1. Предисловие.

Электрографический метод - метод регистрации и анализа биоэлектрических процессов человека и животных--нашел весьма широкое применение в клинической практике, физиологическом эксперименте, авиационной и космической медицине, исследованиях по физиологии труда и спорта. Столь широкое применение электрографического метода объясняется тем, что он позволяет получить ценную информацию о нормальной или патологической деятельности тканей, органов и систем. В медицине электрографический метод зарекомендовал себя как важный диагностический метод. Так, ни одно кардиологическое исследование не проводится теперь без тщательного анализа электрической активности сердца больного. Ценные диагностические данные дают исследования электрической активности мозга и мышц и др... Большим достоинством электрографического метода при использовании в клинике является его безболезненность. Широкому применению электрографического метода содействовало использование в технике электрографии последних достижений электроники. Современные электрографические установки, обеспечивающие многоканальную регистрацию биоэлектрических процессов и автоматический анализ электрограмм, представляют собой весьма совершенные, но довольно сложные устройства. Какими же знаниями электрографической техники должны обладать электрофизиолог и врач, использующие электрографическую аппаратуру в своей повседневной работе? Следует ли им знать эту аппаратуру так же хорошо, как и инженерам и техникам, занимающимся ее разработкой и эксплуатацией, или можно целиком положиться на инженеров и техников и вовсе не знать характеристик и возможностей аппаратуры? Нетрудно показать, что первое невозможно, а второе недопустимо. В самом деле, если бы электрофизиолог и врач, пользующиеся электрографическим методом, попытались глубоко изучить электрографическую технику, то у них не хватило бы времени на свою основную работу. Незнание же ими основных данных электрографической установки и ее характеристик не позволяет сознательно и полностью ее использовать. Электрофизиолог и врач должны четко представлять себе принцип действия электрографической установки, детально знать ее характеристики, уметь устранять простейшие неисправности. Кроме того, им необходимо уметь отличать исследуемую биоэлектрическую активность от артефактов, находить на электрограмме результаты воздействия помех, знать и уметь применять способы, устраняющие артефакты и помехи электрографии. Они должны также быть знакомы с новыми направлениями в применении электрографической техники, с перспективами ее развития.

1.1. Введение.

Электрофизиологические методы позволяют изучать физиологические процессы, происходящие в органах и тканях в норме и патологии, путем исследования протекающих в них биоэлектрических процессов и путем их стимуляции электрическим током. Электрографический метод является одним из наиболее эффективных способов исследования физиологических процессов. Известно, что функция органа проявляется, во-первых, специфическим рабочим эффектом (сокращение, секреция и т. п.) и, во-вторых, рядом общих для тканей неспецифических физико-химических изменений (интенсивность обменных процессов, теплообразование, биоэлектрическая активность и др.). Таким образом, в ряде случаев состояние и рабочие возможности органа можно оценивать как по специфическому, рабочему эффекту, так и по сопровождающей его биоэлектрической активности. Например, о рабочих возможностях сердца можно судить не только по его производительности, но также и по его электрической активности. Н. Е. Введенским была установлена закономерность, свидетельствующая о корреляции между функциональными (тем более патологическими) изменениями в тканях и органах и изменениями их биоэлектрической активности. Подтвержденная неоднократно, эта закономерность легла в основу электрографического метода. Однако электрографический метод позволяет получать информацию не только в тех случаях, когда биоэлектрическая активность сопровождает специфический эффект органа (сокращение мышцы и сердца, секреторная и моторная активность желудка и др.),но и в тех случаях, когда получить данные об этом специфическом эффекте другими методами не удается. Электрографический метод позволяет получить сведения о прохождении волны возбуждения по нерву, информацию о жизнедеятельности мозга без исследования характера и особенностей осуществляемых им рефлексов и, наконец, данные о подготовке мышцы к выполнению сократительного процесса и др. Нередко представление о состоянии органа или системы может быть установлено по изменению порядка следования импульсов электрической активности. Электрографический метод позволяет регистрировать спонтанную или фоновую электрическую активность и биопотенциалы, являющиеся ответом на функциональную нагрузку, например стимуляцию. Весьма важным для медицинского применения электрографического метода является тот факт, что биоэлектрическая активность органа может быть зарегистрирована не только при наложении электродов непосредственно на него, но и с кожи исследуемого. Таким образом, предметом электрографии охватываются вопросы индикации, регистрации и анализа биоэлектрической активности тканей, органов и систем,проводимые с целью изучения как собственно биоэлектрических процессов, так и физиологических процессов, которые они сопровождают и отражают. Успехи в развитии техники электрографии во многом определяют развитие самого электрографического метода. 2.1. Схема регистрации биоэлектрических процессов человека Прежде чем описывать отдельные элементы электрографической установки, необходимо представить себе общую схему регистрации биоэлектрических процессов больного в условиях клиники, уяснить назначение каждого элемента этой схемы и их взаимосвязь. С этой целью рассмотрим схему регистрации биоэлектрических процессов человека, показанную на рис. 1. Электрографическая установка включает электроды 5, электродные провода 6, блок переключателей (коммутатор) электродов 7, калибратор напряжения 8, устройство для измерений междуэлектродного сопротивления 9, усилители 10, регистраторы 11, входящие в состав осциллографа 12, анализатор электрической активности 13 и стимулятор 14. Орган 1, электрическая активность которого исследуется, как и органы 2, наличие электрической активности которых мешает анализу первой, представляют собой своеобразные электрические генераторы, которые, как и физические электрические генераторы, характеризуются развиваемой ими электродвижущей силой (ЭДС) и внутренним сопротивлением. ЭДС в свою очередь характеризуется амплитудой, формой и диапазоном частот. Продуцируемая органами ЭДС низкоамплитудна (тысячные доли вольта и меньше). Форма ЭДС весьма разнообразна. Диапазон частот биоэлектрических активностей простирается от постоянных напряжений до десятков килогерц... ЭДС, продуцируемая органом 1, вызывает в соединительных тканях 8 è â êîæå 4 биотоки, которые создают разность потенциалов на поверхности кожи 4, отражающую все изменения ЭДС самого органа 1. Эта разность потенциалов и регистрируется с помощью электрографической установки на электрограмме, которая, как известно, представляет собой графическое изображение изменений разности потенциалов во времени в точках наложения электродов на тело исследуемого больного. С помощью электрографической установки регистрируются разность потенциалов между электродами, наложенными на ткань, а не биотоки; здесь и далее применяются термины «бионапряжение» и «усилитель бионапряжений», а не «биотоки» и «усилитель биотоков». Получить электрограмму записанную при наложении электродов на кожу 4, тождественную ЭДС, продуцируемой электрически активным органам, удается лишь в том случае, когда учитываются электрические характеристики органа 1, электрическое сопротивление тканей 3 è êîæè4 и характеристики самой электрографической установки. Электрическая активность исследуемого органа 1 и электрические активности органов 2, мешающие выявить первую, создают в точках наложения электродов суммарную разность потенциалов. Поэтому исследуя биопотенциалы органа 1 , прибегают к приемам, позволяющим исключить или ослабить на электрограмме артефакты, вызываемые активностью органов 2. Электроды 5 электрографической установки предназначаются для снятия исследуемой разности потенциалов. В зависимости от назначения электроды бывают различной формы и площади. Состояние контакта электрод - тело исследуемого человека играет решающую роль в получении высококачественной электрограммы без электродных артефактов. Для получения хорошего электрического контакта между электродом и телом исследуемого человека принимаются меры для уменьшения переходного сопротивления электрод - тело. Фиксация электродов производится весьма тщательно. Электродные провода 6 соединяют электроды 5 с электрографической установкой. При исследовании электрической активности органов и тканей человека часто бывает необходимо записать количество процессов, превышающее число каналов регистрации электрографической установки. В таких случаях на тело человека накладывается необходимое число электродов 5, которые с помощью блока переключателей (коммутатора) электродов 7 последовательно подключают к электрографической установке. Переключатели (коммутатор) электродов обеспечивают подключение любого электрода к любому каналу регистрации, части электродов - к своей группе каналов или могут осуществлять определенную, заранее выбранную комбинацию подключения электродов к каналам регистрации с помощью поворота одной ручки. Неотъемлемой частью электрографической установки является также калибратор напряжения 8, с помощью которого на электрограмму наносится масштаб напряжения для того, чтобы, сравнивая с ним, можно было бы оценить амплитуду бионапряжений. Масштаб напряжения («калибровка») наносят на электрограмму в начале или в конце исследования, а в некоторых случаях в процессе записи. Измерение междуэлектродного сопротивления производят с помощью устройства. Регистраторы è малочувствительны и требуют усиления бионапряжений, осуществляемого с помощью усилителей 10. Осциллограф 12 состоит: из 1) регистраторов 11, 2) ленты, на которую с их помощью наносится графическое изображение исследуемых процессов, 3) лентопротяжного механизма, обеспечивающего равномерное движение ленты, 4) отметчика времени, наносящего отметки на ленту, и 5) устройства визуального наблюдения за исследуемыми процессами перед записью их на ленте. Для того чтобы установить реакцию биоэлектрических ответов на стимулы различной физической природы, необходимо на ленту осциллографа 12, кроме исследуемых процессов и отметок времени, наносить также отметки о подаче раздражений от стимулятора 14. Электрографическая установка может быть выполнена из отдельных блоков (блок переключателей электродов 7, усилители бионапряжений 10 и осциллограф 12) либо представлять собой единую конструкцию, состоящую из перечисленных блоков. Кривая электрической активности какого-либо органа не всегда отражает патологические изменения, которые могут быть выявлены при визуальном анализе. Часто для их выявления требуется произвести более детальный анализ электрограммы. Детальный анализ одной кривой электрограммы, проводимый путем измерения амплитуд и длительностей ее зубцов вручную, отнимает много времени, а такой анализ нескольких кривых настолько трудоемок, что является практически неосуществимым. Это и обусловило необходимость создания автоматических анализаторов биоэлектрических процессов, производящих запись результатов анализа на той же электрограмме, на которой записывается и анализируемая биоэлектрическая активность. Автоматические анализаторы 13 становятся непременной частью электроэнцефалографических и электромиографических установок. Информация, получаемая от электрограмм, в которых зарегистрированы биоэлектрические ответы на дозированные стимулы, оказалась значительно богаче таковой, получаемой от электрограмм, отражающих «спонтанную» активность... Поэтому в комплект электроэнцефалографов и электромиографических установок входят соответствующие стимуляторы 14. На электрограмме, кроме исследуемой биоэлектрической активности, регистрируются также напряжения, вызванные источниками помех электрографии 15, имеющимися в любом лечебном учреждении. Одним из источников помех является электрическая сеть переменного тока (осветительная или силовая). Создаваемое ею электрическое переменное поле воздействует на тело исследуемого. На электрограмме записывается переменное напряжение помехи, которая, накладываясь на кривую биоэлектрической активности, искажает ее. Помехи электрографии создаются также переменными магнитными полями, высокочастотными полями и др. Если в прошлом регистрация биоэлектрических процессов человека производилась только в экранирующей камере (в комнате, обитой металлическими листами или сеткой), исключающей влияние многих видов помех, то теперь такая регистрация производится даже в операционной без применения экранировки.

2.2. Внутренние органы, ткани и кожа как электрические генераторы. Электрическая активность органов и тканей обладает важной информацией о происходящих в них физиологических и патологических процессах. Для получения этой информации следует зарегистрировать электрическую активность. Необходимо знать электрические характеристики «генераторов» (органов и тканей), так как без учета этих характеристик невозможно неискаженно зарегистрировать биоэлектрические процессы. Всякий электрический генератор, в том числе электрически активный орган или ткань, характеризуется следующими параметрами: а) характером изменения ЭДС во времени (диапазоном изменения амплитуд ЭДС, частотным диапазоном и формой); б) внутренним сопротивлением. Прежде чем рассмотреть эти параметры применительно к органам и тканям, необходимо остановиться на некоторых терминах. При изучении незатухающих синусоидальных колебаний под их амплитудой понимают наибольшее отклонение колеблющейся величины от среднего значения. Кривые биоэлектрической активности органов и тканей значительно отличаются от синусоиды и поэтому под амплитудой в электрографии условно понимают либо размах колебаний между пиками, либо величину отклонения кривой от средней линии, что, как правило, оговаривают. Под периодом незатухающих синусоидальных колебаний - Ò понимают время, в течение которого совершается одно полное колебание; частотой - f называется число периодов за одну секунду

f = 1/Т (1) Биоэлектрические процессы можно условно разделить на две группы - квазипериодические (электрическая активность сердца, =ритм электрической активности мозга) и апериодические (электрическая активность мышц и др.). Но даже в квазипериодических биоэлектрических процессах период не остается неизменным и поэтому под частотой колебаний нужно понимать их среднюю частоту за какое-то определенное время. Какими же характеристиками обладают ткани и органы человека и животных, если их рассматривать как электрические генераторы? При возбуждении клетки - элементарного электрического генератора - ее возбужденная часть становится электроотрицательной относительно невозбужденной части и разность потенциалов достигает 50 мв. Клетки в органах и тканях человека и животных соединены параллельно, поэтому суммарная ЭДС возбужденного органа должна была быть того же порядка, что и ЭДС клетки. Однако суммарная электрическая активность клеток, регистрируемая с органа, всегда бывает ниже электрической активности отдельной клетки. Это объясняется тем, что в органе элементарные электрические генераторы - клетки, имеющие относительно большое внутреннее сопротивление, шунтируются сравнительно малым сопротивлением межклеточной жидкости, что приводит к ощутимому снижению разности потенциалов, развиваемой возбужденным органом. При регистрации биоэлектрической активности мышц и сердца человека с помощью электродов, наложенных на кожу, амплитуда колебаний не превышает единиц милливольт, а амплитуда электрической активности мозга - сотом микровольт. Таким образом, можно сделать вывод, что амплитуды колебаний бионапряжений весьма малы и составляют тысячные и стотысячные доли вольта. Некоторые виды биоэлектрической активности тканей и органов являются апериодичными процессами сложной формы (например, электрическая активность мышц). Для того чтобы зарегистрировать эти процессы неискаженно, необходимо, чтобы электрографическая установка обеспечивала запись совершенно определенной полосы частот. Именно в этом смысле говорят, что, например, суммарная биоэлектрическая активность мышцы занимает диапазон частот от 1 до 1000 Гц. Если учесть, что некоторые биоэлектрические процессы изменяются весьма медленно (кожные потенциалы), а для неискаженного воспроизведения других (электрическая активность одиночного мышечного волокна) требуется регистрация колебаний в десятки тысяч герц, то можно считать, что биоэлектрические процессы человека занимают диапазон от постоянных напряжений и инфранизких до низких частот включительно. При регистрации биоэлектрических процессов человека, внутренним сопротивлением эквивалентного электрического генератора, например, мышцы, является междуэлектродное сопротивление, включающее в себя сопротивление кожи, ряда других тканей и сопротивление органа, электрическая активность которого регистрируется. Оно зависит от ряда факторов (сила и форма тока, площадь электродов, качество обработки кожи, температура воздуха и др.) и достигает большой величины. На требования к электрографическим установкам, естественно, влияют характеристики органов и тканей как электрических генераторов. Так, низкая амплитуда биоэлектрических процессов органов и тканей человека ведет к тому, что электрографические установки должны обладать весьма высокой чувствительностью, а их усилители - высоким коэффициентом усиления. Эти установки должны также обеспечивать неискаженную регистрацию постоянных и медленно меняющихся разностей потенциалов, инфранизких и низкочастотных колебаний потенциалов. И, наконец, для того чтобы электрограмма, записанная с помощью электродов, наложенных на кожу человека, была тождественна электрической активности исследуемого органа, входное сопротивление установки должно быть во много раз больше, чем междуэлектродное сопротивление. Электрически активный орган окружен тканями, являющимися объемным проводником. Разность потенциалов, продуцируемая органом, вызывает в окружающих его тканях биотоки, и, следовательно, в последних создаются разности потенциалов, повторяющие все изменения ЭДС электрически активного органа. Для того чтобы составить себе представление, какие разности потенциалов и потенциалы продуцируют электрически активный орган в окружающих его тканях, необходимо рассмотреть упрощенную модель.

Рис.2 Изменение местоположения и величины

вектора диполя АБ во времени.

а-положение диполя и ве6лечина разности потенциалов между полюсами диполя

(длина стрелки) в момент времени t 1 ;б,в и г - то же в моменты времени t 2 ,t 3 è t 4

соответственно.

Электроды А и Б (рис.2) - два противоположных по знаку, но равных по величине электрических заряда - образуют так называемый диполь. Так как необходимо бывает учесть как величину разности потенциалов между полюсами диполя (в нашем случае между электродами А и Б) , так и положение диполя в пространстве, то символически диполь характеризуется вектором - стрелкой, направленной от отрицательного полюса (электрода) к положительному, величина которой пропорциональна разности потенциалов между полюсами диполя. Если полюса диполя неподвижны, а разность потенциалов между ними неизменна, то величина и направление вектора мало что дают для характеристики диполя.

Но в том случае, когда меняется во времени величина разности потенциалов диполя и полюса диполя смещаются в пространстве, только вектором можно охарактеризовать эти изменения. На рис.2 показано изменение положения вектора диполя, состоящего из электродов А и Б, которые вращаются вокруг оси и разность потенциалов между которыми также меняется во времени. Рассмотренная модель отличается от электрически активного органа, находящегося в окружающих его тканях в следующем: 1. Электрически активный орган продуцируют обычно не постоянные, а переменные разности потенциалов. 2. Среда, которой окружен орган, не может быть названа однородной, а поэтому искажает картину электрического поля вокруг органа. 3. В ряде случаев электрически активные органы не являются неподвижными (например, сердце), т. с. оси Õ-Õ è Ó -Ó смещаются в пространстве. Несмотря на перечисленные отличия, рассмотренная упрощенная модель позволяет составить представление о характере распределения потенциалов вокруг электрически активного органа. Осуществить униполярное (однополюсное) отведение на теле человека не удается: 1. Невозможно найти линию нулевого потенциала электрической активности исследуемого органа из-за смещения оси Ó--Ó в пространстве (сердце), а также из-за того, что в некоторых случаях электрически активный орган (например, мышцы) имеет вместо двух полюсов, эквивалентных электродам À и Б, рис. 2, множество таких полюсов. 2. На теле человека нельзя найти точку, достаточно удаленную от электрически активного органа, чтобы можно было считать потенциал, создаваемый им в этой точке, равным нулю. Поэтому было предложено создание искусственной точки нулевого потенциала - «усредненного» общего электрода, получаемого путем соединения вместе (через сопротивления) большого числа электродов, помещенных на теле исследуемого. При этом исходили из предположения, что чем больше число этих электродов, тем ближе к нулю приближается их суммарный потенциал. Для того чтобы соединение электродов вместе (короткое замыкание) не оказывало влияния на распределение электрического поля, электроды присоединяются к обшей точке через большие сопротивления. Примером такого «усредненного» общего электрода может служить соединение электродов при однополюсном грудном отведении в электрокардиографии: грудной электрод соединяется с одной входной клеммой, а электроды, укрепленные на конечностях, через сопротивления соединяются с другой клеммой электрокардиографа, образуя «усредненный» электрод. Такой жеспособ получения «усредненного» общего электрода применяется и в электроэнцефалографии. Другая же клемма соединена с «усредненным» электродом, т. е. со всеми остальными электродами через сопротивления, которые берутся много больше междуэлектродных сопротивлений (например, равными 1 Мом). Разность потенциалов Å между избранным нами электродом и остальными вызывает, ток I в сопротивлении R данного электрода и в остальных сопротивлениях, соединенных параллельно, число которых будет ï-- 1:

I = E / R + R/n-1 = (n-1/n) (E/R) (2)

На вход электроэнцефалографа подается падение напряжения Е âõ ñ сопротивления R, соединенного с выбранным электродом (в нашем случае крайний справа): E âõ = IR = (n-1/n)E (3)

Потенциал усредненного электрода Eо (верхняя клемма электроэнцефалографа), естественно, не равен нулю, а может быть вычислен по следующей формуле:

E o = E - E âõ = E - (n-1/n)E = E/n (4) Например, при Е=100 мкв и n=10 , Ео=10 мкв, а Е âõ =90 мкв. Из формулы (4) видно, что потенциал общей клеммы будет близким нулю лишь при большом числе электродов, равномерно размещенных вокруг области над электрически активным органом. При двухполюсном отведении оба электрода являются активными (дифферентными). Место расположения каждого электрода весьма сильно влияет на картину регистрируемой разности потенциалов. Когда электроды расположены на относительно большом расстоянии от электрически активного органа и расстояние между электродами мало, разность потенциалов между ними практически будет равна нулю, так как изменения потенциалов будут приходить под электроды с одинаковыми амплитудами и фазами. Примеры регистрации разностей потенциалов, проведенные на модели и иллюстрирующие особенности однополюсного и двухполюсного отведений, были осуществлены Д. И. Меницким (1959). Детальный анализ позволяет установить расположение полюсов электрически активного органа, а также в какой-то мере судить о месте его локализации.

2.3. Электрическое сопротивление живых тканей. Электрическое сопротивление тканей играет существенную роль при регистрации биоэлектрических процессов. В некоторых случаях большое междуэлектродное сопротивление может оказаться причиной, искажающей истинный вид исследуемой биоэлектрической активности. Измерение междуэлектродного сопротивления с помощью внешнего физического генератора электрических синусоидальных колебаний и установление зависимости его величины от различных факторов (сила тока, его частота и др.) нетрудно осуществить для амплитуд тока, составляющих десяток микроампер и больше. Определение величины междуэлектродного сопротивления для токов помех, создаваемых электрическим полем сети переменного тока и составляющих доли микроампера, представляет некоторые трудности. Измерение же сопротивления междуэлектродной цепи для биотоков прямым путем невозможно, так как нет способа произвольно плавно менять величину амплитуды биотоков и их частоту. Приходится задачу решать следующим способом: а) установить основные закономерности изменения междуэлектродного сопротивления от различных факторов с помощью физического генератора,б) проверить эти закономерности для частных случаев с помощью биотоков. в) перенести все закономерности, выведенные с помощью физического генератора, на зависимость междуэлектродного сопротивления от различных факторов для биотоков. Такое перенесение закономерностей оказалось возможным, во-первых, потому, что токи физического генератора и биотоки имеют одну и ту же природу, отличаясь только по амплитуде. Во-вторых, оно возможно вследствие того, что закономерности, полученные с помощью физического генератора, были выведены при силе тока, не превышающей порога ощущения, т. е. не сильно изменяющей функциональное состояние тканей. Электрическое сопротивление живых тканей определяется в первую очередь сопротивлением входящих в нее жидкостей, слабо проводящих электрический ток, поэтому прежде чем говорить о сопротивлении живых тканей, необходимо кратко остановиться на сопротивлении электролитов. Если в электролит поместить электроды и присоединить их к источнику постоянного тока, то ионы, находящиеся ранее в беспорядочном молекулярном движении, как известно, начнут свое организованное движение между электродами, т. е. появится ток через электролит. При подключении источника тока к электродам движение ионов начинается сразу же в объеме междуэлектродного пространства, но скорость движения самих ионов невелика и зависит от природы ионов, температуры раствора, а также от приложенной к электродам разности потенциалов. Во время протекания электрического тока через электролит ионы из раствора выделяются на электродах. Эта убыль конов пополняется за счет выделения новых ионов при распаде молекул, имеющихся в растворе. Такое явление наблюдается тогда, когда используется неполяризующаяся пара электрод - электролит. В этом случае сопротивление электролита остается неизмененным во времени и если увеличить силу тока, протекающую через электролит, увеличивая приложенное к электродам напряжение, то сопротивление электролита останется неизменным. Для неполяризующейся пары электрическое сопротивление электролита может быть определено по формуле;

Сущность изобретения заключается в следующем: сформированное и проявленное тонером изображение на электрографическом слое переносят на листовой материал. Далее на листовой материал с полученным изображением воздействуют деструктивным фактором, инертным к тонеру изображения. Это воздействие осуществляют для уменьшения сил сцепления изображения с листовым материалом, для последующего его переноса на оконечный носитель.

Изобретение относится к электрографии (электрофотографии), точнее к способам получения электрографических (электрофотографических) изображений. В связи с тем, что в СССР термин электрофотография считается производным от более общего термина электрография, в тексте описания используется термин электрографическое изображение, однако под этим термином следует понимать также и изображение, полученное электрофотографическим способом. Общеизвестно использование электрографического способа для получения электрографических копий, или, как их часто называют, ксерокопий на обычной бумаге. В этом способе на электрографическом слое вначале получают электростатическое изображение, которое проявляют тонером, переносят с электрографического слоя на бумагу и закрепляют на ней. Для осуществления этого способа создано и широко применяется большое количество электрографических копировальных аппаратов, лазерных принтеров и прочих устройств. Недостатком этого общеизвестного способа является невозможность получения с помощью широко и большими сериями выпускаемых аппаратов электрографических изображений на предметах или материалах, отличающихся по своим свойствам или размерам от листов бумаги, на использование которых рассчитаны эти аппараты. Например, невозможно с помощью обычных электрографических аппаратов получить электрографическое изображение на оконечных носителях, под которыми далее в тексте подразумеваются плоские или объемные, но имеющие плоскую или цилиндрическую либо приближенную к ним по форме поверхность предметы, изготовленные или по своему происхождению состоящие из дерева, камня, металла, пластмассы, ткани, стекла и других материалов. К числу таких оконечных носителей относятся, например, листы или цилиндры из различных материалов, стены домов, деревья, а также листы бумаги, формат которых не позволяет использовать их для получения электрографических изображений с помощью доступного электрографического аппарата. Известен способ получения электрографических изображений на таких оконечных носителях , в котором электрографическое изображение получают на электрографическом слое путем последовательной зарядки, экспонирования и проявления тонером, переносят под действием электрического поля на промежуточный носитель, обладающий малой адгезией к материалу тонера, нагревают этот промежуточный носитель до температуры размягчения тонера, прижимают к поверхности оконечного носителя и, пока тонер изображения находится в расплавленном состоянии, отделяют промежуточный носитель, оставляя состоящее из тонера изображение на поверхности оконечного носителя. Недостатком этого способа является необходимость в поддержании сравнительно высокой температуры промежуточного носителя в момент переноса изображения, что трудно выполнимо в случае, если промежуточный носитель изготовлен в форме листа, особенно, если изображение занимает практически всю поверхность этого листа. Целью изобретения является устранение этого недостатка. Цель достигается тем, что в качестве промежуточного носителя используют материал, состоящий из основы, на которую нанесено покрытие, способное разрушаться под действием какого-либо растворителя, либо раствора, либо света, или другого деструктивного фактора, либо сочетания факторов, в результате чего изображение может быть отделено от промежуточного носителя. Согласно предложенному способу полученное на поверхности электрографического слоя электрографическое изображение, состоящее из тонера, переносится сперва известными в электрографии методами на промежуточный носитель, затем с промежуточного носителя на поверхность оконечного носителя, на котором должно быть получено окончательное электрографическое изображение. Электрографическое изображение, перенесенное с электрографического слоя на промежуточный носитель, может быть закреплено полностью или частично на поверхности этого промежуточного носителя известными в электрографии методами или оставлено незакрепленным. В последнем случае электрографическое изображение может быть закреплено на поверхности оконечного носителя либо в процессе переноса с промежуточного носителя на оконечный носитель, либо после переноса, либо если это нужно для каких-то целей, вообще оставлено незакрепленным. Используемый в предлагаемом способе промежуточный носитель обладает физико-механическими параметрами (размером, гибкостью, толщиной, плоскостностью, весом и др.), позволяющими использовать его вместо обычной бумаги в электрографических копировальных аппаратах или электрографических принтерах, т.е. свойства промежуточного носителя, определяющие возможность получения на нем электрографической копии, аналогичны тем же свойствам обычной бумаги, под которую рассчитаны электрографические копировальные аппараты или электрографические принтеры. Этот промежуточный носитель состоит из основы, хотя бы на одну сторону которой нанесено специальное покрытие, причем при получении электрографического изображения на промежуточном носителе это изображение должно располагаться на той стороне промежуточного носителя, на которой находится покрытие. Указанное покрытие выполняет две функции: препятствует проникновению незакрепленного или закрепляемого, или закрепленного тонера через слой покрытия до основы промежуточного носителя и позволяет перенести состоящее из тонера электрографические изображения с промежуточного носителя на оконечный носитель вследствие воздействия на промежуточный носитель какого-либо деструктивного фактора или факторов, нарушающего (нарушающих) связь между покрытием и основой промежуточного носителя, что позволяет отделить основу промежуточного носителя от полученного на оконечном носителе электрографического изображения. Согласно предлагаемому способу, для получения электрографического изображения на произвольном носителе выполняют следующие операции. Переносят состоящее из тонера электрографическое изображение с поверхности электрографического слоя на промежуточный носитель известными в электрографии методами так, чтобы это перенесенное изображение располагалось на той стороне промежуточного носителя, на которой находится покрытие. При необходимости, закрепляют полностью или частично на промежуточном носителе перенесенное электрографическое изображение известными в электрографии методами. Скрепляют изображение с поверхностью оконечного носителя. Воздействуют на промежуточный носитель со стороны основы деструктивными факторами или фактором, не оказывающими или не оказывающим действия на изображение, нарушающими или нарушающим связь между покрытием и основой промежуточного носителя настолько, чтобы сила сцепления между изображением и промежуточным носителем стала меньше, чем сила сцепления электрографического изображения с поверхностью оконечного носителя, т.е. адгезия изображения и поверхности произвольного носителя в результате воздействия деструктивного фактора или факторов должна превышать когезию покрытия, или адгезию его к основе промежуточного носителя, или адгезию электрографического изображения к самому покрытию. Отделяют основу промежуточного носителя от оконечного носителя. При необходимости закрепляют или дополнительно закрепляют электрографическое изображение на поверхности произвольного носителя известными в электрографии методами. Также при необходимости, производят очистку поверхности оконечного носителя от остатков покрытия. Из описания процесса становятся понятными специфические требования к используемому в предложенном способе промежуточному носителю. Основа промежуточного носителя по предложенному способу не только соответствует требованиям к физико-механическим параметрам промежуточного носителя, но также не защищает от действия деструктивного фактора или факторов. Соответствующие специфические требования к носителю зависят от выбора деструктивного фактора или факторов. Например, если деструктивным фактором является свет определенного спектрального состава, то основа не должна защищать покрытие от действия такого света. Если в качестве деструктивного фактора используют растворитель, то основа не должна защищать покрытие от действия этого растворителя. В качестве основы промежуточного носителя по предложенному способу могут быть использованы различные материалы, например, натуральные или синтетические ткани, войлоки, листы пористого материала типа поролон, целлофан и др. Наиболее доступным материалом, позволяющим использовать в качестве деструктивного фактора действие растворителя или растворителей, растворов химических реагентов, тепла, давления является обычная бумага, особенно те ее сорта, которые имеют малую проклейку или вообще непроклеены. Выбор покрытия, наносимого на основе промежуточного носителя в соответствии с предложенным способом, определяется как общими требованиями к физико-механическим параметрам промежуточного носителя, так и специфическими требованиями - способностью препятствовать проникновению тонера сквозь слой покрытия и способностью к уменьшению под действием деструктивного фактора или факторов связи между электрографическим изображением и основой настолько, чтобы эта связь стала меньше чем сила сцепления изображения с оконечным носителем. В многослойном покрытии каждый слой может выполнять как одну, так и несколько функций. Например, в случае трехслойного покрытия тот слой, который прилегает к основе, может служить для заполнения неровностей основы и создания условий для более равномерного воздействия деструктивного фактора или факторов на разрушаемый в результате действия этого фактора или факторов промежуточный слой, при этом наружный слой покрытия служит только в качестве препятствующего проникновению тонера. При этом все три слоя могут состоять как из одного вещества, разные модификации которого, например степень задубливания, позволяют оптимизировать свойства покрытия при использовании его в составе промежуточного покрытия, так и из разных веществ или их смеси. Выбор их определяется, в частности, выбором деструктивного фактора или факторов, причем этот фактор или факторы не должны разрушать состоящее из тонера электрографическое изображение. В составе покрытия могут быть использованы природные или синтетические смолы, или гидрофильные коллоиды естественного или искусственного происхождения, например, крахмал, декстрин, производные целлюлозы, поливиниловый спирт, органические и неорганические соли, кислоты, поверхностно-активные вещества и др. В состав покрытия могут также входить пластификаторы, наполнители, пигменты или красители, позволяющие повысить устойчивость покрытия, увеличить его сопротивляемость проникновению тонера, удешевить покрытие или упростить контроль за проведением операций, необходимых для получения электрографического изображения в соответствии с предлагаемым способом. Кроме того, при выборе состава покрытия необходимо учитывать способ закрепления тонера. Например, если связующим тонера является полистирол, то такой тонер можно закрепить в парах толуола, при этом покрытие, сделанное на основе фенолформальдегидной смолы, не растворяется в толуоле, зато растворяется в спирте, к которому устойчив указанный тонер. Хотя в этом примере в качестве деструктивного фактора служит действие этилового спирта, вместо него для разрушения покрытия может быть использовано действие водного раствора щелочи, как вариант - едкого натра. Примером покрытия, не стойкого к действию света, является покрытие, содержащее диазосоединения, как вариант - ортохинондиазиды, используемые при изготовлении печатных форм методом позитивного копирования. Покрытия, сделанные на основе гидрофильных коллоидов, неустойчивы к действию обычной воды. Для скрепления электрографического изображения с поверхностью произвольного носителя используют известные в электрографии методы, например, нагрев промежуточного носителя вместе с электрографическим изображением, сочетание нагрева и давления; воздействие растворителя и растворителей, а также их паров. Можно также приклеить промежуточный носитель вместе с электрографическим изображением к поверхности произвольного носителя. Возможны также комбинации этих методов, причем необходимые адгезионные свойства могут быть приданы либо электрографическому изображению, либо поверхности покрытия, либо и изображению и покрытию. Наиболее целесообразно для скрепления электрографического изображения с поверхностью произвольного носителя использовать комбинацию давления и нагрева с помощью, например, разогретого валика, поверхность которого облицована слоем термостойкого эластичного материала типа силиконовой резины. Такие валики широко применяются в узлах закрепления современных электрографических аппаратов. П р и м е р 1. В качестве промежуточного носителя использована промышленно выпускаемая бумага для переводных изображений, состоящая из бумажной основы, на которую нанесен слой из крахмала и декстрина. Электрографическое изображение, полученное на такой бумаге, скреплено с алюминиевой пластиной посредством совместно действия нагрева и давления. После размачивания бумаги водой она была отделена от алюминиевой пластины, причем электрографическое изображение полностью перешло с поверхности бумаги на пластину. П р и м е р 2. В качестве промежуточного носителя использована бумага, на которую нанесено покрытие из поливинилового спирта (ПВС) толщиной около 6 мкм. Полученное на поверхности такого покрытия электрографическое изображение было скреплено с алюминиевой пластиной аналогично примеру 1. При размачивании водой при температуре 20 о С изображение с трудом отделялось от промежуточного носителя, однако при использовании воды, нагретой до 80 о С, изображение быстро перешло с промежуточного носителя на поверхность пластины. П р и м е р 3. В качестве покрытия использована натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы (Na-КМЦ). При нанесении на бумажную основу покрытия толщиной около 5 мкм не удалось получить покрытия, обеспечивающего полный переход изображения с промежуточного носителя на оконечный, однако после введения наполнителя - порошка мела в пропорции на 4 вес.ч. мела - 1 вес.ч. Na-КМЦ, было получено покрытие, позволившее получить полный переход изображения с промежуточного носителя на оконечный. П р и м е р 4. На бумажную основу было нанесено двухслойное покрытие, нижний слой которого, нанесенный непосредственно на бумагу, состоит из ПВС, поверх которого нанесен второй слой из метилцеллюлозы. Полученное покрытие обеспечило перенос изображения при размачивании промежуточного носителя в воде с температурой 20 о С. П р и м е р 5. В качестве промежуточного носителя использована бумага, на которую нанесено двухслойное покрытие, нижний, прилегающий к бумаге слой которого состоит из ПВС, верхний - из поверхностно-активного вещества ОП-7, содержащего смесь полиэтиленгликолевых эфиров моно- и диалкилфенолов, причем, если толщина слоя ПВС составляет около 5 мм, то толщина верхнего слоя составляет 0,1-1,0 мкм. Полученное покрытие обеспечило перенос изображения при размачивании в воде с температурой 20 о С. П р и м е р 6. Покрытие сделано аналогично примеру 5, но вместо поверхностно-активного вещества поверх слоя ПВС нанесен слой сульфата алюминия. Результат аналогичен примеру 5. П р и м е р 7. Покрытие сделано аналогично примеру 5, но вместо поверхностно-активного вещества поверх слоя ПВС нанесен из водного раствора параметиламинофенолсульфат, известный также под названием метол, давший после высыхания слой, состоящий из метола и продуктов его окисления и обеспечивший перенос изображения после размачивания в воде. П р и м е р 8. В качестве промежуточного носителя использована цинкоксидная бумага для электрографии, состоящая из бумажной основы, на которую нанесен слой из окиси цинка и поливинилбутераля. После получения на такой бумаге электрографического изображения, состоящего из термопластичного тонера, не растворяющегося в этиловом спирте, и скрепления этого изображения с оконечным носителем бумага была размочена в этиловом спирте. В результате после удаления бумаги изображение перешло на оконечный носитель. П р и м е р 9. В качестве покрытия использован слой задубленной желатины. Такое покрытие устойчиво к действию воды, но разрушается водными растворами ферментов, например щелочной протеазой, обеспечивая перенос изображения. П р и м е р 10. В связи с тем, что обычная мелованая бумага, состоящая из бумаги-основы, на которую нанесен слой меловальной суспензии, содержащей коалин и казеин, в принципе удовлетворяет требованиям к промежуточному носителю в соответствии с предложенным способом, она была использована для переноса изображения. Горячая вода оказалась недостаточно эффективным средством для разрушения меловального слоя, однако в результате воздействия на бумагу 30%-ного раствора едкого натра при 80 о С поставленная цель была достигнута и электрографическое изображение было от бумаги отделено. Хотя в ряде приведенных выше примеров для разрушения покрытия использована обычная вода, тот же результат может быть получен при использовании воды с добавками, обеспечивающими более быстрое проникание ее через бумагу. В качестве таких добавок обычно используют поверхностно-активные вещества, вещества изменяющие рН воды и т.д. Приведенные примеры не охватывают всех возможных модификаций предложенного способа, а только помогают лучше понять его принцип. В приводимых ниже примерах раскрываются возможности предлагаемого способа. П р и м е р 1. Изготовление офсетных печатных форм. При изготовлении офсетных печатных форм изображение, состоящее из тонера, должно быть получено на поверхности металлической формной пластины, где оно образует так называемые печатающие элементы, хорошо воспринимающие краску. Естественно, такая форма не может быть изготовлена на современном электрографическом аппарате или лазерном принтере, во-первых, потому, что эти устройства предназначены для копирования на бумагу, а не на металлические пластины, и во-вторых, потому, что формат пластины обычно больше формата бумаги, под которую рассчитано большинство аппаратов. Согласно предложенному способу, копирование в электрографическом аппарате производят не на обычную бумагу, а на бумагу с покрытием, например, гуммированную бумагу для переводных изображений, причем так, чтобы изображение, состоящее из тонера, было расположено на той стороне листа, на которой находится покрытие. В результате получается обычная электрографическая копия, или, как ее часто называют, ксерокопия, несущая закрепленное электрографическое изображение. Эту ксерокопию накладывают на нужное место формной пластины, прикатывают к ней горячим валиком или валиками до оплавления тонера и прочного сцепления его с поверхностью пластины. После увлажнения бумаги водой и потери покрытием механической прочности, бумагу-основу отделяют от пластины, а на пластине остается электрографическое изображение, образующее печатающие элементы. После получения на пластине изображения, она может быть дополнительно прогрета для достижения большей степени расплавления тонера и образования более стойких печатающих элементов, позволяющих получать требуемый тираж оттисков. После получения на пластине электрографического изображения, поверхность пластины может быть дополнительно обработана, например, мокрой щеткой для очистки поверхности пластины от остатков покрытия. Хотя в этом варианте применения предлагаемого способа для сцепления состоящего из тонера электрографического изображения с поверхностью формной пластины использован нагрев с помощью горячего валика, для этой цели возможно применение других методов скрепления изображения и пластины. Например, ксерокопия может быть подвергнута действию паров растворителя, растворяющих тонер до такого состояния, что он становится достаточно липким для того, чтобы прочно пристать к поверхности пластины. Можно также увлажнить водой поверхность покрытия для придания ему клейкости, также достаточной для соединения покрытия с поверхностью формной пластины. При использовании формной пластины, формат которой в несколько раз больше формата копии, которая может быть изготовлена на электрографическом аппарате или принтере, нужные изображения получают на нескольких копиях, а затем последовательно переносят на те участки пластины, на которых они должны находиться в соответствии с обычно делаемой для формы разметкой. При использовании предлагаемого способа в качестве основы печатной формы могут применяться не только обычно используемые для этой цели алюминиевые пластины, но и пластины из хромированной или никелированной стали, пластины, края которых загнуты для крепления в печатной машине, а также формные основы, изготовленные в виде цилиндра. В связи с тем, что на офсетной печатной форме изображение делается обычно прямым, как на получаемом впоследствии с формы оттиске, на промежуточном носителе оно должно быть зеркальным. Для получения зеркального изображения с прямого оригинала электрографический копировальный аппарат должен быть снабжен соответствующей оптической системой или зеркал или призм. В электрографических принтерах эта задача легко решается программными средствами. П р и м е р 2. Изготовление форм высокой печати. В способе высокой печати печатающие элементы выступают над пробельными элементами формы, благодаря чему закатываются краской, наносимой на форму с помощью валиков. В качестве формной основы при изготовлении форм высокой печати используются обычно сравнительно толстые (толщиной более 1 мм) металлические или полимерные пластины, которые не могут быть использованы вместо бумаги в электрографических аппаратах или принтерах. Предлагаемый способ позволит изготавливать печатные формы на таких материалах. Для изготовления печатных форм высокой печати изображение переносят с промежуточного носителя на поверхность формного материала, как в примере 1. После получения изображения на поверхности формного материала, пробельные участки формы углубляют либо посредством травления в кислоте, либо, в случае полимерного формного материала, посредством растворения в соответствующем растворителе. В связи с тем, что формы высокой печати обычно несут изображение, зеркальное по отношению к оригиналу, на промежуточном носителе оно должно быть прямым по отношению к оригиналу, т.е. для копирования целесообразно использовать копировальные аппараты и принтеры, не содержащие систем для переворота изображения. П р и м е р 3. Изготовление печатных плат. Предложенный способ может быть применен для изготовления печатных плат. Для этого изображение переносят на поверхность фольгированного диэлектрика, как в примере 1, затем металл с участков, которые не должны проводить ток, стравливают, как это обычно делается при изготовлении печатных плат. П р и м е р 4. Изготовление витражей. Как известно, витражами называются, в частности, цветные изображения, полученные на поверхности стекла. Предлагаемый способ позволяет изготавливать витражи с помощью цветного электрографического аппарата на промежуточном носителе, а затем переносят на стекло, как в примере 1. Большеформатные оригиналы при этом копируются и переносятся по частям. П р и м е р 5. Изготовление настенных панно. Предложенный способ позволяет изготавливать настенные панно как одноцветные, так и многоцветные аналогично процессу, описанному в примере 4. Так же, как в примерах 1-5 электрографические копии могут быть получены на деревянных щитах, листах картона или фанеры, керамической плитки, изделиях из ткани и других предметах и материалах. При получении электрографических изображений на тканях или изделиях из них для нагрева изображения может быть использован обычный утюг. Как видно из описания и приведенных примеров, в данном способе использованы принципы электрографического получения изображения и декалькомании. Каждый из этих принципов общеизвестен, но их сочетание открывает новые возможности в технике получения изображений.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Заказать написание уникльной работы

"Изготовление печатных форм. Электрографический способ"

Благодаря простоте и главное быстроте изготовления офсетных печатных форм электрография нашла большое применение оперативной полиграфии.

Печатную форму электрографическим способом можно сделать в течение 5 мин. При этом следует учитывать, что данным способом изготавливают формы только со штриховых оригиналов: с полутоновых оригиналов изготовить качественную печатную форму нельзя.

Электрография основана на свойстве некоторых высокоомных полупроводников (селен, кадмий и др.) под действием света "резко увеличивать свою электропроводность.

Наибольшее применение в электрографии получил в нашей "ране селен, который используют в качестве фотополупроводникового слоя на аппаратах плоскостного и ротационного типов.

Печатные формы в основном изготавливают на электрографических аппаратах плоскостного типа (ЭРА-М, ЭГП2-РМ2). Технология изготовления печатных форм электрографическим способом на аппарате ЭП12-РМ2 состоят из следующих основных операций

В репродукционном аппарате в темноте производят электризацию селенового слоя пластины Для этого используют коронный положительный разряд напряжением 6-12 кВ.

Затем производят экспонирование оригинала на "очувствленную" пластину При этом свет, отражаясь от светлых, пробельных участков оригинала, попадает на селеновую пластину. На освещенных участках в селеновом слое заряды стекают в подложку (алюминиевую пластину), а на неосвещенных участках заряды сохраняются, образуя "скрытое" изображение. Большое значение при экспонировании имеет время экспозиции, устанавливаемая диафрагма, качество оригинала и масштаб съемки.

Далее скрытое электростатическое изображение проявляют, делая его видимым.Проявление производя! сухим каскадным способом с помощью смеси носителей, заряженных положительно, на поверхности которых находятся частицы отрицательно заряженного проявляющего порошка. Благодаря разноименное™ зарядов частицы порошка удерживаются на поверхности носителя.

Прокатываясь по поверхности селеновой пластины, частицы проявляющего порошка отрываются поверхности носителя и протягиваются к заряженным участкам пластины, потому, что величина заряда пластины значительно больше. К остальным участкам порошок не пристает, так как на них нет зарядов, и поэтому он не притягивается. Частицы порошка, оседая на селеновом слое, образуют позитивное зеркальное изображение оригинала.

После этого производят перепое изображения контактным способом на формный материал - алюминиевую фольгу или гидрофильную бумагу. Сверху на пластину накладывают формный материал и на обратную сторону его подают положительный электрический заряд. Для обеспечения переноса изображения прокатывают сверху формной пластины резиновый валик. Для облегчения перехода частиц порошка с селенового слоя на формный материал предварительно, перед переносом изображения, производят нейтрализацию заряженных участков селенового слоя, подавая на селеновую пластину отрицательный заряд.

Изображение, полученное на формном материале, необходимо закрепить.

Основными способами закрепления являются термический и химический.

При изготовлении форм в основном используют термическое закрепление с помощью инфракрасных ламп КИ - 220/1000 . При термическом закреплении происходит оплавление частиц проявляющего порошка, и они хорошо закрепляются на печатной форме, образуя печатные элементы.

кислота ортофосфорная (уд. вес 1,7) - 150-200 мл, раствор декстрина - 400 мл,

вода - до 1000 мл. Затем форму промывают водой, покрывают декстрином,

сушат и передают в печать.

В качестве формного материала применяется зерненная алюминиевая фольга или бумажные пластины с гидрофильным покрытием. Если используют гидрофильные пластины, то при переносе изображения сверху пластины накладывают лист алюминиевой фольги.

После термического закрепления изображения появившийся незначительный фон ("тенение") удаляют, протирая пробельные элементы, увлажняют тампоном с порошком безводной окиси алюминия или мелко размолотой пемзы. Грязь убирают тампоном, смоченным водой. Обрабатывать гидрофильные пластины гидрофилизующим раствором не следует. Достаточно осторожно протереть поверхность печатной формы ватным тампоном, смоченным водой, оберегая печатные элементы от разрушения. При этом в качестве абразива используют порошкообразную безводную окись алюминия.

При строгом соблюдении технологии формы, изготовленные на алюминиевой фольге, обладают тиражеуетойчивостью не менее 10 тыс. оттисков, а используя гидрофильные пластины - не менее 1-2 тыс. оттисков.

Следует отметить, что электрографический способ изготовления офсетных печатных форм в оперативной полиграфии имеет большие перспективы благодаря простоте, быстроте, экономичности; он не требует большой квалификации исполнителя и экономит производственные площади, хотя по качеству исполнения он несколько уступает фотомеханическому способу.

оригиналодержатель (стекло оригинала), источник света (лампу экспонирования), проекционную оптическую систему и контрольные элементы. Помимо лампы экспонирования в копировальных аппаратах обычно есть специальная лампа для стирания кромок изображения и сгибов (при копировании книг).

В аналоговых аппаратах используют три оптические системы:

систему покадрового экспонирования, когда на фоторецептор проецируется сразу целый кадр (изображение оригинала целиком);

систему с построчной разверткой изображения оригинала и подвижным стеклом оригинала;

систему с построчной разверткой изображения оригинала и неподвижным стеклом оригинала.

В первом случае изображение проецируется на фоторецептор целиком. Поэтому поверхность фоторецептора в зоне экспонирования - плоская (рис. 5.5), что возможно лишь для ленточных фоторецепторов. Источниками света являются импульсные лампы. Время экспонирования оригинала при покадровом способе мало, следовательно, он больше подходит для скоростных аппаратов. Система экспонирования может не содержать зеркал (рис. 5.5) или их содержать (рис. 5.6). Зеркала позволяют изменять направление оптического пути (рис. 5.6). Благодаря им копировальные аппараты более компактны, чем без зеркал. Копировальные аппараты с ленточными фоторецепторами сейчас применяются, норедко.

Копировальные аппараты с цилиндрическими фоторецепторами и подвижным стеклом оригинала имеют простую и дешевую оптическую систему (рис. 5.7). Система неподвижна и не позволяет изменять масштаб изображения. Рассмотрим, как работает такая оптическая система на примере копировального аппарата персонального типа, выпускаемого фирмой «Ксерокс» (рис. 5.7).

Источник света - люминесцентная или галогенная ламп в отражателе, направляющем свет на стекло оригинала 1. На краю оригиналодержателя за пределами кадра, ограниченного планкой упора 2, находится эталонная белая полоса 3. Ее назначение - автоматическая регулировка экспозиции. При включении лампы 4 свет попадает прежде всего на белую полосу и, отражаясь от нее, - на датчик автоэкспонирования 5. Поддерживание постоянной величины экспозиции обеспечивается регулировкой напряжения на лампе экспонирования 4. По мере перемещения стекла оригинала полоска света, выделяемая щелевой диафрагмой, начинает двигаться вдоль оригинала, а отраженный свет фокусируется на поверхности синхронно вращающегося фоторецептора 7 с помощью самофокусирующегося объектива 6. Объектив включает набор волоконно-оптических линз (граданов) и представляет собой линейку, вытянутую параллельно лампе экспонирования по всей ширине стекла оригинала(рис. 5.8).

Особенности граданового объектива - малые габариты и низкая стоимость, но из-за жестко заданных плоскостей изображений и предметов такой объектив работает только в масштабе 1:1 и не переворачивает изображение. На основе оптической системы с подвижным стеклом оригинала функционируют низкоскоростные копировальные аппараты персонального типа ( формат А4).

Копировальные аппараты с цилиндрическими фоторецепторами и с неподвижным стеклом оригинала содержат лампу экспонирования, объектив и систему зеркал, причем лампа и часть зеркал подвижны (рис. 5.9).

При воспроизведении оригинала вдоль него и перпендикулярно образующей фоторецептора перемещается каретка, на которой находятся трубчатая лампа и зеркало. Каретка совершает полный ход вдоль оригинала синхронно с вращением фоторецептора. Свет, отраженный от оригинала, попадает на зеркало через щелевую диафрагму, образуя на нем узкую полоску оптического изображения. Далее свет попадает на зеркала половинного хода. Каретка, где они расположены, движется с меньшей скоростью, чем первая, и за время экспонирования проходит лишь половину пути. Задача этих зеркал - поддерживать постоянный масштаб воспроизводимого изображения на всех его участках. От зеркал половинного хода свет направляется в объектив и фокусируется им на зеркале изображения. В процессе съемки это зеркало неподвижно. Оно передает оптическое изображение на вращающийся фоторецептор. Сложная система перемещения зеркал обеспечивает постоянное соотношение длины оптического пути от оригинала до объектива a и от объектива до фоторецептора b. Таким образом, масштаб изображения M = b/a остается неизменным в процессе копирования оригинала, несмотря на то что лампа и зеркало полного хода перемещаются относительно неподвижного объектива.

Оптическая система позволяет получать копии в любом масштабе в диапазоне 70-141%, а в некоторых аппаратах - в диапазоне 50-200%. На панели аппарата устанавливается одна из 4-6 заданных кратностей, например 70, 81, 86, 100, 141%, и постепенным изменением кратности с шагом 1% можно получить любой масштаб от 70 до 141% или от 50 до 200%.

Получив команду об установке необходимого масштаба копирования, микропроцессорная система контроллера, управляющего аппаратом, подает сигналы двигателям объектива и оптической системы. Масштаб по ширине задается перемещением объектива (изменением b/a) и изменением его фокусного расстояния (в копировальных аппаратах используют вариобъективы с переменным фокусным расстоянием). Установка кратности по длине производится изменением скорости вращения двигателя оптической системы. Это, в свою очередь, приводит к изменению отношения скорости перемещения зеркала полного хода и линейной скорости вращения фоторецептора, например при уменьшении масштаба относительная скорость перемещения зеркал оптической системы возрастает. Обратная связь с контроллером осуществляется сигналами датчиков оптической системы.

Источник света в аналоговых аппаратах должен быть по спектральному составу близок к дневному свету, в котором мощность излучения практически равномерно распределена по спектру. Применяют галогенные лампы накаливания, содержащие в колбе пары иода или другого галогена. Преимущества этих ламп перед вакуумными лампами накаливания: долговечность, большой световой поток (большая яркость лампы), стабильность светового потока во времени и достаточно равномерное распределение мощности излучения по спектру. Главное достоинство галогенных ламп накаливания - возможность регулировать яркость лампы, изменяя подаваемое на нее напряжение. Этот способ используют в копировальных аппаратах для регулирования экспозиции H0 и поддержания стабильного качества изображения при эксплуатации аппарата (см. рис. 5.4). Так как лампы выделяют большое количество тепла, предусмотрено их охлаждение (см. рис. 5.2, позиция 6). Аппараты высокой производительности нуждаются в импульсных лампах, мгновенно освещающих всю площадь оригинала, что необходимо при покадровом экспонировании. Газоразрядные лампы дневного света отвечают всем перечисленным требованиям, но регулирование величины светового потока в необходимом диапазоне затруднено.

Зеркала в копировальных аппаратах имеют отражающую поверхность с внешней стороны, то есть эта поверхность не защищена стеклом от повреждения. Однако они обеспечивают высокую резкость оптического изображения, так как падающий и отраженный свет не проходит через толщу стекла, как в обычных зеркалах.

Электрофотографический блок включает устройства зарядки, проявления, переноса изображения и очистки фоторецептора. Рассмотрим эти узлы блока.

Зарядные устройства

В качестве зарядных устройств в копировальных аппаратах используют в основном коротрон и скоротрон.

Коротрон (рис. 5.10) содержит одну или две тонкие проволочки (их иногда называют струнами), натянутые в зарядном устройстве параллельно образующей фоторецептора. Они изготавливаются из материала, устойчивого к высокому напряжению и нагреву, например из вольфрама. Диаметр проволок - 0,025-0,90 мм. Коронные проволочки подключены к высоковольтному источнику питания, заряжающему их до потенциала в несколько киловольт.

Коронные проволочки заключены в заземленный экран, служащий для стабилизации коронного разряда. Ток разряда течет от проволочки (один электрод) к фоторецептору и экрану (другой электрод). По мере накопления заряда на поверхности фоторецептора ток экрана составляет все большую долю тока разряда, пока не станет преобладающим. Таким образом, хотя зарядка фоторецептора почти не происходит, разряд не гаснет. Максимальный потенциал заряженной поверхности можно регулировать, заземляя экран через переходной резистор. Знак заряда зависит от типа фоторецептора. Органические фоторецепторы, являющиеся в современной копировальной аппаратуре основными, заряжают отрицательно. Отрицательная корона очень чувствительна к чистоте коронных проволочек, при их загрязнении она становится неравномерной. Поэтому в коротронах предусмотрен механизм для очистки проволочки. Очистка проводится автоматически в течение 40 с. Двигатель механизма включается сигналом. полученным из микропроцессора, если к этому есть показания, или через каждые 2000 копий.

Поддержание потенциала зарядки на заданном уровне облегчается при использовании скоротронов (рис. 5.11).

Скоротрон представляет собой коротрон, снабженный сеткой, куда подается потенциал смещения (рис. 5.11). Этот потенциал имеет тот же знак, что и коронная проволочка. Его величина равна потенциалу, до которого следует зарядить фоторецептор (0,5-1,0 кВ). Ток течет на фоторецептор через сетку. Когда разность потенциалов между сеткой и фоторецептором приближается к нулю, ток ионов к фоторецептору прекращается. Расстояние между коронирующей проволочкой и сеткой равно 6-12 мм, между сеткой и фоторецептором - 4-10 мм, между проволочкой и экраном - 8-15 мм. Экран заземлен для поддержания тока разряда. Регулирование и контроль потенциала смещения на сетке скоротрона необходимы для поддерживания на одинаковом и оптимальном уровне потенциала на темных участках изображения, от чего зависит контраст получаемого изображения (см. рис. 5.4).

Второй вариант скоротрона имеет сетку, не подключенную к источнику питания, а заземленную вместе с экраном через варистор - полупроводниковое устройство, которое до определенного заданного потенциала имеет свойства резистора, а по достижении заданного значения - «открывается». Сетка с экраном оказывается заземленной, и ток разряда начинает течь на землю, а зарядка фоторецептора прекращается.

В аппаратах есть датчики, контролирующие величину заряда и потенциал фоторецептора. Управление величиной потенциала и поддерживание оптимальных значений потенциала зарядки, потенциалов экспонированных и неэкспонированных участков и остаточного потенциала производится изменением напряжения, подаваемого на проволочку зарядного устройства и на сетку, если зарядное устройство - скоротрон. Потенциалы экспонированных участков и на краях изображения (остаточный потенциал) определяются не только потенциалом зарядки, но и экспозицией, полученной от лампы экспонирования и лампы для стирания кромок.

Отрицательная корона (в современных копировальных аппаратах) загрязняет воздух озоном, вредным для здоровья человека. Поэтому в копировальных аппаратах с органическими фоторецепторами, заряжаемыми отрицательно, предусмотрены средства защиты, например озоновый фильтр (рис. 5.2, позиция 21).

Проявочные устройства

В аналоговых аппаратах проявочные устройства - с черным тонером. Однако в некоторых аппаратах есть дополнительные проявочные устройства с цветным тонером (красным, зеленым, синим) (рис. 5.12). Это позволяет менять цвет изображения. Если в аппарате имеется специальное цифровое лазерное устройство для редактирования изображения, можно получать двухцветное изображение (черно-белое с цветной вставкой).

Основной способ проявления - двухкомпонентное проявление магнитной кистью. A фирма Canon использует в своих черно-белых аппаратах однокомпонентные магнитные проявители. На рис. 5.12 схематично представлены проявочные устройства: черно-белое (магнитная кисть и двухкомпонентное проявление) и цветное (однокомпонентный проявитель).

Проявочное устройство с двухкомпонентным проявителем (рис. 5.13) содержит узел бункера тонера, устройство для смешивания тонера с носителем и магнитный валик. Узел бункера тонера (тонер-картридж) несет запас тонера, который по мере надобности поступает в проявочное устройство. Бункер снабжен дозировочным устройством в виде специальной щетки или вспененного валика, плотно прилегающего к отверстию. При вращении валика тонер подается к отверстию. Скорость подачи регулируется. Управляет подачей специальный датчик количества тонера, находящийся в проявочном устройстве. Сигнал идет в контроллер аппарата, посылающий, в свою очередь, сигнал к включению двигателя бункера. В бункере также помещен датчик, сигнализирующий об израсходовании тонера. При получении сигнала об отсутствии тонера копировальный аппарат отключается, выдавая на панель управления информацию о необходимости добавления тонера или замене тонер-картриджа. Скорость подачи тонера в проявочное устройство может также регулироваться согласно сигналам датчика, измеряющего оптическую плотность тонерного контрольного изображения на фоторецепторе (см. рис. 5.4).

Проявочное устройство содержит зону, куда подается тонер из бункера (2 на рис. 5.13) и откуда тонер дозированно поступает в узел перемешивания проявителя 3. Здесь происходит перемешивание носителя, в том числе снятого с проявляющего цилиндра, со свежим тонером. Образующиеся вследствие трибоэлектризации частицы двухкомпонентного проявителя подаются на проявляющий цилиндр магнитного валика, проходя через устройство, ограничивающее высоту магнитной кисти (ракельный нож 4). На проявляющем цилиндре 5 частицы проявителя, располагаясь по силовым линиям магнитного поля, образуют кисть. Так как скорости вращения магнитного стержня, создающего магнитное поле, и немагнитного проявляющего цилиндра различны, кисть скользит по поверхности проявляющего цилиндра. Это в сочетании с ребристой поверхностью проявляющего цилиндра обеспечивает перемешивание частиц, составляющих магнитную кисть, и повышает равномерность проявления.

В зоне проявления между проявляющим цилиндром и фоторецептором возникает электрическое поле проявления, напряженность которого регулируется величиной потенциала смещения, подаваемого на магнитный валик. Величина этого потенциала должна быть не меньше фонового. Так как заряд фоторецептора падает до фонового под действием экспозиции, полученной от фоновых участков оригинала (бумаги), то потенциал смещения устанавливается автоматически в соответствии с экспозицией. Однако его можно менять вручную на панели управления - задавать несколько режимов плотности копии. Изменяя режим, мы изменяем потенциал смещения. При его уменьшении увеличивается напряженность электрического поля, и количество осаждаемого тонера и оптическая плотность копии возрастают. Увеличение потенциала приводит к противоположному результату. Для контроля тонерного изображения служат микроденситометрические датчики и специальный тестовый рисунок, располагаемый за пределами кадра.

Отработанный проявитель снимается с поверхности проявляющего цилиндра с помощью специального устройства (6 на рис. 5.13) и переносится в зону формирования проявителя, где он перемешивается со свежим тонером.

Проявление однокомпонентным магнитным проявителем описано в разделе 2.6.2 , а схемы устройств приведены на рис. 2.30 и рис. 2.31. На рис. 5.12 однокомпонентным является цветное проявочное устройство.

Узел переноса изображения

Этот узел содержит устройство для предварительного переноса, устройство переноса изображения на приемную подложку (бумагу) и устройство для отделения бумаги от фоторецептора.

Предварительный перенос заключается в ослаблении скрытого электростатического изображения. Уменьшить заряд можно засветкой специальной лампой (рис. 5.14, позиция 2) или коротроном предварительного переноса (рис. 5.15).

Перенос изображения осуществляется нанесением на оборот бумаги (или другой приемной подложки) заряда, противоположного по знаку заряду тонера (см. рис. 3.1). На коротрон переноса (см. рис. 5.1, рис. 5.2, рис. 5.15) может быть подано переменное напряжение. Он является основным устройством, используемым для этой цели в копировальных аппаратах. Однако потенциал подается на бумагу и другим способом. Так, в некоторых копировальных аппаратах фирмы Ricoh есть ремень переноса из электропроводящей резины, поверхности которой сообщают отрицательный потенциал (рис. 5.16). Бумага с помощью ремня переноса заряжается и перемещается, вступая в контакт с вращающимся фоторецептором. Положительно заряженные частицы тонера переходят в образовавшемся электрическом поле с фоторецептора на бумагу. Копия, удерживаемая ремнем переноса, передвигается к закрепляющему устройству.

При использовании коротрона переноса необходимо оторвать бумагу от фоторецептора, так как она притягивается силами электрического поля, образовавшегося между заряженным оборотом бумаги и заземленной подложкой фоторецептора. Чтобы отделить бумагу, сразу же за коротроном переноса устанавливают коротрон отделения (см. рис. 3.2, рис. 5.2, рис. 5.15). На коротрон отделения подается переменное напряжение. Генерируются положительные и отрицательные ионы. В результате действия коротрона происходит нейтрализация части отрицательного заряда бумаги и ослабление связи бумаги с фоторецептором.

Во всех копировальных аппаратах устройства для отделения бумаги (пальцы отделения) - механические (см. рис. 5.2, позиция 13; рис. 5.14, позиция 3). также приведена схема одного из устройств термосилового закрепления, где 1 - узел прижима, создающий необходимое давление между прижимным валиком, покрытым резиной 2, и нагревательным валиком 3. Давление составляет 0,3-0,6 кг/см. Внутри нагревательного валика расположен нагреватель, например лампа накаливания 4. Несмотря на то что поверхность нагревательного валика - из тефлона (антипригарное покрытие), на него подается смазка (фьюзерное масло) с помощью смазочного валика 5. Узел смазки помимо смазочного валика содержит валик подпитки 6, щуп 7 и нож-отсекатель 8, регулирующие подачу масла 9, находящегося внутри корпуса узла смазки 12. Бумага подается шестеренками 11 между рабочими валиками и направляющими 10 выводится из устройства.

В устройстве обязательно предусматриваются пальцы отделения, отделяющее лезвие или другое аналогичное приспособление. Температура валиков контролируется датчиком и регулируется термистором. Имеется термопредохранитель для аварийного отключения устройства и аппарата.

Узел очистки фоторецептора

Очистка фоторецептора от остатков тонера и от скрытого электростатического изображения проходит три стадии: предочистку, очистку от тонера и стирание заряда. Устройство очистки включает узел очистки, узел транспортировки тонера из зоны очистки и узел, выполняющий задачу сбора отработанного тонера с целью его выброса или повторного использования.

На фоторецепторе после переноса остается до 30% тонера, который не так просто снять, так как он удерживается на поверхности электростатическими силами. Поэтому устройства для очистки содержат два очистных элемента - щетку и ракель. Щетка делает черновую очистку, а ракельный нож - окончательную (см. рис. 4.2). В случае однокомпонентного магнитного проявителя черновая очистка проводится магнитным валиком, с которого тонер счищается скребком, а окончательная очистка - ракелем. Если в аппарате имеется устройство предочистки, то достаточно одного ракельного устройства (см. рис. 4.3).

В устройстве очистки присутствует элемент для отвода тонера - винт или вакуумный отсос. Далее тонер транспортируется в емкость для отработанного тонера. Обычно для этой цели служит шнек. На рис. 5.17 показана схема транспортировки отработанного тонера внутрь полого фоторецептора. Количество отработанного тонера регистрируется и при заполнении емкости на дисплее панели управления появляется соответствующее сообщение. В современной аппаратуре существует тенденция к повторному использованию отработанного тонера. Устройство очистки снабжается фильтрами (для очистки тонера) и приспособлениями для возврата тонера в работу.

Цифровые копировальные аппараты формируют изображение из отдельных точек, размер и расположение которых определяются сигналами, поступающими из процессора изображений. Для записи такого точечного (растрового) изображения применяются лазеры и светодиодные линейки с инфракрасным излучением. При лазерной записи используется капстановый метод, в основе которого - веерная развертка модулированного лазерного луча в горизонтальной плоскости. Для этого используют вращающееся с большой скоростью многогранное зеркало (рис. 5.18). Угловое перемещение лазерного луча идет с постоянной скоростью. Веер лазерной развертки попадает на зеркало, отражающее излучение в сторону фоторецептора. Это зеркало параллельно образующей фоторецептора, и лазерное световое пятно перемещается строго по образующей цилиндра. Линейная скорость пятна по поверхности зеркала и фоторецептора непрерывно изменяется, так как изменяется угол его падения на зеркало. Чтобы этого не было, на пути лазерного веера размещают корректирующую линзу сложной формы. Ее задача - линеаризация, в результате которой лазерный луч движется по зеркалу и фоторецептору равномерно. Однако такой способ позволяет проводить линеаризацию при угле падения луча до 60°, что соответствует в копировальных аппаратах формату изображения до А3. Для больших форматов (А2-А0) необходим другой способ записи, например с помощью светодиодных линеек.

Разрешающая способность записи по горизонтали зависит от того, сколько лазерных световых пятен умещается в миллиметре или в дюйме (25,4 мм). Каждому пробегу лазерного луча вдоль образующей цилиндрического фоторецептора соответствует поворот цилиндра на один шаг, величина которого определяет разрешение аппарата по вертикали. При разрешающей способности 400-600 dpi (16-24 мм -1) шаг смещения линии лазерной записи составляет 0,04-0,06 мкм.

Модулирование лазерного луча осуществляется включением и выключением лазера в соответствии с программой и изменением интенсивности луча. От фокусировки лазерного луча и возможностей его модулирования зависит разрешающая способность аппарата по горизонтали.

Все более широкое применение находит экспонирование с помощью светодиодных линеек. Линейки представляют собой матрицу, включающую более 5000 отдельных лазерных светодиодов (по одному для каждой точечной позиции) на полосе экспонирования цилиндрического фоторецептора (рис. 5.19). Частота расположения светодиодов в линейке определяет разрешающую способность аппарата. По мере вращения фоторецептора светодиоды включаются и выключаются в соответствии с программой. Светодиодные линейки нашли основное применение в принтерах и цифровых печатных машинах.

В быстродействующих аппаратах, где на экспонирование отводится короткий промежуток времени, актиничность падающего на фоторецептор излучения должна быть как можно выше. Фоторецептор и источник света (лазер) подбираются так, чтобы фоторецептор имел высокую чувствительность к излучению лазера.

В электрофотографических аппаратах используют полупроводниковые лазеры - с длиной волны излучения в диапазоне 700-800 нм и выходной мощностью 5-15 мВт. Таковы GaAlAs-лазеры, имеющие длину волны излучения 780 нм. К этим излучениям чувствительны практически все используемые для современных фоторецепторов фотопроводники: органические фотопроводники, аморфный кремний, многокомпонентные халькогениды. Основной тип фоторецепторов в цифровых копировальных аппаратах - органические.

Особенности проявления скрытого электростатического изображения в цифровых копировальных аппаратах

В цифровых аппаратах легко реверсировать работу лазерной развертки, записывая вместо позитивного негативное изображение. Поэтому можно сделать позитивную копию двумя путями.

Обращенное проявление используется в ряде цветных аппаратов и в цифровых печатных машинах.

Реальный расклад напряжений при электрографическом способе создания изображения на бумаге в лазерном принтере. (Данная страница создана по просьбе участников форума trade-print.)

Нередко в полиграфии возникают вопросы по улучшению качества печати при использовании нестандартных режимов принтера. Например при печати на носителях гораздо более плотных, чем по тех условиям эксплуатации или использование не стандартных типах носителей (прорезиненная и другие типы бумаги).
Лучше всех в этом вопросе оказалась компания Xante Ilumina. Сотрудники компании берут стандартный принтер дорабатывают его аппаратно программную часть: высоковольтные блоки, скорости печати, величины напряжений ксерографического способа переноса изображения. В итоге принтер отлично печатает на бумаге плотностью 500 грамм, вместо паспортных 300 и цена принтера Xante увеличивается в 2 - 3 раза. ЗНАНИЕ - СИЛА!
Познания продвинутых пользователей заканчиваются на уровне теории переноса изображения, а именно заряженная частица тонера переходит на барабан с противоположным потенциалом, который создан лучом лазера. Однако на практике все гораздо сложнее.

Как создается изображение на фотобарабане?

Процесс создания изображения на бумаге ксерографическим способом можно разделить на три части.

1. Подготовка фотобарабана к созданию изображения.
В основе фотобарабана (системы создания изображения) лежит фоточувствительный слой, который является диэлектриком и способен заряжаться подаваемым на него напряжением. Однако как только на фоточувствительный слой попадает свет, он становится проводником и в месте попадания света потенциал падает до нуля. Фото слой можно рассмотреть как конденсатор на одной обкладке которого находится потенциал нанесенный роликом заряда, другая обкладка заземлена.
- механическая чистка фотобарабана от остатков тонера с помощью специального лезвия - ракель.
- засветка фотобарабана с целью удаления остатков ранее нанесенного электростатического изображения (есть не везде).
- заряд фотобарабана специальным высоким напряжением при помощи ролика заряда. Данное напряжение используется как основа для последующего нанесения невидимого изображения.

2. Нанесение изображения на фотобарабан.
- Нанесение невидимого или потенциального изображения на барабан путем засветки лучом лазера или светодиодной линейкой. Невидимое изображение представляет из себя картинку из разных потенциалов. Нулевой потенциал в месте засветки лазера (в это место и будет попадать тонер и потенциал нанесенный роликом заряда.
- Нанесение тонера с магнитного вала на котором находится заряженный тонер на места фотобарабана с нулевым потенциалом. Таким образом изображение проявляется, становится видимым.

3. Перенос изображения на бумагу.
- Бумага проходит между фотобарабаном с изображением и роликом переноса Рис 2 . На ролик переноса подается потенциал, который притягивает тонерное изображение с фотобарабана на себя. Однако изображение попадает на бумагу, которая проходит в этот момент между роликом переноса и фотобарабаном.

На Рис 1. показаны реальные типы и величины напряжений при ксерографическом способе на основе принтера HP LaserJet 5N. На других принтерах, включая цветные лазерные принтеры могут отличаться величины и временные интервалы напряжений, однако идея останется неизменной.