JP2021148158A - 熱転写ローラ及び熱転写システム - Google Patents

Abstract

【課題】熱転写ローラを軽量化すると共に、熱転写ローラの冷却に要する時間を短縮する。【解決手段】熱転写ローラは、ローラ本体と加熱部とを備える。ローラ本体は、筒状の形状を有する。加熱部は、ローラ本体に取り付けられたペルチェ素子を含む。加熱部は、ローラ本体を加熱する。ペルチェ素子は、発熱面と、発熱面と反対の吸熱面とを含む。ペルチェ素子は、発熱面がローラ本体の径方向外方を向き、吸熱面がローラ本体の径方向内方を向くように、ローラ本体に取り付けられる。【選択図】図２

Description

本発明は、熱転写ローラ及び熱転写システムに関する。

熱転写ローラは、基材シート上に転写層を転写するために用いられる。例えば特許文献１に開示されているように、従来、熱転写ローラには、誘電コイルを用いた誘電発熱によってローラ本体を加熱するものがある。

特開２０１７−１０７７８０号公報

上記のように誘電コイルを用いた熱転写ローラは、重量が大きくなる。そのため、熱転写ローラを取り外すことは容易ではない。また、熱転写ローラが高温の状態から冷却されるまでには、多くの時間がかかる。そのため、加熱中に熱転写ローラが故障した場合には、熱転写ローラが十分に冷却されるまで、長い時間、待たなければならない。本発明の課題は、熱転写ローラを軽量化すると共に、熱転写ローラの冷却に要する時間を短縮することにある。

本発明の一態様に係る熱転写ローラは、ローラ本体と加熱部とを備える。ローラ本体は、筒状の形状を有する。加熱部は、ローラ本体に取り付けられたペルチェ素子を含む。加熱部は、ローラ本体を加熱する。ペルチェ素子は、発熱面と、発熱面と反対の吸熱面とを含む。ペルチェ素子は、発熱面がローラ本体の径方向外方を向き、吸熱面がローラ本体の径方向内方を向くように、ローラ本体に取り付けられる。

本態様に係る熱転写ローラでは、ローラ本体の加熱にペルチェ素子が用いられる。そのため、熱転写ローラを軽量化することができる。また、誘電発熱が用いられる場合と比べて、熱転写ローラの冷却に要する時間を短縮することができる。また、ペルチェ素子の発熱面によって、ローラ本体の外周面を効率よく加熱することができる。

ローラ本体は、ローラ本体と同軸に設けられた孔を含んでもよい。ペルチェ素子は、孔の内面に取り付けられてもよい。この場合、ペルチェ素子のローラ本体への取り付けが容易である。

ローラ本体は、中心孔と周辺孔とを含んでもよい。中心孔は、ローラ本体と同軸に設けられてもよい。周辺孔は、中心孔の内面とローラ本体の外周面との間に配置されてもよい。周辺孔は、ローラ本体の軸方向に延びていてもよい。ペルチェ素子は、周辺孔の内面に取り付けられてもよい。この場合、ペルチェ素子をローラ本体の外周面の近くに配置することができる。それにより、ペルチェ素子によって、ローラ本体の外周面を効率よく加熱することができる。

周辺孔は、ローラ本体の径方向内方において吸熱面に面する空気層を含んでもよい。この場合、空気層に空気を流すことによって、熱転写ローラの冷却に要する時間をさらに短縮することができる。

本発明の他の態様に係る熱転写システムは、上述した熱転写ローラと、温度検出部と、コントローラとを含む。温度検出部は、ローラ本体の温度を検出する。コントローラは、ローラ本体の温度に基づいて、ローラ本体が所定の目標温度となるようにペルチェ素子への電圧を制御する。本態様に係る熱転写システムでは、熱転写ローラの温度を精度よく制御することができる。

加熱部は、ローラ本体の周方向に間隔をおいて配置された複数のペルチェ素子を含んでもよい。温度検出部は、ローラ本体の周方向に間隔をおいて配置された複数の温度センサを含んでもよい。この場合、熱転写ローラの温度を均一に精度よく制御することができる。

複数の温度センサは、第１温度センサを含んでもよい。複数のペルチェ素子は、第１ペルチェ素子を含んでもよい。コントローラは、第１温度センサが検出したローラ本体の温度が、所定の目標温度となるように、第１ペルチェ素子への電圧を制御してもよい。この場合、熱転写ローラにおいて、第１温度センサと第１ペルチェ素子とが配置された部分の温度を精度よく制御することができる。

複数の温度センサは、第１温度センサと第２温度センサとを含んでもよい。第１温度センサと第２温度センサとは、ローラ本体の周方向に並んで配置されてもよい。複数のペルチェ素子は、第１ペルチェ素子を含んでもよい。第１ペルチェ素子は、ローラ本体の周方向において、第１温度センサと第２温度センサとの間に配置されてもよい。コントローラは、第１温度センサが検出したローラ本体の温度と、第２温度センサが検出したローラ本体の温度との平均値が、所定の目標温度となるように、第１ペルチェ素子への電圧を制御してもよい。この場合、熱転写ローラの温度を均一に精度よく制御することができる。

コントローラは、複数の温度センサが検出したローラ本体の温度から、ローラ本体の所定角度部分の平均温度を算出してもよい。コントローラは、平均温度が所定の目標温度となるように、複数のペルチェ素子への電圧を制御してもよい。この場合、温度が低下した部分を迅速に目標温度に戻すことができる。

本発明によれば、熱転写ローラを軽量化すると共に、熱転写ローラの冷却に要する時間を短縮することができる。

実施形態に係る熱転写システムの構成を示す模式図である。 実施形態に係る熱転写ローラの断面図である。 第１変形例に係る熱転写ローラの断面図である。 第１変形例に係る熱転写ローラの拡大断面図である。 第２変形例に係る熱転写ローラの断面図である。 第２変形例に係る転写ローラの拡大断面図である。 第３変形例に係る熱転写システムの構成を示す模式図である。 第３変形例に係る熱転写ローラの断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。図１は、実施形態に係る熱転写システム１の構成を示す模式図である。熱転写システム１は、基材シート上に転写層を転写するために用いられる。例えば、熱転写システム１は、燃料電池用の触媒層を固体電解質膜に転写するために用いられる。図１に示すように、熱転写システム１は、熱転写ローラ２と、第１コネクタ３と、第２コネクタ４と、コントローラ５と、温度検出部６とを備える。

熱転写ローラ２は、軸受７，８を介して、回転可能に支持部材９１，９２に支持されている。熱転写ローラ２は、図示しないモータ等のアクチュエータによって回転されるように構成されている。熱転写ローラ２は、ローラ本体１０と、第１軸１１と、第２軸１２と、加熱部１３とを含む。図２は、熱転写ローラ２の断面図である。図１及び図２に示すように、ローラ本体１０は、中空の円筒状の形状を有している。ローラ本体１０は、ローラ本体１０の軸線方向に延びる中心孔１４を含む。中心孔１４は、ローラ本体１０と同軸に配置されている。

第１軸１１は、ローラ本体１０の一端に接続されている。第２軸１２は、ローラ本体１０の他端に接続されている。第１軸１１は、軸受７を介して、回転可能に支持部材９１に支持されている。第２軸１２は、軸受８を介して、回転可能に支持部材９２に支持されている。

加熱部１３は、ローラ本体１０を加熱する。加熱部１３は、第１コネクタ３を介して、電力ケーブル１５に接続されている。電力ケーブル１５は、コントローラ５に接続されている。第１コネクタ３は、例えばスリップリングによって、加熱部１３と電力ケーブル１５とを電気的に接続している。或いは、第１コネクタ３は、電磁誘導などの他の手段によって、加熱部１３と電力ケーブル１５とを電気的に接続してもよい。

図２に示すように、加熱部１３は、複数の加熱体１６Ａ−１６Ｈを含む。複数の加熱体１６Ａ−１６Ｈは、ローラ本体１０の周方向に間隔をおいて配置されている。複数の加熱体１６Ａ−１６Ｈは、第１〜第８加熱体１６Ａ−１６Ｈを含む。なお、加熱体の数は、８個に限らない。加熱体の数は、８個より少なくてもよく、或いは、８個より多くてもよい。

図１に示すように、第１加熱体１６Ａは、複数の第１ペルチェ素子１７Ａを含む。複数の第１ペルチェ素子１７Ａは、ローラ本体１０の軸線方向に並んで配置されている。なお、図１では、複数の第１ペルチェ素子１７Ａの１つのみに符号１７Ａを付して、他の複数の第１ペルチェ素子１７Ａの符号は省略されている。複数の第１ペルチェ素子１７Ａは、ローラ本体１０に取り付けられている。複数の第１ペルチェ素子１７Ａは、互いに電気的に接続されている。複数の第１ペルチェ素子１７Ａは、第１コネクタ３を介して、電力ケーブル１５に接続されている。なお、図１では、複数の加熱体１６Ａ−１６Ｈのうち第１加熱体１６Ａのみが図示され、他の加熱体は省略されている。

図２に示すように、第１ペルチェ素子１７Ａは、中心孔１４の内面に取り付けられている。第１ペルチェ素子１７Ａは、発熱面１８Ａと、発熱面１８Ａと反対の吸熱面１９Ａとを含む。第１ペルチェ素子１７Ａは、発熱面１８Ａがローラ本体１０の径方向外方を向き、吸熱面１９Ａがローラ本体１０の径方向内方を向くように、ローラ本体１０に取り付けられている。第１ペルチェ素子１７Ａの発熱面１８Ａは、中心孔１４の内面に接触している。

第２加熱体１６Ｂは、複数の第２ペルチェ素子１７Ｂを含む。第２ペルチェ素子１７Ｂは、ローラ本体１０の周方向に第１ペルチェ素子１７Ａと並んで配置されている。第１ペルチェ素子１７Ａと第２ペルチェ素子１７Ｂとは、ローラ本体１０の周方向に間隔をおいて配置されている。第２ペルチェ素子１７Ｂの構成は、第１ペルチェ素子１７Ａと同様である。また、第３〜第８加熱体１６Ｃ−１６Ｈは、それぞれ複数の第３〜第８ペルチェ素子１７Ｃ−１７Ｈを含む。第３〜第８加熱体１６Ｃ−１６Ｈの構成は、第１加熱体１６Ａ、或いは第２加熱体１６Ｂの構成と同様である。従って、第３〜第８加熱体１６Ｃ−１６Ｈについては、詳細な説明を省略する。

温度検出部６は、ローラ本体１０の温度を検出する。温度検出部６は、複数の温度センサ２１Ａ−２１Ｈを含む。温度センサは、例えば熱電対である。ただし、温度センサは、他の種類のセンサであってもよい。複数の温度センサ２１Ａ−２１Ｈは、ペルチェ素子１７Ａ−１７Ｈよりもローラ本体１０の外周面の近くに配置されている。複数の温度センサ２１Ａ−２１Ｈは、ローラ本体１０の周方向に互いに並んで配置されている。複数の温度センサ２１Ａ−２１Ｈは、ローラ本体１０の周方向に間隔を置いて配置されている。複数の温度センサ２１Ａ−２１Ｈは、複数のペルチェ素子１７Ａ−１７Ｈにそれぞれ対応して設けられている。複数の温度センサ２１Ａ−２１Ｈは、ローラ本体１０の周方向において、複数のペルチェ素子１７Ａ−１７Ｈの間にそれぞれ配置されている。

複数の温度センサ２１Ａ−２１Ｈは、第１〜第８温度センサ２１Ａ−２１Ｈを含む。図１に示すように、第１温度センサ２１Ａは、ローラ本体１０の軸線方向に延びている。第１温度センサ２１Ａは、第２コネクタ４を介して、センサケーブル２２に接続されている。センサケーブル２２は、コントローラ５に接続されている。第２コネクタ４は、例えばスリップリングによって、第１温度センサ２１Ａとセンサケーブル２２とを電気的に接続している。或いは、第２コネクタ４は、電磁誘導などの他の手段によって、第１温度センサ２１Ａとセンサケーブル２２とを電気的に接続してもよい。なお、図１では、複数の温度センサ２１Ａ−２１Ｈのうち第１温度センサ２１Ａと第２温度センサ２１Ｂのみが図示され、他の温度センサ２１Ｃ−２１Ｈは省略されている。

第１ペルチェ素子１７Ａは、第１温度センサ２１Ａの近傍に配置されている。第１ペルチェ素子１７Ａは、ローラ本体１０の周方向において、第１温度センサ２１Ａと第２温度センサ２１Ｂとの間に配置されている。第２ペルチェ素子１７Ｂは、第２温度センサ２１Ｂの近傍に配置されている。第３〜第８温度センサ２１Ｃ−２１Ｈは、それぞれ第３〜第８ペルチェ素子１７Ｃ−１７Ｈの近傍に配置されている。第３〜第８温度センサ２１Ｃ−２１Ｈの構成は、第１温度センサ２１Ａ、或いは第２温度センサ２１Ｂの構成と同様であるため、詳細な説明を省略する。

コントローラ５は、ＣＰＵなどのプロセッサと、ＲＡＭ及びＲＯＭなどのメモリとを含む。コントローラ５は、電力ケーブル１５を介して、複数の加熱体１６Ａ−１６Ｈに供給される電力の電圧を制御する。コントローラ５は、複数の温度センサ２１Ａ−２１Ｈが検出した温度を示す信号を、センサケーブル２２を介して受信する。コントローラ５は、ローラ本体１０の温度に基づいて、ローラ本体１０が所定の目標温度となるようにペルチェ素子１７Ａ−１７Ｈへの電圧を制御する。

詳細には、コントローラ５は、複数の温度センサ２１Ａ−２１Ｈが検出したローラ本体１０の各部分の温度が、所定の目標温度となるように、第１〜第８ペルチェ素子１７Ａ−１７Ｈへの電圧をそれぞれ制御する。例えば、コントローラ５は、第１温度センサ２１Ａが検出したローラ本体１０の温度が、所定の目標温度となるように、第１ペルチェ素子１７Ａへの電圧を制御する。コントローラ５は、第２温度センサ２１Ｂが検出したローラ本体１０の温度が、所定の目標温度となるように、第２ペルチェ素子１７Ｂへの電圧を制御する。

以上説明した本実施形態に係る熱転写ローラ２では、ローラ本体１０の加熱にペルチェ素子が用いられる。そのため、熱転写ローラ２を軽量化することができる。また、誘電発熱が用いられる場合と比べて、熱転写ローラ２の冷却に要する時間を短縮することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

転写ローラの構造は、上記の実施形態のものに限らず変更されてもよい。例えば、ローラ本体１０の形状が変更されてもよい。図３は、第１変形例に係る熱転写ローラ２の断面図である。図３に示すように、第１変形例では、ローラ本体１０は、複数の周辺孔２３Ａ−２３Ｈを含む。複数の周辺孔２３Ａ−２３Ｈは、ローラ本体１０の径方向において、中心孔１４の内面とローラ本体１０の外周面との間に配置される。

複数の周辺孔２３Ａ−２３Ｈは、ローラ本体１０の軸方向に延びている。複数の周辺孔２３Ａ−２３Ｈは、ローラ本体１０の周方向に互いに並んで配置されている。複数の周辺孔２３Ａ−２３Ｈは、複数の加熱体１６Ａ−１６Ｈに対応して設けられる。複数の周辺孔２３Ａ−２３Ｈは、第１〜第８周辺孔２３Ａ−２３Ｈを含む。第１ペルチェ素子１７Ａは、第１周辺孔２３Ａの内面に取り付けられている。

図４は、第１変形例に係る熱転写ローラ２の拡大断面図である。図４に示すように、第１周辺孔２３Ａの内面は、外径側に位置する第１内面２３１と、内径側に位置する第２内面２３２とを含む。第１ペルチェ素子１７Ａの発熱面１８Ａは、第１内面２３１に接触している。

第２〜第８ペルチェ素子１７Ｂ−１７Ｈも、第１ペルチェ素子１７Ａと同様に、第２〜第８周辺孔２３Ｂ−２３Ｈの内面にそれぞれ取り付けられている。第１変形例では、ペルチェ素子１７Ａ−１７Ｈをローラ本体１０の外周面の近くに配置することができる。それにより、ローラ本体１０を効率よく加熱することができる。

図５は、第２変形例に係る熱転写ローラ２の断面図である。図５に示すように、第２変形例では、複数の空気層２４Ａ−２４Ｈを含む。複数の空気層２４Ａ−２４Ｈは、複数の加熱体１６Ａ−１６Ｈに対応して設けられる。複数の空気層２４Ａ−２４Ｈは、第１〜第８空気層２４Ａ−２４Ｈを含む。

図６は、第２変形例に係る熱転写ローラ２の拡大断面図である。第１空気層２４Ａは、第１ペルチェ素子１７Ａに対して、ローラ本体１０の径方向内方に位置している。第１空気層２４Ａは、第１周辺孔２３Ａ内において、第１ペルチェ素子１７Ａの吸熱面１９Ａに面している。第１ペルチェ素子１７Ａの発熱面１８Ａは、第１内面２３１に接触している。第２〜第８空気層２４Ｂ−２４Ｈは、第１空気層２４Ａと同様に、それぞれ第２〜第８周辺孔２３Ｂ−２３Ｈに設けられている。第２変形例では、空気層２４Ａ−２４Ｈに空気を流すことによって、ローラ本体１０を迅速に冷却することができる。

コントローラ５による熱転写ローラ２の温度制御は、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。例えば、コントローラ５は、互いに隣接する２つの温度センサが検出したローラ本体１０の温度の平均値が、所定の目標温度となるように、当該２つの温度センサの間に位置するペルチェ素子への電圧を制御してもよい。例えば、コントローラ５は、第１温度センサ２１Ａが検出したローラ本体１０の温度と、第２温度センサ２１Ｂが検出したローラ本体１０の温度との平均値が、所定の目標温度となるように、第１ペルチェ素子１７Ａへの電圧を制御する。この場合、熱転写ローラ２の温度を均一に精度よく制御することができる。

図７は、第３変形例に係る熱転写システム１の構成を示す模式図である。第３変形例に係る熱転写システム１は、エンコーダ９を備えている。エンコーダ９は、ローラ本体１０の回転位置を検出する。コントローラ５は、エンコーダケーブル２５を介して、ローラ本体１０の回転位置を示すエンコーダ信号を受信する。

コントローラ５は、複数の温度センサ２１Ａ−２１Ｈが検出したローラ本体１０の温度から、ローラ本体１０の所定角度部分の温度変化を算出する。コントローラ５は、温度変化に応じて、複数のペルチェ素子１７Ａ−１７Ｈへの電圧を制御する。例えば、図８に示すように、コントローラ５は、第１温度センサ２１Ａが、第１回転位置θ１から第２回転位置θ２まで移動したときの温度変化を算出する。コントローラ５は、温度変化に応じて、第１ペルチェ素子１７Ａへの電圧を制御する。第３変形例に係る熱転写システム１では、例えば、ローラ本体１０の第１回転位置θ１から第２回転位置θ２までの部分が、シートと接触したことにより低下した熱を考慮して、第１ペルチェ素子１７Ａへの電圧を制御することができる。

本発明によれば、熱転写ローラを軽量化すると共に、熱転写ローラの冷却に要する時間を短縮することができる。

２ 熱転写ローラ
５ コントローラ
６ 温度検出部
１０ ローラ本体
１３ 加熱部
１４ 中心孔
１７Ａ 第１ペルチェ素子
１８Ａ 発熱面
１９Ａ 吸熱面
２１Ａ 第１温度センサ
２１Ｂ 第２温度センサ
２３Ａ 第１周辺孔
２４Ａ 第１空気層

Claims (9)

1. 筒状の形状を有するローラ本体と、
   前記ローラ本体に取り付けられたペルチェ素子を含み、前記ローラ本体を加熱するための加熱部と、
   を備え、
   前記ペルチェ素子は、発熱面と、前記発熱面と反対の吸熱面とを含み、
   前記ペルチェ素子は、前記発熱面が前記ローラ本体の径方向外方を向き、前記吸熱面が前記ローラ本体の径方向内方を向くように、前記ローラ本体に取り付けられる、
   熱転写ローラ。
2. 前記ローラ本体は、前記ローラ本体と同軸に設けられた孔を含み、
   前記ペルチェ素子は、前記孔の内面に取り付けられる、
   請求項１に記載の熱転写ローラ。
3. 前記ローラ本体は、
   前記ローラ本体と同軸に設けられた中心孔と、
   前記中心孔の内面と前記ローラ本体の外周面との間に配置され、前記ローラ本体の軸方向に延びる周辺孔を含み、
   前記ペルチェ素子は、前記周辺孔の内面に取り付けられている。
   請求項１に記載の熱転写ローラ。
4. 前記周辺孔は、前記ローラ本体の径方向内方において前記吸熱面に面する空気層を含む、
   請求項３に記載の熱転写ローラ。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の熱転写ローラと、
   前記ローラ本体の温度を検出する温度検出部と、
   前記ローラ本体の温度に基づいて、前記ローラ本体が所定の目標温度となるように前記ペルチェ素子への電圧を制御するコントローラと、
   を備える熱転写システム。
6. 前記加熱部は、前記ローラ本体の周方向に間隔をおいて配置された複数のペルチェ素子を含み、
   前記温度検出部は、前記ローラ本体の周方向に間隔をおいて配置された複数の温度センサを含む、
   請求項５に記載の熱転写システム。
7. 前記複数の温度センサは、第１温度センサを含み、
   前記複数のペルチェ素子は、第１ペルチェ素子を含み、
   前記コントローラは、前記第１温度センサが検出した前記ローラ本体の温度が、前記所定の目標温度となるように、前記第１ペルチェ素子への電圧を制御する、
   請求項６に記載の熱転写システム。
8. 前記複数の温度センサは、前記ローラ本体の周方向に互いに並んで配置された第１温度センサと第２温度センサとを含み、
   前記複数のペルチェ素子は、前記ローラ本体の周方向において、前記第１温度センサと前記第２温度センサとの間に配置された第１ペルチェ素子を含み、
   前記コントローラは、前記第１温度センサが検出した前記ローラ本体の温度と、前記第２温度センサが検出した前記ローラ本体の温度との平均値が、前記所定の目標温度となるように、前記第１ペルチェ素子への電圧を制御する、
   請求項６に記載の熱転写システム。
9. 前記コントローラは、
   前記複数の温度センサが検出した前記ローラ本体の温度から、前記ローラ本体の所定角度部分の平均温度を算出し、
   前記平均温度が前記所定の目標温度となるように、前記複数のペルチェ素子への電圧を制御する、
   請求項６に記載の熱転写システム。

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