JP5984344B2 - シート処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェットプリント装置に好適に適用される、シートに対して高効率で熱を付与することができるシート処理装置に関する。

特許文献１には、インクを乾燥させるためのヒータを有するインクジェットプリント装置が開示されている。この装置では、インクジェットでプリントされたシートに紫外線を照射して光硬化インクを硬化させ、ヒータを内蔵したローラによってシートを圧接加熱してインクを短時間に定着させるものである。

特開２００４−３０６５８９号公報

特許文献１の装置構成では、ローラとシート表面とが接触する狭い線状の領域から主に熱伝達される。そのため、ヒータの熱エネルギの伝達効率が悪く、短時間に乾燥を行うには大きな出力のヒータを用いなければならない。つまり、プリント装置の使用電力が無駄に増大してしまう。

また、使用するシートやインクの種類によってはインクの乾燥に時間がかかるものもある。この場合、特許文献１の装置では、加熱用のローラ表面に付着したインクが１回転では乾燥せずにシートに再転写されてしまう可能性がある。

また、使用するシートが弱い剛性の薄い紙、布、プラスチックなど場合には、加熱によってシートの微細なしわや波打ちが生じてプリント品位が劣化する可能性がある。

本発明は上述の課題の認識に基づいてなされたものである。本発明の目的は、ヒータからシートへの熱伝達効率を従来以上に高めることで消費電力が少ない装置や方法を実現することである。本発明のさらなる目的は、加熱乾燥によってシートに汚れが生じたり、あるいは、しわや波打が生じたりすることを抑制することができる装置や方法を実現することである。

本発明は、インクジェット方式でシートにプリントを行うプリント部と、前記プリント部でインクが付与されたシートを乾燥させる乾燥部とを備えるシート処理装置であって、前記乾燥部は、ヒータと、前記ヒータの熱線が前記プリント部でシートにインクが付与されたプリント面に照射される第１領域と、シートが搬送される経路の前記第１領域よりも下流において、前記第１領域にて熱線が照射された前記プリント面に加熱ローラが接触してシートに熱を与える第２領域と、を有し、前記ヒータの熱線は、一部は前記第１領域にて前記プリント面を直接照射し、別の一部は前記加熱ローラの上方から前記加熱ローラを直接照射して前記加熱ローラを昇温させるものであり、前記第２領域には凹形状の円筒曲面を持ったローラガイドが設けられており、前記ローラガイドに入り込んだ前記加熱ローラと前記円筒曲面との間にシートが挟まれた状態でシートが搬送され、前記ローラガイドに前記加熱ローラが入り込んだ第１状態と、前記ローラガイドに前記加熱ローラが入り込まない第２状態とに切り替える機構を有することを特徴とする。

本発明によれば、シートに対してヒータからの非接触で輻射熱を与える乾燥と、同じヒータの熱により昇温した部材のシートへの接触よる乾燥を併せて行うので、ヒータが発生する熱エネルギが効率よくシートに与えられる。その結果、限られた消費電力で大きな乾燥能力を得ることができる。

この際、最初に非接触の加熱で乾燥が進んだ状態で、次いで接触による加熱を行うので接触部にインクが付着して汚れることが抑制される。加えて、非接触の加熱の後に接触による加熱を行うので、非接触の加熱でシートにしわや波打ちが生じたとしても、接触部でシートが矯正されて最終的にはシワや波打ちが抑制されたシートが得られる。

インクジェットプリント装置の全体構成を示す断面図 加熱ローラの進退の動作状態を示す断面図 制御部のシステムブロック図 プリント動作シーケンスを示すフローチャート 乾燥部の別の例を示す断面図

本発明のシート処理装置はインクジェットプリント装置に好適に適用される。ただしこれは一例であって、シートを用いた各種の製造装置において、シートに熱処理や乾燥処理を行うものに対しても本発明を広く適用することが可能である。

本実施形態の装置で使用するシートは、水分を弾く塩化ビニール等の受容層を持たないシート（以下、受容層無しシートと呼ぶ）を想定している。また、一般的な受容層有りのシートも使用可能である。使用するインクは、シート上で熱を加えることによってインク中の水分が蒸発し、続いて軟化、そして被膜化するという性質を持つエマルション成分を多く含むものを想定している。シート上でインクが被膜化することによって画像の耐候性、耐水性、耐擦化性を向上させることができる。

図１は実施形態のインクジェットプリント装置の全体構成の示す断面図である。プリント装置は大きくは、シート搬送部、プリント部、乾燥部、制御部から構成される。以下順を追って説明する。

本実施形態のプリント装置で使用する記録媒体は、長尺の連続シートがロール状に巻かれたロールシートである。不図示の給紙部にロールがセットされ、ロールから引き出されたシートＳは矢印Ｙ方向からプリント部に向けて供給される。供給されたシートＳは、プリント中のシート搬送を担う搬送ローラ１およびピンチローラ２からなるローラ対によってニップされ、ローラ回転によってシート搬送がなされる。シート搬送方向の下流にも搬送ローラ１２（ターンローラ）が設けられており、処理のなされたシートＳは最終的には巻取部１３にてロール状に巻き取られる。

プリント部は、主としてプリントヘッド３、キャリッジ４、プラテン５から構成されている。シートＳはプラテン５の上を移動し、プリントヘッドからシート上にインクを付与することでプリントがなされる。

プリントヘッド３は、インクジェット方式でインクを吐出するノズルを有する。インクを吐出させるためのエネルギ発生素子として、発熱素子、ピエゾ素子、静電素子、ＭＥＭＳ素子など種々が知られているが、いずれを用いたものであってもよい。

プリントヘッド３はキャリッジ４に搭載されている。キャリッジ４は、プラテン５の上方において、シートＳが搬送されるＹ方向と交差（直交）するＸ方向（図１の紙面垂直方向）に往復移動する。キャリッジ４を移動させながらプリントヘッド３からインクを吐出させる動作（主走査）と、シートをステップ送りする動作（副走査）を交互に繰り返す、いわゆるシリアルプリント方式で１画像を形成していく。なお、シリアルプリント方式に限らず、プリントヘッド３としてフルラインヘッドを用いてシートを連続送りしながらプリントする、ラインプリント方式であってもよい。

シート搬送方向（Ｙ方向）において、プリント部の下流には、シートに付与されたインクを短時間で乾燥させるため熱を与える乾燥部６が設けられている。乾燥部６が本実施形態の特徴であるので詳細に説明する。

乾燥部６は熱源としてヒータ７を有する。ヒータ７は電気エネルギを赤外線〜遠赤外線の熱線を主とする熱エネルギに変換する、シートＳの幅方向（図１の紙面垂直方向）に長い棒形状の発熱体である。

乾燥部６は、シート搬送方向（Ｙ方向）に沿って、非接触によるシート加熱を行う第１領域Ｒ１と、その下流に接触によるシート加熱を行う第２領域Ｒ２を有している。第１領域Ｒ１ではヒータ７の熱線をシートに照射する照射部により加熱が行われる。第２領域Ｒ２では昇温した部材がシートに接触してシートに熱を与える接触部で加熱が行われる。後述するように、ヒータ７の熱線（輻射熱）の一部は、接触部を構成する構造体の一部に照射されシートに接触する部材を昇温させる。つまり、ヒータ７は照射部と接触部にとっての共有の熱供給源となっている。

照射部は、ヒータ７と、ヒータから発散される熱線を反射する熱反射面（鏡面）を内面に持つリフレクタ８から構成される。リフレクタ８で反射された熱線は第１領域Ｒ１および第２領域Ｒに指向されるような反射面の形状となっている。

接触部は、加熱ローラ９、２つの補助ローラ１０、ローラガイド１１から構成される構造体で構成される。加熱ローラ９がシートＳの表面（インク付与面）に接触してシートに熱を与える部材である。ローラガイド１１には凹形状の円筒曲面からなるガイド面が形成されている。円筒曲面の曲率は、加熱ローラ９の外周面の曲率よりも若干と大きい程度でほぼ同じ曲率を有している。

接触部においてシートＳは、加熱ローラ９の外周面のうち下方の一部と、ローラガイド１１のガイド面との間に挟まれた状態で進行する。すなわち、接触部において、シートＳのプリントされた面に加熱ローラ９が接触して下方向に押圧し、シートＳはローラ外周面に沿って局所的に湾曲した形状となって搬送される。２つの補助ローラ１０は、搬送されるシートに過度な屈折や傷が生じることを防止するためのものである。後述する切替機構によって、加熱ローラ９はローラガイド１１のガイド面に対して複数段階の位置に進退することができるようになっている。進退によって、加熱ローラ９でシートＳを押圧する第１状態と押圧しない第２状態とに切り替わる。

なお、加熱ローラ９はシートの搬送をスムーズにするために回転するものであるが、表面摩擦が小さければ回転せずに固定された部材であってもよい。また、ローラガイド１１は、加熱ローラ９に接触する１つまたは複数の従動ローラとしてよいし、ローラガイド１１自体を省略するようにしてもよい。

乾燥部６において、第１領域Ｒ１では、ヒータ７からの熱線（輻射熱）がシートＳのプリントされた面に直接照射される。続く第２領域Ｒ２では、ヒータ７からの熱線の一部が、加熱部を構成する構造体の一部である加熱ローラ９に対して上方から直接照射されて、加熱ローラ９が昇温する。シート搬送時に加熱ローラ９は回転するので、加熱ローラ９の表面は回転方向に沿って全体的に均一に昇温する。昇温した加熱ローラ９はシートＳに接触してシートを加熱する。加熱ローラ９は、熱伝達率が高く且つ熱容量の大きい部材から構成される。

シート搬送方向に沿って第１領域Ｒ１を上流、第２領域を下流としたのは、プリント部でプリントされた直後のシートはインクが乾燥していないからである。すなわち、シートがインクで濡れた状態でローラ等に接触すると接触した相手にインクが付着してしまう。そのため、第１領域Ｒ１において非接触でシートを加熱してインクの乾燥を促進させ、その後に第２領域Ｒ２において加熱ローラ９にシートを接触させてさらに加熱を行っている。第２領域Ｒ２で接触加熱を行う理由は、高温状態の加熱ローラ９の表面にシートを物理的に押し当てることで、第１領域Ｒ１での非接触加熱によって生じる可能性のあるシートの微細なしわや波打ちを矯正するためである。特にシートが弱い剛性の薄い紙、布、プラスチックなど場合に大きな効果が得られ、最終的なプリント品位が向上する。

図２は、加熱ローラ９の進退の動作状態を示す断面図である。図２（ａ）は、加熱ローラ９がローラガイド１１のガイド面１１ａから最も退避した状態（第２状態）である。加熱ローラ９の外周面はシートＳから離れている。図２（ｂ）は、加熱ローラ９がローラガイド１１のガイド面１１ａに近づいた状態である。加熱ローラ９の外周面の一部はシートＳに接触して僅かに押し下げている。図２（ｃ）は、加熱ローラ９がローラガイド１１のガイド面１１ａに最も近づいた状態（第１状態）である。加熱ローラ９の外周面の一部はシートＳにより多くの面積で接触して最下方まで押し下げている。このときの加熱ローラとシートとの接触面積は図２（ｂ）の状態よりも大きい。シートＳは加熱ローラ９とガイド面１１ａとの間の断面円弧形状の僅かな隙間を通過する。このように、ローラとシートとの接触面積を複数段階に変化させることができるようになっている。

このように加熱ローラ９を進退させるための切替機構は、加熱ローラ９の両端部を回転可能に支持するアーム１４、アーム１４に連結しているギア列１５、ギア列１５に接続されるモータ１６から構成される。モータ１６の回転はギア列１５を介してアーム１４を回動させ、加熱ローラ９が上下動する。

モータ１６の回転量を制御することで加熱ローラ９の位置、つまりは接触部におけるローラからシートＳへの付勢力は任意に設定することができる。この例では、図２（ａ）の状態（付勢力ゼロ）、図２（ｂ）の状態（付勢力小）、図２（ｃ）の状態（付勢力大）の３つのポジションに選択的に加熱ローラ９を位置決めするようになっている。

例えば、使用するシートの種類やプリント条件（マルチパスのパス数）などに応じて、最適なポジションが設定される。表１は、条件に応じた加熱ローラの温度、加熱ローラの付勢についての設定条件の組み合わせの例を示す。

図３はプリント装置の制御を司る制御部のシステムブロック図である。コントローラ１００は制御部の中核であり、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＥＥＰＲＯＭ１０３、ＲＡＭ１０４を有する。Ｉ／Ｏインターフェース１０５は、コントローラ１００に外部のホスト機器１０００を接続するものであり、所定のプロトコルに基づいて双方向の通信を可能とする。各種エンコーダ１０６はキャリッジの主走査方向の位置、搬送ローラの回転などを検出するものである。各種センサ１０７は、キャリッジに搭載されるシートセンサ、温度センサ、シートの先端を検出するセンサなどである。

コントローラ１００の指令により、モータドライバ１０８を介してプリント装置内の各種モータの駆動が制御されるとともに、ヘッド駆動回路１０９を介してプリントヘッド１１１（図１のプリントヘッド３）が駆動される。コントローラ１００の指令により、モータドライバ１１２を介して切替機構１１５（図２のモータ１６）が制御される。さらにコントローラ１００の指令により、ヒータ制御回路１１３を介してヒータ１１４（図１のヒータ７）が制御される。

図４は、制御部の制御によってなされる、プリント動作シーケンスを示すフローチャートを示す。

ステップＳ１（加熱条件設定）では、ユーザが指定あるいはプリント装置で自動認識されたシート種類、プリントモード（印刷品位など）の情報から、加熱条件やその他のプリント条件（マルチパスプリントのパス数など）を設定する。先の表１は条件設定のためのデータテーブルである。データテーブルは制御部のメモリに格納されており、制御部では使用するシートの種類とパス数を元にデータテーブルを参照することで、プリントに最適なローラ温度、ローラ加圧の有無、付勢量を取得する。

ステップＳ２（予備加熱）では、プリント動作を開始する前に、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２がともに目標温度となる熱が付与されるようにヒータの予備加熱を行う。

ステップＳ３（プリント）では、プリント部でプリント動作を開始する。次いでステップＳ４の処理に移行するが、その後もプリント動作は継続する。

ステップＳ４（加圧）では、切替機構を駆動して加熱ローラをステップＳ１で設定された付勢量となる位置に移動させる。搬送されるシートの加熱ローラをシートに押し当てて加圧および加熱する。プリント動作開始後に加熱ローラを押し当てるので、シートにダメージが生じにくい。プリント動作中、第１領域Ｒ１では非接触状態で加熱乾燥がなされ、続く第２領域では接触状態で加熱乾燥がなされる。

ステップＳ５（プリント終了）では、プリント部で予定されている画像のプリントが済んだら、乾燥部での加熱動作を終了させる。切替機構を駆動して加熱ローラを上方に退避させる。こうして一連の処理を終了する。

図５は乾燥部の別の例を示す断面図であり、先の図２と同一の符号は同一または同等の部材を表す。接触部はラック機構等によりシート搬送方向に沿って所定の範囲で移動することができるようになっている（矢印で示す方向）。これにより、ヒータ７から加熱ローラ９までの距離を任意に変えて、加熱ローラ９がヒータ７から与えられる輻射熱の熱量を調整することができる。図５（ａ）の状態では図５（ｂ）の状態に比べて、加熱ローラ９がヒータ７により近いので加熱ローラ９の表面温度はより高くなる。この例によれば、ヒータの温度設定は一定のまま、接触部を移動させることで加熱ローラ９の温度を所望の温度に調節することが可能となる。

以上の実施形態によれば、シートに対してヒータからの非接触で輻射熱を与える乾燥と、同じヒータの熱により昇温した部材のシートへの接触よる乾燥を併せて行うので、ヒータが発生する熱エネルギが効率よくシートに与えられる。その結果、限られた消費電力で大きな乾燥能力を得ることができる。この際、最初に非接触の加熱で乾燥が進んだ状態で、次いで接触による加熱を行うので接触部にインクが付着して汚れることが抑制される。加えて、非接触の加熱の後に接触による加熱を行うので、非接触の加熱でシートにしわや波打ちが生じたとしても、接触部でシートが矯正されて最終的にはシワや波打ちのないシートが得られる。

３ プリントヘッド
４ キャリッジ
５ プラテン
６ 乾燥部
７ ヒータ
８ リフレクタ
９ 加熱ローラ（接触部）
Ｒ１ 第１領域
Ｒ２ 第２領域

Claims (5)

1. インクジェット方式でシートにプリントを行うプリント部と、
   前記プリント部でインクが付与されたシートを乾燥させる乾燥部と
   を備えるシート処理装置であって、
   前記乾燥部は、
   ヒータと、
   前記ヒータの熱線が、前記プリント部でシートにインクが付与されたプリント面に照射される第１領域と、
   シートが搬送される経路の前記第１領域よりも下流において、前記第１領域にて熱線が照射された前記プリント面に加熱ローラが接触してシートに熱を与える第２領域と、を有し、
   前記ヒータの熱線は、一部は前記第１領域にて前記プリント面を直接照射し、別の一部は前記加熱ローラの上方から前記加熱ローラを直接照射して前記加熱ローラを昇温させるものであり、
   前記第２領域には凹形状の円筒曲面を持ったローラガイドが設けられており、前記ローラガイドに入り込んだ前記加熱ローラと前記円筒曲面との間にシートが挟まれた状態でシートが搬送され、
   前記ローラガイドに前記加熱ローラが入り込んだ第１状態と、前記ローラガイドに前記加熱ローラが入り込まない第２状態とに切り替える機構を有することを特徴とするシート処理装置。
2. 使用するシートの種類により前記第１状態と前記第２状態を切り替えるよう制御する制御手段を有することを特徴とする、請求項１記載のシート処理装置。
3. マルチパスプリントのパス数により前記第１状態と前記第２状態を切り替えるよう制御する制御手段を有することを特徴とする、請求項１記載のシート処理装置。
4. インクジェット方式でシートにプリントを行うプリント部と、
   前記プリント部でインクが付与されたシートを乾燥させる乾燥部と
   を備えるシート処理装置であって、
   前記乾燥部は、
   ヒータと、
   前記ヒータの熱線が、前記プリント部でシートにインクが付与されたプリント面に照射される第１領域と、
   シートが搬送される経路の前記第１領域よりも下流において、前記第１領域にて熱線が照射された前記プリント面に加熱ローラが接触してシートに熱を与える第２領域と、を有し、
   前記ヒータの熱線は、一部は前記第１領域にて前記プリント面を直接照射し、別の一部は前記加熱ローラの上方から前記加熱ローラを直接照射して前記加熱ローラを昇温させるものであり、
   前記ヒータと前記第２領域との間の距離を可変にする機構をさらに有することを特徴とするシート処理装置。
5. 前記シートはインクの受容層を持たない受容層無しシートであり、前記インクはエマルション成分を含むインクであることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載のシート処理装置。

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