激光打印机原理及基本构造讲解

1、激光打印机原理及基本构造一、何为激光打印机 激光打印机是由激光器将计算机送来的文字图形信息转换生成激光束，并经一系列光学系统后沿感光鼓的 轴线匀速扫描感光鼓，从而形成与输入信息相对应的静电潜像。它的产品称为激光产品。激光产品以其速 度快，页产量高、打印出的产品在经过若干年后都不会产生字迹模糊等特点而倍受广大消费者青睐。激光打印机根据其打印速度可分三类：高速类100页/分，中速类：30-60页/分，低速类V 20页/分。低速类激光打印机是目前普遍用于办公及桌面印刷系统的打印。二激光类产品分类 激光类产品主要是各类激光打印机、复印机消耗材料，按照产品的结构使用功能和目前的出货方式，产品 可以分为五

2、类：一体式碳粉盒、分体式碳粉盒、空壳、瓶装碳粉及配件。1 一体式碳粉盒，主要是各款 Recycle 产品，该类产品的特点是将激光影印原理涉及到的各种元件， （定 影和转印元件除外）组合在一个塑料盒内，包括有：OPC、PCR、MR、清洁刮刀、出粉刀、密封片、碳粉、粉仓、废粉仓等。使粉盒的使用和更换非常方便，同时也便于维修和回收利用。2分体式碳粉盒，该产品涉及激光影印原理中显影过程的一部分，其余各元件均安装在打印机内。该产品 主要由塑料件、碳粉盒、碳粉和一些附件组成。工厂生产过程中，按输送碳粉的方式，粉盒的材质以及附 件的不同又细分为以下四种： 普通碳粉盒，是指塑料外壳内盛装碳粉的产品，它包括相关

3、的激光打印机碳粉盒几乎所有的复印机用碳 粉盒。使用过程中只需将封膜拉开，碳粉灌入显影装置中即可。 带搅拌的碳粉盒，是指普通碳粉盒中增加有搅拌装置的碳粉盒。这类碳粉：装入打印机，在打印过程中 机器带动粉盒中的搅拌装置将粉盒中的碳粉均匀地加入到显影装置内。 带附件的碳粉盒，是指产品除盛装碳粉的盒外，还有其它附件，如废粉瓶、粉扫、清洁布等，随碳粉盒 一起销售。该类产品，在使用更换碳粉盒时，往往需要同时更换废粉瓶、碳粉扫或清洁打印机发光二极管 （LED）。 纸筒类碳粉盒，该类产品与上述三类产品不同之处仅在于盛装碳粉的盒不用塑料制作，而是用纸质材料 制成。使用方法与上述相同。3空壳：是指不装碳粉也不带附

4、件的粉盒，该类产品主要是销售给其它激光材料制造商，由其装粉配套后 再出售。4. 瓶装碳粉，是一种用塑料瓶子盛装碳粉的产品，由用户自己将碳粉灌入相应产品的显影装置中，其性质 是普通碳粉盒中的一个特殊产品。5配件：是指在生产或使用激光打印消耗材料时用到的一些零配件，如封条、粉扫、扫垫、废粉瓶、漏斗、 密封海棉框、海棉条等。三激光打印机基本原理： 激光打印机工作过程所需的控制装置和部件的组成、设计结构、控制方法和采用的部件会因厂牌和机型不 同而有所差别，如： 对感光鼓充电的极性不同。 感光鼓充电采用的部件不同。有的机型使用电极丝放电方式对感光鼓进行充电，有的机型使用充电胶辊 （FCR ）对感光鼓进

5、行充电。 高压转印采用的部件有所不同。 感光鼓曝光的形式不同。有的机型使用扫描镜直接对感光鼓扫描曝光，有的机型使用扫描后的反射激光 束对感光鼓进行曝光。不过他们的工作原理基本一样。由激光器发射出的激光束，经反射镜射入声光偏转调制器，与此同时，由 计算机送来的二进制图文点阵信息，从接口送至字形发生器，形成所需字形的二进制脉冲信息，由同步器 产生的信号控制 9 个高频振荡器，再经频率合成器及功率放大器加至声光调制器上，对由反射镜射入的激光束进行调制。调制后的光束射入多面转镜，再经广角聚焦镜把光束聚焦后射至光导鼓（硒鼓）表面上，使 角速度扫描变成线速度扫描，完成整个扫描过程。 硒鼓表面先由充电极充电

6、，使其获得一定电位，之后经载有图文映像信息的激光束的曝光，便在硒鼓的表 面形成静电潜像，经过磁刷显影器显影，潜像即转变成可见的墨粉像，在经过转印区时，在转印电极的电 场作用下，墨粉便转印到普通纸上，最后经预热板及高温热 滚定影，即在纸上熔凝出文字及图像。在打印 图文信息前，清洁辊把未转印走的墨粉清除，消电灯把鼓上残余电荷清除，再经清洁纸系统作彻底的清洁， 即可进入新的一轮工作周期 1 碳粉 碳粉是重要的显影材料，打印机打出的文字图案都是碳粉显示出的，碳粉在显影区由于磨擦而产生一定量 的静电荷，有些碳粉磨擦后带正电荷，有些碳粉磨擦后带负电荷，所以首先从电性上分就有负性碳粉和正 性碳粉之分，每种打

7、印机都只能选择一种电性的碳粉用于显影，若极性错误，就会出现文字图案浅色，且 无像区产生过大底灰。按磁性还可分为磁性粉和非磁性粉 磁性碳粉包含磁性颜料，通常是氧化铁，显影时靠磁辊被吸附到显影区，通过与磁辊套和出粉刀磨擦而产 生静电；因此这种体系中靠电力和磁力进行显影。而非磁性碳粉中没有磁性物质，因此这们的体系中粉盒不包含磁辊这个部件，这种体系中只依靠静电力而 进行显影。这种显影系统的特点是粉盒的页产量高。即每页打印稿的耗粉量少，另一方面，有此采用这种 碳粉的显影系统可重复使用废粉，如：oki 400/800. Brother TN430 就是重复使用废粉的系统。2、感光鼓（ OPC ）感光鼓又称

8、硒鼓。我们目前所生产的一体式碳粉盒的 OPC 表面涂层里不含有硒，而是由氧化锌、硫化镉 等到材料组成。而复印机里面的 OPC 表面涂层硒占有主要成份，它的化学稳定性极好，价格昂贵，其页 产量可达 30 万页 /鼓。而我们所生产的碳粉盒的寿命在10000 页左右，且化学稳定性也不及复印机硒鼓。不论复印机硒鼓还是一体式碳粉盒的 OPC 它们有一个共同的特性，将它们置到暗处时，电阻率很高，往 往达到10150cm或更高。经过一定波长的光照后，电阻率明显下降，往往为 1010-12Q.cm或更低。当 停止光照重新置于暗处时，电阻率会回到原来水平。如果对其施加一个电场，光照部分与未光照部分的电 流强度会

9、有明显的差异。感光鼓是在铝筒表面涂上光致导电的半导体材料形成的，一般激光打印机上使用 的感光鼓是由铝和有机光导体组成的，鼓是一体盒的心脏，所有其它 部件都位于鼓的四周以鼓为中心而发挥各自不同的作用，感 光鼓在打印机中经过充电，曝光，显影后，在其表面形成可视的碳粉图像，鼓在运行时，首先由充电辊或 电晕丝消除鼓上的残余电位，然后又充上大纸 500V 至 600V 的电压，因为是充负电的，与毗邻的带负电 的碳粉云自然排斥 ，只有当一个计算机源向打印机传递一个数据时才发生图像显影 ，当打印机接到数据时， 它通过激光束传递图像，鼓上被照射的区域由于放电而产生电位变化，邻近的碳粉被吸引过来，这样鼓上 便形

10、成了碳粉图像。3、磁辊（ MR ） 磁辊对图像密度（即黑度）影响最大的部件之一。磁辊由磁芯、磁套以及一些附件组成，这些附件中最重 要的是使磁辊与外界接触的导电弹片或小导线。碳粉靠的是磁芯的磁性，在出粉刀的控制下，形成一特定 厚度的碳粉粉层，并使碳粉与磁辊表面磨擦，磨擦作用使碳粉带有一定量的电荷，一个1600V 的交流电从-800V 到 800V 循环叠加在一个直流负电压上通过磁套振动，振动的电流使碳粉在磁辊上跳上跳下，这就 形成了一个 “碳粉云 ”，使碳粉在鼓上进行图像显影。简而言之，磁辊的主要功能：（1 ）通过隐含的磁芯，将碳粉吸向磁辊套；（ 2 ）磨擦使碳粉带电；（3） AC 及 DC 电

11、压通过磁辊套使得带电的碳粉 “跳动 ”。（4 ）出粉刀（ DB ） 出粉刀是安装在粉仓出粉口的部件，有金属做的，现在大部分是橡胶做的。金属做的出粉刀在粉盒中刀口 与磁辊间有一间隙来控制磁辊表面吸附碳粉的厚度，而改进了的橡胶出粉刀与磁辊表面接触，不仅能起到 限制碳粉厚度的作用而且协助碳粉磨擦带电。（5）粉仓出口的密封刮片： 大部分粉盒的粉仓出口都有一个塑料薄片，其作用是防止碳粉从这一侧漏出。（6 ）充电辊（ PCR ）、电晕丝 充电辊的功能是消除感光鼓上的残余电位 ，并负责给感光鼓充电 。它是由金属轴和导电橡胶组成的圆柱体。 电晕丝是负责给感光鼓充电的金属细丝，上面要加高压，首先使空气电离，而后

12、使感光鼓表面带上静电， 这双重功能使得它在最新型的桌面激光打印机和传真机中取代了电晕丝和消电灯，它降低了高压电源的重 量、尺寸和费用，取消了消电灯，节约成本并节省感光体周围珍贵的空间，另外，使得打印机臭氧的排放 量大大地减少。电晕丝： 是负责给鼓充电的金属细丝，上面要加高压，首先使空气电离，而后使感光鼓表面带上静电，在目前的打 印机中它已被充电辊所取代。（7）清洁刮刀（ WB ） 清洁刮刀靠在感光鼓上，以将感光鼓表面上未被转印的残余碳粉清洁掉。清洁刮刀是由金属基架和聚氨酯 刮片组成的，金属基架的作用是固定橡胶条，使得橡胶条平直。这样能保证刀口与感光鼓的接触在一条直 线上。保证感光鼓表面上未被转

13、印的残余碳粉清洁干净。（8）粉仓 粉仓是一个碳粉的仓库，原设计者根据粉仓的大小而规定了不同的装粉量，一般粉仓是有一个搅拌器，以 保证出粉均匀。（9）废粉仓 废粉仓当然就是废粉的仓库，它存储清洁刮片从鼓表面刮下的未转印到纸上的碳粉，有些废粉仓中有一个 类似搅拌器的东西，一般是叶片型的，以保证及时将废粉仓收集崦不致溢出。（10）传感杆 有些粉盒的粉仓中有一个金属杆，都安装在磁辊下面，它就象一个天线一样，当磁辊与这个杆之间出现空 隙时，它就会让机器显示碳粉快用完了，即出现TONER LOW 信号。（五）讲幻灯片中一体盒的原理1、充电 充电就是以静电高压放电的形式使光电导体的表面带电，从而获得较高的表

14、面电位。OPC 是由氧化或硫化镉和铝基构成，它的铝基一定要接地。电晕丝同高压发生器的输出端连接，被电离带 负电荷的空气离子在电场力的作用下被推向 OPC 的表面，一方面与 OPC 的表面亲和，一方面从铝基感应 出来的正电荷相平衡。因为这时的光电导层未经光照，基本为绝缘状态（只有微弱的漏电流） ，恰似一个平 板电容器两极板间的绝缘介质，在它的两个界面（一个是空气界面，一个是底基界面）形成了两个电荷量 相同而极性相反的电荷层，这与电容器充电原理一样。 OPC 与空气界面的电荷层也与电容器的正极板一 样，呈负电性。形成这一电荷层电层的电量越大，表面电位就越高。由于 OPC 属于 N 型半导体导电方式

15、，对其充负电有利于受光照后导电能力的增强。如果是用氧化锌、硫 化镉、有机合成材料制成的光电导体，则要充电，即负静电高压电晕放电，表面电荷层是负电荷层，表面 电位是负极性电位，而底基感应电荷层是正电荷层。这是因为氧化锌等材料属于 N 型半导体导电方式，对 其充负电有利于它们光电导性能的增强。充电，是静电复印的首要步骤。为了同其他过程中的高压充电相区别，这步充电往往称为 “主充电 ”。2 曝光（ Exposure 或 Illuminating ） 曝光就是电脑等其它部件将要进行打印的数据转换成电讯号后传递给激光发生器，激光发生器将信号转换 成光讯号，照射到 OPC 表面，使光 OPC 的表面形成对

16、应于电脑等其它部件将要进行打印的数据的静电潜 像。我们一般将图像分为 “黑区”和“白区 ”，即：能反射光线的部分（如黑色文字部分）为白区，不能反射光线的 部分为黑区。对应于要打印的数据的黑区，曝光时 OPC 经光照的部分被称为 “亮区 ”，对应于要打印的数据 的白区，曝光时 OPC 被光照射的部分被称为 “亮区”。这时， OPC 的亮区因被光照变为导电状态，正负电 荷透过光电导体互相中和，表面电位大幅度降低，而未被光照射的部分仍维持绝缘状态，仅仅进行暗衰过 程，因此，基本保持着高电位；在曝光结束的瞬间，光电导体表面上形成了与要进行打印的数据图像对应 的静电潜像。3 显影（ Developing

17、 ） 显影是将静电潜像变为人眼可见的色剂图像的过程。 能够使图像显现出来的色剂称为显影剂。一体式的碳粉盒显影剂是带负电的；而复印机的显影剂是带正电 的，复印机的显影剂又分双组分显影剂和单组分显影剂两大类。双组分显影剂是由墨粉和载体两种成分构 成；单组分显影剂是墨粉和载体合二为一的产物，颗粒是单一成分的。即使是双组分显影剂，使图像显现 的有效成分也是墨粉，而载体仅起携载和输送墨粉颗粒到显影区的作用。 OPC 正负电的情况下，静电潜像 是负电荷图像，需要的墨粉是能够通过摩擦带负电性的墨粉；显影的过程中， OPC 的亮区电位极低；而暗 区电位高，很容易吸附墨粉颗粒，使静电潜像变为同要进行打印的数据相

18、对应的墨粉图像。静电潜像电位 越高的部分，吸附墨粉的能力越弱，反之则强。吸附墨粉颗粒的多少，呈现不同层次的黑度，给人一种层 次感。4 转印（ Transfer ） 转印是将 OPC 上的墨粉图像转移到普通纸上的过程。 转印时，是将一张普通打印纸覆盖在转印辊上，在转印辊用一个同主充电极性相反的高压静电沿纸的背面 移动的同时进行电晕放电，所形成的强大电场使墨粉颗粒从 OPC 上被解吸而转移到普通纸上。在转印的 过程中，由于静电潜像电位对转印高压形成的电场强度在越靠近光电导体表面的地方抵消作用越大，加之 万有引力的作用以及墨粉颗粒在转移过程中的拥挤现象等因素，在转印高压作用的瞬间内，不可能将墨粉 全

19、部转移到纸上，总有一些墨粉残留在 OPC 上。这些残留在 OPC 上的墨粉叫做残余墨粉。经转印后，残 余墨粉的量越大，说明转印效率越低。当然，我们希望打印机有较高的转印效率。衡量的方法是用转移到 纸上的墨粉量同转印前 OPC 上的墨粉量相对比，可以这样表示 :转印率 = 转印到纸上的碳粉量 /（纸上墨粉量 + 废墨粉量 ） 这个比值越大，就说明转印效率越高。一般复印机以 75% 为标准；低于 75% 为低，高于 75%为高，能够 达到 85% 的就应相当理想了。5定影（ Fixing ） 被转印到纸上的墨粉图像还没有和纸合为一体，用手一摸就会被抹掉，因此，还需要将墨粉固化到纸上才 能成为最终可

20、供实用的打印品，这一固化的过程就叫做定影。目前，定影的方式很多，但基本上是以热定影为主。采用染色的合成树脂颗粒做墨粉。当热源使墨粉达到 熔点时，颗粒会熔化，互相融合并向纸基渗透，当离开热源温度降低时，墨粉凝固，墨粉与纸融为一体， 墨粉颗粒之间也融为一体，使图像既固化到纸上，又变得光洁、平整、细腻而富于质感。现在，大多数打 印机除用热源融化墨粉外，还同时施加一定压力，以增强固着能力。定影的关键是定影温度的控制，既能 使墨粉融化，又不致分散，以保证图像的清晰。6清洁（ Clealing ）OPC 表面在转印后仍滞留着废余墨粉和残余电荷，如果不清除，就势必带入到下一个复印过程，前一张原 稿的残余图像

21、就会在后一张的打印品中显现出来，显然谁也不愿意去看有叠影或有前一原稿内容的脏乱打 印品，因此，清除废余墨粉和残余电荷极其重要，这就必需有一个 “清洁 ”的过程。清洁的方法很多，有的 用交流高压放电配之以充分曝光来消除光电导体上的导体的残余电荷，有的用橡塑刮板将残余墨粉刮掉， 有的采用反充电曝光加磁刷回收墨粉的办法等等。综上所述，从充电、曝光、显影、转印、定影到清洁六个步骤，就组成了打印的基本过程。 （六）一体盒所需达到的基本打印指标是什么？1、图像密度 （黑度）：是指色粉颗粒阻挡光线透过的程度 。从另一方面讲 ，亦是色粉颗粒覆盖纸基的程度， 覆盖率越高，则光线通过越少，密度值越高。反之，覆盖率

22、越小，则光线通过越多，密度值越低。2、底灰：是指打印品上非图像区域的密度。在打印过程中，由于各种因素如充电、曝光、显影或OPC性能变化等，都可能在非图像区域产生灰雾，这种灰雾被转印到打印品上就成为底灰。3、页产量：是指一个未经使用的粉盒从刚开始打印到粉盒不能进行打印时所打印的纸张数量，通常以 5% 覆盖率为准。4、定影牢固度：是指衡量碳粉图像经定影后粘附在纸上的能力。 对打印稿最基本的要求是图像密度即黑度和底灰要达到一定水平 ，本公司的标准是黑度 1.35 ，底灰0.08 ， 对于打印图像的用户来讲还会要求分辨率，另外打印稿上图像要均一，字体牢固，无异常污点等。绝大部 份用户都会要求字体无空心

23、现象，那么黑度是不是越黑越好呢？当然不是，实际上黑度和分辨率是相互矛 盾的，黑度和一个盒子的页产量也是相互矛盾的，二者只能得其一，而不能兼得，很明显，黑度值越高， 耗粉量越高，分辨率会相对降低，页产量降低。二常见缺陷分析 底灰是一种常见的打印缺陷，是打印纸的空白这一种雾状阴影，有许多原因导致底灰的产生，机器成像部 件、碳粉、打印介质及打印环境都能引起底灰。1、机器 当机器正常非工作时，各部件充电不充足时，施加到粉盒组件的实际电压就会有偏离，原装产品在这方面 有相当强的适应能力，而代用品对电源电压的适应能力往往不强，若 PCR 得不到足够的电压，那么就不能 给感光鼓足够的电位，从而导致底灰的产生

24、，有时会遇到压原装粉盒打印正常，而用代用粉盒确实产生底 灰，其原因不一定在粉盒本身，也许是机器电压不足。2、充电辊（ PCR ）PCR 最常见的缺陷是鬼影和底灰， PCR 对环境非常敏感、灰尘、污染物、湿度都影响着它的充电性能。 原装的充电辊是由钢轴加三层材料制成，轴的表面是导电橡胶，外面是阻挡层，最外面是保护层，经常受 到磨损的便是最外面的保护层，这一层磨坏后，充电辊的充电性能就易受温度影响，温度太高或太低都会 使其充电效率降低，从而导致底灰。3、感光鼓（ OPC ） 采用佳能引擎的激光打印机中采用的是有机光导体（ OPC ）鼓，在显影过程中鼓表面被充电，表面电位大约到-600V，激光扫描处成为导体，表面电位迅速下降，经摩擦而带负电的碳粉就跳到感光鼓表面的放电 区，形成碳粉图像，而