5.3. Проявление скрытого электростатического изображения

Назначение проявления - превратить скрытое электростатическое изображение в видимое, осадив на него тонкодисперсный, интенсивно окрашенный порошок, называемый тонером. Затем тонер с изображения на фоторецепторе переносится на приемную подложку (бумагу), где после закрепления будет получена готовая копия. Оба процесса идут под действием сил электрического поля.

От того, как проведено проявление, зависит качество копии: плотности элементов изображения и фона, воспроизведение мелких элементов. Современная электрофотография воспроизводит оригиналы любого типа: штриховые и тоновые, черно-белые и цветные. При этом используются те же методы, что и в полиграфии, — растрирование тоновых изображений и цветоделение. При считывании цветного оригинала выделяются излучения для голубого, пурпурного, желтого и черного изображений. Цветоделенные скрытые электростатические изображения проявляются тонерами соответствующего цвета, полученные одноцветные изображения совмещаются на приемной или промежуточной подложке.

Специфика электрофотографического проявления в том, что оно происходит под действием электрического поля, образующегося в зоне проявления. Характер поля и электрические свойства проявителя - основные факторы процесса проявления.

Процесс проявления включает зарядку тонера, доставку его к поверхности фоторецептора и селективное осаждение на скрытом электростатическом изображении (СЭИ). Различают несколько способов проявления, объединенных в две группы: сухое и жидкостное проявление.

В первой группе тонер — в виде сухого мелкодисперсного порошка, заряжаемого путем трибоэлектризации или под действием сил электрического поля. Тонер используется один (однокомпонентное проявление) или в паре с носителем (двухкомпонентное проявление). При двухкомпонентном проявлении тонер заряжается при трении о шарики носителя. Тонер доставляется к фоторецептору с помощью магнитного валика, создающего магнитное поле. В этом случае проявитель имеет магнитные свойства.

В практике ксерографии (основной отрасли электрофотографии, широко используемой для оперативного воспроизведения оригиналов различного типа, применяются следующие способы сухого проявления:

Сухие проявители:

I. однокомпонентные:

– порошковое облако

– однокомпонентное магнитное проявление

II. двухкомпонентные

– каскадное проявление

– магнитная кисть

В настоящее время каскадное проявление и проявление порошковым облаком почти полностью заменены двухкомпонентными и однокомпонентными магнитными проявителями.

Жидкостное проявление может быть двух видов:

– проявление с использованием техники электрофореза;

– аэрозольное проявление, основанное на разбрызгивании проявителя в электрическом поле.

В обоих случаях тонер — не порошок, а густая паста, разбавленная неполярной жидкостью-носителем.

5.4. Проявляющий электрод.

Процесс проявления скрытого электростатического изображения (СЭИ) состоит в осаждении на его участки заряженных частиц тонера под действием сил электрического поля, создаваемого между зарядным рельефом (СЭИ) на поверхности фотопроводника и проявляющим электродом, называемым иногда контрэлектродом. Необходимость использования проявляющего электрода, располагаемого вблизи поверхности фоторецептора, вызвана следующими обстоятельствами.

1. При зарядке фоторецептора на поверхности фотопроводника осаждается равномерный слой зарядов, а в заземленной подложке индуцируются заряды противоположного знака (рисунок ниже).

Электрическое поле заряженного фоторецептора

Возникающее электрическое поле почти целиком находится между заряженными поверхностями в толще фотопроводника. Напряженность поля равна

,

где — поверхностная плотность заряда; — электрическая постоянная; — диэлектрическая проницаемость фотопроводникового слоя.

Над поверхностью поля практически нет, и на заряженный фоторецептор тонер осаждаться не будет.

После получения электростатического изображения внешнее поле появляется на краях элементов изображения (рисунок ниже).

Электрическое поле заряженной полоски на фоторецепторе:

а — силовые линии электрического поля; б — форма распределения нормальной составляющей напряженности электрического поля в зоне проявления

Основной движущей силой, осаждающей тонер, является составляющая этого поля , нормально расположенная к поверхности фотопроводника.

Характер распределения нормальной составляющей электрического поля над поверхностью заряженной полоски зависит от ширины полоски (рисунок ниже).

Распределение нормальной составляющей напряженности электрического поля для скрытого электростатического изображения полосок различной ширины: 1 — 40 мкм; 2 — 2 мм; 3 — 20 мм

Если СЭИ узких полосок представляет рельеф с шириной элементов, близкой к оригиналу, то на СЭИ широких полосок (около 2 мм) отчетливо заметен краевой эффект (рисунок выше, кривая 2). Напряженность поля повышена по краям и понижена в середине полоски. При ширине полосок 5-6 мм в средней части элементов нормальная составляющая внешнего поля близка к нулю и тонер осаждаться не будет (рисунок выше, кривая 3).

Проявляющий электрод кардинально меняет картину (рисунок ниже).

Распределение электрического поля между фотопроводником и зоной проявления при наличии проявляющего электрода: 1 - фоторецептор; 2 - проявляющий электрод; I - фотопроводник, II - зона проявления

Электрическое поле в заряженных участках СЭИ распределяется между фотопроводником I и зоной проявления II, расположенной между фотопроводником и проявляющим электродом. В зоне проявления возникает электрическое поле с большой величиной нормальной составляющей . Заряженные частицы тонера движутся по силовым линиям поля, которые заполняют все пространство между поверхностью фоторецептора и проявляющим электродом, один их конец находится на проявляющем электроде, а другой — на поверхности фоторецептора. У таких линий нормальная составляющая становится преобладающей. В профиле крупных элементов СЭИ исчезает провал в середине, но до некоторой степени краевой эффект сохраняется (рисунок ниже).

Краевой эффект

2. На проявляющий электрод обычно подают «потенциал смещения», называемый часто напряжением смещения, знак которого совпадает со знаком заряда СЭИ. Величина потенциала смещения больше фонового потенциала и меньше потенциалов СЭИ на участках изображения . Благодаря этому электрическое поле на участках фона отсутствует:

;

При повышении потенциала смещения уменьшается напряженность электрического поля по всему СЭИ, что влияет на воспроизведение изображения. Пусть на оригинале имеются пятна, появление которых на копии нежелательно, и пусть потенциал (относительно земли) на участках фона составляет , на участках пятен — , а на участках изображения — . Если потенциал смещения (относительно земли) равен Vф, на фоне копии воспроизведутся пятна. Если равен , пятен на копии не будет, но снизится оптическая плотность изображения, так как поле в участках изображения уменьшится и напряжение между проявляющим электродом и фоторецептором будет равно:

,

и количество осажденного тонера снизится. Таким образом, меняя величину , можно влиять на градационные характеристики изображения: максимальную оптическую плотность и контраст изображения в целом и на его участках.

Проявляющий электрод не ликвидирует полностью разницу оптических плотностей плашки и штрихов разных размеров, воспроизведение которых зависит от способа и режимов проявления.