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      激光打印機(jī)成像轉(zhuǎn)印的工作原理

       百眼通 2014-09-22



        激光打印機(jī)的成像轉(zhuǎn)印過程與復(fù)印機(jī)十分相似,通常需要充電、曝光、顯影。轉(zhuǎn)印、定影和清潔六個(gè)步驟。
        
        1.充電
        
        充電(charging)就是以靜電高壓電暈放電的形式使光電導(dǎo)體的表面帶電,從而獲得較高的表面電位。
        
        從下圖中可以看到,感光鼓由內(nèi)到外依次為導(dǎo)電層、光導(dǎo)層和絕緣層。絕緣層位于感光鼓的最外層。負(fù)責(zé)保護(hù)光導(dǎo)體以防止磨損,從而保持光導(dǎo)體的光電特性。導(dǎo)電層由精度很高的鋁合金圓筒構(gòu)成;且保證接地,以使曝光后的電位能迅速釋放。電暈絲同高壓發(fā)生器的輸出端相連接,在電暈放電的同時(shí)沿著感光鼓的表面平行移動(dòng)。被電離帶正電荷的空氣離子在電場(chǎng)力的作用下被推向光電導(dǎo)體的表面,一方面與光電導(dǎo)體的表面親和:另一方面與從導(dǎo)電層感應(yīng)出來的負(fù)電荷相平衡。因?yàn)檫@時(shí)的光導(dǎo)層未經(jīng)光照,基本為絕緣狀態(tài)(只有微弱的漏電流),恰似一個(gè)平板電容器兩極板間的絕緣介質(zhì),在它的兩個(gè)界面(一個(gè)是空氣界面;另一個(gè)是底基界面)形成了兩個(gè)電荷量相同而極性相反的電荷層,這與電容器充電原理一樣。光電導(dǎo)體與空氣界面的電荷層也與電容器的正極板一樣,呈正極性。形成這一電荷層的電量越大,表面電位就越高。



        由于不同機(jī)型感光鼓所采用的光導(dǎo)材料各不相同,如硒光電導(dǎo)體屬于P型半導(dǎo)體導(dǎo)電方式,對(duì)其充正電有利于增強(qiáng)受光照后的導(dǎo)電能力。而若是采用氧化鋅、硫化鎬、有機(jī)合成材料制成的光電導(dǎo)體,則要充負(fù)電,即負(fù)靜電高壓電暈放電,表面電荷層是負(fù)電荷層,表面電位是負(fù)極性電位,而底基感應(yīng)電荷層是正電荷層。這是因?yàn)檠趸\等材料屬于N型半導(dǎo)體導(dǎo)電方式,對(duì)其充負(fù)電有利于它們光龜導(dǎo)性能的增強(qiáng)。
        
        充電是成像轉(zhuǎn)印的首要步驟。為了同其他過程中的高壓充電相區(qū)別,這次充電往往稱為主充電。
        
        此外,值得一提的是:通過充電電極,使電極絲與感光鼓之間的空氣發(fā)生電離,從而最終達(dá)到光導(dǎo)層充電。這種方法雖然能使感光鼓表面電荷分布均勻,但同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生大量的負(fù)離子(即臭氧),臭氧聚集到一定程度即會(huì)對(duì)人體有害。鑒于此,目前許多激光打印機(jī)都采用充電輥充電的方式,如下圖所示。由于采用接觸式充電,避兔了臭氧的產(chǎn)生,但這種方式增加了感光鼓的磨損,而且會(huì)出現(xiàn)充電不均勻的現(xiàn)象。


        2.曝光
        
        曝光(Exposure或Illumination)就是利用感光鼓表面光電導(dǎo)材料的光敏特性。用帶有打印數(shù)據(jù)信息的激光束掃描感光鼓表面時(shí),被光照射的部分與感光鼓導(dǎo)電層直接導(dǎo)通,電荷迅速消失,而未被光照射的部分則仍然維持絕緣狀態(tài),僅僅進(jìn)行暗衰過程(電位隨時(shí)間自然降低的過程稱為暗衰過程),因此基本保持著高電位。而被光照射的部分因受到光照變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài),正、負(fù)電荷透過光電導(dǎo)體互相中和,表面電位大幅度降低,進(jìn)行亮衰過程(光導(dǎo)層受光線照射,形成光導(dǎo)電壓,電荷迅速中和消失,光導(dǎo)體表面電位迅速下降的過程稱為亮衰過程),亮衰的過程在頃刻間完成。在曝光結(jié)束的瞬間,光電導(dǎo)體表面上形成了靜電潛像。
        
        下圖為感光鼓表面的電位變化曲線。從下圖中可以看出,在曝光過程中亮衰過程非常關(guān)鍵,亮衰過程徹底與否直接影響到打印質(zhì)量。







        
        3.顯影
        
        顯影(DeveloPINg)實(shí)際上就是將靜電潛像變?yōu)槿搜劭梢姷纳珓﹫D像的過程。調(diào)劑和分散劑組成。干式顯影劑又分雙組份和單組份兩大類。雙組份顯影劑是由墨粉和載體兩種成份構(gòu)成;單組份顯影劑是墨粉和載體合二為一的產(chǎn)物,顆粒是單一成份的。使用濕式顯影劑的激光打印機(jī)稱為濕法激光打印機(jī);使用干式顯影劑的激光打印機(jī)稱為干法激光打印機(jī)。目前,濕法復(fù)印機(jī)已被干法復(fù)印機(jī)所淘汰,因此一般都以干式顯影劑為例來描述顯影過程。
        
        即使是干式雙組份顯影劑,使圖像顯現(xiàn)的有效成份仍是墨粉,而載體僅起攜載和輸送墨粉顆粒到顯影區(qū)的作用。光電導(dǎo)體正充電的情況下,靜電潛像是正電荷像,需要的墨粉是能夠通過摩擦帶負(fù)電性的墨粉:光電導(dǎo)體負(fù)充電的情況下,則需要通過摩擦帶正電性的墨粉。
        
        顯影的工作過程如下圖所示。顯影磁輥載著墨粉旋轉(zhuǎn)并與墨粉刮板相切以產(chǎn)生摩擦,使墨粉帶電,從而被鼓所吸附。被光線照射的部分電位極低而不能夠吸附墨粉顆粒;未被光照射的部分電位高,很容易地吸附帶有相反極性的墨粉顆粒。靜電潛像電位越高的部分,吸附墨粉的能力越強(qiáng),反之則弱。吸附墨粉顆粒的多少,呈現(xiàn)不同層次的黑度,給人一種層次感。
        
        能夠使圖像顯現(xiàn)出來的色劑稱為顯影劑。顯影劑分濕式和干式兩大類。濕式顯影劑是液態(tài)的,一般由色



        4.轉(zhuǎn)印
        
        轉(zhuǎn)印(Transfer)就是將光電導(dǎo)體上的墨粉圖像轉(zhuǎn)移到打印紙上的過程。
        
        目前激光打印機(jī)的轉(zhuǎn)印方法有兩種,其中一種是電暈放電轉(zhuǎn)印,如下圖所示。其過程是:將一張打印紙覆蓋在光電導(dǎo)體的墨粉圖像上,用一個(gè)同主充電極性相同的高壓靜電沿紙的背面移動(dòng)的同時(shí)進(jìn)行電暈放電,所形成的強(qiáng)大電場(chǎng)使墨粉顆粒從光電導(dǎo)體上被解吸而轉(zhuǎn)移到打印紙上。



        另一種轉(zhuǎn)印方法是放電膠輥轉(zhuǎn)印,如下圖所示。與電暈放電轉(zhuǎn)印不同的是這種方式采用的是放電膠輥而不是電極。



        在轉(zhuǎn)印的過程中,由于靜電潛像電位對(duì)轉(zhuǎn)印高壓形成的電場(chǎng)強(qiáng)度在越靠近光電導(dǎo)體表面的地方抵消作用越大,加之外有引力的作用以及墨粉顆粒在轉(zhuǎn)移過程中的擁擠現(xiàn)象等因素,在轉(zhuǎn)印高壓作用的瞬間內(nèi),不可能將墨粉全部轉(zhuǎn)移到紙上,總有一些墨粉殘留在光電導(dǎo)體上。這些殘留在光電導(dǎo)體上的墨粉叫做殘余墨粉。經(jīng)轉(zhuǎn)印后,殘余墨粉的量越大,說明轉(zhuǎn)印效率越低。
        
        當(dāng)然,我們都希望有較高的轉(zhuǎn)印效率。衡量的方法是用轉(zhuǎn)移到紙上的墨粉量同轉(zhuǎn)印前光電導(dǎo)體上的墨粉量相對(duì)比,可用下式表示:



        這個(gè)比值越大,說明轉(zhuǎn)印效率越高。一般干法激光打印機(jī)以75%為標(biāo)準(zhǔn),低于75%的為低,高于75%的為高,能夠達(dá)到85%的就相當(dāng)理想了。


       

        5.定影
        
        被轉(zhuǎn)移到紙上的墨粉圖像還沒有和紙完全合為一體,此時(shí)如用手一摸,墨粉圖像就會(huì)被抹掉,因此還需要將墨粉固化到紙上才能成為最終打印品,這一固化的過程就叫做定影。
        
        目前,定影的方式很多,但基本上是以熱定影為主,其原理如下圖所示。一般采用鹵素加熱燈作為熱源。當(dāng)熱源使墨粉達(dá)到熔點(diǎn)時(shí),顆粒熔化互相融合并向紙基滲透,同時(shí)定影下軋輥(壓力膠輥)施加一定壓力以增強(qiáng)墨粉顆粒的附著能力。當(dāng)離開熱源后溫度低時(shí),墨粉凝固,與紙融為一體,墨粉顆粒之間也融為一體,使圖像固化到紙上以變得光潔、平整、細(xì)膩而富于質(zhì)感。
        
        在定影過程中,關(guān)鍵是定影溫度的控制,既要能使墨粉融化,又不致于湮散,以保證圖像的清晰。






        6.清潔
        
        光電導(dǎo)體表面在轉(zhuǎn)印后仍滯留著殘余墨粉和殘余電荷,如果不清除,勢(shì)必帶入下一個(gè)成像轉(zhuǎn)印過程,前…張打印的殘余圖像就會(huì)在后一張打印品中顯現(xiàn)出來,顯然誰也不愿意去看有重疊影像或有前一原稿內(nèi)容的臟亂打印品,因而清除殘余墨粉和殘余電荷極其重要,這就必須有一個(gè)清潔(Cleaning)的過程。
        
        清潔的方法很多,其中最主要的有三種:放電曝光清潔、刮板清潔和毛刷清潔。放電曝光清潔是通過交流高壓放電配之以充分曝光來消除光電導(dǎo)體上的殘余電荷。刮板清潔是用橡塑刮板將殘余墨粉刮掉,如下圖所示。



        橡塑刮板緊貼于感光鼓上并與其表面成一定剪切角,在感光鼓旋轉(zhuǎn)的同時(shí)將其表面殘留的墨粉刮入廢粉回收盒內(nèi)。由于這種方式容易使墨粉顆粒附著于刮板之上,長(zhǎng)期使用會(huì)磨損感光鼓,因此要注意定期對(duì)此部件進(jìn)行清潔。
        
        毛刷清潔則采用反充電曝光加磁刷的方法回收墨粉,原理如下圖所示。



        滾筒式毛刷在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的作用下與感光鼓反向轉(zhuǎn)動(dòng),將感光鼓上殘留的墨粉輕輕掃入廢粉回收盒內(nèi)。同時(shí),毛刷利用旋轉(zhuǎn)摩擦產(chǎn)生靜電以吸引墨粉,可以有效地避免墨粉飛揚(yáng)而污染打印機(jī)的其他部件。這種清潔方式與刮板式相比,對(duì)感光鼓表面磨損小,一定程度上延長(zhǎng)了感光鼓的使用壽命。
        
        綜上所述,從充電、曝光、顯影、轉(zhuǎn)印、定影到清潔這六個(gè)步驟,就組成了成像轉(zhuǎn)印的基本過程。
        
        這一全過程可用如下圖所示的流程圖表示。
        
        (1)預(yù)曝光:由預(yù)曝光燈對(duì)鼓表面進(jìn)行明射以消除殘余電荷,為成像轉(zhuǎn)印作好準(zhǔn)備,如下圖(a)所示。
        
         (2)主充電:由主充電器以-6~7 kV的高壓對(duì)鼓表面進(jìn)行充電,使光電導(dǎo)體表面獲得-600~700 V的初始電位,如下圖(b)所示。
        
        (3)圖像曝光:激光束對(duì)感光鼓表面進(jìn)行掃描,于是鼓表面就形成了靜電潛像,如下圖(c)所示。
        
        (4)顯影:
        
        具有靜電潛像的鼓面在旋轉(zhuǎn)時(shí)靠近顯影器,吸附顯影器中的磁粉,在鼓面上形成了相應(yīng)的墨粉圖,如下圖(d)所示。
        
        (5)轉(zhuǎn)印和分離:帶墨粉圖像的鼓繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)靠近轉(zhuǎn)印電暈器時(shí),復(fù)印紙已被傳送到它們之間,此時(shí),轉(zhuǎn)印電暈器以5~6 kV的高壓放電,將墨粉從鼓面轉(zhuǎn)移到紙上。墨粉被吸附到紙上后,鼓繼續(xù)旋轉(zhuǎn),打印紙?jiān)隍?qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用下向前移動(dòng),如下圖(e)所示。
        
        (6)定影:帶有墨粉圖像的復(fù)印紙被送到定影上軋輥(加熱輥)和定影下軋輥(壓力膠輥)組成的定影器中,墨粉受到熱融加壓后被固化到紙上,成為最終打印品送出,如下圖(f)所示。
        
        (7)清潔:清潔感光鼓上殘留的墨粉,準(zhǔn)備下一個(gè)轉(zhuǎn)印的過程,如下圖(g)所示。



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