激光打印机原理及基本构造

激光打印机原理及基本构造 一、何为激光打印机 激光打印机是由激光器将计算机送来的文字图形信息转 换生成激光束，并经一系列光学系统后沿感光鼓的轴线匀 速扫描感光鼓，从而形成与输入信息相对应的静电潜像。 它的产品称为激光产品。激光产品以其速度快，页产量高、 打印出的产品在经过若干年后都不会产生字迹模糊等特点 而倍受广大消费者青睐。 激光打印机根据其打印速度可分三类：高速类100 页/ 分，中速类：30-60 页/分，低速类20 页/分。低速类激光 打印机是目前普遍用于办公及桌面印刷系统的打印。 二激光类产品分类 激光类产品主要是各类激光打印机、复印机消耗材料， 按照产品的结构使用功能和目前的出货方式，产品可以分 为五类：一体式碳粉盒、分体式碳粉盒、空壳、瓶装碳粉 及配件。 1 一体式碳粉盒，主要是各款 Recycle 产品，该类产 品的特点是将激光影印原理涉及到的各种元件，（定影和 转印元件除外）组合在一个塑料盒内，包括有： OPC、PCR、MR、清洁刮刀、出粉刀、密封片、碳粉、粉 仓、废粉仓等。使粉盒的使用和更换非常方便，同时也便 于维修和回收利用。 2分体式碳粉盒，该产品涉及激光影印原理中显影过 程的一部分，其余各元件均安装在打印机内。该产品主要 由塑料件、碳粉盒、碳粉和一些附件组成。工厂生产过程 中，按输送碳粉的方式，粉盒的材质以及附件的不同又细 分为以下四种： 普通碳粉盒，是指塑料外壳内盛装碳粉的产品，它 包括相关的激光打印机碳粉盒几乎所有的复印机用碳粉盒。 使用过程中只需将封膜拉开，碳粉灌入显影装置中即可。 带搅拌的碳粉盒，是指普通碳粉盒中增加有搅拌装 置的碳粉盒。这类碳粉：装入打印机，在打印过程中机器 带动粉盒中的搅拌装置将粉盒中的碳粉均匀地加入到显影 装置内。 带附件的碳粉盒，是指产品除盛装碳粉的盒外，还 有其它附件，如废粉瓶、粉扫、清洁布等，随碳粉盒一起 销售。该类产品，在使用更换碳粉盒时，往往需要同时更 换废粉瓶、碳粉扫或清洁打印机发光二极管（LED）。 纸筒类碳粉盒，该类产品与上述三类产品不同之处 仅在于盛装碳粉的盒不用塑料制作，而是用纸质材料制成。 使用方法与上述相同。 3空壳：是指不装碳粉也不带附件的粉盒，该类产品 主要是销售给其它激光材料制造商，由其装粉配套后再出 售。 4. 瓶装碳粉，是一种用塑料瓶子盛装碳粉的产品，由用 户自己将碳粉灌入相应产品的显影装置中，其性质是普通 碳粉盒中的一个特殊产品。 5配件：是指在生产或使用激光打印消耗材料时用到 的一些零配件，如封条、粉扫、扫垫、废粉瓶、漏斗、密 封海棉框、海棉条等。 三激光打印机基本原理： 激光打印机工作过程所需的控制装置和部件的组成、设 计结构、控制方法和采用的部件会因厂牌和机型不同而有 所差别，如： 对感光鼓充电的极性不同。 感光鼓充电采用的部件不同。有的机型使用电极丝放 电方式对感光鼓进行充电，有的机型使用充电胶辊 （FCR）对感光鼓进 行充电。 高压转印采用的部件有所不同。 感光鼓曝光的形式不同。有的机型使用扫描镜直接对 感光鼓扫描曝光，有的机型使用扫描后的反射激光束对感 光鼓进行曝光。 不过他们的工作原理基本一样。由激光器发射出的激光 束，经反射镜射入声光偏转调制器，与此同时，由计算机 送来的二进制图文点阵信息，从接口送至字形发生器，形 成所需字形的二进制脉冲信息，由同步器产生的信号控制 9 个高频振荡器，再经频率合成器及功率放大器加至声光调 制器上，对由反射 镜射入的激光束进行调制。调制后的光 束射入多面转镜，再经广角聚焦镜把光束聚焦后射至光导 鼓(硒鼓)表面上，使角速度扫描变成线速度扫描，完成整个 扫描过程。 硒鼓表面先由充电极充电，使其获得一定电位，之后经 载有图文映像信息的激光束的曝光，便在硒鼓的表面形成 静电潜像，经过磁刷显影器显影，潜像即转变成可见的墨 粉像，在经过转印区时，在转印电极的电场作用下，墨粉 便转印到普通纸上，最后经预热板及高温热 滚定影，即在 纸上熔凝出文字及图像。在打印图文信息前，清洁辊把未 转印走的墨粉清除，消电灯把鼓上残余电荷清除，再经清 洁纸系统作彻底的清洁，即可进入新的一轮工作周期 1碳 粉 碳粉是重要的显影材料，打印机打出的文字图案都是碳 粉显示出的，碳粉在显影区由于磨擦而产生一定量的静电 荷，有些碳粉磨擦后带正电荷，有些碳粉磨擦后带负电荷， 所以首先从电性上分就有负性碳粉和正性碳粉之分，每种 打印机都只能选择一种电性的碳粉用于显影，若极性错误， 就会出现文字图案浅色，且无像区产生过大底灰。 按磁性还可分为磁性粉和非磁性粉 磁性碳粉包含磁性颜料，通常是氧化铁，显影时靠磁辊 被吸附到显影区，通过与磁辊套和出粉刀磨擦而产生静电； 因此这种体系中靠电力和磁力进行显影。 而非磁性碳粉中没有磁性物质，因此这们的体系中粉盒 不包含磁辊这个部件，这种体系中只依靠静电力而进行显 影。这种显影系统的特点是粉盒的页产量高。即每页打印 稿的耗粉量少，另一方面，有此采用这种碳粉的显影系统 可重复使用废粉，如：oki 400/800. Brother TN430 就是重 复使用废粉的系统。 2、感光鼓（OPC） 感光鼓又称硒鼓。我们目前所生产的一体式碳粉盒的 OPC 表面涂层里不含有硒，而是由氧化锌、硫化镉等到材 料组成。而复印机里面的 OPC 表面涂层硒占有主要成份， 它的化学稳定性极好，价格昂贵，其页产量可达 30 万页/鼓。 而我们所生产的碳粉盒的寿命在 10000 页左右，且化学稳 定性也不及复印机硒鼓。不论复印机硒鼓还是一体式碳粉 盒的 OPC 它们有一个共同的特性，将它们置到暗处时，电 阻率很高，往往达到 1015.cm 或更高。经过一定波长的 光照后，电阻率明显下降，往往为 1010-12.cm 或更低。 当停止光照重新置于暗处时，电阻率会回到原来水平。如 果对其施加一个电场，光照部分与未光照部分的电流强度 会有明显的差异。 感光鼓是在铝筒表面涂上光致导电的半导体材料形成的， 一般激光打印 机上使用 的感光鼓是由铝和有机光导体组 成的，鼓是一体盒的心脏，所有其它 部件都位于鼓的四周 以鼓为中心而发挥各自不同的作用，感光鼓在打印机中经 过充电，曝光，显影后，在其表面形成可视的碳粉图像， 鼓在运行时，首先由充电辊或电晕丝消除鼓上的残余电位， 然后又充上大纸 500V 至 600V 的电压，因为是充负电的， 与毗邻的带负电的碳粉云自然排斥，只有当一个计算机源 向打印机传递一个数据时才发生图像显影，当打印机接到 数据时，它通过激光束传递图像，鼓上被照射的区域由于 放电而产生电位变化，邻近的碳粉被吸引过来，这样鼓上 便形成了碳粉图像。 3、磁辊（MR） 磁辊对图像密度（即黑度）影响最大的部件之一。磁辊 由磁芯、磁套以及一些附件组成，这些附件中最重要的是 使磁辊与外界接触的导电弹片或小导线。碳粉靠的是磁芯 的磁性，在出粉刀的控制下，形成一特定厚度的碳粉粉层， 并使碳粉与磁辊表面磨擦，磨擦作用使碳粉带有一定量的 电荷，一个 1600V 的交流电从-800V 到 800V 循环叠加在 一个直流负电压上通过磁套振动，振动的电流使碳粉在磁 辊上跳上跳下，这就形成了一个“碳粉云”，使碳粉在鼓上进 行图像显影。 简而言之，磁辊的主要功能： （1）通过隐含的磁芯，将碳粉吸向磁辊套； （2）磨擦使碳粉带电； （3） AC 及 DC 电压通过磁辊套使得带电的碳粉“跳动”。 （4）出粉刀（DB） 出粉刀是安装在粉仓出粉口的部件，有金属做的，现在 大部分是橡胶做的。金属做的出粉刀在粉盒中刀口与磁辊 间有一间隙来控制磁辊表面吸附碳粉的厚度，而改进了的 橡胶出粉刀与磁辊表面接触，不仅能起到限制碳粉厚度的 作用而且协助碳粉磨擦带电。 （5）粉仓出口的密封刮片： 大部分粉盒的粉仓出口都有一个塑料薄片，其作用是防 止碳粉从这一侧漏出。 （6）充电辊（PCR）、电晕丝 充电辊的功能是消除感光鼓上的残余电位，并负责给感 光鼓充电。它是由金属轴和导电橡胶组成的圆柱体。电晕 丝是负责给感光鼓充电的金属细丝，上面要加高压，首先 使空气电离，而后使感光鼓表面带上静电，这双重功能使 得它在最新型的桌面激光打印机和传真机中取代了电晕丝 和消电灯，它降低了高压电源的重量、尺寸和费用，取消 了消电灯，节约成本并节省感光体周围珍贵的空间，另外， 使得打印机臭氧的排放量大大地减少。 电晕丝： 是负责给鼓充电的金属细丝，上面要加高压，首先使空 气电离，而后使感光鼓表面带上静电，在目前的打印机中 它已被充电辊所取代。 （7）清洁刮刀（WB） 清洁刮刀靠在感光鼓上，以将感光鼓表面上未被转印的 残余碳粉清洁掉。清洁刮刀是由金属基架和聚氨酯刮片组 成的，金属基架的作用是固定橡胶条，使得橡胶条平直。 这样能保证刀口与感光鼓的接触在一条直线上。保证感光 鼓表面上未被转印的残余碳粉清洁干净。 （8）粉仓 粉仓是一个碳粉的仓库，原设计者根据粉仓的大小而规 定了不同的装粉量，一般粉仓是有一个搅拌器，以保证出 粉均匀。 （9）废粉仓 废粉仓当然就是废粉的仓库，它存储清洁刮片从鼓表面 刮下的未转印到纸上的碳粉，有些废粉仓中有一个类似搅 拌器的东西，一般是叶片型的，以保证及时将废粉仓收集 崦不致溢出。 （10）传感杆 有些粉盒的粉仓中有一个金属杆，都安装在磁辊下面， 它就象一个天线一样，当磁辊与这个杆之间出现空隙时， 它就会让机器显示碳粉快用完了，即出现 TONER LOW 信 号。 （五）讲幻灯片中一体盒的原理 1、充电 充电就是以静电高压放电的形式使光电导体的表面带电， 从而获得较高的表面电位。 OPC 是由氧化或硫化镉和铝基构成，它的铝基一定要接 地。电晕丝同高压发生器的输出端连接，被电离带负电荷 的空气离子在电场力的作用下被推向 OPC 的表面，一方面 与 OPC 的表面亲和，一方面从铝基感应出来的正电荷相平 衡。因为这时的光电导层未经光照，基本为绝缘状态（只 有微弱的漏电流），恰似一个平板电容器两极板间的绝缘 介质，在它的两个界面（一个是空气界面，一个是底基界 面）形成了两个电荷量相同而极性相反的电荷层，这与电 容器充电原理一样。OPC 与空气界面的电荷层也与电容器 的正极板一样，呈负电性。形成这一电荷层电层的电量越 大，表面电位就越高。 由于 OPC 属于 N 型半导体导电方式，对其充负电有 利于受光照后导电能力的增强。如果是用氧化锌、硫化镉、 有机合成材料制成的光电导体，则要充电，即负静电高压 电晕放电，表面电荷层是负电荷层，表面电位是负极性电 位，而底基感应电荷层是正电荷层。这是因为氧化锌等材 料属于 N 型半导体导电方式，对其充负电有利于它们光电 导性能的增强。 充电，是静电复印的首要步骤。为了同其他过程中的 高压充电相区别，这步充电往往称为“主充电”。 2曝光（Exposure 或 Illuminating） 曝光就是电脑等其它部件将要进行打印的数据转换成 电讯号后传递给激光发生器，激光发生器将信号转换成光 讯号，照射到 OPC 表面，使光 OPC 的表面形成对应于电 脑等其它部件将要进行打印的数据的静电潜像。 我们一般将图像分为“黑区”和“白区”，即：能反射光 线的部分（如黑色文字部分）为白区，不能反射光线的部 分为黑区。对应于要打印的数据的黑区，曝光时 OPC 经光 照的部分被称为“亮区”，对应于要打印的数据的白区，曝光 时 OPC 被光照射的部分被称为“亮区”。这时，OPC 的亮区 因被光照变为导电状态，正负电荷透过光电导体互相中和， 表面电位大幅度降低，而未被光照射的部分仍维持绝缘状 态，仅仅进行暗衰过程，因此，基本保持着高电位；在曝 光结束的瞬间，光电导体表面上形成了与要进行打印的数 据图像对应的静电潜像。 3显影（Developing） 显影是将静电潜像变为人眼可见的色剂图像的过程。 能够使图像显现出来的色剂称为显影剂。一体式的碳粉 盒显影剂是带负电的；而复印机的显影剂是带正电的，复 印机的显影剂又分双组分显影剂和单组分显影剂两大类。 双组分显影剂是由墨粉和载体两种成分构成；单组分显影 剂是墨粉和载体合二为一的产物，颗粒是单一成分的。即 使是双组分显影剂，使图像显现的有效成分也是墨粉，而 载体仅起携载和输送墨粉颗粒到显影区的作用。OPC 正负 电的情况下，静电潜像是负电荷图像，需要的墨粉是能够 通过摩擦带负电性的墨粉；显影的过程中，OPC 的亮区电 位极低；而暗区电位高，很容易吸附墨粉颗粒，使静电潜 像变为同要进行打印的数据相对应的墨粉图像。静电潜像 电位越高的部分，吸附墨粉的能力越弱，反之则强。吸附 墨粉颗粒的多少，呈现不同层次的黑度，给人一种层次感。 4转印（Transfer） 转印是将 OPC 上的墨粉图像转移到普通纸上的过程。 转印时，是将一张普通打印纸覆盖在转印辊上，在转印 辊用一个同主充电极性相反的高压静电沿纸的背面移动的 同时进行电晕放电，所形成的强大电场使墨粉颗粒从 OPC 上被解吸而转移到普通纸上。在转印的过程中，由于静电 潜像电位对转印高压形成的电场强度在越靠近光电导体表 面的地方抵消作用越大，加之万有引力的作用以及墨粉颗 粒在转移过程中的拥挤现象等因素，在转印高压作用的瞬 间内，不可能将墨粉全部转移到纸上，总有一些墨粉残留 在 OPC 上。这些残留在 OPC 上的墨粉叫做残余墨粉。经 转印后，残余墨粉的量越大，说明转印效率越低。当然， 我们希望打印机有较高的转印效率。衡量的方法是用转移 到纸上的墨粉量同转印前 OPC 上的墨粉量相对比，可以这 样表示: 转印率=转印到纸上的碳粉量/(纸上墨粉量+废墨粉量) 这个比值越大，就说明转印效率越高。一般复印机以 75%为标准；低于 75%为低，高于 75%为高，能够达到 85%的就应相当理想了。 5定影（Fixing） 被转印到纸上的墨粉图像还没有和纸合为一体，用手一 摸就会被抹掉，因此，还需要将墨粉固化到纸上才能成为 最终可供实用的打印品，这一固化的过程就叫做定影。 目前，定影的方式很多，但基本上是以热定影为主。采 用染色的合成树脂颗粒做墨粉。当热源使墨粉达到熔点时， 颗粒会熔化，互相融合并向纸基渗透，当离开热源温度降 低时，墨粉凝固，墨粉与纸融为一体，墨粉颗粒之间也融 为一体，使图像既固化到纸上，又变得光洁、平整、细腻 而富于质感。现在，大多数打印机除用热源融化墨粉外， 还同时施加一定压力，以增强固着能力。定影的关键是定 影温度的控制，既能使墨粉融化，又不致分散，以保证图 像的清晰。 6清洁（Clealing） OPC 表面在转印后仍滞留着废余墨粉和残余电荷，如果 不清除，就势必带入到下一个复印过程，前一张原稿的残 余图像就会在后一张的打印品中显现出来，显然谁也不愿 意去看有叠影或有前一原稿内容的脏乱打印品，因此，清 除废余墨粉和残余电荷极其重要，这就必需有一个“清洁”的 过程。清洁的方法很多，有的用交流高压放电配之以充分 曝光来消除光电导体上的导体的残余电荷，有的用橡塑刮 板将残余墨粉刮掉，有的采用反充电曝光加磁刷回收墨粉 的办法等等。 综上所述，从充电、曝光、显影、转印、定影到清洁六 个步骤，就组成了打印的基本过程。 （六）一体盒所需达到的基本打印指标是什么？ 1、 图像密度（黑度）：是指色粉颗粒阻挡光线透过的 程度。从另一方面讲，亦是色粉颗粒覆盖纸基的程度，覆 盖率越高，则光线通过越少，密度值越高。反之，覆盖率 越小，则光线通过越多，密度值越低。 2、 底灰：是指打印品上非图像区域的密度。在打印过 程中，由于各种因素如充电、曝光、显影或 OPC 性能变化 等，都可能在非图像区域产生灰雾，这种灰雾被转印到打 印品上就成为底灰。 3、 页产量：是指一个未经使用的粉盒从刚开始打印到 粉盒不能进行打印时所打印的纸张数量，通常以 5%覆盖率 为准。 4、 定影牢固度：是指衡量碳粉图像经定影后粘附在纸 上的能力。 对打印稿最基本的要求是图像密度即黑度和底灰要达到 一定水平，本公司的标准是黑度1.35，底灰0.08，对于 打印图像的用户来讲还会要求分辨率，另外打印稿上图像 要均一，字体牢固，无异常污点等。绝大部份用户都会要 求字体无空心现象，那么黑度是不是越黑越好呢？当然不 是，实际上黑度和分辨率是相互矛盾的，黑度和一个盒子 的页产量也是相互矛盾的，二者只能得其一，而不能兼得， 很明显，黑度值越高，耗粉量越高，分辨率会相对降低， 页产量降低。 二常见缺陷分析 底灰是一种常见的打印缺陷，是打印纸的空白这一种雾 状阴影，有许多原因导致底灰的产生，机器成像部件、碳 粉、打印介质及打印环境都能引起底灰。 1、机器 当机器正常非工作时，各部件充电不充足时，施加到粉 盒组件的实际电压就会有偏离，原装产品在这方面有相当 强的适应能力，而代用品对电源电压的适应能力往往不强， 若 PCR 得不到足够的电压，那么就不能给感光鼓足够的电 位，从而导致底灰的产生，有时会遇到压原装粉盒打印正 常，而用代用粉盒确实产生底灰，其原因不一定在粉盒本 身，也许是机器电压不足。 2、 充电辊（PCR） PCR 最常见的缺陷是鬼影和底灰，PCR 对环境非常敏 感、灰尘、污染物、湿度都影响着它的充电性能。原装的 充电辊是由钢轴加三层材料制成，轴的表面是导电橡胶， 外面是阻挡层，最外面是保护层，经常受到磨损的便是最 外面的保护层，这一层磨坏后，充电辊的充电性能就易受 温度影响，温度太高或太低都会使其充电效率降低，从而 导致底灰。 3、感光鼓（OPC） 采用佳能引擎的激光打印机中采用的是有机光导体 （OPC）鼓，在显影过程中鼓表面被充电，表面电位大约 到-600V，激光扫描处成为导体，表面电位迅速下降，经摩 擦而带负电的碳粉就跳到感光鼓表面的放电区，形成碳粉 图像，而未经激光照射的碳粉维持其表面电位，碳粉被排 斥回到磁辊上当感光鼓表面的电位不够高时，打印区没有 足够的电位排斥碳粉将留在这里，将在打印品上就形成了 底灰。 感光鼓一般由铝基涂三四层光导体材料组成，最外层 电荷传输层，负责维持充电电位，正常使用的感光体随着 不断的使用，鼓的表面会受磨损，加上化学降解，使用到 一定程度的感光鼓电荷接收能力会下降，最终表面电位将 达不到正常充电水平，导致底灰的产生，另外一些制造不 当的感光鼓，由于其表面电位达不到正常水平，也会产生 底灰。 4、 磁辊 磁辊在图像形成的过程中起二个作用，通过隐含的磁芯， 将碳粉磁性地吸和磁辊套，使碳粉磨擦带电，AC 及 DC 电 压加到磁辊套上，使得带电的碳粉