فرآیند چاپ در دستگاه کپی؛ از تغییر ولتاژ و انتقال تونر تا تشکیل و تثبیت تصویر

تشکیل تصویر در دستگاه کپی را می‌توان از دید الکتریکی، به‌عنوان یک زنجیره کنترل‌شده از تغییر پتانسیل‌ها و جابه‌جایی تونر در نظر گرفت. در این فرآیند، تونر از مخزن تأمین می‌شود، در یونیت دولوپر با حامل و میدان الکتریکی مناسب آماده می‌شود، به نواحی مشخصی از درام منتقل می‌شود و سپس از درام به کاغذ انتقال پیدا می‌کند.

در واقع، یکی از اصول اصلی تشکیل تصویر در دستگاه کپی، کنترل اختلاف پتانسیل بین اجزای مختلف است. تونر به‌صورت تصادفی روی سطح درام یا کاغذ قرار نمی‌گیرد؛ بلکه تغییرات بار الکتریکی و اختلاف پتانسیل ایجادشده بین اجزای سیستم، مسیر حرکت ذرات تونر را تعیین می‌کنند.

مقدار واقعی ولتاژها، قطبیت آن‌ها و ترتیب اعمالشان در مدل‌های مختلف متفاوت است؛ بنابراین اعداد مشخص ولتاژ را نمی‌توان به‌عنوان مقدار عمومی برای تمام دستگاه‌های کپی در نظر گرفت. آنچه در این مقاله بررسی می‌شود، منطق و ترتیب عملکرد سیستم است.

۱. شروع فرآیند؛ آماده‌سازی الکتریکی درام

برای تشکیل تصویر، ابتدا سطح درام باید در یک شرایط الکتریکی مشخص قرار بگیرد. این کار توسط سیستم شارژ انجام می‌شود.

سیستم شارژ می‌تواند بسته به طراحی دستگاه از اجزایی مانند Charge Roller یا Corona استفاده کند. هدف این بخش ایجاد یک پتانسیل اولیه و نسبتاً یکنواخت روی سطح درام است.

در این مرحله هنوز تصویر قابل مشاهده‌ای روی درام وجود ندارد. سطح درام در یک وضعیت الکتریکی اولیه قرار گرفته است تا در مرحله بعد بتوان بخش‌های مختلف آن را به شکل متفاوتی کنترل کرد.

۲. تغییر پتانسیل درام و ایجاد تصویر الکتریکی

پس از شارژ اولیه، نوردهی درام انجام می‌شود. نوردهی باعث تغییر شرایط الکتریکی قسمت‌های مختلف سطح درام می‌شود.

بنابراین سطح درام دیگر از نظر الکتریکی کاملاً یکنواخت نیست. قسمت‌های مختلف آن دارای شرایط پتانسیلی متفاوتی می‌شوند و همین تفاوت، پایه تشکیل تصویر نهفته را ایجاد می‌کند.

به بیان ساده، قبل از نوردهی، درام دارای یک وضعیت اولیه است؛ پس از نوردهی، این وضعیت در نقاط مختلف تغییر می‌کند و یک الگوی الکتریکی متناسب با تصویر ایجاد می‌شود.

این الگو همان Latent Image یا تصویر نهفته است.

۳. تأمین تونر از مخزن

هم‌زمان با آماده شدن سیستم تشکیل تصویر، تونر مورد نیاز باید در اختیار یونیت دولوپر قرار گیرد.

تونر در ابتدا در مخزن یا محفظه تأمین تونر قرار دارد. بسته به طراحی دستگاه، مکانیزم‌هایی مانند موتور، مارپیچ انتقال یا اجزای مکانیکی دیگر، تونر را از مخزن به سمت یونیت دولوپر هدایت می‌کنند.

در این قسمت یک نکته مهم وجود دارد: انتقال تونر از مخزن به دولوپر صرفاً به معنی ریختن مقدار ثابتی تونر نیست. در بسیاری از دستگاه‌ها، وضعیت تراکم تونر در یونیت دولوپر تحت کنترل قرار دارد و سیستم بر اساس شرایط موجود، میزان تأمین تونر را تنظیم می‌کند.

۴. کنترل تراکم تونر در یونیت دولوپر

یونیت دولوپر باید ترکیب و شرایط مناسبی برای انتقال تونر به درام داشته باشد.

در سیستم‌های دو جزئی، تونر با ماده حامل یا Carrier در یونیت دولوپر درگیر است و بار الکتریکی تونر نقش مهمی در رفتار آن دارد. تونر در نتیجه اصطکاک و تعامل با سیستم دولوپر، دارای بار الکتریکی می‌شود.

بنابراین در این مرحله، فقط مقدار تونر مهم نیست؛ بلکه وضعیت بار تونر نیز اهمیت دارد.

اگر شرایط شارژ تونر، نسبت تونر به حامل یا میدان الکتریکی مناسب نباشد، مقدار تونری که از دولوپر به درام منتقل می‌شود می‌تواند تغییر کند و در نتیجه تراکم تصویر نیز تغییر خواهد کرد.

۵. ایجاد اختلاف پتانسیل بین دولوپر و درام

حال به یکی از مهم‌ترین قسمت‌های فرآیند می‌رسیم.

سطح درام پس از شارژ و نوردهی دارای نواحی مختلف با شرایط الکتریکی متفاوت است. از طرف دیگر، سیستم دولوپر نیز دارای شرایط الکتریکی مشخصی است.

بین سطح درام و سیستم دولوپر یک میدان الکتریکی ایجاد می‌شود. این میدان و اختلاف پتانسیل تعیین می‌کنند که ذرات تونر در کدام قسمت‌ها تمایل بیشتری به انتقال داشته باشند.

در نتیجه، تونر به‌صورت یکنواخت روی کل سطح درام پخش نمی‌شود؛ بلکه به نواحی مشخصی که شرایط الکتریکی مناسب‌تری برای جذب تونر دارند منتقل می‌شود.

۶. انتقال تونر از دولوپر به درام

در این مرحله، تصویر نهفته روی درام به یک تصویر تونری تبدیل می‌شود.

تونر موجود در یونیت دولوپر تحت تأثیر میدان الکتریکی ایجادشده بین دولوپر و درام، به سمت نواحی مناسب سطح درام حرکت می‌کند.

بنابراین می‌توان این مرحله را به‌صورت زیر خلاصه کرد:

۷. چرا تونر به تمام سطح درام نمی‌چسبد؟

پاسخ این سؤال در اختلاف شرایط الکتریکی نقاط مختلف درام قرار دارد.

اگر تمام سطح درام از نظر الکتریکی یکسان بود، تونر نیز نمی‌توانست تصویر مشخصی ایجاد کند. اما نوردهی باعث شده است پتانسیل سطح درام در نقاط مختلف تغییر کند.

بنابراین تونر در نقاطی که اختلاف پتانسیل و شرایط میدان الکتریکی برای انتقال مناسب است، جذب می‌شود و در سایر نقاط میزان جذب متفاوت خواهد بود.

به این ترتیب، تصویر الکتریکی به تصویر تونری تبدیل می‌شود.

۸. کنترل میزان تونر روی درام

فقط انتقال تونر کافی نیست؛ میزان تونری که روی درام قرار می‌گیرد نیز باید کنترل شود.

این مقدار به عواملی مانند وضعیت بار تونر، شرایط دولوپر، پتانسیل‌های الکتریکی، شرایط سطح درام و تنظیمات کنترلی دستگاه وابسته است.

به همین دلیل، تغییر در هرکدام از این عوامل می‌تواند باعث کم‌شدن یا زیادشدن تراکم تصویر شود.

۹. تشکیل تصویر تونری روی درام

پس از عبور از ناحیه دولوپمنت، درام دارای تصویری از تونر است که شکل آن مطابق با تصویر الکتریکی ایجادشده در مرحله نوردهی است.

در این لحظه می‌توان فرآیند را به این شکل تصور کرد:

پتانسیل اولیه درام → نوردهی → تغییر پتانسیل → تصویر نهفته → میدان الکتریکی دولوپمنت → جذب تونر → تصویر تونری روی درام

۱۰. آماده شدن سیستم انتقال

اکنون تصویر تونری روی درام تشکیل شده است و باید از درام به کاغذ منتقل شود.

در این مرحله دوباره از تفاوت شرایط الکتریکی استفاده می‌شود. هدف ایجاد شرایطی است که تونر از سطح درام جدا شده و به سمت کاغذ حرکت کند.

این کار با ایجاد شرایط الکتریکی مناسب در سیستم Transfer انجام می‌شود. در بسیاری از طراحی‌ها، Transfer Roller یکی از اجزای اصلی این بخش است.

۱۱. ایجاد اختلاف پتانسیل برای انتقال تونر به کاغذ

کاغذ در هنگام ورود به ناحیه انتقال، در شرایطی قرار می‌گیرد که سیستم انتقال می‌تواند روی رفتار الکتریکی آن اثر بگذارد.

اعمال ولتاژ مناسب به سیستم انتقال باعث ایجاد میدان الکتریکی بین ناحیه انتقال، کاغذ و درام می‌شود.

این میدان، نیرو و جهت حرکت ذرات تونر را تغییر می‌دهد و باعث می‌شود تونر از سطح درام به سمت کاغذ حرکت کند.

در واقع در این مرحله، مسیر حرکت تونر با تغییر شرایط الکتریکی نسبت به مرحله دولوپمنت تغییر می‌کند.

۱۲. انتقال تونر از درام به کاغذ

اکنون تونری که قبلاً از دولوپر به درام منتقل شده بود، یک مرحله دیگر را طی می‌کند و از درام به کاغذ منتقل می‌شود.

بنابراین مسیر اصلی تونر را می‌توان به‌صورت زیر خلاصه کرد:

مخزن تونر → یونیت دولوپر → سطح درام → سطح کاغذ

اما عامل اصلی کنترل این جابه‌جایی در مراحل حساس، شرایط الکتریکی و اختلاف پتانسیل بین اجزای سیستم است.

۱۳. راندمان انتقال تونر

تمام تونر موجود روی درام لزوماً در یک مرحله به کاغذ منتقل نمی‌شود. میزان انتقال به شرایط مختلفی مانند وضعیت سطح درام، شرایط انتقال، بار تونر، کاغذ و تنظیمات الکتریکی سیستم وابسته است.

اگر شرایط انتقال مناسب نباشد، بخشی از تونر روی درام باقی می‌ماند یا انتقال تصویر به‌صورت ناقص انجام می‌شود.

بنابراین کیفیت انتقال فقط به وجود ولتاژ انتقال وابسته نیست؛ مقدار، قطبیت و زمان‌بندی آن و همچنین شرایط مکانیکی و الکتریکی کل سیستم اهمیت دارند.

۱۴. تفاوت ولتاژها در مراحل مختلف تشکیل تصویر

یکی از نکات مهم در درک عملکرد دستگاه کپی این است که یک ولتاژ واحد در تمام فرآیند وجود ندارد.

بخش‌های مختلف دستگاه ممکن است ولتاژهای متفاوتی داشته باشند و کنترلر دستگاه این شرایط را بر اساس مرحله‌ای که فرآیند در آن قرار دارد تنظیم کند.

۱۵. چرا تغییر ولتاژ برای تشکیل تصویر ضروری است؟

اگر شرایط الکتریکی تمام قسمت‌های سیستم یکسان بود، امکان کنترل جهت حرکت تونر و ایجاد تصویر وجود نداشت.

تصویر در دستگاه کپی در واقع با ایجاد تفاوت میان شرایط الکتریکی بخش‌های مختلف شکل می‌گیرد. این تفاوت‌ها مشخص می‌کنند که تونر در چه نقطه‌ای جذب شود، چه مقدار تونر روی درام قرار بگیرد و در مرحله بعد چگونه از درام به کاغذ منتقل شود.

بنابراین می‌توان گفت یکی از پایه‌های اصلی فرآیند تشکیل تصویر، ایجاد و کنترل اختلاف پتانسیل است.

۱۶. نقش بار الکتریکی تونر

تونر فقط یک پودر رنگی نیست؛ ذرات تونر برای عملکرد صحیح در سیستم الکتروفتوگرافیک باید رفتار الکتریکی مشخصی داشته باشند.

بار الکتریکی تونر بر نحوه تعامل آن با دولوپر، درام و میدان‌های الکتریکی اثر می‌گذارد.

اگر ویژگی‌های الکتریکی تونر تغییر کند، حتی در صورتی که مقدار تونر موجود در دستگاه کافی باشد، ممکن است کیفیت انتقال و تراکم تصویر تغییر کند.

۱۷. رابطه بین تونر، دولوپر و ولتاژ

برای تشکیل تصویر صحیح، سه عامل مهم باید با یکدیگر هماهنگ باشند:

1. ویژگی‌های الکتریکی تونر
2. شرایط و تراکم تونر در یونیت دولوپر
3. اختلاف پتانسیل ایجادشده بین اجزای سیستم

تغییر هرکدام از این عوامل می‌تواند روی مقدار تونری که از دولوپر به درام منتقل می‌شود اثر بگذارد.

۱۸. رابطه بین درام و ولتاژ انتقال

درام نیز باید در شرایطی قرار داشته باشد که انتقال تونر از آن به کاغذ امکان‌پذیر شود.

اگر شرایط الکتریکی درام، تونر یا سیستم Transfer با یکدیگر هماهنگ نباشند، راندمان انتقال کاهش پیدا می‌کند.

در نتیجه ممکن است تصویر کم‌رنگ شود، بخشی از تصویر منتقل نشود یا مقداری تونر روی درام باقی بماند.

۱۹. پس از انتقال؛ باقی‌مانده تونر روی درام

پس از انتقال تصویر به کاغذ، ممکن است مقداری تونر روی سطح درام باقی مانده باشد.

این تونر باید قبل از شروع سیکل بعدی از سطح درام حذف شود. در غیر این صورت، تونر باقی‌مانده می‌تواند با تصویر بعدی تداخل ایجاد کند.

سیستم Cleaning وظیفه حذف این تونر باقی‌مانده را بر عهده دارد و تونر جمع‌آوری‌شده در مسیر مربوط به ضایعات تونر هدایت می‌شود.

۲۰. آماده‌سازی مجدد درام

پس از تمیز شدن سطح درام، سیستم باید آن را برای سیکل بعدی آماده کند.

دوباره شارژ انجام می‌شود، پتانسیل سطح درام تنظیم می‌شود، نوردهی انجام می‌شود و تصویر نهفته جدید ایجاد می‌شود.

بنابراین فرآیند تشکیل تصویر یک چرخه پیوسته است:

شارژ درام → تغییر پتانسیل با نوردهی → تشکیل تصویر نهفته → تأمین تونر → آماده‌سازی تونر در دولوپر → انتقال تونر به درام → انتقال تونر به کاغذ → تمیزکاری درام → شارژ مجدد

۲۱. مسیر کامل تونر در دستگاه کپی

اگر تمام فرآیند را فقط از دید حرکت تونر دنبال کنیم، مسیر اصلی آن به این شکل است:

۲۲. تثبیت تونر روی کاغذ

پس از انتقال تونر از درام به کاغذ، تصویر هنوز به‌صورت نهایی تثبیت نشده است.

تونر باید در واحد فیوزینگ تحت شرایط مناسب حرارتی و فشاری قرار گیرد تا روی سطح کاغذ تثبیت شود.

بنابراین انتقال الکتریکی تونر به کاغذ پایان فرآیند تشکیل کپی نیست؛ بلکه پس از انتقال، مرحله تثبیت مکانیکی و حرارتی لازم است تا تصویر نهایی ایجاد شود.

۲۳. پایان سیکل تشکیل تصویر

پس از تثبیت تونر، کپی تشکیل شده است و تونر دیگر نباید به‌سادگی از سطح کاغذ جدا شود.

در همین زمان، تونر باقی‌مانده از سطح درام پاک شده و سیستم برای شروع سیکل بعدی آماده می‌شود.

در نتیجه، فرآیند تشکیل تصویر در دستگاه کپی را می‌توان به‌صورت یک زنجیره الکتریکی و فیزیکی در نظر گرفت که در آن تونر چند بار تحت تأثیر شرایط مختلف قرار می‌گیرد:

ذخیره در مخزن → تأمین برای دولوپر → دریافت بار و آماده‌سازی در دولوپر → جذب روی درام بر اساس اختلاف پتانسیل → انتقال از درام به کاغذ بر اساس میدان انتقال → تثبیت روی کاغذ

جمع‌بندی فرآیند تشکیل تصویر در دستگاه کپی

در یک دستگاه کپی، تشکیل تصویر را می‌توان به‌عنوان فرآیند کنترل‌شده حرکت تونر در اثر شرایط الکتریکی مختلف در نظر گرفت.

ابتدا درام شارژ می‌شود و یک وضعیت الکتریکی اولیه روی سطح آن شکل می‌گیرد. سپس نوردهی باعث تغییر پتانسیل بخش‌های مختلف درام شده و تصویر نهفته ایجاد می‌شود.

از طرف دیگر، تونر از مخزن به یونیت دولوپر منتقل می‌شود و در آنجا با توجه به ساختار سیستم و شرایط الکتریکی، برای تشکیل تصویر آماده می‌شود. اختلاف پتانسیل بین دولوپر و درام باعث می‌شود تونر در نواحی مشخصی از درام قرار بگیرد.

در مرحله بعد، با ایجاد شرایط الکتریکی مناسب در سیستم Transfer، تونر از سطح درام به کاغذ منتقل می‌شود. سپس تونر در واحد فیوزینگ با استفاده از حرارت و فشار تثبیت می‌شود.

بنابراین اگر مسیر تونر را از ابتدا تا انتها دنبال کنیم، می‌توان گفت:

تونر از مخزن تأمین می‌شود، وارد دولوپر می‌شود، در دولوپر شرایط لازم برای انتقال را پیدا می‌کند، با استفاده از اختلاف پتانسیل روی درام تشکیل تصویر می‌دهد، سپس با تغییر شرایط میدان الکتریکی از درام به کاغذ منتقل می‌شود و در نهایت با فیوزینگ روی کاغذ تثبیت می‌شود.

هسته اصلی این فرآیند، هماهنگی میان بار الکتریکی تونر، پتانسیل درام، شرایط دولوپمنت و شرایط انتقال است. هر تغییری در این زنجیره می‌تواند مستقیماً روی مقدار تونر منتقل‌شده و در نتیجه روی تراکم و کیفیت تصویر نهایی اثر بگذارد.