FI57185C

FI57185C - SAETT ATT FRAMSTAELLA EN TRAOD FOER EN KORONAGENERATOR

Info

Publication number: FI57185C
Application number: FI3610/72A
Authority: FI
Inventors: Joseph James Bonaventura; Raymond Jackson Harshbarger
Original assignee: Xerox Corp
Priority date: 1971-12-23
Filing date: 1972-12-20
Publication date: 1980-06-10
Also published as: CA1095114A; GB1402739A; SE380294B; AU5032372A; NL165341B; US3764866A; AR198185A1; IT972692B; FR2165635A5; CH553435A; AT325420B; NL165341C; IL41096A0; DD103068A5; ES409976A1; JPS4874231A; SU617026A3; DE2245679B2; BR7208756D0; AU467386B2

Description

rft1 KUULUTUSJULKAISU c r? λ q Crft1 ADVERTISEMENT c r? λ q C

Wj w «"'uTiAoGNiiefSKiurr 57185 C (45) Patentti ayonivlty 10 06 1933 l%Vv Patent ©eddelat ' v ' (51) Kv.lk.»/lnt.CI.* G 03 G 15/02 [ 1 C 23 F 7/02 SUOMI—FINLAND (21) p»*··**"»''·"'»»-p>‘«nw»eknin| 3610/72 (22) H»k*ml»ptlvi — AnsBknlngadkg 20.12.72 (23) Alkuptlvi—Giltighatidag 20.12.72 (41) Tullut |ulklMlul — Bllvlt offmtllg 2k. 06.73 _ . . (44) NihtivikUpanon jt kuuLlulktlmn pvm.— __ Q_Wj w «" 'uTiAoGNiiefSKiurr 57185 C (45) Patent ayonivlty 10 06 1933 l% Vv Patent © eddelat' v '(51) Kv.lk. »/ Lnt.CI. * G 03 G 15/02 [1 C 23 F 7/02 FINLAND — FINLAND (21) p »* ·· **" »'' ·" '»» - p>' «nw» eknin | 3610/72 (22) H »k * ml» ptlvi - AnsBknlngadkg 20.12 .72 (23) Alkuptlvi — Giltighatidag 20.12.72 (41) Tullut | ulklMlul - Bllvlt offmtllg 2k. 06.73 _... (44) Date of NihtivikUpanon et al.

Patent· och registerstyrelsen 7 Antokin uthgd och utUkrtftm publinnul 29*02.00 (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus—Begird prioritet 23· 12.71 USA(US) 2115^2 (71) Xerox Corporation, Xerox Square, Rochester, New York, USA(US) (72) Joseph James Bonaventura, Rochester, N.Y., Raymond Jackson Harshbarger, Ontario, N.Y., USA(US) (7^) Berggren Oy Ab () Tapa valmistaa lanka koronageneraattoria varten - Sätt att framställa en tr&d för en koronagenerator Tämä keksintö koskee tapaa valmistaa lanka koronageneraattoria varten,, jolla on pitkä elinikä ja vakaa ulostulosignaali.Patents and Registration 7 Antokin uthgd och utUkrtftm publinnul 29 * 02.00 (32) (33) (31) Requested Privilege — Begird Priority 23 · 12.71 USA 2115 ^ 2 (71) Xerox Corporation, Xerox Square, Rochester, New York , USA (US) (72) Joseph James Bonaventura, Rochester, NY, Raymond Jackson Harshbarger, Ontario, NY, USA (7 ^) Berggren Oy Ab () The way to make a wire for a corona generator - Sätt att framställa en tr & d för en This invention relates to a method of making a wire for a coronator generator having a long life and a stable output signal.

Keksintö tähtää erikoisesti sellaisen sähköisen korona-generaattorin langan valmistukseen, joka kykenee tuottamaan erittäin tehokkaan purkauksen. Näin ollen se sopii hyvin vastaanottavan pinnan, kuten sähkövalokuvauslevyn tms. tehokkaaseen varaamiseen.The invention is particularly directed to the manufacture of a wire for an electric Korona generator capable of producing a highly efficient discharge. Thus, it is well suited for efficient charging of a receiving surface such as an electrophotographic plate or the like.

Monia menetelmiä ja laitteita on esitetty alalla aikaisemmin tasaisen sähköstaattisen varauksen tuottamiseksi valosähköisesti johtavalle levylle. Eräs tällainen varauslaite on esitetty amerikkalaisessa patentissa n:o 2 836 725, jossa langan muodossa oleva elektrodi, joka on sähköisesti maatetun, johtavan suojuksen ympäröimä, asetetaan maatetun vastaanottopinnan viereen ja suurjännitelähde yhdistetään lankaan koronapurkauksen aikaansaamiseksi. Koronapur-kaus syntyy, kun generaattori asetetaan aivan levyn läheisyyteen ja kytketään generaattoriin riittävän suuri jännite ionipurkauksen aikaansaamiseksi erottavassa välitilassa olevassa ilmassa. Tuloksena tästä muodostuu koronageneraattorin ympärille varautuneita ioneja, jotka virtaavat maatetulle levyn pinnalle ja kerrostuvat sen päälle nostaen levyn potentiaalin suhteellisen korkealle tasolle.Many methods and apparatus have been described in the art in the past for producing a uniform electrostatic charge on a photoelectrically conductive plate. One such charging device is disclosed in U.S. Patent No. 2,836,725, in which an electrode in the form of a wire surrounded by an electrically grounded conductive shield is placed adjacent to a grounded receiving surface and a high voltage source is connected to the wire to effect corona discharge. A corona discharge occurs when the generator is placed in close proximity to the plate and a sufficiently high voltage is applied to the generator to produce an ionic discharge in the separating intermediate air. As a result, charged ions are formed around the corona generator, which flow to the ground surface of the plate and deposit on it, raising the potential of the plate to a relatively high level.

2 57185 Sähkövalokuvausalalla on havaittu, että tasaista jäljennys-laatua voidaan ylläpitää vain, kun yhtenäinen ja vakiovarausjännite levitetään valosähköisesti johtavalle levylle. Monissa tämän tyyppisissä automaattisissa koneissa käytetään yhtä lankageneraattoria, josta yleensä käytetään nimitystä "korotron". Yleensä korotron-lait-teen hyötysuhde riippuu monista tekijöistä, kuten langan ja levyn pinnan välisen raon suuruudesta, koronan synnyttävän lankamateriaalin luonteesta, langan halkaisijasta ja sen muista fysikaalisista ominaisuuksista ja koronasäteilijään syötetyn energian määrästä. Tähän saakka korotron-laitteet on valmistettu platinasta tai muusta jalo-metallista, koska nämä aineet ovat osoittaneet kykenevänsä luovuttamaan tasaista vakiovarausta pitkän aikaa. Seurauksena tästä oli, että nämä alan aikaisemmat laitteet olivat suhteellisen kalliita valmistaa ja vaihtokustannukset olivat myös korkeat.2 57185 In the field of electrophotography, it has been found that uniform reproduction quality can be maintained only when a uniform and constant charging voltage is applied to a photoelectrically conductive plate. Many automatic machines of this type use a single wire generator, commonly referred to as a "korotron". In general, the efficiency of a corotron device depends on many factors, such as the size of the gap between the wire and the plate surface, the nature of the corona-generating wire material, the wire diameter and other physical properties, and the amount of energy supplied to the corona radiator. Until now, korotron devices have been made of platinum or other precious metal because these materials have shown their ability to deliver a steady constant charge over a long period of time. As a result, these prior devices in the industry were relatively expensive to manufacture and replacement costs were also high.

Tämän keksinnön tarkoituksena on esittää tapa parannetun ko-ronageneraattorilangan valmistamiseksi, ja keksinnölle on tunnusomaista, että halkaisijaltaan olennaisesti tasainen volframilanka saatetaan pinnaltaan hapettumaan ilmassa generaattorin käyttölämpötilaa ylittävässä lämpötilassa, olennaisesti jatkuvan ja stabiilin oksidikerroksen muodostamiseksi lankaan.It is an object of the present invention to provide a method of making an improved corona generator wire, and the invention is characterized in that a substantially uniform diameter tungsten wire is oxidized in air at a temperature above the operating temperature of the generator to form a substantially continuous and stable oxide layer on the wire.

Keksinnön mukaisesti on edullista puhdistaa langan pinta epäpuhtauksien poistamiseksi ennen hapettamista. Lankaan muodostettu kerros voi käsittää oksidit WOg, W0^ ja ja sen paksuus on sopivimmin ainakin 0,5 ^um. Hapettamisessa lankaa kuumennetaan esim. lämpötilaan noin 600°C tai yli ainakin n. 10 minuutin ajan.According to the invention, it is advantageous to clean the surface of the wire to remove impurities before oxidation. The layer formed on the yarn may comprise the oxides WOg, WO4 and and is preferably at least 0.5 μm thick. In oxidation, the wire is heated, for example, to a temperature of about 600 ° C or above for at least about 10 minutes.

Keksinnön mukaisesti valmistettua lankaa voidaan siten käyttää laitteessa koronapurkauksen synnyttämiseksi, joka laite sisältää keksinnön mukaisesti päällystetyn wolframilangan, joka sopii koronapurkauksen synnyttämiseen.The yarn made according to the invention can thus be used in a device for generating a corona discharge, which device comprises a tungsten wire coated according to the invention, which is suitable for generating a corona discharge.

Laite voi sisältää elektrostatograafisen elimen, joka on tarkoitus varata sanotulla koronapurkauksella. Esimerkkinä tällaisesta elimestä on sähkövalokuvauselin.The device may include an electrostatographic member to be charged by said corona discharge. An example of such an organ is an electrophotographic body.

Tätä keksintöä kuvataan nyt esimerkin vuoksi viitaten liitteenä olevaan piirrokseen.The present invention will now be described, by way of example, with reference to the accompanying drawing.

3 571853 57185

Piirroksessa esitetään koronan synnyttävä laite, joka sisältää tämän keksinnön generaattorilangan 25 sähköstaattisen varauksen kerrostamiseksi liikkuvan, valosähköisesti johtavan tallennusmate-riaalin pinnalle. Sähkövalokuvauslevyn 10 kokooonpanossa se on valmistettu välosähköisesti johtavasta eristysaineesta 11, joka on asetettu maatetun, johtavan alusta-aineen 12 päälle. Levy on asennettu liikkumaan pitkin ennaltamäärättyä kulkureittiä esitettyyn suuntaan. Koronan synnyttävä yksikkö, jota on yleisesti merkitty numerolla 15, on sijoitettu levyn pinnan yläpuolelle ja asennettu kerrostamaan sähkövarauksen sen pinnalle levyn pinnan liikkuessa esitettyyn suuntaan. Koronayksikkö käsittää suojusosan 17> joka olennaisesti sulkee sisälleen yhden tai useampia koronageneraatto-rilankoja 25- Suojus on mieluummin valmistettu sähköä johtavasta aineesta, joka on asetettu maapotentiaaliin. Rako 20 tai aukko muodostetaan suojuksen pohjaan vastapäätä liikuvaa, valosähköisesti johtavaa pintaa ja se muodostaa reitin, jota pitkin generaattorin purkamien ionien virta suunnataan liikkuvan levyn pintaa kohti ja kerrostetaan sille. Tarkempien yksityiskohtien suhteen koskien tämän tyyppisen koronan synnyttävän yksikön rakennetta viitataan esitykseen, joka sisältyy edellä mainittuun amerikkalaiseen patenttiin.The drawing shows a corona generating device incorporating the generator wire 25 of the present invention for depositing an electrostatic charge on the surface of a moving, photoelectrically conductive recording material. In the assembly of the electrophotographic plate 10, it is made of a non-conductive insulating material 11 placed on a grounded, conductive substrate 12. The plate is mounted to move along a predetermined path in the direction shown. The corona generating unit, generally designated 15, is located above the surface of the plate and mounted to deposit an electric charge on its surface as the surface of the plate moves in the direction shown. The corona unit comprises a shield portion 17> which substantially encloses one or more corona generator wires 25- The shield is preferably made of an electrically conductive material placed at ground potential. A slit 20 or opening is formed in the bottom of the cover opposite the movable, photoelectrically conductive surface and forms a path along which a stream of ions discharged by the generator is directed towards the surface of the moving plate and deposited thereon. For more detailed details regarding the structure of this type of corona generating unit, reference is made to the disclosure contained in the aforementioned U.S. patent.

Koronan synnyttävä lanka on yhdistetty sopivalla tavalla, kuten sähköliittimellä 21 suurjännitelähteeseen 23. Tässä toteutustavassa käytetty koronalanka on yhdistetty suoraan energialähteen positiiviseen napaan, minkä kautta positiivisten ionien purkaus asetetaan levyn pinnalle. On kuitenkin selvää, että päinvastaista järjestelyä voidaan käyttää negatiivisen purkauksen aikaansaamiseksi. Generaattori on mieluummin valmistettu hienosta langasta, jonka halkaisija on olennaisesti tasainen välillä 0,08-0,15 mm ja lanka on mieluummin korkealuokkaista, 99,95 %:sti puhdasta wolframia. Lan- 2 gan lujuus on mieluummin vähintään n. 19 kp/mm ja sitä tulisi voida venyttää 1,4 % 25*4 cm pituisena, kun koe suoritetaan ASTM-mene-telmän F 219 mukaan (1) käyttäen palkin nopeutta n. 4,44 cm/min.The corona generating wire is connected in a suitable manner, such as by an electrical connector 21, to the high voltage source 23. The corona wire used in this embodiment is connected directly to the positive terminal of the energy source, whereby the discharge of positive ions is placed on the plate surface. However, it is clear that the opposite arrangement can be used to effect a negative discharge. The generator is preferably made of a fine wire having a substantially uniform diameter between 0.08 and 0.15 mm and the wire is preferably of high quality, 99.95% pure tungsten. The strength of the wire is preferably at least about 19 kp / mm and it should be possible to stretch 1.4% to a length of 25 * 4 cm when the test is carried out according to ASTM method F 219 (1) using a beam speed of about 4, 44 cm / min.

Normaalisti tämän luonteisella puhtaalla wolframilangalla on alun perin hyvät koronaa synnyttävät ominaisuudet. Kuitenkin jo hyvin lyhyen käyttöajan jälkeen ulostulotehon, so. langan kehittämän koronan jakautumisen ja määrän tasaisuus käy säännöttömäksi ja lanka K 57185 osoittaa aikaisia sähköisen käyttöhäiriön merkkejä. Syyn tähän lyhyeen käyttöikään arvellaan aiheutuvan irtonaisista, satunnaisesti dispergoituneista wolframioksideista, jotka muodostavat langan pinnalla suhteellisen alhaisissa lämpötiloissa. Näiden matalan lämpötilan oksidien on havaittu olevan metastabiileja ja saavan näin ollen aikaan sen, että lanka synnyttää epästabiilin purkauksen. Sitäpaitsi näiden matalan lämpötilan oksidien mekaaniset ominaisuudet ovat sellaiset, että oksidit poikkeuksetta lohkeavat langasta epäsäännöllisellä tavalla pahentaen edelleen kyseessä olevia ongelmia.Normally, pure tungsten wire of this nature initially has good corona-generating properties. However, even after a very short operating time, the output power, i.e. the uniformity of the distribution and amount of corona generated by the wire becomes irregular and the wire K 57185 shows early signs of electrical malfunction. The reason for this short service life is thought to be caused by loose, randomly dispersed tungsten oxides, which form on the surface of the wire at relatively low temperatures. These low temperature oxides have been found to be metastable and thus cause the wire to generate an unstable discharge. Moreover, the mechanical properties of these low temperature oxides are such that the oxides invariably cleave the wire in an irregular manner, further exacerbating the problems in question.

Tässä keksinnössä ne haitat, jotka ovat aikaisemmin liittyneet wolframilankaiseen koronageneraattoriin, on vältetty tai niitä on vähennetty aikaansaamalla generaattori, jonka valmistus on halpaa ja jolla on erittäin pitkä käyttöikä ja joka kykenee luovuttamaan erittäin tasaista ja stabiilia ulostulotehoa koko käyttöikänsä ajan.In the present invention, the disadvantages previously associated with a tungsten wire corona generator are avoided or reduced by providing a generator which is inexpensive to manufacture, has a very long service life, and is capable of delivering very steady and stable output power throughout its life.

Creneraattorilankaa käsitellään mieluummin siten, että sen pinnalle muodostuu erittäin sileä, yhtenäinen ja luja päällyste, joka pysyy suhteellisen stabiilina generaattorilangan koko käyttöiän ajan.Preferably, the generator wire is treated to form a very smooth, uniform and strong coating on its surface that remains relatively stable throughout the life of the generator wire.

Tämän generaattorilangan valmistamiseksi edellä mainitut ominaisuudet omaava olennaisesti puhdas wolframilanka 18 puhdistetaan mieluummin kemiallisesti vieraan aineen ja rasvan poistamiseksi langan pinnalta ja langan jännitys puretaan. Mitä tahansa alalla yleisesti tunnettua ja käytettyä sopivaa menetelmää voidaan käyttää tässä yhteydessä. Lanka asetetaan sitten mieluummin sähköuuniin ja uunia kuumennetaan mieluummin vähintään 600°C:en ilmassa. Lankaan, jonka halkaisija on n. 0,089 mm ja jota lämpökäsitellään tällä tavoin n.To make this generator wire, a substantially pure tungsten wire 18 having the above-mentioned properties is preferably chemically cleaned to remove foreign matter and grease from the surface of the wire, and the wire is de-stressed. Any suitable method generally known and used in the art can be used in this context. The wire is then preferably placed in an electric oven and the oven is preferably heated to at least 600 ° C in air. For a wire with a diameter of about 0.089 mm and which is heat treated in this way for approx.

10 min., syntyy oksidikerros 19, jonka paksuus on välillä 1,5-3,5 mikronia. Tämän kerroksen analyysi osoittaa, että se koostuu korkean lämpötilan oksideista, joita ovat WOj, ja W^gO^. Tällä tavoin valmistetuilla generaattorilangoilla on havaittu olevan erinomaisen stabiili päällikerros, joka toimii estäen fysikaaliset muutokset langassa käyttölämpötilassa ja saa aikaan erittäin stabiilin ulos-tulotehon ja pitkän käyttöiän. Näin muodostettu korkean lämpötilan oksidikerros on suhteellisen luja ja kykenee helposti kestämään kevyttä raaputusta metallityökalulla. Kerroksen lohkeamista tapahtuu vain, kun generaattorilanka litistetään tai väännetään pysyvästi mutkalle. Itse asiassa lanka voidaan taivuttaa halkaisijaltaan 6,1» mm olevan karan ympärille vahingoittamatta kerrosta millään tavoin.10 min., An oxide layer 19 with a thickness of 1.5-3.5 microns is formed. Analysis of this layer shows that it consists of high temperature oxides such as WO 1 and W 2 gO 2. Generator wires made in this way have been found to have an excellent stable topcoat that acts to prevent physical changes in the wire at operating temperature and provides very stable output power and long service life. The high temperature oxide layer thus formed is relatively strong and can easily withstand light scratching with a metal tool. Layer splitting occurs only when the generator wire is permanently flattened or twisted to a bend. In fact, the wire can be bent around a 6.1 »mm diameter spindle without damaging the layer in any way.

Tämän keksinnön generaattorilangan tehokkuuden varmistamiseksi valmistettiin koelaite, jolla ko. generaattorilangan ulostulotehoa voitiin arvioida ja verrata vastaaviin generaattoreihin, jotka oli 5 57185 valmistettu muista aineista. Laite koostui pääasiassa rummun muotoisesta pyörivästi asennetusta, maatetusta sähkövalokuvauslevystä, jossa oli koronalangan tuki asennettuna sen viereen lankageneraatto-rin tukemiseksi poikittain rummun pintaan nähden. Lankageneraattori oli asennettu liitettäväksi sähköisesti sähköenergian suurijännitelähteeseen langan ollessa tuettu rummun pinnan yläpuolelle etäisyydelle, jolla lanka syötti n. 325 mikroamperin virtaa samalla, kun se varasi levyn pinnan n. 800 voltin jännitteeseen. Ohut messinki-suikale oli kierukkamaisesti kierretty rummun ympärille siten, että suikale jatkuvasti ohjasi paljaan levyn virran kulkua generaattori-langan ja levyn välillä rummun pyöriessä generaattorilangan alitse. Messinkisuikale oli vedetty sähköisesti ulos rekisteröintilaitteeseen liukurenkaan avulla ja piirturi oli asennettu tallettamaan tiedot nopeudella n. 25 mm/min. Näissä käyttöolosuhteissa rekisteröitiin aluksi n. 50 mikroamperin paljaan levyn virta ja virran poikkeaman laajuus tästä alkuperäisestä virtalukemasta rekisteröitiin graafisesti .In order to ensure the efficiency of the generator wire of the present invention, a test device was prepared. the output power of the generator wire could be evaluated and compared with corresponding generators made of 5 57185 materials. The device consisted essentially of a drum-shaped rotatably mounted, grounded electrophotographic plate with a corona wire support mounted adjacent to it to support a wire generator transverse to the surface of the drum. The wire generator was installed to be electrically connected to a high voltage source of electrical energy with the wire supported above the surface of the drum at a distance at which the wire supplied a current of about 325 microamperes while charging the surface of the plate to about 800 volts. The thin brass strip was helically wound around the drum so that the strip continuously controlled the flow of bare plate between the generator wire and the plate as the drum rotated under the generator wire. The brass strip was electrically pulled out into the recording device by means of a slip ring and the recorder was installed to store the data at a speed of about 25 mm / min. Under these operating conditions, a bare current of about 50 microamperes was initially recorded and the extent of the current deviation from this initial current reading was recorded graphically.

Wolframilanka, joka oli lämpökäsitelty tämän keksinnön mukaisesti, asetettiin koelaitteeseen ja sitä käytettiin jatkuvasti n.Tungsten wire heat treated in accordance with this invention was placed in a test apparatus and used continuously for approx.

250 tuntia. Jaksottaiset paljaan levyn virran piirturiarvot osoittavat, että lämpökäsitellyn generaattorin ulostuloteho pysyy suhteellisen stabiilina ja muuttumattoman koeajan aikana. Tämän kokeen jälkeen laitteeseen asetettiin toinen koronageneraattori, joka oli valmistettu mitoiltaan samanlaisesta wolframilangasta kuin edellä testattu generaattori, mutta jota ei ollut lämpökäsitelty tämän keksinnön mukaisesti, ja käyttövirta kytkettiin siihen. Suunnilleen 25 minuutin käytön jälkeen tämä toinen wolframilanka alkoi tuottaa epätasaista ja epästabiilia ulostulotehoa ja tämän jälkeen generaattori huononi jatkuvasti sähköisesti.250 hours. Periodic bare plate current plotter values indicate that the output power of the heat-treated generator remains relatively stable and unchanged during the test period. After this experiment, a second corona generator made of tungsten wire of the same dimensions as the generator tested above, but not heat-treated according to the present invention, was placed in the apparatus, and the operating current was connected thereto. After approximately 25 minutes of operation, this second tungsten wire began to produce uneven and unstable output power, and thereafter the generator continuously deteriorated electrically.

Seuraavaksi suoritettiin vertailukoe tämän keksinnön mukaisesti lämpökäsitellyn wolframilangan ja platinalangan välillä, jolla oli vastaavat fysikaaliset ominaisuudet. Langat asennettiin laitteeseen sopivasti siten, että ne saivat aikaan saman paljaan levyn virran tuotannon rummun pinnalle. Suunnilleen 256 tunnin jatkuvan käytön jälkeen ei voitu havaita mitään eroja platinalangan ja käsitellyn wolframilangan ominaisuuksien välillä.Next, a comparative test was performed between a heat-treated tungsten yarn and a platinum yarn having the same physical properties in accordance with the present invention. The wires were suitably mounted in the apparatus so as to produce the same bare plate current on the surface of the drum. After approximately 256 hours of continuous use, no differences could be observed between the properties of platinum wire and treated tungsten wire.

Tämä keksintö käsittää myös vaihtelut ja muunnokset, jotka kuuluvat seuraavien patenttivaatimusten piiriin.The present invention also encompasses variations and modifications which fall within the scope of the following claims.