JP2006103325A - 温度制御されたシート支持プレートを有するシート処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シート支持プレートを直ちにその作動温度に至らせることができるシート処理装置を提供する。
【解決手段】シート処理装置であって、第１の熱容量を有する熱伝導材料から作られるシート支持プレート１４を備え、前記プレートは、プレート１４の上面４２を画定する上端壁３６とプレートの下面を画定する下端壁３８との間に形成された少なくとも１つのキャビティ３４を有し、シート処理装置はさらに、前記キャビティ３４を通じて温度制御流体を循環させるための循環システムを含む温度制御システムを備え、キャビティ３４は、押しのけ体４６を収容し、この押しのけ体４６は、前記上端壁および下端壁３６、３８から離間され、且つ前記第１の熱容量よりも少ない第２の熱容量を有する材料から作られる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、シート処理装置に関し、このシート処理装置は、第１の熱容量を有する熱伝導材料から作られるシート支持プレートを備え、前記シート処理プレートは、プレートの上面を画定する上端壁とプレートの下面を画定する下端壁との間に形成された少なくとも１つのキャビティを有し、前記シート処理装置はさらに、前記キャビティを通じて温度制御流体を循環させるための循環システムを含む温度制御システムを備える。

コピーおよび印刷産業においては、画像受けシートを支持すると同時にその画像受けシートの温度を制御するために、温度制御されたシート支持プレートが頻繁に使用される。例えば、ホットメルトインクジェットプリンタにおいて、シート、例えば１枚の紙は、画像が印刷される間、シート支持プレート上にわたって進められる。室温では、ホットメルトインクは固体であり、したがって、インクが紙上に噴出される前に、プリンタ内でインクをその融点を越えるまで加熱する必要がある。紙上に噴出されたインク滴は、多かれ少なかれ、インクが固まる前に広がる傾向がある。適切で一定の大きさのインク滴の広がりを得るためには、インクが適切な速度で冷えるように、シート支持プレートの温度したがって紙の温度を制御しなければならない。

印刷プロセスの最初の段階においては、新たなシートが供給された場合、シートを加熱して適切な作動温度に維持することが一般に望ましい。しかしながら、印刷プロセスの更なる過程では、紙上で固まるインクの熱を放散する必要がある。そのため、プレートのキャビティ内に例えば液体等の温度制御流体を流通させて、プレートの温度を制御しても良い。

また、良好な印刷品質を得るためには、少なくとも画像が印刷される領域で、シート支持プレートの表面が完全に平坦でなければならない。したがって、支持プレートは、それが機械的応力または熱応力下で曲がらないように、十分な強度を有していなければならない。結果として、プレートは、一定の最小厚さを有していなければならず、このことは、特定の最小容量のキャビティを意味している。

電力消費を理由に、プリンタは、一定の時間作動していない時に、いわゆるスリープモードに入る必要があり、また、スリープモードにおいては、特に、シート支持プレートのための加熱システムがオフに切り換えられる。その結果、新たな画像が印刷される場合には、シート支持プレートがその作動温度に加熱されるまで一定の時間を要する。

本発明の目的は、シート支持プレートを直ちにその作動温度に至らせることができるシート処理装置を提供することである。

本発明において、この目的は、前述したタイプのシート処理装置であって、キャビティが、押しのけ体を収容し、この押しのけ体は、キャビティの上端壁から離間され、且つプレートの材料の前記第１の熱容量よりも少ない第２の熱容量を有する材料から作られる、シート処理装置によって達成される。

押しのけ体は、キャビティの有効容積を減少させるが、その小さな熱容量により、プレートの全体の熱容量を著しくは増大させない。その結果、キャビティを満たすために必要な温度制御流体の量が減少され、結果として、流体したがってプレートをその作動温度まで加熱させるために必要な時間および／または加熱電力が少なくなる。

更なる利点として、キャビティを通過する流体の流れにおけるレイノルズ数が増大し、結果として、流体とプレートとの間の熱交換が向上する。

本発明の有用な詳細内容および更なる発展が、従属請求項に記載されている。

押しのけ体が、キャビティの上端壁および下端壁の両方から離間されている場合、流体は、キャビティの上端壁および下端壁の両方の近傍の中空の空間を通じて循環することができ、それにより、プレートの上面および下面を常に同じ温度に維持することができるとともに、プレートの熱変形が防止される。

好ましい実施形態において、シート支持プレートは、複数の細長いキャビティを有し、複数の細長いキャビティは、プレートを貫通して平行に延び、且つ離間した壁によって分離される。これにより、プレートの高い剛性が確保される。プレートの上面をプレートの下面に設けられた吸引チャンバに対して接続する貫通穴を、離間した壁に形成し、それにより、シートをプレートの上面に対して吸引できるようにしても良い。これにより、特に画像が形成される領域において完全に平坦なシート形状が確保されると同時に、シートとプレートとの間の良好な熱接触が確保される。

この場合、押しのけ体は、各キャビティ内に挿入され且つ押出成形された輪郭等として簡単に製造できる、ポリスチレン等の合成樹脂から作られるバーによって簡単に形成されても良い。好ましくは、押しのけ体が、プレートの離間した壁と接触され、それにより、各キャビティが２つの通路に分割される。これらの２つの通路は、プレートの上面および下面の近傍にそれぞれ延び、互いに接続されるとともに、キャビティの各端部で循環システムに接続されるだけである。

本発明の更なる発展において、押しのけ体は、プレートの作動温度付近の転移温度で比較的高い潜熱により相転移を示す材料から作られていても良い。例えば、転移は、液体状態と、結晶、半結晶、あるいは無定形固体状態との間の転移であっても良い。したがって、プレートの温度が転移温度を超えると、押しのけ体または押しのけ体の少なくとも一部が、潜熱の吸収をともなって溶融し、プレートの温度は作動温度に戻される。その逆に、温度が転移温度を下回ると、押しのけ体が凝固して潜熱を解放する。そのため、作動温度でプレートの温度が安定化する。

特に好ましい実施形態において、押しのけ体の材料の少なくとも一部は、プレートがその作動温度を有している時に、高温状態、例えば溶融状態にある。その後、プリンタがスリープモードに入り、プレートのための加熱システム、すなわち温度制御流体を加熱する加熱システムがオフに切り換えられると、押しのけ体がその潜熱を解放して、プレートの冷却が遅らされる。その結果、短い間隔でプリンタが再び作動されると、プレートは依然として高温を有し、わずかなエネルギ消費量で作動温度を直ちに回復させることができる。

ここで、図面と併せて、本発明の好ましい実施形態を説明する。

図１に示されるように、ホットメルトインクジェットプリンタは、シート１２、例えば１枚の紙を、シート支持プレート１４の上面にわたって矢印Ａで示される方向に進めるために、断続的に回転駆動されるプラテン１０を備えている。多数の搬送ローラ１６が、カバープレート１８に回転可能に支持されて、プラテン１０と共に搬送ニップを形成しており、これにより、ガイドプレート２０を介してリール（図示せず）から供給されるシート１２は、カバープレート１８の端部とシート支持プレート１４の表面との間に形成された隙間を通じて繰り出される。

シート支持プレート１４の上側には、多数のインクジェット印刷ヘッド（図示せず）を有するキャリッジ２２が、シート１２を横切って矢印Ｂの方向で往復動するように装着されている。キャリッジ２２の各通過で、印刷ヘッドに対して供給される画像情報にしたがって、ホットメルトインク滴をシート上に射出する印刷ヘッドにより、多数のピクセルラインがシート１２上に印刷される。簡単化のため、キャリッジ２２のためのガイドおよび駆動手段、印刷ヘッドのためのインク供給ラインおよびデータ供給ライン等は、図面に示さなかった。

シート支持プレート１４の上面は、規則的なパターンの吸引口２４を有しており、これらの吸引口は、プレートを貫通して、プレート１４の下側部分に形成された吸引チャンバ２６内へと開口している。吸引チャンバは、吸引チャンバ内に減圧を形成するブロワ２８に接続されており、これにより、エアーが吸引口２４を通じて引き込まれる。その結果、シート１２は、支持プレート１４の平面に対して吸引され、特にキャリッジ２２によって走査される領域において平坦な状態に保持され、これにより、シートの全幅にわたって印刷ヘッドのノズルとシート１２の表面との間の距離が一定に確保されて、高い印刷品質を得ることができる。

印刷ヘッドのノズルから射出される溶融インク滴は、１００℃以上の温度を有しており、それがシート１２上に堆積された後に冷えて固まる。したがって、画像が印刷される間、インクの熱は、十分な速度で放散されなければならない。一方、画像形成プロセスの初期段階において、シート１２の温度はあまり低すぎてはいけない。これは、シートの温度が低すぎると、シート１２上のインク滴が急速に冷却されてしまい、インク滴が広がることができる十分な時間が得られなくなるからである。このため、シート１２の温度は、温度制御流体、好ましくは液体をプレート１４にわたって循環させる温度制御システム３０により、シート支持プレート１４を介して制御される。温度制御システムは、プレート１４の両端部に接続されるチューブ３２を有する循環システムを含んでいる。一方のチューブは、温度に応じた液体の容積変化を吸収するためのガスバッファを収容する拡張容器３３を貫通している。容易に理解できるように、温度制御システム３０は、流体の温度を制御するために、ヒータと、温度センサと、ヒートシンク等を有しているとともに、図２を参照して以下に詳細に説明するように、シート支持プレート１４の内部を通じて流体を循環させるため、ポンプまたは他の変位手段を有している。

図２に断面で示されたシート支持プレート１４は、比較的高い熱伝導率および比較的高い熱容量を有する金属等の材料から作られる。プレート１４の内部には、適当なマニホールドを介してチューブ３２に接続されているプレート１４の両端部間に、互いに平行に延び且つキャリッジ２２の変位方向（Ｂ）と平行に延びるように、多数の細長いキャビティ３４が形成されている。各キャビティ３４は、上端壁３６と、下端壁３８と、２つの離間した壁４０とによって範囲が定められている。複数の上端壁３６は、協働して、完全に平坦となるように機械加工されるプレート１４の上面４２を形成している。隣り合うキャビティ３４を画定する２つの離間した一対の壁のそれぞれの間には、中空の空間４４が形成されており、この中空の空間を介して、吸引口２４が吸引チャンバ２６内へと貫通している。

図２に更に示されるように、各キャビティ３４内には、中間の高さに、矩形断面を有する棒状の押しのけ体４６が挿入されており、これにより、各キャビティは、その全長にわたって、２つの別個の通路４８、５０に分割されるとともに、キャビティ３４の有効容積が十分に減少されている。押しのけ体４６は、例えばポリスチレンから作られており、いずれにしてもプレート１４の材料の熱容量よりも十分に低い熱容量を有している。したがって、押しのけ体４６は、シート支持プレート１４の全体の熱容量を実質的に増大させず、したがって、プレート１４を所定の温度まで加熱させるために必要な時間およびエネルギの量を増大させない。一方、キャビティ３４の容量が減少されるため、比較的少ない量の温度制御流体で、十分にチャネル４８、５０全体を満たすことができ、この減少された量の流体を加熱しあるいは冷却するだけで、プレート１４の温度を制御することができる。また、キャビティ３４の断面積が、通路４８、５０の断面積まで減少されるため、流体の所定の体積流量におけるレイノルズ数が増大され、これにより、流体とプレート１４の壁との間の熱交換効率が高まる。

押しのけ体４６は、例えば接着剤によってキャビティ３４内の所定の位置に保持されても良い。変形例として、プレート１４の輪郭を変更して、押しのけ体４６を案内して支持するためのリブが、離間した壁４０に設けられるようにしても良い。更に他の変形例においては、棒状の押しのけ体４６の端部だけが、プレート１４の両端でマニホールドの所定位置に保持されても良い。

流体が、各キャビティ３４の通路４８、５０を通じて同じ方向に流れ、それにより、キャビティの下端壁３８の温度が、常に上端壁３６の温度と等しくなり、熱膨張差に起因してプレート１４が全体として曲がらないようになることが好ましい。

変形実施形態においては、隣接するキャビティ３４内の流体を反対方向に流すことにより、プレート１４の長手方向（矢印Ｂ）で可能な温度勾配を最小限に抑える、更に複雑な循環システムが使用されても良い。この場合には、キャビティ３４の一端で通路４８、５０を互いに接続するとともに、これらの２つの通路を他端で異なるチューブ３２に接続することにより、各キャビティ３４内で流体を逆流させて循環させるが、隣り合うキャビティにおいては流れ方向を逆にして循環させるようにすることもできる。

プリンタがオンに切り換えられると、温度制御システム３０に組み込まれたヒータが流体を加熱し、プレート１４がその作動温度、すなわち紙上に射出されたホットメルトインク滴に適した冷却速度を確保する温度に達するまで、流体が通路４８、５０を通じて循環される。加熱される流体の量がわずかであるため、短い時間で且つ少ない電力消費量で必要な作動温度に達することができる。

印刷プロセスが続くにつれて、シート上に堆積されたインクによってシート１２およびプレート１４が加熱され、プレート１４の温度を一定に維持するために、温度制御システム３０が、加熱モードから温度制御モードへと切り換わる。キャビティ３４を通じて循環する流体の少なくとも半分が、キャビティの下端壁３８の近傍の通路５０を通過させられるため、吸引チャンバ２６に晒されるこれらの下端壁３８が、流体の温度が許容限界値を超えて高くなることを防止するヒートシンクとして効果的に使用されても良い。また、わずかな量の流体は、自動調温制御における応答時間を短縮する。

図３は、シート支持プレート１４の変更された実施形態を示している。この実施形態においては、キャビティ３４内の押しのけ体４６’が中空体であり、この中空体は、特定の転移点または転移温度範囲において、潜熱の解放により高温相５２ｂと低温相５２ａとの間での転移をきたす、例えばワックス等の材料５２ａ、５２ｂを封入している。転移点または範囲は、プレート１４の作動温度に等しくあるいは近い。プレート１４の作動状態に対応する図３に示される状態においては、押しのけ体４６’内に収容された材料の一部だけが、低温相５２ａであり固体状のコアを形成しており、一方、残りの材料が、溶融状態すなわち高温相５２ｂとなっている。

図４には、材料５２ａ、５２ｂの温度Ｔが、所定の量のこの材料の熱容量Ｑの関数として示されている。図示のように、Ｔ_１からＴ_２の狭い転移温度範囲内では、相転移の潜熱に対応して熱容量がＱ_１からＱ_２へと大幅に増大する。その結果、材料５２ａ、５２ｂの温度とともにプレート１４の温度を、Ｔ_１からＴ_２の範囲で、すなわち、作動温度で容易に安定させることができる。

プリンタがスリープモードに入り、温度制御システム３０のヒータがオフに切り換えられると、溶融相５２ｂを犠牲にしてコア５２ａが成長して、潜熱が解放され、それにより、プレート１４が、長い時間にわたってその作動温度を実質的に保持する。この時間が経過する前にプリンタが再び作動すると、プレート１４は依然としてその作動温度を有しているため、印刷プロセスを直ちに開始することができる。スリープモードが長い間継続する場合には、温度がＴ_１よりも降下するが、ヒータが再びＯＮに切り換えられると、わずかな量の熱を供給するだけで、温度Ｔ_１したがって作動温度を急速に回復させることができる。

より大まかに言えば、ここで提案されているものは、シート支持プレート１４と、シート支持プレート１４を所定の作動温度まで加熱してその温度で維持する加熱および温度制御手段３０と、シート支持プレート１４内に組み込まれたバッファ体４６’とを備える、紙処理装置であって、所定の温度点あるいは作動温度またはその近傍における所定の温度範囲Ｔ_１からＴ_２内で、潜熱の解放により高温相５２ｂから低温相５２ａへと相転移をきたす材料５２ａ、５２ｂをバッファ体が収容している、紙処理装置である。

ホットメルトインクジェットプリンタの概略斜視図である。 図１に示されるプリンタのシート支持プレートの部分断面図である。 変更された実施形態に係るシート支持プレートの部分断面図である。 図３に示されるプレートで使用される材料における温度／熱−図である。

符号の説明

１０ プラテン
１２ シート
１４ シート支持プレート
１６ 搬送ローラ
１８ カバープレート
２０ ガイドプレート
２２ キャリッジ
２４ 吸引口
２６ 吸引チャンバ
２８ ブロワ
３０ 温度制御システム
３２ チューブ
３３ 拡張容器
３４ キャビティ
３６ 上端壁
３８ 下端壁
４０ 壁
４２ 上面
４４ 中空の空間
４６、４６’ 押しのけ体
４８、５０ 通路
５２ａ 低温相
５２ｂ 高温相

Claims (8)

1. 第１の熱容量を有する熱伝導材料から作られるシート支持プレート（１４）を備えるシート処理装置であり、前記シート支持プレートが、シート支持プレート（１４）の上面（４２）を画定する上端壁（３６）とシート処理プレートの下面を画定する下端壁（３８）との間に形成された少なくとも１つのキャビティ（３４）を有し、前記シート処理装置がさらに、前記キャビティ（３４）を通じて温度制御流体を循環させるための循環システム（３２）を含む温度制御システム（３０）を備え、キャビティ（３４）が、押しのけ体（４６、４６’）を収容し、該押しのけ体（４６、４６’）が、前記上端壁（３６）から離間され、且つ前記第１の熱容量よりも少ない第２の熱容量を有する材料から作られることを特徴とする、シート処理装置。
2. 前記押しのけ体（４６）が、キャビティ（３４）の下端壁（３８）からも離間されている、請求項１に記載のシート処理装置。
3. 前記押しのけ体（４６）が、合成樹脂から作られる、請求項１または２に記載のシート処理装置。
4. 前記押しのけ体（４６）が、ポリスチレンから作られる、請求項３に記載のシート処理装置。
5. 複数のキャビティ（３４）を備え、該複数のキャビティ（３４）が、互いに平行に配置され、且つ前記第１の熱容量を有する前記材料の離間した壁（４６）によって分離される、請求項１から４のいずれか一項に記載のシート処理装置。
6. シート支持プレート（１４）が、吸引口（２４）を備え、該吸引口（２４）が、プレートの上面（４２）から下面へと貫通し、且つ離間した壁（４０）によってキャビティ（３４）から離間される、請求項５に記載のシート処理装置。
7. 押しのけ体（４６’）が、所定の温度であるいは所定の温度範囲（Ｔ_１からＴ_２）内で、潜熱の解放により高温相（５２ｂ）から低温相（５２ａ）への相転移をきたす材料（５２ａ、５２ｂ）を含んでいる、請求項１から６のいずれか一項に記載のシート処理装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のシート処理装置を備える、ホットメルトインクジェットプリンタ。

Images