Московский государственный университет печати

Ванников А.В.
Уарова Р.М.


         

Электрография

Учебное пособие


Ванников А.В.
Электрография
Начало
Печатный оригинал
Об электронном издании
Оглавление

Предисловие

Введение

1.

Получение и характеристики скрытого электростатического изображения

1.1.

Краткий обзор электрофотографических систем

1.2.

Краткий обзор фоторецепторов

1.3.

Заряжение поверхности фоторецептора

1.4.

Темновой спад поверхностного потенциала

1.5.

Фотоиндуцированная разрядная кривая

1.6.

Эффект усиления изображения в ЭФ-процессе

1.7.

Механизм генерации свободных носителей заряда

1.8.

Инжекция носителей заряда из генерационного слоя в транспортный слой

1.9.

Генерационный слой

1.10.

Механизм транспорта свободных носителей заряда

1.11.

Проявляющее электрическое поле

2.

Проявление скрытого электростатического изображения

2.1.

Общие сведения о проявлении

2.2.

Электрическое поле проявления и его связь с характеристиками проявленного изображения

2.2.1.

Проявляющий электрод

2.2.2.

Характеристическая кривая проявления

2.2.3.

Влияние поля проявления на коэффициенты контрастности проявления &#947;<sub>0</sub> и &#947;<sub>w</sub>

2.2.4.

Физический смысл параметров поля проявления

2.3.

Кинетика электрофотографического проявления

2.4.

Проявление скрытого электростатического изображения магнитной кистью

2.4.1.

Двухкомпонентный магнитный проявитель

2.4.2.

Блок проявления магнитной кистью

2.4.3.

Факторы, влияющие на оптическую плотность изображения, проявленного магнитной кистью. Расчет проявления

2.5.

Жидкостное проявление

2.5.1.

Электрофоретическое проявление.

2.5.2.

Факторы, влияющие на оптическую плотность проявленного изображения. Расчет проявления

2.5.3.

Проявление аэрозолем жидкого проявителя

2.6.

Однокомпонентное сухое проявление

2.6.1.

Метод пылевого облака

2.6.2.

Проявление однокомпонентным магнитным проявителем

2.7.

Обращенное проявление

3.

Перенос тонерного изображения. Получение копии.

3.1.

Перенос изображения

3.2.

Закрепление изображения на копии

3.2.1.

Бесконтактное термическое закрепление изображения

3.2.2.

Термосиловой метод закрепления

3.2.3.

Расчет процесса закрепления изображения

3.3.

Перенос изображения в цветных копировальных аппаратах

4.

Очистка фоторецептора

5.

Электрографическое оборудование

5.1.

Общие сведения об оборудовании

5.2.

Копировальные аппараты

5.2.1.

Типы копировальных аппаратов

5.2.2.

Общие сведения о строении и работе черно-белых копировальных аппаратов аналогового типа

5.2.3.

Принципы построения основных блоков аналоговых копировальных аппаратов

5.2.3.1.

Оптический блок

5.2.3.2.

Электрофотографический блок

5.2.4.

Особенности электрографических печатающих устройств цифровых копировальных аппаратов

5.2.4.1.

Оптические системы цифровых копировальных аппаратов

5.2.4.2.

Особенности проявления скрытого электростатического изображения в цифровых копировальных аппаратах

Список использованной и рекомендуемой литературы

Указатели
11  именной указатель
240  предметный указатель
121  указатель иллюстраций
6  указатель компаний

2.5.
Жидкостное проявление

Проявитель жидкийЖидкие проявители представляют собой коллоидные системы, где роль коллоидных частиц выполняет тонер, а носителем, в котором распределен тонер, служит неполярная диэлектрическая жидкость. В электрическом поле проявления частицы пигмента, составляющие основу тонера, приобретают электрический заряд и притягиваются к Нейтрализация скрытого электростатического изображения (СЭИ)скрытому электростатическому изображению (СЭИ), проявляя его.

Проявление скрытого электростатического изображения жидкостноеЖидкостное проявление бывает двух видов:

  • проявление с использованием Электрофорезэлектрофореза;

  • аэрозольное проявление, основанное на разбрызгивании жидкого проявителя в электрическом поле проявления.

Достоинство обоих способов жидкостного проявления - высокая разрешающая способность процесса (до 200 мм-1 и даже более). Недостаток - испарение жидкого носителя, что представляет экологическую проблему при больших объемах работы. Специфика жидких проявителей делает их пригодными для микрографии на электрофотографических материалах. Системы с аэрозольным проявлением использованы в некоторых цифровых печатных машинах.

2.5.1.
Электрофоретическое проявление.

Сущность электрофоретического проявления

Если в электрическое поле, образованное СЭИ на Электрофотографический материалэлектрофотографическом материале и Проявляющий электродпроявляющим электродом, поместить диэлектрическую жидкость с диспергированными в ней коллоидными частицами пигмента, то будет происходить миграция частиц пигмента к одному из электродов. Этим электродом служит электрофотографический материал, состоящий из Фоторецептор (фотопроводник)фотопроводника и Слой заземленный проводящийзаземленного проводящего слоя (например, металлизированной пленки) со скрытым электростатическим изображением на его поверхности. Проводящие свойства жидкого проявителя вызваны образованием заряженных частиц, а процесс их миграции и осаждения на электрофотографическом материале основан на явлении электрофореза.

Рассмотрим механизм электрофоретического проявления. Частицы пигмента в проявителе существуют в виде мицелл (рис. 2.24Рис. 2.24. Строение мицеллы проявителя: В - ядро (частица пигмента); А - внутренняя часть диффузного слоя; С - внешняя часть диффузного слоя). В центре мицеллы находится ядро. Это частица пигмента, заряженная отрицательно или положительно вследствие ухода с ее поверхности в жидкость носителей заряда. Знак заряда зависит от различия работы выхода электрона из частицы и среды. Если эта работа меньше у частицы, то она заряжается положительно. Вторая причина появления заряда на поверхности - адсорбция ионов из окружающей среды.

Вокруг ядра располагается диффузный слой противоионов (ионов с противоположным знаком заряда). Противоионы у поверхности соединены с частицей довольно прочно, образуя с зарядами частицы плотную (постоянную) часть двойного электрического слоя. По мере удаления от ядра концентрация противоионов падает, их преобладание над ионами, имеющими одинаковый с ядром знак заряда, становится все менее заметным и на некотором расстоянии от ядра достигается электронейтральность. Слой противоионов, окружающий ядро, называют диффузным. Если внутренняя часть диффузного слоя связана с ядром прочно, то внешняя - нет. Ее ионы обмениваются со средой, а под действием электрического поля они отрываются от мицеллы, причем толщина оторвавшегося слоя зависит от напряженности поля (рис. 2.25Рис. 2.25. Влияние напряженности электрического поля на величину z-потенциала и радиус r2 заряженной частицы: z-потенциал заряженной частицы относительно среды: j 0-потенциал ядра относительно среды: r3 - радиус мицеллы до наложения электрического поля; F1 и F2 - величины напряженности электрического поля (F2 > F1)). В результате мицелла превращается из электронейтральной в заряженную, причем знак заряда одинаков со знаком заряда ядра. Потенциал заряженной частицы относительно среды называется электрокинетическим потенциалом или ζ-потенциалом (дзета-потенциалом). Заряженная частица пигмента движется к электрофотографическому слою, имеющему на поверхности СЭИ с противоположным знаком заряда, а оторванные полем противоионы - к проявляющему электроду (рис. 2.26Рис. 2.26. Схема электрофореза). На рис. 2.27Рис. 2.27. Устройство покадрового проявления микроизображений: 1 - электрофотографический материал; 2 - зона проявления; 3 - трубка подачи проявителя; 4 - канал поступления воздуха; 5 - проявляющий электрод; 6 - корпус камеры проявления; 7 - канал отсоса; 8 - камера проявления; 9 - герметизирующая рамка показан пример устройства покадрового жидкостного проявления микроизображений, где проявитель подается в камеру проявления 8, а электрофоретический процесс проявления происходит в электрическом поле, созданном электрофотоматериалом 1 с СЭИ на поверхности 2 и проявляющим электродом.

Жидкий проявитель

Проявитель жидкийЖидкий проявитель получают растворением тонера в жидком носителе. Тонер сохраняется в течение полугода, а готовый проявитель - в течение нескольких дней. Поэтому тонер и носитель поставляются в отдельных емкостях и смешиваются непосредственно перед началом работы.

Тонер жидкого проявителяТонер жидкого проявителя - вязкая паста, имеющая консистенцию печатной краски. Он включает частицы пигмента, составляющие его основу, связующее, добавки, улучшающие зарядку частиц, и добавки, улучшающие перетир при смешивании ингредиентов и агрегативную устойчивость готового проявителя.

Частицы пигмента могут быть очень маленькими, так как жидкий носитель предотвращает образование пылевых облаков. Их средний размер не превышает 3-5 мкм и иногда даже доли микрометра, как в печатных красках. В жидких тонерах применяют сажу и органические пигменты соответствующих цветов. Основное свойство пигментов, пригодных для тонеров, - способность образовывать частицы с поверхностным зарядом нужного знака.

Кроме того, к пигментам предъявляются такие же требования, как и к пигментам печатных красок: высокая дисперсность, хорошее смачивание дисперсионной средой, насыщенность цвета, яркость, а для черного пигмента - Кроющая способность проявителякроющая способность.

В качестве связующего используют традиционные связующие печатных красок (олифу 3041, полидиен марки Б), а также другие полимеры с невысокой молекулярной массой, образующие с пигментом высоковязкие пасты. Связующее должно хорошо совмещаться с носителем (растворяться в нем), а пленки, формирующие изображение, должны легко затвердевать.

В тонеры вводят поверхностно-активные вещества (ПАВ), улучшающие диспергирование частиц пигмента при перетире и повышающие агрегативную устойчивость проявителя. Пример весового соотношения - связующее: пигмент: ПАВ = 3:1:0,001.

НосительНоситель. Функция носителя заключается в доставке заряженных частиц пигмента к электрофотографическому материалу. Выполнив эту функцию, носитель испаряется из красочного слоя.

Носитель должен:

  • представлять собой неполярную жидкость с высоким удельным сопротивлением (ρ × 1012 Ом×см) и низкой диэлектрической проницаемостью (ε не более 2,5). Частицы пигмента приобретают в носителе положительный или отрицательный заряд;

  • растворять связующее тонера;

  • иметь высокую летучесть.

Этим требованиям соответствуют уайт-спирит, гептан, циклогексан, четыреххлористый углерод, перхлорэтилен и некоторые хладоны (фреоны). Однако у каждого из них есть серьезные недостатки, ограничивающие применение. Уайт-спирит, гептан, циклогексан огнеопасны. Хлорпроизводные токсичны - их нельзя использовать в производственных условиях.

Наиболее удобны из перечисленных растворителей хладоны, например хладон-113 (CF2Cl-CFCl2). Его параметры: ρ = 2,2× 1013 Ом×см, ε = 2,41, относительная летучесть (по отношению к этиловому эфиру) 1,0, ПДК = 0,8 мг/л, негорюч. Недостаток - низкая температура кипения (47,6°С), и, кроме того, он имеет ограниченную растворяющую способность. Поэтому в качестве носителя часто применяют фирменные составы.

Электрокинетические свойства жидких проявителей такие (определены при напряженности электрического поля - 1 кВ/см, носитель - хладон - 113):

  • средний радиус частиц - 0,1-0,2 мкм;

  • концентрация частиц - около 150 см-3 (повышенная концентрация частиц пигмента может быть достигнута при добавлении в тонер ПАВ);

  • удельный заряд тонера - 0,3-1,0 Кл/кг;

  • средняя поверхностная плотность заряда на частице - 1-3 Кл/см2;

  • средний заряд частицы - (5-14)×10-18 Кл;

  • ζ-потенциал - 0,02-0,3 В;

  • отношение зарядов. переносимых частицами пигмента и противоионами, - до 10;

  • подвижность частиц - (3-6)×10-9м2/(В×с).

2.5.2.
Факторы, влияющие на оптическую плотность проявленного изображения. Расчет проявления

Поле электрическоеЭлектрическое поле участвует в формировании заряженной частицы пигмента, срывая с оболочки мицеллы часть ее противоионов. От напряженности поля зависят электрокинетический потенциал (заряд частицы) и подвижность частицы. С ростом напряженности уменьшается радиус частицы, но увеличиваются ее подвижность и Дзета-потенциалζ-потенциал. Проявление ускоряется, но получаемые оптические плотности изображения уменьшаются. Происходит это потому, что частицы, имеющие больший заряд (и потенциал), быстрее компенсируют Заряд скрытого электростатического изображения (СЭИ)заряд СЭИ. Количество удерживаемого СЭИ пигмента падает, и уменьшается оптическая плотность проявляемого изображения.

Расчет проявления

Исходные формулы для вывода Уравнение жидкостного электрофоретического проявленияуравнения жидкостного электрофоретического проявления:

  • уравнения кинетики проявления , ;

  • уравнение электрического поля проявления ;

  • уравнение, связывающее Оптическая плотность тонерного изображенияоптическую плотность изображения с Поверхностная концентрация тонераповерхностной концентрацией тонера

Оптическая плотность участка изображения зависит от количества осевшего на СЭИ тонерного пигмента. Это количество, оцениваемое поверхностной плотностью тонерного слоя nt, зависит от плотности потока тонера к СЭИ и времени проявления.

Ток тонера в электрическом поле проявления вычисляется по формуле:

где - Ток тонераток тонера, оцениваемый по скорости нейтрализации поверхностного заряда на участке СЭИ;

с - электропроводность, складывающаяся из электропроводности за счет тока тонера ct и собственной ионной проводимости среды (носителя) ce:

Электроводность, определяемая Ток тонератоком тонера, связана с плотностью оседающего на Скрытое электростатическое изображение (СЭИ) тонераСЭИ тонера, nt, г/м3, удельным зарядом тонера qt, Кл/г, и электрофоретической подвижностью μt, м2/(В×с):

Оптическая плотность тонерного изображенияОптическая плотность изображения возрастает, согласно формуле , пропорционально Ток тонератоку тонера. Выясним, какие факторы влияют на ток тонера, то есть на кинетику осаждения тонерных частиц на СЭИ.

Движущей силой для тонера является напряженность поля проявления, точнее, ее нормальная составляющая Fz. Уравнение для Fz приведено в и выглядит следующим образом:

.

При проявлении Проявитель жидкийжидким проявителем высоту зоны проявления z можно принять равной нулю, так как проявитель находится в контакте с электрофотографическим материалом. Поэтому p(z) = 1 и

где

Электрическое поле для синусоидального Скрытое электростатическое изображение (СЭИ) штриховоештрихового СЭИ (рис. 2.28Рис. 2.28. Электрическое поле скрытого электростатического изображения синусоидального штрихового рисунка: s0 - средняя поверхностная плотность заряда; sk и -sk - отклонение поверхностной плотности заряда от средней величины в центрах штриха и пробела) можно записать так:

В точках максимумов синусоида cosky = ± 1,0. Так как потенциал СЭИ связан с поверхностной плотностью заряда СЭИ формулой:

то для центра штриха справедливо выражение

а для середины пробела (фона)

.

Отсюда, электростатический контраст ΔVc составляет:

Подставив выражения для потенциалов СЭИ в уравнение поля проявления получим уравнение

Уравнение поля проявления можно разделить на две части - постоянную и частотную:

Представим случай проявления, когда не успевает пройти заметная Нейтрализация скрытого электростатического изображения (СЭИ)нейтрализация СЭИ и электропроводность диэлектрического носителя невелика, то есть ce  0 (случай близкий к реальному проявлению). Тогда можно записать выражения:

Заменив плотности зарядов потенциалами, получим:

где

и

где b2 - кроющая способность тонерного изображения.

Из приведенных выражений выводятся формулы для коэффициентов Контрастность проявленияконтрастности проявления γ0 и γw:

При длительном времени проявления принятых выше допущений делать нельзя и формула для поверхностной плотности осажденного тонерного изображения выглядит так:

,

где

Из выражения следует, что:

  • Оптическая плотность тонерного изображениямаксимальная оптическая плотность снижается за счет электропроводности носителя, ток ионов которого, устремляющийся к Проявляющий электродпроявляющему электроду, замедляет осаждение частиц тонера. Это уменьшение определяется выражением

    Электрофоретическое торможение для общего случая выражается формулой

    где 2/3 - снижение Подвижностьподвижности;

    η - вязкость.

    Поэтому носитель должен иметь низкую электропроводность, то есть высокое удельное сопротивление (1012-1013 Ом×см), и быть диэлектрической жидкостью;

  • увеличение концентрации тонера на СЭИ со временем имеет экспоненциальный характер.

2.5.3.
Проявление аэрозолем жидкого проявителя

Примером Проявление скрытого электростатического изображения аэрозольноеаэрозольного проявления служит процесс, используемый в технологии «Electronik» фирмы Indigo. Проявитель изготавливается из Тонер жидкийжидкого тонера (электрокраски) и Носитель жидкийжидкого носителя, смешиваемых перед употреблением, и распыляется в зоне проявления между фоторецептором и проявляющим цилиндром. Электрокраска находится в зоне проявления в виде аэрозольного облака из отрицательно заряженных частиц. На поверхности фоторецептора - Скрытое электростатическое изображение (СЭИ) штриховоештриховое или микроштриховое (растровое) СЭИ, у которого потенциал в участках штрихов равен -100 В, а в пробелах -800 В. Потенциал проявляющего цилиндра составляет -400 В. Отрицательно заряженная электрокраска притягивается к поверхностям с меньшими абсолютными величинами потенциалов. На участках изображения краска оседает на фоторецепторе, а на пробелах ее частицы отталкиваются от фоторецептора и вдоль силовых линий поля проявления летят к проявляющему цилиндру. С проявляющего цилиндра краска счищается и направляется обратно в красочный резервуар. Полученное на фоторецепторе изображение контактирует с офсетным цилиндром, покрытым специальной электропроводящей резиной. Потенциал резинового полотна более положительный, чем на фоторецепторе, и электрическое поле способствует переносу краски с фоторецептора на офсетный цилиндр. Резина обладает весьма малой адгезионной способностью по отношению к электрокраске, и та держится на ее поверхности только за счет электрического притяжения. Металлический цилиндр, обтянутый резиновым полотном, нагрет до 140°С. Из краски испаряется остаток растворителя. Она размягчается и теряет заряд, поэтому легко переходит на бумагу, где заканчивается ее затвердевание. Бумага закрепляется на печатном цилиндре. Изображение полноцветноеПолноцветное изображение получается за 4 оборота фоторецептора, на каждом из которых формируется однокрасочный слой.

© Центр дистанционного образования МГУП