(57)【要約】【課題】電子放出材料自体の劣化が少なく、薄型でコンパクトな構成且つ低コストにできる電子放出素子、これを用いた帯電装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供する。【解決手段】帯電装置１００の電子放出素子６０は、基板として絶縁材料６１上に電極層６２を設けた複合基板を用いたものであり、電極層６２上には窒化ホウ素材料（ｓｐ３結合性窒化ホウ素）６３の薄膜を固定化して形成してある。窒化ホウ素材料６３の上には薄膜電極６４が設けられている。薄膜電極６４と電極層６２との間には、直流駆動電源６７が設けられている。また、電子放出素子６０の薄膜電極６４と像担持体６６の裏面の電極６５との間には、バイアス電源６８が設けられている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子放出特性を有するｓｐ３結合性窒化ホウ素を用いたことを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】
請求項１に記載の電子放出素子において、
前記ｓｐ３結合性窒化ホウ素が５Ｈ型又は６Ｈ型結晶を主な結晶形態として含むことを特徴とする電子放出素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電子放出素子において、
前記ｓｐ３結合性窒化ホウ素が導電材料の表面に薄膜として形成されていることを特徴とする電子放出素子。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の電子放出素子において、
前記ｓｐ３結合性窒化ホウ素が粉体化され、導電材料の表面に電気的に接触させて分散・固定化されていることを特徴とする電子放出素子。
【請求項５】
請求項１乃至４のうちのいずれかに記載の電子放出素子を電子放出手段として有する帯電装置であって、前記電子放出素子と像担持体間に電圧を印加することで、前記電子放出素子表面から放出された電子又は該電子が大気中の分子に付着して生成されたイオンによって前記像担持体を帯電することを特徴とする帯電装置。
【請求項６】
請求項５に記載の帯電装置において、
前記電子放出素子の表面に保護膜を設けたことを特徴とする帯電装置。
【請求項７】
請求項６に記載の帯電装置において、
前記保護膜が薄膜電極であることを特徴とする帯電装置。
【請求項８】
請求項７に記載の帯電装置において、
前記像担持体がゼロ電位に接地されている導電性支持体上に形成されており、前記導電性支持体と前記電子放出素子上の薄膜電極との間にバイアス電圧を印加することを特徴とする帯電装置。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の帯電装置において、
前記薄膜電極が素子表面全面を覆っていることを特徴とする帯電装置。
【請求項１０】
請求項７乃至９のうちのいずれかに記載の帯電装置において、
前記薄膜電極の材料として、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｃｓ、Ｒｈ又はＲｕの単体と、前記単体の合金のうちいずれか一方又は双方を混ぜたものが使用されていることを特徴とする帯電装置
【請求項１１】
請求項７乃至１０のうちのいずれかに記載の帯電装置において、
前記薄膜電極の膜厚が、３ｎｍ以上４０ｎｍ以下であることを特徴とする帯電装置。
【請求項１２】
請求項７乃至１１のうちのいずれかに記載の帯電装置において、
前記電子放出素子の駆動電圧が、交流電圧又はパルス電圧であることを特徴とする帯電装置。
【請求項１３】
請求項５に記載の帯電装置において、
前記ｓｐ３結合性窒化ホウ素と前記像担持体との間の空隙に、前記像担持体の表面電位を制御する導電性部材を配置したことを特徴とする帯電装置。
【請求項１４】
少なくとも、像担持体、該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、現像手段、転写手段及びクリーニング手段を有する画像形成装置において、
前記帯電手段として請求項５乃至１３のうちのいずれかに記載の帯電装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１５】
像担持体、現像手段、転写手段及びクリーニング手段のうちの少なくとも一つと、帯電手段とを備え、画像形成装置本体に着脱自在であるプロセスカートリッジにおいて、
前記帯電手段が請求項５乃至１３のうち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１６】
カラー画像を形成可能な画像形成装置において、
請求項１５に記載のプロセスカートリッジを複数備えていることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子放出素子（電界電子放出素子の概念を含む）、該電子放出素子を有し像担持体を帯電する帯電装置、該帯電装置を有するプロセスカートリッジ、該帯電装置又は該プロセスカートリッジを有する、複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらのうち少なくとも２つを備える複合機、プロッタ等の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらのうち少なくとも２つを備える複合機、プロッタ等の画像形成装置として電子写真プロセスを用いる画像形成装置が知られている。この電子写真プロセスにおいて、像担持体としての感光体に潜像を形成するために像担持体を一様に帯電させる帯電装置にはコロナ放電を利用するものが多い。
このコロナ帯電方式は、白金やタングステンの直径５０〜２００μｍ程度のワイヤー電極、あるいは、ステンレス材料などの針状電極の周囲に、導電性のケース電極を設け、電極とケースの間に直流又は交流の高圧バイアスを印加して、電極周辺での空気分子が電離したイオンを用いて、感光体を帯電させるものであり、遠距離からの均一な帯電が可能である。
【０００３】
しかしながら、コロナ帯電方式は、空気を電離・イオン化させるため、オゾン、窒素酸化物といった放電生成物が生成される。その発生量はオゾン、窒素酸化物ともに６０分帯電後で４〜１０ｐｐｍにも上ることが知られている。
オゾンは、高濃度で画像形成装置内に滞留すると、感光体表面を酸化し、感光体光感度の低下や帯電能の劣化を生じさせ、形成画像が悪化することが知られている（非特許文献１）。また、感光体以外の部材の劣化が促進され、部品寿命が低下する等の不具合も生じる。
また、窒素酸化物は、次のような不具合を生じる。すなわち、放電により、窒素酸化物が発生することが知られているが、窒素酸化物は空気中の水分と反応して硝酸が、また、金属などと反応して金属硝酸塩が生成される。
これらの生成物は、低湿環境下では高抵抗であるが、高湿環境下では空気中の水と反応し、低抵抗となる。そのため、感光体表面に硝酸又は硝酸塩による薄い膜が形成されると、画像が流れたような異常画像が発生する。これは硝酸、硝酸塩が吸湿することで低抵抗となり、感光体表面の静電潜像が壊れてしまうためである。
【０００４】
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採られているが、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。
また、コロナ帯電方式は、遠距離からの放電のため、印加電圧がかなりの高電圧（４ｋＶ〜１０ｋＶ）となるほか、帯電電位は帯電時間によって変わるため、必要な帯電電位（４００Ｖ〜１０００Ｖ）を得るためには、感光体速度が大きい場合にはケース電極の感光体回転方向の幅を大きくする必要があり、プリント速度が速い画像形成装置の小型化が難しくなる。
【０００５】
一方、帯電装置としては、近接ローラ帯電方式も広く使用されるようになっている。この、近接ローラ帯電方式は、感光体近傍に保持した帯電部材（帯電ローラ）と感光体との間に、直流又は交流のバイアスを印加し、両者間の空隙で放電を生じさせ、感光体を帯電させるものである。
この帯電方式では、パッシェンの放電則に則った帯電現象を利用しており、所望の帯電電位に対し放電開始電圧分だけ大きい電位差を形成することで、所望の帯電電位を得ている。
この場合、交流バイアス方式では、近接帯電部材と感光体との間で電界の向きが時間とともに交互となり、放電、逆放電が繰り返される。交流バイアス方式では、放電、逆放電によって、帯電が均され、より均一な帯電が得られる利点があるものの、放電による感光体へのハザード（大気放電によって生成される高酸化活性種によって感光体が酸化を受けること）が非常に大きくなっている。
【０００６】
このように、感光体への電荷付与はこれまで何らかのパッシェン放電則を利用した帯電手段で行われており、その結果、放電によって放電生成物が感光体表面に付着したり、放電によって生じた活性種によって感光体表面が酸化されたりするハザードは避けられない。
そのため、現在、経時的な画質の劣化を低減して画質を維持するために、上述したように感光体の表面を微小に削りながら使用している。
一方、感光体を削ることは消耗であり、長期的な観点から避けることが好ましいが、前述の感光体ハザードによる画質劣化防止とトレードオフとなっており、根本的な解決は困難である。
【０００７】
さらに、帯電部材を感光体に接触させて感光体を帯電させる接触帯電装置がある。これは、例えば、ローラ状の帯電部材を感光体上に接触従動させて感光体の帯電を行なうものである。この接触帯電方式は、上述したコロナ帯電方式に比べると、オゾンの発生量、直流電圧印加時の６０分帯電後のオゾン発生量が０．０１ｐｐｍと少なく、また、印加電圧が低いため電源のコストが小さく、電気絶縁の設計が行い易いなど利点を有している。
接触帯電方式としては、例えば特開昭５７−１７８２５７号公報、特開昭５６−１０４３５１号公報、特開昭５８−４０５６６号公報、特開昭５８−１３９１５６号公報、特開昭５８−１５０９７５号公報、特開昭６３−７３８０号公報等に記載されているように、その接触又は近接部分近傍に狭い空間を形成し、パッシェンの法則で解釈できるような放電を形成することにより、感光体を帯電する方法があり、これらの場合に、帯電開始電圧以上の直流電圧を導電性部材に印加する方法や、詳しくは特開昭６３−１４９６６９号公報に記載されているように、目標帯電電位に相当する直流電圧に交流電圧を重畳した振動電圧を印加することで帯電均一化を一層促進することができる。
【０００８】
しかしながら、交流電圧を印加すると、帯電部材と感光体との間で電界の向きが時間とともに交互となり、放電、逆放電が繰り返され、放電、逆放電によって帯電が均され、より均一な帯電が得られる利点がある反面、電流量が増えるため、オゾン、窒素酸化物の発生量も、電流量が増えるに従って多くなり、交流印加条件によっては６０分帯電後にコロナ帯電方式に近い３ｐｐｍものオゾンが発生することもある。
また、一方で、例えば特開平８−１０６２００号公報に記載されているように、電圧を印加した前記導電性部材を感光体に接触させ、感光体表面にあるトラップ準位に電荷を注入して接触注入帯電を行なう方法もある。
【０００９】
この方法における導電性部材としては、接触／離間状態や形状の制御のしやすさといった観点から、ローラ形状の導電性部材（帯電ローラ）が汎用的に使用される。
しかしながら、帯電部材がゴム材であるため、長期間、コピー機を停止させた場合、感光体に接した状態にあるローラが変形する可能性がある。また、ゴムは吸水しやすい材料であるため環境の変化に伴う電気抵抗変動が大きい。さらに、ゴムはその弾性を発揮させるためや劣化防止のため数種の可塑剤や活性剤を必要としており、導電性顔料を分散させるためには分散補助剤を用いることも少なくない。
つまり、感光体の表面はポリカーボネートやアクリルといった非晶性樹脂であるため、上述した可塑剤や活性剤および分散補助剤に対し非常に弱いとい問題がある。
また、接触帯電方式では帯電部材と感光体との間に異物を巻き込み、帯電部材が汚染されて帯電不良が発生する、直接感光体にローラが触れているために長期保存した場合に感光体が汚染され、そのために横スジ等の画像不良を生じる、という問題もある。
【００１０】
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、いわゆるＭＩＳ型、ＭＩＭ型の電子放出素子を用いたものが記載されている。
特許文献２には、先端部分に金属又は合金（ａ）、あるいは金属を含む窒化物、炭化物、ケイ化物又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。
【００１１】
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、該支持体の片面上に金属又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。
【００１２】
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、特許文献６に記載されているものもある。
【００１３】
【特許文献１】特開２００３−１４５８２６号公報
【特許文献２】特開２００１−２５０４６７号公報
【特許文献３】特開２００２−２７９８８５号公報
【特許文献４】特開２００３−１４０４４４号公報
【特許文献５】特開２００２−３１１６８４号公報
【特許文献６】特開２００４−３２７０８４号公報
【特許文献７】特許第３５９８３８１号公報
【非特許文献１】（明珍寿史他、「オゾンによる感光体劣化軽減のためのコロナチャージャの開発」、電子写真学会誌、第３１、１、１９９２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
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、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が記載されている。
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虞があるという問題がある。
また、特許文献１、特許文献４に記載のＭＩＳ構造やＭＩＭ構造などを有する電子放出素子を用いた場合、十分な電子放出性が得られないという問題がある。
【００１５】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、電子放出材料自体の劣化が少なく、薄型でコンパクトな構成且つ低コストにできる電子放出素子の提供を、その目的とする。
さらには、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、且つ電子放出材料自体の劣化の少ない帯電装置、この帯電装置を備えるプロセスカートリッジ、帯電装置又はプロセスカートリッジを備える画像形成装置の提供を、その目的とする。
【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、請求項１記載の発明では、電子放出素子において、電子放出特性を有するｓｐ３結合性窒化ホウ素を用いたことを特徴とする。
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の電子放出素子において、前記ｓｐ３結合性窒化ホウ素が５Ｈ型又は６Ｈ型結晶を主な結晶形態として含むことを特徴とする。
請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載の電子放出素子において、前記ｓｐ３結合性窒化ホウ素が導電材料の表面に薄膜として形成されていることを特徴とする。
請求項４に記載の発明では、請求項１又は２に記載の電子放出素子において、前記ｓｐ３結合性窒化ホウ素が粉体化され、導電材料の表面に電気的に接触させて分散・固定化されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項５に記載の発明では、請求項１乃至４のうちのいずれかに記載の電子放出素子を電子放出手段として有する帯電装置であって、前記電子放出素子と像担持体間に電圧を印加することで、前記電子放出素子表面から放出された電子又は該電子が大気中の分子に付着して生成されたイオンによって前記像担持体を帯電することを特徴とする。
請求項６に記載の発明では、請求項５に記載の帯電装置において、前記電子放出素子の表面に保護膜を設けたことを特徴とする。
請求項７に記載の発明では、請求項６に記載の帯電装置において、前記保護膜が薄膜電極であることを特徴とする。
請求項８に記載の発明では、請求項７に記載の帯電装置において、前記像担持体がゼロ電位に接地されている導電性支持体上に形成されており、前記導電性支持体と前記電子放出素子上の薄膜電極との間にバイアス電圧を印加することを特徴とする。
【００１８】
請求項９に記載の発明では、請求項７又は８に記載の帯電装置において、前記薄膜電極が素子表面全面を覆っていることを特徴とする。
請求項１０に記載の発明では、請求項７乃至９のうちのいずれかに記載の帯電装置において、前記薄膜電極の材料として、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｃｓ、Ｒｈ又はＲｕの単体と、前記単体の合金のうちいずれか一方又は双方を混ぜたものが使用されていることを特徴とする。
請求項１１に記載の発明では、請求項７乃至１０のうちのいずれかに記載の帯電装置において、前記薄膜電極の膜厚が、３ｎｍ以上４０ｎｍ以下であることを特徴とする。
請求項１２に記載の発明では、請求項７乃至１１のうちのいずれかに記載の帯電装置において、前記電子放出素子の駆動電圧が、交流電圧又はパルス電圧であることを特徴とする。
【００１９】
請求項１３に記載の発明では、請求項５に記載の帯電装置において、前記ｓｐ３結合性窒化ホウ素と前記像担持体との間の空隙に、前記像担持体の表面電位を制御する導電性部材を配置したことを特徴とする。
請求項１４に記載の発明では、少なくとも、像担持体、該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、現像手段、転写手段及びクリーニング手段を有する画像形成装置において、前記帯電手段として請求項５乃至１３のうちのいずれかに記載の帯電装置を用いることを特徴とする。
請求項１５に記載の発明では、像担持体、現像手段、転写手段及びクリーニング手段のうちの少なくとも一つと、帯電手段とを備え、画像形成装置本体に着脱自在であるプロセスカートリッジにおいて、前記帯電手段が請求項５乃至１３のうちのいずれかに記載の帯電装置であることを特徴とする。
【００２０】
請求項１６に記載の発明では、カラー画像を形成可能な画像形成装置において、請求項１５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。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１に記載の発明によれば、放出特性に優れたｓｐ３結合性窒化ホウ素を用いたことで、従来に無い高効率の電子放出特性が得られる電界電子放出素子を実現できる。
請求項２に記載の発明によれば、ｓｐ３結合性窒化ホウ素に５Ｈ型または６Ｈ型結晶を主な結晶形態とした材料を使用したことで、従来に無い高効率の電子放出特性が得られる電界電子放出素子を実現できる。
請求項３又は４に記載の発明によれば、単結晶の窒化ホウ素材料を用いる場合に比べて、電子放出特性をある程度維持したまま製造時間を短縮でき、コスト低減を図ることができる。
【００２２】
請求項５に記載の発明によれば、オゾン、ＮＯｘの発生を生じることなく像担持体を帯電することができ、また、印加電圧を従来のコロナ帯電やローラ帯電方式に比べて低減することができるので、省エネルギーの画像形成装置を構成することができる。さらに、電子放出を低エネルギーで行うことができるので、感光体材料のポリカーボネートなどの有機材料をアタックして酸化・焼失させることがないので、感光体膜削れも低減できる。
請求項６に記載の発明によれば、電子放出素子表面の劣化を抑制でき、良好な電子放出特性を長期に亘って得ることができる。
請求項７に記載の発明によれば、像担持体の表面電位を任意に制御することができる。また、電子放出素子表面の保護機能を兼ね備えることができ帯電装置の長寿命化を図ることができる。
【００２３】
請求項８に記載の発明によれば、像担持体の表面電位を任意に制御することができる。
請求項９に記載の発明によれば、薄膜電極が素子表面全面を覆っていることで、電子放出特性に最も影響する素子最表面が被覆され、周囲の雰囲気の影響を受けにくく安定した帯電特性が得られる。さらに、電子写真装置の内部にはトナー、紙粉さらにはそれらに由来する金属酸化物が飛翔しており素子を損傷する可能性があるがこれを防止でき、帯電装置の長寿命化を図ることができる。
請求項１０に記載の発明によれば、大気中での安定性に優れた安定した電子放出特性を確保することができる。
請求項１１に記載の発明によれば、電子放出素子の耐久性を向上させることができると共に良好な電子放出特性を維持することができる。
【００２４】
請求項１２に記載の発明によれば、駆動電圧に直流電圧を用いる場合と異なり、電子放出素子から放出する電子の運動エネルギー（１個当たり）と電子総数とをそれぞれ独立に制御することが可能になるため、帯電装置における放電生成物の低減と良好な帯電能とを両立させることができる。
請求項１３に記載の発明によれば、遠距離から帯電を行うことができ、トナーなどによる汚れを防ぐことができるとともに、帯電電位を安定化させることができ、帯電部材（電子放出素子）への異物や像担持体の衝突による傷を防止することができ、窒化ホウ素材料の部材寿命を延ばすことができる。
【００２５】
請求項１４に記載の発明によれば、オゾン、ＮＯｘの発生を生じることなく像担持体を帯電することができ、また、印加電圧を従来のコロナ帯電やローラ帯電方式に比べて低減することができるので、省エネルギーの画像形成装置を構成することができる。さらに、電子放出を低エネルギーで行うことができるので、感光体材料のポリカーボネートなどの有機材料をアタックして酸化・焼失させることがないので、感光体膜削れも低減できる。
請求項１５に記載の発明によれば、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。
請求項１６に記載の発明によれば、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を図１乃至図１１に基づいて説明する。
まず、図１に第１の実施形態（電子放出素子の単体構造の一例）を示す。図１（Ａ）は斜視図を、図１（Ｂ）はその断面図（一部のみ断面表示、以下同じ）を示している。
本実施形態に係る電子放出素子１０は、基板を兼ねる導電材料としての金属材料１１上にｓｐ３結合性窒化ホウ素材料の薄膜１３を固定化して形成したものである。
【００２７】
図２に第２の実施形態（電子放出素子の単体構造の他例）を示す。図２（Ａ）は斜視図を、図２（Ｂ）はその断面図を示している。
本実施形態に係る電子放出素子２０は、ワイヤー状の基板を兼ねる導電材料としての金属材料２１上にｓｐ３結合性窒化ホウ素材料の粉体２３を分散して固定化して形成したものである。
【００２８】
これらの電子放出素子１０、２０は、基板を兼ねる金属材料１１又は２１に対して図示しない電源によって電圧を印加することで電子を放出する。このとき金属材料１１又は２１はその機能から言えば電極としても機能しており、実施形態のように基板として金属材料１１又は２１を使用することで、別部材として電極を設ける必要がなくなり製造工程を省略でき低コストに素子を作製できる。本実施形態では金属材料１１、２１はロッド状及びワイヤー状をしているが、この形状に特に限定されるものではなく、要は、導電性がありある程度の剛性と製造時のプロセス温度特にｓｐ３結合性窒化ホウ素材料１３、２３を作製・堆積するときの製膜温度に耐える、材質と形状の金属であれば使用可能である。
【００２９】
より具体的にはＮｉ、Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｔi、Ｆｅ等々が使用可能である。
電子放出素子１０、２０から放出された電子は、気体分子、例えば酸素、二酸化炭素、窒素又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。
【００３０】
ここで、このような電子放出素子１０、２０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う場合においては、非常に多くのオゾンや窒素酸化物（ＮＯｘ）が生じる。これは、コロナワイヤーから放出される電子のエネルギーが３０ｅＶ以上であるために電子衝突により気体分子（酸素分子、窒素分子等）が解離して反応する結果、オゾンや窒素酸化物が発生するものである。
実際、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であり、解離反応が起こって当然である。
これに対して、窒化ホウ素材料を用いた電子放出素子の場合、発生する電子のエネルギーは６ｅＶ程度であり、放出された電子は気体分子の解離を起さず、窒素酸化物もオゾンも発生しない。
【００３１】
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ず、長期に亘り安定した帯電を行うことができるようになる。
また、低電圧動作で、短時間で十分な被帯電体の帯電電位を得ることができ、さらに非接触帯電方式のため、転写残トナーの付着による劣化を生じることもなくなる。
【００３２】
図３に第３の実施形態（電子放出素子の単体構造の他例）を示す。図３（Ａ）は斜視図を、図３（Ｂ）は断面図を示している。
本実施形態に係る電子放出素子５０は、基板としての絶縁材料５１上に導電材料としての金属層５２を設けた複合基板を用いたものであり、金属層５２上には窒化ホウ素材料の薄膜５３を固定化して形成してある。
窒化ホウ素材料の薄膜５３は同材料の粉体を分散・固定化して形成しても同様な性能及び機能を得ることができる。
絶縁材料５１としては石英ガラス、パイレックス（登録商標）ガラス、ホウケイ酸ガラス、青板ガラス、表面に不純物ブロック用のＳｉＯ２膜を形成したガラス基板及びアルミナ、マグネシア等々のセラミックス基板等を用いることができる。
【００３３】
金属層５２の材料としては、一般的な導電材料を用いることができ、例えば、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ等の金属あるいはＮｉ−Ｃｒ等合金などが使用できる。
金属層５２の作製方法としては真空蒸着、イオンプレーティング、クラスターイオンビーム蒸着、スパッタ、マグネトロンスパッタ等々の気相製膜法及びスクリーン法、インクジェット法等による湿式印刷法などが適宜使用可能である。また、金属層５２の膜厚ｄは、１００Åないし１０μｍの範囲がコスト及び金属層の抵抗値さらには金属層の内部応力による剥がれ等の観点から好ましい。
このように窒化ホウ素材料の基板として、長尺、大面積基板への成形に適した絶縁材料５１上に金属層５２を設けた複合基板を用いることで、長尺、大面積に対応した電子放出素子が作製でき、かつ、基板材料の選択巾が広がり製造コストが安価にできる。
さらに窒化ホウ素材料の特質として、従来に無い高効率の電子放出特性を有することは言うまでもない。
【００３４】
次に、本発明で電子放出材料として用いる窒化ホウ素材料について説明する。
本発明者らは電子放出用材料用を鋭意探索した結果、特定の条件下で製作した窒化ホウ素の中には、電界電子放出特性（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、かつ強い耐電界強度を有することを見い出した。
すなわち、窒化ホウ素を気相反応によって基板上に堆積する場合、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・成長すること及び、その膜に電界をかけると容易に電子を放出し、かつ、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を見い出した。
【００３５】
本発明の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・プロゴジン等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。紫外光照射により表面での成長反応が促進されるが、これは光強度に反応速度が比例することを意味する。
初期核が半球形であると仮定すると、頂点付近では光強度が大きく、成長が促進されるのに対して、周縁部分では光強度が弱まり成長が遅れる。これが先端の尖った表面形成物の形成要因の一つであると考えられる。
何れにしても紫外光照射が極めて重要な役割を担っており、これが重要なポイントであることは否定できない。
【００３６】
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４に示す構造のＣＶＤ反応容器である。すなわち、図４において、反応容器３１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３２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３３とを備え、図示しない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（以下、単に「基板」という）３４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３５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３６が設定されている。
【００３７】
反応容器３１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、目的とする反応生成物を高純度で得るためには、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。図３において、プラズマトーチ３７は、この態様を示すものであり、反応ガス及びプラズマが基板に向けて照射されるよう、反応ガス導入口３２と、プラズマトーチ３７とが基板に向けて一体に設定されている。
【００３８】
本発明に係る電子放出素子は、以上の反応容器を用いて作製・実施されるが、以下さらに図面及び具体的な実施例に基づいて説明する。ただし、以下に開示する実施例は、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。
すなわち、本発明のねらいとするところ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てなる、電界電子放出特性に優れたｓｐ３結合性窒化ホウ素膜体とその製造方法を提供し、また、電子放出材料としての用途を提供するものであり、その目的が達成しうる限りで、反応条件等は適宜変更、設定することができることはいうまでもない。
【００３９】
こうして得られるｓｐ３結合性窒化ホウ素の構造は例えば、ｓｐ３結合性５Ｈ−ＢＮ材料又はｓｐ３結合性６Ｈ−ＢＮ材料である。つまり、一般式：ＢＮで示され、六方晶系５Ｈ形又は６Ｈ型多形構造を有するｓｐ３結合性窒化ホウ素としては、例えば特許文献７に記載されているものが知られている。
本発明者らは、このようなｓｐ３結合性５Ｈ−ＢＮ材料又はｓｐ３結合性６Ｈ−ＢＮ材料について、画像形成装置における像担持体の帯電装置等に使用可能な電子放出素子に適用可能かを鋭意検討した結果、ｓｐ３結合性５Ｈ−ＢＮ材料又はｓｐ３結合性６Ｈ−ＢＮ材料を電子放出材料として使用することで像担持体を帯電させることができることを見い出して本発明を完成させたものである。
【００４０】
特に、ｓｐ３結合性５Ｈ−ＢＮは、ダイヤモンドと同じ結合状態をもち、ダイヤモンドの次に硬い窒化ホウ素の一種である。窒化ホウ素は例えばルツボなどにも使われる材料であり、抜群の耐熱性と化学物質に対する耐性を有することから、従来に無い耐久性を持ち、かつ高負荷にも耐えられる電子放出材料であると言える。
このような窒化ホウ素材料を用いた電子放出素子を作製するとき、上述したように窒化ホウ素材料は導電材料（上記の電極）の表層に形成された１００μｍ以下の薄膜とすることで、製造に時間がかかりコストが高くなる単結晶を用いる場合に比べて、電子放出特性をある程度維持したまま製造時間を短縮し、材料費を抑えつつコストダウンを図ることができる。
あるいは、ボールミル、粉砕機等の物理的な手段によって、粉体化した窒化ホウ素材料を電極となる導電性部分に導電的に接触させて固定化することにより、単結晶の窒化ホウ素材料を用いた場合に比べて製造工程が簡略され、コストの低減を図ることができる。
【００４１】
（生成条件１）
アルゴン流量２ＳＬＭ、水素流量５０ｓｃｃｍの混合希釈ガス流中にジボラン流量１０ｓｃｃｍ及び、アンモニア流量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。
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。
走査型電子顕微鏡像によって観察した結果、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（０．００１μｍ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。
【００４２】
この薄膜の電界電子放出特性を調べるため、径１ｍｍの円柱状の金属電極を表面から３０μｍ離して真空中で薄膜−電極間に電圧を印加し、電子放出量を測定した。その結果、電界強度１５−２０（Ｖ／μｍ）において電流密度の増大が見られ、２０（Ｖ／μｍ）において、測定用高圧電源の限界電流値（１．３Ａ／ｃｍ２相当）で飽和することが判った。
また、この時の電流値の時間変化を観察した結果、約１５分の間、電流値に多少の揺動が認められたが、ほぼ平均的な電流値が維持され、材料劣化による電流値の減少は見られず安定な材料であることが確認された。
【００４３】
（生成比較例１）
比較のため、紫外光の照射以外は実施例１（生成条件１）の条件と同様の条件で同時に作製した薄膜で、紫外光の照射されなかった部分の電界電子放出特性を調べた。
その結果、電子放出開始の閾値電界強度が４２（Ｖ／μｍ）となり、紫外光照射のある部分の１５（Ｖ／μｍ）に比べて大幅に高くなっていることが判った。また、この部分を走査型顕微鏡で観察したところ、電界電子放出による薄膜の損傷・剥離が見られた。
一方、紫外光照射下で成長した突起状表面形状を示す部分には、電界電子放出実験の後、このような損傷は見い出されなかった。
【００４４】
（生成条件２）
アルゴン流量２ＳＬＭ、水素流量５０ｓｃｃｍの混合希釈ガス流中にジボラン流量１０ｓｃｃｍ及び、アンモニア流量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、出力８００ｗ、周波数１３．５６ＭＨｚのＲＦプラズマを発生し、加熱により９００℃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。
６０分の合成時間により、薄膜生成物を得た。この生成物を生成条件１と同様の方法で同定した結果、結晶系は六方晶であり、Ｓｐ３結合による５Ｈ型多形構造で、格子定数は、ａ＝２．５Å、ｃ＝１０．４Åであった。
【００４５】
走査型電子顕微鏡像によって観察した結果、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（０．００１μｍ〜数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。
この薄膜の電界電子放出特性を調べるため、径１ｍｍの円柱状の金属電極を表面から４０μｍ離して真空中で薄膜−電極間に電圧を印可し電子放出量を測定した。その結果、電界強度１８−２２（Ｖ／μｍ）において電流密度の増大が見られ、２２（Ｖ／μｍ）において、測定用高圧電源の限界電流値（１．３Ａ／ｃｍ２相当）で飽和していることが判った。
すなわち、生成条件１と同様、安定な材料が得られたことが確認された。
【００４６】
以上述べたとおり、本発明の電子放出素子を構成する電子放出特性に優れたＳｐ３結合性窒化ホウ素膜体（Ｓｐ３−ｂｏｎｄｅｄ  ５Ｈ−ＢＮ）は、電界電子放出特性に優れた表面形状、すなわち、先端の尖った状態を呈した形状が自己造形的に形成されてなる特異な構成を有してなるものである。
以上の方法によって電界電子放出特性に優れた表面形状のｓｐ３結合性窒化ホウ素膜体を作製できる。これによって、電界電子放出閾値が低く、電流密度の高い、また、電子放出寿命の長い極めて良好なまさに電界電子放出材料として理想的な新規材料を、特段の加工手段、加工プロセスによることなく作製できる。
【００４７】
図５に第４の実施形態を示す。
本実施形態に係る電子放出素子６０は、基板として絶縁材料６１上に電極層６２を設けた複合基板を用いたものであり、電極層６２上には窒化ホウ素材料６３の薄膜を固定化して形成してある。
また、窒化ホウ素材料の薄膜６３は同材料の粉体を分散・固定化して形成しても同様な性能及び機能を得ることができる。さらに、窒化ホウ素材料６３の上には保護膜としての薄膜電極６４が設けられている。
薄膜電極６４と電極層６２との間には、直流駆動電源６７が設けられている。また、電子放出素子６０の薄膜電極６４と像担持体６６の裏面の電極６５との間には、バイアス電源６８が設けられている。ここで、電極６５はゼロ電位に接地されている導電性支持体である。
電子放出素子６０、直流駆動電源６７及びバイアス電源６８により、本実施形態に係る帯電装置１００が構成されている。
後述するように、薄膜電極６４を設けることで像担持体６６の表面電位を任意に制御することができるとともに、電子放出素子表面の保護機能をも兼ね備えることができ、帯電装置の寿命が伸びる。
さらには電子放出特性に最も影響する素子最表面が被覆され、周囲の雰囲気の影響を受けにくく安定した帯電特性が得られる。
【００４８】
次に、本実施形態の帯電装置の動作を説明する。直流駆動電源６７によって電子放出素子６０の薄膜電極６４にプラスの電圧を、電極層６２にマイナスの電圧を印加して、電子が窒化ホウ素材料６３のエネルギー障壁を越えることが可能なレベルの電位差を生じさせ、電子を放出させる。
放出した電子は薄膜電極６４をトンネルし、所定の運動エネルギーを有する電子として外部に放出され、像担持体６６に向かう。電子は飛翔中に大気分子に付着して低エネルギーの負イオンが発生し、この負イオン又は電子が像担持体６６に到達し負に帯電する。
このとき、バイアス電源６８によって薄膜電極６４と像担持体６６裏面の電極層６２との間に印加するバイアス電圧を調整することで、像担持体６６の帯電電位を調整できると共に、電子放出素子６０から放出される電子の運動エネルギーをもコントロールすることができる。
【００４９】
薄膜電極６４の電子放出素子表面の保護機能に関してさらに詳しく説明する。電子写真装置の内部にはトナー、紙粉さらにはそれらに由来する金属酸化物（Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ２、ＳｉＯ２等々）が飛翔しており、薄膜電極６４がなければ、それらは素子表面に衝突或いは付着して窒化ホウ素材料６３の表面構造及び表面エネルギー（吸着物の状態）を変えるために放出特性が変化したり、場合によっては素子自体が破壊することがある。
これに対して薄膜電極６４を設けると、かかる問題の発生は実用上支障のない範囲まで低下する。
【００５０】
図６に第５の実施形態を示す。
表面保護機能の効果は少なくとも素子の全面を被覆しないと十分ではない。図６に示すように、薄膜電極６４が素子表面を部分的にしか被覆していないと、かえって薄膜電極６４のエッジ部７０に電界が集中して電子放出特性に悪影響を及ぼす。
さらに、使用雰囲気にイオン性の不純物（Ｎａイオンや人体由来の尿素等々）が存在するとその部位で局部電池反応が起こり素子を侵食する恐れがある。
絶縁材料６１としては石英ガラス、パイレックス（登録商標）ガラス、ホウケイ酸ガラス、青板ガラス、表面に不純物ブロック用のＳｉＯ２膜を形成したガラス基板及びアルミナ、マグネシア等々のセラミックス基板等を用いることができる。
【００５１】
電極層６２の材料としては、一般的な導電材料を用いることができ、例えば、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ等の金属あるいはＮｉ−Ｃｒ等合金などが使用できる。
電極層（金属層）６２の作製方法としては真空蒸着、イオンプレーティング、クラスターイオンビーム蒸着、スパッタ、マグネトロンスパッタ等々の気相製膜法及びスクリーン法、インクジェット法等による湿式印刷法などが適宜使用可能である。
電極層６２の膜厚ｄは、１００Åないし１０μｍの範囲がコスト及び金属層の抵抗値さらには金属層の内部応力による剥がれ等の観点から好ましい。
【００５２】
次に、薄膜電極６４の材料としては、電極としての機能を満足するために比抵抗が低く薄膜に形成しやすいこと、さらには大気中で安定なことなどが要求され、その観点で鋭意材料探索した結果、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｃｓ、Ｒｈ又はＲｕの単体、前記単体の合金、あるいは前記単体と前記合金の組み合わせが好適であることを見い出した（第６の実施形態）。
他の材料例えばＡｌ、Ｆｅといった金属は反応性が高い金属を使用すると経時変化が大きく不都合が生じる。例えばＡｌの場合、大気中では容易に酸化物となるため、薄膜電極６４の仕事関数を変化させる原因となり、電子放出特性の経時変化を招くことになる。
これらに対して上記の単体、合金、あるいはその組み合わせ（混合）からなる材料は大気中での安定性に優れ、安定した電子放出特性が確保される。本発明に使用される合金等の具体例をあげればＩｒ、ＰｔＩｒ、ＩｒＯ２等が挙げられる。
【００５３】
次に、薄膜電極６４の膜厚について説明する。薄膜電極６４を介して電子がすみやかに外部に放出されること及び電極として機能する３ｎｍ以上４０ｎｍ以下にすることにより、電子放出素子の耐久性を向上させると共に良好な電子放出特性を維持することができる（第７の実施形態）。
特に４０ｎｍ以下でないと、材料に印加される電界によって窒化ホウ素材料の表面ポテンシャルバリアーを突き抜けた電子が、薄膜電極中を走行するときにロスが多くなり（場合によってはトンネルできなくなる）大気中に放出されない事態を起す。
逆に３ｎｍ未満では薄膜電極が連続体ではなくなり、電極として機能しなくなる。上記の諸観点からすると、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下がさらに好ましい。
【００５４】
図７に第８の実施形態を示す。
本実施形態では、駆動電源６９を用いて、電子放出素子６０の薄膜電極６４と電極層６２との間に交流電圧又はパルス電圧を印加することを特徴とする。
電子放出素子６０、バイアス電源６８及び駆動電源６９により、本実施形態に係る帯電装置１０２が構成されている。
こうすることで上述した第４の実施形態の場合における効果に加えて、次のような効果を奏することができる。
すなわち、電子放出素子６０の薄膜電極６４に駆動電源６９を用いて、先ずマイナスの電圧が印加された場合には電子は窒化ホウ素材料６３内部にある程度蓄積される。次に薄膜電極６４にプラスの電圧が印加された場合にはその蓄積された電子も含めて多量の電子が外部に放出放出されることになる。
このため、上述した第４の実施形態の場合よりもさらに良好な帯電能を得ることが可能となる。
さらに言えば、上述した第４の実施形態の直流駆動電源６７を用いる場合と異なり、電子放出素子６０から放出する電子の１個当たりの運動エネルギーと電子総放出数とをそれぞれ独立に制御することが可能になるため、放電生成物の低減とより良好な帯電能とを両立させて実現することができる。
【００５５】
図８及び図９に基づいて第９の実施形態を説明する。
本実施形態は、電子放出素子を像担持体上に静電潜像を形成するために電荷を付与する帯電装置に使用した画像形成装置に関するものである。
先ず、本実施形態に係る帯電装置２１１に関して説明する。図８に示すように、帯電装置２１１の主要部分は先に図３で説明した電子放出素子５０を使用したものである。電子放出素子５０は、基板として絶縁材料５１上に金属層５２を設けた複合基板を用いたものであり、金属層５２上には窒化ホウ素材料の薄膜５３を固定化して形成してある。
窒化ホウ素材料の薄膜５３は同材料の粉体を分散・固定化して形成しても同様な性能及び機能を得ることができる。
絶縁材料５１と金属層５２の材料および膜厚は先に記載した内容と同様でありここでは省略する。
【００５６】
より具体的に電子放出素子５０の作製法を説明する。絶縁材料５１上としては３００ｍｍ×７ｍｍ、厚み１．３ｍｍのパイレックス（登録商標）ガラスを使用し、その上に金属層５２となるＮｉ薄膜をスパッタ法にて約２μｍ堆積した。
さらにその上に図４で示した形成装置を用いて混合ガスプラズマ（ジボラン：水素化ホウ素Ｂ２Ｈ６、水素、アンモニア、アルゴン）に紫外エキマレーザー（λ：１９３ｎｍ、ｆ：１０３０Ｈｚ）を照射して窒化ホウ素材料の薄膜５３を堆積させた。
帯電装置２１１は、上述した電子放出素子５０を絶縁性の略コ字状のケース４内に収納し、ケース４の開口部４ａを像担持体２０１に対向するように配置している。
そして、ケース４の開口部４ａにステンレス製のグリッド７を取り付け、このグリッド７に電源から電圧を印加する構成としている。
【００５７】
グリッド７としては、従来からスコロトロン帯電方式で用いられているハニカム構造のステンレス板を用いているが、その他の電子が通過する構造の導電性膜や穴を形成した導電性板状部材を使用することもできる。
電子放出素子５０とグリッド７との距離は５０μｍ、グリッド７と像担持体２０１（図９参照）間のギャップは１ｍｍとし、電子放出素子５０に電源から−２００Ｖの電圧を印加し、グリッド７に別電源から−６５０Ｖの電圧を印加し、ケース４の開口部４ａが像担持体２０１に対向するように配置して非接触帯電を行った。
本実施形態において、像担持体２０１の線速を２００ｍｍ／ｓｅｃとした場合、像担持体２０１の表面は−６００Ｖに帯電した。グリッド７に対する印加電圧を変化させると像担持体２０１の表面電位も変化し、グリッド７に−８５０Ｖの電圧を印加すると、像担持体２０１は約−８００Ｖに帯電することが確認された。
また、グリッド７に対する印加電圧を小さくすると、像担持体２０１の表面電位もそれに対応して小さくなることが確認された。
【００５８】
このように、窒化ホウ素材料と像担持体表面との間の空隙（ギャップ）に像担持体表面電位を制御する導電性部材（グリッド）を配置することにより、窒化ホウ素材料と像担持体表面との間の空隙を広くしても所要の帯電電位を得ることができるようになる。
これにより、遠距離から帯電を行うことができ、トナーなどによる汚れを防ぐことができるとともに、帯電電位を安定化させることができ、帯電部材（電子放出素子）への異物や像担持体の衝突による傷を防止することができ、窒化ホウ素材料の部材寿命を延ばすことができる。
また、窒化ホウ素材料を用いた電界電子放出素子を帯電装置に使用したことで、上述したようにオゾン、ＮＯｘの発生を生じることなく像担持体を帯電することができる。
さらに、電子放出を低エネルギーで行うことができるので、感光体材料のポリカーボネートなどの有機材料をアタックして酸化・焼失させることがなく、感光体膜削れも低減できる。
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ので、省エネルギーの画像形成装置を構成することができる。
【００５９】
次に図１０に基づいて本実施形態に係る画像形成装置について説明する。
この画像形成装置は、矢示方向に回転する感光体ドラム２０１の周囲に、感光体ドラム２０１表面を帯電させるための上述した電子放出素子５０で構成した帯電装置２１１が配置され、帯電した感光体ドラム２０１上に原稿画像に応じて照射されるレーザー光２１２によって静電潜像が形成される。さらに、静電潜像を現像するための現像装置２１３と、感光体ドラム２０１上のトナー像を転写材２１５に転写するための転写装置２１６と、転写後の感光体ドラム２０１上の残留トナーを除去するクリーニング装置２１７と、感光体ドラム２０１上の残留電荷を除去する除電装置２１８とを配置している。
また、転写装置２１６でトナー像が転写された転写材２１５に定着処理を行う定着装置２１９を備えている。
【００６０】
ここで、帯電装置２１１の電子放出素子５０と感光体ドラム２０１表面との距離（ギャップＧ）は５０μｍとし、電子放出素子５０に−１５０Ｖの電圧を印加することで、電子放出素子５０から放出された電子により発生する負イオンが感光体ドラム２０１上に付着し、感光体ドラム２０１の表面が帯電する。
帯電後の感光体ドラム２０１は２００ｍｍ／ｓｅｃで回転し、図示しない書込み装置により静電潜像が形成される。その後、現像装置２１３によって潜像がトナーなどの現像剤で現像され可視像となり、感光体２０１上に形成されたトナー像は次に転写装置２１６により紙などの転写材２１５に転写される。
【００６１】
トナー像が転写された後の感光体ドラム２０１上には微量の転写残トナーが残るが、次のクリーニング装置２１７によりクリーニングされ、次に除電装置２１８によって感光体ドラム２０１は必要に応じて除電され、次に画像形成プロセスに備える。
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。
本実施形態の特徴は窒化ホウ素材料を用いた電界電子放出素子を帯電装置に使用したでことであり、上述したようにオゾン、ＮＯｘの発生を生じることなく像担持体を帯電することができる。
さらに、電子放出を低エネルギーで行うことができるので、感光体材料のポリカーボネートなどの有機材料をアタックして酸化・焼失させることがなく、感光体膜削れも低減できる。従って、従来のコロナ帯電やローラ帯電方式を使用した画像形成装置に比べて非常に長寿命でかつ省エネルギーな画像形成装置を実現できる。
【００６２】
図１０に基づいて第１０の実施形態（プロセスカートリッジ）を説明する。
プロセスカートリッジ３００は、像担持体３０１、上述した電子放出素子を有する帯電装置である帯電手段３１１、現像手段３１３、クリーニング手段３１７を一体に結合して構成されており、且つ、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されている。
本実施形態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、帯電手段３１１と、像担持体３０１、現像手段３１３、クリーニング手段３１７のうち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３１１を画像形成装置本体に対して着脱自在であるプロセスカ−トリッジ内に具備させることにより、メンテナンス性の向上、他の装置との一体交換を容易に行うことができるようになる。
【００６３】
図１１に基づいて、第１１の実施形態（カラー画像形成装置）を説明する。
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）３２１に沿って、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の画像を形成するための上述したプロセスカ−トリッジ３００Ｙ、３００Ｍ、３００Ｃ、３００Ｋを並置したタンデム型のカラー画像形成装置である。
各プロセスカ−トリッジ３００Ｙ、３００Ｍ、３００Ｃ、３００Ｋで現像された各像担持体３０１上の現像トナーは水平に延在する転写電圧が印加された転写ベルト３２１に順次転写される。
このようにイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと画像の形成が行なわれ、転写ベルト３２１上に多重に転写され、転写手段３２２で転写材３２３にまとめて転写される。そして、転写材３２３上の多重トナー像は図示しない定着装置によって定着される。
【００６４】
なお、プロセスカ−トリッジ３００は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順で説明したが、この順番に特定されるものではなく、どの順番で並置してもよい。
通常、カラーの画像形成装置は複数の画像形成部を有するため装置が大きくなってしまう。また、クリーニングや帯電などの各ユニットが個別で故障したり、寿命による交換時期がきた場合は、装置が複雑でユニットの交換に非常に手間がかかることになる。
そこで、本実施形態のように、像担持体、帯電手段、現像手段の構成要素をプロセスカ−トリッジとして一体に結合して構成することによって、ユーザーによる交換も可能な小型で高耐久のカラー画像形成装置を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
上述した電子放出素子の応用範囲は極めて多様で広く、今後大いに産業の発展に寄与することが期待される。
すなわち、従来の１０００倍以上の電流密度で電子線を放出することにより超高輝度かつ高効率な照明システムの構築、微少電子放出面積で十分な電流値が得られることを利用した超高精細ディスプレイ等の実現（携帯電話、ウエアラブルコンピューターなどへの応用）、成長時における紫外光照射面のみが電子放出特性に優れることを利用した、特有な電子放出パターンの形成、あるいは、超高輝度ナノ電子源としての利用、さらにまた、超小型電子ビーム源、等等への道を開き、その結果、照明、ディスプレイをはじめ現代の日常生活の隅々に行き渡っている各種電気機器・デバイスの革新につながることが考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電子放出素子を示す図で、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は概要断面図である。
【図２】第２の実施形態に係る電子放出素子を示す図で、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は概要断面図である。
【図３】第３の実施形態に係る電子放出素子を示す図で、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は概要断面図である。
【図４】ｓｐ３結合性窒化ホウ素膜体を得るための反応容器の概要構成図である。
【図５】第４の実施形態に係る帯電装置の概要構成図である。
【図６】第５の実施形態に係る電子放出素子の概要断面図である。
【図７】第８の実施形態に係る帯電装置の概要構成図である。
【図８】第９の実施形態に係る帯電装置の概要構成図である。
【図９】第９の実施形態に係る画像形成装置の概要構成図である。
【図１０】第１０の実施形態に係るプロセスカートリッジの概要構成図である。
【図１１】第１１の実施形態に係る画像形成装置の概要構成図である。
【符号の説明】
【００６７】
７  導電性部材としてのグリッド
１０、２０、５０  電子放出素子
１３、２３、５３、６３  ｓｐ３結合性窒化ホウ素
６６  像担持体
６４  保護膜としての薄膜電極
６５  導電性支持体
１００、１０２、２１１  帯電装置
２０１  像担持体
２１３  現像手段
２１６  転写手段
２１７  クリーニング手段
３００  プロセスカートリッジ
【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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【図１０】
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【図１１】
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