DE2362915A1 - Negative koronaentladungsvorrichtung - Google Patents
Negative koronaentladungsvorrichtungInfo
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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
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.
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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™ 4 —
von Zinkoxid recht gute Ergebnisse gezeigt hat.
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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" j ™
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
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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k 0 i-1 : i 2 i I 0 B 9 0
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.
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.
Eine Beschichtung aus Silikon wurde durch chemische Verdampfung
von SiH. (Silan) auf den Oberflächen verschiedener OfO625 mm
dicken Wolframdrähte angebracht. Die Dicke der Beschichtungen variiert von Draht zu Draht sswischen OfOO254 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.
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.
Eine Beschichtung aus Phosphorsilikatglas (PQ 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
LE972O2? 409b27/;s99ü
Die Prüfung des Drahtes anschließend ergab, daß die Beschichtung
während der einstündigen Emissionsdauer teilweise nicht
mehr 'vorhanden war.
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.
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.
Eine Zusammenstellung aus einem Acrylharz und einem flüchtigen
LE 972 O27 409827/0-9 90
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.
LE 972 027 k 0 9 B 2 7 / 0 9 Ü Ü
Claims (7)
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.
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-
LE 972 027
'40982/ / Ü 9 9 ü
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
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