JPH0212172A - 放電用ワイヤ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば複写機、プリンター等に採用されるコ
ロナ放電用の帯電、放電、除電ワイヤに関し、特に放電
ワイヤの寿命を延長することにより、取り替え頻度を低
減できるようにした新規な金属組織を有する放電ワイヤ
に関する。

〔従来の技術〕

一般に、複写機に採用されるコロナ放電器は、図面に示
すように、ゼログラフィー板ｌの表面にシールドケース
２の開口２ａ側を位置させ、このケース２内に、両端に
ターミナル４が固定された放電ワイヤ３を張架し、一方
のターミナル４を高圧電源に接続するとともに、他方の
ターミナル４と上記ケースとの間にスプリング５を架設
することにより、上記放電ワイヤ３を弛みのない緊張状
態に保持するように構成されている。上記放電器では、
コロナ放電時にオゾンが発生して酸化雰囲気が形成され
ることから、従来、上記放電ワイヤとして耐オゾン酸化
性に優れたタングステン（Ｗ）線が用いられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記タングステン線は耐オゾン酸化性に
優れているとはいえ、コロナ放電を長期間にわたって繰
り返すうちに、放電ワイヤの表面に酸化物が生成したり
、あるいはトナーや埃等が付着したりすることから、放
電が不均一となって放電むらが生じ易く、その結果電子
写真の画像不良の原因となる。従って、従来は使用頻度
に応じて放電ワイヤを取り替えるのが一般的な対策とな
っている。そこで、近年においては、放電ワイヤの取り
替え頻度を低減する目的から、寿命を大幅に延長できる
放電ワイヤが要請されている。

ここで、上記放電ワイヤの均一放電を維持しつつ、寿命
を延長するには、線径を細くして表面積を小さくすれば
よいことが知られている。しかし、上記放電ワイヤは、
放電を安定させるために弛みのない状態に張力をかける
必要があることから、あまり細くすると断線するという
問題がある。通常、上記放電ワイヤには６００〜８００
ｇの張力がかけられており、これに耐えられるタングス
テン線の線径は８０μｍ程度が下限となっている。

本発明は上記従来の状況に鑑みてなされたもので、放電
ワイヤの線径を従来より細くしても断線することがなく
、ひいては均一放電を長期間保持して取り替え頻度を低
減できる放電用ワイヤを提供することを目的としている
。

〔問題点を解決するための手段〕

本件発明者は、上記目的を達成するために、放電ワイヤ
の線径を細くしても必要な引張強度を確保できる金属組
織について鋭意研究を続け、以下の点を見出した。即ち
、Ｆ　ｅ−Ｃ−５ｉ　−Ｍｎ系鉄基合金で、かつ針状マ
ルテンサイト、ベイナイト又はこれらの混合組織からな
る低温変態生成相がフェライト相中に均一に分散されて
なる腹合金属組織を有する鋼線材が強加工性に優れてお
り、このような金属Ｍｉ織を有する線材を用いれば冷間
伸線にまり線径１００μｍ以下の極細線を容易確実に得
ることができる。そしてこのように鋼線材を冷間伸線に
より加工歪４以上に強加工すれば、上記フェライト相と
低温変態生成相とが複合してなる複合組織が一方向に延
びる均一な繊維状微細金属組織が形成され、このような
金属Ｍｉ織を有する極細線は引張強度が３００〜６００
　ｋｇｆ／ｍｍ”と飛躍的に向上し、かつ靭性は従来の
ピアノ線、ステンレス線程度であることを見出した。

このような繊維状微細金属組織は、従来知られていない
全く新規なｍｍである。本件発明者は、上記繊維状微細
金属組織が上記引張強度を向上させる主因になっている
との観点から、その強化メカニズムについてさらに研究
を重ねた結果、上述の如き超高強度を有する金属組織で
は、上記繊維の間隔が５０〜１０００人であり、かつ該
繊維状をなす上記複合組織が５〜１００人の超微細セル
から構成されていることを見出した。

そこで本発明は、放電用ワイヤにおいて、その素線が、
鋼線材を冷間伸線により強加工してなり、該強加工によ
り生じた５〜１００人の超微細セルが一方向に繊維状に
配列され、かつ該繊維間隔が５０〜１０００人である繊
維状微細金属＆Ｉｌ織を有する線径１００μｍ以下の超
高強度鋼極細線であり、かつ該素線の外表面がＮｉ、Ａ
ｕ、Ａｇ、Ｐｔから選択された金属膜で被覆されている
ことを特徴としている。

ここで上記放電用ワイヤの素線は、線径４０〜８０μ−
の範囲で採用するのが望ましい。これは４０μ−以下に
すると、コロナ放電器に張架した際の張力が素線の持つ
引張強度より大きくなって断線し易（なるからであり、
また８０μｍを越えると引張強度は十分確保できるもの
の、極細化による寿命延長の効果があまり得られなく、
タングステン線とそれほど変わらな（なるからである。

また、Ｎｉ金属、あるいはＡｕ、Ａｇ、ＰＬ等の貴金属
により被覆するのは、耐オゾン酸化性を大幅に向上させ
るためであり、かつ放電ワイヤの表面性状を滑らかにし
て集中放電による劣化を回避するためである。なお、上
記被膜の形成については、電解メツキ５蒸着、イオンブ
レーティング。

スパッタリング等を採用することにより実現できる。

次に、本発明の放電用ワイヤにおける素線の製造方法に
ついて説明する。

まず、重量％でＣ：０．０１〜０．５０％、Ｓｉ：３．
０％以下、Ｍｎ：５．０％以下、残部Ｆｅ及び不可避的
不純物よりなる線径３．５　Ｉ１１以下の線材を７００
〜１１００℃の範囲の温度に加熱した後、冷却して（こ
の加熱、冷却は複数回にわたって行ってもよい）一部残
留オーステナイトを含有してもよいマルテンサイト、ベ
イナイト又はこれらの混合組織からなる低温変態生成相
がフェライト相中に体積率で１５〜７５％の範囲にて均
一に分散されてなる複合ｍ織を有する鋼線材を製造する
。なお、かかる製造方法は、特開昭６２−２０８２４号
公報に記載されている。

次に、このようにして得られた複合組！１線材を冷間伸
線加工により、加工歪４以上、好ましくは５以上に強加
工し、上記フェライト相と低温変態生成相とを複合化し
、金属組織として一方向に連続して延びる微細な繊維状
組織を形成させる。このように加工度を高めることによ
り、上記繊維状組織はさらに微細化し、繊維間隔は狭く
なり、ついには上述のとおり加工にて生じたセルの大き
さ。

繊維間隔がそれぞれ５〜１００人、５０〜１０００人で
ある繊維状微細金属組織となる。なお、加工歪が４より
も小さい伸線加工によって得られた細線では、繊維状組
織の発達の中途にあってそのｍ織が不完全であり、従っ
て強度も低い。

次に上記製造方法における各種の条件を設定した理由に
ついて説明する。

Ｃ：本発明に係る繊維状微細金属組織、及び上記引張強
度を得るためには、Ｃの添加量を規制する必要があり、
実験の結果、０．０１〜０．５０％の範囲が適当である
ことが判明した。

Ｓｉ：Ｓｉはフェライト相の強化元素として有効である
が、３．０％を越えて過多に添加すると変態温度を著し
く高温側にずらせ、また線材表面の脱炭が生じ易くなる
ので、添加量は３．０％を上限とする。

Ｍｎ：Ｍｎは極細線を強化するとともに、上記両相の焼
き入れ性を高める効果を有するが、５．０％を越えて過
多に添加してもこの効果が飽和するので、添加量の上限
は５．０％とする。

また、含有量を規制するのが好ましい元素、添加しても
よい元素、不可避的不純物等について説明する。

Ｈは、鋼を脆化させる有害な元素であり、強度が高くな
るほどその影響が大きくなるので、本発明においてはＨ
ｌｌをＩ　ＰＰＭ以下に、特に好ましくは０．５ＰＰＭ
に規制するのがよい。かかるＨｌの低減方法としては、
溶鋼での脱ガス処理、線材への熱間圧延及び熱処理後の
冷却制御、低温脱水素制御等の手段が有効である。

本発明では、極細線の金属組織を微細化するために、Ｎ
ｂ、Ｖ、Ｔｉから選ばれた少なくとも１種の元素を添加
することができる。これらの元素は＆［ｌ織の微細化の
ためには、いずれも０．００５％以上の添加を要するが
、過多に添加してもその効果が飽和し、かつ経済的にも
不利であるので、上限は０．５％とする。

不可避的不純物としては、Ｓ、　　Ｐ、　Ｎ、　Ａｊ！
等がある。

Ｓは、ＭｎＳ量を少なくするために、ｏ、ｏｏｓ％以上
とするのがよく、これにより延性を一層向上させること
ができる。一方、Ｃａ、Ｃｅ等の希土類元素を添加する
ことによりＭｎＳ介在物の形状を調整することも好まし
い。

Ｐは、粒界偏析の著しい元素であるので、その含有量を
０．０１％以下とするのが好ましい。

Ｎは、固溶状態で存在すると最も時効し易い元素であり
、加工中に時効して加工性を阻害したり、加工後に時効
して伸線により得られた極細線の延性を劣化させるので
、０．００３％以下とするのが好ましい。

Ａ１は、酸化物系介在物を形成し、この介在物は変形し
難いために線材の加工性を阻害するので、通常０．０１
％以下とするのが好ましい。また極細線におけるＳｉ／
Ａｊ！比が大きくなるとシリケート系介在物が増大し、
特にＡｌ１が少ない場合は急激にシリケート系介在物が
増大して、伸線性を劣化させるだけでなく、伸線して得
られた極細線の特性を劣化させる。従って本発明ではＳ
ｉ／Ａ６比を１０００以下、特に好ましくは２５０以下
にするのがよい。

上記線材の複合ｍ織において、フェライト相に占める低
温変態生成相の体積分率が１５〜７５％の範囲にあるこ
とを条件としたのは、以下の理由による。１５％より小
さい場合は、かかる複合組織を有する線材の冷間伸線に
より線径が１００μｍ以下の極細線を得ることができる
ものの、得られた極細線はその金属組織が上述の如き繊
維状微細金属組織とならず、繊維状組織が不完全であり
、引張強度も３００　ｋｇｆ／ａｍ”以下となる。一方
、フェライト相に占める低温変態生成相の体積分率が７
５％よりも多い場合は、伸線加工において線材が断線し
易く、また断線に至らず伸線できても、得られた極細線
は、上記１５％以下の場合と同様に、微細な繊維状＆Ｉ
ｌ織を持たず、繊維状組織が不完全であり、引張強度も
３００　ｋｇｆ／ａｍ”以下と低い。

また、上記線材における体積分率については、低温変態
生成相の形態により、つまり該生成相が主として針状で
あるか、主として塊状であるかによって、該線材の線径
と体積分率とが規制される。

なお、ここで針状（ｅｌｏｎｇａｔｅｄ又はａｃｉｃｕ
ｌａｒ）とは粒子が方向性を有することをいい、塊状（
ｇｌｏ−ｂｕｌａｒ）とは粒子が方向性を有しないこと
をいう。

即ち、低温変態生成相の、８０％以上が針状である場合
は、低温変態生成相の体積分率は５０％以下、線径は３
．５ｍｍ以下とし、一方８０％以上が塊状である場合は
、体積分率は５０％以下、線径は２．０龍以下とする必
要がある。また、低温変態生成相が針状と塊状との混合
組織である場合は、体積分率は７５％以下、線径は３．
５負■以下にする必要がある。

なお、線材が有するべき線径の下限は、特に限定される
ものではないが、現状の加工技術からみて、通常０．３
龍である。

〔作用〕

本発明に係る放電用ワイヤによれば、素線に採用した銅
極細線は、冷間加工性に優れており、線材の加工度を適
宜選択することにより、線径１００μｍ以下の極細線が
容易確実に得られ、しかも冷間伸線の強加工により生じ
た５〜１００　人の加工セルが一方向に繊維状に配列さ
れ、かつ該繊維間隔が５０〜１０００人の繊維状微細金
属組織を形成しており、上述の強化メカニズムで説明し
たように超高引張強度を有する。従って、従来のタング
ステン線の下限であった線径より大幅に小さくでき、し
かもコロナ放電器に張架した際の張力に十分耐えること
ができるから、均一放電の保持寿命を延長でき、その結
果取り替え頻度を低減できる。

また、本発明では、上記素線にＮｉ、Ａｕ、Ａｇ、ｐｔ
から選ばれた金属膜を被覆したので、コロナ放電に伴う
オゾンにも酸化されることがなく、かつ放電ワイヤの表
面が平滑となり局部的な集中放電による劣化を低減でき
、これらの点からも寿命を延長できる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について説明する。

本実施例では、本発明の繊維状微細金属組織を有する銅
極細線の外表面に、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ。

Ｐ【から選ばれた金属膜を被覆してなる放電ワイヤを使
用して、本発明の効果を確認するための実験を行なった
。

まず、実験方法について説明する。

■　まず、重量％で、Ｃ：０．１８％、Ｓｉ：０．９％
、Ｍｎ：１．５％、　Ｓ　Ｆ　０．００２％、　Ｎ　：
　０．００２％。

Ａ　１　：　０．００３％からなる化学組成を有する線
径２゜５ｆｉの線材を９００℃で再加熱焼き入れし、続
いて８００℃に加熱、調整冷却してフェライト相と低温
変態生成相とを複合組織化させ、かつ低温変態生成相の
形態を主として針状とし、その体積分率を３５％とした
。この線材を湿式連続伸線することにより、線径４５〜
６０μ−の銅極細線を得た。この各極細線は、３００　
ｋｇｆ／ａｓ”以上の引張強度を有し、また伸線方向に
延びる均一繊維状組織を有し、その繊維間隔は１００〜
２００人であり、セルサイズは３０〜９０人であった。

■　次に、上記各素線の表面に電解メツキ法により、Ｎ
ｉ、Ａ’ｕ、Ａｇ、ＰＬの金属膜を被覆形成した。ここ
で、上記各Ａｕ、Ａｇ、ＰＬ膜を形成する際に、この貴
金属と素線との密着性を向上させるために素線の表面に
予め下地としてＮｉ膜を被覆した。

■　そして、上記各放電ワイヤの断線荷重、放電圧、放
電流、及び均一放電特性について調べた。

なお、上記各放電特性の測定は、大気中にて、各放電ワ
イヤに６００ｇの張力をかけて行った。また、上記放電
圧とは放電開始時の電圧値であり、この値は小さいほど
よい。さらに、上記放電流とは６ＫＶの電圧を印加した
時の電流値であり、この値は大きいほどよい。さらにま
た、上記均一放電は３６０時間連続放電した後の放電の
均一性を評価した。

なお、比較のために、従来のタングステン線、及びこれ
にカーボン又はｐｔを被覆したもの、上記実施例におけ
る銅極細線だけのもの（被覆なし）、アモルファス合金
についても同様の測定を行った。

表はその結果を示し、表中、第１Ｎは比較例（−１〜３
）、第２欄は本実施例（１１ｋｉ４〜７）、第３欄は比
較例（Ｉｌｈ８〜１０）を示す。

表からも明らかなように、第１欄のタングステン線、及
び該Ｗ線にカーボン、Ｐｔを被覆した場合（Ｉｌｈｌ〜
３）は、いずれも線径を８０μｍ以上としたことから断
線荷重は高く、またタングステン線に表面コーティング
した場合（Ｉｋ２．３）は、均一放電特性が普通、良好
である。しかしタングステン＊（Ｉｌｈｌ）は均一放電
特性が不良であり、またいずれの場合も放電圧は大きく
、かつ放電流は小さい。

また、第３欄の銅極細線のみ９アモルファス合金（μｍ
９．１０）では、線径を５０μ副と細くしても引張強度
は確保できるものの、均一放電特性では劣化が速く不良
となっており、単体では寿命が短いことがわかる。さら
にタングステン線（ｌｌ＆１９）の線径を４５μｍとす
ると断線荷重が上述の張力６００ｇ以下となって断線す
ることから、タングステン線の極細化は困難である。

これらの比較例に対して、第２欄の本実施例（隘４〜７
）では、いずれも線径が４５〜６０μｍと極細線であり
ながら、断線荷重は張力の６００ｇを越えており、また
均一放電特性は普通ないし非常に良好であり、しかも放
電圧、放電流とも他に比べて改善されているのがわかる
。

〔発明の効果〕

以上のように本発明に係る放電用ワイヤによれば、素線
として、５〜１００人の加工セルが繊維状に配列され、
かつ該繊維間隔が５０〜１０００人の超微細粒金属′ｉ
Ｊｉ織を形成する線径１００μｍ以下の超高強度鋼極細
線を採用し、この素線の外表面にＮｔ。

Ａｕ、Ａｇ、ＰＬから選択された金属膜を被覆したので
、寿命を大幅に延長して取り替え頻度を削減できるとと
もに、耐酸化性１表面性状に優れた放電ワイヤが得られ
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の放電ワイヤが採用される一般的なコロナ
放電器を示す概略図である。 図において、３は放電ワイヤである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）素線の外表面に金属膜を被覆形成してなる放電用
   ワイヤであって、上記素線が、鋼線材を冷間伸線により
   強加工してなり、該強加工により生じた５〜１００Åの
   超微細セルが一方向に繊維状に配列され、かつ該繊維間
   隔が５０〜１０００Åである繊維状微細金属組織を有す
   る線径１００μｍ以下の超高強度鋼極細線であり、上記
   金属膜がＮｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔの中から選択された金
   属で形成されていることを特徴とする放電用ワイヤ。