Копировальная техника и основы ксерографии
Копировальный аппарат - устройство, предназначенное для получения копий с оригиналов, выполненных на различных материалах - бумаге, пленке. Его работа основана на принципе ксерографии. По определению Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (ШЕЕ) США ксерография - это ветвь электростатической электрофотографии, в которой используются фотопроводники для формирования с помощью инфракрасного видимого или ультрафиолетового излучений скрытого электростатического изображения, а последнее служит для получения видимого изображения. Ксерография базируется на двух физических явлениях: взаимодействии электростатических зарядов и фотоэффекте.
Принцип переноса изображения методом копирования изобретен специалистами английской фирмы XEROX, поэтому часто копировальные аппараты называют ксероксами, хотя такое определение, естественно, подходит только к устройствам, выпускаемым данной фирмой. Остальные должны называться просто «копировальные аппараты», а сама работа - «копирование».
Ксерография - (ксерографическое копирование) (от греч. xeros — сухой и graphein — графия, в отличие от «мокрой» фотографии), наиболее распространенный способ оперативного копирования документов в черно-белом или цветном изображении методами электрофотографии, в котором применяется сухое проявление с помощью окрашенных частиц порошка.
В традиционной фотографии изображения предметов запечатлеваются на светочувствительных слоях, в которых под действием света происходят необратимые химические изменения. В ксерографии свет воздействует не на химические, а на электрические свойства светочувствительного слоя. В качестве такого слоя американский изобретатель Ч. Карлсон предложил использовать электрические свойства фотополупроводников, зависящие от освещения. На свету они являются проводниками, а в темноте — диэлектриками. Фотополупроводниками являются сера, селен, окись цинка. Ч. Карлсон покрывал металлическую пластину слоем селена. Затем он в темноте электризовал его и проецировал на него изображение какого либо предмета. При этом засвеченные участки слоя становились проводниками, и электрические заряды с них уходили в металлическую подложку, а незасвеченные участки становились диэлектриками, и заряды на них сохранялись. Так образовывалось скрытое электростатическое изображение. Чтобы проявить его, пластину посыпали мелкораздробленным порошком красителя. При этом частицы этого порошка прилипали только к участкам полупроводникового слоя, на котором сохранились электрические заряды. Первый ксерографический отпечаток Ч. Карлсон и его помощник О. Корней получили в 1938г.
Аппарат ксерокс позволяет быстро получить любое количество копий с листа текста, рисунка, страницы газеты, журнала или книги.
Фоторецептор - основной узел любого копировального аппарата. На поверхности фоторецептора создается электростатическое, а затем видимое изображение копируемого оригинала с последующим переносом этого изображения на бумагу или специальный материал.
Принципы работы копировальных аппаратов
Полный ксерографический цикл включает в себя восемь основных этапов. Эти этапы взаимосвязаны. Для получения копий хорошего качества необходимо правильное проведение каждого из этапов.
В общих чертах процесс копирования состоит из следующей последовательности действий. Считывание информации с оригинала, перенос информации об оригинале на копию в виде придания различного электростатического заряда на поверхности листа копии, распределение тонера на листе копии в соответствии с распределением зарядов, закрепление изображения копии высокотемпературным валиком. На выходе получается копия. Для считывания информации используется сочетание галогенной лампы холодного свечения и датчика. В зависимости от размеров аппарата либо движется крышка аппарата с оригиналом, а лампа неподвижна, либо лампа движется, а оригинал остается неподвижным.
Рис. 7
Этапы работы копировального аппарата
1. Зарядка
На этапе зарядки на поверхность фоторецептора наносится равномерно распределенный электростатический заряд определенной величины.
2. Формирование изображения
На этапе формирования изображения на поверхности фоторецептора создается оптическое изображение оригинала. Полученное оптическое изображение должно:
а) обладать требуемыми геометрическими параметрами,
б) иметь распределение освещенностей, соответствующее оптическим плотностям оригинала.
3. Экспонирование
На этапе экспонирования на поверхности фоторецептора создается невидимый электростатический рельеф, соответствующий исходному оптическому изображению.
При этом величина поверхностного заряда на участках, содержащих изображения, отличается от величины заряда на участках, не содержащих изображения.
4. Проявление
На этапе проявления на участки поверхности фоторецептора, которые содержат скрытое изображение, наносятся частички тонера, которые формируют на поверхности фоторецептора видимое изображение.
5. Перенос
При выполнении операции переноса бумага приводится в контакт с фоторецептором. Затем бумаге сообщается такой электростатический заряд, что частички тонера отрываются от поверхности фоторецептора и притягиваются к бумаге. В результате большая часть тонера переносится на бумагу, а остатки тонера удаляются с фоторецептора на этапе очистки.
6. Отделение
На данном этапе бумага с нанесенным на нее тонером отделяется от фоторецептора, на котором она ранее удерживалась электростатическими силами.
7. Закрепление
На этапе закрепления бумага проходит между нагревательным и прижимным валиками. При этом под воздействием температуры и давления частички тонера расплавляются и впрессовываются в бумагу, создавая устойчивое к внешним воздействиям изображение.
8. Очистка
На этом этапе выполняется две операции:
а) разрядка фоторецептора,
б) механическое удаление остатков тонера.
В настоящее время производится много различных копиров. Однако методы реализации ксерографического процесса в них отличаются незначительно.
Фоторецепторы.
Большинство этапов ксерографического процесса осуществляется с помощью фоторецептора, который является основным узлом копировального аппарата. На этапе зарядки поверхность фоторецептора заряжается. Процесс зарядки протекает в темноте, и фоторецептор удерживает полученный заряд. Во время экспонирования с тех участков фоторецептора, которые подверглись воздействию света, заряд стекает на массу, так как в этом случае фоторецептор работает как проводник. Фоторецептор состоит из двух основных частей - подложки, изготовленной из материала, хорошо проводящего электроток, и фотопроводящего слоя.
В настоящее время используются два основных типа фоторецепторов:
• цилиндрические фоторецепторы,
• ленточные фоторецепторы.
Цилиндрические фоторецепторы представляют собой полые алюминиевые цилиндры, на внешнюю поверхность которых нанесен фотопроводящий слой. Они используются в аппаратах малой и средней производительности и имеют сравнительно небольшие габариты, их легко снимать и заменять.
Ленточные фоторецепторы представляют собой проводящую подложку в виде гибкой широкой ленты, на внешнюю сторону которой нанесен фотопроводящий слой. Обычно они используются в аппаратах большой производительности, так как на них можно практически мгновенно полностью спроецировать изображение оригинала, что значительно повышает скорость работы аппаратов. Такие фоторецепторы значительно больше по размеру, чем цилиндрические.
Копировальные аппараты делятся на несколько категорий в зависимости от принципов их работы и областей применения. Первое деление можно провести по размеру устройств и их производительности. Так, копировальные аппараты бывают портативные, или малые, средние и большие. Только у портативных аппаратов встречаются модели, в которых лампа холодного свечения остается неподвижной, а двигается крышка аппарата с оригиналом. Деление по размеру основано на производительности. Для портативных аппаратов она составляет до 8 копий в минуту. Для среднего класса производительность колеблется в интервале 8-20 копий в минуту. Аппараты, дающие больше 20 копий в минуту относятся к классу больших. Обычно их производительность составляет 30-45 копий в минуту, хотя есть образцы и с 60 копий в минуту.
Второе деление основано на принципе сохранения и переноса информации с оригинала на копию. Здесь машины делятся на аналоговые и цифровые. Отличие между ними огромно. Если аналоговые машины требуют считывания информации об оригинале при создании каждой копии, то цифровой аппарат сохраняет эту информацию в своей памяти и позволяет после однократного считывания выдать необходимое число копий, не повторяя прохода считывающим датчиком. Отличие этих машин проявляется и в работе с обработкой оригинала. Главное из которых - это возможность различного масштабирования по различным сторонам. Для аналоговых машин возможно только пропорциональное изменение размеров копии с оригинала. Более того, цифровые аппараты позволяют проводить некоторое редактирование оригинала, например, изменение яркости отдельных областей, а не всего оригинала в целом. Понятно, что аппараты такого класса не бывают малопроизводительными и поэтому всегда относятся к большим.
Кроме того, копировальные аппараты различаются по встроенным сервисным возможностям. Если портативные аппараты могут только переносить изображение с оригинала с изменением его яркости (которое изменяется регулированием электростатического заряда, образующегося при создании копии), то аппараты среднего класса могут это изображение масштабировать. Как правило, масштабирование изображения оригинала состоит в увеличении его на 200% (в три раза) или сжатии до 50% от исходного. Следующим удобным сервисом, присущим аппаратам среднего и большого класса, является двустороннее копирование. В этом случае аппарат комплектуется специальным устройством, позволяющим выполнить двустороннее копирование оригинала без постороннего вмешательства. Надо еще отметить устройство, позволяющее копировать многостраничный документ без постороннего вмешательства. И, наконец, существуют различные сортеры и степлеры, характерные для аппаратов высокого класса, которые позволяют не только сортировать многостраничный документ по лоткам, но и выполнять скрепление этих листов либо в углу, либо с боковой стороны.
По размерам используемой бумаги можно сказать, что аппараты нижнего уровня работают только с листами формата А4. Копировальные аппараты среднего и высокого класса максимальным размером имеют формат A3.
Расход тонера, используемого в копировальных аппаратах, зависит от класса аппарата и насыщенности копий. Стандартной считается 5%-заполненность текстом листа бумаги. В этом случае одного картриджа хватает на 1 000 копий для портативных аппаратов до 10 - 15 тысяч для аппаратов высокого класса. В портативных аппаратах тонер поставляется вместе с картриджем, включающем валик для переноса изображения на копию. Использованный картридж лучше выбрасывать, но возможна и однократная его заправка. Дальнейшие заправки только увеличивают загрязнение валика, что ведет к снижению качества получаемых копий (пятна, полосы, серость). В аппаратах классом повыше тонер поставляется в тубах. После использования одной тубы, она легко удаляется и на ее место вставляется новая.
В заключении стоит отметить, что копировальные аппараты могут быть как черно-белые, так и полноцветные. Отличие в их работе состоит в необходимости вставлять не одну тубу с черным тонером, а несколько туб с порошками разного цвета. Поскольку заполненность цветных оригиналов, как правило, превышает 5%, то это ведет к повышенному расходу тонера и, как следствие, к большей себестоимости цветных копировальных работ по сравнению с черно-белыми.
Контрольные вопросы:
1. Какие виды транспарантов существуют?
2. Какие существуют виды плёнки для изготовления транспарантов?
3. Назовите основные требования к оформлению транспарантов.
4. Перечислите основные характеристики фотоматериалов.
5. Что такое ксерография?
6. Охарактеризуйте кратко этапы ксерографического цикла.
7. Что представляют собой основные типы фоторецепторов?
8. В чём заключается отличие черно-белых копировальных аппаратов от полноцветных?