JP2019209602A - 熱圧着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】媒体のサイズや厚みが途中で変わった場合でもメディアセンサによらずにメディアの有無を正しく判定できる熱圧着装置を提供する。【解決手段】メディアを挟持搬送しながら熱圧着する熱圧着装置において、前記メディアを加熱する加熱手段と、前記加熱手段の加熱温度が所定の温度となるように該加熱手段を駆動する駆動手段と、前記駆動手段の駆動出力の状態に基づいて前記メディアの有無を判定する判定手段とを有する熱圧着装置。【選択図】 図８

Description

本発明は、本発明は、熱反応性のラミネートフィルムにシート状媒体を挟んで熱圧着によりラミネートするラミネート装置等の熱圧着装置に関するものである。

従来から、印刷データの作成および編集を行うためのアプリケーションプログラムは、写真、図形、テキストなどの複数のオブジェクトを印刷面上にレイアウトする機能を有している。

一般的に、ラミネートフィルムによりシート状媒体を熱圧着する熱圧着装置においては、ヒータの温度を温度センサで監視しながらその温度を一定に保つようにヒータの出力を制御している。

一方、このような熱圧着装置においては、シート状媒体がラミネートフィルムに挟まれた状態のメディアの有無を、メディアセンサを用いて検知するのが一般的である。

しかし、メディアセンサを用いるとコストアップに繋がるため、メディアセンサを用いずにメディアを検知する方法として特許文献１では、熱圧着装置のヒータの温度を監視する温度センサが所定の閾値を超える温度変化を検知したかどうかで、メディアの有無を判別する方法が提案されている。これは、メディアが入ってきた場合にメディアによってヒータの熱が奪われてヒータの温度が下がり、また、メディアが出ていくとメディアによってヒータの熱が奪われなくなるためヒータの温度が上がるので、これを温度センサで検知することで、メディアの有無を判別するものである。

特開平１０−７４０１６号公報

熱圧着装置のヒータの温度を監視する温度センサが検知する温度変化によってメディアの有無を判別しようとする場合、ラミネートフィルムに挟まれた媒体のサイズや厚みが途中で変化すると、ヒータから奪われる熱量も変化して温度センサが検知するヒータの温度変化が閾値を超えてしまう場合があり、それをメディアの有無と誤判別してしまう問題があった。

本発明は、以上の事情に鑑みなされたもので、媒体のサイズや厚みが途中で変わった場合でもメディアセンサによらずにメディアの有無を正しく判定できる熱圧着装置を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために本発明は、メディアを挟持搬送しながら熱圧着する熱圧着装置において、前記メディアを加熱する加熱手段と、前記加熱手段の加熱温度が所定の温度となるように該加熱手段を駆動する駆動手段と、前記駆動手段の駆動出力の状態に基づいて前記メディアの有無を判定する判定手段とを有する熱圧着装置とするものである。

また、本発明は、メディアを挟持搬送しながら熱圧着する熱圧着装置のメディアの有無判定方法において、前記メディアを加熱する加熱手段の加熱温度が所定の温度となるよう該加熱手段を駆動する駆動手段の駆動出力の状態に基づいて前記メディアの有無を判定する熱圧着装置のメディアの有無判定方法とするものである。

本発明によれば、媒体のサイズや厚みが途中で変わった場合でもメディアセンサによらずにメディアの有無を正しく判定する熱圧着装置を提供できる。

本発明の実施形態に係る熱圧着装置の概略構成断面図である。 本発明の実施形態に係る図１の部分拡大断面図である。 本発明の実施形態に係る制御構成を示す回路ブロック図である。 本発明の実施形態に係るヒータの１半波中のＯＮ開始タイミングを示す表である。 本発明の実施形態に係るヒータの出力変更量を示す表である。 本発明の実施形態に係るヒータの出力量の変化の状態を示すグラフである。 本発明の実施形態に係るヒータの出力量の変化の状態を示す表である。 本発明の実施形態に係る図３のＣＰＵ１０１のオートパワーオフ動作を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。尚、以下の実施形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、特許請求の範囲に係る本発明はそれら構成要素のみに限定されるものではない。

図１は、本発明の実施形態に係る熱圧着装置の概略構成断面図である。本実施形態の熱圧着装置は、媒体を被覆した状態のラミネートフィルムを加熱して接着させる熱圧着装置で、商用交流電源から供給される電力によって発熱するセラミックヒータを加熱源としている。

図１において、熱圧着装置１は、上下一対の挿入ガイド４を有し、矢印Ａ方向から搬送されてくるシート状媒体がラミネートフィルムに挟まれた状態のメディアを熱圧着ユニット２および加圧ローラ３で挟持搬送しながら熱圧着する。そして。熱圧着ユニット２および加圧ローラ３で熱圧着されたメディアは圧着ローラ対５により挟持搬送され、上下一対の排出ガイド６より排出される。

図２は、図１の熱圧着ユニット２および加圧ローラ３部分の拡大断面図である。

図２において、ヒータホルダ２１はセラミックヒータ固定兼フィルム内面ガイド用の耐熱性・断熱性・剛体部材であり、メディアの搬送路を横断する方向（図面に垂直方向）を長手とする横長部材である。２２はセラミックヒータ（以下、単にヒータとする）であり、メディアの搬送路を横断する方向を長手とする横長部材で形成され、ヒータホルダ２１の下面にその長手に沿って形成された溝部に嵌入されて耐熱性接着剤で固定支持されている。２３は円筒状の耐熱性フィルム材（エンドレスベルト、以下、熱圧着フィルムと記す）であり、ヒータ２２を取り付けたヒータホルダ２１にルーズに外嵌されている。

加圧ローラ３はヒータホルダ２１のヒータ２２と熱圧着フィルム２３を挟んで圧接するように配置され、矢印Ｎで示した範囲が熱圧着フィルム２３との圧接により形成される熱圧着ニップ部である。加圧ローラ３は後述の図３に示す熱圧着モータ２５により矢印Ｂ方向に所定の周速度で回転駆動される。熱圧着ニップ部Ｎにおける加圧ローラ３と熱圧着フィルム２３外周との摩擦力により加圧ローラ３の回転力が熱圧着フィルム２３に直接的に作用し、熱圧着フィルム２３がヒータ２２の下面に圧接摺動しつつ矢印Ｃ方向に回転駆動される。ヒータホルダ２１は熱圧着フィルム２３の内面ガイド部材として機能しており、熱圧着フィルム２３の回転を容易にする。さらに、熱圧着フィルム２３の内面とヒータ２２の下面との摺動抵抗を低減するために両者の間に耐熱性グリス等の潤滑剤を少量介在させることもできる。

加圧ローラ３の回転による熱圧着フィルム２３の従動回転が定常化し、ヒータ２２の温度が所定温度に立ち上がった状態で、熱圧着フィルム２３と加圧ローラ３による熱圧着ニップ部Ｎに熱圧着すべきメディアが矢印Ａ方向から導入されて挟持搬送される。このように搬送されたメディアにはヒータ２２の熱が熱圧着フィルム２３を介して付与され、ラミネートフィルム内面が加熱熱圧着される。そして、熱圧着ニップ部Ｎを通ったメディアは熱圧着フィルム２３の面から分離されて搬送される。

また、熱圧着ユニット２はヒータ２２の温度を検出するための温度センサ２４を有している。温度センサは例えばサーミスタ等で構成される。温度センサ２４はバネ等でヒータ２２上に所定の圧で押し当てられており、ヒータ２２の温度を検出する。温度センサ２４はセラミックヒータの温度変化をいち早く検出する為に、セラミックヒータ近傍に配置することが好ましい。また、温度の異常昇温時の安全機構として温度センサの他に異常昇温を検知した場合にヒータへの通電を切断するためのサーモスタットや温度ヒューズなどを設けてもよい。

図３は、本実施形態の制御構成を示す回路ブロック図である。

図３において、１０１は、回路全体を制御するＣＰＵ、１０２は、ヒータ２２を駆動するヒータ駆動回路で、ヒータ２２の温度を目標温度にすべく、商用交流電源からヒータ２２へ供給する電力を制御する。具体的には、ヒータ２２へのオン／オフ制御を、位相角制御または波数制御で行う。本実施形態では、ヒータ２２に供給する商用交流電圧の位相角を制御する（この制御を一般に、『通電位相角制御』という）。通電位相角制御とは温度センサ２４により得られた温度情報から、ヒータ２２に供給すべき電力をＣＰＵ１０１が算出し、ゼロクロス信号をトリガにして、所定時間（位相）経過後にヒータ２２へ電力を通電し始めることで、ヒータ２２への供給電力を半波分のうちに１回のオフ／オンで制御するようにしている。

図４は、１半波中のオン開始タイミングを示すもので、その出力量に応じてオン時間を長くすることにより、ヒータに対する電力の供給量を調整するようにしている。ＣＰＵ１０１は１０全波ごとにヒータ２２に供給すべき電力を算出する。そして、商用交流電源の周波数（５０Ｈｚ、もしくは６０Ｈｚ）に対応した制御パターンを用いて、その供給電力に対応した位相角で電力を供給し位相角制御を行う。半波での出力量の設定は０％から１００％まで１０％刻みに設け、４半波中の半波の組み合わせで単位時間当たり５％刻みの制御を実現し、４半波を５セット出力する組み合わせで単位時間当たり１％刻みのヒータ出力量制御を実現する。

ヒータ２２に供給すべき電力は、ＣＰＵ１０１が温度センサ２４から入力された値から算出した予測温度と、ＣＰＵ１０１内部に予め設定されている目標温度とを比較することによって演算する。まず温度センサ２４から入力された値を5ms間隔で取得し、直近３回の値の中間値を現在温度とする。

図３において、１０３は、熱圧着モータ２５を駆動するモータ駆動回路、１０４は、電源のオン／オフや各種入出力を行うためのオペレーションパネルである。

次に、図５に示す現在温度と0.4s前の現在温度との差（Ｔ）と、現在温度に0.4s前の現在温度との差を足した予測温度と目標温度との差(yt)からヒータの出力変更量（％）を決定する。そして、現在の出力量に出力変更量を加算したものを次の１０全波期間の出力量とする。

図６は、メディアが熱圧着ニップ部Ｎに突入する際の温度センサ２４が検出する温度とヒータ２２の出力量の変化の状態を示すものである。

図６において、温度センサ２４で検出するヒータ２２の温度は、メディアが熱圧着ニップ部Ｎに突入すると一時的に下がり（領域ａ）、その後メディアの厚みが減ったところで一時的に上がり（領域ｂ）、メディアが排出されると一時的に下がる（領域ｃ）。

一方、ヒータ２２の出力量は、メディアが熱圧着ニップ部Ｎに突入すると増加し（領域ａ）、その後メディアの厚みが減ったところでは大きな変化はなく（領域ｂ）、メディアが排出されると減少する（領域ｃ）。

つまり、メディアの有無をヒータ２２の温度の変化から判定しようとすると、メディアの厚みが変化した際にメディアの突入時や排出時と同様にヒータ２２の温度が変化してこれらを区別できなくなり、メディアの有無と誤判定するのに対し、ヒータの出力量は、メディアの厚みが変化した場合でもメディアの突入時や排出時のような変化は生じないので、メディアの有無と誤判定を引き起こすことを防止できる。

これは、メディアの厚みが変化した場合は、メディアの突入時や排出時と同様にメディアに奪われる熱量が変化するためにヒータ２２の温度は変化するが、メディアに奪われる熱量の変化はメディアの厚みが変化してもメディアは存在しているので、メディアの有無による変化に比べて極めて小さいからである。尚、これはメディアの厚みが変化した場合だけでなく、メディアのサイズが変化した場合も同様である
そこで、本実施形態では、メディアの突入時（領域ａ）および排出時（領域ｃ）のヒータの出力量変化の間で閾値を設定する。つまり、図７の表に示すように、100ms毎に出力量（％）を保存し、1s前と比較して差が４％以上上昇すればメディアが熱圧着ニップ部Ｎへ突入したと判定し、４％以上下降すればメディアが熱圧着ニップ部Ｎから排出された判定する。

なお、目標温度や搬送速度の設定値、環境温度等によって出力量及び出力変化量にも変動があるため、種々の条件に基づいて閾値を変化させるようにしてもよい。

次に、以上によるメディアの有無検知を用いた熱圧着装置のオートパワーオフ動作を図８に示すＣＰＵ１０１のフローチャートに従って説明する。

ステップＳ１で、オペレーションパネル１０４から電源スイッチがオンされると、オートパワーオフまでの移行時間のカウントを開始し、ステップＳ２で、温度センサ２４の検知する温度が目標温度となるようにヒータ駆動回路１０２によるヒータ２２の温調制御を行う。

ステップＳ３で、ヒータ駆動回路１０２の出力量の変化値を演算し、ステップＳ４で、ヒータ駆動回路１０２の出力量が閾値以上上昇した場合、メディアが熱圧着ニップ部Ｎへ突入したと判定してオートパワーオフカウンタをリセットし、ヒータ駆動回路１０２の出力量が閾値以上しない、つまりメディアが熱圧着ニップ部Ｎへ突入しない状態が所定時間経過したらステップＳ６からステップＳ７移行し、ヒータ駆動回路１０２によるヒータ２２の駆動及びモータ駆動回路１０３による熱圧着モータ２５の駆動を停止してオートパワーオフを実行する。

なお、ステップＳ４では、ヒータ駆動回路１０２の出力量が閾値以上上昇した場合にメディアが熱圧着ニップ部Ｎへ突入したと判定してオートパワーオフカウンタをリセットしているが、これは、ヒータ駆動回路１０２の出力量が閾値以上減少した場合にメディアが熱圧着ニップ部Ｎから排出されたと判定してオートパワーオフカウンタをリセットしてもよいし、メディアが熱圧着ニップ部Ｎに対して突入した際と排出された際の両方に対してオートパワーオフカウンタをリセットするように、ヒータ駆動回路１０２の出力量の絶対値が閾値以上上昇した場合にオートパワーオフカウンタをリセットするようにしてもよい。

なお、オートパワーオフを実行する前にヒータ２２の駆動を停止した状態で所定時間経過するまで、もしくは温度センサ２４の検知温度が所定温度まで下がるまで熱圧着モータ２５を駆動し続けた後、オートパワーオフを実行するようにしても良い。

また、上述のヒータ駆動回路１０２の出力の変更量の演算方法は、あくまでも一例であり、予測温度ではなく現在の温度を使用してＰＩ制御等で算出してもよい。また、現在温度の取得間隔や出力量算出間隔も任意に設定できる。また、ヒータへの制御は出力量の変化が監視できれば、通電位相角制御に限定されるものではない。

また、メディアの有無を判別するためのパラメータはラミネートフィルムの厚み、被覆対象物の厚み、熱圧着搬送速度、加熱源の出力開始からの経過時間、外気の温度や湿度、等々の様々な数値をもとに決定することができる。

また、本実施形態のヒータへの出力の変更量からメディアの有無を検知方法は、メディア突入から排出までの時間を計測し、計測した時間とメディア搬送手段の搬送速度からメディアの長さを演算する等、種々のことに応用できるものである。

また、本発明は、ラミネートフィルムの熱圧着装置に限らず、トナーを用いた画像形成装置の定着装置等、他の熱圧着装置であっても適用できるものである。

以上説明したように、本実施形態のヒータの出力の変更量からメディアの有無を検知するようにすることで、メディアの有無を検知するためのメディアセンサを設けることなく、熱圧着対象物のサイズや厚みが途中で変わった場合でもメディアの有無を正しく判定できる。

１…熱圧着装置
２…熱圧着ユニット
３…加圧ローラ
４…挿入ガイド
５…圧着ローラ対
６…搬出ガイド
２１…ヒータホルダ
２２…ヒータ
２３…熱圧着フィルム
２４…温度センサ
２５…熱圧着モータ
１０１…ＣＰＵ
１０２…ヒータ駆動回路
１０３…モータ駆動回路
１０４…オペレーションパネル

Claims (9)

1. メディアを挟持搬送しながら熱圧着する熱圧着装置において、
   前記メディアを加熱する加熱手段と、
   前記加熱手段の加熱温度が所定の温度となるように該加熱手段を駆動する駆動手段と、
   前記駆動手段の駆動出力の状態に基づいて前記メディアの有無を判定する判定手段と、
   を有することを特徴とする熱圧着装置。
2. 前記判定手段は、前記駆動手段の駆動出力が所定量増加した場合に前記メディアの有を判定することを特徴とする請求項１に記載の熱圧着装置。
3. 前記判定手段は、前記駆動手段の駆動出力が所定量減少した場合には前記メディアの無を判定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱圧着装置。
4. 前記判定手段は、前記駆動手段の駆動出力の絶対値が所定量増加した場合には前記メディアの有無を判定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱圧着装置。
5. 前記判定手段は、前記メディアの有無が所定期間判定されない場合は、前記駆動手段による前記加熱手段の駆動を停止することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の熱圧着装置。
6. 前記メディアを挟持搬送しながら前記加熱手段からの加熱を行う挟持搬送手段を更に有し、
   前記判定手段は、前記メディアの有無が所定期間判定されない場合は、前記駆動手段による前記加熱手段の駆動を停止した状態で前記挟持搬送手段を駆動した後、前記挟持搬送手段を停止することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の熱圧着装置。
7. 前記メディアを挟持搬送しながら前記加熱手段からの加熱を行う挟持搬送手段を更に有し、
   前記判定手段は、前記メディアの有無が所定期間判定されない場合は、前記駆動手段による前記加熱手段の駆動を停止した状態で前記加熱手段が所定の温度になるまで前記挟持搬送手段を駆動した後、前記挟持搬送手段を停止することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の熱圧着装置。
8. 前記メディアを挟持搬送しながら前記加熱手段からの加熱を行う挟持搬送手段を更に有し、
   前記判定手段は、前記メディアの有を判定してから前記メディアの無を判定するまでの時間と、前記搬送手段の搬送速度から、前記メディアの長さを判定することを特徴とする請求項１至請求項３のいずれか１項に記載の熱圧着装置。
9. メディアを挟持搬送しながら熱圧着する熱圧着装置のメディアの有無判定方法において、
   前記メディアを加熱する加熱手段の加熱温度が所定の温度となるよう該加熱手段を駆動する駆動手段の駆動出力の状態に基づいて前記メディアの有無を判定する
   ことを特徴とする熱圧着装置のメディアの有無判定方法。

Images