专利名称：热成像印刷装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种在片基上高速热成像印刷装置和方法，其中所述装置带有许多圆柱状的盘，该盘中有孔，从中喷出气流，吹动其上成卷的印刷片基，促使热成像粉末散布并且沉积在该片基上，此后再加热并固定该粉末。
许多印刷者发现热成像能为他们的企业拓展出一条新路。现在，热成像技术不再仅限于印刷文具，业务名片和宣传画，而是表现为一种具有自己独特之处的艺术形式。无论单独使用，或者作为平版印刷术，金箔印花，凹凸压花和丝网印刷的辅助手段，热成像技术已经成为对图像设计人员和画家最有用的工具之一。其它应用之处包括贺卡，标签，标识，年报，报告封面，包装和海报。
热成像技术是一个成熟的工艺，借助于它，通过任何类型的印刷过程，使用平版印刷或其它传统的印刷方法可更容易地生产模仿铜版雕刻或印花效果的带有凸起的印品。由一台传统的印刷机印刷而成的纸张被置于一台输送器上，在该输送器上，具有在加热作用下可熔化特性的树脂颗粒或粉末在这些印刷成品上跳动。除了那些已经粘附在潮湿的油墨上的粉末之外，多余的粉末可以通过真空抽吸或用手连续地除去，并且再循环利用。然后，那些经过印刷并且撒过粉的纸张通常经过一个隧道型的烤箱，在那里树脂颗粒或粉末被加热至熔化，并且将粉末颗粒固化为一层带凸起效果的薄膜。在出口处，冷气吹在纸张上，冷却并且固定上述粘性的带凸起效果的薄膜，以防止纸张粘连在一起或被弄脏。美国专利No.5699743和5098739公开了这样的热成像印刷工艺的两个例子。
本领域的普通技术人员知道所用的粉末颗粒的大小部分决定了该凸起薄膜，或带凸起效果的印品的厚度，最大达到的高度。使用较大的粉末颗粒，可获得具有较高凸起效果的印品。可以根据美国专利No.5,699,743所教导的方法，通过印刷大约1/16到1/8英寸宽的油墨线，在其上沉积20到50mesh的粉末，并且加热适当的时间和温度，以便不完全熔化的该粉末地使其固化，从而获得高度在0.01英寸数量级的带凸起效果的热成像印品。通常，当需要较小高度的凸起效果的印品时，使用较小颗粒尺寸的粉末。
通常使用的有两种不同类型的热成像粉末透明的和不透明的。透明的粉末通常包括高光泽的，半光泽的和半阴暗的粉末。不透明的粉末通常包括金属，例如金，银和青铜；白色；和相对新的珍珠粉末。高光泽粉末是所有热成像涂布中最常用的粉末。
常用的有五种传统颗粒，根据厚度排列从“细线”到“浓重的色块”。细线需要最细腻的，通常象面粉一样的颗粒，而浓重的色块需要粗糙的，象白糖那样的颗粒。当设计人员需要特殊效果时才会选择半光泽，阴暗的和半阴暗的粉末。它们通常形成的光泽比该高光泽粉末少，但是能提供一种类似的“感觉”并带有凸起的效果。另一方面，该金属和白色不透明的粉末通常很难使用。因此，热成像车间中通常只使用高光泽的粉末。
通常通过在一个片基上印刷上湿的油墨，使用平面传输机构使该印刷片基(例如，单张纸)在一个将粉末漏在该片基上的料斗下面移动，从而实现热成像印刷。传统的热成像印刷起码也有100年历史了，但只能实现60-70英尺/分的印刷速度，偶而能达到100英尺/分，但是如果连续保持这个速度，那么得到的印品是不清楚的。而且，热成像可印刷的区域限制为大致12英寸宽。有报道记载可印刷的宽度在不超过20英寸的数量级上。胶印和其它类型的传统的印刷经常使用圆柱状的印刷装置，这能达到更高的印刷速度。正如下面描述的，该装置用于在纸张和织物上的一些传统的平面印刷和平面彩印。
美国专利No.537,923公开了一种装置，用于在纸张上产生设计图样，该装置带有一个模版，该模版上刻有设计所需的图案；用于容纳和释放油墨或颜料的容器以及一个压力装置，用于通过该模版释放油墨或颜料，根据需要的设计使油墨或颜料接触到该纸张或其它表面。
美国专利No.2,049,495公开了一种印刷装置，用于连续地重新补足油墨，将油墨供给到一个要被印刷的材料上。该油墨是从一个格形状的圆柱体沿着该圆柱体的封闭表面填充到该图案中的。
美国专利No.2,334,909公开了一个在织物上以相对高的速度印刷的压力辊，通过将不同颜色的油墨供给到一个模版的内侧，该模版带有开口，油墨通过开口传递到织物上进行印刷。还公开了一种油墨或颜料的保持机构，该保持机构接触该模版，该承载机构可从印刷机外部填充，并且可以摆动进入该颜料保持机构，而无需停止印刷机。
美国专利No.3,613,635公开了一种点印刷装置，用于将粉末印刷在片基上，该印刷机包括一个有孔的中空辊，用于转动该辊的装置，以及一个料斗，该料斗位于辊的内部，用于容纳粉末。该有孔的中空辊带有不连续的图案的孔，用于沉积干燥的粉末。
美国专利No.5,713,275公开了一个模版印刷机，它带有一个支撑机构，用于支撑该有孔的模版，一个油墨供给机构，一个印刷纸输送机构，和一个喷出空气的装置，用于从内部将空气喷射到模版上，并使油墨通过该模版上的图像，转移到印刷纸上。
这些传统的印刷机构通常直接在织物或纸张上印刷平面图案或文字。出于各种理由，例如很容易弄脏该片基上松散的粉末等，人们相信圆柱状的辊不适合于热成像印刷的撒粉阶段。虽然热成像印刷技术在各种印刷工作中获得商业上的成功，但是现在急需改善热成像印刷产品的效率和质量。因此，希望有一种能够提供热成像印刷产品的装置，它能够高速运转并且能在产品的不同部分产生多种颜色，同时仍然能保持传统的热成像印刷技术所能实现的高质量。
本发明涉及一种热成像印刷装置，它带有一个具有至少两个辊的头部组件和至少两个盘，该辊用于输送一种片基通过该装置，该片基包含第一和第二侧面，两个边，该片基的第一面上带有一种粘附粉末的液体，其中，辊接触该片基的第二面，上述每个盘的一个边缘用于在上述辊之间输送片基，其中该盘使片基靠近该盘的边缘定位，以便在该盘和片基之间形成至少一个实质上的包含区域；一个粉末供给器，用于使粉末颗粒进入该至少一个包含区域中，该包含区域用于涂布该片基的第一面，其中一定量的进入该包含区域中的该颗粒粘附在片基上的该液体上。
在一个实施例中，该装置在头部组件中还包含一个气体供给器，指向该片基的第一面，用于从该片基上除去多余的粉末颗粒，以避免弄脏该片基上的液体或粉末颗粒。在一个优选实施例中，该头部组件的结构使得该片基可连续运动通过该装置。
在另一个实施例中，该片基的每个边靠近一个盘的对应的边缘。在另一个实施例中，该装置还包括位于上述两个盘之间的至少一个附加盘，用于将该包含区域分为至少两个单独的包含区域，以便将不同类型的粉末涂布在该片基的不同部分上。
在另一个实施例中，每个盘带有一个边缘，该边缘中包括多个孔，以便以足够的速度排出气体来阻止该片基直接接触该盘的边缘。在一个优选实施例中，该盘边缘的孔的直径为大约0.001到0.5英寸，并且彼此隔开大约0.25到3英寸。在一个更优选的实施例中，孔的直径为大约0.01英寸到0.05英寸，并且彼此隔开大约0.75到1.5英寸。在另一个优选的实施例中，该盘基本是圆形的。在一个实施例中，每个盘的直径为大约12到60英寸，厚度为大约0.25到6英寸。在一个优选实施例中，盘的直径为大约24到36英寸，厚度为大约1到3英寸。
在另一个实施例中，气体从孔中释放时的压力保持在大约15psi到120psi。在另一个实施例中，该装置还包括一个与表面上带有粉末颗粒和湿油墨的片基保持一定距离的加热机构，该加热机构可以调整，当片基速度慢下来时，可增加与片基的距离，这样可以避免点燃片基，该加热机构向该片基施加基本恒定数量的热能，以便将粉末颗粒熔化并固化在片基上。在一个优选的实施例中，该加热器包含一个距离片基大约0.1到2英寸的加热源，而片基位于粉末和该加热器之间。在另一个实施例中，该粘附粉末的液体是油墨，当片基通过该加热机构时，该油墨可被干燥。在另一个实施例中，该装置还包括至少一个进纸辊或一个复卷卷轴，进纸辊能以连续方式将纸张供入头部组件，复卷卷轴可连续接收纸张并将它们卷起来。在一个实施例中，该头部组件带有一个输入辊和一个输出辊，该输入辊相对于该输出辊与水平面成1到80度角，以避免粉末遗漏。
本发明还涉及一种热成像印刷装置，它包括用于输送一个片基的机构，该片基有第一和第二侧面，并且第一面上带有湿油墨，用于输送的机构接触片基的第二面；用于将片基定位在装置中的机构，在该机构和基片的内侧形成至少一个实质上的包含区域，该用于定位的机构不接触该片基；用于将粉末颗粒涂布在片基的第一面上的机构，它能使一定量的颗粒粘附在片基上的湿油墨上。
在一个实施例中，该用于定位的机构包括至少两个基本为圆形的盘，盘上有用于喷射气体的孔，该孔间隔开地环绕盘的圆周边缘。在另一个实施例中，该装置还包括用于从片基上除去多余的粉末颗粒的机构，以防止弄脏片基上的湿油墨或粉末颗粒。
本发明还涉及一种热成像印刷的方法，它通过沿通道输送一个具有第一和第二侧面，以及两边的连续片基，该片基的第一面上带有粘附粉末的液体；将粉末颗粒放置在片基第一面的一部分之上，使得至少部分粉末颗粒粘附在片基上的液体上；循环使用未粘附在片基第一部分上的粉末颗粒，用于涂布该片基的其它部分。
在一个实施例中，该片基沿基本为圆形的路径导引，而未粘附的粉末颗粒沿靠近该片基的路径布施，用于沉积在片基的其它部分上。在另一个实施例中，该粘附粉末的液体是油墨，而且该方法还包括在加热片基上涂布的粉末之前，从片基上除去多余的粉末颗粒的步骤。
本发明的其它特性和优点可以从下面参照
的详细描述中探知，其中图1示出该卷筒纸装置的整体图，该卷筒纸装置包括本发明的撒粉机构；图2示出该卷筒纸装置的一个透视图，该卷筒纸装置包括本发明的粉末保留盘；图3示出位于本发明的撒粉机构之上的头部组件的一个放大细部视图；图4示出从本发明的卷筒纸输送方向看去，沿着一个盘的轴所作的一个垂直面的视图；图5示出沿着本发明图4的盘的一个水平面所作的正剖图；图6示出本发明一个实施例中的一个送纸辊和复卷辊的视图，该送纸辊和复卷辊使该印刷装置连续工作。
现在公开一种适当的用于高速热成像印刷的卷筒纸装置。装置的首选应用是使热成像粉末的颗粒附着在一个连续的印刷片基上，例如一卷纸上，该纸张上按照一定的图案或印刷图像的式样带有一种粘附粉末的液体，例如油墨。该装置可方便地以连续的方式使一个湿的油墨片基上附着上粉末。而且，本发明提供一种撒粉机构，该机构可按照连续的方式，使不同颜色和不同尺寸的粉末飞快地附着在片基的各个部分。这是通过一种撒粉机构实现的，该撒粉机构包含许多盘，该盘是中空的，而且在它的圆周边缘带有孔，使片基在空气波的作用下可围绕这张盘浮动，从而在给片基撒粉的过程中，防止任何湿的油墨或粉末被弄脏。这些盘与片基配合，形成包含区，在该包含区中，一些粉末颗粒被放置在片基上的湿油墨上，该片基被连续地输送通过该撒粉机构。由于片基围绕该盘恒速地运动，粉末更容易散布在片基上的湿的油墨区域中。在该撒粉机构中，通过一个空气刀，或一阵气体与重力组合作用，可除去多余的粉末，以防止粉末被弄脏，使最终的热成像产品的质量保持一致。该撒粉机构容纳该粉末粒子，以防止它们散落，这样也有利于抑制污染周围的空气，并且更易于再循环利用粉末，将其附着在片基上。
图1表示本发明的卷筒纸装置的整体图。准备在具有两个面的片基1的一个面上进行热成像印刷，该片基1是以连续的方式供给的，例如，一卷纸或卷筒纸，在印刷机中将湿的油墨印刷在该片基的一面上(未显示)。该片基可以是任意所需的尺寸，但是宽度较好地为大约8-60英寸，更好的为大约12-48英寸，最好大约24-36英寸。该片基可以是不超过大约1/4英寸的任意厚度，但是太厚的片基库存后很难有足够的弹性能平滑地围绕撒粉机构中的盘浮动。该片基可以是足够长、能完全地围绕上述盘的圆周的单张片基。然而，最好使用具有如上所述宽度的长条片基材料，以便适合地将热成像粉末高速涂敷在片基上。虽然供给片基不是本发明最重要的方面，但是通常还是成卷的供给片基，例如卷筒纸。虽然纸是首选的片基，但是也可以使用其它任何片层材料，只要它能经受热成像过程中的热度，上述材料包括厚纸板，织物和某些塑料。
通过印刷机或其它粘附粉末的液体源(未描述)的片基1已经被印刷粘附上液体，该液体可以是任何颜色，包括透明的颜色，且该液体尚未完全干燥。该片基1进入本发明的撒粉机构4，通过头部组件5并且围绕两个或更多个粉末保留盘6运行，该粉末保留盘6位于该头部组件的下面。应该注意，在图1中描述的该撒粉机构4带有一个框架8，该框架支撑该撒粉机构4。该框架并不是本发明最重要的特征，在另外一个实施例中(未显示)，该撒粉机构4可以安装在例如两个相对的侧壁上。下面将只进一步阐明图1中所示的一个盘的区域。该撒粉机构4包括一个撒粉漏斗7，它撒下测量好的定量的粉末，当片基围绕该盘移动并且通过该撒粉机构4时，该粉末粘着在片基1上的湿油墨上。该片基沿着一个圆形轨道的方向相对于撒粉机构中的粉末循环运动。因此，未附着在该卷筒纸上的油墨上的粉末都会在该机构中循环流通，以使这些粉末可以附着在该片基的其它部分上。如上所述，进入该机构的粉末数量是经过测量的，以便正如本领域的普通技术人员所能理解的那样，在提供涂附该片基所必需的粉末数量以外再额外提供一些富裕量。
然后该片基1离开该撒粉机构4，继续通过一个加热器10，该加热器将粉末熔化在该片基1上，从而形成具有凸起效果的热成像印品。然后该片基1通过一个冷却器15，该冷却器使印品上的粉末变冷，从而使其固化并且防止其蹭脏。适当的加热和冷却方法以及装置是本领域的普通技术人员所熟知的，并且该片基1可以随后进一步经过传统的后处理操作，诸如折叠，切口，或卷起该片基等等。
图2表示该卷筒纸装置的透视图，它更清楚地描绘了该撒粉机构4中的许多粉末保留盘6。在该视图中，该片基1未示出，以便提供该盘6的清楚的视图。当有该片基时，该盘6和片基1在每对盘6之间形成实质上的包含区域12。该包含区域12中仅有的开口位于该撒粉机构的顶部，撒粉料斗7通过该开口将粉末放入包含区域12中。
该粉末料斗7可容易地从该机构中卸下并替换，以便于连续操作。在某些情况下，可以选择该粉末料斗的大小，以便向该片基提供适当数量的粉末。然而，通常是根据使用的粉末的需要设计料斗的大小，以便操作者可容易地更换。可以从一个连续的供给器中提供粉末，例如可以从一个适当的高速气流输送机构中供给粉末流，以代替上述料斗。
图3表示该撒粉机构4的头部组件20，它引导该片基1围绕进纸辊21并且靠近该撒粉机构的盘6(未显示)。在使湿的油墨朝内地绕过盘6之后，该片基1返回该头部组件并且绕过输出辊22。该辊21,22最好实质上是圆柱状的，并且驱动该辊以促使片基1运动，通过该撒粉机构4，但是，如果在该卷筒纸装置的其它地方有促使该片基运动的其他装置，则也可以不驱动该辊21,22，该辊仅用于引导该片基环绕该盘6。例如，在一个实施例中，从该片基的输出端将该卷筒纸拉过整个印刷装置，该卷筒纸最好保持相对张紧，消除卷曲的部分。一旦该片基1通过该头部组件20，离开该撒粉机构4，则通常要加热该片基，以便熔化在通过该撒粉机构4的过程中保留在湿的油墨上的该热成像粉末。该头部组件20还包含一个位于该辊21,22之间的粉末通道25，该通道可使粉末从该粉末料斗7放入该包含区域12中。
图3还描绘了一个可供选择的辊调节器23,24，该辊调节器23,24分别与该辊21,22连结，根据需要改变该辊的圆周或者位置，以便当片基通过该撒粉机构时，改变该片基1的速度，张力或位置。该片基通过该印刷机的速度可以从大约10-2000英尺/分，较好地从大约400-1500英尺/分，最好为600-1000英尺/分。用于部分环绕辊21,22的壳体29,30确定了该粉末通道25的尺寸。如图所示，该靠近辊22的壳体30包括一个气体源33，通常为压缩空气，该压缩空气被导入位于该壳体30上的一个缝隙35。通常，多余的粉末颗粒37基本上不接触湿的油墨，因此与接触并粘附在湿油墨上的粉末颗粒相比，更容易从该片基上除去。该缝隙35以“空气刀”的方式将高压气体33导入到该片基1的表面上，这有助于从湿油墨上除去多余的热成像粉末颗粒37。该空气刀的压力通常是从大约0psi到100psi，较好地是从大约1psi到80psi，最好是从大约5到50psi。该空气刀的压力取决于该片基1的速度，如较高的速度就需要较小的压力来除去多余的粉末颗粒。本领域的普通技术人员可容易地确定上述精确压力。在撒粉机构的这个位置，该片基的经过撒粉和上油墨的一侧是向下的，朝向盘。因此，地心引力也有助于高压气体33从该片基上除去多余的粉末颗粒。由于在片基1进入头部组件20之前就从该片基1上除去了多余的粉末颗粒37，因此该颗粒37停留在该撒粉机构的包含区域中，用于后续的涂附在包含湿油墨但又没有足够的粉末颗粒的片基1上。该空气刀有利地替代了传统的热成像工艺中通常需要使用的强气流吹、集尘袋、真空吸尘器或者其它机构来从该片基上除去多余的粉末颗粒。更有利的是当经过该空气刀时，该片基的运动轨道改变了方向，从而有助于从片基上除去多余的粉末。该多余的粉末返回到该包含区域，用于涂附到该片基的其它部分。
在图3描述的实施例中，一个假想的平面在水平方向通过每个辊的中心。在一个优选实施例(未显示)中，进纸辊21距下面盘的距离比输出辊22距该盘的距离大。因此，该片基1进入该进纸辊21的高度大于当它离开该输出辊22时的高度，以使该通过辊的中心的假想平面是倾斜1-80度的，在图3描述的该实施例中，距该水平面的该角度较好为大约20-70度，最好从大约30-60度。一种可仿效的放置辊21,22的方式是设置进纸辊的位置，使得通过该辊中心的该假想平面形成大约45度角。通过将该进纸辊21放置在该输出辊22之上，那些被空气刀除去的多余的粉末可方便地保留在该撒粉机构中，并且不太可能通过该头部组件20离开该撒粉机构。这增加了粉末在撒粉机构中的停留时间，这有助于改善最终热成像产品的质量。还发现当该盘的直径与该片基的速度之比为一个特定的比率时，该停留时间最长。应该理解，盘的直径与片基速度之比为任意比率时，本发明都可以顺利地实施。然而，片基的线速度为大约100英尺/分时，使用直径为大约6英寸的盘可获得最长的停留时间。因此，一个直径大约3尺的盘应该用于以600英尺/分的速度印刷的片基，这样才能获得最好的热成像印刷质量。
图4表示一个侧视图，具体地说，表示一个从该卷筒纸输纸方向看的、沿盘轴的多个粉末保留盘6中一个盘的垂直面的截面图，该粉末保留盘6用于在该撒粉机构4的许多包含区域12中容纳稀疏的粉末。该盘可以是没有锋利的角的任意形状，但是它们最好是大体上椭圆形的，卵形的或者圆形的。该盘最好是圆形的，以促使该片基在该盘边缘上平滑运动并且促使多余的粉末在其间循环。当使用圆形的盘时，使用的盘的直径为大约12-60英寸，较好地为大约18-48英寸，最好为大约24-36英寸并且宽度为大约0.15-6英寸，较好地为大约0.25-4英寸，最好为大约0.5-2英寸。该宽度应该足够大，以便在每个盘内部容纳一个通道，该通道用于沿着每个盘6的圆周边缘从孔40逸出的气体。还希望使用尽可能窄的盘，以便使粉末区域尽可能地大。
该盘组件中的包含区域较好地保持大约15psi到120psi的压力，最好为大约50psi到100psi。该压缩空气源可以只是该高压气体源33，气体从该盘的圆周边缘中的孔中流出，该液化粉末流20(当使用时)，也可以使用另一个独立的高压气体源，或它们的组合。
从图1和图2的该粉末料斗7中漏下的粉末或是被引入该机构的粉末通过图3的该头部组件20的粉末通道25漏下，并且进入该包含区域12，该片基1环绕通过该包含区域12。该片基1从每个盘6的边缘之上通过。虽然该片基1实际上可以停留在该盘6的边缘之上，但是该片基1最好还是在气体的作用下稍微脱离(不接触)该盘6地环绕通过该盘，从每个盘6的边缘排出上述气体。该片基保持离开每个盘6的边缘有利于防止弄脏该片基上的湿油墨，如果该片基上的湿油墨接触盘6就很容易被弄脏。
每个盘6的圆周边缘上带有许多孔40，以便气体从该盘6中流出，使该片基保持离开该盘6的边缘。该气流可以多种方式供给每个盘。在一个实施例中，在每个盘6内的中空区域中装设输送气体的管子，该管中容纳有连续流动的压缩气体，直到该气体从孔40中逸出。该管可从每个盘的顶部进入，例如，通过图3的头部组件向下悬挂在每个盘内的中空区域中。压缩该中空区域，使气流通过该孔40逸出。在图5描述的另一个实施例中，该管42以相同的方式将压缩气体供入每个盘，但是该管42环绕该盘的圆周边缘45的内部并且固定在该盘的内边缘45上。该管42上的孔40’的位置对应于孔40在每个盘6的边缘上的位置，正如下面要描述的，以便气流通过该管42进入每个盘6，并且直接从该管42和每个盘6中的孔40’和40中流出。这样不需要压缩盘6内的整个中空区域47，这减少或消除了空气泄漏问题，该空气泄漏问题会不利地降低气体压力。如果用易碎材料形成该盘6，其中的高压中空区域47可能会使该盘破碎。消除该中空区域的压力，可消除该盘6变形或破碎的潜在隐患。无论如何将该气体供入盘中，每个盘6的中空区域47中都可以带有一个或更多个支持体50，例如一个销子，以便从内部增加该盘6的结构完整性。
该盘6可以通过本领域的普通技术人员所知道的任何方法制成，例如通过铸造方法。该盘6也可以由一种或更多种类型材料的一或更多个片段制成。在图5描述的实施例中，该盘是由具有彼此相同外形的两个板52,53制成的，并且正如上面描述的，用于该盘。该板52,53之间可以有一个中空区域47，以允许压缩气体进入到盘6中，并且通过孔40输出，虽然在该实施例中，该管42圆周围绕该中空区域47的边缘，但是如果管47的位置合适，也可以不考虑该板52,53的大小，甚至可以完全不设置该板。该板可以由具有足够强度的任何适当的材料制成，以便保持形状基本不变，最好由一种或更多种热可塑性或弹性材料制成。该板52,53首选由一种透明材料制成，以使该机构的操作者可以更容易地监视该撒粉机构的操作，并且如果在操作期间出现任何问题时，可以进行干涉。因此，每个盘的该板52,53的更首选的材料包括丙烯酸，LEXAN，塑胶玻璃等等。LEXAN是市场上可以买到的Fairfield,CT通用电子公司的塑胶。虽然该板52,53可以彼此形成一定角度，但是这样可能会阻碍粉末沉积。因此，该板最好保持彼此基本平行。这可以通过给该板52,53加一个具有足够柔韧性的边缘55来实现，该边缘55的柔韧性足以环绕该板52,53的边框57,58。该边缘55最好与该板52,53气密地接触，以防止气体从该中空区域47中逸出，特别是当该中空区域被压缩时。在图5描述的实施例中，该边缘55中带有凹槽，该凹槽对应于该板的边框57,58，以使该边缘在边框上形成一个“帽子”，使该板52,53保持在一个基本固定的位置。该边缘55可以由任何适当的材料制成，以便在其边缘上形成孔，该材料较好地为一种或更多种热可塑性或弹性材料，最好包括聚丙烯。该片基(在图5中未显示)靠近并且在该边缘55之上通过，该边缘正如图5所描述的。当然，应该理解，可以以此处描述的或本领域的普通技术人员所知道的任何方式形成该盘6，当该片基经过该撒粉机构时，该盘6的结构可以引导片基。例如，在另外一个实施例(未显示)中，该图5的管42圆周环绕该边缘55通过，只需要一个板52(或53)，因为该管42不需要在盘6内部设置一个中空区域。在另外一个实施例(也未显示)中，该管42可以是通过例如挤出或造型整体形成的，作为该边缘55本身内部圆周设置的一个中空腔室。
参照图4，每个盘6边缘中的孔40通常隔开大约0.25到3英寸，较好地为大约0.5到2英寸，最好为大约0.75到1.5英寸，以确保释放适当数量的气体，使该片基保持离开该盘6。该逸出的气体形成一个空气膜，该空气膜使片基与该盘6的距离保持在大约0.001到0.3英寸，较好地为大约0.01到0.25英寸，最好大约0.05到0.2英寸。该孔的直径应该为大约0.001到0.5英寸，较好为0.005到0.1英寸，最好大约0.01到0.09英寸。该气体最好是空气，该气体来自一个气体源，以足够的速度从该孔40中逸出，以便将该片基1从每个盘6的边缘推开。从该孔40释放出的气压通常为大约0.001psi到150psi，较好地为大约1psi到120psi，最好为大约15psi到100psi。适当的气压取决于该片基1的纸卷的张力，该张力可由本领域的普通技术人员容易地确定。该气体方便地进入邻近的包含区域12，从而抑制该包含区域12中的疏松的粉末颗粒从该特定的包含区域12中逸出，并且防止粉末颗粒接触该片基的该特定区域12以外的其它位置。需要限制该气体的最大速度，这是为了避免(a)撕裂该片基；(b)使粉末颗粒太远离每个盘6，这样会在片基的某些区域留下空白，上述区域是接近该盘的粉末颗粒接触不到片基上的油墨的区域。适当的气体速度可以由本领域的普通技术人员容易地确定。虽然该盘可以旋转，但是它们最好是固定不动的，因为该片基在来自每个盘6边缘的气体的作用下，方便地在该盘上浮动。
可以根据需要沿该辊的长度调整该盘6的数量和每个盘之间的距离，以形成一个或多个包含区域12，该包含区域使粉末附着在片基上的湿油墨上，从而形成一个经过施粉的区域，该区域随后可以被加热，以便在该片基上形成热成像的印品。例如，可以根据该片基的宽度调整最靠近辊的每端的盘6，以使每个盘的最外边缘对应地处于该片基1的每个边缘下面。因此，至少两个盘6被用于片基1的边缘，当然如果想在该片基不同的区域涂布不同的粉末，可以沿该辊的任意位置增加更多的盘。调整盘6时的灵活性有利于在每个包含区域12中使用不同颜色或品质的粉末颗粒。图1和2的粉末料斗7可以将不同颜色以及/或者品质的粉末释放进不同的包含区域12中，而且该盘6将彻底阻止粉末移动到不同的包含区域12中。当然，应该理解，该用于热成像印刷的适当的热成像粉末可以是任意大小或品质的粉末，从小颗粒直到美国专利No.5,699,743中描述的尺寸，该美国专利在此处作为参考。该粉末也可以包括各种适当的用于热成像印刷的传统填充物，例如光闪闪的，有珍珠光彩的颜料，沙，金属颜料等等。
在离开该撒粉机构4之后，该片基1经过一个在图1中描述的加热器10。该加热器可以是传统的加热器，但是该加热器最好是可调节高度的。当该片基象上面描述的那样全速移动时，降低该加热器的高度，使它更靠近该片基，以便加大热量的传输。该片基的温度通常升高至大约200华氏度到不大于450华氏度的最大值，该温度较好地为大约250华氏度到375华氏度，最好为大约300华氏度到350华氏度，以避免点燃该片基，虽然该实际的温度将取决于粉末颗粒的类型和大小，片基的类型和速度，以及最终的热成像产品的要求高度。适当的温度可以由本领域的普通技术人员结合本文公开的内容容易地确定。当该片基以较慢的速度移动时，可以相对于该片基的速度成比例地增加该加热器的高度，以便象以更高的速度传输时那样提供相同的热量。上述高度调整也可使该加热器停留在该片基上方足够远的地方，当该片基停止时，以避免该片基被点燃。
传统的加热通常通过辐射加热该片基，使该热量通过该片基传导到片基的在油墨和粉末之下的部分。这是因为通常选择波长与该片基的吸收相匹配的能量用于加热，而该粉末和油墨通常具有不同的吸收波长。因此，最好将加热元件设置在该片基的下面，以使该粉末不会阻挡辐射。按照这种方式，热量可以更均匀地应用于整个片基，这样在试图加热并且熔化该粉末时，可以使用较少的能量并且避免该片基上的没被粉末覆盖住的部分过热。
最好使片基尽可能地靠近该加热源，这样也可以减少加热所需的能量，并且当该片基以按照本发明的教导所获得的高速通过该加热器时，可以更快地加热。因此，在一个优选的实施例中，该片基经过该加热器时直接接触一个耐热的表面，该表面形成该加热器的一部分，以减少从该加热丝或能量源到该片基的距离。在该实施例中从该片基的表面到能量源的适当的距离应该是大约0.1到2英寸，较好地是0.12到0.3英寸。然而，应该理解，这些是各种优选的实施例，而任何传统的加热机构都适用于本发明。
应该理解，在此处使用的术语“空气”和“气体”是可以互换的，而且意思是指任何适当的不与粉末、片基或撒粉机构起化学反应的气相成分。优选空气，但是如果需要，也可以使用惰性气体或它们的混合物。
虽然公开的优选实施例是使用油墨作为粘附粉末的液体，但是本领域的普通技术人员将容易地理解，也可以使用其它液体，例如粘接剂或胶，虫胶，油漆等等，唯一的限制是该液体应该足够潮湿或粘性，以使粉末粘着在液体上，而且该液体可以通过加热或干燥而被干燥或固化。
在该片基被干燥并且冷却之后，可以进行许多传统的后处理操作。图6描述的该片基是通过一个送纸辊59供给的，经过该撒粉装置4，加热器10，和冷却器15，使该最终产品片基1返回，并被缠绕在一个复卷卷轴60上，该卷轴也被称为重绕辊，以便在通过该冷却器15之后立即形成一个连续的最终产品卷筒。也可以在该片基1离开该冷却器15之后，执行多种未描述的附加处理，例如将卷筒纸切为不连续的单页纸，然后将该单页纸集中堆积或将它们展开，而不是将它们卷在一个复卷卷轴60上。如果需要，可将该单页纸折叠，如果有必要，还可以在收集之前自动分页。简而言之，任何照惯例用于印刷或热成像印刷的片基处理操作都可以与本发明结合，以获得高速热成像印品。处理卷筒纸领域的普通技术人员都知道所有这些操作，因此不需要在此处进一步说明。
该术语“连续”是指将粉末涂布在一卷片基的整个长度上，有其它已知技术，例如通过叠接以及/或者使用积聚机构使这样的纸卷“飞速运行”，因此可以实现完全连续的过程。正如图6描述的，照惯例可以设置多个辊和片基卷来实现上述效果，用一个片基输送辊将片基供入该印刷装置，一个重绕辊用于在对片基进行热成像印刷之后接收片基，并将片基重新卷起来。在图6描述的实施例中，动力辊64,65驱动该重绕辊运动，以便拉着该片基卷1通过整个装置。连续印刷是印刷行业的普通技术人员所熟知的。
应该承认和理解，本发明不限于本文中图示和描述过的精确结构，例如，很明显，各种适当的设置和材料都适用于本发明详细描述的装置。例如，粉末是以粉末流的形式被引入的，它可以被导入盘的一侧而不是顶部，因为它不是靠重力输送的。相应地，根据本文公开的内容，本领域的普通技术人员所作的各种适宜的修改都将被含盖在本权利要求的精神和范围内。
权利要求
1．一种热成像印刷装置，包含一个头部组件，带有至少两个辊，该辊用于输送一种片基通过该装置，该片基包含第一和第二侧面，两个边，该片基的第一面上带有一种粘附粉末的液体，其中，辊接触该片基的第二面；至少两个盘，每个盘的一个边缘用于在上述辊之间输送片基，其中该盘使片基靠近该盘的边缘定位，以便在该盘和片基之间形成至少一个实质上的包含区域；以及一个粉末供给器，用于将粉末颗粒供入该至少一个包含区域中，该包含区域用于涂布该片基的第一面，其中一定量的进入该包含区域中的颗粒粘附在片基上的该液体上。
2．一种如权利要求1所述的装置，其特征在于，在该头部组件中还包含一个气体供给器，它指向该片基的第一面，用于从该片基上除去多余的粉末颗粒，以避免弄脏该片基上的液体或粉末颗粒。
3．一种如权利要求1所述的装置，其特征在于，该头部组件的结构使得该片基可连续运动通过该装置。
4．一种如权利要求1所述的装置，其特征在于，该片基的每个边靠近一个盘相对应的边缘。
5．一种如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括至少一个位于上述两个盘之间的一个附加盘，用于将该包含区域分为至少两个单独的包含区域，以便将不同类型的粉末涂布在该片基的不同部分上。
6．一种如权利要求1所述的装置，其特征在于，每个盘带有一个边缘，该边缘中包括多个孔，以便以足够的速度排出气体来阻止该片基与该盘的边缘直接接触。
7．一种如权利要求6所述的装置，其特征在于，该盘边缘的孔的直径为大约0.001到0.5英寸，并且彼此隔开大约0.25到3英寸。
8．一种如权利要求7所述的装置，其特征在于，孔的直径为大约0.01英寸到0.05英寸，并且彼此隔开大约0.75到1.5英寸。
9．一种如权利要求6所述的装置，其特征在于，该盘基本是圆形的。
10．一种如权利要求9所述的装置，其特征在于，每个盘的直径为大约12到60英寸，厚度为大约0.25到6英寸。
11．一种如权利要求9所述的装置，其特征在于，每个盘的直径为大约24到36英寸，厚度为大约1到3英寸。
12．一种如权利要求6所述的装置，其特征在于，气体从孔中释放时的压力保持在大约15psi到120psi。
13．一种如权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置还包括一个与表面上带有粉末颗粒和湿油墨的片基保持一定距离的加热机构，该加热机构可以调整，当片基速度慢下来时，可增加与片基的距离，这样可以避免点燃片基，该加热机构向该片基施加基本恒定数量的热能，以便将粉末颗粒熔化并固化在片基上。
14．一种如权利要求13所述的装置，其特征在于，该加热器包含一个距离片基大约0.1到2英寸的加热源，而片基位于粉末和该加热器之间。
15．一种如权利要求13所述的装置，其特征在于，该粘附粉末的液体是油墨，当片基通过该加热机构时，该油墨可被干燥。
16．一种如权利要求1所述的装置，其特征在于，该头部组件带有一个输入辊和一个输出辊，该输入辊相对于该输出辊在水平面之上成1到80度角，以避免粉末遗漏。
17．一种如权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置还包括至少一个进纸辊或一个复卷辊，进纸辊能以连续方式将纸张供入头部组件，复卷辊可连续接收纸张并将它们卷起来。
18．一种热成像印刷装置，它包括用于输送一个片基的机构，该片基有第一和第二侧面，并且第一面上带有湿油墨，用于输送的机构接触片基的第二面；用于将片基定位在该装置中的机构，在该定位机构与该片基内侧形成至少一个实质上的包含区域，该用于定位的机构不接触该片基；用于将粉末颗粒涂布在片基的第一面上的机构，它能使一定量的颗粒粘附在片基上的湿油墨上。
19．一种如权利要求18所述的装置，其特征在于，该用于定位的机构包括至少两个基本为圆形的盘，盘上有用于喷射气体的孔，该孔间隔开地环绕盘的圆周边缘。
20．一种如权利要求18所述的装置，其特征在于，该装置还包括用于从片基上除去多余的粉末颗粒的机构，以防止弄脏片基上的湿油墨或粉末颗粒。
21．一种热成像印刷的方法，它包括沿通道输送一个具有第一和第二侧面以及两边的连续片基，该片基的第一面上带有粘附粉末的液体；将粉末颗粒放置在片基第一面的至少一部分上，使得至少部分粉末颗粒粘附在片基上的液体上；循环使用未粘附在片基第一部分上的粉末颗粒，用于涂布该片基的其它部分。
22．一种如权利要求21所述的方法，其特征在于，该片基沿基本为圆形的路径导引，而未粘附的粉末颗粒靠近该片基的路径布施，用于沉积在片基的其它部分上。
23．一种如权利要求21所述的方法，其特征在于，该粘附粉末的液体是油墨，而且该方法还包括在加热片基上涂布的粉末之前，从片基上除去多余的粉末颗粒的步骤。
全文摘要
本发明公开了一种热成像的印刷装置和用于热成像印刷的方法,包括一个至少带有两个用于输送片基(1)的辊的头组件(5);至少两个盘(6);及一个供粉器(7),所述片基(1)有第一和第二两面、两个边,在该片基通过所述印刷装置时,其第一面上带有粘附粉末的液体,所述辊接触该片基的第二面,上述每个盘(6)的一边用于在每个辊和盘之间输送片基,其中该盘将片基定位在盘的侧边旁,以便在盘和片基中间形成至少一个实质上的容纳区域(12),所述供粉器(7)将粉末颗粒供入至少一个容纳区域中,用于涂附在片基的第一面上,从而使供入该容纳区域的一定量颗粒粘附在片基上的粘附粉末的液体上。
文档编号B41M7/00GK1308563SQ99808454
公开日2001年8月15日 申请日期1999年5月17日 优先权日1998年5月18日
发明者A·F·乌尔戈拉, M·G·雷诺 申请人:福斯特温度记录器供应公司