Bęben światłoczuły jest istotną częścią składową każdej kserokopiarki i drukarki laserowej.

Transkrypt

1 Kserokopiarka Jeszcze trzydzieści lat temu nie wiedzieliśmy, co to odbitka kserograficzna, po-tocznie dziś nazywana ksero. W ciągu ostatnich piętnastu lat, z racji dynamicznego rozwoju komputeryzacji, nastąpiła istotna zmiana w naszym pojmowaniu dostępu do informacji. Rozwój techniki kserograficznej (oraz stopniowe zmniejszenie kosztów odbitek ksero) istotnie przyczynił się do lawinowego wzrostu zainteresowania gromadzeniem materiałów i informacji w takiej właśnie formie. Nie wyobrażamy już sobie życia szkolnego, studenckiego czy biurowego bez kopii kserograficznych. Są one do tego stopnia powszechne, że budzą (słuszny skądinąd) niepokój wydawców książek, którzy w obawie przed konkurencyjnością odbitek w stosunku do oryginałów, obniżają ceny podręczników do poziomu niższego od ceny kopii całej książki i prowadzą kampanie pro-autorskie (np. bardzo sugestywna kampania Kserowanie zabija książkę ). Czy możemy sobie jednak wyobrazić w obecnych czasach ręczne przepisywanie notatek lub powielanie materiałów dydaktycznych? Urządzeniem umożliwiającym nam szeroki dostęp do kserografii jest kserokopiarka. Zwykle pokaźnych rozmiarów, wydaje się być skomplikowaną, w istocie jednak zasada działania kserokopiarki jest dosyć prosta. Główny proces kserograficzny, czyli proces suchego zapisu (z gr. κσεροσ (kseros) suchy, γραφω (grapho) piszę) opiera się na zasadach elektrofotografii, czyli elektrostatycznego otrzymywania obrazów. Co dzieje się po włożeniu oryginału do kserokopiarki? Sercem urządzenia jest bęben z metalowego podkładu, którego powierzchnia pokryta jest fotoprzewodnikiem. Jest to szczególny materiał (szkło chalkogenikowe), który w ciemności jest bardzo dobrym izolatorem, natomiast światło widzialne generuje w nim nośniki prądu elektrycznego. Proces kserograficzny rozpoczyna się w ciemności, równo-miernym naładowaniem czynnej powierzchni bębna ładunkiem dodatnim, dzięki elektrodzie powodującej tzw. wyładowanie koronowe (rys. 1). W tym samym czasie na granicy pomiędzy podkładem a fotoprzewodnikiem indukuje się ładunek ujemny.

2 Rys. 1 Bęben kserokopiarki naładowany podczas wyładowania koronowego. Bęben składa się z metalowego podkładu (kolor biały) oraz powierzchni fotoprzewodzącej (kolor szary). Fotoprzewodnik ładuje się dodatnio, a na granicy fotoprzewodnika i podkładu indukuje się ładunek ujemny Następnie włączane jest światło widzialne, które odbija się od powierzchni oryginału. Światło jest odbijane selektywnie: jego część trafiająca na białą powierzchnię oryginału odbijana jest w całości, część trafiająca na szarą powierzchnię oryginału odbijana jest częściowo, natomiast światło padające na czarny zapis powierzchni oryginału jest w całości pochłaniane. Światło odbite od oryginału pada na powierzchnię bębna. W miejscach, w których fotony dosięgną fotoprzewodnika, są one absorbowane i biorą udział w powstaniu par elektron-dziura. Elektrony zobojętniają lokalnie ładunek dodatni, natomiast dziury neutralizują ładunek ujemny wyindukowany wcześniej na granicy pomiędzy materiałem fotoprzewodzącym a podkładem. A zatem w miejscu, gdzie intensywne światło pada na fotoprzewodnik, następuje całkowita neutralizacja wcześniejszego powierzchniowego ładunku dodatniego, natomiast w miejscach, do których nie dotarło światło odbite od powierzchni oryginału, fotoprzewodnik nadal pozostaje naładowany dodatnio. Na bębnie powstaje elektrostatyczny obraz oryginalnego dokumentu (rys. 2) warto wspomnieć, że w fotoprzewodniku zachodzi anomalna dyfuzja nośników; gdyby zachodziła zwykła dyfuzja, obraz byłby mocno rozmyty.

3 Rys. 2. Powstawanie elektrostatycznego obrazu oryginału (litery T) na powierzchni bębna. Światło padające na oryginał (promieni nie zaznaczono), odbija się od jego powierzchni (zwróconej stroną zadrukowaną w kierunku bębna) i pada na fotoprzewodnik (zaznaczony kolorem ciemnoszarym). Promienie światła odbitego od powierzchni oryginału zaznaczono schematycznie liniami przerywanymi. Padające fotony neutralizują częściowo ładunek na powierzchni fotoprzewodnika. Pozostały na bębnie dodatni obraz elektrostatyczny jest wierną kopią nadruku oryginału. W pobliżu bębna znajduje się wałek proszkowy (toner) zawierający suche cząsteczki specjalnego tuszu, naładowane ujemnie. Cząsteczki te są uwalniane i przeskakują na bęben, przyczepiając się w miejscach, w których bęben nadal jest naładowany dodatnio. Następnie bęben obraca się w stronę przygotowanej już czystej kartki papieru, na której chcemy otrzymać kserokopię oryginału. Pod papierem znajduje się elektroda, która ładując papier dodatnio, ułatwia oderwanie cząsteczek tuszu od bębna i przeniesienie ich na papier kopiujący. W końcowej fazie powstawania odbitki kserograficznej kartka papieru przesuwana jest pomiędzy wałkami utrwalającymi o temperaturze około 200 C. Podgrzanie papieru powoduje jednoczesne lokalne stopienie tonera, który w ten sposób na trwałe przykleja się do kartki. Aby zapobiec przyklejaniu cząsteczek tuszu do wałka, wykonuje się go z teflonu i pokrywa niezwykle cienką warstwą oleju. Kserokopia jest już gotowa. Pozostaje tylko wyczyszczenie bębna i przygotowanie go do dalszej pracy resztka obrazu elektrostatycznego jest rozładowywana za pomocą światła.

4 Xero Minolta Bizhub Bęben Bęben światłoczuły jest istotną częścią składową każdej kserokopiarki i drukarki laserowej. Bęben światłoczuły organiczny OPC zbudowany jest z aluminiowego cylindra pokrytego warstwą organicznych materiałów światłoczułych. CGL (charge generating layer) jest warstwą grubości poniżej 1 µm zdolną do uwalniania elektronów pod wpływem światła emitowanego przez diody LED czy laser. CTL (charge transfer layer) jest przeźroczystą warstwą o grubości do 35 µm mająca kontakt z tonerem.

5 Elektroda ładująca gromadzi na powierzchni CTL ładunek. W miejscach naświetlonych ładunek przez warstwę CTL i CGL, która w tych miejscach staje się przewodnikiem, przepływa do aluminiowego cylindra. W ten sposób na powierzchni bębna światłoczułego tworzy się obraz w postaci ładunków elektrostatycznych. Najczęściej bęben i toner ładowane są ujemnym ładunkiem. W miejscach rozładowanych pozostaje niewielki ujemny ładunek. Do tych miejsc jest przyciągany ujemnie naładowany toner tworząc na powierzchni bębna obraz kopii. Dupleks Dupleks jest dodatkowym modułem instalowanym w kserokopiarce, który służy do automatycznego wykonywania kopii dwustronnych. Kartka papieru po nałożeniu na nią kopii pierwszej strony oryginału nie jest wyrzucana na tacę, lecz kierowana jest do dupleksu, odwracana, a następnie ponownie kierowana do kserokopiarki w celu nałożenia na nią kopii drugiej strony oryginału. Kopia dwustronna wyrzucana jest na tacę wyjściową. Oryginał dwustronny może być odwracany ręcznie, za pomocą podajnika oryginałów lub przesyłany z komputera, jeśli wykorzystujemy kserokopiarkę jako drukarkę laserową. Finiszer Finiszer jest dodatkowym modułem instalowanym do kserokopiarki, przeznaczonym do dalszej obróbki kopii. Możliwe są następujące operacje: dziurkowanie, zszywanie,

6 zszywanie broszur, sortowanie na tacach o dużej pojemności (kilka tysięcy kopii), rozdzielanie kopii od wydruków, układanie wydruków na tacach adresowanych. Adres przyporządkowany jest do użytkownika. Gramatura papieru W kserokopiarkach najczęściej można stosować papiery o gramaturze od 60 do 256 g/m². Typowa gramatura papieru powszechnie wykorzystywanego w kserokopiarkach to 90 g/m². Dobierając maszynę należy sprawdzić, czy producent zapewnia pełną funkcjonalność kserokopiarki dla każdego rodzaju papieru. W wielu maszynach istnieją ograniczenia, np. karton o gramaturze 256 g/m² może być podawany tylko ręcznie, albo nie może być wykonywana kopia dwustronna za pomocą dupleksu. Aby zapewnić bezawaryjną pracę kserokopiarki należy stosować papiery pozbawione pyłu papierowego, oraz odporne na działanie rozgrzanych wałków utrwalających. Ma to szczególne znaczenie w czasie wykonywania kopii dwustronnych. Odkształcony papier znacznie częściej ulega zacięciu. Folie OHP należy starannie dobierać, zwracając uwagę na ich odporność na wysoką temperaturę. Zastosowanie folii nieodpornej na temperaturę (np. bardzo podobnie wyglądają okładki do bindowania) może doprowadzić do zniszczenia sekcji utrwalania. Folia topi się i obkleja wałki utrwalające. Jak działa czarno-biała kserokopiarka laserowa. Kserokopiarka cyfrowa laserowa składa się w największym uproszczeniu ze skanera przekształcającego obraz oryginału na sygnały elektryczne, specjalizowanego komputera oraz drukarki laserowej. Taka konstrukcja umożliwia niezależne wykorzystanie każdego z tych elementów. A więc kupując kserokopiarkę cyfrową kupujemy równocześnie drukarkę laserową i skaner (część funkcji może wymagać zainstalowania opcjonalnych elementów urządzenia). Uproszczony schemat działania kserokopiarki laserowej przedstawiony jest na rysunku.

7 SKANER za pomocą optyki i przetwornika CCD (ang. Charge Coupled Device) przekształca treść oryginału na ciąg sygnałów elektrycznych. CYFROWA OBRÓBKA DANYCH polega na takim przekształceniu danych ze skanera, aby otrzymać 8-bitowe skorygowane dane konieczne do właściwego wysterowania lasera, oraz do zapisania obrazu w pamięci. LASER naświetla powierzchnię naładowanego ujemnie bębna światłoczułego tworząc na jego powierzchni kopię oryginału w postaci ładunków elektrostatycznych. Promień lasera rozładowuje ujemny ładunek na powierzchni bębna. BĘBEN aluminiowy cyliner pokryty warstwą światłoczułą. Elektroda ładująca gromadzi na jego powierzchni ładunek elektrostatyczny. Istotną właściwością bębna jest zdolność do neutralizacji ładunku w miejscach naświetlonych promieniem lasera. TONER (ujemnie naładowany) przyciągany jest do miejsc naświetlonych przez promień lasera(rozładowanych, a więc mających dodatni potencjał w

8 stosunku do drobinek tonera).na powierzchni bębna tworzy się rzeczywista kopia oryginału. TRANSFER służy do przeniesienia obrazu za pomocą ujemnego ładunku z powierzchni bębna na kartkę papieru. Do transferu wykorzystuje się najczęściej rolki transferowe do których doprowadzony jest ujemny potencjał. W tym momencie otrzymujemy kopię, która musi jeszcze zostać utrwalona za pomocą rozgrzanych wałków utrwalających. CZYSZCZENIE ma na celu usunięcie z powierzchni bębna światłoczułego resztek tonera. KASOWANIE usuwa ładunki elektrostatyczne z powierzchni bębna. ŁADOWANIE (ujemne) przygotowuje bęben do naświetlenia kolejnej kopii (w zależności od średnicy bębna i formatu oryginału wykonanie jednej kopii wymaga kilku obrotów bębna). Jak działa kolorowa kserokopiarka laserowa. Dla uproszczenia pominięto tutaj część wspólnych procesów. Obraz kolorowy otrzymujemy przez nałożenie na papier czterech tonerów o kolorach C (cyjan) M (magenta) Y (żółty) i K (czarny). Oznacza to, iż kserokopiarka kolorowa posiada cztery zespoły bębnów (osobny dla każdego koloru).

9 LASER naświetla powierzchnię bębna światłoczułego tworząc na jego powierzchni kopię oryginału (a właściwie składową dla danego koloru) w postaci ładunku elektrostatycznego. Cztery kolejno ułożone bębny są równolegle (z opóźnieniem wynikającym z prędkości przemieszczania się taśmy transferowej) naświetlane przez cztery lasery. Dane do wysterowania laserów są otrzymywane ze skanera (po skomplikowanej obróbce zapewniającej odpowiednią jakość kopii). TAŚMA TRANSFEROWA pośredniczy w przenoszeniu obrazu z bębnów na papier. Poszczególne tonery nakładane są kolejno na bęben, a następnie transferowane na taśmę transferową tworząc na niej kopię oryginału. W kolejnym kroku obraz z taśmy transferowej przenoszony jest na papier za pomocą kolejnej rolki transferowej. Kopia musi być jeszcze utrwalona za pomocą rozgrzanych wałków utrwalających. CMYK CMYK - zestaw czterech podstawowych kolorów farb drukarskich stosowanych powszechnie w druku kolorowym w poligrafii i metodach pokrewnych (atramenty, tonery i inne materiały barwiące w drukarkach komputerowych, kserokopiarkach itp.). W modelu kolorów CMYK wykorzystuje się fakt, że tonery przeniesione na papier pochłaniają światło. Kiedy na toner pada światło, część promieni o widzialnych długościach fal jest pochłaniana, natomiast pozostałe są odbijane. Zgodnie z teorią kolorów zmieszanie barwników: niebieskozielonego (C - cyan), purpurowego (M - magenta), oraz żółtego (Y - yellow) powinno w rezultacie dać kolor czarny. W praktyce kolor czarny nie jest uzyskiwany i dlatego trzeba dodać jeszcze barwnik czarny (K), który umożliwi uzyskanie czystej czerni (na oznaczenie koloru czarnego stosowana jest litera K, a nie B, ponieważ ta ostatnia oznacza już barwę niebieską w modelu kolorów RGB). Mieszanie barw ma charakter subtraktywny, a kolory pochodne tracą na czystości, a więc zbliżają się do czerni.