JP2002049226A

JP2002049226A - 電荷発生装置及び帯電装置及び画像形成装置

Info

Publication number: JP2002049226A
Application number: JP2000238435A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Sugawara; 智明菅原; Tatsuya Sato; 達哉佐藤; Masaharu Tanaka; 正治田中; Hiroshi Kondo; 浩近藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2000-08-07
Filing date: 2000-08-07
Publication date: 2002-02-15
Anticipated expiration: 2020-08-07
Also published as: JP4150153B2

Abstract

(57)【要約】【課題】オゾン及びＮＯ_X 等の放電生成物の発生防止や
異常放電の防止を図ることができ、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
きる電荷発生装置（帯電装置）を実現する。【解決手段】本発明の電荷発生装置（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１と、電気的負性気体（酸素、水蒸気、ハ
ロゲンガス、ＳＦ₆、二酸化炭素、ＮＯ、ＮＯ₂、Ｓ
Ｏ₂、ＳＯ₃、ＨＮＯ ₃、Ｎ₂Ｏ₅等）を含む気体を導入す
る手段と、電子放出素子１により放出された電子と電気
的負性気体分子により発生した負イオンを制御する制御
手段を有し、制御手段として例えばバイアス電源９によ
り印加される被帯電体と電子放出素子間の電界を用い、
その電界は６×１０⁶Ｖ／ｍ以上の部分が１０μｍ以下
であることを特徴とし、前記負イオンにより被帯電体７
を帯電させる構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子放出によって
電荷を発生する電荷発生装置、及びその電荷発生装置を
用いて被帯電体を帯電する帯電装置、及びその電荷発生
装置あるいは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（ＮＯ
_X ）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ＮＯ_X 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９−１１４
１９２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５４−５３５
３７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ＮＯ_X 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。さらにまた、特開２０００−４７４５７号公報に
は、軟Ｘ線による電離を用いた帯電装置が開示されてお
り、Ｘ線のエネルギーによる気体の電離作用によりイオ
ンを生成させ、帯電に応用している。この方式では、放
電を伴なわないため、放電により発生する化合物を低減
することができる。

【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ＮＯ_X を発生する。このため特開平９−１１
４１９２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ＮＯ_X
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ＮＯ
_Xなどが発生してしまうという欠点も有している。例え
ば、引き出し電極と電子発生素子表面間の電位差が６０
Ｖで１０μｍであると６×１０⁶Ｖ／ｍ以上の部分が１
０μｍあることになり、放電が発生する可能性がある。
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。また、前述の軟Ｘ線による電離を用い
た帯電装置の場合、Ｘ線は放射線の一種であるため遮蔽
を十分にする必要があることと、高圧が必要なため電源
装置が高価となる欠点がある。

【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ＮＯ_X 等の放電
生成物の発生防止や異常放電の防止を図ることができ、
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、及び上記
電荷発生装置あるいは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、帯電時の放電による化合物の発生を抑制することが
でき、且つ火花放電等の防止及び帯電安定性を図ること
ができる電荷発生装置を提供することを目的とする。請
求項２に係る発明は、帯電時の放電による化合物の発生
を抑制することができ、且つ火花放電等の防止及び帯電
効率の向上を図ることができる電荷発生装置を提供する
ことを目的とする。請求項３に係る発明は、帯電時の放
電による化合物の発生を抑制することができ、特に放電
により発生するＮＯ_Xに起因する物質が像担持体等の被
帯電体に付着し吸湿することを防止することができる電
荷発生装置を提供することを目的とする。請求項４に係
る発明は、帯電時の放電による化合物の発生を抑制する
ことができ、且つ帯電効率のさらなる向上を図ることが
できる電荷発生装置を提供することを目的とする。請求
項５に係る発明は、像担持体等の被帯電体上に静電潜像
形成を行うことができ、さらなる帯電時の放電による化
合物の発生の低減を図ることができる電荷発生装置を提
供することを目的とする。請求項６に係る発明は、帯電
時の放電による化合物の発生を低減することができ、且
つ装置の長寿命化、均一な帯電、及び帯電効率の向上を
図ることがでる電荷発生装置を提供することを目的とす
る。請求項７に係る発明は、帯電時の放電による化合物
の発生を低減することができ、且つ装置の長寿命化、均
一な帯電、装置の生産性の向上、及び帯電能力の安定性
向上を図ることができる電荷発生装置を提供することを
目的とする。請求項８に係る発明は、帯電時の放電によ
る化合物の発生を低減することができ、且つ装置の長寿
命化、均一な帯電、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電荷発生
装置を提供することを目的とする。請求項９に係る発明
は、帯電時の放電による化合物の発生を低減することが
でき、且つ装置の長寿命化、均一な帯電、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
ことができる電荷発生装置を提供することを目的とす
る。請求項１０に係る発明は、帯電時の放電による化合
物の発生を低減することができ、且つ装置の長寿命化、
均一な帯電、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電荷発生装置を
提供することを目的とする。

【００１２】請求項１１に係る発明は、オゾン及びＮＯ
_X 等の放電生成物の発生防止や異常放電の防止を図るこ
とができ、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る帯電装置を提供する
ことを目的とする。請求項１２に係る発明は、オゾン及
びＮＯ_X 等の放電生成物の発生防止や異常放電の防止を
図ることができ、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る電荷発生装置
あるいは帯電装置を用い、ＵＬ規格、ＴＵＶ規格、ＢＡ
Ｍ規格などの規格を満たすことのできる画像形成装置を
提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る電荷発生装置及び帯電装置及び画像形
成装置は以下のように構成した。請求項１に係る電荷発
生装置では、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、電気的負性気体を含む
気体を導入する手段と、前記電子放出素子により放出さ
れた電子と電気的負性気体分子により発生した負イオン
を制御する制御手段を有し、前記制御手段として、被帯
電体と電子放出素子間の電界を用い、その電界は６×１
０⁶Ｖ／ｍ以上の部分が１０μｍ以下であることを特徴
とし、前記負イオンにより被帯電体を帯電させる構成と
したものである。

【００１４】請求項２に係る電荷発生装置では、請求項
１に記載の構成に加えて、前記電気的負性気体として、
酸素、水蒸気、ハロゲンガス、ＳＦ₆、二酸化炭素、Ｎ
Ｏ、ＮＯ₂、ＳＯ₂、ＳＯ₃、ＨＮＯ₃、Ｎ₂Ｏ₅のうちの何
れか一つ、または複数組み合わせたものを用いた構成と
したものである。また、請求項３に係る電荷発生装置で
は、請求項１に記載の構成に加えて、前記電気的負性気
体として、酸素、水蒸気、二酸化炭素のうちの何れか一
つ、または複数組み合わせたものを用いた構成としたも
のである。

【００１５】請求項４に係る電荷発生装置では、請求項
１，２または３に記載の構成に加えて、前記電子放出素
子の電子放出面に、表面が酸化膜に覆われた金属の部分
を有する構成としたものである。また、請求項５に係る
電荷発生装置では、請求項１，２，３または４に記載の
構成に加えて、前記電子放出素子は２つの電極部を有
し、一方の電極部を走査電極とした場合に、もう一方の
電極部を複数の信号電極で構成し、該複数の信号電極を
別の電位とすることができる構成としたものである。さ
らに請求項６に係る電荷発生装置では、請求項１，２，
３，４または５に記載の構成に加えて、前記電子放出素
子の電子放出面を加熱する手段を有する構成としたもの
である。

【００１６】請求項７に係る電荷発生装置では、請求項
１〜６のうち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ものである。また、請求項８に係る
電荷発生装置では、請求項１〜６のうちの何れか一つに
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ものであ
る。

【００１７】さらに請求項９に係る電荷発生装置では、
請求項７に記載の構成に加えて、前記電子放出素子の電
子放出部材は、半導体基板と、該半導体基板の表面を陽
極酸化処理により多孔質化した多孔質半導体層と、該多
孔質半導体層上に形成される金属薄膜電極と、前記半導
体基板の裏面に形成されるオーミック電極とを有する構
成としたものである。また、請求項１０に係る電荷発生
装置では、請求項１〜６のうち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、前記下
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（Ｔａ ₂Ｏ₅）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ものである。

【００１８】請求項１１に係る帯電装置では、請求項１
〜１０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素子から放出される負イ
オンにより被帯電体を帯電させる構成としたものであ
る。

【００１９】請求項１２に係る画像形成装置では、被帯
電体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、画像を形成するものであり、被帯電体である像担持
体を均一に帯電する手段、または、像担持体上に静電画
像を形成する手段、もしくは、像担持体上の可視像を転
写材に転写する手段、あるいは、像担持体を除電する手
段として、請求項１〜１０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１１記載の帯電装置を
具備する構成としたものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る電荷発生装置
及び帯電装置及び画像形成装置の構成・動作及び作用を
図面を参照して詳細に説明する。

【００２１】［実施形態１（請求項１，２，１１の実施
形態）］図１は本発明に係る電荷発生装置を帯電装置に
用いた構成例を示す構成説明図である。図１に示す電荷
発生装置（帯電装置）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（薄膜絶縁
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に面するもう一方の電極（薄膜電極層）６とにより
形成され、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１を有している。そして、上
記空間１０に電気的負性気体を含む気体を導入する手段
と、電子放出素子１により放出された電子と電気的負性
気体分子により発生した負イオンを制御する制御手段を
有し、この制御手段として、被帯電体７と電子放出素子
１間の電界を用い、その電界は６×１０⁶Ｖ／ｍ以上の
部分が１０μｍ以下であることを特徴とし、前記負イオ
ンにより被帯電体７を帯電させる構成としたものであ
る。

【００２２】より詳しく述べると、図１に示す構成の電
荷発生装置（帯電装置）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
体７との間の空間１０に導入された大気圧の電気的負性
気体がイオン化する。この際、被帯電体７側の電極７ａ
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、被帯電体７側に
到達し、被帯電体７はマイナス（−）に帯電する。

【００２３】このように本発明係る電荷発生装置（帯電
装置）では、電子放出素子１から放出された電子を利用
して負イオンを発生させるため、電荷を発生させるため
に放電を用いなくとも良い。そのため、イオン化のため
に発生する化合物を非常に少なくできる。しかしなが
ら、被帯電体７と電子放出素子１間の電界に６×１０⁶
Ｖ／ｍ以上の部分が１０μｍ以上存在すると、コロナ放
電や火花放電が生じる可能性が出てくる。そこで図１に
示す構成では、被帯電体７と電子放出素子１間の電界を
バイアス電源９により制御して、６×１０⁶Ｖ／ｍ以上
の部分が１０μｍ以下となるようにしているため、安定
して被帯電体７を帯電することができる。また、電子放
出素子１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もた
ず、長寿命で安定な動作ができる。

【００２４】ところで、上記の電気的負性気体とは、電
子親和力が正の値のため負イオンを安定的に形成しうる
ものである。ここで、電気的負性気体としては、酸素、
水蒸気、ハロゲンガス、ＳＦ₆、二酸化炭素、ＮＯ、Ｎ
Ｏ₂、ＳＯ₂、ＳＯ₃、ＨＮＯ₃、Ｎ₂Ｏ₅のうちの何れか一
つ、または複数組み合わせたものを用いることができ
る。これらの気体分子は、負イオンになった場合の電子
親和力が大きく電気的負性気体であるが、それでもイオ
ン化し安定化するためには、ほとんどが閉殻分子である
ため電子を捕獲するのは難しい。しかし、分子のクラス
ター化により負イオンになりやすいことが知られている
（例えば、インターネット上のホームページ（http://d
bs.c.u-tokyo.ac.jp/labs/nagata/shosai.html）等で研
究報告が公開されている）。そのため、より効率的に負
イオンを形成でき、これにより効率的に帯電が可能とな
る。特に、水蒸気、二酸化炭素、ＮＯ、ＳＯ₂、酸素、
の組み合わせが比較的安定である。また、文献“静電気
学会誌，２３（１），ｐ．３７−４３（１９９９）”に
は、これらの気体の組み合わせによる負イオン変化とし
て、開放されている大気中においての概略が示されてお
り、その概略は図２のように示される。実際にはより複
雑であるが、このような効果で効率的に帯電が可能にな
る。

【００２５】次に具体的な実施例として、図１に示す構
造の電子放出素子１を用いた電荷発生装置の構成にて、
以下の条件で被帯電体７を帯電させた。・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）・被帯電体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

【００２６】上記の条件で被帯電体７を帯電するとき、
被帯電体７と電子放出素子１間の空間１０に導入される
気体として、純度４Ｎの酸素と窒素を混合して作成した
合成空気と水蒸気、二酸化炭素、ＮＯ、ＮＯ₂をそれぞ
れ数％混合したときに、火花放電等が発生せず、このと
きの電荷発生装置周辺におけるオゾン濃度及びＮＯ_X濃
度の測定を行ったところ、いずれもオゾン、ＮＯ_X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、電界が６×１０⁶Ｖ／ｍ以上になるには、通常の
平行平板では相当の高圧をかけないとこの値には達しな
い。しかし、電荷発生装置の電子放出面上に１０μｍ程
度の突起や角がある場合、数ｋＶ程度でも電界集中によ
ってこの電界になることがある。例えば、図３に示すよ
うに、図２に示す構成の電子放出素子１の薄膜電極６上
に直径１０μｍの白金のワイヤー１１を固定した場合
は、５ｋＶで放電が発生し、電荷発生装置が破壊され
た。

【００２７】次に本発明に係る電荷発生装置（帯電装
置）の別の例を示す。図４は本発明に係る電荷発生装置
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４において被帯電体１１６は像担持体であり、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４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１
０１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放出口１０８を
形成している。

【００２８】次に図５は図４に示す構成の電荷発生装置
（帯電装置）に用いられる電子放出素子の一実施例を示
す概略断面図であり、図中の符号２１１は下部電極、２
１３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１０¹⁴〜１０¹⁶ｃ
ｍ^-3、Ｐ⁺ 型半導体層２１２−２が数百Åで１０¹⁶〜１
０¹⁸ｃｍ ^-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。

【００２９】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。このアバランシェ降
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。

【００３０】また、図６は図４に示す構成の電荷発生装
置（帯電装置）に用いられる電子放出素子の別の実施例
を示す概略断面図であり、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６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，ＡｌＧａＡ
ｓ，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，Ｌａ
Ｂ₆ 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。

【００３１】ここで図７を用いて図６に示す実施例の電
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Ｅ_cはショットキー障壁φＢＰを形成する電極の
真空準位Ｅ_vac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。

【００３２】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４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４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。

【００３３】純度４Ｎの酸素と窒素を混合して作成した
合成空気と水蒸気、二酸化炭素、ＮＯ、ＮＯ₂をそれぞ
れ数％混合した空気は、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１
０５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。

【００３４】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１
１６が帯電される。

【００３５】図４に示す構成の電荷発生装置において
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。

【００３６】以上のように図４に示す構成の電荷発生装
置においては、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ＮＯ_X 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。

【００３７】図１あるいは図４の実施例に示す構成の電
荷発生装置を用いた帯電装置において、純度４Ｎの酸素
と窒素を混合して作成した合成空気と水蒸気、二酸化炭
素をそれぞれ数％混合した空気を用いて、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８
００）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ＮＯ_X 濃度の測定を
行ったところ、いずれもオゾン、ＮＯ_X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。

【００３８】［実施形態２（請求項３，１１の実施形
態）］本実施形態では、図１または図４に示した構成の
電荷発生装置を用いた帯電装置において、電気的負性気
体として、酸素、水蒸気、二酸化炭素のうちの何れか一
つ、または複数組み合わせたものを用いる構成としたも
のである。これは、除電装置などの単純な帯電の場合
は、実施形態１に示した請求項２の組み合わせでよい
が、電子写真のプロセスに用いる場合には問題が生ずる
ことがある。すなわち、ＮＯ、ＮＯ₂、ＨＮＯ₃などの物
質は、帯電時に水分を集めた形で被帯電体に低抵抗性の
部分を形成する。そのため、被帯電体が電子写真用の感
光体等では画像流れなどが生じることがある。本発明の
電荷発生装置（帯電装置）では、新しい化合物の発生は
非常に少なくできるため、当初からこれらのガスを導入
しなければ、特に放電により発生する窒素ガスと酸素か
らのＮＯ_Xに起因する物質が生ぜず、感光体に付着する
ことを防止できる。

【００３９】次に具体例として、純度４Ｎの酸素と窒素
を混合して作成した合成空気と水蒸気、二酸化炭素、Ｎ
Ｏ、ＮＯ₂をそれぞれ数％混合した空気と、それからＮ
Ｏ、ＮＯ₂を除いた空気の2種類の空気を用意し、図１に
示す電荷発生装置（帯電装置）の構成で、それぞれの気
体を電子放出素子１と被帯電体７の間の空間１０に導入
して被帯電体７を帯電した。この後、ＮＯ、ＮＯ₂を含
む空気で帯電した場合の被帯電体の表面を分析した結
果、硝酸塩が検出された。また、ＮＯ、ＮＯ₂を除いた
空気で帯電した場合は、硝酸塩は検出されなかった。こ
の硝酸塩は水と一緒になったとき表面抵抗を下げる物質
であり、被帯電体が電子写真用の感光体等では画像流れ
などが生じることがある。尚、通常のコロナワイヤーを
用いた帯電器で同様に帯電を行った場合、上記の２種類
の気体の両方で硝酸塩が検出された。また、ローラ帯電
器でも同様であった。

【００４０】［実施形態３（請求項４，１１の実施形
態）］本実施形態では、図１または図４に示した構成の
電荷発生装置を用いた帯電装置において、電子放出素子
の電子放出面に、表面が酸化膜に覆われた金属の部分を
有する構成としたものである。具体的な実施例として
は、図１に示す構成の電荷発生装置において、電子放出
素子１の薄膜電極６上に、アルミニウムや、ドープ量を
大きくし低抵抗化させたＳｉ、Ｍｇ等をメタルマスクを
用いて線状に蒸着し、酸素プラズマにより、酸化した。
次にその上にＣｓ薄膜を蒸着した後に熱処理した。この
結果、単なる金の薄膜電極のものより帯電速度が１．５
倍に向上した。

【００４１】［実施形態４（請求項５，１１の実施形
態）］本実施形態では、実施形態１〜３のいずれか一つ
に記載した電荷発生装置（帯電装置）の構成に加えて、
電子放出素子は２つの電極部を有し、一方の電極部を走
査電極とした場合に、もう一方の電極部を複数の信号電
極で構成し、該複数の信号電極を別の電位とすることが
できる構成としたものである。ここで、図８、図９は本
実施形態の電荷発生装置（帯電装置）の一実施例を示す
構成説明図であり、図８は電荷発生装置の電子放出素子
の表面側の一部を拡大して示す要部平面図、図９は電荷
発生装置を用いた帯電装置の構成説明図である。図８，
９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に面するもう一方
の電極（薄膜電極）１６とにより形成され、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１を有している。そして、上記空間１０に電気的負
性気体を含む気体を導入する手段と、電子放出素子１に
より放出された電子と電気的負性気体分子により発生し
た負イオンを制御する制御手段を有し、電子放出素子１
１から放出される電子により被帯電物７を帯電させる。
この電荷発生装置においては、図８，９に示すように、
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。すなわち、図８，９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可能と
なる。

【００４２】次に具体的な実施例として、図８，９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９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８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１
９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１
００μｍ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、実施形態１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、純度４Ｎの酸素
と窒素を混合して作成した合成空気と水蒸気、二酸化炭
素をそれぞれ数％混合した空気を用いて帯電を行ったも
のでは、帯電装置周辺におけるオゾン濃度およびＮＯ_X
濃度の測定を行ったところ、いずれもオゾン、ＮＯ_X 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。

【００４３】［実施形態５（請求項６，１１の実施形
態）］本実施形態では、実施形態１〜４のいずれか一つ
に記載した電荷発生装置（帯電装置）の構成に加えて、
電子放出素子の電子放出面を加熱する手段を有する構成
としたものである。ここで、図１０は請求項６の一実施
例を示す帯電装置の断面図であり、図４と同様の構成の
電荷発生装置の内部に、電子放出素子１０１の電子放出
面を加熱する手段１５０を設けたものである。図４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
電装置の実施例では、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。

【００４４】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ＮＯ
_X 濃度の測定を行ったところ、いずれもオゾン、ＮＯ_X
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。

【００４５】［実施形態６（請求項７，１１の実施形
態）］次に請求項７，１１に係る発明の実施形態を説明
する。図１１は請求項７に係る発明の一実施例を示す図
であって、先の実施形態１〜５に示した構成の電荷発生
装置（例えば図４または図１０に示す構成の電荷発生装
置（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１２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。

【００４６】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１
０Ｖ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。

【００４７】前述の実施形態１〜５のいずれか一つに示
す構成の帯電装置（例えば図４または図１０に示す構成
の帯電装置）に、図１１に示す構成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、このときの帯電装置周辺におけるオゾン濃度及び
ＮＯ_X 濃度の測定を行ったところ、いずれもオゾン、Ｎ
Ｏ_X 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。

【００４８】［実施形態７（請求項８，１１の実施形
態）］次に請求項８，１１に係る発明の実施形態を説明
する。図１３は請求項８に係る発明の一実施例を示す図
であって、実施形態１〜５に示した構成の電荷発生装置
（例えば図４または図１０に示す構成の電荷発生装置
（帯電装置））に用いられる電子放出素子の別の例を示
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１３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１４
に示す。図１４において、上部電極４１１と下部電極４
１３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４１
３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，Ｖ
ol.３２，Ｎo.８，（１９６３）ｐ５６８）。

【００４９】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Ａ
ｌ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Ａ
ｌの膜厚は高い精度で化成電圧に依存しているため、４
Ｖ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。

【００５０】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。

【００５１】前述の実施形態１〜５のいずれか一つに示
す構成の帯電装置（例えば図４または図１０に示す構成
の帯電装置）に、図１３に示す構成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、このときの帯電装置周辺におけるオゾン濃度及び
ＮＯ_X 濃度の測定を行ったところ、いずれもオゾン、Ｎ
Ｏ_X 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。

【００５２】［実施形態８（請求項９，１１の実施形
態）］次に請求項９，１１に係る発明の実施形態を説明
する。実施形態６の実施例（図１１）や実施形態７の実
施例（図１３）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、請求項
９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,(1996-1
2)」に詳細な説明がなされている。

【００５３】図１５は請求項９に係る発明の一実施例を
示す図であって、実施形態１〜５に示した構成の電荷発
生装置（例えば図４または図１０に示す構成の電荷発生
装置（帯電装置））に用いられる電子放出素子の別の例
を示す断面図である。この図１５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１
０ｎｍ）、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。

【００５４】このダイオードのＡｕ薄膜電極６０１に電
源６０５により正電圧Ｖ_PS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Ｉ_PS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１６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。

【００５５】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。

【００５６】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 R
EPORT 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Ｐ
Ｓ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。

【００５７】前述の実施形態１〜５のいずれか一つに示
す構成の帯電装置（例えば図４または図１０に示す構成
の帯電装置）に、図１５に示す構成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Ｎ
Ｏ_X 濃度の測定を行ったところ、いずれもオゾン、ＮＯ
_X 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、実施形態６の実施例（図１１）や実施形態
７の実施例（図１３）に示した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。

【００５８】［実施形態９（請求項１０，１１の実施形
態）］次に請求項９，１１に係る発明の実施形態を説明
する。図１７は請求項１０に係る発明の一実施例を示す
図であって、実施形態１〜５に示した構成の電荷発生装
置（例えば図４または図１０に示す構成の電荷発生装置
（帯電装置））に用いられる電子放出素子の別の例を示
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。

【００５９】次に図１７に示す実施例において、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１８
に基づいて説明する。図１８において、は上部電極９
１３、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。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電位に対し
て下部電極電位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１８に示した下部電極９１１
に印加される駆動電位の波形は、図１９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。

【００６０】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。

【００６１】前述の実施形態１〜５のいずれか一つに示
す構成の帯電装置（例えば図４または図１０に示す構成
の帯電装置）に、図１７に示す構成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、このときの帯電装置周辺におけるオゾン濃度及び
ＮＯ_X 濃度の測定を行ったところ、いずれもオゾン、Ｎ
Ｏ_X 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、実施形態６の実施例（図１１）や実施形
態７の実施例（図１３）に示した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。

【００６２】［比較例］本発明の実施形態１〜９に対す
る比較例として、図２０に従来のコロナ帯電方式の帯電
装置の構成例を示す。図２０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
施形態１〜９と同一の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８０
０）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ＮＯ_X 濃度の測定を
行ったところ、オゾン：４ｐｐｍ、ＮＯ_X ：０．６ｐｐ
ｍが検出された。

【００６３】［実施形態１０（請求項１２の実施形
態）］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、被帯電体である像担持
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、被帯電体である像担持体を均一
に帯電する手段、または像担持体上に静電画像を形成す
る手段、もしくは像担持体上の可視像を転写材に転写す
る手段、あるいは像担持体を除電する手段、として用い
るのに最適であり、オゾン、ＮＯ_X 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。

【００６４】ここで、図２１は本発明に係る画像形成装
置の一実施例を示す図であり、例えば実施形態１〜９の
いずれかに示した構成の電荷発生装置（帯電装置）を被
帯電体である像担持体２１を均一に帯電する帯電装置２
２として用いた例である。図２１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２
１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、実施形態１〜９のいずれかに示した構成の電荷
発生装置（帯電装置）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、ＮＯ_X 等の放電生成物の発
生を低減することができる。

【００６５】次に図２２は本発明に係る画像形成装置の
別の実施例を示す図であり、例えば図８，９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２
２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３
４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。

【００６６】図２２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８，９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、ＮＯ_X 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２１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２２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。

【００６７】尚、本発明に係る画像形成装置において
は、感光体等の像担持体を帯電する手段や、像担持体上
に静電画像を形成する手段の他に、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（例えば、
図２１，２２の転写装置２５，３４）として実施形態１
〜９のいずれかに示した構成の電荷発生装置を具備する
構成としても良く、この場合には、転写部でのオゾン及
びＮＯ_X 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。またこの他、像
担持体を除電する手段（例えば、図２１，２２の除電装
置２７，３６）として実施形態１〜９のいずれかに示し
た構成の電荷発生装置を用いることができる。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る電
荷発生装置では、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、電気的負性気体を
含む気体を導入する手段と、前記電子放出素子により放
出された電子と電気的負性気体分子により発生した負イ
オンを制御する制御手段を有し、前記制御手段として、
被帯電体と電子放出素子間の電界を用い、その電界は６
×１０⁶Ｖ／ｍ以上の部分が１０μｍ以下であることを
特徴とし、前記負イオンにより被帯電体を帯電させる構
成としたものであり、電子放出素子から放出された電子
を利用して負イオンを発生させ、被帯電体を帯電させる
構成のため、電荷を発生させるために放電を用いなくと
も良く、イオン化のために発生する化合物を非常に少な
くできる。また、被帯電体と電子放出素子間の電界に６
×１０⁶Ｖ／ｍ以上の部分が１０μｍ以上存在すると、
コロナ放電や火花放電が生じる可能性が出てくるが、請
求項１に係る電荷発生装置では、被帯電体と電子放出素
子間の電界を制御して、６×１０⁶Ｖ／ｍ以上の部分が
１０μｍ以下となるようにしているため、安定して被帯
電体を帯電することができる。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もたず、長寿命で
安定な動作ができる。

【００６９】請求項２に係る電荷発生装置では、請求項
１の構成及び効果に加えて、前記電気的負性気体とし
て、酸素、水蒸気、ハロゲンガス、ＳＦ₆、二酸化炭
素、ＮＯ、ＮＯ₂、ＳＯ₂、ＳＯ₃、ＨＮＯ₃、Ｎ₂Ｏ₅のう
ちの何れか一つ、または複数組み合わせたものを用いた
構成としたものである。これらの気体分子は、負イオン
になった場合の電子親和力が大きく電気的負性気体であ
るが、それでもイオン化し安定化するためには、ほとん
どが閉殻分子であるため電子を捕獲するのは難しい。し
かし、分子のクラスター化により負イオンになりやすい
ことが知られており、そのためより効率的に負イオンを
形成でき、これにより効率的に帯電が可能となる。特
に、水蒸気、二酸化炭素、ＮＯ、ＳＯ₂、酸素、の組み
合わせが比較的安定であり、効率的に帯電が可能にな
る。

【００７０】請求項３に係る電荷発生装置では、請求項
１の構成及び効果に加えて、前記電気的負性気体とし
て、酸素、水蒸気、二酸化炭素のうちの何れか一つ、ま
たは複数組み合わせたものを用いた構成としたものであ
る。除電装置など、単純な帯電の場合は、請求項２に記
載の組み合わせでよいが、電子写真のプロセスに用いる
場合には問題が生ずることがあり、特にＮＯ、ＮＯ₂、
ＨＮＯ₃などの物質は、帯電時に水分を集めた形で被帯
電体に低抵抗性の部分を形成するため、被帯電体が電子
写真用の感光体等では画像流れなどが生じることがあ
る。本発明の電荷発生装置では新しい化合物の発生は非
常に少なくできるため、請求項３のように、当初からこ
れらのガスを導入しなければ、特に放電により発生する
窒素ガスと酸素からのＮＯ_Xに起因する物質が生ぜず、
感光体に付着することを防止することができる。

【００７１】請求項４に係る電荷発生装置では、請求項
１，２または３の構成及び効果に加えて、前記電子放出
素子の電子放出面に、表面が酸化膜に覆われた金属の部
分を有する構成としたものである。金属上の酸化膜にＣ
ｓ薄膜を付けて熱処理したものは２次電子放出係数が非
常に大きいことが知られているが、本構成においては、
金属としてアルミニウム、ドープ量を大きくし低抵抗化
させたＳｉ、Ｍｇなどを用い、この金属部分（導電性部
分）をプラス側の電極とし、その酸化膜とＣｓ薄膜によ
るＭａｌｔｅｒ効果を用いて効率的に電子を放出するの
で、非常に多い電子により負イオンを作成して帯電効率
を上げることができる。

【００７２】請求項５に係る電荷発生装置では、請求項
１，２，３または４の構成及び効果に加えて、前記電子
放出素子は２つの電極部を有し、一方の電極部を走査電
極とした場合に、もう一方の電極部を複数の信号電極で
構成し、該複数の信号電極を別の電位とすることができ
る構成としたものである。通常の電子写真プロセスで
は、感光体を帯電装置で均一に帯電した後、画像としな
い部分の電荷を感光体の光導電作用により逃がしている
が、請求項５の電荷発生装置では、信号電極と走査電極
で必要な部分の電荷のみを被帯電体に帯電させることが
できるため、帯電に伴う化合物の発生がより少なくな
る。さらに請求項５の電荷発生装置を用いることによ
り、通常用いられるレーザーのスキャン構造や、ＬＥＤ
アレイなどの光書き込み手段を省いた簡便な画像形成装
置を作成できる。さらに、感光体ではなく、単なる誘電
体からなる像担持体を用いた画像形成装置を作製でき
る。

【００７３】請求項６に係る電荷発生装置では、請求項
１，２，３，４または５の構成及び効果に加えて、前記
電子放出素子の電子放出面を加熱する手段を有する構成
としたので、ヒーター等の加熱手段からの輻射熱および
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。

【００７４】請求項７に係る電荷発生装置では、請求項
１〜６のうちの何れか一つの構成及び効果に加えて、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ので、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。

【００７５】請求項８に係る電荷発生装置では、請求項
１〜６のうちの何れか一つの構成及び効果に加えて、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ので、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。

【００７６】請求項９に係る電荷発生装置では、請求項
７の構成及び効果に加えて、前記電子放出素子の電子放
出部材は、半導体基板と、該半導体基板の表面を陽極酸
化処理により多孔質化した多孔質半導体層と、該多孔質
半導体層上に形成される金属薄膜電極と、前記半導体基
板の裏面に形成されるオーミック電極とを有する構成と
したので、薄い絶縁膜を形成する工程が不要であり絶縁
破壊の虞が小さい、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、さらなる電荷発生装置の生産性、低コスト化、帯
電能力の安定性向上が図れる。

【００７７】請求項１０に係る電荷発生装置では、請求
項１〜６のうちの何れか一つの構成及び効果に加えて、
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、タンタルオキサ
イド（Ｔａ₂Ｏ₅）膜上に形成されたＺｎＳ膜と、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ので、薄い
絶縁膜を形成する工程が不要であり絶縁破壊の虞が小さ
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
生産性の向上、低コスト化および帯電能力の安定性向上
が図れる。

【００７８】請求項１１に係る帯電装置では、請求項１
〜１０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素子から放出される負イ
オンにより被帯電体を帯電させる構成としたので、請求
項１〜１０の何れかと同様の効果が得られ、オゾン、Ｎ
Ｏ_X 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。

【００７９】請求項１２に係る画像形成装置では、被帯
電体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、画像を形成するものであり、被帯電体である像担持
体を均一に帯電する手段、または、像担持体上に静電画
像を形成する手段、もしくは、像担持体上の可視像を転
写材に転写する手段、あるいは、像担持体を除電する手
段として、請求項１〜１０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１１記載の帯電装置を
具備する構成としたので、請求項１〜１１の何れかと同
様の効果が得られ、オゾン、ＮＯ_X 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】本発明の一実施例を示す電荷発生装置（帯電装
置）の構成説明図である。

【図２】水蒸気、二酸化炭素、ＮＯ、ＳＯ₂、酸素を組
み合わせた気体に電子を作用させた場合の負イオン変化
の概略を示す図である。

【図３】図１に示す構成の電荷発生装置に白金ワイヤー
を付加した場合の構成説明図である。

【図４】本発明の別の実施例を示す電荷発生装置（帯電
装置）の構成説明図である。

【図５】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６】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７】図６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８】本発明のさらに別の実施例を示す電荷発生装置
の要部平面図である。

【図９】図８に示す電荷発生装置を用いた帯電装置の構
成説明図である。

【図１０】本発明のさらに別の実施例を示す電荷発生装
置（帯電装置）の構成説明図である。

【図１１】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１２】図１１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１３】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１４】図１３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１５】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１６】図１５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１７】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１８】図１７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１９】図１７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２０】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。

【図２１】本発明に係る画像形成装置の一実施例を示す
概略構成図である。

【図２２】本発明に係る画像形成装置の別の実施例を示
す概略構成図である。

【符号の説明】１：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：被帯電体８：電源９：バイアス電源１１：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（被帯電体）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）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：電源１１６：被帯電体（感光体）１５０：加熱手段（電熱線（ヒーター））２１１：下部電極２１２：電子放出部材２１２−１：Ｐ型半導体層２１２−２：Ｐ⁺ 型半導体層２１２−３：Ｎ⁺⁺型半導体層３０１：Ｐ⁺ 型半導体基板３０２：Ｎ⁺ 型半導体ガードリング３０３：Ｐ型半導体領域３０４：Ｐ⁺ 半導体領域３０５：絶縁膜３０６：オーミック電極３０７：金属電極３０９：電源３１０：電子放出時の空乏層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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田中正治東京都大田区中馬込１丁目３番６号・株式会社リコー内 (72)発明者近藤浩東京都大田区中馬込１丁目３番６号・株式会社リコー内Ｆターム(参考） 2H003 AA18 BB11 CC01 DD00 DD03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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、電気的負性気体を含む
気体を導入する手段と、前記電子放出素子により放出さ
れた電子と電気的負性気体分子により発生した負イオン
を制御する制御手段を有し、前記制御手段として、被帯
電体と電子放出素子間の電界を用い、その電界は６×１
０⁶Ｖ／ｍ以上の部分が１０μｍ以下であることを特徴
とし、前記負イオンにより被帯電体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、前記電気的負性気体として、酸素、水蒸気、ハロゲンガ
ス、ＳＦ₆、二酸化炭素、ＮＯ、ＮＯ₂、ＳＯ₂、ＳＯ₃、
ＨＮＯ₃、Ｎ₂Ｏ₅のうちの何れか一つ、または複数組み
合わせたものを用いたことを特徴とする電荷発生装置。
【請求項３】請求項１記載の電荷発生装置において、前記電気的負性気体として、酸素、水蒸気、二酸化炭素
のうちの何れか一つ、または複数組み合わせたものを用
いた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、前記電子放出素子の電子放出面に、表面が酸化膜に覆わ
れた金属の部分を有す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、前記電子放出素子は２つの電極部を有し、一方の電極部
を走査電極とした場合に、もう一方の電極部を複数の信
号電極で構成し、該複数の信号電極を別の電位とするこ
とができることを特徴とする電荷発生装置。
【請求項６】請求項１，２，３，４または５記載の電荷
発生装置において、前記電子放出素子の電子放出面を加熱する手段を有する
ことを特徴とする電荷発生装置。
【請求項７】請求項１〜６のうちの何れか一つに記載の
電荷発生装置において、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電荷発生装置。
【請求項８】請求項１〜６のうちの何れか一つに記載の
電荷発生装置において、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電荷発生装置。
【請求項９】請求項７記載の電荷発生装置において、前記電子放出素子の電子放出部材は、半導体基板と、該
半導体基板の表面を陽極酸化処理により多孔質化した多
孔質半導体層と、該多孔質半導体層上に形成される金属
薄膜電極と、前記半導体基板の裏面に形成されるオーミ
ック電極とを有することを特徴とする電荷発生装置。
【請求項１０】請求項１〜６のうちの何れか一つに記載
の電荷発生装置において、前記電子放出素子は、下部電極と、前記下部電極上に形
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
を特徴とする電荷発生装置。
【請求項１１】被帯電体を帯電する帯電装置において、請求項１〜１０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素子から放出され
る負イオンにより被帯電体を帯電させることを特徴とす
る帯電装置。
【請求項１２】被帯電体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、被帯電体である像担持体を均一に帯電する手段、また
は、像担持体上に静電画像を形成する手段、もしくは、
像担持体上の可視像を転写材に転写する手段、あるい
は、像担持体を除電する手段として、請求項１〜１０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１１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。