静电复印原理(第二版)教学文稿.ppt

*,静电复印原理,富士施乐,PCO,授权维修站培训教材,2010/01/03,第二版,课程内容安排,静电复印简介,静电原理,感光体,充电,曝光,显影,转印、分离,定影,清洁,2,课程目的,学完本课程,您将学习到如下知识,:,熟悉静电复印使用的基本原理,列举静电复印的六大步骤,并理解每一步骤的作用和工作原理,解释每一步骤是如何影响副本质量的,3,1.,静电复印简介,1938,年,10,月,22,日,切斯特,.,卡尔逊于在纽约市的阿斯多利亚,(Astoria),的简陋实验室做出了,第一张静电复印图像,1.1,第一张静电复印图像,4,1.2 Xerography,的来历,Xerography=?,在古希腊语中,Xeros,是,Dry,即,”,干的,”,的意思,Graphy,是,”Writing”,即,”,书写,刻印,”,的意思,Xero,graphy=Dry Writing=,干印,=,静电复印,1.,静电复印简介,5,2.,曝光,1.,充电,3.,显影,4.,转印、分离,6.,清洁,5.,定影,输出,感光体,静电复印的目的是将原稿图像或者计算机上的图像能够复制在纸上,为了达到这个目的,静电复印采取了六个相对独立而又相互关联的工艺,每一个过程都会产生一个结果,:,1.3,静电复印的基本过程,(1/2),静电潜像,1.,静电复印简介,6,1.4,静电复印的基本过程,(2/2),充电：电极丝在暗处将附近的空气分子电离,感光体上被感应上一层均匀的电荷,(,静电潜像）：复印机成像,:,原稿图像经过曝光灯和光学系统被投射到感光体上,打印机成像,:,计算机数据的电信号变成激光器的光信号,经光学系统被投射到 感光体上,曝光,:,：感光体按照投射的光线进行有选择的放电,感光体上获得静电潜像,显影,:,：首先给粉充电,然后把粉传输到感光体附近,再通过电场力使粉转移到感光体上的静电潜像上,这样就生成了墨粉图像,转印：,(,纸张与硒鼓分离,):,首先进纸机构把纸张送到与感光体接触,然后给纸张充电,通过电场力把墨粉图像从感光体转移到纸上,分离电极和机械装置使纸张和感光体分离,定影：,(,纸张与热辊分离,):,纸张从热辊和压辊之前通过,热辊将粉熔化,压辊将融为液体的粉压入纸张,将墨粉图像固定在纸上,清洁,:,：首先光源或者电极清除感光体上的残留电荷,然后清洁刮板移除感光体上的残留墨粉,最后光源或者电极使感光体恢复电中和状态,准备开始下一次打印或复印,从上面可以看出,:,除了定影外,其它六个过程都与感光体有关,除了成像和定影外,其它五个过程到静电学,所以说,感光体是静电复印的核心部件,而静电原理是静电学的核心原理,;,1.,静电复印简介,7,1,个质子带,1,个单位正电荷,不带电,1,个电子带,1,个单位负电荷,原子,原子核,电子,质子,中子,原子中带有相同数量的电子和质子,原子处于电平衡状态,.,如果原子失去或者获得电子,那么它将带上电荷,变成离子,.,离子,:,带电荷的原子或者原子团,阳离子,:,带正电荷的离子,;,阴离子,:,带负电的离子,自然界的基本特性,:,同性电荷互相排斥,异性电荷互相吸引,2.1,原子的构成及电荷特性,2.,静电原理,8,2.2,光导体定义,导体,绝缘体,物质,半导体,电子移动比较容易,需要较少的外力就可以使电子移动,;,如铜,铝,银,电子移动很难,必须用很大的外力才可以使电子移动,;,如玻璃,橡胶,既可以是导体也可以是绝缘体,这取决于当前的条件,(,比如温度,光线,掺杂,);,如硒,硅,;,光导体,:,在光线下或者黑暗中表现为导体或绝缘体的半导体,静电复印的感光体的表层是由光导材料制成,.,2.,静电原理,9,电荷,电场,电荷,2.3,电场强度,电荷与电荷之间是通过电场这种特殊物质而相互作用的,.,电场强度用来测量带电物体间相互吸引和排斥的力量,.,有两个变量影响电场强度,第一个变量是距离,.,当带电物体相距较近,电场强度变得更强,反之更弱,.,第二个变量是每个物体的电荷的大小,如果物体带上的电荷更多,相应地电场强度更强,.,带电物体通常会同时受到多个电场的作用,.,物体中的电荷如何移动取决于所有电场的相对电场强度,.,电场中某点的总场强，等于各个点电荷单独存在时在该点的场强之矢量和。这就是电场强度叠加原理。它是电场的基本性质之一,2.,静电原理,10,带正电的物质,电子向正电荷移动,导体变成带上正电,静电场,2.4,接地,(1/2),2.,静电原理,11,导体从地面拉取电子,保持电中和,.,静电场,2.5,接地,(2/2),带正电的物质,电子向正电荷移动,接地为电子提供了一条从接地导体来回移动的通道,从而使导体保持,电中和,.,2.,静电原理,12,感光体至少由两层组成,:,底基和光导层,.,Al Substrate,BL,CGL,CTL,光导层,底基,氧化层,3.,感光体,3.1,感光体的结构,13,底基有四个主要功能,.,其中三个功能对于充电,曝光和清洁过程具有重要的作,用,这要求底基是一个良导体,:,底基有助于在感光体表面维持一层均匀的电荷,;,底基有助于控制感光体电荷的电场强度,底基给感光体提供电气上的接地,底基的第四个功能是物理上的,.,它给薄薄的光导层提供了一个坚实的基座,.,大多数的感光体的底基由铝组成,.,铝是一种良导体,而且它的提炼,加工,抛,光和清洁的成本比其它大多数导体要低,.,3.2,底基,3.,感光体,14,光导层,光导层是感光体的最重要部分,.,正是通过这一层,电荷在曝光时移动,.,你将在,后面的章节中更了解这一点,.,当前有好几种不同的材料可以被用来制成光导层,比如硒合金,砷硒化合物,硫化镉,无定形硅和很多的有机化合物,.,最常见光导材料是有机化合物和硒合金,.,我们的讨论只限于这些材料,.,3.3,光导层,3.,感光体,15,3.4,光导层为有机化合物的感光体结构,Al Substrate,BL:Barrier Layer,CGL:,Charge Generation Layer,CTL:,Charge Transport Layer,光导层,底基,阻挡层,3.,感光体,16,3.5,光导层为硒合金的感光体结构,Substrate,Oxide Layer,Photoconductive Layer,Trapping Layer,光导层,底基,氧化层,阻挡层,3.,感光体,17,感光体的六个主要特性,:,光谱响应,照相速度,暗衰速率,疲劳反映,耐用性,结晶,.,3.6,光导体特性,3.,感光体,18,Corotron,Scorotron,Or Dicorotron,电源,(,接地的感光体,),过程描述,:,电极丝在暗处将附近的空气分子电离,感光体上被感应上一层均匀的电荷,它所涉及的组件包括,:,感光体,Corotron(,单极电极丝,),或带,Scorotron(,带栅极的电极丝,),或者,Dicorotron(,双极电极丝,),电源,4.,充电,4.1,充电过程简介,19,Corotron,由电极丝,三面封闭一面敞开的屏蔽罩构成,.,电极丝一般是一个良导体制成,通常为钨或铂,它与电源相连,.,而电源,电极丝屏蔽罩和感光体的底基都与地面相连,Corotron,的结构图,4.2,使用,Corotron,给感光体充正电,(1/3),4.,充电,20,4.3,使用,Corotron,给感光体充正电,(2/3),第一个电场,:,电极丝和屏蔽罩之间的强电场,这个电场使空气分子电离,形成,”,电晕,”,电离过程,4.,充电,21,4.4,使用,Corotron,给感光体充正电,(3/3),第二个电场,:,电极丝和感光体之间的电场让正离子布满感光体表面,;,第三个电场,:,接地的底基和感光层表面的电荷之间的电场,这个电场使得当感光体表面转离电极丝时,感光体表面的充电层依然维持,4.,充电,22,4.5,使用,Dicorotron,给感光体充正电或负电,塑料罩,接地感光体,交流电极丝,电源,金属屏蔽罩,DC,电压,AC,电压,取决于金属罩上施加的是正电压或者负电压,Dicorotron,将产生更多的正离子或者负离子,因此,Dicorotron,既可以用来充负电又可以用来充正电,.,Dicorotron,的结构图,4.,充电,23,4.6,使用,Scorotron,给感光体充负电,(1/4),屏蔽罩,带负电的,电极丝,栅极,压敏电阻,电源,接地感光体,Scorotron,的结构图,4.,充电,24,4.7,使用,Scorotron,给感光体充负电,(2/4),第一个电场,:,电极丝和屏蔽罩之间的电场使空气分子电离,4.,充电,25,4.8,使用,Scorotron,给感光体充负电,(3/4),第二个电场,:,电极丝和接地感光体之间的电场使电子被排斥向感光体表面,结果在感光体表面形成一层负电荷,4.,充电,26,4.9,使用,Scorotron,给感光体充负电,(4/4),第三个电场,:,栅极和电极丝之间的电场,可以帮助控制感光体表面充电的强度和均匀性,第四个电场,:,感光体表层和底基之间的电场,维持表面电荷,.,4.,充电,27,5.,曝光,5.1,成像过程简介,在充电的过程中,感光体表面将布满一层均匀的电荷,.,成像是根据计算机数据或原稿在感光体表面进行有选择的放电的两个过程中的第一个过程,.,成像和曝光这两个过程是同时工作的,成像是指计算机的数据或者原稿被投射到光导体表面的过程,.,成像过程是复印机和打印机区别最大的部分,28,上图中这个由小点构成的图案通常被称为光栅,(Raster),而途中的小点为成为像素,(Pixel).,在激光打印机中,当由电脑控制开关的激光束扫描过感光体表面后,将在感光体表面形成光栅,这是激光器,(ROS,raster output Scanner),名称的来历,.,在大多数系统中,激光给图形区域放电,而也有一部分系统给非图像区域放电,.,5.2,激光打印机成像原理简介,(1/2):,光栅,激光开,激光关,5.,曝光,29,5.3,激光打印机成像原理简介,(2/2):,光学系统,在大多数激光打印机中,成像系统由下列零件构成,激光发生器,多边形表面,透镜,平面镜,激光束,多边形,表面,光线,透镜,平面镜,感光体,5.,曝光,30,5.4,激光器,(Laser Unit,简称,LSU),激光器主要有两类,:,气体激光器,:,电能通过一个充满气体,(,常常是氦氖气体,),的试管,电能激活了气体原子,原子激发后发出激光,.,由于气体激光器无法快速地进行开关操作,所以需要借助一个,调节器,;,半导体激光器,:,使用的是类似于发光二极管的一种二极管,.,当电流加到半导体电路时,二极管激光器将发光,并发出强激光束,.,为了给光导体放电提供快速开关的图像,半导体电路,可以简单地进行开关操作,.,不需要外部的调节器,.,5.,曝光,31,5.5,多边形棱镜,旋转多边形棱镜,激光束,SOS,传感器,感光体,为了清楚起见,此处没有画出透镜和平面镜,多边形棱镜的作用是使单束的激光束能够,扫描,整个感光体的表面,.,其扫描的方向为,主扫描方向,.,它由马达带动匀速转动,转动速度取决于,多边形的,面数,和打印机的,打印速度,.,5.,曝光,32,5.6,同步,当光束反射离开多边形表侧面后,它将扫过感光体表面,.,光束在多边形的一个侧面的反射过程等于激光在感光体表面的一次扫描,.,因此多边形表面的旋转速度和光束的开关动作必须仔细地同步,.,如果感光体是一只鼓,那么光束的扫描还必须与鼓的旋转同步,.,为了保证同步操作,大多数打印机至少有一个,反馈电路,.,在光束开始扫描的位置,还安装了一个,SOS(Start-of-Scan,开始扫描,),传感器来感应,.,5.,曝光,33,5.7,激光打印机的透镜系统,打印机的成像系统通常包含两个透镜,.,一般来说,这些透镜有两个功能,.,聚焦透镜改变激光束的形状,.,自然的激光束一般是椭圆形的,聚焦透镜则保证在光导体表面的像素是圆形的,.,激光成像系统的透镜的,第二个功能是曲率校正,.,当光束转离多边形并改变方向时,光束会遇到一个叫做光束摆动的问题,.,光束摆动时,光束的方向将发生变化,所以扫描将不是通过感光体表面的一条直线,.,曲率校正透镜将在光束到达光导体前对光束摆动进行校正,.,5.,曝光,34,5.8,激光打印机的平面镜,打印机的成像系统通常包括两个平面镜,这些平面镜用来改变激光束的方向,主要是把整个扫描系统安装在一个很小的空间内,.,像复印机一样,激光打印机的平面镜也是表面度膜的平面镜,.,5.,曝光,35,5.9,曝光过程简介,成像是将计算机数据或者原稿投射到光导体表面的过程,而曝光则是光导体表面按照计算机数据或者原稿进行实际放电的过程,.,5.,曝光,36,6.,显影,6.1,显影过程简介,显影过程的,目的,是通过,粉,将静电潜像变成可见图像,显影过程有两个步骤,第一,粉需要被充电,第二,粉需要从显影仓输送到感光体表面附近,然后被转移到感光体表面的静电潜像上,目前的显影系统属于两大范畴,双组分,显影系统和,单组分,显影系统,.,37,6.2,充负电感光体的单组分显影,磁铁,调节刀片,圆柱体,显影辊,粉,感光体,在单组分显影系统中,粉是由磁性物质颗粒制成,这些物质通常是被黑色塑料树脂包裹的铁,.,大多数单组分系统使用下面的组件,(,如图,),粉,显影辊,调节刀片,-,也叫刮板,粉计量刀片,6.,显影,38,6.3,单组分系统给粉充电的步骤,显影辊的磁铁和圆筒摩擦后带上正电,:,显影辊由一个用圆筒包围的固定磁铁组成,.,当显影辊旋转时,圆筒和磁铁之间的摩擦使磁铁感应上正电荷,粉被磁铁吸引,并感应负电荷,:,带上正电的磁铁吸引粉中的铁,同时让粉粒带上负电,.,带正电的磁铁和带负电的粉之间的磁场将粉保留在显影辊表面,刮板保证粉的高度,:,当显影辊旋转时,将带着其表面的粉通过一个刮板,.,刮板将超过一定高度的粉刮掉,从而保证了当粉运送到感光体附近时的高度是均匀的,6.,显影,39,6.4,单组分系统将粉转移的步骤,(1/3),带负电的粉粘在带正电的显影辊上,而显影辊与电源相连,.,感光体表面有负电荷很高的区域也有负电荷很低的区域,(,如图,).,显影辊上还施加了一个甚高频的直流电压,叫做偏压,.,首先,负电压在显影辊上感应负电,这个负电足以克服辊上的正电,这将使粉从显影辊上移走,.,6.,显影,40,6.5,单组分系统将粉转移的步骤,(2/3),而显影辊和粉之间的电场,一个排斥电场,足以克服粉和潜像区域和粉之间的排斥电场。但是显影辊和粉之间的电场不足以克服非图像区域和粉之间的排斥电场。结果，粉将转移到图像区域，而不会转移到背景区域,.,6.,显影,41,6.6,单组分系统将粉转移的步骤,(3/3),下一步，显影辊上会被施加一个正的直流电压，在这个高的正电压的作用下，任何没有附紧在感光体表面的粉将会移回显影辊（如图）。这一步将保证最后的打印副本是干净的，并且有很好的对比度。,带负电荷的粉刚被转移到潜像上时，底基的电子的电子开始向地面移动。这个结果是底基的正电变得更强，能够将粉保留在感光体上。,6.,显影,42,7.,转印、分离,7.1,转印过程简介,一旦墨粉图像,或者叫显影图像,在感光体上形成后,它需要被转移到纸上,.,这个过程叫做,转印,转印前,进纸机构把纸送进并与感光体上的显影图像进行精确定位,;,转印主要有两大步骤,:,粉的转移,:,转印电极给纸充电,电场力把粉从感光体转移到纸上,纸张剥离,:,一旦粉到了纸上,纸需要与感光体剥离,.,43,7.2,粉的转移,(1/2),纸张,粉,感光体,转印电极,转印电极连接了带正电的直流电源,纸张充上正电,;,纸上的正电荷使底基上感应的负电荷增加,这样纸张被吸附再感光体上,此时感光体周围有三个电场,:,第一,粉和感光体表面间的静电场,;,第二,纸和感光体底基间的电场,;,第三,充正电的纸和充负电的粉的电场,7.,转印、分离,44,7.3,粉的转移,(2/2),走纸方向,底基充电,残余图像,正离子,负离子,带负电的粉,纸与显影图像间的吸引力将被设计成强于感光体表面和显影图像间的吸引力,.,因此,当纸从感光体移开时,带负电的粉粒将吸附在带正电的纸上,(,如图,).,不是所有的粉都会转移到纸上,.,因为鼓上的正电,一些粉会留在感光体上,.,留在感光体上的粉被称为,余像,.,它将在清洁的过程中从感光体表面移除,.,7.,转印、分离,45,7.4,纸张分离,转印过程的第二部分是将纸张从感光体移走,.,实际纸张分离的过程主要是通过机械的方法来进行的,偶尔也会辅以静电的帮助,.,机械分离法,:,在感光体附近安置分离爪,分离辊,分离片,;,如左图,分离电极法,:,交流电极,比如,DTS(,分离锯,);,如右图,分离电极,余像,转印的图像,底基,分离电极,纸,分离爪,感光体,纸张,7.,转印、分离,46,定影,:,转印后纸上有一个粉像,同时在感光体上有一个余像,.,粉是通过一个很弱的静电场力吸附在纸上的,它如果碰到任何东西就会被破坏,.,定影的过程是将粉像永久地固定在纸上,.,定影的方法包括,:,热辊定影,冷轧定影,热辐射定影,化学溶融定影,.,8,定影,8.1,定影简介,47,未定影的粉,压辊,石英棒,热辊,定影过的粉,过程,:,在热辊定影中,带有干粉颗粒的纸张需要从两个辊,(,分别叫热辊和压辊,),之间移过到输出纸盘,.,热辊中包含了一个将粉融化的加热组件,压辊通过由硅酮橡胶制成,它将纸张像热辊挤压,.,当纸张从热辊和压辊之间通过后,粉被热辊的热量融化,并在压力下渗入纸张纤维,.,定影系统应该设计成包含如下组件,:,热辊,压辊,热辊润滑,/,清洁组件,纸张分离组件,所有的热辊定影系统,必须,包含第一项和第二项,第三项和第四项是,可选,的,8.2,热辊定影简介,8,定影,48,未定影的粉,压辊,石英棒,热辊,定影过的粉,热辊的特征,:,结构,:,中空的,中间有加热组件,比如石英棒,加热时间,:,有的系统是一瞬间,;,有的需要一个预热周期,;,材料,:,涂有,Teflon,的硬质金属管或者柔软的乙烯基辊子,.,8.3,热辊,8,定影,49,压辊通常是一个柔软的硅酮橡胶辊,.,软辊使纸张和热辊的弯曲的形状保持一致,同时保证了有足够长的加热周期来熔化色粉,.,硅酮橡胶被采用的原因在于它不易被热辊的高温损坏,8.4,压辊,硬压辊,软压辊,8,定影,50,作用,:,润滑热辊有助于防止色粉粘附在辊上,防止纸张卷在辊上,同时可以将残粉从热辊上清除,.,清洁方法,:,大多数系统有一个紧靠着热辊的,清洁垫,用硅油,(,也叫定影油,或者脱膜剂,),浸过的,油绳,比如,油辊,用充满油的,涂料辊,直接在热辊表面加油或者通过一个,浸油的织网,不断擦拭热辊来工作,有些打印机的,粉,本身就带有一种特殊的脱膜剂,.,8.5,定影器润滑,/,清洁组件,9.2.4,纸张分离组件,热辊上的涂料和其它的润滑方法都有助于防止纸张卷绕在热辊上,.,但是还有一部分系统有专门的系统来防止纸张卷绕问题,.,这种分离机构,像转印中的分离结构一样,都是机械的,.,它常常由一个或者多个分离爪,分离指和分离片组成,8,定影,51,9,清洁,打印过程已经完成,剩下的工作是让感光体准备进行下一次打印,.,最后一步的目的是清洁,.,清洁包括两个任务,:,第一,将余像从感光体上移除,第二,感光体表面残留的所有电荷必须清除,消电灯,清洁刮板,余粉,预清洁灯,感光体,正离子,负粉,52,