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技術 画像印字システム、画像形成方法、及び、インク画像形成方法

出願人 ゼロックスコーポレイション
発明者 ジンチョウコック-イーロー
出願日 2010年5月31日 (10年7ヶ月経過) 出願番号 2010-124026
公開日 2010年12月9日 (10年0ヶ月経過) 公開番号 2010-277090
状態 特許登録済
技術分野 版および印刷用紙の供給、装着、排除 インクジェット(インク供給、その他) サーマルプリンタ(構造) 電子写真における定着
主要キーワード 反発状態 ドレイン端末 ベルト受 伝導性金属層 ワイヤ相互接続 誘導抵抗 マイクロ加熱 センサアレイシステム
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2010年12月9日)のものです。
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図面 (17)

課題

本発明は、印刷、及び、画像印字用途のためのトランジスタマイクロヒータアレイが組み込まれた、加熱素子を提供する。

解決手段

画像形成部材上にトナー又はインク画像を形成し、1つ以上のデジタル加熱素子を有する定着サブシステムを提供する。上記デジタル加熱素子は、熱的に分離され、個々に指定可能なトランジスタマイクロヒータを有する、マイクロヒータアレイを有する。数ミリ秒において、約20℃から約200℃までの温度に、トナー又はインク画像に対応する1つ以上のトランジスタマイクロヒータを、選択的に加熱し、定着サブシステムを介して媒体を供給し、トナー又はインク画像を媒体上に定着させ、これにより、画像を形成する。

概要

背景

背景として、現行熱ベース画像印字エンジンには、サーマルプリントヘッド及びレーザ加熱技術のいずれかが組み込まれている。サーマルプリントヘッドは、選択された画素に熱を転送するために、物理的に表面に接触しなければならない。このことは、2つのローラ間の挟込領域(nip region)のようは、無接触であることが必要な環境での実施を、制限する。さらに、サーマルプリントヘッドは、動きが遅く、エネルギー的に非効率的である。レーザ加熱技術では、光学エネルギーが吸収され、熱に変換されるため、理想的な非接触加熱機構を提供する。しかしながら、一般的なハイパワーレーザステムと比較して、レーザ加熱技術は、高速度で広域な表面に対応するために全体的に必要な電力は、極めて高い。安価で強力なレーザ不足と、光学システムの複雑さにより、現在のレーザ技術を使用して高速の小型及び安価なヒートベース印字エンジンを作り出すことは、ほとんど不可能である。

概要

本発明は、印刷、及び、画像印字用途のためのトランジスタマイクロヒータアレイが組み込まれた、加熱素子を提供する。画像形成部材上にトナー又はインク画像を形成し、1つ以上のデジタル加熱素子を有する定着サブシステムを提供する。上記デジタル加熱素子は、熱的に分離され、個々に指定可能なトランジスタマイクロヒータを有する、マイクロヒータアレイを有する。数ミリ秒において、約20℃から約200℃までの温度に、トナー又はインク画像に対応する1つ以上のトランジスタマイクロヒータを、選択的に加熱し、定着サブシステムを介して媒体を供給し、トナー又はインク画像を媒体上に定着させ、これにより、画像を形成する。

目的

レーザ加熱技術では、光学エネルギーが吸収され、熱に変換されるため、理想的な非接触加熱機構を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

1つ以上のデジタル加熱素子を含み、前記デジタル加熱素子は、数ミリ秒内で約20℃から約200℃までの温度に達することができ、熱的に分離され、個々に指定可能なトランジスタマイクロヒータを有する、マイクロヒータアレイと、を含む、画像印字システム

請求項2

前記マイクロヒータアレイは、1000個以上のトランジスタマイクロヒータを有する、請求項1に記載の画像印字システム。

請求項3

画像形成部材上にトナー又はインク画像を形成し、1つ以上のデジタル加熱素子を含む定着サブシステムを提供することであって、前記デジタル加熱素子は、熱的に分離され、個々に指定可能なトランジスタマイクロヒータを有する、マイクロヒータアレイと、を含み、数ミリ秒で約20℃から約200℃までの温度に、トナー又はインク画像に対応する1つ以上のトランジスタマイクロヒータを選択的に加熱し、トナー又はインク画像を媒体上に定着させるために、定着サブシステムを介して媒体を供給する、ことを含む、画像を形成する方法。

請求項4

画像形成部材を含むデジタル石版現像サブシステムにおいて媒体を供給することであって、前記画像形成部材は、湿潤性切り替え可能表面と、個々に熱的に分離され、個々に指定可能なトランジスタマイクロヒータのアレイを含む、1つ以上のデジタル加熱素子とを含み、画像領域に対応する1つ以上のマイクロヒータを、数ミリ秒で約20℃から約200℃までの範囲内の温度に加熱することによって、画像領域上の画像形成部材の表面を、インク反発状態か線ク引き付け状態に変化させ、インクを引き付ける画像領域にインクを付着させてインク画像を形成し、インク画像を画像形成部材から媒体に転送し、媒体を定着ステーションに搬送する、ことを含む、インク画像を形成する方法。

技術分野

0001

明細書中に開示される例示的な実施態様は、印刷、及び、画像印字用途のための、トランジスタマイクロヒータアレイを組み込む、加熱素子に関する。

背景技術

0002

背景として、現行熱ベース画像印字エンジンには、サーマルプリントヘッド及びレーザ加熱技術のいずれかが組み込まれている。サーマルプリントヘッドは、選択された画素に熱を転送するために、物理的に表面に接触しなければならない。このことは、2つのローラ間の挟込領域(nip region)のようは、無接触であることが必要な環境での実施を、制限する。さらに、サーマルプリントヘッドは、動きが遅く、エネルギー的に非効率的である。レーザ加熱技術では、光学エネルギーが吸収され、熱に変換されるため、理想的な非接触加熱機構を提供する。しかしながら、一般的なハイパワーレーザステムと比較して、レーザ加熱技術は、高速度で広域な表面に対応するために全体的に必要な電力は、極めて高い。安価で強力なレーザ不足と、光学システムの複雑さにより、現在のレーザ技術を使用して高速の小型及び安価なヒートベース印字エンジンを作り出すことは、ほとんど不可能である。

先行技術

0003

グラフエム、外(GRAF. M., et al.)著、「マイクロホットプレートベース金属酸化マイクロセンサのためのトランジスタヒータ(Transistor Heater for Microhotplate-Based Metal-Oxide Microsensors)」、電気電子技術者協会電子デバイス投書IEEE Electron Device Letters)、2005年5月、第26巻、第5号、p.295−297
グラフ エム、外(GRAF. M., et al.)著、「マイクロホットプレートベースの環境関連ガスを検知するためのセンサアレイシステム(Micro hot plate-Based Sensor Array System for the Detection of Environmentally Relevant Gases)」、分析化学(Analytical Chemistry)、2006年10月1日、第78巻、第19号、p.6801−6808

発明が解決しようとする課題

0004

したがって、例えば、トナー画像がある領域のみを加熱することによって、浪費される熱の量を減少できる、デジタル定着サブシステムを提供するためには、従来技術のこのような課題を克服する必要がある。

0005

よって、本発明は、印刷、及び、画像印字用途のためのトランジスタマイクロヒータのアレイが組み込まれた、加熱素子を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0006

トランジスタは、化学センサ用途におけるマイクロヒータとして使用されている。シリコンウェハ上で、従来のCMOS技術によって作製される200μmの寸法を備えたトランジスタヒータは、ミリ秒台の熱応答時間で350℃まで加熱することができる。本明細書中に開示される例示的実施形態は、種々の印字用途におけるデジタル加熱素子としてのマイクロヒータアレイを形成するために、トランジスタ加熱技術を利用する。トランジスタヒータは、一般に、薄いフレキシブルフィルム、又は、アモリフスシリコンドラムのいずれかに加工され、加工面の下に埋め込まれる。マトリクス駆動方法が、個々のマイクロヒータに対応して、熱を選択された表面領域に転送するために使用されてもよい。異なる印字用途に応じて、デジタル加熱素子は、感熱性コーティング湿潤性を選択的に調整し、インク流動性(rheology)を選択的に変化させ、表面から液体を選択的に除去し、紙上にトナー/インクを選択的に定着/固定するために、使用されることができる。

0007

一実施形態において、画像印字システムが提供される。画像印字システムは、1つ以上のデジタル加熱素子を有し、デジタル加熱素子は、数ミリ秒内で約20℃から約200℃までの温度に達し、熱的に分離され、個々に指定可能なトランジスタマイクロヒータを有する、マイクロヒータアレイを構成する。

0008

別の実施形態において、画像を形成する方法が提供される。この方法は、画像形成部材上に、トナー又はインク画像を形成し、1つ以上のデジタル加熱素子を有する定着サブシステムを提供する、ことを含み、上記デジタル加熱素子は、熱的に分離され、個々に指定可能なトランジスタマイクロヒータを有する、マイクロヒータアレイを構成し、数ミリ秒において約20℃から約200℃までの温度に、トナー又はインク画像に対応する1つ以上のトランジスタマイクロヒータを選択的に加熱し、トナー又はインク画像を媒体上に定着させるために、定着サブシステムを介して媒体を供給する、ことを有する。

0009

また、別の実施形態において、インク画像を形成する方法が提供される。この方法は、画像形成部材を有するデジタル石版(lithographic)現像サブシステムにおいて、媒体を供給し、上記画像形成部材が湿潤性切替え可能表面と、トランジスタマイクロヒータのアレイを有する1つ以上のデジタル加熱素子を有し、各マイクロヒータは、熱的に分離され、個々に指定可能であり、画像領域に対応する1つ以上のマイクロヒータを、数ミリ秒で約20℃から約200℃までの範囲内の温度に加熱することによってインク反発状態又はインク引き付け状態にすることで、画像領域上の画像形成部材の表面を変化させ、インクを引き付ける画像領域にインクを付加することによってインク画像を形成し、インク画像を画像形成部材から媒体に転送し、さらに媒体を定着ステーションに搬送する、ことを有する。

0010

さらに別の実施形態において、インク画像を形成する方法が提供される。この方法は、画像形成部材を有するデジタル石版現像サブシステムにおいて媒体を供給し、画像形成部材が湿潤性切替え可能表面と、トランジスタマイクロヒータのアレイを有する1つ以上のデジタル加熱素子とを有し、各マイクロヒータは、熱的に分離され、個々に指定可能であり、薄い噴水フィルムを画像形成部材に塗布し、画像領域に対応する1つ以上のマイクロヒータを数ミリ秒で約20℃から約200℃の範囲内の温度に加熱することによって、画像領域から噴水液を除去し、噴水液が除去される画像領域にインクを塗布することによってインク画像を形成し、インク画像を媒体に転写し、さらに媒体を定着ステーションに搬送する、ことを有する。

0011

さらに別の実施形態において、インク画像を形成する方法は、画像形成部材を有するデジタル石版現像サブシステムにおいて媒体を供給し、該画像形成部材が、湿潤性切替え可能表面と、トランジスタマイクロヒータのアレイを有する1つ以上のデジタル加熱素子とを有し、各マイクロヒータは、熱的に分離され、個々に指定可能であり、ウォータレス石版インクフィルムを画像形成部材上に塗布し、画像領域に対応する1つ以上のマイクロヒータを数ミリ秒内で約20℃から約200℃までの範囲内の温度に加熱することによって、画像領域上のウォータレス石版インクの流動性特性を変化させ、流動性変性されたインク画像を画像形成部材から媒体に転写し、さらに媒体を定着ステーションに搬送する、ことを有する。

図面の簡単な説明

0012

統合されたpMOSトランジスタヒータを備えた、マイクロホットプレートの断面図である。
マイクロホットプレートの内部の拡大図である。
抵抗加熱素子の概略図である。
トランジスタ加熱素子の概略図である。
ソースドレイン電圧に対してソース−ゲート電圧が異なることによって、トランジスタヒータベース化学センサ(図1)の薄膜温度が変化することを示すグラフである。
例示的実施形態に係る10×10トランジスタマイクロヒータのアレイの概略図である。
図6のトランジスタマクイロヒータの拡大図である。
例示的実施形態に係る単一のトランジスタマイクロヒータの軸対称設計の断面図である。
個々のトランジスタマイクロヒータに指定するための簡略化マトリクス駆動を示す概略図である。
パッシブマトリクス駆動を備えた単一のマイクロヒータ設計の拡大図である。
アクティブマトリクス駆動を備えた単一のマイクロヒータ設計の拡大図である。
例示的な印刷装置を示す概略図である。
本発明の種々の実施形態に係る印刷装置の例示的定着サブシステムを示す概略図である。
本発明の種々の実施形態に係る印刷装置の別の例示的定着サブシステムを示す概略図である。
本発明の種々の実施形態に係る例示的定着部材の断面を示す概略図である。
本発明の種々の実施形態に係る別の例示的定着部材の断面を示す概略図である。

実施例

0013

統合されたPMOSトランジスタヒータ12を備えた従来のマイクロホットプレートベースの化学センサ10の一例の概略図を、図1に示す。良好に熱的に分離されることを確実にするために、CMOSプロセスの誘電体層のみが、薄膜14を構成している。誘電性薄膜14の内部16は、誘電体層(例えば500×500μm)の下に、nウェルシリコンアイランド17(例えば300μmベース長)を有する。nウェル(n−well)17は、電気的に絶縁され、シリコンの好ましい熱伝導性により、熱拡散器としての働きをする。また、pMOSトランジスタ加熱素子12を有し、これは、p拡散(p−diffusion)18及びゲート19(例えばゲート長が5μm、ゲート全幅が710μm)を有する。特別な環形トランジスタ配列が、均一な熱分配を向上させる。ポリシリコンレジスタ20は、マイクロヒータ10上の温度を測定するために使用される。ナノ結晶SnO厚膜レイヤ22の抵抗は、SnOフィルムにおける分子誘導抵抗変化を検出するための2つの貴金属コート(Pt)電極24を用いて読み取られる。

0014

デバイス製造は、ポストCMOS微細加工テップと組み合わされる0.8μmCMOSプロセス(オーストリアマイクロシステムズ、ウンテルプレスタテン(Unterpremstatten)、オーストリア)に依存する。薄膜14(例えば、500×500μm2)の内部16は、八角形のnウェル・シリコンアイランド18(例えば300μmベース長さ)を示す。八角形であることは、加熱された薄膜領域と冷却バルチップとの間に、比較的大きな距離をもたらす(図2に拡大図)。さらに、この対称形状は、均一の熱分散を促進する。薄膜温度(TM)を測定する(回路構成に接続された)抵抗性ポリシリコン温度センサ20は、中心に配置される。バルクシリコン30は、電子デバイスの一部でないが、浮遊しているマイクロヒータの機械的な保持を行なう。

0015

この特定のトランジスタヒータにおいて、熱効率は、5.8℃/mWであり、熱時定数は、9msである。トランジスタヒータのサイズ、構成、配置、及び材料によっては、トランジスタヒータ特性は、大きく変わることがある。一般に、この種のトランジスタヒータは、ミリ秒台の熱応答時間で、350℃まで加熱することができる。

0016

従来技術における抵抗ヒータアレイに基づくデジタル加熱素子の設計に伴って、数千から数百万のマイクロサイズのトランジスタヒータによって構成されるトランジスタマイクロヒータアレイによる、新しいデジタル加熱素子が開発された。これら2つのタイプのマイクロヒータの間には、いくらか相違がある。抵抗ヒータは、タングステン抵抗材料として使用される場合、1000℃まで加熱できる。一方、シリコンウェハ上で作製されるトランジスタヒータは、約350℃までしか加熱できない。これは、この温度以上である場合、トランジスタが燃え尽きてしまうからである。

0017

2つのマイクロ加熱スキームの概略図が、図3抵抗加熱)及び図4(トランジスタ加熱)に示されている。図3は、加熱抵抗器(RHEAT)、パワートランジスタ(QPOWER)、及び、温度監視抵抗器RTEMP)を有する、抵抗加熱アレイの基本単位を示している。パワートランジスタは、該パワートランジスタのゲート電圧(Ucontrol)を制御することによって、マイクロヒータを切り換えるために必要とされる。供給された電圧(Usupply)は、加熱抵抗器とパワートランジスタとに分割される。温度監視抵抗器は、温度をフィードバック制御するために、基本単位に付加されてもよい。図4は、加熱トランジスタ(QHEAT)、及び、温度監視抵抗器(RTEMP)を有する、トランジスタ加熱アレイの基本単位を示す。加熱抵抗器と同様に、マイクロヒータの切り換えは、ゲート電圧(Ucontrol)によって制御される。

0018

一般に、最高温度は、すべてのタイプのトランジスタヒータにおいて制限される。しかしながら、トランジスタヒータのエネルギー効率がより高いことは、図3に示されるように、抵抗ヒータがパワートランジスタをスイッチオン又はオフすることを必要とし、全体的なパワーの大きな割合が、パワートランジスタにおいて消費されるためである。さらに、加熱トランジスタの抵抗は、そのソース−ゲート電圧と共に変化し、これにより図5に示されるように、閾値電圧以上のUsgにおいて、トランジスタ・ソース−ゲート電圧Usgに対してのマイクロヒータ温度TMは、線形依存性(一次従属)を示す。このことは、個々のマイクロヒータの温度を制御するために、簡単なアプローチを提供する。

0019

デジタル石版印刷機における直接印字、及び、ドライ/液体ゼログラフィにおけるトランスフューズトランスフィックスデバイス等の異なる印字用途に対して、トランジスタマイクロヒータ技術を利用することが可能である。このことは、CMOS、印刷可能電子技術、及び、ナノファブリケーション技術の組み合わせを用いて、数ミクロンから数百ミクロンまでのサイズを備えたトランジスタマイクロヒータのアレイから構成される、広域加熱表面の構成を含む。

0020

図6は、トランジスタマイクロヒータ102の10×10アレイを備えた、デジタル加熱素子(又はデバイス)100の例示的実施例の上面図である(電極、及び、ワイヤは、図示せず)。ヒータのアレイの各マイクロヒータ102は、個々に熱的に分離され、個々に指定可能であり、各マイクロヒータ102は、ミリ秒の時間枠で約20℃から約200℃までの温度に達するように構成されている。一部の実施形態において、ミリ秒の時間枠は、約100ミリ秒未満であり得る。他の実施形態において、ミリ秒の時間枠は、約50ミリ秒未満であり得る。さらに別の実施形態において、ミリ秒の時間枠は、約10ミリ秒未満であり得る。本明細書中に使用される「個々に指定可能な」との言葉は、マイクロヒータのアレイの内の各マイクロヒータ102が、その周囲のヒータと関係なく識別され、操作されることができること、たとえば、各マイクロヒータ102が個々にオン又はオフにされ、あるいは周囲のヒータとは異なる温度に加熱できることを意味する。しかしながら、一部の実施形態において、マイクロヒータに個々に対応する代わりに、2つ以上のヒータを有するマイクロヒータのグループが、指定可能とされる、即ち、マイクロヒータのグループがオン又はオフにされ、又は、他のマイクロヒータや他のマイクロヒータのグループとは異なる特定の温度に加熱されてもよい。

0021

図7は、トランジスタマイクロヒータ102のソース104、チャネル106、及び、ドレイン108を示すクローズアップである。この例におけるトランジスタ102は、円形であるが、他の形状も同様に可能である(例えば、多角形リボン、及び螺旋形)。トランジスタマイクロヒータアレイ100は、高速且つ効率的な加熱のために、加工面110の下に直接埋め込まれる。

0022

この設計の断面が図8に示される。熱を均一に生成し分配するために、トランジスタマイクロヒータ設計には、軸対称形状が選択され得る。但し、実際のマイクロヒータ150は、熱が上面(加工面)151にわたって均一に分布されるのであれば、軸対称形状に限定されない。トランジスタマイクロヒータ150は、環状底面ゲート152、上側伝導性金属層156に接続される環状ソース154、及び下側伝導性金属層160に接続される円形ドレイン158を有する。金属層の使用は、少なくとも以下の2つの目的を有する:(1)大きな電流が各トランジスタに供給されなければならないのでワイヤ相互接続上で消耗されるパワーが減少させていること、(2)表面にわたって均一に熱を分配するのに役立つこと、である。半導体層162は、数ミクロンの厚さがあり、高い電子移動度(>10cm2/V・s)を備えた、無機又は有機材料から構成される。基板層164は、一般に熱伝導性が極めて低いフレキシブルプラスチック、又はドラム上に塗布される断熱材料である。基本的に、熱伝導性が低い材料(k<1Wm−1K−1)は、基板層として使用することができる。基板層164の厚さは、概して50μm及び数ミリメートルの間である。上側及び下側導電層156、160、ならびに上側及び下側電気絶縁誘電体層166、168の相対的厚さは、数百ナノメートル周辺である。この設計によると、上側金属層(ソース)と下側金属層(ドレイン)との間に一定の電圧を提供し、加熱パワー及び温度を調節するために、単にゲート電圧を変化させることが可能である。

0023

ある実施形態において、図8における上面151は、熱拡散層を有することもある。この熱的拡散層の厚さは約5μmから約50μmであり、一部の例では、約10μmから約30μmである。一部の実施形態において、熱拡散層は、ポリマーに配置される熱伝導性充填材(thermally conductive fillers)を有してもよい。種々の実施形態において、熱伝導性充填材は、グラファイトグラフェンカーボンナノチューブ、例えばNiやAg等のミクロンからサブミクロンサイズ金属粒子、及びSiC、Al2O3、AlN等のミクロンからサブミクロンサイズのセラミック充填材から成る群から選択できる。他の実施形態において、熱伝導性充填材が配置されるポリマーは、ポリイミド、シリコン、フルオロシリコーン、及びフルオロエラストマーから成る群から選択できる。しかしながら、当業者は、いずれの好適なポリマーに配置される好適な熱伝導性充填材を選択してもよい。

0024

写真平版術(フォトリソグラフィ)、印刷された電子回路、及びナノファブリケーション技術の組み合わせは、トランジスタマイクロヒータアレイを作製するために使用できる。作製プロセスは、使用される材料のタイプ、及び基板のタイプによって決まる。たとえば、マイクロヒータアレイがフレキシブル基板上に作製される場合、写真平板技術が、絶縁層、金属層、及び相互接続を形成するために使用され、一方、印刷された電子回路及びナノファブリケーション技術が、半導体層を形成するために使用されてもよい。分子移動度は、トランジスタマイクロヒータに使用される半導体材料の重要な要件である。最大電流アモルファスシリコンの低電子移動度(1cm2V−1S−1)によって制限されるため、アモルファスシリコン系薄膜トランジスタは、十分な加熱パワーを生成できない。したがって、電子移動度(>30cm2V−1S−1)を有するポリシリコン状の材料が、トランジスタチャネルに要求される。高性能トランジスタチャネルを形成する1つの方法は、周知のエキシマーレーザ励起結晶体や金属誘起結晶体、又はアモルファスシリコン及びアモルファスゲルマニウム等の蒸着されたアモルファス半導体材料結晶化する他の同様の結晶化方法を使用することである。金属誘起結晶化MIC)は、アモルファスシリコンやa−Siを、比較的低温度で多結晶シリコンに変化させる方法である。MICにおいて、アモルファスSiフィルムは、基板上に蒸着されアルミニウム等の金属で被覆される。この基板は、次に、150℃から400℃の間の温度でアニール処理され、これによりa−Siフィルムが多結晶シリコンに変換される。ZnO薄膜は、また、フレキシブル基板及び湾曲面に蒸着できる、有望な高電子移動度の材料でもある。

0025

図9から図11に示されるように、パッシブマトリクス駆動又はアクティブマトリクス駆動が、個々のマイクロヒータを指定するために使用できる。アクティブマトリクス駆動及びパッシブマトリクス駆動は、LCD技術に使用される2つの画素を指定することが可能な機構である。トランジスタマイクロヒータ181の10×10アレイを有する例示的デジタル加熱素子(又はデバイス)180が、図9に示される。トランジスタマイクロヒータ181は、概して10μmから500μmの間の長さ及び幅を有する。データ駆動部182は、10本のデータ駆動線188を提供し、スキャン駆動部184は、10本のスキャン駆動線186を提供する。データ駆動線188及びスキャン駆動線186の各交点には、図10及び図11に示されるように、加熱トランジスタ193、及び、そのスイッチングトランジスタ191がある。加熱トランジスタ193のソース電極194及びドレイン電極195は、同じVSource189及びVDrain190にそれぞれ接続されている。各スイッチングトランジスタ191は、スキャン駆動線186に接続されるゲート端末、データ駆動線188に接続されるソース端末、及び、加熱トランジスタ193のゲート電極196に接続されている、ドレイン端末を有する。各加熱トランジスタ193は、そのスキャン駆動線186を介してスイッチングトランジスタ191を起動させ、そのデータ駆動線188を介してゲート電極196に制御信号を送信することによって、指定される。パッシブマトリクス駆動又はアクティブマトリクス駆動の選択は、用途の要件によって決まる。

0026

パッシブマトリクス駆動(図10参照)において、スキャン駆動部184は、各列ごとに、すべてのマイクロヒータ181をスキャンし、それぞれの時間間隔において、一列のみのスイッチングトランジスタ191は、データ駆動部182がデータ駆動線188を介して個々の加熱トランジスタ193のゲート196電圧を変化させることが可能となるように起動される。しかしながら、加熱トランジスタ193は、スキャン駆動部が次の列に移動するとすぐにオフにされ、これは指定信号への受動的応答となる。このパッシブ駆動機構において、各時間間隔以上で作動できる列のマイクロヒータ181はない。このように、パッシブマトリクス駆動は、比較的小さなマイクロヒータアレイ(1000列未満)に対し良好に動作する。一方、アクティブマトリクス駆動(図11参照)は、高速動作(20Hzより速い走査速度)、及び広域トランジスタアレイ(1000列より多い)について好ましいとされる。図11に示されるように、特別なコンデンサ192が、VSourceに接続される一端と、加熱トランジスタ193のゲート電極196に接続される他端との間に挿入される。アクティブマトリクス駆動の指定機構は、スキャン駆動部が別の列に移動した後でも、コンデンサ192がソース−ゲート電圧を維持し、加熱トランジスタ193の動作状態を維持できること以外は、パッシブマトリクス駆動と同様である。したがって、1列よりも多いマイクロヒータ181が同時に動作していることもある。また、必要であれば、それぞれ個々のマイクロヒータが、スキャン駆動線186及びデータ駆動線188を介して、別の指定信号によってオフにされてもよい。

0027

本明細書中に記載されるトランジスタマイクロヒータアレイを有するデジタル加熱素子は、種々の用途における異なるタイプの印字システムと、一体化することができる。一例において、電子写真印刷機における統合デジタル加熱素子を備えた定着サブシステムは、トナーや液体トナー画像を、印刷媒体に選択的に定着又は固定できる。

0028

図12は、例示的な印刷装置200を概略的に示し、この装置は、電子写真受光体201、及び、この電子写真受光体201を均一に帯電するための帯電ステーション202を有する。電子写真受光体201は、図1に示されるようなドラム受光体、又はベルト受光体(図示せず)であってもよい。印刷装置200は、また、電子写真受光体201上に潜像を形成するために、オリジナル原稿(図示せず)を露光する光源(図示せず)を含む。印刷装置200は、さらに、電子写真受光体201上の潜像を可視画像に変換するための現像サブシステム204と、可視画像を媒体に転写するための転写サブシステム205と、可視画像を媒体上に定着されるための定着サブシステム206と、を有する。

0029

定着サブシステム206は、図9に示されるような1つ以上のデジタル加熱素子180を有する。定着サブシステム206は、定着部材、圧力部材、外部ヒートロールオイリングサブシステム、及びトランスフィックスロールの1つ以上を有してもよい。図15は、基板402上に配置されるデジタル加熱素子180と、デジタル加熱素子180の上に配置されるトナー剥離層406と、を有する、例示的な定着部材410を示す。基板402は、ポリイミドやPEEK等の高温度プラスチック基板であればよい。基板402の厚さは、約50μmから約150μmであればよく、一部の例では、約65μmから約85μmでもよい。トナー剥離層406は、一般に、シリコン、フルオロシリコーン、フルオロエラストマー等の材料を有する単一層である。トナー剥離層406は、約100μmから約500μmであればよく、一部の例では、約150μmから約250μmであってもよい。トナー剥離層406は、また、シリコンラバー層上に配置されるフルオロエラストマ層を有する二層構造であってもよい。他の実施形態において、トナー剥離層406は、シリコンラバー層上に配置される、PTFEやPFA等の熱可塑性層を有する二層構造であってもよい。トナー剥離層406の二層構造の全体厚さは、約100μmから約500μmであればよく、一部の例において、約150μmから約250μmであり、上部層の厚さは、約20μmから約30μmである。特定の実施形態において、図16に示されるように、電気絶縁層405は、マイクロヒータ181のアレイを有するデジタル加熱素子180の上に配置されてもよい。種々の実施形態において、電気絶縁層405は、例えば酸化ケイ素、ポリイミド、シリコンラバー、フルオロシリコーン、及びフルオロエラストマー等のいずれか好適な材料を有することができる。電気絶縁層405の厚さは、約10μmから約50μmであればよく、一部の例では、約20μmから約30μmであってもよい。特定の実施形態において、熱拡散層407は、図16に示されるように、電気絶縁層405上に配置されることができる。熱拡散層407の厚さは、約10μmから約50μmであればよく、一部の例では約20μmから約30μmであってもよい。一部の実施形態において、熱拡散層407は、ポリマー内に配置される熱伝導性充填材を有することができる。熱伝導性充填材は、グラファイト、グラフェン、カーボンナノチューブ、例えばNi、Ag等のミクロンからサブミクロンサイズの金属粒子、例えばSiC、Al2O3、AlN等のミクロンからサブミクロンサイズのセラミック充填材から成る群から選択することができる。熱伝導性充填材が配置されるポリマーは、ポリイミド類シリコーン類、フルオロシリコーン、及びフルオロエラストマー類から成る群から選択することができる。しかしながら、当業者は、いかなる好適なポリマーに配置されるいずれかの好適な熱伝導性充填材を選択することもできる。

0030

基板402上に配置されるデジタル加熱素子180をさらに参照すると、デジタル加熱素子180は、図9に示されるように、マイクロヒータ181のアレイを有することができる。マイクロヒータのアレイの各マイクロヒータ181は、熱的に分離され、個々に指定可能であり、各マイクロヒータ181は、ミリ秒の時間枠内で約20℃から約200℃までの温度に達するように構成される。一部の実施形態において、ミリ秒の時間枠は、約100ミリ秒未満であってもよい。他の実施形態において、ミリ秒の時間枠は、約50ミリ秒未満であってもよい。さらに、他の一部の実施形態において、ミリ秒の時間枠は、約10ミリ未満であってもよい。本明細書中に使用される言葉「個々に指定可能な」は、アレイの各マイクロヒータ181がその周囲のマイクロヒータとは別個に識別され操作され、例えば、各マイクロヒータ181が個々にオン又はオフにされ、又はその周囲のマイクロヒータとは異なる温度に加熱されることを意味する。しかしながら、一部の実施形態において、マイクロヒータに個々に指定される代わりに、2つ以上のマイクロヒータを有するマイクロヒータのグループ毎に指定されてもよく、即ち、マイクロヒータのグループが共にオン又はオフにされ、又は、他のマイクロヒータや他のグループのマイクロヒータとは異なる特定の温度まで、加熱されてもよい。たとえば、一定の列間隔及び余白を備えたテキストを印刷する場合、テキストに対応するマイクロヒータは、トナーを定着するために一定の温度まで加熱されるが、テキストの間の列間隔、及び、テキスト周辺の余白に対応するマイクロヒータは、オフとすることができる。

0031

図13は、電子写真プリンタの例示的定着サブシステム209を概略的に示す。定着サブシステム209は、定着部材210、及び定着挟込211を形成するように取り付けられた回転可能な圧力部材212を有する。未定着トナー画像担持する媒体220は、定着用の定着挟込211を介して供給される。圧力部材212は、圧力ロール図2に図示)又は圧力ベルト(図示せず)であってもよい。また、定着サブシステム209は、残留トナーの除去を容易にするために、定着部材210の表面に給油するオイリングサブシステム218を有してもよい。定着サブシステム201は、さらに、更なる熱源を提供するために外部ヒートローラ214と、クリーニングサブシステム216とを有してもよい。種々の実施形態において、1つ以上の定着部材210、圧力部材212、外部ヒートロール214、及び、オイリングサブシステム218は、デジタル加熱素子180を有してもよい。種々の実施形態において、デジタル加熱素子180は、熱源として使用され、図15図16に開示及び上述されたような、定着部材410と同様の構成を有して、圧力部材212、外部ヒートロール214、及びオイリングサブシステム218に配置される。

0032

図14は、固体インクジェットプリンタ代替的な定着サブシステム301を概略的に示す。図3に示されるような定着サブシステム301は、固体インクリザーバ330を有する。固体インクは、約150℃の温度まで加熱によって溶解され、溶解されたインク332は、固体インクリザーバ330からトランスフィックスロール310上に噴出される。種々の実施形態において、トランスフィックスロール310は、インク332が凝固しないように、約70℃から約130℃の範囲の温度に維持される。トランスフィックスロールが回転され、インクが媒体320上に配置され、該媒体は、トランスフィックスロール310及び圧力ロール312との間の定着挟込321を介して供給される。圧力ロール312は、室温で維持されてもよく、又は、約50℃から約100℃の範囲内の温度まで加熱されてもよい。種々の実施形態において、デジタル加熱素子180は、熱源として使用され、図15図16に開示及び上述されたような、定着部材410、410’と同様の構成を有して、トランスフィックスロール310及び/又は圧力ロール312に配置される。種々の実施形態において、デジタル加熱素子180をトランスフィックスロール310に含ませることは、インク画像に対応するマイクロヒータ181のアレイの1つ以上のマイクロヒータに選択的に指定することで、トランスフィックスロール310のインクを有する部分のみの加熱を可能にする。

0033

このように、画像を形成する方法は、電子写真受光体上に潜像を形成するための画像形成ステーションを提供することを有してもよい。また、この方法は、静潜像を電子写真受光体上のトナー画像に変換するための現像サブシステムを提供することを有してもよい。さらに、同方法は、トナー画像を媒体に固定するための1つ以上の加熱素子を有する定着サブシステムを提供することを有してもよい。それぞれの1つ以上のデジタル加熱素子は、マイクロヒータのアレイを有し、マイクロヒータのアレイの各マイクロヒータは、熱的に分離され、個々に指定可能である。特定の実施形態において、各マイクロヒータは、ミリ秒の時間枠で20℃から約200℃までの温度に達するように構成されてもよい。一部の実施形態において、定着アセンブリを提供することは、ローラ構造内に定着アセンブリを提供することを有する。他の実施形態において、定着アセンブリを提供することは、ベルト構造内に定着センブリを提供することを有する。他の一部の実施形態において、定着サブシステムを提供することは、定着部材、圧力部材、外部ヒートロール、オイリングサブシステム、及びトランスフィックスロールの1つ以上を提供できる。種々の実施形態において、方法は、また、ミリ秒の時間枠において約20℃から約200℃の範囲内の温度まで、トナー画像に対応する1つ以上のマイクロヒータを選択的に加熱し、定着サブシステムを介して媒体を供給し、トナー画像を媒体に定着させことを有する。特定の実施形態において、トナー画像に対応する1つ以上のマイクロヒータを選択的に加熱するステップは、複数のグループのマイクロヒータを選択的に加熱することを有し、各グループのマイクロヒータは、個々に指定可能である。種々の実施形態において、1つ以上のマイクロヒータを選択的に加熱するステップは、第1のグループのマイクロヒータを第1の温度に加熱し、第2のグループのマイクロヒータを第1の温度とは異なる第2の温度に加熱する、こと等を有する。当業者は、第1のグループのマイクロヒータを第1の温度に加熱し、第2のセットのマイクロヒータを第1の温度とは異なる第2の温度に加熱する等の、多数の理由があることを理解するであろう。例示的理由は、限定されないが、エネルギー効率を高めることと、画質を向上させることを有してもよい。たとえば、紙等の所与の媒体において、特定の領域が例えば図形画像によってトナー被覆率がより高い場合、それら特定の領域をより高温に加熱することができる。また、媒体上の一部の領域をより高温に加熱し、光沢度を増加させることができる。一部の実施形態において、この方法は、トナー画像に対応するマイクロヒータのアレイの1つ以上のマイクロヒータを、選択的に加熱することによって、トナー画像に対応する媒体の部分のみを選択的に前加熱することを、さらに有する。特定の実施形態において、同方法は、画像に対応するマイクロヒータのアレイの1つ以上のマイクロヒータを選択的に加熱することによって、画像に対応する媒体の一部のみを選択的に加熱し、媒体上の画像の画質を調整することをさらに有する。

0034

種々の実施形態によると、印字システム内で媒体を供給することを有する印字方法があり、この印字システムは、1つ以上のデジタル加熱素子を有し、該1つ以上のデジタル加熱素子はマイクロヒータのアレイを有し、各マイクロヒータは、熱的に分離され、個々に指定可能であればよい。この印字方法は、ミリ秒の時間枠内で約20℃から約200℃の範囲内の温度に、トナー画像に対応する1つ以上のマイクロヒータを加熱することによって、画像を媒体に転写し定着させることを有する。同印字方法は、媒体をフィニッシャに搬送することを有する。種々の実施形態において、トナー画像に対応する1つ以上のマイクロヒータを加熱することによって、画像を媒体上に転写し定着させることは、トナー画像の第1の領域に対応する第1のセットのマイクロヒータを第1の温度に加熱し、トナー画像の第2の領域に対応する第2のセットのマイクロヒータを第2の温度に加熱する、ことを有し、第2の温度は第1の温度とは異ってもよい。また、一部の実施形態において、印字方法は、トナー画像に対応するマイクロヒータのアレイの1つ以上のマイクロヒータを選択的に加熱することによって、トナー画像に対応する媒体のこれらの部分のみを選択的に前加熱することを有する。特定の実施形態において、印字方法は、画像に対応するマイクロヒータのアレイの1つ以上のマイクロヒータを選択的に加熱することによって、画像に対応する媒体のこれらの部分のみを選択的に加熱し、媒体上の画像の画質を調整する、ことを有する。

0035

本明細書中に記載された技術は、オフセット版プリンタ可変データを印刷するために使用されてもよい。可変データ印刷は、印刷プロセスを停止する、又は、低速にすることなく、テキストや画像等のエレメントがあるページから次のページへと変化される、オンデマンド印刷形式である。従来の石版印刷技術は、一定の親水性及び疎水性のそれぞれのパターンを備えたプレートを有する。このプレートは、噴水液で湿潤され、インクが塗布され、インク画像が紙等の媒体に転写される。噴水液は、プレートの親水部分を塗布し、インクがプレートのこれら領域に付着されるのを防止する。石版印刷において、プレートは、印刷内容が変化されるたびに変更されなければならない。本明細書中に記載されるデジタル加熱素子は、プレートを変更せずに可変データを印刷できる、デジタル石版印刷技術において使用できる。一実施形態において、プレートは、デジタル加熱素子が下にある熱応答性湿潤性スイッチング材料で塗布される。プレートの局所表面湿潤性は、ある温度でインク引き付け状態と、異なる温度でのインク反発状態との間で切り換えられる。デジタル加熱素子は、インクが付着し得るインク引き付け画像領域を形成するように熱応答性表面を選択的に加熱できる。別の実施形態において、デジタル加熱素子は、白紙プレートに埋め込まれ、薄い噴水液フィルムを像様に除去し、負のインク反発画像を形成する。別の実施形態において、デジタル加熱素子が埋め込まれた白紙のシリコーンプレートは、シリコーンプレートから加熱領域における基板へインクが転写されるように、ウォータレス石版インクを画像に従って加熱され、インク流動性を変化させる。

0036

上記の実施形態において、差動加熱が必要とされる場合、デジタル加熱素子は、第1のセットのトランジスタマイクロヒータを第1の温度に加熱し、第2のトランジスタマイクロヒータを、第1の温度とは異なる第2の温度に加熱するように作動できる。

0037

本明細書中に記載されているようなトランジスタマイクロヒータを使用することは、以下に示す種々の利点があるが、これらに限定されない。これら利点は、(1)高解像度の形成、多くの可能性を有する実施形態を備えた、画素指定可能なデジタル加熱素子、(2)ミリ秒台の熱応答時間での高速加熱、(3)非常に高いエネルギー効率、(4)加熱装置の最高温度を減少させ、材料を長持ちさせる短距離熱拡散、(5)軽量及び小型、であることである。

0038

209定着サブシステム
210定着部材
211定着挟込
212圧力部材
220 媒体

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