JP2017219250A - 乾燥装置及び液体定着装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】高周波誘電加熱における過剰加熱を防止する。【解決手段】乾燥装置13は、液体31が付着した媒体21と接触し、媒体21を回転方向に搬送する加熱ローラ51と、加熱ローラ51の円周に沿って配置され、交流電界を発生させる複数の電極52とを備える。加熱ローラ51は、媒体21と接触する導電性部材55を含む。導電性部材55と媒体21とが接触する接触領域Rは、媒体21の搬送方向上流側に位置し交流電界が印加される第1の加熱領域R1と、媒体21の搬送方向下流側に位置し交流電界が印加されない第2の加熱領域R2とを含む。【選択図】図2

Description

本発明は、乾燥装置及び液体定着装置に関する。
物体を加熱する方法として、被加熱物に高周波の交流電界を印加することにより被加熱物を自己発熱させる高周波誘電が利用されている。高周波誘電は様々な装置及びシステムにおいて利用され、例えばインクジェットプリンタ等の画像形成装置において印刷用紙上のインクを乾燥させる乾燥装置等として利用されている。
交流電界を照射する電極の幅を媒体の幅に合わせて設計し、電極を媒体の搬送方向に対して垂直又は斜めに設置する構成が開示されている(特許文献1)。
導電性成分であるカーボンブラックを含む黒色インクを乾燥させる際に、凝集して導電体化されたカーボンブラックの過剰加熱を防止するために、カーボンブラックを絶縁性の樹脂素材でコーティングしたインクを用いる構成が開示されている(特許文献2)。
高周波誘電加熱により自己発熱しない物体を十分に加熱するために、高周波誘電電源回路が接続された第1の導電性回転体と、第1の導電性回転体を覆う高誘電体部材と、第1の導電性回転体に対向する位置に設けられ高周波誘電電源回路が接続された第2の導電性回転体とを備える構成が開示されている(特許文献3)。
高周波誘電によりカーボンブラック等の導電性成分を含む液体を乾燥させる場合に、水分の含有量がある程度少なくなると、導電性成分が凝集し導電体化する場合がある。導電体化した導電性成分に高周波の交流電界を印加し続けると、過剰加熱による品質低下、スパーク、発火等の不具合が発生する場合がある。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高周波誘電加熱における過剰加熱を防止す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、液体が付着した媒体と接触し、前記媒体を回転方向に搬送する加熱ローラと、前記加熱ローラの円周に沿って配置され、交流電界を発生させる複数の電極と、を備え、前記加熱ローラは、前記媒体と接触する導電性部材を含み、前記導電性部材と前記媒体とが接触する接触領域は、前記媒体の搬送方向上流側に位置し前記交流電界が印加される第1の加熱領域と、前記媒体の搬送方向下流側に位置し前記交流電界が印加されない第2の加熱領域とを含む、乾燥装置である。
本発明によれば、高周波誘電加熱における過剰加熱を防止す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例示する図である。 図2は、第1の実施の形態に係る乾燥装置の構成を例示する図である。 図3は、第1の実施の形態に係る電極により発生される交流電界の作用を説明するための図である。 図4は、第1の実施の形態に係る電極周辺における等価回路を示す図である。 図5は、第2の実施の形態に係る乾燥装置の構成を例示する図である。 図6は、第3の実施の形態に係る乾燥装置の構成を例示する図である。 図7は、第4の実施の形態に係る乾燥装置の構成を例示する図である。
(第1の実施の形態)
以下に本発明の実施の形態に係る乾燥装置及び液体定着装置について説明する。
液体定着装置は媒体に液体を定着させる装置である。本実施の形態に係る液体定着装置は、先ず媒体に液体を付着させ、その後付着した液体を乾燥装置により乾燥させることにより、媒体に液体を定着させる装置である。
液体定着装置は、例えば画像形成装置、表面処理装置、複合機等であり得る。画像形成装置は媒体にインクを付着及び定着させて画像を形成する装置である。表面処理装置は媒体の表面に表面処理液(コーティング剤)を付着及び定着させて表面に所定の性質を与える装置である。複合機は、例えば画像形成装置、表面処理装置、コピー機、ファクシミリ、電話機等の複数の機能のうち任意の2つ以上の機能を複合的に有する装置である。
媒体は液体が少なくとも一時的に付着可能なものであって、液体が表面上で固着するもの、液体が内部に浸透するもの等であり得る。媒体の材質、形状等は液体の性質、液体定着装置の構造的制限、使用目的、使用環境等に応じて適宜選択されるべきものである。媒体の材質は、例えば紙、プラスチック、金属、セラミックス、布帛、皮革等であり得る。媒体の形状は、例えば連続紙(ロール紙)、連帳紙、カット紙等であり得る。
液体は媒体に付着可能な性質(粘度、表面張力等)を有するものであれば特に限定されるべきものではない。液体は、例えばインク、表面処理液等であり得る。
液体を媒体に付着させる手法は特に限定されるべきものではないが、例えばインクジェット方式等を利用することができる。インクジェット方式における液体吐出ヘッドは、例えば圧電アクチュエータ、サーマルアクチュエータ、静電アクチュエータ等を圧力発生手段として備えるものであり得る。
液体定着装置は媒体の給送、搬送、又は排紙に係わる手段等を含んでもよい。液体定着装置は液体吐出ヘッドと媒体とを相対的に移動させる移動装置を含んでもよい。移動装置は、例えば液体吐出ヘッドを移動させるシリアル型移動装置、液体吐出ヘッドを移動させないライン型移動装置等であり得る。
以下に、液体定着装置の一例としてインクジェット方式を利用した画像形成装置について説明する。図1は、第1の実施の形態に係る画像形成装置1の概略的構成を例示する図である。画像形成装置1は給紙ユニット11、インクジェットユニット12(付着部)、乾燥装置13、排紙ユニット14、及び搬送ローラ15を含む。
給紙ユニット11はインク(液体)が吐出される前の印刷用紙21(媒体)を保持し、印刷処理の進行に伴い印刷用紙21を繰り出していく。本実施の形態に係る印刷用紙21は連続紙である。印刷用紙21はインクジェットユニット12による印刷処理、乾燥装置13による乾燥処理等の進行に応じて給紙ユニット11から繰り出されていく。給紙ユニット11は、例えば印刷用紙21が巻き付けられた給紙ローラ25、給紙ローラ25を回転させる電動モータ、電動モータを制御する電子制御ユニット等により構成される。
インクジェットユニット12は給紙ユニット11から繰り出された印刷用紙21にインクを吐出する。インクジェットユニット12は、例えばインクを保持するインクタンク、所定の圧力発生手段によりインクを吐出する吐出ヘッド、吐出ヘッドと印刷用紙21との相対的位置を変化させる移動手段、圧力発生手段及び移動手段を制御する電子制御ユニット等により構成される。
本実施の形態に係るインクは水及び導電性成分を含み、水分含有量が閾値以上である場合には交流電界の印加により誘電加熱されるものである。本実施の形態に係るインクは、例えばカーボンブラックを含む黒色インク等であり得る。この場合、水分含有量が閾値より小さくなると水中に分散されていたカーボンブラックが凝集して導電体化する。閾値はインクの成分等により変動するものであるが、例えば50%程度であり得る。
乾燥装置13は印刷用紙21に吐出されたインク及び印刷用紙21を加熱し、インクを乾燥させる。乾燥装置13の構成については後に詳述する。
排紙ユニット14は乾燥された印刷用紙21を巻き取る。排紙ユニット14は、例えば印刷用紙21を巻き付ける排紙ローラ26、排紙ローラ26を回転させる電動モータ、電動モータを制御する電子制御ユニット等により構成される。
搬送ローラ15は印刷用紙21の進行方向を変化させ、給紙ユニット11から繰り出された印刷用紙21を各目的位置(インクジェットユニット12、乾燥装置13、排紙ユニット14等)に導く。搬送ローラ15は、例えば自ら回転する機構を含むローラ、受動的に回転するローラ等により構成される。
画像形成装置1の構成要素は上記に限られるものではない。例えば、印刷用紙21に表面処理を施すユニット、両面印刷を実行するためのユニット等を更に含んでもよい。両面印刷を実行するためのユニットは、例えば印刷用紙21を反転させるユニット、インクジェットユニット12とは別体のインクジェットユニット、乾燥装置13とは別体の乾燥装置等であり得る。
図2は、第1の実施の形態に係る乾燥装置13の構成を例示する図である。乾燥装置13は加熱ローラ51、電極52、及びファーストタッチローラ53を含む。
加熱ローラ51は円柱状の部材であり、インク31が付着した印刷用紙21と接触し、印刷用紙21を加熱ローラ51の回転方向に搬送する。加熱ローラ51の表面部には、印刷用紙21と接触する導電性部材55が設けられている。図2に示す例では、加熱ローラ51の導電性部材55は印刷用紙21のインク31が付着していない面(裏側面)と接触している。
電極52は複数の陽電極52A及び陰電極52Bからなり、加熱ローラ51の円周に沿って配置されている。本実施の形態に係る電極52は加熱ローラ51の全円周のうち、印刷用紙21の搬送方向下流側の所定範囲の領域に対応する部分には配置されていない。各電極52に所定の電源から交流電圧が供給されることにより、隣り合う陽電極52A及び陰電極52Bの間に高周波の交流電界が発生する。交流電界がインク31に印加されることにより、インク31の水分が誘電加熱される。
ファーストタッチローラ53は印刷用紙21を搬送するローラであり、加熱ローラ51より印刷用紙21の搬送方向下流側に配置されている。ファーストタッチローラ53は印刷用紙21の加熱ローラ51(導電性部材55)と接触した面とは反対側の面、すなわち図2に示す例ではインク31が付着した面(表側面)と初めて接触するローラである。
図2において、導電性部材55と印刷用紙21とが接触している接触領域Rが示されている。接触領域Rは印刷用紙21が導電性部材55と最初に接触する接触部P1と、印刷用紙21が導電性部材55から離れる乖離部P2との間の領域である。本実施の形態においては、乖離部P2は印刷用紙21がファーストタッチローラ53と最初に接触する部分と一致しているか、又は略一致している。
接触領域Rは第1の加熱領域R1及び第2の加熱領域R2を含む。第1の加熱領域R1は接触領域Rにおいて印刷用紙21の搬送方向上流側に位置する。電極52は第1の加熱領域R1に対応する部分に配置されている。第1の加熱領域R1には電極52からの交流電界が印加される。第2の加熱領域R2は接触領域Rにおいて印刷用紙21の搬送方向下流側に位置する。電極52は第2の加熱領域R2に対応する部分には配置されていない。第2の加熱領域R2には電極52からの交流電界が印加されない。
図3は、第1の実施の形態に係る電極52により発生される交流電界Mの作用を説明するための図である。図3において、高周波の交流電圧を発生させる電源回路61に接続された一組の陽電極52A及び陰電極52Bが示されている。陽電極52A及び陰電極52Bに高周波の交流電圧が印加されることにより両電極52A,52B間に高周波の交流電界Mが発生する。交流電界Mの周波数は誘電加熱を実現可能な値であればよく、使用環境に応じて適宜設定されるべきものであるが、例えば3MHz〜300MHz程度の値とすることができる。
交流電界Mの電界強度は電極52から遠い程弱く、近い程強い。交流電界Mが水等の誘電体を多く含むインク31に印加されることにより、誘電体の結晶格子が振動し、インク31が自己発熱する。このとき、インク31中にある程度の誘電体が残っている状態(水分含有量が閾値以上である場合)においては、通常の誘電加熱の作用によりインク31が効率的に加熱される。このとき、印刷用紙21及び導電性部材55の水分含有量は小さいため、印刷用紙21及び導電性部材55はほとんど加熱されない。
しかし、インク31の乾燥が進み、インク31中の誘電体量が所定値を下回った(水分含有量が閾値より小さくなった)とき、インク31内の導電性成分が凝集し、導電体化する。そのため、通常の誘電加熱は行われなくなり、導電体化した導電性成分に過剰の印加電流が発生する。このとき、加熱ローラ51の導電性部材55にも印加電流が発生する。
図4は、第1の実施の形態に係る電極52周辺における等価回路を示す図である。図4において、導電体化した導電性成分に関する等価回路71、導電性部材55に関する等価回路72、及び電極52に関する等価回路73が示されている。
等価回路71において、導電体化した導電性成分は容量C11,C12及び抵抗R1の直列接続として表現されている。R1は導電性成分の抵抗、C11は陽電極52Aと導電性成分との間の容量、C12は陰電極52Bと導電性成分との間の容量を示している。等価回路72において、導電性部材55は容量C21,C22及び抵抗R2の直列接続として表現されている。R2は導電性部材55の抵抗、C21は陽電極52Aと導電性部材55との間の容量、C22は陰電極52Bと導電性部材55との間の容量を示している。C3は陽電極52Aと陰電極52Bとの間の容量を示している。
電極52に印加された電気エネルギーは抵抗R1,R2において熱となり、容量C3においては消費されない。すなわち、印加された電気エネルギーは導電体化された導電性成分だけでなく、加熱ローラ51の表面に設けられた導電性部材55でも消費される。これにより、インク31内の導電性成分が凝集して導電体化した場合であっても、交流電界Mの電気エネルギーはインク31に集中することなく、導電性部材55に分散される。
このとき、等価回路71に示す導電性成分の容量C11,C12と等価回路72に示す導電性部材55の容量C21,C22とが同じである(C11=C12=C21=C22)とすると、導電性成分の抵抗R1及び導電性部材55の抵抗R2は、R1<R2の関係を満たすことが好ましい。これにより、導電性部材55に対する誘電加熱効果が大きくなり、エネルギー分散効果がより大きくなる。
上記導電性部材55によるエネルギー分散作用は、図2に示す接触領域Rのうち第1の加熱領域R1において実現される。上述したように、第2の加熱領域R2においては電極52からの交流電界Mが印加されないため、インク31に対する誘電加熱は行われない。第2の加熱領域R2においては第1の加熱領域R1において加熱された導電性部材55の余熱により印刷用紙21及びインク31が加熱される。これにより、インク31内の導電性成分が導電体化している場合であっても、安全にインク31を加熱することができる。
このような効果は、両面印刷において第1の面の乾燥後に第2の面の乾燥を行う場合、すなわち第1の面に既に乾燥したインク31(導電体化した導電性部材)が定着又は付着している場合等に特に有効となる。
上記構成により、第2の加熱領域R2を通過したインク31は安全且つ確実に乾燥される。これにより、インク31が付着している印刷用紙21の表側面がファーストタッチローラ53に接触しても、貼り付き等の不具合が発生することはない。
なお、上記においてはインク31が導電性成分を含む場合が想定されているが、乾燥装置13は導電性成分を含まないインク(液体)を用いる場合にも利用可能なものである。
以上のように、本実施の形態に係る乾燥装置13によれば、高周波誘電加熱における過剰加熱を確実に防止することが可能となる。
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、上記第1の実施の形態と同一又は同様の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5は、第2の実施の形態に係る乾燥装置101の構成を例示する図である。本実施の形態に係る乾燥装置101は電極52から照射される交流電界Mの出力(電界強度)が印刷用紙21の搬送方向上流側から下流側へ向かって徐々に小さくなっている点で、第1の実施の形態と相違する。
最も上流側に位置する電極対53Aの電界強度をIA、中間に位置する電極対53Bの電界強度をIB、最も下流側に位置する電極対53Cの電界強度をICとするとき、IA>IB>ICの関係が成り立つ。
本実施の形態に係る乾燥装置101は電極対53A,53B,53C毎に異なる電源回路61A,61B,61Cを備えている。電極対53Aに接続する電源回路61Aの出力電圧をVA、電極対53Bに接続する電源回路61Bの出力電圧をVB、電極対53Cに接続する電源回路61Cの出力電圧をVCとするとき、VA>VB>VCの関係が成り立つ。最も下流側に位置する陰電極52Cは接地しており、隣接する電極対53Cの陽電極52Aからの不要な電磁波の放出を防ぐ作用を奏する。
なお、本実施の形態に係る電源回路61A,61B,61C等の構成は一例であり、交流電界Mの強度を異ならせるための構成はこれに限られるものではない。例えば、1つ又は複数の電源回路の出力を所定の制御ユニットにより変更可能にする構成を適用してもよい。
本実施の形態に係る乾燥装置101によれば、インク31の乾燥が進行してインク31の水分含有量が減少するに従い、インク31に印加される交流電界Mの電界強度が小さくなっていく。これにより、インク31内の導電性成分の急激な凝集(導電体化)を避けることができ、過剰加熱による不具合の発生をより確実に防止することができる。
(第3の実施の形態)
図6は、第3の実施の形態に係る乾燥装置111の構成を例示する図である。本実施の形態に係る乾燥装置111は第2の実施の形態に係る乾燥装置101の構成に加え、センサ115A,115B及び制御ユニット117を含んでいる。また、本実施の形態に係る各電源回路62A,62B,62Cは制御ユニット117からの制御信号に応じて出力が変更可能なものである。
センサ115A,115Bは導電性部材55に接触している印刷用紙21の電極52に対向する面(表側面)の状態を検知する。制御ユニット117はセンサ115A,115Bからの検知信号に応じて各電源回路62A,62B、62Cの出力を制御する。本実施の形態に係るセンサ115Aは中央に位置する電極対53Bの交流電界Mの照射エリアのすぐ上流側の部分の状態を検知し、センサ115Bは最も下流側に位置する電極対53Cの交流電界Mの照射エリアのすぐ上流側の部分の状態を検知する。制御ユニット117はセンサ115Aによる検知結果に応じて電極対53Bに接続された電源回路62Bの出力を制御し、センサ115Bによる検知結果に応じて電極対53Cに接続された電源回路62Cの出力を制御する。
センサ115A,115Bが検知する状態は、例えば温度、画像パターン等であり得る。温度を検知する場合、例えば検出された温度が閾値より高い場合に電源回路62B,62Cの出力を低下させたり、停止させたりすることができる。画像パターンを検知する場合、例えば導電性成分を含むインク31の色(例えば黒色)が占める面積の割合が閾値より大きい場合に電源回路62B,62Cの出力を低下させたり、停止させたりすることができる。
本実施の形態に係る乾燥装置111によれば、インク31の状態に応じて交流電界Mの出力(電界強度)を適切に調節することができ、過剰加熱による不具合の発生をより確実に防止することができる。
(第4の実施の形態)
図7は、第4の実施の形態に係る乾燥装置121の構成を例示する図である。本実施の形態に係る乾燥装置121は第3の実施の形態に係る乾燥装置111の構成に加え、第2の加熱領域R2に対応する部分に設置された、電極52(電極対53D,53E)及びセンサ115C,115Dを含む。
センサ115C,115Dはセンサ115A,115Bと同様に、印刷用紙21の電極52に対向する面の状態を検知する。制御ユニット117はセンサ115C,115Dからの検知信号に応じて各電源回路62D,62Eの出力を制御する。
本実施の形態に係る制御ユニット117は必要に応じて第2の加熱領域R2に対応する部分に設置された電極対53D,53Eに接続された電源回路62D,62Eの出力を停止させたり開始させたりする。電源回路62D,62Eの出力が停止されることにより、第1〜第3の実施の形態と同様に、第2の加熱領域R2における交流電界Mの照射が行われなくなる。このように、第2の加熱領域R2に対応する部分には電極52が設置されていてもよく、この場合には必要に応じて第2の加熱領域R2に対応する電極52の出力をON/OFFできるようにすればよい。
本実施の形態に係る乾燥装置121によれば、第2の加熱領域R2内であっても必要に応じて交流電界Mをインク31に印加することができる。これにより、過剰加熱による不具合の防止に加え、状況への対応性を向上させることができる。
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、及び組み合わせ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。
1 画像形成装置(液体定着装置)
11 給紙ユニット
12 インクジェットユニット
13,101,111,121 乾燥装置
14 排紙ユニット
15 搬送ローラ
21 印刷用紙(媒体)
31 インク(液体)
51 加熱ローラ
52 電極
52A 陽電極
52B,52C 陰電極
53A〜53E 電極対
53 ファーストタッチローラ
55 導電性部材
61,61A〜61C,62A〜62E 電源回路
71〜73 等価回路
115A〜115D センサ
117 制御ユニット
M 交流電界
P1 接触部
P2 乖離部
R 接触領域
R1 第1の加熱領域
R2 第2の加熱領域
特許第2952763号公報 特開2014−217989号公報 特開2015−129902号公報

Claims (9)

  1. 液体が付着した媒体と接触し、前記媒体を回転方向に搬送する加熱ローラと、
    前記加熱ローラの円周に沿って配置され、交流電界を発生させる複数の電極と、
    を備え、
    前記加熱ローラは、前記媒体と接触する導電性部材を含み、
    前記導電性部材と前記媒体とが接触する接触領域は、前記媒体の搬送方向上流側に位置し前記交流電界が印加される第1の加熱領域と、前記媒体の搬送方向下流側に位置し前記交流電界が印加されない第2の加熱領域とを含む、
    乾燥装置。
  2. 前記電極は、前記第1の加熱領域に対応する部分に配置され、前記第2の加熱領域に対応する部分に配置されていない、
    請求項1に記載の乾燥装置。
  3. 前記液体は、水及び導電性成分を含み、
    前記導電性成分は、前記液体の水分含有量が閾値より小さくなったとき凝集して導電体化し、
    前記導電性部材の抵抗値は、導電体化した前記導電性成分の抵抗値より大きい、
    請求項1又は2に記載の乾燥装置。
  4. 複数の前記電極のうち、前記媒体の搬送方向下流側に位置する前記電極が照射する前記交流電界の電界強度は、前記媒体の搬送方向上流側に位置する前記電極が照射する前記交流電界の電界強度より小さい、
    請求項1〜3のいずれか1項に記載の乾燥装置。
  5. 前記液体の状態を検出するセンサと、
    前記センサによる検出結果に基づいて前記交流電界の電界強度を制御する制御部と、
    を更に備える請求項1〜3のいずれか1項に記載の乾燥装置。
  6. 前記センサは、前記媒体上の温度を検出する、
    請求項5に記載の乾燥装置。
  7. 前記センサは、前記媒体上の前記液体の付着面積を検出する、
    請求項5に記載の乾燥装置。
  8. 前記媒体に前記液体を付着させる付着装置と、
    請求項1〜7のいずれか1項に記載の乾燥装置と、
    を備える液体定着装置。
  9. 前記付着装置は、前記液体を前記媒体の両面に付着させる、
    請求項8に記載の液体定着装置。
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