Схема. «Отксерим» документ?

      Прообразом копировального аппарата служит прибор под названием «мимеограф» (рис.1), изобретателем которого является Т.Эдисон (1847-1931). В переводе с древнегреческого это слово означает «подражаю и пишу». В мимеографах Эдисона использовались листовые трафареты, которые накладывались на вращающийся барабан с жидкой краской внутри. Краска выдавливалась через трафарет, и на листах бумаги, проходивших под барабаном, отпечатывалось изображение. Каждый трафарет давал возможность получить около 5000 копий, что являлось весьма внушительным количеством, но его приходилось изготавливать специально, а изображение, которое было отпечатано другим способом (например, на печатной машинке), не годилось в качестве оригинала. Кроме того, аппарат сильно загрязнял рабочее место краской и распространял вокруг пренеприятнейший запах.

      Тем не менее, после ряда усовершенствований мимеографы, использующие современные технологии сканирования изображения и способные самостоятельно изготавливать трафареты (мастер-пленки), достаточно широко распространились и фактически являются альтернативным вариантом крупнотиражным фотокопировальным станциям. Однако мимеографы и прочие трафаретные аппараты (ризографы, копи-принтеры и др.) не годятся для производства единичных копий с различных оригиналов, поскольку при этом затраты на копировальные работы получаются слишком высокими.

      Позднее появились аппараты, технология в которых была близка к обычному фотографированию, где присутствовали химические проявители и инфракрасное излучение. Подобные аппараты первоначально выпускались компаниями Minnesota Mining and Manufacturing и Kodak. Очевидным минусом данных моделей была необходимость использования специальной бумаги. Подобные аппараты и сегодня продолжа- ют производиться, но доля их продаж на рынке незначительна.

      Первооткрывателем сухого электростатического переноса стал Честер Карлсон (1906-1968), адвокат по делам авторских прав в патентном отделе нью-йоркской электротехнической компании Mallory Company. Именно здесь молодой Честер столкнулся с необходимостью делать огромное количество копий документов, чертежей и рукописей вручную. Желание каким-либо образом автоматизировать этот процесс навело его на мысль о создании машины, которая могла бы изготавливать копии одним нажатием кнопки. 22 октября 1938 года, в одном из небольших номеров отеля «Астория», расположенного на Лонг-Айленде в Нью-Йорке, Ч.Карлсон сделал первый оттиск, вошедший в историю. Он представлял собой всего лишь одну надпись: «10.-22.-38 ASTORIA».

      Через два года Ч.Карлсон получил патент на открытую им технологию, которая использовала для копирования текстов статическое электричество. Еще целых четыре года были потрачены Карлсоном на безуспешные попытки заинтересовать своим революционным изобретением производителей офисного оборудования. Наконец, ему удалось договориться с некоммерческой организацией Bettell Memorial Institute, занимавшейся научными изысканиями, вложить средства в дальнейшие работы над усовершенствованием нового процесса, названного Карлсоном «электрофотографией».

      Но само слово «электрофотография» было признано слишком научным, что могло отпугнуть потенциального покупателя. Помощь в поиске более удачного названия оказал преподаватель классических языков университета штата Огайо, придумавший термин «ксерография» от греческих слов «xeros» — сухой и «graphos» — писание. Потом уже сам изобретатель решил сократить слово до простого «ксерокс».
      В 1947 году мало кому известная фирма Haloid Company, занимавшаяся производством фотобумаги и проявлявшая интерес к передовым открытиям в своей и смежных отраслях, обратила внимание на работы Карлсона и выкупила права на использование его патентов. Впоследствии авторские отчисления за патенты и имевшиеся у Ч.Карлсона акции сделали его миллионером.

      Первый же по-настоящему успешный аппарат, получивший реальное признание, был разработан в 1949 году компанией Haloid. Ну, а в 1951 году компания Haloid Xerox Inc представила на суд потребителей первую автоматическую модель офисного копировального аппарата, использующего обыкновенную бумагу. Уже через год в продажу поступили первые рабочие аппараты так называемой «модели А» (рис.2), но из-за множественных недоработок этой модели так и не суждено было стать серийной.

      В 1959 году фирма выпустила «модель 914» (рис.3), которая стала для рынка офисного оборудования настоящим прорывом. Модель не снималась с производства на протяжении 26 лет. «Xerox 914» был первым полностью автоматическим аппаратом, который делал копии на обычной бумаге (7 штук в минуту). Все конкуренты, производившие в то время устройства для копирования, основанные на каких-либо иных принципах, оказались бессильными против ксерографической техники. Они не смогли соперничать с тем качеством, простотой и низкой стоимостью копий, которые были представлены в «Xerox 914».

      Электростатические копировальные аппараты фирмы Xerox стали неотъемлемым атрибутом американских, а затем и мировых офисов. Ксероксами пользовались как частные компании любого калибра, так и различные государственные учреждения. Копировали все (рис.4). Например, в полицейских участках копирам нашли весьма оригинальное применение: с их помощью экономили время на составление перечня найденных в карманах задержанных мелочей. Все мелочи попросту клали на экспозиционное стекло, а затем делали копию. Так получилось, что компания Xerox практически монопольно завладела чрезвычайно прибыльным рынком. К 1968 году торговый оборот компании многократно вырос и составил более миллиарда долларов.

      Копировальные аппараты используют принцип сухой ксерографии, в основе которого лежит напыление порошка на материал (бумагу) с последующим запеканием. Для освещения оригинала (рис.5) используется каретка с лампой (лазером). Каретка передвигается, и лампой последовательно освещаются участки копируемого оригинала. Отраженный поток света через систему зеркал попадает на фоторецептор вращающего барабана.

      Фоторецептор представляет собой специальный материал (обычно это селен), нанесенный на металлическую основу. Фоторецептор заряжается электрическим потенциалом от специального зарядного устройства, которое представляет собой металлическую (обычно золотую или платиновую) проволоку или же резиновый вал с металлической основой. Те места на фоторецепторе, на которые падает свет, меняют свой потенциал или теряют заряд (в зависимости от типа копировального аппарата). Таким образом, на фоторецепторе остается рисунок оригинала в виде по-разному заряженных участков.
      Затем фоторецептор входит в контакт с валом, покрытым смесью тонера и носителя. Тонер представляет собой мелкодисперсный порошок из смеси окрашенных частиц синтетических и натуральных смол. Тонер переходит на фоторецептор за счет противоположного заряда на фоторецепторе. Весь этот процесс носит название проявки. Существуют две системы проявления: однокомпонентная и двухкомпонентная.

      В однокомпонентной системе тонер изготавливается из смеси частиц магнитного материала, полимера и красителя. Блок проявки состоит из магнитного вала (постоянного магнита, окруженного вращающейся втулкой) и ножа, выполненного из магнитного материала. Нож регулирует количество тонера, наносимого на барабан, и заряжает частицы тонера до нужной величины (знак заряда ножа противоположен заряду фоторецептора). Перенос тонера с магнитного вала на барабан осуществляется с помощью напряжения смещения, прикладываемого к магнитному валу. Напряжение смещения представляет собой переменное напряжение с постоянной составляющей, которая по знаку соответствует знаку заряда фоторецептора. Во время периода со знаком, противоположным знаку заряда барабана, тонер переносится на фоторецептор, во время другого периода тонер с фоновых участков возвращается на магнитный вал.

      Величина напряжения смещения влияет на плотность копии и образование вуали. Чем менее отрицательным является потенциал смещения (чем ближе он подходит к 0 В), тем выше оказывается плотность, но и растет вуалеобразование.
      В двухкомпонентной системе тонер небольшими порциями подается в бункер с носителем (девелопером). Носитель — магнитный порошок с диаметром частиц порядка 20… 150 мкм — служит для переноса тонера на барабан. Прилипание тонера к носителю происходит за счет трибоэлектрического эффекта (частицы тонера и носителя, контактируя друг с другом, заряжаются противоположными зарядами). Тонер равномерно покрывает носитель. В свою очередь, носитель равномерно распределен по магнитному валу — полому металлическому цилиндру с расположенными внутри постоянными магнитами.

      Магнитный вал расположен в непосредственной близости от фоторецептора, и частицы тонера, заряженные противоположным знаком, чем фоторецептор, притягиваются к его заряженным участкам. Потенциал поверхности фотопроводника на участках, соответствующих более темному изображению, является высоким (большое количество отрицательных зарядов) и притягивает большее количество частиц тонера. Потенциал поверхности на участках с более светлым изображением является низким (меньше отрицательных зарядов) и притягивает меньшее количество частиц тонера. Таким образом формируется видимое изображение на фоторецепторе, состоящее из частичек тонера. В процессе проявления — носитель не расходуется, но все же требует замены через некоторое время, так как теряет свои магнитные свойства и начинает осыпаться с магнитного вала. В процессе проявления на магнитный вал подается напряжение смещения порядка 100…500 В, чтобы предупредить перенос тонера остаточным зарядом, характерным для светлых участков изображения. Во время переноса изображения бумага выбирается из лотка и устанавливается для начала печати. Процесс переноса изображения заключается в переносе частичек тонера, формирующих видимое изображение и расположенных на поверхности фоторецептора, на бумагу. Под бумагой проходит вал переноса, который имеет потенциал, сильнее потенциала фоторецептора. Вал, за счет более сильного потенциала на нем, оттягивает на себя тонер, который осаждается на бумаге. При этом сила притяжения между поверхностью листа и частицами тонера выше, чем сила притяжения между поверхностью барабана и тонером, что вызывает притяжение тонера к бумаге. На этапе отделения лист бумаги с нанесенным на него изображением отделяется от барабана. В процессе переноса бумага заряжена более сильно, чем фоторецептор, соответственно, между ними возникает сила притяжения. Чтобы ослабить эту силу, коротрон отделения формирует на поверхности листа заряд переменного тока (для снижения потенциала бумаги до уровня потенциала барабана). В результате этого сила притяжения между барабаном и бумагой ослабевает, и бумага под действием собственного веса отделяется от барабана. Если этого не происходит, то бумага отделяется от барабана механическим способом (отделительными пальцами — зубьями).

      После отделения бумаги копия почт готова, но еще требуется закрепление (запекание), иначе ее можно испортить любым механическим воздействием (например, стереть пальцем). Запекание представляет собой высокотемпературный нагрев бума™ с одновременным прижимом специальным валиком. Механизм для запекания носит название печки (fuser’a). Печка состоит из тефлонового и резинового валиков. Внутри тефлонового валика располагается нагревательная лампа, которая разогревает этот валик до температуры порядка 200°С. Лист протягивается между тефлоновым и резиновым валиками, и тонер на листе бумаги спекается. Образуется устойчивая к внешним воздействиям копия оригинала.

      Существуют несколько разновидностей печек. Например, вместо тефлонового вала используется керамический нагревательный элемент, отделенный от бумаги термопленкой. Такая система имеет меньшее время прогрева и меньшее энергопотребление, но пленку очень легко повредить при неаккуратном извлечении застрявший бумаги из аппарата.
      Оставшийся тонер на поверхности фоторецептора, после переноса изображения удаляется при помощи лезвия очистки (ракеля). Отработанный тонер скапливается в специальном бункере. По мере накопления отработанного тонера этот бункер требует очистки.

      На последнем этапе происходит удаление остаточного потенциала с поверхности барабана. При освещении барабана светом от лампы разрядки происходит генерирование положительных и отрицательных зарядов в слое носителей, что приводит к нейтрализации и исчезновению остаточных зарядов на поверхности барабана. В итоге, потенциал поверхности барабана приближается к нулю. В копировальных аппаратах разных производителей возможны незначительные отличия в реализации процессов ксерографии.

      Вся копировально-множительная техника, в зависимости от назначения, делится на несколько групп:
— портативные копировальные аппараты (рис.6) характеризуются, прежде всего, своими небольшими габаритами. Они имеют формат оригинала А4, работают со скоростью не более 8 копий в минуту и способны производить не более 700… 1000 копий в месяц;
— копировальные аппараты низкой производительности (рис.7) имеют максимальный формат оригинала и копии от А4 до A3, производительность от 9 до 20 копий в минуту и рассчитаны на месячный объем копирования от 1000 до 10000 копий. Данные машины оснащаются дополнительными устройствами, такими как автоматические податчики документов, имеют функцию масштабирования, комплектуются 2-3 лотками для бумаги и существуют в настольном варианте;
— копировальные аппараты средней производительности характеризуются скоростью копирования от 21 до 45 копий в минуту, рассчитаны на месячный объем копирования от 5 до 30 тыс. копий и имеют максимальный формат оригинала и копии A3. Эти аппараты не только обладают всеми функциями машин из группы низкой производительности, но и имеют специальные редакторские функции. Кроме того, они оснащаются более емкими лотками для бумаги и устройством для автоматического двустороннего копирования. Они существуют в настольном или консольном варианте;
— копировальные аппараты высокой производительности (рис.8) работают со скоростью больше 46 копий в минуту, имеют максимальный формат оригинала и копии A3 и способны производить более 10 тысяч копий в месяц. Они обладают всеми функциями своих менее мощных «коллег» и поставляются только в консольном варианте.