黑白激光打印機的成像原理

1、黑白激光打印機的成像原理激光打印機是精密的機械系統(tǒng)，它利用光、電、熱的物理、化學(xué)原理通過相互作用輸出文字或圖像，這些復(fù)雜的過程都由一個電子控制系統(tǒng)來實現(xiàn)，稱為電子顯像系統(tǒng)。'靜電成像'的理論是美國人卡爾遜首先提出的，因此也稱為卡爾遜法，或稱為放電成像法。基本過程可分為充電、曝光、顯影、轉(zhuǎn)印、定影、清潔、消電7個步驟，其中5個步驟是圍繞電子顯像系統(tǒng)進(jìn)行的。由于電子顯像系統(tǒng)所采用顯影劑的不同(磁性顯影劑和非磁性顯影劑，我們就大致可以把電子顯像系統(tǒng)分為磁性顯影和非磁性顯影電子顯像系統(tǒng)兩種。一磁性顯影電子顯像系統(tǒng)工作原理惠普、佳能系列黑白激光打印機大多采用了磁性顯影方式。該方式下的顯影

2、碳粉的提供主要由固定不動的磁芯和包在其外的磁輥套筒來提供。下面進(jìn)行具體說明，粉盒示意圖如下。圖2.1.1 1. 充電即是對感光鼓進(jìn)行充電，對感光鼓表面施加一層均勻的負(fù)電荷，使得感光鼓表面產(chǎn)生一個均勻的負(fù)電勢層并維持這個常數(shù)電勢。感光鼓表面光導(dǎo)體材料在不見光的情況下為絕緣體，呈中性狀態(tài)，不帶有任何電荷。要實現(xiàn)在光導(dǎo)體表面的'靜電潛像'，首先必須要在光導(dǎo)體表面進(jìn)行充電，使之帶電。激光打印機對感光鼓充電的方法，因機型不同而采用的具體充電方法也有不同。早期生產(chǎn)的激光打印機采用電極絲及柵網(wǎng)復(fù)合結(jié)構(gòu)充電的較多。當(dāng)高壓發(fā)生器送到電極絲一個高壓電后，電極絲與柵網(wǎng)之間形成一個強電場，并釋放出電暈

3、。使電極絲與感光鼓之間的空氣發(fā)生電離，空氣離子向感光鼓表面遷移，使感光鼓表面充滿電荷。這種方法能使感光鼓表面荷電均勻，但同時也產(chǎn)生大量的負(fù)離子(臭氧。臭氧聚集到一定量時，對人體是有害的?，F(xiàn)代生產(chǎn)的激光打印機大部分都采用充電輥充電，由于采用接觸式充電方式，不需要很高的充電電壓，且沒有臭氧產(chǎn)生，但由于電離塵的積存，增加了對感光鼓的磨損，也會有充電不均勻的現(xiàn)象。二者示意圖如下。圖2.1.2圖2.1.32掃描曝光就像我們用筆在紙上寫字一樣，掃描曝光的工具是用激光束在感光鼓上進(jìn)行“書寫”曝光，這幅文字或圖像是不可見的，這就是我們所說的“靜電潛像”。感光鼓被充電后，當(dāng)激光光束中有光部分照到其表面的某個區(qū)域

4、時，稱為曝光。經(jīng)曝光后的地方電阻率明顯地降低，表面的電荷與界面的電荷便中和消失，同時由于光導(dǎo)材料在不見光情況下良好的絕緣性能，未經(jīng)曝光的表面電荷仍保持不變，即形成一層靜電潛像。掃描曝光就是利用感光鼓表面光導(dǎo)材料的光敏性質(zhì)。當(dāng)光導(dǎo)體受到激光束掃描照射后，被光照的部分與感光鼓導(dǎo)電層導(dǎo)通使電荷消失，沒有被光照射的部分仍保持充電電荷，這樣就形成一幅電位差圖像，也可以理解為對感光鼓的“消電”過程。消電過程，光導(dǎo)體表面的電位是在變化的，這個電位變化對打印質(zhì)量影響很大。在對感光鼓表面充電時，隨著電荷在感光鼓表面的積累，電位也不斷升高，最后達(dá)到“飽和”電位，就是最高電位。表面電位會隨著時間的推移而下降，一般工

5、作時的電位都低于這個電位，這個電位隨時間自然降低的過程，稱之為“暗衰”過程。感光鼓經(jīng)掃描曝光時，暗區(qū)(指未受光照射部分的光導(dǎo)體表面電位仍處在暗衰過程；亮區(qū)(指受光照射部分的光導(dǎo)體表面光導(dǎo)層內(nèi)載流子密度迅速增加，電導(dǎo)率急速上升，形成光導(dǎo)電壓，電荷迅速消失，光導(dǎo)體表面電位也迅速下降。稱之為'光衰'，最后趨緩。從理論上說光衰越快越徹底越好，實際上很難達(dá)到。剩余殘留電位的高低就會影響打印質(zhì)量，如殘余電位過高，將會出現(xiàn)打印“底灰”現(xiàn)象。圖2.1.4其具體操作如上圖，由激光二極管發(fā)射出激光束，該光束首先經(jīng)過圓柱形透鏡照射到旋轉(zhuǎn)的六面掃描面鏡上，隨后經(jīng)面鏡的旋轉(zhuǎn)反射，穿越聚焦透鏡組到達(dá)感光鼓

6、。當(dāng)光線到達(dá)感光鼓后，進(jìn)行沿紙面從左到右的掃描，且掃描沒有回掃過程。水平掃描結(jié)合感光鼓的旋轉(zhuǎn)就實現(xiàn)了對鼓的整個圓周的覆蓋。每次掃描開始的時候，BD面鏡都會反射激光束到BD電路板，于是瞬時光脈沖就會進(jìn)入控制引擎組件。在那里，光束將會轉(zhuǎn)換成電信號，并被用于同步打印機的其它活動以及診斷激光掃描組件可能出現(xiàn)的問題。3顯影把光導(dǎo)體表面形成的“靜電潛像”，經(jīng)過“顯影”顯示出碳粉圖像，這個過程稱之為“電子顯影”。顯影工作是由顯影器完成，其作用是將靜電潛像變成可見圖像。顯影是利用物質(zhì)間電荷同性相斥、異性相吸的原理完成的。其原理圖如下：圖2.1.5下面對上圖進(jìn)行細(xì)化說明。攪拌器的作用，是使碳粉摩擦帶電。當(dāng)碳粉在

7、粉倉內(nèi)被攪拌器攪拌均勻后，碳粉在磁輥磁場的作用下被永久磁芯吸附到了磁輥滾筒的表面，由于磁輥面向刮板前端產(chǎn)生一個集中磁場，所以該集中磁場將顯影劑集中到這個部分。集中磁場的顯影劑因為與刮板的結(jié)合力很強，因此基本不發(fā)生移動。這樣伴隨著顯影滾筒的轉(zhuǎn)動，刮板就會限制轉(zhuǎn)到顯影器外的碳粉的量，在顯影滾筒的表面形成厚度均勻的碳粉層。同時，通過刮板、碳粉以及磁輥套筒之間的摩擦，碳粉表面帶上了負(fù)的靜電。 圖2.1.6 圖2.1.7由于形成靜電潛像的感光鼓上明部的電位被曝光中和，暗部仍帶有負(fù)電，則通過向顯影滾筒施加負(fù)的顯影偏壓，顯影滾筒上的帶有負(fù)電位的碳粉就會在顯影帶跳向感光鼓。(注：盡管此時鼓表面真實的情況為明部

8、帶有負(fù)電位，感光鼓表面曝光區(qū)域仍會顯示出正電性。這意味著感光鼓表面的電勢比顯影磁輥套筒表面的電勢要高。跳躍的碳粉附著在形成靜電潛像的感光鼓表面的明部。此時附著的碳粉量，和對比電位成比例。(負(fù)電位低：接近0V的地方會附著很多的碳粉另外，感光鼓表面的暗部，因為有一次充電(負(fù)的高電位的電位，所以帶有負(fù)電位的碳粉會被排斥，不附著。通過這些過程，在感光鼓上形成可視圖像。在磁輥套筒上面還加有一個交流偏置電壓，這個交流偏置電壓將會降低碳粉同磁輥的吸引力，并增強碳粉同感光鼓表面非曝光區(qū)域的排斥作用。從而該交流偏置電壓很好的改善了打印黑度和對比度的問題。其細(xì)化原理示意圖如下所示。圖2.1.8圖2.1.94轉(zhuǎn)印與

9、分離用高壓靜電將感光鼓表面的“碳粉圖像”轉(zhuǎn)印到普通紙上，這一過程稱為“轉(zhuǎn)印”。當(dāng)帶負(fù)電的碳粉隨著感光鼓轉(zhuǎn)到打印紙附近時，在紙的后面放置的電極放正電，由于電壓高達(dá)5001000V，靜電吸引力便使紙緊貼在光導(dǎo)板上，帶負(fù)電荷的碳粉即被吸附到紙的表面上了。由于這種轉(zhuǎn)印方式與紙的絕緣程度有關(guān)，當(dāng)紙張因天氣而受潮時，碳粉將因紙張表面的漏電而不能完全及緊密地吸附在上面，而導(dǎo)致打印質(zhì)量不良，如圖像缺損、字符空心籌問題。為了有利于紙的分離，感光鼓同紙的接觸很小，即采用所謂的曲率分離方式利用紙的剛性從感光鼓上進(jìn)行分離。對于較薄的紙張，由于其剛性較差，可能不好分離，因此又在轉(zhuǎn)印輥之后又增加了一個“消電裝置”(消電極

10、或消電齒，也稱為“分離齒(爪”。它的作用是把打印紙和吸附碳粉上的電荷中和，消除極性使其顯中性，以此來達(dá)到分離的目的。分離以后，載有圖像的紙張將進(jìn)入定影單元。圖2.1.105定影將吸附在紙上的碳粉圖像，利用加壓熱熔的方法，使溶化的碳粉浸入打印紙中，形成固定圖像的過程，稱為“定影”。吸附在紙上的碳粉，是由熱性的樹脂及碳粉混煉而成的微小顆粒，當(dāng)吸附有碳粉的紙經(jīng)過兩個較高而間隙又不大的金屬滾筒之夾縫時，碳粉中的樹脂溶化而與碳粉一起被緊緊地壓附在紙上，從而形成永久的圖像，同時亦完成了激光打印的整個過程。圖 2.1.11 單組分磁性顯影劑示意圖為了防止碳粉在熱熔過程中散落，該類型的打印機通過壓力輥軸(該軸

11、僅僅是一個連續(xù)性的通道在加熱膜上施加了一個負(fù)的直流偏壓。于是負(fù)電荷被施加到了紙的表面，這將有助于增強碳粉粒子同紙張之間的吸附力并阻止碳粉粒子的散落。圖2.1.126感光鼓的清潔清潔系主要是把感光鼓表面沒有完全轉(zhuǎn)移的“殘余碳粉”清除干凈，使下一個打印周期有一個潔凈的感光鼓。理論上講“碳粉圖像”應(yīng)該完全被轉(zhuǎn)印，但是很難做到。激光打印機在打印的過程中，經(jīng)過充電、曝光、顯像、轉(zhuǎn)印幾道工序，由于電位遷移，碳粉轉(zhuǎn)移，加上光導(dǎo)體“光衰”的影響，“碳粉圖像”不可能完全轉(zhuǎn)移到打印紙上，那么殘留在感光鼓表面碳粉的多少，直接影響到打印質(zhì)量的好壞。 如果感光鼓表面上的殘留碳粉不能徹底的清除干凈，就會被帶入下一個打印周

12、期，破壞新生成的“碳粉圖像”。所以要對感光鼓表面進(jìn)行徹底的清潔，這就需要一個感光鼓清潔器。激光打印機有兩種清潔的方法：橡膠刮板清潔和毛刷清潔。它們的作用都是對感光鼓表面進(jìn)行清潔。 刮板清潔 橡膠清潔刮板是用尿醛樹脂制作，有一個平直的刀刃且具有耐磨性和柔韌性。刀刃與感光鼓表面形成一個剪切角并有一定壓力。當(dāng)感光鼓載著殘留在表面的碳粉旋轉(zhuǎn)時，殘留碳粉被清潔刮板刮入廢粉收集倉內(nèi)。與刮板相對的位置上還有一個止回片，以防止清潔后廢粉的飛出。由于橡膠刮板始終與感光鼓剪切并具有一定壓力，會造成感光鼓表面的磨損，故在刮板刃部應(yīng)涂有潤滑粉。如果清潔刮板刀刃有損傷，殘留在感光鼓表面的碳粉便不能被徹底清除，使下一個打

13、印周期的圖像重疊而產(chǎn)生不良的打印效果。在打印機過程中，也可能發(fā)生熔化碳粉顆粒粘附到刮板刀刃上的現(xiàn)象，長久下去粘附物會刮傷感光鼓的光導(dǎo)層，使感光鼓報廢。 毛刷清潔 毛刷清潔，就是利用旋轉(zhuǎn)的輥筒毛刷，對感光鼓表面殘留碳粉進(jìn)行清潔，把殘留碳粉掃除，抖落到廢粉收集倉內(nèi)。毛刷一般用人造纖維制作，在旋轉(zhuǎn)時與感光鼓磨擦掃除殘留碳粉，同時利用磨擦產(chǎn)生的靜電吸附殘留碳粉，使碳粉不致飛揚而污染打印機其他部件。使用毛刷清掃的方式由于對感光鼓的表面磨損小，所以可延長感光鼓的使用壽命。廢粉收集倉 廢粉收集倉就是回收清潔殘留碳粉裝置。收集后的碳粉一般情況下不再利用。因為，收集后的碳粉中會有很多的雜質(zhì)，會影響到打印質(zhì)量。刮

14、板清潔型示意圖如下：圖2.1.137消電圖2.1.14PCR通過在感光鼓表面均勻的充上一層負(fù)電荷來消除其表面殘留的正電荷。通過這一過程就會移除和清潔了殘余影像，從而為下一個周期的顯影做好準(zhǔn)備。二非磁性顯影電子顯像系統(tǒng)工作原理三星和兄弟黑白激光打印機大多采用了非磁性的顯影方式。所不同的是三星大都采用了負(fù)電性碳粉，而兄弟采用了正電性碳粉。非磁性顯影電子顯像系統(tǒng)同磁性顯影電子顯像系統(tǒng)相比主要的差別就體現(xiàn)在顯影碳粉的供應(yīng)方式上面，其余均相同，所以此處僅對此稍作說明。該類粉盒的顯影碳粉是由顯影輥和供粉輥共同配合完成。說明過程以三星1710的粉盒為例。如下圖2.1.15所示。在工作時，通過粉倉內(nèi)攪拌器的攪拌，使得碳粉間摩擦而帶有部分電荷，同時攪拌器也將碳粉傳送到供粉輥上面。機器的高壓裝置給供粉輥施以負(fù)高壓(-570V，讓碳粉粒子繼續(xù)補充著負(fù)電荷；同時顯影輥被施加低于供粉輥的負(fù)高壓(-370V，這使得負(fù)極性的碳粉粒子能夠被吸附到顯影輥表面。于是碳粉隨著顯影輥一起旋轉(zhuǎn)，再通過調(diào)節(jié)刮板同碳粉的摩擦、限制來對顯影輥上粉的厚度和電荷進(jìn)一步控制。顯影輥與感光鼓以相反的方向旋轉(zhuǎn)。感光鼓由充電輥(-1.55KV進(jìn)行充電，表面帶有均勻的負(fù)極性電壓(約-930V。經(jīng)激光掃描后，曝光部分的電壓變?yōu)?180V，非曝光部分電壓不變。于是當(dāng)顯影輥與感光鼓靜電潛像接觸時，靜電潛