JP4616501B2

JP4616501B2 - Charging device and image forming apparatus using charging device

Info

Publication number: JP4616501B2
Application number: JP2001116011A
Authority: JP
Inventors: 智明菅原; 浩近藤; 浩義庄子
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-04-13
Filing date: 2001-04-13
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2021-04-13
Also published as: JP2002311683A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被帯電体を帯電させる帯電装置に係り、特に電子放出による負イオンと電子を利用して感光体を帯電させるようにした電子放出型の帯電装置及び帯電装置を用いた電子写真方式の画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子写真方式の画像形成装置に用いられる帯電器においては、基本的に、放電を用いてイオンを発生させているため、オゾン及びＮＯｘを発生する。比較的放電の悪影響の少ないもので接触型の帯電器があるが、感光体磨耗、ＮＯｘ系化合物の表面付着などの問題が生じる。また、放電により発生するＮＯｘに起因する物質が感光体に付着し吸湿することで、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】
これら問題点を解消するため、最近においては非放電型の電荷発生器が検討されている。例えば、特開平８−２０３４１８号公報等に開示されているような静電潜像形成装置に用いられる電荷発生器が知られている。この公報記載の静電潜像形成装置においては、ライン電極表面にＰＮ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させ誘電体上に潜像を形成している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平８−２０３４１８号公報記載の電荷発生器は、基本的に電子放出素子層を一体で作製されるため、大型の電子放出素子を作製するために大型の装置が必要となり、製造コストがかかってしまうという課題が残されている。また、電荷発生器を単純に画像形成装置内に配置するだけでは、大きな幅を有する誘電体を帯電させる場合に、帯電ムラを発生し易いという問題する。
【０００５】
また、最近の環境保護意識の向上に伴い、電子写真方式の画像形成装置に対しても、発生するオゾン量を規制するための規格が設定されており、電子写真プロセスで発生するオゾン量を低減して規制値を超えない複写機やプリンタを開発することが要求されている。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、電子放出素子を用いた帯電装置において、大きな幅の被帯電体に帯電させる場合にも帯電ムラの少ない、安定した帯電効率を長期間にわたって維持可能な帯電装置を提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は、オゾン発生量が少なく、ＮＯｘによる感光体の寿命低下を少なくし、かつ安定した高画質の画像形成が可能な電子写真方式の画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に記載された発明は、内部の電界によりエネルギーを与えた電子を放出する電子放出素子を有し、該電子放出素子の放出した電子により、所定の幅を有する被帯電体を帯電させる帯電装置において、該電子放出素子の少なくとも一部に電気的負性気体を含む気体を接触させ、放出された電子と前記電気的負性気体の分子により発生した負イオンとにより被帯電体を帯電させる構成とし、前記電子放出素子を複数の分割電子放出部に区分けし、該複数の分割電子放出部を被帯電体の幅方向に平行な方向に配置するともに、前記電子放出素子の各分割電子放出部における電極端部の幅を変化させたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載された発明は、前記電子放出素子の各分割電子放出部に独立した電気的条件を設定したことを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載された発明は、前記電子放出素子に印可する電圧を制御することにより放出電流量を制御する制御手段を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載された発明は、前記被帯電体を感光体により構成し、該感光体の帯電電位、もしくはトナー濃度を検出する検出手段と、該検出手段の検出結果に基づいて前記電子放出素子に印可する電圧を決定するフィードバック制御機構を有することを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載された発明は、請求項１に記載の帯電装置において、前記被帯電体の進行方向と垂直な方向で、各分割電子放出部の電極部分に微小な隙間を設けた配置とし、該隙間に近接する部分の電極幅を他の部分の電極幅より大きくしたことを特徴とする。
【００１４】
請求項６に記載された発明は、請求項１に記載の帯電装置において、前記電子放出素子の複数の分割放出部を前記被帯電体の進行方向に沿って２列配置し、各列の分割電子放出部の電極部分が互いに近接する部分の電極幅を他の部分の電極幅より小さくしたことを特徴とする。
【００１５】
請求項７に記載された発明は、請求項１乃至６のいずれか一項記載の帯電装置において、前記電子放出素子の、各分割電子放出部の電極部分以外の部分を、絶縁体で覆ったことを特徴とする。
【００１６】
請求項８に記載された発明は、請求項７記載の帯電装置において、前記絶縁体が耐絶縁性樹脂からなることを特徴とする。
【００１７】
請求項９記載の発明は、感光体上に静電潜像を保持させて画像を形成する画像形成装置であって、請求項１乃至８記載の帯電装置を用いて該感光体を帯電させることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら具体的に説明する。
【００１９】
図ｌは、本発明に係る帯電装置の電子放出素子の基本的構成例を示す。図１は、便宜上、このような平面として表示している。
【００２０】
図１に示すように、本発明の帯電装置に適用される電子放出素子１は、石英基板６上に形成された、基板電極５上に半導体層４（例えば、単結晶シリコン）が形成され、半導体層４を陽極酸化によりポーラス化し、その後、急速熱酸化（ＲＴＯ：ＲａｐｉｄＴｈｅｒｍａｌＯｘｉｄａｔｉｏｎ）により多孔質半導体層（ポーラスシリコン）２を形成する。この多孔質半導体層２を薄い酸化膜で覆い、最後に、表面に電子がトンネル効果で通過できるような薄膜電極７を形成する。
【００２１】
図１に示した被帯電体は、通常、電子写真用感光体である。図示した被帯電体の電極は、感光体のアルミドラムと考えることができる。この場合、被帯電体は、電子放出素子１に対し、一定の線速度Ｓで移動すると仮定する。
【００２２】
電源８で、２０Ｖほどの電圧をかけると真空中の電子として１ｍＡ／ｃｍ^２程度の電流が観測される。図１に示した構成では、大気圧気体であるためイオン化の効率等でこれより低い電流値となる。しかし、負帯電用のスコロトロン帯電器と同じようにこのイオンにより帯電が可能である。
【００２３】
図１に示した電子放出素子１は、ポリシリコンから作成された多孔質半導体層（ポーラスシリコン）を用いた。このポーラスシリコンの作成方法については公知であり、例えば、特許第２９６６８４２号公報等に開示される電界放射型電子源に用いられている。しかし、本発明の電子放出素子としてこれに限られるものではなく、図１に示した例のように、固体中から電子を放出するもので有ればよく、電子の放出量に関係して、帯電効率が変化するもので有れば適用可能である。
【００２４】
例えば、本発明の帯電装置に適用可能な電子放出素子としては、ＭＩＳ（金属−絶縁体−半導体）構造を有するもの、あるいはＭＩＭ（金属−絶縁体−金属）構造を有するものであってもよい。
【００２５】
また、（ａ）半導体基板と、（ｂ）該半導体基板の表面を陽極酸化処理により多孔質化した多孔質半導体層と、（ｃ）該多孔質半導体眉上に形成される金属薄膜電極と、（ｄ）前記半導体基板の裏面に形成されるオーミック電極とを有するものであってもよい。
【００２６】
さらに、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もの、等であってもよい。
【００２７】
本発明の電子放出素子によるイオン化での帯電機構は、オゾン、ＮＯｘの発生量が極めて少ない。しかし、通常半導体を用いたプロセスでは、単結晶シリコンで３００ｍｍ程度、ポリシリコンやアモルファスシリコンでも、大型のものは成膜装置的な制約がある。また、大型化に伴いばらつきの度合いが大きくなる。本構成では、たとえば、６インチの単結晶プロセスで、多数のチップを作製し、特性によるクラス分けを行い帯電ムラを低減化できる。
【００２８】
図２は、本発明の帯電装置の電子放出による電気的負性気体の負イオン化を説明するための図である。
【００２９】
電子放出による電気的負性気体の負イオンの構成は、大気の条件により変動するので、必ずしもこれに固定されるわけではないが、おおむね図２に示すような形で、電荷が伝わっていくと考えられる。
【００３０】
電子の大気中での平均自由工程は、０．３４μｍ程度といわれており、電子での電荷の輸送は大気中である限り、支配的ではないと考えられる。これら電子放出素子によるイオン化での帯電機構は、オゾン、ＮＯｘの発生量が極めて少ない。しかし、電子の放出量が帯電量に直接影響するため、このムラが直接帯電電位に影響する。これを防止する構成が必要である。
【００３１】
図３は、本発明の第１の実施例を説明するための構成例を示す。
【００３２】
図３に示すように、本実施例の電子放出素子１は、複数の分割電子放出部３１、３２、３３、３４（各電極部分のみ図示されている）に区分けされ、絶縁部５１、５２、５３、５４によって互いに分割されている。これらの分割電子放出部３１、３２、３３、３４は、被帯電体の幅方向（例えば、図７の紙面に垂直な方向）に平行な方向（図３の１点鎖線Ａの方向）に配置される。
【００３３】
図１の構成と同様に、電源８から供給される電源電圧は電子放出素子１の基板電極５と分割電子放出部３１、３２、３３、３４の各電極部分との間に印加されるが、電源８と各電極部分との接続は、可変抵抗６１、６２、６３、６４を介して行われている。したがって、各分割電子放出部に独立した電気的条件を設定する構成である。
【００３４】
図３の構成例においては、可変抵抗６１、６２、６３、６４により各分割電子放出部の薄膜電極（引き出し電極）７の電位を各々独立に変化させることが可能である。これにより各チップ間のばらつきを調整できる。
【００３５】
さらに、可変抵抗６１、６２、６３、６４に対して、その抵抗値を制御する制御信号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を出力する制御部４２を設けている。したがって、電子放出素子１の各分割電子放出部に印可する電圧を制御することにより放出電流量を制御することが可能である。
【００３６】
さらに、図３の構成例においては、被帯電体（感光体）１２の感光体の帯電電位、もしくはトナー濃度等の帯電起因因子を検知する検知部４１を設け、感光体の帯電電位もしくはトナー濃度等の検出結果を示す検出信号を検知部４１から制御部４２に供給し、かつ、制御部４２を検知部４１の検出結果に基づいて前記電子放出素子１に印可する電圧を決定するフィードバック制御機構として構成している。検知部４１として、帯電センサーやトナー濃度センサーの情報をフィードバックすることにより、時間的なムラの少ないものを形成できる。
【００３７】
図４は、本発明の第２の実施例を説明するための構成例を示す。図５は、図４に示した帯電装置の電子放出素子の変形例を説明するための構成例を示す。
【００３８】
図４、図５においては、電子放出素子１のチップ構成のみを示す。
【００３９】
図４の構成例においては、電子放出素子１を複数の分割電子放出部３０Ａに区分けし、各分割電子放出部３０Ａにおける電極端部の幅を変化させた構成としている。より詳細に説明すると、被帯電体の進行方向（図４の一点鎖線Ｔの方向）と垂直な方向（図４の一点鎖線Ａの方向）で、各分割電子放出部３０Ａの電極部分に微小な隙間を設けた配置とし、該隙間に近接する部分の電極幅を他の部分の電極幅より大きくした構成としている。
【００４０】
図４のように横に配置する場合は、どうしても被帯電体の移動方向に垂直な方向に隙間ができ、空間的な電流量が減る。しかし、この部分の電極面積を増すことにより、これを防いでいる。
【００４１】
図５に示した変形例では、電子放出素子１の複数の分割電子放出部３０Ｂを被帯電体の進行方向（図５の一点鎖線Ｔの方向）に沿って２列配置し、各列の分割電子放出部３０Ｂの電極部分が互いに近接する部分の電極幅を他の部分の電極幅より小さくした構成としている。この構成の場合、被帯電体が、同じように電流を浴びるように配置している。
【００４２】
図６は、本発明の第３の実施例を説明するための構成例を示す。
【００４３】
図６の構成例においては、電子放出素子１は複数の分割電子放出部３０Ｃに区分けされ、各分割電子放出部３０Ｃの電極部分以外の部分を、絶縁体７０で覆っている。絶縁体７０は、例えば、耐絶縁性樹脂からなる樹脂コートとして形セされる。
【００４４】
この第３の実施例においては、電子放出電極面のみを残し、樹脂コートしている。これにより、ナトリウムイオンなどのアルカリ金属イオンや水分などの不安定要因が、チップ内部に入り込まず安定した動作が可能となる。これには、不純物を非常に少なくした半導体系の接着剤や、例えばエポキシ系の接着剤を樹脂コートとして適用できる。また、層間絶縁膜として使用されるポリイミド系の材料などを適用している。これは、通常の作製行程が終わってから、ディスペンサー等での展開を行った。
【００４５】
図７は、本発明に係る帯電装置を用いた画像形成装置を説明するための概略構成図である。
【００４６】
図７を用いて、本発明に係る帯電装置１０を画像形成装置に適用する場合について説明する。この例では、画像形成装置は電子写真方式の複写機やプリンタとして用いられる静電潜像形成装置である。
【００４７】
この画像形成装置は、中心軸Ｏの周りに回動可能に設けられたドラム形状の感光体１２を備えている。この感光体１２が、本発明の帯電装置１０が放出する電子とイオンにより帯電される被帯電体である。画像形成動作が開始されると、感光体１２は矢印Ｓの方向に中心軸Ｏ周りに一定線速度で回動される。
【００４８】
帯電装置１０は、電子放出素子１の複数の分割電子放出部３０の配列方向Ａが感光体１２の軸方向（紙面に垂直な方向）と平行となり、かつ、配列方向Ａと直角をなす方向Ｔ（図７の矢印Ｔの方向）が感光体１２の回転方向（接線方向）と一致するように配置される。したがって、大きな幅を有する感光体の場合でも、帯電ムラが発生しにくい。
【００４９】
感光体１２の周囲には、上記帯電装置１０、現像ローラ１６、転写チャージャ１４及び除電ブラシ１８が配備されている。帯電装置１０により帯電された感光体１２は、露光装置２０が画像情報にしたがって発生する光ビームの光走査を受け、感光体上に静電潜像が記録される。感光体１２に近接させた現像ローラ１６の表面には帯電したトナーが供給され、このトナーが感光体１２の静電潜像に付着して画像を顕像化する。すなわち、トナー像が形成される。
【００５０】
一方、図示されていない紙搬送手段によって、被記録体１３（通常、被記録体として記録紙を用いる）が記録タイミングに合わせて感光体１２の転写チャージャ１４近傍に搬送される。記録紙１３が感光体１２を通過する際に、転写チャージャ１４によって、トナー像が転写される。記録紙１３はさらに、定着ローラ２０へ搬送され、定着ローラ２０で定着されて、画像形成装置の外側に設けられた排紙トレイに排出される。除電ブラシ１８は、感光体１２に残った電荷を取り除き、帯電装置１０による感光体１２の再帯電に備える。
【００５１】
図７に示すように、本発明の帯電装置１０を、電子写真方式の静電潜像形成装置における帯電器として適用することで、従来の電子写真プロセスをほとんど変更することなく、オゾンと窒素酸化物が非常に少ない画像形成装置を構成することができる。また、電子放出素子の複数の分割電子放出部を被帯電体の幅方向と平行な配列方向に配置する構成としたため、大きな幅の被帯電体に帯電させる場合にも帯電むらを低減させ、安定した帯電効率を実現することが可能となる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明の帯電装置によれば、低いエネルギーの電子による放電を伴わない負イオン形成により被帯電体を帯電させる電子放出素子を用いているため、オゾン、ＮＯｘの発生量が極めて少ない。また、電子放出素子を被帯電体の幅方向に対応する配列方向に複数の分割電子放出部を配置する構成としたため、大きな幅の被帯電体に帯電させる場合にも帯電むらを低減させ、安定した帯電効率を実現することが可能となる。
【００５３】
請求項１記載の帯電装置によれば、電子放出素子を区分して、並べる構成により、大型の電子写真方式画像形成装置等に適応できる帯電器を作製することができる。
【００５４】
請求項２記載の帯電装置は、分割した部分のチップ特性に対し独立した電気的条件で放出電流を一定にすることにより、帯電ムラを低減できる。
【００５５】
請求項３記載の帯電装置は、素子への印加電圧で放出電流量がコントロールでき、これを利用して、帯電ムラを低減できる。
【００５６】
請求項４記載の帯電装置は、実際に問題となる帯電電位、トナー濃度によるフィードバックにより、さらに、時間軸上での帯電ムラを低減できる。
【００５７】
請求項５記載の帯電装置は、チップの電極間では、空問への放出電流がない。
しかし、負イオン等が気体中で拡散するため、急激に帯電量が部分的に落ちることはない。それでも、帯電ムラが生じるレベルの変化はあるためそれを補正するためにチップの配置に従い幅を調整して均一帯電を可能とする。
【００５８】
請求項６記載の帯電装置は、チップの電極間では、空間への放出電流がない。
しかし、負イオン等が気体中で拡散するため、急激に帯電量が部分的に落ちることはない。それでも、帯電ムラが生じるレベルの変化はあるためそれを補正するために幅を増やし均一化できる。
【００５９】
請求項７記載の帯電装置は、チップ間のムラを低減するために線速方向に複数のチップを置いて調整するが、トータルの帯電量を調整するために電極の端を狭くし、均一帯電できる。
【００６０】
請求項８記載の帯電装置は、チップへの水分、空気などの進入による劣化を絶縁体でふさぐことにより、電極部等での放電防止、チップの劣化防止を計ることができる。
【００６１】
請求項９記載の帯電装置は、チップへの水分、空気などの進入による劣化を絶縁体でふさぐことにより、電極部等での放電防止、チップの劣化防止を計ることができるが、これを樹脂により行うために、基板上への他の機能チップの実装なども簡便に可能となる。
【００６２】
請求項１０記載の画像形成装置は、請求項１乃至９記載の帯電装置を使用することにより、オゾン、ＮＯｘの発生の少ない電子写真方式画像形成装置を構成でき、感光体の劣化因子が少なくなり、高寿命で、環境に配慮した画像形成装置を作成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る帯電装置に適用される電子放出素子の基本的構成例を示す図である。
【図２】本発明の帯電装置の電子放出による電気的負性気体の負イオン化を説明するための図である。
【図３】本発明の第１の実施例を説明するための構成例を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施例を説明するための構成例を示す図である。
【図５】本発明の第３の実施例を説明するための構成例を示す図である。
【図６】本発明の第４の実施例を説明するための構成例を示す図である。
【図７】本発明に係る帯電装置を用いた画像形成装置を説明するための概略構成図である。
【符号の説明】
１電子放出素子
２多孔質半導体層
４半導体層
５基板電極
６石英ガラス
７薄膜電極
８電源
９バイアス電源
１０帯電装置
１２感光体
３１、３２、３３、３４分割電子放出部
３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ分割電子放出部
５１、５２、５３、５４絶縁体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a charging device for charging an object to be charged, and in particular, an electron emission type charging device for charging a photoconductor using negative ions and electrons due to electron emission and an electrophotographic system using the charging device. The present invention relates to an image forming apparatus.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a charger used in an electrophotographic image forming apparatus basically generates ions by using discharge, and therefore generates ozone and NOx. Although there is a contact-type charger with relatively little adverse effect of discharge, problems such as photoreceptor wear and NOx compound surface adhesion occur. Further, there is a problem that a defective image is generated by lowering the surface potential of the photosensitive member due to the substance adhering to NOx generated by discharge adhering to the photosensitive member and absorbing moisture.
[0003]
In order to solve these problems, a non-discharge type charge generator has recently been studied. For example, a charge generator used in an electrostatic latent image forming apparatus as disclosed in JP-A-8-203418 is known. In the electrostatic latent image forming apparatus described in this publication, a charge generator in which an electron emitting element layer made of a PN junction semiconductor element or an electroluminescent material is provided on the surface of a line electrode, and this is independently driven for each pixel. The latent image is formed on the dielectric.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the charge generator described in JP-A-8-203418 is basically produced by integrally forming the electron-emitting device layer, a large-sized device is required to produce a large-sized electron-emitting device, and the manufacture is There remains the problem of cost. Further, simply arranging the charge generator in the image forming apparatus causes a problem that uneven charging tends to occur when a dielectric having a large width is charged.
[0005]
In addition, with the recent increase in environmental protection awareness, standards for regulating the amount of ozone generated have also been set for electrophotographic image forming devices, reducing the amount of ozone generated in the electrophotographic process. Therefore, it is required to develop a copier or a printer that does not exceed the regulation value.
[0006]
The present invention has been made in view of the above problems, and in a charging device using an electron-emitting device, even when charging a charged object having a large width, stable charging efficiency with little charging unevenness is maintained over a long period of time. An object is to provide a charging device that can be used.
[0007]
Another object of the present invention is to provide an electrophotographic image forming apparatus that generates a small amount of ozone, reduces the lifetime of the photoreceptor due to NOx, and enables stable high-quality image formation.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in claim 1 has an electron-emitting device that emits electrons given energy by an internal electric field, and has a predetermined width by the electrons emitted from the electron-emitting device. In a charging device for charging an object to be charged, at least a part of the electron-emitting device is brought into contact with a gas containing an electric negative gas, and negative ions generated by the emitted electrons and molecules of the electric negative gas and by a configuration in which Ru is charged member to be charged, the electron emission device is divided into a plurality of divided electron emitting portion, the plurality of arranged split electron emitting portion in a direction parallel to the width direction of the member to be charged then monitor, The width of the electrode end portion in each divided electron emission portion of the electron emission element is changed .
[0009]
The invention described in claim 2 is characterized in that an independent electrical condition is set for each divided electron-emitting portion of the electron-emitting device.
[0010]
According to a third aspect of the present invention, there is provided control means for controlling an emission current amount by controlling a voltage applied to the electron-emitting device.
[0011]
According to a fourth aspect of the present invention, the member to be charged is composed of a photosensitive member, a detecting means for detecting a charged potential or toner density of the photosensitive member, and the electron emission based on a detection result of the detecting means. It has a feedback control mechanism for determining a voltage applied to the element.
[0013]
According to a fifth aspect of the present invention, in the charging device according to the first aspect of the present invention, a minute gap is provided in the electrode portion of each divided electron emission portion in a direction perpendicular to the traveling direction of the charged body. The electrode width of the part close to the gap is made larger than the electrode width of the other part.
[0014]
According to a sixth aspect of the present invention, in the charging device according to the first aspect, the plurality of divided emission portions of the electron-emitting devices are arranged in two rows along the traveling direction of the charged body, and each row is divided. The electrode width of the part where the electrode parts of the electron emission part are close to each other is made smaller than the electrode width of the other part.
[0015]
According to a seventh aspect of the present invention, in the charging device according to any one of the first to sixth aspects, a portion of the electron-emitting device other than the electrode portion of each divided electron-emitting portion is covered with an insulator. It is characterized by that.
[0016]
The invention described in claim 8 is the charging device according to claim 7, wherein the insulator is characterized by comprising the resistance to dielectric edge resin.
[0017]
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided an image forming apparatus for forming an image by holding an electrostatic latent image on a photosensitive member, wherein the photosensitive member is charged using the charging device according to the first to eighth aspects. It is characterized by.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings.
[0019]
FIG. 1 shows a basic configuration example of the electron-emitting device of the charging device according to the present invention. FIG. 1 shows such a plane for convenience.
[0020]
As shown in FIG. 1, the electron-emitting device 1 applied to the charging device of the present invention has a semiconductor layer 4 (for example, single crystal silicon) formed on a substrate electrode 5 formed on a quartz substrate 6, The semiconductor layer 4 is made porous by anodic oxidation, and then a porous semiconductor layer (porous silicon) 2 is formed by rapid thermal oxidation (RTO). The porous semiconductor layer 2 is covered with a thin oxide film, and finally a thin film electrode 7 is formed on the surface so that electrons can pass through the tunnel effect.
[0021]
The member to be charged shown in FIG. 1 is usually an electrophotographic photoreceptor. The illustrated electrode of the member to be charged can be considered as an aluminum drum of the photosensitive member. In this case, it is assumed that the member to be charged moves at a constant linear velocity S with respect to the electron-emitting device 1.
[0022]
When a voltage of about 20 V is applied with the power supply 8, a current of about 1 mA / cm ² is observed as electrons in a vacuum. In the configuration shown in FIG. 1, since it is an atmospheric pressure gas, the current value is lower than this due to the efficiency of ionization and the like. However, it can be charged by these ions in the same way as a negatively charged scorotron charger.
[0023]
The electron-emitting device 1 shown in FIG. 1 uses a porous semiconductor layer (porous silicon) made of polysilicon. A method for producing this porous silicon is known, and is used in, for example, a field emission electron source disclosed in Japanese Patent No. 2966842. However, the electron-emitting device of the present invention is not limited to this, and it is sufficient that it emits electrons from the solid as in the example shown in FIG. The present invention is applicable if the charging efficiency changes.
[0024]
For example, the electron-emitting device applicable to the charging device of the present invention may have an MIS (metal-insulator-semiconductor) structure or an MIM (metal-insulator-metal) structure. .
[0025]
Also, (a) a semiconductor substrate, (b) a porous semiconductor layer in which the surface of the semiconductor substrate is made porous by anodization, (c) a metal thin film electrode formed on the porous semiconductor eyebrow, (D) You may have an ohmic electrode formed in the back surface of the said semiconductor substrate.
[0026]
Furthermore, the lower electrode, the tantalum oxide (Ta ₂ O ₅ ) film formed on the lower electrode, the ZnS film formed on the tantalum oxide (Ta ₂ O ₅ ) film, and the ZnS film are formed. It may be an electroluminescent element constituted by an upper electrode, or the like.
[0027]
The charging mechanism in ionization by the electron-emitting device of the present invention generates very little ozone and NOx. However, in a process using a normal semiconductor, single crystal silicon is about 300 mm, and polysilicon or amorphous silicon is limited in terms of a film forming apparatus. In addition, the degree of variation increases with an increase in size. In this configuration, for example, a large number of chips can be manufactured by a 6-inch single crystal process and classified according to characteristics to reduce charging unevenness.
[0028]
FIG. 2 is a view for explaining negative ionization of an electrically negative gas due to electron emission of the charging device of the present invention.
[0029]
The structure of the negative ions of the electrically negative gas due to electron emission varies depending on the atmospheric conditions, so it is not necessarily fixed to this, but when charges are transmitted in the form shown in FIG. Conceivable.
[0030]
The mean free path of electrons in the atmosphere is said to be about 0.34 μm, and it is considered that charge transport in electrons is not dominant as long as it is in the atmosphere. The charging mechanism for ionization by these electron-emitting devices generates very little ozone and NOx. However, since the electron emission amount directly affects the charge amount, this unevenness directly affects the charging potential. A configuration to prevent this is necessary.
[0031]
FIG. 3 shows a configuration example for explaining the first embodiment of the present invention.
[0032]
As shown in FIG. 3, the electron-emitting device 1 of the present embodiment is divided into a plurality of divided electron-emitting portions 31, 32, 33, and 34 (only the electrode portions are shown), and the insulating portions 51, 52, 53 and 54 are separated from each other. These divided electron emission portions 31, 32, 33, and 34 are arranged in a direction parallel to the width direction of the member to be charged (for example, the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 7) (the direction of the dashed line A in FIG. 3). Is done.
[0033]
As in the configuration of FIG. 1, the power supply voltage supplied from the power supply 8 is applied between the substrate electrode 5 of the electron-emitting device 1 and each electrode portion of the divided electron emission portions 31, 32, 33, 34. The connection between the power supply 8 and each electrode portion is made through variable resistors 61, 62, 63, 64. Therefore, an independent electrical condition is set for each divided electron emission portion.
[0034]
In the configuration example of FIG. 3, the variable resistors 61, 62, 63, and 64 can independently change the potential of the thin-film electrode (extraction electrode) 7 of each divided electron emission portion. Thereby, the dispersion | variation between each chip | tip can be adjusted.
[0035]
Further, a control unit 42 that outputs control signals C1, C2, C3, and C4 for controlling the resistance values of the variable resistors 61, 62, 63, and 64 is provided. Therefore, it is possible to control the amount of emission current by controlling the voltage applied to each divided electron emission portion of the electron emission element 1.
[0036]
Further, in the configuration example of FIG. 3, a detection unit 41 that detects a charging potential of the photosensitive member of the member to be charged (photosensitive member) 12 or a charge-causing factor such as a toner concentration is provided. A feedback control mechanism that supplies a detection signal indicating a detection result such as from the detection unit 41 to the control unit 42 and determines a voltage to be applied to the electron-emitting device 1 by the control unit 42 based on the detection result of the detection unit 41 It is configured as. By feeding back the information of the charge sensor and the toner density sensor as the detection unit 41, it is possible to form a detector with little temporal unevenness.
[0037]
FIG. 4 shows a configuration example for explaining the second embodiment of the present invention. FIG. 5 shows a configuration example for explaining a modification of the electron-emitting device of the charging device shown in FIG.
[0038]
4 and 5, only the chip configuration of the electron-emitting device 1 is shown.
[0039]
In the configuration example of FIG. 4, the electron-emitting device 1 is divided into a plurality of divided electron emission portions 30A, and the width of the electrode end portion in each divided electron emission portion 30A is changed. More specifically, a minute amount is formed on the electrode portion of each divided electron emission portion 30A in a direction (direction of the dashed line A in FIG. 4) perpendicular to the traveling direction of the charged body (direction of the dashed line T in FIG. 4). The arrangement is such that a gap is provided, and the electrode width of the portion adjacent to the gap is larger than the electrode width of the other portion.
[0040]
When arranged horizontally as shown in FIG. 4, a gap is inevitably formed in a direction perpendicular to the moving direction of the member to be charged, and the amount of spatial current is reduced. However, this is prevented by increasing the electrode area of this portion.
[0041]
In the modification shown in FIG. 5, a plurality of divided electron emission portions 30B of the electron-emitting device 1 are arranged in two rows along the traveling direction of the charged body (the direction of the one-dot chain line T in FIG. 5). The electrode width of the portion where the electrode portions of the electron emission portion 30B are close to each other is made smaller than the electrode width of the other portion. In the case of this configuration, the member to be charged is arranged so as to receive a current similarly.
[0042]
FIG. 6 shows a configuration example for explaining the third embodiment of the present invention.
[0043]
In the configuration example of FIG. 6, the electron-emitting device 1 is divided into a plurality of divided electron emission portions 30 </ b> C, and portions other than the electrode portions of each divided electron emission portion 30 </ b> C are covered with an insulator 70. The insulator 70 is shaped as a resin coat made of an insulating resin, for example.
[0044]
In the third embodiment, only the electron emission electrode surface is left and is coated with resin. Thereby, unstable factors such as alkali metal ions such as sodium ions and moisture do not enter the chip, and stable operation is possible. For this purpose, a semiconductor adhesive with a very small amount of impurities, for example, an epoxy adhesive, can be applied as a resin coat. In addition, a polyimide-based material used as an interlayer insulating film is applied. This was developed with a dispenser after the normal production process was completed.
[0045]
FIG. 7 is a schematic configuration diagram for explaining an image forming apparatus using the charging device according to the present invention.
[0046]
The case where the charging device 10 according to the present invention is applied to an image forming apparatus will be described with reference to FIG. In this example, the image forming apparatus is an electrostatic latent image forming apparatus used as an electrophotographic copying machine or printer.
[0047]
The image forming apparatus includes a drum-shaped photoconductor 12 provided to be rotatable around a central axis O. The photoreceptor 12 is a member to be charged that is charged by electrons and ions emitted from the charging device 10 of the present invention. When the image forming operation is started, the photoconductor 12 is rotated around the central axis O in the direction of the arrow S at a constant linear velocity.
[0048]
In the charging device 10, a direction T in which the arrangement direction A of the plurality of divided electron emission portions 30 of the electron-emitting device 1 is parallel to the axial direction (direction perpendicular to the paper surface) of the photosensitive member 12 and perpendicular to the arrangement direction A. It is arranged so that the direction of the arrow T in FIG. Therefore, even in the case of a photoconductor having a large width, charging unevenness hardly occurs.
[0049]
Around the photoreceptor 12, the charging device 10, the developing roller 16, the transfer charger 14, and the charge eliminating brush 18 are disposed. The photosensitive member 12 charged by the charging device 10 is subjected to optical scanning of a light beam generated by the exposure device 20 according to image information, and an electrostatic latent image is recorded on the photosensitive member. Charged toner is supplied to the surface of the developing roller 16 close to the photoconductor 12, and this toner adheres to the electrostatic latent image on the photoconductor 12 to visualize the image. That is, a toner image is formed.
[0050]
On the other hand, the recording medium 13 (usually recording paper is used as the recording medium) is conveyed to the vicinity of the transfer charger 14 of the photosensitive member 12 in accordance with the recording timing by a paper conveying means (not shown). When the recording paper 13 passes through the photoreceptor 12, the toner image is transferred by the transfer charger 14. The recording paper 13 is further conveyed to the fixing roller 20, fixed by the fixing roller 20, and discharged to a paper discharge tray provided outside the image forming apparatus. The neutralizing brush 18 removes the charge remaining on the photoconductor 12 and prepares for the recharging of the photoconductor 12 by the charging device 10.
[0051]
As shown in FIG. 7, by applying the charging device 10 of the present invention as a charger in an electrophotographic electrostatic latent image forming apparatus, ozone and nitrogen oxidation can be performed without substantially changing the conventional electrophotographic process. An image forming apparatus with very few objects can be configured. In addition, since the plurality of divided electron emitting portions of the electron-emitting device are arranged in an arrangement direction parallel to the width direction of the charged body, even when charging a charged body having a large width, charging unevenness is reduced and stable. It is possible to realize the charging efficiency.
[0052]
【The invention's effect】
As described above, according to the charging device of the present invention, the amount of generated ozone and NOx is generated because the electron-emitting device that charges an object to be charged by negative ion formation without discharge by low energy electrons is used. There is very little. In addition, since the electron-emitting device has a configuration in which a plurality of divided electron emission portions are arranged in the arrangement direction corresponding to the width direction of the charged body, even when charging a charged body having a large width, the uneven charging is reduced and stable. It is possible to realize the charging efficiency.
[0053]
According to the charging device of the first aspect, a charger that can be applied to a large-sized electrophotographic image forming apparatus or the like can be manufactured by separating and arranging the electron-emitting devices.
[0054]
According to the second aspect of the present invention, uneven charging can be reduced by making the emission current constant under electrical conditions independent of the chip characteristics of the divided portions.
[0055]
In the charging device according to the third aspect, the amount of emission current can be controlled by the voltage applied to the element, and this can be used to reduce charging unevenness.
[0056]
The charging device according to claim 4 can further reduce charging unevenness on the time axis by feedback based on the charging potential and toner density which are actually problematic.
[0057]
In the charging device according to the fifth aspect, there is no discharge current between the electrodes of the chip.
However, since negative ions and the like diffuse in the gas, the charge amount does not drop abruptly. Nevertheless, since there is a change in level that causes uneven charging, the width is adjusted according to the arrangement of the chips in order to correct it, thereby enabling uniform charging.
[0058]
In the charging device according to the sixth aspect, there is no emission current to the space between the electrodes of the chip.
However, since negative ions and the like diffuse in the gas, the charge amount does not drop abruptly. Still, since there is a level change that causes uneven charging, the width can be increased and uniformed to correct it.
[0059]
The charging device according to claim 7 is adjusted by placing a plurality of chips in the linear velocity direction in order to reduce unevenness between the chips, but in order to adjust the total charge amount, the end of the electrode is narrowed and uniform charging is performed. it can.
[0060]
In the charging device according to the eighth aspect of the present invention, it is possible to prevent discharge at the electrode portion and the chip and prevent deterioration of the chip by blocking the deterioration caused by the entry of moisture, air, and the like into the chip with an insulator.
[0061]
The charging device according to claim 9 is capable of preventing discharge at the electrode portion and the chip and preventing deterioration of the chip by blocking deterioration caused by the ingress of moisture and air into the chip with an insulator. Therefore, other functional chips can be easily mounted on the substrate.
[0062]
The image forming apparatus according to claim 10 can constitute an electrophotographic image forming apparatus with less generation of ozone and NOx by using the charging device according to claims 1 to 9, and the deterioration factor of the photoreceptor is reduced. A long-life and environmentally-friendly image forming apparatus can be created.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a basic configuration example of an electron-emitting device applied to a charging device according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining negative ionization of an electrically negative gas by electron emission of the charging device of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration example for explaining a first embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a diagram showing a configuration example for explaining a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration example for explaining a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a configuration example for explaining a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram for explaining an image forming apparatus using the charging device according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electron emission element 2 Porous semiconductor layer 4 Semiconductor layer 5 Substrate electrode 6 Quartz glass 7 Thin film electrode 8 Power supply 9 Bias power supply 10 Charging device 12 Photoconductor 31, 32, 33, 34 Split electron emission part 30A, 30B, 30C Split electron Emitter 51, 52, 53, 54 Insulator

Claims

内部の電界によりエネルギーを与えた電子を放出する電子放出素子を有し、該電子放出素子の放出した電子により、所定の幅を有する被帯電体を帯電させる帯電装置において、
該電子放出素子の少なくとも一部に電気的負性気体を含む気体を接触させ、放出された電子と前記電気的負性気体の分子により発生した負イオンとにより被帯電体を帯電させる構成とし、
前記電子放出素子を複数の分割電子放出部に区分けし、該複数の分割電子放出部を被帯電体の幅方向に平行な方向に配置するともに、
前記電子放出素子の各分割電子放出部における電極端部の幅を変化させたことを特徴とする帯電装置。In a charging device having an electron-emitting device that emits electrons energized by an internal electric field, and charging an object to be charged having a predetermined width by the electrons emitted from the electron-emitting device,
A gas containing an electric negative gas is brought into contact with at least a part of the electron-emitting device, and the charged object is charged with the emitted electrons and negative ions generated by the molecules of the electric negative gas.
The electron-emitting device is divided into a plurality of divided electron emission portions, and the plurality of divided electron emission portions are arranged in a direction parallel to the width direction of the charged body ,
2. A charging device according to claim 1, wherein a width of an electrode end portion in each divided electron emission portion of the electron emission element is changed .

前記電子放出素子の各分割電子放出部に独立した電気的条件を設定したことを特徴とする請求項１記載の帯電装置。 2. The charging device according to claim 1, wherein an independent electrical condition is set for each divided electron emission portion of the electron emission element.

前記電子放出素子に印可する電圧を制御することにより放出電流量を制御する制御手段を有することを特徴とする請求項１または２記載の帯電装置。 3. The charging device according to claim 1, further comprising a control unit that controls the amount of emission current by controlling a voltage applied to the electron-emitting device.

前記被帯電体を感光体により構成し、該感光体の帯電電位、もしくはトナー濃度を検出する検出手段と、該検出手段の検出結果に基づいて前記電子放出素子に印可する電圧を決定するフィードバック制御機構を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の帯電装置。 The charging target is constituted by a photosensitive member, a detecting unit for detecting a charging potential or toner density of the photosensitive member, and feedback control for determining a voltage to be applied to the electron-emitting device based on a detection result of the detecting unit. The charging device according to claim 1, further comprising a mechanism.

前記被帯電体の進行方向と垂直な方向で、各分割電子放出部の電極部分に微小な隙間を設けた配置とし、該隙間に近接する部分の電極幅を他の部分の電極幅より大きくしたことを特徴とする請求項１記載の帯電装置。In the direction perpendicular to the traveling direction of the charged body, a small gap is provided in the electrode part of each divided electron emission part, and the electrode width of the part adjacent to the gap is made larger than the electrode width of the other part. The charging device according to claim 1 .

前記電子放出素子の複数の分割放出部を前記被帯電体の進行方向に沿って２列配置し、各列の分割電子放出部の電極部分が互いに近接する部分の電極幅を他の部分の電極幅より小さくしたことを特徴とする請求項１記載の帯電装置。The plurality of divided emission portions of the electron-emitting device are arranged in two rows along the traveling direction of the charged body, and the electrode width of the portion where the electrode portions of the divided electron emission portions of each row are close to each other is set as the electrode of the other portion The charging device according to claim 1 , wherein the charging device is smaller than the width.

前記電子放出素子の、各分割電子放出部の電極部分以外の部分を、絶縁体で覆ったことを特徴とする請求項１乃至６記載の帯電装置。The electron-emitting device, a portion other than the electrode portions of the divided electron emitting portion, a charging device of claims 1 to 6, wherein the covered with an insulator.

前記絶縁体が耐絶縁性樹脂からなることを特徴とする請求項７記載の帯電装置。The charging device according to claim 7, wherein the insulator is made of an insulating resin.

感光体上に静電潜像を保持させて画像を形成する画像形成装置において、請求項１乃至８記載の帯電装置を用いて該感光体を帯電させることを特徴とする画像形成装置。An image forming apparatus for forming an image by holding the electrostatic latent image on the photosensitive member, an image forming apparatus characterized by charging the photosensitive member using the charging device of claims 1 to 8, wherein.