(57)【要約】【課題】デジタル印刷における印刷速度を向上させる。【解決手段】調整可能なエネルギー移動特性を有する材料を含む画像受容構造と、画像受容構造の表面にマーキング材料がパターン状に転写されるように、調整可能なエネルギー移動特性を有する材料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。【選択図】図１
2010089505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
調整可能なエネルギー移動特性を有する材料を含む画像受容構造と、
前記画像受容構造の表面にマーキング材料がパターン状に転写されるように、前記調整可能なエネルギー移動特性を有する材料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。
【請求項２】
マーキング材料の層を受け取るドナー構造を更に含み、
前記画像受容構造は、
前記調整可能なエネルギー移動特性を有する材料を含む第一の層と、
前記第一の層と前記ドナー構造の間に配置される第二の層と、
を更に含む、
請求項１記載の画像形成システム。
【請求項３】
前記画像受容構造は、前記エネルギー源から前記マーキング材料へのエネルギーの透過をパターン状にマスキングすべく構成される、請求項１記載の画像形成システム。
【請求項４】
前記調整可能なエネルギー移動特性を有する材料は、第一の状態において第一の吸収率及び第一の反射率を有し、第二の状態において第二の吸収率及び第二の反射率を有し、前記第一の吸収率は前記第二の吸収率より低く、前記第一の反射率は前記第二の反射率より高い、請求項１記載の画像形成システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成システムに関し、特に、マーキング材料をパターン状に加熱し転写する画像形成システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
印刷技術には、全ての印刷されたページが変数テキスト及び画像を有することを可能とするデジタル方式と、単一の画像の高容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。
【０００３】
しかし、マスターベース複製処理と比較して、デジタル印刷技術は速度の面で厳しい制限がある。この速度制限により生産性が低下し、デジタル印刷のコピー連続運転時間の経済性が数百枚以下に制限されている。インクジェット印刷の場合、インクは溶剤中における希釈度の極めて高い顔料又は染料からなり、印刷速度は溶剤の蒸発に必要なエネルギーにより制限される。電子写真の場合、印刷速度はトナー融着に必要なエネルギーによって制限される。最終的に、熱転写のための印刷速度は、リボン上のインク着色された材料を固体から液体へ変形するために要求されるエネルギー、あるいは染料拡散熱転写（Ｄ２Ｔ２）の場合には固体から気体へ変形するために要求されるエネルギーによって制限される。インク温度を相変化温度まで昇温し、融解潜熱又は蒸発を生じる必要があることから、これらの熱的方法においては大量のエネルギーが必要である。これらの考察に加え、一般的なデジタルマーキング材料の顔料濃度が低ければマーキングの堆積高さは高くなる。このことは、光沢均一性、触覚的感触、書籍を積んだときの厚み、及び折り目堅牢性の点で不都合を生じる。更に、オフセットリソグラフィと比較する場合、デジタルマーキング材料は各々、通常色域及び基板ラティチュード、及びサイズの面で著しく厳密な制限を有する。
【０００４】
上記デジタル印刷技術と異なり、リソグラフィックオフセット印刷は１００，０００ｃｐ以上の範囲で非常に高粘性のインクを使用する。更に、これらのインクは、極めて小さい堆積高さで高い顔料負荷を有する。これらのインクを紙に定着させるためにはエネルギーを殆ど必要とせず、これにより過度に大きい乾燥炉を用いずに極めて高い生産速度を達成できる。オフセットリソグラフィでは、親水性・疎水性の画像形成領域を有するマスタープレートが形成される。このようなプレートはオフラインで準備され、張力をもって外側表面に巻き付けることにより画像形成シリンダに取り付けられる。多くは水ベースの湿し水がこのプレートに最初に塗布され、親水性領域を選択的に湿らせる。次いで、画像形成プレートは、オフセットインクの全面的な層を提供するドナーローラと接触する。湿し水によって湿らせたマスタープレートの領域は、ドナーローラからのオフセットインクをはじく。これらの非画像領域は、オフセットインクの疎水性により、ならびにニップ部領域の湿し水中でフィルム分離を引き起こす剪断力により、オフセットインクの転写をはじくことが可能である。いったんインクが疎水性の画像形成領域で選択的にマスタープレートに付着されると、このインク像は、紙などの印刷された基板に接触される、弾性を有するオフセットシリンダに転写される。
【０００５】
リソグラフィオフセット印刷の別の変化は乾式オフセット印刷である。乾式オフセット技術では、マスターは、インクの転写を阻止すべく利用される、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）層からなる。すなわち、シリコーンはインクの転写を防止すべく利用される。ＮＩＰの高速剪断力の下では、インク内の粘弾性凝集力はシリコーンインタフェースにおいて表面粘着力を超過し、粘着質でありながら弾性を有するゴム様材料と同様の方法でシリンダの非画像部からのインクが剥れる。シリコーンインタフェースの接着力は、シリコーン表面が「弱い境界層」を形成し、溶剤が当該層内へ拡散しシリコーン界面におけるフィルム分離を促進するという事実によって更に低下する。インクが塑性変形するよりも早い時間スケールで剪断力が作用することから、印刷速度が増加され、それに伴ってこの挙動が増幅される。非シリコーン領域では、接着力は、インクの内的凝集力を上回り、インク被膜は画像形成領域内のインクの層から分離する。
【０００６】
大部分の従来の乾式オフセット印刷システムにおいて、ドナーと画像形成プレートの間、及び画像形成プレートとオフセットローラとの間で分離するインクは約５０／５０である。実際的な観点では、このことは、前画像が非可視的となるまでに、オフセットシリンダから十分なインクを除去するためには約１０ページ分の空白ページが必要であることを意味する。これらの分離動力学は、新しいリソグラフィックマスタープレートが取り付けられるときに、画像ゴーストを生じる。従って、インク分離動力学のために、リソグラフィック技術が著しい画像ゴーストのない変数データ短時間の印刷処理を達成することができない。しかし、各色分離画像に対応する各マスタープレートの位置合わせを調節するためにより多くの用紙が必要であることから、大部分のオフセット印刷ジョブは長時間実行され、画像ゴーストは生産性に著しい影響を及ぼさない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第３６５５３７９号
【特許文献２】米国特許第６７２５７７７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、改良されたマーキング材料をパターン状に加熱し転写する画像形成システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様によれば、調整可能なエネルギー移動特性を有する材料を含む画像受容構造と、前記画像受容構造の表面にマーキング材料がパターン状に転写されるように、前記調整可能なエネルギー移動特性を有する材料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、が提供される。
【００１０】
マーキング材料の層を受け取るドナー構造を更に含み、前記画像受容構造が、前記調整可能なエネルギー移動特性を有する材料を含む第一の層と、前記第一の層と前記ドナー構造の間に配置される第二の層と、を更に含んでも良い。
【００１１】
前記画像受容構造は、前記エネルギー源から前記マーキング材料へのエネルギーの透過をパターン状にマスキングすべく構成されても良い。
【００１２】
前記調整可能なエネルギー移動特性を有する材料は、第一の状態において第一の吸収率及び第一の反射率を有し、第二の状態において第二の吸収率及び第二の反射率を有し、前記第一の吸収率は前記第二の吸収率より低く、前記第一の反射率は前記第二の反射率より高いことを特徴としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態に従った調整可能なエネルギー移動特性を有する画像形成システムを示す図である。
【図２】一実施形態に従った画像受容構造の断面図である。
【図３】一実施形態に従った画像受容構造のエネルギー移動特性を示す画像受容構造の断面図である。
【図４】他の実施形態に従った画像受容構造のエネルギー移動特性を示す画像受容構造の断面図である。
【図５】他の実施形態に従った調整可能なエネルギー移動特性を有する画像形成システムを示す図である。
【図６】他の実施形態に従った調整可能なエネルギー移動特性を有する画像形成システムを示す図である。
【図７】一実施形態に従ったニップ部の断面図である。
【図８】図７のマーキング材料中における熱放散を示す等角図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）とも呼ばれる、シリコーンなどのシロキサンは通常は粘弾性のマーキング材料をはじく。粘弾性のマーキング材料は、ニューハンプシャー州のＰｒｅｓｓｔｅｋ社により製造されている乾式オフセットマシンなどの短期間オフセットプレスにおいて使用されている乾式オフセットインクを含む。粘弾性のマーキング材料は、弾力及び粘性（Ｇ’及びＧ’’）が共にマーキング材料レオロジーを決定する際に本質的な役割を果たす複雑な弾性率を有する点で大部分のマーキング材料とは異なっている。
【００１５】
これらのマーキング材料の内部凝集エネルギーは、シリコーンの表面への付着エネルギーより大幅に大きくすることができる。その結果、マーキング材料はシリコーン表面に提供され、ほぼ１００％の効率でシリコーン表面から剪断除去されうる。しかし、このようなマーキング材料を加熱することで、その粘性及び内部凝集力（又はタック）は、一時的にパターン状にシリコーン表面に付着することが可能となるよう一時的に低下される。いったんシリコーンに付着すると、基板の接着強度がシリコーンのそれよりも高い場合において、このような画像は約１００％の効率で概ね任意の基板に転写できる。その結果、非ゴースト変数データオフセット転写工程は、乾式オフセットインク又は他の粘弾性マーキング材料を利用して実現できる。
【００１６】
乾式オフセットインクは一般的にシリコーンに付着しないが、乾式オフセットインクを使用のために意図した温度範囲より高い温度に加熱することで、これらのインクは容易にシリコーン層に付着する。場合により、約４０度昇温させることで、乾式インクがシリコーン上への０％の転写被覆率の条件からシリコーンへ１００％転写されるまで変化させることが可能となる。乾式オフセットシステムが数度以内に温度を制御しなければならない理由の１つとして、摩擦に関連する加熱によってプレートの調色が時々生じる効果を克服することが挙げられる。この効果により不都合が生じる用途も存在するが、転写マーキング材料においては有利に利用できる。
【００１７】
図１は、一実施形態に従った調整可能なエネルギー移動特性を有する画像形成システムを示す図である。一実施形態において、画像形成システム８は、マーキング材料をパターン状（pattern wise）に加熱し、電力許容性を有する高速で調整可能なマスキング材料から作られるマスク層１２を利用してマーキング材料を画像受容構造１０に選択的に転写させる。
【００１８】
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、第一のエネルギー源１６及び第二のエネルギー源１４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上に付着される調整可能なマスク層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。ドナー構造２２はマーキング材料の略均等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均等な層が望ましい。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、調節法などが利用できる。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部１１に入る際、マーキング材料の略均等な層がニップ部１１に入る。
【００１９】
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、熱に依存する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が、マーキング材料として利用できる。例えば、マーキング材料は粘弾性の高いゲル材料、粘弾性のワックスベース材料、低融点トナーあるいは他の非線形の粘弾性の高いマーキング材料を含むことができる。
【００２０】
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は調整可能なマスク層１２及び外側のマーキング材料受容層１３を含む。マーキング材料が温度の画像様変化により粘性又はタックにおいて十分に変更される場合、外層１３は、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にする材料から作られる。既述の如く、一実施形態において、外層１３は、乾式オフセットインクが加熱される場合には外層１３への選択的な転写を可能とするシリコーンからなってもよい。
【００２１】
一実施形態において、外層１３はマスク層１２の上に配置される。しかし、マスク層１２を構成する機能材料を外層１３へ組み込むことが可能であってもよい。例えば、マスク層１２は、ナノ粒子材料が外層１３の外側表面の表面湿潤特性を大幅に変更しない場合には、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、マスク層１２及び画像受容構造１０は、一層の被覆材料において実現できる。
【００２２】
マスク層１２は調整可能なエネルギー移動特性を有する材料からなる。すなわち、マスク層１２は、材料がいかなる状態又は位相に存在するかに応じて、反射率、吸収率、透過度などの光学的エネルギー移動特性を選択的に変更できる調整可能なマスキング層として機能する。このような調整可能なマスキング材料の状態は、マスキング層が機能している範囲などの異なる光波長範囲の光学エネルギーを適用することにより、電気エネルギーや熱エネルギーなどの異なる形式性のエネルギーを適用することで調整できる。これによりエネルギーの選択的反射、吸収あるいは透過を可能とする。
【００２３】
マスク層１２は相変化材料からなると説明したが、相変化材料は、マスク層１２全体を形成する必要はない。例えば、一実施形態において、相変化材料はマスク層１２を形成すべく他の材料の全体にわたって分散されてもよい。他の実施形態では、他の材料がマスク層１２への相変化材料を含んでもよい。
【００２４】
このような相変化調整可能なマスキング材料は、ナノ結晶質二酸化バナジウム（ＶＯ2）などのサーモクロミー及びフォトクロミック材料を含むことが可能である。ＶＯ2は、高電力耐性、高速切り替え時間、近赤外線及び赤外線領域における高コントラスト比、及び切り替えに必要な低電力レベルを有することから、利用可能である。また、ＶＯ2は、データ格納媒体として確実に書き換えることが可能である。他の例において、ゲルマニウムアンチモンテルル（ＧＳＴ）のカルコゲニドからなる材料に基づいた材料などカルコゲニドからなる材料は、更に高速調整可能な赤外線マスクを生成するのに有用でありうる。このようなカルコゲニド材料は、書き換え可能なＤＶＤプレーヤーにおいて利用されており、アーカイブ期間が長く、１Ｅ８の書き換えサイクルを有することがわかっている。他の実施形態において、マスク層１２は、電気光学的液晶などの材料を含むことが可能である。
【００２５】
一実施形態において、マスキング層１２は比較的薄く（すなわち、５００ｎｍ未満）形成できる。従って、マスク層１２は、第二のエネルギー源１４がより高い電力を有していても、第一のエネルギー源１６からのより低い電力で急速に調整されることができ、マスク層１２がこの電力のパターン状変調を遂行するので、高速に直接変調される必要はない。
【００２６】
他の実施形態では、マスク層１２の材料は多数のサイクルの間持続するメモリを有するべく選択できる。例えば、第一のエネルギー源１６によって書き換えられるまで、マスク層１２は調整された状態を維持してもよい。これにより、マスク層１２中のパターンが一度形成され、複数の画像コピーのために再使用されることが可能となる。
【００２７】
一実施形態において、画像形成面１０をドラム９上に形成してもよい。ドラム９はガラス又は他の透明材料からなる支持基板であってもよい。次いで、外部画像受容層材料１０がマスク層１２上に被覆されてもよい。
【００２８】
外層１３は、マスク層１２上に配置され、及びマスク層１２とドナー構造２２との間に配置される。この外層１３は上述の如くシリコーンなどのシロキサン層であってもよい。シロキサン及びフッ素で処理された末端基（−ＣＦ３）の共重合体鎖など他の低表面エネルギー材料も利用できる。外層１３はマスク層１２上に配置されるものとして説明したが、外層１３はマスク層１２上と直接接触していてもしていなくてもよい。すなわち、介在層や介在構造が存在してもよい。更に、上述の如く、外層１３の材料へマスク層１２を構成する機能材料を組み込んでもよい。
【００２９】
第一のエネルギー源１６は、マスク層１２の材料のエネルギー移動特性をパターン状に調節するように、マスク層１２に第一のエネルギービーム１８を放射すべく構成される。第二のエネルギー源１４はマスク層１２に第二のエネルギービーム２０を放射すべく構成される。第一のエネルギー源１６の目的はマスク層１２の光学状態を調節することにある。第二のエネルギー源１４の目的は、マスク層１２上に細線様に光学エネルギーを配置することにある。マスク層１２は次いでマスク層の調整された状態に基づいたこのエネルギーを選択的に反射し、吸収し、あるいは透過させる。従って、表面１０の温度プロファイルは次いで画像様に実現される。本明細書に開示されるように、第一のエネルギー源１６は、熱エネルギー、マイクロ波エネルギー、光学のエネルギーなどを放射可能な任意のデバイス、装置、システムである。例えば、第一のエネルギー源は発熱体、メーザー、レーザなどであってもよい。
【００３０】
一実施形態において、第一のエネルギー源１６は画像受容ドラム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、第一の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。第一のエネルギー源１６は画像受容構造１０の外部に示されているが、第一のエネルギー源１６は、マスク層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、第一のエネルギー源１６は画像受容構造１０内に配置されてもよい。従って、第一のエネルギービーム１８はマスク層１２を調節するために画像受容構造１０の裏面を通過してもよい。
【００３１】
第二のエネルギー源１４は、更に熱エネルギー、マイクロ波エネルギー、光学のエネルギーなどを放射可能な任意のデバイス、装置、システムなどであってもよい。一実施形態において、第二のエネルギー源１４はコンパクトな高パワーレーザラインソースであってもよい。ライン生成されたレーザパターンは、高性能ダイオードバーアレイと組み合わされて特別に設計された結像光学系を利用して効率的に生成できる。他の実施形態では、縮小されたコヒーレント画像形成斑点を有する線像を形成するために速軸視準円柱レンズ、線形のホログラフィーのディフューザあるいはマイクロレンズアレイを有する水平方向に積層されたダイオードバーアレイを利用することが可能である。このような光学レーザーライン加熱装置は効率的にニップ部領域のみを加熱し、画像受容構造１０の内部に配置できるほどコンパクトに設計できる。例えば、画像受容構造１０は、ガラスシリンダとシリコーンなどの外層１３との間に配置されたマスク層１２を有するガラスシリンダなどの光学的に透明なドラム上に被覆された材料を含むことが可能である。
【００３２】
画像形成ドラムの幅を横切ってフラットトップな均等なプロファイルを有するラインソースの形へ第二の光学のエネルギー源を生成するために、多くの様々な光学的構成を利用できる。別の実施形態では、円柱レンズ及びホログラフィーのディフューザを有する多くの高電力垂直空洞面放出レーザを第二のエネルギー源１４として利用できる。線形ホログラフィーディフューザにより、レーザーエネルギーをラインの方向に沿って拡散させることが可能である。あるいは、レーザ光線の位相を所与の角度に無作為化し、ダイオードバーから入射する斑点を低減させることができる。更に、更に斑点を低減させるために極性スクランブルプレートを利用できる。従って、第二のエネルギー源１４は、ニップ部１１の軸芯を横切ってラインパターンでの高パワーレーザを放射できる。
【００３３】
一実施形態において、第一のエネルギービーム１８は画像受容構造１０のマスク層１２の状態を調節するためにパターン状に変調されてもよい。パターン状変調は、マスク層１２を調節すべく利用されるいくつかの異なる変調形式を含むことが可能である。例えば、第一のエネルギービーム１８は、振幅変調（オン・オフ変調を含む）されてもよく、パルス幅変調されてもよく、周波数変調されてもよい。第一のエネルギー源１６が１つ以上のレーザを含む場合、レーザは直接変調されてもよく、主発振電力増幅器配置（ＭＯＰＡ）で変調されてもよく、視聴覚の変調器（ＡＯＭ）、あるいは全内部反射電気・光学モジュレーター（ＥＯＭ）などの外部変調器、ＭＥＭＳ光変調素子などで変調されてもよく、あるいは、他の技術によって変調されてもよい。調整可能なマスク層１２上の異なる位置に第一のエネルギービーム１８を向けるためにラスタ光学走査を利用してもよい。
【００３４】
マーキング材料はドナー構造２２上に提供される。上述の如く、マーキング材料は略均一の厚みを有する。下部に下に調整されたマスク層１２を有する画像受容構造１０は、マーキング材料に接触すべく移動させることが可能である。この実施形態では、画像受容構造１０は調整された領域がニップ部１１に移動されるように回転できる。その結果、マーキング材料は画像受容構造１０と接触し、マスク層が調整される。
【００３５】
第二のエネルギービーム２０は、画像受容構造１０と接触するマーキング材料を照射できる。この実施形態では、第二のエネルギービームは調整されたマスク層１２を通過する。マーキング材料は入射放射により加熱されうる。上述の如く、マーキング材料の粘性及び／又は内部粘着性は加熱されると変化し、その結果画像受容構造１０の表面にマーキング材料が付着する。画像受容構造１０の調整されたマスク層１２は、パターン状に調整されると、第二のエネルギービーム２０とマスク層１２の間に存在するため、マーキング材料はニップ部１１においてパターン状に加熱される。従って、ニップ部１１において粘性及び／又は内部粘着性はパターン状に変化しうる。その結果、ドナー構造２２と画像受容構造１０がニップ部の出口で分離する際に、マーキング材料は、転写された材料２４としてパターン状に画像受容構造に転写される。
【００３６】
基板２８は画像受容構造１０に接触されてもよい。例えば、刻印ローラ２６は、基板２８を画像受容構造１０へ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、内部粘着性が増大することがある。その結果、画像受容構造１０、特に画像受容構造１０のシリコーン表面に対する付着力が低下する。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、シリコーン表面はマーキング材料をはじくために通常利用される。画像受容構造１０にマーキング材料を転写するために付着力をパターン状に増加させ、次いで付着力を低下させるべくマーキング材料を冷却することにより、基板２８へのマーキング材料の１００％に近い効率的な転写が達成できる。上記説明ではパターン化マーキング材料２４は基板２８に転写される前に冷却されるとしたが、より低い内部結合状態にあっても、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。
【００３７】
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相転移を経験しない。対照的に、レーザが温度を高めること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の状態を維持する。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エネルギー量がマーキング材料に移動される。
【００３８】
このことは、移動されたエネルギーが相変化を誘発するエネルギーよりも小さくなくてはならないことを意味していない。対照的に、マスク層１２は同様にマーキング材料をパターン状に加熱し、ゲルインク又は固形インクなどの相変化を誘発すべく利用できる。
【００３９】
図２は、実施形態に従った画像受容構造の断面図である。本実施形態では、外層はシリコーン層３２である。マスク層３４はシリコーン層３２と直接接触している。マスク層３４は、調整可能なエネルギー移動特性を有する材料がマスク層３４内の異なる状態に変更されるセクションを有する。例えば、セクション３８は、マスク層３４の材料が不透明状態に変化した箇所を示している。セクション４０は、マスク層３４の材料が透明状態に変化した箇所を示している。ここで、透明及び不透明という用語を用いたが、セクションのエネルギー移動特性は既述の如く第二のエネルギービーム２０をパターン状にマスキングするために所望のものとすることができる。
【００４０】
マスク層３４は支持基板３６上に形成される。例えば、基板３６はガラスであってもよい。マスク層及び外層３４及び３２の十分な支持を得ており、第二のエネルギービーム２０に対し実質上透明になりうる任意の材料が基板３６として利用できる。
【００４１】
一実施形態において、調整可能なエネルギー移動特性を有する材料として双安定の相変化材料が挙げられる。例えば、材料は、サーモクロミー材料、フォトクロミック材料などのうち少なくとも１つを含むことが可能である。
【００４２】
図３は、一実施形態に従った画像受容構造のエネルギー移動特性を示す画像受容構造の断面図である。この実施形態においては、調整可能なエネルギー移動特性を有する材料は、第一の状態で第一の透過度を有し、第二の状態で第二の透過度を有する。第一の透過度は第二の透過度よりも小さい。例えば、マスク層１２は高透過率／低透過率モードで利用できる。マスク層３４のセクション４０は高透過率モードで調整される。セクション３８は低透過率モードで調整される。従って、エネルギービーム３３がセクション３８に低透過率で入社する場合、エネルギービーム３３はマーキング材料３１まで透過されない。従って、マーキング材料はセクション３８上で加熱されない。対照的に、エネルギービーム３５は高透過率でセクション４０を通過する。
【００４３】
カラー画像は、多数の色のマーキング材料を利用できる。例えば、シアン、マゼンタ、イエロー及びキー（ＣＭＹＫ）カラーモデルを用いて、４つのマーキング材料は利用できる。但し、マーキング材料はそれぞれ第二のエネルギービーム２０の波長領域用の異なる吸収率を有してもよい。更に、粘性に変化を生じるために必要とされるエネルギー量は、異なる色に関する吸収深さにより変わる場合がある。従って、添加物はマーキング材料がそれぞれ粘性を変更するエネルギーの所望量を吸収できるように、範囲内にマーキング材料の吸収力を集めるためにマーキング材料に添加することが可能である。第二のエネルギービーム２０に対し高吸収性を有する添加物を、マーキング材料に加えることが可能である。例えば、第二のエネルギービーム２０を吸収するために赤外線共振吸収染料又は顔料を添加してもよい。
【００４４】
他の実施形態では、顔料を吸収するエネルギーは、画像受容構造１０の外層へ印加することが可能である。例えば、カーボンブラックは、直接マーキング材料３１と接触しうる外層３２に加えることが可能である。その結果、エネルギー量は色にかかわらず粘性を変更するためにマーキング材料に加えることが可能である。
【００４５】
一実施形態において、１つの波長領域のマスク層３４の吸収率は異なる波長領域上のマスク層３４の透過状態から独立していてもよい。例えば、上述の如く、マスク層３４はマスク層３４の状態に依存する高いもしくは低い透過率を有する。透過度の差は、ニップ部領域を選択的に加熱するために利用されるあるレーザ波長範囲にわたり発生することがある。しかし、異なる波長領域にわたり、マスク層３４は、状態にかかわらず実質上吸収性であってもよい。第一のエネルギービーム１８にマスク層３４が状態にかかわらず実質上吸収性の範囲内の波長領域があるように、第一のエネルギー源１６を選択することによって、第一のエネルギービーム１８はマスク層３４の前の状態にかかわらず材料の状態を調節すべく吸収されうる。
【００４６】
図４は、他の実施形態に従った画像受容構造のエネルギー移動特性を示す画像受容構造の断面図である。図３と同様に、マスク層３４のセクション３８は第一の状態で調整される。セクション４０は第二の状態で調整される。セクション３８は第一の状態で第一の吸収率及び第一の反射率を有する。セクション４０は第二の状態の中に第二の吸収率及び第二の反射率を有する。
【００４７】
セクション３８に入射するエネルギービーム３３は、反射されたエネルギービーム３７となる。対照的に、エネルギービーム３９は反射されず、あるいは、反射されたエネルギービーム３７より小さく反射される。セクション３８の第一の反射率は、セクション４０の第二の反射率より高い。従って、セクション４０と比べて、セクション３８により透過されあるいは反射されるエネルギーは少ない。
【００４８】
反射率に加えて、第一の吸収率は第二の吸収率よりも低い。すなわち、セクション３８の吸収率はセクション４０の吸収率よりも低い。従って、セクション４０はセクション３８より多くのエネルギーを吸収する。その結果、セクション４０は加熱されることがある。熱４１はマーキング材料３１に移動する。材料がより高い吸収率を有する第二の状態にある場合、より多くの熱がマスク層３４から移動されるので、マーキング材料はマスク層３４のパターンに従ってパターン状に加熱される。
【００４９】
一実施形態において、ＶＯ2は高吸収／高反射−低吸収相変化モードにおいて利用できる。ＶＯ2は、高温半金属相において名目上高い吸収性を有しうる。一実施形態において、上記エネルギービーム３９で加熱する間にマスク層３４に吸収されたエネルギーが、マスク層３４の過程を変更するために必要とされるエネルギー量より少ないことがある。特に、マスク層３４のセクション４０の位相を変更するエネルギー量より少ない。
【００５０】
更に、薄膜誘電体層の光学的積層は、マスキング層のコントラスト比を最大限にし、かつシステム効率を最大限にするために付着できる。熱がシリコーン層を通じて拡散できるため、エネルギービームからの熱の吸収がマスキング層自体の中で発生することから、それはプロセスカラーと無関係に機能しうる。
【００５１】
一実施形態において、マスク層１２は所与の加熱波長において特性に大きな光学的変化を生じる双安定の相変化材料から作られる。更に、マスクの光学的書き込みを可能とすべく両相に高い光吸収を有する他の波長が存在する場合がある。上述の如く、ＶＯ2は半導体の状態と金属の状態と間の１．０〜３．０ｕｍｓの間の赤外線波長のための大規模な光学的差異を有する。更に、それは双安定のヒステリシス曲線を形成し、フェムトセカンドに接近する速度で何百万回もの切り替え周期における二相間で再生可能に切り替えることが可能である。一般的に、切り替え温度は摂氏約６７度である。
【００５２】
図５は、他の実施形態に従った調整可能なエネルギー移動特性を有する画像形成システムを示す図である。上記説明ではドラム又はシリンダが画像受容構造１０の支持基板としたが、他の支持基板も利用できる。この実施形態では、支持基板はベルト６１である。ローラ６０はベルト６１を伸張させることが可能である。その結果、ドナーローラ２２のマーキング材料との接触はニップ部１１に保持される。パターン化マーキング材料はパターン化マーキング材料２４について上述されたように画像受容構造１０への転写と同様にベルト６１へ転写されることが可能である。次いで、パターン化マーキング材料２４は刻印ローラ２６によって基板２８に移動されうる。
【００５３】
ベルト６１は図２に関して記載されたものと同様の断面を有する。しかし、この実施形態では、図２の支持基板３６はベルト６１の材料になる。一実施形態において、ベルト６１の材料は高強度、高引き裂き抵抗及び高引っかき抵抗性、低コストを有し、加熱又はパターニングに利用されるエネルギー源の波長領域にわたり光学上透明である。例えば、光学的に透明なポリエチレンテレフタレートは、約６００ｎｍ〜１１００ｎｍの波長領域にわたり透明であることから、ベルト材料として利用できる。
【００５４】
ベルト６１のマスク層の配置は上述の技術と同様にして行うことが可能である。例えば、ＶＯ2のナノ粒子液体懸濁液はベルト上で浸漬・被覆されることができる。既述の如く、同様の技術が外層を塗布すべく利用できる。
【００５５】
図６は、他の実施形態に従って調整可能なエネルギー移動特性を有する画像形成システムを示す図である。画像形成システムは図１の要素と同様の要素を有する。この実施形態では、画像受容構造１０は画像形成ローラである。ドナー構造２２はドナーローラである。形成ローラ４２はマーキング材料をアニロックスローラ４４に塗布すべく利用できる。ドクターブレード４６は、アニロックス（anilox）ローラ４４上にマーキング材料を形成する。
【００５６】
従って、マーキング材料はドナーローラ上で測定可能である。一実施形態において、マーキング材料は「キーレス」マーキング材料計量システムを利用して測定できる。このようなマーキング材料計量システムは、画像被覆領域に基づいたマーキング材料の流れの調節を必要とせず、乾式マーキング材料と共に利用できる。ドクターブレード４６及び４８はマーキング材料の厚み及び均一性を制御すべく利用できる。
【００５７】
いったん略均等なマーキング材料層がドナーローラ上に形成されると、マーキング材料はニップ部１１へ回転され、ニップ部１１においてマーキング材料は既述の如く第二のエネルギー源１４によって加熱される。一実施形態において、画像ローラは基板としてのガラスと外層としてのシリコーンとを含むことが可能である。る第二のエネルギービーム２０がマーキング材料に到達するために、画像ローラは吸収がほとんど発生しない波長透過窓を有していてもよい。シリコーンはより狭い透過窓を有しうるため、これにより第二のエネルギー源１４の選択が制限されうる。例えば、第二のエネルギー源は、シリコーンにおける比較的高透過率の波長領域内において、赤外線及び／又は近赤外線スペクトル中で放射するレーザであってもよい。
【００５８】
パターン化マーキング材料２４は画像受容構造１０の表面以外の表面に接触していないため、付着力が低下していても、マーキング材料２４は画像受容構造１０に付着する。しかし、基板２８に接触されると、パターン化マーキング材料２４は基板２８に付着可能である。上述の如く、マーキング材料は、約１００％の効率でシリコーン表面から除去できる。その結果、相当な量のパターン化マーキング材料２４が基板２８に移動される。
【００５９】
図７は、一実施形態に従ったニップ部の断面図である。一実施形態において、エネルギーは、電気光学Ｐｏｃｋｅｌｌセル、音響光学変調器（ＡＯＭ）などを利用して外側から変調されるドナーと画像形成面９２及び９７と間のニップ部領域に付着してもよい。熱が拡散する時間がある場合、所望の画像を押し流すことができる。距離１１０はシリコーン層９６の厚みである。距離１０８はニップ部でのマーキング材料９４の厚みである。ドナー構造９２と画像受容構造９７とが位置１０９において最も接近する際、厚み１０８は最小となる。矢印１０２は、画像受容構造９８の回転方向を示す。矢印１０６は、ドナー構造９２の回転方向を示す。エネルギービーム１００は位置１０９からオフセットされた位置１１２に向けられる。すなわち、エネルギービーム１００は、画像受容構造９２とドナー構造９２が位置１０９で最も接近している位置からオフセットされる。画像様変調ソースが図７に示される実施形態と同様に利用され、あるいは調整可能なマスキング層が選択的に伝搬させるか吸収するかは、図１〜図６で議論された実施形態と同様に画像様にニップ領域を加熱する、一実施形態において、加熱されたラインの最適位置は位置１１２における位置１０９からオフセットされる。
【００６０】
図８は、図７のマーキング材料における熱放散の等角図である。図８において、マスク層１３０は基板９８とシリコーン層９６の間に示されている。図８は、作用点からの熱伝導を示し、エネルギービーム１００による直接加熱ならびにマスク層１３０を利用しあるいは利用しない上述の間接加熱に適用される。従って、マスク層１３０は例示のために加えられたもので、用途によってはマスク層１３０は存在しなくてもよい。
【００６１】
図７及び８を参照すると、一実施形態において、高解像度画像形成が発生するためには、選択的に加熱されたマーキング材料は、横方向熱拡散時定数あるいは画像ボケが発生するより短い期間においてニップ部の出口点でシリコーン９６に転写される必要がある。従って、熱拡散領域ΔＡは半径１１４を有するレーザ照射領域の一部でありえる。更に、垂直方向及び水平方向における熱の全体拡散速度はあまり高くすべきでない。これにより、ニップ部１０３の出口１０５で分離する機会を得る前に、マーキング材料が冷却されることを可能とする。
【００６２】
位置１１２がニップ部１０３の出口１０５から更に離間すると、熱拡散にかかる時間は長くなり、マーキング材料９４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、エネルギービーム１００の焦点は、ニップ部１０３の出口１０５に近い領域に存在することが可能である。しかし、レーザの焦点がニップ部出口に近すぎる位置に存在する場合、マーキング材料９４がシリコーン９６から部分的に上昇され、非均一な転写が発生しうる。
【００６３】
従って、パターン状変調されたエネルギービームが方向付けられる、マーキング材料と接触する画像受容構造の領域は、ドナー構造と画像受容構造の間のニップ部から出口へ向かう軸からオフセットされうる。その結果、マーキング材料９４は、ニップ部１０３の出口１０５へ移動するにつれてより短い時間で冷却される。更に、パターン状変調されたエネルギービームが方向付けられる、マーキング材料と接触する画像受容構造の領域は、ニップ部１０３の出口１０５からオフセットされうる。
【００６４】
更に、マーキング材料９４は、加熱された位置１１２の幅より薄くなってもよい。その結果、１画素分のマーキング材料の分離動力学は、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、解像度が１２００ｄｐｉ（２１ｕｍｓ間隔）である場合であっても、マーキング材料９４の厚みと最近接画素の比率は約１：２０である。
【００６５】
熱拡散のための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のとき、加熱された画素領域用のレーザビームウェストは直径約４２ｕｍｓである。既述の如く、マーキング材料の厚み１０８は数ミクロン以下である。マーキング材料の厚み１０８はエネルギービームの幅より著しく小さいことから、伝達される熱に関して、垂直方向の熱拡散は全冷却時間定数全体を支配する。すなわち、熱拡散は方向１２０及び１２２において発生しうる。しかし、より多くの熱が、ドナー構造９２に向かう方向１１６、あるいは画像受容構造９７に向かう方向１１８に移動される。
【００６６】
シリコーンの熱伝導率は公式化に依存する。例えば、化学的修正を行っていない生来のＰＤＭＳ材料については、熱伝導率（κPDMS）が０．１５〜０．２Ｗ／ｍ−Ｋの範囲に接近していると予想される。マーキング材料としての乾式インクの正確な比熱及び熱伝導率は、公式化毎に変化するが、一般的な値は規模計算の順序を付与すべく利用できる。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ｃρ〜２０００Ｊ／ｋｇ−Ｋであり、インクの質量密度がρink〜１．０ｇｍ／ｃｃであり、インクの熱伝導率がκink〜０．１５Ｗ／ｍ−Ｋである。最後に、効率的にレーザ光を吸収するために、レーザ吸収深さは数ミクロン台である必要がある。垂直方向の伝導が熱の損失の大部分に関わるとすると、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。
【００６７】
ｔd＝ｃρ*ρink*ｄ2／κPDMS（１）
【００６８】
ｄは、ニップ部におけるマーキング材料の吸収深さの厚みの台である。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＝２〜３ｕｍと仮定すると、拡散時間ｔdは約１００ｕｓ台である。対照的に、インクを通じた横方向熱拡散のための時定数は、熱が４２ｕｍｓを通して移動しなければならないという事実から、約１ｍｓ台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０．５ｍ／ｓ台である。この速度により、エネルギービーム位置１１２はニップ部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、ローラ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この要求は幾分緩和されうる。
【００６９】
一実施形態において、ドナー構造９２の熱伝導率はマーキング材料の熱伝導率を下回る。例えば、ドナー構造９２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ることが可能である。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利用でき、約０．３Ｗ／ｍ−Ｋ近傍の熱伝導率と共に利用できる。従って、ドナー構造９２への熱移動を低減できる。
【００７０】
再び図７を参照すると、一実施形態において、光学系を収容する十分な空間がある場合、エネルギー源７４はラスタ走査された高電力レーザ光であってもよい。図７では画像形成シリンダの利用が示されているが、ベルト構成は図５に示される構成にも同様に利用可能である。ベルト構成は、ラスタ走査システムに更に多くの余地を与える。例えば、ポリゴンスキャナを利用して、出口近傍のニップ部を横切ってラスタ方式でレーザスポットを走査できる。加熱されたマーキング材料の容量とその比熱容量に基づいて、マーキング材料の温度を少なくとも５０度に昇温するために必要とされるエネルギーは、約１ｕＪである。熱エネルギーのこの量は、１画素当たり非常に短い滞留時間で透過されなければならない。１４インチ幅の媒体において、画像形成解像度を６００ｄｐｉとし、線速度を１０ｋＨｚとすると、画素滞留時間は１０ナノ秒台となり、この結果レーザパワーは約１００Ｗとなる。これは、一般的に１００ｐｐｍをわずかに上回る速度に相当する。
【００７１】
他の実施形態において、スポット幅に対する更に細かいグレイスケール制御が必要となる場合がある。例えば、６００のｄｐｉｘ６００ｄｐｉｘ８ビットの解像度でゼログラフィ画像形成を行うと、一般的にスポット幅よりも細かいアドレス可能なインクリメントへアドレスされたスポットサイズの延伸によって８ビットのグレイスケールが得られる。従って、レーザはレーザスポット直径の断片的な距離に対応する割合でラスタスキャン中に変調可能である。このことは、このようなグレイスケール解像度を達成するための変調速度が１ナノ秒近いことを示唆している。
【００７２】
エネルギー源７４は、電気光学Ｐｏｃｋｅｌｌセル、音響光学変調器（ＡＯＭ）などを利用して外側から変調される高パワーレーザであってもよい。しかし、用途によってはより高い変調速度が必要であることもある。エネルギー源７は、０．９〜１．１ｕｍの範囲の波長近傍で動作するファイバレーザであってもよい。このようなファイバレーザは、このようなレベルの電力を越えることが可能であった。
【００７３】
更に、エネルギー源７４は、線形空間光モジュレータアレイによって外部から変調される線形生成レーザ源であってもよい。例えば、線形生成源は、水平方向に積層されたレーザダイオード源からなってもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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