用于纸的选择性碳化的设备和方法
【专利说明】用于纸的选择性碳化的设备和方法
[0001]本发明涉及用于纸对象的选择性碳化的设备和方法。
[0002]常规的打印机通过不同的方式使用油墨来在(纸)对象上打印图像。市售的打印机包括原色打印机、液体喷墨打印机、固体油墨打印机和染料热升华打印机。油墨的使用有几个缺点，其中一个是油墨盒的有限的容量。另一个缺点是例如当打印机较长一段时间不使用时，液体油墨可能会变干且堵住打印机的喷嘴。
[0003]已经尝试提供无墨打印机，且现有技术的无墨打印机包括例如通过选择性加热特定热敏纸的区域来工作的热敏打印机。单色热敏打印机被用于现金出纳机、ATM、汽油分配器(gasoline dispenser)和一些老式的便宜的传真机。
[0004]需要能够使用普通纸对象，即，不要求使用特定热敏纸的无墨打印机。
[0005]本发明的目的是提供相对于现有技术得到改进的打印设备和打印方法，且其中以上提到的问题中的至少一个被避免。
[0006]根据本公开，通过所附的独立设备权利要求和所附的独立方法权利要求中的特征的集合，上面指出的这些目的和/或其它的优点或发明效果得到实现。
[0007]本发明提出了一种用于选择性碳化纸对象的表面的至少一部分的设备，纸对象特别是一张纸，所述设备包括:
[0008]-用于接收纸对象的接收装置；
[0009]-至少一个激光器，其用于将所述纸对象的表面的一个或多个部分选择性地加热到一定水平，其中所述表面的加热部分至少部分地碳化且因此改变颜色；和
[0010]-用于控制激光器的控制装置。
[0011]碳化反应一方面在纸对象上产生了起到黑色颜料作用的碳焦物(char)。此外，通过碳化反应产生的有机挥发物凝聚在纸对象上，其中有机挥发物作用为用于碳焦物的粘合剂，且这种方法在所述纸对象上产生永久的着色。
[0012]优选地，纸对象包括一张纸，其中指出的是，‘一张纸’还可以包含领纸(webfeeding)，领纸指的是当用于专业书籍打印时使用连续纸供给。
[0013]根据优选的实施例，所述控制装置被配置为调整所述激光器的功率和/或选择性地打开和关闭激光器。这些参数控制纸对象碳化的水平。
[0014]尽管激光器布置在辊的内部，或者选择性地，纤维光缆布置在辊的内部，且使用单轴定位系统来替代镜子布置是可能的，但是根据更优选的实施例，所述激光器的激光束通过镜子朝向聚焦透镜反射，该聚焦透镜被配置为将所述激光束聚焦到所述纸对象上。
[0015]根据优选的实施例，镜子是可移动的，且其中所述镜子的移动由所述控制装置来控制。镜子的配置具有较少的移动部件且因此机械磨损较少、惯性力较小和打印速度较高的优点。
[0016]优选地，所述镜子是多边形镜子(polygon mirror)，其具有进一步的优点，S卩，提高了打印速度，且相比单面镀银的镜子，多边形镜子降低了运行使镜子旋转的马达所要求的速度。打印速度取决于激光器的功率和镜子速度。如果使用单面镀银的镜子，那么使单面镜子旋转的马达的速度要比使用四面镜子的系统的速度高四倍。因此，多边形镜子提高了打印速度。
[0017]根据更优选的实施例，聚焦透镜包括平场聚焦透镜(F-theta len)和远心透镜的组合。(多边形)镜子在圆形场(circular field)中扫描激光，且因此碳化点在纸对象的中心和纸对象的宽度末端之间会不均匀。因此，更优选的实施例中提到的透镜通过组合平场聚焦透镜和远心透镜来纠正该失真。该配置保证了激光器的功率密度和点尺寸在所有扫描角度保持恒定。
[0018]根据更进一步优选的实施例，接收装置被配置为使纸对象相对于激光束移动。通过这种方法，接收装置控制纸对象的哪部分暴露于激光束。
[0019]根据还有的更加优选的实施例，实质上透明的罩被布置在所述激光器和所述纸对象的至少待被加热的部分之间。该透明的罩允许纸对象的至少待被加热的部分(其可以是非常局部的区域)在低氧环境中被加热。该低氧环境可以通过多种方法获得，如下文解释的。
[0020]优选地，实质上透明的罩由玻璃制成，因为这提供了进一步的优势，即玻璃的热导性低，且因此不会从纸对象上的局部加热区域散失热量。此外，玻璃对于传播激光而言具有较高的传播效率。
[0021]根据更优选的实施例，设备包括用于将实质上透明的罩按压在所述纸对象的至少待被加热的部分上的按压装置。通过将实质上透明的罩按压在纸对象上，获得了低氧环境。
[0022]优选地，控制装置被配置为调整罩在纸对象上的压力的量。这允许控制装置控制纸对象的待被加热的部分处或者接近纸对象的待被加热的部分的氧气水平，且通过这种方法来控制印刷字符的黑度和耐久度，且还控制碳化过程中的烟味。此外，控制装置可通过在纸对象上施加压缩来控制纸对象表面的粗糙度。降低的表面粗糙度将消除/减小纸上的微观波峰和波谷，且将允许跨越纸对象的表面的均匀碳化。压缩力使纸对象的表面顺滑通过，且因此焦距更加一致。
[0023]根据更优选的实施例，实质上透明的罩包括辊，且其中激光束在向外方向上穿过所述透明辊，在透明辊处，激光束加热与所述实质上透明的罩的外表面相接触的所述纸对象。该辊也优选地起到了输送所述纸对象的功能。
[0024]根据更优选的实施例，实质上透明的罩在所述罩的激光器侧上包括防反射涂层。在所述罩的激光器侧即内侧上的防反射涂层降低了激光的反射，且通过这种方法减少了激光器功率的损失。
[0025]根据更优选的实施例，实质上透明的罩包括在所述罩的纸侧上的疏油涂层。疏油涂层对油缺乏吸附力且因此是防油的。通过在所述罩的纸侧即外表面上提供这种疏油涂层，在碳化期间产生的挥发物将不会粘附至实质上透明的罩，而是代替地转移至纸对象，其中挥发物作用为粘合剂。疏油涂层还减少了实质上透明的罩的损坏和磨损，因为它阻止了挥发物在实质上透明的罩上凝固。
[0026]根据更优选的实施例，纸对象夹在所述实质上透明的罩和支撑件之间，其中所述支撑件优选地包含支持棍(backing roller)，和/或其中所述支撑件甚至更优选地包括反射特性。
[0027]根据更优选的实施例，纸对象夹在所述实质上透明的辊和支持辊之间。当辊相互挤压时，产生了具有相对高压力的薄的接触表面。该压力减少了被激光加热的部分处的可用氧气量。如果支持辊包括反射特性，那么碳化反应会得到很大改善。
[0028]根据还有的更优选的实施例，为了保持纸对象处于预定的温度，支撑件会被加热。通过这种方法，激光束只需将温度从该预定的温度增加到发生碳化时的较高的温度。通过这种方法，打印速度可得到提高，因为激光器只需将纸的温度提高到限制值以上。
[0029]根据更优选的实施例，设备还包括预加热装置，预加热装置配置为用所述激光器对纸对象的至少待被加热的部分进行预加热。当纸对象以预定的温度进行预加热时，激光束只需在发生碳化的地方将温度从该预定的温度提高到较高的温度。通过这种方法，打印速度可以进一步提高，因为激光器只需将纸的温度提高到限定值以上。
[0030]根据更优选的实施例，设备还包括活性炭支撑件，且更优选地，所述支撑件是活性炭辊。活性炭是天然的、环保的木炭，其在先进的控制工艺中以极高温度使用蒸汽进行处理，控制工艺导致产生活性木炭材料，该活性木炭材料在大多数已知的多孔材料之一上得到活性炭的表面内部和之上确实填满数以百万计的微型空穴(micro-pocket)-微型洞和孔。正是因为这些微型空穴，活性炭具有吸附大量气体颗粒(气味)的能力，且通过这种方法吸收来自碳化过程的气味。
[0031]本发明还涉及用于对纸对象的表面的至少一部分进行选择性碳化的方法，更特别地，纸对象是一张纸，该方法包括以下步骤:
[0032]-将接收对象在接收装置中；和
[0033]-使用控制装置控制加热装置，以便选择性地将所述纸对象的表面的一个或多个部分加热至一定水平，其中所述表面的加热部分至少部分碳