1. レーザープリンターの内部構造
レーザープリンターの内部構造は、図2-13に示すように、主に4つの部分から構成されています。
図2-13 レーザープリンターの内部構造
（１）レーザーユニット：テキスト情報を含むレーザービームを照射して感光ドラムを露光します。
（２）給紙ユニット：用紙を適切なタイミングでプリンタに送り込み、プリンタから排出するように制御します。
（３）現像ユニット：感光ドラムの露光部分をトナーで覆い、肉眼で見える画像を形成し、それを紙の表面に転写する。
（４）定着ユニット：紙の表面を覆うトナーを圧力と加熱によって溶融させ、紙にしっかりと定着させる。
2．レーザープリンターの動作原理
レーザープリンターは、レーザースキャン技術と電子画像処理技術を組み合わせた出力装置です。レーザープリンターは機種によって機能が異なりますが、動作手順と原理は同じです。
標準的なHP製レーザープリンターを例にとると、動作手順は以下のとおりです。
（１）ユーザーがコンピュータのオペレーティングシステムを介してプリンタに印刷コマンドを送信すると、印刷されるグラフィック情報はまずプリンタドライバによってバイナリ情報に変換され、最終的にメイン制御基板に送信されます。
（２）メイン制御基板は、ドライバから送信されたバイナリ情報を受信・解釈し、レーザービームに合わせて調整し、この情報に基づいてレーザー部が発光するように制御します。同時に、感光ドラムの表面は充電装置によって帯電されます。その後、レーザー走査部によってグラフィック情報を含むレーザービームが生成され、感光ドラムに露光されます。露光後、トナードラムの表面に静電潜像が形成されます。
（３）トナーカートリッジが現像システムに接触すると、潜像が可視化された画像となる。転写システムを通過する際、転写装置の電界の作用により、トナーは用紙に転写される。
（４）転写が完了すると、用紙は放電用の鋸歯状突起に接触し、用紙上の電荷を接地へと放電します。最後に、用紙は高温定着システムに入り、トナーによって形成された画像や文字が用紙に定着します。
（５）グラフィック情報が印刷された後、クリーニング装置が転写されなかったトナーを除去し、次の作業サイクルに入ります。
上記のすべての作業工程は、充電、露光、現像、転写、電源除去、定着、洗浄という7つのステップを経る必要があります。
1>. 料金
感光ドラムが画像情報に基づいてトナーを吸収するためには、まず感光ドラムを充電する必要があります。
現在市販されているプリンターの充電方式には、コロナ充電と充電ローラー充電の2種類があり、それぞれに特徴があります。
コロナ充電は、感光ドラムの導電性基板を電極として、感光ドラムの近くに非常に細い金属線をもう一方の電極として配置する間接的な充電方法です。複写または印刷時に、この金属線に非常に高い電圧を印加すると、金属線の周囲に強い電界が形成されます。電界の作用により、コロナ線と同じ極性のイオンが感光ドラムの表面に流れ込みます。感光ドラム表面の光受容体は暗所では高い抵抗を持つため、電荷は流れ出ず、感光ドラムの表面電位は上昇し続けます。電位が最高許容電位に達すると、充電プロセスは終了します。この充電方法の欠点は、放射線やオゾンが発生しやすいことです。
充電ローラー式充電は接触式充電方式であり、高い充電電圧を必要とせず、比較的環境に優しい。そのため、ほとんどのレーザープリンターは充電ローラー式充電方式を採用している。
レーザープリンターの動作プロセス全体を理解するために、充電ローラーの充電を例にとってみましょう。
まず、高電圧回路部が高電圧を発生させ、充電部品を通して感光ドラムの表面に均一な負電荷を帯電させます。感光ドラムと充電ローラーが同期して1サイクル回転すると、図2-14に示すように、感光ドラムの表面全体が均一な負電荷で帯電します。
図2-14 充電の概略図
2>.露出
露光は、レーザー光を照射する感光性ドラムの周囲で行われる。感光性ドラムの表面は感光層であり、この感光層がアルミニウム合金導体の表面を覆っており、アルミニウム合金導体は接地されている。
感光層は、光に曝されると導電性を示し、曝される前は絶縁性を示す感光性材料です。曝される前に、帯電装置によって均一に電荷が蓄えられ、レーザー照射後の照射箇所は速やかに導体となり、アルミニウム合金導体と導通することで電荷が接地され、印刷用紙上に文字領域が形成されます。レーザー照射されていない箇所は元の電荷を保持したままで、印刷用紙上に空白領域が形成されます。この文字画像は目に見えないため、静電潜像と呼ばれます。
スキャナには同期信号センサも搭載されている。このセンサの機能は、走査距離を一定に保ち、感光ドラムの表面に照射されるレーザー光が最適な画像効果を発揮できるようにすることである。
レーザーランプは文字情報を含むレーザー光を発し、それが回転する多面反射プリズムに照射される。反射プリズムはレンズ群を通してレーザー光を感光ドラムの表面に反射し、感光ドラムを水平方向に走査する。メインモーターは感光ドラムを連続的に回転させ、レーザー発光ランプによる感光ドラムの垂直走査を実現する。露光原理を図2-15に示す。
図2-15 露光の概略図
3. 開発
現像とは、電気電荷の同性反発と異性引力の原理を利用して、肉眼では見えない静電気潜像を可視画像に変換するプロセスです。磁気ローラー（現像磁気ローラー、または略して磁気ローラーとも呼ばれます）の中央には磁石装置があり、粉末容器内のトナーには磁石に吸着される磁性物質が含まれているため、トナーは現像磁気ローラーの中央にある磁石に引き寄せられる必要があります。
感光ドラムが回転して現像用磁気ローラーと接触する位置になると、レーザーが照射されていない感光ドラムの表面部分はトナーと同じ極性を持ち、トナーを吸収しません。一方、レーザーが照射されている部分はトナーと同じ極性を持ち、同性反発と異性引き付けの原理に従って、レーザーが照射されている感光ドラムの表面にトナーが吸収され、図2-16に示すように表面に目に見えるトナーの模様が形成されます。
図2-16 開発原理図
4. 転写印刷
感光ドラムによってトナーが印刷用紙の近傍に転写されると、用紙の裏面には転写装置が設けられており、用紙の裏面に高圧をかけて転写します。転写装置の電圧は感光ドラムの露光領域の電圧よりも高いため、図2-17に示すように、帯電装置の電界の作用によってトナーで形成された図形や文字が印刷用紙に転写されます。図2-18に示すように、図形や文字が印刷用紙の表面に現れます。
図2-17 転写印刷の概略図（1）
図2-18 転写印刷の概略図（2）
5>. 電気を放散する
トナー画像が印刷用紙に転写される際、トナーは用紙の表面のみを覆うため、トナーによって形成された画像構造は、印刷用紙の搬送過程で容易に破壊されます。定着前のトナー画像の完全性を確保するため、転写後、静電気除去装置を通過させます。この装置の機能は、極性を除去し、すべての電荷を中和して用紙を中性にすることで、用紙が定着ユニットにスムーズに入り、出力印刷の品質を確保することです。図2-19にその詳細を示します。
図2-19 電力除去の概略図
6>. 修正
加熱定着とは、印刷用紙に吸着したトナー画像に圧力と熱を加えてトナーを溶かし、用紙に浸透させることで、用紙表面にしっかりとした画像を形成する工程のことです。
トナーの主成分は樹脂であり、トナーの融点は約100℃、定着ユニットの加熱ローラーの温度は約180℃である。
印刷工程において、トナーを吸収した用紙が加熱ローラー（上部ローラーとも呼ばれる）と加圧ゴムローラー（下部加圧ローラー、下部ローラーとも呼ばれる）の間の隙間を通過する際に、定着器の温度が約180℃の所定の温度に達すると、定着工程が完了します。発生した高温によってトナーが加熱され、用紙上のトナーが溶融し、図2-20に示すように、立体的な画像や文字が形成されます。
図2-20 固定の原理図
加熱ローラーの表面にはトナーが付着しにくいコーティングが施されているため、高温によってトナーが加熱ローラーの表面に付着することはありません。定着後、印刷用紙は分離爪によって加熱ローラーから分離され、給紙ローラーを通してプリンターから排出されます。
7>. クリーン
クリーニング工程とは、感光ドラムに付着した、用紙表面から転写されずに残ったトナーを掻き取り、廃トナー容器へ排出する作業のことです。
転写工程において、感光ドラム上のトナー画像が完全に用紙に転写されない場合があります。クリーニングを行わないと、感光ドラム表面に残ったトナーが次の印刷サイクルに持ち越され、新たに生成された画像が損なわれ、印刷品質に影響を及ぼします。
クリーニング工程はゴム製スクレーパーによって行われ、その役割は感光ドラム印刷の次のサイクル前に感光ドラムをクリーニングすることです。ゴム製クリーニングスクレーパーの刃は耐摩耗性と柔軟性を備えているため、感光ドラムの表面に対して切削角度を形成します。感光ドラムが回転すると、図2-21に示すように、表面のトナーがスクレーパーによって掻き取られ、廃トナー容器に送られます。
投稿日時：2023年2月20日