用于电照相的包括多个熔合台站的熔合系统及熔合方法

专利名称：用于电照相的包括多个熔合台站的熔合系统及熔合方法
技术领域：
本发明涉及用于电照相过程的熔合设备和系统，特别涉及带有液体调色剂材料的设备和系统的使用。
背景技术：
电照相形成适合于包括照相复印和激光打印的某些形式在内的各类众所周知的成像方法的技术基础。一种基本的电照相过程包括在感光体上均匀设置静电荷，之后，使该感光体在特定的相应于将要打印或转移的影像的区域的活性电磁辐射下曝光。电磁辐射也被称作为“光”，例如，它可以包括红外线、可见光和紫外线。感光体在光中的这种暴露，使被曝光区中的电荷分散，形成静电潜像。由此得到的静电潜像被调色剂显影，之后，调色剂影像从感光体转印到诸如纸之类的最终基体上。转印方式可以是直接转印，也可以通过间接转印材料进行转印。影像的直接或间接转印一般通过以下两种方法之一实现弹性辅助方式(本文也称为“粘性转移”)或静电辅助方式(本文也称为“静电转移”)。弹性辅助方式或粘性转移方式通常指的是这样一种过程，其中影像的转移主要由存在于感光体表面和临时载体表面或用于调色剂的媒介之间的表面张力现象引起的。这种弹性辅助或粘性转移的效果可通过包括表面能、温度、压力和调色剂流变性能等几种变量来控制。静电辅助方式或静电转移通常指的是这样一种过程，其中影像的转移主要是由存在于感光体表面和临时载体表面或用于调色剂媒介之间的静电电荷或电荷差异现象引起的。和粘性转移一样，静电转移可由表面能、温度和压力控制，但是导致调色剂影像转印到最终基体上的主要驱动力是静电力。通过任一种转移方法转印调色影像后，电照相过程还可以包括将转移影像熔合(fusing)到基体上、清洁感光体、并消除感光体上任何残留的电荷工序，以准备一适合于影像转移的新系统。
在某些普通的电照相过程中，感光体的结构是一连续的带，例如，它可由辊子或可转动的鼓状物支撑和运转。感光体通常具有光导层，当光导层暴露于具有活性的电磁辐射或光中时，光导层转移电荷(或基于电子转移机理或基于电荷转移机理)。光导层通常附着于如导电鼓或用铝或其他导体蒸发镀覆的基体之类的导电支持体上。感光体的表面可带负电荷或带正电荷，致使在活性电磁辐射击中光导层的某些区域时，电荷通过感光体传导，从而中和、消散或减少被激活区域的表面电势。在光导层上可选择使用阻挡层(barrier layer)，以保护光导层，并借此延长光导层的使用寿命。在一些感光体中还使用如粘性层、底层(priming layer)、或电荷注入闭锁层(blockinglayer)之类的其他层。也可使用防粘层，以促进影像从感光体转移到如纸之类的最终基体或中间转印部件上。
通常，与感光体上静电潜像相应的调色剂影像可通过提供带正电荷的调色剂形成，所述带正电荷的调色剂被吸引到经电磁辐射曝光后维持较少正电荷的感光体的那些区域。两种通常可购得的普通类型的调色剂是指干式调色剂和液体调色剂。干式调色剂通常是粉状材料，其由混合或缔合的聚合体和着色颗粒如用于黑色影像的碳组成，液体调色剂通常是一种将细分的固体分散在绝缘液体中的液态材料，这种绝缘液体通常被称作载液。一般而言，载液可以是碳氢化合物，它具有较低的介电常数(例如小于3)和足够高的蒸汽压，以确保调色剂沉积在感光体、转印带、和/或接受体薄片上后，溶剂能快速蒸发。快速蒸发对多种颜色被依次沉积和/或转印形成单一影像的情况特别重要。
在某些应用中液体调色剂优于干式或粉状调色剂，因为与干式调色剂相比，它具有产生较高的分辩影像的能力，同时其用于定影时所需能量较少。另外，它优选用于待固定到最终基体上的调色影像能够在不同的使用、误用和环境条件下抗移动地定影到基体上的情况。然而，沉积到最终基体上的调色影像的油墨通常易碎，经不起刮擦或如人的手指接触那样的外力磨擦或如铅笔橡皮擦除器那样的擦拭(erasure)，这通常被称为“耐擦拭性(erasure resistance)”差。此外，具有残余附着性和粘性的转印油墨也可能在它堆叠时不期望地粘到其他最终基体上，当影像的一部分从转印影像上剥离到另外的表面上时，相邻的基体彼此分离开时，将造成影像损坏。这种影像不期望地从一基体转印到相邻基体的趋势，被称为“抗粘连”(blockingresistance)差。
为了使油墨具有足够的抵抗外力例如粘连和擦拭的性能，有时希望通过与如由加热辊之类加热而将油墨已转移至最终基体上的表面接触，将油墨加热至较高的温度。在美国专利4,806,097号(专利权人为Palm等人)、5,893,019号(专利权人为Yoda等人)和5,897,294号(专利权人为Yoda等人)中可以找到具有单一加热辊、其上带有至少一个用于将调色影像压向加热辊上的非加热辊的熔合器(fuser)结构的例子。此过程通常称为“熔合”，通常在油墨转印到纸或其他基体上后，让最终纸印品立即经受热源来实现。在液体调色剂情况下，利用加热可以使调色剂的液体部分蒸发来促进油墨定影。也可采用加热使调色剂颗粒熔合在最终基体上，使其永久且耐用。
可用多种热源如加热带、加热鼓或热空气将油墨熔合到纸或其他介质上。因为某些调色剂的熔化温度与另一些调色剂不同，所需的足以熔合调色剂颗粒的温度通常根据调色剂的化学性能进行设定。如果加热辊或部件的温度太高，调色剂可能粘附到辊子或其他部件上，接着在辊子随后的旋转中例如将转回到最终的基体上。这就是众所周知的“热偏移”问题，其通常可以靠降低辊子的温度来解决。如果加热辊或部件的温度太低，调色剂颗粒将不能熔合到最终的基体上，而可能转移到辊子或部件上，并且可能在随后的旋转中再转移到最终的基体上，这种情况被称为“冷偏移”。因此，为了能以油墨充分粘合到最终基体上的方式实现合适的调色剂转移，应使加热辊或加热部件维持在温度相对恒定的固定范围内。但是这对于某些类型的加热系统而言是难以实现的。
与用其他调色剂材料产生的影像的熔合相比，用液体调色剂产生的影像的熔合存在特别的难题。第一，液体调色剂与加热辊或部件恒定接触，基本上形成恒定的冷却“池”，使得为消除载液和熔合影像两者所需的足够和相对恒定的温度更难维持。第二，对许多用于干式调色剂熔合的设备和低表面能材料用于液态或蒸汽能渗透、汇集、蔓延或被吸收的系统如有时在电子照像系统使用液体调色剂的情况没有进行阐明。第三，常被用于通过影像朝向加热部件加热最终基体的干式调色剂系统的传统的熔合不能使大量的被蒸发载液离开加热部件，这可能引起载体不希望地再次凝结到最终基体和印刷设备的其他组件上。所以有必要提供可在最终基体上产生坚固的、高质量的影像的熔合液体调色剂的设备、系统和方法。

发明内容
本发明的一方面，提供一种用于对利用电子照像过程将液体调色剂附着在基体上形成的影像进行定影的熔合装置。该装置包括第一熔合台站(fusing station)，该台站具有第一和第二预熔辊，将第二预熔辊定位成与第一预熔辊接触，并在第一和第二预熔辊之间形成第一辊隙区，其中，至少将第一和第二预熔辊之一加热到第一辊隙区中具有的预熔温度的温度。该装置还包括与第一熔合台站分隔开的第二熔合台站，其具有第一和第二最终熔合辊，第二最终熔合辊被定位成与第一最终熔合辊接触，并在第一和第二最终熔合辊之间形成第二辊隙区，其中，至少将第一和第二最终熔合辊之一加热到第二辊隙区中具有的熔合温度的温度。第二辊隙区的熔合温度优选高于第一辊隙区的预熔温度。
熔合装置可以包括在电子照像打印设备中，其中将第一熔合台站的第一和第二预熔辊在打印设备中定位成在第二熔合台站的第一和第二最终熔合辊接触基体上的影像之前接触基体上的影像。至少第一和第二预熔辊之一的温度可以保持在约100℃到约150℃之间，至少第一和第二最终熔合辊之一的温度可以保持在大约130℃到220℃之间。第一和第二熔合台站可以被包括在一个单一的熔合单元中。此外，熔合装置还可包括用于冷却第一和第二熔合台站的辊子中至少之一的冷却部件，如风扇。
本发明的另一方面，提供一种在电子照像打印设备中由液体调色剂在基体上形成的影像进行定影的方法。该方法包括将液态调色影像置于基体的至少一表面上；和移动基体使之通过第一熔合台站的步骤，第一熔合台站包括第一预熔辊和定位成与第一预熔辊接触并形成第一辊隙区的第二预熔辊，其中，至少第一和第二预熔辊之一被加热到第一辊隙区中具有的预熔温度的温度。之后，移动基体使之通过第二熔合台站，第二熔合台站与第一熔合台站分隔开，它包括第一最终熔合辊和定位成与第一最终熔合辊接触并形成第二辊隙区的第二最终熔合辊，其中，第一和第二最终熔合辊中至少之一被加热到第二辊隙区中具有的熔合温度的温度，且第二辊隙区的熔合温度比第一辊隙区的预熔温度高。


下面将参照附图进一步解释本发明，在所有视图中，相同构件用相似附图标记表示。附图中图1是在干式调色剂技术中通常使用的现有熔合装置的侧向示意图；图2是本发明熔合装置一实施方式的侧向示意图；图3是本发明熔合装置的另一实施方式的侧向示意图。
具体实施例方式
普遍用于电照像的调色剂材料通常分为干式调色剂和液体调色剂。术语“干式”不是指完全没有任何液态成分的调色剂，而是指不包含大量溶剂的调色剂颗粒。例如，对于典型的干式调色剂而言，溶剂的重量百分比通常小于10％，也可以小于8％，或者甚至小于5％，对于一种具体的调色剂而言，其溶剂含量优选低到能合理使用的程度。反之，本发明的方法和系统中使用的典型的液体调色剂种类的构成通常包括悬浮或分散在载液中的调色剂颗粒。载液最好是具有非导电性的分散剂液体，期望其缺少电荷量，以避免在打印过程中静电潜像放电。液体调色剂颗粒优选以某种程度溶解或稳定(即悬浮或分散)于载液中，通常超过调色剂总重量的50％，载液是低极性、低介电常数、基本为非水性的载体溶剂。在调色剂被溶解和/或被分散于载液中时最好利用游离于载体溶剂中的极性基团以化学方式对液体调色剂颗粒充电，但是调色剂颗粒最好不带摩擦电荷。因为液体调色剂常含有比干式调色剂中所含颗粒尺寸更小的颗粒，用于本发明中的液体调色剂类型与干式调色剂相比，通常能产生分辨力更高的调色影像。
下面参照附图，各组件在所有的几幅附图中都用附图标记标出，先参见图1，该图是典型的用于干式调色剂的熔合装置100的示意图，其通常包括第一辊102、第二辊106、和通常沿箭头103所示方向移动的基体114。第一辊102例如可通过加热部件104从内部加热，该部件例如可以是卤素灯，当然也可采用包括加热垫和加热灯在内的其他加热部件。支撑辊106被定位成与第一辊102接触，因而在辊102和辊106之间形成接触辊隙116，该辊隙足够宽，能容纳基体114的厚度。在许多情况下，与第一辊102的使用类似，也可通过加热部件108对支持辊106加热。通常这些辊中至少之一由驱动机构(图中未示出)驱动，辊102、106分别沿箭头110、112所示方向转动。通常将一侧带有未熔合的或被调色的影像的基体114提供到辊隙区116，并沿103所示方向传送使其通过此辊隙区116，因而来自辊102、106的组合热量可熔化调色剂，而将调色剂熔合到基体114上。如果102、106辊都被加热，影像(图中未表示)既可以面向辊102，也可以面向辊106，但是如果只有一个辊被加热，则影像通常面向被加热的辊。
按照本发明的一优选实施形式，图2所示的熔合装置或系统适于熔合液体调色剂的需求，它提供一种在定影或熔合影像至基体上之前“预熔”液体调色剂的方式。具体而言，本发明具有在某一温度下使载液至少部分蒸发的初始处理步骤，所述温度低到足以抑制调色剂粘附或“偏移”、而高到足以提供所需的载液蒸发量。该初始步骤经至少一附加的熔合步骤之后可大大提高基体上影像的质量和耐久性。如图2的具体实施方式
所示，提供一熔合装置或系统10，它通常包括具有一对预熔辊14和16的第一熔合台站12和包括一对最终熔合辊20和22的第二熔合台站18。如该图所示，沿箭头26的方向输送基体24。按照本发明，将至少一侧带有由液体调色剂形成的未熔合或调色影像的基体24提供给系统10。优选用如下方法和系统在影像通过系统10后被熔合在基体24上。
更具体地说，将第一熔合台站12的一对预熔辊14和16配置成能从基体24上的液态调色影像中蒸发载液的至少初始部分。优选将辊14和16彼此之间定位成在它们之间能形成辊隙32。辊隙32是两个辊子14和16彼此相接触的区域或范围，它决定了基体通过辊隙(即停留时间(dwell time))时移动的基体与熔合辊相接触的时间的长短。因为优选辊14和16在两个辊子的整个辊长上接触，辊隙区的尺寸主要通过调节接触区沿基体输送方向的宽度来控制。例如，可通过调节一个或两个辊子的一或更多的辊层的硬度、和/或通过增加或减少对辊14和16彼此施加的力或压力来控制辊隙区32的尺寸。例如，可通过提高辊子14和16中至少之一的硬度或刚性(durometer)、和/或减小施加在两个辊子上的压力来减小辊隙区32的尺寸。优选对这些参数和调节量进行选择，使通过辊隙区32的任何基体的厚度和各种其他材料性能相适应。对于一实例而言，虽然较薄的材料可通过较紧的或高压力辊隙区，但辊子彼此之间不能压紧到基体通过辊隙区时起皱或撕破的程度也是很重要的。在本发明的一优选实施方式中，辊隙宽度范围为0.5mm至3mm，更优选的范围为1.5mm至2.5mm。
如上所述，基体24在辊隙区32中所花费的时间至少部分地可通过选择辊子14和16的外覆盖层或橡胶层的刚性或硬度来控制，如果辊子没有覆盖层，则通过选择辊子自身的硬度来控制。覆盖层的硬度(如带有或没有任何外覆盖层或防粘层的橡胶层)很重要，因为如果辊子太软，覆盖层可能弯曲，这将引起覆盖层破裂或剥离。另外，如果辊子硬度太低，熔合了调色剂的基体可能也会弯曲和变形。如果辊子相当硬，辊隙区32将相当小，用于调色剂和基体的加热时间将减少，这可能导致调色剂在基体上的定影不充分和/或溶剂的蒸发不充分。此外，之间设有辊隙32的辊子太软和/或辊隙区太宽时，将可能导致辊子14和16之间的最终基体起皱，也可能挡住蒸发的溶剂。反之，之间设有辊隙32的辊子太硬和/或辊隙区太窄时，在辊子之间将不能提供足够的接触时间，也不能提供蒸发足够的溶剂量的影像。
每个辊子的硬度或刚性由构成辊子结构的所有材料层(如橡胶、硅氧烷、防粘覆盖层等)的累积硬度决定。由于刚性较低的辊子较软，因而形成较宽的辊隙，这将使基体与辊子长时间接触。辊子在较热和长时间使用时常使耐久性变差，因此更容易破裂。反之，刚性高的辊子更硬，因而形成较窄的辊隙，使基体与辊子的接触时间变短。但是这些较硬的辊子通常更经得起长时间使用中的热环境考验。所以，更换前优选权衡适合于熔合性能的辊隙宽度和对具体辊子预期使用时间的要求来选择辊子。辊子上覆盖层的整体硬度范围优选在5到50肖氏硬度A之间，更优选的范围在10到30肖氏硬度A之间。辊子14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产的辊子14和16，包括从Bando USA Inc.(Itasca，Illinois)、Bando International(Chuo-Ku，Kobe，Japan)、MincoManufacturing(Colorado Springs，CO)and Ames Rubber Co.(Hamburg，N.J.)购得的辊子。在选择用于熔合辊上的橡胶方面，优先考虑的几个重要性能是在特定温度下的耐久性，包括液态电照像中的抗刮擦和耐溶剂性；最佳辊隙停留时间的配合性；在许多情况下，这种性能起粘结基体的作用，可应用于各种防粘或低表面能层。例如，在U.S.Patent5,974,295号(专利权人为De Neil等人.)和6,602,368号(专利权人为Geiger)中描述了橡胶、胶料以及选择它们时可考虑的参数的例子。在熔合辊如辊14和16中至少之一的上面可包括覆盖层，因而即使在对调色剂颗粒加热后，仍能使调色剂颗粒顺利地从表面析出。含氟弹性体和聚二甲基硅氧烷是因其具有低的表面能而被如此应用的覆盖层的两个例子。例如，二甲基硅氧烷在较高温度时能迅速提高表面能，从而导致偏移，因此在较低温度如在第一熔合台站12中更有效。另一个例子是可以采用如Teflon之类的氟化高聚物，其不会在辊子处于较高温度的熔合台站如在第二熔合台站中造成偏移，这将在下文进一步详细描述。
如果辊子基底没有附加防粘覆盖层，基底橡胶或材料优选为具有足够低的表面能的材料，这样当基体离开辊14和16之间的辊隙区32时，调色剂不易粘附到基底材料上。能满足这些需要的橡胶和材料的一些例子包括氟塑料、含氟弹性体、聚硅氧烷弹性体、聚亚胺酯和乙烯-丙烯高分子弹性体，由于表面能变化，这些材料中的一些比另一些在较高温度中更有效。在迅速加热到其工作温度(即“瞬时接通”操作等)的熔合系统的情形下填料也可用来提高导电或导热性能。一个实例是可以用铝辊芯，在芯上涂覆10至30肖氏硬度A的约1至2mm厚的硅橡胶。橡胶上例如也可涂覆约0.025mm至0.050mm的聚二甲基硅氧烷作为防粘覆盖层。
设计辊隙区32时的另一个因素是两个辊子14、16彼此相对施压以及对基体24施压时的压力选择。当基体24通过辊隙区32时，施加在基体上的压力将影响打印质量。例如，如果压力不够，在辊隙中的影像可能模糊不清或被蒸发的溶剂量不足。如果压力太大，基体24将被损伤或被毁坏。在本发明的一实施方式中，辊子之间的压力优选维持总压力在10磅(4.5kg)到60磅(27.2kg)的范围内，更优选总压力维持在20磅(9.1kg)到45磅(20.4kg)的范围内。根据期望的压力参数，优选将压力限定在大约每英寸长度2.2至5.0磅。当然，压力可以大体低于或高于这个范围，这取决于具体期望的辊隙区的其他被选择的参数，包括使用的辊子、液体调色剂配方、施加影像的基体。辊子14和16的直径彼此可以不同，当然，若辊子直径相同，可选择使用不同的辊子材料和不同的压力。在一实施方式中辊子直径彼此不同，辊子的旋转速度彼此不同，并且根据辊子的配置，可以驱动一个或两个辊子。
如上所述，图2中箭头26表示基体24在该实施方式中的移动方向。为便于基体24的这种移动，辊子14和16分别沿箭头34和36所示的方向旋转。可借助于任何型式的可使基体24以期望的移动方式通过系统10的驱动机构(图中未显示)驱动辊14和16之一或两者。当基体24被送入辊隙32时，液态调色影像被供给到基体24的上表面28和下表面30的至少一个表面上。如果在基体24的两侧上打印影像，朝向所述影像或多个影像的辊子无论它是辊子14、辊子16、或辊子14和16两者都应被加热到使辊隙区32达到优选可使载液的一部分蒸发、更优选可使大部分液体蒸发的温度。
当在基体24的一个单一表面上供给调色影像时，优选使调色影像朝上或基本朝上，因为当载液蒸发时，它通常上升并离开基体24，导致大部分蒸汽聚集在或接近影像外层部分表面上。例如，在第一熔合台站12中，影像优选朝向辊子14，但如果熔合装置需要一垂直或基本上垂直的纸通路时，在最终基体上的液态调色影像的朝向方向将不太重要。如果调色影像朝下(在此情况下，朝向辊子16)，上升的蒸发载液将至少部分地被再次吸收到基体24上或影像上或阻挡在基体24的下方，并可能在那里凝结。虽然调色剂的蒸发量可能与影像朝上时的情况不同，但朝下的设有调色影像的基体也被认为落在本发明的范围内。在这些情况中，需要相应调节辊隙区的尺寸和辊子的温度。如果在系统中调色影像如图2所示朝下的话，与在系统中调色影像朝上情况相比，系统的各参数(例如，温度、压力等)应调节到不同水平，以便达到相同的载液蒸发量。
为了将台站12中的辊子14和/或16加热到所期望的温度，可以使用各种加热方法和设备。尽管可用其他公知方法对辊均匀加热，但用来加热本发明的各辊子的加热部件的一个例子是石英卤素灯。因为卤素灯加热快且加热均匀，可变得很热，并具有相当长的使用寿命，因而具有一些优点。也可以将它们放置在熔合辊的空芯内，而不必与辊子本身接触，此特点有利于减少与接触不良相关的机械故障。在图2的实施方式中，例如，分别对辊子14和16设置内部加热部件38和40，它们可以是卤素灯或其他热源。当使用这种内部加热源时，辊子14和16可包括涂覆有耐热橡胶和很低表面能的如硅氧烷之类的覆盖层的金属芯。
为达到一定的载液蒸发量，在第一熔合台站12中可以调节和控制的另一参数是辊14和16的温度。可以按需要加热辊子14和16之中的一个或两个辊子，以向基体24提供较恒定的热量。在只需向基体传递少量热量用于载液蒸发的情况下，例如可以只加热辊14、16中的一个，或也可以将辊14、16都加热到较低温度，以达到同等水平的蒸发量。因为在第一熔合台站12中预熔合或蒸发期间，蒸发的过程可能使一或两个辊子冷却，故可为辊子14、16之中的一个或两者设置反馈系统，以定期监测和调节单一或多个热源提供的热量，并维持辊子在所需的温度范围内。虽然优选预熔辊(一个或多个)的温度主要由液体调色剂的特性、所选载液的蒸发点和熔合辊覆盖层的参数决定，但对于辊14和16的优选温度范围在约100℃到150℃之间，更优选的辊温度范围维持在约110℃到130℃之间。
图2中的熔合装置或系统还包括作为第二熔合台站18一部分的一对定影或熔合辊20和22。在第一熔合台站12的辊子14、16已对基体24加热并已引起至少一部分载液蒸发后，在一些点使定影或熔合辊20、22与基体24接触，并使所述或多个调色剂影像位于其表面28、30的一个或多个上。再者，箭头26表示基体24的移动方向，也表示基体移入台站18中的方向。熔合台站12和熔合台站18之间的间距优选尽可能小，以利于将打印单元中所需的熔合空间量减至最小。但仍期望台站12和18之间具有至少预定的距离，使一熔合台站产生的热不受其他熔合台站中辊子产生的热量的影响。
一旦基体24至少部分地通过台站12的辊隙32，它将向前移动，接着进入辊子20和22之间的熔合或定影辊隙42。为便于基体24的这种移动，辊子20和22分别沿箭头44和46所示方向旋转。在一具体系统10中，辊子20、22可以与台站12中使用的辊子14、16在尺寸、刚性、橡胶/或涂覆层厚度、和/或其他参数上相同或不同。因为各种调色影像和它们被熔合于上的基体的变化范围可以很宽，与辊子20、22可包括的广泛变化的特性和彼此相关的间距的方式相同，辊子14、16的特性和定位也可具有很多不同的特性和彼此相关的间距。所以，以上所描述的与辊子14、16相关的各种可供选择的方式和需要考虑的事项均适用于第二熔合台站18的辊子20、22。
优选辊子20、22能以较快的速度将调色剂颗粒加热至高于其玻璃化转变温度(Tg)的温度，以使调色剂颗粒理想地最终溶合到基体24上。因此，通常将这些辊子的温度维持在比辊14、16的温度高的温度下，辊14、16的温度主要用来使载液蒸发以便基体带着相当干的(即几乎无溶剂)调色影像到达第二熔合台站18。因此，为了维持较高的温度，尽管可以使辊子中的一个有其自己的热源，但优选给两个辊子20、22设置一个加热源。在图2的实施方式中，如前面对热源38和40描述的那样，例如辊子20、22分别设有可以是卤素灯或其他热源的内部加热部件48和50。
辊20、22之间的辊隙区42的熔合温度的一优选范围为130℃至220℃之间，然而，一些液体调色剂更适合在150℃以上的温度熔合。此熔合温度优选不高到能引起“偏移”或使影像转移到任何一个熔合辊上。因此，熔合辊20、22可以采用与第一熔合台站12的辊14和16相同的芯和材料层制得，但是在辊20、22上可包括具有较高的表面能的防粘层，这种防粘层可以设置成模制套管的形式。因为当基体到达第二熔合台站18时，影像已经部分熔合且相当大一部分载液已被蒸发，熔合台站18中可包括的辊子的材料比第一熔合台站12中所用的材料更耐高温，可以购买商标为“Teflon”的产品作为这些套管或覆盖层。在本发明一示例性实施方式中，辊20、22上的涂覆层厚度可以约为0.025mm至0.050mm，辊子的全部直径约为35mm，肖氏硬度A为10至30之间。此外，就这个示例性实施方式而言，施加在辊子20、22之间的总压力优选在10磅(4.5kg)到60磅(27.2kg)之间，以形成1mm至3mm范围内的辊隙42，更优选的总压力应维持在20磅(9.1kg)到45磅(20.4kg)之间。在第一台站中的辊子，压力也可被设定在大约每英寸长度2.2至5.0磅。
本发明的装置可以被构成为使两个熔合台站12和18的两对辊子在电子照像单元中独立安装和运行，或被构造为一个单一的单元，这个单元可以作为大系统的可更换的单一部件。对于任一种结构，应考虑的一个因素是辊14和20之间以及辊16、22之间的距离。因为每一辊子与另一台站中的辊子之一的旋转方向相同(如箭头34、36、44和46所示)，辊子14和20以及辊子16和22优选不接触。根据使用了熔合系统10的打印单元的空间限制，台站12和18的辊子之间的距离可在1至12英寸的范围内，但是，特别是在空间受限的系统或具有相当小的辊子的系统中，两个台站的辊子之间的距离可小于1英寸，或在具有相当大的辊子的大型市售单元或系统中，两台站的辊子之间的距离可大于12英寸。
在本发明的一优选实施方式中，所有辊子14、16、20和22的直径约为35mm，但这个尺寸的选择主要应适合电子照像装置的尺寸。在一个台站内和两个台站之间的辊子彼此可以具有相同或不同的尺寸。辊子直径的下限可至少由所需的辊子刚度限定，有时也受插入加热部件所需的中空空间限定，同时辊子还要保持足够的结构强度。
因为基体24顺序通过两个辊隙32、42，优选辊子14、16、20、22维持恒定的速度或旋转速率，以防止基体24起皱、撕裂或受其他损伤。有几种驱动辊子的方法，如用齿轮或相连马达驱动辊子14、16、20和/或22的芯件。另一种方法显示在图3所示的实施方式中，它示出了在图2的实施方式中附加驱动辊202和204的情况，基体210沿方向212通过包括辊218和220的第一熔合台站214，接着通过包括辊222和224的第二熔合台站216。特别是驱动辊204与辊218的表面接触，使辊218以与驱动辊204相反的方向旋转。此外，驱动辊202同样也与辊222的表面接触，使辊222以与驱动辊202相反的方向旋转。在此实施方式中，驱动辊202和204可以通过单独的电机或驱动系统啮合，或者也可以两者都被同一台电机或驱动系统驱动(图中未显示)。
另外，图3说明了本发明系统的附加可选特性，即它被具体设计成当基体210从第一熔合台站214移动到第二熔合台站18时有利于维持基体210的平直度。具体而言，可以在基体210的一侧或两侧上设置一个或多个导向件，如图中示意地示出的导向件206、208，以防止基体在第一熔合台站214中受加热影响后卷缩或弯曲。这些导向件206、208可采取多种形式，只要不损伤调色影像或妨碍基体移动又可防止或减小基体进入辊隙时的起皱或毁损即可。尽管只在图3的实施方式中示出了这些导向件，但在本发明的任何其他实施方式中，如图2所示的实施方式中也可采用这些导向件。
重要的是，使包括图2和3所示类型的系统的熔合器单元(fuser unit)维持充足的气流以使溶剂蒸发和多余的热量逸散。在熔合器单元中被截留的蒸发溶剂可能再被凝结或重新被吸收到最终基体或影像上，从而损坏影像质量。由于这个原因，优选使装置具有容许溶剂逸散的足够开放的结构。另外，可以安装风扇或其他促使空气流动的设备以便从这个区域引出被蒸发的溶剂，和/或冷却辊子之中至少一个辊或基体，从而有利于使辊子和基体维持在优选的温度范围内。
在如上所述本发明的实施方式中包括两个熔合台站，优选第一熔合台站的辊子与第二熔合台站的辊子相比维持较低的温度。当然，应当理解第一熔合台站辊子的温度也可比第二台站辊子的温度高，或第一熔合台站的辊子和第二熔合台站的辊子彼此之间的温度相同或非常接近。此外，可对每一熔合台站中的辊子之一或两个加热。还可预料，本发明的熔合系统可包括两个以上的熔合台站，这些台站位于最初和最终熔合台站中间，它们中的每一个都包括附加的熔合辊，这些辊子具有与其他熔合台站的辊子不同或近似的温度。然而，考虑到附加的熔合台站必然需要更多的处理空间，因此通常希望尽可能地限制熔合台站的数量，以限制机器或装置的整体尺寸。
下面将参照具体实例进一步描述本发明的操作。这些例子用于进一步说明各种具体的、优选实施方式和技术。但应当理解，在本发明范围内可进行各种变更和改进。所使用的熔合装置系统的配置和所进行的测试如下。
实例装置被设计成满足以下条件。第一熔合台站和第二熔合台站一起被装在一个单元中，以节省空间及便于更换熔合单元。
第一熔合台站由两个35mm直径的辊子组成，每个辊子由金属芯、1-2mm厚的硅橡胶(或聚氨酯橡胶)基层和处于该基层上的0.025mm到0.050mm厚的聚二甲基硅氧烷防粘覆盖层构成。基层和覆盖层一起的刚性在10到30肖氏硬度A之间。辊子呈空心状，且由卤素灯从内部加热到110℃至130℃之间。设置在壳体中的齿轮使辊子旋转。
第二熔合台站由两个35mm直径的辊子组成，每个辊子由金属芯、1-2mm厚的硅橡胶基层和0.025mm到0.050mm厚的就地制模的Teflon套管防粘覆盖层构成。基层和覆盖层一起的刚度在10到30肖氏硬度A之间。辊子呈空心状且由卤素灯从内部加热到150℃至170℃之间。设置在壳体中的齿轮使辊子旋转。
壳体被精心设计以便齿轮啮合，所以辊子以相同速度旋转，且用大约20到30磅的恒定压力压在一起。因为所有的四个辊子在同一方向旋转，值得注意的是各台站中的各对辊子不接触。因此，两个台站中的辊子彼此间隔2英寸。
采用为干式调色剂熔合而设计的单辊熔合系统和双辊熔合器进行测试，结果如表中所示并讨论如下。
测试方法和装置在本发明的实际应用中，如下测试方法被用来确定转移到基体上的印品的质量。
耐擦拭性为了确定熔合后被打印的油墨的耐擦拭力的量，确定出一种擦拭试验。该擦拭试验包括使用称作克劳克计(Crockmeter)的设备，用已知的且受控的力施加在与油墨相对的亚麻布上，以磨蚀已着墨并被熔合的区域。当亚麻布被固定在克劳克计的探头上时，用受控的力把探头放置在已着墨的表面上，使探头在着墨表面按规定次数前后摆动(在此情况下为5次，由小曲轴转动5周产生，每周摆2下)。已着墨测试区应该足够长，以便在摆动期间，擦拭头横过油墨区域并在纸面上摆动而决不离开已着墨的表面。
用于本测试中的克劳克计是经美国纺织染化工作者协会认可的CM1型克劳克计，其制造商是奥特兰斯电器设备公司，芝加哥，IL 60613(AATCCCrockmeter Model CMI manufactured by Atlas Electric Devices Company，Chicago，IL 60613)。此设备的头部重934g，该重量是在5次摆动测试期间加于油墨上的重量，带有油墨的亚麻布的接触面积是1.76cm2。本测试结果是油墨密度测量值的比率，即用每单位面积530g/cm2的外力在打印墨测试试样上摆动5次之后，亚麻磨蚀布上油墨的密度与测试之前纸上油墨的原有密度之比。为了通过此擦拭测试，擦拭(测试)区的密度必须至少达到其原有密度的95％。否则，被认为是未通过此方法，且被认为不足以抗擦拭。实际计算如下擦拭(ERASURE)＝(OD印品-OD布)/(OD印品)×100％其中OD印品表示在印品或基体上油墨的原有光学密度，OD布表示5次摆动测试后磨蚀布上油墨的光学密度。
这些测试经常在随机选择的打印和熔合影像上进行，以确定影像耐久性方面的一致性，并且这些测试与本发明一起使用，作为判断使用不同液体调色剂配方的实施方式的成功与失败的基准。
偏移当基体上的调色影像的一部分被从基体上转移到熔合辊上时出现偏移。存在两种类型的偏移。当熔合辊不够热，不足以使溶剂蒸发和改变调色剂的流变性、致使调色剂熔合到基体上时发生冷偏移。当熔合辊太热，且调色剂被熔化、致使其从熔合辊上脱落时发生热偏移。在任何一种情况下，影像都被破坏，偏移没有达到印刷行业中仅能容许的0等级(rating of0)(无偏移)。下面是本分析中使用的等级及其定义偏移值0表示没有偏移；1表示出现非常微少的偏移，偶而可见；2表示出现偶尔引人注目的偏移(每隔10-12页)；
3表示出现引人注目的偏移(每隔4-5页)；4表示大部分时间内出现引人注目的偏移，调色剂从其被清除的位置顺流，在基体上再沉积；5表示经常出现大片影像偏移，调色剂影像在基体上顺流，并持续再沉积。
从配置如图1所示(现有技术)的用于干式调色剂应用的熔合设备可获得如下结果。当试图熔合液态电照相调色剂时，所面对的问题是其结果需要证明。也就是说，对于那些既具有足够的耐磨性又无偏移的印品，使用为干式调色剂熔合而设计的熔合系统时，没有明显的溶解空间。
单一台站(一对辊)熔合

双台站(两对辊)熔合按照本发明的实施，如图2所示系统10，用于此测试的两个辊子包括辊1，具有高吸收性的聚二甲基硅氧烷覆盖层(用于获得低表面能和低的冷偏移温度)，辊2，在橡胶上套有Teflon套管(以提供低表面能和高热偏移温度)。这些套管在充分熔合影像所需的较高的温度下，能耐用很长一段时间。

从所完成测试的这些数据及观察中可以看出，第一辊子蒸发和/或吸收大部分载液，其使第二辊子没有偏移地充分熔合影像。这是通过精心选择涂覆/防粘材料来完成的。例如，当第一熔合台站中至少一个辊子具有低表面能覆盖层且其至少略有吸收性时(致使至少一些被吸附于覆盖层上的载液具有润滑和防粘特性)，及当第二熔合台站中至少一个辊子具有耐久性并能长时间耐高温而没有显著地改变表面能特性的覆盖层时，即使在较冷温度下系统的性能也较好。
至此已参照几种实施方式对本发明进行了描述，与本申请类同的任何一项专利或专利申请的所有公开内容均为本申请的参考。上面的详细描述和实例仅用于清楚理解本发明，因此应当理解其并非是不必要的限制。显然，对本领域技术人员来说，在不超出本发明范围的前提下，可对所描述的实施方式进行各种改变。因此本发明的范围并不限于本文所描述的结构，而仅由权利要求书文字描述的结构及那些结构的等同物限定。
权利要求
1.一种对用电照相方法由液体调色剂在基体上形成的影像进行定影的熔合装置，该装置包括一第一熔合台站，其包括第一和第二预熔辊，所述第二预熔辊被定位成与所述第一预熔辊接触，并在所述第一和第二预熔辊之间形成一第一辊隙区，其中所述第一和第二预熔辊中至少之一被加热到所述第一辊隙区中具有的预熔温度的温度；一第二熔合台站，其与所述第一熔合台站间隔开，且具有第一和第二最终熔合辊，所述第二最终熔合辊被定位成与所述第一最终熔合辊接触，并在所述第一和第二最终熔合辊之间形成一第二辊隙区，其中所述第一和第二最终熔合辊中至少之一被加热到所述第二辊隙区中具有的熔合温度的温度；其中，所述第二辊隙区的所述熔合温度高于所述第一辊隙区的所述预熔温度。
2.如权利要求1所述的熔合装置，其中，所述第一和第二预熔辊中至少之一包括一导热芯和一用于控制所述导热芯温度的热源。
3.如权利要求1所述的熔合装置，其中，所述第一和第二最终熔合辊中至少之一包括一导热芯和一用于控制所述导热芯温度的热源。
4.如权利要求1所述的熔合装置，其中，所述第一熔合台站的所述第一和第二预熔辊被定位成在所述第二熔合台站的所述第一和第二最终熔合辊接触基体上的影像之前与所述基体上的所述影像接触。
5.如权利要求1所述的熔合装置，其中，所述第一辊隙区与所述第二辊隙区对准，且所述第一和第二预熔辊与所述第一和第二最终熔合辊间隔开。
6.如权利要求1所述的熔合装置，其中，所述第一和第二预熔辊中至少之一的温度维持在约100℃和约150℃之间。
7.如权利要求1所述的熔合装置，其中，所述第一和第二最终熔合辊中至少之一的温度维持在约130℃和约220℃之间。
8.如权利要求1所述的熔合装置，其中，所述第一和第二预熔辊中至少之一包括一表面能低于所述液体调色剂的表面能的外层。
9.如权利要求8所述的熔合装置，其中，所述外层是硅氧烷防粘覆盖层。
10.如权利要求1所述的熔合装置，其中，所述第一和第二最终熔合辊中至少之一包括一表面能低于所述液体调色剂的表面能的外层。
11.如权利要求所述10的熔合装置，其中，所述外层是氟化高聚物防粘覆盖层。
12.如权利要求1所述的熔合装置，其中，所述第一和第二预熔辊被加热到相同的温度。
13.如权利要求1所述的熔合装置，其中，所述第一和第二预熔辊之一被定位成与所述基体上的影像接触，所述被定位成与所述影像接触的辊子被加热到高于被定位成不与所述影像接触的所述辊子的温度。
14.如权利要求1所述的熔合装置，其中，所述第一和第二最终熔合辊被加热到相同的温度。
15.如权利要求1所述的熔合装置，其中，所述第一和第二最终熔合辊之一被定位成接触所述基体上的影像，所述被定位成接触所述影像的辊子被加热到高于被定位成不与所述影像接触的所述辊子的温度。
16.如权利要求1所述的熔合装置，其中，所述第一和第二熔合台站被容纳在一个单一的熔合单元中。
17.如权利要求1所述的熔合装置，其中，所述第一和第二熔合台站的所述辊子中至少之一用卤素灯加热。
18.如权利要求1所述的熔合装置，其中，还包括用于对所述第一和第二熔合台站的所述辊子中至少之一进行冷却的冷却部件。
19.如权利要求18所述的熔合装置，其中，所述冷却部件为风扇。
20.如权利要求1所述的熔合装置，其中，对所述预熔合温度进行选择，以便从所述基体上的液体调色剂中蒸发预定部分溶剂。
21.一种对在具有多个熔合台站的电照相打印设备中由液体调色剂形成在基体上的影像进行定影的方法，包括以下步骤将液体调色剂影像置于一基体的至少一表面上；移动所述基体，使之经过一第一熔合台站，该第一熔合台站包括一第一预熔辊和一被定位成与所述第一预熔辊接触并形成一第一辊隙区的第二预熔辊，其中所述第一和第二预熔辊中至少之一被加热到所述第一辊隙区中具有的预熔温度的温度；移动所述基体，使之经过一第二熔合台站，所述第二熔合台站与所述第一熔合台站隔开，且包括一第一最终熔合辊和一被定位成与所述第一最终熔合辊接触并形成一第二辊隙区的第二最终熔合辊，其中所述第一和第二最终熔合辊中至少之一被加热到所述第二辊隙区中具有的熔合温度的温度；其中，所述第二辊隙区的熔合温度高于所述第一辊隙区的预熔温度。
22.如权利要求21所述的方法，其中，所述移动所述基体使之通过第一熔合台站的步骤还包括从所述液体调色剂影像蒸发预定部分溶剂。
23.如权利要求21所述的方法，其中，所述移动所述基体使之通过第一熔合台站的步骤还包括沿一方向在所述基体上设置所述液体调色剂影像，致使当所述影像移动通过所述第一辊隙区时，所述影像与一被加热的预熔辊接触。
24.如权利要求21所述的方法，其中，所述移动所述基体使之通过第二熔合台站的步骤还包括使所述液体调色剂影像的调色剂颗粒熔合到所述基体上。
全文摘要
本发明公开了一种对用电照相方法由液体调色剂在基体上形成的影像进行定影的熔合装置，该装置包括第一和第二熔合台站，第一熔合台站具有第一和第二预熔辊，第二预熔辊与第一预熔辊接触形成第一辊隙区，预熔辊中至少之一被加热到第一辊隙区中具有的预熔温度的温度；第二熔合台站与第一熔合台站隔开，第二熔合台站具有第一和第二最终熔合辊，第二最终熔合辊与第一最终熔合辊接触形成第二辊隙区，最终熔合辊中至少之一被加热到第二辊隙区中具有的熔合温度的温度，其中，第二辊隙区的熔合温度高于第一辊隙区的预熔温度。本发明还公开了一种对用电照相方法由液体调色剂在基体上形成的影像进行定影的熔合方法。
文档编号G03G15/20GK1591215SQ20041007169
公开日2005年3月9日 申请日期2004年7月21日 优先权日2003年8月30日
发明者杜鲁门·F·凯利, 查尔斯·W·辛普森, 史蒂夫·詹森, 威廉·D·爱德华兹 申请人:三星电子株式会社