(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子放出によって被帯電体を帯電させる帯電装置であって、
素子内部の電界によりエネルギーを与えた電子を放出する電子放出素子と、
前記電子放出素子を取り囲むシールドからなる負イオン生成空間部と、
前記電子放出素子から放出された電子のエネルギーを制御する手段と、
前記負イオン生成空間部に負イオン化するための気体を導入する手段と、
前記負イオン生成空間部で生成された負イオン及び電子を、前記負イオン生成空間部に導入された気体と共に気体放出部から放出する手段を有し、
前記負イオン及び電子により被帯電体を帯電させる帯電装置において、
前記気体放出部と前記被帯電体の間に、被帯電体面に平行で負イオンを通過しうる形状の電極を有し、前記気体放出部と前記電極の間に電圧を印加し、負イオンを前記被帯電体に向かって引き出すことを特徴とする帯電装置。
【請求項２】
請求項１記載の帯電装置において、
前記負イオン生成空間部に到達する前の導入気体の経路の何処かに粒子フィルターを配備し、気体に混入した粒子の電子放出面への付着を防止することを特徴とする帯電装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の帯電装置において、
前記負イオン生成空間部に到達する前の導入気体の経路の何処かに、周囲に対して負電位の正イオンフィルター用電極を配備し、正電荷による電荷の中和を防止することを特徴とする帯電装置。
【請求項４】
請求項１，２または３記載の帯電装置において、
前記気体放出部と前記被帯電体の間に、被帯電体面に平行で負イオンを通過しうる形状の電極を有し、前記電極に平行で負イオンを通過しうる形状の電極が複数の区画に区分されてあり、各区画に互いに独立に電圧を印加し、負イオンの分布を制御した後、前記気体放出部と前記電極の間に電圧を印加し、負イオンを被帯電体に向かって引き出すことを特徴とする帯電装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一つに記載の帯電装置において、
電子放出面を加熱する手段を有することを特徴とする帯電装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一つに記載の帯電装置において、
前記電子放出素子を取り囲むシールドは、内壁面全体に噴出口を有する中空容器の中空部に気体の散乱される箇所を有する構造とし、導入された気体が前記散乱される箇所を経由した後に前記噴出口から負イオン生成部に放出されることを特徴とする帯電装置。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一つに記載の帯電装置において、
前記電子放出素子を間欠的に動作させ、電子放出されていない時間帯に気体が放出される位置まで負イオンを引き出すための負イオン引き出し電界を発生させることを特徴とする帯電装置。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか一つに記載の帯電装置において、
前記負イオン生成空間部に気体を導入する手段は圧縮空気供給手段であり、前記圧縮空気供給手段により供給された圧縮空気を酸素高濃度成分と低濃度成分とに分離して排出するガス分離手段と、前記ガス分離手段により分離された空気成分の内、酸素高濃度成分側を前記負イオン生成空間部に導入する手段を有することを特徴とする帯電装置。
【請求項９】
請求項８記載の帯電装置において、
前記ガス分離手段が、中空糸状のガス分離膜よりなることを特徴とする帯電装置。
【請求項１０】
請求項９記載の帯電装置において、
前記ガス分離手段により分離した酸素低濃度成分を、前記帯電装置から放出された気体が被帯電体に照射された後に通過する経路近傍に導く手段を有することを特徴とする帯電装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れか一つに記載の帯電装置において、
前記電子放出素子は、ＭＩＳ（金属−絶縁体−半導体）構造を有することを特徴とする帯電装置。
【請求項１２】
請求項１〜１０の何れか一つに記載の帯電装置において、
前記電子放出素子は、ＭＩＭ（金属−絶縁体−金属）構造を有することを特徴とする帯電装置。
【請求項１３】
請求項１〜１０の何れか一つに記載の帯電装置において、
前記電子放出素子は、多孔質半導体層と、該多孔質半導体層の表面側に電子を透過しうる薄膜電極を有し、前記多孔質半導体層の裏面側に該多孔質半導体層に電子を注入しうる電極を有することを特徴とする帯電装置。
【請求項１４】
請求項１〜１０の何れか一つに記載の帯電装置において、
前記電子放出素子は、下部電極と、下部電極上に形成されたタンタルオキサイド（Ｔａ２Ｏ５）膜と、前記タンタルオキサイド（Ｔａ２Ｏ５）膜上に形成されたＺｎＳ膜と、前記ＺｎＳ膜上に形成された上部電極とにより構成されているエレクトロルミネッセント素子であることを特徴とする帯電装置。
【請求項１５】
光導電性の感光体を帯電し、帯電された感光体に対して画像露光や光書込みにより静電潜像を形成し、該静電潜像を現像して可視像化した後、感光体上の可視像を転写材に直接あるいは中間転写体を介して転写し、画像を形成する画像形成装置において、
前記感光体を帯電する手段、あるいは前記可視像を転写材あるいは中間転写体に転写する手段として、請求項１〜１４の何れか一つに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、感光体等の被帯電体を帯電させるのに使用する帯電装置及びその帯電装置を用いた画像形成装置に係り、特に電子放出によって被帯電体を帯電させるようにした帯電装置、及びその帯電装置を用いた、複写機、プリンター、ファクシミリ、プロッター等の電子写真方式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、被帯電体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体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体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。
また、特開平８−１３７２１５号公報には、電荷発生制御素子を１次元あるいは２次元に配列して形成した電荷発生器において、上記電荷発生制御素子の電荷放出部材を備えた電荷発生部を素子の最表面に形成すると共に、電荷発生制御素子を素子の下部に形成したことを特徴とする電荷発生器が記載されている。
さらにまた、特開平９−９２１３０号公報には、電荷発生制御素子を１次元あるいは２次元に配列して形成した電荷発生器において、上記電荷発生制御素子を半導体基板上に形成すると共に、該電荷発生制御素子の電荷放出部をＰ−Ｎ接合を有するダイオードで構成し、該ダイオードに逆バイアスを印加することによって電子もしくは電荷を放出するように構成したことを特徴とする電荷発生器が記載されている。
【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、一画素単位で駆動する構成の素子であるため、逆に均一帯電による電子写真プロセスへの適用が困難であること、駆動装置等の装置構成全体が煩雑になることなどの欠点を有している。
また、感光体等の被帯電体に対向させて動作させる必要があるため、被帯電体に印加するバイアス電圧がパッシェン則における放電しきい値よりも高い場合には、電荷発生器と被帯電体の間の空間で放電破壊が起こり、結局オゾンやＮＯX などが発生してしまうという欠点も有している。その上、電子放出面に被帯電体や周囲の雰囲気からの粒子やイオンが付着してしまうため、安定な動作が出来ないという不具合がある。特にエレクトロルミネッセンス材料からなる電子放出素子層の場合には、同時に起こる発光が被帯電体に入射することにより、電子写真用感光体を帯電させる際に帯電電位の低下が起こってしまうという問題がある。
【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 の発生防止、装置の長寿命化、帯電効率の向上、帯電能力の安定性向上等を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置、及びその帯電装置を用いた画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１１】
より詳しく述べると、請求項１に係る発明は、オゾン及びＮＯＸ の発生防止、装置の長寿命化及び帯電均一性の向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することを目的とする。
請求項２に係る発明は、オゾン及びＮＯＸ の発生防止、装置の長寿命化及び帯電効率の向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することを目的とする。
請求項３に係る発明は、オゾン及びＮＯＸ の発生防止、装置の長寿命化及び帯電効率の向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することを目的とする。
請求項４に係る発明は、オゾン及びＮＯＸ の発生防止、装置の長寿命化及び帯電均一性のいっそうの向上を図ることができ、より均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することを目的とする。
請求項５に係る発明は、オゾン及びＮＯＸ の発生防止、装置の長寿命化及び帯電効率の向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することを目的とする。
請求項６に係る発明は、オゾン及びＮＯＸ の発生防止、装置の長寿命化及び帯電能力の安定性向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することを目的とする。
請求項７に係る発明は、オゾン及びＮＯＸ の発生防止、装置の長寿命化及び帯電効率の向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することを目的とする。
請求項８に係る発明は、オゾン及びＮＯＸ の発生防止、装置の長寿命化及び帯電効率の向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することを目的とする。
請求項９に係る発明は、オゾン及びＮＯＸ の発生防止、装置の長寿命化及び帯電効率のいっそうの向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することを目的とする。
請求項１０に係る発明は、オゾン及びＮＯＸ の発生防止、装置の長寿命化及び有害ガス成分放出防止を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することを目的とする。
請求項１１に係る発明は、オゾン及びＮＯＸ の発生防止、装置の長寿命化、生産性の向上及び帯電能力の安定性向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することを目的とする。
請求項１２に係る発明は、オゾン及びＮＯＸ の発生防止、装置の長寿命化、生産性の向上、低コスト化及び帯電能力の安定性向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することを目的とする。
請求項１３に係る発明は、オゾン及びＮＯＸ の発生防止、装置の長寿命化、生産性の向上、低コスト化及び帯電能力の安定性向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することを目的とする。
請求項１４に係る発明は、オゾン及びＮＯＸ の発生防止、装置の長寿命化、生産性の向上、低コスト化及び帯電能力の安定性向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することを目的とする。
請求項１５に係る発明は、オゾン及びＮＯＸ の発生が防止され、良好な画像形成を行うことができる画像形成装置を実現することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
従来技術における課題を解決し、上記目的を達成するため、本発明に係る帯電装置及び画像形成装置は以下のように構成した。
すなわち、請求項１に係る帯電装置は、素子内部の電界によりエネルギーを与えた電子を放出する電子放出素子と、前記電子放出素子を取り囲むシールドからなる負イオン生成空間部と、前記電子放出素子から放出された電子のエネルギーを制御する手段と、前記負イオン生成空間部に負イオン化するための気体を導入する手段と、前記負イオン生成空間部で生成された負イオン及び電子を、前記負イオン生成空間部に導入された気体と共に気体放出部から放出する手段を有し、前記負イオン及び電子により被帯電体を帯電させる帯電装置において、前記気体放出部と前記被帯電体の間に、被帯電体面に平行で負イオンを通過しうる形状の電極を有し、前記気体放出部と前記電極の間に電圧を印加し、負イオンを前記被帯電体に向かって引き出す構成とした。
【００１３】
請求項２に係る帯電装置は、請求項１に記載の構成に加えて、前記負イオン生成空間部に到達する前の導入気体の経路の何処かに粒子フィルターを配備し、気体に混入した粒子の電子放出面への付着を防止する構成とした。
また、請求項３に係る帯電装置は、請求項１または２に記載の構成に加えて、前記負イオン生成空間部に到達する前の導入気体の経路の何処かに、周囲に対して負電位の正イオンフィルター用電極を配備し、正電荷による電荷の中和を防止する構成とした。
【００１４】
請求項４に係る帯電装置は、請求項１，２または３に記載の構成に加えて、前記気体放出部と被帯電体の間に、被帯電体面に平行で負イオンを通過しうる形状の電極を有し、前記電極に平行で負イオンを通過しうる形状の電極が複数の区画に区分されてあり、各区画に互いに独立に電圧を印加し、負イオンの分布を制御した後、気体放出部と前記電極の間に電圧を印加し、負イオンを被帯電体に向かって引き出す構成とした。
【００１５】
請求項５に係る帯電装置は、請求項１〜４の何れか一つに記載の構成に加えて、電子放出面を加熱する手段を有する構成とした。
また、請求項６に係る帯電装置は、請求項１〜５の何れか一つに記載の構成に加えて、電子放出素子を取り囲むシールドは、内壁面全体に噴出口を有する中空容器の中空部に気体の散乱される箇所を有する構造とし、導入された気体が前記散乱される箇所を経由した後に前記噴出口から負イオン生成部に放出される構成とした。
さらに請求項７に係る帯電装置は、請求項１〜６の何れか一つに記載の構成に加えて、電子放出素子を間欠的に動作させ、電子放出されていない時間帯に気体が放出される位置まで負イオンを引き出すための負イオン引き出し電界を発生させる構成とした。
【００１６】
請求項８に係る帯電装置は、請求項１〜７の何れか一つに記載の構成に加えて、前記負イオン生成空間部に気体を導入する手段は圧縮空気供給手段であり、前記圧縮空気供給手段により供給された圧縮空気を酸素高濃度成分と低濃度成分とに分離して排出するガス分離手段と、前記ガス分離手段により分離された空気成分の内、酸素高濃度成分側を前記負イオン生成空間部に導入する手段を有する構成とした。
また、請求項９に係る帯電装置は、請求項８記載の構成に加えて、前記ガス分離手段が、中空糸状のガス分離膜よりなる構成とした。
さらに請求項１０に係る帯電装置は、請求項９記載の構成に加えて、前記ガス分離手段により分離した酸素低濃度成分を、前記帯電装置から放出された気体が被帯電体に照射された後に通過する経路近傍に導く手段を有する構成とした。
【００１７】
請求項１１に係る帯電装置は、請求項１〜１０の何れか一つに記載の構成に加えて、前記電子放出素子は、ＭＩＳ（金属−絶縁体−半導体）構造を有する構成とした。
また、請求項１２に係る帯電装置は、請求項１〜１０の何れか一つに記載の構成に加えて、前記電子放出素子は、ＭＩＭ（金属−絶縁体−金属）構造を有する構成とした。
【００１８】
請求項１３に係る帯電装置は、請求項１〜１０の何れか一つに記載の構成に加えて、前記電子放出素子は、多孔質半導体層と、該多孔質半導体層の表面側に電子を透過しうる薄膜電極を有し、前記多孔質半導体層の裏面側に該多孔質半導体層に電子を注入しうる電極を有する構成とした。
また、請求項１４に係る帯電装置は、請求項１〜１０の何れか一つに記載の構成に加えて、前記電子放出素子は、下部電極と、下部電極上に形成されたタンタルオキサイド（Ｔａ２Ｏ５）膜と、前記タンタルオキサイド（Ｔａ２Ｏ５）膜上に形成されたＺｎＳ膜と、前記ＺｎＳ膜上に形成された上部電極とにより構成されているエレクトロルミネッセント素子である構成とした。
【００１９】
請求項１５に係る画像形成装置は、光導電性の感光体を帯電し、帯電された感光体に対して画像露光や光書込みにより静電潜像を形成し、該静電潜像を現像して可視像化した後、感光体上の可視像を転写材に直接あるいは中間転写体を介して転写し、画像を形成するものであり、前記感光体を帯電する手段、あるいは前記可視像を転写材あるいは中間転写体に転写する手段として、請求項１〜１４の何れか一つに記載の帯電装置を具備する構成とした。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、各請求項に係る発明の構成、動作及び作用を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
（実施例１）
まず第１の実施例を説明する。
図１は第１の実施例を示す帯電装置の斜視図、図２は図１に示す帯電装置を被帯電体に対向して配置した状態を示す断面図である。この実施例１は、例えば複写機、プリンタ等の電子写真方式の画像形成装置に用いられる帯電装置の例であり、図２において被帯電体１１６は、例えば円筒状の導電性基体上に光導電性の感光層を備えた構造の感光体である。
図１及び図２に示す構成の帯電装置の例では、シールド１０２の負イオン生成空間部１０７内に、電子放出素子１０１を設置し、電源１０９からの電圧が印加されるようになっている。また、放出された電子のエネルギーを制御する手段としての電極１０３が電子放出素子１０１の電子放出面に対向して配備されており、この電極１０３は制御用の電源１０４に接続されている。尚、放出された電子のエネルギーを制御する手段としては、電極１０３を使用する以外に、電子放出素子１０１の電子放出面とシールド１０２の間に電源を配備し電位差を与える方法もあり、電極１０３が必要不可欠というわけではない。
さらに図中の符号１０５は気体の導入路、１０６は送風ファンや圧縮気体供給手段などの気体送り込み手段であり、負イオン生成空間部１０７内に気体が送り込まれるようになっている。また、シールド１０２の負イオン生成空間部１０７の開口部は、導入された気体及び負イオンを放出するための気体放出部となる放出口１０８を形成している。
【００２２】
図３は本実施例における電子放出素子の一例を示す概略断面図である。図中の符号２１１は下部電極、２１３は上部電極である。電子放出部材２１２は、Ｐ型半導体層２１２−１と、その上部に形成されたＰ+ 型半導体層２１２−２と、更にその上部に形成されたＮ++型半導体層２１２−３とで構成されている。これらのＰ型半導体層２１２−１，Ｐ+ 型半導体層２１２−２，Ｎ++型半導体層２１２−３の材料としては、単結晶シリコン、多結晶シリコン、あるいはアモルファスシリコン等が挙げられる。各半導体層の膜厚とキャリア濃度は、Ｐ型半導体層２１２−１が数千Å〜数μｍで１０14〜１０16ｃｍ-3、Ｐ+ 型半導体層２１２−２が数百Åで１０16〜１０18ｃｍ-3、Ｎ++型半導体層２１２−３が数十Å〜数百Åで１０19〜１０20ｃｍ-3程度に設定される。
【００２３】
この実施例において、下部電極２１１の電位は上部電極２１３に印加されているＤＣ電位に対して数Ｖ〜数十Ｖの負の電位となっている。かかるバイアス状態においては、Ｐ型半導体層２１２−１とＮ++型半導体層２１２−３は逆バイアス状態となり、Ｐ+ 型半導体層２１２−２の領域近傍において、強電界によりアバランシェ降伏が生じる。このアバランシェ降伏は次のようにして起こる。
一つの電子がＰＮ接合の高電界によって加速（高エネルギー化）されたとすると、この電子はエネルギーが高いので共有結合の結合手を切って電子−正孔対を発生させる。発生した高エネルギーの電子はさらに別の電子−正孔対を発生させる。この現象は１０5〜１０6Ｖ・ｃｍ-1以上の高電界の時に起こる。このようにして電子−正孔対が雪崩的に増大して起こる接合の降伏現象がアバランシェ降伏である。
上記アバランシェ降伏により生じた高エネルギーの電子（ホットエレクトロン）がＮ++型半導体層２１２−３の表面より効率よく上部電極２１３の開口部に放出されるため、電子の放出開始電圧を大幅に低減可能な電子放出を実現することができる。
【００２４】
また、図４は本発明の他の実施例に係る電子放出素子を示した概略断面図である。図中の符号３０１はＰ+ 型半導体基板、３０２はＰ型半導体領域３０３を包囲するＮ+ 型半導体ガードリング、３０４はアバランシェ降伏を起こすＰ+ 半導体領域、３０５は絶縁膜、３０６はＰ+ 半導体に対するオーミック電極、３０７はショットキー障壁接合となる金属電極、３０９は電源、破線で囲まれた領域３１０は電子放出時の空乏層である。
図４において、原理的に半導体材料としては、例えばＳｉ，Ｇｅ，ＧａＡｓ，ＧａＰ，ＡｌＡｓ，ＧａＡｓＰ，ＡｌＧａＡｓ，ＳｉＣ，ＢＰ，ＡｌＮ，ダイヤモンド等が適用可能であり、特に間接遷移型でバンドギャップの大きい材料が適している。また、ショットキー障壁接合となる金属電極３０７の材料としては、Ｗの他にＡｌ，Ａｕ，ＬａＢ6 等の一般に知られている前記Ｐ型半導体に対してショットキー障壁接合を形成するものであれば良い。
【００２５】
ここで、図５を用いて、本実施例の電子放出素子の動作原理を説明する。Ｐ型半導体とショットキー障壁接合を形成するショットキーダイオードに逆バイアス電圧を印加することにより、Ｐ型半導体の伝導帯の底Ｅcはショットキー障壁φＢＰを形成する電極の真空準位Ｅvacよりも高いエネルギー準位とすることができ、この状態でアバランシェ降伏を起こすことにより、Ｐ型半導体においては少数キャリアであった電子を多数生成することが可能となり、電子の放出効率を高めることができる。また空乏層内の電界が電子にエネルギーを与えるために、電子がホットエレクトロンとなり、格子系の温度よりも運動エネルギーが大きくなり、ショットキー障壁接合を形成する電極へと注入される。ショットキー障壁接合を形成する電極表面の仕事関数φＷＫよりも大きなエネルギーを持った電子は、真空中へ放出される。
【００２６】
以上のような構成からなる帯電装置を用いて帯電を行う場合には、図２に示すように帯電装置の放出口１０８を被帯電体１１６に対して所定間隔開けて対向配置させて行う。
この帯電装置は次のように動作する。ここで、例えば導入される気体は空気であるものとする。
図２において、電子放出素子１０１に電源１０９から電圧が印加されることにより、負イオン生成空間部１０７内において電子放出が起こる。ここで電極１０３と電子放出素子１０１の間の電界により、放出された電子のエネルギーは導入された気体の電離が起こらない低エネルギーに制御されている。また、シールド１０２の電位は、放出される電子を制御するためには、電子放出面と同電位が望ましいが、勿論これに限るものではない。
【００２７】
空気は気体送り込み手段（ここでは送風ファン）１０６により発生する気流に従い、導入路１０５からイオン生成部１０７内へ導入され、空気中に存在する酸素分子等のエネルギー的に安定な負イオン状態を取る分子や原子への電子付着により負イオンが発生する。これに対し、窒素分子のように負イオンがエネルギー的に不安定状態をとる分子や原子は、仮に負イオンが生成しても再び電子と解離してしまい、エネルギー的に安定な負イオン状態を取る分子へ電子付着をするまで負電荷は気体中を電子の状態で移動することとなる。
【００２８】
このようにして発生した負イオンが気流と共に放出口１０８に向かって移動することにより、負イオン流が発生する。
また、このとき放出口１０８と被帯電体１１６との間に、負イオン生成空間部１０７において発生した負イオン及び電子が被帯電体１１６側に向けて加速流動するような電界が形成されるよう、その被帯電体１１６側にバイアス電源１２０が印加されている。
放出口１０８から外部に向かう気流、及び放出口１０８と被帯電体１１６との間の電位差により形成される電界により、放出口１０８に向けて移動した負イオン流が被帯電体１１６上に投射されることによって、被帯電体１１６が帯電される。
尚、空気の代わりに放電抑止ガスとしてよく用いられるＳＦ6が導入された場合にも安定な負イオンＳＦ6-を発生させることが可能である。
【００２９】
本発明においては、素子内部の電界によりエネルギーを与えた電子を放出する電子放出素子１０１を使用するため、針状の電子放出端を持つ電界放射陰極と異なり、電子放出動作を行う際に、素子外部に強電界を必要としない。したがって放電を発生させることなく負イオン生成が可能である。
また、被帯電体１１６と電子放出部を対向させる必要がないため被帯電体１１６にバイアス電圧を印加しても素子外部の電界には影響を与えず、やはり放電は発生しない。
【００３０】
以上のように本発明においては、電子放出素子１０１から放出された電子による電子付着のみを利用して負イオンを発生させるため、通常のコロナ放電方式のように反応活性なラジカルが発生する箇所がないため、放電生成物として良く知られているオゾンやＮＯX の生成がほとんど起こらない。
さらに前述の針状の電子放出端を持つ電界放射陰極が抱えている、放出電流の集中による先端部の局所的な温度上昇、イオン衝撃による先端部の損傷という他の問題をも解消し、長寿命で安定な動作ができる。
また、放出口８の形状や位置により負イオン量の分布を調整できるため、シールド１０２内の電子放出素子１０１の位置に依存せず均一な帯電を行うことができる。
【００３１】
図３または図４の電子放出素子を使用した本実施例に示す各構成の帯電装置により、被帯電体１１６（例えば、リコー製プリンタ用の感光体ユニット：タイプ８００）の表面全体を−７００Ｖに帯電させ、この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度及び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。
【００３２】
（実施例２）
次に第２の発明の実施例を説明する。
図６は第２の実施例を示す帯電装置の断面図であり、図１，２と同符号を付したものは同様の構成部材である。
図６に示す構成の帯電装置の例では、気体送り込み手段１０６の前段に粒子フィルター１３０を配備している。
この帯電装置においては、気体は、気体送り込み手段（ここでは送風ファン）１０６により発生する気流に従い、導入路１０５からイオン生成部１０７内へ導入されるが、その際、送風ファン１０６の前段に配備された粒子フィルター１３０により気体に混入している粒子（トナー、埃、たばこの煙など）は取り除かれているため、負イオン生成部には清浄な気体が送り込まれる。このため電子放出面への気体中粒子の付着により電子放出量が不安定になることを防止できる。
【００３３】
粒子フィルター１３０としては例えば不織布フィルターが使用できるが、より小さな粒子の侵入を防止する必要があればＨＥＰＡフィルターやメンブレンフィルターなどを使用することも可能である。
尚、本実施例では気体送り込み手段１０６の前段に粒子フィルター１３０が配備されているが、勿論、気体の導入路１０５内に粒子フィルターを配備しても同様の効果が得られる。
【００３４】
本実施例に示す帯電装置において、被帯電体（例えば、リコー製プリンタ用の感光体ユニット：タイプ８００）の表面全体を−７００Ｖに帯電させ、この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度及び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。
また、粒子フィルター１３０を配備する前後での帯電に要する時間を比較したところ、粒子フィルター１３０を配備後の方が時間が短縮されていた。
【００３５】
（実施例３）
次に第３の実施例を説明する。
図７は第３の実施例を示す帯電装置の断面図であり、図１，２と同符号を付したものは同様の構成部材である。
図７に示す構成の帯電装置の例では、気体送り込み手段１０６の前段に、周囲に対して負電位の正イオンフィルター用電極１３１を配備している。この正イオンフィルター用電極１３１は電源１３２の負極側に接続されている。
ここで「静電気学会誌，２３（１），ｐ．３７−４３（１９９９）」によると、通常の大気中ではＨ３Ｏ＋（Ｈ２Ｏ）ｎやＮＨ４＋（Ｈ２Ｏ）ｎ、ピリジン同族体の正イオン、アミン同族体のイオン等の正イオンの存在が確認されており、これら正イオンがそのまま負イオン生成部１０７内に導入されると、それにより負電荷の中和が起こり帯電効率の低下の原因となる。
【００３６】
本実施例の帯電装置においては、気体は、気体送り込み手段（ここでは送風ファン）１０６により発生する気流に従い、導入路１０５から負イオン生成部１０７内へ導入されるが、その際、送風ファン１０６の前段に配備された周囲に対して負電位の正イオンフィルター用電極１３１（ここでは金属メッシュ）により、気体に混入している正イオンは取り除かれているため、負イオン生成部には正電荷がほぼ除かれた気体が送り込まれる。このため負電荷の中和を防止することができ、帯電効率の向上につながる。特に正帯電性のトナーを使用している環境では浮遊トナーの導入も防止でき、いっそう効果がある。
【００３７】
本実施例に示す帯電装置において、被帯電体（例えば、リコー製プリンタ用の感光体ユニット：タイプ８００）の表面全体を−７００Ｖに帯電させ、この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度及び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。
また、正イオンフィルター用電極１３１を配備する前後での帯電に要する時間を比較したところ、正イオンフィルター用電極１３１を配備後の方が時間が短縮されていた。
尚、本実施例では正イオンフィルター用電極１３１として金属メッシュ電極を使用しているが、格子状等その他の形状でも勿論適用可能である。
【００３８】
（実施例４）
次に第４の実施例を説明する。
図８は第４の実施例を示す帯電装置の断面図であり、図１，２と同符号を付したものは同様の構成部材である。
図８に示す構成の帯電装置の例では、気体放出部である放出口１０８と被帯電体１１６との間に、被帯電体面に平行で負イオンを通過しうる形状の電極１４０（ここでは金属メッシュ）を配備している。ここで電極１４０の形状は、メッシュ状の他、格子状など、負イオンが被帯電体１１６に到達することを妨げないものであれば特に制限されない。
【００３９】
上記電極１４０には電源１４１により気体放出口１０８に対し正電位となるように電圧を印加してある。さらに、電極１４０を通過した負イオン及び電子が被帯電体１１６側に向けて流動するような電界が形成されるよう、その被帯電体１１６側にバイアス電源１２０により電圧が印加されている。
電極１４０の形状は被帯電体１１６の表面に平行であるため、電極１４０−被帯電体１１６間の電界は気体放出口１０８の形状に依存せず、均一な電界内を負イオンが飛行するため帯電が均一化される。
【００４０】
本実施例に示す帯電装置において、被帯電体１１６（例えば、リコー製プリンタ用の感光体ユニット：タイプ８００）の表面全体を−７００Ｖに帯電させ、この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度及び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。
また、帯電電位の分布を電極１４０を配備する前後で比較したところ、電極１４０（ここでは金属メッシュ）を配備した方が分布が小さくなっていた。
【００４１】
（実施例５）
次に第５の実施例を説明する。
図９は第５の実施例を示す帯電装置の斜視図であり、図１，２と同符号を付したものは同様の構成部材である。
図９に示す構成の帯電装置の例では、被帯電体面に平行で負イオンを通過しうる形状の電極が、図８に示したものと同様の電極１４０と、複数の区画に区分された電極群１４２とで構成され、電極群１４２の各区画には互いに独立に電圧を印加することができる用になっている。図９では電源群１４３により各区画には互いに独立に電圧を印加している。
ここで電極群１４２の各区画の形状は格子状であるが、そのほか網状など、負イオンが被帯電体１１６に到達することを妨げないものであれば特に制限されない。
【００４２】
上記電極群１４２の各区画には電源群１４３により独立に、気体放出口１０８に対し正電位となるように電圧を印加してある。これにより、負イオンが放出された時点で分布が不均一であったとしても、電極群１４２の電位分布を調整することで負イオンの分布を均一化することができる。
また、上記電極１４０には電源１４１により電極群１４２に対し正電位となるように電圧を印加してある。
さらに、電極１４０を通過した負イオン及び電子が被帯電体１１６側に向けて流動するような電界が形成されるよう、その被帯電体１１６側にバイアス電源１２０により電圧が印加されている。
上記電極１４０の形状は被帯電体１１６に平行であるため、電極１４０−被帯電体１１６間の電界は電極群１４２の電位分布に依存せず、均一な電界内を負イオンが飛行するため帯電が均一化される。
【００４３】
本実施例に示す帯電装置において、被帯電体１１６（例えば、リコー製プリンタ用の感光体ユニット：タイプ８００）の表面全体を−７００Ｖに帯電させ、この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度及び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。
また、帯電電位の分布を前記第４の実施例と比較したところ、本実施例の方がさらに分布が小さくなり改善されていた。
【００４４】
（実施例６）
次に第６の実施例を説明する。
図１０は第６の実施例を示す帯電装置の断面図であり、図１，２と同符号を付したものは同様の構成部材である。
実施例１〜５に示した構成の帯電装置においては、導入する気体が空気の場合、水蒸気等の生活温度範囲での低温で凝縮する気体が混在している場合がある。電子放出素子１０１が動作中は素子に流れる電流により電子放出面は室温よりも高温となりうるので上記水蒸気等の気体の影響は受けにくいが、未使用時の温度低下している電子放出面において例えば水蒸気が凝縮すると、その後の電子放出動作を著しく阻害することとなる。
そこで図１０に示す構成の帯電装置の例では、負イオン生成部１０７内に、電子放出素子の電子放出面を加熱する手段１５０（ここでは電熱線（ヒーター））を配備している。このため、ヒーター１５０からの輻射熱及び加熱された気体からの熱移動により、未使用時においても電子放出面の温度が帯電装置外部の気体に比べて高温となる。これにより未使用時に水蒸気などが電子放出面に凝縮して電子放出効率を低下させることを防止でき、帯電効率の向上が可能となる。
【００４５】
本実施例に示す帯電装置において、被帯電体１１６（例えば、リコー製プリンタ用の感光体ユニット：タイプ８００）の表面全体を−７００Ｖに帯電させ、この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度及び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。
また、未使用時にヒーター１５０を加熱した場合と、しない場合での帯電に要する時間を比較したところ、ヒーター１５０を加熱していた方が時間が短縮されていた。
尚、本実施例においては加熱手段として電熱線（ヒーター）を使用したが、ランプの使用や、シールド１０２そのものの加熱という方法を採ることもできる。
【００４６】
（実施例７）
次に第７の実施例を説明する。
図１１は第７の実施例を示す帯電装置の断面図であり、図１，２と同符号を付したものは同様の構成部材である。
実施例１〜６に示した構成の帯電装置においては、電子放出素子１０１の形状、位置や負イオン生成部の形状などの影響で、導入された気体の流れが一定せず、放出された電子と気体との衝突頻度が一定しない場合には、負イオンの発生量が不安定になる問題が生じる場合があった。
そこで図１１に示す構成の帯電装置の例では、シールド１６０として、パンチ穴付きの内壁を有する中空容器を用い、その中空容器の中空部にスチールウール１６１を充填したものを使用している。
この構造では容器内部において気体の散乱される箇所が飛躍的に増大するため、噴出口から放出される気体量が特定の部位に偏らず、より均一化される。これにより前述の問題を解消することが可能となる。
ここで容器内に充填する材料としてスチールウールに替えてステンレス鋼、パーマロイ、アルミニウム合金、銅などで形成された多孔質金属を使用してもよいし、その場合パンチ穴付きの代わりに多孔質金属の孔をそのまま噴出口として使用しても良い。
【００４７】
本実施例に示す帯電装置において、被帯電体１１６（例えば、リコー製プリンタ用の感光体ユニット：タイプ８００）の表面全体を−７００Ｖに帯電させ、この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度及び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。
また、本実施例のシールドを使用した場合と、使用しない場合での帯電に要する時間のばらつきを比較したところ、本実施例のシールドを使用した方が時間のばらつきが小さかった。
【００４８】
（実施例８）
次に第８の実施例を説明する。
図１２は第８の実施例を示す帯電装置の断面図であり、図１，２と同符号を付したものは同様の構成部材である。
実施例１〜７に示した構成の帯電装置においては、負イオンがシールド内を移動した後に外部に放出されるため、放出前にシールド壁面に負イオンが接触すると再び中性に戻ってしまい負イオンの放出量が減少してしまうという問題が生じる場合がある。ただし、単純にシールド内部に負イオン引き出し電界を発生させると、放出された電子の高エネルギー化が起こり、それに伴い放電が発生してしまう畏れがある。それを補償するために電子のエネルギーを制御する手段としての電極１０３を用いて電子をより低エネルギー化しようとすれば、今度は電子放出量自体が減少してしまう。
そこで図１２に示す構成の帯電装置の例では、負イオンの放出口１０８近傍に、環状電極１７０を配備してある。この環状電極１７０には電源１７１により負イオンを引き出すための電圧が印加されるが、この際、電源１７１は図示されない、同期回路ユニットにより電源１０９と連動して動作するように制御されている。
【００４９】
図１３に電源１０９と電源１７１の動作タイミングを示す。図１３のように動作タイミングを設定すると、電子放出素子１０１を間欠的に動作させ、電子放出されていない時間帯に気体が放出される位置まで負イオンを引き出すための負イオン引き出し電界を発生させることができる。
これにより電源１０９がＯＮで電源１７１がＯＦＦの時間帯には電子放出とその後の電子付着のみが起こり、電源１０９がＯＦＦで電源１７１がＯＮの時間帯には発生した負イオンの引き出しのみが起こる。
したがって電子放出時に負イオン引き出し電界による高エネルギー化を防げるため、放電を発生させずに負イオンを確実に放出口まで引き出すことができ、帯電効率を向上させることができる。
【００５０】
本実施例に示す帯電装置において、被帯電体（例えばリコー製プリンタ用の感光体ユニット：タイプ８００）の表面全体を−７００Ｖに帯電させ、この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度及び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。
また、本実施例において、電源制御を行わず、常に負イオン引き出し電界を発生させて帯電を行ったところ、微小ながら放電が発生しており、そのときオゾン：０．１ｐｐｍ，ＮＯＸ ：０．０４ｐｐｍが検出された。
尚、本実施例では環状電極１７０を使用しているが、図１４に示す別の実施例のように、メッシュ状電極１７２を使用しても良い。
【００５１】
（実施例９）
次に第９の実施例を説明する。
図１５は第９の実施例を示す帯電装置の断面図であり、図１，２と同符号を付したものは同様の構成部材である。
図１５に示す構成の帯電装置の例では、圧縮空気供給手段である気体送り込み手段１０６により供給された圧縮空気を、酸素高濃度成分と低濃度成分とに分離して排出するガス分離手段として、気体導入路１０５の途中に酸素富化膜による酸素分離手段１８０を配備している。
圧縮空気より酸素を分離し酸素が高濃度である成分と低濃度である成分に分ける手段としては、酸素の透過率が高い、シリコーンをベースにした酸素富化膜（永柳工業（株）製）やポリイミド製の酸素富化膜が使用できる。
気体送り込み手段１０６（コンプレッサ等の圧縮空気供給装置）により加圧された空気は、酸素分離手段１８０へ送り込まれ、図１６の如く酸素富化膜を通過して分離された高酸素濃度ガスが負イオン生成部１０７内へ導入される。これにより負イオン状態を得やすい酸素分子がより多く供給され負イオン生成効率が向上する。
【００５２】
本実施例に示す帯電装置において、被帯電体（例えばリコー製プリンタ用の感光体ユニット：タイプ８００）の表面全体を−７００Ｖに帯電させ、この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度及び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。
また、酸素分離手段１８０を配備する前後での帯電に要する時間を比較したところ、酸素分離手段１８０を配備後の方が時間が短縮されていた。
【００５３】
（実施例１０）
次に第１０の実施例を説明する。
図１７は第１０の実施例を示す帯電装置の断面図であり、図１，２と同符号を付したものは同様の構成部材である。
図１７に示す構成の帯電装置の例では、気体導入路１０５の途中に酸素富化膜からなる中空糸膜を多数束ねたものを酸素分離手段１８１として配備している。
ポリイミド製の中空糸膜は例えば、宇部興産（株）のポリイミド製窒素富化膜を多数束ねたものから構成したものを用いる。図１８に記載のように、この中空糸膜は側面が空気中の窒素より酸素を透過しやすい性質を持っており、大気を用いた圧縮空気を導入させると、この中空糸膜を通過する間に中空糸膜内部は窒素濃度が高くなり、また側面側からは酸素が透過して行く。
【００５４】
図１７においては側面側から放出される高酸素濃度ガスが負イオン生成部１０７内へ導入されるようになっている。このとき、中空糸膜が圧力により破裂しないように中空糸膜内部のガスは別経路で外部に放出する構造としてある。
このように酸素分離手段１８１を中空糸膜を多数束ねた形状とすることにより、同じ流路径であっても図１６のように単純に平面上の膜を通過させる場合に比べて酸素が通過しうる断面積を大幅に増すことができる。このため、より多くの高酸素濃度の空気を供給することができる。これにより負イオンを得やすい酸素分子がより多く供給され負イオン生成効率がさらに向上する。
【００５５】
また、ガス分離膜は圧縮空気圧と分離ガス流量との関係が比例する関係を有するが、圧縮空気が粘性を有すると共に中空糸膜は極めて長細い管（内径２０μｍ程度）であるため、圧縮空気の空気圧がある程度変化しても、急激に反応して分離ガス量が変動するようなことはない。すなわち、中空糸状のガス分離膜を用いれば、負イオン生成空間部へ供給される圧縮空気の酸素濃度を高くできるのに加え、圧縮空気供給源の空気供給に多少の変動があったとしても、分離膜が緩衝材となって変動を吸収することになる。また、この変動がある程度の大きさを持っていた場合にも、分離ガス流量は徐々に変化するため、負イオン流に与える影響も緩和され、帯電に与える影響も最小限に防止できる。この時の、ガス分離膜の長さは７０ｃｍ以上とすることで、上記緩衝作用は十分に機能させることが可能となり、圧縮空気供給源の変動に対しても均一な帯電ができる。
【００５６】
本実施例に示す帯電装置において、被帯電体（例えばリコー製プリンタ用の感光体ユニット：タイプ８００）の表面全体を−７００Ｖに帯電させ、この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度及び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。
また、帯電に要する時間を前記第９の実施例と比較したところ、本実施例の方がさらに時間が短縮されていた。
【００５７】
（実施例１１）
次に第１１の実施例を説明する。
図１９は第１１の実施例を示す帯電装置の断面図であり、図１，２，１７と同符号を付したものは同様の構成部材である。
図１９に示す構成の帯電装置の例では、気体導入路１０５の途中に酸素富化膜からなる中空糸膜を多数束ねたものを酸素分離手段１８１として配備している。
さらに、前記酸素分離手段１８１により分離した低酸素濃度ガスを、放出口１０８から放出された気体が被帯電体１１６に照射された後に通過する経路近傍に導くように流路（例えば、パイプ）１８２を配備している。具体的には酸素分離手段１８１において分離された低酸素濃度ガスを、パイプ１８２により被帯電体１１６に照射された後に通過する経路近傍に導くものである。
【００５８】
帯電装置の放出口１０８からの流出空気流はいわゆる高酸素濃度状態であるため、そのまま機外に排出してしまうと、異常燃焼等の危険を招く恐れがある。他方、パイプ１８２内の空気は酸欠状態であるため、これがこのまま機外に排出されると人体に害を及ぼす恐れがある。そこで、本実施例のように両者のガスを機外排出以前に合流させることにより上記問題を解決することができる。
【００５９】
本実施例に示す帯電装置において、被帯電体１１６（例えばリコー製プリンタ用の感光体ユニット：タイプ８００）の表面全体を−７００Ｖに帯電させ、この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度及び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。
【００６０】
（実施例１２）
次に第１２の実施例を説明する。
図２０は第１２の実施例を示す図であって、実施例１〜１１に示した構成の帯電装置に用いられる電子放出素子の例を示す断面図である。この電子放出素子は、ｎ型Ｓｉ基板を下部電極５１３とし、その表面を熱酸化などの方法で酸化して絶縁層５１２を５ｎｍ形成し、さらにその上にスパッタリングなどの方法で、上部電極５１８としてＡｕを６ｎｍの厚さで成膜してあり、所謂ＭＩＳ（金属−絶縁体−半導体）構造を有している。
このＭＩＳ構造の場合には、図２１に示すように、上部電極５１８と下部電極５１３の間に電源５１４により電圧（数Ｖ〜１０Ｖ）を印加すると、ｎ型Ｓｉ基板中のフェルミ準位近傍の電子がトンネル現象により障壁を透過して絶縁層５１２の伝導帯へ注入され、そこで加速されて上部電極５１８の伝導帯へ注入されホットエレクトロンとなる。これらのホットエレクトロンのうち、上部電極５１８の仕事関数φ以上のエネルギーを有するものは、素子外部に放出される。
【００６１】
このＭＩＳ構造の電子放出素子には様々な長所がある。まず、素子が薄膜状の単純な構造であるため大面積化が容易であり、面状電子放出素子を作成しやすい。また、上部電極４１１が平坦かつ大面積であることにより、針状の電子放出端を持つ電界放射陰極アレイ等に比べ素子外部４１０との界面状態が安定であり、また、上部電極４１１の表面が雰囲気ガスの付着により汚染して仕事関数φが変化しても電子放出特性には大きな影響がないため環境ガスの影響を受けにくい。さらに１０Ｖ程度の低電圧の印加でも電子放出動作が可能であり、高圧電源等を要しない点も大きな利点である。
【００６２】
前述の実施例１〜１１に示す各構成の帯電装置に、第１２の実施例の電子放出素子を適用し、被帯電体（例えばリコー製プリンタ用の感光体ユニット：タイプ８００）の表面全体を−７００Ｖに帯電させ、この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度及び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。
【００６３】
（実施例１３）
次に第１３の実施例を説明する。
図２２は第１３の実施例を示す図であって、実施例１〜１１に示した構成の帯電装置に用いられる電子放出素子の例を示す断面図である。この電子放出素子は、基板４１４上に金属膜からなる下部電極４１３を形成し、その上に絶縁層４１２を形成し、さらにその上に金属膜からなる上部電極４１１を形成してあり、所謂ＭＩＭ（金属−絶縁体−金属）構造を有している。
この図２２に示すＭＩＭ構造を電子放出素子として動作させたときの原理を図２３に示す。図２３において、上部電極４１１と下部電極４１３の間に電源４１７により電圧（数Ｖ〜１０Ｖ）を印加すると、絶縁膜４１２内の電界のため、下部電極４１３中のフェルミ準位近傍の電子はトンネル現象により障壁を透過し、絶縁膜４１２、上部電極４１１の伝導帯へ注入され、そこで加速されて上部電極４１１の伝導帯へ注入されホットエレクトロンとなる。これらのホットエレクトロンのうち、上部電極４１１の仕事関数φ以上のエネルギーを有するものは、素子外部４１０中に放出される。例えばＡｕ−Ａｌ2Ｏ3−Ａｌ構造等において、この原理による電子放出が観測されている（応用物理，Ｖol３２，Ｎo.８，（１９６３）ｐ５６８）。
【００６４】
上記のＡｕ−Ａｌ2Ｏ3−Ａｌ構造の電子放出素子の作製は例えば以下の方法で実施できる。まず、表面を清浄化した基板４１４上に下部電極４１３としてＡｌを２０ｎｍ蒸着する。続いて陽極酸化法によりＡｌを酸化する。陽極酸化は３％酒石酸アンモニウム水溶液で４Ｖの化成電圧で行う。陽極酸化によって酸化できるＡｌの膜厚は高い精度で化成電圧に依存しているため、４Ｖの化成電圧で４ｎｍのＡｌのみ選択的に酸化できる。このようにして、下部電極４１３上にＡｌ2Ｏ3で構成される絶縁膜４１２を形成できる。Ａｌの膜厚を２０ｎｍ以外に設定した場合は、化成電圧もそれに対応した電圧とすることは言うまでもない。次に絶縁膜４１２上に上部電極４１１を形成する。上部電極４１１としては、例えばＡｕを超高真空中での蒸着により１０ｎｍ形成すればよい。
尚、本実施例において、Ａｌの酸化過程を、陽極酸化法の代わりに気相酸化法を用いて行うことも可能である。すなわち、Ａｌ膜を真空槽に入れ、０.００１〜１０Ｔｏｒｒ程度の酸素を導入して基板を加熱することによりＡｌを酸化し、Ａｌ2Ｏ3からなる絶縁膜４１２を形成することができる。
【００６５】
このＭＩＭ構造の電子放出素子には様々な長所がある。まず、素子が薄膜状の単純な構造であるため大面積化が容易であり、面状電子放出素子を作成しやすい。また上部電極４１１が平坦かつ大面積のため、針状の電子放出端を持つ電界放射陰極アレイ等に比べ素子外部４１０との界面状態が安定であり、上部電極４１１の表面が雰囲気ガスの付着により汚染して仕事関数φが変化しても電子放出特性には大きな影響がないため環境ガスの影響を受けにくい。さらに１０Ｖ程度の低電圧の印加でも電子放出動作が可能であり高圧電源等を要しない点も大きな利点である。さらに、前述のＭＩＳ構造と異なり基板を半導体材料にする必要が無く、ガラス上にでも形成できるため長尺化や大面積化などが安価にできる。
【００６６】
前述の実施例１〜１１に示す各構成の帯電装置に、第１３の実施例の電子放出素子を適用し、被帯電体（例えばリコー製プリンタ用の感光体ユニット：タイプ８００）の表面全体を−７００Ｖに帯電させ、この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度及び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。
【００６７】
（実施例１４）
次に第１４の実施例を説明する。
第１２や第１３の実施例に示したような、薄い絶縁膜を使用する電子放出素子においては、電子の放射効率をより高めようとすると（より多くの電子を放射させようとすると）、前記絶縁膜の膜厚をさらに薄くする必要があるが、上記絶縁膜の膜厚を薄くしすぎると、前記積層構造の上下の電極間に電圧を印加した時に絶縁破壊を起こす恐れがあり、このような絶縁破壊を防止するためには上記絶縁膜や上記酸化膜の膜厚の薄膜化に制約があるので、電子の放出効率（引き出し効率）をあまり高くできないという問題がある。
上記問題を解決すべく、第１４の実施例における電子放出素子は、基本的には多孔質半導体を高抵抗層として用いた素子であり、金属薄膜／多孔質半導体／半導体基板をその構成要素にしている。尚、このような電子放出素子及び電子放出動作については、「信学技報,TECHNICAL REPORT OF IEICE.,ED96-141,(1996-12)」に詳細な説明がなされている。
【００６８】
図２４は第１４の実施例を示す図であって、実施例１〜１１に示した構成の帯電装置に用いられる電子放出素子の例を示す断面図である。この図２４に示す構成の電子放出素子は例えば、以下の方法で作製できる。
まず、裏面のオーミック電極６０４を取った状態の面方位（１００）のｎ形シリコン基板（ｎ形シリコンウエハ）（比抵抗が０．０１〜０．０３Ωｃｍ）６０３の表面に、５５ｗｔ％ＨＦ水溶液とエタノールとの混合液（混合比は１：１）中で定電流陽極酸化処理を施し、多孔質シリコン層（以下、ＰＳ層という）６０２を形成する。陽極酸化中には５００Ｗのタングステンランプにより試料面を光照射する。ＰＳ層６０２の厚さは約３μｍである。作製したＰＳ層６０２の表面にＡｕ薄膜を真空蒸着し（厚さ１０ｎｍ）、これを表面側のＡｕ薄膜電極６０１として裏面のオーミック電極６０４との間でダイオードを形成する。
【００６９】
このダイオードのＡｕ薄膜電極６０１に電源６０５により正電圧ＶPSを印加し、ｎ形シリコン基板６０３からＰＳ層６０２に電子を注入する。その際の電流はＩPSである。その場合、ＰＳ層６０２は高抵抗であるので、印加電界の大部分はＰＳ層６０２にかかっているが、ＰＳ層６０２の表面には酸化層が存在するため、図２５のエネルギーバンド図に示すように、電界強度はＰＳ層６０２の表面ほど強い。さらに、ｎ形シリコン基板６０３から注入された電子は、Ａｕ薄膜電極６０１側に向けてＰＳ層６０２を走行し、Ａｕ薄膜電極側に向かう。そしてＰＳ層６０２表面付近に達した電子は、そこでの強電界により一部はＡｕ薄膜電極６０１をトンネルし、素子外部に放出される。
【００７０】
本実施例では電子放出素子を構成する半導体基板をシリコン基板としたものであるが、本発明はシリコン基板に限られたものではなく、陽極酸化を適用できる半導体は全て利用することができる。すなわち、ゲルマニウム（Ｇｅ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）など、IＶ 族、III−Ｖ 族、II−ＶI 族などの単体及び化合物半導体の多くが、これに該当する。
【００７１】
本実施例によれば、薄い絶縁膜を形成する工程が不要であり絶縁破壊の恐れが小さい、複雑な工程は不要である、素子構成が単純である、大面積化が容易である、という利点が得られ上述の問題を解決できる。
ただし、「信学技報,TECHNICAL REPORT OF IEICE.,ED96-141,(1996-12)」によれば、本実施例における電子放出素子は発光素子としても機能しうるため、例えば電子写真の感光体に対向させると発光が直接感光体を照射し、帯電を阻害してしまう。しかしながら、本実施例においてはシールド内において負イオン生成を行うため、電子放出素子が感光体に対向する必要がないため、前記の問題を回避できる。
また、同じく「信学技報,TECHNICAL REPORT OF IEICE.,ED96-141,(1996-12)」によると、形成したＰＳ層６０２を、１０００℃、１５分で急速熱酸化（ＲＴＯ：Rapid Thermal Oxidation）処理した後に、ＰＳ層６０２の表面にＡｕ薄膜を真空蒸着したところ、放出電子量が増大したことも報告されている。これはＰＳ層６０２の表面の酸化によりリーク電流が減少し、素子内部の電界効果が高まったためと考えられている。勿論このような処理を施した電子放出素子も本実施例に適用できることは言うまでもない。
さらに、「ディスプレイ  アンド  イメージング1999,Vol.8,pp77-82」によると、多孔質半導体層として多結晶シリコン膜に陽極酸化処理を施したものを適用することにより、電子の散乱損失が減少し、安定な電子放出を得られることが報告されている。このことは帯電装置の安定動作のためには非常に有効である。
【００７２】
前述の実施例１〜１１に示す各構成の帯電装置に、第１４の実施例の電子放出素子を適用し、被帯電体（例えばリコー製プリンタ用の感光体ユニット：タイプ８００）の表面全体を−７００Ｖに帯電させ、この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度及び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。また、第１２や第１３の実施例の電子放出素子に比べ、素子の絶縁破壊が起こる頻度が著しく少なかった。
【００７３】
（実施例１５）
次に第１５の実施例を説明する。
図２６は第１５の実施例を示す図であって、実施例１〜１１に示した構成の帯電装置に用いられる電子放出素子の例を示す断面図であり、図中の符号９１１は下部電極、９１２は電子放出部材、９１３は上部電極である。この電子放出素子は、下部電極９１１と、下部電極９１１上に形成された３００〜５００ｎｍの厚さを有するタンタルオキサイド（Ｔａ２Ｏ５）膜９１２−１と、その上部に形成された約５００ｎｍの厚さを有するＺｎＳ膜９１２−２と、さらにその上部に形成された約１０ｎｍの厚さを有する金（Ａｕ）からなる上部電極膜９１３により構成されている、エレクトロルミネッセント（ＥＬ）素子である。尚、このようなＥＬ薄膜の材料及び電子放出動作については、「応用物理、第６３巻、第６号、第592〜595頁（1994年）」に詳細な説明がなされている。
【００７４】
次に、この実施例において、電子放出素子のスイッチングトランジスタがオン状態における下部電極９１１に印加されるドライブ電圧波形を図２７に基づいて説明する。図２７において、▲１▼は上部電極９１３、すなわち金からなる上部電極膜９１３に印加されているＤＣ電位である。▲２▼は電子放出状態における下部電極９１１に印加される電位である。ＤＣ電位▲１▼に対して下部電極電位▲２▼として負の電位が印加されているバイアス状態においては、ＺｎＳ膜９１２−２の膜中においてホットエレクトロンが発生し、金よりなる上部電極膜９１３をトンネリングして、このホットエレクトロンが外部に放出される。尚、図２７に示した下部電極９１１に印加される駆動電位▲２▼の波形は、図２８に示すようなパルス波形でもよいことが、前記の「応用物理、第６３巻、第６号、第592〜595頁（1994年）」に示されている。
【００７５】
本実施例においては、発光を伴う電子放出面を被帯電体に対向させずに帯電動作を行うことができるため、被帯電体が電子写真用感光体であっても帯電電位を低下させることがない。
このことにより、薄い絶縁膜を形成する工程が不要であり絶縁破壊の恐れが小さい、複雑な工程は不要である、素子構成が単純である、大面積化が容易である、という利点をもつ電子放出素子を問題なく使用することができる。
【００７６】
前述の実施例１〜１１に示す各構成の帯電装置に、第１５の実施例の電子放出素子を適用し、被帯電体（例えばリコー製プリンタ用の感光体ユニット：タイプ８００）の表面全体を−７００Ｖに帯電させ、この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度及び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。また、第１２や第１３の実施例の電子放出素子に比べ、素子の絶縁破壊が起こる頻度が著しく少なかった。
【００７７】
（比較例）
本発明に対する比較例として、図２９に従来のコロナ帯電方式の帯電装置の構成例を示す。図２９に示す従来のコロナワイヤー１００１を用いた帯電装置１０００を用い、前述の実施例１〜１５と同一環境条件で被帯電体１１６（例えばリコー製プリンタ用の感光体ユニット：タイプ８００）の表面全体を−７００Ｖに帯電させた。この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度及び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。
【００７８】
（実施例１６）
次に第１６の実施例を説明する。
本実施例の画像形成装置は、光導電性の感光体を帯電し、帯電された感光体に対して画像露光や光書込みにより静電潜像を形成し、該静電潜像を現像して可視像化した後、感光体上の可視像を転写材に直接あるいは中間転写体を介して転写し、画像を形成するものであり、前記感光体を帯電する手段、あるいは前記可視像を転写材あるいは中間転写体に転写する手段として、実施例１〜１５の何れか一つに記載した構成の帯電装置を具備する構成とした。
【００７９】
一例として、本実施例の画像形成装置は、被帯電体である感光体１１６に近接して実施例１〜１５の何れか一つに記載の構成の帯電装置を配設し、感光体表面の均一帯電を行うものである。図示を省略するが、被帯電体である感光体１１６の周囲には、上記帯電装置の他、原稿像露光装置または光書き込み装置、現像装置、転写装置、クリーニング装置、除電装置等が配設され、また、転写装置より転写材搬送方向下流側には定着装置が配設されている。さらに画像形成装置には、転写紙等の転写材の給紙部や搬送手段、排紙部等が設けられている。
そして電子写真プロセスによる画像形成が実行されると、まず感光体１１６が実施例１〜１５の何れか一つに記載の構成の帯電装置により均一に帯電された後、帯電された感光体に対して画像露光や光書込みにより静電潜像が形成され、この静電潜像が現像装置のトナーにより現像されて可視像化した後、転写装置により感光体上の可視像（トナー像）が転写材に転写される。トナー像が転写された転写材は定着装置に搬送され、定着装置により転写材上のトナー像が定着され、定着後の転写材は排紙部に排出される。一方、転写後の感光体は、クリーニング装置で残留トナーを除去され、除電装置で残留電荷を除電される。
【００８０】
本実施例の画像形成装置においては、感光体１１６を帯電する手段として、実施例１〜１５の何れか一つに記載の構成の帯電装置を具備する構成としたので、オゾン及びＮＯX の発生が防止されると共に、均一でむらのない帯電を行うことができるので良好な画像形成を行うことができる。
また、本実施例の画像形成装置においては、感光体を帯電する手段の他に、可視像（トナー像）を転写材あるいは中間転写体に転写する手段として、実施例１〜１５の何れか一つに記載の構成の帯電装置を具備する構成としても良く、この場合には、転写部でのオゾン及びＮＯX の発生が防止されると共に、均一でむらのない転写を行うことが可能となり、転写抜け等の転写不良のない良好な画像形成を行うことができる。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば以下のような作用効果を得ることができる。
すなわち、請求項１記載の帯電装置においては、電子放出素子から放出された電子による電子付着のみを利用して負イオンを発生させるため、通常のコロナ放電方式のように反応活性なラジカルが発生する箇所がないため、放電生成物として良く知られているオゾンやＮＯＸ の生成がほとんど起こらない。また、電子放出素子が、放出電流の集中による局所的な温度上昇、イオン衝撃による先端部の損傷というような問題を持たず、長寿命で安定な動作ができる。また、放出口（気体放出部）の形状や位置により負イオン量の分布を調整できるため、シールド内の電子放出素子の位置に依存せず均一な帯電を行うことができる。また、電極１４０−被帯電体１１６間の電界は気体放出部の形状に依存せず、均一な電界内を負イオンが飛行するため帯電が均一化される。
したがって、オゾン及びＮＯＸ の発生防止、装置の長寿命化及び帯電均一性の向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することができる。
【００８２】
請求項２記載の帯電装置においては、請求項１の効果に加えて、粒子フィルターにより気体に混入している粒子（トナー、埃、たばこの煙など）は取り除かれており、負イオン生成部には清浄な気体が送り込まれるため、電子放出面への気体中粒子の付着により電子放出量が不安定になるということを防止することができる。
したがって、オゾン及びＮＯX の発生防止、装置の長寿命化及び帯電効率の向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することができる。
【００８３】
請求項３記載の帯電装置においては、請求項１または２の効果に加えて、正イオンフィルター用電極１３１（例えば金属メッシュ）により、気体に混入している正イオンは取り除かれているため、負イオン生成部には正電荷がほぼ除かれた気体が送り込まれるため、負電荷の中和を防止することができ、帯電効率の向上につながる。
したがって、オゾン及びＮＯX の発生防止、装置の長寿命化及び帯電効率の向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することができる。
【００８５】
請求項４記載の帯電装置においては、請求項１，２または３の効果に加えて、電極群１４２の各区画に対し電源群１４３により独立に、気体放出部１０８に対し正電位となるように電圧を印加してあることにより、負イオンが放出された時点で分布が不均一であったとしても、電極群１４２の電位分布を調整することで負イオンの分布を均一化することができる。
したがって、オゾン及びＮＯＸ の発生防止、装置の長寿命化及び帯電均一性のいっそうの向上を図ることができ、より均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することができる。
【００８６】
請求項５記載の帯電装置においては、請求項１〜４の何れかの効果に加えて、ヒーター等の加熱手段からの輻射熱及び加熱された気体からの熱移動により未使用時においても電子放出面の温度が帯電装置外部の気体に比べて高温となることにより、未使用時に水蒸気などが電子放出面に凝縮して電子放出効率を低下させるということを防止でき、帯電効率の向上が可能となる。
したがって、オゾン及びＮＯＸ の発生防止、装置の長寿命化及び帯電効率の向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することができる。
【００８７】
請求項６記載の帯電装置においては、請求項１〜５の何れかの効果に加えて、容器内部において気体の散乱される箇所が飛躍的に増大するため、噴出口から放出される気体量が特定の部位に偏らず、より均一化されることにより、負イオンの発生量が安定となり帯電能力の安定性が向上する。
したがって、オゾン及びＮＯＸ の発生防止、装置の長寿命化及び帯電能力の安定性向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することができる。
【００８８】
請求項７記載の帯電装置においては、請求項１〜６の何れかの効果に加えて、電子の高エネルギー化による放電を防ぎつつ、負イオン引き出し電界により負イオンを確実に放出口まで引き出すことができ、帯電効率を向上させることができる。
したがって、オゾン及びＮＯＸ の発生防止、装置の長寿命化及び帯電効率の向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することができる。
【００８９】
請求項８記載の帯電装置においては、請求項１〜７の何れかの効果に加えて、酸素富化膜通過後の高酸素濃度ガスが負イオン生成部１０７内へ導入されることにより、負イオン状態を得やすい酸素分子がより多く供給され、負イオン生成効率が向上し、帯電効率を向上させることができる。
したがって、オゾン及びＮＯＸ の発生防止、装置の長寿命化及び帯電効率の向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することができる。
【００９０】
請求項９記載の帯電装置においては、請求項８の効果に加えて、酸素分離手段１８１を中空糸膜を多数束ねた形状とすることにより、同じ流路径であっても図１６のように単純に平面上の膜を通過させる場合に比べて酸素が通過しうる断面積を大幅に増すことができる。このため、より多くの高酸素濃度の空気を供給することができるので、これにより負イオンを得やすい酸素分子がより多く供給され、負イオン生成効率がさらに向上し、帯電効率をより向上させることができる。
したがって、オゾン及びＮＯＸ の発生防止、装置の長寿命化及び帯電効率のいっそうの向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することができる。
【００９１】
請求項１０記載の帯電装置においては、請求項９の効果に加えて、高酸素濃度ガスと低酸素濃度ガスを機外排出以前に合流させるため、有害ガス成分の放出を防ぐことができる。
したがって、オゾン及びＮＯＸ の発生防止、装置の長寿命化及び有害ガス成分放出防止を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することができる。
【００９２】
請求項１１記載の帯電装置においては、請求項１〜１０の何れかの効果に加えて、電子放出素子がＭＩＳ構造を有する薄膜状の単純な構造であるため大面積化が容易であり、面状電子放出素子を作製しやすく生産性が向上する。さらに、素子外部との界面状態が安定であり、また、上部電極の表面が雰囲気ガスの付着により汚染して仕事関数φが変化しても電子放出特性には大きな影響がなく、環境ガスの影響を受けにくいため、帯電能力が安定する。
したがって、オゾン及びＮＯＸ の発生防止、装置の長寿命化、生産性の向上及び帯電能力の安定性向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することができる。
【００９３】
請求項１２記載の帯電装置においては、請求項１〜１０の何れかの効果に加えて、基板を半導体材料にする必要が無く、ガラス上にでも形成できるため長尺化や大面積化などが安価にできる。
したがって、オゾン及びＮＯＸ の発生防止、装置の長寿命化、生産性の向上、低コスト化及び帯電能力の安定性向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することができる。
【００９４】
請求項１３記載の帯電装置においては、請求項１〜１０の何れかの効果に加えて、薄い絶縁膜を形成する工程が不要であり、絶縁破壊の恐れが小さい、複雑な工程は不要である、素子構成が単純である、大面積化が容易である、という利点が得られ、さらなる帯電装置の生産性の向上、低コスト化、帯電能力の安定性向上を図ることができる。
したがって、オゾン及びＮＯＸ の発生防止、装置の長寿命化、生産性の向上、低コスト化及び帯電能力の安定性向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することができる。
【００９５】
請求項１４記載の帯電装置においては、請求項１〜１０の何れかの効果に加えて、薄い絶縁膜を形成する工程が不要であり、絶縁破壊の恐れが小さい、複雑な工程は不要である、素子構成が単純である、大面積化が容易である、という利点が得られ、帯電装置の生産性の向上、低コスト化及び帯電能力の安定性向上を図ることができる。
したがって、オゾン及びＮＯＸ の発生防止、装置の長寿命化、生産性の向上、低コスト化及び帯電能力の安定性向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することができる。
【００９６】
請求項１５記載の画像形成装置においては、感光体を帯電する手段、あるいは、感光体上の可視像を転写材に転写する手段等に、請求項１〜１４の何れか一つに記載の構成の帯電装置を具備する構成としたので、オゾン及びＮＯＸ の発生が防止されると共に、均一でむらのない帯電あるいは転写を行うことができるので、良好な画像形成を行うことができる。
したがって、オゾン及びＮＯＸ の発生が防止され、良好な画像形成を行うことができる画像形成装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す帯電装置の斜視図である。
【図２】図１に示す帯電装置を被帯電体に対向して配置した状態を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施例を示す電子放出素子の概略断面図である。
【図４】本発明の別の実施例を示す電子放出素子の概略断面図である。
【図５】図４に示す構造の電子放出素子の動作原理の説明図である。
【図６】本発明の別の実施例を示す帯電装置の断面図である。
【図７】本発明のさらに別の実施例を示す帯電装置の断面図である。
【図８】本発明のさらに別の実施例を示す帯電装置の断面図である。
【図９】本発明のさらに別の実施例を示す帯電装置の斜視図である。
【図１０】本発明のさらに別の実施例を示す帯電装置の断面図である。
【図１１】本発明のさらに別の実施例を示す帯電装置の断面図である。
【図１２】本発明のさらに別の実施例を示す帯電装置の断面図である。
【図１３】図１２に示す帯電装置の電源（１０９，１７１）の動作タイミングを示す図である。
【図１４】本発明のさらに別の実施例を示す帯電装置の断面図である。
【図１５】本発明のさらに別の実施例を示す帯電装置の断面図である。
【図１６】酸素富化膜による高酸素濃度ガスの分離の説明図である。
【図１７】本発明のさらに別の実施例を示す帯電装置の断面図である。
【図１８】中空糸膜による高酸素濃度ガスと低酸素濃度ガスの分離の説明図である。
【図１９】本発明のさらに別の実施例を示す帯電装置の断面図である。
【図２０】本発明のさらに別の実施例を示す電子放出素子の概略断面図である。
【図２１】図２０に示す構造の電子放出素子の動作原理の説明図である。
【図２２】本発明のさらに別の実施例を示す電子放出素子の概略断面図である。
【図２３】図２２に示す構造の電子放出素子の動作原理の説明図である。
【図２４】本発明のさらに別の実施例を示す電子放出素子の概略断面図である。
【図２５】図２４に示す構造の電子放出素子におけるエネルギーバンドを示す図である。
【図２６】本発明のさらに別の実施例を示す電子放出素子の概略断面図である。
【図２７】図２６に示す構造の電子放出素子の下部電極に印加されるドライブ波形の一例を示す図である。
【図２８】図２６に示す構造の電子放出素子の下部電極に印加されるドライブ波形の別の例を示す図である。
【図２９】従来のコロナ帯電方式の帯電装置の構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
１０１：電子放出素子
１０２：シールド
１０３：電極
１０４：制御用電源
１０５：気体の導入路
１０６：気体送り込み手段
１０７：負イオン生成空間部
１０８：放出口
１０９，１２０，１３２，１４１，１７１：電源
１１６：被帯電体（感光体）
１３０：粒子フィルター
１３１：正イオンフィルター用電極
１４０：電極（金属メッシュ）
１４２：電極群
１４３：電源群
１５０：加熱手段（電熱線（ヒーター））
１６０：シールド（中空容器）
１６１：スチールウール
１７０：環状電極
１７２：メッシュ状電極
１８０：酸素分離手段（酸素富化膜）
１８１：酸素分離手段（中空糸膜の束）
１８２：流路（パイプ）
４１１：上部電極（金属膜）
４１２：絶縁膜
４１３：下部電極（金属膜）
４１４：基板
５１２：絶縁層
５１３：下部電極（半導体基板）
５１８：上部電極（金属膜）
６０１：ｎ型シリコン基板
６０２：多孔質シリコン層
６０３：Ａｕ薄膜電極
６０４：オーミック電極
９１１：下部電極
９１２：電子放出部材
９１２−１：タンタルオキサイド膜
９１２−２：ＺｎＳ膜
９１３：上部電極
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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