Una fotocopiatrice è un dispositivo progettato per eseguire copie da originali realizzati su vari materiali: carta, pellicola. Il suo lavoro si basa sul principio della xerografia. Secondo la definizione dell'Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEE) degli Stati Uniti, la xerografia è una branca dell'elettrofotografia elettrostatica che utilizza fotoconduttori per formare un'immagine elettrostatica latente utilizzando la radiazione infrarossa visibile o ultravioletta, e quest'ultima serve per ottenere un'immagine visibile Immagine. La xerografia si basa su due fenomeni fisici: l'interazione delle cariche elettrostatiche e l'effetto fotoelettrico.
Il principio del trasferimento dell'immagine mediante copia è stato inventato dagli specialisti dell'azienda inglese XEROX, motivo per cui le fotocopiatrici vengono spesso chiamate fotocopiatrici, sebbene questa definizione, naturalmente, si applichi solo ai dispositivi prodotti da questa azienda. Il resto dovrebbe essere chiamato semplicemente “copiatore”, e il lavoro stesso dovrebbe essere chiamato “copia”.
Xerografia - (copia xerografica) (dal greco xeros - secco e graphein - grafia, in contrasto con la fotografia "umida"), il metodo più comune per copiare rapidamente documenti in bianco e nero o a colori utilizzando metodi di elettrofotografia, che utilizza lo sviluppo a secco utilizzando particelle di polvere colorata.
Nella fotografia tradizionale, le immagini degli oggetti vengono catturate su strati fotosensibili, nei quali si verificano cambiamenti chimici irreversibili sotto l'influenza della luce. Nella xerografia, la luce non influenza le proprietà chimiche, ma quelle elettriche dello strato fotosensibile. Come tale strato, l'inventore americano Charles Carlson ha proposto di utilizzare le proprietà elettriche dei fotosemiconduttori, che dipendono dall'illuminazione. Alla luce sono conduttori, al buio sono dielettrici. I fotosemiconduttori sono zolfo, selenio e ossido di zinco. Charles Carlson rivestì una piastra metallica con uno strato di selenio. Poi lo elettrizzò al buio e vi proiettò l'immagine di un oggetto. In questo caso, le aree illuminate dello strato sono diventate conduttori e le cariche elettriche da esse sono passate nel substrato metallico, mentre le aree non esposte sono diventate dielettrici e le cariche su di esse sono state trattenute. Ciò ha formato un'immagine elettrostatica latente. Per svilupparlo, la piastra è stata cosparsa di polvere colorante finemente frantumata. In questo caso, le particelle di questa polvere si sono attaccate solo alle aree dello strato semiconduttore su cui erano conservate le cariche elettriche. La prima stampa xerografica fu ottenuta da Ch. Carlson e dal suo assistente O. Korney nel 1938.
Tradotto in russo, il termine “Xerox” significa “secco”. Questo termine viene utilizzato quando si parla dell'uso ripetuto di una superficie piana o cilindrica con uno strato fotoconduttivo, come uno strato di selenio amorfo.
L'essenza del metodo Xerox è la seguente. Se uno strato fotosemiconduttore spesso 10-100 micron con un'elevata resistività (circa 10 13 -10 14 Ohm? cm) viene applicato a qualsiasi base, e quindi questo strato viene caricato uniformemente su tutta la superficie con un elevato potenziale elettrico, allora lo strato elettrico il potenziale dello strato al buio non cambierà in modo significativo per molto tempo. Questo fenomeno è chiamato effetto fotoelettrico. Quando tale strato fotosemiconduttore viene esposto ad aree illuminate corrispondenti alle aree bianche dell'originale, si verifica la neutralizzazione completa o parziale delle cariche elettriche, mentre in aree non illuminate corrispondenti ad aree scure dell'originale viene mantenuta la distribuzione originaria delle cariche, con conseguente formazione della cosiddetta immagine elettrostatica latente. Per ottenere un'immagine visibile, la superficie del fotosemiconduttore esposto viene rivestita con uno speciale toner in polvere scura (o la sua sospensione), la cui carica è di segno opposto alla carica dello strato fotosemiconduttore. La polvere viene attratta dalla superficie dello strato fotosemiconduttore nei punti dell'immagine elettrostatica latente che hanno mantenuto un potenziale elevato, e l'immagine si manifesta così. Tuttavia, l'immagine sviluppata è fragile, si danneggia facilmente se la si tocca, quindi questa immagine viene fissata sul semiconduttore stesso o trasferita su un'altra superficie, dove viene anch'essa fissata. L'immagine sviluppata viene trasferita mediante il metodo del contatto, posizionando carta o altro supporto sulla superficie sviluppata del fotosemiconduttore. Al contatto, la superficie su cui viene trasferita l'immagine si carica uniformemente di un potenziale elevato e dello stesso segno del fotosemiconduttore, per cui la maggior parte della polvere viene attratta dal supporto. Il processo di fissaggio prevede lo scioglimento della polvere utilizzata per sviluppare l'immagine elettrostatica e il suo fissaggio saldamente alla superficie, creando un'immagine permanente e di lunga durata. La superficie del fotosemiconduttore, da cui viene trasferita l'immagine elettrostatica su un'altra superficie, può essere riutilizzata più volte, pulendola per un utilizzo successivo.
Pertanto, la base della tecnologia del metodo xerografico con trasferimento di immagini sono le seguenti sei operazioni:
Elettrificazione dello strato fotosemiconduttore;
Esporre uno strato per creare un'immagine elettrostatica latente;
Sviluppo di un'immagine latente con un composto di sviluppo;
Trasferimento dell'immagine sviluppata su carta o altro supporto;
Appunta l'immagine;
Pulizia dello strato fotosemiconduttore per il riutilizzo.
Il trasferimento dell'immagine può avvenire sia da una superficie piana del fotosemiconduttore che da una superficie cilindrica (tamburo).
Xerografia
Chester F. Carlson
Elettrografia inventato da Chester Carlson. Lui e il suo assistente Otto Korney hanno ricevuto la prima stampa nel loro laboratorio domestico a New York il 22 ottobre dell'anno. Un brevetto per questa tecnologia è stato ricevuto il 6 ottobre dagli Stati Uniti. Brevetto 2.297.691 (inglese). Per molto tempo, Carlson tentò senza successo di introdurre la sua invenzione, dimostrando che era assolutamente necessaria per gli affari, ma ovunque fu rifiutato, citando il fatto che la sua invenzione era troppo ingombrante e macchiava pesantemente i fogli, inoltre, una persona poteva farcela molto meglio con il compito di copiare. La fortuna gli arrise nel 1944 al Battelle Institute, situato nell'Ohio. Lì gli è stato offerto di migliorare la tecnologia e ha persino trovato la parola esatta per il nome di questo processo: "elettrofotografia". Successivamente la licenza per l'ulteriore sviluppo e produzione di fotocopiatrici è stata acquisita dalla Haloid Company. Fu allora che si decise che la parola "elettrofotografia" era troppo scientifica e poteva spaventare un potenziale acquirente. Un professore di filologo locale ha aiutato a trovare un nome migliore. Ha inventato il termine "xerografia" dalle parole greche "xeros" - "secco" e "graphos" - "scrittura", e poi lo stesso inventore Carlson ha pensato di abbreviare la parola in un semplice "fotocopiatrice". Di conseguenza, nel 1948, apparvero sul mercato le prime fotocopiatrici e il primo modello fu chiamato semplicemente Modello A. Dopo il rilascio del primo modello Xerox 914 completamente automatico nel 1959, Haloid cambiò il suo nome in
Indipendentemente da Chester Carlson, l'inventore Dr. Eisben fondò un'anno in Germania un'azienda per produrre una fotocopiatrice di sua progettazione. La sua azienda si chiama Develop Corp. Oggi continua a produrre apparecchiature per fotocopiare, senza riconoscere il primato di Carlson, poiché ha ricevuto 16 brevetti per l’invenzione del Dr. Eisben.
Principio semplificato della xerografia
Prima della stampa, l'OPC viene caricato tramite un coronatore (acquisisce cioè un potenziale positivo o negativo), dopodiché viene esposto tramite una lampada e un sistema di specchi. Il rivestimento del tamburo fotografico nei luoghi irradiati dalla luce perde le sue proprietà dielettriche, il che porta in questi luoghi al flusso di carica elettrica sul terreno (il tamburo fotografico è collegato ad esso, di regola, attraverso la sua base metallica). La fase successiva è chiamata manifestazione. Il toner proveniente dal rullo di sviluppo viene trasferito alle aree di scarico del tamburo fotografico grazie alla sua carica opposta. Successivamente sul tamburo fotografico viene arrotolato un foglio di carta (cartone, pellicola trasparente, ecc.) su cui stampare. Dopodiché il foglio entra nell'unità di fusione (fusore), che scioglie e pressa il toner nella struttura del foglio.
Un principio simile viene utilizzato nelle stampanti laser, solo in esse il tamburo viene scaricato dal laser in base alle informazioni ricevute per la stampa.
Nelle moderne fotocopiatrici e stampanti laser digitali, le parti scure dell'immagine vengono applicate da un raggio laser e il toner, a causa delle proprietà dei tamburi utilizzati nella stampa laser, "si attacca" alle aree non caricate e viene respinto dalle aree caricate la stessa carica elettrica. Questo principio consente di aumentare la durata del laser, perché nella maggior parte dei casi, le aree scure occupano un'area molto più piccola durante la stampa.
La reale distribuzione delle tensioni nel metodo elettrografico per creare un'immagine su carta in una stampante laser.(Questa pagina è stata creata su richiesta dei membri del forum di stampa commerciale.)
Spesso nel settore della stampa sorgono domande sul miglioramento della qualità di stampa quando si utilizzano modalità di stampa non standard. Ad esempio, quando si stampa su supporti molto più densi rispetto a quelle condizioni operative o si utilizzano tipi di supporti non standard (carta gommata e altri tipi di carta).
La migliore compagnia in questa materia è stata Xante Ilumina. I dipendenti dell'azienda prendono una stampante standard e ne modificano l'hardware e il software: unità ad alta tensione, velocità di stampa, valori di tensione per il metodo di trasferimento dell'immagine xerografica. Di conseguenza, la stampante stampa perfettamente su carta con una densità di 500 grammi anziché su passaporto 300, e il prezzo della stampante Xante aumenta di 2 - 3 volte. SAPERE È POTERE!
La conoscenza degli utenti avanzati termina al livello della teoria del trasferimento dell'immagine, vale a dire che una particella di toner caricata viene trasferita a un tamburo con il potenziale opposto, creato da un raggio laser. Tuttavia, in pratica tutto è molto più complicato.
Come viene creata l'immagine sul tamburo?
Il processo di creazione di un'immagine su carta utilizzando il metodo xerografico può essere suddiviso in tre parti.
1.
Preparazione del tamburo di stampa alla creazione di un'immagine.
Il fototamburo (sistema di creazione dell'immagine) si basa su uno strato fotosensibile, che è un dielettrico e può essere caricato dalla tensione applicata ad esso. Tuttavia, non appena la luce colpisce lo strato fotosensibile, questo diventa un conduttore e il potenziale scende a zero nel punto in cui colpisce la luce. Lo strato fotografico può essere considerato come un condensatore su una piastra del quale è presente un potenziale applicato dal rullo di carica, l'altra piastra è messa a terra.
- pulizia meccanica del tamburo fotografico dai residui di toner mediante apposita lama - tergipavimento.
- illuminazione del tamburo fotografico per rimuovere i resti di un'immagine elettrostatica precedentemente applicata (non disponibile ovunque).
- caricare il tamburo fotografico con una speciale alta tensione utilizzando un rullo di carica. Questa tensione viene utilizzata come base per la successiva applicazione di un'immagine invisibile.
2. Applicazione dell'immagine al tamburo fotografico.
- Applicazione di un'immagine invisibile o potenziale al tamburo illuminandolo con un raggio laser o una linea LED. L'immagine invisibile è un'immagine di diversi potenziali. Potenziale zero nel punto in cui il laser è illuminato (il toner e il potenziale applicato dal rullo di carica cadranno in questo punto.
- Applicazione del toner dal rullo magnetico su cui si trova il toner caricato nei punti del tamburo fotografico con potenziale zero. Così l'immagine appare, diventa visibile.
3. Trasferimento di immagini su carta.
- La carta passa tra il tamburo fotosensibile e il rullo di trasferimento Figura 2. Al rullo di trasferimento viene applicato un potenziale che attira l'immagine del toner dal tamburo a se stesso. L'immagine finisce però sulla carta, che in questo momento passa tra il rullo di trasferimento e il tamburo fotografico.
SU Fig. 1. vengono mostrati i tipi e l'entità reali delle sollecitazioni nel metodo xerografico basato sulla stampante HP LaserJet 5N. Su altre stampanti, comprese le stampanti laser a colori, i valori di tensione e i tempi potrebbero differire, ma l'idea rimarrà la stessa.
Una fotocopiatrice è un dispositivo progettato per eseguire copie da diversi originali.
Il funzionamento della fotocopiatrice si basa sul principio della xerografia a secco (xeros-dry, graphein-write). La xerografia è un processo fotografico basato su fenomeni fisici che sfrutta la fotoconduttività dei semiconduttori. Sotto l'influenza della luce, tali semiconduttori cambiano la loro resistività.
Chester F. Carlson (1906-1968) è considerato l'inventore del processo xerografico. Nel 1947, la Haloid Company acquistò i diritti per utilizzare i brevetti di Carlson. Allo stesso tempo, il nome fu dato alla xerografia, il processo di trasferimento elettrostatico a secco dell'immagine, inventato da Carlson. Successivamente l'azienda è stata trasformata più volte e ora si chiama The Document Company Xerox.
L'elemento principale della fotocopiatrice è il tamburo fotosensibile. Di norma, sulla sua superficie è depositato un cilindro metallico cavo con un semiconduttore ad alta resistenza. I semiconduttori sono strati a base di Se con aggiunte di Te, Cd, ecc., strati a base di CdS o rivestimenti di semiconduttori organici.
Il fotorecettore del selenio è costituito da diversi strati: lo “strato trappola”, che è una pellicola di ossido, serve a impedire l’iniezione oscura di portatori di carica. Segue uno strato fotoconduttivo, quindi una pellicola di ossido di alluminio e un substrato.
Fotorecettori organici a due strati. Il primo strato è lo strato di trasferimento del portatore (CTL) della carica elettrica, il secondo strato è lo strato di generazione del portatore (CGN) della carica elettrica. Questo è seguito da un sottile strato di pellicola di ossido, che impedisce alla carica di fuoriuscire nel substrato, quindi nel substrato, l'ultimo strato di alluminio.
I fotorecettori sono principalmente di due tipi: nastriformi e cilindrici. I fotorecettori a nastro sono un nastro largo e chiuso con uno strato fotoconduttivo applicato sulla sua superficie. Vengono utilizzati in dispositivi ad alte prestazioni poiché consentono di proiettare l'intera immagine dell'originale in una sola volta. Un fotorecettore cilindrico è un cilindro metallico cavo (solitamente alluminio) con uno strato fotoconduttivo applicato sulla sua superficie. Utilizzato nelle fotocopiatrici di produttività bassa e media.
Il funzionamento di una fotocopiatrice consiste in diverse fasi principali, tutte interconnesse. Una buona qualità della copia dipende dalla corretta esecuzione di tutte le fasi dell'operazione di copiatura.
1. Ricarica
In questa fase, sulla superficie del fotoconduttore del tamburo si formano cariche equidistanti di una certa dimensione. La ricarica avviene utilizzando il corotron principale (corotron di carica). Il corotron viene alimentato con tensione dall'unità ad alta tensione. Tra il fotorecettore e il corotron si crea una differenza di potenziale di diversi kilovolt, che porta alla ionizzazione per impatto dell'aria (scarica corona). Gli ioni carichi si accumulano sulla superficie del fotorecettore. Quando il fotorecettore ruota, la sua superficie è ricoperta da uno strato uniforme di carica, a seguito del quale viene preparato per l'esposizione.
2. Esposizione
In questa fase, sul tamburo si forma un'immagine elettrostatica latente. La luce della lampada da copia viene diretta sul documento, riflessa dal documento e attraverso un sistema di specchi e una lente, l'immagine ottica viene proiettata sul tamburo. La luce riflessa dalle aree chiare di un documento ha un'intensità elevata, mentre la luce riflessa dalle aree scure ha un'intensità bassa. Quando la luce colpisce il tamburo, nello strato di generazione del portatore si formano cariche positive e negative. Le cariche positive formate nello strato SGN si muovono nella direzione delle cariche negative sulla superficie del fotoconduttore, le cariche negative si muovono nella direzione delle cariche positive dello strato di alluminio. Pertanto, le cariche positive e negative nello strato di alluminio e sulla superficie del fotoconduttore vengono neutralizzate a vicenda e il potenziale della superficie del tamburo diminuisce di conseguenza. La capacità dello strato SGN di generare cariche elettriche aumenta in proporzione all'intensità della luce incidente sul tamburo. Di conseguenza, l’elevata intensità della luce riflessa dall’area chiara del documento porta ad un maggior numero di cariche elettriche generate dallo strato SGN. In questo caso, un gran numero di cariche negative sulla superficie del fotoconduttore vengono neutralizzate, il che porta ad una diminuzione del potenziale della superficie del fotoconduttore. Una bassa intensità di luce proveniente dalle aree scure del documento porta ad una minore generazione di cariche elettriche nello strato SGN, mentre viene neutralizzato un numero minore di cariche negative sulla superficie del fotoconduttore. Di conseguenza, il potenziale della superficie del tamburo diminuisce di una quantità minore. Il potenziale della superficie del tamburo corrispondente all'area più chiara del documento è inferiore al potenziale corrispondente all'area più scura del documento. Pertanto, si forma un'immagine elettrostatica latente.
3. Manifestazione
In questa fase, le particelle di toner che cadono sul tamburo mostrano un'immagine elettrostatica nascosta, rendendola visibile. Come toner vengono utilizzate miscele multicomponenti di particelle colorate di resine sintetiche e naturali.
Esistono due sistemi di manifestazione: monocomponente e bicomponente.
In un sistema monocomponente, il toner è costituito da una miscela di particelle di materiale magnetico, polimero e colorante. L'unità di sviluppo è costituita da un albero magnetico (un magnete permanente circondato da un manicotto rotante) e da un coltello in materiale magnetico. La lama regola la quantità di toner applicata al tamburo e carica le particelle di toner al valore desiderato (il segno della carica è opposto alla carica del fotorecettore). Il trasferimento del toner dal rullo magnetico al tamburo viene effettuato utilizzando una tensione di polarizzazione applicata al rullo magnetico. La tensione di polarizzazione è una tensione alternata con una componente costante, che in segno corrisponde al segno della carica del fotorecettore. Durante un periodo con segno opposto al segno della carica del tamburo, il toner viene trasferito al fotoricettore; durante un altro periodo, il toner dalle zone di fondo viene restituito all'albero magnetico. L'entità della polarizzazione CC influisce sulla densità della copia e sulla formazione del velo: meno negativo è il potenziale di polarizzazione (più si avvicina a 0 V), maggiore è la densità e la formazione del velo.
In un sistema a due componenti, il toner viene alimentato in piccole porzioni in una tramoggia con un trasportatore (sviluppatore). Il vettore è una polvere magnetica, con un diametro delle particelle di circa 20-150 micron, utilizzata per trasferire il toner al tamburo. L'adesione del toner al supporto avviene per effetto triboelettrico (le particelle del toner e del supporto, a contatto tra loro, si caricano di cariche opposte). Il toner copre uniformemente il supporto. A sua volta, il supporto è distribuito uniformemente lungo l'albero magnetico: un cilindro metallico cavo con magneti permanenti situati all'interno. Il rullo magnetico si trova in prossimità del fotorecettore, pertanto le particelle di toner caricate con segno opposto rispetto al fotorecettore vengono attratte dalle sue aree caricate. Il potenziale superficiale del fotoconduttore nelle aree corrispondenti a un'immagine più scura è elevato (un gran numero di cariche negative) e attrae più particelle di toner. Il potenziale superficiale nelle aree corrispondenti a un'immagine più chiara è basso (meno cariche negative) e attrae meno particelle di toner. Pertanto, sul fotorecettore si forma un'immagine visibile, costituita da particelle di toner. Durante il processo di sviluppo, il supporto non si consuma, ma richiede comunque la sostituzione dopo un po' di tempo, poiché perde le sue proprietà magnetiche e inizia a staccarsi dall'albero magnetico. Durante il processo di sviluppo, al rullo magnetico viene applicata una tensione di polarizzazione dell'ordine di 100 - 500 volt per evitare che il toner venga trasportato dalla carica residua (circa 80 - 100 volt) caratteristica delle aree corrispondenti alle aree chiare dell'immagine.
4. Trasferimento di immagini
Il processo di trasferimento dell'immagine prevede il trasferimento delle particelle di toner, che formano un'immagine visibile, situate sulla superficie del fotorecettore sulla carta. La carta su cui viene trasferita l'immagine viene caricata dal corotron di trasferimento ad un livello superiore al potenziale della superficie del fotorecettore. In questo caso, la forza di attrazione tra la superficie del foglio e le particelle di toner è maggiore della forza di attrazione tra la superficie del tamburo e il toner, che fa sì che il toner venga attratto dalla carta. Dopo il trasferimento, sul fotoricettore rimane una piccola quantità di toner, che viene successivamente rimossa durante la fase di pulizia del tamburo.
5. Separazione della carta
In questa fase il foglio di carta su cui è stampata l'immagine originale viene separato dal tamburo. Durante il processo di trasferimento, la carta viene caricata più fortemente del fotorecettore e, di conseguenza, tra loro si forma una forza attrattiva. Per ridurre questa forza, il peel coroner genera una carica di corrente alternata sulla superficie del foglio (per ridurre il potenziale della carta a quello del tamburo). Di conseguenza, la forza di attrazione tra il tamburo e la carta si indebolisce e la carta si separa dal tamburo a causa del suo stesso peso. Se ciò non accade, la carta viene separata dal tamburo meccanicamente, utilizzando le dita (denti) separatrici.
Dopo la fase di separazione della carta, la copia è quasi pronta, ma deve ancora essere protetta, altrimenti potrebbe essere danneggiata da qualsiasi forza meccanica (ad esempio cancellata con un dito). Per proteggere la copia, viene utilizzato un dispositivo speciale: un fusore (stufa). La stufa è composta da un albero in teflon e un albero in gomma. All'interno dell'albero in teflon si trova una lampada riscaldante che riscalda questo albero ad una temperatura di circa 200 °C. Il foglio viene alimentato tra gli alberi in teflon e in gomma e viene arrotolato tra di essi. Pertanto, il toner situato su un foglio di carta viene sinterizzato e si forma una copia dell'originale resistente alle influenze esterne. Esistono diversi tipi di stufe. Ad esempio, al posto del rullo in teflon, viene utilizzato un elemento riscaldante in ceramica, separato dalla carta da una pellicola termica. Un sistema del genere ha un tempo di riscaldamento più breve e un consumo energetico inferiore, ma presenta i suoi svantaggi: la pellicola è molto facile da strappare (danneggiarsi) e se non si rimuove con attenzione la carta inceppata dalla macchina.
6. Pulizia del tamburo
Il toner residuo sulla superficie del fotorecettore, dopo il processo di trasferimento dell'immagine, viene rimosso in questa fase utilizzando una lama di pulizia (squeegee). Il toner di scarto si accumula in un contenitore speciale. Man mano che il toner di scarto si accumula, è necessario pulire questo contenitore.
7. Scarica
In questa fase il potenziale residuo viene rimosso dalla superficie del tamburo. Quando il tamburo viene illuminato con la luce di una lampada a scarica, nello strato di generazione del portatore vengono generate cariche positive e negative, che portano alla neutralizzazione e alla scomparsa delle cariche residue sulla superficie dello strato di alluminio e sulla superficie del tamburo. Di conseguenza, il potenziale della superficie del tamburo dopo questa fase si avvicina allo zero.
Potrebbero esserci lievi differenze nell'implementazione dei processi di xerografia nelle fotocopiatrici di diversi produttori.
