CN101987530A - 用于相变喷墨打印的辊 - Google Patents

Abstract

一种用于将相变墨转印至基材上的打印机，所述打印机包括：用于沿着穿过所述打印机器的路径传送所述基材的器件；打印站，其包括沿着所述路径设置的多个打印头，所述打印头构造成当所述基材被沿着所述路径传送时，将相变固体墨转印到所述基材上；多个金属背衬辊，其面向所述多个打印头，并且设置成对穿过所述背衬辊和所述打印头之间的基材进行支撑，以及散步器站，所述散步器站接收来自所述打印站的基材，并且构造成将相变固体墨散步在所述基材上，所述散步器站包括散步器辊以及与所述散步器辊对置的金属压力辊。每个非润滑金属辊都包括表面覆层，所述表面覆层是疏油的，并且对于固体墨图像具有低的粘附力，但是具有足够的侧摩擦，从而不会相对所述墨或纸卷打滑。

Description

用于相变喷墨打印的辊

技术领域

本发明涉及喷墨打印，具体涉及在基本上连续的卷(web)上进行的相变喷墨打印。

背景技术

喷墨打印涉及将墨滴从打印头中的孔口喷射到接收表面上以形成图像。所述图像由通常称为像素的潜在墨滴位置的格栅状图案组成。喷墨打印系统通常采用直接打印或胶印技术。在典型的直接打印系统中，墨从打印头中的喷口直接喷射到最终接收卷上。在胶印系统中，图像在中间转印表面上形成，然后被转印到最终接收卷上。所述中间转印表面的形式可以是施加至诸如鼓的支撑表面上的液体层。所述打印头将墨喷到中间转印表面上以便在其上形成墨图像。一旦所述墨图像被完全沉积而成，然后就使最终接收卷接触所述中间转印表面，并且所述墨图像被转印至所述最终接收卷。

转让给本申请的受让人的美国专利第5,389,958号是采用相变喷墨技术的非直接打印或胶印技术的例子。所述墨以熔融形式(已经从其固体形式熔融)施加至中间转印表面。随着鼓连续旋转，通过冷却到柔顺固体中间状态，墨图像在液体中间转印表面上固化。当所述成像操作已经完成时，转印辊被移动至与所述鼓接触以在所述辊和所述中间转印表面/鼓的弯曲表面之间形成加压转印压合(nip)。然后诸如介质片材的最终接收卷被给送到所述转印压合之内，然后所述墨图像被转印至所述最终接收卷。

直接至片材式打印机的一个实施例在图1中示出。在该打印机中，基本上连续的卷W或“基材”(诸如纸、塑料或其它可打印材料)由诸如辊的一系列输送器件输送而经过一个路径。所述路径包括将所述卷加热至初始的预定温度的预加热器12。所述卷W由所述器件输送而经过包括一系列打印头14(其构造成将一个基色的相变墨直接置于运动的卷上)的打印站10。

到达卷上的墨是固态的“相变墨”——这意味着所述墨在室温下基本上是固态的，而在最初喷到卷W上时基本上是液态的。普通的相变或固体墨通常被加热至大约100摄氏度至140摄氏度，从而在被喷到卷上时处于液态。总体上说，一旦撞击卷W，液态墨便快速冷却。

与各打印头相关的是背衬构件(backing member)16，背衬构件16通常是杆或辊的形式，其与位于卷W的另一侧上并且对卷W进行支撑的打印头14基本上对置地设置。每个背衬构件16能够被加热和控制(与所述预加热器组合)，以使所述卷的临近部分达到预定的“墨接收”温度，该温度例如是大约40摄氏度至大约70摄氏度。所述相变的或熔融的固体墨以通常显著高于所述接收卷温度的温度(通常在大约100摄氏度至140摄氏度的范围内)喷射，从而在一些情况下，通过在打印站中使用位于所述卷后方的空气风机或风扇，来进一步控制所述卷的温度。

在打印站之后，所述卷在一系列张紧辊的作用下沿着一路径被输送，在所述张紧辊之后有一个或多个“中间加热器”18。在卷上的墨被传送经过后续的“散步器”器件20时，所述中间加热器将置于卷上的墨加热至适于所需特性的温度。散步器器件20将预定的压力以及在一些情况下将热量施加至所述卷，以通过压力将所述卷上的基本上为隔离滴的墨扩散而形成连续层。所述散步器通常包括对置的辊——诸如图像侧的辊22和压力辊24。在一个实际的实施例中，所述两个辊之间的压合压力设置在大约500至大约2000psi lbs/侧的范围内。较低的压合压力产生较小的线散步，而较高的压合压力会缩短辊的使用寿命。

所述散步器还可以包括与图像侧的辊相关联的清洁/润滑站26，所述清洁/润滑站适于清洁所述辊的表面以及/或者将一层润滑剂或其它材料施加至所述辊的表面。这种站26对散步辊的表面涂覆诸如粘度为大约10-200厘泊的氨基硅油(amino silicone oil)的润滑剂。在所述散步器之后，一些打印机包括“光泽机”，光泽机的功能是改变所述图像的光泽或者压出所需的表面纹理。在一些允许双面打印的机器中，转向辊28可以设置在中间加热器和散步器之间，以及位于打印路径的开始处。在一些打印机中，设置二十四个背衬辊16以及两个转向辊28。

在典型的直接打印机器中，压力辊24由硬度为大约50D至大约65D、弹性模量为大约65MPa至大约115MPa的相对较软的材料形成。与之相反，对置的图像侧的辊22(其与所述卷的带有墨的一侧接触)通常由诸如金属的相对较硬的材料形成。在一些实施例中，辊22由阳极氧化铝形成。类似地，背衬辊16以及转向辊28由相同的材料(即阳极氧化铝)形成。

根据其在打印路径中所处的位置以及所述打印处理是单面的还是双面的，每个所述阳极氧化铝辊与散步的和未散步的固体墨图像接触。期望的是，在任何打印机器中使得从基材或卷转印到辊的墨最小化。在如上所述的打印机技术中，当墨图像和铝辊之间的粘附力大于墨图像自身内的结合力时，将出现墨转印到所述辊的情况。使得墨转印最小化的一种方法是将辊维持在相对较低的温度(在大约30摄氏度左右)。由于墨本身的温度大大高于该理想温度，所以需要冷却风扇来在打印站处降低所述卷和墨的温度。然后，在所述散步器处所述卷和墨的温度必须增加到大约60摄氏度，用于最佳地将所述墨散步到所述卷上。结果是处理过程具有窄的工作范围，从而就具有低的能量效率。

发明内容

因此，需要一种辊构造，此种辊构造可以在优化打印过程和所述过程的能量效率的条件下降低墨转印到所述辊上的风险。还需要呈现小的吸引力或者对于固体墨图像具有小的粘力的低粘附力覆层。

根据一个方面，一种打印设备包括多个与基材上的墨图像接触的辊，所述辊的表面包括对于所述固体墨图像呈现很小的粘附力的覆层。

一种用于将相变墨转印至基材上的打印机器或打印机包括：用于沿着一个穿过所述打印机器的路径输送所述基材的器件；打印站，其包括多个打印头，所述打印头沿着所述路径设置并构造成在所述基材被沿着所述路径输送时将相变固体墨转印至所述基材上；以及多个金属背衬辊，所述金属背衬辊面向所述多个打印头并设置成对经过所述背衬辊和所述打印头之间的基材进行支撑。每个背衬辊包括对于所述固体墨呈现很小的粘附力的覆层。在一些实施例中，所述覆层还是疏油的，以及优选地是超级疏油的。在一些实施例中，所述覆层具有低于30度的十六烷滑动角。在其他实施例中，所述覆层对于固体墨具有小于30度的滑动角。所述覆层的厚度可为10至100微米。

所述打印机可进一步包括散步器站，所述散步器站接收来自所述打印站的所述基材，并构造成将所述相变固体墨散步在所述基材上。所述散步器站包括散步器辊和与所述散步器辊对置设置的金属压力辊。所述压力辊可包括低粘附力的覆层、疏油的覆层或者超级疏油的覆层。

在一些实施例中，所述打印机的输送器件构造成输送用于双面打印的所述基材。从而所述器件包括至少一个金属转向辊，其中所述转向辊可包括低粘附力的覆层、疏油的覆层或超级疏油的覆层。

附图说明

图1是结合有文中所述的覆层的打印机的示意图。

具体实施例

文中的用语“打印机”包括诸如数字复印机或打印机的执行打印功能的任何设备。尽管本发明的公开内容专注于相变喷墨应用情况，但是可以设想采用其他打印技术——只要承载墨图像的基材以接触方式经过压力器件或引导器件。在文中所述压力器件或引导器件已经作为辊来描述，但是也可以设想采用其它构造——其中有表面接触基材上的墨图像。在图1所示的实施例中，压力器件或引导器件包括背衬辊16、图像侧的辊22以及转向辊28。设想这些辊是打印机内的非润滑(non-oiled)辊。

对于特定墨材料和特定压力器件而言，墨转印的风险的一个度量涉及墨材料和表面之间的粘附力。滑动角是液滴在支持表面倾斜时将开始滑动的倾斜角度。滑动角能够用于测量所述液滴和所述表面之间的粘附力。滑动角越小，粘附力越低。当液滴强力粘附至所述表面时，直至达到90度的倾斜角，所述液滴也不会滑动。

滑动角的引申(corollary)是接触角，接触角是液体/蒸汽界面遇到固体表面的角度。对于完全潮湿的表面，接触角是0度，意味着液体完全散步在所述表面上。相反地，完全干燥的表面的接触角为180度，意味着液体以球形液滴的形式支撑在所述表面上。

对于上述压力器件的铝表面来说，水的接触角在50度至68度的范围内，十六烷的接触角在大约4度至6度的范围内，相变墨(在大约105摄氏度下测量)的接触角在大约1.6度至4.2度的范围内。液滴或熔融的墨不滑动，但是在倾斜时流动，表示铝鼓表面上的墨的厚度。对于这些铝器件，低的墨接触角和厚度表示所述铝表面不足以避免上述墨转印问题。墨转印的风险要求在整个喷墨过程中以及在散步器20之前进行严格的温度控制，以增加墨的内聚性。这样，如同上面所解释的，打印出的图像必须维持在大约30摄氏度的温度，以使墨转印最小化(而不是消除)。

在一个适用于有机固体相变喷墨的实施例中，将低粘附力的覆层施加至所述打印机的压力器件或引导器件。特别地，将所述覆层施加至所述打印机的非润滑辊(包括背衬辊16和转向辊28)。在一些实施例中，可以将所述覆层施加至散步器站20的压力辊24。所述覆层对于固体墨图像呈现低的粘附能力，但是呈现足够的侧摩擦能力，使得不会相对所述墨或纸卷打滑。

如文中所述，低粘附力覆层显著地降低转印的风险，甚至在较高的工作温度下也是如此。结果，整个打印过程能够以散步器站20处所需的较高温度进行。在上述的系统中，中间加热器18将卷W的温度增加至大约60摄氏度，以允许墨通过散步器辊22以及压力辊22散步。这样，采用文中所公开的低粘附力覆层，卷W能够在穿过打印站10的整个路径中被维持在该60摄氏度的温度下。此外，不需要如同现有技术中那样来严格控制所述处理期间的温度。在一些系统中，能够省去中间加热器以及空气循环器件，这减小了打印机的整体能量要求。这种在温度控制方面的增加的灵活性还可以允许使用不被加热的背衬辊16，单独由预热器来建立所述卷的温度。从而，在一些实施例中，所述卷W可以被预先加热至100摄氏度的温度，使得在沿着所述打印路径所述卷的温度下降，在散步器站20处达到所需的60摄氏度的温度。

文中所公开的低粘附力覆层在用在打印机中时呈现适当的耐磨特性，以避免打印机的旋转辊上的过度磨损。适当的覆层能够通过在溶液中将二异氰酸酯(diisocyanate)与羟基功能聚酯在存在硅聚硅醚(polysiloxane)添加剂以及任选的氟联(fluorolink)交联剂情况下交联而得到。在一个实施例中，这些成分被调配成聚氨酯涂覆溶液并且被施加至铝鼓的表面上。用于施加所述覆层的适当技术包括喷溅、流动和浸渍。在所述覆层在加热炉中固化之后可以得到透明的薄膜。

能够通过将作为成分1的端羟基丙烯酸脂酯(hydroxyl-terminated polyacrylate)(来自拜耳材料科学的Desmophen A870)以及作为成分2的六亚甲基二异氰酸酯(Hexamethylene diisocyanate)(来自拜耳材料科学的的Desmodur N-3300A)混合在乙酸丁酯(n-butyl acetate)中而制备文中所公开的覆层的特定实施例。在商品名SilcleanTM 3700下获得的聚硅醚添加剂(来自BYK的羟基功能硅改性聚丙烯酸酯(hydroxyl functional silicone modified polyacrylate))被以不同的量(通常相对于主聚合物的重量比为2％-10％)添加。在涂覆以及在135摄氏度的温度下干燥30-60分钟之后，能够获得文中所公开的低粘附力覆层。可选地，氟交联剂(fluoro cross-linker)(称为Fluorolink，特别是来自苏威苏莱克斯(Solvay Solexis)的Fluorolink-D)能够以0.01％至5％的量被添加至覆层溶液，以增加最终覆层的接触角。

下表总结了所述数据。

上表中对于PTFE TEFLON(一种已知的低表面能量材料)的数据被用于对比。尽管PTFE TEFLON具有相当高的接触角，但是滑动角相当大，意味着其不是用于固体喷墨打印机器内铝鼓的适当覆层。实际上，在相同情况下PTFE TEFLON层对于固体墨的接触角和滑动角是大约0至63度和90度，这表明固体墨将粘附至该表面上。

在特定的示例中，发现固体墨在一些膜上的接触角和滑动角分别在50度至80度和10度至50度的范围内(在105摄氏度的温度下)，这表明固体墨对于这些覆层具有低的粘附力。从而这些数据表明上述的覆层是疏油的。在一些实施例中，覆层是超级疏油的。

文中所公开的低粘附力覆层可以用任何适当的技术(包括喷溅、浸渍、流动涂覆或刮涂(draw down))施加至所述压力器件。在一些实施例中，所述覆层以10至100微米的厚度施加。

在一些实施例中，所述覆层可以是超级疏油的。可以设想到的是超级疏油的覆层会需要采用更特殊的技术施加至上述辊上。

权利要求(原始提交的或者可能被修改的)覆盖了文中所公开的实施例和教导的各种变例、替代、修改、改进、等同方案或实质等同方案，包括那些当前没有预见或想到的，以及例如可能从其它方面得到的。

Claims (8)

1.一种用于将相变墨转印至基材上的打印机器，包括：

a)用于沿着穿过所述打印机器的路径传送所述基材的器件；

b)打印站，其包括沿着所述路径设置的多个打印头，所述打印头构造成当所述基材被沿着所述路径传送时，将相变固体墨转印到所述基材上；以及

c)多个金属背衬辊，其面向所述多个打印头，并且设置成对穿过所述背衬辊和所述打印头之间的基材进行支撑，每个所述背衬辊都包括表面覆层，所述表面覆层对固体墨具有低的粘附力。

2.如权利要求1所述的打印机器，其中，所述覆层是疏油的。

3.如权利要求1所述的打印机器，进一步包括散步器站，所述散步器站接收来自所述打印站的基材，并且构造成将相变固体墨散步在所述基材上，所述散步器站包括散步器辊以及与所述散步器辊对置的金属压力辊，并且构造成向穿过其间的基材施加压合力，所述压力辊包括所述低粘附力覆层。

4.如权利要求3所述的打印机器，其中所述覆层是疏油的。

5.如权利要求1所述的打印机器，其中所述覆层是超级疏油的。

6.如权利要求1所述的打印机器，其中所述覆层的厚度为10至100微米。

7.如权利要求1所述的打印机器，其中所述低粘附力覆层相对于十六烷的滑动角小于30度。

8.如权利要求1所述的打印机器，其中：

所述用于传送的器件构造成传送用于双面打印的所述基材，所述器件包括至少一个金属转向辊，所述转向辊包括相对于十六烷的滑动角小于30度的所述低粘附力覆层。

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