Chester Carlson demonstrating an early model Xerox copier

Chester Carlson et la xérographie

Le processus xérographique, qui a été inventé par Chester Carlson en 1938, développé et commercialisé par Xerox Corporation, est largement utilisé pour produire du texte et des images graphiques de haute qualité sur papier.

Carlson a initialement appelé le processus l’électrophotographie. Elle est basée sur deux phénomènes naturels : que les matériaux de charges électriques opposées s’attirent et que certains matériaux deviennent de meilleurs conducteurs d’électricité lorsqu’ils sont exposés à la lumière. Carlson a inventé un processus en six étapes pour transférer une image d’une surface à une autre à l’aide de ces phénomènes.

D’abord, une surface photoconductrice reçoit une charge électrique positive. La surface photoconductrice est ensuite exposée à l’image du document. Étant donné que les sections illuminées (les zones sans image) deviennent plus conductrices, la charge se dissipe dans les zones exposées. La poudre chargée négativement répartie sur la surface adhère par l’attraction électrostatique aux zones de l’image chargée positivement. Un morceau de papier est placé sur l’image de poudre, puis il reçoit une charge positive. La poudre chargée négativement est attirée au papier puisqu’elle est séparée du photoconducteur. Finalement, la chaleur fusionne l’image de poudre au papier, produisant une copie de l’image originale.

Processus en six étapes :

Charger

À l’intérieur de chaque copieur et imprimante laser se trouve une surface sensible à la lumière appelée photorécepteur. Il se compose d’une couche mince de matériau photoconducteur qui est appliquée sur une courroie flexible ou un tambour. Le photorécepteur est isolant dans le noir, mais il devient conducteur lorsqu’il est exposé à la lumière. Il est chargé dans le noir en appliquant une tension élevée en courant continu aux fils adjacents ce qui produit un champ électrique intense près des fils et entraîne l’ionisation des molécules d’air. Les ions de la même polarité que la tension sur les fils se déposent sur la surface du photorécepteur, créant un champ électrique à travers elle.

Exposer

Dans un copieur ou une imprimante numérique, l’image est exposée sur le photorécepteur à l’aide d’un laser modulé à balayage ou d’une barre d’imagerie à diodes électroluminescentes. Dans les anciens copieurs analogues, la lumière réfléchie d’une image illuminée est projetée sur le photorécepteur. Dans les deux cas, les zones du photorécepteur exposées à la lumière sont déchargées de façon sélective, causant une réduction du champ électrique. Les zones plus sombres conservent leur charge.

Développer

La poudre pigmentée utilisée pour développer l’image est appelée toner. Les particules de toner faites de colorant et de résine de plastique ont des propriétés électrostatiques contrôlées avec précision et ont entre 5 et 10 micromètres de diamètre. Elles sont mélangées avec des billes magnétisées qui les chargent et les transportent dans la zone de développement. Les particules sont chargées par le phénomène de triboélectricité (souvent appelée électricité statique). Le champ électrique associé au modèle de charge de l’image sur le photorécepteur exerce une force électrostatique sur le toner chargé qui adhère à l’image. Un document couleur est formé par une imprimante ayant quatre unités xérographiques séparées qui créent et développent des images cyan, magenta, jaune et noire. La superposition de ces images de poudre produit des documents en couleurs.

Transférer

L’image de poudre est transférée du photorécepteur au papier en mettant le papier en contact avec le toner, puis en appliquant une charge avec la polarité opposée à ce toner. La charge doit être suffisamment forte pour contrer l’adhérence' de la poudre au photorécepteur. Une deuxième charge contrôlée avec précision libère le papier, contenant maintenant une image, du photorécepteur.

Fusionner

Durant le processus de fusion, le toner comportant l’image est fondu et collé au papier. Cela se produit en passant le papier à travers deux rouleaux. Un rouleau chauffé fond le toner qui se fusionne au papier avec l’aide de la pression du deuxième rouleau.

Nettoyer

Le transfert du toner du photorécepteur au papier n’est jamais 100 % complet et le toner résiduel doit être retiré du photorécepteur avant le cycle d’impression suivant. La plupart des copieurs et imprimantes à grande ou moyenne vitesse effectuent ce nettoyage à l’aide d’une brosse rotative.