工作过程3-全面介绍 激光打印机结构和工作原理-中关村在线

全面介绍 激光打印机结构和工作原理

作者：zol论坛 责任编辑：陈志勇 【转载】 中关村在线 2006年03月22日 [评论5条]

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5.电子显像系统

激光打印机是精密的机械系统，它利用光、电、热的物理、化学原理通过相互作用输 出文字或图像，这些复杂的过程都由一个电子控制系统来实现，称为电子显像系统。 "静电成像"的理论是美国人卡尔逊首先提出的，因此也称为卡尔逊法。或称为放电 成像法。基本过程可分为充电、曝光、显影、转印、定影、清洁、消电7个步骤，其中5个 步骤是围绕电子显像系统进行的。

（1）充电

感光鼓表面光导体材料在不见光的情况下为绝缘体，呈中性状态，不带有任何电荷。 要实现在光导体表面的"静电潜像"，必须在光导体表面进行充电，使之荷电。只有这样， 当激光束扫描到光导体上时，光导体被曝光的点导通，形成光束点阵。点阵电荷与基体导通 形成"电位差潜像"，当感光鼓旋转到与显影磁辊相切位置时，把磁辊上载有与光导体表面 电荷属性相反的墨粉吸引到感光鼓表面，从而在感光鼓上显现出墨粉图像。

欲使感光鼓能按照图文信息吸附上碳粉，应先对硒鼓进行充电，充电电极是一根与感光 鼓轴平行的钨丝，其上带有5～7kV的直流高压，当硒鼓表面与钨丝非常接近时，周围的空气 被电离产生电晕放电，使感光鼓带上了电荷。电压的正负由钨丝所带的电压决定，若光导材 料为硒碲合金时，则充正电，感光鼓旋转一周后使整个表面均被充电。

激光打印机对感光鼓充电的方法，因机型不同而采用的具体充电方法也有不同，但充 电原理基本一致，都是采用直流高压的电晕放电对感光鼓表面充电。

早期生产的激光打印机采用电极丝及栅网复合的结构充电的较多，现在新型激光打印 机大部分采用充电胶辊（FCR）对感光鼓充电。当高压发生器送到电极丝一个高压电后，电 极丝与栅网之间形成一个强电场，并释放出电 晕。使电极丝与感光鼓之间的空气发生电离，空气离子向感光鼓表面迁 移，使光导体（感光鼓）表面充满电荷。这种方法能使光导体（感光鼓）表面荷电均匀，但 同时也产生大量的负离子（臭氧）。臭氧聚集到一定量时，对人体是有害的。如佳能早期产 品LBP-SX、ST型，惠普公司的早期产品HP2、3和日本生产的松下KX6500，联想LJ6L、LJ6P等 机型均采用此方法充电。

现代生产的激光打印机大部分都采用充电辊充电，由于采用接触式充电方式，不需要很高 的充电电压，且没有臭氧产生，但由于电离尘的积存，增加了对感光鼓的磨损，也会有充电不均匀的现象。

（2）扫描曝光

就像我们用笔在纸上写字一样，扫描曝光的工具是用激光束在感光鼓上进行"书写"曝 光，这幅文字或图像是不可见的，这就是我们所说的"静电潜像"。

当硒鼓表面经过钨丝电极时，其表面被充上正电，光导层与底基的界面感应出负电。 当激光光束中有光部分照到硒鼓表面的某个区域时，称为曝光。经曝光后的地方电阻率 明显地降低，表面的正电荷与界面的负电荷便中和消失，由于硒碲合金颗粒之间具有良好的 绝缘性能，未经曝光的表面正电荷仍保持不变，即形成一层静电潜像。

扫描曝光就是利用感光鼓表面光导材料的光敏性质。当光导体受到激光束扫描照射后， 被光照的部分与感光鼓导电层导通使电荷消失，没有被光照射的部分仍保持充电电荷，这样 就形成一幅电位差图像，也可以理解为对感光鼓的"消电"过程。消电过程，光导体表面的 电位是在变化的，这个电位变化对打印质量影响很大。

在对感光鼓表面充电时，随着电荷在感光鼓表面的积累，电位也不断升高，最后达到 "饱和"电位，就是最高电位。表面电位会随着时间的推移而下降，一般工作时的电位都低 于这个电位，这个电位随时间自然降低的过程，称之为"暗衰"过程。感光鼓经扫描曝光时 ，暗区（指未受光照射部分的光导体表面）电位仍处在暗衰过程；亮区（指受光照射部分的 光导体表面）光导层内载流子密度迅速增加，电导率急速上升，形成光导电压，电荷迅速消 失，光导体表面电位也迅速下降。称之为"光衰"，最后趋缓。

从理论上说光衰越快越彻底越好，实际上很难达到。剩余残留电位的高低就会影响打 印质量，如残余电位过高，将会出现打印"底灰"现象。一幅静电潜像形成后，还必须经过 如下所述的"显影"过程才能转换成墨粉图像。

（3）显影

把光导体表面形成的"静电潜像"，经过"显影"显示出墨粉图像，这个过程称之为" 电子显影"。显影工作是由显影器完成，其作用是将静电潜像变成可见图像。 显影是利用物质间电荷同性相斥、异性相吸的原理完成的。

显影器中装有铁粉及碳粉，经摩擦后铁粉带正电，碳粉带负电，这样铁粉被碳粉包围而 吸附了碳粉的铁粉又被永久磁铁吸附，形成类似于毛刷似的一层铁粉与碳粉混合物。 当硒鼓表面从这层磁刷下经过时，碳墨粉因带负电而被吸到硒鼓表面仍保持着正电的 部分，形成了可见的碳粉图像。搅拌器的作用，是使铁粉与碳粉摩擦带电。

感光鼓表面的"静电潜像"电荷与显影墨粉所带的电荷极性相反，当感光鼓与携带墨粉的磁辊靠近到一定的距 离时，墨粉即被吸引，或者说是墨粉跳跃到感光鼓表面而形成"墨粉图像"，也称为跳动显 影。注意：激光打即机感光鼓曝光后表面"静电潜像"的电荷呈负极性，而墨粉所带电荷 为正极性。显影单元的墨粉传递是这样完成的。

当墨粉在粉盒内被搅拌器搅拌均匀后，墨粉由掺杂的载体运载并被磁辊内的永久磁芯 吸附到磁辊外表面上，这时墨粉不显极性。当磁辊载着墨粉旋转并与墨粉刮板相切，与之磨 擦时，使墨粉带上正电荷。墨粉在墨粉刮板和磁场作用下，在磁辊表面上形成恨薄且分布均匀的墨粉雾。墨粉刮板还起到限制墨粉量的作用，使墨粉不致吸附过多。

前面提到，感光鼓残留电位是打印产生"底灰"的重要原因，解决的办法是在磁辊套 上加上适当的交、直流"偏压"，以抵消墨粉过量的传递。显影偏压有两个作用，适当调节 显影偏压，一是防止产生"底灰"，二是调整打印浓度。实际应用中，"打印浓度"调节旋 钮就是调节显影偏压。如惠普、佳能、爱普生、联想的一些激光打印机机型都有此旋钮。但 打印浓度的提高也意味着分辨率的降低，因为过多的墨粉在定影后会影响分辨率。

现在新生产的激光打印机一般都带有"分辨率增强方式（RET）"。通过RET方式，可以 填充斜线或弧线"点阵空穴"的缺陷，RET对横、竖向点阵不起做用。它有三种方式：① 轻度（Lighi）；②中度（Medium）；③深度（Dark）。RET可以结合打印浓度的选择打印出 精美的文字或图像，也称为平滑技术。不同设置，打印出样张上的标志块不同。

显影磁辊：显影磁辊是运载墨粉的重要部件。永久磁芯是不旋转的，它的作用是利用磁性 吸附墨粉到磁辊表面。磁辊表面喷有一层粗糙的石墨层，使之与墨粉刮板形成电于空穴而利 于墨粉传递。当载有墨粉的磁辊旋转出刮板位置时，磁辊表面的墨粉除带有电荷外，由于 磁场的作用力使之形成"磁穗"，也就是"墨粉雾"，对磁辊外套施加偏压，使磁穗有秩序 的排列起来。磁辊"隔套"的作用是控制磁辊表面磁穗与感光鼓之间的有效吸引距离，有 利于提高墨粉"跳动显像"。

墨粉：激光打印机使用的墨粉是单组分墨粉，投影方法的原理类似于NP复印机，也就是 NP法。"单组分墨粉"并非没有载体，因为没有载钵，墨粉就无法运载。它是将"载体" 粉化成细微颗粒与墨粉混合，超细墨粉的颗粒应小于10nm。不同型号的激光打印机由于曝光 强度及显影偏压的不同，所用的墨粉也不同，不能随意代用，不同机型同等质量的墨粉"载 体"含量不同。也有一部分打印机使用无磁性墨粉。

6.转印和消电系统

（1）转印装置

用高压静电将感光鼓表面的"墨粉图像"转印到普通纸上，这一过程称为"转印"。 当带正电的碳粉随着感光鼓转到打印纸附近时，在纸的后面放置的电极放正电，由于电 压高达500～1000V，静电吸引力便使纸紧贴在光导板上，带负电荷的碳粉即被吸附到纸的表 面上了。由于这种转印方式与纸的绝缘程度有关，当纸张因天气而受潮时，碳粉将因纸张 表面的漏电而不能完全及紧密地吸附在上面，而导致打印质量不良。

转印的方法有两种，一种为"电晕放电转印"（电极丝），另一种为"放电胶辊"转 印。二者的工作原理是相同的。机型不一，转印方式有所差别。早期生产的激光打印机多采 用电晕放电的转印方式。当载有墨粉图像的感光鼓旋转到与转印电极或转印胶辊相切的位 置时，一张打印纸也被送入二者之间，这时加到转印电极上的高压开始放电，将打印纸推向 感光鼓的同时，由于打印纸底面转印高压的电场作用，会将感光鼓上的墨粉图像吸引到打印 纸上，完成墨粉图像的二次转移。转印电极丝或转印胶辊放电极性是相同的，呈负性，但 这个负电压要比感光鼓曝光区所带负电压高，这样在把打印纸推向感光鼓的同时，也把墨粉 最大限度地吸引到打印纸上。但要注意，在墨粉转移到打即纸上时，如果打即纸受潮，绝缘 性能不好，将影响墨粉转移效率，故而会出现图像缺损、字符空心筹打印质量不佳的问题。

（2）消电装置

当墨粉图像转印到打印纸上的同时，打印纸也带上了电荷。在打印纸输送过程中，由 于电场和磨擦可能破坏墨粉图像的结构，所以在墨粉图像转印后，又加上了一个"消电装置 "（消电极或消电齿），也称为"分离齿"。它的作用是把打印纸和吸附墨粉上的电荷中和 ，消除极性使其显中性，物理性地附着在打印纸上，从而保证定影之前墨粉图像的精度。 消电过程采用的是交流电压，从而达到最好的消电中和效果。

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