JP5289834B2 - Charging control device, charging device and image forming apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、電子放出素子に電圧を印加することによって放出される電子による被帯電体の帯電量を制御する帯電制御装置、およびこれを備えた帯電装置に関し、さらに当該帯電装置を備えた画像形成装置に関する。特に電子写真方式の複写機やプリンタ等の画像形成において、静電潜像担持体を帯電させるときの帯電量を制御する帯電制御装置、およびこれを備えた帯電装置、さらに当該帯電装置を備えた画像形成装置に関するものである。   The present invention relates to a charge control device that controls the amount of charge of an object to be charged by electrons emitted by applying a voltage to an electron-emitting device, and a charging device including the same, and image formation including the charging device Relates to the device. In particular, in image formation of electrophotographic copying machines, printers, etc., a charge control device for controlling the amount of charge when the electrostatic latent image carrier is charged, a charging device equipped with the same, and further provided with the charging device The present invention relates to an image forming apparatus.

電子写真方式の複写機、プリンタ等の画像形成装置においては、感光体等の被帯電体に静電潜像を形成するに先立って、被帯電体の表面を種々の方法で均一に帯電させる。   In an image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine or printer, the surface of a charged body is uniformly charged by various methods prior to forming an electrostatic latent image on the charged body such as a photoconductor.

従来の帯電方法としては、例えばコロナ放電を利用した方法が挙げられる。この方法は、非常に細いワイヤから放電させて感光体の表面を帯電させるという方法である。しかしながら、この方法においては、感光体の表面を帯電させるために約4〜10kV程度の高圧電源が必要である。さらに、ワイヤからの放電によって多量のオゾンが発生するため、人体に悪影響を及ぼすばかりでなく、感光体の劣化を早めるという問題がある。このような問題を解決するため、例えばオゾンの発生量を低減させるように改善されたコロナ帯電器が、特許文献1および特許文献2に開示されている。   An example of a conventional charging method is a method using corona discharge. This method is a method in which the surface of the photoreceptor is charged by discharging from a very thin wire. However, in this method, a high voltage power source of about 4 to 10 kV is required to charge the surface of the photoreceptor. Furthermore, since a large amount of ozone is generated by the discharge from the wire, there is a problem that not only the human body is adversely affected but also the deterioration of the photoreceptor is accelerated. In order to solve such a problem, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose corona chargers improved so as to reduce the amount of ozone generated.

また、他の帯電方法としては、接触帯電方式により感光体表面を帯電させる方法が近年実用化されている。この方法では、導電性のローラ、ブラシ、弾性ブレードまたはカーボンナノチューブ等の導電性部材を感光体の表面に接触させることによって感光体の表面を帯電させているため、オゾンの発生量および消費電力量を低減させることができる。   As another charging method, a method of charging the surface of a photoreceptor by a contact charging method has been put into practical use in recent years. In this method, since the surface of the photoconductor is charged by bringing a conductive member such as a conductive roller, brush, elastic blade, or carbon nanotube into contact with the surface of the photoconductor, the amount of ozone generated and the amount of power consumed Can be reduced.

このような接触帯電方式を利用した帯電方法のうち、特に導電性部材として導電性ローラを用いたローラ帯電方法が、帯電の安定性の観点から現在広く利用されている。ローラ帯電方法では、導電性の弾性ローラを感光体に加圧当接し、このローラに電圧を印加することによって感光体を帯電させる。しかしながら、ローラ帯電方法により感光体を帯電させるとき、感光体の表面に極微な欠陥(ピンホール)があった場合、この感光体表面の欠陥部において、導電性の弾性ローラから異常な量の電流リークが発生する。これにより感光体の表面が損傷し、画像形成に悪影響を及ぼす。   Among the charging methods using the contact charging method, a roller charging method using a conductive roller as a conductive member is currently widely used from the viewpoint of charging stability. In the roller charging method, a conductive elastic roller is brought into pressure contact with a photosensitive member, and a voltage is applied to the roller to charge the photosensitive member. However, when the photosensitive member is charged by the roller charging method and there is a minute defect (pinhole) on the surface of the photosensitive member, an abnormal amount of current is generated from the conductive elastic roller at the defective portion of the photosensitive member surface. A leak occurs. As a result, the surface of the photoconductor is damaged, which adversely affects image formation.

このようなローラ帯電方法において生じる問題点をさらに改良した帯電方法として、電圧を印加するローラ状の帯電部材(一次帯電ローラ)と感光体との間に二次帯電ローラを追加した方法が知られている(例えば、特許文献3参照のこと)。ここで二次帯電ローラは、一次帯電ローラから感光体に電荷を運搬する役割を担うものであり、感光体表面のピンホールにより生じる電流リークの問題を解消するために設けられている。しかしながらこの方法においては、二次帯電ローラと感光体との間の狭ギャップで発生する微小放電により感光体を帯電させるため、帯電時のオゾンやNOxの発生を完全に抑えることはできない。   As a charging method that further improves the problems that occur in such a roller charging method, there is known a method in which a secondary charging roller is added between a roller-shaped charging member (primary charging roller) for applying a voltage and a photosensitive member. (For example, see Patent Document 3). Here, the secondary charging roller plays a role of transporting charges from the primary charging roller to the photoconductor, and is provided to solve the problem of current leakage caused by pinholes on the surface of the photoconductor. However, in this method, since the photosensitive member is charged by a minute discharge generated in a narrow gap between the secondary charging roller and the photosensitive member, generation of ozone and NOx during charging cannot be suppressed completely.

また、カーボンナノチューブを導電性部材として応用した接触帯電方式による帯電方法が、例えば特許文献4に開示されている。しかしながら、カーボンナノチューブを導電性部材として用いた場合、カーボンナノチューブを感光体に押し付けたときの圧力によって、カーボンナノチューブが損傷し、帯電能力が低下してしまう。   Further, for example, Patent Document 4 discloses a charging method using a contact charging method in which carbon nanotubes are applied as a conductive member. However, when carbon nanotubes are used as the conductive member, the carbon nanotubes are damaged by the pressure when the carbon nanotubes are pressed against the photoreceptor, and the charging ability is reduced.

さらに他の帯電方法として、MIS(金属−絶縁体−半導体)構造を有する電子放出素子を用いた帯電方法が、特許文献5および特許文献6に開示されている。この電子放出素子においては、多孔質半導体層を挟んで設けられた上部薄膜電極および下部薄膜電極間の電位差により電子の加速電界が形成される。そして加速電界の形成により生じた高エネルギーの電子が電子放出素子表面から放出され、放出された電子放出素子によって感光体が帯電する。   As yet another charging method, Patent Document 5 and Patent Document 6 disclose a charging method using an electron-emitting device having a MIS (metal-insulator-semiconductor) structure. In this electron-emitting device, an accelerating electric field of electrons is formed by a potential difference between an upper thin film electrode and a lower thin film electrode provided with a porous semiconductor layer interposed therebetween. Then, high-energy electrons generated by the formation of the acceleration electric field are emitted from the surface of the electron-emitting device, and the photoconductor is charged by the emitted electron-emitting device.

上記のような電子放出素子を備えた帯電装置においては、電子放出素子から放出された電子による電子付着のみを利用して負イオンを発生させるため、上記の放電を利用した方法のようにオゾンやNOxは原理的に発生しない。なお、ポーラス化したシリコン薄膜からなる多孔質半導体層の電子放出原理および形成方法に関しては、非特許文献1に詳しく開示されている。
特開平9−114192号公報(1997年5月2日公開) 特開平6−324556号公報(1994年11月25日公開) 特開2001−296722号公報(2001年10月26日公開) 特開2001−281964号公報(2001年10月10日公開) 特開2001−331017号公報(2001年11月30日公開) 特開2001−357961号公報(2001年12月26日公開) “量子サイズナノシリコンの発光と新規機能”,越田信義ら,信学技報,1999−06:PP116−121(1999)
In the charging device including the electron-emitting device as described above, since negative ions are generated only using the electron attachment by the electrons emitted from the electron-emitting device, ozone or ozone is used as in the method using the discharge. NOx is not generated in principle. Non-patent document 1 discloses in detail the electron emission principle and formation method of the porous semiconductor layer made of a porous silicon thin film.
JP 9-114192 A (published May 2, 1997) JP 6-324556 A (published on November 25, 1994) JP 2001-296722 A (released on October 26, 2001) JP 2001-281964 A (published on October 10, 2001) JP 2001-331017 A (published on November 30, 2001) Japanese Patent Laying-Open No. 2001-357961 (released on December 26, 2001) “Light emission and new functions of quantum-size nanosilicon”, Nobuyoshi Koshida et al., Shingaku Technical Report, 1999-06: PP116-121 (1999)

一般に電子放出素子は電圧を加えることにより電流を得る素子であるため、電子放出素子を用いた帯電装置においては、コロナ放電方式やローラ帯電方式と同じように帯電装置と感光体との電位差によって被帯電体の帯電量の制御を行おうとすると、以下のようないくつかの問題点が生じる。   In general, an electron-emitting device is an element that obtains an electric current by applying a voltage. Therefore, in a charging device using an electron-emitting device, a voltage difference between the charging device and the photosensitive member is the same as in a corona discharge method or a roller charging method. When the charge amount of the charged body is controlled, the following problems occur.

まず、電位差によって帯電量を制御する場合、帯電装置と感光体との電位差がなくなるまで電子を放出させ続ける必要がある。帯電装置から放出された電子は主に帯電装置と感光体の電位差によって生じる電界によって感光体へと引き寄せられるため、帯電が進み電位差が小さくなり電界が弱くなるにつれて、帯電速度が減少する。特に大気中においては、電子が気体との衝突による散乱を受けるため、さらに電界が弱くなると電子が感光体まで到達しなくなり、最悪の場合感光体を所望の電位まで帯電することができなくなる。   First, when the charge amount is controlled by the potential difference, it is necessary to continue to emit electrons until the potential difference between the charging device and the photosensitive member disappears. The electrons emitted from the charging device are attracted to the photosensitive member mainly by the electric field generated by the potential difference between the charging device and the photosensitive member, so that the charging speed decreases as the charging progresses and the potential difference becomes smaller and the electric field becomes weaker. Particularly in the atmosphere, since electrons are scattered by collision with gas, when the electric field is further weakened, the electrons do not reach the photoreceptor, and in the worst case, the photoreceptor cannot be charged to a desired potential.

また、上記のとおり電子が大気中で散乱することによって帯電効率が落ちるので、それを補うために過剰な電子を放出させ続けなければならない。コロナ放電方式では、過剰な電子はグリッドや帯電装置のケースに吸収されて帯電装置から出てこないが、電子放出素子を用いた帯電装置では、帯電装置と感光体との電位差に関わらず電子放出量は一定であるため、電位差が小さくなっても帯電装置から放出される電子放出量は減少しない。すなわち、帯電に利用されない電子が多量に放出されることになる。したがって、放出された電子が無駄となるばかりでなく、感光体以外の予期しない部材をも帯電させる恐れがある他、周辺機器の電子回路の破壊につながる可能性もある。   In addition, as described above, since the charging efficiency is reduced by scattering of electrons in the atmosphere, excessive electrons must be continuously emitted to compensate for the charging efficiency. In the corona discharge method, excess electrons are absorbed by the grid and the case of the charging device and do not come out of the charging device. However, in a charging device using an electron-emitting device, electron emission is performed regardless of the potential difference between the charging device and the photoreceptor. Since the amount is constant, the amount of electron emission emitted from the charging device does not decrease even if the potential difference is reduced. That is, a large amount of electrons that are not used for charging are emitted. Therefore, not only the emitted electrons are wasted, but also unexpected members other than the photoreceptor may be charged, and the electronic circuit of the peripheral device may be destroyed.

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、例えばオゾンやNOxの発生を伴わない電子放出素子を用いた場合であっても、電子放出素子の寿命を保ちつつ効率よく感光体を帯電させるための帯電制御装置、当該帯電制御装置を備えた帯電装置、および当該帯電装置を備えた画像形成装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and the purpose thereof is to maintain the lifetime of the electron-emitting device even when, for example, an electron-emitting device that does not generate ozone or NOx is used. An object of the present invention is to provide a charge control device for efficiently charging a photoconductor, a charging device including the charge control device, and an image forming apparatus including the charging device.

本発明に係る帯電制御装置は、上記課題を解決するために、電子放出素子に電圧を印加することによって放出される電子による被帯電体の帯電量を制御する帯電制御装置であって、上記電子放出素子内の電流量を測定する測定手段と、上記測定手段からの測定結果に基づいて、上記電子放出素子から放出される電子の電流量が一定になるように、上記電子放出素子に印加する電圧を制御する制御手段とを備えていることを特徴としている。   In order to solve the above-described problems, a charge control device according to the present invention is a charge control device that controls the charge amount of an object to be charged by electrons emitted by applying a voltage to an electron-emitting device. Based on the measurement means for measuring the amount of current in the emitter and the measurement result from the measurement means, the electron emitter is applied to the electron emitter so that the amount of electrons emitted from the electron emitter is constant. And a control means for controlling the voltage.

上記の構成によれば、帯電制御装置は、測定手段によって電子放出素子内の電流量を測定する。そして制御手段は、測定手段からの測定結果に基づいて電子放出素子から放出される電子の電流量が一定になるように、電子放出素子に印加する電圧を制御するようになっている。このように、電子放出素子から放出される電子の電流量を監視し、その電流量が一定になるようにリアルタイムで制御することによって、例えば、オゾンやNOxの発生を伴わない電子放出素子を用いた場合であっても、被帯電体の帯電量を適切に制御することが可能である。その結果、効率よく被帯電体を帯電させることができる。   According to the above configuration, the charging control device measures the amount of current in the electron-emitting device by the measuring unit. The control means controls the voltage applied to the electron-emitting device so that the amount of current of electrons emitted from the electron-emitting device becomes constant based on the measurement result from the measuring means. In this way, by monitoring the current amount of electrons emitted from the electron-emitting device and controlling in real time so that the current amount becomes constant, for example, an electron-emitting device that does not generate ozone or NOx is used. Even in such a case, it is possible to appropriately control the charge amount of the member to be charged. As a result, the member to be charged can be charged efficiently.

また、本発明に係る帯電制御装置において、上記測定手段は、上記電子放出素子に流入した電流量を測定する第1の電流測定部と、上記電子放出素子から放出されずに回収される電流量を測定する第2の電流測定部とを含み、上記制御手段は、第1の電流測定部が測定した電流量と第2の電流測定部が測定した電流量との差が一定になるように、上記電子放出素子に印加する電圧を制御するようになっていることが好ましい。   In the charging control apparatus according to the present invention, the measuring means includes a first current measuring unit that measures the amount of current flowing into the electron-emitting device, and a current amount that is recovered without being emitted from the electron-emitting device. A second current measuring unit for measuring the current, and the control means makes the difference between the current amount measured by the first current measuring unit and the current amount measured by the second current measuring unit constant. The voltage applied to the electron-emitting device is preferably controlled.

上記の構成によれば、電子放出素子に流入する電流量と、電子放出素子から放出されずに回収される電流量とを測定するようになっている。そして、これらの電流量の差が一定になるように電子放出素子に印加する電圧を制御することによって、電子放出素子から放出される電子の電流量を一定に保つことが可能である。これにより、被帯電体の帯電量をより適切に制御することが可能であるため、効率よく被帯電体を帯電させることができる。   According to the above configuration, the amount of current flowing into the electron-emitting device and the amount of current recovered without being emitted from the electron-emitting device are measured. Then, by controlling the voltage applied to the electron-emitting device so that the difference between these current amounts is constant, the current amount of electrons emitted from the electron-emitting device can be kept constant. As a result, the charge amount of the member to be charged can be controlled more appropriately, so that the member to be charged can be charged efficiently.

本発明に係る帯電装置は、上記課題を解決するために、上記帯電制御装置と、上記電子放出素子とを備え、上記電子放出素子は、電極基板および薄膜電極の間に、少なくとも一部が絶縁体により構成された電子加速層を有し、当該電極基板および当該薄膜電極の間に電圧が印加されることによって、当該電子加速層において電子を加速させて当該薄膜電極から放出するようになっていることを特徴としている。   In order to solve the above-described problems, a charging device according to the present invention includes the charging control device and the electron-emitting device, and the electron-emitting device is at least partially insulated between the electrode substrate and the thin-film electrode. An electron acceleration layer composed of a body, and when a voltage is applied between the electrode substrate and the thin film electrode, electrons are accelerated in the electron acceleration layer and emitted from the thin film electrode. It is characterized by being.

上記の構成によれば、電子放出素子を用いることにより、放電を利用する必要が無いため、オゾンなどの有害物質の発生を伴わずに被帯電体を帯電させることができる。そして、電子放出素子から放出される電子の電流量を一定に保つように電子放出素子に印加する電圧を制御することによって、被帯電体の帯電量を制御する帯電制御装置を備えているので、被帯電体の帯電量の制御を緻密に行うことが可能である。また、無駄な電子が生じないように電子放出素子に印加する電圧を制御するため、最小限の電子放出で被帯電体を所望の帯電量に帯電させることが可能である。したがって、電子放出素子に余計な負担をかけることがなく、素子の寿命を延ばすことができる。さらに、電子加速層の少なくとも一部が絶縁体により構成されているので、電子放出素子内の放熱や抵抗値制御が行うことが可能である。その結果、電子放出素子の寿命を延ばすことが可能であり、長期間にわたって安定した帯電を行うことができる。   According to the above configuration, since it is not necessary to use discharge by using the electron-emitting device, the object to be charged can be charged without generation of harmful substances such as ozone. And since it has a charge control device that controls the amount of charge of the object to be charged by controlling the voltage applied to the electron emission element so as to keep the amount of current of electrons emitted from the electron emission element constant, It is possible to precisely control the charge amount of the object to be charged. In addition, since the voltage applied to the electron-emitting device is controlled so as not to generate useless electrons, the object to be charged can be charged to a desired charge amount with minimum electron emission. Therefore, it is possible to extend the lifetime of the device without placing an extra burden on the electron-emitting device. Furthermore, since at least a part of the electron acceleration layer is made of an insulator, heat dissipation and resistance value control in the electron-emitting device can be performed. As a result, the lifetime of the electron-emitting device can be extended and stable charging can be performed over a long period of time.

また、本発明に係る帯電装置において、上記制御手段は、上記電子放出素子から放出される電子の電流量が0.25μA〜20mAになるように、上記電子放出素子に印加する電圧を制御するようになっていることが好ましい。   In the charging device according to the present invention, the control unit controls the voltage applied to the electron-emitting device so that the amount of current of electrons emitted from the electron-emitting device is 0.25 μA to 20 mA. It is preferable that

電子放出素子から放出される電子の電流量が0.25μA〜20mAになるように制御することによって、電子放出素子から必要以上の電子を放出させて予期せぬ部分の帯電を起こしたり、逆に被帯電体の帯電量が不足することを防ぐことができる。   By controlling the amount of current of electrons emitted from the electron-emitting device to be 0.25 μA to 20 mA, an unnecessary amount of electrons are emitted from the electron-emitting device to cause unexpected charging, or conversely It is possible to prevent the charged amount of the object to be charged from being insufficient.

さらに、本発明に係る帯電装置において、上記制御手段は、上記薄膜電極と上記被帯電体との電位差が、1.5kV〜4kVになるように、上記電子放出素子に印加する電圧を制御するようになっていることが好ましい。   Furthermore, in the charging device according to the present invention, the control means controls the voltage applied to the electron-emitting device so that a potential difference between the thin film electrode and the charged object is 1.5 kV to 4 kV. It is preferable that

電子放出素子の薄膜電極と被帯電体との電位差が1.5kV以上になるように制御することによって、電子放出素子から放出された電子を効率よく被帯電体に到達させることが可能であり、拡散して電子が無駄になることがない。また、電子放出素子の薄膜電極と被帯電体との電位差が4kV以下になるように制御することによって、コロナ放電を引き起こすことなく電子の放出を行うことができる。   By controlling the potential difference between the thin film electrode of the electron-emitting device and the object to be charged to be 1.5 kV or more, it is possible to efficiently cause the electrons emitted from the electron-emitting device to reach the object to be charged, Diffusion does not waste electrons. Further, by controlling the potential difference between the thin-film electrode of the electron-emitting device and the member to be charged to be 4 kV or less, electrons can be emitted without causing corona discharge.

また、本発明に係る帯電装置は、上記電子放出素子を複数備え、当該複数の電子放出素子をそれぞれ個別に制御する複数の上記帯電制御装置を備えていることが好ましい。このように、複数の電子放出素子のそれぞれに印加する電圧を個別に制御することによって、電子放出素子の特性に製法上や経時劣化によるばらつきが生じても、放出する電子の電流量が一定になるように制御することができるので、被帯電体に帯電ムラが生じることを防ぐことができる。   In addition, the charging device according to the present invention preferably includes a plurality of the electron-emitting devices, and a plurality of the charge control devices that individually control the plurality of electron-emitting devices. In this way, by individually controlling the voltage applied to each of the plurality of electron-emitting devices, even if the characteristics of the electron-emitting devices vary due to the manufacturing method or deterioration over time, the amount of current of the emitted electrons is kept constant. Therefore, it is possible to prevent uneven charging from occurring on the member to be charged.

さらに、本発明に係る帯電装置において、上記複数の電子放出素子は、円筒状の上記被帯電体の長手方向に沿って2列以上配列されており、各列における上記電子放出素子間の間隙が、隣接する列間で上記長手方向に直交する方向に重ならないように配置されていることが好ましい。   Furthermore, in the charging device according to the present invention, the plurality of electron-emitting devices are arranged in two or more rows along the longitudinal direction of the cylindrical object to be charged, and a gap between the electron-emitting devices in each row is provided. It is preferable that the adjacent rows are arranged so as not to overlap in the direction orthogonal to the longitudinal direction.

これにより、一方の列に複数の電子放出素子を配置することによって生じる電子放出素子間の間隙に起因する帯電特性の悪化や帯電の不均一性を、他方の列の電子放出素子による帯電でカバーすることが可能であり、被帯電体の均一な帯電を実現することができる。   As a result, the deterioration of charging characteristics and non-uniform charging due to the gap between the electron-emitting devices caused by arranging a plurality of electron-emitting devices in one column can be covered by charging by the electron-emitting devices in the other column. It is possible to achieve uniform charging of the member to be charged.

また、本発明に係る帯電装置において、上記薄膜電極は、金、炭素、ニッケル、チタンおよびアルミニウムの少なくとも1つを含んでいることが好ましい。このように、薄膜電極に仕事関数の低い物質が含まれていることによって、電子加速層で加速された電子を効率よくトンネルさせ、電子放出素子外に高エネルギーの電子をより多く放出させることができる。   In the charging device according to the present invention, it is preferable that the thin film electrode includes at least one of gold, carbon, nickel, titanium, and aluminum. As described above, since the thin film electrode contains a substance having a low work function, electrons accelerated in the electron acceleration layer can be efficiently tunneled, and more high-energy electrons can be emitted outside the electron-emitting device. it can.

さらに、本発明に係る帯電装置において、上記電子加速層は、第1の誘電体物質に被覆された導電体からなる導電微粒子と、第2の誘電体物質とを含んでいることが好ましい。   Further, in the charging device according to the present invention, it is preferable that the electron acceleration layer includes conductive fine particles made of a conductor coated with a first dielectric material and a second dielectric material.

上記の構成によれば、電子加速層が周囲を第1の誘電体物質に被覆された導電体からなる導電微粒子を含むことによって、電子放出素子が多層MIM構造を形成し、電極基板と薄膜電極との間に電圧を印加することによって電子加速層を通る電子を加速して弾道電子とし、薄膜電極を通過させて効率よく電子を放出することができる。   According to the above configuration, the electron accelerating layer includes the conductive fine particles made of the conductor coated with the first dielectric material, so that the electron-emitting device forms a multilayer MIM structure, and the electrode substrate and the thin film electrode By applying a voltage between the two, the electrons passing through the electron acceleration layer can be accelerated into ballistic electrons, and the electrons can be efficiently emitted through the thin film electrode.

また、電子加速層が第2の誘電体物質を含むことによって、電子加速層における抵抗値を調整することができる。さらに、第2の誘電体物質によって、電子が導電微粒子を繰り返しトンネルする過程で生じる熱を逃がすことができるので、電子放出素子が熱で破壊されるのを防ぐことができる。   Moreover, the resistance value in an electron acceleration layer can be adjusted because an electron acceleration layer contains a 2nd dielectric material. Further, the second dielectric material can release heat generated in the process of electrons tunneling through the conductive fine particles repeatedly, so that the electron-emitting device can be prevented from being destroyed by heat.

本発明に係る帯電装置は、上記構成を有する電子加速層を有しているため、被帯電体までの距離が短くとも安定的に低電圧で電子を放出することができる。これにより、帯電装置の小型化を実現することが可能である。また、電子放出素子から面状に電子が放出されるため、電界集中がなく、帯電の安定性に優れている。さらに電界集中がないことから、アーク放電による被帯電体への損傷もない。   Since the charging device according to the present invention has the electron acceleration layer having the above-described configuration, electrons can be stably emitted at a low voltage even if the distance to the charged body is short. Thereby, it is possible to reduce the size of the charging device. Further, since electrons are emitted from the electron-emitting device in a planar shape, there is no electric field concentration, and the charging stability is excellent. Further, since there is no electric field concentration, there is no damage to the charged body due to arc discharge.

また、本発明に係る帯電装置において、上記導電体は、金、銀、白金、ニッケルおよびパラジウムの少なくとも1つを含んでいることが好ましい。これにより、導電微粒子が大気中の酸素により酸化すること等に起因する電子放出素子の劣化を防ぐことができる。よって、電子放出素子の長寿命化を図ることができる。   In the charging device according to the present invention, it is preferable that the conductor includes at least one of gold, silver, platinum, nickel, and palladium. Thereby, it is possible to prevent the deterioration of the electron-emitting device due to the conductive fine particles being oxidized by oxygen in the atmosphere. Therefore, the lifetime of the electron-emitting device can be extended.

さらに、本発明に係る帯電装置において、第1の誘電体物質は、アルコラート、脂肪酸およびアルカンチオールの少なくとも1つを含んでいることが好ましい。これにより、導電微粒子の大気中の酸素による酸化等によって第1の誘電体物質が成長すること等による素子劣化を防ぐことができる。よって、電子放出素子の長寿命化をより効果的に図ることができる。   Furthermore, in the charging device according to the present invention, the first dielectric material preferably contains at least one of an alcoholate, a fatty acid, and an alkanethiol. Thereby, it is possible to prevent element deterioration due to the growth of the first dielectric material due to oxidation of the conductive fine particles by oxygen in the atmosphere. Therefore, the lifetime of the electron-emitting device can be extended more effectively.

また、本発明に係る帯電装置において、上記第2の誘電体物質は、SiO、AlおよびTiOの少なくとも1つ、あるいは有機ポリマーを含んでいることが好ましい。このように、絶縁性の高いこれら物質が第2の誘電体物質に含まれているので、電子加速層の抵抗値を任意の範囲に調整することが可能である。 In the charging device according to the present invention, it is preferable that the second dielectric material contains at least one of SiO 2 , Al 2 O 3 and TiO 2 , or an organic polymer. Thus, since these highly insulating materials are contained in the second dielectric material, the resistance value of the electron acceleration layer can be adjusted to an arbitrary range.

さらに、本発明に係る帯電装置において、第1の誘電体物質の膜厚は、上記導電体の平均径よりも薄いことが好ましい。これにより、効率よく電子を加速させることが可能であり、弾道電子を効率よく生成することができる。   Furthermore, in the charging device according to the present invention, the film thickness of the first dielectric material is preferably thinner than the average diameter of the conductor. Thereby, electrons can be efficiently accelerated, and ballistic electrons can be generated efficiently.

また、本発明に係る帯電装置において、第2の誘電体物質は上記導電微粒子の平均径より大きい平均径の微粒子であることが好ましく、このときの第2の誘電体物質の平均粒子径は30〜1000nmであることがより好ましい。これにより、電子が導電微粒子を繰り返しトンネルする時に発生する熱を効率よく逃がすことが可能であり、電子放出素子が熱により破壊されることを防ぐことができる。さらに、上記電子加速層における抵抗値の調整が行いやすくなる。また、第2の誘電体物質は層状であり、上記電子放出素子における電流の流入方向に積層され、かつ当該流入方向に貫通する複数の開口部を有しており、上記導電微粒子は、上記開口部に収容されていてもよい。これにより、上記と同様の効果が得られる。   In the charging device according to the present invention, the second dielectric substance is preferably fine particles having an average diameter larger than the average diameter of the conductive fine particles, and the average particle diameter of the second dielectric substance at this time is 30. More preferably, it is -1000 nm. Accordingly, it is possible to efficiently release heat generated when electrons tunnel through the conductive fine particles, and it is possible to prevent the electron-emitting device from being destroyed by heat. Furthermore, the resistance value in the electron acceleration layer can be easily adjusted. The second dielectric material is layered and has a plurality of openings stacked in the current inflow direction of the electron-emitting device and penetrating in the inflow direction. It may be accommodated in the part. Thereby, the effect similar to the above is acquired.

さらに、本発明に係る帯電装置において、上記導電微粒子の平均径は、10nm以下であることが好ましい。これにより、導電微粒子の平均径が、導電体中における電子の平均自由行程以下となるため、電子は導電微粒子中において散乱されることなく通過することができる。その結果、効率よく弾道電子を生成させることが可能であり、電子放出素子から高いエネルギーを有する電子を放出することができる。   Furthermore, in the charging device according to the present invention, the average diameter of the conductive fine particles is preferably 10 nm or less. Thereby, since the average diameter of the conductive fine particles is equal to or less than the average free path of electrons in the conductor, the electrons can pass through the conductive fine particles without being scattered. As a result, ballistic electrons can be efficiently generated, and electrons having high energy can be emitted from the electron-emitting devices.

また、本発明に係る帯電装置において、上記電子加速層中における第2の誘電体物質の重量比は、80〜95w%であることが好ましい。これにより、電子加速層内の抵抗値を適度に上げることが可能であり、大量の電子が一度に流れることによる電子放出素子の破壊を防ぐことができる。   In the charging device according to the present invention, the weight ratio of the second dielectric material in the electron acceleration layer is preferably 80 to 95 w%. As a result, the resistance value in the electron acceleration layer can be increased appropriately, and destruction of the electron-emitting device due to a large amount of electrons flowing at a time can be prevented.

さらに、本発明の帯電器では、上記電子加速層の層厚は、30〜1000nmであることが好ましい。これにより、電子加速層における電子の導電微粒子間のトンネルを、適度な回数繰り返させることができる。その結果、さらに効率よく電子を放出させることができる。   Furthermore, in the charger of the present invention, the electron acceleration layer preferably has a thickness of 30 to 1000 nm. Thereby, the tunnel between the conductive fine particles of electrons in the electron acceleration layer can be repeated an appropriate number of times. As a result, electrons can be emitted more efficiently.

本発明に係る画像形成装置は上記帯電装置を備えていることを特徴としている。これにより、被帯電体を効率よく均一に帯電させることが可能であり、適切に画像形成することができる。   An image forming apparatus according to the present invention includes the above charging device. As a result, the object to be charged can be charged efficiently and uniformly, and an image can be formed appropriately.

本発明に係る帯電制御装置によれば、電子放出素子内の電流量を測定する測定手段と、測定手段からの測定結果に基づいて、電子放出素子から放出される電子の電流量が一定になるように、電子放出素子に印加する電圧を制御する制御手段とを備えているので、被帯電体を効率よく帯電させることができる。   According to the charging control device of the present invention, the current amount of electrons emitted from the electron-emitting device is constant based on the measurement unit that measures the amount of current in the electron-emitting device and the measurement result from the measuring unit. Thus, since the control means for controlling the voltage applied to the electron-emitting device is provided, the object to be charged can be charged efficiently.

また、本発明に係る帯電装置によれば、上記帯電制御装置と、電極基板と薄膜電極との間に、少なくとも一部が絶縁体により構成された電子加速層を有する電子放出素子とを備え、帯電制御装置は、電子放出素子に電圧を印加することによって放出される電子による被帯電体の帯電量を制御するようになっているため、オゾンやNOxの発生を伴わずに、効率よく被帯電体を帯電させることができる。   Further, according to the charging device according to the present invention, the charge control device, and an electron-emitting device having an electron acceleration layer at least partly composed of an insulator between the electrode substrate and the thin film electrode, The charge control device controls the charge amount of the object to be charged by the electrons emitted by applying a voltage to the electron-emitting device. Therefore, the charge control device can efficiently charge the object without generating ozone or NOx. The body can be charged.

本発明に係る帯電装置の一実施形態について、図1および2を参照して以下に説明する。図1および2は、一実施形態に係る帯電装置1を示す模式図である。図1および2に示すように、帯電装置1は、電子放出素子2および本発明に係る帯電制御装置3を備えている。本発明に係る帯電制御装置3は、電子放出素子内の電流量を測定する測定手段として電流計(第1の電流測定部)4および電流計(第2の電流測定部)5、電子放出素子2の駆動電源6、ならびに駆動電源6を制御する制御部7を備えている。また、帯電装置1は、電界発生用電源11を備えている。ここで、電子放出素子2は、電極基板8、電子加速層9および薄膜電極10を備えており、電極基板8と薄膜電極10との間に電子加速層9が位置するように構成されたMIM構造を有している。   An embodiment of a charging device according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2 are schematic views showing a charging device 1 according to an embodiment. As shown in FIGS. 1 and 2, the charging device 1 includes an electron-emitting device 2 and a charging control device 3 according to the present invention. The charging control device 3 according to the present invention includes an ammeter (first current measuring unit) 4 and an ammeter (second current measuring unit) 5 as an measuring unit for measuring the amount of current in the electron emitting device, and an electron emitting device. 2, and a control unit 7 that controls the drive power supply 6. The charging device 1 includes an electric field generating power source 11. Here, the electron-emitting device 2 includes an electrode substrate 8, an electron acceleration layer 9, and a thin film electrode 10, and the MIM is configured such that the electron acceleration layer 9 is positioned between the electrode substrate 8 and the thin film electrode 10. It has a structure.

図1に示すように、帯電装置1において電子放出素子2は感光体(被帯電体)12に対向するように設置される。感光体12は、アルミニウム等からなるドラム形状の導電支持体13の表面を覆うように、例えば厚さ約30μmで形成されており、導電支持体13は接地されている。帯電装置1は、電子放出素子2から感光体12に対して電子を放出することによって、感光体12を帯電させる。   As shown in FIG. 1, in the charging device 1, the electron-emitting device 2 is installed so as to face the photoconductor (charged body) 12. The photoreceptor 12 is formed with a thickness of, for example, about 30 μm so as to cover the surface of the drum-shaped conductive support 13 made of aluminum or the like, and the conductive support 13 is grounded. The charging device 1 charges the photoconductor 12 by emitting electrons from the electron-emitting device 2 to the photoconductor 12.

電子放出素子2には、電流計4および5と、駆動電源6とが接続されており、電流計4および5と、駆動電源6とは、制御部7に接続されている。駆動電源6によって、電子放出素子2の電極基板8と薄膜電極10との間に電圧が印加され、これにより薄膜電極10側から電子が放出されるようになっている。電流計4および5は、電子放出素子2から放出される電子の電流量を測定するために、それぞれ電子放出素子2内の電流量を測定するようになっている。より具体的には、電流計4は、電子放出素子2の電極基板8に接続されており、電極基板8側から電子放出素子に流入する電流を測定するものである。電流計5は、電子放出素子2の薄膜電極10に接続されており、薄膜電極10から大気中に放出されずに回収される電流量を測定するものである。   The electron-emitting device 2 is connected to ammeters 4 and 5 and a drive power supply 6, and the ammeters 4 and 5 and the drive power supply 6 are connected to the control unit 7. A voltage is applied between the electrode substrate 8 of the electron-emitting device 2 and the thin film electrode 10 by the driving power source 6, whereby electrons are emitted from the thin film electrode 10 side. The ammeters 4 and 5 each measure the amount of current in the electron-emitting device 2 in order to measure the amount of current of electrons emitted from the electron-emitting device 2. More specifically, the ammeter 4 is connected to the electrode substrate 8 of the electron-emitting device 2 and measures the current flowing into the electron-emitting device from the electrode substrate 8 side. The ammeter 5 is connected to the thin film electrode 10 of the electron-emitting device 2 and measures the amount of current recovered from the thin film electrode 10 without being emitted into the atmosphere.

そして、制御部7は、電流計4および5の測定結果に基づいて、電子放出素子2から放出される電子の電流量が一定になるように、駆動電源6により電子放出素子2に印加される電圧をリアルタイムで制御するようになっている。つまり、制御部7は、電流計4および5の測定結果に基づいて、電子放出素子2から放出される電子の電流量が一定になるように、駆動電源6により電子放出素子に印加される電圧を制御するようになっている。   Then, the control unit 7 is applied to the electron-emitting device 2 by the driving power source 6 so that the amount of electrons emitted from the electron-emitting device 2 becomes constant based on the measurement results of the ammeters 4 and 5. The voltage is controlled in real time. That is, the control unit 7 determines the voltage applied to the electron-emitting device by the driving power source 6 so that the amount of current of electrons emitted from the electron-emitting device 2 is constant based on the measurement results of the ammeters 4 and 5. Is to control.

本実施形態において、制御部7は、電流計4により測定された電流量から電流計5により測定された電流量を引いた値、つまり電子放出素子2から放出された電子の電流量が一定となるように、駆動電源6により電子放出素子2に印加される電圧を制御する。このように、電子放出素子2から放出される電子の電流量を監視し、リアルタイムで制御することによって、感光体12の帯電量を適切に制御することが可能である。その結果、効率よく感光体12を帯電させることができる。   In the present embodiment, the control unit 7 determines that the value obtained by subtracting the current amount measured by the ammeter 5 from the current amount measured by the ammeter 4, that is, the current amount of electrons emitted from the electron emitter 2 is constant. Thus, the voltage applied to the electron-emitting device 2 by the drive power supply 6 is controlled. In this way, by monitoring the current amount of electrons emitted from the electron-emitting device 2 and controlling it in real time, the charge amount of the photoconductor 12 can be appropriately controlled. As a result, the photoreceptor 12 can be charged efficiently.

駆動電源6により電子放出素子2に印加された電圧と放出される電子の関係は、一般に、電圧が高いほど放出される電子が多くなる関係にある。ただし、その係数は素子の特性や寿命、温度、湿度、大気圧など様々な要因により変化する。しかしながら、それらの影響を受けた上での最終的な電子放出量が一定となるように、制御部7が駆動電源6により電子放出素子2に印加される電圧を制御してやればよい。   The relationship between the voltage applied to the electron-emitting device 2 by the driving power supply 6 and the emitted electrons generally has a relationship in which more electrons are emitted as the voltage is higher. However, the coefficient varies depending on various factors such as element characteristics, life, temperature, humidity, and atmospheric pressure. However, the control unit 7 may control the voltage applied to the electron-emitting device 2 by the drive power supply 6 so that the final electron emission amount after being affected by the influence is constant.

ここで、制御部7が、電流計4および5の測定結果に基づいて、駆動電源6により電子放出素子2に印加される電圧をリアルタイムで制御することにより、感光体12を高速かつ均一に帯電させ得ることをより具体的に説明する。   Here, the control unit 7 controls the voltage applied to the electron-emitting device 2 by the driving power source 6 in real time based on the measurement results of the ammeters 4 and 5, thereby charging the photoconductor 12 at high speed and uniformly. This will be described more specifically.

まず、感光体12の表面における電位は、次式(1)により表される。   First, the potential on the surface of the photoreceptor 12 is expressed by the following formula (1).

Figure 0005289834
Figure 0005289834

ここで、V:感光体12の表面電位、Q:電荷、C:感光体12の静電容量、ε:感光体12の誘電率(=感光体12の比誘電率(εr)×真空の誘電率(ε0))、w:感光体12の幅、a:導電支持体13の半径、b:導電支持体13の中心から感光体12の表面までの半径(=a+感光体12の厚さ(d))、である。   Here, V: surface potential of the photoconductor 12, Q: charge, C: capacitance of the photoconductor 12, ε: dielectric constant of the photoconductor 12 (= relative dielectric constant (εr) of the photoconductor 12 × vacuum dielectric) Ratio (ε0)), w: width of the photoconductor 12, a: radius of the conductive support 13, b: radius from the center of the conductive support 13 to the surface of the photoconductor 12 (= a + thickness of the photoconductor 12 ( d)).

また、感光体12が一周まわる間に受け取る電荷は、   In addition, the charge received while the photoconductor 12 goes around

Figure 0005289834
Figure 0005289834

ここで、I:電子放出電流、n:感光体12の回転数(rpm)、v:プロセススピード、である。   Here, I is the electron emission current, n is the rotational speed (rpm) of the photoconductor 12, and v is the process speed.

式(1)に式(2)を代入すると、VとIとの関係は、   Substituting equation (2) into equation (1), the relationship between V and I is

Figure 0005289834
Figure 0005289834

つまり、以下の式(4)   That is, the following equation (4)

Figure 0005289834
Figure 0005289834

により表される。   It is represented by

上記式(4)を成り立たせるように、感光体12の所望の帯電電位VよりIを算出し、電流計4の測定値から電流計5の測定値を引いた値が常にIとなるように、制御部7が駆動電源により電子放出素子2に印加される電圧を制御してやればよい。   I is calculated from the desired charging potential V of the photoconductor 12 so that the above formula (4) is satisfied, and the value obtained by subtracting the measured value of the ammeter 5 from the measured value of the ammeter 4 is always I. The control unit 7 may control the voltage applied to the electron-emitting device 2 by the driving power source.

例えば、目標とする帯電量Vを−200V〜−1kV、感光体12の比誘電率εrを2〜4、感光体12の幅wを250mm〜500mm、導電支持体13の半径aを25mm〜100mm、感光体12の厚さdを1μm〜100μm、プロセススピードvを30mm/sec〜1000mm/secとすれば、必要となる電子放出電流Iは−0.26μA〜−17.7mAとなる。つまり、電子放出電流Iが−0.25μA以下では帯電量が不足する。また、多少の帯電効率の低下を考慮したとしても、電子放出電流Iが−20mA以上では、電子過剰となり、不要な部分での帯電が発生するほか、素子の無駄な負担が増大するため素子寿命の低下を引き起こす。図8に電子放出電流Iの最適な範囲をまとめた表を示す。また、さらに具体的な例として、目標とする帯電量Vを−650V、感光体12の比誘電率εrを3、感光体12の幅wを330mm、導電支持体13の半径aを30mm、感光体12の厚さdを31.5μm、プロセススピードvを600mm/secとすれば、必要となる電子放出電流Iは−108μAとなる。   For example, the target charge amount V is -200 V to -1 kV, the relative permittivity εr of the photoconductor 12 is 2 to 4, the width w of the photoconductor 12 is 250 mm to 500 mm, and the radius a of the conductive support 13 is 25 mm to 100 mm. If the thickness d of the photoreceptor 12 is 1 μm to 100 μm and the process speed v is 30 mm / sec to 1000 mm / sec, the required electron emission current I is −0.26 μA to −17.7 mA. That is, the charge amount is insufficient when the electron emission current I is −0.25 μA or less. In addition, even if some reduction in charging efficiency is taken into account, if the electron emission current I is -20 mA or more, the electrons become excessive, charging occurs in unnecessary portions, and the useless burden on the device increases, resulting in an increase in device life. Cause a decline. FIG. 8 shows a table summarizing the optimum range of the electron emission current I. As a more specific example, the target charge amount V is −650 V, the relative permittivity εr of the photoconductor 12 is 3, the width w of the photoconductor 12 is 330 mm, the radius a of the conductive support 13 is 30 mm, If the thickness d of the body 12 is 31.5 μm and the process speed v is 600 mm / sec, the required electron emission current I is −108 μA.

このように電子放出素子2から放出される電子の電流量が一定になるように制御することによって、電子放出素子2の寿命や、温度・湿度、電子放出素子2表面の汚れなどの環境変化による電子放出素子2の特性の変化の影響を受けず、安定した帯電が可能となる。また、放出された電子全てが感光体12の帯電に用いられることが前提となっているので、無駄な電子が生じない。つまり、最小限の電子放出で所望の帯電が可能であるため、電子放出素子2に余計な負担をかけることなく、素子の寿命を延ばすことができる。また、放出された電子が全て感光体12に吸着されるため、例えば画像形成装置に搭載したときに他の部材を帯電させることがなく、電気回路の類を破壊する心配も無い。   By controlling the amount of current of electrons emitted from the electron-emitting device 2 to be constant as described above, the electron-emitting device 2 may be affected by environmental changes such as the life of the electron-emitting device 2, temperature / humidity, and contamination of the surface of the electron-emitting device 2. Stable charging is possible without being affected by changes in the characteristics of the electron-emitting device 2. Further, since it is assumed that all the emitted electrons are used for charging the photoconductor 12, no unnecessary electrons are generated. That is, since desired charging can be performed with minimum electron emission, the lifetime of the element can be extended without placing an extra burden on the electron-emitting element 2. Further, since all the emitted electrons are adsorbed by the photosensitive member 12, for example, when mounted on the image forming apparatus, other members are not charged, and there is no fear of destroying the kind of electric circuit.

従来の多孔質半導体層を用いた電子放出素子においては、特に大気中へ電子が放出される際にチャージリング(電子捕捉)が引き起こされる。これにより多孔質半導体層を構成するナノサイズの半導体微粒子(ナノシリコン結晶)に帯電する電子が、多孔質半導体内部の電界を不均一にして電子の加速を抑制し、電子放出量を低下させてしまうという問題があった。このような問題は、特に、帯電速度を上げるために電子放出素子に高電圧を印加した場合ほど顕著に現れ、帯電が不安定になる上、寿命も短くなってしまう。本発明によれば、電子放出素子から放出される電子の電流量が一定になるように、電子放出素子に印加する電圧を制御するので、電子放出素子に不要に高い電圧を印加することがなく、上述した問題が生じない。   In an electron-emitting device using a conventional porous semiconductor layer, charge ring (electron trapping) is caused particularly when electrons are emitted into the atmosphere. As a result, the electrons charged in the nano-sized semiconductor fine particles (nano-silicon crystals) constituting the porous semiconductor layer suppress the acceleration of the electrons by making the electric field inside the porous semiconductor inhomogeneous and reduce the electron emission amount. There was a problem that. Such a problem appears more prominently when a high voltage is applied to the electron-emitting device in order to increase the charging speed, and the charging becomes unstable and the lifetime is shortened. According to the present invention, the voltage applied to the electron-emitting device is controlled so that the amount of electron current emitted from the electron-emitting device is constant, so that an unnecessarily high voltage is not applied to the electron-emitting device. The above-mentioned problem does not occur.

次に、電子放出素子2の詳細な構成について図2を参照して以下に説明する。図2に示すように、電子放出素子2は、電極基板8、電子加速層9、および薄膜電極10を備えている。電子加速層9は、電極基板8と薄膜電極10との間に挟持されるように形成されている。また、電極基板8および薄膜電極10は駆動電源6に接続されており、駆動電源6により電極基板8と薄膜電極10との間に、直流、パルス波形、正弦波形、三角波形等の電圧が印加されるようになっている。電子加速層9は、少なくとも一部が絶縁体により構成されている。電子放出素子2は、電極基板8と薄膜電極10との間に電圧が印加されることで、電極基板8と薄膜電極10との間(すなわち、電子加速層9)で電子を加速し、加速した電子を薄膜電極10から放出させる。   Next, a detailed configuration of the electron-emitting device 2 will be described below with reference to FIG. As shown in FIG. 2, the electron-emitting device 2 includes an electrode substrate 8, an electron acceleration layer 9, and a thin film electrode 10. The electron acceleration layer 9 is formed so as to be sandwiched between the electrode substrate 8 and the thin film electrode 10. The electrode substrate 8 and the thin film electrode 10 are connected to a driving power source 6, and a voltage such as a direct current, a pulse waveform, a sine waveform, or a triangular waveform is applied between the electrode substrate 8 and the thin film electrode 10 by the driving power source 6. It has come to be. The electron acceleration layer 9 is at least partially made of an insulator. The electron-emitting device 2 accelerates and accelerates electrons between the electrode substrate 8 and the thin film electrode 10 (that is, the electron acceleration layer 9) by applying a voltage between the electrode substrate 8 and the thin film electrode 10. The emitted electrons are emitted from the thin film electrode 10.

また帯電装置1は、駆動電源6の他に電界発生用電源11を備えている。電界発生用電源11は、薄膜電極10から放出された電子を感光体12に引き寄せる電界を発生させるために用いられる。感光体12と薄膜電極10との離間距離は、薄膜電極10から放出された電子を感光体12に到達させることができる距離であれば、特に制限されない。例えば、離間距離は、好ましくは100μm〜10mmであり、より好ましくは100μm〜2mmである。   The charging device 1 includes an electric field generating power supply 11 in addition to the driving power supply 6. The electric field generating power source 11 is used to generate an electric field that attracts electrons emitted from the thin film electrode 10 to the photoconductor 12. The separation distance between the photosensitive member 12 and the thin film electrode 10 is not particularly limited as long as the electrons emitted from the thin film electrode 10 can reach the photosensitive member 12. For example, the separation distance is preferably 100 μm to 10 mm, and more preferably 100 μm to 2 mm.

帯電装置1において、電子放出素子2の電極基板8は、例えばSUSやTi、Cu等の金属基板であってもよいし、例えばSiやGe、GaAs等の半導体基板であってもよい。また、ガラス基板のような絶縁体基板を用いる場合、その電子加速層9側の界面に金属などの導電性物質を電極として付着させることによって、電極基板8として用いることができる。   In the charging device 1, the electrode substrate 8 of the electron-emitting device 2 may be a metal substrate such as SUS, Ti, or Cu, or may be a semiconductor substrate such as Si, Ge, or GaAs. Further, when an insulating substrate such as a glass substrate is used, it can be used as the electrode substrate 8 by attaching a conductive substance such as a metal as an electrode to the interface on the electron acceleration layer 9 side.

薄膜電極10は、電子加速層9内に電圧を印加させるものである。そのため、電子加速層9内への電圧の印加が可能となるような材料であれば特に制限なく用いることができる。ただし、薄膜電極10は、電子加速層9内で加速され高エネルギーとなった電子を、なるべくエネルギーの損失無く透過させて放出させるようになっていることが好ましい。この観点から、薄膜電極10は、仕事関数が低くかつ薄膜を形成することが可能な材料で形成されることがより好ましい。このような材料として、例えば、金、炭素、チタン、ニッケル、アルミニウムなどが挙げられる。   The thin film electrode 10 applies a voltage in the electron acceleration layer 9. Therefore, any material that can apply a voltage to the electron acceleration layer 9 can be used without particular limitation. However, it is preferable that the thin-film electrode 10 is configured so as to transmit and emit electrons accelerated in the electron acceleration layer 9 to high energy without loss of energy as much as possible. From this viewpoint, the thin film electrode 10 is more preferably formed of a material having a low work function and capable of forming a thin film. Examples of such a material include gold, carbon, titanium, nickel, and aluminum.

ここで、電子加速層9の内部構造について、図3を参照して以下に説明する。図3は、電子放出素子2の構造を説明する断面図である。図3に示すように、電子加速層9は、第1の誘電体物質により周囲が被覆された導電体からなる導電微粒子15と、第2の誘電体物質14とを含んでいる。本実施形態においては、第1の誘電体物質は導電微粒子を被膜する被膜物質であり、導電体として金属微粒子を用いており、導電微粒子15は絶縁被膜された金属微粒子である。また、本実施形態において、第2の誘電体物質14は、導電微粒子15の平均粒子径よりも大きい平均粒子径の絶縁体からなる微粒子である。しかしながら、電子加速層9の構成は、上記したものに限定されず、例えば、第2の誘電体物質14がシート状に形成され、電極基板8と薄膜電極10との間に積層されており、かつ積層された方向に貫通する複数の開口部を有するように構成されていてもよい。このとき、導電微粒子15はこの開口部に収容される。したがって、電子加速層9は、導電微粒子15と第2の誘電体物質14とが混在するように構成されていればよい。電子加速層9には、少なくとも2種類以上の微粒子が存在していることが好ましい。   Here, the internal structure of the electron acceleration layer 9 will be described below with reference to FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the structure of the electron-emitting device 2. As shown in FIG. 3, the electron acceleration layer 9 includes conductive fine particles 15 made of a conductor whose periphery is covered with a first dielectric material, and a second dielectric material 14. In the present embodiment, the first dielectric material is a coating material that coats conductive fine particles, metal fine particles are used as the conductor, and the conductive fine particles 15 are metal fine particles that have been coated with an insulating film. In the present embodiment, the second dielectric material 14 is a fine particle made of an insulator having an average particle diameter larger than the average particle diameter of the conductive fine particles 15. However, the configuration of the electron acceleration layer 9 is not limited to the one described above. For example, the second dielectric material 14 is formed in a sheet shape and is laminated between the electrode substrate 8 and the thin film electrode 10. And you may be comprised so that it may have a some opening part penetrated in the laminated | stacked direction. At this time, the conductive fine particles 15 are accommodated in the openings. Therefore, the electron acceleration layer 9 should just be comprised so that the electroconductive fine particles 15 and the 2nd dielectric material 14 may be mixed. It is preferable that at least two kinds of fine particles are present in the electron acceleration layer 9.

ここで、絶縁被膜された金属微粒子である導電微粒子15の金属種としては、弾道電子を生成するという動作原理の上ではどのような金属種でも用いることができる。ただし、大気圧動作させた時の金属微粒子の酸化劣化を避ける目的から、金属微粒子は酸化しにくい金属であることが好ましく、例えば、金、銀、白金、ニッケル、パラジウムいった材料が挙げられる。また、絶縁被膜された金属微粒子である導電微粒子15の絶縁被膜としては、弾道電子を生成するという動作原理の上ではどのような絶縁被膜でも用いることができる。ただし、絶縁被膜を金属微粒子の酸化被膜によって賄う場合、大気中での金属微粒子の酸化劣化により酸化皮膜の厚さが所望の膜厚以上に厚くなってしまうおそれがある。したがって、大気圧動作させた時の金属微粒子の酸化劣化を避ける目的から、絶縁被膜としては有機材料であることが好ましく、例えば、アルコラート、脂肪酸、アルカンチオールといった材料が挙げられる。弾道電子の生成の原理の詳細については後述するが、その原理に従うと、絶縁被膜された金属微粒子である導電微粒子15の直径は10nm以下であることが好ましく、その絶縁被膜の厚さはより薄いほうが有利であることが言える。したがって、導電微粒子15において、絶縁被膜の厚さは金属微粒子の平均径よりも薄いことが好ましい。   Here, any metal species can be used as the metal species of the conductive fine particles 15 which are the metal fine particles coated with an insulating film on the operation principle of generating ballistic electrons. However, for the purpose of avoiding oxidative deterioration of the metal fine particles when operated at atmospheric pressure, the metal fine particles are preferably a metal that is not easily oxidized, and examples thereof include materials such as gold, silver, platinum, nickel, and palladium. In addition, any insulating coating can be used as the insulating coating of the conductive fine particles 15 which are metal particles coated with an insulating coating on the principle of operation of generating ballistic electrons. However, when the insulating film is covered with an oxide film of metal fine particles, there is a possibility that the thickness of the oxide film becomes thicker than a desired film thickness due to oxidative deterioration of the metal fine particles in the atmosphere. Therefore, for the purpose of avoiding oxidative deterioration of the metal fine particles when operated at atmospheric pressure, the insulating film is preferably an organic material, and examples thereof include materials such as alcoholate, fatty acid, and alkanethiol. The details of the principle of the generation of ballistic electrons will be described later. According to the principle, the diameter of the conductive fine particles 15 which are the metal particles coated with the insulating film is preferably 10 nm or less, and the thickness of the insulating film is thinner. It can be said that is more advantageous. Therefore, in the conductive fine particles 15, the insulating coating is preferably thinner than the average diameter of the metal fine particles.

絶縁体からなる微粒子である第2の誘電体物質14の材料としては、絶縁性を有する材料であれば特に制限なく用いることができる。ただし、電子加速層9を構成する全材料に対する第2の誘電体物質14の割合は80〜95w%であることが好ましい。また、電子加速層9に含まれる第2の誘電体物質14と導電微粒子15との個数比は、第2の誘電体物質14が1個に対し、導電微粒子15が2個から300個程度、すなわち1:2〜300であるときに、適度な抵抗率と放熱効果が得られるため好ましい。また、第2の誘電体物質14の直径は5〜1000nmであることが好ましい。したがって、第2の誘電体物質14の材料はSiO、Al、TiO等、または有機ポリマーであることが好ましい。 The material of the second dielectric substance 14 that is fine particles made of an insulator can be used without particular limitation as long as it is an insulating material. However, it is preferable that the ratio of the second dielectric substance 14 with respect to all materials constituting the electron acceleration layer 9 is 80 to 95 w%. The number ratio of the second dielectric material 14 and the conductive fine particles 15 included in the electron acceleration layer 9 is about 2 to 300 conductive fine particles 15 for one second dielectric material 14. That is, when it is 1: 2 to 300, an appropriate resistivity and heat dissipation effect are obtained, which is preferable. The diameter of the second dielectric material 14 is preferably 5 to 1000 nm. Therefore, the material of the second dielectric substance 14 is preferably SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 or the like, or an organic polymer.

電子加速層9は、層厚が薄いほど強電界がかかり低電圧印加で電子を加速させることが可能であるが、第2の誘電体物質14の平均径よりも薄くはできないため、電子加速層の層厚は5〜1000nmであることが好ましい。   The electron acceleration layer 9 has a stronger electric field as the layer thickness is thinner, and can accelerate electrons by applying a low voltage. However, since the electron acceleration layer 9 cannot be thinner than the average diameter of the second dielectric material 14, the electron acceleration layer 9 The layer thickness is preferably 5 to 1000 nm.

次に、電子放出素子2からの電子放出の原理について図4を参照して説明する。図4は、電子放出素子2の電子加速層9のエネルギーバンドを示す図である。電子加速層9において導電微粒子15は、図3に示すように、ある程度連なって接するように存在しているため、導電微粒子15が存在している部分においては、絶縁体と導電体とが交互に存在していることになる。この導電微粒子15が存在している部分に電圧が印加されると、そのエネルギーバンド図は、図4に示すようになる。   Next, the principle of electron emission from the electron-emitting device 2 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram showing an energy band of the electron acceleration layer 9 of the electron emitter 2. In the electron acceleration layer 9, as shown in FIG. 3, the conductive fine particles 15 are present so as to be in contact with each other to some extent. Therefore, in the portion where the conductive fine particles 15 are present, the insulator and the conductor are alternately arranged. It will exist. When a voltage is applied to the portion where the conductive fine particles 15 are present, the energy band diagram is as shown in FIG.

図4に示すように、電界により電極基板8から電子加速層9に入った電子は、導電微粒子15の金属粒子と絶縁被膜と間のトンネルを介して絶縁被膜に侵入する。絶縁被膜内は高電界が印加されているため、電子は加速されて、エネルギーを得る。絶縁被膜を突破した電子は次に導電性の金属粒子内に侵入する。金属粒子内における電子の平均自由行程は10nm以上であるが、絶縁被膜された金属微粒子である導電微粒子15の半径は10nm以下とすることによって、電子は金属原子とぶつかることなく、散乱せずに通過し、また次の絶縁被膜に浸入する。これを繰り返すことにより、電子は高エネルギーを得て弾道電子となる。最終的に電子は薄膜電極10に到達する。   As shown in FIG. 4, the electrons that have entered the electron acceleration layer 9 from the electrode substrate 8 by the electric field enter the insulating coating through a tunnel between the metal particles of the conductive fine particles 15 and the insulating coating. Since a high electric field is applied in the insulating film, the electrons are accelerated to obtain energy. The electrons that have penetrated the insulating coating then enter the conductive metal particles. The mean free path of electrons in the metal particles is 10 nm or more. However, by setting the radius of the conductive fine particles 15 that are the metal fine particles with insulating coating to 10 nm or less, the electrons do not collide with metal atoms and are not scattered. Pass through and penetrate into the next insulation coating. By repeating this, electrons gain high energy and become ballistic electrons. Finally, the electrons reach the thin film electrode 10.

このとき、電子が薄膜電極10の仕事関数以上のエネルギーを得ていると、電子は薄膜電極10を通り抜けて放出される。このような原理により、電子放出素子2は電子を放出することができる。このとき、図1に示すように導電支持体13が接地されていると、電子放出素子2から放出させられた電子は、電界発生用電源11により薄膜電極10と導電支持体13との間に発生した電界に引き寄せられ、感光体12の表面において帯電する。   At this time, if the electrons have obtained energy equal to or higher than the work function of the thin film electrode 10, the electrons are emitted through the thin film electrode 10. Based on such a principle, the electron-emitting device 2 can emit electrons. At this time, if the conductive support 13 is grounded as shown in FIG. 1, electrons emitted from the electron-emitting device 2 are placed between the thin film electrode 10 and the conductive support 13 by the electric field generating power supply 11. The surface of the photoreceptor 12 is charged by being attracted by the generated electric field.

以上のように、帯電装置1においては、電子放出素子2が大気圧中に電子を放出させ、その電子を電界によって感光体12に到達させるようになっている。すなわち帯電装置1では、放電を利用せずに電子を発生させているので、オゾンなどの有害物質の発生を抑えつつ感光体12を帯電させることができる。   As described above, in the charging device 1, the electron-emitting device 2 emits electrons into the atmospheric pressure, and the electrons reach the photoconductor 12 by an electric field. That is, since the charging device 1 generates electrons without using discharge, the photoreceptor 12 can be charged while suppressing generation of harmful substances such as ozone.

なお、本実施形態においては、1つの電子放出素子2を備えた構成を例として説明したが、図5に示すように、帯電装置1は、2つ以上の複数の電子放出素子2を、円筒状の感光体12の長手方向(幅方向)に直線状に配列させた構成であってもよい。図5は、他の実施形態に係る帯電装置1を示す模式図である。これらの複数の電子放出素子2のそれぞれに対して帯電制御装置3を接続し、独立して帯電量を制御するように帯電制御装置3を駆動すれば、電子放出素子2を1つのみ用いる場合と比較して、電子放出素子2の感光体12に面する面の面積に依存した電子放出特性のバラツキの影響を受けにくく、均一な帯電を行うことができる。   In the present embodiment, the configuration including one electron-emitting device 2 has been described as an example. However, as illustrated in FIG. 5, the charging device 1 includes two or more electron-emitting devices 2 in a cylindrical shape. Alternatively, a linear arrangement may be employed in the longitudinal direction (width direction) of the photoconductor 12 having a shape. FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a charging device 1 according to another embodiment. When the charge control device 3 is connected to each of the plurality of electron-emitting devices 2 and the charge control device 3 is driven so as to control the charge amount independently, only one electron-emitting device 2 is used. Compared to the above, it is less affected by variations in the electron emission characteristics depending on the area of the surface of the electron-emitting device 2 facing the photoreceptor 12, and uniform charging can be performed.

また、図6に示すように、帯電装置1は、2つ以上の複数の電子放出素子2を、感光体12の長手方向に沿って直線状に2列以上配置してもよい。図6は、他の実施形態に係る帯電装置1を示す模式図である。このとき、それぞれの列における電子放出素子2間の間隙が、隣接する列の間で、感光体12の長手方向に直交する方向に重ならないように、すなわち当該間隙が感光体12の長手方向に直交する方向に互い違いになるように配置することが好ましい。このように複数の電子放出素子2を千鳥状に配列させることによって、それぞれが整列する直線上の間隙における帯電不良を補い合うことが可能であり、感光体12の帯電の均一性が向上するという効果が生じる。なお、図6においては、帯電制御装置3は図示されていないが、図5に示す構成と同様に、複数の電子放出素子2のそれぞれに帯電制御装置3が接続されており、各電子放出素子からの電子の放出量を独立して制御することによって、感光体12の均一な帯電を実現させることができる。   As shown in FIG. 6, the charging device 1 may arrange two or more electron-emitting devices 2 in two or more rows in a straight line along the longitudinal direction of the photoreceptor 12. FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a charging device 1 according to another embodiment. At this time, the gap between the electron-emitting devices 2 in each row is not overlapped in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the photoconductor 12 between adjacent rows, that is, the gap is in the longitudinal direction of the photoconductor 12. It is preferable to arrange so that it may become alternate in the orthogonal direction. By arranging a plurality of electron-emitting devices 2 in a staggered manner in this way, it is possible to compensate for charging defects in the linear gaps in which they are aligned, and the effect of improving the charging uniformity of the photoconductor 12 is achieved. Occurs. In FIG. 6, the charge control device 3 is not shown, but the charge control device 3 is connected to each of the plurality of electron-emitting devices 2 in the same manner as the configuration shown in FIG. By independently controlling the amount of electrons emitted from the photoconductor 12, uniform charging of the photoconductor 12 can be realized.

次に、電界発生用電源11により発生させる電界について説明する。一般に電界が存在していれば電子は全て電界に引き寄せられる。したがって、帯電装置1では、放出された電子は全て感光体12に到達するようになっている。しかしながら、感光体12が帯電するに従って電界は弱まり、最終的に感光体12の表面と電子放出素子2の薄膜電極10とが等電位になった時点で電界は消滅し、それ以上電子は感光体12に引き寄せられなくなる。従来の放電を利用したスコロトロン方式の帯電装置では、このような電位差を利用して帯電量の制御を行っている。つまり、電界発生用電源11により電子放出素子2の薄膜電極10に印加される電位は、少なくとも目標とする感光体12の帯電量V以上であることが必要であった。   Next, the electric field generated by the electric field generating power supply 11 will be described. In general, if an electric field is present, all electrons are attracted to the electric field. Therefore, in the charging device 1, all the emitted electrons reach the photoconductor 12. However, as the photosensitive member 12 is charged, the electric field is weakened. When the surface of the photosensitive member 12 and the thin film electrode 10 of the electron-emitting device 2 finally become equipotential, the electric field disappears, and more electrons are transferred to the photosensitive member. No longer attracted to 12. In a scorotron charging device using a conventional discharge, the amount of charge is controlled using such a potential difference. That is, the potential applied to the thin-film electrode 10 of the electron-emitting device 2 by the electric field generating power source 11 needs to be at least equal to the target charge amount V of the photoreceptor 12.

上述のように、電界発生用電源11により電子放出素子2に印加する電位がVであれば、最終的に感光体12の電位はVとなる。しかしながら、現実には感光体12が電位Vまで帯電するには、ある程度の時間が必要である。特に、感光体12の電位がVに近づけば近づくほどその帯電速度は遅くなる。感光体12は回転しているため、電子放出素子2の直下を通り過ぎてしまうまでに所望の電位にまで帯電させてしまう必要がある。   As described above, if the potential applied to the electron-emitting device 2 by the electric field generating power supply 11 is V, the potential of the photoconductor 12 finally becomes V. However, in reality, a certain amount of time is required for the photoreceptor 12 to be charged to the potential V. In particular, the charging speed decreases as the potential of the photoconductor 12 approaches V. Since the photosensitive member 12 is rotating, it is necessary to charge the photosensitive member 12 to a desired potential before the photosensitive member 12 passes just below the electron-emitting device 2.

図7は、1つの例として、目標とする帯電量Vを−650V、感光体12の比誘電率εrを3、感光体12の幅wを330mm、導電支持体13の半径aを30mm、感光体12の厚さdを31.5μm、プロセススピードvを600mm/secとし、電子放出電流Iを−108μAで帯電させた場合の、感光体12の帯電の経時変化を示した図である。電界発生用電源11の印加電圧は−650V、−1kV、−1.5kVとし、理想直線は電界発生用電源11の印加電圧が−無限大であるときの直線を示している。なお、電子放出素子2の、感光体12の回転方向の長さは30mmとし、したがって感光体12の任意の箇所が電子放出素子2の直下を通り過ぎるのに要する時間は50msecとしている。   FIG. 7 shows an example in which the target charge amount V is −650 V, the relative permittivity εr of the photoconductor 12 is 3, the width w of the photoconductor 12 is 330 mm, the radius a of the conductive support 13 is 30 mm, FIG. 6 is a diagram showing the change with time of charging of the photoreceptor 12 when the thickness d of the body 12 is 31.5 μm, the process speed v is 600 mm / sec, and the electron emission current I is charged at −108 μA. The applied voltage of the electric field generating power supply 11 is −650 V, −1 kV, and −1.5 kV, and the ideal straight line is a straight line when the applied voltage of the electric field generating power supply 11 is −infinity. The length of the electron emitting element 2 in the rotation direction of the photoconductor 12 is 30 mm. Therefore, the time required for an arbitrary portion of the photoconductor 12 to pass directly under the electron emitting element 2 is 50 msec.

図7に示すように、電界発生用電源11の印加電圧が−650Vでは、50msecの時点ではまだ−350V程度までしか帯電しておらず、帯電量が足りないことがわかる。一方、電界発生用電源11の印加電圧を−1.5kVのとき、所望の電位の99%以上である−645Vの帯電が得られており、十分に実用範囲であるといえる。さらに電圧を上げれば理想直線に近づいていくが、一方で、あまり電圧をかけ過ぎると、コロナ放電が発生する恐れが生じる。コロナ放電が発生すると、オゾン等の有害物質が発生するほか、電子放出素子2からの電子放出電流以外に放電電流が流れるため、適切な帯電量の制御が困難になる。放電部の形状や電界集中の状態にもよるが、一般にコロナ放電は大気中で±4kV程度の電圧印加で生じるため、電界発生用電源11の印加電圧は−4kV以下とすることが好ましい。以上より、電界発生用電源11の印加電圧を目標とする帯電量V以上、より好ましくは−1.5kV〜−4kVにすることが好ましい。図9に電界発生用電源11によって生じさせる薄膜電極−被帯電体間の電位差の最適な範囲をまとめた表を示す。   As shown in FIG. 7, when the applied voltage of the electric field generating power supply 11 is −650V, it is still charged only to about −350V at the time of 50 msec, and it is understood that the charging amount is insufficient. On the other hand, when the applied voltage of the electric field generating power supply 11 is -1.5 kV, charging of -645 V, which is 99% or more of the desired potential, is obtained, which can be said to be sufficiently within the practical range. If the voltage is further increased, it approaches the ideal straight line, but on the other hand, if too much voltage is applied, corona discharge may occur. When corona discharge occurs, harmful substances such as ozone are generated, and a discharge current flows in addition to the electron emission current from the electron emitter 2, making it difficult to control the appropriate charge amount. Although depending on the shape of the discharge part and the state of electric field concentration, corona discharge is generally generated by applying a voltage of about ± 4 kV in the atmosphere, so the applied voltage of the electric field generating power supply 11 is preferably −4 kV or less. From the above, it is preferable to set the applied voltage of the electric field generating power supply 11 to a target charge amount V or more, more preferably −1.5 kV to −4 kV. FIG. 9 shows a table summarizing the optimum range of the potential difference between the thin film electrode and the charged body generated by the electric field generating power source 11.

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。   In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A various change is possible in the range shown to the claim. That is, embodiments obtained by combining technical means appropriately modified within the scope of the claims are also included in the technical scope of the present invention.

本発明に係る帯電装置および帯電制御装置は、オゾン等の有害物質の発生を伴わずに、効率よく感光体を帯電させることが可能であるため、特に電子写真方式の複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に好適に用いることができる。   Since the charging device and the charging control device according to the present invention can efficiently charge the photoconductor without generating harmful substances such as ozone, the electrophotographic copying machine, printer, facsimile, etc. The image forming apparatus can be suitably used.

一実施形態に係る本発明の帯電装置を示す模式図である。It is a schematic diagram showing a charging device of the present invention according to an embodiment. 一実施形態に係る本発明の帯電装置を示す模式図である。It is a schematic diagram showing a charging device of the present invention according to an embodiment. 一実施形態に係る本発明の帯電装置における電子放出素子の内部構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the internal structure of the electron-emitting element in the charging device of this invention which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る本発明の帯電装置における電子放出素子の電子加速層のエネルギーバンドを示す図である。It is a figure which shows the energy band of the electron acceleration layer of the electron-emitting element in the charging device of this invention which concerns on one Embodiment. 他の実施形態に係る本発明の帯電装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the charging device of this invention which concerns on other embodiment. 他の実施形態に係る本発明の帯電装置1を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the charging device 1 of this invention which concerns on other embodiment. 一実施形態に係る本発明の帯電装置による感光体の帯電の経時変化を示す図である。It is a figure which shows the time-dependent change of the charge of the photoreceptor by the charging device of this invention which concerns on one Embodiment. 電子放出電流Iの最適な範囲を示す表である。3 is a table showing an optimum range of an electron emission current I. 薄膜電極−被帯電体間の電位差の最適な範囲を示す表である。It is a table | surface which shows the optimal range of the electrical potential difference between a thin film electrode and a to-be-charged body.

符号の説明Explanation of symbols

1 帯電装置
2 電子放出素子
3 帯電制御装置
4 電流計(測定手段、第1の電流測定部)
5 電流計(測定手段、第2の電流測定部)
6 駆動電源
7 制御部
8 電極基板
9 電子加速層
10 薄膜電極
11 電界発生用電源
12 感光体(被帯電体)
13 導電支持体
14 第2の誘電体物質
15 導電微粒子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Charging device 2 Electron emission element 3 Charging control device 4 Ammeter (measuring means, first current measuring unit)
5 Ammeter (measuring means, second current measuring unit)
6 Drive Power Supply 7 Control Unit 8 Electrode Substrate 9 Electron Acceleration Layer 10 Thin Film Electrode 11 Electric Field Generating Power Supply 12 Photoconductor (Charged Object)
13 Conductive Support 14 Second Dielectric Material 15 Conductive Fine Particle

Claims (19)

電子放出素子に電圧を印加することによって放出される電子による被帯電体の帯電量を制御する帯電制御装置であって、
上記電子放出素子内の電流量を測定する測定手段と、
上記測定手段からの測定結果に基づいて、上記電子放出素子から放出される電子の電流量が一定になるように、上記電子放出素子に印加する電圧を制御する制御手段とを備え、
上記測定手段は、上記電子放出素子に流入した電流量を測定する第1の電流測定部と、上記電子放出素子から放出されずに回収される電流量を測定する第2の電流測定部とを含み、
上記制御手段は、第1の電流測定部が測定した電流量と第2の電流測定部が測定した電流量との差が一定になるように、上記電子放出素子に印加する電圧を制御するようになっていることを特徴とする帯電制御装置。
A charge control device that controls the amount of charge of an object to be charged by electrons emitted by applying a voltage to an electron-emitting device,
Measuring means for measuring the amount of current in the electron-emitting device;
Based on the measurement results from the measuring means, so that the amount of current of electrons emitted from the electron-emitting device is constant, e Bei and control means for controlling a voltage applied to the electron-emitting device,
The measuring means includes a first current measuring unit that measures the amount of current flowing into the electron-emitting device, and a second current measuring unit that measures the amount of current recovered without being emitted from the electron-emitting device. Including
The control means controls the voltage applied to the electron-emitting device so that the difference between the current amount measured by the first current measurement unit and the current amount measured by the second current measurement unit is constant. charge control apparatus characterized by being turned.
請求項に記載の帯電制御装置と、上記電子放出素子とを備え、
上記電子放出素子は、電極基板および薄膜電極の間に、少なくとも一部が絶縁体により構成された電子加速層を有し、当該電極基板および当該薄膜電極の間に電圧が印加されることによって、当該電子加速層において電子を加速させて当該薄膜電極から放出するようになっていることを特徴とする帯電装置。
A charge control device according to claim 1 and the electron-emitting device.
The electron-emitting device has an electron acceleration layer at least partially composed of an insulator between the electrode substrate and the thin film electrode, and a voltage is applied between the electrode substrate and the thin film electrode, A charging device, wherein electrons are accelerated in the electron acceleration layer and emitted from the thin film electrode.
上記制御手段は、上記電子放出素子から放出される電子の電流量が0.25μA〜20mAになるように、上記電子放出素子に印加する電圧を制御するようになっていることを特徴とする請求項に記載の帯電装置。 The control means is configured to control a voltage applied to the electron-emitting device such that an amount of current of electrons emitted from the electron-emitting device is 0.25 μA to 20 mA. Item 3. The charging device according to Item 2 . 上記制御手段は、上記薄膜電極と上記被帯電体との電位差が、1.5kV〜4kVになるように、上記電子放出素子に印加する電圧を制御するようになっていることを特徴とする請求項2または3に記載の帯電装置。 The control means is configured to control a voltage applied to the electron-emitting device so that a potential difference between the thin film electrode and the member to be charged is 1.5 kV to 4 kV. Item 4. The charging device according to Item 2 or 3 . 上記電子放出素子を複数備え、当該複数の電子放出素子をそれぞれ個別に制御する複数の上記帯電制御装置を備えていることを特徴とする請求項2〜4の何れか1項に記載の帯電装置。 5. The charging device according to claim 2 , comprising a plurality of the electron-emitting devices, and a plurality of the charge control devices that individually control the plurality of electron-emitting devices. . 上記複数の電子放出素子は、円筒状の上記被帯電体の長手方向に沿って2列以上配列されており、各列における上記電子放出素子間の間隙が、隣接する列間で上記長手方向に直交する方向に重ならないように配置されていることを特徴とする請求項に記載の帯電装置。 The plurality of electron-emitting devices are arranged in two or more rows along the longitudinal direction of the cylindrical body to be charged, and the gap between the electron-emitting devices in each row is between the adjacent rows in the longitudinal direction. The charging device according to claim 5 , wherein the charging device is arranged so as not to overlap in an orthogonal direction. 上記薄膜電極は、金、炭素、ニッケル、チタンおよびアルミニウムの少なくとも1つを含んでいることを特徴とする請求項2〜6の何れか1項に記載の帯電装置。 The charging device according to claim 2 , wherein the thin film electrode includes at least one of gold, carbon, nickel, titanium, and aluminum. 上記電子加速層は、
第1の誘電体物質に被覆された導電体からなる導電微粒子と、
第2の誘電体物質とを含んでいることを特徴とする請求項2〜7の何れか1項に記載の帯電装置。
The electron acceleration layer is
Conductive particles made of a conductor coated with a first dielectric material;
The charging device according to claim 2 , further comprising a second dielectric substance.
上記導電体は、金、銀、白金、ニッケルおよびパラジウムの少なくとも1つを含んでいることを特徴とする請求項に記載の帯電装置。 9. The charging device according to claim 8 , wherein the conductor includes at least one of gold, silver, platinum, nickel, and palladium. 第1の誘電体物質は、アルコラート、脂肪酸およびアルカンチオールの少なくとも1つを含んでいること特徴とする請求項8または9に記載の帯電装置。 The charging device according to claim 8 or 9 , wherein the first dielectric material includes at least one of an alcoholate, a fatty acid, and an alkanethiol. 第2の誘電体物質は、SiO、AlおよびTiOの少なくとも1つ、あるいは有機ポリマーを含んでいることを特徴とする請求項8〜10の何れか1項に記載の帯電装置。 11. The charging device according to claim 8 , wherein the second dielectric material includes at least one of SiO 2 , Al 2 O 3 and TiO 2 , or an organic polymer. . 第1の誘電体物質の膜厚は、上記導電体の平均径よりも薄いことを特徴とする請求項8〜11のいずれかに記載の帯電装置。 12. The charging device according to claim 8 , wherein a film thickness of the first dielectric substance is thinner than an average diameter of the conductor. 第2の誘電体物質は上記導電微粒子の平均径より大きい平均径の微粒子であることを特徴とする請求項8〜12の何れか1項に記載の帯電装置。 The charging device according to any one of claims 8 to 12 , wherein the second dielectric substance is fine particles having an average diameter larger than an average diameter of the conductive fine particles. 第2の誘電体物質の平均粒子径は30〜1000nmであることを特徴とする請求項13に記載の帯電装置。 14. The charging device according to claim 13 , wherein the average particle diameter of the second dielectric material is 30 to 1000 nm. 第2の誘電体物質は層状であり、上記電子放出素子における電流の流入方向に積層され、かつ当該流入方向に貫通する複数の開口部を有しており、
上記導電微粒子は、上記開口部に収容されていることを特徴とする請求項8〜12の何れか1項に記載の帯電装置。
The second dielectric material is layered, and is stacked in the current inflow direction of the electron-emitting device, and has a plurality of openings that penetrate in the inflow direction.
The charging device according to claim 8 , wherein the conductive fine particles are accommodated in the opening.
上記導電微粒子の平均径は、10nm以下であることを特徴とする請求項8〜15の何れか1項に記載の帯電装置。 The charging device according to claim 8 , wherein an average diameter of the conductive fine particles is 10 nm or less. 上記電子加速層中における第2の誘電体物質の重量比は、80〜95w%であることを特徴とする請求項8〜16の何れか1項に記載の帯電装置。 17. The charging device according to claim 8 , wherein a weight ratio of the second dielectric material in the electron acceleration layer is 80 to 95 w%. 上記電子加速層の層厚は、30〜1000nmであることを特徴とする請求項8〜17の何れか1項に記載の帯電装置。 18. The charging device according to claim 8 , wherein the electron acceleration layer has a thickness of 30 to 1000 nm. 請求項2〜18のいずれか1項に記載の帯電装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。 An image forming apparatus comprising the charging device according to claim 2 .
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