JP4769157B2 - モーター電流により制御される転写定着ローラー負荷 - Google Patents

Description

本開示は、画像層を受像体から紙等の記録媒体へ転写して融着させる装置に関し、より具体的には、モーター電流により制御されたローラー負荷を掛けるべく構成された転写定着段階ローラーに関する。

インクジェットプリンタ等の印刷装置は、受像体上に画像層を形成し、画像層を記録媒体へ転写して、記録媒体に転送された画像を融着させることにより、紙等の記録媒体上に画像を生成することができる。いくつかの処理において、転写と融着ステップは同時に実行される（以下、「転写融着」または「転写定着」と称する）。接触部位を一般にニップと称する。

現在産業界で入手可能な固体インク組成物を用いて、（ベルトまたはドラム形状の）受像体から記録媒体への画像層の転写は一般に、圧力、および必要に応じて熱を加えて画像層を記録媒体に接触させることにより実現される。転写定着圧力は通常、ニップ内で記録媒体に選択的に押し付けられたローラーにより掛けられる。高速プリンタは一般に、使用する特定の固体インクの組成、記録媒体の大きさ、求める印刷品質（例：ドラフト、仕上がり）、加えられる熱等に応じて、概ね１平方インチ当たり約５５０ポンド／ｉｎ^２（約２５０ｋｇ／ｉｎ^２＝約３９ｋｇ／ｃｍ^２）〜２０００ポンド／ｉｎ^２（約９００ｋｇ／ｉｎ^２＝約１４０ｋｇ／ｃｍ^２）超の範囲で制御される高圧を必要とする。

転写定着ローラー負荷は従来、１個以上の予め張力が掛けられたばねにより制御されていた。モーターその他の引き込み手段を用いて、ばね（群）の張力に逆らってローラーをニップから引き込んだり、またはローラーをニップ内へ押し出す。ばねの張力は、静止状態からばねを押し込むか引き伸ばすことにより生成することができる。

ばねは一般に、用紙の違い、装置部品の消耗等に応じて、ローラー負荷に若干の揺らぎを生じさせる。効果的に圧力を掛けるべく、印刷装置メーカーは、転写定着ローラーおよび受像体ドラムの消耗が正確且つ最小限である装置を生産し、画像層の厚さ、粘性および転写特性を制御すべく革新的なインク組成を採用して、統一的な記録媒体の使用を推奨してきた。

同様に、張力を掛けられたばねを備えた印刷装置は一般に、より複雑な製造工程を必要とし、完成した製品がかさばる。また、印刷装置シャーシ内に極めて強い張力が掛かったばね要素を組み込む作業が煩わしいという課題があった。

張力が掛かった極めて強いばねを使用しない転写定着ローラー負荷を提供することが望ましい。更に望ましいのは、画像内容および印刷モードに基づいて負荷の強さを変化させる機能である。例えばテキストのみの印刷がより少ない負荷で実行できれば、ローラーの寿命が延びて電力消費が減少しよう。

図１に印刷システムの一例を示す。印刷システム１０は、インクが付着した画像を中間体表面から何らかの印刷媒体へ転送する。印刷ヘッド１１４は、受像体１００の表面に画像層１２０を形成すべくインクを液体または溶融状態にする。受像体１００の表面は、アプリケータ・アセンブリ１１０を用いて塗布された液体層であってよい。アプリケータ・アセンブリ１１０は、液体を塗布すべく貯液槽１１２を含んでいてよい。

印刷または記録媒体２００は、ガイド１２９により誘導され、ヒーター１２２により加熱される。予熱された媒体２００は、媒体が圧力ローラー１３０と受像体１００との間のニップと称される空間に存在する間に画像層１２０から画像を転写される。ここに示すように、圧力ローラー１３０と受像体１００との間隙１４０が狭まってニップを形成する。記録媒体２００は次いで、ストリッパ・フィンガー１１６により受像体面から分離することができる。

図２、３に示すローラーのより詳細な図を参照するに、インクジェット印刷装置の第１実施形態は一般に、本例では受像体軸１０２上のドラムとして示す受像体１００を有し、その上に画像層１２０が一種類以上のインク組成物から形成されている。軸は、高剛性フレームまたはシャーシにおいて軸支される。転写または圧力ローラー１３０がドラム１００に隣接して配置されている。上述のように、転写ローラー１３０と受像体１００との空間は、ニップを形成すべく狭まる間隙１４０を規定する。

背圧を掛けることにより、画像層１２０を受像体１００から記録媒体２００に転写することが容易になる。一般的なニップ寸法は約１〜２ｍｍである。転写ローラー１３０は、ニップ内で用紙等の記録媒体２００に対して押し付けられることにより、用紙への画像層１２０の転写を容易にする。

第１実施形態には更に、以下でローダーと称する転写ローラー・ローダー・アセンブリ１５０が転写ローラー１３０の各端部に配置されている。本実施形態の各ローダー１５０は、フレームおよびローター１６２に堅牢に取り付けられたモーター１６０を含んでいる。モーターは、ステッピング・モーター（例：カリフォルニア州カルバーシティのシナノケンシ社（Ｓｈｉｎａｎｏ Ｋｅｎｓｈｉ Ｃｏｒｐ．，Ｃｕｌｖｅｒ Ｃｉｔｙ，ＣＡ）のＳＳＴ−５９Ｄステッパ・モーター）であっても、あるいはブラシ付きまたはブラシ無しＤＣモーターであってよい。

本実施形態のローダー１５０は更に、第１端部１７２および第２端部１７４を有するセクターギア１７０を含んでいる。係合部材１７６が第１端部１７２に配置されていて、ローター１６２上の小型の歯車と係合することにより初期段階の梃子比を与え、また本実施形態の第２端部１７４に固定ピボット１７８が配置されている。ピボット１７８は、梃子比を増すべく、第１端部１７２および転写ローラー１３０に相対的な間隔でフレームに固定されている。

転写ローラー・ローダー１５０は、セクターギア１７０を転写ローラー１３０に結合するものであり、図示する実施形態において、転写ローラー・ローダー１５０は、転写ローラー１３０の軸（図示せず）をセクターギア１７０の本体に直接結合している。

これによりセクターギアは印刷装置シャーシにピボット回転可能に取り付けられており、ローター１６２が時計方向に回転することによりセクターギア１７０の第１端部１７２に作用して第１端部１７２を下方へ移動させる。本実施形態の第２端部１７４付近に配置されているピボット１７８を介して作用することにより、セクターギア１７０の第２端部１７４は下方へ移動する。これに結合されている転写ローラーも同様に、セクターギア１７０がピボット回転して力を加えることにより受像体１００側へ下方に移動する。図２の間隙１４０は狭まってニップ１４１が形成される。この動作を逆転することにより、受像体１００から転写ローラー１３０を遠ざける。

図２、３の実施形態ではセクターギア係合部材１７６がローター１６２および転写ローラー１３０により直接係合するが、他の機械的構成も可能である。図４に示す第２実施形態は、より複雑な転写ローラー・ローダー・アセンブリ３００を含む転写ローラー・ローダーを示す。この構成により梃子比が増す。

より詳細に述べるならば、第２実施形態の転写ローラー・ローダー３００は、ローター１６２を有するモータ１６０、セクターギア１７０、結合部材３０２、３０４および追加的ピボット３３０A、３３０Bを含んでいる。結合部材３０２、３０４は、狭い空間内でローター１６２の回転力を転写ローラー１３０の梃子比を増すように変換すべく構成することができる。図４の実施形態において、結合部材３０２、３０４は、ピボット３３０Ｂを介してピボット回転可能に結合される。ピボット３３０Ａは、結合部材３０２をセクターギア１７０の第２端部１７４に結合する。

ピボット３３０Ａ、３３０Ｂは印刷装置シャーシに固定的に取り付けられていないのに対し、ピボット１７８、３７８は、セクターギア１７０と結合部材３０４を印刷装置シャーシ上の固定位置にピボット回転可能に固定することにより、結合部材３０４およびこれに結合された転写ローラー１３０の梃子力による移動を容易にする。

図４の転写ローラー・ローダー３００は更に、減速入力ギア３４２を有する減速ギア３４０および減速出力ギア３４４を含んでいる。減速ギア３４０はローター１６２に結合されていて歯付きベルトを介して減速入力ギア３４２を係合することにより減速出力ギア３４４においてトルク出力を増大させる。本実施形態における小型の出力ギア３４４はセクターギア係合部材１７６と係合する。

モーター１６０の角分解能およびトルク、所望の背圧、ローター１６２の回転と転写ローラー１３０の移動の間に生じる梃子比、ニップ寸法その他の要因を考慮して、1個以上の中間減速ギアを使用してもよい。約１〜２ｍｍのニップ間隙を有する印刷装置において、減速ギアを採用して、選択されたモーター１６０に基づいてローター１６２の回転を増すことが好ましい。例えば、上述の５９シリーズ・ステッパモーターを用いる本実施形態において、全体的な減速が約１５倍であるため、ローター１６２の１回転は、転写ローラーの移動距離約１．１５ｍｍに変換される。

本印刷装置は、転写ローラー１３０に負荷を掛けるモーター電流に比例する制御されたモーター・トルク出力を提供する。この構成により主バイアスばねが必要でなくなり、代替的にモーター電流を仮想ばねとして使用する。各々の印刷における要求に応じて、モーター電流は異なるローラーに負荷を与えるべく調整可能である。モーター電流を制御する制御回路の例を図５に示す。モーター１６０は、軸に位置エンコーダ１８０が取り付けられていてよい。エンコーダはモーターシャフト位置をコントローラ１９０に提供し、当該コントローラは次いで位置情報を用いてモーター電流の位相角が物理的なローター角を追跡することを保証する。コントローラは、コントローラからの電圧信号に比例する電流を出力する相互コンダクタンス増幅器１９２へ電圧信号を送る。コントローラは、必要に応じて電圧を調整してモーターへ適当な電流を提供する。

モーター１６０は、図に示すような回転出力軸を備えている必要はない。本明細書の教示から逸脱することなく、例えば、線形動作モーター出力を代替的に利用してもよい。

説明目的であり、これに限定するものではないが、代表的な力の計算を示す。本例では、５０°〜１２０°の偏心回転（０°は転写ローラー１３０がドラム１００から最も遠ざかった位置）の７０°に対応するセクターギア１７０をローター１６２が駆動する。偏心半径は１ｍｍ、偏心ギア半径は１００ｍｍ、およびモーターギア半径は６ｍｍである。この仮想的な構成において、転写ローラー１３０は１モーター・ラジアン当たり６０ｕｍ移動する。この構成は更に、１５，０００Ｎローラー負荷（すなわち３３７０ポンドのローラー負荷）に対し０．９Ｎｍのモーター・トルクを与える。本例では、０．１Ｎｍ／（ｗ）^−１／２モーターに対して８１ワットである。

転写ローラー・ローダー１５０は一般に、所定の背圧または転造圧力をかけながら転写ローラー１３０を受像体１００上の画像層１２０および記録媒体２００に接触させるために、転写ローラー１３０を受像体１００に対して分離可能に移動させるように構成されている。図６に移って、印刷発信器４００はモーター電流発生器４０２へ印刷信号を伝達し、当該発生器は次いでステッピング・モーターまたはＤＣモーター１６０へ入力電流を送る。上述のように、モーター１６０への電流がローター１６２を回転させて、転写ローラー１３０をドラム１００の方へ移動させ、ニップ１４０で背圧を掛ける。

本明細書に記載した転写ローラー負荷システムは、本明細書に開示する新たな原理から逸脱することなく、各種の方法で利用することができる。例えば、ローラー負荷システムを転写ローラーの各端部に配置することも、あるいは、転写ローラーへモーター出力を変換するのに十分な機械構造を以って単一のモーターを利用してもよい。同様に、転写ローラー軸の各端部にモーターを備えた実施形態では、当該軸に各々に異なるモーター出力を加えて、後者が転写ローラーと受像体（例：ドラム）の不揃いを見込むようにしてもよい。それにもかかわらず単一モーターの実施形態はまた、転写ローラー軸の異なる端部にモーター出力を差分的に与えることができる構造を備えていてもよい。同様に、モーター出力は、転写ローラーの端部に与える必要はなく、代替的に両端部の中間に与えてもよい。

上に開示した、およびその他の各種特徴や機能、またはその代替物は好適には、他の多くの異なるシステムまたはアプリケーションに組み込むことができる。また、現時点では予見または想定されていない代替物、変形物、変更物、あるいは改良物も当業者により実施可能であり、これらもまた添付の請求項に含まれるものとする。

請求項は、当初提示したものおよび補正したものも、変更物、代替物、変形物、改良物、等価物、および本明細書に開示する実施形態および知見、さらには現時点では予見または想定されていないもの、および、例えば、出願人／特許権者等が想到し得るものを対象とする。

転写ローラーを備えた印刷システムの構成図である。 転写ローラーを引き込みおよび引き伸ばした状態で示す、図１の実施形態の部分構造図である。 転写ローラーを引き込みおよび引き伸ばした状態で示す、図１の実施形態の部分構造図である。 ローラー負荷コントローラ装置の第２実施形態の構成図である。 転写ローラー圧力負荷システムおよび方法の第１実施形態のフロー図である。 転写ローラー圧力負荷システム用の制御回路の構成図である。

符号の説明

１０ 印刷システム、１００ 受像体、１０２ 受像体軸、１１０ アプリケータ・アセンブリ、１１２ 貯液槽、１１４ 印刷ヘッド、１１６ ストリッパ・フィンガー、１２０ 画像層、１２２ ヒーター、１２９ ガイド、１３０ 圧力ローラー、１４０ 間隙、１４１ ニップ、１５０ 転写ローラー・ローダー・アセンブリ、１６０ モーター、１６２ ローター、１７０ セクターギア、１７２ 第１端部、１７４ 第２端部、１７６ 係合部材、１７８，３７８ ピボット、１９０ コントローラ、１９２ 相互コンダクタンス増幅器、１８０ エンコーダ、３００ 転写ローラー・ローダー、３０２，３０４ 結合部材、３３０A，３３０B ピボット、３４０ 減速ギア、３４２ 減速入力ギア、３４４ 減速出力ギア、４００ 印刷発信器、４０２ モーター電流発生器。

Claims (2)

1. 受像体と、
   前記受像体に隣接して配置された転写ローラと、
   前記転写ローラと前記受像体を回転圧力をかけながら接触させるために、前記転写ローラを前記受像体の方へ移動させるように構築されたローラ移動システムとを含み、
   前記ローラ移動システムが、モータ電流に比例したモータトルク出力を生じるモータと、前記モータと前記転写ローラとに結合されていて、前記モータトルク出力に比例した転写ローラ負荷を与える結合部とを有し、前記結合部は第１端部と第２端部とを有するセクターギヤを含み、前記セクターギヤの第１端部に形成された係合部が前記モータに取り付けた歯車に係合し、前記セクターギヤの第２端部が印刷装置シャーシに固定されたピボットに回転可能に取り付けられており、前記モータによるトルク出力が、ばねを用いることなく且つ前記転写ローラを流れる転写電流と関係なく、前記歯車の回転によって前記セクターギヤが前記ピボットを中心に回転することにより前記転写ローラ負荷を発生させるように構成され、
   各々の印刷における要求に応じて、異なる転写ローラ負荷を与えるように前記モータ電流を調整可能なコントローラをさらに含み、前記印刷における要求には、求められる印刷品質、記録媒体のサイズ、及び、前記受像体上に形成される画像内容が含まれ、前記画像内容がテキストのみの場合には前記転写ローラ負荷を他の場合よりも小さくする、
   印刷装置。
2. 前記モータが、直流モータ、ブラシ無し直流モータ、またはステッパ・モータのうちの一つである、請求項１に記載の印刷装置。

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