Верещагин - Высоковольтные Электротехнологии. Учебное пособие по курсу Основы электротехнологии Под редакцией
 Скачать 1.77 Mb.
|
|
Вещества-носители для данного проявляющего порошка выбираются таким образом, чтобы при трении частиц носителя с частицами тонера последние приобретали заряды, противоположные по знаку зарядам электростатического изображения. Размеры частиц тонера обычно составляют 5 ÷10 мкм, частицы носителя достигают 300÷700 мкм. От размера частиц тонера зависит качество получаемого изображения. При слишком малом размере резко повышается оптическая плотность фона (вуаль) изображения. При проявления изображения носитель обеспечивает равномерное перемещение проявляющего состава по поверхности слоя. Благодаря контактно-электрическому взаимодействию на каждой частице носителя удерживается значительное количество частиц тонера. Проявление состоит в том, что частицы тонера отрываются от носителя и осаждаются на заряженных участках слоя. В качестве носителей применяют кварцевый песок, стеклянные шарики, полистирол. Самое широкое распространение получили стеклянные шарики, покрытые пленкой смолы. Стеклянные или полистирольные шарики легко перекатываются по пластине и меньше царапают слой, чем кварцевый песок. Каскадный способ проявления используется в большинстве отечественных и зарубежных моделей копировально-множительных аппаратов. В основном каскадный способ проявления применяют при копировании штриховых изображений. Несмотря на ряд таких достоинств, как малый расход проявляющего порошка, приемлемый уровень вуали, отсутствие пыли, каскадный метод проявления имеет серьезные недостатки, заключающиеся в том, что он не обеспечивает высокую степень проявления, плохо проявляет полутоновые изображения, т.е. дает так называемый «краевой эффект». В методе проявления «магнитной кистью» также применяются носитель и проявляющий порошок, но частицы носителя обладают магнитными свойствами. Притягиваясь к магниту, они располагаются нитями вдоль силовых линий поля. При перемещении электрофотографического слоя относительно «магнитной кисти» происходит проявление электростатического изображения, которое по механизму не отличается от каскадного проявления. В методе аэрозольного проявления доставка частиц к поверхности электрофотослоя осуществляется потоком воздуха. Используются высокодисперсные порошки с размером частиц 0,1 ÷1,0 мкм, что дает возможность получать изображения с очень высоким разрешением. Аэрозольный метод позволяет получать не только штриховые, но и полутоновые отпечатки. Конструктивное оформление установки для аэрозольного проявления во многом подобно оформлению установок для напыления порошковых покрытий в электрическом поле. Сложность реализации не позволила методу найти широкое применение в серийном оборудовании. В последнее время многие фирмы уделяют внимание электрофотографическому процессу с использованием однокомпонентного проявителя, который имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с электрофотографическим процессом, использующим двухкомпонентный проявитель. Основными из них являются: простота конструкции устройств проявления, закрепления и очистки, значительное уменьшение энергоемкости при закреплении изображения, уменьшение материалоемкости оборудования, повышение его эксплуатационных характеристик. В отличие от традиционного двухкомпонентного проявителя однокомпонентный представляет собой однородный проявляющий порошок, каждая частица которого содержит ферромагнитную компоненту в виде ядра или отдельных вкраплений. Проявитель, имеющий магнитные свойства, используется при проявлении методом «магнитной кисти» без применения электрофотографического носителя. Узел проявления «магнитной кистью» с однокомпонентным носителем конструктивно значительно проще (рис. 9.2) аналогичных узлов, где использован двухкомпонентный проявитель. Процесс проявления методом «магнитной кисти» происходит следующим образом. N S N S N S N S 1 2 3 4 5 7 6 Рис. 9.2. Схема узла проявления с однокомпонентным проявителем 1 − бункер; 2 − проявитель; 3 − диафрагма; 4 − магнитная кисть; 5 − магнитный барабан; 6 − электрофотослой; 7 − проявляющий барабан. Частицы проявителя 2 через диафрагму 3 под воздействием магнитного поля вращающегося магнитного барабана 5 попадают на поверхность немагнитного проявляющего барабана 7 и образуют магнитную кисть 4, конфигурация которой определяется конфигурацией формирующего ее магнитного поля. При использовании симметричного многополосного барабана кисть формируется в виде симметричной многолепестковой системы с числом лепестков равным числу полюсов барабана. Каждый лепесток магнитной кисти это совокупность цепочек из частичек проявителя, вытянутых в любой момент времени вдоль силовых линий магнитного поля. Длина цепочек, плотность их распределения по поверхности проявляющего барабана определяются магнитными свойствами проявителя, величинами магнитной индукции поля и его градиента. При движении магнитной кисти по поверхности фотослоя частицы проявителя притягиваются зарядами скрытого электростатического изображения (рис. 9.3). Существенным недостатком проявления заряженными порошками является "краевой эффект", который заключается в том, что при проявлении больших равномерно заряженных площадей получается контурное изображение. Причиной этого является то, что электрическое поле, создаваемое зарядами электростатического изображения и связанными с ними зарядами на подложке, выходит за пределы слоя только на краях изображения, где и происходит преимущественное осаждение частиц порошка. В наименьшей мере «краевой эффект» выражен при аэрозольном методе проявления. Для ослабления «краевого эффекта» применяют дополнительные электроды, расположенные в непосредственной близости над электрофотографическим слоем, и слои с регулярными неоднородностями. Сущность переноса порошкового изображения заключается в том, что частички тонера, из которых состоит видимое изображение, могут быть после проявления перенесены электростатическим полем на бумагу. Для этого на бумагу, наложенную на фотослой, наносят заряды, совпадающие по знаку с первоначальным зарядом слоя. Для проявления и закрепления изображения применяют и жидкие проявители. В этом случае используют трибоэлектрический эффект, наблюдаемый между порошком тонера и жидкостью с низкой электрической проводимостью, например, бензином, керосином и т.д. Чтобы частицы тонера все время находились во взвешенном состоянии в жидкости, ее постоянно перемешивают. Экспонирование электрофотографического слоя производится через слой жидкого проявителя. При этом тонер откладывается в тех местах, где имеются заряды, и сразу же закрепляется с помощью того же растворителя. Этот метод позволяет получить отпечатки с максимально возможной для электрофотографии разрешающей способностью − 200 ÷250 линий на 1 мм. Качество изображения при использовании жидких проявителей значительно выше, чем при сухом проявлении. Причина этого состоит в том, что в жидком проявителе все частицы тонера обладают одинаковым зарядом в противоположность сухому проявлению. В результате при сухом проявлении частицы осаждаются и на освещенных участках слоя, образуя фон изображения. N 1 2 3 4 Рис. 9.3. Схема процесса проявления с проводящим однокомпонентным проявителем 1 − магнитный барабан; 2 − проявляющий барабан; 3 − частицы проявителя; 4 − электрофотослой. 9.3. Электрокаплеструйная печать В электрокаплеструйных устройствах используется принцип электростатического управления струей монодисперсных заряженных капель по аналогии с электронно-лучевым осциллографом или дисплеем. Эмиттер капель генерирует однородную прямолинейную капельную струю, которая получает индукционую или ионную зарядку капель в зарядном устройстве. Блок управления отклоняет струю по одной или двум координатам, прерывает и очищает ее от сателлитов (капель меньшего размера). Для обеспечения качественного процесса печати эмиссия капель, их зарядка и управление должны быть синхронными. Эту функцию выполняет синхронизирующее устройство. Механизм привода осуществляет взаимное перемещение печатающей головки и подложки. Электрокаплеструйные устройства обладают рядом достоинств: простота конструкции за счет одностадийности печати, высокая надежность благодаря отсутствию в печатающей головке механических подвижных элементов, большая скорость печати. Скорость печати при последовательном формировании знаков в виде матрицы точек 5х7 превышает 1000 знаков в секунду. Способ эмиссии капель импульсным давлением заключается в выбросе из сопла одной капли чернил на каждое импульсное изменение давления внутри камеры с чернилами. Каплеобразование происходит в том случае, если давление в импульсе достаточно для преодоления сил поверхностного натяжения в капиллярном сопле и приобретения каплей кинетической энергии для отрыва ее от сопла. В способе эмиссии капель высоким давлением из сопла с большой скоростью (20 м/с) выбрасывается струя проводящих чернил, которая на некотором расстоянии от сопла дробится на капли. Пьезоэлектрический преобразователь модулирует скорость истечения струи и тем самым синхронизирует дробление струи на капли. Этот способ позволяет получить наибольшую скорость электрокаплеструйной печати. Наконец, третий способ − эмиссия капель электрическим полем − реализуется по аналогии с электростатическим распылением жидкости при электроокраске, но с тем отличием, что в качестве электрода используется капилляр. Привлекательным в этом способе является простота конструкции печатающей головки, так как в ней отсутствует сочетание высокого давления с высокочастотной вибрацией. Основной проблемой является обеспечение стабильного размера и заряда капель при распылении. В качестве примера на рис. 9.4 представлена схема электрокаплеструйного маркировочного модуля с эмиссией капель высоким постоянным давлением и ультразвуковой синхронизацией. Модуль состоит из генератора капель, включающего форсунку 3, сменного соплового элемента 4, пакета пьезокерамических дисков 11 и генератора синхронизации 9, зарядного устройства, включающего генератор импульсов напряжения 10, питающий индукционный электрод 5, системы отклоняющих электродов 6, содержащих постоянное во времени электростатическое поле, пневмогидробак для приема краски из ловушки 1, бак для подачи краски 2. Под действием постоянного давления р величиной 100 кПа происходит вытеснение краски из бака 2 через форсунку 3 и сопловой элемент 4, представляющий собой наконечник медицинской иглы, в который запрессован часовой камень с калиброванным отверстием. Если на форсунку не оказывать возмущающего воздействия, то поток краски представляет собой сплошную ламинарную струю. При подаче на пьезо-керамические диски напряжения синхронизации пьезокерамика начинает испытывать осевые колебания и жидкость на выходе из сопла вытекает с пульсирующей скоростью. Появляющиеся перетяжки в струе приводят к дроблению ее на капли одинакового размера. Образование капель происходит с частотой синхронизации, определяемой напряжением Uc. Если капли при проходе через зарядное устройство не заряжаются (напряжение на электроде 5 отсутствует), то капли улавливаются ловушкой 7. Капли, получившие заряд при отрыве от струи по индукционному механизму, отклоняются в поле электродов 6 и образуют отпечаток на подложке 8. Величина заряда капли определяет положение отпечатка по одной координате. Положение отпечатка по второй координате изменяется за счет механического перемещения подложки. -P +P 1 2 11 3 4 5 6 7 6 Генератор t t - U зар =varia +U=const U c =const 8 10 9 Рис. 9.4. Схема электрокаплеструйного маркировочного модуля 1 − бак приема краски; 2 − бак для подачи краски; 3 − форсунка; 8 − подложка, на которую наносится краска; 9 − генератор синхронизации; 4 − сопловой элемент; 5 − зарядное устройство; 6 − электроды, создающие отклоняющее поле; 7 − ловушка для незаряженных капель; 10 − генератор импульсов напряжения; 11 − пакет пьезокерамических дисков. 14. Аэрозольные электрогазодинамические устройства 14.1 Общая характеристика В аэрозольных электрогазодинамических устройствах имеет место одновременное движение заряженных жидких или твердых частиц малого размера в электрическом поле и под действием потока газа или воздуха. Отличительной чертой этих устройств является то, что роль газового потока не сводится только к пассивному переносу частиц. Более того, взаимодействия заряженных движущихся в электрическом поле частиц с потоком приводит к существенному изменению газодинамических характеристик самих потоков: скорости, давления, температуры. Это связано с отбором или вводом дополнительной энергии в поток. Основным элементом электрогазодинамического устройства является профилированный газодинамический канал с диэлектрическими стенками (рис. 14.1). Профиль канала рассчитывается таким образом, чтобы получить наиболее благоприятное для работы устройства распределение скорости и давления в потоке по длине. Например, в наиболее узкой части канала получается наибольшая скорость. Для того, чтобы обеспечить при возрастании скорости переход через звуковой барьер, используется сопло специальной формы − сопло Лаваля − состоящее из сочетания сходящихся − расходящихся конических частей. F V e U пот сетка R н 1 2 3 5 U пит U пот 4 Рис. 14.1 . Общая схема электрогазодинамического устройства 1 – профилированное сопло; 2,3,4 – электроды; 5 – частицы аэрозоля. Вторым важным элементом устройства является ряд электродов, кольцевых или в виде игл и сеток, которые соединены с источником высокого напряжения или подключены к нагрузке (рис. 14.1, электроды 2, 3, 4). В зависимости от назначения количество электродов, их расположение и форма могут быть самыми различными. Под действием напряжения, приложенного к электродам или зарядов, накопленных на них, в устройстве создаются электрические поля, совпадающие или противоположные по направлению газовому потоку. Поток газа содержит частицы определенного размера и концентрации. Эти частицы вводятся в поток специальным устройством − распылителем порошкового материала или жидкости. Второй вариант, когда в электрогазодинамических устройствах конденсационного типа частицы получаются в результате процессов конденсации пересыщенного пара, если, например, используется влажный воздух или водяной пар. Аналогичные условия имеют место в отношении зарядки частиц. Заряд частицам сообщается либо предварительно за пределами устройства или они заряжаются тем или иным способом внутри сопла. В рассматриваемых устройствах целесообразно использовать частицы размером 0,3 ÷0,7 мкм, так как частицы подобного размера обладают минимальной подвижностью в электрическом поле (см. гл. 5). Минимальная подвижность частиц является условием для наиболее интенсивного обмена энергией между частицами и потоком. Действительно, при использовании в качестве заряженных частиц ионов, подвижность которых в электрическом поле на несколько порядков выше, приводит к проскальзыванию и неполному увлечению их потоком и, как результат, недостаточно эффективному обмену энергией между частицами и потоком. На основе процессов конденсации с последующим укрупнению частиц в условиях пересыщения могут быть получены частицы размером, примерно соответствующим минимуму подвижности. Характерными представителями рассматриваемых устройств являются конденсационные ЭГД-генераторы заряженного аэрозоля, ЭГД-генераторы (источники электроэнергии), ЭГД-компрессоры (для перекачки газа или жидкости). 14.2. Конденсационные ЭГД-генераторы заряженного аэрозоля Работу устройства поясним, используя рис. 14.1. В качестве рабочей среды применяется водяной пар, который поступает в сходящееся коническое сопло слева. При движении в сходящемся коническом сопле скорость его движения возрастает, а давление и температура падают. Режим подбирается таким, чтобы перед входом в цилиндрическую часть сопла пар переходил в насыщенное состояние, и в результате конденсации образовывались капли воды. Зарядка обеспечивается за счет коронного разряда между иглой 2 и кольцевым электродом 3 (рис. 14.1) при подаче постоянного напряжения на иглу. Положительные ионы во внешней области коронного разряда осаждаются на каплях и на выходе цилиндрической части устройства формируется поток заряженного аэрозоля. Правая часть сопловой системы профилируется таким образом, чтобы избежать накопления объемного заряда на выходе (скорость потока должна быть больше 15 ÷20 м/с) и обеспечить отсутствия разрядов между струей заряженного аэрозоля и заземленными частями оборудования вблизи выхода генератора. Основной характеристикой генераторов заряженного аэрозоля является ток выноса, который измеряется в цепи сетчатого коллектора, размещенного на выходе генератора (рис. 14.1, электрод 4). Современные генераторы обеспечивают ток выноса до 200 мкА. 14.3. ЭГД-генераторы Схема простейшего варианта ЭГД-генератора представлена на рис. 14.2. Это устройство служит для преобразования энергии газового потока в электрическую энергию. Работает устройство следующим образом. Высокоскоростной газовый поток (V пот ≥ 50 м/с) содержащий мелко дисперсные частицы (2а ≈ 0,1÷0,7 мкм) поступает в зарядное устройство, образованное коронирующим (сетка с иглами) и заземленным (сетка) электродами. Частица заряжается во внешней зоне коронного разряда. Если на электрод 3 (рис. 14.2) подано постоянное напряжение положительной полярности, то частицы приобретают положительный заряд. Далее заряженные частицы с потоком поступают в рабочий промежуток между электродами 4 и 5. Коллектор 5 состоит из параллельных рядов металлической сетки для того, чтобы заряженные частицы, сталкиваясь с поверхностью коллектора, отдавали ему свой заряд. Таким образом на коллекторе накапливается заряд Q к и он приобретает потенциал U к относительно заземленных электродов. Если R н представляет собой сопротивление нагрузки, то под действием напряжения U к через него будет протекать ток. В рабочем промежутке на частицы действует электрическая сила F q =E ⋅q, обусловленная напряжением на коллекторе, и противоположно действующая гидродинамическая сила, увлекающая частицы с потоком. Накопление заряда на коллекторе и, следовательно, увеличение напряжения U кол будет происходить до тех пор, пока газодинамическая сила будет превосходить тормозящую электрическую силу. Другой возможный предельный случай определяется пробоем из-за увеличения напряженности в рабочем промежутке. |