JP2013029268A - シートの乾燥装置およびこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温湿度制御に優れ乾燥効率が高いシート用乾燥装置。
【解決手段】インクが付与されたシートを乾燥させる乾燥装置であって、シートに吹き付けられる空気が循環する循環流路と、循環流路に循環する空気の流れを発生させる発生手段と、循環流路の中に設けられたヒータと、循環流路へ外気を取り込む吸気口と、循環流路の中の空気を排出する排気口と、循環流路を形成するハウジングに対して移動可能に設けられた構造体と、を備え、構造体が移動することで吸気口および排気口の開閉状態が変化する乾燥装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像形成装置の画像形成ユニットによってインクが付与されたシートを乾燥する温風加熱方式の乾燥装置に関する。本発明の乾燥装置は、画像記録装置の画像形成ユニットの下流側に配置されて用いられるものであって、画像形成装置と一体型であっても別個のものであってもよい。本願において画像形成装置には、インクジェット方式のシリアルプリンタ、ラインプリンタ、複写機、およびファクシミリ等の種類が含まれるものとする。

画像形成装置の画像形成ユニットによって記録されたシート（記録紙）上の記録液（インク）を乾燥する方法の１つに、加熱手段によって暖められた空気を記録紙に吹き付ける温風加熱方式がある。温風加熱方式の乾燥装置として、記録紙に吹き付けられた空気はそのまま外部に流出させ、新たに周辺空気を取り込みこれを暖めて温風とする装置と、吹き付けられた空気を再度加熱手段に送り温風として再利用する循環式の装置とが知られている。例えば、特許文献１は、循環のためにファンを利用する循環式の乾燥装置を記載している。循環式の乾燥装置は、周辺空気よりも高温の空気を利用できるため、空気を所定の温度に上昇させるための熱量および時間が少なくて済み、省エネルギーおよびコストの低減が可能である。

米国特許第５，０２０，２４４号

ところで、温風加熱方式の乾燥装置において高い乾燥効果を得るためには、高温低湿の乾燥空気を吹き付けることが望まれる。しかしながら、特許文献１の乾燥装置によると、外気を取り込む開口および内部の空気を外部に排出する排気口が常に開いたままの構造であるため、温度上昇効率が高くなく、空気の温度を早急に高めることが難しい。また、時間が経過するにつれて自然に外部に熱が排出される格好となるため、空気を高温に保つことが困難である。さらに、インクを乾燥させるために利用された温風を所定の循環流路で循環させるものであるため、インクから生じた水分が循環流路に溜まり、連続使用時には温風に含まれる相対湿度が高くなる。そのため連続使用時には結露が発生し、結露滴が記録紙に付着して記録画像を汚し、画像品位の低化を招く恐れがある。

そこで、本発明は、循環流路を乾燥に適した温湿度雰囲気にすることで乾燥効率を高め、さらには結露の発生を防ぎ、乾燥効率の低下や画像品位の低化を招く恐れがない乾燥装置を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決する本発明の乾燥装置は、インクが付与されたシートを乾燥させる乾燥装置であって、シートに吹き付けられる空気が循環する循環流路と、循環流路に循環する空気の流れを発生させる発生手段と、循環流路の中に設けられたヒータと、循環流路へ外気を取り込む吸気口と、循環流路の中の空気を排出する排気口と、循環流路を形成するハウジングに対して移動可能に設けられた構造体と、を備え、構造体が移動することで吸気口および排気口の開閉状態が変化することを特徴とする。

本発明によれば、移動可能な構造体により、内部空気の循環機構へ再循環させる循環量と外部へ排出する排気量との空気流量比、および外部空気の内部への吸気量を調整することができる。本発明によれば、循環式乾燥装置内部の温度および湿度を所定の範囲内に収めることができる。

本発明の乾燥装置の乾燥処理時の基本的な状態を表す図である。 本発明の乾燥装置の立ち上げ時の乾燥空気の分岐形態について示す図である。 本発明の乾燥装置の立ち上げ時の動作プロセスを示すフローチャートである。 本発明の乾燥装置の乾燥処理終了後の空気の分岐形態について示す図である。 本発明の乾燥装置の乾燥処理中の動作プロセスを示すフローチャートである。

（第１の実施形態）
本発明を実施するための最良の形態を図１に基づいて説明する。図１は、シートの乾燥処理時における本発明の乾燥装置の基本的な使用状態を説明する図である。

図１を参照して、シートＰは駆動ローラ３と搬送ローラ４の圧力によって挟持され、両ローラの回動によって前進する。シートＰが紙ガイド１を通過する際、プリントヘッド２がシートＰの表面にインクを付与して、画像を形成する。インクが付与されたシートＰは搬送ガイド５に移動して、本発明の第１の実施形態の乾燥装置６内の乾燥領域１０に進入する。

本実施形態において、乾燥装置６（乾燥ユニット）は、画像形成ユニットであるプリントヘッド２、ならびに駆動ローラ３、搬送ローラ４、紙ガイド１および搬送ガイド５等の他の構成部材と共に、画像形成装置を構成している。本発明の乾燥装置は、シートの移動方向において画像形成装置の画像形成ユニットの下流側に配置されて用いられるものであり、本実施形態のように画像形成装置に内蔵されるものに限られず、画像形成装置とは別個に設けられるものであってもよい。

乾燥装置６は、そのハウジングの中に空気が循環する循環流路１１を有し、循環流路１１は、シートＰのインク付与面に面して構成された乾燥処理のための乾燥領域１０を含む。乾燥装置６のハウジングの内部には、循環する空気の流れを発生させる発生手段としてのファン７と、加熱手段としてのヒータ８が設けられている。ファン７は円筒形の外周に取り付けられた羽根９を有するクロスフローファンである。ファン７が図１における反時計方向に回動することにより、羽根９がファンの回転方向に沿ってファン下部の空気をファン上部に押し上げ、さらに図１における左方向に空気を押し出す。本発明において、ファンは、クロスフローファンとすることが好ましいが、これに限定されるものではなく、軸流ファンまたはシロッコファン等の他のファンを用いることもできる。ヒータ８は印加電圧によって発熱する発熱媒体を有しており、印加電圧を変動させることによってヒータの出力レベルは可変である。ヒータ８は、ファン７によって押し出された空気を加熱し、乾燥装置６内に高温低湿の空気を作る。乾燥空気はファン７の回転の圧力によって乾燥領域１０に押し出され、シートＰに対して吹き付けられる。

循環流路１１は乾燥装置６のハウジングと、構造体１３とによって形成される。構造体１３は、逆Ｌ字形状の板体であり、不図示の移動機構によってハウジングに対して上下左右方向に移動可能となっている。構造体１３は、乾燥領域１０を経由する空気をファン７に向かう方向（循環流路方向）と外気に向かう方向とに分岐する流路分岐部１４を有する。構造体１３はさらに、ハウジングとの間に外気を吸気する吸気流路１２を形成することが可能となっている。構造体１３は、循環流路１１方向への空気の量（循環量）、外気に向かう方向への空気の量（排気量）、および吸気流路１２を経由して装置内部へ吸気される空気の量（吸気量）を調整して、装置内部の空気を所定の温湿度の範囲に保つ。図１において、構造体１３は上下左右に移動することにより、構造体１３の設定する開口Ｏ_R、Ｏ_E、およびＯ_Iの開閉状態を制御して、循環量、排気量、および吸気量を変化させる。

本実施形態の循環量、排気量および吸気量の調整について、より詳細に説明する。乾燥装置６のハウジングに対して、構造体１３を上下方向（第１の方向）に移動させることにより、構造体１３の設定する開口Ｏ_RおよびＯ_Eの面積比を変動させて、循環量と排気量との空気流量比を変化させる。構造体１３が上方、すなわちシートＰと交差する方向においてシートＰから離れる方向に移動すると、流路分岐部１４も上方に移動する。そのため、循環流路１１の開口Ｏ_Rが狭くなって空気の流入量が相対的に減り、循環流路に再循環される空気の循環量は減少する。相補的に、その分、外気方向へ向かう空気の流路の開口すなわち排気口Ｏ_Eが広くなって空気の流入量が相対的に増大し、排気量が増加する。排気口Ｏ_Eから排出された空気は構造体１３の下面とシートＰとの間を通って外に排出される。逆に、構造体１３が下方、すなわちシートＰと交差する方向においてシートＰに近づく方向に移動すると、流路分岐部１４も下方に移動する。そのため、開口Ｏ_Rが広くなって循環流路１１に再循環される空気の循環量は増加し、相補的にその分排気口Ｏ_Eが狭くなって排気量が減少する。

また、図１において構造体１３を左右方向（第１の方向とは別の方向である第２の方向）に移動させることにより、吸気量を変化させることができる。構造体１３が図中右方向に移動すると、吸気流路１２の開口すなわち吸気口Ｏ_Iが広くなって吸気流路１２を通した吸気量は増加する。逆に、構造体１３が図中左方向に移動すると、吸気口Ｏ_Iが狭くなって吸気量は減少する。したがって、本実施形態の乾燥装置は、構造体１３を図中上下左右方向に適宜移動させて配置することにより、構造体の設定する各開口Ｏ_R、Ｏ_E、Ｏ_Iの開閉状態を制御して、３つの空気流量（循環量、排気量、吸気量）を好適に変化させて調整することができる。

乾燥装置６の構造体１３の動作を図２、図３、図４に基づいて説明する。上述の図１が乾燥処理時における乾燥装置の状態を示す図であったのに対し、図２は、乾燥処理開始前の乾燥装置の立ち上がり時の状態を示す図であり、図４は、乾燥処理終了後の装置停止時の乾燥装置の状態を示す図である。また、図３は、電源を入れてから乾燥処理開始可能な状態となるまでの乾燥装置の立ち上がりの作動プロセスを示すフローである。

図２および図３を参照して、ステップＳ１０１で、画像形成装置の電源を入れる。本実施形態においては、乾燥装置の電源の入／切は、画像形成装置の電源の入／切と連動して制御される。ステップＳ１０２およびＳ１０３で、循環流路１１内の空気を加熱しながら循環させるように、ヒータ８およびファン７を稼働させる。ステップＳ１０２およびＳ１０３の順番は、この逆であってもよい。電源を入れる前は乾燥装置内部の空気は外気と等しいため、電源を入れた直後の乾燥装置の立ち上がり時において、素早い温度上昇を与え所望の温湿度をもつ乾燥空気にする必要がある。

ステップＳ１０４で、乾燥領域１０に入ってくる空気のほとんどを循環流路１１に送って再循環させるように、構造体１３の位置を設定する。すなわち、図中の上下方向において構造体１３を下方に配置することにより、排気口Ｏ_Eを絞って排気量を最小にするとともに開口Ｏ_Rを広くして循環量を最大にする。またこのとき、図中の左右方向において構造体１３を左側に配置することにより、吸気口Ｏ_Iを絞って吸気量を最小にする。構造体１３の位置の設定は、乾燥装置または画像形成装置の内部もしくは外部に設けられたＣＰＵなどの制御部を用いて制御することができ、または手動で行ってもよい。このようにして、乾燥装置の内部を限りなく密閉空間にして、乾燥装置の温度上昇効率を上げる。これにより、乾燥処理を開始するための所定の温湿度条件を満たす空気を素早く作ることが可能となる。この所定の温湿度条件は、周囲環境（温度、相対湿度）、画像形成装置の記録モード（記録速度、記録濃度、シートの種類）といった条件の１つまたは複数に応じて、または依存せずに、適宜設定することができる。所定の温湿度条件は、内部または外部ＣＰＵで制御してもよく、あるいは手動で設定してもよい。乾燥装置内外の温湿度は、内外にそれぞれ設けられた温度センサおよび湿度センサによって検出される。

ステップＳ１０５で、乾燥装置６の内部温度が乾燥処理を開始するための所定の温度以上かどうかを判断する。所定温度未満であれば、ステップＳ１０６で、ヒータ８の出力レベルを上げて内部温度を上昇させる。ヒータ８の出力レベル、すなわち熱源の発熱量は、発熱媒体への印加電圧を変更することによって連続的に変更可能である。本実施形態では、ヒータ８の出力レベルは、電源入力時の初期設定値から、段階的に変更される。ステップＳ１０５およびＳ１０６を繰り返して、内部温度が所定温度以上になったときに、ステップＳ１０７に移行する。ステップＳ１０７で、乾燥装置６の内部湿度が乾燥処理を開始するための所定湿度以下かどうかを判断する。所定湿度を超えていれば、ステップＳ１０８で、ヒータ８の出力レベルをさらに上げて、内部湿度を低減させる。ステップＳ１０７、Ｓ１０８を繰り返して内部湿度が所定湿度以下になったときに、ステップＳ１０９に移行する。ステップＳ１０９で乾燥装置内部を所定の温湿度範囲に維持することによって、乾燥装置の立ち上がり動作が終了し、乾燥処理を開始可能なスタンバイ状態となる。ステップＳ１０９における温湿度範囲の維持は、例えばスタンバイ状態が長く継続するときに行われる。乾燥装置内部の温湿度が所定温湿度から乖離した場合に、ヒータの出力レベルを適宜変更することによって、温湿度範囲を維持する。

続いて、図４を用いて、乾燥処理終了後の装置停止時の乾燥装置の状態を説明する。画像形成装置による画像の記録が終了した段階において、乾燥装置内部の空気は高温低湿になっており、安全面から内部を素早く冷却する必要がある。前述のように、本実施形態においては、乾燥装置と画像形成装置の電源は連動して制御される。画像形成装置の電源を切ると、乾燥装置においてヒータ８の稼働が停止しファン７の稼働が最大出力となるよう設定されて、内部温度上昇が抑えられる。また、一定時間経過後または内部温度が所定温度以下になった時点で、ファン７の稼働が停止するよう設定される。

図４では、乾燥領域１０に入ってくる空気のほとんどを外部に排出させる方向に流すように、構造体１３の位置が設定されている。すなわち、図中の上下方向において構造体１３を上方に配置することにより、排気口Ｏ_Eを広くして排気量を最大にする。これに伴い、開口Ｏ_Rが狭くなり循環量は最小になる。またこのとき、図中の左右方向において構造体１３を右側に配置することにより、吸気口Ｏ_Iを広くして吸気量を最大にする。このようにして、乾燥装置の外部の空気を最大限に吸気し、内部の高温空気を最大限に排気することで、素早く冷却することができる。

図５は本発明の乾燥装置による乾燥処理の動作プロセスを示すフローチャートである。すなわち、図３で説明した乾燥装置の立ち上げが完了しスタンバイ状態になった後の、乾燥装置の動作を示す。

乾燥処理においては、まず、ステップＳ１２２で、画像形成装置にあらかじめ設定される記録モード（例えば記録速度、記録濃度、シートの種類）、周囲環境等の初期条件に応じて乾燥に適した温度および相対湿度の範囲（閾値）が設定される。その際、閾値の設定と同時にヒータ８およびファン７の出力や構造体１３の配置およびその調整量などの初期的な規定値が設定される。ステップＳ１２３で、画像形成装置の画像形成ユニットによってシートＰにインクが付与され、インクが付与されたシートＰが乾燥装置６内の乾燥領域１０に進入して、乾燥処理が開始される。

ステップＳ１２４で、乾燥装置内部の相対湿度が設定された閾値の範囲内かを判断する。内部相対湿度が閾値の範囲外であれば、ステップＳ１２５に移行する。ステップＳ１２５で、内部相対湿度と外部相対湿度とを比較する。内部相対湿度が外部相対湿度に対して大きければステップＳ１２６に移行する。ステップＳ１２６で、構造体１３により排気量を増加させ、これに伴い循環量を減少させる。またステップＳ１２７で、構造体１３により吸気量を増加させる。つまり、外部の低湿空気を多く吸気して内部の高湿空気を排気するように、構造体１３の位置を設定して各開口の開閉状態を調整する。ステップＳ１２６およびＳ１２７は、この逆の順番であってもよく、同時に行ってもよい。次いで、ステップＳ１３０に移行する。一方、ステップＳ１２５で、内部相対湿度が外部相対湿度に対して小さければ、ステップＳ１２８に移行する。ステップＳ１２８で、構造体１３により排気量を減少させ、これに伴い循環量を増加させる。またステップＳ１２９で、吸気量を減少させる。つまり、外部から吸気すれば高湿空気が内部に入るため、これを防止すべく、内部の循環により低湿空気を作るように構造体１３の位置を設定して各開口の開閉状態を調整する。ステップＳ１２８およびＳ１２９は、この逆の順番であってもよく、同時に行ってもよい。次いで、ステップＳ１３０に移行する。

また、ステップＳ１２４で、乾燥装置内部の相対湿度が閾値の範囲内であれば、ステップＳ１３０に移行する。

ステップＳ１３０で、内部温度が閾値の範囲内かを判断する。内部温度が閾値の範囲外であれば、ステップＳ１３１に移行する。ステップＳ１３１で、内部温度と閾値とを比較する。ステップＳ１３１で、内部温度が閾値に対して高ければステップＳ１３２に移行する。ステップＳ１３２で、ヒータ８の出力を下げて内部温度を低減させ、ステップＳ１３４に移行する。一方、ステップＳ１３１で、内部温度が閾値に対して低ければ、ステップＳ１３３に移行する。ステップＳ１３３で、ヒータ８の出力を上げて内部温度を上昇させ、ステップＳ１３４に移行する。

なお、図には示していないが、ステップＳ１３２で内部温度の低減が見られない場合、もしくはステップＳ１３３で内部温度の上昇が見られない場合に、ファン７の出力レベルを上げて乾燥装置内部の循環を促すこともできる。ファン７の出力レベル、すなわち空気流量は、印加電圧を変更してファンの回転数を変えることによって変更可能である。

ステップＳ１３４で、シートＰが記録および乾燥処理を受けている状態にあると判断されれば、再びステップＳ１２３に戻り、必要に応じて温湿度の制御が行われる。シートＰが記録および乾燥処理を受けている状態にないと判断されれば、乾燥処理の動作プロセスを終了する。

以上のステップＳ１２２からステップＳ１３５までの動作プロセスを繰り返すことにより、乾燥装置内部で各初期条件に応じた所定の高温低湿の空気を保つことができる。また、これによって、乾燥装置のエネルギー効率の向上が図れる。

（他の実施形態）
上記実施形態では、乾燥装置の電源の入／切は、画像形成装置の電源の入／切と連動して制御されたが、画像形成装置とは個別に乾燥装置の電源の入／切を行ってもよい。

上記実施形態では、ステップＳ１２２からステップＳ１３５までの動作プロセスにおいて、乾燥装置内部の温湿度に基づいて構造体１３を制御しているが、温度および湿度のどちらか一方を基に構造体１３を制御してもよい。

上記実施形態の動作プロセスでは、初期設定した閾値および構造体１３の調整量が固定される。そのため、画像形成に用いる単位面積当たりのインク付与量（以下、単にインクの付与量という）、記録速度、シートの種類等の変更があった場合に、乾燥不良または過乾燥によるエネルギー損失が生じる恐れがある。したがって、それらの変更があった場合に、閾値の再設定と構造体の調整量等の規定値を変更するプロセスを設けることで、より効率的な乾燥を行うことができる。

例えば、シートに付与されるインク付与量の設定に応じてリアルタイムに構造体の調整量を変更する。インク付与量が増加した場合は、水分の蒸発量が増えるため乾燥装置内部で高湿の空気が生成されやすく、乾燥効果が低下して乾燥不良が生じ得る。その場合は、乾燥装置の排気量および吸気量の増加幅を一定量大きくすることにより、内部の高湿空気を素早く外部の低湿空気と入れ替える（図５、ステップＳ１２６、Ｓ１２７参照）。

シートの種類に対しては、その種類により乾燥性に違いがあるため、シートの種類の変更に応じて初期設定値である内部温湿度の閾値を再設定する（図５、ステップＳ１２２参照）。例えば、乾燥しにくいシートに変更した場合、より高温で低湿の閾値に再設定することで、乾燥不良を防ぎ、良好な乾燥効果を得ることができる。

画像形成装置の記録速度に対しては、高速化に伴って乾燥不良となり得る。例えば記録速度が速くなった場合は、より高温および低湿の温湿度に閾値を再設定することで、乾燥不良を防ぎ、良好な乾燥効果を得ることができる（図５、ステップＳ１２２参照）。

（構造体の他の形態）
本実施形態では、構造体の直進的な移動により循環量／排気量および吸気量を調整する例を示したが、例えば、構造体の移動は回動によるものであってもよい。また、本実施形態の構造体は、空気の循環量と排気量とを相補的に変動させることができる構成を有しているが、これに限定されるものではなく、これらを個別に設定する構成であってもよい。また、本実施形態の構造体は、図中Ｌ字形状をしているが、これに限定されず、例えばＵ字形状その他の形状であることができる。

１ 紙ガイド
２ プリントヘッド
３ 駆動ローラ
４ 搬送ローラ
５ 搬送ガイド
６ 乾燥装置
７ ファン
８ ヒータ
９ 羽根
１０ 乾燥領域
１１ 循環流路
１２ 吸気流路
１３ 構造体
１４ 流路分岐部
Ｏ_E 開口（排気口）
Ｏ_I 開口（吸気口）
Ｏ_R 開口
Ｐ シート

Claims (8)

1. インクが付与されたシートを乾燥させる乾燥装置であって、
   前記シートに吹き付けられる空気が循環する循環流路と、
   前記循環流路に循環する空気の流れを発生させる発生手段と、
   前記循環流路の中に設けられたヒータと、
   前記循環流路へ外気を取り込む吸気口と、
   前記循環流路の中の空気を排出する排気口と、
   前記循環流路を形成するハウジングに対して移動可能に設けられた構造体と、
   を備え、前記構造体が移動することで前記吸気口および前記排気口の開閉状態が変化することを特徴とする乾燥装置。
2. 前記構造体は、前記循環流路の空気を前記循環流路で再循環させる方向と前記排気口に向かう方向とに分岐する分岐部を有し、前記構造体が第１の方向に移動することで分岐される空気の流量比が変化することを特徴とする請求項１記載の乾燥装置。
3. 前記構造体は、前記ハウジングとの間で前記吸気口から前記循環流路へ外気を取り込む吸気流路を形成することが可能であり、前記構造体が第１の方向とは別の第２の方向に移動することで前記吸気口から取り込まれる空気の流量が変化することを特徴とする請求項２記載の乾燥装置。
4. 前記第１の方向は前記シートと交差する方向であり、前記構造体を前記シートから離れる方向に移動させると、前記排気口から排出された空気が前記構造体の下面とシートとの間を通って外に排出されることを特徴とする請求項２または３に記載の乾燥装置。
5. 前記循環流路の温度と相対湿度の少なくとも一方に応じて前記構造体の移動を制御する制御手段を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の乾燥装置。
6. インク付与量、記録速度およびシートの種類の少なくとも１つに応じて前記構造体の移動を制御する制御手段を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の乾燥装置。
7. 前記制御手段は、前記ヒータの出力と前記発生手段の出力とを制御することを特徴とする請求項５または６に記載の乾燥装置。
8. シートにインクを付与する画像形成ユニットと、
   前記画像形成ユニットによってインクが付与されたシートを乾燥させる乾燥ユニットと
   を有し、前記乾燥ユニットは
   前記シートに吹き付けられる空気が循環する循環流路と、
   前記循環流路に循環する空気の流れを発生させる発生手段と、
   前記循環流路の中に設けられたヒータと、
   前記循環流路へ外気を取り込む吸気口と、
   前記循環流路の中の空気を排出する排気口と、
   前記循環流路を形成するハウジングに対して移動可能に設けられた構造体と、
   を備え、前記構造体が移動することで前記吸気口および前記排気口の開閉状態が変化することを特徴とする、画像形成装置。

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