靜電複印

靜電複印是一種利用靜電光敏半導體材料的感光特性形成影像的複印方法。根據其複印方式和輸出材料的不同，可分為直接複印法（塗層紙法）和間接複印法（轉印法或普通紙法）。

20世紀30年代，當時世界上只有用於僅有基於銀鹽照相直接影印的複印方法時，而卡爾遜則採用將帶電的絕緣體利用光導電性媒介，能放電形成靜電潛像和帶有靜電的粉體可以對潛像進行顯影的兩種想法揉合在一起的思路，研究成功了在光導電性絕緣膜層上能形成靜電潛像的方法，並由此導致他發明了靜電複印技術。

基本介紹

• 中文名：靜電複印
• 外文名：xerocopying
• 時間：20世紀30年代
• 創始人：卡爾遜
• 優點：操作簡便，迅速，成本低等
• 機器：間接法和直接法靜電複印機

簡介

靜電複印是採用靜電攝影方法進行的一種複印技術。常用的有間接法靜電複印機和直接法靜電複印機兩種。操作時將原稿放於原稿台上，其光學系統會將光學影像投射到一光敏半導體鼓上，構成靜電潛影，隨著光導體的旋轉，便進行靜電顯影、轉印及定影，得到複印件。其特點是錄像、顯影、定影全在一部機器內進行，不需暗室及腐蝕性化學藥品。操作簡便，迅速，成本低，廣泛用於圖書資料部門。

靜電複印機已是現代辦公的常用設備，它大大方便了我們的日常辦公工作，但要用好維護好它，使其發揮應有的作用，就要知道它的工作原理。下面我就為大家介紹一下靜電複印機的工作原理和工作過程。靜電複印機是集靜電成像技術、光學技術、電子技術和機械技術於一體的辦公設備。它採用的成像方法有很多，如間接式靜電複印法（即卡爾遜法），NP靜電複印法、KIP持久內極化法、TESI靜電轉移成像法等。現代靜電複印機普遍採用間接式靜電複印法和NP靜電複印法。

靜電複印技術套用廣泛，靜電複印機已成為各單位必備的生產和辦公用品。但複印時排出的臭氧污染環境。臭氧氧化性較強，有刺激味，對黏膜、呼吸道及神經系統有些影響。應將靜電複印機放置在通風場所。

工作原理

利用靜電感應原理獲得複製件的方法。利用靜電感應使帶靜電的光敏材料表面在曝光時，按影像使局部電荷隨光線強弱發生相應的變化而存留靜電潛影，經一定的乾法顯影、影像轉印和定影而得到複製件。具有簡便、迅速、清晰、可擴印和縮印，還可複印彩色原件等優點。

現代電子技術的廣泛套用給人們帶來了許多方便，大大的提高了工作效率。要想複印一件試卷、一份檔案，只要花幾毛錢，幾分鐘就完事了。這都要歸功於靜電複印機。

靜電複印機是利用靜電正、負電荷能互相吸引的原理製成的。利用光敏半導體材料的靜電與光敏特性，用類似照相和印刷的方法，將文獻上的文字、圖像轉移到紙上的複製過程。它的複印程式是：光敏半導體先進行充電，然後將原稿曝光於充電錶面，形成靜電潛影，成像區吸附帶異性電荷的墨粉後轉變成可見影像；再用加熱方法將圖文固著於複印紙上，成為複製品。

直接複印和間接複印

早期的複印機採用直接複印，先讓複印紙按圖畫文字深淺，分別帶上相應的靜電電荷，深處電荷密，淺處電荷稀，從而形成一張與圖畫文字相對應的靜電圖像。然後一種顯示黑色的墨粉末直接被靜電圖像吸引，通過定影，最後成為一張圖畫文字的複印品。

但是近三十年國際上採用的都是間接複印法。間接複印時，靜電圖像不直接在複印紙上形成，而是先在一種由硒光導材料構成的“硒鼓”上形成，通過顯影，讓墨粉末吸附在靜電圖像上，再轉印到複印紙上，成為文字圖畫的複印品。複印紙即使是普通的紙張，也能複印出來，不需要像直接複印法時紙張需經帶靜電處理，因此顯得十分方便。

卡爾遜靜電複印法

卡爾遜靜電複印的過程本質上是一種光電過程，它所產生的潛像是一個由靜電荷組成的靜電像，其充電、顯影和轉印過程都是基於靜電吸引原理來實現的。由於其靜電潛像是在光照下光導層電阻降低而引起充電膜層上電荷放電形成的，所以卡爾遜靜電複印法對感光鼓有如下要求：具有非常高的暗電阻率。這種感光鼓在無光照的情況下，表面一旦有電荷存在，能較長時間地保存這些電荷；而在光照的情況上，感光鼓的電阻率應很快下降，即成為電的良導體，使得感鼓表面電荷很快釋放而消失。卡爾遜靜電複印法所使用的感光鼓主要由硒及硒合金、氧化鋅、有機光電導材料等構成，一般是在導電基體上（如鋁板或其它金屬板）直接塗敷或蒸鍍一薄層光電導材料。其結構是上面是光導層，下面是導電基體。

卡爾遜靜電複印法大致可分為充電、曝光、顯影、轉印、分離、定影、清潔、消電8個基本步驟。

充電

充電就是使感光鼓在暗處，並處在某一極性的電場中，使其表面均勻地帶上一定極性和數量的靜電荷，即具有一定表面電位的過程， 這一過程實際上是感光鼓的敏化過程，使原來不具備感光性的感光鼓具有較好的感光性。充電過程只是為感光鼓接受圖像信息準備的，是不依賴原稿圖像信息的預過程，但這是在感光鼓表面形成靜電潛像的前提和基礎。

當在暗處給感光鼓表面充上一層均勻的靜電荷時，由於感光鼓在暗處具有較高的電阻，所以靜電荷被保留在感光鼓表面，即感光鼓保持有一定的電位並具有感光性。對於不同性質的光電導材料制的感光鼓應充以不同極性的電荷，這是由半導體的導電性決定的，即只允許一種極性的電荷（空穴或電子）“注入”，而阻止另一種極性電荷（電子或空穴）的“注入”。因此對於N型半導體，表面應充負電；而對P型半導體，則應充正電。當用正電暈對P型感光鼓充正電時，由於P型半導體中負電荷不能移動，因此光導層表面的正電荷與界面上的負電荷，只能相互吸引，而不會中和。倘若用負電暈對P型感光鼓充負電，則由於光導層及共界面處，感應產生的是正電荷，而P 型半導體的主要載流子是“空穴”，自由移動交為容易（或稱為“注入”），易與感光鼓表面的負電荷中和。這樣，對P型感光鼓充負電時，其充電效率是相當低的。對於N型感光鼓，則由於其主要載流子是電子，若對其充正電時，其充電效率也是極其低的。靜電複印機中通常採用電暈裝置對感光鼓進行充電。

曝光

曝光是利用感光鼓在暗處時電阻大，成絕緣體；在明處時電阻小，成導體的特性，對已充電的感光鼓用光像進行曝光。強光照的區域（原稿的空白部分）表面電荷因放電而消失，無光照的區域（原稿的線條和墨跡部分）電荷依保持，從而在感光鼓上形成表面電位隨圖像明暗變而起伏的靜電潛像的過程。進行曝光時，原稿圖像經光照射後，圖像光信號經光學成像系統投射到感光鼓表面，光導層受光照射的部分稱為“明區”，而沒有受光照射的部分自然數“暗區”。在明區，光導層產生電子空穴對，即生成光生載流子，使得光導層的電阻率迅速降低，由絕緣體變成良導體，呈現導電狀態，從而使感光鼓表面的電位因光導層表面電荷與界面處反極性電荷的中和而很快衰減。在暗區，光導層則依然呈現絕緣狀態，使得感光鼓表面電位基本保持不變。感光鼓表面靜電電位的高低隨原稿圖像濃淡的不同而不同，感光鼓上對應圖像濃的部分表面電位高，圖像淡的部分表面電位低。這樣，就在感光鼓表面形成了一個與原稿圖像濃淡相對應的表面電位起伏的靜電潛像。

顯影

顯影就是用帶電的色粉使感光鼓上的靜電潛像轉變成可見的色粉圖像的過程。顯影色粉所帶電荷的極性，與感光鼓表面靜電潛像的電荷極性相反。顯影時，在感光鼓表面靜電潛像是場力的作用下，色粉被吸附在感光鼓上。靜電潛像電位越高的部分，吸附色粉的能力越強；靜電潛像電位越低的部分，吸附色粉的能力越弱。對應靜電潛像電位（電荷的多少）的不同，其吸附色粉量也就不同。這樣感光鼓表面不可見的靜電潛像，就變成了可見的與原稿濃淡一致的不同灰度層次的色粉圖像。在靜電複印機中，色粉的帶電通常是通過色粉與載體的摩擦來獲得的。摩擦後色帶電極性與載體帶電極性相反。

轉印

轉印就是用複印介質貼緊感光鼓，在複印介質的背面予與色粉圖像相反極性的電荷，從而將感光鼓已形成的色粉圖像轉移到複印介質上的過程。靜電複印機中通常採用電暈裝置對感光鼓上的色粉圖像進行轉印。當複印紙（或其它介質）與已顯影的感光鼓表面接觸時，在紙張背面使用電暈裝置對其放電，該電暈的極性與充電電暈相同，而與色粉所帶電荷的極性相反。由於轉印電暈的電場力比感光鼓吸附色粉的電場力強得多，因此在靜電引力的作用下，感光鼓上的色粉圖像就被吸附到複印紙上，從而完成了圖像的轉印。在靜電複印機中為了易於轉印和提高圖像色粉的轉印率，通常還採用預轉印電極或預轉印燈裝置對感光鼓進行預轉印處理。

分離

在前述的轉印過程中，複印紙由於靜電的吸附作用，將緊緊地貼在感光鼓上，分離就是將緊貼在感光鼓表面的複印紙從感光鼓上剝落（分離）下來的過程，靜電複印機中一般採用分離電暈（交、直流）、分離爪或分離帶等方不來進行紙張與感光鼓的分離。

定影

影就是把複印紙上的不穩定、可抹掉的色粉圖像固著的過程，通過轉印、分離過程轉移到複印紅上的色粉圖像，並未與複印紙融合為一體，這時的色粉圖像極易被擦掉，因此須經定影裝置對其進行固化，以形成最終的複印品。靜電複印機多採用加熱與加壓相結合的方式，對熱熔性色粉進行定影。定影裝置加熱的溫度和時間，鳳及加壓的壓力大小，對色粉圖像的粘附牢固度有一定的影響。其中，加熱溫度的控制，是圖像定影質量好壞的關鍵。

清潔

清潔就是清除經轉印後還殘留在感光鼓表面色粉的過程。感光鼓表面的色粉圖像由於受表面的電位、轉印電壓的高低、複印介質的乾濕度及與感光鼓的接觸時間、轉印方式等的影響，其轉印效率不可能達到100%，在大部分色粉經轉印從感光鼓表面轉移到複印介質上後，感光鼓表面仍殘留有一部分色粉，如果不及時清除，將影響到後續複印品的質量。因此必須對感光鼓進行清潔，使之在進入下一複印循環前恢復到原來狀態。靜電複印機機中一般採用刮板、毛刷或清潔輥等裝置對感光鼓表面的殘留色粉進行清除。

消電

消電就是消除感光鼓表面殘餘電荷的過程。由於充電時在感光鼓表面沉積的靜電荷 ，並不因所吸附的色粉微粒轉移而消失，在轉印後仍留在感光鼓表面，如果不及時清除，會影響後續複印過程。因此，在進行第二次複印前必須對感光鼓進行消電，使感光鼓表面電位恢復到原來狀態。靜電複印機中一般採用曝光裝置來對感光鼓進行全面曝光，或用消電電暈裝置對感光鼓進行反極性充電，以消除感光鼓上的殘餘電荷。

複印的三個步驟

照明和聚焦成像

當一張要複印的圖像放在複印機的稿台上時，在機內燈光照射下形成反射光，通過內反射鏡和透鏡組成的光學系統，聚焦成像。

靜電顯影

像正好落在光導硒鼓上，光導硒鼓是一個圓鼓形結構的筒，表面覆有硒光導體薄膜。光導體對光很敏感，沒有光線時具有高電阻率，一遇光照，電阻率就急劇下降；光導體表面，在充電極的作用下，帶有均勻的靜電荷。當由圖像的反射光形成的光像落在光導體表面上時，由於反射光有強有弱(因為原稿的圖像有深有淺)，使光導體的電阻率相應發生變化。光導體表面的靜電電荷也隨光線強弱程度而消失或部分消失，在光導體膜層上形成一個相應的靜電圖像，也稱靜電潛像。人們看不到它，好像潛藏在膜層內。

轉印和定影

這時，一種與靜電潛像上的電荷極性相反的顯影墨粉末，在電場力的吸引下，加到光導體表面上去。潛像上吸附的墨粉量，隨潛像上電荷的多少而增減。於是，在“硒鼓”的表面顯現出有深淺層次的墨粉圖像。

當複印紙與墨粉圖像接觸時，在電場力的作用下，吸附著墨粉的圖像，好比用圖章蓋印一樣，將墨粉轉移到複印紙上，在複印紙上也形成了墨粉圖像。再在定影器中經加熱，墨粉中所含樹脂融化，墨粉被牢固地粘結在紙上，圖像和文字就在紙上複印出來了。

靜電複印技術的歷史

卡爾遜發明靜電複印機

1938年10月，在奧托·科涅（Otto Kornei）的幫助下，取得了第一台複印機的專利；1939年卡爾遜還成功地製造了一台複印裝置模型。直到1959年9月，美國施樂公司製成了世界第一台落地式辦公用Xerox914型全自動複印機後，才掀開了世界辦公用複印機歷史上嶄新的一頁。

模擬式靜電複印機

從60年代到80年代的30年時間裡，靜電複印技術的發展突飛猛進，日新月異。這30多年中，前20年複印技術研究主要針對光導體技術。IBM公司研究了單組份顯影系統和有機光導體方面的技術。在1970年到1972年先後研製出兩種複印機，使用了把塗在鉛箔上的有機光導體，取代非晶形硒，後將有機光導體做成長帶狀並繞在鼓內，提高了光導體的使用壽命。RCA公司則研究了被稱為直接法的另一種複印方法。這種方法將光導體作為紙張上的塗層，用氧化鋅（ZnO）感光材料與粘合劑混合後，薄薄地塗到紙上作為感光複印紙。例如：1963-1964年美國施樂製成的Xerox813型靜電複印機，以及1400型、3600型複印機；1965年日本理光公司研製成功的用硫化鎘作為光導材料，具有絕緣膜表面的靜電攝影光導體；日本小西六公司與奧西公司研製成功將氧化鋅做成的光導體等。硒、硫化鎘、氧化鋅、有機光導體（OPC）都是這個時期研製成功的。1970-1980年期間，日本在靜電複印技術上取得了重要的發展。這期間，日本理光公司生產了液體顯影體系的複印機，其液體顯影體系節省了顯影器，降低了技術成本，提高了機器可靠性。日本佳能公司也取得了許多重要的新發現。首先開發出發新的光導體，該光導體由上下兩層薄膜組成，上層是絕緣層，下層是硫化鎘感光體膜層，曝光和充電同時進行，由此產生靜電潛像，潛像的電荷留存在兩層膜之間的界面上。他們將其稱為“新方法”（New Process）簡稱“NP”法。1970年佳能公司向市場推出NP型複印機。1980年又推出了第一台採用絕緣型磁性色調劑的單組份顯影體系的NP-200型台式複印機。這種顯影體系省去了瀑布顯影體系和磁刷顯影體系中所採用的載體，適用於真正的普通紙複印過程，其體積小，又有利於設計出小型廉價的台式複印機。