Введение к работе
Актуальность темы.
В последние годы цифровая печать переживает период бурного развития. Ежегодно на рынке появляются десятки новых принтеров и печатных машин. Современное состояние мировой экономики заставляет производителей цифрового оборудования заниматься вопросами снижение энергопотребления, при этом качество печати должно оставаться на высоком уровне, чтобы была возможность конкурировать с традиционными способами печати.
Одним из основных способов цифровой печати является электрофотография. Эта технология возникла в начале ХХ в. благодаря американскому изобретателю Ч. Карлсону, создавшему то, что сейчас называется классической электрофотографией - метод получения изображения, основанный на физических явлениях взаимодействия электростатических зарядов в полупроводниковых и диэлектрических материалах и средах. Процесс электрофотографической печати многостадийный. Стадия проявления очень важна, так как именно после неё скрытое электростатическое изображение становится видимым. Возможно применение различных технологий для проявления, однако, интерес представляет однокомпонентное немагнитное проявление с зазором.
В настоящее время в принтерах реализуется этот способ, но дополнительно применяется высокочастотное переменное электрическое поле для отрыва частиц тонера от проявляющего валика, что значительно усложняет систему вцелом. Например, в системе Xerox iGen3, iGen4 на поверхности проявляющего валика находится тонкая проволока, на которую подается переменное электрическое напряжение для преодоления адгезии тонера.
Причина отсутствия принтеров, использующих для переноса только постоянное электрическое поле, хорошо известна: кулоновские силы постоянного электрического поля между скрытым электростатическим изображением и заряженными частицами тонера значительно меньше адгезии тонера к проявляющему валику, их недостаточно, чтобы оторвать тонер от поверхности проявляющего валика и перенести его на поверхность фоторецептора. Попытки создать такое оборудование существовали - Panasonic и система Moore, но они не были коммерчески успешными.
Основным препятствием, которое необходимо преодолеть, чтобы сделать жизнеспособной такую систему проявления, является снижение адгезии тонера к проявляющему валику. Эксперименты показали, что фактическая адгезия в 10 раз выше теоретически рассчитанной с использованием простой теории, когда заряд помещают в центр тонерной частицы. В последнее время были достигнуты большие успехи в области уменьшения адгезии тонера, как экспериментально, так и теоретически [L. B. Schein, W. S. Czarneeki, B. Christensen, T. Mu, and G. Galliford. Experimental verification of the proximity theory of toner adhesion. J.Imaging Sci. Technol. 2004. № 48. PP. 412-417].
Возможность исключить узлы, облегчающие отрыв тонера, позволит резко упростить строение электрофотографических (ЭФГ) устройств. Это является актуальной задачей для создания компактных и дешевых цветных электрофотографических принтеров.
Поэтому целью настоящей работы является установление возможности уменьшения адгезии тонера к проявляющему валику в однокмопонентной немагнитной проявляющей системе с зазором для последующего упрощения строения электрофотографического устройства и снижения его энергопотребления.
Решаемая научная задача заключается в создании на поверхности тонера монослоя наночастиц оксида кремния для уменьшения адгезии частиц тонера на поверхности проявляющего валика, что значительно упрощает конструкцию электрофотографического устройства и снижает его энергопотребление.
Для этого были решены следующие задачи:
анализ опубликованных научных и патентных материалов в этой области;
исследование адгезии тонера и возможности её снижения;
анализ и выбор наноматериалов, пригодных для решения поставленной задачи;
исследование свойств тонера и изучение его размерных характеристик;
формирование тонерных смесей, пригодных для проведения экспериментов;
изучение влияния времени введения нанодобавки в состав тонера;
определение изменения адгезии при ипользовании тонера с разной концентрацией нанодобавки;
изучение параметров отпечатков, полученных при использовании тонера с различными концентрациями добавки.
Научная новизна настоящей работы состоит в следующем:
дано теоретическое объяснение снижения адгезии тонера на основании экспериментальных данных за счет уменьшения точек контакта тонера np путем создания монослоя наночастиц оксида кремния на поверхности тонера;
экспериментально установлена зависимость адгезионных свойств тонера на границе тонер-проявляющий валик от концентрации оксида кремния и условий его введения в состав тонера.
Практическая значимость заключается в том, что:
определена необходимая концентрация наночастиц оксида кремния для снижения адгезии;
установлены режимы введения добавки в тонер;
доказана возможность использования разработанного тонера в системе проявления с зазором без дополнительного узла, генерирующего высокочастотное переменное электрическое поле.
Апробация работы проходила в виде докладов и обсуждений на зеседаниях кафедры ТиТЦП МГУП имени Ивана Федорова; научно-технических конференциях молодых ученых МГУП имени Ивана Федорова (2010 г., 2011 г.); на международной учебно-практической конференции в г. Каунас (Литва, 2010 г.).
Публикации.
По теме диссертационной работы опубликовано 4 научные статьи. В том числе две из них в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем диссертации.