Устройство и принцип работы сопла печатающей головки со сдвиговой деформацией

1. Верхняя пьезоэлектрическая пластина - пластина из пьезоэлектрического материала, имеющая специальные выступы. Эти выступы являются активными элементами сопла: за счет их движения происходит выталкивание из сопла капель чернил.

2. Нижняя пьезоэлектрическая пластина по конструкции аналогична верхней пластине, но имеет противоположное направление поляризации. Выступы верхней и нижней пластин, смыкаясь, образуют боковые стенки камеры сопла. В эту камеру подаются чернила.

Точки приложения управляющего напряжения. В местах соединения выступов пластин прокладываются проводники для подачи управляющих сигналов к активным элементам. Изменяя полярность управляющего напряжения, можно вызывать их деформацию в разных направлениях. На этом эффекте и основана работа такой печатающей головки.

Сопло - отверстие, через которое вылетают капли чернил. Оно выполняется не в пьезоэлектрическом материале, а в специальной пластине. Эта пластина является "лицом" печатающей головки, обращенным к носителю изображения. Для придания прочности лицевую пластину изготавливают из металла.

Нетрудно заметить, что печатающая головка со сдвиговой деформацией пьезоэлемента имеет более простую конструкцию, чем головка с продольной деформацией. Помимо двух пьезоэлектрических пластин головка содержит только лицевую пластину с отверстиями сопел и систему подачи чернил. Это позволяет упростить (и удешевить) сборку печатающих головок. Правда, достигается такое упрощение за счет применения сложных по форме и технологии производства пьезоэлектрических пластин.

Теперь рассмотрим принцип действия такой печатающей головки. На рис. изображены четыре этапа образования капли чернил.

Готовность к работе. Управляющее напряжение отсутствует, выступы пьезоэлектрических пластин не деформированы, и камера сопла имеет свои исходные размеры.

Подача управляющего напряжения, набор чернил в камеру сопла. К пьезоэлементам прикладывается управляющее напряжение. Выступы нижней и верхней пластин имеют разную полярность и деформируются в разные стороны, что приводит к увеличению объема камеры сопла. В образовавшуюся пустоту через систему подачи набираются чернила.

Смена полярности управляющего напряжения, выталкивание капли чернил. Смена полярности управляющего напряжения приводит к тому, что выступы пьезоэлектрических пластин деформируются в обратном направлении. Объем камеры сопла уменьшается, и из нее через сопло выталкивается капля чернил. Изменением управляющего напряжения на этапах 2 и 3 можно регулировать степень деформации выступов пластин и, следовательно, изменение объема камеры сопла, то есть размер образующихся капель чернил.

Возврат в исходное состояние. После снятия управляющего напряжения стенки сопла возвращаются в исходное состояние. Система готова к повторению цикла (печати следующей точки).

Для удаления из сопел и других каналов печатающей головки пузырьков воздуха при смене чернильницы производится промывка картриджа, (прогон через сопла некоторого объема чернил).

Как известно цветные струйные принтеры имеют невысокое качество и множество других недостатков. Для повышения качества цветных изображений применяют различные технологии повышения разрешающей способности. MicroPiezo (Epson) - печатающие головки дают меньший размер капли. PhotoREt (Hewlett-Packard) - позволяет увеличить число капель, образующих одну точку изображения, при точном дозировании чернил и др. Проблема заключается не в точности передачи оттенка, а в насыщенности точек изображения. Для решения этой проблемы в некоторых принтерах устанавливается фотокартридж (содержат светло-пурпурный и светло-голубой цвета). Фотокартридж устанавливается вместо черного. Применение дополнительных цветов позволяет не только равномернее заливать области с низкой насыщенностью, но и точнее подбирать цвета в смеси с обычными красителями.

Характеристики струйного принтера - Hewlett-Packard DeskJet 840C

Скорость печати: черно-белая - 8 с/мин (черновая), 4,6 с/мин (нормальная); цветная - 5 с/мин (черновая), 3,1 с/мин (нормальная).

Разрешающая способность: черно-белая - 600 dpi, цветная - до 600x1200 dpi на специальной бумаге (технология PhotoREt II).

Нагрузка: 1000 страниц в месяц.

Стоимость печати одной страницы: черно-белая - 5,5 центов (при заполнении 5%), цветная - 12,5 центов (при заполнении 20%).

Языки команд: HP PCL 3 enhanced, Mac Quick Draw.

Объем памяти: 2 Мбайт, 48 Кбайт буферной памяти

Интерфейс: двунаправленный параллельный (совместимый с IEEE 1284), USB

Лотки для бумаги: 1 (в стандартной поставке).

Емкость лотка для чистой бумаги:100 листов.

Емкость лотка для отпечатанных листов: 50 листов.

Устройства для двусторонней печати: приставка для двусторонней печати (в стандартную поставку не входит).

Лазерные принтеры

 

Лазерную печать можно разделить на лазерные принтеры и LED-принтеры. В лазерных принтерах используется двухэтапный метод нанесения изображения на носитель: получение скрытого изображения и его проявка. Устройство печатающего блока принтера, использующего лазерную технологию, показано на схеме:

1. Коротрон - устройство для создания коронного разряда. Устроен коротрон очень просто - он состоит из металлических нити и экрана, на которые подается высокое напряжение. Под напряжением находящийся между нитью и экраном газ ионизируется и возникает коронный разряд. Ионизация газа используется для нанесения заряда на фоточувствительный барабан. Поскольку под воздействием высокого напряжения кислород воздуха преобразуется в озон, обладающий характерным запахом.

2. Фоточувствительный барабан - главная деталь печатающего блока. Покрытие барабана позволяет реализовать лазерную печать. Покрытие барабана должно не проводить электрический ток, а также обладать фотоэлектрическими свойствами (изменять свой заряд под действием света). Эти свойства позволяют создать на поверхности барабана скрытое фотоэлектрическое изображение. В настоящее время в барабанах используют три типа покрытий: селеновое покрытие - один из первых типов фоточувствительных покрытий (селен - химический элемент, полупроводник). Селеновое покрытие состоит из четырех слоев. Первый от поверхности слой уменьшает утечку заряда. Он представляет собой естественную пленку оксидов. За ним лежит слой селена, обладающий фотоэлектрическими свойствами. Именно в этом слое происходит образование зарядов. Третий слой состоит из оксида алюминия. Он предотвращает быструю утечку зарядов из слоя селена в подложку. Четвертый слой - металлическая подложка барабана. Она соединяется с корпусом принтера (заземляется). Органическое покрытие состоит из синтетического фотоэлектрического материала. Оно тоже состоит из четырех слоев. Первый слой служит для перераспределения зарядов при освещении барабана в ходе формирования скрытого изображения, второй состоит из вещества, способного к образованию зарядов под действием света, а третий, как и в селеновом покрытии, состоит из оксидов и служит для предотвращения утечки зарядов в подложку. Четвертый слой - металлическая подложка. Кремниевое покрытие - новый тип покрытия, применяемый, например, в принтерах фирмы Куосега. Оно образуется слоем аморфного кремния, нанесенного на основу. Кремний, как и селен, является полупроводником, обладает фотоэлектрическими свойствами. Для получения качественных распечаток необходимо, чтобы поверхность барабана была ровной и не имела царапин.

3. Луч лазера используется для создания на фоточувствительном барабане скрытого; электростатического изображения. Процесс заключается в перераспределении зарядов в фоточувствительном слое барабана под действием света. Для получения луча используются лазеры разных типов. В настоящее время наиболее широко применяются полупроводниковые лазеры. Луч должен быть хорошо сфокусирован (от этого зависят размер пятна, освещаемого на поверхности барабана, и, соответственно, разрешающая способность принтера по горизонтали). Для формирования на барабане изображения необходимой интенсивности луч должен обладать достаточно большой энергией, что требует применения в принтере мощного лазера (его луч может быть опасен для глаз и кожи человека).

4. Бункер с красителем (тонером). В разных моделях принтеров применяют разные составы красителей. Обычно бункер является частью сменного картриджа. Для проявления скрытого изображения необходимо нанести на поверхность фотоэлектрического барабана слой порошкообразного красителя (тонера). Для его доставки к фоточувствительному барабану используется магнитный порошок - девелопер. Он состоит из частиц магнитного материала, имеющих полимерное покрытие. В зависимости от типа принтера тонер может быть однокомпонентный или двухкомпонентный. Однокомпонентный тонер чаще всего применяется в лазерных принтерах и состоит из смеси красителя, полимерного порошка и девелопера. Такой состав позволяет упростить конструкцию принтера. Двухкомпонентный тонер состоит из отдельно заряжаемых в принтер тонера (краситель и полимер) и девелопера. Смешивает их специальный дозатор в бункере. За счет электризации при трении частиц девелопера и тонера происходит их слипание. После переноса тонера на фоточувствительный барабан девелопер собирается и используется заново. Это требует применения системы очистки магнитного барабана и дозирующей системы.

5. Магнитный барабан служит для переноса тонера на фоточувствительный барабан. Он состоит из полого вала, внутри которого размещаются постоянные магниты. Магнитный барабан притягивает к себе частицы девелопера с налипшими на них частицами тонера и проносит их мимо фоточувствительного барабана. Над валом устанавливают специальную пластину, регулирующую количество красителя на валу. Также, к пластине прикладывается напряжение для зарядки частиц тонера. Этот заряд способствует их переходу на фоточувствительный барабан.

Носитель изображения (бумага или пленка). Носитель входит в непосредственный контакт с фоточувствительным барабаном, поэтому следует внимательно относиться к плотности и типу носителя.

Вал переноса служит для переноса красителя с фоточувствительного барабана на носитель. Носитель прижимается к фоточувствительному барабану, и на него переходит тонер. От качества поверхности вала переноса и фоточувствительного барабана зависит, как плотно носитель будет прижат к барабану и, соответственно, насколько качественно будет перенесено изображение.

Ракель - специальная пластина (нож), служащая для очистки поверхности фоточувствительного барабана. В ходе очистки с барабана удаляются остатки тонера, не перешедшие на бумагу. Для того чтобы ракель не повреждал фоточувствительный слой барабана и в то же время обеспечивал качественную очистку, его необходимо установить с большой точностью. Рабочая кромка ракеля должна быть строго прямолинейной.

Бункер для отработанного красителя предназначен для сбора красителя, счищенного с поверхности барабана. Собранный краситель надо периодически удалять.

Нагревательный вал совместно с прижимным валом образует нагревательный блок принтера. Часто этот блок называют печкой или фьюзером. Высокая температура печки необходима для закрепления красителя на носителе. Нагревательный вал представляет собой полый вал с покрытием, исключающим прилипание красителя к валу. Специальное покрытие необходимо, так как закрепление производится при расплавлении полимера, входящего в состав тонера, а прилипшие к поверхности барабана частицы расплавленного полимера могут повредить его. Для нагрева вала используется размещенная внутри него кварцевая лампа. В некоторых принтерах вместо нагревательного вала используют неподвижный нагревательный элемент. Нагревательные элементы с лампой потребляют больше электроэнергии и дольше прогреваются, но имеет больший ресурс работы, чем элемент с пленкой, и может работать при больших скоростях движения бумаги.

Прижимной вал служит для прижимания носителя к нагревательному валу (или нагревательному элементу).

Контроллеры лазерных принтеров должны обладать большой мощностью, так как скорость печати очень высока. Современные принтеры оснащаются мощными процессорами (аналогичными применяемым в компьютерах или специализированными микроконтроллерами), также требуется большой объем буферной памяти