JP6655136B2 - 電子放出素子、電子放出装置、画像形成装置、および大気中分子のイオン化装置 - Google Patents

Description

本発明は、対向して配置された電極の間に電圧を印加し、一方の電極から電子を放出させる電子放出素子および電子放出装置、並びに電子放出素子を備える画像形成装置およびイオン流発生装置に関する。

コピー機に用いられる感光体などの帯電方法として、従来から知られているものは、接触帯電方式と非接触帯電方式との２つに大きく分けられる。現在は、接触帯電方式を用いて感光体表面を帯電させる方法が実用化されている。この方法では、導電性のローラ、ブラシ、および弾性ブレード等の導電性部材を、感光体の表面に接触させた狭ギャップ間で放電させることによって感光体の表面を帯電させている。

現在、接触帯電方式を利用した帯電方法では、帯電の安定性の観点から、導電性部材として弾性ローラを用いたローラ帯電方法が広く利用されている。ローラ帯電方法では、導電性を有する弾性ローラを感光体に加圧当接し、弾性ローラに電圧を印加することによって感光体を帯電させる。

一方、非接触帯電方式としては、例えば、コロナ放電を利用した方法が挙げられる。この方法は、非常に細いワイヤを用いたコロナ放電によって、感光体の表面を帯電させており、約４〜１０ｋＶ程度の高圧電源を必要とする。また、ワイヤからの放電によって多量のオゾンが発生するため、人体に悪影響を及ぼしたり、感光体の劣化を早めたりするという問題がある。

近年、電子放出素子においては、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｍｅｔａｌ）型、ＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型、およびＢＳＤ（Ｂａｌｌｉｓｔｉｃ ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｕｒｆａｃｅ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ）型などの様々な形態が開発されている（例えば、特許文献１参照。）。これらの電子放出素子は、面放出型に分類され、素子内部の量子サイズ効果および強電界を利用して電子を加速し、平面状の素子表面から電子を放出させている。また、上述した電子放出素子は、真空中で動作させており、ディスプレイ等の表示装置に用いられている。

そして、面放出型の電子放出素子は、素子外部に強電界を必要とせず、素子内部で電子を加速させることから、大気中で動作させることが検討されている。すなわち、大気中で動作させることができれば、オゾンを発生させずに電子を放出することができるので、オゾンの発生を抑制できる帯電方法に有用であると考えられている。

特開平１−２９８６２３号公報

ＭＩＭ型電子放出素子は、面内での絶縁体膜の膜厚や電子の移動度などが一様でないと、放出される電子量が不均一となってしまう虞がある。放出電子量が不均一となった場合には、感光体の帯電ムラが発生し、画像の濃淡ムラを生じさせるため、画質の低下の原因となっていた。

そこで、帯電ムラを抑制する方法として、絶縁体膜（電子加速層）の膜厚や電子の移動度を一様に制御する方法が検討されている。しかしながら、電子放出素子における電子加速層は、一般的に、膜厚が数ｎｍ〜数μｍとされた薄膜であるため、一様な膜を形成するのが難しい。さらに、電子放出素子が大型化されるにつれて、電子加速層の均一性を保つことが困難となる。

また、帯電ムラを抑制する方法としては、電子放出素子が放出する電子量を増加させてもよく、必要以上の電子量とすることで帯電量を飽和させれば、帯電ムラを抑制できる。しかし、この方法では、電子放出素子に余計な負荷をかける事となり、電子放出素子の経時劣化を早めてしまう。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、部分的に放出する電子量を調整することができ、帯電ムラを抑制することができる電子放出素子および電子放出装置、並びに電子放出素子を備える画像形成装置および大気中分子のイオン化装置を提供することを目的とする。

本発明に係る電子放出素子は、互いに対向して配置された第１電極と第２電極との間に電圧を印加し、前記第２電極から電子を放出させる電子放出素子であって、前記第１電極と前記第２電極との間に設けられ、前記第１電極から前記第２電極へ向かう電子を加速させる電子加速層を備え、電圧を印加される電圧印加部が分割され、複数の電圧印加部を備えた構成とすることを特徴とする。

本発明に係る電子放出素子では、前記第１電極または前記第２電極は、前記複数の電圧印加部に対応して複数に分割されている構成としてもよい。

本発明に係る電子放出素子では、前記第１電極の上に絶縁性を有する絶縁部が設けられている構成としてもよい。

本発明に係る電子放出素子では、前記第２電極の上に形成されたバスライン電極を備えている構成としてもよい。

本発明に係る電子放出素子では、放出面に対向して配置された被帯電物の表面に向かって、電子を放出させる構成とされ、前記放出面は、被帯電物の表面に沿った形状とされている構成としてもよい。

本発明に係る電子放出素子では、前記電子加速層は、導電性材料を含有している構成としてもよい。

本発明に係る電子放出装置は、本発明に係る電子放出素子と、前記第２電極の表面に対向して設けられた第３電極とを備えていることを特徴とする。

本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る電子放出素子を備えていることを特徴とする。

本発明に係る画像形成装置では、前記複数の電圧印加部に対応した複数の電源と、前記複数の電圧印加部から放出される電子によって帯電される感光体ドラムと、前記感光体ドラムの帯電電位を測定する電位センサと、前記複数の電源が印加する電圧を制御する電源制御部とを備え、前記電源制御部は、前記電位センサによって測定された帯電電位に基づいて、前記複数の電源の電圧を個別に制御する構成としてもよい。

本発明に係る大気中分子のイオン化装置は、本発明に係る電子放出素子を備えていることを特徴とする。

本発明に係る大気中分子のイオン化装置は、前記第１電極と前記第２電極との間に設けられ、前記第１電極から前記第２電極へ向かう電子を加速させる電子加速層を備え、
電圧を印加される電圧印加部が分割され、複数の電圧印加部を備えた構成とされており、
前記複数の電圧印加部は、それぞれに対応した電源が接続されて個別に駆動する電子放出素子、を備えることを特徴とする。

本発明によると、複数の電圧印加部をそれぞれ個別に駆動させることで、電圧印加部毎に放出する電子量を調整することができ、帯電ムラを抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係る画像形成装置の一部を示す要部概略図である。 本発明の第１実施形態に係る電子放出装置の概略側面図である。 図２に示す電子放出素子の上面図である。 図３Ａの矢符Ａ−Ａでの概略断面図である。 本発明の第２実施形態に係る電子放出素子の上面図である。 図４Ａの矢符Ｂ−Ｂでの概略断面図である。 本発明の第３実施形態に係る電子放出装置の概略側面図である。 図５に示す電子放出素子の上面図である。 図６Ａの矢符Ｃ−Ｃでの概略断面図である。 図６Ａから絶縁性基板、第１電極、および絶縁部を抜き出して示す上面図である。 本発明の第４実施形態に係る画像形成装置の一部を示す要部概略図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態に係る画像形成装置について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る画像形成装置の一部を示す要部概略図である。

図１では、画像形成装置１のうち、トナー像が形成される感光体ドラム２（像担持体）の近傍を抜き出して示している。なお、画像形成装置１は、さらに、用紙Ｐを搬送する搬送装置や、トナー像を用紙Ｐに定着させる定着装置などを備えていてもよい。

感光体ドラム２は、円筒状とされており、回転方向Ｒ（図１では、時計回り）へ回転し、押圧ローラ７との間に挟持した用紙Ｐを矢符Ｈの方向へ搬送する。感光体ドラム２の近傍には、押圧ローラ７との当接部から回転方向Ｒに沿う順で、クリーナ５、電子放出装置１０、電位センサ６（検知センサの一例）、露光部３、およびトナー供給部４が設けられている。

電子放出装置１０は、電子放出素子２０を備えており、電源部８から印加された電圧によって、電子を放出し、感光体ドラム２を帯電させる。具体的に、電子放出素子２０から放出された電子は、大気中のガス分子や粒状物質等に付着し、直ちにイオン化する。そして、イオンは、電子放出装置１０と感光体ドラム２との間の電位差により、感光体ドラム２の方へ移動し、感光体ドラム２を帯電させる。電源部８は、電源制御部９によって印加する電圧を制御されている。電位センサ６は、感光体ドラム２の表面状態として、感光体ドラム２の帯電電位を読み取る。なお、電子放出装置１０および電源部８については、後述する図２ないし図３Ｂに詳細に示し、電源制御部９および電位センサ６を併せて説明する。

露光部３は、感光体ドラム２の表面を露光して静電潜像を形成する。トナー供給部４は、感光体ドラム２の表面の静電潜像を現像して、感光体ドラム２の表面にトナー像を形成する。感光体ドラム２の表面のトナー像は、押圧ローラ７との当接部を通過する際、用紙Ｐに転写される。クリーナ５は、感光体ドラム２の表面の残留トナーを除去および回収する。

なお、これに限定されず、感光体ドラム２の近傍には、トナー供給部４と押圧ローラ７との間に濃淡センサを設けてもよく、感光体ドラム２の表面に形成されたトナー像の濃淡を検出する構成としてもよい。つまり、濃淡センサ（検知センサの一例）は、感光体ドラム２の表面状態として、トナー像の濃淡を検出する。また、本実施の形態では、感光体ドラム２の表面から直接用紙Ｐにトナー像が転写される構成としたが、感光体ドラム２と押圧ローラ７との間に中間転写ベルトを設けた構成としてもよい。つまり、感光体ドラム２の表面に形成されたトナー像は、一旦、中間転写ベルトに転写された後、用紙Ｐに再度転写される構成としてもよい。中間転写ベルトを用いる場合には、複数の感光体ドラム２を設けて、色の異なるトナー像を複数重ねることで、カラーの画像を形成することができる。

図２は、本発明の第１実施形態に係る電子放出装置の概略側面図であって、図３Ａは、図２に示す電子放出素子の上面図であって、図３Ｂは、図３Ａの矢符Ａ−Ａでの概略断面図である。なお、図面の見易さを考慮して、図３Ａでは、第３電極８０および第２電源８ｂを省略しており、図３Ｂでは、上面分割部５１に沿って傾斜させた状態を模式的に示し、ハッチングを省略している。

本発明の第１実施形態に係る電子放出素子２０は、互いに対向して配置された第１電極３０と第２電極４０と、第１電極３０と第２電極４０との間に設けられ、第１電極３０から第２電極４０へ向かう電子を加速させる電子加速層５０とを備え、第１電極３０と第２電極４０との間に電圧を印加し、第２電極４０から電子を放出させる。

また、電子放出装置１０は、第１電極３０と第２電極４０との間に電圧を印加する第１電源８ａ（電源部８の一部）を備えている。さらに、電子放出装置１０は、電子放出素子２０（特に、第２電極４０）と対向して配置された第３電極８０と、第３電極８０に電圧を印加する第２電源８ｂ（電源部８の一部）を備えている。電子放出素子２０から放出された電子は、第３電極８０の電界によって引き寄せられて回収されたり、真空中においては加速エネルギーを与えられたりする。なお、電子放出装置１０を画像形成装置１に適用した場合は、感光体ドラム２が第３電極８０に相当する。

具体的に、電子放出素子２０は、基板となる第１電極３０の上に、絶縁部６０、電子加速層５０、第２電極４０、およびバスライン電極７０が順に積層されている。以下では、説明の簡略化のため、第１電極３０と第２電極４０とが対向する方向を高さ方向Ｚと呼び、高さ方向Ｚに垂直な方向を、それぞれ横方向Ｘおよび縦方向Ｙと呼ぶ。電子放出素子２０は、上面視において、矩形状とされており、横方向Ｘが短手方向の側辺に対して平行とされ、縦方向Ｙが長手方向の側辺に対して平行とされている。

第１電極３０は、基板の機能を兼ねる電極基板であって、導電性を有する板状体で構成されており、上面視（図３Ａ参照）において矩形状とされている。第１電極３０は、例えば、Ａ４サイズの用紙への印字に対応した１５ｍｍ×２３４ｍｍのＳＵＳ基板を用いることができる。なお、第１電極３０は、導電性が確保されていればよく、後述する図５のように、セラミックやガラスなどの絶縁性基板上に導電性薄膜を形成したものを用いてもよい。

絶縁部６０は、絶縁性を有する材料で形成され、電子放出素子２０の上面視における一部の領域に設けられており、第１電極３０から第２電極４０へ流れる電流を遮断する。本実施の形態では、絶縁部６０は、上面視において、電子放出素子２０の縦方向Ｙで対向する２つの側辺に沿って第１電極３０上に設けられた絶縁縦辺部６１と、電子放出素子２０の横方向Ｘで対向する２つの側辺に沿って第１電極３０上に設けられた絶縁横辺部６２とで構成されている。つまり、第１電極３０の上には、絶縁部６０によって矩形状の絶縁開口部６４が形成されており、上面視において、絶縁開口部６４の内側の領域では、第１電極３０が露出しており、絶縁開口部６４の外側の領域では、第１電極３０が絶縁部６０に覆われている。ところで、第２電極４０が薄いために高抵抗であるときや、電子加速層５０の抵抗が低いときには、第１電極３０とバスライン電極７０との間で電流がショート（短絡）することがあり、絶縁部６０はこういった問題を防ぐために設けられている。そのため、第１電極３０とバスライン電極７０との間でのリーク電流が発生しなければ、絶縁部６０を設けない構造としてもよい。

電子加速層５０は、電子放出素子２０全体に積層されている。従って、電子加速層５０は、絶縁部６０が設けられた領域では、絶縁部６０の上に積層され、それ以外の領域では、第１電極３０の上に積層されている。なお、本実施の形態では、電子加速層５０を電子放出素子２０全体に積層したが、これに限定されず、絶縁部６０を除く領域に電子加速層５０を設けるなど、適宜変更してもよい。電子加速層５０を設ける範囲は、電子加速層５０の形成方法に基づいて決定すればよい。

本実施の形態において、電子加速層５０は、樹脂と、樹脂中に分散された導電性微粒子とで構成されている。樹脂は、絶縁性の樹脂材料であって、例えば、シラノール（Ｒ₃Ｓ
ｉ−ＯＨ）を縮合重合したシリコーン樹脂である。電子加速層５０は、上述した材料に限定されず、導電性微粒子として、例えば、金、銀、白金、およびパラジウム等の導電性を有する金属粒子を用いてもよい。また、金属粒子以外の導電性材料としては、カーボン、導電性高分子、および半導電性材料などを用いてもよい。さらに、絶縁性材料としては、上述した絶縁性の樹脂に換えて、水ガラス、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、およびＡｌ₂Ｏ₃等を用いてもよい。絶縁性材料に添加する導電性微粒子の含有量は、適宜設定すればよく、それによって、電子加速層５０の抵抗値を調整することができる。

本実施の形態において、電子加速層５０は、塗布装置を用いたスプレー法で形成している。電子放出素子２０は、電子加速層５０を形成する前に、第１電極３０の上に絶縁部６０を形成した状態とされている。なお、絶縁部６０の有無は、適宜選択することができ、絶縁部６０を設けない構成としてもよい。塗布装置は、電子放出素子２０の上方から電子加速層５０の材料となる分散液を塗布する。分散液の作製手順としては、先ず、樹脂であるシリコーン樹脂（室温硬化性樹脂、東レ・ダウコーニング株式会社製）と、導電性微粒子であるＡｇナノ粒子（平均径１０ｎｍ）とを試薬瓶に入れて混合することで、混合液が作製される。そして、超音波振動器を用いて、試薬瓶に入れた混合液をさらに撹拌することで、分散液が作製される。

なお、電子加速層５０を形成する領域を特定する際には、塗布装置と電子放出素子２０との間に目隠し板を設けるなどして、電子放出素子２０が露出されない領域を設ければよい。また、上述した分散液は、適切な溶媒で希釈されていてもよく、希釈して粘度等を調整することで、膜厚の制御性を向上させることができる。

上述したように、本実施の形態では、分散液の材料として室温硬化性シリコーン樹脂を用いており、大気中の湿気によってシリコーン樹脂が縮合重合して硬化する。なお、本発明はこれに限定されず、異なる硬化方法とされたシリコーン樹脂を用いてもよい。但し、熱硬化性シリコーン樹脂は、一般的に硬化温度が１００〜１５０℃であって、熱応力による撓みが発生するため、第１電極３０の材料や膜厚を考慮する必要がある。一方、ＵＶ硬化性シリコーン樹脂は、ＵＶ光の照射によって硬化し熱応力が発生しないため、第１電極３０の材料や膜厚に影響されない。また、分散液の材料として、シリコーン樹脂以外を用いてもよく、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）、ＰＶＡ、ＰＥＧ、およびアクリル樹脂などを用いてもよい。

また、本実施の形態では、樹脂と導電性微粒子とを混合して電子加速層５０を形成したが、これに限定されず、電子加速層５０の材料として絶縁性材料を用いてもよい。絶縁性材料は、例えば、酸化物、ハロゲン化物、硫化物、ＳＰ３結合性材料、およびｎ型シリコンなどである。電子加速層５０を絶縁性材料で形成した場合、電子のすり抜けを利用したトンネル現象によって電子を放出させているため、電子加速層５０の膜厚を数〜数十ｎｍとすることが望ましく、その場合、電子放出効率がより向上する。また、電子加速層５０は、薄膜とされており、導電性微粒子等を用いていないため、電気的特性が均一になる。つまり、導電性微粒子を用いた場合、導電性微粒子の凝集によって導電性に偏りを生じさせることがあるが、このことを考慮する必要がない。その結果、電子を放出する面内における放出性能の均一性を向上させることができる。なお、電子加速層５０を絶縁性材料で形成する方法としては、ＣＶＤ法やスパッタ法が挙げられる。

第２電極４０は、既存の方法を用いて形成すればよく、本実施の形態では、蒸着法を用いて形成されている。本実施の形態では、第２電極４０の膜厚は、５０ｎｍとされている。なお、第２電極４０は、薄くすると、電子放出効率が向上するのに対し、膜抵抗が大きくなって電圧降下が発生したり、熱や機械的磨耗によって破壊し易くなったりするため、材料等に応じて適宜膜厚を調整すればよい。

本実施の形態において、電子加速層５０上には、複数の第２電極４０が形成されている。具体的に、第２電極４０は、パターニングによって、複数に分割して設けられている。複数の第２電極４０は、上面視において、縦方向Ｙに並べて配置されており、略平行四辺形状とされている。第２電極４０のうち、横方向Ｘで対向する側辺は、縦方向Ｙに対して平行であって、縦方向Ｙで対向する側辺は、横方向Ｘに対して傾斜している。つまり、第２電極４０が形成される領域は、上面視において、絶縁開口部６４全体を覆うように、絶縁開口部６４より大きい矩形状とされている。そして、第２電極４０が形成される領域の一部には、第２電極４０を設けずに電子加速層５０を露出させた上面分割部５１が設けられている。その結果、第２電極４０が複数に分割された構造とされている。上述したように、上面分割部５１は、縦方向Ｙに平行な側辺から対向する側辺に向かって延伸され、横方向Ｘに対して傾斜している。

なお、上面分割部５１を設ける工程については、特に限定されず、例えば、第２電極４０を形成する際に、目隠し板等で上面分割部５１に対応する領域を覆うことで、第２電極４０を形成する領域を特定してもよい。また、矩形状の大きな第２電極４０を形成した後、上面分割部５１に対応する領域の第２電極４０を除去することで、複数に分割された第２電極４０としてもよい。

電子放出素子２０では、第１電極３０と第２電極４０とが対向し、その間に絶縁部６０が設けられていない領域が、主に電圧が印加される電圧印加部ＤＨとして機能する。つまり、本実施の形態では、上面視において、絶縁開口部６４の内側であって、第２電極４０が設けられている領域が電圧印加部ＤＨに相当し、第２電極４０を複数に分割することで、複数の電圧印加部ＤＨを備えた構成としている。

バスライン電極７０は、スパッタ法で形成され、膜厚を１００ｎｍとし、アルミニウムで形成されている。なお、バスライン電極７０を厚膜とした場合、バスライン電極７０が設けられた領域からの電子放出効率が低くなる。そのため、バスライン電極７０と第１電極３０との間には、絶縁部６０を設けることで、電子加速層５０を流れる電流を減らすことが望ましい。また、バスライン電極７０と絶縁部６０とは、設ける範囲（幅）を適宜設定することができ、バスライン電極７０が絶縁部６０より幅が小さい構成とされていれば、電子放出効率は低下しない。さらに、バスライン電極７０を設ける位置については、適宜変更することができ、第２電極４０とバスライン電極７０とが接続された構成とされていればよい。

具体的に、バスライン電極７０は、複数の第２電極４０に応じて、複数設けられており、電子放出素子２０の横方向Ｘで対向する一方の側辺（図３Ａでは、左辺）に沿って、それぞれが対応する第２電極４０の上に形成されている。また、複数のバスライン電極７０は、上面視において、絶縁開口部６４の外側の領域に設けられている。

第１電源８ａは、複数設けられており、それぞれの一端が対応するバスライン電極７０に接続され、他端が第１電極３０に接続されて接地されている。つまり、複数の第１電源８ａは、それぞれ対応する電圧印加部ＤＨにのみ電圧を印加する構成とされており、例えば、隣接する電圧印加部ＤＨに対して、互いに異なる電圧を印加することができる。

本実施の形態では、バスライン電極７０を電子放出素子２０の一方の側辺側にのみ設けたが、横方向Ｘで対向する他方の側辺（図３Ａでは、右辺）側にさらに設け、対応する第１電源８ａに接続された構成としてもよい。つまり、第１電源８ａとの接続箇所を複数設けることで、第２電極４０での電圧降下が生じにくい構成とすることができる。なお、バスライン電極７０を設けるか否かは、適宜選択することができ、バスライン電極７０を設けない場合は、第２電極４０に直接第１電源８ａが接続されていればよい。

図１に示す画像形成装置１では、電位センサ６によって測定された感光体ドラム２の帯電電位に基づいて、電源制御部９が複数の第１電源８ａの電圧を個別に制御する構成とされている。なお、電位センサ６は、複数の電圧印加部ＤＨに対応して、縦方向Ｙに複数並べて設けられていてもよい。それによって、感光体ドラム２における縦方向Ｙでの帯電電位の分布を検出することができる。電源制御部９は、安定的な帯電電位を保持するように、電圧印加部ＤＨ毎に印加する電圧を設定する。例えば、帯電電位が目標値より低い箇所があれば、電源制御部９は、対応する箇所の電圧印加部ＤＨの電圧を大きくするようにフィードバックする。

電子放出素子２０を大型化した際、薄膜の電子加速層５０を形成すると、面内で膜厚に差が生じやすく、膜厚にムラができる。電子放出素子２０では、膜厚によって電子の放出量が変化するため、一様な電圧を印加すると、電子の放出量にもムラができる。本実施の形態では、電子の放出量のムラを電圧の制御に反映することで、面内で安定した電子の放出量としている。

なお、上述した画像形成装置１において、感光体ドラム２は、回転軸が縦方向Ｙと平行にして設けられており、高さ方向Ｚを無視すると回転方向Ｒが横方向Ｘと平行になる。このことを考慮すると、上面分割部５１は、横方向Ｘに対して傾斜して設けられていることが好ましい。上面分割部５１には、第２電極４０が設けられていないため、電子がほとんど放出されず、感光体ドラム２の対応する部分が帯電されない。しかしながら、上面分割部５１が感光体ドラム２の回転方向Ｒに対して傾斜して設けられていると、感光体ドラム２が回転することで、第２電極４０と対向する位置に移動し、放出された電子によって帯電される。このように、電子放出素子２０に電子がほとんど放出されない領域を設けても、上面分割部５１を横方向Ｘに対して傾斜させることで、回転する感光体ドラム２での帯電ムラを抑制することができる。

上述したように、複数の電圧印加部ＤＨは、それぞれに対応した第１電源８ａが接続されて個別に駆動する構成とされている。それによって、電圧印加部ＤＨ毎に放出する電子量を調整することができ、帯電ムラを抑制することができる。また、電位センサ６による測定結果を電圧の制御にフィードバックさせることで、安定的な帯電電位を保持し、帯電ムラを抑制することができる。なお、濃淡センサを設けた場合は、濃淡センサで検知したトナー像の濃淡を電圧の制御にフィードバックさせればよい。また、第２電極４０を分割することで、それぞれに応じた電圧を印加でき、個別に駆動する電圧印加部ＤＨを容易に設けることができる。さらに、本実施の形態に係る電子放出装置１０は、素子外部に強電界を必要とせず、素子内部の電子加速層５０で電子を加速させるので、オゾンを発生させずに電子を放出することができる。

本実施の形態では、電子放出素子２０を画像形成装置１の帯電器に適用したが、これに限定されず、他の装置に適用してもよい。電子放出素子２０を大気中で駆動させることによって、第２電極４０の表面から放出される電子は、大気中の分子をイオン化する。そのため、電子放出素子２０をイオン流発生装置に適用して、イオン流（イオン風）冷却装置に用いてもよい。

また、真空中では大気中と異なり、第２電極４０から放出された電子を第３電極８０によって加速させることができる。これによって、第３電極８０側に蛍光体層を配置した場合、放出された電子を照射して蛍光体層を発光させる発光装置として用いることができる。さらに、電子放出素子２０は、電子線源として殺菌や滅菌、ＥＢ硬化、ＳＥＭなどの分析装置などにも用いることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る電子放出素子について、図面を参照して説明する。なお、第２実施形態は、第１実施形態と同様にして、電子放出素子を画像形成装置に適用することができるので、画像形成装置に関する図面は省略する。

図４Ａは、本発明の第２実施形態に係る電子放出素子の上面図であって、図４Ｂは、図４Ａの矢符Ｂ−Ｂでの概略断面図である。なお、第１実施形態と機能が実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。また、図面の見易さを考慮して、図４Ａでは、第３電極８０および第２電源８ｂを省略しており、図４Ｂでは、上面分割部５１に沿って傾斜させた状態を模式的に示し、ハッチングを省略している。

第２実施形態では、第１実施形態に対して、上面分割部５１に対応する領域に絶縁部６０（絶縁分割部６３）が設けられている点で異なる。具体的に、電子放出素子２０は、基板となる第１電極３０の上に、絶縁部６０、電子加速層５０、および第２電極４０が順に積層されている。なお、第２実施形態では、バスライン電極７０が設けられていないため、複数の第１電源８ａは、対応する第２電極４０に直接接続されている。また、第１電極３０、電子加速層５０、および第２電極４０の形状については、第１実施形態と同様とされている。

第２実施形態において、絶縁部６０は、絶縁縦辺部６１と絶縁横辺部６２とに加えて、絶縁開口部６４の内側の領域に設けられた絶縁分割部６３を備えた構成とされている。絶縁分割部６３は、上面視において、一方の絶縁縦辺部６１から対向する他方の絶縁縦辺部６１に向かって延伸されており、横方向Ｘに対して傾斜している。つまり、絶縁分割部６３は、上面視において、上面分割部５１と重なる領域に形成されている。絶縁分割部６３を設けることで、隣接する電圧印加部ＤＨを確実に分離することができ、１つの第１電源８ａによって電圧が印加される領域を限定することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る電子放出素子について、図面を参照して説明する。なお、第３実施形態は、第１実施形態と同様にして、電子放出素子を画像形成装置に適用することができるので、画像形成装置に関する図面は省略する。

図５は、本発明の第３実施形態に係る電子放出装置の概略側面図であって、図６Ａは、図５に示す電子放出素子の上面図であって、図６Ｂは、図６Ａの矢符Ｃ−Ｃでの概略断面図である。なお、第１実施形態および第２実施形態と機能が実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。また、図面の見易さを考慮して、図６Ａでは、第３電極８０および第２電源８ｂを省略しており、図６Ｂでは、下面分割部９１に沿って傾斜させた状態を模式的に示し、ハッチングを省略している。

第１実施形態では、第２電極４０が分割された構成とされていたが、第３実施形態では、第１電極３０が分割された構成とされている。具体的に、電子放出素子２０は、絶縁性基板９０の上に、第１電極３０、絶縁部６０、電子加速層５０、および第２電極４０が順に積層されている。なお、バスライン電極７０を設けるかどうかは適宜選択することができる。

第２電極４０は、上面視において、絶縁開口部６４全体を覆うように、絶縁開口部６４より大きい矩形状とされている。絶縁性基板９０は、例えば、セラミックやガラスなどの絶縁性を有する材料で形成された基板である。第１電極３０は、絶縁性基板９０上の一部に薄膜として形成されている。なお、第１電極３０の形状については、後述する図７を参照して、詳細に説明する。

図７は、図６Ａから絶縁性基板、第１電極、および絶縁部を抜き出して示す上面図である。

図７は、図６Ａに示す状態に対して、電子加速層５０および第２電極４０を取り除いた状態を示している。第３実施形態において、第１電極３０は、第１実施形態における第２電極４０に似た形状とされている。具体的に、第１電極３０は、パターニングによって、複数に分割して設けられている。複数の第１電極３０は、上面視において、縦方向Ｙに並べて配置されており、略平行四辺形状とされている。第１電極３０のうち、横方向Ｘで対向する側辺は、縦方向Ｙに対して平行であって、縦方向Ｙで対向する側辺は、横方向Ｘに対して傾斜している。つまり、絶縁開口部６４の内側の領域は、第１電極３０が略全体を覆うように形成されており、一部に絶縁性基板９０を露出させた下面分割部９１が設けられている。その結果、第１電極３０が複数に分割された構造とされている。下面分割部９１は、上面分割部５１と同様に配置され、縦方向Ｙに平行な側辺から対向する側辺に向かって延伸され、横方向Ｘに対して傾斜している。なお、下面分割部９１には、図６Ｂに示すように、電子加速層５０が堆積されている。

第３実施形態では、上面視において、絶縁開口部６４の内側であって、第１電極３０が設けられている領域が電圧印加部ＤＨに相当し、第１電極３０を複数に分割することで、複数の電圧印加部ＤＨを備えた構成としている。

また、第１電極３０は、絶縁開口部６４の外側の領域であって、絶縁部６０の下に設けられた第１電極接続部３１を備えている。第１電極接続部３１は、複数の第１電極３０のそれぞれから延伸されており、対応する第１電源８ａにそれぞれ接続されている。つまり、複数の第１電源８ａは、それぞれの一端が対応する第１電極接続部３１に接続され、他端が第２電極４０に接続されて接地されている。第１電源８ａと第１電極接続部３１とを接続する方法は適宜選択することができ、例えば、電子加速層５０および絶縁部６０を貫通するビアホールを形成するなどすればよい。

本実施の形態では、下面分割部９１では、絶縁性基板９０の上に電子加速層５０が堆積されていたが、これに限定されず、絶縁性基板９０の上に絶縁部６０を堆積した構成としてもよい。つまり、下面分割部９１に絶縁分割部６３のような絶縁部６０を設けた構成としてもよい。

（第４実施形態）
図８は、本発明の第４実施形態に係る画像形成装置の一部を示す要部概略図である。なお、第１実施形態ないし第３実施形態と機能が実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

第４実施形態は、第１実施形態に対して、電子放出素子２０が湾曲した形状とされている点が異なる。画像形成装置１において、感光体ドラム２は、電子放出素子２０に対向する面が曲面とされている。電子放出素子２０は、放出面Ｆｍ（第２電極４０側の面）に対向して配置された感光体ドラム２の表面に向かって、電子を放出させる構成とされ、放出面Ｆｍは、感光体ドラム２の表面に沿った形状とされている。つまり、電子放出素子２０は、円弧状に形成されている。

感光体ドラム２での帯電効率は、電子放出素子２０と感光体ドラム２との間の電界強度に比例し、距離が離れると低下する傾向であるため、電子放出素子２０と感光体ドラム２との形状が異なっていると、距離に部分的な差が生じてしまう。上述した構成によると、感光体ドラム２に沿った形状とすることで、放出面Ｆｍの全ての領域で電子放出素子２０と感光体ドラム２とを一様な距離とすることができ、帯電効率の低下を回避することができる。

なお、第４実施形態に適用される電子放出素子２０は、第１電極３０および第２電極４０のいずれが分割された構成であってもよく、上述した第１実施形態ないし第３実施形態に係る電子放出素子２０が湾曲した構成とされていればよい。

なお、今回開示した実施の形態は全ての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。従って、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれる。

本発明に係る電子放出素子は、例えば、電子写真方式の複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に用いられる帯電装置や、電子線硬化装置、あるいは発光体と組み合わせた画像表示装置、または放出された電子が発生させるイオン流を利用したイオン流発生装置等に好適に適用することができる。

１ 画像形成装置
２ 感光体ドラム
６ 電位センサ（検知センサの一例）
８ 電源部
８ａ 第１電源
８ｂ 第２電源
９ 電源制御部
１０ 電子放出装置
２０ 電子放出素子
３０ 第１電極
４０ 第２電極
５０ 電子加速層
６０ 絶縁部
７０ バスライン電極
８０ 第３電極
ＤＨ 電圧印加部
Ｘ 横方向
Ｙ 縦方向
Ｚ 高さ方向

Claims (10)

1. 互いに対向して配置された第１電極と第２電極との間に電圧を印加し、前記第２電極から電子を放出させる電子放出素子であって、
   前記第１電極と前記第２電極との間に設けられ、前記第１電極から前記第２電極へ向かう電子を加速させる電子加速層と、
   前記第１電極上に絶縁性を有する絶縁部と、を備え、
   電圧を印加される電圧印加部が分割され、複数の電圧印加部を備えた構成とし、
   前記絶縁部は、電子放出素子を断面で見たときに、前記第２電極方向に延伸され、電子放出素子を上面から見たときに、前記第２電極が分割されて前記電子加速層を露出させた部分と重なる領域に分割して配置される絶縁分割部を備えることを特徴とする電子放出素子。
2. 請求項１に記載の電子放出素子であって、
   前記第１電極は、前記複数の電圧印加部に対応して複数に分割されていることを特徴とする電子放出素子。
3. 請求項１または請求項２に記載の電子放出素子であって、
   前記第２電極に接続されたバスライン電極を備えていることを特徴とする電子放出素子。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１つに記載の電子放出素子であって、
   放出面に対向して配置された被帯電物の表面に向かって、電子を放出させる構成とされ、
   前記放出面は、被帯電物の表面に沿った形状とされていることを特徴とする電子放出素子。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１つに記載の電子放出素子であって、
   前記電子加速層は、導電性材料を含有していることを特徴とする電子放出素子。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか１つに記載の電子放出素子と、
   前記第２電極の表面に対向して設けられた第３電極とを備えていることを特徴とする電子放出装置。
7. 請求項１から請求項５までのいずれか１つに記載の電子放出素子を備えた画像形成装置。
8. 互いに対向して配置された第１電極と第２電極との間に電圧を印加し、前記第２電極から電子を放出させる電子放出素子を備える画像形成装置において、
   前記電子放出素子は、前記第１電極と前記第２電極との間に設けられ、前記第１電極から前記第２電極へ向かう電子を加速させる電子加速層と、前記第１電極上に絶縁性を有する絶縁部と、を備え、
   電圧を印加される電圧印加部が分割され、複数の電圧印加部を備えた構成とし、
   前記複数の電圧印加部に対応した複数の電源と、
   前記複数の電圧印加部から放出される電子によって帯電される感光体ドラムと、
   前記感光体ドラムの表面状態を検知する検知センサと、
   前記複数の電源が印加する電圧を制御する電源制御部とを備え、
   前記電源制御部は、前記検知センサの検知結果に基づいて、前記複数の電源の電圧を個別に制御すること
   を特徴とする画像形成装置。
9. 請求項１から請求項５までのいずれか１つに記載の電子放出素子を備えた大気中分子のイオン化装置。
10. 互いに対向して配置された第１電極と第２電極との間に電圧を印加し、前記第２電極から電子を放出させる電子放出素子を備えた大気中分子のイオン化装置であって、
    前記第１電極と前記第２電極との間に設けられ、前記第１電極から前記第２電極へ向かう電子を加速させる電子加速層と、
    前記第１電極上に絶縁性を有する絶縁部と、を備え、
    電圧を印加される電圧印加部が分割され、複数の電圧印加部を備えた構成とし、
    前記絶縁部は、電子放出素子を断面で見たときに、前記第２電極方向に延伸され、電子放出素子を上面から見たときに、前記第２電極が分割されて前記電子加速層を露出させた部分と重なる領域に分割して配置される絶縁分割部を備える電子放出素子、を備えた大気中分子のイオン化装置。

Images