专利名称：用于定影应用的纳米材料加热元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及印刷和标记(marking)设备，更具体而言涉及定影器子系统及其使用方法。
背景技术：
目前的定影系统在标记(干和直接)中就能量消耗而言效率极为低下。例如，在典型的定影辊中，仅约1%的热量被用于固定色粉图像(toner images)，剩余的或者被用于加热纸张，或者由于加热辊和在待机中被纯粹浪费掉。此外，由于大量的热量，预热时间可能非常长，例如，对于大型生产机器需要高达约30分钟。 相应地，存在克服现有技术中的这些和其它问题的需求，从而提供解决预热时间、能效以及热可定址性三方面问题的定影子系统。
发明内容
根据各种实施方式，具有一种印刷设备。该印刷设备可包括具有一个或多个光诱导加热元件的定影器(fuser)子系统，该一个或多个光诱导加热元件的每一个包含了多种纳米材料，其中该纳米材料选自碳纳米管和金属纳米壳。该印刷设备还可包括与该一个或多个光诱导加热元件紧邻的一个或多个光源，该一个或多个光源的每一个具有在该多种纳米材料的吸收范围内的发射并通过该多种纳米材料的光吸收在该定影器子系统中产生热。
根据各种实施方式，具有形成图像的方法。该方法可包括在介质上提供色粉图像，并提供可通过由多种纳米材料吸收光在一个或多个光诱导加热元件中生成热的定影器子系统，其中该纳米材料选自碳纳米管和金属纳米壳。该方法还包括提供与该一个或多个光诱导加热元件紧邻的一个或多个光源，该一个或多个光源中的每一个具有在该多种纳米材料的吸收范围内的发射。该方法可进一步包括使该介质被输送通过该定影器子系统，并通过采用该一个或多个光源将光暴露在该一个或多个光诱导加热元件以通过该多种纳米材料的光吸收加热该一个或多个光诱导加热元件以及与该介质接触的定影器子系统，将该色粉图像固定在该介质上。 根据其它的实施方式，具有标记方法。该标记方法可包括在标记系统中输送介质，该标记系统包括可通过由多种纳米材料吸收光在一个或多个光诱导加热元件中生成热的定影器子系统，其中该纳米材料选自碳纳米管和金属纳米壳。该标记方法还包括提供与该一个或多个光诱导加热元件紧邻的一个或多个光源，该一个或多个光源中的每一个具有在该多种纳米材料的吸收范围内的发射。该标记方法可进一步包括通过采用该一个或多个光源将光暴露在该一个或多个光诱导加热元件上以加热该一个或多个光诱导加热元件和与该色粉图像对应的定影器子系统，将图像传递并定影在该介质上，并将该介质传输至修整器(finisher)。
图1示意性显示了根据本启示的各种实施方式的一种示范性印刷设备。 图2示意性显示了根据本启示的各种实施方式的图1所示的示范性定影器组件的
横截面。 图3示意性显示了根据本启示的各种实施方式的印刷设备的示范性定影器子系统。
图4示意性显示了根据本启示的各种实施方式的印刷设备的另一示范性定影器子系统。 图5显示了根据本启示的各种实施方式的形成图像的示范性方法。
图6显示了根据本启示的各种实施方式的示范性标记方法。 图7示意性显示了根据本启示的各种实施方式的印刷设备的示范性定影器子系统。 图8示意性显示了根据本启示的各种实施方式的印刷设备的另一示范性定影器子系统。 图9示意性显示了根据本启示的各种实施方式的印刷设备的另一示范性定影器子系统。 图9A示意性显示了根据本启示的各种实施方式的图9所示的示范性定影器组件的横截面。 图9B示意性显示了根据本启示的各种实施方式的金属纳米壳。
具体实施例方式
图1示意性显示了示范性印刷设备100。该示范性印刷设备100可包括电子照相光感受器172和用于向该电子照相光感受器172均匀充电的充电站174。该电子照相光感受器172可以是图1所示的鼓式光感受器或带式光感受器(未显示)。该示范性印刷设备100还可包括成像站176，其中原始文件(未显示)可被暴露在光源(也未显示)下以在该电子照相光感受器172上形成潜伏图像。该示范性印刷装备100可进一步包括将该电子照相光感受器172上的潜伏图像转化为可见图像的显影子系统178，以及用于将该可见图像传递至介质120的传递子系统179。该印刷装备100可进一步包括用于将该可见图像固定在该介质120上的定影器子系统101。该定影器子系统101可包括一个或多个光诱导加热元件106，其中该一个或多个光诱导加热元件106的每一个具有多种纳米材料105，其中该纳米材料105选自碳纳米管和金属纳米壳。 在各种实施方式中，该多种纳米材料105可包含多个单壁碳纳米管(SWNT)、多个双壁碳纳米管(DWNT)和多个多壁碳纳米管(丽NT)中的一个或多个。在部分实施方式中，碳纳米管可以是半导体碳纳米管和金属碳纳米管中的一个或多个。此外，该碳纳米管可具有不同的长度、直径和/或手性。该碳纳米管可具有约0. 5nm至约20nm的直径和约100nm至数mm的长度。在特定的实施方式中，该多种纳米材料105中的每一种可包含金属纳米壳405'，如图9B所示。该金属纳米壳405'可包含介电核492和置于该介电核492上方的金属壳491。在部分实施方式中，该金属壳491中的金属可选自金、银和铜。在其它实施方式中，该介电核492可选自硅石、二氧化钛和氧化铝。该金属纳米壳405'中的该介电核491可具有约30nm至约150nm，在部分情况下从约50nm至约70nm的直径，且金属壳491具有约5nm至约25nm，在部分情况下约10nm至约15nm的厚度。 再次参考图l，该示范性的印刷装备100可进一步包括与该一个或多个光诱导加 热元件106紧邻的一个或多个光源150，该一个或多个光源150的每一个具有在该多种纳米 材料105的吸收范围内的发射，并设置为通过该多种纳米材料105的光吸收加热该定影器 子系统101。在各种实施方式中，该一个或多个光诱导加热元件106可在光源150的光暴露 下达到约IO(TC至约20(TC范围内的温度，并在光暴露移除时迅速降低至所需的较低温度， 其中该所需的较低温度低于该一个或多个光诱导加热元件106在光暴露时所达到的温度。 达到所需温度以及返回环境温度所需的时间取决于多种因素，例如，光源、该光源的光谱功 率分布、该光源的强度以及处理速度。 在各种实施方式中，该光源150可包括UV灯、氙灯、卤灯、激光阵列、光发射二极管 (LED)阵列以及有机光发射二极管(OLED)阵列中的至少一种。该光源150可发射从紫外 到近红外区任意部分的光。在特定的实施方式中，该光源150可以是数字光源，其中该激光 阵列、该光发射二极管(LED)阵列和该有机光发射二极管(OLED)阵列中的至少一种的每个 光组件均可单独定址(individually addressable)。此处所用的术语"光组件"指LED阵 列的LED、 OLED阵列的OLED或者激光阵列的激光。此处所用的短语"可单独定址"表示每 个光组件如LED阵列的LED均可独立于其周围的LED被识别和操纵，例如，每个LED可被单 独地开启或关闭，且每个LED的输出可被单独控制。然而在部分实施方式中，除了对每个光 组件如LED阵列的LED单独定址外，可对包含两个或多个LED的LED组进行共同定址，即， 该LED阵列的一组LED可被一起开启或关闭。例如，对于具有一定行间距和页边距的印刷 文本，该光组件，例如该LED阵列中对应于该文本的一个或多个LED可被开启以选择性地将 光暴露于该一个或多个光诱导加热元件中与该文本对应的部分，但对应该文本之间的行间 距和该文本周围的页边距的LED可被关闭。因此，通过数字光源，该一个或多个光诱导加热 元件可以是数字热源。 该印刷设备100的该定影器子系统101可包含定影器组件110、压力组件112、注 油子系统(未显示)和清洁丝网(未显示)中的一个或多个。在部分实施方式中，该定影 器组件110可以是定影辊110、310，如图1、3和7所示。在其它实施方式中，该定影器组件 110可以是定影器带415，如图4和8所示。在各种实施方式中，该压力组件112可以是压 力辊112、312和412，如图1、3、4和8所示，或者为压力带(未显示)。
图2示意性地显示了示范性定影器组件110、310、415的横截面。该示范性定影器 组件110可包含置于基底102上的一致性层104，在部分实施方式中，该基底102可以是高 温塑料基底，例如，聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚酰胺酰亚胺、聚酮、聚酞酰胺、聚醚醚酮(PEEK)、 聚醚砜、聚醚酰亚胺以及聚芳醚酮。在其它实施方式中，该基底102可以是金属基底，例如， 钢和铝。在带式构造中该基底102的厚度可以为约50 ii m至约150 y m，在部分情况下约 65 ii m至约85 ii m。在辊式构造中该基底102的厚度可以是约2mm至约20mm，在部分情况 下从约5mm至约15mm。在各种实施方式中，该一致性层104还可以是热阻挡层。该一致性 层104可由任意合适的材料制成，例如，硅酮橡胶、氟硅酮和氟弹性体。该示范性的定影器 组件IIO还可包含光诱导加热元件层106，其包含了多种置于该一致性层104上方的纳米 材料105，以及置于该光诱导加热元件层106上方的色粉释放层108。在各种实施方式中， 该光诱导加热元件层106可包含多个单壁碳纳米管、多个双壁碳纳米管和多个多壁碳纳米管中的一个或多个。在部分实施方式中，该光诱导加热元件层106可包含碳纳米管织物 (textile)。在其它实施方式中，该光诱导加热元件层106可包含可溶剂涂覆的光吸收碳纳 米管。本领域普通技术人员将了解该种可溶剂涂覆的光吸收碳纳米管层可由碳纳米管的 水分散体或醇分散体进行涂覆，其中该碳纳米管可通过表面活性剂或DNA或聚合材料进行 稳定。任意合适的方法可用于在该一致性层上涂覆该可溶剂涂覆的光吸收碳纳米管层。在 部分其它的实施方式中，该光诱导加热元件层106可包含分散于聚合物中的多个金属纳米 壳405'，该多个金属纳米壳405'中的每一个包含介电核492和设置在该介电核上的金属 壳491。任意合适的金属，例如，金、银和铜可被用于该金属壳491。任意合适的介电材料， 例如，硅石、二氧化钛和氧化铝可被用于该介电核492。在各种实施方式中，该光诱导加热元 件层106可具有约0. 1 ii m至约150 ii m的厚度，在部分情况下从约40 y m至约100 y m的厚 度。 在部分实施方式中，该色粉释放层108可包含任意合适的材料，例如，硅酮、氟硅 酮、氟聚合物和氟弹性体。色粉释放层108的厚度可以为约lOym至约lOOym，在部分情 况下约20iim至约60iim。在该多种纳米材料105的吸收范围中，在部分情况下，该色粉释 放层108可具有约10%至约100%的透明度，在其它情况下，具有约50%至约100%的透明 度。在各种实施方式中，可在该基底102和该一致性层104之间、在该一致性层104和该光 诱导加热元件层106之间、以及该光诱导加热元件层106和该色粉释放层108之间使用一 个或多个可选的粘合层(未显示)，以确保每个层104、106、108被适当地彼此粘合并达到 性能要求。在各种实施方式中，该压力组件112、312、412也可具有图2的示范性定影组件 110、310、415所示的横截面。 再次参考印刷设备IOO，该印刷设备100可以是静电复印机，如图1所示。图3示 意性地显示了静电复印机的示范性定影器子系统301。图3所示的该示范性定影器子系 统301具有辊式构造，并可包含定影器辊310和可旋转压力辊312，两者可安装形成定影夹 311。在各种实施方式中，一个或多个定影器辊310和压力辊312可包含具有多种纳米材料 105的一个或多个光诱导加热元件306。在部分实施方式中，该一个或多个光诱导加热元件 306可包含多个单壁碳纳米管、多个双壁碳纳米管和多个多壁碳纳米管中的一个或多个。在 其它实施方式中，该一个或多个光诱导加热元件306可包含多个金属纳米壳。该一个或多 个光诱导加热元件306可被设置在一致性层304之上，该一致性层304被设置在基底302之 上。在部分实施方式中，该基底302可以是高温塑料基底，例如，聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚酰 胺酰亚胺、聚酮、聚酞酰胺、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚砜、聚醚酰亚胺以及聚芳醚酮。在其它实 施方式中，该基底302可以是金属基底，例如，钢和铝。色粉释放层308可被设置在该一个 或多个光诱导加热元件306之上，如图3所示。在各种实施方式中，该一个或多个光诱导加 热元件306可被用作热源，并可以与定影器组件310、 110类似的构造设置在压力辊312中。 示范性的定影器子系统301还可包含与该一个或多个光诱导加热元件306紧邻的一个或多 个光源350。图3显示了包含一个光源350的示范性定影器子系统301，而图7显示了包含 多个光源350的示范性定影器子系统701。携带未定影色粉图像的介质320可被传输通过 该定影夹311进行定影。该示范性的定影器子系统301还可包含向该定影器组件310的表 面注油以便于去除残留色粉的注油子系统(未显示)，提供额外热源的外部热辊(未显示) 以及清洁子系统(未显示)。在各种实施方式中，在该定影器辊310和/或该压力辊312中的该一个或多个光诱导加热元件306可以是数字热源，其中该光源中的每个光组件可以是 数字的并且可单独定址，从而以数字方式产热。 图4示意性地显示了在静电复印机的带式构造中的示范性定影器子系统401。该 示范性的定影器子系统401可包含定影器带415和可旋转压力辊412，两者可安装形成定 影夹411。在各种实施方式中， 一个或多个定影器带415和压力辊412可包含具有多种纳 米材料105的一个或多个光诱导加热元件206，如图2所示。该示范性的定影器子系统401 还可包含与该一个或多个光诱导加热元件紧邻的一个或多个光源450。图4显示了包含一 个光源450的示范性定影器子系统401，而图8显示了包含多个光源450的示范性定影器子 系统801。 图9显示了另一种示范性定影器子系统901，其包含了定影器带415'和可旋转压 力辊412，两者可安装形成定影夹411。在各种实施方式中，一个或多个定影器带415'和 压力辊412可包含具有多种纳米材料405'的一个或多个光诱导加热元件406'，如图9A 所示。该定影器子系统901还可包含多个光源450，其中该光源可在该定影器带415'的任 一侧，如图9所示。携带未定影色粉图像的介质420可被传输通过该定影夹411进行定影。 图9A示意性地显示了该定影器带415'的横截面。该示范性的定影器带415'可包含置于 基底402'上方的光诱导加热元件层406'，其中该光诱导加热元件层406'可包含多个分 散于聚合物中的金属纳米壳405'，其中该光诱导加热元件层406'还可作为色粉释放层。 该金属纳米壳405'可分散在任意合适的氟聚合物中，例如氟聚合物、硅酮和硅氧烷、氟硅 氧烷、聚磷腈、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯及其它，以及前述聚合物的混合物。该基底 402'可以是对该光源用来加热该光诱导加热元件层406'的波长半透明的任意合适的材 料，例如，硅酮、硅氧烷、氟硅酮、聚磷腈、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酉旨、聚碳酸酯及其它，以及前 述聚合物的混合物。 根据各种实施方式，具有形成图像的方法500，如图5所示。该方法500可包括于 步骤561中在介质上提供色粉图像。该方法500还包括提供定影器子系统的步骤562，该定 影器子系统通过多种纳米材料的光吸收在一个或多个光诱导加热元件中产生热，其中该纳 米材料选自碳纳米管和金属纳米壳，该金属纳米壳包含介电核和该介电核上的金属壳。在 部分实施方式中，提供定影器子系统的步骤562可包括提供辊式构造的定影器子系统。在 其它实施方式中，提供定影器子系统的步骤562可包括提供带式构造的定影器子系统。在 部分其它的实施方式中，提供定影器子系统的步骤562可包括提供定影器辊、定影器带、压 力辊和压力带中的一个或多个。该方法500还包括提供一个或多个光源的步骤563，该一个 或多个光源与该一个或多个光诱导加热元件紧邻，该一个或多个光源中的每一个具有在该 多种纳米材料的吸收范围内的发射。在各种实施方式中，该提供一个或多个光源的步骤563 可包括提供UV灯、氙灯、卤灯、激光阵列、光发射二极管阵列以及有机光发射二极管阵列中 的至少一种。该方法500还可包括将该介质输送通过该定影器子系统的步骤564，以及通过 采用该一个或多个光源将光暴露在该一个或多个光诱导加热元件以通过该多种纳米材料 的光吸收加热该一个或多个光诱导加热元件以及该定影器子系统，将该色粉图像固定在该 介质上的步骤565。 在各种实施方式中，通过采用该一个或多个光源将光暴露在该一个或多个光诱导 加热元件以加热该一个或多个光诱导加热元件以及该定影器子系统从而将该色粉图像固定在该介质上的步骤565可包括在该一个或多个光诱导加热元件的一部分选择性地暴露 光，以加热该一个或多个光诱导加热元件的一部分以及与该色粉图像对应的定影器子系统 的一部分。在部分实施方式中，该步骤565进一步包括选择性地将具有第一强度的光暴露 在该一个或多个光诱导加热元件的第一部分以将该第一部分加热至第一温度；选择性地将 具有不同于该第一强度的第二强度的光暴露在该一个或多个光诱导加热元件的第二部分 以将该第二部分加热至第二温度，该第二温度不同于该第一温度，以此类推。本领域普通 技术人员将理解可有多种原因将该一个或多个光诱导加热元件的第一部分加热至第一温 度，将该一个或多个光诱导加热元件的第二部分加热至第二温度，例如，提高能效和提高图 像质量。该方法500可进一步包括于步骤565中将介质输送通过该定影器子系统，以将该 色粉图像固定在该介质上。 根据各种实施方式，具有一种标记方法600，其包括在标记系统输送介质的步骤 681，该标记系统包括通过多种纳米材料的光吸收在一个或多个光诱导加热元件中产生热 的定影器子系统，其中该纳米材料选自碳纳米管和金属纳米壳，该金属纳米壳包含介电核 和该介电核上的金属壳。该标记方法600还可包括于步骤682中提供与该一个或多个光诱 导加热元件紧邻的一个或多个光源，该一个或多个光源中的每一个具有在该多种纳米材料 的吸收范围内的发射。在不同的实施方式中，该提供一个或多个光源的步骤682还可包括 提供UV灯、氙灯、卤灯、激光阵列、光发射二极管阵列以及有机光发射二极管阵列中的至少 一种。在部分实施方式中，该一个或多个光源中至少一个为数字光源，其中该数字光源中的 每个光组件可单独定址。通过数字光源，该一个或多个光诱导加热元件可以是数字热源。该 标记方法600可进一步包括通过采用该一个或多个光源将光暴露在该一个或多个光诱导 加热元件上以加热该一个或多个光诱导加热元件和与该色粉图像对应的定影器子系统，将 图像传递并定影在该介质上的步骤683。在部分实施方式中，通过采用该一个或多个光源将 光暴露在该一个或多个光诱导加热元件以加热该一个或多个光诱导加热元件以及该定影 器子系统从而将图像转移和固定在该介质上的步骤683可包括在该一个或多个光诱导加 热元件的一部分上选择性地暴露光，以加热该一个或多个光诱导加热元件的一部分以及与 该色粉图像对应的定影器子系统的一部分。在其它实施方式中，该通过采用该一个或多个 光源将光暴露在该一个或多个光诱导加热元件以加热该一个或多个光诱导加热元件以及 与该色粉图像对应的定影器子系统从而将图像转移和固定在该介质上的步骤683可进一 步包括选择性地将具有第一强度的光暴露在该一个或多个光诱导加热元件的第一部分以 将该第一部分加热至第一温度；选择性地将具有不同于该第一强度的第二强度的光暴露在 该一个或多个光诱导加热元件的第二部分以将该第二部分加热至第二温度，该第二温度不 同于该第一温度，以此类推。该标记方法600还可包括将该介质输送至修整器的步骤684。
常规的轻量(low mass)定影系统常由于轴向上比径向上相对更高的热阻而在该 定影器辊上显示出轴向温度不均匀性。在定影器辊表面上的这种轴向温度分布是高度不均 匀的，在纸张路径外测的辊表面具有更高的温度。这导致了在多个短边输送纸张的拷贝之 后通过长边输送纸张时的热偏移。在所披露的定影方案中，通过动态调节该数字光源输出， 该轴向温度可被监测和控制，以确保沿该定影器辊和压力辊的均匀轴向温度分布。例如，在 该定影器辊与该压力辊接触的纸张路径外测可传递更少的LED功率输出。无需采用热管或 其它材料和设备便可减少轴向非均匀性。
权利要求
印刷设备，其包括具有一个或多个光诱导加热元件的定影器子系统，该一个或多个光诱导加热元件的每一个包含多种纳米材料，其中该纳米材料选自碳纳米管和金属纳米壳；以及与该一个或多个光诱导加热元件紧邻的一个或多个光源，该一个或多个光源的每一个具有在该多种纳米材料的吸收范围内的发射并通过该多种纳米材料的光吸收在该定影器子系统中产生热。
2. 如权利要求1所述的印刷设备，其中该定影器子系统包含定影辊、定影带、压力辊和 压力带中的一个或多个。
3. 如权利要求2所述的印刷设备，其中该定影带和压力带中的一个或多个之中至少一 个包含设置在基底上方的光诱导加热元件，该光诱导加热元件包含多个分散在聚合物中的 金属纳米壳。
4. 如权利要求1所述的印刷设备，其中该一个或多个光源中至少一个为数字光源，其 中该数字光源中的每个光组件可单独定址。
全文摘要
本发明涉及了印刷设备和形成图像的方法。示范性的印刷设备可包括具有一个或多个光诱导加热元件的定影器(fuser)子系统，该一个或多个光诱导加热元件的每一个包含了多种纳米材料，其中纳米材料选自碳纳米管和金属纳米壳。该示范性的印刷设备还可包括与该一个或多个光诱导加热元件紧邻的一个或多个光源，该一个或多个光源的每一个具有在该多种纳米材料的吸收范围内的发射并通过该多种纳米材料的光吸收在该定影器子系统中产生热。
文档编号G03G15/20GK101727056SQ20091020757
公开日2010年6月9日 申请日期2009年10月22日 优先权日2008年10月23日
发明者布赖恩·鲁夫, 戴维·杰尔瓦西, 洪昭, 考克-益·劳, 迈克尔·佐纳 申请人:施乐公司