КСЕРОКС

Новости | Статьи | Схемы | Справочник | Радиодетали | Мониторы | Телевизоры | Видео | Компьютеры | Ссылки | Программы |

Принципы работы аналоговых копировальных аппаратов

1.3. Принципы работы аналоговых копировальных аппаратов

Процесс сухого электростатического копирования, ставший фактическим стандартом для офисной копировальной техники, состоит из следующих этапов:

1. Предварительная зарядка отрицательным потенциалом фоточувствительного барабана.

2. Проецирование изображения на барабан таким образом, чтобы лучи, отраженные от светлых участков оригинала, нейтрализовали соответствующие области фоторецептора, оставляя отрицательно заряженными лишь те части барабана, на которые в дальнейшем будет накладываться тонер для переноса на бумагу.

3. Перенос частиц тонера с магнитного вала узла проявки на отрицательно заряженные участки поверхности фотобарабана.

4. Перенос тонера с барабана на бумагу.

5. Отделение бумаги от барабана.

6. Термическое закрепление копии.

Сердцем копировального аппарата является фотобарабан, называемый также просто барабаном или драмом.

Часто фотобарабан рассматривается целиком — как неразделимый узел, включающий в себя несущие крепления, ракель для счистки отработанного тонера, бункер, куда этот тонер попадает после снятия с барабана, и прочие детали: коротрон переноса, лампы предварительной засветки и бланкирования, специальные печатные платы барабана и т. п. В таких случаях он называется узлом барабана, драм-картриджем или драм-юнитом.

Основная функциональная часть фотобарабана - светочувствительный слой, в котором при попадании фотонов света формируется скрытое электростатическое поле, представляющее собой точную проекцию оригинала, первоначально отразившего этот свет.

В отдельных моделях копировальных аппаратов встречаются некоторые модификации подобной конструкции: в Ricoh М-50, к примеру, барабан заменен на светочувствительную мастер-пленку, которая не имеет ничего общего с называемой так же трафаретной пленкой, стоящей на припортах и ризографах, и тоже представляет собой фоточувствительный слой, но только нанесенный не на алюминиевый барабан, а на гибкую синтетическую основу (подобно тому, как вместо тефлоновых валов иногда используются тефлоновые термопленки). Такие нюансы не будут детально рассматриваться в настоящем разделе, поскольку в подавляющем большинстве современных аппаратов применяется классическая схема, а главное - речь здесь идет лишь о частных технических решениях, а не об изменениях принципиального характера.

Кроме узлов, непосредственно участвующих в процессе электростатического копирования, в копировальных аппаратах имеются узлы, предназначенные

для транспортировки бумаги. В небольших портативных аппаратах транспортировку осуществляют всего несколько роликов подачи и соленоидов, но на более серьезной технике эту функцию выполняют следующие устройства:

• поддоны (кассеты) с механизмом определения формата находящейся в них бумаги;

• дуплексы, которые существенно упрощают производство двусторонних копий, поскольку накапливают в себе копии, отпечатанные на одной стороне бумаги, чтобы затем повторно подать их для копирования с другой стороны, когда оригинал на стекле экспозиции будет перевернут вручную или автоматически;

• автоподатчики (обозначающиеся в сервис-мануалах как ADF/SADF/RADF в зависимости от своего типа) - обычно на них можно поместить сразу стопку оригиналов, из которой они смогут самостоятельно забирать по одному листу;

• сортеры, выполняющие разделение тиража по отдельным стопкам в различных режимах, задаваемых оператором;

• финишеры, которые отличаются от сортеров тем, что вместо обоймы пластин используют для разделения тиража всего один подвижный лоток;

• степлеры, часто входящие в состав сортеров и автоматически прошивающие стопки готовых копий скрепками.

Кроме того, высокопроизводительные копировальные аппараты могут комплектоваться такими узлами, как кабинет (простая металлическая тумба на колесиках, на которой удобно размещать большие копиры), счетчиками пользовательских карточек (дают возможность руководителю иметь четкое представление о числе копий, сделанных на аппарате каждым из сотрудников), контактными планшетами (позволяют выполнять примитивное редактирование изображения) и прочими необязательными, но иногда весьма полезными усовершенствованиями.

Если при проектировании портативных моделей в качестве приоритетов выступают дешевизна, относительная простота устройства и компактность узлов, то в высокопроизводительных копировальных аппаратах конструкторы могут позволить себе применить сложную электронику и последние достижения техники, например вакуумную подачу бумаги. Тем не менее основные принципы копировального процесса одинаковы для одного из первых портативных копиров Canon FC-2, уже достаточно давно снятого с производства, и для современного крупнотиражного агрегата Sharp SD-2275, использующего графический дисплей и прочие передовые технологии. Об этих принципах и пойдет речь далее в настоящем разделе.

1.3.1. Оптическая система

В копировальных аппаратах можно использовать как подвижный экспозиционный стол, так и неподвижную оптическую систему с зеркалами и тросовой передачей. Подвижный стол устроен элементарно, но не очень удобен в эксплуатации и не позволяет масштабировать изображение. Его обычно применяют в не слишком дорогих «персональных» копировальных аппаратах, рассчитанных на производство 50 копий в день и стоящих до 1000 долларов.

Из моделей, описанных в настоящем руководстве, используют подвижный стол:

•Canon PC-310/330/336;

• Canon FC-310/330/336;

• Canon PC-300/320/325/400/420/430;

•Canon FC-210/230/200/220; неподвижный: *

• Canon PC-720/740/750/770/780;

• Canon NP-6012/6112/6212/6312.

Коротко можно сказать, что оптическая система предназначена для плавного перемещения узкого направленного луча света сканирующей лампы по оригиналу, чтобы отраженный от поверхности оригинала пучок фотонов падал на синхронно вращающуюся поверхность барабана и под его воздействием в слое фоторецептора возникало статическое поле, соответствующее изображению на оригинале.

Более подробно существенные особенности оптической системы отдельных моделей описываются в посвященных им главах.

1.3.2. Система подачи и транспортировки бумаги

Современные копировальные аппараты в большинстве своем работают с обычной офисной бумагой. Лишь немногие экзотические модели, например ризографы (Riso) и припорты (Ricoh), требуют бумагу со специальным покрытием или очень чувствительны к ее капиллярным свойствам. У многих моделей есть возможность копировать на прозрачную пластиковую пленку для проекторов (ОНР transparent sheets).

В последнем случае часто рекомендуется к листу пленки, подаваемому с ручного лотка, прикреплять снизу лист обычной бумаги таким образом, чтобы его передняя кромка выступала за переднюю кромку прозрачного листа в среднем на 1 см. Такая мера призвана облегчить прохождение пластиковой пленки через копировальный тракт.

Следует обязательно иметь в виду, что речь здесь идет исключительно о термостойкой пленке, предназначенной специально для использования в офисной технике, в которой предусмотрено температурное закрепление. Любые попытки провести через нагретый до рабочей температуры фьюзер обычную полиэтиленовую пленку закончатся тем, что пленка расплавится и налипнет на детали.

Обычно требования к плотности бумаги лежат в диапазоне от 40 до 200 г/м2, но для каждой конкретной модели могут быть свои особенности. Так, например, было замечено, что если на копировальных аппаратах Sharp серии Z-800 (Z-810... Z-845) подается бумага недостаточной плотности, то готовые копии, подвергающиеся термическому воздействию при закреплении, могут загибаться кверху, упираться в грубо сформованную корпусную деталь и сминаться. В узле подачи таких копиров, наоборот, проблемы возникают при использовании плотной бумаги. Впрочем, подобные недоработки этой, в целом очень грамотно сконструированной, серии можно оправдать тем, что она лишь недавно появилась на рынке и еще не успела пройти обкатку.

Между тем попадаются аппараты, для которых характеристики бумаги вовсе не имеют значения. Очень показательна в этом отношении излюбленная демонстрация специалистов по маркетингу фирмы Nashuatec (отделение международного торгового концерна NRG, техника Ricoh). Проводящий презентацию берет лист формата А4, сильно мнет его и надрывает с каждой из четырех сторон. Затем пытается расправить, что явно не приводит к заметному результату - лист так и остается сильно деформированным. После этого открывается лоток ручной подачи аппарата класса 13-15 копий в минуту, в него кладется смятый и изорванный лист, а затем демонстрируется успешно выполненная копия.

Надо, однако, иметь в виду, что техника Ricoh всегда славилась своей непритязательностью по отношению к качеству используемой бумаги. Что же касается современной копировальной техники в целом, то требования к бумаге лучше определить достаточно жестко. Я рекомендую как мастерам, так и непосредственно работающим на копирах операторам выбирать бумагу по возможности более высокого качества.

Поясню, чем вызвана эта рекомендация. Ничто не приводит к такому износу рабочих узлов аппарата, и в первую очередь фоторецептора, как использование низкокачественной бумаги. Замечено, что срок службы одного драм-картриджа может увеличиться в несколько раз благодаря применению соответствующих расходных материалов и правильному обращению. К примеру, я более года пользовался для тестирования попадавшей ко мне в ремонт техники комбинированным картриджем Е-30, причем число производимых в день копий нередко достигало двух сотен. По истечении этого срока картридж по-прежнему обеспечивал отличные копии, а его поверхность носила лишь слабые следы механического износа, так называемые «запилы».

У дешевой бумаги есть два очевидных технических недостатка. Стараясь сэкономить на качестве целлюлозы, производители формируют недостаточно однородную массу, что приводит к значительному повышению абразивного воздействия бумаги на фоторецептор.

Кроме того, поскольку листы фасуются поштучно (в среднем по 500 листов на пачку), производители, выпуская менее плотные листы, экономят на массе бумаги. Бумага с недостаточной плотностью гораздо легче заминается на тракте подачи, чаще рвется при попытках извлечь ее, и все это вполне может привести к необходимости вызывать мастера для квалифицированной разборки узлов.

Не стоит и говорить о том, что документы, изготовленные на некачественной бумаге, выглядят совсем непрезентабельно.

Следует отдельно заметить, что при производстве некоторых видов копий (двусторонних, изготовляемых за несколько проходов, с высоким процентом черного цвета) требования к плотности бумаги повышаются, поскольку увеличивается относительная доля массы тонера в массе копии, и при закреплении в термоузле тонер, несколько отличающийся от бумаги по физическим свойствам, может деформировать лист. Так что от производства двусторонних копий на тонкой бумаге, вроде оберточной, лучше воздержаться.

Из ассортимента офисной бумаги, представленной сегодня на рынке, стоит особо отметить фирменные марки, такие, например, как бумага «Canon», а также очень хорошо зарекомендовавшую себя еще со времен Советского Союза финскую бумагу, продающуюся у нас под торговой маркой «Чайка». Существует слишком много сортов офисной бумаги высокого качества, чтобы имело смысл перечислять их все, но очевидно, что выбирать каждый здесь может по своему вкусу.

Общие рекомендации таковы: предпочтительно брать бумагу с самым высоким коэффициентом белизны и плотностью не менее 80 г/м2. Следует с осторожностью относиться к бумаге, продаваемой по явно заниженным ценам, поскольку она вряд ли окажется высококачественной. Хранить бумагу надо в сухом помещении при комнатной температуре, располагая пачки горизонтально.

В условиях повышенной влажности воздуха бумага может покоробиться, и ее свойства ухудшатся. Не рекомендуется сразу же начинать копирование на бумаге, долгое время находившейся в холодном помещении. Лучше выждать от получаса до суток, в зависимости от перепада температур и общего количества бумаги.

Размеры и ориентация подаваемых для копирования листов могут быть различными. Максимальный размер определяется размерами экспозиционного стекла и шириной тракта подачи конкретной модели, а минимальный - лишь характеристиками тракта подачи и в среднем колеблется от размера визитной карточки до размера почтовой открытки.

Бумага для производства копий может подаваться либо с ручного лотка, либо с поддона. В некоторых моделях листы автоматически забираются по одному из пачки, помещенной в лоток ручной подачи. Модели, в которых закладывается всего по одному листу, несколько проще по конструкции, но при этом оператор копира затрудняется чуть больше. С бокового лотка бумага подается напрямую, не изгибаясь, как при подаче с поддона, поэтому требования к бумаге, поступающей в копировальный аппарат таким способом, значительно ниже. Именно так - с ручного лотка - следует подавать картон, пластиковую пленку, визитные карточки и почтовые открытки для надпечатки.

Поддоны, рассчитанные на хранение большого количества листов с автоматической подачей их по мере надобности, имеют механические ограничители, выставляемые оператором в соответствии с форматом бумаги, которую он собирается загружать. Начиная от копировальных аппаратов среднего класса, поддоны оснащены датчиками формата, позволяющими процессору выбрать нужный процент увеличения/уменьшения оригинала для автоматического масштабирования, а также самостоятельно подать бумагу из подходящего по формату поддона.

Бумага, поступающая с ручного лотка или с поддона, останавливается для синхронизации перед барабаном, и как только на валик (шторку) синхронизации приходит сигнал от процессора, копирование начинается. Бумага проходит под фотобарабаном, на нее переносится тонер, далее она отделяется от поверхности барабана коротроном отделения (для этих целей также используются пальцы отделения и рассчитанная кривизна листа, когда бумага отходит от барабана под действием собственного веса). После этого бумага транспортируется - как правило, с помощью одного или нескольких резиновых ремней - в термоблок,, где лежащий на ее поверхности тонер расплавляется и впрессовывается, образуя готовую копию.

1.3.3. Узел проявки

Скрытое электростатическое изображение, сформированное в слое фоторецептора падающими на него лучами света, отраженными от сканируемого оригинала, необходимо сделать видимым, нанеся на заряженные участки барабана равномерный тонкий слой тонера.

Для выполнения этой задачи фоторецептор перед экспонированием заряжается отрицательно. Затем области, которые на копии должны получиться светлыми, разряжаются светом из узла сканирования, и на фоторецепторе остаются отрицательно заряженными лишь те участки, на которые должен быть нанесен тонер.

Тонер содержится в специальном блоке проявки, соседствующем в аппарате с фотобарабаном, а иногда и составляющем с ним один узел, как, например, в картриджах Е-16/Е-30.

Частицы тонера заряжены положительно и, будучи помещенными в непосредственной близости от фоторецептора, легко переносятся на его отрицательно заряженные области.

Обеспечить необходимое расположение и добиться равномерного притока тонера для переноса его на барабан позволяет конструкция узла проявки, на примыкающем к фотобарабану крае которого имеется вращающийся магнитный вал, притягивающий к себе тонер из бункера.

Существует два типа тонера: однокомпонентный (его красящие частицы сами по себе обладают магнитными свойствами) и двухкомпонентный (его красящие частицы, предназначенные для переноса на фотобарабан, не могут самостоятельно удерживаться на магнитном валу узла проявки, но прилипают к находящимся в бункере частицам специального магнитного порошка, называемого девелопером или носителем, и попадают вместе с ними на магнитный вал).

Примечание. Тонер формирует на магнитном валу блока проявки так называемую магнитную кисть, то есть нарастает, подобно металлической стружке, на магнит, В зависимости от модели аппарата и свойств тонера, девелопера и магнитного вала эта «кисть» может быть либо вполне различимой для человеческого глаза, либо представлять собой тонкий полупрозрачный слой частиц тонера, равномерно распределенных по металлической поверхности магнитного вала.

В случае однокомпонентной системы сила притяжения частиц тонера к девелоперу или магнитному валу подобрана таким образом, чтобы она была меньше электростатического притяжения к заряженной поверхности барабана и соответственно не препятствовала переносу частиц на него.

В двухкомпонентной системе девелопер остается на магнитном валу узла проявки и продолжает ; служить дальше. В технических описаниях многих аппаратов производители заявляют, что используемый девелопер вообще не требует восполнения или замены, однако практика показала, что у любых моделей рабочие характеристики девелопера со временем начинают ухудшаться, и это сказывается на качестве копий.

Интересно реализована идея «вечного девелопера» у аппаратов Sharp SF-2114 и аналогичных. Тонер для них поставляется в специальных пластмассовых контейнерах, устанавливаемых с фронтальной стороны на узел проявки. В этих контейнерах кроме тонера содержится также определенный процент нового девелопера, призванного частично заменить старый. Предполагалось, что таким образом девелопер за несколько заправок обновится практически полностью. На самом деле эти модели, точно так же как и остальные, время от времени требуют полной замены девелопера и тщательной очистки бункера. Подобную меру рекомендуется принимать во время проведения регламентных работ в среднем после каждых 60 тысяч произведенных на аппарате копий.

Итак, в процессе проявки на поверхность фотобарабана наносится зеркальное позитивное изображение в виде тончайшего слоя тонера.

1.3.4. Перенос изображения на бумагу и ее отделение от фотобарабана

Скрытое и затем проявленное изображение на фотобарабане представляет собой зеркальное отображение оригинала и потому может быть перенесено на проходящую под барабаном бумагу простым совмещением поверхностей, при котором выполнится обратная зеркальная трансформация и получится точная копия.

Ввиду низкой адгезии тонера и обычной офисной бумаги простой механический контакт поверхности листа с фоторецептором не обеспечит должного переноса красящего порошка. Поэтому приходится использовать более сильное, чем сформированное на барабане, статическое поле, перетягивающее положительно заряженные частицы тонера на бумагу.

Для этого служит коротрон переноса, размещенный под проходящим через аппарат листом бумаги. В результате такого расположения все притягиваемые его отрицательным зарядом частицы тонера отрываются от фоторецептора и попадают на поверхность бумаги, создавая там копию оригинала.

Коротрон переноса может быть как проволочным, представляющим собой туго натянутую тонкую (около 70 мкм в диаметре) металлическую нить со специальным напылением, так и игольчатым - в виде металлической пластины с частыми острыми зубцами, или губчатым - в форме обтянутого специальным пенистым полимером металлического вала, находящегося под напряжением, который вплотную прижимается к барабану и выполняет таким образом еще и функцию дополнительного ролика подачи.

Нить коротрона часто обрывается из-за неграмотного вмешательства. Кроме того, находясь под высоким напряжением, она производит значительное количество озона, что вряд ли существенно влияет на здоровье оператора, но все же не может приветствоваться, поскольку воздействие озона в больших дозах на организм человека в любом случае неблагоприятно.

Эмиссия озона от игольчатых, а особенно губчатых коротронов гораздо ниже, чем от проволочных. Кроме того, они в целом более надежны, поскольку их труднее повредить механически. Тем не менее и у таких видов коротронов встречаются собственные неисправности в виде пробоя напряжения на корпус, возникающего в результате загрязнения. Могут также отойти или засориться контакты, появиться механические дефекты (последнее случается очень редко).

Часть тонера, оставшаяся на фоторецепторе после переноса, счищается с него специальным резиновым лезвием, ракелем, и попадает в бункер для отработанного тонера, предусмотренный конструкцией аппарата.

Чтобы исключить прилипание статически заряженного листа бумаги к барабану, используется специальная техника его отделения. Преимущественно это отделение по кривизне: конструкция рассчитывается так, чтобы дать листу отделиться под действием собственного веса и жесткости. В сочетании с такой техникой часто применяется специальный коротрон отделения, воздействующий на проходящую за барабан бумагу положительным зарядом и нейтрализующим ее статическим полем. Этот метод очень полезен в случаях, когда копии изготовляются на слишком тонкой бумаге, не обладающей достаточным весом и жесткостью, чтобы отделиться «по кривизне».

Кроме того, на некоторых моделях копиров рядом с барабаном установлены специальные отделительные лапки.

После отделения от барабана незакрепленная копия подается в термоблок, где проходит заключительная стадия процесса копирования - закрепление.

1.3.5. Узел закрепления

Аппараты, копирующие изображение методом электростатического переноса, используют не жидкую краску, а сухой красящий порошок, который необходимо каким-то образом фиксировать после нанесения на бумагу. Это достигается путем нагрева под определенным давлением. Часть аппарата, отвечающая за этот процесс, называется узлом закрепления, термоблоком, фьюзером (от английского слова fuse - плавка, плавить; на принципиальных схемах не путать с обозначением плавких предохранителей с аналогичным названием) или попросту печкой.

Примечание. У нас в стране копировальные аппараты получили широкое распространение лишь недавно. В связи с этим профессиональная терминология находится в стадии становления. Четких правил обозначения тех или иных объектов и процессов еще нет, и каждый мастер употребляет наиболее удобные для себя термины. Поскольку вся техника производится за рубежом и сервисные руководства к ней издаются на английском языке, широко распространены прямые заимствования. Частично руководства переводятся на русский язык, однако делается это, к сожалению, далеко не на самом высоком уровне, без соблюдения каких бы то ни было норм. Подобные переводы, конечно, не могут стать основой дальнейшего развития технического лексикона в области обслуживания и ремонта офисной техники.

Такое положение дел зачастую затрудняет профессиональное общение. Если два инженера всегда поймут друг друга с полуслова, то при объяснениях с работниками складских служб, а тем более с заказчиками, возникают недоразумения. Характерный пример: откройте в любом коммерческом бюллетене раздел, посвященный торговле запчастями к копировальным аппаратам, - и вы легко заметите, что одна и та же деталь, предлагаемая на продажу различными фирмами, имеет там разные названия. Причем, как правило, все они вполне  допустимы и широко используются. Остается надеяться, что со временем терминология установится, подчиняясь естественным конструктивным процессам, происходящим в языке.

В узел термозакрепления входят:

• нагревательный элемент;

• резиновый прижимной вал;

• направляющие подачи, обеспечивающие правильное попадание еще не закрепленной копии в термоблок;

• отделительные лапки, предотвращающие наматывание закрепленной копии на валы термоблока;

• температурные датчики, контролирующие температуру нагревательного элемента;

• термостат (термопредохранитель), обрывающий питание нагревательного элемента в случае, если температура превысит критическое значение.

Примечание. В первых моделях электростатических копировальных аппаратов, использовавшихся в 60-х годах, не было подобных механизмов защиты, поэтому они часто загорались. Так, к знаменитой 914-й модели фирмы Xerox даже прилагался огнетушитель, называемый в маскировочных целях «средством от перегрева», а один из копиров, загоревшись, чуть не спалил Белый Дом. Современные копировальные аппараты загораются настолько редко, что каждое такое происшествие можно считать феноменом.

В термоблоке может располагаться также чистящий фетровый вал, собирающий на себя большую часть грязи с резинового и тефлонового валов, щетка, снимающая статический заряд с бумаги, и датчик, призванный сообщать процессору о том, что копия проходит через термоблок.

В большинстве узлов закрепления в качестве нагревательного элемента используются лампы накаливания, обеспечивающие специальному валу, изготовленному из алюминия и покрытому тефлоном (этот вал принято называть тефлоновым валом), температуру, достаточную для запекания тонера на копии, проходящей под ним на своем пути через термоблок.

Однако с некоторых пор фирма Canon использует альтернативную технологию SURF (SUrface Rapid Fusing - система быстрого поверхностного нагрева), в которой место нагревательной лампы и тефлонового вала занимают керамический термоэлемент и тефлоновая пленка.

При такой схеме, когда источник тепловой энергии входит в почти непосредственный контакт с копией, энергия расходуется более эффективно и практически не требуется времени на предварительный прогрев копировального аппарата для приведения его в рабочее состояние. Однако у технологии SURF есть свои существенные недостатки. Они подробно описаны в следующих главах настоящей книги, поскольку все аппараты, о которых в ней идет речь, имеют термоблоки, сконструированные именно по такому принципу.