JP2006091733A

JP2006091733A - 板状部材の印刷装置

Info

Publication number: JP2006091733A
Application number: JP2004280069A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Fujii; 友浩藤井; Tomoaki Okada; 智章岡田; Kuniaki Wakusawa; 邦章涌沢
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2004-09-27
Filing date: 2004-09-27
Publication date: 2006-04-06

Abstract

【課題】どのような厚さの被転写体であっても対応でき、かつ、効率良く被転写体に印刷ができるようにした、板状部材の印刷装置を提供することが課題である。
【解決手段】感光体上に電子写真方式でトナー画像を形成し、中間転写ベルトによってこのトナー画像を１次転写した後被転写体へ２次転写するように板状部材の印刷装置を構成し、２次転写位置に設けた２次転写ローラの内部にヒータと表面には所定厚みの弾性体を設けると共に、被転写体との間隔を調節する機構を設け、中間転写ベルトのテンションを調節するテンションローラ内部には転写ベルトの冷却手段を設け、前記転写ベルトに１次転写されたトナー画像を前記ヒータにより溶融して前記被転写体へ転写するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガラス、プリント基板、セラミック、厚紙、フィルムなどの任意の厚さを有する板状部材へ印刷を行う板状部材の印刷装置に係り、特に、電子写真方式を利用し、厚みの異なる板状部材への印刷を可能とした板状部材の印刷装置に関するものである。

自動車におけるリアガラスの熱線、プリント基板における配線や部品配置場所を指示するための部品名の印刷及び電極の印刷、その他セラミック、厚紙、フィルムなどの板状部材へ印刷を行う印刷装置としては、従来からスクリーン印刷が用いられてきた。しかしながらスクリーン印刷では、印刷のための版を型ごとに作らなければならないから、印刷部数が少ない場合は非常に高価なものになると共に、印刷までに時間を要した。

そのため例えば特許文献１には、電子写真方式を用いてトナー画像を形成する感光体と、表面にシリコンゴムを配して感光体上に形成されたトナー画像を１次転写し、その後転写位置に運搬されてくる被転写体に２次転写する転写ベルトと、被転写体への２次転写位置より上流側に設けられて転写ベルト上のトナー画像を溶融するヒータと、運搬されてくる被転写体を予備加熱するプレヒータとを備え、電子写真方式で形成された印刷画像（トナー画像）を転写ベルト上で溶融し、予めプレヒートされた被転写体に転写して印刷を行う板状部材の印刷装置が提案されている。

また特許文献２には、前記特許文献１と同様電子写真方式でトナー画像を形成する感光体を有し、中間転写体をドラム状とすると共に、前記特許文献１に示された装置においては、被転写体に転写されずに転写ベルト上に残ったトナーが冷却されずに感光体まで運ばれ、逆に感光体に付着してしまう欠点があるからそれを防止するため、中間転写ドラム上のトナー画像は溶融せず、被転写体をプレヒートするだけとし、さらに被転写体へのトナー画像転写後、中間転写ドラムを冷却する装置を設けた板状部材の印刷装置が示されている。

ＵＳＰ５，９８８，０６８号公報ＷＯ２００４／００５６５Ａ３号公報

これら特許文献１、２に示された装置は、画像形成に電子写真方式を用いているため、スクリーン印刷の場合のように版を作る必要が無く、例え少部数であっても安価に、また短時間で印刷を行うことができるが、いずれの装置も被転写体へのトナー画像転写に際し、被転写体の厚みに対応する機構を持たないため、一定の厚さの被転写体であれば連続印刷が可能である。しかしながら、被転写体により厚さが異なるような場合は対応できないという問題がある。

また、特許文献１に示された印刷装置では、転写ベルトは加熱されるため衰耗が激しく、所定時間使用すると新しいベルトに交換する必要があるが、転写ローラが固定されているため転写ベルトの着脱が困難であり、例え交換しても、所定の張力を得るための調節に時間がかかったりする。

特許文献２に示された印刷装置ではこういった問題は起きないが、この特許文献２の印刷装置では、中間転写ドラム上のトナー画像が予め溶融されないため、被転写体をこのトナー画像の溶融温度まで加熱する必要があり、ガラスやセラミック等の熱伝導率の低い厚板を１５０℃〜２００℃程度に予熱しなければならず、効率が悪い。

そのため本発明においては、どのような厚さの被転写体であっても対応でき、かつ、効率良く被転写体にトナー画像を転写できるようにした、板状部材の印刷装置を提供することが課題である。

上記課題を解決するため本発明における板状部材の印刷装置は、
電子写真方式でトナー画像を形成する感光体と、該感光体上に形成されたトナー画像を１次転写し、板状の被転写体へ２次転写する中間転写体と、該中間転写体上に１次転写したトナー画像が前記２次転写位置へ至るタイミングに合わせて前記被転写体を搬送する手段とを有した板状部材の印刷装置において、
前記中間転写体は、少なくとも前記１次転写位置に設けられた１次転写ローラと前記２次転写位置に設けられた２次転写ローラと転写ベルトの張力を調節するテンションローラとに張架され、
前記２次転写ローラは内部にヒータと表面に所定厚みの弾性体と、前記被転写体との間隔を調節する機構とを有し、
前記テンションローラは、前記転写ベルトのテンション調節機構と内部に転写ベルトの冷却手段とが設けられ、前記転写ベルトに１次転写されたトナー画像を前記ヒータにより溶融して前記被転写体へ転写するようにしたことを特徴とする。

このように板状部材の印刷装置を構成することにより、中間転写体上のトナーは２次転写ローラに内蔵されたヒータの熱で溶融されて被転写体に転写され、効率良くトナー画像を被転写体に転写することが可能であり、また２次転写ローラは、被転写体との間隔を調節する機構を有すると共に表面に弾性体が設けられているから、どのような厚さの板状部材であっても、また、表面形状に多少の起伏があっても追従すると共にニップ圧の調節も可能であり、常に良好な印刷を実現することができる。そしてテンションローラは、中間転写体のテンション調節機構と内部に中間転写体の冷却手段とが設けられているから、２次転写ローラと被転写体の間隔が調節されて変動してもテンションを一定に保つことができると共に、中間転写体上に残った溶融トナーが感光体に付着するということも防止でき、また、メンテナンスも容易にできる板状部材の印刷装置を提供することが可能となる。

そして、前記中間転写体は、ＳＵＳまたはポリイミドで構成されたベルト上にシリコンコーティングを施したものを用いることにより、２次転写ローラに内蔵されたヒータで溶融されたトナーを確実に被転写体に転写させることができる。

また、前記２次転写ローラ表面に設けられた弾性体は、シリコンゴムとすることで、熱に強く、被転写体の起伏に良好に追随する２次転写ローラとすることができる。

さらに、前記２次転写ローラにおける前記被転写体との間隔を調節する機構は、前記印刷装置に固定された軸に回転自在に設けられて駆動力伝達手段からの駆動力が伝達される駆動ギアと、２次転写ローラ軸端に回転自在に設けられて前記駆動ギアと噛み合い、前記２次転写ローラの軸と前記駆動ギアの軸とがアームで結合された被駆動ギアと、前記アームに取り付けられて前記２次転写ローラと前記被転写体との間隔を調節するアクチュエータとで構成することにより、簡単な機構で２次転写ローラと被転写体との間隔を調節することができる。

そして、前記トナーは樹脂トナーに金属粒子を含んで構成され、前記ヒータで樹脂トナーが溶融可能であること、及び前記印刷装置は、前記２次転写位置下流に溶融炉を設け、前記被転写体に転写されたトナー中の金属を焼結させることが本発明の好適な実施例である。

以上記載のごとく本発明によれば、どのような厚さの被転写体であっても対応できると共に、転写ベルトに転写されたトナー画像を効率良く被転写体に転写することができる、板状部材の印刷装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は本発明になる板状部材の印刷装置における第１実施例の概略構成図、図２は本発明になる板状部材の印刷装置における２次転写ローラの構造概略を示した断面図、図３は同じく２次転写ローラの被転写体との間隔調節機構の一例概略を示した図、図４は中間転写ベルトの蛇行防止機構概略を示した断面図、図５は、図６はヒートローラと被転写体たる板状部材の温度による印刷状態をテストした結果を示したグラフ、図７は本発明になる板状部材の印刷装置の第２実施例概略構成図である。

本発明になる板状部材の印刷装置は、電子写真技術を応用して前記したガラス、プリント基板、セラミック、厚紙、フィルムなどの任意の厚さを有する板状部材へ印刷をおこなえるようにした印刷装置に関するものであり、図１において１は電子写真用感光体で、有機感光体、アモルファス・シリコン（ａ−Ｓｉ）感光体など、種々の感光体を用いることができ、また図ではドラム状の感光体を示したが、ベルト状の感光体であってもかまわない。なお、本発明で使用するトナーは、例えば車のリアウインドの熱線などを形成する場合、８０〜１００℃程度で溶融する樹脂に銀や銅の粒子を含ませ、この金属粒子の平均粒径を２０〜３０μｍとしたものを用いることが好ましい。また、プリント基板への文字の印刷の場合は金属粒子は含ませず、トナー樹脂の平均粒径が４０〜５０μｍのトナーを用いることが好ましい。

２は感光体１を均一に帯電させる帯電器で、コロトロンやスコロトロンを用いたコロナ帯電器、或いはローラ型の帯電ローラなどを用いることができる。３はＬＥＤを用いたり、レーザ光をポリゴンミラーで振るようにして感光体１を走査する露光装置、４は感光体１上に形成された潜像をトナーで現像してトナー画像を形成する現像装置、５は感光体１上に形成されたトナー画像を中間転写体たる中間転写ベルト６に転写するための１次転写ローラ、７は感光体１上に残ったトナーをクリーニングするためのクリーナ、８は中間転写ベルト６上に転写されたトナー９を溶融するためのヒータを内蔵してトナー画像を被転写体１０に転写する２次転写ローラ、１１は中間転写ベルト６にテンションを付与し、同時に２次転写ローラ８で熱せられた中間転写ベルト６を内部に通した液体で冷却する冷却構造を有したテンションローラ、１２は中間転写ベルト６上に残ったトナーをクリーニングするためのクリーニング装置で、これはブレードやブラシを用いたもの、或いは粘着テープや溶剤を用いたものなど、種々のものが利用可能である。１３は被転写体１０を搬送する搬送手段で、例えばエンドレスコンベアを用いたり、搬送台をボールネジやラック＆ピニオンを用いたりして移動させるようにしても良い。１４は被転写体１０を安定して移動させるため、例えば搬送手段１３をパンチングベルトで構成した場合、被転写体１０を吸引するため搬送手段１３の背面に設けた吸引ボックス、１５は搬送手段１３の駆動装置、１６は被転写体１０に転写されたトナーを溶融して定着するための溶融炉、１７は被転写体１０を予め所定の温度に加熱するためのプレヒータである。

このうち２次転写ローラ８は、図２の概略断面図に示したように、内部にヒータ２１を有するヒートローラ２０と、ヒートローラ２０の表面を覆う約３ｍｍ程度の厚さのシリコンゴム２２とで構成されている。そしてこの２次転写ローラ８は、図３に２次転写ローラ８と被転写体１０との間隔調節機構の一例概略を示したように、２次転写ローラ８の軸３５の端に従動ギア（被駆動ギア）３１が取り付けられ、この従動ギア３１と噛み合って図示していない駆動源からの駆動力を伝える駆動ギア３０によって駆動される。一方この駆動ギア３０は、印刷装置に固定された軸３４に回転自在に取り付けられているが、軸３４と軸３５はアーム３３で結合され、さらにそのアーム３３は、アクチュエータ３２によってこの図３に矢印３６で示したように揺動できるようにされ、被転写体１０との間隔を調節できるようになっている。なお、この図３に示した例では２次転写ローラ８を図上、上下に揺動するよう示したが、揺動方向は任意であり、被転写体１０との間隔が調節できればどのような方向に揺動させても良いことは自明である。

また中間転写ベルト６は、２次転写ローラ８によって熱せられて伸張し、テンションローラ１１によって冷却されて収縮するため蛇行しやすくなるが、図４に示したように、その裏面の端部近傍に凸部４１が接着などによって設けられ、一方この中間転写ベルト６を張架する１次転写ローラ５、２次転写ローラ８、テンションローラ１１などのローラ４０には、この凸部４１と対応する部位に凹部４２が設けられて、この中間転写ベルト６の蛇行を防止するようになっている。

またテンションローラ１１は、その軸にフレキシブルジョイントなどを設けて液体を通せるようにし、熱せられた中間転写ベルト６を冷却できるようになっており、さらに図５に示したように、その軸５３にアクチュエータ５０に接続されたシャフト５１を接続し、このアクチュエータ５０を動作させることによって、テンションローラ１１を矢印５２方向に移動できるようにして中間転写ベルト６のテンションを調節できるようになっている。

なお、感光体１、中間転写ベルト６、搬送手段１３などは、それぞれ同期して運転する必要があり、その手段としては、それぞれの駆動手段にエンコーダを設置し、いずれかのエンコーダからの信号をマスタ信号として、それぞれが同期して運転されるように構成すればよい。また、高精度が要求されないのであれば、主駆動手段からの駆動力をギアなどを用いて機械的に伝達し、同期させるようにしても良い。

このように構成した本発明になる板状部材の印刷装置の実施例１の動作を説明すると、まず被転写体１０に最適な圧力で印刷が行われるよう、図３に示した２次転写ローラ８と被転写体１０の間隔を調節する機構におけるアーム３３が、図示していない制御装置からの指示によって動作するアクチュエータ３２によって矢印３６方向に移動し、２次転写ローラ８と被転写体１０の間隔が調節される。そしてこの調節により、中間転写ベルト６のテンションが変化したときは、図５に示したテンション調節機構におけるアクチュエータ５０が、やはり図示していない制御装置からの指示でシャフト５１を矢印５２方向に動作させ、テンションローラ１１を移動させて中間転写ベルト６のテンションが最適となるよう調節する。

そして、図２に示した２次転写ローラ８内のヒータが通電されてヒートローラ２０がトナーを溶融させるだけの温度、例えば１２０℃とされ、テンションローラ１１内に設けられた水冷構造に液体が通されて、２次転写ローラ８内のヒータ２１によって例えば１２０℃に熱せられた中間転写ベルト６を例えば４０℃程度に冷却する用意がなされる。

こうして印刷のための用意ができ、図示していない制御装置から印刷指示が来て印刷用データが送られてくると、まず帯電器２によって感光体１が均一に帯電され、露光装置３によって印刷データに基づく露光がおこなわれて潜像が形成される。そしてその潜像が、現像装置４によって現像されてトナー画像９が形成され、このトナー画像９は、１次転写位置に設けられた１次転写ローラ５に印加された転写バイアスによって中間転写ベルト６に転写される。このとき、感光体１上に残ったトナーは、クリーナ７によってクリーニングされる。

一方被転写体１０は、駆動装置１５によって駆動される搬送手段１３上に載置され、プレヒータ１７によって熱せられる。そして被転写体１０は、この被転写体１０を安定して搬送させるために搬送手段１３に設けられた吸引ボックス１４によって搬送手段１３に張り付くようにして搬送され、図示していない制御装置によって、中間転写ベルト６に転写されたトナー画像９が２次転写位置に至るタイミングでこの２次転写位置に到達するよう送られてゆく。

そのため中間転写ベルト６上に１次転写されたトナー画像９は、２次転写ローラ８に内蔵されたヒートローラ２０によって溶融され、プレヒータ１７によって熱せられた被転写体１０に転写されて印刷が行われる。そして被転写体１０が例えば自動車におけるリアガラスであり、印刷するものが熱線である場合は、この被転写体１０がさらに溶融炉１６に送られ、前記したように７００℃程度に熱せられて、トナーを構成する樹脂がなくなって含有された銀や銅粒子が焼結される。なお、印刷がプリント基板における部品取り付け面の部品名であったり、特に焼結する必要のないものの場合はこの溶融炉１６は不用である。

こうして被転写体１０への印刷が済むと中間転写ベルト６は、テンションローラ１１内に設けられた水冷構造によって冷やされ、さらに中間転写ベルト６上に残ったトナーは、クリーニング装置１２によってクリーニングされて次のトナー画像９が転写されて印刷が続けられる。

以上が本発明になる板状部材の印刷装置における実施例１の動作であるが、前記したようにこの印刷装置を用いて自動車用リアガラスの熱線を印刷、焼結したときの、プレヒータ１７によるガラスの加熱と、２次転写ローラ８内に設けられたヒートローラ２０による加熱の温度を種々変化させて、結果を調べたのが図６に示したグラフである。この実験に用いたトナーは銀粒子を含み、銀と樹脂の重量比を８：２として、予熱温度は１２０℃、搬送手段１３の搬送速度は１２０ｍ／ｓｅｃとした。

この図６において、横軸は２次転写ローラ８内に設けられたヒートローラ２０による加熱温度で、縦軸はプレヒータ１７の加熱によるガラスの温度である。また、○はトナー画像（この場合は熱線）が良好にガラスに転写されたことを示し、×は印刷状態が良くなかったことを示す。

この結果から明らかなように、ヒートローラ２０による加熱が無い場合（常温）、プレヒータ１７による加熱はガラスを１２０℃程度まで熱する必要があるのに対し、ヒートローラ２０を１００℃程度まで熱した場合、プレヒータ１７による加熱は８０〜１００℃程度で良く、それだけ効率良くトナー画像９の転写がおこなわれることがわかる。

なお、以上説明してきた本実施形態では、プレヒータ１７はヒータロール２０で静止した状態で行うバッチ式としているが、オンライン式としてもよい。オンライン式とした場合、ヒートローラ２０に代えて搬送手段１３に沿ってヒータを備える構成とする。また、予熱する温度や搬送速度によりプレヒータの形状や容量等適宜選択される。

図７は本発明になる板状部材の印刷装置における実施例２の概略構成図であり、前記した実施例１では、テンションローラ１１が中間転写ベルト６の冷却をおこなっていたが、この実施例２では、冷却とテンション調節を別のローラでおこなうようにしたもので、図中７０は前記図５で説明したように、軸にフレキシブルジョイントなどを設けて液体を通せるようにし、熱せられた中間転写ベルト６を冷却できるようにした冷却ローラ、７１はテンション調節ローラで、図示はしていないが、前記図５に示したアクチュエータ５０、シャフト５１などが設けられて中間転写ベルト６のテンションが調節できるようになっている。なお、この図６に示した実施例２は、冷却とテンション調節を別のローラでおこなうようにした以外は前記実施例１と全く同じであり、動作も同様なので説明は省略する。

以上種々述べてきたように本発明によれば、中間転写ベルト６上のトナー９は２次転写ローラ８に内蔵されたヒータ２１の熱で溶融されて被転写体１０に転写され、効率良くトナー画像９を被転写体１０に転写することが可能であり、また２次転写ローラ８は、被転写体１０との間隔を調節する機構を有すると共に表面に弾性体２２が設けられているから、どのような厚さの板状部材であっても、また、表面形状に多少の起伏があっても追従すると共にニップ圧の調節も可能であり、常に良好な印刷を実現することができる。そしてテンションローラ１１は、中間転写ベルト６のテンション調節機構と内部に中間転写ベルト６の冷却手段とが設けられているから、２次転写ローラ８と被転写体１０の間隔が調節されて変動してもテンションを一定に保つことができると共に、中間転写ベルト６上に残った溶融トナーが感光体１に付着するということも防止でき、また、メンテナンスも容易にできる板状部材の印刷装置を提供することが可能となる。

また、２次転写ローラ８における被転写体１０との間隔調節機構は、印刷装置に固定された軸３４に回転自在に設けられて駆動力伝達手段からの駆動力が伝達される駆動ギア３０と、２次転写ローラ８の軸３５における端に回転自在に設けられて駆動ギア３０と噛み合い、その軸３５と駆動ギア３０の軸３４とがアーム３３で結合された被駆動ギア３１と、アーム３３に取り付けられて２次転写ローラ８と被転写体１０との間隔を調節するアクチュエータ３２とで構成することにより、簡単な機構で２次転写ローラ８と被転写体１０との間隔を調節することができる。

本発明によれば、どのような厚さの被転写体であっても対応できると共に、転写ベルトに転写されたトナー画像を効率良く被転写体に転写することができる、板状部材の印刷装置を提供することができる。

本発明になる板状部材の印刷装置における実施例１の概略構成図である。本発明になる板状部材の印刷装置における２次転写ローラの構造概略を示した断面図である。本発明になる板状部材の印刷装置における２次転写ローラの被転写体との間隔調節機構の一例概略を示した図である。本発明になる板状部材の印刷装置における中間転写ベルトの蛇行防止機構概略を示した断面図である。本発明になる板状部材の印刷装置におけるテンションローラのテンション調節機構の一例概略を示した図である。ヒートローラと被転写体たる板状部材の温度による印刷状態をテストした結果を示したグラフである。本発明になる板状部材の印刷装置における実施例２の概略構成図である。

符号の説明

１感光体
２帯電器
３露光装置
４現像装置
５１次転写ローラ
６中間転写ベルト
７クリーナ
８２次転写ローラ
９トナー
１０被転写体
１１テンションローラ
１２クリーニング装置
１３搬送手段
１４吸引ボックス
１５駆動装置
１６溶融炉
１７プレヒータ

Claims

電子写真方式でトナー画像を形成する感光体と、該感光体上に形成されたトナー画像を１次転写し、板状の被転写体へ２次転写する中間転写体と、該中間転写体上に１次転写したトナー画像が前記２次転写位置へ至るタイミングに合わせて前記被転写体を搬送する手段とを有した板状部材の印刷装置において、
前記中間転写体は、少なくとも前記１次転写位置に設けられた１次転写ローラと前記２次転写位置に設けられた２次転写ローラと転写ベルトの張力を調節するテンションローラとに張架され、
前記２次転写ローラは内部にヒータと表面に所定厚みの弾性体と、前記被転写体との間隔を調節する機構とを有し、
前記テンションローラは、前記転写ベルトのテンション調節機構と内部に転写ベルトの冷却手段とが設けられ、前記転写ベルトに１次転写されたトナー画像を前記ヒータにより溶融して前記被転写体へ転写するようにしたことを特徴とする板状部材の印刷装置。
前記中間転写体は、ＳＵＳまたはポリイミドで構成されたベルト上にシリコンコーティングを施したことを特徴とする請求項１に記載した板状部材の印刷装置。
前記２次転写ローラ表面に設けられた弾性体は、シリコンゴムであることを特徴とする請求項１または２に記載した板状部材の印刷装置。
前記２次転写ローラにおける前記被転写体との間隔を調節する機構は、前記印刷装置に固定された軸に回転自在に設けられて駆動力伝達手段からの駆動力が伝達される駆動ギアと、２次転写ローラ軸端に回転自在に設けられて前記駆動ギアと噛み合い、前記２次転写ローラの軸と前記駆動ギアの軸とがアームで結合された被駆動ギアと、前記アームに取り付けられて前記２次転写ローラと前記被転写体との間隔を調節するアクチュエータとで構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載した板状部材の印刷装置。
前記トナーは樹脂トナーに金属粒子を含んで構成され、前記ヒータで樹脂トナーが溶融可能であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載した板状部材の印刷装置。
前記印刷装置は、前記２次転写位置下流に溶融炉を設け、前記被転写体に転写されたトナー中の金属を焼結させることを特徴とする請求項５に記載した板状部材の印刷装置。