Копировальные аппараты

Копировальный аппарат - устройство, предназначенное для получения  копий с различных оригиналов.

 

Работа копировального аппарата основана на принципе сухой ксерографии (xeros-сухой, graphein-писать). Ксерография - фотографический процесс, основанный на физических явлениях, использующих фотопроводимость полупроводников. Под  действием света, такие полупроводники меняют свое удельное сопротивление.

 

Изобретателем ксерографического  процесса считается Честер Ф. Карлсон (1906-1968). В 1947 году фирма Haloid Company перекупила права на использование патентов Карлсона. Тогда же было дано название - ксерография, процессу сухого электростатического  переноса изображения, изобретенному  Карлсоном. Впоследствии фирма была несколько раз переименована, и  сейчас называется The Document Company Xerox.

 

Основным элементом копировального аппарата является светочувствительный  барабан. Как правило, полый металлический  цилиндр, с нанесенным на его поверхность  высокоомным полупроводником. Как  полупроводников выступают слои на основе Se с добавками Te, Cd и др.., Слои на основе Cd или органические полупроводниковые  покрытия.

 

Селеновый фоторецептор состоит  из нескольких слоев: "ловушечный прослойка", представляет собой оксидную пленку, служит для предотвращения темновой инжекции носителей заряда. За ним  идет фотопроводящий слой, потом алюминиевая  оксидная пленка и подложка.

 

Органический фоторецептор двухслойный. Первый слой - слой, переноса носителей (СПН) электрического заряда, второй слой - слой генерирования носителей (СГН) электрического заряда. За ним  идет тонкий слой оксидной пленки, которая предотвращает вытекание заряда в подложку, затем подложка - последний алюминиевый слой.

 

Фоторецепторы в основном бывают двух видов: ленточные и цилиндрические. Ленточные фоторецепторы представляют собой замкнутую широкую ленту  с нанесенным на ее поверхность фотопроводящим слоем. Используются в высокопроизводительных аппаратах, так как позволяют  спроецировать все изображение  оригинала сразу. Цилиндрический фоторецептор - полый металлический цилиндр (обычно алюминиевый), с нанесенным на его  поверхность фотопроводящим слоем. Используются в копирах малой  и средней производительности.

 

Работа копировального аппарата состоит из нескольких основных этапов. Все этапы взаимосвязаны. Хорошее  качество копии зависит от правильного  выполнения всех этапов работы копировального аппарата.

 

 

 

 

 

 

 Основные этапы работы копировального аппарата Зарядка

 

 

 На данном этапе  на поверхности фотопроводника  барабана формируются равномерно  расположенные заряды определенной  величины. Зарядка происходит с  помощью главного коротрона (коротрона  зарядки). На коротрон подается  напряжение с высоковольтного  блока. Возникает разность потенциалов  в несколько киловольт между  фоторецептором и коротроном, что  приводит к ударной ионизации  воздуха (коронный разряд). На  поверхности фоторецептора скапливаются заряженные ионы. При вращении фоторецептора его поверхность покрывается равномерным слоем заряда, в результате чего, он подготавливается к экспозиции.

 

 

Экспонирования

 

 

 На этом этапе формируется  скрытое электростатическое изображение  на барабане. Свет от лампы  копирования направляется на  документ, отражается от документа  и через систему зеркал, объектив, оптическое изображение проецируется  на барабан. Свет, отраженный от  светлых участков документа имеет  высокую интенсивность, а отраженный  от темных участков имеет низкую  интенсивность. При попадании  света на барабан, в слое  генерирования носителей заряда, образуются положительные и отрицательные  заряды. Положительные заряды, образованные  в СГН-слое движутся в направлении  отрицательных зарядов на поверхности  фотопроводника, отрицательные заряды  движутся в направлении положительных  зарядов алюминиевого слоя. Таким  образом, положительные и отрицательные  заряды в алюминиевом слое  и на поверхности фотопроводника, взаимно нейтрализуются, соответственно  уменьшается потенциал поверхности  барабана. Способность СГН-слоя порождать  электрические заряды увеличивается  пропорционально интенсивности  света падающего на барабан.  Следовательно, высокая интенсивность  света отраженного от светлого  участка документа, приводит к  большему числу электрических  зарядов порожденных СГН-слоем.  При этом нейтрализуется большое  количество отрицательных зарядов  на поверхности фотопроводника, что приводит к уменьшению  потенциала поверхности фотопроводника. Низкая интенсивность света от  темных участков документа, приводит  к меньшему порождению электрических  зарядов в СГН-слое, при этом  нейтрализуется меньшее количество отрицательных зарядов на поверхности фотопроводника. Соответственно потенциал поверхности барабана уменьшается на меньшую величину. Потенциал поверхности барабана, соответствующий более светлому участку документа, меньше потенциала, соответствующего более темному участку документа. Таким образом, формируется скрытое электростатическое изображение.

 

 

Проявление.

 

 На данном этапе  частички тонера, попадая на барабан,  проявляют скрытое электростатическое  изображение, делая его видимым.  В качестве тонера используются  многокомпонентные смеси окрашенных  частиц синтетических и натуральных  смол.

 

Существуют две системы  проявления: однокомпонентная и двухкомпонентная.

 

В однокомпонентной системе  тонер изготавливается из смеси  частиц магнитного материала, полимера и красителя. Блок проявки состоит  из магнитного вала (постоянный магнит, окруженный вращающейся втулкой) и  ножа, выполненного из магнитного материала. Чем регулирует количество тонера наносимого на барабан и заряжает частицы  тонера до нужной величины (знак заряда противоположен заряду фоторецептора). Перенос тонера с магнитного вала на барабан осуществляется с помощью  напряжения смещения прикладываемого  к магнитному валу. Напряжение смещения представляет собой переменное напряжение с постоянной составляющей, которая  по знаку соответствует знаку  заряда фоторецептора. Во время периода, со знаком, противоположным знаку  заряда барабана тонер переносится  на фоторецептор, во время другого  периода, тонер с фоновых участков возвращается на магнитный вал. Величина смещения постоянного тока влияет на плотность копии и образование вуали: чем, менее отрицательным является потенциал смещения (чем ближе он подходит к 0 в), тем выше оказывается плотность и вуалеобразование.

 

В двухкомпонентной системе  тонер небольшими порциями подается в бункер с носителем (девелопером). Носитель - магнитный порошок, с диаметром  частиц порядка 20-150 мкм, служит для  переноса тонера на барабан. Прилипание тонера к носителю, происходит за счет трибоэлектрического эффекта (частицы  тонера и носителя, контактируя друг с другом, заряжаются противоположными зарядами). Тонер равномерно покрывает  носитель. В свою очередь носитель равномерно распределен по магнитному валу - полый металлический цилиндр, с расположенными внутри постоянными  магнитами. Магнитный вал расположен в непосредственной близости от фоторецептора, таким образом, частицы тонера, заряженные противоположным знаком, чем фоторецептор, притягиваются к его заряженным участкам. Потенциал поверхности  фотопроводника на участках соответствующих  более темному изображению, является высоким (большое количество отрицательных  зарядов) и притягивает большее  количество частиц тонера. Потенциал  поверхности на участках соответствующих  более светлому изображению, является низким (меньше отрицательных зарядов) и притягивает меньшее количество частиц тонера. Таким образом, формируется  видимое изображение на фоторецепторе, состоящий из частичек тонера. В  процессе проявления носитель не расходуется, но все же требует замены через  некоторое время, так как теряет свои магнитные свойства и начинает осыпаться с магнитного вала. В  процессе проявления на магнитный вал  подается напряжение смещения порядка 100 - 500 вольт, для того чтобы предупредить перенос тонера остаточным зарядом (приблизительно 80 - 100 вольт), характерным  для участков, соответствующих светлым  участкам изображения.

 

 

Перенос изображения

 

Процесс переноса изображения  заключается в переносе частичек тонера, формирующих видимое изображение, расположенных на поверхности фоторецептора  на бумагу. Бумага, на которую переносится  изображение, заряжается коротроном переноса до уровня более высокого, чем потенциал  поверхности фоторецептора. При  этом сила притяжения между поверхностью листа и частицами тонера выше, чем сила притяжения между поверхностью барабана и тонером, что вызывает притяжение тонера к бумаге. После  переноса все же небольшая часть  тонера остается на фоторецепторе, что  впоследствии удаляется на стадии очистки  барабана.

 

5.Отделение бумаги.

На этом этапе лист бумаги с нанесенным на него изображением оригинала, отделяется от барабана. В  процессе переноса бумага заряжена более  сильно, чем фоторецептор, соответственно между ними возникает сила притяжения. Для того чтобы ослабить эту силу, коротрон отделения формирует на поверхности листа заряд переменного  тока (для снижения потенциала бумаги до уровня потенциала барабана). В результате этого сила притяжения между барабаном  и бумагой ослабевает, и бумага под действием собственного веса отделяется от барабана. Если этого  не происходит, то бумага отделяется от барабана механическим способом, выделительными пальцами (зубьями).

 

 После этапа отделения  бумаги, копия почти готова, но  еще требуется закрепление, иначе  ее можно испортить любым механическим  воздействием (например, стереть пальцем). Для закрепления копии используется  специальное приспособление - фьюзер (печка). Печка состоит из тефлонового  вала и резинового вала. Внутри  тефлонового вала располагается  нагревательная лампа, которая разогревает этот вал, до температуры порядка 200 ° С.

 

Лист подается между тефлоновым и резиновым валом и как  бы прокатывается между ними. Таким  образом, тонер, расположенный на листе  бумаги, спекается, и образуется устойчивая к внешним воздействиям копия  оригинала. Существуют несколько разновидностей печек. Например, вместо тефлонового  вала используется керамический нагревательный элемент, отделенный от бумаги термопленкой. Такая система имеет меньшее  время прогрева, меньшее энергопотребление, но есть свои недостатки: пленку очень  легко порвать (повредить), при не аккуратном извлечении застрявший бумаги из аппарата.

 

 

Очистка барабана

 

Тонер, оставшийся на поверхности  фоторецептора, после процесса переноса изображения, удаляется на данном этапе  при помощи лезвия очистки (ракеля). Отработанный тонер скапливается в  специальном бункере. По мере накопления отработанного тонера, этот бункер требует очистки.

 

 

Разрядка

 

На данном этапе происходит удаление остаточного потенциала с  поверхности барабана. При освещении  барабана светом от лампы разрядки, происходит генерирование положительных  и отрицательных зарядов в  слое генерирования носителей, что  приводит к нейтрализации и исчезновению остаточных зарядов на поверхности  алюминиевого слоя и поверхности  барабана. В итоге потенциал поверхности  барабана после этого этапа в  ноль.

 

В копировальных аппаратах  разных производителей возможны незначительные отличия в реализации процессов  ксерографии.