Ксерокопия удачи

#Технологии
АП
Ася Петухова

Историю ксерокса можно считать типичной историей того, как долог бывает путь от патентования идеи до практического ее воплощения в жизнь, ее коммерциализации, как сейчас говорят. Наверное, именно по этой причине на сегодня существуют сотни вариантов этой истории, часто апокрифического характера, и все они концентрируются в основном на персоне автора изобретения, лишь вскользь касаясь сути его первоначальной идеи и ее эволюции на протяжении более 20 лет до появления офисного копировального аппарата в привычном для нас виде с нарицательным ныне именем ксерокс (первоначально «ксерография», от греческого «сухопись» или, что ближе по смыслу, «сухая печать»).

Сыграло здесь роль и то, что изобретатель ксерокса Честер Карлсон (Чет Карлсон, как его называют на родине) был ярким примером человека, которого в Америке называют self-made man. К тому же он был не только инженером-физиком, выпускником 1930 года знаменитого Калтеха — Калифорнийского технологического института, но и дипломированным юристом с лицензией на юридическую практику, выданная ему Апелляционной палатой Верховного суда штата Нью-Йорк 11 декабря 1940, и с юридической скрупулезностью хранил все свои документы, как касающиеся его изобретения, так и личные. Ну и, конечно, расстаралась компания Xerox Corporation, рассортировавшая архивы Карлсона, оцифровавшая их и выложившаяся их в сеть.

Из них мы знаем, что Честер Карлсон, имевший диплом с отличием Калтеха и незакрытый кредит за учебу на сумму $1400, разослал по стране 82 безответных письма со своим резюме, и только после 83-го по счету его пригласили на собеседование в Bell Labs и зачислили в лабораторию материаловедения. Возможно, останься Карлсон в этой лаборатории, он бы участвовал в опытах по дифракции электронов (электронофотографии, как ее иногда называют) и, кто знает, возможно, разделил бы с сотрудником Bell Labs Клинтоном Дэвиссоном Нобелевскую премию 1937 года по физике за электронофотграфию. 

Реклама одной из первых машин по фотокопии

Но в Bell Labs Карлсона почти сразу перевели в патентный отдел, а потом уволили по сокращению штатов— Великая депрессия набирала силу. Карлсону пришлось искать новую работу, с нескольких попыток он ее нашел в патентном отделе производителя аккумуляторов и конденсаторов P. R. Mallory & Co, и, видимо, окончательно смирившись со своей патентной стезей, стал готовить себя в патентные поверенные, поступив в Нью-Йоркскую юридическую школу. Словом, в силу жизненных обстоятельств с электронофотографией у Чета Карлсона не сложилось, но в электрофотографии он преуспел, да еще как! 

Историки науки и техники часто пишут, что идею электрофотографии Чет Карлсон позаимствовал у венгерского физика Пала Селени из компании Tungsram и что на самом деле первые электрофотографии сделал Селени еще в начале 1930-х годов, то есть ему принадлежит приоритет открытия. Это не совсем так. Пал Селени исходно не ставил задачу получить сухую светокопию, его интересы были намного академичнее и касались изучения тонкостей фотоэффекта, то есть электризации атомов вещества под действием фотонов света (за счет вылета электронов при поглощении атомами вещества фотонов) или перехода электронов на более высокие орбиты (внутренний фотоэффект). 

Селени был первым, кто получил мельчайшие источники света, которые требовались для экспериментов с так называемыми широкоугольными помехами, которые наблюдались физиками для радиоволн. В его установке источниками, сопоставимыми по размерам с половиной длины волны освещения, были микрочастички серы, которые он получал, окуривая пластины слюды парами серы. Микрочастички серы служили вторичными источниками рассеянного на них света. Отсюда был один шаг до электрофотографии, и, строго говоря, Селени его сделал, но для фиксации результатов своих экспериментов по фотоэффекту, а не для копирования. 

Карлсон, кстати, и не скрывал, что развернула его в правильном направлении как раз статья Пала Селени, которую он прочитал в публичной библиотеке Нью-Йорка и даже сделал ее фотостат — моментальную фотокопию, изготовление которой на автоматической фотографической копировальной машине Photostat занимало 2 минуты и стоило тогда 25 центов. Но, следуя такой логике приоритетов, изобретателем фундаментального принципа электрографии следует считать Альберта Эйнштейна, который в 1905 году объяснил механизм фотоэффекта, за что в 1921 году получил Нобелевскую премию. 

Задача Чета Карлсона была намного практичнее и не претендовала на новое слово в квантовой физике. Но при этом он был физиком и неплохим физиком, изучавшем в университете и прекрасно знавшем о фотоэффекте и понимавшем, что раз свет принципиально способен наэлектиризовать вещество, то надо подобрать такое вещество, которое лучше других электризуется на свету. 

«Было очевидно, — писал он потом, — что экспериментировать надо с фотоэлектрическими материалами, но тут меня ждало множество тупиковых путей». Выход из тупика подсказали ему как раз эксперименты Селени с серными микрочастицами. Зачем, как говорится, от добра добра искать, когда есть сера, которая сама по себе электрически нейтральна (ее электропроводность 10-6 мкСм/см), но в контакте с металлом под действием света заряжается. В абсолютных величинах электропроводность при этом весьма невелика, но относительно исходной ее величины возрастает в миллионы раз.

В дальнейшем Карлсон помимо серы экспериментировал с полупродуктами для синтеза красителей — антраценом (химическим аналогом нафталина), антрахиноном (его получают путем окисления антрацена азотной кислотой), а также и смесью серы с селеном. Все они, как выяснилось, подходили для его целей. Оставалось только закрепить электростатический заряд на покрытой слоем серы, антрацена, антрахинона или их смесей с серой на металлической подложке, и с нее сделать его отпечаток на бумаге.  

«Все материалы, описанные выше, являются изоляторами, — писал в своей патентной заявке 1939 года Карлсон. — Сера, например, является одним из лучших известных изоляторов… Например, если какой-либо из них выполнен в виде тонкого слоя, и на одной стороне слоя нанесен электрический заряд, то по существу будет предотвращено его прохождение через слой на другую сторону, пока слой остается неосвещенным. Следовательно, такие слои будут удерживать электрический заряд в течение периода времени, достаточного для получения и использования электростатического скрытого изображения…».

Пластины-подложки для слоев порошка, писал Карлсон, могли быть «практически из любого подходящего металла, который не вступает в реакцию с используемым фотопроводником. Цинковые или алюминиевые пластины подходят для слоев серы и антрацена. Также может быть использована латунь. Поверхность металла может быть вытравлена для улучшения сцепления фотопроводящего слоя».

В своих первых опытах Чет Карлсон копировал надпись на стекле, под которое подкладывал металлическую пластину с тонким слоем серы и освещал ее, варьируя яркостью света и временем экспозиции (от пары секунд до пары минут). Затем следовал этап «проявления»: пластина опылялась порошком ликоподия, точнее порошком из спор растения липокоподиума. Этот порошок и сейчас продается в аптеках для припудривая опрелостей кожи (споры микроскопических размеров и гидрофобны, то есть не намокают в воде). В дальнейшем Карлсон экспериментировал с тальком, угольной пылью и порошком алюминиевой бронзы, окрашенными красителями в желаемые цвета.

Затем на запыленную пластину подавался «легкий поток воздуха из сопла подходящего вентилятора, чтобы выдуть весь сыпучий порошок, не удерживаемый на поверхности электростатическим притяжением. Везде, где на поверхности остается электрический заряд, соответствующий темным частям исходного изображения, порошок остается прилипшим к поверхности за счет электрического притяжения, таким образом проявляя и делая видимым изображение на поверхности, ранее присутствовавшее в виде скрытого электростатического изображения».

И наконец, на последнем этапе «закрепления» надо было перенести изображение с пластины на бумагу. В первых опытах Карлсон использовал вощеную бумагу, которую достаточно было хорошенько прижать к пластине, и на слое воска оставалось изображение удовлетворительной четкости. В дальнейшем он с успехом переносил изображения на металлическую фольгу или «другой листовой материал», используя «для улучшения переноса клей, парафин или другие мягкие или липкие вещества». Даже «простая вода или другие жидкости часто были удовлетворительны, особенно с бумажными листами», —  писал он в своей патентной заявке. 

Показательно, что, перечисляя преимущества своего изобретения, его автор не впадает в патетику, которая вполне соответствовала бы масштабу его открытия, а отмечает всего два положительных момента. «Во-первых, процесс дает прямую положительную копию вместо отрицательной. То есть после воздействия на оригинал, а затем посыпки черным или цветным порошком и переноса на белый лист бумаги области, которые казались темными на оригинале, будут воспроизведены как черные или цветные области на копии, а области, которые были белыми на оригинале, также будут белыми на копии.

Еще одно преимущество заключается в том, что процесс позволяет получать копии письменных или печатных материалов с использованием обычного фотоувеличителя и путем контактной печати».

Наверное, не следует забывать, что все свои эксперименты Карлсон вел в свободное от работы время сначала у себя дома, что закончилось его разводом с первой женой, а потом в столь же примитивной по оборудованию съемной мастерской. Работал он в одиночку, только какое-то время у него был единомышленник и помощник, но и тот разуверился в успехе и покинул его. 

Патентную заявку на «электрофотографию» Карлсон подал 4 апреля 1939 года, заявка была удовлетворена 6 октября 1942 года с его приоритетом от 1939 года. В 1944 году он получил второй патент, касавшийся в основном механического устройства его копировальной машины. Но до действующего образца было еще далеко. Пока процесс электрографии занимал гораздо больше времени, чем изготовление фотостатов, и требовал тонкой ручной работы. 

Патент 1942 года

Тем не менее в 1944 году Мемориальный институт Баттеля, который специализировался на рискованных инвестициях в новые технологии, заключил с Карлсоном соглашение: институт оплачивает ему расходы на доработку его изобретения в размере $3000 ежегодно и платит еще по $1000 в год на личные нужды изобретателя, а тот в случае успеха получает 25% дохода от коммерциализации его аппарата для электрофотокопирования, а если сразу  возместит все расходы института на него, то его доля в прибылях возрастает до 40%. 

Патент 1944 года

Предложением института Баттеля показалось Карлсону более чем щедрым, он уволился из P. R. Mallory & Co, где уже дорос до начальника патентного отдела, организовал собственную юридическую контору и как независимый патентный поверенный стал продвигать свое изобретение. Желающих вложиться в него не находилось, юридическая контора Карлсона вынужденно занялась продвижением чужих патентов, а сам он устроился на неполный рабочий день в Ассоциацию патентных поверенных Нью-Йорка. 

Нашел инвестора для Карлсона другой юрист и вовсе не специалист в патентном праве — Сол Линовиц. В истории права Линовиц остался юристом-международником, иногда его даже возводят в ранг дипломата, но на самом деле президент Джимми Картер назначил его в 1977 году главой американской делегации на переговорах по Панамскому каналу (власти Панамы хотели получить суверенитет над каналом). 

Но это было потом, а до этого Сол Линовиц был вице-президентом и главным юрисконсультом компании Xerox и ушел оттуда на госслужбу в 1966 году, когда объем рынка копировальных аппаратов корпорации приблизился к $1 млрд в год. А еще за два десятилетия до этого, в 1946 году, демобилизовавшийся с военной службы 33-летний юрист Сол Линовиц был тем человеком, который убедил Джозефа Уилсона, главу Haloid Corporation, хорошо заработавшей на поставках армии США фотоматериалов и фотокопировальной техники в военные годы, вложиться в изобретение Чета Карлсона. 

Сол Линовиц также пообещал Уилсону утрясти все патентные дела Карлсона с институтом Баттеля. Это обошлось Уилсону дорого: $10 тыс. сразу, $25 тыс. ежегодно (что составляло 20% ежегодной послевоенной прибыли  Haloid Corporation) плюс 8% роялти с каждого проданного электрокопировального аппарата Карлсона. Правда, Линовиц включил в договор пункт о том, что ежегодные отступные в  $25 тыс. от Haloid институт Баттеля обязуется тратить исключительно на доводку аппарата Карлсона до коммерческого образца. 

По причине ли этой рискованной сделки или какой другой Джозеф Уилсон слег с инфарктом. К счастью, все обошлось. А над совершенствованием процесса электрографии теперь работали инженеры и ученые из компании Haloid, института Баттеля и сам Чет Карлсон. Дело оказалось небыстрое даже для такого мощного коллектива, но они двигалось, и к концу 1950-х годов появился коммерческий образец того аппарата, о котором мечтал Чет Карсон. В нем уже не надо было вручную покрывать серой или другим фотостатиком металлические пластинки, посыпать их спорами плауна, вместо этого был барабан с напыленным на его поверхность селеном и нагревательный элемент, который намертво приваривал частички синтетического тонера к обычной канцелярской бумаге.

Haloid Corporation, в 1958 году переименованная в Haloid Xerox, а в 1961 году в Xerox Corporation, с того же 1961 года почти ежегодно выводила на рынок новые модели ксерокса — от настольных, офисных до специального назначения. Чет Карсон стал очень богатым человеком. 

Реклама модели Xerox 914

Со стороны может показаться, что судьба компенсировала ему бессонные ночи в домашней лаборатории на кухне, бесконечные скандалы с тещей, отчаяние от равнодушия инвесторов к его изобретению, упорство, с каким он не сдавался, снова и снова доказывая свою правоту. Во всяком случае период морального удовлетворения для Чета Карлсона длился сравнительно недолго, в 1968 году он умер от сердечной недостаточности, успев потратить на благотворительность, как писали в его некрологах СМИ, $100 тыс. 

Это очень большие деньги для 1960-х годов, по нынешнему курсу это более $730 тыс. Но дело даже не в сумме, были и более щедрые благотворители, а в том, кому Чед Карлсон веером раздавал свои деньги. На сайте его архивов можно увидеть несколько сотен названий организаций от Красного Креста и университетов, творческих организаций, больниц, детских домов и домов престарелых до Всемирного фонда дикой природы, борцов за мир во всем мире и обществ медитации дзен, получивших от него материальную помощь в виде чеков и иногда даже принадлежавших лично ему простых акций Xerox Corporation. Очень похоже на то, что он никому не отказывал в деньгах. Почти в буквальном смысле печатал их на ксероксе и раздавал. Хотя почему бы нет, уж кто как не Чет Карлсон имел на это полное право.

В заключение, наверное, стоит упомянуть о советском ксероксе. Его история сейчас подробно описана, и любой желающий может почитать ее в интернете, но лучше познакомиться без выдумок ее переписчиков непосредственно по первоисточнику — V. M. Fridkin. The Phisics of the Electrophotographic Process. Focal Press, London, 1973. 

Если же совсем коротко, то сделал первый советский ксерокс выпускник физфака МГУ Владимир Фридкин, которого распределили после окончания университета в 1952 году в НИИ полиграфического машиностроения. Судя по тому, что Фридкин начал свою работу с опытов с серой и фотоувеличителем, он сначала повторил первые опыты Карлсона конца 1930-х годов, описанные в его патенте 1942 года. Но у Фридкина дело пошло быстрее. После того, как он показал начальству своего НИИ первые сделанные им копии, ему был выделен в помощь целый штат инженеров и техников, которые в 1953 году построили рабочий образец «Электроскопического копировального устройства №1». 

Хотя физический принцип электропечати у Фридкина был несколько иной, в механической части прибора он сразу применил схему с цилиндрами, которая появилась в Haloid в том же 1953 году. Иными словами, к середине 1950-х годов в гонке по созданию автоматического ксерокса западные компании шли ноздря в ноздрю с советским электрофотографическим аппаратом.

Про молодого ученого сняли короткометражный фильм, в Вильнюсе создали Институт электрографии, где он стал замдиректора, в Кишиневе подобрали завод для его переоборудования под производство копировальных машин Фридкина. А потом дело забуксовало. Сейчас ясно почему. Доступные широкому кругу людей и не требующие никаких специальных знаний копировальные аппараты были явной угрозой идеологии, мало ли кто и что на них начнет размножать и распространять. 

В итоге, Фридкин поступил в аспирантуру в Институт кристаллографии, защитил диссертацию по «электрофотографическому процессу». В отличие от писателей и композиторов советские инженеры и ученые не могли рассчитывать на роялти от тиражирования своих изобретений, в лучшем случае им в придачу к авторским свидетельствам давали институтские или ведомственные премии в размере одного-двух месячных окладов, иногда — крупные всесоюзные премии: Ленинскую и Государственную (в разные годы — от 5 тыс. до 10 тыс. рублей). Но в конечном итоге больше денег инженер или ученый, мог заработать, защитив докторскую диссертацию и заняв должность завлаба, завсектора, завотдела и т.д.

В 1965 году Институт кристаллографии в Москве посетил Честер Карлсон, они с Фридкиным вместе сфотографировались и на аппарате Фридкина сделали ксерокопию фото. Примерно в это же время Советский Союз начал закупать зарубежные электрофотокопировальные аппараты, сначала компаний Canon, Konica, Olivetti, Minolta, Toshiba, Sharp. А после 1968 года на советский рынок вышла и Xerox Corporation. Одновременно началось производство отечественных электрокопировальных аппаратов в Казани, Минске и Грозном. Появились собственные «ксероксы» в странах соцлагеря — ГДР и ПНР. 

А первый советский «ксерокс» Фридкина, который он перевез из НИИ полиграфии в Институт кристаллографии АН СССР, стоял в дальнем углу его лаборатории как памятник его молодости и наивности. В один прекрасный день к нему в лабораторию пришли из первого отдела института и велели аппарат разобрать и выбросить на помойку. По свидетельству Фридкина от его детища сохранилась только одна деталь — пластинка с зеркальной поверхностью, она еще долго висела в дамском туалете института вместо зеркала.

Заглавное фото: britannica.com

Читайте в нашем журнале: 

Электронная тату, вентилятор и медведь: самые необычные патенты Google

Бейдж, бар и роботы: 10 необычных патентов «Сбера»

Как корпорация IBM стала «крестным отцом» интеллектуальной собственности в США

Ася Петухова
Онлайн Патент
#Технологии
Спасибо! Мы перезвоним вам в ближайшее время!