Ксерография
Лекция 16 . Ксерография
1.Ксерографический процесс
2. Процесс копирования
1.Ксерографический процесс
Множительная техника. Процесс ксерографии (состоит из двух латинских слов: ксерокс в переводе сухой и графос— запись) был изобретен и запатентован в 1938 г. Честером Карлсоном, американским изобретателем из Нью-Йорка. Через 10 лет после этого был выпущен первый аппарат. В середине 50-х гг. была создана первая специализированная фирма RANK XEROX, которая была монополистом до начала 70-х гг. В настоящее время идет конкурентная война между американской фирмой XEROX и японскими фирмами CANON, RICOH и SHARP.
Принцип работы ксерографического аппарата (рис.1) заключается в следующем. Поток светового облучения формируется в соответствии с элементами изображения на оригинале. Далее этот поток воздействует на барабан. В местах, отражающих контур изображения на барабане, образуется электростатический заряд. За счет этого заряда образовавшийся на барабане порошок (или тонер) укладывается на его поверхность, копируя изображение оригинала. Затем барабан при повороте контактирует с бумагой, на которую переносится порошок и закрепляется на ней при обогреве.
Конструкции ксерографического аппарата различаются в зависимости от его производительности и технических возможностей копирования:
Формат оригинала и копии — это размер листа бумаги, с которого и на который переносится изображение. Основной формат — это А4 (210-297 мм). Некоторые виды ксерографического аппарата могут исполнять форматы А2; А1; АО и A3 (297-420 мм). Иногда применяются форматы бумаги, принятые в США — В4 (250-354 мм); Letter (8-11 дюймов, или 216-279 мм) и Legal (8-14 дюймов, или 216-356 мм).
Ксерографические аппараты по своему назначению и возможностям копирования можно разбить на пять групп.
1. Портативные копировальные аппараты (portable copiers):
— формат оригинала и копии — А4;
— скорость копирования до 5-6 копий/мин.;
— рекомендуемый объем копирования — до 500 копий/мес. Назначение: изготовление небольшого числа копий в любых условиях — дома, в офисе, в командировке и т. д.
2. Низкосортные копировальные аппараты (low—volume copiers):
— формат оригинала — А4 (A3);
— формат копии — А4 (A3);
— скорость копирования 10-15 копий/мин.;
— рекомендуемый объем копирования до 1500-2500 копий/ мес.
Назначение: обслуживание потребностей небольшого офиса.
3. Офисные копиры среднего класса (middle—volume copiers):
— формат оригинала — A3;
— формат копии — A3;
— скорость копирования до 15-30 копий/мин для А4 и 10-20 копий/мин для A3;
— рекомендуемый объем копирования до 10 тыс. копий/мес.
Назначение: обслуживание потребностей офиса средних размеров с большим документооборотом, требующим хорошего оформления документов — выделение цветом, масштабирование (Xerox-5331, Ricoh, FT-4222).
4. Копиры для рабочих групп (high—volume copiers):
— формат оригинала — А2;
— формат копии — А2;
— скорость копирования 40-80 копий/мин для формата А4;
— черно-белое копирование с возможностью выделения цветом;
— рекомендуемый объем копирования — более 15 тыс. копий/мес.
Назначение: обслуживание потребностей больших офисов и бизнес-центров; большие объемы копирования, необходимость брошюрования и сортировки документов (Xerox 5352).
5. Специальные копировальные аппараты: полноцветные и широкоформатные аппараты — копия и оригинал до АО (1194-814 мм); для копирования цветных фотографий, инженерных чертежей, вывода изображений на твердый носитель с компьютера иди слайдов.
Большинство цветных ксероксов имеют невидимый код, распознаваемый при специальном освещении, или обладают способностью к смещению цвета в случае копирования банкнот (Canon CLC-10, Xerox 5760).
В дополнение к перечисленным характеристикам аппаратов по группам отметим обобщенные технические данные:
— масштаб изображения копии в зависимости от оригинала — 25-400%;
— допустимая плотность бумаги 45-130 г/м;
— количество копий до полного использования ресурса светочувствительного селенового барабана 10 тыс. — 1,5 млн;
— габаритные размеры (350-350-100)-(650-720-1200) мм;
— масса 8,5-200 кг.
На панели ксерографического аппарата расположены следующие органы управления и контроля.
1. Кнопки для выполнения процесса копирования:
— пуска и остановки работы;
— набора количества копируемых копий;
— выбора масштаба фиксированного или произвольного;
— регулятора экспозиции для ручного или автоматического режима и т. д.
2. Табло для отражения масштаба копирования и количества изготовляемых копий.
3. Система сигнализации для контроля за проведением процесса копирования.
Главное требование к качеству копии — это воспроизведение изображения в наиболее благоприятном для зрительного восприятия виде, что предполагает отсутствие на копии каких-либо инородных вкраплений, пятен, пропусков, а также физических повреждений листа копии. Технические характеристики изображения копии определяют следующие параметры:
1. Плотность изображения — мера насыщенности черным элементом черно-белого изображения или темными тонами полноцветного изображения.
2. Контраст — разница между плотностями самого темного и самого светлого участков изображения. Если взять для аналогии характеристики телевизионного изображения, то можно утверждать, что плотность изображения определяет яркость, а контраст — контрастность копии.
3. Фон. На высококачественных копиях тон пространства, не покрытого элементами изображения, визуально не должен отличаться от цвета чистой бумаги до копирования.
4. Разрешение — возможность различать отдельные тонкие вертикальные или горизонтальные линии на изображении. Измеряется в количестве линий на единицу длины (линий/мм) путем проведения под микроскопом анализа копии с текстового листа:
очень хорошо 4,5-5 л/мм;
хорошо 3,5-4,4 л/мм;
удовлетворительно 2,5-3,4 л/мм.
5. Четкость — это возможность передачи при копировании мелких фигурных элементов изображения. Существует специальный тест по европейскому стандарту DIN 19051-2 с изображением ряда фигур с указанием градаций этого параметра. Четкость должна мало изменяться при расположении элементов изображения в любом месте на рабочей поверхности копии.
6. Точность передачи линейных размеров изображения. При показателе масштабирования 1:1 в большинстве копировальных машин ошибки передачи линейных размеров не превышают 1%.
7. Смещение изображения на копиях относительно краев стандартного листа и перекос. В отрегулированном копире данные смещения должны укладываться в заданные рамки — обычно 2-3 мм.
8. Низкая чувствительность к определенным цветам изображения оригинала. Физические особенности электрографических аппаратов черно-белого копирования не позволяют различать полную цветовую гамму оригиналов. Подавляющее большинство современных копиров не "чувствует" желтого цвета (при получении черно-белой копии с полноцветного оригинала желтые детали передаются, как белые).
2. Процесс копирования
Современный копировальный аппарат, работающий на принципе сухого электростатического копирования, состоит из следующих узлов:
> оптическая система, которая обеспечивает перенос изображения на фоточувствительный барабан
> система подачи и транспортировки бумаги
> узел проявки, который наносит тонер на барабан и делает скрытое электростатическое изображение видимым
> узел закрепления, в котором перенесенное на бумагу изображение закрепляется путем нагрева.
Процесс сухого электростатического копирования состоит из следующих этапов:
1. Предварительная зарядка отрицательным потенциалом светочувствительного барабана
Фоточувствительный барабан — это сердце копировального аппарата. Наружная поверхность фоточувствительного барабана образована слоем органического фотопроводника, нанесенного на проводящий цилиндр (рис. 1).
Перед операцией воздействия первичного коронного разряда, свет от ламп предварительного кондиционирующего экспонирования направляется на поверхность барабана. Этот процесс обеспечивает удаление остаточных зарядов и способствует выравниванию плотности копии.
Рис. 1
В фотопроводящем слое под действием света формируется скрытое электростатическое поле, представляющее собой точную проекцию оригинала, первоначально отразившего этот свет.
2. Воздействие первичного коронного разряда
Первичный коронный разряд (отрицательный потенциал) формирует равномерный слой отрицательных зарядов по поверхности барабана. Величина потенциала поверхности барабана с помощью специального устройства поддерживается постоянной.
3. Сканирующее экспонирование
Свет от оригинала проецируется на поверхность барабана. Области, которые на копии должны получиться светлыми, разряжаются светом из узла сканирования, и на поверхности барабана остаются отрицательно заряженными лишь те участки, на которые должен быть нанесен тонер. Заряды на освещенных участках поверхности барабана нейтрализуются благодаря фотопроводящим свойствам вещества, нанесенного на поверхность барабана. Таким образом, на поверхности барабана формируется скрытое электростатическое изображение.
4. Проявление
Скрытое электростатическое изображение, сформированное в слое фотопроводника падающими на него лучами света, отраженными от сканируемого оригинала, необходимо сделать видимым, нанеся на заряженные участки барабана равномерный тонкий слой тонера, т. е. на те участки, которые на копии должны получиться темными.
Частицы тонера заряжены положительно и, будучи расположены в непосредственной близости от барабана, легко переносятся на его отрицательно заряженные области.
Тонер содержится в узле проявки, который расположен рядом с барабаном. Иногда узел проявки составляет с барабаном один узел, как, например, в картриджах Е-16/Е-30.
Узел проявки состоит из проявляющего цилиндра (постоянный магнит, окруженный вращающейся втулкой) и ножа, выполненного из магнитного материала. Вращающийся проявляющий цилиндр притягивает к себе тонер из бункера. При этом на поверхности проявляющего цилиндра формируется тонкий однородный слой тонера.
Тонер бывает двух типов: однокомпонентный и двухкомпонентный. Красящие частицы однокомпонентного тонера сами обладают магнитными свойствами, благодаря чему они удерживаются на проявляющем цилиндре. Красящие же частицы двухкомпонентного тонера не могут самостоятельно удерживаться на проявляющем цилиндре, но прилипают к находящимся в емкости для тонера частицам специального магнитного порошка, который называется девелопером или носителем, и попадают вместе с ним на проявляющий цилиндр.
Сила магнитного притяжения красящих частиц к девелоперу или магнитному проявляющему цилиндру подобрана таким образом, чтобы она была меньше электростатического притяжения к заряженной поверхности барабана и не препятствовала переносу частиц на него.
При использовании двухкомпонентного тонера девелопер остается на проявляющем цилиндре и продолжает служить дальше. В инструкциях по эксплуатации многих аппаратов написано, что девелопер вообще не требует восполнения или замены, однако практика показала, что у любых моделей рабочие характеристики девелопера со временем начинают ухудшаться, и это сказывается на качестве копий.
Итак, в процессе проявки на поверхность барабана наносится в виде тончайшего слоя тонера зеркальное позитивное изображение оригинала.
5. Перенос изображения
Позитивное зеркальное изображение на барабане может быть перенесено на проходящую под барабаном бумагу простым совмещением поверхностей, при котором выполнится обратная зеркальная трансформация и получится точная копия.
Однако простой механический контакт бумаги с барабаном не обеспечивает достаточно хороший перенос тонера. Поэтому на обратной стороне копировальной бумаги с помощью коротрона переноса, размещенного под проходящим через аппарат листом бумаги, создается дополнительный потенциал коронного разряда. В результате все притягиваемые его отрицательным зарядом частицы тонера отрываются от барабана и попадают на поверхность бумаги, создавая там копию оригинала.
Коротроны переноса бывают проволочными, игольчатыми или губчатыми. Проволочный ко-ротрон представляет собой туго натянутую тонкую (около 70 мкм в диаметре) металлическую нить со специальным напылением. Игольчатый коротрон имеет форму металлической пластины с частыми острыми зубцами, а губчатый коротрон представляет собой металлический вал, обтянутый специальным пенистым полимером, на который подано напряжение. Губчатый коротрон вплотную прижимается к барабану и выполняет еще и функцию дополнительного ролика подачи.
Нить коротрона, находясь под высоким напряжением, производит значительное количество озона. Игольчатые и губчатые коротроны выделяют значительно меньше озона. В любом случае, воздействие озона в больших дозах на организм человека довольно неблагоприятно, поэтому копировальные аппараты обычно снабжены озоновыми фильтрами, которые расположены в вытяжном вентиляторе и преобразуют озон в кислород.
6. Отделение бумаги с барабана
Статически заряженный лист бумаги имеет тенденцию прилипать к барабану. Поэтому для его отделения используется специальная техника.
Конструкция копировального аппарата рассчитана таким образом, чтобы копировальный лист отделялся под действием собственного веса и жесткости.
Следует при этом отметить, что тонкая бумага лишена необходимой жесткости и может заворачиваться вокруг барабана вместо того, чтобы отделяться от него.
Чтобы избежать этого, используется устройство снятия статического заряда или специальный коротрон отделения. На это устройство подается положительное напряжение, которое ослабляет притяжение между барабаном и копировальной бумагой. Это обеспечивает беспрепятственное отделение бумаги от барабана.
Кроме того, на некоторых моделях копировальных аппаратов рядом с барабаном установлены специальные отделительные лапки.
После отделения от барабана полученная копия подается в узел термического закрепления, где проходит заключительная стадия процесса копирования — закрепление. J
7. Термическое закрепление изображения
Перенесенный на бумагу тонер необходимо каким-то образом зафиксировать, иначе он просто обсыплется. Фиксация осуществляется путем нагрева копии под определенным давлением. Для этого копировальная бумага обжимается между двумя нагретыми валиками.
Часть копировального аппарата, осуществляющая термическое закрепление копии называется узлом закрепления или термоблоком.
В большинстве узлов закрепления в качестве нагревательного элемента используются лампы накаливания, обеспечивающие специальному закрепительному валу, изготовленному из алюминия и покрытому тефлоном (этот вал принято называть тефлоновым валом), температуру, достаточную для закрепления тонера на копии, проходящей под ним. К тефлоновому валу копия прижимается резиновым прижимным валом.
Для того чтобы тонер не переносился на следующую копию, поверхности закрепительного и прижимного валиков очищают очистительным валиком.
В последние годы фирма Canon использует технологию, в которой вместо нагревательной лампы и тефлонового вала используются керамический термоэлемент и тефлоновая пленка. При использовании этой технологии энергия расходуется более эффективно и практически не требуется времени на предварительный прогрев копировального аппарата для приведения его в рабочее состояние.
8. Очистка барабана
На этом этапе поверхность барабана подготавливается к следующей операции копирования. Часть тонера, оставшаяся после переноса на барабане, счищается с него специальным резиновым лезвием — ракелем, и попадает в бункер для отработанного тонера, предусмотренный конструкцией аппарата.