Electrophotographie

Une des premières applications des ondes progressives du champ électrique pour manipuler des particules était dans le domaine de l’electrophotographie. En 1987, F. W. Schmidlin a déposé un premier brevet (US. Pat. N° 4647179A), pour le compte de Xerox Corporation, dans lequel il a proposé un appareil innovant de transport de toner destiné à être utilisé pour former des images en poudre sur une surface de numérisation [25]. L’appareil est caractérisé par l’utilisation d’un convoyeur à ondes électrostatiques progressives pour déplacer les particules de toner vers une surface de formation d’image. Le convoyeur comprend donc un réseau d’électrodes parallèles linéaires connecté à un système de tensions alternatives quadriphasées. C’était la première fois qu’un tel système de déplacement des particules est intégré dans un processus d’imprimerie xérographique. Dans ce processus, lors de l’application du toner sur les images électrostatiques, il est nécessaire de transporter le

Ayyoub ZOUAGHI PPRIME – Poitiers 2019

toner de sa boite à la surface chargée. Une limitation fondamentale des systèmes de développement xérographiques classiques, comprenant une brosse magnétique, est l’impossibilité de fournir du toner aux images latentes sans créer de grandes forces adhésion entre le toner et le convoyeur classique qui le transporte. Cette grande fluctuation des forces d’adhésion affecte négativement la qualité d’image, d’où la nécessité de trouver une solution à ce problème.

Figure I.10. Schéma du système d’impression développé par Schmidlin, équipé d’un convoyeur électrostatique à ondes progressives. Composants : (10) ceinture photoconductrice. (25) station de charge avec

décharge couronne. (26) électrode mise sous tension DC négative. (27) fil décharge couronne négative. (C) station de développement contenant le convoyeur à onde progressive (38) [25].

La Figure I.10 représente un schéma de la machine d’impression électrophotographique incorporant l’invention de Schmidlin. Dans cette machine, une courroie photoconductrice 10 est entrainée par trois rouleaux 18, 20 et 22 vers la direction 16. Initialement une partie de la courroie passe par la station de charge A dans laquelle un chargeur avec décharge couronne

25 charge la couche 12 de la courroie à un potentiel négatif. Ensuite, la partie chargée de la

bande photoconductrice avance dans la station d'exposition B, où une image électrostatique latente est formée sur la courroie à partir d’un document original. Puis, la courroie photoconductrice 10 fait avancer l'image électrostatique jusqu’à la station de développement

C. Au niveau de cette station, un convoyeur à ondes progressives 38 placé sur un tambour fait

avancer les particules de toner au contact des images électrostatiques formées sur la courroie photoconductrice 10. Les images électrostatiques attirent par conséquent les particules du toner chargées provenant du convoyeur formant ainsi des images imprimées.

Toujours dans le domaine de l’électrophotographie, Schmidlin a déposé trois autres brevets dans les années 90 [82]–[84]. Il a aussi réalisé des études expérimentales et numériques sur le comportement des particules de toner manipulées par ondes électriques progressives [77], [85].

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Sur la même période, d’autres chercheurs ont aussi étudié la manipulation des particules de toner par des ondes électriques progressives. Par exemple, Taniguchi et al. ont conduit une série des travaux entre 1991 et 2003 qui ont porté sur l’amélioration du transport du toner [86]–[88]. Ils ont étudié l’effet de la forme d’onde de tension et le nombre de phases, et ils ont essayé aussi d’observer le mouvement des particules par une caméra vidéo. Ils ont affirmé que la distance de transportée des particules de toner chargées peut être contrôlée par le fonctionnement pas à pas des ondes rectangulaires à quatre phases. Selon les travaux d’Adachi et al. [89] en 2005, le convoyeur à ondes progressives peut être une bonne alternative au système de toner classique qui permet d’assurer une transportation et une alimentation stable du toner sans qu’il y ait une adhésion forte entre le toner et le convoyeur.

Entre 2006 et 2008, Kawamoto et al. ont réalisé des études théoriques et expérimentales très pertinentes sur la séparation et la classification des particules de toner en fonction de leur taille en utilisant des ondes électriques progressives [27], [78], [90]. Les auteurs ont développé cinq techniques de classification électrostatique des particules de toner en exploitant l’équilibre entre les forces électrostatique et gravitationnelle. Les cinq systèmes sont présentés sur la Figure I.11.

(a) ^(b)

(c) (d) (e)

Figure I.11. Systèmes de séparation électrostatique des particules développés par Kawamoto et al. [90]. (a) Séparateur à convoyeur sur un plan incliné, (b) tube incliné, (c) système centrifuge, (d) système à convoyeur

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Le premier est un convoyeur à plan incliné, alimenté par quatre phases de tensions carrées. Lorsque le plan est incliné et des valeurs de tension et de fréquence appropriées sont appliquées, les grosses particules tombent et les petites particules se déplacent vers le haut. De cette façon, deux gammes de taille de particules sont obtenues. La deuxième technique consiste à mettre un convoyeur de type tube incliné à l’extrémité d’un convoyer plan. Son rôle est de soulever les petites particules lorsque des tensions, fréquences et degrés d’inclinaisons bien définies sont appliquées. Les troisième et quatrième techniques utilisent deux configurations des convoyeurs électrostatiques de forme circulaire qui utilise la capacité de lévitation des petites particules à haute altitude par rapport aux grosses particules. La dernière technique est une combinaison du convoyeur plan et d’un rouleau de séparation électrostatique situé à l’extrémité du convoyeur. Ainsi, les petites particules s’attachent au rouleau chargé, permettant au système d’avoir une très bonne efficacité de séparation.

La Figure I.12 illustre quelques résultats de la distribution de taille des particules qui s’attachent au rouleau en fonction de la tension appliquée et du gap. Dans ce système, la fréquence des signaux de tension est fixée à 5 Hz et les particules de toner se chargent par

friction avec le film isolant sur le convoyeur. Bien que cette fréquence semble très faible, Kawamoto affirme que le mouvement des particules à cette fréquence est synchronisé avec l’onde électrique. Les résultats montrent que lorsque la tension est appliquée, seulement les petites particules qui ont une taille inférieure à 50 μm ont été récupéré au niveau du rouleau

[90].

Figure I.12. Distributions granulométriques des particules avant et après séparation électrostatique en utilisant le système à rouleau pour différents valeurs de gap et de tension appliquée [90].