Электростатические печатающие устройства используются в качестве устройств копировально-множительной техники, в качестве выводных устройств ЭВМ, в системах автоматизированного проектирования, информационно-измерительных системах, в качестве маркирующих устройств и при нанесении структурных покрытий. В электропечати выделяются два направления: электрофотография и электрокаплеструйная технология. Электрофотографические устройства обеспечивают более высокую скорость и разрешающую способность печати, электрокаплеструйные более просты по устройству и дешевы.

Электрофотография

В основе электрофотографического способа лежит свойство высокоомного фотополупроводника, нанесенного тонким слоем на подложку, изменять свою электрическую проводимость под действием света.

На первой стадии процесса (рис. 1.) производится электризация полупроводника, т.е. на поверхность полупроводникового слоя наносятся электрические заряды того или иного знака. Постоянная времени разряда слоя, определяемая диэлектрической проницаемостью и электрической проводимостью слоя, такова, что заряды удерживаются на поверхности в течение времени, необходимого для выполнения последующих операций. Электризация проводится при отсутствии освещения.

После электризации производится экспонирование слоя, которое принципиально не отличается от экспонирования обычных фотографических материалов. Оно может производиться в фотографических камерах, а также контактным методом. В процессе экспонирования благодаря фотопроводимости полупроводника уменьшается сопротивление слоя и происходит стекание зарядов с тех участков поверхности, которые подверглись воздействию света. Оставшийся после экспонирования поверхностный заряд образует скрытое электростатическое изображение.

Рис. 1. Стадии электрофотографического процесса
I — зарядка; II — экспозиция; III — проявление;
IV — перенос изображения; V — фиксация изображения.
1 — коронирующие электроды;
2 — фотополупроводник;
3 — заземленный электрод;
4 — оригинал (первичное изображение);
5 — проекционная система;
6 — скрытое электростатическое изображение;
7 — проявляющий порошок;
8 — порошковое изображение;
9 — бумага;
10 — термокамера;
11 — прижимной валик.

Проявление скрытого электростатического изображения производится с помощью заряженного порошка. Если заряд частиц проявляющего порошка противоположен по знаку остаточному поверхностному заряду, то частицы будут оседать преимущественно в местах с наибольшей плотностью поверхностного заряда. В результате на поверхности полупроводникового слоя образуется порошковое изображение. Электростатическое изображение можно визуализировать не только заряженными порошками, но и непосредственно сканированием потенциального рельефа и превращением его в оптическое изображение на экране электронно-лучевой трубки.

Следующим этапом процесса является перенос слоя на несветочувствительную подложку, например, бумагу. Далее производится фиксация порошкового изображения на бумаге. Обычно на бумагу переносится незначительная часть порошка, что позволяет получать несколько копий с одного изображения на полупроводниковом слое. Наиболее простой и распространенный способ фиксации изображения термический при соответствующем подборе порошка.

Заключительной стадией процесса является очистка полупроводника от остатков порошка.

Из всего разнообразия фотополупроводниковых материалов в электрографии нашли применение оксид цинка и селен. Они в наибольшей мере удовлетворяют предъявляемым требованиям: имеют малую электрическую проводимость (10^-13-10^-14 1/Ом×м), обладают необходимой спектральной чувствительностью, позволяют получать тонкие слои, имеющие достаточную механическую прочность. Широко используются органические полупроводники.

Применяются различные методы получения электрографических слоев. Например, слои оксида цинка получают путем нанесения тонкого слоя суспензии порошка на бумагу и последующего высушивания. Такие слои предназначены для однократного использования. Они обладают наибольшей разрешающей способностью (до 100 линий на 1 мм), обеспечивают качественное изображение с передачей полутонов, но чувствительность их мала (0,1-1 ед. ГОСТ).

Слои из селена наносят на металлические пластины напылением в вакууме, и предназначены они для получения многократных копий. Разрешающая способность при этом получается в 2-3 раза меньше, но чувствительность слоев на основе селена можно получить до 20 ед. ГОСТ.

Рассмотрим основные стадии электрографического процесса.

Из различных способов зарядки полупроводниковых слоев применяется преимущественно зарядка в поле коронного разряда. Коронирующие электроды представляют собой или тонкие вольфрамовые провода диаметром 0,02-0,1 мм, или иглы. Важное значение имеет равномерность распределения заряда по слою. Это достигается применением ряда проводов или игл вместо одного провода, перемещением слоя относительно коронирующих проводов, использованием дополнительных экранов.

В электрофотографии используются несколько способов проявления скрытого электростатического изображения. По характеру взаимодействия частиц проявляющего вещества с заряженными участками слоя различают два основных типа проявления: сухое и жидкостное.

Имеется много разновидностей сухого метода проявления: каскадный, «магнитной кистью», меховыми валиками, аэрозольный. Метод сухого каскадного проявления наиболее распространен для селеновых фотослоев многократного использования. Каскадный проявитель обычно состоит из двух компонентов: крупнозернистого носителя и мелкодисперсного проявляющего порошка — тонера.

Вещества-носители для данного проявляющего порошка выбираются таким образом, чтобы при трении частиц носителя с частицами тонера последние приобретали заряды, противоположные по знаку зарядам электростатического изображения. Размеры частиц тонера обычно составляют 5-10 мкм, частицы носителя достигают 300-700 мкм. От размера частиц тонера зависит качество получаемого изображения. При слишком малом размере резко повышается оптическая плотность фона (вуаль) изображения. При проявления изображения носитель обеспечивает равномерное перемещение проявляющего состава по поверхности слоя. Благодаря контактно-электрическому взаимодействию на каждой частице носителя удерживается значительное количество частиц тонера. Проявление состоит в том, что частицы тонера отрываются от носителя и осаждаются на заряженных участках слоя. В качестве носителей применяют кварцевый песок, стеклянные шарики, полистирол. Самое широкое распространение получили стеклянные шарики, покрытые пленкой смолы. Стеклянные или полистирольные шарики легко перекатываются по пластине и меньше царапают слой, чем кварцевый песок.

Каскадный способ проявления используется в большинстве отечественных и зарубежных моделей копировально-множительных аппаратов. В основном каскадный способ проявления применяют при копировании штриховых изображений. Несмотря на ряд таких достоинств, как малый расход проявляющего порошка, приемлемый уровень вуали, отсутствие пыли, каскадный метод проявления имеет серьезные недостатки, заключающиеся в том, что он не обеспечивает высокую степень проявления, плохо проявляет полутоновые изображения, т.е. дает так называемый «краевой эффект».

В методе проявления «магнитной кистью» также применяются носитель и проявляющий порошок, но частицы носителя обладают магнитными свойствами. Притягиваясь к магниту, они располагаются нитями вдоль силовых линий поля. При перемещении электрофотографического слоя относительно «магнитной кисти» происходит проявление электростатического изображения, которое по механизму не отличается от каскадного проявления.

В методе аэрозольного проявления доставка частиц к поверхности электрофотослоя осуществляется потоком воздуха. Используются высокодисперсные порошки с размером частиц 0,1-1,0 мкм, что дает возможность получать изображения с очень высоким разрешением. Аэрозольный метод позволяет получать не только штриховые, но и полутоновые отпечатки. Конструктивное оформление установки для аэрозольного проявления во многом подобно оформлению установок для напыления порошковых покрытий в электрическом поле. Сложность реализации не позволила методу найти широкое применение в серийном оборудовании.

В последнее время многие фирмы уделяют внимание электрофотографическому процессу с использованием однокомпонентного проявителя, который имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с электрофотографическим процессом, использующим двухкомпонентный проявитель. Основными из них являются: простота конструкции устройств проявления, закрепления и очистки, значительное уменьшение энергоемкости при закреплении изображения, уменьшение материалоемкости оборудования, повышение его эксплуатационных характеристик.

В отличие от традиционного двухкомпонентного проявителя однокомпонентный представляет собой однородный проявляющий порошок, каждая частица которого содержит ферромагнитную компоненту в виде ядра или отдельных вкраплений. Проявитель, имеющий магнитные свойства, используется при проявлении методом «магнитной кисти» без применения электрофотографического носителя.

Узел проявления «магнитной кистью» с однокомпонентным носителем конструктивно значительно проще (рис. 2) аналогичных узлов, где использован двухкомпонентный проявитель. Процесс проявления методом «магнитной кисти» происходит следующим образом.

Рис.2. Схема узла проявления с однокомпонентным проявителем
1 — бункер; 2 — проявитель;
3 — диафрагма; 4 — магнитная кисть;
5 — магнитный барабан;
6 — электрофотослой;
7 — проявляющий барабан.

Частицы проявителя 2 через диафрагму 3 под воздействием магнитного поля вращающегося магнитного барабана 5 попадают на поверхность немагнитного проявляющего барабана 7 и образуют магнитную кисть 4, конфигурация которой определяется конфигурацией формирующего ее магнитного поля. При использовании симметричного многополосного барабана кисть формируется в виде симметричной многолепестковой системы с числом лепестков равным числу полюсов барабана. Каждый лепесток магнитной кисти — это совокупность цепочек из частичек проявителя, вытянутых в любой момент времени вдоль силовых линий магнитного поля. Длина цепочек, плотность их распределения по поверхности проявляющего барабана определяются магнитными свойствами проявителя, величинами магнитной индукции поля и его градиента.

При движении магнитной кисти по поверхности фотослоя частицы проявителя притягиваются зарядами скрытого электростатического изображения (рис. 3).

Рис.3. Схема процесса проявления с проводящим однокомпонентным проявителем
1 — магнитный барабан;
2 — проявляющий барабан;
3 — частицы проявителя;
4 — электрофотослой.

Существенным недостатком проявления заряженными порошками является «краевой эффект», который заключается в том, что при проявлении больших равномерно заряженных площадей получается контурное изображение. Причиной этого является то, что электрическое поле, создаваемое зарядами электростатического изображения и связанными с ними зарядами на подложке, выходит за пределы слоя только на краях изображения, где и происходит преимущественное осаждение частиц порошка. В наименьшей мере «краевой эффект» выражен при аэрозольном методе проявления. Для ослабления «краевого эффекта» применяют дополнительные электроды, расположенные в непосредственной близости над электрофотографическим слоем, и слои с регулярными неоднородностями.

Сущность переноса порошкового изображения заключается в том, что частички тонера, из которых состоит видимое изображение, могут быть после проявления перенесены электростатическим полем на бумагу. Для этого на бумагу, наложенную на фотослой, наносят заряды, совпадающие по знаку с первоначальным зарядом слоя.

Для проявления и закрепления изображения применяют и жидкие проявители. В этом случае используют трибоэлектрический эффект, наблюдаемый между порошком тонера и жидкостью с низкой электрической проводимостью, например, бензином, керосином и т.д. Чтобы частицы тонера все время находились во взвешенном состоянии в жидкости, ее постоянно перемешивают. Экспонирование электрофотографического слоя производится через слой жидкого проявителя. При этом тонер откладывается в тех местах, где имеются заряды, и сразу же закрепляется с помощью того же растворителя. Этот метод позволяет получить отпечатки с максимально возможной для электрофотографии разрешающей способностью — 200-250 линий на 1 мм.

Качество изображения при использовании жидких проявителей значительно выше, чем при сухом проявлении. Причина этого состоит в том, что в жидком проявителе все частицы тонера обладают одинаковым зарядом в противоположность сухому проявлению. В результате при сухом проявлении частицы осаждаются и на освещенных участках слоя, образуя фон изображения.

Комментарии запрещены.