使介质引起的运动品质扰动减到最小的转印辊接合方法 【技术领域】
本发明总体涉及一种用于将墨水图像固定在接受介质上的鼓，更具体地说，涉及用来在印刷或者复印图像时减少运动品质缺陷的系统和方法。
背景技术
为了在固体墨水印刷机中进行印刷，把墨水液滴加到一张纸上的通常方法是直接把图像印刷到纸上，即，一种被称为直接印刷的过程。采用中间的转印喷墨纪录方法的喷墨印刷系统，比如在题目为“成像过程”并且授予本申请人的代理人的美国专利No.5389958中公布的那种系统，是间接或者偏移(offset)印刷工艺地一个示例，这种工艺采用相变墨水。一个芯吸垫施加一种释放剂(a releaseagent)，形成一个中间的转印表面，把该芯吸垫装在一个施加装置内。在进行成像之前，将施加装置升高，与旋转的鼓接触，施加或者重新充满液体的中间转印表面。
一旦已经施加好液体的中间转印表面，使施加装置缩回，并且印刷头喷射出墨水的滴，在液体的中间转印表面上形成墨水图像。在由墨水的固体状态形式熔化之后，以熔融形式施加墨水。随着鼓继续旋转，通过冷却到一种可以延展的固体中间状态，把墨水图像固化在液体中间转印表面上。当成像已经完成时，使转印辊运动，与鼓接触，在辊与中间转印表面/鼓的弯曲表面之间形成一个加压的转印辊隙。随后，将最后的接受基底比如介质的一个薄片给送进转印辊隙中，并且将墨水图像转印到最后的接受基底上。
当使转印辊与成像鼓充分接合时，它可以在相当短的时间内施加高至500磅的载荷。在这样短的时间内添加和除去这样的载荷可能使成像鼓的速度发生偏差，造成鼓的瞬时转动扰动。此外，也可能有由于载荷产生的稳定状态的速度改变。成像鼓伺服控制系统可能不足以适应这些速度偏差，造成图像对不准，或者其它不希望的效果，把这些称为运动品质问题。
当前，当进行要求多次通过的打标记的操作时，顺序地进行在成像鼓上形成图像和把图像转印到介质上的过程。因为与转印辊与成像鼓接合相关的运动品质问题出现在已经在成像鼓上形成图像之后，成像必须在开始转印过程之前完成。结果，由于串联地进行成像和转印操作限制了生产率。当采用一个大到足以设置比一个多的图像(也把它称为一个节距(pitch))的成像鼓时，必须在可以在另一个节距上形成图像之前转印在一个节距上形成的图像。
对于熟悉工艺的人来说由下面的描述将会清楚本发明的另一方面，其中以说明实现本发明适用的最佳模式中的一个模式的方式示出和描述本发明的一个优选实施例。本发明可以有其它不同的实施例，并且本发明的细节可以在多种明显的方面进行改进，所有这些都不偏离本发明。因此，将把图和描述看作本质上是说明性的，而不要看作是限制性的。
【附图说明】
通过考虑本发明的下面的详细内容、特别是与附图联系起来考虑时，本发明的目的，特点和优点将会变得清楚，在附图中有：
图1为在一个喷墨印刷系统中应用两阶段贯穿(transfix)过程的示意图；
图2为包括所公布实施例的特点的系统的一部分的简图；
图3为按照所公布实施例的转印辊驱动系统和成像鼓驱动系统的一个实施例的示意图；
图4为用来组成一个表格的学习或建立步骤的流程图，在成像鼓与转印辊接合和脱开的过程中转印辊驱动系统将使用该表格；以及
图5-7示出了采用本发明的方法的实验数据。
【具体实施方式】
图1示出了用来应用两阶段的贯穿过程的本发明的成像装置10的示意图，该贯穿过程用来转印到一个接收基底上，并且随后通过一个用来进行后定影(post fusing)的定影装置把基底运送出。参考图1，其中在所有的图中相同的标号表示相同的或者相应的部件，该图示出了一个印刷头11，它有被适当的壳体和支承件(未画出)支承的墨水喷嘴，静止地使用它或者运动地使用它，把墨水沉积到一个中间转印表面12上。所采用的墨水最好初始时为固体形式，随后通过施加热能由大约85摄氏度升高到大约150摄氏度将墨水改变成熔融状态。高于这个范围的温度将会造成墨水的退化或者化学分解。随后以光栅的方式(in raster fashion)把熔融的墨水由印刷头11的墨水喷嘴施加到中间的转印表面12上，形成墨水图像。随后将墨水图像冷却到中等温度，并将图像固化到一种有延展性的状态(a malleable state)，在这种状态下把图像转印到一个接受基底或者介质28上，并且随后进行柱状熔化。下面将更充分地描述这个过程的细节。
在图1中示出的支承表面14已经添加了形成一个释放表面(arelease surface)的外层9。中间转印层12是通过与一个施加装置组件16接触施加到鼓14的外层9上的一层液体层。以示例的方式，但是不是限制，施加装置组件16包括一个芯吸辊，用一种释放液体浸透该辊，用来施加该液体，还包括一个计量片18，用来一致地对在鼓14的表面上的液体进行计量。当鼓14在图1中所示的方向上关于装有轴颈的轴旋转时，施加装置凸轮和凸轮随动件(未画出)的作用使施加装置组件16升高，直到芯吸辊与鼓14的表面接触为止。
再参见图1，用一个适当的加热装置19对在外层9上形成中间转印表面12的释放液体进行加热。加热装置19可以是一个辐射电阻加热器，可以如图所示出的那样设置该加热器，或者把它设置在鼓14的内部。加热装置19把中间转印表面12的温度由室温提高到25到大约70摄氏度或者更高，以便接收来自印刷头11的墨水。这个温度取决于在中间转印表面12中采用的液体的准确性质，并且取决于所使用的墨水，可以利用热敏电阻42由温度控制器40调节该温度。随后，印刷头11以由大约85摄氏度到大约150摄氏度的熔融形式把墨水施加到液体中间转印表面12的暴露表面上，形成一个墨水图像26。通过冷却到被加热装置19提供的有延展性的中间状态温度，将墨水图像26固化在中间转印表面12上。随后，一个接收基底的引导装置20使来自一个正向的给送装置(未画出)的接受基底28比如纸或者透明片通过。辊23和鼓14的相对的弧形表面形成辊隙29。辊23有金属的芯，最好是钢芯，带有弹性的涂层22。鼓14继续旋转，进入由辊22与包含墨水图像26的中间转印表面12的弯曲表面一起形成的辊隙29。随后使墨水图像26变形，成为它的图像形态，并且通过在那里对着接受基底加压将墨水图像粘接到接受基底28上。
首先把墨水图像26加到在外面的依从表面(outer compliantsurface)8或刚性层9上的中间转印表面12上，并且随后把图像固定到(transfixed off onto)接受基底或介质28上。这样，辊23的弹性表面22施加在辊隙29中的接受基底上的压力把墨水图像26转印到、并且固定到接受基底28上。仅只作为示例，在接受基底或介质上施加的压力可以小于800lbf。可以将剥离指状件(stripperfingers)25(图中仅只示出了它们中的一个)可作枢轴转动地安装到成像装置10上，帮助由形成中间转印表面12的液体层的暴露表面上除去任何纸或其它最后的接受基底28。在把墨水图像26转印到接受表面28上之后、并且在下一次成像之前，驱动施加装置组件16和计量片18，把它们升高，与鼓14接触，把液体中间转印表面12重新充满。
可以使用加热器21在将墨水图像26定影之前预先对接收表面28进行加热。可以将加热器21设定为由大约60摄氏度到大约200摄氏度之间开始加热。理论上，加热器21将接受介质的温度升高到大约90摄氏度到大约100摄氏度。要将接受基底28的热能保持为足够低，从而在转印到接受基底28上时不会熔化墨水图像。当墨水图像26进入辊隙29时，将图像变形，成为它的图像形态，并且或者由对着接受基底28上的墨水图像26施加的压力、或者由压力和加热器21和/或加热器19提供的热量结合起来，将图像粘接到接受基底28上。附加地，可以采用加热器24，它把转印和定影辊23加热到大约25摄氏度到大约200摄氏度之间的一个温度。也可以在纸或接受基底引导装置20中或者在转印和定影辊23中分别采用加热装置21和24。施加在墨水图像26上的压力必须足够大，使得墨水图像26能够粘到接受基底28上，压力为每平方英寸大约20到大约2000磅之间，更可取地，为每平方英寸大约750到大约850磅之间。
在出了由辊23与鼓14的外依从层9的接触产生的辊隙29之后，随后可以用一个热装置60以热学方式控制墨水图像。这个热装置60可以对接受基底28和墨水图像26进行加热，冷却，或者保持温度，作为一个示例，温度可以在50到100摄氏度。在这个位置可以将接受基底28和墨水图像26提高到的最高温度取决于墨水的熔点或闪点(flash point)和/或接受基底28的闪点。热装置60可以简单到为一个绝缘层，当墨水和基底出辊隙29时，保持墨水和基底的温度，或者是一个加热和/或冷却系统，添加或除去热能。随后，把接受基底28和墨水图像26运送到熔化装置52。该熔化装置52由一个支持辊(back-up roller)46和一个熔化辊50构成。该支持辊46和熔化辊50有金属芯，最好为钢芯或者铝芯，并且可以分别用弹性层54和56覆盖这些辊。支持辊46在与墨水图像26所在的那个侧面相反的侧面上与接受基底28和墨水图像26接合。这个辊把墨水图像26熔化到接受基底28的表面上，使得墨水图像26扩展开，变平，穿透，并且粘到接受基底28上。作为一个示例，熔化装置所施加的压力可以在100lbf到大约2000lbf之间。
现在把注意力转到讨论本发明的用来使介质引起的运动品质扰动减到最小的转印辊接合方法。当转印辊与成像鼓相互接触时，最好以预先确定的电流(即，扭矩)数值驱动转印辊，如在题目为“用来使介质引起的运动品质扰动减到最小的转印辊接合方法”的美国专利6731891中所公布的那样，把该专利结合在这里作为参考。
参见图2，如下面将讨论的那样，一般使用转印辊系统实现在图像转印过程中转印辊与成像鼓14的接合和脱开。一般使用转印辊系统使转印辊与成像鼓接合和脱开，同时将成像鼓的旋转速度保持在一个标称速度(a nominal speed)。所公布的实施例的特点是对于成像鼓提供一个马达扭矩辅助装置(a motor torque assist)使得可以平行地实现成像/转印，并且减少转印辊的接合和脱开对运动品质的冲击。
成像鼓14包括第一节距15和第二节距17。可以由一个或多个文件之间的间隙123形成在第一节距与第二节距15，17之间的边界。成像鼓驱动系统150工作保持成像鼓14处在基本上不变的转动速度。通常印刷头11工作把一个图像加在成像鼓14的至少一个节距15上。印刷头11能够把一个图像加到两个节距15，17上。
转印辊系统包括一个转印辊22，一个转印辊驱动系统145，以及一个接合组件140。接合组件140用来使转印辊22移动，在辊隙130区域与成像辊14接合，把成像辊上的一幅或多幅图像转印到介质125上。介质125可以包括适宜于把图像加到其上的任何基底，并且可以包括单个的薄片或者一个连续的卷。
在当前公布的实施例中，马达扭矩辅助装置包括测量成像鼓驱动系统150的驱动电流，纪录在转印辊22与成像鼓14接合和脱开的过程中保持所测量的成像鼓驱动电流所需要的转印辊驱动系统145的驱动电流，并且使用所纪录的驱动电流操纵转印辊驱动系统145，使在后续的接合和脱开过程中成像鼓速度的变化减到最小。
可以由一个控制器155操纵印刷头11，接合组件140，转印辊驱动系统145，以及成像鼓驱动系统150。控制器155可以包括用来一般性地控制系统100运行的逻辑线路，并且包括运行在记忆装置中的程序的处理器165。记忆装置170也可以能够储存数据。
在一个实施例中，接合组件140可以包括一个接合马达160，它工作使转印辊22朝向或者离开成像鼓14运动。也可以使用其它的接合机构，只要能够如在这里所描述的那样使成像鼓14和转印辊22移动到一起、并且将它们移开就可以。
转印辊驱动系统145适宜于至少以一种速度不变模式和一种电流驱动模式工作。在速度不变驱动模式中，转印辊驱动系统145工作使转印辊22基本上保持在一个特定的转动速度。在电流驱动模式中，转印辊驱动系统145工作按照一个电流设定点驱动转印辊130。
成像鼓驱动系统150适宜于至少以一种速度不变模式工作，在这种模式中成像鼓驱动系统150工作使成像鼓14基本上保持在一个特定的转动速度。
图3示出了转印辊驱动系统145和成像鼓驱动系统150的示例性实施例的示意图。
转印辊驱动系统145适宜于至少以一种速度不变模式和一种电流驱动模式工作。在速度不变驱动模式中，转印辊驱动系统145工作使转印辊22基本上保持在一个特定的转动速度。在电流驱动模式中，转印辊驱动系统145工作按照一个电流设定点驱动转印辊130。
转印辊驱动系统145可以包括一个转印辊速度伺服控制器210，一个转印辊放大器215，一台转印辊马达220，以及一个转印辊速度传感器225。控制器155(图3)可以将一个转印辊速度设定点加在信号线230上，而转印辊速度传感器225可以将一个反馈信号加在线235上。随后转印辊速度伺服控制器210可以将一个信号加到转印辊放大器215上，该放大器进而将电加到转印辊马达220上。
当开关240处在速度位置时，转印辊速度伺服控制器210工作使转印辊22的速度基本上保持在转印辊速度设定点上。当开关240处在电流位置时，对控制器155(图3)加到信号线245上的一个电流设定点做出响应，转印辊放大器215作为一个电流源工作。
成像鼓驱动系统150适宜于在一般情况下至少以速度不变模式工作。在速度不变驱动模式中，成像鼓驱动系统150工作使成像鼓14基本上保持在一个特定的转动速度。成像鼓驱动系统150可以包括一个成像鼓速度伺服控制器250，一个成像鼓放大器255，一台成像鼓马达260，以及一个成像鼓速度传感器265。控制器155(图3)可以将一个成像鼓速度设定点加在信号线270上，而成像鼓速度传感器265可以将一个反馈信号加在线275上。随后成像鼓速度伺服控制器250可以将一个信号加到成像鼓放大器255上，该放大器进而将电加到成像鼓马达260上。成像鼓驱动系统150也可以包括一个电流传感器280，用来感测成像鼓马达260的电流引出。
在复印过程中，印刷头11把第一幅图像加到节距15上。当第一幅图像完成之后，接合组件140使得转印辊22向前运动，并且与成像鼓14接合，形成辊隙130。就是在这个位置，转印辊驱动控制器由速度不变模式切换到电流不变驱动模式。当介质125的前边缘接近辊隙130时，它被传感器500感测。在一个预先确定的时间之后，扭矩辅助装置控制器300把一个正的脉冲叠加到不变的电流驱动信号上。使这个正脉冲保持一个预先确定的时间，抵消被介质的前边缘加到鼓上的扭矩扰动。类似地，感测介质的后边缘，并且把一个负的脉冲叠加到不变的电流驱动信号上。在把第一幅图像转印到介质125上之后，如果第二幅图像已经完成，也可以把它转印到在辊隙130的介质125上。否则，当文件之间的间隙123到达辊隙130时，可以使转印辊22与成像鼓14脱开。当印刷头11完成第二幅图像的施加时，就可以使转印辊22与成像鼓14重新接合，把第二幅图像转印到介质125上。在任何一种情况下，在转印辊与成像鼓脱开之后，转印辊的控制返回到速度不变模式。
一般说来，当文件之间的间隙在辊隙130或者接近辊隙130时，进行转印辊22与成像鼓14的接合和脱开。如上面提到过的那样，当转印辊22与成像鼓14完全接合时，可以将大约为500-700磅范围的载荷加到成像鼓14上。完全接合因此完全的加载一般在文件之间的间隙123横过辊隙130时出现，典型地这在大约50毫秒中发生。如果不补偿这个负载的改变，成像鼓14的速度将会起伏，造成运动品质的问题。运动品质的要求可以规定成像鼓14保持在它的标称速度的至少+/-2％以内。用来把图像加到成像鼓14上的某些技术可以容许成像鼓的速度有一些变化，但是一般说来，可能不能补偿明显地大于这个范围的变化。
所公布的实施例包括以一定方式驱动转印辊22，这种方式补偿由于接合和脱开所造成的成像鼓速度的扰动。所公布的实施例包括一个学习或者建立程序，记录在接合和脱开过程中为了保持成像鼓驱动系统150的一个特定的电流引出、施加到转印辊驱动系统145上的电流的数量，如在图4中示出的那样。
参见图4的步骤310，学习程序可以由用都处在闭环的速度控制模式的转印辊驱动系统145和成像鼓驱动系统150以转印辊22和成像鼓14各自的运行速度驱动它们开始(步骤315)。记录器155把被电流传感器280检测(步骤320)到的成像鼓马达260的第一电流引出记录在记忆装置170中(步骤325)。使转印辊22与成像鼓14递增地朝向彼此运动。例如，通过使接合马达160运行实现(步骤330)。当转印辊22与成像鼓14开始接合时，将转印辊驱动系统145切换到电流驱动模式(步骤335)，在这种情况下初始设定电流设定点，从而使得转印辊22保持它的被脱开的速度(步骤340)。在接合的过程中调节转印辊驱动系统145的电流设定点，使得被成像鼓驱动系统150向下拉的电流的数量被保持在第一电流引出的数量(步骤345)。
随着接合马达160的递增，对于每次增加把转印辊22与成像鼓14之间的距离例如由接合马达160的位置表示连同转印辊驱动系统145的相应电流设定点一起记录在记忆装置170中，直到转印辊22与成像鼓14完全接合为止(步骤350)。
可以将距离或位置和电流设定点组合进第一检查表(lookuptable)180中，该表把载荷补偿的驱动电流的数量与转印辊22与成像鼓14之间的距离相关起来(步骤355)。对于转印辊22与成像鼓14的脱开可以完成类似的学习程序，即，对于每次运动的增量把转印辊22与成像鼓14之间的距离连同转印辊驱动系统145的相应电流设定点一起记录在记忆装置170中，直到转印辊22与成像鼓14完全脱开为止，并且可以将纪录组合进第二检查表185中。第二表185应该与对于接合操作产生的第一表180类似。可以把第一和第二检查表180，185结合起来形成单一的检查表190，对于转印辊22与成像鼓14的接合和脱开都可以使用该表。
在后来的接合和脱开操作过程中可以利用检查表190，把成像鼓速度的扰动减到最小。例如，接续的打标记的操作可以由转印辊22与成像鼓14脱开开始。控制器155可以使转印辊驱动系统145切换到闭环速度控制模式，并且可以使得脱开的转印辊22与成像鼓14在它们各自的运行速度下工作。随后接合马达160可以接续地递增，使转印辊22朝向成像鼓14运动。当转印辊22与成像鼓14开始接合时，可以将转印辊驱动系统145切换到电流驱动模式。对于每次增量的运动，或者例如由接合马达160的位置表示的转印辊22与成像鼓14之间的距离的每次增加，按照检查表180设定对于转印辊驱动系统145的电流设定点。类似地，在图像转印完成之后，在脱开的过程中，当转印辊22与成像鼓14运动彼此离开时，也可以由检查表180获得对于转印辊22与成像鼓14之间的每个距离的转印辊驱动系统145的电流设定点。
在另一实施例中，可以对于每个接合位置使用检查表180，并且可以对于每个脱开位置使用检查表180。在又一个实施例中，可以对每个接合位置和脱开位置使用检查表190。
回到图2，记忆装置170也可以包括程序储存装置195，用来储存软件和包括上面描述的学习或建立程序的计算机程序，由处理器165执行这些软件和程序。软件和计算机程序的形式可以为机器可以阅读的程序源代码。一般说来可以使用控制器155利用程序储存装置195将机器可以阅读的源代码具体化，实现所公布的实施例的步骤。程序储存装置195可以包括磁介质，光学介质，半导体，或者任何其它适用的介质。
因此，当进行后续的接合和脱开时，驱动转印辊22，补偿在成像鼓14上的载荷，将作为载荷变化的结果可能出现的任何速度变化减到最小。结果，系统100补偿了瞬时的转动扰动以及由于与接合和脱开相关的载荷变化出现的稳定状态的速度改变。使得图像对不准和其它有关的运动品质问题减到最小。此外，可以在成像鼓14的一个或多个节距上形成图像，同时进行将其它图像由其它的节距转印到介质125上。因此，可以平行地进行图像形成和图像转印操作，提高了系统的生产率。
回过去参见图2，控制器155包括一个纸张扭矩辅助装置控制器300，利用该控制器当介质的前边缘进入辊隙130时以及当介质的后边缘出辊隙130时保持成像鼓的速度不变。纸张扭矩辅助装置控制器300采用一个转印前纸张传感器500；传感器500检测出什么时候介质的前边缘和介质的后边缘进入辊隙。
在运行过程中，当传感器500检测到介质的前边缘时；纸张扭矩辅助装置控制器产生一个信号命令、命令转印辊驱动马达使电流水平在一个预先确定的时间间隔内增高，提高转印辊22的速度。本申请人已经发现：当前边缘初始进入辊隙时，需要附加的扭矩克服辊/鼓分开，并且当前边缘到达一定位置时，在那以后使得纸张扭矩辅助装置控制器无效。一旦使鼓/辊分开，附加的扭矩要求将消失。相反，当纸张的后边缘离开辊隙时，将有附加的扭矩添加到系统上，这使得鼓/辊加速，直到在纸张之后辊隙关闭为止。
随着介质的其余部分进入辊隙，当传感器500感测到介质的后边缘时，启动扭矩辅助装置控制器。扭矩辅助装置控制器300产生一个信号命令、命令转印辊驱动马达使电流水平在第二个预先确定的时间间隔内降低。
已经检验了本发明的原理。图5示出了对于通过没有纸张扭矩辅助装置的关闭起来的贯穿辊隙(740磅载荷)的140微米厚90磅的介质、鼓速度随时间的变化。由于纸进入关闭起来的辊/鼓的辊隙，鼓的速度变化大约3％。要注意到：当纸进入辊隙时，鼓的速度减小，而当纸出辊隙时，速度提高。
图6-7示出了对于通过有纸张扭矩辅助装置的关闭起来的贯穿辊隙(740磅载荷)的140微米厚90磅的介质、辊速度和转印辊驱动电流随时间的变化。本申请人发现：对于相同的纸，鼓的速度改变由大约3％降低到大约1％，即，超过了说明书的2％。要注意到：发给转印辊的命令信号是一个阶梯函数，并且由转印前纸张传感器所给出的信号延迟一定时间。很明显，转印辊对这个输入的响应将有某种动力学过程，这种动力学过程将会影响系统的响应。通过改变转印前纸张传感器检测到纸张的时间与启动纸张扭矩辅助装置的时间之间的延迟可以调节上述的影响。也要注意到：纸张扭矩辅助装置的阶梯函数对于纸张离开辊隙是负的。
规定纸张扭矩辅助方法的有效性的三个参数是：在纸张进入辊隙之前纸张扭矩辅助装置应该启动多长时间，为了克服辊/鼓分开需要多大的附加扭矩，以及在纸张进入辊隙之后附加的扭矩应该保持多长时间。
在本申请人的实验中，用手工调节参数。显然：对于不同的纸张厚度和不同的鼓速度和载荷、参数将会改变。可以采用一种算法获得对于每个任务运行一定数量的薄片而没有纸张扭矩辅助装置所要求的扭矩增加的数量，确定出扰动的大小和时间。此外，如果事先已经知道纸张的类型，可以采用检查表，它有一组预先确定的参数值。
尽管在上面已经参考着它的具体实施例描述了本发明，很明显：在材料，部件和步骤的安排方面可以实现许多改变，改进和变化，而不偏离在这里公布的本发明的概念。因此，希望所附的权利要求书的精神和广阔范围包括所有这样的改变，改进和变化，熟悉工艺的人通过阅读公布的内容可以实现这些改变，改进和变化。把在这里引用的所有专利申请，专利和它们的出版物以它们的全文结合在这里作为参考。