Фізичні основи роботи комп’ютера (стр. 16 из 21)

2.5.23 Експонування

На етапі експонування на поверхні фоторецептора виходить приховане електростатичне зображення. Розглянемо цей процес детальніше.

До початку експонування поверхневий заряд фоторецептора утримується на місці за рахунок взаємодії із зарядом протилежного знаку, що знаходиться на межі заземленої підкладки і фоторецептора.

До попадання світла на фотопровідний шар кількість вільних носіїв зарядів в ньому мала, а питомий опір – великий. Фактично електрони у фотопровіднику після зарядки зміщуються з рівноважного положення, але вони ще знаходяться в своїх молекулах. Такий зсув позитивних і негативних зарядів в молекулі називається поляризацією.

Розглянемо спрощену модель процесу, який відбувається при освітленні фоторецептора. Вважатимемо, що фоторецептор заряджений позитивним зарядом.

При попаданні світла на фотопровідник в ньому відбувається генерація вільних носіїв заряду. Електрон тієї молекули, яка розташована ближче до поверхні шару, переміщується у напрямку до позитивного іону на поверхні. Це переміщення нейтралізує частину позитивних іонів на поверхні. В той же час іон у верхньому шарі залишається позитивно зарядженим. Відсутність електронів в молекулі називають "діркою". Тип провідності, при якому основними носієм заряду є дірки, називають дірковою. При дірковій провідності відбувається переміщення електронів з одного атома в сусідній. Результатом цього є переміщення позитивних зарядів – дірок – в напрямі, протилежному руху електронів.

Після попадання світла на фоторецептор електростатичне поле на поверхні фотопровідника змінюється. Воно діє вже не між зарядом на поверхні фоторецептора і підкладкою, а між "верхньою" молекулою і підкладкою.

Електрони, що знаходяться знизу від "верхньої" молекули, негайно реагують на позитивний заряд і починають переміщуватися до "верхньої" молекули, щоб нейтралізувати частину заряду, що виник. Міграція електронів призводить до того, що позитивний заряд від "верхньої" молекули переходить до молекули з наступного, "другого" шару молекул фотопровідника.

При цьому електростатичне поле виникає між молекулою "другого" шару і підкладкою. Дірка відповідно переміщається від "верхньої" молекули до молекули з "другого" шару. Процес повторюється до тих пір, поки дірка не перейде до молекули фотопровідника, найближчої до підкладки. В цьому випадку електрони переміщаються від підкладки до фотопровідника, щоб нейтралізувати позитивний заряд.

2.5.24 Прояв

Прояв – це процес формування зображення на фоторецепторі тонером (рис. 2.31). Тонер є дрібнодисперсним порошком, частинки якого складаються з полімеру або гуми і фарбувальної речовини (для чорного тонера звичайно використовується сажа).

Можливі два варіанти прояву – однокомпонентний і двокомпонентний. Розглянемо спочатку двокомпонентний спосіб.

Двокомпонентний спосіб використовується тільки у разі негативної зарядки фоторецептора.

Тонер з бункера через спеціальний дозуючий пристрій подається в бункер з носієм. Носій (девелопер) є частинками магнітного матеріалу, покритого полімером.

Прилипання тонера до носія відбувається за рахунок трибоелектризації (електризації тертям). В процесі тертя частинки тонера і носія набувають різних зарядів і тонер рівномірно покриває носій.

Носій в свою чергу прилипає до магнітного валу, який є порожнистим з постійними магнітами всередині. Вал, покритий носієм з тонером, входить в безпосередній контакт з фоторецептором, внаслідок чого частинки тонера, що мають заряд, протилежний заряду фоторецептора, притягуються до його заряджених ділянок.

Чистий носій із залишками тонера знов потрапляє в бункер. Носій знов змішується з тонером і потрапляє на магнітний вал. Сам носій не витрачається в процесі прояву. Проте в результаті тертя носій втрачає полімерний шар, що приводить до його нездатності притягати тонер. Крім того, такий носій може викликати механічне пошкодження фоторецептора.

Для того, щоб тонер не переносився на слабкозаряджені ділянки фоторецептора, на магнітний вал подається напруга зсуву близько 100-500 В, знак якої співпадає із знаком заряду на фоторецепторі. За рахунок цього сила тяжіння тонера до валу збільшується, і тонер не переноситься на слабкозаряджені ділянки. Регулюючи величину напруги зсуву можна регулювати насиченість копії, наприклад для створення хорошої копії з поганого оригіналу. Сучасні апарати звичайно самі досить добре регулюють якість копії, практично не вимагаючи втручання оператора.

Однокомпонентний прояв звичайно використовується в апаратах малого класу і лазерних принтерах. В цьому випадку потрібен тонер іншого складу. Звичайно такий тонер коштує дорожче. Однокомпонентний прояв не передбачає наявність носія. В цьому випадку тонер виготовляється із суміші частинок магнітного матеріалу, полімеру і фарбника.

З бункера тонер потрапляє на магнітний вал. Над валом, на виході з бункера розташовується заряджаюче лезо (ракель), яке виконує дві функції:

- регулює кількість тонера на валу;

- заряджає частинки тонера.

Тертя частинок тонера об лезо приводить до зарядки тонера знаком, протилежним знаку заряду фоторецептора.

Перенесення тонера з валу на фоторецептор здійснюється за допомогою напруги зсуву, що прикладається до магнітного валу. В даному випадку напруга зсуву є змінною напругою з постійною складовою, яка по знаку відповідає знаку заряду фоторецептора. Під час періоду, із знаком, протилежним знаку заряду фоторецептора тонер переноситься на фоторецептор, під час періоду, із знаком, відповідним знаку заряду фоторецептора тонер з фонових ділянок повертається на магнітний вал.

Регулювання якості копій відбувається за рахунок зміни постійної складової.

Слід відзначити, що в двокомпонентній системі прояву набагато складніше досягти рівномірної заливки чорним кольором. Це пов'язано з тим, що носій не встигає прийняти досить тонера. Ця проблема розв'язується використанням двох або трьох валів, що обертаються в різні боки. Проте така конструкція збільшує вартість апарату.

Рисунок 2.31 – Фотографії тонера, значно збільшені

2.5.25 Перенесення

Процес перенесення – процес, при якому тонер переноситься на папір. Папір проходить між коротроном перенесення і фоторецептором, на якому знаходиться тонерний малюнок. Коротрон перенесення надає паперу заряд, відповідний заряду фоторецептора. У підкладці фоторецептора існує заряд, за знаком протилежний до заряду паперу. За рахунок цього папір притягується до фоторецептора.

Для того, щоб тонер переносився на папір, сила тяжіння між ним і тонером повинна бути більша за силу тяжіння між тонером і фоторецептором. Не весь тонер переноситься на папір. Тому його залишки видаляються в процесі очищення фоторецептора.

Для поліпшення якості зображення і зменшення витрат тонера в деяких апаратах здійснюється попереднє перенесення, в процесі якого послаблюється заряд фоторецептора. Для цього або фоторецептор заздалегідь освітлюється, або на коротрон перенесення подається змінна напруга.

2.5.26 Відділення

Відділення паперу від фоторецептора здійснюється як механічним, так і електричним способом.

У першому випадку використовуються або пальці відділення, що знаходяться в безпосередній близькості до фоторецептора, або ремінці, що встановлюються з одного краю фоторецептора. Кромка паперу ковзає ремінцем і потім легко відділяється від фоторецептора.

У другому випадку використовується коротрон відділення, що звичайно використовується спільно з механічними засобами. Для відділення паперу від фоторецептора на коротрон відділення подається змінна напруга. Він генерує позитивні і негативні іони. Частина з них ослаблює силу тяжіння паперу до фоторецептора, а частина – забезпечує прилипання тонера до паперу.

2.5.27 Закріплення

Після перенесення копія вже практично готова. Але зображення, одержане на папері, може бути стерто практично будь-якою механічною дією (наприклад, легким тертям). Звичайно така копія не придатна для практичного використання. Для збільшення зчеплення тонера з папером використовується механізм закріплення.

Існує декілька способів закріплення. Найбільш поширений – це термомеханічний спосіб, при якому копія піддається нагріву і механічному притиску.

Механізм закріплення носить назву ф’юзер (піч). Механізм складається з тефлонового валу, що нагрівається, з кварцовою лампою всередині, і гумового притискного валу. Іноді замість тефлонового валу встановлюється спеціальний керамічний термоелемент, який відділяється від паперу термоплівкою. Такі копіри мають менший термін прогрівання і менше енергоспоживання, проте термоплівка здатна зробити значно меншу кількість копій і пошкодити її значно легше при неправильному витяганні паперу.

У частині апаратів для валу, що нагрівається, передбачене силіконове мастило. Це дозволяє уникнути прилипання тонера до валика. Крім того, може використовуватися спеціальний рушник, для видалення залишків тонера або іншого бруду, що прилип до валу. Для відділення паперу від валу застосовуються пальці відділення.

2.5.28 Очищення

Очищення – це процес видалення залишків тонера з фоторецептора після перенесення на папір.

Безпосередньо перед очищенням може використовуватися передочищення за допомогою засвічення фоторецептора або коротрона передочищення, який генерує позитивні і негативні іони.

Частинки тонера, що залишилися, видаляються за допомогою ножа ракеля, що знаходиться в безпосередньому контакті з фоторецептором. Ракель виготовляється і точно позиціонується щодо фоторецептора, для того, щоб не пошкодити його. Відпрацьований тонер потрапляє в бункер відпрацювання.