Проявители

Созданное на ЭФГ-фоторецепторе скрытое электростатическое изображение (СЭИ) проявляется при помощи электрографических проявителей. Их обобщенная характеристика приводится в следующей последовательности:

1. Назначение проявителей и физическая основа их функционирования
2. Основные типы проявителей и их распространенность в современной аппаратуре
3. Параметры цветных проявителей, применяемых в современной аппаратуре

Электрографический проявитель — это специальный расходный материал, предназначенный для визуализации СЭИ, созданного на ФР. В отличие от галогенидосеребряной фотографии, визуализация в электрофотографии представляет собой не химическую реакцию, а физический процесс взаимодействия заряженных частиц тонера с электростатическим полем СЭИ. Основные функции электрографического (ЭГ) проявителя: создание устойчивой системы электростатически заряженных компонентов и их взаимодействие при визуализации СЭИ. Проявитель должен работать в непрерывном режиме при длительной эксплуатации.

ЭГ-проявитель является гетерогенной диэлектрической средой, состоящей из частиц тонера и носителя. Тонер — мелкие, микронные, окрашенные в определенный цвет диэлектрические частицы, приобретающие электростатический заряд.

Каскадный проявитель применялся в первых ЭФГ-копировальных аппаратах. Это двухкомпонентный проявитель, состоящий из крупных частиц носителя, покрытых частицами тонера, который при проявлении переносится с поверхности носителя  на поверхность ФР. Впоследствии заменен двухкомпонентным магнитным проявителем, предназначенным для проявления магнитной кистью.

В новом типе сухого однокомпонентного магнитного проявителя функции тонера и носителя объединены. Для жидкостного проявителя носителем служит диэлектрическая неполярная жидкость.

Составные части двухкомпонентного ЭГ-проявителя (тонер и носитель) изготавливаются отдельно и смешиваются в определенной пропорции при подготовке к эксплуатации. Основа и рецептура тонера выбирается с учетом получения определенных контактно-электрических и адгезионных свойств и требуемой температуры плавления частиц. Основу тонера обычно составляют стирол-акриловые сополимеры, к которым добавляются красители, пластификаторы и другие органические или неорганические добавки. В однокомпонентный магнитный проявитель (тонер) также вводят магнитный порошок с частицами субмикронного размера, изготавливаемый из закиси-окиси железа Fe₃O₄, гамма-окиси железа Fe₂O₃ или феррита. После расплавления и окрашивания смол происходит грубый и тонкий помол массы с дальнейшей классификацией частиц по размеру. В результате классификации отбираются частицы тонера размером 10—15 мкм. В последнее время появился новый тип немагнитного, особо мелкозернистого однокомпонентного проявителя, для которого в качестве носителя используют донорную поверхность проявляющего цилиндра. Технология изготовления носителя для обычного двухкомпонентного проявителя заключается в классификации и соответствующей обработке железных порошков с нанесением на них оксидного диэлектрического покрытия.

Для визуализации цветного изображения  используются однокомпонентные или двухкомпонентные сухие цветные проявители (тонеры), а также жидкостные цветные проявители. При этом необходимо, чтобы частицы тонеров у этих проявителей обладали цветами триады (Сyan, Magenta, Yellow). Такие комплекты проявителей обеспечивают субтрактивный метод цветосинтеза или соответствуют заданному ряду цветовых кодов (при последовательном цветовом кодировании информации). В аппаратуре цветной электрофотографии наиболее широко распространены сухие триадные проявители, поэтому жидкостные проявители здесь подробно не рассматриваются.

Проведенные исследования двухкомпонентных проявителей позволили определить их основные функциональные зависимости. Известно, что процесс проявления в существенной степени зависит от трибоэлектрической зарядки комплекса «тонер-носитель». Уровень заряда обычно оценивается соотношением заряда тонера к его массе (q/m). Этот параметр зависит не только от трибоэлектрических свойств компонентов, но и от других параметров: соотношения радиусов носителя и тонера (R/r), концентрации тонера в проявителе и др.

При ионизации частиц выполняется условие нейтральности.

n_c^- =∑n⁺_t

Где: 

n^-_c - количество элементарных зарядов на частице носителя;

n⁺_t - количество элементарных зарядов на частице тонера.

Установлено, что заряд частиц тонера имеет сложную зависимость от весовой концентрации тонера в проявителе Ct​. При этом наблюдается три типа зависимости: Зависимость первого типа (сильная связь); зависимость второго типа (слабая связь); зависимость третьего типа- промежуточная.

Для всех типов проявителей наблюдается увеличение заряда тонера с увеличением их диаметра.

Снижение заряда частиц тонера с ростом их концентрации указывает на уменьшении связи тонера с носителем. При этом эффективность  проявления возрастает, однако появляются несвязанные с носителем частицы тонера (пылевая компонента), ухудшающие качество получаемого изображения (появляется фон). По этой причине рабочая концентрация тонера обычно не превышает 8%. Эта концентрация для проявителя с наиболее распространенным соотношением R/r=10 приблизительно в два раза превышает концентрацию, необходимую для образования монослоя частиц.

Важным параметром для двухкомпонентного проявителя, использующего электропроводящие частицы носителя, является электропроводность всего комплекса «носитель — тонер». Исследования показали, что при низкой электропроводности хорошо проявляется штриховое изображение, но плохо воспроизводятся полутона. И, наоборот, при высокой электропроводности хорошо проявляется полутоновое изображение, из-за хаотического растрирования равномерной структуры СЭИ. Это особенно существенно для классической электрофотографии.

Электропроводность проявителя зависит от приложенного потенциала смещения, напряженности магнитного поля кисти, формы и состояния частиц носителя, концентрации тонера в проявителе. Контакт вдоль нитки магнитной кисти между соседними частицами носителя, имеющего грубую поверхность, — более надежный, а с увеличением концентрации тонера такой контакт может быть прерван диэлектрическими частицами тонера.

ЭГ-проявители могут быть классифицированы по разным признакам: черные или цветные, положительные или отрицательные, двухкомпонентные или однокомпонентные и т. д. Однако главным различием, определяющим конструктивные особенности аппаратуры, является физическое состояние проявителя — сухой или жидкий.

Сухие проявители используются в основном в копировально-выводной аппаратуре для визуализации СЭИ, созданного на ФР многократного применения. Жидкостные проявители предназначены для визуализации СЭИ, созданного на ФР однократного применения в микрографической аппаратуре. В последнее время созданы жидкостные проявители, которые используются для визуализации СЭИ , полученного  на ФР многократного применения с последующим переносом проявленного изображения на бумагу.

Методы сухого проявления и применяемые проявители подразделяются на следующие категории:

1 Применение двухкомпонентных проявителей:

1.1 Каскадное проявление (Cascade Development).

1.2 Проявление магнитной кистью (Magnetic Brush Development):

1.2.1 Проявление диэлектрической магнитной кистью (Insulative Magnetic Brush Development);

1.2.2 Проявление диэлектрической магнитной кистью с микроносителем (Microcarrier Development);

1.2.3 Проявление электропроводящей магнитной кистью (Сondactive Magnetic Brush Development).

2 Применение однокомпонентных проявителей:

2.1 Аэрозольное проявление (Powder Cloud Development).

2.2 Донорное проявление (Donor Development):

2.2.1 Проявление магнитным электропроводящим тонером (Magnetic Conductive Toner Development);

2.2.2 Проявление магнитным диэлектрическим тонером (Magnetic Insulative Toner Development);

2.2.3 Проявление немагнитным диэлектрическим тонером (Nonmagnetic Insulative Toner Development).

Категории проявителей неразрывно связаны с методом проявления, где это проявители применяются.

Метод проявления диэлектрической магнитной кистью используется в большинстве аппаратов различного назначения. Проявитель содержит магнитный сферический носитель, покрытый диэлектрическими частицами тонера. Этот метод используется в аппаратах фирм Xerox, Ricoh, Konica, Sharp, Toshiba, Sanyo, Panasonic, Mita и другие. В аппаратуре фирмы Minolta проявитель содержит носитель уменьшенного диаметра, называемый микроносителем. Проявление электропроводящей магнитной кистью применено в аппаратах фирмы Kodak. Вместо сферических частиц носителя используются ферромагнитные частицы неправильной формы. В магнитной кисти эти частицы образуют электропроводящие нити. Вдоль которых поверхность ФР контактирует валиком узла проявления. Донорное проявление с магнитным и немагнитным диэлектрическим тонером используется в аппаратуре фирм Canon и Ricoh. На донорный вал наносится ровным слоем тонер, который подводится к проявляемой поверхности с определенным зазором. Тонер отрывается от донорного вала и переходит на проявляемую поверхность. Для облегчения отрыва и переноса тонера может быть использовано поле переменной частоты. По мере изменения технических характеристик аппаратуры, выпускаемой на рынок производителями, меняются и технические характеристики проявителей и носителей.

Литература: Олег Харин, Эмилис Сувейздис. Современная электрофотография. Учебное пособие, Москва. 2002