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

3.2.
Закрепление изображения на копии

Порошковое изображение надо закрепить, так как оно легко смазывается. Закрепление изображения на копииЗакрепление состоит в переводе порошка в состояние вязкой жидкости, образующей при затвердевании пленку, имеющую хорошее сцепление с бумагой. Сделать это можно несколькими способами.

  1. Растворение порошка в парах растворителей (ацетона, четыреххлористого углерода, уайт-спирита), испаряющихся с пропитанных растворителем пористых подушек, находящихся в узких наклонных кюветах. Полимер тонера поглощает растворитель, набухает и, растекаясь, образует жидкую пленку. Теряя растворитель на воздухе, пленка быстро высыхает. Время нахождения копии в парах - 3-10 с. Дольше выдерживать не стоит из-за растекания тонера и искажения штрихов.

    Получается изображение с хорошими репродукционными характеристиками. Когда-то этот способ был широко распространен, но сейчас на практике не применяется, так как органические растворители опасны для здоровья операторов.

  2. Расплавление смолы, входящей в тонер, с образованием пленки. Этот процесс лежит в основе термических методов закрепления. Самый известный из них - термосиловой (термомеханический) метод. В некоторых инженерных копировальных аппаратах используют бесконтактное термическое закрепление.

3.2.1.
Бесконтактное термическое закрепление изображения

Закрепление изображения на копииЗакрепление изображения может производиться с помощью потока теплового ИК-излучения.

Примером служит батарея из нескольких трубчатых тепловых излучателей (рис. 3.3Рис. 3.3. Устройство бесконтактного термозакрепления: а - источник теплового излучения; б - схема термозакрепления: 1 - отражатель; 2 - нагреватель; 3 - копия). Излучатели - кварцевые трубки с размещенной внутри нихромовой спиралью. На рис. 3.3Рис. 3.3. Устройство бесконтактного термозакрепления: а - источник теплового излучения; б - схема термозакрепления: 1 - отражатель; 2 - нагреватель; 3 - копия показана трубка диаметром 10 мм, толщиной стенки 1 мм, нихромовой спиралью мощностью 600 Вт. Длина трубки превышает ширину закрепляемого изображения на удвоенный размер зоны резкого возрастания величины теплового потока. Интенсивность теплового излучения равномерна вдоль оси лампы только в ее средней части. По краям, на расстоянии около 20 мм, поток сильно изменяется. Эти зоны неравномерного нагрева должны находиться за пределами копии. Мощность лампы можно регулировать, изменяя подаваемое на нее напряжение. На рис. 3.3,бРис. 3.3. Устройство бесконтактного термозакрепления: а - источник теплового излучения; б - схема термозакрепления: 1 - отражатель; 2 - нагреватель; 3 - копия представлена система из двух ламп с отражателем из полированного алюминия 1. Расстояние между лампами a изменяется в зависимости от скорости движения копии. При скорости движения бумаги 2,2 м/мин (7 копий А4 в минуту) a = 40 мм, расстояние до отражателя h1 = 5 мм, а расстояние от ламп до копии h = 5-8 мм.

Нагрев копии определяется способностью тонерного изображения и бумаги поглощать инфракрасное (тепловое) излучение. Если источником излучения служит импульсная ксеноновая лампа или лампа накаливания с мощным ИК-излучением, мало поглощаемым бумагой (10-15%), то происходит в основном нагрев частиц тонера. Черный тонер поглощает ИК-излучение практически полностью и быстро разогревается до температуры около 160°С. Такое излучение не вызывает тепловой деформации бумаги, так как ею почти не поглощается, что снижает опасность ее застревания в аппарате.

3.2.2.
Термосиловой метод закрепления

При термосиловом Закрепление изображения на копиизакреплении копия с тонерным (порошковым) изображением проходит между двумя разогретыми валиками, прижатыми друг к другу (рис. 3.4Рис. 3.4. Схема процесса термосилового закрепления: 1 - прижимной валик; 2 - фьюзерный валик; 3 - копия). Валики выполняют различные функции.

Валик прижимнойПрижимной валик 1 прижимает копию лицевой стороной к нагревательному валику (его часто называют фьюзерным) 2. За счет упругой деформации прижимного валика происходят прижим копии под давлением 0,3-0,6 кг/см2 и изгибание бумаги в зоне контакта в сторону нагревательного валика, что увеличивает площадь контакта.

Валик нагревательныйНагревательный валик разогревает порошковое изображение до 140-180°С. Тонер оплавляется, и полученная пленка прижимается к бумаге. Время закрепления - 1-2 с.

Валик фьюзерныйФьюзерный валик - полая металлическая (например, стальная) трубка, покрытая слоем тефлона толщиной 40-200 мкм. Этот слой играет роль антипригарного покрытия. Внутри цилиндра размещен нагревательный элемент - галогенная лампа накаливания в форме длинной трубки. Длина трубки превышает ширину максимально допустимого в данном аппарате формата (например, А4) на 30 см с учетом неравномерности нагрева по краям валика.

Прижимной валик - алюминиевый цилиндр, покрытый 10-миллиметровым слоем термостойкой резины, имеющий диаметр и длину одинаковые с фьюзерным валиком.

Копия проходит через закрепляющее устройство (рис. 3.5Рис. 3.5. Прохождение копии через закрепляющее устройство), обращенная тонерным изображением в сторону фьюзерного валика, и прижимается к нему вторым валиком. Так как часть тонера может налипнуть на фьюзерный валик, несмотря на исключительно низкие адгезионные свойства тефлона, предусмотрена смазка валика фьюзерным маслом (антипригарной жидкостью). Для этой цели служит специальный узел смазки. Кроме того, в устройстве есть механизм отделения бумаги от валика.

Чтобы обеспечить оплавление порошка, но не допустить вредного перегрева копии, устройство термосилового закрепления снабжено датчиком температуры и термопредохранителем для аварийного отключения нагревательного валика.

3.2.3.
Расчет процесса закрепления изображения

Изображение, поступающее в устройство термозакрепления, состоит из частиц тонера, которые должны быть нагреты до температуры, достаточной для Закрепление изображения на копиизакрепления. Для расчета процесса Сас В.Х.В.Х.Сасом ссылка на источники литературы предложена следующая модель.

Представим изображение в виде отдельно лежащих частиц тонера, имеющих форму шариков. Это дает возможность представить закрепление как процесс нагрева отдельной частицы тонера до температуры закрепления. Шарик контактирует с воздухом и бумагой. Примем, что температура воздуха в закрепляющем устройстве вблизи копии равна температуре бумаги. Нагрев проводится излучателями, размещенными по обе стороны копии, и их излучение одинаково.

В основу расчета положены дифференциальные уравнения теплового баланса для частицы тонера и единицы площади бумаги. Уравниваются мощность поглощенной тепловой энергии, с одной стороны, и нагревание частицы и рассеяние поглощенного тепла в окружающее пространство, с другой стороны. Уравнение теплового баланса для частицы тонера выглядит так:

где q - удельная мощность теплового потока, подаваемого закрепляемому изображению со стороны тонерного изображения, Вт/м2;

Aт - коэффициент поглощения излучения тонером;

S - площадь проекции частицы тонера, S = πd2/4, м2, где d - диаметр частицы, м;

t - время нагревания. с;

- масса частицы тонера г;

γ - удельная масса тонера, г/м3;

ст - удельная массовая теплоемкость материала тонера, Дж/(г×град);

S1 - площадь поверхности частицы м2;

T - температура, до которой нагрета частица, К;

T'в - температура воздуха вблизи частицы, К;

α - коэффициент теплоотдачи, Вт×м-2×град-1; α = 2λ/d, где

λ - коэффициент теплопроводности воздуха, Вт×м-1×град-1.

Скорость воздуха относительно частиц тонера принята за нуль. Температура воздуха вблизи изображения равна температуре бумаги Тб.

Температуру бумаги получают, решив дифференциальное уравнение теплового баланса для бумаги, отнесенного к единице ее площади. Градиент температуры по толщине бумаги принят за нуль.

Коэффициент поглощения излучения бумагой равен Аб, а если облучение идет с двух сторон, то суммарный коэффициент, К = 2Аб.

Уравнение теплового балансаУравнение теплового баланса представлено следующей формулой:

где γб - масса единицы площади бумаги, г/м2;

cб - удельная массовая теплоемкость бумаги; Дж/(г×град);

TB - температура воздуха в закрепляющем устройстве, К.

В результате решения этого уравнения получено выражение

где

T0 - начальная температура бумаги.

Величина Dt в реальных условиях мала, и поэтому при разложении в степенной ряд ограничиваются первыми двумя членами ряда. Получим выражение для температуры бумаги

Это выражение подставим в уравнение теплового баланса  .

Решив уравнение , получим уравнение процесса термического закрепления (для t ≥ 0,05 с):

где

При Закрепление изображения на копиизакреплении изображения рассматриваемым способом частицы различных размеров нагреваются до разных температур. Чем меньше размер частицы, тем ниже ее температура. Процесс закрепления практически реализуется, если все элементы изображения достигнут температуры плавления тонера. Необходимую для этого температуру назовем T3 (температура закрепления). Однако при этом никакой произвольно выбранный элемент изображения не должен нагреваться до температуры Ti, превышающей предельно допустимую температуру Тпр, иначе копия будет повреждена. Это условие можно записать так:

.

Время закрепления определяется по плавлению частиц наименьших размеров. Для этих частиц величина M имеет наименьшее значение: M = Mmin.

Минимально допустимое время закрепления при заданной удельной мощности нагревательного устройства q получают из формулы , заменив T на T3, M на Mmin, t на t3, и решив уравнение относительно времени закрепления t3:

Минимально возможное время закрепления получим, повысив мощность нагревательного устройства до критической величины qk. Это наибольшая величина q, при которой соблюдается условие , то есть нет опасности повреждения копии из-за перегревания.

Из формулы видно, что помимо свойств тонера (T3 и Mmin) на процесс закрепления влияют удельная мощность закрепляющего устройства и свойства бумаги: теплоемкость (cб) и теплоотдача (αб, входящие в константы N и S) () Время закрепления увеличивается с возрастанием теплоемкости и уменьшением теплоотдачи бумаги.

3.3.
Перенос изображения в цветных копировальных аппаратах

При получении цветных изображений производится накопление изображения, перенос его на приемную подложку и термозакрепление полноцветного изображения.

Принципиально можно представить три технологические схемы.

  1. Изображение накапливается на фоторецепторе, а потом сразу переносится на бумагу, и данная цветная копия проходит термозакрепление. В этом случае увеличивается точность совмещения, упрощается конструкция аппарата (он называется одноцилиндровым). Об этом методе известно из литературы (фирмы KonicaKonica, MatsushitaMatsushita, модель FP-CI), но нет сведений, применяется ли он в современной аппаратуре. Ведь при использовании этого метода возникает ряд специфических проблем, в том числе получение второго и последующих слоев не на чистом фоторецепторе, а поверх уже имеющихся изображений.

  2. Накопление полноцветного изображения на промежуточном носителе, например резиновой ленте (в аппаратах фирмы RicohRicoh) или резиновом цилиндре (в цифровых печатных машинах фирмы IndigoIndigo, типа Omnius). Резиновое полотно совершает возвратно-поступательные перемещения, пока на него не будут перенесены 4 одноцветных слоя полноцветного изображения. Затем полученное изображение передается на бумагу и копия поступает в устройство термозакрепления.

  3. Накопление цветного изображения на бумаге и одновременное закрепление полученной копии термосиловым методом. Существует два варианта. В одном из них перенос изображений происходит на лист бумаги, временно закрепленный с помощью электростатического притяжения на барабане переноса. После получения цветного изображения лист освобождается и переносится в закрепляющее устройство.

Второй вариант заключается в прохождении бумаги через 4 или 8 секций печати, в которых на нее последовательно печатаются 4 однокрасочных изображения с одной или с двух сторон. При этом способе скорость получения цветного изображения высока и почти не отличается от скорости черно-белого процесса. Этот способ используют в высокоскоростных копировальных аппаратах и цифровых печатных машинах. Полученная копия проходит термическое закрепление.

Основным термическим способом закрепления цветных изображений является термосиловой.

© Центр дистанционного образования МГУП