Chester Carlson demonstrating an early model Xerox copier

Изобретение ксерографии

Процесс ксерографии, который в 1938 году разработал Честер Карлсон (Chester Carlson), а корпорация Xerox впоследствии усовершенствовала и представила на рынке, широко используется в настоящее время для получения высококачественного текста и изображений на бумажных носителях.

Первоначально Карлсон называл этот процесс электрофотографией. В его основе лежат два природных явления, выражающихся в том, что материалы с противоположными электрическими зарядами притягиваются, и в том, что некоторые материалы лучше проводят электрический ток при воздействии света. Карлсон изобрел процесс, состоящий из шести этапов, для переноса изображения с одной поверхности на другую с использованием указанных эффектов.

Во-первых, фотопроводящей поверхности передается положительный электрический заряд. Затем на эту фотопроводящую поверхность экспонируется изображение документа. На участках с ярким освещением (где нет изображения) увеличивается проводимость тока, поэтому заряд на них рассеивается. Отрицательно заряженный порошок, нанесенный на эту поверхность, удерживается силами электростатического притяжения на участках изображения с положительным зарядом.

Бумажный носитель помещается на изображение, сформированное с помощью порошка, а затем этому носителю передается положительный электрический заряд. Отрицательно заряженный порошок притягивается к бумаге, отделяясь от фотопроводника. В завершении изображение, созданное на основе порошка, закрепляется на бумаге с помощью нагрева, воспроизводя оригинал.

Six Step Process:

Заряд

В каждом копировальном устройстве и лазерном принтере имеется светочувствительная поверхность, называемая фоторецептором. Она состоит из тонкого слоя светопроводящего материала, который нанесен на гибкую ленту или барабан. В темноте фоторецептор является изолятором (не проводит ток), но при освещении превращается в проводник. В условиях темноты его заряжают, подавая переменный ток с высоким напряжением на расположенные рядом провода, в результате чего в пространстве вокруг проводов образуется сильное электрическое поле, что приводит к ионизации молекул воздуха. Ионы с той же полярностью, что и провода с током, распределяются по поверхности фоторецептора, создавая на нем электрическое поле.

Экспозиция

В цифровых копировальных устройствах и принтерах изображение экспонируется на фоторецепторе с помощью сканирующего модулированного лазера или панели из светодиодов, формирующих изображение. В старых аналоговых моделях копировальных устройств изображение с помощью подсветки проецировалось на фоторецептор. В любом случае на участках фоторецептора, куда попадет свет, заряд уменьшается, что приводит к соответствующему уменьшению величины электрического поля. На темных участках заряд сохраняется.

Проявление

Для формирования изображения применяется пигментный порошок, называемый тонером. Частицы тонера состоят из красителя и пластичного полимера, обладают точно управляемыми электростатическими характеристиками и имеют размер от 5 до 10 микрометров в диаметре. Они смешиваются со сферическими частицами носителя, получают от них заряд и переносятся в зону проявления. Эти частицы получают заряд за счет эффекта электризации трением (что часто обозначатся как статическое электричество). Электрическое поле, образуемое сформированным изображением на фоторецепторе, электростатически воздействует на заряженный тонер, который прилипает к этому изображению. Цветные документы печатаются принтером с четырьмя отдельными электрофотографическими узлами, которые по отдельности создают и проявляют изображения голубого, фиолетового, желтого и черного цветов. Совмещение этих изображений, полученных на основе соответствующего порошка, формирует цветные документы.

Перенос

Бумажный материал приводится в контакт с тонером, и изображение, сформированное с помощью порошка, переносится с фоторецептора на этот носитель за счет передачи ему заряда с противоположным знаком по отношению к заряду тонера. Величина этого заряда должна быть достаточно большой, чтобы преодолеть силу, удерживающую тонер на фоторецепторе. С помощью второго заряда с точно рассчитанной величиной бумажный носитель с изображением отделяется от фоторецептора.

Закрепление

В ходе процесса закрепления тонер, формирующий изображение, расплавляется и проникает внутрь бумажного материала. Это осуществляется путем пропускания бумаги между двумя валами. Нагретый вал расплавляет тонер, который внедряется внутрь бумажного носителя с помощью давления, создаваемого вторым валом.