DE2245679A1 - Koronagenerator-system - Google Patents

Description

Patentanwälte

Dipl.-Ing. A. Grünecker

Dr.-Ing. H. Kinkeldw

Dr.-Ing. W. Stockmair

S München 22, Maximiliansir. 43

'· · tasep. κ

XEROX CORPORATION
Xerox Square

Rochester, New York 14-603 USA'

Koronagenerator-System

Die vorliegende Erfindung "bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Koronagenerators und auf eine Vorrichtung zum Auf- oder Umladen einer Fotowiderstandsschicht, insbesondere für die Xerografie, mit einem Koronageneratordraht und einer daran angeschlossenen elektrischen Energiequelle zum Erzeugen einer Korona-Entladung an dem Draht.

Insbesondere 'in der Xerografie ist es wichtig, auf einer JOtowiderstandsfläche eine gleichförmige elektrische Ladung zu bewirken. Hierfür sind viele Verfahren und Vorrichtungen vorgeschlagen worden, wofür die US-PS 2 836 725 (Vyverberg) als Beispiel genannt sei. Bei der dort "beschriebenen Anordnung wird eine drahtförmige Elektrode, die von einer an Masse liegenden, elektrisch leitenden Abschirmung umgeben ist, neben einer gleichfalls mit Masse verbundenen Aufnahmeflache angeordnet. An den Draht ist eine Hochspannungsquelle angeschlossen, so daß eine Korona-Entladung entsteht, wenn der Generator so nahe an der Fotowiderstands-Fläche angeordnet wird, daß die Größe des

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Generatorfeldes ausreicht, um die Luft in dem trennenden Spalt Ms zum elektrischen Diirchbruch zu ionisieren. Der Koronageneratorstrom zu der an Masse liegenden Aufnahmefläche wird infolgedessen von Ladungsionen begleitet_t welche auf der Aufnahmefläche auftreffen und deren Potential auf einen verhältnismäßig hohen Betrag bringen. In der Xerografie hat es Eich herausgestellt, daß eine gleichmäßige Wiedergabequali.tät nur zu erzielen ist, wenn die Fotowiderstands-Fläche jeweils ein gleichmäßiges, konstantes Ladungspotential erhält. Bei vielen automatischen Kopiermaschinen wird ein Koronagenerator mit einem einzelnen Draht benutzt. Die Wirksamkeit einer solchen auch als "Corotron" bezeichneten Vorrichtung hängt von zahlreichen Faktoren ab, darunter vom Luftspalt zwischen dem Draht und der Aufnahmefläche, der Beschaffenheit bzw. den Eigenschaften des Generatordraht-Materials, dem Durchmesser und anderen physikalischen Eigenschaften des Drahtes und auch von der Energiemenge, die dem Koronagenerator zugeführt wird. Die meisten Corotrons wurden bisher mit Platin oder einem anderen Edelmetall konstruiert, weil diese Werkstoffe die Eigenschaft besitzen, die Abgabe eines gleichförmigen, konstanten Ladestroms während langer Zeiträume zu gewährleisten. Es ist jedoch ungünstig, daß die herkömmlichen "Vorrichtungen aufgrund ihres Aufbaues in Fertigung und Instandhaltung gleichermaßen teuer waren.

Es ist ein wichtiges Ziel der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und mit wirtschaftlichen Mitteln einen einfachen Koronagenerator zu schaffen, bei dem billigere, jederzeit verfügbare Werkstoffe Verwendung finden und der neben einem stabilen Ausgang eine hohe Lebens- bzw. Nutzungsdauer hat.

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Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Oberfläche eines Wolfram-Drahtes von gleichförmigem Durchmesser von Fremdstoffen gereinigt und an Luft "bei einer Temperatur oxydiert wird, welche über, der Betriebstemperatur des Generators liegt, so daß dieser mit einer kontinuierlichen und beständigen Beschichtung versehen wird. Der Draht kann einen Durchmesser zwischen etwa 75 "und 160 um haben. Vorzugsweise findet die Oxidation an.Luft bei einer Temperatur von.wenigstens 600 ⁰C statt, wobei man den Draht während etwa 10 Min. erhitzt und eine Oxidschicht von etwa 0,5 bis 3»5 um Dicke bildet. Letztere kann WOp, V/0-, und/oder '

18 4-9 enthalten; sie soll auf der Oberfläche des Drahtes glatt und ohne Unterbrechung angeordnet sein".

Eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art ist nach der Erfindung so ausgestaltet, daß zum Erzielen eines im wesentlichen gleichförmigen Korona-Ausganges innerhalb des Generator-Arbeitsbereichs der Koronageneratordraht aus VJoIfram mit einer Oxidschicht besteht _v die unter den Betriebsbedingungen des Generators beständig ist. ■ - ■

Zweckmäßig ist der Generator von einer Abschirmung im wesentlichen umschlossen, die eine axial fluchtende Öffnung hat, durch welche die Korona-Entladung auf die lOtowiderstandsschicht zu gerichtet ist, wobei die aus elektrisch leitendem Material bestehende Abschirmung an Masse- bzw. Erdpotential liegt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat der Wolfram-Draht einen Durchmesser zwischen etwa 75 und 160 um, und er trägt eine Oxidschicht von etwa 0,5 bis 3,5 pm Dicke, die VO^, WO, und/

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oder V^iqCLq enthält.

Unter der Werkstoffangabe "Wolfram" werden im Rahmen vorliegender Erfindung Materialien auf Wolfram-Basis verstanden.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Deren einzige Figur zeigt in schematisierter Schrägansicht einen Teil eines erfindungsgemäßen Koronagenerators und einer xerografischen Aufnahmefläche.

Man erkennt aus der Zeichnung, daß zum Aufbringen einer elektro-

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statischen Ladung auf der Oberfläche eines beweglichen Fotowiderstands-AufZeichnungsmaterials ein Koronagenerator vorgesehen ist, der einen Generatordraht nach der Erfindung enthält. Ein Xerografieträger 10, der in herkömmlicher V/eise als Zwischenträger oder Trommel ausgebildet sein kann, weist eine Fotowider stands-Isolierschicht 11 auf einer mit Masse verbundenen, leitenden Unterlage 12 auf. Der Zwischenträger 10 ist auf einer vorgegebenen Bewegungsbahn in Richtung des eingezeichneten Pfeils bewegbar. Oberhalb der Zwischenträgerfläche ist ein allgemein mit 15 bezeichneter Koronagenerator angeordnet, mit dem auf der Zwischenträgerfläche eine elektrische Ladung ,erzeugbar ist, während diese sich in der angegebenen Richtung bewegt. Der Koronagenerator 15 weist eine Abschirmung 17 auf, die einen Generatordraht 19 oder mehrere Generatordrähte im wesentlichen umschließt. Die Abschirmung 17 besteht vorzugsweise aus einem elektrisch leitfähigen Material und ist mit Massepotential verbunden. Gegenüber der Zwischenträgerfläche ist im Boden, der Abschirmung 17 ein Schlitz bzw. eine Öffnung 20 ausgebildet, die

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einen Durchgang für einen Ionenstrom bildet, der beim Entladungsvorgang des Generators auf die sich bewegende Zwischenträgerfläche gerichtet wird und dort auftritt. Weitere Einzelheiten über einen solchen Koronagenerator können beispielsweise aus der obengenannten US-PS 2 836 725 entnommen werden.

Der Koronageneratordraht 19 ist mittels einer elektrischen Verbindung 21 an eine Hochspannungsquelle 23 angeschlossen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt der Koronadraht 19 unmittelbar am Pluspol der Spannungsquelle. 23, so daß an der Zwischenträgerfläche ein positiver lonenstrom auftritt. Es ist jedoch auch die entgegengesetzte Anordnung möglich, um eine negative Entladung zu erzielen.

Die Konstruktion ist so .getroffen, daß der Koronagenerator 15 einen Generatordraht 19 hat, dessen Durchmesser etwa 75 bis 160 um beträgt und der aus Hochqualitäts-Wolfram mit einer Reinheit von wenigstens. 99,95 % besteht. Vorzugsweise hat der Draht eine Festigkeit von wenigstens 200 kp/mm . Beim Test gemäß der ASTM-Methode "I¹ 219 (1) läßt sich der Draht unter Verwendung · eines Kreuzkopfes mit einer Geschwindigkeit von etwa. 4,5 cm/min, über eine Länge von etwa 25 cm pm 1,4- % dehnen.

Normalerweise zeigt ein Koronagenerator mit einem reinen Wolfram-Draht dieser Art zunächst außerordentlich gute Koronagenerator-Eigenschaften. Nach sehr kurzer Betriebsdauer läßt jedoch die Gleichmäßigkeit des Ausganges .nach, so daß die Verteilung und die Intensität der von dem Draht erfolgten Korona-Entladung unregelmäßig wird und der Generator Anzeichen der baldigen elektrischen Zerstörung zeigt. Es wird angenommen, daß

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diese kurze Nutzungsdauer auf zufällige und ungleidtaöäßig verteilte Wolfram-Oxide zurückzuführen ist, die sich auf deir
Drahtoberfläche bei verhältnismäßig niedriger Betriebstemperatur bilden. Diese bei niedrigen Temperaturen entstandenen. Oxide erweisen sich als metastabil und bewirken daher, daß der Generator instabile Entladungen erzeugt. Ein weiterer Nachteil besteht in den mechanischen Eigenschaften solcher bei niedriger Temperatur erzeugten Oxide, die vom Draht umeigerlich in einer nicht
kontrollierbaren Weise abplatzen und dadurch die auftretenden
Schwierigkeiten noch vergrößern.

Die Nachteile der herkömmlichen Wolfram-Draht-Koronageneratoren werden durch die Erfindung vollständig überwunden. Sie schafft
einen Generator, der in der Herstellung billig ist, eine extrem lange Nutzungsdauer hat und einen äußerst gleichmäßigen,
stabilen Ausgang während der gesamten Lebenszeit gewährleistet. Um dieses überraschende Ergebnis zu erzielen, wird der Generatordraht nach der Erfindung so behandelt, daß er eine äußerst
glatte, gleichmäßige und zähe Beschichtung erhält, die während
der gesamten.Nutzungsdauer des Generators 15 im wesentlichen
stabil bleibt.

Für die Herstellung dieses. Generators wird ein praktisch reiner Wolfram-Draht mit den obenerwähnten Eigenschaften an seiner
Oberfläche von Fett und Fremdstoffen chemisch gereinigt. Außerdem wird die Drahtspannung verringert. Hierfür eignet sich jedes herkömmliche, bisher bereits benutzte Verfahren. Dann kommt der Draht in einen elektrischen Ofen, in dem die Luft auf eine
Temperatur oberhalb von 600 ⁰C erhitzt värd. Ein Draht Bit einem

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Durchmesser von z.B. etwa 89 pm wird bei einer derartigen Erhitzung während etwa 10 Mn. mit einer Oxidbeschichtung versehen, die zwischen etwa 1,5 und 3?5 ψ& dick ist. Die Analyse solcher Überzüge zeigt, daß sie aus Hochtemperatur-Oxiden bestehen, welche WO2, WO, und w^gO^a enthalten. Es hat sich gezeigt, daß Generatordrähte, welche auf diese Weise hergestellt wurden, eine äußerst stabile Beschichtung haben, die eine Änderung der physikalischen Eigenschaften des Drahtes bei der Betriebstemperatur verhindert und einen extrem stabilen Ausgang sowie eine lange Nutzungsdauer sicherstellt. Die in dieser Weise gebildete Hochtemperatur-Oxidbeschichtung ist verhältnismäßig zähe und auch gut beständig gegen leichtes Schaben oder Kratzen mit metallischen Gegenständen. Ein Abplatzen der Beschichtung tritt nur auf, wenn der Generatordraht bleibend verformt oder geknickt wird. Es ist aber ohne weiteres möglich, den Draht z.B. um einen Stab von etwa 6,35 um Durchmesser zu biegen, ohne daß die Beschichtung im geringsten beeinträchtigt wird.

Zur Prüfung der Eigenschaften des erfindungsgemäßen Koronagenerators wurde ein Testaufbau.'hergestellt, mit dem sich der Generatorausgang unter Vergleich mit ähnlichen, aus anderen Materialien bestehenden Generatoren ermitteln ließ. Der Testaufbau bestand im wesentlichen aus einem drehbar gelagerten, an Masse liegenden xerografischen Zwischenträger von Trommelgestalt, neben dem eine Drahthalterung angebracht war, welche quer zur Trommeloberfläche einen Koronadrahtgenerator halterte. Dieser Generatordraht war an eine Hochspannungsquelle elektrisch angeschlossen und in solchem Abstand zur Trommeloberfläche angebracht, daß das Corotron mit einem Ladestrom von etwa 325 pA. auflud. Um die Trommel herum war ein dünner Messingstreifen

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schraubenförmig gewickelt, mit dem der Strom zwischen dem Generatordraht und der nicht abgedeckten Oberfläche der Zwischenträgertrommel kontinuierlich gemessen wurde, während die Trommel sich unter dem Generator wegbewegte. Der Messingstreifen wurde mittels eines Schleifringes elektrisch nach außen geführt an einen Schreiber, dessen Schreibgeschwindigkeit etwa 25 mm/s betrug. Bei diesen Betriebsbedingungen wurde zunächst ein Strom von etwa 50 uA an der nicht abgedeckten Zwischenträgerfläche registriert, und die Amplitude der Stromabweichung von diesem Anfangsstrom wurde grafisch aufgezeichnet .

In den Testaufbau wurde ein wärmebehandelter Wolfram-Draht eingesetzt und während eines Zeitraums von etwa 250 h fortgesetzt im Betrieb gehalten. Die periodische Aufzeichnung des Stroms an der nicht abgedeckten Zwischenträgerflache zeigt, daß der Ausgang des wärmebehandelten Koronagenerators im Zeitraum der Prüfung verhältnismäßig stabil und unveränderlich blieb. Im Anschluß an diese Prüfung wurde ein zweiter Koronagenerator mit unbehandeltem Wolframdraht, dessen Abmessungen dem zuvor geprüften Draht entsprachen, in den Aufbau eingesetzt, Nach Inbetriebnahme und ungefähr 25 Min. Strombelastung erzeugte der Generator mit unbehandeltem Wolfram-Draht bereits einen ungleichmäßigen, unstabilen Ausgang und danach kam es bei diesem Generator fortgesetzt zu elektrischen Ausfällen.

Außerdem wurde eine Vergleichsprüfung an einem wärmebehandelten Wolfram-Generator einerseits und einem Platin-Generator mit ähnlichen physikalischen Eigenschaften vorgenommen. Die Drähte wurden jeweils in dem Prüfaufbau so eingesetzt, daß an der

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unbedeckten Zwischeut rager- "bzw. Trommel oberfl äche der gleiche Koronaausgangsstrom auftrat. Fach 256 h kontinuierlichen Betriebes ließen sich keinerlei Unterschiede in der Leistung des Platindrahtgenerators und Jener des mit wärmebehandeltem Wolframdraht versehenen Generators unterscheiden.

Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile der Erfindung,, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

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Claims (11)

Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellen eines Korona-Generators, insbesondere für die Xerografie, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche eines Wolfram-Drahtes von gleichförmigem Durchmesser von Fremdstoffen gereinigt und an Luft bei einer Temperatur oxidiert wird, welche über der Betriebstemperatur des Generators liegt, so daß dieser mit einer kontinuierlichen und beständigen Beschichtung versehen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der Draht einen Durchmesser zwischen etwa 75 und 160 um hat.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidation an Luft bei einer Temperatur von wenigstens 600 ⁰C stattfindet.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch ge kennzeichnet, daß der Draht während etwa 10 Min. erhitzt und eine Oxidschicht von etwa 0,5 bis 3_?5 gebildet wird.

5· Verfahren nach !wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidschicht

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>, WO^ und/oder W^oO^q enthält.

6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 "bis 5_? dadurch- g e k e η η ζ ei c h η e t, daß die Oxidschicht auf der Oberfläche des Drahtes glatt und ohne Unterbrechnung angeordnet ist. .

7') Vorrichtung zum Auf- oder Umladen einer Potowiderstandsschicht, insbesondere für die· Xerografie, mit einem Korona-Generatordraht und einer daran angeschlossenen elektrischen Energiequelle zum Erzeugen einer Korona-Entladung an dem Draht, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzielen eines im wesentlichen gleichförmigen Korona-Ausganges innerhalb des Generator-Arbeitsbereichs der Korona-Generatordraht (19) aus Wolfram mit einer Oxidschicht besteht, die unter den Betriebsbedingungen des Generators (15) beständig ist. -

8. Vorrichtung nach Anspruch 7? dadurch g e k e η η ζ ei c h n e t, daß der Generator (15) von einer Abschirmung (17) im wesentlichen umschlossen ist, die eine axial fluchtende Öffnung (20) hat, durch welche die Korona-Entladung auf die Potowiderstandsschicht (11) zu gerichtet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die aus elektrisch leitendem Material bestehende Abschirmung (17) an Masse- bzw. Erdpotential liegt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9? dadurch gekennz e i-chn e t, daß der Wolfram-Draht (19) einen

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Durchmesser zwischen etwa 75 und 160 um hat und eine Oxidschicht von etwa 0,5 Ms 3₅5 um Dicke trägt.

11. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 7 *>is 10,

dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidschicht , WO, und/oder W^qO^q enthält.

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