Устройство лазерного принтера

Любое современное печатающее устройство состоит из трех основных узлов: собственно печатающего меха­низма (слово «механизм» в применении к лазерному принтеру, вообще говоря, не совсем уместно, на самом деле это очень точное и сложное электронно-оптико-механическое устройство, во многих элементах кото­рого, особенно тонере, реализуются последние дости­жения химических технологий), контроллера, содержа­щего растровый процессор, который преобразует посту­пающие от компьютера данные в графические образы печатаемых страниц (в некоторых случаях эта задача может быть возложена и на центральный процессор ПК), и интерфейсного блока, обеспечивающего двуна­правленный обмен данными с компьютером.

Печатающий механизм

Центр печатающего механизма лазерного принтера — фотобарабан, называемый иногда также фотовалом, — металлическая трубка, покрытая пленкой из органиче­ского фоточувствительного полупроводника (ОРС, Or­ganic Photo-Conductor). Сопротивление фоточувстви­тельного слоя в темноте очень велико, но при освеще­нии оно значительно уменьшается. Именно он с помо­щью тонера превращает в видимое и переносит на бу­магу (или другой носитель) сформированное на нем лу­чом лазера невидимое изображение, представляющее собой «карту» электрических зарядов. Рассмотрим этот процесс более подробно (рис. 27). Отметим, что длина самого барабана равна максимальной ширине печатае­мой страницы, тогда как длина его окружности значи­тельно меньше максимальной длины страницы, так что страница печатается за несколько оборотов ОРС (обыч­но за три). Поэтому все описанные ниже операции в процессе печати страницы, движущейся под барабаном с помощью системы резиновых роликов, повторяются при непрерывном его вращении с постоянной угловой скоростью.

Прежде всего на барабан наносится значительный равномерный положительный электрический заряд. Раньше это делалось с помощью расположенных в не­посредственной близости от него одного или несколь­ких коронирующих электродов (тонких проволочек, на­ходящихся под напряжением в несколько тысяч вольт, вокруг которых возникает коронный разряд). Сейчас большинство изготовителей лазерных печатающих ме­ханизмов использует для этого специальный валик, так называемый валик первичного заряда (PCR, Primary Charge Roller). Затем блок развертки лазерного луча, управляемый контроллером принтера, построчно (в за­висимости от разрешения принтера на одном дюйме ок­ружности барабана может умещаться 300, 600, 1200 и более строк) переносит на барабан сформированное в памяти инверсное (зеркальное) изображение соответ­ствующей части страницы.

Рассмотрим более подробно устройство блока раз­вертки. Модулированный луч лазерного диода ИК-диапазона мощностью от единиц (в принтерах начального уровня) до десятков (в высокопроизводительных прин­терах) милливатт, пройдя коллиматор, через цилиндри­ческую линзу, изменяющую эллиптическое сечение лу­ча на круговое, попадает на вращающееся с высокой ско­ростью зеркало (в виде многогранной призмы, обычно 10-гранной), каждая грань которого отклоняет луч на всю ширину барабана. Поскольку отклонение луча про­исходит по дуге окружности,

фокусировка его на краях барабана ухудшается. Чтобы «распрямить» фокальную плоскость луча, используются специальные, так назы­ваемые f-тэта-линзы, — довольно сложные и дорогие оптические системы, в которых расстояние точки изо­бражения на выходе от центральной оси пропорцио­нально углу отклонения от нее падающего луча, а не тангенсу этого угла, как в обычных сферических лин­зах. Полярность заряда в засвеченных точках меняется на противоположную, т. е. отрицательную. Таким об­разом, на поверхности барабана формируется карта за­рядов разной полярности, причем положительно заря­женные участки соответствуют «пустым» (белым) уча­сткам исходного изображения, а отрицательно заря­женные — темным (точкам и линиям). Это невидимое изображение необходимо теперь сделать видимым, и здесь в дело вступает блок проявления (developer).

Этот блок состоит из бункера с тонером, магнитно­го вала и так называемого дозирующего скребка (doc­tor blade). Магнитный вал, находящийся на небольшом расстоянии от фотобарабана или, в зависимости от конкретного исполнения, в непосредственном контак­те с ним, захватывает тонер, который содержит маг­нитные частицы (обычно железо), и придает ему поло­жительный заряд. Дозирующий скребок снимает с маг­нитного вала лишний тонер. Регулируя расстояние ме­жду скребком и валом, можно менять количество по­даваемого тонера, а следовательно, насыщенность по­лучаемого изображения. С магнитного вала положи­тельно заряженные частицы тонера благодаря притя­жению противоположных зарядов переходят на отрица­тельно заряженные участки фотобарабана, т. е. имен­но те, которые соответствуют темным участкам исход­ного инверсного изображения. Положительно заряжен­ные участки остаются чистыми. Поскольку по абсолют­ной величине отрицательный заряд фотобарабана боль­ше положительного заряда частиц тонера, последние меняют полярность своего заряда на отрицательную.

В результате на барабане образуется видимое изобра­жение, составленное из отрицательно заряженных час­тиц тонера и соответствующее исходному. Теперь его необходимо перенести на бумагу.

Это делается все тем же проверенным электроста­тическим способом: на проходящий под фотобарабаном лист бумаги наносится положительный заряд. Для это­го используется еще один валик, называемый валиком переноса (transfer roller). Отрицательно заряженные час­тицы тонера притягиваются к положительно заряжен­ному листу, формируя на нем готовое изображение. Однако на этом этапе полученное изображение еще не­стабильно, его можно просто стряхнуть с бумаги.

Закрепление выполняется сдавливанием листа с то­нером между двумя валиками блока термического за­крепления (fuser), в просторечии «печки». Верхний ва­лик нагревается до высокой (100-300 °С, в зависимо­сти от материала тонера) температуры и расплавляет частицы тонера, а благодаря обеспечиваемому нижним (прижимным) валиком давлению расплавленный тонер проникает в структуру бумаги, образуя стойкое изо­бражение.

Оставшиеся на фотобарабане частицы тонера счища­ются полиуретановым чистящим скребком (wiper blade) и отправляются в емкость для неиспользованного тоне­ра (waste bin). Чтобы счищенные частицы тонера не попали на бумагу, используется еще один скребок из майлара, направляющий их в емкость. Очистка бараба­на необходима, чтобы на странице не возникало «при­зрачных» (ghost) изображений, создаваемых оставши­мися от предыдущего прохода частицами тонера.