專利名稱：在固體基片上連續形成染料升華圖像的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及在固體塑料片上形成圖像。具體地，本發明涉及一種在固體塑料片上連續形成染料升華圖像或染色轉印圖像的方法。
背景技術：
自塑料出現以來，使用者和制造商就在尋找在塑料上印刷或形成圖像的有效方法。適用于其它材料如金屬、木材等類似物質的現有成像技術用于在塑料上形成永久圖像時一般不成功。這類現有成像技術的實例包括但不限于涂料、貼花、油漆和染料。一般地，與現有成像或標記技術有關的問題集中表現在塑料的某些化學及物理特性上。
塑料的其中一個主要優點是可以形成具有十分平滑表面的復雜形狀。雖然這是塑料物品制造方面的一個優點，但是十分光滑的和通常具有抗化學結合性質的塑性表面使得難于在上面涂刷油漆等類似物質。當塑料彎曲，或當圖像受到物理損壞如磨損，或溫度變化時，涂在塑料上的許多種油漆如瓷漆會開裂或剝落。
在尋找可形成塑料片永久性耐磨圖像的方法的過程中，本領域的工作人員注意到塑料的分子結構與某些可采用“染料升華”染色法形成圖像的物質結構類似。根據已知的染料升華法，圖像如裝飾圖案是由染料載體上的升華印刷油墨形成的，染料載體有時也被稱作轉印紙或輔助載體。染料載體通常是用紙張制成的，但也并非只能用紙張制成。將圖像印刷到染料載體上可以用若干種已知的印刷方法，這些印刷方法包括但不限于膠版印刷方法或輪轉印刷方法。在染料載體上形成的印刷圖像通過升華作用從染料載體轉印到進行圖案裝飾的紡織品或織物上，這種方法也被稱作轉印法。
有幾種已知的染料適用于染料升華印刷技術。實際使用的染料或染料載體對于本發明原理來說并不是本質性的，只要這種染料能夠升華就可以。這就是說在加熱時染料直接從固態升華到氣態。有一種適用于升化印刷的印刷油墨是利用粘合劑和氧化添加劑由可升華的染料制備的。術語“可升華的”在這里定義為能夠升華。
通常，在紡織品上形成染料升華圖像，可將印有顏色的染料載體的顏色面放到紡織品的待印刷面上然后加熱。一旦染料達到大約170-220℃的溫度，就會升華到紡織品中而形成所要求的圖像。
通過上述討論，應當認識到染料升華印刷的一個優點是圖像實際上是在所印刷的紡織品或基片的結構中形成。這與大多數印刷技術都不同，這些印刷技術只是在基片的表面上形成圖像。雖然在表面上形成的圖像適用于很多用途，但是對于某些用途來說并不是最佳的。舉例來說，通過上述在紡織品中形成染料升華圖像的討論，應當認識到如果經常受到磨損的紡織品比如地毯，只是在地毯表面或地毯各纖維表面上形成的圖像會很快磨掉。
還應當認識到適合于形成表面圖像的大多數油墨往往是不透明的。同樣，這也適合于很多用途。但是，當想要制成品具有光亮或透明特性時，使用這類不透明的油墨就不能得到所要求的透明圖像。
Dybvig的美國專利No.3,649,332公開了一種早期的塑料轉印方法。根據這個專利，將通過將帶有圖像的光敏染料載體對著真空壓印板上的多孔紙臨時接收片放置，并形成足夠的真空使這兩個薄片緊密接觸并保持在固定位置上。轉印片在與接收片接觸的表面上帶有染料涂層，而在外表面上帶有光導氧化鋅涂層。該外表面可暴露于來自正彩色原圖的分色光圖像而產生潛像。
帶有高電位的輻射吸收著色微粒導電涂層的導電滾筒通過暴露表面而將著色微粒沉積在非光照射區域上。接著將該表面短暫地暴露在強烈的紅外線輻射下，使染料轉印到紅外線吸收著色區域的吸收體上。接著釋放真空，將感光片取下并更換為帶有第二種染料的第二個感光片，然后用適當的分色濾光片來重復這一過程。用第三種濾光片和感光片再次重復這一過程而產生完整三色的中間片。
然后將中間片的一部分或多個部分剪下來。將這些片段按所要求的方式布置在透明的染料吸收薄膜上，并在上面覆蓋帶有藍色染料涂層的染料源紙片，如同前面介紹的轉印片那樣，但是沒有光導涂層。將這三層壓在一起并短暫地加熱。然后取下薄膜，可以發現在薄膜的藍色背景上形成明亮的各細部的全色圖像。
Haigh等人的美國專利No.4,059,471、4,202,663和4,465,728詳細介紹了在塑料表面尤其是薄膜形成染色轉印圖像的方法。這些專利直接來自1975年1月13日提交的序列號為540,383的美國專利申請，或是該專利申請的分案或部分繼續申請。這些專利中的每個都使用染色轉印法，通過將載體薄片如聚烯烴載體薄片設置在染料吸收塑料薄片和帶有分散染料的轉印薄片之間，在染料吸收塑料薄片上，尤其是厚度從2密耳到20密耳的薄膜上，形成染色圖案。然后，將這些薄片壓緊密切接觸并加熱到染料的升華溫度，使這些薄片保持在升華溫度下直至相當大部分的染料通過聚烯烴薄片從轉印薄片升華并轉印到染料吸收薄片中。然后，將這些薄片冷卻到染料吸收薄片的軟化溫度以下，將染料吸收薄片與其它薄片分開。
Glover的美國專利No.4,242,092介紹了在透氣片狀結構如地毯或瓷磚上進行升華印刷的方法。根據該專利，將一側帶有升華染料的可透氣印刷薄膜面對面放置到可透氣片狀結構上，并使它們緊密接觸。然后將薄膜加熱到可使染料氣化的溫度并保持一段時間。同時，施加氣體壓差或蒸氣壓差從而薄膜上面的空間產生通過薄膜和片狀結構的氣流，從而使染料蒸氣流入片狀結構并在其中形成圖像。
Sumi等人的美國專利No.4,662,966介紹了可轉印多個物品如打字機鍵的設備，將這些物品在平面上排列然后加熱。該專利的設備還包括用來輸送多個物品到加熱出口的傳送裝置，加熱出口設有紅外線輻射加熱器。這種設備還包含用來使物品保持在相對物品支架預定位置的保持裝置。另一個支架設計成能使轉印片保持在第二預定位置上。轉印片帶有用熱擴散染料形成的圖案層。該專利還提供了將轉印片壓緊到物品上以轉印圖案的裝置，以及傳送裝置，用來輸送帶有若干物品的物品支架通過加熱器，和各種保持裝置。
Krajec等人的美國專利No.4,664,672介紹了在塑料制品或帶有塑料表面涂層的物品上進行轉印的方法，該方法在染色轉印過程中通過將薄的染料載體壓在進行印刷的表面上進行轉印。這是利用超過大氣壓的氣壓來實現的，其中塑料物品的表面保持在熱塑性限度以下的溫度。根據該專利的方法，染料載體如紙張染料載體在低于油墨升華溫度的溫度下預干燥。將染料載體夾在比如框架中，使其十分靠近但又不接觸要印刷的表面。然后，將壓力氣體施加到載體的背面，使得在染料載體的背面直接或間接地產生略微超過大氣壓的壓力，從而將載體壓緊在所要印刷的物品上。然后，放置熱源如熱輻射器使輻射線照在染料載體的背面。
Claveau的美國專利No.5,308,426介紹了在十分不規則的非平面物體上形成升華圖像的方法，這種方法利用可延伸和可透氣的材料制成“油墨支承體”，其形狀與所要印刷物品的形狀一致。這種油墨支承體用來包圍物品，然后放入真空機中。接著，將內部帶有油墨支承體的真空機放入加熱空間，使裝飾圖案轉印到進行裝飾的物品的整個表面。在此發明專利中適合用作油墨支承體的可延伸透氣材料的實例包括機織物、針織物和無紡材料片。
Zaher的美國專利No.5,997,677介紹了在塑料基片上形成彩色裝飾圖案的方法，這種方法先加熱載體，然后將載體放置到基片上并通過吸氣使載體與基片接觸，因此在載體和基片之間產生低于正常的壓力。然后，向載體施加紅外線不均勻照射，對染料的主要顏色部分進行輻射。
許多已知的應用于固體塑料的染料升華印刷方法對于壓力、溫度、染料批量、基片批量以及其它生產因素變化十分敏感，因此至少一個發明人已經專門研究染料升華印刷的塑料基片的預處理方法。這種預處理方法在Johnston的美國專利No.5,580,410作了介紹。
使固體塑料片形成精確、鮮明、耐久的圖像是塑料成像工業長期追尋的目標，但是至今還沒有任何一種方法可用來在固體塑料片上印刷圖像，還沒有塑料片能成為商品的。這些發明不能成功在很大程度上是因為，雖然前面介紹的發明專利在理論上可以實現，但是在實際操作中不能以商業可以接受的成本或產量生產出帶有圖像的塑料薄片。不能成功的原因有許多。
許多已知方法未能在商業上成功地制成帶圖像產品的第一個原因是處理速度很慢。當一種成像法需要很長時間或許多復雜精密的步驟才能成功地形成圖像時，雖然可以成功地得到帶有圖像的塑料薄片，但是價格昂因而在商業上不可行。而且，上述成像法對溫度變化十分敏感，加工溫度稍有變化就會產生不合格的圖像或使基片遭到破壞。
許多已知的方法不能成功的第二個原因與前面介紹的一些工藝變量緊密相關。許多現有的染料升華成像法的一個特別嚴重的缺點是，為了在固體塑料基片上形成染料升華圖像，必須將基片的溫度升高到熱塑性限度以上。多數情況下，這會使基片液化，從而使染料載體粘結到液化的粘性基片上。當然，這會使至少一部分染料載體永久粘結到基片上。即使可以將粘結的染料載體從冷卻的基片上刮掉，但是這種刮除不僅會破壞表面光潔度，而且還需要花費大量的額外工時成本。
為了防止染料載體粘結到粘性基片上，前面介紹的某些發明在基片和染料載體之間加入某種材料。這些材料的實例包括隔離化合物如滑石粉或可滲透織物。在某些情況下加入這類分離或隔離材料可以防止染料載體粘結到基片上，但是這會大大降低帶圖象物品的質量。這些方法會使基片的表面光潔度、圖像分辨率或圖像配準度變差。
最后但最重要的是，當已知的染料升華成像法應用于固體塑料片時往往會使那些塑料片收縮、翹曲和扭曲。這種收縮、翹曲和扭曲的程度因成像方法和基片而不同，因此已知的染料升華成像技術的這些缺點會使基片表面產生輕微皺褶甚至嚴重扭曲，具有薯片狀的表面。由于固體塑料片的染料升華成像的目的是，在保持薄片不收縮、不翹曲和不扭曲的平面特性的同時在薄片中形成圖像，因此已知的成像方法中沒有一個可以說是完全成功的。而且，用已知的染料升華方法成像的塑料片在處理過程中往往會破壞一項或多項技術性能規范。這些技術性能規范包括但不限于收縮性、耐沖擊性、尺寸和機械強度。
很顯然，所需要的是一種可在固體塑料平直薄片中形成耐久清晰圖像的染料升華方法，這種方法可防止塑料片產生收縮、翹曲和扭曲，而且還能保持原始塑料片的全部原有技術性能規范。
因此，最終所需要的是至少一種可在固體基片上連續形成染色轉印圖像的方法和能夠實現該方法的設備。

發明內容
本發明提供了一種在基片上形成染料升華圖像的方法，這種方法使用的染料載體帶有可升華染料形成的圖像。染料載體的圖像對著基片的第一表面放置。基片和染料載體沿具有第一部分和第二部分的路徑輸送。在所述路徑的第一部分和第二部分以及其間施加連續壓力到基片的第一表面。在所述路徑的第一部分將染料載體加熱到升華溫度。接著在路徑的第二部分將染料載體冷卻到凝固溫度。
此外，本發明還提供了在基片的第一表面中形成染料升華圖像的設備，這種設備使用的染料載體帶有可升華染料形成的圖像。傳送裝置用來沿具有第一部分和第二部分的路徑移動基片和染料載體。連續壓力系統將染料載體上的圖像壓在基片的第一表面上，其中，該連續壓力系統在所述路徑的第一部分和第二部分施加連續壓力到基片的第一表面。加熱器用來在基片和染料載體處于所述路徑的第一部分時將染料載體加熱到升華溫度。冷卻器用來在基片和染料載體處于所述路徑的第二部分時將染料載體冷卻到凝固溫度，其中，加熱之前直至染料載體冷卻后一直施加有連續壓力。
另外，本發明提供了一種形成帶有升華圖像的成形物品的方法。先形成帶有圖像的染料載體。將染料載體的圖像對著基片的第一表面放置。在連續處理設備中將染料載體加熱到基片的玻璃態轉化溫度以上。接著在該連續處理設備中將染料載體冷卻到基片的玻璃態轉化溫度以下。然后將染料載體從基片上取下，這時所述圖像已經升華到基片的第一表面中。對基片進行加熱。基片熱成形成為成形物品。然后對成形物品進行冷卻。
另外，本發明提供了一種在塑料基片上形成升華圖像的方法。在電腦上選擇數字圖像。電腦打印機在染料載體上用染料升華油墨打印所選擇的數字圖像。將染料載體的圖像對著基片的第一表面放置。在連續處理設備中將染料載體加熱到基片的玻璃態轉化溫度以上。接著在該連續處理設備中將染料載體冷卻到基片的玻璃態轉化溫度以下。然后將染料載體從基片上取下，這時所述圖像已經升華到基片的第一表面中。
另外，本發明提供了一種在層壓基片上形成升華圖像的方法。提供第一側帶有圖像的薄膜。將薄膜的第一側層壓到基片上。使圖像升華到基片上。
另外，本發明提供了一種帶有升華圖像的層壓基片。提供第一側帶有圖像的薄膜。將薄膜的第一側層壓到基片上。使圖像升華到基片上。
通過閱讀以下詳細說明和研究所附各圖，將對本發明的這些和其它的優點更加清楚地了解。


為了更加全面地了解本發明，下面將參考附圖來詳細介紹本發明。在附圖中圖1A-H是根據本發明的壓印板組件的橫斷面視圖，用來說明其使用方法；圖2A-C是實現本發明方法的第一種設備的正視圖；圖3是實現本發明方法的第一種設備的透視圖；圖4A-C是實現本發明方法的第二種設備的正視圖；圖5A-B是實現本發明方法的第三種設備的正視圖；圖6是實現本發明方法的第二和第三種設備的透視圖；圖7是根據本發明一個實施例的采用主動冷卻裝置的熱能頭的橫斷面視圖；圖8是根據本發明另一個實施例的采用另一種主動冷卻裝置的熱能頭的橫斷面視圖；圖9是根據本發明另一個實施例的采用主動和被動冷卻裝置的熱能頭的橫斷面視圖；圖10是根據本發明一個實施例的采用被動冷卻裝置的熱能頭的橫斷面視圖；圖11A-F是另一種壓印板組件的橫斷面視圖；圖12是內部裝有若干個不同壓印板組件的壓印板架的立面圖；圖13是里面裝有若干個不同壓印板組件的壓印板架的立面圖，該壓印板架放在爐中；圖14A-E示出了本發明的使用真空袋的實施例；圖15是染料升華成像周期中溫度與時間的關系曲線圖，上面還疊加為完成這一周期所需的若干個控制動作的時間線；圖16A-H是根據本發明另一個實施例的上下壓印板組件的橫斷面視圖，用來說明本發明的連續染色轉印方法；圖17是一種用來實現本發明連續染色轉印方法的設備的側視圖，示出了在上下壓印板組件之間施加夾緊壓力前的情況；圖18是一種用來實現本發明連續染色轉印方法的設備的前視圖，示出了在上下壓印板組件之間施加夾緊壓力之前的情況；圖19是一種用來實現本發明連續染色轉印方法的設備的后視圖，示出了在上下壓印板組件之間施加夾緊壓力之前的情況；圖20是基片和圖像的示意性頂視圖；圖21是基片和圖像在熱成形之后的示意性頂視圖；圖22是基片的側視圖；圖23是基片熱成形之后的側視圖；圖24是另一連續處理系統的示意圖；圖25A和B是可用于本發明實施例的電腦的示意圖；圖26是用于本發明另一個實施例的處理過程的流程圖；圖27是在基片薄膜上進行打印的電腦和打印機的示意圖；圖28是熱層壓和升華系統的示意圖；圖29是冷層壓系統的示意圖；圖30是升華系統的示意圖。
在所有附圖中相同的參考數字代表相同的部件。
具體實施例方式
下面的討論集中在本發明一個或多個優選實施例上，這些實施例通過若干組成部分來實現。本領域的技術人員應當認識到在此介紹的實施例使用了可以買到的并只是作為示例的某些組成部分。本發明的原理能夠以各種構造方式來實施，本發明的這些原理適用于所有這些實施例。
雖然下面的討論涉及塑料片等類似物質的染料升華成像，但是本發明的原理也能很好地應用于各種人造和天然片材基片的染料升華成像，這些基片材料包括但不限于金屬、石料、木材、蠟料、聚合物、單體、樹脂、紡織品、織物、玻璃、礦物、皮革及其復合材料。本發明的原理適合于所有這些應用。
現在參考圖1A至1H，圖中示出了根據本發明的在基片尤其是固體塑料基片上形成染料升華圖像的方法。圖1A中示出了壓印板10，上面疊加有被動冷卻裝置12。本發明可使用主動冷卻裝置和被動冷卻裝置的其中一種或兩種，如后面所要介紹的。在本發明的一個實施例中，壓印板10是扁平鋁板，有許多抽真空口14從中穿過。抽真空口14還與真空系統240相連。放置在被動冷卻裝置12頂上的是要在其中形成染料升華圖像的基片1。為了形成染料升華圖像，帶有圖像5的染料載體3放置在基片1的頂上，其中圖像5采用前面介紹的染料升華油墨印在染料載體3上。
本實施例中的被動冷卻裝置12由熱容量很低的板構成，其原因將在后面解釋。本發明的一個實施例中使用帶有玻璃增強塑料上下表面的六角元鋁芯復合夾心板。一種適合用作被動冷卻裝置12的板可以從堪薩斯州Wichita市Burnham Compound公司買到，名為Fiber-Lok No.2330夾心板。根據本發明的這一實施例，被動冷卻裝置12的表面尺寸小于壓印板10的表面尺寸，但至少要與在上面進行處理的基片表面一樣大。這是十分必要的，使得至少有一些抽真空口14可用來形成薄膜16的真空通道，如接下來所介紹的。
現在參見圖1B，將薄膜16施加到由冷卻裝置12、基片1和染料載體3構成的疊層上。而且薄膜16還與壓印板10的至少一部分交迭。為了便于操作，可以將薄膜16裝在框架上，框架未在本圖中示出。為了將基片-染料載體疊層更緊密地夾緊，薄膜16應當能夠形成基本上氣密的密封。薄膜16還應當具有足夠的強度以防止基片1在形成染料升華周期的加熱過程中產生翹曲，加熱能夠實現染料升華成像和除去染料載體，如后面將要介紹的。
希望薄膜16具有的其它特性不僅應與基片1和印在染料載體3上的可升華染料化學相容，而且還應與染料升華成像過程中從基片1或染料載體3中逸出的氣體副產物化學相容。
在本發明的一個實施例中，薄膜16的下表面形成輕微紋理以形成穿過薄膜16和染料載體3之間界面的連續真空通道，使得不會在薄膜和染料載體之間產生氣泡。這些氣泡將妨礙染料載體3平整地夾緊到基片1上。這種紋理還起到真空釋放的作用，當不再需要夾緊時可作為泄放機構來減小真空度。
而且，為了能平滑地貼合到冷卻裝置-基片-染料載體疊層的各組成部分以及壓印板10上，薄膜16最好是用柔性材料制成。當在具有相當深度如厚度大于約1英寸的染料載體-基片-冷卻裝置疊層上使用時，還要求薄膜最好是用彈性材料制成，以更加平滑地貼合到這些組成部分上。由于本發明的成像法具有快速的溫度變化，而且還要保持在高達600°F的溫度下，所以還要求薄膜不僅耐熱，而且還能夠承受在高低溫度之間重復的熱循環，不會硬化、開裂、損失結構完整性，或損失前面介紹的任何特性。
通過上述討論，應當認識到許多材料都適合于用作薄膜16。這類材料的實例包括但不限于硫化橡膠、硅樹脂、丁基橡膠、聚合物、含氯聚合物、含氟聚合物、以及其它天然或人造的彈性材料薄片。薄膜16與染料載體3基本上連續接觸，且基本上覆蓋先前未被被動冷卻裝置12覆蓋的所有抽真空口14。
現在參見圖1C來介紹根據本發明一個實施例的夾緊步驟。此時向已經預先放置在染料載體-基片-冷卻裝置疊層以及至少一部分壓印板10(包含至少一個抽真空口14，最好包含若干個抽真空口14)上的薄膜16施加用20表示的夾緊氣壓。在這里使用的術語“夾緊氣壓”表示利用環境氣壓和薄膜下的氣壓之間的壓差來夾緊基片和染料載體。夾緊氣壓可以利用真空、氣壓或兩者結合來實現。
在所討論的實施例中，夾緊氣壓20是通過將若干個抽真空口14中的至少一個連接到真空系統240，然后對用18表示的薄膜16的下面抽真空來實現。應當認識到為了清楚起見已經將真空系統240從圖1A-B和D-H中省略掉。當達到海平面上的基本完全真空時，理論上在染料載體-基片疊層的整個表面上可產生大約14.7磅/平方英寸的夾緊力。實際上，完全真空很難達到，而且一般來說也無必要。已經發現不完全真空情況下得到的等于14磅/平方英寸的夾緊力所產生的染色轉印圖像大大優于用其它任何方式所能獲得的圖像。取決于應用本發明原理而引起的基片機械性能、染色轉印溫度、以及加熱性質，甚至可以使用更小的夾緊壓力。
雖然上述實施例使用了真空夾緊，但是在其它實施例中也可以采用別的方法來實現通過真空夾緊提供的十分均勻的夾緊壓力。這些方法包括但不限于使用帶有壓力均平層如泡沫橡膠或硬泡沫片的機械夾緊板，以及使用氣壓夾緊裝置如袋式壓力機。
還應當認識到夾緊壓力，包括前面介紹的真空夾緊壓力，可以用作過程控制變量。對于某些基片的成像過程來說，將夾緊壓力調整到超過或低于上述名義上的一個大氣壓是十分有利的。低于一個大氣壓的夾緊壓力可以利用真空調節器來實現和維持。大于一個大氣壓的夾緊壓力可以通過用輔助夾緊力加強真空夾緊壓力來實現。用來實現后一種選擇的一種方法是在薄膜上疊加袋式壓力機；袋式擠力機的膨脹力可增強薄膜單獨實現的真空夾緊。
現在參見圖1D，用來形成染料升華圖像的第一加熱過程是按如下方法作用到薄膜-染料載體-基片疊層上的熱能通過薄膜16和染料載體3施加到基片1上。在本發明的這個實施例中，已經發現，對于提高生產效率和后來將染料載體3從基片1上取下的效率，最好將熱能22盡可能快地提供到基片1上。可以用本領域中普通技術人員所知道的任何一種不會損壞薄膜16的方法將熱能22施加到薄膜16上。此步驟中一直保持前面施加的夾緊氣壓。
適當的熱傳輸方法的實例包括但不限于電阻加熱，比如通過將電阻絲嵌入薄膜16中或是設置在薄膜16的上面或下面；將蒸汽施加到薄膜16的上表面；將包括蒸汽、火焰或熱流體的熱流施加到薄膜16的上表面；或者將輻射能投射到薄膜16頂上。這種輻射能的實例包括但不限于紅外線燈的紅外線能，以及紫外線輻射或微波輻射。用來施加熱能22的另一種可供選擇的方法是將導熱源如熱板設置在薄膜16的上表面。而且，可以用任何一種已知的加熱方法，如前面介紹的那些方法，來加熱熱板，包括將熱流體或熱氣流引入熱板的中空內部。
塑料如熱成形塑料根據其內部溫度而具有不同的物理屬性。在室溫下，大多數可經商業途徑買到的熱成形塑料基本上是剛性的，比如可作為剛性薄片。在另一個極限溫度下，熱成形塑料加熱到成形溫度以上會液化，當塑料液化時會破壞塑料形成的結構。在這兩個極限之間的中間溫度時，塑料開始軟化但還沒有完全液化。本發明的染料升華方法在這些中間溫度進行。
為了能夠同時用機械和化學方式使染料進入基片1中，以及為了使成像染料能夠從固態升華到氣態，必須將基片和染料載體的溫度升高超過塑料剛性的和感覺不到影響的狀態，到達塑料開始軟化的狀態，升華的染料氣化。為了保持塑料的結構完整性和符合技術性能規范，不能將塑料加熱到液化點。當然，理想的溫度因具體應用而不同，不僅取決于進行成像的塑料片的種類和厚度，而且還取決于成像染料的特性。
通過施加熱能22提高基片1和染料載體3的內部溫度將構成本發明的第一熱事件。第一熱事件的持續時間也因具體應用而不同，并且是靠經驗來確定的。用來確定第一熱事件持續時間的一個度量標準是要求的圖像滲入塑料的程度。
現在參見圖1E，在實際上對基片1進行染料升華成像的第一熱事件之后，進行第二熱事件或冷卻事件，同時基片和染料載體保持在真空夾緊壓力下。而且，先前施加的真空18在第二熱事件中仍然保持，第二熱事件包括使熱能24消除。已經發現在真空夾緊壓力下進行的快速冷卻的第二熱事件具有優于現有染料升華成像技術的優點。
這一步驟的第一個優點是與先有技術相比染料載體3從基片1上的分離得到很大改進。實際上，通過仔細調節第一熱事件的溫度和持續時間，以及利用第二熱事件的快速冷卻，可以完全避免染料載體3粘結到基片1上。盡管理論上不希望出現，可以認為由第二熱事件引起的快速冷卻會在染料載體3和基片1之間產生某些熱沖擊或機械沖擊，使得這兩個組成部分能夠分開。這不需要有其它方法中所要求的特殊的中間染色轉印薄片或費時的預成像調節處理。
這一步驟的第二個優點與前面討論的基片變形問題有關，當沒有強大均勻的夾緊力施加在基片整個表面上時，由于加熱和冷卻會引起這種不希望出現的基片變形。同樣盡管理論上不希望出現，可以認為現有的染料升華技術由于在基片不受約束的狀態下對基片進行加熱和冷卻會釋放基片上的內力，使得基片在冷卻時會扭曲、收縮和翹曲。通過使用帶有堅韌彈性薄膜16的氣壓夾緊方法如前面介紹的真空夾緊技術，本發明可使基片在染料升華成像的這些熱事件過程中保持基本上平整的形狀，避免了這一問題。
現在參見圖1F-1H，當第二熱事件或冷卻過程完成時，在26將真空釋放，并在28將薄膜16從染料載體-基片疊層上取走。然后，將染料載體3和基片1從被動冷卻裝置12上提起。此時，染料載體3帶有的圖像已經在基片1中形成。塑料中的染色滲入程度取決于若干因素。這些因素包括升華溫度、夾緊壓力、以及施加熱能和夾緊壓力的持續時間。
現在參考圖2A-2C和3來介紹實現根據本發明方法的第一種設備。染料轉印設備200包括工作臺組件202、至少一個壓印板組件204、熱成像單元206和真空系統240。工作臺組件202支承成像單元206和壓印板組件204。如后面將要介紹的，使用多個壓印板組件204可以提高生產效率。因此，在該設備的一個優選實施例中，設有一對基本上相同的壓印板組件204和204′。工作臺組件202最好配備成壓印板組件204和204′可以進入轉動的熱成像單元206中。可以用滾輪系統或滑動系統將壓印板組件204和204′送入熱成像單元206中。這些滾輪最好在工作臺組件202上形成一系列滾輪220，壓印板組件204和204′可在上面滑過。另一種方法是，滾輪或滑塊可以設在壓印板組件204和204′的底面上。當然還可以使用其它能減少滑動摩擦的方法，包括空氣墊、拋光金屬滑塊和聚四氟乙烯滑塊。
設備200還配備有真空系統240。真空系統240包括真空源如真空泵242和可選擇的真空罐244，真空罐244通過管道245與真空泵242相連。真空源接著通過柔性管道246和真空閥248與壓印板組件204相連，更具體地是與壓印板組件204中的抽真空口14相連。另一套類似的管道系統246′和真空閥248′將真空源連接到壓印板組件204′。真空閥248和248′可以手動、遙控或自動控制。在這種設備的一個優選實施例中，真空閥248和248′是由操縱臺300控制的電動閥。
現在參見圖2B，圖中示出了熱成像單元206和壓印板組件204的細節。壓印板組件204是帶孔的鋁制壓印板10，在壓印板10的頂上放置有被動冷卻裝置12。有時稱作“鏡框”的框架216的一側通過鉸鏈208固定到壓印板10上。框架216上已經固定有前面介紹的彈性材料薄膜16，該薄膜覆蓋框架上形成的開孔。在本發明的這個實施例中，薄膜16是由杜邦公司生產的商標為VitonTM的帶紋理薄片。
在本實施例中的熱成像單元206是基本上空心的箱形機箱207，里面安裝有熱源。該熱源可以采用前面介紹的任何一種加熱方法，而在本發明的這個實施例中，熱源由至少一個最好多個紅外線燈泡209構成。機箱207通過鉸鏈210固定在工作臺組件202表面以上的適當距離處，因此當機箱207向下閉合到壓印板組件204上時，熱成像單元206直接位于壓印板組件204的頂上。
現在參考圖2B-C進一步介紹設備200的工作過程。在成像周期開始時，將框架216打開，如圖2B中左側所示，并將塑料基片1插入冷卻裝置12的頂上。然后，將已經印有染色圖像5的染料載體3放置到基片1上，使染色圖像5與基片1直接接觸。可以通過使用任何一種已知的升華染料將染色圖像5印到染料載體3的表面上來方便地形成。然后，將框架216閉合到染料載體-基片-冷卻裝置疊層上，基本如圖2B的右側所示。然后，打開真空閥248，使真空系統240抽空薄膜16下面的區域，使得薄膜16密封到壓印板10和前面介紹的疊層上，從而產生染色轉印法所需的夾緊氣壓。還可以使染料載體3與基片1保持對齊，并以新穎方式防止基片1產生前面介紹的不希望的變形。
當達到適當的真空夾緊力之后，將壓印板組件204滑動到熱成像單元206的機箱207下面，而機箱207位于壓印板組件204的頂上。應當認識到熱成像單元206的機箱207和壓印板組件204的框架216通過鉸鏈的升降可以手動進行，或者最好可以通過本領域技術人員已知的任何一種提升方法來進行。這些提升方法包括但不限于氣壓缸、液壓缸、伺服電動機、彈簧機構、平衡重物、螺紋或齒輪機構、以及本領域中普通技術人員知道的所有其它升降方法。
在將機箱207向下閉合到壓印板組件204上后，接通紅外線燈泡209，對薄膜16、染料載體3和基片1進行加熱，而染料載體3和基片1保持在如前面介紹的夾緊真空下。薄膜16下面的溫度可以用位于被動冷卻裝置12和薄膜16之間的熱電偶212來監控。本領域中普通技術人員已知的其它溫度監控方法當然也可以使用。紅外線燈泡209保持規定時間的通電，這一時間依靠經驗來確定，使基片、升華染料、以及所要求的染色轉印成像的達到最佳程度。
當經過規定的熱成像時間之后，可以將紅外線燈泡209斷電，提升機箱207，并將壓印板組件204從機箱207下面取出，而薄膜16下面仍然保持真空。現在介紹這種具有兩套壓印板組件204和204′的設備實施例的優點。當壓印板組件204在真空夾緊狀態下冷卻時，可將已預先加載和真空夾緊的壓印板組件204′放到熱成像單元206的機箱207下面。接著將機箱207降低到壓印板組件204′的框架216上，并可重新接通熱源如紅外線燈泡209。因此，壓印板組件204和204′其中一個在冷卻時，另一個在加熱，而兩個裝置中相應的基片/染料載體疊層都保持在夾緊壓力下。
在采用被動冷卻裝置的本發明這個實施例中，冷卻24是通過將壓印板組件204暴露到環境氣溫下來實現的。這種暴露可通過引入流過壓印板組件204表面的環境氣流來增強，具體地可利用風扇或其它導流裝置使環境氣流通過薄膜16。被動冷卻裝置12按照以下方式被動冷卻基片1、染料載體3和薄膜16的至少一部分由于具有很低的熱容量，被動冷卻裝置只能保留很少的熱量。當第一熱事件完成之后，第二熱事件開始時，只能提供很少熱量的被動冷卻裝置12使薄膜以及在薄膜下面的組成部分能夠快速冷卻。
而且，薄膜16下面的溫度通過熱電偶212來監控，直至基片1冷卻到足夠低的可返回不會變形的剛性狀態的溫度。然后，啟動真空閥248解除薄膜16下面的真空，從而釋放對基片1和染料載體3的夾緊壓力。一旦夾緊壓力松開，提起框架216之后可以將基片1和染料載體3從壓印板組件204上取下。通過使用兩個壓印板組件如204和204′并以這種方式交替加熱和冷卻基片，成像生產能力幾乎翻番。
在本發明的這個實施例的應用中，80密耳的丙烯酸薄片用作基片1。丙烯酸薄片通過放置在被動冷卻裝置12上，然后在上面疊加染料載體3來成像。接著將框架216下放到丙烯酸薄片和染料載體3上，用薄膜16進行覆蓋。在這個實施例中，硅橡膠薄片被用作薄膜16。在抽空薄膜16下面的空間之后，本實施例繼續進行如前面所介紹的處理。在這種情況下，丙烯酸薄片在350°F溫度下處理10分鐘。在此第一熱事件之后，進行如前面所介紹的冷卻處理。
本發明的一個實施例使用輻射加熱，如前面所介紹的，而在另一個實施例中使用傳導加熱。這種導熱裝置的實例在圖4A-4C和6中示出。本實施例與前面介紹的設備有許多共同的特性，但存在一個顯著的差異前面介紹的設備使用輻射加熱，而本實施例使用傳導加熱板402。工作臺202和真空系統240以及壓印板組件204和204′與前面介紹的一樣。然而，在本實施例中，熱成像單元400設有穿過的橫向通道450。
傳導加熱板402可伸縮地固定在通道450上面的熱成像單元400的一部分中。本實施例中的傳導加熱板402一般通過收縮機構向上收縮，在本實施例中的收縮機構是一個或多個拉力彈簧406。也可以使用本領域中普通技術人員已知的具有同樣功能的其它收縮裝置，包括但不限于平衡重物、氣壓缸、真空氣缸、鏈條、袋式壓力機、索纜、液壓缸和機電裝置。
放置在傳導加熱板402上表面403和熱成像單元400內表面401之間的是夾緊或加載裝置，該裝置的作用力與拉力彈簧406相反以推動傳導加熱板402與薄膜16接觸。在所示實施例中的加載裝置是袋式壓力機404。袋式壓力機404通過管道系統和閥門(未顯示)與可控壓力氣體或空氣源相連，用來推動加熱板402與薄膜16接觸。當然，也可以使用本領域中普通技術人員已知的其它夾緊或加載裝置來實現這一功能。這類裝置的非限制性實例包括液壓缸、氣壓缸、磁力推動裝置如電磁推動裝置、凸輪軸、曲柄軸、楔形物、以及本領域中普通技術人員已知的可產生線性運動的其它方法。
現在參見圖4B-4C和10，圖中示出了熱成像單元400的剖視圖，用來說明本實施例的工作過程。在圖4A中，壓印板組件204剛從熱成像單元400中取出。如前面所介紹的，壓印板組件204′中已經裝有基片1和染料載體3。此時，兩個壓印板組件204和204′通過與真空系統240相通的真空閥248和248′保持在真空夾緊壓力下。應當注意到傳導加熱板402已經通過拉力彈簧406向上縮回，使得壓印板組件204′能夠通過通道450可滑動地插入熱成像單元400中。
可以用本領域中普通技術人員所知的任何方法對傳導加熱板402加熱，這些方法包括但不限于電阻絲加熱；將加熱氣體或流體引入傳導加熱板402的空心內部403中；傳導加熱板的輻射或對流加熱；一種或多種氣體流的明焰加熱，以及可控制加熱導熱金屬板的其它任何方法。在附圖所示實施例中，傳導加熱板402是局部空心的扁平鋁板，帶有至少一個迷宮通道。在附圖所示實施例中，傳導加熱板402通過管道系統和閥門與帶有油循環泵的油加熱器相連。因此在加熱傳導加熱板402時，油加熱器形成通過傳導加熱板402內部迷宮的可控制熱油流。可以通過熱油閥和熱油管道562對熱油流進行恒溫控制，使傳導加熱板402保持在所要求的溫度或所要求的溫度范圍內。
在圖4C中，壓印板組件204′已經通過通道450滑動地插入熱成像單元400中，并利用袋式壓力機404迫使傳導加熱板402與薄膜16′的上表面緊密接觸。這種擠壓是通過壓縮空氣閥452和壓縮空氣管道450將壓縮氣體或空氣的控制流引入袋式壓力機404內部來實現的。傳導加熱板402加熱到足以使基片1和染料載體3達到所要求的升華溫度的溫度，并在此溫度下通過薄膜16對基片加熱規定的時間。當以這種方式進行第一熱事件時，已經從熱成像單元400中取出的壓印板組件204如前面所介紹的那樣在24冷卻。
袋式壓力機404還可以用來增大染料載體3和基片1上的夾緊壓力，超過單獨通過真空夾緊可得到的名義上為一個大氣壓的夾緊壓力。在本發明的一個實施例中，通過袋式壓力機的擠壓所能達到的附加夾緊壓力可高達20個大氣壓，只要基片/升華染色組合體能夠承受這種升高的夾緊壓力。
在基片1的溫度已經升到所要求的溫度一段時間之后，還是通過壓縮空氣閥452和壓縮空氣管道450使袋式壓力機404中的壓力釋放。接著用拉力彈簧406將傳導加熱板402縮回到圖4B所示的位置。然后，將壓印板組件204′從熱成像單元400中取出到圖4A所示的位置，在前次的印刷基片冷卻之后已重新裝載的壓印板組件204準備好插入熱成像單元400中。
在本發明的這個實施例的應用中，80密耳的Sintra薄片被用作基片1。Sintra薄片通過放置在被動冷卻裝置12上，然后在上面疊加染料載體3來成像，如圖所示。接著將框架216下放到Sintra薄片和染料載體3上，以薄膜16覆蓋它們。在這個實施例中，Viton含氟彈性材料薄片被用作薄膜16。在抽空薄膜16下面的空間之后，繼續進行如前面所介紹的處理。在本例中，Sintra薄片在285°F的溫度下被處理5-7分鐘。在此第一熱事件之后，進行如前面所介紹的冷卻處理。
雖然前面介紹的本發明實施例采用滾輪系統如滾輪220，將壓印板組件204和204′滑動地位于熱成像單元的下面，本發明的原理允許采用其它方法來使壓印板204和204`位于熱成像單元400下面。這些方法包括但不限于，將一個或多個壓印板組件204豎直移動到相對于熱成像單元400適當的位置，然后轉動這些壓印板組件204使其位于熱能頭400下面。此外，雖然可以手動將壓印板組件204滑動到相對于熱能頭400的適當位置上，但是本發明的原理允許使用定位件(未示出)來實現壓印板組件204的可滑動定位。這類定位件的實例包括但不限于，氣壓缸、液壓缸、齒輪、螺紋傳動裝置、齒輪傳動裝置、索纜、鏈條、電動線圈、機電裝置、以及本領域中普通技術人員已知的其它定位方法。
現在參見圖5A-5B、6和7，圖中示出了采用主動冷卻系統的本發明的另一個實施例。同樣，工作臺202、熱成像單元400和真空系統240基本上與前面介紹的相同。然而，這一實施例采用主動冷卻裝置550以取代前面介紹的被動冷卻裝置12。根據本發明的一個實施例，主動冷卻裝置550由導熱平板如鋁板構成，并設有與冷卻系統520相連的至少一個內部空腔551。冷卻系統520包括將主動冷卻裝置550連接到冷卻源522的管道524和閥門526。
冷卻源522可以采用本領域中普通技術人員已知的任何一種冷卻或冷凍方法。作為非限制性的實例，這類冷卻方法包括但不限于使用冷卻液流和氣流，將過冷液體如液氮引入空腔551中，然后使膨脹氣流通過小孔從空腔551排出，從而實現主動冷卻裝置550的冷卻。
利用本實施例進行的方法是這樣實現的在壓印板組件204已經插入熱能頭500并與傳導加熱元件502對齊后，通過閥門452和壓縮空氣管道450將壓縮氣體流如壓縮空氣流引入袋式壓力機404的內部，使袋式壓力機404膨脹而向下推動傳導加熱元件502與薄膜16密切接觸。通過維持袋式壓力機404中的壓力可使傳導加熱元件502與薄膜16保持密切接觸。這一壓力可以通過壓力調節器來維持或調節，壓力調節器未在圖中示出。
在本實施例中，傳導加熱元件502的加熱是通過對來自油加熱器560的熱油進行控制流動來進行的，熱油通過熱油管道562引入傳導加熱元件502內部503。熱油流是通過熱油閥門來控制的。回油管路(未示出)使冷卻的油從傳導加熱元件502返回油加熱器560中。熱電偶212測量薄膜16下面的溫度。
當薄膜16下面的溫度達到所要求的升華溫度之后，通過在第一熱事件或加熱期間持續流動的熱油流可保持在該溫度。然后，通過閥門452將袋式壓力機404中的壓力釋放，拉力彈簧406向上縮回傳導加熱元件502，壓縮袋式壓力機404。接著通過冷卻水管道524和冷卻水閥門526將可控冷卻水流從冷卻源522引入主動冷卻裝置550的內部空腔551中，以實現快速冷卻的第二熱事件。回水管路(未示出)使溫水返回冷卻源522以重新冷卻。而且，用熱電偶212測量基片1的溫度，當基片1恢復到基本上剛性的狀態時，通過冷卻水閥門526關閉進入主動冷卻裝置550的冷卻水流。于是結束第二熱事件或冷卻過程。
此時，壓印板組件204通過通道450從熱成像單元500中滑動地縮回，并通過真空閥248和真空管道246使維持基片1和染料載體3上夾緊壓力的真空釋放。然后，將框架216從壓印板10上提起，并將染料載體3和帶有所要求圖像的基片1從主動冷卻裝置550的頂上取下。然后，如上面所介紹的那樣，可以將壓印板組件204′插入熱成像單元500中并重復處理過程。壓印板組件204中可以重新裝載另一個空白基片1和染料載體3，然后在前面介紹的真空夾緊處理之后，可以將準備好的壓印板組件204插入熱成像單元500中。
圖8示出了還有一個可供選擇的實施例。本實施例與圖7所示實施例類似，但存在以下差異在本實施例中不使用主動冷卻裝置550，加熱和主動冷卻都是通過熱板802進行。除了可以通過薄膜16對基片1和染料載體3進行加熱和主動冷卻之外，熱板802與圖7中所示的傳導加熱板502類似。這是通過以下方法來實現的為了對熱板802進行加熱，通過由熱水閥門806控制的熱水管道804將可控熱流體，如百分之五十的乙二醇和水的混合物，引入熱板802的內部空腔803中，這種混合物在下文中有時稱作“水”。
這種加熱流體可以用爐子、鍋爐或本領域中普通技術人員已知的其它流體加熱方法來加熱。而且，為了達到高溫并且熱流體不沸騰，本發明的原理允許提高加熱系統中的壓力來防止熱流體沸騰。繼續進行如前面所介紹的處理，直至達到第一熱事件所要求的持續時間。此時，用熱水閥門806關閉通過熱水管道804的熱水流。然后，通過由冷卻水閥門526控制的冷卻水管道524將冷卻液，如冷卻水流，引入熱板802的內部空腔803中，本實施例中的冷卻水可以是前面介紹的水和乙二醇的混合物。這樣可以使熱板802快速冷卻而轉變為冷卻板。此時可以用冷卻的熱板802對基片1和染料載體3進行冷卻，直至基片1恢復到基本上剛性的狀態。然后，如前面所介紹那樣的繼續進行處理。
在本發明的這個實施例中，60密耳的Kydex薄片用作基片1。Kydex薄片通過放置在壓印板10上，然后在上面疊加染料載體3來成像，如圖所示。接著將框架216下放到Kydex薄片和染料載體3上，以薄膜16覆蓋它們。在本實施例中，覆蓋有丁基橡膠的帆布片用作薄膜16。在抽空薄膜16下面的空間之后，繼續進行如前面所介紹的處理。在本例中，Kydex薄片在335°F至370°F的溫度下處理5到10分鐘。在第一熱事件之后，將冷卻流體引入熱板802的內部803，從而使Kydex薄片基本上冷卻到室溫。
本實施例還可以使用分開的加熱板和冷卻板，可設在同一個熱成像單元中，或設在分開的加熱單元和冷卻單元。這些單元基本上是相同的，其唯一區別是所采用的板的類型不同，即可以是加熱板也可以是冷卻板。
圖9示出了本發明的還有一個實施例。圖9所示設備基本上與圖8中示出的設備相同，但增加了被動冷卻裝置12。因此，應當認識到本實施例采用了主動冷卻和被動冷卻兩種方式。不光使用熱板802還使用被動冷卻裝置12的優點在于，使用被動冷卻裝置12可以使由第一熱事件傳輸到壓印板10的任何不希望有的熱量減到最少。
圖11A-F、12和13示出了本發明的另一個實施例。本實施例使用壓印板組件1000，類似與于前面介紹的壓印板組件中至少一種。然而，壓印板組件1000設計成能容納具有基片疊層1003形式的若干個基片-染色薄片對。在圖11A中，基片1和染料載體3如前面所介紹的那樣裝入，其中染料載體3帶有用前面介紹的染料升華油墨印上去的圖像5。然后，裝入基片1和染料載體3交替層直至形成具有要求厚度的基片疊層1003，如圖11B所示。
在本實施例中，壓印板組件1000包括基本上與前面介紹的壓印板相同的壓印板1001，但還結合了將框架1010固定到壓印板1001的一些夾緊裝置，如圖11C所示。框架1010基本上與前面介紹的框架類似，但是帶有夾緊到壓印板1001上的裝置。在圖11A-F、12和13所示的實施例中，夾緊是通過將若干個螺栓1020穿過設在框架1010周邊的孔中然后穿過設在壓印板1001周圍的配合孔中來實現的。然后，螺母1022擰到每個螺栓1020上從而將框架1010固定到壓印板1001，從而將基片疊層1003固定在薄膜16下面。雖然本實例中通過使用若干個螺栓和螺母的簡單方法將框架1010和壓印板1001夾緊在一起，但是本領域中的普通技術人員應當認識到還可以采用各種已知的具有同樣功能的夾緊方法。這些夾緊方法包括但不限于專用夾具、過中心夾具、楔形物、C形夾具和其它螺紋夾具、棘輪夾具、卡鉤、磁鐵夾、電磁夾緊機構等類似的裝置。本發明可以采用所有這些已知的夾緊方式。
框架1010夾緊到壓印板1001上之后，如圖11D所示，通過抽真空口14施加真空，該真空形成前面介紹的在20的夾緊氣壓。在20施加夾緊氣壓之后，在22施加熱能以提高基片疊層1003的溫度到要求的升華溫度。該夾緊氣壓在成像過程中一直保持在基片疊層1003上在成像過程進行平衡，直到成像處理后想要取下基片疊層1003時。在經過要求的染料升華成像時間之后，在24使熱能消除，使各基片1能夠恢復到基本上剛性的狀態。然后，將螺母1022從螺栓1020上取下，從壓印板1001和框架1010中抽出螺栓1020，并將框架1010從壓印板1001上取走。使得能夠將基片疊層1003從壓印板1001上取下并將疊層分成各個基片1和染料載體3。此時，如前面所介紹的那樣，由反像5形成的圖像已經轉印到基片疊層1003的若干個基片1上。
本發明的這個實施例能夠有很長的成像時間。延長的成像時間帶來了優點和難題。一個優點是可在基片的整個厚度上成像而得到特別豐富和清楚的圖像。這種情況下的難題是要將圖像限制在一個基片上。長時間成像會使染料從一個基片遷移到另一個基片。這不但會導致分辨率和對準精度的損失，而且還會在基片疊層的若干個基片上形成不均勻的圖像。
為了防止染料在基片之間遷移，可以將染料擋板插入各個基片-染料載體對之間。通過在基片1和相鄰基片的染料載體3之間放置這種染料擋板如一金屬箔層，可以防止染料遷移。具有同樣功能的染料擋板層可以通過在染料載體3上與圖像相反一側形成一層染料擋板，比如通過層壓金屬箔層，來實現。
在圖11A-F中公開的壓印板組件1000可以與前面介紹的任何一種設備一起使用，而且利用這種壓印板組件可以大批量地處理基片材料。可實現這種大批量生產的裝置使用至少一個而且最好是若干個可移動的壓印板架1200。
本實施例中的壓印板架1200采取可移動擱架單元的形式，帶有至少一個而且最好是若干個擱架1210，用來容納至少一個而且最好是若干個壓印板組件1000。由于在本發明的染料升華法整個熱事件過程需要利用施加到抽真空口14的真空來維持夾緊氣壓，所以通過真空軟管1204將若干個抽真空口14連接到真空罐1220，使得壓印板組件1000能夠從裝載區域轉移到成像區域。這些區域在圖13中示出。
圖13中示出了能夠容納至少一個而且最好是若干個壓印板架1200的爐子1300。當所要求數目的壓印板組件1000和壓印板架1200已經容納在爐子1300的中部后，將爐門1302關緊，并使爐子1300中的溫度升高到足以對基片疊層1003中的若干基片進行熱成像處理。這一溫度同樣可以用插在薄膜16下面的熱電偶來監控。
當達到要求的成像溫度并保持所要求的成像時間之后，可以使若干個壓印板組件1000冷卻以實現本發明染料升華成像法的第二熱事件。冷卻可以通過將壓印板架1200從爐子1300中取出使壓印板架1200和壓印板組件1000通過自然空氣循環冷卻的簡單方法來實現。或者，可以對其中裝有壓印板組件1000的壓印板架1200進行主動冷卻處理。這種主動冷卻可以通過將壓印板架1200插入制冷機或是浸入冷卻流體槽來實現。或者，當爐子1300具有冷卻能力時，可以利用爐子1300來實現主動冷卻步驟。
在本發明的這個實施例的應用中，80密耳的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)薄片用作基片1。這些ABS薄片是通過將染料載體3和染料擋板層1003疊加到每一薄片的頂上來成像的。接著將這些ABS薄片放置在被動冷卻裝置12的頂上。然后放下框架1010，用薄膜16覆蓋這些基片-染料載體-染料擋板疊層。在這個實施例中，硅橡膠薄片用作薄膜16。在抽空薄膜16下面的空間之后，繼續進行如前面所介紹的處理。在本例中，ABS薄片在300°F的溫度下處理三個小時。在此第一熱事件之后，如前面介紹的那樣進行冷卻處理。
應當認識到本實施例中被動冷卻裝置12的使用是可選的。
圖14A-E示出了本發明的還有一個實施例。本發明的這一實施例采用真空裝袋方法來實現前面所介紹的真空夾緊。圖14A中示出了真空袋或封袋600。真空袋600可以由各種不透氣的耐熱柔性材料制成。這類材料的實例包括但不限于硅橡膠片、丁基橡膠片、耐熱塑料和其它聚合物、以及浸漬織物。一種特別適合制作本發明真空袋600的材料是可以從地址為賓夕法尼亞州18220-0210，Dlano市Lakeside大街，郵箱210的GEM Polymer公司買到的2密耳厚的高級尼龍薄片。這種材料可耐超過400華氏度的溫度，而且可以通過定制的袋子的方式或是作為用戶用來加工的薄膜卷的方式提供。
為了將真空袋600的內部抽真空，裝有穿過的真空探頭602。真空探頭602以真空密封的形式穿過真空袋600并連接到真空源(未示出)，用來將真空袋600內部抽成真空。任何已知的真空探頭都可以使用，一種真空探頭是可從位于華盛頓州98001，Auburn市，第22西北大街1435號Torr Technologies公司得到的VP36型真空探頭。當然也可以使用其它的真空探頭。
成像疊層640是這樣構成的將染料載體3疊加在基片1上，如前面所介紹的那樣。然后將由鋁箔構成的染料擋板652放置在染料載體3的頂上。或者，可以在染料載體3上與圖像相反一側層壓或印制一層染料阻擋材料如金屬箔。還可以將若干個成像疊層640再進一步疊加起來以形成成像主體650。
成像主體650可以選擇性地包含一個或多個附加層654。這些附加層的實例包括但不限于加強板和壓力均平層。作為非限制性的實例，加強板可以用夾板、金屬片以及包括蜂窩板的復合材料制成。壓力均平可以使用耐熱的彈性泡沫墊或其它彈性材料來實現。同樣，作為非限制性的實例，這種耐熱泡沫材料是一層膨脹的硅橡膠泡沫材料。
當成像主體650形成之后，將其插入真空袋600的開口604中，如圖14B所示。然后，如圖14C所示，在606將開口604密封起來。密封606可以通過本領域中普通技術人員已知的任何一種真空密封方法來實現。同樣，作為非限制性的實例，這類密封包括用密封壓出膠、接合劑、膠帶、膠合劑、夾具等將開口604的相鄰部分熱粘合起來，在把開口604的至少一部分卷到自身上后封閉開口604，然后用夾子夾緊該部分。另外，前面介紹的一些封閉方法可以使用密封化合物、油灰或粘稠物來實現所述的真空密封。
當形成真空袋600的密封606之后，在620通過真空探頭602將真空袋600抽成真空，形成真空成像封裝670。使用真空源(未示出)來實現這種抽真空。成像封裝670的抽真空可以使用真空管道(未示出)，真空管道在成像過程中保留在原位，或者可以使用裝有真空止回閥的截止閥。后一種選擇使得能夠在成像過程中將成像封裝670從真空源上取下。
在成像封裝670形成之后，對其加熱進行前面介紹的第一熱事件。在本發明的一個實施例中，加熱是這樣進行的，將成像封裝670插入爐子700中，然后關閉爐門702，并將爐子700的內部加熱到要求的成像溫度。成像封裝670在爐子700中保留要求的成像時間，然后將其冷卻進行第二熱事件。成像封裝670的冷卻可以如前面所介紹的通過從爐子700中取出成像封裝670通過在自然空氣循環中冷卻來實現。或者，可以通過引入冷卻氣體、流體或空氣流到成像封裝670的周圍，或是通過將成像封裝670浸入冷卻液中，來冷卻成像封裝670。
當完成成像之后，釋放成像封裝670中的真空，打開密封606，取出成像主體650，然后將其分成許多成像基片1。
在本發明的這個實施例的應用中，多個30英寸乘60英寸的40密耳聚碳酸酯薄片通過形成成像主體650進行成像的。成像封裝670是通過將真空袋600基本上抽成完全真空而形成。然后，將成像封裝670插入爐子700中，并在265°F下加熱三個小時。成像之后，將成像封裝670從爐子700中取出，并使其在自然空氣循環下冷卻。冷卻之后，釋放真空并將成像主體650分開成各個基片，如前面所介紹的。
前面介紹了根據本發明的染料升華成像周期中的熱事件和用來控制這些熱事件的操縱臺。下面參考圖15來進一步說明這些概念。圖15是采用主動冷卻方式的染料升華成像周期中溫度與時間的關系曲線。
圖15還包括表示完成染料升華成像周期所需的若干個控制動作的時間線。在時刻T1，將至少一個基片-染料載體對裝入至少一個壓印板中，如前面所介紹的。此時，基片-染料載體對的溫度是環境溫度。在時刻T2，將真空施加到壓印板組件204的若干抽真空口14上以產生前面介紹的夾緊氣壓。然后，在時刻T3，將壓印板組件204裝入設備的熱成像單元中。在時刻T4，通過薄膜16將熱量施加到染料載體3和基片1上。在時刻T5，已經達到要求的染料升華溫度。T4和T5之間的時間間隔表示將基片1和染料載體3的溫度提高到要求的染料升華溫度所需時間。因此，應當認識到T4-T6構成本發明的第一熱事件。在時刻T6，已經達到要求的染料升華時間間隔，而T5和T6之間的時間表示這一間隔。在時刻T6，停止加熱，并立即在T7對基片1和染料載體3進行冷卻。在時刻T8，基片已經冷卻到基本上剛性的溫度而停止冷卻。因此，應當認識到T7-T8表示本發明的第二熱事件。然后，在時刻T9，將壓印板組件204從熱成像單元中取出。在時刻T10，解除薄膜16下面的真空，釋放薄膜對基片1和染料載體3的夾緊壓力。在時刻T11，可以將基片-染料載體對從壓印板10上取下，并重新裝入新的基片-染料載體對以開始另一個染料升華成像周期。
所述控制動作中的一個或多個可以手動、遙控或自動進行。手動控制動作的一個實例是操作員手動操作控制元件如前面介紹真空、加熱或冷卻閥門。遙控動作是操作員使用遙控裝置如開關驅動遙控電動閥門來啟動控制動作。自動控制動作是時序裝置根據預定時間間隔或狀態指示來啟動控制動作。這種狀態指示的實例是由熱電偶212監測的溫度，不但可以實現在T4和T5之間傾斜向上的溫度以及在T7和T8之間傾斜向下的溫度，而且還可以用來交替開啟和關閉加熱控制閥門以維持T5和T6之間規定的溫度。
通過上述對成像時間、夾緊壓力、成像溫度、以及冷卻時間的討論，應當認識到本發明在這些變量的很大范圍內都是適用的。任何給定的成像方法都具有很高的特殊性并且可以依靠經驗來確定，但一般來說，對于大多數塑料基片，本發明的成像溫度在200°F-600°F之間；更具體地在225°F和400°F之間，還更具體地在250°F和370°F之間。
類似地，已經證明對于本發明的某些實施例來說成像時間在15秒至12小時之間是有利的。成像時間在一分鐘至一小時之間更為有利。對于某些成像方法，成像時間在90秒至15分鐘之間比較適宜。
類似地，0.25大氣壓至20個大氣壓的成像壓力是有利的。特別地，壓力從0.5個大氣壓至5個大氣壓，更特別地，對于各種塑料基片來說0.7個大氣壓至1.5個大氣壓的成像壓力比較適宜。
現在參考圖16A-16H，圖中示出了根據本發明的用來在基片，通常是固體塑料基片上連續形成染料升華圖像的方法。圖16A中示出了下壓印板，上面疊加有基片61。在“A”，將上面印有染料升華圖像65的染料載體63放置到基片61上，并使圖像65與基片61接觸。圖16B中示出了疊加在成像對67上面的上壓印板組件72，其中成像對67由基片61和染料載體63構成。如圖所示，這里的上壓印板組件72包括加熱元件74和上壓印板76。
圖16C中，在“C”將連續的夾緊壓力施加到上壓印板組件72上。這種夾緊壓力還連續通過成像對67而施加到下壓印板70上。在本說明書和權利要求中，連續的夾緊壓力被定義為對進行轉印圖像的基片的所有部分的空間連續壓力。這種連續的夾緊壓力在要轉印圖像的基片上不會形成任何空間間隙。這種連續的夾緊壓力可以在5-50磅/平方英寸之間。特別地，這種連續的夾緊壓力可以在9-20磅/平方英寸之間。這種連續的夾緊壓力也是均勻的，使得每一壓力點具有相同的壓力。在施加夾緊壓力“C”之后，如圖16D所示在“D”將熱量施加到加熱元件74和上壓印板76上，從而將熱量施加到成像對67上。這種加熱包括用來在基片1中形成染料升華圖像的第一熱事件。
第一熱事件或加熱過程在規定的溫度下施加到成像對67上規定的時間。加熱的程度及其持續時間因具體應用而大不相同。一般來說，可以加熱到基片的玻璃態轉化溫度以上。基片在玻璃態轉化溫度TG以上將失去其剛性。
在施加第一熱事件或圖16D所示的熱量“D”之后，進行第二熱事件，如圖16E所示。在此熱事件中，通過冷卻元件78使上壓印板組件72中的熱量消除，如“E”所示。在此處理階段，加熱元件74被冷卻元件78取代。
夾緊壓力“C”在第一熱事件和第二熱事件的過程中以及在這些步驟之間都一直保持，如圖16D和16E所示。而且，應當認識到第二熱事件或冷卻步驟“E”可以在規定溫度下進行規定的時間，這取決于所處理材料的種類。在此步驟，可以將基片冷卻到玻璃態轉化溫度以下。基片在玻璃態轉化溫度以下是剛性的。
在第二熱事件后，將夾緊壓力“C”從上壓印板組件72上去掉，接著向上縮回上壓印板組件72，如圖16F所示。然后，將成像對67從下壓印板70上取下，如圖16G所示。接著可以將成像對67分開為染料載體63和基片61。基片61此時帶有圖像65，如圖16H所示。應當認識到當如圖16F所示已經縮回上壓印板組件72之后，圖16G和16H中示出的步驟可以相反的順序進行。
現在參見圖17，圖中示出了一種用來實現本發明方法的設備7100。在下文中有時稱作“連續染色轉印成像設備”的該設備安裝在由支腿7101支承的框架組件7102上。框架組件7102可以是熱軋、冷軋或擠壓成型的鋼材制成的焊接件。當然也可以用其它材料制成。下壓印板組件70安裝在框架組件7102上。
在本實施例中，下壓印板組件70包括支承下滑板7106的下壓印板7104。本發明的一個實施例使用帶有玻璃增強塑料上下表面的六角元鋁芯復合夾心板作為下壓印板7104。這種板是可從堪薩斯州Wichita市Burnham復合材料公司得到的Fiber-Lok No.2330夾心板。用這樣的板制成的下壓印板具有特別低的熱容量，這有助于提高設備效率。
下滑板7106最好是用相對于下皮帶7108表現出低摩擦系數的材料制成，如后面所要介紹的。下皮帶7108形成圍繞下壓印板組件70、下從動滾輪7110和下驅動滾輪7112的連續環。下皮帶7108裝在框架7102中，而且在其返回路徑上可選擇性地由一個或多個下回程滾輪組件7114支承。利用驅動裝置7200可使下皮帶7108沿“M”所示方向移動，這將在后面介紹。
回程滾輪組件7114和7136可以是有動力或無動力的。這主要與生產規模有關在此介紹的較大型設備最好采用有動力的回程滾輪組件以促進皮帶的移動。在所示實例中，回程滾輪組件7114和7136是無動力的，并且由裝有軸承的支承座構成，其中軸承支承裝有回程滾輪的惰輪軸。當要求一個或多個回程滾輪組件7114和7136是有動力的時，動力可以通過回程滾輪鏈條(未示出)從適當的下驅動鏈輪7208和上驅動鏈輪7214中得到。也可以使用本領域中普通技術人員已知的其它滾輪驅動機構。
上壓印板組件72在框架組件7102內可移動地疊加在下壓印板組件70上。利用一個或多個壓印板定位裝置7116可使上壓印板組件72相對于下壓印板組件70的移動限制在垂直于下壓印板組件70平面的方向上。
在本發明的一個實施例中，壓印板定位裝置7116包括定位柱7118和定位支承7120構成。根據本實施例，用冷軋鋼制成的定位柱7118固定在框架組件7102的下水平導軌7123和上水平導軌7125之間。這種固定可以使用焊接、機械緊固件或本領域中普通技術人員已知的其它固定方法。
定位柱7118可滑動地容納在定位支承7120中。定位支承7120可以由簡單的襯套如含油青銅襯套構成，或者可以采取滾球軸承組件的形式。也可以使用可減少載荷下滑動摩擦的其它支承方法。定位支承7120固定在上壓印板組件72上，因此使上壓印板組件72能夠沿垂直于下壓印板組件70的方向移動，從而使上壓印板組件72和下壓印板組件70保持對準。上壓印板組件72包括上滑板7122、加熱元件74、冷卻元件78，而且在加熱元件74和冷卻元件78之間最好加入絕熱體7124。也可以使用本領域中普通技術人員已知的其它定位方法。這些方法包括但不限于采用液壓致動裝置、氣壓致動裝置、剪刀撐、滑動對接塊、杠桿、曲拐、索纜、電磁致動裝置、齒輪傳動裝置等。
適當的熱傳輸方法的實例包括但不限于電阻加熱，比如通過將電阻絲嵌入上皮帶7134和下皮帶7108中或是加在上皮帶7134和下皮帶7108的上面或下面；將蒸汽加到上皮帶7134和下皮帶7108的表面上；將包含蒸汽、火焰或熱流體的熱氣流施加到上皮帶7134和下皮帶7108的表面上；或者將輻射能施加到上皮帶7134和下皮帶7108上。這種輻射能的實例包括但不限于用紅外線燈施加的紅外線能，以及紫外線輻射或微波輻射。
用來施加熱能的另一種可供選擇的方法是將導熱源如熱板加在上皮帶7134和下皮帶7108的表面上。而且，可以用任何一種已知的加熱方法如前面介紹的那些方法來加熱熱板，包括將熱流體或熱氣流引入熱板的空心內部中。本發明的一個優選實施例采用傳導加熱和冷卻，如圖17所示。
這一實施例使用傳導加熱板作為加熱元件74。在本實施例中，可以用本領域中普通技術人員所知的任何方法加熱加熱元件74，這些方法包括但不限于電阻絲加熱；將加熱氣體或流體引入加熱元件74的空心內部中；傳導加熱板的輻射或對流加熱；一種或多種氣體流的明焰加熱，以及可控制地加熱導熱金屬板的其它任何方法。在附圖所示實施例中，加熱元件74是局部空心的扁平鋁板，帶有至少一個迷宮通道。在該圖所示實施例中，加熱元件74通過管道和閥門與包含油循環泵的燃油加熱器(未示出)相連。因此在要加熱傳導加熱板時，燃油加熱器可形成通過加熱元件74內部迷宮的可控熱油流。可以通過熱油閥和熱油管道(未示出)對熱油流進行恒溫控制，使加熱元件74保持在要求的溫度或要求的溫度范圍內。
利用壓力機7126將上壓印板組件72推到下壓印板組件70上。在本發明的一個實施例中，壓力機7126采取袋式壓力機的形式。已經發現采用這種氣袋壓力機可以在上壓印板組件72的整個表面上形成十分均勻和連續的夾緊壓力，從而使染色轉印圖像的形成變得更加均勻。上述袋式壓力機和氣壓夾緊系統利用氣體壓差來提供夾緊力。這種氣體壓差系統能提供均勻的壓力，而且使基片和圖像載體的加熱和冷卻更加容易，因為氣體可以具有較低的熱容量。當然也可以使用其它壓緊方法。作為非限制性的實例，這些可供選擇的壓緊方法包括使用液壓機、機械壓力機、電磁致動器、以及本領域中普通技術人員已知的任何一種線性致動或推動裝置。
雖然壓力機7126將壓力施加到上壓印板組件72并使其向下移動，但是當設備不使用時最好還是將上壓印板組件72提升到下壓印板組件70的上方。因此，可以選擇性地使用比如在上壓印板組件72和上水平導軌7125之間的提升裝置來使上壓印板組件72向上移動。這些提升裝置包括但不限于彈簧、氣壓缸、液壓缸、伺服電動機、平衡重物、螺紋或齒輪裝置、包括電磁鐵的磁鐵、以及本領域中普通技術人員知道的所有其它升降方法。
連續上皮帶7134布置在上滑板7122的下表面并且圍繞上驅動滾輪7130和上惰輥7132。上皮帶7134容納在框架7102中，而且在其返回路徑上可以選擇性地由一個或多個上回程滾輪組件7136支承。利用驅動裝置7200可使上皮帶7134沿“N”所示方向移動，這將在后面介紹。
上皮帶7134和下皮帶7108應當具有足夠的強度以防止基片61在染料升華周期的熱事件過程中產生翹曲，這些熱事件能夠進行染料升華成像和除去染料載體，如后面將要介紹的。
上皮帶7134和下皮帶7108所應具有的其它特性是不僅應與基片61和印在染料載體63上的可升華染料化學相容，而且還應與染料升華成像過程中從基片61或染料載體63中逸出的氣體副產物化學相容。
在本發明的一個實施例中，上皮帶7134和下皮帶7108中至少一個的表面上輕微地形成紋理以提供穿過上皮帶7134和下皮帶7108與染料載體3之間界面的連續真空通道，使得不會在皮帶和染料載體之間形成氣泡。這些氣泡會妨礙染料載體63均勻和連續地夾緊到基片61上。
為了能平滑地圍繞本發明的這些滾輪、惰輪和滑板移動，上皮帶7134和下皮帶7108最好用柔性材料制成。由于本發明的成像法進行快速溫度變化，而且還要保持在高達600°F的溫度下，所以還要求皮帶不僅是耐熱的，而且還能夠承受在高低溫度之間重復的熱循環，不會硬化、開裂、破壞結構完整性或損失前面介紹的任何特性。
通過上述討論，應當認識到許多材料都適合用作上皮帶7134和下皮帶7108。這類材料的實例包括但不限于硫化橡膠、硅樹脂、丁基橡膠、聚合物、含氯聚合物、含氟聚合物、以及其它天然或人造的彈性材料片。
當本發明原理應用于小型設備如用來制作證章的設備時，上皮帶7134和下皮帶7108與上滑板7122和下滑板7106、以及上驅動滾輪7130和下驅動滾輪7112之間的摩擦可以忽略。而當應用于較大型的設備如用來在四英尺乘八英尺甚至更大的塑料片上形成圖像的設備時，必須考慮這些部件之間的摩擦。
在這類大型設備中，必須使皮帶和滑板之間的摩擦系數盡可能地低。與此相反，皮帶和成像對之間的摩擦應當足夠高，使得能夠在設備的進料口側夾住成像對而將其拉入設備中。
為了實現這些目的，上皮帶7134和下皮帶7108的其中一個或兩個可以由兩層構成與滑板7122或7106接觸的一層具有較低的摩擦系數，而與成像對67接觸的另一層具有較高的摩擦系數，因此較低的摩擦系數小于較高的摩擦系數。這樣理想的結果可以通過制成具有兩層的皮帶來實現，其中每一層具有不同的摩擦系數。根據本發明的一個實施例，皮帶7134和7108由層壓有一層杜邦的TyvekTM的帆布帶制成，帆布帶接觸并拉住成像對，而TyvekTM使與對應滑板的摩擦減小。為了進一步減小滑板/皮帶對之間的摩擦，可以加工或涂覆滑板的接觸表面，在本發明的一個實施例中，這可以通過用拋光不銹鋼薄片制成至少一個滑板7122和7106來實現。在另一個實施例中，將杜邦的TeflonTM涂覆到皮帶和滑板的至少一個上以進一步減小摩擦。還可以使用本領域中技術人員已知的其它減小摩擦的方法。
與此相反，皮帶與驅動滾輪7130和7112之間的摩擦應當很高，使得能夠精確可靠地驅動皮帶通過所述設備。這可以通過將至少一個驅動滾輪7130和7112的表面弄粗糙來實現。或者，這可以通過在驅動滾輪7130和7112的表面上形成嵌齒來實現，這些嵌齒與設在皮帶7134和7108邊緣上的一串孔嚙合，與大家都知道的35毫米照相軟片非常相象。還可以使用本領域中技術人員已知的其它增大摩擦的方法。
現在參見圖18，圖中示出了本發明設備7100的前視圖。視圖示出的本發明設備的這一面顯示出設備的進料口以及回程滾輪組件7114和7136的某些細節。從圖18中可以看到，皮帶7108和7134向內部移動，如“N”和“M”所示。而且在這兩個方向上皮帶的前進速度是精密相配的，因此皮帶7108和7134同步移動。所以，當通過壓力機7126將壓力施加到上壓印板組件72上之后，皮帶7108和7134的動作可用來夾住排列好的成像對67并將其拉入設備7100中，還可以在成像周期的第一和第二熱事件中對成像對保持連續的壓力，最后，還可以在成像周期的第一和第二熱事件中使染色轉印薄片63與基片61保持對齊。
在本圖中還示出了與回程滾輪組件7114和7136的構造有關的細節。在這種無動力回程滾輪組件7136的實例包括支承座7135，里面裝有可轉動地支承回程滾輪軸7137的軸承，回程滾輪7139安裝在回程滾輪軸7137上。回程滾輪組件7114具有類似的結構。
圖19示出了根據本發明這一實施例的設備7100的出料口或后側面。同樣，可以看到皮帶7134和7108在圖像處理的這一階段沿所示“N”和“M”方向移動，用來使成像對穿過所述設備并釋放夾緊壓力。通過這種方法，能夠以連續的方式使由基片61和染色轉印薄片63構成的成像對67通過設備7100并成像。
圖19中還示出了與驅動裝置7200有關的細節。在該附圖所示的本發明實施例中，驅動裝置7200包括旋轉動力源如電動機7202，其輸出軸連接在電動機鏈輪7204上。電動機鏈輪7204通過下傳動鏈條7206和下驅動鏈輪7208使下驅動滾輪7112轉動。下驅動鏈輪7208通過下傳動軸7209使下驅動滾輪7112轉動。下傳動軸7209的兩端可轉動地安裝在軸承組件7211中。
中間傳動鏈輪7210還安裝在下傳動軸7209上。中間傳動鏈輪7210通過上傳動鏈條7212使上驅動鏈輪7214轉動。應當認識到在本發明的這個實施例中，下驅動鏈輪7208、中間傳動鏈輪7210以及上驅動鏈輪7214的大小相同。通過這種方式，使上下皮帶7134和7108的前進速度相配，因此上下皮帶同步移動。
為了使上下傳動皮帶7134和7108之間產生反向轉動，采用一對換向齒輪，即第一換向齒輪7216和第二換向齒輪7218。第一換向齒輪7216由上驅動鏈輪7214驅動。第一換向齒輪7216與第二換向齒輪7218嚙合而產生所需要的反向轉動。而且，應當認識到第一換向齒輪7216和第二換向齒輪7218的大小相同，以保持上皮帶7134和下皮帶7108之間的等速移動。
在基片已經冷卻到玻璃態轉化溫度以下之后，可以去掉夾緊壓力，然后將圖像載體從基片上取下。在取消壓力之前將基片冷卻到玻璃態轉化溫度以下的溫度，使夾緊壓力能夠防止基片產生翹曲，并且使得可以更加容易地將圖像載體從基片上取下。
接下來可以將基片重新加熱到275°F和400°F之間的溫度，使得能夠對基片進行熱成形。當基片某區域伸長超過40％時，可對基片進行熱成形。45-60％之間的伸長率不會使伸長區域中的圖像變淡(使圖像強度顯著降低)。圖20是得到的帶有圖像2050的基片61的頂視圖。可以將基片61加熱到玻璃態轉化溫度以上進行熱成形延伸，然后將其冷卻。圖21示出了已經被加熱和熱成形延伸大約50％后的基片61。50％的延伸率被定義為最終長度比原始長度大了約50％。圖像2050也延伸。由于升華圖像染入基片上若干毫米，所以可以認為伸長的圖像至少具有原始圖像75％的強度。人們普遍認為這種伸長不會明顯降低圖像強度(使圖像變淡)，因此伸長的圖像的強度甚至可以超過原始圖像強度的90％或99％。圖22是區域長度為LR的基片61的側視圖。基片61被加熱到玻璃態轉化溫度以上并熱成形彎曲，使得區域長度LR增大超過50％，如圖23所示。本發明的升華圖像在此區域中不會明顯降低圖像強度。
從加熱區域到冷卻區域設置的連續壓力有助于形成所要求的圖像。盡管理論上不成立，可以認為由于基片從加熱區域傳送到冷卻區域時壓力沒有消除，所以提高了圖像質量。而且，如果先取消壓力，然后在基片和圖像載體從加熱區域傳送到冷卻區域后再重新施加壓力的話，圖像質量將會降低，且更難將染料載體從基片上取下。還可以認為連續壓力有助于防止基片在至少一個方向或所有方向上產生收縮、擴張、突出或翹曲。基片的收縮、擴張、突出和翹曲還可以通過本發明所要求的較低溫度和較低壓力來限制。連續壓力還可以在加熱和冷卻周期中保持基片與染料載體之間的相對位置。
雖然在本實施例中用上皮帶和下皮帶來形成使基片沿某一路徑移動的輸送系統，但是在其它實施例中可以使用別的輸送系統。
圖24是本發明另一個實施例的示意圖。電腦系統2404提供打印指令給電腦打印機2408。電腦打印機2408可以是噴墨打印機、激光打印機或其它類型的電腦打印機，能夠打印來自自電腦的數字圖像，在染料載體2412上形成染料升華染料的圖像。在本實施例中，打印機2408的打印速度足夠快，使得能將染料載體直接送入連續圖像轉印系統2416中。進料滾輪2420將基片薄膜2424提供給連續圖像轉印系統2416。基片薄膜2424和染料載體2412被連續壓力系統2428的連續壓力壓在一起。在連續壓力系統2428的第一部分中，基片2424和染料載體2412被加熱器2432加熱到升華溫度，該溫度高于基片的玻璃態轉化溫度。基片2424和染料載體2412接著移動到連續壓力系統2428的第二部分中，在那里基片2424和圖像染料載體2412被冷卻器2436冷卻到低于基片2424玻璃態轉化溫度的溫度。接著將基片2424和圖像染料載體2412從連續壓力系統2428中取出，其中基片2424與染料載體2412分開并被放置到輸出滾輪2440上。用過的染料載體也可以收集在載體輸出滾輪2444上。如上面所介紹的那樣，連續壓力系統2428從加熱直至冷卻之后都提供連續的壓力。載體輸出滾輪2444可以是帶動力的用來幫助輸送基片和染料載體通過連續壓力系統2428，使載體輸出滾輪2444成為傳送裝置的一部分。
噴墨打印機能夠形成便宜的染料升華墨水圖像。用電腦打印機如噴墨打印機打印的圖像使得用戶不必存儲和運送任何帶有圖像的染料載體。而是在有需要時立即將圖像打印到染料載體上。由于打印在染料載體上的染料升華油墨是不經久的，易受濕度和溫度的影響，所以最好不要存儲和運送這種物品。可以將大量的數字圖像存儲在電腦2404上或輸送到電腦中，而且可以用電腦對數字圖像進行處理以形成定制圖像，使得系統能夠提供大量可升華到基片上的可用圖像而無需任何存貨。電腦打印機能夠將不同的數字圖像和定制的數字圖像從電腦打印到染料載體上。
可以將得到的基片薄膜2424層壓到較厚的基片上，使圖像位于基片薄膜和較厚的基片之間，或者可以將得到的帶有圖像的基片薄膜2424放入注射塑模中，使圖像對著模具的內部。可在圖像轉印到基片薄膜上之后，但在基片薄膜放入模具之前對基片薄膜2424進行成形，使預成形的薄膜能夠更加容易地放到模具中。接著可以將塑料注入注射塑模中。圖像將升華到注入的塑料中，而基片薄膜可以起到圖像保護層的作用。使塑料和基片薄膜冷卻然后從模具中取出。一般來說，這種基片薄膜應足夠透明，圖象可通過基片薄膜看到。
在另一個實例中，可將染料載體放入注射塑模中，使圖像對著注射塑模的內部。接著可以將塑料注入模具中。使塑料冷卻然后從模具中取出。然后可以將染料載體從塑料上取下，使升華圖像留在塑料中。
圖25A和25B示出了適用于本發明實施例的電腦系統900。圖25A示出了電腦系統的一種可能的實物形態。當然，電腦系統可以具有許多物理形態，從集成電路、印刷線路板、小型手提裝置到龐大的超級計算機。電腦系統900包括監視器902、顯示屏904、機箱906、磁盤驅動器908、鍵盤910和鼠標912。磁盤914是電腦系統900中用來輸入和輸出數據的電腦可讀介質。
圖25B是電腦系統900方框圖的一個實例。連接在系統總線920上的是各種子系統。處理器922(也被稱作中央處理器或CPUs)連接到包括存儲器924的存儲裝置上。存儲器924包括隨機存取存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)。如本技術領域中眾所周知的，ROM用來單向傳輸數據和指令到CPU，而RAM一般用來以雙向方式傳輸數據和指令。這兩種存儲器可以包括下面所要介紹的任何適當類型的電腦可讀介質。固定磁盤926也以雙向方式連接到CPU922；它提供了額外的數據存儲容量而且也可以包括下面所要介紹的任何電腦可讀介質。固定磁盤926可以用來存儲程序、數據等，而且一般來說是速度低于主存儲器的輔助存儲介質(如硬盤)。應當認識到保留在固定磁盤926中的信息在適當的情況下可以以標準方式加入存儲器924的虛擬存儲器中。活動磁盤914可以采取下面所要介紹的任何一種電腦可讀介質的形式。
CPU922還連接到各種輸入/輸出設備如顯示屏904、鍵盤910、鼠標912和揚聲器930。一般來說，輸入/輸出設備可以包括視頻顯示器、軌跡球、鼠標、鍵盤、麥克風、觸控式顯示器、轉換卡閱讀器、磁帶或紙帶閱讀器、圖形輸入板、輸入筆、語音或筆跡識別器、生物測定讀取器、或其它電腦。CPU922可以選擇性地通過網絡接口940連接到另一電腦或遠程通信網絡。借助于這種網絡接口，在進行上面所介紹方法的各步驟中CPU可以從網絡接收信息或是輸出信息到網絡中。而且，本發明的方法可以單獨依靠CPU922執行或是可以在網絡如國際互連網上與遠程CPU一起執行，遠程CPU可分擔一部分處理工作。
而且，本發明的實施例還與帶有電腦可讀介質的計算機外部存儲產品有關，這些產品包括用來執行各種電腦運算的計算機代碼。介質和計算機代碼可以是專門為本發明設計和構造的，或者也可以是計算機軟件領域中技術人員所熟知的類型。電腦可讀介質的實例包括但不限于磁介質，如硬盤、軟盤和磁帶；光介質，如光盤只讀存儲器(CD-ROMs)和全息照相裝置；磁光介質，如可光讀軟盤；以及專門設計成能存儲和執行程序代碼的硬件裝置，如專用集成電路(ASICs)、可編程邏輯器件(PLDs)、只讀存儲器(ROM)和隨機存取存儲器(RAM)。計算機代碼的實例包括機器代碼比如由編譯器產生的代碼以及含有高級編碼的文件，這些文件通過電腦中的解釋器來執行。電腦可讀介質還可以是通過計算機數據信號傳送的載波形式的計算機代碼，它代表可由處理器執行的指令序列。
圖26是本發明另一個實施例的流程圖。首先在電腦上選擇數字圖像。圖27是電腦2704的示意圖。可以將數字圖像存儲在電腦2704上或輸送到電腦中，而且可以用電腦對數字圖像進行處理以形成定制圖像，使得系統能夠提供大量定制圖像。從電腦發出指令到打印機2708以打印所選擇的圖像(步驟2608)。一般來說，電腦打印機如噴墨打印機和激光打印機從電腦接收指令并將其中用計算機數據表示的數字圖像翻譯和打印出來。這種數據可以用像素點或光柵點表示，或者可以用向量格式表示。打印機2708將選擇的數字圖像2712打印到基片薄膜2716上(步驟2612)。打印機2708使用升華染料將數字圖像2712打印到基片薄膜2716上。在本實例中，基片薄膜2716以分開的薄片提供。在另一個實施例中，基片薄膜可以是一卷連續薄膜。接著將基片薄膜2716層壓到目標基片上，并使圖像2712升華到目標基片上(步驟2616)。
圖28是基片薄膜2716在層壓裝置2808中被層壓到目標基片2804上的示意圖。在本實例中，層壓裝置2808是熱層壓裝置，包含上壓印板2812、下壓印板2816和加熱裝置2820。上壓印板2812和下壓印板2816形成壓力機構，可將基片薄膜2716壓緊到目標基片2804上，因此圖像2712位于基片薄膜2716和目標基片2804之間。加熱裝置2820加熱薄膜基片2716和目標基片2804以形成熱層壓。加熱還可以用來使圖像2712升華到目標基片2804中，因此層壓和升華是同時進行的。然后可以將層壓起來的帶有升華圖像的薄膜基片2716和目標基片2804從層壓裝置中取出并加以冷卻。
最后得到的產品是具有染料升華圖像的目標基片，并帶有薄膜基片覆蓋保護層。這種薄膜基片可以至少是半透明的，使得能夠看到染料升華圖像。可以用圖20-23所示方式對所得到的產品進行加熱和熱成形(步驟2620)。這種染料升華圖像可防止圖像變淡。
或者，層壓可以通過冷層壓裝置2908來進行，如圖29所示。這種冷層壓裝置2908可以包括上壓力機構2912和下壓力機構2916，用來將基片薄膜2716的圖像2712側壓緊到目標基片2904上。可以用粘合劑代替加熱來形成層壓。接著可以將層壓起來的基片薄膜2716和目標基片2904放入升華裝置3008中。上壓印板3012和下壓印板3016可以夾緊基片薄膜2716和目標基片2904，而加熱器3020提供產生染料升華的熱量。
上述熱層壓裝置2808和冷層壓裝置2908還可以用來將帶有升華圖像的基片薄膜層壓到較厚的基片上，如前面所介紹的。
可以用于上述實施例的塑料基片包括聚氯乙烯(PVC)、聚氟乙烯(PVF)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚脂、聚碳酸酯、丙烯酸混合物、通用電氣公司的LexanTM、通用電氣公司的ValoxTM、Atoglas Solar KoteTM、PlexiglasTM、杜邦公司的TedlarTM、以及KoradTM聚合物擠塑產品。
上述對本發明若干實施例的討論示出了這些實施例組成部分的排列順序或空間布置。應當認識到它們只是作為實例而非限制性的，在本發明范圍之內可對其進行修改。
最后，雖然某些塑料基片作為實例在此示出，但是本發明可用在很多種不同的塑料上進行成像。因此，本發明的原理可應用于各種塑料，而在此示出的實例只是用于說明而非限制性的。
本發明是參考某些優選實施例進行具體說明和介紹。但是，本領域的普通技術人員應當認識到在不違背如所附權利要求所述的本發明精神和范圍的情況下，可以對其形式和細節作出許多修改和變化。具體地，可以將在此介紹的本發明許多特征和優點的其中一種或多種應用于各種染料升華設備中。
雖然已經在此示出了本發明的一些可供選擇的實例，但是所屬領域的技術人員應當認識到對各組成部分的排列方向、加熱和冷卻方法、夾緊方法、以及壓印板組件的定位和分度移動方法可以采用具有同樣功能的其它方法來實現。類似地，雖然在此公開的本發明說明書介紹了在固體塑料片中形成染料升華圖像的方法，但是所屬領域的技術人員應當認識到本發明的這些原理可應用于各種基片，包括天然和人造的物質，如薄膜和聚合物涂層材料，包括聚酯。本發明的原理對于所有這些可供選擇的方法都是適用的。
權利要求
1.一種用染料載體在基片上形成染料升華圖像的方法，所述染料載體上帶有用可升華染料形成的圖像，所述方法包括以下步驟將所述染料載體的所述圖像對著所述基片的第一表面放置；將所述染料載體加熱到升華溫度；在加熱所述染料載體之后將所述染料載體冷卻到凝固溫度；和在所述加熱和冷卻步驟及其之間施加連續壓力到所述基片的所述第一表面上。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括沿具有第一部分和第二部分的路徑輸迭所述基片和染料載體，所述加熱是在所述染料載體和基片處于所述路徑的所述第一部分時進行，而所述冷卻是在所述染料載體和基片處于所述路徑的所述第二部分時進行。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述連續壓力在所述基片的所述第一表面的每一點上提供5-50磅/平方英寸的壓力，所述基片將升華有圖像。
4.如權利要求1-3中任何一項所述的方法，其特征在于，所述連續壓力可防止所述基片在所述加熱和冷卻過程中產生收縮、擴張、突出和翹曲。
5.如權利要求1-4中任何一項所述的方法，其特征在于，所述連續壓力可防止所述基片在所述加熱和冷卻過程中沿各個方向產生收縮、擴張、突出和翹曲。
6.如權利要求1-5中任何一項所述的方法，其特征在于，所述升華溫度在玻璃態轉化溫度以上。
7.如權利要求1-6中任何一項所述的方法，其特征在于，所述凝固溫度在所述玻璃態轉化溫度以下。
8.如權利要求1-7中任何一項所述的方法，其特征在于，所述連續壓力是由氣體壓差提供。
9.如權利要求1-8中任何一項所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟加熱所述基片；將所述基片熱成形為成形物品；和冷卻所述成形物品。
10.如權利要求1-9中任何一項所述的方法，其特征在于，所述染料載體的所述加熱和冷卻是在連續處理設備中進行。
11.一種通過染料載體在基片的第一表面上形成染料升華圖像的設備，所述染料載體帶有可升華染料形成的圖像，所述設備包括加熱器，用來將所述染料載體加熱到升華溫度；冷卻器，用來在所述染料載體加熱到所述升華溫度之后冷卻所述染料載體；和連續壓力系統，用來將所述染料載體的所述圖像壓在所述基片的所述第一表面上，其中，所述連續壓力系統在所述加熱和冷卻過程及其之間施加連續壓力到所述基片的所述第一表面上。
12.如權利要求11所述的設備，其特征在于，還包括用來沿具有第一部分和第二部分的路徑移動所述基片和染料載體的傳送裝置，所述加熱器靠近所述路徑的所述第一部分，而所述冷卻器靠近所述路徑的所述第二部分。
13.如權利要求12所述的設備，其特征在于，所述傳送裝置包括上傳送帶；和下傳送帶。
14.如權利要求13所述的設備，其特征在于，所述上傳送帶和所述下傳送帶同步移動。
15.如權利要求11-14中任何一項所述的設備，其特征在于，所述連續壓力系統向所述基片的所述第一表面的每一點提供5-50磅/平方英寸的壓力，所述基片將升華有圖像。
16.如權利要求11-15中任何一項所述的設備，其特征在于，所述連續壓力系統可防止所述基片在所述加熱和冷卻過程中產生收縮、擴張、突出和翹曲。
17.如權利要求11-16中任何一項所述的設備，其特征在于，所述連續壓力系統可防止所述基片在所述加熱和冷卻過程中沿各方向產生收縮、擴張、突出和翹曲，所述冷卻器是被動冷卻系統。
18.如權利要求11-17中任何一項所述的設備，其特征在于，所述升華溫度在所述玻璃態轉化溫度以上。
19.如權利要求11-18中任何一項所述的設備，其特征在于，所述凝固溫度在所述玻璃態轉化溫度以下。
20.如權利要求11-19中任何一項所述的設備，其特征在于，所述壓力系統利用氣體壓差來提供連續壓力。
21.一種形成帶有升華圖像的成形物品的方法，包括以下步驟形成帶有圖像的染料載體；將所述染料載體的所述圖像對著基片的第一表面放置；在連續處理設備中將所述染料載體加熱到所述基片的玻璃態轉化溫度以上；在所述連續處理設備中將所述染料載體冷卻到所述基片的所述玻璃態轉化溫度以下；將所述染料載體從所述基片上取下，其中，所述圖像已經升華到所述基片的所述第一表面上；加熱所述基片；將所述基片熱成形為成形物品；和冷卻所述成形物品。
22.如權利要求21所述的方法，其特征在于，所述基片的模制成形會使所述基片的某區域延伸超過40％，且所述升華圖像不會變淡。
23.一種在塑料基片上形成升華圖像的方法，包括以下步驟在電腦上選擇數字圖像；利用電腦打印機在染料載體上用染料可升華油墨打印所選擇的數字圖像；將所述染料載體的所述圖像對著基片的第一表面放置；在連續處理設備中將所述染料載體加熱到所述基片的玻璃態轉化溫度以上；在所述連續處理設備中將所述染料載體冷卻到所述基片的所述玻璃態轉化溫度以下；和將所述染料載體從所述基片上取下，其中，所述圖像已經升華到所述基片的所述第一表面上。
24.如權利要求23所述的方法，其特征在于，所述基片是基片薄膜。
25.如權利要求23-24中任何一項所述的方法，其特征在于，還包括將所述基片薄膜層壓到較厚的基片上。
26.如權利要求23-25中任何一項所述的方法，其特征在于，還包括從加熱前直至冷卻后在所述基片的所述第一表面的每一點上提供5-50磅/平方英寸的壓力，所述基片上將升華有圖像。
27.如權利要求26所述的方法，其特征在于，所述連續壓力可防止所述基片在所述加熱和冷卻過程中沿各個方向產生收縮、擴張、突出和翹曲。
28.一種在層壓基片上形成升華圖像的方法，包括以下步驟提供第一側帶有圖像的薄膜；將所述薄膜的所述第一側層壓到基片上；和使所述圖像升華到所述基片上。
29.如權利要求28所述的方法，其特征在于，所述形成帶有圖像薄膜的步驟包括將所述薄膜放置在打印機；和將所述圖像打印在所述薄膜的所述第一側上。
30.如權利要求28-29中任何一項所述的方法，其特征在于，所述提供帶有圖像薄膜的步驟還包括在電腦上選擇數字圖像；和發送指令到所述打印機打印所述數字圖像。
31.如權利要求30所述的方法，其特征在于，所述選擇數字圖像的步驟包括定制數字圖像。
32.如權利要求28-31中任何一項所述的方法，還包括熱成形所述薄膜和基片。
33.如權利要求28-32中任何一項所述的方法，其特征在于，所述將薄膜第一側層壓到基片上的步驟和所述使圖像升華到基片上的步驟是同時進行的。
34.一種利用所述方法形成的帶有升華圖像的層壓基片，所述方法包括以下步驟提供第一側帶有圖像的薄膜；將所述薄膜的所述第一側層壓到基片上；和使所述圖像升華到所述基片上。
35.如權利要求34所述的層壓基片，其特征在于，所述提供帶有圖像薄膜的步驟包括將所述薄膜放置在打印機；和將所述圖像打印在所述薄膜的所述第一側上。
36.如權利要求35所述的層壓基片，其特征在于，所述形成帶有圖像薄膜的步驟還包括在電腦上選擇數字圖像；和發送指令到所述打印機打印所述數字圖像。
37.如權利要求36所述的層壓基片，其特征在于，所述選擇數字圖像的步驟包括定制數字圖像。
38.如權利要求34-37中任何一項所述的層壓基片，還包括熱成形所述薄膜和基片。
39.如權利要求34-38中任何一項所述的層壓基片，其特征在于，所述將薄膜第一側層壓到基片上的步驟和所述使圖像升華到基片上的步驟是同時進行的。
全文摘要
本發明提供了一種在基片上形成染料升華圖像的方法，這種方法使用的染料載體上帶有可升華染料形成的圖像。染料載體的圖像對著基片的第一表面放置。基片和染料載體沿具有第一部分和第二部分的路徑輸送。在所述路徑的第一部分和第二部分以及它們之間施加連續的壓力到基片的第一表面。在所述路徑的第一部分將染料載體加熱到升華溫度。接著，在路徑的第二部分將染料載體冷卻到凝固溫度。
文檔編號B41M5/025GK1511209SQ02810536
公開日2004年7月7日 申請日期2002年3月29日 優先權日2001年3月29日
發明者J·C·德拉克, R·埃澤爾特, R·W·肖, J C 德拉克, 肖, 蠖 申請人:弗雷斯科塑料有限責任公司