KOPÍROVACÍ PROCES Podstata kopírovacího procesu je založena na: 1. fotocitlivých vlastnostech světelného válce 2. elektrostatickém nabíjení komponentů kopírovacího procesu různými náboji (+ a – se přitahují, + a +, - a - se odpuzují) Základní kopírovací proces se skládá z šesti základních kroků:
Principiální schéma xerografického kopírování:
1 7
8 2 9 3 12 10 4
11
5 6 1. 2. 3. 4. 5. 6.
matrice (originál) fotocitlivý válec vývojnice (toner) magnetický válec papír kopie přenosová korona
7. snímač (zdroj světla, optika) 8. nabíjecí korona 9. vybíjení válce (celkový osvit) 10. zapékací válec 11. přítlačný válec 12. nádobka odpadního toneru
Stručný princip činnosti: 1. Povrch fotocitlivého válce se pomocí korony nabije záporným nábojem na určitý potenciál. 2. Pomocí snímací jednotky se osvětlí matrice (nemusí být transparentní). Tmavá místa světlo pohltí, světlá místa světlo odrazí. Odražené světlo dopadá pomocí zrcadel a optiky na fotocitlivý válec. 3. V místě dopadu světla klesne odpor fotocitlivé vrstvy, náboj se v tomto místě vybije a na povrchu válce vznikne latentní (neviditelný) obraz tvořen zápornými náboji. 4. Ve vývojnici se nachází kladně nabité barvivo (toner), které se dopravuje do blízkosti světelného válce. Vlivem elektrostatických sil dojde k „přeskakování“ toneru na světelný válec 5. Pomocí přenosové korony se papír nabíjí silným záporným nábojem, dojde k přenosu barviva ze světelného válce na papír. 6. Papír prochází fixační jednotkou, kde je toner při teplotě asi 180 °C fixován na papír. 7. Mechanickou stěrkou se očistí válec od zbylého toneru a celkovým osvětlením se vybije světlocitlivý válec. Fotocitlivý válec a) Typy fotocitlivých substancí Fotocitlivá substance je taková substance, která mění svůj odpor v závislosti na tom, jakou intenzitou je osvětlena. V kopírovacích strojích se používaly různé materiály. V současné době se používají poslední dva z níže uvedených. 1. oxid zinečnatý (ZnO) 2. sulfid kademnatý (CdS) 3. selen (Se) 4. organický fotovodič OPC 5. amorfní křemík (A-Si) b) Vlastnosti fotocitlivé substance (viz předmět Elektronika: definice polovodiče, vlastní a nevlastní vodivost, závislost vodivosti na osvětlení polovodiče.) c) Konstrukce Fotocitlivá substance se nanáší na válec nebo na pás.
Typ buben
Typ řemen (pás)
Fotocitlivý válec je tvořen dutým válcem z hliníku (základový materiál) - dobře vodivý, lehce opracovatelný, teplotně odolný). Na povrch se nanese fotocitlivá vrstva. OPC (Organic Photo Conductor) – široké použití, na válec nesmí dopadat přímý sluneční svit A-Si (amorfní křemík) – napařováním se na povrchu hliníkového válce vytvoří extrémně tvrdý kovový povrch, při vhodné manipulaci dlouhá životnost d) Porovnání fotocitlivých rozsahů V závislosti na použitém materiálu válce se mění citlivost na určitou barvu. Nejcitlivější jsou CdS na modrou, OPC na zelenou a A-Si na červenou. Na tuto barvu se bude válec více vybíjet než by měl – odstín šedi bude nahrazen černou. Odstranění této přecitlivělosti se provede nanesením speciálních povlaků na čočky zrcadla optické soustavy – omezí se intenzita světla příslušné barvy.
A. Primární korona Představuje první krok v kopírovacím procesu, vytváří rovnoměrný el. náboj na povrchu fotocitlivého válce. Primární koronu tvoří drát o průměru 0,06 mm (většinou pozlacený wolfram), který je veden paralelně s osou válce. Mezi drát a válec se vkládá mřížka. Přivedením vysokého napětí (okolo 6 kV) na drát korony vzniká povrchový výboj, který plošně nabíjí válec záporným el. nábojem. Množství náboje je vyjádřeno elektrickým potenciálem ϕ. Závislost potenciálu na nabíjení:
Z hlediska správné funkce je stanovena maximální hodnota potenciálu povrchu válce (cílová hodnota). K omezení potenciálu se používá mřížka, která se při dosažení požadovaného potenciálu válce uzemní pomocí varikapu (kapacitní dioda). Tím se nabíjení povrchu válce ukončí. Sestava primární korony
drát korony
zdroj vn
mřížka válec
varikap
B. Expozice obrazu Světlo lampy osvětluje předlohu - na tmavých místech se světlo rozptýlí a od světlých míst odrazí. Odražené světlo se pomocí čoček a soustavy zrcadel vede přímo na povrch válce. V místě dopadu světla se fotocitlivá vrstva stává vodivou a záporné náboje rekombinují s kladnými náboji uvnitř válce (vybíjení náboje). .
C. Vyvíjení Proces, který zviditelní latentní obraz na povrchu fotocitlivého válce. Jako barvivo se používá tzv. toner, který se třením nabíjí na kladný náboj. Druhy vyvíjecích procesů: •
kapalinové
•
suché (práškový toner) - dvousložkové vyvíjení magnetickými kartáči - jednosložkové vyvíjení přeskakováním částic (černobílé kopírování) - dvousložkové vyvíjení přeskakováním částic (barevné kopírky a laserové tiskárny)
Jednosložkové vyvíjení přeskakováním částic Ve vývojnici je pouze toner, který je magnetický a nevodivý. Složení vyvíjecí sestavy (jednosložkové vyvíjení):
Hlavní části vyvíjecí soustavy tvoří: a. Nátrubek – rotující dutý válec s nemagnetického materiálu (nerez, ocel nebo hliník) b. Magnetický válec – nerotuje, je v dutině nátrubku severem proti železnému břitu. Mezi břitem a magnetickým válcem vzniká silné magnetické pole. Rotací nátrubku dochází k tření toneru, který se nabíjí kladně, a jelikož je magnetický, bude přitahován polem magnetického válce k nátrubku. Při další rotaci je koncentrovaným magnetickým polem „natírán“ do tenké vrstvičky na nátrubek. V místě, kde je mezera mezi fotocitlvým válcem a nátrubkem nejmenší, dochází k přeskakování kladně nabitého toneru na záporně nabité náboje. Čím je potenciál fotocitlivého bubnu větší, tím větší množství toneru přeskáče. Vzdálenost mezi břitem a vyvíjecím válcem
: 200 až 300 µm
Tloušťka vrstvy toneru
: 100 µm
Vzdálenost mezi fotocitlivým bubnem a vyvíjecím válcem : 300 µm
Dvousložkové vyvíjení přeskakováním částic Ve vývojnici je toner + nosič (developer), toner je magnetický vyvíjecí válec
Vývojnice
Fotocitlivý válec
toner
nosič
U tohoto způsobu vyvíjení je nutná kontrola poměru toneru a developeru. Je-li toneru moc, jsou kopie tmavé, pokud málo, kopie jsou světlé. Částice toneru a nosiče se nabíjení vzájemným třením. Přeskočení toneru z magnetického válce na fotocitlivý válec je umožněno působením střídavého předpětí. Tento způsob přenosu se nejčastěji používá u barevných vyvíjecích sestav.
Dvousložkové vyvíjení magnetickými kartáči
magnetický kartáč
fotocitlivý válec vyvíjecí válec
Částice toneru a nosiče se v důsledku vzájemného tření nabíjejí na opačnou polaritu. Nosič vytvoří magnetizací jakýsi kartáč (štětec), jímž se toner na válec nanáší. Jakmile přijde špička tohoto kartáče do kontaktu s povrchem válce, kdy štětiny kartáče „ometají“ povrch válce, vytváří se viditelný obraz (tj. probíhá vyvíjení), avšak pouze kladně nabitými částečkami toneru, které jsou přitahované zápornými náboji na povrch fotocitlivého válce.
D. Přenos a separace
Předpřenosové nabíjení
Separační korona
Po vyvíjecím procesu zůstává toner na světelném válci kladně nabitý. Záporným potenciálem světelného válce je toner silně přitahován. Aby se snížil potenciál povrchu světelného válce (pro snadnější přenos toneru na papír) používá se předpřenosová korona, kterou se sníží potenciál válce a tím oslabí přídržnost toneru na válci, což vede ke zvýšení účinnosti přenosu. Přenosovou koronou se papír nabíjí záporně a při průchodu papíru v blízkosti světelného válce dojde k přenosu toneru na papír. Separace je proces, kdy se kopírovací papír po přenosu toneru odděluje od válce. Na výše uvedeném obrázku je použita elektrostatická separace. Korona vybíjí, náboj na kopírovacím papíru, čímž se oslabuje přilnavá síla, papír se následně oddělí vlastní tuhostí.
E. Fixace Fixací se rozumí stabilizace toneru na kopírovacím papíru. Může být prováděna dvěma způsoby: a. Tepelnými válci – Průchodem papíru fixační jednotkou se částečky toneru roztaví a vlisují do papíru kopie.
b. Tlakem - toner se zafixuje do kopie papíru tím, že prochází mezi dvěma těžkými kovovými chladnými lisovacími válci. Částice toneru jsou zalisovány do vlastní struktury papíru kopie.
F. Čištění Čištění fixačních válců Válec, který přichází do styku s tonerem se od zbylého toneru musí vyčistit. To se provádí tkaninou nebo plstí, která je v přímém dotyku s povrchem válce. Tkanina nebo plsť jsou zároveň napuštěny silikonovým olejem. Zamezí to přilnutí toneru na válec. Čištění světelného válce Účinnost přenosu částeček toneru z fotocitlivého válce na papír je asi 90 %. Zbylých 10 % zůstává na světelném válci. Zbylý toner se stírá gumovou stěrkou a odvádí se do nádobky odpadního toneru. Stěrka se přikládá proti směru otáčení nebo po směru otáčení. Odpadní toner se v žádném případě nesmí vracet do vývojnice.
Změna reprodukčních poměrů Většina kopírovacích přístrojů vytváří kromě přímé kopie v poměru 1:1, také kopie zmenšené nebo zvětšené. Definuje se zde příčný a podélný reprodukční poměr, protože v každém z nich je změna poměru založena na jiném principu.
Změna reprodukčního poměru v přímém směru
Změna reprodukčního poměru v přímém směru se provádí změnou polohy čoček optické soustavy. Je-li čočka uprostřed mezi předlohou a fotocitlivým válcem, vytváří se přímá kopie. Přiblíží-li se čočka k předloze, kopie se zvětší a naopak. Současně kopírovací stroje mají tzv. zoom čočky, které nemění fyzicky svou polohu. Změna reprodukčního poměru v podélném směru Při osvětlování válce se snímač (zdroj světla) pohybuje rychlostí (v) pod matricí a odražené světlo se přenáší na povrch světelného válce, jehož obvodová rychlost na povrchu je při kopírování v poměru 1:1 shodná s rychlostí snímače (v = v0). V případě zmenšené kopie se obvodová rychlost válce v0 sníží vůči rychlosti snímače v (v0v).
