JP5739625B2 - 画像形成システム - Google Patents

Description

本発明は画像形成システムに関し、特に、潜在的な抵抗層を用いてマーキング材料を転写する画像形成システムに関する。

印刷技術には、印刷される全てのページに可変のテキストと画像とを含めることが可能なデジタル方式と、単一画像の大量複製を可能とするマスタープレートベース方式の２つの方式がある。デジタル印刷技術の一般的な例として、インクジェット、電子写真（ＥＰ）及び熱転写が挙げられる。マスターベース複製技術の一般的な例としてオフセットリソグラフィ、フレキソ印刷及びグラビアが挙げられる。

乾式オフセット技術では、一般にシリコーンと呼ばれるパターン化されたポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）層がインクの転写阻止に利用される。ニップ（ＮＩＰ）の高速剪断力の下では、インク内の粘弾性凝集力がシリコーンインタフェースにおいて表面粘着力より大きくなり、インクがシリンダの非画像部から排除される。非シリコーン領域では、接着力がインクの内的凝集力を上回り、インク被膜が分割され画像形成領域にインクの層を残す。

米国特許第６７２５７７７号 米国特許公開第２００３／０１５６１７８号

現在、全てのページに可変データが含まれる場合に、オフセットインクや乾式オフセットインクなどの高粘弾性マーキング材料（１０，０００〜１，０００，０００ｃｐｓの動粘性率を有するマーキング材料）をデジタル方式で印刷することは極めて困難である。

本発明の一つの態様は、
可調整抵抗材料を含む画像受容構造と、
前記可調整抵抗材料をパターン状にプログラムすべく前記画像受容構造にエネルギービームを放射するエネルギー源と、
を含む画像形成システム、
を提供する。

第１の態様において、
前記画像受容構造は複数の電極を含み、
前記可調整抵抗材料は前記電極に電気接続されてもよい。

第１の態様のおいて、
前記画像受容構造は、
導電性基板と、
前記導電性基板上に配置される絶縁材料と、
前記絶縁材料上に配置される電極と、
を含み、
前記可調整抵抗材料は前記導電性基板と前記電極の両方に電気接続されてもよい。

第１の態様の画像形成システムは、
導電性基板と、
前記導電性基板上に配置される絶縁材料と、
複数の可調整抵抗セルと、
を更に含み、
前記各可調整抵抗セルは、
前記絶縁材料における開口部と、
前記開口部の縁端からオフセットされた縁端を有する導電層と、
を有し、
前記導電層の前記縁端は、前記開口部の前記縁端から略等距離にあると共に、前記可調整抵抗材料は、前記導電層の前記縁端と前記開口部の前記縁端の間に配置されてもよい。

一実施形態に従った可調整抵抗材料を有する画像形成システムを示す図である。 図１の可調整抵抗材料への接続の例を示すブロック図である。 一実施形態に従った画像受容構造上の電極配置を示す図である。 図３の画像受容構造の断面図である。 別の実施形態に従った画像受容構造上の電極配置を示す図である。 図５の画像受容構造の断面図である。 図６の画像受容構造上の可調整抵抗セルの例を示す平面図である。 一実施形態に従ったニップの断面図である。 図８のマーキング材料における熱放散を示す等角図である。

通常、乾式オフセットインクはシリコーンに付着しないが、使用に向けた温度範囲を上回る温度に加熱すれば、乾式オフセットインクは容易にシリコーン層に付着する。場合によっては、約４０度昇温させるだけで、乾式インクがシリコーン上に全く転写・被覆されていない状態から、シリコーン表面を完全に被覆した状態へ変化させることできる。乾式オフセットシステムが温度を数度以内に制御しなければならない理由の一つに、摩擦に関連した加熱によりしばしばプレートの調色を生じうる効果を克服することが挙げられる。用途によってはこの効果は不都合であるが、マーキング材料をデジタル方式で転写する際には有利に利用できる。更に、約４０度という低温によりマーキング材料を変化させるために必要なエネルギーは、マーキング材料の相変化を誘発するために必要なエネルギーよりも小さくてすむ。

一実施形態において、潜在的な電気的抵抗層（ｌａｔｅｎｔ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ ｌａｙｅｒ）を画像受容構造中に形成することができる。この電気抵抗層は、光学的又は電気的に加熱可能であり、高インピーダンス又は低インピーダンスな電気的状態から変形可能である。通常、相変化材料として知られているこのような材料の１つのクラスは、融点が低く結晶速度が速いＧｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５などの２成分、３成分又は４成分の多様なカルコゲニド合金からなる。このような合金はＤＶＤやＲ／Ｗ ＣＤ−ＲＯＭに使用できる。このような層の厚みはわずか数百オングストロームであることから、これらの層は、わずか１ｍＷ〜１０ｍＷの範囲で小電力半導体レーザによりアモルファス状態と結晶状態との間で繰り返し切り替えることが可能である。比較において、この電力は、熱転写印刷技術においてマーキング材料を直接加熱するのに必要な電力と比べてずっと少ない。いったん潜在的な抵抗性画像（ｌａｔｅｎｔ ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ ｉｍａｇｅ）が形成されれば、一定の電圧を画像を抵抗層全体に印加し、像様熱パターンを供給することができる。電圧印加は列ベースの加熱に限定されず、高速の高電流電子ドライバを必要としない。

一実施形態は、オフセットインクの各種湿し水パターニング、乾式オフセットインクの各種サーマルタック転写印刷、トナーのパターン状タックなど、高粘性マーキング材料を使用する各種新規な印刷概念、及び各種フロントロードインクのサーマルシューティング、又は既存の熱転写技術を利用した更に迅速な印刷方法に適用可能である。

図１は、一実施形態に従った可調整抵抗材料を有する画像形成システム８を示す図である。この実施形態では、画像受容構造１０は可調整抵抗材料１２を含む。エネルギー源１６は、可調整抵抗材料１２をパターン状にプログラムするため画像受容構造１０に対しエネルギービーム１８を放射すべく構成されている。電源２３は、可調整抵抗材料１２に電流を供給すべく構成されている。

一実施形態において、画像形成システム８は、ドナー構造２２、画像様にマーキング材料を受け取る画像受容構造１０及びエネルギー源１６を含む。画像受容構造１０は、マーキング材料層の画像がまず形成され、次いで当該画像が基板２８に転写される表面を有する構造として定義される。画像受容構造１０は、支持基板９上に付着される可調整抵抗材料１２を形成する材料を含むことが可能である。図１に示される実施形態では、この支持基板９は透明な中空ドラムを含む。

画像受容構造１０は多層表面であってもよい。画像受容構造１０は外側にマーキング材料受容層１３を含むことが可能である。外層１３は、マーキング材料の粘性又はタックが温度の画像様変化により十分に変更された際に、マーキング材料が外層１３に付着することを選択的に可能とする材料から作られる。上述の如く、一実施形態において、この外層１３は、乾式オフセットインクが加熱された際に外層１３への選択的な転写を可能とするシリコーンなどのシロキサンからなってもよい。別の実施形態では、外層１３はポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）、側鎖液晶ポリマー、又はエネルギーの付与により表面粘性及び動的湿潤特性を変化させることのできる他の材料から作製可能である。

一実施形態において、外層１３は可調整抵抗材料１２の上に配置される。但し、可調整抵抗材料１２を構成する機能材料は外層１３に組み込まれていてもよい。例えば、可調整抵抗材料１２は、ナノ粒子材料が外層１３の外表面の表面湿潤特性を大幅に変化させるものでなければ、外層１３にナノ粒子材料を分散させることによって形成できる。この配置の下では、可調整抵抗材料１２及び画像受容構造１０は、１層の被覆材料において実現できる。

ドナー構造２２はマーキング材料の略一様な層を受容すべく構成される。形成ローラ、アニロックスローラ、ドクターブレードなどは全てドナー構造２２上にマーキング材料を形成すべく利用できる。この実施形態では、マーキング材料の略一様な層が望ましい。従って、マーキング材料のこのような層を形成するに当たり任意の成形、調節などが利用できる。その結果、ドナー構造２２の移動に伴ってマーキング材料がニップ１１に入る際、マーキング材料の略一様な層がニップ１１に入る。

上述のように、粘弾性乾式オフセットインクはマーキング材料として利用できる。但し、マーキング材料はインクに制限されない。マーキング材料は、可変の内部凝集性を有する任意の材料とすることができる。特に、一定量の熱が付与されると内部凝集性が低減する任意の材料をマーキング材料として利用できる。例えば、マーキング材料は高粘弾性ゲル材料、粘弾性ワックスベース材料、低融点トナー、継ぎ目に沿ったボックスのラミネート又は接着に使用されるようなホットメルト、あるいは他の非線形性の高い粘弾性マーキング材料を含むことができる。特に、ホットメルト接着剤の継ぎ目における可変データのパターニングは、ベクトル走査接着剤ノズルベースシステムと比べてはるかに高い処理能力を可能としうる、興味深い用途である。

電源２３は可調整抵抗材料へ電流を供給可能な任意の各種回路とすることができる。例えば、電源は、交流（ＡＣ）電源、直流（ＤＣ）電源、交換電源、線形電源又はこれらの電源の組み合わせとすることができる。電源２３は、可調整抵抗材料の全てに電力を供給可能であるが、必ずしもその必要はない。以下に更に詳細に記載されるように、電源は、全ての可調整抵抗材料よりも少ない数の可調整抵抗材料に一度に電流を供給すべく構成することができる。

一実施形態において、電源２３は電気誘導技術により可調整抵抗材料に電力を供給すべく構成することができる。例えば、高周波誘導コイル、一連のコイルなどを、可調整抵抗材料中の電流を誘導するために使用できる。電源２３は可調整抵抗材料１２中の電流を誘導すべく配置されるこのようなコイルから形成できる。

本開示において使用されるように、エネルギー源１６は、熱エネルギー、マイクロ波エネルギー、光学エネルギーなどを放射可能な任意のデバイス、装置、システムなどである。例えば、エネルギー源１６は発熱体、メーザ、レーザなどを含んでいてもよい。別の実施形態において、個別にアドレスされた半導体レーザの多数の列を有するラスタ光学走査（ＲＯＳ）システムは、データリッピング速度を向上させるためのエネルギー源として使用できる。一実施形態において、エネルギー源１６は画像受容構造１０の外側に配置される高電力ＬＥＤアレイであってもよい。他の実施形態では、エネルギー源はラスタ走査された高電力ダイオードレーザであってもよい。

エネルギー源１６は画像受容構造１０の外部に示されているが、エネルギー源１６は、可調整材料１２のパターン状配置を行うことができればいずれの場所に配置されてもよい。例えば、エネルギー源１６は画像受容構造１０の内部に配置されてもよい。従って、エネルギービーム１８は可調整材料１２を調節するために画像受容構造１０の基板９を通過してもよい。

可調整抵抗材料１２をパターン状に調整するため、エネルギー源１６をパターン状に変調することができる。パターン状変調は任意の種類の変調とすることができる。振幅変調、周波数変調、オンオフ変調、直接変調、外部変調などが利用できる。例えば、可調整抵抗材料１２の一部を別の抵抗率状態に変更するため、ファイバレーザ、半導体レーザなどの１種以上のレーザを可調整抵抗材料１２全体にわたり走査することができる。エネルギー源１６の強度、負荷サイクルなどはこのような異なる抵抗率状態を取得すべく変調可能である。その結果、可調整抵抗材料１２は低抵抗率状態と高抵抗率状態の間で調整可能となる。

被調整材料１２を使用すると、画像様加熱に基づいてマーキング材料を画像受容構造１０に選択的に転写することができる。上述の如く、エネルギー源１６は可調整抵抗材料１２の抵抗をパターン状に調整すべく使用される。マーキング材料はドナー構造２２上に供給されることができる。電源２３は被調整材料１２にエネルギーを供給する。被調整材料１２を有する画像受容構造１０がドナー構造２２上のマーキング材料に接触している場合に、このようなエネルギーを付与することができる。抵抗率がパターン状に調整されていることから、画像受容構造１０はパターン状に加熱されることができる。上述の如く、画像受容構造へのマーキング材料の付着は、マーキング材料の温度と関連することがある。画像受容構造１０をパターン状に加熱することで、マーキング材料はパターン状に加熱される。従って、画像受容構造１０がドナー構造２２上のマーキング材料から分離すると、マーキング材料はパターン状に転写される。従って、パターン状マーキング材料２４が画像受容構造１０に残留する。

基板２８を画像受容構造１０と接触させてもよい。例えば、刻印ローラ２６は、基板２８を画像受容構造１０に接触させることができる。パターン化マーキング材料２４が移動されて基板２８と接触すると、パターン化マーキング材料２４は冷却され、内部粘着性を増大させることができる。その結果、パターン化マーキング材料２４の画像受容構造１０、特に外層１３の表面への付着性が低下する。次いで、パターン化マーキング材料３０は基板に転写される。

上述の如く、シリコーン表面は通常はマーキング材料をはじくために使用される。マーキング材料を画像受容構造１０に転写するための付着力をパターン状に増大させ、次いでマーキング材料を冷却して付着力を低下させることにより、マーキング材料の基板２８への１００％に近い効率的な転写が達成できる。上記説明では、基板２８に転写される前にパターン化マーキング材料２４を冷却するとしたが、内部結合状態が低い場合であっても、パターン化マーキング材料２４の基板２８への付着力が画像受容構造１０への付着力よりも大きい限り、パターンマーキング材料２４は効率的に転写される。一実施形態において、画像受容構造１０の電子的及びリソグラフィックパターニングは必要ではない。

一実施形態において、マーキング材料は固体状態から液体状態への相転移を行っていない。対照的に、付与された熱による昇温でマーキング材料の粘性が低下しても、マーキング材料は粘弾性状態を維持する。すなわち、粘性を変化させるには十分であるが、位相を変化させるには不十分な量のエネルギーがマーキング材料に伝達された。このことは、伝達されるエネルギーが相変化を誘発するエネルギー未満に限定されなくてはならないことを意味していない。対照的に、可調整抵抗材料１２は相変化を生ずるべくマーキング材料をパターン状に加熱するために同様に使用可能である。

上述の如く、画像受容構造１０へのマーキング材料の付着性が変更される。更に、マーキング材料の内部粘着性は変更できる。すなわち、マーキング材料を加熱することにより、内部粘着性が、画像受容面１０へのマーキング材料の付着性よりも低くなる。その結果、マーキング材料がニップ１１から排出される際、付着性が内部粘着力よりも大きくなるためマーキング材料は画像受容面に付着することが可能となる。

一実施形態において、画像受容面へのマーキング材料の付着性は、画像受容面の外層１３の親和性の変化の影響を受ける場合がある。例えば、外層１３が加熱されると、親油性、親水性又は同様の他の性質は加熱により変化する場合がある。従って、画像受容面１０に対するマーキング材料の付着性の変化は、画像受容面１０のマーキング材料の変化、マーキング材料の内部粘着性の変化、これらの変化の組み合わせのいずれによるものであっても、画像受容面１０へのマーキング材料の転写を容易とすべく利用できる。

一実施形態において、電源２３は、材料をパターン状に加熱すべく可調整抵抗材料１２に電圧を印加することが可能である。例えば、可調整抵抗材料１２の調整された状態の抵抗比率が１：１００であると仮定する。従って、同一の電圧が印加されると、可調整抵抗材料１２において消散する電力の比率は１００：１となる。

一実施形態において、エネルギー源１６が画像受容構造１０上における可調整抵抗材料１２の抵抗率調整を完了すると、ニップ１１近傍において電源２３を使用した選択的な電気的加熱が可能となる。以下に詳述されるように、可調整抵抗材料１２に接続された電極に沿った電気抵抗による電圧降下は、その状態にかかわらず可調整抵抗材料１２全体にわたる電圧降下より低くなることがある。従って、プログラムされた領域に熱を集中させるため、パターン状にプログラムされた材料により多くのエネルギーを向けることが可能である。

上述の如く、画像受容構造１０はパターン状に加熱される。ニップ１１において、パターン状被調整材料１２を有する画像受容構造をドナー構造２２上のマーキング材料に接触させることが可能である。その結果、マーキング材料はドナー構造２２からパターン状に分離される。

一実施形態において、可調整抵抗材料１２を特定の抵抗状態に変更するために第二のエネルギー源（図示せず）を使用できる。すなわち、パターン状マーキング材料２４の画像受容構造１０への転写後の時点で、第二のエネルギー源は、可調整抵抗材料１２の抵抗率を略同一の状態に調整することができる。例えば、パターン状マーキング材料２４が基板２８に転写された後、可調整抵抗材料１２を略同一の状態に調整することができる。更に、このような第二のエネルギー源は、ニップ１１において可調整抵抗材料１２が加熱されてから可調整抵抗材料１２がエネルギー源１６によって異なるパターンでプログラムされる前に、任意のタイミング及び／又は位置においてエネルギーを付与することができる。第二のエネルギー源は、エネルギー源１６によってプログラムされる前に、可調整抵抗材料１２中の潜在的な抵抗性画像を消去することができる。

可調整抵抗材料１２を消去するために別体のエネルギー源を記載したが、消去はエネルギー源１６によって行うことも可能である。例えば、エネルギー源１６からのエネルギービーム１８の変調は、可調整抵抗材料１２を加熱し、次に、異なる抵抗率を生じる可調整抵抗材料１２の異なる部分についてエネルギー源１６の変調を制御するように適切に構成することができる。

図２は、図１の可調整抵抗材料への接続の例を示すブロック図である。本実施形態では、相変化材料３２は可調整抵抗材料１２の一部を表す。相変化材料３２は、図１の外層１３と同様の外層３３によって被覆される。図２は、図１のニップ１１における構造の関係を表す。従って、マーキング材料３５は外層３３及びドナー構造３７と接触する。ドナー構造は、図１のドナー構造２２の一部を示す。

相変化材料３２は電極３０と電極３４の間に接続される。電圧は電極３０と電極３４の間に印加することができる。従って、熱量３９はその抵抗率に応じて相変化材料３２中で消散し、少なくとも一部が外層３３及びマーキング材料３５に伝播される。

一実施形態において、相変化材料３２は電気的な双安定状態間で調整できる。すなわち、相変化材料３２は信頼性を損ねることなく何度でも切り替え可能である。更に、相変化材料３２は、例えば約１０ナノ秒という高い切り替え速度を有することが可能である。これにより約１００メガビット／秒のデータ転送速度が得られる。相変化材料３２を調整するため、エネルギー源１６をこのような速度で変調することができる。例えば、光学ラスタ出力走査（ＲＯＳ）レーザダイオードシステムは、エネルギー源１６として使用されるべくこのような速度で変調可能である。

このような可調整抵抗特性を有する材料として、ＲＷ−ＣＤ及びＲＷ−ＤＶＤに使用されるカルコゲニド材料、及び高速フォトクロミック切り替えに使用される二酸化バナジウム（ＶＯ２）が挙げられる。例えば、相変化材料３２は、電気的抵抗が高い状態と低い状態との間で切り替えることが可能な任意の２成分、３成分又は４成分のカルコゲニド半導体合金を含むことができる。

別の例において、相変化材料３２は安定した電気的な切り替え状態を示すことで知られる任意の金属酸化物材料であってもよい。例えば、このような相変化金属酸化物として、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｔａ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、ＮｉＯ、ＳｒＴｉＯ_３、ＺｒＯ_２又はこれらの合金の他の複合物が挙げられる。

これらの材料のうちのいくつかは、低エネルギーダイオードレーザによる数十億回のサイクルにわたって反復可能な双安定切り替え特性を示している。現在最も普及しているカルコゲニド材料のうちの１つは、化学組成がＧｅ_２Ｓｂ_２Ｔｅ_５と著しく近似し、この用途に利用できるいわゆるＧＳＴ材料である。ＧＳＴ材料及びＶＯ２材料は、いずれもレーザ加熱することで抵抗率を桁違いに変更できる。例えば、多結晶状態におけるいくつかの相変化電気材料の抵抗率は、約０．０１〜１．０オーム／ｃｍの範囲とすることができ、アモルファス状態における抵抗率は約１００〜１Ｅ５オーム／ｃｍの範囲である。

更に、両抵抗率状態は厚さ約１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲の比較的薄い層として存在することができる。また、両抵抗率状態は、特定のレーザ変調方式によって昇温・冷却することにより光学的にプログラム可能な電気的性質におけるヒステリシスの劇的な変化を示す。更に、厚さが比較的薄いことから位相変更に要するエネルギー量が低減され、抵抗率を調整する際にダイオードレーザなどの小電力エネルギー源の利用及び／又は高い処理能力が得られる。

一実施形態において、エネルギー源１６は、相変化材料３２を溶解し、再度凝固してアモルファス状態とすべく制御できる。その結果、高い抵抗値が存在し、発生する局部加熱量が低減される。例えば、レーザは、高いレーザパワーを用いて約１０ナノ秒未満の繰返速度でパルス化できる。

抵抗率を低いレベルに設定するため、相変化材料３２を再結晶化し多結晶状態とすることができる。例えば、エネルギー源１６はより低いエネルギー状態で連続的にレーザエネルギーを付与することができる。上記相変化材料は、十分な電力を与えられる再結晶時間が約１０〜１００ナノ秒となるように設計される。

一実施形態において、双安定の相変化材料３２を使用する場合、可調整抵抗材料１２は双安定の抵抗率を有することができる。可調整抵抗材料１２の位相をパターン状に変更することは、第一の抵抗率を有する第一の位相と、第一の抵抗率とは異なる第二の抵抗率を有する第二の位相との間で可調整抵抗材料１２の位相をパターン状に変更することを含んでもよい。

一実施形態において、画像受容構造１０の層はエネルギー源からのエネルギービーム１８に対し略透明となるように選択可能である。更に、層は反射を低減する屈折率整合特性を有するように選択可能である。従って、可調整抵抗材料１２へのエネルギー伝達を増大することができる。更に、画像受容構造１０の１つ以上の層が、可調整抵抗材料１２の周囲層への移動又は拡散を許容しない不活性化層として作用することができる。

更に、層は可調整抵抗材料１２からの熱拡散を処理可能であるように選択できる。例えば、層はより低い熱伝導率を有すべく選択可能である。その結果、周囲層へ逃げる熱が減少するため、可調整抵抗材料１２の位相を変更するために必要な熱を低減できる。あるいは、層はより高い熱伝導率を有すべく選択可能である。従って、可調整抵抗材料の特定のプログラムされた領域にエネルギーが付与されると、発生する熱はマーキング材料に効率よく転写される。一実施形態において、ＺｎＳ（８０％）とＳｉＯ_２（２０％）の混合物からなる誘電体層は、各種カルコゲニド相変化材料に関するこのような要件を満たすことが可能である。

図３は、一実施形態に従った画像受容構造上の電極配置を示す図である。この実施形態は、可調整抵抗材料５６を含む画像受容構造４３と、可調整抵抗材料に接続された多数の電極を含む。可調整抵抗材料５６は、電極３８、４０、４２及び４４に電気接続される材料を表す。ブラシ３６及び４６は電極と接触するために使用できる。

一実施形態において、画像受容構造４３はドラムであってもよい。図３は、ドラムの円柱面の一部の平面図を示していてもよい。ブラシ３６及び４６は、ドラムの回転に伴い、ドラムの各電極が回転してブラシ３６又は４６の対応する一方に接触するように配置できる。例えば、図３では、ブラシ４６は電極４０と接触して示されているが、ドラムの回転に伴い、電極４４がブラシ４６と接触することが可能である。

画像受容面４３の例としてドラムを示したが、任意の形状が利用できる。例えば、ブラシ３６及び４６の電極３８、４０、４２、４４及び任意の他の電極との接触を可能とする、ベルト構成などの任意の形状が利用できる。更に、ブラシには一度に１つの電極のみが接続されるものとして示したが、１つのブラシは多数の電極と接触してもよい。例えば、ブラシ３６は、電極３６及び４２に同時に接触するサイズを有していてもよい。その結果、可調整抵抗材料５６の多数の列を一度に加熱することができる。

図４は、実施形態に従った画像受容構造の断面図である。図４の断面は図３の線４５に沿った断面である。図３及び図４を参照すると、この実施形態では、誘電体５９は基板４８上に配置される。電極３８、４０、４２及び４４は誘電体５９上に配置される。加熱は、電流がブラシ３６と４６の間を通過することで行われる。従って、電流は、電極３８及び４０の間、及び電極３８と４０の間の可調整抵抗材料５６を通過することが可能である。

図３又は図４の電極３８、４０、４２及び４４として、銅、アルミニウムなど、固有抵抗率が比較的低い任意の種類の導体材料を使用できる。更に、このような金属材料は、熱エネルギーの横への広がりを、電気的・熱的接地面として作用する基板４８に向けて下方へ再度向けることにより、可調整抵抗材料５６の隣接画素を熱的に分離すべく作用することができる。例えば、領域４９において可調整抵抗材料５６が加熱される場合、熱が領域５１に移動することがありうる。しかし、電極５４はより高い熱伝導率を有することが可能であるため、移動中の熱は、領域５１及び領域５１と接触している任意のマーキング材料にではなく電極５４に向けられる可能性がある。従って、安定した高解像度熱画像がより長い期間にわたり形成できる。従って、可調整抵抗材料５６を１ライン毎に加熱することができるが、必ずしもその必要はない。代わりに、ある範囲の画像形成面を直ちに加熱できる。従って、加熱された画像をニップの排出部に位置合わせする際の許容差を低減できる。すなわち、熱画像が熱消散を分離することでそのコントラストを長く維持すればするほど、熱画像はニップの前に確立され、ニップの排出部以降も保持されることができる。

熱的・電気的絶縁層５３が電極間に配置される。断熱層５３は、電極３８、４０、４２、４４及び誘電体５９の一部から可調整抵抗材料５６を熱的に絶縁した。従って、可調整抵抗材料５６からの低減された熱量は、電極３８、４０、４２及び４４、誘電体５９、基板４８などにおいて消失する。

可調整抵抗材料５６は、電極３８、４０、４２、４４及び断熱層５３上に配置される。可調整抵抗材料５６は電極３８、４０、４２及び４４に電気接続される。一実施形態において、電極３８、４０、４２及び４４は幅を変更可能な部分を有していてもよい。例えば、電極４２は、第一の幅を有する第一の部分５４と、第一の幅よりも大きい第二の幅を有する第二の部分５２とを含む。第一の部分５４は可調整抵抗材料５６と直接接触している。電極４２から可調整抵抗材料５６を通過した電流は、ブラシ３６と電極４２との接続に入ることが可能である。第一の部分５４よりも大きい第二の部分５２は、電極３８の長さに沿った低抵抗率経路を提供できる。第一の部分５４は、抵抗率の低い第二の部分５２から可調整抵抗材料５６への接続を提供する。第二の部分５４は可調整抵抗材料５６の隣接領域への電流のみを概ね搬送するため、低密度電流が第二の部分５４を通過する。その結果、第二の部分５４をより小さくすることができ、ブラシ３６と４６との間の電圧降下に対する影響が低減する。従って、電流を効率的に可調整抵抗材料５６に向けることが可能であり、可調整抵抗材料５６は、大多数の電極から熱的に分離可能である。

一実施形態において、画像のピクセレーションは電極により発生しうる。例えば、第一の電流は軸４７に沿って電極３８から電極４０へ流れ、電流が通過する可調整抵抗材料５６を加熱することが可能である。次に流れることが可能な別の電流は軸５５に沿って電極４０と４２との間を流れる。従って、軸４７の方向における解像度は電極間隔により制限される。対照的に、軸５７では、可調整抵抗材料５６の抵抗率は電極間隔に関係なく変更できる。例えば、高帯域で直接レーザを変調することによって、軸５７に沿って高解像度制御を行うことができる。その結果、軸５７に沿ったより高い有効画素密度が得られる。このことにより、高解像度、可変スポット幅グレースケールなどが達成できる。

図５は、別の実施形態に従った画像受容構造上の電極配置を示す図である。この実施形態では、画像受容構造は、電極６０、６２、６４、６６及び可調整抵抗材料８０が形成された導電性基板７０を含む。ブラシ６８は電極６０、６２、６４及び６６と接触可能である。電極６０、６２、６４及び６６は、可調整抵抗材料８０の片側面への電気接続用に利用できる。別の接続は導電性基板７０である。すなわち、可調整抵抗材料８０の加熱用に使用される電流は、ブラシ６８と導電性基板７０の間を流れる。

図６は、図５の画像受容構造の例の断面図である。電極６０、６２及び６４は絶縁材料７４上に配置される。絶縁材料７４は導電性基板７０上に配置される。この実施形態では、電極６０、６２及び６４は２つの領域７６及び７８を含む。領域７６は領域７８よりも幅が狭く、領域７８よりも厚い。従って、電流は、領域７８を通過する際と比べて、より電圧降下が小さい状態で領域７６を通過することができる。電流は、電圧降下が小さい状態で電極６２の長さに沿って分配可能である。領域７６よりも薄い領域７８は、電流を可調整抵抗材料８０に局部的に分配するために使用できる。すなわち、領域７８は領域７６と比べて搬送する電流が少なく、過度の電圧降下や関連する加熱を必要としないため薄くすることができる。

開口部７７及び７９は導電性基板７０を露出させている。可調整抵抗材料８０は開口部７７及び７９を通じて導電性基板７０と接触可能である。従って、電流は、可調整抵抗材料８０及び対応する開口部７７及び７９を通じて電極６０、６２、６４及び導電性基板７０の間で流れることが可能である。シリコーンなどの外層８２は、上述の如く、電極６０、６２、６４及び可調整抵抗材料８０を被覆する。

図７は、図６の画像受容構造上の可調整抵抗セルの例を示す平面図である。本実施形態では、外層８２は透明であるため、図示されない。更に、可調整抵抗材料８０は図示された表面全体にわたって形成可能であることから、図示されない。但し、可調整抵抗材料８０が表面全体にわたって形成されなければならないわけではない。例えば、可調整抵抗材料８０は、電極上のより薄い領域７８にのみ形成してもよい。

図６及び図７を参照すると、本実施形態では、各可調整抵抗セルは開口部８８を有する。開口部７７及び７９と同様に、開口部８８は、導電性基板への電気接触を可能とする。開口部８６は電極の開口部であり、絶縁材料７４を露出する。より詳しくは、開口部８６は電極のより薄い領域７８における開口部である。

開口部８６及び８８は同心円を形成する。従って、電極の領域７８から導電性基板７０までの距離は、略同一であってもよい。その結果、セル用の可調整抵抗材料８０は同一抵抗率を有すべくプログラムされていると仮定すると、セルの抵抗はセル全体にわたって略均等に分配される。

電流８５、８７及び８９は、可調整抵抗セルを通って流れることが可能ないくつかの電流を表す。電流８５は電極６２の領域７６を通って流れる電流である。電流８７は領域７８を通ってセルの可調整抵抗材料８０へ流れる電流を表す。領域７８の抵抗率は、最低抵抗率を有する状態における可調整抵抗材料８０の抵抗率を概ね下回るよう選択可能である。従って、電流８７が電極６２から電極６４に向けてより長い経路を移動しても、より長い経路による付加抵抗は可調整抵抗材料８０の最低抵抗率よりも低く維持される。電流８９は可調整抵抗材料８０を通じた電流分布を表す。電極の領域７６及び７８の抵抗率が低いため、電流はセルの可調整抵抗材料８０上に略均等に分配できる。その結果、セルにより発生される熱は略均等に分配される。

電極の領域７８の抵抗率は電極からの電流分布を局所化すべく選択可能である。例えば、電極６０、６４及び６６は電極６２に電気接続されているため、直接エネルギーを付与されなくても、電流８５の一部がこれらの電極６０、６４及び６６に流れることが可能である。しかし、電極の領域７８が領域７６を分離するため、他の電極へ流れる電流はいずれも電極の１つ以上の領域７８を通過しなければならない。領域７８は薄いため、領域７６と比べて高い抵抗率を有することができる。従って、領域７８の後続部分の各々について全抵抗が増大し、当該部分を流れる電流量が低減する。従って、領域７８の抵抗率は、可調整抵抗セルの所与の列に電流を略均等に分配する大きさよりも小さく、且つ、可調整抵抗セルの多数の他の列を印加された電流から分離できる大きさを有するように選択可能である。その結果、エネルギーを付与される可調整抵抗セルの列を制御できる。

領域７８は電極間で電気接続されるものとして記載されたが、全ての電極を電気接続する必要はない。例えば、領域７８中の空隙により１つ以上の電極を他の電極から分離することが可能である。例として円形を使用したが、開口部８６及び８８は他の形状を有していてもよい。セルの抵抗が略均等に分配されるものであれば任意の形状が使用できる。例えば、均等にセルの抵抗を分配すべく形成された隅角部を有する略正方形が使用できる。

一実施形態において、可調整抵抗セルのサイズは、可調整抵抗材料をプログラムするために使用されるエネルギービーム１８のスポットサイズより小さくすることができる。例えば、開口部８８は直径約３μｍとすることができ、開口部８６は直径約９μｍとすることができ、セル間隔は中心間で約１２μｍとすることができる。これにより、可調整抵抗セル密度は約２４００ｄｐｉとすることができる。

上記実施形態は一次元的に電極を略位置合わせしたが、電極は多次元的に位置合わせされることが可能である。例えば、電極は画像受容面の表面全体にわたり二次元的に位置合わせされることが可能である。

一実施形態において、電流は画像受容構造１０に対し垂直方向に流れることが可能である。例えば、画像受容構造は第一の電極、第一の電極上の第二の電極、及び第一の電極と第二の電極の間に配置される可調整抵抗材料を含むことが可能である。垂直方向配列のため、画像受容構造のパターニングの必要性、画像受容構造に対するエネルギービーム１８の追跡の必要性、あるいは画像受容構造パターンに関連する他の要件が低減されあるいは不要となる。

更に、熱を発生すべく電流が通過する可調整抵抗材料を通じた相対的距離は、水平方向の可調整抵抗材料の用途と比べて薄くすることができる。従って、可調整抵抗材料の抵抗率はより高くなるよう選択できる。例えば、金属酸化膜材料の組成物を調整することにより、カルコゲニド材料と比べて高い抵抗率を有する状態への切り替えを生じることができる。このような酸化物として、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｔａ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、ＮｉＯ、ＳｒＴｉＯ_３及びＺｒＯ_２が挙げられる。

更に、第一の電極及び／又は第二の電極はエネルギービーム１８のエネルギーに対し透明とすることが可能である。別の実施形態においては、網目状の薄膜導電層がこれら電極に用いられ得る。

図８は、一実施形態に従ったニップの断面図である。一実施形態において、エネルギーは、熱が拡散する時間がなくなるよう、ドナー１１８と画像受容構造１１２の間のニップ領域に蓄積してもよい。熱が拡散する時間があると、所望の画像が押し流される可能性がある。距離１２０は、画像受容構造１１２の外層１１４の厚みである。距離１２２はニップにおけるマーキング材料１１６の厚みである。ドナー構造１１８と画像受容構造１１２とが位置１０９において最も接近する際、厚み１２２は最小となる。矢印１３０は、画像受容構造１１２の回転方向を示す。矢印１３４は、ドナー構造１１８の回転方向を示す。熱１２６が可調整抵抗材料１２８からマーキング材料１１６に転写される位置である領域１２４は、位置１０９からオフセットされている。すなわち、熱移動は、画像受容構造１１２とドナー構造１１８とが最も接近する場所である位置１０９から位置１２４がオフセットされることに伴い発生する。

図９は、図８のマーキング材料における熱放散の等角図である。この図では、可調整抵抗材料１３８は基板１３６と外層１４０の間に示されている。この図は、エネルギー付与点から可調整抵抗材料１３８への熱伝導１５４を示している。

図８及び９を参照すると、一実施形態において、画像形成が行われるためには、マーキング材料は、横方向への熱拡散時定数未満の期間においてニップ１０３の出口点１０５で外層１４０に転写される必要がある。さもなければ画像ボケが発生する可能性がある。従って、熱拡散領域ΔＡは半径１５０を有する加熱領域の一部とすることができる。更に、垂直方向及び水平方向における熱の全体拡散率をあまり高くすべきでない。これにより、ニップ１０３の出口１０５で分離される機会を得る前にマーキング材料を冷却できる。マーキング材料１３２は、画像受容構造１１２に転写されるべく加熱されたマーキング材料を表す。

位置１２４がニップ１０３の出口１０５から更に離間すると、熱拡散に要する時間は長くなり、マーキング材料１１６の温度はピーク値からより長い時間をかけて低下する。従って、一実施形態において、可調整抵抗材料１２８が加熱される位置１２４は、ニップ１０３の出口１０５に接近して配置できる。しかし、位置１２４がニップ出口１０５に近すぎる場合、マーキング材料１１６が外層１４０から部分的に持ち上げられ、非一様な転写が発生しうる。

更に、マーキング材料１１６は、加熱された位置１２４の幅より薄くてもよい。その結果、一画素分のマーキング材料の分離動力学を近接画素の動力学から分離できる。一般的な乾式オフセットインクは約０．５〜１．０ミクロンの範囲の厚みで紙上に配置できる。従って、解像度１２００ｄｐｉ（２１μｍ間隔）の場合でも、マーキング材料１１６の厚みと最近接画素の比率は約１：２０である。

熱拡散時定数はマーキング材料パラメータから推測できる。画像形成解像度が６００ｄｐｉであるとき、加熱された画素領域は直径約４２μｍである。上述の如く、マーキング材料の厚み１４２は数ミクロン以下である。マーキング材料の厚み１４２は伝達される熱の幅１５０よりも著しく小さいことから、垂直方向の熱拡散は冷却時間定数全体に影響を及ぼす。すなわち、熱拡散は方向１４６及び１５２において発生しうるが、より多くの熱が、ドナー構造１１６に向かう方向１４８、あるいは画像受容構造１１２に向かう方向１５６に移動される。

外層１４０の熱伝導率は公式化に依存する。化学的変性を行わない生来のＰＤＭＳ材料が使用される場合、熱伝導率（κ_ＰＤＭＳ）が０．１５〜０．２Ｗ／ｍ−Ｋの範囲に接近していると予想される。マーキング材料１４２の正確な比熱及び熱伝導率は公式化毎に変化するが、乾式オフセットインク用標準値は桁数計算を行う際に利用できる。乾式インクに使用される高分子量オイルの一般的な熱価は、比熱ｃ_ρ〜２０００Ｊ／ｋｇ−Ｋであり、質量密度がρ_ｉｎｋ〜１．０ｇｍ／ｃｃであり、熱伝導率がκ_ｉｎｋ〜０．１５Ｗ／ｍ−Ｋである。垂直方向の伝導が熱の損失に影響を及ぼすとすると、予測される熱時定数は、式１に示される相似関係から推測できる。

ｔ_ｄ＝ｃ_ρ＊ρ_ｉｎｋ＊ｄ^２／κ_ＰＤＭＳ （１）

ｄは、ニップにおけるマーキング材料の吸収深さのおよその厚みである。上述した一般的な値について、全般的な吸収深さとしてｄ＝２−３μｍと仮定すると、拡散時間ｔ_ｄは約１００μｓである。対照的に、インクを通じた横方向への熱拡散時定数は、熱が４２μｍ移動しなければならないことから、約１ｍｓであると予想される。印刷速度が１００ｐｐｍであるとき、プリンタの線形供給量は約０．５ｍ／ｓ以下である。この速度により、加熱された領域１２４はニップ１０３の出口１０５から約５０ミクロン以内の位置となる。画像形成速度が増大すると、構造が所与の熱時定数内に移動する距離が大きくなることにより、上記要求は幾分緩和できる。

一実施形態において、ドナー構造１１８の熱伝導率はマーキング材料１１６の熱伝導率を下回る。例えば、ドナー構造１１８は、大部分のＵＶインクと互換性を有する低熱伝導率材料で作製できる。エチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）で被覆されたローラはＵＶ硬化性インクと共に使用でき、約０．３Ｗ／ｍ−Ｋ近傍の熱伝導率と共に使用できる。

Claims (1)

1. 導電性基板と、
   前記導電性基板上に配置され、各々の内部に前記導電性基板の表面を露出させる複数の第１の円形開口部を有する絶縁材料と、
   前記絶縁材料上に配置され、前記第１の円形開口部の各々の周囲に略同心円を成すように設けられた複数の第２の円形開口部を有する導電性領域であって、一部分が他の部分より厚く形成され、かつ一部分にブラシが電気的に接触可能な部分を備えた電極を有する導電性領域と、
   前記導電性領域の表面と、前記絶縁材料上で前記導電性領域が配置されていない部分と、第１の円形開口部から露出した導電性基板の表面とを、前記ブラシと電気的に接触可能な前記電極の前記部分を露出させて覆うように配置されると共に、エネルギービームの照射によって電気抵抗が可変な抵抗材料と、
   を含む画像受容構造と、
   前記抵抗材料の電気抵抗が所定のパターン状に分布するように、前記画像受容構造にエネルギービームを放射するエネルギー源と、
   を含み、
   前記抵抗材料の電気抵抗の分布をパターン状に変更した後、前記ブラシから前記導電性領域及び前記抵抗材料を介して前記導電性基板へ向かう電流を流すことにより、前記抵抗材料を前記パターン状に加熱し、
   加熱された前記抵抗材料の前記パターンに対応させて、前記画像受容構造にマーキング材料を残留させて画像を形成する、
   画像形成システム。

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