JP2011126277A - 固形インク溶融アセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】画像生成機またはプリンタの処理量を高める。
【解決手段】相変化インク画像生成機の固形相変化インク溶融アセンブリ５１０は、複数の離間フィン５１２によるアレイ５１１であって、相変化インクのペレットＰを受け取るための上面５４１と、溶融インクを吐出するための底面５４３と、接触状態の前記固形片を溶融させるための溶融表面５４５とを画定するアレイ５１１と、前記複数のフィン５１２の間に該複数のフィン５１２との熱伝達接触状態で延在する数本の熱伝達手段５１３であって、該手段５１３を加熱するための加熱要素５２５を各々が含む熱伝達手段５１３とを包含する。
【選択図】図５

Description

本開示は、概ね画像生成機に、より詳しくは、固形相変化インク溶融アセンブリおよびこのようなアセンブリを含む画像生成機またはプリンタに関連するものである。

概して、相変化インク画像生成機またはプリンタは、周囲温度では固相であるが機械またはプリンタの高い動作温度では融解または溶融した液相で存在する（液滴またはジェットとして噴射される）相変化インクを使用する。このような高い動作温度において、融解した、つまり液相の相変化インクの小滴またはジェットは、プリンタのプリントヘッド手段から印刷媒体へ噴射される。このような噴射は、最終的画像受容基材に対して直接、または最終的画像受容媒体へ転写される前に像形成部材に対して間接的に行われる。いずれの場合も、インク液滴が印刷媒体の表面と接触すると、急速に凝固して、所定パターンの凝固インク液滴の形の画像を形成する。

高速相変化インク画像生成機またはプリンタなどの画像生成機１０が、図１に示されている。図１に示されているように、画像生成機１０は、方向１６に移動可能であって相変化インク画像が形成される画像形成表面１４を有する、ドラムの形で示された画像形成部材１２を含む。

図１に示すように、画像生成機１０は、固形の単色相変化インクの少なくとも一つの供給源２２を有する相変化インク送出サブシステム２０も含む。多色画像生成機では、インク送出サブシステム２０は、相変化インクの異なる４色ＣＹＭＫ（シアン、イエロー、マゼンタ、ブラック）を表す四つの供給源２２，２４，２６，２８など、いくつかの供給源を含むとよい。インク送出システムはまた、固形の相変化インクを液状物に溶融つまり相変化させてから、少なくとも一つのプリントヘッドアセンブリ３２を含むプリントヘッドシステム３０に液状物を供給するための溶融・制御装置３００（図２参照）を含む。相変化インク画像生成機１０は高速または高処理の多色画像生成機であるので、プリントヘッドシステム３０は、対応の供給源２２，２４，２６，２８から溶解インクを受け取る四つの独立したプリントヘッドアセンブリ３２，３４，３６，３８を含む。

さらに図１に示すように、画像生成機１０は、基材供給・操作システム４０を含む。機械または画像生成機１０の様々なサブシステム、部品、機能の操作および制御は、制御装置または電子制御サブシステム（ＥＳＳ）８０の補助で実施される。これらのシステムおよびサブシステムの詳細は、特許文献１に示されている。操作時には、生成される画像の画像データが、処理のためスキャンシステム７０などから制御装置８０へ送信され、プリントヘッドアセンブリ３２，３４，３６，３８へ出力される。該当色の固形の相変化インクが溶融されてプリントヘッドアセンブリへ送出され、表面１４に画像を形成する。

図２に示されているように溶融・制御装置３００は、溶融室３０６を画定する壁部３０４を備えるハウジング３０２を含む。各溶融・制御装置３００はまた、相変化固形インクの固形片を加熱して溶融させるため溶融室３０６に取り付けられた正温度係数（ＰＴＣ）加熱手段３１０を含む。各ハウジング３０２は、加熱手段３１０から送られた溶融した融解液状インクから不要な粒子を除去するためＰＴＣ加熱手段３１０の下に取り付けられたスクリーン手段３１４を含むとよい。

ＰＴＣ加熱手段３１０は、アルミニウムなどの導電性材料で製作されたフレームと、やはりアルミニウムなどの導電性材料で製作された一対の折畳みフィン３２６，３２８とを含む。折畳みフィン３２６，３２８は、固形片の相変化インクと接触してこれを溶融させる加熱・溶融表面エリアを設けるための加熱要素として作用する。一対の電極が折畳みフィン３２６，３２８を電源に接続する。折畳みフィンは、加熱表面エリアを増大させることでＰＴＣ加熱手段３１０の効率を最高にする一連の通路を、フィン折畳み部３３２の間に画定する。図２に示されているように、溶融した液状インクは、折畳みフィンから通路を通って、溶融・制御装置３００の下方に設けられた溶融液状インク保管・制御アセンブリ４０４へ重力で滴下する。

ここに開示されるように、相変化インク印刷プロセスは、固形の相変化インクの温度を上昇させてインクを溶融させ、溶解した液状の相変化インクにすることを含む。従来から、固形の相変化インクは、加熱された溶融装置へ送られる「スティック」、「ブロック」、「バー」、「ペレット」である。インクの相変化の要件のため、このタイプの画像生成機またはプリンタは、一般的には毎分あたりの印刷枚数（ＰＰＭ）が３０枚未満の速度で生産を行う低処理のものであると考えられている。相変化インク画像生成機の処理速度（ＰＰＭ）は、「スティック」、「ブロック」、「バー」、「ペレット」形状のものをどれだけ短時間で液状に溶融させるかに直接左右される。

米国特許第６，９０５，２０１号明細書

特に普通紙基材にカラー画像を形成する相変化インク画像生成機またはプリンタの処理量を高める必要が広く存在する。

本発明の相変化インク画像生成機の固形相変化インク溶融アセンブリは、複数の離間フィンによるアレイであって、相変化インクの固形片を受け取るための上面と、溶融インクを吐出するための底面と、接触状態の前記固形片を溶融させるための溶融表面とを画定するアレイと、前記複数のフィンの間に該複数のフィンとの熱伝達接触状態で延在する数本の熱伝達手段であって、該手段を加熱するための加熱要素を各々が含む熱伝達手段と、包含することを特徴とする。

本発明の固形相変化インク溶融アセンブリにおいて、前記複数のフィンのうち少なくとも２枚が、前記アレイ内で実質的に平行である実質的に平坦なプレートであることとしても好適である。

本発明の固形相変化インク溶融アセンブリにおいて、前記複数のフィンのうち少なくとも２枚が、前記上面の上端と前記底面の底端とを有する実質的に平坦なプレートであり、溶融インクのための滴下点を形成する少なくとも一つの頂点を前記底端が画定することとしても好適である。

本発明の固形相変化インク溶融アセンブリにおいて、前記複数の離間フィンの各々が少なくとも一つの開口部を画定し、前記フィンの前記開口部が前記アレイ内に配列され、数本の熱伝達手段の各々が、前記複数のフィンの前記少なくとも一つの開口部のうち対応するものの中に延在することとしても好適である。

本発明は、画像生成機またはプリンタの処理量を高めることができるという効果を奏する。

ここに開示される固形相変化インク溶融アセンブリを取り入れた高速相変化インク画像生成機またはプリンタの垂直方向概略図である。 米国特許第６，９０５，２０１号に代表される先行技術の固形相変化インク溶融装置の部分的に分解された斜視図である。 ここに開示される一実施形態による固形インク溶融アセンブリの正面斜視図である。 図３に示された固形インク溶融アセンブリの背面図斜視図である。 固形インク溶融装置の一実施形態に取り付けられた、図３に示された固形インク溶融アセンブリの側面図である。 図３に示された固形インク溶融アセンブリの一部分の拡大上面図である。 図３に示された固形インク溶融アセンブリに組み込まれるフィンの正面図である。 図７に示されたフィンの底面図である。

本発明の一実施形態は、固形インク溶融アセンブリは、複数の離間フィンによるアレイを包含し、数本の熱伝達要素が複数のフィンの間を通っている。固形インクペレットがアレイの上面に載置され、熱伝達要素によってアレイが加熱されるとフィンによって溶融される。一実施形態では、フィンは、アレイの上面を画定する上端を備える実質的に平坦なプレートの形である。フィンの反対側の底端は、いくつかの滴下点を画定するような構造を持つ。一実施形態において、フィンの溶融表面で溶融する固形インクがいくつかの滴下点までフィンの底端に沿うように、滴下点は三角形の頂点の形である。

相変化インク画像生成機の固形相変化インク溶融アセンブリは、複数の離間フィンによるアレイを包含し、アレイは、相変化インクの固形片を受け取るための上面と、溶融したインクを吐出するための底面と、接触状態にある固形片を溶融させるための両側溶融表面とを画定する。アセンブリはさらに、複数のフィンの間に延在してこれと熱伝達接触状態にある数本の熱伝達手段を包含し、熱伝達手段は、この手段を加熱するための加熱要素を含む。一実施形態において、フィンは、相変化インクの固形片の最大寸法とほぼ等しい距離だけ離間した実質的に平坦な平行プレートの形である。フィンの底端は、溶融した相変化インクの滴下点として機能する複数の頂点を画定する。

別の実施形態において、相変化インク画像生成機は、（ａ）画像生成機のサブシステムおよび部品のすべての動作を制御するための制御サブシステムと、（ｂ）画像形成表面を有する可動画像形成部材と、（ｃ）溶融した融解液状の相変化インクの液滴を画像形成表面に噴射して画像を形成するため制御サブシステムに接続されたプリントヘッドシステムと、（ｄ）加熱および溶融される相変化インクの固形片を供給するための少なくとも一つのインク供給源と、（ｅ）相変化インクの固形片を加熱して溶融させて溶融した融解液状インクにするため少なくとも一つのインク供給源と関連する溶融アセンブリであって、複数の離間フィンによるアレイであって、相変化インクの固形片を受け取るための上面と、溶融インクを吐出するための底面と、接触状態にある固形片を溶融させるための両側溶融表面とを画定するアレイと、複数のフィンの間に延在するとともに複数のフィンとの熱伝達接触状態にある数本の熱伝達手段であって、手段を加熱するための加熱要素を含む熱伝達手段と、含む溶融アセンブリと、を包含する。

以下、図面を参照しながら実施形態について詳細に説明する。図５に示すように、一実施形態において、固形インク溶融装置５００は、固形または相変化インク溶融アセンブリ５１０を含む。図３から図５に示されているように、固形インク溶融アセンブリ５１０は複数の離間フィン５１２によるアレイ５１１を含む。数本の熱伝達手段５１３が、フィン５１２のアレイの間を通っている。固形インク溶融アセンブリ５１０が加熱された時に離間フィン５１２に熱が伝えられるように、熱伝達手段５１３はフィン５１２との熱伝達接触状態にある。

図５に示されているように、フィン５１２のアレイ５１１は、供給された固形インクペレットＰが載る上面５４１を画定する。ペレットＰは、固形インク溶融装置５００の送りホッパ５３０により、上面へ導入されてここに収容される。図６に示すように、一実施形態では、フィン５１２は、個々のペレットＰの外形寸法と少なくとも等しい間隙距離ｄだけそれぞれ離間している。例えば特定の一実施形態では、ペレットＰは０．９±０．３ｍｍの直径を持つ概ね球形でよい。加熱されたフィン５１２の間をすべてのペレットＰが通過できるように、間隙距離ｄは最大寸法つまり１．２ｍｍの最大ペレット直径と少なくとも等しい。一実施形態では、間隙距離ｄは、ペレットＰの最大寸法と等しいかわずかだけ大きい。所定の溶融流量を達成するように、間隙距離ｄはペレットＰのサイズに関連して最適化されるとよい。例えば、２８％の被覆率で印刷速度を維持するため２１０ｇ／分の溶融流量を達成するように、間隙距離ｄがペレットＰのサイズに合わせて較正されるとよい。

図７から図８に示されているように、各フィン５１２は実質的に平坦で概ね矩形のプレートの形である。プレート状のフィン５１２の上端５４０は実質的に平坦であるのに対して、底端５４２はいくつかの滴下点５４４を画定する。図７に示されているように、これらの滴下点は、実質的に三角形で頂点を形成する。固形インクペレットがアレイ５１１へ導入されると、ペレットＰが離間するフィン５１２の間に落下して、プレート状のフィン５１２の表裏の溶融表面５４５と接触する。インクが表面で溶融すると、重力によって溶融インクが底端５４２に向かって流れる。表面張力によって、滴下インクは頂点または滴下点まで底端５４２に沿って進む。充分な溶融インクが滴下点５４４に集まると、インク液滴が形成されて、固形インク溶融アセンブリ５１０の底面５４３の下の図５に示す溶融インク容器５３５へ滴下する。溶融インクは次に、バルブアレイ５３７によって従来方法でプリントヘッドへ送られる。

プレート状のフィン５１２は、対応する数の熱伝達手段５１３を収容するいくつかの開口部を画定する。熱伝達手段５１３は、アレイ５１１のフィン５１２を加熱することで、固形インクペレットを溶融させるのに充分に溶融表面５４５の温度を上昇させるように作動可能である。図３から図５に示されているように、このような熱伝達手段５１３が四つ設けられている。各熱伝達手段５１３は、アレイ５１１の間に延在する管形体５１４を含む。取付プレート５１６はアレイ５１１の側面に位置し、管形体５１４と嵌合してこれを支持するための取付フランジ５１７を含む。一実施形態において、管形体５１４は、ヒータボア５２０と、ヒータボア５２０の下でこれと平行に延在するセンサボア５２２とを画定する。ヒータボア５２０は、閉ループ制御の加熱カートリッジまたはサーミスタの形である加熱要素５２５を収容するような構造を持つ。要素に通電されると、ヒータボア５２０へ伝導される熱を発生させる。この熱が次にフィン５１２へ伝達されて溶融表面５４５を加熱する。

センサボア５２２は、熱電対などの温度センサ５２７を収容するような構造を持つ。一実施形態において、ヒータボア５２０内の温度の正確な測定をセンサが行うことができるように、センサボア５２２は、ヒータボア５２０と一体的であるか直接連通状態であってもよい。温度センサ５２７は、ＰＩＤ（比例積分微分）制御装置（不図示）である加熱要素５２５のための閉ループ制御装置に一体化されてもよい。加熱要素５２５およびセンサ５２７は、固形インクペレットの最適な溶融に適した温度を維持するように構成されている。一実施形態において、この加熱要素は約１２０℃の温度に制御されている。あるインクについては、溶融インクの変色を招くかもしれない約１３５℃など所定値を、溶融温度が超えるべきではない。制御装置は、所望の温度を維持して最高許容温度を超えないように較正されるとよい。

熱伝達手段５１３は、加熱された管形体５１４とフィン５１２との間の密着接触に頼っている。ゆえにプレート状のフィン５１２は、管形体５１４の形態に対応する複数の開口部を画定する。こうして、図７に示されているように、第１部分つまり加熱管開口部５４６と、連続する第２部分つまりセンサ管開口部５４７とをプレート状のフィン５１２が画定する。開口部は、管形体５１４とフィン５１２との間のプレス嵌めに合ったサイズである。管形体５１４の円管形に対応するように、開口部５４６，５４７は円形である。

複数の熱伝達手段５１３にフィン５１２が組み付けられるか重ねられる際にフィン５１２の間の間隔距離ｄを維持するため、フィン５１２にはスペーサ５１８が設けられている。図７に示されているように、スペーサ５１８は加熱管開口部の周縁部に沿っている。図示された実施形態では、開口部が滴下点５４４に近接しているため、センサ管開口部５４７の周縁部にはスペーサが延在していない。

一実施形態において、最適な熱伝達のためフィン５１２および管形体５１４はアルミニウムで形成される。アレイ５１１内での「冷点」を回避するため、スペーサ５１８もアルミニウムなどの熱伝達材料で形成されるとよい。固形インク溶融アセンブリ５１０の動作温度に耐え得る従来方法では、スペーサ５１８がプレート状のフィン５１２の溶融表面５４５に接着されるとよい。フィン５１２は約１ｍｍの厚さｔ_１を有するのに対して、スペーサ５１８は約１．２ｍｍの厚さｔ_２を有する。上述したようにスペーサ５１８の厚さは、所望の間隙距離ｄによって決められる。

固形インク溶融アセンブリ５１０のアレイ５１１では、小さなパッケージに極めて広い溶融表面エリアが設けられる。一実施形態では、アレイ５１１全体と固形インク溶融アセンブリ５１０とが１２５×１２５ｍｍのエリアに嵌着するように、フィン５１２は長さが約１２０ｍｍ、幅が約２５ｍｍである。図示された実施形態のフィン５１２のワット密度は、約３ワット／インチ^２である。各熱伝達手段５１３は、約５２ワット／インチ^２を発生させる。一実施形態では、アレイ５１１は四つの熱伝達手段５１３に押入された６２枚のフィン５１２を含む。この形態では、合計１８００ワットを発生させて約２２０グラム／分の溶融インク流量を達成することが可能である。

スペースの制約、固形インクの溶融特徴、そして所望の流量に関連してアレイ５１１のサイズを調節することが考えられる。ある実施形態では、アレイ５１１がほぼ６２枚のフィン５１２を必要としてもよい。固形インク溶融アセンブリ５１０のフィン形態は装置の構造を単純化して、所望数のフィン５１２を管形体５１４へ押入するだけで簡単な変形を可能にする。さらに、フィン５１２には四つの熱伝達手段５１３が組み込まれるとよいが、四つすべての熱伝達手段５１３が固形インク溶融アセンブリ５１０に組み込まれるか起動される必要があるわけではない。

図示された実施形態では、管形体５１４が伝導により加熱されるように、加熱要素５２５が管形体５１４と直接接触状態にある。伝導経路を強化するため、加熱要素と管形体の内側との間にサーマルグリースが塗布されてもよい。

上述した様々な特徴および機能とともに、他の特徴および機能あるいはその代替例が他の多様なシステムまたは用途に組み込まれることが望ましいことが認知されるだろう。やはり以下の請求項に包含されると考えられる現時点では予見または予測されていない様々な代替例、変形例、変更、または改良が当該技術の当業者によって後に行われてもよい。

例えば、上述したアレイ５１１のフィン５１２は概ね矩形の平坦プレートとしての構造を持つ。しかし、プレートの形態は、特定の印刷機におけるスペース要件に従って変化する。ゆえに、アレイ５１１のプレート状のフィン５１２が適切な間隔を置いて概ね平行であるならば、フィン５１２が湾曲していてもジグザグ形態を取り入れてもよい。さらに、上面５４１において、より詳しくは相変化ペレットが投与される表面部分において均一な温度を保証するため、所与のアレイ５１１のプレート状のフィン５１２が異なる形態を持ってもよい。

同様に、アレイ５１１を適切な溶融温度まで加熱できるならば、熱伝達手段５１３が変形されてもよい。こうして、上述した加熱要素５２５は伝導による熱伝達に頼っているが、ヒータボア５２０の内部での対流による熱伝達のための構造を加熱要素が持ってもよく、ただし、このアプローチでは、フィン５１２で最適溶融温度を発生させるためのエネルギー要件が高くなる。また別の代替例では、加熱要素の代わりにヒータボアを流れる高温の熱伝達流体が使用されてもよい。アレイ５１１の溶融表面の温度を上昇させることのできる他の手段も考えられる。

１０ 画像生成機、１２ 画像形成部材、１４ 画像形成表面、１６ 方向、２０ インク送出サブシステム、２２，２４，２６，２８ 供給源、３０ プリントヘッドシステム、３２，３４，３６，３８ プリントヘッドアセンブリ、４０ 基材供給・操作システム、７０ スキャンシステム、８０ 制御装置、３００ 溶融・制御装置、３０２ ハウジング、３０４ 壁部、３０６ 溶融室、３１０ 加熱手段、３１４ スクリーン手段、３２６，３２８ フィン、３３２ フィン折畳み部、４０４ 溶融液状インク保管・制御アセンブリ、５００ 固形インク溶融装置、５１０ 固形インク溶融アセンブリ、５１１ アレイ、５１２ フィン、５１３ 熱伝達手段、５１４ 管形体、５１６ 取付プレート、５１７ 取付フランジ、５１８ スペーサ、５２０ ヒータボア、５２２ センサボア、５２５ 加熱要素、５２７ 温度センサ、５３０ ホッパ、５３５ 溶融インク容器、５３７ バルブアレイ、５４０ 上端、５４１ 上面、５４２ 底端、５４３ 底面、５４４ 滴下点、５４５ 溶融表面、５４６ 加熱管開口部、５４７ センサ管開口部。

Claims (4)

1. 相変化インク画像生成機の固形相変化インク溶融アセンブリであって、
   複数の離間フィンによるアレイであって、相変化インクの固形片を受け取るための上面と、溶融インクを吐出するための底面と、接触状態の前記固形片を溶融させるための溶融表面とを画定するアレイと、
   前記複数のフィンの間に該複数のフィンとの熱伝達接触状態で延在する数本の熱伝達手段であって、該手段を加熱するための加熱要素を各々が含む熱伝達手段と、
   を包含する、固形相変化インク溶融アセンブリ。
2. 前記複数のフィンのうち少なくとも２枚が、前記アレイ内で実質的に平行である実質的に平坦なプレートである、請求項１に記載の溶融アセンブリ。
3. 前記複数のフィンのうち少なくとも２枚が、前記上面の上端と前記底面の底端とを有する実質的に平坦なプレートであり、溶融インクのための滴下点を形成する少なくとも一つの頂点を前記底端が画定する、請求項１に記載の溶融アセンブリ。
4. 前記複数の離間フィンの各々が少なくとも一つの開口部を画定し、前記フィンの前記開口部が前記アレイ内に配列され、
   数本の熱伝達手段の各々が、前記複数のフィンの前記少なくとも一つの開口部のうち対応するものの中に延在する、
   請求項１に記載の溶融アセンブリ。

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