В процессе получения ЭФ-копии используются электростатические силы на стадии проявления изображения, а также при переносе изображения на бумагу, при очистке фоторецептора и т.д. Создающая изображение система, основанная на движении заряженных частиц тонера и их осаждении на подложку, описывается уравнением

где F_F - сила, действующая на частицы тонера;

Q - заряд на частице тонера;

F - электрическое поле.

Формирование собственно изображения в оптических плотностях зависит от пространственной вариации dF_F силы F_F:

где δF и δQ - пространственные вариации F и Q соответственно.

Первый член выражения характеризует ксерографический процесс, второй относится к электрофотографическим процессам, базирующимся на электрофоретическом движении заряженных частиц тонера в жидкой диэлектрической среде. В этом случае заряд на частице тонера определяется поглощенным светом, а движение происходит в постоянном электрическом поле.

В другом варианте электрофотографии, называемом «дипольной ксерографией», незаряженные частицы тонера поляризуются градиентом поля (grad) над поверхностью фотопроводника. Индуцированный дипольный момент p пропорционален электрическому полю F. Сила, действующая на частицы тонера, выражается как:

Изображение формируется за счет :

где α - поляризуемость частицы тонера.

Для узких линий значительный полевой градиент существует над изображением. Чтобы создать дипольную силу над изображением большой площади, должна быть произведена модуляция поверхностного заряда. Для этого используются растрирование экспонирующего светового потока или осаждаемого коронного заряда, а также растрированная фотопроводниковая структура фоторецептора.

В настоящее время есть целый ряд электрофотографических и, в более широком понимании, электрографических систем, включая электрофакс, фототермопластику, ионографию, электрографические печатные формы и др., однако большинство коммерческих электрографических систем основано именно на ксерографии.

Первое ЭФ-изображение было получено Ч. Карлсоном примитивным способом. Он применил в качестве фотопроводника слой серы, нанесенный на цинковую пластину. Поверхность слоя заряжалась трением о шерстяной платок. При экспонировании оригинала на поверхности слоя формировалось скрытое электростатическое изображение (СЭИ), которое проявлялось порошком и переносилось под давлением на вощеную бумагу. В 1950-е годы процесс был усовершенствован путем введения в него коронного разряда, тонера и носителя, а также селена в качестве фотопроводника. Модернизация всех стадий ЭФ-процесса привела к разработке скоростных ЭФ-аппаратов, позволяющих получать изображения высокого качества.

1.2.

Краткий обзор фоторецепторов

К фотопроводникам (фоторецепторам), используемым в электрофотографии, предъявляются следующие основные требования.

1. Фотопроводниковый слой должен удерживать поверхностный коронный заряд до момента экспонирования и сохранять электростатическое изображение, дублирующее оригинал, в промежутке времени между экспонированием и проявлением. Это требует захвата поверхностного заряда ловушками и введения в некоторых случаях блокирующего контакта между проводящей подложкой и фотопроводником. Дополнительно это означает, что скорость темнового разряда поверхности фотопроводника (фоторецептора) минимальна.

2. Фоторецептор в копировальных аппаратах должен эффективно разряжаться под действием света с длинами волн всего видимого диапазона. В цифровых аппаратах фоторецептор имеет максимальную чувствительность к длине волны излучения полупроводникового лазера (например, 780 нм для GaAlAs-лазера). Кпд ЭФ-устройства определяется эффективностью фотогенерации свободных носителей заряда, которая, как правило, меньше 1, но возрастает с увеличением электрического поля.

3. Фотогенерированные носители заряда должны пройти через фоторецептор за время, меньшее интервала между экспонированием и проявлением. Это определяет нижний предел для подвижности носителей заряда при заданной толщине фоторецептора.

4. Потенциал зарядки и остаточный потенциал должны иметь точно воспроизводимые значения при многократном копировании или печатании. Изменение их связано с увеличением скорости темнового разряда и накоплением захваченного заряда соответственно, которые определяются наличием в фоторецепторе примесных молекул. Для стабильной работы фоторецептора концентрация последних не превышает 10¹³см^-3.

5. Для фоторецептора выбирают материалы, обеспечивающие формирование бездефектных, большой площади (от 0,1 до 2 м²) пленок с хорошими физико-механическими характеристиками. Эти материалы должны быть достаточно стабильны при работе в атмосфере химически активных молекул (озона, оксидов азота и др.), образующихся в короне, и устойчивы к механическим воздействиям при проявлении и очистке, а также фотохимически инертны к воздействию экспонирующего излучения. Естественно, фоторецепторы должны быть экологически чистыми.

Фоторецепторы из аморфного селена (α-Se), состоящие из a – пленок толщиной 20-100 мкм, вакуумно осажденных на алюминиевые цилиндры при повышенной температуре, - первые промышленные фоторецепторы, используются и сейчас. Аморфный α-Se отвечает многим из перечисленных выше требований, однако чувствителен только в синей области спектра, имеет плохие физико-механические характеристики и токсичен. Кроме того, α-Se кристаллизуется при относительно низкой температуре (~60°С), при этом сильно возрастает темновая электропроводность и исчезает фотопроводимость. Добавление теллура или мышьяка расширяет область спектральной чувствительности на весь видимый и ближний инфракрасный (ИК) диапазон.

Сравнительно недавно в качестве материала для фоторецепторов применяется аморфный гидрированный кремний α-Si:H, который чувствителен в видимом диапазоне и имеет достаточную чувствительность при 780 нм - длине волны генерации GaAlAs-лазеров.

В современных ЭФ-аппаратах и машинах доминирующее положение занимают разнообразные органические фотопроводники. Их преимущества: высокие физико-механические свойства, экологическая безопасность и низкая стоимость. В высокоскоростных копировальных машинах в качестве фоторецепторов используются ремни, покрытые несколькими слоями органических фотопроводников, а в большинстве копировальных аппаратов - алюминиевые барабаны с многослойным покрытием из органических фотопроводников. Большинство органических материалов обладает хорошими фотогенерационными или электронно-транспортными свойствами. Поэтому в настоящее время в основном производятся двухслойные органические фоторецепторы, в которых функции фотогенерации и транспорта носителей заряда распределены между различными слоями. Толстый транспортный слой (ТС) наносится на более тонкий генерационный слой (ГС) органического пигмента или красителя. ТС состоит из электронно-транспортного полимера или из инертного полимерного связующего, где однородно распределены мономерные транспортные молекулы.

В ГС наиболее часто применяются новые классы фотопроводящих органических соединений: перилены, скварилиевые красители, тиапириллиевые красители, азосоединения, безметальный фталоцианин, фталоцианин ванадила. Эффективность фотогенерации свободных носителей заряда определяется конкуренцией процессов геминальной (парной) рекомбинации носителей заряда, то есть вероятностью рекомбинации пары электрон - дырка, образованной при поглощении одного фотона, и их перехода в свободное состояние, а именно вероятностью диссоциации пары на свободные носители заряда. На эффективность фоторецептора влияет также величина энергетического барьера для инжекции носителей заряда из ГС в ТС.

ТС состоит из полимерного связующего, допированного (легированного) транспортными молекулами, поэтому возможно независимое изменение его транспортных и физико-механических характеристик. Для того, чтобы служить транспортными центрами для дырок, молекулы допанта (специально введенной примеси) должны иметь низкий потенциал ионизации.

Процесс транспорта дырок инициируется переходом электрона от нейтральной транспортной молекулы в ТС к фотовозбужденной дырке в ГС. Собственно процесс транспорта дырок в ТС заключается в стимулированных электрическим полем последовательных актах переноса электрона от нейтральной транспортной молекулы к ее катион-радикалу. При этом потенциал ионизации определяет скорость переноса. Наиболее подходящие дырочные транспортные центры - молекулы пиразолинов, гидразонов, производные ароматических трифениламинов (ароматических молекул), содержащие атомы азота. Величина потенциалов ионизации таких молекул ~7-8 эВ.

Для эффективного транспорта электронов решающее значение имеет высокое положительное сродство с электроном молекул допанта. Транспорт электронов происходит посредством переноса электрона с молекулы анион-радикала на соседнюю нейтральную молекулу. Подходящие для электронного транспорта производные ароматические молекулы, включающие кислород, например, нитрофлуореноны. Полимерным связующим обычно выступает поликарбонат, обладающий отличными стабильными во времени диэлектрическими, оптическими и физико-механическими свойствами.

1.3.

Заряжение поверхности фоторецептора

Для заряжения поверхности фоторецептора применяют коронный разряд, возбуждаемый в воздухе сильным электрическим полем. Образующиеся в разряде ионы осаждаются в электрическом поле на фоторецепторе, создавая определенную поверхностную плотность заряда и соответствующий поверхностный потенциал V. В качестве устройства, генерирующего коронный разряд, применяется коротрон, представляющий экранированную проволоку или сетку, на которую подается высокое напряжение ~3-8 кВ, или скоротрон, содержащий дополнительно управляющийся током элемент. Коронный разряд начинается при некотором пороговом потенциале V_п, подаваемом на коронирующую сетку относительно металлического заземленного электрода. Ток коронного разряда I определяется произведением инжектируемого из коронирующего электрода заряда и разности потенциалов между сеткой и облучаемой поверхностью, при этом потенциал отсчитывается от V_п. Количество инжектируемого заряда ограничивается величиной потенциала на сетке V₀ и емкостными характеристиками системы сетка - облучаемая поверхность. Отсюда, в отсутствие фоторецептора, ток на металлическую поверхность составляет

где A - константа, не зависящая от потенциала.

Если на металлическую поверхность нанесен фоторецептор, то ток на поверхность фоторецептора будет равен:

В реальных случаях фоторецептор всегда обладает темновой проводимостью γ, которая влияет на величину V. В стационарных условиях плотность поверхностного заряда остается постоянной и выполняется зависимость:

где s - плотность поверхностного заряда Кл/см²;

j = γV/L - плотность тока через слой фоторецептора (L - толщина фоторецептора, см).

Как правило, при малой толщине фоторецептора выполняется условие V₀>>V, тогда

т.е. при малых γ  при больших -

1.4.

Темновой спад поверхностного потенциала

Фоторецептор в отсутствие фотогенерированных и инжектированных из металла зарядов представляет собой идеальный конденсатор. Поверхностный потенциал V связан с поверхностным зарядом соотношением

где C - геометрическая емкость на единицу площади Ф/см²;

ε - диэлектрическая проницаемость фоторецептора;

ε₀ - электрическая постоянная (ε₀ = 8,8×10^-14 Ф/см);

F - электрическое поле, В/см.

При рассмотрении темнового разряда заряженной поверхности необходимо описать механизмы проводимости слоя фоторецептора. В первом - под действием тепловой энергии в фоторецепторе равномерно по всему объему генерируются электронно-дырочные пары, носители зарядов обоих знаков подвижны, в результате их дрейфа в электрическом поле происходит разряжение поверхности без образования в объеме фоторецептора пространственного заряда. В этом случае скорость спада поверхностного потенциала:

где G_s и G_b - поверхностная и объемная скорость генерации носителей заряда соответственно.

В координатах темновой спад выражается линейной зависимостью, которая при экстраполяции L 0 дает величину G_s.

Если в процессе генерации носители одного знака подвижны, а другого захватываются глубокими ловушками, как, например, в случае As₂Se₃ или органических фоторецепторов, то разряд включает постепенное удаление одного (подвижного) знака носителей и образование объемного заряда противоположного знака. При этом процесс спада разбивается на две временные зоны. Предположим, что поверхность заряжена положительно, а в объеме подвижны положительные носители заряда и захватываются ловушками отрицательные. В первой зоне (t < t_d) выполняется условие q > ρ L, где q - поверхностная плотность заряженных частиц, ρ - концентрация захваченных носителей заряда, однородная по всему объему. Тогда

Во второй зоне (t > t_d) число захваченных зарядов на единицу площади остается постоянным и равным q, а ρ увеличивается благодаря смещению области объемного заряда к поверхности и уменьшению ее толщины в процессе выноса положительных зарядов и их рекомбинации с захваченными зарядами q < ρL и

При t = t_d выполняются равенства: q = ρL, V = V_d = eLq/2εε₀ и V_d = 0,5 V_н, где V_н - начальный потенциал.

В общем случае нарастание объемного заряда во времени выражается зависимостью ρ = atP, где 0 < p × 1. Тогда для первой и второй зон, соответственно, имеем:

Отсюда следует, что в координатах lg(dV/dt) - lgt темновой спад представляется двумя прямыми, сумма наклонов которых равна -2 (переход при t = t_d).

1.5.

Фотоиндуцированная разрядная кривая

Оптическая экспонирующая система преобразует оптические плотности оригинала в световые экспозиции на заряженном фоторецепторе. Экспонирующая система в копировальном аппарате включает экспонирующие лампы, оптические элементы (линзы, зеркала и т.д.) и держатель оригинала, необходимые для образования сфокусированного изображения на фоторецепторе.

Процессы фотогенерации и транспорта носителей заряда трансформируют изображение в световых экспозициях в зарядовое (или электропотенциальное) изображение, часто называемое скрытым электростатическим изображением (СЭИ). Поглощенные фотоны экспонирующего света создают электронно-дырочные пары. После диссоциации пар свободные заряды выходят из области генерации и дрейфуют к поверхности фоторецептора, уменьшая поверхностный потенциал. Соотношение между поверхностным потенциалом и экспозицией дается в виде фотоиндуцированной разрядной кривой (ФИРК). Световой поток I₀ (фотон×см^-2×c^-1), коэффициент поглощения в ГС A и скорость изменения электрического поля в фоторецепторе связаны так:

где η - эффективность фоторецептора, определяемая как отношение числа фотогенерированных свободных носителей заряда, разряжающих поверхностный заряд фоторецептора, к числу поглощенных фотонов.

В случае монослойных фоторецепторов (α-Se, α-Si:H), в которых дырки являются основными носителями, поверхность фотопроводника заряжается положительно, экспонирующий свет поглощается в тонкой приповерхностной области (< 1 мкм) слоя (рис. 1.1,а). Толщина слоев составляет десятки микрометров, η фактически равно числу дырок, эмиттированных в объем на один поглощенный фотон, и включает эффективность фотогенерации и потери, связанные с рекомбинацией зарядов в области генерации.

При двухслойном органическом фоторецепторе поверхность обычно заряжается отрицательно (рис. 1.1,б), экспонирующий свет проходит прозрачный ТС и поглощается в ГС. Фотогенерированные дырки инжектируются в ТС и далее разряжаются на поверхности, а η включает процесс фотогенерации, рекомбинационные потери и потери на стадии инжекции. Уравнение предполагает, что время пролета t_пр носителей заряда через пленку или ТС мало по сравнению с временным интервалом, в котором проводятся измерения. В противном случае скорость разрядки определяется еще и временем пролета t_пр.

Если пренебречь зависимостью η от электрического поля, то интегрирование за время экспонирования дает

где S_λ - чувствительность, определяемая по образованию скрытого электростатического изображения, выражаемая в единицах В× мкДж^-1×см² или В×мДж^-1×м² = (В×эрг^-1×см²);

F₀ - электрическое поле до начала экспонирования;

H - экспозиция, которая находится по формуле

где h - постоянная Планка;

c - скорость света;

λ - длина волны экспонирующего света.

Из выражения

следует, что S_λ зависит от свойств пигмента (hc/λ равно энергии первого возбужденного синглетного уровня молекулы пигмента или ширине запрещенной зоны, A определяется силой осциллятора оптического перехода, концентрацией поглощающих свет молекул) и макроскопических характеристик фоторецептора ε и L.

Фоточувствительность зависит от характеристик красителя и макроскопических параметров фоторецептора. Поверхностный потенциал V связан с F простым соотношением V = FL, следовательно, для ФИРК, принимая во внимание

справедливо выражение

С ростом H поверхностный потенциал не достигает нулевого значения, а стремится к некоторой величине V_ост, которая называется остаточным потенциалом и определяется носителями заряда, захваченными глубокими ловушками. Как следует из уравнений

по линейному участку ФИРК можно определить чувствительность фоторецептора и его эффективность. Если η не зависит от F (как в фоторецепторе из аморфного кремния) и отсутствуют глубокие ловушки для носителей заряда, то ФИРК линейна на всех участках и V_ост = 0. Однако в органических фоторецепторах η зависит от F и параметры фоторецептора определяются по начальному участку ФИРК. Из

следует, что (dV/dH) = -S. Измерения ФИРК на начальных участках при различных V₀ позволяют найти, используя

полевую зависимость η (F).

В технических характеристиках фоторецепторов чувствительность выражается как обратная величина критериальной экспозиции, необходимой для снижения начального потенциала на заданное число процентов (обычно 20% или 50%): . Отсюда следует связь между S_0,2 и S:

Электрография - печать без печатных форм

Печатное производство /

Процесс формирования электрофотографической печати осуществляется в пять этапов:

1. Формирование изображения «Скрытое» изображение получают на поверхности фоторецептора с помощью управляемого источника света (это может быть лазер или светодиодная линейка). Позиционирование светового сигнала на фоторецепторе соответствует запечатываемому изображению. При экспонировании изменяется заряд отдельных участков поверхности фоторецептора. 2. Нанесение тонера Для электрофотографии применяют специальные красящие материалы, называемые тонером. Это могут быть порошковые или жидкие тонеры, которые различны по своему составу и содержат цветной пигмент. Нанесение тонера происходит с помощью систем, обеспечивающих перенос мелких частиц тонера (размером от 6 до 8 мкм) на фоторецептор. Частицы тонера попадают на заряженные участки поверхности фотополупроводникового слоя, происходит формирование изображения. После нанесения тонера на фоторецептор скрытое электростатическое изображение становится видимым. 3. Перенос тонера (печать) Тонер может переноситься прямо на бумагу или же на промежуточную систему, например, в виде цилиндра или ленты. В большинстве случаев тонер передается прямо с фоторецептора на запечатываемый материал. Чтобы перенести заряженные частицы тонера с поверхности барабана на бумагу, необходимы электростатические силы. Они создаются источником коронного разряда с одновременным прижимом бумаги к барабану. 4. Закрепление тонера Чтобы частицы тонера закреплялись на носителе информации для создания стабильного печатного изображения, необходимо зафиксировать тонер на бумаге. При нагревании бумаги с тонером происходит его оплавление и тем самым закрепление.

5. Очистка После переноса изображения с фоторецептора на бумагу, на светочувствительном барабане могут находиться остаточные заряды и отдельные частицы тонера. Чтобы подготовить барабан для воспроизведения следующего изображения, необходима механическая «очистка» (нейтрализация) и, кроме того, снятие электрических зарядов на отдельных его участках. Удаление частиц тонера осуществляют щеткой и отсосом. Поверхностные заряды нейтрализуются коронным разрядом. После этого поверхность барабана станет электрически нейтральной и освобожденной от частиц тонера. Как и на первом этапе процесса, затем снова проводится зарядка фоторецептора и формирование изображения на барабане соответственно оригиналу.

Из описания процессов становится ясно, что электрофотография работает без традиционной в полиграфии печатной формы с печатными элементами. Скрытое электростатическое изображение формируется на фотополупроводниковом слое каждый раз, когда необходимо получить оттиск с оригинала. (Для унификации терминологии принято название «оттиск» вместо употребляемого «отпечаток»).

Если электрофотографическим способом необходимо произвести печать тиражом более ста одинаковых экземпляров, то, в отличие от печати с печатной формой, нужно для каждого оттиска заново воспроизводить одно и то же изображение, используя свойство фотополупроводниковых материалов изменять свой поверхностный заряд. Это может привести к изменению печатного изображения, с одной стороны, из-за отклонений его параметров при формировании на материале и, с другой стороны, из-за нарушения параметров процесса при нанесении тонера на фоторецептор и впоследствии на бумагу. Поэтому при использовании бесконтактных способов печати можно получить большие искажения в воспроизведении оригинала по сравнению со способами печати с печатной формой.

Однако, преимущество этой технологии заключается в том, что в процессе печати можно получать один за одним абсолютно разные оттиски. Отпадает необходимость изготавливать для каждой новой полосы традиционную печатную форму. Самые маленькие тиражи (до одного экземпляра) при этом будут экономически выгодны - печать по требованию. Кроме того, для одной брошюры, например, можно последовательно печатать отдельные страницы от первой до последней, затем также отпечатать страницы для второго экземпляра и т.д. Возможна, наконец, персонализация каждого издания, т. е. изменение части печатного изображения, например, внесение адреса или дополнительной информации, специальной для каждого адресата.

Рассмотрим в качестве примера представлена электрофотографическая печатная система для многокрасочной печати. Построение этой системы отвечает секционному принципу, который реализуется, например, в листовых офсетных машинах. В системе установлены четыре электрофотографические печатные секции, при помощи которых тонер, имеющий соответственно черный, голубой, пурпурный и желтый цвета, последовательно наносится на печатный лист.

В указанном примере формирование изображения на фоторецепторе происходит через оптическую систему, в которой на барабан поступают узконаправленные световые импульсы от лазера. Используются различные устройства для того, чтобы в соответствии с оригиналом манипулировать размером и местом расположения точек изображения на барабане. Разрешение зависит от скорости вращения зеркала и частоты лазерных импульсов, угловой скорости барабана. Указанная система называется системой растрового вывода изображения Р05.

В подобных печатающих устройствах специфично решены вопросы подачи бумаги, например, с помощью ленточного транспортера. Для подачи листа бумаги не применяется захват. Лист удерживается только электростатическими зарядами, образующимися на ленте. Относительная точность приводки при многоцветной печати уступает (примерно в 2-4 раза) результатам, достигаемым в способах печати с традиционной технологией, например, в офсетной.

 

Цифровые данные оригиналов, копии которых должны быть отпечатаны подобными машинами, могут быть получены, с одной стороны, считыванием их сканером, встроенным в печатную систему или присоединенным через интерфейс в виде отдельного устройства. С другой стороны, в электрофотографическую систему может вводиться непосредственно цифровая информация об оригинале с помощью носителя или из сети: локальной или глобальной. В систему включен отдельно планшетный сканер, с помощью которого изобразительный оригинал считывается. Печатный процесс проходит самостоятельно. В традиционных копировальных устройствах, использующихся для однокрасочной печати офисной документации, оригинал экспонируется соответствующими элементами прямо на фоторецептор. О печатных системах с такой технологией переноса изображения оригинала на бумагу говорят как о «копировальных устройствах» в противоположность «печатающим устройствам», использующим цифровые данные об оригинале для печати.

Скорость печати в бесконтактных устройствах значительно отличается, например, от скорости листовой офсетной машины. Существует система (относительно скоростная благодаря секционному построению), которая может печатать 1200 страниц формата АЗ в час, в то время как листовая офсетная машина обычно производит от 10 до 15 тысяч оттисков за то же время. Разница в производительности связана с применяемой технологией воспроизведения изображения для печати - для каждого оттиска оно должно быть всегда заново сформировано, даже когда выполняются тиражные работы. Скорость печати определяется как выбором технического и программного обеспечения, так и физическими процессами, способом построения систем нанесения тонера и подачи бумаги.

При проектировании отдельных частей и всей электрофотографической машины в целом необходимо ставить такие же требования, как для обычных печатных машин. Например, важны такие показатели, как прочность корпуса, точность изготовления барабана, обработка его поверхности. Транспортировка бумаги должна обеспечиваться высококачественной технической системой. Часто динамические требования и нагрузки при малой скорости печати делают возможным реализовать более дешевый и простой принцип построения. Качество печати, получаемое электрофотографическими способами на базе имеющихся в распоряжении технологических компонентов, может достигать высокого уровня, но все-таки оно значительно ниже, чем при способах печати с применением традиционных форм. Качественные показатели бесконтактных способов печати различаются в зависимости от разрешения (число уровней пикселей - на единицу длины), количества уровней градаций, связанных с используемой технологией нанесения тонера. Манипулировать можно размером точек путем сокращения длительности импульса лазерного источника, в результате чего уменьшается и площадь участка на барабане, где заряд удерживает тонер. Благодаря увеличению разрешающей способности становится возможным воспроизведение мелких структур изображения и передача тоновых градаций и цветовых пространств.

Кроме того, на качество печати влияют характеристики тонера, размер его частиц, геометрическая форма, химическое или физическое строение. В целом для качественной печати применяют тонеры с малым отклонением размера частиц от 6 до 8 мкм. Порошковый тонер может привести к ухудшению качества из-за распыления, т.е. из-за попадания «блуждающих» частиц тонера на участки изображения, которые не должны нести информации.

Решающим условием и гарантом высокого качества выпуска продукции в традиционных способах печати является то, что используется постоянная механическая форма. В электрофотографии, вследствие необходимости постоянного формирования изображения для каждого последующего оттиска, самой системой обусловлены отклонения и их различия.

Электрофотографические способы печати могут работать с порошковыми или жидкими тонерами. Применение жидких тонеров пока не получило широкого распространения. Однако они имеют существенное преимущество, так как вследствие меньшего размера частиц (около 1-2 мкм) должны обеспечить более высокое качество оттиска.

В способах бесконтактной печати, в особенности в способах со скрытым промежуточным изображением, таких, как электрофотография, длина развертки окружности светочувствительного барабана не должна совпадать с длиной оттиска. Часто диаметры светочувствительных барабанов меньше, чем требуется для максимального изображения. Поэтому даже при печати идентичных оттисков скрытое изображение и тонер не попадают на одно и то же место поверхности барабана. Расщепление слоя краски, имеющее место в офсетной печати, в электрофотографии недопустимо, независимо от того, применяются порошковые или жидкие тонеры.

Электрография

К электрографии относят применяемые в полиграфии электрические способы создания ярких изображения на самых разных фактурах и типах материалов. В сравнении с классическими типографскими методами воспроизведения оригинальных изображений электрография обладает несомненным преимуществом – простота применения и отсутствие необходимости приобретения специальных навыков для изготовления печатных форм. Однако нужно заметить, что обычные типографские средства гораздо производительнее электрографии, а также заметно обгоняют ее по качеству выпускаемой продукции. Электрография эффективна лишь для печати малотиражных изданий либо для размножения документов. Под термином «электрография» обычно подразумевают такие методы получения изображений как магнитография, ксерография, электрографическое копирование, электрофотография. В основе всех этих методов лежит принцип взаимодействия электрических зарядов в различных средах. Современная полиграфия немыслима без электрографии. Достаточно заметить, что на ее основе работают практически все типы копировальных аппаратов и лазерных принтеров. В типографиях внедряются печатные машины, в которых, скажем, офсет, сочетается с электрофотографическими отделами. Электрография

Во многих отношениях сходная с электрографической электростатическая технология (или диэлектрическая технология) отличается от нее способом формирования электростатического изображения. Вспомним, что в электрофотографии под воздействием света разряжается фоточувствительный барабан, имевший распределенный электрический заряд.

Электрография, напротив, размещает заряд на бумаге со специальным покрытием, где и образуется изображение или точка. Записывающая головка с иглами касается бумаги, покрытой слоем диэлектрика с соответствующим напряжением, и передает свой заряд бумаге. Для создания четырехкрасочного изображения требуется четыре прохода головки.

В большинстве конфигураций заряженное изображение соответствующее цветам переходит на бумагу, последовательно. Этот процесс циклически повторяется, пока не будут напечатаны все четыре цвета. Проявка электростатического изображения идентична той, что происходит в электрофотографии. Впрочем, проявка жидким тонером более предпочтительна для широкоформатной печати, благодаря простоте и меньшим расходам.

Проявление изображения сухим тонером более сложное и дорогое для подобных форматов, так как здесь возрастают сложности с системой проявления магнитной кистью. Как и электрофотография, электрография дает стабильные изображения, устойчивые к воздействию света, воды и механическим повреждениям. Эти изображения содержат тонер с более мелкими частицами полимера (пластика), чем при электрофотографии. Поэтому изображения не выглядят и не ощущаются как покрытые пластиком.

Электрография

Технология Компьютер-Печать /

В современной полиграфии при использовании технологии «Компьютер-печать» печатная форма не используется. Основой реализации подобных печатных систем являются бесконтактные технологии (Non-impact-Print.). На сегодняшний день бесконтактные способы печати могут использоваться для печати как на листовых, так и рулонных машинах. В бесконтактных технологиях изображение закрепляется на оттиске непосредственно в печати, не требуется отдельного сушильного устройства. Печатная машина в качестве дополнений может включать комплекс оборудования, вплоть до устройств для отделочных процессов. Таким образом, становится возможным замкнутый цикл производства печатной продукции, например, рекламных брошюр, сшитых проволокой, или книг с клеевым скреплением.

 

Системы печати на основе электрофотографии

 

В качестве примера рассмотрим как устроена  многокрасочная печатная система, при помощи которой рулонный материал запечатывается порошковым тонером. Запись производится с применением линейки светодиодов с разрешением 600 dpi. Тонер переносится непосредственно на бумажное полотно. Управление светодиодами в процессе экспонирования фоторецептора на поверхности цилиндра позволяет создавать на записываемых участках заряды различной величины, следовательно, и различную передачу тонера на элемент (около 9 градаций). При этом становится возможным воспроизведение большего цветового охвата, чем при использовании лишь двух градаций на элемент. Изображение, проявленное тонером закрепляется посредством термообработки. Для повышения качества оттиска после охлаждения бумажного полотна можно использовать ещё одно устройство, которое подобно закрепляющей системе оказывает на поверхность оттиска термосиловое воздействие. После этого рулонный материал разрезается на листы. Достоинством системы является одновременное запечатывайте лицевой и оборотной стороны полотна. Кроме того, в направлении его движения можно получить широкий диапазон форматов.

 

Предлагаются печатные системы различного формата: модель DCP/320 с максимальной шириной рулона в 320 мм и система DCP/500 с максимальной шириной в 500 мм. Изготавливается также оборудование для печати только на одной стороне. Скорость печати составляет 35 листов формата А4 в минуту (соответствует 0,13 м/с) или 70 печатных листов форматом А4 в минуту. Данная печатная система поступила в продажу в 1993 г. и предлагается многими фирмами под разными названиями с различным аппаратным и программным обеспечением.

Рядом с пультом управления машиной установливается планшетный сканер. С его помощью (система Pressport) или посредством других подобных установок аналоговые оригиналы могут переводиться в цифровую форму и интегрироваться в основные цифровые данные или выводиться отдельно.

E-Print 1000

 

Рассмотрим машину E-Print фирмы Indigo. Данная система «Компьютер - печать» является базовой в серии моделей для 4-красочной печати на листовых материалах (E-Print Рго) и для 6-красочной печати с высокопроизводительной системой ввода-вывода (TurboStream). Высокопроизводительная модель Ultrastream была представлена в 2000 г. с изменённой конструкцией печатной секции (так же, как и модель «Publisher» для печати на рулонных материалах). В качестве примера приведем  модель TurboStream модификации машины E-Print 1000 с подробным описанием компонентов. Система использует жидкий тонер. Печатная машина сконструирована по типу многопроходной системы, а для переноса краски на запечатываемый листовой материал применяется промежуточный цилиндр, обтянутый специальным резиновым полотном. Запись осуществляется сканирующей многолучевой лазерной системой. Печатное устройство может быть использовано и для двухсторонней печати. Возможно также подключение агрегатов для отделочных операций.

 

В случае 4-красочной печати производительность составляет 33 страницы формата А4 в минуту (соответствует 0,15 м/с.; скорость записи одного цветоде-ленного изображения составляет около 0,6 м/с). 

 

Существует так же  модель Omnius - вариант печатной системы на рулонных материалах. Печатное устройство обеспечивает листовую многокрасочную печать аналогично способу, приведенному на рис. 4.1-7 и 4.5-4. Основное отличие состоит в том, что цветоделённые изображения на печатном листе не накладываются последовательно одно на другое при четырёх оборотах печатного цилиндра (или шести оборотах при 6-красочной печати). В рассматриваемом устройстве все цветоделённые изображения собираются на промежуточном носителе - цилиндре, обтянутом эластичным полотном, а затем они переносятся на рулонный запечатываемый материал посредством одного контакта. Это даёт возможность печати на гибких материалах, так как точность приводки красок определяется только качеством их переноса на промежуточный носитель. Используется лазерная система записи с разрешением 800 dpi; скорость 4-красочной печати достигает 33 листов форматом А4 в минуту. Вследствие особенностей переноса краски  должно применяться дискретное движение полотна.

Электрографическая печать — это один из видов печати или как еще часто называют этот способ: «печать без использования печатных форм», что наиболее точно позволяет определить принцип электрографической печати. При электрографической печати нет надобности производить или использовать печатные формы. И действительно — электрография полностью исключает необходимости изготовления и применения печатных форм. Процесс электрографической печати можно разделить на следующие этапы: 1. Первичное изображение накладывается на фоторецептор с помощью технологии «засвечевания». Как правило, лазер используется в качестве источника света. 2. Нанесение тонера. Под тонером понимается краска, которая используется для электрографической печати. Тонеры выпускаются в различных форм-факторах. 3. Печать. Печать изображения происходит путем перемещения тонера на печатаемую область носителя. Этого можно достигнуть напрямую: тонер перемещается с фоторецептора сразу на материал, или промежуточно, с помощью ленты или цилиндра. При печати, носитель прижимается к запечатываемому материалу и подвергается воздействию электростатических сил. В итоге тонер перемещается на носитель, и осуществляется печать картинки. 4. Закрепление. Рисунок после печати не достаточно стабилен, тонер нетрудно стереть. Для окончательного формирования рисунка на печать необходимо его закрепить путем нагревания бумаги с тонером. 5. Очистка. Очистка явлеется заключительным этапом электрографической печати. После нанесения рисунка, на барабане или непосредственно на фоторецепторе могут оставаться частички тонера. Если их не удалить, следующий рисунок может пропечатываться с дефектами. Во избежание пропечатки следующего изображения с дефектами, необходимо снять электростатический заряд на участках фоторецептора. После этого производится механическая очистка. После того как произведена очистка, процесс электрографической печати повторяется, начиная с первого пункта до получения следующего изображения. Электрографмческая печать применяется для небольших тиражей продукции. Для получения нескольких десятков оттисков, электрографическая печать является вполне приемлой.

Электрография благодаря оперативности, автоматизации и широким возможностям компьютеризации процесса получения изображений применяется во многих областях деятельности современного человека, охватывая сферы деловой активности и частной жизни людей. К первой относятся: создание и копирование деловой документации, рекламное хозяйство, полиграфия, техника, архитектура, строительство и военная область. Ко второй - оперативное получение копий документов, журналов, книг и других оригиналов, распечатка информации, полученной на персональных компьютерах, и др.

Многообразие практических приложений привело к созданию обширного парка электрографического оборудования, как узкоспециализированного, так и многофункционального, как дорогого, так и доступного для индивидуальных пользователей, черно-белого и цветного.

5.1.

Общие сведения об оборудовании

С учетом назначения и функциональных возможностей электрографическое оборудование принято делить на следующие виды:

1. Копировальные аппараты предназначены для получения копий с оригиналов различного типа. Это автономные аппараты, не требующие для получения копий дополнительного оборудования. Различаются: черно-белые аналоговые, черно-белые цифровые и цветные копировальные аппараты. Все они являются автоматами. Они функционируют на основе сухого проявления, потому их еще называют ксероксами (ксерокопировальными аппаратами).

2. Лазерные принтеры - это печатающие устройства к компьютерам. Лазерные принтеры бывают черно-белыми и цветными. К электрофотографическим принтерам относятся также печатающие устройства, где лазер заменен на светодиодную линейку. Принтеры работают совместно с компьютерами или компьютерной сетью (сетевые принтеры).

3. Цифровые копировальные аппараты, снабженные принтерным интерфейсом или серверами печати (цветные аппараты) выполняют функции копировального аппарата, принтера и сканера.

4. Цифровые печатные машины - машины, в которые воспроизводимое изображение поступает в виде электронного файла. Лидирующее положение среди них занимают печатные машины, использующие электрофотографический способ записи изображения. Они состоят из печатающего устройства и развитой программно-аппаратной системы управления, позволяют осуществлять оперативную печать («печать по запросу») и персонализацию оттисков в тираже.

5. Инженерные машины - широкоформатные копировальные аппараты, предназначенные для копирования конструкторской или архитектурно-строительной документации. Это аналоговые ксероксы, электростатические аппараты или светодиодные плоттеры. Плоттеры представляют собой специализированные широкоформатные принтеры.

6. Факсимильные аппараты и рабочие центры на их основе позволяют принимать и передавать изображения через телефонную сеть и получать копии на обычной бумаге.

7. Аппараты для микрофильмирования позволяют получать микрокопии с уменьшением до 42 раз и микрофиши с 6 и 60 микрокадрами. Для увеличения микрокопий используют копировальные аппараты с фильм-проекторами.

8. Электростатические формные автоматы служат для изготовления офсетных печатных форм на электрофотографических материалах.

Рассмотрим принципы построения электрографических аппаратов на примере копировальных аппаратов.

5.2.

Копировальные аппараты

5.2.1.

Типы копировальных аппаратов

В копировальных аппаратах используется технологическая схема электрофотографического процесса, предложенная изобретателем электрофотографии Карлсоном, состоящая из операций: зарядка фоторецептора, экспонирование, сухое проявление изображения, его перенос на приемную подложку и очистка фоторецептора. Патенты на процесс, действующий по этой схеме, принадлежат фирме «Ксерокс», что заставило другие фирмы изобретать свои технологии, например процесс Canon. По окончании срока действия этих патентов большинство фирм вернулось к схеме Карлсона, как к наиболее удобной. Копировальные аппараты, работающие по указанной технологической схеме, различаются способом выполнения каждой из операций, конструкцией узлов и аппарата в целом и программным обеспечением.

Копировальные аппараты делятся на три основные группы:

• аналоговые черно-белые аппараты;

• цифровые черно-белые аппараты;

• цветные копировальные аппараты.

В аналоговых аппаратах оптическое изображение на фоторецепторе образуется светом, отраженным от оригинала и поступающим на фоторецептор через проекционную оптическую систему.

Цифровые аппараты состоят из трех компонентов. Сканер считывает изображение и формирует электрические сигналы, поступающие в процессор. Процессор обрабатывает полученную информацию в соответствии с программами обработки и вырабатывает сигналы, управляющие записью изображения в печатающем устройстве. Запись проводится с помощью лазера или светодиодной линейки.

Цветные копировальные аппараты - сложные цифровые устройства, отличающиеся от черно-белых наличием цветного сканера, программного обеспечения, позволяющего проводить цветокорректирование, а также усложненным печатающим устройством, которое обеспечивает получение однокрасочных изображений тонерами четырех цветов (голубого, пурпурного, желтого и черного) и синтез полноцветного изображения наложением одноцветных изображений друг на друга.

От способа записи изображения (аналоговый или цифровой) зависят строение оптического устройства и требования к фоторецептору. Технологические процессы, лежащие в основе обработки изображения и очистки фоторецептора, могут быть одинаковыми для всех типов аппаратов и зависят от фирмы-изготовителя аппарата, его модели, быстродействия, цены и т.д.

Поэтому принцип действия копировального аппарата и его узлов рассмотрим на примере черно-белых аналоговых аппаратов. При рассмотрении других групп аппаратов будет обращено внимание лишь на особенности, присущие этим группам, то есть на специфику, вызванную цифровым способом записи, и на специфику получения полноцветных изображений.

5.2.2.

Общие сведения о строении и работе черно-белых копировальных аппаратов аналогового типа

Несмотря на разнообразие аппаратов, в их строении можно выделить три основные части: оптический блок, электрофотографический блок и бумагопроводящую систему.

Оптический блок создает на поверхности фоторецептора оптическое изображение оригинала. Включает оригиналодержатель (стекло оригинала) с системой подачи оригиналов, источник света и оптическую систему из объектива и зеркал.

Электрофотографический блок состоит из фоторецептора (цилиндрического или ленточного) и расположенных по его периферии узлов обработки изображения, каждый из которых выполняет одну из операций технологического процесса: зарядку, проявление. перенос изображения и очистку фоторецептора. Узлы расположены относительно вращающегося фоторецептора так, что на каждом из его участков последовательно выполняются операции зарядки, экспонирования, проявления, переноса изображения и очистки фоторецептора, а на разных участках фоторецептора одновременно выполняется несколько операций. Если фоторецептор цилиндрический, то запись изображения и его обработка происходят пополосно, т.е. в работе находится полоска изображения, выделяемая из оригинала щелевой диафрагмой, расположенной вдоль образующей фоторецептора. Схемы аппаратов с цилиндрическим фоторецептором показаны на рис. 5.1 и рис. 5.2. Если фоторецептор ленточный, идет покадровая запись и обработка изображения (в работе одновременно находится все изображение оригинала). Схема такого аппарата приведена на рис. 5.3.

Бумагопроводящая система включает лотки для бумаги, механизм ее подачи и транспортировки, устройство переноса изображения (этот узел у данного блока общий с электрофотографическим блоком), устройство закрепления изображения, приемные лотки. Если аппарат снабжен сортером (листоподборщиком), то копии поступают в это устройство. Для копировальных аппаратов нужна листовая бумага, допустимые размеры и вес которой указываются изготовителями аппарата. Если предусмотрено получение двусторонних копий, аппарат включает дуплексное устройство (для поворота листа на другую сторону и подачи его в печатающее устройство).

Строение аппарата модульное, поэтому приспособления, расширяющие его функциональные возможности, но не являющиеся необходимыми для осуществления электрофотографического процесса (автоподатчик оригиналов, сортер, степлер, редакционный планшет и др.), поставляются как вместе с аппаратом, так и отдельно. Базовый копировальный аппарат может оборудоваться этими приспособлениями по мере надобности.

Управление работой аппарата

Копировальные аппараты - автоматы, работой которых управляет микропроцессор. Функции микропроцессорной системы такие:

1) обеспечение автоматической работы аппарата;

2) самодиагностика, заключающаяся в контроле за состоянием основных узлов аппарата и выполнением ими рабочих функций. На табло аппаратов (за исключением дешевых настольных моделей) появляются сведения о нарушениях функционирования аппарата и указания по их исправлению;

3) автоматический контроль копировального процесса, обеспечивающий стабильность качества изображения и автоматическое определение оптимальных режимов электрофотографического процесса.

При наладке аппарата на заводе или специалистом по обслуживанию и ремонту с помощью специальных тестов производится установка оптимальных режимов (экспозиция, подача тонера в проявочное устройство и т.п.), после чего аппарат действует без вмешательства пользователя. Последний устанавливает на пульте режим («фото» или «текст») причем режим «текст» основной), масштаб воспроизведения и количество копий, а также указания по редактированию изображения (если оно необходимо и может быть сделано аппаратом). Указания аппарат выполняет автоматически. Единственная ручная регулировка режима работы, доступная пользователю, - изменение напряжения смещения на проявляющем электроде («оптическая плотность»). Увеличение «оптической плотности» улучшает качество воспроизведения малоконтрастных изображений, уменьшение позволяет очистить фон копии от пятен и других нежелательных загрязнений.

При небольших изменениях контраста оригинала, внешних условий и качества применяемых материалов аппарат производит автоматическое регулирование режимов работы. Система автоматического регулирования содержит:

• чувствительные элементы (датчики). Они измеряют фактическое значение регулируемой величины, например потенциал фоторецептора до и после экспонирования, температуру фьюзерного валика и др. В датчике вырабатывается сигнал, передаваемый в микропроцессор;

• систему сравнения фактической величины с заданной, включающую устройство, задающее требуемое значение величины, орган сравнения фактической и заданной величин и усилитель сигнала рассогласования;

• регулятор, ликвидирующий рассогласование в соответствии с полученным сигналом управления.

Управление качеством изображения

Продукция аналоговых аппаратов - копии оригиналов, в которых основное информационное содержание имеют штриховые изображения: текст и штриховые рисунки (например, чертежи и графики). Поэтому качество изображения определяется оптическими плотностями элементов и фона, резкостью границ элементов и разрешающей способностью процесса.

Структурометрические характеристики изображения определяются возможностями электрографического процесса. Резкость элементов улучшается за счет краевого эффекта, присущего изображениям, получаемым в аналоговых электрофотографических аппаратах. Разрешающая способность в основном ограничивается тем, что элементы формируются из частиц тонера размером 6-15 мкм, и составляет при сухом проявлении 4-10 мм^-1. Контраст изображения (разность оптических плотностей элементов и фона) зависит от режимов процесса: потенциала зарядки, экспозиции, полученной фоторецептором на участках фона, и режимов проявления.

Схема контроля и поддержания стабильного качества изображения приведена на рис. 5.4. В оригиналодержателе с краю за пределами рабочей зоны расположены черный и белый тестовые элементы. В соответствующих им участках фоторецептора измеряют потенциалы скрытого изображения V_ч и V_б с помощью датчика. Микропроцессор сравнивает эти сигналы с заданными, определяя величину рассогласования. Рассогласование по потенциалу темных участков устраняется изменением потенциала, подаваемого на сетку скоротрона зарядки. Рассогласование потенциала на светлом участке с заданным значением величины устраняется изменением напряжения на лампе экспонирования, определяющего ее яркость. Оптические плотности изображения измеряются датчиком плотности изображения. Плотность изображения зависит от количества тонера на шариках носителя, поэтому специальным датчиком определяют плотность тонера. Сигналы от этих датчиков поступают в микропроцессор, и рассогласование с заданными величинами устраняется изменением подачи тонера в бункер проявления.

Датчик потенциала размещен перед секцией проявления, датчик оптической плотности изображения - между секциями переноса и очистки фоторецептора. При измерении оптической плотности изображения перенос не производится. Это один из примеров управления контрастом изображения, в других аппаратах система контроля может отличаться от описанной.

Задающие тон

Сегодня мы начинаем серию публикаций, в которых хотели бы более подробно поделиться с читателями нашими представлениями о проблемах разработки, внедрения в производство, проверки физико-механических, диэлектрических и потребительских (эксплуатационных) свойств тонеров.

Открывает этот цикл статья, дающая самое общее представление о тонерах, и об их роли в электрографии.

Так что такое тонер? Какое определение можно ему дать? С одной стороны тонер, или электрографический порошок, необходимо рассматривать как расходный материал в процессе электрографии. С другой – это композиционный материал на основе полимеров и целого ряда специальных добавок, имеющий строго определенный гранулометрический состав, цвет, диэлектрические и теплофизические свойства.

Первое упоминание о процессе записи информации при помощи электричества и порошка было сделано в конце ХУIII столетия, и связано оно с именем немецкого ученого Г.Х.Лихтенберга. В 1778 году на заседании Королевского научного общества в Геттингене Лихтенберг сделал сообщение: «О новом методе исследования природы и движения электрической материи». Он сообщил о методе получения положительных и отрицательных зарядов на поверхности диэлектрических смол.

Используя порошки противоположного заряда, ученый наносил их на скрытое изображение на поверхности смолы и получал проявленную информацию. Тем самым это изобретение предполагалось применить в стенографии. Позже стали появляться изобретения, содержащие элементы электростатографии и электрофотографии. Все эти методы можно объединить в понятие электрография.

Электрография - это метод получения изображения, основанный на физических явлениях взаимодействия электростатических зарядов в фотополупроводниковых и диэлектрических материалах и средах.

Интенсивное развитие электрографии началось с того момента, когда ряд коммерческих фирм, особенно американских, осознали возможность ее практического применения в процессе создании аппаратов для копирования графической и текстовой информации.

Наиболее интенсивные экспериментальные работы проводились с черно-белыми копировальными аппаратами и расходными материалами к ним, а также с фоторецепторами многократного применения и магнитными проявителями (носители и тонеры).

Но в данной статье мы не ставим цель подробно рассмотреть электрографический процесс. Остановимся на тонерах.

Электрографические тонеры могут быть классифицированы:

по способу получения тонера:

тонер, полученный при помощи микро-суспензионной полимеризации (MSP), так называемый «химический» тонер;

тонер, полученный механическим измельчением и классификацией;

по методам проявки:

тонеры для двухкомпонентной проявки;

тонеры для однокомпонентной проявки;

по полярности:

положительные;

отрицательные;

по магнитным свойствам тонеры для однокомпонентной проявки:

магнитные тонеры;

немагнитные тонеры.

В зависимости от того, заряжен ли тонер до того, как он попал в зону проявки или он приобретает заряд под воздействием электрического поля скрытого изображения:

металлосодержащие тонеры;

индуктивные;

в зависимости от цвета:

цветные тонеры;

-черные.

Тонеры для электрографических копировальных машин и принтеров – это цветные полимерные частицы размером от 5 до 20 микрон, производимые из смол с определенными температурными характеристиками, вязкостью, связующими качествами и содержащие добавки, определяющие цвет, магнитные свойства, заряд. Поверхность частичек тонера покрыта добавками, которые придают им поверхностный трибоэлектрический заряд, сыпучесть.

Ниже приведены схемы частичек тонера в зависимости от типа и таблицы, содержащие информацию о составе тонера и назначении компонентов входящих в его состав.

Композиция. Тип тонера	Элемент композиции		Функция элементов композиции
Немагнитный тонер	1. Связующая смола		Термические Электрические Динамические
	2. Красящее вещество		Способность окрашивать Электрические характеристики
	3. Компонент, определяющий полярность тонера		Электрические характеристики
	4. Внешние добавки		Трибоэлектрические характеристики Текучесть
Магнитный тонер		1. Связующая смола	Термические Электрические Динамические
		2. Магнитный материал	Магнитные характеристики
		3. Компонент, определяющий полярность тонера	Электрические характеристики
		4. Красящее вещество	Способность окрашивать Электрические характеристики
		5. Внешние добавки	Трибоэлектрические характеристики Текучесть

Для немагнитных тонеров полимерные материалы (смолы) являются главными компонентами и составляют 80-90%% от массы тонера. Для магнитной проявки в композициях тонеров смолы и магнитные материалы используются примерно в одинаковых долях – 40-50 мас.%.

Цветные добавки составляют примерно 5-15 мас.%, и очень маленькое количество (менее 5 мас.%) составляют все остальные добавки. Однако именно эти добавки и отвечают за высокое качество копирования и печати.

В области электрографии необходимо отметить следующие тенденции развития производства тонеров:

увеличение скорости печати приводит к созданию тонеров, способных плавиться при более низких температурах и одновременно быстро остывать и закрепляться на бумаге, не создавая проявлений офсета;

создание тонеров со стабильными электрическими свойствами;

создание тонерных композиций с использованием экологически безопасных компонентов;

создание принтеров и цветных копировальных аппаратов с более высоким разрешением;

повсеместный рост цен на сырье, в связи с ростом мировых цен на нефть и другие энергоносители, и в связи с этим -

увеличение эффективности производства и снижение энергетических затрат;

Более 90% всех сухих тонеров, выпускаемых в наше время, производятся обычными, так называемыми методами плавления и механическими способами измельчения и классификации.

Технологический процесс получения тонера таким способам очень похож на переработку пластмасс или других композиционных материалов и включает в себя следующие операции:

смешивание компонентов;

получение расплава (экструзия);

охлаждение полученной массы;

предварительное измельчение;

тонкий помол и классификация;

введение внешних добавок;

тестирование тонера и упаковка.

Остановимся подробнее на каждом из этих этапов.

Процесс смешивания и экструзии являются наиболее важными для достижения высокого качества будущего тонера, так как на этой стадии закладывается однородность материала. Важна и однородность распределения в массе смолы добавок, определяющих физико-механические и электрические параметры тонера. Во время экструзии материал расплавляется и под воздействием деформации, давления равномерно перемешивается. На всех стадиях получения тонера механическим способом необходимо исключить попадание влаги в композицию, т.к. это приведет к изменению магнитных и электрических свойств продукта. Что в свою очередь, существенно скажется на качестве изображения, сыпучести тонера и стабильности его свойств в процессе хранения.

Расплавленный и охлажденный полупродукт предварительно измельчают в механических дробилках до размера гранул 5-6 мм. Полученные гранулы подвергаются измельчению на струйных измельчителях, а затем классифицируются. При этом метод измельчения исключает попадание механических примесей, характерных для других типов оборудования, так как измельчение осуществляется за счет струи сжатого воздуха, не содержащей влаги, масла и других примесей. На этом этапе получают продукт с однородным распределением частиц от 5 до 20 микрон.

Необходимо обратить внимание на то, что у разных производителей размер частиц может быть различный. Это зависит от используемого оборудования при переработке, от качества сырья, а иногда и экономической целесообразности выпуска тонера. Процесс производства тонеров является энергоемким, и его себестоимость высока. Поэтому иногда в ущерб качества продукта производитель позволяет себе уменьшить количество удаляемой мелкой фракции из готового тонера тем самым, увеличивая объемы выпуска.

Процесс тонкого измельчения и классификации очень важен. На данном этапе закладывается однородность продукта по размерам частиц. Частицы правильной формы (сферические), одинаковые по размеру одинаково намагничиваются, электризуются, переносятся на бумагу в процессе проявки.

Крупные частицы могут привести к преждевременному износу фоторецептора, ракеля т.к. они представляют собой абразив. Эти же частицы могут привести к образованию фона при печати. Повышенное содержание мелкой фракции способна повлечь за собой снижение оптической плотности изображения, образования фона.

Для каждого вида тонера существуют спецификации с его гранулометрическими параметрами. С учетом этих данных осуществляется жесткий инструментальный контроль показателей распределения частиц.

Следующим этапом, определяющим качество тонера, является операция введения внешних добавок. Правильный подбор и введение добавок так же немаловажный фактор. Этим определяется «жизнеспособность» тонера: его трибоэлектрические свойства, сыпучесть, стабильность при длительном хранении.

Заключительным этапом является тестирование произведенного порошка в реальном аппарате по существующей стандартной методике. После чего тонер расфасовывается, упаковывается и отправляется потребителю.

 

 

Московский государственный университет печати