电晕管技术：电荷充电和性能提升

电子照相打印是多用途、多步骤打印方法，其多用途性体现为打印的所有步骤都有若干技术得以实现，打印速度是决定采用哪种技术的首要因素。下文讨论的重点是机理而非技术本身。

电子照相与打印相关的第一步^[21-25]，是在感光导体表面进行均匀的电荷充电。感光导体是无光照时（暗时）电导率低，受光照射后电导率高的半导体材料。感光导体被电荷充电、暴光时的电位变化如图5-7所示，其中的水平坐标为时间，单位为几分之一秒。对感光导体进行电荷充电，目的是根据打印速度要求，给感光导体加以足够高的电位，使暴光后电荷图案（图文、空白）的调制，能完成感光导体的墨粉显影、墨粉向纸面转移、定影等主要后续打印步骤。

图5-7 电晕附加电荷和暴光放电

感光导体均匀的电荷充电，是按照电晕充电原理进行。电晕现象^[26]是指常压条件下电场内产生空气放电。放电后空气的导电性大幅提高，带电离子向感光导体表面迁移。印刷中电晕现象还被用于其他用途，如承印物的表面能低，在印刷或光油上光前，用电晕方法提高承印物的表面能。

感光导体被均匀地电荷充电后，得到约500～1000V表面电位，按感光导体厚度等于20～100μm，相对介电常数为6计算，相当于0.5～1.5 10 ^-7C/cm²电荷密度。对于具体的表面电位，如果要求与之对应的电荷密度最大，感光导体的相对介电常数也要高。

电晕充电的过程中，充电之后，乃至感光导体被曝光前，表面电位会被所谓的暗电流放电。暗电流之所以存在，是因为感光导体不是完全介电表面，即不是绝缘体，同时还具有导电性能。表面电位放电按指数速度进行，与电阻乘电容的积相关。

电晕充电时，感光导体和充电电极之间，有5～10kV初始电压差。电压电位使邻近的电子动能增大，空气中分子碰撞次数增多，电场强度足够高时，碰撞使分子发生电离，产生比如以下的带电颗粒：

电离与放电形式类似。电压值高于放电阈值（n个kV）时，空气电导率增大，电极流向感光导体的电流亦增大。电晕产生电流与电晕电压的关系如图5-8所示。

图5-8 电晕电压和电晕电流

电荷充电如何进行，可由电晕管技术解释。电晕导线是电晕管的充电电极，在感光导体上面平行延伸，且与电压相连，导线被安装在接地的屏蔽保护套内（见图5-9）。保护套用于消减电晕导线粗细不均导致的电晕电流波动，平衡电晕导线、感光导体间距不准导致的离子迁移波动。与图5-9之平面几何相比，利用电晕辊筒、感光导体间隙产生电晕的配置，能更好地控制臭氧的形成。

图5-9 电晕装置的设计原理(www.xing528.com)

用电晕管进行电荷充电时，接受表面如是金属表面，则不能聚集电荷，只能把电荷传导至别处，电晕管电压V产生的电流I为：

其中，A是表示电荷传导的常数，V₀是放电发生、电导率跃增时的电压值。相对于电压与电流的基本关系，当电压值高于放电阈值时，空气电导率与电压值V成正比，可对此公式作出解释。电阻与（AV）^-1成正比，（AV）^-1代入V与I基本关系式，可得到以上式（5-41）。

电荷在理想介电表面聚集。当电荷被传输到介电表面时，产生电位V_s。电位V_s使离子电流（I_s）变小，在某一个点，电流会降至零，电位V_s达到最大。

介电表面的最高电位，如果受充电电场电位影响而降低，此时介电表面属于电位限制表面，表面电容是预测其电荷电位形成的材料性能，其时间依赖曲线则与饱和指数曲线非常接近。

介电表面电导率如果不能被忽略，则电荷电位的形成，会受到与电荷充电同时发生的放电限制。放电暗电流I_l与电晕电流I_s相等时，介电表面电荷电位最高。这种情形属于暗电流限制的电荷充电。理想的电荷充电电流为：

通常，暗电流的增大与表面电位V_s升高，接近于指数关系，如图5-10所示。

图5-10 暗电流限制的介电表面

从过程控制角度，电位限制的电荷充电，比暗电流限制电荷充电更受青睐。第一代硒鼓一类的感光导体，即为暗电流限制的感光导体。感光导体在材料性能得到改善后，暗时电导率已经降低。

电晕管对感光导体电荷充电时，可在感光导体上连接与电晕电压相反的电压，这样电晕管性能会得到改善，能增强离子迁移，提高感光导体电荷电位。另一种SCOROTRON电晕装置，感光导体与电晕源间单独安装了栅极导线。栅极导线可稳定离子电流，防止感光导体过度电荷充电。但这两种情况下，电晕管的简约设计，都已消失殆尽。