JP4139045B2

JP4139045B2 - Charging device and image forming apparatus

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Publication number: JP4139045B2
Application number: JP2000150134A
Authority: JP
Inventors: 達哉佐藤; 浩近藤; 正治田中; 智明菅原
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2000-05-22
Filing date: 2000-05-22
Publication date: 2008-08-27
Anticipated expiration: 2020-05-22
Also published as: JP2001331017A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、感光体等の被帯電体を帯電させるのに使用する帯電装置及びその帯電装置を用いた画像形成装置に係り、特に電子放出によって被帯電体を帯電させるようにした帯電装置、及びその帯電装置を用いた、複写機、プリンター、ファクシミリ、プロッター等の電子写真方式の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＵＬ規格、ＴＵＶ規格、ＢＡＭ規格など、複数の国、地域で複数の団体により電子写真方式の画像形成装置に対して、発生するオゾン量を規制するための規格が設定されている。
また、画像形成装置においては、帯電装置の放電により発生する窒素酸化物（ＮＯ_X ）に起因する物質が感光体に付着し吸湿することで、感光体表面電位を低下させることにより不良画像が発生するという不具合が問題になっている。
【０００３】
従来、複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタ等の電子写真方式の画像形成装置に用いられ、被帯電体である感光体を帯電する帯電装置には、コロナ帯電器、ローラ帯電器、ブラシ帯電器、固体帯電器等がある。
この内、コロナ帯電器は、最も多く利用されている帯電方式である。しかし、コロナ帯電器は、気中でのコロナ放電を利用した非接触帯電方式のため、非常に多くのオゾン及びＮＯ_X を発生するという問題がある。
そこでこの問題を解決するため、例えば、オゾンの発生量を低減するようにしたコロナ帯電器が特開平９−１１４１９２号公報に記載されている。このコロナ帯電器は、非常に細い４０〜５０ミクロン（μｍ）のワイヤを用いて放電を行うことによりオゾンの発生量を５０％以下に低減している。
また、特開平６−３２４５５６号公報には、ワイヤの３方を囲むように配置された金属筐体と、その開放部近傍に配置された金属メッシュ電極とを有し、ワイヤから発生したオゾンを閉じ込め、オゾン分子の衝突確立を高めることにより、放出されるオゾン量の低減を計るコロナ帯電器が記載されている。
さらに、コロナ帯電器等の帯電装置により発生したオゾンを低減する方法の一つとして、オゾン吸着剤を用いる方法が知られており、このオゾン吸着剤は、帯電装置により発生したオゾンを活性炭などの触媒機能により酸化したり、表面に吸着させたりするのに用いられている。
【０００４】
一方、ローラ帯電器は、古くは特開昭５６−９１２５３号公報に記載されており、近年、盛んに検討されている接触帯電方式の一つである。このローラ帯電器は、帯電したローラを被帯電体に接触させて帯電を行う方式のため、オゾンの発生を非常に少なくでき、有望視されている。
また、ブラシ帯電器は、特公昭５５−２９８３７号公報等に記載されており、接触帯電方式の一つである。このブラシ帯電器は、帯電したブラシを被帯電体に接触させて帯電を行う方式のため、オゾンの発生を非常に少なくできる。
【０００５】
固体帯電器は、古くは特開昭５４−５３５３７号公報等に記載されたものがある。また、特開平５−９４０７７号公報には、絶縁部材上に放電電極を、微小間隔を介して多数併設する装置が記載されている。
さらに、特開平６−７５４５７号公報には、帯電器と被記録体との間隔を５００〜３０００μｍに設定することにより、イオンの飛距離を短くしてオゾンの拡散を抑制すると共に、トナーなどの付着を防止するものが記載されている。
特開平９−２４４３５０号公報には、板状基板上の放電電極と、その外周に配設した沿面グロー放電手段と、帯電器全体を覆うカバーを備えた放電装置が記載されている。
特開平９−１１５６４６号公報には、平面型固体放電装置において電極材料に特定の仕事関数の材料を用いることによりＮＯ_X の低減を図ることが記載されている。
【０００６】
さらに、新規な帯電方式を用いたものとして、特開平８−２０３４１８号公報には、ライン電極表面にＰ−Ｎ接合の半導体素子、又はエレクトロルミネッセンス材料よりなる電子放出素子層を設けた電荷発生器、及びこれを一画素単位で独立に駆動して誘電体上に潜像を形成する静電潜像形成装置が記載されている。
また、特開平８−１３７２１５号公報には、電荷発生制御素子を１次元あるいは２次元に配列して形成した電荷発生器において、上記電荷発生制御素子の電荷放出部材を備えた電荷発生部を素子の最表面に形成すると共に、電荷発生制御素子を素子の下部に形成したことを特徴とする電荷発生器が記載されている。
さらにまた、特開平９−９２１３０号公報には、電荷発生制御素子を１次元あるいは２次元に配列して形成した電荷発生器において、上記電荷発生制御素子を半導体基板上に形成すると共に、該電荷発生制御素子の電荷放出部をＰ−Ｎ接合を有するダイオードで構成し、該ダイオードに逆バイアスを印加することによって電子もしくは電荷を放出するように構成したことを特徴とする電荷発生器が記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の帯電装置（帯電方式）のうち、コロナ帯電器は、非常に多くのオゾン及びＮＯ_X を発生する。このため特開平９−１１４１９２号公報や特開平６−３２４５５６号公報に記載されているようなオゾン量を低減させるようにしたコロナ帯電器では、せいぜい５０％程度のオゾン量の低減しか出来ず、オゾン吸着剤等の併用が必要であった。
また、オゾン吸着剤を併用した場合、オゾン量を低減することはできるが、オゾン吸着剤は、経時劣化が生じるためにオゾンフィルタの交換やメンテナンスが必要であり、コストがかかるという問題がある。
【０００８】
ローラ帯電器は、接触帯電方式のためオゾンの発生を非常に少なくできるが、帯電が不均一になりやすく、また、電子写真方式の画像形成装置に用いた場合、ローラ表面のトナー汚染、ローラに印加するバイアス交流による振動、画像のモワレなどが生じやすいという問題がある。また、ローラ帯電器は回転体であり、ローラ表面のクリーニングが必要になるために部材が多く、製造コストがかかるという問題があり、その他にもローラ帯電器には、感光体の感光層が絶縁破壊されてピンホールが発生しやすくなったり、振動音、可塑剤等による帯電ローラ跡、ローラの永久変形等が生じやすいという問題がある。
ブラシ帯電器は、接触帯電方式のためオゾンの発生を非常に少なくできるが、筋状帯電むらや環境変動による帯電むらが発生しやすく、また、低温ストリーマ放電、白斑点、感光体磨耗、磨耗感光体の蓄積、ブラシの抜け等の発生や、感光体傷に対する異常放電に起因するブラシの溶融などの欠点がある。
さらに、固体帯電器では、装置を小型化できるなどの利点はあるものの、放電面積が広く、期待するほどオゾンやＮＯ_X などの不快物質の低減は出来ていない。
【０００９】
前述の電荷発生器や、それを用いた静電潜像形成装置においては、一画素単位で駆動する構成の素子であるため、逆に均一帯電による電子写真プロセスへの適用が困難であること、駆動装置等の装置構成全体が煩雑になることなどの欠点を有している。
また、感光体等の被帯電体に対向させて動作させる必要があるため、被帯電体に印加するバイアス電圧がパッシェン則における放電しきい値よりも高い場合には、電荷発生器と被帯電体の間の空間で放電破壊が起こり、結局オゾンやＮＯ_X などが発生してしまうという欠点も有している。その上、電子放出面に被帯電体や周囲の雰囲気からの粒子やイオンが付着してしまうため、安定な動作が出来ないという不具合がある。特にエレクトロルミネッセンス材料からなる電子放出素子層の場合には、同時に起こる発光が被帯電体に入射することにより、電子写真用感光体を帯電させる際に帯電電位の低下が起こってしまうという問題がある。
【００１０】
本発明は上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、オゾン及びＮＯ_X の発生防止、装置の長寿命化、帯電効率の向上、帯電能力の安定性向上等を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置、及びその帯電装置を用いた画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１１】
より詳しく述べると、請求項１に係る発明は、オゾン及びＮＯ_Ｘの発生防止、装置の長寿命化及び帯電均一性の向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することを目的とする。
請求項２に係る発明は、オゾン及びＮＯ_Ｘの発生防止、装置の長寿命化及び帯電効率の向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することを目的とする。
請求項３に係る発明は、オゾン及びＮＯ_Ｘの発生防止、装置の長寿命化及び帯電効率の向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することを目的とする。
請求項４に係る発明は、オゾン及びＮＯ_Ｘの発生防止、装置の長寿命化及び帯電均一性のいっそうの向上を図ることができ、より均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することを目的とする。
請求項５に係る発明は、オゾン及びＮＯ_Ｘの発生防止、装置の長寿命化及び帯電効率の向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することを目的とする。
請求項６に係る発明は、オゾン及びＮＯ_Ｘの発生防止、装置の長寿命化及び帯電能力の安定性向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することを目的とする。
請求項７に係る発明は、オゾン及びＮＯ_Ｘの発生防止、装置の長寿命化及び帯電効率の向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することを目的とする。
請求項８に係る発明は、オゾン及びＮＯ_Ｘの発生防止、装置の長寿命化及び帯電効率の向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することを目的とする。
請求項９に係る発明は、オゾン及びＮＯ_Ｘの発生防止、装置の長寿命化及び帯電効率のいっそうの向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することを目的とする。
請求項１０に係る発明は、オゾン及びＮＯ_Ｘの発生防止、装置の長寿命化及び有害ガス成分放出防止を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することを目的とする。
請求項１１に係る発明は、オゾン及びＮＯ_Ｘの発生防止、装置の長寿命化、生産性の向上及び帯電能力の安定性向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することを目的とする。
請求項１２に係る発明は、オゾン及びＮＯ_Ｘの発生防止、装置の長寿命化、生産性の向上、低コスト化及び帯電能力の安定性向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することを目的とする。
請求項１３に係る発明は、オゾン及びＮＯ_Ｘの発生防止、装置の長寿命化、生産性の向上、低コスト化及び帯電能力の安定性向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することを目的とする。
請求項１４に係る発明は、オゾン及びＮＯ_Ｘの発生防止、装置の長寿命化、生産性の向上、低コスト化及び帯電能力の安定性向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することを目的とする。
請求項１５に係る発明は、オゾン及びＮＯ_Ｘの発生が防止され、良好な画像形成を行うことができる画像形成装置を実現することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
従来技術における課題を解決し、上記目的を達成するため、本発明に係る帯電装置及び画像形成装置は以下のように構成した。
すなわち、請求項１に係る帯電装置は、素子内部の電界によりエネルギーを与えた電子を放出する電子放出素子と、前記電子放出素子を取り囲むシールドからなる負イオン生成空間部と、前記電子放出素子から放出された電子のエネルギーを制御する手段と、前記負イオン生成空間部に負イオン化するための気体を導入する手段と、前記負イオン生成空間部で生成された負イオン及び電子を、前記負イオン生成空間部に導入された気体と共に気体放出部から放出する手段を有し、前記負イオン及び電子により被帯電体を帯電させる帯電装置において、前記気体放出部と前記被帯電体の間に、被帯電体面に平行で負イオンを通過しうる形状の電極を有し、前記気体放出部と前記電極の間に電圧を印加し、負イオンを前記被帯電体に向かって引き出す構成とした。
【００１３】
請求項２に係る帯電装置は、請求項１に記載の構成に加えて、前記負イオン生成空間部に到達する前の導入気体の経路の何処かに粒子フィルターを配備し、気体に混入した粒子の電子放出面への付着を防止する構成とした。
また、請求項３に係る帯電装置は、請求項１または２に記載の構成に加えて、前記負イオン生成空間部に到達する前の導入気体の経路の何処かに、周囲に対して負電位の正イオンフィルター用電極を配備し、正電荷による電荷の中和を防止する構成とした。
【００１４】
請求項４に係る帯電装置は、請求項１，２または３に記載の構成に加えて、前記気体放出部と被帯電体の間に、被帯電体面に平行で負イオンを通過しうる形状の電極を有し、前記電極に平行で負イオンを通過しうる形状の電極が複数の区画に区分されてあり、各区画に互いに独立に電圧を印加し、負イオンの分布を制御した後、気体放出部と前記電極の間に電圧を印加し、負イオンを被帯電体に向かって引き出す構成とした。
【００１５】
請求項５に係る帯電装置は、請求項１〜４の何れか一つに記載の構成に加えて、電子放出面を加熱する手段を有する構成とした。
また、請求項６に係る帯電装置は、請求項１〜５の何れか一つに記載の構成に加えて、電子放出素子を取り囲むシールドは、内壁面全体に噴出口を有する中空容器の中空部に気体の散乱される箇所を有する構造とし、導入された気体が前記散乱される箇所を経由した後に前記噴出口から負イオン生成部に放出される構成とした。
さらに請求項７に係る帯電装置は、請求項１〜６の何れか一つに記載の構成に加えて、電子放出素子を間欠的に動作させ、電子放出されていない時間帯に気体が放出される位置まで負イオンを引き出すための負イオン引き出し電界を発生させる構成とした。
【００１６】
請求項８に係る帯電装置は、請求項１〜７の何れか一つに記載の構成に加えて、前記負イオン生成空間部に気体を導入する手段は圧縮空気供給手段であり、前記圧縮空気供給手段により供給された圧縮空気を酸素高濃度成分と低濃度成分とに分離して排出するガス分離手段と、前記ガス分離手段により分離された空気成分の内、酸素高濃度成分側を前記負イオン生成空間部に導入する手段を有する構成とした。
また、請求項９に係る帯電装置は、請求項８記載の構成に加えて、前記ガス分離手段が、中空糸状のガス分離膜よりなる構成とした。
さらに請求項１０に係る帯電装置は、請求項９記載の構成に加えて、前記ガス分離手段により分離した酸素低濃度成分を、前記帯電装置から放出された気体が被帯電体に照射された後に通過する経路近傍に導く手段を有する構成とした。
【００１７】
請求項１１に係る帯電装置は、請求項１〜１０の何れか一つに記載の構成に加えて、前記電子放出素子は、ＭＩＳ（金属−絶縁体−半導体）構造を有する構成とした。
また、請求項１２に係る帯電装置は、請求項１〜１０の何れか一つに記載の構成に加えて、前記電子放出素子は、ＭＩＭ（金属−絶縁体−金属）構造を有する構成とした。
【００１８】
請求項１３に係る帯電装置は、請求項１〜１０の何れか一つに記載の構成に加えて、前記電子放出素子は、多孔質半導体層と、該多孔質半導体層の表面側に電子を透過しうる薄膜電極を有し、前記多孔質半導体層の裏面側に該多孔質半導体層に電子を注入しうる電極を有する構成とした。
また、請求項１４に係る帯電装置は、請求項１〜１０の何れか一つに記載の構成に加えて、前記電子放出素子は、下部電極と、下部電極上に形成されたタンタルオキサイド（Ｔａ_２Ｏ_５）膜と、前記タンタルオキサイド（Ｔａ_２Ｏ_５）膜上に形成されたＺｎＳ膜と、前記ＺｎＳ膜上に形成された上部電極とにより構成されているエレクトロルミネッセント素子である構成とした。
【００１９】
請求項１５に係る画像形成装置は、光導電性の感光体を帯電し、帯電された感光体に対して画像露光や光書込みにより静電潜像を形成し、該静電潜像を現像して可視像化した後、感光体上の可視像を転写材に直接あるいは中間転写体を介して転写し、画像を形成するものであり、前記感光体を帯電する手段、あるいは前記可視像を転写材あるいは中間転写体に転写する手段として、請求項１〜１４の何れか一つに記載の帯電装置を具備する構成とした。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、各請求項に係る発明の構成、動作及び作用を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
（実施例１）
まず第１の実施例を説明する。
図１は第１の実施例を示す帯電装置の斜視図、図２は図１に示す帯電装置を被帯電体に対向して配置した状態を示す断面図である。この実施例１は、例えば複写機、プリンタ等の電子写真方式の画像形成装置に用いられる帯電装置の例であり、図２において被帯電体１１６は、例えば円筒状の導電性基体上に光導電性の感光層を備えた構造の感光体である。
図１及び図２に示す構成の帯電装置の例では、シールド１０２の負イオン生成空間部１０７内に、電子放出素子１０１を設置し、電源１０９からの電圧が印加されるようになっている。また、放出された電子のエネルギーを制御する手段としての電極１０３が電子放出素子１０１の電子放出面に対向して配備されており、この電極１０３は制御用の電源１０４に接続されている。尚、放出された電子のエネルギーを制御する手段としては、電極１０３を使用する以外に、電子放出素子１０１の電子放出面とシールド１０２の間に電源を配備し電位差を与える方法もあり、電極１０３が必要不可欠というわけではない。
さらに図中の符号１０５は気体の導入路、１０６は送風ファンや圧縮気体供給手段などの気体送り込み手段であり、負イオン生成空間部１０７内に気体が送り込まれるようになっている。また、シールド１０２の負イオン生成空間部１０７の開口部は、導入された気体及び負イオンを放出するための気体放出部となる放出口１０８を形成している。
【００２２】
図３は本実施例における電子放出素子の一例を示す概略断面図である。図中の符号２１１は下部電極、２１３は上部電極である。電子放出部材２１２は、Ｐ型半導体層２１２−１と、その上部に形成されたＰ⁺ 型半導体層２１２−２と、更にその上部に形成されたＮ⁺⁺型半導体層２１２−３とで構成されている。これらのＰ型半導体層２１２−１，Ｐ⁺ 型半導体層２１２−２，Ｎ⁺⁺型半導体層２１２−３の材料としては、単結晶シリコン、多結晶シリコン、あるいはアモルファスシリコン等が挙げられる。各半導体層の膜厚とキャリア濃度は、Ｐ型半導体層２１２−１が数千Å〜数μｍで１０¹⁴〜１０¹⁶ｃｍ^-3、Ｐ⁺ 型半導体層２１２−２が数百Åで１０¹⁶〜１０¹⁸ｃｍ^-3、Ｎ⁺⁺型半導体層２１２−３が数十Å〜数百Åで１０¹⁹〜１０²⁰ｃｍ^-3程度に設定される。
【００２３】
この実施例において、下部電極２１１の電位は上部電極２１３に印加されているＤＣ電位に対して数Ｖ〜数十Ｖの負の電位となっている。かかるバイアス状態においては、Ｐ型半導体層２１２−１とＮ⁺⁺型半導体層２１２−３は逆バイアス状態となり、Ｐ⁺ 型半導体層２１２−２の領域近傍において、強電界によりアバランシェ降伏が生じる。このアバランシェ降伏は次のようにして起こる。
一つの電子がＰＮ接合の高電界によって加速（高エネルギー化）されたとすると、この電子はエネルギーが高いので共有結合の結合手を切って電子−正孔対を発生させる。発生した高エネルギーの電子はさらに別の電子−正孔対を発生させる。この現象は１０⁵〜１０⁶Ｖ・ｃｍ^-1以上の高電界の時に起こる。このようにして電子−正孔対が雪崩的に増大して起こる接合の降伏現象がアバランシェ降伏である。
上記アバランシェ降伏により生じた高エネルギーの電子（ホットエレクトロン）がＮ⁺⁺型半導体層２１２−３の表面より効率よく上部電極２１３の開口部に放出されるため、電子の放出開始電圧を大幅に低減可能な電子放出を実現することができる。
【００２４】
また、図４は本発明の他の実施例に係る電子放出素子を示した概略断面図である。図中の符号３０１はＰ⁺ 型半導体基板、３０２はＰ型半導体領域３０３を包囲するＮ⁺ 型半導体ガードリング、３０４はアバランシェ降伏を起こすＰ⁺ 半導体領域、３０５は絶縁膜、３０６はＰ⁺ 半導体に対するオーミック電極、３０７はショットキー障壁接合となる金属電極、３０９は電源、破線で囲まれた領域３１０は電子放出時の空乏層である。
図４において、原理的に半導体材料としては、例えばＳｉ，Ｇｅ，ＧａＡｓ，ＧａＰ，ＡｌＡｓ，ＧａＡｓＰ，ＡｌＧａＡｓ，ＳｉＣ，ＢＰ，ＡｌＮ，ダイヤモンド等が適用可能であり、特に間接遷移型でバンドギャップの大きい材料が適している。また、ショットキー障壁接合となる金属電極３０７の材料としては、Ｗの他にＡｌ，Ａｕ，ＬａＢ₆ 等の一般に知られている前記Ｐ型半導体に対してショットキー障壁接合を形成するものであれば良い。
【００２５】
ここで、図５を用いて、本実施例の電子放出素子の動作原理を説明する。Ｐ型半導体とショットキー障壁接合を形成するショットキーダイオードに逆バイアス電圧を印加することにより、Ｐ型半導体の伝導帯の底Ｅ_cはショットキー障壁φＢＰを形成する電極の真空準位Ｅ_vacよりも高いエネルギー準位とすることができ、この状態でアバランシェ降伏を起こすことにより、Ｐ型半導体においては少数キャリアであった電子を多数生成することが可能となり、電子の放出効率を高めることができる。また空乏層内の電界が電子にエネルギーを与えるために、電子がホットエレクトロンとなり、格子系の温度よりも運動エネルギーが大きくなり、ショットキー障壁接合を形成する電極へと注入される。ショットキー障壁接合を形成する電極表面の仕事関数φＷＫよりも大きなエネルギーを持った電子は、真空中へ放出される。
【００２６】
以上のような構成からなる帯電装置を用いて帯電を行う場合には、図２に示すように帯電装置の放出口１０８を被帯電体１１６に対して所定間隔開けて対向配置させて行う。
この帯電装置は次のように動作する。ここで、例えば導入される気体は空気であるものとする。
図２において、電子放出素子１０１に電源１０９から電圧が印加されることにより、負イオン生成空間部１０７内において電子放出が起こる。ここで電極１０３と電子放出素子１０１の間の電界により、放出された電子のエネルギーは導入された気体の電離が起こらない低エネルギーに制御されている。また、シールド１０２の電位は、放出される電子を制御するためには、電子放出面と同電位が望ましいが、勿論これに限るものではない。
【００２７】
空気は気体送り込み手段（ここでは送風ファン）１０６により発生する気流に従い、導入路１０５からイオン生成部１０７内へ導入され、空気中に存在する酸素分子等のエネルギー的に安定な負イオン状態を取る分子や原子への電子付着により負イオンが発生する。これに対し、窒素分子のように負イオンがエネルギー的に不安定状態をとる分子や原子は、仮に負イオンが生成しても再び電子と解離してしまい、エネルギー的に安定な負イオン状態を取る分子へ電子付着をするまで負電荷は気体中を電子の状態で移動することとなる。
【００２８】
このようにして発生した負イオンが気流と共に放出口１０８に向かって移動することにより、負イオン流が発生する。
また、このとき放出口１０８と被帯電体１１６との間に、負イオン生成空間部１０７において発生した負イオン及び電子が被帯電体１１６側に向けて加速流動するような電界が形成されるよう、その被帯電体１１６側にバイアス電源１２０が印加されている。
放出口１０８から外部に向かう気流、及び放出口１０８と被帯電体１１６との間の電位差により形成される電界により、放出口１０８に向けて移動した負イオン流が被帯電体１１６上に投射されることによって、被帯電体１１６が帯電される。
尚、空気の代わりに放電抑止ガスとしてよく用いられるＳＦ₆が導入された場合にも安定な負イオンＳＦ₆ ^-を発生させることが可能である。
【００２９】
本発明においては、素子内部の電界によりエネルギーを与えた電子を放出する電子放出素子１０１を使用するため、針状の電子放出端を持つ電界放射陰極と異なり、電子放出動作を行う際に、素子外部に強電界を必要としない。したがって放電を発生させることなく負イオン生成が可能である。
また、被帯電体１１６と電子放出部を対向させる必要がないため被帯電体１１６にバイアス電圧を印加しても素子外部の電界には影響を与えず、やはり放電は発生しない。
【００３０】
以上のように本発明においては、電子放出素子１０１から放出された電子による電子付着のみを利用して負イオンを発生させるため、通常のコロナ放電方式のように反応活性なラジカルが発生する箇所がないため、放電生成物として良く知られているオゾンやＮＯ_X の生成がほとんど起こらない。
さらに前述の針状の電子放出端を持つ電界放射陰極が抱えている、放出電流の集中による先端部の局所的な温度上昇、イオン衝撃による先端部の損傷という他の問題をも解消し、長寿命で安定な動作ができる。
また、放出口８の形状や位置により負イオン量の分布を調整できるため、シールド１０２内の電子放出素子１０１の位置に依存せず均一な帯電を行うことができる。
【００３１】
図３または図４の電子放出素子を使用した本実施例に示す各構成の帯電装置により、被帯電体１１６（例えば、リコー製プリンタ用の感光体ユニット：タイプ８００）の表面全体を−７００Ｖに帯電させ、この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度及びＮＯ_X 濃度の測定を行ったところ、いずれもオゾン、ＮＯ_X ともバックグラウンドレベル以上の値は検出されなかった。
【００３２】
（実施例２）
次に第２の発明の実施例を説明する。
図６は第２の実施例を示す帯電装置の断面図であり、図１，２と同符号を付したものは同様の構成部材である。
図６に示す構成の帯電装置の例では、気体送り込み手段１０６の前段に粒子フィルター１３０を配備している。
この帯電装置においては、気体は、気体送り込み手段（ここでは送風ファン）１０６により発生する気流に従い、導入路１０５からイオン生成部１０７内へ導入されるが、その際、送風ファン１０６の前段に配備された粒子フィルター１３０により気体に混入している粒子（トナー、埃、たばこの煙など）は取り除かれているため、負イオン生成部には清浄な気体が送り込まれる。このため電子放出面への気体中粒子の付着により電子放出量が不安定になることを防止できる。
【００３３】
粒子フィルター１３０としては例えば不織布フィルターが使用できるが、より小さな粒子の侵入を防止する必要があればＨＥＰＡフィルターやメンブレンフィルターなどを使用することも可能である。
尚、本実施例では気体送り込み手段１０６の前段に粒子フィルター１３０が配備されているが、勿論、気体の導入路１０５内に粒子フィルターを配備しても同様の効果が得られる。
【００３４】
本実施例に示す帯電装置において、被帯電体（例えば、リコー製プリンタ用の感光体ユニット：タイプ８００）の表面全体を−７００Ｖに帯電させ、この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度及びＮＯ_X 濃度の測定を行ったところ、いずれもオゾン、ＮＯ_X ともバックグラウンドレベル以上の値は検出されなかった。
また、粒子フィルター１３０を配備する前後での帯電に要する時間を比較したところ、粒子フィルター１３０を配備後の方が時間が短縮されていた。
【００３５】
（実施例３）
次に第３の実施例を説明する。
図７は第３の実施例を示す帯電装置の断面図であり、図１，２と同符号を付したものは同様の構成部材である。
図７に示す構成の帯電装置の例では、気体送り込み手段１０６の前段に、周囲に対して負電位の正イオンフィルター用電極１３１を配備している。この正イオンフィルター用電極１３１は電源１３２の負極側に接続されている。
ここで「静電気学会誌，２３（１），ｐ．３７−４３（１９９９）」によると、通常の大気中ではＨ_３Ｏ^＋（Ｈ_２Ｏ）_ｎやＮＨ_４ ^＋（Ｈ_２Ｏ）_ｎ、ピリジン同族体の正イオン、アミン同族体のイオン等の正イオンの存在が確認されており、これら正イオンがそのまま負イオン生成部１０７内に導入されると、それにより負電荷の中和が起こり帯電効率の低下の原因となる。
【００３６】
本実施例の帯電装置においては、気体は、気体送り込み手段（ここでは送風ファン）１０６により発生する気流に従い、導入路１０５から負イオン生成部１０７内へ導入されるが、その際、送風ファン１０６の前段に配備された周囲に対して負電位の正イオンフィルター用電極１３１（ここでは金属メッシュ）により、気体に混入している正イオンは取り除かれているため、負イオン生成部には正電荷がほぼ除かれた気体が送り込まれる。このため負電荷の中和を防止することができ、帯電効率の向上につながる。特に正帯電性のトナーを使用している環境では浮遊トナーの導入も防止でき、いっそう効果がある。
【００３７】
本実施例に示す帯電装置において、被帯電体（例えば、リコー製プリンタ用の感光体ユニット：タイプ８００）の表面全体を−７００Ｖに帯電させ、この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度及びＮＯ_X 濃度の測定を行ったところ、いずれもオゾン、ＮＯ_X ともバックグラウンドレベル以上の値は検出されなかった。
また、正イオンフィルター用電極１３１を配備する前後での帯電に要する時間を比較したところ、正イオンフィルター用電極１３１を配備後の方が時間が短縮されていた。
尚、本実施例では正イオンフィルター用電極１３１として金属メッシュ電極を使用しているが、格子状等その他の形状でも勿論適用可能である。
【００３８】
（実施例４）
次に第４の実施例を説明する。
図８は第４の実施例を示す帯電装置の断面図であり、図１，２と同符号を付したものは同様の構成部材である。
図８に示す構成の帯電装置の例では、気体放出部である放出口１０８と被帯電体１１６との間に、被帯電体面に平行で負イオンを通過しうる形状の電極１４０（ここでは金属メッシュ）を配備している。ここで電極１４０の形状は、メッシュ状の他、格子状など、負イオンが被帯電体１１６に到達することを妨げないものであれば特に制限されない。
【００３９】
上記電極１４０には電源１４１により気体放出口１０８に対し正電位となるように電圧を印加してある。さらに、電極１４０を通過した負イオン及び電子が被帯電体１１６側に向けて流動するような電界が形成されるよう、その被帯電体１１６側にバイアス電源１２０により電圧が印加されている。
電極１４０の形状は被帯電体１１６の表面に平行であるため、電極１４０−被帯電体１１６間の電界は気体放出口１０８の形状に依存せず、均一な電界内を負イオンが飛行するため帯電が均一化される。
【００４０】
本実施例に示す帯電装置において、被帯電体１１６（例えば、リコー製プリンタ用の感光体ユニット：タイプ８００）の表面全体を−７００Ｖに帯電させ、この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度及びＮＯ_X 濃度の測定を行ったところ、いずれもオゾン、ＮＯ_X ともバックグラウンドレベル以上の値は検出されなかった。
また、帯電電位の分布を電極１４０を配備する前後で比較したところ、電極１４０（ここでは金属メッシュ）を配備した方が分布が小さくなっていた。
【００４１】
（実施例５）
次に第５の実施例を説明する。
図９は第５の実施例を示す帯電装置の斜視図であり、図１，２と同符号を付したものは同様の構成部材である。
図９に示す構成の帯電装置の例では、被帯電体面に平行で負イオンを通過しうる形状の電極が、図８に示したものと同様の電極１４０と、複数の区画に区分された電極群１４２とで構成され、電極群１４２の各区画には互いに独立に電圧を印加することができる用になっている。図９では電源群１４３により各区画には互いに独立に電圧を印加している。
ここで電極群１４２の各区画の形状は格子状であるが、そのほか網状など、負イオンが被帯電体１１６に到達することを妨げないものであれば特に制限されない。
【００４２】
上記電極群１４２の各区画には電源群１４３により独立に、気体放出口１０８に対し正電位となるように電圧を印加してある。これにより、負イオンが放出された時点で分布が不均一であったとしても、電極群１４２の電位分布を調整することで負イオンの分布を均一化することができる。
また、上記電極１４０には電源１４１により電極群１４２に対し正電位となるように電圧を印加してある。
さらに、電極１４０を通過した負イオン及び電子が被帯電体１１６側に向けて流動するような電界が形成されるよう、その被帯電体１１６側にバイアス電源１２０により電圧が印加されている。
上記電極１４０の形状は被帯電体１１６に平行であるため、電極１４０−被帯電体１１６間の電界は電極群１４２の電位分布に依存せず、均一な電界内を負イオンが飛行するため帯電が均一化される。
【００４３】
本実施例に示す帯電装置において、被帯電体１１６（例えば、リコー製プリンタ用の感光体ユニット：タイプ８００）の表面全体を−７００Ｖに帯電させ、この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度及びＮＯ_Ｘ濃度の測定を行ったところ、いずれもオゾン、ＮＯ_Ｘともバックグラウンドレベル以上の値は検出されなかった。
また、帯電電位の分布を前記第４の実施例と比較したところ、本実施例の方がさらに分布が小さくなり改善されていた。
【００４４】
（実施例６）
次に第６の実施例を説明する。
図１０は第６の実施例を示す帯電装置の断面図であり、図１，２と同符号を付したものは同様の構成部材である。
実施例１〜５に示した構成の帯電装置においては、導入する気体が空気の場合、水蒸気等の生活温度範囲での低温で凝縮する気体が混在している場合がある。電子放出素子１０１が動作中は素子に流れる電流により電子放出面は室温よりも高温となりうるので上記水蒸気等の気体の影響は受けにくいが、未使用時の温度低下している電子放出面において例えば水蒸気が凝縮すると、その後の電子放出動作を著しく阻害することとなる。
そこで図１０に示す構成の帯電装置の例では、負イオン生成部１０７内に、電子放出素子の電子放出面を加熱する手段１５０（ここでは電熱線（ヒーター））を配備している。このため、ヒーター１５０からの輻射熱及び加熱された気体からの熱移動により、未使用時においても電子放出面の温度が帯電装置外部の気体に比べて高温となる。これにより未使用時に水蒸気などが電子放出面に凝縮して電子放出効率を低下させることを防止でき、帯電効率の向上が可能となる。
【００４５】
本実施例に示す帯電装置において、被帯電体１１６（例えば、リコー製プリンタ用の感光体ユニット：タイプ８００）の表面全体を−７００Ｖに帯電させ、この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度及びＮＯ_X 濃度の測定を行ったところ、いずれもオゾン、ＮＯ_X ともバックグラウンドレベル以上の値は検出されなかった。
また、未使用時にヒーター１５０を加熱した場合と、しない場合での帯電に要する時間を比較したところ、ヒーター１５０を加熱していた方が時間が短縮されていた。
尚、本実施例においては加熱手段として電熱線（ヒーター）を使用したが、ランプの使用や、シールド１０２そのものの加熱という方法を採ることもできる。
【００４６】
（実施例７）
次に第７の実施例を説明する。
図１１は第７の実施例を示す帯電装置の断面図であり、図１，２と同符号を付したものは同様の構成部材である。
実施例１〜６に示した構成の帯電装置においては、電子放出素子１０１の形状、位置や負イオン生成部の形状などの影響で、導入された気体の流れが一定せず、放出された電子と気体との衝突頻度が一定しない場合には、負イオンの発生量が不安定になる問題が生じる場合があった。
そこで図１１に示す構成の帯電装置の例では、シールド１６０として、パンチ穴付きの内壁を有する中空容器を用い、その中空容器の中空部にスチールウール１６１を充填したものを使用している。
この構造では容器内部において気体の散乱される箇所が飛躍的に増大するため、噴出口から放出される気体量が特定の部位に偏らず、より均一化される。これにより前述の問題を解消することが可能となる。
ここで容器内に充填する材料としてスチールウールに替えてステンレス鋼、パーマロイ、アルミニウム合金、銅などで形成された多孔質金属を使用してもよいし、その場合パンチ穴付きの代わりに多孔質金属の孔をそのまま噴出口として使用しても良い。
【００４７】
本実施例に示す帯電装置において、被帯電体１１６（例えば、リコー製プリンタ用の感光体ユニット：タイプ８００）の表面全体を−７００Ｖに帯電させ、この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度及びＮＯ_X 濃度の測定を行ったところ、いずれもオゾン、ＮＯ_X ともバックグラウンドレベル以上の値は検出されなかった。
また、本実施例のシールドを使用した場合と、使用しない場合での帯電に要する時間のばらつきを比較したところ、本実施例のシールドを使用した方が時間のばらつきが小さかった。
【００４８】
（実施例８）
次に第８の実施例を説明する。
図１２は第８の実施例を示す帯電装置の断面図であり、図１，２と同符号を付したものは同様の構成部材である。
実施例１〜７に示した構成の帯電装置においては、負イオンがシールド内を移動した後に外部に放出されるため、放出前にシールド壁面に負イオンが接触すると再び中性に戻ってしまい負イオンの放出量が減少してしまうという問題が生じる場合がある。ただし、単純にシールド内部に負イオン引き出し電界を発生させると、放出された電子の高エネルギー化が起こり、それに伴い放電が発生してしまう畏れがある。それを補償するために電子のエネルギーを制御する手段としての電極１０３を用いて電子をより低エネルギー化しようとすれば、今度は電子放出量自体が減少してしまう。
そこで図１２に示す構成の帯電装置の例では、負イオンの放出口１０８近傍に、環状電極１７０を配備してある。この環状電極１７０には電源１７１により負イオンを引き出すための電圧が印加されるが、この際、電源１７１は図示されない、同期回路ユニットにより電源１０９と連動して動作するように制御されている。
【００４９】
図１３に電源１０９と電源１７１の動作タイミングを示す。図１３のように動作タイミングを設定すると、電子放出素子１０１を間欠的に動作させ、電子放出されていない時間帯に気体が放出される位置まで負イオンを引き出すための負イオン引き出し電界を発生させることができる。
これにより電源１０９がＯＮで電源１７１がＯＦＦの時間帯には電子放出とその後の電子付着のみが起こり、電源１０９がＯＦＦで電源１７１がＯＮの時間帯には発生した負イオンの引き出しのみが起こる。
したがって電子放出時に負イオン引き出し電界による高エネルギー化を防げるため、放電を発生させずに負イオンを確実に放出口まで引き出すことができ、帯電効率を向上させることができる。
【００５０】
本実施例に示す帯電装置において、被帯電体（例えばリコー製プリンタ用の感光体ユニット：タイプ８００）の表面全体を−７００Ｖに帯電させ、この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度及びＮＯ_Ｘ濃度の測定を行ったところ、いずれもオゾン、ＮＯ_Ｘともバックグラウンドレベル以上の値は検出されなかった。
また、本実施例において、電源制御を行わず、常に負イオン引き出し電界を発生させて帯電を行ったところ、微小ながら放電が発生しており、そのときオゾン：０．１ｐｐｍ，ＮＯ_Ｘ：０．０４ｐｐｍが検出された。
尚、本実施例では環状電極１７０を使用しているが、図１４に示す別の実施例のように、メッシュ状電極１７２を使用しても良い。
【００５１】
（実施例９）
次に第９の実施例を説明する。
図１５は第９の実施例を示す帯電装置の断面図であり、図１，２と同符号を付したものは同様の構成部材である。
図１５に示す構成の帯電装置の例では、圧縮空気供給手段である気体送り込み手段１０６により供給された圧縮空気を、酸素高濃度成分と低濃度成分とに分離して排出するガス分離手段として、気体導入路１０５の途中に酸素富化膜による酸素分離手段１８０を配備している。
圧縮空気より酸素を分離し酸素が高濃度である成分と低濃度である成分に分ける手段としては、酸素の透過率が高い、シリコーンをベースにした酸素富化膜（永柳工業（株）製）やポリイミド製の酸素富化膜が使用できる。
気体送り込み手段１０６（コンプレッサ等の圧縮空気供給装置）により加圧された空気は、酸素分離手段１８０へ送り込まれ、図１６の如く酸素富化膜を通過して分離された高酸素濃度ガスが負イオン生成部１０７内へ導入される。これにより負イオン状態を得やすい酸素分子がより多く供給され負イオン生成効率が向上する。
【００５２】
本実施例に示す帯電装置において、被帯電体（例えばリコー製プリンタ用の感光体ユニット：タイプ８００）の表面全体を−７００Ｖに帯電させ、この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度及びＮＯ_X 濃度の測定を行ったところ、いずれもオゾン、ＮＯ_X ともバックグラウンドレベル以上の値は検出されなかった。
また、酸素分離手段１８０を配備する前後での帯電に要する時間を比較したところ、酸素分離手段１８０を配備後の方が時間が短縮されていた。
【００５３】
（実施例１０）
次に第１０の実施例を説明する。
図１７は第１０の実施例を示す帯電装置の断面図であり、図１，２と同符号を付したものは同様の構成部材である。
図１７に示す構成の帯電装置の例では、気体導入路１０５の途中に酸素富化膜からなる中空糸膜を多数束ねたものを酸素分離手段１８１として配備している。
ポリイミド製の中空糸膜は例えば、宇部興産（株）のポリイミド製窒素富化膜を多数束ねたものから構成したものを用いる。図１８に記載のように、この中空糸膜は側面が空気中の窒素より酸素を透過しやすい性質を持っており、大気を用いた圧縮空気を導入させると、この中空糸膜を通過する間に中空糸膜内部は窒素濃度が高くなり、また側面側からは酸素が透過して行く。
【００５４】
図１７においては側面側から放出される高酸素濃度ガスが負イオン生成部１０７内へ導入されるようになっている。このとき、中空糸膜が圧力により破裂しないように中空糸膜内部のガスは別経路で外部に放出する構造としてある。
このように酸素分離手段１８１を中空糸膜を多数束ねた形状とすることにより、同じ流路径であっても図１６のように単純に平面上の膜を通過させる場合に比べて酸素が通過しうる断面積を大幅に増すことができる。このため、より多くの高酸素濃度の空気を供給することができる。これにより負イオンを得やすい酸素分子がより多く供給され負イオン生成効率がさらに向上する。
【００５５】
また、ガス分離膜は圧縮空気圧と分離ガス流量との関係が比例する関係を有するが、圧縮空気が粘性を有すると共に中空糸膜は極めて長細い管（内径２０μｍ程度）であるため、圧縮空気の空気圧がある程度変化しても、急激に反応して分離ガス量が変動するようなことはない。すなわち、中空糸状のガス分離膜を用いれば、負イオン生成空間部へ供給される圧縮空気の酸素濃度を高くできるのに加え、圧縮空気供給源の空気供給に多少の変動があったとしても、分離膜が緩衝材となって変動を吸収することになる。また、この変動がある程度の大きさを持っていた場合にも、分離ガス流量は徐々に変化するため、負イオン流に与える影響も緩和され、帯電に与える影響も最小限に防止できる。この時の、ガス分離膜の長さは７０ｃｍ以上とすることで、上記緩衝作用は十分に機能させることが可能となり、圧縮空気供給源の変動に対しても均一な帯電ができる。
【００５６】
本実施例に示す帯電装置において、被帯電体（例えばリコー製プリンタ用の感光体ユニット：タイプ８００）の表面全体を−７００Ｖに帯電させ、この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度及びＮＯ_Ｘ濃度の測定を行ったところ、いずれもオゾン、ＮＯ_Ｘともバックグラウンドレベル以上の値は検出されなかった。
また、帯電に要する時間を前記第９の実施例と比較したところ、本実施例の方がさらに時間が短縮されていた。
【００５７】
（実施例１１）
次に第１１の実施例を説明する。
図１９は第１１の実施例を示す帯電装置の断面図であり、図１，２，１７と同符号を付したものは同様の構成部材である。
図１９に示す構成の帯電装置の例では、気体導入路１０５の途中に酸素富化膜からなる中空糸膜を多数束ねたものを酸素分離手段１８１として配備している。
さらに、前記酸素分離手段１８１により分離した低酸素濃度ガスを、放出口１０８から放出された気体が被帯電体１１６に照射された後に通過する経路近傍に導くように流路（例えば、パイプ）１８２を配備している。具体的には酸素分離手段１８１において分離された低酸素濃度ガスを、パイプ１８２により被帯電体１１６に照射された後に通過する経路近傍に導くものである。
【００５８】
帯電装置の放出口１０８からの流出空気流はいわゆる高酸素濃度状態であるため、そのまま機外に排出してしまうと、異常燃焼等の危険を招く恐れがある。他方、パイプ１８２内の空気は酸欠状態であるため、これがこのまま機外に排出されると人体に害を及ぼす恐れがある。そこで、本実施例のように両者のガスを機外排出以前に合流させることにより上記問題を解決することができる。
【００５９】
本実施例に示す帯電装置において、被帯電体１１６（例えばリコー製プリンタ用の感光体ユニット：タイプ８００）の表面全体を−７００Ｖに帯電させ、この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度及びＮＯ_X 濃度の測定を行ったところ、いずれもオゾン、ＮＯ_X ともバックグラウンドレベル以上の値は検出されなかった。
【００６０】
（実施例１２）
次に第１２の実施例を説明する。
図２０は第１２の実施例を示す図であって、実施例１〜１１に示した構成の帯電装置に用いられる電子放出素子の例を示す断面図である。この電子放出素子は、ｎ型Ｓｉ基板を下部電極５１３とし、その表面を熱酸化などの方法で酸化して絶縁層５１２を５ｎｍ形成し、さらにその上にスパッタリングなどの方法で、上部電極５１８としてＡｕを６ｎｍの厚さで成膜してあり、所謂ＭＩＳ（金属−絶縁体−半導体）構造を有している。
このＭＩＳ構造の場合には、図２１に示すように、上部電極５１８と下部電極５１３の間に電源５１４により電圧（数Ｖ〜１０Ｖ）を印加すると、ｎ型Ｓｉ基板中のフェルミ準位近傍の電子がトンネル現象により障壁を透過して絶縁層５１２の伝導帯へ注入され、そこで加速されて上部電極５１８の伝導帯へ注入されホットエレクトロンとなる。これらのホットエレクトロンのうち、上部電極５１８の仕事関数φ以上のエネルギーを有するものは、素子外部に放出される。
【００６１】
このＭＩＳ構造の電子放出素子には様々な長所がある。まず、素子が薄膜状の単純な構造であるため大面積化が容易であり、面状電子放出素子を作成しやすい。また、上部電極４１１が平坦かつ大面積であることにより、針状の電子放出端を持つ電界放射陰極アレイ等に比べ素子外部４１０との界面状態が安定であり、また、上部電極４１１の表面が雰囲気ガスの付着により汚染して仕事関数φが変化しても電子放出特性には大きな影響がないため環境ガスの影響を受けにくい。さらに１０Ｖ程度の低電圧の印加でも電子放出動作が可能であり、高圧電源等を要しない点も大きな利点である。
【００６２】
前述の実施例１〜１１に示す各構成の帯電装置に、第１２の実施例の電子放出素子を適用し、被帯電体（例えばリコー製プリンタ用の感光体ユニット：タイプ８００）の表面全体を−７００Ｖに帯電させ、この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度及びＮＯ_Ｘ濃度の測定を行ったところ、いずれもオゾン、ＮＯ_Ｘともバックグラウンドレベル以上の値は検出されなかった。
【００６３】
（実施例１３）
次に第１３の実施例を説明する。
図２２は第１３の実施例を示す図であって、実施例１〜１１に示した構成の帯電装置に用いられる電子放出素子の例を示す断面図である。この電子放出素子は、基板４１４上に金属膜からなる下部電極４１３を形成し、その上に絶縁層４１２を形成し、さらにその上に金属膜からなる上部電極４１１を形成してあり、所謂ＭＩＭ（金属−絶縁体−金属）構造を有している。
この図２２に示すＭＩＭ構造を電子放出素子として動作させたときの原理を図２３に示す。図２３において、上部電極４１１と下部電極４１３の間に電源４１７により電圧（数Ｖ〜１０Ｖ）を印加すると、絶縁膜４１２内の電界のため、下部電極４１３中のフェルミ準位近傍の電子はトンネル現象により障壁を透過し、絶縁膜４１２、上部電極４１１の伝導帯へ注入され、そこで加速されて上部電極４１１の伝導帯へ注入されホットエレクトロンとなる。これらのホットエレクトロンのうち、上部電極４１１の仕事関数φ以上のエネルギーを有するものは、素子外部４１０中に放出される。例えばＡｕ−Ａｌ₂Ｏ₃−Ａｌ構造等において、この原理による電子放出が観測されている（応用物理，Ｖol３２，Ｎo.８，（１９６３）ｐ５６８）。
【００６４】
上記のＡｕ−Ａｌ₂Ｏ₃−Ａｌ構造の電子放出素子の作製は例えば以下の方法で実施できる。まず、表面を清浄化した基板４１４上に下部電極４１３としてＡｌを２０ｎｍ蒸着する。続いて陽極酸化法によりＡｌを酸化する。陽極酸化は３％酒石酸アンモニウム水溶液で４Ｖの化成電圧で行う。陽極酸化によって酸化できるＡｌの膜厚は高い精度で化成電圧に依存しているため、４Ｖの化成電圧で４ｎｍのＡｌのみ選択的に酸化できる。このようにして、下部電極４１３上にＡｌ₂Ｏ₃で構成される絶縁膜４１２を形成できる。Ａｌの膜厚を２０ｎｍ以外に設定した場合は、化成電圧もそれに対応した電圧とすることは言うまでもない。次に絶縁膜４１２上に上部電極４１１を形成する。上部電極４１１としては、例えばＡｕを超高真空中での蒸着により１０ｎｍ形成すればよい。
尚、本実施例において、Ａｌの酸化過程を、陽極酸化法の代わりに気相酸化法を用いて行うことも可能である。すなわち、Ａｌ膜を真空槽に入れ、０.００１〜１０Ｔｏｒｒ程度の酸素を導入して基板を加熱することによりＡｌを酸化し、Ａｌ₂Ｏ₃からなる絶縁膜４１２を形成することができる。
【００６５】
このＭＩＭ構造の電子放出素子には様々な長所がある。まず、素子が薄膜状の単純な構造であるため大面積化が容易であり、面状電子放出素子を作成しやすい。また上部電極４１１が平坦かつ大面積のため、針状の電子放出端を持つ電界放射陰極アレイ等に比べ素子外部４１０との界面状態が安定であり、上部電極４１１の表面が雰囲気ガスの付着により汚染して仕事関数φが変化しても電子放出特性には大きな影響がないため環境ガスの影響を受けにくい。さらに１０Ｖ程度の低電圧の印加でも電子放出動作が可能であり高圧電源等を要しない点も大きな利点である。さらに、前述のＭＩＳ構造と異なり基板を半導体材料にする必要が無く、ガラス上にでも形成できるため長尺化や大面積化などが安価にできる。
【００６６】
前述の実施例１〜１１に示す各構成の帯電装置に、第１３の実施例の電子放出素子を適用し、被帯電体（例えばリコー製プリンタ用の感光体ユニット：タイプ８００）の表面全体を−７００Ｖに帯電させ、この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度及びＮＯ_Ｘ濃度の測定を行ったところ、いずれもオゾン、ＮＯ_Ｘともバックグラウンドレベル以上の値は検出されなかった。
【００６７】
（実施例１４）
次に第１４の実施例を説明する。
第１２や第１３の実施例に示したような、薄い絶縁膜を使用する電子放出素子においては、電子の放射効率をより高めようとすると（より多くの電子を放射させようとすると）、前記絶縁膜の膜厚をさらに薄くする必要があるが、上記絶縁膜の膜厚を薄くしすぎると、前記積層構造の上下の電極間に電圧を印加した時に絶縁破壊を起こす恐れがあり、このような絶縁破壊を防止するためには上記絶縁膜や上記酸化膜の膜厚の薄膜化に制約があるので、電子の放出効率（引き出し効率）をあまり高くできないという問題がある。
上記問題を解決すべく、第１４の実施例における電子放出素子は、基本的には多孔質半導体を高抵抗層として用いた素子であり、金属薄膜／多孔質半導体／半導体基板をその構成要素にしている。尚、このような電子放出素子及び電子放出動作については、「信学技報,TECHNICAL REPORT OF IEICE.,ED96-141,(1996-12)」に詳細な説明がなされている。
【００６８】
図２４は第１４の実施例を示す図であって、実施例１〜１１に示した構成の帯電装置に用いられる電子放出素子の例を示す断面図である。この図２４に示す構成の電子放出素子は例えば、以下の方法で作製できる。
まず、裏面のオーミック電極６０４を取った状態の面方位（１００）のｎ形シリコン基板（ｎ形シリコンウエハ）（比抵抗が０．０１〜０．０３Ωｃｍ）６０３の表面に、５５ｗｔ％ＨＦ水溶液とエタノールとの混合液（混合比は１：１）中で定電流陽極酸化処理を施し、多孔質シリコン層（以下、ＰＳ層という）６０２を形成する。陽極酸化中には５００Ｗのタングステンランプにより試料面を光照射する。ＰＳ層６０２の厚さは約３μｍである。作製したＰＳ層６０２の表面にＡｕ薄膜を真空蒸着し（厚さ１０ｎｍ）、これを表面側のＡｕ薄膜電極６０１として裏面のオーミック電極６０４との間でダイオードを形成する。
【００６９】
このダイオードのＡｕ薄膜電極６０１に電源６０５により正電圧Ｖ_PSを印加し、ｎ形シリコン基板６０３からＰＳ層６０２に電子を注入する。その際の電流はＩ_PSである。その場合、ＰＳ層６０２は高抵抗であるので、印加電界の大部分はＰＳ層６０２にかかっているが、ＰＳ層６０２の表面には酸化層が存在するため、図２５のエネルギーバンド図に示すように、電界強度はＰＳ層６０２の表面ほど強い。さらに、ｎ形シリコン基板６０３から注入された電子は、Ａｕ薄膜電極６０１側に向けてＰＳ層６０２を走行し、Ａｕ薄膜電極側に向かう。そしてＰＳ層６０２表面付近に達した電子は、そこでの強電界により一部はＡｕ薄膜電極６０１をトンネルし、素子外部に放出される。
【００７０】
本実施例では電子放出素子を構成する半導体基板をシリコン基板としたものであるが、本発明はシリコン基板に限られたものではなく、陽極酸化を適用できる半導体は全て利用することができる。すなわち、ゲルマニウム（Ｇｅ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）など、IＶ族、III−Ｖ族、II−ＶI 族などの単体及び化合物半導体の多くが、これに該当する。
【００７１】
本実施例によれば、薄い絶縁膜を形成する工程が不要であり絶縁破壊の恐れが小さい、複雑な工程は不要である、素子構成が単純である、大面積化が容易である、という利点が得られ上述の問題を解決できる。
ただし、「信学技報,TECHNICAL REPORT OF IEICE.,ED96-141,(1996-12)」によれば、本実施例における電子放出素子は発光素子としても機能しうるため、例えば電子写真の感光体に対向させると発光が直接感光体を照射し、帯電を阻害してしまう。しかしながら、本実施例においてはシールド内において負イオン生成を行うため、電子放出素子が感光体に対向する必要がないため、前記の問題を回避できる。
また、同じく「信学技報,TECHNICAL REPORT OF IEICE.,ED96-141,(1996-12)」によると、形成したＰＳ層６０２を、１０００℃、１５分で急速熱酸化（ＲＴＯ：Rapid Thermal Oxidation）処理した後に、ＰＳ層６０２の表面にＡｕ薄膜を真空蒸着したところ、放出電子量が増大したことも報告されている。これはＰＳ層６０２の表面の酸化によりリーク電流が減少し、素子内部の電界効果が高まったためと考えられている。勿論このような処理を施した電子放出素子も本実施例に適用できることは言うまでもない。
さらに、「ディスプレイアンドイメージング1999,Vol.8,pp77-82」によると、多孔質半導体層として多結晶シリコン膜に陽極酸化処理を施したものを適用することにより、電子の散乱損失が減少し、安定な電子放出を得られることが報告されている。このことは帯電装置の安定動作のためには非常に有効である。
【００７２】
前述の実施例１〜１１に示す各構成の帯電装置に、第１４の実施例の電子放出素子を適用し、被帯電体（例えばリコー製プリンタ用の感光体ユニット：タイプ８００）の表面全体を−７００Ｖに帯電させ、この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度及びＮＯ_Ｘ濃度の測定を行ったところ、いずれもオゾン、ＮＯ_Ｘともバックグラウンドレベル以上の値は検出されなかった。また、第１２や第１３の実施例の電子放出素子に比べ、素子の絶縁破壊が起こる頻度が著しく少なかった。
【００７３】
（実施例１５）
次に第１５の実施例を説明する。
図２６は第１５の実施例を示す図であって、実施例１〜１１に示した構成の帯電装置に用いられる電子放出素子の例を示す断面図であり、図中の符号９１１は下部電極、９１２は電子放出部材、９１３は上部電極である。この電子放出素子は、下部電極９１１と、下部電極９１１上に形成された３００〜５００ｎｍの厚さを有するタンタルオキサイド（Ｔａ_２Ｏ_５）膜９１２−１と、その上部に形成された約５００ｎｍの厚さを有するＺｎＳ膜９１２−２と、さらにその上部に形成された約１０ｎｍの厚さを有する金（Ａｕ）からなる上部電極膜９１３により構成されている、エレクトロルミネッセント（ＥＬ）素子である。尚、このようなＥＬ薄膜の材料及び電子放出動作については、「応用物理、第６３巻、第６号、第592〜595頁（1994年）」に詳細な説明がなされている。
【００７４】
次に、この実施例において、電子放出素子のスイッチングトランジスタがオン状態における下部電極９１１に印加されるドライブ電圧波形を図２７に基づいて説明する。図２７において、▲１▼は上部電極９１３、すなわち金からなる上部電極膜９１３に印加されているＤＣ電位である。▲２▼は電子放出状態における下部電極９１１に印加される電位である。ＤＣ電位▲１▼に対して下部電極電位▲２▼として負の電位が印加されているバイアス状態においては、ＺｎＳ膜９１２−２の膜中においてホットエレクトロンが発生し、金よりなる上部電極膜９１３をトンネリングして、このホットエレクトロンが外部に放出される。尚、図２７に示した下部電極９１１に印加される駆動電位▲２▼の波形は、図２８に示すようなパルス波形でもよいことが、前記の「応用物理、第６３巻、第６号、第592〜595頁（1994年）」に示されている。
【００７５】
本実施例においては、発光を伴う電子放出面を被帯電体に対向させずに帯電動作を行うことができるため、被帯電体が電子写真用感光体であっても帯電電位を低下させることがない。
このことにより、薄い絶縁膜を形成する工程が不要であり絶縁破壊の恐れが小さい、複雑な工程は不要である、素子構成が単純である、大面積化が容易である、という利点をもつ電子放出素子を問題なく使用することができる。
【００７６】
前述の実施例１〜１１に示す各構成の帯電装置に、第１５の実施例の電子放出素子を適用し、被帯電体（例えばリコー製プリンタ用の感光体ユニット：タイプ８００）の表面全体を−７００Ｖに帯電させ、この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度及びＮＯ_Ｘ濃度の測定を行ったところ、いずれもオゾン、ＮＯ_Ｘともバックグラウンドレベル以上の値は検出されなかった。また、第１２や第１３の実施例の電子放出素子に比べ、素子の絶縁破壊が起こる頻度が著しく少なかった。
【００７７】
（比較例）
本発明に対する比較例として、図２９に従来のコロナ帯電方式の帯電装置の構成例を示す。図２９に示す従来のコロナワイヤー１００１を用いた帯電装置１０００を用い、前述の実施例１〜１５と同一環境条件で被帯電体１１６（例えばリコー製プリンタ用の感光体ユニット：タイプ８００）の表面全体を−７００Ｖに帯電させた。この時の帯電装置周辺におけるオゾン濃度及びＮＯ_X 濃度の測定を行ったところ、オゾン：４ｐｐｍ、ＮＯ_X ：０．６ｐｐｍが検出された。
【００７８】
（実施例１６）
次に第１６の実施例を説明する。
本実施例の画像形成装置は、光導電性の感光体を帯電し、帯電された感光体に対して画像露光や光書込みにより静電潜像を形成し、該静電潜像を現像して可視像化した後、感光体上の可視像を転写材に直接あるいは中間転写体を介して転写し、画像を形成するものであり、前記感光体を帯電する手段、あるいは前記可視像を転写材あるいは中間転写体に転写する手段として、実施例１〜１５の何れか一つに記載した構成の帯電装置を具備する構成とした。
【００７９】
一例として、本実施例の画像形成装置は、被帯電体である感光体１１６に近接して実施例１〜１５の何れか一つに記載の構成の帯電装置を配設し、感光体表面の均一帯電を行うものである。図示を省略するが、被帯電体である感光体１１６の周囲には、上記帯電装置の他、原稿像露光装置または光書き込み装置、現像装置、転写装置、クリーニング装置、除電装置等が配設され、また、転写装置より転写材搬送方向下流側には定着装置が配設されている。さらに画像形成装置には、転写紙等の転写材の給紙部や搬送手段、排紙部等が設けられている。
そして電子写真プロセスによる画像形成が実行されると、まず感光体１１６が実施例１〜１５の何れか一つに記載の構成の帯電装置により均一に帯電された後、帯電された感光体に対して画像露光や光書込みにより静電潜像が形成され、この静電潜像が現像装置のトナーにより現像されて可視像化した後、転写装置により感光体上の可視像（トナー像）が転写材に転写される。トナー像が転写された転写材は定着装置に搬送され、定着装置により転写材上のトナー像が定着され、定着後の転写材は排紙部に排出される。一方、転写後の感光体は、クリーニング装置で残留トナーを除去され、除電装置で残留電荷を除電される。
【００８０】
本実施例の画像形成装置においては、感光体１１６を帯電する手段として、実施例１〜１５の何れか一つに記載の構成の帯電装置を具備する構成としたので、オゾン及びＮＯ_X の発生が防止されると共に、均一でむらのない帯電を行うことができるので良好な画像形成を行うことができる。
また、本実施例の画像形成装置においては、感光体を帯電する手段の他に、可視像（トナー像）を転写材あるいは中間転写体に転写する手段として、実施例１〜１５の何れか一つに記載の構成の帯電装置を具備する構成としても良く、この場合には、転写部でのオゾン及びＮＯ_X の発生が防止されると共に、均一でむらのない転写を行うことが可能となり、転写抜け等の転写不良のない良好な画像形成を行うことができる。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば以下のような作用効果を得ることができる。
すなわち、請求項１記載の帯電装置においては、電子放出素子から放出された電子による電子付着のみを利用して負イオンを発生させるため、通常のコロナ放電方式のように反応活性なラジカルが発生する箇所がないため、放電生成物として良く知られているオゾンやＮＯ_Ｘの生成がほとんど起こらない。また、電子放出素子が、放出電流の集中による局所的な温度上昇、イオン衝撃による先端部の損傷というような問題を持たず、長寿命で安定な動作ができる。また、放出口（気体放出部）の形状や位置により負イオン量の分布を調整できるため、シールド内の電子放出素子の位置に依存せず均一な帯電を行うことができる。また、電極１４０−被帯電体１１６間の電界は気体放出部の形状に依存せず、均一な電界内を負イオンが飛行するため帯電が均一化される。
したがって、オゾン及びＮＯ_Ｘの発生防止、装置の長寿命化及び帯電均一性の向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することができる。
【００８２】
請求項２記載の帯電装置においては、請求項１の効果に加えて、粒子フィルターにより気体に混入している粒子（トナー、埃、たばこの煙など）は取り除かれており、負イオン生成部には清浄な気体が送り込まれるため、電子放出面への気体中粒子の付着により電子放出量が不安定になるということを防止することができる。
したがって、オゾン及びＮＯ_X の発生防止、装置の長寿命化及び帯電効率の向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することができる。
【００８３】
請求項３記載の帯電装置においては、請求項１または２の効果に加えて、正イオンフィルター用電極１３１（例えば金属メッシュ）により、気体に混入している正イオンは取り除かれているため、負イオン生成部には正電荷がほぼ除かれた気体が送り込まれるため、負電荷の中和を防止することができ、帯電効率の向上につながる。
したがって、オゾン及びＮＯ_X の発生防止、装置の長寿命化及び帯電効率の向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することができる。
【００８５】
請求項４記載の帯電装置においては、請求項１，２または３の効果に加えて、電極群１４２の各区画に対し電源群１４３により独立に、気体放出部１０８に対し正電位となるように電圧を印加してあることにより、負イオンが放出された時点で分布が不均一であったとしても、電極群１４２の電位分布を調整することで負イオンの分布を均一化することができる。
したがって、オゾン及びＮＯ_Ｘの発生防止、装置の長寿命化及び帯電均一性のいっそうの向上を図ることができ、より均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することができる。
【００８６】
請求項５記載の帯電装置においては、請求項１〜４の何れかの効果に加えて、ヒーター等の加熱手段からの輻射熱及び加熱された気体からの熱移動により未使用時においても電子放出面の温度が帯電装置外部の気体に比べて高温となることにより、未使用時に水蒸気などが電子放出面に凝縮して電子放出効率を低下させるということを防止でき、帯電効率の向上が可能となる。
したがって、オゾン及びＮＯ_Ｘの発生防止、装置の長寿命化及び帯電効率の向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することができる。
【００８７】
請求項６記載の帯電装置においては、請求項１〜５の何れかの効果に加えて、容器内部において気体の散乱される箇所が飛躍的に増大するため、噴出口から放出される気体量が特定の部位に偏らず、より均一化されることにより、負イオンの発生量が安定となり帯電能力の安定性が向上する。
したがって、オゾン及びＮＯ_Ｘの発生防止、装置の長寿命化及び帯電能力の安定性向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することができる。
【００８８】
請求項７記載の帯電装置においては、請求項１〜６の何れかの効果に加えて、電子の高エネルギー化による放電を防ぎつつ、負イオン引き出し電界により負イオンを確実に放出口まで引き出すことができ、帯電効率を向上させることができる。
したがって、オゾン及びＮＯ_Ｘの発生防止、装置の長寿命化及び帯電効率の向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することができる。
【００８９】
請求項８記載の帯電装置においては、請求項１〜７の何れかの効果に加えて、酸素富化膜通過後の高酸素濃度ガスが負イオン生成部１０７内へ導入されることにより、負イオン状態を得やすい酸素分子がより多く供給され、負イオン生成効率が向上し、帯電効率を向上させることができる。
したがって、オゾン及びＮＯ_Ｘの発生防止、装置の長寿命化及び帯電効率の向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することができる。
【００９０】
請求項９記載の帯電装置においては、請求項８の効果に加えて、酸素分離手段１８１を中空糸膜を多数束ねた形状とすることにより、同じ流路径であっても図１６のように単純に平面上の膜を通過させる場合に比べて酸素が通過しうる断面積を大幅に増すことができる。このため、より多くの高酸素濃度の空気を供給することができるので、これにより負イオンを得やすい酸素分子がより多く供給され、負イオン生成効率がさらに向上し、帯電効率をより向上させることができる。
したがって、オゾン及びＮＯ_Ｘの発生防止、装置の長寿命化及び帯電効率のいっそうの向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することができる。
【００９１】
請求項１０記載の帯電装置においては、請求項９の効果に加えて、高酸素濃度ガスと低酸素濃度ガスを機外排出以前に合流させるため、有害ガス成分の放出を防ぐことができる。
したがって、オゾン及びＮＯ_Ｘの発生防止、装置の長寿命化及び有害ガス成分放出防止を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することができる。
【００９２】
請求項１１記載の帯電装置においては、請求項１〜１０の何れかの効果に加えて、電子放出素子がＭＩＳ構造を有する薄膜状の単純な構造であるため大面積化が容易であり、面状電子放出素子を作製しやすく生産性が向上する。さらに、素子外部との界面状態が安定であり、また、上部電極の表面が雰囲気ガスの付着により汚染して仕事関数φが変化しても電子放出特性には大きな影響がなく、環境ガスの影響を受けにくいため、帯電能力が安定する。
したがって、オゾン及びＮＯ_Ｘの発生防止、装置の長寿命化、生産性の向上及び帯電能力の安定性向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することができる。
【００９３】
請求項１２記載の帯電装置においては、請求項１〜１０の何れかの効果に加えて、基板を半導体材料にする必要が無く、ガラス上にでも形成できるため長尺化や大面積化などが安価にできる。
したがって、オゾン及びＮＯ_Ｘの発生防止、装置の長寿命化、生産性の向上、低コスト化及び帯電能力の安定性向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することができる。
【００９４】
請求項１３記載の帯電装置においては、請求項１〜１０の何れかの効果に加えて、薄い絶縁膜を形成する工程が不要であり、絶縁破壊の恐れが小さい、複雑な工程は不要である、素子構成が単純である、大面積化が容易である、という利点が得られ、さらなる帯電装置の生産性の向上、低コスト化、帯電能力の安定性向上を図ることができる。
したがって、オゾン及びＮＯ_Ｘの発生防止、装置の長寿命化、生産性の向上、低コスト化及び帯電能力の安定性向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することができる。
【００９５】
請求項１４記載の帯電装置においては、請求項１〜１０の何れかの効果に加えて、薄い絶縁膜を形成する工程が不要であり、絶縁破壊の恐れが小さい、複雑な工程は不要である、素子構成が単純である、大面積化が容易である、という利点が得られ、帯電装置の生産性の向上、低コスト化及び帯電能力の安定性向上を図ることができる。
したがって、オゾン及びＮＯ_Ｘの発生防止、装置の長寿命化、生産性の向上、低コスト化及び帯電能力の安定性向上を図ることができ、均一な帯電を行うことができる帯電装置を実現することができる。
【００９６】
請求項１５記載の画像形成装置においては、感光体を帯電する手段、あるいは、感光体上の可視像を転写材に転写する手段等に、請求項１〜１４の何れか一つに記載の構成の帯電装置を具備する構成としたので、オゾン及びＮＯ_Ｘの発生が防止されると共に、均一でむらのない帯電あるいは転写を行うことができるので、良好な画像形成を行うことができる。
したがって、オゾン及びＮＯ_Ｘの発生が防止され、良好な画像形成を行うことができる画像形成装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す帯電装置の斜視図である。
【図２】図１に示す帯電装置を被帯電体に対向して配置した状態を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施例を示す電子放出素子の概略断面図である。
【図４】本発明の別の実施例を示す電子放出素子の概略断面図である。
【図５】図４に示す構造の電子放出素子の動作原理の説明図である。
【図６】本発明の別の実施例を示す帯電装置の断面図である。
【図７】本発明のさらに別の実施例を示す帯電装置の断面図である。
【図８】本発明のさらに別の実施例を示す帯電装置の断面図である。
【図９】本発明のさらに別の実施例を示す帯電装置の斜視図である。
【図１０】本発明のさらに別の実施例を示す帯電装置の断面図である。
【図１１】本発明のさらに別の実施例を示す帯電装置の断面図である。
【図１２】本発明のさらに別の実施例を示す帯電装置の断面図である。
【図１３】図１２に示す帯電装置の電源（１０９，１７１）の動作タイミングを示す図である。
【図１４】本発明のさらに別の実施例を示す帯電装置の断面図である。
【図１５】本発明のさらに別の実施例を示す帯電装置の断面図である。
【図１６】酸素富化膜による高酸素濃度ガスの分離の説明図である。
【図１７】本発明のさらに別の実施例を示す帯電装置の断面図である。
【図１８】中空糸膜による高酸素濃度ガスと低酸素濃度ガスの分離の説明図である。
【図１９】本発明のさらに別の実施例を示す帯電装置の断面図である。
【図２０】本発明のさらに別の実施例を示す電子放出素子の概略断面図である。
【図２１】図２０に示す構造の電子放出素子の動作原理の説明図である。
【図２２】本発明のさらに別の実施例を示す電子放出素子の概略断面図である。
【図２３】図２２に示す構造の電子放出素子の動作原理の説明図である。
【図２４】本発明のさらに別の実施例を示す電子放出素子の概略断面図である。
【図２５】図２４に示す構造の電子放出素子におけるエネルギーバンドを示す図である。
【図２６】本発明のさらに別の実施例を示す電子放出素子の概略断面図である。
【図２７】図２６に示す構造の電子放出素子の下部電極に印加されるドライブ波形の一例を示す図である。
【図２８】図２６に示す構造の電子放出素子の下部電極に印加されるドライブ波形の別の例を示す図である。
【図２９】従来のコロナ帯電方式の帯電装置の構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
１０１：電子放出素子
１０２：シールド
１０３：電極
１０４：制御用電源
１０５：気体の導入路
１０６：気体送り込み手段
１０７：負イオン生成空間部
１０８：放出口
１０９，１２０，１３２，１４１，１７１：電源
１１６：被帯電体（感光体）
１３０：粒子フィルター
１３１：正イオンフィルター用電極
１４０：電極（金属メッシュ）
１４２：電極群
１４３：電源群
１５０：加熱手段（電熱線（ヒーター））
１６０：シールド（中空容器）
１６１：スチールウール
１７０：環状電極
１７２：メッシュ状電極
１８０：酸素分離手段（酸素富化膜）
１８１：酸素分離手段（中空糸膜の束）
１８２：流路（パイプ）
４１１：上部電極（金属膜）
４１２：絶縁膜
４１３：下部電極（金属膜）
４１４：基板
５１２：絶縁層
５１３：下部電極（半導体基板）
５１８：上部電極（金属膜）
６０１：ｎ型シリコン基板
６０２：多孔質シリコン層
６０３：Ａｕ薄膜電極
６０４：オーミック電極
９１１：下部電極
９１２：電子放出部材
９１２−１：タンタルオキサイド膜
９１２−２：ＺｎＳ膜
９１３：上部電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a charging device used for charging a charged body such as a photosensitive member and an image forming apparatus using the charging device, and more particularly, a charging device configured to charge a charged body by electron emission, and The present invention relates to an electrophotographic image forming apparatus such as a copying machine, a printer, a facsimile machine, or a plotter using the charging device.
[0002]
[Prior art]
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 the UL standard, the TUV standard, and the BAM standard.
Further, in the image forming apparatus, nitrogen oxide (NO) generated by discharging of the charging device._X ) Is attached to the photosensitive member and absorbs moisture, thereby causing a problem that a defective image is generated by lowering the surface potential of the photosensitive member.
[0003]
Conventionally, charging devices that are used in electrophotographic image forming apparatuses such as copying machines, printers, facsimiles, plotters, etc., and charge a photosensitive member as a charged body include corona chargers, roller chargers, brush chargers, There are solid state chargers.
Of these, the corona charger is the most widely used charging method. However, since the corona charger is a non-contact charging method using corona discharge in the air, a very large amount of ozone and NO_X There is a problem of generating.
In order to solve this problem, for example, a corona charger that reduces the amount of ozone generated is described in JP-A-9-114192. In this corona charger, the amount of ozone generated is reduced to 50% or less by performing discharge using a very thin wire of 40 to 50 microns (μm).
Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-324556 has a metal casing disposed so as to surround three sides of a wire and a metal mesh electrode disposed in the vicinity of the open portion, and ozone generated from the wire is A corona charger is described that confines and reduces the amount of ozone released by increasing the probability of collisions of ozone molecules.
Furthermore, as one of the methods for reducing ozone generated by a charging device such as a corona charger, a method using an ozone adsorbent is known, and this ozone adsorbent is used to convert ozone generated by a charging device into activated carbon or the like. It is used to oxidize or adsorb on the surface by catalytic function.
[0004]
On the other hand, the roller charger has been described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-91253 for a long time, and is one of contact charging methods that have been actively studied in recent years. Since this roller charger is charged by bringing a charged roller into contact with an object to be charged, generation of ozone can be extremely reduced and is considered promising.
A brush charger is described in Japanese Patent Publication No. 55-29837 and is one of contact charging methods. Since this brush charger performs charging by bringing a charged brush into contact with a member to be charged, generation of ozone can be greatly reduced.
[0005]
A solid-state charger has been described in Japanese Patent Laid-Open No. 54-53537. Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-94077 discloses an apparatus in which a large number of discharge electrodes are provided on an insulating member with a minute interval.
Further, Japanese Patent Laid-Open No. 6-75457 discloses that the distance between the charger and the recording medium is set to 500 to 3000 μm, thereby shortening the flight distance of ions and suppressing the diffusion of ozone, as well as the toner and the like. What prevents adhesion is described.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-244350 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 that covers the entire charger.
In Japanese Patent Laid-Open No. 9-115646, by using a material having a specific work function as an electrode material in a planar solid-state discharge device, NO._X It is described that the reduction of the above is attempted.
[0006]
Further, as a method using a novel charging method, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-203418 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 it in units of pixels.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-137215 discloses a charge generator in which charge generation control elements are arranged one-dimensionally or two-dimensionally, and includes a charge generation unit including a charge emission member of the charge generation control element. The charge generator is characterized in that the charge generation control element is formed on the lower surface of the element.
Furthermore, in Japanese Patent Laid-Open No. 9-92130, in a charge generator formed by arranging charge generation control elements in one or two dimensions, the charge generation control elements are formed on a semiconductor substrate, and A charge generator is described in which a charge emission portion of a generation control element is configured by a diode having a PN junction, and electrons or charges are emitted by applying a reverse bias to the diode. ing.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Of the above-described conventional charging devices (charging systems), the corona charger has a very large amount of ozone and NO._X Is generated. For this reason, the corona charger that reduces the amount of ozone as described in JP-A-9-114192 and JP-A-6-324556 can only reduce the ozone amount by about 50% at most, It was necessary to use an ozone adsorbent.
In addition, when the ozone adsorbent is used in combination, the amount of ozone can be reduced, but the ozone adsorbent has a problem that it requires replacement of the ozone filter and maintenance because it deteriorates with time, and costs increase.
[0008]
The roller charger can generate very little ozone due to the contact charging method, but the charging tends to be non-uniform, and when used in an electrophotographic image forming apparatus, the roller surface is contaminated with toner. There is a problem that vibration due to applied bias alternating current, 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.
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 changes, and it also has low temperature streamer discharge, white spots, photoconductor wear, and wear photosensitivity. 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.
Furthermore, although the solid-state charger has the advantage that the device can be downsized, the discharge area is large, and ozone and NO are expected as expected._X The reduction of unpleasant substances such as is not possible.
[0009]
In the above-described charge generator and the electrostatic latent image forming apparatus using the same, since it is an element configured to be driven in units of one pixel, it is difficult to apply to the electrophotographic process by uniform charging. There are disadvantages such as complicated overall device configuration such as a driving device.
In addition, since it is necessary to operate the photosensitive member or the like to face a charged body, when the bias voltage applied to the charged body is higher than the discharge threshold in Paschen's law, the charge generator and the charged body Discharge breakdown occurs in the space between, and eventually ozone and NO_X And the like occur. In addition, since particles and ions from the charged object and the surrounding atmosphere are attached to the electron emission surface, there is a problem that a stable operation cannot be performed. In particular, in the case of an electron-emitting device layer made of an electroluminescent material, there is a problem in that the charged potential is lowered when the electrophotographic photosensitive member is charged due to the simultaneous emission of light entering the member to be charged. .
[0010]
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and ozone and NO._X A charging device capable of preventing the occurrence of the occurrence of the trouble, extending the life of the device, improving the charging efficiency, improving the stability of the charging ability, and performing uniform charging, and an image forming apparatus using the charging device The purpose is to provide.
[0011]
  More specifically, the invention according to claim 1 relates to ozone and NO._X Prevention, longer life of equipmentAnd improvement of charging uniformityIt is an object of the present invention to realize a charging device that can achieve uniform charging.
  The invention according to claim 2 includes ozone and NO._X It is an object of the present invention to realize a charging device that can prevent the occurrence of light emission, extend the life of the device, improve the charging efficiency, and perform uniform charging.
  The invention according to claim 3 includes ozone and NO._X It is an object of the present invention to realize a charging device that can prevent the occurrence of light emission, extend the life of the device, improve the charging efficiency, and perform uniform charging.
  Claim 4The invention concerning ozone and NO_X It is an object of the present invention to realize a charging device that can prevent the occurrence of light emission, extend the life of the device, and further improve the charging uniformity, and can perform more uniform charging.
  Claim5The invention concerning ozone and NO_X It is an object of the present invention to realize a charging device that can prevent the occurrence of light emission, extend the life of the device, improve the charging efficiency, and perform uniform charging.
  Claim6The invention concerning ozone and NO_X It is an object of the present invention to realize a charging device that can prevent the occurrence of light emission, extend the life of the device, improve the stability of the charging ability, and perform uniform charging.
  Claim7The invention concerning ozone and NO_X It is an object of the present invention to realize a charging device that can prevent the occurrence of light emission, extend the life of the device, improve the charging efficiency, and perform uniform charging.
  Claim8The invention concerning ozone and NO_X It is an object of the present invention to realize a charging device that can prevent the occurrence of light emission, extend the life of the device, improve the charging efficiency, and perform uniform charging.
  Claim9The invention concerning ozone and NO_X It is an object of the present invention to realize a charging device that can prevent the occurrence of light emission, extend the life of the device, and further improve the charging efficiency, and can perform uniform charging.
  Claim10The invention concerning ozone and NO_X It is an object of the present invention to realize a charging device that can prevent the occurrence of oxidization, extend the life of the device, prevent the release of harmful gas components, and perform uniform charging.
  Claim11The invention concerning ozone and NO_X It is an object of the present invention to realize a charging device that can prevent the occurrence of light emission, extend the life of the device, improve the productivity and improve the stability of the charging ability, and can perform uniform charging.
  Claim12The invention concerning ozone and NO_X It is an object of the present invention to realize a charging device that can prevent the occurrence of light emission, extend the life of the device, improve the productivity, reduce the cost, and improve the stability of the charging ability, and can perform uniform charging.
  Claim13The invention concerning ozone and NO_X It is an object of the present invention to realize a charging device that can prevent the occurrence of light emission, extend the life of the device, improve the productivity, reduce the cost, and improve the stability of the charging ability, and can perform uniform charging.
  Claim14The invention concerning ozone and NO_X It is an object of the present invention to realize a charging device that can prevent the occurrence of light emission, extend the life of the device, improve the productivity, reduce the cost, and improve the stability of the charging ability, and can perform uniform charging.
  Claim15The invention concerning ozone and NO_X It is an object of the present invention to realize an image forming apparatus that can prevent image generation and perform good image formation.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the problems in the prior art and achieve the above object, the charging device and the image forming apparatus according to the present invention are configured as follows.
  That is, the charging device according to claim 1 includes an electron-emitting device that emits electrons energized by an electric field inside the device, a negative ion generation space portion that includes a shield surrounding the electron-emitting device, and the electron-emitting device. Means for controlling the energy of the emitted electrons; means for introducing a gas for negative ionization into the negative ion generation space; and negative ions and electrons generated in the negative ion generation space. Along with the gas introduced into the generation spaceFrom the gas discharge partA means for discharging and charging the object to be charged by the negative ions and electrons;In the charging device, an electrode having a shape parallel to the surface of the charged body and capable of passing negative ions is provided between the gas discharge unit and the member to be charged, and a voltage is applied between the gas discharge unit and the electrode. Extract negative ions toward the object to be chargedThe configuration.
[0013]
In addition to the structure of claim 1, the charging device according to claim 2 is provided with a particle filter somewhere in the path of the introduced gas before reaching the negative ion generation space, and particles mixed in the gas The structure is such that the adhesion to the electron emission surface is prevented.
Further, the charging device according to a third aspect of the invention includes the configuration according to the first or second aspect, and a negative potential with respect to the surroundings somewhere in the path of the introduced gas before reaching the negative ion generation space. The positive ion filter electrode was arranged to prevent charge neutralization due to positive charge.
[0014]
  A charging device according to a fourth aspect of the invention includes the configuration according to the first, second, or third aspect.The aboveBetween the gas discharge part and the body to be charged, an electrode having a shape parallel to the surface of the body to be charged and capable of passing negative ions is divided into a plurality of sections in parallel to the electrode and having a shape capable of passing the negative ions. A structure in which a voltage is applied to each section independently of each other and the distribution of negative ions is controlled, and then a voltage is applied between the gas discharge portion and the electrode to draw the negative ions toward the object to be charged; did.
[0015]
  Claim5The charging device according to claim 1,4In addition to the structure described in any one of the above, the apparatus has means for heating the electron emission surface.
  Claims6The charging device according to claim 1,5In addition to the structure described in any one of the above, the shield surrounding the electron-emitting device has a structure in which a gas is scattered in a hollow portion of a hollow container having a jet port on the entire inner wall surface, and the introduced gas Is configured to be discharged from the jet port to the negative ion generation unit after passing through the scattered portion.
  Further claims7The charging device according to claim 1,6In addition to the configuration described in any one of the above, the electron-emitting device is intermittently operated to generate a negative ion extraction electric field for extracting negative ions to a position where gas is emitted in a time zone where electrons are not emitted. It was set as the structure made to do.
[0016]
  Claim8The charging device according to claim 1,7In addition to the configuration described in any one of the above, the means for introducing a gas into the negative ion generation space is a compressed air supply means, and the compressed air supplied by the compressed air supply means is used as an oxygen high concentration component. Gas separation means for separating and discharging into low concentration components and means for introducing the oxygen high concentration component side of the air components separated by the gas separation means into the negative ion generation space portion are provided.
  Claims9The charging device according to claim8In addition to the configuration described above, the gas separation means is configured by a hollow fiber gas separation membrane.
  Further claims10The charging device according to claim9In addition to the structure described above, the apparatus has means for guiding the oxygen low concentration component separated by the gas separation means to the vicinity of the path through which the gas discharged from the charging device passes after being irradiated on the charged body.
[0017]
  Claim11The charging device according to claim 1.10In addition to the structure described in any one of the above, the electron-emitting device has a structure having a MIS (metal-insulator-semiconductor) structure.
  Claims12The charging device according to claim 1,10In addition to the structure described in any one of the above, the electron-emitting device has a structure having an MIM (metal-insulator-metal) structure.
[0018]
  Claim13The charging device according to claim 1.10In addition to the structure described in any one of the above, the electron-emitting device includes a porous semiconductor layer, and a thin film electrode capable of transmitting electrons on the surface side of the porous semiconductor layer, and the porous semiconductor layer An electrode capable of injecting electrons into the porous semiconductor layer is provided on the back side of the substrate.
  Claims14The charging device according to claim 1.10In addition to the configuration described in any one of the above, the electron-emitting device includes a lower electrode and a tantalum oxide (Ta) formed on the lower electrode.₂O₅) Film and the tantalum oxide (Ta₂O₅) The electroluminescent device is composed of a ZnS film formed on the film and an upper electrode formed on the ZnS film.
[0019]
  Claim15The image forming apparatus according to the present invention charges a photoconductive photosensitive member, forms an electrostatic latent image on the charged photosensitive member by image exposure or optical writing, and develops the electrostatic latent image to make it visible. After forming the image, the visible image on the photosensitive member is transferred directly or via an intermediate transfer member to a transfer material to form an image. The means for charging the photosensitive member or the visible image is transferred. As means for transferring to a material or an intermediate transfer member, claims 1 to14It was set as the structure which comprises the charging device as described in any one of these.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the configuration, operation, and action of the invention according to each claim will be described in detail based on the illustrated embodiments.
[0021]
  Example 1
  FirstFirstExamples will be described.
  Figure 1FirstFIG. 2 is a cross-sectional view showing a state in which the charging device shown in FIG. 1 is arranged to face a member to be charged. The first embodiment is an example of a charging device used in an electrophotographic image forming apparatus such as a copying machine or a printer. In FIG. 2, a charged object 116 is photoconductive on a cylindrical conductive substrate, for example. A photosensitive member having a photosensitive layer.
  In the example of the charging device configured as shown in FIGS. 1 and 2, the electron-emitting device 101 is installed in the negative ion generation space 107 of the shield 102, and a voltage from the power source 109 is applied. An electrode 103 as a means for controlling the energy of the emitted electrons is provided to face the electron emission surface of the electron emission element 101, and this electrode 103 is connected to a control power source 104. In addition to using the electrode 103 as means for controlling the energy of the emitted electrons, there is a method in which a power source is provided between the electron emission surface of the electron emission element 101 and the shield 102 to give a potential difference. Is not essential.
  Further, reference numeral 105 in the figure denotes a gas introduction path, and 106 denotes a gas feeding means such as a blower fan or a compressed gas supply means, and the gas is fed into the negative ion generation space 107. Further, the opening of the negative ion generation space 107 of the shield 102 is used to release the introduced gas and negative ions.Become the gas release partA discharge port 108 is formed.
[0022]
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of the electron-emitting device in this example. In the figure, reference numeral 211 denotes a lower electrode, and 213 denotes an upper electrode. The electron emission member 212 includes a P-type semiconductor layer 212-1, and a P formed on the P-type semiconductor layer 212-1.⁺ Type semiconductor layer 212-2 and N formed thereon⁺⁺Type semiconductor layer 212-3. These P-type semiconductor layers 212-1, P⁺ Type semiconductor layer 212-2, N⁺⁺Examples of the material of the type semiconductor layer 212-3 include single crystal silicon, polycrystalline silicon, and amorphous silicon. The film thickness and carrier concentration of each semiconductor layer is 10 for several thousand to several μm for the P-type semiconductor layer 212-1.¹⁴-10¹⁶cm^-3, P⁺ Type semiconductor layer 212-2 is 10¹⁶-10¹⁸cm^-3, N⁺⁺Type semiconductor layer 212-3 is several tens to several hundreds 10¹⁹-10²⁰cm^-3Set to degree.
[0023]
In this embodiment, the potential of the lower electrode 211 is a negative potential of several volts to several tens of volts with respect to the DC potential applied to the upper electrode 213. In such a bias state, the P-type semiconductor layer 212-1 and N⁺⁺Type semiconductor layer 212-3 is in a reverse bias state and P⁺ In the vicinity of the region of the type semiconductor layer 212-2, avalanche breakdown occurs due to a strong electric field. This avalanche breakdown occurs as follows.
Assuming that one electron is accelerated (increased energy) by a high electric field of the PN junction, this electron has high energy, so that a covalent bond is cut and an electron-hole pair is generated. The generated high-energy electrons generate further electron-hole pairs. This phenomenon is 10^Five-10⁶V · cm^-1This occurs when the electric field is high. An avalanche breakdown is a junction breakdown phenomenon that occurs when electron-hole pairs increase like an avalanche in this way.
High energy electrons (hot electrons) generated by the avalanche breakdown are N⁺⁺Since it is efficiently emitted from the surface of the type semiconductor layer 212-3 to the opening of the upper electrode 213, it is possible to realize electron emission that can significantly reduce the electron emission start voltage.
[0024]
FIG. 4 is a schematic sectional view showing an electron-emitting device according to another embodiment of the present invention. Reference numeral 301 in the figure is P.⁺ Type semiconductor substrate 302 is N surrounding P type semiconductor region 303⁺ Type semiconductor guard ring 304 is a P that causes avalanche breakdown⁺ Semiconductor region, 305 is an insulating film, 306 is P⁺ An ohmic electrode for a semiconductor, 307 is a metal electrode that becomes a Schottky barrier junction, 309 is a power source, and a region 310 surrounded by a broken line is a depletion layer at the time of electron emission.
In FIG. 4, as a semiconductor material, for example, Si, Ge, GaAs, GaP, AlAs, GaAsP, AlGaAs, SiC, BP, AlN, diamond, and the like can be applied. In particular, the indirect transition type has a large band gap. Material is suitable. In addition to W, Al, Au, LaB can be used as a material for the metal electrode 307 to be a Schottky barrier junction.₆ What is necessary is just to form a Schottky barrier junction with the generally known P-type semiconductor.
[0025]
Here, the operation principle of the electron-emitting device of the present embodiment will be described with reference to FIG. By applying a reverse bias voltage to a Schottky diode that forms a Schottky barrier junction with the P-type semiconductor, the bottom E of the conduction band of the P-type semiconductor is obtained._cIs the vacuum level E of the electrode forming the Schottky barrier φBP_vacHigher energy levels, and avalanche breakdown in this state allows generation of a large number of electrons that were minority carriers in the P-type semiconductor, thereby increasing the electron emission efficiency. it can. Further, since the electric field in the depletion layer gives energy to the electrons, the electrons become hot electrons, the kinetic energy becomes larger than the temperature of the lattice system, and the electrons are injected into the electrodes forming the Schottky barrier junction. Electrons having energy larger than the work function φWK of the electrode surface forming the Schottky barrier junction are emitted into the vacuum.
[0026]
When charging is performed using the charging device having the above-described configuration, the discharge port 108 of the charging device is disposed so as to face the charged body 116 at a predetermined interval as shown in FIG.
This charging device operates as follows. Here, for example, the introduced gas is assumed to be air.
In FIG. 2, when a voltage is applied from the power source 109 to the electron-emitting device 101, electron emission occurs in the negative ion generation space 107. Here, due to the electric field between the electrode 103 and the electron-emitting device 101, the energy of the emitted electrons is controlled to a low energy that does not cause ionization of the introduced gas. The potential of the shield 102 is desirably the same as that of the electron emission surface in order to control the emitted electrons, but is not limited to this.
[0027]
The air is introduced into the ion generation unit 107 from the introduction path 105 according to the air flow generated by the gas feeding means (here, the blower fan) 106, and takes an energetically stable negative ion state such as oxygen molecules existing in the air. Negative ions are generated by the attachment of electrons to molecules and atoms. In contrast, molecules and atoms in which negative ions are energetically unstable, such as nitrogen molecules, dissociate from electrons again even if negative ions are generated, resulting in an energetically stable negative ion state. The negative charge moves in the state of electrons in the gas until an electron is attached to the molecule to be taken.
[0028]
The negative ions generated in this way move toward the discharge port 108 together with the air flow, thereby generating a negative ion flow.
At this time, an electric field is formed between the discharge port 108 and the charged object 116 such that negative ions and electrons generated in the negative ion generation space 107 are accelerated and flowed toward the charged object 116 side. A bias power source 120 is applied to the charged body 116 side.
A negative ion stream that has moved toward the discharge port 108 is projected onto the charged body 116 due to an air flow that flows outward from the discharge port 108 and an electric field formed by a potential difference between the discharge port 108 and the charged object 116. As a result, the charged body 116 is charged.
SF often used as a discharge suppression gas instead of air₆Stable negative ion SF even when₆ ^-Can be generated.
[0029]
In the present invention, since the electron-emitting device 101 that emits electrons given energy by an electric field inside the device is used, unlike the field emission cathode having a needle-like electron emission end, Does not require a strong electric field outside. Therefore, negative ions can be generated without generating a discharge.
Further, since it is not necessary to make the charged body 116 and the electron emitting portion face each other, even if a bias voltage is applied to the charged body 116, the electric field outside the element is not affected, and no discharge is generated.
[0030]
As described above, in the present invention, since negative ions are generated using only electron attachment by electrons emitted from the electron-emitting device 101, there are places where reactive radicals are generated as in a normal corona discharge method. Ozone and NO well known as discharge products_X Almost no generation occurs.
Furthermore, other problems such as local temperature rise at the tip due to concentration of emission current and damage to the tip due to ion bombardment, which the above-mentioned field emission cathode having a needle-like electron emission tip, has been solved. Stable operation with a long life.
In addition, since the distribution of the amount of negative ions can be adjusted according to the shape and position of the emission port 8, uniform charging can be performed regardless of the position of the electron-emitting device 101 in the shield 102.
[0031]
The entire surface of the object to be charged 116 (for example, a photoreceptor unit for a Ricoh printer: type 800) is set to −700 V by the charging device of each configuration shown in this embodiment using the electron-emitting device of FIG. 3 or FIG. The ozone concentration and NO around the charging device at this time are charged._X When the concentration was measured, both ozone and NO_X In both cases, values above the background level were not detected.
[0032]
  (Example 2)
  nextSecondEmbodiments of the invention will be described.
  FIG.SecondIt is sectional drawing of the charging device which shows an Example, and what attached | subjected the same code | symbol as FIG.1, 2 is the same structural member.
  In the example of the charging device having the configuration shown in FIG. 6, the particle filter 130 is disposed in front of the gas feeding means 106.
  In this charging device, the gas is introduced into the ion generation unit 107 from the introduction path 105 according to the air flow generated by the gas feeding means (here, the blower fan) 106. Since particles (toner, dust, cigarette smoke, etc.) mixed in the gas have been removed by the particle filter 130, a clean gas is sent to the negative ion generation unit. For this reason, it is possible to prevent the amount of electron emission from becoming unstable due to adhesion of particles in the gas to the electron emission surface.
[0033]
For example, a nonwoven fabric filter can be used as the particle filter 130, but a HEPA filter, a membrane filter, or the like can also be used if it is necessary to prevent the entry of smaller particles.
In the present embodiment, the particle filter 130 is disposed in front of the gas feeding means 106. Of course, the same effect can be obtained even if the particle filter is disposed in the gas introduction path 105.
[0034]
In the charging device shown in the present embodiment, the entire surface of a member to be charged (for example, a photoreceptor unit for a Ricoh printer: type 800) is charged to −700 V, and the ozone concentration and NO around the charging device at this time are charged._X When the concentration was measured, both ozone and NO_X In both cases, values above the background level were not detected.
In addition, when the time required for charging before and after the particle filter 130 was deployed was compared, the time after the particle filter 130 was deployed was shortened.
[0035]
  (Example 3)
  nextThirdExamples will be described.
  FIG.ThirdIt is sectional drawing of the charging device which shows an Example, and what attached | subjected the same code | symbol as FIG.1, 2 is the same structural member.
  In the example of the charging device having the configuration shown in FIG. 7, a positive ion filter electrode 131 having a negative potential with respect to the surroundings is disposed in front of the gas feeding means 106. The positive ion filter electrode 131 is connected to the negative electrode side of the power source 132.
  Here, according to “Journal of the Electrostatic Society, 23 (1), p. 37-43 (1999)”, in normal air, H₃O⁺(H₂O)_nAnd NH₄ ⁺(H₂O)_nIn addition, the presence of positive ions such as positive ions of pyridine homologues and ions of amine homologues has been confirmed. When these positive ions are introduced into the negative ion generator 107 as they are, neutralization of negative charges is thereby caused. This will cause a reduction in charging efficiency.
[0036]
In the charging device according to the present embodiment, the gas is introduced into the negative ion generation unit 107 from the introduction path 105 according to the air flow generated by the gas feeding means (here, the blower fan) 106. The positive ion mixed in the gas is removed by the positive-ion filter electrode 131 (here, a metal mesh) having a negative potential with respect to the surroundings disposed in the previous stage, so that the negative ion generation unit has a positive charge. The gas from which is almost removed is sent. For this reason, neutralization of negative charges can be prevented, leading to improvement in charging efficiency. In particular, in an environment where positively charged toner is used, the introduction of floating toner can be prevented, which is more effective.
[0037]
In the charging device shown in the present embodiment, the entire surface of a member to be charged (for example, a photoreceptor unit for a Ricoh printer: type 800) is charged to −700 V, and the ozone concentration and NO around the charging device at this time are charged._X When the concentration was measured, both ozone and NO_X In both cases, values above the background level were not detected.
Further, when the time required for charging before and after the provision of the positive ion filter electrode 131 was compared, the time after the provision of the positive ion filter electrode 131 was shortened.
In this embodiment, a metal mesh electrode is used as the positive ion filter electrode 131. However, other shapes such as a lattice shape are of course applicable.
[0038]
  Example 4
  next4thExamples will be described.
  Figure 84thIt is sectional drawing of the charging device which shows an Example, and what attached | subjected the same code | symbol as FIG.1, 2 is the same structural member.
  In the example of the charging device having the configuration shown in FIG.It is a gas discharge partBetween the discharge port 108 and the charged body 116, an electrode 140 (here, a metal mesh) having a shape parallel to the surface of the charged body and capable of passing negative ions is provided. Here, the shape of the electrode 140 is not particularly limited as long as it does not prevent the negative ions from reaching the charged body 116 such as a mesh or a lattice.
[0039]
A voltage is applied to the electrode 140 so as to be positive with respect to the gas discharge port 108 by a power source 141. Further, a voltage is applied to the charged object 116 side by the bias power source 120 so that an electric field is formed so that negative ions and electrons that have passed through the electrode 140 flow toward the charged object 116 side.
Since the shape of the electrode 140 is parallel to the surface of the member to be charged 116, the electric field between the electrode 140 and the member to be charged 116 does not depend on the shape of the gas discharge port 108, and negative ions fly in the uniform electric field. Charge is made uniform.
[0040]
In the charging device shown in the present embodiment, the entire surface of the object to be charged 116 (for example, a photoreceptor unit for a Ricoh printer: type 800) is charged to −700 V, and the ozone concentration and NO around the charging device at this time are charged._X When the concentration was measured, both ozone and NO_X In both cases, values above the background level were not detected.
Further, when the distribution of the charged potential was compared before and after the electrode 140 was provided, the distribution was smaller when the electrode 140 (here, a metal mesh) was provided.
[0041]
  (Example 5)
  next5thExamples will be described.
  Figure 95thIt is a perspective view of the charging device which shows an Example, and what attached | subjected the same code | symbol as FIG.1, 2 is the same structural member.
  In the example of the charging device having the configuration shown in FIG. 9, an electrode having a shape parallel to the surface of the object to be charged and capable of passing negative ions is an electrode 140 similar to that shown in FIG. 8 and an electrode divided into a plurality of sections. The group 142 is configured such that a voltage can be applied to each section of the electrode group 142 independently of each other. In FIG. 9, the power supply group 143 applies voltages to each section independently of each other.
  Here, the shape of each section of the electrode group 142 is a lattice shape, but is not particularly limited as long as it does not prevent negative ions from reaching the charged body 116 such as a net shape.
[0042]
A voltage is applied to each section of the electrode group 142 by the power source group 143 so as to be positive with respect to the gas discharge port 108. Thereby, even if the distribution is non-uniform when the negative ions are released, the distribution of the negative ions can be made uniform by adjusting the potential distribution of the electrode group 142.
In addition, a voltage is applied to the electrode 140 so as to be positive with respect to the electrode group 142 by the power source 141.
Further, a voltage is applied to the charged object 116 side by the bias power source 120 so that an electric field is formed so that negative ions and electrons that have passed through the electrode 140 flow toward the charged object 116 side.
Since the shape of the electrode 140 is parallel to the body to be charged 116, the electric field between the electrode 140 and the body to be charged 116 does not depend on the potential distribution of the electrode group 142, and negative ions fly in the uniform electric field. Is made uniform.
[0043]
  In the charging device shown in the present embodiment, the entire surface of the object to be charged 116 (for example, a photoreceptor unit for a Ricoh printer: type 800) is charged to −700 V, and the ozone concentration and NO around the charging device at this time are charged._X When the concentration was measured, both ozone and NO_X In both cases, values above the background level were not detected.
  In addition, the distribution of the charging potential is4thAs a result of comparison with this example, the distribution of this example was further reduced and improved.
[0044]
  (Example 6)
  next6thExamples will be described.
  FIG.6thIt is sectional drawing of the charging device which shows an Example, and what attached | subjected the same code | symbol as FIG.1, 2 is the same structural member.
  In the charging device having the configuration shown in the first to fifth embodiments, when the gas to be introduced is air, a gas that condenses at a low temperature in a living temperature range such as water vapor may be mixed. While the electron-emitting device 101 is in operation, the electron-emitting surface can be heated to a temperature higher than room temperature due to the current flowing through the device, so that it is not easily affected by the gas such as water vapor. If the water vapor is condensed, the subsequent electron emission operation is significantly hindered.
  Therefore, in the example of the charging device having the configuration shown in FIG. 10, means 150 (in this case, a heating wire (heater)) for heating the electron emission surface of the electron emission element is provided in the negative ion generation unit 107. For this reason, due to the radiant heat from the heater 150 and the heat transfer from the heated gas, the temperature of the electron emission surface becomes higher than that of the gas outside the charging device even when not in use. As a result, it is possible to prevent water vapor and the like from condensing on the electron emission surface when not in use and lowering the electron emission efficiency, thereby improving the charging efficiency.
[0045]
In the charging device shown in the present embodiment, the entire surface of the object to be charged 116 (for example, a photoreceptor unit for a Ricoh printer: type 800) is charged to −700 V, and the ozone concentration and NO around the charging device at this time are charged._X When the concentration was measured, both ozone and NO_X In both cases, values above the background level were not detected.
Moreover, when the time required for charging when the heater 150 was heated when not in use and when it was not used were compared, the time was shortened when the heater 150 was heated.
In this embodiment, a heating wire (heater) is used as the heating means, but a method of using a lamp or heating the shield 102 itself may be employed.
[0046]
  (Example 7)
  next7thExamples will be described.
  FIG.7thIt is sectional drawing of the charging device which shows an Example, and what attached | subjected the same code | symbol as FIG.1, 2 is the same structural member.
  In the charging device having the configuration shown in the first to sixth embodiments, the flow of the introduced gas is not constant due to the shape and position of the electron-emitting device 101, the shape of the negative ion generation unit, and the like. When the frequency of collision between the gas and the gas is not constant, there may be a problem that the amount of negative ions generated becomes unstable.
  Therefore, in the example of the charging device having the configuration shown in FIG. 11, a hollow container having an inner wall with a punch hole is used as the shield 160, and the hollow part of the hollow container is filled with steel wool 161.
  In this structure, the locations where the gas is scattered inside the container are dramatically increased, so that the amount of gas discharged from the ejection port is not biased toward a specific portion and is made more uniform. As a result, the above-mentioned problem can be solved.
  Here, instead of steel wool, a porous metal formed of stainless steel, permalloy, aluminum alloy, copper, or the like may be used as the material to be filled in the container. In this case, the porous metal is used instead of punch holes. These holes may be used as they are as a spout.
[0047]
In the charging device shown in the present embodiment, the entire surface of the object to be charged 116 (for example, a photoreceptor unit for a Ricoh printer: type 800) is charged to −700 V, and the ozone concentration and NO around the charging device at this time are charged._X When the concentration was measured, both ozone and NO_X In both cases, values above the background level were not detected.
Further, when the variation in the time required for charging when the shield of this embodiment was used and when it was not used was compared, the variation in time was smaller when the shield of this embodiment was used.
[0048]
  (Example 8)
  next8thExamples will be described.
  FIG.8thIt is sectional drawing of the charging device which shows an Example, and what attached | subjected the same code | symbol as FIG.1, 2 is the same structural member.
  In the charging device having the configuration shown in Examples 1 to 7, since negative ions are released to the outside after moving in the shield, if negative ions come into contact with the shield wall surface before release, the negative ions return to neutral again. There may be a problem that the amount of released ions decreases. However, when a negative ion extraction electric field is simply generated inside the shield, the energy of the emitted electrons is increased, and there is a possibility that discharge is generated accordingly. In order to compensate for this, if an attempt is made to lower the energy of the electrons using the electrode 103 as a means for controlling the energy of the electrons, the amount of emitted electrons itself will be reduced.
  Therefore, in the example of the charging device having the configuration shown in FIG. 12, an annular electrode 170 is provided in the vicinity of the negative ion discharge port 108. A voltage for extracting negative ions from the power source 171 is applied to the annular electrode 170. At this time, the power source 171 is controlled to operate in conjunction with the power source 109 by a synchronous circuit unit (not shown).
[0049]
FIG. 13 shows operation timings of the power source 109 and the power source 171. When the operation timing is set as shown in FIG. 13, the electron-emitting device 101 is intermittently operated to generate a negative ion extraction electric field for extracting negative ions to a position where gas is emitted in a time zone where electrons are not emitted. be able to.
As a result, only the emission of electrons and subsequent electron attachment occur during the time period when the power source 109 is ON and the power source 171 is OFF, and only the extraction of the generated negative ions occurs when the power source 109 is OFF and the power source 171 is ON. .
Therefore, high energy due to the negative ion extraction electric field can be prevented at the time of electron emission, so that negative ions can be reliably extracted to the emission port without generating discharge, and the charging efficiency can be improved.
[0050]
  In the charging device shown in the present embodiment, the entire surface of a member to be charged (for example, a photoreceptor unit for a Ricoh printer: type 800) is charged to −700 V, and the ozone concentration and NO in the vicinity of the charging device at this time are charged._X When the concentration was measured, both ozone and NO_X In both cases, values above the background level were not detected.
  Further, in this embodiment, when the charging is performed by always generating the negative ion extraction electric field without performing the power supply control, the discharge is generated although it is minute. At that time, ozone: 0.1 ppm, NO_X : 0.04 ppm was detected.
  In this embodiment, an annular electrode 170 is used, but it is shown in FIG.AnotherThe mesh electrode 172 may be used as in the embodiment.
[0051]
  Example 9
  next9thExamples will be described.
  FIG.9thIt is sectional drawing of the charging device which shows an Example, and what attached | subjected the same code | symbol as FIG.1, 2 is the same structural member.
  In the example of the charging device having the configuration shown in FIG. 15, as the gas separation means for separating and discharging the compressed air supplied by the gas feeding means 106, which is a compressed air supply means, into an oxygen high concentration component and a low concentration component, In the middle of the gas introduction path 105, an oxygen separation means 180 using an oxygen-enriched membrane is provided.
  As a means of separating oxygen from compressed air and separating it into a component with high oxygen concentration and a component with low concentration, oxygen-enriched membrane based on silicone with high oxygen permeability (manufactured by Nagayanagi Kogyo Co., Ltd.) Or an oxygen-enriched film made of polyimide can be used.
  The air pressurized by the gas feeding means 106 (compressed air supply device such as a compressor) is sent to the oxygen separation means 180, and the high oxygen concentration gas separated through the oxygen-enriched membrane as shown in FIG. It is introduced into the ion generator 107. Thereby, more oxygen molecules that can easily obtain a negative ion state are supplied, and the negative ion generation efficiency is improved.
[0052]
In the charging device shown in the present embodiment, the entire surface of a member to be charged (for example, a photoreceptor unit for a Ricoh printer: type 800) is charged to −700 V, and the ozone concentration and NO in the vicinity of the charging device at this time are charged._X When the concentration was measured, both ozone and NO_X In both cases, values above the background level were not detected.
Further, when the time required for charging before and after the oxygen separation means 180 was compared, the time after the oxygen separation means 180 was deployed was shortened.
[0053]
  (Example 10)
  next10thExamples will be described.
  FIG.10thIt is sectional drawing of the charging device which shows an Example, and what attached | subjected the same code | symbol as FIG.1, 2 is the same structural member.
  In the example of the charging device having the configuration shown in FIG. 17, a plurality of hollow fiber membranes made of an oxygen-enriched membrane are bundled in the gas introduction path 105 as the oxygen separation means 181.
  As the polyimide hollow fiber membrane, for example, one made of a bundle of a large number of polyimide nitrogen-rich membranes from Ube Industries, Ltd. is used. As shown in FIG. 18, this hollow fiber membrane has a property that the side surface is more permeable to oxygen than nitrogen in the air, and when compressed air using the atmosphere is introduced, the hollow fiber membrane passes through the hollow fiber membrane. In addition, the inside of the hollow fiber membrane has a high nitrogen concentration, and oxygen permeates from the side.
[0054]
In FIG. 17, a high oxygen concentration gas released from the side surface side is introduced into the negative ion generation unit 107. At this time, the gas inside the hollow fiber membrane is released to the outside through another path so that the hollow fiber membrane is not ruptured by pressure.
By forming the oxygen separating means 181 into a shape in which a large number of hollow fiber membranes are bundled in this way, oxygen can pass through even when the flow path diameter is the same as in the case of simply passing a flat membrane as shown in FIG. The possible cross-sectional area can be greatly increased. For this reason, more high oxygen concentration air can be supplied. As a result, more oxygen molecules that easily obtain negative ions are supplied, and the negative ion generation efficiency is further improved.
[0055]
Further, the gas separation membrane has a relationship in which the relationship between the compressed air pressure and the separation gas flow rate is proportional, but the compressed air is viscous and the hollow fiber membrane is a very long tube (inner diameter of about 20 μm). Even if the air pressure changes to some extent, it does not react rapidly and the amount of separated gas does not fluctuate. That is, if a hollow fiber gas separation membrane is used, the oxygen concentration of the compressed air supplied to the negative ion generation space can be increased, and even if there is some variation in the air supply of the compressed air supply source, The separation membrane acts as a buffer material and absorbs fluctuations. Further, even when this fluctuation has a certain magnitude, the separation gas flow rate gradually changes, so that the influence on the negative ion flow is alleviated and the influence on the charging can be minimized. At this time, by setting the length of the gas separation membrane to 70 cm or more, the buffering function can be sufficiently functioned, and uniform charging can be performed even if the compressed air supply source fluctuates.
[0056]
  In the charging device shown in the present embodiment, the entire surface of a member to be charged (for example, a photoreceptor unit for a Ricoh printer: type 800) is charged to −700 V, and the ozone concentration and NO in the vicinity of the charging device at this time are charged._X When the concentration was measured, both ozone and NO_X In both cases, values above the background level were not detected.
  In addition, the time required for charging is9thAs compared with the example, the time of the present example was further shortened.
[0057]
  (Example 11)
  nextEleventhExamples will be described.
  FIG.EleventhIt is sectional drawing of the charging device which shows an Example, What attached | subjected the same code | symbol as FIG.
  In the example of the charging device having the configuration shown in FIG. 19, a plurality of hollow fiber membranes made of an oxygen-enriched membrane are bundled in the gas introduction path 105 as the oxygen separation means 181.
  Further, the flow path (for example, pipe) 182 guides the low oxygen concentration gas separated by the oxygen separation means 181 to the vicinity of the path through which the gas discharged from the discharge port 108 passes after being irradiated on the charged body 116. Is deployed. Specifically, the low oxygen concentration gas separated in the oxygen separation means 181 is guided to the vicinity of the path through which the charged object 116 is irradiated after being irradiated by the pipe 182.
[0058]
Since the outflow air flow from the discharge port 108 of the charging device is in a so-called high oxygen concentration state, if it is discharged out of the apparatus as it is, there is a risk of causing abnormal combustion or the like. On the other hand, since the air in the pipe 182 is in an oxygen deficient state, if it is discharged out of the machine as it is, there is a risk of harming the human body. Therefore, the above problem can be solved by causing both gases to merge before being discharged outside the apparatus as in this embodiment.
[0059]
In the charging device shown in the present embodiment, the entire surface of the object to be charged 116 (for example, a photoreceptor unit for a Ricoh printer: type 800) is charged to −700 V, and the ozone concentration and NO around the charging device at this time are charged._X When the concentration was measured, both ozone and NO_X In both cases, values above the background level were not detected.
[0060]
  (Example 12)
  next12thExamples will be described.
  FIG.12thIt is a figure which shows an Example, Comprising: It is sectional drawing which shows the example of the electron-emitting element used for the charging device of the structure shown in Examples 1-11. In this electron-emitting device, an n-type Si substrate is used as a lower electrode 513, and the surface is oxidized by a method such as thermal oxidation to form an insulating layer 512 having a thickness of 5 nm. Further, an upper layer 518 is formed thereon by a method such as sputtering. Au is deposited to a thickness of 6 nm and has a so-called MIS (metal-insulator-semiconductor) structure.
  In the case of this MIS structure, as shown in FIG. 21, when a voltage (several V to 10 V) is applied between the upper electrode 518 and the lower electrode 513 by the power source 514, the vicinity of the Fermi level in the n-type Si substrate. Electrons pass through the barrier due to a tunnel phenomenon and are injected into the conduction band of the insulating layer 512, where they are accelerated and injected into the conduction band of the upper electrode 518 to become hot electrons. Among these hot electrons, those having energy higher than the work function φ of the upper electrode 518 are emitted to the outside of the device.
[0061]
This MIS structure electron-emitting device has various advantages. First, since the device has a thin film-like simple structure, the area can be easily increased, and a planar electron-emitting device can be easily produced. Further, since the upper electrode 411 is flat and has a large area, the interface state with the element exterior 410 is more stable than a field emission cathode array having a needle-like electron emission end, and the surface of the upper electrode 411 is Even if the work function φ changes due to contamination due to the adhesion of the atmospheric gas, the electron emission characteristics are not greatly affected, so that it is not easily affected by the environmental gas. Furthermore, the electron emission operation is possible even when a low voltage of about 10 V is applied, and it is a great advantage that a high voltage power source is not required.
[0062]
  In the charging device of each configuration shown in the above-described Examples 1 to 11,12thThe entire surface of the object to be charged (for example, a photoreceptor unit for a Ricoh printer: type 800) is charged to −700 V, and the ozone concentration and NO in the vicinity of the charging device at this time are applied._X When the concentration was measured, both ozone and NO_X In both cases, values above the background level were not detected.
[0063]
  (Example 13)
  nextThirteenthExamples will be described.
  FIG.ThirteenthIt is a figure which shows an Example, Comprising: It is sectional drawing which shows the example of the electron-emitting element used for the charging device of the structure shown in Examples 1-11. In this electron-emitting device, a lower electrode 413 made of a metal film is formed on a substrate 414, an insulating layer 412 is formed thereon, and an upper electrode 411 made of a metal film is further formed thereon, so-called MIM. It has a (metal-insulator-metal) structure.
  The principle when the MIM structure shown in FIG. 22 is operated as an electron-emitting device is shown in FIG. In FIG. 23, when a voltage (several V to 10 V) is applied between the upper electrode 411 and the lower electrode 413 by the power source 417, electrons near the Fermi level in the lower electrode 413 are tunneled due to the electric field in the insulating film 412. Due to the phenomenon, it passes through the barrier and is injected into the conduction band of the insulating film 412 and the upper electrode 411, where it is accelerated and injected into the conduction band of the upper electrode 411 to become hot electrons. Among these hot electrons, those having energy equal to or higher than the work function φ of the upper electrode 411 are emitted into the element exterior 410. For example, Au-Al₂O_ThreeElectron emission based on this principle has been observed in an Al structure or the like (Applied Physics, Vol 32, No. 8, (1963) p568).
[0064]
Au-Al above₂O_ThreeThe production of the electron-emitting device having the -Al structure can be performed, for example, by the following method. First, Al is deposited to a thickness of 20 nm as the lower electrode 413 on the substrate 414 whose surface has been cleaned. Subsequently, Al is oxidized by an anodic oxidation method. Anodization is performed with a 3% ammonium tartrate aqueous solution at a conversion voltage of 4V. Since the film thickness of Al that can be oxidized by anodic oxidation depends on the formation voltage with high accuracy, only 4 nm of Al can be selectively oxidized at a formation voltage of 4V. In this way, Al is formed on the lower electrode 413.₂O_ThreeCan be formed. Needless to say, when the film thickness of Al is set to other than 20 nm, the formation voltage is set to a voltage corresponding thereto. Next, the upper electrode 411 is formed over the insulating film 412. As the upper electrode 411, for example, Au may be formed to a thickness of 10 nm by vapor deposition in an ultrahigh vacuum.
In this embodiment, the oxidation process of Al can be performed using a vapor phase oxidation method instead of the anodic oxidation method. That is, the Al film is placed in a vacuum chamber, oxygen is introduced by introducing about 0.001 to 10 Torr of oxygen and the substrate is heated, and Al is oxidized.₂O_ThreeAn insulating film 412 made of can be formed.
[0065]
This electron-emitting device having the MIM structure has various advantages. First, since the device has a thin film-like simple structure, the area can be easily increased, and a planar electron-emitting device can be easily produced. In addition, since the upper electrode 411 is flat and has a large area, the interface state with the element exterior 410 is more stable than a field emission cathode array having a needle-like electron emission end, and the surface of the upper electrode 411 is attached to the atmosphere gas. Even if the work function φ changes due to contamination, the electron emission characteristics are not greatly affected, and thus are not easily affected by environmental gases. Further, it is a great advantage that an electron emission operation is possible even when a low voltage of about 10 V is applied, and a high voltage power source is not required. Further, unlike the MIS structure described above, the substrate does not need to be made of a semiconductor material and can be formed on glass, so that the length and area can be reduced.
[0066]
  In the charging device of each configuration shown in the above-described Examples 1 to 11,13th embodimentThe entire surface of a charged object (for example, a photoreceptor unit for a Ricoh printer: type 800) is charged to −700 V, and the ozone concentration and NO in the vicinity of the charging device at this time are applied._X When the concentration was measured, both ozone and NO_X In both cases, values above the background level were not detected.
[0067]
  (Example 14)
  next14thExamples will be described.
  12th and 13thIn the electron-emitting device using the thin insulating film as shown in the embodiment, when the electron emission efficiency is further increased (when more electrons are emitted), the film thickness of the insulating film is increased. However, if the thickness of the insulating film is too thin, there is a risk of dielectric breakdown when voltage is applied between the upper and lower electrodes of the laminated structure, preventing such dielectric breakdown. In order to achieve this, there is a problem that the electron emission efficiency (extraction efficiency) cannot be increased so much because the thickness of the insulating film or the oxide film is limited.
  To solve the above problem,14th embodimentThe electron-emitting device is basically a device using a porous semiconductor as a high resistance layer, and has a metal thin film / porous semiconductor / semiconductor substrate as its constituent elements. Such an electron-emitting device and electron-emitting operation are described in detail in “Science Technical Report, TECHNICAL REPORT OF IEICE., ED96-141, (1996-12)”.
[0068]
  FIG.14thIt is a figure which shows an Example, Comprising: It is sectional drawing which shows the example of the electron-emitting element used for the charging device of the structure shown in Examples 1-11. The electron-emitting device having the configuration shown in FIG. 24 can be manufactured, for example, by the following method.
  First, a 55 wt% HF aqueous solution is formed on the surface of an n-type silicon substrate (n-type silicon wafer) (specific resistance 0.01 to 0.03 Ωcm) 603 having a plane orientation (100) with the ohmic electrode 604 on the back surface removed. A constant current anodizing treatment is performed in a mixed solution with ethanol (mixing ratio is 1: 1) to form a porous silicon layer (hereinafter referred to as PS layer) 602. During the anodic oxidation, the sample surface is irradiated with light by a 500 W tungsten lamp. The thickness of the PS layer 602 is about 3 μm. An Au thin film is vacuum-deposited on the surface of the manufactured PS layer 602 (thickness 10 nm), and this is used as the Au thin film electrode 601 on the front surface side to form a diode with the ohmic electrode 604 on the back surface.
[0069]
A positive voltage V is applied to the Au thin film electrode 601 of this diode by a power source 605._PSTo inject electrons from the n-type silicon substrate 603 into the PS layer 602. The current at that time is I_PSIt is. In that case, since the PS layer 602 has a high resistance, most of the applied electric field is applied to the PS layer 602, but an oxide layer is present on the surface of the PS layer 602. Thus, the electric field strength is stronger as the surface of the PS layer 602. Further, the electrons injected from the n-type silicon substrate 603 travel through the PS layer 602 toward the Au thin film electrode 601 and travel toward the Au thin film electrode. Then, a part of the electrons reaching the surface of the PS layer 602 are tunneled through the Au thin film electrode 601 due to the strong electric field there, and emitted to the outside of the device.
[0070]
In this embodiment, the semiconductor substrate constituting the electron-emitting device is a silicon substrate. However, the present invention is not limited to the silicon substrate, and any semiconductor to which anodic oxidation can be applied can be used. That is, germanium (Ge), silicon carbide (SiC), gallium arsenide (GaAs), indium phosphide (InP), cadmium selenide (CdSe), etc., such as IV group, III-V group, II-VI group, etc. And many of compound semiconductors correspond to this.
[0071]
According to this embodiment, there is an advantage that a process of forming a thin insulating film is unnecessary and there is no risk of dielectric breakdown, a complicated process is unnecessary, an element configuration is simple, and an increase in area is easy. And the above-mentioned problems can be solved.
However, according to “Science Technical Report, TECHNICAL REPORT OF IEICE., ED96-141, (1996-12)”, the electron-emitting device in this example can also function as a light-emitting device. When it is opposed to the body, the light emission directly irradiates the photoconductor, thereby inhibiting charging. However, in this embodiment, since negative ions are generated in the shield, it is not necessary for the electron-emitting device to face the photoconductor, so that the above problem can be avoided.
Similarly, according to “Science Technical Report, TECHNICAL REPORT OF IEICE., ED96-141, (1996-12)”, the formed PS layer 602 is rapidly thermal oxidized (RTO) at 1000 ° C. for 15 minutes. It has also been reported that the amount of emitted electrons increased when an Au thin film was vacuum deposited on the surface of the PS layer 602 after the treatment. This is presumably because the leakage current was reduced by the oxidation of the surface of the PS layer 602 and the electric field effect inside the device was increased. Of course, it goes without saying that an electron-emitting device subjected to such treatment can also be applied to this embodiment.
Furthermore, according to “Display and Imaging 1999, Vol.8, pp77-82”, the scattering loss of electrons is reduced by applying anodized polycrystalline silicon film as the porous semiconductor layer, It has been reported that stable electron emission can be obtained. This is very effective for stable operation of the charging device.
[0072]
  In the charging device of each configuration shown in the above-described Examples 1 to 11,14th embodimentThe entire surface of a charged object (for example, a photoreceptor unit for a Ricoh printer: type 800) is charged to −700 V, and the ozone concentration and NO in the vicinity of the charging device at this time are applied._X When the concentration was measured, both ozone and NO_X In both cases, values above the background level were not detected. Also,12th and 13th embodimentsCompared with the electron-emitting device, the frequency of breakdown of the device was remarkably low.
[0073]
  (Example 15)
  next15thExamples will be described.
  FIG.15thIt is a figure which shows an Example, Comprising: It is sectional drawing which shows the example of the electron emission element used for the charging device of the structure shown in Examples 1-11. In the figure, the code | symbol 911 is a lower electrode, 912 is an electron emission member , 913 are upper electrodes. The electron-emitting device includes a lower electrode 911 and a tantalum oxide (Ta) formed on the lower electrode 911 and having a thickness of 300 to 500 nm.₂O₅) A film 912-1, a ZnS film 912-2 having a thickness of about 500 nm formed thereon, and an upper electrode film made of gold (Au) having a thickness of about 10 nm formed thereon. 913 is an electroluminescent (EL) element. The EL thin film material and the electron emission operation are described in detail in "Applied Physics, Vol. 63, No. 6, pp. 592-595 (1994)".
[0074]
Next, in this embodiment, a drive voltage waveform applied to the lower electrode 911 when the switching transistor of the electron-emitting device is turned on will be described with reference to FIG. In FIG. 27, (1) is a DC potential applied to the upper electrode 913, that is, the upper electrode film 913 made of gold. (2) is the potential applied to the lower electrode 911 in the electron emission state. In a bias state in which a negative potential is applied as the lower electrode potential (2) to the DC potential (1), hot electrons are generated in the ZnS film 912-2, and the upper electrode film 913 made of gold is formed. The hot electrons are emitted to the outside. It should be noted that the waveform of the drive potential {circle around (2)} applied to the lower electrode 911 shown in FIG. 27 may be a pulse waveform as shown in FIG. 28, as described in “Applied Physics, Vol. 63, No. 6,” 592-595 (1994) ".
[0075]
In this embodiment, since the charging operation can be performed without facing the electron emitting surface with light emission to the charged body, the charging potential can be lowered even if the charged body is an electrophotographic photoreceptor. Absent.
This eliminates the need for a process for forming a thin insulating film, reduces the risk of dielectric breakdown, eliminates the need for complicated processes, has a simple element configuration, and facilitates an increase in area. The emitting element can be used without problems.
[0076]
  In the charging device of each configuration shown in the above-described Examples 1 to 11,15th embodimentThe entire surface of a charged object (for example, a photoreceptor unit for a Ricoh printer: type 800) is charged to −700 V, and the ozone concentration and NO in the vicinity of the charging device at this time are applied._X When the concentration was measured, both ozone and NO_X In both cases, values above the background level were not detected. Also,12th and 13th embodimentsCompared with the electron-emitting device, the frequency of breakdown of the device was remarkably low.
[0077]
(Comparative example)
As a comparative example for the present invention, FIG. 29 shows a configuration example of a conventional corona charging type charging device. Using the charging device 1000 using the conventional corona wire 1001 shown in FIG. 29, the surface of the body to be charged 116 (for example, a photoreceptor unit for a Ricoh printer: type 800) under the same environmental conditions as in the first to fifteenth embodiments. The whole was charged to -700V. The ozone concentration and NO around the charging device at this time_X When the concentration was measured, ozone: 4 ppm, NO_X : 0.6 ppm was detected.
[0078]
  (Example 16)
  next16thExamples will be described.
  Of this exampleThe image forming apparatus charges a photoconductive photosensitive member, forms an electrostatic latent image on the charged photosensitive member by image exposure or optical writing, and develops the electrostatic latent image to make a visible image. Then, the visible image on the photosensitive member is transferred directly or via an intermediate transfer member to the transfer material to form an image, and the means for charging the photosensitive member, or the visible image is transferred to the transfer material or As a means for transferring to the intermediate transfer member, the charging device having the structure described in any one of Examples 1 to 15 was provided.
[0079]
As an example, the image forming apparatus according to the present exemplary embodiment is provided with the charging device having the configuration described in any one of the first to fifteenth exemplary embodiments in the vicinity of the photosensitive member 116 that is a member to be charged. Uniform charging is performed. Although not shown, a document image exposure device or an optical writing device, a developing device, a transfer device, a cleaning device, a static eliminator, and the like are disposed around the photosensitive member 116 as a member to be charged, in addition to the charging device described above. In addition, a fixing device is disposed downstream of the transfer device in the transfer material conveyance direction. Further, the image forming apparatus is provided with a paper feeding unit, a conveying unit, a paper discharge unit, and the like for a transfer material such as transfer paper.
When image formation is performed by an electrophotographic process, first, the photosensitive member 116 is uniformly charged by the charging device having the structure described in any one of the first to fifteenth embodiments, and then the charged photosensitive member. Then, an electrostatic latent image is formed by image exposure or optical writing, and this electrostatic latent image is developed with the toner of the developing device to become a visible image, and then a visible image (toner image) on the photosensitive member by the transfer device. Is transferred to the transfer material. The transfer material onto which the toner image has been transferred is conveyed to a fixing device, where the toner image on the transfer material is fixed by the fixing device, and the transferred transfer material is discharged to a paper discharge unit. On the other hand, after the transfer, the residual toner is removed by the cleaning device, and the residual charge is removed by the static eliminator.
[0080]
In the image forming apparatus of the present embodiment, the charging device having the structure described in any one of the first to fifteenth embodiments is provided as means for charging the photosensitive member 116._X Generation is prevented, and uniform and uniform charging can be performed, so that favorable image formation can be performed.
In the image forming apparatus of this embodiment, in addition to the means for charging the photoconductor, any of the first to fifteenth embodiments may be used as a means for transferring a visible image (toner image) to a transfer material or an intermediate transfer body. The charging device having the structure described in one of the embodiments may be provided. In this case, ozone and NO in the transfer unit may be used._X Generation can be prevented, and uniform and non-uniform transfer can be performed, and a good image formation without transfer defects such as transfer omission can be performed.
[0081]
【The invention's effect】
  As described above, according to the present invention, the following operational effects can be obtained.
  That is, in the charging device according to claim 1, since negative ions are generated only using electron attachment by electrons emitted from the electron-emitting device, reactive radicals are generated as in a normal corona discharge method. Because there is no place, ozone and NO well known as discharge products_X Almost no generation occurs. Further, the electron-emitting device does not have problems such as local temperature rise due to concentration of emission current and damage to the tip due to ion bombardment, and can operate stably with a long life. Also the outlet(Gas release part)Since the distribution of the amount of negative ions can be adjusted according to the shape and position, uniform charging can be performed regardless of the position of the electron-emitting device in the shield.In addition, the electric field between the electrode 140 and the object to be charged 116 does not depend on the shape of the gas discharge portion, and the negative ions fly in the uniform electric field, so that the charging is made uniform.
  Therefore, ozone and NO_X Prevention, longer life of equipmentAnd improvement of charging uniformityTherefore, a charging device that can perform uniform charging can be realized.
[0082]
In the charging device according to claim 2, in addition to the effect of claim 1, particles (toner, dust, cigarette smoke, etc.) mixed in the gas are removed by the particle filter, and the negative ion generation unit Since clean gas is fed, it is possible to prevent the amount of electron emission from becoming unstable due to adhesion of particles in the gas to the electron emission surface.
Therefore, ozone and NO_X Can be prevented, the life of the device can be extended, and the charging efficiency can be improved. Thus, a charging device that can perform uniform charging can be realized.
[0083]
In the charging device according to the third aspect, in addition to the effect of the first or second aspect, the positive ions mixed in the gas are removed by the positive ion filter electrode 131 (for example, a metal mesh). Since the gas from which the positive charge has been substantially removed is sent to the ion generation unit, neutralization of the negative charge can be prevented, and the charging efficiency is improved.
Therefore, ozone and NO_X Can be prevented, the life of the device can be extended, and the charging efficiency can be improved. Thus, a charging device that can perform uniform charging can be realized.
[0085]
  Claim4In the charging device described above, in addition to the effect of the first, second, or third aspect, a voltage is applied to each section of the electrode group 142 independently by the power supply group 143 so as to be positive with respect to the gas discharge unit 108. As a result, even if the distribution is non-uniform when the negative ions are released, the distribution of the negative ions can be made uniform by adjusting the potential distribution of the electrode group 142.
  Therefore, ozone and NO_X Can be prevented, the service life of the device can be increased, and the charging uniformity can be further improved, and a charging device capable of performing more uniform charging can be realized.
[0086]
  Claim5In the charging device according to claim 1,4In addition to any of the above effects, the temperature of the electron emission surface becomes higher than that of the gas outside the charging device even when not in use due to radiant heat from a heating means such as a heater and heat transfer from the heated gas. Thus, it is possible to prevent water vapor and the like from condensing on the electron emission surface when not in use and lowering the electron emission efficiency, and to improve the charging efficiency.
  Therefore, ozone and NO_X Can be prevented, the life of the device can be extended, and the charging efficiency can be improved. Thus, a charging device that can perform uniform charging can be realized.
[0087]
  Claim6In the charging device according to claim 1,5In addition to any of the above effects, the location where gas is scattered inside the container increases dramatically, so that the amount of gas released from the spout is not biased to a specific part and is made more uniform, The amount of negative ions generated is stabilized and the stability of the charging ability is improved.
  Therefore, ozone and NO_X Can be prevented, the service life of the device can be extended, and the stability of the charging ability can be improved, and a charging device that can perform uniform charging can be realized.
[0088]
  Claim7In the charging device according to claim 1,6In addition to any of the above effects, negative ions can be reliably extracted to the emission port by the negative ion extraction electric field while preventing discharge due to high energy of electrons, and charging efficiency can be improved.
  Therefore, ozone and NO_X Can be prevented, the life of the device can be extended, and the charging efficiency can be improved. Thus, a charging device that can perform uniform charging can be realized.
[0089]
  Claim8In the charging device according to claim 1,7In addition to any of the above effects, by introducing a high oxygen concentration gas after passing through the oxygen-enriched film into the negative ion generation unit 107, more oxygen molecules that easily obtain a negative ion state are supplied. Generation efficiency can be improved and charging efficiency can be improved.
  Therefore, ozone and NO_X Can be prevented, the life of the device can be extended, and the charging efficiency can be improved. Thus, a charging device that can perform uniform charging can be realized.
[0090]
  Claim9In the charging device described in claim8In addition to the above effect, the oxygen separation means 181 has a shape in which a number of hollow fiber membranes are bundled, so that even if the flow path diameter is the same, the oxygen separation means 181 can be compared with the case where the membrane is simply passed through a flat membrane as shown in FIG. The cross-sectional area that can pass through can be greatly increased. For this reason, more high oxygen concentration air can be supplied, so that more oxygen molecules that can easily obtain negative ions are supplied, the negative ion generation efficiency is further improved, and the charging efficiency is further improved. Can do.
  Therefore, ozone and NO_X Can be prevented, the service life of the device can be increased, and the charging efficiency can be further improved, and a charging device that can perform uniform charging can be realized.
[0091]
  Claim10In the charging device described in claim9In addition to the above effect, since the high oxygen concentration gas and the low oxygen concentration gas are merged before being discharged outside the apparatus, the release of harmful gas components can be prevented.
  Therefore, ozone and NO_X Therefore, it is possible to realize a charging device that can perform uniform charging, and can prevent the occurrence of oxidization, extend the life of the device, and prevent the release of harmful gas components.
[0092]
  Claim11In the charging device according to claim 1,10In addition to any of the above effects, since the electron-emitting device is a thin-film simple structure having a MIS structure, the area can be easily increased, and the planar electron-emitting device can be easily manufactured and the productivity is improved. Furthermore, the interface state with the outside of the device is stable, and even if the surface of the upper electrode is contaminated by the adhesion of atmospheric gas and the work function φ changes, the electron emission characteristics are not greatly affected, and the influence of environmental gas Since it is difficult to receive, the charging ability is stabilized.
  Therefore, ozone and NO_X Can be prevented, the service life of the device can be increased, the productivity can be improved, and the stability of the charging ability can be improved, and a charging device that can perform uniform charging can be realized.
[0093]
  Claim12In the charging device according to claim 1,10In addition to any of the above effects, it is not necessary to use a semiconductor material for the substrate, and the substrate can be formed on glass.
  Therefore, ozone and NO_X Can be prevented, the life of the device can be extended, the productivity can be improved, the cost can be reduced, and the stability of the charging ability can be improved, and a charging device that can perform uniform charging can be realized.
[0094]
  Claim13In the charging device according to claim 1,10In addition to any of the above effects, a step of forming a thin insulating film is unnecessary, there is little risk of dielectric breakdown, no complicated steps are required, the element configuration is simple, and an increase in area is easy. Can be obtained, further improving the productivity of the charging device, reducing the cost, and improving the stability of the charging ability.
  Therefore, ozone and NO_X Can be prevented, the life of the device can be extended, the productivity can be improved, the cost can be reduced, and the stability of the charging ability can be improved, and a charging device that can perform uniform charging can be realized.
[0095]
  Claim14In the charging device according to claim 1,10In addition to any of the above effects, a step of forming a thin insulating film is unnecessary, there is little risk of dielectric breakdown, no complicated steps are required, the element configuration is simple, and an increase in area is easy. Thus, the productivity of the charging device can be improved, the cost can be reduced, and the stability of the charging ability can be improved.
  Therefore, ozone and NO_X Can be prevented, the life of the device can be extended, the productivity can be improved, the cost can be reduced, and the stability of the charging ability can be improved, and a charging device that can perform uniform charging can be realized.
[0096]
  Claim15In the image forming apparatus described above, the means for charging the photosensitive member or the means for transferring the visible image on the photosensitive member to a transfer material, etc.14Since the charging device having the configuration described in any one of the above is provided, ozone and NO_X Is prevented, and uniform and nonuniform charging or transfer can be performed, so that good image formation can be performed.
  Therefore, ozone and NO_X Therefore, it is possible to realize an image forming apparatus that can prevent image generation and perform good image formation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a charging device showing an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view showing a state in which the charging device shown in FIG. 1 is arranged to face an object to be charged.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of an electron-emitting device showing an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an electron-emitting device showing another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram of the operation principle of the electron-emitting device having the structure shown in FIG.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a charging device showing another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a charging device showing still another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a charging device showing still another embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a perspective view of a charging device showing still another embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view of a charging device showing still another embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a cross-sectional view of a charging device showing still another embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a cross-sectional view of a charging device showing still another embodiment of the present invention.
13 is a diagram showing the operation timing of the power supplies (109, 171) of the charging device shown in FIG.
FIG. 14 is a cross-sectional view of a charging device showing still another embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a cross-sectional view of a charging device showing still another embodiment of the present invention.
FIG. 16 is an explanatory diagram of separation of high oxygen concentration gas by an oxygen-enriched film.
FIG. 17 is a cross-sectional view of a charging device showing still another embodiment of the present invention.
FIG. 18 is an explanatory diagram of separation of a high oxygen concentration gas and a low oxygen concentration gas by a hollow fiber membrane.
FIG. 19 is a cross-sectional view of a charging device showing still another embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a schematic sectional view of an electron-emitting device showing still another embodiment of the present invention.
21 is an explanatory diagram of the operation principle of the electron-emitting device having the structure shown in FIG.
FIG. 22 is a schematic sectional view of an electron-emitting device showing still another embodiment of the present invention.
FIG. 23 is an explanatory diagram of the operation principle of the electron-emitting device having the structure shown in FIG.
FIG. 24 is a schematic sectional view of an electron-emitting device showing still another embodiment of the present invention.
25 is a diagram showing energy bands in the electron-emitting device having the structure shown in FIG. 24. FIG.
FIG. 26 is a schematic sectional view of an electron-emitting device showing still another embodiment of the present invention.
27 is a diagram showing an example of a drive waveform applied to the lower electrode of the electron-emitting device having the structure shown in FIG.
FIG. 28 is a diagram showing another example of a drive waveform applied to the lower electrode of the electron-emitting device having the structure shown in FIG.
FIG. 29 is a cross-sectional view showing a configuration example of a conventional corona charging type charging device.
[Explanation of symbols]
101: Electron emitting device
102: Shield
103: Electrode
104: Power supply for control
105: Gas introduction path
106: Gas feeding means
107: Negative ion generation space
108: Release port
109, 120, 132, 141, 171: power supply
116: Charged body (photosensitive body)
130: Particle filter
131: Electrode for positive ion filter
140: Electrode (metal mesh)
142: Electrode group
143: Power supply group
150: Heating means (heating wire (heater))
160: Shield (hollow container)
161: Steel wool
170: annular electrode
172: Mesh electrode
180: oxygen separation means (oxygen-enriched membrane)
181: Oxygen separation means (bundle of hollow fiber membranes)
182: Flow path (pipe)
411: Upper electrode (metal film)
412: Insulating film
413: Lower electrode (metal film)
414: Substrate
512: Insulating layer
513: Lower electrode (semiconductor substrate)
518: Upper electrode (metal film)
601: n-type silicon substrate
602: Porous silicon layer
603: Au thin film electrode
604: Ohmic electrode
911: Lower electrode
912: Electron emission member
912-1: Tantalum oxide film
912-2: ZnS film
913: Upper electrode

Claims

A charging device for charging an object to be charged by electron emission,
An electron-emitting device that emits electrons energized by an electric field inside the device;
A negative ion generation space comprising a shield surrounding the electron-emitting device;
Means for controlling the energy of electrons emitted from the electron-emitting device;
Means for introducing a gas for negative ionization into the negative ion generation space ;
Means for discharging the negative ions and electrons generated in the negative ion generation space part from the gas discharge part together with the gas introduced into the negative ion generation space part,
In the charging device for charging the object to be charged with the negative ions and electrons ,
Between the gas discharge part and the member to be charged, an electrode having a shape parallel to the surface of the member to be charged and capable of passing negative ions is applied, a voltage is applied between the gas discharge part and the electrode, A charging device characterized by being pulled out toward the member to be charged .

The charging device according to claim 1.
A charging device, wherein a particle filter is provided somewhere in a path of an introduced gas before reaching the negative ion generation space, and adhesion of particles mixed in the gas to an electron emission surface is prevented.

The charging device according to claim 1 or 2,
The positive ion filter electrode having a negative potential is provided somewhere in the path of the introduced gas before reaching the negative ion generation space, thereby preventing charge neutralization due to positive charges. Charging device.

The charging device according to claim 1, 2 or 3.
Wherein a gas releasing portion between the member to be charged has an electrode shape that can pass through the negative ions in parallel to be charged member surface, partitions electrode shape that can pass through the negative ions in parallel to the electrodes of the plurality The voltage is applied to each section independently of each other, and the distribution of negative ions is controlled. Then , the voltage is applied between the gas discharge part and the electrode, and the negative ions are directed toward the object to be charged. A charging device characterized by being pulled out.

In the charging device according to any one of claims 1 to 4 ,
A charging device comprising means for heating an electron emission surface .

In the charging device according to any one of claims 1 to 5,
The shield that surrounds the electron-emitting device has a structure in which a gas is scattered in a hollow portion of a hollow container having a jet outlet on the entire inner wall surface, and the jet is introduced after passing through the scattered gas. A charging device which is discharged from an outlet to a negative ion generator .

The charging device according to any one of claims 1 to 6,
A charging apparatus, wherein the electron-emitting device is operated intermittently to generate a negative ion extraction electric field for extracting negative ions to a position where gas is emitted in a time zone where electrons are not emitted .

The charging device according to any one of claims 1 to 7,
The means for introducing gas into the negative ion generation space is compressed air supply means, and gas separation means for separating and discharging the compressed air supplied by the compressed air supply means into oxygen high concentration component and low concentration component And a means for introducing the oxygen high concentration component side of the air components separated by the gas separation means into the negative ion generation space .

The charging device according to claim 8 .
The charging device , wherein the gas separation means comprises a hollow fiber gas separation membrane .

The charging device according to claim 9, wherein
A charging device comprising: a means for guiding the low-oxygen concentration component separated by the gas separation means to the vicinity of a path through which the gas discharged from the charging device passes after being irradiated on the member to be charged .

The charging device according to any one of claims 1 to 10 ,
The charging device according to claim 1, wherein the electron-emitting device has a MIS (metal-insulator-semiconductor) structure .

The charging device according to any one of claims 1 to 10 ,
The charging device according to claim 1, wherein the electron-emitting device has a MIM (metal-insulator-metal) structure.

The charging device according to any one of claims 1 to 10 ,
The electron-emitting device has a porous semiconductor layer and a thin-film electrode capable of transmitting electrons on the front surface side of the porous semiconductor layer, and injects electrons into the porous semiconductor layer on the back surface side of the porous semiconductor layer A charging device having an electrode that can be used.

The charging device according to any one of claims 1 to 10 ,
The electron-emitting device includes a lower electrode, a tantalum oxide (Ta ₂ O ₅ ) film formed on the lower electrode, a ZnS film formed on the tantalum oxide (Ta ₂ O ₅ ) film, and the ZnS film A charging device comprising: an electroluminescent element including an upper electrode formed on the upper electrode .

A photoconductive photosensitive member is charged, an electrostatic latent image is formed on the charged photosensitive member by image exposure or optical writing, and the electrostatic latent image is developed to become a visible image. In the image forming apparatus that transfers the visible image on the transfer material directly or via an intermediate transfer member to form an image ,
An image comprising the charging device according to any one of claims 1 to 14 as means for charging the photosensitive member or means for transferring the visible image to a transfer material or an intermediate transfer member. forming apparatus.