DE2362915A1

DE2362915A1 - Negative koronaentladungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2362915A1
Application number: DE2362915A
Authority: DE
Inventors: Ronald Eugene Bingham; Ii Thomas Frederick Cecil; Guido Galli; Ky Lexington; Gereon Elmer Poquette
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1972-12-20
Filing date: 1973-12-18
Publication date: 1974-07-04
Also published as: GB1417288A; JPS507539A; US3789278A; JPS5326971B2; IT1001103B; FR2211684A1; BE808897A; DE2362915B2; SE386988B; FR2211684B1; CA1051505A

Description

Böblingen, den 17. Dezember 1973 hz/se

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N. Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: LE 972 027

Negative Koronaentladungsvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine negative Koronaentladungsvorrichtung mit beschichteter Elektrode, die einen Kern mit zumindest leitfähiger Oberfläche enthält.

Bei den bekannten elektrostatischen Druck- oder Kopiergeräten wird eine Koronaerζeugungsvorrichtung mit einer Koronaentladungselektrode benutzt, um positive oder negative Ladungen auf die photoleitfähige Schicht vor der Belichtung mit der zu kopierenden Vorlage aufzubringen. Bei der Belichtung wird dann die photoleitfähige Schicht entsprechend dem Lichtmuster entladen, so daß auf diese Weise ein elektrostatisches latentes Bild entsteht, das anschließend mit elektrostatischem Entwicklermaterial entwikkelt und sichtbar gemacht wird.

Bei positiven Koronaentladungsvorrichtungen, die eine metallische Drahtelektrode zum Laden benutzen, ist die resultierende positive Ladung auf der photoleitfähigen Schicht relativ gleichmäßig aufgrund der gleichmäßigen positiven Koronaemission der Elektrode. Bei negativen Koronaentladungsvorrichtungen mit metallischen Drahtelektroden, die zur Aufbringung einer negativen Ladung auf der photoleitfähigen Schicht verwendet werden, ist die Ladung auf der photoleitfähigen Schicht nicht konstant und gleichmäßig, sondern sie variiert in Dichte von Punkt zu Punkt. Dies liegt daran, daß die negative Koronaentladungselektrode

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keine gleichmäßige Emission abgibt. Die ungleichförmige Ladung kann leicht auf den entwickelten Bildern daran erkannt werden, daß Bereiche mit höherer Ladung mehr elektrostatisches Entwickler· material anziehen und weniger geladene Bereiche dementsprechend weniger, so daß dadurch gestreife Bilder entstehen.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, eine negative Koronaentladungsvorrichtung zu schaffen, die eine gleichmäßige Koronaemission ermöglicht.

Zur Erzeugung einer gleichförmigen negativen Ladung auf einer photoleitfähigen Schicht sind verschiedene Vorschläge gemacht worden. So ist es bekannt, daß man die metallischen Koronadrähte rechtwinklig zu der sich bewegenden photoleitfähigen Schicht beim Ladevorgang verschiebt, um somit im Durchschnitt die ungleichförmigen Ladungen auszugleichen. Es ist klar, daß dieses System notwenigerweise sehr aufwendig und teuer ist.

Die Verwendung von Elektrodendrähten mit Beschichtung zur Lösung des aufgezeigten Problems ist bekannt. Beispielsweise ist aus der US-Patentschrift 3 634 726 ein Koronadraht bekannt, der mit dielektrischem organischen oder anorganischem Material relativ dick beschichtet ist. Diese Elektroden werden mit einer hohen Gleichspannung beaufschlagt,, der eine Wechselspannung überlagert ist. Die ungleichförmige Emission der negativen Elektrode wird durch diese Hochfrequenzüberlagerung efewas ausgeglichen. Jedocli ist es damit nicht möglich^ bei reiner Beaufschlagung der Elektrode mit negativer Gleichspannung eine gleichförmige Koronaemission zu erzielen. Es ist weiterhin aus der US-Patentschrift 3 612 864 bekannt,, Elektrodendrähte mit mikroskopischem Material zu beschichten^ das seinerseits leitend - ist.

Weiterhin ist es bekannt, daß man negativ beaufschlagte Eiektrodendrähte in relativ großem Abstand von. der aufzuladenden photoleitfähigen. Schicht anbringt„ um somit die ungleichförmige Ladung zu- vermeiden« Bei diesen Anordnungen ist es jedoch offen-

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sichtlich, daß eine hohe Spannung notwendig ist mit entsprechend teurerer Spannungsquelle. Außerdem ergibt sich dabei eine unerwünscht hohe Ozonerzeugung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Korona-Entladungsvorrichtungen zu vermeiden. Insbesondere soll eine Elektrode angegeben werden, die bei Beaufschlagung mit negativer Gleichspannung eine gleichförmige Koronaemission vorsieht, durch welche insgesamt die Effektivität einer solchen Koronaladungsvorrichtung erhöht wird. Weiterhin soll die Elektrode eine möglichst große Lebensdauer besitzen.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Entladungsvorrichtung dadurch erreicht, daß die Außenschicht eng mit dem Kern verbunden ist, aus anorganischem dielektrischem Material besteht und dünn ausgeführt ist. Vorteilhafterweise hat das anorganische dielektris
oder mehr.

dielektrische Material einen spezifischen Widerstand von 10 Ohm cm

Mit Hilfe dieser erfindungsgemäß ausgeführten Elektrode wird auf vorteilhafte Weise ein Emissionsmuster der Korona erreicht, das im wesentlichen mit dem Koronaemissionsmuster übereinstimmt, welches bei Beaufschlagung von metallischen Koronaelektroden mit positiver Gleichspannung erzeugt wird. Dadurch kann die negative Koronaentladungselektrode relativ nah an die photoleitfähige Schicht gebracht werden, so daß dadurch die notwendige Energie gesenkt und die Effektivität wesentlich erhöht wird. Weiterhin werden dadurch die bekannten Nachteile bei Benutzung in einem Kopiergerät vermieden, die in der Streifenförmigkeit der Kopien bestehen.

Gemäß vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann das anorganische dielektrische Material Metalloxid sein, welches nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung das Oxid des metallischen leitenden Kerns oder zumindest der leitenden Kernoberfläche ist. Als Metalloxide können vorteilhafterweise Aluminiumoxid, Zinkoxid oder Magnesiumoxid verwendet werden, wo-

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von Zinkoxid recht gute Ergebnisse gezeigt hat.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann das anorganische dielektrische Material keramisches Material sein, welches seinerseits Silikonnitrid," Silikondioxid oder Phosphatsilikatglas enthält. Mit diesen keramischen Materialien wurden sehr gute Ergebnisse erzielt.

Anhand der Figuren und der in der nachfolgenden Beschreibung niedergelegten Beispiele ist die Erfindung näher erläutert. Die Figuren zeigen im einzelnen:

Fig. 1 schematisch in perspektivischer Ansicht eine

runde Drahtelektrode gemäß der Erfindung;

Fig. 2a bis 2e verschiedene Konfigurationen von Korona-Entladungsvorrichtungen, in denen die erfindungsgemäß gestaltete Entladungselektrode zur Aufladung einer photoleitfähigen Schicht verwendet werden kann.

Die in Fig. 1 dargestellte Entladungselektrode 11 enthält einen Kern 13 und eine dünne Außenschicht 15, die eng mit dem Kern verbunden ist. Als Kern kann jedes geeignete synthetische oder natürliche Fadenmaterial verwendet werden, es ist nur notwendig, daß die Oberfläche des Kernes oder eine Schicht des Kernes aus leitendem Material hergestellt ist. Typische leitende Drahtmaterialien sind beispielsweise Metalle, wie rostfreier Stahl, Molybdän, Wolfram, Aluminium, Gold, Kupfer und dergleichen. Typische synthetische Fadenmaterialien sind beispielsweise Baumwollgarne, Seidengarne, Kunstseidengarne usw. Wenn solche synthetische Fäden benutzt werden, ist es, wie bereits gesagt, notwendig, daß sie mit einer leitenden äußeren Schicht versehen sind.

Erfindungsgemäß wird der Kern der Elektrode mit einem geeigneten, anorganischem dielektrischem Material oder einer Kombination sol-

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eher Materialien in dünner Weise beschichtet. Diese Außenschicht 15 hat einen spezifischen Widerstand von IO Ohm cm oder mehr. Typische anorganische dielektrische Materialien sind beispielsweise Metalloxide, wie die Oxide von Aluminium, Zink, Magnesium, Titan, Barium, Beryllium, Kalzium, Zer, Strontium, Zirkon, Thor und Hafnium. Weiterhin kann gemäß der Erfindung das anorganische dielektrische Material aus keramischem Material sein. Insbesondere solches, wie Silikonnitrid, Silizium, Silikon, Bornitrid, Zirkoniumsilikat, Titernate, wie solche von Blei, Barium und Kalzium, Ferrite, wie solche von Zink, Aluminium und Magnesium als auch Gläser wie beispielsweise Phosphorsilikatglas (P Si 0 , wobei X typischerweise zwischen 0 und 33 %, Z typischerweise zwischen 66 % und 100 % liegen ka
Metalloxidzugaben dazu (M P Si

XX

sehen 66 % und 100 % liegen kann), Borsilikatgläser (B SiO ) und

X Z

Eine Koronaentladungselektrode 11 mit einem Durchmesser von ca. 0,0625 ram wird wegen maximaler Stärke und optimaler Koronaentladungseigenschaften bevorzugt. Es können jedoch Elektroden mit kleinerem Durchmesser bei niedrigerem Spannungspotential und in gleicher Weise Elektroden mit größerem Durchmesser bei höherem Spannungspotential verwendet werden. Das notwendige Koronapotential zur Erzeugung des erforderlichen Koronastroms wächst mit dem Durchmesser des Koronadrahtes.

Die dünne Außenschicht 15 kann auf den Kern 13 durch Verwendung verschiedener Techniken aufgebrächt werden. Zu diesen Techniken können chemisches Verdampfen, Zerstäuben, Belegen, Strahlbeschichten, Eintauchen und andere bekannte Auftragstechniken gehören, jeweils in Abhängigkeit von den gewählten Materialien. Weiterhin ist es möglich, daß der Kern 13 und die dünne Außenschicht 15 aus demselben Material bestehen, der Kern aus dem Metall und die Schicht aus dem oxydierten Metall.

Es sei ferner bemerkt, daß die dargestellte Elektrode 11 eine draht- oder fadenförmige Elektrode ist. Es können jedoch andere bekannte Elektrodenformen, wie Messerschneide, Keilform oder

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Streifenelektroden mit der jeweils gewünschten Konfiguration verwendet werden. Bei Verwendung solcher Elektroden ist es notwendig, daß der leitende Teil einer solchen Elektrode mit der dünnen anorganischen dielektrischen Schicht versehen ist. Diese Schicht muß den emittierenden Radius bedecken. Wie bei einer Drahtelektrode steigt das notwendige Potential zwc erforderlichen Koronastromerzeugung mit dem Elektrodenradius an.

Die erfindungsgemäß gestaltete Elektrode 11 kann nach der Herstellung in verschieden gestaltete Koronaentladungssysteme eingebaut werden. Beispielsweise kann das System, welches in Fig. 2a dargestellt ist, verwendet werden. In Fig. 2b ist ein sogenanntes Korotronsystem dargestellt, welches ein geerdetes Abschirmgehäuse um die Elektroden 11 aufweist» Fig. 2c zeigt ein sogenanntes Skoronasystem, bei dem ein Steuergitter 25 zwischen nichtabgeschirmten Elektroden 11 und der photoleitfähigen Anordnung 18 angebracht ist» Fig. 2d zeigt ein sogenanntes Skorotronsystem, bei dem die Elektroden II von einer Abschirmung umgeben sind, die geerdet ist und weiterhin, wie in Fig. 2c zwischen den Elektroden 11 und der photoleitfähigen Anordnung 18 ein Steuergitter 25 vorgesehen ist. Die erfindungsgemäß gestaltete Elektrode kann auch in einer Anordnung verwendet werden, die in Fig. 2e dargestellt ist. Dies ist das sogenannte Vogelkäfigsystem, bei dem die Elektroden 11 von einem Gitter 25 vollständig umgeben sind. Sämtliche Elektroden 11 in den dargestellten Systemen sind mit einer negativen Spannungsquelle 17 verbunden, die nur in Fig. 2a dargestellt ist. Die Koronaentladungselektroden, gemäß der Erfindung, emittieren gleichförmig, wenn sie mit einer geeigneten negativen Spannung beaufschlagt sind und in der Nähe eines leitenden Elementes angeordnet sind.

Gemäß Fig. 2a ist eine Koronaentladevorrichtung mit drei Drähten vorgesehen, die sehr dicht über einer elektrophotographischen Platte angeordnet sind. Die elektrophotographische Platte 18 enthält ein leitendes Substrat 19 und eine Isolationsschicht 21. Das leitende Substrat 19 kann eine Aluminiumschicht sein, die

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auf einen Isolator aufgesprüht ist. Die gleichförmige Emission der mit negativem Potential beaufschlagten Koronaentladungselektroden 11 ermöglicht es, daß die Elektroden wesentlich näher an der Platte 18 angeordnet sind, als dies bisher bei negativen Koronaentladungsvorrichtungen möglich war. Dadurch wird das notwendige Potential der Spannungsquelle 17 erniedrigt, ebenso wie der emittierte Strom.

Diese Verminderung des Potentialaufwandes und der Stromzuführung wird ebenfalls in den Anordnungen gemäß den Fign. 2b bis 2e erzielt. Dabei ist weiterhin auch eine Verminderung der Ströme verbunden, die in den eventuell verwendeten Steuergittern 25 fließen.

Warum bei den Koronaentladungselektroden, die gemäß der Erfindung beschichtet sind, eine gleichförmige Emission erhalten wird, wenn diese Elektroden mit negativer Spannung beaufschlagt werden, konnte bisjetzt nicht vollständig aufgehellt werden. Es werden jedoch mehrere Ursachen vermutet.

Es sei zunächst daraufhingewiesen, daß ein negativ vorgespannter Metalldraht Koronaenuladungen von Knotenpunkten abgibt, was leicht beobachtet werden kann. Die ungleichförmige Emission wird auf Veränderung der Arbeitsweise in der Oberflächenschicht des Metalles zurückgeführt, die in ungleichförmigen Oxidformationen, Veränderungen von Korn- oder Kristallgrenzen und/oder absorbierten Gasen liegen können sowie weiterhin in ungleichförmigen Veränderungen des elektrischen Feldes, die durch Oberflächenrauigkeit verursacht werden. Wenn einmal Elektronen von einem lokalen Bereich der metallischen Oberfläche emittiert werden, dann wird dieser Bereich mit positiven Ionen bombartiert, wodurch Sekundäremission an diesen Stellen generiert wird. Die Erscheinung der knotenförmigen Emission kann auch bei Gold beobachtet werden.

Wenn solche Metalldrähte mit einer dielektrischen anorganischen Materialschicht, wie beispielsweise Metalloxid oder keramischem aterial versehen sind, wie dies bei der Erfindung der Fall ist,

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dann sind ausgeprägte Emissionssteilen auf einfache Weise bzw. überhaupt nicht mehr zu beobachten.

Die Hinzufügung des dielektrischen anorganischen Materials kann zur Erzielung einer gleichförmigeren Arbeitsfunktion an der Oberfläche der Koronaentladungselektroden führen. Die gleichförmige Emission kann der sehr hohen Emissionsausbeute an Sekundärelektronen des dielektrischen Materials zugeschoben werden.

Andererseits könnte die gleichförmige Koronaentladung einem Widerstands-Ableiteffekt zugeschrieben werden, der durch die dielektrische Schicht hervorgerufen wird. Es ist ein Spannungsabfall bekannt zwischen dem dielektrischen Material als auch zwischen der Koronaelektrode und der erforderlichen, benachbarten leitenden Fläche, wie der Fläche 19 in Fig* 2a. Unter der Annahme, daß das dielektrische Material im wesentlichen einen gleichförmigen spezifischen Widerstand hat, verursachen solche Oberflächenstellen, die Elektronen emittieren, einen höheren Spannungsabfall über die dielektrische Schicht aufgrund des relativen hohen örtlichen Stromes. Der höhere Spannungsabfall über dem Material an diesen lokalen Punkten, begrenzt den von diesem Punkt emittierten Strom. Deswegen sind viele derartige Emissionsstellen notwendig, um das Gesamtstromäquivalent zu erhalten, das bei sehr weit auseinanderliegenden hochemittierenden Knoten metallischer Drähte vorhanden ist. Dieser Effekt kann als ein Strombegrenzungseffekt angesprochen oder als ein Widerstands-Ableiteffekt bezeichnet werden.

Die Erscheinung gleichförmiger Emission könnte auch mit Hilfe einer verstärkten Feldeffekttheorie erklärt werden. D. h. ein hohes, relativ gleichförmiges elektrisches Feld wird vor der dielektrischen Schicht erzeugt durch den Aufbau positiver Ionen an der Außenfläche des dielektrischen Materials» Elektronen werden dann vom Metall des Kernmaterials in die dielektrische Schicht injiziert. Die injizierten Elektronen tunneln dann durch die dielektrische Schicht und/oder Lawinen werden in der dielelctri-

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sehen Schicht ausgefällt (Maltereffekt). Diese Elektronen emittieren dann von der Oberfläche der dielektrischen Schicht.

Obwohl der Mechanismus, durch den die dielektrische Schicht gleichförmige"Emission von einer negativ vorgespannten Metallelektrode erzielt, nicht völlig geklärt ist, sei darauf verwiesen, daß verschiedene organische dielektrische Materialien allein, oder in Kombination mit anorganischen dielektrischen Materialien als Schichtmaterial für Metallelektroden verwendet wurden. Keine der mit solchen organischen Materialien beschichteten Elektroden erzielte mehr als eine minimale Verbesserung der Emissionsgleichförmigkeit und die meisten der organischen Schichten brachen sehr schnell aufgrund von Materialfehlern ab. Es wird vermutet, daß diese organischen Materialien chemisch instabil in einer negativen Koronaanwendung sind und/oder das notwendige hohe elektrische Feld nicht genügend aushalten und deshalb ihre Verwendung zur Erzielung einer gleichförmigen negativen Koronaemission nicht möglich ist.

Im folgenden sind zum weiteren Verständnis experimentelle Beispiele dargestellt.

Beispiel I

Eine Beschichtung aus Silikonnitrid wurde durch chemische Verdampfung auf der Oberfläche eines 0,0625 mm starken Wolframdrahtes angebracht. Die Beschichtung wurde durch elektronenmikroskopische Untersuchung geprüft und als gleichförmig in der Aufbringung mit einer Dicke von etwa 5OO S festgestellt. Der mit Silikonnitrid beschichtete Draht wurde dann in einer Skoronaladeanordnung zusammen mit einer Vergleichselektrode aus einem 0,0625 mm starken Wolframdraht, der mit einer ca. 2;54 pm (100 μ inch) dicken Goldschicht belegt war, verbracht.

Jedem Draht wurde dann eine Spannung von ca. - 7 000 Volt bei einem Strompegel von etwa 20 uA/cm aufgedrückt. Jeder Draht

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emittiert eine Korona. Visuell beobachtet weist der goldbeschichtete Wolframdraht ein Emissionsmuster mit sich bewegenden Perlen auf, die etwa zwischen 0,16 und 0,32 cm voneinander entfernt sind. Der mit Silikonnitrid beschichtete Draht schein anfänglich ungleichförmige Emission aufzuweisen, aber innerhalb von 10 Min. Einschaltzeit wird die Emission ein gleichförmiges Glimmen über die Gesamtlänge des Drahtes ohne leicht zu beobachtende Emissionsknoten.

Nachdem die gleichförmige Emission mit dem Silikonnitrid beschichteten Wolframdraht einmal erreicht wurde, konnte danach kein Abfall mehr festgestellt werden, wenn das aufgedrückte Potential von der Entladungselektrode entfernt und danach wieder angeschaltet wurde.

Die Prüfung auf Stromdichte der Emission der beiden Drähte ergab, daß der silikonbeschichtete Draht eine wesentlich gleichförmigere Emission als der goldbeschichtete Draht aufweist und zwar im Verhältnis 7:1 im Spitzen-Spitzenwert. Weiterhin ist der Spitzen-Spitzenwert der festgestellten Stromdichte des silikonnitridbeschichteten Drahtes ungefähr der gleiche, der bei goldbeschichteten Drähten auftritt, wenn diese mit positiver Spannung beaufschlagt sind, um in etwa dieselbe Stromdichte bei positiver Koronaentladung abzugeben.

Der silikonnitridbeschichtete Draht und der goldbeschichtete Draht wurden dann einer Dauerprüfung unterzogen, indem sie andauernd mit negativer Spannung beaufschlagt wurden. Die Emissionsmuster wurden periodisch sowohl visuell, als auch durch Stromdichtenabtastung geprüft. Nach 1 000 Arbeitsstunden emittierte der silikonnitridbeschichtete Draht immer noch gleichförmig, während der goldbeschichtete Draht abgenutzt war und von weit auseinanderliegenden stationären Knoten nur noch emittiert®.

Der silikonbeschichtete Draht wurde dann aus der Testanordnung entfernt und zusammen mit zwei ähnlichen silikonbeschichteten

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Drähten in einer Dreidraht-Skoronaladeanordnung eingebaut. Diese Skoronaladeanordnung wurde in einem Kopiergerät eingebaut/ das etwa 1 500 Kopien pro Stunde zu erzeugen in der Lage ist. Das zugeführte Potential betragt -7 000 Volt bei einem Strompegel von ca. 20 uA/cm bei einer gesamten Stromzuführung zu der Entladevorrichtung von etwa 1,5 Milliampere. Der typische Arbeitspunkt der Koronaelektroden lag damit bei 10,5 Voltampere. Die Drähte wurden ungefähr 0,75 cm vom Skoronagitter entfernt angebracht, das seinerseits etwa 0,1 cm von der Oberflache einer bewegten photoleitfähigen Trommel entfernt ist. Kontinuierlich getönte Kopien des Kopiergerätes zeigten kein Auftreten ungleichförmiger Ladung. Diese Prüfung wurde bei einer Temperatur von ca. 29 ⁰C (83 ⁰F) und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 80 % ohne bemerkbare Verminderung der Kopienqualität wiederholt.

Der Dauerversuch mit den sllikonnitridbeschichteten Drähten lief über mehr als 1 000 Stunden, so daß in der genannten Maschine eine Koronaentladungsvorrichtung für die Erzeugung von über 1,5 Millionen Kopien verwendet werden kann, ohne ausgewechselt werden zu müssen.

Zum Vergleich zu diesen Ergebnissen sei daraufhingewiesen, daß normalerweise das Versuchskopiergerät mit einem Vogelkäfig-Ladesystem gemäß der Fig. 2e betrieben wird, indem drei goldbeschichtete Wolframdrähte benutzt werden, die 1,25 cm von den Gitterdrähten entfernt sind, die ihrerseits etwa 0,125 cm von der photoleitfähigen Schicht entfernt sind. Die Spannungsquelle liefert bei etwa 14 000 Volt ca. 32 uA/cm Strom zu den Elektroden. Der typische Arbeltspunkt liegt bei -12,5 Kilovolt oder 31,25 Voltampere. Dabei wird keine ungleiche Ladung festgestellt. Aus diesen Angaben ergibt sich als Vergleich, daß der Leistungsverbrauch etwa um den Faktor 3 durch Benutzung der dielektrisch beschichteten Drähte in einer Skorona-Konfiguration vermindert werden kann. Goldbeschichtete Wolframdrähte können in einer Skoronaanordnung ohne Knotenbildung nicht verwendet werden, außer es wird ihnen ein sehr hohes Potential und ein sehr hoher Strom bei entspre-

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chend großem Abstand von der photleitfähigen Schicht zugeführt.

Beispiel II

Eine Beschichtung aus Silikon wurde durch chemische Verdampfung von SiH. (Silan) auf den Oberflächen verschiedener O_fO625 mm dicken Wolframdrähte angebracht. Die Dicke der Beschichtungen variiert von Draht zu Draht sswischen O_fOO254 mm bis 0,0075 mm. Die Drähte wurden dann in einer Skoronaentladungsanordnung, wie gemäß dem Beispiel I, eingebaut und ein Potential von ca. -7 000 Volt wurde den Drähten mit einem Strompegel von etwa 20 /lA/Inch zugeführt. Die anfängliche Emission der Drähte war ungleichförmig. Nach einer Einbrennzeit zwischen etwa 5 Min. und 2 Std. wurde eine gleichförmige Emission erreicht. Während der Einbrennzeit konnte eine gleichmäßige Verbesserung in der Gleichförmigkeit der Emission beobachtet werden. Wenn einmal gleich-.förmige Emission erreicht war, gaben die Drähte ohne Berücksichtigung der Unterbrechung der zugeführten Spannung gleichförmige Ladung ab. Die gleichförmige Emission hielt für über 700 Stunden Dauerbetrieb an.

Bei Versuchen unter bestimmten, extremen Bedingungen wurde eine knotenförmige Emission bei höheren Temperaturen und hoher relativer Luftfeuchtigkeit, ca. 28,3 ⁰C und 80 % relative Luftfeuchte bzw. ca. 24 ⁰C bei 60 % Luftfeuchtigkeit festgestellt. Die Knotenemission bei diesen -hohen Luftfeuchtigkeiten wird der Anziehung von Wasser durch das Silikonoxid zugeschrieben. Solche Wasseranziehung verursacht, daß der Widerstand der Silikonoxidoberfläche merkbar abnimmt, so daß Pfade mit niedrigerem Widerstand auftreten, die Stellen für Knotenemission bilden.

Beispiel III

Eine Beschichtung von Silikat (SiO₂) wurde über eine Hälfte der Länge eines goldbeschichteten Wolframdrahtes aufgedampft. Die Schichtdicke beträgt etwa 100 8. Der Draht wurde in eine Skoronaladeeinheit eingebaut, die in dem Beispiel I beschrieben ist,

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einer Spannung von -7 000 Volt bei einem Strompegel von ca. 20 Mikroampere pro cm ausgesetzt. Sehr gleichmäßige Emission wurde über der beschichteten Hälfte des Drahtes beobachtet, während die nichtbeschichtete Hälfte diskrete Emissionspunkte aufwies. Die gleichmäßige Emission des beschichteten Teiles dauerte für etwa eine Stunde an, danach war die Oberfläche aufgrund von Drahtvibrationen, die ein Abblättern und Abplatzen der Schicht verursachte, nicht mehr einwandfrei.

Beispiels IV

Eine Beschichtung aus Phosphorsilikatglas (P_Q Q₃Si₀ Q₇O₃) ^wur~ de mehreren Wolframdrähten mit 0,0625 cm Durchmesser aufgebracht. Die Beschichtung war gleichmäßig und in der Dicke unterschiedlich zwischen 2 000 8 bis 6 000 A* und sehr biegsam. Diese Drähte wurden dann in eine Korotron-Ladeeinheit verbracht und einer Spannung von ca. -7 000 Volt bei einem Strompegel von etwa 20 Mikroampere pro cm ausgesetzt. Es wurde gleichförmige Emission ohne anfängliche Einbrennzeit beobachtet. Die Drähte emittierten gleichförmig für mehr als 600 Stunden. Die Drähte wurden weiterhin verschiedenen Temperaturen und hohen Luftfeuchtigkeiten ausgesetzt, bei denen sie nach wie vor gleichmäßig emittierten.

Beispiel V

Ein Draht aus 6061 Aluminium mit 0,075 mm Durchmesser wird in eine Koratron-Ladeeinrichtung verbracht. Ein elektrisches Potential von etwa -7 000 Volt bei einem Strompegel von ca. 50 Mikroampere pro cm wird dem Draht zugeführt. Die beobachtete, anfängliche Koronaemission ist knotenförmig, jedoch nach ca. 30 Min. Emission wird die Emission zu einem gleichförmigen Glimmen entlang der Länge des Drahtes. Dieser Draht wurde dann in die Skoronaladeanordnung und die Kopiervprrichtung _ψ gemäß dem Beispiel I, verbracht. Kontinuierlich getönte Kopien wurden durch die Maschine hergestellt und es wurde dadurch klar, daß keine ungleichförmige Ladung auftrat. Die Prüfung erfolgte bis zu einer Temperatur von ca. 28,3 ⁰C und einer relativen Luftfeuch-

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tigkeit von 80 %. Eiri ähnlicher Draht ist dann in einer Korotron-Ladevorrichtung für kontinuierliche Emission eingebaut worden. Gleichförmige Emission wurde für eine Zeitdauer von 18 Stunden' beobachtet, nach denen dann der Draht durch Bruch nicht mehr zu verwenden war.

Beispiel VI

Ein Aluminiumband aus 99,84 Aluminium wurde in einer Skoronaladeeinrichtung eingebaut. Das Band war 0,16 cm breit und 0,0625 mm stark. Ein elektrisches Potential von ca. -8 000 Volt bei einem Strompegel von ca. 20 Mikroampere pro cm wird dem Band zugeführt. Die anfänglich beobachtete Koronaemission ist knotenförmig, jedoch nach ca. 20 Betriebsminuten wird die Emission ein gleichförmiges Glimmen entlang der Spitze des Bandes. Die Oberfläche emittierte gleichförmig für eine Zeitdauer von 5 Stunden, wonach wiederum Knotenemission auftrat.

Beispiel VTI

Ein 0,0625 mm Durchmesser starker Wolframdraht wurde durch Eintauchen mit Aluminium beschichtet, indem der Draht durch ein Schmelzbad von 1 100 Aluminium gezogen wurde. Die resultierende AluminiumbeschiJlitung war ca. 0,0125 mm stark mit gleicher Schicht über die Drahtfläche. Der beschichtete Draht wurde in eine Skorona-Ladevorrichtung verbracht und mit einem Potential von ca. -7 000 Volt bei einem Strompegel von ca. 2O Mikroampere pro cm beaufschlagt. Der Draht emittierte anfänglich nicht gleichförmig, aber nach ca. 30 Min. wurde gleichförmige Emission erreicht. Der Draht wurde kontinuierlich weiterbetrieben für eine Zeit von ca. 8 Stunden, nach der dann Knotenemission wieder auftrat. Die Prüfung der Drahtoberfläche zeigte, daß die Aluminiumschicht vollständig oxidiert war und daß Fehler an solchen' Punkten auftraten, an denen das Aluminiumoxid gesprungen oder abgeplatzt war.

Beispiel VIII

Eine Beschichtung aus Zink wurde durch chemisches Verdampfen auf

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einem O,o625 nun starken Wolframdraht aufgebracht. Die Beschichtung hat eine Dicke im Bereich zwischen 500 8 und 1 000 5L Der Draht wurde in eine Skoronaentladungsvorrichtung verbracht, wie in Beispiel I beschrieben, und mit einem Potential von -7 000 Volt bei einem Strompegel von ca. 20 Mikroampere pro cm beaufschlagt. Ungleichförmige Emission wurde für etwa 10 Minuten beobachtet. Danach trat gleichförmige Emission für ca. 140 Stunden auf. Fehler traten nach etwa 142 Stunden auf und zwar in der Form, daß von stationären Knotenpunkten emittiert wurde.

Beispiel IX

Eine Beschichtung aus Magnesium wurde durch lonenplattierung auf der Oberfläche eines 0,0625 mm Durchmesser starken Wolframdrahtes aufgebracht. Die Beschichtung war ca. 500 S dick. Der Draht wurde in eine Korotron-Entladungsvorrichtung verbracht und mit ca. -7 OOO Volt bei einem Strompegel von ca. 20 Mikroampere pro cm beaufschlagt. Ungleichförmige Emission wurde für ca. 5 Minuten beobachtet. Danach emittierte der Draht gleichförmig für über 100 Betriebsstunden.

Die nachfolgenden Beispiele dienen zum Vergleich. In diesen Beispielen sind verschiedene organische dielektrische Materialien als Schicht auf Metalldrähte aufgebracht, um mit ihnen eine gleichförmige negative Koronaemission zu erzielen.

Beispiel X

Eine Beschichtung aus Silikongummi (RTV-60 von der Fa. General Elektrik Company) mit 47 Gewichtsprozent Ferritoxidteilchen (Fe₃O₃) und Siliziumdioxid (SiO₃) wurde auf einem 0,0625 mm starken Wolframdraht aufgebracht. Die Beschichtung war ca. 0,00254 mm stark und bedeckte gleichförmig die Drahtfläche. Dieser Draht wurde in eine Skorona-Entladevorrichtung, gemäß dem Beispiel I, verbracht und mit einer negativen Spannung von ca. 7 000 Volt bei einem Strompegel von 20 μΑ/ατι beaufschlagt. Es wurde ein knotenförmiges Emissionsmuster beobachtet und es trat keine Verbesserung der Emission nach einer Stunde Betriebsdauer auf.

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Die Prüfung des Drahtes anschließend ergab, daß die Beschichtung während der einstündigen Emissionsdauer teilweise nicht mehr 'vorhanden war.

Beispiel XI

Submikroner ÄlurainiuHipuder wurde mit einem Silikonharz (SR42O von der Fa, General Elektrik Company) gemischt. Diese Mischung wurde anschließend sinem mit Gold beschichteten WoII: . -iraht durch. Eintauchst zum Aufbau einer Beschichtungsdicke von ca. 0,00254 min zugsfülirto Der beschichtete Draht wurde in eine Skorona^Lad'äVOSTErichtungj. gemäß Beispiel I, verbracht und mit eines.* nsgativen Spannung von ca. 7 000 Volt bei einem Strompegel VOK ca» 20 ψΆ/οΐα .beaufschlagt» Die Emission war'beim Einschalten knotenföranig und laiiefo im wesentlichen für die Dauer einer Stunde so. %u diesem Zeitpunkt wurde der Draht entfernt und eine Prüfung ergab„ daß die Beschichtung vollständig fehlte.

Beispiel ZIi

Sine Beschichtung aus 85 Volumenprosentlösung besonders ausgesuchtem Polyurethans (Estane 5140 von der Fa. B»F* Goodrich) gemischt mit 15 Volumenprozent Graphitpikmenten wurde durch Eintauchen auf einen ca« 0^06 25 mm Durchmesser starken goldbeschichteten Wolframdraht aufgebracht. Die Beschichtung war ca. 0,005 mm stark und bedeckt® die Drahtfläche gleichförmig. Der Draht wurde in eine Skorona-Ladevorrichtung, gemäß Beispiel I, verbracht und mit einem Potential von ca. -7 000 Volt bei -einem Strompegel von ca. 2O Mikroampere pro cm beaufschlagt. Knotenförmige Emission wurde während der ersten Betriebsstunde beobachtet. Die Knoten lagen dichter beieinander, als die, die bei den Drähten, gemäß den Beispielen X und XI zu beobachten waren, aber sie waren leicht zu beobachten. Während der zweiten Betriebsstunde trat extreme, ungleichförmige Emission auf.

Beispiel XIII

Eine Zusammenstellung aus einem Acrylharz und einem flüchtigen

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Träger (Krylon von der Fa. Borden, Inc.) wurde auf einen 0,0625 mm starken goldbeschichteten Wqlframdraht aufgesprüht. Die Beschichtung war ca. 0,00254 mm stark. Aluminiumoxid wurde auf die Oberfläche des beschichteten Materials gestäubt. Der Draht wurde dananch in eine Skorona-Ladevorrichtung, gemäß Beispiel I, verbracht und mit einer Spannung von -7 000 Volt bei einem Strompegel von 20 μΑ/cm beaufschlagt. Knotenemission wurde für ca. eine Stunde beobachtet. Der Draht wurde dann untersucht und es wurde festgestellt, daß die Beschichtung nicht mehr vorhanden war.

Aus den vorstehend dargelegten Beispielen für die erfindungsgemäß gestalteten Entladungselektrodeη und den Vergleichsbeispielen, ist leicht zu erkennen, daß Korona-Entladungselektroden mit einem leitenden Träger, beschichtet mit anorganischem dielektrischem Material, wie Keramik oder Metalloxid eine gleichförmige Elektronenemission abgsuass, vrenn sie mit negativem Potential beaufschlagt werden. Weiterhin ist festzustellen, daß einige anorganische Materialien eine Einbrennzeit brauchen, die der Oxidformation zugeschrieben wird, daß jedoch alle diese Materialien eine gleichförmige Emission für eine sehr beträchliche Zeitspanne abgeben· Diese gleichförmige Emission wird über einen großen Bereich von unterschiedlichen Temperaturen und relativen Luftfeuchtigkeiten abgegeben, denen die Kopiergeräte normalerweise ausgesetzt sein können.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Negative Korona-Entladungsvorrichtung mit beschichteter Elektrode, die einen Kern mit zumindest elektrisch leitfähiger Oberfläche enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschicht (15) eng mit dem Kern (13) verbunden ist, aus anorganischem dielektrischen Material besteht und dünn ausgeführt ist.

2. Korona-Entladungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß das anorganische dielektrische Material einen
mehr besitzt.

terial einen spezifischen Widerstand von 10 Ohm cm oder

3. Korona-Entladungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das anorganische dielektrische Material Metalloxid ist.

4. Korona-Entladungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das anorganische dielektrische Material das Oxid des metallenen, elektrisch leitenden Kerns (13) oder zumindest der leitenden Kernoberfläche ist.

5. Korona-Entladungsvorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das anorganische dielektrische Material Aluminiumoxid, Zinkoxid oder Magnesiumoxid ist.

6. Korona-Entladungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das anorganische dielektrische Material keramisches Material ist.

7. Korona-Entladungsvorriehtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische Material Silikonnitrid, Silikondioxid oder Phosphatsilikatglas enthält-

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