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Rolo Magnético, Toner e Lâmina = formando a imagem perfeita
A construção da imagem que transferiremos para o papel depende primordialmente de uma boa interação entre os três componentes responsáveis pela disponibilidade adequada de Toner para revelação da imagem latente formada pelo laser no cilindro fotocondutor orgânico (OPC). Se o Toner não estiver disponível e carregado corretamente ele não “pulará” para revelar a imagem. Neste artigo procuramos discutir os fatores que auxiliam, ou atrapalham o perfeito “fornecimento” de toner para o OPC sob a ótica da tecnologia de revelação por “jumping” (pulos) patenteada pela CANON e hoje presente nos cartuchos mais importantes (HP).Nos cursos de remanufatura de cartuchos de Toner da Ink Press, procuramos incentivar nossos alunos a enxergarem oportunidades de aprendizado nos defeitos que alguns cartuchos apresentam na impressão e a usarem estes erros para identificarem os possíveis suspeitos (peças ou erros de montagem que podem ter causado este problema). A resolução de um problema passa a ser um trabalho similar ao de um detetive, de inicio separamos os suspeitos e depois usando a lógica descartamos os inocentes e isolamos o culpado. Por outro lado em toda boa estória de detetive sempre tem aquele que já nasceu com cara de suspeito, normalmente, o mordomo. Não poderia ser diferente, em nossa estória de reciclagem de toner; nossos detetives recicladores sempre cravam no boletim de ocorrência uma sentença quase unânime: A culpa é do cilindro OPC!. FIGURA 1.1 ESQUEMA GERAL  Não posso discordar que, sendo a peça central do processo e naturalmente perecível, um OPC desgastado, certamente provocará problemas na imagem. Porém o ciclo de impressão de uma impressora laser depende de seis etapas, 1. Carga / Descarga 2. Exposição 3. Revelação 4. Transferência 5. Fusão 6. Limpeza e em qualquer uma delas poderemos por desgaste de peças ou por algum erro estar deteriorando o resultado da imagem. Por isto TODAS as peças envolvidas no processo são tão importantes na formação de uma imagem perfeita. Até a mais mínima bucha não pode ser negligenciada. Sabendo disto e reconhecendo que de fato a conseqüência natural do uso é o desgaste, o ponto de vista da Engenharia, quanto mais peças trocarmos ao remanufaturar um cartucho, mais próximos ficaremos de obtermos seu perfeito funcionamento, por outro lado nossa industria não existiria se considerássemos que a reutilização é uma impossibilidade, por isto é nossa obrigação, enquanto recicladores, procurar estudar os limites da utilidade de cada peça para tentar encontrar um número de re-usos dentro de limites aceitáveis de perda percentual, afinal, às vezes uma peça de reposição pode resultar num rendimento inferior ao de uma peça usada original e podemos ter situações com vários re-usos como as do estudo do RIT para Lâminas de Limpeza (wiper blades)  Do ponto de vista
dos rolos magnéticos e das lâminas niveladoras, como sabemos que o
próprio pó de toner é abrasivo e como constantemente a Lâmina estará
pressionando o pó contra o rolo o desgaste das peças é grande e por
isto está peça só poderá ser considerada confiável por apenas mais um
ciclo (coisa que os remanufaturadores em geral nem levam em
consideração). Mesmo considerando que tenha sido efetuado um processo
cuidadoso de remanufatura, evitando riscos e marcas (bastante comuns na
retirada do rolo magnético) uma peça reutilizada demonstrará seu nível
de desgaste apresentando inicialmente chapados ruins e perdas na escala
de cinza, em resumo a perda da densidade da imagem ira aumentando
gradativamente em relação direta com o desgaste da peça. Perda da Densidade por Desgaste do Rolo Magnético
  Para disponibilizar toner para a revelação da imagem latente, o Rolo magnético funciona como uma válvula dosadora que regula a “vazão” de pó com um limitador que é a nossa “Doctor blade” = Lâmina niveladora. FIGURA 1.4 - REVELAÇÃO As partículas de toner atraídas pelo rolo revelador serão alinhadas e carregadas triboeletricamente com polaridade negativa pela Lâmina de nível formando um “veludo” uniforme no qual será aplicado corrente continua superposta com uma corrente alternada. A corrente continua aplicada é negativa e a corrente alternada varia de negativo a positivo. Quando a carga negativa do toner se confronta com o negativo da corrente continua somado ao negativo da corrente alternada, ele se afasta do rolo magnético, porém quando a corrente alternada varia para o positivo o toner será atraído novamente para o rolo magnético. Este “pipocar” permitirá a formação da nuvem de toner que revelará a imagem latente do OPC  O que alguns remanufaturadores negligenciam é o papel importante que cabe ao revestimento condutivo (tinta preta) do rolo do OPC, esta resina condutiva tem como função a redistribuição de cargas entre as partículas de diferentes tamanhos do toner fazendo que a imagem seja uniforme durante toda a vida do cartucho. A tecnologia da CANON explica em sua patente 4,989,044 a importância deste revestimento. Trata-se de uma resina polimérica que contém grafite para torná-la condutiva  cuja espessura está no entorno dos 10 µ, este revestimento é aplicado de maneira uniforme de forma a que em toda a sua superfície ocorra o efeito de distribuição de carga que é o propósito desta camada. Por mais tecnologia que se aplique à fabricação do toner seu próprio tamanho microscópico dificulta a obtenção de partículas totalmente uniformes e elas poderão variar entre 2 e 12 µ. Como o tamanho das partículas varia, a sua carga especifica também será diferente. Desta forma partículas menores terão carga especifica maior que as maiores e conseqüentemente se moverão com maior velocidade. Quando as partículas são atritadas contra a lâmina de nível se carregam triboeletricamente estabelecendo o que chamamos de carga especifica em função da massa de cada partícula, assim; Q (Carga Especifica da Partícula) = C (Carga triboelétrica) M (massa da partícula) Desta forma, se consideramos que, por exemplo, o peso de 1µ de toner seja igual a 1, a massa de uma partícula de 5µ seria = 5 enquanto que uma outra de 12µ teria massa 12, desta forma em nosso exemplo Q1= C/5 enquanto que Q2= C/12 ou seja, a carga especifica da particula de 12 µ seria 2,4 vezes (12/5) menor e, conseqüentemente a velocidade da partícula maior seria 2,4 vezes menor que a da partícula pequena. Para corrigir esta situação, a camada de revestimento do rolo magnético é condutiva e toda vez que ambas “tocam” a superfície condutiva ocorre a EQUALIZAÇÃO de carga passando parte da carga das partículas menores para as maiores. Se não houvesse esta camada haveria uma variação significativa na densidade da imagem durante a impressão, provocando após certo tempo impressões mais fracas e também o aparecimento de fantasmas. Na medida em que o revestimento polimérico vai se desgastando, o alumínio do Rolo magnético fica exposto ao ar e começa a oxidar-se. Como o Oxido de Alumínio é isolante, o efeito do desgaste desta camada causará inicialmente perdas na escala de cinza e incluso o aparecimento de fantasmas de rolo magnético. Em seguida, será possível perceber o rápido decaimento da densidade da impressão.  Ou seja, para podermos ter um comportamento eficiente do cartucho é necessária a manutenção ou recuperação da camada condutiva do rolo magnético esta situação torna-se critica na medida em que trabalharmos com os cartuchos maiores de grandes números de páginas onde a substituição da capa do rolo magnético ou recuperação da camada condutiva torna-se praticamente imprescindível.  Outro problema que tem apresentado enormes conseqüências na qualidade do funcionamento do rolo magnético é o descaso com seu contato. O rolo magnético possui uma mola de contato por onde serão alimentadas as correntes AC e DC que irão promover a formação da “nuvem” de revelação, falta de cuidado com a mola durante a retirada das capas laterais ou durante a sua limpeza tem causado uma enorme perda de contatos em rolos magnéticos do tipo de usado pelo cartucho 2612, por exemplo. Sem um contato adequado, jamais teremos uma revelação eficaz. Finalmente, para um estudo completo dos cuidados que devemos ter com o rolo magnético não devemos deixar de considerar o descuido com o encaixe do imã do rolo. Para o bom funcionamento do processo de revelação magnético, o imã deve ficar fixo enquanto o rolo se movimenta e, para que isto ocorra, o imã tem um entalhe na sua ponta que encaixa perfeitamente na placa de contato da capa lateral do cartucho. Antes de encaixar esta capa lateral devemos certificarmos de que o entalhe esteja perfeitamente alinhado de forma a não forçarmos o seu encaixe. Um encaixe forçado poderá provocar a perda do paralelismo entre o Cilindro OPC e o Rolo Magnético promovendo uma distorção na imagem que poderá ser, por exemplo, a impressão mais clara de um lado do papel que do outro.  Problema que seria facilmente resolvido posicionando o imã corretamente e encaixando a lateral respeitando a guia.  Imaginemos por exemplo que o GAP (espaço) entre o OPC e o Rolo Magnético seja, por exemplo de 750 µ e que uma camada de toner normal sobre o rolo magnético (veludo) tenha 120µ de altura, poderíamos dizer que nosso toner tem que “pular” com a ajuda das cargas elétricas um vácuo de aproximadamente 630µ (750-120), ou seja 100 vezes o tamanho de cada partícula (considerando um tamanho médio de 6µ para as partículas de toner). Sendo que um milímetro corresponde a mil mícron (µ). Se, forçando o encaixe lateral gerarmos um pequeno desvio do rolo magnético de apenas um quarto de milímetros estaríamos aumentando em quase 50% a distancia que o toner teria que ultrapassar para chegar ao cilindro OPC, gerando certamente imagens claras ou a falta de imagem. 2. Toner: Obviamente outro fator primordial à construção de uma imagem perfeita se relaciona com o pó de toner, que numa analise simplista poderia ser chamado apenas de Tinta Seca, seus constituintes variam de acordo com as formulações mais em geral combinações de: 1 - Resinas plásticas. 2 - Pigmentos ou corantes 3 - Ceras 4 - Agentes de vazão. 5 - Agentes de carregamento. 6 - Fibras magnéticas – oxido de Ferro (se toner magnético) Existem vários tipos de toner, monocomponentes ou bicomponentes com ou sem carrier, sendo que os mais comuns são os monocomponentes magnéticos ou não. Existem muitos fatores que contribuem para a qualidade do toner, desde a proporção de seus componentes até a uniformidade de sua mistura cuja ineficácia pode levar a bipolaridade. Talvez o item mais crítico para a qualidade do pó seja a uniformidade de distribuição do tamanho de suas partículas (ver gráfico)  Um toner uniforme trabalhará melhor sem grandes diferenças de carregamento que causam bipolaridades e background por isto que um bom trabalho de fabricação e peneiramento aumentará a qualidade e eficiência do pó deixando-o bastante uniforme entre 7 e 14µ. Com a medida do desenvolvimento, as novas impressoras necessitam mais resolução, isto significa a necessidade de partículas menores que permitam uma maior definição pela colocação de mais pontos por polegada, nos desenhos abaixo a intensidade do preto é a mesma. Porém, na medida em que reduzimos os tamanhos dos pontos, mais pontos caberão numa mesma área diminuindo a distorção causada pelo contraste das regiões sem contato (em branco) e definindo cada vez mais a imagem no sentido de aparentar ser um quadrado totalmente preto: para atingir as resoluções desejadas pelas novas máquinas, atualmente são necessários Toners micro-finos ou super densos, com tamanhos de partícula geralmente inferiores a 6 µ, isto criou novos desafios para a equalização do carregamento na medida que cargas de diferentes sinais podem ser geradas criando uma competição entre as partículas que levam a fantasmas e backgrounding. Um claro exemplo de quão sensível é o equilíbrio de carregamento das partículas do pó pode ser visto na lâmina abaixo:  As duas Fotos são de um mesmo cartucho, sem nenhuma troca de peças entre elas os fantasmas e o background que aparecem na foto à esquerda foram causados por um simples ato, aparentemente lógico, do reciclador. Na primeira impressão, o remanufaturador havia encontrado o reservatório de pó ainda com meia carga, por isto pensou em simplesmente completar o nível de pó com um pouco de pó novo, tendo inconscientemente criado a condição de formação de competição entre os pós por diferenças de carregamento e obtendo como resultado grande quantidade de fantasmas de rolo magnético e um enorme backgrounding. Bastou em seguida, retirar todo o pó do reservatório e substituí-lo 100% por pó novo para obtermos a imagem à direita! Ao falarmos do toner não devemos esquecer de sua capacidade de fusão
 que requer propriedades especificas de amolecimento e aderência. Não apenas o ponto de fusão é importante, mas também a taxa de fusão é crucial. Os toners de impressoras mais rápidas devem responder ao desafio de derreterem mais rapidamente de forma a evitarem o Cold ou Hot offsetting. Estas propriedades do toner são determinadas pelas resinas utilizadas em sua fabricação. Outro elemento que o formulador deverá levar em conta é a vazão do toner. Como este fluxo é pior na medida que menor é o tamanho das partículas, muitos dos cartuchos que usam toners microfino possuem alguma forma de agitador para ajudar o seu fluxo de pó. Concluindo, partindo do pressuposto que a formulação seja equilibrada, talvez a etapa mais critica da fabricação seja a classificação granulométrica pois qualquer tipo de diferença no pó poderá levar ao aparecimento de fundos pretos. 3. Lâminas de Nível ou de medição (Doctor Blades): As Lâminas niveladoras ou Doctor Blades (do inglês arcaico Doctor = medir) para cartuchos com rolo magnético como descritas na patente 4,458,627 são elementos limitadores estáticos com dureza de aproximadamente 70 graus Shore que aplicam uma pressão entre 0.4 e 40 gramas por centímetro. E é esta pressão exercida por esta lâmina estática sobre o toner que gira solidário com o rolo magnético que irá estabelecer a possibilidade do carregamento triboeletrico do toner ao mesmo tempo em que mantém uma camada uniforme de pó. A composição dos materiais que compõem o toner e a lâmina determina a sua carga efetiva sendo possível obter diferentes polaridades com matérias diferentes selecionados na serie triboeletrica , por exemplo: Para carregar um toner composto de poliestireno, magnetita, ou outros com cargas de polaridade negativa podemos usar uma Doctor Blade composta de borracha de silicone, poliuretano, estireno-butadieno, etc.. Por outro lado polaridade positiva poderá ser obtida com uma lâmina composta de borracha etilenica-propilenica, borracha natural, borracha fluorada, policlorobutadieno, poliisopreno, etc.. Tendo carregado o toner, a lâmina completa a sua função e, o toner estará pronto para esperar a sua deposição no OPC.  Para entender seu funcionamento, devemos entender que quando as partículas de toner se aderem ao rolo magnético uma lâmina deverá ajustar sua quantidade antes que este atinja a zona de revelação. A correta aplicação desta lâmina é critica para a impressão. A “Doctor blade” deve criar uma camada uniforme da ordem dos 100 – 120 microns, por isto qualquer imperfeição, corte ou rugosidade excessiva provocada pelo desgaste de sua superfície causará defeitos de impressão. Nos cartuchos com rolo magnético a carga triboeletrica necessária é menor e basta apenas o atrito causado por uma lamina de poliuretano, mas nos cartuchos com toner não magnético a lâmina deve ser mais rígida causando um problema suplementar que é a aderência de toner na Lâmina (como veremos adiante).  Talvez o erro mais comum referente às laminas de medição seja o reaproveitamento de peças já desgastadas sem condições de uso provocando erros que facilmente poderiam ser evitados por uma simples análise visual das peças. Nas fotos a seguir a diferença entre lâminas niveladoras (Doctor blade) em bom estado (com grau de desgaste menor que 5%) e deterioradas ( com graus de desgaste de 50% e de até 90%). Fica fácil de perceber que as lâminas com desgaste de 50% e de 90% nunca irão conseguir formar uma superfície uniforme de toner no rolo magnético nem terão a pressão suficiente para carregar triboeletricamente (por atrito) o toner. Veja abaixo, diferentes graus de desgaste de lâminas niveladoras encontradas em cartuchos   Uma lâmina desgastada será incapaz de manter uma pressão uniforme no pó impedindo seu carregamento correto, pior ainda, ela não conseguirá formar uma camada ( “veludo”) uniforme de 120µ fazendo com que uma camada cada vez maior vá se formando no rolo magnético, esta camada (que conhecemos como “barriga”) eventualmente entrará em contato com o cilindro OPC e será arrastado por ele provocando manchas continuas na impressão Funcionamento de Lâminas niveladoras em cartuchos que usam toner não magnético:  Cartuchos que usam toners não magnéticos necessitam de um rolo adicional e uma lâmina mais rígida para aumentarem o efeito de carregamento triboeletrico e muitas vezes apresentam um desgaste acelerado devido à formação de uma camada de toner colado na Lâmina, conhecido como TONER BUILD UP, remanufaturadores mais afoitos pensando que as lâminas rígidas de cartuchos não magnéticos (como os Lexmark) não se desgastam, às vezes descuidam de sua limpeza chegando a criar imagens como a seguinte de um cartucho 230. Para evitar este problema recomendamos limpar o toner que estiver colado nestas laminas com um cotonete embebido em pouco de Acetona para em seguida passar um cotonete embebido em álcool isopropílico 99%. O risco de termos Toner build Up aumenta proporcionalmente na medida em que diminui o tamanho médio de suas partículas. Em 1997, pesquisadores do Fujitsu Laboratories Ltd realizaram um estudo sobre a aderência de toner nas lâminas limpadoras utilizando uma lâmina de aço inox pressionada numa pressão de 3,55 g/mm num rolo revelador de borracha nitrílica. Para este conjunto foi selecionado um toner com tamanho médio de partícula de 8 microns e foram efetuadas medições da quantidade de toner colado na Doctor blade. Na experiência verificou-se que após 2 horas de operação já havia um deposito de 0,3 mm de toner na lâmina que foi se expandindo chegando em 16 horas à ponta da Lâmina ponto este cujo tamanho de deposito representava aproximadamente 1,1 mm a partir do qual a qualidade da impressão está comprometida e a lâmina exposta a danos. Os pesquisadores chamaram este ponto Pvu = Ponto de vida útil da Lâmina. Talvez o ponto mais interessante deste trabalho foi a constatação da influência do tamanho das partículas de toner neste efeito: Efetuando uma medição do toner inicialmente usado verificou-se que 3,5% de suas partículas eram menores a 2 microns, substituindo este toner por outro de tamanho médio igual (8 microns) porém, mais equilibrado (apenas 1,7% de partículas menores a 2 microns) o tempo que a expansão do toner colado à lâmina levou para atingir o Pvu aumentou para 128 horas ! Por isto, assim como havíamos visto na competição de carregamento entre as partículas que provocava background, nunca podemos esquecer que a vida de nossas lâminas e cilindros depende também de uma criteriosa escolha do Toner. 4. Outros aspectos do conjunto revelador: Como já vimos, o conjunto rolo magnético – toner – lâmina niveladora, possui um equilíbrio critico e é causador de um sem número de falhas de reciclagem. Não podemos esquecer, também que outras causas podem interferir também neste delicado equilíbrio, tais como uma simples bucha plástica negligenciada (ou um tensor mal colocado (O PINO DA PLACA DO SEMI-EIXO DOS CARTUCHOS 8061 e 4127, A FAMOSA MOLINHA DO 2612 !) pode causar um “gap” diferente do adequado e gerar imagens de densidade incorreta.   que fatalmente provocará o desgaste tanto no OPC como na lamina de limpeza e forçara a lamina niveladora que será entortada e conseqüentemente irá a perder sua função de nivelamento gerando imagens inadequadas. 5. Conclusão: Formando a Imagem Perfeita O equilíbrio necessário ao bom funcionamento do conjunto revelador é essencial à formação do objetivo de todos o recicladores que é a imagem perfeita e este equilíbrio pode ser representado pela balança: Cabe a nos, recicladores darmos o devido respeito pela influência que este conjunto tem na formação da imagem e procurarmos aprofundar o nosso conhecimento sobre seus componentes para extrairmos o máximo que cada um deles pode nos fornecer. Eng. Horácio A. Murúa Fonte: www.diamondbr.com.br Bibliografia: 1. Eng. Horácio A. Murúa – A influencia das lâminas no funcionamento e desgaste dos cartuchos de toner – Revista Reciclamais – Outubro 2004 2. Eng. Horácio A. Murúa – Erros de Montagem de Cartuchos – Revista Guia do Reciclador – Maio 2005 3. N. S. Goel and P. R. Spencer – Toner Particle Photoreceptor Adhesion – Adhesion Science and Technology – Vol 9B - 1975 4. Eng. Hernán Murúa – Teoria e Pratica da Reciclagem – Edições Inteligentes – 2004. 5. I.M. Hutchings - Tribology Friction and Wear of Engineering Materials – Hodder Headline Group – 1992. 6. Hirayama Naka – US Patent application 20030012585 – 2003. 7. Hosono, Nagao et others – US Patent 4,458,627 – 1984. 8. Hosono et al. – US Patent 4,356,245 – 1982. 9. Robert Meyer – Theory on Blade Cleaning – NIP 16 – 2000. 10. Silandra Bartlett - Manufacturing Toner Cartridges Goes One Step Further – Rochester Institute of Technology – 2003. 11. Kuniki Seino, Shizuo Yuge & Masao Uemura - Analysis on stick-slip behavior of Cleaning Blades – NIP 17 – 2001. 12. Lester Cornelius – OPC Wiper Blades Mag Rollers and wear – Recharger Magazine – 1996. 13. Lester Cornelius – Canon´s Toner Projection Development– Recharger Magazine – 1998. 14. D. A. Hays – Eletric Field Detachment of Charged Particles – Particles in Surface – 1988. 15. Michael Gaylord - The Elastic Urethane Doctor Blade – Recharger magazine – 1996. 16. M Ikeda et others - Toner Sticking on Doctor Blade in Non Magnetic Mono Component Development Systems – Recent Progress in Toner Technology – IS&T – 1997. 17. R. Palhares – Projeto de Instrumentação de Ensino F 809 – Instituto de Física IFGW – Unicamp – 2002. 18. State of North Carolina Department of Administration – Specification 3610 H – 2004 19. Steven B. Michlin - Recovery Blade Performance Issues – Recharger Magazine – 2000. 20. David Geurts - OPC Surface Wear: Causes and Preventative Measures – Recharger Magazine – 2003. 21. Eng. Horácio Murúa – Reciclagem de Cartuchos de Toner – Apostila Modulo III – 2004 22. Eng. Horácio Murúa – Reciclagem de Cartuchos de Toner – Apostila Modulo IV – 2005 Criado em: 14/03/2008
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18/08/2010 18/08/2010
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