Tentamen i Fysik för IMT 5A1225 980109 14-19

Alla hjälpmedel utom sådana som innebär kontakt med andra levande varelser är tillåtna. Uppgifterna är inte ordnade i svårighetsgrad. Tänk på att även en ansats på ett tal kan ge delpoäng. 2.5p erfordras för godkänt.

Tema denna gång är ett företag (Array Printer) med en produkt man försöker lansera. Tentan börjar med en text klippt från företagets hemsida som innehåller en del basfakta som används i uppgifterna.

OBSERVERA att ämnesvalet inte innebär att jag uttalar mig om teknikens eller företagets möjligheter.

Citat från hemsidan.

While laser printing is an indirect printing method, TonerJet, like ink jet, is a direct printing method. Charged toner is exposed to a thin flexible printed circuit board ("FPC") with an array of microscopically fine holes. Each hole is surrounded by a ring electrode which is connected to a printer controller via a high voltage driver IC. The printer’s paper feeder passes the sheet of paper between the FPC and a back-ground electrode set at 1.5 kV. The electrostatic field created by the background electrode is strong enough to cause the particles of toner to pass down through the holes and onto the paper. However, this can be prevented, and therefore controlled, by changing the electronic potential on the ring electrodes surrounding the holes. Thus, with a standby potential, no Toner passes through the holes. By changing the potential for a few ten thousandths of a second, the electrostatic forces cause a small jet of toner (thus "TonerJet") to pass through the hole, depositing a small spot or dot on the paper. Dots from neighboring holes overlap and thus areas can be covered to form letters or graphic images. Then the document is fused in the same manner as in a laser printer; heat and pressure cause the toner to bond to the paper. Meanwhile, the FPC is cleaned and the next page is ready to be printed. TonerJet thus accomplishes in three steps what a laser needs nine steps to do.

TonerJet can be used for either monochrome or color printing. When printing in color, the advantages of TonerJet and its simplicity become even more apparent. Four stationary print units with the same width as the paper can be used to make a single pass machine at a relatively low cost. This means that, with TonerJet, it is possible to print a color page at the same speed as a monochrome page.

In order to obtain a high level of quality, the color dots must be placed on the paper with an accuracy of approximately 40µm. The many different process steps and storage on drums and belts required by laser technology mean that such registration is mechanically difficult to obtain when the four basic colors are to be layered one over the other. This, in combination with the high process speed required for each of the four colors, is why color laser printers are expensive compared to monochrome lasers. A TonerJet color printer is today judged to be able to achieve such registration at higher speeds by factory mounting all four print units in a precision-made frame. This should make possible a lower manufacturing cost.

Another factor which determines quality is the ability to combine an acceptable resolution, 300-600 dpi, with the ability to control the halftoning by varying dot size, i.e. dot size control. Experiments at Array have shown that TonerJet possesses a competitive advantage in this respect.

Antag att varje papper är 0.080mm tjockt och att det blir en luftspalt på 0.090mm mellan papper och FPC. Vilken fart har då en tonerpartikel med vikten 3.1x10^-15kg och laddning motsvarande 100 elektronladdningar när den slår i pappret (om vi ngt orealistiskt, bortser från luftmotstånd)

De laddade tonerpartiklar som förflyttar sig kommer att ge upphov till en (svag) ström. Denna ger ett magnetfält som teoretiskt skulle kunna påverka tonerjeten från närliggande punkt. Hur stor är kvoten mellan den (avsiktliga) kraften från bakgrundselektroden och den magnetiska kraften från en näraliggande dot vid 600DPI (Dots Per Inch, Inch =2.54cm), om ca en miljon laddade tonerpartiklar av typ som uppg 1 passerar luftgapet på 0.4ms.

Hur många DPI motsvarar ögats upplösningsgräns på ett papper som betraktas från 250mm avstånd?

Tekniken går med viss modifiering (annan spänning) att använda för att göra OH-bilder. I detta fall visar det sig att toner skjuts in i plasten så att en 0.5mm djup svärtning erhålles. Detta innebär naturligtvis att en OH inställd att avbilda ovansidan skarpt kommer att avbilda underkanten på fläcken med viss oskärpa (pga felfokusering). Avgör mha överslagsberäkning om detta är av betydelse i ett normalt sammanhang.

När man ska mäta hur långt ett papper kommit i pappersbanan måste detta göras med hög noggrannhet om flera färger ska kunna appliceras. Ställ upp ett algebraiskt uttryck som funktion av läge och tid som ger värdet 1 då en viss lägespunkt täcks av papper och noll annars. Använd funktionen rect(y) som är 1 då absolutbeloppet av y är mindre än 1/2 och värdet 0 annars. Pappret är 297mm långt och rör sig med hastigheten 0.55m/s i positiv x-led. Framkanten ankommer till x=0 vid tiden 0 (endast läge i rörelseriktningen behöver beaktas)

Alla införda konstanters värde och enhet ska anges.

Ledning: Uppgiften har faktiskt med kursen att göra!