JP7316806B2 - 水性インクプリンタにおいて被覆基材上の画像を乾燥するためのプリンタおよび乾燥機 - Google Patents

Description

本開示は、水性インク印刷システムに関し、特にそのようなプリンタにおける乾燥システムに関する。

公知の水性インク印刷システムは、未被覆基材上に画像を印刷する。画像が基材上に直接印刷されるかあるいは中間転写部材の周りに構成されたブランケットから転写されるかにかかわらず、一旦画像が基材上にあると、インク中の水分および他の溶剤を実質的に除去して画像を基材に定着させなければならない。乾燥機は、典型的には、水分および溶剤の除去のために、ブランケットからの画像の転写のあとまたは画像が基材上に印刷されたあとに配置される。プリンタの比較的高速な動作を可能にするために、乾燥機は、基材およびインクを典型的には１００℃に達する温度に加熱する。未被覆基材は、一般に、基材の表面から液体を効果的に除去するために、５００～７５０ミリ秒といった比較的短時間の、乾燥機で発生させる高温への暴露を必要とする。

水性インク画像には被覆基材が望ましい。被覆基材は、典型的には、高品質の画像のパンフレットおよび雑誌の表紙に使用される。これらの被覆基材は、しかしながら、現在公知の乾燥機によって不十分な量の水分および溶剤がインク画像から除去されるので、インク画像から水分を除去することに伴う課題を激化させる。公知の乾燥機の不適切さに対処するための１つのアプローチは、第１の乾燥機のあとに、第１の乾燥機によって行われる均一な乾燥を繰り返す１つ以上の均一乾燥段を追加することである。このアプローチでは、他の均一乾燥段を追加することから、プリンタの設置面積が大幅に長くなる、およびプリンタが消費するエネルギーが増加するという問題がある。また、水性インク印刷システムに均一乾燥段を追加することは、システムの複雑さを増し、そしてシステムの信頼性に影響を与え得る。他のアプローチは、均一乾燥段で発生させる温度を上げることであるが、しかしながら、均一乾燥段で発生させる温度には上限が存在する。ある時点で、温度はいくつかの基材を劣化させるレベルに達し得るし、また、より高い基材温度は、出力された基材の積み重ねが、印刷文書を安心して回収するにはあまりに多くの熱を保持する結果となり得る。画像を処理する時間、プリンタの設置面積、印刷システムの複雑さ、または基材が高められる温度を著しく増大させることなく、コート紙上のインク画像を効率的に処理することを可能にする乾燥装置および方法を開発することは有益であろう。

新規の水性インク印刷システムは、目立った追加の複雑さや乾燥温度の有意な上昇なしに水性インク画像の効率的な乾燥を可能にする乾燥システムを含む。印刷システムは、それを通過して動く基材上に水性インク滴を吐出して基材上にインク画像を形成するように構成された少なくとも１つのプリントヘッドと、その内で基材に熱が印加されるときに懸吊基材が互いに接触することなく基材を垂直に懸吊するように構成された乾燥機とを含む。

新規の乾燥機は、目立った追加の複雑さや乾燥温度の有意な上昇なしに水性インク画像の効率的な乾燥を可能にする。乾燥機は、ハウジングと、ハウジング内に位置するトラック、およびトラックに沿って配置され、トラックに沿って動くように構成され、各々が、トラック上の第１の所定位置で、インク画像を担持する基材の、基材上のインク画像の外側の領域内の一部分を捕捉し、トラック上の第２の所定位置で基材を解放するように構成された複数のグリッパであって、さらに、グリッパによって保持された基材をハウジング内で、懸吊基材が互いに接触することなく垂直に懸吊するように構成されたトラックおよびグリッパと、グリッパがトラックに沿って動くときにグリッパによって保持された懸吊基材を乾燥させるためにハウジング内で熱を発生するように構成されたヒーターとを含む。

図１は、プリンタ内の印刷済み基材の処理を遅滞させることなく印刷済み基材が熱に暴露される滞留時間を長くする水性インク印刷システムの概略図である。 図２Ａは、図１のプリンタにおけるニップローラー対の構成を正面図で示す。 図２Ｂは、図２Ａのドライバと相互作用するニップローラー対を示す。 図３は、図１のプリンタにおけるトラックおよびグリッパの構成の斜視図である。 図４は、空気圧で基材をベルトに対して保持することを可能にするように構成された孔を有する中実搬送ベルト上で水性インク画像を印刷された基材を乾燥する際に生成されるアーティファクトを示す。

図１は、第１の乾燥機と同様に動作する追加乾燥機から生じるエネルギー消費量および基材温度上昇なしにコート紙上に画像を印刷するように構成された水性印刷システム１００のブロック図を示す。システム１００は、１つ以上のプリントヘッドアレイ１０４を有するマーキング材料モジュール１０２と、基材搬送部１０６と、乾燥機１０８と、基材冷却ユニット１１２とを含む。基材搬送部１０６は、そのうちの一方が図示されている１対のローラーの周りに巻き付けられた無端ベルトで実施される。ローラーのうちの一方は、電気モータなどのアクチュエータによって駆動されて、ベルトをローラーの周りで回転させる。プリントヘッドアレイ１０４は、コントローラ１２０によって公知の方法で作動され、処理方向においてアレイのそばを通過する基材上に水性インク滴を吐出して基材上にインク画像を形成する。本明細書で使用される「処理方向」なる用語は、基材の平面内にある、プリントヘッドを通過し乾燥機を通り抜ける基材の動きの方向を指す。基材搬送部１０６は、印刷済み基材を乾燥機１０８の受容端２２０に送達する。

乾燥機１０８は、水性インク印刷システムにおける従来公知の乾燥機よりも多数の基材を乾燥させるように、かつ被覆基材上の水性インクが基材の表面から基材の本体内に移動し、それによって接触基準を満たすことを可能にするのに適正な温度に基材を加熱するように構成されている。この目的を達成するために、乾燥機１０８は、マーキングユニットから受け取った印刷済み基材の未印刷余白を捕捉し、次いで、基材がチャンバを通り抜けるときに互いに接触することなく垂直に懸吊するように基材を遷移させるグリッパを伴って構成され、基材の両平面が熱に暴露されること、および熱への暴露時間を長くすることを可能にする。本文書で使用されるとき、「懸吊する」または「懸吊」なる用語は、基材の反対側の端部よりも高い重力ポテンシャルにある一端部で保持された基材を指す。乾燥機１０８内のグリッパは、各基材の未印刷余白領域を確保するニップローラー対またはクランプとし得、それによって、印刷画像は乱されず、次いで、ニップローラー対またはクランプは、ニップローラー対アセンブリまたはクランプから基材を懸吊するためのトラックをたどる。ニップローラー対またはクランプがトラックの端部に到達し、そこで基材がプリンタ内の基材冷却部１１２に送達され出力トレイに運ばれるまで、基材は乾燥機内の熱に曝される。乾燥機内の熱への暴露時間の延長は、基材の温度を、基材中の溶剤の粘度を低下させ、それによって、溶剤が基材の表面から基材の本体内へ移動するようなレベルまで上昇させることを可能にする。したがって、インク画像は、紙の品質を低下させる可能性がある温度に基材を曝すことなく、接触に寛容性になる。基材は、次いで、使用者が取り扱い得る温度で出力トレイに積み重ねられ得る。

図１を続けて参照すると、乾燥機１０８は、ハウジング２０４と、その上をニップローラー対２１２が連続ループで走行するトラック２０８とを含む。上述のように、グリッパはニップローラー対またはクランプを用いて実施され得る。ニップローラー対を使用する実施形態を、図１、図２Ａ、図２Ｂ、および図３を参照して説明する。ドライバ２１６は、トラック２０８の受容端２２０および出口端２２４に配置され、ニップローラー対２１２のうちの１つと係合し、受容端２２０で基材を捕捉し、出口端２２４でニップローラー対から乾燥した基材を解放し、それによって、基材は基材冷却器１１２の基材搬送部２３６に遷移し得る。ヒーター２４０は、乾燥機１０８のハウジング２０４内に、インク中の溶剤の粘度を低下させ、溶剤が基体の本体内に移動すること、または溶剤を基体の表面から蒸発させることを可能にする温度で熱を供給する。ヒーター２４０は、複数の加熱素子を含むことができる。一実施形態では、ヒーター２４０は、約２ミクロンの範囲の赤外線を発生する赤外線ランプのアレイを含む。他の実施形態では、対流ヒーターまたは加熱ランプを使用することができ、ヒーターによって生成される加熱空気は送風機によって基材に向けられる。各加熱素子はマイクロ波放射体とすることもできる。蒸発した溶剤および水蒸気をハウジング２０４から排気するために、排気口２４４がハウジング２０４の天井に配置されている。この蒸発した溶剤および水蒸気の排気を助けるために、扇風機が、排気口２４４と連通してハウジング２０４から空気を引き出すように構成され得る。加えて、図１に示すように、送風機２４８が受容端２２０に配置され、空気を基材上のインク画像に向け、基材がトラック２０８に遷移するときに、受容端で捕捉される基材上のインク画像がハウジング２０４内の表面と係合しないことを保証することができる。

ニップローラーアセンブリ２１０の構成を、図２Ａにおいては正面から、図２Ｂにおいては斜視図で示す。１対のローラー２１２が各部材２５０に取付けられている。ローラー２１２は他方の部材上のローラーと接触し、ニップローラー対がクロス処理方向における基材の幅内で基材２５２と接触することを可能にする位置にニップを形成する。図２Ａは、他方の部材２５０およびはそのローラーに取付けられた２つのローラー２１２は、図示の部材２５０およびそれに取付けられたローラー２１２の背後に位置しており、さらに基材２５２の背後にあるので、各ニップローラー対の一方のローラーのみを示す。本明細書で使用される「クロス処理方向」なる用語は、処理方向に対して垂直であり、かつ基材が基材移送部１０６上にあることから水平であるとき基材の平面内にある方向を指す。各部材２５０の端部はブラケット２５６内で回転するように取付けられている。部材２５０の被動側の端部はブラケット２５６を貫通して延伸し、歯車２５８が各々に、歯車の歯を他方の歯車の歯と噛み合わせて取付けられている。これらの歯車２５８は、歯車の反対方向の回転による基材の解放を防ぐために一方向クラッチを伴って構成されている。ドライバ２１６は、その周りに歯車２５８が取付けられた出力シャフト２６６を有する。ドライバ２１６による出力シャフト２６６上の歯車２５８の回転は、部材２５０の端部に取付けられた歯車２５８も回転させる。印刷済み基材が、搬送部１０６（図１）上で、乾燥機１０８の受信端２２０に到着すると、基材の前縁が、２つのニップローラー対によって形成される２つのニップと係合する。ドライバ２１６の歯車２５８および出力シャフト２６６による部材２５０上の歯車２５８の回転は、両方のニップローラー対のローラー対２１２を、基材２５２上の印刷画像２６４の前縁の未印刷余白２６０を各ローラー対２１２のローラー間にしっかりと供給する方向に回転させる。コントローラ１２０は、前縁のこの部分を捕捉するのに十分にドライバ２１６を作動するが、次いでドライバの作動を停止し、次いでトラック２０８のための駆動を作動し、ブラケット２５６を捕捉し、ニップローラー対センブリ２１０をドライバ２１６から離れるよう動かし、一方向クラッチが、ローラーが反対方向に回転してそれが基材を解放させることを防止する。トラック２０８を横断して出口端２２４に到達したあと、コントローラ１２０は別のドライバ２１６を作動してその出力シャフト２６６およびシャフトに取付けられた歯車２５８を回転させて部材２５０の被動端にある歯車２５８を駆動し、それによって、ニップローラー対２１２は、今や乾燥した印刷画像を担持する基材をニップを通してローラー対の間に供給し、その一方がやはりコントローラ１２０によって作動される別のアクチュエータ２７０によって駆動される別のペアのニップローラー２２８（図１および図３）内に基材を進ませ、基材をハウジング２０４内の出口スロット２３２を通して、基材搬送部２３６（図１）を形成する一連の被動ニップローラー内に押し込む。一実施形態では、ドライバ２１６および２７０は電気モータである。

図３は、図を簡略化するためにハウジング２０４をなくして図１のトラック２０８および部材２５０を示す。トラック２０８は、各々にチャネル３０８を有する２つのほぼＬ字形の部材３０４を有する。無端部材が各部材３０４の各チャネル３０８内にあり、この無端部材は、部材２５０のブラケット２５６を引掛けるためのカプラを所定の間隔で有する。アクチュエータ３１２が無端部材に動作可能に接続され、無端部材を部材３０４内で動かす。コントローラ１２０がアクチュエータ３１２に動作可能に接続され、アクチュエータを選択的に作動して、無端部材および無端部材に連結された部材２５０をトラック２０８に沿って動かす。ニップローラー２１２を担持するニップローラーアセンブリ２１０内の１対の部材２５０が部材３０４の下側水平部分に到達すると、無端ベルト上のカプラがブラケット２５６を解放し、アセンブリ２１０は現在最後のニップアセンブリ２１０を出口端２２４に向かって押すことになる。部材３０４のこの水平部分上で、基材２５２は乾燥機１０８の加熱空気内に懸吊する。ニップローラーアセンブリ２１０が出口端２２４に到達すると、ドライバ２１６は、ドライバ２１６に隣接する部材２５０の端部にある歯車２５８と係合する。ドライバ２１６が歯車２５８および部材２５０を回転させると、基材および乾燥した印刷済み画像を乾燥機１０８から取り出すために、基材２５２が、アクチュエータ２７０によって駆動されるニップローラー対２２８内に進まされる。一旦基材が解放されると、無端ベルト上のカプラがブラケット２５６と係合して、空のニップローラーアセンブリ２１０を上側水平部分まで上方に運び、次いで、ニップアセンブリ２１０が入口２２０に戻るまで、Ｌ字形部材３０４の垂直部分を下方に運ぶ。そこで、ニップローラーアセンブリ２１０は、前縁の捕捉のために、別の基材が提示されるまで待機する。

基材が印刷される水平位置から基材が乾燥される非接触懸吊向きに基材を遷移させる乾燥機１０８の利点は、乾燥経路の距離が低減することである。本明細書で使用されるとき、「水平」なる用語は、基材が処理方向に動いているときの基材の端部がほぼ同じ重力ポテンシャルにあることを意味する。図１に示すように、８枚の基材が一度にハウジング２０４内にある。これらの基材の各々が長さ２フィートである場合、８枚の基材と、水平方向で隣接する基材間の隙間とを収容するためには、乾燥機１０８は１６フィートを超える長さである必要がある。典型的な基材速度約８５０ｍｍ／秒では、線形水平乾燥機経路内の基材は５．７秒間熱に暴露されることになる。基材を乾燥機１０８内に懸吊することにより、隣接する垂直基材は、水平に配向された２枚の隣接するシートを収容するのに必要な４フィートの約半分を必要とし、しかも基材の全表面が乾燥機の熱に暴露される。したがって、ニップローラー対がトラックに沿って動く速度を実質的に低減して、はるかに低減されたハウジング２０４の設置面積内で、５．７秒の熱暴露を得ることができる。図３に関して上述したように、トラック２０８内の無端ベルトを駆動するアクチュエータはコントローラ１２０に接続されている。コントローラ１２０は、コントローラに動作可能に接続されたメモリに格納されたプログラムされた命令を伴って構成されている。コントローラ１２０は、メモリに格納されたおよびプリンタ内のセンサから受信したデータを参照してプログラムされた命令を実行して、トラック２０８に沿ったニップローラー対およびクランプの速度を調整し、基材の捕捉および部材３０４に沿って動くニップローラーアセンブリからの解放を同期させる。基材の重量、サイズ、厚さなどに関するパラメータは、コントローラに接続されたユーザインタフェースに入力したり、または未印刷の基材をプリンタに装填するときに検出することができる。コントローラ１２０は、次いで、基材が乾燥機１０８内を動く速度を調整し、基材上のインク画像を接触寛容性にするために乾燥機内で費やされる時間を最適化する。

図１に示す乾燥機のもう１つの利点は、基材の乾燥差を排除することである。従来公知の乾燥機による基材の乾燥差は、水平な基材が乾燥機を通り抜けるときにそれらを支持する搬送ベルトの孔よって惹起される。搬送ベルトは負の空気圧源とベルトによって運ばれる基材との間に配置され、それによって、空気は基材およびベルトの孔を通して負の空気圧によって引かれ、基材を搬送ベルトに対して保持する助けとなる圧力を生成し得る。搬送ベルトの孔と整列する基材の部分を通る空気流は、それらの部分を搬送ベルトの中実領域に当たる領域よりも低温に保つ。これらのより低温の領域は、中実ベルト領域に隣接するより高温の領域ほど多くの水分および溶剤を蒸発させない。この温度差が、インク画像内に、図４に矢印で示すアーティファクトを生成する。乾燥機１０８内の搬送ベルトの必要性を排除することによって、図１に示す乾燥機は、より均一な乾燥が基板の表面にわたって起こることを可能にし、乾燥差によって惹起されるアーティファクトは生成されない。

Claims (17)

1. 少なくとも１つのプリントヘッドであって、前記少なくとも１つのプリントヘッドを通過して動く基材上に水性インク滴を吐出して前記基材上にインク画像を形成するように構成された、前記少なくとも１つのプリントヘッドと、
   乾燥機であって、前記乾燥機内で熱が前記基材に印加されるときに懸吊基材が互いに接触することなく前記基材を鉛直に懸吊するように構成された、前記乾燥機とを含み、
   前記乾燥機はさらに、
   ハウジングと、
   前記ハウジング内に配置されたトラック、および
   前記トラックに沿って間隔を置いて配置され、前記トラックに沿って動くように構成され、各々が、前記トラック上の第１の所定位置で、前記基材のうちの１つの、前記１つの基材上の前記インク画像の外側の領域内の一部分を捕捉し、前記トラック上の第２の所定位置で前記１つの基材を解放するように構成された、各々がニップローラー対である複数のグリッパであって、前記グリッパによって保持されている前記基材を前記ハウジング内で鉛直に懸吊するように構成されたトラックおよびグリッパと、
   前記グリッパが前記トラックに沿って動くとき、前記グリッパによって保持されている前記懸吊基材を乾燥させるために前記ハウジング内で熱を発生するように構成されたヒーターとを含む、水性インクプリンタ。
2. 前記ヒーターはさらに、
   複数の加熱素子を含む、請求項１に記載の水性インクプリンタ。
3. 各加熱素子は赤外線放射体である、請求項２に記載の水性インクプリンタ。
4. 各加熱素子はマイクロ波放射体である、請求項２に記載の水性インクプリンタ。
5. 各加熱素子は加熱ランプである、請求項２に記載の水性インクプリンタ。
6. 前記ハウジングは、蒸発した水分および溶剤が前記ハウジングから出ることを可能にするための排気口を有する、請求項２に記載の水性インクプリンタ。
7. 前記乾燥機はさらに、
   前記ハウジング内から空気を引き出すために前記排気口に流体的に接続された負の空気圧源を含む、請求項６に記載の水性インクプリンタ。
8. 前記ヒーターは対流ヒーターである、請求項１に記載の水性インクプリンタ。
9. 前記複数のグリッパに動作可能に接続され、前記トラックに沿って前記複数のグリッパを動かすように構成されたアクチュエータと、
   前記アクチュエータに動作可能に接続され、前記トラックに沿った前記複数のグリッパの速度を調整するために基材パラメータを参照して前記アクチュエータを作動するように構成されたコントローラとをさらに含む、請求項１に記載の水性インクプリンタ。
10. ハウジングと、
    前記ハウジング内に配置されたトラック、および
    前記トラックに沿って配置され、前記トラックに沿って動くように構成され、各々が、前記トラック上の第１の所定位置で、インク画像を担持する基材の、前記基材上の前記インク画像の外側の領域内の一部分を捕捉し、前記トラック上の第２の所定位置で前記基材を解放するように構成された、各々がニップローラー対である複数のグリッパであって、前記グリッパによって保持された前記基材を前記ハウジング内でお互いに接触しないように鉛直に懸吊するように構成されたトラックおよびグリッパと、
    前記グリッパが前記トラックに沿って動くとき、前記グリッパによって保持されている前記懸吊基材を乾燥させるために前記ハウジング内で熱を発生するように構成されたヒーターとを含む、乾燥機。
11. 前記ヒーターはさらに、
    複数の加熱素子を含む、請求項１０に記載の乾燥機。
12. 各加熱素子は赤外線放射体である、請求項１１に記載の乾燥機。
13. 各加熱素子はマイクロ波放射体である、請求項１１に記載の乾燥機。
14. 各加熱素子は加熱ランプである、請求項１１に記載の乾燥機。
15. 前記ハウジングは、蒸発した水分および溶剤が前記ハウジングから出ることを可能にするための排気口を有する、請求項１１に記載の乾燥機。
16. 前記乾燥機はさらに、
    前記ハウジング内から空気を引き出すために前記排気口に流体的に接続された負の空気圧源を含む、請求項１５に記載の乾燥機。
17. 前記ヒーターは対流ヒーターである、請求項１０に記載の乾燥機。