Xerografins princip
Xerografi kommer från grekiskans ”xeros” som betyder torr, alltså en torr avbildning, till skillnad från det fotografiska, våta. Principen är att man lägger på ett svart, smältbart plastpulver på lämpliga ställen på papperet och värmer det så att det smälter ned i papperet och fastnar och utgör en permanent bild.
Metoden att ursprungligen skapa bilden är fortfarande fotografisk. Den görs med ljus. Men istället för film har man en metallplåt med ett lager av ljuskänslig beläggning. Beläggningen är oledande i mörker och blir ledande när den belyses, vilket antyder att hela processen måste fortgå i mörker.
Chester Carlsons patent på elektrofotografi från 1939. Här framgår extra tydligt hur manuell den första metoden var.
I mörker kan man belägga hela den isolerande ytan med elektroner, en negativ laddning, och elektronerna blir kvar där eftersom de inte kan flyta någonstans på en isolerande yta. Därefter exponerar man plåten med en negativ ljusbild av det man vill kopiera. Där ljus faller blir ytbeläggningen som sagt ledande och laddningen på dessa ytor leds bort av metallen.
Därefter tar man plastpulvret och laddar även det negativt, genom att exempelvis ha det i en negativt laddad plåtburk och skaka. I det manuella fallet ”saltar” man sedan hela plåten, i mörker, med plastpulvret. Eftersom det är negativt stöts det bort av de negativt laddade ytorna, men dras till de urladdade ytorna, som är mera positiva. Sen ställer man plåten på högkant och knackar och pulver som inte fastnat, faller av.
Slutligen lägger man på ett papper, trycker det mot plåten och värmer alltihop så att plastpulvret smälter fast på papperet. Klart.
Numera görs detta i en kontinuerlig process och alla stegen sker utefter omkretsen på en rulle, kallad OPC-trumma (organic photo-conductor). Den grönaktiga OPC-beläggningen är ljuskänslig och ska inte tas fram i ljuset onödigtvis.
Systemskiss och funktionsbeskrivning
Den fotoelektriska processen är tämligen akt på sak och kräver idag väldigt lite underhåll. De allra flesta förslitningsdelar är inbyggda i tonerkassetten, som även tar hand om överbliven spilltoner. Om du är van att meka laserskrivare kan du råka upptäcka att HP löst sin process på delvis annat sätt än andra tillverkare.
Innan utskriften kan börja över huvud taget undersöker processorn med olika sensorer om värmarrullen i fusern kommit upp i 183 graders temperatur, att locket på skrivaren är stängt, att det finns en papperskassett i maskinen, alternativt att det ligger papper i det manuella pappersfacket och att inte någon sensor som inte ska vara aktiverad, är det. När pappersbanan är fri och temperaturen uppe, visar skrivaren READY på displayen.
Skrivaren har ett flertal sensorer på alla ställen där papperet passerar längs pappersbanan. Bara för att en sida ska kunna skrivas ut måste ett flertal sensorer vara överens om situationen. Sensorerna anger både att ett papper kommit och att det lämnat sensorn. Tidshållningen är viktig. Om ett papper inte kommer inom utsatt tid från att pappersmatningen påbörjats, har något hänt. Det kan ha fastnat på vägen eller kanske inte kunnat matas ut ur kassetten. Om papperet kommer fram till sensorn men inte lämnar den, har det också fastnat och skrivaren visar PAPER JAM på displayen. Det kan finnas många anledningar, som att papperet varit knyckligt från början och hakat fast i något, att papperet slirat på någon rulle eller att en drivrem hoppat av. En sämre konstruerad skrivare brukar skapa massor av papperstrassel, medan HP Laserjet 4 mig veterligen aldrig åstadkom något som helst trassel under de 20 år jag använde den.
Papperssensorer utförs alltid som läsgafflar med en arm i svart plast som blockerar ljusstråken. Man låter aldrig papperet självt gå igenom läsgaffeln. Dels nöter och dammar papper, dels kan det vara genomskinligt för sensorns ljusstråle. Avkännararmen kan utföras på många sätt och kan påverkas antingen av fjäderkraft eller av gravitationen och kan göras så lätt att den inte nämnvärt stör pappersmatningen.
När utskriftsdata kommit in till processorn görs ytterligare en kontroll, nämligen att det pappersformat som begärs i utskriften, faktiskt ligger i skrivarens papperskassett. Skulle det vara fel format visas LOAD LETTER eller vilken papperstyp man nu ville ha, på displayen. Då kan man välja att byta papperstyp eller be skrivaren strunta i felet och fortsätta sikriva ut ändå.
Pappersstorlekssensorer. Det är tre brytare som kan tryckas in i olika kombinationer av tre knaggar på papperskasseten.
Skrivaren har två motorer, en för pappersmatningen och en som driver de två ovala hopprullar som matar ut ark ur kassetten eller det manuella facket. Motorn för pappersmatnigen roterar alla rullar i skrivaren, inklusive rullarna i tonerkassetten. Motorn för hopprullarna går bara när ett ark ska matas och går bara drygt en sekund. Men den driver inte hopprullen direkt utan hopprullen släpps loss av en så kallad ”cycle clutch”, en solenoid som bara släpper rullen ett enda varv och sedan håller den fast igen. Under detta varv ska papperet ha lossnat från bunten och hunnit fram till första sensorn.
Egentligen finns det tre motorer och den tredje driver spegeltrumman i laserscannern. Tja, ska man vara noga så finns det fyra motorer och den fjärde sitter i kylfläkten
Låt oss anta att skrivaren ska skriva ut på ett ark från papperskassetten. Det första som händer är att motorn för pappersmatningen och laserscannern startar. Motorn för hopprullarna startas. Solenoiden för hopprulle 1 (SL1) aktiveras i en sekund och ett ark bör ha matats ut och gripits av de första matarrullarna (visas inte på skissen). När arket har nått ingångssensorn PS1 stannar hopprullemotorn. Just när arket nått PS1 startas lasern och börjar svepa en bild över den ljuskänsliga OPC-trumman. Man vi kommer dit senare.
Den bildformande processen kring OPC-trumman är ändlös och kan inte sägas börja eller sluta någonstans. Processen pågår hela tiden runt trummans omkrets. Man måste välja någon startpunkt och då får det bli förberedelsen. OPC-trumman måste förberedas (conditioning) för att kunna ta emot en bild. All gammal laddning på trumman, som härrör från den förra bilden, måste bort och ersättas av en jämn, negativ laddning.
OPC-trumman roterar förbi en uppladdningsrulle (primary charging roller) som ligger tryckt mot OPC-ytan med fjäderkraft. Eftersom detta sker inuti tonerkassetten i mörker är OPC-trummans ytbeläggning oledande. Alla laddningar som läggs på ytskiktet kommer att ligga kvar där man lagt dem och kan inte flytta någonstans. Uppladdningsrullen är täckt med ett skikt halvledande gummi och har en negativ potential på någon kilovolt och kommer att föra över sin potential till OPC-trummans yta. Laddningen vill gärna ligga på ytan eftersom trummans metall bakom är jordad och elektronerna känner attraktionskraft. Dessutom finns det en växelspänning överlagrad på den negativa spänningen, som neutraliserar all kvarvarande laddning från förra bilden.
(Förr, i Laserjet II, skötte man neutraliseringen med en lång infraröd lampa som lyste på en sektor av trumman, gjorde denna ledande och laddade ur den. Den infraröda lampan är numera bortrationaliserad.)
Trummans yta har blivit negativt laddad och har nu hunnit fram till laserstrålen. Spegeltrumman ser till att laserstrålen sveper fram över trumman med ett svep var 600-dels tum. Det är så skrivaren får sin upplösning på 600 dpi. Laserstrålen är i sin tur modulerad med en videosignal som motsvarar den bild som ska ritas upp. Där strålen träffar OPC-skiktet kommer detta att bli ledande och den negativa laddningen flyter över till den jordade trumman och försvinner. Kvar finns alltså en bild av negativa områden respektive områden på nollpotential.
Tonern i tonerkassetten hindras att rinna ut av en färgspridarrulle (developing roller). Det är en metallrulle med en kraftig, lång permanentmagnet inuti. Magneten får det magnetiska tonerpulvret att ställa sig som borst på rullens yta, på samma sätt som järnfilspån ställer sig upp som borst i änden av en stavmagnet. På så sätt har man en ständigt förnyad borste som kan rotera ut och gnida av lite toner på OPC-trumman, utan att någonsin slitas ut. Ytan på färgspridarrullen förses med en negativ laddning, som överförs till tonerkornen genom gnidning.
Eftersom lika laddningar repellerar varandra kommer de negativt laddade tonerkornen inte att vilja fästa på de oexponerade, negativa ytorna på OPC-trumman, utan dras till de ytor som laddats ur av lasern, eftersom de är att betrakta som positivt laddade. Där fastnar tonern. De negativt laddade områdena knuffar dessutom över all toner som hamnat i kanten, till de positiva områdena. Färgspridarrullen har också en växelspänning överlagrad på den negativa spänningen, som minskar attraktionskraften mellan tonern och magneten och dessutom ökar avstötningsförmågan hos de oexponerade områdena.
Där lasern har lyst finns nu en bild uttryckt i svart toner.
Just innan pappersarket har kommit fram till OPC-trummen har det passerat över en ledande förladdningsrulle som försett det med en positiv laddning på baksidan. Det positivt laddade papperet drar till sig den negativt laddade tonern från OPC-trummans yta eftersom tonern känner en attraktion från papperets baksida (det är anledningen till att det inte går att skriva ut på metall, eller på vått papper). Men eftersom papperet är positivt laddat och trumman negativ som helhet attraherar den även papperet och har man otur kan tunt papper vilja vira sig runt trumman. Därför finns det en urladdningsstation alldeles efter trumman som laddar ur papperet och får det att släppa trumman.
Om man väljer att fortsätta med processen kring OPC-trumman, så har den nu blivit av med det mesta av sin toner, men lite resttoner finns kvar. Det skrapas av med en avskrapare i gummi som ligger emot ytan och skrapar ned tonern i en förvaringsburk för överbliven toner.
Men laddningen på ytan finns kvar och måste elimineras. Därför är trummans yta nu framme vid startplatsen, uppladdningsrullen och processen kan börja om. Se ovan.
Pappersarket fortsätter till fusern där den höga temperaturen får plastpulvret att smälta och hugga tag i pappersfibrerna. Det pressas dessutom platt av trycket mellan rullarna.
Efter att arket kommit ur fusern aktiverar det utgångssensorn PS3 och ska ha nått denna och passerat den inom rimlig tid. Utmatningsrullarna skickar papperet vidare till utmatningsfacket.
