JPH0592614A

JPH0592614A - イオン発生器

Info

Publication number: JPH0592614A
Application number: JP27876391A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Nakao; 英之中尾; Yasuo Hosaka; 靖夫保坂
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-09-30
Filing date: 1991-09-30
Publication date: 1993-04-16

Abstract

(57)【要約】【目的】生成されたイオンのうち、静電潜像の形成に
使用されるイオンの量を増大させて、記録速度の向上を
図ることができるイオン発生器を提供することを目的と
する。【構成】基板１１に誘電体層１４を両側から挟んで誘
導電極１２およびイオン発生用孔１７を有するイオン発
生電極１６を配置し、さらに補助電極１３をイオン発生
電極１６の近傍に配置したイオン発生器。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はイオン発生器に係り、
特にイオン・デポジション記録装置に使用される高密度
イオンを発生するイオン発生器に関する。

【０００２】

【従来の技術】イオン・デポジション記録は、気中でコ
ロナ放電により発生させたイオンを画像信号に応じて制
御して誘電性記録媒体上に静電潜像を形成し、これを現
像してハードコピーを得るノン・インパクト記録の静電
記録方式の一種である。この記録方法は、（１）レーザ
プリンタにおけるようなレーザ光学系（光源・回転ミラ
ー走査系）と感光性記録媒体を必要とせず、装置の小型
と記録の安定化を達成でき、（２）記録画点のパルス幅
変調ができるため、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）記録媒体に表面電位の暗
減衰がある感光体を使用しないことから静電潜像の保持
時間が長く、間欠送り記録ができる可能性があり、
（４）記録媒体上に順次画像を重ねて形成でき、高速の
ワンパス・カラー記録が期待される、などの特徴があ
る。

【０００３】このようなイオン・デポジション記録装置
において、気中で高密度のイオンを発生できるイオン発
生器はもっとも重要な構成要素の一つであり、従来より
種々の構成のイオン発生器が提案されている。

【０００４】図７は、従来の固体イオン発生器を用いた
イオン・デポジション記録装置の動作原理を示す断面模
式図であり、特開昭５６−１８４５６２号に開示されて
いるものである。イオン発生器１００は、誘電体層１０
１とその両面にそれぞれ形成された誘導電極１０２およ
びイオン発生電極１０３からなり、イオン発生電極１０
３にはイオン発生用孔であるスリット１０４が形成され
ている。

【０００５】誘導電極１０２とイオン発生電極１０３と
の間に、高周波・高電圧の交流電圧１０５を印加する
と、スリット１０４に高い交番電界が集中的に発生し、
これによって高密度の正負のイオンが発生する。イオン
発生のメカニズムは、正イオンに関して言えば、空気中
に発生している電子の種がスリット１０４内の電界で加
速されて、順次空気中を気体分子と衝突しつつ移動する
に従って倍増され、電子の移動の後に、増加した電子と
ほぼ同数の正のイオンが生成される、というものてあ
る。

【０００６】イオン発生電極１０３に、記録すべき画像
信号に応じてオン・オフされる静電潜像電位と同程度
（４００〜５００Ｖ）の高い信号電圧１０６を印加する
と、スリット１０４で発生された正負のイオンのうち正
イオンのみが選択され、誘電性記録媒体１０９方向に移
動する。こうして記録媒体１０９方向に移動するイオン
は、加速電極１０７に印加された４００〜５００Ｖ程度
の高い加速電圧１０８により加速されて記録媒体１０９
上に到達し、画像信号に応じた静電潜像を形成する。静
電潜像は、通常の電子写真方式のプリンタと同様に、ト
ナーにより現像される。

【０００７】実際のイオン・デポジション記録装置で
は、図７に示したようなヘッド素子を点数に応じた長さ
にわたり一次元に配列して構成された固体イオン流記録
ヘッドが用いられる。

【０００８】図７に示したようなイオン発生器１００で
は、発生したイオンのうち静電潜像の形成に使われるイ
オン量は少ない。図８は、このイオン発生器１００から
加速電極１０７を通り記録媒体１０９へ向かうイオンの
軌跡を示したものである。この図８に示されるように、
スリット１０４で発生したイオンは誘導電極１０２から
の電界により、スリット１０４から発散するように加速
電極１０７の方向に進んでいく。電界計算や実験から、
加速電極１０７のイオン通過孔に入るイオン量は、イオ
ンの全発生量のうちの２〜５％であることがわかってい
る。

【０００９】このように、図７に示したような誘電体層
１０１を挟んで電極１０２，１０３を設けたイオン発生
器１００は、ワイヤを用いたコロトロン等の従来のイオ
ン発生器より高いイオン密度を実現できるが、イオンの
利用効率は未だ低い。そこで記録速度を向上させるため
に、交流電源１０５の周波数や電圧値を上げる等の手段
がとられているが、これには高周波・高電圧・大電流の
大型で高価な電源回路を必要とするという問題がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、誘電
体層を挟んで誘導電極とイオン発生電極を設けた従来の
イオン発生器では、イオン発生量は多いが、発生したイ
オンのほとんどは発生した領域から発散していくため、
実際に静電潜像の形成に使われる量は全発生量の数％と
イオン利用効率が低い。このため記録速度を向上させる
には、高周波・高電圧・大電流の大型で高価な電源回路
が必要になるという問題があった。

【００１１】本発明の目的は、生成されたイオンのう
ち、静電潜像の形成に使用されるイオンの量を増大させ
て、記録速度の向上を図ることができるイオン発生器を
提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明は誘電体層を挟んで第１の電極とイオン発生
用孔を有する第２の電極を設け、これら第１の電極と第
２の電極の間に交流電圧を印加し、前記イオン発生用孔
で気中放電によりイオンを発生させて、所定極性のイオ
ンのみを一方向にイオン流として取り出すイオン発生器
において、第１の電極または第２の電極の近傍に、イオ
ン流を絞り込むための補助電極である第３の電極を配置
したことを特徴とする。この補助電極には、イオン流と
同極性の直流電圧を印加される。

【００１３】

【作用】このように誘導電極またはイオン発生電極の近
傍、すなわちイオン発生領域近傍に補助電極を設け、こ
れにイオン流と同極性の電圧を印加すると、イオン流は
発散せずに一方向に進んでいく。

【００１４】従って、このイオン発生器をイオン・デポ
ジション記録装置に使用した場合、イオンの静電潜像形
成への使用効率が上がり、交流電源に負担をかけること
なく記録速度の向上が図れられる。

【００１５】

【実施例】以下、図面を用いて本発明を詳細に説明す
る。

【００１６】（実施例１）図１（ａ）（ｂ）は、本発明
の一実施例に係るイオン発生器の断面図とイオン発生電
極側からみた平面図を示している。

【００１７】この図１に示すイオン発生器１０は、絶縁
性基板１１上に、誘導電極（第１の電極）１２、補助電
極（第３の電極）１３、誘電体層１４、高絶縁抵抗層１
５およびイオン発生用孔であるスリット１７を有するイ
オン発生電極（第２の電極）１６が順次積層されること
によって構成されている。図７に示した従来のイオン発
生器と比較すると、補助電極１３が追加されているのが
大きな違いである。

【００１８】絶縁性基板１１には、例えば厚さ６４０μ
ｍのセラミック基板が用いられる。誘導電極１２は、例
えば厚さ３〜４μｍ、幅４０μｍの焼結金電極からな
り、図１（ａ）の紙面に垂直方向、つまり図１（ｂ）の
上下方向に、必要な長さ（例えばＡ４版の幅）にわたっ
て厚膜印刷技術と焼成技術により形成される。補助電極
１３は、例えば厚さ３〜４μｍ、幅４０〜８０μｍの誘
導電極１２と同様な焼結金電極からなり、誘導電極１２
と平行に形成される。誘電体層１４は、交流電圧に対す
る電気的耐圧の大きい材料、例えばガラスからなり、厚
膜印刷技術と焼成技術により２０〜２５μｍ程度の厚さ
に形成される。高絶縁抵抗層１５は、誘電体層１４に比
較して電気的耐圧は低いが、イオンや電子の照射に対し
て劣化が少なく、絶縁抵抗が高い絶縁材料、例えばポリ
イミド樹脂からなり、誘電体層１４上にスピンナ塗布技
術によって５μｍ程度の均一な厚さに形成される。高絶
縁抵抗層１５の材料としては、他に結晶化ガラスや窒化
タンタル等を用いることもできる。イオン発生電極１６
は、金などの酸化しにくい金属からなり、選択メッキ工
程によって１５μｍ程度の厚さで、誘導電極１２と平行
に形成される。

【００１９】次に、図１のイオン発生器１０をイオン・
デポジション記録装置に適用した例について説明する。
図２は、本発明者らの発明による低電圧駆動を実現した
イオン・デポジション記録装置を示している。ここで
は、イオン発生器１０から正イオンを記録媒体１８に移
動させる場合について説明する。

【００２０】図２に示すように、記録媒体１８は接地さ
れた導電性基板１９と誘電層２０からなり、誘電層２０
は予め負極性に帯電されている。誘導電極１２とイオン
発生電極１５の間には、３ｋＶ_p-pの交流電圧２１が印
加されている。イオン発生器１０と記録媒体１８との間
には、制御基板２２が配置されている。この制御基板２
２は、絶縁基板２３を挟んで第１制御電極２４と第２制
御電極２５を設けたものである。第１制御電極２４とイ
オン発生電極１６の間には、バイアス電圧２６が印加さ
れており、正イオンはイオン流となってイオン発生器１
０から制御基板２２へ向かう。第１制御電極２４と第２
制御電極２５の間には、記録すべき画像データに応じた
信号電圧２７が印加される。

【００２１】そして、新たに設けられた補助電極１３に
は、イオン発生電極１６との間に１，０００Ｖ程度のバ
イアス電圧２８、すなわちイオン流のイオンと同極性の
電圧を印加しておく。

【００２２】図２のようにイオン・デポジション記録装
置を構成し、かつ各電極に上記のような電圧を印加した
場合の、イオン発生器１０から記録媒体１８までの間の
電界計算をしたものが図３である。このように、補助電
極１３にイオン流と同極性の電圧を印加することで、イ
オン発生電極１６近傍の電位分布は破線で示されるよう
になる。この電位分布によって、発生したイオンの発散
を防止し、イオン流を絞ることができる。この結果、誘
導電極１２とイオン発生電極１５の間に印加する交流電
圧２１を必要以上に上げることなく、イオンの使用効率
を増して記録速度の向上を図ることができる。

【００２３】なお、補助電極１３は、バイアス電圧２８
を印加する代わりに、交流電圧２１を接続して誘導電極
１２と同電位にしてもよい。この場合、補助電極１３が
イオン発生電極１６に対して負極性になると、イオン流
を絞る効果は無くなるが、イオン発生器１０から制御基
板２２へ正イオンが向かうのは、主に誘導電極１２がイ
オン発生電極１６に対して正極性になるときである。補
助電極１３がイオン発生電極１６に対して負極性になる
場合、すなわち誘導電極１２がイオン発生電極１６に対
して負極性になる場合にイオン流を絞る効果が無くなっ
ても、元々制御基板２２に向かうイオン流はほとんど無
いため、記録媒体１８に到達するイオン量は影響を受け
ない。従って、補助電極１３を誘導電極１２と同電位に
しても、記録速度の向上を図れることになる。この場
合、補助電極１３と誘導電極１２を結合して一枚の電極
としても良い。

【００２４】（実施例２）図４は、本発明の他の実施例
であり、補助電極１３を誘電体層１４に対してイオン発
生電極１６と同じ側に設けたイオン発生器１０を示して
いる。すなわち、イオン発生電極１６側に絶縁層２９を
介して補助電極１３と順次形成したものである。絶縁層
２９は、例えばガラスからなり、厚膜印刷技術と焼成技
術によって４０μｍ程度の厚さに形成される。補助電極
１３は、絶縁層２９の上に焼結金電極が同じく厚膜印刷
技術と焼結技術で厚さ５μｍ程度に形成される。

【００２５】この場合、絶縁層２９を薄くして補助電極
１３をイオン発生電極１６の近くに設けた方がイオン流
を絞る効果が大きい。また、補助電極１３の電位を上げ
た方がイオン流を絞る効果が得られる。しかし、絶縁層
２９に必要な厚み、補助電極１３の最大印加電圧は、絶
縁層２９の絶縁耐圧で決まる。例として、絶縁層２９を
４０μｍ、第１制御電極２４をアース電位、イオン発生
電極１６を３００Ｖの電位にしたときは、補助電極１３
には６００Ｖ程度までのバイアス電位を印加できる。

【００２６】（実施例３）図５は、本発明の他の実施例
であり、ヒータとしてイオン発生電極１６に隣接して発
熱抵抗体３０を設けている。この発熱抵抗体３０は、厚
膜印刷技術を応用してイオン発生器１０自体に形成する
ことができる。

【００２７】誘電体層１４を介して放電をさせるこの種
のイオン発生器１０では、放電により硝酸塩ができ、こ
の硝酸塩が誘電体層表面に付着することにより放電が発
生しなくなることがある。これを防ぐためには、イオン
発生器１０自体を７０℃程度に加熱すればよい。加熱の
ためには一般にヒータを用いるが、イオン発生器１０が
温まるまでの時間が必要となる。従ってヒータは熱容量
が小さく、イオン発生器１０の放電領域に近いところに
設けるのが望ましく、それには図５のようにイオン発生
電極１６の隣に発熱抵抗体３０を設けるのがよい。

【００２８】（実施例４）図６は、本発明の他の実施例
であり、補助電極１３を誘電体層１４に対してイオン発
生電極１６と同じ側に設けたイオン発生器１０を示して
いる。この実施例では、イオン発生器１０と制御基板２
２の間に、シート状の絶縁層２９，３１と補助電極１３
が挿入されている。

【００２９】厚膜印刷技術では焼結工程が入るため、絶
縁材料の種類が限定されるが、この実施例のような構造
をとることで絶縁層２９の材料が限定されず、絶縁耐力
の大きなものを使える。このシート状の絶縁層２９，３
１と補助電極１３は、銅貼りポリイミドのように一体構
造でもよい。また、補助電極１３が厚すぎると、イオン
流が絞られ過ぎて制御基板２２へイオンが到達しないの
で、補助電極は１００μｍ以下がよい。

【００３０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によればイオ
ン発生電極もしくは誘導電極の近傍に新たな補助電極を
配置し、この補助電極に例えばイオン流すなわち静電潜
像形成に使用されるイオンと同極性の電圧を印加するこ
とにより、発生したイオン流を絞り込み、静電潜像形成
に使用されるイオン量、すなわち例えば制御基板のイオ
ン通過孔に入るイオン量を増やすことができる。

【００３１】従って、イオン使用効率を上げるために誘
導電極とイオン発生電極間に交流電圧を印加する電源回
路を必要以上に高周波・高電圧・大電流とする必要がな
くなり、電源の負担を増大させずに記録速度の向上を図
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るイオン発生器の断面図
および平面図

【図２】図１のイオン発生器を使用したイオン・デポジ
ション記録装置の構成図

【図３】図２におけるイオン流の絞り込みを示した図

【図４】本発明の他の実施例を示す図

【図５】本発明の他の実施例を示す図

【図６】本発明の他の実施例を示す図

【図７】従来のイオン発生器を示す図

【図８】従来のイオン・デポジション記録装置における
イオン流を示す図

【符号の説明】

１０…イオン発生器１２…誘導電極
（第１の電極）１３…補助電極（第３の電極）１４…誘電体層１６…イオン発生電極（第２の電極）１８…記録媒体２２…制御基板２３，２４…制
御電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０５Ｈ 7/08 9014−2Ｇ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】誘電体層を挟んで第１の電極とイオン発生
用孔を有する第２の電極を設け、これら第１の電極と第
２の電極の間に交流電圧を印加し、前記イオン発生用孔
で気中放電によりイオンを発生させて、所定極性のイオ
ンのみを一方向にイオン流として取り出すイオン発生器
において、第１の電極または第２の電極の近傍に、前記イオン流を
絞り込むための第３の電極を配置したことを特徴とする
イオン発生器。
【請求項２】誘電体層を挟んで第１の電極とイオン発生
用孔を有する第２の電極を設け、これら第１の電極と第
２の電極の間に交流電圧を印加し、前記イオン発生用孔
で気中放電によりイオンを発生させて、所定極性のイオ
ンのみを一方向にイオン流として取り出すイオン発生器
において、第１の電極または第２の電極の近傍に配置された第３の
電極と、この第３の電極に前記イオン流と同極性の直流電圧を印
加する手段とを備えたことを特徴とするイオン発生器。