Устройство лазерного картриджа: принцип печати и основные изнашиваемые детали.

19.04.2013

Лазерный картридж - это сложное механическое устройство, состоящее из десятков деталей, нескольких узлов, а иногда и нескольких отдельных частей. 
Условно картридж можно разделить на 3 части:

-Детали блока переноса изображения (минимум 6 основных узлов)
-Тонер
-Корпус, шестеренки, шторки, штифты, защелки, флажки регистрации, др.
Z_Q2612A.jpg


Во время работы детали картриджа постоянно подвержены механическому и электромагнитному воздействию, что в итоге приводит к их износу и, в конечном итоге, постепенному выходу из строя. Ниже описаны основные детали картриджа, которые наиболее подвержены износу, и которые чаще других выходят из строя.

Почему и как это происходит ясно видно из рисунка (рис. 1).

рис. 1
Устройство картриджа

Принцип работы.

После отправки документа на печать, в картридже лазерного принтера происходят следующие процессы:

Зарядка барабана

На вал первичного заряда Charge Roller (PCR), подается напряжение смещения переменного и постоянного тока. Напряжение смещения переменного тока через ролик первичного заряда поступает на поверхность фоторецепторного барабана, тем самым стираются остаточный заряд, и, наносится равномерный отрицательный потенциал.

Напряжение смещения переменного тока подается чтобы уменьшить притяжение тонера магнитным сердечником вала проявки и в тоже время уменьшить перенос частиц тонера на участки фоторецепторного барабана, не подвергнутые засветке лучом. Регулировкой напряжения смещения AC достигается необходимая плотность и контрастность изображения (регулируется оптическая плотность изображения).

Следует заметить, что процесс формирования изображения у различных производителей отличается, полярность первичного заряда, а следовательно и дальнейших, может быть противоположной.

Экспонирование

На всей цилиндрической поверхности барабана с помощью детали, называемой коротроном заряда, создается отрицательный электростатический заряд. После этого плата управления расшифровывает сигнал, поступающий с компьютера. Связанный с ней блок лазера через систему зеркал и линз фокусирует луч в прорезь между двумя половинками картриджа и облучает фотоцилиндр.

На тех участках, куда попадает свет, соответствующий светлым местам отпечатка, электрическое сопротивление фотопроводника уменьшается, вследствие чего заряд в этих местах нейтрализуется. Таким образом, на поверхности фотобарабана создается скрытое электростатическое изображение, зеркальная копия того, что вы видите на экране монитора. Отрицательно заряженная поверхность барабана экспонируется лазерным лучом. Этот луч формируется блоком лазера принтера, находящимся над картриджем и фокусирующим луч в прорезь между двумя половинками картриджа. При этом барабан проходит четверть оборота. Луч сфокусирован на барабане и активизируется только в тех местах, на которые в дальнейшем должен быть нанесен тонер. Засвечивая барабан лазером, его фоточувствительная поверхность частично теряет отрицательный заряд на засвеченным участках. Таким образом, лазер наносит на барабан прообраз изображения (скрытое изображение) в виде ослабленного отрицательного заряда.

Нанесение тонера

При вращении магнитного вала тонер (специальный мелкий черный или иного цвета порошок для формирования изображения) проходит сквозь узкую щель, образованную специальным лезвием («доктором», Doctor Blade) и валом. "Доктора" также называют дозирующим лезвием. «Доктор» также обеспечивает равномерность слоя тонера на магнитном валу. Это происходит в течение еще примерно одной четверти оборота барабана. Затем тонер, находящийся около магнитного вала картриджа притягивается к его поверхности под действием поля постоянного магнита, из которого изготовлена сердцевина вала и от него, по законам электростатики, притягивается к электростатическому «снимку» на фотобарабане, вследствие чего изображение обретает видимость. К магнитному цилиндру прикладывается переменное напряжение прямоугольной формы с постоянной составляющей. Отрицательная часть переменного напряжения обеспечивает перенос тонера на фоторецептор, а положительная часть - наоборот притягивает тонер назад к магнитному цилиндру, удаляя излишки тонера с фоторецептора. Исходя из этого принципа, становится понятным, что, изменяя постоянную составляющую напряжения на магнитном цилиндре, можно регулировать плотность тонера (контрастность изображения). Чем больший "минус" имеет постоянная составляющая, тем больше отталкивающее напряжение и меньше притягивающее, и, следовательно, изображение будет более темным. Амплитуда переменного напряжения составляет примерно 500-600 В и имеет частоту несколько кГц.

Благодаря точно рассчитанному потенциалу смещения предотвращается притягивание тонера к участкам барабана, не содержащим изображения, но, тем не менее, сохранившим после экспонирования некоторый остаточный отрицательный потенциал.

Перенос тонера на бумагу

Далее из входного лотка втягивается лист бумаги и подается к поверхности фотобарабана. К этому времени на барабане уже сформировано изображение. Перенос осуществляется электростатическим полем, которое сообщает поверхности бумаги положительный потенциал. В результате отрицательно заряженный тонер переносится на положительно заряженную бумагу. Для создания положительного электростатического поля применяется еще один коротрон. Он находится непосредственно под фотобарабаном , между ними и протягивается бумага. Коротрон также представляет собой металлический стержень со слоем электропроводящей резины. На коротрон подается постоянное положительное напряжение в несколько сотен вольт - 100 - 400 В (правда может иметься небольшая переменная составляющая - например пилообразная). На этом этапе положительно заряженный лист бумаги притягивается к отрицательно заряженному фотобарабану и может произойти наматывание листа. Хотя в ос-новном отделение листа происходит за счет собственной жесткости бумаги и малого диаметра бараба-на, в принтере предусмотрено устройство снятия статического заряда бумаги и ее отделения. Это устройство в виде металлической гребенки, соединенной с «корпусом» находится за коротроном переноса изображения.

Продолжая вращаться, барабан с проявленным изображением соприкасается с бумагой. С обратной стороны бумага прижимается к валу Transfer Roller (ролик переноса заряда), несущему положительный заряд. В результате отрицательно заряженные частицы тонера притягиваются к бумаге, на которой получается изображение, «насыпанное» тонером.

К этому моменту барабан уже прошел пол-оборота от блока лазера, который находится над картриджем до бумаги, подающейся между барабаном и валом переноса под картриджем.

Закрепление изображения

Далее лист бумаги с незакрепленным изображением перемещается к механизму закрепления - печке (фьюзеру, fuser), которая находится в задней части принтера. Этот механизм представляет собой два соприкасающихся вала, между которыми проходит бумага. Нижний прижимной вал (Lower Pressure Roller) прижимает бумагу к верхнему нагревательному валу (Upper Fuser Roller).

Верхний вал нагрет до такой температуры, что при соприкосновении с ним полимерные частицы тонера расплавляются и вплавляются в бумагу. Температура плавления тонера - от 100 до 180 градусов Цельсия и контролируется термодатчиком.

Лист с закрепленным изображением выдается в выходной лоток. Перед подачей листа в приемный ло-ток, с него снимается статический остаточный заряд с помощью металлической мягкой щетки, электри-чески соединенной с "корпусом" устройства. Изображение готово.

Очистка барабана

На этапе переноса изображения некоторые частички тонера остаются на поверхности фотобарабана, а не переносятся на бумагу. И чем хуже качество порошка, тем больше этих оставшихся частиц тонера. Эти частички тонера ухудшают последующее изображение и их необходимо удалить. Эффективность процесса переноса тонера составляет 70–80%. Около 20–30% неиспользованного (остаточного) тонера остается после переноса на поверхности фотобарабана, поэтому его необходимо очистить.

По завершении цикла печати барабан проходит еще четверть оборота, и его необходимо очистить от остатков тонера. Эту функцию выполняет чистящее лезвие (Wiper Blade, иногда называется Cleaning Blade или ракельный нож, ракель), которое счищает оставшийся на барабане тонер и направляет его в бункер отработки картриджа. При этом восстанавливающее лезвие, расположенное между барабаном и бункером отработки, не позволяет тонеру просыпаться на бумагу.

«Стирание» изображения

На этом этапе с поверхности барабана «стирается» скрытое изображение, нанесенное лазерным лучом. Заряжающий вал равномерно покрывает поверхность барабана отрицательным зарядом, восстанавливая заряд в тех местах, где он был понижен под воздействием лазера.

Основные изнашиваемые детали картриджа:

Фотобарабан1. Фотобарабан (OPC - Organic Photo Conductor)

Из всех основных деталей лазерного картриджа фотобарабан представляет собой наиболее сложный продукт технологии тонерных картриджей и, поэтому неудивительно, что он является самым дорогим компонентом. Фотобарабан оказывает самое большое влияние на качество печати. Фотобарабан представляет собой алюминиевый цилиндр, на который нанесен фоточувствительный слой. Фотослой имеет разное строение и чувствительность, в зависимости от модели принтера и картриджа. Кроме этого фотобарабаны отличаются размерами и шестернями, которые обеспечивают его вращение. Т.е. фотобарабаны производятся под конкретный вид картриджа и в большинстве случаев невозможно применение одних и тех же фотобарабанов в разных картриджах.

Все фотобарабаны связывает похожий принцип работы. Лазер, сфокусированный на барабане, засвечивает области, на которые, в последствии, магнитный вал нанесет тонер. После того как изображение сформировано на фотобарабане, оно переносится при помощи вала переноса изображения на бумагу.

Фотослой, которым покрыт фотобарабан, не устойчив к механическим повреждениям и загрязнению, боится прямых солнечных лучей. Даже использование загрязненной бумаги может привести к серьезным повреждениям фотобарабана. По этому картридж нужно хранить в упаковке. Со временем (2-3 заправки, а иногда и раньше) на фотобарабане стирается фотослой, и картридж начинает выдавать не качественные отпечатки. Замена фотобарабана (совместно с остальными изнашиваемыми частями) или восстановление - это следующий после заправки этап в жизненном цикле картриджа. Так как фотобарабан является основой для формирования изображения, то от его состояния сильно зависит качество печати. Невозможно достичь высокого качества печати при поврежденном фотобарабане.

Вал заряда2. Ролик первичного заряда (PCR - Primary Charge Roller)

Ролик (первичного) заряда представляет собой металлическую ось, заключенную в резиновую оболочку. PCR имеют разное строение резинового слоя.

Основная задача этой детали зарядка фотобарабана однородным отрицательным зарядом. В некоторых картриджах PCR выполняет функцию своеобразного дворника - очищает фотобарабан от остатков тонера и бумажной пыли. PCR также стирает остаточный заряд, который остался на фотобарабане от предыдущей зарядки.

PCR имеет длительный срок службы и выходит из строя несколько реже других деталей картриджа, но, тем не менее, он требует постоянного внимания, бережного обращения и защиты от царапин и выбоин, которые могут возникнуть из-за попадания в картридж (принтер) посторонних предметов. Повреждение PCR может серьезно ухудшить качество печати. Вал первичного заряда подвержен сильному загрязнению бумажной пылью, поэтому требует регулярной и тщательной чистки.

Магнитный вал3. Магнитный вал (Mag Roller)

Магнитный вал совместно с дозирующим лезвием заряжает тонер отрицательным зарядом и наносит его на фотобарабан. Магнитные валы имеют разное строение. В картриджах производства HP и Canon магнитный вал представляет собой сложную конструкцию в виде металлического валика, поверхность которого покрыта специальным слоем. В картриджах производства Samsung магнитный вал (иногда его называю девелопер вал) изготовлен из высококачественной резины. Магнитный вал играет значительную роль в формировании изображения.

Поврежденный магнитный вал приводит к существенному ухудшению качества печати. Магнитный вал подвержен износу, особенно в картриджах производства HP и Canon. Качество используемого тонера запыленность бумаги влияет на срок службы этой детали. Основными дефектами этой детали являются царапины и грязь на его оболочке.

Чистящее лезвие4. Ракель (Wiper/Cleaning Blade)

Ракель - это специальная пластина, которая используется для очистки фотобарабана от остаточного тонера, который не был нанесен на бумагу в процессе переноса изображения. А чем больше заправок отработал картридж, тем хуже фотослой на фотобарабане, и тем больше остаточного тонера ракелю приходится счищать: а дополнительная нагрузка ведет к большему износу. Лезвие ракеля изготовлено из прочного и эластичного полиуретана. Ракель должен плотно прилегать к фотобарабану и в тоже время не повреждать его. Качество поверхности лезвия ракеля, острота кромок и точные размеры, очень важны для нормальной работы картриджа.

От состояния ракеля зависит срок службы фотобарабана, так как ракель имеет непосредственный контакт с фотобарабаном во время печати. Поврежденный ракель приводит к неудовлетворительному качеству печати. Кроме этого поврежденный ракель увеличивает напряжение на фотобарабан, что приводит к его более быстрому износу. Основные дефекты ракеля - это погнутости и царапины на его поверхности. Ракель вторая по степени подверженности износу деталь, после фотобарабана. Стоит заметить, что в безотходных картриджах (Samsung, Xerox и др.) ракеля, как такового, нет. Незначительное количество тонера, которое не было перенесено на бумагу с фотобарабана во время печати, собирает валик первичного заряда, остаточный тонер с которого, в свою очередь, убирает специальная щетка-пылесборник.

Дозирующее лезвие5. Дозирующее лезвие (Doctor Blade)

Дозирующее лезвие регулирует количество тонера, которое наносится на магнитный вал. Дозирующие лезвия имеют разнообразную конструкцию и производятся из разных материалов - полиуретановые (Canon, HP...), металлические (Samsung, Brother...). Чтобы обеспечить равномерное распределение тонера на магнитном вале, лезвие дозирования должно иметь поверхность высокого качества (без вогнутостей и зазубрин). Поврежденное лезвие дозирования будет наносить тонер не равномерно по поверхности магнитного вала, что приведет к значительному ухудшению качества печати. В картриджах производства HP и Canon дозирующие лезвия подвержены износу из-за бумажной пыли и выходят из строя при ее слипании с микрочастицами тонера и постоянном контакте с лезвием.

Дозирующие лезвия в картриджах почти всех моделей Samsung подвержены значительному износу и требуют регулярной замены. Кроме механическому износу дозирующее лезвие подвержено загрязнению, поэтому требует регулярной и тщательной чистки.

Фетровый уплотнитель6. Фетровые уплотнители (Felt Syn)

Фетровые уплотнители магнитного вала, ракеля и других узлов картриджа служат для уплотнения щелей, которые существуют на стыке различных деталей. Основная функция фетровых уплотнителей - герметизация бункеров с тонером и картриджа в целом. В лазерном картридже много мест нуждающихся в уплотнении, поэтому фетровые уплотнители бывают разных видов и имеют разные размеры и форму.

Например, фетровые уплотнители магнитного вала являются посадочным местом магнитного вала и установлены между бункером с тонером и магнитным валом. Они плотно прилегают к концам магнитного вала и не дают тонеру просачиваться наружу. Фетровые уплотнители ракеля не дают просочиться тонеру с рабочей поверхности ракеля наружу, а так же исключают высыпание тонера из бункера с "отработкой". Фетровые уплотнители в картридже E-16 уплотняют почти весь корпус картридж, и благодаря ним тонер не просачивается наружу. Изношенные фетровые уплотнители приводят к просыпанию тонера в устройство, что может привести к ряду проблем. Кроме этого, пропуская тонер на детали картриджа, фетровые уплотнители способны уменьшить срок службы некоторых деталей картриджа.

7. А также: корпус картриджа, шестеренки, защитные шторки фотобарабана, чипы, контакты, пружинки и другие детали, обеспечивающие полноценную работу картриджа.

При дефекте какого-либо из указанных узлов картридж будет работать (печатать) некачественно, или вообще не будет работать. 

Количество показов: 7272

←Назад к списку