JP2007233068A - Charge generating device, charging device, image forming apparatus, charge generating method, charging method, and image forming method - Google Patents

Charge generating device, charging device, image forming apparatus, charge generating method, charging method, and image forming method Download PDF

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正治 田中
Takuro Sekiya
卓朗 関谷
Hidekazu Ota
英一 太田
Tomoaki Sugawara
智明 菅原
Yasuo Katano
泰男 片野
Yukimichi Someya
幸通 染矢
Naomi Sugimoto
奈緒美 杉本
Yoshihiko Iijima
喜彦 飯島
Toshihiro Ishii
稔浩 石井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a charge generating device, charging device, image forming apparatus, charge generating method, charging method, and image forming method that can reduce the production of discharge products, such as ozone and NOx. <P>SOLUTION: An electron emission element comprising an electrode (substrate electrode) formed on an insulator, an electron-emitting body layer formed on the substrate electrode, and a thin-film electrode constituted of a conductor, including a portion of a metal thin film exposed to space communicating with the atmosphere and filled with a gaseous body, is used; and since a body to be charged is charged with electrons emitted by the electron-emitting element, hardly any discharge products, such as ozone and NOx due to charging, is produced, and the discharge products, such as ozone and NOx can be reduced, as compared with conventional devices. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、空間中に電荷を発生させる電荷発生装置、この電荷発生装置を用いて被帯電体を帯電する帯電装置、さらにこの帯電装置を用いた複写機やプリンタ、ファクシミリ、プロッタなど電子写真記録装置、画像形成装置、電荷発生方法、帯電方法、及び画像形成方法に関する。とくに、感光体などの像坦持体(被帯電体)を帯電させるための帯電装置に係り、オゾン等の有害生成物を発生することなく感光体等の像坦持体を帯電させる帯電装置に関する。   The present invention relates to a charge generating device for generating charges in a space, a charging device for charging an object to be charged using the charge generating device, and electrophotographic recording such as a copying machine, a printer, a facsimile, and a plotter using the charging device. The present invention relates to an apparatus, an image forming apparatus, a charge generation method, a charging method, and an image forming method. In particular, the present invention relates to a charging device for charging an image carrier (charged body) such as a photoconductor, and more particularly to a charging device for charging an image carrier such as a photoconductor without generating harmful products such as ozone. .

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。
(コロナ帯電器)
電子複写機、静電記録装置、プリンタ等に最も多く利用されている帯電方式である。しかし、非常に多くのオゾンを発生するという欠点がある。この欠点に関しては、例えば、特許文献1にオゾンの発生量を低減する手段が開示されている。例えば、非常に細い40〜50μmのワイヤを用いて放電を行うことにより50%以下に低減している。
Conventionally, charging devices that are used in electrophotographic image forming apparatuses such as copying machines, printers, facsimiles, plotters, and the like and charge a photosensitive member as a charged object include corona chargers, roller chargers, brush chargers, There are solid state chargers.
(Corona charger)
This is the most commonly used charging method for electronic copying machines, electrostatic recording devices, printers, and the like. However, it has the disadvantage of generating a great deal of ozone. Regarding this drawback, for example, Patent Document 1 discloses a means for reducing the amount of ozone generated. For example, the discharge is reduced to 50% or less by discharging using a very thin wire of 40 to 50 μm.

また、特許文献2にはワイヤの三方を囲むように配置された金属筐体と解放部近傍に金属メッシュ電極を配置し、ワイヤから発生したオゾンを閉じこめ、オゾン分子の衝突確率を高めることにより放出されるオゾン量の低減を計ることが開示されている。   Also, in Patent Document 2, a metal casing arranged so as to surround three sides of a wire and a metal mesh electrode are arranged in the vicinity of the release portion to confine ozone generated from the wire and release it by increasing the collision probability of ozone molecules. It is disclosed to reduce the amount of ozone produced.

しかしながら、特許文献1、2に記載の発明ではせいぜい50%程度のオゾン量の低減しか出来ず、機内ガスを排出するにはオゾン吸着剤を含むフィルタを使用するなどの処置が必要であった。   However, the inventions described in Patent Documents 1 and 2 can only reduce the amount of ozone by about 50%, and it is necessary to take measures such as using a filter containing an ozone adsorbent to discharge the in-machine gas.

(ローラ帯電器)
古くは、特許文献3に開示され、近年、盛んに検討されている帯電方式である。特許文献3に記載の発明は、オゾンの発生を非常に少なくできるので有望視されている。
しかしながら、特許文献3に記載の発明は、接触式ローラを用いるため高速処理ができない、帯電が不均一になりやすいなど難点があった。ローラ表面のトナー汚染、印加するバイアス交流による振動の影響、画像にモワレなどが生じやすい。また、ローラは回転体であり、ローラ表面にクリーニングが必要になるために部材が多くなるという欠点がある。他にも、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いことや、振動音、帯電ローラ跡(可塑剤)、ローラの永久変形等が生じやすいという欠点がある。
(Roller charger)
In the old days, the charging method is disclosed in Patent Document 3 and has been actively studied in recent years. The invention described in Patent Document 3 is considered promising because the generation of ozone can be greatly reduced.
However, the invention described in Patent Document 3 has problems such as high speed processing cannot be performed because of using a contact roller, and charging tends to be non-uniform. Toner contamination on the roller surface, the influence of vibration due to applied bias alternating current, moire, etc. are likely to occur. Further, the roller is a rotating body, and there is a drawback that the number of members increases because the roller surface needs to be cleaned. In addition, the photosensitive layer of the photoreceptor is subject to dielectric breakdown and pinholes are likely to occur, vibration noise, charging roller marks (plasticizer), permanent deformation of the rollers, and the like.

(ブラシ帯電器)
古くは特許文献4などに開示されている。これらの従来技術では、筋状帯電むらが出やすかったり、環境変動に影響され、低温ストリーマ放電による白斑点が顕在化したりしていた。
さらに、感光体磨耗やブラシの抜け、感光体上の傷に対する異常放電と考えられるブラシの溶融などの欠点があった。
(Brush charger)
In the old days, it is disclosed in Patent Document 4 and the like. In these conventional techniques, streaky charging unevenness is likely to occur, or white spots due to low-temperature streamer discharge are manifested due to environmental fluctuations.
In addition, there are drawbacks such as photoconductor wear, brush slippage, and melting of the brush, which is considered to be abnormal discharge due to scratches on the photoconductor.

(オゾン吸着剤)
発生したオゾンを活性炭などの触媒機能により酸化処理したり、表面に吸着させるなどの従来技術はあったが、経時劣化が生じるためにオゾンフィルタの交換、メンテナンスが頻繁に必要であった。
(Ozone adsorbent)
Although there are conventional techniques such as oxidizing the generated ozone by a catalytic function such as activated carbon or adsorbing it on the surface, it has been necessary to frequently replace and maintain the ozone filter due to deterioration over time.

(固体帯電器)
古くは、特許文献5に開示されている。
特許文献6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開示されている。
(Solid state charger)
In the old days, it is disclosed in Patent Document 5.
Patent Document 6 discloses an apparatus in which a large number of discharge electrodes are provided on an insulating member via a minute interval.

特許文献7には、帯電器と非記録体との間隔を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ことが開示されている。   Patent Document 7 discloses that the distance between the charger and the non-recording member is set to 500 to 3000 μm, thereby shortening the flight distance of ions to suppress the diffusion of ozone and prevent the adhesion of toner and the like. Has been.

特許文献8には板状基板上の放電電極とその外周に配設する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開示されている。   Patent Document 8 discloses a discharge device including a discharge electrode on a plate-like substrate, a creeping glow discharge means disposed on the outer periphery thereof, and a cover covering the entire charger.

特許文献9には平面型固体放電装置の電極材料に特定の仕事関数の材料を用いる事によるNOxの低減が開示されている。   Patent Document 9 discloses a reduction in NOx by using a material having a specific work function as an electrode material of a planar solid-state discharge device.

さらに、新規な帯電方式を用いたものとして、特許文献10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開示されている。   Further, as a method using a novel charging method, Patent Document 10 discloses a charge generator in which an electron-emitting device layer made of a PN junction semiconductor device or an electroluminescent material is provided on the surface of a line electrode, and An electrostatic latent image forming apparatus that forms a latent image on a dielectric by independently driving in units of one pixel is disclosed.

これらの固体帯電器は、コロナ放電電極のような劣化・破損や汚染などが少ないと見込まれ、装置を小型化できるなどの利点はあるものの、放電に必要な面積が依然として大きく生成オゾンが拡散しやすく、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。   These solid-state chargers are expected to have little deterioration, breakage, contamination, etc. like corona discharge electrodes, and there are advantages such as downsizing of the device, but the area required for discharge is still large and the generated ozone diffuses. It is easy, and as expected, unpleasant substances such as ozone and NOx have not been reduced.

また、環境意識の高まりとともに有害、不快な物質の機外排出が規制される方向にある。すなわち、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。
特開平9−114192号公報 特開平6−324556号公報 特開昭56−91253号公報 特公昭55−29837号公報 特開昭54−53537号公報 特開平5−94077号公報 特開平6−75457号公報 特開平9−244350号公報 特開平9−115646号公報 特開平8−203418号公報
In addition, with increasing environmental awareness, the release of harmful and unpleasant substances outside the aircraft is being regulated. That is, standards for regulating the amount of ozone generated for electrophotographic image forming apparatuses are set by a plurality of organizations in a plurality of countries and regions such as UL standards, TUV standards, BAM standards, etc. Reducing ozone generation in an apparatus or the like is an important issue. Further, in the image forming apparatus, a substance caused by nitrogen oxide (NOx) generated by discharging of the charging device adheres to the photoreceptor and absorbs moisture, so that a defective image is generated by lowering the photoreceptor surface potential. This is a problem.
JP-A-9-114192 JP-A-6-324556 JP 56-91253 A Japanese Patent Publication No.55-29837 JP 54-53537 A JP-A-5-94077 JP-A-6-75457 Japanese Patent Laid-Open No. 9-244350 JP-A-9-115646 JP-A-8-203418

ところで、上述した従来の帯電装置(帯電方法)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。このため特許文献1、2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。   By the way, among the conventional charging devices (charging methods) described above, the corona charger generates a great amount of ozone and NOx. For this reason, corona chargers that reduce the amount of ozone as described in Patent Documents 1 and 2 can only reduce the amount of ozone by about 50% at the most, and it is necessary to use an ozone adsorbent in combination. It was. Further, when the ozone adsorbent is used in combination, the amount of ozone can be reduced, but the ozone adsorbent has a problem in that it requires replacement of the ozone filter and maintenance because it deteriorates with time, and costs increase.

また、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くなったりするという問題がある。
In addition, the roller charger can reduce the generation of ozone very much due to the contact charging method, but the charging tends to be non-uniform, and when used in an electrophotographic image forming apparatus, toner contamination on the roller surface, There is a problem that vibration due to bias alternating current applied to the roller, moire of images, and the like are likely to occur.
In addition, the roller charger is a rotating body, and since there is a need for cleaning the roller surface, there are many members and the manufacturing cost is high. In addition, the roller charger is insulated from the photosensitive layer of the photosensitive member. There is a problem that pinholes are easily generated due to destruction, charging noise marks due to vibration noise, plasticizer, etc., permanent deformation of the rollers, and the like.

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。   The brush charger can generate very little ozone due to the contact charging method, but it tends to generate streaky charge unevenness and uneven charge due to environmental fluctuations. There are disadvantages such as body accumulation, occurrence of brush slippage, and melting of the brush due to abnormal discharge with respect to the photoreceptor damage.

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。
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。
Furthermore, although the solid-state charging device has an advantage that the device can be downsized, the discharge area is wide and unpleasant substances such as ozone and NOx cannot be reduced as expected.
In the above-described charge generator and the electrostatic latent image forming apparatus using the same, since the surface has a complicated hole shape, cleaning is impossible when the toner is contaminated. Further, since the local electric field is likely to be concentrated, there is a disadvantage that the charge generating element is easily damaged due to an unexpected discharge.

そこで、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、帯電装置、画像形成装置、電荷発生方法、帯電方法、及び画像形成方法を提供することを主な目的とする。   Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and is a charge generating device, a charging device, an image forming device, a charge generating device capable of reducing the generation of discharge products such as ozone and NOx. It is a main object to provide a generation method, a charging method, and an image forming method.

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副次的な目的とする。   Furthermore, by forming an electrostatic image with the charge generator or the charging device itself, the amount of ions generated per charge forming the image is reduced, and the generation of discharge products such as ozone and NOx is reduced. It is a secondary object to provide an image forming apparatus satisfying standards such as TUV standard and BAM standard.

上記目的を達成するため、請求項1、2、11、12に係る発明は、絶縁体上に形成された基板電極と、前記基板電極上に形成された電子放出体層と、前記電子放出体層上に形成され、大気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薄膜電極とにより形成された電子放出素子を用い、前記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を用いる。   In order to achieve the above object, the invention according to claims 1, 2, 11 and 12 includes a substrate electrode formed on an insulator, an electron emitter layer formed on the substrate electrode, and the electron emitter. An electron-emitting device formed on a layer and formed by a thin-film electrode made of a conductor partly including a metal thin film having a thickness of 1 to 50 nm facing a space filled with a gas connected to the atmosphere And a charge generating device characterized in that an object to be charged is charged with electrons emitted from the electron-emitting device.

請求項1、2記載の電荷発生装置、請求項11、12記載の電荷発生方法においては、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-イオンや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か、あるいは電子が直接被帯電物に到達する。
従って、請求項1、2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。
In the charge generation device according to any one of claims 1 and 2, and the charge generation method according to claims 11 and 12, an object to be charged is charged using electron emission from the surface of the electron-emitting device. In general, the energy of electrons emitted from semiconductor devices is smaller than that generated by conventional corona discharge, and negative ions such as CO 3- ions and O 2- ions are generated with little ionization of gas molecules in the atmosphere. Then, this reaches the object to be charged or electrons directly reach the object to be charged.
Therefore, in the charge generation device according to claims 1 and 2, since charging is performed by utilizing this phenomenon, discharge products such as ozone and NOx due to charging are hardly generated, and ozone and NOx are compared with the conventional device. It is possible to reduce the discharge products such as.

請求項3、4、14、15に係わる発明は、従来は耐熱、耐摩耗性材料として注目されていた窒化ホウ素材料が、特定条件下で作製された特定形状の電界電子放出特性が著しく優れていることを見出し、特にsp3-結合性窒化ホウ素膜体を電子放出体として用いて大気圧条件下の空間への電子放出特性が安定性、持続性、高い電子放出電流が得られることから、前述した課題を解決することが可能となる。   In the inventions according to claims 3, 4, 14, and 15, the boron nitride material, which has been attracting attention as a heat-resistant and wear-resistant material in the past, has remarkably excellent field electron emission characteristics of a specific shape produced under specific conditions. In particular, the sp3-bonded boron nitride film body is used as the electron emitter, and the electron emission characteristics to the space under atmospheric pressure conditions are stable, durable, and a high electron emission current can be obtained. It becomes possible to solve the problem.

請求項5、15に係る発明は、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の電荷発生装置もしくは請求項11から請求項14のいずれか1項に記載の電荷発生方法において、前記電子放出素子の金属薄膜側の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。   The invention according to claims 5 and 15 is the charge generation device according to any one of claims 1 to 4 or the charge generation method according to any one of claims 11 to 14, wherein Since a positive voltage is applied to the electrode on the metal thin film side of the electron-emitting device and electrons are extracted, charging efficiency can be improved.

請求項6、16に係る発明は、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の電荷発生装置もしくは請求項11から請求項15のいずれか1項に記載の電荷発生方法において、前記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際に、電子付着が容易な分子種として酸素ガス分子を大気圧下において優勢に存在させ、負イオン生成を容易にすることでイオン生成効率を向上することが出来る。このために電子が放出される概略閉空間には酸素富化膜を用いることで問題の解決を図ることが出来る。   The invention according to claims 6 and 16 is the charge generation device according to any one of claims 1 to 5 or the charge generation method according to any one of claims 11 to 15, wherein When charging an object to be charged with electrons emitted from an electron-emitting device, oxygen gas molecules exist predominately at atmospheric pressure as molecular species that are easy to attach electrons, thereby facilitating negative ion generation. Efficiency can be improved. For this reason, the problem can be solved by using an oxygen-enriched film in the generally closed space where electrons are emitted.

請求項7、17に係る発明は、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の電荷発生装置もしくは請求項11から16のいずれか1項に記載の電荷発生方法において、電子放出素子の二つの電極のうち、一方の電極を走査電極とした場合、他方の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。   The invention according to claims 7 and 17 is the charge generating device according to any one of claims 1 to 6 or the charge generating method according to any one of claims 11 to 16, wherein the electron-emitting device is provided. When one of the two electrodes is a scanning electrode, the other electrode is composed of a plurality of signal electrodes, and the plurality of signal electrodes can have different potentials. It becomes possible to form not only a simple charge but also an electrostatic image on the object to be charged. In addition, discharge products such as ozone and NOx can be further reduced.

請求項8、18に係る発明は、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の電荷発生装置もしくは請求項11から17のいずれか1項に記載の電荷発生方法において、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際に、前記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。   The invention according to claims 8 and 18 is the charge generating device according to any one of claims 1 to 7 or the charge generating method according to any one of claims 11 to 17, wherein the electron-emitting device is provided. When charging an object to be charged with electrons emitted from the electron emission element, the maximum energy of the electrons emitted from the electron-emitting device is 24.3 eV or less. Further reduction of discharge products such as the above becomes possible.

請求項9、19に係る発明は、被帯電物を帯電する帯電装置もしくは帯電方法において、請求項1から請求項7のいずれか1項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もしくは帯電方法の提供が可能となる。   The invention according to claims 9 and 19 is a charging device or a charging method for charging an object to be charged, comprising the charge generation device according to any one of claims 1 to 7, wherein the electrons of the charge generation device Since the gap between the discharge part and the object to be charged is 50 μm or more apart, the generation of discharge products such as ozone and NOx is reduced, and the occurrence of abnormal discharge is prevented. An apparatus or a charging method can be provided.

請求項10、20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もしくは画像形成方法において、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から7のいずれか1項に記載の電荷発生装置、あるいは、請求項8および請求項9に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もしくは画像形成方法の提供が可能となる。   According to the tenth and twentieth aspects of the present invention, an electrostatic image is formed on an image carrier that is an object to be charged, the electrostatic image is developed and visualized, and then the visible image is used as a transfer material. In an image forming apparatus or an image forming method for transferring and forming an image, as means for uniformly charging an image carrier as an object to be charged, or means for forming an electrostatic image on the image carrier Since the charge generator according to any one of 1 to 7 or the charging device according to claims 8 and 9 is provided, discharge products such as ozone and NOx are generated. It is possible to provide a reduced image forming apparatus or image forming method.

本発明によれば、絶縁体上に形成された電極(基板電極)と、この基板電極上に形成された電子放出体層と、電子放出体層上に形成され、大気と連接する気体に満たされた空間に面する金属薄膜を一部とする導電体で構成される薄膜電極とにより形成された電子放出素子を用い、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。   According to the present invention, an electrode (substrate electrode) formed on an insulator, an electron emitter layer formed on the substrate electrode, and a gas formed on the electron emitter layer and connected to the atmosphere are filled. An electron-emitting device formed by a thin-film electrode composed of a conductor whose part is a metal thin film facing a formed space is used to charge an object to be charged with electrons emitted from the electron-emitting device. Therefore, discharge products such as ozone and NOx due to charging are hardly generated, and discharge products such as ozone and NOx can be reduced as compared with the conventional apparatus.

以下、本発明に係る実施の形態の構成、動作及び作用について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概略構成説明図である。
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上に形成された一方の電極(基板電極)3と、この基板電極3の上に形成された電子放出体層4と、電子放出体層5と、電子放出体層5の上に形成され大気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とで構成される他方の電極(薄膜電極層)6とで形成された電子放出素子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。
Hereinafter, the configuration, operation, and action of an embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is an explanatory diagram of a schematic configuration of a charge generator according to an embodiment of the present invention.
In FIG. 1, the charge generation device includes one electrode (substrate electrode) 3 formed on a substrate (for example, quartz glass substrate) 2 made of an insulator, and an electron emitter layer formed on the substrate electrode 3. 4, an electron emitter layer 5, and a metal thin film having a thickness of 1 to 50 nm facing the space 10 formed on the electron emitter layer 5 and filled with a gas connected to the atmosphere. Using the electron-emitting device 1 formed with the other electrode (thin film electrode layer) 6 composed of a body, the object 7 is charged with electrons emitted from the semiconductor cold electron-emitting device 1.

より詳しくは、図1に示す構造の電子放出素子1においては、膜状の電子放出体層4の電子放出側表面には、より多形の構造を具備した電子放出体層5が設けられており、電界電子放出特性に優れた先端の先鋭な構造が優勢となる表面となっている。   More specifically, in the electron-emitting device 1 having the structure shown in FIG. 1, an electron emitter layer 5 having a more polymorphic structure is provided on the electron emission side surface of the film-like electron emitter layer 4. In addition, the tip has a sharp structure excellent in field electron emission characteristics, and becomes a dominant surface.

電子放出体層4および電子放出体層5で構成される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、電子放出体層4、5に電子が注入される。   A thin film electrode layer 6 is formed on the outermost surface of the electron emission side composed of the electron emitter layer 4 and the electron emitter layer 5. Electrons are injected into the electron emitter layers 4 and 5 by applying a positive (+) voltage to the thin film electrode layer 6 from the power source 8.

電子放出体層5の最表面は先端が先鋭な形状を有した構造体がナノメーターサイズの間隔、密集度で分布してお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をトネリングして電子放出素子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。 The outermost surface of the electron emitter layer 5 is a structure having a sharp tip and distributed at nanometer-sized intervals and density, and has a high resistance. Is accelerated, and the thin film electrode layer 6 is tunneled to emit electrons e to the outside of the electron-emitting device 1. Due to the emitted electrons e , the atmospheric pressure gas in the space 10 between the charged object 7 is ionized. At this time, since a positive (+) bias voltage is applied to the charged object 7 by the bias power source 9, negative ions of the ionized gas maintain a negative charge while changing their shape, and the charged object 7 is charged. It reaches the charged object 7 side, and the object to be charged 7 is negatively charged (−).

このように本発明に係る電荷発生装置では、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。   As described above, in the charge generating device according to the present invention, the cold electron-emitting device 1 charges the object to be charged 7 without using discharge, so that generation of a compound due to discharge is performed like scorotron or roller charging that is usually performed. Very few.

<電子放出体 sp3-結合性窒化ホウ素膜体の作製方法>
次に、電子放出体層4および電子放出体層5の作製方法の概略について説明する。
特定の条件下で製作した窒化ホウ素の中には、これを膜状に生成した場合、電界電子放出特性に優れた表面形状を呈してなるものが生成し、強い耐電界強度を有する。
すなわち、窒化ホウ素を気相反応によって基板上に堆積させる場合、基板近傍に高エネルギーの紫外光を照射することで基板上に窒化ホウ素が膜状に形成され、且つ膜表面上には、先端が尖った形状の窒化ホウ素が適宜間隔を置いて光方向に自己組織的に生成・成長し従来の電子放出材料から考えると、極めて高いレベルの電流密度を保ちつつも、材料の劣化、損傷、脱落のない極めて安定した状態、性能を維持し得ることがわかった。
<Method for producing electron emitter sp3-bonded boron nitride film>
Next, an outline of a manufacturing method of the electron emitter layer 4 and the electron emitter layer 5 will be described.
Among boron nitrides manufactured under specific conditions, when they are formed in a film shape, those having a surface shape with excellent field electron emission characteristics are generated and have strong electric field strength.
That is, when boron nitride is deposited on a substrate by a gas phase reaction, boron nitride is formed in a film shape on the substrate by irradiating the vicinity of the substrate with high-energy ultraviolet light, and the tip is formed on the film surface. Point-shaped boron nitride is self-organized and grown in the light direction at appropriate intervals, considering the conventional electron-emitting materials, while maintaining a very high level of current density, material deterioration, damage, and loss It was found that a very stable state and performance can be maintained.

本発明に使用した窒化ホウ素膜においては、電界電子放出特性に優れた表面形状が気相反応によって自己造形的に形成されるためには紫外光の照射が必要である。その理由については現段階では必ずしも明確ではないが次のように考えることができる。
すなわち、自己組織化による表面形態形成はイリヤ・プロゴジン氏らによって指摘された、「チューリング構造」として把握され、前駆体物質の表面拡散と表面化学反応とが競合するある種の条件において出現する。ここでは、紫外光照射がその両者の光化学的促進に関わり、初期核の規則的な分布に影響していると考えられる。
The boron nitride film used in the present invention needs to be irradiated with ultraviolet light in order to form a surface shape excellent in field electron emission characteristics in a self-modeling manner by a gas phase reaction. The reason is not necessarily clear at this stage, but it can be considered as follows.
That is, surface morphogenesis by self-organization is grasped as a “Turing structure” pointed out by Ilya Progogin et al. And appears under certain conditions where the surface diffusion of the precursor material and the surface chemical reaction compete. Here, it is considered that ultraviolet light irradiation is related to the photochemical promotion of both, and affects the regular distribution of initial nuclei.

本発明に使用した、電界電子放出特性に優れたsp3結合性窒化ホウ素膜体を得るための気相反応について条件等を説明する。
使用される反応容器は、図8に示す構造のCVD反応容器である。すなわち、図8において、反応容器1は、反応ガス及びその希釈ガスを導入するためのガス導入口2と、導入された反応ガス等を容器外へ排気するためのガス流出口3とを備え、真空ポンプに接続され、大気圧以下に減圧維持されている。容器内のガスの流路には窒化ホウ素析出基板4が設定され、その基板に面した反応容器の壁体の一部には光学窓5が取り付けられ、この窓を介して基板に紫外光が照射されるよう、エキシマ紫外光レーザー装置6が設定されている。
The conditions and the like for the gas phase reaction used in the present invention to obtain the sp3-bonded boron nitride film having excellent field electron emission characteristics will be described.
The reaction vessel used is a CVD reaction vessel having the structure shown in FIG. That is, in FIG. 8, the reaction vessel 1 includes a gas introduction port 2 for introducing a reaction gas and its dilution gas, and a gas outlet 3 for exhausting the introduced reaction gas and the like out of the vessel, It is connected to a vacuum pump and maintained at a reduced pressure below atmospheric pressure. A boron nitride deposition substrate 4 is set in the gas flow path in the container, and an optical window 5 is attached to a part of the wall of the reaction container facing the substrate, and ultraviolet light is transmitted to the substrate through this window. The excimer ultraviolet laser device 6 is set so as to be irradiated.

反応容器に導入された反応ガスは、基板表面において照射される紫外光によって励起こされ、反応ガス中の窒素源とホウ素源とが気相反応し、基板上に、一般式;BNで示され、5H型または6H型多形構造を有してなるsp3結合型窒化ホウ素が生成し、析出し、膜状に成長する。その場合の反応容器内の圧力は、0.001〜760Torrの広い範囲において実施可能であり、また、反応空間に設置された基板の温度は、室温〜1300℃の広い範囲で実施可能であることが実験の結果明らかとなったが、圧力は低く、高温度で実施した方が好ましい。なお、基板表面ないしその近傍空間領域に対して紫外光を照射して励起する際、プラズマを併せて照射する態様も一つの実施の態様である。   The reaction gas introduced into the reaction vessel is excited by ultraviolet light irradiated on the surface of the substrate, and a nitrogen source and a boron source in the reaction gas undergo a gas phase reaction, and are represented by the general formula; BN on the substrate. Sp3-bonded boron nitride having a 5H-type or 6H-type polymorphic structure is generated, precipitated, and grown into a film. In that case, the pressure in the reaction vessel can be implemented in a wide range of 0.001 to 760 Torr, and the temperature of the substrate installed in the reaction space can be implemented in a wide range of room temperature to 1300 ° C. As a result of experiments, the pressure is low, and it is preferable to carry out at a high temperature. In addition, when irradiating the substrate surface or a space region in the vicinity thereof with ultraviolet light and exciting it, an embodiment in which plasma is also irradiated is an embodiment.

図9は、sp3−結合性窒化ホウ素膜体の作製方法の説明図である。
図9において、プラズマトーチ91は、この態様を示すものであり、反応ガス92及びプラズマ93が基板94に照射されるよう、反応ガス導入口95と、プラズマトーチ91とが基板94に向くように反応容器96に一体的に設定されている。尚、97はエキシマ紫外レーザ、98はエキシマ紫外レーザ97を反応容器96内に照射するための光学系、99は余分なガス100を排出するためのガス流出口である。
FIG. 9 is an explanatory diagram of a method for producing an sp3-bonded boron nitride film body.
In FIG. 9, the plasma torch 91 shows this aspect, and the reaction gas inlet 95 and the plasma torch 91 are directed toward the substrate 94 so that the reaction gas 92 and the plasma 93 are irradiated onto the substrate 94. The reaction vessel 96 is integrally set. Reference numeral 97 denotes an excimer ultraviolet laser, 98 denotes an optical system for irradiating the excimer ultraviolet laser 97 into the reaction vessel 96, and 99 denotes a gas outlet for discharging excess gas 100.

窒化ホウ素膜体は、以上の反応容器96を用いて作製されるが、以下に具体的な実施例に基づいて説明する。ただし、以下の実施例は、あくまでも本発明を容易に理解するための一助として開示するものであって、これによって本発明は限定されるものではない。   The boron nitride film body is produced using the reaction vessel 96 described above, and will be described below based on specific examples. However, the following examples are disclosed as an aid for easily understanding the present invention, and the present invention is not limited thereby.

アルゴン流量2.54×10Torrl/s(2SLM「standard litter par minutes」)、水素流量6.35×10-1Torrl/s(50sccm)の混合希釈ガス流中にジボラン流量1.25×10-1Torrl/s(10sccm)及び、アンモニア流量2.54×10-1Torrl/s(20sccm)を導入し、同時にポンプにより排気することで圧力30Torrに保った雰囲気中にて、加熱により800℃に保持したシリコン基板上に、エキシマレーザー紫外光を照射した(図9参照)。 A diborane flow rate of 1.25 × 10 −1 in a mixed dilution gas flow with an argon flow rate of 2.54 × 10 Torr / s (2 SLM “standard litter par minutes”) and a hydrogen flow rate of 6.35 × 10 −1 Torrl / s (50 sccm). Torrl / s (10 sccm) and ammonia flow rate 2.54 × 10 −1 Torr / s (20 sccm) were introduced, and at the same time, the temperature was maintained at 800 ° C. by heating in an atmosphere maintained at a pressure of 30 Torr by exhausting with a pump. Excimer laser ultraviolet light was irradiated on the silicon substrate thus formed (see FIG. 9).

60分の合成時間により、目的とする薄膜を得た。薄膜生成物をX線回折法により同定した結果、この試料の結晶系は六方晶系であり、sp3結合による5H型多形構造で、格子定数は、a=2.52Å、c=10.5Åであった。   The target thin film was obtained after a synthesis time of 60 minutes. As a result of identifying the thin film product by the X-ray diffraction method, the crystal system of this sample is a hexagonal system, and it is a 5H type polymorphic structure by sp3 bond, and the lattice constants are a = 2.52Å and c = 10.5Å. Met.

走査型電子顕微鏡像によって観察した結果、図10に示すとおり、この薄膜は電界集中の生じやすい先端の尖った円錐状の突起構造物(数μmから数十μmの長さ)に覆われた特異な表面形状が自己造形的に形成されていることが観察された。
尚、図10は、sp3−結合性窒化ホウ素膜体表面の電子顕微鏡写真の一例である。
As a result of observation with a scanning electron microscope image, as shown in FIG. 10, this thin film was covered with a conical protrusion structure (having a length of several μm to several tens of μm) with a sharp tip that tends to cause electric field concentration. It was observed that a simple surface shape was formed in a self-modeling manner.
FIG. 10 is an example of an electron micrograph of the surface of the sp3-bonded boron nitride film body.

図1は、本発明に係る電荷発生装置の一実施の形態を示す概念図である。
本発明に係る電荷発生装置においては、図1に示すように、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(+)の電圧を印加して電子を引き出している。このように絶縁体からなる基板2上に形成された基板電極3の電位に対して、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、電源9でバイアスされた被帯電物7の帯電効率を向上することができる。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an embodiment of a charge generating device according to the present invention.
In the charge generating device according to the present invention, as shown in FIG. 1, a positive (+) voltage is applied to a thin film electrode 6 made of a metal thin film of the electron-emitting device 1 by a power source 8 to draw out electrons. When the thin-film electrode 6 on the surface side of the electron-emitting device 1 is set to a positive (+) potential with respect to the potential of the substrate electrode 3 formed on the substrate 2 made of an insulator as described above, a tunnel effect is generated from the inside of the device. Electrons e are emitted to the outside and react with gas molecules to form negative ions, so that the charging efficiency of the charged object 7 biased by the power source 9 can be improved.

しかし、電荷発生装置の構成が同じであっても、上記構成とは逆に薄膜電極6に負(−)の電圧を印加すると、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、電子放出素子1の表面側の薄膜電極6を正(+)の電位にすることが必要となる。   However, even if the structure of the charge generation device is the same, if a negative (−) voltage is applied to the thin film electrode 6 contrary to the above structure, electrons are not emitted from the electron-emitting device 1, so that the gas is ionized. The charged object 7 cannot be charged. For this reason, it is necessary to set the thin-film electrode 6 on the surface side of the electron-emitting device 1 to a positive (+) potential.

本発明の電荷発生装置においては、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、電子放出素子1から放出される電子の最大エネルギーは24.3eV以下となっている。この背景は以下の通りである。 In the charge generation device of the present invention, when the object 7 is charged with the electrons e emitted from the electron-emitting device 1, the maximum energy of the electrons emitted from the electron-emitting device 1 is 24.3 eV or less. ing. The background is as follows.

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。Mは、任意の気体分子である。
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。
The generation of NOx starts mainly by the dissociation of nitrogen molecules. That is, a reaction of e + N 2 → e + 2N occurs, N + O 2 → NO + O, and NO + O + M → NO 2 + M, and nitrogen oxides are created. M is an arbitrary gas molecule.
The dissociation energy of this first ground state nitrogen molecule is 24.3 eV.

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。   In the present invention, since negative ions are generated mainly using only electron attachment by electrons emitted by energy lower than this, generation of discharge products from the charge generation device can be reduced. Further, the dissociation energy of the oxygen molecule in the ground state is 5.1 eV, and the oxygen molecule is dissociated into oxygen atoms with energy higher than this. Since the oxygen atoms generated here can be combined with oxygen molecules and nitrogen molecules to generate various discharge products such as ozone, the electron energy of the present invention is desirably less than 5.1 eV.

本発明の電荷発生装置の電子放出素子1から放出される電子のエネルギーEのエネルギー分布についてリターディング電極を用いて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は、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。同図において、縦軸Eは電子エネルギー分布密度N(E)を示し任意目盛りで比較したものである。
図中、特性曲線L1は電源8により印加される直流電圧VDを12Vとした場合を示し、特性曲線L2は直流電圧VDを15Vとした場合を示し、特性曲線L3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。
The result of measuring the energy distribution using the retarding electrode for the energy distribution of the electron energy E emitted from the electron-emitting device 1 of the charge generating device of the present invention has a profile as shown in FIG. 5, for example.
FIG. 5 is a diagram illustrating a measurement example of the energy distribution of electrons emitted from the electron-emitting device. In the figure, the vertical axis E indicates the electron energy distribution density N (E) and is compared on an arbitrary scale.
In the figure, the characteristic curve L1 shows the case where the DC voltage VD applied by the power supply 8 is 12V, the characteristic curve L2 shows the case where the DC voltage VD is 15V, and the characteristic curve L3 sets the DC voltage VD to 18V. As shown in this figure, the electron energy can be controlled by the applied DC voltage.

電子放出素子1の電子放出部の金属薄膜電極6の表面が平坦な形状となっている。電子放出素子1の固体内では、高々100V程度の電圧でよいが、被帯電物7が感光体等の像担持体の場合、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。
この場合パッシェンの法則から平行平板の場合、空気中では330V以下ではコロナ放電等は発生しないが、表面が平坦出ない場合には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とにかかる可能性がある。
つまり、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となっている。
The surface of the metal thin film electrode 6 in the electron emission portion of the electron emission element 1 has a flat shape. In the solid state of the electron-emitting device 1, a voltage of about 100 V at most may be used. However, when the object 7 to be charged is an image carrier such as a photoconductor, an electrostatic image is formed on the image carrier and the toner is attached. For this purpose, a voltage of several hundred volts may be required.
In this case, according to Paschen's law, in the case of a parallel plate, corona discharge or the like does not occur at 330 V or less in the air, but if the surface does not come out flat, an electric field higher than this will cause the metal thin film electrode 6 and charged object 7 on the element surface. There is a possibility that it will take.
That is, when there is a projection on the surface of the metal thin film electrode 6, electric field concentration acts on the projection and the apparent discharge start voltage decreases, and corona discharge or the like may occur. Therefore, the surface portion of the metal thin film electrode 6 in the electron emission portion of the semiconductor cold electron emission device 1 is flat.

次に図2は、本発明に係る電荷発生装置の他の実施の形態を示す概念図であり、図1に示した材料と同様の電子放出材料を用いたものである。図3は、図2に示した電荷発生装置の電子放出素子11の表面側の一部を拡大して示す要部平面図である。   Next, FIG. 2 is a conceptual diagram showing another embodiment of the charge generating device according to the present invention, which uses an electron emission material similar to the material shown in FIG. FIG. 3 is an enlarged plan view showing a part of the surface side of the electron-emitting device 11 of the charge generating device shown in FIG.

図2および図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上に形成された一方の電極としての基板電極13と、この基板電極13の上に形成された電子放出体層14と、この上に形成された電子放出体層15と、電子放出体層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他方の電極(薄膜電極)16とで形成された電子放出素子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。   2 and 3, the charge generation device includes a substrate electrode 13 as one electrode formed on a substrate (for example, a quartz glass substrate) 12 made of an insulator, and electrons formed on the substrate electrode 13. The emitter layer 14, the electron emitter layer 15 formed thereon, and a thickness of 1 to 50 nm facing the space 10 formed on the electron emitter layer 15 and filled with a gas connected to the atmospheric pressure. The electron-emitting device 11 formed with the other electrode (thin-film electrode) 16 composed of a conductor having a metal thin film having a part as a material to be charged by electrons emitted from the semiconductor cold electron-emitting device 11 7 is charged.

しかしながら、この電荷発生装置においては、図2および図3に示すように、電子放出素子11の二つの電極13、16のうち、一方の電極13を走査電極とし、他方の電極(薄膜電極)16を複数の信号電極として構成し、電源18、19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。   However, in this charge generating device, as shown in FIGS. 2 and 3, one of the two electrodes 13 and 16 of the electron-emitting device 11 is used as a scanning electrode, and the other electrode (thin film electrode) 16 is used. Are configured as a plurality of signal electrodes, and the voltages applied to the plurality of signal electrodes 16 via the signal electrode terminals 17 by the power sources 18 and 19 are controlled to make the plurality of signal electrodes 16 have different potentials. .

すなわち、図2、図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。図4は、図3で示される素子をアレイ状に配列し電荷発生装置とし、これを用いて帯電装置を構成した一例である。
図4において、41は感光体ドラム、42は素子アレイ、43は素子印加(駆動)電源、44は共通電極、45はバイアス電源である。
That is, in the configuration shown in FIGS. 2 and 3, an electrostatic image having gradation can be formed on the object 7 by changing the potential of the signal electrode 16. FIG. 4 shows an example in which the elements shown in FIG. 3 are arranged in an array to form a charge generator, and a charging device is configured using the charge generator.
In FIG. 4, 41 is a photosensitive drum, 42 is an element array, 43 is an element application (drive) power supply, 44 is a common electrode, and 45 is a bias power supply.

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している。   In the case where a charging device included in an image forming apparatus or the like is configured using a charge generation device, the present invention has a configuration in which an interval between an electron emission portion of the charge generation device and an object to be charged is 50 μm or more apart. Yes.

図6は、本発明に係る電荷発生装置の他の実施の形態を示す概念図である。
図6に示すように、被帯電物7は円筒状の芯金(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、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。
FIG. 6 is a conceptual diagram showing another embodiment of the charge generating device according to the present invention.
As shown in FIG. 6, the object to be charged 7 has a drum-like structure in which a photosensitive layer, a dielectric layer, etc. are laminated on a cylindrical cored bar (electrode) 7a, and the charge generation device is the same as in FIG. In the configuration using the electron-emitting device 1, the lowest voltage point at which discharge of air under atmospheric pressure starts is the distance between the electron-emitting portion (the surface of the metal thin-film electrode 6) of the electron-emitting device 1 and the object 7 to be charged. Is about 400 μm at about 10 μm.

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わずに被帯電物7を帯電することができる。
この結果、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。
Further, the surface runout due to the rotation of the drum of the object to be charged 7 is about 10 μm at the minimum. Therefore, by providing a space of 50 μm or more between the electron emitting portion (surface of the metal thin film electrode 6) of the semiconductor cold electron emitting device 1 and the object 7 to be charged, a voltage of 400 V is applied to the electrode 6 of the electron emitting device 1. When applied between the electrode 7a of the object 7 to be charged, the object 7 can be charged without causing a discharge phenomenon such as corona discharge even if the charging potential is increased.
As a result, it is possible to realize a charging device in which the generation of discharge products such as ozone and NOx is reduced and the occurrence of abnormal discharge is prevented.

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、この静電画像を現像して可視像化した後、この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、この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。   The charge generation device of the present invention and the charging device using the charge generation device form an electrostatic image on an image carrier that is an object to be charged, and develop the electrostatic image to visualize it. In the image forming apparatus for transferring the visible image to a transfer material and forming an image, a means for uniformly charging the image carrier, which is an object to be charged, or forming an electrostatic image on the image carrier It is possible to provide an image forming apparatus that is optimal for use as a means and has reduced generation of discharge products such as ozone and NOx.

図7は、本発明に係る画像形成装置の一実施形態を示す概念図であり、例えば図1、図6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。
FIG. 7 is a conceptual diagram showing an embodiment of the image forming apparatus according to the present invention. For example, the charge generating device having the configuration shown in FIGS. 1 and 6 is charged uniformly with the image carrier 21 as the object to be charged. In this example, the charging device 22 is used.
In FIG. 7, reference numeral 21 denotes a drum-shaped photoconductive photoconductor as an image carrier. Around the photoconductor 21 is a charging device 22 for uniformly charging the surface of the photoconductor 21 and a charged photoconductor. An optical writing device 23 that forms an electrostatic image by irradiating the body 21 with writing light LB such as a laser beam, a developing device 24 that develops the electrostatic image on the photosensitive member 21 with toner, and visualizes it, and the photosensitive member 21. A transfer device 25 that transfers the toner image on the transfer material such as transfer paper, a cleaning device 26 that removes residual toner and paper dust on the photoconductor 21 after transfer, and a static eliminator that eliminates residual charges on the photoconductor 21 A device 27 and the like are provided.

また、この画像形成装置には、感光体21と転写装置25と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とが設けられている。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、図6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。   The image forming apparatus also includes a paper feeding unit 28 that feeds the transfer material P to a transfer unit between the photoconductor 21 and the transfer device 25, and a fixing device that fixes the toner image transferred to the transfer material P. 29. In the image forming apparatus having the configuration shown in FIG. 7, since the charge generating device having the configuration shown in FIGS. 1 and 6 is used as the charging device 22, the discharge phenomenon such as corona discharge is not involved. The photoreceptor 21 can be uniformly charged, and the generation of discharge products such as ozone and NOx can be reduced.

次に、図8は、本発明に係る画像形成装置の他の実施形態を示す概念図であり、例えば図2、図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上に直接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の表面に対して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とが設けられている。
Next, FIG. 8 is a conceptual diagram showing another embodiment of the image forming apparatus according to the present invention. For example, the charge generating device having the configuration shown in FIGS. This is an example used as means 32 for directly forming an electrostatic image on the top.
In FIG. 8, reference numeral 31 denotes a drum-shaped image carrier. Around the image carrier 31, the surface of the image carrier 31 is selectively charged using a charge generator and an electrostatic image is obtained. The electrostatic image forming means 32 for forming the image, the developing device 33 for developing the electrostatic image on the image carrier 31 with toner, and developing the image, and transferring the toner image on the image carrier 31 to a transfer material such as transfer paper A transfer device 34 that removes residual toner and paper dust on the image carrier 31 after transfer, a static elimination device 36 that eliminates residual charges on the image carrier 31, and the like. The image forming apparatus also includes a paper feeding unit 37 that feeds the transfer material P to a transfer unit between the image carrier 31 and the transfer device 34, and a fixing device that fixes the toner image transferred to the transfer material P. 38.

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3、図4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。   In the image forming apparatus having the configuration shown in FIG. 8, the electrostatic image forming means 32 uses a charge generating device having a signal electrode and a scanning electrode as shown in FIGS. Since an electrostatic image can be formed on the image carrier 31 without such a discharge phenomenon, generation of discharge products such as ozone and NOx can be reduced.

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に示した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。図8に示した構成の場合、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。   In addition, since the charge carrying device is used to charge the image carrier 31 and form an image at the same time, an image forming apparatus having a simpler configuration than that shown in FIG. 7 can be provided. In the case of the configuration shown in FIG. 8, since an electrostatic image is formed using a charge generating device, the image carrier 31 may be anything that can hold an electrostatic image. For example, a cylindrical cored bar (electrode) ) On which an insulator layer or a dielectric layer is laminated can be used.

次に実施例により本発明の作用効果を詳細に説明するが、各実施例は本発明を詳しく説明するためのものであり、本発明がこれらの実施例によって何らの制約も受けないことは断るまでもない。
図1に示した電子放出素子1を用いた電荷発生装置(帯電装置)の構成において、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。
Next, the working effects of the present invention will be described in detail by way of examples. However, each example is for explaining the present invention in detail, and it is refused that the present invention is not limited by these examples. Not too long.
In the configuration of the charge generation device (charging device) using the electron-emitting device 1 shown in FIG. 1, the charged object 7 was charged under the following conditions. When the ozone concentration and NOx concentration in the vicinity of the charge generating device at this time were measured, neither ozone nor NOx was detected as a value higher than the background level.

・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)。
・電子放出体層4および5:sp3-結合性窒化ホウ素膜体。電子放出体層5は特に5H型または6H型等多形窒化ホウ素を主として含んでいる。
・薄膜電極層6:金(Au)(厚さ約20nm)。
・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。
-Substrate (insulator) 2: a quartz glass substrate.
-Substrate electrode 3: Tungsten (W) (formed on a quartz glass substrate).
Electron emitter layers 4 and 5: sp3-bonded boron nitride film bodies. The electron emitter layer 5 mainly contains polymorphic boron nitride such as 5H type or 6H type.
Thin film electrode layer 6: gold (Au) (thickness of about 20 nm).
-Charged object 7: Anodized aluminum alumite coated with insulating hard alumite.
-Power supply 8, 9: DC power supply.
-Distance between thin film electrode and charged object: 1 mm.

図1に示した電子放出素子1を用いた電荷発生装置(帯電装置)の構成において、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。   In the configuration of the charge generation device (charging device) using the electron-emitting device 1 shown in FIG. 1, the charged object 7 was charged under the following conditions. When the ozone concentration and NOx concentration around the charging device at this time were measured, neither ozone nor NOx was detected to be a value above the background level.

・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スパッタ成膜)。
・電子放出体層4および5:sp3-結合性窒化ホウ素膜体。電子放出体層5は特に5H型または6H型等多形窒化ホウ素を主として含んでいる。
・薄膜電極層6:Au(厚さ約15nm)。
・被帯電物7:リコー製プリンタ用の感光体(OPC)。
・電源8、9:直流電源。
・薄膜電極と被帯電物の間隔:0.5mm。
-Substrate (insulator) 2: a quartz glass substrate.
-Substrate electrode 3: W (sputter deposition on a quartz glass substrate).
Electron emitter layers 4 and 5: sp3-bonded boron nitride film bodies. The electron emitter layer 5 mainly contains polymorphic boron nitride such as 5H type or 6H type.
Thin film electrode layer 6: Au (thickness about 15 nm).
-Charged object 7: Photoconductor (OPC) for a Ricoh printer.
-Power supply 8, 9: DC power supply.
-Distance between thin film electrode and charged object: 0.5 mm.

図2、図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との間に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との間に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との間を100μmの間隔に隔てたときに、300Vの帯電電圧を得ることができた。
The object 7 to be charged was charged with the charge generating device having the configuration shown in FIGS. 2 shows an element structure and an example of electrical connection in the case of using scan electrodes and signal electrodes, and FIG. 3 shows an example of an actual electrode layout.
A DC power supply 18 applies a voltage of 20 V between the scanning electrode 13 and the signal electrode terminal 17, and a bias power supply 19 applies a voltage of 400 V between the element 11 and the object 7 to be charged. When a distance of 100 μm was provided between the electrode 16 and the member 7 to be charged, a charging voltage of 300 V could be obtained.

また、信号電極16と走査電極13との間の電圧のオン、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。   In addition, an electrostatic image pattern can be obtained by turning on and off the voltage between the signal electrode 16 and the scanning electrode 13, and further, the distribution of the charged potential can be created by controlling the voltage between the electrodes. . In this case, the charged object 7 could be charged when the signal electrode 16 became positive (+). The material conditions of the element configuration are the same as those in Example 2. However, the to-be-charged object 7 is a polymer substrate whose back surface is aluminum coated. When the ozone concentration and NOx concentration around the charging device at this time were measured, neither ozone nor NOx was detected to be a value above the background level.

図2、図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。
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。図2に示される電子放出体層上に形成され大気と連接する気体に満たされた空間は、概略閉空間を構成しており大気圧のまま、酸素を多く含んでいる。
The object 7 to be charged was charged with the charge generating device having the configuration shown in FIGS.
FIG. 2 shows an example of electrical connection in the case of using an element structure and scan electrodes and signal electrodes, and FIG. 3 shows an example of an actual electrode layout. A space formed on the electron emitter layer shown in FIG. 2 and filled with a gas connected to the atmosphere constitutes a substantially closed space and contains a large amount of oxygen at atmospheric pressure.

図2では、図中の構成を省略しているが、空気を、小型ダイヤフラムポンプを用いて酸素富化膜を介して上記概略閉空間に強制的に送り、酸素成分が富化された環境となっている。
直流電源18により走査電極13と信号電極端子17との間に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との間に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とを100μmの間隔に隔てて配置したときに、電子放出体からの電界電子放出により電子が大気中に放出され酸素分子に付着し負イオン生成と空間への放射により370Vの帯電電圧を得ることができた。
In FIG. 2, the configuration in the drawing is omitted, but air is forcibly sent to the above substantially closed space through an oxygen-enriched film using a small diaphragm pump, and an environment in which oxygen components are enriched. It has become.
A DC power supply 18 applies a voltage of 20 V between the scanning electrode 13 and the signal electrode terminal 17, and a bias power supply 19 applies a voltage of 400 V between the element 11 and the object 7 to be charged. Electrode) 16 and the object to be charged 7 are arranged at an interval of 100 μm. Electrons are emitted into the atmosphere by field electron emission from the electron emitter, and attached to oxygen molecules to generate negative ions and radiate into space. Thus, a charging voltage of 370 V could be obtained.

また、信号電極16と走査電極13との間の電圧のオン、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と同様である。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。   In addition, an electrostatic image pattern can be obtained by turning on and off the voltage between the signal electrode 16 and the scanning electrode 13, and further, the distribution of the charged potential can be created by controlling the voltage between the electrodes. . In this case, the charged object 7 could be charged when the signal electrode 16 became positive (+). The material conditions of the element configuration are the same as those in the second embodiment. However, the to-be-charged object 7 is a polymer substrate whose back surface is aluminum coated. When the ozone concentration and the NOx concentration around the charging device at this time were measured, neither ozone nor NOx was detected to be higher than the background level.

図6に示す電子放出素子1を用いた電荷発生装置の構成において、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。各部の構成は以下の通りである。   In the configuration of the charge generation device using the electron-emitting device 1 shown in FIG. 6, a charge test of the object to be charged 7 was performed under the following conditions. A voltage of 400 V is applied between the element 1 and the object 7 to be charged by the bias power source 9, and the distance between the metal thin film electrode 6 and the object 7 to be charged is 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80. , 90 and 100 μm were measured for the occurrence of discharge. The configuration of each part is as follows.

・基板(絶縁体)2:石英ガラス基板。
・基板電極3:Cr(石英ガラス基板上にスパッタ成膜)。
・電子放出体層4および5:sp3-結合性窒化ホウ素膜体。電子放出体層5は特に5H型または6H型等多形窒化ホウ素を主として含んでいる。
・薄膜電極層6:Au(厚さ約20nm)。
・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。
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:比較的はやく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
50μmの間隔のものをこのまま50分測定し続けたが、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。
-Substrate (insulator) 2: a quartz glass substrate.
-Substrate electrode 3: Cr (sputter deposition on a quartz glass substrate).
Electron emitter layers 4 and 5: sp3-bonded boron nitride film bodies. The electron emitter layer 5 mainly contains polymorphic boron nitride such as 5H type or 6H type.
Thin film electrode layer 6: Au (thickness about 20 nm).
-Charged object 7: Insulating hard anodized, film thickness 10 μm (inner electrode: aluminum).
-Power supply 8, 9: DC power supply.
As a result of the above charging test, the discharge occurrence frequency (10 minutes) with respect to the interval between the metal thin film electrode 6 and the object 7 to be charged is as follows.
Interval;
10 μm: Discharge occurs immediately and cannot be charged 20 μm: Discharge occurs immediately and cannot be charged 30 μm: Discharge occurs relatively quickly and cannot be charged 40 μm: Discharge occurs twice 50 μm: 0 times 60 μm: 0 times 70 μm: 0 times 80 μm: 0 times 90 μm: 0 times 100 μm: 0 times Measurements at intervals of 50 μm were continued for 50 minutes, but no discharge was observed. The same applies to the cases of 60 μm, 70 μm, 80 μm, 90 μm, and 100 μm.

[比較例1]
図11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)1100を用い、実施例2と同じ条件下で電源1101により電圧を印加して被帯電物1102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。
[Comparative Example 1]
A charged object 1102 was charged by applying a voltage from a power source 1101 under the same conditions as in Example 2 using a conventional corona wire type charge generator (charging device) 1100 shown in FIG. When the ozone concentration and NOx concentration around the charging device at this time were measured, ozone: 4 ppm and NOx: 0.6 ppm were detected.

〔作用効果〕
請求項1、2、11、12記載の電荷発生装置においては、絶縁体上に形成された電極(基板電極)と、この基板電極上に形成された電子放出体層と、電子放出体層上に形成され、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薄膜電極とにより形成された電子放出素子を用い、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。
[Function and effect]
13. The charge generating device according to claim 1, wherein an electrode (substrate electrode) formed on an insulator, an electron emitter layer formed on the substrate electrode, and an electron emitter layer An electron-emitting device formed by a thin-film electrode formed of a conductor partly including a metal thin film having a thickness of 1 to 50 nm and facing a space filled with a gas connected to atmospheric pressure. Since the object to be charged is charged with electrons emitted from the electron-emitting device, discharge products such as ozone and NOx are hardly generated due to charging, and ozone and NOx are not generated as compared with the conventional apparatus. Reduction of discharge products can be achieved.

請求項3、4、13、14に係わる発明は、sp3-結合性窒化ホウ素膜体を電子放出体として用いて大気圧条件下の空間への電子放出特性が安定性、持続性、高い電子放出電流が得られることから、この放出電子を帯電のための電荷生成に用いることで、帯電によるオゾン、NOx等の放電生成物が発生せず、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。   The invention according to claims 3, 4, 13, and 14 uses the sp3-bonded boron nitride film body as an electron emitter, and the electron emission characteristics to a space under atmospheric pressure are stable, persistent, and high in electron emission. Since electric current can be obtained, discharge electrons such as ozone and NOx due to charging are not generated by using these emitted electrons for charge generation for charging, and discharge products such as ozone and NOx are generated compared to conventional devices. Can be reduced.

請求項5、15に記載される電荷発生装置においては、電子放出素子の金属薄膜側の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。   In the charge generation device according to claim 5 or 15, since a positive voltage is applied to the electrode on the metal thin film side of the electron-emitting device to extract electrons, discharge products such as ozone and NOx Can be reduced, and charging efficiency can be improved.

請求項6、16に係る発明は、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際に、電子付着が容易な分子種として酸素ガス分子を大気圧下において優勢に存在させ、負イオン生成を容易にすることでイオン生成効率を向上することが出来る。大気圧中の窒素に対して酸素分子が優勢となるため、電荷生成の主体が電子付着による負イオンとなり、活性種であるオゾンや窒素酸化物であるNOxの生成を防止することが出来る。   In the inventions according to claims 6 and 16, when the charged object is charged by the electrons emitted from the electron-emitting device, oxygen gas molecules are dominantly present at atmospheric pressure as molecular species that are easy to attach electrons, and are negative. Ion generation efficiency can be improved by facilitating ion generation. Since oxygen molecules are dominant over nitrogen in the atmospheric pressure, charge generation is mainly negative ions due to electron attachment, and generation of ozone as an active species and NOx as a nitrogen oxide can be prevented.

請求項7、17に記載される電荷発生装置においては、電子放出素子の二つの電極のうち、一方の電極を走査電極とした場合、他方の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微細な画素からなる静電画像を形成することができるうえ、オゾン、NOx等の放電生成物の低減が可能となる。   In the charge generation device according to claim 7 or 17, when one of the two electrodes of the electron-emitting device is a scanning electrode, the other electrode is constituted by a plurality of signal electrodes, Since the signal electrodes can be set to different potentials, for example, an electrostatic image composed of fine pixels as well as simple charges can be formed on an object to be charged, and ozone, NOx, and the like can be formed. It is possible to reduce discharge products.

請求項8、18記載に記載される電荷発生装置においては、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際に、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等の放電生成物を極限まで低減することができる。   In the charge generation device according to claim 8 or 18, when charging an object to be charged with electrons emitted from the electron-emitting device, the maximum energy of electrons emitted from the electron-emitting device is 24.3 eV or less. Therefore, discharge products such as ozone and NOx generated from the charge generation device can be reduced to the utmost limit.

請求項9、19に記載される帯電装置においては、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の電荷発生装置を備え、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、異常な放電を伴うことがなく、大気環境下の気体の電離を生じることなく帯電に必要な電荷を発生し帯電に用いる帯電装置を実現することができる。    A charging device according to claims 9 and 19 includes the charge generation device according to any one of claims 1 to 7, wherein the charge generation device is provided between an electron emission portion of the charge generation device and an object to be charged. Since it is characterized by having an interval of 50 μm or more, generation of discharge products such as ozone and NOx is reduced, and abnormal discharge is not caused, and gas ionization in the atmospheric environment is generated. Therefore, it is possible to realize a charging device that generates a charge necessary for charging and uses it for charging.

請求項10、20に記載される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、像担持体上に静電画像を形成する手段として、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の電荷発生装置、あるいは、請求項8または請求項9に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、UL規格、TUV規格、BAM規格などの規格を満たすことができる。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。   In the image forming apparatus according to any one of claims 10 and 20, as means for uniformly charging an image carrier that is an object to be charged or means for forming an electrostatic image on the image carrier. Since the charge generating device according to any one of claims 7 or the charging device according to claim 8 or 9 is provided, discharge products such as ozone and NOx are generated. It is possible to meet standards such as UL standard, TUV standard, and BAM standard. Further, when the charge generation device is used as the electrostatic image forming means, the device configuration can be simplified and the cost can be reduced.

本発明は、電荷発生装置、帯電装置、ファクシミリや複写機等の画像形成装置、電荷発生方法、帯電方法、及び画像形成方法に利用することができる。   The present invention can be used in an image forming apparatus such as a charge generating device, a charging device, a facsimile machine, a copying machine, a charge generating method, a charging method, and an image forming method.

本発明の一実施形態を示す電荷発生装置の概略構成説明図である。1 is a schematic configuration explanatory diagram of a charge generation device showing an embodiment of the present invention. 本発明に係る電荷発生装置の他の実施の形態を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows other embodiment of the electric charge generator based on this invention. 図2に示した電荷発生装置の電子放出素子11の表面側の一部を拡大して示す要部平面図である。FIG. 3 is an enlarged plan view showing a part of the surface side of an electron-emitting device 11 of the charge generation device shown in FIG. 2. 図3で示される素子をアレイ状に配列し電荷発生装置とし、これを用いて帯電装置を構成した一例である。FIG. 4 shows an example in which the elements shown in FIG. 3 are arranged in an array to form a charge generation device, and a charging device is configured using the charge generation device. 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。It is a figure which shows the example of a measurement of the energy distribution of the electron discharge | released from an electron emission element. 本発明に係る電荷発生装置の他の実施の形態を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows other embodiment of the electric charge generator based on this invention. 本発明に係る画像形成装置の一実施形態を示す概念図である。1 is a conceptual diagram illustrating an embodiment of an image forming apparatus according to the present invention. 本発明に係る画像形成装置の他の実施形態を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows other embodiment of the image forming apparatus which concerns on this invention. sp3−結合性窒化ホウ素膜体の作製方法の説明図である。It is explanatory drawing of the preparation methods of a sp3-bonding boron nitride film body. sp3−結合性窒化ホウ素膜体表面の電子顕微鏡写真の一例である。It is an example of the electron micrograph of the sp3-bonding boron nitride film body surface. 従来のコロナワイヤー方式の電荷発生器(帯電装置)の概念図である。It is a conceptual diagram of a conventional corona wire type charge generator (charging device).

符号の説明Explanation of symbols

1 電子放出素子
2 基板
3 電極(基板電極)
4 sp3-結合性窒化ホウ素膜体からなる電子放出体層
5 sp3-結合性窒化ホウ素膜体のうち5H型または6H型多形窒化ホウ素を主として含む電子放出体層
6 薄膜電極層
7 被帯電物
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
13 走査電極端子
14 sp3-結合性窒化ホウ素膜体からなる電子放出体層
15 sp3-結合性窒化ホウ素膜体のうち5H型または6H型多形窒化ホウ素を主として含む電子放出体層
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)
1 Electron-emitting device 2 Substrate 3 Electrode (Substrate electrode)
4 Electron emitter layer composed of sp3-bonded boron nitride film body 5 Electron emitter layer mainly containing 5H-type or 6H-type polymorphic boron nitride among sp3-bonded boron nitride film bodies 6 Thin film electrode layer 7 Charged object DESCRIPTION OF SYMBOLS 8 Power supply 9 Bias power supply 11 Electron emitter 12 Substrate made of insulator 13 Scan electrode terminal 14 Electron emitter layer made of sp3-bonded boron nitride film body 15 5H type or 6H type of sp3-bonded boron nitride film body Electron emitter layer mainly containing polymorphic boron nitride 16 Signal electrode (thin film electrode layer)
17 Signal electrode terminal 18 Power supply 19 Bias power supply 21, 31 Image carrier (charged object)
22 Charging device (charge generator)
23 Optical writing device 24, 33 Developing device 25, 34 Transfer device 26, 35 Cleaning device 27, 36 Static eliminating device 28, 37 Paper feeding unit 29, 38 Fixing device 32 Electrostatic image forming means (charge generating device)

Claims (20)

絶縁基体上に形成された基板電極と、前記基板電極上に形成された電子放出体層と、前記電子放出体層上に形成され大気と連接する気体に満たされた空間に面する薄膜電極とで形成された電子放出素子を備え、前記電子放出素子から前記空間に電子を放出するようにしたことを特徴とする電荷発生装置。   A substrate electrode formed on an insulating substrate; an electron emitter layer formed on the substrate electrode; a thin film electrode facing the space formed on the electron emitter layer and filled with a gas connected to the atmosphere; A charge generating device comprising: an electron-emitting device formed by the method described above, wherein electrons are emitted from the electron-emitting device to the space. 絶縁基体上に形成された基板電極と、前記基板電極上に形成された電子放出体層と、前記電子放出体層上に形成され大気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薄膜電極とで形成された電子放出素子を備え、前記電子放出素子から前記空間に電子を放出するようにしたことを特徴とする電荷発生装置。   1 to 50 nm facing a space filled with a substrate electrode formed on an insulating substrate, an electron emitter layer formed on the substrate electrode, and a gas formed on the electron emitter layer and connected to the atmosphere. And an electron-emitting device formed of a thin-film electrode composed of a conductor that includes a metal thin film having a thickness of 5 mm, and electrons are emitted from the electron-emitting device to the space. Charge generator. 請求項1または2記載の電荷発生装置において、前記電子放出体層としてsp3−結合性窒化ホウ素膜体を用いたことを特徴とする電荷発生装置。   3. The charge generator according to claim 1, wherein an sp3-bonded boron nitride film is used as the electron emitter layer. 請求項3に記載の電荷発生装置において、前記電子放出体層として用いるsp3−結合性窒化ホウ素膜体が5H型または6H型等の多形窒化ホウ素を含むことを特徴とする電荷発生装置。   4. The charge generating device according to claim 3, wherein the sp3-bonded boron nitride film used as the electron emitter layer includes polymorphic boron nitride such as 5H type or 6H type. 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の電荷発生装置において、前記電子放出素子の金属薄膜側の電極に正の電圧を印加し、前記空間に電子を引き出すようにしたことを特徴とする電荷発生装置。   5. The charge generation device according to claim 1, wherein a positive voltage is applied to an electrode on the metal thin film side of the electron-emitting device, and electrons are drawn out to the space. A charge generator. 請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の電荷発生装置において、前記電子放出素子の金属薄膜側の電極に正の電圧を印加し、前記空間が酸素富化膜を介して酸素を優勢に含むようにしたことを特徴とする電荷発生装置。   6. The charge generation device according to claim 1, wherein a positive voltage is applied to an electrode on the metal thin film side of the electron-emitting device, and oxygen is supplied to the space through an oxygen-enriched film. A charge generating device characterized in that it is predominantly included. 請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の電荷発生装置において、前記電子放出素子の基板電極と薄膜電極との二つの電極のうち、いずれか一方の電極を走査電極とし、他方の電極を複数の異なる電位の信号電極としたことを特徴とする電荷発生装置。   7. The charge generation device according to claim 1, wherein one of the two electrodes, the substrate electrode and the thin film electrode, of the electron-emitting device is used as a scanning electrode, and the other electrode is used as the other electrode. A charge generating device, wherein the electrode is a plurality of signal electrodes having different potentials. 前記電子放出素子から前記空間に放出される電子により被帯電物を帯電させる帯電装置であって、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の前記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帯電装置。   8. A charging device for charging an object to be charged with electrons emitted from the electron-emitting device to the space, wherein the electrons emitted from the electron-emitting device according to claim 1. A charging device having a maximum energy of 24.3 eV or less. 前記電子放出素子から前記空間に放出される電子により被帯電物を帯電させる帯電装置であって、請求項1から請求項7のいずれか1項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前記被帯電物との間の間隔を50μm以上設けて配置したことを特徴とする帯電装置。   A charging device that charges an object to be charged with electrons emitted from the electron-emitting device to the space, comprising the charge generation device according to claim 1, and the charge generation device. A charging device, wherein an interval between the electron emission portion and the object to be charged is 50 μm or more. 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、
前記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から7のいずれか1項に記載の電荷発生装置、あるいは、請求項8または請求項9に記載の帯電装置を具備したことを特徴とする画像形成装置。
An image forming apparatus that forms an electrostatic image on an image carrier that is an object to be charged, develops the electrostatic image into a visible image, transfers the visible image to a transfer material, and forms the image In
The charge generation device according to any one of claims 1 to 7, or means for charging the image carrier uniformly or means for forming an electrostatic image on the image carrier. An image forming apparatus comprising the charging device according to claim 9.
基板電極と、前記基板電極上に形成された電子放出体層と、前記電子放出体層上に形成され大気と連接する気体に満たされた空間に面する薄膜電極とで形成された電子放出素子から前記空間に電子を放出することを特徴とする電荷発生方法。   An electron-emitting device formed by a substrate electrode, an electron emitter layer formed on the substrate electrode, and a thin-film electrode formed on the electron emitter layer and facing a space filled with a gas connected to the atmosphere A charge generation method characterized in that electrons are discharged from the space into the space. 基板電極と、前記基板電極上に形成された電子放出体層と、前記電子放出体層上に形成され大気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薄膜電極とで形成された電子放出素子から前記空間に電子を放出することを特徴とする電荷発生方法。   A metal thin film having a thickness of 1 to 50 nm facing a space filled with a substrate electrode, an electron emitter layer formed on the substrate electrode, and a gas formed on the electron emitter layer and connected to the atmosphere A method for generating charges, comprising: emitting electrons to the space from an electron-emitting device formed of a thin-film electrode formed of a conductor having a portion of 請求項11または12記載の電荷発生方法において、前記電子放出体層としてsp3−結合性窒化ホウ素膜体を用いることを特徴とする電荷発生方法。   13. The charge generation method according to claim 11 or 12, wherein an sp3-bonded boron nitride film is used as the electron emitter layer. 請求項13に記載の電荷発生方法において、前記電子放出体層として用いるsp3−結合性窒化ホウ素膜体が5H型または6H型等の多形窒化ホウ素を含むことを特徴とする電荷発生方法。   14. The charge generation method according to claim 13, wherein the sp3-bonded boron nitride film used as the electron emitter layer contains polymorphic boron nitride such as 5H type or 6H type. 請求項11から請求項14のいずれか1項に記載の電荷発生方法において、前記電子放出素子の金属薄膜側の電極に正の電圧を印加し、前記空間に電子を引き出すことを特徴とする電荷発生方法。   The charge generation method according to any one of claims 11 to 14, wherein a positive voltage is applied to the electrode on the metal thin film side of the electron-emitting device to draw electrons into the space. How it occurs. 請求項11から請求項15のいずれか1項に記載の電荷発生方法において、前記電子放出素子の金属薄膜側の電極に正の電圧を印加し、前記空間が酸素富化膜を介して酸素を優勢に含むことを特徴とする電荷発生方法。   16. The charge generation method according to claim 11, wherein a positive voltage is applied to the electrode on the metal thin film side of the electron-emitting device, and oxygen is supplied to the space through the oxygen-enriched film. A charge generation method characterized by comprising predominantly. 請求項11から請求項16のいずれか1項に記載の電荷発生方法において、前記電子放出素子の基板電極と薄膜電極との二つの電極のうち、いずれか一方の電極を走査電極とし、他方の電極を複数の異なる電位の信号電極とすることを特徴とする電荷発生方法。   17. The charge generation method according to claim 11, wherein one of the two electrodes, ie, the substrate electrode and the thin film electrode, of the electron-emitting device is used as a scanning electrode, and the other electrode is used as the other electrode. A charge generation method, wherein the electrode is a plurality of signal electrodes having different potentials. 前記電子放出素子から大気と連接する気体に満たされた空間に放出される電子により被帯電物を帯電させる帯電方法であって、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の前記電子放出素子から放出される電子の最大エネルギーを24.3eV以下とすることを特徴とする帯電方法。   8. A charging method for charging an object to be charged with electrons emitted from a space filled with a gas connected to the atmosphere from the electron-emitting device, wherein the electrons according to claim 1. A charging method, wherein the maximum energy of electrons emitted from the emitting element is 24.3 eV or less. 前記電子放出素子から前記空間に放出される電子により被帯電物を帯電させる帯電方法であって、請求項1から請求項7のいずれか1項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前記被帯電物との間の間隔を50μm以上設けて配置することを特徴とする帯電方法。   A charge method for charging an object to be charged with electrons emitted from the electron-emitting device to the space, comprising the charge generation device according to claim 1, and the charge generation device. A charging method, wherein an interval between the electron emitting portion and the object to be charged is 50 μm or more. 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方法において、
前記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から7のいずれか1項に記載の電荷発生装置、あるいは、請求項8または請求項9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方法。
An image forming method for forming an electrostatic image on an image carrier that is an object to be charged, developing the electrostatic image to make a visible image, and then transferring the visible image to a transfer material to form an image In
The charge generation device according to any one of claims 1 to 7, or means for charging the image carrier uniformly or means for forming an electrostatic image on the image carrier. An image forming method comprising the charging device according to claim 9.
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