Принцип сухого электростатического переноса

  В основе работы копировальных аппаратов и лазерных принтеров лежит технология, базирующаяся на изобретенном в 1939 году процессе - сухом электростатическом переносе. Процесс сухого электростатического переноса состоит из восьми этапов:

photocopier.jpg1. ФОТОПРОВОДНИК
2. ЗАРЯДКА
3. ФОРМИРОВАНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ
4. ЭКСПОНИРОВАНИЕ
5. ПРОЯВЛЕНИЕ
6. ПЕРЕНОС ИЗОБРАЖЕНИЯ
7. ОТДЕЛЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ
8. ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ
9. ОЧИСТКА

Сегодня на рынке представлено огромное количество копировальной техники и лазерных принтеров, которые реализуют эти технологические этапы множеством сложных способов. Для упрощения понимания процесса мы рассмотрим лишь базовые моменты. Рассмотрим каждый из восьми этапов в порядке их очередности. Две области физики, которые составляют фундамент изучаемого процесса - это электростатика и фотоэффект.

ФОТОПРОВОДНИК

Проводники - это материалы, в которых могут перемещаться свободные заряды.

Диэлектрики - это материалы, в которых свободные заряды отсутствуют, будучи связанными в диполях.

Полупроводники - это материалы, которые в зависимости от условий ведут себя или как проводники, или как диэлектрики. Полупроводник, для которого отсутствие или наличие света определяет его проводимость, называется фотопроводником. Большинство фоточувствительных элементов имеют цилиндрическую форму (форму барабана). Они состоят из фотопроводникового слоя и проводящей основы. В качестве основы часто используется алюминий, являющийся хорошим проводником. Фотопроводник может воспринимать и удерживать заряд, когда он находится в темноте, т.е. в темноте он ведёт себя как диэлектрик. Когда на фотопроводник падает свет, он ведет себя как проводник. Теперь мы можем рассмотреть сам процесс сухого электростатического переноса. 

ЗАРЯДКА
Процесс зарядки состоит в нанесении заряда на поверхность фотопроводника с помощью коронатора.
Коронатор - это тонкая проволока, выполненная из материалов с высоким сопротивлением и натянутая между двумя изоляторами. Коронатор защищен с трех сторон специальным экраном. При прикладывании высокого напряжения к проволоке коронатора, поверхность фотопроводника, которая находится прямо под проволокой, заряжается. Напряжение, подаваемое на коронатор, может быть как положительным, так и отрицательным. В качестве примера рассмотрим схему с положительным зарядом на поверхности фотопроводника

ФОРМИРОВАНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ


Поскольку этот процесс зарядки происходит в темноте, фотопроводник удерживает полученный положительный заряд.Теперь барабан готов к экспонированию. Но для того, чтобы начать экспонирование, необходимо сформировать изображение, что и является вторым этапом. На этом этапе компьютерные данные или изображение копируемого оригинала приобретают характеристики, принципиально важные для качества копий:

  - Изображение должно иметь соответствующие размеры.
 
- Изображение должно занимать правильное положение на фотопроводнике.

  - Степень освещенности должна иметь необходимую величину.

  - Изображение должно быть сфокусировано.

  - В малых копировальных аппаратах изображение оригинала, освещенного лампой экспонирования, проецируется фрагментарно, последовательными полосами, через объектив и зеркала.

- Оптическая система сканирует документ. Вы можете это наблюдать на большинстве машин низкой производительности, если оставите крышку аппарата открытой во время изготовления копии. В некоторых копировальных аппаратах лампа и зеркала остаются неподвижными, а двигается стекло вместе с оригиналом. Свет отражается от оригинала и через оптическую систему попадает на фотопроводник. На скоростных копировальных аппаратах иногда используется ленточный фоточувствительный элемент, на плоскую поверхность которого проецируется сразу всё изображение оригинала, освещаемого мощной лампой - вспышкой.

Другой метод формирования изображения основан на применении лазера.
В этом случае источником света является лазер, управляемый компьютером. Информация переносится на фотопроводник путем включения/выключения лазерного луча, одновременно сканирующего поверхность фотопроводника. Таким образом, изображение получается в виде серии точек, или элементов изображения, и называется "пиксельным". Разрешающая способность лазерного принтера определяется числом точек на один дюйм. Чем выше это число, тем выше качество изображения.

ЭКСПОНИРОВАНИЕ

Экспонирование в процессе сухого электростатического переноса - это процесс формирования на поверхности фотопроводника скрытого электростатического изображения. Положительный заряд на поверхности фотопроводника удерживается благодаря тому, что неосвещенный фотополупроводник ведет себя как диэлектрик. Когда свет попадает на фотопроводник, положительный заряд стекает на заземленную основу барабана, т. к. фотополупроводник становится проводником. Для человеческого глаза поверхность фотопроводника остается без изменений, тем не менее, мы уже создали на ней невидимое электростатическое изображение компьютерных данных или копируемого оригинала, состоящее из заряженных и нейтральных областей.

Итак, пока произошло следующее:

  • Сначала равномерный заряд был размещен на поверхности фотопроводника.
  • Затем сформированное изображение компьютерных данных или копируемого оригинала было спроецировано на фотопроводник.
  • Свет, отражённый поверхностью оригинала, разрядил те участки фотопроводника, которые соответствуют фоновым областям копируемого оригинала, и оставил электростатические заряды на тех участках, которые соответствуют изображению документа (темным участкам). Сформировалось скрытое изображение документа. Плотность изображения оригинала будет определять количество отражённого света, которое попадет на фотопроводник. Поэтому заряд, остающийся в областях фотопроводника, соответствующих изображению, будет варьироваться в зависимости от плотности изображения оригинала. Темные области будут иметь больший заряд, серые области - меньший, а белые области могут остаться без заряда вовсе.
ПРОЯВЛЕНИЕ

Назначение этого этапа - перевод скрытого изображения в видимое. Материал, проявляющий изображение, называется тонером. Тонер транспортируется к поверхности фотопроводника девелопером, который обладает магнитными и электростатическими свойствами. Тонер и девелопер, при механическом перемешивании в блоке проявления, приобретают разноимённые заряды. Благодаря этому каждая частица носителя покрывается массой более мелких частиц тонера.

На вращающемся валу, внутри которого помещен неподвижный постоянный магнит смесь тонера и девелопера образует магнитную "кисть", с помощью которой тонер доставляется к поверхности фотобарабана. Поскольку частички тонера имеют отрицательный заряд, то при контакте проявителя с поверхностью фотобарабана, они прилипают к его положительно заряженным участкам. Обеднённый девелопер сбрасывается в зону обогащения тонером и опять поступает к фотопроводнику.


На участки фотопроводника с более сильным зарядом прилипает больше тонера. На участки со слабым зарядом - меньше. На те участки, которые не заряжены, тонер вообще не переносится. Теперь фотопроводник имеет на себе зеркальное изображение копируемого оригинала, готовое к переносу на бумагу.

ПЕРЕНОС ИЗОБРАЖЕНИЯ

 В процессе переноса изображения бумага (диэлектрик), диполи которой поляризуются коронатором переноса, приводится в соприкосновение с проявленным на фотопроводнике изображением. Благодаря положительному потенциалу на поверхности бумаги, обращенной к фотопроводнику, отрицательно заряженный тонер переносится на бумагу . Однако не весь тонер удается перенести на бумагу. На фотопроводнике остается слабое изображение, которое называется остаточным.

ОТДЕЛЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ


На этом этапе копия отделяется от фотопроводника. Для этого на коронатор отделения подается переменное напряжение, возвращающее диполи бумаги в хаотическое состояние. Как правило, коронатор отделения конструктивно объединен с коронатором переноса. В некоторых машинах проблемы отделения бумаги от поверхности фотопроводника решены чисто механическим способом.

ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ

Теперь мы имеем видимое изображение на бумаге, которое удерживается на ней только электростатическими силами. Закрепление - это процесс, с помощью которого изображение прочно скрепляется с основой. Наиболее распространенный - термомеханический способ закрепления. Копия пропускается между нагревательным и прижимным валиками, тонер плавится и запрессовывается в поры прогретой бумаги, формируя прочное изображение. Теперь копия готова.




В настоящее время для фиксации тонера на бумаге в копировальных аппаратах применяются два вида закрепляющих устройств:

                * с тефлоновым валом,

                * с термопленкой

Недостатки закрепляющего блока с термопленкой:

  * конструкция очень ненадежная и термонестабильная (велика вероятность сползания и повреждения пленки.

  * пленку легко повредить при устранении замина.

  * ресурс пленки ниже, чем у тефлонового вала.

  * замена пленки — трудоемкая операция.

ОЧИСТКА

Как вы помните, на фотопроводнике еще сохранялось остаточное изображение. Оно убирается на последней ступени процесса сухого электростатического переноса - очистке фотопроводника. Очистка имеет две функции:

- во-первых, она убирает остаточное изображение,
-  во-вторых, она нейтрализует любые остающиеся на фотопроводнике заряды, подготавливая следующий цикл.

Остаточный тонер удерживается на фотопроводнике слабым электростатическим полем. Это притяжение еще более снижается действием коронатора предочистки. Тонер механически убирается специальным скребком или щеткой. Затем с помощью источника света нейтрализуются заряды, оставшиеся на фотопроводнике.

 Как вы видите на схеме копировального аппарата, все этапы процесса сухого электро-статического переноса происходят одновременно. Весь цикл может занять меньше одной секунды, что делает синхронизацию всех операций принципиально важной.




Вернуться к списку