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TOP  >  ブログ  >  建築屋のはるちゃん  >  今日はなんの日  >  10月22日今日はなんの日【コピー機の原理を発明】
2011
10月 22
(土)
00:10
10月22日今日はなんの日【コピー機の原理を発明】
本文
&font(180%,,#c0c0c0){''誰もが恩恵を受けている           ''};

&ref(zerogurafi-.jpg);

1938年 - チェスター・F・カールソンがコピー機などの原理であるゼログラフィ
(電子複写方式)を発明。

ゼログラフィの仕組み

ゼログラフィ(Xerography)または電子写真(electrophotography)とは、1938
年にチェスター・カールソンが発明した乾式複写技法であり、1942年10月6日
に アメリカ合衆国特許第2,297,691号 として特許を取得した。カールソン自
身は元々これを electrophotography と呼んでいた。xerography という用語は
、ギリシア語の語根 xeros(乾燥)と graphos(書く)を組み合わせたもので、液
状の化学物質を使った青写真などとは異なる複写技法であることを強調し
ている。


ゲオルグ・クリストフ・リヒテンベルクが1778年に乾式静電印刷法を発明し
ているが[1]、カールソンは静電印刷に写真を組み合わせて発展させた。カー特徴 [編集]

ルソンの元々の技法は、平らな板にいくつかの処理を手で施す必要があり、
面倒だった。全工程を自動化するのに18年もかかっている。重要なブレーク
スルーは、平らな板ではなくセレンをコーティングした円柱状のドラムを使
ったことだった。これによって世界初の自動複写機が1960年、ゼロックスから
発売された。ゼログラフィは、多くの複写機、レーザープリンター、LEDプリン
ターで使われている。

ゼログラフィによるコピーの模式図
最初の商用利用は、手動で操作する平坦な光センサーと複写カメラ、それと
は別のオフセット版を作る処理装置から構成されていた。今日、この技術は
コピー機、レーザープリンター、さらには Xerox iGen3 や Xeikon といったデジ
タル印刷システムに使われており、徐々に既存のオフセット印刷を置き換え
つつある。

光センサーは円柱上に配置することで、自動処理が可能となった。1960年、初
の自動複写機が作られ、その後多数の複写機が作られてきた。同じ手法はマ
イクロフィルムプリンターやコンピュータの出力機器であるレーザープリ
ンターやLEDプリンターにも使われている。以下で説明するプロセスは、複
写機での円柱上のものである。各ステップには設計上の派生が存在する。
金属の円柱を水平な軸を中心として回るよう設置する。これをドラムと呼
ぶ。ドラムの端から端までの寸法が多めの許容差を含めた印刷の幅となる。

ゼロックス社で開発した初期の複写機では、ドラムの表面にセレンのアモル
ファスを真空蒸着してコーティングしていた。最近では、セレンの代わりにセ
ラミックか有機光導電体 (OPC) を用いる。セレンのアモルファスは暗いところ
では帯電してそれを保持し、明るいところでは導電性になり表面の電位を中
和する。1970年代、IBMはセレンと同様の働きをする有機光導電体を開発すれ
ば、ゼロックスの特許を回避できると考えた。有機光導電体は柔軟な帯に蒸着
でき、感光体の波長を光源に合わせる事が出来るので最近では主流となって
いる。

レーザープリンターのドラムはシリコンダイオードのサンドイッチ構造にな
っており、水素を加えた光電導層、電流漏れを最小化する窒化ホウ素を加えた
層(ダイオード効果が発生する)、酸素または窒素を加えたシリコンの表面
層からなる(シリコン窒化物は磨り減るのを防ぐ効果(耐摩耗性)がある)。
ドラムは紙を出力する速度で回転する。以下の工程は基本的にドラムが一
回転する間に行われる。

ステップ1 帯電
コロナ放電電極 (Corotron) によってコロナ放電することで、ドラム表面全体に
静電気を帯電させる。放電出力は制御グリッドまたはスクリーンで制限する
。この放電装置を Screened Corotron または Scorotron と呼ぶ。同じことは帯
電させたローラーを接触させる方法でも実現できる。極性は複写元がポジか
ネガかで選択する。ポジは通常の紙のように白の上に黒い文字があるような
場合、ネガはマイクロフィルムのように黒い背景に白い文字などがある場合
や、デジタル印刷/コピーの場合である。このように極性を設定することで後
のレーザー光を使う工程で節約することができる。

ステップ2 露光
複写すべき文書やマイクロフィルムに光を当て、レンズの上を通過させるか
、光とレンズをスキャンするように動かし、その像がドラムの回転に連動して
ドラム表面に投影されるようにする。あるいは、キセノンガスによるストロ
ボで瞬間的に潜像を回転するドラムやベルト上に投影する方式もある。そ
の像の文字などに対応する部分は暗いため、対応するドラム表面も光が当
たる部分と当たらない部分が出てくる。

光が照射され部分は感光体が導電性になるため表面の電荷が中和されるた
め帯電が消え、光が当たらなかった部分は帯電が維持される。
レーザープリンターやLEDプリンターでは、調節した光をドラム表面に投影
することで潜像を生成する。この光はポジ画像に対応して調節され、元の画像
の白いピクセルに対応する部分に光を当てる。

ステップ3 現像
トナー粒子と大きめの金属製のキャリア粒子をゆっくり攪拌したものをドラ
ムに近づける。キャリア粒子は攪拌で摩擦が生じることで帯電し、トナー粒子
をひきつけて、トナー粒子でコーティングしたようになっている。この混合物
を磁気ローラーで操作し、ドラムやベルトの表面にトナーをこすりつける。接
触したとき、ドラム表面の帯電した部分(潜像)とトナー粒子はちょうど逆の
極性に帯電しており、ひきつけあってトナー粒子がドラム表面に付着する。

付着するトナーの量を調節するため、現像ローラーにバイアス電圧を印加し、
トナーと潜像の引き付けあう力を相殺する。マイクロフィルムのネガ画像を
複写する場合、ステップ1で述べたようにドラム表面の帯電の極性が逆になっ
ている。そのためネガ潜像で露光しなかった部分はトナー粒子と反発する極
性で帯電しているため、露光した部分だけトナー粒子が残り、ポジ画像に変換
される。初期のカラー複写機やプリンターは色つきフィルターと各色のトナ
ーを使い、ここまでのサイクルを数回繰り返していた。最近では、YMCK各色に
感光体、現像ユニットが組み込まれておりここまでのステップを1回転のうち
に行うようになっている。

ステップ4 転写
ドラムと転写コロナ放電電極の間に紙を通す。転写コロナ放電電極はドラム
上のトナーとは逆の極性に帯電している。そのため紙がトナーと引き付けあ
う極性に帯電し、押し付けられた圧力と引き付けあう静電気の力とでドラム
上のトナーが描いている画像が紙に転写される。カラーや高速複写機では、転
写コロナの代わりに帯電させたバイアス転写ローラーを使い、より強い圧力
をかける。
ステップ5 分離

紙上の静電気は第二のコロナ放電電極で交流電圧を印加することで部分的
に中和される。通常転写コロナのすぐ後にこのコロナ放電電極があり、それに
よって紙がトナーの像(のほとんど)と共にドラムやベルト表面から分離さ
れる。

ステップ6 定着
紙に熱と圧力をかけることで、紙上のトナーが溶融して紙にしっかりと固定
される。

ステップ7 クリーニング
分離ステップでドラムは部分的に放電しているが、静電気と転写されずに残
ったトナーを完全に落とすため、クリーニングブレードと呼ばれる回転する
ブラシをドラム表面に当てる。多くの場合、ここで落とされたトナーは廃棄
物となるが、現像装置に戻して再利用するシステムもある。これは経済的で
ある反面、転写されにくいトナーの割合が徐々に増していき、複写の品質が
悪くなるという問題も起きやすい。

ゼログラフィの開発により、従来のオフセット印刷機の代替となるような新
技術が生まれた。ゼロックスやXeikonは従来の印刷機の品質に迫る完全な
CMYKカラー印刷システムを開発している。複写以外にもオフセット印刷の
製版工程においても使用される。以上出典ウィキペディア
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