Копіювальний апарат Ксерокс

Індивідуальне завдання

на тему:

Копіювальний апарат “Ксерокс”

Копіювальний апарат - пристрій, призначений для одержання копій з різних оригіналів.

Робота копіювального апарата заснована на принципі сухої ксерографії (xeros-сухий, graphein-писати). Ксерографія - фотографічний процес, заснований на фізичних явищах, що використовують фотопровідність напівпровідників. Під дією світла, такі напівпровідники змінюють свій питомий опір.

Винахідником ксерографічного процесу вважається Честер Ф.Карлсон (1906-1968). У 1947 році фірма Haloid Company перекупила права на використання патентів Карлсона. Тоді ж була дано назву - ксерографія, процесу сухого електростатичного переносу зображення, винайденому Карлсоном. Згодом фірма була кілька разів перейменована, і зараз називається The Document Company Xerox.

Основним елементом копіювального апарату є світлочутливий барабан. Як правило, порожній металевий циліндр, з нанесеним на його поверхню високоомним напівпровідником. Як правило напівпровідниками виступають прошарки на основі Se з добавками Te, Cd і ін., прошарки на основі Cd або органічні напівпровідникові покриття.

Селеновий фоторецептор складається з декількох прошарків: "уловлюючий прошарок", являє собою оксидну плівку, служить для запобігання темної інжекції носіїв заряду. За ним йде фотопровідний прошарок, потім алюмінієва оксидна плівка і підкладка.

Органічний фоторецептор двопрошарковий. Перший шар - шар, переносу носіїв (ШПН) електричного заряду, другий прошарок - шар генерування носіїв (ШГН) електричного заряду. За ним йде тонкий прошарок оксидної плівки, що запобігає витіканню заряду в підкладку, потім підкладка - останній алюмінієвий прошарок.

Фоторецептори в основному бувають двох видів: стрічкові і циліндричні. Стрічкові фоторецептори являють собою замкнуту широку стрічку з нанесеним на її поверхню фотопровідним шаром. Використовуються у високопродуктивних апаратах, тому що дозволяють спроецировать усе зображення оригіналу відразу. Циліндричний фоторецептор - порожній металевий циліндр (звичайно алюмінієвий), з нанесеним на його поверхню фотопровідним шаром. Використовуються в копірах малої і середньої продуктивності.

Робота копіювального апарата складається з декількох основних етапів. Всі етапи взаємозалежні. Гарна якість копії залежить від правильного виконання всіх етапів роботи копіювального апарату.

Основні етапи роботи копіювального апарату
1.Зарядка

На даному етапі на поверхні фотопровідника барабана формуються рівномірно розташовані заряди визначеної величини. Зарядка відбувається за допомогою головного коротрону (коротрону зарядки). На коротрон подається напруга з високовольтного блоку. Виникає різниця потенціалів у трохи кіловольт між фоторецептором і коротроном, що приводить до ударної іонізації повітря (коронний розряд). На поверхні фоторецептора накопичуються заряджені іони. При обертанні фоторецептора його поверхня покривається рівномірним шаром заряду, у результаті чого, він підготовляється до експозиції.

2. Експонування

На цьому етапі формується сховане електростатичне зображення на барабані. Світло від лампи копіювання направляється на документ, відбивається від документа і через систему дзеркал, об'єктив, оптичне зображення проектується на барабан. Світло, відбите від світлих ділянок документа має високу інтенсивність, а відбите від темних ділянок має низьку інтенсивність. При влученні світла на барабан, у шарі генерування носіїв заряду, утворюються позитивні і негативні заряди. Позитивні заряди, утворені в ШГН-прошарку рухаються в напрямку негативних зарядів на поверхню фотопровідника, негативні заряди рухаються в напрямку позитивних зарядів алюмінієвого шару. Таким чином, позитивні і негативні заряди в алюмінієвому шарі і на поверхні фотопровідника, взаємно нейтралізуються, відповідно зменшується потенціал поверхні барабана. Здатність ШГН-прошарку породжувати електричні заряди збільшується пропорційно інтенсивності світла падаючого на барабан. Отже, висока інтенсивність світла відбитого від світлої ділянки документа, приводить до більшого числа електричних зарядів породжених ШГН-шаром. При цьому нейтралізується велика кількість негативних зарядів на поверхні фотопровідника, що приводить до зменшення потенціалу поверхні фотопровідника. Низька інтенсивність світла від темних ділянок документа, приводить до меншого породження електричних зарядів у ШГН-шарі, при цьому нейтралізується менша кількість негативних зарядів на поверхні фотопровідника. Відповідно потенціал поверхні барабана зменшується на меншу величину. Потенціал поверхні барабана , що відповідає більш світлій ділянці документа, менше потенціалу, що відповідає більш темній ділянці документа. Таким чином, формується сховане електростатичне зображення.

3.Прояв.
На даному етапі часточки тонера, потрапляючи на барабан, виявляють сховане електростатичне зображення, роблячи його видимим. У якості тонера використовуються багатокомпонентні суміші пофарбованих часток синтетичних і натуральних смол.

Існують дві системи проявки: однокомпонентна і двохкомпонентна.

В однокомпонентній системі тонер виготовляється із суміші часток магнітного матеріалу, полімеру і барвника. Блок проявлення складається з магнітного валу (постійний магніт, оточений обертовою втулкою) і ножа, виконаного з магнітного матеріалу. Ніж регулює кількість тонера, який наноситься на барабан і заряджає частки тонеру до потрібної величини (знак заряду протилежний заряду фоторецептора). Перенос тонеру з магнітного вала на барабан здійснюється за допомогою напруги зсуву прикладається до магнітного вала. Напруга зсуву являє собою перемінна напруга з постійної складовий, котра за знаком відповідає знаку заряду фоторецептора. Під час періоду, зі знаком, протилежним знаку заряду барабана тонер переноситься на фоторецептор, під час іншого періоду, тонер з фонових ділянок повертається на магнітний вал. Величина зсуву постійного струму впливає на щільність копії й утворення вуалі: чим, менш негативним є потенціал зсуву (чим ближче він підходить до 0 в), тим вище виявляється щільність і вуалеутворюваність.

У двохкомпонентній системі тонер невеликими порціями подається в бункер з носієм (девелопером). Носій - магнітний порошок, з діаметром часток порядку 20-150 мкм, служить для переносу тонера на барабан. Прилипание тонера до носія, відбувається за рахунок трибоелектричного ефекту (частки тонера і носія, контактуючи один з одним, заряджаються протилежними зарядами). Тонер рівномірно покриває носій. У свою чергу носій рівномірно розподілений по магнітному валі - порожній металевий циліндр, з розташованими усередині постійними магнітами. Магнітний вал розташований у безпосередній близькості від фоторецептора, таким чином, частки тонера, заряджені протилежним знаком, ніж фоторецептор, притягаються до його заряджених ділянок. Потенціал поверхні фотопровідника на ділянках відповідних більш темному зображенню, є високим (велика кількість негативних зарядів) і притягає більшу кількість часток тонера. Потенціал поверхні на ділянках відповідних більш світлому зображенню, є низьким (менше негативних зарядів) і притягає менша кількість часток тонера. Таким чином, формується видиме зображення на фоторецепторі, що складається з часточок тонера. У процесі прояву носій не витрачається, але усе-таки вимагає заміни через якийсь час, тому що утрачає свої магнітні властивості і починає обсипатися з магнітного вала. У процесі прояву на магнітний вал подається напруга зсуву порядку 100 - 500 вольтів, для того щоб попередити перенос тонера залишковим зарядом (приблизно 80 - 100 вольт), характерним для ділянок, що відповідають світлим ділянкам зображення.

4.Перенос зображення

Процес переносу зображення полягає в переносі часточок тонера, що формують видиме зображення, розташованих на поверхні фоторецептора на папір. Папір, на яку переноситься зображення, заряджається коротроном переносу до рівня більш високого, чим потенціал поверхні фоторецептора. При цьому сила притягання між поверхнею листа і частками тонера вище, ніж сила притягання між поверхнею барабана і тонером, що викликає притягання тонера до папера. Після переносу все-таки невелика частина тонера залишається на фоторецепторі, що згодом віддаляється на стадії очищення барабана.

5.Відділення папера.

На цьому етапі аркуш паперу з нанесеним на нього зображенням оригіналу, відокремлюється від барабана. У процесі переносу папір заряджений більш сильно, ніж фоторецептор, відповідно між ними виникає сила притягання. Для того щоб послабити цю силу, коротрон відділення формує на поверхні листа заряд перемінного струму (для зниження потенціалу папера до рівня потенціалу барабана). У результаті цього сила притягання між барабаном і папером слабшає, і папір під дією власної ваги відокремлюється від барабана. Якщо цього не відбувається, то папір відокремлюється від барабана механічним способом, видільними пальцями (зубами).
Після етапу відділення папера, копія майже готова, але ще потрібно закріплення, інакше її можна зіпсувати будь-яким механічним впливом (наприклад, стерти пальцем). Для закріплення копії використовується спеціальне пристосування - фьюзер (пічка). Пічка складається з тефлонового валу і гумового валу. Усередині тефлонового валу розташовується нагрівальна лампа, що розігріває цей вал, до температури порядку 200 °С.

Лист подається між тефлоновим і гумовим валом і як би прокочується між ними. Таким чином, тонер, розташований на листі папера, спікається, і утвориться стійка до зовнішніх впливів копія оригіналу. Існують кілька різновидів пічок. Наприклад, замість тефлонового валу використовується керамічний нагрівальний елемент, відділений від папера термоплівкою. Така система має менший час прогріву, менше енергоспоживання, але є свої недоліки: плівку дуже легко порвати (пошкодити), при не акуратному витягуванні застряглого паперу з апарата.

6. Очищення барабану

Тонер, який залишився на поверхні фоторецептора, після процесу переносу зображення, віддаляється на даному етапі за допомогою леза очищення (ракеля). Відпрацьований тонер накопичується в спеціальному бункері. В міру нагромадження відпрацьованого тонера, цей бункер вимагає очищення.

7. Розрядка

На даному етапі відбувається видалення залишкового потенціалу з поверхні барабана. При висвітленні барабана світлом від лампи розрядки, відбувається генерування позитивних і негативних зарядів у шарі генерування носіїв, що приведе до нейтралізації і зникнення залишкових зарядів на поверхні алюмінієвого шару і поверхні барабана. У підсумку потенціал поверхні барабана після цього етапу наближається до нуля.

У копіювальних апаратах різних виробників можливі незначні відмінності в реалізації процесів ксерографії.