Оцінка органічних фоточутливих барабанів

Під час кожного обороту на фотобарабан подається висока напруга в 600-750 Вольт. Потім запускається скануючий лазерний промінь, що впливає на внутрішній органічний шар барабану протягом всієї стадії друку. На стадії проявлення тонер прилипає до поверхні фотобарабану. На стадії перенесення, папір проходить повз барабан перед тим, як з барабану знімається надлишок тонера (тертям очисного леза і барабану).

При таких «важких» умовах роботи, оцінка цього критичного компоненту є перспективним завданням, що вимагає численних тестів і відповідних інструментів. Ми, лабораторія "СІНТ-Майстер", хочемо вам дати деяке розуміння роботи цього компоненту, що сприятиме розширенню загальних знань і дасть чітке розуміння важливих чинників, які повинні враховуватися при спробі оцінки фотобарабанів.

Для початку, короткий опис роботи ОФБ.

Часто функції електронного або електричного пристрою пояснюються за допомогою ілюстрацій включаючи візуально активні речовини, як наприклад вода. Для ілюстрації, вода представляє електричний заряд, який перетікає від одного полюса до іншого. Одним з полюсів є заземлення, а саме заземлення фотобарабана через алюмінієвий циліндр, а ролик попереднього заряду (PCR) є другим полюсом. Ємкість з водою являє собою частину зовнішнього органічного покриття так званого шаром переносу заряду. Водяний кран відповідає внутрішньому органічному покриттю - шару генерації заряду. Першою дією фотобарабану є отримання заряду від PCR. Цей заряд накопичується в у зовнішньому шарі барабану, що представляється ємкістю, наповненою водою. Заряд залишається в шарі попереднього заряду до тих пір, поки він не зможе витекти, як вода, яка залишається в ємкості до відкриття крану. Поки заряд залишається постійним йому відповідає статичний заряд або потенціал і, в цьому стані квазі-заряджені частинки тонера будуть відштовхуватися від фотобарабана. Що відбудеться в цей момент з накопиченою водою, якщо відкрити кран? Вона витече через кран на землю, спорожняючи і отже змінюючи стан ємкості з «заповнена» на «порожня». Саме це і відбувається, коли активується шар генерації заряду. Заряд, накопичений у зовнішньому шарі попереднього заряду стікає через шар генерації заряду на заземлення і змінює стан шару попереднього заряду з «зарядка» на «розрядка». Що в такому випадку активує шар генерації заряду і викликає стікання заряду? Цей органічний шар має властивості, подібні властивостям фотодіода, який стає провідним при попаданні на нього світла. Це досягається за допомогою дуже короткою спалаху лазерного променя, який сканує барабан під час стадії запису при створенні картинки. До цих розряджених областей барабана притягуються протилежно заряджені частинки тонера, готуючись до операції перенесення на папір. Розряджені області створюють так звану приховану картинку, а перенесення тонера на розряджені області називається проявленням картинки, це завершальна стадія перед перенесенням картинки на папір. Для того, щоб шар перенесення міг накопичувати заряд, його молекулярна структура повинна вести себе як конденсатор, накопичуючи поданий заряд протягом деякого періоду часу, до тих пір, поки він не розсіється або не відбудеться розрядка.

Рівень накопичення або кількість заряду залежить від значення ємкості, вимірюваної в Фарадах. При більшій ємкості можна накопичити більше заряду, ніж при меншій, як великий контейнер вмістить більше води, ніж маленький. Конденсатор складається з двох пластин, розташованих одна біля одної, між якими знаходиться дуже тонкий непровідний діелектричний матеріал. Заряд або потенціал залишається статичним до тих пір, поки він не використовується і конденсатор не розрядиться. Чим більше площа діелектрика, тим більший заряд він може накопичити. І навпаки, чим менше площа, тим менше ємкість. Отже, оскільки він не може накопичити так багато заряду, він приймає менше заряду. Шар перенесення заряду барабана працює практично за тим же принципом, як і конденсатор. Він накопичує заряд до певного значення, що відповідає ємкості або товщині шару перенесення заряду. Товстий шар може накопичити заряду більше, ніж тонкий. З цього принципу ми приходимо до того, що накопичений заряд змінюється в залежності від товщини шару перенесення заряду. Тому вимірювання накопиченого заряду або зміна прикладеного заряду дозволить точно визначити товщину. Це було доведено в дослідницьких лабораторіях, у тому числі в секції NCR3 в Рочестерському інституті технології який проводив дослідження за характеристиками довговічності вдруге використаних оригінальних фотобарабанів у картриджах НР 4000 і WX. Товсті області шару перенесення заряду накопичують більший потенціал, ніж тонкі.

Руйнування барабана.

Що відбувається, коли барабан руйнується від використання? По-перше, під впливом світла зменшується  фоточутливість шару генерації заряду, що змушує його повільніше реагувати на короткі спалахи лазерного променя. Вода або заряд стікають повільніше або не повністю і, відповідно, не спорожняють або не розряджають ємкість досить швидко на стадії проявлення картинки. Результатом є менше накопичення тонера і, тому слабка щільність зображення. По-друге, фізичний знос зовнішнього шару перенесення заряду заважає йому приймати і утримувати повний заряд. Наприклад, якби ми відрізали верхню половину контейнера, чи зміг би він містити той же об'єм води? Ні, не зміг, і точно так само не може більш тонкий шар перенесення накопичити весь прикладений заряд. Принтер дозволяє певного відсотку цього шару зноситься, поки ємкість заряду не зменшиться настільки, що це буде викликати дефекти друку. Тим не менш, коли частина шару перенесення заряду стає дуже зношеною, різниця потенціалів, між повністю зарядженими частинками тонера і незарядженими зношених областями стає настільки великою, що до цих ушкоджених місць притягається тонер. В результаті з'являються небажані плями тонера і додатковий фон. По-третє, внутрішні щілини можуть призводити до дефектів, які належать до «мікропор ».

Створити барабан без випадкових тріщин, в настільки мікроскопічних тонких шарах фактично неможливо. Ці тріщини знаходяться під поверхнею, до тих пір, поки товщина покриття не зноситься до того, що кінчик тріщини проб'ється наверх і перетвориться в мікропори. Повторюваний високовольтний заряд, що надходить від PCR, викликає дуговий розряд, що випалює мікропору. Розплавлений тонер збирається в одній точці на поверхні барабана і врізається в лезо очищення, утворюючи на ньому щербини. Без спеціального обладнання для визначення мікропор, неможливо передбачити наявність тріщин в барабані. Деякі барабани можуть витримати до п'яти циклів без утворення мікропор.

Фактори, які необхідно враховувати при тестуванні барабанів.

Важливим є повний оцінюючий тест барабанів, також важливо те, що приповерхневі порожнечі не визначаються при вимірах товщини. Тому при тестуванні фотобарабанів повинні враховуватися багато факторів. По-перше, чи враховує тест товщину шару переносу заряду і показує чи критично тонкі поверхневі області? По-друге, чи перевіряє тест наявність при-поверхневих пустот, здатних викликати мікропори під час наступного циклу? По-третє, чи тестує цей метод шар генерації заряду барабана на «засвічення» або слабку чутливість через погане поводження чи зберігання? По-четверте, чи перевіряє тест електричні контакти барабана і його фізичні властивості, такі як ушкодження або відшарування шестерень?

Є чотири сучасні методи тестування, що застосовуються для тестування барабанів, і визначення можливості їх використання протягом ще одного циклу. Перший метод полягає просто в застосуванні до барабану приладу для вимірювання товщини. Ці прилади вимірюють фізичну ємкість товщини покриття барабана за допомогою індукції. Тим не менше, оскільки фотобарабан може відчувати фізичний знос на будь-якій частині шару перенесення заряду, необхідно застосовувати індуктивний тестуючий пристрій не до двох-трьох тестових точок, а до багатьох областей поверхні барабана. Також барабан не зношується рівномірно по колу. Одна частина на однаковій лінійній ділянці може бути товщиною близько З0 мкм, а при повороті барабана на 180 градусів у тій же лінійній ділянці з'являється область, яка на вісім мікрон тонша.

Іншим важливим чинником, який треба враховувати у цьому методі є те що результати тесту включають товщину шару генерації заряду і шару перенесення заряду шарів, а не тільки шару перенесення заряду. Тільки шар перенесення заряду піддається фізичному зносу. Тому, коли тестуються різні барабани або види барабанів, вам доведеться проводити всебічні лабораторні дослідження, для визначення критичних значень для кожного типу барабанів, а потім для кожного виду кожного типу, і сподіватися, що виробник не змінюватиме нанесення шар генерації заряду.

Також цей метод сам по собі не повний, так як він не визначає наявність поверхневих і при-поверхневих мікропор. Засвічення, слабка чутливість, електричні контакти і механічні властивості також не перевіряються. Тим не менш, пристрої для вимірювання товщини відмінно підходять для лабораторних досліджень, оскільки вони видають записувані чисельні результати.

Другий метод полягає в прикладенні заряду і повному скануванні барабана, для вимірювання потенціалу поверхні, що показує накопичення заряду. Принцип цього методу ґрунтується на описаному вище факторі накопичення заряду. Якщо частина шару перенесення в даній області тонша, то ємкість цієї ділянки менше, ніж у більш товстої. Напруженість сканується, дискретизується, перетворюється і представляється у вигляді графіка. Для достовірності цього методу необхідно проводити повне сканування, а не тестувати кілька точок. Також, якщо обладнання не визначає мікропори, необхідно проводити додатковий тест на їх наявність. Цей метод чудово підходить для лабораторних досліджень, так як результати виходять у вигляді записуваних вимірювань або графіків.

Третій метод полягає у вимірюванні втрат напруги при прикладанні заряду від зарядного пристрою безпосередньо до барабана. Тонкі області шару перенесення заряду не тільки нагромаджують менший заряд, але також більше витрачають заряд прикладений від дуже високоомного зарядного пристрою, яким є типовий PCR. Пристрої, що використовують цей метод, можуть одночасно перевіряти наявність мікропор. Тим не менше, для того, щоб втрати були помітними, шар перенесення заряду має бути значно тоншим. Цей метод не перевіряє шар генерації заряду на «засвічення» і слабку чутливість. Даний метод передбачає певний відсоток людської оцінки для визначення придатності. Перевагою є швидкість виконання цього тесту. Цей метод більше підходить для щоденної конвеєрної перевірки, ніж для дослідницьких вимірювань і може виконуватися на віддільних (від картриджа) барабанах.

Четвертий метод комбінує принцип накопичення заряду з другого методу з стандартним принципом роботи барабана в картриджі. Лазерна точка керується електронікою так, що тонер переноситься на області барабана, де товщина шару перенесення менше, ніж це необхідно для роботи тестованого барабана ще один цикл. Тонкі області шару перенесення накопичують менше заряду, через їх менші місткості, ніж у товстіших областях. Принцип тесту полягає в тому, що тонер переноситься на ці слабо заряджені області, дозволяючи операторові прямо побачити всі області барабана, які зазнали значного зносу. Цей метод також виявляє при-поверхневі мікропори, під час того ж 10 секундного тесту. Якщо метод застосовується до барабана в стандартних робочих умов у картриджі, він також тестує «засвічення», слабку чутливість, електричні контакти і механічні властивості барабана. Всупереч тому факту, що цей метод використовує стандартні умови роботи та принципи картриджа, він досить відрізняється від стандартного тесту друку. Тест печатки або частковий тест друку (зняття картриджа під час друку сторінки і дослідження на наявність тонера на барабані) не достатній для визначення довговічності барабана. Це пов'язано з тим, що лазерна точка в принтері виставляється дуже потужною, для гарантування того, що принтер буде забезпечувати відповідну якість друку документів протягом усього циклу картриджа. Незважаючи на те, що цей метод надає швидкий, точний і повний тест барабана, у нього є свої обмеження. Барабан повинен бути протестований в картриджі. Тому, якщо ви маєте гору окремих барабанів, необхідно буде їх встановлювати в злегка модифікований картридж. Також цей метод не дає чисельний звіт про товщину для записів результатів в лабораторії, тим не менше він відмінно підходить для конвеєрного тестування, де швидка, повна і точна відповідь «підходить» або «не підходить» більш зручна.

Інші методи.

Зорове дослідження дає дуже слабкі результати при оцінці барабанів. Зовнішній органічний шар (шар перенесення заряду) повинен бути дуже сильно зношеним для того, щоб була помітна колірна різниця з внутрішнім шаром генерації заряду. Мікропори зазвичай занадто малі, для того, щоб їх можна було помітити людським оком, а «засвічення» повинно бути дуже явне, для того, щоб помітити втрату кольору. Тест друку або частковий тест друку (зняття картриджа під час друку сторінки і дослідження на наявність тонера на барабані) теж не дуже цінні. Фактично, тестування друку недостатнє для тестування більшості компонентів картриджа і деяких аспектів експлуатації всього картриджа, таких як продуктивність. Причиною цього є те, що, принтери розроблені так, щоб приховувати дефекти і знос компонентів на ранніх стадіях руйнування. З цією метою принтери дозволяють розумному відсотку компонентів зноситься до того, як це почне відбиватись на якості друку. Поки лазерна точка має велику потужність, тонер не буде переноситися, поки накопичений заряд не впаде нижче 60 відсотків повного потенціалу.

Висновок лабораторії "СІНТ-Майстер".

Якщо заправник не повністю оцінює барабани для надійного подальшого використання, найнадійнішим і розсудливим буде міняти всі барабани при кожному циклі. Незважаючи на те, що деякі виробники витратних матеріалів можуть заохочувати такі дії, вони марнотратні, дорогі, і заважають конкурувати з дешевими картриджами. Насправді, за ту ж суму, яку принесе вторинне використання тільки 800 барабанів, ви можете придбати обладнання для повного тестування барабанів. Повернення вкладених грошей коштує зусиль для пошуку методів тестування та оцінки використаних барабанів.

Дивіться також:

9 причин швидкого зношення фотобарабана

Ресурс друку тонерного картриджа

Важлива інформація про чіпи в картрджах друкуючої техніки