子が実現できる。
【００２３】
［帯電装置］
次に、本発明の帯電装置を図４、図５および図６を用いて説明する。
図４は本発明のマグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜を用いて作製した薄膜型電子放出素子１０を備えた帯電装置の概略を示す図である。
同図において符号１は感光体ドラム、２は感光体層、３は導電性基体、４は支持部材、５は電源、１０は薄膜型電子放出素子、１１は基板電極、１２はマグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜をそれぞれ示す。薄膜型電子放出素子１０は感光体ドラム１と対向するように配置されている。この薄膜型電子放出素子１０は、電源５により基板電極１１に負電圧を印加することで電子を放出する。この放出された電子は、気体分子、例えば酸素、二酸化炭素、窒素またはこれらに水が付着した分子に付着し、負イオンを発生しこれらの負イオンによって被帯電体を帯電することができる。
【００２４】
図５は本発明のマグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜を用いて作製したピラー型電子放出素子３０を備えた帯電装置の概略を示す図である。
同図において符号１は感光体ドラム、２は感光体層、３は導電性基体、４は支持部材、５は電源、３０はピラー型電子放出素子、３３は基板電極、３１は突起のある導電性シート、３２はマグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜をそれぞれ示す。
ピラー型電子放出素子３０は感光体ドラム１と対向するように配置されている。このピラー型電子放出素子３０は、電源５により基板電極３３に負電圧を印加することで突起の先端から電子を放出する。この放出された電子は、気体分子、例えば酸素、二酸化炭素、窒素またはこれらに水が付着した分子に付着し、負イオンを発生しこれらの負イオンによって被帯電体を帯電することができる。
【００２５】
図６は本発明のマグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜を用いて作製したゲート電極型電子放出素子２０を備えた帯電装置の概略を示す図である。
同図において符号１は感光体ドラム、２は感光体層、３は導電性基体、４は支持部材、６は電源、７は電源、２０はゲート電極型電子放出素子、２５は基板電極、２１は突起がある導電性シート、２２は絶縁層、２３はゲート電極、２４はマグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜をそれぞれ示す。ゲート電極型電子放出素子２０は感光体ドラム１と対向するように配置されている。電源７により、突起がある導電性シート２１に負電圧を印加し、また電源６により、ゲート電極２３に負電圧のバイアス電圧を印加する構成となっている。突起がある導電性シート２１とゲート電極２３の間に電圧を印加することで電子を放出する。この放出された電子は、気体分子、例えば酸素、二酸化炭素、窒素またはこれらに水が付着した分子に付着し、負イオンを発生しこれらの負イオンによって被帯電体を帯電することができる。
【００２６】
ここで、このような本発明の帯電装置を用いた場合のオゾン及び窒素酸化物の低減化について説明する。
一般的に、コロナ放電を用いて帯電を行なう場合においては、非常に多くのオゾンや窒素酸化物（ＮＯｘ）を生じさせる。これは、電子衝突による窒素分子の解離エネルギーは２４．３ｅＶ、電子衝突による酸素分子の解離エネルギーは８ｅＶであるところ、コロナワイヤーから放出される電子のエネルギーは３０ｅＶ以上であり、電子衝突により気体分子が解離するためである。
これに対して、マグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素を用いた薄膜型、ピラー型、またはゲート電極型電子放出素子の場合、発生する電子のエネルギーは大きくとも六方晶窒化ホウ素のバンドギャップエネルギーである５．２ｅＶ以下である。放出された電子は気体分子の解離を起こさず、窒素酸化物もオゾンも発生しない。
これによって、放電生成物（オゾン、ＮＯｘなど）の発生がないので、放電生成物が被帯電体である像担持体表面に付着したり、放電により生じた活性な気体によって像担持体表面が酸化して劣化したりするハザードを防止できるとともに、電子放出材料そのものも酸化による燃焼などの劣化を生じない。長期にわたり安定した帯電を行なうことができるようになる。
【００２７】
［画像形成装置］
次に、本発明に係る帯電装置を備えた画像形成装置について図７を参照して説明する。
この画像形成装置は、矢示方向に回転する感光体ドラム１０１の周囲に、感光体ドラム１０１表面を帯電させるための上述した薄膜型ピラー型、またはゲート電極型電子放出素子１０２とケース１０４で構成した帯電装置１０５と、帯電した感光体ドラム１０１上に原稿画像に応じて照射されるレーザー光１０６によって形成された静電潜像を現像するための現像装置１０７と、感光体ドラム１０１上のトナー像を転写材１０８に転写するための転写装置１０９と、転写後の感光体ドラム１０１上の残留トナーを除去するクリーニング装置１１０と、感光体ドラム１０１上の残留電荷を除去する除電装置１１１とを配置している。また、転写装置１０９でトナー像が転写された転写材１０８に定着処理を行なう定着装置１１２を備えている。
ここで、帯電装置１０５として薄膜型電子放出素子を備えたものを用いた場合、薄膜型電子放出素子と感光体ドラム１０１表面との距離（ギャップ）を０μｍ以上２００μｍ以下とし、基板電極に負電圧を印加することで、薄膜型電子放出素子１０２から放出された電子は感光体ドラム１０１上に付着し、感光体ドラム１０１の表面が帯電する。
また、帯電装置１０５としてピラー型電子放出素子を備えたものを用いた場合、感光体ドラム１０１表面との距離（ギャップ）を０μｍ以上２００μｍ以下とし、基板電極３３に負電圧を印加することで、ピラー型電子放出素子１０２から放出された電子は感光体ドラム１０１上に付着し、感光体ドラム１０１の表面が帯電する。
また、帯電装置１０５としてゲート電極型電子放出素子を備えたものを用いた場合、感光体ドラム１０１表面との距離（ギャップ）を０μｍ以上２００μｍ以下とし、基板電極２５に負電圧を印加し、ゲート電極に基板電極よりも高電位の負電圧を印加することで、ゲート電極型電子放出素子１０２から放出された電子は感光体ドラム１０１上に付着し、感光体ドラム１０１の表面が帯電する。
帯電後の感光体ドラム１０１は例えば２００ｍｍ／ｓｅｃで回転し、図示しない書込み装置により静電潜像が形成される。その後、現像装置１０７によって潜像がトナーなどの現像剤で現像され可視像となり、感光体１０１上に形成されたトナー像は次に転写装置１０９により紙などの転写材１０８に転写される。トナー像が転写された後の感光体ドラム１０１上には微量の転写残トナーが残るが、次のクリーニング装置１１０によりクリーニングされ、次に除電装置１１１によって感光体ドラム１０１は必要に応じて除電され、次に画像形成プロセスに備える。
なお、クリーニング工程のない、クリーナレスプロセスを行い、転写残トナーを現像装置により回収する構成とすることもできる。
薄膜型、ピラー型、またはゲート電極型電子放出素子１０２を含む本発明に係る帯電装置は、前述したようにオゾン、ＮＯｘの発生がなく像担持体を帯電することができる。
また、印加電圧を従来のコロナ帯電やローラ帯電方式に比べて低減することができる。
そのため、省エネルギーの画像形成装置を構成することができる。さらに、電子放出を低エネルギーで行うことができるから、感光体材料のポリカーボネートなどの有機材料をアタックして酸化・焼失させることがないので、感光体膜削れも低減できる。
【００２８】
［プロセスカートリッジ］
次に、本発明に係る帯電装置を含む本発明に係るプロセスカ−トリッジについて図８を参照して説明する。
このプロセスカートリッジ２００は、像担持体２０１、本発明に係る帯電装置である帯電手段２０２、現像手段２０３、クリーニング装置２０４をプロセスカ−トリッジとして一体に結合して構成し、このプロセスカートリッジを複写機やプリンタ等の画像形成装置本体に対して着脱可能に構成している。なお、本発明に係るプロセスカートリッジの構成としてはこれに限るものではなくなく、本発明に係る帯電装置である帯電手段２０２と、像担持体２０１、現像手段２０３、クリーニング装置２０４の少なくともいずれかとで構成することもできる。
帯電手段２０２を装置本体に対して着脱自在であるプロセスカートリッジ内に具備させることにより、メンテナンス性の向上、他の装置との一体交換を容易に行うことができるようになる。
【００２９】
［カラー画像形成装置］
次に、本発明に係るプロセスカートリッジを用いたカラー画像形成装置について図９を参照して説明する。
この画像形成装置は、水平に延在する転写ベルト（像担持体）２１１に沿って、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の画像を形成するための上述したプロセスカートリッジ２００Ｙ、２００Ｍ、２００Ｃ、２００Ｋを並置した形式のカラー画像形成装置である。各プロセスカートリッジ２００Ｙ、２００Ｍ、２００Ｃ、２００Ｋで現像された各像担持体２０１上の現像トナーは水平に延在する転写電圧が印加された転写ベルト２１１に順次転写される。
このようにイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと画像の形成が行なわれ、転写ベルト２１１上に多重に転写され、転写手段２１２で転写材２１３にまとめて転写される。
そして、転写材２１３上の多重トナー像は図示しない定着装置によって定着される。なお、プロセスカートリッジ２００は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順で説明したが、この順番に特定されるものではなく、どの順番で並置してもよい。
通常、カラーの画像形成装置は複数の画像形成部を有するため装置が大きくなってしまう。また、クリーニングや帯電などの各ユニットが個別で故障したり、寿命による交換時期がきた場合は、装置が複雑でユニットの交換に非常に手間がかかることになる。
そこで、本実施形態のように、像担持体、帯電手段、現像手段の構成要素をプロセスカートリッジとして一体に結合して構成することによって、ユーザーによる交換も可能な小型で高耐久のカラー画像形成装置を提供することができる。
【００３０】
[イオン発生装置]
次に、本発明のイオン発生装置を図１０ないし図１２を用いて説明する。
図１０は本発明に係るイオン発生装置の実施形態を示した図である。同図において、符号３０１は薄膜型電子放出素子、３０２は基板電極、３０３はマグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜、３０４は対向電極、３０５は電源をそれぞれ示す。
薄膜型電子放出素子３０１は微小空隙を介して対向電極３０４と平行に配置されている。対向電極３０４は接地されている。電源３０５により薄膜型電子放出素子３０１の基板電極３０２にマイナスの電圧が印加されると、マグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜３０３より電子が放出される。放出された電子は大気中の水分子と衝突しプラスイオンとマイナスイオンを生成する。
図１１は本発明に係るイオン発生装置の別の実施形態を示した図である。同図において、符号３０９はピラー型電子放出素子、３０２は基板電極、３０３はマグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜、３０４は対向電極、３０５は電源、３０６は突起を備えた導電性基板をそれぞれ示す。ピラー型電子放出素子３０１は微小空隙を介して対向電極３０４と平行に配置されている。対向電極３０４は接地されている。
電源３０５によりピラー型電子放出素子３０１の基板電極３０２にマイナスの電圧が印加されると、突起を備えた導電性基板の突起先端部に堆積したマグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜３０３の表面より電子が放出される。放出された電子は大気中の水分子と衝突しプラスイオンとマイナスイオンを生成する。
図１２は本発明に係るイオン発生装置のさらに別の実施形態を示した図である。
同図において、符号３１０はゲート電極型電子放出素子、３０２は基板電極、３０３はマグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜、３０５は電源、３０７は絶縁層、３０８はゲート電極をそれぞれ示す。電源３０５によりゲート電極型電子放出素子３１０の基板電極３０２とゲート電極３０８の間に電圧が印加されると、突起を備えた導電性基板の突起先端部に堆積したマグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜３０３の表面より電子が放出される。放出された電子は大気中の水分子と衝突しプラスイオンとマイナスイオンを生成する。
【実施例】
【００３１】
以下に本発明の電子放出素子の実施例及び比較例を示す。
［電子放出素子の実施例１］
薄膜型電子放出素子はＲＦマグネトロンスパッタ法によりｎ型シリコン基板上にマグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜を堆積して作製した。放電ガスにはアルゴンと酸素の混合ガスを用い、ターゲットは粉体の六方晶窒化ホウ素に粉体の酸化マグネシウムを添加した混合物とした。放電ガスの酸素の混合割合は１％とし、また六方晶窒化ホウ素への酸化マグネシウム添加量は０．２５ｍｏｌ％とした。
【００３２】
［電子放出素子の比較例１］
実施例１のターゲットを粉体の六方晶窒化ホウ素に変更した以外は、実施例１と同様に比較例１の薄膜型電子放出素子を作製した。
【００３３】
[突起がある導電性シートの製造方法]
突起がある導電性シートは、前記特許文献１０の特開２０００−１９９４６９号公報に記載の噴射用ノズルのフィルタをマスクとして使用し、エレクトロフォーミングによって形成されたものを用いた。シートを構成する金属材料としてニッケルを使用した。
使用した噴射用ノズルのフィルタの断面は、約２０μｍの曲率半径を持つ面取り形の貫通孔と気孔群で構成される形状となっている。貫通孔はピッチ５０μｍの正方格子状に配置されている。
【００３４】
［電子放出素子の実施例２］
ピラー型電子放出素子は、ＲＦマグネトロンスパッタ法により、突起がある導電性シートの製造方法で作製したニッケル製の突起がある導電性シート上に、マグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜を堆積して作製した。突起がある導電性シートの厚さは３０μｍ、突起の高さは２０μｍ、突起の間隔は５０μｍとした。放電ガスにはアルゴンと酸素の混合ガスを用い、ターゲットは粉体の六方晶窒化ホウ素に粉体の酸化マグネシウムを添加した混合物とした。放電ガスの酸素の混合割合は１％とし、また六方晶窒化ホウ素への酸化マグネシウム添加量は０．２５ｍｏｌ％とした。
【００３５】
［電子放出素子の比較例２］
実施例２のターゲットを粉体の六方晶窒化ホウ素に変更した以外は、実施例２と同様に比較例２のピラー型電子放出素子を作製した。
【００３６】
［電子放出素子の実施例３］
ゲート電極型電子放出素子はＲＦマグネトロンスパッタ法により、突起がある導電性シートの製造方法で作製したニッケル製の突起がある導電性シート上に、マグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜を堆積し、その上にマイカの厚さ１００μｍの絶縁層を形成し、その上に厚さ１５ｎｍのＡｕ製のゲート電極を形成して作製した。突起がある導電性シートの厚さは３０μｍ、突起の高さは２０μｍ、突起の間隔は５０μｍとした。放電ガスにはアルゴンと酸素の混合ガスを用い、ターゲットは粉体の六方晶窒化ホウ素に粉体の酸化マグネシウムを添加した混合物とした。放電ガスの酸素の混合割合は１％とし、また六方晶窒化ホウ素への酸化マグネシウム添加量は０．２５ｍｏｌ％とした。
【００３７】
［電子放出素子の比較例３］
実施例３のターゲットを粉体の六方晶窒化ホウ素に変更した以外は、実施例３と同様に比較例３のゲート電極型電子放出素子を作製した。
【００３８】
［帯電装置の電子放出特性の測定］
実施例１の薄膜型電子放出素子を備える帯電装置を帯電装置の実施例１、比較例１の薄膜型電子放出素子を備える帯電装置を帯電装置の比較例１、実施例２のピラー型電子放出素子を備える帯電装置を帯電装置の実施例２、比較例２のピラー型電子放出素子を備える帯電装置を帯電装置の比較例２、実施例３のゲート電極型電子放出素子を備える帯電装置を帯電装置の実施例３、比較例３のゲート電極型電子放出素子を備える帯電装置を帯電装置の比較例３とした。これらの帯電装置の像担持体を帯電する能力を評価するために非接触帯電を行い、像担持体表面の帯電電位を測定した。
【００３９】
電子放出素子と被帯電体である像担持体とのギャップは２００μｍとし、像担持体の線速は２００ｍｍ／ｓｅｃとした。
帯電装置の実施例１および帯電装置の比較例１の帯電装置に対しては、薄膜型電子放出素子の基板電極に対して−４００Ｖの電圧を印加した。
帯電装置の実施例２および帯電装置の比較例２の帯電装置に対しては、ピラー型電子放出素子の基板電極に対して−４００Ｖの電圧を印加した。
帯電装置の実施例３および帯電装置の比較例３の帯電装置に対しては、ゲート電極型電子放出素子の基板電極に対して−４００Ｖの電圧を印加し、ゲート電極に−１５Ｖの電圧を印加した。
帯電装置の実施例１、比較例１、実施例２、比較例２、実施例３、比較例３の非接触帯電による像担持体表面の帯電電位を表１に示す。
【００４０】
これらの結果により、像担持体を帯電する帯電装置としてマグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜を用いた薄膜型電子放出素子、ピラー型電子放出素子、またはゲート電極型電子放出素子を用いることで、従来の帯電装置に比べて非常に低電圧、かつノンドープ六方晶窒化ホウ素薄膜を用いた薄膜型電子放出素子、ピラー型電子放出素子、またはゲート電極型電子放出素子よりも低電圧で、被帯電体を帯電できることを確認できた。
【００４１】
[イオン発生装置のイオン発生量の測定]
実施例１の薄膜型電子放出素子を備えるイオン発生装置をイオン発生装置の実施例１、比較例１の薄膜型電子放出素子を備えるイオン発生装置をイオン発生装置の比較例１、実施例２のピラー型電子放出素子を備えるイオン発生装置をイオン発生装置の実施例２、比較例２のピラー型電子放出素子を備えるイオン発生装置をイオン発生装置の比較例２、実施例３のゲート電極型電子放出素子を備えるイオン発生装置をイオン発生装置の実施例３、比較例３のゲート電極型電子放出素子を備えるイオン発生装置をイオン発生装置の比較例３とした。これらのイオン発生装置のイオン発生量を評価するために、ファラデーカップ（Monroe Electronics社のModel 284 NanoCoulomb Meter）を用いて10秒間のイオン発生量を測定した。
イオン発生装置の実施例１およびイオン発生装置の比較例１のイオン発生装置に対しては、電子放出素子の基板電極１１に対して−４００Ｖの負電圧を印加した。
イオン発生装置の実施例２およびイオン発生装置の比較例２のイオン発生装置に対しては、電子放出素子の基板電極３３に対して−４００Ｖの負電圧を印加した。
イオン発生装置の実施例３およびイオン発生装置の比較例３のイオン発生装置に対しては、電子放出素子のゲート電極２３を０Ｖ、基板電極２５に対して−４００Ｖの負電圧を印加した。
イオン発生装置の実施例１、比較例１、実施例２、比較例２、実施例３、比較例３のイオン発生量を表１に示す。
【００４２】
【表１】
2015034969.tif 000003
【００４３】
これらの結果により、イオン発生装置としてマグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜を用いた薄膜型電子放出素子、ピラー型電子放出素子、またはゲート電極型電子放出素子を用いることで、ノンドープ六方晶窒化ホウ素薄膜を用いた薄膜型電子放出素子、ピラー型電子放出素子、またはゲート電極型電子放出素子よりも低電圧でイオンを発生できることを確認できた。
【符号の説明】
【００４４】
１    像担持体
２    感光層
３    導電性基体
４    支持部材
５    電源
６    電源
７    電源
１０、３１０    薄膜型電子放出素子
１１、３１１    基板電極
１２、３１２    マグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜
２０、３２０    ゲート電極型電子放出素子
２１、３２１    突起がある導電性シート
２２、３２２    絶縁層
２３、３２３    ゲート電極
２４、３２４    マグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜
２５、３２５    基板電極
３０、３３０    ピラー型電子放出素子
３１、３３１    突起がある導電性シート
３２、３３２    マグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜
３３、３３３    基板電極
１０１    像担持体
１０２    薄膜型、ピラー型、またはゲート電極型電子放出素子
１０３    支持部材
１０４    ケース
１０５    帯電装置
１０６    レーザー光
１０７    現像装置
１０８    転写材
１０９    転写装置
１１０    クリーニング装置
１１１    除電装置
１１２    定着装置
２００    プロセスカートリッジ
２０１    像担持体
２０２    帯電装置
２０３    現像装置
２０４    クリーニング装置
２１１    転写ベルト
２１２    転写ローラ
２１３    転写材
３０４    対向電極
３０５    電源
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４５】
【特許文献１】特開２００３−１４５８２６号公報
【特許文献２】特許３８７８３８８号公報
【特許文献３】特許４８２３４２９号公報
【特許文献４】特許第４２１６１１２号公報
【特許文献５】特許第４５７１３３１号公報
【特許文献６】特開２００３−１４０４４４号公報
【特許文献７】特許第４８７７７４９号公報
【特許文献８】特開２００１−１８９１９９号公報
【特許文献９】特許第４６７７６２９号公報
【特許文献１０】特開２０００−１９９４６９号公報
【非特許文献】
【００４６】
【非特許文献１】大谷伸二、小林健吉郎、第３１回エレクトロセラミックス研究討論会予稿集、２０１１年１０月、２Ｐ０１
【非特許文献２】Shinji Ohtani, Kenkichiro Kobayashi International Conference on Electronic and Materials ( ICEM ) 2012 Abstract 2012年8月
【非特許文献３】S. Ohtani, T. Yano, S. Kondo, Y. Kohno, Y. Tomita, Y. Maeda, and K. Kobayashi Interenational Union of Materials Research Societys-International Conference in Asia (IUMRS-ICA ) 2012,2012年8月 TuP051
【図１】
2015034969.tif 000004
【図２】
2015034969.tif 000005
【図３】
2015034969.tif 000006
【図４】
2015034969.tif 000007
【図５】
2015034969.tif 000008
【図６】
2015034969.tif 000009
【図７】
2015034969.tif 000010
【図８】
2015034969.tif 000011
【図９】
2015034969.tif 000012
【図１０】
2015034969.tif 000013
【図１１】
2015034969.tif 000014
【図１２】
2015034969.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成26年8月26日(2014.8.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
[イオン発生装置]
次に、本発明のイオン発生装置を図１０ないし図１２を用いて説明する。
図１０は本発明に係るイオン発生装置の実施形態を示した図である。同図において、符号３１０は薄膜型電子放出素子、３１１は基板電極、３１２はマグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜、３０４は対向電極、３０５は電源をそれぞれ示す。
薄膜型電子放出素子３１０は微小空隙を介して対向電極３０４と平行に配置されている。対向電極３０４は接地されている。電源３０５により薄膜型電子放出素子３１０の基板電極３１１にマイナスの電圧が印加されると、マグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜３１２より電子が放出される。放出された電子は大気中の水分子と衝突しプラスイオンとマイナスイオンを生成する。
図１１は本発明に係るイオン発生装置の別の実施形態を示した図である。同図において、符号３３０はピラー型電子放出素子、３３３は基板電極、３３２はマグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜、３０４は対向電極、３０５は電源、３３１は突起を備えた導電性基板をそれぞれ示す。ピラー型電子放出素子３３０は微小空隙を介して対向電極３０４と平行に配置されている。対向電極３０４は接地されている。
電源３０５によりピラー型電子放出素子３３０の基板電極３３３にマイナスの電圧が印加されると、突起を備えた導電性基板の突起先端部に堆積したマグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜３３２の表面より電子が放出される。放出された電子は大気中の水分子と衝突しプラスイオンとマイナスイオンを生成する。
図１２は本発明に係るイオン発生装置のさらに別の実施形態を示した図である。
同図において、符号３２０はゲート電極型電子放出素子、３２５は基板電極、３２４はマグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜、３０５は電源、３２２は絶縁層、３２３はゲート電極をそれぞれ示す。電源３０５によりゲート電極型電子放出素子３２０の基板電極３２５とゲート電極３２３の間に電圧が印加されると、突起を備えた導電性基板の突起先端部に堆積したマグネシウム・酸素同時ドープｎ型六方晶窒化ホウ素薄膜３２４の表面より電子が放出される。放出された電子は大気中の水分子と衝突しプラスイオンとマイナスイオンを生成する。