JP2002258585A

JP2002258585A - 帯電装置のクリーニング方法及び帯電装置

Info

Publication number: JP2002258585A
Application number: JP2001057972A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Sugawara; 智明菅原; Hiroshi Kondo; 浩近藤; Hiroyoshi Shoji; 浩義庄子
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-03-02
Filing date: 2001-03-02
Publication date: 2002-09-11

Abstract

(57)【要約】【課題】この発明は、電子放出素子上にゴミが付着す
ると帯電効率が低下するという課題を解決しようとする
ものである。【解決手段】この発明は、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、この電子
放出素子１の少なくとも一部に電気的負性気体が接触
し、この電気的負性気体の分子と電子放出素子１から放
出された電子とにより発生した負イオン及び電子により
被帯電体９を帯電させる帯電装置のクリーニング方法で
あって、被帯電体９と電子放出素子１との間の電圧を、
同極性で帯電時の電圧より大きくして電子放出素子１上
の高抵抗物を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電子写真用感光体な
どの被帯電体を帯電させる帯電装置のクリーニング方
法、及び複写機．プリンタ，ファクシミリなどの画像形
成装置等に用いられる帯電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真方式の画像形成装置は、複数の
国、地域で複数の団体により、発生するオゾンの量を規
制するための規格としてＵＬ規格、ＴＵＶ規格、ＢＡＭ
規格などが設定されている。また、電子写真方式の画像
形成装置では、放電により発生するＮＯxに起因する物
質が感光体に付着して吸湿することで、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】代表的な帯電装置は、基本的には、放電を
用いてイオンを発生させているため、オゾン及びＮＯx
を発生する。帯電装置には比較的放電の影響の少ないも
ので被帯電体と接触する接触型の帯電装置があるが、こ
の接触型の帯電装置は感光体などの被帯電体の磨耗、Ｎ
Ｏx系化合物の被帯電体表面付着などの問題が生じる。
そこで、被帯電体と接触しない非接触型の帯電装置が検
討されている。

【０００４】例えば、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。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の帯電装置は、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
が付着してしまうので、安定な動作ができないという不
具合がある。特に、エレクトロルミネッセンス材料より
なる電子放出素子層の場合には、同時に起こる発光が被
帯電体としての電子写真用感光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。

【０００６】このように、オゾン及びＮＯxによる問題
を抑え、表面への粒子付着に対応できる帯電装置が求め
られている。また、帯電装置は、電子放出素子上にゴミ
が付着すると、帯電効率が低下する。

【０００７】本発明は、電子放出素子上に付着したゴミ
のうち高抵抗、絶縁性の負帯電しているゴミを除去する
ことができ、高抵抗、絶縁性の正帯電性、負帯電性両方
のゴミの除去効率向上、高抵抗、絶縁性で負帯電性のゴ
ミの除去効率向上、高抵抗、絶縁性のゴミの除去効率向
上を図ることができる帯電装置のクリーニング方法及び
帯電装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【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、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、この電子放
出素子の少なくとも一部に電気的負性気体が接触し、こ
の電気的負性気体の分子と前記電子放出素子から放出さ
れた電子とにより発生した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のクリーニング方法であっ
て、前記被帯電体と前記電子放出素子との間の電圧を、
同極性で帯電時の電圧より大きくして前記電子放出素子
上の高抵抗物を除去することを特徴とする。

【０００９】請求項２に係る発明は、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を有
し、この電子放出素子の少なくとも一部に電気的負性気
体が接触し、この電気的負性気体の分子と前記電子放出
素子から放出された電子とにより発生した負イオン及び
電子により被帯電体を帯電させる帯電装置において、前
記被帯電体と前記電子放出素子との間の電圧を、同極性
で帯電時の電圧より大きくして前記電子放出素子上の高
抵抗物を除去するものである。

【００１０】請求項３に係る発明は、請求項１記載の帯
電装置のクリーニング方法において、前記電子放出素子
上の高抵抗物を除去する時の前記被帯電体と前記電子放
出素子との間の電圧を３００Ｖ以上とすることを特徴と
する。

【００１１】請求項４に係る発明は、請求項２記載の帯
電装置において、前記電子放出素子上の高抵抗物を除去
する時の前記被帯電体と前記電子放出素子との間の電圧
を３００Ｖ以上とするものである。

【００１２】請求項５に係る発明は、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を有
し、この電子放出素子の少なくとも一部に電気的負性気
体が接触し、この電気的負性気体の分子と前記電子放出
素子から放出された電子とにより発生した負イオン及び
電子により被帯電体を帯電させる帯電装置のクリーニン
グ方法であって、前記被帯電体と前記電子放出素子との
間の電圧を、帯電時と逆極性にして前記電子放出素子上
の高抵抗物を除去することを特徴とする。

【００１３】請求項６に係る発明は、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を有
し、この電子放出素子の少なくとも一部に電気的負性気
体が接触し、この電気的負性気体の分子と前記電子放出
素子から放出された電子とにより発生した負イオン及び
電子により被帯電体を帯電させる帯電装置において、前
記被帯電体と前記電子放出素子との間の電圧を、帯電時
と逆極性にして前記電子放出素子上の高抵抗物を除去す
るものである。

【００１４】請求項７に係る発明は、請求項５記載の帯
電装置のクリーニング方法において、前記電子放出素子
上の高抵抗物を除去する時の前記被帯電体と前記電子放
出素子との間の電圧を、帯電時と逆極性で３００Ｖ以上
とすることを特徴とする。

【００１５】請求項８に係る発明は、請求項６記載の帯
電装置において、前記電子放出素子上の高抵抗物を除去
する時の前記被帯電体と前記電子放出素子との間の電圧
を、帯電時と逆極性で３００Ｖ以上とするものである。

【００１６】請求項９に係る発明は、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、こ
の電子放出素子の少なくとも一部に電気的負性気体が接
触し、この電気的負性気体の分子と前記電子放出素子か
ら放出された電子とにより発生した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のクリーニング方法
であって、請求項１または３記載の帯電装置のクリーニ
ング方法と請求項５または７記載の帯電装置のクリーニ
ング方法とを交互に繰り返し、前記電子放出素子と対向
する前記被帯電体またはその裏面側電極の移動により前
記電子放出素子上の極性の違う高抵抗物を前記被帯電体
に転写して前記電子放出素子から除去することを特徴と
する。

【００１７】請求項１０に係る発明は、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、
この電子放出素子の少なくとも一部に電気的負性気体が
接触し、この電気的負性気体の分子と前記電子放出素子
から放出された電子とにより発生した負イオン及び電子
により被帯電体を帯電させる帯電装置において、前記被
帯電体と前記電子放出素子との間の電圧を、同極性で帯
電時の電圧より大きくし又は同極性で３００Ｖ以上とす
ることと、前記被帯電体と前記電子放出素子との間の電
圧を、帯電時と逆極性にし又は帯電時と逆極性で３００
Ｖ以上とすることを交互に繰り返し、前記電子放出素子
と対向する前記被帯電体又はその裏面側電極の移動によ
り前記電子放出素子上の極性の違う高抵抗物を前記被帯
電体に転写して前記電子放出素子から除去するものであ
る。

【００１８】請求項１１に係る発明は、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、
この電子放出素子の少なくとも一部に電気的負性気体が
接触し、この電気的負性気体の分子と前記電子放出素子
から放出された電子とにより発生した負イオン及び電子
により被帯電体を帯電させる帯電装置のクリーニング方
法であって、前記電子放出素子に電流を流して、前記電
子放出素子上に付着した高抵抗物を電子及び負イオンで
負に帯電させ、請求項１または３記載の帯電装置のクリ
ーニング方法により前記電子放出素子上の高抵抗物を除
去することを特徴とする。

【００１９】請求項１２に係る発明は、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、
この電子放出素子の少なくとも一部に電気的負性気体が
接触し、この電気的負性気体の分子と前記電子放出素子
から放出された電子とにより発生した負イオン及び電子
により被帯電体を帯電させる帯電装置において、前記電
子放出素子に電流を流して、前記電子放出素子上に付着
した高抵抗物を電子及び負イオンで負に帯電させ、前記
被帯電体と前記電子放出素子との間の電圧を、同極性で
帯電時の電圧より大きくし又は同極性で３００Ｖ以上と
して前記電子放出素子上の高抵抗物を除去するものであ
る。

【００２０】請求項１３に係る発明は、請求項１、３、
５、７、９または１１記載の帯電装置のクリーニング方
法において、前記電子放出素子上の高抵抗物を除去する
時の前記被帯電体と前記電子放出素子との間の電圧に周
期的変動分を重畳させることを特徴とする。

【００２１】請求項１４に係る発明は、請求項２、４、
６、８、１０または１２記載の帯電装置において、前記
電子放出素子上の高抵抗物を除去する時の前記被帯電体
と前記電子放出素子との間の電圧に周期的変動分を重畳
するものである。

【００２２】

【発明の実施の形態】図２は電子が負イオンになる一例
を示す。電気的負性気体としては、酸素、水蒸気、ハロ
ゲンガス、ＳＦ_６、二酸化炭素、ＮＯ、ＮＯ_２、Ｓ
Ｏ_２、ＳＯ_３、ＨＮＯ_３、Ｎ_２Ｏ_５などが挙げられる。
逆に、窒素ガスや稀ガスは、負イオンとならない。負イ
オンの構成は、大気の条件により変動するので、必ずし
も図２に示す例に固定されるわけではないが、概ね図２
に示すような形で電荷が伝わっていくと考えられる。電
子の大気中での平均自由行程は０．３４μｍ程度と言わ
れており、電子での電荷の輸送は大気中である限り支配
的ではないと考えられる。帯電装置は、接触しているゴ
ミなどには直接帯電を行うため、ゴミへの帯電効率が高
いと考えられる。本発明の実施形態は、電気的負性気体
が含まれた気体中で機能する。

【００２３】図１は本発明の第１実施形態の前提となる
帯電装置の一例を示す。この帯電装置はポリシリコンか
ら作成されたポーラスシリコンによる例である。本発明
は、この帯電装置に限らず、固体中から電子を放出する
電子放出素子を有するものであればよく、表面電極又は
薄膜電極にゴミが付くことで電子の放出効率、言い換え
れば帯電効率が落ちるものであれば適用可能である。

【００２４】例えば、本発明を適用できる帯電装置の電
子放出素子は、ＭＩＳ（金属−絶縁体−半導体）構造を有するもの、ＭＩＭ（金属−絶縁体−金属）構造を有するもの、半導体基板と、この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、この多孔質半導
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もの、下部電極と、この下部電極上に形成されたタンタルオ
キサイド(Ｔa_２Ｏ_５)膜と、このタンタルオキサイド(Ｔ
a_２Ｏ_５)膜上に形成されたＺnＳ膜と、このＺnＳ膜上に
形成された上部電極とにより構成されたエレクトロルミ
ネッセント素子であるものなどでもよい。

【００２５】図１に示す帯電装置は、電子放出素子１
と、電源２と、バイアス電源３とにより構成される。電
子放出素子１においては、石英ガラスからなる基板４上
に基板電極５が形成され、この基板電極５上に半導体層
６が形成される。この半導体層６は上側部分が陽極酸化
によりポーラス化された後にＲＴＯ(急速熱酸化)により
薄い酸化膜で覆われて多孔質半導体層７が形成され。こ
の多孔質半導体層７は表面に電子がトンネル効果で通過
できるような薄膜電極８が形成される。

【００２６】この電子放出素子１は被帯電体と対向させ
て配置される。この帯電装置は例えば電子写真方式の画
像形成装置に用いられ、電子放出素子１が被帯電体とし
ての電子写真用感光体９と対向して大気中に配置され
る。電極１０は例えばアルミニウムからなるドラムが用
いられ、電極１０の外周面上に感光体９が一体に形成さ
れる。この感光体９及び電極１０は図示しない駆動源に
より一定の速度で矢印方向へ回転駆動される。感光体９
及び電極１０は図１では便宜上平面として図示してい
る。電源２は、直流電源が用いられ、負側電極が基板電
極５に接続され、正側電極が薄膜電極８に接続される。
バイアス電源３は、直流電源が用いられて負側電極が薄
膜電極８に接続され、正側電極が電極１０に接続され
る。

【００２７】電子放出素子１は、電源２から基板電極５
と薄膜電極８との間に電圧が印加されるとともに、バイ
アス電源３から薄膜電極８と電極１０との間にバイアス
電圧が印加され、内部の電界によりエネルギーを与えた
電子を薄膜電極８から放出し、その電子と電子放出素子
１の少なくとも一部（ここでは薄膜電極８）に接触して
いる電気的負性気体の分子とによる電気的負性気体のイ
オン化で発生した負イオン及び電子により感光体９の表
面を帯電させる。

【００２８】この帯電装置及び感光体９、電極１０を真
空中に配置して電源２で電子放出素子１の基板電極５と
薄膜電極８との間に２０Ｖほどの電圧をかけると、真空
中の電子として１ｍＡ／ｃｍ^２程度の電流が観測され
る。この帯電装置では、電子放出素子１が大気圧気体と
接触するためにそのイオン化の効率等で電流が上記電流
よりも少なくなる。しかし、負帯電用のスコロトロン帯
電器と同じようにイオンにより被帯電体の帯電が可能で
ある。

【００２９】ところで、この帯電装置は、通常の大気中
で使用するため、薄膜電極８上にはいろいろのゴミが付
着する。高抵抗性のゴミが負に帯電している場合には、
薄膜電極８上のそのゴミが付着している場所にバイアス
電源３によりバイアス電圧がかかっているため、Ｆ＝ｑＥＦ：静電気力（Ｎ）、ｑ：電荷量（Ｃ）、Ｅ：電界（Ｖ
／ｍ）の力Ｆが、電子放出素子１の薄膜電極８上に付着してい
る負帯電のゴミを除去する方向にかかる。

【００３０】薄膜電極８上に付着している高抵抗又は絶
縁性の負帯電のゴミは、通常の通電状態であれば、静電
気力Ｆにより感光体９側に行く。薄膜電極８上に付着し
ている負帯電のゴミのうち静電気力Ｆで感光体９側に行
かないものは、静電気力Ｆ以外の付着力が働いているた
めに薄膜電極８から除去されないと考えられる。そのた
め、バイアス電源３は、通常の帯電時（感光体９を帯電
させる時）のバイアス電圧に比較して同極性で大きなバ
イアス電圧を薄膜電極８と感光体９の裏面側電極１０に
印加することにより、その付着力に静電気力Ｆが打つ勝
つことができ、これにより薄膜電極８上のゴミを除去す
ることができる。

【００３１】そこで、本発明の第１実施形態では、上記
図１に示す帯電装置において、バイアス電源３として、
バイアス電圧を可変できる直流電源を用い、薄膜電極８
上に付着している負帯電のゴミを除去するゴミ除去時に
はバイアス電源３のバイアス電圧を静電気力Ｆが負帯電
のゴミの薄膜電極８に対する付着力に打ち勝つようなバ
イアス電圧（帯電時と同極性で帯電時より大きなバイア
ス電圧）に可変する（もしくは切り換える）構成とし
た。この第１実施形態は、本発明を適用した帯電装置の
一実施形態であり、本発明を適用した帯電装置のクリー
ニング方法の一実施形態を用いる帯電装置の一実施形態
である。

【００３２】この第１実施形態によれば、被帯電体とし
ての感光体９の裏面側電極１０と電子放出素子１の薄膜
電極８との間の電圧を、同極性で帯電時の電圧より大き
くして電子放出素子１の薄膜電極８上の高抵抗物を除去
するので、電子放出素子上に付着したゴミのうち高抵抗
又は絶縁性の負帯電しているゴミを除去することができ
る。

【００３３】上記図１に示す帯電装置において、以下の
ような実験を行った。すなわち、電子放出素子１に電源
２及びバイアス電源３からすべての電圧をかける前に、
負帯電の荷電制御剤を入れたトナーを負に帯電させて電
子放出素子１の薄膜電極８上にまき、湿度８０％（３０
℃）の環境下で２時間放置してから、５ｋｇｆ／ｃｍ ^２
の窒素ガスを２００ｍｍの所からかけてブローした後、
感光体９の裏面側電極１０と電子放出素子１の薄膜電極
８との間にバイアス電源３からバイアス電圧を印加して
薄膜電極８上に残っているトナーを計測してその除去率
を計測した。

【００３４】その計測法は、５ｍｍ四方の場所を決めて
マクロ撮影の写真で薄膜電極８上のトナーの数を数え、
ブローをかける前後の薄膜電極８上のトナーの数の比を
とってブローによるトナーの除去率を計算した。ここ
に、薄膜電極８と感光体９との間隔は約５００μｍであ
り、バイアス電源３から薄膜電極８と電極１０との間に
バイアス電圧を印加した時間は１秒である。

【００３５】この実験の結果は図５に示すようになり、
バイアス電源３から薄膜電極８と電極１０との間にかけ
るバイアス電圧が３００Ｖを超えた時点から急激に除去
率が立ち上がってくる。そこで、本発明の第２実施形態
では、上記第１実施形態において、薄膜電極８上に付着
している負帯電のゴミを除去するゴミ除去時にはバイア
ス電源３はバイアス電圧を静電気力Ｆが負帯電のゴミの
薄膜電極８に対する付着力に打ち勝つように帯電時と同
極性で帯電時より大きな３００Ｖ以上のバイアス電圧に
可変する（もしくは切り換える）構成とした。この第２
実施形態は、本発明を適用した帯電装置の一実施形態で
あり、本発明を適用した帯電装置のクリーニング方法の
一実施形態を用いる帯電装置の一実施形態である。

【００３６】薄膜電極８上の負帯電している高抵抗又は
絶縁性のゴミは、バイアス電源３のバイアス電圧を、感
光体９を帯電させる帯電時のバイアス電圧より高くして
も、そのバイアス電圧による電界が、ある電界の絶対値
を超えないと薄膜電極８からの移動が難しい。薄膜電極
８と感光体９との間の０．５ｍｍの隙間に対して、バイ
アス電源３のバイアス電圧が３００Ｖ（電界にして６０
０，０００Ｖ／ｍ）程度ないと、実際には薄膜電極８上
の負帯電している高抵抗又は絶縁性のゴミの除去は難し
い。３００Ｖのバイアス電圧による電界は薄膜電極８上
のゴミの付着力の最低レベルのものに相当すると考えら
れ、この電界による付着力より小さい付着力で薄膜電極
８上に付着しているゴミは気流等でも薄膜電極８から飛
んでしまうものと考えられる。従って、３００Ｖのバイ
アス電圧を薄膜電極８と電極１０との間に印加すること
により、薄膜電極８上のゴミの付着力に打ち勝って薄膜
電極８上のゴミを除去して薄膜電極８をクリーニングす
ることができる。

【００３７】このように、第２実施形態によれば、電子
放出素子１の薄膜電極８上の高抵抗物を除去する時の被
帯電体としての感光体９と電子放出素子１の薄膜電極８
との間の電圧を３００Ｖ以上とするので、電子放出素子
上に付着したゴミのうち高抵抗、絶縁性の負帯電してい
るゴミを除去することができる。

【００３８】上記図１に示す帯電装置において、以下の
ような実験を行った。すなわち、電子放出素子１に電源
２及びバイアス電源３からすべての電圧をかける前に、
正帯電の荷電制御剤を入れたトナーを正に帯電させて電
子放出素子１の薄膜電極８上にまき、湿度８０％（３０
℃）の環境下で２時間放置してから、５ｋｇｆ／ｃｍ ^２
の窒素ガスを２００ｍｍの所からかけてブローした後、
感光体９の裏面側電極１０と電子放出素子１の薄膜電極
８との間にバイアス電源３からバイアス電圧を印加して
薄膜電極８上に残っているトナーを計測してその除去率
を計測した。

【００３９】その計測法は、５ｍｍ四方の場所を決めて
マクロ撮影の写真で薄膜電極８上のトナーの数を数え、
ブローをかける前後の薄膜電極８上のトナーの数の比を
とってブローによるトナーの除去率を計算した。ここ
に、薄膜電極８と感光体９との間隔は約５００μｍであ
り、バイアス電源３から薄膜電極８と電極１０との間に
バイアス電圧を印加した時間は１秒である。

【００４０】この実験の結果は図６に示すようになり、
バイアス電源３から薄膜電極８と電極１０との間にかけ
るバイアス電圧が３００Ｖを超えた時点から急激に除去
率が立ち上がってくる。そこで、本発明の第３実施形態
では、上記第１実施形態において、薄膜電極８上に付着
している負帯電のゴミを除去するゴミ除去時にはバイア
ス電源３はバイアス電圧をバイアス電界によるゴミ除去
力が負帯電のゴミの薄膜電極８に対する付着力に打ち勝
つように帯電時と逆極性で帯電時より大きな３００Ｖ以
上のバイアス電圧に可変する（もしくは切り換える）構
成とした。この第３実施形態は、本発明を適用した帯電
装置の一実施形態であり、本発明を適用した帯電装置の
クリーニング方法の一実施形態を用いる帯電装置の一実
施形態である。

【００４１】正に帯電している高抵抗又は絶縁性のゴミ
は、感光体９を帯電させる通常の帯電工程では、薄膜電
極８側に電界で引き寄せられてしまう。しかし、通常の
帯電時と逆極性のバイアス電圧を薄膜電極８と電極１０
との間に印加することにより、バイアス電界による力が
逆方向になる。この力により、薄膜電極８上のゴミを除
去して薄膜電極８をクリーニングすることができる。

【００４２】正に帯電している高抵抗又は絶縁性のゴミ
は、バイアス電圧を帯電時と逆極性にすることにより薄
膜電極８から除去できるものが多いが、薄膜電極８上の
ゴミの静電気力以外の付着力に関しては、薄膜電極８上
の負に帯電している高抵抗又は絶縁性のゴミと同様の付
着力が存在する。そのため、バイアス電源３のバイアス
電圧によるバイアス電界が、ある絶対値を超えないと薄
膜電極８からの移動が難しい。薄膜電極８と感光体９と
の間の０．５ｍｍの隙間に対して、バイアス電源３のバ
イアス電圧が３００Ｖ（電界にして６００，０００Ｖ／
ｍ）程度ないと、実際には薄膜電極８上の正帯電してい
る高抵抗又は絶縁性のゴミの除去は難しい。３００Ｖの
バイアス電圧によるバイアス電界は薄膜電極８上のゴミ
の付着力の最低レベルのものに相当すると考えられ、こ
の電界による付着力より小さい付着力で薄膜電極８上に
付着しているゴミはバイアス電圧がゼロの時に気流等で
も薄膜電極８から飛んでしまうものと考えられる。従っ
て、３００Ｖのバイアス電圧を薄膜電極８と電極１０と
の間に印加することにより、薄膜電極８上のゴミの付着
力に打ち勝って薄膜電極８上のゴミを除去して薄膜電極
８をクリーニングすることができる。

【００４３】この第３実施形態によれば、電子放出素子
１の薄膜電極８上の高抵抗物を除去する時の被帯電体と
しての感光体９と電子放出素子１の薄膜電極８との間の
電圧を、帯電時と逆極性で３００Ｖ以上とするので、電
子放出素子上に付着したゴミのうち高抵抗、絶縁性の負
帯電しているゴミを除去することができる。

【００４４】上記図１に示す帯電装置において、以下の
ような実験を行った。すなわち、電子放出素子１に電源
２及びバイアス電源３からすべての電圧をかける前に、
正帯電の荷電制御剤を入れたトナーを正に帯電させ、電
子放出素子１の薄膜電極８の一方の半分をマスキングし
て薄膜電極８の他方の半分にその正帯電のトナーをまく
とともに、負帯電の荷電制御剤を入れたトナーを負に帯
電させて電子放出素子１の薄膜電極８の上記他方の半分
をマスキングして上記一方の半分にその負帯電のトナー
をまいた。このとき、薄膜電極８上の上記一方の半分と
上記他方の半分との境界部分では、正帯電のトナーと負
帯電のトナーとが混じった部分が生じた。その後、これ
を湿度８０％（３０℃）の環境下で２時間放置してか
ら、５ｋｇｆ／ｃｍ^２の窒素ガスを２００ｍｍの所から
かけてブローした後、感光体９の裏面側電極１０と電子
放出素子１の薄膜電極８との間にバイアス電源３からバ
イアス電圧を印加して薄膜電極８上に残っているトナー
の数を計測してその除去率を計測した。

【００４５】その計測法は、５ｍｍ四方の場所（正帯電
のトナーのみが付着した場所と負帯電のトナーのみが付
着した場所）を決めてマクロ撮影の写真で薄膜電極８上
のトナーの数を数え、ブローをかける前後の薄膜電極８
上のトナーの数の比をとってブローによる正帯電のトナ
ーと負帯電のトナーの各除去率を計算した。ここに、薄
膜電極８と感光体９との間隔は約５００μｍであり、バ
イアス電源３から薄膜電極８と電極１０との間に極性を
変えて同じ電圧を印加し、正帯電のトナーの数と負帯電
のトナーの数の計測を１秒交替で３サイクル行った。

【００４６】この実験の結果は、薄膜電極８上の正帯電
のトナーのみが付着した場所では図７に示すようにな
り、バイアス電源３から薄膜電極８と電極１０との間に
かけるバイアス電圧が３００Ｖを超えた時点から急激に
除去率が立ち上がってくる。また、実験の結果は、薄膜
電極８上の負帯電のトナーのみが付着した場所では図８
に示すようになり、バイアス電源３から薄膜電極８と電
極１０との間にかけるバイアス電圧が３００Ｖを超えた
時点から急激に除去率が立ち上がってくる。

【００４７】そこで、本発明の第４実施形態では、上記
第１実施形態において、バイアス電源３は、被帯電体と
しての感光体９と電子放出素子１の薄膜電極８との間に
バイアス電圧を印加する可変直流電源と、薄膜電極８上
に付着している正帯電のゴミ及び負帯電のゴミを除去す
るゴミ除去時に、上記可変直流電源から感光体９と電子
放出素子１の薄膜電極８との間に印加されるバイアス電
圧を、交互に繰り返して、帯電時と同極性で帯電時の電
圧より大きい３００Ｖ以上のバイアス電圧と、帯電時と
逆極性で３００Ｖ以上のバイアス電圧とに可変する（も
しくは切り換える）制御手段とにより構成し、電子放出
素子１と対向する感光体９の移動により電子放出素子１
上の極性の違う高抵抗物のゴミを感光体９に転写して電
子放出素子１から除去する構成とした。なお、上記制御
手段は画像形成装置本体の制御部に兼用させてもよく、
感光体９は移動させずに電極１０のみを移動させるよう
にしてもよい。

【００４８】薄膜電極８の表面には、正帯電、負帯電の
両極性のゴミが混在している。従って、両極性のバイア
ス電圧を用いて薄膜電極８上のゴミを除去することで、
帯電効率を維持することができる。さらに、薄膜電極８
と対向していてゴミを受け取る方の感光体９を移動させ
る移動機構を設けてあるため、バイアス電圧の極性が反
転した時にゴミが薄膜電極８へ逆転写する可能性も少な
い。バイアス電圧を印加する薄膜電極８及び電極１０の
電位は、薄膜電極８と対向していてゴミを受け取る方の
感光体９の裏面側電極１０を、ゴミの逆転写を防止する
ためにも一定の電位であるようにアース側の結線とす
る。つまり、薄膜電極８側の電位を変化させ得るバイア
ス電源３を用いる。このような構成で、薄膜電極８上の
ゴミを除去して薄膜電極８をクリーニングすることがで
きる。

【００４９】この第４実施形態は、本発明を適用した帯
電装置の一実施形態であり、本発明を適用した帯電装置
のクリーニング方法の一実施形態を用いる帯電装置の一
実施形態である。この第４実施形態によれば、被帯電体
としての感光体９と電子放出素子１の薄膜電極８との間
の電圧を、同極性で帯電時の電圧より大きくし又は同極
性で３００Ｖ以上とすることと、感光体９と電子放出素
子１の薄膜電極８との間の電圧を、帯電時と逆極性にし
又は帯電時と逆極性で３００Ｖ以上とすることを交互に
繰り返し、電子放出素子１と対向する感光体９（又はそ
の裏面側電極１１）の移動により電子放出素子１の薄膜
電極８上の極性の違う高抵抗物のゴミを感光体９に転写
して電子放出素子１の薄膜電極８から除去するので、高
抵抗、絶縁性の正帯電性、負帯電性両方のゴミの除去効
率の向上を図ることができる。

【００５０】上記図１に示す帯電装置において、以下の
ような実験を行った。すなわち、電子放出素子１に電源
２及びバイアス電源３からすべての電圧をかける前に、
負帯電の荷電制御剤を入れたトナーを負に帯電させて電
子放出素子１の薄膜電極８上にまき、湿度８０％（３０
℃）の環境下で２時間放置してから、５ｋｇｆ／ｃｍ ^２
の窒素ガスを２００ｍｍの所からかけてブローした後、
電源２から電子放出素子１の基板電極５と薄膜電極８と
の間に電圧を印加するとともに、感光体９の裏面側電極
１０と電子放出素子１の薄膜電極８との間にバイアス電
源３からバイアス電圧を印加して薄膜電極８上に残って
いるトナーを計測してその除去率を計測した。

【００５１】その計測法は、５ｍｍ四方の場所を決めて
マクロ撮影の写真で薄膜電極８上のトナーの数を数え、
ブローをかける前後の薄膜電極８上のトナーの数の比を
とってブローによるトナーの除去率を計算した。ここ
に、薄膜電極８と感光体９との間隔は約５００μｍであ
り、電子放出素子１の駆動時間は１秒であり、バイアス
電源３から薄膜電極８と電極１０との間にバイアス電圧
を印加した時間は１秒である。

【００５２】この実験の結果は図９に示すようになり、
バイアス電源３から薄膜電極８と電極１０との間にかけ
るバイアス電圧が３００Ｖを超えた時点から急激に除去
率が立ち上がってくるが、その立ち上がりは上記実施形
態２と比較すると急峻である。そこで、本発明の第５実
施形態では、上記第２実施形態において、薄膜電極８上
に付着している負帯電のゴミを除去するゴミ除去時に電
源２が電子放出素子１に電流を流すようにし、かつ、バ
イアス電源３は薄膜電極８上に付着している正帯電のゴ
ミ及び負帯電のゴミを除去するゴミ除去時にはバイアス
電圧をバイアス電界によるゴミ除去力が負帯電のゴミの
薄膜電極８に対する付着力に打ち勝つように帯電時と同
極性で帯電時より大きな３００Ｖ以上のバイアス電圧に
可変する（もしくは切り換える）構成とした。この第５
実施形態は、本発明を適用した帯電装置の一実施形態で
あり、本発明を適用した帯電装置のクリーニング方法の
一実施形態を用いる帯電装置の一実施形態である。

【００５３】薄膜電極８上の高抵抗又は絶縁性のゴミに
対して、バイアス電界を帯電時より大きくして多くの電
荷を注入することで、ゴミの受ける力を大きくすること
により、バイアス電圧を上げたときのゴミ除去効果をあ
げることができる。このようにゴミ除去を行うことで、
帯電効率を維持することができる。

【００５４】この第５実施形態によれば、電子放出素子
１に電流を流して、電子放出素子１の薄膜電極８上に付
着した高抵抗物のゴミを電子及び負イオンで負に帯電さ
せ、被帯電体としての感光体９の裏面側電極１０と電子
放出素子１の薄膜電極８との間の電圧を、同極性で３０
０Ｖ以上として電子放出素子１の薄膜電極８上の高抵抗
物のゴミを除去するので、高抵抗、絶縁性で負帯電性の
ゴミの除去効率向上を図ることができる。

【００５５】上記図１に示す帯電装置において、以下の
ような実験を行った。すなわち、電子放出素子１に電源
２及びバイアス電源３からすべての電圧をかける前に、
負帯電の荷電制御剤を入れたトナーを負に帯電させて電
子放出素子１の薄膜電極８にまき、湿度８０％（３０
℃）の環境下で２時間放置してから、５ｋｇｆ／ｃｍ^２
の窒素ガスを２００ｍｍの所からかけてブローした後、
感光体９の裏面側電極１０と電子放出素子１の薄膜電極
８との間にバイアス電源３から電圧を印加して薄膜電極
８上に残っているトナーの数を計測してその除去率を計
測した。

【００５６】薄膜電極８と電極１０との間にバイアス電
源３から電圧を印加する際には、図３に示すような正弦
波電圧と図４に示すような矩形波電圧をそれぞれ直流バ
イアス電圧に重畳した電圧をバイアス電源３から薄膜電
極８と電極１０との間に印加した。これらの正弦波電圧
と矩形波電圧の周波数は５００Ｈｚとし、正弦波電圧と
矩形波電圧は直流バイアス電圧の片側で直流バイアス電
圧の５０％とした。つまり、直流バイアス電圧が２００
Ｖの場合、薄膜電極８と電極１０との間の電圧は正弦波
と矩形波の波の半分で１００Ｖとなり、最大電圧が３０
０Ｖとなる。ここで、電圧値は絶対値で記述している
が、バイアス電源３のバイアス電圧は、負帯電のトナー
を飛ばすためであるので、薄膜電極８側が負となるよう
に印加する。

【００５７】上記計測の方法は、５ｍｍ四方の場所を決
めてマクロ撮影の写真で薄膜電極８上のトナーの数を数
え、ブローをかける前後の薄膜電極８上のトナーの数の
比をとってブローによる負帯電のトナーの除去率を計算
した。薄膜電極８と感光体９との間隔は約５００μｍで
あり、バイアス電源３から薄膜電極８と電極１０との間
にバイアス電圧を印加する時間は１秒である。薄膜電極
８と電極１０との間の電圧は直流バイアス値を示してお
り、電極１０は回転させている。

【００５８】この実験の結果は直流バイアス電圧に正弦
波電圧を重畳して薄膜電極８と電極１０との間に印加し
た場合には図１０に示すようになり、バイアス電源３か
ら薄膜電極８と電極１０との間にかける電圧が２００Ｖ
を超えた時点から急激に除去率が立ち上がってくる。従
って、より低いバイアス値から薄膜電極８のクリーニン
グ効果が出てきている。

【００５９】また、実験の結果は直流バイアス電圧に矩
形波電圧を重畳して薄膜電極８と電極１０との間に印加
した場合には図１１に示すようになり、バイアス電源３
から薄膜電極８と電極１０との間にかける電圧が２００
Ｖを超えた時点から急激に除去率が立ち上がってく
る。。従って、より低いバイアス値から薄膜電極８のク
リーニング効果が出てきている。このように、直流バイ
アス電圧に正弦波電圧を重畳した場合と、直流バイアス
電圧に矩形波電圧を重畳した場合とでは、あまり差がみ
られない。

【００６０】そこで、本発明の第６実施形態では、上記
第１実施形態において、バイアス電源３は、電子放出素
子１の薄膜電極８上の高抵抗物を除去する時には、感光
体９の裏面側電極１０と電子放出素子１の薄膜電極８と
の間の電圧に上記のような正弦波電圧もしくは矩形波電
圧からなる周期的変動分を直流バイアス電圧に重畳した
電圧に可変する（切り換える）構成とした。この第６実
施形態は、本発明を適用した帯電装置の一実施形態であ
り、本発明を適用した帯電装置のクリーニング方法の一
実施形態を用いる帯電装置の一実施形態である。

【００６１】高抵抗又は絶縁性のゴミは、その持ってい
る電荷量と質量により、特定の周波数に対して共振す
る。そのため、バイアス電圧は２００〜２０００Ｈｚの
正弦波又は矩形波を直量バイアスに重畳したものとする
ことにより、共振効果を起こさせ、バイアス電源３とし
て単純な直流電源を用いた場合よりもゴミの除去効果を
上げることができる。

【００６２】このように、第６実施形態によれば、電子
放出素子１の薄膜電極８上の高抵抗物のゴミを除去する
時には被帯電体としての感光体９の裏面側電極１０と電
子放出素子１の薄膜電極８との間の電圧に周期的変動分
を重畳させるので、高抵抗、絶縁性のゴミの除去効率向
上を図ることができる。

【００６３】なお、上記第２実施形態乃至上記第５実施
形態において、上記第６実施形態と同様にバイアス電源
３は、電子放出素子１の薄膜電極８上の高抵抗物を除去
する時には、感光体９の裏面側電極１０と電子放出素子
１の薄膜電極８との間の電圧に上記のような正弦波電圧
もしくは矩形波電圧からなる周期的変動分を直流バイア
ス電圧に重畳した電圧に可変する（切り換える）構成と
してもよい。

【００６４】

【発明の効果】以上のように請求項１〜８に係る発明に
よれば、電子放出素子上に付着したゴミのうち高抵抗、
絶縁性の負帯電しているゴミを除去することができる。
請求項９、１０に係る発明によれば、高抵抗、絶縁性の
正帯電性、負帯電性両方のゴミの除去効率向上を図るこ
とができる。請求項１１、１２に係る発明によれば、高
抵抗、絶縁性で負帯電性のゴミの除去効率向上を図るこ
とができる。請求項１３、１４に係る発明によれば、高
抵抗、絶縁性のゴミの除去効率向上を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の前提となる帯電装置の
一例を示す断面図である。

【図２】電子が負イオンになる一例を示す図である。

【図３】正弦波の一例を示す波形図である。

【図４】矩形波の一例を示す波形図である。

【図５】上記帯電装置の実験結果を示す図である。

【図６】上記帯電装置の他の実験結果を示す図である。

【図７】上記帯電装置の他の実験結果を示す図である。

【図８】上記帯電装置の他の実験結果を示す図である。

【図９】上記帯電装置の他の実験結果を示す図である。

【図１０】上記帯電装置の他の実験結果を示す図であ
る。

【図１１】上記帯電装置の他の実験結果を示す図であ
る。

【符号の説明】

１電子放出素子２電源３バイアス電源４基板５基板電極６半導体層７多孔質半導体層８薄膜電極９感光体１０電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者庄子浩義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） 2H200 FA07 FA08 GA14 GA28 GB36 HA14 HA16 HA18 HA22 HA29 HB11 HB16 HB43 HB45 HB46 HB48 LB03 LB33 LB35 LB36 LB38 LB39 MA08 MB02 NA02 PA02 PA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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、この電子放出素子の少なく
とも一部に電気的負性気体が接触し、この電気的負性気
体の分子と前記電子放出素子から放出された電子とによ
り発生した負イオン及び電子により被帯電体を帯電させ
る帯電装置のクリーニング方法であって、前記被帯電体
と前記電子放出素子との間の電圧を、同極性で帯電時の
電圧より大きくして前記電子放出素子上の高抵抗物を除
去することを特徴とする帯電装置のクリーニング方法。
【請求項２】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を有し、この電子放出素子の少
なくとも一部に電気的負性気体が接触し、この電気的負
性気体の分子と前記電子放出素子から放出された電子と
により発生した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、前記被帯電体と前記電子放出
素子との間の電圧を、同極性で帯電時の電圧より大きく
して前記電子放出素子上の高抵抗物を除去することを特
徴とする帯電装置。
【請求項３】請求項１記載の帯電装置のクリーニング方
法において、前記電子放出素子上の高抵抗物を除去する
時の前記被帯電体と前記電子放出素子との間の電圧を３
００Ｖ以上とすることを特徴とする帯電装置のクリーニ
ング方法。
【請求項４】請求項２記載の帯電装置において、前記電
子放出素子上の高抵抗物を除去する時の前記被帯電体と
前記電子放出素子との間の電圧を３００Ｖ以上とするこ
とを特徴とする帯電装置。
【請求項５】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を有し、この電子放出素子の少
なくとも一部に電気的負性気体が接触し、この電気的負
性気体の分子と前記電子放出素子から放出された電子と
により発生した負イオン及び電子により被帯電体を帯電
させる帯電装置のクリーニング方法であって、前記被帯
電体と前記電子放出素子との間の電圧を、帯電時と逆極
性にして前記電子放出素子上の高抵抗物を除去すること
を特徴とする帯電装置のクリーニング方法。
【請求項６】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を有し、この電子放出素子の少
なくとも一部に電気的負性気体が接触し、この電気的負
性気体の分子と前記電子放出素子から放出された電子と
により発生した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、前記被帯電体と前記電子放出
素子との間の電圧を、帯電時と逆極性にして前記電子放
出素子上の高抵抗物を除去することを特徴とする帯電装
置。
【請求項７】請求項５記載の帯電装置のクリーニング方
法において、前記電子放出素子上の高抵抗物を除去する
時の前記被帯電体と前記電子放出素子との間の電圧を、
帯電時と逆極性で３００Ｖ以上とすることを特徴とする
帯電装置のクリーニング方法。
【請求項８】請求項６記載の帯電装置において、前記電
子放出素子上の高抵抗物を除去する時の前記被帯電体と
前記電子放出素子との間の電圧を、帯電時と逆極性で３
００Ｖ以上とすることを特徴とする帯電装置。
【請求項９】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、この電子放出素子の少なく
とも一部に電気的負性気体が接触し、この電気的負性気
体の分子と前記電子放出素子から放出された電子とによ
り発生した負イオン及び電子により被帯電体を帯電させ
る帯電装置のクリーニング方法であって、請求項１また
は３記載の帯電装置のクリーニング方法と請求項５また
は７記載の帯電装置のクリーニング方法とを交互に繰り
返し、前記電子放出素子と対向する前記被帯電体または
その裏面側電極の移動により前記電子放出素子上の極性
の違う高抵抗物を前記被帯電体に転写して前記電子放出
素子から除去することを特徴とする帯電装置のクリーニ
ング方法。
【請求項１０】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、この電子放出素子の少な
くとも一部に電気的負性気体が接触し、この電気的負性
気体の分子と前記電子放出素子から放出された電子とに
より発生した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、前記被帯電体と前記電子放出素
子との間の電圧を、同極性で帯電時の電圧より大きくし
又は同極性で３００Ｖ以上とすることと、前記被帯電体
と前記電子放出素子との間の電圧を、帯電時と逆極性に
し又は帯電時と逆極性で３００Ｖ以上とすることを交互
に繰り返し、前記電子放出素子と対向する前記被帯電体
又はその裏面側電極の移動により前記電子放出素子上の
極性の違う高抵抗物を前記被帯電体に転写して前記電子
放出素子から除去することを特徴とする帯電装置。
【請求項１１】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、この電子放出素子の少な
くとも一部に電気的負性気体が接触し、この電気的負性
気体の分子と前記電子放出素子から放出された電子とに
より発生した負イオン及び電子により被帯電体を帯電さ
せる帯電装置のクリーニング方法であって、前記電子放
出素子に電流を流して、前記電子放出素子上に付着した
高抵抗物を電子及び負イオンで負に帯電させ、請求項１
または３記載の帯電装置のクリーニング方法により前記
電子放出素子上の高抵抗物を除去することを特徴とする
帯電装置のクリーニング方法。
【請求項１２】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、この電子放出素子の少な
くとも一部に電気的負性気体が接触し、この電気的負性
気体の分子と前記電子放出素子から放出された電子とに
より発生した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、前記電子放出素子に電流を流し
て、前記電子放出素子上に付着した高抵抗物を電子及び
負イオンで負に帯電させ、前記被帯電体と前記電子放出
素子との間の電圧を、同極性で帯電時の電圧より大きく
し又は同極性で３００Ｖ以上として前記電子放出素子上
の高抵抗物を除去することを特徴とする帯電装置。
【請求項１３】請求項１、３、５、７、９または１１記
載の帯電装置のクリーニング方法において、前記電子放
出素子上の高抵抗物を除去する時の前記被帯電体と前記
電子放出素子との間の電圧に周期的変動分を重畳させる
ことを特徴とする帯電装置のクリーニング方法。
【請求項１４】請求項２、４、６、８、１０または１２
記載の帯電装置において、前記電子放出素子上の高抵抗
物を除去する時の前記被帯電体と前記電子放出素子との
間の電圧に周期的変動分を重畳することを特徴とする帯
電装置。