DE4019527A1

DE4019527A1 - Entladungselektrode

Info

Publication number: DE4019527A1
Application number: DE4019527A
Authority: DE
Inventors: Michio Yoshizawa; Tsunebumi Matsunaga; Makoto Ebata; Yasuo Oyama
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Ricoh Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Ricoh Co Ltd
Priority date: 1989-06-19
Filing date: 1990-06-19
Publication date: 1990-12-20
Also published as: DE4019527C2; US5087856A

Description

Die Erfindung betrifft eine Entladungselektrode nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und betrifft insbesondere eine Entladungselektrode für einen Lader in einer elektrophotogra phischen Bilderzeugungseinrichtung, einem elektrischen Staub filter, einer Abwasserbehandlungseinrichtung oder einer ähn lichen Einrichtung, und betrifft darüber hinaus einen dünnen Draht in einem solchen Lader, der als Entladungselektrode dient.

Im allgemeinen hat eine elektrophotographische Bilderzeu gungseinrichtung, wie ein elektrophotographischer Kopierer, ein photoleitfähiges Element mit einer photoleitfähigen Schicht auf seiner Oberfläche. Das photoleitfähige Element wird mittels eines Laders, der eine Entladungselektrode auf weist, gleichförmig mit einer vorherbestimmten Polarität ge laden. Die Entladungselektrode ist üblicherweise als ein dünner Draht aus Wolfram, aus nichtrostendem Stahl oder als ein ähnlicher Draht ausgeführt und goldanodisiert oder -plattiert. Durch die anodische Oxidation wird eine Oxid schicht ausgebildet, durch welche verhindert ist, daß ein Oxidfilm im Falle einer Entladung auf der Oberfläche des dünnen Drahtes ausgebildet wird. Mit dieser Art Entladungs elektrode ist eine Koronaentladung möglich, wenn eine Span nung von 4 kV bis 7 kV angelegt wird.

Bei dem dünnen Draht der vorstehend beschriebenen Entladungs elektrode ist es wahrscheinlich, daß dessen Oberfläche in folge einer Alterung nicht regeneriert und schlechter wird, sowie zu gegebener Zeit in der Axialrichtung der Elektrode keine gleichförmige Lade- oder Entladecharakteristik mehr zustande kommt. Dies ist hauptsächlich der Tatsache zuzu schreiben, daß der gleichförmige Oberflächenzustand des dün nen Drahtes durch die Korrosion der Drahtoberfläche infolge von wiederholten Entladungen und durch Risse in und durch ein Ablösen der Oxidschicht oder der plattierten Schicht ge stört ist. Eine weitere Hauptursache ist das Absetzen von Oxiden und Ionisationsprodukten auf dem dünnen Draht infolge der Ionisation von Luftbestandteilen, Feuchtigkeit, Ozon und verschiedenen Verunreinigungen, wie Staubpartikeln zwischen den Entladungselektroden, was im Entladungsfall durch die Entladungsenergie bewirkt wird.

Es ist daher eine Entladungselektrode mit einem dünnen Draht aus einer amorphen Legierung vorgeschlagen worden. Insbeson dere kann ein Aluminiumtrioxid-(Al₂O₃)Film auf der Oberflä che einer dünnen Schicht aus einer amorphen Fe-Si-B-Legie rung in einer Dicke von 500 A durch Sputtern ausgebildet werden, wie in der japanischen Patentanmeldung (Kokai) Nr. 1 32 966/1986 beschrieben ist. Bei einem anderen Lösungsvor schlag ist der ganze dünne Draht aus einer amorphen Legie rung gebildet.

Bei einer Entladungselektrode, welche, wie vorstehend aus geführt, gänzlich aus einer amorphen Legierung hergestellt ist, gibt es wenig Probleme bezüglich einer Regenerierung und einer Verschlechterung an der Oberfläche; jedoch weist eine solche Entladungselektrode einen Außendurchmesser auf, welcher in dem amorphen Zustand nur einige 10 Mikron stark ist; gleichbleibende Abmessungen sowohl in der Schnitt- als auch der Längsrichtung würden, falls es nicht überhaupt un möglich ist, äußerst schwierig einzuhalten sein und es würde unverhältnismäßig hohe Herstellungskosten erfordern.

Die amorphe Legierung zum Überziehen und Beschichten der Oberfläche des dünnen Drahtes soll 12 at% (Atomprozent) Wolfram (W) enthalten und soll auf dem dünnen Draht in einer Dicke von 0,5 µm aufgebracht sein. Ein Nachteil bei dieser Art Entladungselektrode liegt darin, daß, wenn sie wiederholt verwendet wird, ein weißes bzw. helles Produkt, dessen Be standteil Silizium(IV)-Oxid (SiO₂) ist, sich gelegentlich an der Elektrodenoberfläche in einer nadelähnlichen Form ab setzt. Ein solches weißes bzw. helles Produkt kann die gleich förmige Ladestromverteilung in der Axialrichtung des dünnen Drahts beeinflussen. Wahrscheinlich wird das Absetzen des weißen Produktes durch Siliziumöl hervorgerufen, welches in einer Fixiereinrichtung eines elektrophotographischen Kopie rers zum Trennen von Toner verwendet wird und durch Wärme verdampft wird, wodurch Silizium erzeugt wird. Diese Erschei nung fällt insbesondere dann in die Augen, wenn ein dünner Wolfram(W) enthaltender Draht verwendet wird. Da das vorer wähnte Absetzen isolierend wirkt, wie aus dem Bestandteil offensichtlich ist, schwankt der Entladestrom in der Axial richtung des dünnen Drahts beachtlich, und folglich ist es nicht möglich, einen gleichförmigen Lade- oder Entladezustand über dem gesamten Entladungsbereich auszubilden.

Gemäß der Erfindung soll daher eine Entladungselektrode für einen Lader geschaffen werden, bei welcher gleichförmige Lade- und Entladecharakteristiken mit verhältnismäßigen nie drigen Kosten erreicht sind. Gemäß der Erfindung ist dies bei einer Entladungselektrode nach dem Oberbegriff des An spruchs 1 durch die Merkmale in dessen kennzeichnenden Teil erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Somit ist durch die Erfindung eine insgesamt verbesserte Entladungselektrode für einen Lader geschaffen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Aus führungsform unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnun gen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine vergrößerte Teilansicht einer herkömmlichen Entladungselektrode;

Fig. 2 eine Charakteristik der in Fig. 1 dargestellten Elektrode;

Fig. 3 eine Schnittansicht einer Entladungselektrode ge mäß der Erfindung;

Fig. 4 eine vergrößerte Teilansicht der dargestellten Aus führungsform, und

Fig. 5 eine Charakteristik, welche mit der dargestellten Ausführungsform erreichbar ist.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird kurz auf eine herkömmliche, in Fig. 1 dargestellte Entladungselektrode Be zug genommen. Wie in Fig. 1 dargestellt, hat eine in ihrer Gesamtheit mit 10 bezeichnete Elektrode einen dünnen Draht 12 und eine Schicht 14 aus einer wolfram-enthaltenden amor phen Legierung. Wenn die Elektrode 10 über einen langen Zeitabschnitt verwendet wird, kann sich ein weißes Produkt 16, dessen Hauptbestandteil Silizium(IV)oxid (SiO₂) ist, auf der Oberfläche der Elektrode 10 in einer nadelförmigen Struktur absetzen, wodurch die gleichförmige Ladestromver teilung in der Richtung, in welcher sich die Elektrode 10 erstreckt, d.h. in der Axialrichtung, gestört wird. Insbeson dere bewirkt, wie in Fig. 2 dargestellt ist, das Produkt 16, welches isolierend wirkt, daß der Ladestrom in der Axial richtung der Elektrode 10 beträchtlich schwankt, was auf der Abszisse dargestellt ist, so daß ein gleichförmiger Entlade zustand über dem gesamten Entladebereich nicht erreichbar ist. Die spezielle, in Fig. 2 dargestellte Ladestromvertei lung wurde festgestellt, wenn eine Koronaentladung über 100 h fortgesetzt wurde. Hierin liegt die Schwierigkeit bei der herkömmlichen Entladungselektrode 10, welche die wolfram enthaltende amorphe Legierungsschicht 14 hat.

Anhand von Fig. 3 bis 5 wird eine Entladungselektrode für einen Lader gemäß der Erfindung beschrieben. In Fig. 3 ist im Schnitt eine Entladungselektrode 20 gemäß der Erfindung dargestellt, welche einen Kern in Form eines dünnen Drahtes 22 hat. Ein charakteristisches Merkmal der Elektrode 20 ist ein dünner Überzug bzw. eine dünne Schicht 24 einer wolfram enthaltenden amorphen Legierung. Der Überzug bzw. die Schicht 24 ist auf der Oberfläche des dünnen Drahtes 22 aus gebildet, indem eine derartige Legierung in einer Dicke von 0,05 µm bis 10 µm durch Sputtern aufgebracht wird. Der Kern oder Draht 24 ist aus elektropoliertem Wolfram oder rost freiem Stahl hergestellt. In der amorphen Elektrode, welche den Überzug oder die Schicht 24 bildet, wird der Gehalt an Tantal 10at% gewählt. Durch Sputtern einer derartigen amor phen Legierung in einer Dicke von 0,05 µm bis 10 µm auf der Oberfläche des Drahtes 22 ist mit Erfolg die Fixierergiebig keit mit Hilfe des Drahtes 22, d.h. die Haftfestigkeit im Vergleich zu einer durch Metallisieren bzw. Plattieren her gestellten dünnen Schicht verbessert. Erforderlichenfalls kann das Sputtern durch ein CVD- (chemisches Gasabschei dungs-)Verfahren ersetzt werden.

Ein elektrophotographischer Kopierer wird beispielsweise oft in einer ozonhaltigen Atmosphäre und darüber hinaus in einer Umgebung verwendet, in welcher Luftbestandteile, Feuchtig keit, Ozon und verschiedene Verunreinigungen, wie Staubpar tikel, durch Entladungsenergie ionisiert werden, wodurch die Oberfläche des dünnen Drahtes korrodiert und anodisiert wird und solche Bestandteile sich auf dem Draht absetzen. Eine Reihe von Versuchen hat gezeigt, daß ein Auswählen des Ge haltes der Hauptkomponente der amorphen Legierung, wie vor stehend erwähnt, optimal ist, um eine mechanische Wider standsfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit sicherzustellen. Ebenso wurde experimentell überprüft, daß die Verwendung von Tantal als einer Hauptkomponente das Absetzen von SiO₂ redu ziert, was der Verdampfung von Siliziumöl zuzuschreiben ist, das zum Trennen eines Toners verwendet ist, wie früher be reits ausgeführt ist.

Die Entladungskennlinien des dünnen Drahts 22 der dargestell ten Ausführungsform wurden auf folgende Weise durch Versuche bestimmt. Bei einem ersten Versuch wurde ein dünner Draht 22 aus elektrolytisch poliertem Wolfram mit einem Durchmesser von 60 µm verwendet. Eine amorphe Legierung, welche 42at% Tan tal als deren Hauptbestandteil enthält (Ta -Fe-Ni-Cr) wurde auf den Draht 22 durch Sputtern in einer auf 2×10^-4 Torr evakuierten Atmosphäre aufgebracht, während Argon-(Ar-)Gas mit einer Geschwindigkeit von 5 ml/min strömte und eine Aus gangsleistung von einigen hundert Watt angelegt wurde. Dies wurde fortgesetzt, bis eine 1 µm-dicke amorphe Schicht 24 auf dem Draht 22 ausgebildet war. Der Draht 22 mit der amorphen Schicht 24 wurde als eine positive Koronaentladungselektrode eines elektrophotographischen Kopierers verwendet und einer fortwährenden Entladung unterzogen. Das Ergebnis des ersten Versuchs war bezüglich der Anfangskennwerte, insbesondere bezüglich der Schwankung im Strom vorteilhaft, wodurch eine vorherbestimmte (entladene) Ladung pro Flächeneinheit gebil det wurde. Sogar nach 100 h negativer Koronaentladung wurden keine merklichen Änderungen auf der Oberfläche des amorphen Legierungsüberzugs 24 beobachtet, wie in Fig. 4 dargestellt ist. Ferner setzten sich Oxide und Ionisationsprodukte nur in geringem Maße auf dem Überzug 24 ab.

In Fig. 5 ist die Stromschwankung dargestellt, welche in der axialen Richtung der Entladungselektrode 20 gemessen wurde, wobei die Abszisse die Axialrichtung darstellt. Nach 100 h ununterbrochener Entladung wurde die Schwankung bei der dar gestellten Ausführungsform mit weniger als ein Drittel der Schwankung der herkömmlichen Elektrode 10 in Fig. 1 gemessen, wie durch δ in Fig. 5 angezeigt ist. Mit der darge stellten Ausführungsform wurde eine Bildqualität erhalten, welche höher als die bei der herkömmlichen Elektrode war, selbst wenn eine Gitterelektrode für eine negative Korona entladung nicht verwendet wurde. Aus einem Vergleich von Fig. 5 mit Fig. 2 ist zu ersehen, daß die dargestellte Ausfüh rungsform eine merkliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik darstellt. Es ist zu beachten, daß der Vergleich bezüglich einer normalen Stromschwankung vorgenommen wurde, da die Schwankung manchmal stark von der Umgebung, der At mosphäre usw. abhängt. Natürlich sind die Gehaltwerte und die Sputter-Bedingungen bei dem vorstehend beschriebenen, amorphen Metall nicht begrenzt, solange das Metall auf Tantal basiert. Beispielsweise kann eine gewünschter Gehalt an Tan tal in dem Bereich von 10at% bis 70at% gewählt werden.

Bei einem zweiten Versuch wird ähnlich wie bei dem ersten Versuch ein dünner Draht 22 mit elektrolytisch- bzw. ano disch-poliertem Wolfram verwendet. Eine amorphe Legierung, welche 20at% Tantal enthält, wurde auf die Oberfläche des Drahtes 22 gesputtert, um einen Überzug bzw. eine Schicht 24 auszubilden. Der Draht mit dem Überzug 24 wurde für ein elektrophotographisches Verfahren einer wiederholten, posi tiven Koronaentladung ausgesetzt. Eine derartige Elektrode zeigte ausgesprochen wünschenswerte Anfangseigenschaften und selbst nach 80 h Koronaentladung ließ sie es kaum zu, daß sich irgendwelche Oxide oder Ionisationsprodukte auf ihr ab setzten. Wiederum wurde die Stromschwankung in der Axialrich tung der Anode 20 mit weniger als einem Drittel der Schwan kung bei herkömmlichen Elektroden 10 (Fig. 1) selbst nach 80 h positiver Koronaentladung gemessen. Obwohl eine positive Ko ronaentladung im allgemeinen weit gleichförmiger als eine negative Koronaentladung angesehen wird, ist das Ergebnis des zweiten Versuchs sogar noch besser als das, was bei einer solchen vergleichsweise erwünschten Voraussetzung er reicht werden würde.

Obwohl bei der dargestellten Ausführungsform Tantal als die Hauptkomponente einer amorphen Legierung verwendet wird, kann Tantal durch irgend ein anderes geeignetes Element er setzt werden, solange es in dem periodischen System zu der selben Gruppe wie Tantal gehört, wie beispielsweise Niob (Nb), Zirkonium (Zr) oder Titan (Ti).

Gemäß der Erfindung wird somit ein dünner Draht oder ein Kern einer Entladungselektrode durch Sputtern mit einer tan tal-enthaltenden amorphen Legierung beschichtet. Trotz einer solchen verhältnismäßig einfachen Struktur erreicht die Elek trode eine höhere mechanische Festigkeit und Korrosionsbe ständigkeit als herkömmliche Elektroden und daher ist die Oberfläche des Drahtes frei von einer Verschlechterung und Regenerierung, obwohl das Produktabsetzen ausgeschlossen ist. Durch Auswählen des Gehalts an Tantal in dem Bereich von 10at% bis 70at% kann verhindert werden, daß sich Produk te, wie Silizium(IV)-oxid auf der Oberfläche des Überzugs oder der Schicht absetzt. Folglich wird der Oberflächenzu stand der Elektrode und somit die Stromverteilung entlang der Achse der Elektrode gleichförmig erhalten. Die Elektrode ist somit verhältnismäßig preiswert und noch dazu hinsicht lich ihrer Lade- und Entladeeigenschaften gleichbleibend konstant.

Claims

1. Entladungselektrode für eine Koronaentladung, ge kennzeichnet durch
einen dünnen Draht (22), welcher einen Kern der Entladungs elektrode darstellt, und
eine Schicht (24), welche auf der Oberfläche des dünnen Drahts (22) ausgebildet ist, indem die Oberfläche mit einer amorphen Legierung beschichtet wird, welche ein vorherbe stimmtes Metallelement enthält.

2. Entladungselektrode nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Schicht (24) durch Sputtern der amorphen Legierung ausgebildet wird.

3. Entladungselektrode nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Schicht durch ein CVD-(che misches Gasabscheidungs-)Verfahren der amorphen Legierung ausgebildet wird.

4. Entladungselektrode nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß das vorherbestimmte Metallele ment zumindest Tantal, Niob, Zirkonium oder Titan aufweist.

5. Entladungselektrode nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, daß das in der amorphen Legierung enthaltene Tantal einen Gehalt von 10at% bis 70at% hat.

6. Entladungselektrode nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der dünne Draht aus elektroly tisch- bzw. anodisch-poliertem Wolfram hergestellt ist.

7. Entladungselektrode nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der dünne Draht (22) aus rost freiem Stahl hergestellt ist.