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

2.6.
Однокомпонентное сухое проявление

В Проявитель сухой однокомпонентныйоднокомпонентном сухом проявителе содержатся частицы тонера без жидкого или твердого носителя. В зоне проявления частицы тонера образуют аэрозоль. Они заряжаются трибоэлектризацией либо другим путем и поэтому перемещаются к фоторецептору под действием электрических сил поля, возникающего между фоторецептором и проявляющим электродом. Охарактеризуем методы однокомпонентного проявления.

2.6.1.
Метод пылевого облака

В 70-80-х годах, когда электрофотография только начала развиваться, метод Порошковое облакопылевого облака использовали для воспроизведения тоновых изображений в аналоговых копировальных аппаратах.

Облако образовывалось в зоне проявления вдуванием аэрозоля порошка через систему трубок диаметром 3-5 мм. От ударов частиц тонера о стенки трубок происходила трибоэлектризация тонера. Знак заряда, передаваемого тонеру, зависел от материала трубок. Металлические трубки сообщали частицам отрицательный заряд, а керамические - положительный. Облако продувалось в узкое (доли миллиметра) пространство между проявляющим электродом и фоторецептором. Проявляющий электрод электрически соединялся с подложкой фоторецептора. Поэтому он приобретал потенциал, одинаковый с подложкой и противоположный по знаку СЭИ. Возникало поле проявления. Частицы проявителя перемещались в поле в соответствии с полученными им зарядами. Частицы, заряженные отрицательно (их большинство), притягивались к положительно заряженному фоторецептору и участвовали в проявлении. Положительно зарядившиеся частицы притягивались к проявляющему электроду, а незаряженные и поэтому не участвующие в проявлении. частицы уносились из зоны проявления потоком воздуха. На проявляющий электрод может быть подано напряжение смещения.

Другой вариант устройства, работающего по принципу пылевого облака, представлен на рис. 2.29Рис. 2.29. Устройство проявления пылевым облаком. Порошок тонера, находящийся в камере, приводится в движение вентилятором 1. Происходит трибоэлектризация его частиц трением друг о друга с получением ими зарядов разных знаков. По пути к фоторецептору 3 порошок попадает на сетку 2. На сетку подается напряжение смещения того же знака, что у СЭИ, но меньшее по величине. Частицы тонера не проходят через сетку, если они нейтральны или имеют тот же знак заряда, что у сетки. Частицы с противоположным знаком заряда проникают через сетку и движутся к фоторецептору под действием электрического поля, возникающего между сеткой и СЭИ.

Серьезный недостаток, препятствующий использованию метода пылевого облака, - проникновение пыли за пределы проявляющей камеры и загрязнение аппарата.

Однокомпонентное проявление снова стало применяться при появлении однокомпонентных магнитных проявителей.

2.6.2.
Проявление однокомпонентным магнитным проявителем

Более удобен в практическом отношении способ однокомпонентного проявления, когда тонер перемещается в проявляющем устройстве Проявление однокомпонентным магнитным проявителеммагнитными силами. Для этого способа используют тонеры, обладающие ферромагнитными свойствами. Они состоят из субмикронных частиц ферромагнетика в полимере, например в полистироле. Ферромагнетик может составлять ядро частиц или быть распределенным в них в виде вкраплений. Размеры частиц не более 15 мкм. Ферромагнитный тонер бывает проводящим или непроводящим, однако в косвенных методах (в электрофотографических копировальных аппаратах и лазерных принтерах) используется непроводящий тонер, обладающий свойствами феррита. Ферриты имеют высокое сопротивление, быстро намагничиваются и размагничиваются. Тонерные частицы способны к контактной электризации (трибоэлектризации). Свойства магнитных тонеров позволяют реализовать их доставку в зону проявления магнитными силами, а перенос к фоторецептору и осаждение на СЭИ - с помощью электрического поля. Удаление остаточного тонера с поверхности фоторецептора также осуществляется с помощью магнитных устройств.

Однокомпонентные магнитные проявители сочетают в удобство магнитной кисти и простоту проявочного устройства. В отличие от двухкомпонентного проявления здесь не надо дозировать тонер и перемешивать его с носителем.

Проявочное устройство

Для переноса проявителя в зону проявления служат Валик магнитныймагнитные валики. Они состоят из концентрически расположенных вращающегося полого немагнитного цилиндра, на поверхности которого формируется магнитная кисть, и находящегося внутри многополюсного цилиндрического магнита, поле которого создает магнитную кисть (рис. 2.30Рис. 2.30. Схема проявляющего устройства для однокомпонентного магнитного проявителя: 1 - бункер с тонером; 2 - тонер; 3 - дозирующее устройство; 4 - магнитная кисть; 5 - магнит; 6 - фоторецептор; 7 - проявляющий цилиндр). Так как магнитный цилиндр неподвижен или вращается навстречу проявляющему цилиндру, магнитная кисть перемещается по поверхности проявляющего цилиндра, что повышает равномерность проявления.

Зарядку частиц проявителя проводят трением о резиновый ракель, регулирующий подачу тонера. Возможна также зарядка специальным электродом или в коронном разряде.

Так как высота зоны проявления много больше длины щетинок магнитной кисти, для переноса тонера к СЭИ используют переменное электрическое поле высокой напряженности и частоты. Чтобы обеспечить чистоту пробелов, колебание потенциала проявляющего электрода происходит относительно некоторой постоянной величины, представляющей потенциал смещения (рис. 2.31Рис. 2.31. Электрическое напряжение, подаваемое на проявляющий цилиндр при проявлении однокомпонентным магнитным проявителем). Проявитель совершает сложное движение в зоне проявления («прыгает»), при этом на участках изображения он преимущественно движется к фоторецептору и захватывается им, а на пробелах он на фоторецепторе не оседает. Частота колебаний ≥ 400 Гц.

Такой «прыгающий» проявитель - в черно-белых копировальных аппаратах и лазерных принтерах фирмы Canon. Схема процесса дана на рис. 2.32Рис. 2.32. Схема проявляющего устройства с однокомпонентным проявителем в электрофотографическом печатающем устройстве фирмы Canon. Однокомпонентный проявитель, состоящий из полистирола (60%), магнетита (35%), красителя и ПАВ (5%) с размерами частиц около 8 мкм загружается в бункер и подается к магнитному валику, представляющему втулку из нержавеющей стали, внутри которой установлен неподвижный магнит с шестью полюсами. Недалеко от входа в зону проявления расположен магнитный ракель (отсекатель) 1, выполняющий две функции: перемешивание проявителя, в процессе чего происходит трибоэлектризация частиц, и ограничивание толщины слоя проявителя на валике. В зону проявления попадает равномерный слой толщиной около 25 мкм. Здесь за счет переменного поля, создаваемого источником переменного напряжения 4 и постоянной составляющей, поддерживаемой источником 3, проявитель совершает колебательные движения между поверхностью проявляющего цилиндра 2 и фоторецептором 5. Характеристики поля: ± 1000 В, 400 Гц (переменная составляющая) и 200 В (постоянная составляющая - напряжение смещения).

Уравнение проявления

Если принять, что при однокомпонентном проявлении в зоне проявления существует порошковое облако, обеспечивающее число заряженных частиц проявителя n с зарядом q и подвижностью частиц μ, то аналогично расчету. приведенному в разделе 2.5, получим поверхностную плотность заряда тонера, осевшего на СЭИ за время t:

где εs - Диэлектрическая проницаемость фоторецепторадиэлектрическая проницаемость фоторецептора;

L - толщина фоторецептора;

Fk(t = 0) и F0(t = 0) - напряженности переменной и постоянной составляющих электрического поля проявления в начальный момент времени;

fk и f0 - параметры поля проявления - формула ;

t - время, прошедшее с начала проявления.

Для короткого времени проявления:

где b2 - кроющая способность тонерного изображения, выражаемая при небольших плотностях формулой , а выражение в квадратных скобках - напряженность электрического поля проявления .

В случае магнитного проявителя процесс осложняется тем, что электрическое поле - переменное, количество тонера n пропорционально скорости его доставки в зону проявления, которая, в свою очередь, пропорциональна отношению скоростей движения поверхностей проявляющего цилиндра и фоторецептора vпр/vф и появляется константа B, отражающая притяжение тонера к магнитному валику.

2.7.
Обращенное проявление

В описанных выше способах проявления (раздел 2.4, раздел 2.5, раздел 2.6) частицы тонера, осаждаемого на скрытое электростатическое изображение, имели заряд, противоположный по знаку СЭИ. Поэтому тонер осаждался на участках изображения и чем меньше света получал участок изображения при экспонировании, тем больше осаждалось на нем тонера. В результате такого проявления получается изображение, позитивное по отношению к СЭИ и к Оригиналоригиналу.

Однако на Скрытое электростатическое изображение (СЭИ) позитивноепозитивном СЭИ можно получить негативное тонерное изображение, если на Проявляющий электродпроявляющий электрод подать Потенциал смещенияпотенциал смещения, равный максимальному потенциалу СЭИ, и проявление проводить тонером того же знака. В этом случае тонер отталкивается от проявляющего электрода и по силовым линиям электрического поля устремляется к СЭИ. Напряженность электрического поляНапряженность электрического поля максимальна в пробельных участках СЭИ:

В участках, соответствующих максимальному заряду СЭИ, Напряженность электрического полянапряженность электрического поля равна нулю. Это пробельные участки получаемого видимого изображения. Чтобы на них тонер не осаждался вообще, потенциал смещения должен быть немного меньше максимального потенциала СЭИ. Осажденный на фоторецепторе тонер удерживается на нем за счет зарядов противоположного знака, индуцируемых в заземленной подложке.

Такое проявление называют обращенным или негативным. Как правило, сочетают получение Скрытое электростатическое изображение (СЭИ) негативноенегативного СЭИ с обращенным проявлением. В современных копировальных аппаратах аналогового типа используют только позитивное проявление, а в цифровых копировальных аппаратах, особенно цветных, - оба типа проявления. Обращенное проявление используют в цифровых печатных машинах.

Чтобы понять, в чем преимущества обращенного проявления при лазерной записи (цифровые аппараты), обратимся к рис. 2.33Рис. 2.33. Элементы изображения, полученные в цифровом аппарате с использованием: а - обращенного проявления (следы растровой структуры видны на элементе); б - прямого проявления (следы растровой структуры видны на фоне). Лазерная запись производится построчно. В результате на участках фона остаются узкие полоски не полностью разряженного фоторецептора. Эти следы растровой структуры при позитивном проявлении ухудшают качество изображения, особенно цветного (рис. 2.33,бРис. 2.33. Элементы изображения, полученные в цифровом аппарате с использованием: а - обращенного проявления (следы растровой структуры видны на элементе); б - прямого проявления (следы растровой структуры видны на фоне)). В обращенном проявлении тонер осаждается на разряженные участки, образуя элементы изображения, на качество которых слабые следы растровой структуры практически не влияют. На фоне проявленного изображения лазерная запись не производится (лазер выключен) и поэтому следов растровой структуры нет (рис. 2.33,аРис. 2.33. Элементы изображения, полученные в цифровом аппарате с использованием: а - обращенного проявления (следы растровой структуры видны на элементе); б - прямого проявления (следы растровой структуры видны на фоне)).

Влияние размеров элементов изображения и высоты Зона проявлениязоны проявления на качество изображения

Осаждение тонераОсаждение тонера на участки СЭИ зависит от напряженности электрического поля проявления в различных точках зоны проявления. Для наглядного представления о влиянии поля на осаждение тонера и точность воспроизведения элементов изображения Закарявичус А.А.Закарявичусом и Сувейздис Э.Э.Сувейздисом введено понятие «нулевой линии». Это геометрическое место точек в зоне проявления, где нормальная составляющая электрического поля равна нулю. Частицы тонера, находящиеся по одну сторону от нулевой линии (ближе к фоторецептору), осаждаются на нем и проявляют СЭИ. Частицы, находящиеся по другую сторону (ближе к проявляющему электроду), на СЭИ не осаждаются и остаются неиспользованными. На рис. 2.34Рис. 2.34. Изменение формы нулевой линии в зоне проявления с увеличением потенциала смещения (величина потенциала указана под нулевыми линиями в вольтах) при расстоянии до проявляющего электрода от фоторецептора: 1000 мкм (а), 100 мкм (б), 10 мкм (в): z - высота над поверхностью фоторецептора; x - координата направленная вдоль изображения. На рис. г - схема распределения поверхностного заряда на фоторецепторе (1) и нулевая линия (2): s - поверхностный заряд; Е - положительно заряженная частица тонера изображены формы нулевой линии, полученные указанными авторами для разряженной полоски шириной 20 мкм при различных величинах потенциала смещения и расстояниях от фоторецептора до проявляющего электрода. Потенциал не разряженных при экспонировании участков изображения равен 300 В. Проявление - обращенное. Напряженность поляНапряженность поля возрастает с уменьшением расстояния между электродами и достигает максимального значения при высоте зоны проявления 10 мкм (рис. 2.34,вРис. 2.34. Изменение формы нулевой линии в зоне проявления с увеличением потенциала смещения (величина потенциала указана под нулевыми линиями в вольтах) при расстоянии до проявляющего электрода от фоторецептора: 1000 мкм (а), 100 мкм (б), 10 мкм (в): z - высота над поверхностью фоторецептора; x - координата направленная вдоль изображения. На рис. г - схема распределения поверхностного заряда на фоторецепторе (1) и нулевая линия (2): s - поверхностный заряд; Е - положительно заряженная частица тонера).

Оптимальные результаты (минимальное искажение размера штриха) достигнуты при высоте зоны проявления 10 мкм и потенциале смещения 250 В. Если потенциалы смещения превышают потенциал СЭИ штриха, то тонер начинает осаждаться на заряженных участках фоторецептора, которые на готовом изображении должны стать пробелами.

При высоте зоны проявления около 100 мкм изображение искажается, а при высоте 1000 мкм тонер, находящийся от фоторецептора на расстоянии более 500 мкм, в проявлении участия не принимает. При высоте проявления менее 500 мкм тонер осаждаться будет, но искажение размеров штрихов достигает такой степени, что штриховая (например, растровая) структура изображения исчезает (см. рис. 2.12Рис. 2.12. Распределение электрического поля над скрытым электростатическим изображением группы штрихов прямоугольной миры: 1 - конфигурация штрихов миры и распределение потенциала полученного СЭИ; 2 - на поверхности фоторецептора; 3 - на высоте 65 мкм над поверхностью; 4 - на высоте 130 мкм над поверхностью фоторецептора; V - потенциал СЭИ; s - плотность заряда; x, z - пространственные координаты).

© Центр дистанционного образования МГУП