CN1118379C - 热物质转印的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
一种将含粘合剂介质的着色剂由印带热物质转印至卷材第一表面上的方法，所述第一表面是具有不均匀导热性的表面、非平面的印刷表面、具有不均匀的结构或者化学不相容性。在热物质转印前预热卷材的第一表面；在接触面将印带含着色剂的表面与该受热的卷材的第一表面对置；在该接触面将热印刷头置于印带与着色剂相反的一侧；相对热印刷头移动卷材；在该接触面上热印刷头选择性地向印带局部施加热能和压力，使着色剂由印带转印至加热的卷材而完成转印。
Description
发明的领域
本发明涉及一种在基材上进行热物质转印的改进方法，具体地说，本发明涉及对基材进行预热以补偿热传导性差异、表面凹凸和/或化学不相容性。
发明的背景
热转印是一种术语，它广泛用于描述各种在基材上形成图像的技术。这些技术包括热压印、直接热打印、染料扩散印刷和热物质转印。热压印是一种机械印刷系统，它通过印带将图像压印或压纹在基材上(参见美国专利4,992,129(Sasaki等)。通过对图案加热和加压将该图案烙印在基材上。从而将印带上的着色材料(如染料或油墨)转移至施加了图案的基材上。在将图案烙印在基材上以前可对基材进行预热。由于压印的图案是固定的，因此不能容易地使用热压印将各种标记或图像施加至基材上。结果通常热压印不适合印刷各种信息，例如用于制造执照板的印刷片。
直接热打印常用于老式传真机。这种系统需要含着色剂的特殊基材，使得局部热量能改变该特殊位置的纸张的色彩。使用时，传输基材使之通过一排微小的单个加热元件(或象元)，以便对基材选择性地加热或不加热。在象元加热基材的位置，该基材颜色发生变化。通过调整象元的加热作用，在基材上可形成图像，如字符和数字。但是，在例如光照、热量或机械力的作用下，该基材会不自觉地改变色彩。
染料扩散热转印包括从染料给体层以物理扩散法向染料受体基材转移染料。与直接热打印相似，含有染料的印带和基材传输通过一排加热元件(象元)以便选择性地加热印带。在象元加热印带的位置，固态染料液化，通过扩散转移至基材上。通过染料扩散转移后，某些已知的染料与基材发生化学反应。根据化学反应在基材上形成颜色。结果，当热能太低(温度太低或时间太短)时，不能完全显示色彩饱和度。因此，染料扩散显色通常附加后印刷步骤，如热熔合。另外，美国专利5,553,951(Simpson等)公开了使用一根或多根上游或下游温度控制辊在印刷过程中更好地控制基材的温度。
热物质转印(也成为热转印、非接触印刷、热图像印刷和热成象)越来越流行并在工业上成功地用于在基材上形成字符。如热压印那样，使用热和压力将图像由印带转移至基材上。如直接热打印和染料扩散印刷那样，象元加热器选择性地加热印带以将着色剂转移至基材上。但是，用于热物质转印的印带上的着色剂包括聚合物粘合剂(通常由蜡和/或树脂组成)。因此当象元加热器加热印带时，所述蜡和树脂物质由印带转印至基材上。
热物质转印存在的一个问题是怎样在不相容的表面(如非平面或粗糙表面、导热性不均匀的表面)上以及基材的组成与着色剂中的粘合剂化学不相容时形成高质量图像。
图1是基材20的一个例子，基材20具有粗糙或不光滑的印刷表面22并且导热性不均匀。该逆向反射片20包括许多用树脂/聚合物基质28粘附在背衬26上的玻璃球24。在该说明性的实例中，逆向反射层29置于背衬26和树脂/粘合剂基质28之间。玻璃球24通常突出树脂/聚合物基质28约1-5微米，形成粗糙的或非平面的表面用于热物质转印。
由于逆向反射片20不是由单一的均匀材料制成，因此沿印刷表面22具有不同的导热性。例如，玻璃球24的导热性就可能不同于树脂/聚合物基质28的导热性。另外，导热性可能受背衬26的厚度、背衬26中的空穴或者玻璃球24在逆向反射片20上的隆起或堆叠的变化的影响。结果，使用常规热转印技术将图像施加至印刷表面22上时，会使热物质转印层23具有不同的厚度和/或着色剂象元点具有不同的粘合力，相应地降低了打印的质量。
图2显示另一种基材，它具有不同导热性的印刷表面30。图2给出一种密封的或包封的逆向反射片32。微球或玻璃球34粘附在粘结层36上，玻璃球和粘结层之间放置有任选的反射层38。保护层40借助许多伸出的支承体42附着在粘结层36上。保护层40在微球34上方构成空间44。结果，在空间44上方区域和伸出的支承体42上方区域印刷表面30的导热性具有明显的差异。在空间44上方区域和伸出的支承体42上方区域热物质转印层46的厚度和覆盖百分数通常会发生变化。
图3是密封的或包封的逆向反射片的一个例子，其中伸出的支承体在印刷表面上构成一种六边形图案。由于印刷表面上导热性的差异，伸出的支承体的六边形图案透出图3逆向反射片的印刷图像。
美国专利5,818,492(Look)和5,508,105(Orensteen等)报道了在逆向反射片上放置一层或多层聚合物层的情况下，可进行热物质转印。尽管增加聚合物层改进了某些逆向反射片的可印刷性，但是增加该聚合物层的方法提高了最终产品的成本，并会破坏基材的逆向反射性。对某些图片用途，即便增加附加层，其印刷质量也不适用。增加可印刷层可能会改变逆向反射片的其它特性，如易碎性。
JP-A-05-270044公开了一种热转移记录方法，它采用用于图像转移的加热装置加热热转移记录介质而将图像转移至受体上，其中在用用于图像转移的加热装置加热热转移记录介质时先加热受体。
JP-A-07-227977公开了一种图像转移方法，它采用在连续片材表面的一侧具有透光染料层的中间片材；公开了一种将图像选择性地记录在染料层上的装置；公开了一种使该中间片材的染料层表面与图像接受元件接触的装置；以及公开了一种用热和压力将染料层转移在图像接受元件上的装置。所述方法包括在加热和加压前预热中间片材的步骤。
为了在不相容表面上进行热物质转印，改进印刷质量的最普通方法是提高印刷头的热能，并通过衬辊提高施加至打印头上的压力。但是，提高热能和压力会降低印刷头的寿命，导致印带起皱。降低印刷质量并在印刷系统中产生机械应力。因此，需要一种方法和装置，它可用于在具有粗糙、导热性不均匀表面和/或其组成不能立刻与热物质转印印带的着色剂相容的表面的基材上进行热物质转印。
发明的简述
本发明涉及一种方法和装置，根据采用的具体基材和着色剂，它能将基材预热至适当的温度，以提高基材表面的热能，在热物质转印系统的低印刷头热能和压力下改进打印质量。本发明方法和装置拓宽了适合热物质转印使用的热物质转印材料/卷材复合物的范围。本发明方法适用于具有非平面印刷表面(如未密封的逆向反射片)、不均匀导热性表面(如密封或非密封逆向反射片)或与着色剂中的粘合剂化学不相容的表面的卷材。
在一个实例中，所述装置包括一个加热器，它位于热转印机的底盘内卷材上游方向靠近印刷头的位置。在卷材移动时，该加热器向基材发出辐射能，预热基材的表面，使之更能接纳印刷的图像。该装置最好沿卷材横向对卷材均匀加热，这种加热可通过一个外部专用控制器或者通过一个与产生图像的计算机相连的接口进行调节。加热的输出量通常调节至获得最佳打印质量所需的最低值。在多头印刷机中，可任选地在各个印刷头的上游放置相同的加热器。该装置可任选地装有辐射加热器和热屏蔽挡板以便进行瞬间打开/瞬间关闭循环。在一个实例中，该挡板具有能开启和闭合的软百页窗帘结构，以便用辐射加热器间歇地照射卷材。在一个实例中，将含有粘合剂介质的着色剂由印带热转印至具有不均匀导热性(热容量)的卷材第一表面上的方法包括在进行热物质转印前对卷材的第一表面进行预热。在一个接触面上将含着色剂的印带表面与加热的卷材第一表面相对置。热印刷头放置在该接触面上与含着色剂的印带表面相反的印带一侧。卷材相对热印刷头移动。在该接触面上由热印刷头向印带选择性地局部施加热量和压力，使着色剂由印带转印至加热的卷材而完成印刷。
在另一个实例中，本发明包括将多个热印刷头置于印带上与着色剂相反的各个接触面上。在一个实例中，在与所述各个接触面交汇前对卷材的第一表面进行预热。在一个使用多个印刷头的实例中，各个印刷头使用带不同着色剂的印带。
附图简述
图1是使用常规热物质转印法在微球逆向反射片上形成的图像的侧视图；
图2是使用常规热物质转印法在包封逆向反射片上形成的图像的侧视图；
图3是使用常规热物质转印法在包封逆向反射片上形成的图像；
图4是本发明热物质转印机的示意图；
图5是带有用本发明方法施加的热物质转印图像的露出微球片的侧视图；
图6是带有用本发明方法施加的热物质转印图像的包封逆向反射片的侧视图；
图7是另一个带有用本发明方法施加的热物质转印图像的包封逆向反射片的侧视图；
图8显示用本发明方法在包封的逆向反射片上形成图像的例子。
发明的详细描述
着色剂是指含颜料和/或染料的蜡、树脂或其组合的粘合剂介质，它能在卷材表面形成图像或字符。热物质转印是指这些方法，即通过同时施加局部热量和压力将着色剂由印带转印至基材。印带是指在一个表面上具有一层着色剂层的载体卷材。化学不相容性一般是指热物质转印过程中，着色剂粘合力低，着色剂和卷材之间缺乏表面渗透和着色剂湿润，从而使印刷图像中的空穴百分数增加。
图4是本发明热物质转印机50的示意图。打印头52a的位置使得移动中的卷材54通过热物质转印机50时它与移动卷材54的第一侧68交汇。热物质转印带56a被送至印刷头52a和移动中的基材54之间的接触面58a。在说明性的实例中，供料轴60a和收料轴62a使热物质转印带56a绷紧在印刷头52a上。衬辊64a位于卷材54相反一侧以便保持接触面58a的压力。
卷材54以已知的机制(如使用步进马达的摩擦驱动机制)沿方向66传输。印刷头52a保持静置并与热物质转印带56a接触，将着色剂由印带56a转印至移动中的卷材54的第一侧68。当着色剂转印完成后或者无需转印时，打印头52a和热物质转印带可任选地沿轴70从移动卷材54上缩回。
加热器72位于印刷头52a的上游。在该说明性的实例中，加热器是热圆筒辊73。可根据用途改变卷材54在热圆筒辊73上的缠绕量。对于某些用途，热圆筒辊73经抛光和/或包括一层Teflon(r)等离子体涂层以防止高温下卷材54粘连。热圆筒辊73是用常规电热棒型加热器加热的，电热棒静置而热圆筒73旋转。可用轴承固定热圆筒辊73，以便它能自由地与移动卷材54一起旋转。在该说明性的实例中，该加热器定为2400瓦，或者约79W/cm(200瓦/英寸)。其它加热器包括对流加热器、UV加热器、微波产生器、RF发生器、热灯泡等。
图4的热物质转印器50包括四个印刷头52a、52b、52c和52d以及相关的结构。在另一个实例中，附加的加热器74b、74c、74d位于热物质转印头52b、52c、52d的上游(按卷材的移动方向66)。在该说明性的实例中，该附加的加热器74b、74c、74d是热灯泡。在图4所述的实例中，可将多于一种颜色的字符或图像施加至移动卷材54上。当用各个印刷头52a、52b、52c、52d转印透明的色彩时，使用带黑色、洋红、青色和黄色着色剂的热物质转印带可得到四色印刷或者进行色彩调和印刷。
热印刷头52a、52b、52c、52d用于将不连续的着色剂区转印在卷材54的第一侧68上。着色剂转印区(即色点)的面积可由印刷头上各个不连续的加热元件决定。这种色点一般约0.006平方毫米(即单个象元的面积)。印刷头52a、52b、52c、52d印刷的字符的分辨率一般约75-250色点/直线厘米。
术语“热印刷头”是指一种或多种机制，这种机制可产生局部热量以转印着色剂。该局部热量可由电阻元件、激光系统中的印带接触元件、电子元件、热活化的电子管元件、感应元件、热电堆元件等产生。适用于图4热物质转印机50中的印刷头的一个例子是适用于以Z170型购自Zebra Technologies Corporationof Vernon Hills，Illinois的装置的印刷头。热物质转印带56a、56b、56c和56d可带有石蜡基粘合剂、树脂基粘合剂或者石蜡和树脂混合粘合剂。适用于图4热物质转印机50的市售印带可以是Zebra Technologies Corporation生产的Zebra5030型、5099型和5175型印带。这些热转印带通常包括约6微米厚的聚酯背衬和一层约0.5-6.0微米厚的着色剂。涉及常规热物质转印技术的其它文献可参见美国专利5,818,492(Look)和4,847,237(vanderzanden)。
图5是图1的逆向反射片20放大的剖面图，它具有使用本发明热物质转印方法和装置形成在非平面印刷表面上的图像100。非平面印刷表面是指表面粗糙度至少约为1-5微米的表面。包封的逆向反射片的表面粗糙度可达约10-15微米。沿垂轴测量时该逆向反射片20还具有不均匀的结构并且在用于将微球粘附在背衬26上的树脂/聚合物基质28中还具有空穴。如图1所示，用于形成图像100的热物质转印层中热转印物质与逆向反射片20之间的粘附大致均匀。
图6是具有印刷表面110的包封逆向反射片的侧视图。沿与印刷表面110的法向轴测量时，伸出的支承物112和空间114的组合沿印刷表面110产生不均匀的导热性和热容量。本发明用于热物质转印的方法和装置产生基本均匀的热物质转印层116，尽管其导热性不均匀。
图7是具有印刷表面122的包封的逆向反射片120的侧视图，所述印刷表面是非平面的并且具有不均匀的导热性和热容量。如上所述，伸出的支承物124和空间126沿印刷表面122产生不均匀的导热性。立方角元件125产生的不规则表面也会造成导热性不均匀。另外，施加密封膜128的过程沿印刷表面122产生凹陷或密封线130。尽管存在这两种缺陷，但是本发明方法和装置沿印刷表面122提供基本均匀的热物质转印层132。
图8显示使用本发明热物质转印方法和装置在包封的逆向反射片上印刷的标识。与图3所示的结果相反，本发明方法和装置形成基本均匀的图像，尽管存在六边形密封线和相应的不均匀导热性。
本发明热物质转印方法和装置可用于制备文字字符、图像图片、条形码等。使用的卷材可以是密封的或未密封的逆向反射片，如美国专利3,684,348、4,801,193、4,895,428和4,938,563所述的立方角逆向反射片)；或者是如美国专利2,407,680、3,190,178、4,025,159、4,896,943、5,064,272和5,066,098所述的微球透镜逆向反射片，其包括露出透镜元件、包封透镜或密封透镜。
实施例
实施例1
使用大致如图4所示的热物质转印机制得一系列对应的印刷前经预热和未经预热的印刷试样对。用购自IIMAK Corp.of Amhurst，NY的DC300蓝宝石热物质转印带对所有试样进行热物质转印。接着评价实心图像中产生的空穴百分数。卷材通过印刷机的移动线速度约为7.62cm/s(3英寸/秒钟)。在印刷过程中将相同的图像和热能施加至卷材上。对于经预热的试样，如表1所示预热温度约为76.7-93.4℃(170-200oF)。
卷材试样A、B、I、J、O和P是购自美国3M公司的3750系列Scotchlite逆向反射牌照板片材，顶涂有增塑的聚氯乙烯-乙酸乙烯酯-乙烯醇三元共聚物。卷材试样C和D是购自美国3M公司的4770A系列Scotchlite逆向反射牌照板片材，顶涂有交联的脂族聚氨酯。卷材试样E和F是购自美国3M公司的3870系列Scotchlite高密度级逆向反射片，带有丙烯酸顶涂层。卷材试样G和H是购自美国3M公司的3970系列Scotchlite钻石级片材，带有丙烯酸顶涂层。卷材试样K和L是3750系列Scotchlite逆向反射牌照板片材，它具有一个聚乙烯醇缩丁醛露出表面和露出的玻璃球。卷材试样M和N是3750系列Scotchlite逆向反射牌照板片材，顶涂有交联的脂族聚氨酯。卷材试样Q和R是3750系列Scotchlite逆向反射牌照板片材，顶涂有脂族聚酯聚氨酯。卷材试样S和T是4770A系列Scotchlite逆向反射牌照板片材，顶涂有挤出的乙烯-丙烯酸共聚物。
表1
| 试样未预热/预热 | 预热温度(℃) | 未预热-实心图像中的空穴％ | 预热-实心图像中的空穴％ | 预热使空穴下降％ |
| A，B | 93.4 | 1.03 | 0.065 | 93.4 |
| C，D | 93.4 | 0.42 | 0.089 | 78.8 |
| E，F | 76.7 | 13.7 | 1.46 | 89.3 |
| G，H | 76.7 | 0.099 | 0.044 | 55 |
| I，J | 93.4 | 0.16 | 0.007 | 95.6 |
| K，L | 93.4 | 0.055 | 0.022 | 60 |
| M，N | 93.4 | 0.75 | 0.14 | 81.3 |
| O，P | 93.4 | 0.01 | 0.002 | 80 |
| Q，R | 93.4 | 0.17 | 0.009 | 94.7 |
| S，T | 93.4 | 0.066 | 0.008 | 87.9 |
使用本发明方法和装置预热卷材使实心图像中空穴减少约55-95.6％。目测最明显的图像质量改进效果为试样E和F。由于卷材和印带上的热转印物质间的化学不相容性，因此试样C和D可能是最难进行热物质转印的卷材。对卷材预热使实心图像中空穴减少78.8％。试样K和L露出透镜的微球片呈现最大的表面粗糙度。预热使固体图像的空穴减少约60％。
尽管对本发明数个实例进行了描述，但是在不偏离上述发明思想的情况下，各种变化和改进对本领域的普通技术人员是显而易见的。因此，本发明范围不限于本申请所述的内容，而是权利要求的文字限定的内容。
Claims (9)
1.一种将着色剂由印带热物质转印至卷材第一表面上的方法，它包括下列步骤：
预热卷材的第一表面，形成受热的卷材，所述第一表面包括一种或多种非平面的表面、具有不均匀导热性的表面和与着色剂化学不相容的表面；
在接触面将印带含着色剂的表面与该受热的卷材的第一表面对置；
在该接触面将热印刷头置于印带与着色剂相反的一侧；
相对热印刷头移动卷材；
在该接触面上热印刷头选择性地向印带局部施加热能和压力，使着色剂由印带转印至受热的卷材上。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述卷材包括未密封的逆向反射片。
3.如权利要求1所述的方法，它包括移动卷材使之通过静置的热印刷头的步骤。
4.如权利要求1所述的方法，它包括将多个热印刷头各自置于多个接触面上的步骤。
5.如权利要求1所述的方法，它包括下列步骤：
将多个热印刷头置于多个接触面上；和
在将卷材移动至各个接触面以前加热卷材的第一表面。
6.如权利要求1所述的方法，它包括下列步骤：
驱动卷材使之通过多个静置的热印刷头；和
在各个热印刷头的上游放置加热源。
7.如权利要求1所述的方法，它包括在受热的卷材与多个热印刷头中的每一个形成的各个接触面上，将多个印带的含着色剂表面各自与加热卷材的第一表面对置。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于两根或多根印带含有不同颜色的着色剂。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述卷材包括密封的逆向反射片。
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