(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁体からなる基板上に形成された電極（以下、基板電極と言う）と、前記基板電極上に形成された半導体層と、前記半導体層上に形成され薄い絶縁層に覆われた多孔質半導体層と、前記多孔質半導体層上に形成され大気圧と連接する気体に満たされた空間に面する１〜５０ｎｍの厚さを有する金属薄膜を一部とする導電体で構成されるもう一方の電極（以下、薄膜電極と言う）とにより形成された半導体冷電子放出素子を用い、前記半導体冷電子放出素子から放出される電子により被帯電物を帯電させることを特徴とする電荷発生装置。
【請求項２】
請求項１記載の電荷発生装置において、
前記半導体冷電子放出素子の前記空間に面した前記薄膜電極に正の電圧を印加し、電子を引き出すことを特徴とする電荷発生装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の電荷発生装置において、
前記半導体冷電子放出素子の前記空間に面した前記薄膜電極に正の電圧を印加し、該薄膜電極から放出される電子により被帯電物を帯電させる際に、前記薄膜電極に印加する電圧で前記電子のエネルギーをコントロールし、前記半導体冷電子放出素子から放出される電子の最大エネルギーが２４．３ｅＶ以下であることを特徴とする電荷発生装置。
【請求項４】
請求項１，２または３記載の電荷発生装置において、
前記半導体冷電子放出素子の前記空間に面した前記薄膜電極の表面が平坦であることを特徴とする電荷発生装置。
【請求項５】
請求項１，２，３または４記載の電荷発生装置において、
前記半導体冷電子放出素子の前記基板電極と、前記空間に面した前記薄膜電極の２つの電極のうち、一方の前記基板電極を走査電極とした場合、もう一方の前記薄膜電極を複数の信号電極で構成し、その複数の信号電極を別々の電位とすることができることを特徴とする電荷発生装置。
【請求項６】
被帯電物を帯電する帯電装置において、
請求項１〜５のうちの何れか一つに記載の電荷発生装置を備え、該電荷発生装置の電子放出部と被帯電物との間の間隔を５０μｍ以上開けて配置したことを特徴とする帯電装置。
【請求項７】
被帯電物である像担持体上に静電画像を形成し、該静電画像を現像して可視像化した後、該可視像を転写材に転写し、画像を形成する画像形成装置において、
被帯電物である像担持体を均一に帯電する手段、あるいは、該像担持体上に静電画像を形成する手段として、請求項１〜５のうちの何れか一つに記載の電荷発生装置、あるいは、請求項６記載の帯電装置を具備することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電荷発生装置、及びその電荷発生装置を用いて被帯電物を帯電する帯電装置、及びその帯電装置を用いた複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタ等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＵＬ規格、ＴＵＶ規格、ＢＡＭ規格など、複数の国、地域で複数の団体により電子写真方式の画像形成装置に対して、発生するオゾン量を規制するための規格が設定されており、帯電装置等においてオゾンの発生を低減することが重要な課題となっている。
また、画像形成装置においては、帯電装置の放電により発生する窒素酸化物（ＮＯX ）に起因する物質が感光体に付着し吸湿することで、感光体表面電位を低下させることにより不良画像が発生するという不具合が問題になっている。
【０００３】
従来、複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタ等の電子写真方式の画像形成装置に用いられ、被帯電物である感光体を帯電する帯電装置には、コロナ帯電器、ローラ帯電器、ブラシ帯電器、固体帯電器等がある。
この内、コロナ帯電器は、最も多く利用されている帯電方式である。しかし、コロナ帯電器は、気中でのコロナ放電を利用した非接触帯電方式のため、非常に多くのオゾン及びＮＯX を発生するという問題がある。
そこでこの問題を解決するため、例えば、オゾンの発生量を低減するようにしたコロナ帯電器が特開平９−１１４１９２号公報に記載されている。このコロナ帯電器は、非常に細い４０〜５０ミクロン（μｍ）のワイヤを用いて放電を行うことによりオゾンの発生量を５０％以下に低減している。
また、特開平６−３２４５５６号公報には、ワイヤの３方を囲むように配置された金属筐体と、その開放部近傍に配置された金属メッシュ電極とを有し、ワイヤから発生したオゾンを閉じ込め、オゾン分子の衝突確立を高めることにより、放出されるオゾン量の低減を計るコロナ帯電器が記載されている。
さらに、コロナ帯電器等の帯電装置により発生したオゾンを低減する方法の一つとして、オゾン吸着剤を用いる方法が知られており、このオゾン吸着剤は、帯電装置により発生したオゾンを活性炭などの触媒機能により酸化したり、表面に吸着させたりするのに用いられている。
【０００４】
一方、ローラ帯電器は、古くは特開昭５６−９１２５３号公報に記載されており、近年、盛んに検討されている接触帯電方式の一つである。このローラ帯電器は、帯電したローラを被帯電物に接触させて帯電を行う方式のため、オゾンの発生を非常に少なくでき、有望視されている。
また、ブラシ帯電器は、特公昭５５−２９８３７号公報等に記載されており、接触帯電方式の一つである。このブラシ帯電器は、帯電したブラシを被帯電物に接触させて帯電を行う方式のため、オゾンの発生を非常に少なくできる。
【０００５】
固体帯電器は、古くは特開昭５４−５３５３７号公報等に記載されたものがある。また、特開平５−９４０７７号公報には、絶縁部材上に放電電極を、微小間隔を介して多数併設する装置が記載されている。
さらに、特開平６−７５４５７号公報には、帯電器と被記録体との間隔を５００〜３０００μｍに設定することにより、イオンの飛距離を短くしてオゾンの拡散を抑制すると共に、トナーなどの付着を防止するものが記載されている。
特開平９−２４４３５０号公報には、板状基板上の放電電極と、その外周に配設した沿面グロー放電手段と、帯電器全体を覆うカバーを備えた放電装置が記載されている。
特開平９−１１５６４６号公報には、平面型固体放電装置において電極材料に特定の仕事関数の材料を用いることによりＮＯX の低減を図ることが記載されている。
【０００６】
さらに、新規な帯電方式を用いたものとして、特開平８−２０３４１８号公報には、ライン電極表面にＰ−Ｎ接合の半導体素子、又はエレクトロルミネッセンス材料よりなる電子放出素子層を設けた電荷発生器、及びこれを一画素単位で独立に駆動して誘電体上に潜像を形成する静電潜像形成装置が記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の帯電装置（帯電方式）のうち、コロナ帯電器は、非常に多くのオゾン及びＮＯX を発生する。このため特開平９−１１４１９２号公報や特開平６−３２４５５６号公報に記載されているようなオゾン量を低減させるようにしたコロナ帯電器では、せいぜい５０％程度のオゾン量の低減しか出来ず、オゾン吸着剤等の併用が必要であった。
また、オゾン吸着剤を併用した場合、オゾン量を低減することはできるが、オゾン吸着剤は、経時劣化が生じるためにオゾンフィルタの交換やメンテナンスが必要であり、コストがかかるという問題がある。
【０００８】
ローラ帯電器は、接触帯電方式のためオゾンの発生を非常に少なくできるが、帯電が不均一になりやすく、また、電子写真方式の画像形成装置に用いた場合、ローラ表面のトナー汚染、ローラに印加するバイアス交流による振動、画像のモワレなどが生じやすいという問題がある。また、ローラ帯電器は回転体であり、ローラ表面のクリーニングが必要になるために部材が多く、製造コストがかかるという問題があり、その他にもローラ帯電器には、感光体の感光層が絶縁破壊されてピンホールが発生しやすくなったり、振動音、可塑剤等による帯電ローラ跡、ローラの永久変形等が生じやすいという問題がある。
ブラシ帯電器は、接触帯電方式のためオゾンの発生を非常に少なくできるが、筋状帯電むらや環境変動による帯電むらが発生しやすく、また、低温ストリーマ放電、白斑点、感光体磨耗、磨耗感光体の蓄積、ブラシの抜け等の発生や、感光体傷に対する異常放電に起因するブラシの溶融などの欠点がある。
さらに、固体帯電器では、装置を小型化できるなどの利点はあるものの、放電面積が広く、期待するほどオゾンやＮＯX などの不快物質の低減は出来ていない。
【０００９】
前述の電荷発生器や、それを用いた静電潜像形成装置においては、表面が複雑な穴形状をなしているため、トナーなどの汚れが付いた場合、クリーニングが不可能である。また、局所的な電界が集中しやすいため、予期せぬ放電のために電荷発生素子が破損しやすいなどの欠点を有している。
【００１０】
本発明は上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、オゾン及びＮＯX 等の放電生成物の発生を低減することができる電荷発生装置、及びその電荷発生装置を用いて被帯電物を帯電する帯電装置を提供することを目的ととする。さらには、電荷発生装置あるいは帯電装置そのもので静電画像を形成することにより、画像を形成する電荷当りのイオン発生量を少なくし、オゾン及びＮＯX 等の放電生成物の発生を低減し、ＵＬ規格、ＴＵＶ規格、ＢＡＭ規格などの規格を満たす画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、絶縁体からなる基板上に形成された電極（以下、基板電極と言う）と、前記基板電極上に形成された半導体層と、前記半導体層上に形成され薄い絶縁層に覆われた多孔質半導体層と、前記多孔質半導体層上に形成され大気圧と連接する気体に満たされた空間に面する１〜５０ｎｍの厚さを有する金属薄膜を一部とする導電体で構成されるもう一方の電極（以下、薄膜電極と言う）とにより形成された半導体冷電子放出素子を用い、前記半導体冷電子放出素子から放出される電子により被帯電物を帯電させることを特徴とする電荷発生装置である。
【００１２】
請求項１記載の電荷発生装置においては、半導体冷電子放出素子の表面からの電子放出を用いて被帯電物を帯電する。一般に半導体素子から放出される電子のエネルギーは、従来のコロナ放電によるものと比較すると小さく、大気中の気体分子の電離をほとんど起こさずにＣＯ3-、Ｏ2-イオンなどの負イオンを生成し、これが被帯電物に到達する、または電子が直接被帯電物に到達する。従って、請求項１記載の電荷発生装置では、この現象を利用することにより帯電を行うため、帯電によるオゾン、ＮＯX 等の放電生成物がほとんど発生せず、従来装置に比べてオゾン、ＮＯX 等の放電生成物の低減を図ることができる。
【００１３】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の電荷発生装置において、前記半導体冷電子放出素子の前記空間に面した前記薄膜電極に正の電圧を印加し、電子を引き出すことを特徴とするので、帯電効率を向上することが可能となる。
請求項３に係る発明は、請求項１または２記載の電荷発生装置において、前記半導体冷電子放出素子の前記空間に面した前記薄膜電極に正の電圧を印加し、該薄膜電極から放出される電子により被帯電物を帯電させる際に、前記薄膜電極に印加する電圧で前記電子のエネルギーをコントロールし、前記半導体冷電子放出素子から放出される電子の最大エネルギーが２４．３ｅＶ以下であることを特徴とするので、電荷発生装置から発生するオゾン、ＮＯＸ 等の放電生成物のさらなる低減が可能となる。
【００１４】
請求項４に係る発明は、請求項１，２または３記載の電荷発生装置において、前記半導体冷電子放出素子の前記空間に面した前記薄膜電極の表面が平坦であることを特徴とするので、異常放電の発生を防止することが可能となる。
請求項５に係る発明は、請求項１，２，３または４記載の電荷発生装置において、前記半導体冷電子放出素子の前記基板電極と、前記空間に面した前記薄膜電極の２つの電極のうち、一方の前記基板電極を走査電極とした場合、もう一方の前記薄膜電極を複数の信号電極で構成し、その複数の信号電極を別々の電位とすることができることを特徴とするので、例えば被帯電物に対して単なる帯電のみならず静電画像を形成することが可能となる。また、オゾン、ＮＯＸ 等の放電生成物のさらなる低減が可能となる。
【００１５】
請求項６に係る発明は、被帯電物を帯電する帯電装置において、請求項１〜５のうちの何れか一つに記載の電荷発生装置を備え、該電荷発生装置の電子放出部と被帯電物との間の間隔を５０μｍ以上開けて配置したことを特徴とするので、オゾン、ＮＯX 等の放電生成物の発生が低減され、且つ、異常放電の発生が防止された帯電装置の提供が可能となる。
【００１６】
請求項７に係る発明は、被帯電物である像担持体上に静電画像を形成し、該静電画像を現像して可視像化した後、該可視像を転写材に転写し、画像を形成する画像形成装置において、被帯電物である像担持体を均一に帯電する手段、あるいは、該像担持体上に静電画像を形成する手段として、請求項１〜５のうちの何れか一つに記載の電荷発生装置、あるいは、請求項６記載の帯電装置を具備することを特徴とするので、オゾン、ＮＯX 等の放電生成物の発生が低減された画像形成装置の提供が可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成、動作及び作用を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す電荷発生装置の構成説明図である。図１において電荷発生装置は、絶縁体からなる基板（例えば、石英ガラス基板）２上に形成された電極（基板電極）３と、この基板電極３の上に形成された半導体層４と、半導体層４の上に形成され薄い絶縁層に覆われた多孔質半導体層５と、多孔質半導体層５の上に形成され大気圧と連接する気体に満たされた空間１０に面する１〜５０ｎｍの厚さを有する金属薄膜を一部とする導電体で構成されるもう一方の電極（薄膜電極層）６とにより形成された半導体冷電子放出素子１を用い、半導体冷電子放出素子１から放出される電子により被帯電物７を帯電させる（請求項１）。
【００１８】
より詳しく説明すると、図１に示す構造の半導体冷電子放出素子１においては、半導体層４の電子放出側表面には薄い絶縁層に覆われた多孔質半導体層５が設けられており、電子放出側最表面には薄膜電極層６が形成されている。この薄膜電極層６に対し電源８により正（＋）の電圧を印加することにより、半導体層４に電子が注入される。半導体層４の最表面は薄膜絶縁層に覆われた多孔質半導体層５により高抵抗となっているため、電界強度が大きくなりここで電子が加速され、薄膜電極層６をトンネルして半導体冷電子放出素子１の外部に電子ｅ-が放出される。この放出された電子ｅ-により、被帯電物７との間の空間１０の大気圧の気体がイオン化する。この際、被帯電物７側にはバイアス電源９により正（＋）のバイアス電圧が印加されているため、イオン化された気体のうち、負イオンが形を変えながらも負電荷を維持し、被帯電物７側に到達し、被帯電物７はマイナス（−）に帯電する。このように本発明よる電荷発生装置では、半導体冷電子放出素子１により放電を用いないで被帯電物７を帯電させるため、通常行われているスコロトロンやローラ帯電のように放電による化合物の発生が非常に少ない。
【００１９】
上記の多孔質半導体層５を覆う薄膜絶縁層は、多孔質半導体層形成後、スパッタ法、またはＣＶＤ法等の成膜法で形成される他、例えば、多孔質半導体層としてシリコン（Ｓｉ）を用いた場合は、これを酸素を含むガス中で加熱することにより、その表層にＳｉＯX膜が形成されるため、半導体材料によっては必ずしも上記のような真空成膜工程を追加する必要は無い。また、薄膜絶縁層としては、酸化ではなく活性化された窒素を含むプラズマ等で処理することにより生成される窒化膜、さらに酸素と窒素を混合して活性化した場合に生じる酸窒化膜でもよい。
【００２０】
本発明の電荷発生装置においては、図１に示すように、半導体冷電子放出素子１の金属薄膜からなる薄膜電極６に電源８により正（＋）の電圧を印加し、電子を引き出している（請求項２）。このように絶縁体からなる基板（例えば、石英ガラス基板）２上に形成された基板電極３の電位に対して、半導体冷電子放出素子１の表面側の薄膜電極６を正（＋）の電位にすると、素子内部からトンネル効果で電子ｅ-が外部に放出され、気体分子と反応し、負イオンを形成するので、被帯電物７の帯電効率を向上することができる。
しかし、電荷発生装置の構成が同じであっても、上記とは逆に薄膜電極６に負（−）の電圧を印加すると、半導体冷電子放出素子１からの電子の放出がなくなるため、気体をイオン化することができなくなり、被帯電物７を帯電することができなくなる。このため、半導体冷電子放出素子１の表面側の薄膜電極６を正（＋）の電位にする電位構成が必要となる。
【００２１】
次に本発明の電荷発生装置においては、半導体冷電子放出素子１から放出される電子ｅ-により被帯電物７を帯電させる際に、半導体冷電子放出素子１から放出される電子の最大エネルギーが２４．３ｅＶ以下である（請求項３）。
【００２２】
ここで、ＮＯX の発生は、主に窒素分子の解離により開始する。つまり、
ｅ-＋Ｎ2  →  ｅ-＋２Ｎ
の反応が起こり、
Ｎ＋Ｏ2  →  ＮＯ＋Ｏ
となり、さらに、
ＮＯ＋Ｏ＋Ｍ  →  ＮＯ2＋Ｍ
となり、窒素酸化物が作成される。尚、Ｍは、任意の気体分子である。
【００２３】
この最初の基底状態の窒素分子の解離エネルギーは２４．３ｅＶである。本発明では、これ以下のエネルギーにより放出された電子による電子付着のみを主に利用して負イオンを発生させるため、電荷発生装置からの放電生成物の発生の低減が可能である。
また、さらに基底状態の酸素分子の解離エネルギーは５．１ｅＶであり、これ以上のエネルギーで酸素分子は酸素原子に解離する。ここで生じた酸素原子は、酸素分子、窒素分子と結合しオゾンを始め様々な放電生成物を発生させる原因となりうるため、本発明の電子のエネルギーは望ましくは５．１ｅＶ未満である。尚、本発明の電荷発生装置の半導体冷電子放出素子１から放出される電子のエネルギーＥのエネルギー分布を測定した結果は、例えば図５で示されるようなプロファイルとなる。図５において、▲１▼は電源８により印加される直流電圧ＶDを１２Ｖとした場合、▲２▼は直流電圧ＶDを１５Ｖとした場合、▲３▼は直流電圧ＶDを１８Ｖとした場合を示しており、この図で見るように、電子エネルギーは印加する直流電圧でのコントロールが可能である。
【００２４】
次に本発明の電荷発生装置においては、半導体冷電子放出素子１の電子放出部の金属薄膜電極６の表面が平坦である（請求項４）。
信号の駆動において、半導体冷電子放出素子１の固体内では、最大でも１００Ｖ程度の電圧でよいのであるが、被帯電物７が感光体等の像担持体で、その像担持体上に静電画像を形成してトナーを付着させるためには、数百Ｖの電圧が必要な場合がある。パッシェンの法則から平行平板の場合、空気では３３０Ｖ以下ではコロナ放電等は発生しないが、これ以上の電界が素子表面の金属薄膜電極６と被帯電物７にかかる可能性がある。さらに、金属薄膜電極６の表面に突起物がある場合、その突起物の部分に電界集中が働いて見かけ上の放電開始電圧が低下してしまい、コロナ放電等が発生する可能性がある。そのため、半導体冷電子放出素子１の電子放出部の金属薄膜電極６の表面の部分が平坦な必要がある。
【００２５】
次に図２は本発明の別の実施形態を示す電荷発生装置の構成説明図であり、図３は図２に示す電荷発生装置の半導体冷電子放出素子１１の表面側の一部を拡大して示す要部平面図である。図２，３において電荷発生装置は、絶縁体からなる基板（例えば、石英ガラス基板）１２上に形成された電極１３と、この電極１３の上に形成された半導体層１４と、半導体層１４の上に形成され薄い絶縁層に覆われた多孔質半導体層１５と、多孔質半導体層１５の上に形成され大気圧と連接する気体に満たされた空間１０に面する１〜５０ｎｍの厚さを有する金属薄膜を一部とする導電体で構成されるもう一方の電極（金属薄膜電極）１６とにより形成された半導体冷電子放出素子１１を用い、半導体冷電子放出素子１１から放出される電子により被帯電物７を帯電させるが、この電荷発生装置においては、図２，３に示すように、半導体冷電子放出素子１１の２つの電極１３，１６のうち、一方の電極１３を走査電極とし、もう一方の電極（金属薄膜電極）１６を複数の信号電極で構成し、電源１８により信号電極端子１７を介して複数の信号電極１６に印加される電圧を制御して、複数の信号電極１６を別々の電位とするものである（請求項５）。
【００２６】
すなわち、図２，３に示す構成では、信号電極１６の電位を種々にすることにより被帯電物７上に階調を持った静電画像を形成することができるようにしたものである。例えば、電源１８により信号電極１６に印加される直流電圧ＶDと電流密度の関係が図６に示されるような場合に、信号電極１６に１０Ｖ〜２０Ｖの電圧を印加すると放出電流は▲２▼の線で示されるように変化するが、１０Ｖ〜２０Ｖの間で電圧を制御し、電流密度の変化を用いて被帯電物７をその電流密度で帯電させることにより、任意の電位に帯電させることができる。これは、帯電する電荷は単位時間内の電流密度に比例するからである。図６に示す測定例は高真空中のものであり、実際の使用環境である大気圧下での電流密度はこれより効率が落ちるが、例えば電圧に比例して０．１μＡ／ｃｍ2から１．０μＡ／ｃｍ2の間で変化させれば、被帯電物７上に階調のある画像を形成することができる。
【００２７】
ところで、以上に説明した電荷発生装置を用いて画像形成装置等に具備される帯電装置を構成する場合、本発明では、電荷発生装置の電子放出部と被帯電物との間の間隔を５０μｍ以上開けて配置した構成とする（請求項６）。
ここで、図４に示すように、被帯電物７が円筒状の芯金（電極）７ａ上に感光層や誘電体層等が積層形成されたドラム状の構造からなり、電荷発生装置が図１と同様の半導体冷電子放出素子１を用いた構成の場合に、大気圧下での空気の放電開始最低電圧点は、半導体冷電子放出素子１の電子放出部（金属薄膜電極６の表面）と被帯電物７の間隔が１０μｍ程度で４００Ｖ程度である。また、被帯電物７のドラムの回転による面振れは最小で１０μｍ程度である。従って、半導体冷電子放出素子１の電子放出部（金属薄膜電極６の表面）と被帯電物７との間に５０μｍ以上の間隔を設けることで、４００Ｖの電圧を半導体冷電子放出素子１の電極６と、被帯電物７の電極７ａとの間に印加した場合、帯電電位を大きくしてもコロナ放電などのような放電現象を伴なわずに被帯電物７を帯電することができる。従って、オゾン、ＮＯX 等の放電生成物の発生が低減され、且つ、異常放電の発生が防止された帯電装置を実現することができる。
【００２８】
以上に説明した本発明の電荷発生装置や、その電荷発生装置を用いた帯電装置は、被帯電物である像担持体上に静電画像を形成し、該静電画像を現像して可視像化した後、該可視像を転写材に転写し、画像を形成する画像形成装置において、被帯電物である像担持体を均一に帯電する手段、あるいは、該像担持体上に静電画像を形成する手段として用いるのに最適であり、オゾン、ＮＯX 等の放電生成物の発生が低減された画像形成装置の提供が可能となる（請求項７）。
【００２９】
ここで、図７は本発明に係る画像形成装置の一実施形態を示す図であり、例えば図１，４に示す構成の電荷発生装置を、被帯電物である像担持体２１を均一に帯電する帯電装置２２として用いた例である。
図７において、符号２１は像担持体であるドラム状の光導電性感光体であり、この感光体２１の周囲には、感光体２１の表面を均一に帯電する帯電装置２２、帯電された感光体２１にレーザー光等の書込み光ＬＢを照射して静電画像を形成する光書込み装置２３、感光体２１上の静電画像をトナーで現像して顕像化する現像装置２４、感光体２１上のトナー画像を転写紙等の転写材に転写する転写装置２５、転写後の感光体２１上の残留トナーや紙粉等を除去するクリーニング装置２６、感光体２１上の残留電荷を除電する除電装置２７等が配設されている。また、この画像形成装置には、感光体２１と転写装置２５の間の転写部に転写材Ｐを給紙する給紙部２８と、転写材Ｐに転写されたトナー画像を定着する定着装置２９が設けられている。
図７に示す構成の画像形成装置においては、帯電装置２２として、図１，４に示すような構成の電荷発生装置を用いているので、コロナ放電などのような放電現象を伴なわずに感光体２１を均一に帯電することができ、オゾン、ＮＯX 等の放電生成物の発生を低減することができる。
【００３０】
次に図８は本発明に係る画像形成装置の別の実施形態を示す図であり、例えば図２，３に示す構成の電荷発生装置を、被帯電物である像担持体３１上に静電画像を形成する手段３２として用いた例である。
図８において、符号３１はドラム状の像担持体であり、この像担持体３１の周囲には、像担持体３１の表面を電荷発生装置を用いて選択的に帯電して静電画像を形成する静電画像形成手段３２、像担持体３１上の静電画像をトナーで現像して顕像化する現像装置３３、像担持体３１上のトナー画像を転写紙等の転写材に転写する転写装置３４、転写後の像担持体３１上の残留トナーや紙粉等を除去するクリーニング装置３５、像担持体３１上の残留電荷を除電する除電装置３６等が配設されている。また、この画像形成装置には、像担持体３１と転写装置３４の間の転写部に転写材Ｐを給紙する給紙部３７と、転写材Ｐに転写されたトナー画像を定着する定着装置３８が設けられている。
【００３１】
図８に示す構成の画像形成装置においては、静電画像形成手段３２として、図２，３に示すような信号電極と走査電極を有する構成の電荷発生装置を用いることにより、コロナ放電などのような放電現象を伴なわずに像担持体３１上に静電画像を形成することができるので、オゾン、ＮＯX 等の放電生成物の発生を低減することができる。また、電荷発生装置を用いて像担持体３１の帯電と画像形成を同時に行うので、図７の構成よりも簡便な構成の画像形成装置を提供することができる。尚、図８の構成の場合、電荷発生装置を用いて静電画像の形成を行うので、像担持体３１としては、静電画像を保持できるものならよく、例えば、円筒状の芯金（電極）上に絶縁体層や誘電体層を積層したもの等を用いることができる。
【００３２】
【実施例】
次に、本発明に係る半導体冷電子放出素子を用いた電荷発生装置（帯電装置）の具体的な実施例について説明する。
【００３３】
［実施例１（請求項１、請求項２）］
図１に示す半導体冷電子放出素子１を用いた電荷発生装置（帯電装置）の構成にて、以下の条件で被帯電物７を帯電させた。この時の電荷発生装置の周辺におけるオゾン濃度およびＮＯX 濃度の測定を行ったところ、いずれもオゾン、ＮＯX ともバックグラウンドレベル以上の値は検出されなかった。
尚、図９に多孔質半導体層５の断面構造の一例を示す。また、各部の構成は以下の通りである。
・基板（絶縁体）２：石英ガラス基板
・基板電極３：タングステン（Ｗ）（石英ガラス基板上に成膜）
・半導体層４：ポリシリコン
・多孔質半導体層５：シリコン（Ｓｉ）
・多孔質半導体層５を覆う薄膜絶縁層：ＳｉＯ2
・薄膜電極層６：金（Ａｕ）（厚さ約１５ｎｍ）
・被帯電物７：絶縁性ハードアルマイトコートしたアルミニウムのアルマイト側
・電源８，９：直流電源
・薄膜電極と被帯電物の間隔：1ｍｍ
【００３４】
［実施例２（請求項１、請求項２）］
図１に示す半導体冷電子放出素子１を用いた電荷発生装置（帯電装置）の構成にて、以下の条件で被帯電物７を帯電させた。この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度およびＮＯX 濃度の測定を行ったところ、いずれもオゾン、ＮＯX ともバックグラウンドレベル以上の値は検出されなかった。
尚、図９に多孔質半導体層５の断面構造の一例を示す。また、各部の構成は以下の通りである。
・基板（絶縁体）２：石英ガラス基板
・基板電極３：Ｗ（石英ガラス基板上に成膜）
・半導体層４：ポリシリコン
・多孔質半導体層５：Ｓｉ
・多孔質半導体層５を覆う薄膜絶縁層：ＳｉＯ2
・薄膜電極層６：Ａｕ（厚さ約１５ｎｍ）
・被帯電物７：リコー製プリンター用の感光体（ＯＰＣ）
・電源８，９：直流電源
・薄膜電極と被帯電物の間隔：1ｍｍ
【００３５】
［実施例３（請求項５）］
図２，３に示す構成の電荷発生装置で被帯電物７を帯電させた。尚、図２は素子構造及び走査電極と信号電極を用いた場合の電気的接合例を示し、図３は実際の電極レイアウト例を示している。直流電源１８により走査電極１３と信号電極端子１７間に２０Ｖの電圧を印加し、バイアス電源１９により素子１１と被帯電物７間に４００Ｖの電圧を印加し、信号電極（金属薄膜電極）１６と被帯電体７を１００μｍの間隔にしたときに、３００Ｖの帯電電圧を得ることができた。
また、信号電極１６と走査電極１３間の電圧のオン、オフにより静電画像のパターンを得ることができ、さらに電極間の電圧をコントロールすることにより帯電電位の分布を作ることができた。この場合、信号電極１６が正（＋）になる場合に被帯電物７を帯電できた。
素子構成の材料的な条件は、実施例２と同じである。ただし、被帯電物７は、裏面をアルミニウムコートしたポリマー基板である。
この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度およびＮＯX 濃度の測定を行ったところ、いずれもオゾン、ＮＯX ともバックグラウンドレベル以上の値は検出されなかった。
【００３６】
［実施例４（請求項６）］
図４に示す半導体冷電子放出素子１を用いた電荷発生装置（帯電装置）の構成にて、以下の条件で被帯電物７の帯電テストを行った。バイアス電源９により素子１と被帯電物７間に４００Ｖの電圧を印加し、金属薄膜電極６と被帯電物７との間の間隔を１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０，１００μｍの間隔にしたときの放電の発生を測定した。尚、この帯電テストにおいては、被帯電物７は、半導体冷電子放出素子１と反対側に除電機構（図示せず）を設けて除電している。また、各部の構成は以下の通りである。
・基板（絶縁体）２：石英ガラス基板
・基板電極３：Ｗ（石英ガラス基板上に成膜）
・半導体層４：ポリシリコン
・多孔質半導体層５：Ｓｉ
・多孔質半導体層５を覆う薄膜絶縁層：ＳｉＯ2
・薄膜電極層６：Ａｕ（厚さ約１５ｎｍ）
・被帯電物７：絶縁性ハードアルマイト、膜厚１０μｍ（内側電極：アルミニウム）
・電源８，９：直流電源
【００３７】
以上の帯電テストの結果、金属薄膜電極６と被帯電物７との間の間隔に対する放電発生頻度（１０分間）は以下の通りである。
間隔  １０μｍ：すぐ放電が発生し帯電不能
２０μｍ：すぐ放電が発生し帯電不能
３０μｍ：すぐ放電が発生し帯電不能
４０μｍ：2回放電が発生
５０μｍ：０回
６０μｍ：０回
７０μｍ：０回
８０μｍ：０回
９０μｍ：０回
１００μｍ：０回
さらに、５０μｍの間隔のものをこのまま１時間測定し続けたが、放電は見られなかった。また、６０μｍ、７０μｍ、８０μｍ、９０μｍ、１００μｍの場合も同様であった。
【００３８】
［実施例5（請求項４）］
図４に示す半導体冷電子放出素子１を用いた電荷発生装置（帯電装置）の構成にて、以下の条件で被帯電物７の帯電テストを行った。バイアス電源９により素子１と被帯電物７間に４００Ｖの電圧を印加し、金属薄膜電極６と被帯電物７との間の間隔を１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０，１００μｍの間隔にしたときの放電の発生を測定した。尚、この帯電テストにおいては、被帯電物７は、半導体冷電子放出素子１と反対側に除電機構（図示せず）を設けて除電している。ただし、実施例４と違い、石英ガラス基板に高さ５μｍ、直径５μｍの円柱状のものをエッチングで残した基板を作成した（円柱は５ｍｍ間隔）。また、各部の構成は以下の通りである。
・基板（絶縁体）２：石英ガラス基板（円柱状の突起有り）
・基板電極３：Ｗ（石英ガラス基板上に成膜）
・半導体層４：ポリシリコン
・多孔質半導体層５：Ｓｉ
・多孔質半導体層５を覆う薄膜絶縁層：ＳｉＯ2
・薄膜電極層６：Ａｕ（厚さ約１５ｎｍ）
・被帯電物７：絶縁性ハードアルマイト、膜厚１０μｍ（内側電極：アルミニウム）
・電源８，９：直流電源
【００３９】
以上の帯電テストの結果、金属薄膜電極６と被帯電物７との間の間隔に対する放電発生頻度（１０分間）は以下の通りである。
間隔  １０μｍ：すぐ放電が発生し帯電不能
２０μｍ：すぐ放電が発生し帯電不能
３０μｍ：すぐ放電が発生し帯電不能
４０μｍ：すぐ放電が発生し帯電不能
５０μｍ：すぐ放電が発生し帯電不能
６０μｍ：すぐ放電が発生し帯電不能
７０μｍ：5回放電が発生
８０μｍ：2回放電が発生
９０μｍ：０回
１００μｍ：０回
さらに、９０μｍのものをこのまま１時間測定し続けたが、放電は見られなかった。また、１００μｍの場合も同様であった。
【００４０】
［比較例１］
図１０に示す従来のコロナワイヤー方式の電荷発生器（帯電装置）４０を用い、実施例2と同じ条件下で電源４２により電圧を印加して被帯電物４１を帯電した。この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度およびＮＯX 濃度の測定を行ったところ、
オゾン：４ｐｐｍ
ＮＯX ：０．６ｐｐｍ
が検出された。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の電荷発生装置においては、絶縁体からなる基板上に形成された電極（以下、基板電極と言う）と、前記基板電極上に形成された半導体層と、前記半導体層上に形成され薄い絶縁層に覆われた多孔質半導体層と、前記多孔質半導体層上に形成され大気圧と連接する気体に満たされた空間に面する１〜５０ｎｍの厚さを有する金属薄膜を一部とする導電体で構成されるもう一方の電極（以下、薄膜電極と言う）とにより形成された半導体冷電子放出素子を用い、半導体冷電子放出素子の表面からの電子放出を利用して被帯電物の帯電を行うため、帯電によるオゾン、ＮＯＸ 等の放電生成物がほとんど発生せず、従来装置に比べてオゾン、ＮＯＸ 等の放電生成物の低減を図ることができる。
【００４２】
請求項２記載の電荷発生装置においては、請求項１の構成に加えて、前記半導体冷電子放出素子の前記空間に面した前記薄膜電極に正の電圧を印加し、電子を引き出すことを特徴とするので、オゾン、ＮＯＸ 等の放電生成物の低減を図れると共に、帯電効率を向上することができる。
請求項３記載の電荷発生装置においては、請求項１または２の構成に加えて、前記半導体冷電子放出素子の前記空間に面した前記薄膜電極に正の電圧を印加し、該薄膜電極から放出される電子により被帯電物を帯電させる際に、前記薄膜電極に印加する電圧で前記電子のエネルギーをコントロールし、前記半導体冷電子放出素子から放出される電子の最大エネルギーが２４．３ｅＶ以下であることを特徴とするので、電荷発生装置から発生するオゾン、ＮＯＸ等の放電生成物をさらに低減することができる。
【００４３】
請求項４記載の電荷発生装置においては、請求項１，２または３の構成に加えて、前記半導体冷電子放出素子の前記空間に面した前記薄膜電極の表面が平坦であることを特徴とするので、オゾン、ＮＯＸ 等の放電生成物の低減を図れると共に、異常放電の発生を防止することができる。
請求項５記載の電荷発生装置においては、請求項１，２，３または４の構成に加えて、前記半導体冷電子放出素子の前記基板電極と、前記空間に面した前記薄膜電極の２つの電極のうち、一方の前記基板電極を走査電極とした場合、もう一方の前記薄膜電極を複数の信号電極で構成し、その複数の信号電極を別々の電位とすることができることを特徴とするので、例えば被帯電物に対して単なる帯電のみならず静電画像を形成することができる。また、オゾン、ＮＯＸ 等の放電生成物のさらなる低減が可能となる。
【００４４】
請求項６記載の帯電装置においては、請求項１〜５のうちの何れか一つに記載の電荷発生装置を備え、該電荷発生装置の電子放出部と被帯電物との間の間隔を５０μｍ以上開けて配置したことを特徴とするので、オゾン、ＮＯX 等の放電生成物の発生が低減され、且つ、異常放電の発生が防止された帯電装置を実現することができる。
【００４５】
請求項７記載の画像形成装置においては、被帯電物である像担持体を均一に帯電する手段、あるいは、該像担持体上に静電画像を形成する手段として、請求項１〜５のうちの何れか一つに記載の電荷発生装置、あるいは、請求項６記載の帯電装置を具備することを特徴とするので、オゾン、ＮＯX 等の放電生成物の発生が低減された画像形成装置を実現することができる。また、電荷発生装置を静電画像形成手段として用いた場合には、装置構成を簡素化でき、低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す電荷発生装置（帯電装置）の構成説明図である。
【図２】本発明の別の実施形態を示す電荷発生装置（帯電装置）の構成説明図である。
【図３】図２に示す電荷発生装置の半導体冷電子放出素子の表面側の一部を拡大して示す要部平面図である。
【図４】本発明のさらに別の実施形態を示す電荷発生装置（帯電装置）の構成説明図である。
【図５】半導体冷電子放出素子から放出される電子のエネルギー分布の測定例を示す図である。
【図６】半導体冷電子放出素子の信号電極に印加される直流電圧と電流密度の関係の測定例を示す図である。
【図７】本発明に係る画像形成装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図８】本発明に係る画像形成装置の別の実施形態を示す概略構成図である。
【図９】半導体冷電子放出素子の多孔質半導体層の断面構造の一例を示す図である。
【図１０】従来のコロナワイヤー方式の電荷発生器（帯電装置）の概略構成図である。
【符号の説明】
１：半導体冷電子放出素子
２：絶縁体からなる基板（例えば、石英ガラス基板）
３：基板電極
４：半導体層
５：多孔質半導体層
６：薄膜電極層
７：被帯電物
８：電源
９：バイアス電源
１１：半導体冷電子放出素子
１２：絶縁体からなる基板（例えば、石英ガラス基板）
１３：走査電極
１４：半導体層
１５：多孔質半導体層
１６：信号電極（薄膜電極層）
１７：信号電極端子
１８：電源
１９：バイアス電源
２１，３１：像担持体（被帯電物）
２２：帯電装置（電荷発生装置）
２３：光書込み装置
２４，３３：現像装置
２５，３４：転写装置
２６，３５：クリーニング装置
２７，３６：除電装置
２８，３７：給紙部
２９，３８：定着装置
３２：静電画像形成手段（電荷発生装置）
【図１】
0004141617.tif 000002
【図２】
0004141617.tif 000003
【図３】
0004141617.tif 000004
【図４】
0004141617.tif 000005
【図５】
0004141617.tif 000006
【図６】
0004141617.tif 000007
【図７】
0004141617.tif 000008
【図８】
0004141617.tif 000009
【図９】
0004141617.tif 000010
【図１０】
0004141617.tif 000011