Памяти вильнюсского НИИ электрографии посвящается.
Предисловие
Многим вполне достаточно суметь сделать ксерокопию или отпечатать лист-другой на принтере, знать какие кнопки и где надо нажимать. Но для тех, кто интересуется как устроена и работает эта техника, как она возникла, расскажу поподробнее.
Кто учил физику в средней школе, представляет, в общих чертах, как работает телефон, магнитофон, персональный компьютер, велосипед, автомобиль... А про копировальный аппарат и принтер известно почти или совсем ничего. Попытка заглянуть вовнутрь ничего не проясняет. Валики, пружинки…
А, между тем, в работе этих аппаратов собрано множество физических явлений - чуть не весь учебник физики – оптика, механика, магнетизм и электростатика, агрегатные состояния веществ, трение...
Введение
В начале двадцатого века в цивилизованных странах непрерывно возрастал бумажный поток, он же, по тем временам, информационный. И никакие переписчики Акакии Акакиевичи не могли спасти положение. Существовавшие в то время способы воспроизведения изображения (или репродуцирования) были небыстры и трудоемки. Это были, в первую очередь, полиграфия и фотография. Поэтому очень активно велись поиски более простых технологий - без набора, без клише, без сложных химических процедур. Одна из блестящих находок на этом пути - ксерография.
За почти полувековую историю ксерография, как средство копирования и размножения документации, развилась до уровня высококачественной полиграфии и получила массовое применение. В мире ежегодно выпускается более 5 миллионов ксерографических копировальных аппаратов. Как метод копирования ксерография стала основной и полностью или в значительной мере вытеснила многие другие способы копирования, например, диазокопирование, термографию, техническую фотографию (синьку). На наших глазах произошло бурное развитие ксерографии, превращение ее в мощную сферу индустрии, образец преуспевания в бизнесе, связанном с капиталовложениями в новую технику.
Аппарат Xerox 914, знаменовавший расцвет ксерографии к началу 60-х годов, осуществлял копирование со скоростью 6 копий формата А4 (писчий лист) в минуту, имел вес 310 кг, габариты двух письменных столов, потреблял 3,5 кВт. Качество копий оставляло желать много лучшего (темносерое на светлосером). Теперь даже аппарат цветного копирования для форматов А1, А0 (один, два листа ватмана) намного легче и производительнее.
Начав с техники копирования ксерография завоевала новые области применения. Она, в сочетании с лазерными сканирующими устройствами и микропроцессорной техникой (лазерные принтеры ) представляет собой известный в наше время эталон качества печати.
Немного истории
В начале двадцатого века бурно развивалась фотография. Фотографы, по тем, временам, были вполне передовыми творческими людьми, владеющими сложной техникой, непростыми процессами изготовления фотографий, зачастую экспериментаторами. В 1916 году русский изобретатель Е.Е.Горин, техник-самоучка из Санкт-Петербурга, по специальности фотограф, предложил использовать фотоэлектрические свойства некоторых полупроводников для получения изображения. 27 октября 1916 года он подал заявку на изобретение под наименованием "Электрофотографический аппарат". Ему и принадлежит термин "электорофотография", широко используемый в нашей научно-технической литературе.
Начиная с 1920 года ряд европейских и американских ученых- физиков так или иначе занимаются подобной проблемой. Т.е. проблемой репродуцирования, воспроизведения изображения с помощью таившего тогда немало загадок электричества.
Интересны изобретения того периода (1931,1938 гг.) американского инженера Селеньи. Он создавал потенциальный рельеф на поверхности дизлектрика электронным лучом или электрическим зарядом, а затем проявлял изображение порошком. Это первая практическая технология "электрографии" (без словечка "фото"), т.е. регистрации изображения с применением электричества, без светового воздействия (так работают, например, струйные принтеры ).
К концу 30-х годов идея электрофотографии начала созревать и обретать реальные черты. В 1937 году электрофотографией заинтересовался американский ходок по патентным делам (то есть, рядовой чиновник патентной службы) Честер Ф.Карлсон. Изучив имевшиеся на то время достижения в электрофотографии, проведя ряд опытов, Карлсон получает изображение на цинковой пластине, покрытой слоем серы.
Пластина заряжалась от потирания поверхности сукном, а экспонировалась контактно, через прозрачную пластину с нанесенным на ней вручную черным изображением. В апреле 1939г. Ч.Карлсон получил патент, где были сформулированы принципы классического процесса электрофотографии, названного впоследствии (в 1948г.) "ксерография" т.е. "сухая печать".
Несовершенство электрофотографических материалов и технологий, примененных Карлсоном, не позволяло получить качественные копии. Потребовалось еще 10 лет теоретических изысканий и эеспериментов, чтобы ксерография получила официальное признание. Это произошло, когда в качестве фотополупроводника был применен селен.
В исследования вложила немалые средства американская фирма "Haloid Cо", поставившая своей целью идею довести до промышленного уровня, т.е. до создания и производства промышленных моделей электрофотографической техники.
После успешной демонстрации ксерографического процесса на заседании Оптического общества США фирма была преобразована в "Ксерокс Корпорейшен."(Xerox Corp.). Эта фирма до последнего времени являлась крупнейшим разработчиком и производителем электрофотографической техники.
В 1956г. создается отделение фирмы "Ксерокс корп." в Великобритании - "Рэнк Ксерокс"(Rank Xerox), сбывающее копировальную технику, преимущественно, на европейском рынке, позднее создаются отделения в Японии и в Индии.
Впоследствии в Японии и в Европе возникает более десятка самостоятельных фирм, полностью или частично специализирующихся на производстве и сбыте электрофотографической техники. Наиболее известные из них "Канон", "Рико", "Минольта" (Япония), Агфа" (ФРГ), "Оливетти" (Италия). Некоторые из них ранее занимались традиционной фототехникой, оптикой, некоторые созданы специально, для новой техники копирования.
Японские фирмы постепенно занимают ведущее место среди производителей копировальной техники, вытесняя европейских и американских конкурентов.
Сегодня объем продаж японских фирм составляет около 95% всего мирового сбыта копировальных аппаратов. Зто одно из проявлений т.н. "японского чуда".
Первая модель ксерографического аппарата плоскостного типа появилась на рынке в 1950г. За прошедшее с тех пор время фирмы- производители электрофотографической техники вошли в число богатейших предприятий мира.
В СССР работы в области электрографии велись с 1949года в Научно- исследовательском кинофотоинституте. С 1955г. эти работы продолжаются в НИИ полиграфмаш (Москва). В 1956 году на базе группы энтузиастов, возглавляемой русским инженером Иваном Иосифовичем Жилевичем, в Вильнюсе создается филиал НИИ полиграфмаш. В 1957г. он преобразуется в отраслевой институт Минрадиопрома СССР "НИИ электрографии".
Институт разрабатывает электрографические материалы и процессы, технологию их производства, копировальную и микрофильмирующую технику, выводные электрографические устройства, COM-системы.
На базе теоретических и практических заделов НИИ электрографии возникает ряд предприятий,специализирующихся на производстве электрофотографической аппаратуры: ПО "Оргтехника", "Сухумприбор" и т.д.
Широко известны были одни из первых разработок НИИ электрографии: плоскостной аппарат "ЭРА" и ротационный "РЭМ-600" (совместные разработки с Казанским оптико-механическим заводом), электроренгенографические аппараты типа "ЭРГА", устройства электростатической печати "ЭСПУ".
В восьмидесятые годы коллективом НИИ электрографии были созданы цветные электрофотографические копировальные аппараты для форматов А0 и А3, был создан, изготовлен и внедрен электрофотографический микрофильмирующий комплекс аппаратов. Уровень разработок - сотни изобретений, более 100 медалей ВДНХ, правительственные награды.
Основы электрофотографических процессов
Электрофотография (далее, для удобства изложения вместо слова "электрофотография" будем употреблять принятое в литературе сокращение "ЭФГ") не одно физическое явление, а совокупность нескольких различных по природе физических процессов, составляющих ту или иную конкретную часть электрофотографического процесса:
- процесс формирования скрытого электростатического изображения (физика фотополупроводников, оптика);
- процесс зарядки светочувствительного слоя (физика газового разряда);
- процесс проявления (магнитостатика и статическая электризация);
- закрепление (физика твердых тел и их агрегатных состояний, теория адгезии) и т.д.
В общем, половина учебника физики.
Из способов формирования скрытого ЭФГ изображения нас в данном случае интересует классический ксерографический процес (рис.1).
На проводящую, заземленную основу нанесем слой фотополупроводника с высоким удельным сопротивлением, толщиной 10-100 мкм. Например, слой селена или его химических соединений, слой окиси цинка, некоторых органических фотополупроводников. Затем (с помощью коронного разряда) равномерно зарядим этот слой по всей поверхности до высокого электрического потенциала (0,5-1,5 кВ). Произошло т.н. «очувствление» полупроводникового слоя. То есть он превратился в светочувствительную поверхность. Электрический потенциал слоя в темноте некоторое время (от секунд до нескольких дней, в зависимости от свойств полупроводника) существенно не изменится (рис.1,а).
Если теперь на этот слой спроецировать (как на фотобумагу) какое-то изображение (проэкспонировать слой), то на освещенных участках, соответствующих пробельным участкам оригинала, происходит полная или частичная нейтрализация (стекание) зарядов в заземленную подложку (рис 1,b).
На неосвещенных участках сохраняются первоначально накопленные заряды. В результате этого образуется скрытое электростатическое изображение.
Причина стекания зарядов - появление в слое фотополупроводника под действием светового (или другого электромагнитного: теплового, рентгеновского и т.д.) излучения свободных носителей заряда и их направленная миграция в слое под действием разницы потенциалов на его поверхностях.
Скрытое электростатическое изображение (рис.1с) может, в зависимости от свойств полупроводника, существовать или несколько секунд или значительное время-часы, дни.
Для получения видимого изображения поверхность экспонированного фотополупроводника покрывают диэлектрическим красящим порошком. Однако, результат будет не очень - большая часть зарядов, сохранившихся на поверхности полупроводника притянет заряд противоположного знака из заземленной подложки и электростатическое поле будет слабеньким. Чтобы его усилить, выше проявляющего порошка помещают т.н. «контрэлектрод». Заземленный или подключенный к источнику напряжения противоположного заряду на фотослое знака. Контрэлектрод усиливает электростатическое поле над фотополупроводником (рис.1,d). А, если между ним и фотослоем поместить красящий диэлектрик, тот зарядится противоположным знаком и будет вполне активно прилипать к заряженным местам фоторецептора.
Порошок притягивается к поверхности фотополупроводникового слоя в местах скрытого электростатического изображения,сохранивших высокий потенциал, и изображение таким образом проявляется (рис.1e,g).
Лишний, не притянувшийся, порошок, естественно, следует с поверхности удалить . Скажем, стряхнуть.
Контрэлектрод поддерживает равномерную напряженность электростатического поля над большими сплошными участками изображения и тем самым способствует равномерному проявлению этих участков. Поскольку, как известно из школьного раздела физики "электричество", напряженность поля пропорциональна разности потенциалов пластин и уменьшается при увеличении расстояния между ними, контрэлектрод тем эффективнее, чем ближе находится к заряженному слою. Следует отсюда то, что с помощью контрэлектрода - меняя расстояние его до слоя и потенциал на нем - можно эффективно управлять качеством изображения на копии, даже получать негатив. Проявленное изображение необходимо перенести на бумагу, если, конечно, не стоит цели получить копию прямо на фотополупроводнике, как в случае записи на цинкованую бумагу или на пленку для микрофильма.
Перенос проявленного изображения обычно производится контактным способом: наложением бумаги на проявленную поверхность фотополупроводника и подачей на нее с противоположной стороны заряда того же знака, каким заряжен ЭФГ слой. Для этого можно бумагу зарядить таким же коронирующим электризатором, каким заряжали фотополупроводник (рис.1,f).
При этом часть порошка (к сожалению, не весь) притягивается к бумаге, создавая на ее поверхности незакрепленное порошковое изображение. Наэлектризованную бумагу с прилипшим к ней проявителем можно уже разрядить. Иначе ее будет трудно оторвать от ЭФГ слоя и, вообще, она будет стремиться залипнуть на любом встречном диэлектрике.
Последняя стадия получения копии - закрепление порошкового изображения Легкоплавкий порошок расплавляется и слегка вдавливается в бумагу специальным горячим валиком. При этом он прочно соединяется с верхним слоем бумаги, образуя длительно сохраняющееся изображение рис.1,h).
Закреплять можно, в принципе, и другим способом, например, размягчая проявитель химическими растворителями. Однако это не меняет сути процесса закрепления, состоящей во внедрении проявителя в бумагу и превращении его там в затвердевшую массу.
Теперь надо счистить остатки проявителя с фотополупроводникового слоя. Проще всего сделать это механически - счистить, скажем, специальным скребком.
Скребок должен быть таким, чтобы не поцарапать поверхность светочувствительного слоя. Можно счищать вращающимся меховым валиком. Правда, пыли будет больше, понадобится отсос. То есть, встроенный в аппарат пылесос.
Если остатки проявителя с ЭФГ слоя не счистить, при следующем экспонировании они будут выполнять роль маски над слоем и старое изображение вновь проявится наряду с новым. И даже лучше нового.
Естественно, для реализации каждой стадии процесса копирования необходимы определенные материалы, режимы ( т.е. конкретная "технология" процесса), а также технические решения, реализующие эту технологию. Разнообразие задач копирования и вкусов проектировщиков, а также имеющиеся в распоряжении конструкторов электрофотографических носителей создает довольно большое разнообразие возможных технических решений. Так что все копировальные аппараты , в принципе, одинаковые, а устроены очень даже по разному.
Теперь, когда мы поняли суть ксерографического процесса, на котором основано подавляющее большинство копировальных аппаратов, хочется сказать, что ксерографический, т.е. "сухой" процесс - не единственный и не во всех случаях применимый.
При копировании непосредственно на электростатическую бумагу трудно рассчитывать, что посыпая ее черным проявителем или ерзая по ней т.н. "магнитной кистью", полной того же проявителя , можно потом сохранить белый фон, как бы не удаляли ненужную часть проявителя. Приходится приготавливать взвесь проявителя в какой-нибудь электрически нейтральной жидкости (уайт-спирите, например) и этой жидкостью осторожно смачивать бумагу в месте проявления, а потом, разумеется, сушить. Так работают аппараты т.н."струйной печати".
Да и при при проявлении микрофильмов, изображение на которых формирутся электростатически, невозможно таким "грубым" способом проявления получить четкие линии толщиной всего в несколько микрон.Приходится тоже применять жидкие, к тому же, тонкодисперсные, т.е. с черезвычайно мелкими частицами проявители.
Делаем в копировальном аппарате копию
Итак, что же должно иметься и происходить в обычном, точнее сказать, в любом ксерографическом аппарате черно-белого копирования?
В аппарате в обязательном порядке должен иметься светочувствительный орган, красиво говоря "фоторецептор". Т.е. плоская или цилиндрическая заземленная подложка с нанесенным на нее равномерным слоем фотополупроводника. Как правило, в современном копировальном аппарате это цилиндр небольшого диаметра.
Должны быть средства для проецирования изображения оригинала на слой фотополупроводника. То есть оптическая система: объектив с кучей подвижных и неподвижных узких зеркал или, в самых маленьких аппаратах, т.н. «плоский объектив» или линейка из маленьких объективчиков. И достаточно мощный линейный осветитель, последовательно, строка за строкой, освещающий лист оригинала. Для чего или стекло с оригиналом движется, либо зеркало и осветитель перемещаются вдоль оригинала.
Должен быть черный проявитель из чего-нибудь электризующегося. И еще кое-что, что именно - уточним ниже.
Начинаем копировать.
1. Надо сделать предварительную подготовку светочувствительного слоя - полностью снять с него все ранее имевшиеся на нем электростатические заряды. Для этого его достаточно хорошо и равномерно осветить. Эта операция называется "Засветка".
2. Теперь следует равномерно, до одного и того же потенциала зарядить всю поверхность фоторецептора. Эту операцию называют "Зарядка" или "Очувствление" слоя. Теперь он способен воспринимать и хранить какое-то время изображение.
3. На поверхность фотополупроводникового слоя сейчас можно спроецировать хорошо освещенное и четкое изображение и подержать так определенное время "проэкспонировать". Как и в традиционной фотографии. Можно изображение «записать» построчно, с помощью подвижной системы зеркал или поточечно-сканирующим узким лучом света. Теперь на нашем слое появилось невидимое глазу электростатическое скрытое изображение. То есть, электростатический рельеф, наличие которого мы могли бы, если бы захотели, проверить электрометром.
4. Скрытое изображение проявляют. Для этого к заряженной поверхности подносят мелкий, черный дизлектрический порошок. Там, где заряд сохранился (черные места при экспонировании) порошок прилипнет к слою, а где заряд стек под действием света (белые места спроецированного на слой изображения), ничего не прилипнет.
5. Уже можно переносить изображение на бумагу. Для этого бумага накладывается на слой с проявителем и электризуется с обратной стороны посильнее, чем поверхность слоя. Тогда частицы проявителя покидают поверхность слоя и залипают на бумаге, перенося на нее зеркально то изображение, что было на слое.
6. Бумагу, наэлектризованную надо теперь оторвать от слоя, тоже наэлектризованного. Для этого их надо разрядить.
Эта операция называется "Отрыв". Бумага теперь легко снимается со слоя, но проявитель держится на ней на честном слове. Его ничего не стоит сдуть или смазать.
7. Поэтому изображение на бумаге надо срочно закрепить- прочно скрепить с бумагой. Копия готова.
8. Но это еще не все. Чтобы можно было сделать следующую копию, нужно счистить со слоя остатки проявителя. Операция "Очистка". Можно начинать сначала.
Надо отметить, что обычно все эти операции происходят одновременно, с некоторым угловым сдвигом на поверхности светочувствительного цилиндра.
Немного подробнее
Фоточувствительные слои
В качестве материалов для создания фоточувствительныхм слоев широко используются т.н.халькогенидные стеклообразные полупроводники - чистый и легированый селен, его сплавы ( например Se-Te ), слои на основе аморфного кремния и органических фотополупроводников.
Основные требования к фотополупроводникам:
- слои должны сохранять коронный заряд в темноте;
- слои должны эффективно разряжаться всеми длинами волн в видимом спектре;
- время световой разрядки должно быть коротким пои сравнению с временем проявления изображения;
- заряд,скрытое изображение и остаточный потенциал должны быть стабильны при многократном повторении цикла;
- материалы должны обеспечивать возможность изготовления больших по площади бездефектных слоев;
- слои должны быть износостойкими при проявлении и очистке.
Как видите, требований предостаточно.
Аморфный селен - первый материал, нашедший широкое применение в электрофотографии. Он обладает необходимыми электрическими и фотоэлектрическими свойствами, технологичен при изготовлении слоев.Его практическое использование затрудняют: узкая спектральная область фоточувствительности, (совершенно не чувствителен к синей области спектра, т.е к синим чернилам на оригинале ), наличие световой усталости, стремление к кристаллизации. Улучшения его свойств добиваются введением примесей арсена, галоидов Cl, J и т.п.
Проблемы кристаллизационной стабильности, повышения фоточувствительности и расширения воспринимаемой области светового спектра эффективно решаются использованием сплавов на основе Ar-Se,Se-Te.
Такие слои отличаются и довольно высокой тиражестойкостью.
Хочется здесь отметить, что слои на основе селена обладают лучшей фотопроводимостью для положительных зарядов.Поэтому их обычно заряжают положительной короной.
Активно велись в Японии и США работы по созданию слоев на основе аморфного кремния, легированного различными примесями. Такие слои должны быть очень дешевы в производстве и обладают прекрасной износостойкостью. Они уже применяются в скоростных многотиражных аппаратах "Ксерокс Ко", "Миты" и ряда других фирм.
В современных копировальных аппаратах в последнее время нашли широкое применение органические фотополупрводники (ОФП), например, слои на основе поливинилкарбазола. Применение ОФП долго сдерживалось низкой чувствительностью их в видимой части светового спектра. Разработка слоев с заданными качествами велась по двум основным направлениям:поиск нужных примесей, улучшающих светочувствительность (сенсибилизаторов) и создание многослойных полупроводниковых структур, в которых один слой генерирует фотоносители, а другие выполняют прочие (см. выше) требования к слоям.
Очень активно разрабатывались ОФП слои в Японии, они применяются в современных копировальных аппаратах многих японских фирм. Одним из побудительных мотивов широкого использования ОФП слоев было, без сомнения, стремление выйти из-под действия американских и прочих "селеновых" патентов, обеспечить патентную чистоту собственных изделий.
При всем том, современные ОФП слои по многим параметрам не только достигли, но и превзошли селеновые,и кремниевые. Тем не менее, они сильно уступают последним по тиражестойкости и, в основном, применяются в низкоскоростных машинах, требуют замены после 20-60 тысяч циклов.При этом ОФП слои технологичны и, при массовом производстве,имеют низкую цену, нетоксичны.В СССР также активно велись разработки ОФП слоев, были разработаны и серийно выпускаются ОФП пленки для изготовления микрофиш электрографическим способом. К сожалению, разработки серийных технологий изготовления цилиндров с ОФП слоями , из-за прекращения финансирования научных исследований в этой области, не были завершены.
Как правило, цилиндры изготавливаются из алюминиевых сплавов, имеют тщательно обработанную наружную цилиндрическую поверхность
Цилиндры
Современные копировальные аппараты, за редким исключением, ротационного типа, т.е. переносят изображение на бумагу с вращающегося цилиндра .Он то и покрыт фотополупроводниковым слоем.
Если в аппарате есть необходимость применять перенос изображения (скрытого или визуализированного) с цилиндра на цилиндр (как, например, в аппаратах цветной печати), то фоточувствительных или покрытых полупроводниковым слоем цилиндров может быть в аппарате и несколько. Но это так, к слову.
В конструкции цилиндра предусмотрен надежный заземляющий (обычно, осевой) контакт, обеспечивающий заземление нижней поверхности светочувствительного слоя.
В старых, как правило, стационарных копировальных аппаратах
цилиндры были непременно большого диаметра. Во всяком случае, такого, чтобы на поверхности цилиндра помещалось все изображение копируемого листа. Большого диаметра требовала и необходимость разместить вокруг цилиндра громоздкие и примитивные, по нашим нынешним понятиям, технологические узлы каскадного проявления и валиковой очистки.
В современных малогабаритных настольных аппаратах цилиндры имеют часто минимально возможные размеры. В картридже (сменной кассете) японской фирмы "Canon", предназначенном для персональных копировальных аппаратов типа PC и FC применен цилиндр с ОФП-слоем диаметром всего 30 мм.
Картридж, включающий в себя, помимо цилиндра, электризатор заряда, узел проявления и узел очистки при этом так мал, что два свободно поместятся в портфеле. Однако такой цилиндр интенсивно изнашивается. Ведь, за время копирования одного листа он делает три оборота. Соответственно, при тиражестойкости слоя 20 - 30 тыс.циклов, цилиндр изнашивается после изготовления 6 -10 тыс. копий.
Аппараты конторского класса всех фирм имеют, как правило,цилиндры диаметром 60 - 80 мм и более. Такой цилиндр служит подольше и вокруг него можно разместить кое-какие узлы, обеспечивающие дополнительный сервис при копировании: например второй (обычно, цветной ) узел проявления, или всякие светодиодные линейки для стирания черных полос и следов дырокола на краях изображения.
Цилиндр в копировальном аппарате является сменным узлом и поэтому обычно легко демонтируется и устанавливается. В ряде аппаратов конторского типа (наиболее простых) сменным является весь узел цилиндра - с электризатором заряда и узлом очистки, а когда и с узлом проявления вместе.Чтобы не было повадно копировать на отработавшем свой небольшой ресурс цилиндре (все- таки он истирается) и других узлах (низкое качество копий подрывает репутацию фирмы- изготовителя а продленный ресурс узлов ее благосостояние) в аппаратах предусмотрены всяческие хитрости, исключающие такую возможность. То-то загадки для наших умельцев!
Проявители
Мы уже говорили о том, что проявитель, создающий в ЭФГ процессе изображение на бумаге, должен быть диэлектрическим, хорошо электризоваться, быть порошкообразным и легкоплавким.
Ну и, конечно, при черно- белом копировании, как можно более черным.
Порошкообразность - не совсем точное требование. Слишком мелкие частицы будут сильно залипать на поверхности цилиндра и плохо переноситься на бумагу где надо, а где не надо, (на пробельных участках) будут пачкать бумагу и создавать серый фон. Мелкие частицы будут плохо счищаться с цилиндра, провоцируя появление темных полос на последующих копиях. А попав на бумагу будут в узле закрепления вместо того, чтобы внедряться в бумагу, отмарываться. То есть, липнуть на термовал, набиваться в смазывающий валик и, опять же, пачкать копии.
Крупные частицы будут плохо переноситься на цилиндр, а на изображении станут создавать неровные края линий; переносясь не одновременно с другими, более легкими частицами на бумагу, будут создавать дополнительную грязь в виде отдельных точек и блямб. Короче, желательно чтобы все частички тонера были, по возможности, одинакового размера, где-то 5 - 20 микрон. Для этого проявитель многократно просеивают через сита с определенным размером ячеи - классифицируют. Чем однороднее проявитель, тем дороже.
Еще желательно чтобы частицы проявителя имели форму идеальных шариков. Тогда у всех у них будет хорошая подвижность, сыпучесть, меньше желания слипнуться при повышении влажности и т.п. Шарики легче переносятся электростатическим полем, лучше счищаются с цилиндра, оставляя при этом меньшие потертости на его поверхности.
Материалом проявителя за недлинную историю электрографии что только не было: канифоль,копал, сургуч, тальк, сера, угольный порошок и т.д. и т.п. В конце концов, благодаря успехам химической промышленности, применяются, в основном, легкоплавкие, хорошо окрашенные полимеры, например, полистирол.
При прежнем, т.н. "каскадном" проявлении, когда цилиндр просто-напросто посыпали проявителем с транспортера, в проявитель добавляли огромное количество (более 90%) сыпучего вещества: стеклянных шариков, песчинок и т.п. - так называемого "носителя". Иначе все эти пяти-двадцати микронные шарики при посыпании устроили бы невообразимую пылищу в аппарате!
Теперь, при прочно вошедшем в практику проявлении магнитной кистью ( а это, надо сказать, не единственный применяющийся в настоящее время способ проявления) необходимо, чтобы проявитель удерживался магнитным полем, как железные опилки в школьном опыте по магнетизму. Для этого можно поступить одним из двух способов: поместить кусочек ферромагнетика (желательно, шарикообразный) внутрь оболочки из собственно проявителя или смешать проявитель с ферромагнитными опилками. В первом случае проявитель называют однокомпонентным, во втором двухкомпонентным, состоящим из тонера (собственно проявителя) и носителя, т.е. опилок.
Двухкомпонентный проявитель лучше однокомпонентного во многих отношениях: меньше расход, лучше качество копий, можно проявлять цветными тонерами и т.п. Кроме одного неоспоримого преимущества однокомпонентного: аппарат намного проще, а стало быть, дешевле и удобнее в эксплуатации.
Фирмы, выпускающие аппараты высокого качества печати, как правило, используют двухкомпонентные проявители (Минольта), в аппарвтах широкого применения (Канон), проявители, обычно, однокомпонентные.
Узел проявления.
Для проявления электростатического изображения на цилиндре необходимо, чтобы в зону проявления подавалось определенное количество проявителя. При двухкомпонентном проявлении проявитель, поступающий в зону проявления все время обедняется тонером и поэтому в устройстве проявления должна иметься (довольно сложная) система подпитки тонером, включающая датчик концентрации проявителя в рабочем объеме, бункер подачи тонера и систему мешалок. Ничего этого не требуется
при однокомпонентном проявлении. В этом случае устройство состоит из бункера проявителя и средств его заправки , узла магнитной щетки, ножа для регулировки высоты магнитной кисти, средств поддержания заданного расстояния между кистью и цилиндром.
Узел магнитной щетки обычно состоит из цилиндрической, немагнитной гильзы, внутри которой, параллельно цилиндру, расположены длинные магниты или намагниченный многополюсный вал из магнитотвердого материала. Магнитный вал устанавливается так, что один из его полюсов находится на одной прямой с осями вала и проявляемого цилиндра.
Гильза, вращаясь с достаточно большой скоростью,захватывает из бункера заданный ограничительным ножом слой проявителя и переносит его в зону проявления, а затем избыток проявителя втягивается через нижнюю, более просторную щель обратно в бункер. Возможен вариант узла, когда вращается магнитный вал, а гильза неподвижна: такая конструкция тоже обеспечивает неплохую подачу проявителя в зону проявления. Гильза в обоих случаях слегка погружена в проявитель (в бункере), что, собственно, и обеспечивает его подачу.
Бункер при однокомпонентном проявлении либо заранее заправлен достаточно большим количеством тонера (как в картридже FS- 2, где заправленного количества тонера достаточно на весь его ресурс ), либо заправляется засыпкой через специальное отверстие с крышкой.
Наиболее распространена, в последнем варианте, "заправка тубой", когда проявитель предварительно расфасован в длинные пеналы с продолговатой щелью, заклеенной липкой лентой. Туба либо вкатывается в бункер по направляющим, либо (круглая туба) вставляется в круглое отверстие в бункере. Одновременно со вставлением со щели стягивается защитная пленка, так что проявитель самотеком высыпается в бункер. Заправка круглой тубой чище, т.к. высыпание производится только при полностью вставленной тубе, поворотом ее вокруг оси.
При проявлении необходимо выдерживать постоянство расстояния между проявляемым на цилиндре слоем и немагнитной гильзой, несущей магнитную кисть. Это, как правило, обеспечивается парой колесиков, соосных гильзе и катящихся свободно по кромкам поверхности цилиндра.
При этом весь узел, а с ним и гильза c проявителем на поверхности и колесики поджимаются пружинками к цилиндру.
Поскольку гильза выполняет роль контрэлектрода, она должна быть надежно заземлена, а в случае проявления " со смещением", когда на гильзу подается напряжение противоположного заряду цилиндра знака, гильза, напротив, должна быть хорошо изолирована от земли, в т.ч. и от поверхности цилиндра. Колесики, в этом случае, должны быть изготовлены, непременно, из изолирующего материала.
Коронаторы
В электрографических копировальных аппаратах устройства коронной электризации используются для:
- зарядки ЭФГ слоя;
- переноса тонерного изображения с ЭФГ слоя на конечный носитель ( в нашем случае - бумагу );
- снятия заряда с бумаги и с ЭФГ слоя перед очисткой.
При некоторых ЭФГ-технологиях коронаторы используются для перезарядки слоя и для других вспомогательных операций.
Для зарядки и переноса всегда используются коронаторы. Никто и не помнит, что на заре электрофотографии были попытки создать заряд и другими способами:от радиоактивных источников, электростатической индукцией, валиками из проводящей резины и т.п.
Снимать заряд с наэлектризованой бумаги и разряжать слой можно и другими способами, что и делает ряд фирм. Иногда в аппаратах для дополнительной разрядки слоя при очистке применяется засветка. Но корона переменной полярности для снятия зарядов используется довольно часто: конструктивно такой электризатор делается заодно с электризатором переноса, а работает он весьма надежно.
Основными конструктивными элементами устройства коронной электризации являются коронирующий электрод (обычно одна или несколько проволок, натянутых параллельно образующей цилиндра на небольшом расстоянии ) и экран, окружающий коронирующий электрод.
Такое устройство называется коротроном. Экран коротрона может быть изолирующим или проводящим, на проводящий экран подают какое-то напряжение , а чаще его заземляют. Заземленный экран поддерживает электростатическое поле вокруг проволочки и способствует усилению ионизации. Проволочку обычно делают вольфрамовой, чтобы не разрушалась при ионизации окружающего воздуха, иногда золотят.
На коронирующий электрод подают напряжение порядка 5- 8 кВ.
Полярность напряжения определяется свойствами ЭФГ слоя. Источник- обычно высоковольтный преобразователь с умножителем напряжения.
Для управления качеством процесса источник зарядки делают регулируемым. Иа электрод коротрона отрыва подают переменное напряжение от высоковольтного трансформатора.
Конструкция коротрона должна обеспечивать равномерность зарядки по всей длине, что достигается правильной его геометрией.
Между электродом и объектом электризации может быть натянута металлическая сетка, на которую подается определенный потенциал. Такой электризатор называется "скоротрон" или управляемый коротрон.
В зависимости от потенциала на сетке дозируется поступление ионов из коронатора и, соответственно, зарядка осуществляется до заданной контролируемой величины потенциала. Конструкция электризатора исключает возможность пробоя слоя. Скоротроны применяются для зарядки слоев, чувствительных к неоднородности зарядки. Поскольку большая часть ионов оседает на сетке, для скоротрона требуется в несколько раз более мощный высоковольтный источник, чем для короторна.
Оптико-осветительная система
Оптико-осветительная система передает изображение оригинала на поверхность ЭФГ цилиндра, обычно, узкой полоской (строкой), развертывая его на поверхности цилиндра по мере вращения последнего.
Оптико-осветительная система современного ЭФГ копировального аппарата существенно влияет на такие его характеристики, как качество копий, габариты и масса аппарата, производительность, надежность.
Система включает в себя осветитель и проекционную часть. Осветитель должен обеспечивать равномерное и достаточно интенсивное освещение проецируемого на цилиндр участка оригинала.
Можно, конечно, освещать сразу весь оригинал, что сначала и делали, когда аппараты были плоскостными (как фотоаппараты), а не ротационными. Для ротационного аппарата в этом нет необходимости, да и не экономично. Т.к. одновременно освещается только узкая полоска оригинала, в осветителях применяются трубчатые лампы, длиной во всю строку оригинала, люменесцентные или галогенные.
Люменесцентные экономичнее, однако долго разгораются (из-за чего в аппарат вводится система контроля яркости лампы) и (из-за свойств люминофоров) имеют узкий (обычно в сине-зеленой области) спектр излучения.
Галогенные лампы в состоянии обеспечить очень высокую освещенность, однако расходуют большую мощность (0,5 - 2 кВт), выделяя при этом большое количество тепла; нужно охлаждение.
Чтобы светоотдача была эффективнее, лампу помещают в такой же продолговатый эллиптический отражатель, имеющий выходную щель, расположенную по нормали к освещаемой строке.
Сканирование всего изображения оригинала производится перемещением освещенной зоны по оригиналу. Для этого передвигают или сам оригинал (аппарат с подвижным оригиналодержателем ) или осветитель. В последнем случае вместе с осветителем движется и часть проекционной системы: зеркала,объектив. Для всего этого подвижного хозяйства требуется пространство между стеклом с оригиналом и цилиндром, что увеличивает высоту аппарата на 10- 20 см. Правда, если аппарат обеспечивает копирование с разными масштабами, без этих подвижек не обойтись:для каждого масштаба все-равно надо перестраивать объектив, и положение зеркал.
Проекционная часть включает в себя объектив и систему зеркал, то есть все ,что необходимо чтобы спроецировать на поверхность ЭФГ слоя четкое и яркое изображение сканируемого участка оригинала.
Проектировщики всегда стремились сократить размеры и число элементов проекционной системы, количество подвижек и настроек в ней.
В аппаратах со сложными задачами, например, с масштабированием, невозможно избавиться от нескольких подвижек: непременно надо менять положение объектива, пары зеркал, а в объективах с переменным фокусным расстоянием перестраивать взаимное расположение линз, диафрагму.
В аппаратах без масштабирования не обойтись хотя бы без одной подвижки: либо осветителя вдоль оригинала, либо наоборот. И зеркал надо не менее трех (в аппаратах с масштабированием их обычно шесть). Изобретение специально для копировальных аппаратов зеркального, т.н. "двухходового" объектива (патент США Nr3659922) позволило свести число зеркал проекционной системы всего к одному. Только тут уж масштабировать не выходит.
Во многих малогабаритных аппаратах с подвижным оригиналодержателем применяется т.н. «граданный» объектив. Который впервые был применен японской фирмой "MINOLTA", специализирующейся, помимо копировальной техники на разработке и производстве оптических изделий.
Граданный объектив представляет собой линейку оптических стержней из специально обработанного стекла, так что в этом стержне показатель преломления изменяется по параболическому закону в направлении радиуса волокна. Т.е.это стекловолоконная линейка с толстыми волокнами, каждое из которых - световод и маленький объектив. Блок граданов при исключительно малых габаритах, обеспечивает одинаковую по всему полю разрешающую способность и контраст, имеет малое фокусное расстояние.
К сожалению, работы в этой области в СССР не были своевременно завершены.
Засветка
Для засветки, как правило, используются светодиодные линейки, расположенные вдоль оси цилиндра в непосредственной близости от него. Поскольку линейки дискретные (каждый диод освещает узкую полоску под ним), можно с помощью таких линеек частично стирать изображение оригинала. Например, черные полоски по краям.
Очистка
Очистка слоя от остатков тонера является важной операцией:
не счищенный тонер сам будет пачкать следующий лист, кроме того, при экспонировании не даст как следует разрядить слой под ним и спровоцирует налипание на неочищеном месте нового тонера и т.д.
Методов очистки, как говорилось выше, существует немало. Однако разработчики в наше время отдают предпочтение т.н. "ракельной" очистке, т.е. очистке скребком. В качестве скребка -ракеля используется прямоугольная пластина, сделаная из полиуретана или другого не слишком твердого, но стойкого к истиранию материала.
Для того, чтобы свести к минимуму трение, ведущее к износу и ЭФГ слоя и ракеля, в проявитель добавляют т.н. "стиратор"- порошок с хорошими антифрикционными свойствами. Обычно это металлические соли жирных кислот: стеарины цинка, кадмия и т.п.
Устройства ракельной очистки можно отнести к наиболее совершенным; достоинствами их являются малые габариты, высокая надежность.
При очистке ракель должен быть прижат счищающей кромкой к поверхности ЭФГ слоя. Прижим ракеля обеспечивается поджатием пружиной, противовесом или просто засчет упругости самого ракеля.
В целях повышения качества очистки, особенно, если на слое имеются царапины, неровности, ракелю при очистке придается возвратно-поступательное движение вдоль образующей цилиндра.
Как ни хороша будет конструкция очистки, она основной источник износа светочувствительного цилиндра. Увы!
Счищенный с цилиндра проявитель падает в бункер, называемый еще «мусоркой». В принципе, это хороший проявитель, только в нем полно пыли и бумажных волокон – заряженный цилиндр немного ранее притянул все, что мог. Так что, от беды, если его опять просеять и очистить, можно использовать снова. Только лучше этого не делать – оставшаяся в проявителе грязь при повторной очистке будет царапать поверхность цилиндра и ускорит ее износ.
Закрепление
Из всех известных методов закрепления порошкового изображения на копиях наибольшее распространение получил термосиловой способ закрепления. По сравнению с химическими этот способ более безопасен и экологически чист, обеспечивает простоту и малые габариты узла закрепления. По сравнению с термическим способом он обеспечивает пожаробезопасность, существенное снижение расхода энергии, малые габариты узла закрепления. При этом не мешает иметь в виду, что даже идеальный термосиловой узел закрепления требует расхода энергии приблизительно 1 кДж на копию.
Принцип термосилового закрепления очень прост. Копии с незакрепленным изображением проходят между двумя валиками, подвергаясь одновременному воздействию температуры и давления. Прижимной валик покрыт слоем термостойкой резины, а закрепляющий, к которому обращено изображение - слоем антиатгезионного и тоже термостойкого состава - например, слоем фторопласта. Между валиками образуется контактная зона (зона смятия валиков), в которой происходит теплопередача от закрепляющего валика (термовала) на закрепляемую копию.
Большинство устройств термосилового закрепления содержит два вала, поджимаемых друг к другу внешней силой, например, пружинами. В полом термовале установлен нагревающий элемент, например, галогенная лампа, Принципиально, может быть любой другой нагреватель: встроенная спираль, ТЭН и т.п. Вместо термовала в персональных копировальных аппаратах, например в FS-2, для сведения к минимуму времени нагрева применен плоский термоэлемент, по которому скользит кольцевая фторопластовая пленка.
Термовал должен обеспечивать температуру в зоне закрепления порядка 120- 200 °С (температуру плавления проявителя). Сжатие валиков должно обеспечивать зону соприкосновения копии с поверхностью термовала, достаточную для оплавления и внедрения в бумагу проявителя (примерно 4-8 мм).
Для уменьшения отмарывания проявителя на термовал в узле обычно имеется устройство смазки его антиотмарывающей жидкостью: валик или тампон, контактирующий с поверхностью термовала по всей длине и пропитанный термостойкой смазкой (обычно т.н. силиконовым маслом) - т.н. "масляный валик" или "фитиль". Из конструктивных соображений он может контактировать с прижимным валиком, а последний смазывать термовал.
В зависимости от замысла конструктора прижимной валик может иметь диаметр от 15 до 45 мм, быть твердым или мягким, многослойным.
Термовал обычно представляет собой полый дюралевый, принудительно и синхронно с движением бумаги вращающийся цилиндр, внутри которого неподвижно закреплена галогенная лампа мощностью 0,5- 2,5 кВт. Мощность лампы определяет время подготовки аппарата к работе и желательно, чтобы она была побольше. С другой стороны желательно, чтобы потребление аппаратом энергии было минимальным. Короче говоря, мощность выбирается такой, чтобы время разогрева термовалм было порядка 1-1,5 мин.
Узел обычно снабжен датчиком температуры (термосопротивление, контактирующее с поверхностью термовала) и аварийными средствами защиты вала (а с ним и всего аппарата) от перегрева. Регулировка температуры осуществляется электронными средствами аппарата.
Отмарывающийся на термовал проявитель счищается обычно фитилем, возможно применение для этой цели дополнительного ракеля из термостойкой резины.
Вывод бумаги из узла закрепления обеспечивается вращением валиков, но часто применяются специальные дополнительные ролики, подхватывающие и вытягивающие лист из узла. В любом случае, чтобы предотвратить залипание копии на одном из валов и наматывание ее на вал, в устройстве предусматриваются отцепы (в англоязычной литературе называемые сепараторами), т.е.плоские пластмассовые или металлические пластинки, скользящие по поверхности валиков и способствующие отделению от их поверхности бумаги.
Бумагопроводы и бумага
В аппаратах, копирующих на рулонную бумагу нет больших проблем с ее подачей, потому они сравнительно просты и малогабаритны.
При копировании на отдельные листы нужно иметь кассету для стопы, устройство для отделения одного листа, тракт его синхронной с вращением цилиндра и разверткой изображения оригинала проводки и лоток для сбора копий.
Точность подачи листов в аппарат и проводки их через технологические узлы во многом определяет качество получаемой электрофотографической копии.
Движение листа в аппарате, синхронное с движением цилиндра, обеспечивается т.н. "синхровалами", т.е. парой валиков, обеспечивающих подачу передней кромки листа в зону переноса изображения с цилиндра аккурат к началу развертки на цилиндре изображения оригинала и перемещающих бумагу со скоростью перемещения поверхности цилиндра. Обычно один из зтих валов стальной, а другой покрыт твердой резиной, для лучшего контакта с бумагой.
Цилиндр, электростатически прихватывая бумагу, сам способствует ее дальнейшему продвижению, а затем ее передня кромка захватывается валами узла закрепления. В больших аппаратах между цилиндром и узлом закрепления размещается транспортер, размером в длину листа. Этот транспортер кинематически развязывает узлы цилиндра и закрепления и они, в принципе, могут двигаться с различной скоростью. В малогабаритном аппарате движение синхровалов, цилиндра и закрепляющих валов должны быть строго синхронизированы, чтобы не создавать "волну" или не рвать лист между узлами.
Вообще, кроме перечисленного выше, в аппарате может быть еще немалое количество всяких роликов и валиков. Например, если кассета со стопкой бумаги находится внутри аппарата, под основными технологическими узлами, лист, вытащеный из кассеты, надо доставить этажом выше, к синхровалам. А если таких кассет много, появляется тракт вертикальной подачи бумаги. И так далее.
Наиболе сложной является задача отделения листов, заложенных в кассету, по одному для последующей подачи их в аппарат.
Требования к надежности работы листоотделяющей системы очень высоки, в то же время она не должна быть сложной.
В принципе, способов отделения листов от стопы множество: пневматические, электростатические, фрикционные, клеевые и т. п.
Монопольное распространение в копировальных аппаратах получил фрикционный способ: роликовые системы с отделением листов через переднюю кромку. Другие способы либо слишком сложны конструктивно и применимы только в полиграфической промышленности, либо еще плохо разработаны.
Фрикционные устройства конструктивно просты, бесшумны, достаточно надежны.
Отделение листа от стопы при фрикционном способе производится сдвигом его относительно стопы роликами. Верхний лист проскальзывает по стопе и, упираясь в передние упоры, создает волну.
При дальнейшем сдвиге края листа выходят из-под передних упоров и лист, отделившись от стопы и продвинувшись, продолжает под воздействием роликов движение. Поскольку в такой системе работает несколько сил трения: трение роликов о верхний лист, трение между листами стопы, трение углов листа в передних упорах и т.д., существенное значение имеет качество бумаги. Плохо отделяются и подаются замятые листы, листы, сцепленные заусенками со стопой (из-за плохой резки), плохо подаются слишком плотные листы или слишком малой плотности,"засаливание" роликов ведет к сбоям и т.д. и т.п.
Поэтому большинство фирм строго регламентирует удельный вес применяемой бумаги, а часто рекомендует пользоваться фирменной
Чтобы развязать руки оператору, желающему сделать копию на не совсем обычной для аппарата бумаге (на ватмане, кальке и т.п.) в аппаратах обычно предусматривается полистовой ввод, т.е. ввод, минуя кассету с капризным механизмом разделения стопы (ввод через "байпас"). При этом лист прямо подсовывается под синхровалы.
Проводка листа в аппарате - наиболее ненадежная процедура, т.к. зависит от качества каждого конкретного листа. В любом, даже самом прекрасном аппарате лист может застрять, причем, где угодно.
Поэтому в современных аппаратах предусмотрен строгий контроль за прохождением листа: по всему пути его следования расставлены датчики, время прохождения мимо них листа строго контролируется. При запаздывании срабатывания того или иного датчика аппарат останавливается и на пульте появляется сигнал, предлагающий оператору открыть аппарат и достать замятый лист. Соответственно, бумагопроводящий тракт строится так, чтобы, при минимуме операций, обеспечить доступ к замятому листу. К сожалению, это не всегда удается, даже конструкторам самых известных фирм,:в ряде случаев, приходится приглашать мастера для частичной разборки аппарата.
Хотелось бы отметить, что применение для копирования низкокачественной бумаги нежелательно не только из-за ее плохой подачи из кассеты. Плохая бумага создает много пыли, часто абразивной или собирающейся клочьями ваты. Это препятствует нормальной работе всех узлов аппарата, ведет к учащению сбоев, запылению оптики, преждевременному износу технологических узлов, в т.ч. ЭФГ цилиндра.
Пользователю следует всегда помнить, что бумага в копировальном аппарате не только "материал обработки", как кофе в кофемолке, но и непосредственный участник, составляющий элемент процесса копирования, формирования изображения. Она должна обладать определенной геометрией, упругостью, электрическим сопротивлением. Все это или почти все обеспечивается применением бумаги, предназначенной, именно, для копирования или для принтеров. Но и это не все. Бумага не должна быть влажной: теряются все механические и электрический свойства листа. А осенью, пока не включили отопление, или в сезон дождей современная мелованная супербелая бумага впитывает влагу как пачка соли. Такую бумагу, как минимум, надо подсушивать. Например, держать ее за один край (веером) перед тепловентилятором некоторое время, перед заправкой в аппарат.
Управление и электрообеспечение копировального аппарата
Для того, чтобы осуществить процесс копирования, нужно в строгой временной последовательности
- произвести включение большого количества исполнительных устройств,
- постоянно контролировать состояние процесса, опрашивая имеющиеся в нем датчики,
- регулировать отдельные узлы и процессы, задавая и поддерживая те или иные параметры,
- учитывать пожелания оператора и информировать его о выполнении копирования, а также о том, что от оператора требуются определенные действия: положить бумагу, установить режим копирования, устранить замятый лист, вызвать мастера по обслуживанию и ремонту.
В наиболее старых аппаратах те задачи, какие возможно, решались релейной, а затем транзисторной логикой, об остальном оператору оставалось догадываться.
Современные устройства управления копировальных аппаратов строятся на основе микропроцессорных комплектов и микросхем с высоким уровнем интеграции. Они в состянии обеспечить не только качественное управление копированием, но и высокий сервис, выполнение множества дополнительных функций.
Устройство микропроцессорного управления обычно размещается в двух блоках: плате управления или контроллера и пульте оператора, который в зарубежных аппаратах предпочитают называть дисплеем оператора.
На дисплее оператора в обязательном порядке размещены:
-индикация исправности аппарата и готовности его к копированию;
-индикация задаваемого тиража копий;
-индикация состояний, требующих вмешательства оператора (заправить
аппарат, убрать замятый лист и т.п.);
-индикация неисправности, устранение которой не в компентенции оператора и требует вызова мастера;
-средства задания тиража;
-кнопка запуска;
-кнопка останова процесса копирования.
Все это, как показывает практика, может быть решено с помощью трех кнопок и одного двухразрядного буквенно-цифрового индикатора, что и делается в большинстве простейших аппаратов.
Однако в более дорогих моделях разработчики стараются сделать внешне сложный и более удобный дисплей, отображая состояния аппарата на специальных мнемосхемах и символьных табло, вводя для управления максимальное число кнопок. Например, для задания тиража двузначным числом на пульте устанавливается два десятка кнопок.
На дисплее также располагаются органы управления качеством копирования: движок потенциометра, управляющего яркостью лампы экспонирования или потенциалом смещения на контрэлектроде и кнопка режима автоматического управления качеством (если такой режим предусмотрен).
При наличии в аппарате дополнительных функций: масштабирования, копирования по координатам, выбора формата листа, автоматической раскладки копий,стирания кромок изображения, двухстороннего копирования т.д. дисплей содержит органы управления для выполнения этих функций. И, в аппаратах высокого класса, превращается в довольно сложное устройство, часто содержащее два пульта: один для управления основными функциями, другой- для программирования специальных режимов и задания дополнительных функций.
Большие стационарные аппараты, предназначенные для обслуживания нескольких пользователей могут включаться по паролям этих пользователей и отдельно учитывать объем работ каждого из пользователей.
Контроллер содержит в себе все средства микропроцессорного управления и логической обработки сигналов, а также, как правило, все средства неоперативной настройки режимов копирования: управления диапазоном регулирования качества копии, температурой термовала, корректировка масштабов, задание концентрации тонера (при двухкомпонентном проявлении) и т.д.
Элементы управления силовыми цепями исполнительных органов: силовые транзисторы, реле, тиристорные ключи, для обеспечения лучшей помехоустойчивости контроллера, как правило, выносятся на отдельную плату.
Отдельными блоками выполняются также источники питания: низковолоьтные, для питания цепей управления, и высоковольтные, для обеспечения электрофотографического процесса.
Датчики, применяющиеся в аппаратах, работают на различных физических принципах: термосопротивления, датчики Холла и т.д.
В качестве датчиков перемещения широко применяются оптические датчики с оптопарой, содержащей светодиод и фотодиод или фототранзистор. Такие датчики,в виде законченных изделий, легко крепящихся в любом месте и содержащих, обычно, встроенную микросхему формирователя-усилителя, выпускает в большом ассортименте японская промышленность. В России разработка и производство их ведутся не активно, по=видимому, пока не существует на них устойчивого и масового спроса.
Для обеспечения электробезопасности аппарата в нем, в обязательном порядке, предусматриваются разного рода защиты и блокировки, обесточивающие аппарат при проникновении в него оператора.
Узлы закрепления, а часто и осветители оборудуют противопожарными средствами: плавкими или биметаллическими размыкателями силовых цепей. После срабатывания такой защиты аппарат, как правило, не запускается силами оператора, требуется вызов мастера.
В аппаратах устанавливаются счетчики числа копий. Это позволяет контролировать ресурс узлов аппарата, обеспечивать регулярное техническое обслуживание. Многие фирмы исчисляют гарантийный срок аппарата по числу изготовленных копий, вводят блокировку по износу цилиндра, требующую обязательную его замену,ограничивают суточный объем копирования и т.д.
Все современные аппараты питаются, обычно, от однофазной сети переменного тока, частотой 50-60 Гц, напряжением 115 или 220 В и
подключаются к сети, имеющей заземление.
Лазерный принтер
Если заменить оптическую систему копировального аппарата на лазерную систему развертки, управляемую компьютером в соответствии со спецификой формирования изображения, получится лазерный принтер.
Луч полупроводникового лазера фокусируется с помощью объектива и попадает на вращающуюся призму (или оптическую призму с переменным коэффициентом преломления), которая обеспечивает его сканирование по всей длине чувствительной поверхности цилиндра. В начале строки устанавливается фотодатчик, который дает старт построчному формированию нужного изображения. То есть, включению-выключению лазера или многоступенчатому управлению яркостью его луча.
А дальше все как в копировальном аппарате.
Как миниум, одна проблема ксерографического процесса здесь решена: не требуется ни сумашедшей мощности освещения, ни времени на разгорание осветителя. Лазер полупроводниковый почти не потребляет и, стало быть, не рассеивает мощности.
Чтоб это достоинство использовать максимально полно, очень экономичным делается и узел термосилового закрепления. Для этого вместо нагревательной лампы используется легонький пластинчатый нагреватель с минимально тепловой инерцией, а вместо достаточно массивного термовала с алюминиевм цииндром скользящая по нагревателю кольцевая фторопластовая пленка. Надежность такого узла, конечно, поменьше, зато потребляеная мощность и габариты минимальны.
Аппарат цифрового копирования
Осталось сделать один шаг к цифровому копированию: просканировать изображение и передать его на принтер. Таким образом мы получим и принтер и сканер и копировальный аппарат в одном устройстве. Что проще и дешевле, занимает меньше места на столе, расходует меньше энерги на копию. И обеспечивает устойчиво хорошее качество копирования или печати, по желанию. Такие аппараты очень популярны в небольших офисах и в домашних условиях. Часто они совмещают в себе еще и факс.
Какие бывают копировальные аппараты
Аппараты для централизованного копирования
Кто работал или работает на крупном предприятии, знает с каким сумашедшим количеством бумаг там приходится иметь дело. Даже сейчас, когда все или почти все можно посмотреть на экране компьютера.
Тут тебе и конструкторская документация выпускаемых изделий и технология на каждую операцию и пропасть так называемой "нормативной" документации - стандарты, нормы, нормали, требования, инструкции и много еще чего. И все это касается не одного-двух, а сразу многих работников. В КБ и НИИ ничуть не лучше, чем на заводе. Разрабатывают они свою документацию для тех же заводов и по тем же требованиям.
Да еще каждому конструктору подавай собственный экземпляр всей документации, с которой он имеет дело: он в нее то и дело заглядывает. И каждому токарю, фрезеровщику чертежи того, чего надо изготовить.
Не отстает по части бумажного потока и современный офис, хотя отчеты и декларации многие службы давно перевели в компьютерную форму.
Ну, ГОСТами и справочниками так или иначе обеспечат централизованно
А собственную документацию, размножай сам. И задача копирования документации, особенно на крупных предприятиях стояла всегда очень остро.
До появления ксерокопирования спасала так называемая "светокопия", т.е. копирование с прозрачной кальки на бумагу, чувствительную к ультрафиолетовым лучам, т.н. "синьку". Для этого мало того, что надо было иметь специальную бумагу в огромных количествах, но еще огромный штат чертежниц только тем и занимался, что переводил тушью чертежи и тексты на кальку. Это сейчас даже трудно представить, как трудно представить начальника первой отечественной типографии Федорова Ивана, собственноручно вырезывающего на дощечках все буквовки готовящегося издания.
Так что первые копировальные аппараты прежде всего были нужны как аппараты оперативной печати, не требующие предварительной подготовки матриц или калек. Сервисом и габаритами можно было пренебречь, а производительность и применение простой бумаги были очень важны.
В 1968 году "Рэнк Ксерокс" показывал свою продукцию в СССР. Была организована передвижная выставка, объехавшая многие города. Это было несколько громоздких аппаратов - тумбочек и большой, в полстены аппарат рулонного копирования типа нашего РЭМ-600. Все аппараты имели большие селеновые цилиндры и отличались приличной скоростью копирования. Хотя и были еще ненадежны и требовали квалифицированного ухода.
Надо сказать, аппараты того времени, примитивные по нынешним представлениям, быстро доказали свою незаменимость на предприятиях. На таком РЭМ-600 за смену можно было прокрутить всю потребную в копиях документацию завода на месяц вперед. Скорость подготовки копий стали определять скорость резки рулона и раскладки копий. Теперь уже требовался штат резчиц и раскладчиц.
Современный аппарат рулонного копирования внешне мало чем похож на своего предка - скорее напоминает злектроорган на изящной подставке. Производительность, качество копий, надежность и удобство - все у него есть. Однако по существу он почти ничем не отличается от прежних аппаратов-ветеранов.
"Это, что касается копирования чертежей. Но, ведь, и текстов через отделы централизованного копирования проходит видимо - невидимо. Да еще всякие бланки и формы. Формат, правда, у этих документов небольшой: машинописный лист или двойной машинописный лист.
Для этой цели годится больше аппарат полистового копирования. Не так уж трудно провести через аппарат лист формата А4-А3, не замяв его и не развернув боком. Благо уже давно существует полиграфия, которая только и делает, что гоняет по своим машинам бумагу. Есть у кого поучиться.
Но, если на само изготовление копии в таком аппарате уйдет секунда-другая, то положить ровно каждый оригинал, закрыть его крышкой, набрать тираж, выбрать экспозицию, разложить копии по экземплярам - на это уйдет масса времени. Тут уж придется говорить о производительности оператора, а не аппарата.
Представьте себе Думу, которая обсуждает новый закон, и, по ходу дела, вносит в него поправки. Каждому депутату каждый раз по экземпляру, причем, срочно. Замучаешься копировать.
Поэтому, почти одновременно с аппаратами полистового копирования стали создавать всякие сервисные приспособления: например, раскладчик копий или сортер существовал уже в середине 60-х годов. Несколько позже придумали средства подачи оригиналов, устройства переворачивания каждого листа и оригинала и копии для двусторонней печати.
Современный аппарат централизованого копирования снабжен также несколькими большими кассетами для бумаги разного формата с автоматической подачей из нужной кассеты, может брошюровать копии, ставить на них штампы. Может сам выбирать нужный масштаб копирования. Аппарат обеспечивают и разными усовершенствованиями самого процесса копирования: можно убрать с копии черную полосу от края оригинала или перегиба книги, следы подшивки, убрать часть изображения или вставить кусочек другого оригинала. Аппарат сам обеспечивает печать на листе с двух сторон и управляет качеством копирования.
И подсказывает оператору, что тот должен сделать.
В общем, только ленивый не справится.
Скажем прямо, прекрасные аппараты для профессионального копирования всегда делала фирма "РЭНК КСЕРОКС", причем с широким выбором. Хотя эти аппараты будут потяжелей и подороже, чем японские. Здесь уместно вспомнить английскую пословицу: " мы не так богаты, чтобы покупать дешевые вещи".
Офисные или конторские аппараты
Не одни только заводы и КБ воюют с бумажным потоком. Загляните сейчас в бухгалтерию самого что ни на есть малого предприятия и вам, станет жутко от количества и разнообразия бумаг, которые бедному бухгалтеру приходится заполнять, хранить, держать в голове и совать под нос каждому инспектору. А они того и гляди повадятся ходить каждый день и требовать, чтобы им дали копию последнего отчета.
Каждому начальнику, а теперь каждый десятый – директор чего-нибудь, нужны бланки, копии писем и факсов, рекламные материалы, каталоги и много еще чего.
А в тиши академии думаете меньше спрос на копии? Там каждый хоть чуть уважающий себя научный работник должен иметь у себя в папках все-все статьи из всех журналов, если они хоть как-то касаются его работы. Иначе конфуз - некомпетентность.
Так что на так называемое "децентрализованное" копирование спрос тоже очень велик. К тому же растет. В то время, как заводы, однажды обзаведясь парой производительных аппаратов, могут пользоваться ими всю оставшуюся заводу жизнь.
Аппараты децентрализованого копирования кроме того, о чем мы упомянули, используются широко непосредственно в отделах, секретариатах предприятий и учреждений, учебных заведениях, библиотеках, нотариальных конторах и т.п.
Короче, если Вы производите копировальную технику, то прямой резон заняться офисными аппаратами . Именно здесь всегда будет потребитель на новые изделия.
Ну а чем же офисный аппарат отличается от тех, о которых говорилось выше?
Много чем. Во-первых, ценой. Она должна быть соизмерима с ценой другого офисного оборудования. Иначе народ у нас сообразит, как выкрутиться.
Во-вторых - габаритами. Слишком роскошно, если он будет занимать не то, что полкомнаты, а целый стол. Да еще бумагу надо где-то положить. Компьютер, и тот норовят спрятать под стол, а дисплей подвесить над столом.
В- третьих, он должен быть многопользовательским, но, при этом, чтобы не каждому прохожему было доступно. Для этого не мешает иметь в аппарате тайный выключатель.
В- четвертых, должен быстро подготавливаться к работе: никто не будет около него стоять пять-десять минут, ждать пер вой копии. Пусть не сразу, но быстро. Полминуты - минуту.
А в- пятых, многое из того, что нужно на участке копирования здесь вовсе ни к чему. Сами разложим свои три листика и сами подколем .Сами сунем в аппарат листочек, если надо. И сумашедшая производительность тут не к чему: двести – триста копий за день вполне достаточно.
Но качество копий должно быть высоким. Чтобы знали, что фирма, а не как-нибудь.
Возможность достать замятый лист должна быть лучше, чем в любом другом: пользователей много и все с аппаратом знакомы еле-еле.
Масштабирование, стирание полей и прочие дополнительные возможности, скажем, проявление двумя цветами, переворачиванием листа, могут быть и не быть - ими пользуются крайне редко, : в 1- 5 процентах случаев. Здесь больше проявляется интерес производителя: заинтриговать покупателя, мол, за ту же цену вы дополнительно получите.....
По части офисных и, как мы увидим дальше, персональных копировальных аппаратов японцы далеко оттерли все европейские фирмы. Точнее, сперва оттерли потом наняли продавцами. Иногда сборщиками. Не нравится тебе "желтая" сборка, бери "белую". Только сильно не надейся, что много выиграешь.
В чем тут дело, возможно, знают только сами японцы, или догадываются.
Но, вполне очевидно одно: у европейцев и у американцев, привыкших делать надежные, добротные, "железные" изделия, мозги устроены не так, как у японцев, спокон веку строивших бумажные раздвижные дома, а все остальное не то из бамбуковых драночек, не то из рисовой соломки, размоченной в воде.
Не придет европейцу в голову сделать в серьезном аппарате оси и ролики из той же пластмасски,что и детские игрушки и того же размера. Так и хочется ось выточить из стали конструкционной. И установить ее в подшипники из бронзы оловянисто-фосфористой. Потом все это вращать понадобится мотор в полкиловатта. А чтобы погасить от него вибрации просится что-нибудь отлить из чугуна... А у японца движок, кажется, тоже из детского конструктора... И все спокойно вращает, еще и вентилятор на нем сидит.
Персональные копировальные аппараты.
Не каждый хочет или может пользоваться офисным аппаратом или бегать заказывать копии.
Персональные аппараты предназначены для неинтенсивной работы одного пользователя: дома или на личном столе руководителя, который не хочет, чтобы кто-то заглядывал в его бумаги.
Поскольку пользователь может вообще не иметь к технике никакого отношения, .а уметь только включать телевизор и звонить по телефону, аппарат максимально прост в обращении.
Кнопок и индикаторов на нем минимум. Основной комфорт заключается в том, что время подготовки аппарата - 0 секунд. Захотел копию - получи. Кроме того, аппарат складывается и его можно носить с собой, как чемоданчик, брать в командировку. Чтобы пользователь зря не бегал по сервисным службам, основной блок, где находится цилиндр, узел проявления, запас тонера и узел очистки, накапливающий внутри отходы тонера, является сменным. Т.е. выдерни и выкинь, на это место задвинь новый. И все, копируй дальше.
Такой аппарат рассчитан на очень небольшой объем месячного копирования: 300 - 500 копий в месяц. Попытка использовать его как офисный, т.е. делать на нем по несколько тысяч копий в месяц и допускать к нему всякого, кто пожелает обычно кончается для аппарата плачевно.
Изначальная дешевизна аппарата с лихвой покрывается в этом случае регулярными затратами на ремонт. А, поскольку, фирмы вовсе не рассчитывали, что их хиленький недорогой аппарат будут без конца ремонтировать, думали, что его сразу выкинут и купят следующий, ни запчастей, ни сервиса фирменного, для таких аппаратов, как правило, не предусмотрено. От применения суррогатных или, как говорят, самопальных запчастей аппарат быстро становится не похож на самого себя.
Интересно, что спрос на мировом рынке на персональные копировальные аппараты оказался намного ниже прогнозировавшегося изначально.
Аппараты для копировальных предприятий
Надо обратить ваше внимание на одну деталь, которая постоянно ускользает от внимания пользователя, а часто и продавца: чем меньше и малопроизводительнее аппарат, тем дороже обходится пользователю каждая копия. Простота конструкции аппарата, как залог его дешевизны, требует применения более качественных, а стало быть и более дорогих проявителей. А кажущаяся дешевизна маленьких светочувствительных цилиндров на проверку обходится очень дорого: они быстро изнашиваются и их надо часто заменять. Пусть он дешевле цилиндра большого аппарата в 300 раз. Но рассчитан он на 3000 копий, а цилиндр большого аппарата на миллион. Да и трудозатраты оператора на каждую отдельную копию на малом аппарате много выше: сервиса мало, низкая скорость. А зарплата, что называется, та же.
Поэтому, для копирования больших объемов применяются аппараты с теми же возможностями, что для централизованного копирования, но еще более производительные, с рядом дополни тельных функций. Например, с управлением аппаратом от программируемой электронной карты. На картах можно заранее запрограммировать часто встречающиеся типовые режимы копирования:источник бумаги, масштаб, тираж, двухстороннюю печать и все такое. Можно построить и очередь из заказов.
Такой аппарат может работать практически непрерывно, добавляя тонер в узел проявления на ходу, из резервной емкости.
Тиражестойкость цилиндров в таких аппаратах порядка миллиона копий, а производительность порядка сотни копий в минуту.
Правда, в этой области наблюдается сильная конкуренция т.н. ризографов, которые, к нашей технике уже не отнесешь. Пожалуй, это уже полиграфия, к тому же оперативная.