復(fù)印機(jī)顯影種類概述
一、復(fù)印機(jī)顯影分類
將感光鼓的靜電潛象轉(zhuǎn)化為可視碳粉圖象的過程叫“顯影”。而顯影器的作用是使碳粉粒子帶電，并將帶電碳粉輸送到顯影區(qū)，被靜電潛象吸附。
因碳粉的性質(zhì)不同，而產(chǎn)生了不同的顯影方式：
雙組份：磁刷顯影，磁性“跳步”顯影
單組份：接觸式顯影
非磁性：非接觸式“跳步”顯影
下面我們將依照發(fā)展先后逐一地對這些顯影方式進(jìn)行描述。
早期的復(fù)印機(jī)中，顯影器做為一個單獨(dú)的組件，為了更換載體，添加碳粉，在整機(jī)中極易“取放”Remove ,甚至連一個固定螺絲都不用，因此我們不說“拆卸”Dismount,通常只用一個做成綠色的扳把鎖住。而和顯影器相配的是另一個獨(dú)立的鼓組件，它們只通過一個齒輪相嚙合以保持一定的速比。
在HP和Canon激光打印機(jī)中，鼓和顯影部份做成一體式的，當(dāng)粉用完后顯影部份也隨著鼓及空盒被扔掉。但顯影部份的主要零件如顯影輥、上粉輥、顯影刮板卻常常是完好無損的,如果隨著碳粉用完而丟棄實(shí)在是浪費(fèi)。
因此在Brother、 Epson 系列激光打印機(jī)中,多做成鼓和顯影器 (又叫粉組件)分體式的，一個鼓組件可以使用好幾個粉組件。
但是鼓/粉一體或鼓/粉分離也不完全取決于主機(jī)廠的好惡，其中很重要的原因還來源于有沒有廢粉。 Hp和Canon公司使用的是單組份磁性粉，必然要產(chǎn)生15%左右的廢粉。必須在鼓粉盒中，辟有一塊能容納廢粉的回收倉。你若不停地加粉，廢粉倉就爆滿了。而Brother 、Epson、 Panasonic公司多采用單組件份非磁性粉,其轉(zhuǎn)印率極高, 幾乎不產(chǎn)生廢粉，這時不僅可以做成鼓/粉分體式，甚至把碳粉也單置出來，只保持一個鼓和顯影器的空盒，這就更物盡其用了。
二、雙組份磁刷顯影：
這是復(fù)印機(jī)中使用最多的顯影方式。在顯影器中有一定數(shù)量的鐵粉載體在循環(huán)工作著，碳粉和載體必須保持一定的比例(9%-11%)，才能得到很好的印件。碳粉過多會出現(xiàn)不帶電的游離粉，而造成印件底灰。碳粉過少除了印件色淺，還會造成載體很快地磨損。因此如何控制顯影器中碳粉的濃度是重要課題。
新加入的碳粉通過螺旋攪拌器使之與載體充分的混合、摩擦帶電，然后被顯影磁輥吸附形成一個“毛刷”。磁輥的半個圓柱面在顯影器內(nèi)，另一半在顯影器外和感光鼓相接觸。在磁輥旋“出”顯影器時，參差不齊的毛刷被理穗刮刀，修“剪”成長短一致的顯影磁穗，它們和感光鼓母線相切時，磁穗中部份帶電的碳粉就被感光鼓上的靜電潛象奪走，生成可見的碳粉圖象，而磁輥上的載體原封不動，只是所剩碳粉不多了，它在旋“回”顯影器時在副磁極部位被刮刀刮回顯影箱重新與碳粉混合。在顯影過程中載體并不消耗。
在磁刷顯影中，磁輥Magnetic Developer Roller是核心。磁輥由里面的磁芯 Mag Roller Magnet和外面的套筒Sleeve組成。磁芯是一個圓柱狀永磁鐵，沿母線縱長方向上間隔地分布著一條條極性相反的磁條，通常為4-5條，其中有一條尺寸較大，磁性最強(qiáng)叫“主磁極”，而其余的磁性較弱叫“副磁極”。套筒是用非鐵磁性材料鋁、銅、不銹鋼等做成的薄壁管。磁芯兩端各用一個塑料軸套支持著，使之與套筒保持同心并絕緣。磁芯一端(或兩端)圓柱面上有扁，因載面形狀而叫“D”端，就是利用它使磁芯固定不轉(zhuǎn)，使主磁極正對著被顯影的感光鼓上相切的母線。而套筒一端也有扁，被齒輪帶動旋轉(zhuǎn)。磁輥的套筒旋轉(zhuǎn)時在磁芯副磁極1的位置吸上載體，2的位置被修剪磁穗；在主磁極3的位置進(jìn)行顯影，然后在付磁極4的位置被刮去顯影后的載體。
由于載體有自重，磁輥與感光鼓母線相切處位置上下不能超出水平線± 30°，更不能傾斜。
為了使感光鼓的靜電潛象充分顯影，磁輥的線速度要比感光鼓高2~3倍。磁輥的旋向可以和感光鼓“同向”，這時要求磁輥速度必須更高；也可以“反向”，但反向容易造成印件圖形有“拖尾”。
為了保證載體和碳粉的比例，有人工手動補(bǔ)粉：操作者發(fā)現(xiàn)印件過深或過淺時，關(guān)閉或打開加粉器。這種方式主觀臆斷性很強(qiáng)，常造成錯判，因?yàn)橛〖^深或過淺，不完全是粉多或粉少，而且即使判斷正確也是滯后(如Xerox 1027) ；有自動定影補(bǔ)粉：這個定量也是操作者選定的,它只適合于原稿穩(wěn)定的復(fù)印工作，(如 RICOH FT4085) ；有自動檢測按需補(bǔ)粉：開始是在顯影器置一個碳粉濃度傳感器,當(dāng)測得載體過黑時就停止補(bǔ)粉,(如Toshiba 5511)。但碳粉載體過黑不一定印件過深， 于是就改為檢測感光鼓上的碳粉圖象, 每隔10張在感光鼓上印一個10x10mm2的墨塊,用光電管抽查其黑度,再決定補(bǔ)粉(如 RICOH FT4495).
這樣一來顯影器的結(jié)構(gòu)越來越大\越來越復(fù)雜，在小型化\彩色化時受到了限制。
雙組粉的碳粉轉(zhuǎn)印率不是很高，總有10~20%的廢粉被鼓的清潔刮板刮掉，這些廢粉有時進(jìn)入預(yù)置的廢粉盒中倒掉。有時排入直徑粗大的感光鼓空腔中，當(dāng)感光鼓用夠印張廢粉也快裝滿時一起扔掉(如Canon NP3050)。也有的再返回顯影器中摻在新粉中循環(huán)使用。磁穗的長短與載體的大小和形狀有關(guān),粗大的片狀載體形成很長磁穗，早先用于工程圖紙復(fù)印機(jī)中。磁穗與感光鼓有一定的壓縮量，太小則顯影不充分。太大也會使圖象變淺，甚至造成載體擠傷感光鼓。帶碳粉多的載體會失去碳粉而使感光鼓顯影，但帶碳粉不足的載體在感光鼓被消電后又能帶走感光鼓表面的殘粉，起清掃作用。早期的Sharp 741 復(fù)印機(jī)就是利用顯影輥兼清潔輥?zhàn)饔玫?該機(jī)的感光版正好是一個印件的展開長度,**個循環(huán)是“充電-曝光-顯影”，第二個循環(huán)則是“消電-清掃” ,其結(jié)構(gòu)簡化了, 廢粉沒有了,但卻犧牲了速度。 就是利用這一原理, 現(xiàn)在一些打印機(jī)利用顯影輥回收感光鼓上余粉重復(fù)使用。
由于感光鼓的涂層是半導(dǎo)體光導(dǎo)材料做的，半導(dǎo)體是用載流子和空穴導(dǎo)電的，充電時表面電位升高，曝光后亮區(qū)的電位并不能降到零，因部分載流子掉入陷阱中總有殘余電位。而且隨著使用次數(shù)增多殘余電位越來越高而“疲勞”。這個殘余電位也會吸碳粉，而造成“底灰”。為了消除底灰，最簡單的方式是給顯影磁輥一個相同電位-“偏壓”。這樣就不會使靜電潛象上的殘余電位顯影而出現(xiàn)底灰了，所以顯影器應(yīng)該對地絕緣。
另外，半導(dǎo)體中的載流子在溫度作用下也會遷移，充電后的感光鼓在暗態(tài)下電壓也會降低，這叫“暗衰減”、“暗衰”。所以充電后的感光鼓必須盡快曝光，曝光后的靜電潛象必須馬上顯影，否則電荷就跑掉了，圖象就不清晰了。鼓/粉一體式的暗盒恰恰很好地解決了這個問題。
三、單組份磁性顯影：
雙組粉磁刷顯影中，磁輥承擔(dān)著裝卸載體的功能，其尺寸就不能做得很小，而且套簡表面沿母線方向還開了很多平行的溝槽，便于攜帶載體。但是在單組粉磁性顯影中，由于載體和碳粉熔煉在一起，在顯影器中就是“有”“無”問題，而不存在“多”“少”問題，磁性碳粉一次性加夠，在工作中能被磁輥吸上就行，這就取消了雙組份顯影器中的載體倉、碳粉濃度檢測傳感器、加粉機(jī)構(gòu)，而只保留一個檢測有無粉的壓電傳感器即可，顯影器的結(jié)構(gòu)大大簡化。此時的顯影磁輥用塑磁注塑成整體式，經(jīng)過充磁分成多極, 直徑可以做得很小。套筒表面噴砂，涂上石墨涂料或氧氣處理后,在顯影刮刀(Dceter Blade Mag) 的擠壓下, 使碳粉帶電并被刮刀刮成很薄的一層約0.1mm。顯影磁輥借助兩端的間隙輪(Mag Roller Bearing)與感光鼓保持0.30mm的距離。磁輥與感光鼓之間除了直流偏壓，還有交流電壓(約400~1000HZ，1000~1300V), 使碳粉能跳過間隙而到鼓的靜電潛象上去，因此又叫“跳步顯影”(Jump)。顯影輥與感光鼓在切點(diǎn)上的旋向相同、線速度相同，由于這一特點(diǎn),顯影輥的阻力很小,傳動起來很輕便, 碳粉可以在感光鼓的很寬的角度區(qū)域進(jìn)行顯影,不受位置限制。因此Canon公司這一專利被HP公司成功地用于激光打印機(jī)中,成為激光打印機(jī)的典范。
四、單組份非磁性顯影：
由于單組份磁性碳粉含有黑褐色的鐵粉, 不能用于彩色復(fù)印機(jī)中, 除了用雙組份顯影外, 還有一種單組份非磁性粉, 也可以解決。這種方式普通用于Samsumg 、Brother.、Lexmark 、Epson等打印機(jī)中?，F(xiàn)在我們分析一下, 這種碳粉、這種顯影方式是如何解決碳粉的起電和碳粉的遷移的。
在samsumg、 Brother、 Lexmark、 Epson系列打印機(jī)中, 通常有一個較大的粉倉用攪拌器把粉連續(xù)不斷地輸送給供粉輥(Supply Roller)，上粉輥多用有一定阻值的軟質(zhì)材料做成，有毛刷狀的，有泡沫海綿輥的，唯獨(dú)Epson有鋁管的。當(dāng)給輥軸施以 - 500V電壓時就能使碳粉感生出負(fù)電性。顯影輥多為金屬芯膠輥，有很大的體電阻，當(dāng)給顯影輥施以–300V電壓時，供粉輥上的帶電碳粉就會轉(zhuǎn)移到相對電位高的顯影輥上來。而感光鼓在充電輥-1400V高壓作用下能得到- 800V的表面電壓，曝光后圖形部分電位降至–50V(這是殘余電位)，而非圖形部分(白區(qū))仍保持–800V電位，顯影輥上約– 300V的碳粉被–800V排斥，卻能被- 50V吸引而顯象。在Epson 5700/5900/6100/6200中顯影輥是在發(fā)泡海棉輥外又加上一個耐磨的聚胺脂緣絕套，根據(jù)電容器的原理，此時對顯影輥軸施加的是正電位，而在顯影套上卻能感生出大小相同的極性相反的負(fù)電位，也達(dá)到吸引負(fù)碳粉的效果。聚胺脂顯影套耐磨性好，即使破裂只需換個，顯影輥仍可使用，這比換整個顯影輥要環(huán)保得多。
在單組份磁性顯影中Canon系列復(fù)印機(jī)使用剛性很好的金屬刮刀，HP系列打印機(jī)使用粘貼在鋼板上塑膠片，把磁輥上的碳粉刮薄并使之帶電。而在單組份非磁性顯影器中則使用均勻刮板把顯影輥上的碳粉層“刮得”很薄很薄。它是一個由不銹鋼或鈹青銅箔帶做的彈性金屬刮片，與顯影輥保持極小的間隙。金屬刮板也施以一個交變電壓，它在不斷地振蕩中，使碳粉激活并“刮”成均勻的一層。
顯影后的顯影輥上相對于印件空白區(qū)的地方，還剩下沒被靜電潛象吸引過去的帶電碳粉，它們在顯輥轉(zhuǎn)“回”顯影器時，被顯影輥下方的導(dǎo)電片(Epson 5700)、消電毛輥( Brorher TN 430 )消去電荷, 失去與顯影輥的吸附力,回到粉倉, 重新被上粉輥充電后, 進(jìn)入下一次循環(huán)導(dǎo)電片或消電毛輥帶交流電壓。
對Brether 、Ienovo, 這一類用正半導(dǎo)體OPC鼓的打印機(jī)中，碳粉也相應(yīng)采用正極性的，對供粉輥、顯影輥、充電的極性也都是正的，但材質(zhì)和負(fù)極性的無任何區(qū)別。只是由于正極性使用電暈充電效果更好，所以現(xiàn)在Brether、 Ienovo 打印機(jī)中仍保持電極絲充電，盡管會產(chǎn)生一些臭氧。
單組份非磁性顯影中，碳粉的帶、遷移全靠碳粉自身的流動性，帶電穩(wěn)定性，因此對碳粉的粒度分布(3~5微米)、流動性(球形化)、帶電均勻性及起電速率、穩(wěn)定性都比單組份磁性顯影方式高的多，才能保證其高的轉(zhuǎn)印率。碳粉循環(huán)使用及幾乎無廢粉，使得感光鼓不用清潔刮板(有的僅僅是導(dǎo)電的清潔毛刷)，鼓組件沒有廢粉倉，結(jié)構(gòu)大大簡化。這就節(jié)約了碳粉，但碳粉的價格也比較高?；瘜W(xué)聚合法是最理想的單組份非磁性粉，生產(chǎn)方式。尤其是彩色顯影，它的微觀顯影均勻性使其具有高的圖象密度，半色調(diào)再現(xiàn)，顯影粉層薄，透明度好等無可比以的優(yōu)越性。
五、單組份非磁性粉的接觸式顯影：
在用單組份非磁性顯影中，有一些顯影輥是鋁輥，從外觀上看和磁輥沒有兩樣，但從彩粉薄膜上看，彩粉不可能被磁輥吸引，用鐵器一試，果然是非磁性的。金屬硬輥顯影多用于精度要求高，顯影效果要求更苛刻的彩色激光打印機(jī)中。聚合材料做的軟質(zhì)顯影輥主要是模壓成型并經(jīng)精車磨削而成，但在整個園周方向總有兩處分模逢，使得材質(zhì)的密度不能非常均勻，造成顯影時的周期性波動。而金屬顯影輥絕無此弊端。但硬顯影輥不可以和感光鼓或光導(dǎo)帶接觸，象單組份磁性跳步顯影那樣，它依靠兩端的對位輥與感光鼓保持一個很小的距離，顯影輥和感光鼓不但有直流偏壓，還有交流電壓使碳粉能跳過。
講到這里似乎單組份非磁性顯影是顯影方式的頂峰了，雙組份顯影走入窮途末路了，載體廠該關(guān)門了。否!隨著復(fù)印機(jī)速度的越來越高，印張越來越多，彩色復(fù)印機(jī)的品質(zhì)越來越逼真，在“山重水復(fù)疑無路”中，雙組份顯影“柳暗花明又一村”了!
前面講過雙組份顯影靠的是以“量”取勝；大量的載體使碳粉帶電，快速旋轉(zhuǎn)的磁輥帶動磁穗使感光鼓顯影。一部份載體和碳粉“放空”。在宏觀的起電過程中，總有那么一部份載體和碳粉在“濫竽充數(shù)”。這是機(jī)械法制粉不可避免的。但到了單組份非磁性顯影時，起電顯影進(jìn)入了微觀狀態(tài)，幾乎每一粒碳粉都要帶電，甚至都要帶同樣的電量，都要達(dá)到感光鼓的靜電潛象上。這就要求顯影輥上處處帶粉，薄薄的一層粉膜中，不能有一粒碳粉不工作，這只有化學(xué)粉才有可能做到。現(xiàn)在的雙組份顯影中，用微粒載體進(jìn)行摩擦起電，用不斷“吐故納新”載體的方式，始終保持載體的“朝氣蓬勃”。因此高速網(wǎng)絡(luò)激光打印機(jī)、高擋彩色激光打印機(jī)也都采用雙組份顯影。
