Ксерография

Лекция 16. Ксерография
1.Ксерографический процесс
  2. Процесскопирования
1.Ксерографический процесс
Множительная техника. Процесс ксерографии (состоитиз двух латинских слов: ксерокс в переводе сухой и графос— запись) былизобретен и запатентован в 1938 г. Честером Карл­соном, американскимизобретателем из Нью-Йорка. Через 10 лет после этого был выпущен первыйаппарат. В середине 50-х гг. была создана первая специализированная фирма RANKXEROX, которая была монополистом до начала 70-х гг. Внастоящее время идет конкурентная война между американской фирмой XEROXияпонскими фирмами CANON, RICOHи SHARP.
Принцип работыксерографического аппарата (рис.1) за­ключается в следующем. Поток световогооблучения формиру­ется в соответствии с элементами изображения на оригинале.Далее этот поток воздействует на барабан. В местах, отражаю­щих контуризображения на барабане, образуется электростати­ческий заряд. За счет этогозаряда образовавшийся на барабане порошок (или тонер) укладывается на егоповерхность, копируя изображение оригинала. Затем барабан при повороте контакти­руетс бумагой, на которую переносится порошок и закрепляется на ней при обогреве.
Конструкцииксерографического аппарата различаются в за­висимости от его производительностии технических возможно­стей копирования:
Формат оригинала и копии— это размер листа бумаги, с которого и на которыйпереносится изображение. Основной формат — это А4 (210-297 мм). Некоторые видыксеро­графического аппарата могут исполнять форматы А2; А1; АО и A3 (297-420 мм).Иногда применяются форматы бумаги, при­нятые в США — В4 (250-354 мм); Letter(8-11 дюймов, или 216-279 мм) и Legal(8-14 дюймов, или 216-356мм).
Ксерографические аппараты посвоему назначению и воз­можностям копирования можно разбить на пять групп.
1. Портативные копировальные аппараты (portablecopiers):
— формат оригинала и копии —А4;
— скорость копирования до5-6 копий/мин.;
— рекомендуемый объемкопирования — до 500 копий/мес. Назначение: изготовление небольшого числа копийв лю­бых условиях — дома, в офисе, в командировке и т. д.
2. Низкосортные копировальные аппараты (low—volumecopiers):
— формат оригинала — А4(A3);
— формат копии — А4 (A3);
— скорость копирования 10-15копий/мин.;
— рекомендуемый объемкопирования до 1500-2500 копий/ мес.
Назначение: обслуживаниепотребностей небольшого офи­са.
3. Офисные копиры среднего класса (middle—volumecopiers):
— формат оригинала — A3;
— формат копии — A3;
— скорость копирования до15-30 копий/мин для А4 и 10-20 копий/мин для A3;
— рекомендуемый объем копированиядо 10 тыс. копий/мес.
Назначение: обслуживаниепотребностей офиса средних размеров с большим документооборотом, требующимхорошего  оформления документов —выделение цветом, масштабирование  (Xerox-5331,Ricoh, FT-4222).
4. Копиры для рабочих групп (high—volumecopiers):
— формат оригинала — А2;
— формат копии — А2;
— скорость копирования 40-80копий/мин для формата А4;
— черно-белое копирование свозможностью выделения цветом;
— рекомендуемый объемкопирования — более 15 тыс. копий/мес.
Назначение: обслуживаниепотребностей больших офисов и бизнес-центров; большие объемы копирования,необходимость брошюрования и сортировки документов (Xerox5352).
5. Специальные копировальные аппараты:полноцветные иширокоформатные аппараты — копия и оригинал до АО (1194-814 мм); длякопирования цветных фотографий, инженер­ных чертежей, вывода изображений натвердый носитель с ком­пьютера иди слайдов.
Большинство цветныхксероксов имеют невидимый код, рас­познаваемый при специальном освещении, илиобладают способ­ностью к смещению цвета в случае копирования банкнот (CanonCLC-10, Xerox5760).
В дополнение к перечисленнымхарактеристикам аппаратов по группам отметим обобщенные технические данные:
— масштаб изображения копиив зависимости от оригина­ла — 25-400%;
— допустимая плотностьбумаги 45-130 г/м;
— количество копий дополного использования ресурса све­точувствительного селенового барабана 10 тыс.— 1,5 млн;
— габаритные размеры(350-350-100)-(650-720-1200) мм;
— масса 8,5-200 кг.
На панели ксерографическогоаппарата расположены следу­ющие органы управления и контроля.
1. Кнопки для выполненияпроцесса копирования:
— пуска и остановки работы;
— набора количествакопируемых копий;
— выбора масштабафиксированного или произвольного;
— регулятора экспозиции дляручного или автоматическо­го режима и т. д.
2. Табло для отражениямасштаба копирования и количества изготовляемых копий.
3. Система сигнализации дляконтроля за проведением про­цесса копирования.
Главное требование ккачеству копии — это воспроизведение изображения в наиболее благоприятном длязрительного воспри­ятия виде, что предполагает отсутствие на копии каких-либоинородных вкраплений, пятен, пропусков, а также физических повреждений листакопии. Технические характеристики изобра­жения копии определяют следующиепараметры:
1. Плотность изображения— мера насыщенности чер­ным элементом черно-белогоизображения или темными тонами полноцветного изображения.
2. Контраст— разница между плотностями самого тем­ного и самого светлого участковизображения. Если взять для аналогии характеристики телевизионного изображения,то мож­но утверждать, что плотность изображения определяет яркость, а контраст— контрастность копии.
3. Фон.На высококачественных копиях тон пространства, не покрытого элементамиизображения, визуально не должен отли­чаться от цвета чистой бумаги докопирования.
4. Разрешение— возможность различать отдельные тон­кие вертикальные илигоризонтальные линии на изображении. Измеряется в количестве линий на единицудлины (линий/мм) путем проведения под микроскопом анализа копии с текстовоголиста:
очень хорошо    4,5-5 л/мм;
хорошо          3,5-4,4 л/мм;
удовлетворительно 2,5-3,4л/мм.
5. Четкость— это возможность передачи при копировании мелких фигурных элементовизображения. Существует специ­альный тест по европейскому стандарту DIN19051-2 с изо­бражением ряда фигур с указанием градаций этого параметра.Четкость должна мало изменяться при расположении элемен­тов изображения в любомместе на рабочей поверхности ко­пии.
6. Точность передачи линейных размеров изображе­ния.При показателемасштабирования 1:1 в большинстве копи­ровальных машин ошибки передачи линейныхразмеров не пре­вышают 1%.
7. Смещение изображения на копиях относительно краев стандартного листаи перекос.В отрегулированном копире данные смещения должны укладываться в заданные рам­ки— обычно 2-3 мм.
8. Низкая чувствительность к определенным цветам изображения оригинала.Физические особенностиэлектро­графических аппаратов черно-белого копирования не позволяют различатьполную цветовую гамму оригиналов. Подавляющее большинство современных копировне «чувствует» желтого цвета (при получении черно-белой копии сполноцветного оригина­ла желтые детали передаются, как белые).
  2. Процесс копирования

Современный копировальныйаппарат, работающий на принципе сухого электростатическо­го копирования,состоит из следующих узлов:
>оптическая система, котораяобеспечивает перенос изображения на фоточувствитель­ный барабан
>система подачи итранспортировки бумаги
> узел проявки, которыйнаносит тонер на барабан и делает скрытое электростатическое изображениевидимым
> узел закрепления, вкотором перенесенное на бумагу изображение закрепляется путем нагрева.
Процесс сухогоэлектростатического копирования состоит из следующих этапов:
1. Предварительная зарядкаотрицательным потенциалом светочувствительного барабана
Фоточувствительный барабан —это сердце копировального аппарата. Наружная поверх­ность фоточувствительногобарабана образована слоем органического фотопроводника, нане­сенного на проводящийцилиндр (рис. 1).
Перед операцией воздействияпервичного коронного разряда, свет от ламп предварительно­го кондиционирующегоэкспонирования направляется на поверхность барабана. Этот процесс обеспечиваетудаление остаточных зарядов и способствует выравниванию плотности копии.

Рис. 1
В фотопроводящем слое поддействием света формируется скрытое электростатическое поле, представляющеесобой точную проекцию оригинала, первоначально отразившего этот свет.
2. Воздействие первичногокоронного разряда
Первичный коронный разряд(отрицательный потенциал) формирует равномерный слой от­рицательных зарядов поповерхности барабана. Величина потенциала поверхности барабана с помощьюспециального устройства поддерживается постоянной.
3. Сканирующееэкспонирование
Свет от оригиналапроецируется на поверхность барабана. Области, которые на копии дол­жныполучиться светлыми, разряжаются светом из узла сканирования, и на поверхностибара­бана остаются отрицательно заряженными лишь те участки, на которые долженбыть нанесен тонер. Заряды на освещенных участках поверхности барабананейтрализуются благодаря фотопроводящим свойствам вещества, нанесенного наповерхность барабана. Таким образом, на поверхности барабана формируетсяскрытое электростатическое изображение.
4. Проявление
Скрытое электростатическоеизображение, сформированное в слое фотопроводника пада­ющими на него лучамисвета, отраженными от сканируемого оригинала, необходимо сделать видимым,нанеся на заряженные участки барабана равномерный тонкий слой тонера, т. е. нате участки, которые на копии должны получиться темными.
Частицы тонера заряженыположительно и, будучи расположены в непосредственной близо­сти от барабана,легко переносятся на его отрицательно заряженные области.
Тонер содержится в узлепроявки, который расположен рядом с барабаном. Иногда узел проявки составляет сбарабаном один узел, как, например, в картриджах Е-16/Е-30.
Узел проявки состоит изпроявляющего цилиндра (постоянный магнит, окруженный вращаю­щейся втулкой) иножа, выполненного из магнитного материала. Вращающийся проявляющий цилиндрпритягивает к себе тонер из бункера. При этом на поверхности проявляющегоцилинд­ра формируется тонкий однородный слой тонера.
Тонер бывает двух типов:однокомпонентный и двухкомпонентный. Красящие частицы одно­компонентного тонерасами обладают магнитными свойствами, благодаря чему они удержива­ются напроявляющем цилиндре. Красящие же частицы двухкомпонентного тонера не могутсамостоятельно удерживаться на проявляющем цилиндре, но прилипают к находящимсяв ем­кости для тонера частицам специального магнитного порошка, которыйназывается девелопером или носителем, и попадают вместе с ним на проявляющийцилиндр.
Сила магнитного притяжениякрасящих частиц к девелоперу или магнитному проявляющему цилиндру подобранатаким образом, чтобы она была меньше электростатического притяжения кзаряженной поверхности барабана и не препятствовала переносу частиц на него.
При использованиидвухкомпонентного тонера девелопер остается на проявляющем цилин­дре ипродолжает служить дальше. В инструкциях по эксплуатации многих аппаратовнаписано, что девелопер вообще не требует восполнения или замены, однакопрактика показала, что у любых моделей рабочие характеристики девелопера современем начинают ухудшаться, и это сказывается на качестве копий.
Итак, в процессе проявки на поверхность барабанананосится в виде тончайшего слоя тоне­ра зеркальное позитивное изображениеоригинала.
5. Перенос изображения
Позитивное зеркальноеизображение на барабане может быть перенесено на проходящую под барабаномбумагу простым совмещением поверхностей, при котором выполнится обратнаязеркальная трансформация и получится точная копия.
Однако простой механическийконтакт бумаги с барабаном не обеспечивает достаточно хо­роший перенос тонера.Поэтому на обратной стороне копировальной бумаги с помощью коротронапереноса, размещенного под проходящим через аппарат листом бумаги,создается допол­нительный потенциал коронного разряда. В результате всепритягиваемые его отрицательным зарядом частицы тонера отрываются от барабана ипопадают на поверхность бумаги, создавая там копию оригинала.
Коротроны переноса бываютпроволочными, игольчатыми или губчатыми. Проволочный ко-ротрон представляетсобой туго натянутую тонкую (около 70 мкм в диаметре) металлическую нить соспециальным напылением. Игольчатый коротрон имеет форму металлической пласти­ныс частыми острыми зубцами, а губчатый коротрон представляет собой металлическийвал, обтянутый специальным пенистым полимером, на который подано напряжение.Губчатый ко­ротрон вплотную прижимается к барабану и выполняет еще и функциюдополнительного ролика подачи.
Нить коротрона, находясьпод высоким напряжением, производит значительное количество озона. Игольчатые игубчатые коротроны выделяют значительно меньше озона. В любом слу­чае,воздействие озона в больших дозах на организм человека довольно неблагоприятно,по­этому копировальные аппараты обычно снабжены озоновыми фильтрами, которыерасположе­ны в вытяжном вентиляторе и преобразуют озон в кислород.
6. Отделение бумаги с барабана
Статически заряженный листбумаги имеет тенденцию прилипать к барабану. Поэтому дляего отделения используется специальная техника.
Конструкция копировальногоаппарата рассчитана таким образом, чтобы копировальный лист отделялся поддействием собственного веса и жесткости.
Следует при этом отметить,что тонкая бумага лишена необходимой жесткости и может заво­рачиваться вокругбарабана вместо того, чтобы отделяться от него.
Чтобы избежать этого,используется устройство снятия статического заряда или специальный коротронотделения. На это устройство подается положительное напряжение, котороеослабляет притяжение между барабаном и копировальной бумагой. Это обеспечиваетбеспрепятственное отделение бумаги от барабана.
Кроме того, на некоторых моделяхкопировальных аппаратов рядом с барабаном установле­ны специальныеотделительные лапки.
После отделения от барабанаполученная копия подается в узел термического закрепления, где проходитзаключительная стадия процесса копирования — закрепление.               J
7. Термическоезакрепление изображения
Перенесенный на бумагу тонернеобходимо каким-то образом зафиксировать, иначе он про­сто обсыплется.Фиксация осуществляется путем нагрева копии под определенным давлением. Дляэтого копировальная бумага обжимается между двумя нагретыми валиками.
Часть копировальногоаппарата, осуществляющая термическое закрепление копии называ­ется узломзакрепления или термоблоком.
В большинстве узлов закрепления в качественагревательного элемента используются лам­пы накаливания, обеспечивающиеспециальному закрепительному валу, изготовленному из алю­миния и покрытомутефлоном (этот вал принято называть тефлоновым валом), температуру, достаточнуюдля закрепления тонера на копии, проходящей под ним. К тефлоновому валу копияприжимается резиновым прижимным валом.
Для того чтобы тонер непереносился на следующую копию, поверхности закрепительного и прижимноговаликов очищают очистительным валиком.
В последние годы фирма Canonиспользует технологию, в которой вместо нагревательной лампы и тефлонового валаиспользуются керамический термоэлемент и тефлоновая пленка. При использованииэтой технологии энергия расходуется более эффективно и практически не требуетсявремени на предварительный прогрев копировального аппарата для приведения его врабочее состояние.
8. Очистка барабана
На этом этапе поверхностьбарабана подготавливается к следующей операции копирования. Часть тонера,оставшаяся после переноса на барабане, счищается с него специальным ре­зиновымлезвием — ракелем, и попадает в бункер для отработанного тонера,предусмотренный конструкцией аппарата.