על טונר למדפסת בפחות מחמש דקות. על הטכנולוגיה שמאחורי הטונר.

טונר למדפסת, מוכר גם בשמות : מחסנית טונר, מחסנית לייזר, מחסנית הדפסה, טונר לייזר ולרוב רק בשם טונר. למעשה, טונר למדפסת הינו מחסנית אשר בתוכה אבקת טונר וזה מוגדר כאחד מן המתכלים המשמשים עבור מדפסות, מכונות צילום ומכשירי פקסימיליה אשר פועלים בטכנולוגית סימון של קרני לייזר (Laser Beam) או לד (Led). טונר למדפסת מכיל חלקיקים בתצורה של אבקה המוכרת בשם אבקת טונר, זו יוצרת את שכבת ההדפסה על גבי נייר וחומרי הדפסה שונים אשר מתאימים לשימוש במדפסות לייזר ולד, דוגמת : שקפים, מדבקות, נייר ממוחזר, נייר גס וכו׳.

 

בתחילה, יוצרה אבקת טונר מפחמן שחור (Carbon Black) אשר שימש בשני מישורים, הן כצבען (פיגמנט שחור) והן כחומר שהנו בעל יכולת אצירה של מטען חשמל אלקטרוסטטי.

 

מהו טונר למדפסת וכיצד הוא פועל

כלפי חוץ, מחסנית טונר נראית כמו דבר פשוט ושאינו מורכב. אולם אם נפרק את זו, נגלה כי היא מכילה תרכובת של כימיקלים, ומורכבת מרכיבים אלקטרוניים ומחלקים מכניים אשר לוקחים חלק עיקרי בכך שמה שאנו יוצרים או רואים על גבי צג המחשב מודפס על גבי הנייר באופן מדוייק. אך למרות זאת, רק מעטים מודעים לחשיבותו של הטונר עבור תהליך ההדפסה.

מחסנית טונר אינה רק מיכל שבתוכו אבקת טונר, כי אם מכלול אשר מורכב מעשרות מרכיבים וחלקים שונים.

אלו תוכננו יחדיו, ובאופן מיוחד עבור המדפסת שעימה היא תוכננה לפעול, והיא מהווה רכיב ליבה בתהליך ההדפסה. להלן, נסביר כיצד מדפסת לייזר יוצרת הדפסה של טקסטים ותמונות.

תהליך ההדפסה בטכנולוגית לייזר כולל שישה שלבים שבסיומם נוצרים תדפיסים.

כל אחד מששת השלבים קשור, או מתרחש במחסנית הטונר. מדפסת לייזר מיישמת תהליך אלקטרופוטוגרפי אשר משמש על מנת להמיר מידע דיגיטלי לכדי תדפיס.

השלב הראשון של תהליך ההדפסה מתחיל כאשר גליל טעינה מיישם מטען שלילי אחיד על פני השטח של גליל תוף פוטואלקטרי.
תוף, או פוטו קונדקטור הנו רכיב מתוחכם מאוד אשר תוכנן על מנת לפעול באופן מדוייק עם אבקת טונר ובתאימות עם אורך הגל של מדפסת הלייזר, עבורה הוא תוכנן.

בשלב השני, קרן הלייזר פוגעת בשטח פני התוף הפוטואלקטרי, במהירות של עד שישים וחמישה מיליון פעמים בשניה, חשיפת פני השטח של התוף הפוטואלקטרי לסריקת קרן הלייזר מנטרלת ממטען שלילי נקודות אשר נסרקו על ידי קרן הלייזר. נקודות אלו יוצרות תמונה אלקטרוסטטית אשר מוכרת בשם תמונת הדפסה סמוייה.

השלב השלישי הוא שלב הפיתוח של תמונת ההדפסה וזה מתרחש כאשר גליל הפיתוח מצופה בשכבה של אבקת טונר בעלת מטען אלקטרוסטטי שלילי.

שכבת טונר נוצרת על גבי גליל הפיתוח,תוך שזו עוברת דרך התקן פילוס שהנו סוג של מגב ,המוכר בשם דוקטור בלייד, זה אמון על יצירת שכבה אחידה בעלת עובי של 15 מיקרון שהינה עבה רק במעט מאשר משי סטנדרטי.

השלב הרביעי מתרחש כאשר כאשר גליל הפיתוח משיק אל גליל התוף ואזי חלקיקי אבקת טונר מוקרנים באמצעות כוחות אלקטרוסטטים אל הנקודות, אשר יוצרות את תמונת ההדפסה הסמוייה, וכך נוצרת תמונת הדפסה מוחשית על פני התוף. זוהי בעצם תמונת מראה של ההדפסה.

במקביל לכך, מוזן הנייר אל תוך המדפסת וכאשר הוא עובר תחת התוף הפוטואלקטרי, מיושם על זה מטען חשמלי, באמצעות גליל הטעינה, ובתגובה לכך מועברת תמונת ההדפסה מן התוף אל הנייר מכח הפרשי הפוטנציאלים.

גליל התוף, סובב סביב צירו עד שני סיבובים בשנייה ומתוזמן בדיוק עם מהירות ההזנה של הנייר על מנת להבטיח העברה מושלמת של תמונת ההדפסה.

בשלב החמישי, שכבה של אבקת טונר אשר זה עתה הועברה אל הנייר נמצאת במצב צבירה בו ניתן למורחה. זו מקובעת אל תוך סיבי הנייר או המדיה המשמשת להדפסה, תוך יישום של חום ולחץ. כאשר הנייר מוזן אל תוך יחידת ההתכה (פיוזר למדפסת), זו כבר נמצאת בטמפרטורת היעד, שעשויה להגיע עד ל- 225 מעלות צלסיוס.

במהלך מעבר הנייר דרך גלילי יחידת ההתכה, חלקיקי הטונר מותכים ומקובעים אל תוך סיבי הנייר תוך זמן של חלקיקי שניות. יש לציין כי, טמפרטורת ההתכה והרכב החומרים של של אבקת טונר הינה ספציפית עבור כל דגם מדפסת, על מנת להבטיח איכות הדפסה משביעת רצון וכדי לשמור על תפקוד תקין של יחידת ההתכה.

השלב השישי והאחרון בתהליך ההדפסה נועד על מנת להכין את מחסנית הטונר עבור עבודת ההדפסה הבאה, וזה מתרחש כאשר להב הניקוי מסיר בעדינות חלקיקי טונר תועים מן התוף ומכין את גליל התוף עבור עבודת ההדפסה הבאה.

תהליכים אלו חוזרים על עצמם יותר מאשר מאה אלף פעמים לאורך מחזור החיים של מחסנית טונר ממוצעת.

טונרים למדפסות מיוצרים תוך שימוש בטכניקות ובנוסחאות קנייניות של שרפים טרמופלסטיים או שרפים סינטטיים אשר מופקים תוך שימוש בתהליכים כימיים מתקדמים.

טונרים מעוצבים ומתוכננים בתהליכים מדוייקים, כדי שאלו יפעלו באופן חלק ומושלם יחד עם מדפסת הלייזר. מהנדסי הפיתוח אשר אחראים על ייצור טונרים הנם מומחים ברקיחת תרכובות של חומרי גלם, כגון : שרפים, צבענים ותוספים אשר יבטיחו הדפסה באיכות עילאית ובאופן עקבי לאורך כל מחזור חייו המועילים של טונר למדפסת.

על מנת לבדוק את ביצועיהם של טונרים כמו גם את תפוקת העמודים הממוצעת של טונרים, אלו נבדקים באמצעות תהליכים מוגדרים המפורטים בסטנדרטים של תקנים אחידים.

כל טונר אשר יוצא מפס הייצור עובר סדרה של בדיקות איכות, טרם שזה נארז למשלוח.

 

בסרטון שלהלן, מוצגת הטכנולוגיה שעומדת מאחורי טונר למדפסת לייזר.

 

מחסנית טונר היא מכלול אשר מורכב מחלקים מכניים וחשמליים אשר בתוכו אבקת טונר. ישנם סוגים שונים של טונרים, אלו פועלים בטכנולוגיות שונות ומיוצרים על פי ספציפיקציות מדויקות אשר אופיינו על ידי יצרנית המדפסת. להלן נסקור את הסוגים השונים של מחסניות טונר ואת טכנולוגית הפעולה שלהם.

 

הטכנולוגיה עליה מבוססת פעולת מחסניות הטונר נחלקת לשלוש שיטות עיקריות : מחסנית טונר חד-רכיבי ,מחסנית טונר דו-רכיבי אשר מצריכה שימוש ביחידת פיתוח ולבסוף טונר נוזלי שאינו משמש עבור מדפסות לייזר והוא משמש בעיקר עבור תעשיית הדפוס הדיגיטלי.

 

סוגי טונרים :

טונר דו-רכיבי (Dual Component Toner)

מחסנית זו מכילה בנוסף לאבקת הטונר, חלקיקי חומר נושא (Carrier) שתפקידו לשאת ולשחרר את אבקת הטונר לעבר התוף באמצעות בעברה אלקטרוסטטית. נשא הטונר עשוי מחומר מתכתי, מצופה בפילם פולימרי שמקנה לו מגנטיות. מרקמו של נשא הטונר הנו כשל אבקה גסה, גודל חלקיק נשא הטונר נע בין 70 עד 400 מיקרון. אבקת טונר אשר מעורבבת עם נשא בתוך יחידת הפיתוח נקראת מפתח(Developer). לנשא הטונר ישנם תכונות טריבואלקטריות מעולות, לכן השימוש בנשא טונר מאפשר עבודה עם אבקת טונר פשוטה ליצירה של הדפסה איכותית, זאת משום שהנשא טוען את חלקיקי אבקת הטונר במתח חשמלי ונושא אותו אל עבר התוף. לנשא הטונר יש אורך חיים שנע בין 50,000 הדפסות לחצי מיליון הדפסות וכשהוא נשחק כושר ההעברה שלו יורד ותתקבל הדפסה דהויה.

 

השיטה הנפוצה כיום לעבודה בשיטת הדו-רכיבי, היא שיטת "מפל הפיתוח", שיטת מפל הפיתוח מבוססת על עקרונות של חיכוך טריבואלקטרי. זה יוצר מטען מתח חשמלי סטטי אשר מגרה את חלקיקי אבקת הטונר להיצמד אל גרגרי הנשא, לקבל ממנו מטען חשמלי ואז לעבור ממנו אל תמונת ההדפסה הסמויה. יתרונות השיטה הדו רכיבית הן מעבר איכותי ומדוייק של חלקיקי אבקת טונר אל עבר תמונת ההדפסה ויכולת השימוש באבקת טונר שעלות ייצורה זול. טונר דו-רכיבי מאפשר מבנה מחסנית טונר פשוט, עד לכדי מיכל בלבד שהנו נטול מכלולים. השימוש בטונר דו-רכיבי נפוץ בעיקר במכונות צילום.

 

 

טונר חד-רכיבי (Mono Component Toner)

בשונה משיטת טונר דו-רכיבי, שיטה זו אינה מצריכה שימוש בנשא טונר עבור שלב הפיתוח (שיטה זו פותחה על ידי חברת קנון בשנת 1982). אבקת טונר חד-רכיבי מיוצרת בתהליך בו מצפים את אבקת הטונר בתוספי טעינה אשר מאפשרים לחלקיקי אבקת הטונר לאצור מטען אלקטרוסטטי. ישנן מספר דרכים לטעינה של אבקת טונר חד-רכיבית. כמו, השראה (אינדוקציה), מגע, טעינת גליל, קרן יונים, ונדידת שדות חשמליים. הדרך הקלה והנפוצה היא טעינה על ידי השראה של מתח חשמלי. טעינה בהשראה נעשית על ידי אחסון אבקת הטונר במיקום אשר מושרה במתח שלילי. היות והמטענים דוחים האחד את השני, חלקיקי אבקת טונר אשר טעונים במתח שלילי נדחים על ידי הלוח השלילי ונמשכים אל הלוח החיובי. דרך תהליך זה חלקיקי אבקת הטונר מאבדים את מטענם השלילי ונטענים במתח חיובי. שינוי המתח, גורם לחלקיקי אבקת הטונר לנוע בכיוון מנוגד לגליל הפיתוח המגנטי וליצירה של נתיב העברה.

כוחות קולומב (Coulomb force) של מטענים מנוגדים, גורמים לחלקיקי אבקת הטונר לעבור אל תמונת ההדפסה הסמויה (תמונה אלקטרוסטטית) שעל גבי גליל התוף הפוטואלקטרי.

 

יתרונות השימוש בטונר חד רכיבי הינם: מערכת הדפסה פשוטה וזולה לייצור. לכן, השימוש בטכנולוגית טונר חד-רכיבי הינה הנפוצה ביותר. ומחסניות הטונר הנפוצות ביותר מבוססת על טכנולוגית הטונר החד-רכיבי בתצורת Single Cartridge.

 

 

טונר נוזלי (Liquid Toner)

טונר נוזלי או טונר המועבר באמצעות נשא נוזלי, נקרא גם דיו-אלקטרוני(ElectroInk), זה פותח על ידי הממציא הישראלי, בני לנדא במעבדות אינדיגו. ומשזו נמכרה הוא מיוצר על ידי חברת HP-Indigo ומשמש בעיקר בתעשיית הדפוס הדיגיטלי.

טונר נוזלי הנו תערובת של חלקיקי טונר יחד עם נוזל העברה שמשמש כנשא, כאשר בין השניים לא מתקיים קשר כימי. חלקיקי הטונר בתוך נוזל ההעברה קטנים מאוד וגודלם נע בין 0.5 מיקרון ל 1.5 מיקרון.

השימוש בטונר נוזלי מאפשר הדפסה ברזולוציות גבוהות, אחידות ביישום של שכבת ההדפסה והדפסה של תמונות חדות עם גבולות ברורים. הדפסה באמצעות טונר נוזלי יוצרת שכבת הדפסה דקה מאוד, שאיכותה מקבילה להדפסת אופסט.

 

העברת טונר נוזלי אל מדיית ההדפסה נעשית בשתי דרכים :

א. התוף מסתובב בתוך נשא הטונר הנוזלי ומושך חלקיקי אבקת טונרלאזורים שנחשפו לקרן הלייזר ואז מקבע אותם אל המדיה המודפסת בלחץ וחום.

ב. רצועת גומי(Rubber blanket cylinder) משמשת להעברת תמונת ההדפסה מהתוף אל מדיית ההדפסה. התוף ממיס את חלקיקי הטונר בטמפרטורה של 160 מעלות צלסיוס ותמונת ההדפסה המותכת מועברת אל רצועת הגומי ,שמשמשת כרצועת העברה, וממנה אל מדיית ההדפסה. בשימוש עם שיטה זו נשא הטונר הנוזלי מתאדה בסיום תהליך ההדפסה והמדייה המודפסת יוצאת לחה קמעה עד לייבוש מלא שאורך כשתי דקות.

לעומת טונר יבש שמקובע למדיה המודפסת בסיום תהליך ההדפסה ,טונר נוזלי מקובע כבר בשלבי ההדפסה. מיכלי טונר נוזלי מרוכז נארזים במיכלים גליליים. מרקמו של טונר נוזלי מרוכז הוא משחתי. משחה זו מועברת אל אגן צבע שם היא מתערבבת עם שמן והופכת למוכנה לתהליך הדפסה.

יתרונות השימוש בטונר נוזלי הם : כושר ערבוב שמאפשר יצירת ספקטרום גוונים עשיר שמשיג 94 אחוזים מגווני לוח פנטון(Panton Colors). מדפסות אינדיגו פועלות עם 7 מיכלי צבע שונים כולל צבע לבן שמאפשר הדפסה על מדיה בצבעים כהים.

חסרונות השימוש בטונר נוזלי הם : עלות ייצור ותפעול יקרים מאוד של המדפסות, שגודלן הפיזי מתאים בעיקר לבתי דפוס. פליטה של ממסים אורגניים בתהליך ההדפסה.

 

להלן : תצלום של טונר נוזלי באגן קדם הדפסה.

 

הרכיבים המהותיים והקשרים ביניהם :

מבנה מחסנית הטונר (Toner Cartridge Housing)

מחסנית הטונר מתוכננת להכיל את אבקת הטונר ואת המכלולים שמפעילים את זו.

 

קיימים שלושה מבנים נפוצים של מחסניות טונר :

א. מבנה מחסנית טונר הכל באחד ובלעז Single Cartridge, זה הומצא ופותח על ידי חברת קנון. יחודה של מחסנית טונר זו, הינו בכך בכך שיחידת התוף ומיכל אבקת הטונר עשויים מיקשה אחת והוא מאפיין יצרנים כמו :HP ,סמסונג ,לקסמרק ,זירוקס וכמובן קנון.

 

ב. מבנה מחסנית טונר בו מיכל האבקה נפרד מיחידת התוף הפוטואלקטרי אומץ בעיקר על ידי יצרניות מדפסות ברדר ואוקי.

 

 

ג. מחסניות טונר בעלות צורות שונות(בד"כ צורת בקבוק), אלו משמשות מעין מיכל אחסנה של אבקת טונר בלבד, מיכלים אלו אינם כוללים מכלולים להזנת הטונר והעברתו אל מיכל הפיתוח נעשית על ידי מערכת הזנת טונר מובנית במכונת הצילום או מדפסת הלייזר. מיכלים אלו משמשים בעיקר במחסניות הדפסה דו-רכיביות בהן יחידת פיתוח ההדפסה נפרדת כמו במכונות צילום.

 

תהליכי ייצור וסוגים של אבקת טונר (Toner Powder)

אבקת טונר הינה תרכובת כימית של שרפים טרמופלסטיים (ניתכים בחום) ,פיגמנטים ,שעווה ,ותוספים שונים כגון תוספי טעינה אלקטרוסטטית, תוספי פיזור, משפרי טריבואלקטריות, משפרי זרימה כמו סיליקה וכו'.

ישנן שתי שיטות עיקריות לייצור של אבקת טונר. הדרך הישנה יותר נעשית בהליך מכני של כתישה וטחינה והחדשה נעשית בהליך "גידול" אבקת טונר בתרחיף נוזלי תוך יישום של תגובתיות כימית :

השרפים המשמשים לייצור של אבקת טונר כתוש (Pulverized Toner) הינם שרפים פולימריים כגון פוליאסטר (Polyester) ומונומרים כמו סטיירן (Styrene) המשמשים גם כחומר מקשר (Binder) שיוצר קשרים כימיים בין כלל המרכיבים.
בתהליך ייצור של אבקת טונר בריאקציה כימית מיוצרת אבקת הטונר משרפי לטקס נוזלי.

 

טונר כתוש (Pulverized Toner)

טונר כתוש נקרא בעגה המקצועית טונר קלאסי או טונר קונבנציונלי. שיטת היצור של טונר קונבנציונלי הינה מכנית והכנתו מערבת שלב של ריסוק וטחינה של גושי טונר לאבקה. תהליך הייצור נעשה בשני שלבים עיקריים: שלב ראשון מתחיל בערבול ויצירת קשרים כימיים בין כלל מרכיבי הטונר :

שרפים פולימריים(Polymeric Resins) כמו פוליאסטר(Polyester).

שרפים מונומריים(Monomeric Resins) כמו סטיירן(Styrene).

 

צבען(Pigment) משמש לקבלת גוון הדפסה כמו פחמן שחור(Carbon Black) ותחמוצת ברזל(Iron Oxide) במקרה של טונר בצבע שחור.

משפרי כושר זרימה(Flow Control Agents)  כמו סיליקה חסרת צורה(Colloidal Silica) אלו נועדו לשפר את יכולת הזרימה של אבקת הטונר וכדי למנוע התגיישות.

תוספי טעינה אלקטרוסטטית(Charge Control Agents) נועדו לספק לאבקת הטונר כושר טעינה אלקטרוסטטי כמו:  Aluminum Salicylate , Boron Acetyl , Chromium Azo Complex , Iron Azo Complex , Quaternary .Ammonium Salts , Zinc Salicylate , Zirconium Salicylate

שעווה(Wax) נועדה למנוע את הדבקותה של אבקת הטונר אל יחידת התנור (Fuser) בתהליך הקיבוע. לרוב, שעווה שמקורה בתוצרי לוואי של תעשיית הנפט כמו :Petroleum-Microcrystalline Paraffin ושעווה סינטטית כמו Synthetic-Ester,Maleated,PAO,PE.

חומרים ממסים (Solvents) כמו בנזן(Benzene), טולואן(Toluene) אלו נועדו להקל על תהליך הטחינה ולשפר את כושר ההטמעה והקיבוע של אבקת הטונר.

תוספים טריבואלקטריים (Triboelectric additives) נועדו לשפר את כושר טעינת החלקיקים על ידי יצירת טעינה אלקטרוסטטית בחיכוך.

רכיבים אלו מעורבבים ומומסים, ואזי מועברים במכונת שיחול(Extruder). לאחר מכן התוצרים מרוסקים לגושים. הגושים שהתקבלו מועברים למכונה שמרסקת אותם לגושים קטנים יותר, וממנה למכונה שמסווגת אותם ע"פ גודלם(Classifier) ומעבירה אותם אל מטחנה(Grinding Mill) שמעבירה אותם שוב אל מכונת הסיווג ואל המטחנה עד שמתקבלת אבקת טונר בעלת גודל חלקיקים רצוי. בסיום התהליך מועברים חלקיקי האבקה טיפול נוסף לציפוי בתוספים שנועדו לשפר את יכולת החלקיקים לאצור מטען אלקטרוסטטי, לשפר את כושר הפיזור והזרימה ולמנוע התגיישות.

 

חסרונותיה של אבקת טונר קונבנציונלי הינם :

החום הנוצר בתהליך הטחינה אינו מאפשר שימוש בחומרים טרמופלסטיים, ידידותיים יותר לסביבה ולמשתמשים, ואשר ניתנים להתכה בטמפרטורות נמוכות, כמו גם מצריך שימוש בממסים אורגניים להקלת תהליך הטחינה. השימוש בממסים אורגניים גורם לפליטה של חומרים אורגניים נדיפים בתהליך הקיבוע של אבקת הטונר על גבי הנייר. קיבוע אבקת טונר קונבנציונלית מצריך טמפרטורה שנעה בין 150 ל 180 מעלות צלסיוס וגורם לצריכת חשמל גבוהה, פליטת חלקיקי טונר וחומרים אורגניים לחלל האוויר. טמפרטורה גבוהה של יחידת הקיבוע(תנור) גורמת לדפורמציה של גוף המדפסת ולשחיקה מוגברת של המכלולים הקרובים לזו.

גודל החלקיקים המינימלי אליו ניתן להגיע ביישום טחינה הינו 7 מיקרון. ככל שגודל החלקיקים קטן יותר כך ניתן להשיג רזולוציות גבוהות יותר, רזולוציית ההדפסה אותה ניתן להשיג בשימוש עם טונר קונבנציונלי מגיעה למקסימום של 600 נקודות לאינץ'.

צורת החלקיקים אינה סדירה והמראה המתקבל תחת עדשת מיקרוסקופ הנו מראה של סלעים מרוסקים. אי לכך כושר הפיזור וההטמעה של חלקיקים אלו על גבי מדית ההדפסה מוגבל ותוצאות ההדפסה המתקבלות אינן חדות וגבולותיהן אינם מדויקים.

גודל החלקיקים המתקבלים אינו אחיד והוא נע בין הגודל הרצוי לגדול מדי וקטן מדי, זאת למרות תהליך הסיווג אותו עוברים החלקיקים. חלקיקי הטונר בגודל הרצוי מיושמים על הנייר בתהליך ההדפסה ,החלקיקים הגדולים מדי נופלים לתוך המדפסת ואילו החלקיקים הקטנים מדי מוצאים את דרכם לחלל האוויר שבסביבת המדפסת.

עובי פילם ההדפסה המתקבל ביישום טונר קונבנציונלי נע בין 7 ל 8 מיקרון ולכן היטמעות השרפים אל תוך סיבי הנייר אינה מושלמת. לכן כאשר נקפל את נייר שהודפס על גביו עם טונר קונבנציונלי יתקבלו שברים בהדפסה באזורי הקיפול. הדפסות שנעשו בשימוש עם טונר קונבנציונלי ניתנות לגירוד וקילוף מעל פני המדיה המודפסת.

טונר קונבנציונלי הנו בעל טביעת רגל פחמנית(Carbon Footprint) גבוהה במיוחד הן בתהליך הייצור, הן ביישומו והן בכמות הפסולת המוצקה הגבוהה אותה הוא מותיר בתום השימוש. לדוגמא:

על מנת להפיק 10,000 הדפסות עם מדפסת לייזר HP LaserJet 4100 בשימוש עם טונר קונבנציונלי נדרשים חמש מאות גרם של אבקת טונר כשבסיום השימוש תתקבל במיכל העודפים של מחסנית הטונר כמות שנעה בין 50% ל65%  מסך תחילת השימוש, היינו בין 250 גרם ל 325 גרם של פסולת מוצקה. מאידך בשימוש עם אבקת טונר שיוצרה בהליך הפקה כימי, נדרשת כמות ראשונית של 220 גרם אבקה להדפסה של אותה כמות דפים כשבתום ההדפסה תתקבל במיכל העודפים כמות של בין 8% ל 14% פסולת מוצקה היינו בין 18 גרם ל 32 גרם. טמפרטורת ההתכה הנדרשת לקיבוע טונר קונבנציונלי גבוהה בכשלושים עד ארבעים מעלות צלסיוס מטמפרטורת ההתכה הנדרשת לקיבוע של אבקת טונר שיוצרה בהליך כימי.

 

 

טונר כימי (Chemical Grown Toner)

טונר כימי מיוצר בתהליך "גידול" מבוקר באמצעות תגובתיות כימית. זה נקרא בשפה מקצועית גם טונר כדורי (Spherical Toner) על שם צורתו הכדורית.

טונר כימי מיוצר מתרחיף נוזלי (אמולסיה-Emulsion) של שרפי לטקס (Latex Resins) ושעווה (Wax) מהולים במים, יחד עם פיגמנטים(Colorant Pigment) יציבים בגודל ננומטרי אחיד ותוספי טעינה אלקטרוסטטית (ElectroStatic Agents).

בתהליך הייצור, מועברים כלל המרכיבים למיכל ריאקציה בו הם עוברים תהליך מבוקר בו נוצרת אבקת טונר ונבנית בתהליך שכבתי. תוצר התהליך הנו גרגרי אבקת טונר שהנם אחידים הן בגודלם והן בצורתם כאשר תכולת כל גרגר אבקת טונר זהה לחלוטין למשנהו.

ייצור אבקת טונר בשיטה זו, מאפשר בנייה שכבתית של גרגרי אבקת טונר שהנם בעלי תכונות זהות ובעלי מבנה שכבות מדוייק של כלל המרכיבים, זאת על פי פרמטרים שנקבעו מראש עם תוצאה מדוייקת ואחידה. גודלו של גרגר טונר שיוצר בהליך כימי נע בין ארבעה מיקרון לשישה מיקרון לפי היישומים להם הוא נועד.

יתרונות השימוש עם טונר הכימי הנם :

השלכות סביבתיות :

תהליך הייצור של אבקת טונר בריאקציה כימית אינו מערב פעילות מכנית ולכן טונר כימי הנו מוצר ירוק יותר עם טביעה פחמנית נמוכה יותר מאשר טונר קונבנציונלי.

ייצור של אבקת טונר בתהליך תגובתיות כימי מאפשר שימוש בשרפים טרמופלסטיים אשר ניתכים בחום נמוך יותר. מדפסות שפועלות עם טונר כימי צורכות פחות אנרגיה, רמת החסכון המושגת הינה הפחתה של חום הקיבוע הנדרש בכשלושים וחמש  עד ארבעים וחמש מעלות צלסיוס, מה שמוביל לחיסכון של בין שלושים לארבעים אחוזים בצריכת האנרגיה של מדפסת אשר עושה שימוש עם טונר מסוג זה.

השימוש עם טונר כימי מאפשר הפחתה של עד שישים אחוזים בסך המוצקים של רכיבי הטונר מה שמוביל לפחות שחיקה במכלולים הנעים של מדפסת הלייזר ותורם להפחתה נוספת של כחמישה אחוזים בצריכת האנרגיה.

הליך הייצור של טונר כימי אינו מצריך הוספה של ממסים אורגניים ושימוש בחומרי ריכוך פלסטיק רעילים, לכן טונר כימי אינו פולט במהלך ההדפסה חומרים אורגניים נדיפים ותוצרי לוואי רעילים אשר נפלטים ממדפסות שעושות שימוש עם טונר קונבנציונלי.

תכונותיו האלקטרוסטטיות המעולות של טונר כימי תורמות להפחתת המתח של תהליכים אלקטרוסטטיים והדבר תורם להפחתה של עד שישים אחוזים בהיווצרות של גז אוזון בתהליך ההדפסה.

 

אמינות :

שימוש עם טונר כימי תורם להפחתה מיידית של טמפרטורת הקיבוע בכארבעים אחוזים בממוצע, ולכן מבטל תקלות שנובעות בהכרח מטמפרטורות עבודה גבוהות וגורמות לדפורמציה של חלקי המדפסת הקרובים ליחידת הקיבוע.

עומס עבודה משקלי נמוך יותר של שימוש עם אבקת טונר כימי מופחת העומס על מכלולי ההנעה של המדפסת, דבר זה תורם להגברת אמינות הפעולה השוטפת של המדפסת.

טונר כימי אינו מתפזר במהלך תהליך ההעברה האלקטרוסטטי אל פנים המדפסת ותורם בכך להפחתת הקריאות לשירות טכנאי שנובעות מתוצרי הלוואי כתוצאה משימוש עם טונר קונבציונלי.

טונר כימי הינו בעל מרקם עדין אשר תורם להארכת אורך חייה של יחידת הקיבוע(Fuser) אשר במדפסת הלייזר.

יעילות :

טמפרטורת היעד של יחידת הקיבוע במדפסת לייזר אשר עושה שימוש עם טונר כימי נמוכה יותר ולכן זמן ההמתנה להדפסה של פלט דף ראשון נמוכה יותר.

שימוש עם טונר כימי מאפשר ניצול טוב יותר של מחסנית ההדפסה ושמירה על איכות עקבית ואחידה החל מהדף הראשון ועד האחרון ללא ירידה באיכות ההדפסה.

 

איכות הדפסה :

גודלם של חלקיקי אבקת טונר משפיע באופן ישיר על רזולוצית ההדפסה, ככל שגודל חלקיק י אבקת הטונר קטן יותר, כך עולה כושר ההפרדה. לכן תוצאת ההדפסה המושגת בשימוש עם טונר כימי הינה חדה יותר ובעלת רזולוציה גבוהה יותר בערכים של עד שבעים אחוזים מעל איכות אותה הדפסה שמושגת בשימוש עם טונר קונבנציונלי.

כושר הפיזור של אבקת טונר כימי גבוה בשמונים וחמישה אחוז לעומת אבקת טונר קונבנציונלי, דבר זה תורם לתוצאת הדפסה מדוייקת יותר ובפרט בהדפסה בצבע.

אבקת טונר כימי יוצרת שכבת הדפסה שהינה דקה בכשישים וחמישה אחוזים פחות מאשר שכבת הדפסה שנוצרה בשימוש עם טונר קונבנציונלי. שכבת ההדפסה שנוצרה בשימוש עם טונר כימי מתקבעת אל תוך סיבי הנייר ואינה "נשברת" כאשר הנייר מקופל. עובי שכבת ההדפסה המתקבל בשימוש עם טונר כימי, נע בין אחד לאחד וחצי מיקרון.

השעווה אשר מוספת בתהליך הייצור של אבקת טונר כימי הינה חלק בלתי נפרד ממבנה השכבות של זו , דבר זה מאפשר ליישם את השעווה באופן מדוייק אך ורק במקומות המודפסים ולכן איכות ההדפסה של תמונות הינה במראה חי ואמיתי יותר ואף מאפשר לכתוב על השטח המודפס בעט ובעפרון.

השימוש בפיגמנטים יציבים בגדלים ננומטריים וברמת טוהר גבוהה מאפשר הדפסה על מדיה מגוונת כמו נייר כרומו ונייר גס ללא חשש מדהייה של ההדפסה.

מעבר לשיפור היעילות התפקודית של מדפסת הלייזר, שימוש עם טונר כימי תורם להפחתה של עלות הבעלות הכוללת על מדפסת לייזר בכשלושים וחמישה אחוז, תורם לסביבת הדפסה בטוחה ונקיה מפליטת מזהמים, כמו גם לסביבה ירוקה יותר.

חסרונות : זה נשמע טוב מדי מכדי להיות אמיתי אבל לא קיימים חסרונות ביחס לשימוש עם אבקת טונר קונבנציונלי.

 

 

 

 

פיגמנטים - צבען (Pigment)

לפיגמנטים המשמשים בייצור של אבקת טונר ישנה חשיבות רבה, הן לעניין תוצאת ההדפסה, הן לעניין איכותה והן לעניין עמידותה. השיקולים המנחים בבחירת פיגמנט המשמש עבור אבקת טונר הינם : עמידות בחום, כושר פיזור בהרטבה ללא צמיגות, שקיפות ויציבות כימית. על מנת לאפשר אפקטיביות ויעילות אופטימלית עם אחידות עתידית נבחרים הפיגמנטים בקפידה כבר בשלבי התכנון הראשוניים של תרכובת אבקת טונר. על מנת לבחון את תכונותיו של הפיגמנט המיועד לשימוש, נבחנות מספר סדרות ייצור של פיגמנט מסויים תוך יצירת שכבת פילם על גבי יריעת פוליאוריטן בהרטבה ובייבוש.

 

בעבר שמשו בעיקר פיגמנטים אורגניים כמו פחמן שחור ותוצרי לוואי שונים של תעשיית הנפט בייצור של אבקת טונר בצבע שחור. לאחר החלת דירקטיבות Reach ו Rohs של האיחוד האירופי, אשר אוסרות על פליטת חומרים אורגניים נדיפים בשימוש ביתי ומשרדי, פותחו פיגמנטים חדשניים שאינם מבוססים על חומרים אורגניים וממסים. דור הפיגמנטים החדש, הנו בטוח לשימוש ומבוסס על חוזק טינקטוריאלי (Tinctorial Strenth) אשר מושג על ידי הקטנת גודל החלקיקים של הפיגמנט לשם השגת חדות וברק גבוהים לצד אטימות נדרשת וכושר פיזור מושלם בהרטבה.

הפיגמנט העיקרי שמשמש בייצור של אבקת טונר בצבע שחור(Black) הנו : פחמן שחור Carbon Black 6, 7, 8 לפחמן השחור תכונות טריבואלקטריות מעולות שמסייעות בתהליך ההדפסה האלקטרוסטטי ואשר חוסכות את הצורך בשימוש עם תוספי טעינה יקרים. ככלל, פחמן שחור הנו חומר קרצינוגני ידוע לשימצה, לאחר החלת דירקטיבות האיחוד האירופי, פותח פיגמנט שחור שהנו בטוח לשימוש, זה מבוסס על גרפיט Graphite Pigment Black 10 ומשמש בייצור של אבקת טונר שחור בתהליך כימי. למרות מסוכנותו של הפחמן השחור, מחסניות טונר תואם שבדרך כלל מגיעות מדרום מזרח אסיה מכילות אבקת טונר עם פחמן שחור.

אבקת טונר מגנטי בצבע שחור מיוצרת מפיגמנט תחמוצת ברזל שחורה Black Iron-Oxide Fe3o4 Pigment black 11, תחמוצת הברזל השחורה מקנה לשכבת ההדפסה תכונות ברזליות שמאפשרות מיגנוט על ידי סורקים לקריאה של תווים המזוהים באמצעות טכנולוגית MICR.

 

הפיגמנט העיקרי אשר משמש בייצור של אבקת טונר בצבע אדום(Magenta) הנו תחמוצת ברזל אדומה (Red Iron Oxide Pigment Red 101 (synthetic) & Pigment Red 102 (natural

הפיגמנט העיקרי אשר משמש בייצור של אבקת טונר בצבע כחול(Cyan) הנו קובלט כחול Coblat-Blue Co0, AI203 Pigment blue 28, 36

הפיגמנט העיקרי שמשמש בייצור של אבקת טונר בצבע צהוב(yellow) הנו תחמוצת צהובה Yellow-Oxides Fe0(OH) Pigment yellow 42, 43

 

תהליך הערבוב של הפיגמנט היבש עם מרכיבי טונר קונבנציונלי נעשה במתקן פיזור(Pigment distribiution) סגור להשגה של פיזור אחיד.

תהליך הערבוב של הפיגמנט שאר מרכיבי הטונר הכימי נעשה בהליך של פיזור רטוב (Wet Dispersion) אל תוך אמולסיה נוזלית.

 

 

 

תוף פוטואלקטרי (OPC-Organic PhotoConductor)

 

תוף פוטואלקטרי הנו, לרוב, גליל עשוי אלומיניום או גליל עשוי פלסטיק מוליך, תצורת הגליל מהווה את התמיכה המכנית עבור שכבת הציפוי הפוטואלקטרית ומאפשרת מוליכות חשמלית והארקה. ישנם תופים בעלי מבנה של רצועת מיילר (Mylar), זו מצופה בשכבת חומר פוטואלקטרי, מבנה זה של תוף פוטואלקטרי שימש בעיקר בעבר ומכונה בשם "מסטר".

השימוש במילה "אורגני" בהקשר של תוף פוטואלקטרי נובע מן השימוש בתרכובות פטרוכימיות, בתהליך הייצור של החומר המשמש עבור שכבת הציפוי הפוטואלקטרי, אשר מקורן באורגניזם.

 

אם כן, עבור מה משמש תוף במחסנית טונר וכיצד הוא פועל :

בתגובה לחשיפה אל אור, ובמקרה דנן קרן הלייזר, משנה החומר הפוטואלקטרי את תכונותיו החשמליות ונטען במתח חשמלי חיובי או שלילי, על פי אפיונים מוגדרים מראש.

שכבות הציפוי של תוף פוטואלקטרי מפורטות להלן :

UCL - Under Coat Layer - שכבת הגנה בעלת תכונות של מוליכות חשמלית, תפקידה למנוע חדירת חלקיקים מגליל האלומיניום אל שכבות הציפוי העליונות. בפועל שכבה זו הינה שכבבת הבסיס אשר נצבעת ישירות על גבי גליל האלומיניום, שכבה זו מיוצרת מתרכובות של תחמוצת אלומיניום(Aluminum Oxide) ופיגמנט מוליך(Conductive Pigment). שכבת הבסיס וגליל האלומיניום אינם משמשים חלק אקטיבי בעת התהליך האלקטרוסטטי פרט להיותם בעלי תכונות של מוליכות חשמלית.

 

CGL -Charge Generating Layer - על גבי שכבה זו נוצרת טעינה חשמלית סטטית שלילית או חיובית בעת החשיפה לאור של קרן הלייזר או מנורות ה- Led. שכבת הטעינה מיוצרת מתרכובות שהנן בעלות רגישות משתנה לאור בתחום הנראה לעין או אור אינפרא אדום. שכבת הטעינה הינה בעלת עובי שנע בין 0.1 ל 1 מיקרון. שכבה זו מיוצרת מתרכובות של שרפים מוליכים ומיובשת באמצעות אולטרא סגול(UV Curable Conductive Resins) :

Benzidines ,Croconines ,Hydrazones ,Perylenes ,Phthalocyanines ,Porphyrines ,Squaraines ,Starburst-amines ,Triphenylamines ,Custom-synthesis.

CTL - Chrge Transport Layer - שכבה זו מעבירה את הטעינה החיובית שנוצרת בשכבת ה CGL אל פני השטח ומנטרלת את שכבת הטעינה השלילית.

 

תופים פוטואלקטריים מיוצרים בצבעים שונים, זאת בהתאם לתכונות ועמידותן של השכבות, וכן לפיגמנט האורגני אשר משמש לייצור תרכובות ציפוי שכבת הטעינה(CGL).
פרמטר נוסף הנו קוטרו של התוף הפוטואלקטרי אשר משפיע באופן ישיר על איכות ההדפסה. ככל שקוטרו של התוף קטן יותר, כך איכות הדפסה תהיה טובה יותר, זאת כיוון שפני השטח שלהם הנו קטן יותר ומאפשר טעינה ופריקה אחידה אשר תורמת ליצירת רצף מדויק יותר ובמספר מהלכים רב יותר.

 

 

גליל פיתוח (Developer Roller)
 

ישנם שני סוגים של גלילי פיתוח.

א. גליל שהנו ציר מתכת עם ציפוי שכבה של גומי מוליך. גליל פיתוח שכזה מצריך שימוש עם גליל הוספה(Adder Roller) עשוי ספוג או דמוי מברשת. גליל ההוספה משיק אל גליל הפיתוח ומסתובב עמו בד בבד, על מנת להעביר אל גליל הפיתוח אבקת טונר באופן רציף.

ב. גליל פיתוח מגנטי - הנו גליל חלול עשוי אלומינים, לרוב, אשר בתוכו מקובע ציר מגנטי. גליל פיתוח זה עובד עם אבקת טונר על בסיס מגנטי ופועל תוך מגע מתמיד עם מגב עשוי סיליקון (דוקטור בלייד), דבר אשר יוצר מטען חשמלי בפעולת חיכוך טריבואלקטרית. גליל פיתוח שכזה, לרוב, יהיה בעל ציפוי שכבה שחורה עשויה גרפיט או פחמן שחור, לשם שיפור תכונותיו הטריבואלקטריות ולהפחתת עומס החיכוך בינו ובין מגב הסיליקון.

 

 

 

דוקטור בלייד (Doctor Blade) 

מגב עשוי סיליקון או מתכת, זה אמון על פילוס ומעבר שכבה אחידה של אבקת טונר אל גליל הפיתוח. במחסניות טונר אשר מבוססות על גליל פיתוח מגנטי, ישנו לדוקטור בלייד תפקיד נוסף של יצירת חיכוך מתמיד אל מול שטח הפנים של גליל האלומיניום לשם יצירת פוטנציאל חשמלי סטטי(טריבואלקטריות).

גליל טעינה ראשונית (PCR-Primary Charge Roller) -

גליל הטעינה הראשונית, משיק ונוגע פיזית בגליל התוף הפוטואלקטרי לצורך  יישום של טעינת מתח אחיד על שטח פני השטח של התוף הפוטואלקטרי.

כהכנה לשלב יצירת התמונה הסמויה נטען שטח התוף במתח שלילי או חיובי אחיד.מדפסת הלייזר טוענת את התוף ישירות על ידי גליל טעינה ראשוני שהנו גליל מתכת בעל ציפוי שכבת גומי מוליך. בנוסף למתח הישר, מיושם מתח חילופין על גליל הטעינה הראשונית לשם שמירת אחידות פוטנציאל המתח על פני שטחו של התוף. המתח הישר משתנה עם התפתחותו. לשיטת טעינה באמצעות גליל טעינה ישנן יתרונות רבים כמו עבודה באמצעות מתח חשמלי נמוך והפחתה משמעותית של היווצרות גז אוזון במהלכם של תהליכים אלקטרוסטטיים, זאת בהשוואה לשיטת הטעינה על ידי תיל קורונה. שיטה אשר שימשה בעבר.

 

 

 

מגב ניקוי (Wiper Blade)
 

 

 

 

מגב הניקוי, אמון על ניקוי גליל התוף הפוטואלקטרי משאריות של אבקת טונר אשר נותרות בתום כל מחזור סיבובי. מגב הניקוי מורכב מרצועת פוליאוריטן אשר מורכבת על גבי לוחית תמיכה מתכתית. מגב הניקוי הינו חלק חשוב, ואיכותו כמו גם עמידותו תשפענה ישירות על קבלת תוצאת הדפסה נקיה ונטולת כתמים. מגב הניקוי פועל בטמפרטורות חיכוך גבוהות (עקב מגע פיזי ישיר עם גליל התוף) למשך מחזורי הדפסה מרובים ולכן הוא מיוצר מפוליאוריטן שהנו עמיד בחיכוך ובחום לשם מניעת קריסתו במשך אורך חיי מחסנית ההדפסה.