Честер Карлсон 22 жовтня 1938 р. отримав перший в світі ксерографічний відбиток і тим самим відкрив нову еру поліграфії – еру ксерографії.

Сьогодні принципи ксерографії лежать в основі створення всіх апаратів, які ми називаємо ксероксами, телефаксами та лазерними принтерами, тобто всього того різноманіття розмножувальної техніки, яке складає основу  “настільних” друкарень.

В перекладі з грецької XEROX означає сухий. При ксерокопіюванні фарба наноситься на папір у вигляді найдрібнішого сухого порошку – тонера, на відміну від традиційної поліграфії, де використовуються “мокрі” (рідкі) фарби.

Будова ксерокса доволі складна для того, щоб у всіх її деталях розглядати принцип його роботи. Головна деталь ксерокопіювального апарата – барабан, що обертається. На ньому по всій поверхні рівномірно тонким шаром нанесене спеціальне світлочутливе напівпровідникове покриття, головною особливістю якого є залежність зміни властивостей від рівня впливу світлової енергії. Чим більша освітленість, тим вища провідність. Раніше це був тонкий шар селену, зараз використовують багатошарові напівпровідникові покриття. У всіх випадках електричні характеристики напівпровідникового шару повинні лінійно змінюватися  в залежності від рівня його освітленості.

На початку процесу ксерокопіювання на світлочутливому шарі створюють електричний первинний заряд за допомогою джерела постійної напруги (рис. 3.1). В ксерокопіювальних апаратах застосовують два способи нанесення на світлочутливий барабан первинного заряду: за допомогою ролика первинного заряду чи дротяного коронатора. Метод нанесення первинного заряду  роликом вважається екологічно чистішим та менш енергоємним, тому що в цьому випадку озон виділяється в такій кількості, як при використанні коронатора. Потім джерело постійної напруги відмикається та барабан з напівпровідниковим покриттям перетворюється в еквівалент циліндричної батареї заряджених елементарних конденсаторів, розміщених паралельно один одному та не зв’язаних між собою електрично.

Наступний етап – сканування оригіналу та створення на поверхні барабана “прихованого” зображення. Цей процес аналогічний створенню “прихованого” зображення в фотографії з тією лише різницею, що при фотографуванні відбувається хімічний процес зміни засвічуваного світлочутливого шару, а при ксерокопіюванні – електричний. При потраплянні світла на окремі ділянки світлочутливого шару (елементарні конденсатори, з яких і складається цей шар), мініатюрні конденсатори розряджаються настільки, наскільки довго й сильно їх освітлюють відбитим від оригіналу світлом. Час засвічування залежить від швидкості сканування та однаковий для всіх ділянок барабана, що обертається, а освітленість – від того, що зображено на оригіналі: від світлих ділянок відбивається більше світла, а від темних – менше (рисунок 3.2).

Рисунок 3.1 – Первинний процес ксерокопіювання

 

Після закінчення  сканування починається процес “проявлення прихованого зображення”. Він полягає в тому, що барабан, який обертається, дотикається до фарбувального порошку, у якого попередньо створюється заряд протилежного знака: якщо, наприклад, на барабані “мінус”, то в порошку створюється “плюс”. Порошок налипає на заряджені ділянки барабана (однойменні заряди притягуються) в такій кількості, наскільки велике значення електричного заряду на них. Таким чином, на барабані з’являються світлі, темні та тоновані ділянки, тобто зображення. Як видно з рис. 3.3 проявний вузол складається з проявного циліндра та ракеля. Проявний циліндр – це нерухомий магніт, навколо якого рухається циліндр.

 Чорний тонер є однокомпонентним та складається з магнітного матеріалу та смоли. Цей тонер має властивості ізолятора та заряджається додатньо за рахунок тертя між проявним циліндром, що обертається, та ракелем. Сила електростатичного притягання переміщує порошок з проявного циліндра на світлочутливий барабан.

Рисунок 3.2 – Процес сканування

 

Розгланемо процес друкування. Барабан продовжує обертатися та тепер дотикається до паперу. На папері також попередньо створюють електростатичний заряд, причому достатньо сильний та протилежного відносно порошку знака. З тильної сторони копіювального паперу подається від’ємний заряд, завдяки чому тонер переноситься з поверхні фоточутливого барабана на папір. З рис. 3.4 видно, що заряд на папір переноситься за допомогою ролика заряду перенесення, однак можна використовувати й коротрон перенесення. Створене налиплим порошком зображення нагрівають спеціальним нагрівачем (ф’юзером) до такої температури (170⁰ – 220⁰ С), при якій порошок запікається на папері. На рис. 3.5 наведено процес закріплення порошку на папері за рахунок спікання тонера.

Рисунок 3.3 – Передача зображення на барабан

 

Далі світлочутлива поверхня рухається через  пристрій, який зчищає з неї залишки тонера, а цикл копіювання повторюється (рис. 3.6).

Світлочутлива поверхня конструктивно реалізовується у вигляді циліндра (барабана) чи неперервної плівки (майстер-плівки, майстер-юніт).

Магнітний вал конструктивно реалізовується в вигляді картріджа чи девелопер-станції. Основним вузлом очисного пристрою є ніж (ракель).

В деяких копіювальних апаратах малого класу циліндр, магнітний вал та очисний пристрій реалізовано у вигляді єдиного вузла – картріджа. Циліндр, ракель, девелопер та силіконовий вал (в складі печі), лампи сканера та печі є основними витратними комлектуючими копіювального апарата. Ресурс цих комплектуючих коливається від 3 -25тис. копій (в апаратах малої продуктивності) до 60 - 100 тис. копій (в апаратах середньої продуктивності) та 300 - 600 тис. копій (в професійних апаратах великої продуктивності).

Рисунок 3.4 – Нанесення зображення на папір

 

Вартість витратних комлектуючих достаньо висока і в залежності від класу ксерокса, сумарна вартість цих комплектуючих може сягнути 15-35% від вартості копіювального апарата мінімальної комплектації.

Основним витратним матеріалом для копіювальних апаратів є тонер. В сучасних копіювальних апаратах застосовується тонер у вигляді порошку, що характеризується електростатичними та магнітними властивостями, а в так званих двокомпонентних копіювальних апаратах лише електростатичними властивостями.

Другим компонентом в таких апаратах є девелопер, який характеризується магнітними та електростатичними властивостями. Девелопер, забезпечуючи перенесення тонера на циліндр, не витрачається, але в результаті багатократного використання втрачає електростатичні властивості. В конкретному копіювальному апараті слід використовувати тонер та девелопер лише відповідного типу, які призначені для цього апарата.

Норма заправки тонером – від 100 г до 1,5 кг, що достатньо на 2000-3000 копій. В деякий сучасних копіювальних апаратах великої продуктивності однієї заправки вистачає на 150-300 тис. копій.

В копіювальних апаратах середньої та великої продуктивності може застосовуватися ще один витратний матеріал – силіконове масло, яке використовується для очищення тефлонового вала в печі. Фірми-виробники наполягають на застосуванні силіконового масла власного виробництва. Але практично в багатьох випадках силіконове масло багатьох фірм є взаємозамінним. Норма заправки силіконовим маслом від 0,5 до 1 літра, чого достатньо на 30 – 50 тис. копій.

До основних характеристик копіювального апарата відносяться: масксимальний формат оригіналів, продуктивність, діапазон масштабування, можливість двостороннього копіювання без участі оператора, наявність автоматичної подачі паперу, можливість сортування копій.

 

Рисунок 3.5 – Процес закріплення зображення

 

Найбільш поширеними копіювальними апаратами є ксерокси  форматів А4 (297×210 мм) та А3 (420×297 мм). Продуктивність 10 – 13 копій/хв характерна для копіювальних апаратів з малою продуктивністю, 15 - 30 копій/хв – з середньою продуктивністю,  40 - 80 копій/хв – з великою продуктивністю. Портативні копіювальні апарати мають продуктивність 5 - 8 копій/хв.

В сучасних копіювальних апаратах, за рахунок маштабування, можна досягти 2-кратного збільшення чи зменшення копії відносно оригіналу (50-200%).

Автоматичне подання оригіналу на скляний стіл здійснюється за допомогою так званих режимів ADF чи RDF. Останній, на відміну від ADF, забезпечує не лише подання оригіналу, але при необхідності перевертає оригінал для копіювання з іншого боку.

Рисунок 3.6 – Очищення барабана

 

Двостороннє копіювання забезпечує дуплекс. На його вхід з виходу печі потрапляє одностороння копія, яку дуплекс перевертає та транспортує на вхід копіювального апарата, після чого починається копіювання іншого боку листа. Наявність дуплекса та RDF дозволяє виготовляти двосторонню копію з двостороннього оригіналу без участі оператора.

Сортування копій забезпечує сортувальник, в якому копії автоматично розкладаються по позиціях (поличках). Копіювальні апарати середньої продуктивності можуть комплектуватися сортувальниками на 10 - 15 позицій, а апарати великої продуктивності – на 15 - 20 позицій. Копіювальні апарати великої продуктивності можуть також комплектуватися пристроями брошурування та пакування копій.

Суттєвою характеристикою копіювального апарата є його габарити та вага. Мінімальні габарити та вагу мають персональні копіювальні апарати (410×370×110, 10 кг). Копіювальні апарати великої продуктивності реалізовуються у вигляді стаціонарного варіанта й займають площу до 2 - 3 м2, а їх вага може досягати 200 кг та більше.

Важливою характеристикою копіювального апарата при його виборі є рекомендована фірмою-виробником кількість виготовлюваних копій за один день та за один місяць. Для персональних копіювальних апаратів ці значення складають відповідно 10 - 15 та 200 - 300 копій, а для копіювальних апаратів великої продуктивності – 2 - 5 тис. та 30 - 80 тис. копій. Особливо це важливо в період гарантійного обслуговування.

Найбільшими в світі виробниками копіювальних апаратів є фірми Xerox, Canon, Sharp, Ricoh. На українському ринку найбільш поширені копіювальні апарати фірми Canon, Minolna, Xerox, Ricoh, Nashua, Infotec, Gestetner (аналоги Ricoh), Olivetti, Agfa (Canon), Develop (Minolta), Copymat (Sharp).

Копіювальний апарат Ricoh FT-3050 характеризується розширеними функціональними можливостями. Розміщення та зовнішній вигляд його органів керування та контролю (лицьова панель) показані на рисунку 3.7.

Рисунок 3.7 – Передня панель ксерокса типу Ricoh FT-3050

 

Нижче наведено основні органи керування цим ксероксом.

1.     Індикатор вибраного маштабу.

2.     Індикатор формату встановленої в апарат касети для паперу.

3.     Індикатор вибраної яскравості копіювання.

4.     Індикатор залому (застрягання) паперу.

5.     Індикатор відсутності паперу в касеті чи лотку ручної подачі.

6.     Індикатор ручної подачі паперу.

7.     Індикатор кількості копій (лічильник копій).

8.     Кнопки набору кількості копій.

9.     Кнопка видачі на індикатор заданої кількості копій.

10.  Кнопка запуску та індикатор готовності копіювального апарата.

11.  Кнопка скидання індикатора кількості копій та передчасної зупинки при копіюванні кількох копій.

12.  Кнопка режиму переривання роботи при копіюванні кількох копій.

13.  Індикатор режиму переривання.

14.  Індикатор необхідності заправки копіювального апарату тонером.

15.  Кнопки вибору яскравості копіювання.

16.  Кнопка вибору режиму копіювання без маштабування.

17.  Кнопка вибору режиму копіювання зі зменшенням.

18.  Кнопка вибору режиму копіювання зі збільшенням.

 

Найбільш дешевими є копіювальні апарати фірми Canon, а найбільш дорогими – фірми Xerox. Найбільш дешевими витратнимим матеріалами та сервісним обслуговуванням вирізняються фірми Ricoh, Sharp, а найбільш дорогими Minolta, Xerox. Найбільш оптимальні ціни на копіювальні апарати, витратні матеріали та сервісне обслуговування пропонують фірми, що представляють апарати Ricoh, Gestetner, Nashuatec, Sharp.

В копіювальних апаратах середньої та великої продуктивності набір органів керування дуже розвинутий, що дозволяє вибрати різні режими копіювання: зі збільшенням-зменшенням, зі зсувом копії праворуч-ліворуч, з заданням координат для вибіркового копіювання, двостороннє копіювання.

 

Контрольні запитання

1.     Навести основні методи копіювання.

2.     Пояснити принцип ксерографії.

3.     Особливості елетрографічного порошку.

4.     Від чого залежить продуктивність ксерокопіювального апарата?

5.     Навести основні технічні характеристики  копіювальних апаратів.

6.     Що впливає на якість копіювання ксероксів?

7.     Навести особливості роботи та конструкції кольорових ксерокопіювальних апаратів.

8.     Що слід відносити до витратних матеріалів у ксерокопіювальних пристроїв?

9.      В чому полягають особливості технічного обслуговування ксерокопіювальних апаратів?

10.  Навести алгоритм техніко-економічно вибору типу ксерокса для наукових, інженерно-технічних та управлінських робіт.

11.  Які чинники впливають на строк служби ксероксів?

 Які перспективи розвитку копіювально-розмножувальної техніки?