(57)【要約】【課題】使用中における端子付きコロナ放電用ワイヤの断線を防止し、信頼性の高い端子付きコロナ放電用ワイヤの製造方法の提供【解決手段】第一の金属からなる端子が高融点の第二の金属からなるワイヤの端部を前記端子の基板と該基板の延長部からなる折り返し部との間に挟持した状態で溶接機の下側電極となる台上に載置し、前記折り返し部側の、前記ワイヤに対向する面を含む表面に溶接機の上部電極ヘッドを当てて溶接することにより、前記ワイヤの端部と前記第一の金属からなる端子とを固着させる端子付きコロナ放電用ワイヤの製造方法において、前記上部電極ヘッドの前記ワイヤの長さ方向に対応するエッジ部分を、前記折り返し部内では前記ワイヤと交差しない状態で前記折り返し部表面に当接して溶接する端子付きコロナ放電用ワイヤの製造方法とする。【選択図】     図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の金属からなる端子が高融点の第二の金属からなるワイヤの端部を前記端子の基板と該基板の延長部からなる折り返し部との間に挟持した状態で溶接機の下側電極となる台上に載置し、前記折り返し部側の、前記ワイヤに対向する面を含む表面に溶接機の上部電極ヘッドを当接して溶接することにより、前記ワイヤの端部と前記第一の金属からなる端子とを固着させる端子付きコロナ放電用ワイヤの製造方法において、前記上部電極ヘッドのエッジ部分が前記折り返し部内では前記ワイヤと交差しない状態で、前記電極ヘッドを前記折り返し部表面に当接して溶接することを特徴とする端子付きコロナ放電用ワイヤの製造方法。
【請求項２】
第二の金属が第一の金属より高融点であることを特徴とする請求項１記載の端子付きコロナ放電用ワイヤの製造方法。
【請求項３】
第一の金属がステンレス鋼であり、第二の金属はタングステンまたはモリブデンであることを特徴とする請求項２記載の端子付きコロナ放電用ワイヤの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真装置または空気清浄機、電気集塵機などに搭載されるコロナ放電装置に使われる端子付きコロナ放電用ワイヤの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
端子付きコロナ放電用ワイヤは、電子写真応用装置の帯電装置や空気清浄器、電気集塵機のイオナイザーなどに使用される。ワイヤに印加される高電圧により発生するコロナ放電により、感光ドラムの絶縁性表面を非接触で帯電させることおよび空気中の塵埃などをイオン化させる機能を有する。ワイヤ材料としては、タングステンやモリブデンなどの高融点金属を用いることができるが、高剛性のタングステンワイヤが特に好ましい。このタングステンワイヤの両端に固定用の端子が固着され、この固定用端子の一方には常時ワイヤに張力を掛けるためのスプリングバネが取り付けられてコロナ放電用装置に装着される。このタングステンワイヤの周辺は、コロナ放電に起因して発生するオゾンによる酸化性雰囲気となり易い。
【０００３】
前記コロナ放電用ワイヤの両端に固定用端子を取り付ける方法には、金属端子板で前記高融点金属ワイヤを挟持して機械的に圧着してかしめる方法やスポット溶接などにより固着する方法がある。前記機械的かしめ方法では、たとえば、高剛性のタングステンワイヤをステンレス鋼板で挟んで機械的にかしめると、圧力のかけすぎによるワイヤの割れ、裂け等が生じやすく引っ張り強度の劣化するものが多いという問題がある。前記スポット溶接では溶接時の高熱によりワイヤとこのワイヤを挟持する金属板との境界にできる合金層の強度が元のワイヤの強度より弱くなり、引っ張り状態で使用すると合金層の脆弱現象による断線が起き易いという問題のあることが知られている。
【０００４】
このような端子付きコロナ放電用ワイヤに、断線事故を防ぐことを目的として固定用端子を確実に取り付けることに関する発明として、たとえば、タングステンワイヤの両端にステンレス鋼板からなる端子部品をスポット溶接により取り付ける場合に、溶接時の熱により、ワイヤと溶接する部分のステンレス鋼との境界層が合金化する前に、ステンレス鋼表面を一旦溶かし、前記ワイヤを溶けたステンレス鋼によって封じ込めるようにして冷却固化して固着することにより、合金化による接合部の脆弱化現象を防ぎ、前述のような断線事故を防止する端子部品付きコロナ放電用ワイヤの発明が知られている（特許文献１−要約、特許請求の範囲）。
【０００５】
また、さらに、折り返し片を有するターミナル基板と前記折り返し片とで挟持されるリード線を前記折り返し片のリード線方向の寸法より大きいスポット溶接用電極で溶接することにより、一本の線材からなるリード線とターミナルとの間を、確実、安定して接合するようにした接合方法の発明も知られている（特許文献２−請求項４、５、６、０００５段落）。
【特許文献１】特開平７−１６１４５２号公報
【特許文献２】特開平９−５０８３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述の端子付きコロナ放電用ワイヤは使用中に断線すると、完全に機能不全となり、前述した帯電装置やイオナイザー等がストップし、画像形成や空気清浄という応用装置としての機能、目的が失われる重大事故となるので、原則的にワイヤの断線はあってはならないことである。しかしながら、実際には、数％の割合で使用中におけるワイヤの断線事故が起きることがあり、ワイヤの使用中における断線防止は依然として解決すべき課題である。これらの断線した端子付きワイヤ（タングステン）を調べたところ、切断面の直径は非切断面の直径とあまり変わらない状態で断線していることおよびワイヤを挟持している端子（ステンレス鋼）側の溶接表面が溶接時の熱により焦げたような変色や錆の発生が見られ、しかも、内部のタングステンワイヤにまで及んでいた。溶接直後の検査では断線不良の発生はなく、装置に搭載後の実使用中に断線するという状況であった。
【０００７】
一方、前記特許文献１に記載の発明の場合も、使用中におけるワイヤの断線を防止することを解決すべき課題とするものであるが、断線事故には複数の原因が考えられるため、すべての断線事故に対して充分に解決されたとは言い難い。すなわち、前記特許文献１に記載の発明によれば、タングステンワイヤとステンレス鋼との合金化を防ぐように前記両者を接合させることにより、界面の合金化による接合部の脆弱化現象に起因する断線事故に関しては防止することはできると思われる。しかし、以前より断線事故は少なくなったかもしれないが、実際には断線が無くなってはいないことから、前述とは異なる原因によるものがあると予想され、断線事故の防止は依然として解決すべき課題として残されている。前記断線事故の調査結果でも、タングステンワイヤ表面の合金層は少なく、合金層の脆弱化現象による断線とは言えなかった。それゆえ、前述の断線事故の調査結果から、この特許文献１に記載の断線とは原因が異なると結論づけられたのである。
【０００８】
前記特許文献２記載の発明は、溶接機のスポット電極ヘッドの直径または辺の長さを、リード線を挟持する上側の金属板である折り返し片の前記リード線の長さ方向寸法より大きくすることにより、挟持部全体を均一に加圧し、通電できるようにし、十分な接合面積を確保し、溶接強度のバラツキがでないようにしたものである。ただし、この特許文献２の発明の課題の項の記載によれば、スポット溶接時の加圧力が大きすぎると接合部近傍で、リード線が切断してしまうという問題に対してなされたものである。すなわち、溶接時の断線を防ぐことを解決すべき課題とする発明である。しかし、高剛性、高硬度、高融点のタングステンワイヤをこれより剛性、硬度、融点とも小さいステンレス鋼により挟持する端子付きコロナ放電用ワイヤの場合は、前記特許文献２に記載の溶接とは溶接対象の材質および溶接条件が全く異なるために、溶接時に切断する問題はあまり生じることがなく、解決すべき課題にもならないのである。そのためにタングステンワイヤの使用中における断線事故を防止するという課題に対しては、そもそも解決すべき課題が異なるのであるから、参考になるとは言えないと思われる。
【０００９】
本発明は以上説明した点に鑑みてなされたものであり、本発明は、使用中における端子付きコロナ放電用ワイヤの断線を防止し、信頼性の高い端子付きコロナ放電用ワイヤの製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
特許請求の範囲の請求項１記載の本発明によれば、前記目的は、第一の金属からなる端子が高融点の第二の金属からなるワイヤの端部を前記端子の基板と該基板の延長部からなる折り返し部との間に挟持した状態で溶接機の下側電極となる台上に載置し、前記折り返し部側の、前記ワイヤに対向する面を含む表面に溶接機の上部電極ヘッドを当てて溶接することにより、前記ワイヤの端部と前記第一の金属からなる端子とを固着させる端子付きコロナ放電用ワイヤの製造方法において、前記上部電極ヘッドのエッジ部分が前記折り返し部内では前記ワイヤと交差しない状態で、前記電極ヘッドを前記折り返し部表面に当接して溶接する端子付きコロナ放電用ワイヤの製造方法とすることにより、達成される。
【００１１】
特許請求の範囲の請求項２記載の本発明によれば、第二の金属が第一の金属より高融点である特許請求の範囲の請求項１記載の端子付きコロナ放電用ワイヤの製造方法とすることが好ましい。
【００１２】
特許請求の範囲の請求項３記載の本発明によれば、第一の金属がステンレス鋼であり、第二の金属はタングステンまたはモリブデンである特許請求の範囲の請求項２記載の端子付きコロナ放電用ワイヤの製造方法とすることがより好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、使用中における端子付きコロナ放電用ワイヤの断線を防止し、信頼性の高い端子付きコロナ放電用ワイヤの製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の端子付きコロナ放電用ワイヤの製造方法にかかる実施例について、図面を参照して詳細に説明する。ただし、本発明の要旨を超えない限り、本発明は、以下説明する実施例の記載に限定されない。
【００１５】
図１は本発明にかかる端子付きコロナ放電用ワイヤの上面図である。図２は、図１の端子部分の拡大図であり、（ａ）は端子部分の拡大上面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ切断面と溶接機の電極ヘッドの大きさおよび位置関係を示す断面図である。図３は、図２のＡ−Ａ切断による溶接前後の断面図を表し、（ａ）は溶接前の端子の断面図、（ｂ）は溶接前の端子と溶接機の電極ヘッドの位置関係を示す断面図、（ｃ）は溶接後の断面図である。
【００１６】
図１に示す端子付きコロナ放電用ワイヤ１は直径５０μｍのタングステンまたはモリブデンなどの高融点金属からなり、好ましくは金または銀メッキが施され、ワイヤ３の両側端部にリング付きの端子２が取り付けられたものである。このリング付き端子２の材料はステンレス鋼材が好ましく用いられる。前記ワイヤ３の長さは電子写真応用装置の場合、搭載される感光ドラムの軸方向の長さに合わせた長さ、たとえば、Ａ３、Ａ４用紙用感光ドラムの場合ではそれぞれ２５５ｍｍ、３５０ｍｍにされる。この端子付きコロナ放電用ワイヤ１は前記感光ドラム表面をコロナ放電により帯電させる機能を有するコロトロン装置に取り付けられて使用される。このコロトロン装置内で前記ワイヤ１は一方の端子側を端子のリング（円環部）を用いて固定され、他方の端子はスプリングバネを介して固定されるので、ワイヤ３には常に張力が掛けられている。感光ドラム表面を帯電する際には、ワイヤ１と感光ドラム（アース電位）間には数十ｋＶの電圧が印加されてコロナ放電を発生させる。
【実施例】
【００１７】
電子写真応用装置に用いられる帯電器であるコロトロンに取り付けられる、本発明の端子付きコロナ放電用ワイヤ１の製造方法の一例について説明する。直径５０μｍで、長さ３５０ｍｍのタングステンワイヤ３を用意する。このタングステンワイヤ３の両端に固着する端子２は、図２（ａ）の拡大図に示す形状をしており、全長Ｃは６．０ｍｍ、リング部外径Ｄ1４ｍｍ、内径Ｄ2２．５ｍｍ、溶接部の基板２ａのワイヤ方向寸法Ｅ1３．０ｍｍ、Ｅ1に直角な方向の基板寸法Ｅ3２．５ｍｍ、折り返し部２ｂのＥ1に直角な方向の基板寸法Ｅ2２．０ｍｍである。図２（ｂ）に示すように、この端子２を溶接台４の上に位置決めして載せ、前記折り返し部２ｂのワイヤ方向寸法のＥ1よりワイヤ方向寸法の大きい上部電極５を、そのエッジ５ａが前記折り返し部表面内でワイヤと交差しないように、押し当てて溶接する。すると図３（ｃ）に示すようにタングステンワイヤ３と端子２とが溶接により固着される。
【００１８】
本発明に係る前記溶接の際に、最も注意すべき点は、前述のように、端子２を溶接台４の上に位置決めして載せ、上部電極５のエッジ５ａが前記折り返し部２ｂ表面内でワイヤと交差しないように、上部電極を押し当てて溶接することである。溶接の際の電流値、加圧力、保持時間等は、溶接対象のワイヤの径、材料、端子の大きさ、材料、形状によって変わるので、特定の形状の溶接対象物についての具体的な電流値は汎用性がなく、以降の説明でも相対値のみの表示とした。しかし、いずれの最適溶接条件の場合にも、前記注意点として示した要件は共通であり、この要件無くして本発明の効果は得られないのである。
【００１９】
次に、前述した本発明にかかる端子付きコロナ放電用ワイヤの製造方法によれば、なぜ、使用中における端子付きコロナ放電用ワイヤの断線を防止し、信頼性の高いワイヤが得られるかについて、調査し、実験し、評価した結果に基づいて説明する。
【００２０】
（断線ワイヤの調査）
市場における断線事故として返却された従来の製造方法による端子付きコロナ放電用ワイヤを調べたところ、共通して、ａ）コロナ放電に伴って発生したオゾンが残留し易い（電子写真応用装置の奥側につき排気が遅れるため）スプリングバネ側の断線が多い。ｂ）ワイヤの破断面が引っ張り力により延びて破断したのではなく、折れたようになっている。ｃ）溶接機の上部電極のヘッド形状が端子の折り返し部の被溶接面積より小さく、そのために、表面に、溶接機の上部電極のエッジ形状に沿う焼け焦げ痕が見られ、焼け焦げ痕には錆の発生も見られる、という現象が見られた。
【００２１】
これらのａ）、ｂ）、ｃ）から、図４（ａ）の点線で示すように、上部電極ヘッド５を押圧して得られる２種類の点線で示す溶接面積（当接部）２ｃ、２ｄ（２ｃは図４（ｂ）の当接の場合で、２ｄは図４（ｃ）の当接の場合に対応する）がそれぞれ小さいため、特に上部電極５のエッジ５ａに沿って流れ易い大電流により発生したそれぞれの焼け焦げ痕２ｃ、２ｄと、これらの焦げ痕２ｃ、２ｄから前記ａ）に記載のオゾンおよびまたは空気中の水分などの浸入することによる酸化作用が加わることにより、結果としてステンレス鋼（折り返し部）２ｂの腐食が進み、且つ、折り返し部２ｂ内の腐食部の下層部にタングステンワイヤ３が存在する場合、錆の発生がワイヤの強度へ強く影響したものと考えた。前記図４（ａ）で示す二種類の点線は前述のように図４（ｂ）と図４（ｃ）に対応するが、単に２種類の焦げ痕を重ねただけであり、これらの２種類の焦げ痕が同時に生じることを表すものではない。そこで、次のような実験を行ない前記考えが正しいかを検証した。
【００２２】
（ワイヤの断線原因を特定するための実験）
ワイヤの断線の原因を特定する目的で、前記ａ）、ｂ）、ｃ）の調査結果から、溶接電流の大きさと焼け焦げ痕の程度と関係、溶接電極（上部電極）の当接の仕方と焼け焦げ発生との関係、水分やオゾンによる酸化作用とワイヤの断線との関連とをみるために環境試験後の錆の発生の有無と端子の引っ張り強度試験を行ない、それぞれ断線との関係を調べた。
【００２３】
さらに詳細に、実験内容を説明すると、２種類の焼け焦げ２ｃ、２ｄはそれぞれ溶接時の電流密度との関係があることは予想されるが、電極ヘッド５のエッジ５ａに沿う各焦げ痕２ｃ、２ｄはそれぞれ上部電極５の当接の仕方が異なるためであるから、溶接電流値と上部電極５の当接の仕方を変えた実験を下記のように行なった。溶接電流は８００μＦのコンデンサを電源とし、その放電電流を用いて溶接をした。コンデンサ容量の放電の割合を変えることにより、異なる溶接電流として比較した。すなわち、全容量の１０％、２０％、４０％の電流値の場合の実施例と比較例の焼け焦げをそれぞれ調べた。上部電極５の当接の仕方は、前述の本発明にかかる、上部電極５のエッジ５ａが折り返し部表面内でワイヤ３と交差しないようにワイヤ３の挟持部全体（溶接面積は３．０ｍｍ×１．５ｍｍ）に押し当てて溶接する方法（図２（ｂ）に示す）を実施例とし、比較例として、ワイヤ３の挟持部の一部（２．０ｍｍ×１．５ｍｍ）に上部電極５を、該上部電極５のエッジ５ａがワイヤと交差する状態で押し当てる方法（図４（ｂ）に示す当接であり、焦げ痕は前記２ｃである）を用いた。それぞれについて、溶接直後の引っ張り強度測定と、塩水に浸した後、高温高湿放置（５０℃、９０％の相対湿度中に２週間放置）後の引っ張り強度測定および錆の発生状況を調べて、評価した。端子強度の測定は、両端子を保持して断線するまで引っ張り、断線する直前の力を測定してＮ（ニュートン）で表した。それらの結果を表１に示す。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
表１から、比較例ではいずれの溶接電流でも、たとえ焦げ痕２ｃが存在していても、溶接直後では十分な大きさの端子引っ張り強度（４．５Ｎ以上が良品）を有しているが、環境試験後では、いずれも上部電極５エッジ痕の焦げ痕２ｃに錆が発生していた。さらに、それらの端子の引っ張り強度を測定したところ、最も強度の大きい１０％電流の場合でも、３〜４Ｎであり、強度不良となった。これらの結果から、溶接電流による焦げ痕２ｃは、溶接直後にはワイヤ３の引っ張り強度に直接的には影響しないが、環境試験後にはワイヤ強度が劣化していることから、間接的には影響のあることが分かる（表１にはないが、焦げ痕２ｄの場合も同様である）。このことは、焼け焦げ痕２ｃ、２ｄへ酸化作用による錆の発生が浸入していき、特に焦げ痕がワイヤ３と交差する場合に、錆がタングステンワイヤ３に達し、錆部分の膨潤作用によりタングステンワイヤ３を切断する方向の応力が働いた結果、引っ張り強度が低下したものと推測される。従って、たとえ焦げ痕２ｃ、２ｄが存在しても、その下層部でワイヤ３と交差していなければ、ワイヤ３への悪影響は見られないので、断線には至らないことがわかる。
【００２６】
一方、本発明にかかる実施例では、１０％、２０％の溶接電流では、溶接直後では焼け焦げ痕が見られず、４０％の溶接電流で焦げ痕（図示せず）が発生したが、ワイヤ３と平行な線であって、ワイヤ３と交差していないので、端子強度には全く影響が見られない。さらに環境試験後でも、錆の発生は少なく、あっても、ワイヤ３への影響がないので、端子強度にも影響を及ぼしていないことが分かる。従って、前述の容量のコンデンサを電源として、溶接電流が全容量の１０％であれば、溶接直後および環境試験後でも、十分な大きさ（良品の基準値は４．５Ｎ以上）の端子強度（４．５〜５Ｎ）を有していることがわかる。また、実施例と比較例の電極の当接の仕方により、特に環境試験後の端子強度に大きな違いが見られ、本発明にかかる溶接の方法が優れた効果を有することがわかる。言い方を換えると、本発明は溶接時に上部電極ヘッド５のエッジ５ａがワイヤ３と交差しないように当接させて溶接することが重要であり、単に上部電極５の大きさを大きくすればよいというものではないことがわかる（電極ヘッド５の形状が、特に折り返し部上で、ワイヤ３の挟持部長さより短い場合は、必ず、電極ヘッド５のエッジ５ａがワイヤ３と交差するので、論外であることはいうまでもない）。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の端子付きコロナ放電用ワイヤの上面図である。
【図２】本発明の端子付きコロナ放電用ワイヤの端子部分の拡大図で、（ａ）は端子の上面図、（ｂ）は（ａ）の端子のＢ−Ｂ線で切断した断面図と溶接機の下部電極台と上部電極との位置関係を示す断面図である。
【図３】（ａ）は前記図２（ａ）に示す溶接前の端子のＡ−Ａ線で切断した断面図、（ｂ）は（ａ）に示す断面図と溶接機の下部電極台と上部電極との位置関係を示す断面図、（ｃ）は前記図２（ａ）に示す溶接後の端子のＡ−Ａ線で切断した断面図である。
【図４】従来の端子付きコロナ放電用ワイヤの端子部分の拡大図で、（ａ）は端子の上面図、（ｂ）は（ａ）の端子のＢ−Ｂ線で切断した断面図と溶接機の下部電極台と上部電極との位置関係を示す断面図、（ｃ）は（ａ）の端子のＢ−Ｂ線で切断した断面図と溶接機の下部電極台と上部電極との異なる位置関係を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１    端子付きコロナ放電用ワイヤ
２    端子
２ａ  端子の基板
２ｂ  端子の折り返し部
２ｃ  溶接面積、当接部
２ｄ  溶接面積、当接部
３    タングステンワイヤ
４    溶接機の下部電極台
５    溶接機の上部電極
５ａ  上部電極のエッジ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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