Копировальные аппараты

Самый известный тип электрографической печати, то есть печати с использованием электростатических и электромагнитных взаимодействий — это ксерография, использующаяся в копировальных аппаратах. Ксеро - отнюдь не часть названия фирмы Xerox, как думают многие (включая, как ни забавно, некоторых инженеров сервисных служб по обслуживанию копировальной техники), а часть латинского слова xeros -сухой, в противоположность полиграфическим технологиям, использующим жидкие краски. Компания Xerox действительно автор первого копировального аппарата, только в то время (1950 г.) она именовалась Галоид Компани.
В электрографии, и ксерографии в частности, используются так называемые фотопроводники, то есть вещества, удельное сопротивление которых изменяется под воздействием света. На основе фотопроводников изготавливаются фоторецепторы, обычно из оксида селена, но есть также органические фоторецепторы. Фотопроводники определенным образом наносятся на алюминиевый барабан, образуя слой фоторецептора. Под ним должен находиться непроводящий слой, предотвращающий утечку заряда.
В начале работы фоторецептор должен быть равномерно заряжен. Зарядка производится при помощи коротрона - тонкой проволоки из устойчивого к окислению металла, натянутой на заземленном экране. На коротрон подается высокое напряжение. Между коротроном и барабаном образуется разность потенциалов в несколько тысяч вольт. Происходит ионизация воздуха (коронный разряд), и ионы скапливаются на поверхности фоторецептора. Его подложка заземлена, поэтому часть заряда стекает, и в подложке, вблизи границы с фоторецептором, возникает заряд, противоположный заряду на поверхности рецептора. Экран коротрона заземляют, чтобы разность потенциалов между коротроном и фоторецептором не уменьшалась ниже порога, при котором существует коронный разряд. Таким образом, поверхность фоторецептора оказывается заряженной. Если она имеет положительный заряд, то на границе с подложкой образуется отрицательный. Именно коронный разряд и дает характерный запах озона, сопровождающий работу копировальных аппаратов.
Теперь на фоторецептор можно подавать изображение. Фотопроводники обладают различной спектральной чувствительностью. Поэтому на одних аппаратах плохо воспроизводятся голубые линии, а на других - желтый цвет. Изображение проецируется на фоторецептор барабана сложной системой зеркал и линз, позволяющих масштабировать изображение.
Проецирование может осуществляться двумя способами: в низкоскоростных миниатюрных аппаратах оптическая система неподвижна и развертка изображения на поверхность цилиндра производится за счет перемещения оригинала синхронно с вращением цилиндра. При втором варианте оптическая система движется относительно неподвижного оригинала.
На засвеченных местах фоторецептора генерируется свободный заряд. Если поверхность барабана имела положительный заряд, начинается миграция электронов к поверхности. Молекула, утерявшая электрон, приобретает положительный заряд и получает электрон от нижележащей молекулы. Таким образом, место дефицита электрона - «дырка» - как бы мигрирует от поверхности к подложке. В конце концов дырка оказывается на границе с подложкой, где (как вы, вероятно, еще не забыли) терпеливо дожидаются ее избыточные электроны, которые до сих пор (в темноте) нейтрализовывали заряд на поверхности фоторецептора. Б результате происходит нейтрализация заряда в засвеченных областях. Участки, не подвергшиеся освещению (что соответствует окрашенным областям оригинала), по-прежнему заряжены. «Белые» области лишены заряда. В итоге мы получили скрытое изображение в виде заряженных и частично разряженных областей.
Теперь, если добавить тонер, частицы его будут по-разному вести себя над областями фоторецептора, имеющими  различный заряд.  Поведение частиц определяется напряженностью   электростатического   поля, ее нормальной (перпендикулярной) составляющей   к   поверхности   цилиндра. Не вдаваясь в подробности, можно сказать, что нормальная составляющая напряженности над границей заряженной и незаряженной областей различна: вблизи границы величина нормальной составляющей максимальна, затем, по мере приближения к центру заряженной области, значение падает. Это объясняет существование так называемого краевого эффекта при копировании: участки сплошной заливки никогда
не бывают ровными, по краям интенсивность больше, чем в центре. Эффект тем заметнее, чем больше размер плашки. Для текста и линий он играет положительную роль, делая их края более резкими. При цифровой печати, где засветка производится точками, он почти незаметен, а вот на аналоговых копировальных аппаратах заметно неравномерными получаются плашки даже шириной 5-10 мм.
Теперь необходимо проявить изображение. Для этого тонер надо зарядить. В копировальных аппаратах среднего класса и выше собственно красящий порошок - тонер {черный тонер состоит в основном из сажи и полимера или резины) - и магнитный носитель (то есть материал, служащий для подзарядки) - девелопер - разделены. В аппаратах низшего класса и лазерных принтерах тонер уже содержит магнитный материал и отдельного девелопера не требуется.
Тонер смешивается с носителем, и их частицы прилипают друг к другу в результате электризации трением, при этом они приобретают противоположные заряды, причем частицы тонера, имеющие микроскопические размеры, облепляют гораздо более крупные частицы носителя. Затем эта смесь прилипает к магнитному валу (содержащему постоянный магнит), наконец, вал с налипшим на него тонером соприкасается с барабаном, на поверхности которого находится заряженный фоторецептор (если уважаемый читатель еще не забыл, именно с него начиналась вся эта история). Заряженные области фоторецептора имеют заряд, противоположный заряду на частицах тонера, поэтому тонер прилипает к барабану. Чтобы тонер не приставал к «светлым» участкам, которые все же имеют слабый заряд, на магнитный вал подается потенциал, знак которого совпадает со знаком заряда фоторецептора. Таким образом, тонер притягивается и к магнитному валу, и к фоторецептору барабана. Потенциал на магнитном вале ниже, чем на «темных» участках фоторецептора барабана, и выше, чем на «светлых» участках. Таким образом, происходит очищение слабозаряженных участков фоторецептора от тонера. Регулировка насыщенности отпечатка, имеющаяся практически в любых копировальных аппаратах, как раз и есть изменение напряжения на магнитном валу. Освобожденный носитель с остатками тонера попадает обратно в бункер и используется вновь. Хотя девелопер и не расходуется, со временем от трения полимерный слой его частиц изнашивается и перестает эффективно притягивать тонер. Копии при этом получаются некачественными, малоконтрастными и как бы смазанными (темные участки недостаточно черные, белые участки - грязноватые), кроме того, при длительном использовании такого девелопера можно повредить фоторецептор барабана.

Если тонер совмещен с магнитным носителем, то зарядка его происходит при трении о ракель (лезвие), расположенный на выходе из бункера с тонером. На магнитный вал при этом подается переменное напряжение. Когда заряды на магнитном вал и фоторецепторе не совпадают, тонер переносится на барабан, когда совпадают происходит очистка «светлых» участков фоторецептора, и тонер с этих участков воз вращается на магнитный вал.
Теперь на барабане есть уже не скрытое, а настоящее изображение, и его необходимо перенести на бумагу. Для этого, как вы, вероятно, уже догадались, надо зарядить - что? - бумагу. Это делает  очередной  коротрон  (который называют коротроном переноса).   Бумага   заряжается   однополярно с фоторецептером, на
который, как вы помните, налип тонер, и его частицы имеют заряд противоположного  знака.  Бумага    должна быть заряжена так, чтобы притяжение частиц тонера к ней было бы сильнее, чем притяжение их к фоторецептору. Притяжение бумаги к барабану происходит за счет того, что в подложке под фоторецептором сохраняется заряд, противоположный заряду на рецепторе.
Чтобы бумага отлипла от барабана, ее заряд изменяют при помощи очередного коротрона - теперь уже коротрона отделения. Применяется и механический способ, например прикрепление с одного края фоторецептора специальных ремешков или использование пальцев отделения.
Теперь изображение уже на бумаге, но оно еще не прочное. Наверняка большинству читателей приходилось хоть раз в жизни вытаскивать из копировального аппарата застрявшую на полпути к «печке» копию. На вид она совершенно нормальная, пока вы не взяли ее в руки. Как только это случилось, весь тонер остается на ладонях. Чтобы этого не происходило, бумагу с изображением «запекают» при механическом сжатии.
Вот копия готова, но если на этом закончить процесс, аппарат окажется неработоспособным: ведь мы не удалили остатки тонера с барабана. Для предварительной очистки используют засветку фоторецептора или изменяют заряд барабана противоположный. Это делает очередной ... да, вы правильно догадались, коротрон, на этот раз - коротрон предочистки. Остатки тонера удаляет ракель - специальный нож, точно выставленный относительно барабана. Удаленный тонер повторно не используется, поскольку его заряженные частицы могут слипаться, поэтому он отправляется в отдельный бункер для отработанного тонера.
На заключительном этапе с барабана снимается остаточный заряд при помощи засветки или еще одного коротрона.