Классификация и особенности |
В современных копирах, лазерных принтерах и МФУ, наверное, нет узла, который влиял бы на качество работы аппарата более чем узел проявления. Также этот узел доставляет наибольшее количество головной боли сервисникам и очень сильно влияет на общую стоимость эксплуатации техники.
В этой статье будет предпринята попытка, показать классификацию систем проявления большей части (но, конечно, не всей) современной копировально-множительной техники, рассказать об особенностях в конструкции и режимах работы узлов проявления в различных аппаратах. Надеюсь, это поможет как при диагностике различных неисправностей, так и при подборе, при необходимости, тонеров и девелоперов. Конечно, рассмотреть все существующие на сегодняшний день системы проявления в короткой статье не представляется возможным.
Особенно хочется рассмотреть такое явление, как трибоэлектризация и её влияние на работу систем проявления потому как этот вопрос не очень полно рассматривается в современных справочных материалах. А ведь трибоэлектризация это одна из главнейших «основ» работы современных систем проявления аналоговых и цифровых копировальных и печатающих устройств.
Я специально не рассматриваю в этой статье «азбучные истины» процесса электростатического проявления изображения – по этим вопросам уже есть очень много справочного материала, а рассмотрение этих вопросов здесь превратит более-менее короткую статью в толстый учебник.
Отдельно хочу принести свои извинения за допущенные мною ранее различные неточности в описании систем проявления.
Классификация систем проявления
При всём многообразии конструкторских решений системы проявления подавляющего большинства современных копиров, лазерных принтеров и МФУ можно разделить на отдельные группы с чёткими различиями внутри каждой группы.
Позитивные и негативные системы проявления.
Как понятно из названия в позитивных системах проявления реальное изображение на фотобарабане точно соответствует уровню «засветки» поверхности фотобарабана — на те участки поверхности фотобарабана, которые были освещены светом источника с максимальной интенсивностью, тонер переноситься не будет. На остальные участки фотобарабана тонер будет переноситься обратно пропорционально уровню их засветки – чем меньше «засветка» тем больше тонера.
В негативных системах проявления процесс проявления происходит с точностью до наоборот – чем больше засветка поверхности фотобарабана, тем большее количество тонера переносится на этот участок.
Аналоговые копиры используют, разумеется, только позитивные системы проявления. В подавляющем же большинстве цифровых аппаратов используется негативная система, что объясняется двумя основными причинами: гораздо меньшее время работы лазера (чем меньше заполнение листа, тем меньше работает лазер) и отсутствием необходимости принимать меры против появления «чересстрочной структуры» растра. «Чересстрочная структура» возникает при лазерной развёртке изображения в позитивных системах – незасвеченные участки фотобарабана между строк изображения могут привести к появлению чёрных полос.
Несмотря на то, что в современных аналоговых и цифровых аппаратах используются одинаковые конструкторские решения, есть один критерий, который позволяет разделить подавляющее большинство позитивных и негативных систем – знак заряда тонера получаемого при трибоэлектризации относительно знака заряда фотобарабана.
В позитивных системах знак заряда тонера при трибоэлектризации всегда противоположен знаку заряда фотобарабана – то есть при отрицательном заряде фотобарабана тонер должен зарядиться положительно, а при положительном заряде фотобарабана тонер, соответственно, должен получить отрицательный заряд.
В негативных системах тонер должен при трибоэлектризации получить заряд одинаковый со знаком заряда фотобарабана.
Особенно хочется отметить – не существует в природе «аналоговых» или «цифровых» тонеров, а также «аналоговых» и «цифровых» девелоперов.
Далее деление уже привычное:
Магнитные и немагнитные системы проявления.
Различие этих систем очевидно – в магнитных системах вал проявления это вращающийся металлический полый цилиндр, внутри которого закреплён неподвижно многополюсный магнит. В немагнитных системах вал проявления представляет собой цилиндр из полимера на металлической оси.
В свою очередь магнитные системы делятся на два «класса» — с отдельным девелопером и немагнитным тонером, и системы с магнитным тонером, без отдельного девелопера.
Также, наверное, необходимо вспомнить «комбинированную» систему проявления, применяемую в полноцветных аппаратах фирмы Kyocera, в которой объединены как девелоперная система, так и немагнитная.
Специально не упоминаю про деление на «однокомпонентные» и «многокомпонентные» системы проявления и тонеры – на мой взгляд, такое деление создаёт только «кашу» в голове не очень подготовленного человека.
Приведённая довольно простая классификация на самом деле охватывает практически все системы проявления современных копировальных аппаратов, принтеров и МФУ.
Тонеры и девелоперы
Так как справочные материалы по внутреннему строению и основным свойствам тонеров и девелоперов давно есть в широком доступе, рассмотрим деление тонеров и девелоперов только с точки зрения трибоэлектризации. Подобное разделение крайне редко объясняется в справочных материалах, а оно, на мой взгляд, особо важно для понимания работы систем проявления.
Как уже упоминалось, не существует «цифровых» и «аналоговых» тонеров и девелоперов,- тонеры и девелоперы разделяются на донорные и акцепторные.
Донорные тонеры и девелоперы при трибоэлектризации «отдают» электроны и получают положительный заряд. Акцепторные же тонеры и девелоперы при трибоэлектризации «забирают» электроны и получают отрицательный заряд.
Поэтому крайне нежелательно путать донорные и акцепторные тонеры и девелоперы – последствием будет очень серьёзное ухудшение качества работы системы проявления. Также очень нежелательно делать «смесь» двух тонеров или девелоперов. Даже одинаковые по знаку заряда тонеры или девелоперы вполне могут начать «сражение за трибозаряд», в результате которого какой-либо из двух тонеров или девелоперов в смеси получит меньший заряд, чем нужно. Последствием такого «сражения» опять же станет ухудшение качества – от незначительного, до очень серьёзного.
Особенности функционирования
Теперь можно рассмотреть особенности работы различных систем проявления, как в аналоговом, так и цифровом вариантах.
1. Позитивная магнитная система без отдельного девелопера.
До сих пор применяется в копирах CANON.
Так как подобные системы применяются сейчас на аппаратах с отрицательным главным зарядом фотобарабана то рассматривать такие «положительные» системы нет смысла.
В этой системе проявления тонер, проходя через дозирующее лезвие (неважно – контактное или магнитное с зазором) получает при помощи трибоэлектризации положительный заряд. Также тонер получает заряд и от поверхности магнитного вала – этим достигается равномерная электризация тонера по всему его слою на вале проявления. На вал проявления подаётся комбинированное напряжение – переменное с размахом около двух киловольт и постоянное, величиной несколько сотен вольт.
В результате положительно заряженный тонер оказывается между двух «электродов» — поверхностью фотобарабана и валом проявления. Поверхность фотобарабана имеет неравномерный отрицательный заряд после экспонирования – от почти нулевого потенциала до потенциала более (конечно «менее», но будем для наглядности «рассуждать по модулю») киловольта. Само собой, что положительно заряженный тонер будет стремиться перелететь на тот участок поверхности фотобарабана, который имеет отрицательный потенциал. Но для этого сначала нужно преодолеть действие магнитного поля, которое удерживает тонер на вале проявления. Для этого на магнитный вал подаётся переменное напряжение с большой амплитудой и частотой (в большинстве случаев) четыреста Герц.
При положительной полуволне вал проявления приобретает положительный потенциал сравнимый с потенциалом заряда тонера, и этот потенциал отталкивает положительно заряженный тонер с вала, преодолевая действие магнитного поля. Причём амплитуда «отталкивающей» полуволны и сила магнитного поля подобраны таким образом, что практически весь тонер с вала проявления отталкивается. При отрицательной полуволне тонер «оттягивается» обратно на вал проявления. Количество «оттянутого» тонера зависит от потенциала поверхности фотобарабана, величины заряда тонера и постоянного напряжения смещения на вале проявления.
Так как частицы тонера хоть и очень лёгкие, но обладают каким-то моментом инерции и просто не могут четыреста раз в секунду перелетать с магнитного вала на фотобарабан и обратно то, между поверхностью фотобарабана и магнитного вала образуется, по сути «облако» из положительно заряженных частиц тонера. На это «облако» действуют сразу несколько сил – магнитное притяжение сердечника вала проявления, «композитное» напряжение на вале проявления, потенциал поверхности фотобарабана и собственный потенциал тонера. Под действием этих сил «облако» и проявляет изображение на фотобарабане.
Отрицательная постоянная составляющая на магнитном вале в некоторой мере «оттягивает» положительно заряженный тонер обратно на магнитный вал и препятствует попаданию тонера из полученного «тонерного облака» на те участки фотобарабана, где нет изображения – то есть определяет «уровень белого». В большинстве аналоговых копиров регулировка плотности изображения изменяет как раз уровень постоянной составляющей на магнитном вале.
2. Позитивная магнитная система с отдельным девелопером.
Применялась на аналоговых копирах, как с отрицательным, так и с положительным главным зарядом.
В системе с отдельным девелопером тонер подаётся в проявляющий зазор между валом проявления и фотобарабаном «налипший» на частицы девелопера. Сам тонер считается немагнитным, хотя в составе многих чёрных тонеров для подобных систем присутствует магнетит. Но магнитные качества такого тонера, в самом деле, очень слабо выражены, поэтому можно считать его практически немагнитным.
«Налипание» тонера на девелопер получается под действием электростатики – перед подачей на вал проявления тонер с девелопером перемешиваются в блоке проявления и вследствие трибоэлектризации получают различные по знаку заряды. Разноимённые заряды притягиваются, поэтому заряженные частицы тонера «налипают» на заряженные противоположно частицы девелопера. Если заряд фотобарабана отрицательный то тонер должен заряжаться положительно, а девелопер, соответственно отрицательно. В случае положительно заряжаемого фотобарабана всё происходит наоборот – тонер заряжается отрицательно, а девелопер положительно.
Далее частицы девелопера с «налипшим» тонером под действием магнитного поля сердечника вала проявления попадают на поверхность вала проявления и проходят через дозирующее лезвие. В подобных системах всегда используется «безконтактное» магнитное дозирующее лезвие потому что «контактное» дозирующее лезвие не сможет обеспечить нужной толщины и равномерности слоя девелопера на вале проявления.
Так как магнитное поле вала проявления не оказывает влияние на тонер то, для начала процесса проявления необходимо только преодолеть электростатическое притяжение между тонером и девелопером. Это довольно просто достигается нужными величиной заряда фотобарабана, дистанцией между валом проявления и фотобарабаном, и длиной «щетинок девелопера» (которая гораздо больше, чем длина «щетинок тонера» в бездевелоперной магнитной системе). На вал проявления подаётся обычно (хотя есть и исключения) только постоянная составляющая величиной несколько сотен вольт, которая служит для установки и оперативной регулировки уровня белого – то есть и плотности изображения.
Особо нужно отметить несколько особенностей магнитных систем проявления (неважно – позитивных или негативных).
Обязательно наличие «антискользящего» покрытия на вале проявления. Так как в качестве магнитного сердечника применяется многополюсный магнит то конфигурация магнитного поля вокруг него крайне сложная. Поэтому для того, чтобы частицы тонера или девелопера удерживались на своём месте, а слой тонера или девелопера был равномерный и не пытался повторить рисунок магнитного поля, обязательно делается «антискользящее» покрытие. Одновременно это покрытие компенсирует неравномерность прижима «контактного» дозирующего лезвия. Также это покрытие помогает электризовать тонер по всей толщине тонерного слоя. В системах с отдельным девелопером зачастую это «покрытие» выполняют даже фрезерованием или фигурной отливкой вала проявления.
В системах с отдельным девелопером также нужно обязательно отметить так называемую «точку смены девелопера». Ведь девелопер, прошедший зону проявления изображения и «потерявший» тонер нужно обязательно снять с вала проявления, а на его место расположить девелопер насыщенный тонером. Для этого и делается «точка смены девелопера» — специально подобранные расположенные рядом два одинаковых полюса внутреннего магнита вала проявления. При проходе этих полюсов девелопер отталкивается от вала проявления и попадает обратно в бункер, где снова набирает на себя тонер. На освободившееся же место примагничивается девелопер, насыщенный тонером. Кто общался с аппаратами Toshiba, зачастую видели (с грустью), как она работает – конструкция фиксатора позволяла перевернуть сердечник вала проявления на 180 градусов.
3. Негативная магнитная система без отдельного девелопера.
Применяется в монохромных принтерах и МФУ CANON(HP), Kyocera и т.п.
В негативных системах тонер должен заряжаться одинаковым знаком заряда с фотобарабаном. То есть, при отрицательно заряжаемом фотобарабане тонер должен при трибоэлектризации получить отрицательный заряд. В случае фотобарабана с положительным зарядом тонер должен приобрести положительный заряд.
Работа подобной негативной системы очень похожа на работу позитивной системы, которая уже рассматривалась. Точно также, при помощи переменной составляющей напряжения проявления, тонер преодолевает магнитное поле и попадает с вала проявления в зазор между фотобарабаном и валом проявления. Отличие заключается в том, что теперь тонеру необходимо «перелететь» на незаряженные участки фотобарабана, а заряженные участки должны тонер «отталкивать». Для этого тонер, как уже было сказано, приобретает заряд при проходе дозирующего лезвия,- одинаковый по знаку с зарядом фотобарабана и примерно равный по уровню. Постоянная составляющая напряжения проявления определяет уровень плотности изображения.
Конечно, словосочетание «уровень плотности» применительно к большинству цифровых аппаратов весьма условен – ведь тонер либо переносится на незаряженные участки фотобарабана, либо отталкивается от заряженных участков фотобарабана. Полутона в цифровой печати достигаются растеризацией изображения (за исключением лазерников с модулятором) и поэтому электрический режим проявления уже не имеет тех жёстких «рамок», которые есть в аналоговых аппаратах. Но, тем не менее, «регулировка плотности» определяет «уровень белого» и, соответственно количество частиц тонера, попадающих на засвеченные участки фотобарабана.
Регулировка плотности изображения в таких системах может осуществляться двумя способами – регулировкой постоянной составляющей на вале проявления и регулировкой заряда фотобарабана. Регулировку главным зарядом стало возможно применить из-за того, что луч лазера или светодиода не изменяет свою интенсивность и поэтому не нужно обязательно обеспечивать стабильный уровень заряда фотобарабана (для обеспечения воспроизведения полутонов) как на аналоговых аппаратах. В лазерных принтерах с отдельным модулятором интенсивности луча лазера регулировка плотности происходит только изменением постоянной составляющей на вале проявления.
4. Негативная магнитная система с отдельным девелопером.
Применяется в цифровиках SHARP, Toshiba, RICOH, Konica-Minolta и т.д. и некоторые полноцветные аппараты.
Процессы, происходящие в таких системах в основном аналогичны тем, что происходят в подобных позитивных системах. Отличие состоит в смене знаков заряда тонера и девелопера. В негативной системе знак заряда тонера должен быть аналогичен знаку заряда фотобарабана. а, соответственно знак заряда девелопера противоположным. То есть, при отрицательном заряде фотобарабана тонер должен заряжаться отрицательно, а девелопер положительно. При положительном главном заряде тонер заряжается положительно, а девелопер отрицательно.
Весь остальной процесс не представляет чего-то оригинального – смесь тонера и девелопера перемешивается в блоке проявления, девелопер и тонер приобретают от трения нужные заряды и частицы тонера «налипают» на девелопер. Далее девелопер вместе с тонером на нём проходят через дозирующее лезвие и попадают в зону проявления. Частицы тонера перелетают на засвеченные (разряженные) участки фотобарабана и отталкиваются участками фотобарабана сохранившими свой заряд.
При использовании подобных систем появляется опасность «паразитного обратного проявления» девелопером. Ведь девелопер заряжается противоположным знаком заряда по сравнению с фотобарабаном и незасвеченные (сохранившие заряд) участки фотобарабана могут «перетянуть» на себя девелопер. Для предотвращения подобного эффекта выбираются нужная толщина слоя девелопера, геометрия узла проявления (дистанция до фотобарабана) и подходящий электрический режим проявления. Существуют несколько вариантов такого режима – к примеру, в цифровых аппаратах RICOH делается весьма высокий потенциал заряда фотобарабана, но и постоянное смещение на вал проявления подаётся тоже высокое. Это постоянное смещение совместно с магнитным полем сердечника удерживает девелопер на вале проявления и обеспечивает тонеру нормальную разность потенциалов для проявления. А в цифровых аппаратах SHARP, Toshiba величина заряда фотобарабана выбирается небольшой, а постоянное смещение очень близко по уровню потенциалу поверхности фотобарабана. Но, в этом случае проявление только при помощи трибозаряда тонера и постоянного смещения на вале проявления будет не особо качественным – разность потенциалов между заряженным тонером и засвеченными участками фотобарбана невелика, а ещё нужно преодолеть силу притяжения тонера к частицам девелопера. Поэтому на вал проявления подают (кроме постоянной) ещё и переменную составляющую, которая действует примерно также, как в магнитных системах без девелопера.
5. Негативная немагнитная система.
Цифровики SAMSUNG, OKI, Brother и т.д. и большинство современных полноцветных аппаратов.
Конструктивно самая простая система проявления. В качестве вала проявления используется полимерный вал на металлической оси(иногда применяются и металлические валы). Тонер наносится на вал проявления (и удерживается на нём) электростатическими силами благодаря собственной электризации. Электрический процесс также весьма прост – тонер заряжается при проходе дозирующего лезвия и от трения о вал проявления и подаётся в зазор между валом проявления и фотобарабаном. Далее происходит стандартный процесс – разряженные участки фотобарабана перетягивают тонер на себя, а заряженные участки – отталкивают. На вал проявления подаётся только постоянное смещение величиной в несколько сотен Вольт, которое определяет «уровень белого» и, соответственно, количество тонера переходящего на фотобарабан. Также положительное смещение иногда подаётся на дозирующее лезвие – таким способом можно точно контролировать заряд тонера и даже исключить необходимость подачи напряжения на вал проявления – «уровень белого» будет определяться зарядом тонера.
Обязательным в подобных системах является наличие «вала предварительного дозирования». Так как тонер в немагнитных системах весьма лёгкий и мягкий, то есть опасность чрезмерного налипания тонера на вал проявления. В этом случае дозирующее лезвие может не справиться со своей функцией. Поэтому тонер предварительно дозируется отдельным валом из губчатого материала, на который подаётся отдельный постоянный потенциал. Разность потенциалов между валом проявления и валом предварительного дозирования, а также собственный заряд тонера ограничивают количество тонера, попадающего на вал проявления.
6. Комбинированная система проявления. Применяется в полноцветных аппаратах Kyocera.
Данная система проявления является «объединением» магнитной системы с отдельным девелопером и немагнитной системы. К достоинствам такой системы можно отнести очень большой ресурс работы и быструю реакцию на изменения параметров температуры и влажности. Отдельно останавливаться на режиме работы такой системы считаю не особо нужным из-за её не очень большой распространённости.
Краткие рекомендации по подбору и замене тонеров и девелоперов.
Ситуации, когда возникает необходимость подобрать подходящий тонер или девелопер возникают очень часто. Поэтому позволю себе дать несколько рекомендаций с учётом всего, что было сказано.
Самое основное при подборе совместимого тонера или девелопера – это определить правильно знак его трибозаряда. Ни в коем случае нельзя заменять донорный тонер (или девелопер) акцепторным или наоборот – последствия обязательно будут весьма неприятными.
Проще всего определить необходимый знак трибозаряда тонера по знаку заряда фотобарабана. Для аналоговых аппаратов знак заряда тонера противоположен знаку заряда фотобарабана, для цифровых аппаратов знак заряда тонера одинаков со знаком заряда фотобарабана.
Знак трибозаряда девелопера в аналоговых аппаратах одинаков со знаком заряда фотобарабана. В цифровых аппаратах знак заряда девелопера противоположен знаку заряда фотобарабана.
Далее необходимо определить тип системы проявления и желательно узнать величины напряжений, подаваемых на узел проявления. Конечно, при подборе нужно обязательно учитывать магнитные свойства, механические свойства и т.д. Подбирать тонер или девелопер нужно от как можно более похожих систем. После этого можно уже определять «круг кандидатов» и начинать эксперименты.
Я специально не останавливаюсь на проблеме подбора аналогов тонеров и девелоперов более подробно – это тема для толстой книги, а не короткой статьи.
В завершение хотел бы сказать, что, конечно, хотелось бы написать гораздо больше о тонкостях работы различных систем проявления и об их характерных неисправностях, но для этого нужно писать толстый учебник, а не статью.
Источник: