Коротрон

Коротрон — это устройство для электризации диэлектрических материалов, используемое в копировальной и лазерной печатающей технике для создания равномерного электростатического заряда на поверхности фотобарабана или бумаги. Принцип действия коронного разряда основан на ионизации воздуха вблизи тонкого проводника (коронирующего электрода) под действием высокого напряжения, в результате чего образуются заряженные ионы, осаждающиеся на поверхности носителя.

Устройство и принцип действия

Коротрон представляет собой металлическую проволоку (струну) диаметром от 0,05 до 0,15 мм, натянутую между двумя изоляторами. Проволока изготавливается из вольфрама, стали или платино-иридиевого сплава для устойчивости к окислению и коррозии. В некоторых конструкциях применяется золотое напыление. К проволоке подводится постоянное напряжение от 4 до 8 кВ (в зависимости от модели устройства и типа носителя).

При подаче напряжения вокруг проволоки возникает коронный разряд — область ионизированного газа, в которой электроны, ускоренные электрическим полем, сталкиваются с молекулами воздуха, выбивая из них дополнительные электроны и создавая положительные ионы. В зависимости от полярности напряжения, на поверхность фотобарабана или бумаги осаждаются либо положительные, либо отрицательные ионы. В большинстве современных лазерных принтеров и копиров используется отрицательная корона, так как она обеспечивает более стабильный заряд и меньший уровень озонообразования.

Для равномерного распределения заряда по всей ширине носителя коронная проволока располагается параллельно оси фотобарабана на расстоянии 1–3 мм от его поверхности. В некоторых конструкциях применяется дополнительный экран (заземлённая пластина), который ограничивает зону разряда и предотвращает утечку заряда на соседние элементы.

История

Первые коронные разрядники для электрофотографии были разработаны в конце 1930-х годов американским изобретателем Честером Карлсоном, создателем ксерографии. В 1938 году Карлсон и его ассистент Отто Корнеи получили первый отпечаток, используя ручное устройство, в котором заряд наносился трением шерстяной тканью. Однако для промышленного применения требовался более надёжный и контролируемый способ электризации.

В 1942 году компания Battelle Memorial Institute (США) предложила использовать коронный разряд, что позволило автоматизировать процесс зарядки фотобарабана. Первый коммерческий копировальный аппарат Xerox 914 (1959 год) уже использовал коронные разрядники. Впоследствии конструкция коронных проводов совершенствовалась: появились системы с автоматической очисткой, защитой от пробоя и регулировкой напряжения.

Классификация

По типу разряда

• Положительный коронный разряд — используется в некоторых моделях для зарядки фотобарабана положительными ионами. Обеспечивает более высокую стабильность в условиях высокой влажности, но генерирует больше озона.
• Отрицательный коронный разряд — применяется в большинстве современных устройств. Меньше озона, но требует более точного контроля напряжения.

По конструкции

• Проволочный коронный разрядник — классическая конструкция с натянутой проволокой. Прост в изготовлении, но требует периодической очистки от загрязнений (тонер, пыль, окислы).
• Сеточный коронный разрядник — вместо проволоки используется металлическая сетка, что обеспечивает более равномерное распределение заряда, но снижает эффективность.
• Роликовый коронный разрядник — в некоторых моделях применяется вращающийся ролик с коронирующими элементами, что позволяет уменьшить габариты устройства.

По функциональному назначению

• Зарядный коронный разрядник (зарядный корон) — наносит первичный заряд на фотобарабан.
• Переносной коронный разрядник (переносной корон) — переносит тонер с фотобарабана на бумагу.
• Разрядный коронный разрядник (разрядный корон) — снимает остаточный заряд с фотобарабана после переноса изображения.

Применение

Коронные разрядники являются ключевым элементом в электрофотографических устройствах:

• Лазерные принтеры — для зарядки фотобарабана перед экспонированием лазерным лучом.
• Копировальные аппараты — для зарядки фотобарабана и переноса тонера на бумагу.
• Многофункциональные устройства (МФУ) — в комбинированных режимах печати и копирования.
• Факсимильные аппараты — в моделях, использующих электрофотографический способ печати.

В некоторых устройствах коронные разрядники заменяются контактными роликами (роликовыми зарядными устройствами), которые менее подвержены загрязнению и не выделяют озон. Однако коронные разрядники остаются незаменимыми в высокоскоростных промышленных принтерах и копирах, где требуется высокая равномерность заряда.

Эксплуатационные особенности

Загрязнение и очистка

Коронная проволока со временем покрывается слоем тонера, бумажной пыли и окислов, что приводит к неравномерному заряду и появлению дефектов печати (полосы, пятна, снижение плотности). Для очистки проволоки в большинстве устройств предусмотрен специальный ползунок (чистящий элемент), который перемещается вдоль проволоки при извлечении картриджа или принтера. В некоторых моделях очистка происходит автоматически при каждом цикле печати.

Озонообразование

Коронный разряд ионизирует кислород воздуха, образуя озон (O₃). Озон является токсичным газом, раздражающим дыхательные пути. Для снижения концентрации озона в современных устройствах устанавливаются озоновые фильтры (активированный уголь, каталитические нейтрализаторы). В моделях с отрицательным коронным разрядом озонообразование значительно ниже.

Срок службы

Коронная проволока рассчитана на 10 000–30 000 страниц печати, после чего требуется замена картриджа или ремонт. Выход из строя проволоки (обрыв, окисление, загрязнение) является одной из частых причин неисправностей лазерных принтеров.

Безопасность

Высокое напряжение, подаваемое на коронный разрядник (до 8 кВ), представляет опасность поражения электрическим током. Поэтому все работы по обслуживанию коронного разрядника должны проводиться при отключённом от сети устройстве и после разрядки конденсаторов блока питания. В современных принтерах предусмотрены блокировки, предотвращающие включение при открытых крышках.

Альтернативы

В малогабаритных и бытовых устройствах коронные разрядники постепенно вытесняются контактными роликовыми зарядными устройствами (роликами из проводящей резины или полиуретана). Ролики не выделяют озон, менее чувствительны к загрязнению и не требуют периодической очистки. Однако они обеспечивают менее равномерный заряд и быстрее изнашиваются. В профессиональных и промышленных устройствах коронные разрядники остаются предпочтительным решением.

Источники

• Честер Карлсон, «Электрофотография», патент США № 2 297 691, 1942.
• Р. М. Шаффер, «Коронный разряд в электрофотографии», Journal of Applied Physics, 1950.
• Техническая документация компании Xerox Corporation, серия 914, 1959.
• Дж. М. Кроу, «Электрофотография: принципы и практика», Springer, 1988.
• Руководство по эксплуатации лазерных принтеров HP LaserJet, Hewlett-Packard, 2005.