1. 레이저 프린터의 내부 구조
레이저 프린터의 내부 구조는 그림 2-13에 나타낸 바와 같이 네 가지 주요 부분으로 구성됩니다.
그림 2-13 레이저 프린터의 내부 구조
(1) 레이저 유닛: 텍스트 정보가 포함된 레이저 빔을 방출하여 감광 드럼을 노출시킵니다.
(2) 용지 공급 장치: 적절한 시간에 용지가 프린터에 들어가고 프린터에서 나오도록 제어합니다.
(3) 현상부: 감광 드럼의 노출된 부분을 토너로 덮어 육안으로 볼 수 있는 그림을 형성하고 이를 종이 표면으로 전사합니다.
(4) 정착부: 종이 표면을 덮고 있는 토너는 압력과 열을 이용하여 녹여 종이에 단단히 고정됩니다.
2. 레이저 프린터의 작동 원리
레이저 프린터는 레이저 스캐닝 기술과 전자 이미징 기술을 결합한 출력 장치입니다. 레이저 프린터는 모델에 따라 기능이 다르지만, 작동 순서와 원리는 동일합니다.
일반적인 HP 레이저 프린터를 예로 들면, 작동 순서는 다음과 같습니다.
(1) 사용자가 컴퓨터 운영 체제를 통해 프린터에 인쇄 명령을 보내면 인쇄할 그래픽 정보는 먼저 프린터 드라이버를 통해 이진 정보로 변환된 후 최종적으로 메인 제어 보드로 전송됩니다.
(2) 메인 제어 보드는 드라이버에서 전송된 이진 정보를 수신 및 해석하고, 이를 레이저 빔에 맞게 조정하여 이 정보에 따라 레이저부가 빛을 방출하도록 제어합니다. 동시에 충전 장치에 의해 감광 드럼 표면이 대전됩니다. 그런 다음 레이저 스캐닝부에 의해 그래픽 정보가 포함된 레이저 빔이 생성되어 감광 드럼에 노출됩니다. 노출 후 토너 드럼 표면에 정전 잠상이 형성됩니다.
(3) 토너 카트리지가 현상 시스템과 접촉한 후 잠상은 가시적인 그래픽이 됩니다. 전송 시스템을 통과할 때 토너는 전송 장치의 전기장 작용에 의해 종이로 전송됩니다.
(4) 전송이 완료된 후, 종이는 방전 톱니와 접촉하여 종이의 전하를 접지로 방전시킵니다. 마지막으로 고온 정착 시스템에 들어가 토너에 의해 형성된 그래픽과 텍스트가 종이에 통합됩니다.
(5) 그래픽 정보가 인쇄된 후, 청소 장치는 전사되지 않은 토너를 제거하고 다음 작업 주기로 들어갑니다.
위의 모든 작업 과정은 충전, 노출, 현상, 전사, 전원 제거, 정착 및 세척의 7단계를 거쳐야 합니다.
1>. 충전
그래픽 정보에 따라 감광 드럼이 토너를 흡수하도록 하려면 먼저 감광 드럼에 토너를 충전해야 합니다.
현재 시판되는 프린터 충전 방식에는 코로나 충전과 충전 롤러 충전, 이렇게 두 가지가 있으며 각각 고유한 특징이 있습니다.
코로나 충전은 감광 드럼의 전도성 기판을 전극으로 사용하고, 감광 드럼 근처에 매우 얇은 금속선을 다른 전극으로 배치하는 간접 충전 방식입니다. 복사 또는 인쇄 시, 이 금속선에 매우 높은 전압이 가해지면 금속선 주변에 강한 전기장이 형성됩니다. 이 전기장의 작용으로 코로나 전극과 같은 극성을 가진 이온이 감광 드럼 표면으로 이동합니다. 감광 드럼 표면의 광수용체는 어두운 상태에서 저항이 높기 때문에 전하가 쉽게 빠져나가지 못하고, 따라서 감광 드럼의 표면 전위가 계속 상승합니다. 전위가 최대 허용 전위에 도달하면 충전 과정이 종료됩니다. 이 충전 방식의 단점은 방사선과 오존 발생이 용이하다는 것입니다.
충전 롤러 충전은 접촉식 충전 방식으로, 높은 충전 전압이 필요하지 않고 비교적 환경 친화적입니다. 따라서 대부분의 레이저 프린터는 충전 롤러를 사용하여 충전합니다.
레이저 프린터의 전체 작동 과정을 이해하기 위해 충전 롤러의 충전 과정을 예로 들어 보겠습니다.
먼저, 고전압 회로부가 고전압을 발생시켜 충전부를 통해 감광 드럼 표면에 균일한 음전하를 부여합니다. 감광 드럼과 충전 롤러가 동기적으로 한 바퀴 회전하면 그림 2-14에 나타낸 바와 같이 감광 드럼 전체 표면에 균일한 음전하가 충전됩니다.
그림 2-14 충전 개략도
2>. 노출
노광은 레이저 빔으로 노출되는 감광 드럼 주변에서 수행됩니다. 감광 드럼의 표면은 감광층으로 이루어져 있으며, 이 감광층은 알루미늄 합금 도체의 표면을 덮고 있고, 알루미늄 합금 도체는 접지되어 있습니다.
감광층은 빛에 노출되면 전도성을 띠고, 노출 전에는 절연체인 감광성 물질입니다. 노출 전에 충전 장치를 통해 균일하게 전하를 충전하고, 레이저 조사 후 조사된 부분은 빠르게 도체가 되어 알루미늄 합금 도체와 전도성을 띠게 됩니다. 이 과정에서 전하가 접지로 방출되어 인쇄 용지에 문자 영역을 형성합니다. 레이저가 조사되지 않은 부분은 원래의 전하를 그대로 유지하여 인쇄 용지에 빈 영역을 형성합니다. 이 문자 이미지는 눈에 보이지 않기 때문에 정전기 잠상이라고 합니다.
스캐너에는 동기 신호 센서도 설치되어 있습니다. 이 센서의 기능은 스캔 거리가 일정하게 유지되도록 하여 감광 드럼 표면에 조사되는 레이저 빔이 최상의 이미징 효과를 얻을 수 있도록 하는 것입니다.
레이저 램프는 문자 정보를 담은 레이저 빔을 방출하고, 이 빔은 회전하는 다면 반사 프리즘에 비춰집니다. 반사 프리즘은 렌즈 그룹을 통해 레이저 빔을 감광 드럼 표면으로 반사시켜 감광 드럼을 수평으로 스캔합니다. 메인 모터는 감광 드럼을 연속적으로 회전시켜 레이저 램프에 의한 감광 드럼의 수직 스캔을 구현합니다. 노광 원리는 그림 2-15에 나타나 있습니다.
그림 2-15 노출의 개략도
3>. 개발
현상은 동종 전하 간의 반발력과 이종 전하 간의 인력이라는 전기적 원리를 이용하여 육안으로 보이지 않는 정전기적 잠상을 가시적인 이미지로 나타내는 과정입니다. 현상용 자석 롤러(또는 자석 롤러) 중앙에는 자석 장치가 있으며, 분말통 안의 토너는 자석에 흡착될 수 있는 자성 물질을 포함하고 있으므로 토너는 현상용 자석 롤러 중앙의 자석에 끌어당겨져야 합니다.
감광 드럼이 회전하여 현상 자석 롤러와 접촉하는 위치에 도달하면, 레이저가 조사되지 않은 감광 드럼 표면 부분은 토너와 동일한 극성을 가지므로 토너를 흡수하지 않습니다. 반면, 레이저가 조사된 부분은 토너와 동일한 극성을 가지므로, 동성끼리 반발하고 이성끼리 끌어당기는 원리에 따라 레이저가 조사된 감광 드럼 표면에 토너가 흡수되어 그림 2-16과 같이 표면에 눈에 보이는 토너 그래픽이 형성됩니다.
그림 2-16 개발 원리도
4> 전사 인쇄
감광 드럼을 통해 토너가 인쇄 용지 근처로 전사되면, 용지 뒷면에 있는 전사 장치가 고압으로 용지 뒷면에 전사를 가합니다. 전사 장치의 전압이 감광 드럼의 노출 영역 전압보다 높기 때문에, 토너로 형성된 그래픽과 텍스트는 충전 장치의 전기장 작용으로 인쇄 용지에 전사됩니다(그림 2-17 참조). 그 결과, 그림 2-18과 같이 그래픽과 텍스트가 인쇄 용지 표면에 나타납니다.
그림 2-17 전사 인쇄의 개략도 (1)
그림 2-18 전사 인쇄의 개략도 (2)
5>. 전기를 방출합니다
토너 이미지가 인쇄 용지로 전사될 때, 토너는 용지 표면만을 덮고, 토너로 형성된 이미지 구조는 용지 이송 과정에서 쉽게 손상됩니다. 정착 전 토너 이미지의 완전성을 보장하기 위해 전사 후 정전기 제거 장치를 통과시킵니다. 이 장치는 극성을 제거하고 모든 전하를 중화시켜 용지를 중성 상태로 만들어 정착 장치로 원활하게 들어가도록 하고, 출력물의 인쇄 품질을 보장합니다. 이 장치는 그림 2-19에 나타나 있습니다.
그림 2-19 전력 제거의 개략도
6>. 수정
가열 및 정착은 인쇄 용지에 흡착된 토너 이미지에 압력과 열을 가하여 토너를 녹이고 인쇄 용지에 침투시켜 용지 표면에 견고한 그래픽을 형성하는 과정입니다.
토너의 주성분은 수지이며, 토너의 녹는점은 약 100℃입니다.°섭씨 온도는 약 180도이고, 정착 장치의 가열 롤러 온도는 약 180도입니다.°C.
인쇄 과정 중 퓨저의 온도가 약 180도의 미리 정해진 온도에 도달하면°토너를 흡수한 용지가 가열 롤러(상부 롤러)와 압력 고무 롤러(하부 롤러) 사이의 틈을 통과할 때 융착 과정이 완료됩니다. 이때 발생하는 고온이 토너를 가열하여 용지 위의 토너를 녹여 그림 2-20과 같이 선명한 이미지와 텍스트를 형성합니다.
그림 2-20 고정 원리도
히팅 롤러 표면에는 토너가 잘 달라붙지 않는 코팅이 되어 있어 고온에서도 토너가 히팅 롤러 표면에 달라붙지 않습니다. 정착 과정이 끝나면 분리 클로가 히팅 롤러에서 인쇄 용지를 분리하여 용지 공급 롤러를 통해 프린터 밖으로 내보냅니다.
청소 과정은 용지 표면에서 폐토너통으로 옮겨지지 않고 감광 드럼에 남아 있는 토너를 긁어내는 것입니다.
전사 과정에서 감광 드럼의 토너 이미지가 용지에 완전히 전사되지 않을 수 있습니다. 감광 드럼을 청소하지 않으면 드럼 표면에 남아 있는 토너가 다음 인쇄 과정으로 이어져 새로 생성된 이미지를 손상시키고 인쇄 품질에 영향을 미칩니다.
세척 과정은 고무 스크레이퍼를 이용하여 수행되며, 이 스크레이퍼는 다음 감광 드럼 인쇄 주기 전에 감광 드럼을 청소하는 역할을 합니다. 고무 세척 스크레이퍼의 날은 내마모성이 뛰어나고 유연하기 때문에 감광 드럼 표면과 절삭 각도를 이룹니다. 감광 드럼이 회전하면 표면의 토너가 스크레이퍼에 의해 긁혀 폐토너통으로 배출됩니다(그림 2-21 참조).
그림 2-21 청소 과정의 개략도
게시 시간: 2023년 2월 20일