CN1762704A - 具有温度受控的薄片支承板的薄片处理装置 - Google Patents

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Abstract

一种薄片处理装置，其包括：由导热材料制成并且具有第一热容量的薄片支承板(14)，所述板具有至少一个空腔(34)，其形成于限定了板(14)的顶面(42)的顶壁(36)与限定了所述板的底面的底壁(38)之间；以及温控系统，其包括用于使温控流体循环通过空腔(34)的循环系统，其中空腔(34)包含置换体(46)，其与所述顶壁和底壁(36，38)分隔开并且由具有小于所述第一热容量的第二热容量的材料制成。

Description

具有温度受控的薄片支承板的薄片处理装置
技术领域
本发明涉及一种薄片(sheet)处理装置，其包括：由导热材料制成并且具有第一热容量的薄片支承板，所述板具有至少一个空腔，其形成于限定了板顶面的顶壁与限定了板底面的底壁之间；以及温控系统，其包括用于使温控流体循环通过所述空腔的循环系统。
背景技术
在复印和打印产业中，温度受控的薄片支承板经常地用于支撑图像接受薄片，同时控制该薄片的温度。例如，在热熔型喷墨打印机中，在打印图像时，将薄片如纸张在薄片支承板上送进。在室温下，热熔墨水是固态的，因此必须在墨水可喷射在纸张上之前，在打印机中将墨水加热至高于其熔点以上。喷射在纸张上的墨水液滴倾向于在墨水固化之前或多或少地扩展开。为了得到墨水液滴的合适且稳定的扩展量，应当控制薄片支承板的温度以及纸张的温度，使得墨在适当的速度下冷却。
在打印过程的初期阶段，当供应新薄片时，通常需要加热薄片并且将其保持在合适的工作温度下。然而，在打印过程的进一步过程中，必须使在纸张上固化的墨水的热量消散。为此，可使温控流体如液体经过支承板中的空腔，以便控制支承板的温度。
另外，为了实现良好的打印质量，薄片支承板的表面应当是完全平坦的，至少在其中进行图像打印的区域内。因此，薄片支承板应具有足够的强度，使得它不会在机械应力或热应力下弯曲。结果，支承板必须具有一定的最小厚度，这意味着空腔具有一定的最小容积。
出于功率消耗的原因，当打印机未工作达一定时间时，要求打印机进入所谓的睡眠模式，其中在睡眠模式中，用于薄片支承板的加热系统关掉。结果，当打印新的图像时，需要一定的时间将薄片支承板加热至其工作温度。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种薄片处理装置，其中薄片支承板可快速地达到其工作温度。
根据本发明，该目的通过上述类型的薄片处理装置来实现，其中空腔包含置换体(displacement body)，其与空腔的顶壁分隔开并且由具有小于支承板材料的所述第一热容量的第二热容量的材料制成。
置换体减小了空腔的有效容积，但因其较小的热容量，因此不会显著地增加支承板的总热容量。结果，就减少了用于填充空腔所需的温控流体的体积，并因此只需要更少的时间和/或加热功率来将流体和支承板加热至其工作温度。
另外有利的是，增加了用于通过空腔的流体流动的雷诺数，这导致改善了流体和支承板之间的热交换。
在以下内容中描述了本发明的有用细节和进一步的进展。
当置换体同空腔的顶壁和底壁都分隔开时，流体可循环通过空腔的顶壁和底壁附近的中空间隔，因此支承板的顶面和底面可一直保持在相同温度下，从而防止了支承板的热变形。
在一个优选实施例中，薄片支承板具有多个细长空腔，其平行地延伸穿过支承板并且通过分隔壁分开。这保证了支承板的高刚度。分隔壁可形成有槽孔(trough hole)，其将板的顶面连接在设在其底面的抽吸室上，因此薄片可被吸贴在板的顶面上。这尤其在用于形成图像的区域内保证了薄片的完全平坦的构造，同时保证了薄片和板之间的良好热接触。
置换体可因此而由合成树脂如聚苯乙烯的条简单地形成，其插入各空腔中并且可容易地制造成挤塑型材等。优选的是，置换体与板的分隔壁相接触，因此各空腔分成两条通道，其分别在板的顶面和底面附近延伸并且仅在空腔的相应端处相互连接以及连接在循环系统上。
根据本发明的另一进展，置换体可由这样的材料来制成，这种材料在接近板工作温度的相变温度下发生相变，并且伴随有较高的潜热。例如，相变可以为液态与晶态、半晶态或无定形固态之间的一种相变。因此，当板的温度超过相变温度时，置换体或其至少一部分通过吸收潜热而可熔化，使得板的温度回到其工作温度。相反，当温度降至相变温度以下时，置换体将固化并且释放出潜热。因此，板的温度就稳定在工作温度下。
在一个特别优选的实施例中，当板处于其工作温度下时，置换体的至少一部分材料处于高温状态如熔融状态。因此，当打印机进入睡眠模式并且板的加热系统即加热温控流体的加热系统关掉时，置换体将释放出其潜热，从而延迟了板的冷却。结果，当在较短时间间隔内再次启动打印机时，板仍具有较高温度，从而可以利用较少的能耗来快速恢复工作温度。
附图说明
现在结合附图来介绍本发明的优选实施例，在附图中：
图1是热熔型喷墨打印机的示意性透视图；
图2是图1所示打印机中的薄片支承板的局部剖视图；
图3是根据一个改进实施例的薄片支承板的局部剖面图；和
图4是图3所示板中所用材料的温度/热量图表。
具体实施方式
如图1所示，热熔型喷墨打印机包括卷筒(platen)10，其被间歇性地驱动旋转，以便在薄片支承板14的顶面上在箭头A所示方向上送进薄片12如纸张。多个输送辊16可旋转地支撑在盖板18上，并且同卷筒10一起形成了输送辊隙，因此，通过导板20从卷轴(未示出)上进给的薄片12就通过形成于盖板18的边缘与薄片支承板14的表面之间的间隙而放出。
包括许多喷墨打印头(未示出)的滑座22安装在薄片支承板14之上，以便在薄片12上在箭头B所示方向上往复运动。在滑座22的每一次通过中，打印头根据提供给打印头的图像信息而将热熔墨水喷射在薄片上，这样就在薄片12上打印出大量的像素线。出于简便的目的，未在图中显示出用于滑座22的引导和驱动装置、墨水供应管线和用于打印头的数据传输线等。
薄片支承板14的顶面具有规则图案的抽吸孔24，其贯穿了支承板并且通往形成于板14下部中的抽吸室26。抽吸室连接在抽风机28上，抽风机28在抽吸室内形成负压，因此空气通过抽吸孔24而吸入。结果，薄片12被吸贴在支承板14的平坦表面上并因此而保持在平坦状态下，尤其是在滑座22所扫掠过的区域中，因此，就在薄片的整个宽度上在打印头的喷嘴和薄片12的表面之间形成了一致的距离，并且可以实现高的打印质量。
从打印头喷嘴喷出的熔融墨水液滴具有100℃或以上的温度，并且可在它们附着在薄片12上之后冷却下来并固化。因此，在打印图像的同时，墨水的热量必须以充分的速率散发掉。另一方面，在图像形成过程的初始阶段中，薄片12的温度不应太低，否则薄片12上的墨水液滴会太快地冷却下来而没有足够的时间铺开。为此，通过温控系统30并且借助于薄片支承板14来控制薄片12的温度，温控系统30使温控流体、优选为液体循环通过板14。该温控系统包括带有连接在板14的相对端上的管32的循环系统。其中一条管32经过膨胀容器33，其含有用于缓冲流体体积中的温度相关变化的气体缓冲剂。易于理解的是，温控系统30包括用于控制流体温度的加热器、温度传感器、散热片等等，以及用于使流体循环通过薄片支承板14内部的泵或其它容积式装置，现在结合图2详细介绍。
图2中剖视图所示的薄片支承板14由材料如金属制成，这种材料具有较高的热导率以及较高的热容量。大量的细长空腔34形成于板14的内部，从而相互间平行地以及平行于滑座22在板14相对端之间的行进方向(B)地延伸，其中这些空腔通过合适的歧管而连接在管32上。各空腔34通过顶壁36、底壁38和两个分隔壁40来限界。顶壁36一起形成了板14的被加工成完全平坦的顶面42。在对相邻空腔34限界的每一对两个分隔壁40之间，形成了中空间隔44，抽吸孔24穿过中空间隔44而通向抽吸室26。
如图2中进一步所示，具有矩形横截面的条形置换体46以中等高度而插入各空腔34中，使得各空腔在其整个长度上分成两个单独的通道48，50，从而显著降低了空腔34的有效容积。置换体46例如由聚苯乙烯制成，并且在任何情况下具有比板14材料的热容量低很多的热容量。因此，置换体46不会显著地增加薄片支承板14的总热容量，因此不会增加将板14加热至预定温度所需的时间和能量的量。另一方面，由于空腔34的容积减小，因此较小量的温控流体足以完全填满通道48，50，只需要加热或冷却这种较少量的流体来控制板14的温度。另外，由于空腔34的横截面积减小至通道48，50的横截面积，因此对于流体的既定体积流率而言就增加了雷诺数，这导致增大了流体和支承板14的壁之间的热交换效率。
置换体46例如可通过粘合剂的方式而保持就位于空腔34中。作为备选，可以修改板14的外形，使得分隔壁40设有用于引导和支撑置换体46的凸筋。在另一备选例中，条形置换体46只有端部可保持就位于板14两端的歧管中。
优选的是，流体在同一方向上流经各空腔34的通道48和50，使得空腔的底壁38的温度将总是等于顶壁36的温度，从而板14总体上不会因不同的热膨胀而发生弯曲。
在一个改进的实施例中，可采用使相邻空腔34中的流体在相反方向上流动的更复杂循环系统，以便降低板14的纵向(箭头B)上的可能的温度梯度。在这种情况下，还可以在空腔34的一端处将通道48，50相互连接起来，以及在相对端处将这两条通道连接在不同的管32上，从而使流体在各空腔34中以对流的方式循环流动，但在相邻空腔中在相反方向上流动。
当接通打印机时，集成在温控系统30中的加热器将加热流体，流体将循环通过通道48，50，直到板14达到其工作温度，即可保证喷在纸上的热熔墨水液滴的适当冷却速率的温度。由于待加热的流体体积较小，因此可在较短时间内以较少的功率消耗来达到所需工作温度。
当打印过程继续时，薄片12和板14将被沉积在薄片上的墨水加热，温控系统30从加热模式切换至温控模式，以便使板14的温度保持恒定。由于循环通过空腔34的至少一半流体被迫通过空腔底壁38附近的通道50，因此暴露在抽吸室26中的这些底壁38可被有效地用作散热片，其可防止流体的温度上升至超出容许限度。另外，体积减少的流体缩短了恒温控制所用的响应时间。
图3显示了薄片支承板14的改进实施例，其中空腔34中的置换体46’为中空体，其封闭了例如为蜡等的材料52a，52b，其在一定的相变点或一定相变温度范围内可经受高温相52b和低温相52a之间的相变，并且释放潜热。相变点或相变温度范围等于或接近于板14的工作温度。在对应于板14工作状态的图3所示状态下，仅仅一部分包含在置换体46’中的材料处于低温相52a下并且形成了固态芯体，其余材料处于熔融状态、即高温相52b下。
在图4中，材料52a，52b的温度T显示为给定体积的这种材料的热焓Q的函数。可以看到，在从T1至T2的较窄相变温度范围内，热焓从Q1急剧地增加至Q2，这种增加对应于相变的潜热。结果，材料52a，52b以及板14的温度可容易稳定在T1至T2的范围内，即稳定在工作温度下。
当打印机进入睡眠模式并且温控系统30中的加热器关掉时，芯体52a消耗掉熔融相52b而长大并且释放出潜热，因此板14将保持其工作温度达较长一段时间。当经过这段时间之后再次起动打印机时，就可以立即开始打印程序，因为板14仍然保持在其工作温度下。如果睡眠模式持续了较长一段时间，温度会降低至T1以下，但当再次接通加热器时，可只需提供少量的热就能快速地恢复温度T1以及工作温度。
从更普通的方面来说，本发明提供了一种纸张处理装置，其包括薄片支承板14、用于将薄片支承板14加热至预定工作温度并且保持在该温度下的加热和温控装置30，以及集成在薄片支承板14中的缓冲体46’，所述缓冲体包含材料52a，52b，其在工作温度下或其附近的温度点或温度范围T1-T2内可经受从高温相52b和低温相52a的相变，同时释放出潜热。

Claims (8)

1.一种薄片处理装置，其包括：由导热材料制成并且具有第一热容量的薄片支承板(14)，所述板具有至少一个空腔(34)，其形成于限定了板(14)的顶面(42)的顶壁(36)与限定了所述板的底面的底壁(38)之间；以及温控系统(30)，其包括用于使温控流体循环通过所述空腔(34)的循环系统(32)，其特征在于，所述空腔(34)包含置换体(46；46’)，其与所述顶壁(36)分隔开并且由具有小于所述第一热容量的第二热容量的材料制成。
2.根据权利要求1所述的薄片处理装置，其特征在于，所述置换体(46)还与所述空腔(34)的底壁(38)分隔开。
3.根据权利要求1或2所述的薄片处理装置，其特征在于，所述置换体(46)由合成树脂制成。
4.根据权利要求3所述的薄片处理装置，其特征在于，所述置换体(46)由聚苯乙烯制成。
5.根据上述权利要求中任一项所述的薄片处理装置，其特征在于，所述薄片处理装置包括多个空腔(34)，其设置成相互间平行，并且通过具有所述第一热容量的所述材料的分隔壁(40)来分隔开。
6.根据权利要求5所述的薄片处理装置，其特征在于，所述薄片支承板(14)包括抽吸孔(24)，其从所述板的顶面(42)穿过而到达所述底面，并且通过所述分隔壁(40)而与所述空腔(34)分隔开。
7.根据上述权利要求中任一项所述的薄片处理装置，其特征在于，所述置换体(46’)包括材料(52a，52b)，其在预定温度下或预定温度范围(T1-T2)内可经受从高温相(52b)至低温相(52a)的相变，同时释放出潜热。
8.一种热熔型打印机，其包括根据权利要求1至7中任一项所述的薄片处理装置。
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