Reprografie Informačně orientovaná společnost vyžaduje, aby informace byly vyjadřovány přesně a rychle. A tak byla vyvinuta technologie, která reprodukuje velké množství informací snadno a rychle. V průběhu vývoje bylo vynalezeno mnoho mechanických a chemických principů kopírování. Tyto lze rozdělit zhruba do šesti kategorií. Kopírování Pro potřeby kopírování bylo vynalezeno mnoho mechanických a chemických kopírovacích principů. Tyto lze zhruba rozdělit do šesti kategorií. - Diazo - Chlorid stříbrný - Modrotisk - Teplotní citlivost - Elektrostatické kopírování - přímé / nepřímé - Inkoustové Kopírovací stroje typu diazo V těchto kopírovacích strojích se používá tzv. diazo papír, který je citlivý na ultrafialové světlo.. Technologie kopírování je limitována tím, že předlohy musí být jednolistové, potištěné pouze po jedné straně a musí být transparentní nebo polotransparentní. Jako přednost lze uvést nízké provozní náklady a možnost vytvářet kopie extrémně velkých rozměrů, její používaní je poměrně zažité a proto se technologie diazo stále na trhu uplatňuje. Elektrostatické kopírovací stroje - předlohou může být jakýkoliv formát listu, knihy nebo 3D předmět. Tyto stroje je možno rozdělit do dvou skupin. S přímým kopírováním - používají se specální kopírovací papíry. Princip se nazývá CPC. (Coated Paper Copier) a v současnosti se nepoužívá S nepřímým kopírováním - tzv. metoda přenosového typu používá běžný papír příslušné gramáže. Tato metoda se označuje PPC (Plain Paper Copier) Princip elektrostatického kopírování vynalezl C. F. Carlson v USA v roce 1938. S vývojem byla jeho metoda zdokonalována. Vývoj Carlsonovy metody: Carlsonova metoda 1938
CPC
Metoda elektrofax RCA Corp. 1954
PPC
Kopírovací metoda Canon CdS Kopírovací metoda Canon OPC 1982
Kopírovací metoda Canon A-Si 1984
Xerografická metoda
PPC
PPC
PPC
Základní kopírovací proces: se skládá z šesti základních kroků
Principielní schéma xerografického kopírování:
1 7 8 2 9
3
12 10 11
4 5 6
1. matrice (originál) 2. fotocitlivý válec 3. vývojnice (toner) 4. magnetický válec 5. papír kopie 6. 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
Podstata kopírovacího procesu je založena na: a) fotocitlivých vlastnostech světelného válce b) elektrostatickém nabíjení komponentů kopírovacího procesu různými náboji (+ a – se přitahují, + a +, - a - se odpuzují) 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 teplotou asi 180° fixován na papír. 7. Mechanickou stěrkou se očistí válec od zbylého toneru a celovým osvětlením se vynuluje potenciál válce. 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. 2. 3. 4. 5.
oxid zinečnatý (ZnO) sulfid kademnatý (CdS) selen (Se) organický fotovodič OPC amorfní křemík (A-Si)
b) Vlastnosti fotocitlivé substance -vysvětlit, co je to polovodič, vlastní a nevlastní vodivost, fotovodivost 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. CdS – vyžaduje ochrannou vrstvu – mylarový film, použité válce vyžadují speciální likvidaci. 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.
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 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. Tím se nabíjení povrchu válce ukončí.
Sestava primární korony
drát korony
zdroj vn
mřížka válec
varikap
Expozice obrazu Světlo lampy osvětluje předlohu, kde se na tmavých místech světlo rozptýlí a od světlých míst odrazí. Odražené světlo se pomocí čoček a soustavy zrcadel vede přímo na povrch bubnu. V místě dopadu světla se fotocitlivá vrstva stává vodivá a záporné náboje rekombinují s kladnými korespondujícími náboji uvnitř válce.
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, barevné laserové tiskárny) jednosložkové vyvíjení – ve vývojnici je pouze toner, který je magnetický a nevodivý dvousložkové vyvíjení – ve vývojnici je toner +nosič (developer); toner je magnetický
Jednosložkové vyvíjení přeskakováním částic Složení vyvíjecí sestavy:
Hlavní části vyvíjecí soustavy tvoří: Nátrubek – rotující dutý válec s nemagnetického materiálu (nerez, ocel nebo hliník) Magnetický válec – nerotuje, je v dutině nátrubku severem proti železnému břitu. Mezi břitem a mag.válcem vzniká silné mag. pole; rotací nátrubku dochází k tření toneru, který se kladně nabíjí a protože je magnetický, tak je přitahován polem magnetického válce k nátrubku a 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 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 buben 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 v důsledku magnetizace jakýsi kartáč (štětec), jímž se toner na buben nanáší. Jakmile přijde špička tohoto kartáče do kontaktu s povrchem bubnu, kdy štětiny kartáče ometají povrch bubnu, vytváří se viditelný obraz (tj. probíhá vyvíjení), avšak pouze kladně nabitými částečkami toneru, které jsou přitahované zápornými náboji na povrch fotocitlivého bubnu.
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 – proces, kdy se kopírovací papír po přenosu toneru odděluje od bubnu .
Používají se 3 způsoby separace: a) elektrostatická – viz obr. separační korona – korona vybíjí, eliminuje náboj na kopírovacím papíru, čímž se oslabuje přilnavá síla, papír se následně oddělí vlastní tuhostí b) pomocí zakřivení – používá se tam, kde je průměr světelného válce malý (kopírky PPC) c) separační pás (vodítko) – jedná se o mechanické oddělení, vodítko je v přímém kontaktu s papírem. Nevýhodou je to, že v místě dotyku nemůže být kopie. Fixace Fixací se rozumí stabilizace toneru na kopírovacím papíru. Může být prováděna dvěma způsoby: a) výhřevnými 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. 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 (laterálním) 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. Čočky optické soustavy
Změna reprodukčního poměru v podélném směru Při osvětlování válce se snímač 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 v0 zmenší vůči rychlosti snímače v0
v.
