JP3176943B2 - Solid ion generator - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】[発明の目的]DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention]
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は気中にて荷電粒子を発生
させることに係り、特に高密度でイオンを発生させるイ
オン発生器に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to generating charged particles in the air, and more particularly to an ion generator for generating ions at high density.
【0002】[0002]
【従来の技術】記録技術に使用する気中でのイオン発生
には、コロナ放電、火花放電などがある。コロナ放電は
電子写真記録方式の複写機において、感光体の一様帯
電、あるいは転写紙へのトナー画像転写などに広く用い
られている。しかし、通常のコロナ放電では、コロナワ
イアから生ずるイオンによる空間電荷でイオン発生量が
限定され、放電電流密度は最大10μA/cm2 程度であ
った。そのため、より高いコロナ電流を得る方法に、コ
ロナワイアに空気流を吹き付けて空間電荷を形成する空
気中の生成イオンを吹き飛ばし、103 μA/cm2 程度
の高密度のイオン電流を得る方法が報告されている。し
かし、この方法は圧縮空気が必要である欠点がある。ま
た、これらのコロナワイアを使用する方法では、コロナ
ワイアが〜60μmと細く、高電圧印加時に生じるワイ
アの震動でワイアが切れ、さらに、空気中の浮遊ダスト
を静電吸着するため、しばしばクリーニングしなければ
ならない欠点がある。2. Description of the Related Art Ion generation in the air used in recording technology includes corona discharge and spark discharge. The corona discharge is widely used in an electrophotographic recording type copying machine for uniformly charging a photosensitive member or transferring a toner image to transfer paper. However, in a normal corona discharge, the amount of ions generated is limited by the space charge caused by the ions generated from the corona wire, and the discharge current density is 10 μA / cm 2 at the maximum. It was about. For this reason, a method of obtaining a higher corona current is to blow off a generated ion in the air which forms a space charge by blowing an air flow onto the corona wire, and 10 3 μA / cm 2 Methods for obtaining a high density ion current have been reported. However, this method has the disadvantage that compressed air is required. In addition, in the method using these corona wires, the corona wires are as thin as ~ 60 μm, the wires are cut off by the vibration of the wires generated when a high voltage is applied, and the dust particles in the air are electrostatically adsorbed. There is a drawback that must not be.
【0003】一方、静電記録で使用される静電記録紙
と、記録針間の火花放電を利用する記録方法がある。こ
の方法は、静電記録方式のプロッタやファクシミリなど
に用いられ、エアギャップの火花放電を利用し、記録針
と絶縁性記録媒体表面との5〜20μmの小さなエアギ
ャップに生ずる気中放電を用いて静電潜像を形成するも
のである。しかし、このようにして得た電荷像は均一で
なく、広い面積にわたって均一な静電潜像を形成するの
が困難であった。On the other hand, there is an electrostatic recording paper used in electrostatic recording and a recording method utilizing spark discharge between recording needles. This method is used for a plotter or a facsimile of an electrostatic recording system, and uses spark discharge in an air gap, and uses air discharge generated in a small air gap of 5 to 20 μm between a recording needle and the surface of an insulating recording medium. To form an electrostatic latent image. However, the charge image thus obtained is not uniform, and it has been difficult to form a uniform electrostatic latent image over a wide area.
【0004】これらの問題に対しデルファクス社では、
絶縁層を挟んだ2枚の電極に高周波高電圧を印加すると
高密度のイオンが発生することに注目し、この固体イオ
ン発生器からなる固体イオン流ヘッドを用い、1982
年にラベルプリンタの商品化に成功している。この方法
は、高密度イオンを発生させる1MHz、2.8KV
P-P の高周波高電圧と、記録媒体にイオンを搬送する6
00Vの電圧を、画点対応の電極ごとに切り替え、2値
の高速記録(500枚/分:A4相当)を行うもので、
高硬度アルミナの記録媒体を用い、10万枚に1回程度
の保守で大量印刷ができる。[0004] To address these issues, Delfax has
Note that high-frequency high voltage is applied to two electrodes sandwiching an insulating layer to generate high-density ions.
The label printer was successfully commercialized in 2000. This method uses 1 MHz, 2.8 KV to generate high density ions.
High frequency high voltage of PP and transport of ions to recording medium 6
The voltage of 00 V is switched for each electrode corresponding to the pixel, and high-speed binary recording (500 sheets / min: equivalent to A4) is performed.
Using a high-hardness alumina recording medium, large-scale printing can be performed with maintenance once per 100,000 sheets.
【0005】この方法は、例えばU.S.P.4,15
5,093に示されている。図13を用いてこの方法を
説明するとイオン発生装置は絶縁層601の上下各面に
は電極602,603が設けられ、又下側の電極603
には電界集中を大きくし容易にイオンを発生させるため
の溝(又は穴)604が設けられた構成となっている。
又、これらの電極602,603間には交流電圧605
が印加され、イオンを発生させる電極の溝604に高い
交流電界を集中させ、これにより、正負のイオンが高密
度に発生するようになっている。このようにして発生し
たイオンは、電極603に加えられた制御用信号電圧6
06のオン,オフにより負極性のイオンのみが選択さ
れ、イオン流となって加速電極方向に移動する。さら
に、このイオン流は加速電極607に印加された電圧6
08で加速され、絶縁性記録媒体609に到達し、これ
により信号に応じた静電潜像が形成される。いわゆるイ
オン記録ヘッドは以上のイオン発生装置を画点に数に応
じて多数配置したものである。This method is disclosed, for example, in US Pat. S. P. 4,15
5,093. This method will be described with reference to FIG. 13. In the ion generator, electrodes 602 and 603 are provided on upper and lower surfaces of an insulating layer 601, and a lower electrode 603 is provided.
Has a groove (or hole) 604 for increasing the electric field concentration and easily generating ions.
An AC voltage 605 is applied between these electrodes 602 and 603.
Is applied, and a high AC electric field is concentrated in the groove 604 of the electrode for generating ions, whereby positive and negative ions are generated at high density. The ions generated in this manner are controlled by the control signal voltage 6 applied to the electrode 603.
Only the negative ions are selected by turning ON / OFF 06, and the ions move in the direction of the accelerating electrode as an ion flow. Further, this ion current is applied to the voltage 6 applied to the accelerating electrode 607.
At 08, it is accelerated and reaches the insulating recording medium 609, whereby an electrostatic latent image corresponding to the signal is formed. The so-called ion recording head has a large number of the above-described ion generators arranged at the image points in accordance with the number.
【0006】このように高い電圧を制御するには、高耐
圧の制御用ICを必要とし、高耐圧のICは大きな実装
面積を必要とするため、ヘッドに駆動ICを搭載できな
い欠点がある。そのため、高精細ヘッド用の高密度実装
には適さない。さらに、この画点毎に設けられた固体イ
オン発生器からのイオン発生量は周囲環境の影響を受け
易く、このヘッドによる静電潜像は、環境によって変化
する欠点がある。そのためデルファックス社では、イオ
ン照射およびコロナイオン発生で生成された硝酸塩でも
材質が変化しない、長寿命の結晶雲母を固体イオン発生
器の絶縁層に使用している。そのため、固体イオン発生
器の製造は、結晶雲母と基板との接着および結晶雲母上
への厚膜印刷による電極形状が困難で、イオン発生器の
大量生産が困難である欠点を有する。In order to control such a high voltage, a control IC having a high withstand voltage is required, and since a high withstand voltage IC requires a large mounting area, there is a disadvantage that a drive IC cannot be mounted on a head. Therefore, it is not suitable for high-density mounting for a high-definition head. Further, the amount of ions generated from the solid ion generator provided for each image point is easily affected by the surrounding environment, and the electrostatic latent image by the head has a disadvantage that it changes depending on the environment. For this reason, Delfax uses long-lived crystal mica, which does not change its material even with nitrate generated by ion irradiation and corona ion generation, as an insulating layer of a solid ion generator. Therefore, the production of a solid ion generator has a drawback that it is difficult to form an electrode by bonding a crystal mica to a substrate and printing a thick film on the crystal mica, and mass production of an ion generator is difficult.
【0007】以上の欠点を除き制御電圧を低下させる方
法に、コロナチャージャで発生したイオンを高速の空気
流により空気流通過孔に搬送し、このイオンを含んだ空
気流の垂直方向に制御電界を与えて搬送イオンを偏向
し、記録媒体に達する搬送イオン量を制御して静電潜像
を形成する提案(特開昭61−255870号公報)が
ある。この方法では、30V程度の低電圧でコロナイオ
ン流の駆動が可能であることが示されているが、イオン
流の通過孔内の垂直方向に制御電界を与える電極を設け
る必要から、構造が複雑となり実装密度に限界がある。
また、空気流の速度で記録速度が決定され、安定した記
録が困難である。[0007] In a method of reducing the control voltage except for the above-mentioned disadvantages, ions generated by the corona charger are conveyed to an air flow passage hole by a high-speed air flow, and a control electric field is generated in a vertical direction of the air flow containing the ions. There is a proposal (Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 61-255870) for forming a latent image by controlling the amount of carrier ions reaching the recording medium by deflecting the carrier ions. This method shows that it is possible to drive the corona ion flow at a low voltage of about 30 V, but the structure is complicated because it is necessary to provide an electrode for applying a control electric field in a vertical direction in the ion flow passage hole. And there is a limit to the mounting density.
Further, the recording speed is determined by the speed of the air flow, and stable recording is difficult.
【0008】一方、比較的低い電圧で制御できる他の方
法(Japan Hardcopy´89..P15
9)がある。この方法は、コロナチャージャに常時6.
5kVの電圧を加えて発生したイオンを、イオン通過孔
のある2枚の制御電極を通過させ〜150Vの電圧で制
御し、静電記録紙を用いて400V以上の高い静電コン
トラスト像を作り、複写機で通常使用されているトナー
を使用できる。また、画点毎にパルス幅制御した信号電
圧を用いて階調記録ができ、画点集中で階調表現を行う
レーザプリンタより低い解像度で同等の画質が得られ
る。しかし、このイオン記録ヘッドの欠点は、コロナチ
ャージャのイオン発生量により速度限界の上限が決ま
り、2枚/分(A4)が限界である。さらに、制御電圧
がまだ150V以上と高く、駆動ICをヘッドに搭載す
ることが困難で、さらに、この方式はコロナチャージャ
を使用しているためイオン記録ヘッドの固体化が困難
で、量産製品には向かない欠点がある。On the other hand, other methods that can be controlled with a relatively low voltage (Japanese Hardcopy '89.
9). This method always applies to the corona charger.
The ions generated by applying a voltage of 5 kV are passed through two control electrodes having an ion passage hole and controlled at a voltage of 150 V, and a high electrostatic contrast image of 400 V or more is formed using an electrostatic recording paper, Toners commonly used in copiers can be used. Further, gradation recording can be performed using a signal voltage of which pulse width is controlled for each image point, and the same image quality can be obtained at a lower resolution than a laser printer which performs gradation expression with concentrated image points. However, the disadvantage of this ion recording head is that the upper limit of the speed limit is determined by the amount of ions generated by the corona charger, and the limit is 2 sheets / min (A4). Furthermore, the control voltage is still as high as 150 V or more, and it is difficult to mount the drive IC on the head. Further, since this method uses a corona charger, it is difficult to solidify the ion recording head. There are disadvantages that are not suitable.
【0009】以上のイオンデポジション記録方法は、
(1)レーザプリンタのような(光源・回転ミラー走
査)レーザ光学系と感光体を必要とせず、(2)記録画
点をパルス幅変調ができ、レーザプリンタの数分の一の
解像度で同等の画質が得られ、(3)感光体のような表
面電位の暗減衰がある記録媒体を使用しないため、静電
潜像の保持時間が長く間欠送り記録の可能がある。さら
に、(4)記録媒体上に順次トナー画像を重ねて形成で
きる可能性があり、高速ワンパスカラー記録が期待され
る特徴がある。しかしながら、従来のイオン記録ヘッド
では制御電圧に高電圧を必要とし、高耐圧の駆動ICが
必要である。また、低電圧化した方式では空気流を必要
とした。さらに、コロナチャージャを用い駆動電圧を低
電圧化した方式では記録速度が低下する。これらのいず
れの方式でもヘッドの固体化が困難であった。[0009] The above ion deposition recording method comprises:
(1) No laser optical system (light source / rotating mirror scanning) like a laser printer and a photoreceptor are required. (2) Pulse width modulation of a recording pixel is possible, equivalent to a fraction of the resolution of a laser printer. (3) Since a recording medium such as a photoconductor having a dark decay of the surface potential is not used, the holding time of the electrostatic latent image is long, and intermittent recording is possible. Furthermore, (4) there is a possibility that toner images can be sequentially formed on a recording medium in a superimposed manner, and there is a feature that high-speed one-pass color printing is expected. However, a conventional ion recording head requires a high control voltage and a driving IC with a high withstand voltage. In addition, the low voltage method required an air flow. Further, in a system in which the driving voltage is reduced by using a corona charger, the recording speed is reduced. In any of these methods, it was difficult to solidify the head.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】従来の誘電体を挟んで
配設された誘導電極とイオン発生電極の間に高圧高周波
電圧を印加して高密度のイオン流を発生させる固体イオ
ン発生器を画点毎に形成し、イオン流を画点毎に制御し
て絶縁性記録媒体上に静電潜像を形成させるイオン流ヘ
ッドでは、固体イオン発生器の絶縁層に結晶雲母を使用
して固体イオン発生器を安定に動作させていた。そのた
め、ヘッドの量産性に乏しく、製造コストが高くなる欠
点がある。さらに、イオン流を制御するには特殊な高圧
駆動回路を必要とし、回路規模が大きくなる欠点があっ
た。SUMMARY OF THE INVENTION A conventional solid ion generator for generating a high-density ion flow by applying a high-frequency high-frequency voltage between an induction electrode and an ion generation electrode disposed with a dielectric therebetween. In an ion flow head that forms each point and controls the ion flow for each image point to form an electrostatic latent image on an insulating recording medium, the solid ion generator uses solid mica for the insulating layer to form solid ions. The generator was operating stably. Therefore, there is a disadvantage that the mass productivity of the head is poor and the manufacturing cost is increased. Furthermore, a special high-voltage drive circuit is required to control the ion flow, and there is a disadvantage that the circuit scale becomes large.
【0011】一方、コロナチャージャをイオン発生器に
使用し、2枚のイオン通過孔を有する制御電極で比較的
低い電圧でイオン流を制御できる方法は記録速度が遅
く、かつコロナチャージャを使用するためイオン流ヘッ
ドの固体化ができず、量産に向かない欠点がある。On the other hand, a method in which a corona charger is used for an ion generator and an ion current can be controlled with a relatively low voltage by a control electrode having two ion passage holes has a low recording speed and uses a corona charger. There is a disadvantage that the ion flow head cannot be solidified and is not suitable for mass production.
【0012】本発明は、固体イオン発生器の絶縁層を厚
膜印刷技術で大量生産できる材料で形成し、かつ安定し
て高密度イオン発生が可能な固体イオン発生器構造と使
用方法を提供するものである。この発明による固体イオ
ン発生器を用いることで、イオン量を安定に制御して高
速記録のできるイオン記録ヘッドを量産可能にするもの
である。 [発明の構成]The present invention provides a structure and a method of using a solid ion generator in which an insulating layer of the solid ion generator is formed of a material which can be mass-produced by a thick film printing technique and which can stably generate high density ions. Things. By using the solid ion generator according to the present invention, it is possible to mass-produce an ion recording head capable of performing high-speed recording by stably controlling the amount of ions. [Configuration of the Invention]
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】この発明は、誘電体層を
挟んで誘導電極とイオン発生電極を設け、大量のイオン
を発生できる固体イオン発生器を、厚膜印刷技術を用い
て低価格に大量生産できる固体イオン発生器を与え、か
つ安定して使用できる固体イオン発生器の使用方法を提
供するものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a solid ion generator capable of generating a large amount of ions by providing an induction electrode and an ion generation electrode with a dielectric layer interposed therebetween, at a low cost by using a thick film printing technique. An object of the present invention is to provide a solid ion generator which can be mass-produced and to provide a method of using the solid ion generator which can be used stably.
【0014】固体イオン発生器に生ずるイオン発生量の
変動は、イオン照射により誘電体層の表面抵抗の減少で
生ずる。このイオン発生器の寿命は誘電体層の絶縁破壊
で起こる。また、イオン発生器を低電圧駆動させるため
には、イオンを低電圧で発生させ、かつ生じたイオンを
低い電圧で効率よく取り出す必要がある。ここでは、こ
れらの条件を達成できるイオン発生器を提供することを
目的とした。The variation in the amount of ions generated in the solid ion generator is caused by a decrease in the surface resistance of the dielectric layer due to ion irradiation. The life of this ion generator is caused by dielectric breakdown of the dielectric layer. Further, in order to drive the ion generator at a low voltage, it is necessary to generate ions at a low voltage and efficiently extract the generated ions at a low voltage. Here, an object was to provide an ion generator capable of achieving these conditions.
【0015】このイオン発生器の誘電体層の表面抵抗が
減少すると、誘電体層表面の電位がイオン発生電極の電
圧と同一となり、イオン発生電極と誘電体間の気中空間
に電圧が印加されず、イオン発生量が低下する。この表
面抵抗の減少は、イオン発生時に生じる窒化物または硝
酸塩が誘電体層表面に付着して生ずる。そのため、これ
らの窒化物または硝酸塩で表面が劣化しないポリイミド
層と高耐圧のガラス層などからなる2層構造にし、誘電
体層の表面抵抗の安定性と耐圧を確保した。この形成さ
れた窒化物または硝酸塩は60℃程度の温度で分解する
ため、誘電体層に接している誘導電極またはイオン発生
電極を抵抗体で形成し、その電極自身に電流を流してヒ
ータとし、誘電体層を60℃以上の温度に保持すること
でイオン発生器の安定化を計っている。When the surface resistance of the dielectric layer of this ion generator decreases, the potential on the surface of the dielectric layer becomes the same as the voltage of the ion generation electrode, and a voltage is applied to the air space between the ion generation electrode and the dielectric. And the amount of generated ions decreases. This decrease in surface resistance is caused by the nitride or nitrate generated during ion generation adhering to the surface of the dielectric layer. For this reason, a two-layer structure including a polyimide layer whose surface is not deteriorated by these nitrides or nitrates and a high-breakdown-voltage glass layer is used to ensure the stability of the surface resistance and the breakdown voltage of the dielectric layer. Since the formed nitride or nitrate is decomposed at a temperature of about 60 ° C., an induction electrode or an ion generation electrode in contact with the dielectric layer is formed by a resistor, and a current is passed through the electrode itself to form a heater. The ion generator is stabilized by maintaining the dielectric layer at a temperature of 60 ° C. or higher.
【0016】さらに、イオン発生器に加える交流電圧の
周波数fを次式を満足する値以上にし、表面抵抗の劣化
が生じた場合にも安定したイオン発生ができるようにし
た。 f≧1/{R・Co・(Lr/2)2 }Further, the frequency f of the AC voltage applied to the ion generator is set to a value which satisfies the following expression or more, so that stable ion generation can be performed even when the surface resistance is deteriorated. f ≧ 1 / {R · Co · (Lr / 2) 2 }
【0017】ここでRはイオン発生電極のスリット(ま
たは孔)の中心方向の誘電体層の単位長さ当りの表面抵
抗、Coは誘電体層の単位面積当りの静電容量、Lrは
イオン発生電極のスリット幅(または孔)である。Here, R is the surface resistance per unit length of the dielectric layer in the center direction of the slit (or hole) of the ion generating electrode, Co is the capacitance per unit area of the dielectric layer, and Lr is the ion generation. The slit width (or hole) of the electrode.
【0018】この点についてつぎに説明する。誘電体層
表面の抵抗値が減少すると、その抵抗と誘電体層の静電
容量で決まる時定数で誘電体層の表面電位がイオン発生
電極と同電位になり、イオン発生電極と誘電体表面間の
気中の電界が減少する。そのため、この時定数よりも高
速に電位上昇が起こる周波数でイオン発生器を駆動する
必要がある。この時定数は、イオン発生電極から離れる
スリット中心部ではその抵抗値が増加して時定数が大き
くなり、イオンが容易に発生する。このスリット内の誘
電体層の単位長さ当りの表面抵抗はR、単位面積当りの
静電容量をCoとすると、時定数の最も長いスリット中
心では次の値となる。This will be described below. When the resistance value of the dielectric layer surface decreases, the surface potential of the dielectric layer becomes the same as that of the ion generating electrode with a time constant determined by the resistance and the capacitance of the dielectric layer. The electric field in the air decreases. Therefore, it is necessary to drive the ion generator at a frequency at which the potential rises faster than this time constant. As for this time constant, the resistance value increases at the center of the slit apart from the ion generating electrode, the time constant increases, and ions are easily generated. Assuming that the surface resistance per unit length of the dielectric layer in the slit is R and the capacitance per unit area is Co, the following values are obtained at the center of the slit having the longest time constant.
【0019】 τ=(R・Lr/2)・(Co・Lr/2)=R・Co・(Lr/2)2 …(1) このスリットの中心でイオンが発生するには交流電圧の
最小周波数foを次式(2式)で示す周波数以上にする
必要がある。Τ = (R · Lr / 2) · (Co · Lr / 2) = R · Co · (Lr / 2) 2 (1) In order to generate ions at the center of this slit, the minimum frequency fo of the AC voltage needs to be higher than the frequency represented by the following equation (2).
【0020】 fo=1/τ=1/{R・Co・(Lr/2)2 } …(2) そのため、イオン発生電極近傍を含む広い範囲でイオン
を発生させるには、駆動用の交流電圧の周波数をこの周
波数fo以上に上昇させる必要がある。Fo = 1 / τ = 1 / {R · Co · (Lr / 2) 2 … (2) Therefore, in order to generate ions in a wide range including the vicinity of the ion generating electrode, it is necessary to increase the frequency of the driving AC voltage to the frequency fo or higher.
【0021】一方、イオン発生器の寿命は誘電体層の絶
縁破壊で生ずる。そのため本発明では、電界強度が最も
強くなるイオン発生電極と誘電体層と接合部の間に絶縁
層を設けて段差を設け、イオン発生電極を誘電体層から
隔離してその接合部の電界強度を弱め、長寿命化を計っ
た。これは、イオン発生電極で電界が最大となる領域と
イオン発生量が最大となる領域とが異なることを本発明
人が明らかにし、電界強度が最大となる領域を除去して
イオン発生量が十分得られるようにしたためである。ま
たこのようにして設けられた絶縁層からなる段差ではイ
オンが発生せず、イオン発生電極近傍の誘電体層の抵抗
値減少がなくなり、安定したイオン発生が可能になる。On the other hand, the life of the ion generator is caused by dielectric breakdown of the dielectric layer. For this reason, in the present invention, an insulating layer is provided between the ion generating electrode, the dielectric layer, and the junction where the electric field intensity is highest, and a step is provided, and the ion generating electrode is separated from the dielectric layer and the electric field intensity of the junction is provided. And to extend the service life. The present inventors have found that the region where the electric field is maximum and the region where the amount of ion generation is maximum are different from each other in the ion generating electrode, and the region where the electric field intensity is maximum is removed so that the amount of ion generation is sufficient. It is because it was obtained. In addition, ions are not generated at the step formed by the insulating layer provided in this manner, and the resistance value of the dielectric layer near the ion generating electrode does not decrease, thereby enabling stable ion generation.
【0022】また本発明では、イオン発生効果を上昇さ
せるために気中の電界が十分大きくなるように次式で示
すように誘電体層の厚さdを誘電体率εで除した値がイ
オン発生電極のスリット幅(または孔径)Lrよりも小
さくした。このようにすることで誘電体層上の漏洩電界
を大きくしてイオン発生を容易にしている。 Lr≧d/εIn the present invention, the value obtained by dividing the thickness d of the dielectric layer by the dielectric constant .epsilon. It was smaller than the slit width (or hole diameter) Lr of the generating electrode. By doing so, the leakage electric field on the dielectric layer is increased to facilitate ion generation. Lr ≧ d / ε
【0023】さらに、発生したイオンがイオン発生電極
中のスリット(または孔)から効率よく出るように、漏
洩電界がスリット外にも存在するようにした。そのた
め、次式で示すようにイオン発生電極の厚さDpをイリ
ット幅Lrよりも小さくした。 Dp≦LrFurther, the leaked electric field is provided outside the slit so that the generated ions efficiently exit from the slit (or hole) in the ion generating electrode. Therefore, as shown by the following equation, the thickness Dp of the ion generating electrode is made smaller than the yt width Lr. Dp ≦ Lr
【0024】[0024]
【作用】本発明では、誘電体層をガラスなどの絶縁耐圧
の大きい材料と、耐圧は弱いがイオン照射に対し絶縁抵
抗が安定しているポリイミド等の材料との2層構造にす
ることにより、イオン照射による絶縁抵抗の劣化で生ず
る発生量の経時変化を防止する。さらに、構造的にはイ
オン発生器のイオン発生電極と誘電体層の接合部に絶縁
層の段差設け、イオン発生電極近傍の誘電体層に強電界
が加わらないようにし、誘電体層の低抵抗化と絶縁破壊
を防止する。また、イオン発生電極に設けられたスリッ
ト間の気中の漏洩電界を大きくしてイオン発生効率を上
昇させるため、スリット幅を誘電体層の厚さを比誘電率
で除した値以上にした。さらに、そのスリットからイオ
ンが容易に出るよう、イオン発生電極の厚さをスリット
幅よりも小さくし、スリット外にも漏洩電界が存在する
ようにした。According to the present invention, the dielectric layer has a two-layer structure of a material having a high withstand voltage such as glass and a material having a low withstand voltage but having a stable insulation resistance to ion irradiation such as polyimide. It prevents the amount of generation caused by the deterioration of the insulation resistance due to ion irradiation with time. Further, structurally, a step of an insulating layer is provided at the junction between the ion generating electrode of the ion generator and the dielectric layer, so that a strong electric field is not applied to the dielectric layer near the ion generating electrode, and the resistance of the dielectric layer is reduced. Prevention of breakdown and dielectric breakdown. Further, in order to increase the leakage electric field in the air between the slits provided in the ion generation electrode and increase the ion generation efficiency, the slit width was set to a value obtained by dividing the thickness of the dielectric layer by the relative dielectric constant. Further, the thickness of the ion generating electrode was made smaller than the slit width so that ions easily came out of the slit, so that a leakage electric field existed outside the slit.
【0025】以上の本発明により、特殊な雲母等の誘電
体層を使用すること無く、通常の感熱記録用ヘッドなど
に使用される量産技術の確立しているガラスなどの厚膜
材料を用いた厚膜印刷技術により、環境変動に依存せず
安定してイオンが発生しかつ低価格で長寿命の固体イオ
ン発生器を達成できる。According to the present invention, a thick film material such as glass, which has been established for mass production and used for ordinary thermal recording heads, is used without using a special dielectric layer such as mica. By the thick film printing technology, it is possible to achieve a low-cost, long-life solid-state ion generator that generates ions stably without depending on environmental fluctuations.
【0026】[0026]
【実施例】以下に図面を用いて本発明を詳細に説明す
る。 <実施例1>図1,図2は、イオン発生器の誘電体層を
2層構造にした本発明によるイオン発生器の安定化と長
寿命化を目的としたイオン発生器の断面構造図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to the drawings. <Embodiment 1> FIGS. 1 and 2 are cross-sectional structural views of an ion generator for stabilizing and extending the life of an ion generator according to the present invention in which a dielectric layer of the ion generator has a two-layer structure. is there.
【0027】図1は、その一実施例である。厚さ640
μmのセラミック基板(図示せず)上に、厚さ3〜4μ
m、幅200μmの焼結金電極からなる誘導電極101
を、必要な長さ(A4)紙面方向に厚膜印刷技術と焼結
技術で設ける。その上に、電気的に耐圧の大きくイオン
照射に対しては劣化現象が発生するガラス層102を厚
膜印刷技術と焼結技術で厚さ〜20μm同様にして設け
る。さらに、この厚膜ガラス層上に交流印加時の耐圧で
は劣るがイオン照射に対して劣化現象が少なく絶縁抵抗
が大きいポリイミド層103を、スピンナ塗布技術を用
いて厚さ〜5μm一様に塗布する。つぎに、イオン発生
用の100μm幅のスリット104を有するイオン発生
電極を紙面方向に形成するため、ポリイミドと接合力の
強いニッケル層105を初め薄膜技術を用いて厚さ数千
オングストローム、幅90μm設ける。その後、このニ
ッケル層上にメッキ行程でニッケル、金などの酸化しな
い金属層をイオン発生に必要な〜20μmの厚さ設けて
イオン発生電極106を形成する。このスリットの両側
にある両イオン発生電極は、紙面方向の両サイドで結合
している。FIG. 1 shows one embodiment. Thickness 640
On a 3 μm ceramic substrate (not shown),
electrode 101 consisting of a sintered gold electrode having a width of 200 μm
Is provided in a required length (A4) paper direction by a thick film printing technique and a sintering technique. On top of that, a glass layer 102 having a large electric breakdown voltage and causing a deterioration phenomenon with respect to ion irradiation is provided by a thick film printing technique and a sintering technique in a thickness of about 20 μm. Further, a polyimide layer 103, which is inferior in the withstand voltage at the time of applying an alternating current but has a small deterioration phenomenon due to ion irradiation and has a large insulation resistance, is uniformly coated on the thick glass layer by a spinner coating technique to a thickness of 5 μm. . Next, in order to form an ion generating electrode having a slit 104 having a width of 100 μm for ion generation in the direction of the paper, a nickel layer 105 having a strong bonding force with polyimide is provided with a thickness of several thousand angstroms and a width of 90 μm using thin film technology. . Thereafter, a non-oxidizing metal layer such as nickel or gold is provided on this nickel layer in a thickness of 2020 μm required for ion generation in a plating step to form the ion generation electrode 106. Both ion generating electrodes on both sides of the slit are connected on both sides in the paper plane direction.
【0028】また、図2は他の実施例である。厚膜技術
で設けられたガスラ誘電体層102上にポリイミド層
を、スピンナ塗布技術で〜5μmの厚さ一様に塗布す
る。ついで、エッチング行程によりイオン発生電極のス
リット部のみを残して除去する。その後に、イオン発生
電極106を厚膜技術でガラス誘電体層上に厚膜技術を
用いて厚さ〜20μm形成する。この方法は各層の接着
力が強い特徴を有する。FIG. 2 shows another embodiment. A polyimide layer is uniformly coated on the gaseous dielectric layer 102 provided by the thick film technique to a thickness of about 5 μm by a spinner coating technique. Next, the etching process removes only the slit portion of the ion generating electrode. Thereafter, the ion generating electrode 106 is formed to a thickness of about 20 μm on the glass dielectric layer using the thick film technique using the thick film technique. This method has a feature that the adhesive strength of each layer is strong.
【0029】このようにして作製したイオン発生器は誘
電体層に使用したガラス層とポリイミド層の長所を有
し、長時間の使用に対し誘電体層をガラス層のみで形成
したときに較べイオン電流が安定し、数十時間使用した
後にもイオン電流は安定している。かつポリイミド層の
みの場合に比較し、絶縁破壊により寿命に達するまでの
時間が数時間から数十時間に伸びた。このようにして誘
電体層表面抵抗の劣化がなく安定した長寿命のイオン発
生器を達成することができる。 <実施例2>The ion generator thus manufactured has the advantages of the glass layer and the polyimide layer used for the dielectric layer. The current is stable, and the ionic current is stable after several tens of hours of use. In addition, as compared with the case of only the polyimide layer, the time required to reach the life due to dielectric breakdown was increased from several hours to several tens of hours. In this way, a stable and long-life ion generator without deterioration of the dielectric layer surface resistance can be achieved. <Example 2>
【0030】つぎに、図3〜図5を用いてイオン発生器
の安定化を達成する他の実施例を説明する。イオン発生
器からイオン発生量が減少するのは、イオン発生の際に
生じた窒素イオン、窒素酸化物イオンなどが空気中の水
分と反応して硝酸塩などの塩基イオンが誘電体層表面に
形成される結果である。そのため誘電体層の表面抵抗が
減少し、誘電体層電位がイオン発生電極電位と同一とな
って、イオン発生電極と誘電体層間の気中の電界が低下
し、イオン発生量が低下する。この発明では、生成され
た塩基が〜60℃程度の熱で容易に分解することに着目
し、イオン発生電極または誘導電極を抵抗体で構成して
ヒータにし、効率よくイオン発生電極近傍の誘電体層表
面を加熱して塩基の発生を防止し、誘電体層表面抵抗の
変動をなくしてイオン発生器の安定化を計ったものであ
る。Next, another embodiment for stabilizing the ion generator will be described with reference to FIGS. The reason that the amount of ions generated by the ion generator decreases is that nitrogen ions and nitrogen oxide ions generated during ion generation react with moisture in the air to form base ions such as nitrates on the surface of the dielectric layer. This is the result. As a result, the surface resistance of the dielectric layer decreases, the potential of the dielectric layer becomes the same as the potential of the ion generating electrode, and the electric field in the air between the ion generating electrode and the dielectric layer decreases, and the amount of generated ions decreases. In the present invention, attention is paid to the fact that the generated base is easily decomposed by heat of about 60 ° C., and the ion generation electrode or the induction electrode is formed of a resistor to form a heater, and the dielectric material near the ion generation electrode is efficiently formed. This is to stabilize the ion generator by heating the layer surface to prevent the generation of a base and eliminate fluctuations in the surface resistance of the dielectric layer.
【0031】図3は、誘電体層の加熱温度と発生イオン
電流との関係を示したものである。誘電体層の温度が上
昇するにつれて減少していたイオン電流が回復し、ほぼ
60℃の温度で誘電体層上の塩基がほぼ完全に分解して
イオン電流は初期状態に近い値に復帰する。FIG. 3 shows the relationship between the heating temperature of the dielectric layer and the generated ion current. As the temperature of the dielectric layer increases, the ionic current that has decreased is recovered, and at a temperature of about 60 ° C., the base on the dielectric layer is almost completely decomposed, and the ionic current returns to a value close to the initial state.
【0032】つぎに、図4を用いてイオン発生電極20
1または誘導電極202を抵抗体で形成してヒータとし
た場合の例を示す。誘導電極202をセラミック基板
(図示せず)上にスパッタリングによってTa2 N,
W,Cr,Ni−Cr,SnO2などの抵抗体を100
0〜2000オングストロームの厚さ形成する。その抵
抗体上に厚膜印刷技術を用いてガラス誘電体層102を
〜20μmの厚さ設け、さらにそのうえに金電極のイオ
ン発生電極106を厚膜印刷技術を用いて〜20μmの
厚さ形成する。一方、イオン発生電極201を厚膜技術
を用いて抵抗体にしても良い。このときには、Pd−A
g,RuO2などの抵抗ペーストを誘電体層102上に
スクリーン印刷し、焼成して形成する。誘導電極はこの
とき抵抗体の必要なく、従来の厚膜又は薄膜技術により
形成しても良い。このように構成したイオン発生器の抵
抗体で構成されたイオン発生電極または誘導電極に駆動
用交流電源とは異なる電源から紙面方向に電流を流し、
誘電体層の表面203の温度を60℃以上に加熱する。
このようにして誘導電極の表面を60℃以上に加熱する
と、その塩基204の分解により伝導には寄与しない他
の物質205に変化し、表面に形成されていた硝酸塩な
どの塩基で〜109 Ω以下に減少していた抵抗値が上昇
し、イオン電流は劣化以前の値に復帰する。Next, referring to FIG.
An example in which one or the induction electrode 202 is formed of a resistor to form a heater will be described. An induction electrode 202 is formed on a ceramic substrate (not shown) by sputtering with Ta 2 N,
W, Cr, Ni-Cr, a resistor, such as SnO 2 100
A thickness of 0 to 2000 angstroms is formed. A glass dielectric layer 102 having a thickness of 〜20 μm is provided on the resistor by using a thick film printing technique, and an ion generating electrode 106 of a gold electrode is formed thereon by a thickness of 〜20 μm using a thick film printing technique. On the other hand, the ion generating electrode 201 may be a resistor using a thick film technique. At this time, Pd-A
g, a resistive paste such as RuO 2 is formed on the dielectric layer 102 by screen printing and baking. The induction electrode does not need a resistor at this time, and may be formed by a conventional thick film or thin film technique. A current is supplied to the ion generating electrode or the induction electrode composed of the resistor of the ion generator configured as described above from the power supply different from the driving AC power supply in the paper direction,
The temperature of the surface 203 of the dielectric layer is heated to 60 ° C. or higher.
Heating the surface of the thus induced electrodes 60 ° C. or higher, and changes in other substances 205 do not contribute to conduction by the decomposition of the base 204, with a base such as nitrates which has been formed on the surface to 109 The resistance value, which has decreased below Ω, increases, and the ion current returns to the value before deterioration.
【0033】この抵抗体への電圧印加方法を図5を用い
て説明する。この図はイオン発生電極を抵抗体で形成し
たイオン発生器をイオン発生電極側から見たものであ
る。セラミック基板206上に誘導電極202を厚膜技
術により数μmの厚さ形成し、イオン発生用の交流電圧
207を供給するリード線208を設ける。その上に厚
膜技術でガラス層102を一様に被覆する。さらにその
上に厚膜抵抗体からなるイオン発生電極201を設け、
電圧供給用のリード線209を抵抗体と厚膜技術により
接続する。このようにして構成されたイオン発生器のイ
オン発生電極と誘導電極間には、イオン発生用の交流電
圧210を印加し、イオンを発生させる。さらにイオン
発生電極と対向電極(図示せず)間にはイオン電流を流
すためのバイアス電圧211を印加する。このイオン発
生電極の両端に、抵抗体を加熱させるための電源212
を接続して誘電体層を加熱し、誘電体層表面に形成され
た塩基を分解してイオン発生を容易にする。このとき温
度を検出して抵抗体加熱用の電源212を制御し、温度
を安定化するとイオン発生が安定となり効果的である。 <実施例3>A method of applying a voltage to the resistor will be described with reference to FIG. This figure shows an ion generator in which an ion generating electrode is formed of a resistor as viewed from the ion generating electrode side. An induction electrode 202 is formed on a ceramic substrate 206 to a thickness of several μm by a thick film technique, and a lead wire 208 for supplying an AC voltage 207 for ion generation is provided. The glass layer 102 is uniformly coated thereon by a thick film technique. Further, an ion generating electrode 201 made of a thick film resistor is provided thereon,
A voltage supply lead wire 209 is connected to the resistor by a thick film technique. An AC voltage 210 for ion generation is applied between the ion generation electrode and the induction electrode of the ion generator thus configured to generate ions. More ions
An ion current flows between the generating electrode and the counter electrode (not shown).
Bias voltage 211 is applied. A power supply 212 for heating the resistor is provided at both ends of the ion generating electrode.
Is connected to heat the dielectric layer to decompose the base formed on the surface of the dielectric layer to facilitate ion generation. At this time, when the temperature is detected and the power supply 212 for heating the resistor is controlled to stabilize the temperature, the generation of ions becomes stable and effective. <Example 3>
【0034】つぎに、誘電体層の表面抵抗が減少した時
にイオンの発生を安定化させる方法を図6を用いて説明
する。誘電体層102の表面抵抗301が減少したとき
イオン発生用の交流電圧を印加すると、イオン発生電極
106から距離x離れた点302における誘電体層表面
の電位は、誘電体層の静電容量303がイオン発生電極
近傍から順次充電され、イオン発生電極と同電位とな
る。そのためイオン発生電極と誘電体層の気中には電界
が加わらず、イオン発生しなくなる。このように時定数
で与えられる周波数よりもイオン発生用の交流電圧の周
波数が低いと、イオン発生電極と誘電体層表面の間の電
位が上昇する前に、誘電体層表面の電位がイオン発生電
極と同電位になってイオンが発生しない。この時定数は
次式となる。 τ=R・Co・x2 Next, a method for stabilizing the generation of ions when the surface resistance of the dielectric layer decreases will be described with reference to FIG. When an AC voltage for ion generation is applied when the surface resistance 301 of the dielectric layer 102 decreases, the potential on the surface of the dielectric layer at a point 302 away from the ion generation electrode 106 by a distance x becomes a capacitance 303 of the dielectric layer. Are sequentially charged from the vicinity of the ion generating electrode, and have the same potential as the ion generating electrode. Therefore, no electric field is applied to the air between the ion generating electrode and the dielectric layer, and no ions are generated. If the frequency of the AC voltage for ion generation is lower than the frequency given by the time constant, the potential on the surface of the dielectric layer becomes higher before the potential between the ion generation electrode and the surface of the dielectric layer rises. No ions are generated because of the same potential as the electrodes. This time constant is given by the following equation. τ = R · Co · x 2
【0035】ここでRは、誘電体層表面の単位長さ当り
の抵抗値、Coは誘電体層の単位面積当りの静電容量で
ある。誘電体層の表面抵抗は、長時間使用後にイオン照
射によってスリット間のイオン発生電極で抵抗値が10
12から109Ω程度まで減少する。ガラス層の比誘電率
を5とし、100μmのスリット中央における時定数を
計算すると〜110μsecとなる。そのため、ほぼ9
kHz以上の高周波電圧でイオン発生器を駆動する必要
がある。このように誘電体層表面の抵抗値が減少して誘
電体表面の電位がイオン発生電極と同電位になるための
イオン発生電極からの距離は、駆動周波数が30kHz
で〜24μm、150kHzでは〜10μmである。そ
のため、150kHzの高周波電圧で駆動すると、イオ
ン発生電極の、誘電体層近傍とは異なる領域の電位は上
昇し、イオンが十分生じる。Here, R is the resistance per unit length of the dielectric layer surface, and Co is the capacitance per unit area of the dielectric layer. The surface resistance of the dielectric layer is set at 10 when the ion generating electrode between the slits is irradiated with ions after long-time use.
It decreases from 12 to about 10 9 Ω. When the relative dielectric constant of the glass layer is 5, and the time constant at the center of the slit of 100 μm is calculated, it becomes 110110 μsec. Therefore, almost 9
It is necessary to drive the ion generator with a high frequency voltage of kHz or more. As described above, the distance from the ion generation electrode at which the resistance value of the dielectric layer surface decreases and the potential of the dielectric surface becomes the same potential as the ion generation electrode is determined by a driving frequency of 30 kHz.
〜24 μm and at 150 kHz 〜1010 μm. Therefore, when driving at a high frequency voltage of 150 kHz, Io
The potential of the region of the conduction generating electrode that is different from the vicinity of the dielectric layer is
As a result, ions are sufficiently generated.
【0036】つぎに図7〜図10を用い、イオン発生器
の長寿命化を達成する実施例を説明する。イオン発生器
の寿命は、電界が最大となるイオン発生電極と誘電体層
の接合部における誘電体層が絶縁破壊することで決ま
る。しかし、イオン発生量が最大となる領域は、最大の
電界となる領域とは異なっている。そのため、イオン発
生電極下部に絶縁層を設けてイオン発生電極を誘電体層
から浮かし、イオン発生電極近傍が強電界とならないよ
うにする。この様にして、イオン発生量が最大となるイ
オン発生電極上の電界は同一で、かつ誘電体層には絶縁
破壊が生じないようにしている。Next, an embodiment for achieving a longer life of the ion generator will be described with reference to FIGS. The life of the ion generator is determined by the dielectric breakdown at the junction between the ion generating electrode and the dielectric layer where the electric field is maximized. However, the region where the amount of generated ions is maximum is different from the region where the maximum electric field is generated. Therefore, an insulating layer is provided below the ion generating electrode to float the ion generating electrode from the dielectric layer so that a strong electric field does not occur near the ion generating electrode. In this way, the electric field on the ion generating electrode that maximizes the amount of generated ions is the same, and dielectric breakdown does not occur in the dielectric layer.
【0037】この点について図7を用いて詳細に説明す
る。誘電体層102を挟んで設けられた誘導電極101
とイオン発生電極106に2.5kVP-Pの交流電圧を
印加したとき、境界要素法で求めた点線で示した電位分
布401と、この電位分布に垂直方向な電界402,4
03と、計算から導出したイオン発生電極上のイオン密
度分布404を図中に示した。イオン発生は、空気中に
宇宙線などにより自然に発生しているNoケのイオンの
種が電界Eで加速されて順次空気中を移動すると、イオ
ンの増倍係数αで象倍され、大量の2次イオンを形成し
て増加する。この2次イオンの形成には、イオンが空気
分子と衝突して倍増するための距離と電界とが必要であ
る。この増倍されて形成されたイオン密度nと距離xお
よび電界Eとの間には、次式で示される関係がある。 n=No/α・{exp(α・x)−1} α=p・A・exp(−B・p/E)This will be described in detail with reference to FIG. Induction electrode 101 provided with dielectric layer 102 interposed
When an AC voltage of 2.5 kV PP is applied to the ion generating electrode 106 and the ion generating electrode 106, a potential distribution 401 indicated by a dotted line obtained by the boundary element method and electric fields 402 and 4 perpendicular to the potential distribution are obtained.
03 and the ion density distribution 404 on the ion generating electrode derived from the calculation are shown in the figure. When ions are generated in the air by the cosmic rays and the like, and the seeds of No. ions are accelerated by the electric field E and sequentially move in the air, they are multiplied by the multiplication coefficient α of the ions, and a large amount of ions are generated. Increases by forming secondary ions. The formation of the secondary ions requires a distance and an electric field for doubling the ions by colliding with air molecules. There is a relationship expressed by the following equation between the ion density n formed by the multiplication and the distance x and the electric field E. n = No / α {exp (α ・ x) -1} α = p ・ A ・ exp (-B ・ p / E)
【0038】ここでAとBは、空気中における比例定数
で実験的に決定されている。また、pはイオン発生時の
気圧である。以上の式から、絶縁層の厚さ20μm、イ
オン発生電極間スリット幅100μm、イオン発生電極
の厚さ〜20μmのときの境界要素法で求めた電位分布
401をもとに、イオン発生電極上のイオン発生密度分
布nを計算し、図中にカーブ404で示した。イオン発
生電極と誘電体層の接合点では、電界強度403が大き
くなるがイオンの飛翔距離が短いため、発生イオン密度
は小さい。一方、イオン発生電極の上方ではイオンの飛
翔距離は大きくなるが電界が小さいため、イオン発生量
は同様に少ない。このようにイオン発生電極上方〜15
μmのところでイオン発生量が最大となる。このとき、
イオン発生電極と誘電体層の接合点近傍の強電界はイオ
ン発生に寄与せず、むしろ絶縁破壊によるイオン発生器
の誘電体層寿命を決定する原因となる。本発明ではイオ
ン発生電極の下部に絶縁層を設け、イオン発生電極を誘
電体層102から浮かして強電界が誘電体層に加わらな
いようにし、イオン発生器の寿命を伸ばした。Here, A and B are experimentally determined by proportional constants in air. P is the pressure at the time of ion generation. From the above formula, based on the potential distribution 401 obtained by the boundary element method when the thickness of the insulating layer is 20 μm, the slit width between the ion generating electrodes is 100 μm, and the thickness of the ion generating electrode is 〜20 μm, The ion generation density distribution n was calculated and is shown by a curve 404 in the figure. At the junction between the ion generating electrode and the dielectric layer, the electric field intensity 403 increases, but the flying distance of the ions is short, so that the generated ion density is low. On the other hand, above the ion generating electrode, the flight distance of the ions increases but the electric field is small, so that the amount of generated ions is also small. Thus, the upper part of the ion generating electrode
The amount of generated ions is maximum at μm. At this time,
The strong electric field near the junction between the ion generation electrode and the dielectric layer does not contribute to the generation of ions, but rather determines the life of the dielectric layer of the ion generator due to dielectric breakdown. In the present invention, an insulating layer is provided below the ion generating electrode, and the ion generating electrode is floated from the dielectric layer 102 to prevent a strong electric field from being applied to the dielectric layer, thereby extending the life of the ion generator.
【0039】この実施例を図8を用いて説明する。セラ
ミック基板上に厚膜技術で設けられた誘電電極101と
ガラス層102上に、スリット104が得られるように
厚さ〜5μmのガラス層405を厚膜技術で設ける。さ
らに、そのガラス層405上にイオン発生電極106を
厚膜技術で厚さ〜20μm形成する。このようにして製
作したイオン発生電極106近傍の誘電体層102との
境界面406の電界は減少し、誘電体層の絶縁破壊が防
止されてイオン発生器の長寿命化が達成できる。このと
き、イオン発生電極でイオン発生量が最大となる領域に
は十分な電界が加わっているため、イオン発生量が減少
することも無い。また、イオン発生電極と誘電体層との
接合部から生じたイオンは誘電体層102に至る点40
8よりもイオン発生電極に近接した誘電体層面には直接
イオン衝撃が生ぜず、誘電体層のイオン衝撃による劣化
が減少する。This embodiment will be described with reference to FIG. On the dielectric electrode 101 and the glass layer 102 provided on the ceramic substrate by the thick film technique, a glass layer 405 having a thickness of about 5 μm is provided by the thick film technique so that the slit 104 is obtained. Further, on the glass layer 405, an ion generating electrode 106 is formed to a thickness of about 20 μm by a thick film technique. The electric field at the interface 406 with the dielectric layer 102 in the vicinity of the ion generating electrode 106 manufactured in this way is reduced, dielectric breakdown of the dielectric layer is prevented, and the life of the ion generator can be extended. At this time, since a sufficient electric field is applied to the region where the amount of generated ions is maximized in the ion generating electrode, the amount of generated ions does not decrease. In addition, ions generated from the junction between the ion generating electrode and the dielectric layer reach the dielectric layer 102 at a point 40.
8 ion bombardment is not ze raw directly on the dielectric layer surface in proximity to the ion generating electrode than reduced deterioration by ion bombardment of the dielectric layer.
【0040】つぎに、本発明による他の実施例を、図9
を用いて説明する。この例は、イオン発生電極と誘電体
層の間に設けた絶縁層408をイオン発生電極より数μ
mから十数μm誘電体層のスリット側に出すことで、電
界が最大となる誘電体層とイオン発生電極近傍の電界を
弱め、誘電体層表面の電界が最大となる領域をより完全
に除去したものである。Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIG. In this example, the insulating layer 408 provided between the ion generating electrode and the dielectric layer is several μm thicker than the ion generating electrode.
By projecting from m to more than 10 μm on the slit side of the dielectric layer, the electric field near the dielectric layer and the ion generation electrode where the electric field becomes maximum is weakened, and the area where the electric field on the dielectric layer becomes the maximum is more completely removed. It was done.
【0041】図10は、実施例1による誘電体層を2層
構造にした例とイオン発生電極近傍の電界を減少させる
本実施例との両者を取り入れたものである。誘導電極1
01上に設けられた厚さ15μmのガラス層からなる誘
電体層102上に、厚膜技術により10μmの厚さのガ
ラス層409を100μm幅のスリットに数μmから十
数μm突出して設ける。さらに、このスリット上に〜5
μmの厚さのポリイミド層410を一様にスピンナによ
り塗布し、あるいはスパッタなどの薄膜技術を用いて形
成する。ついで、スリット以外のポリイミド層をエッチ
ングにより除去する。一方、ガラス絶縁層409上にス
リット幅100μmを有するイオン発生電極106を厚
膜技術により〜20μmの厚さ形成する。このようにし
て構成したイオン発生器は、イオン発生電極と誘電体層
間にかかる電界が減少するため、絶縁破壊によるイオン
発生器の寿命を長くできる。かつ、スリット間のイオン
発生電極近傍の誘電体層がイオン照射されず、さらに誘
電体層表面がイオン照射に強いポリイミド層で形成され
ているため、イオン照射による表面抵抗の減少もなく、
安定したイオン発生が得られる。 <実施例5>FIG. 10 incorporates both the example in which the dielectric layer according to the first embodiment has a two-layer structure and the present embodiment in which the electric field near the ion generating electrode is reduced. Induction electrode 1
A glass layer 409 having a thickness of 10 μm is provided on a dielectric layer 102 formed of a glass layer having a thickness of 15 μm provided on the substrate 01 and having a thickness of 10 μm in a slit having a width of 100 μm to project from several μm to tens of μm by a thick film technique. Furthermore, ~ 5 on this slit
The polyimide layer 410 having a thickness of μm is uniformly applied by a spinner or formed by using a thin film technique such as sputtering. Next, the polyimide layer other than the slit is removed by etching. On the other hand, an ion generating electrode 106 having a slit width of 100 μm is formed on the glass insulating layer 409 to a thickness of about 20 μm by a thick film technique. In the ion generator configured as described above, the electric field applied between the ion generation electrode and the dielectric layer is reduced, so that the life of the ion generator due to dielectric breakdown can be extended. In addition, the dielectric layer near the ion generating electrode between the slits is not irradiated with ions, and furthermore, since the surface of the dielectric layer is formed of a polyimide layer resistant to ion irradiation, there is no decrease in surface resistance due to ion irradiation,
Stable ion generation is obtained. <Example 5>
【0042】つぎに、イオン発生器から効率よくイオン
を発生させ、かつ発生したイオンを効率よく取り出す他
の実施例を図11及び図12を用いて説明する。図11
はイオン発生器からイオン電流を得る電圧配置を示す図
である。イオン発生器の誘導電極101とイオン発生電
極106に印加された交流電圧210により正負両極性
のイオン501が生ずる。このイオンの内、正極性のイ
オン502がバイアス電圧211により、対抗電極50
3に移動してイオン電流を生ずる。このイオン発生器は
セラミック基板(図示せず)上に設けられた誘導電極1
01と、さらに誘電体層として厚さ〜20μmの厚膜ガ
ラス層102がその上に設けられ、幅100μmのスリ
ット104を有するイオン発生電極106が形成されて
イオン発生器が構成されている。Next, another embodiment in which ions are efficiently generated from the ion generator and the generated ions are efficiently extracted will be described with reference to FIGS. FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a voltage arrangement for obtaining an ion current from an ion generator. The AC voltage 210 applied to the induction electrode 101 and the ion generation electrode 106 of the ion generator generates ions 501 of both positive and negative polarities. Of these ions, the positive ion 502 becomes the counter electrode 50 by the bias voltage 211.
3 to generate an ion current. The ion generator includes an induction electrode 1 provided on a ceramic substrate (not shown).
01, and a thick glass layer 102 having a thickness of 20 μm as a dielectric layer is further provided thereon, and an ion generating electrode 106 having a slit 104 having a width of 100 μm is formed to constitute an ion generator.
【0043】このイオン発生器を低い交流電圧で効率よ
くイオンを発生させるイオン発生器について図12を用
いて説明する。イオン発生電極106と誘導電極101
にイオン発生用の交流駆動電圧を印加したとき、低い交
流電圧でイオン発生電極と誘電体層間の気中にイオン放
電が生じさせるには、誘電体層を通して漏洩するイオン
発生用の漏洩電界504を大きくする必要がある。その
ため、次式で示すように誘電体層の厚さdと誘電体層の
比誘電率ε(ガスラ層ε=5)の比からなる空気中換算
の厚さをスリット幅(または孔の直径)Lrよりも小さ
くし、誘導電極からの電界が誘電体層から十分漏洩でき
るようにする必要がある。 d/ε<LrAn ion generator for efficiently generating ions at a low AC voltage will be described with reference to FIG. Ion generation electrode 106 and induction electrode 101
In order to generate an ion discharge in the air between the ion generating electrode and the dielectric layer at a low AC voltage when an AC drive voltage for generating ions is applied to the electrode, a leakage electric field 504 for generating ions that leaks through the dielectric layer is generated. Need to be bigger. Therefore, as shown in the following formula, the thickness in air, which is the ratio of the dielectric layer thickness d to the dielectric constant ε of the dielectric layer (ε = 5), is defined as the slit width (or the diameter of the hole). It is necessary to make it smaller than Lr so that the electric field from the induction electrode can sufficiently leak from the dielectric layer. d / ε <Lr
【0044】本実施例ではd/εは4μmとしてスリッ
ト幅100μmより十分小さくし、十分な漏洩電界を得
て、イオン発生電極と誘電体層間にイオン放電が生じる
ようにしている。In this embodiment, d / ε is set to 4 μm, which is sufficiently smaller than the slit width of 100 μm to obtain a sufficient leakage electric field so that an ion discharge is generated between the ion generating electrode and the dielectric layer.
【0045】一方、イオン発生電極106の厚さDpを
スリット幅(または孔径)Lrより小さくし、イオン発
生電極のスリット外にも誘導電極からの漏洩電界が存在
するようにし、発生イオンを低いバイアス電圧でもイオ
ン発生器から取り出せるようにする。この漏洩電界50
4はスリット幅と同一のイオン発生電極505の高さに
まで達する。このとき、イオン発生電極505の厚さD
pをスリット幅Lrより大きくすると、誘導電極101
からの漏洩電界がイオン発生電極で構成されたスリット
104内のみとなる。そのため、発生したイオンを取り
出すには、高いバイアス電圧を印加してスリット内にも
イオンを加速する電界が生ずるようにする必要がある。
本発明では、誘導電極から生じた漏洩電界がスリット外
にも達するようにし、バイアス電圧はイオンを対抗電極
に加速する電圧のみとした。そのためには、イオン発生
電極の厚さDpを次式で示すようにスリット幅Lrより
小さくする。 Dp<Lr 実際に試作したイオン発生器では、イオン発生電極の厚
さDpは100μmで、スリット幅Lpは20μmであ
る。On the other hand, the thickness Dp of the ion generating electrode 106 is made smaller than the slit width (or hole diameter) Lr, so that a leakage electric field from the induction electrode exists outside the slit of the ion generating electrode, and the generated ions are kept at a low bias. The voltage can be extracted from the ion generator. This leakage electric field 50
4 reaches the height of the ion generating electrode 505 which is the same as the slit width. At this time, the thickness D of the ion generating electrode 505
When p is larger than the slit width Lr, the induction electrode 101
The electric field leaked from only the inside of the slit 104 constituted by the ion generating electrode. Therefore, to extract the generated ions, it is necessary to apply a high bias voltage so that an electric field for accelerating the ions is generated in the slit.
In the present invention, the leaked electric field generated from the induction electrode is made to reach outside the slit, and the bias voltage is only the voltage for accelerating ions to the counter electrode. For that purpose, the thickness Dp of the ion generating electrode is made smaller than the slit width Lr as shown by the following equation. Dp <Lr In the actually manufactured ion generator, the thickness Dp of the ion generating electrode is 100 μm, and the slit width Lp is 20 μm.
【0046】このようにして形成したイオン発生器で
は、印加交流電圧の大きさを2.5kVP-P の電圧で十
分なイオンを発生し、かつバイアス電圧はイオン発生器
と対抗電極間距離が250mmのとき250V程度あれば
〜3×10-6A/cmの十分なイオン電流が得られる。In the ion generator formed in this manner, sufficient ions are generated at an applied AC voltage of 2.5 kV PP , and the bias voltage is set such that the distance between the ion generator and the counter electrode is 250 mm. At this time, if the voltage is about 250 V, a sufficient ion current of about 3 × 10 −6 A / cm can be obtained.
【0047】[0047]
【発明の効果】従来のイオン発生器のように雲母などの
特別な誘電体層上に電極を貼り付けた複雑な構造を取る
ことなく、本発明に従うイオン発生器は、既存の量産可
能な材料を用いて厚膜印刷技術または薄膜技術により製
造を可能にした構造を与えるものである。According to the present invention, the ion generator according to the present invention does not have a complicated structure in which electrodes are attached on a special dielectric layer such as mica as in a conventional ion generator. To provide a structure that can be manufactured by thick film printing technology or thin film technology.
【0048】このイオン発生器では、誘電体層の表面に
イオン照射により化学的材質変動の少ない材料を用い、
また誘電体層自身には電気的耐圧の大きい材料を用いた
2層構造にすることで安定した寿命の長いイオン発生器
を達成している。さらに、誘電体層の表面抵抗が劣化し
た場合にもイオン発生が可能な交流電圧の下限周波数を
明らかにし、その周波数以上で駆動することでイオン発
生器が劣化した場合にもイオン発生が安定して得られる
使用方法を与えている。またイオン発生器の寿命に関し
ては、そのイオン発生電極と誘電体層間に電界を弱める
絶縁層を設けて誘電体層の絶縁破壊を防止し、長寿命化
を計った。さらに、このとき空気中の誘電率換算した誘
電体層の厚さをスリット幅よりも小さくし、スリット空
間での漏洩電界を増加させることで駆動用の交流電圧を
低くし、交流駆動電源の低電圧化により定価化を可能に
している。さらに、発生したイオンを低電圧のバイアス
電圧で取り出せるようにイオン発生電極の厚さをスリッ
ト幅よりも小さくし、漏洩電界によりスリット外にイオ
ンを吐出させるようにして、200〜300Vのバイア
ス電圧でイオンをイオン発生器から取り出せるようにし
ている。このようにすることで、バイアス電源を低価格
化することが可能になる。以上の発明により、量産可能
な安定した長寿命のイオン発生器を低価格に供給できる
ようになる。In this ion generator, the surface of the dielectric layer is made of a material having a small chemical material variation by ion irradiation.
The dielectric layer itself has a two-layer structure using a material having a high electric breakdown voltage, thereby achieving a stable and long-life ion generator. Furthermore, the lower limit frequency of the AC voltage at which ions can be generated even when the surface resistance of the dielectric layer is deteriorated is clarified. By driving at or above that frequency, the ion generation is stabilized even when the ion generator is deteriorated. Is given. Regarding the life of the ion generator, an insulating layer for weakening the electric field was provided between the ion generating electrode and the dielectric layer to prevent dielectric breakdown of the dielectric layer and extend the life. Further, at this time, the thickness of the dielectric layer converted into the dielectric constant in the air is made smaller than the slit width, and the leakage electric field in the slit space is increased to lower the AC voltage for driving, thereby reducing the AC drive power supply. It is possible to set the price by applying voltage. Furthermore, the thickness of the ion generating electrode is made smaller than the slit width so that the generated ions can be taken out with a low bias voltage, and the ions are ejected out of the slit by a leakage electric field. Ions can be extracted from the ion generator. This makes it possible to reduce the cost of the bias power supply. According to the above invention, a stable and long-life ion generator that can be mass-produced can be supplied at a low price.
【図1】 本発明の固体イオン発生器における誘電体層
を2層構造としたものの一実施例の断面模式図。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of one embodiment of a solid ion generator according to the present invention in which a dielectric layer has a two-layer structure.
【図2】 本発明の固体イオン発生器における誘電体層
を2層構造のものの他の一実施例の断面模式図。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of another embodiment of the solid ion generator of the present invention having a two-layer dielectric layer.
【図3】 本発明の固体発生器における誘電体層の加熱
温度と発生イオン電流との関係を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a heating temperature of a dielectric layer and a generated ion current in the solid-state generator of the present invention.
【図4】 本発明の固体イオン発生器におけるイオン発
生電極または誘電電極を抵抗体で形成した場合の例を示
す図。FIG. 4 is a diagram showing an example in which an ion generation electrode or a dielectric electrode in the solid ion generator of the present invention is formed by a resistor.
【図5】 本発明の固体イオン発生器における抵抗体へ
の電圧印加方法を説明するための図。FIG. 5 is a view for explaining a method of applying a voltage to a resistor in the solid-state ion generator of the present invention.
【図6】 本発明における誘電体層の表面抵抗が生成塩
基で低下したときに誘電体層表面の電位低下を示す時定
数の説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram of a time constant showing a decrease in potential on the surface of the dielectric layer when the surface resistance of the dielectric layer in the present invention is reduced by the generated base.
【図7】 本発明におけるイオン発生電極と誘電体層接
合部の電界分布とその電界強度を低下させるためのイオ
ン発生器の断面模式図。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of an ion generator for reducing the electric field distribution and the electric field intensity at the junction between the ion generating electrode and the dielectric layer according to the present invention.
【図8】 本発明におけるイオン発生器の寿命を伸ばす
例を示す図。FIG. 8 is a diagram showing an example of extending the life of the ion generator in the present invention.
【図9】 図8の別の例を示す図。FIG. 9 is a view showing another example of FIG. 8;
【図10】 図1の変形例を示す図。FIG. 10 is a diagram showing a modification of FIG. 1;
【図11】 本発明のイオン発生器からイオン電流を得
るための電圧配置図。FIG. 11 is a voltage arrangement diagram for obtaining an ion current from the ion generator of the present invention.
【図12】 本発明のイオン発生電極内の漏れ電界を示
すイオン発生器の断面模式図。FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of an ion generator showing a leakage electric field in the ion generation electrode of the present invention.
【図13】 従来例を説明するための図。FIG. 13 is a view for explaining a conventional example.
101…誘導電極 102…ガラス層 103…ポリイ
ミド層 104…スリット 105…ニッケル層 106…イオ
ン発生電極DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Induction electrode 102 ... Glass layer 103 ... Polyimide layer 104 ... Slit 105 ... Nickel layer 106 ... Ion generation electrode
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平原 修三 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝 総合研究所内 (72)発明者 小池 祐三 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝 総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭54−53537(JP,A) 特開 昭62−181161(JP,A) 特開 昭61−286162(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B41J 2/415 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Shuzo Hirahara 1 Kosuka Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Inside Toshiba Research Institute, Inc. Address Toshiba Research Institute, Inc. (56) References JP-A-54-53537 (JP, A) JP-A-62-181161 (JP, A) JP-A-61-286162 (JP, A) (58) Field (Int.Cl. 7 , DB name) B41J 2/415
Claims (3)
オン発生電極間に交流電圧を印加し、コロナイオンを発
生させるイオン発生器において、前記誘電体は、前記誘
導電極側に形成された第1の誘電層と、前記イオン発生
電極側に形成され前記第1の誘電層よりもイオン照射に
対して劣化現象の少ない第2の誘電層とを有する2種類
以上の誘電層を備えることを特徴とする固体イオン発生
器。 1. A AC voltage between the dielectric interposed therebetween arrayed induction electrode and the ion generating electrode is applied, the ion generator for generating corona ions, the dielectric, the induction
Two or more types including a first dielectric layer formed on the conductive electrode side and a second dielectric layer formed on the ion generation electrode side and having less deterioration due to ion irradiation than the first dielectric layer. solid ion generator, characterized in that it comprises a dielectric layer.
オン発生電極間に交流電圧を印加し、コロナイオンを発
生させるイオン発生器において、前記誘電体は、前記誘
導電極側に形成されたガラス層と、前記イオン発生電極
側に形成されたポリイミド層とを有する2種類以上の誘
電層を備えることを特徴とする固体イオン発生器。 Wherein an AC voltage between the dielectric interposed therebetween arranged been induction electrode and the ion generating electrode is applied, the ion generator for generating corona ions, the dielectric, the induction
A glass layer formed on the conductive electrode side, two or more induction and a polyimide layer formed on the ion generating electrode side
A solid ion generator comprising an electric layer .
オン発生電極間に交流電圧を印加し、イオン発生電極周
辺から気中にイオンを発生させるイオン発生器におい
て、前記誘導電極またはイオン発生電極は前記誘電体表
面を加熱する抵抗体からなることを特徴とする固体イオ
ン発生器。Wherein an AC voltage is applied between induction disposed to sandwich a dielectric waveguide electrode and the ion generating electrode, the ion generator for generating ions in air from around the ion generating electrode, the induction electrode said dielectric body surface or ion generating electrode
A solid ion generator comprising a resistor for heating a surface .
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