Введение

Электрография занимает важное место в информационных технологиях, в первую очередь в полиграфии. Под электрографией понимаются любые технологии и методы записи и размножения информации, важнейшим элементом которых являются электрические заряды.

Наиболее разработанный и широко применяемый раздел электрографии - электрофотография. В ней наряду с электрическими зарядами используется световое (или ионизирующее) излучение. Разрабатываются и выпускаются не только собственно электрофотографические аппараты и машины, но и устройства, в которых электрофотографические узлы сочетаются с другими известными технологиями, например с офсетом. Ввиду важности и перспективности развития электрофотографии именно этому разделу электрографии посвящено данное пособие.

Изобретение электрофотографии произвело переворот в технологии печатания документов и деловых бумаг. Достаточно сказать, что электрофотография лежит в основе работы фактически всех лазерных принтеров и копировальных аппаратов. Она была изобретена в Америке в начале 1940-х годов Ч.Карлсоном. В дальнейшем процесс получил коммерческое название ксерография, происходящее от греческих слов xeros (сухой) и graphos (пишу).

Электрофотография (ЭФ) включает также электрофоретические и миграционные процессы с участием заряженных частиц при получении копий. ЭФ-процесс основан на синтезе различных физических явлений, некоторые из них, например перенос зарядов между контактирующими движущимися поверхностями (трибоэлектричество), до конца еще не поняты и активно изучаются. В 1960-е годы были созданы первые автоматические копировальные ЭФ-аппараты, а в 1990-е годы во всем мире ежедневно производится свыше 10 млрд. ЭФ черно-белых и цветных копий.

ЭФ-изображение состоит примерно из 100 млн. окрашенных полимерных частиц, расположенных на листе бумаги так, чтобы воспроизвести черно-белый или цветной оригинал. ЭФ-процесс начинается с формирования распределенного по поверхности фотопроводящей пленки электрического заряда (электростатическое изображение), повторяющего оптическое изображение оригинала. Заряженные окрашенные термопластические частицы, называемые тонером (сухие чернила), избирательно притягиваются к заряженным участкам, тем самым проявляя их. Сформированное тонером изображение переносится на бумагу и фиксируется в результате размягчения и сцепления тонера с бумагой при нагревании. Процесс может многократно повторяться со скоростями, достигающими 100 копий форматом А4 в минуту.

1.

Получение и характеристики скрытого электростатического изображения

1.1.

Краткий обзор электрофотографических систем

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.

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.

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.

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.

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.

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).

Рис. 1.1. Фоторецепторы: а - однослойные, б - двуслойные

 

 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:

1.6.

Эффект усиления изображения в ЭФ-процессе

Можно приближенно оценить коэффициент усиления изображения в электрофотографическом процессе следующим образом. Определим концентрацию красителя, нужную для получения видимого изображения фотохимическим методом. Предполагая, что для полного поглощения света необходима оптическая плотность красителя ≥ 3 и коэффициент экстинкции ε_э красителя имеет максимальное значение ~10⁶ дм²/моль, получим для поверхностной концентрации красителя C_кр величину или, переходя от числа молей к числу молекул, . Согласно при средних рабочих значениях параметров заряженного фоторецептора, e = 3,5, V = 1000 В, L = 15 мкм, поверхностная плотность заряда составляет , что соответствует поверхностной концентрации заряженных молекулярных частиц . Коэффициент усиления .

1.7.

Механизм генерации свободных носителей заряда

Зависимость η от F определяется полевой зависимостью квантовой эффективности образования свободных носителей заряда η_кв(F) и/или полевой зависимостью квантовой эффективности инжекции свободных носителей заряда из генерационного слоя в транспортный η_ин(F), т.е. . выражается как число свободных носителей заряда, генерированных в ГС, на один поглощенный фотон. Согласно теории Онзагера, квантовая эффективность связана с квантовым выходом электронно-дырочных пар η₀ и начальным расстоянием между положительным и отрицательным зарядами в паре r₀ уравнением, первые члены которого даются соотношением:

где r_k - кулоновский радиус, находится из условия равенства тепловой энергии носителей заряда kT и энергии их кулоновского взаимодействия: . Экспоненциальный член представляет собой вероятность диссоциации ионной пары с начальным разделением зарядов r₀ на свободные носители заряда в отсутствие электрического поля (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Связанная пара фотогенерированных зарядов. Электрон захвачен в ловушку, дырка - подвижна

 

 Если , то вероятность диссоциации равна 1. Свободными называются носители заряда при расстоянии между соседними противоположно заряженными носителями, превышающем r_k. Анализ уравнения

показывает, что без электрического поля, а в больших электрических полях (> 10⁶ В/см) , к тому же чем меньше отношение r₀/r_k, тем резче рост η_кв(F,r₀) с увеличением электрического поля и тем больше разница в значениях η_кв(F,r₀) при F = 0 и .

Рис. 1.3. Зависимости квантовой эффективности образования свободных носителей заряда от величины электрического поля. Экспериментальные точки получены для фоторецептора из a-Se, экспонированного монохроматическим излучением различных длин волн. Значения r0 получены при оптимальном совмещении теоретических кривых с экспериментальными точками

 

На рис. 1.3 приведены результаты численного расчета зависимости η_кв от F и r₀ по формуле

и экспериментальные данные для аморфного селена. Из формулы следует, что для фоторецепторов с низкими значениями e характерными, например, для органических фоторецепторов, кулоновский радиус при комнатной температуре достигает нескольких десятков ангстрем, а r₀ из-за низкой подвижности носителей заряда лежит в интервале 2-4 нм и зависит от длины волны возбуждающего света: чем больше длина волны, тем меньше r₀. Поэтому в органических фоторецепторах квантовая эффективность достаточно сильно зависит от величины электрического поля. Напротив, в ряде неорганических фоторецепторов, например, аморфном кремнии, в силу большой диэлектрической проницаемости и значительной подвижности носителей заряда r₀ > r_k, η_кв не зависит от F и имеет максимальное значение. Следует еще отметить зависимость r₀ от длины волны экспонирующего излучения: чем меньше длина волны (то есть чем больше энергия кванта), тем больше r₀ (рис. 1.3).

1.8.

Инжекция носителей заряда из генерационного слоя в транспортный слой

В двухслойных фоторецепторах при поглощении света в генерационном слое образуются носители заряда, которые затем инжектируются в транспортный слой. Свойства контакта (полимерный слой, содержащий агрегаты молекул красителя)|(молекулярно допированный полимерный слой) определяют величину η_ин(F). В стационарных условиях генерации и транспорта носителей заряда при экспонировании идет конкуренция процессов рекомбинации носителей заряда в генерационном слое и инжекции одного знака носителей из генерационного слоя в транспортный, при этом справедливо уравнение

где n - стационарная концентрация свободных носителей заряда в ГС;

N - концентрация транспортных центров в ТС, на которые переносятся носители при инжекции из ГС;

k_ин и k_p - константы скорости инжекции и рекомбинации носителей заряда в ГС;

I₀ - интенсивность экспонирующего излучения (предполагается, что оно полностью поглощается в ГС).

Решение квадратного уравнения дает

где ;

η_ин - отношение числа инжектированных носителей заряда к числу поглощенных фотонов в единицу времени:

Как видно, α квадратично возрастает с увеличением концентрации транспортных центров в ТС и сильно зависит от величины электрического поля. Действительно, для свободных носителей заряда константа скорости рекомбинации имеет вид

где μ_э и μ_д - подвижности электронов и дырок.

Полевая зависимость подвижности представлена выражением

В свою очередь, k_ин определяется разностью энергий транспортных уровней носителей заряда в ГС и ТС.

Рис. 1.4. Расположение энергетических уровней при инжекции электронов и дырок из ГС в ТС

 

На рис. 1.4 показана схема расположения уровней при инжекции дырок и электронов. Барьеры, возникающие на межслойной границе, связаны с тем, что энергетическое расстояние между основным и возбужденным уровнями в генерационном слое (поглощение света в видимом и ближнем ИК-диапазонах) гораздо меньше, чем в транспортных молекулах (поглощение в ультрафиолетовой (УФ) области). В электрическом поле высота барьера понижается и

В результате , т.е. a резко возрастает с увеличением N и F.

В больших полях и при большой концентрации транспортных центров и из выражения следует, что , т.е. все фотогенерированные в ГС заряды инжектируются в транспортный слой, η_ин(F) определяется только η_кв(F) и не зависит от свойств границы раздела ТС|ГС.

В небольших полях, когда величина , то и η_ин(F) среди прочего определяется функцией k_ин(F), которая связана с высотой барьера, образованного на границе раздела слоев. При неизменном генерационном слое и использовании в транспортном слое пиразолина с заместителями N(C₂H₅)₂, OCH₃, H, а также поливинилкарбазола (ПВК) η_ин(F) уменьшается. Например, величина η_ин(F), равная 0,15, достигается в этом ряду при F = 1,7×10¹⁴; 4×10¹⁴; 1,2×10¹⁴; 1,2×10¹⁵ и 2,5×10¹⁵ В/см соответственно.

В больших полях проверить (F> 5 × 10¹⁵ В/см) различия в полевых зависимостях для транспортных слоев, отличающихся по составу, исчезают и отношение становится равным 1 (по уравнению ). В больших полях все фотогенерированные носители заряда инжектируются в транспортный слой. В двухслойных фоторецепторах , в однослойных .

1.9.

Генерационный слой

Генерационный слой в органических фоторецепторах представляет обычно гетерогенный материал толщиной от 0,5 до 2 мкм, состоящий из кристаллического пигмента или красителя, диспергированного в виде частиц размером 0,02-0,1 мкм в прозрачном полимерном связующем. Иногда в слой добавляются молекулы транспортного вещества. Если полимер - хороший изолятор, то объемная доля пигмента составляет не менее 0,4 (что соответствует теоретическому пределу начала так называемого перколяционного транспорта носителей заряда, возникающего при определенной концентрации в результате непрерывного, по всему слою, контакта частиц пигмента) и, как правило, превышает 0,56. Однако значения выше 0,6 трудно достижимы из-за агломерации частиц пигмента при изготовлении слоев методом полива. Наиболее часто используемые в ГС пигменты показаны на рис. 1.5.

Рис. 1.5. Строение молекул пигментов, используемых в ГС:1 - бисазопигмент; 2 - фталоцианин (М-TiO, VO, ClIn, ClGa I и др.); 3 - несимметричный бисазопигмент; 4 - дибромоантантрон; 5 - хлородиановый голубой пигмент; 6 - перилен; 7 - тиапириллиевый краситель; 8 - сквариллиевый краситель

 

Азопигменты и дибромоантантрон применяются в копировальных аппаратах, а остальные - в принтерах, где экспонирующие источники - светодиоды (660 нм) или полупроводниковые лазеры (780 нм).

Следует отметить существенную разницу в структуре генерационных и транспортных слоев. ТС представляют полимерную матрицу, молекулярно допированную транспортными молекулами. Другими словами, транспортные молекулы находятся на определенном расстоянии r друг от друга, заданном их концентрацией , и система в целом является гомогенной. Благодаря этому в слое отсутствуют глубокие ловушки для носителей заряда и все инжектированные носители заряда достигают заряженной поверхности фоторецептора за максимально короткое время.

Генерационные слои являются микрогетерогенными системами, так как состоят из полимерного связующего, включающего микрокристаллы пигмента. Большое количество структурных дефектов в такой системе обеспечивает высокий квантовый выход образования стабилизированных электронно-дырочных пар и, как следствие, высокий квантовый выход свободных носителей заряда. Причина заключается в следующем.

При поглощении фотона происходит ионизация молекулы пигмента. В однородной бездефектной среде выбитый из молекулы электрон движется, не меняя спинового состояния, и с большой вероятностью может рекомбинировать со «своим» положительным зарядом. При наличии большой концентрации дефектов - электронных ловушек - электрон захватывается ловушкой, при этом направление спина электрона изменяется на противоположное и для рекомбинации требуется дополнительная энергия, чтобы восстановить первоначальную ориентацию электронного спина. В результате появляется стабилизированная ионная пара. Другими словами. в гетерогенных системах величины η_кв больше, чем в гомогенных. Вероятность образования свободных носителей заряда из стабилизированной ионной пары находится по уравнению

.

Количественная оценка эффективности функционирования частиц пигмента в генерационном слое может быть проведена так. Если взять объемную долю пигмента 0,6, толщину генерационного слоя 1 мкм и линейный размер частицы пигмента 0,1 мкм, то получится на 1 см² поверхности фоторецептора число частиц пигмента ~ 6×10¹⁰ . Число фотонов (λ = 780 нм), необходимое, чтобы разрядить поверхность фоторецептора толщиной 25 мкм и с e = 3, заряженную до потенциала 1000 В, составляет ~ 6×10¹² см^-2. Принимается, что плотность поверхностных зарядов, согласно , равна 6×10¹¹ см^-2, а η_ин = 0,1. Поэтому нужно, чтобы каждая частица пигмента в среднем генерировала при экспонировании 10 свободных носителей заряда при поглощении 100 фотонов.

 

1.10.

Механизм транспорта свободных носителей заряда

Процесс образования СЭИ в заряженной фотопроводниковой структуре фоторецептора включает: поглощение фотонов, возникновение и транспорт свободных носителей зарядов. В случае положительно заряженных однослойных фотопроводящих слоев из аморфного Se или гидрированного аморфного кремния α-Si:H поглощение света происходит в узкой области у поверхности. Получившиеся свободные дырки инжектируются в объем и дрейфуют к электроду. В двухслойных органических фоторецепторах свободные дырки генерируются в тонком ГС, инжектируются в ТС и дрейфуют к поверхности (см. рис. 1.1).

Рис. 1.1. Фоторецепторы: а - однослойные, б - двуслойные

 

Рис. 1.6. Строение транспортных молекул, используемых в ТС: 1 - бифенилдиамин; 2 - бисдиетиламинотрифенилметан; 3 - поливинилкарбазол (ПВК); 4 - карбазол гидразон; 5 - бензальдегид карбазол; 6 - пиразолин; 7 - тринитрифлуоренон

Подвижность носителей заряда μ в ТС непосредственно связана со скоростью их транспорта в электрическом поле и является важнейшей характеристикой фоторецептора, так как определяет быстроту действия ЭФ-аппаратов и предельную разрешающую способность. Механизм транспорта - «прыжки» электронов между транспортными молекулами (центрами) - называется прыжковым. В электрическом поле частота прыжков по полю больше, чем против поля, что приводит к появлению электрического тока. При электронном транспорте прыжок электрона происходит от анион-радикала к нейтральной молекуле. Необходимое условие - положительное сродство к электрону (энергия, выделяющаяся при образовании аниона из нейтральной молекулы) транспортной молекулы. При дырочном транспорте потенциал ионизации (энергия, затрачиваемая для отрыва электрона от нейтральной молекулы) транспортной молекулы минимальный и электрон «прыгает» от нейтральной транспортной молекулы к соседнему катион-радикалу, что приводит к транспорту положительных зарядов в противоположном направлении. На рис. 1.6 даны структуры наиболее употребительных органических транспортных молекул.

Подвижность - это коэффициент пропорциональности, связывающий электрическое поле и дрейфовую (в направлении электрического поля) скорость носителей заряда:

.

μ зависит от F, причем в органических системах - очень сильно. Измерение подвижности в ТС проводится время-пролетным методом: в ГС коротким лазерным импульсом генерируются носители заряда и осциллографом измеряется импульс тока I движущегося пакета носителей заряда через ТС в электрическом поле F. Когда носители заряда проходят весь ТС, ток падает до нуля. Соответствующий временной интервал называется временем пролета t_пр (рис. 1.7).

Рис. 1.7. Форма импульса тока при транспорте носителей заряда через ТС

Величина подвижности находится из соотношения

Предполагается, что движение носителей заряда происходит в условиях равновесного заполнения энергетических уровней транспортных центров. Если равновесие не достигнуто, то в линейных координатах I-t регистрируется монотонно падающая кривая без каких-либо особых точек. Теоретический анализ показывает, что в этом случае до достижения t_пр  , после времени пролета . В билогарифмических координатах lgI-lgt спад тока выражается двумя прямыми, пересекающимися в момент времени t_пр, при этом сумма наклонов этих прямых равна -2 (рис. 1.8).

Рис. 1.8. Переходный ток в случае неравновесного транспорта носителей заряда через ТС

В зависимости от полярности приложенного напряжения измеряется подвижность электронов или дырок. Если транспортные центры характеризуются одним энергетическим уровнем, то температурная и полевая зависимость подвижности подчиняется эмпирическому уравнению Гилла:

где μ₀ - не зависящий от температуры и поля предэкспоненциальный множитель;

- энергия активации в нулевом поле;

k - константа Больцмана;

T и T₀ - температура измерения и характеристическая для данного фоторецептора температура (в градусах К);

r - среднее расстояние между транспортными центрами;

r₀ - постоянная спада волновой функции транспортного центра (как правило, );

β - константа, приблизительно равная .

Электронно-дырочный транспорт возможен в органических фоторецепторах при условии . Как следует из уравнения , температурные зависимости подвижности при различных значениях F = const в координатах lgμ-1/T выражаются прямыми, пересекающимися в точке с координатами . Аналогично полевые, линейные в координатах lgμ - F^0,5, зависимости подвижности при различных T = const пересекаются в точке с координатами . Это случай для простых по строению транспортных центров. Уравнение соответствует экспериментальным данным в области больших полей F > 10⁴ В/см. Если транспортные центры представляют сложные молекулярные системы, которые могут существовать в различных геометрических формах, то вместо одного уровня в ТС появляется набор энергетических уровней, подчиняющихся гауссовскому распределению. Здесь полевая зависимость подвижности имеет более сложный вид:

где σ - ширина гауссовского распределения, эВ;

C = 2,9×10^-4(см/В)^0,5

∑ - параметр, характеризующий пространственный беспорядок, возникающий за счет разброса расстояний между транспортными центрами.

Выражения

наиболее полезны при изучении подвижности в области малых полей. Их экстраполяция к дает возможность получить значение подвижности в нулевом поле μ.

Зная подвижность носителей заряда и ее полевую зависимость, можно оценить предельное разрешение фоторецептора. При экспонировании полуплоскости с абсолютно резкой границей через фоторецептор движется пакет носителей в экспонированной части с подвижностью μ(F). Время пролета t_пр через фоторецептор вычисляется по формуле . За это время граница пакета расширяется за счет диффузии на расстояние d вдоль поверхности пленки, определяемое из соотношения

где D(см²×c^-1) - коэффициент диффузии, связанный с подвижностью в нулевом поле μ₀ соотношением Эйнштейна: μ₀ = De/kT. Таким образом,

Принимая, что при качественной передаче изображения расплывание штриха не должно превышать 0,1 его ширины, для предельной разрешающей способности электростатического изображения на фоторецепторе получаем выражение

Числовое значение R_пр можно найти, подставляя в это выражение типичные характеристики органического фоторецептора при комнатной температуре: L = 20 мкм, μ₀/μ(F) = 0,1, V = 500 В. При этих значениях мм^-1. Реальные R электрофотографических аппаратов и машин существенно меньше. Это связано с тем, что разрешающую способность всего процесса получения копии определяет размер частиц тонера.

1.11.

Проявляющее электрическое поле

При равномерном заряжении поверхности фоторецептора электрическое поле над поверхностью практически равно 0. Чтобы проявляющее поле имело необходимое для проявления достаточно высокое значение, нужно ввести над поверхностью проявляющий электрод. Это следует из рассмотрения электрической цепи, составленной из двух конденсаторов: емкости фоторецептора и воздушного зазора между поверхностью фоторецептора и проявляющим электродом (рис. 1.9).

Рис. 1.9. Схема двухслойного конденсатора

Если на поверхности фоторецептора плотность поверхностного заряда равна s, то для двойного конденсатора справедливо:

Отсюда следует, что при L << d потенциал поверхности близок к потенциалу фоторецептора в отсутствие проявляющего электрода. При d  ∞ электрическое поле над поверхностью диэлектрика отсутствует:

Для оценки качества изображения на регистрирующий слой проецируют оригинал в виде решетки с синусоидальным распределением оптической плотности по заданному направлению. В случае ЭФ-регистрации электростатическое изображение на фоторецепторе достаточно хорошо передает оригинал при разрешении, меньшем ~ 10³мм^-1. Поэтому оригинал, соответствующий этим условиям, при экспонировании заряженного фоторецептора с большой степенью вероятности создаст скрытое электростатическое изображение. изменяющееся по закону

где σ₀ - амплитуда неизменяющейся части заряда;

σ_k - амплитуда переменной составляющей поверхностного заряда.

Пространственная частота k равна 2π/λ (λ - период заряженной решетки). Приведенная синусоида хорошо аппроксимирует решетку с шириной штриха λ/2. Изменяя k, можно моделировать решетку с любой шириной линий, вплоть до непрерывно заряженной плоскости (k  ∞). Сложные изображения с резкими границами обрабатываются обычным способом, используя преобразования Фурье. Конечное видимое изображение определяется распределением проявляющего поля, созданного над поверхностью фоторецептора электростатическим изображением, так как заряженные частицы тонера движутся по силовым линиям поля. Распределение поля получается в результате решения уравнения Лапласа:

где V - потенциал выше поверхности фоторецептора.

В любой точке пространства вектор электрического поля F может быть разложен на две компоненты: F_z (перпендикулярно поверхности) и F_y (перпендикулярно штрихам по поверхности). В отсутствие проявляющего электрода (d = ∞)

и

Из уравнения следует, что нормальная компонента поля максимальна на поверхности фоторецептора и экспоненциально спадает с расстоянием от его поверхности. Скорость падения возрастает с увеличением пространственной частоты k.

Рис. 1.10. Распределение силовых линий над поверхностью фоторецептора:а - проявляющий электрод отсутствует, d = Ґ. L = 25 мкм, e = 3, l = 10 мкм, s0 = 2,9Ч10-4 Кл/м2, sk = 2,9Ч10-4 Кл/м2; б - в присутствии проявляющего электрода, d = 100 мкм. Остальные параметры те же, что и в а; в - синусоидальная решетка поверхностного заряда. s0 + sk = 5,8Ч10-4 Кл/м2

 

На рис. 1.10, а показан ход силовых линий поля для синусоидального распределения зарядов на фоторецепторе (рис. 1.10,в). Касательная в каждой точке линии дает направление поля, а плотность (частота) линий - величину поля. В проявлении участвуют только частицы тонера, сосредоточенные непосредственно у поверхности фоторецептора, и проявленное изображение существенно отличается от СЭИ. В присутствии проявляющего электрода, находящегося под потенциалом V_см, вертикальная и горизонтальная составляющие поля представлены уравнениями

и

На рис. 1.10,б показано, что в этом случае направление силовых линий кардинально меняется. Они заполняют все пространство: начинаются на проявляющем электроде, заканчиваются на фоторецепторе в местах максимальной плотности поверхностного заряда и только у поверхности фоторецептора имеют ненулевое значение горизонтальной составляющей поля. Проявляющий электрод создает оптимальные условия для проявления электростатического изображения: в проявлении участвуют все частицы тонера, находящиеся между проявляющим электродом и фоторецептором, и проявленное изображение полностью совпадает с СЭИ. В уравнениях

при расчете характеристик поля изменяются только члены, содержащие координаты выбранной точки y, z. Остальные члены постоянны и рассчитываются один раз для данного фоторецептора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.

Проявление скрытого электростатического изображения

2.1.

Общие сведения о проявлении

Назначение проявления - превратить скрытое электростатическое изображение в видимое, осадив на него тонкодисперсный, интенсивно окрашенный порошок, называемый тонером (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Схема проявления скрытого электростатического изображения: 1 - фотопроводник; 2 - подложка; 3 - тонер

 

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:

однокомпонентные:

порошковое облако

однокомпонентное магнитное проявление

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.

2.2.

Электрическое поле проявления и его связь с характеристиками проявленного изображения

2.2.1.

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.

При зарядке фоторецептора на поверхности фотопроводника осаждается равномерный слой зарядов. а в заземленной подложке индуцируются заряды противоположного знака (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Электрическое поле заряженного фоторецептора

 

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

где σ - поверхностная плотность заряда;

ε₀ - электрическая постоянная;

ε - 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 (рис. 2.3).

Рис. 2.3. 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 F_z, нормально расположенная к поверхности фотопроводника.

Характер распределения нормальной составляющей электрического поля над поверхностью заряженной полоски зависит от ширины полоски (рис. 2.4).

Рис. 2.4. 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 (рис. 2.4, 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 F_z близка к нулю и тонер осаждаться не будет (рис. 2.4, кривая 3).

Проявляющий электрод кардинально меняет картину (рис. 2.5): электрическое поле в заряженных участках СЭИ распределяется между фотопроводником I и зоной проявления II, расположенной между фотопроводником и проявляющим электродом.

Рис. 2.5. Распределение электрического поля между фотопроводником и зоной проявления при наличии проявляющего электрода: 1 - фоторецептор; 2 - проявляющий электрод; I - фотопроводник, II - зона проявления

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 (рис. 2.6).

Рис. 2.6. Краевой эффект

На проявляющий электрод обычно подают «потенциал смещения», называемый часто напряжением смещения, знак которого совпадает со знаком заряда СЭИ. Величина потенциала смещения V_см больше фонового потенциала V_ф и меньше потенциалов СЭИ на участках изображения V_из. 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 V_ф, на участках пятен - V_п, а на участках изображения - V_из. Если потенциал смещения (относительно земли) равен V_ф, на фоне копии воспроизведутся пятна. Если V_см равен V_п, пятен на копии не будет, но снизится оптическая плотность изображения, так как поле в участках изображения уменьшится и напряжение между проявляющим электродом и фоторецептором U_пр будет равно:

и количество осажденного тонера снизится. Таким образом, меняя величину V_см, 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.

2.2.2.

Характеристическая кривая проявления

Проявление - превращение скрытого электростатического изображения (СЭИ) в видимое. СЭИ характеризуется потенциалами V, а видимое изображение - оптическими плотностями D. Величина оптической плотности определяется напряжением между поверхностью фоторецептора и проявляющим электродом:

где V - потенциал участка СЭИ.

Для невысоких оптических плотностей плотность пропорциональна напряжению:

Градационной характеристикой проявления служит кривая D(V_СЭИ), которую называют характеристической кривой проявления. В общем виде график D(V_СЭИ) криволинеен, но до плотности 1,0 его можно аппроксимировать прямой линией (рис. 2.7, линия 1)

Рис. 2.7. Характеристические кривые проявления: 1 - для плашки; 2 - для штрихового изображения (tga = g0, tgb = gw

и описать формулой

где γ₀ - тангенс угла наклона кривой к оси потенциалов, являющийся коэффициентом контрастности процесса.

Однако формула верна лишь для проявления сплошных участков изображения (плашек). Для штрихового изображения при тех же потенциалах СЭИ получаются большие оптические плотности и тангенс наклона характеристической кривой (D(V_СЭИ)), что соответствует более высокому коэффициенту контрастности процесса.

Для вывода формулы характеристической кривой проявления штрихового изображения проведем следующее рассуждение.

Штриховое СЭИ является периодическим рисунком, где чередуются штрихи с потенциалом в их центре V_штр и просветы с потенциалом V_ф (рис. 2.8). Различие между штрихами и просветами характеризуется электростатическим контрастом ΔV_c.

Рис. 2.8. Скрытое электростатическое изображение штрихового рисунка: 1 - усредненный зарядовый рисунок (плашка); 2 - штриховой рисунок

Представим штриховое СЭИ состоящим из постоянной 1 и переменной 2 частей (рис. 2.8). Постоянной будет сплошное изображение с потенциалом

получаемым при равномерном распределении зарядов штрихового изображения по занимаемой им площади. Переменная часть представляет изменение потенциала плашки в соответствии с зарядовым рельефом штрихового рисунка. В участках, соответствующих середине штрихов, потенциал следует увеличить на

а в центре просветов - уменьшить на эту величину.

Оптическая плотность в середине штриха равна сумме постоянной и переменной составляющих. Первая определяется по формуле

а вторая - по формуле

Сложив выражения и , имеем уравнение характеристической кривой проявления штрихового элемента

а после преобразования - уравнение характеристической кривой проявления штрихового изображения

Из уравнения видно, что оптическая плотность проявленного изображения пропорциональна электростатическому контрасту. При потенциале смещения, равном потенциалу фона,

Формула верна для оптических плотностей оригинала, не превышающих 1,0.

Характеристическая кривая проявления штрихового изображения представлена на рис. 2.7, позиция 2. Ее наклон зависит от ширины штрихов.

Градационная кривая электрофотографического процесса в целом может быть получена с использованием системы графиков.

Рис. 2.9. К расчету градационной кривой электрофотографического процесса. Система градационных графиков: 1 - кривая экспонирования; 2 - фотоиндуцированная разрядная кривая; 3 - характеристическая кривая проявления штрихового изображения; 3ў - характеристическая кривая проявления сплошного участка; 4 - градационная кривая воспроизведения штрихового изображения, 4ў - градационная кривая воспроизведения сплошного участка; 5 - кривая электростатического контраста; Dор - оптическая плотность оригинала; H - экспозиция, V - потенциал; Dиз - плотность проявленного изображения

На рис. 2.9 в IV квадранте построена кривая экспонирования lgH(D_op), зависящая от выбранной фоновой экспозиции H0. В III квадранте помещена фотоиндуцированная разрядная кривая (ФИРК), во II квадранте - характеристическая кривая проявления, в I квадранте - градационная кривая процесса.

Рассмотрим построение градационной кривой процесса воспроизведения штрихового изображения. В III квадранте начертим кривую электростатического контраста для оптической плотности штрихов, характерной для данного оригинала, например 0,3 (текст, написанный твердым карандашом). По этой кривой определяем фоновую экспозицию (H₀), обеспечивающую получение максимального электростатического контраста, и строим кривую экспонирования 1. Во II квадранте поместим кривую проявления 3 для потенциала смещения, равного фоновому потенциалу. По кривой 1, кривой ФИРК 2 и кривой проявления 3 получаем градационную кривую процесса 4. Фоновая экспозиция и потенциал смещения являются регулируемыми параметрами процесса. Экспозиция должна обеспечивать максимальную величину электростатического контраста СЭИ штрихового изображения, а потенциал смещения - чистый фон.

2.2.3.

Влияние поля проявления на коэффициенты контрастности проявления γ₀ и γ_w

При оценке влияния поля проявления на оптические плотности изображения и коэффициенты контрастности проявления γ₀ и γ_w примем, что оптическая плотность изображения пропорциональна напряженности поля проявления:

что допустимо для практики копирования оригиналов малой и средней плотности (D ≤ 1,0). Тогда факторы, действующие на напряженность поля проявления, аналогично влияют и на оптическую плотность изображения.

Для математического описания процесса проявления Р. Шаффертом предложена модель в виде плоской структуры, состоящей из 3 или 2 слоев диэлектрика, один из которых - фотопроводник, остальные два - зоны проявления с проявителем.

Рис. 2.10. Диэлектрическая модель системы «фотопроводник-проявитель»

На рис. 2.10 показана двухслойная структура из фотопроводника 1 и зоны проявления с проявителем 2, находящаяся между двумя электродами, - заземленной подложкой 3 и проявляющим электродом 4, на который подан потенциал смещения. Слой диэлектрика, играющий роль фотопроводника, имеет толщину L и диэлектрическую проницаемость ε_s, а слой диэлектрика, представляющий зону проявления, - толщину d и диэлектрическую проницаемость ε_d. Заряд на поверхности слоя 1 представляет СЭИ, причем зарядовый рельеф имеет синусоидальный профиль (что близко к реальным условиям) и описывается формулой

где σ₀ - постоянная составляющая, равная

и представляющая усредненную по поверхности плотность заряда;

- переменная составляющая - зарядовый рельеф с синусоидальным профилем.

Линейная частота рельефа выражается формулой

,

где λ - период зарядового рельефа (штрих плюс просвет).

Для темных участков изображения cosky положителен, а для светлых - отрицателен.

С использованием математической модели Р.Шафферта для двухслойной структуры (рис. 2.10) получено выражение для нормальной составляющей напряженности электрического поля проявления (Ф.Шмидлин):

где

где f₀ и f_k - константы;

p(z) - переменная, зависящая от параметра z, представляющего расстояние от поверхности фотопроводника и показывающая, как изменяется напряженность электрического поля проявления с удалением от поверхности фотопроводника с СЭИ;

tanh и cosh - гиперболические тангенс и косинус.

Из сопоставления выражений и видно, что и , где коэффициент a зависит от способа и условий проявления. Вывод верен при D = αF_z (принято ранее).

2.2.4.

Физический смысл параметров поля проявления

Ввиду важности параметров f₀, f_k и p(z) для расчета процесса проявления рассмотрим их физический смысл.

Так как параметр f₀ связан с проявлением сплошных участков, определим, какой вид примет уравнение для середины сплошного участка изображения. В этом случае и ; ;   Подставив указанные значения в выражение получим:

Выражение

показывает, что при проявлении сплошных участков на напряженность электрического поля F_z влияет не только расстояние от фотопроводника до проявляющего электрода, но и толщина фотопроводникового слоя и соотношение величин диэлектрической проницаемости проявителя и фотопроводника. Параметр f₀ отражает воздействие ε_d, ε_s и L на напряженность электрического поля проявления.

При линейной частоте зарядового рисунка k ≠ 0 величина нормальной составляющей поля проявления F_z в середине штриха будет изменяться с частотой (и с шириной штрихов изображения) сложным образом, так как параметры p(z) и f_k, определяющие вклад переменной составляющей поля и зависящие от частоты, будут изменяться с частотой по-разному.

Изменение параметра p(z) в зависимости от расстояния до фотопроводника z и линейной частоты изображения k показано на рис. 2.11.

Рис. 2.11. Зависимость параметра p(z) от расстояния до проводника z и частоты штрихового изображения. У кривых приведены линейные частоты изображения k, мм-1 и n мм-1

 

Видно, что для плашки параметр p(z) равен 1,0 по всей высоте зоны проявления, например 1700 мкм. Для штрихового рисунка значение параметра и переменная, составляющая напряженности поля проявления, падают с удалением от фотопроводника и тем быстрее, чем больше частота. При расстоянии больше предельного p(z) = 0 и штриховое изображение передается как плашка (рис. 2.12).

Рис. 2.12. Распределение электрического поля над скрытым электростатическим изображением группы штрихов прямоугольной миры: 1 - конфигурация штрихов миры и распределение потенциала полученного СЭИ; 2 - на поверхности фоторецептора; 3 - на высоте 65 мкм над поверхностью; 4 - на высоте 130 мкм над поверхностью фоторецептора; V - потенциал СЭИ; s - плотность заряда; x, z - пространственные координаты

Если изображение содержит участки с различными частотами (различными по ширине штрихами), то эти участки воспроизводятся по-разному.

Рис. 2.13. Зависимость параметра p(z) от линейной частоты штрихового изображения k при условиях: d = 1700 мкм, ed = 21, L = 60 мкм, es = 6,6, z = 27 мкм

 

На рис. 2.13 показано изменение значения параметра p(z) с частотой штрихового рисунка при фиксированной величине расстояния z. Величина p(z) при больших частотах быстро падает с удалением от фотопроводника. Так, для частоты 10 мм^-1 p(z) = 0 уже при z = 80 мкм. Следовательно, высота зоны проявления - важный параметр при проявлении изображения с узкими штрихами.

Параметр f_k показывает, каким образом на напряженность поля проявления влияют толщина фотопроводника, соотношение величин диэлектрической проницаемости фотопроводника и проявителя и частота зарядового рельефа (ширина штрихов):

Зависимость f_k от частоты k изображена в виде графика на рис. 2.14. При больших частотах величина f_k мало зависит от частоты.

Рис. 2.14. Зависимость параметра fk от линейной частоты k при условиях: L = 60 мкм, d =1700 мкм, ed = 21, es = 6,6, z = 27 мкм

Так как f_k растет с частотой штрихового рисунка, а p(z) падает, то произведение f_k×p(z) проходит через максимум при некоторой линейной частоте k_о (рис. 2.15).

Рис. 2.15. Зависимость произведения fkЧp(z) от линейной частоты k (параметры процесса те же, что в рис. 2.13 и 2.14)

Напряженность электрического поля F_z находится в прямой зависимости от f_kp(z) (формула ), поэтому график зависимости F_z(n) тоже проходит через максимум (рис. 2.16).

Рис. 2.16. Зависимость напряженности электрического поля проявления Fz от линейной частоты группы штрихов k при различной толщине фотопроводникового слоя. Данные получены при условиях: Fz = 15000 В/м, es = 6,6, ed = 21, d = 1700 мкм, z = 27, s = 30, 60 и 120 мкм

Напряженность поля проявления F_z штрихов больше, чем для сплошных участков с частотой, равной нулю. Объясняется это тем, что коэффициент контрастности проявления γ_w > γ₀ и зависит от ширины штриха. При больших частотах напряженность поля сильно падает, так как штриховое изображение начинает проявляться как сплошное (см. рис. 2.12).

Одинаковое воспроизведение штрихов различного размера и плашек затруднительно. Поэтому необходимо уменьшать до минимума высоту проявления z или разбить плашку растром с хорошо воспроизводимой несущей пространственной частотой, что и происходит при лазерной записи изображения в цифровых электрофотографических аппаратах.

2.3.

Кинетика электрофотографического проявления

Рассмотрим кинетику идеального проявления, когда в зоне проявления находится воздушная взвесь заряженных частиц тонера, на которую действуют только силы электрического поля, образуемого скрытым электростатическим изображением (СЭИ) и проявляющим электродом. Поле приводит тонер в движение, и он перемещается вдоль силовых линий поля к СЭИ (рис. 2.17).

Рис. 2.17. Схема проявления положительным тонером отрицательно зараженного скрытого электростатического изображения: 1 - СЭИ; 2 - проявляющий электрод; 3 - тонер; Fz - напряженность поля проявления

Обозначим ток тонера как , где σ t - плотность заряда тонера на поверхности фоторецептора; t - время, прошедшее от начала проявления. Ток тонера определяется напряженностью поля проявления F_z и проводимостью зоны проявления c, возникающей за счет перемещения частиц тонера. Зависимость выглядит так:

Вследствие накопления частиц тонера на фоторецепторе происходит:

нейтрализация СЭИ и уменьшение напряженности поля проявления:

где b₁ - константа нейтрализации;

возрастание оптической плотности проявляемого участка СЭИ:

где b₂ - кроющая способность тонерного изображения.

В результате математических преобразований уравнений

получены уравнения кинетики проявления СЭИ заряженным тонером.

Плотность тонерного заряда на поверхности проявляемого участка СЭИ в любой момент проявления t описывается уравнением

где F_z - напряженность электрического поля в начале проявления.

Из уравнения следует, что

Подставив в выражение для σ_t из имеем выражение для кинетики проявления СЭИ:

Это уравнение кинетики проявления (идеальный случай), из которого можно сделать следующие выводы:

- максимальная оптическая плотность тонерного изображения выражаемая как

зависит от напряженности электрического поля в начале проявления и свойств проявителя: его способности нейтрализовывать заряд (b₁) и кроющей способности (b₂);

- максимальная оптическая плотность достигается через промежуток времени, зависящий от константы b₁ и проводимости c.

Однако опыт эксплуатации быстродействующих копировальных аппаратов свидетельствует о том, что проявление не доходит до насыщения СЭИ заряженными частицами тонера. Его прерывают гораздо раньше, чем происходит нейтрализация заряда СЭИ и достижение максимальной оптической плотности. Для условия t <<1/cb₁ уравнение кинетики проявления упрощается:

Уравнение выполняется для большинства практических случаев.

Подставив в уравнение выражение для напряженности поля проявления , получим уравнение проявления (для идеального случая), выведенное M.Scharfe :

Из выражения следует, что оптическая плотность проявленного изображения обусловлена параметрами поля проявления, электропроводимостью зоны проявления и кроющей способностью тонера. Величина проводимости определяется способом проявления и используемым проявителем.

В реальном проявлении величина α в формуле

может содержать члены, учитывающие факторы проявления, не связанные с электрическим полем.

Далее будет рассмотрено, как протекает процесс проявления в основных способах проявления, используемых в электрофотографической аппаратуре. К их числу относят:

проявление магнитной кистью с использованием двухкомпонентного проявителя (наиболее распространенный способ);

проявление однокомпонентным магнитным проявителем;

жидкостное электрофоретическое проявление;

проявление аэрозолем жидкого проявителя.

 

2.4.

Проявление скрытого электростатического изображения магнитной кистью

В современных электрофотографических копировальных аппаратах широко используется способ двухкомпонентного проявления магнитной кистью. Двухкомпонентный проявитель состоит из ферромагнитных частиц носителя диаметром 100-200 мкм и тонкоизмельченного черного или цветного тонера с размером частиц 5-15 мкм. Тонер и носитель подобраны так, что при их перемешивании происходит трибоэлектризация, вследствие которой они приобретают заряды противоположных знаков. Например, частицы тонера заряжаются отрицательно, а частицы носителя - положительно. Тонер притягивается к частицам носителя, покрывая их поверхность до образования электрически нейтральных частиц проявителя.

Для переноса проявителя в зону проявления применяется магнитный валик, состоящий из магнитного цилиндра (стрежня с постоянными магнитами) и полого немагнитного проявляющего цилиндра, концентрически расположенных. Оба цилиндра вращаются независимо друг от друга, но магнитный цилиндр может быть и неподвижным. Магнитный цилиндр создает магнитное поле, силовые линии которого пронизывают проявляющий цилиндр. Поле намагничивает ферромагнитный носитель, покрытый тонером. Намагниченные частицы притягиваются к поверхности проявляющего цилиндра, образуя вдоль силовых линий цепочки из частиц проявителя, напоминающие щетинки кисти (рис. 2.18).

Рис. 2.18. Магнитная кисть: 1 - магнитный валик; 2 - щетинки кисти; 3 - частица проявителя (носителя, покрытого тонером)

Находящиеся на вращающемся проявляющем цилиндре щетинки магнитной кисти поочередно попадают в электрическое поле зоны проявления, которое возникает между фоторецептором с СЭИ и магнитным валиком, выполняющим функцию проявляющего электрода. Поле отрывает частицы тонера от носителя и переносит их к фоторецептору. Тонер, располагаясь на фоторецепторе в соответствии с зарядовым рельефом СЭИ, образует тонерное изображение.

Частицы носителя остаются на проявляющем цилиндре. Но они уже не являются электрически нейтральными, так как лишились большей части тонера. Имея одинаковый заряд, частицы носителя отталкиваются друг от друга и от проявляющего цилиндра с зарядом той же полярности. Силы отталкивания компенсируют силы магнитного притяжения. Поэтому после выхода из зоны проявления кисть легко снимается с поверхности проявляющего цилиндра. Носитель попадает в бункер, где перемешивается со свежим тонером и вновь подается на магнитный валик. Схема простейшего проявляющего устройства показана на рис. 2.19.

 

Рис. 2.19. Схема проявляющего устройства

 

 

2.4.1.

Двухкомпонентный магнитный проявитель

Двухкомпонентный проявитель состоит из расходующегося на проявление тонера и многократно используемого носителя.

Тонер

Тонер - порошок окрашенного полимера со средним диаметром частиц 5-8 мкм. Выбор полимера и красителя для тонера определяется следующими требованиями:

тонер должен быть термопластичным. В условиях термосилового закрепления изображения (до 200°С) он должен переходить в высокоэластическое состояние, его частицы должны, расплавляясь, сливаться друг с другом и сцепляться с бумагой;

частицы тонера должны иметь заданные контактно-электрические свойства. При трении о носитель частицы тонера должны приобретать заряд определенного знака. Следует учитывать, что знак заряда зависит не только от природы полимера, но и от расположения этого полимера в трибоэлектрическом ряду относительно материала внешней оболочки носителя. Вводимый в полимер краситель может оказывать влияние на трибоэлектрические свойства тонера;

тонер должен иметь необходимые адгезионные свойства по отношению к носителю, фоторецептору и бумаге.

Наиболее часто в двухкомпонентных проявителях применяют тонеры на основе полистирола. Размер частиц тонера 5-15 мкм.

Носитель

Носитель - порошок из ферромагнитного материала с частицами размером 100-200 мкм. Ферромагнитными свойствами, то есть способностью намагничиваться в магнитном поле, обладает целый ряд материалов. В электрофотографии используются в основном железо, сталь (ферромагнетики) и оксиды железа (ферриты). При изобретении способа первое время носителем были железные опилки. Оптимальной формой частиц является шарообразная.

В современных двухкомпонентных проявителях частицы носителя покрывают полимерной оболочкой с заданными трибоэлектрическими свойствами. Выбор полимера зависит от его расположения в трибоэлектрическом ряду относительно материала тонера и требуемого знака заряда тонера. Например, нитроцеллюлозное покрытие позволяет заряжать носитель отрицательно, а тонер на основе полистирола - положительно.

Трибоэлектризация частиц носителя и тонера

При трении некоторых материалов друг о друга на их поверхности возникают заряды противоположного знака. Причина заключается в различии работы выхода электронов из материалов разной природы. Некоторые твердые тела, например металлы, легко теряют электроны и получают положительный заряд. Другие же, наоборот, приобретая электрон, его удерживают и заряжаются отрицательно. Такие материалы характеризуются относительно большой работой выхода электрона. Когда частицы таких «доноров» и «акцепторов» перемешивают, они приобретают разноименные поверхностные заряды, в результате чего более мелкие частицы налипают на более крупные. Такой процесс происходит при смешивании тонера с носителем. Тонер удерживается на носителе адгезионными (ван-дер-ваальсовыми) и кулоновскими силами: f = f_v + f_e.

Для облегчения выбора пар с нужным распределением заряда, материалы расставляют в порядке полярности заряжения, образуя трибоэлектрические ряды. Часто ряды представляют в виде таблиц, где указываются величины работы выхода электрона, удельное сопротивление и диэлектрическая проницаемость веществ. Если ряд начинается донорами и заканчивается акцепторами, то предыдущий материал заряжает отрицательно последующий, приобретая сам положительный заряд. Чем дальше отстоят друг от друга материалы в ряду, тем сильнее выражен трибоэлектрический эффект. В таблице приведен пример трибоэлектрического ряда, в начале которого находятся доноры, а в конце - акцепторы.

Таблица

Электрические свойства полимеров

Полимер	Работа выхода электрона, эВ	Удельное сопротивление, Ом*см	Диэлектрическая проницаемость, отн.ед.
Полиэтиленоксид	3,95	1011	6,0
Нейлон	4,3	4,5*1012	3,9-7,6
Поливинил- ацетат	4,38	1011-1013	5,5
Полиметил- метакрилат	4,68	1015	3,5-4,5
Поликарбонат	4,8	1018	3,17
Полиэтилен	4,90	1015-1018	2,3
Полистирол	4,90	1018	2,6
Поливинил- хлорид	5,13	1017-1018	3-4
Тефлон	5,75	1018	2,1

Следует учитывать, что окрашивание полимера, например введение в полистирол 2-4% (по весу) красителя, может изменить его расположение в трибоэлектрическом ряду. Если к полистиролу добавить 2% жирорастворимого оранжевого красителя, получим такой трибоэлектрический ряд: окрашенный полистирол - этилцеллюлоза - полистирол - краситель жирорастворимый оранжевый. В нем окрашенный полистирол занимает донорный (положительный) конец ряда и является донором электрона для этилцеллюлозы, а полистирол - акцептором электрона от этилцеллюлозы.

Работа выхода электрона и трибоэлектрические свойства твердых частиц зависят не только от материала частиц, но и от чистоты и состояния поверхности.

Свойства двухкомпонентного проявителя в значительной степени обусловлены соотношением концентраций его компонентов. Тонер должен покрывать носитель одним слоем и не более, чтобы «лишний» тонер не осыпался и не загрязнял оборудование. Нижний предел определяется влиянием концентрации тонера на оптическую плотность изображения. Максимальная оптическая плотность достигается при неполном заполнении поверхности носителя тонером, например на четверть. Следует помнить, что чем меньше тонера на носителе, тем сильнее удерживаются частицы на поверхности и тем больше заряд частицы тонера.

Рассчитать количество тонера, необходимое для полного заполнения поверхности носителя монослоем, можно по формуле

где n - отношение масс носителя и тонера:

d_н и d_t - удельные массы носителя и тонера;

R и r - радиусы частиц носителя и тонера.

Заряд тонера Q выражается в кулонах на грамм массы тонера и обычно составляет (3-10)×10^-6 Кл/г.

2.4.2.

Блок проявления магнитной кистью

 

Рис. 2.20. Схема блока проявления: 1 - устройство дозировки тонера; 2 - мешалка; 3 - емкость с проявителем; 4 - магнитный валик; 5 - ракель; 6 - фоторецептор; 7 - тонерное изображение

Блок проявления (рис. 2.20) включает следующие обязательные компоненты:

магнитный валик, выполняющий также функцию проявляющего электрода;

бункер с тонером (тонер-картридж), снабженный дозирующим устройством;

устройство для перемешивания проявителя и подачи его к магнитному валику;

устройство, ограничивающее высоту магнитной кисти;

устройство для снятия отработанного проявителя.

Магнитный валик состоит из концентрически расположенных, автономно вращающихся полого проявляющего цилиндра из немагнитного металла и стержня с постоянным магнитом (рис. 2.21).

Рис. 2.21. Магнитный валик: 1 - магнитный цилиндр (стержень с магнитами); 2 - проявляющий цилиндр

Магнитный цилиндр (стержень с постоянным магнитом) содержит один или несколько постоянных магнитов с последовательным чередованием северного и южного полюсов, с величиной магнитной индукции на поверхности проявляющего цилиндра около 80 мТ. Как правило, проявляющий и магнитный цилиндры вращаются с различными скоростями. Поэтому кисть из частиц проявителя скользит по поверхности проявляющего цилиндра и частицы перемешиваются, чему способствует ребристая поверхность проявляющего цилиндра. Перемешивание увеличивает равномерность подачи тонера к фоторецептору.

Рис. 2.22. Узел магнитной кисли и его элементы: 1 - магнит; 2 - проявляющий цилиндр; 3 - фоторецептор; 4 - нож для срезания магнитной кисти; d - ширина зоны проявления; d - расстояние между фоторецептором и проявляющим цилиндром; a - высота кисти

Узел магнитной кисти (рис. 2.22), осуществляющий поставку тонера в зону проявления, имеет следующие параметры.

Параметры зоны проявления:

давление магнитной кисти на поверхность фоторецептора;

высота, ширина и длина зоны.

Длина зоны l определяется по образующей фоторецептора. От нее зависит длина полоски проявляемого изображения. Ширина зоны σ - это ширина полоски фоторецептора, на которую воздействует кисть. Высота зоны проявления d определяется расстоянием от поверхности фоторецептора до проявляющего электрода, то есть пространством, внутри которого находится поле проявления. Если щетинки магнитной кисти, состоящие из цепочек проявителя, не обладают проводящими свойствами, проявляющим электродом является проявляющий цилиндр. Если щетинки магнитной кисти хотя бы частично обладают проводящими свойствами, то они входят в состав проявляющего электрода и высота зоны проявления уменьшается.

Давление магнитной кисти на фоторецептор определяется соотношением длины щетинок кисти a и зазора между проявляющим цилиндром и фоторецептором d. Величина a может быть меньше или равна величине d. При изменении разности d - a от 2 мм до 0 давление кисти возрастает, а интенсивность процесса проявления проходит через максимум, наступающий при давлении (4,9-9,8)×10^-3 Н/см. Оптимальное расстояние от фоторецептора до кисти обусловлено длиной щетинок (высотой среза кисти a). В коротких щетинках (2-3 мм) проявитель уплотнен, и если они будут касаться фоторецептора - усилится его износ, а также может произойти частичное стирание проявленного изображения. Оптимальная величина d - a находится в диапазоне 250-1000 мкм. Для срезания кисти предназначен ракельный нож, изготовленный из специальной резины (рис. 2.22, позиция 4).

Соотношение линейных скоростей, с которыми движутся поверхности вращающихся проявляющего цилиндра и фоторецептора. Оптическая плотность проявленного изображения зависит от скорости подачи свежего проявителя, богатого тонером, в зону проявления. Так как подающим устройством является проявляющий цилиндр, то интенсивность снабжения свежим проявителем зоны проявления определяется соотношением линейных скоростей движения поверхностей цилиндра и фоторецептора: v_пр/v_ф.

Поверхности проявляющего цилиндра и фоторецептора могут двигаться в одном или в противоположных направлениях. Встречное движение предпочтительно, так как обеспечивает турбулентное движение частиц проявителя в зоне проявления, а это улучшает равномерность проявления. Для обеспечения максимальной эффективности процесса проявления соотношение скоростей v_пр/v_ф должно составлять 3-5.

Абсолютные скорости цилиндров и ширина зоны проявления влияют на быстроту проявления в целом, но не на оптические плотности тонерного изображения.

Напряжение смещения. Магнитный валик служит одновременно проявляющим электродом, на который подается напряжение смещения. Напряженность электрического поля проявления, от которого зависит количество осаждаемого тонера, определяется разностью потенциалов СЭИ и проявляющего электрода, а также высотой зоны проявления d:

Проявляющий электрод выполняет следующие функции в процессе проявления:

выравнивает интенсивность проявления элементов изображения разной ширины, увеличивая нормальную составляющую электрического поля проявления F_z над широкими элементами и сплошными участками;

следит за проявлением фона, делая его чистым, например предотвращая копирование рисунка, просвечивающего с оборота, или пятен, имеющихся на оригинале;

регулирует осаждение тонера на изображение, приспосабливая процесс копирования к разным по оптической плотности оригиналам.

При автоматическом режиме копирования аппарат сам выбирает значение напряжения смещения. Подача порошка в технологическую зону узла проявления периодически регулируется оператором, обслуживающим аппарат, при контроле по результатам воспроизведения тестового рисунка. Пользователь аппарата регулирует подачу тонера, изменяя напряжение смещения.

Очистка проявляющего цилиндра от отработанного тонера. При выходе из зоны проявления проявляющий цилиндр освобождается от отработанного проявителя и покрывается свежим. Частицы носителя. лишенные тонера, заряжены, и знак их заряда совпадает со знаком заряда проявляющего цилиндра. Силы электрического отталкивания частично компенсируют силу магнитного притяжения, и отработанный носитель легко снимается с цилиндра магнитным ножом, затем поступает в бункер, где обогащается свежим тонером, и снова подается на магнитный валик.

2.4.3.

Факторы, влияющие на оптическую плотность изображения, проявленного магнитной кистью. Расчет проявления

Влияние сил, действующих на тонер в зоне проявления

Магнитная кисть с двухкомпонентным проявителем удобна в эксплуатации: нет тонерной пыли, тонер легко переносится и счищается. Однако магнитная кисть требует повышенной пороговой напряженности поля проявления, так как необходимо преодолевать силы адгезии и кулоновского притяжения к частицам носителя. Силу, удерживающую тонер на носителе, можно выразить формулой

где f_v - ван-дер-ваальсова сила;

f_e - сила кулоновского притяжения.

Сила кулоновского притяжения складывается из двух сил:

электрического притяжения к поверхностному заряду носителя:

,

где Q - заряд частицы тонера;

r - ее радиус (представим, что заряд тонера сосредоточен в центре частицы);

притяжения к носителю за счет нескомпенсированного заряда носителя, потерявшего часть тонера:

где (n - 1)Q - нескомпенсированный заряд;

R - радиус носителя, в центре которого условно помещается этот заряд;

n - число частиц тонера, участвующих в проявлении и ушедших с одной частицы носителя;

α и α₁ - константы.

Итак, тонер удерживается на носителе силой, равной

Фоторецептор со скрытым электростатическим изображением на поверхности притягивает и удерживает частицу тонера силами:

электрического поля проявления QF_z;

электростатического взаимодействия частицы тонера с СЭИ на фотопроводнике (Q_p), равной , и ван-дер-ваальсовой силой f_v.

Напряженность электрического поля, при которой силы, действующие на частицу тонера со стороны носителя и фоторецептора, одинаковы, является пороговой, и лишь при ее превышении тонер будет переходить на фоторецептор:

Из формулы

можно выяснить, сколько тонера перейдет с одной частицы носителя на фоторецептор при напряженности поля F_z, решив уравнение

относительно n:

Выражение в квадратных скобках от напряженности поля не зависит. Это постоянная составляющая для данных фоторецептора, носителя и тонера. Она одинакова для всех участков СЭИ. Это константа A. Вычисляется она косвенным путем. Получим

Общее количество тонера m, переходящее с проявляющего цилиндра на данный участок СЭИ, определяется количеством тонера n, переходящего с одной частицы носителя, и числом частиц N носителя, одновременно участвующих в проявлении (m = Nn):

Подставив вместо F_z его выражение получим:

m и n могут быть выражены не только в количестве частиц, но и в единицах поверхностной плотности тонера, осаждаемого на СЭИ, г/м².

Из формулы видно, что m зависит от заряда частицы тонера, ее взаимодействия с носителем (константа α₁) и природы материалов (константа A).

Влияние скорости подачи проявителя в зону проявления

Факторы, влияющие на количество проявителя в зоне проявления, - ширина зоны проявления и соотношение линейных скоростей, с которыми движутся поверхности вращающихся проявляющего цилиндра и фоторецептора v_пр/v_ф. Для удобства представим зону контакта магнитной кисти с фоторецептором шириной δ в виде щели той же ширины. Мимо щели проходят с линейными скоростями v_ф и v_пр фоторецептор и проявляющий цилиндр. Пусть щетинки кисти расположены вплотную друг к другу. В этом случае в каждый момент времени по ширине δ размещается δ/2R частиц носителя, покрытого тонером, так как R >> r. Схема дана на рис. 2.23.

Рис. 2.23. К расчету скорости подачи проявителя в зону проявления: 1 - фоторецептор; 2 - проявляющий цилиндр; 3 - зона воздействия магнитной кисти; d - ширина зоны проявления

Рассмотрим случай самой интенсивной подачи проявителя при движении проявляющего цилиндра навстречу фоторецептору, причем v_пр > v_ф. Отметим на участке фоторецептора, подошедшем к щели, точку x₀ (рис. 2.23,б). При скорости v_ф точка x₀ пройдет зону проявления за время t, равное δ/v_ф. За это же время точка x₁ на проявляющем цилиндре, находившаяся в начале процесса у входа в зону, преодолеет путь v_пр×δ/v_ф, доставив в зону

частиц проявителя. Подставив в формулу выражение для N, получим

или

Оптическая плотность тонерного изображения связана с количеством тонера уравнением

,

где b₂ - кроющая способность проявителя.

Если оптическая плотность измеряется на оттиске, то следует учитывать коэффициент переноса тонерного изображения на бумагу, равный 0,7-0,8. В этом случае

Величина b₂ зависит не только от числа частиц тонера, но и от относительной площади, занимаемой ими. Связь относительной площади с количеством частиц имеет вероятностное выражение из-за случайного расположения частиц. Кроме того, плотность D определяется оптической плотностью частиц тонера и рассеянием света. Если плотность измеряется на копии, то в соответствии с следует учитывать коэффициент переноса К_пер.

Выражение для оптической плотности электрофотографического изображения, полученное с использование формулы Юла - Нилсена

где s - относительная площадь поверхности, занятая тонером;

D_t - оптическая плотность частиц тонера;

b - показатель Юла-Нилсена,

выглядит следующим образом:

где m - количество тонера на единице площади;

α - площадь проекции частицы.

Из выражения видно, что D не имеет простой пропорциональной зависимости от m.

Выражение можно упростить для малых оптических плотностей D < 1,0:

Приняв значение показателя b равным 2 (наиболее вероятный случай), имеем:

Из уравнений и можно вывести уравнение проявления магнитной кистью. Это упрощенное уравнение для невысоких оптических плотностей. Тем не менее расчеты по нему возможны только на ЭВМ с использованием специальной техники, так как некоторые параметры, например размеры частиц, являются случайными величинами, характеризуемыми плотностью вероятности распределения с заданными средними величинами и среднеквадратичными отклонениями.

Однако уравнение проявления позволяет наглядно представить факторы, влияющие на результат проявления, и характер этого влияния. Полный вывод формулы и методика расчета по ней приведена в книге M. Scharfe.

Рассмотрим формулу проявления с указанных выше позиций:

где I-b₂ - коэффициент, устанавливающий связь между оптической плотностью и массой осажденного на участок тонера: Значения входящих в формулу параметров см. , показатель Юла - Нилсена равен 2;

II - показывает влияние параметров узла магнитной кисти ;

III - показывает влияние свойств тонера и носителя и ;

IV - показывает влияние параметров электрического поля проявления, где

при условии, что описывается проявление в центре штрихового элемента изображения, где cosky равен 1,0. В других участках

V - A - постоянная, зависящая от соотношения сил притяжения тонера к частицам носителя и к фоторецептору .

Сопоставив уравнение с уравнением , видим, что

где

Выражения (3.30)-(3.32) сложны и требуют специальной техники расчета. Однако их можно разделить на блоки и исследовать влияние каждого из блоков (электрического поля, проявителя, проявляющего устройства) на параметры тонерного изображения и оптическую плотность копии. Если плотность изображения оценивается на копии, следует учитывать коэффициент переноса К_пер.

2.5.

Жидкостное проявление

Жидкие проявители представляют собой коллоидные системы, где роль коллоидных частиц выполняет тонер, а носителем, в котором распределен тонер, служит неполярная диэлектрическая жидкость. В электрическом поле проявления частицы пигмента, составляющие основу тонера, приобретают электрический заряд и притягиваются к скрытому электростатическому изображению (СЭИ), проявляя его.

Жидкостное проявление бывает двух видов:

проявление с использованием электрофореза;

аэрозольное проявление, основанное на разбрызгивании жидкого проявителя в электрическом поле проявления.

Достоинство обоих способов жидкостного проявления - высокая разрешающая способность процесса (до 200 мм^-1 и даже более). Недостаток - испарение жидкого носителя, что представляет экологическую проблему при больших объемах работы. Специфика жидких проявителей делает их пригодными для микрографии на электрофотографических материалах. Системы с аэрозольным проявлением использованы в некоторых цифровых печатных машинах.

2.5.1.

Электрофоретическое проявление.

Сущность электрофоретического проявления

Если в электрическое поле, образованное СЭИ на электрофотографическом материале и проявляющим электродом, поместить диэлектрическую жидкость с диспергированными в ней коллоидными частицами пигмента, то будет происходить миграция частиц пигмента к одному из электродов. Этим электродом служит электрофотографический материал, состоящий из фотопроводника и заземленного проводящего слоя (например, металлизированной пленки) со скрытым электростатическим изображением на его поверхности. Проводящие свойства жидкого проявителя вызваны образованием заряженных частиц, а процесс их миграции и осаждения на электрофотографическом материале основан на явлении электрофореза.

Рассмотрим механизм электрофоретического проявления. Частицы пигмента в проявителе существуют в виде мицелл (рис. 2.24).

Рис. 2.24. Строение мицеллы проявителя: В - ядро (частица пигмента); А - внутренняя часть диффузного слоя; С - внешняя часть диффузного слоя

В центре мицеллы находится ядро. Это частица пигмента, заряженная отрицательно или положительно вследствие ухода с ее поверхности в жидкость носителей заряда. Знак заряда зависит от различия работы выхода электрона из частицы и среды. Если эта работа меньше у частицы, то она заряжается положительно. Вторая причина появления заряда на поверхности - адсорбция ионов из окружающей среды.

Вокруг ядра располагается диффузный слой противоионов (ионов с противоположным знаком заряда). Противоионы у поверхности соединены с частицей довольно прочно, образуя с зарядами частицы плотную (постоянную) часть двойного электрического слоя. По мере удаления от ядра концентрация противоионов падает, их преобладание над ионами, имеющими одинаковый с ядром знак заряда, становится все менее заметным и на некотором расстоянии от ядра достигается электронейтральность. Слой противоионов, окружающий ядро, называют диффузным. Если внутренняя часть диффузного слоя связана с ядром прочно, то внешняя - нет. Ее ионы обмениваются со средой, а под действием электрического поля они отрываются от мицеллы, причем толщина оторвавшегося слоя зависит от напряженности поля (рис. 2.25). В результате мицелла превращается из электронейтральной в заряженную, причем знак заряда одинаков со знаком заряда ядра. Потенциал заряженной частицы относительно среды называется электрокинетическим потенциалом или ζ-потенциалом (дзета-потенциалом).

Рис. 2.25. Влияние напряженности электрического поля на величину z-потенциала и радиус r2 заряженной частицы: z-потенциал заряженной частицы относительно среды: j 0-потенциал ядра относительно среды: r3 - радиус мицеллы до наложения электрического поля; F1 и F2 - величины напряженности электрического поля (F2 > F1)

Заряженная частица пигмента движется к электрофотографическому слою, имеющему на поверхности СЭИ с противоположным знаком заряда, а оторванные полем противоионы - к проявляющему электроду (рис. 2.26).

Рис. 2.26. Схема электрофореза

 

Рис. 2.27. Устройство покадрового проявления микроизображений: 1 - электрофотографический материал; 2 - зона проявления; 3 - трубка подачи проявителя; 4 - канал поступления воздуха; 5 - проявляющий электрод; 6 - корпус камеры проявления; 7 - канал отсоса; 8 - камера проявления; 9 - герметизирующая рамка

 

На рис. 2.27 показан пример устройства покадрового жидкостного проявления микроизображений, где проявитель подается в камеру проявления 8, а электрофоретический процесс проявления происходит в электрическом поле, созданном электрофотоматериалом 1 с СЭИ на поверхности 2 и проявляющим электродом.

Жидкий проявитель

Жидкий проявитель получают растворением тонера в жидком носителе. Тонер сохраняется в течение полугода, а готовый проявитель - в течение нескольких дней. Поэтому тонер и носитель поставляются в отдельных емкостях и смешиваются непосредственно перед началом работы.

Тонер жидкого проявителя - вязкая паста, имеющая консистенцию печатной краски. Он включает частицы пигмента, составляющие его основу, связующее, добавки, улучшающие зарядку частиц, и добавки, улучшающие перетир при смешивании ингредиентов и агрегативную устойчивость готового проявителя.

Частицы пигмента могут быть очень маленькими, так как жидкий носитель предотвращает образование пылевых облаков. Их средний размер не превышает 3-5 мкм и иногда даже доли микрометра, как в печатных красках. В жидких тонерах применяют сажу и органические пигменты соответствующих цветов. Основное свойство пигментов, пригодных для тонеров, - способность образовывать частицы с поверхностным зарядом нужного знака.

Кроме того, к пигментам предъявляются такие же требования, как и к пигментам печатных красок: высокая дисперсность, хорошее смачивание дисперсионной средой, насыщенность цвета, яркость, а для черного пигмента - кроющая способность.

В качестве связующего используют традиционные связующие печатных красок (олифу 3041, полидиен марки Б), а также другие полимеры с невысокой молекулярной массой, образующие с пигментом высоковязкие пасты. Связующее должно хорошо совмещаться с носителем (растворяться в нем), а пленки, формирующие изображение, должны легко затвердевать.

В тонеры вводят поверхностно-активные вещества (ПАВ), улучшающие диспергирование частиц пигмента при перетире и повышающие агрегативную устойчивость проявителя. Пример весового соотношения - связующее: пигмент: ПАВ = 3:1:0,001.

Носитель. Функция носителя заключается в доставке заряженных частиц пигмента к электрофотографическому материалу. Выполнив эту функцию, носитель испаряется из красочного слоя.

Носитель должен:

представлять собой неполярную жидкость с высоким удельным сопротивлением (ρ × 10¹² Ом×см) и низкой диэлектрической проницаемостью (ε не более 2,5). Частицы пигмента приобретают в носителе положительный или отрицательный заряд;

растворять связующее тонера;

иметь высокую летучесть.

Этим требованиям соответствуют уайт-спирит, гептан, циклогексан, четыреххлористый углерод, перхлорэтилен и некоторые хладоны (фреоны). Однако у каждого из них есть серьезные недостатки, ограничивающие применение. Уайт-спирит, гептан, циклогексан огнеопасны. Хлорпроизводные токсичны - их нельзя использовать в производственных условиях.

Наиболее удобны из перечисленных растворителей хладоны, например хладон-113 (CF₂Cl-CFCl₂). Его параметры: ρ = 2,2× 10¹³ Ом×см, ε = 2,41, относительная летучесть (по отношению к этиловому эфиру) 1,0, ПДК = 0,8 мг/л, негорюч. Недостаток - низкая температура кипения (47,6°С), и, кроме того, он имеет ограниченную растворяющую способность. Поэтому в качестве носителя часто применяют фирменные составы.

Электрокинетические свойства жидких проявителей такие (определены при напряженности электрического поля - 1 кВ/см, носитель - хладон - 113):

средний радиус частиц - 0,1-0,2 мкм;

концентрация частиц - около 150 см^-3 (повышенная концентрация частиц пигмента может быть достигнута при добавлении в тонер ПАВ);

удельный заряд тонера - 0,3-1,0 Кл/кг;

средняя поверхностная плотность заряда на частице - 1-3 Кл/см²;

средний заряд частицы - (5-14)×10^-18 Кл;

ζ-потенциал - 0,02-0,3 В;

отношение зарядов. переносимых частицами пигмента и противоионами, - до 10;

подвижность частиц - (3-6)×10^-9м²/(В×с).

2.5.2.

Факторы, влияющие на оптическую плотность проявленного изображения. Расчет проявления

Электрическое поле участвует в формировании заряженной частицы пигмента, срывая с оболочки мицеллы часть ее противоионов. От напряженности поля зависят электрокинетический потенциал (заряд частицы) и подвижность частицы. С ростом напряженности уменьшается радиус частицы, но увеличиваются ее подвижность и ζ-потенциал. Проявление ускоряется, но получаемые оптические плотности изображения уменьшаются. Происходит это потому, что частицы, имеющие больший заряд (и потенциал), быстрее компенсируют заряд СЭИ. Количество удерживаемого СЭИ пигмента падает, и уменьшается оптическая плотность проявляемого изображения.

Расчет проявления

Исходные формулы для вывода уравнения жидкостного электрофоретического проявления:

уравнения кинетики проявления , ;

уравнение электрического поля проявления ;

уравнение, связывающее оптическую плотность изображения с поверхностной концентрацией тонера

Оптическая плотность участка изображения зависит от количества осевшего на СЭИ тонерного пигмента. Это количество, оцениваемое поверхностной плотностью тонерного слоя n_t, зависит от плотности потока тонера к СЭИ и времени проявления.

Ток тонера в электрическом поле проявления вычисляется по формуле:

где - ток тонера, оцениваемый по скорости нейтрализации поверхностного заряда на участке СЭИ;

с - электропроводность, складывающаяся из электропроводности за счет тока тонера c_t и собственной ионной проводимости среды (носителя) c_e:

Электроводность, определяемая током тонера, связана с плотностью оседающего на СЭИ тонера, n_t, г/м³, удельным зарядом тонера q_t, Кл/г, и электрофоретической подвижностью μ_t, м²/(В×с):

Оптическая плотность изображения возрастает, согласно формуле , пропорционально току тонера. Выясним, какие факторы влияют на ток тонера, то есть на кинетику осаждения тонерных частиц на СЭИ.

Движущей силой для тонера является напряженность поля проявления, точнее, ее нормальная составляющая F_z. Уравнение для F_z приведено в и выглядит следующим образом:

.

При проявлении жидким проявителем высоту зоны проявления z можно принять равной нулю, так как проявитель находится в контакте с электрофотографическим материалом. Поэтому p(z) = 1 и

где

Электрическое поле для синусоидального штрихового СЭИ (рис. 2.28)

Рис. 2.28. Электрическое поле скрытого электростатического изображения синусоидального штрихового рисунка: s0 - средняя поверхностная плотность заряда; sk и -sk - отклонение поверхностной плотности заряда от средней величины в центрах штриха и пробела

можно записать так:

В точках максимумов синусоида cosky = ± 1,0. Так как потенциал СЭИ связан с поверхностной плотностью заряда СЭИ формулой:

то для центра штриха справедливо выражение

а для середины пробела (фона)

.

Отсюда, электростатический контраст ΔV_c составляет:

Подставив выражения для потенциалов СЭИ в уравнение поля проявления получим уравнение

Уравнение поля проявления можно разделить на две части - постоянную и частотную:

Представим случай проявления, когда не успевает пройти заметная нейтрализация СЭИ и электропроводность диэлектрического носителя невелика, то есть c_e  0 (случай близкий к реальному проявлению). Тогда можно записать выражения:

Заменив плотности зарядов потенциалами, получим:

где

и

где b₂ - кроющая способность тонерного изображения.

Из приведенных выражений выводятся формулы для коэффициентов контрастности проявления γ₀ и γ_w:

При длительном времени проявления принятых выше допущений делать нельзя и формула для поверхностной плотности осажденного тонерного изображения выглядит так:

,

где

Из выражения следует, что:

максимальная оптическая плотность снижается за счет электропроводности носителя, ток ионов которого, устремляющийся к проявляющему электроду, замедляет осаждение частиц тонера. Это уменьшение определяется выражением

Электрофоретическое торможение для общего случая выражается формулой

где 2/3 - снижение подвижности;

η - вязкость.

Поэтому носитель должен иметь низкую электропроводность, то есть высокое удельное сопротивление (10¹²-10¹³ Ом×см), и быть диэлектрической жидкостью;

увеличение концентрации тонера на СЭИ со временем имеет экспоненциальный характер.

2.5.3.

Проявление аэрозолем жидкого проявителя

Примером аэрозольного проявления служит процесс, используемый в технологии «Electronik» фирмы Indigo. Проявитель изготавливается из жидкого тонера (электрокраски) и жидкого носителя, смешиваемых перед употреблением, и распыляется в зоне проявления между фоторецептором и проявляющим цилиндром. Электрокраска находится в зоне проявления в виде аэрозольного облака из отрицательно заряженных частиц. На поверхности фоторецептора - штриховое или микроштриховое (растровое) СЭИ, у которого потенциал в участках штрихов равен -100 В, а в пробелах -800 В. Потенциал проявляющего цилиндра составляет -400 В. Отрицательно заряженная электрокраска притягивается к поверхностям с меньшими абсолютными величинами потенциалов. На участках изображения краска оседает на фоторецепторе, а на пробелах ее частицы отталкиваются от фоторецептора и вдоль силовых линий поля проявления летят к проявляющему цилиндру. С проявляющего цилиндра краска счищается и направляется обратно в красочный резервуар. Полученное на фоторецепторе изображение контактирует с офсетным цилиндром, покрытым специальной электропроводящей резиной. Потенциал резинового полотна более положительный, чем на фоторецепторе, и электрическое поле способствует переносу краски с фоторецептора на офсетный цилиндр. Резина обладает весьма малой адгезионной способностью по отношению к электрокраске, и та держится на ее поверхности только за счет электрического притяжения. Металлический цилиндр, обтянутый резиновым полотном, нагрет до 140°С. Из краски испаряется остаток растворителя. Она размягчается и теряет заряд, поэтому легко переходит на бумагу, где заканчивается ее затвердевание. Бумага закрепляется на печатном цилиндре. Полноцветное изображение получается за 4 оборота фоторецептора, на каждом из которых формируется однокрасочный слой.

2.6.

Однокомпонентное сухое проявление

В однокомпонентном сухом проявителе содержатся частицы тонера без жидкого или твердого носителя. В зоне проявления частицы тонера образуют аэрозоль. Они заряжаются трибоэлектризацией либо другим путем и поэтому перемещаются к фоторецептору под действием электрических сил поля, возникающего между фоторецептором и проявляющим электродом. Охарактеризуем методы однокомпонентного проявления.

2.6.1.

Метод пылевого облака

В 70-80-х годах, когда электрофотография только начала развиваться, метод пылевого облака использовали для воспроизведения тоновых изображений в аналоговых копировальных аппаратах.

Облако образовывалось в зоне проявления вдуванием аэрозоля порошка через систему трубок диаметром 3-5 мм. От ударов частиц тонера о стенки трубок происходила трибоэлектризация тонера. Знак заряда, передаваемого тонеру, зависел от материала трубок. Металлические трубки сообщали частицам отрицательный заряд, а керамические - положительный. Облако продувалось в узкое (доли миллиметра) пространство между проявляющим электродом и фоторецептором. Проявляющий электрод электрически соединялся с подложкой фоторецептора. Поэтому он приобретал потенциал, одинаковый с подложкой и противоположный по знаку СЭИ. Возникало поле проявления. Частицы проявителя перемещались в поле в соответствии с полученными им зарядами. Частицы, заряженные отрицательно (их большинство), притягивались к положительно заряженному фоторецептору и участвовали в проявлении. Положительно зарядившиеся частицы притягивались к проявляющему электроду, а незаряженные и поэтому не участвующие в проявлении. частицы уносились из зоны проявления потоком воздуха. На проявляющий электрод может быть подано напряжение смещения.

Рис. 2.29. Устройство проявления пылевым облаком

Другой вариант устройства, работающего по принципу пылевого облака, представлен на рис. 2.29. Порошок тонера, находящийся в камере, приводится в движение вентилятором 1. Происходит трибоэлектризация его частиц трением друг о друга с получением ими зарядов разных знаков. По пути к фоторецептору 3 порошок попадает на сетку 2. На сетку подается напряжение смещения того же знака, что у СЭИ, но меньшее по величине. Частицы тонера не проходят через сетку, если они нейтральны или имеют тот же знак заряда, что у сетки. Частицы с противоположным знаком заряда проникают через сетку и движутся к фоторецептору под действием электрического поля, возникающего между сеткой и СЭИ.

Серьезный недостаток, препятствующий использованию метода пылевого облака, - проникновение пыли за пределы проявляющей камеры и загрязнение аппарата.

Однокомпонентное проявление снова стало применяться при появлении однокомпонентных магнитных проявителей.

2.6.2.

Проявление однокомпонентным магнитным проявителем

Более удобен в практическом отношении способ однокомпонентного проявления, когда тонер перемещается в проявляющем устройстве магнитными силами. Для этого способа используют тонеры, обладающие ферромагнитными свойствами. Они состоят из субмикронных частиц ферромагнетика в полимере, например в полистироле. Ферромагнетик может составлять ядро частиц или быть распределенным в них в виде вкраплений. Размеры частиц не более 15 мкм. Ферромагнитный тонер бывает проводящим или непроводящим, однако в косвенных методах (в электрофотографических копировальных аппаратах и лазерных принтерах) используется непроводящий тонер, обладающий свойствами феррита. Ферриты имеют высокое сопротивление, быстро намагничиваются и размагничиваются. Тонерные частицы способны к контактной электризации (трибоэлектризации). Свойства магнитных тонеров позволяют реализовать их доставку в зону проявления магнитными силами, а перенос к фоторецептору и осаждение на СЭИ - с помощью электрического поля. Удаление остаточного тонера с поверхности фоторецептора также осуществляется с помощью магнитных устройств.

Однокомпонентные магнитные проявители сочетают в удобство магнитной кисти и простоту проявочного устройства. В отличие от двухкомпонентного проявления здесь не надо дозировать тонер и перемешивать его с носителем.

Проявочное устройство

Для переноса проявителя в зону проявления служат магнитные валики. Они состоят из концентрически расположенных вращающегося полого немагнитного цилиндра, на поверхности которого формируется магнитная кисть, и находящегося внутри многополюсного цилиндрического магнита, поле которого создает магнитную кисть (рис. 2.30).

Рис. 2.30. Схема проявляющего устройства для однокомпонентного магнитного проявителя: 1 - бункер с тонером; 2 - тонер; 3 - дозирующее устройство; 4 - магнитная кисть; 5 - магнит; 6 - фоторецептор; 7 - проявляющий цилиндр

Так как магнитный цилиндр неподвижен или вращается навстречу проявляющему цилиндру, магнитная кисть перемещается по поверхности проявляющего цилиндра, что повышает равномерность проявления.

Зарядку частиц проявителя проводят трением о резиновый ракель, регулирующий подачу тонера. Возможна также зарядка специальным электродом или в коронном разряде.

Так как высота зоны проявления много больше длины щетинок магнитной кисти, для переноса тонера к СЭИ используют переменное электрическое поле высокой напряженности и частоты. Чтобы обеспечить чистоту пробелов, колебание потенциала проявляющего электрода происходит относительно некоторой постоянной величины, представляющей потенциал смещения (рис. 2.31).

Рис. 2.31. Электрическое напряжение, подаваемое на проявляющий цилиндр при проявлении однокомпонентным магнитным проявителем

 

Проявитель совершает сложное движение в зоне проявления («прыгает»), при этом на участках изображения он преимущественно движется к фоторецептору и захватывается им, а на пробелах он на фоторецепторе не оседает. Частота колебаний ≥ 400 Гц.

Такой «прыгающий» проявитель - в черно-белых копировальных аппаратах и лазерных принтерах фирмы Canon. Схема процесса дана на рис. 2.32.

Рис. 2.32. Схема проявляющего устройства с однокомпонентным проявителем в электрофотографическом печатающем устройстве фирмы Canon

Однокомпонентный проявитель, состоящий из полистирола (60%), магнетита (35%), красителя и ПАВ (5%) с размерами частиц около 8 мкм загружается в бункер и подается к магнитному валику, представляющему втулку из нержавеющей стали, внутри которой установлен неподвижный магнит с шестью полюсами. Недалеко от входа в зону проявления расположен магнитный ракель (отсекатель) 1, выполняющий две функции: перемешивание проявителя, в процессе чего происходит трибоэлектризация частиц, и ограничивание толщины слоя проявителя на валике. В зону проявления попадает равномерный слой толщиной около 25 мкм. Здесь за счет переменного поля, создаваемого источником переменного напряжения 4 и постоянной составляющей, поддерживаемой источником 3, проявитель совершает колебательные движения между поверхностью проявляющего цилиндра 2 и фоторецептором 5. Характеристики поля: ± 1000 В, 400 Гц (переменная составляющая) и 200 В (постоянная составляющая - напряжение смещения).

Уравнение проявления

Если принять, что при однокомпонентном проявлении в зоне проявления существует порошковое облако, обеспечивающее число заряженных частиц проявителя n с зарядом q и подвижностью частиц μ, то аналогично расчету. приведенному в разделе 2.5, получим поверхностную плотность заряда тонера, осевшего на СЭИ за время t:

где ε_s - диэлектрическая проницаемость фоторецептора;

L - толщина фоторецептора;

F_k(t = 0) и F₀(t = 0) - напряженности переменной и постоянной составляющих электрического поля проявления в начальный момент времени;

f_k и f₀ - параметры поля проявления - формула ;

t - время, прошедшее с начала проявления.

Для короткого времени проявления:

где b₂ - кроющая способность тонерного изображения, выражаемая при небольших плотностях формулой , а выражение в квадратных скобках - напряженность электрического поля проявления .

В случае магнитного проявителя процесс осложняется тем, что электрическое поле - переменное, количество тонера n пропорционально скорости его доставки в зону проявления, которая, в свою очередь, пропорциональна отношению скоростей движения поверхностей проявляющего цилиндра и фоторецептора v_пр/v_ф и появляется константа B, отражающая притяжение тонера к магнитному валику.

2.7.

Обращенное проявление

В описанных выше способах проявления (раздел 2.4, раздел 2.5, раздел 2.6) частицы тонера, осаждаемого на скрытое электростатическое изображение, имели заряд, противоположный по знаку СЭИ. Поэтому тонер осаждался на участках изображения и чем меньше света получал участок изображения при экспонировании, тем больше осаждалось на нем тонера. В результате такого проявления получается изображение, позитивное по отношению к СЭИ и к оригиналу.

Однако на позитивном СЭИ можно получить негативное тонерное изображение, если на проявляющий электрод подать потенциал смещения, равный максимальному потенциалу СЭИ, и проявление проводить тонером того же знака. В этом случае тонер отталкивается от проявляющего электрода и по силовым линиям электрического поля устремляется к СЭИ. Напряженность электрического поля максимальна в пробельных участках СЭИ:

В участках, соответствующих максимальному заряду СЭИ, напряженность электрического поля равна нулю. Это пробельные участки получаемого видимого изображения. Чтобы на них тонер не осаждался вообще, потенциал смещения должен быть немного меньше максимального потенциала СЭИ. Осажденный на фоторецепторе тонер удерживается на нем за счет зарядов противоположного знака, индуцируемых в заземленной подложке.

Такое проявление называют обращенным или негативным. Как правило, сочетают получение негативного СЭИ с обращенным проявлением. В современных копировальных аппаратах аналогового типа используют только позитивное проявление, а в цифровых копировальных аппаратах, особенно цветных, - оба типа проявления. Обращенное проявление используют в цифровых печатных машинах.

 

Разберемся, в чем преимущества обращенного проявления при лазерной записи (цифровые аппараты). Лазерная запись производится построчно. В результате на участках фона остаются узкие полоски не полностью разряженного фоторецептора. Эти следы растровой структуры при позитивном проявлении ухудшают качество изображения, особенно цветного. В обращенном проявлении тонер осаждается на разряженные участки, образуя элементы изображения, на качество которых слабые следы растровой структуры практически не влияют. На фоне проявленного изображения лазерная запись не производится (лазер выключен) и поэтому следов растровой структуры нет.

Влияние размеров элементов изображения и высоты зоны проявления на качество изображения

Осаждение тонера на участки СЭИ зависит от напряженности электрического поля проявления в различных точках зоны проявления. Для наглядного представления о влиянии поля на осаждение тонера и точность воспроизведения элементов изображения А.Закарявичусом и Э.Сувейздисом введено понятие «нулевой линии». Это геометрическое место точек в зоне проявления, где нормальная составляющая электрического поля равна нулю. Частицы тонера, находящиеся по одну сторону от нулевой линии (ближе к фоторецептору), осаждаются на нем и проявляют СЭИ. Частицы, находящиеся по другую сторону (ближе к проявляющему электроду), на СЭИ не осаждаются и остаются неиспользованными.

Формы нулевой линии, полученные указанными авторами для разряженной полоски шириной 20 мкм при различных величинах потенциала смещения и расстояниях от фоторецептора до проявляющего электрода. Потенциал не разряженных при экспонировании участков изображения равен 300 В. Проявление - обращенное. Напряженность поля возрастает с уменьшением расстояния между электродами и достигает максимального значения при высоте зоны проявления 10 мкм.

Оптимальные результаты (минимальное искажение размера штриха) достигнуты при высоте зоны проявления 10 мкм и потенциале смещения 250 В. Если потенциалы смещения превышают потенциал СЭИ штриха, то тонер начинает осаждаться на заряженных участках фоторецептора, которые на готовом изображении должны стать пробелами.

При высоте зоны проявления около 100 мкм изображение искажается, а при высоте 1000 мкм тонер, находящийся от фоторецептора на расстоянии более 500 мкм, в проявлении участия не принимает. При высоте проявления менее 500 мкм тонер осаждаться будет, но искажение размеров штрихов достигает такой степени, что штриховая (например, растровая) структура изображения исчезает (см. рис. 2.12).

Рис. 2.12. Распределение электрического поля над скрытым электростатическим изображением группы штрихов прямоугольной миры: 1 - конфигурация штрихов миры и распределение потенциала полученного СЭИ; 2 - на поверхности фоторецептора; 3 - на высоте 65 мкм над поверхностью; 4 - на высоте 130 мкм над поверхностью фоторецептора; V - потенциал СЭИ; s - плотность заряда; x, z - пространственные координаты

3.

Перенос тонерного изображения. Получение копии.

Перенос тонерного изображения с фоторецептора на приемную подложку (бумагу или пленку) включает две стадии: непосредственно перенос и закрепление изображения.

3.1.

Перенос изображения

Изображение составляет с СЭИ двойной электрический слой. Поэтому тонерное изображение можно «оторвать» от СЭИ, приложив силу, превышающую силу электростатического притяжения частиц тонера к СЭИ.

Чтобы перенести тонерное изображение на бумагу, ее приводят в контакт с фоторецептором и создают в зоне контакта электрическое поле, перемещающее тонерное изображение на бумагу.

Для этого оборотной стороне бумаги сообщают потенциал, знак которого противоположен знаку заряда тонера, а по величине больший максимального потенциала скрытого электростатического изображения. Это можно сделать такими способами.

Прижать бумагу (или другую приемную подложку) к фоторецептору электродом и подать на него потенциал нужной величины. Роль электрода выполняет эластичный электропроводящий валик. Таким способом можно воспользоваться при переносе тонерного изображения на алюминиевую фольгу при изготовлении офсетных печатных форм косвенным электрофотографическим методом. Фольгу прикатывают к фоторецептору валиком и подают на нее напряжение переноса 300-350 В. По окончании переноса проводят разрядку фольги, соединив ее с заземленной подложкой фоторецептора.

Зарядить оборот бумаги (или другой диэлектрической подложки, например пленки) с помощью коротрона переноса. Именно этот способ применяют в современных копировальных аппаратах для переноса изображения на бумагу и другие материалы. Схема процесса показана на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Перенос тонерного изображения на бумагу с помощью коротрона переноса: 1 - фоторецептор; 2 - бумага; 3 - коротрон переноса; 4 - копия (тонерное изображение на бумаге); 5 - высоковольтный источник питания

 

Напряженность электрического поля в зоне переноса обратно пропорциональна расстоянию между заряженными поверхностями:

Поэтому бумага должна быть прижата к фоторецептору. Прижим осуществляется электростатическими силами, действующими между заряженной бумагой и подложкой фоторецептора. Так как подложка заземлена, при нанесении заряда на бумагу в подложке индуцируется дополнительный заряд противоположного знака.

На бумагу переносится не весь тонер, часть его удерживается заряженной поверхностью фоторецептора. Эффективность переноса оценивается коэффициентом переноса

где m₀ - масса тонера на единице поверхности фоторецептора до переноса;

m₁ - масса тонера на единице поверхности фоторецептора, оставшегося после переноса.

Другими словами, коэффициент переноса равен доле перенесенного тонера.

Обычным для копировальной аппаратуры является коэффициент переноса 0,7-0,8. Переносится 70-80% тонера, а 20-30% составляют остаточное изображение, которое удаляется в блоке очистки фоторецептора. От коэффициента переноса зависят оптические плотности и качество изображения. Определяется он силами электростатического притяжения частиц тонера к фоторецептору, взаимодействием частиц между собой и напряженностью поля между бумагой и фоторецептором. На него влияют также толщина бумаги и ее электропроводность.

При зарядке бумаги коронным разрядом оседающие на ее поверхность электрические заряды частично проходят через бумагу. Если плотность тока утечки заряда велика, бумагу не удается за короткое время переноса зарядить до высокого потенциала. Поэтому бумага должна иметь высокое объемное сопротивление и достаточную толщину. Объемное сопротивление составляет 10⁹-5×10¹⁰ Ом×м.

Фирмы, выпускающие электрофотографические копировальные аппараты, как правило, рекомендуют, какую бумагу использовать. Недопустимо применение бумаги с высокой влажностью, так как у нее понижено удельное объемное сопротивление. На электрические свойства бумаги влияет также ее удельное поверхностное сопротивление, повышение которого может компенсировать недостаточное удельное объемное сопротивление. Поэтому, высушив бумагу с поверхности, например нагревом, можно повысить коэффициент переноса.

Повышение потенциала переноса увеличивает коэффициент переноса только до определенного предела (около 900 В), после чего начинаются проблемы: возникают разряды в зазоре между бумагой и фоторецептором и перезарядка частиц тонера на знак, одинаковый с зарядом бумаги. При большой влажности воздуха и бумаги величина предельного потенциала понижается.

Для увеличения коэффициента переноса рекомендуется провести ослабление связи тонера с фоторецептором. Для этого необходимо уменьшить заряд СЭИ, удерживающий тонер. Такая операция называется предварительным переносом. Предварительный перенос можно выполнять двумя способами.

Дозированная равномерная засветка фоторецептора. Если перед переносом произвести равномерную засветку изображения, часть зарядов СЭИ нейтрализуется и связь тонерного изображения с фоторецептором уменьшится. Коэффициент переноса увеличится.

Воздействие на проявленное изображение коронным разрядом. Если перед переносом фоторецептор с проявленным изображением подвергнуть воздействию коронного разряда той же полярности, что у тонера, заряд СЭИ уменьшится, а частицы тонера приобретут дополнительный заряд, в том числе зарядятся нейтральные частицы. Коэффициент переноса возрастает. Чтобы избежать появления тонера на участках фона, для предварительного переноса нужно использовать коротрон, на который подается переменное напряжение.

После того как процесс переноса произошел, на обороте бумаги остается заряд, из-за чего продолжают действовать силы электростатического притяжения между бумагой и подложкой фоторецептора. Чтобы бумага «не застревала» в аппарате, предусмотрены электрические и механические устройства отделения.

Рис. 3.2. Отделение копии от фоторецептора с помощью коротрона отделения

 

Электрическим устройством является коротрон отделения. Он расположен сразу же за коротроном переноса (рис. 3.2). На коротрон отделения подают потенциал полярности, противоположной полярности заряда бумаги. Применяют также коротроны с переменным напряжением. Заряд бумаги нейтрализуется, но не весь. Оставшаяся часть удерживает на бумаге тонерное изображение вплоть до его закрепления.

Вслед за коротроном отделения помещены механические приспособления, например пальцы отделения.

3.2.

Закрепление изображения на копии

Порошковое изображение надо закрепить, так как оно легко смазывается. Закрепление состоит в переводе порошка в состояние вязкой жидкости, образующей при затвердевании пленку, имеющую хорошее сцепление с бумагой. Сделать это можно несколькими способами.

Растворение порошка в парах растворителей (ацетона, четыреххлористого углерода, уайт-спирита), испаряющихся с пропитанных растворителем пористых подушек, находящихся в узких наклонных кюветах. Полимер тонера поглощает растворитель, набухает и, растекаясь, образует жидкую пленку. Теряя растворитель на воздухе, пленка быстро высыхает. Время нахождения копии в парах - 3-10 с. Дольше выдерживать не стоит из-за растекания тонера и искажения штрихов.

Получается изображение с хорошими репродукционными характеристиками. Когда-то этот способ был широко распространен, но сейчас на практике не применяется, так как органические растворители опасны для здоровья операторов.

Расплавление смолы, входящей в тонер, с образованием пленки. Этот процесс лежит в основе термических методов закрепления. Самый известный из них - термосиловой (термомеханический) метод. В некоторых инженерных копировальных аппаратах используют бесконтактное термическое закрепление.

3.2.1.

Бесконтактное термическое закрепление изображения

Закрепление изображения может производиться с помощью потока теплового ИК-излучения.

Примером служит батарея из нескольких трубчатых тепловых излучателей (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Устройство бесконтактного термозакрепления: а - источник теплового излучения; б - схема термозакрепления: 1 - отражатель; 2 - нагреватель; 3 - копия

 

Излучатели - кварцевые трубки с размещенной внутри нихромовой спиралью. На рис. 3.3 показана трубка диаметром 10 мм, толщиной стенки 1 мм, нихромовой спиралью мощностью 600 Вт. Длина трубки превышает ширину закрепляемого изображения на удвоенный размер зоны резкого возрастания величины теплового потока. Интенсивность теплового излучения равномерна вдоль оси лампы только в ее средней части. По краям, на расстоянии около 20 мм, поток сильно изменяется. Эти зоны неравномерного нагрева должны находиться за пределами копии. Мощность лампы можно регулировать, изменяя подаваемое на нее напряжение. На рис. 3.3,б представлена система из двух ламп с отражателем из полированного алюминия 1. Расстояние между лампами a изменяется в зависимости от скорости движения копии. При скорости движения бумаги 2,2 м/мин (7 копий А4 в минуту) a = 40 мм, расстояние до отражателя h₁ = 5 мм, а расстояние от ламп до копии h = 5-8 мм.

Нагрев копии определяется способностью тонерного изображения и бумаги поглощать инфракрасное (тепловое) излучение. Если источником излучения служит импульсная ксеноновая лампа или лампа накаливания с мощным ИК-излучением, мало поглощаемым бумагой (10-15%), то происходит в основном нагрев частиц тонера. Черный тонер поглощает ИК-излучение практически полностью и быстро разогревается до температуры около 160°С. Такое излучение не вызывает тепловой деформации бумаги, так как ею почти не поглощается, что снижает опасность ее застревания в аппарате.

3.2.2.

Термосиловой метод закрепления

При термосиловом закреплении копия с тонерным (порошковым) изображением проходит между двумя разогретыми валиками, прижатыми друг к другу (рис. 3.4). Валики выполняют различные функции.

Рис. 3.4. Схема процесса термосилового закрепления: 1 - прижимной валик; 2 - фьюзерный валик; 3 - копия

Прижимной валик 1 прижимает копию лицевой стороной к нагревательному валику (его часто называют фьюзерным) 2. За счет упругой деформации прижимного валика происходят прижим копии под давлением 0,3-0,6 кг/см² и изгибание бумаги в зоне контакта в сторону нагревательного валика, что увеличивает площадь контакта.

Нагревательный валик разогревает порошковое изображение до 140-180°С. Тонер оплавляется, и полученная пленка прижимается к бумаге. Время закрепления - 1-2 с.

Фьюзерный валик - полая металлическая (например, стальная) трубка, покрытая слоем тефлона толщиной 40-200 мкм. Этот слой играет роль антипригарного покрытия. Внутри цилиндра размещен нагревательный элемент - галогенная лампа накаливания в форме длинной трубки. Длина трубки превышает ширину максимально допустимого в данном аппарате формата (например, А4) на 30 см с учетом неравномерности нагрева по краям валика.

Прижимной валик - алюминиевый цилиндр, покрытый 10-миллиметровым слоем термостойкой резины, имеющий диаметр и длину одинаковые с фьюзерным валиком.

Копия проходит через закрепляющее устройство (рис. 3.5), обращенная тонерным изображением в сторону фьюзерного валика, и прижимается к нему вторым валиком. Так как часть тонера может налипнуть на фьюзерный валик, несмотря на исключительно низкие адгезионные свойства тефлона, предусмотрена смазка валика фьюзерным маслом (антипригарной жидкостью). Для этой цели служит специальный узел смазки. Кроме того, в устройстве есть механизм отделения бумаги от валика.

 

Рис. 3.5. Прохождение копии через закрепляющее устройство

Чтобы обеспечить оплавление порошка, но не допустить вредного перегрева копии, устройство термосилового закрепления снабжено датчиком температуры и термопредохранителем для аварийного отключения нагревательного валика.

3.2.3.

Расчет процесса закрепления изображения

Изображение, поступающее в устройство термозакрепления, состоит из частиц тонера, которые должны быть нагреты до температуры, достаточной для закрепления. Для расчета процесса В.Х.Сасом предложена следующая модель.

Представим изображение в виде отдельно лежащих частиц тонера, имеющих форму шариков. Это дает возможность представить закрепление как процесс нагрева отдельной частицы тонера до температуры закрепления. Шарик контактирует с воздухом и бумагой. Примем, что температура воздуха в закрепляющем устройстве вблизи копии равна температуре бумаги. Нагрев проводится излучателями, размещенными по обе стороны копии, и их излучение одинаково.

В основу расчета положены дифференциальные уравнения теплового баланса для частицы тонера и единицы площади бумаги. Уравниваются мощность поглощенной тепловой энергии, с одной стороны, и нагревание частицы и рассеяние поглощенного тепла в окружающее пространство, с другой стороны. Уравнение теплового баланса для частицы тонера выглядит так:

где q - удельная мощность теплового потока, подаваемого закрепляемому изображению со стороны тонерного изображения, Вт/м²;

A_т - коэффициент поглощения излучения тонером;

S - площадь проекции частицы тонера, S = πd2/4, м², где d - диаметр частицы, м;

t - время нагревания. с;

- масса частицы тонера г;

γ - удельная масса тонера, г/м³;

с_т - удельная массовая теплоемкость материала тонера, Дж/(г×град);

S₁ - площадь поверхности частицы м²;

T - температура, до которой нагрета частица, К;

T'_в - температура воздуха вблизи частицы, К;

α - коэффициент теплоотдачи, Вт×м^-2×град^-1; α = 2λ/d, где

λ - коэффициент теплопроводности воздуха, Вт×м^-1×град^-1.

Скорость воздуха относительно частиц тонера принята за нуль. Температура воздуха вблизи изображения равна температуре бумаги Т_б.

Температуру бумаги получают, решив дифференциальное уравнение теплового баланса для бумаги, отнесенного к единице ее площади. Градиент температуры по толщине бумаги принят за нуль.

Коэффициент поглощения излучения бумагой равен А_б, а если облучение идет с двух сторон, то суммарный коэффициент, К = 2А_б.

Уравнение теплового баланса представлено следующей формулой:

где γ_б - масса единицы площади бумаги, г/м²;

c_б - удельная массовая теплоемкость бумаги; Дж/(г×град);

T_B - температура воздуха в закрепляющем устройстве, К.

В результате решения этого уравнения получено выражение

где

T₀ - начальная температура бумаги.

Величина Dt в реальных условиях мала, и поэтому при разложении в степенной ряд ограничиваются первыми двумя членами ряда. Получим выражение для температуры бумаги

Это выражение подставим в уравнение теплового баланса   .

Решив уравнение , получим уравнение процесса термического закрепления (для t ≥ 0,05 с):

где

При закреплении изображения рассматриваемым способом частицы различных размеров нагреваются до разных температур. Чем меньше размер частицы, тем ниже ее температура. Процесс закрепления практически реализуется, если все элементы изображения достигнут температуры плавления тонера. Необходимую для этого температуру назовем T₃ (температура закрепления). Однако при этом никакой произвольно выбранный элемент изображения не должен нагреваться до температуры T_i, превышающей предельно допустимую температуру Т_пр, иначе копия будет повреждена. Это условие можно записать так:

.

Время закрепления определяется по плавлению частиц наименьших размеров. Для этих частиц величина M имеет наименьшее значение: M = M_min.

Минимально допустимое время закрепления при заданной удельной мощности нагревательного устройства q получают из формулы , заменив T на T₃, M на M_min, t на t₃, и решив уравнение относительно времени закрепления t₃:

Минимально возможное время закрепления получим, повысив мощность нагревательного устройства до критической величины q_k. Это наибольшая величина q, при которой соблюдается условие , то есть нет опасности повреждения копии из-за перегревания.

Из формулы видно, что помимо свойств тонера (T₃ и M_min) на процесс закрепления влияют удельная мощность закрепляющего устройства и свойства бумаги: теплоемкость (c_б) и теплоотдача (α_б, входящие в константы N и S) ( ) Время закрепления увеличивается с возрастанием теплоемкости и уменьшением теплоотдачи бумаги.

3.3.

Перенос изображения в цветных копировальных аппаратах

При получении цветных изображений производится накопление изображения, перенос его на приемную подложку и термозакрепление полноцветного изображения.

Принципиально можно представить три технологические схемы.

Изображение накапливается на фоторецепторе, а потом сразу переносится на бумагу, и данная цветная копия проходит термозакрепление. В этом случае увеличивается точность совмещения, упрощается конструкция аппарата (он называется одноцилиндровым). Об этом методе известно из литературы (фирмы Konica, Matsushita, модель FP-CI), но нет сведений, применяется ли он в современной аппаратуре. Ведь при использовании этого метода возникает ряд специфических проблем, в том числе получение второго и последующих слоев не на чистом фоторецепторе, а поверх уже имеющихся изображений.

Накопление полноцветного изображения на промежуточном носителе, например резиновой ленте (в аппаратах фирмы Ricoh) или резиновом цилиндре (в цифровых печатных машинах фирмы Indigo, типа Omnius). Резиновое полотно совершает возвратно-поступательные перемещения, пока на него не будут перенесены 4 одноцветных слоя полноцветного изображения. Затем полученное изображение передается на бумагу и копия поступает в устройство термозакрепления.

Накопление цветного изображения на бумаге и одновременное закрепление полученной копии термосиловым методом. Существует два варианта. В одном из них перенос изображений происходит на лист бумаги, временно закрепленный с помощью электростатического притяжения на барабане переноса. После получения цветного изображения лист освобождается и переносится в закрепляющее устройство.

Второй вариант заключается в прохождении бумаги через 4 или 8 секций печати, в которых на нее последовательно печатаются 4 однокрасочных изображения с одной или с двух сторон. При этом способе скорость получения цветного изображения высока и почти не отличается от скорости черно-белого процесса. Этот способ используют в высокоскоростных копировальных аппаратах и цифровых печатных машинах. Полученная копия проходит термическое закрепление.

Основным термическим способом закрепления цветных изображений является термосиловой.

4.

Очистка фоторецептора

Одновременно с закреплением копии происходит очистка фоторецептора от остатков тонера и зарядового рельефа. На фоторецепторе не должно оставаться никаких следов от полученного только что изображения, и он должен быть готов для получения следующей копии с того же или другого оригинала.

Очистка включает несколько операций, следующих непрерывно одна за другой:

уменьшение заряда - предварительная очистка;

удаление оставшегося тонерного изображения;

удаление остаточного заряда.

Схематично эти операции показаны на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Схема процесса очистки фоторецептора: I - предочистка; II - очистка от тонера; III - стирание остаточного заряда

Предварительная очистка фоторецептора

Чтобы облегчить удаление остаточного тонера, нужно ослабить его связь с фоторецептором. Для этого используют равномерную засветку очищаемого участка поверхности актиничным светом. Источником света служит лампа накаливания, люминесцентная лампа или светодиодная линейка. Под действием света происходит частичная нейтрализация заряда СЭИ и сила притяжения тонерного изображения к фоторецептору уменьшается.

Очистка фоторецептора от тонера.

Самая сложная стадия очистки - удаление тонера. Специально предназначенное устройство снимает тонер с поверхности фоторецептора, транспортирует его из зоны очистки и собирает для повторного использования или последующего выброса. Схема очистки определяется типом проявителя, конструктивными особенностями аппарата и его назначением.

Рассмотрим некоторые из способов, применяемых в современных аппаратах. Один из старейших способов - очистка мягкой меховой щеткой в сочетании с вакуумным отсосом тонера из камеры очистки. Щетка вращается навстречу фоторецептору, захватывая частицы тонера. Чтобы тонер не налипал на щетку и не переносился с нее на фоторецептор, щетку снабжают стряхивателем - планкой, сбивающей частицы тонера с щетинок щетки (рис 4.2, позиция 2). В современных аппаратах щетка обычно используется в сочетании с ракелем, удаляющим остатки тонера (рис. 4.2, позиция 3).

Рис. 4.2. Схема устройства очистки фоторецептора от тонера, включающего щетку и ракель: 1 - щетка; 2 - стряхиватель; 3 - ракель; 4 - устройство для отвода отработанного тонера; 5 - пальцы отделения бумаги от фоторецептора

Самый распространенный способ очистки - ракелем (скребком). Ракель - пластина из упругого материала (резины или полимера), прижимаемого к фоторецептору пружинным механизмом. Ракель расположен под определенным углом к фоторецептору против направления вращения последнего. Угол наклона ракеля и сила его прижима регулируются. Чтобы ракель не повреждал очищаемую поверхность, его смазывают солями жирных кислот, например стераратом цинка. Для улучшения очистки производится возвратно-поступательное движение ракеля вдоль образующей фоторецептора. Когда аппарат не работает, ракель отводится от фоторецептора.

Узел ракельной очистки показан на рис. 4.3.

Рис. 4.3. Схема устройства ракельной очистки

Основной компонент узла - ракель 1 - резиновая лента в алюминиевом держателе. Во время простоя машины ракель отведен от фоторецептора 6, чтобы избежать деформации резины. При нажатии на пусковую кнопку ракель подводится к очищаемой поверхности с помощью соленоида 2. Соскребаемый тонер падает на вращающийся шнек 3, попаданию на который способствует щеточное уплотнение 4. Шнек перемещает тонер в сторону приемника отработанного тонера. Очищаемый от тонера участок поступает в зону действия коротрона стирания 5.

Рис. 4.4. Очистка фоторецептора от магнитного тонера: 1 - фоторецептор; 2 - ракель; 3 - магнитный валик; 4 - скребок; 5 - винт для сброса тонера в бункер

В случае использования однокомпонентного магнитного проявителя для очистки могут быть задействованы магнитные силы. На рис. 4.4 представлена схема устройства, включающего магнитный валик 3, производящий первичную очистку. Окончательная очистка осуществляется ракелем 2. Тонер счищается с магнитного валика скребком 4 и, попадая затем на винт 5, отводится к приемнику отработанного тонера.

Отработанный тонер рекомендуется выбрасывать. Однако в современной аппаратуре тонер очищают с помощью специального фильтра и возвращают в работу, что увеличивает срок службы тонер-картриджа.

Стирание остаточного заряда

Чтобы удалить остаточное скрытое электростатическое изображение, необходимо заряд нейтрализовать. Для этого можно использовать равномерную засветку фоторецептора актиничным светом (см. рис. 4.1, позиция 3) или коротроном стирания. В последнем случае на коронную проволоку подается постоянное напряжение. знак которого противоположен знаку заряда фоторецептора.

После проведения заключительной операции фоторецептор готов к очередному циклу копирования.

5.

Электрографическое оборудование

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:

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).

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).

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

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.

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.

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

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.

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.

Рис. 5.1. Схема простейшего копировального аппарата с подвижным стеклом оригинала фирмы Rank Xerox

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.

 

 

 

Рис. 5.2. Схема копировального аппарата с неподвижным стеклом оригинала :1 - фоторецептор; 2 - коротрон зарядки; 3 - зеркала оптической системы (лампа экспонирования на схеме не показана); 4 - объектив; 5 - лампа для стирания кромок изображения; 6 - вентилятор для охлаждения оптической системы; 7 - проявляющее устройство; 8 - устройство подачи тонера; 9 - обходной лоток; 10 - лоток для автоматической подачи бумаги; 11 - коротрон переноса; 12 - коротрон отделения; 13 - пальцы отделения; 14 - устройство очистки фоторецептора; 15 - устройство термосилового закрепления изображения; 16 - прижимной валик устройства; 17 - фьюзерный (нагревательный валик); 18 - устройство отделения копии от фьюзерного валика; 19 - приемный лоток; 20 - вытяжное устройство; 21 - озоновый фильтр, 22 - резервуар для использованного тонера; 23 - ракель; 24 - лампа стирания заряда; 25 - ролики бумагопроводящей системы

 

Рис. 5.3. Схема копировального аппарата с ленточным фоторецептором фирмы «Осе»: 1 - импульсная лампа; 2 - оригинал; 3 - объектив; 4 - зеркало; 5 - оптическое изображение; 6 - фоторецептор; 7 - зарядное устройство; 8 - проявочное устройство; 9 - полотно из силиконовой резины для переноса и закрепления изображения, нагреваемое до 90°-120°С; 10 - прижимное полотно из силиконовой резины. Бумага проходит между полотнами 9 и 10

 

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.

Рис. 5.4. Схема контроля и управления качеством изображения: 1 - фоторецептор; 2 - скоротрон; 3 - скрытое электростатическое изображение (СЭИ); 4 - проявляющее устройство; 5 - система очистки фоторецептора; 6 - лампа экспонирования; H0 - экспозиция на участках фона изображения; V лампы - напряжение на лампе экспонирования; V сетки - потенциал на сетке скоротрона; V смещения - потенциал смещения на проявляющем электроде; лампа EL - для стирания кромок; QI - лампа для стирания заряда; ID - оптическая плотность изображения; TD - плотность тонера

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.

5.2.3.

Принципы построения основных блоков аналоговых копировальных аппаратов

5.2.3.1.

Оптический блок

Функция оптического блока - создание на поверхности фоторецептора оптического изображения оригинала и сообщения участкам фоторецептора экспозиций, необходимых для получения электрофотографического изображения. То есть блок должен создать оптическое изображение и обеспечить заданную величину фоновой экспозиции H₀. Блок включает оригиналодержатель (стекло оригинала), источник света (лампу экспонирования), проекционную оптическую систему и контрольные элементы. Помимо лампы экспонирования в копировальных аппаратах обычно есть специальная лампа для стирания кромок изображения и сгибов (при копировании книг).

В аналоговых аппаратах используют три оптические системы:

систему покадрового экспонирования, когда на фоторецептор проецируется сразу целый кадр (изображение оригинала целиком);

систему с построчной разверткой изображения оригинала и подвижным стеклом оригинала;

систему с построчной разверткой изображения оригинала и неподвижным стеклом оригинала.

Рис. 5.5. Оптическая система с покадровым экспонированием 1 - стекло оригинала; 2 - лампа экспонирования; 3 - объектив; 4 - ленточный фоторецептор

В первом случае изображение проецируется на фоторецептор целиком. Поэтому поверхность фоторецептора в зоне экспонирования - плоская (рис. 5.5), что возможно лишь для ленточных фоторецепторов. Источниками света являются импульсные лампы. Время экспонирования оригинала при покадровом способе мало, следовательно, он больше подходит для скоростных аппаратов. Система экспонирования может не содержать зеркал (рис. 5.5) или их содержать (рис. 5.6). Зеркала позволяют изменять направление оптического пути (рис. 5.6). Благодаря им копировальные аппараты более компактны, чем без зеркал. Копировальные аппараты с ленточными фоторецепторами сейчас применяются, норедко.

Рис. 5.6. Оптическая система с покадровым экспонированием в копировальном аппарате фирмы «Осе»: 1 - оригинал; 2 - импульсные лампы; 3 - объектив; 4 - зеркало; 5 - фоторецептор; 6 - оптическое изображение; 7 - коротрон заряда

Копировальные аппараты с цилиндрическими фоторецепторами и подвижным стеклом оригинала имеют простую и дешевую оптическую систему (рис. 5.7). Система неподвижна и не позволяет изменять масштаб изображения. Рассмотрим, как работает такая оптическая система на примере копировального аппарата персонального типа, выпускаемого фирмой «Ксерокс» (рис. 5.7).

Рис. 5.7. Оптическая система с подвижным стеклом оригинала: 1 - стекло оригинала; 2 - планка упора; 3 - белая контрольная полоса; 4 - лампа с отражателем; 5 - датчик; 6 - самофокусирующийся объектив; 7 - фоторецептор; 8 - коротрон заряда

Источник света - люминесцентная или галогенная ламп в отражателе, направляющем свет на стекло оригинала 1. На краю оригиналодержателя за пределами кадра, ограниченного планкой упора 2, находится эталонная белая полоса 3. Ее назначение - автоматическая регулировка экспозиции. При включении лампы 4 свет попадает прежде всего на белую полосу и, отражаясь от нее, - на датчик автоэкспонирования 5. Поддерживание постоянной величины экспозиции обеспечивается регулировкой напряжения на лампе экспонирования 4. По мере перемещения стекла оригинала полоска света, выделяемая щелевой диафрагмой, начинает двигаться вдоль оригинала, а отраженный свет фокусируется на поверхности синхронно вращающегося фоторецептора 7 с помощью самофокусирующегося объектива 6. Объектив включает набор волоконно-оптических линз (граданов) и представляет собой линейку, вытянутую параллельно лампе экспонирования по всей ширине стекла оригинала(рис. 5.8).

Рис. 5.8. Самофокусирующийся объектив: 1 - волоконно-оптические линзы (граданы); 2 - оригинал; 3 - копия

Особенности граданового объектива - малые габариты и низкая стоимость, но из-за жестко заданных плоскостей изображений и предметов такой объектив работает только в масштабе 1:1 и не переворачивает изображение. На основе оптической системы с подвижным стеклом оригинала функционируют низкоскоростные копировальные аппараты персонального типа (формат А4).

Рис. 5.9. Оптическая система с неподвижным стеклом оригинала

Копировальные аппараты с цилиндрическими фоторецепторами и с неподвижным стеклом оригинала содержат лампу экспонирования, объектив и систему зеркал, причем лампа и часть зеркал подвижны (рис. 5.9).

При воспроизведении оригинала вдоль него и перпендикулярно образующей фоторецептора перемещается каретка, на которой находятся трубчатая лампа и зеркало. Каретка совершает полный ход вдоль оригинала синхронно с вращением фоторецептора. Свет, отраженный от оригинала, попадает на зеркало через щелевую диафрагму, образуя на нем узкую полоску оптического изображения. Далее свет попадает на зеркала половинного хода. Каретка, где они расположены, движется с меньшей скоростью, чем первая, и за время экспонирования проходит лишь половину пути. Задача этих зеркал - поддерживать постоянный масштаб воспроизводимого изображения на всех его участках. От зеркал половинного хода свет направляется в объектив и фокусируется им на зеркале изображения. В процессе съемки это зеркало неподвижно. Оно передает оптическое изображение на вращающийся фоторецептор. Сложная система перемещения зеркал обеспечивает постоянное соотношение длины оптического пути от оригинала до объектива a и от объектива до фоторецептора b. Таким образом, масштаб изображения M = b/a остается неизменным в процессе копирования оригинала, несмотря на то что лампа и зеркало полного хода перемещаются относительно неподвижного объектива.

Оптическая система позволяет получать копии в любом масштабе в диапазоне 70-141%, а в некоторых аппаратах - в диапазоне 50-200%. На панели аппарата устанавливается одна из 4-6 заданных кратностей, например 70, 81, 86, 100, 141%, и постепенным изменением кратности с шагом 1% можно получить любой масштаб от 70 до 141% или от 50 до 200%.

Получив команду об установке необходимого масштаба копирования, микропроцессорная система контроллера, управляющего аппаратом, подает сигналы двигателям объектива и оптической системы. Масштаб по ширине задается перемещением объектива (изменением b/a) и изменением его фокусного расстояния (в копировальных аппаратах используют вариобъективы с переменным фокусным расстоянием). Установка кратности по длине производится изменением скорости вращения двигателя оптической системы. Это, в свою очередь, приводит к изменению отношения скорости перемещения зеркала полного хода и линейной скорости вращения фоторецептора, например при уменьшении масштаба относительная скорость перемещения зеркал оптической системы возрастает. Обратная связь с контроллером осуществляется сигналами датчиков оптической системы.

Источник света в аналоговых аппаратах должен быть по спектральному составу близок к дневному свету, в котором мощность излучения практически равномерно распределена по спектру. Применяют галогенные лампы накаливания, содержащие в колбе пары иода или другого галогена. Преимущества этих ламп перед вакуумными лампами накаливания: долговечность, большой световой поток (большая яркость лампы), стабильность светового потока во времени и достаточно равномерное распределение мощности излучения по спектру. Главное достоинство галогенных ламп накаливания - возможность регулировать яркость лампы, изменяя подаваемое на нее напряжение. Этот способ используют в копировальных аппаратах для регулирования экспозиции H0 и поддержания стабильного качества изображения при эксплуатации аппарата (см. рис. 5.4). Так как лампы выделяют большое количество тепла, предусмотрено их охлаждение (см. рис. 5.2, позиция 6). Аппараты высокой производительности нуждаются в импульсных лампах, мгновенно освещающих всю площадь оригинала, что необходимо при покадровом экспонировании. Газоразрядные лампы дневного света отвечают всем перечисленным требованиям, но регулирование величины светового потока в необходимом диапазоне затруднено.

Зеркала в копировальных аппаратах имеют отражающую поверхность с внешней стороны, то есть эта поверхность не защищена стеклом от повреждения. Однако они обеспечивают высокую резкость оптического изображения, так как падающий и отраженный свет не проходит через толщу стекла, как в обычных зеркалах.

5.2.3.2.

Электрофотографический блок

Электрофотографический блок включает устройства зарядки, проявления, переноса изображения и очистки фоторецептора. Рассмотрим эти узлы блока.

Зарядные устройства

В качестве зарядных устройств в копировальных аппаратах используют в основном коротрон и скоротрон.

Рис. 5.10. Схема коротрона: 1 - фоторецептор; 2 - коронная проволочка; 3 - экран; 4 - высоковольтный источник питания

Коротрон (рис. 5.10) содержит одну или две тонкие проволочки (их иногда называют струнами), натянутые в зарядном устройстве параллельно образующей фоторецептора. Они изготавливаются из материала, устойчивого к высокому напряжению и нагреву, например из вольфрама. Диаметр проволок - 0,025-0,90 мм. Коронные проволочки подключены к высоковольтному источнику питания, заряжающему их до потенциала в несколько киловольт.

Коронные проволочки заключены в заземленный экран, служащий для стабилизации коронного разряда. Ток разряда течет от проволочки (один электрод) к фоторецептору и экрану (другой электрод). По мере накопления заряда на поверхности фоторецептора ток экрана составляет все большую долю тока разряда, пока не станет преобладающим. Таким образом, хотя зарядка фоторецептора почти не происходит, разряд не гаснет. Максимальный потенциал заряженной поверхности можно регулировать, заземляя экран через переходной резистор. Знак заряда зависит от типа фоторецептора. Органические фоторецепторы, являющиеся в современной копировальной аппаратуре основными, заряжают отрицательно. Отрицательная корона очень чувствительна к чистоте коронных проволочек, при их загрязнении она становится неравномерной. Поэтому в коротронах предусмотрен механизм для очистки проволочки. Очистка проводится автоматически в течение 40 с. Двигатель механизма включается сигналом. полученным из микропроцессора, если к этому есть показания, или через каждые 2000 копий.

Поддержание потенциала зарядки на заданном уровне облегчается при использовании скоротронов (рис. 5.11).

Рис. 5.11. Схема коротрона: 1 - фоторецептор; 2 - коронная проволочка; 3 - заземленный экран; 4 - сетка; 5 - высоковольтные источники питания

Скоротрон представляет собой коротрон, снабженный сеткой, куда подается потенциал смещения (рис. 5.11). Этот потенциал имеет тот же знак, что и коронная проволочка. Его величина равна потенциалу, до которого следует зарядить фоторецептор (0,5-1,0 кВ). Ток течет на фоторецептор через сетку. Когда разность потенциалов между сеткой и фоторецептором приближается к нулю, ток ионов к фоторецептору прекращается. Расстояние между коронирующей проволочкой и сеткой равно 6-12 мм, между сеткой и фоторецептором - 4-10 мм, между проволочкой и экраном - 8-15 мм. Экран заземлен для поддержания тока разряда. Регулирование и контроль потенциала смещения на сетке скоротрона необходимы для поддерживания на одинаковом и оптимальном уровне потенциала на темных участках изображения, от чего зависит контраст получаемого изображения (см. рис. 5.4).

Второй вариант скоротрона имеет сетку, не подключенную к источнику питания, а заземленную вместе с экраном через варистор - полупроводниковое устройство, которое до определенного заданного потенциала имеет свойства резистора, а по достижении заданного значения - «открывается». Сетка с экраном оказывается заземленной, и ток разряда начинает течь на землю, а зарядка фоторецептора прекращается.

В аппаратах есть датчики, контролирующие величину заряда и потенциал фоторецептора. Управление величиной потенциала и поддерживание оптимальных значений потенциала зарядки, потенциалов экспонированных и неэкспонированных участков и остаточного потенциала производится изменением напряжения, подаваемого на проволочку зарядного устройства и на сетку, если зарядное устройство - скоротрон. Потенциалы экспонированных участков и на краях изображения (остаточный потенциал) определяются не только потенциалом зарядки, но и экспозицией, полученной от лампы экспонирования и лампы для стирания кромок.

Отрицательная корона (в современных копировальных аппаратах) загрязняет воздух озоном, вредным для здоровья человека. Поэтому в копировальных аппаратах с органическими фоторецепторами, заряжаемыми отрицательно, предусмотрены средства защиты, например озоновый фильтр (рис. 5.2, позиция 21).

Проявочные устройства

В аналоговых аппаратах проявочные устройства - с черным тонером. Однако в некоторых аппаратах есть дополнительные проявочные устройства с цветным тонером (красным, зеленым, синим) (рис. 5.12). Это позволяет менять цвет изображения. Если в аппарате имеется специальное цифровое лазерное устройство для редактирования изображения, можно получать двухцветное изображение (черно-белое с цветной вставкой).

Основной способ проявления - двухкомпонентное проявление магнитной кистью. A фирма Canon использует в своих черно-белых аппаратах однокомпонентные магнитные проявители. На рис. 5.12 схематично представлены проявочные устройства: черно-белое (магнитная кисть и двухкомпонентное проявление) и цветное (однокомпонентный проявитель).

Проявочное устройство с двухкомпонентным проявителем (рис. 5.13) содержит узел бункера тонера, устройство для смешивания тонера с носителем и магнитный валик. Узел бункера тонера (тонер-картридж) несет запас тонера, который по мере надобности поступает в проявочное устройство. Бункер снабжен дозировочным устройством в виде специальной щетки или вспененного валика, плотно прилегающего к отверстию. При вращении валика тонер подается к отверстию. Скорость подачи регулируется. Управляет подачей специальный датчик количества тонера, находящийся в проявочном устройстве. Сигнал идет в контроллер аппарата, посылающий, в свою очередь, сигнал к включению двигателя бункера. В бункере также помещен датчик, сигнализирующий об израсходовании тонера. При получении сигнала об отсутствии тонера копировальный аппарат отключается, выдавая на панель управления информацию о необходимости добавления тонера или замене тонер-картриджа. Скорость подачи тонера в проявочное устройство может также регулироваться согласно сигналам датчика, измеряющего оптическую плотность тонерного контрольного изображения на фоторецепторе (см. рис. 5.4).

 

Рис. 5.12. Устройства проявления в копировальном аппарате: 1 - узел черно-белого проявления; 2 - узел цветного проявления; 3 - узел прижима к фоторецептору проявочного устройства; Q17 и Q18 - датчики, контролирующие наличие тонера и его подачу над стрелками указаны сигналы, которыми обмениваются узлы проявления с контроллером постоянного тока

Проявочное устройство содержит зону, куда подается тонер из бункера (2 на рис. 5.13) и откуда тонер дозированно поступает в узел перемешивания проявителя 3. Здесь происходит перемешивание носителя, в том числе снятого с проявляющего цилиндра, со свежим тонером. Образующиеся вследствие трибоэлектризации частицы двухкомпонентного проявителя подаются на проявляющий цилиндр магнитного валика, проходя через устройство, ограничивающее высоту магнитной кисти (ракельный нож 4). На проявляющем цилиндре 5 частицы проявителя, располагаясь по силовым линиям магнитного поля, образуют кисть. Так как скорости вращения магнитного стержня, создающего магнитное поле, и немагнитного проявляющего цилиндра различны, кисть скользит по поверхности проявляющего цилиндра. Это в сочетании с ребристой поверхностью проявляющего цилиндра обеспечивает перемешивание частиц, составляющих магнитную кисть, и повышает равномерность проявления.

Рис. 5.13. Проявочное устройство с двухкомпонентным магнитным проявителем: 1 - узел бункера; 2 - устройство подачи тонера внутри проявочного узла; 3 - устройство перемешивания носителя с тонером; 4 - устройство для срезания щетинок магнитной кисти; 5 - проявляющий цилиндр (магнитный валик); 6 - устройство транспортировки отработанного носителя для перемешивания его со свежим тонером; 7 - фоторецептор

В зоне проявления между проявляющим цилиндром и фоторецептором возникает электрическое поле проявления, напряженность которого регулируется величиной потенциала смещения, подаваемого на магнитный валик. Величина этого потенциала должна быть не меньше фонового. Так как заряд фоторецептора падает до фонового под действием экспозиции, полученной от фоновых участков оригинала (бумаги), то потенциал смещения устанавливается автоматически в соответствии с экспозицией. Однако его можно менять вручную на панели управления - задавать несколько режимов плотности копии. Изменяя режим, мы изменяем потенциал смещения. При его уменьшении увеличивается напряженность электрического поля, и количество осаждаемого тонера и оптическая плотность копии возрастают. Увеличение потенциала приводит к противоположному результату. Для контроля тонерного изображения служат микроденситометрические датчики и специальный тестовый рисунок, располагаемый за пределами кадра.

Отработанный проявитель снимается с поверхности проявляющего цилиндра с помощью специального устройства (6 на рис. 5.13) и переносится в зону формирования проявителя, где он перемешивается со свежим тонером.

Проявление однокомпонентным магнитным проявителем описано в разделе 2.6.2, а схемы устройств приведены на рис. 2.30 и рис. 2.31. На рис. 5.12 однокомпонентным является цветное проявочное устройство.

Узел переноса изображения

Рис. 5.14. Устройство переноса изображение с помощью заряженного полотна: 1 - заряженное полотно; 2 - лампа предварительного переноса; 3 - пальцы отделения бумаги после переноса; 4 - фоторецептор; 5 - бумага

 

Этот узел содержит устройство для предварительного переноса, устройство переноса изображения на приемную подложку (бумагу) и устройство для отделения бумаги от фоторецептора.

Предварительный перенос заключается в ослаблении скрытого электростатического изображения. Уменьшить заряд можно засветкой специальной лампой (рис. 5.14, позиция 2) или коротроном предварительного переноса (рис. 5.15).

Рис. 5.15. Схема управления процессом формирования изображения в копировальном аппарате. Аппарат - аналоговый, но имеет узел лазерной записи для редактирования изображения

Перенос изображения осуществляется нанесением на оборот бумаги (или другой приемной подложки) заряда, противоположного по знаку заряду тонера (см. рис. 3.1). На коротрон переноса (см. рис. 5.1, рис. 5.2, рис. 5.15) может быть подано переменное напряжение. Он является основным устройством, используемым для этой цели в копировальных аппаратах. Однако потенциал подается на бумагу и другим способом. Так, в некоторых копировальных аппаратах фирмы Ricoh есть ремень переноса из электропроводящей резины, поверхности которой сообщают отрицательный потенциал (рис. 5.16). Бумага с помощью ремня переноса заряжается и перемещается, вступая в контакт с вращающимся фоторецептором. Положительно заряженные частицы тонера переходят в образовавшемся электрическом поле с фоторецептора на бумагу. Копия, удерживаемая ремнем переноса, передвигается к закрепляющему устройству.

При использовании коротрона переноса необходимо оторвать бумагу от фоторецептора, так как она притягивается силами электрического поля, образовавшегося между заряженным оборотом бумаги и заземленной подложкой фоторецептора. Чтобы отделить бумагу, сразу же за коротроном переноса устанавливают коротрон отделения (см. рис. 3.2, рис. 5.2, рис. 5.15). На коротрон отделения подается переменное напряжение. Генерируются положительные и отрицательные ионы. В результате действия коротрона происходит нейтрализация части отрицательного заряда бумаги и ослабление связи бумаги с фоторецептором.

Во всех копировальных аппаратах устройства для отделения бумаги (пальцы отделения) - механические (см. рис. 5.2, позиция 13; рис. 5.14, позиция 3).

Потенциалы, подаваемые на коротроны узла переноса, устанавливаются и контролируются автоматически.

Узел закрепления изображения

Рис. 5.16. Узел термосилового закрепления изображения

Основной способ закрепления изображения в копировальных аппаратах - термосиловое. Принцип действия и простейшая схема узла закрепления описаны в разделе 3.2 и показаны на рис. 3.4 и рис. 3.5. На рис. 5.16 также приведена схема одного из устройств термосилового закрепления, где 1 - узел прижима, создающий необходимое давление между прижимным валиком, покрытым резиной 2, и нагревательным валиком 3. Давление составляет 0,3-0,6 кг/см. Внутри нагревательного валика расположен нагреватель, например лампа накаливания 4. Несмотря на то что поверхность нагревательного валика - из тефлона (антипригарное покрытие), на него подается смазка (фьюзерное масло) с помощью смазочного валика 5. Узел смазки помимо смазочного валика содержит валик подпитки 6, щуп 7 и нож-отсекатель 8, регулирующие подачу масла 9, находящегося внутри корпуса узла смазки 12. Бумага подается шестеренками 11 между рабочими валиками и направляющими 10 выводится из устройства.

В устройстве обязательно предусматриваются пальцы отделения, отделяющее лезвие или другое аналогичное приспособление. Температура валиков контролируется датчиком и регулируется термистором. Имеется термопредохранитель для аварийного отключения устройства и аппарата.

Узел очистки фоторецептора

Очистка фоторецептора от остатков тонера и от скрытого электростатического изображения проходит три стадии: предочистку, очистку от тонера и стирание заряда. Устройство очистки включает узел очистки, узел транспортировки тонера из зоны очистки и узел, выполняющий задачу сбора отработанного тонера с целью его выброса или повторного использования.

На фоторецепторе после переноса остается до 30% тонера, который не так просто снять, так как он удерживается на поверхности электростатическими силами. Поэтому устройства для очистки содержат два очистных элемента - щетку и ракель. Щетка делает черновую очистку, а ракельный нож - окончательную (см. рис. 4.2). В случае однокомпонентного магнитного проявителя черновая очистка проводится магнитным валиком, с которого тонер счищается скребком, а окончательная очистка - ракелем. Если в аппарате имеется устройство предочистки, то достаточно одного ракельного устройства (см. рис. 4.3).

Рис. 5.17. Узел транспортировки отработанного тонера внутрь фоторецептора (светочувствительного барабана)

В устройстве очистки присутствует элемент для отвода тонера - винт или вакуумный отсос. Далее тонер транспортируется в емкость для отработанного тонера. Обычно для этой цели служит шнек. На рис. 5.17 показана схема транспортировки отработанного тонера внутрь полого фоторецептора. Количество отработанного тонера регистрируется и при заполнении емкости на дисплее панели управления появляется соответствующее сообщение. В современной аппаратуре существует тенденция к повторному использованию отработанного тонера. Устройство очистки снабжается фильтрами (для очистки тонера) и приспособлениями для возврата тонера в работу.

Для стирания заряда скрытого электростатического изображения служат специальные лампы или коротроны стирания (см. раздел 4).

5.2.4.

Особенности электрографических печатающих устройств цифровых копировальных аппаратов

Как было сказано ранее, цифровые копировальные аппараты состоят из сканера, процессора и электрографического печатающего устройства. В данном пособии выявляются отличия печатающего устройства цифрового аппарата от печатающего устройства аналогового аппарата. Цветные аппараты не рассматриваются.

5.2.4.1.

Оптические системы цифровых копировальных аппаратов

В отличие от аналоговых, цифровые копировальные аппараты формируют изображение из отдельных точек, размер и расположение которых определяются сигналами, поступающими из процессора изображений. Для записи такого точечного (растрового) изображения применяются лазеры и светодиодные линейки с инфракрасным излучением. При лазерной записи используется капстановый метод, в основе которого - веерная развертка модулированного лазерного луча в горизонтальной плоскости.

Рис. 5.18. Схема записи изображения с помощью лазерной развертки: 1 - лазерный блок; 2 - коллиматорная линза; 3 - многогранное зеркало; 4 - двигатель лазерного сканера; 5 - корректирующая линза; 6 - отражающее зеркало; 7 - фоторецептор; 8 - датчик начала строки

Для этого используют вращающееся с большой скоростью многогранное зеркало (рис. 5.18). Угловое перемещение лазерного луча идет с постоянной скоростью. Веер лазерной развертки попадает на зеркало, отражающее излучение в сторону фоторецептора. Это зеркало параллельно образующей фоторецептора, и лазерное световое пятно перемещается строго по образующей цилиндра. Линейная скорость пятна по поверхности зеркала и фоторецептора непрерывно изменяется, так как изменяется угол его падения на зеркало. Чтобы этого не было, на пути лазерного веера размещают корректирующую линзу сложной формы. Ее задача - линеаризация, в результате которой лазерный луч движется по зеркалу и фоторецептору равномерно. Однако такой способ позволяет проводить линеаризацию при угле падения луча до 60°, что соответствует в копировальных аппаратах формату изображения до А3. Для больших форматов (А2-А0) необходим другой способ записи, например с помощью светодиодных линеек.

Разрешающая способность записи по горизонтали зависит от того, сколько лазерных световых пятен умещается в миллиметре или в дюйме (25,4 мм). Каждому пробегу лазерного луча вдоль образующей цилиндрического фоторецептора соответствует поворот цилиндра на один шаг, величина которого определяет разрешение аппарата по вертикали. При разрешающей способности 400-600 dpi (16-24 мм^-1) шаг смещения линии лазерной записи составляет 0,04-0,06 мкм.

Модулирование лазерного луча осуществляется включением и выключением лазера в соответствии с программой и изменением интенсивности луча. От фокусировки лазерного луча и возможностей его модулирования зависит разрешающая способность аппарата по горизонтали.

Все более широкое применение находит экспонирование с помощью светодиодных линеек. Линейки представляют собой матрицу, включающую более 5000 отдельных лазерных светодиодов (по одному для каждой точечной позиции) на полосе экспонирования цилиндрического фоторецептора (рис. 5.19). Частота расположения светодиодов в линейке определяет разрешающую способность аппарата. По мере вращения фоторецептора светодиоды включаются и выключаются в соответствии с программой. Светодиодные линейки нашли основное применение в принтерах и цифровых печатных машинах.

 

Рис. 5.19. Запись изображения на фоторецепторе с помощью светодиодной линейки: 1 - узел экспонирования; 2 - фоторецептор

В быстродействующих аппаратах, где на экспонирование отводится короткий промежуток времени, актиничность падающего на фоторецептор излучения должна быть как можно выше. Фоторецептор и источник света (лазер) подбираются так, чтобы фоторецептор имел высокую чувствительность к излучению лазера.

В электрофотографических аппаратах используют полупроводниковые лазеры - с длиной волны излучения в диапазоне 700-800 нм и выходной мощностью 5-15 мВт. Таковы GaAlAs-лазеры, имеющие длину волны излучения 780 нм. К этим излучениям чувствительны практически все используемые для современных фоторецепторов фотопроводники: органические фотопроводники, аморфный кремний, многокомпонентные халькогениды. Основной тип фоторецепторов в цифровых копировальных аппаратах - органические.

5.2.4.2.

Особенности проявления скрытого электростатического изображения в цифровых копировальных аппаратах

В цифровых аппаратах легко реверсировать работу лазерной развертки, записывая вместо позитивного негативное изображение. Поэтому можно сделать позитивную копию двумя путями.

Получать позитивное скрытое электростатическое изображение (СЭИ) и проявлять его прямым способом. При этом тонер имеет заряд противоположного знака и осаждается в большей степени на участках СЭИ с высокой плотностью заряда (большим потенциалом). Неэкспонированные участки, темные на оригинале, выходят темными и на изображении, так как СЭИ этих участков - с большой плотностью заряда.

Получать негативное СЭИ, а для его визуализации использовать обращенное проявление, при котором тонер имеет одинаковый заряд с СЭИ. На проявляющий электрод подается потенциал чуть меньше максимального потенциала СЭИ (эта разница составляет потенциал смещения, обеспечивающий чистый фон). Возникает электрическое поле, напряженность которого в участках СЭИ, имеющих большие потенциалы, будет маленькой, так как эти потенциалы почти не отличаются от потенциала проявляющего электрода. В участках СЭИ, где потенциал мал или равен нулю, напряженность поля большая и тонер, отталкиваясь от одноименно заряженного проявляющего электрода, летит к фоторецептору.

Обращенное проявление используется в ряде цветных аппаратов и в цифровых печатных машинах.

 

 

 

Список использованной и рекомендуемой литературы

Borsenberger P.M., Weiss D.S. Organic Photoreceptor for Imaging Systems, Marcel Dekker, Inc New York, Basel, Hong Kong, 1993. P. 447.

Pai D.M., Springett B.E. Physics of Electrography // Review of Modern Physics. 1993. Vol. 65. N. 1. P. 163-211.

Scharfe M. Electrophotography Principles and Optimization. Research Study Press Ltd, Letchworth, Herfordshire, England, 1984.

Василевский Д. Основы ксерографии: Учеб. пособие. М.: Учеб. центр RANK XEROX, 1995.

Литвинов В.Е., Старосельский М.В. Электрофотографические аппаратура и процессы, использующие однокомпонентные проявители. М.: Книжная палата, 1990. (Полиграфическая пром-сть. Обзор информ. по основным направлениям развития отрасли / Информпечать. Вып. 8).

Опыт эксплуатации и перспективы развития электрофотографической копировально-множительной техники/Материалы совещания 18-19 ноября 1975 г. Вильнюс: Мокслас, 1977.

Харин О., Сувейздис Э. Цветная электрофотография. Л.-М., 1996.

Чепенко В.Г. Электрофотографические и другие немеханические печатающие устройства для ЭВМ. М., 1990. (Полиграфическая пром-сть. Обзор информ. по основным направлениям развития отрасли / Информпечать. Вып. 1).

Электрофотография и магнитография / Труды III научно-технической конференции. Вильнюс: Минтис, 1972.