Chester Carlson und Xerographie

In jedem Kopierer und Laserdrucker befindet sich eine lichtempfindliche Oberfläche, der sogenannte Fotorezeptor. Er besteht aus einer dünnen Schicht fotoleitfähigen Materials, die auf ein flexibles Band oder eine flexible Trommel aufgebracht wird. Der Fotorezeptor wirkt im Dunkeln isolierend, wird aber leitfähig, wenn er Licht ausgesetzt wird. Er wird im Dunkeln aufgeladen, indem eine hohe Gleichspannung an Drähte angelegt wird, die im Umfeld der Drähte ein intensives elektrisches Feld erzeugt, das die Luftmoleküle zur Ionisierung bringt. Ionen mit der gleichen Polarität wie die Spannung an den Drähten werden auf der Oberfläche des Fotorezeptors abgelagert, wodurch ein elektrisches Feld entsteht.

In einem digitalen Kopierer oder Drucker wird das Bild auf dem Fotorezeptor mit einem Laserscanner oder einer Leuchtdiode belichtet. Bei älteren analogen Kopierern wird das von einem beleuchteten Bild reflektierte Licht auf den Fotorezeptor projiziert. In beiden Fällen werden die dem Licht ausgesetzten Bereiche des Fotorezeptors selektiv entladen, was zu einer Verringerung des elektrischen Feldes führt. Die dunkleren Bereiche behalten ihre Ladung.

Pigmentiertes Pulver, das zur Entwicklung des Bildes verwendet wird, wird als Toner bezeichnet. Tonerpartikel aus Farbstoff und Kunstharz haben präzise gesteuerte elektrostatische Eigenschaften und haben einen Durchmesser von etwa fünf bis zehn Mikrometern. Sie werden mit magnetisierten Trägerperlen vermischt und geladen, die sie in die Entwicklungszone transportieren. Die Ladung der Partikel erfolgt durch das Phänomen der Triboelektrizität (oft auch als statische Elektrizität bezeichnet). Das dem Ladungsmuster des Bildes auf dem Fotorezeptor zugeordnete elektrische Feld übt eine elektrostatische Kraft auf den geladenen Toner aus, der am Bild haftet. Ein Farbdokument wird durch einen Drucker mit vier separaten xerographischen Einheiten gebildet, die separate Cyan-, Magenta-, Gelb- und Schwarzbilder erzeugen und entwickeln. Die Überlagerung dieser Pulverbilder erzeugt vollfarbige Dokumente.

Das Pulverbild wird vom Fotorezeptor auf das Papier übertragen, indem das Papier mit dem Toner in Kontakt gebracht und dann eine Ladung mit einer der Polarität des Toners entgegengesetzten Polarität aufgebracht wird. Die Ladung muss stark genug sein, um die Haftung des Pulvers am Fotorezeptor zu überwinden. Eine zweite, präzise gesteuerte Ladung setzt das Papier, das nun das Bild enthält, vom Fotorezeptor frei.

Beim Schmelzverfahren wird der das Bild umfassende Toner geschmolzen und mit dem Papier verbunden. Dies wird erreicht, indem das Papier durch ein Walzenpaar geführt wird. Eine erwärmte Walze schmilzt den Toner, der mit Hilfe des Drucks der zweiten Walze mit dem Papier verschmolzen wird.

Die Übertragung des Toners vom Fotorezeptor auf das Papier ist nicht 100 Prozent effizient. Vor dem nächsten Druckzyklus muss der Resttoner daher vom Fotorezeptor entfernt werden. Bei den meisten Kopierern und Druckern mittlerer und hoher Geschwindigkeit geschieht dies mittels einer rotierenden Reinigungsbürste.