JP4123443B2 - 印刷装置 - Google Patents

Description

本発明は印刷装置であって、電子写真式の印刷機構が設けられており、この印刷機構に、転写ゾーンで基板にトナー粉末を転写するための転写媒体が対応配置されており、この場合に、基板が搬送システムにより転写ゾーンを介して案内可能になっており、基板内に、１つ又は複数の加熱エレメントにより熱エネルギが持込み可能になっている形式のものに関する。

この形式の印刷装置が、米国特許第５９８８０６８号明細書につき公知である。この場合には、電子写真式の印刷機構には、転写媒体として無限に循環するベルトが対応配置されている。このベルトでは、トナー粉末から成る像を転写するめに光導電体が転動する。トナー像は基板に被着することができる。このためには、基板は搬送システムにより転写媒体に沿って通過案内される。この場合に前記転写媒体は、印刷を施したい基板表面で転動する。トナー転写を改良するためには、米国特許第５９８８０６８号明細書は、２つの加熱エレメントの使用を提案している。第１の加熱エレメントは基板を６０℃よりも高い温度に加熱する。第２の加熱エレメントは、１００℃よりも高い温度により転写媒体に作用する。

この装置では、特にセラミックトナーによる誤印刷時に、残留トナーが転写媒体に付着したままになり、ペースト状の粘稠性に基づき、この温度では除去が困難であるか、若しくはもはや完全に除去することはできないことが欠点であることが判明した。さらに、連続運転では転写媒体を介して熱が電子写真式の印刷機構内に供給されてしまう。このことは、像質の劣悪化を招く。

そこで本発明の課題は、冒頭で述べた形式の印刷装置を改良して、転写媒体から基板への改良された転写が可能であるものを提供することである。

この課題は、基板の搬送方向で見て、１つ又は複数の加熱エレメントが、転写媒体の前に配置されており、これにより、前記加熱エレメントの加熱能力が、基板の表面に向けられており、該表面を一様に８０℃から２００℃までの範囲の温度に加熱するようになっており、転写媒体（３４）に、冷却装置（３５）が対応配置されており、該冷却装置が、熱エネルギを除去するようになっており、転写媒体（３４）が、基板（１３）により形成された転写ゾーンで、少なくとも接触表面の範囲で、基板（１３）の表面よりも低い温度を有していることにより解決される。

本発明の有利な構成変化形によれば、転写媒体は、基板により形成された転写ゾーンの、少なくとも接触表面の範囲では、基板の表面よりも低い温度を有している。この場合には、いずれの場合にも基板から転写媒体への熱流が生じることが保証されている。次いで冷却装置は、この熱を少なくとも大部分は制御しながら導出する。

本発明によれば、冷却装置は、転写媒体の温度を６０℃以下の温度に冷却する。有利には、温度は４０℃よりも低い。このような温度では、転写媒体は連続運転においても、トナー粉末が転写媒体表面で反応するような形で加熱されることはない。トナー転写は、１つ又は複数のコロナ部により転写ゾーンにおけるトナー転写が制御可能になっていることによって付加的に支援することができる。この場合には、静電力がトナー粉末に作用する。例えば広範囲にわたってコロナ部が転写ゾーンの前及び／又は後に配置されていてよい。この場合に、これらのコロナ部は基板を帯電する。択一的又は付加的に、基板は導電性の支持体に載置されていてもよい。ネガティブに帯電されたトナーに対しては、前記支持体はポジティブに帯電されている。ポジティブに帯電されたトナーの場合には、前記支持体は対応してネガティブに帯電されている。荷電電圧は、有利には次のような形で、すなわち、静電界によってのみ形成される純粋なトナー転写時のように、ネガティブな電界効果はもはや生じないような形で減じられていてよい。

トナー転写の付加的な改良は、転写媒体の、トナー粉末を収容する表面に、付着防止層が設けられており、この付着防止層が、１５ｍＮ／ｍ〜３０ｍＮ／ｍまでの表面エネルギを有していることにより達成することができる。

１８〜２０ｍＮ／ｍまでの範囲に位置するテフロン層を使用することも考えられる。この場合、付着防止層は、１〜１００μｍまで、有利には５〜５０μｍまでの間の範囲の層厚さを有していることが望ましい。基板の特に効果的な加熱は、基板が、赤外線ヒータ及び／又は熱気ブロワの形で形成された加熱エレメントにより、かつ／又は火炎処理装置により熱エネルギにより負荷可能になっていることにより達成することができる。基板は、８０℃〜２００℃までの間の温度範囲で加熱されていることが望ましい。有利には、層範囲における基板の表面温度は１００℃〜１７０℃までに調節されている。この場合、温度は使用されるトナーに関連して調節されていることが望ましい。５０〜７０％までの固体含有率（顔料、ガラスフリット）を有するセラミックのトナーによる試験では、１２０℃〜１５０℃までの基板の表面温度が特に有利であることが判明した。転写が行われた後には、トナー粉末は基板で融着することが望ましい。粉末が完全に融着した場合には、場合によっては後続の定着は不要である。

印刷媒体は、熱可塑性のプラスチックマトリクスから成っていてよい。このプラスチックマトリクス内には、色付与のために有機性又は無機性の色顔料及び／又はガラスの流体粒子が混入されていてよい。

別の場合には、プラスチックマトリクスは、温度＞１００℃で熱硬化性の、すなわち一般に空間的に網状に結合された、構造体に対して反応する硬化剤と結合樹脂との混合剤、若しくは重合体から成っている。このプラスチックマトリクス内にも色付与のために無機性又は有機性の色顔料が運び込まれていてよい。

さらに、別の付加材料、例えば導電性の粒子又は樹脂粒子が含まれていてもよい。これらの導電性の粒子又は樹脂粒子は、のちに例えば導電性の層又はひっかき保護層をもたらす。

印刷したい基板に適合させて、基板温度をできるだけわずかに保持することが必要であり得る。このことは、温度の影響を受けやすいプラスチック基板、又はわずかな耐熱性しか有していないガラスの場合には特に有意義である。それ故、プラスチックマトリクスを印刷媒体に適合させ、これにより、マトリクスの軟化点が同様に減じられるようにすることが必要である。このことは、例えばセラミックの顔料又はガラス流体微粒子のような添加剤の場合に、軟化温度が、プラスチックマトリクス内の固体含有率の増大に伴って上昇することは特に興味深い。

セラミックの色添加剤及びガラス流体添加剤を有するトナーのための幾つかの例を挙げておく。
トナー１ 固体含有率 ４４重量パーセント 軟化温度９８℃
トナー２ 固体含有率 ５６重量パーセント 軟化温度１０４℃
トナー３ 固体含有率 ７１重量パーセント 軟化温度１１３℃
固体含有率の上昇時の軟化温度の引き下げは、重合体添加剤、例えばワックスの添加により、又は別の低融点のプラスチックマトリクスの使用により生じる。

表示した軟化温度は、シマズ粘土測定装置、タイプＣＦＴ−５００ｃによる測定に関連している。
（測定条件：
支持重量：１０ｋｇ
ノズル直径：０．５ｍｍ
ノズル長さ：１ｍｍ
プランジャ面：１ｃｍ^２
開始温度：８０℃
加熱率３Ｋ／ｍｉｎ）
基板温度の制御を達成するためには、基板に温度センサが対応配置されており、加熱エレメント及び／又は搬送システムが、温度センサにより表示された信号に関連した制御により制御可能になっていてよい。

この場合、温度は搬送システムへの作用下に、加熱ゾーンにおける基板の滞留時間にわたって、若しくは基板の通過速度を介して調整されていてよい。

有利な形式で、調整は、基板が常に一定不変の表面温度により転写ゾーンへ進入するような形で行われる。基板表面は、転写の間には一様に加熱されていることが望ましい。

転写媒体の効果的な温度調整を達成するためには、転写媒体で、冷却装置の流体により冷却された１つ又は複数の接触ローラが転動し、かつ／又は転写媒体の表面に温度調節された気流が向けられていてよい。

転写媒体が転写ローラの形で形成されており、この転写ローラが冷却装置の少なくとも一部を有しているようにすることも考えられる。この場合、冷却装置は、１つ又は複数のペルチエ素子を有していてもよい。択一的又は付加的に、転写ローラは水により若しくは空気により冷却されていてもよい。

冷却装置が、転写媒体の搬送方向で見て転写ゾーンの後及び印刷機構の光導電体の前で熱エネルギを除去するようになっている場合には、光導電体内への熱供給が信頼性良く阻止される。

次に本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

図１には、電子写真式の印刷機構３０を有する印刷装置が示されている。前記印刷機構３０はローラ状の光導電体若しくは感光体３２を有している。この光導電体３２は、帯電位置３１．１で表面に均一な帯電を施される。後続の除電位置３１．２では、次いでこの電荷は再び部分的に除去される。現像ユニット３３が、トナー粉末を、光導電体表面の帯電された範囲に被着する。このようにして現像されたトナー像は、転写ゾーンで転写媒体３４に転写される。転写ローラの形で形成された転写媒体３４の原理的な構成は、さらに図２に見ることができる。図面から判るように、転写媒体３４はローラ基体３４．１を有している。このローラ基体３４．１には、電気的に半導体の弾性的な中間層３４．２が被着されている。この中間層３４．２は、例えばシリコーン、ＥＰＤＭ又はポリウレタンを有していてよい。前記中間層３４．２を介して直接又は間接的に付着防止層３４．３が配置されている。この付着防止層３４．３はローラ表面を形成している。

図１からさらに判るように、転写媒体３４の下方には搬送システム１０が配置されている。この搬送システム１０はローラ体の列を有している。これらのローラ体で基板１３を搬送することができる。この場合、前記搬送システム１０は次のように、すなわち、転写媒体３４が、基板１３の印刷を施したい表面で転動するように配置されている。この場合に、転写媒体に位置するトナー粉末は基板１に転写される。トナー転写を支援するためには、転写ゾーンの直接の下方に配置された搬送システム１０のローラ体内には、コロナ部１２が組み込まれている。

基板１３の搬送方向で見て転写媒体３４の前には、１つ又は複数の加熱エレメント２４が配置されている。これらの加熱エレメント２４は、基板１３の表面に作用し、基板を一様に１００℃から１７０℃までの間の範囲の温度まで加熱する。加熱エレメント２４と転写媒体３４との間には、温度監視のために１つ又は複数の温度センサ２１が配置されている。これらの温度センサは、温度信号を１つ又は複数の調整器２２へ送信する。調整器２２は、制御装置２３を介して規定値を読み込む。コンパレータ回路を介して、規定値が温度信号と比較される。温度差がある場合には、加熱エレメント２４を後調整することができる。このことを支援するように、搬送システム１０の搬送速度を転写媒体３４の前の範囲で調整することもできる。このようにして、基板１３が常にほぼ一定不変の表面温度で転写ゾーンに進入することが保証される。

転写媒体３４には冷却装置３５が対応配置されている。この冷却装置３５は、１つ又は複数の水により冷却されたローラを有している。これらのローラは、転写媒体３４と表面接触している。前記ローラは温度調整ユニット３６に接続されており、転写媒体３４から熱エネルギを除去する。温度調整ユニット３６には、循環システムを介して、ローラからもたらされる水が供給されている。この水は温度調整ユニット３６で冷却され、次いで再びローラに供給される。

図２には、冷却装置３５の別の構成変化形が示されている。この冷却装置３５は空気流入通路３５．１を有している。この空気流入通路３５．１を介して、ガス状の冷却媒体、有利には空気が、転写媒体３４の表面に吹き付けられる。この空気は、転写媒体３４から熱エネルギを除去する。加熱された流体流は、次いで再び排気通路３５．２を介して排出される。排気通路３５．２は、冷却ゾーンの外部でガス流が生じ、このガス流が転写媒体３４又は光導電体３２に保持されているトナー像の損傷につながり得ることを阻止する。

別の１構成では、転写ローラの核は十分に熱伝導する材料、例えば銅、アルミニウム又はセラミック、例えばＳｉＣ又はＳｉ３Ｎ４から成っており、場合によっては、図３に示したように冷却リブを設けられており、気流によって転写ローラの内部で冷却される。核は、１〜２ｍｍの厚さの良好に熱伝導する弾性的な材料、例えばガラス材料又は鉱物材料により充填されたＰＴＦＥ−又はＦＰＭ−又はシリコーン−又はＰＵＲ−プラスチックにより被覆されている。

内側にブロワを有する転写ベルトも考えることができ、これにより、広範囲にわたる冷却を比較的わずかな気流により良好に行うことが可能である。

印刷幅にわたってゾーン加熱装置が次のような形式で、すなわち、縁部範囲において加熱能力が、中央ゾーンに対してそれぞれ独立して調整されるような形式で設けられていると有利である。このことは、表面温度を印刷幅にわたってより良好に調整することができ、ひいては温度定数を印刷幅にわたって改良することができるという利点を有する。このためには、それぞれのゾーン加熱エレメントには、それぞれ個別の調整器２２及び温度センサ２１が対応配置される。この場合に、これらの温度センサ２１は、有利には基板１３の表面温度を検出する高温計から成っている。この場合、±５の温度定数を得ることができる。

別の１構成では、印刷したい基板が、前置された別個の温度プロセスで加熱される。このことは、例えば内気循環式加熱装置を有する循環エレベータ式連続加熱炉で行われる。

印刷装置の概略図である。

対応配置された冷却装置を備えた転写手段の概略図である。

内部冷却装置を備えた転写手段を示す図である。

Claims (16)

1. 印刷装置であって、電子写真式の印刷機構（３０）が設けられており、該印刷機構（３０）に、転写ゾーンで基板（１３）にトナー粉末を転写するための転写媒体（３４）が対応配置されており、基板（１３）が、搬送システム（１０）によって転写ゾーンを通って案内可能になっており、基板（１３）の搬送方向で見て、１つ又は複数の加熱エレメント（２４）が、転写媒体（３４）の前に配置されており、これにより、前記加熱エレメント（２４）の加熱能力が、基板（１３）の表面に向けられており、前記基板（１３）の表面を一様に８０℃から２００℃までの範囲の温度に加熱するようになっており、転写媒体（３４）に沿って転動する、流体により冷却された1つ又は複数の接触ローラを備え、且つ／又は転写媒体（３４）の表面に温度調整された気流を吹き付ける冷却装置（３５）が、転写媒体（３４）の搬送方向で見て転写ゾーンの後及び印刷機構（３０）の光伝導体（３２）の前において、転写媒体（３４）を冷却可能に、転写媒体（３４）に対応配置されており、該冷却装置は、転写媒体（３４）から熱エネルギを除去して、基板（１３）により形成された転写ゾーンにおける転写媒体（３４）の少なくとも接触表面の範囲が、基板（１３）の表面よりも低い温度になるように転写媒体（３４）を冷却すると共に、転写媒体（３４）が前記トナー粉末と反応することがない温度になるように転写媒体（３４）を冷却することを特徴とする、印刷装置。
2. 冷却装置（３５）が、転写媒体（３４）の温度を、温度≦６０℃まで冷却する、請求項１記載の印刷装置。
3. 冷却装置（３５）が、転写媒体（３４）の温度を、温度≦４０℃まで冷却する、請求項１又は２記載の印刷装置。
4. １つ又は複数のコロナ部（１２）により、転写ゾーンにおけるトナー転写が制御可能である、請求項１から３までのいずれか１項記載の印刷装置。
5. 基板（１３）が、導電性の支持体に載置されており、該支持体がトナーの電荷に対して逆の符号により帯電されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の印刷装置。
6. 基板（１３）が、搬送システム（１０）によって、転写媒体（３４）に沿って、該転写媒体（３４）の周速に対して同期的に通過運動せしめられ、前記搬送システム（１０）において、転写手段（３４）に対して、トナーの電荷に対して逆の電圧が印加されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の印刷装置。
7. 転写媒体（３４）の、トナー粉末を収容する表面に、付着防止層（３４．３）が設けられており、該付着防止層（３４．３）が、１５ｍＮ／ｍ〜３０ｍＮ／ｍまでの表面エネルギを有している、請求項１から６までのいずれか１項記載の印刷装置。
8. 基板（１３）が、赤外線ヒータとして形成された１つ又は複数の加熱エレメント及び／又は熱気ブロワの形で形成された加熱エレメント及び又は火炎処理により熱エネルギを負荷可能になっている、請求項１から７までのいずれか１項記載の印刷装置。
9. 印刷を施したい基板（１３）が、前置された温度調整プロセスで、必要な温度に加熱される、請求項１から８までのいずれか１項記載の印刷装置。
10. 基板（１３）の表面温度が、少なくとも部分的には１００℃〜１７０℃までである、請求項１記載の印刷装置。
11. 基板（１３）に、温度センサ（２１）が対応配置されており、加熱エレメント（２４）及び／又は搬送システム（１０）が、制御装置（２３）により、温度センサ（２１）により表示された信号に関連して制御可能である、請求項１から９までのいずれか１項記載の印刷装置。
12. 印刷幅全体にわたって、複数の温度センサ（２１）が配置されており、それぞれの温度センサ（２１）に、少なくともそれぞれ１つの加熱エレメント（２４）が対応配置されており、印刷幅にわたる加熱出力が、ゾーンの内部で独立して調整することができる、請求項１から１１までのいずれか１項記載の印刷装置。
13. 温度センサ（２１）が、高温計である、請求項１２記載の印刷装置。
14. 転写媒体（３４）が、転写ローラ又は転写ベルトの形で形成されており、該転写ローラ又は転写ベルトが、冷却装置（３５）の、少なくとも一部を有している、請求項１から１３までのいずれか１項記載の印刷装置。
15. 転写ローラの形で形成された転写媒体（３４）が、空気内部冷却装置を有している、請求項１４記載の印刷装置。
16. 冷却装置（３５）が、転写媒体（３４）の搬送方向で見て転写ゾーンの後及び印刷機構（３０）の光伝導体（３２）の前に、転写媒体から熱エネルギを除去する、請求項１から１５までのいずれか１項記載の印刷装置。

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