JP2010073356A - Ion emission device, and electrostatic charge device using the same - Google Patents

Ion emission device, and electrostatic charge device using the same Download PDF

Info

Publication number
JP2010073356A
JP2010073356A JP2008236893A JP2008236893A JP2010073356A JP 2010073356 A JP2010073356 A JP 2010073356A JP 2008236893 A JP2008236893 A JP 2008236893A JP 2008236893 A JP2008236893 A JP 2008236893A JP 2010073356 A JP2010073356 A JP 2010073356A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ion
voltage
conductive substrate
positive
emitting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2008236893A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinji Otani
伸二 大谷
Tsuneki Ichikawa
恒樹 市川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP2008236893A priority Critical patent/JP2010073356A/en
Publication of JP2010073356A publication Critical patent/JP2010073356A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Electrostatic Charge, Transfer And Separation In Electrography (AREA)
  • Elimination Of Static Electricity (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ion emission device for emitting ions stably in a long period without producing discharge products including ozone and NOx, and to provide an electrostatic charge device using the same. <P>SOLUTION: In the positive or negative ion emission device 1, positive or negative DC voltage is applied to a conductive substrate 2 on the surface of which ion emissive material layer 3 containing either a covalent bonding or ion-bonding material is formed, whereby clustered ions generated by the solvation of polar molecules are emitted from the surface of the ion emissive material layer of either the covalent bonding or ion-bonding material on the surface of the conductive substrate. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、イオン放出装置、帯電装置および帯電方法に関し、電子写真方式の複写機、プリンタまたはファクシミリ等の画像形成装置、あるいは除電器などに利用されるイオナイザーに用いられるイオン放出素子及び帯電装置に関する。   The present invention relates to an ion emission device, a charging device, and a charging method, and relates to an ion emission element and a charging device used in an image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine, a printer or a facsimile, or an ionizer used in a static eliminator. .

従来より、電子写真方式の複写機、プリンタのような画像形成装置においては、感光体と呼ばれる被帯電体に静電潜像を形成するのに先立ち、感光体表面を種々の方法で均一帯電させている。また、同様の帯電方式を用いて、静電気を除電する際に利用されるイオナイザーとして利用されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, in an image forming apparatus such as an electrophotographic copying machine or printer, the surface of a photoconductor is uniformly charged by various methods before forming an electrostatic latent image on a charged body called a photoconductor. ing. Further, it is used as an ionizer that is used when static electricity is eliminated by using a similar charging method.

従来の帯電方法として代表的なものに、コロナ放電方式が挙げられる。この方法は、非常に細いワイヤから空気の絶縁破壊以上の電圧を印加させることでコロナ放電させ、これをグリッドで平均化させることで感光体の表面を均一帯電させる方法である。しかしながら、ワイヤからの放電に伴い非常に多量のオゾンが発生するため、人体への悪影響はもちろんのこと、有機感光体では、構成材料である有機物がオゾンにより破壊され、急速な劣化がおきるという問題があった。この問題を解決するため、例えば、オゾンの発生量を低減させるように改善されたコロナ帯電器が、特許文献1および特許文献2に開示されている。
また、オゾン以外にも放電によって生成される物質に窒素酸化物(NOX)が挙げられる。NOXは、感光体表面に吸着し感光体表面の吸湿性を高くしてしまう問題がある。電荷により形成された静電潜像は、伝導性を有する水の影響を著しく受けるため、主に画像がボケるといった画質劣化を発生させることが広く知られている。またコロナ放電を利用した除電気用イオナイザーにおいても同様にオゾンが発生するため、被除電物の劣化や作業者への健康に多大な影響があった。
A typical example of a conventional charging method is a corona discharge method. This method is a method in which a corona discharge is applied by applying a voltage exceeding the dielectric breakdown of air from a very thin wire, and this is averaged by a grid to uniformly charge the surface of the photoreceptor. However, since a very large amount of ozone is generated with the discharge from the wire, the organic substance, which is an organic photoreceptor, is not only badly affected by the human body, but also rapidly deteriorates due to the destruction of organic substances that are constituent materials. was there. In order to solve this problem, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose corona chargers that are improved so as to reduce the amount of ozone generated.
In addition to ozone, nitrogen oxide (NOX) can be given as a substance generated by discharge. NOX has a problem that it adsorbs to the surface of the photoreceptor and increases the hygroscopicity of the photoreceptor surface. It is widely known that an electrostatic latent image formed by electric charges is significantly affected by water having conductivity, and therefore causes image quality degradation such as blurring of the image. Similarly, in the ionizer for static elimination using corona discharge, ozone is generated in the same manner, which has a great influence on the deterioration of the object to be neutralized and the health of workers.

また、画像形成装置に限って云えば、接触帯電方式によるものが近年実用化されている。この方法では、オゾンの発生量と消費電力量とを低減させるため、電位をかけた、導電性ローラ、導電性ブラシ、導電性弾性ブレード、あるいはカーボンナノチューブ等の導電性部材によって感光体の表面を周擦し、電荷を移動させることにより感光体表面を帯電させている。   In addition to the image forming apparatus, a contact charging system has been put into practical use in recent years. In this method, in order to reduce the amount of ozone generated and the amount of power consumed, the surface of the photoreceptor is covered with a conductive member such as a conductive roller, a conductive brush, a conductive elastic blade, or a carbon nanotube to which a potential is applied. The surface of the photoreceptor is charged by rubbing and moving the charge.

導電性部材としては、現在、導電性ローラを用いる方式が、帯電の安定性の点から広く利用されている。ローラ帯電方式では、導電性の弾性ローラが感光体に押し当てられ、このローラに直流電圧が印加されることによって、感光体に電荷を移動させ、目的とする表面電位となるよう帯電させる。この方法はオゾン発生が比較的少ないという特徴を持っているが、一方で、感光体表面にごく小さなピンホールや結晶物質などの不均一な欠陥があった場合に、導電性ローラーから感光体表面のピンホール、欠陥部に多量の電流が流れてしまう。これにより感光体が絶縁破壊を起こし、従来の性能を維持することができず、画像形成に多大な影響が出ることがあった。   As a conductive member, a method using a conductive roller is currently widely used from the viewpoint of charging stability. In the roller charging method, a conductive elastic roller is pressed against a photoconductor, and a DC voltage is applied to the roller to move the electric charge to the photoconductor and charge it to a target surface potential. This method is characterized by relatively low ozone generation. On the other hand, if there are non-uniform defects such as very small pinholes or crystalline substances on the surface of the photoconductor, the surface of the photoconductor can be removed from the conductive roller. A large amount of current flows through the pinholes and defects. As a result, the photoconductor undergoes dielectric breakdown, the conventional performance cannot be maintained, and image formation may be greatly affected.

このローラ帯電方式をさらに改良を加えた方式としては、一次帯電のローラと、更に感光体との間に二次帯電ローラを追加した方式が知られている(特許文献3参照)。ここで、二次帯電ローラは、一次帯電ローラから感光体へ電荷を運搬する役割を担っており、前述した感光体のピンホールや欠陥による電流リークの問題を解消している。しかしながら、この方式においても、帯電は二次帯電ローラと感光体との間で微小な放電を起すことから、帯電時に発生するオゾンやNOXを完全に除去するには至っていない。   As a system obtained by further improving the roller charging system, a system in which a secondary charging roller is added between a primary charging roller and a photosensitive member is known (see Patent Document 3). Here, the secondary charging roller plays a role of transporting charges from the primary charging roller to the photosensitive member, and solves the above-described problem of current leakage due to pinholes and defects of the photosensitive member. However, even in this method, since charging causes a minute discharge between the secondary charging roller and the photosensitive member, ozone and NOX generated during charging have not been completely removed.

また、カーボンナノチューブを帯電器に応用したものが、例えば特許文献4、特許文献5などにより開示されている。カーボンナノチューブを用いた接触型帯電器においては、感光体で周擦を繰り返すうちに、チューブそのものが物理的な破壊を受けやすいこと、さらには大気中で高電圧をかけると先端部分から徐々に消失してしまいエミッターとして利用するには耐久性に欠けるという根本的な問題があった。これは、一般に良く知られた現象であるが、カーボンナノチューブは比較的低電圧であっても、その高いアスペクト比からチューブ先端に電界が極端に集中し、この先端部分においてのみ、電界による電子放出、またこれに伴う空気イオン化が起こるとされている。従って、実質的にカーボンナノチューブの先端部分は、常に高電圧にさらされていると考えて良く、電荷放出部の損傷が激しい。また大気中で電荷放出を開始する際にはコロナ放電を起すことがあり、これによって更に大きな損傷を受けることがある。このようにして損傷を受けたカーボンナノチューブでは、著しく帯電付与能力が低下するという問題があった。   Moreover, what applied the carbon nanotube to the charger is disclosed by patent document 4, patent document 5, etc., for example. In a contact charger using carbon nanotubes, the tube itself is susceptible to physical destruction as it is repeatedly rubbed by the photoconductor, and gradually disappears from the tip when high voltage is applied in the atmosphere. Therefore, there is a fundamental problem that it is not durable enough to be used as an emitter. This is a well-known phenomenon, but even with a relatively low voltage, carbon nanotubes have an extremely concentrated electric field at the tube tip due to its high aspect ratio. In addition, it is said that air ionization accompanying this occurs. Therefore, it can be considered that the tip portion of the carbon nanotube is substantially exposed to a high voltage at all times, and the charge emission portion is severely damaged. In addition, when starting to release charges in the atmosphere, corona discharge may occur, which may cause further damage. The carbon nanotube damaged in this way has a problem that the charge imparting ability is remarkably lowered.

電荷電子放出の原理を利用した帯電装置が特許文献6に開示されている。これは、MIS(金属−絶縁体−半導体)構造を有する電子放出素子を用いた帯電装置であるが、この電子放出素子は、電子の加速電界を形成する薄膜電極が多孔質半導体層の表面側に設けられており、多孔質半導体層に電子を注入する電極が多孔質半導体層の裏面側に設けられている。この素子を用いた帯電装置においては、電子放出素子から放出された電子による電子付着のみを利用して負イオンを発生することできるため、放電現象を伴わない。従って前述の方法のようにオゾンやNOxを原理的に発生させることがない。   Patent Document 6 discloses a charging device using the principle of charge electron emission. This is a charging device using an electron-emitting device having a MIS (metal-insulator-semiconductor) structure. This electron-emitting device has a thin film electrode that forms an accelerating field of electrons on the surface side of the porous semiconductor layer. An electrode for injecting electrons into the porous semiconductor layer is provided on the back side of the porous semiconductor layer. In the charging device using this element, negative ions can be generated using only the electron attachment by the electrons emitted from the electron-emitting element, so that no discharge phenomenon occurs. Accordingly, ozone and NOx are not generated in principle as in the above-described method.

しかし、この多孔質半導体層を用いた電子放出素子においては、特に大気中への電子放出動作時に引き起こされる電子捕捉により、多孔質半導体層を構成するナノサイズの半導体微粒子に蓄積した電子が、多孔質半導体内部の電界を不均一にすることにより電子の加速を抑制する状態になり、経時によって電子放出量を大きく低下させてしまうという問題があった。電子捕捉によりナノサイズの半導体微粒子に蓄えられた電子は不揮発性を示すため、一週間以上も半導体微粒子が帯電していたという実験結果さえある。このような現象が起きると、大気中で本素子を駆動した場合に、この電子捕捉により3分程度の連続駆動でも電子放出素子からの電子放出が完全に停止してしまうという問題があった。   However, in the electron-emitting device using this porous semiconductor layer, electrons accumulated in the nano-sized semiconductor fine particles constituting the porous semiconductor layer due to electron trapping caused particularly during electron emission operation into the atmosphere are porous. There has been a problem that the acceleration of electrons is suppressed by making the electric field inside the crystalline semiconductor non-uniform, and the amount of electron emission is greatly reduced over time. Since the electrons stored in the nano-sized semiconductor fine particles by electron trapping are non-volatile, there are even experimental results that the semiconductor fine particles were charged for more than a week. When such a phenomenon occurs, there is a problem that when the device is driven in the air, the electron emission from the electron-emitting device is completely stopped by the electron trapping even if the device is continuously driven for about 3 minutes.

長期の放出安定性を改良する方法としては、多孔質半導体層の表面に炭素数7以上の直鎖状あるいは分岐状の非環式炭化水素層を構成した電子放出素子が、特許文献7に開示されている。半導体層表面に有機化合物の層を設けることで、半導体表面を安定化させ、半導体表面に大気中の気体分子が吸着することを阻止することで、電子放出の劣化を抑制することに成功している。しかしながら、アルゴン雰囲気下での安定性は極めて良好な結果であるものの、大気中では放出開始時から数分での電流変動が大きく、実用化には未だ問題があった。   As a method for improving long-term emission stability, Patent Document 7 discloses an electron-emitting device in which a linear or branched acyclic hydrocarbon layer having 7 or more carbon atoms is formed on the surface of a porous semiconductor layer. Has been. By providing a layer of an organic compound on the surface of the semiconductor layer, the semiconductor surface was stabilized, and by preventing the adsorption of gas molecules in the atmosphere on the semiconductor surface, it succeeded in suppressing the deterioration of electron emission. Yes. However, although the stability under an argon atmosphere is a very good result, the current fluctuates in a few minutes from the start of release in the atmosphere, and there is still a problem in practical use.

特開平9−114192号公報JP-A-9-114192 特開平6−324556号公報JP-A-6-324556 特開2001−296722号公報JP 2001-296722 A 特開2001−281964号公報JP 2001-281964 A 特開2008−159431公報JP 2008-159431 A 特開2001−331017号公報JP 2001-331017 A 特開2004−327084号公報JP 2004-327084 A

上記事情に鑑みて、本発明の主たる目的は、オゾンやNOXなどの放電生成物を発生することなく、長期間安定してイオンを放出することができるイオン放出素子とこれを用いた帯電装置を提供することにある。   In view of the above circumstances, the main object of the present invention is to provide an ion-emitting device capable of stably discharging ions for a long period of time without generating discharge products such as ozone and NOX, and a charging device using the same. It is to provide.

上記課題は、本発明の(1)「表面に、共有結合性あるいはイオン結合性材料のいずれかを含むイオン放出性材料が層形成された導電性基板に、正あるいは負の直流電圧を印加することにより、極性分子が溶媒和することで発生したクラスターイオンが導電性基板表面の前記共有結合性あるいはイオン結合性材料のいずれかの前記イオン放出性材料層表面から放出されることを特徴とする正あるいは負イオン放出素子」、
(2)「表面に、共有結合性とイオン結合性の両方を含むイオン放出性材料が層形成された導電性基板に、正あるいは負の直流電圧を印加することにより、極性分子が溶媒和することで発生したクラスターイオンが導電性基板表面の前記共有結合性とイオン結合性の両方を含むイオン放出性材料層表面から放出されることを特徴とする正あるいは負イオン放出素子」、
(3)「共有結合性材料の中に、イオン結合性材料が分散してなることを特徴した、前期第(2)項に記載のイオン放出素子」、
(4)「前記第(1)項乃至第(3)項のいずれかに記載のイオン放出素子と、これに接触することなく対向して設置されている被帯電体とを含むことを特徴とする帯電装置」、(5)「極性分子が大気中の水であり、イオン放出素子のイオン放出面の温度を露点温度以下にし、結露した水によりクラスターイオンを発生させることを特徴とする前記第(4)項に記載の帯電装置」、
(6)「極性分子を、イオン放出素子のイオン放出面に液体で供給し、クラスターイオンを発生させることを特徴とする前記第(4)項に記載の帯電装置」により達成される。
The above problem is (1) “applying a positive or negative DC voltage to a conductive substrate having a surface formed with a layer of an ion-emitting material containing either a covalent bond or an ion bond material. Thus, cluster ions generated by solvating polar molecules are released from the surface of the ion-emitting material layer of either the covalent bond or the ion-bond material of the conductive substrate surface. Positive or negative ion emitter ",
(2) “Polar molecules are solvated by applying a positive or negative DC voltage to a conductive substrate having a surface on which an ion-emitting material including both covalent bond and ionic bond is formed. A positive or negative ion emitting device characterized in that the cluster ions generated by the above are emitted from the surface of the ion-emitting material layer including both the covalent bond and the ion bond on the surface of the conductive substrate ",
(3) “Ion-emitting device according to item (2), characterized in that an ion-binding material is dispersed in a covalent-bonding material”,
(4) “Includes the ion-emitting device according to any one of (1) to (3)” above and a charged body that is disposed so as to face the element without contacting the element. (5) “The polar molecule is water in the atmosphere, the temperature of the ion emission surface of the ion emission element is set to a dew point temperature or less, and cluster ions are generated by the dew condensation water”. “Charging device according to item (4)”,
(6) This is achieved by “a charging device according to the item (4), wherein polar molecules are supplied in liquid form to the ion emission surface of the ion emission element to generate cluster ions”.

以下の詳細かつ具体的な発明から明らかなように、本発明によれば、オゾンやNOXなどの放電生成物を発生することなく、長期間安定してイオンを放出することができるイオン放出素子と、これを用いた帯電装置を提供できるという極めて優れた効果を奏する。   As will be apparent from the following detailed and specific invention, according to the present invention, an ion-emitting device capable of stably discharging ions for a long period of time without generating discharge products such as ozone and NOX Thus, it is possible to provide a charging device using the same.

以下、本発明の実施の形態について例をもって詳細に説明するが、これにより使用する材料、素子構成、条件を限定するものではない。なお、本明細書の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with examples, but the materials, device configurations, and conditions to be used are not limited thereby. In the drawings of the present specification, the same reference numerals represent the same or corresponding parts.

図1に本発明のイオン放出素子の代表的な構成例を模式的に示す。
このイオン放出素子(1)は、導電性基板(2)と、それに接合してなるイオン放出性材料層(3)により構成される。導電性基板に電源(4)により直流電圧を印加すると、正電圧の場合は正イオンが、また負電圧の場合は負イオンが、イオン放出層の表面(3)から放出される。
FIG. 1 schematically shows a typical configuration example of the ion-emitting device of the present invention.
The ion emission element (1) includes a conductive substrate (2) and an ion emission material layer (3) bonded to the conductive substrate (2). When a DC voltage is applied to the conductive substrate by the power source (4), positive ions are emitted from the surface (3) of the ion emission layer when positive voltage and negative ions are applied when negative voltage is applied.

図2及び図3に本発明の帯電装置の代表的な構成例を模式的に示す。
この帯電装置(10)は、イオン放出素子(1)と、これに接触することなく対向して設置されている被帯電体(11)により構成される。イオン放出素子から電圧印加により放出されたイオンを、この構成により、対抗する位置においた被帯電体(11)は放出されたイオンを効果的に受け、被帯電体(11)を帯電させることができる。従って被帯電体(11)はアースに接続され閉回路を形成することが望ましいが、アースに接続することは必須条件ではない。また被帯電体がポリマーのような絶縁性材料のような場合は、図3に示したように、被帯電体の裏側に導電性材料(12)を設置した構成をとることができる。
2 and 3 schematically show typical configuration examples of the charging device of the present invention.
The charging device (10) includes an ion-emitting device (1) and a member (11) to be charged that is disposed so as not to contact the ion-emitting device (1). With this configuration, the charged object (11) placed at a position facing the ions emitted from the ion-emitting device by voltage application can effectively receive the discharged ions and charge the charged object (11). it can. Therefore, it is desirable that the member to be charged (11) is connected to the ground to form a closed circuit, but it is not essential to connect to the ground. When the member to be charged is an insulating material such as a polymer, a configuration in which a conductive material (12) is installed on the back side of the member to be charged can be employed as shown in FIG.

導電性基板(2)には、Cu、Ni、Ti、Co、Cr、Mo、Nb、Mn、Si、Fe、Alなどの金属及びそれらを含む合金を利用することができる。また、ガラスやセラミックスなどの表面に金属や導電性物質を担持させたものでも良い。導電性物質の代表例としては、ITO、ZnO、SnO2、TiO2、などの金属酸化物、カーボンナノチューブ、フラーレンなどの炭素化合物が挙げられる。 For the conductive substrate (2), metals such as Cu, Ni, Ti, Co, Cr, Mo, Nb, Mn, Si, Fe, Al and alloys containing them can be used. Moreover, what carried | supported the metal and the electroconductive substance on the surface, such as glass and ceramics, may be used. Typical examples of the conductive material include metal oxides such as ITO, ZnO, SnO 2 and TiO 2 , and carbon compounds such as carbon nanotubes and fullerenes.

極性分子としては、水、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコールなどのアルコール類、アセトン、酢酸エチルなどを利用することができる。   As polar molecules, water, alcohols such as methyl alcohol, ethyl alcohol and propyl alcohol, acetone, ethyl acetate and the like can be used.

本発明における共有結合性材料とは、化学結合様式が専ら共有結合である材料一般を示す。即ち、低分子有機化合物、高分子有機化合物、無機化合物であり、これらの化学結合様式であれば、例外なく本発明のイオン放出現象を発生させることができる。確認した中で、特にイオン放出現象が顕著な代表的化合物として、低分子有機化合物であればトリフェニルアミン、長鎖アルキル化合物、高分子有機化合物であればポリスチレン、ナイロン、ポリエステル、ポリオール、ポリカーボネート、PTFEの如きフッ素系樹脂、シリコーン樹脂、セルロースなどが挙げられる。無機化合物の例としては、6方晶窒化ホウ素に代表される硼素化合物、窒素化合物、リン化合物などが挙げられる。これらの材料を導電性基板に層形成する方法はどのような方法でも良い。可溶な溶媒に溶解した後に、塗布し乾燥する方法が簡便であるが、ポリマーであれば熱溶融して塗布することも可能である。低分子有機化合物や無機物を薄膜形成する場合は蒸着を有効に利用することができる。層の厚みは、導電性基板に直流電圧を印加した場合に、イオン放出面に同極の電荷が誘起される厚みであれば特に限定されない。絶縁性材料の場合は余り層が厚いと、誘起されなくなるため100μm以下にすることが望ましく、20μm以下がより好ましい。導電性材料の場合は厚みの影響は殆どない。   The covalent bond material in the present invention refers to a general material whose chemical bonding mode is exclusively a covalent bond. That is, it is a low molecular organic compound, a high molecular organic compound, or an inorganic compound, and the ion release phenomenon of the present invention can be generated without exception as long as these chemical bonding modes are used. Among the confirmed compounds, particularly representative compounds with a remarkable ion release phenomenon, triphenylamine, long-chain alkyl compounds, low molecular organic compounds, polystyrene, nylon, polyester, polyol, polycarbonate, Examples thereof include fluorine-based resins such as PTFE, silicone resins, and cellulose. Examples of the inorganic compound include boron compounds typified by hexagonal boron nitride, nitrogen compounds, and phosphorus compounds. Any method may be used for layering these materials on the conductive substrate. A method of applying and drying after dissolving in a soluble solvent is simple, but if it is a polymer, it can also be applied by hot melting. In the case of forming a thin film of a low molecular organic compound or an inorganic substance, vapor deposition can be used effectively. The thickness of the layer is not particularly limited as long as the same polarity of charge is induced on the ion emission surface when a DC voltage is applied to the conductive substrate. In the case of an insulating material, if the extra layer is too thick, it is not induced, so it is desirable that the thickness be 100 μm or less, and more preferably 20 μm or less. In the case of a conductive material, there is almost no influence of thickness.

イオン結合性材料とは、化学結合様式が専らイオン結合である材料一般を示す。即ち、珪酸ガラス、アルミナ、塩化カルシウムなどの無機化合物が例示される。中でも、塩構造をとるもののイオン放出が顕著である。この場合も蒸着が利用できるほか、ゾルゲル法による薄膜層形成も有効である。水に可溶な塩の場合は、水に溶解後に導電性基板上に塗布し、これを乾燥するだけで良い。この場合も、先ほどと同様に、層厚は導電性基板に直流電圧を印加した場合に、イオン放出面に同極の電荷が誘起される厚みであれば特に限定されない。ガラスのような絶縁性材料の場合は層があまり厚いと、電荷が誘起されなくなるため30μm以下にすることが望ましく、更に2μm以下がより好ましい。塩のようなイオン導電性材料の場合は厚みの影響は殆どない。   The ion-bonding material generally indicates a material whose chemical bonding mode is exclusively ionic bonding. That is, inorganic compounds such as silicate glass, alumina, and calcium chloride are exemplified. Among them, the release of ions with a salt structure is remarkable. In this case as well, vapor deposition can be used, and formation of a thin film layer by a sol-gel method is also effective. In the case of a salt soluble in water, it is only necessary to apply it on a conductive substrate after dissolution in water and dry it. In this case as well, the layer thickness is not particularly limited as long as the layer thickness is such that when a DC voltage is applied to the conductive substrate, a charge having the same polarity is induced on the ion emission surface. In the case of an insulating material such as glass, if the layer is too thick, no charge is induced, so it is desirable that the thickness be 30 μm or less, and more preferably 2 μm or less. In the case of an ion conductive material such as a salt, there is almost no influence of the thickness.

共有結合性材料の中にイオン結合性材料を分散する方法は、どのような方法でも良いが、例えばポリマーを熱溶融したあとに、イオン結合性材料を添加、混練し、イオン結合性材料を微細化し、均一分散させる方法が好ましい。あるいは、共有結合性材料はポリビニルアルコールのような常温液体であっても良いため、イオン結合性材料を細かく砕いた後に、ポリビニルアルコールに分散し、分散液を導電性基板に塗布するだけでも良い。   Any method may be used to disperse the ion-binding material in the covalent-bonding material. For example, after the polymer is melted by heat, the ion-binding material is added and kneaded so that the ion-binding material is finely divided. And a method of uniform dispersion is preferred. Alternatively, since the covalent bond material may be a room temperature liquid such as polyvinyl alcohol, the ion bond material may be finely crushed, then dispersed in polyvinyl alcohol, and the dispersion liquid simply applied to the conductive substrate.

本発明は、これまでに一般的に知られている放電現象とは全く異なる原理でイオン化が行われる。特徴は、パッシェンの法則に基づく放電開始電圧よりも低い電圧においてイオン放出を行うことができることにあり、これにより低電圧で効果的に被帯電体を帯電することができるようになる。   In the present invention, ionization is performed based on a principle completely different from a discharge phenomenon that has been generally known so far. A feature is that ion emission can be performed at a voltage lower than the discharge start voltage based on Paschen's law, whereby the object to be charged can be effectively charged at a low voltage.

パッシェンの法則(以下パッシェン則とする)では、火花放電電圧Eは気体圧Pと電極距離dの積に比例する。パッシェン則は平行平板電極を対向配置させ、均一電界を加えた際に放電開始、すなわち明確に電流が流れ出す電圧を示した実験式である。平行平板電極間に電圧を印加させた場合、パッシェン則で示される電圧まで増大させると電極間の絶縁が破壊され空気の絶縁破壊が起き、火花放電が観察される。   In Paschen's law (hereinafter referred to as Paschen's law), the spark discharge voltage E is proportional to the product of the gas pressure P and the electrode distance d. Paschen's law is an empirical formula showing the voltage at which discharge starts, that is, the voltage at which current clearly flows when parallel plate electrodes are arranged opposite to each other and a uniform electric field is applied. When a voltage is applied between the parallel plate electrodes, if the voltage is increased to the voltage indicated by the Paschen's law, the insulation between the electrodes is broken and the dielectric breakdown of the air occurs, and a spark discharge is observed.

一方、針状電極や針金上電極を用いたコロトロン、スコロトロンでは、局所的に高い電界強度が加わる不均一電界をつくり、見かけ上はパッシェン則で示される電圧より低電圧でコロナ放電を開始する。この際の電流は数〜数十μA以上であり、電流波形にピークの鋭いパルス状波形がみられる。また、電極周辺にはコロナと呼ばれる発光を生じる。見かけ上パッシェン則より低電圧で放電を開始するものの、パッシェン則を電界強度で整理し直すと、電界強度は気体によって定まる定数と電極間距離で定められ、コロナ放電開始電圧は火花放電開始電圧に比例することになる。本発明においてパッシェン則に基づく放電開始電圧とは、コロナ放電開始電圧以下と同義として使用する。   On the other hand, corotrons and scorotrons using needle-like electrodes and wire-on-wire electrodes create a non-uniform electric field to which locally high electric field strength is applied, and apparently corona discharge is started at a voltage lower than the voltage indicated by Paschen's law. The current at this time is several to several tens of μA or more, and a pulse-like waveform having a sharp peak is seen in the current waveform. Further, light emission called corona occurs around the electrodes. Although the discharge starts apparently at a lower voltage than the Paschen's law, when the Paschen's law is rearranged by the electric field strength, the electric field strength is determined by the constant determined by the gas and the distance between the electrodes, and the corona discharge starting voltage is the spark discharge starting voltage. It will be proportional. In the present invention, the discharge start voltage based on the Paschen's law is used synonymously with the corona discharge start voltage or lower.

本発明の場合、0Vを中心として、印加する電界の電圧が極端に低いと、イオン放出量が急激に減少する閾値を有し、実質的に被帯電体への帯電が起こらない非帯電領域がある。この領域は前述の測定方法で求めることができ、これを測定した結果の一例が図4となる。イオン放出面を構成する材料にも依存するが、正負の印加電圧に対し、おおよそ約400Vまではイオンの放出が見られないことが多い。従って、この場合では400V以上でなければ被帯電体を帯電させることはできないことになる。本発明では、この閾値を最低イオン放出電位(V)と呼ぶ。   In the case of the present invention, when the applied electric field voltage is extremely low, centering on 0V, there is a threshold value at which the amount of ion emission decreases sharply, and there is a non-charged region where the charged object does not substantially charge. is there. This region can be obtained by the above-described measurement method, and an example of the result of measurement is shown in FIG. Although depending on the material constituting the ion emission surface, ion emission is often not observed up to about 400 V with respect to positive and negative applied voltages. Therefore, in this case, the object to be charged cannot be charged unless it is 400 V or higher. In the present invention, this threshold is called the lowest ion emission potential (V).

電子写真方式の複写機やプリンタで使用する感光体を帯電させる場合は、プロセス上の制約から、帯電位を200Vから1200V程度の範囲に制御する必要がある。従って、オゾンやNOXの発生がなく且つ充分な帯電位を得る範囲としては、少なくとも最低イオン放出電位から放電開始電圧の間で使用する必要がある。繰り返し実験を行なった結果、放電開始電圧に対して30〜99%の範囲、好ましくは80〜95%の範囲とするのが、帯電効率面でバランスがよいことが判った。放電開始電圧を1%でも下回れば、オゾン及び放電生成物は、検出限界以下になっており、殆ど発生していないことを確認している。特にオゾンの発生は、ごく微量でも独特のオゾン臭として感知することができる。また、この範囲であれば、完全な暗所で確認しても、コロナに伴う発光は全く確認されない。   When charging a photoconductor used in an electrophotographic copying machine or printer, it is necessary to control the charging position within the range of 200V to 1200V due to process restrictions. Therefore, it is necessary to use at least between the lowest ion emission potential and the discharge start voltage as a range in which ozone and NOX are not generated and a sufficient charge level is obtained. As a result of repeated experiments, it was found that a range of 30 to 99%, preferably 80 to 95% of the discharge start voltage has a good balance in terms of charging efficiency. If the discharge start voltage is below 1%, ozone and discharge products are below the detection limit, and it is confirmed that almost no generation occurs. In particular, the generation of ozone can be detected as a unique ozone odor even in a very small amount. Moreover, if it is this range, even if it confirms in a complete dark place, the light emission accompanying a corona will not be confirmed at all.

極性分子の供給手段として用いる装置は、液体状態で直接、イオン放出面に供給する装置が利用できる。ポンプなどで送液しても良いし、イオン放出面に細孔部を設けるか、あるいは液貯蔵部から布などを経由して毛細管現象を利用して供給しても良い。さらには、液体を微粒化し噴霧し、あるいは飛散させることによっても液供給は達成できる。また、液体を一度加熱し蒸発させ、送風してイオン放出面に衝突させてもよく、この場合、超音波などを利用した公知の加湿器などを転用することもできる。   As an apparatus used as a means for supplying polar molecules, an apparatus that directly supplies the ion emission surface in a liquid state can be used. The liquid may be fed by a pump or the like, or a fine pore may be provided on the ion release surface, or may be supplied from the liquid storage part via a cloth or the like using a capillary phenomenon. Furthermore, liquid supply can also be achieved by atomizing the liquid and spraying or scattering the liquid. Alternatively, the liquid may be heated and evaporated once and then blown to collide with the ion emission surface. In this case, a known humidifier using ultrasonic waves or the like can be used.

噴霧装置を利用する場合、有極性分子の分圧を測定できるセンサを付設することが好ましい。これは、有極性分子が水の場合には湿度センサ、アルコールの場合にはアルコールセンサを用いることができる。これらのセンサの情報に基づいて、有極性分子を付与する装置の有極性分子の放出量を適度にコントロールさせることができる。   When using a spraying device, it is preferable to attach a sensor capable of measuring the partial pressure of polar molecules. When the polar molecule is water, a humidity sensor can be used, and when the polar molecule is alcohol, an alcohol sensor can be used. Based on the information of these sensors, it is possible to appropriately control the release amount of the polar molecule of the device for applying the polar molecule.

有極性分子の大気中の割合は、少なくとも0.5vol%以上、好ましくは1.0vol%以上が良い。例えば水の場合、20℃の温度の場合であれば、相対湿度で30%以上、できれば50%以上となるようにすることが好ましい。   The proportion of polar molecules in the atmosphere is at least 0.5 vol% or more, preferably 1.0 vol% or more. For example, in the case of water at a temperature of 20 ° C., the relative humidity is preferably 30% or more, preferably 50% or more.

極性分子が水の場合は、大気中に含まれる湿度(湿気)を利用することができる。この場合、イオン放出素子のイオン放出面の温度を露点温度以下にすることで、イオン放出面にミクロに結露した水によりクラスターイオンを効果的に発生させることができる。露点温度以下にする冷却方法は何でも良いが、ペルチェ素子を利用することが望ましい。導電性基板の裏側に当接設置することができるため、帯電器として利用する場合、小型化が可能となる。通常環境であれば、冬場の乾燥時でも−10℃〜−17℃まで冷却すれば、充分な水分が確保でき、極めて安定した連続駆動を達成することができる。   When the polar molecule is water, humidity (humidity) contained in the atmosphere can be used. In this case, by setting the temperature of the ion emission surface of the ion emission element to be equal to or lower than the dew point temperature, cluster ions can be effectively generated by water condensed on the ion emission surface microscopically. Any cooling method can be used to bring the temperature to the dew point temperature or lower, but it is desirable to use a Peltier element. Since it can be placed in contact with the back side of the conductive substrate, it can be miniaturized when used as a charger. If it is a normal environment, if it is cooled to −10 ° C. to −17 ° C. even during winter drying, sufficient moisture can be secured and extremely stable continuous driving can be achieved.

次に、本発明のイオン放出素子の動作及び動作条件を示す。   Next, operation and operating conditions of the ion-emitting device of the present invention will be shown.

ここで、図1に示すイオン放出素子(1)においては、直流電源(4)によって導電性基板(2)に、正負いずれかの電圧が印加される。これにより、導電性基板(2)には、印加した電圧の極性と同極性の電荷が過剰に存在することになる。更に、導電性基板(2)に層形成されたイオン放出性材料層(3)は、導電性基板(2)に接合しているため、放出性材料層表面にも、やはり印加した電圧の極性と同極性の電荷が過剰に存在することになる。これは、電圧印加状態で、イオン放出性材料層(3)の表面電位を観測することでも確認できる。正電圧印加時には正電位、負電圧印加時には負電位が観測される。この場合、イオン放出性材料層表面では、過剰な電荷は全てイオンとなっている筈であるが、この状態で極性分子がイオン放出性材料層表面近傍に多量に存在すると、過剰なイオンを包み込むように、極性分子がイオンを溶媒和する。こうして極性分子がクラスター状態になると、イオンはイオン放出性材料層からクーロン反発で離脱することになり、イオン放出することになる。   Here, in the ion emission element (1) shown in FIG. 1, a positive or negative voltage is applied to the conductive substrate (2) by the DC power supply (4). As a result, an electric charge having the same polarity as the applied voltage is excessively present in the conductive substrate (2). Furthermore, since the ion-emitting material layer (3) formed on the conductive substrate (2) is bonded to the conductive substrate (2), the polarity of the applied voltage is also applied to the surface of the emitting material layer. As a result, an electric charge having the same polarity as that is present excessively. This can also be confirmed by observing the surface potential of the ion-emitting material layer (3) in a voltage application state. A positive potential is observed when a positive voltage is applied, and a negative potential is observed when a negative voltage is applied. In this case, all of the excess charges should be ions on the surface of the ion-emitting material layer, but if a large amount of polar molecules are present in the vicinity of the surface of the ion-emitting material layer in this state, the excess ions are encapsulated. As such, polar molecules solvate ions. When the polar molecules are brought into a cluster state in this way, ions are released from the ion-emitting material layer due to Coulomb repulsion, and ions are released.

ここで、本発明においては、直流電圧は正負のいずれでも良く、それぞれの極性のクラスターイオンを発生させることができることが特徴であるといえる。カーボンナノチューブやMIS構造の電界電子放出素子では、電子しか放出させることができないことから、正荷電を放出させることは原理的に不可能である。本発明の場合、直流電圧が±400V近傍でイオン放出を始めることが多いが、これは電圧量に比例してイオン発生量が増加するためと考えられる。また、クラスターイオンを形成した後に、イオン放出材料の親和力を超えて、表面から離脱する必要があるが、これには、イオン放出層表面とのクーロン反発力を利用するため、ある程度の電荷がないと離脱ができないためと考えられる。   Here, in the present invention, the DC voltage may be either positive or negative, and it can be said that the feature is that cluster ions having respective polarities can be generated. In the field electron emission device having the carbon nanotube or the MIS structure, since only electrons can be emitted, it is impossible in principle to emit positive charges. In the case of the present invention, ion emission often starts when the DC voltage is in the vicinity of ± 400 V. This is considered to be because the amount of ion generation increases in proportion to the amount of voltage. In addition, after forming cluster ions, it is necessary to exceed the affinity of the ion-emitting material and to detach from the surface, but since this uses the Coulomb repulsive force with the surface of the ion-emitting layer, there is no charge to some extent. This is thought to be due to the inability to leave.

このように正の直流電圧を印加した場合には、正イオンが放出され、負の直流電圧を印加した場合には、負イオンがイオン放出面から放出されることになる。正イオンが放出される場合の連続駆動の安定性を示したものが図5であり、クラスターを形成するために必要な極性分子の供給が行われてさえいれば、電流の変動は殆ど見られない、非常に安定したイオン放出を行うことが可能となる。また同様に負イオンの連続駆動の安定性を示したものが図6であるが、この場合も同様である。極性により差は全く見られない。   In this way, when a positive DC voltage is applied, positive ions are emitted, and when a negative DC voltage is applied, negative ions are emitted from the ion emission surface. FIG. 5 shows the stability of continuous driving when positive ions are released. As long as the polar molecules necessary to form the clusters are supplied, there is almost no fluctuation in current. It is possible to perform very stable ion emission. Similarly, FIG. 6 shows the stability of negative ion continuous drive, but this is also the case. There is no difference due to polarity.

ここで、本発明のイオン放出素子からクラスターイオンが放出される原理について説明する。簡単にするため、イオンをプロトンとし、極性分子を水にした場合を例にする。   Here, the principle by which cluster ions are emitted from the ion emitter of the present invention will be described. For simplicity, an example is given in which ions are protons and polar molecules are water.

導電性基板に印加した正電圧は、導電性基板上に過剰の正荷電を有した状態を作ることになる。導電性基板の表面に層形成した共有結合性あるいはイオン結合性材料の表面には同様に正荷電が誘起されることになる。共有結合性あるいはイオン結合性材料の表面に誘起された正荷電が何であるかを測定することは難しいが、正イオンと考えるのが妥当であろう。なぜなら、共有結合性あるいはイオン結合性材料表面に正孔が生じるとは思えないためである。   A positive voltage applied to the conductive substrate creates a state with excessive positive charge on the conductive substrate. Similarly, a positive charge is induced on the surface of the covalent bond or ionic bond material layered on the surface of the conductive substrate. Although it is difficult to measure what is the positive charge induced on the surface of a covalent or ionic binding material, it would be reasonable to consider it as a positive ion. This is because it cannot be considered that holes are generated on the surface of the covalent bond or ionic bond material.

ここで発生した正イオンと導電性基板上の共有結合性材料あるいはイオン結合性材料との間には強いクーロン斥力が働くから、エネルギー的に見れば、空中へのイオン放出は数keVの発熱反応となる。ここでイオンが放出されないのは、イオンと共有結合性材料あるいはイオン結合性材料との間に強い親和力が働くからである。   Since a strong Coulomb repulsive force acts between the positive ions generated here and the covalently bonded material or ionic bondable material on the conductive substrate, from an energy point of view, the release of ions into the air is an exothermic reaction of several keV. It becomes. The reason why the ions are not released here is that a strong affinity acts between the ions and the covalent bond material or the ion bond material.

仮に誘起されたイオンがプロトンとすると、これと共有結合性材料あるいはイオン結合性材料との間には最大で8eV程度の親和力が働くから、電荷はクーロン力の影響を受けることなく共有結合性材料あるいはイオン結合性材料に固定されることになる。水分子のプロトン親和力は7eVの程度だから、水1分子だけではプロトンの水和は吸熱的である。しかしながらこれにさらに水分子が付加すれば1eV、もうひとつ付加すれば0.6eV、さらに一つ付加すればさらに0.4eVという具合に、小さくかつ極性が高い水分子は次々にプロトンに付加し、これを発熱的に水和することができる。   If the induced ion is a proton, an affinity of up to about 8 eV works between this and the covalent material or ionic material, so the charge is not affected by the Coulomb force. Or it will be fixed to the ion binding material. The proton affinity of water molecules is about 7 eV, so proton hydration is endothermic with only one water molecule. However, if additional water molecules are added to this, 1eV if another is added, 0.6eV if another is added, 0.4eV if another is added, and so on, small and highly polar water molecules are added to protons one after another. It can be hydrated exothermically.

プロトンの強い親和力は、付加分子への電荷非局在に拠っているから、プロトンの溶媒和は、帯電物体との親和力を遮断することとなる。このため水和プロトンは帯電物体を離脱し、クーロン斥力によって大気中に移動することとなる。このように、水分子がプロトンを包み込み、クラスターイオンとなることで、大気中へ放出されるのが、本発明のイオン化の原理である。   Since the strong affinity of protons depends on the charge delocalization to the additional molecule, the solvation of protons blocks the affinity with charged objects. For this reason, the hydrated proton leaves the charged object and moves to the atmosphere by Coulomb repulsion. In this way, the ionization principle of the present invention is that water molecules wrap up protons and become cluster ions to be released into the atmosphere.

一方金属表面からはいかなる金属であっても本発明の現象は全く発生しないが、これは金属の見かけの静的誘電率が無限大であるから、水分子による溶媒和を生じさせることがなく、結果、イオン放出がないないものと考えられる。   On the other hand, the phenomenon of the present invention does not occur at all from the metal surface, but since the apparent static dielectric constant of the metal is infinite, it does not cause solvation by water molecules, As a result, it is considered that there is no ion emission.

本発明のイオン放出の現象は、プロトン以外でも発生し、例えば水酸化イオンなどの負イオンでも発生する。また水以外の極性分子でも同様に生じさせることができ、アルコールやアセトン、酢酸エチルなど極性分子であれば何でも良い。逆にベンゼン、シクロヘキサンなどの無極性分子雰囲気下では、イオン放出現象は全く起きないことが判っている。   The phenomenon of ion release according to the present invention occurs not only with protons but also with negative ions such as hydroxide ions. In addition, polar molecules other than water can be generated in the same manner, and any polar molecule such as alcohol, acetone or ethyl acetate may be used. On the other hand, it has been found that the ion release phenomenon does not occur at all in a nonpolar molecular atmosphere such as benzene and cyclohexane.

上述したような本発明の帯電装置(1)および電子放出装置(10)は、オゾンや放電生成物の発生が全くなく長期間安定して駆動可能であることから、特に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好適に用いられる。   Since the charging device (1) and the electron emission device (10) of the present invention as described above can be driven stably for a long time without generation of ozone and discharge products, the electrophotographic copying machine is particularly suitable. It is suitably used for image forming apparatuses such as printers and facsimiles.

本発明のイオン放出素子及びそれを利用した帯電装置は、電子写真プロセスを用いた画像形成装置に用いることも可能である。その一例を図7に示す。この画像形成装置(30)には、本発明の帯電装置(10)の他に、帯電装置により一様に帯電された感光体20に光を照射して静電潜像を形成する露光部(21)、この静電潜像にトナー(22)を供給して顕在化する現像部(23)、これを記録紙に転写する転写部(24)、感光体上に残存するトナーを除去するクリーニング部(25)、転写された像の定着部(26)などが設けられる。本発明の帯電装置(10)によって帯電させることのできる感光体(20)は、従来の複写機、プリンタなどで使用されている公知のもの全てが使用でき、代表的なものとしては有機感光体(OPC)、α−Si感光体が挙げられる。   The ion-emitting device and the charging device using the ion-emitting device of the present invention can also be used in an image forming apparatus using an electrophotographic process. An example is shown in FIG. In addition to the charging device (10) of the present invention, the image forming device (30) includes an exposure unit (irradiating light to the photoreceptor 20 uniformly charged by the charging device to form an electrostatic latent image). 21) Supplying toner (22) to the electrostatic latent image and developing it (23), transferring it to recording paper (24), cleaning for removing the toner remaining on the photoreceptor A part (25), a fixing part (26) of the transferred image, and the like are provided. As the photoconductor (20) that can be charged by the charging device (10) of the present invention, all known photoconductors used in conventional copying machines, printers, and the like can be used. (OPC) and α-Si photoreceptors.

また、本発明のイオン放出素子及びそれを利用した帯電装置は、オゾンの発生が全くないことから、除電器などに利用されるイオナイザーに用いた場合でも、人体に対する影響を考慮する必要が無く、好適に用いられる。   In addition, since the ion-emitting device of the present invention and the charging device using the same have no generation of ozone, there is no need to consider the influence on the human body even when used in an ionizer used for a static eliminator, etc. Preferably used.

今回開示された実施の形態については、全て特徴を示した例示であって、これによって制限を受けるべきではないものと考える。また、クラスターイオン発生の原理に関しては、現時点で得られたデータから考えられる推定であることから、本発明の範囲はあくまで特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図されるものである。   The embodiments disclosed this time are all examples showing features, and should not be restricted thereby. In addition, since the principle of cluster ion generation is an estimation that can be considered from the data obtained at the present time, the scope of the present invention is shown only by the scope of claims, and is within the meaning and scope equivalent to the scope of claims. All changes in are intended to be included.

(実施例1〜5)
図3に示した帯電装置を用いて、イオン放出層(3)と被帯電体(11)との間隔を10mmに設定した。ここでは、電流測定を行う実験のため、被帯電体は導電性のある真鍮を用いた。
閉回路中に電流計を接続し、電流値を計測した。測定は全て、大気圧下、温度は27±1℃の範囲で行なった。実施例1〜5では、表1に示す極性分子を使用した。極性分子は、相対湿度13%RHの雰囲気に、超音波霧化器を使用し極性分子を噴霧することにより供給した。導電性基板は真鍮板を使用し、これにイオン放出材料としてPTFEを5μm層形成したものをイオン放出素子とした。導電性基板に、直流電圧−1.8KVを定電圧で印加し、連続駆動10分後に観測された被帯電体(真鍮)に流れる電流値、同じく10時間後の電流値を計測した。またこれに先立ち、最低イオン放出電圧を測定している。更に10時間連続駆動した後のイオン放出層周辺でオゾン臭がするかどうかを判定した。結果を表1に示したが、実施例1〜5のいずれも、最低イオン放出電圧は±400V程度となった。また10時間後の電流値も10分後電流値の25%以内の低下にとどまった。
(Examples 1-5)
Using the charging device shown in FIG. 3, the distance between the ion release layer (3) and the member to be charged (11) was set to 10 mm. Here, for an experiment for measuring current, the object to be charged was made of conductive brass.
An ammeter was connected in the closed circuit, and the current value was measured. All measurements were performed at atmospheric pressure and temperature in the range of 27 ± 1 ° C. In Examples 1 to 5, polar molecules shown in Table 1 were used. Polar molecules were supplied by spraying polar molecules using an ultrasonic atomizer in an atmosphere with a relative humidity of 13% RH. A brass plate was used as the conductive substrate, and a 5 μm layer of PTFE formed as an ion emission material was used as an ion emission element. A direct current voltage of −1.8 KV was applied to the conductive substrate at a constant voltage, and the current value flowing through the member to be charged (brass) observed after 10 minutes of continuous driving, and the current value after 10 hours were measured. Prior to this, the minimum ion emission voltage is measured. Further, it was determined whether or not ozone odor was generated around the ion release layer after continuous driving for 10 hours. The results are shown in Table 1. In all of Examples 1 to 5, the lowest ion emission voltage was about ± 400V. Further, the current value after 10 hours also decreased within 25% of the current value after 10 minutes.

(比較例1〜2)
前述の実施例1で用いたと同じ方法により、極性分子を非極性分子に変えた以外は全て同条件にして比較を行なった。結果を表1に示したが、比較例1、2のいずれの場合においても電流が流れることはなかった。
(Comparative Examples 1-2)
A comparison was performed under the same conditions except that the polar molecule was changed to a nonpolar molecule by the same method as used in Example 1 above. The results are shown in Table 1. In either case of Comparative Examples 1 and 2, no current flowed.

(実施例6〜17)
イオン放出材料を表2、表3に示したものに、それぞれ変更した以外は、全て実施例1で用いたのと同じ方法により行なった。但し、ここでは極性分子としては水を使用している。超音波加湿器を利用して、相対湿度を60%に制御した。結果を表2、表3に示したが、実施例13、14が約倍になったことを除き、残りの実施例では、±400V前後になった。また、この場合も10時間後の電流値が10分後電流値の25%以内の低下にとどまった。
(Examples 6 to 17)
Except that the ion-emitting materials were changed to those shown in Tables 2 and 3, respectively, the same method as used in Example 1 was used. However, here, water is used as the polar molecule. The relative humidity was controlled at 60% using an ultrasonic humidifier. The results are shown in Tables 2 and 3. In the remaining examples, except for Examples 13 and 14, which were approximately doubled, they were around ± 400V. Also in this case, the current value after 10 hours only decreased within 25% of the current value after 10 minutes.

(比較例3〜4)
前述の実施例1で用いたのと同じ方法により、イオン放出材料を金属に変えた以外は全て同条件にして比較を行なった。結果を表2に示したが、比較例3、4のいずれの場合においても電流が流れることはなかった。
(Comparative Examples 3-4)
A comparison was made under the same conditions except that the ion emitting material was changed to metal by the same method as used in Example 1 described above. The results are shown in Table 2. No current flowed in any of Comparative Examples 3 and 4.

(実施例20〜25)
イオン放出材料を表4に示したように2種類とし、イオン放出材料(A)中にイオン放出材料(B)を3wt%分散させたこと以外は、全て実施例1で用いたのと同じ方法により行なった。但し、ここでは極性分子としては水を使用している。超音波加湿器を利用して、相対湿度を60%に制御した。結果を表4に示したが、実施例25が500Vを超えた以外、残りの実施例は±400V前後になった。また、この場合も10時間後の電流値が10分後電流値の20%以内の低下にとどまった。
(Examples 20 to 25)
As shown in Table 4, there are two types of ion releasing materials, and the same method as used in Example 1 except that 3 wt% of the ion releasing material (B) is dispersed in the ion emitting material (A). Performed. However, here, water is used as the polar molecule. The relative humidity was controlled at 60% using an ultrasonic humidifier. The results are shown in Table 4. Except for Example 25 exceeding 500V, the remaining Examples were around ± 400V. Also in this case, the current value after 10 hours only decreased within 20% of the current value after 10 minutes.

(実施例26〜32)
極性分子の液供給方法を表5に示したように変更したこと以外は、全て実施例1で用いたのと同じ方法により行なった。但し、ここでは極性分子としては水を、イオン放出材料としてセルロースを使用した。実施例26では、スポイトを使って手動で水を供給した。実施例27では、これをチューブポンプに変え自動供給した。実施例28は水貯留部から麻布を経由して毛細管現象で液供給した。実施例29は超音波加湿器で湿度80%RHとなるよう制御した。実施例30は霧吹きを用いて、10分ごとに0.2ccの水をイオン放出面に吹き付けた。実施例31はペルチェ素子を導電性基板の裏側に設置し、イオン放出面の温度が−10℃となるように設定した。実施例32では、実施例31と同様であるが、温度を−5℃となるように設定した。結果を表5に示す。結果を表5に示したが、いずれも、最低イオン放出電圧は±400V程度となった。また10時間後の電流値も10分後電流値の25%以内の低下にとどまった。実施例27あるいは実施例31は、10時間後でも電流値の低下が見られず優れた安定性を示した。
(Examples 26 to 32)
All the procedures were the same as those used in Example 1, except that the polar molecule liquid supply method was changed as shown in Table 5. However, here, water was used as the polar molecule, and cellulose was used as the ion release material. In Example 26, water was manually supplied using a dropper. In Example 27, this was replaced with a tube pump and automatically supplied. In Example 28, the liquid was supplied from the water reservoir through linen through capillary action. In Example 29, the humidity was controlled to 80% RH with an ultrasonic humidifier. In Example 30, 0.2 cc of water was sprayed onto the ion emission surface every 10 minutes using a spray. In Example 31, the Peltier device was installed on the back side of the conductive substrate, and the temperature of the ion emission surface was set to −10 ° C. In Example 32, the same as Example 31, but the temperature was set to −5 ° C. The results are shown in Table 5. The results are shown in Table 5. In all cases, the minimum ion emission voltage was about ± 400V. Further, the current value after 10 hours also decreased within 25% of the current value after 10 minutes. Example 27 or Example 31 showed excellent stability with no decrease in current value even after 10 hours.

Figure 2010073356
Figure 2010073356

Figure 2010073356
Figure 2010073356

Figure 2010073356
Figure 2010073356

Figure 2010073356
Figure 2010073356

Figure 2010073356
Figure 2010073356

本発明のイオン放出素子の好ましい一例の模式的概念図である。It is a typical conceptual diagram of a preferable example of the ion emission element of the present invention. 本発明の実験において用いられたイオン放出素子と対向電極の模式的概念図である。It is a typical conceptual diagram of the ion emission element and counter electrode which were used in the experiment of this invention. 本発明の実験において用いられたイオン放出素子と対向電極の別形態の模式的概念図である。It is a typical conceptual diagram of another form of the ion emission element and counter electrode used in the experiment of this invention. 本発明の電子放出装置の大気圧中における印加電圧とイオン放出電流量との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the applied voltage in the atmospheric pressure of the electron emission apparatus of this invention, and the amount of ion emission currents. 導電性基板に正電圧を連続して印加し続けたときの経過時間に対する正イオン放出電流量の推移を示した図である。It is the figure which showed transition of the positive ion emission current amount with respect to elapsed time when a positive voltage is continuously applied to a conductive substrate. 導電性基板に正電圧を連続して印加し続けたときの経過時間に対する負イオン放出電流量の推移を示した図である。It is the figure which showed transition of the negative ion emission current amount with respect to elapsed time when a positive voltage is continuously applied to a conductive substrate. 本発明の帯電装置を利用した画像形成装置の一例の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an example of an image forming apparatus using a charging device of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 イオン放出素子
2 導電性基板
3 イオン放出性材料層
4 直流電源
10 帯電装置
11 被帯電体
12 導電性材料
20 感光体
21 露光部
22 トナー
23 現像部
24 転写部
25 クリーニング部
26 定着部
30 画像形成装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ion-emitting element 2 Conductive substrate 3 Ion-emitting material layer 4 DC power supply 10 Charging device 11 Charged body 12 Conductive material 20 Photoconductor 21 Exposure unit 22 Toner 23 Development unit 24 Transfer unit 25 Cleaning unit 26 Fixing unit 30 Image Forming equipment

Claims (6)

表面に、共有結合性あるいはイオン結合性材料のいずれかを含むイオン放出性材料が層形成された導電性基板に、正あるいは負の直流電圧を印加することにより、極性分子が溶媒和することで発生したクラスターイオンが導電性基板表面の前記共有結合性あるいはイオン結合性材料のいずれかの前記イオン放出性材料層表面から放出されることを特徴とする正あるいは負イオン放出素子。   Polar molecules are solvated by applying a positive or negative DC voltage to a conductive substrate having a surface formed with a layer of an ion-emitting material containing either a covalent bond or an ion bond material. The positive or negative ion emitting element characterized in that the generated cluster ions are released from the surface of the ion-emitting material layer of either the covalent bond or ion bond material on the surface of the conductive substrate. 表面に、共有結合性とイオン結合性の両方を含むイオン放出性材料が層形成された導電性基板に、正あるいは負の直流電圧を印加することにより、極性分子が溶媒和することで発生したクラスターイオンが導電性基板表面の前記共有結合性とイオン結合性の両方を含むイオン放出性材料層表面から放出されることを特徴とする正あるいは負イオン放出素子。   Generated by solvating polar molecules by applying a positive or negative DC voltage to a conductive substrate with an ion-emitting material layered on both surfaces and containing both covalent and ionic bonds. A positive or negative ion emitter, wherein cluster ions are emitted from the surface of the ion-emitting material layer including both the covalent bond and the ion bond on the surface of the conductive substrate. 共有結合性材料の中に、イオン結合性材料が分散してなることを特徴した、請求項2に記載のイオン放出素子。   The ion-emitting device according to claim 2, wherein the ion-bonding material is dispersed in the covalent-bonding material. 請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のイオン放出素子と、これに接触することなく対向して設置されている被帯電体とを含むことを特徴とする帯電装置。   A charging device comprising: the ion-emitting device according to any one of claims 1 to 3; and a member to be charged that is opposed to the ion-emitting device without contacting the ion-emitting device. 極性分子が大気中の水であり、イオン放出素子のイオン放出面の温度を露点温度以下にし、結露した水によりクラスターイオンを発生させることを特徴とする請求項4に記載の帯電装置。   The charging device according to claim 4, wherein the polar molecule is water in the atmosphere, the temperature of the ion emission surface of the ion emission element is set to a dew point temperature or less, and cluster ions are generated by the condensed water. 極性分子を、イオン放出素子のイオン放出面に液体で供給し、クラスターイオンを発生させることを特徴とする請求項4に記載の帯電装置。   The charging device according to claim 4, wherein polar molecules are supplied as a liquid to an ion emission surface of the ion emission element to generate cluster ions.
JP2008236893A 2008-09-16 2008-09-16 Ion emission device, and electrostatic charge device using the same Pending JP2010073356A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008236893A JP2010073356A (en) 2008-09-16 2008-09-16 Ion emission device, and electrostatic charge device using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008236893A JP2010073356A (en) 2008-09-16 2008-09-16 Ion emission device, and electrostatic charge device using the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010073356A true JP2010073356A (en) 2010-04-02

Family

ID=42204966

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008236893A Pending JP2010073356A (en) 2008-09-16 2008-09-16 Ion emission device, and electrostatic charge device using the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010073356A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018189280A1 (en) * 2017-04-12 2018-10-18 Nanopas Ab Particle purifier

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018189280A1 (en) * 2017-04-12 2018-10-18 Nanopas Ab Particle purifier

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7515851B2 (en) Electron emitter, charger, and charging method
JP4764370B2 (en) High-performance solid-state charging device with nanostructure coating
JP4877749B2 (en) Charging device, image forming apparatus, and process cartridge
JP2001250467A (en) Electron emission element using carbon nanotube, electrifier and image recorder
JPH07325460A (en) Member charging device and xerographic printing apparatus
US6728501B2 (en) Charger and process cartridge using the same
JP4890906B2 (en) Charge applying device and image forming apparatus using the same
EP0590840B1 (en) Corona generating device
JP3863222B2 (en) Charging apparatus and electrostatographic printing apparatus
JP2010073356A (en) Ion emission device, and electrostatic charge device using the same
US7317285B2 (en) Electron emission device having cleaning function
JP4976035B2 (en) Charging device, process cartridge, and image forming apparatus
JP5289834B2 (en) Charging control device, charging device and image forming apparatus
JP2001356568A (en) Electrifying device and device for image formation
JP2003295583A (en) Electrostatic charging member, method for forming surface of electrostatic charging member, electrostatic charging device, and image forming apparatus
JP2008181703A (en) Manufacturing method and manufacturing device of fuel cell electrode
JP2008151970A (en) Electrifying method, electrifying device and image forming apparatus
JP2003140444A (en) Charging device and image forming apparatus using charging device
JP2002278219A (en) Body to be electrified, device and method for image forming and method for manufacturing electrifying device
US9201332B2 (en) Charger, ion generator, image forming apparatus, and process cartridge
JP2008159431A (en) Ion-generating electrode, ion-generating device, and method for generating ions
JPH02251866A (en) Contact electrifying method for amorphous silicon photosensitive body
JP2002258585A (en) Cleaning method for electrifying device and electrifying device
JP2002278217A (en) Device and method for contact electrifying, image forming device, and process cartridge
JPH09179377A (en) Electrifying device and electrostatic printing device