專利名稱：用于液體調色劑電照相的使用多輥的熔合系統(tǒng)及熔合方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于電照相過程的熔合設備和系統(tǒng)，特別涉及帶有液體調色劑材料的設備和系統(tǒng)的使用。
背景技術：
電照相形成適合于包括照相復印和激光打印的某些形式在內的各類眾所周知的成像方法的技術基礎。一種基本的電照相過程包括在感光體上均勻設置靜電荷，之后，使該感光體在特定的相應于將要打印或轉移的影像的區(qū)域的活性電磁輻射下曝光。電磁輻射也被稱作為“光”，例如，它可以包括紅外線、可見光和紫外線。感光體在光中的這種暴露，使被曝光區(qū)中的電荷分散，形成靜電潛像。由此得到的靜電潛像被調色劑顯影，之后，調色劑影像從感光體轉印到諸如紙之類的最終基體上。轉印方式可以是直接轉印，也可以通過間接轉印材料進行轉印。影像的直接或間接轉印一般通過以下兩種方法之一實現(xiàn)彈性輔助方式(本文也稱為“粘性轉移”)或靜電輔助方式(本文也稱為“靜電轉移”)。彈性輔助方式或粘性轉移方式通常指的是這樣一種過程，其中影像的轉移主要由存在于感光體表面和臨時載體表面或用于調色劑的媒介之間的表面張力現(xiàn)象引起的。這種彈性輔助或粘性轉移的效果可通過包括表面能、溫度、壓力和調色劑流變性能等幾種變量來控制。靜電輔助方式或靜電轉移通常指的是這樣一種過程，其中影像的轉移主要是由存在于感光體表面和臨時載體表面或用于調色劑媒介之間的靜電電荷或電荷差異現(xiàn)象引起的。和粘性轉移一樣，靜電轉移可由表面能、溫度和壓力控制，但是導致調色劑影像轉印到最終基體上的主要驅動力是靜電力。通過任一種轉移方法轉印調色影像后，電照相過程還可以包括將轉移影像熔合(fusing)到基體上、清潔感光體、并消除感光體上任何殘留的電荷工序，以準備一適合于影像轉移的新系統(tǒng)。
在某些普通的電照相過程中，感光體的結構是一連續(xù)的帶，例如，它可由輥子或可轉動的鼓狀物支撐和運轉。感光體通常具有光導層，當光導層暴露于具有活性的電磁輻射或光中時，光導層轉移電荷(或基于電子轉移機理或基于電荷轉移機理)。光導層通常附著于如導電鼓或用鋁或其他導體蒸發(fā)鍍覆的基體之類的導電支撐體上。感光體的表面可帶負電荷或帶正電荷，致使在活性電磁輻射擊中光導層的某些區(qū)域時，電荷通過感光體傳導，從而中和、消散或減少被激活區(qū)域的表面電勢。在光導層上可選擇使用阻擋層(barrier layer)，以保護光導層，并借此延長光導層的使用壽命。在一些感光體中還使用如粘性層、底層(priming layers)、或電荷注入閉鎖層(blocking layer)之類的其他層。也可使用防粘層，以促進影像從感光體轉移到如紙之類的最終基體或中間轉印部件上。
通常，與感光體上靜電潛像相應的調色劑影像可通過提供帶正電荷的調色劑形成，所述帶正電荷的調色劑被吸引到經電磁輻射曝光后維持較少正電荷的感光體的那些區(qū)域。兩種通?？少彽玫钠胀愋偷恼{色劑是指干式調色劑和液體調色劑。干式調色劑通常是粉狀材料，其由混合或締合的聚合體和著色顆粒如用于黑色影像的碳組成，液體調色劑通常是一種將細分的固體分散在絕緣液體中的液態(tài)材料，這種絕緣液體通常被稱作載液。一般而言，載液可以是碳氫化合物，它具有較低的介電常數(shù)(例如小于3)和足夠高的蒸汽壓，以確保調色劑沉積在感光體、轉印帶、和/或接受體薄片上后，溶劑能快速蒸發(fā)?？焖僬舭l(fā)對多種顏色被依次沉積和/或轉印形成單一影像的情況特別重要。
在某些應用中液體調色劑優(yōu)于干式或粉狀調色劑，因為與干式調色劑相比，它具有產生較高的分辯影像的能力，同時其用于定影時所需能量較少。另外，它優(yōu)選用于待固定到最終基體上的調色影像能夠在不同的使用、誤用和環(huán)境條件下抗移動地定影到基體上的情況。然而，沉積到最終基體上的調色影像的油墨通常易碎，經不起刮擦或如人的手指接觸那樣的外力磨擦或如鉛筆橡皮擦除器那樣的擦拭(erasure)，這通常被稱為“耐擦拭性(erasure resistance)”差。此外，具有殘余附著性和粘性的轉印油墨也可能在它堆疊時不期望地粘到其他最終基體上，當影像的一部分從轉印影像上剝離到另外的表面上時，相鄰的基體彼此分離開時，將造成影像損壞。這種影像不期望地從一基體轉印到相鄰基體的趨勢，被稱為“抗粘連”(blockingresistance)差。
為了使油墨具有足夠的抵抗外力例如粘連和擦拭的性能，有時希望通過與如由加熱輥之類加熱而將油墨已轉移至最終基體上的表面接觸，將油墨加熱至較高的溫度。在美國專利4,806,097號(專利權人為Palm等人)、5,893,019號(專利權人為Yoda等人)和5,897,294號(專利權人為Yoda等人)中可以找到具有一個單一加熱輥、其上帶有至少一個用于將調色影像壓向加熱輥上的非加熱輥的熔合器(fuser)結構的例子。此過程通常稱為“熔合”，通常在油墨轉印到紙或其他基體上后，讓最終紙印品立即經受熱源來實現(xiàn)。在液體調色劑情況下，利用加熱可以使調色劑的液體部分蒸發(fā)來促進油墨定影。也可采用加熱使調色劑顆粒熔合在最終基體上，使其永久且耐用。
可用多種熱源如加熱帶、加熱鼓或熱空氣將油墨熔合到紙或其他介質上。因為某些調色劑的熔化溫度與另一些調色劑不同，所需的足以熔合調色劑顆粒的溫度通常根據(jù)調色劑的化學性能進行設定。如果加熱輥或部件的溫度太高，調色劑可能粘附到輥子或其他部件上，接著在輥子隨后的旋轉中例如將轉回到最終的基體上。這就是眾所周知的“熱偏移”問題，其通常可以靠降低輥子的溫度來解決。如果加熱輥或部件的溫度太低，調色劑顆粒將不能熔合到最終的基體上，而可能轉移到輥子或部件上，并且可能在隨后的旋轉中再轉移到最終的基體上，這種情況被稱為“冷偏移”。因此，為了能以油墨充分粘合到最終基體上的方式實現(xiàn)合適的調色劑轉移，應使加熱輥或加熱部件維持在溫度相對恒定的固定范圍內。但是這對于某些類型的加熱系統(tǒng)而言是難以實現(xiàn)的。
與用其他調色劑材料產生的影像的熔合相比，用液體調色劑產生的影像的熔合存在特別的難題。第一，液體調色劑與加熱輥或部件恒定接觸，基本上形成恒定的冷卻“池”，使得為消除載液和熔合影像兩者所需的足夠和相對恒定的溫度更難維持。第二，對許多用于干式調色劑熔合的設備和低表面能材料用于液態(tài)或蒸汽能滲透、匯集、蔓延或被吸收的系統(tǒng)如有時在電子照像系統(tǒng)使用液體調色劑的情況沒有進行闡明。第三，常被用于通過影像朝向加熱部件加熱最終基體的干式調色劑系統(tǒng)的傳統(tǒng)的熔合不能使大量的被蒸發(fā)載液離開加熱部件，這可能引起載體不希望地再次凝結到最終基體和印刷設備的其他組件上。所以有必要提供可在最終基體上產生堅固的、高質量的影像的熔合液體調色劑的設備、系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內容
在本發(fā)明的一方面中，提供一種用于對利用電子照像過程將液體調色劑附著在基體上形成的影像進行定影的熔合裝置。該裝置包括一預熔輥；一支撐輥，其被定位成在所述預熔輥和該支撐輥之間形成第一輥隙區(qū)；和一熔合輥，其被定位成在該熔合輥與所述支撐輥之間形成第二輥隙。預熔輥、支撐輥或兩者都被加熱到第一輥隙區(qū)內具有的熔合溫度的溫度。此外，熔合輥、支撐輥或兩者都被加熱到第二輥隙區(qū)域中具有的熔合溫度的溫度，此溫度與第一輥隙中的預熔溫度不同。在一優(yōu)選實施方式中，熔合溫度比預溶合溫度高。
熔合裝置可包括在電子照像打印設備中，其中預熔輥與支撐輥之間的第一輥隙區(qū)被定位在打印設備中，以便在熔合輥和支撐輥之間的第二輥隙區(qū)接觸基體上影像之前接觸基體上的影像。至少預熔輥和支撐輥中之一的溫度可維持在約100℃和約150℃之間，第一熔合輥和支撐輥中至少之一的溫度可維持在約130℃和約220℃之間。
本發(fā)明的另一方面，提供一種在電子照像打印設備中將液體調色劑形成的影像定影在基體上的方法。該方法包括將液態(tài)調色影像放置在基體的至少一表面上；移動基體使之通過打印設備中熔合裝置的第一輥隙區(qū)，該第一輥隙區(qū)被定位在預熔輥和支撐輥之間；移動基體使之通過熔合裝置的第二輥隙區(qū)，該第二輥隙區(qū)被定位在熔合輥和支撐輥之間。預熔輥和支撐輥中至少之一被加熱到第一輥隙區(qū)內具有的預熔溫度的溫度，熔合輥和支撐輥中至少之一被加熱到第二輥隙中具有的熔合溫度的溫度，此溫度比第一輥隙中的預熔溫度高。


下面將參照附圖進一步解釋本發(fā)明，在所有視圖中，相同構件用相似附圖標記表示。附圖中圖1是在干式調色劑技術中通常使用的現(xiàn)有熔合裝置的側向示意圖；圖2是本發(fā)明熔合裝置一實施方式的側向示意圖；圖3是本發(fā)明熔合裝置的另一實施方式的側向示意圖。
具體實施例方式
普遍用于電照像的調色劑材料通常分為干式調色劑和液體調色劑。術語“干式”不是指完全沒有任何液態(tài)成分的調色劑，而是指不包含大量溶劑的調色劑顆粒。例如，對于典型的干式調色劑而言，溶劑的重量百分比通常小于10％，也可以小于8％，或者甚至小于5％，對于一種具體的調色劑而言，其溶劑含量優(yōu)選低到能合理使用的程度。反之，本發(fā)明的方法和系統(tǒng)中使用的典型的液體調色劑種類的構成通常包括懸浮或分散在載液中的調色劑顆粒。載液最好是具有非導電性的分散劑液體，期望其缺少電荷量，以避免在打印過程中靜電潛像放電。液體調色劑顆粒優(yōu)選以某種程度溶解或穩(wěn)定(即懸浮或分散)于載液中，通常超過調色劑總重量的50％，載液是低極性、低介電常數(shù)、基本為非水性的載體溶劑。在調色劑被溶解和/或被分散于載液中時最好利用游離于載體溶劑中的極性基團以化學方式對液體調色劑顆粒充電，但是調色劑顆粒最好不帶摩擦電荷。因為液體調色劑常含有比干式調色劑中所含顆粒尺寸更小的顆粒，用于本發(fā)明中的液體調色劑類型與干式調色劑相比，通常能形成分辨力更高的調色影像。
下面參照附圖，各組件在所有的幾幅附圖中都用附圖標記標出，先參見圖1，該圖是典型的用于干式調色劑的熔合裝置100的示意圖，其通常包括第一輥102、第二輥106、和通常沿箭頭103所示方向移動的基體114。第一輥102例如可通過加熱部件104從內部加熱，該部件例如可以是鹵素燈，當然也可采用包括加熱墊和加熱燈在內的其他加熱部件。支撐輥106被定位成與第一輥102接觸，因而在輥102和輥106之間形成接觸輥隙116，該輥隙足夠寬，能容納基體114的厚度。在許多情況下，與第一輥102的使用類似，也可通過加熱部件108對支撐輥106加熱。通常這些輥中至少之一由驅動機構(圖中未示出)驅動，輥102、106分別沿箭頭110、112所示方向轉動。通常將一側帶有未熔合的或被調色的影像的基體114提供到輥隙區(qū)116，并沿103所示方向傳送使其通過輥隙區(qū)116，因而來自輥102、106的組合熱量可熔化調色劑，而將調色劑熔合到基體114上。如果102、106輥都被加熱，影像(圖中未表示)既可以面向輥102，也可以面向輥106，但是如果只有一個輥被加熱，則影像通常面向被加熱的輥。
按照本發(fā)明的一優(yōu)選實施形式，圖2所示的熔合裝置或系統(tǒng)適于熔合液體調色劑的需求，它提供一種在定影或熔合影像至基體上之前“預熔”液體調色劑的方式。具體而言，本發(fā)明具有在某一溫度下使載液至少部分蒸發(fā)的初始處理步驟，該溫度低到足以抑制調色劑粘附或“偏移”、而高到足以提供所需的載液蒸發(fā)量。該初始步驟經至少一附加的熔合步驟之后可大大提高基體上影像的質量和耐久性。如圖2的具體實施方式
所示，提供一熔合裝置或系統(tǒng)10，它通常包括預熔輥12、定影或最終熔合輥14和支撐輥或壓輥16。如該圖所示，基體24沿箭頭26的方向輸送。按照本發(fā)明，基體24將被提供給系統(tǒng)10，基體24的至少一側帶有由液體調色劑形成的未熔合或被調色影像。該影像優(yōu)選用下述方法和系統(tǒng)，在通過系統(tǒng)10后被熔合在基體24上。
更具體地說，將預熔輥12配置成相對于支撐輥16能從基體24上的液態(tài)調色影像中蒸發(fā)載液的至少初始部分。優(yōu)選將輥12和16彼此之間定位成在它們之間能形成輥隙32。輥隙32是兩個輥子12和16彼此接觸的區(qū)域或范圍，它決定了基體通過輥隙(即停留時間(dwell time))時移動的基體與被加熱的熔合輥接觸的時間的長短。因為優(yōu)選輥12和16在兩個輥子的整個輥長上接觸，輥隙區(qū)的尺寸主要通過調節(jié)接觸區(qū)沿基體輸送方向的寬度來控制。例如，可通過調節(jié)一個或兩個輥子的一或更多的輥層的硬度、和/或通過增加或減少對輥子12和16彼此施加的力或壓力來控制輥隙區(qū)32的尺寸。例如，可通過提高輥子12和16中至少之一的硬度或剛性(durometer)、和/或減小施加在兩個輥子上的壓力來減小輥隙區(qū)32的尺寸。優(yōu)選對這些參數(shù)和調節(jié)量進行選擇，使通過輥隙區(qū)32的任何基體的厚度和各種其他材料性能相適應。對于一實例而言，雖然較薄的材料可通過較緊的或高壓力輥隙區(qū)，但輥子彼此之間不能壓緊到基體通過輥隙區(qū)時起皺或撕破的程度也是很重要的。在本發(fā)明的一優(yōu)選實施方式中，輥隙寬度范圍為0.5mm至3mm，更優(yōu)選的范圍為1.5mm至2.5mm。
如上所述，基體24在輥隙區(qū)32中所花費的時間至少部分地可通過選擇輥12和16的外覆蓋層或橡膠層的剛性或硬度來控制，如果輥子沒有覆蓋層，則通過選擇輥子自身的硬度來控制。覆蓋層的硬度(如帶有或沒有任何外覆蓋層或防粘層的橡膠層)很重要，因為如果輥子太軟，覆蓋層可能彎曲，這將引起覆蓋層破裂或剝離。另外，如果輥子硬度太低，熔合了調色劑的基體可能也會彎曲和變形。如果輥子相當硬，輥隙區(qū)32將相當小，用于調色劑和基體的加熱時間將減少，這可能導致調色劑在基體上的定影不充分和/或溶劑的蒸發(fā)不充分。此外，之間設有輥隙32的輥子太軟和/或輥隙區(qū)太寬時，將可能導致輥12和16之間的最終基體起皺，也可能擋住蒸發(fā)的溶劑。反之，之間設有輥隙32的輥子太硬和/或輥隙區(qū)太窄時，在輥子之間將不能提供足夠的接觸時間，也不能提供蒸發(fā)足夠的溶劑量的影像。
每個輥子的硬度或剛性由構成輥子結構的所有材料層(如橡膠、硅氧烷、防粘覆蓋層等)的累積硬度決定。由于剛性較低的輥子較軟，因而形成較寬的輥隙，這將使基體與輥子長時間接觸。輥子在較熱和長時間使用時常使耐久性變差，因此更容易破裂。反之，剛性高的輥子更硬，因而形成較窄的輥隙，使基體與輥子的接觸時間變短。但是這些較硬的輥子通常更經得起長時間使用中的熱環(huán)境考驗。所以，更換前優(yōu)選權衡適合于熔合性能的輥隙寬度和對具體輥子預期使用時間的要求來選擇輥子。輥子上覆蓋層的整體硬度范圍優(yōu)選在5到50肖氏硬度A之間，更優(yōu)選的范圍在10到30肖氏硬度A之間。輥子12和16可以硬度相同，也可以彼此硬度不同。
可以采用由很多制造商生產的輥子12和16，包括從Bando USA Inc.(Itasca，Illinois)、Bando International(Chuo-Ku，Kobe，Japan)、MincoManufacturing(Colorado Springs，CO)and Ames Rubber Co.(Hamburg，N.J.)購得的輥子。在選擇用于熔合輥上的橡膠方面，優(yōu)先考慮的幾個重要性能是在特定溫度下的耐久性，包括液態(tài)電照像中的抗刮擦和耐溶劑性；最佳輥隙停留時間的配合性；在許多情況下，這種性能起粘結基體的作用，可應用于各種防粘或低表面能層。例如，在U.S.Patent 5,974,295號(專利權人為De Neil等人.)和6,602,368號(專利權人為Geiger)中描述了橡膠、膠料以及選擇它們時可考慮的參數(shù)的例子。在熔合輥如輥12和16中至少之一的上面可包括覆蓋層，以便即使在對調色劑顆粒加熱后，仍能使調色劑顆粒順利地從表面析出。含氟彈性體和聚二甲基硅氧烷是因其具有低的表面能而被如此應用的覆蓋層的兩個例子。例如，二甲基硅氧烷在較高溫度時能迅速提高表面能，從而導致偏移，因此在較低溫度如在熔合輥12中更有效。另一個例子是可以采用如Teflon之類的氟化高聚物，其在輥子處于較高溫度的熔合臺站如在第二或最終熔合輥中不引起偏移，這將在下文進一步詳述。
如果輥子基底沒有附加防粘覆蓋層，基底橡膠或材料優(yōu)選為具有足夠低的表面能的材料，這樣當基體24離開輥12和16之間的輥隙區(qū)32時，調色劑不易粘附到基底材料上。能滿足這些需要的橡膠和材料的一些例子包括氟塑料、含氟彈性體、聚硅氧烷彈性體、聚亞胺酯和乙烯-丙烯高分子彈性體，由于表面能變化，這些材料中的一些比另一些在較高溫度中更有效。在迅速加熱到其工作溫度(即“瞬時接通”操作等)的熔合系統(tǒng)的情形下填料也可用來提高導電或導熱性能。一個實例是可以用鋁輥芯，在芯上涂覆10至30肖氏硬度A的約1至2mm厚的硅橡膠。橡膠上例如也可涂覆約0.025mm至0.050mm的聚二甲基硅氧烷作為防粘覆蓋層。
設計輥隙區(qū)32時的另一個因素是兩個輥子12、16彼此相對施壓以及對基體24施壓時的壓力選擇?；w24通過輥隙區(qū)32時，施加在基體上的壓力將影響打印質量。例如，如果壓力不夠，在輥隙中的影像可能模糊不清或被蒸發(fā)的溶劑量不足。如果壓力太大，基體24將被損傷或被毀壞。在本發(fā)明的一實施方式中，輥子之間的壓力優(yōu)選維持總壓力在10磅(4.5kg)到60磅(27.2kg)的范圍內，更優(yōu)選總壓力維持在20磅(9.1kg)到45磅(20.4kg)的范圍內。根據(jù)期望的壓力參數(shù)，優(yōu)選將壓力限定在大約每英寸長度2.2至5.0磅。當然，壓力可以大體低于或高于這個范圍，這取決于具體期望的輥隙區(qū)的其他被選擇的參數(shù)，包括使用的輥子、液體調色劑配方、施加影像的基體。輥12和16的直徑彼此可以不同，當然，若輥子直徑相同，可選擇使用不同的輥子材料和不同的壓力。在一實施方式中，輥子的旋轉速度彼此可以不同，并且根據(jù)輥子的配置，可以驅動一個或兩個輥子。
如上所述，圖2中箭頭26表示基體24在該實施方式中的移動方向。為便于基體24的這種移動，輥12和16分別沿箭頭34和40所示的方向旋轉?？山柚谌魏涡褪降目墒够w24以期望的移動方式通過系統(tǒng)10的驅動機構(圖中未顯示)驅動輥12和16之一或兩者。當基體24被送入輥隙32時，液態(tài)調色影像被供給到基體24的上表面20和下表面22的至少一個表面上。如果在基體24的兩側上打印影像，朝向所述影像或多個影像的輥子無論它是輥12、輥16、或輥12和16兩者都應被加熱到使輥隙區(qū)32達到優(yōu)選可使載液的一部分蒸發(fā)、更優(yōu)選可使大部分液體蒸發(fā)的溫度。
當在基體24的單一的一個表面上供給調色影像時，優(yōu)選使調色影像朝上或基本朝上，因為當載液蒸發(fā)時，它通常上升并離開基體24。例如，在一優(yōu)選實施方式中，影像優(yōu)選朝向輥12。如果調色影像朝下(在此情況下，朝向輥16)，上升的蒸發(fā)載液將至少部分地被再次吸收到基體24上或影像上或阻擋在基體24的下方，并可能在那里凝結。雖然調色劑的蒸發(fā)量可能與影像朝上時的情況不同，但朝下的設有調色影像的基體也被認為落在本發(fā)明的范圍內。在這些情況中，需要相應調節(jié)輥隙區(qū)的尺寸和輥子的溫度。如果在系統(tǒng)中調色影像如圖2所示朝下的話，與在系統(tǒng)中調色影像朝上情況相比，系統(tǒng)的各參數(shù)(例如，溫度、壓力等)應調節(jié)到不同水平，以便達到相同的載液蒸發(fā)量。
為了將輥12和/或16加熱到期望的溫度，可以使用各種加熱方法和設備。盡管可用其他公知方法對輥均勻加熱，但用來加熱本發(fā)明的各輥子的加熱部件的一個例子是石英鹵素燈。因為鹵素燈加熱快且加熱均勻，可變得很熱，并具有相當長的使用壽命，因而具有一些優(yōu)點。也可以將它們放置在輥子的空芯內，而不必與輥子本身接觸，此特點有利于減少與接觸不良相關的機械故障。在圖2的實施方式中，例如，分別對輥12和16設置內部加熱部件4和36，它們可以是鹵素燈或其他熱源。當使用這種內部加熱源時，輥12和16可包括涂覆有耐熱橡膠和很低表面能的如硅氧烷之類的覆蓋層的金屬芯。
為達到一定的載液蒸發(fā)量，可以調節(jié)和控制的另一參數(shù)是輥12和16的溫度。在一優(yōu)選實施方式中，將輥12加熱至蒸發(fā)載液所需的溫度。在該實施方式中，可將輥16加熱到與輥12相同的溫度、或加熱到比輥12低的溫度、或輥16自身沒有設置加熱源。在該實施方式中，輥12的主要作用是從基體的調色影像中蒸發(fā)載液。輥16的主要作用是在預熔以及隨后的熔合中向基體提供剛硬的支撐。然而，可以根據(jù)需要對輥12和16之一或兩者進行加熱，以向基體24提供相對恒定的熱量。在只需轉移少量熱量到基體上以便使載液蒸發(fā)的情況下，例如，僅需要加熱輥子12、16中的一個、或輥子12、16都被加熱到較低溫度，以達到同等水平的蒸發(fā)量。因為在預熔或蒸發(fā)步驟期間，蒸發(fā)過程可能使一個或兩個輥子冷卻，可以對輥子12、16之一或兩者設置反饋系統(tǒng)，以便經常監(jiān)測和調節(jié)單一或多個熱源提供的熱量，以將輥子維持在所期望的溫度范圍內。雖然預熔輥(一個或多個)的優(yōu)選溫度主要由液態(tài)調色劑的特性、所選載液的蒸發(fā)點和熔合輥子覆蓋層的參數(shù)決定，但優(yōu)選輥子12和/或16的溫度范圍在約100℃到150℃之間，更優(yōu)選輥子的溫度范圍維持在約110℃到130℃之間。
圖2中的熔合裝置或系統(tǒng)還包括在第二熔合區(qū)域內完成的定影或熔合步驟，在該區(qū)域中輥14被定位成與輥16形成輥隙42。在來自第一輥隙32的熱已將基體24加熱并導致載液的至少一部分蒸發(fā)之后的某點處，與輥16結合的定影或熔合輥14被定位成與基體24接觸。箭頭26再次表示基體24的移動方向，也表示了基體朝熔合輥14和輥隙區(qū)42移動的方向。輥12和輥14之間的間隔或縫隙優(yōu)選盡可能小，以有助于使打印單元中所需的熔合空間減至最小。然而，仍期望輥12和14之間至少具有一預定距離，以使一個輥產生的熱不受其他輥子產生的熱量的影響。
一旦基體24至少部分地通過輥隙32，它將向前移動，接著進入輥14和16之間的熔合或定影輥隙42。為便于基體24的這種移動，輥子14和16分別沿箭頭38和40所示方向旋轉。在一具體系統(tǒng)10中，輥14可以與預熔步驟中所用的輥12、16在剛性、橡膠/覆蓋層厚度、和/或其他參數(shù)方面相同或不同。因為各種調色影像和它們被熔合于上的基體的變化范圍可以很寬，與輥12、16可包括的廣泛變化的特性和彼此相關的間距的方式相同，輥14、16的特性和定位也可具有很多不同的特性和彼此相關的間距。所以，以上所描述的與輥12、16相應的各種可供選擇的方面和需要考慮的事項也適用于輥14、16之間的關系。但是，因為輥16對一個以上的加熱或熔合步驟是共用的(也就是說，輥子16既是輥隙區(qū)32也是輥隙42的一部分)，所以應當考慮期望的溫度、壓力、輥隙32和42兩者的其他參數(shù)。例如，輥子16的溫度不應太高，以在第一輥隙區(qū)32中獲得所期望的溫度特性，但也不能太低，以在第二輥隙區(qū)42中獲得所期望的溫度特性。
優(yōu)選使輥14、16以較快的速度將調色劑顆粒加熱至其玻璃化轉變溫度(Tg)之上，以使調色劑顆粒理想地最終溶合到基體24上。因為液體調色劑的Tg將變化，需要達到的溫度點也相應變化。因此，在第二熔合步驟中輥隙42通常維持在比輥隙32高的溫度下，輥隙32主要被設計成用來使載液蒸發(fā)，以便基體帶著相當干的(即，幾乎無溶劑)調色影像到達熔合步驟。為了維持所述相當高的溫度，優(yōu)選為兩個輥子14、16設置一個加熱源，當然，也可以僅為一個輥子設置其自身的熱源。就象前面對熱源4和36的描述一樣，在圖2的實施方式中，例如輥14和16各自可設有如鹵素燈或其他熱源的內部加熱元件44和36。
輥14、16之間的輥隙區(qū)42的熔合溫度的一優(yōu)選范圍在130℃至220℃之間；然而，某些液體調色劑更適合在150℃以上的溫度熔合。熔合溫度優(yōu)選不高到造成“偏移”或使影像轉移到任何一個熔合輥上。因此，熔合輥14可以用與輥12和16(如上討論的)一樣的芯和材料層制成。但是在定影輥14上還可包括具有較高的表面能的防粘層，這種防粘層可以設置成例如由氟化高聚物形成的模制套管的形式。因為當基體到達輥隙區(qū)42時，影像已經部分熔合且載液相當大部分也已被蒸發(fā)，熔合輥14的材料比用在預熔輥12上的材料更耐高溫，這些套管或覆蓋層可以從商標為“Teflon”的產品中購得。在本發(fā)明一示例性實施方式中，定影輥14上的覆蓋層厚度約為0.025mm至0.050mm，輥子的全部直徑約為35mm，肖氏硬度A在10至30之間。就此示例性實施方式而言，輥14和16之間施加的壓力優(yōu)選在10磅(4.5kg)到60磅(27.2kg)之間，以使輥隙42處于1mm至3mm范圍內，更優(yōu)選的是壓力應維持在20磅(9.1kg)到45磅(20.4kg)之間。對于預熔步驟中的輥子，壓力也可被設定為每英寸長度大約2.2至5.0磅。
在本發(fā)明的一優(yōu)選實施方式中，支撐輥或壓輥16的肖氏硬度A約為10。支撐輥16設有內部加熱元件36，它被維持在與預熔輥12的溫度大致相同的溫度下。預熔輥12具有約20-30的肖氏硬度A，且覆以具有吸收性的聚二甲基硅氧烷作為低表面能防粘覆蓋層，該覆蓋層具有增強的潤滑和防粘特性。兩個輥子12、16在輥隙區(qū)32被約45磅(20.4kg)壓力的合力保持在一起，輥隙區(qū)32優(yōu)選維持約100℃到150℃的溫度。定影輥14也被設置成在輥隙區(qū)42以約45磅(20.4kg)的力與支撐輥子16相接觸。輥14被由氟化高聚物制作的防粘套管覆蓋，這種高聚物能經受約130℃-220℃范圍內的高溫度。由于輥14能提供較高溫度，優(yōu)選輥隙42維持的溫度比輥16更高。
在本發(fā)明一優(yōu)選實施方式中，所有輥子12、14和16的直徑大約是35mm，選擇此尺寸主要為了適應電子照像裝置的尺寸。這些輥子彼此可以具有相同或不同的尺寸。輥子直徑的下限至少由所需的輥子剛度限定，有時也受插入加熱元件的所需中空空間限定，同時輥子要維持足夠的結構強度。輥16直徑的下限也受需要設置兩個彼此間隔較近的輥隙32、42限制。
因為基體24順序通過兩個輥隙32、42，優(yōu)選輥12、14和16維持恒定的速度或旋轉速率，以防止基體24起皺、撕裂或受其他損傷。有幾種驅動輥子的方法，如用齒輪或相連馬達驅動輥12、14和/或16的芯部。另一種方法顯示在圖3所示的實施方式中，如裝置200，其示出了在圖2的實施方式中附加驅動輥207、209和211的情況，基體203沿方向205通過由輥213和217形成的預熔輥隙，接著通過由輥215和217形成的熔合輥隙。具體地說，驅動輥211與輥217的表面接觸，使輥217與驅動輥211反向旋轉(如箭頭219、225所示)。另外類似地，驅動輥207與輥213的表面接觸，使輥213與驅動輥207反向旋轉(如箭頭223、227所示)。再者類似地，驅動輥209與輥215的表面接觸，使輥215與驅動輥209反向旋轉(如箭頭221、229所示)。在該實施方式中，驅動輥207、209和211可以與單獨的馬達或驅動系統(tǒng)嚙合，或兩者都被同一馬達或驅動系統(tǒng)驅動(圖中未顯示)。
另外，圖3說明了本發(fā)明系統(tǒng)的附加可選特性，設計這種特性具體用于基體203通過兩個輥隙之間時幫助維持基體的平直度。具體地說，可以設置一個或多個導向器，如示意地示出的一個導向器201，用以防止在預熔步驟中基體暴露于熱環(huán)境后卷曲或彎曲。導向器201可采取多種形式中的任一種，只要不損傷調色影像或妨礙基體的移動、而又能在基體進入輥隙區(qū)時防止或減小它的起皺或損壞即可。盡管在圖3的實施方式中示出了這些導向器，但在本發(fā)明的任何其他實施方式、如圖2所示的實施方式中也可采用這樣的導向器。
重要的是，使包括圖2和3所示類型的系統(tǒng)的熔合器單元(fuser unit)維持充足的氣流，以使蒸發(fā)的溶劑和多余的熱量逸散。在熔合器單元中被截留的已蒸發(fā)溶劑可能會再凝結或重新被吸收到最終基體或影像上，從而損壞影像質量。由于這個原因，優(yōu)選裝置應具有容許溶劑逸散的足夠開放的結構。另外，可以設置風扇或其他促使空氣流動的設備，以便從這個區(qū)域引出蒸發(fā)溶劑、和/或冷卻輥子中的至少之一或基體，從而有利于使輥子和基體維持在優(yōu)選的溫度范圍內。
在如上所述的本發(fā)明的實施方式中包括兩個熔合輥隙區(qū)，第一或預熔區(qū)優(yōu)選包括一預熔輥，該輥維持在比第二或最終熔合區(qū)的最終熔合輥的溫度低的溫度。然而，應當理解，第一區(qū)也可以具有比第二區(qū)的輥子溫度高的輥子，或預熔輥和熔合輥彼此之間維持在相同或非常近似的溫度。更進一步說，本發(fā)明的熔合系統(tǒng)可包括位于最初和最終熔合臺站中間的多于兩個的熔合臺站，每個熔合臺站中都包括附加的熔合輥，這些熔合輥具有與其他熔合臺站的輥子不同或相似的溫度。然而因為附加的熔合臺站必然需要更多的處理空間，因此通常希望盡可能地限制熔合臺站的數(shù)量，以限制機器或裝置的整體尺寸。
下面將參照具體實例進一步描述本發(fā)明的操作。這些例子用于進一步說明各種具體的、優(yōu)選實施方式和技術。但應當理解，在本發(fā)明范圍內可進行各種變更和改進。所使用的熔合裝置系統(tǒng)的配置和所進行的測試如下。
實例裝置被設計成滿足以下條件。
裝置中的熔合輥和預熔輥都是由金屬芯、1-2mm的硅橡膠(或聚氨酯橡)基層、和在該基層上的0.025mm到0.050mm厚的聚二甲基硅氧烷或氟化高聚物防粘覆蓋層構成?；鶎雍透采w層一起的剛性在10到30肖氏硬度A之間。這些輥子呈空芯狀，內部涂有促進熱傳導的黑色“內徑”涂料，且用鹵素燈從內部加熱。所述預熔輥被維持在約130℃，而所述定影輥被維持在約180℃。
預熔輥用有助于表面潤滑的吸水聚二甲基硅氧烷配方覆蓋。定影輥在生產廠處被裝有耐用的模制氟化高聚物套管(為公知的PFA)。
支撐或壓輥沒有用任何橡膠或防粘層覆蓋，但如果在基體兩側提供了影像，優(yōu)選在支撐輥上設置橡膠和/或防粘層。與以上所述相似，支撐輥也有一個插入了鹵素加熱燈的中空的芯子。支撐輥被加熱到130℃。
預熔和熔合輥與支撐輥相對定位，彼此施加的總作用力大約是45磅。預熔和熔合輥彼此間隔小于約5cm。
采用為干式調色劑熔合而設計的單輥熔合系統(tǒng)和雙輥熔合器進行測試，結果如表所示并討論如下。
測試方法和裝置在本發(fā)明的實際應用中，如下測試方法被用來確定轉移到基體上的印品的質量。
耐擦拭性為了確定熔合后被打印的油墨的耐擦拭力的量，確定出一種擦拭試驗。該擦拭試驗包括使用稱作克勞克計(Crockmeter)的設備，用已知的且受控的力施加在與油墨相對的亞麻布上，以磨蝕已著墨并被熔合的區(qū)域。當亞麻布被固定在克勞克計的探頭上時，用受控的力把探頭放置在已著墨的表面上，使探頭在著墨表面按規(guī)定次數(shù)前后擺動(在此情況下為5次，由小曲軸轉動5周產生，每周擺2下)。已著墨測試區(qū)應該足夠長，以便在擺動期間，擦拭頭橫過油墨區(qū)域并在紙面上擺動而決不離開已著墨的表面。
用于本測試中的克勞克計是經美國紡織染化工作者協(xié)會認可的CM1型克勞克計，其制造商是奧特蘭斯電器設備公司，芝加哥，IL 60613(AATCCCrockmeter Model CMI manufactured by Atlas Electric Devices Company，Chicago，IL 60613)。此設備的頭部重934g，該重量是在5次擺動測試期間加于油墨上的重量，帶有油墨的亞麻布的接觸面積是1.76cm2。本測試結果是油墨密度測量值的比率，即用每單位面積530g/cm2的外力在打印墨測試試樣上擺動5次之后，亞麻磨蝕布上油墨的密度與測試之前紙上油墨的原有密度之比。為了通過此擦拭測試，擦拭(測試)區(qū)的密度必須至少達到其原有密度的95％。否則，被認為是未通過此方法，且被認為不足以抗擦拭。實際計算如下擦拭(ERASURE)＝(OD印品-OD布)/(OD印品)×100％其中OD印品表示在印品或基體上油墨的原有光學密度，OD布表示5次擺動測試后磨蝕布上油墨的光學密度。
這些測試經常在隨機選擇的打印和熔合影像上進行，以確定影像耐久性方面的一致性，并且這些測試與本發(fā)明一起使用，作為判斷使用不同液態(tài)調色劑配方的實施方式的成功與失敗的基準。
偏移當基體上的調色影像的一部分被從基體上轉移到熔合輥上時出現(xiàn)偏移。存在兩種類型的偏移。當熔合輥不夠熱不足以使溶劑蒸發(fā)和改變調色劑的流變性、致使調色劑熔合到基體上時發(fā)生冷偏移。當熔合輥太熱且調色劑被熔化、致使其從熔合輥上脫落時，發(fā)生熱偏移。在任何一種情況下，影像都被破壞，偏移沒有達到印刷行業(yè)中僅能容許的0等級(rating of0)(無偏移)。下面是本分析中使用的等級及其定義偏移值0表示沒有偏移；1表示出現(xiàn)非常微少的偏移，偶而可見；2表示出現(xiàn)偶爾引人注目的偏移(每隔10-12頁)；3表示出現(xiàn)引人注目的偏移(每隔4-5頁)；4表示大部分時間內出現(xiàn)引人注目的偏移，調色劑從其被清除的位置順流，在基體上再沉積；5表示經常出現(xiàn)大片影像偏移，調色劑影像在基體上順流，并持續(xù)再沉積。
從配置如圖1所示(現(xiàn)有技術)的用于干式調色劑應用的熔合設備可獲得如下結果。當試圖熔合液態(tài)電照相調色劑時，所面對的問題是其結果需要證明。也就是說，對于那些既具有足夠的耐磨性又無偏移的印品，使用為干式調色劑熔合而設計的熔合系統(tǒng)時，沒有明顯的溶解空間。
單一臺站(一個熔合輥)熔合

雙臺站(兩個熔合輥)熔合按照本發(fā)明的實施，如圖2所示系統(tǒng)10，用于此測試的兩個輥子包括輥1(預熔輥)，具有高吸收性的聚二甲基硅氧烷覆蓋層(用于獲得低表面能和低的冷偏移溫度)；輥2(熔合或定影輥)，在橡膠上套有Teflon套管(以提供低表面能和高熱偏移溫度)。這些套管在充分熔合影像所需的較高的溫度下，能耐用很長一段時間。

從這些數(shù)據(jù)及完成的測試的觀察結果看，可以看出第一輥子蒸發(fā)和/或吸收大部分載液，其容許第二輥沒有偏移地充分熔合影像。這是通過精心選擇涂布/防粘材料的來完成的。例如，當預熔輥具有低表面能覆蓋層且其至少略有吸收性時(以便至少有一些被吸附于涂層上的載液能提供潤滑和防粘特性)，并當定影輥具有耐久性且能長時間耐高溫而不顯著改變表面能特性的涂層時，即使在較冷溫度下系統(tǒng)的性能也較好。
至此已參照幾種實施方式對本發(fā)明進行了描述，與本申請類同的任何一項專利或專利申請的所有公開內容均為本申請的參考。上述的詳細描述和實例僅用于清楚理解本發(fā)明，因此應當理解，其并非是不必要的限制。顯然，對本領域技術人員來說，在不超出本發(fā)明范圍的前提下，可對所描述的實施方式進行各種改變。因此本發(fā)明的范圍并不限于本文所描述的結構，而僅由權利要求書文字描述的結構及那些結構的等同物限定。
權利要求
1.一種對用電照相方法由液體調色劑在基體上形成的影像進行定影的熔合裝置，該裝置包括一預熔輥；一支撐輥，其被定位成在所述預熔輥和該支撐輥之間形成一第一輥隙區(qū)；和一熔合輥，其被定位成在所述熔合輥與所述支撐輥之間形成一第二輥隙區(qū)，其中，所述預熔輥和所述支撐輥中至少之一被加熱到所述第一輥隙區(qū)具有的預熔溫度的溫度；所述熔合輥和所述支撐輥中至少之一被加熱到所述第二輥隙區(qū)具有的熔合溫度的溫度，該溫度與所述第一輥隙區(qū)中的預熔溫度不同。
2.如權利要求1所述的熔合裝置，其中，所述第二輥隙區(qū)的所述熔合溫度比所述第一輥隙區(qū)的所述預溶溫度高。
3.如權利要求1所述的熔合裝置，其中，所述預熔輥和所述支撐輥中至少之一包括一導熱芯和一用于控制所述導熱芯溫度的熱源。
4.如權利要求1所述的熔合裝置，其中，所述熔合輥和所述支撐輥中至少之一包括一導熱芯和一用于控制所述導熱芯溫度的熱源
5.如權利要求1所述的熔合裝置，其中，所述第一輥隙區(qū)的所述預熔輥和支撐輥被定位成在所述第二輥隙區(qū)的所述熔合輥和支撐輥接觸基體之前接觸所述基體。
6.如權利要求1所述的熔合裝置，其中，所述預熔輥與所述熔合輥間隔開。
7.如權利要求1所述的熔合裝置，其中，所述預熔輥和所述支撐輥中至少之一的溫度維持在約100℃和約150℃之間。
8.如權利要求1所述的熔合裝置，其中，所述熔合輥和所述支撐輥中至少之一的溫度維持在約130℃和約220℃之間。
9.如權利要求1所述的熔合裝置，其中，所述預熔輥和所述支撐輥中至少之一包括一表面能低于所述液態(tài)調色劑的表面能的外層。
10.如權利要求9所述的熔合裝置，其中，所述外層是硅氧烷防粘覆蓋層。
11.如權利要求1所述的熔合裝置，其中，所述熔合輥和所述支撐輥中至少之一包括一表面能低于所述液態(tài)調色劑的表面能的外層。
12.如權利要求11所述的熔合裝置，其中，所述外層是氟化高聚物防粘覆蓋層。
13.如權利要求1所述的熔合裝置，其中，所述預熔輥和支撐輥被加熱到相同的溫度。
14.如權利要求1所述的熔合裝置，其中，所述預熔輥和所述支撐輥之一被定位成接觸所述基體上的影像，該被定位成接觸所述影像的輥子被加熱到高于被定位成不接觸所述影像的所述輥子的溫度。
15.如權利要求1所述的熔合裝置，其中，所述預熔輥和所述支撐輥被加熱到相同的溫度。
16.如權利要求1所述的熔合裝置，其中，所述熔合輥和支撐輥之一被定位成接觸所述基體上的影像，該被定位成接觸所述影像的輥子被加熱到高于被定位成不接觸所述影像的所述輥子的溫度。
17.如權利要求1所述的熔合裝置，其中，還包括用于對所述第一和第二輥隙區(qū)的所述輥子的至少之一進行冷卻的一冷卻元件。
18.如權利要求1所述的熔合裝置，其中，選擇所述預熔溫度，以便從所述基體上的液態(tài)調色劑中蒸發(fā)溶劑的預定部分。
19.一種對在電子照像打印設備中由液體調色劑在基體上形成的影像進行定影的方法，包括以下步驟將液體調色劑影像置于一基體的至少一表面上；移動所述基體，使之通過一第一輥隙區(qū)，該第一輥隙區(qū)位于一預熔輥和一支撐輥之間；移動所述基體，使之通過一第二輥隙區(qū)，該第二輥隙區(qū)位于一熔合輥和所述支撐輥之間，其中，所述預熔輥和所述支撐輥中至少之一被加熱到所述第一輥隙區(qū)中具有的預熔溫度的溫度；所述熔合輥和所述支撐輥中至少之一被加熱到所述第二輥隙區(qū)中具有的熔合溫度的溫度，該溫度比所述第一輥隙區(qū)的所述預熔溫度高。
20.如權利要求19所述的方法，其中，所述移動所述基體使之通過所述第一輥隙區(qū)的步驟還包括從所述液體調色劑影像中蒸發(fā)預定部分溶劑。
21.如權利要求19所述的方法，其中，所述移動所述基體使之通過所述第一輥隙區(qū)的步驟還包括沿一方向在所述基體上設置所述液態(tài)調色劑影像，致使當所述影像移動通過所述第一輥隙區(qū)時，所述影像與一被加熱的預熔輥接觸。
22.如權利要求19所述的方法，其中，所述移動所述基體使之通過所述第二輥隙區(qū)的步驟還包括使所述液態(tài)調色劑影像熔合到所述基體上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種對用電照相方法由液態(tài)調色劑在基體上形成的影像進行定影的熔合裝置，該裝置包括一預熔輥；一被定位成與預熔輥之間形成第一輥隙區(qū)的支撐輥；和一被定位成與支撐輥之間形成第二輥隙區(qū)的熔合輥，其中，所述預熔輥和支撐輥中至少之一被加熱到第一輥隙區(qū)具有的預熔溫度的溫度；所述熔合輥和支撐輥中至少之一被加熱到第二輥隙區(qū)中具有的熔合溫度的溫度，并且該溫度與第一輥隙中的預熔溫度不同。本發(fā)明還公開了一種對用電照相方法由液態(tài)調色劑在基體上形成的影像進行定影的熔合方法。
文檔編號G03G15/20GK1591216SQ20041007169
公開日2005年3月9日 申請日期2004年7月21日 優(yōu)先權日2003年8月30日
發(fā)明者威廉·D·愛德華茲, 查爾斯·W·辛普森, 史蒂夫·詹森, 杜魯門·F·凱利 申請人:三星電子株式會社