Устройство лазерного картриджа: принцип печати и основные изнашиваемые детали

Лазерный картридж — это сложное механическое устройство, состоящее из десятков деталей некоторых случаях до 90 шт!), нескольких узлов, а иногда и нескольких отдельных частей.

Устройство лазерного картриджа «все-в-одном»

Картридж HP 12a
Условно самый распростанненый лазерный картридж HP\Canon можно разделить на 2 части:

  1. Детали блока переноса изображения (минимум 6 основных узлов)
  2. Корпус, шестеренки, шторки, штифты, защелки, флажки регистрации, др.

Во время работы детали картриджа постоянно подвержены механическому и электромагнитному воздействию, что в итоге приводит к их износу. Почему и как это происходит ясно видно из рисунка ниже.


Устройство лазерного картриджа HP/Canon














Принцип работы или «7 волшебных процессов»

После отправки документа на печать, в картридже лазерного принтера происходят следующие «волшебные» процессы:

1. Зарядка барабана


На ролик первичного заряда (PCR или ролик заряда), подается напряжение смещения переменного и постоянного тока. Напряжение смещения переменного тока через ролик первичного заряда поступает на поверхность фоторецепторного барабана, тем самым стираются остаточный заряд, и, наносится равномерный отрицательный потенциал.

Напряжение смещения переменного тока подается чтобы уменьшить притяжение тонера магнитным сердечником вала проявки и в тоже время уменьшить перенос частиц тонера на участки фоторецепторного барабана, не подвергнутые засветке лучом лазера. Регулировкой напряжения смещения AC достигается необходимая плотность и контрастность изображения (регулируется оптическая плотность изображения).

2. Экспонирование


На всей цилиндрической поверхности фотобарабана (OPC или барабан) с помощью детали, называемой коротроном заряда, создается отрицательный электростатический заряд. После этого плата управления расшифровывает сигнал, поступающий с компьютера. Связанный с ней блок лазера через систему зеркал и линз фокусирует луч в прорезь между двумя половинками картриджа и облучает фотобарабан.

На тех участках, куда попадает свет, соответствующий светлым местам отпечатка, электрическое сопротивление фотопроводника уменьшается, вследствие чего заряд в этих местах нейтрализуется. Таким образом, на поверхности фотобарабана создается скрытое электростатическое изображение, зеркальная копия того, что вы видите на экране монитора. Отрицательно заряженная поверхность барабана экспонируется лазерным лучом. Этот луч формируется блоком лазера принтера, находящимся над картриджем и фокусирующим луч в прорезь между двумя половинками картриджа. При этом барабан проходит четверть оборота. Луч сфокусирован на барабане и активизируется только в тех местах, на которые в дальнейшем должен быть нанесен тонер. Засвечивая барабан лазером, его фоточувствительная поверхность частично теряет отрицательный заряд на засвеченным участках. Таким образом, лазер наносит на барабан прообраз изображения (скрытое изображение) в виде ослабленного отрицательного заряда.

3. Нанесение тонера


При вращении магнитного вала тонер проходит сквозь узкую щель, образованную специальным дозирующим лезвием ( «доктором», Doctor Blade, дозирующее лезвие магнитного вала) и валом. Лезвие также обеспечивает равномерность слоя тонера на магнитном валу. Это происходит в течение еще примерно одной четверти оборота барабана. Затем тонер, находящийся около магнитного вала картриджа притягивается к его поверхности под действием поля постоянного магнита, из которого изготовлена сердцевина магнитного вала (MDR или Mag Roller) и от него, по законам электростатики, притягивается к электростатическому «снимку» на фотобарабане, вследствие чего изображение обретает видимость. Отрицательная часть переменного напряжения обеспечивает перенос тонера на фотобарабан, а положительная часть — наоборот притягивает тонер назад к магнитному цилиндру, удаляя излишки тонера с барабана.

Благодаря точно рассчитанному потенциалу смещения предотвращается притягивание тонера к участкам барабана, не содержащим изображения, но, тем не менее, сохранившим после экспонирования некоторый остаточный отрицательный потенциал.

4. Перенос тонера на бумагу


Далее из входного лотка втягивается лист бумаги и подается к поверхности фотобарабана. К этому времени на барабане уже сформировано изображение. Перенос осуществляется электростатическим полем, которое сообщает поверхности бумаги положительный потенциал. В результате отрицательно заряженный тонер переносится на положительно заряженную бумагу.

Продолжая вращаться, барабан с проявленным изображением соприкасается с бумагой. С обратной стороны бумага прижимается к валу Transfer Roller (ролик переноса заряда или вал переноса заряда), несущему положительный заряд. В результате отрицательно заряженные частицы тонера притягиваются к бумаге, на которой получается изображение, «высыпанное» тонером.

5. Закрепление изображения


Далее лист бумаги с незакрепленным изображением перемещается к механизму закрепления — печке (фьюзеру, fuser, блоку или узлу закрепления), которая находится в задней части принтера. Этот механизм представляет собой два соприкасающихся вала, между которыми проходит бумага. Нижний прижимной вал (Lower Pressure Roller) прижимает бумагу к верхнему нагревательному валу (Upper Fuser Roller или тефлоновый вал).

Верхний вал нагрет до такой температуры, что при соприкосновении с ним полимерные частицы тонера расплавляются и вплавляются в бумагу. Температура плавления тонера — от 100 до 180 градусов Цельсия и контролируется термодатчиком.

Лист с закрепленным изображением выдается в выходной лоток. Перед подачей листа в приемный лоток, с него снимается статический остаточный заряд с помощью металлической мягкой щетки, электрически соединенной с «корпусом» устройства. В итоге зображение готово.

6. Очистка барабана


Эффективность процесса переноса тонера составляет 70–80%. Около 20–30% неиспользованного (остаточного) тонера остается после переноса на поверхности фотобарабана, поэтому его необходимо очистить.

По завершении цикла печати барабан проходит еще четверть оборота, и его необходимо очистить от остатков тонера. Эту функцию выполняет чистящее лезвие (Wiper Blade, иногда называется Cleaning Blade или ракельный нож или ракель), которое счищает оставшийся на барабане тонер и направляет его в бункер отработаного тонера картриджа. При этом восстанавливающее лезвие, расположенное между барабаном и бункером отработки, не позволяет тонеру просыпаться на бумагу.

7. «Стирание» изображения


На этом этапе с поверхности барабана «стирается» скрытое изображение, нанесенное лазерным лучом. Ролик заряда равномерно покрывает поверхность барабана отрицательным зарядом, восстанавливая заряд в тех местах, где он был понижен под воздействием лазера.

Основные изнашиваемые детали картриджа

1. Фотобарабан (OPC — Organic Photo Conductor)

Фотобарабан OPCФотобарабан оказывает самое большое влияние на качество печати. Фотобарабан представляет собой алюминиевый цилиндр, на который нанесен фоточувствительный слой. Фотослой имеет разное строение и чувствительность, в зависимости от модели принтера и картриджа. Кроме этого фотобарабаны отличаются размерами и шестернями, которые обеспечивают его вращение. Т.е. фотобарабаны производятся под конкретный вид картриджа (или серию картриджей) и в большинстве случаев невозможно применение одних и тех же фотобарабанов в разных картриджах.

2. Ролик первичного заряда (PCR — Primary Charge Roller)

Ролик заряда PCRРолик (первичного) заряда представляет собой металлическую ось, заключенную в резиновую оболочку. PCR имеют разное строение резинового слоя. Основная задача этой детали зарядка фотобарабана однородным зарядом.




3. Магнитный вал (Mag Roller)


Магнитный вал MDRМагнитный вал совместно с дозирующим лезвием заряжает тонер отрицательным зарядом и наносит его на фотобарабан. Поврежденный магнитный вал приводит к существенному ухудшению качества печати. Магнитный вал подвержен износу, особенно в картриджах производства HP и Canon. Качество используемого тонера запыленность бумаги влияет на срок службы этой детали. Основными дефектами этой детали являются царапины и грязь на его оболочке.


4. Ракель (Wiper/Cleaning Blade)


Ракель WBРакель — это специальная пластина (лезвие), которая используется для очистки фотобарабана от остаточного тонера, который не был нанесен на бумагу в процессе переноса изображения. А чем больше заправок отработал картридж, тем хуже фотослой на фотобарабане, и тем больше остаточного тонера ракелю приходится счищать: а дополнительная нагрузка ведет к большему износу. От состояния ракеля зависит срок службы фотобарабана, так как ракель имеет непосредственный контакт с фотобарабаном во время печати.


5. Дозирующее лезвие магнитного вала (Doctor Blade)


Дозирующее лезвие магнитного вала DBДозирующее лезвие регулирует количество тонера, которое наносится на магнитный вал. Дозирующие лезвия имеют разнообразную конструкцию и производятся из разных материалов — полиуретановые (Canon, HP), металлические (Samsung, Brother). Чтобы обеспечить равномерное распределение тонера на магнитном вале, лезвие дозирования должно иметь поверхность высокого качества (без физических дефектов: изгибов и зазубрин). Поврежденное лезвие дозирования будет наносить тонер не равномерно по поверхности магнитного вала, что приведет к значительному ухудшению качества печати. В картриджах производства HP и Canon дозирующие лезвия подвержены износу из-за бумажной пыли и выходят из строя при ее слипании с микрочастицами тонера и постоянном контакте с лезвием.

А также в картриджах «все-в-одном» износу и замене подвержены: корпус картриджа, шестеренки, защитные шторки фотобарабана, чипы, контакты, пружинки и другие детали, обеспечивающие полноценную работу картриджа.


Блог «Скорая помощь лазерной печати» sths.ru/support/blog
Автор: Евгений Кандауров
Инженер СЦ «СТЭКХАУС»


При использовании материалов обязательная ссылка на источник.