赢通天下中级技术员培训教程——激光打印机结构和原理- 激光打印机维修 ...企业库|免费b2b网站

激光技术出现于60年代，真正投入实际应用始于70年代初期。最早的激光发射器是充有氦-氖（He-Ne）气体的电子激光管，体积很大，因此在实际应用中受到了很大限制。70年代末期，半导体技术趋向成熟。半导体激光器随之诞生，高灵敏度的感光材料也不断发现，加上激光控制技术的发展，激光技术迅速成熟，并进入了实际应用领域。以　　90年代初，美国惠普公司和日本佳能公司生产的激光打印机，打印速度可达到每分钟8页，打印精度为600DP1。其中惠普公司的分辨率增强技术（Resolution Enhancement Techno1ogy）及PCL打印机　　感光鼓是一个光敏器件，有受光导通的特性。表面的光导涂层在扫描曝光前，由充电辊充上　　产生激光的光源，和普通的光源明显不同。如普通白炽灯光源是通过电流

　　激光打印机的图文信息，亦是由点阵组成。印刷质量要求越高，组成一个字符的点阵亦越多。激光扫描的点阵形成有四种方法。单线扫描：将一行字符的每一行的点阵信息，送至扫描器中进行扫描，称为单线扫描。多线顺序偏转扫描：高频信号发生器依次产生 9个不同的频率，依据布雷格衍射原理，它们在偏转调制器中会产生9条偏转角不同的扫描线，接着转镜旋转一个微小角度，扫描出从左至右的点阵信息。由于这种方法只需转镜转过一个微小的角度，它相当于单线扫描方法的1／132，即可形成1个字，故又称小光栅扫描。多线同时偏转扫描：是指在高频驱动电路中同时产生9个不同的频率，经合成后送至偏转调制器中。多线同时偏转多次扫描：这种方法与多线同时偏转扫描属同一类，只是从1个字符的形成上有所区别。即在扫描高点阵字符时，一个完整的字符是分成多次扫描完成的。图形信息的点阵形成与字符的点阵形成基本相似。

　　感光鼓是激光打印机的核心部件。它是一个光敏器件，主要用光导材料制成。它的基本工作原理就是"光电转换"的过程。它在激光打印机中作为消耗材料使用，而且它的价格也较为昂贵。光敏半导体有半导体的共性，如受热激发，掺杂后改变电导率等。此外，它还具有其他半导体不具有的"光导电"特性。光敏半导体受光照射后，它的电导率可以上升几个数量级。从能带上讲，它的价带中的电子吸收了光的能量后，跃入导带，产生电子-空穴对。这种由光照产生的电子-空穴对，称为"光生载流子"。光敏半导体内产生的"光生载流子"增多，它的电导率就上升。这种受光照射后提高的电导率称为"本征光电导率"。实际应用中，光敏半导体材料需经过掺杂后，才能制成激光器使用的半导体材料。所以除了有本征光电导率外，还必须具有光激发杂质能级上的电子或空穴形成的杂质光电导率的性质。在有些光敏半导体中，"杂质光电导率"起主光敏半导体受光照射后，会不同程度地改变物体内的"载流子迁移率"（迁移率是载流子的迁移速度与外电场的比值）。标志物体的导电

　　（1）数据转译：要打印完整的文字、图像，除激光打印机本身的功能外，还必须通过计算机把要打印内容，即文字或图像用文字处理软件或图形处理软件，编辑成具有一定格式的计算机语言。其描述的内容都是由计算机编辑软件决定，与激光打印机没有任何关系。当我们选定了打印机命令，并按下确定打印按钮后，计算机把编辑好的数据通过打印机接口传送给打印机，由打印机驱动程序把打印的内容进行解释，并转换成打印机可以识别的语言（也叫打印机语言），由打印机按照自己的语言打印出已经编辑好的文字或图像。

　　（2）数据传送：打印机与计算机之间的通讯传送端口有很多种，比较常见的是"串口" 或"并口"。EP P/ECP（Enhanced ParalleI Port／Extended Capabilities Port）称为增强型/扩展型并口。"串口"由于速度较慢，一般很少采用。其他如SCSI接口，因速度快，大都用在较 xx的打印机上。还有的打印机采用视频接口（VDO）方式与计算机通讯，通讯方式与其他接口不同，它传送的不是数据，而是激光束流，速度更快。它的数据是由另外一块"视频转换卡"来完成，但因它与计算机共亨内存，要求计算机有足够的缓存空间。一般印刷排版行业采用此种接口的打印机较多。有的xx打印机带有多种接口，可同时接多台计算机。现在生产的很多打印机配备速度更快的USB接口。

　　当打印控制器从计算机接收数据之后，打印机一般采取两种工作方式：一种是把数据直接送给解释器执行打印，称为"段工作方式"，这种方式工作的打印机不需要很多的缓存和内存，普通型的打印机多采用此种工作方式。另一种是把传输的数据存储在打印机内部的硬盘中，待使用时可随时打印出来，也称为"池工作方式"，很多xx打印机使用这种工作方式。它的优点是当许多用户共享一台打印机时，可同时发出打印命令而不必等待，并可节省数据通讯传输的等待时间，但其价格也较贵。

　　激光打印机的点阵排列是由二进制数据组成的方阵控制，每个点对应一个二进制数位，由运算控制器控制激光器向感光鼓表面射出一束激光，称为"曝光"，被曝光的"点" 称为"像素点"。要打印一个文字或一幅图像，需要很多的"像素点"组成。因此，单位面积内像素点的数目越多，打印的分辨率就越高。如果一个激光扫描装置，沿感光鼓轴向水平表面，射出每英寸300个点，并且感光鼓由主电机带动按照1／300分匀速旋转，那么，激光打印机就能以每平方英寸300×300DPI的分辨率打印出文字或图像。现在，xx的激光打印机的输出精度可以达到2400DPI。由像素点形成点阵图像，还要经过声光调制器、高频驱动器、扫描器同步器和光学系统共同完成。
（1）声光调制器

　　大家知道，电视机接收到的图像和声音是由电视台将声光信号调制为电信号发射出来的。电视机接收到电信号再经过解调，还原成图像和声音。激光打印机激光器射出的光束也载有数据信息，这些信息的转换过程也类似于电视机信息传递过程。只是此过程是由声光调制器转换的。声光调制器的调制频率可达30MHz左右，特性稳定，因此大多数的激光打印机都采用这种调制器。声光调制器的工作原理是利用声光效应所产生的布雷格衍射的特点，实现对激光束传播方向的控制。激光束欲完成图文信息的映像任务，必须用图文信息进行调制，恰如电视台将图像及声音信号调制到无线电波上去，方能在电视机中解调出图像与声音信号一样。声光调制器的工作原理，是利用声光效应产生布雷格衍射，若在玻璃及晶体等超声媒质中产生超声波，便将引起周期性的折射率变化，而成为相位型衍射栅，光栅常数等于超声波波长，当激光束射到超声媒质中时，激光束即产生衍射，衍射光的强度及方向会随超声波的频率及强度而变化，即为声光效应。

　　布雷格衍射在超声波只有一种高频信号时入射的激光束除产生未偏转的0级光外，尚产生一条1级衍射光，声光调制器在改变光束的传播时，还使0级及1级光的强度随调制信号而变化，若有若干个不同的高频正统波被加到换能器上，则能产生若干条衍射光，称这种现象为多频衍射。在激光打印机中，高频驱动电路的作用，即是产生多个高频正弦波信号，供声光调制器使用。典型的高频信号源，可产生9个高频信号，经声光器件产生9条衍射光。这9条高频信号频率应稳定，波形失真小，在相加电路中相加到一起送往换能器时，需各个频率的信号相互影响小，不产生畸变，以便保证经衍射后的衍射光有较好的线性。

　　欲使经调制后的激光束在感光硒鼓上产生文字与图像，尚应完成横向（沿打印纸行的方向）及纵向两个方向运动。纵向运动是依靠硒鼓的旋转来完成，而光束的横向运动则由扫描器来完成。按工作方式扫描器分声光式、电光式、检流计式及转镜式等。鉴于转镜式扫描器有扫描角度大、分辨率高、光能损耗小及结构简单等优点，而被广泛用于激光打印机中。为了减少多面镜旋转时产生的非线性误差，转镜的几何精度的误差及转镜驱动电动机转速不稳等，引起的纵向间距和字符的轨迹不均匀等缺点，一般在扫描器中还装有一个同步信号传感器。此传感器是使用布雷格衍射产生的0级光，不产生偏转，从而经多面转镜反射后具有照射位置固定的特点，将其作为同步信号，用来控制高频信号发生器的起停，可保证扫描间距一致，xx上述误差。

　　激光打印机用的多棱扫描器（镜），一般有二面镜、四面镜、六面镜三种，由扫描电机带动旋转，完成横向的扫描运动。它是保证激光打印机打印精度的关键部件。扫描器完成横向扫描的原理为：我们设定MN为扫描器的一个镜面。当入射激光束射到MN面的A点上时，若入射角为θi，则反射光束以反射角θd反射出来，θi=θd，当MN转过一个角度φ，而入射光束方向不变，则反射光束转过2φ，也就是反射光束以MN的两倍角旋转。如果P为反射光点在感光鼓的一端，而P1为反射光点，在感光鼓的另一端就完成了对感光鼓的横向扫描，当然扫描器的旋转速度是极快的，所以P～P1之间也形成很多的反射激光束点。当主电机带动感光鼓旋转，同时也完成纵向扫描的反射激光束点，就这样最终完成文字或图像的点阵排列。

　　早期生产的激光打印机采用电极丝及栅网复合的结构充电的较多，现在新型激光打印机大部分采用充电胶辊（FCR）对感光鼓充电。当高压发生器送到电极丝一个高压电后，电极丝与栅网之间形成一个强电场，并释放出电晕。使电极丝与感光鼓之间的空气发生电离，空气离子向感光鼓表面迁移，使光导体（感光鼓）表面充满电荷。这种方法能使光导体（感光鼓）表面荷电均匀，但同时也产生大量的负离子（臭氧）。臭氧聚集到一定量时，对人体是有害的。如佳能早期产品LBP-SX、ST型，惠普公司的早期产品HP2、3和日本生产的松下KX6500，联想LJ6L、LJ6P等机型均采用此方法充电。

　　扫描曝光就是利用感光鼓表面光导材料的光敏性质。当光导体受到激光束扫描照射后，被光照的部分与感光鼓导电层导通使电荷消失，没有被光照射的部分仍保持充电电荷，这样就形成一幅电位差图像，也可以理解为对感光鼓的"消电"过程。消电过程，光导体表面的电位是在变化的，这个电位变化对打印质量影响很大。
在对感光鼓表面充电时，随着电荷在感光鼓表面的积累，电位也不断升高，{zh1}达到 "饱和"电位，就是{zg}电位。表面电位会随着时间的推移而下降，一般工作时的电位都低于这个电位，这个电位随时间自然降低的过程，称之为"暗衰"过程。感光鼓经扫描曝光时，暗区（指未受光照射部分的光导体表面）电位仍处在暗衰过程；亮区（指受光照射部分的光导体表面）光导层内载流子密度迅速增加，电导率急速上升，形成光导电压，电荷迅速消失，光导体表面电位也迅速下降。称之为"光衰"，{zh1}趋缓。

　　现在新生产的激光打印机一般都带有"分辨率增强方式（RET）"。通过RET方式，可以填充斜线或弧线"点阵空穴"的缺陷，RET对横、竖向点阵不起做用。它有三种方式：① 轻度（Lighi）；②中度（Medium）；③深度（Dark）。RET可以结合打印浓度的选择打印出精美的文字或图像，也称为平滑技术。不同设置，打印出样张上的标志块不同。
显影磁辊：显影磁辊是运载墨粉的重要部件。{yj}磁芯是不旋转的，它的作用是利用磁性吸附墨粉到磁辊表面。磁辊表面喷有一层粗糙的石墨层，使之与墨粉刮板形成电于空穴而利于墨粉传递。当载有墨粉的磁辊旋转出刮板位置时，磁辊表面的墨粉除带有电荷外，由于磁场的作用力使之形成"磁穗"，也就是"墨粉雾"，对磁辊外套施加偏压，使磁穗有秩序的排列起来。磁辊"隔套"的作用是控制磁辊表面磁穗与感光鼓之间的有效吸引距离，有利于提高墨粉"跳动显像"。

　　转印的方法有两种，一种为"电晕放电转印"（电极丝），另一种为"放电胶辊"转印。二者的工作原理是相同的。机型不一，转印方式有所差别。早期生产的激光打印机多采用电晕放电的转印方式。当载有墨粉图像的感光鼓旋转到与转印电极或转印胶辊相切的位置时，一张打印纸也被送入二者之间，这时加到转印电极上的高压开始放电，将打印纸推向感光鼓的同时，由于打印纸底面转印高压的电场作用，会将感光鼓上的墨粉图像吸引到打印纸上，完成墨粉图像的二次转移。转印电极丝或转印胶辊放电极性是相同的，呈负性，但这个负电压要比感光鼓曝光区所带负电压高，这样在把打印纸推向感光鼓的同时，也把墨粉 {zd0}限度地吸引到打印纸上。但要注意，在墨粉转移到打即纸上时，如果打即纸受潮，绝缘性能不好，将影响墨粉转移效率，故而会出现图像缺损、字符空心筹打印质量不佳的问题。

　　吸附在纸上的碳粉，是由热性的树脂及碳粉混炼而成的微小颗粒，当吸附有碳粉的纸经过两个较高而间隙又不大的金属滚筒之夹缝时，碳粉中的树脂溶化而与碳粉一起被紧紧地压附在纸上，从而形成{yj}的图像，同时亦完成了激光打印的整个过程。墨粉的熔化温度约10 0℃，热辊的温度与纸张通过的速度有关，一般在150～180℃之间。感光鼓经过清扫残余粉及光照xx剩余电荷，即进入下一轮循环。
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　　当加热辊没有通电时，热敏电阻的阻值大约在200K，逻辑控制电路0101导通，可控硅SSR101 导通，加热器开始加热。当加热辊温度逐渐升高，热敏电阻阻值下降，当加热器表面温度达到约180℃时，热敏电阻阻值也到{zd1}，约10K左右，热敏电阻至逻辑控制电路输入电压升高，达到一定的数值后0101截止，加热器停止加热。如此反复而控制加热器表面温度保持在设计的温度范围内。激光打印机设有节电功能（睡眠方式），如果在设定的时间内没有打印，主逻辑电路就会控制加热器进入节电状态，使加热器表面温度保持在165℃左右。这样控制一方面可以节省电能消耗，另一方面，当再次启动打印作业时，可以缩短预热等待的时间（进入节电状态的时间是可以设定的）。

　　为防止激光打印机内的温度无限制地升高，烧坏加热灯和加热辊，在加热灯电路中串联了一只热保护器（热敏开关），与加热辊贴近。热敏开关内部有一组长闭触点和一个钛金属片及撞秆。钛是一种记忆性金属材料，制造时记忆温度为210℃。假如温控电路失控，当加热辊表面温度超过设定温度210℃，钛金属受热收缩变形，压迫撞杆断开常闭触点，切断电路起到保护加热器作用。当温度低于180℃时，钛金属恢复原记忆状态，常闭触点关闭，电路接通。有些打印机则采用熔断性保护器，原理类似于电流保险丝。

　　橡胶清洁刮板是用尿醛树脂制作，有一个平直的刀刃且具有耐磨性和柔韧性。刀刃与感光鼓表面形成一个剪切角并有一定压力。当感光鼓载着残留在表面的墨粉旋转时，残留墨粉被清洁刮板刮入废粉收集仓内。与刮板相对的位置上还有一个止回片，以防止清洁后废粉的飞出。由于橡胶刮板始终与感光鼓剪切并具有一定压力，会造成感光鼓表面的磨损，在刮板刃部涂有润滑粉。如果清洁刮板刀刃有损伤，残留在感光鼓表面的墨粉便不能被彻底清除，使下一个打印周期的图像重叠而产生不良的打印效果。

　　打印过程中纸张的传送由电子控制系统控制机械装置完成传递动作。其中包括传动齿轮、光电感应器的遮挡杠杆和搓纸轮的动作。机械传动系统，因机型不同，结构有所差别，但工作原理基本一致。xx机型机械结构较为复杂一些。如中档以下的一般无"打印纸对齐"装置，而xx机除有此装置以外，还有"进纸卷取器"和"出纸卷取器"。多个卷取装置，可使打印纸的传输更加平稳，也会减少"卡纸"现象。机械传动系统主要是各部件之间的齿轮传递，较为直观不。下面讲讲机电器件的机械传递动作是如何完成的。

　　惠普、佳能，爱普生等系列xx机型打印机的送纸装置，多采用磨擦式电磁离合器，直接带动搓纸轮、纸对齐轮送纸。它的工作原理是：当电流信号流过电磁离合器内部线圈产生电场，离合器中间的联动叉被推向联轴器一端，两片磨擦片产生磨擦止动，由拨叉带动搓纸轮旋转将打印纸送入打印机内的"纸对齐辊"前沿并使打印纸稍微弓起，打印纸与对齐辊对齐。此时，对齐辊不转动，当对齐辊离合器接受命令旋转，就将打印纸送入打印通道（磨擦式电磁离合器的搓纸轮是圆形而不是凸轮形状）。

　　光电传感器是由一个发光二极管和光敏二极管分别装到两个密封小盒子内。在两支二极管相对位置，各有一个感应窗。平时2个窗中间有一个杠杆遮挡片，遮挡发光二极管的光束。光敏二极管不受光，也就不能导通，逻辑电路也不工作。当运动中的打印纸把光电感应器中间的遮挡片杠杆撞开时，发光二极管的光束射向光敏二极管，光敏二极管受光导通，通知逻辑控制电路发出指令，以控制打印机下一个时段的工作。激光打印机的打印纸感应器、送纸感应器、出纸感应器都采用光电传感器。它是主控电路的逻辑控制器件，用来实现打印工作的时序控制。如果在打印工作中的规定时段内，没有感应到应有的动作，逻辑电路立即向主控电路发出一个"终止"信息，使打印机停止工作，同时显示面板也会显示出" 错误"信息，等待检查或维修。
10.电子控制系统

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