雷射熱轉印機的製作方法
2023-05-27 16:26:56 1
專利名稱：雷射熱轉印機的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於熱轉印技術所使用的裝置，特別涉及使用固體雷射器進行熱轉印的裝置。
傳統的熱印字頭和轉印控制系統存在以下幾個問題(1)轉印精度、印字解析度低。
傳統熱印字頭中的微加熱單元一般都採用S形發熱電阻，每個電阻代表字庫點陣中的一個點，電阻佔的面積越小，點也越小，印字解析度越高。由於製造工藝的限制，內部電阻佔的面積和連接的導線的線寬都不能做得很小，使得印字解析度只能達到16點/mm左右。
(2)耐磨性差熱印頭工作時，它的耐磨層與色帶——紙接觸，並承受每平方釐米幾百克的壓力，即使增加了耐磨層，也易將印字頭的表面和色帶磨損。
(3)工作壽命短熱印頭工作時需要將微加熱單元--S形發熱電阻加熱至300℃高溫，在防氧化層的保護下也可能同空氣接觸而被氧化；發熱電阻絲很細，溫度過高、加熱時間過長極易燒毀發熱層的電阻絲和引線；在印字過程中採用小塊輪流加熱-冷卻-加熱-冷卻，熱應力會使發熱層逐漸遭到損壞；由於熱印頭同色帶、紙直接接觸，輸紙時接觸壓力會磨損熱印頭。以上這些因素造成熱印頭的壽命較短。
(4)轉印速度慢，清晰度較難控制由於受熱轉印頭的電源功率限制，行式熱轉印頭的上千個微加熱單元不能同時加熱(否則功率過大，高達2kW)，只能分塊加熱；而對每一個微加熱單元而言，都有發熱和冷卻兩個階段，在一定的脈衝寬度內，驅動電流將發熱電阻加到預定的溫度，進行熱轉印，印出一點後發熱電阻應迅速冷卻，散熱後為下一點熱轉印做準備。這樣反覆輪流加熱-冷卻-加熱的速度受材料本身性質和散熱片限制，造成轉印速度慢。並且加熱溫度不易精確控制，溫度過低會使印出的點較淡，影響清晰度。
現在的雷射印表機根據點陣控制信號使用雷射掃描已在黑暗中充電的感光硒鼓，使未被曝光的部分不放電，形成「潛像」以吸附上碳粉，達到「顯影」目的。當硒鼓上的字符信息區和背面帶有反向靜電電荷的普通紙接觸時，硒鼓表面上的碳粉就會被吸附到紙上來，實現「轉印」。最後還要將記錄有信息的紙經過高溫或高壓區域，將碳粉熔化在紙上，達到「定影」效果。上述一系列過程包括清除殘餘碳粉、充電、曝光、顯影等，工藝複雜，影響轉印速度和成本。參見張江陵，季國鈞等編著高等學校教材《電子計算機外部設備設計原理》，華中理工大學出版社1989年，第150頁-227頁。另外，雷射印表機光學掃描系統採用多面旋轉稜鏡控制雷射進行行掃描，存在半徑差引起的非線性誤差和各相對面不平行產生的塔型誤差，會嚴重影響記錄精度，給掃描器的製造、安裝和控制帶來很多困難。參見《EL-50型高速雷射印表機光學掃描系統》，《西安工業學院學報》1996年第16卷第12期第308頁。
本實用新型的雷射熱轉印機，包括雷射器及其出光光路上的光學掃描系統和紙傳送機構，其特徵在於(1)光學掃描系統由雷射器出光光路依序置放的準直透鏡、振鏡、振鏡出光方向的F-θ透鏡組成；(2)所述F-θ透鏡和紙傳送機構之間設置碳帶傳送機構，它包括碳帶輥和收帶輥。
所述的雷射熱轉印機，其進一步的特徵在於所述雷射器為雷射二極體橫向泵浦結構的固體雷射器，所述振鏡為動圈式結構的振鏡。
所述的雷射熱轉印機，碳帶傳送機構中碳帶輥和收帶輥之間可以設置互相緊靠的預熱輥和壓輥。
本實用新型在使用時，計算機輸出的二進位字符編碼信息，由接口控制器送到字形發生器，在點陣生成線路中形成相應的控制信號，其中脈寬控制信號用來啟停雷射器的開關電源，使雷射器定時發出雷射脈衝，雷射束通過光學準直系統射到震動反射鏡上，振鏡在驅動信號的控制下精確偏轉，定位反射雷射束，反射的雷射束被F-θ透鏡會聚到到熱轉印物質碳帶上，使碳粉加熱熔化到受像紙上。
本實用新型的雷射熱轉印機同以前的熱轉印頭相比有以下優點(1)轉印速度快。以前的熱轉印頭使用的微加熱單元為電阻絲，輪流加熱冷卻，時間長；本實用新型利用電流控制雷射二極體陣列泵浦，進而控制雷射脈衝加熱，需用時間短。(2)轉印精度高。以前的熱轉印頭使用的微加熱單元--電阻絲受工藝限制不能做得很小，加熱溫度不好控制；而本實用新型使用的雷射束產生的光斑直徑很小，雷射脈衝持續時間的長短容易控制，加熱時間和加熱溫度較好掌握，另外振鏡掃描系統具有線性性質，能快速精確定位加熱點，使得轉印精度和清晰度都好。(3)無磨損，使用壽命長。以往的熱轉印頭使用的微加熱單元--電阻絲在高溫下易被氧化，加熱冷卻過程熱應力也影響電阻壽命，並且轉印頭緊壓著色帶，轉印接觸時磨損嚴重。而本實用新型為非接觸式，不存在磨損。
本實用新型的雷射熱轉印機轉印工序比當前雷射印表機轉印工序簡單(去處了硒鼓和靜電潛像部分)，光學掃描系統改用具有線性特性的振鏡，誤差小，精度高。
圖3為振鏡的結構原理圖；圖4為振鏡掃描角與控制電流關係曲線；圖5為F-θ透鏡的結構示意圖；圖6為熱轉印物質碳帶結構示意圖。
圖2所示為使用的雷射二極體泵浦的固體雷射器LDPSSL採用橫向泵浦NdYAG結構，其中14為雷射二極體泵浦陳列、15為雷射晶體、16為高反射率反射鏡、17為輸出耦合鏡、18為輸出雷射。在這種結構中，LD泵浦光束垂直於雷射棒的光束入射。LD代替常用的閃光燈，通過脈寬信號控制LD，進而確定雷射脈衝時間的長短，其效率高而可靠。因為LD的發光波長處於泵浦最佳波段，系統的熱耗散較小，輸出波長為1.064μm輸出功率為5W的LD泵浦NdYAG雷射器可以不用水冷卻。並且由於有較大面積可用來耦合泵浦光功率，因而提供了一種簡單而可靠的提高LDPSSL輸出功率的方法。另外，使用波長為近紅外線的雷射脈衝照射轉印物質，熱效應好。
使雷射器的發光點位於準直透鏡的焦面處，雷射束經透鏡透射後，變為準直光束，直徑滿足點陣精度的要求，照射到振鏡的反射鏡上。薄透鏡的成像遵循高斯公式1/s+1/c＝1/f，以物方焦面上一點為中心的入射同心光束，經透射後成為平行光束。
圖3所示為振鏡結構原理圖，其中19為鏡面，20為磁驅動器，21為位置傳感器。
振鏡相對於多面旋轉輪鏡來說有以下優點振鏡是單面的，並且繞反射面的中心軸旋轉，不存在半徑差和塔形誤差，大大提高了掃描精度，並且振鏡掃描重複性較好，成行性好，速度快。當無輸入信號時，光束處於平衡位置，只有一個光點。當加上輸入信號時，光束來回偏轉形成帶狀點陣。設兩端與平衡位置的距離分別表示為X和X+，總的偏轉距離為X＝X+X+。設光學臂的長度(熱轉印物質碳帶和反射鏡之間的距離)為D，則半光束的偏轉角θ/2(即為機械偏轉角) 偏轉距離X由偏轉角和光學臂的長度D共同決定，很容易擴展。選用動圈式結構的振鏡，轉子的電感L小，時間常數T＝L/R很小，振鏡的速度快；同時由於定子和轉子之間無磁滯效應，偏轉角較大，使得振鏡的精度很高；當工作頻率一定，掃描角與控制電流呈線性關係，曲線見圖4在光學掃描系統中，振鏡掃描器以等角速度來迴旋轉，掃描光束經透鏡會聚後其焦點軌跡是一條直線。如果不採用F-θ透鏡，其掃描長度為L＝2f′tanθ。這裡f′為透鏡的焦距，θ為掃描半角，由於式中θ和L之間不存在線性關係，必然會導致掃描失真和列印失真。因此，必須用F-θ透鏡來校正掃描和列印失真，即將振鏡產生的等角速度移動轉變成等線速度移動。此時L和θ之間便存在線性關係L＝2f′θ。F-θ透鏡的結構如圖5所示。該F-θ透鏡有如下特點前面的柱透鏡使掃描面上的光斑尺寸在縱向大大減小，從而可使振鏡的厚度變得很薄，減小了對振鏡動平衡的要求；掃描面上的光斑在子午方向上被後面的透鏡作為物成像在碳帶上，因此，減小了對振鏡反射平面的要求；可以調節照射到碳帶上的光斑直徑大小。
圖6所示熱轉印物質碳帶分為三層上層為透明薄膜22，很容易讓紅外線雷射脈衝透射通過，又可阻擋從下層反射回來的光，產生「溫室」效應，快速加熱熔化下層物質。中層為釋放層23，熔點略低於下層的碳粉24，在紅外雷射脈衝的照射下是迅速熔化為液體，使碳粉脫離碳帶。下層為易熔碳粉(在直徑為0.1mm的圓點上，在0.1s內吸收0.25mJ的熱量就可熔化，熔點為70℃)。由於碳帶經過提前預熱，有高能量紅外雷射脈衝25加熱的光點處的碳粉就會按照點陣要求立即熔化在印象紙8上，最終實現轉印。
權利要求1.一種雷射熱轉印機，包括雷射器及其出光光路上的光學掃描系統和紙傳送機構，其特徵在於(1)光學掃描系統由雷射器出光光路依序置放的準直透鏡、振鏡、振鏡出光方向的F-θ透鏡組成；(2)所述F-θ透鏡和紙傳送機構之間設置碳帶傳送機構，它包括碳帶輥和收帶輥。
2.如權利要求1所述的雷射熱轉印機，其特徵在於所述雷射器為雷射二極體橫向泵浦結構的固體雷射器，所述振鏡為動圈式結構的振鏡。
3.如權利要求1或2所述的雷射熱轉印機，其特徵在於碳帶傳送機構中碳帶輥和收帶輥之間設置互相緊靠的預熱輥和壓輥。
專利摘要雷射熱轉印機，屬於熱轉印技術使用的裝置，特別涉及使用固體雷射器進行熱轉印的裝置，其使用高精度振鏡控制雷射直接快速加熱熱轉印物質達到轉印目的。本實用新型包括雷射器、光學掃描系統和紙傳送機構，光學掃描系統由雷射器出光光路依序置放的準直透鏡、振鏡、振鏡出光方向的F－θ透鏡組成，F－θ透鏡和紙傳送機構之間設置碳帶傳送機構，它包括碳帶輥和收帶輥。本實用新型轉印速度快，精度高，無磨損，比雷射印表機轉印工序簡單，誤差小。
文檔編號G02B26/10GK2571589SQ0227941
公開日2003年9月10日 申請日期2002年9月30日 優先權日2002年9月30日
發明者周功業, 黎書生 申請人:華中科技大學