激光打印机的结构和原理

激光打印机结构与维修 激光打印机作为非击打式打印机自 20 世 纪 70 年末问世以来已经得到迅速发展，目前 已成为非击打式打印机的主流产品。 第一节 结构与工作原理 一、工作原理 激 光打印机主要由控制系统、激光扫描系统、电子照相系统和走纸机构组 成。当计算机输出信息时，控制系统通过接口接收来自计算机的印字信息；对 其处理后，由激 光扫描系统进行扫描，将需要输出的文字、图形和图像在硒鼓 上形成静电潜像；然后用电子照相系统进行显像处理，即用带有电荷的增色剂 对潜像进行着色，增色剂 是带有与潜像极性相反电荷的 微细墨粉，墨粉吸附在潜像上就形成了可见像；最后通过输纸机构将可见像转 印到普通纸上，并将文字、图像等信息加以固定（定影）后输出，从而完成了 整个印字操作过程。 二、机械结构 激光打印机的机械结构十分复杂，但其最主要的部件，如墨粉、感光鼓 （硒鼓）、显影轧辊、初级高压电晕放电线等，都装在一个可以取下的盒子中， 这个盒子称为墨粉盒或 EP 盒。当墨粉用完后或这部分损坏，可以将整个盒子取 下更换，给维修带来极大方便。 图 4-1 是激光打印机的内部构造示意图。 图 4-1 激光打印机的内部构造道示意图 激光打印机在电子控制电路的控制下，接收主机发送来的打印数据和控制 命令，控制各机械部件的有效配合，使要打印的信息通过激光来显影在感光鼓 上，墨粉由显影轧辊传送到鼓上，在转换电晕的作用下，将打印信息印在打印 纸上，最后墨粉由定影轧辊加热熔融到打印纸上。 打印纸在取纸轧辊、进纸轧辊、传送带和出纸轧辊的作用下，在激光打印 机内部的旅行，形成信息载体后，被送出打印机。 三、图像生成系统 激 光打印 机的印 字过程 是通过 图像生 成系统实现 的。激光打印机的图像生成系统由八个明 确分离的部分构成：感光鼓、清洗橡胶刮 刀、擦除灯、主电晕、书写机构、墨粉、 转换电晕、熔结辊等。这些部分都在印字 过程中起着 重要作用。图 4-2 是激光印字过程示意图。 感光鼓是图像生成系统的核心，如图 43 所示。感光鼓是一个用铝挤压出来 的圆柱简，表面覆盖着一层无毒的有机化合物，具有光敏性质，当其暴露在光 线下时涂层将导电。这个铝基圆柱连接在高压电源的地线上。感光鼓完成一幅 图像需要六个步骤，分别是：清洗、充电、书写、显影、传输和熔结。 （一）清洗 图像以水平的一行行电荷的形式被写到感光鼓的表面上， 这些电荷与打印 的图像有关，一个光点在相应的点上产生了相对正的电荷，而没有光点使一个 相对负的电荷保留下来，不会产生像点。由光线引起的电荷必须在书写新图像 之前擦除掉。否则就会产生图像覆盖互相重叠现象。 此外，最好的感光鼓也不可能把墨粉全部传输到页面上，在感光鼓上必然 会残存一些墨粉。因此，清洗包括两项工作内容：一个 是将感光鼓表面的残留 墨粉刮去；另一个是将感光鼓表面的电荷除掉。一个橡胶清洗片作用在感光鼓 的整个长度上，轻轻地把可能从上一幅图像上遗留下来的任何残 留墨粉刮去。 如果残留的墨粉没有清除干净，它可能会附着到下面的页面上，出现随机的黑 色斑点。从感光鼓上刮下来的墨粉积到一个碎片收集器中。用橡胶清洁片刮去 墨粉如图 4-4 所示。清洗必须在不刮伤感光鼓或产生刻痕的条件下完成。对感 光鼓表面的任何破坏将会变成永久性的痕迹，出现在以后的每页纸上。 用擦除灯使 感光鼓放电如图 45 所示。擦除 灯安装在感光鼓 表面附近，光线照射到感光鼓表 面，放除掉感光鼓上的电荷，使感光鼓的表面呈中性，不再带电荷。 （二）充电 中性的感光鼓表面不再感受从书写机构发出的光线，直到感光鼓重新充电， 新的图像才能写到感光鼓上。为了给感光鼓充电，一 个强电场必须均匀地作用 在感光鼓的整个表面上。表面充电通过在实心导线上施加一个极高的负电压 （通常高于-6kV）来实现，这个实心导线称为主电晕，位于 感光鼓附近，如图 4-6 所示。 在 低电压下，电晕导线和感光鼓之间的空气间隔表现为一个绝缘体。在 6kV 的高电压下，空气的绝缘性被破坏，产生了电晕放电，电晕使导线周围的 空气分子电离， 产生负电荷并迁移到感光鼓的表面上。电离气体的电阻极低， 一旦建立起一个电场，相当于在导线和感光鼓之间短路，短路对高电压电源不 利。为了避免这种情况， 在导线和感光鼓之间增加一个初级格，并在栅格上施 加一个负电压（通常为一 600-1000V)，对感光鼓的充电电压和电流可以调节。 把实际加到感光鼓上 的充电电压设置为与调节电压相等（600-1000V。 （三）书写 图像是用光书写到感光鼓上的。感光鼓上暴露在光线下的点被放电到一个 非常低的电压（大约-100V），保留下来、未暴露 在光线下的部分保持”它们 的充电电压（600100V）。为了在感光鼓表面形成一幅潜隐的图像，必须 已经充到感光鼓表面的均匀电荷将要产生图像的各 个点上精确 放电。产生光线并把光线引导到感光鼓表面上去的机构称为书写机构。 因为图像是由一系列的单个点形成的，因此单位面积上的点的数目越多， 图像的分辨率越高（并且图像质量越好）。假设一个书写机构能在感光鼓表面 的一条水平线上每英寸产生 300 个点，感光鼓以一英寸的 1/300 为增量旋转，则 打印机就以每英寸点数（dpi）为 300 X 300 的分辨率产生图像。 （四）显影 最初由激光写到感光 鼓表面的图像是不可见的 仅仅是分布在感光鼓 表面上的一个静电电荷阵 列。光照射过的地方有较 低的负 电压，光跳过的 地方有较高的负电压。隐式的图像在被传 输到纸上之前必须显影成可见的图像，显影是通过墨粉来实现的。墨粉是附着 到铁粒上的塑料树脂制品和有 机化合物形成的极细的粉末。 墨粉用一个墨粉辊（或显影辊）施加到感光鼓表面，如图 4-7 所示。墨粉 辊是一个长的金属套筒，具有永久的磁性。墨粉辊固 定在墨粉供给槽中。当墨 粉辊旋转时，墨粉辊中的磁铁把墨粉吸附到墨粉辊的圆柱表面上。一但墨粉被 吸附，墨粉表面就带有负的静电压，这个静电压大小介于感光 鼓表面曝光和未 曝光部分的电压之间。限制片把墨粉辊上的墨粉限 制在一层上。 墨粉辊上带电的墨粉在曝光的感光鼓附近旋转。感光鼓上未曝光的点将带 有很强的负电荷，这个负电荷排斥墨粉辊上的墨粉，被 送回墨粉槽中。感光鼓 上曝光点的电位比墨粉粒子的电位小很多，这个电势差把墨粉从墨粉辊上吸引 到感光鼓表面相应的点上。墨粉“填充”了隐藏的图像，形成一 幅可见的图像 （或显影的图像）。 交流升压偏压（1500V 以上）被连续加到直线强度偏压上，引起墨粉充电 电压的波动。当交流信号变为正时，强度电压升 高，帮助墨粉粒子克服圆柱辊 永久磁铁的吸引。当交流信号变为负，强度电压降低，把可能未跳到未曝光区 域上的墨粉粒子拉回来。交流升压偏压的作用是，提高打 印深度和图像对比度。 （五 传输 因为墨粉已经被吸附到感光鼓上，必须通过在纸面上施加一个更大的吸引 电压使墨粉脱离感光鼓。将一个传输电是加到纸页上，使纸页充电，如图 4-8 所示。纸页上带有强烈的正电荷，它吸引充有负电荷的墨粉粒子。将带有负电 荷的墨粉粒子吸引到与感光鼓曝光区相对应的纸页上。 因为充有负电的感光鼓和充有正电的纸互相吸引，有可能纸会包到感光鼓 上。静电消除器（或消除器电梳）的作用是抵消正电荷，在墨粉传输到纸上以 后，立即消除纸和感光鼓之间的吸引力，避免纸页包到感光鼓上。 （六）熔结 墨粉图像仅仅 靠重力和微弱的静 电吸引力附着在纸上而墨粉仍处 于粉末状态。在纸页可以用手拿之 前，墨粉必须永久性地固定（或熔 结）在纸面上。熔结是由一个加热 和加压组件来实现的，如图 4-9 所 示。 一个高亮度石英灯把加热辊加热到约 180，压力由一个柔韧的 橡胶辊施加。 当一幅显影的图像通过这两个辊之间时，上部加热辊的热量把墨粉熔化，下面 正力辊上的压力把熔化的墨纷挤人纸的纤维间。在纸纤维间，墨粉冷却井 牢固 地附着在纸上，然后页面被送人一个输出托盘。加热辊和压力辊统称为熔结辊 为了避免墨粉颗粒粘到熔结辊上，熔结辊上覆盖了一层不粘着的材料，如 TeflonTM。另外还添加了一个清洁垫板来清除可能附着在 熔结辊上的墨粉，清洁垫板上也有一薄层硅油，以防止进一步的粘附。 四、激光扫描系统 充电后的感光鼓表面带有均匀的静电荷，为了形成一幅电子图像，感光鼓 必须在构成图像的任何点处放电。激光束被用来按需要 为感光鼓放电，激光束 通常是用激光二极管来产生。激光束经过调制（打开或关闭）、聚焦、反射到 感光鼓上，形成电子图像。这套系统称为激光扫描系统或激光书 写 机构。 激光扫描系统如图 4-10 所 示。半导体激光器产生一束激 光，经过一组聚焦镜和柱透镜 聚焦后，照在一个旋转着的六 面扫描反 光镜上。六面扫描反 光镜可看成由六个单独的反光 镜组成，它由扫描电机带动旋转，旋转时每面镜子都使得激光束扫过感光鼓的 表面。扫描开始时，每个面都预先定 位，使得激光束对准鼓的左边缘。在扫描 一开始时，激光探测反光镜，将激光反射到光导纤维中，光导纤维上的检测器 产生一个“光束探测到”信号，该信号被发送 到控制电路中。六面扫描反射镜 在电机的带动下旋转，使激光束由鼓面的左边缘向右边缘移动（即扫完一行）。 当光束扫过鼓面时，半导体激光器中激光管不断地开通或关断。光束扫到要打 印点的地方时，激光管开通；光束扫到非打印点的地方时（即空白处），激光 管关断。激光束扫完一行后，感光鼓旋转一个步距，同时，另一方面反光镜转 到预定位置，激光束又开始新的扫描，鼓面开始接受新的一行载有信息的激光 束。 五、控制系统 激光打印机的控制系统是激光打印机的心脏，主要由打印数据接收处理和 印字控制两大部分组成。如图 4-11 所示。 打印数据处理部分主要包括：CPU、ROM、RAM、并行口、串行口、I/O 控制操作面板等。它是一个完整的计算机系 统。其主要功能是：通过并行口或 串行口接收主机送来的打印数据和打印控制命令；CPU 执行处理程序，对接收 的打印数据和控制命令进行处理，向印字控制部分 发出控制信号。 印字控制部分主要包括：激光发生器、驱动电机、定影控制、离合控制、 高压电路等。其主要功能是在 CPU 的控制下完成打印任务。 六、电源 激光打印机内有两组直流电源，低压直流电源和高压直流电源。低压直流 电源包括十 5V、5V、24V；高压直流电源包 括一 6kV 和一 60V。5V 和 一 5V 为所有集成电路芯片及检测电路等供电。24V 为扫描电机、擦除灯、风 扇及一此离合器供电。一 6kV 用于初级电晕放 电极，一 600V 用于电晕栅极。 另外还有一组交流电压用于显影轧辊。各组高压都通过连接器和墨粉盒接通， 以便于墨粉盒的更换。 第二节 维 护 一、清洁打印机 为 了延长激光打 印机的寿命，保证印字质量减少故障，激光打印机的保养非 常重要。在一般情况下，更换墨粉盒时，或打印大约 6000 页纸 时，或印字质量打印 机、在清洁时关闭打印机电源，取出墨粉盒。打印机的内 部只能用不起毛的布或刷子，尽量不用清洁剂。打印机清洁部位如图 4-12 所示。 （一）清洁送纸引导 用干净的，不起毛的布沾些干净的软化水，清洗传输引导区，把在此区中 的灰尘、碎纸或残余墨粉清除掉，如图 4-13 所示 （二）清洁抗静电齿 在送纸引导区末端，有一组金属齿，其作用是对输出的打印纸放电，称为 抗静电齿。如果抗静电而落满灰尘和碎纸，就会造成对打印纸放电不充分，带 电的纸会堵塞出纸通路。清洁时可用软刷子定期刷去抗静电齿上的灰尘、碎纸 屑等杂物，如图 4-14 所示。 （三）清洁出纸引导区 如图 4-15 所示，使用一块干净不起毛的布沾上软化水，擦去出纸引导区的 灰尘和残余墨粉。 在清洁时要小心，激光打印机的内部组件很精密，过分用力会造成机器损 坏，另外在清洁时，不要把脏物擦人打印机的关键部位。 打印机清洁完毕后，要重新装上墨粉盒，打开电源进行打印自检检查是 否有其它故障。 四、硒鼓的维护 激光打印机使用较长时间后，打印的文字图像会出现模糊不清、底灰加 重、字形变长等现象。之所以如此，主要是由于感光鼓 的表面膜光敏特性衰老、 表面电位下降、残电压升高而引起。在这种情况下，可以仔细检查感光鼓表面， 若没有破坏的话（如有感光膜脱落等），可以通过对鼓表面 疲劳的光敏表层进 行简便的处理，使其表面得以修复。 感光鼓修复方法如下：取 35g 三氧化二铬（Cr2O3），用脱脂棉直接蘸 上三氧化二铬顺鼓轴的一个方向轻而均匀且无遗漏地擦拭一遍。擦拭时应特别 小心，勿用力过重，防止把鼓膜磨漏和人手指甲划伤感光鼓膜。通过上述方法 处理之后，疲劳的光敏表层就可以去掉。修复之后的感光鼓可以使激光打印机 重新打印输出上万张打印纸。 五、墨粉盒的再生利用 当墨粉盒使用一定时间后，激光打印机在使用过程中会停止工作，并提示 墨粉缺少信息。如“16TONERLOW”（HP、HP Laserr Jet 4L 等型打印机），则 表示墨粉盘中已无墨粉。这时若把储存在回收墨粉盒内的废墨粉重新加人墨粉 盒，还可以打印大约 600 份 A4 稿纸。其墨粉盒拆卸安装步骤如下： ( 1）拆下墨粉盒的外壳。墨粉盒的左右两侧各有两个定位销，用改锥从里 侧面把定位销稍稍用力向外顶，拔下定位销，卸下外壳； （2）拆下外壳后可以看见墨粉盒左右两侧各有一个拉紧弹簧，卸下弹簧， 墨粉盒和回收墨粉盒即可分开； （3）将回收里粉盒上的显影电阻丝架轻轻抬起抽下来，卸下回收墨粉盒密 封铁板上的两颗螺丝，打开回收墨粉盒； （4）转动齿轮，将回收墨粉盒里的墨粉全部倒出； （5）把墨粉盒侧面的白色塑料盒拔下，将收集的墨粉倒人墨粉盒，然后按 相反的顺序把墨粉盒安装好。 注意：安装前，一定要将显影电阻丝用柔软的纱布擦拭干净，否则会影响 打印效果。 第三节 常见故障维修 一、故障诊断流程 激光打印机打印太淡故障、墨粉污点故障、黑页故障及夹纸故障等常见故 障的诊断程序分别如图 422 一图 4-25 所不。 二、典型故障原因分析及维修方法 （一）打印质量故障 1 打印出现纵向条纹。 （1）定影辊的清洁衬垫太脏或损坏，造成定影辊上残留墨粉，在打印纸通 过时留下纵向条纹。清除衬垫表面的墨粉或更换清洁衬垫、清洁定影辊，故障 可排除。 （2）墨粉盒有破损，漏出墨粉，在打印纸上留下纵向条纹，应更换墨粉盒。 （3）打印机内部太脏，应彻底清洁打印机内部。 2 打印出现横向条纹。 ( 1)感光鼓受损，更换墨粉盒。 ( 2）墨粉盒没有安装好，重新安装墨粉盒。 3 打印效果偏淡。 (1）检查打印机设置是否在省墨模式，浓度设置过淡，或浓度与对比度设 置不当等。重新设置喷墨模式，或调整浓度与对比度。 (2）墨粉盒中墨粉将近用完。取下墨粉盒横向轻轻摇动，使墨粉分布均匀， 可暂时解决问题。若无效，更换墨粉盒。 （3）擦除灯工作不正常，引起打印效果偏淡。可更换擦除灯。 （4）激光束强度减弱，可能是激光器老化或太脏。可更换激光器或清洁激 光器或清洁激光器通路。 （5）使用的打印纸不符合要求，如太光、太粗糙、太潮等。可更换打印纸。 4打印全黑。其原因是由激光打印机的初级电晕失效造成的。常见原因是， 接插件接触不良或高压电路有故障，造成初级电晕没有高正。用万用表检查高 压电通路，如是高压源故障，最好找专业维修人员或生产厂的定点维修单位修 理。 5 打印空白页。 门）页面设置不符合打印纸的尺寸，可选择和打印纸相同的打印机设置。 （2）墨粉盒没有安装好，或是墨粉盒密封胶带没有去掉。 去掉密封胶带，重新安装好墨粉盒。 （3）纸张难以分开，导致打印机一次送人两页或多页进行 打印，从而出现空白页。可将打印纸散开后，重新装人纸盒。 6 打印出现空白点。 （1）如果打印出现无规律的空白圆点，一般是纸张性能不 好，或纸张表面出现受潮点而不能接收墨粉，更换打印纸可排 除故障。 （2）打印机内部特别是转印电极丝太脏造成，清洁打印机。 7 打印浓度半边重半边轻。 （1）墨粉盒中墨粉集中到一边。可取出墨粉盒，横向反复 轻轻摇动，使墨粉重新分布均匀。 （2）激光扫描系统中六面扫描反光镜位置发生改变，造成 激光扫描到正常范围以外。把六面扫描反光镜恢复到正确位置， 即可排除该故障。 8 打印时重复出现印记。打印时打印纸从进纸口到出纸