在當(dāng)今信息爆炸的時(shí)代，復(fù)印機(jī)成了人們不可或缺的專用工具。人們?cè)趲酌腌姷臅r(shí)間內(nèi)，就能完成一份文件的復(fù)制，從而擺脫了繁重的抄寫工作，并由此促進(jìn)了信息的傳播。然而，人們也許不知道，復(fù)印機(jī)的發(fā)明凝聚著一位杰出發(fā)明人20多年的光陰和心血。復(fù)印機(jī)是哪個(gè)國家發(fā)明的?卡爾森是美國紐約市的一個(gè)發(fā)明愛好者。從1936年開始，他就注意到，當(dāng)時(shí)的人們?cè)谛枰募?fù)本時(shí)，往往通過成本較高的照相技術(shù)來完成。由此，他想發(fā)明一種能快速并經(jīng)濟(jì)地復(fù)制文件的機(jī)器。他跑遍了紐約的各個(gè)圖書館，搜尋有關(guān)這方面的技術(shù)書籍。最初他把研究重點(diǎn)定位于照相復(fù)制技術(shù)合成，然而，當(dāng)他飽覽群書之后，覺得在此方向很難有所突破。一天，他來到朋友的工廠里，一位來自匈牙利的工程師給他展示了一種當(dāng)光線增強(qiáng)時(shí)能夠產(chǎn)生導(dǎo)電性質(zhì)的物質(zhì)?？柹砣婚_朗，意識(shí)到這種物質(zhì)在他的發(fā)明中很有應(yīng)用價(jià)值，并把研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向了靜電技術(shù)領(lǐng)域?？柹诩~約市的一個(gè)酒吧里租了一個(gè)房間作為實(shí)驗(yàn)室，并和他的助手——一個(gè)名叫奧特卡尼的德國物理學(xué)家開始靜電復(fù)制技術(shù)的試驗(yàn)。

復(fù)印機(jī)哪年發(fā)明的?1938年10月22日，奧特卡尼把一行數(shù)字和字母“10、22、38、ASTORIA”印在玻璃片上，又在一塊鋅板上涂了一層硫黃，然后在板上使勁地摩擦，使之產(chǎn)生靜電。他又把玻璃板和這塊鋅板合在一起用強(qiáng)烈的光線掃描了一遍。幾秒鐘之后，他移開玻璃片，這時(shí)，鋅板上的硫黃末近乎完美地組成了玻璃片上的那行數(shù)字和字母“10、22、38、ASTORIA”。靜電復(fù)制技術(shù)終于有所突破，卡爾森將這項(xiàng)專利向許多家公司推薦。然而，從1939年到1944年的五年時(shí)間里，沒有一家公司接受卡爾森的專利。這些公司認(rèn)為，用硫黃末作為“介質(zhì)”，從技術(shù)上看不夠成熟。此外，他們還對(duì)生產(chǎn)復(fù)印機(jī)的市場(chǎng)前景并不看好。實(shí)際上，在那時(shí)需要復(fù)制的文件確實(shí)并不很多。卡爾森毫不氣餒，繼續(xù)鉆研，完善他的靜電復(fù)制技術(shù)。又經(jīng)過幾年的研究，他找到了更為理想的攜帶靜電的“介質(zhì)”。終于有一家公司采用了卡爾森的最新專利技術(shù)，生產(chǎn)出了第一臺(tái)辦公專用自動(dòng)復(fù)印機(jī)。到了1959年，復(fù)印機(jī)正式被市場(chǎng)所接受，并且像雪球一樣，市場(chǎng)越滾越大。今天，復(fù)印機(jī)已成為全球一項(xiàng)龐大的產(chǎn)業(yè)?？柹o電復(fù)印的過程本質(zhì)上是一種光電過程，它所產(chǎn)生的潛像是一個(gè)由靜電荷組成的靜電像，其充電、顯影和轉(zhuǎn)印過程都是基于靜電吸引原理來實(shí)現(xiàn)的。由于其靜電潛像是在光照下光導(dǎo)層電阻降低而引起充電膜層上電荷放電形成的，所以卡爾森靜電復(fù)印法對(duì)感光鼓有如下要求：具有非常高的暗電阻率。這種感光鼓在無光照的情況下，表面一旦有電荷存在，能較長時(shí)間地保存這些電荷;而在光照的情況上，感光鼓的電阻率應(yīng)很快下降，即成為電的良導(dǎo)體，使得感光鼓表面電荷很快釋放而消失?？柹o電復(fù)印法所使用的感光鼓主要由硒及硒合金、氧化鋅、有機(jī)光電導(dǎo)材料等構(gòu)成，一般是在導(dǎo)電基體上(如鋁板或其他金屬板)直接涂敷或蒸鍍一薄層光電導(dǎo)材料。其結(jié)構(gòu)是上面為光導(dǎo)層，下面為導(dǎo)電基體?？柹o電復(fù)印法大致可分為充電、曝光、顯影、轉(zhuǎn)印、分離、定影、清潔、消電八個(gè)基本步驟。

充電是使感光鼓在暗處，并處在某一極性的電場(chǎng)中，使其表面均勻地帶上一定極性和數(shù)量的靜電荷，即具有一定表面電位的過程。這一過程實(shí)際上是感光鼓的敏化過程，使原來不具備感光性的感光鼓具有較好的感光性。充電過程只是為感光鼓接受圖像信息準(zhǔn)備的，是不依賴原稿圖像信息的預(yù)過程，但這是在感光鼓表面形成靜電潛像的前提和基礎(chǔ)。當(dāng)在暗處給感光鼓表面充上一層均勻的靜電荷時(shí)，由于感光鼓在暗處具有較高的電阻，所以靜電荷被保留在感光鼓表面。對(duì)于不同性質(zhì)的光電導(dǎo)材料制的感光鼓應(yīng)充以不同極性的電荷，這是由半導(dǎo)體的導(dǎo)電特點(diǎn)決定的，即只允許一種極性的電荷(空穴或電子)“注入”，而阻止另一種極性電荷(電子或空穴)的“注入”。因此對(duì)于N型半導(dǎo)體，表面應(yīng)充負(fù)電;而對(duì)P型半導(dǎo)體，則應(yīng)充正電。當(dāng)用正電暈對(duì)P型感光鼓充正電時(shí)，由于P型半導(dǎo)體中負(fù)電荷不能移動(dòng)，因此光導(dǎo)層表面的正電荷與界面上的負(fù)電荷，只能相互吸引，而不會(huì)中和。倘若用負(fù)電暈對(duì)P型感光鼓充負(fù)電，則由于光導(dǎo)層及共界面處感應(yīng)產(chǎn)生的是正電荷，而P型半導(dǎo)體的主要載流子是“空穴”，自由移動(dòng)較為容易(或稱為“注入”)，易與感光鼓表面的負(fù)電荷中和。這樣，對(duì)P型感光鼓充負(fù)電時(shí)，其充電效率是相當(dāng)?shù)偷摹?duì)于N型感光鼓，則由于其主要載流子是電子，若對(duì)其充正電，其充電效率也是極其低的。目前靜電復(fù)印機(jī)中通常采用電暈裝置對(duì)感光鼓進(jìn)行充電。

曝光是利用感光鼓在暗處時(shí)電阻大，成絕緣體;在明處時(shí)電阻小，成導(dǎo)體的特性，對(duì)已充足的感光鼓用光像進(jìn)行曝光，使光照區(qū)(原稿的反光產(chǎn)分)表面電荷因放電而消失，無光照的區(qū)域(原稿的線條和墨跡部分)電荷依舊保持，從而在感光鼓上形成表面電位隨圖像明暗變而起伏的靜電潛像的過程。進(jìn)行曝光時(shí)，原稿圖像經(jīng)光照射后，圖像光信號(hào)經(jīng)光學(xué)成像系統(tǒng)投射到感光鼓表面，光導(dǎo)層受光照射的部分稱為“明區(qū)”，而沒有受光照射的部分自然屬“暗區(qū)”。在明區(qū)，光導(dǎo)層產(chǎn)生電子空穴對(duì)，即生成光生載流子，使得光導(dǎo)層的電阻率迅速降低，由絕緣體變成半導(dǎo)體，呈現(xiàn)導(dǎo)電狀態(tài)，從而使感光鼓表面的電位因光導(dǎo)層表面電荷與界面處反極性電荷的中和而很快衰減。在暗區(qū)，光導(dǎo)層則依然呈現(xiàn)絕緣狀態(tài)，使得感光鼓表面電位基本保持不變。感光鼓表面靜電電位的高低隨原稿圖像濃淡的不同而不同，感光鼓上對(duì)應(yīng)圖像濃的部分表面電位高，圖像淡的部分表面電位低。這樣，就在感光鼓表面形成了一個(gè)與原稿圖像濃淡相對(duì)應(yīng)的表面電位起伏的靜電潛像。

顯影是用帶電的色粉使感光鼓上的靜電潛像轉(zhuǎn)變成可見的色粉圖像的過程。顯影色粉所帶電荷的極性，與感光鼓表面靜電潛像的電荷極性相反。顯影時(shí)，在感光鼓表面靜電潛像電場(chǎng)力的作用下，色粉被吸附在感光鼓上。靜電潛像電位越高的部分，吸附色粉的能力越強(qiáng);靜電潛像電位越低的部分，吸附色粉的能力越弱。對(duì)應(yīng)靜電潛像電位(電荷的多少)的不同，其吸附色粉量也就不同。這樣感光鼓表面不可見的靜電潛像，就變成了可見的與原稿濃淡一致的不同灰度層次的色粉圖像。在靜電復(fù)印機(jī)中，色粉的帶電通常是通過色粉與載體的摩擦來獲得的。摩擦后色粉帶電極性與載體帶電極性相反。

轉(zhuǎn)印是用復(fù)印介質(zhì)貼緊感光鼓，在復(fù)印介質(zhì)的背面予以與色粉圖像相反極性的電荷，從而將感光鼓已形成的色粉圖像轉(zhuǎn)移到復(fù)印介質(zhì)上的過程。目前靜電復(fù)印機(jī)中通常采用電暈裝置對(duì)感光鼓上的色粉圖像進(jìn)行轉(zhuǎn)印。當(dāng)復(fù)印紙(或其他介質(zhì))與已顯影的感光鼓表面接觸時(shí)，在紙張背面使用電暈裝置對(duì)其放電，該電暈的極性與充電電暈相同，而與色粉所帶電荷的極性相反。由于轉(zhuǎn)印電暈的電場(chǎng)力比感光鼓吸附色粉的電場(chǎng)力強(qiáng)得多，因此在靜電引力的作用下，感光鼓上的色粉圖像就被吸附到復(fù)印紙上，從而完成了圖像的轉(zhuǎn)印。在靜電復(fù)印機(jī)中為了易于轉(zhuǎn)印和提高圖像色粉的轉(zhuǎn)印率，通常還采用預(yù)轉(zhuǎn)印電極或預(yù)轉(zhuǎn)印燈裝置對(duì)感光鼓進(jìn)行預(yù)轉(zhuǎn)印處理。

在前述的轉(zhuǎn)印過程中，復(fù)印紙由于靜電的吸附作用，將緊緊地貼在感光鼓上，分離是將緊貼在感光鼓表面的復(fù)印紙從感光鼓上剝落(分離)下來的過程。靜電復(fù)印機(jī)中一般采用分離電暈(交、直流)、分離爪或分離帶等方法來進(jìn)行紙張與感光鼓的分離。

定影是把復(fù)印紙上的不穩(wěn)定、可抹掉的色粉圖像固著的過程。通過轉(zhuǎn)印、分離過程轉(zhuǎn)移到復(fù)印紙上的色粉圖像，并未與復(fù)印紙融合為一體，這時(shí)的色粉圖像極易被擦掉，因此須經(jīng)定影裝置對(duì)其進(jìn)行固化，以形成最終的復(fù)印品。目前的靜電復(fù)印機(jī)多采用加熱與加壓相結(jié)合的方式，對(duì)熱熔性色粉進(jìn)行定影。定影裝置加熱的溫度和時(shí)間，風(fēng)及加壓的壓力大小，對(duì)色粉圖像的粘附牢固度有一定的影響。其中，加熱溫度的控制，是圖像定影質(zhì)量好壞的關(guān)鍵。

清潔是清除經(jīng)轉(zhuǎn)印后還殘留在感光鼓表面色粉的過程。感光鼓表面的色粉圖像由于受表面的電位、轉(zhuǎn)印電壓的高低、復(fù)印介質(zhì)的干濕度及與感光鼓的接觸時(shí)間、轉(zhuǎn)印方式等的影響，其轉(zhuǎn)印效率不可能達(dá)到100%。在大部分色粉經(jīng)轉(zhuǎn)印從感光鼓表面轉(zhuǎn)移到復(fù)印介質(zhì)上后，感光鼓表面仍殘留有一部分色粉，如果不及時(shí)清除，將影響到后續(xù)復(fù)印品的質(zhì)量。因此必須對(duì)感光鼓進(jìn)行清潔，使之在進(jìn)入下一復(fù)印循環(huán)前恢復(fù)到原來狀態(tài)。靜電復(fù)印機(jī)機(jī)中一般采用刮板、毛刷或清潔輥等裝置對(duì)感光鼓表面的殘留色粉進(jìn)行清除。

消電是消除感光鼓表面殘余電荷的過程。由于充電時(shí)在感光鼓表面沉積的靜電荷并不因所吸附的色粉微粒轉(zhuǎn)移而消失，在轉(zhuǎn)印后仍留在感光鼓表面，如果不及時(shí)清除，會(huì)影響后續(xù)復(fù)印過程。因此，在進(jìn)行第二次復(fù)印前必須對(duì)感光鼓進(jìn)行消電，使感光鼓表面電位恢復(fù)到原來狀態(tài)。靜電復(fù)印機(jī)中一般采用曝光裝置來對(duì)感光鼓進(jìn)行全面曝光，或用消電電暈裝置對(duì)感光鼓進(jìn)行反極性充電，以消除感光鼓上的殘余電荷。

卡爾森前后經(jīng)歷20余年的光陰，由技術(shù)不成熟、市場(chǎng)潛力不看好，到技術(shù)日趨成熟、市場(chǎng)日益擴(kuò)大，終于使靜電復(fù)印機(jī)走向了全世界。