Jak funguje kopírka?

Činnost digitální kopírky a laserové tiskárny (najdeme je téměř v každé kanceláři) je založena na přitahování nabitých částic k opačně nabitému povrchu. Technologii xerografie patentoval Chester Carlson ve 40. letech 20. století; slovo xerografie pochází z řečtiny a znamená „suché psaní“, u kopírky jde o přenos suchého práškového toneru pomocí elektrických jevů. Za masovým rozšířením komerčních kopírek a laserových tiskáren stojí firmy Xerox a Hewlett-Packard.

Základem kopírky je kovový, nejčastěji hliníkový válec, na nějž je nanesena tenká vrstva polovodivého fotocitlivého materiálu, např. selenidu arsenitého As₂Se₃. Odpor tohoto materiálu je ve tmě velmi vysoký, ale při ozáření světlem výrazně klesá – vrstva se v osvětleném místě stane vodivá.

V první fázi se vnější povrch této polovodivé vrstvy elektricky nabije. Slouží k tomu součástka zvaná korotron umístěná v těsné blízkosti válce. Jedná se o zevně izolovanou elektrodu tvořenou wolframovým pozlaceným vláknem, na které je přivedeno vysoké napětí (řádově desetitisíce voltů). Z takto silně nabitého vlákna srší náboje a ulpívají na polovodivé vrstvě. Sršení náboje je zvláštním druhem doutnavého elektrického výboje, který je znám pod jménem koróna – odtud korotron. Okraj kovového válce se elektrostatickou indukcí nabíjí nábojem opačné polarity.

Ve druhé fázi dochází k expozici. Zjednodušeně řečeno, tisková předloha se světelným paprskem nakreslí na nabitý válec. Místa na povrchu válce, která nejsou osvětlena, si zachovávají svůj náboj. Naopak exponované plošky polovodiče se stanou vodivými a povrchový náboj odteče polovodičem do nitra kovového válce. K osvitu se používají buď LED diody, přičemž jedna dioda odpovídá jednomu pixelu, nebo se v tiskárnách po válci „kreslí“ modulovaným laserovým paprskem. Tímto mechanismem na válci vzniká latentní obraz.

V následném kroku se na válec nanáší dvousložkový práškový toner. Toner je tvořen feromagnetickými částicemi o velikosti stovek mikrometrů sloužícími jako nosič náboje a samotnými částicemi barviva o velikosti přibližně 5 mikrometrů. Mícháním se tyto dvě složky vzájemným třením nabíjejí, a barvivo tak dobře přilne k nosiči. Nabitý toner se pak nanáší na válec: v místech, která nebyla exponována, je toner přichycen elektrostatickou silou, naopak v neutrálních místech, která osvícena byla, toner neulpí.

Pak již stačí přenést toner z tiskového válce na papír. Rubová strana papíru se korotronem silně nabije tak, aby se při kontaktu papíru s válcem částice barviva elektricky přitáhla k papíru. Závěrečnou fází tisku je fixace toneru k papíru. Ta se provádí nejčastěji působením vysoké teploty. Dochází k lokálnímu roztavení toneru, který se doslova zapeče k povrchu papíru.

Otázky:

1. Proč je papír vycházející z kopírky zahřátý?
2. Dokáže kopírka správně tisknout na papír pokreslený tužkou?
3. Vysvětlete, proč při použití silnějšího papíru musíte změnit nastavení kopírky.
4. Proč se při záseku papíru v kopírce může stát, že text z papíru setřete rukou?
5. Zjistěte, jakou hmotnost toneru obsahuje jedna kartuše u tiskárny, kterou máte doma, a kolik stránek s ní vytisknete. Vypočítejte, kolik gramů toneru je v průměru třeba k vytištění jedné stránky.