JP2017114001A - 乾燥装置、造形装置、及び乾燥方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶剤を含む液体に対する乾燥効率を向上させる乾燥装置、造形装置、及び乾燥方法を提供する。【解決手段】乾燥装置１４は、媒体１７に吐出された液体を加熱する第１の加熱部２１と、液体に含まれる溶剤の損失係数に基づいて設定された周波数を有する電磁波を液体に照射する第２の加熱部２２とを備える。第１の加熱部２１は液体の損失係数に基づいて設定された周波数を有する電磁波を液体に照射する。第１の加熱部２１により照射される電磁波の周波数は、色素、水、及び溶剤を含む液体の損失係数が閾値以上となるように設定される。第２の加熱部２２により照射される電磁波の周波数は溶剤の損失係数が閾値以上となるように設定される。【選択図】図１

Description

本発明は、乾燥装置、造形装置、及び乾燥方法に関する。

インクジェットプリンタ等の画像形成装置において、高周波誘電加熱を利用して、媒体に吐出された液体を乾燥させる乾燥装置が用いられている。高周波誘電加熱とは、対象物に高周波の電磁波を照射（交番電界を印加）することにより対象物を加熱する方法である。これにより、非接触状態で液体を乾燥させることができる。

例えば、担持体に担持される画像を記録媒体に転写するインクジェット記録装置において、画像を劣化させることなくインクの乾燥及び画像の転写を可能にすることを目的として、担持体に担持される画像を構成するインクを高周波誘電加熱により加熱する技術が開示されている（特許文献１）。

媒体に吐出される液体には、通常、色素、水、及び溶剤が含まれる。媒体に色素を定着させる際には、水及び溶剤を加熱して蒸発させる必要がある。電磁波等の高周波を対象物に照射する加熱方法においては、加熱効率に周波数依存性がある。すなわち、電磁波等の周波数の最適値は乾燥させようとする物質の種類毎に異なる。従来の方法においては、単一の周波数の電磁波が照射されるため、水が蒸発した後に溶剤が残留する場合がある。溶剤の残留は媒体が層状に貼り付いて板状になるブロッキング等の不具合の原因となる。このような問題は印刷速度（媒体の搬送速度）の高速化に伴い顕著となる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、溶剤を含む液体に対する乾燥効率を向上させることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、媒体に吐出された液体を加熱する第１の加熱部と、前記液体に含まれる溶剤の損失係数に基づいて設定された周波数を有する電磁波を前記液体に照射する第２の加熱部と、を備える乾燥装置である。

本発明によれば、溶剤を含む液体に対する乾燥効率を向上させることが可能となる。

図１は、第１の実施の形態に係る画像形成装置の概略的構成を示す図である。 図２は、第１の実施の形態に係る乾燥装置の機能的構成を示す図である。 図３は、第１の実施の形態に係る第１の加熱部及び第２の加熱部の構成例を示す図である。 図４は、第１の実施の形態に係る陽電極及び陰電極により発生される電磁波により液体が加熱される状態を示す図である。 図５は、電磁波の周波数と液体の損失係数との関係の例を示すグラフである。 図６は、電磁波の周波数と溶剤の損失係数との関係の例を示すグラフである。 図７は、第１の実施の形態における変形例に係る第２の加熱部のシールドボックスの構成を示す図である。 図８は、第２の実施の形態に係る乾燥装置の機能的な構成を示す図である。 図９は、第３の実施の形態に係る乾燥装置の機能的な構成を示す図である。 図１０は、第３の実施の形態に係る第１の加熱部の構成例を示す図である。 図１１は、第４の実施の形態に係る画像形成装置の概略的構成を示す図である。 図１２は、第４の実施の形態に係る乾燥装置の機能的な構成を示す図である。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る画像形成装置１の概略的構成を示す図である。画像形成装置１は、給紙装置１１、搬送装置１２、液体吐出装置１３、乾燥装置１４、及び巻取装置１５を含む。

給紙装置１１は、媒体１７を繰り出す装置である。本実施の形態においては、媒体１７としてロール紙が用いられている。給紙装置１１は、媒体１７が巻回された回転軸１８、回転軸１８を回転させるモータ等を用いて構成される。なお、媒体１７は、ロール紙に限られるものではない。媒体１７は、液体が吐出されるシート状のものであり、周知又は新規の適宜な材質及び形状のものであってもよい。媒体１７は、液体が少なくとも一時的に付着可能なものであればよい。媒体１７の材質としては、例えば紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、及びセラミックス等が挙げられる。給紙装置１１は、本例に限られるものではなく、媒体１７の態様に合わせて適宜設計されるものである。例えば、媒体１７としてＡ４，Ｂ５等の所定のサイズで切断された複数の用紙を用いる場合には、給紙装置１１は、用紙をサイズ毎に収納する機構、収納されている用紙を搬送する機構等を用いて構成されてもよい。

搬送装置１２は、給紙装置１１から繰り出された媒体１７を所定の搬送方向（図１中左方向）に搬送する装置である。搬送装置１２は、例えば複数のローラ、ローラに巻回されたベルト、ローラを回転させるモータ等を用いて構成されるが、これに限られるものではない。

液体吐出装置１３は、媒体１７に液体を吐出する装置である。媒体１７に吐出される液体は、色素（顔料、染料等）、水、及び溶剤を含む液体である。溶剤とは、液体に含まれる色素及び水以外の物質であり、例えば有機溶媒、機能性物質を含む溶液・懸濁液・乳濁液等である。機能性物質としては、例えば界面活性剤等が挙げられる。液体は、媒体１７に少なくとも一時的に付着可能なものであればよく、インクであることに限定されるものではない。液体吐出装置１３は、例えば各色の液体を格納するタンク、液体を吐出する吐出ヘッド、吐出ヘッドを制御する電子制御ユニット等を用いて構成されるが、これに限られるものではない。

乾燥装置１４は、媒体１７に吐出された液体を乾燥させる装置である。本実施の形態に係る乾燥装置１４は、第１の加熱部２１及び第２の加熱部２２を含む。乾燥装置１４の具体的構成については後に詳述する。

巻取装置１５は、乾燥装置１４により乾燥された媒体１７を巻き取る装置である。巻取装置１５は、媒体１７が巻回される回転軸１９、回転軸１９を回転させるモータ等を用いて構成される。なお、巻取装置１５は、本例のように媒体１７としてロール紙が用いられる場合に有用となるものである。例えば、媒体１７として所定のサイズで切断された複数の用紙を用いる場合には、巻取装置１５の代わりに、乾燥後の複数の用紙を外部に排出する排紙装置が設けられてもよい。

図２は、第１の実施の形態に係る乾燥装置１４の機能的構成を示す図である。乾燥装置１４は、第１の加熱部２１及び第２の加熱部２２を含む。

第１の加熱部２１は、媒体１７上の液体２６に第１の電磁波を照射することにより液体２６を加熱する。第１の電磁波は、色素、水、及び溶剤を含む液体の損失係数に基づいて設定された周波数を有する。すなわち、第１の加熱部２１は、色素、水、及び溶剤を含む液体２６全体の加熱効率が最適となるように設定された第１の電磁波により液体２６を加熱する。例えば、第１の電磁波の周波数は、色素、水、及び溶剤を含む液体２６の損失係数が閾値以上となるように設定されていることが好ましい。

第２の加熱部２２は、媒体１７上の液体２６に第２の電磁波を照射することにより液体２６を加熱する。第２の電磁波は、溶剤の損失係数に基づいて設定された周波数を有する。すなわち、第２の加熱部２２は、液体２６に含まれる物質のうち溶剤の加熱効率が最適となるように設定された第２の電磁波により液体２６を加熱する。例えば、第２の電磁波の周波数は、溶剤の損失係数が閾値以上となるように設定されていることが好ましい。なお、本実施の形態においては、液体２６は第１の加熱部２１により加熱された後に第２の加熱部２２により加熱されるが、液体２６を加熱する順序はこれに限られるものではない。液体２６の種類によっては、液体２６を第２の加熱部２２により加熱した後第１の加熱部２１により加熱する方がよい場合がある。

図３は、第１の実施の形態に係る第１の加熱部２１及び第２の加熱部２２の構成例を示す図である。第１の加熱部２１及び第２の加熱部２２は、高周波電源３１、整合器３２、シールドボックス３３（筐体）、複数の陽電極３４、及び複数の陰電極３５を含む。

高周波電源３１は、所定の周波数（数ＭＨｚ〜数百ＭＨｚ）の発振器から電力を増幅した高周波電力（数百Ｗ〜数十ｋＷ）を出力する。第１の加熱部２１の高周波電源３１が出力する高周波電力の周波数と、第２の加熱部２２の高周波電源３１が出力する高周波電力の周波数とは異なっている。

整合器３２は、高周波電源３１側の出力インピーダンスと陽電極３４及び陰電極３５側の負荷インピーダンスとを整合させる回路である。例えば、出力インピーダンスが５０Ωである場合、媒体１７、液体２６、陽電極３４、及び陰電極３５を含む負荷側の負荷インピーダンスが５０Ωとなるように整合される。印刷パターン、液体２６の乾燥状態等は時間と共に変化するため、整合器３２は可変コンデンサ等により負荷インピーダンスを調整可能に構成されていることが好ましい。整合器３２の作用により安定した周波数の高周波電力が各陽電極３４及び各陰電極３５に印加される。

シールドボックス３３内には、複数（本例では２つ）の陽電極３４及び複数（本例では２つ）の陰電極３５が設置されている。陽電極３４及び陰電極３５は、長手方向が媒体１７の搬送方向に対して垂直に配置された棒状の金属部材から構成されている。陽電極３４及び陰電極３５は、媒体１７の搬送方向に沿って交互に等間隔で配置されている。陽電極３４及び陰電極３５に高周波電力が印加されることにより、電磁波が発生される。シールドボックス３３は、電磁波が外部に射出されることを防止する作用を有する。シールドボックス３３には、搬入口３７及び搬出口３８が形成されている。媒体１７は、搬入口３７を介してシールドボックス３３内に搬入され、陽電極３４及び陰電極３５の下部を通過し、搬出口３８からシールドボックス３３の外部に搬出される。

図４は、第１の実施の形態に係る陽電極３４及び陰電極３５により発生される電磁波２５により液体２６が加熱される状態を示す図である。陽電極３４及び陰電極３５に高周波電力が印加されることにより、隣り合う陽電極３４及び陰電極３５間に電磁波２５（交番電界）が発生する。媒体１７上の液体２６に電磁波２５が照射されると、誘電分極が発生し、液体２６が加熱される。このとき、電磁波２５は媒体１７にも照射されるが、一般的な紙等の材質からなる媒体１７は、一般的なインク等の液体２６より加熱されにくい。そのため、媒体１７をそれほど加熱することなく液体２６を十分に加熱することができる。なお、図３及び図４に示される陽電極３４及び陰電極３５の数は単なる例示であり、それぞれ３つ以上の陽電極３４及び陰電極３５が設置されてもよい。

上述したように、本実施の形態においては、第１の加熱部２１は第１の電磁波を照射し、第２の加熱部２２は第２の電磁波を照射する（図２参照）。第１の電磁波の周波数は、色素、水、及び溶剤を含む液体２６全体の加熱効率が最適となるように設定されている。第２の電磁波の周波数は、液体２６に含まれる物質のうち溶剤の加熱効率が最適となるように設定されている。第１の電磁波の周波数は、第１の加熱部２１の高周波電源３１が出力する高周波電力の周波数により決定される。第２の電磁波の周波数は、第２の加熱部２２の高周波電源３１が出力する高周波電力の周波数により決定される。

電磁波２５による加熱効率を示す指標として、損失係数が用いられる。損失係数が大きい程、加熱効率が大きいといえる。損失係数は、加熱の対象物の比誘電率εｒと誘電正接ｔａｎδとの積で表される。損失係数は、照射される電磁波２５の周波数に依存する。

図５は、電磁波２５の周波数と液体２６の損失係数との関係の例を示すグラフである。図６は、電磁波２５の周波数と溶剤の損失係数との関係の例を示すグラフである。

図５の例においては、３０００ＭＨｚ程度の周波数において損失係数のピークが見られる。このことから、本例に係る液体２６は、３０００ＭＨｚ程度の周波数の電磁波２５が照射されたときに高い効率で加熱されることがわかる。

図６に示す例においては、１５０ＭＨｚ程度の周波数において損失係数のピークが見られる。このことから、本例に係る溶剤は、１５０ＭＨｚ程度の周波数の電磁波２５が照射されたときに高い効率で加熱されることがわかる。

以上のことから、図６に示す例に係る溶剤を含む図５に示す例に係る液体２６を乾燥させる場合には、第１の加熱部２１が照射する第１の電磁波の周波数は３０００ＭＨｚ程度に設定され、第２の加熱部２２が照射する第２の電磁波の周波数は１５０ＭＨｚ程度に設定されることが好ましい。また、第１の電磁波の周波数及び第２の電磁波の周波数は、損失係数が所定値以上となるように設定されてもよい。例えば、損失係数が１０以上となるように設定する場合には、第１の電磁波の周波数を９００ＭＨｚ〜９０００ＭＨｚ程度の範囲内で設定し、第２の電磁波の周波数を５０ＭＨｚ〜４００ＭＨｚ程度の範囲内で設定すればよい。

これにより、第１の加熱部２１では十分に加熱しきれない溶剤を、第２の加熱部２２により十分に加熱することが可能となる。これにより、媒体１７上の液体２６を確実に乾燥させることができ、ブロッキング等の不具合を確実に防止することが可能となる。

（変形例）
図７は、第１の実施の形態における変形例に係る第２の加熱部２２のシールドボックス４１の構成を示す図である。本例に係るシールドボックス４１は、換気部４２を含む。換気部４２は、送風機４５、流入口４６、及び流出口４７を含む。

シールドボックス４１には、流入口４６及び流出口４７が形成されている。流入口４６には、送風機４５が設置されている。送風機４５は、風を発生させるユニットであり、例えばファン、モータ、フィルタ等を用いて構成される。送風機４５が駆動することにより、空気４８が流入口４６からシールドボックス４１内に流入し、流出口４７から流出する。空気４８の流通によりシールドボックス４１内が換気される。

本例に係る流入口４６及び流出口４７は、シールドボックス４１の、媒体１７の搬送方向に対して垂直方向に対峙する面に形成されている。これにより、空気４８が陽電極３４及び陰電極３５の長手方向に沿って流れるため、空気抵抗を減らすことができる。なお、流入口４６及び流出口４７の形成位置、流入口４６及び流出口４７の形状、送風機４５の設置位置、送風機４５の有無等は、上記に限られるものではなく、適宜設定されるべき事項である。

上述したように、第２の加熱部２２は溶剤の加熱効率が高いものであるため、第２の加熱部２２のシールドボックス４１内では気化した溶剤の濃度が高くなりやすい。溶剤は可燃性の物質を含むことが多いため、発火防止等の対策が取られることが好ましい。そこで、上記のような換気部４２により第２の加熱部２２のシールドボックス４１内を積極的に換気することが有効となる。これにより、安全性を向上させることができる。

以下に、他の実施の形態について図面を参照して説明するが、第１の実施の形態と同一の箇所又は同様の作用効果を奏する箇所については同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。

（第２の実施の形態）
図８は、第２の実施の形態に係る乾燥装置５１の機能的な構成を示す図である。第２の実施の形態に係る乾燥装置５１の第１の加熱部５２は、赤外線により液体２６を加熱する。第２の加熱部２２は、第１の実施の形態と同様である。赤外線の定義は諸説存在するが、本実施の形態に係る赤外線は、例えば波長が０．７μｍ〜１ｍｍの電磁波であると定義することができる。

第１の加熱部５２には、色素、水、及び溶剤を含む液体２６全体を効率よく加熱することが求められる。赤外線は、水の加熱効率が高いものである。従って、液体２６に多くの水が含まれる場合には、第１の実施の形態に係る第１の加熱部２１のように高周波の電磁波を発生させる機構を用いることなく、赤外線により液体２６を加熱する機構を用いることも有効である。赤外線を発生させる機構は、一般的に高周波の電磁波を発生させる機構よりも安価であること等の利点を有する。そのため、本実施の形態によれば、第１の実施の形態による効果に加え、低コスト化等を図ることが可能となる。

（第３の実施の形態）
図９は、第３の実施の形態に係る乾燥装置６１の機能的な構成を示す図である。第３の実施の形態に係る乾燥装置６１の第１の加熱部６２は、第１の電磁波と温風とにより液体２６を加熱する。第２の加熱部２２は、第１の実施の形態と同様である。

図１０は、第３の実施の形態に係る第１の加熱部６２の構成例を示す図である。本例に係る陽電極３４及び陰電極３５は、媒体１７の下部に設置されている。媒体１７の上部には、複数の温風機６５が設置されている。温風機６５は、例えば電熱線、ファン、モータ等を用いて構成されるが、これに限られるものではない。温風の温度は、１００℃前後であることが好ましい。これにより、液体２６に含まれる水を効率的に蒸発させることができる。

本実施の形態によれば、媒体１７上の液体２６を第１の電磁波と温風とにより同時に加熱することができる。これにより、第１の実施の形態による効果に加え、乾燥時間の短縮を図ることが可能となる。

（第４の実施の形態）
図１１は、第４の実施の形態に係る画像形成装置７１の概略的構成を示す図である。図１２は、第４の実施の形態に係る乾燥装置７２の機能的な構成を示す図である。第４の実施の形態に係る乾燥装置７２の第１の加熱部７５は、ヒートドラム８１及び温風機６５を含む。ヒートドラム８１は、液体吐出装置１３から吐出された液体２６の色素を媒体１７に定着させるために、媒体１７を加熱すると共に加圧するユニットである。第２の加熱部２２は、第１の実施の形態と同様である。

本実施の形態に係る第１の加熱部７５においては、液体２６が吐出された媒体１７は、ヒートドラム８１により加熱及び加圧された状態で温風を吹きかけられる。これにより、媒体１７上の液体はヒートドラム８１の熱と温風とにより加熱される。

本実施の形態によれば、液体２６の色素を媒体１７に定着させながら液体２６の乾燥を促進させることができる。これにより、第１の実施の形態による効果に加え、媒体１７への色素の定着を早めることが可能となる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記実施の形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図するものではない。この新規な実施の形態はその他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施の形態及びその変形は発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、上記実施の形態においては、乾燥装置を含む装置の例として、媒体上に２次元的に画像を形成する画像形成装置を示したが、本発明が適用され得る装置はこれに限られるものではない。本発明は、液体を乾燥させる機構を含むあらゆる造形装置、システム、及び方法に適用可能なものであり、例えば、硬化性の液体を吐出することにより立体物を形成する立体造形装置等に適用することも可能である。

１，７１ 画像形成装置
１１ 給紙装置
１２ 搬送装置
１３ 液体吐出装置
１４，５１，６１，７２ 乾燥装置
１５ 巻取装置
１７ 媒体
１８，１９ 回転軸
２１，５２，６２，７５ 第１の加熱部
２２ 第２の加熱部
２５ 電磁波
２６ 液体
３１ 高周波電源
３２ 整合器
３３，４１ シールドボックス
３４ 陽電極
３５ 陰電極
３７ 搬入口
３８ 搬出口
４２ 換気部
４５ 送風機
４６ 流入口
４７ 流出口
４８ 空気
６５ 温風機
８１ ヒートドラム

特開２０１５−０７４１３６号公報

Claims (9)

1. 媒体に吐出された液体を加熱する第１の加熱部と、
   前記液体に含まれる溶剤の損失係数に基づいて設定された周波数を有する電磁波を前記液体に照射する第２の加熱部と、
   を備える乾燥装置。
2. 前記第１の加熱部は、前記液体の損失係数に基づいて設定された周波数を有する電磁波を前記液体に照射する、
   請求項１に記載の乾燥装置。
3. 前記第１の加熱部により照射される前記電磁波の前記周波数は、色素、水、及び前記溶剤を含む前記液体の前記損失係数が閾値以上となるように設定され、
   前記第２の加熱部により照射される前記電磁波の前記周波数は、前記溶剤の前記損失係数が閾値以上となるように設定されている、
   請求項２に記載の乾燥装置。
4. 前記第１の加熱部は、赤外線を前記液体に照射する、
   請求項１に記載の乾燥装置。
5. 前記第１の加熱部は、前記液体に含まれる色素を前記媒体に定着させるヒートドラムを含む、
   請求項１に記載の乾燥装置。
6. 前記第１の加熱部は、前記液体を温風により加熱する、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の乾燥装置。
7. 前記第２の加熱部は、
   内部で前記液体への前記電磁波の照射が行われる筐体と、
   前記筐体の内部を換気する換気部と、
   を含む、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の乾燥装置。
8. 前記液体を吐出する液体吐出装置と、
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の乾燥装置と、
   を備える造形装置。
9. 媒体に吐出された液体を加熱するステップと、
   前記液体に含まれる溶剤の損失係数に基づいて設定された周波数を有する電磁波を前記液体に照射するステップと、
   を含む乾燥方法。

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