DE2245679C3 - Verfahren zum Herstellen eines Koronaentladungsdrahtes - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Koronaenlladungsdrahtcs aus Wolfram für eine Koronaentladungseinrichtung zum gleichförmigen Auf- oder Umladen eleklrofotografischer Schichten.

Insbesondere in der Elektrofotografie ist es wichtig, auf eine fotoleilfähige Fläche eine gleichförmige elektrische Ladung aufzubringen. Hierfür wurden viele Verfahren und Vorrichtungen vorgeschlagen, wie sie z. B. in der US-PS 28 36 725 beschrieben sind. 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 Fläche angeordnet. An den Koronaentladungsdraht ist eine Hochspannungsquelle angeschlossen, so daß eine Koronaentladung entsteht, wenn die Anordnung so nahe an der fotoleilfähigen Fläche angeordnet wird, daß die Größe des elektrischen Feldes ausreicht, um die Luft in dem trennenden Zwischenraum bis zum elektrischen Durchbruch zu ionisieren. Der Koronaentladungsstrom zu der an Masse liegenden Fläche wird infolgedessen von Ladungsionen begleitet, die auf der Fläche auftreffc-u und deren Potential auf einen verhältnismäßig hohen Betrag bringen. In der Elektrofotografie hat sich herausgestellt, daß eine gleichmäßige Wiedergabequalität nur zu erzielen ist, wenn die fotoleitfähige Fläche jeweils ein gleichmäßiges, konstantes Ladungspotential erhält. Bei vielen automatischen Kopiermaschinen wird eine Koronaentladungsvorrichtung mit einem einzelnen Draht benutzt. Die Wirksamkeit einer solchen Vorrichtung hängt von zahlreichen Faktoren ab, darunter vom Luftspalt zwischen dem Draht und der aufzuladenden Fläche, der Beschaffenheit bzw. den Eigenschaften des Drahtmaterials, dem Durchmesser und anderen physikalischen Eigenschaften des Drahtes und auch von der Energiemenge, die der Koronaentladungsvorrichtung zugeführt wird. Die meisten derartigen Vorrichtungen wurden bisher mit Drähten aus Platin oder einem anderen Edelmetall ausgestattet, weil diese Werkstoffe die Abgabe eines gleichförmigen, konstanten Ladesironis während langer Zeiträume gewährleisten. Es ist jedoch ungünstig, daß die herkömmlichen Vorrichtungen aufgrund ihres Aufbaus in Fertigung und Instandhaltung gleichermaßen teuer sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines Koronaentladungsdrahtes anzugeben, der vorteilhaft in einer Koronaentladungsvorrichtung einzusetzen ist.

Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Wolframdraht von Fremdstoffen gereinigt und auf seiner Oberfläche durch Oxidation an Luft bei einer Temperatur von werigstens 600⁰C während etwa 10 Minuten eine Wolframoxidschicht von 1,5 bis 3,5 μηι gebildet wird. Letztere kann WO2, WO3 und/oder Wt₈Oo enthalten; sie soll auf der Oberfläche des Wolframdrahtes glatt und ohne Unterbrechung vorliegen.

Erfindungsgemäß weist eine Koronaentladungsvorrichtung als Entladungselektrode einen gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 hergestellten Wolframdraht mit einem Durchmesser zwischen 75 und 160 μπι und eine Wolframoxidschicht von 1,5 bis 3,5 μΐη Dicke auf, die vorzugsweise WÜ2, WOj und/oder WjgO« enthält.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figur zeigt in schematisierter Schrägansicht einen Teil einer Koronaentladungsvorrichtung und einer fotoleitfähigen Fläche.

Aus der Zeichnung ist zu erkennen, daß zum Aufbringen einer elektrostatischen Ladung auf der Oberfläche einer beweglichen fotoleitfähigen Fläche eine Koronaentladungsvorrichtung vorgesehen ist, die einen Entladungsdraht enthält. Eine elektrofotografische Bildplatte 10, die in herkömmlicher Weise als Aufzeichnungsträger oder Trommel ausgebildet sein kann, weist eine fotoleitfähige Schicht Jl auf einer mit Masse verbundenen leitenden Unterlage 12 auf. Die Bildplatte 10 ist auf einer vorgegebenen Bewegungsbahn in Richtung des eingezeichneten Pfeils bewegbar.

Oberhalb der Bildplatte ist eine mit 15 bezeichnete Koronaeniladungsvorrichtung angeordnet, mit der auf der Bildplatte eine elektrische Ladung erzeugbar ist. während diese sich in der angegebenen Richtung bewegt. Die Koronaentladungsvorrichtung 15 weist eine Abschirmung 17 auf. die einen oder mehrere Wolframdrähte 19 im wesentlichen umschließt. Die Abschirmung 17 besteht vorzugsweise aus einem elektrisch leitenden Material und ist mit Massepotenlial verbunden. Gegenüber der Bildplatte ist im Boden der Abschirmung 17 ein Schlitz b/w. eine Öffnung 20 ausgebildet, die einen Durchgang für einen loncnstmm bildet, der beim F.ntladungsvorgang auf die sich bewegende Bildplatte gerichtet wird und dort aufirifft. Weitere Einzelheiten einer solchen Koronaentladiings vorrichtung können beispielsweise der genannten US-PS 28 36 725 entnommen werden.

Die Koronaeniladungsvorrichtung 19 ist mittels einer elektrischen Verbindung 21 an eine Hochspunnungsquclle 23 angeschlossen. Bei einer bevorzugten Ausfiihrungsform liegt der Koronacntladungsdraht 19 unmittelbar am Pluspol der Spannungsquelle 23, so daß auf der Bildplatte ein positiver lonenstrom auftrifft. Es ist jedoch auch die entgegengesetzte Anordnung möglich.

um eine negative Entladung zu erzielen.

Die Konstruktion ist so getroffen, daß die Koronaentladungsvorrichtung 15 einen Koronaentladungsdraht 19 hat, dessen Durchmesser etwa 75 bis 160 μιη beträgt und der aus Hochqualitäts-Wolfram mit eine; Reinheit von wenigstens 99.95% besteht Vorzugsweise hat der Wolframdraht eine Festigkeit von wenigstens 200 kp/mm^. Beim Test gemäß der ASTM-Methode F 219 (1) läßt sich der Draht unter Verwendung eines Kreuzkopfes mit einer Geschwindigkeit von etwa 4,5 cm/min über eine Länge von etwa 2b cm 1,4% dehnen.

Normalerweise zeigt eine Koronaentladungsvorrichtung mit einem reinen Wolframdraht dieser Art zunächst außerordentlich gute Koronaentladungseigenschäften. Nach sehr kurzer Botriebsdauer läßt jedoch die Gleichmäßigkeit der Ausgangsleistung nach, so daß die Verteilung und die Intensität der von dem Wolframdraht erfolgten Koronaenlladung unregelmäßig wird und die Koronaentladungsvorrichtung Anzeichen der baldigen elektrischen Zerstörung zeigt. Es wird angenommen, daß diese kurze Nutzungsdauer auf zufällige und ungleichmäßig verteilte Wolframoxide zurückzuführen ist, die sich auf der Drahtoberfläche bei verhältnismäßig niedriger Betriebstemperatur bilden. Diese bei niedrigen Temperaturen entstandenen Oxide erweisen sich als metastabil und bewirken, daß die Koronaentladungsvorrichtung instabile Entladungen erzeugt. Ein weiterer Nachteil besteht in den mechanischen Eigenschaften solcher bei niedriger Temperatur erzeugten Oxide, die vom Draht unweigerlich in einer nicht kontrollierbaren Weise abplat/en und dadurch die Auftretenden Schwierigkeiten noch vergrößern.

Die Nachteile der herkömmlichen Wolframdraht-Koronaentladungsvorrichtungen werden durch das neue Verfahren vollständig überwunden. IZs ermöglicht eine Koronaentladungsvorrichtung, die in der Herstellung billig ist, eine extrem lange Nutzungsdauer hat und eine äußerst gleichmäßige, stabile Ausgangsleistung während der gesamten Lebensdauer gewährleistet. Dm dieses überraschende Ergebnis zu erzielen, wird der Wolframdraht nach dem neuen Verfahren so behandelt, daß er eine äußerst glatte, gleichmäßige und zähe Beschichtung erhält, die während der gesamten Nutzungsdauer der Koronaentladiingsvorrichtung 15 im wesentlichen stabil bleibt.

Für die Herstellung dieser Koronaenlladungsvorrichlung wird ein praktisch reiner Wolframdraht mit den obenerwähnien Eigenschaften an seiner Oberfläche von Feit und Frenidstoffen chemisch gereinigt. Außerdem wird die Drahtspannung verringert. Hierfür eignet sich jedes herkömmliche Verfahren. Dann kommt der Wolframdraht in einen elektrischen Ofen, in dem die Luft auf eine Temperatur oberhalb von 600⁰C erhitzi wird. Ein Wolframdraht mil einem Durchmesser von /.. R. etwa 89 μιη wird bei einer deniriigen Erhitzung während etwa 10 Minuten mil einer Oxidbeschichtung versehen, die zwischen etwa 1.5 und 3,5 μιη dick ist. Die Analyse solcher Überzüge zeigt, d;iH sie aus Hochtcmperaiur-Oxiden bestehen, wc. :u. WO;, WO₁ und WmO₄Ii enthalten. Es. hat sich gezeigt, daß Wolframdrähte, welche auf diese Weise hergestellt wurden, eine äußerst stabile Beschichtung haben, die eine Änderung der physikalischen Eigenschaften des Wolframdrahtes bei der Bctriebstemperiilur verhindert und eine extrem stabile Ausgangsleistung sowie eine lange Nutzungsdauer sicherstellt Die in dieser Weise gebildete Hochtemperatur-Oxidbeschichtung ist verhältnismäßig zäh und auch gut beständig gegen leichtes Schaben oder Kratzen mit metallischen Gegenständen. Ein Abplatzen der Beschichtung tritt nur auf, wenn der Wolframdraht bleibend verformt oder geknickt wird. Es ist aber ohne weiteres möglich, den Draht z. B. um einen Stab von eiwa 6,35 mm Durchmesser zu biegen, ohne daß die Beschichtung im geringsten beeinträchtigt wird.

Zur Prüfung der Eigenschaften der neuen Koronaentladungseinrichtung wurde ein Testaufbau hergestellt, mit dem sich die Ausgangsleistung irr. Vergleich mit ähnlichen, mit anderen Drahtmaterialien ausgerüsteten KoronaentladungS"orrichtungen ermitteln ließ. Der Testaufbau bes'and im wesentlichen aus einem drehbar gelagerten, an Masse liegenden elektrofotografischen trommeiförmigen Aufzeichnungsträger, neben dem eine Drahthalterung angebracht war, welche quer zur Trommeloberfläche einen Koronaentladungsdraht halterte. Dieser Koronaenladungsdraht war an eine Hochspannungsquelle elektrisch angeschlossen und in solchem Abstand zur Trommeloberfläche angebracht, daß die so gebildete Koronaentladungseinrichtung mit einem Ladestrom von etwa 325 μΑ arbeitet. Um die Trommel herum war ein dünner Messingstreifen schraubenförmig gewickelt, mit dem der Strom zwischen dem Koronaenlladungsdraht und der nicht abgedeckten Oberflüche der Trommel kontinuierlich gemessen wurde, während die Trommel sich unter dem Koronaentladungsdraht wegbewegte. Der Messingstreifen wurde mittels eines Schleifringes elektrisch nach außen an einen Schreiber geführt, dessen Schreibgeschwindigkeit etwa 25 mm/s betrug. Bei diesen Betriebsbedingungen wurde zunächst ein Strom von etwa 50 μΑ an der nicht abgedeckten Zwischenträgerfläche registriert, und die Amplitude der Stromabweichung von diesem Anfangsslrom wurde grafisch aufgezeichnet.

In den Testaufbau wurde ein wärmebehandelier Wolframdraht eingesetzt und während eines Zeitraums von etwa 250 h im Betrieb gehalten. Die periodische Aufzeichnung des Stroms an der nicht abgedeckten Zwischenlrägerftäche zeigt, daß die Ausgangsleistung des wärmebehandellen Koronaentladungsdrahtes im Zeitraum der Prüfung verhältnismäßig stabil und unveränderlich blieb. Im Anschluß an diese Prüfung wurde eine zweite Koronaentladungsvorrichtung mit unbehandeltem Wolframdraht, dessen Abmessungen dem zuvor geprüften Wolframdraht entsprachen, in den Aufbau eingesetzt. Nach Inbetriebnahme und ungefähr 25 Minuten Strombelastung erzeugte die Koronaentladungsvorrichtung mit unbehandeltem Wolframdraht bereits eine ungleichmäßige, unstabile Ausgangsleistung und danach kam es bei dieser Koronaentladungsvorrichiung fortgesetzt zu elektrischen Ausfällen.

Außerdem wurde eine Vergleichsprüfung an einem wärmebehandelten Wolframdraht einerseits und einem Platindraht mit ähnlichen physikalischen Eigenschaften vorgenommen. Die Drähte wurden jeweils in dem Prüfaufbau so eingeselzt, daß an der unbedeckten Zwischenträger- bzw. Trommeloberfläche der gleiche KoronHontladungsstrom auftrat. Nach 256 h kontinuierlichen Betriebes ließen sich keinerlei Unterschiede in der Leistung des Platindrahtes und jener des wärmebehandellen Wolframdrahtes feststellen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Koronaentladungsdrahtes aus Wolfram für eine Koronaentladungseinrichtung zum gleichförmigen Auf- oder Umladen elektrofotografischer Schichten, dadurch gekennzeichnet, daß der Wolframdraht von Fremdstoffen gereinigt und auf seiner Oberfläche durch Oxidation an Luft bei einer Temperatur von wenigstens 600⁰C während etwa 10 Minuten eine Wolframoxidschicht von 1,5 bis 3,5 μπι gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wolframdraht einen Durchmesser zwischen 75 und 160 μπι hat

3. Koronaentladungsvorrichtuug mit einem Koronnentladungsdraht aus Wolfram als Entladungselektrode, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladungsdraht gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 hergestellt ist und einen Durchmesser zwischen 75 und 160μΐη hat und eine Wolframoxidschicht von 1,5 bis 3,5 μΐη aufweist

4. Koronaentladungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidschicht des Entladungsdrahtes WO2, WO3 und/oder Wi₈O₄₉ enthält.