-
Современные способы компьютерной печати.
Данная статья посвящена современным способам компьютерной печати. Естественно статья не претендует на полноту или истину в последней инстанции. Поэтому все желающие могут написать мне, задать вопрос, сообщить о замеченных ошибках, предложить дополнительную информацию или дать информацию о других видах печати. Статья постоянно перерабатывается и дополняется.
В это время львиная часть статьи посвящена ксерографии и лазерной печати. Кроме того описанные термопринтеры, ромашковые принтеры и дубликаторы.В ближайшее время я планирую поместить описание матричных принтеров и твердопечатных принтеров фирмы Xerox-Tektronix.
Лазерные принтеры и копировальные аппараты
В это время лазерные принтеры постепенно превращаются из дорогих аппаратов, доступных только довольно большим и средним фирмам в аппараты для высококачественной и высокоскоростной печати дома и в малом офисе.
В данной статье, я попробую разъяснить что представляет собой современный лазерный принтер, как он работает и как выбрать лазерный принтер или копировальный аппарат.Электростатическая фотография
В основе работы как копировального аппарата, так и лазерного принтера лежит процесс сухой ксерографии (лат. xeros - сухой и graphos - писать). В свою очередь он базируется на электростатической фотографии.
Ксерографический процесс был изобретен американским инженером Честером Карлсоном в 1938 г. В ноябре 1940 г. он получил патент на свое изобретение. В 1947 г. американская компания “Халоид Компани” купила данное изобретение для разработки первого копировального аппарата, который и был сделан в 1950 г. В следствии эта компания несколько раз превращалась и в это время мы знаем ее по названию Xerox.В основе электростатической фотографии лежит способность некоторых полупроводников уменьшать свое удельное сопротивление под действием света. Такие полупроводники называются фотопроводниками и используются для изготовления фоторецепторов.
Основные характеристики фотопроводников перечисленные ниже.Спектральная чувствительность - характеризует способность фотопроводника реагировать на излучение разных длин волн. Ни один фотопроводник не может одинаково реагировать на разные длины волн. Некоторые типы фоторецепторов слабо реагируют на голубой цвет, который вообще не воспроизводится на копии, некоторые слабо реагируют на желтый цвет, при этом копия, выполненная из оригинала, напечатанного на желтой бумаге приобретает темный фон. В идеале фотопроводник должен одинаково хорошо передавать все цвета, однако обычно этого не происходит.
Фотоэлектрическая чувствительность (скорость формирования изображения) - это величина, которая характеризует скорость уменьшения заряда на фоторецепторе при освещении его светом заданной интенсивности. Чем меньше остаточная величина заряда на фоторецепторе после его экспонирования, тем выше качество копии. Эта величина может зависеть от материала, срока эксплуатации и стана проводника.
Скорость темновой истока - величина, которая характеризует, как быстро фотопроводник теряет заряд в тьме. Это связанное с тем, что полупроводник, из которого изготовлен фоторецептор хотя и приобретает в тьме свойства диэлектрика, но все-таки не может сохранять заряд так долго, как это могут делать диэлектрики.
Усталость материала - это явление, которое возникает при многоразовом и частом экспонировании фоторецептора. Усталость материала может возникать и при засветке солнечным светом (пользователь вытянулось картридж и оставил его на солнце барабаном вверх). Усталость материала приводит к увеличению скорости темновой истока заряда, а в некоторых случаях наоборот к сохранению заряда на поверхности после экспонирования.
Стойкость к внешним влияниям - эта характеристика определяет способность фотопроводника сохранять свои свойства как можно дольше при механическом контакте с бумагой. Бумага, при правильном использовании аппарата, наиболее важным фактором естественного изнашивания фоторецептора. Поэтому шероховатая бумага, неправильно обрезанная и т.д. сокращает срок службы фоторецептора. Хотя сама бумага практически не контактирует с фоторецептором, однако твердые волокна бумаги могут попадать под ракельный чем. Кроме того, срок его службы сокращают разные химические вещества, которые могут попасть на него из бумаги или из другого источника, а также механические повреждения.
Кристаллизация - процесс преобразования атомов фотопроводника из аморфной структуры в упорядоченную, кристаллическую. При этом фотопроводник теряет свои свойства. Такой процесс нельзя остановить, но можно замедлить при правильном обращении с проводником.
Начальный потенциал - это потенциал на поверхности фоторецептора, при котором накапливается заряд, который, равняется заряду, который вытекает в подложку. Обычно фоторецептор заряжают к потенциалу ниже начального, во избежание его повреждения.
Остаточный потенциал - потенциал, который остается на освещенных участках фоторецептора после экспонирования. При экспонировании фоторецептор быстро теряет заряд к определенной величине, потом скорость истечения заряда значительно снижается. Высокий остаточный потенциал оказывает содействие притягиванию частиц тонера на освещенные участки, которое приводит к фону на копии.Эти характеристики фотопроводника тщательно анализируются при выборе его как фоторецептор для копировального аппарата или принтера.
Технология изготовления фоторецепторов
Фоторецепторы обычно наносятся на алюминиевый пустой цилиндр. Как фоторецептор служил или селен и его соединение, или органические соединения (подложка).Органический фоторецептор двухслойный. Первый пласт - пласт, в котором осуществляется перенос заряда, под ним - пласт в котором генерируется заряд. За ним идет тонкий пласт оксидной пленки, которая предотвращает истечение заряда в подложку. Подложка - последний алюминиевый пласт.
Селеновый фоторецептор состоит из “ловушечного слоя”, что представляет собой естественную оксидную пленку. Этот пласт уменьшает скорость темновой истока заряда. За ним идет фотоведущий пласт, алюминиевая оксидная пленка и подложка.
Существует два вида фоторецепторов: ленточные и цилиндрические. Первые обычно используются в аппаратах с очень высокой скоростью, поскольку разрешают обеспечивать больше высокую скорость экспонирования.Процесс ксерографии
Зарядка
Зарядка фоторецептора - это процесс нанесения равномерного заряда определенной величины на поверхность фоторецептора. Зарядка производится коротроном. Существует немного их видов, которые мы рассмотрим ниже.Для зарядки на коротрон подается высокий потенциал с помощью высоковольтного блока. Между коротроном и фоторецептором образуется разность потенциалов в немного киловольт, который приводит к ударной ионизации воздуха (коронный разряд) и ионы накапливаются на поверхности фоторецептора. Часть электронов из заземленной подложки стекает на землю, при этом в материале подложки, близ границы с фотопроводником возникает избыточный заряд, противоположный заряду на поверхности фоторецептора. Экран коротрона заземляют, чтобы разность потенциалов между фоторецептором и коронным проводом не уменьшалась, поскольку эта разность должна превышать предельное напряжение короны (напряжение, ниже которого не возникает коронный разряд).
Виды коротронов:
Обычный коротрон представляет собой тонкий провод со стойкого к окислению материала, натянутую на металлическом экране. При загрязнении или окислении провода происходит ухудшение качества копии. При загрязнении экрана возможный проскок искры между экраном и коротроном, что приводит к необратимому выгоранию фоторецептора.Скоротрон - зарядное устройство, которое разрешает получить больше равномерный заряд поверхности фоторецептора. В нем кроме провода используется сетка, на которую также подается напряжение.
Дикоротрон - разрешает еще более точно регулировать величину заряда. Он состоит из двух активных элементов: коронода и экрана. На коронод подается сменное напряжение порядка 5-6 кв, а на экран - постоянное 1-3 кв. Об этому положительные ионы перемещаются от коронода до экрана, а отрицательные - к фоторецептору.
Коротрон служит источником характерного мероприятия озона, который выходит от копировального аппарата во время работы. Следует отметить, что при использовании красивых фильтров и их своевременной замене запах не ощущается. В это время фирмы-производители переходят на безозоновую технологию.
Формирование изображения
После зарядки на фоторецептор подается изображение, которые в копировальных аппаратах освещается мощным источником света и проецируется через систему зеркал. Обычно для освещения оригинала используется каретка с лампой как в сканерах, однако в машине Xerox 1075 (с ленточным фоторецептором) например используется лампа-вспышка, которая освещает весь оригинал сразу. Для увеличения и уменьшение изображения служит объектив с изменяемым фокусным расстоянием. Скорость барабана и каретки должна быть согласована. Изображение из стекла экспонирования освещается лампой и через систему зеркал проецируется на фоторецептор. Те места на фоторецепторе, на которые падает свет теряют свой потенциал. Таким образом на фоторецепторе остается рисунок оригинала в виде заряженных участков.По способу формирования изображения аппараты можно разделить на аппараты с подвижным столом, где оригинал вместе со стеклом экспонирования перемещается относительно источника света, неподвижным столом, где существует каретка и система зеркал (или сканер) и аппараты с лампой-вспышкой, в которой весь оригинал освещается сразу. На широкоформатных копировальных аппаратах используется протягивание оригинала относительно стекла экспонирования и источника света.
Принцип действия каретки здесь описанный не будет, поскольку наша статья посвящена теории и практике ксерографической печати.
Экспонирование
На этапе экспонирования на поверхности фоторецептора выходит скрытое электростатическое изображение. Рассмотрим этот процесс более подробно.К началу экспонирования поверхностный заряд фоторецептора удерживается на месте за счет взаимодействия с зарядом противоположного знака, который находится на границе заземленной подложки и фоторецептора.
К попаданию света на фотоведущий пласта количество свободных носителей зарядов в нем имело, а удельное сопротивление - большой. Фактически электроны в фотопроводнике после зарядки смещаются из равновесного положения, но они еще находятся в своих молекулах. Такой сдвиг положительных и отрицательных зарядов в молекуле называется поляризацией.
Рассмотрим упрощенную модель процесса, который происходит при освещении фоторецептора. Будем считать, что фоторецептор заряжен положительным зарядом.При попадании света на фотопроводник в нем происходит генерация свободных носителей заряда. Электрон той молекулы, которая расположенная ближе к поверхности слоя перемещается в направлении к положительному иону на поверхности. Это перемещение нейтрализует часть положительных ионов на поверхности. В то же время молекула в верхнем пласте остается положительно заряженной. Отсутствие электронов в молекуле называют “дыркой”. Тип проводимости, при котором основными носителем заряда являются дырки называют дырочной. При дырочной проводимости происходит перемещение электронов с одного атома в соседний. Результатом этого являются перемещения положительных зарядов - дырок - в направлении, противоположному движению электронов.
После попадания света на фоторецептор электростатическое поле на поверхности фотопроводника изменяется. Оно действует уже не между зарядом на поверхности фоторецептора и подложкой, а границу “верхней” молекулой и подложкой.Электроны, которые находятся снизу от “верхней” молекулы, немедленно реагируют на положительный заряд и начинают перемещаться к “верхней” молекуле, чтобы нейтрализовать часть возникшего заряда. Миграция электронов приводит к тому, что положительный заряд от “верхней” молекулы переходит к молекуле со следующего, “второго” слоя молекул фотопроводника.
При этом электростатическое поле возникает между молекулой “второго” слоя и подложкой. Дырка соответственно перемещается от “верхней” молекулы к молекуле с “второго” слоя. Процесс повторяется до тех пор, пока дырка не перейдет к молекуле фотопроводника, ближайшего к подложке. В этом случае электроны перемещаются от подложки до фотопроводника, чтобы нейтрализовать положительный заряд.