CN102317872A - 用于将记录材料定影在介质上的方法和装置 - Google Patents

Abstract

在用于将记录材料定影在介质上的方法中，定影元件在接近于定影压印区并在定影压印区上游处被辐射。因此，所提供的热量具有非常少的时间穿透定影元件，因而保持在定影元件的表面处。因此，定影元件不需要被彻底加热，这种彻底加热可需要大量时间。因此，在本方法中，可按需提供热量，从而提供能量高效的定影方法。

Description

用于将记录材料定影在介质上的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于将如墨粉或墨水之类的记录材料定影在如纸等之类的记录介质上的方法和装置。

背景技术

为了将记录材料定影在介质上，已知几种方法。通常，用热量来加热记录材料和介质，使得记录材料软化，使记录材料能变得附着于介质。为提供热量，通过合适的设备（例如灯）产生热辐射是公知的。进一步地，为了将灯产生的热辐射同样地提供到记录材料和介质，采用反射器组件是已知的。一个示例的反射器组件从法国专利FR1.492.748中已知。

在上述专利中公开的一个实施例中，反射器组件包括优选是椭圆形的两个曲线反射器区段。两个椭圆形反射器区段具有两个基本重合的焦点，辐射源放置于该焦点处。两个反射器区段的第二焦点（FR1.492.748的图7中的f2和f2'）位于一平面中，彼此空间隔开。辐射被朝第一椭圆形反射器区段的第二焦点（f2）和第二椭圆形反射器区段的第二焦点（f2'）聚焦，由此在下面的表面上提供包括两个“热点”的温度升高的区域。

具体地，该现有技术的加热表面的方法导致不仅加热该表面，还加热该表面下的材料，因为用足够的时间来提供热量以穿透该表面和下面的材料。因而，需要相对大量的热以在该表面上获得所需的升温。进一步地，用于加热的现有技术组件需要加热位置附近相对大的空间，例如，用于加热被传送通过该被加热区域的图像接收介质，例如一张纸。因而，这种组件显著限制了结合这种加热组件的任何设备的设计选择。

在其它已知方法中，采用热量和压力的组合进行定影。在这种已知的定影方法中，由定影压印区（nip）提供压力，并用形成压印区的任何元件提供热量。这种定影组件在例如EP 1927901 A1中说明，其中，加热器设置在定影辊内部，其因此在内表面上被提供热量以加热定影辊，使得外表面的温度变得足够高以定影记录材料。

定影压印区的至少一个元件的这种加热要求相对大量的能量。由于温度需要与例如正常室温相比相对高，需要相当长的时间以加热这种元件，并且为了保持短的用户等待时间，需要将被加热的定影元件保持在所需的、升高的定影温度。进一步地，这种元件可具有相对大的质量，需要相对大量的能量以将该元件的整个质量加热到定影温度，或至少加热到接近定影温度的温度。

发明内容

本发明的一个目标是提供一种需要相对少量能量的定影方法，以及采用这种方法的装置。

该目标通过根据权利要求1的方法实现，其中，所述方法包括：产生热辐射，并将该热辐射提供在定影元件接近定影压印区并在定影压印区上游的表面上，以将所述表面加热到定影温度。注意热量被提供在定影压印区中与记录介质材料和介质接触的表面上，以将记录材料定影到介质上。从下文起，该表面可被称作定影表面。通过将该介质和该记录材料传输通过所述定影压印区而将该记录材料定影在介质上，在压印区中定影表面提供所需热量。

在一个实施例中，所述方法包括将记录材料（例如墨粉或墨水）转印到定影元件的定影表面，同时定影元件的定影表面具有转印温度。 定影元件将记录介质传输到定影压印区。在定影压印区中，记录材料与介质相遇并因为定影表面上的热量及因为压力，记录材料被定影到介质上。

在另一个实施例中，记录材料被转印到介质。然后，携带记录材料的介质被传输到定影压印区。刚好在定影压印区上游，定影元件的定影表面被加热，所提供的热量被定影元件传输到定影压印区，在定影压印区中，热量和压力使记录材料定影在介质上。

在根据本发明的方法中，在记录材料和介质到达定影压印区之前不久将定影所需的热量提供到定影元件。这样，提供到定影元件的热量只有短暂时间穿透定影元件，从而在到达定影压印区之前只能穿透定影元件的薄的表面层。在定影压印区中，由于热量已提供在定影表面上，在该表面上已经有可用的热量以便定影记录材料。因此，热量不再进一步传输到定影元件内，并且只有定影所需的热量需要被提供到定影元件。结果，只需要很少热量，因为对于加热定影元件的质量而言基本没有热量损失，并且基本上没有热量损失到周围环境。

在该方法的一个实施例中，热辐射被聚焦在定影元件的表面处。因此，所产生热量的相对大的量可被提供到接近定影压印区的定影元件，限制了热损失。

在上述实施例之一中，在上述步骤之前，该方法包括以下步骤：将记录材料转印到定影元件的定影表面，定影元件的该表面具有转印温度；以及定影元件将记录材料传输到定影压印区。为了将记录材料（例如墨粉）转印到定影元件（例如定影辊或定影带），定影元件的温度需要比定影温度相对低。由于根据本发明的方法提供这样的优点：定影元件仅在其紧接定影压印区之前的表面处被加热，定影元件的该表面的温度在定影后相对快速地到达这种相对低的（转印）温度。

本发明还提供根据权利要求3的装置，所述装置采用根据本发明的方法。在该装置的一个实施例中，加热设备包括反射器组件。反射器组件具有剖面，该剖面包括：

-具有第一焦点和第二焦点的第一椭圆形反射器区段；

-具有第三焦点和第四焦点的第二椭圆形反射器区段；以及

-第三反射器区段，其布置为反射首先由第二反射器区段反射的辐射的一部分，

其中，第一、第二和第三反射器区段布置成使得第一焦点和第三焦点基本重合，并使得第三反射器区段将第四焦点大致朝第二焦点镜像，并使得第二焦点和第四焦点的镜像大致位于定影元件接近定影压印区并在定影压印区上游的表面上。

加热设备的反射器组件以这样的方式反射辐射，使得表面的狭窄区域可被以有效的方式辐射。该反射器组件紧凑，并且加热设备的较大的元件（例如热辐射产生元件）可布置在与待加热的表面的区域相隔一段距离的位置。由于反射器组件能将热反射在表面的狭窄区域内，该表面被高效地加热，使得大致只有该表面被加热，并在表面下面的材料中较少损失能量。

注意，为了使得狭窄区域被加热，待加热表面应被布置在第二焦点中，这是因为大多数辐射集中在第二焦点中。但是，如果应当加热较大的区域，则由于热辐射从第二焦点发散，如本领域技术人员所理解的那样，该表面可布置在离第二焦点一段距离处。

进一步地，所构想的是，第三反射器区段不将第四焦点精确地镜像到第二焦点上，使得首先被第二反射器区段反射的辐射被大致朝第二焦点导向，但不聚焦在第二焦点中。在这种实施例中，被第一反射器区段反射的辐射聚焦在第二焦点中，而首先被第二反射器区段反射的辐射在第二焦点周围提供相对小的、但仍比聚焦时更大的区域。这样，可提供具有热点的相对小的加热区域。

在一个实施例中，第三反射器区段是平面形反射器区段。发明人已发现这是一种合适且成本效率高的实施例。但是，已注意到，根据应用和需要，也可采用其它形状的第三反射器区段。

在一个实施例中，加热设备在第一方向上从第一端部延伸到第二端部，并且加热设备包括至少一个另外的辐射源，该至少一个另外的辐射源布置在第一和第二端部之一处。当启动加热过程时，这种实施例可能是有利的。启动期间，热辐射产生元件的端部倾向于比热辐射产生元件的中部升温更慢。至少一个另外的辐射源对此进行补偿，导致下面的表面被更均匀地加热，因而导致下面的表面的被加热区域获得更均匀的温度曲线。

注意，当另外的辐射源位于反射器组件内，使得从另外的辐射源延伸到定影元件表面的辐射路线的有效长度大致等于从热辐射产生元件（例如第一辐射源）延伸到定影元件表面的辐射路线的有效长度时，获得良好的结果，即获得了定影元件从第一端部到第二端部的均匀温度。这一路线由在反射器组件上的反射确定，因此另外的辐射源优选地布置成使得大量辐射在不多于两次反射的情况下到达定影元件的表面。本领域技术人员易于理解根据该优选布置怎样以及在哪里布置另外的辐射源。

在一个实施例中，本装置构造成使得从定影压印区延伸到在定影元件上第二焦点和第四焦点镜像的位置的圆弧小于70度，优选地小于65度，更优选地小于60度，甚至更优选地小于55度。因而该装置能有效地加热定影元件表面的、非常接近于定影压印区的、需要热量的狭窄区域。

附图说明

现在将参照附图更详细地说明本发明，附图示出了非限制性实施例并且其中：

图1A和1B示意性示出用在根据本发明的装置中的反射器组件的第一实施例；

图2A和2B示意性示出用在根据本发明的装置中的反射器组件的第二实施例；

图3示出根据本发明的装置的剖面的示意图；

图4示出根据本发明实施例的定影元件的表面上的示例轴向功率分布；以及

图5示出被加热表面上的示例空间辐射功率分布。

具体实施方式

在附图中，相同的附图标记指的是相同的元件。首先说明用在根据本发明的装置中的反射器组件的两个示例性实施例。注意，该反射器组件也可应用在其它任何类型的加热设备中，即，不用于根据本发明的定影方法的加热设备。

图1A示出包括第一反射器区段1A、第二反射器区段2A和第三反射器区段3A的反射器组件的剖面。

第一反射器区段1A是椭圆形的，并可被认为是第一虚拟椭圆1B的一部分，第一虚拟椭圆1B具有第一焦点4和第二焦点6。第一焦点4和第二焦点之间的距离从下文起被称为第一椭圆轴线，并由附图标记1C指示，第一焦点4与第一虚拟椭圆1A之间最短的距离被用附图标记1D表示。如本领域技术人员易于理解的，这两个距离1C、1D限定了第一虚拟椭圆1A的形状和尺寸。

第二反射器区段2A是椭圆形的，并可被认为是第二虚拟椭圆2B的一部分，第二虚拟椭圆2B具有与第一焦点4重合的第三焦点以及第四焦点10。第三焦点（即第一焦点4）和第四焦点之间的距离从下文起被称为第二椭圆轴线，并由附图标记2C指示，第一焦点4与第二虚拟椭圆2A之间最短的距离被用附图标记1D表示。这两个距离2C、1D限定第二虚拟椭圆2A的形状和尺寸。第一和第二椭圆轴线1C和2C被布置为成角度β。

另外，图1A示出虚拟线3B，其表示通过并平行于第三反射器区段3A的线。第三反射器区段3A布置成使得第四焦点10被朝第二焦点6镜像（在本实施例中基本上被镜像到第二焦点6上）。

现参照图1B，示出图1A的反射器组件，说明反射器组件的操作。考虑到从椭圆的第一焦点出发的任何辐射束都会到达所述椭圆的第二焦点，示出两个辐射束11A、12A。这些束11A、12A可由布置在该反射器组件的第一焦点4内的任何合适的辐射源产生。第一束11A在第一反射器区段1A处反射，由此被反射到第二焦点6，如由被反射束11B所示。第二束12A在第二反射器区段2A处反射并被朝第四焦点10引导，如由被反射束12B和虚拟的被反射束12C'所示。但是，在入射在第三反射器区段3A上时，该束则被朝第二焦点6反射。这样，在第一焦点4发出的辐射的相对大部分经第一反射器区段或经第二和第三反射器区段被反射并聚焦在第二焦点6内。

在一个示范实施例中，第一椭圆轴线1C的长度是大约32，第二椭圆轴线2C的长度是大约44，第一焦点4与第一和第二虚拟椭圆1A、2A之间的距离1D是大约6，并且角度β是大约22,6o。注意，以上所指长度是任意单位，只是示出每个所示长度的相对尺寸。

图2A示出合适的反射器组件的另一实施例的剖面的示意图。该反射器组件包括：具有第一焦点4和第二焦点6的第一椭圆形反射器区段1；具有与第一焦点4基本重合的第三焦点和第四焦点10的第二椭圆形反射器区段2；以及第三反射器区段3。第一、第二和第三反射器区段布置成使得第三焦点与第一焦点4基本重合，并使得第三反射器区段3反射首先被第二椭圆形反射器区段2反射的辐射8的一部分，并使得第三反射器区段3生成第四焦点10的镜像。第四焦点10的镜像与第二焦点6基本重合。在该具体实施例中，第三反射器区段是平面反射器区段。但是，只要第三反射器区段3将首先由第二反射器区段2反射的辐射基本朝第二焦点6反射，第三反射器区段3可为任意形状。

图2B示出具有如图2A所示的剖面的反射器组件的实施例。所示实施例是提供焦线的伸长的反射器组件。在另一个实施例中，反射器组件可为例如圆形的，从而得到焦点而非焦线。

现参照图2A和2B，伸长的辐射源5可布置在第一焦点4处，第一焦点4实际上是从反射器组件的第一侧向端部朝反射器组件的第二侧向端部延伸的焦线4'（图2B）。

图2A示出由辐射源5产生的辐射的第一部分可被第一椭圆形反射器区段1朝第二焦点6反射一次，其由附图标记7示出的辐射线表示。所述辐射的第二部分（即由附图标记8表示的辐射线）被反射两次：首先被第二椭圆形反射器区段2朝第四焦点反射；其次被第三反射器区段3大致朝第四焦点的镜像反射，第四焦点的镜像与第二焦点6基本重合。

在所示实施例中，反射器组件进一步包括圆形部分9。该圆形部分9布置成反射来自辐射源5的辐射的一部分，否则这部分辐射不会到达其目标（即，第二焦点6）。在该实施例中，这部分辐射被反射回布置在第一焦点4中的辐射源5，并可在其后由第二反射器区段分2反射。这对于提高包括这种反射器组件的加热设备的效率尤其有利。辐射源可能需要到达一定温度以获得期望的辐射频谱。将所述的这部分辐射耦合回到辐射源可加速辐射源本身的加热。另外，因在辐射源5表面上散射而造成的辐射损失得以减少。

图3示出根据本发明的装置的实施例的示意图，其包括加热设备20。加热设备20包括如图2A-2B所示及关于图2A-2B说明的反射器组件。附图标记1、2、3、5和6对应于图2A和2B中所示的元件并在上面进行了说明。

图3还示出：在多个辊上行进的转印和转印定影（transfuse）带（TTF）24，这些辊中包括与成像设备29形成转印压印区30的辊28；在多个辊上行进的退出带23；为预加热图像接收介质（例如，一张纸）而布置的预加热站，该预加热站包括传输带22。TTF带24和退出带23布置成使得转印定影压印区27形成在压辊25与26之间。在该打印过程中，墨粉图像由成像设备29形成，并在转印压印区30内转印到TTF带24的表面。然后，被转印的图像被用传输带22朝转印定影压印区27传输。在转印定影压印区27中，墨粉图像被转印并定影到接收材料上。

为将图像定影到接收材料上，需要热量来使墨粉颗粒处于可延展状态，使得墨粉颗粒可用由转印定影压印区27提供的压力固定到接收材料上。另一方面，为了在转印压印区30内将图像从成像设备29转印到TTF带24的表面，重要的是，墨粉颗粒处于固态并因此相比转印定影压印区27中处于更低的温度。TTF带24在由图3的箭头A所示的方向上运行，并经过转印压印区30和转印定影压印区27两者。

TTF带24在经过转印压印区30时处于相对低的转印温度，并在经过定影压印区27时处于相对高的定影温度。因此，TTF带24需要在将图像定影到图像接收介质上之前被加热，并需要在压印区30中的后续图像转印之前被冷却下来。另外，为了效率上的原因，所期望的是，TTF带24被按需加热（即，只在需要将图像定影到接收介质上时被加热），这通过将热辐射提供到转印定影压印区27上游并与转印定影压印区27接近的TTF带24来实现。

如上所述，在现有技术中，已知通过从带24内部例如用辐射加热器31（在图3中由虚线示例性示出，因为它不是本实施例的一部分）加热来加热TTF带24。它的一个劣势是带需要被彻底加热以便达到期望的外表面温度。于是，按需分配热量实际上是不可能的，因为达到期望外部定影表面温度所需的时间太长。带24冷却所花的时间也太长，考虑到在转印压印区30需要相对低的转印温度，这在希望得到紧凑的装置构造时是不利的。

这一问题的一个解决方案是只加热TTF带24接近转印定影压印区27的（外部）定影表面，使得在加热外部定影表面与到达转印定影压印区27之间只有相对少量的热量损失到周围环境和TTF带24的质量。这意味着角度α（如图3所示）优选地被选择为小。

图3示出根据本实施例的装置的构造是非常紧凑的，这使其难以用直接辐射热而将热量提供到转印定影压印区27附近。提供直接辐射热的另一劣势是可无意间加热装置的其它部分，这是低效的。

加热设备20包括反射器组件，其用于将热辐射聚焦在TTF带24接近于转印定影压印区27并在转印定影压印区27上游的定影表面上。该加热设备布置成使得第二焦线6'（图2B）和第四焦线的镜像（在该实施例中与第二焦线基本重合）位于TTF带24上与转印定影压印区27成角度α。这样，热量被按需提供，接近转印定影压印区27。在图3中，即根据本实施例的装置的剖面示意图中，第二和第四焦线由第二焦点6表示。

除了设置在第一反射器区段1的第一焦线4'（图2B）处的纵向辐射源5以外，在加热设备的一个端部或每个端部可布置第二辐射源21。这种辐射源可布置成补偿过度的热量损失和/或纵向辐射源5在辐射表面的侧向端部处的低效辐射，其在本具体实施例中是TTF带24的一部分。因而，第二辐射源21的目的是提供定影带24的侧向端部的额外加热。为此，第二辐射源21不必布置在第一焦点4处。注意第二辐射源21是任选的，并且出于类似的原因，可将第三辐射源布置在加热设备与第二辐射源所在端部相反的端部处。

注意形成反射器组件的元件可能变得相对热，这是因为实践中不是所有辐射都会被反射。在一个有利的实施例中，反射器元件可设有冷却机制，例如黑色外表面、冷却肋和其它公知的用于提高到周围环境热传递的特征。在一个具体的有利实施例中，被从反射器元件传递的热量在其它元件中被再次利用。例如，所构想的是，被从第三反射器区段3传递的热量可被用于在预加热站中加热记录介质，例如，用于加热传输带22。

进一步地，注意在实际的实施例中，热辐射源5不精确地位于反射器组件的第一和第三焦点处可能是有利的。例如，由于制造公差等，可能未获得上述理想的几何结构。因此，并且可能因为其它原因，到定影元件（在本实施例中是TTF带24）的热传递可通过将辐射源5放置成略微偏离所述焦点而得到优化。但是，这里，认为辐射源5仍大致位于第一和第三焦点中。

图4示出TTF带的被加热表面上的示范辐射强度分布（纵轴），相对于TTF带上的轴向位置（横轴），即相对于可被第二辐射源加热（见图2B）加热的TTF带的侧向端部（x=0）的轴向位置。由附图标记50指示的曲线示出由TTF带接收的，只由纵向辐射源5辐射的轴向辐射强度分布。可看出所接收的辐射强度在TTF带的侧向端部附近下降。第二辐射源21对所接收轴向辐射强度分布的贡献由曲线51示出。图5示出所接收辐射强度在TTF带的侧向端部附近的下降可由第二辐射源21良好地补偿，如表示总轴向辐射强度分布的曲线52所示。

图5示出示范的空间辐射功率分布（纵轴）相对于定影带24（图3）的被加热表面上的位置（横轴）。由辐射源5产生的辐射以至少四个不同方式到达定影带24的表面，这将在下面讨论。

总功率分布由实曲线41示出。辐射的第一部分在第一反射器区段上的单次反射后到达该带，如图1中的辐射线7所示。辐射的该第一部分的贡献由虚曲线42示出。显然这是对总功率分布41的一个重要贡献。还显然的是，这部分被良好地聚焦在带上相当小的区域内，尤其是聚焦在第一椭圆形反射器区段1的第二焦点6中（见图2A和图3）。

由虚曲线43示出的辐射的第二部分在到达定影带表面之前被反射两次：首先在第二反射器区段2上被反射，接下来在第三反射器区段3上被反射。该辐射部分的贡献在这种情况中小于第一部分的贡献，但仍旧是重要的并相当好地朝第一反射器1的第二焦点聚焦，该反射器不对第二辐射部分的反射有贡献。

辐射的第三部分的贡献由虚曲线44表示，辐射的该部分只在第三反射器区段3上反射，其在幅度上较小，并且该部分的中心略微偏离第一反射器的第二焦点的位置，其基本位于表示辐射的第一部分的曲线42的最大值处。

由虚曲线45表示的辐射的第四部分在没有任何反射的情况下从源直接到达定影带。该部分到达带上广阔的空间区域，但在幅度上相当小。

如上所述，定影带24的表面上的总体功率分布由附图标记41表示。该曲线41的最大值大致与曲线42的最大值一致，这也表示如上所述辐射部分之和被朝第一反射器区段1的第二焦点6良好地聚焦。

这里公开了本发明的详细实施例；但是，要理解所公开的实施例只是本发明的示例，本发明可以各种形式实施。因此，这里所公开的具体结构和功能细节不应被理解为限制，而只是作为权利要求的基础，并作为教导本领域技术人员以实际上任何合适的具体结构不同地实施本发明的基础。具体地，在不同从属权利要求中表示和说明的特征可组合地应用，并且这种权利要求的组合随同本文被公开。进一步地，这里所用术语和短语不意味着限制，而是提供本发明的可理解的描述。这里所用的术语“一”或“一个”被定义为一个或多于一个。这里所用的术语多个被定义为两个或多于两个。这里所用的术语另一个被定义为至少第二个或更多。这里所用的术语包括和/或具有被定义为含有（即，开放式语言）。这里所用的术语耦接被定义为连接，但不必是直接地连接。

Claims (11)

1.用于将记录材料定影在介质上的方法，所述方法包括以下步骤：

a) 产生热辐射；

b) 将所述热辐射提供在定影元件接近定影压印区并在所述定影压印区上游的表面上，以将所述表面加热到定影温度；以及

c) 通过将所述介质和所述记录材料传输通过所述定影压印区，将所述记录材料定影到所述介质上。

2.如权利要求1所述的方法，其中，步骤b)包括聚焦所述热辐射。

3.如前述任一权利要求所述的方法，其中，所述方法在步骤a)之前还包括以下步骤：

d) 将所述记录材料转印到所述定影元件的所述表面，所述定影元件的所述表面具有转印温度；

e) 所述定影元件将所述记录材料传输到所述定影压印区。

4.用于将记录材料定影在接收介质上的装置，所述装置包括：

a) 可移动地布置的定影元件；

b) 压辊，所述压辊布置成与所述定影元件操作性耦接以形成定影压印区；

c) 用于对所述定影元件提供热辐射的加热设备，所述加热设备包括热辐射产生元件，所述热辐射产生元件布置成使得所述热辐射被提供在所述定影元件接近所述定影压印区并在所述定影压印区上游的表面上。

5.如权利要求4所述的装置，其中，所述加热设备还包括反射器组件，所述反射器组件的剖面包括：

-具有第一焦点和第二焦点的第一椭圆形反射器区段；

-具有第三焦点和第四焦点的第二椭圆形反射器区段；以及

-第三反射器区段，其布置为反射首先由所述第二反射器区段反射的辐射的一部分，

其中，所述第一、第二和第三反射器区段布置成使得所述第一焦点和所述第三焦点基本重合，并使得所述第三反射器区段将所述第四焦点大致朝所述第二焦点镜像，并使得所述第二焦点和所述第四焦点的镜像大致位于所述定影元件接近所述定影压印区并在所述定影压印区上游的所述表面上。

6.如权利要求5所述的装置，其中，所述第三反射器区段是平面形反射器区段。

7.如权利要求5或6所述的装置，其中，所述反射器组件还包括第四圆形反射器区段，所述第四反射器区段安装成使得其圆形的中心与所述第一焦点及与所述第三焦点基本重合。

8.如权利要求5-7中任意一项所述的装置，其中，所述热辐射产生元件大致位于所述第一焦点和所述第三焦点处。

9.如权利要求5-8中任意一项所述的装置，其中，所述加热设备在第一方向上从第一端部延伸到第二端部，并且其中，所述加热设备还包括至少一个另外的辐射源，所述至少一个另外的辐射源布置在所述第一和第二端部之一处。

10.如权利要求4-9中任意一项所述的装置，其中，所述定影元件是定影辊。

11.如权利要求4-9中任意一项所述的装置，其中，所述定影元件是绕至少两个辊伸展的定影带。

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