Впервые
лазерный принтер был представлен фирмой Hewlett
Packard. В нем был использован
электрографический принцип
создания изображений — такой же, как в копировальных аппаратах. Различие
состояло в способе экспонирования: в копировальных аппаратах оно
происходит с
помощью лампы, а в лазерных принтерах свет лампы заменил луч лазера
(рис. 1).
Сердцем
лазерного принтера является фотопроводящий цилиндр (Organic
Photo Conductor),
который
часто называют печатающим фотобарабаном или
просто
барабаном. С его помощью производится перенос изображения на бумагу. Фотобарабан представляет собой металлический
цилиндр,
покрытый тонкой пленкой фоточувствительного полупроводника. Поверхность
такого
цилиндра можно снабдить положительным или отрицательным зарядом, который
сохраняется до тех пор, пока барабан не освещен. Если какую-либо часть
барабана
экспонировать, покрытие приобретает проводимость и заряд стекает с
освещенного
участка, образуя незаряженную зону. Это ключевой момент в понимании
принципа
работы лазерного принтера.
Принцип печати
Для
получения точечного изображения лазер включается и выключается при
помощи
управляющего микроконтроллера. Вращающееся зеркало разворачивает луч в
виде
строки скрытого изображения на поверхности фотобарабана.
После
формирования строки специальный шаговый двигатель поворачивает барабан
для
формирования следующей. Это смещение соответствует разрешающей
способности
принтера по вертикали и обычно составляет 1/600 или 1/1200 дюйма.
Процесс
образования скрытого изображения на барабане напоминает формирование
растра на
экране телевизионного монитора.
Используются
два основных способа предварительного (первичного) заряда поверхности фотоцилиндра:
- при
помощи тонкой проволоки или сетки, называемой «коронирующим проводом».
Высокое
напряжение, подаваемое на провод, приводит к возникновению светящейся
ионизированной области вокруг него, которая называется короной, и
придает
барабану необходимый статический заряд;
- при
помощи предварительно заряженного резинового вала (PCR)
Устройство картриджа
Перед
тем как рассказать о процессе передачи и закрепления изображения на
бумаге,
рассмотрим устройство картриджа для принтера Laser
Jet 1100 фирмы Hewlett
Packard. В этом типичном картридже можно
выделить два
основных отделения: отделение для отработанного тонера и тонерный
отсек.
Основные конструктивные элементы отделения для отработанного тонера (рис. 1):
1. Фотобарабан
(Organic Photo Conductor (OPC) Drum). Представляет собой алюминиевый цилиндр,
покрытый
органическим светочувствительным и фотопроводящим материалом (обычно
оксидом
цинка), который способен сохранять образ, наносимый лазерным лучом.
2. Вал первичного заряда (Primary
Charge Roller (PCR)). Обеспечивает
равномерный отрицательный заряд барабана. Выполнен
из
токопроводящей резиновой или поролоновой основы, нанесенной на
металлический
вал.
3. «Вайпер»,
ракель,
чистящее лезвие (Wiper
Blade, Cleaning Blade). Очищает
барабан от остатков тонера, который не был перенесен на бумагу.
Конструктивно выполнен в виде металлического
каркаса (stamping)
с полиуретановой пластиной (blade) на конце.
4. Лезвие очистки (Recovery
Blade). Перекрывает область между барабаном и
бункером для отработанного тонера. Recovery Blade пропускает тонер, оставшийся на барабане,
внутрь
бункера и не дает ему высыпаться в обратном направлении (из бункера на
бумагу).
Основные
конструктивные элементы тонерного отсека
(см. рис.
2):
1. Магнитный вал (Magnetic
Developer Roller, Mag Roller, Developer
Roller). Представляет
собой металлическую
трубку, внутри которой находится неподвижный магнитный сердечник. К
магнитному
валу притягивается тонер, который, перед подачей на барабан, приобретает
отрицательный заряд под действием постоянного или переменного
напряжения.
2. «Доктор» (Doctor
Blade, Metering Blade). Обеспечивает
равномерное распределение тонкого слоя тонера на магнитном вале.
Конструктивно выполнен в виде металлического
каркаса (stamping)
с гибкой пластиной (blade) на конце.
3. Уплотнительное лезвие
магнитного
вала (Mag Roller
Sealing Blade).
Тонкая пластина,
аналогичная по функциям Recovery Blade.
Перекрывает область между магнитным валом и отсеком подачи тонера. Mag Roller Sealing
Blade пропускает тонер, оставшийся на
магнитном вале,
внутрь отсека, предотвращая утечку тонера в обратном направлении.
4. Бункер для тонера (Toner Reservoir).
Внутри него
находится «рабочий» тонер, который будет перенесен на бумагу в процессе
печати.
Кроме того, в бункер встроен активатор тонера (Toner
Agitator Bar) –
проволочная
рамка, предназначенная для перемешивания тонера.
На рис. 4 изображен картридж в разрезе. Когда включается принтер, все компоненты картриджа приходят в движение: происходит подготовка картриджа к печати. Этот процесс аналогичен процессу печати, но лазерный луч не включается. Затем движение компонентов картриджа останавливаются – принтер переходит в состояние готовности к печати (Ready).
Зарядка барабана,
экспонирование
После
отправки документа на печать, в картридже лазерного принтера происходят
следующие процессы:
·
Зарядка
барабана (рис. 5). Вал первичного заряда (PCR) равномерно передает на
поверхность вращающегося барабана отрицательный заряд.
Нанесение тонера,
перенос тонера на
бумагу, закрепление изображения, очистка барабана
Нанесение
тонера (рис. 7). На этом этапе скрытое изображение на барабане при
помощи
тонера превращается в видимое изображение, которое будет перенесено на
бумагу.
Тонер, находящийся около магнитного вала, притягивается к его
поверхности под
действием поля постоянного магнита, из которого изготовлена сердцевина
вала.
При вращении магнитного вала тонер проходит сквозь узкую щель,
образованную
«доктором» и валом. В результате он приобретает отрицательный заряд и
прилипает
к тем участкам барабана, которые были экспонированы. «Доктор»
обеспечивает
равномерность нанесения тонера на магнитный вал.
Перенос
тонера на бумагу (рис. 8). Продолжая вращаться, барабан с проявленным
изображением соприкасается с бумагой. С обратной стороны бумага
прижимается к
валу Transfer Roller,
несущему положительный заряд. В результате отрицательно заряженные
частицы
тонера притягиваются к бумаге, на которой получается изображение,
«насыпанное»
тонером.
Закрепление
изображения (рис. 9). Лист бумаги с незакрепленным изображением
перемещается к
механизму закрепления, представляющим собой два соприкасающихся вала,
между
которыми протягивается бумага. Нижний вал (Lower Pressure Roller) прижимает ее к верхнему валу (Upper
Fuser Roller). Верхний
вал нагрет, и при соприкосновении с ним частицы тонера расплавляются и
закрепляются на бумаге.
Очистка
барабана (рис. 10). Некоторое количество тонера не переносится на бумагу
и
остается на барабане, поэтому его необходимо очистить. Эту функцию
выполняет «вайпер». Весь тонер, оставшийся
на барабане, счищается вайпером в бункер для
отработанного тонера. При этом Recovery Blade закрывает область
между барабаном и бункером, не позволяя тонеру просыпаться на бумагу.
«Стирание»
изображения. На этом этапе с поверхности барабана «стирается» скрытое
изображение, нанесенное лазерным лучом. При помощи вала первичного
заряда
поверхность фотобарабана равномерно
«покрывается»
отрицательным зарядом, который восстанавливается в тех местах, где он
был
частично снят под действием света.
