(57)【要約】【課題】帯電率が良く、発熱を抑制し、長寿命を確保できる帯電装置を提供する。【解決手段】一方向Ｒに回転する被帯電体３に対して距離を隔てて電子放出素子５Ａが対向配置され、電子放出素子５Ａより放出される電荷により被帯電体３を帯電させる帯電装置であって、電子放出素子５Ａは、被帯電体３に最も近接する電子放出面５５ａ上の位置Ｐｎが、電子放出面５５ａの一方向Ｒの中心Ｐｃよりも被帯電体３の回転方向Ｒ下流側の領域に位置するように配置されている。【選択図】図４
2017111234.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に回転する被帯電体に対して距離を隔てて電子放出素子が対向配置され、前記電子放出素子より放出される電荷により前記被帯電体を帯電させる帯電装置であって、
前記電子放出素子は、前記被帯電体に最も近接する電子放出面上の位置が、前記電子放出面の前記一方向の中心よりも前記被帯電体の回転方向下流側の領域に位置するように配置されていることを特徴とする帯電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の帯電装置であって、
前記電子放出素子は、前記一方向に沿って複数配置されていることを特徴とする帯電装置。
【請求項３】
請求項２に記載の帯電装置であって、
前記複数の電子放出素子は、前記被帯電体の前記回転方向の下流側に位置する電子放出素子が上流側に位置する電子放出素子より前記被帯電体に近接する配置とされていることを特徴とする帯電装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか一つに記載の帯電装置であって、
前記電子放出素子の前記電子放出面が平面状または前記一方向に向かって湾曲する曲面状であることを特徴とする帯電装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか一つに記載の帯電装置であって、
前記電子放出素子は、対向する２枚の導電体と、前記導電体間に介装された中間層とで構成され、前記導電体間に電圧を印加することで電子を放出することを特徴とする帯電装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか一つに記載の帯電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、一方向に回転する被帯電体に対して距離を隔てて対向配置された電子放出素子より放出される電荷により前記被帯電体を帯電させる帯電装置及びそれを備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の複写機、複合機、プリンタ等の画像形成装置に搭載されている帯電装置は、感光体等の被帯電体に静電潜像を形成するのに先立って、被帯電体の表面を種々の方法で均一に帯電させている。従来の帯電方法の中ではコロナ帯電法が代表的であり、この方法では非常に細いワイヤ若しくノコ歯状の電極からグリッド電極に向けてコロナ放電させる電子放出装置を用いて、グリッドをすり抜けた電荷を感光体の表面に蓄積させて帯電させている。
【０００３】
他の帯電方法としては、導電性ローラを用いたローラ帯電法が一般的ある。この方法では、感光体の表面に接触若しくは非常に近接させて放電することで帯電させるため、コロナ帯電法に比べてオゾンの発生量及び消費電力量を低減させることができる。
【０００４】
さらに、近年ではＭＩＭ（Metal Insulator Metal）型やＭＩＳ（Metal Insulator Semiconductor）型の電子放出素子が開発されている（例えば特許文献１，２等）。これらの電子放出素子は、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、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。また、素子内部で加速した電子を外部に放出するため、素子外部に強電界を必要としない。
【０００５】
さらに、近年、大気中で安定的に電子を放出できる素子が報告されている（例えば、特許文献３参照）。この電子放出素子では、上記と同様、素子外部に強電界を必要としないことから、気体分子の電離によるスパッタリングで破壊される問題、及びオゾン発生の問題を克服している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２５５１６８号公報
【特許文献２】特開平８−２５０７６６号公報
【特許文献３】特開２００９−１４６８９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、画像形成装置に搭載されている帯電装置として用いられる電子放出装置では、高い電圧の静電潜像を形成する必要があるため、放出される電荷量は多く、帯電領域の空間電荷密度が非常に高くなる。このため、高密度の電荷間のクーロン反発力が強まり、放出した電子は跳ね返されてしまう。すなわち、感光体に帯電される帯電電流量は電子放出装置からの放出電流量に関係なく制限されてしまう。このように高い空間電荷密度によって電流量が制限されることを空間電荷制限（Space Charge Limit : SCL）という。
【０００８】
具体的に説明すると、上記コロナ帯電法であれば、電子放出装置の表面に相当するグリッド電極と感光体との間の空間を通過する電流が制限され、上記特許文献１〜３等の電子放出素子による帯電方法であれば、電子放出面と感光体との間の空間を通過する電流が制限される。これらは最終的に、帯電電流効率の低下に伴ってエネルギー効率の悪化や発熱の問題を引き起こすといった問題があった。また、電子放出装置に対して必要以上に強い負荷を掛けてしまい、装置寿命を短命化させるといった問題もあった。
【０００９】
本発明はかかる問題点を解決すべく創案されたもので、その目的は、帯電率が良く、発熱を抑制し、長寿命を確保できる帯電装置及びそれを備えた画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の帯電装置は、一方向に回転する被帯電体に対して距離を隔てて電子放出素子が対向配置され、前記電子放出素子より放出される電荷により前記被帯電体を帯電させる帯電装置であって、前記電子放出素子は、前記被帯電体に最も近接する電子放出面上の位置が、前記電子放出面の前記一方向の中心よりも前記被帯電体の回転方向下流側の領域に位置するように配置されていることを特徴としている。
【００１１】
また、本発明の帯電装置によれば、前記電子放出素子は、前記一方向に沿って複数配置された構成としてもよい。
【００１２】
また、本発明の帯電装置によれば、前記複数の電子放出素子は、前記被帯電体の前記回転方向の下流側に位置する電子放出素子が上流側に位置する電子放出素子より前記被帯電体に近接する配置とされた構成としてもよい。
【００１３】
また、本発明の帯電装置によれば、前記電子放出素子の前記電子放出面が平面状または前記一方向に向かって湾曲する曲面状であってもよい。
【００１４】
また、本発明の帯電装置によれば、前記電子放出素子は、対向する２枚の導電体と、前記導電体間に介装された中間層とで構成され、前記導電体間に電圧を印加することで電子を放出する構成としてもよい。
【００１５】
また、本発明の画像形成装置は、上記各構成の帯電装置を備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、被帯電体への帯電率を向上させることができる。また、帯電率が向上することで、帯電装置の発熱を抑制し、装置の長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態に係る帯電装置を備えた画像形成装置を正面側より見た概略断面図である。
【図２】帯電装置に用いられる電子放出装置の一例を示す概略断面図である。
【図３】図２中に示す電子放出素子を電子放出面側から見た平面図である。
【図４】実施形態１に係る帯電装置の電子放出素子を感光体ドラムに対向配置した状態を示す概略断面図である。
【図５】ＳＣＬ電流ｉSCLと自由電流ｉfreeとの関係の一例を示すグラフである。
【図６】ＳＣＬ電流ｉSCLと自由電流ｉfreeとの関係の一例を示すグラフであり、縦軸の帯電電流及び横軸の回収電圧を共に対数目盛りで示した両対数グラフである。
【図７】図６に示すグラフにおいて、回収電圧に対して電流値の小さい方を選択した場合のグラフである。
【図８】図７に示した帯電電流によって感光体ドラムを帯電したときの感光体ドラムの帯電時間帯における帯電電流の変化と帯電率との関係を示すグラフである。
【図９】平行平板の回収電極と電子放出素子との間の距離を固定として、電子放出素子の駆動電圧を種々変更した場合の回収電流と回収電圧との関係を実験によって求めた結果を示すグラフである。
【図１０】回収電極と電子放出素子の距離（ギャップ）を種々変更した場合の回収電圧と帯電電流との関係を実験によって求めた結果を示すグラフである。
【図１１】（ａ）は、ギャップ依存性に着目して帯電シミュレーションを行った結果を示す表、（ｂ）及び（ｃ）は、電子放出素子の配置位置の一例を示す説明図である。
【図１２Ａ】電子放出素子の回転方向の中心を最近接位置として配置した場合において、帯電に寄与する電流量（帯電電流量）の総和を模式的に示したグラフである。
【図１２Ｂ】最近接位置を電子放出素子の回転方向の中心より回転方向下流側にずらせて配置した場合において、帯電に寄与する電流量（帯電電流量）の総和を模式的に示したグラフである。
【図１３】実施形態２に係る帯電装置の電子放出素子を感光体ドラムに対向配置した状態を示す概略断面図である。
【図１４】実施形態３に係る帯電装置の電子放出素子を感光体ドラムに対向配置した状態を示す概略断面図である。
【図１５】実施形態４に係る帯電装置の電子放出素子を感光体ドラムに対向配置した状態を示す概略断面図である。
【図１６】実施形態５に係る帯電装置の電子放出素子を感光体ドラムに対向配置した状態を示す概略断面図である。
【図１７】実施形態６に係る帯電装置の電子放出素子を感光体ドラムに対向配置した状態を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１９】
＜画像形成装置全体の説明＞
図１は、本発明の実施の形態に係る帯電装置を備えた画像形成装置を正面側より見た概略断面図である。
【００２０】
この画像形成装置１００は、画像形成装置本体１１０と、この画像形成装置本体１１０の上に設けられた自動原稿処理装置１２０とで構成されている。
【００２１】
自動原稿処理装置１２０は、原稿載置台９２、及び、照光ユニット９０を備えている。原稿載置台９２は、透明ガラスで構成され、画像形成装置本体１１０の上部に設けられている。また、照光ユニット９０は、原稿の読み取を行うための光を照射する。
【００２２】
この自動原稿処理装置１２０は、原稿載置台９２の上に自動で原稿を搬送する機能を備えている。また、この原稿処理装置１２０は、図１中、紙面手前側から奥側に向かって開閉自在に構成され、原稿載置台９２の上を開放することにより、原稿を手動で載置することができる。
【００２３】
画像形成装置本体１１０は、露光ユニット１、現像器２、感光体ドラム３、クリーナユニット４、帯電ユニット５、転写ユニット６、２次転写ユニット１０、定着ユニット７、給紙カセット９５、及び、排紙トレイ９１等で構成されている。
【００２４】
この画像形成装置１００で扱われる画像データは、ブラック（Ｂ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の各色を用いたカラー画像データである。従って、上記の構成要素の内、現像器２、感光体ドラム３、帯電ユニット５、及び、クリーナユニット４は、これらの各色に応じた４種類の潜像を形成するために、それぞれ４個ずつ用いられており、これらにより、ブラック、シアン、マゼンタ、及び、イエローの４つの画像ステーションが構成されている。
【００２５】
感光体ドラム３は、回転ドラムで構成され、その円周表面に静電潜像が形成される。帯電ユニット５は、感光体ドラム３の表面を所定の電位に均一に帯電させる帯電手段である。
【００２６】
露光ユニット１は、レーザー出射部及び反射ミラー等を備えたレーザースキャニングユニット（ＬＳＵ）として構成され、帯電された感光体ドラム３を入力された画像データに応じて露光することにより、その表面に、画像データに応じた静電潜像を形成する。
【００２７】
現像器２は、それぞれの感光体ドラム３上に形成された静電潜像を、４色（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）のトナーにより顕像化する。クリーナユニット４は、現像・画像転写後における感光体ドラム３上の表面に残留したトナーを、除去・回収する。
【００２８】
転写ユニット６は、無端の中間転写ベルト（転写ベルト）６１、中間転写ベルト駆動ローラ６２、中間転写ベルト従動ローラ６３、及び中間転写ローラ６４で構成されている。これらの内、中間転写ベルト駆動ローラ６２、中間転写ベルト従動ローラ６３、及び、中間転写ローラ６４は、中間転写ベルト６１を張架して回転駆動させるのに用いられる。また、各中間転写ローラ６４は、感光体ドラム３のトナー像を、中間転写ベルト６１上に転写するための転写バイアスを与えるものである。
【００２９】
中間転写ベルト６１は、各感光体ドラム３に接触するように設けられており、搬送方向Ｄに搬送されて、感光体ドラム３に形成された各色のトナー像を中間転写ベルト６１に順次的に重ねて転写することによって、中間転写ベルト６１上にカラーのトナー像（多色トナー像）を形成する。感光体ドラム３から中間転写ベルト６１へのトナー像の転写は、中間転写ベルト６１の裏側に接触している中間転写ローラ６４によって行われる。
【００３０】
各感光体ドラム３上で各色相に応じて顕像化されて形成されたトナー像は、中間転写ベルト６１で積層される。積層されたトナー像は、中間転写ベルト６１の回転によって、２次転写ユニット１０へ搬送されて、記録用紙上に転写される。
【００３１】
２次転写ユニット１０は、転写ローラ１０ａを備えており、この転写ローラ１０ａによって、中間転写ベルト６１上に形成されたトナー像が記録用紙上に転写される。
【００３２】
中間転写ベルト６１上に残存したトナーは、ベルトクリーニングユニット６５によって除去・回収される。
【００３３】
ベルトクリーニングユニット６５は、中間転写ベルト６１に接触して中間転写ベルト６１をクリーニングするクリーニング部材を備えている。
【００３４】
クリーニング部材としては、例えば、クリーニングブレードが用いられる。クリーニングブレードは、中間転写ベルト６１に接触して、中間転写ベルト６１をクリーニングする。また、このクリーニングブレードが接触する中間転写ベルト６１の部分の裏側は、中間転写ベルト従動ローラ６３により支持されている。
【００３５】
定着ユニット７は、定着ローラ７１、及び、加圧ローラ７２を備えている。定着ユニット７は、記録用紙上に形成された未定着トナー像を、加熱溶融して固着させることで、記録用紙上に定着させる。
【００３６】
給紙カセット９５は、画像形成に使用する記録用紙を蓄積しておくためのトレイであり、画像形成装置本体１１０の露光ユニット１の下側に設けられている。また、画像形成装置本体１１０の上方に設けられている排紙トレイ９１は、印刷済みの記録用紙をフェイスダウンで集積するためのトレイである。
【００３７】
また、画像形成装置本体１１０には、給紙カセット９５から給紙された記録用紙を、転写ローラ１０ａや定着ユニット７を経由して排紙トレイ９１に搬送するための、略垂直形状の用紙搬送路Ｓが設けられている。
【００３８】
また、給紙カセット９５から排紙トレイ９１までの用紙搬送路Ｓの近傍には、ピックアップローラ１１ａ、複数の搬送ローラ１２ａ〜１２ｄ、レジストローラ１３、転写ローラ１０ａ、及び、定着ユニット７等が備えられている。
【００３９】
上記構成において、本実施の形態の帯電ユニット（以下、帯電装置と称する）５は、電圧を印加することにより電子を放出する電子放出素子を備えた電子放出装置を用いている。すなわち、本実施の形態の帯電装置５は、一方向に回転する被帯電体である感光体ドラム３に対して距離を隔てて電子放出素子が対向配置され、この電子放出素子より放出される電荷により感光体ドラム３を帯電させる帯電装置である。これにより、オゾンやＮＯX等の放電生成物の発生を抑えることができ、また感光体ドラム３表面の帯電電位を安定制御し、電子放出装置の長寿命化を実現することが可能である。
【００４０】
ここで、帯電装置５に用いられる電子放出装置の一例について説明する。
【００４１】
＜帯電装置５に用いられる電子放出装置の説明＞
図２は、帯電装置５に用いられる電子放出装置の一例を示す概略断面図、図３は、図２中に示す電子放出素子を電子放出面側から見た平面図である。
【００４２】
この帯電装置５は、電子放出素子５Ａ及び所定の電圧を出力する電源５Ｂを備えている。帯電装置５は、電子放出素子５Ａに電源５Ｂからの所定の電圧が印加されると素子面から電子を放出する。
【００４３】
電子放出素子５Ａは、第１電極としての基板電極５１、絶縁層５２、中間層５３、及び第２電極としての表面電極５５、及び金属膜５４を備え、図２に示すような積層構造を有している。なお、図２中の各部の寸法は分かり易さを考慮して一部誇張して示されている。
【００４４】
電源５Ｂの負極は基板電極５１に接続され、電源５Ｂの正極は表面電極５５の適所、好ましくは表面の端部に接続されている。電源５Ｂから供給される電子は、中間層５３内で基板電極５１から表面電極５５に向けて加速され、一部の電子が弾道電子として表面電極５５から放出される。
【００４５】
基板電極５１は、金属板などの電気伝導性を備えた板状の支持体からなる。基板電極５１は、電気伝導性を備えていればよく、具体例としては、Ａｌ、Ｃｕ、ＳＵＳなどの金属板、Ｂ、Ａｌ、Ｎ、Ｐなどの不純物がハイドープされた半導体基板、及び金属または導電性材料が成膜されたガラス板、アクリル板、セラミック板などの絶縁性基板が使用可能である。基板電極５１の板厚は特に限定されないが、素子としての剛性、及び素子発熱による発熱の緩和を考慮した適宜な厚さに設定される。
【００４６】
中間層５３と接する基板電極５１の表面粗さＲａは、中間層５３の層厚と比べて十分に小さく、基板電極５１と表面電極５５との間で短絡が生じない程度に設定される。例えば、表面粗さＲａは、０．１μｍ以下が好ましい。また、中間層５３及び表面電極５５が耐えられるものであれば、基板電極５１は柔軟性を持つ基板を使用してもよい。
【００４７】
絶縁層５２は、必要に応じて形成されるもので、電気的に絶縁性を有すれば良く、具体例としては金属酸化物、金属窒化物などの無機材料、またはシリコーン系樹脂、フェノール系樹脂などの有機材料を使用できる。絶縁層５２は、表面電極５５と電源５Ｂの接点直下に形成され、電源５Ｂとの接点の直下への電流集中を緩和させて電極破壊の虞を抑制するものである。さらに、前記接点直下を含め、基板電極５１の端縁について形成してもよい。
【００４８】
中間層５３は、絶縁性樹脂、導電性樹脂、及び絶縁性微粒子のうちの一つ以上を含むものである。中間層５３は、さらに金属微粒子が添加されていることが好ましい。実施の形態では、図２に示すように、絶縁性樹脂５３１及び金属微粒子５３２を混合したものを中間層５３として用いてもよい。中間層５３の層厚は０．３〜５．０μｍとすることが好ましい。
【００４９】
絶縁性樹脂５３１は、絶縁性を有する材料であればよく、殆どの樹脂が使用可能である。例えば、シリコーン系樹脂が使用でき、その硬化タイプも特に限定されない。金属微粒子５３２は、金属であればよく、例えばＡｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｇなどの酸化に強い金属が好ましい。また、金属微粒子５３２の粒径は、中間層５３に絶縁性微粒子を含める場合には当該絶縁性微粒子の粒径よりも小さい必要がある。金属微粒子５３２は、平均粒径が３〜２０ｎｍであることが好ましい。
【００５０】
表面電極５５は、導電性材料の薄膜からなる。その材料は、高い電気導電性を備えていればよく、金属材料であることが好ましい。具体例としては、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｇなどを含む金属が挙げられる。特に大気中で駆動することを想定した場合、酸化なとの化学反応を起こさない材料、例えばＡｕが好ましい。
【００５１】
表面電極５５は、層厚が小さすぎると、面内抵抗が増大し、電子放出素子５Ａの（面方向の）全体で無視できない大きさの抵抗を持つようになる。その結果、基板電極５１と表面電極５５との間で、面方向において等しい電圧がかからず、面内均一性が損なわれる。また、破壊耐性が低下し、表面電極５５の寿命が低下する。反対に、表面電極５５の層厚が大きすぎると、表面電極５５の破壊が抑制され、欠損領域が低減することで電子放出量が低減する。
【００５２】
なお、図２及び図３に示した電子放出素子５Ａはあくまで一例であり、電圧を印加することによって表面電極から電子を放出させることのできる従来周知の種々の電子放出素子を本発明においても適用可能である。
【００５３】
＜実施形態１＞
図４は、実施形態１に係る帯電装置５の電子放出素子５Ａを感光体ドラム３に対向配置した状態を示す概略断面図である。
【００５４】
実施形態１では、一方向Ｒに回転する感光体ドラム３に対して距離ｄを隔てて電子放出素子５Ａが対向配置されている。この電子放出素子５Ａは、感光体ドラム３に最も近接する表面電極５５の電子放出面５５ａ上の位置Ｐｎが、電子放出面５５ａの一方向（以下、回転方向とも言う。）Ｒの中心Ｐｃよりも感光体ドラム３の回転方向Ｒ下流側の領域に位置するように配置されている。すなわち、表面電極５５の電子放出面５５ａ上の位置（最近接位置）Ｐｎと感光体ドラム３表面との距離が、最近接距離ｄとなるように配置されている。
【００５５】
ここで、電子放出素子５Ａの最近接位置Ｐｎが電子放出領域の中心Ｐｃよりも回転方向下流側に位置する方が感光体ドラム３への帯電率が向上する理由について検証する。
【００５６】
まずモデルを立てる。電荷が周囲の空気分子と一体となったクラスターイオンのようなキャリアを構成し、エネルギー保存則が成り立つと仮定する。空間電荷制限下にあるＳＣＬ状態では、このときの電流ｉSCL（以下、ＳＣＬ電流と呼ぶことにする）は、空間電荷相互作用を考慮したポアソン方程式（１）と、エネルギー保存則の式（２）と、電流連続の式（３）と、ＳＣＬにおける境界条件（４）とにより、式（５）のように求めることができる。ここで、φは静電ポテンシャル、ｅは電気素量、ｎionはキャリアの数密度、εairは大気の誘電率、aはキャリアの質量電荷比、ｖionはキャリアの速度、ｉeは空間を流れる電流、ｄは素子と対向電極の距離、Ｖeは素子と対向電極の間にかかる電圧である。
【００５７】
【数１】
2017111234.tif 000003
【００５８】
【数２】
2017111234.tif 000004
【００５９】
【数３】
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【００６０】
【数４】
2017111234.tif 000006
【００６１】
【数５】
2017111234.tif 000007
【００６２】
一方、空間電荷間の相互作用を無視した場合のモデルでは、このときの電流ｉfree（以下、自由電流と呼ぶことにする）は、ラプラス方程式（６）と、エネルギー保存則の式（２）と、電流連続の式（３）とにより、式（７）のように求めることができる。
【００６３】
【数６】
2017111234.tif 000008
【００６４】
【数７】
2017111234.tif 000009
【００６５】
すなわち、ＳＣＬ電流ｉSCLは、式（５）より下記式（８）の比例関係が導かれ、自由電流ｉfreeは、式（７）より下記式（９）の比例関係が導かれる。
【００６６】
【数８】
2017111234.tif 000010
【００６７】
【数９】
2017111234.tif 000011
【００６８】
すなわち、ＳＣＬ電流ｉSCLは、べき指数が２分の３乗なので、電位差が下がると、電流が急激に下がるといった傾向を示す。一方、自由電流ｉfreeは、電子放出素子５Ａから大気中に放出される電流であり、素子性能に従う。自由電流はべき指数が２分の１乗なので、電位差が下がっても、電流はあまり下がらない（すなわち、緩やかに減少する）といった傾向を示す。
【００６９】
図５及び図６は、このＳＣＬ電流ｉSCLと自由電流ｉfreeとの関係の一例を示すグラフであり、図６は、縦軸の帯電電流及び横軸の回収電圧を共に対数目盛りで示した両対数グラフである。回収電圧とは、素子に対向する電極と素子との間にかかる電圧のことであり、実施形態１では、感光体ドラムの印加電圧と帯電電圧との差に相当する。ただし、図５及び図６は、対向する電極を平行平板とし、素子と電極とのギャップを一定、電極に印加する電圧を一定とした場合の電子放出特性を示している。
【００７０】
図６に示すように、回収電圧が２００Ｖの付近でｉSCLとｉfreeとが交差し、回収電圧が２００Ｖより小さくなると、ＳＣＬ電流ｉSCLが自由電流ｉfreeより小さくなっている。すなわち、この例では、電位差が２００Ｖ以下になると、帯電電流がＳＣＬ電流ｉSCLによって制限され、電子放出素子５Ａが多量の電子を放出していたとしても、ＳＣＬ電流ｉSCLしか感光体ドラム３には供給できず、供給されない他の電子は発散したり、電子放出素子５Ａ側に跳ね返って戻ってくることになる。
【００７１】
図７は、図６に示すグラフにおいて、回収電圧に対して電流値の小さい方を選択した場合のグラフである。また、図８は、図７に示した帯電電流によって感光体ドラム３を帯電したときの感光体ドラム３の帯電時間帯における帯電電流の変化（時間変化）と帯電率との関係を示すグラフである。図８では時々刻々とギャップおよび回収電圧が変化していることに注意する。
【００７２】
図８に示すグラフでは、感光体ドラム３の帯電時間４５ｍｓｅｃのうち最初から２０ｍｓｅｃぐらいまでは電子放出素子５Ａの性能に従った自由電流で帯電し、２０ｍｓｅｃ以降はＳＣＬ電流で感光体ドラム３が帯電した場合の帯電率の様子を示している。すなわち、図中の斜線を付した領域は、空間電荷制限を受けている時間領域を示している。
【００７３】
また、図９は、感光体ドラム３の代わりに平行平板の回収電極を用意し、素子との間の距離（ギャップ）は１．０ｍｍで固定し、電子放出素子５Ａの駆動電圧Ｖｄを種々変更した場合の回収電流と回収電圧との関係を実験によって求めた結果を示すグラフである。図１０に示すグラフから、駆動電圧の増大によって放出電流を増加してもＳＣＬ電流で頭打ちし、回収電流の駆動電圧依存性が上記理論式（式（８），（９））と一致していることが分かる。
【００７４】
また、図１０は、回収電極と電子放出素子５Ａの距離（ギャップ）ｄを種々変更した場合の回収電圧と帯電電流との関係を実験によって求めた結果を示すグラフである。図９に示すグラフから、回収電流の回収電圧（Ｖｅ）依存性およびギャップ（ｄ）依存性が上記理論式（式（８），（９））と一致していることが分かる。
【００７５】
また、図１１（ａ）は、ギャップ依存性に着目して帯電シミュレーションを行った結果を示す表である。この帯電シミュレーション表は、回収電圧［Ｖｅ］を６００Ｖ、電子放出素子５Ａの放出能力を１（１００％）、電子放出素子５Ａの幅Ｗを１０ｍｍ、感光体ドラム３の表面移動速度を２２５ｍｍ／ｓの一定として、感光体ドラム３と電子放出素子５Ａとのギャップｄを、２ｍｍ、１ｍｍ、０．５ｍｍ、０．２ｍｍ、０．１ｍｍにそれぞれ変更した場合の、電子放出素子５Ａの幅方向（回転方向Ｒ）の各位置における目標帯電率（％）を集計したものである。ここで、表中の目標帯電率の欄に記載された、「上流端」及び「下流端」は、図１１（ｂ）に示す電子放出素子５Ａの配置位置では、ａ１点が上流端、ａ２点が下流端であり、図１１（ｃ）に示す電子放出素子５Ａの配置位置では、ｂ１点が上流端、ｂ２点が下流端である。
【００７６】
図１１（ａ）に示す帯電シミュレーション表から分かるように、目標帯電率の最も高い位置は、ギャップｄが２ｍｍの場合と０．１ｍｍの場合を除いて、センターから下流端側に位置している。すなわち、ギャップｄが１ｍｍの場合には、「センター」よりも下流端側の［５：３］の位置に目標帯電率の最高点があり、ギャップｄが０．５ｍｍの場合には、「センター」よりも下流端側の［５：３］及び［３：１］の位置に目標帯電率の最高点があり、ギャップｄが０．２ｍｍの場合には、「センター」よりも下流端側の［１７：１５］、［９：７］、［５：３］及び［３：１］の位置に目標帯電率の最高点がある。
【００７７】
なお、ギャップｄが２ｍｍの場合と０．１ｍｍの場合においても、より細かな位置依存性を見ればセンターから下流側に最高点があることを確認している。また、帯電シミュレーションについては、ギャップ依存性についてのみ示しているが、感光体電位（Ｖｅ）のみを種々変更した場合の帯電シミュレーション、電子放出素子の幅のみを種々変更した場合の帯電シミュレーション、素子のみを種々変更した場合の帯電シミュレーション、放出能力のみを種々変更した場合の帯電シミュレーション、及び、感光体速度を種々変更した場合の帯電シミュレーションについても実施しており、これらのシミュレーションにおいても、それぞれ感光体電位依存性、素子幅依存性、放出能力依存性、感光体速度依存性を有していることを確認している。
【００７８】
上記の検証結果から、感光体ドラム３の帯電率を上げるためには、電流空間がＳＣＬ電流ｉSCLによって制限される状況を、帯電開始からできるだけ遅いタイミングで生じるように電子放出素子５Ａの配置を工夫すればよいことが分かる。
【００７９】
図１２Ａ及び図１２Ｂは、電子放出素子５Ａの回転方向の中心Ｐｃを最近接位置Ｐｎとして配置（すなわち、電子放出素子５Ａの回転方向の中心Ｐｃを最近接位置Ｐｎと一致させて配置）した場合（図１２Ａ）と、最近接位置Ｐｎを電子放出素子５Ａの回転方向の中心Ｐｃより回転方向下流側にずらせて配置した場合（図１２Ｂ）とにおいて、帯電に寄与する電流量（帯電電流量）の総和をそれぞれ模式的に示したグラフである。
【００８０】
図１２Ａに示すように、電子放出素子５Ａの回転方向の中心Ｐｃを最近接位置Ｐｎとして配置した場合には、帯電開始から時刻ｔｍまでは電子放出素子５Ａの性能に従った自由電流ｉfreeによって帯電が行われ、時刻ｔｍ以降は制限を受け、ＳＣＬ電流ｉSCLによって帯電が行われる。すなわち、時刻ｔｍ以降は電子放出素子５Ａの性能がいくら高くても、その性能に関係なく帯電電流が制限されてしまうことになる。
【００８１】
一方、図１２Ｂに示すように、電子放出素子５Ａの最近接位置Ｐｎを電子放出素子５Ａの回転方向の中心Ｐｃより回転方向下流側にずらせて配置した場合には、帯電開始から時刻ｔｎ（＞ｔｍ）までは電子放出素子５Ａの性能に従った自由電流ｉfreeによって帯電が行われ、時刻ｔｎ以降は、ＳＣＬ電流ｉSCLによって帯電が行われる。
【００８２】
すなわち、図１２Ｂに示す配置では、時刻ｔｍを過ぎて時刻ｔｎまでは電子放出素子５Ａの性能に従った自由電流ｉfreeによって帯電を行うことができる。つまり、最近接位置Ｐｎを回転方向下流側にずらせることで、最近接位置Ｐｎを回転方向の中心Ｐｃとする場合に比べて、電子放出素子５Ａの性能に従った放出電流ｉfreeによって帯電する時間帯を長くし、空間電荷制限によって電子放出素子５Ａの性能以下に帯電電流が制限されてしまう時間帯を短くすることができる。その結果、最近接位置Ｐｎを回転方向下流側にずらして配置するほうが、帯電時間帯の総帯電量が増加することになり、感光体ドラム３の帯電率が向上することになる。
【００８３】
なお、帯電に際し、電子放出素子５Ａの最近接位置Ｐｎを電子放出素子５Ａの回転方向の中心Ｐｃより回転方向下流側にどの程度ずらせれば良いのかについては、感光体ドラム３の回転速度、感光体ドラム３の印加電圧、感光体ドラム３の目標帯電量、電子放出素子５Ａの回転方向の幅、最近接距離ｄ等の条件をどのように設定するのかによって異なるため、一該には言えない。ただし、どのような条件であっても、電子放出素子５Ａの最近接位置Ｐｎを電子放出素子５Ａの回転方向の中心Ｐｃより回転方向下流側にずらせることで、帯電率が向上することは確かである。
【００８４】
＜実施形態２＞
図１３は、実施形態２に係る帯電装置５の電子放出素子５Ａを感光体ドラム３に対向配置した状態を示す概略断面図である。
【００８５】
実施形態２では、一方向Ｒに回転する感光体ドラム３に対し、電子放出素子５Ａを一方向Ｒに沿って複数個（この例では２個）配置した構成としている。そして、各電子放出素子５Ａについては、上記実施形態１と同様、感光体ドラム３に最も近接する表面電極５５の電子放出面５５ａ上の位置Ｐｎが、電子放出面５５ａの一方向Ｒの中心Ｐｃよりも感光体ドラム３の回転方向Ｒ下流側の領域に位置するように配置されている。すなわち、表面電極５５の電子放出面５５ａ上の位置（最近接位置）Ｐｎと感光体ドラム３表面との距離が、共に同じ最近接距離ｄとなるように配置されている。
【００８６】
＜実施形態３＞
図１４は、実施形態３に係る帯電装置５の電子放出素子５Ａを感光体ドラム３に対向配置した状態を示す概略断面図である。
【００８７】
実施形態３では、一方向Ｒに回転する感光体ドラム３に対し、電子放出素子５Ａを一方向Ｒに沿って複数個（この例では２個）配置した構成としている。ただし、各電子放出素子５Ａについては、上記実施形態１と同様、感光体ドラム３に最も近接する表面電極５５の電子放出面５５ａ上の位置Ｐｎが、電子放出面５５ａの一方向Ｒの中心Ｐｃよりも感光体ドラム３の回転方向Ｒ下流側の領域に位置するように配置されているが、回転方向Ｒの下流側に位置する電子放出素子５Ａが、感光体ドラム３表面と最も近接するように配置されている。すなわち、上流側の電子放出素子５Ａの電子放出面５５ａ上の最近接位置Ｐｎと感光体ドラム３表面との最近接距離をｄ１とすると、その下流側の電子放出素子５Ａの電子放出面５５ａ上の最近接位置Ｐｎと感光体ドラム３表面との最近接距離がｄ２（＜ｄ１）となるように配置されている。
【００８８】
すなわち、実施形態３では、複数の電子放出素子５Ａは、感光体ドラム３の回転方向Ｒの下流側に位置する電子放出素子５Ａが、上流側に位置する電子放出素子５Ａより感光体ドラム３に近接する配置とされている。従って、電子放出素子５Ａが例えば３個配置されている場合には、上流側の電子放出素子５Ａから最接近距離ｄが順次短くなっていくような配置となる。
【００８９】
上記実施形態２，３によれば、電子放出素子５Ａを電気的に独立させて複数個配置することで、電位差を連続的に変えることができるため、理想的な帯電を行うことができる。その結果、帯電率を向上させることができる。
【００９０】
なお、上記実施形態２，３では、電子放出素子５Ａ自体を分離する形で個別に配置しているが、１枚の基板上に絶縁部材で区切って複数個の電子放出素子を配置した構成としてもよい。また、上記実施形態２，３では、電子放出素子５Ａを２個配置した構成を例示しているが、もちろん３個以上配置することも可能である。
【００９１】
＜実施形態４＞
図１５は、実施形態４に係る帯電装置５の電子放出素子５Ａを感光体ドラム３に対向配置した状態を示す概略断面図である。
【００９２】
上記実施形態１〜３では、電子放出素子５Ａを平板状とし、電子放出面５５ａも平面状として説明しているが、実施形態４では、電子放出素子５Ａを回転方向Ｒに沿って湾曲する曲面状としたものである。ただし、その曲率半径は、感光体ドラム３表面の曲率半径より大きな径となっている。
【００９３】
実施形態４では、一方向Ｒに回転する感光体ドラム３に対して距離ｄを隔てて曲率面を有する電子放出素子５Ａが対向配置されている。この電子放出素子５Ａは、感光体ドラム３に最も近接する曲面状である電子放出面５５ａ上の位置Ｐｎが、電子放出面５ａの回転方向Ｒの中心Ｐｃよりも感光体ドラム３の回転方向Ｒ下流側の領域に位置するように配置されている。すなわち、曲面状の電子放出面５５ａ上の位置（最近接位置）Ｐｎと感光体ドラム３表面との距離が、最近接距離ｄとなるように配置されている。
【００９４】
＜実施形態５＞
図１６は、実施形態５に係る帯電装置５の電子放出素子５Ａを感光体ドラム３に対向配置した状態を示す概略断面図である。
【００９５】
実施形態５では、一方向Ｒに回転する感光体ドラム３に対し、曲面状の電子放出面５５ａを有する電子放出素子５Ａを一方向Ｒに沿って複数個（この例では２個）配置した構成としている。そして、各電子放出素子５Ａについては、上記実施形態４と同様、感光体ドラム３に最も近接する表面電極５５の電子放出面５５ａ上の位置Ｐｎが、電子放出面５５ａの一方向Ｒの中心Ｐｃよりも感光体ドラム３の回転方向Ｒ下流側の領域に位置するように配置されている。すなわち、表面電極５５の電子放出面５５ａ上の位置（最近接位置）Ｐｎと感光体ドラム３表面との距離が、共に同じ最近接距離ｄとなるように配置されている。
【００９６】
＜実施形態６＞
図１７は、実施形態６に係る帯電装置５を感光体ドラム３に対向配置した状態を示す概略断面図である。
【００９７】
実施形態６では、一方向Ｒに回転する感光体ドラム３に対し、曲面状の電子放出面５５ａを有する電子放出素子５Ａを一方向Ｒに沿って複数個（この例では２個）配置した構成としている。ただし、各電子放出素子５Ａについては、上記実施形態４と同様、感光体ドラム３に最も近接する表面電極５５の電子放出面５５ａ上の位置Ｐｎが、電子放出面５５ａの一方向Ｒの中心Ｐｃよりも感光体ドラム３の回転方向Ｒ下流側の領域に位置するように配置されているが、回転方向Ｒの下流側に位置する電子放出素子５Ａが、感光体ドラム３表面と最も近接するように配置されている。すなわち、上流側の電子放出素子５Ａの電子放出面５５ａ上の最近接位置Ｐｎと感光体ドラム３表面との最近接距離をｄ１とすると、その下流側の電子放出素子５Ａの電子放出面５５ａ上の最近接位置Ｐｎと感光体ドラム３表面との最近接距離がｄ２（＜ｄ１）となるように配置されている。
【００９８】
すなわち、実施形態６では、複数の電子放出素子５Ａは、感光体ドラム３の回転方向Ｒの下流側に位置する電子放出素子５Ａが、上流側に位置する電子放出素子５Ａより感光体ドラム３に近接する配置とされている。従って、電子放出素子５Ａが例えば３個配置されている場合には、上流側の電子放出素子５Ａから順番に、最接近距離ｄが順次短くなっていくような配置となる。
【００９９】
上記実施形態５，６によれば、電子放出素子５Ａを電気的に独立させて複数個配置することで、電位差を連続的に変えることができるため、理想的な帯電を行うことができる。その結果、帯電率を向上させることができる。
【０１００】
なお、上記実施形態５，６では、電子放出素子５Ａ自体を分離する形で個別に配置しているが、１枚の基板上に絶縁部材で区切って複数個の電子放出素子を配置した構成としてもよい。また、上記実施形態５，６では、電子放出素子５Ａを２個配置した構成を例示しているが、もちろん３個以上配置することも可能である。
【０１０１】
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲に示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【符号の説明】
【０１０２】
３  感光体ドラム（被帯電体の一例）
５  帯電装置（帯電ユニット）
５Ａ  電子放出素子
５Ｂ  電源
５１  基板電極
５２  絶縁層
５３  中間層
５４  金属膜
５５  表面電極
５５ａ  電子放出面
Ｒ  回転方向（一方向）
１００  画像形成装置
【図１】
2017111234.tif 000012
【図２】
2017111234.tif 000013
【図３】
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【図４】
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【図５】
2017111234.tif 000016
【図６】
2017111234.tif 000017
【図７】
2017111234.tif 000018
【図８】
2017111234.tif 000019
【図９】
2017111234.tif 000020
【図１０】
2017111234.tif 000021
【図１１】
2017111234.tif 000022
【図１２Ａ】
2017111234.tif 000023
【図１２Ｂ】
2017111234.tif 000024
【図１３】
2017111234.tif 000025
【図１４】
2017111234.tif 000026
【図１５】
2017111234.tif 000027
【図１６】
2017111234.tif 000028
【図１７】
2017111234.tif 000029