JP7454701B2 - 被照射材料を乾燥させるための方法、及び当該方法を実行するための赤外線照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、搬送方向に、かつ搬送面内で、プロセスチャンバを通って移動する被照射材料を少なくとも部分的に乾燥させるための方法であって、搬送面は、プロセスチャンバを照射空間と反射空間とに分割しており、本方法は、
（ａ）少なくとも１つの赤外線放射体を含む放射体ユニットによって、被照射材料の方向に赤外線を放射するステップと、
（ｂ）搬送面に面する反射体壁を有する逆反射体によって、被照射材料に赤外線を反射させるステップと、を含み、冷却ガスが、反射体壁の導入開口部を介して反射空間に導入される、方法に関する。

加えて、本発明は、搬送方向に、かつ搬送面内で、プロセスチャンバを通って移動する被照射材料を乾燥させるための赤外線照射装置であって、搬送面は、プロセスチャンバを照射空間と反射空間とに分割しており、赤外線照射装置は、赤外線を照射空間に放射するための少なくとも１つの赤外線放射体を有する放射体ユニットを有し、かつ搬送面に面する反射体壁を有する逆反射体を有し、反射体壁は、反射空間に冷却ガスを入れるための複数の導入開口部を有する、赤外線照射装置に関する。

この種の赤外線照射装置は、例えばインキ、塗料、ラッカー、接着剤又は他の溶媒含有層を乾燥させるために使用されており、具体的には紙、カード、ボール紙、フィルム、又は生地で作製されたシート状又はウェブ状の印刷基材を乾燥させるために使用されている。

放射体ユニットは、少なくとも１つ、概して複数の赤外線放射体を含む。これらの放射体の放射波長は、例えば、約８００～２７５０ｎｍの範囲内であり、放射体は通常、例えば印刷機において典型的であるが、とりわけ狭い設置空間で能動的に冷却される必要がある。特に短波長赤外領域で可動赤外線を使用する場合、印刷基材の透過率は、それが例えば紙である場合などは高くなり得る。この理由から、近赤外領域（８００～１５００ｎｍの間である）で動作する照射装置の用途において、放射体ユニットに背向する印刷基材の側に逆反射体が設けられることが多い。その主な役割の１つは、多重反射による加熱工程又は乾燥工程の効率を高めることである。

印刷基材を効果的かつ迅速に乾燥させるには、高い放射束密度が必要になる。このために、放射体ユニットによって導入される熱をプロセスチャンバから放散する際に、能動冷却が不可欠であることが分かる。そのため、最新のＩＲ照射装置は、乾燥用及び冷却用のプロセスガスの供給空気及び排出空気を調整するための空気管理システムを有する。

例えば、欧州特許第２２３２１８１号明細書には、被照射材料用の搬送路を通して案内される、擬似エンドレス搬送体上のコーティングを乾燥させるためのチャンバ設計における、ＩＲ照射装置が記載されている。搬送路の一方の側で、ＩＲ線を放射する複数の赤外線放射体が、放射体ブロック内に一体化されている。その反対側及び搬送路のもう一方の側には、逆反射体ブロックが配置されている。ＩＲ照射装置は、金属プロファイルで作製された筐体によって囲まれており、その内部に、放射体を冷却するためのファン、被照射材料及び逆反射体が収容されている。

逆反射体の役割は、被照射材料自体への赤外線照射を多重反射によって増強するために、被照射材料を透過した放射を跳ね返すことである。逆反射体の別の役割は、装置の他の構成要素を熱から保護するために、水冷又は空冷断熱材として機能することである。

米国特許第４８８２８５２号明細書では、始めに言及した汎用形式のものによる、移動するウェブ状の材料を乾燥させるための装置及び方法を開示している。赤外線乾燥機は、ウェブ状の材料の上側に配備された２つの赤外線放射体を備える。その材料の下側に、逆反射体が設けられている。材料の上側及び下側の両方に沿って冷却空気が確実に均一に流れるようにするために、逆反射体は複数の空気排出開口部を有する。
技術的目的

塗料及び印刷インキの代表的な成分は、油、樹脂、水、及び結合剤である。溶媒、とりわけ水を含有している印刷インキや印刷ワニスの場合、乾燥させることが必要となり、この乾燥を、温度及び対流を用いた物理的乾燥工程に基づいて行うことができる。

従来の乾燥方式は２つの段階を有する。第１の乾燥段階では、印刷基材を加熱し、いわゆる「ゲル点」まで可能な限り速やかに印刷インキを到達させるために、赤外線放射による急速な予備乾燥を目的としている。ゲル点では結合剤が、着色顔料が封入される立体網状組織を形成する。溶媒及び他の成分が更に除去されることにより、更なる固形化が起こり、いわゆる「臨界点」に到達する。網状組織構造はこの時点で、結合剤や顔料がそれ以上移動することができない程度に硬くなる。

第２の乾燥段階では、残留水分の除去のみが起こる最終乾燥が行われ、これによって対流乾燥手段もまた用いられる。

印刷基材において楕円形気泡が形成されることが多く、この楕円形気泡は印刷基材の両側に突出し、更なる乾燥工程においても、それ以上この形成が消失することはないことが分かっており、この現象は「ブリスタリング現象」とも呼ばれている。

したがって、本発明は、効果的かつ高速である一方、言及している気泡形成に関しても再現性のある方法で改善された結果をもたらし、なおかつ反射空間における凝結を可能な限り防止するような乾燥方法を特定するという目的に基づくものである。

加えて、本発明の目的は、とりわけ気泡形成の発生率を低く抑えながらも、高速乾燥によって溶媒含有印刷インキ、とりわけ水性印刷インキを乾燥させるのに優れており、なおかつ反射空間における凝結を可能な限り防止するような照射装置を、本乾燥方法に付与することである。

本方法に関して、この目的は、始めに言及した汎用形式による方法から進展している本発明により、反射体壁の少なくとも１つの排出開口部を介して、反射空間から排出空気が導出されるという点において達成される。

搬送面は、プロセスチャンバを２つのハーフチャンバに分割しており、そのうちの一方は、反射体壁と被照射材料との間に延在しており、本明細書では「反射空間」と呼ばれている。

逆反射体は、ガス透過性反射体壁を有する。導入開口部から反射空間に流入する冷却ガスは、被照射材料に衝突し、すなわち、被照射材料において放射体ユニットに背向する側に衝突する。この側は通常コーティングされておらず、以下で、被照射材料の「裏側」とも呼ばれている。冷却ガスは一方で反射体壁を冷却し、他方では、被照射材料を冷却することによって被照射材料とも相互作用し、場合によっては乾燥にも寄与している。その結果、上述のブリスタリング現象を低減することができる。

気泡の形成は、被照射材料に封入された水蒸気によって起こることが分かっている。赤外線放射によって温度が急上昇すると、水蒸気の急速な体積膨張がもたらされる。通常よく該当する、被照射材料の透過性が十分でない場合で、例えばコート紙などであるとき、臨界点に到達する前に、水蒸気がそれ以上完全に流出することができずに、印刷基材の内部構造を破壊する可能性がある。

事前に設定された（短い）時間内にすべての印刷インキを完全に乾燥させるために、照射出力を少なくとも吸収性印刷インキに適合させる必要がある。この理由から、特によく赤外線を吸収する黒色又はシアン範囲にある色成分を用いたコーティングを乾燥している間に、とりわけ高温ピークが現れ得る。被照射材料の裏側に流入する冷却ガスによって被照射材料が冷却されると、第１の乾燥段階、すなわち、より正確には、ゲル点に到達し次いで臨界点に到達する間に、被照射材料が急激かつ過剰に加熱されるのが抑制され、これは、この冷却が被照射材料を比較的緩やかに乾燥させるのに寄与することを意味する。その結果、放射出力と、ひいては搬送速度とを、被照射材料又はその上のコーティングを損傷することなく上昇させることができる。

したがって、ガス透過性逆反射体は、上述した通常の機能を遂行するだけでなく、反射体壁の導入開口部を介して冷却ガスを導入した結果として、搬送面内で移動する被照射材料との相互作用をももたらし、これにより、被照射材料内での温度変化を制御することが可能になり、その結果として、気泡形成などの望ましくない現象の発生を低減することができる。

排出空気が、ガス透過性反射体壁の少なくとも１つの排出開口部を介して反射空間から排出され、好ましくは複数の排出開口部を介して排出される。

ワニス又は塗料に含まれる水分は加熱中に蒸発し、逆反射体の能動的に冷却された壁上などのより冷涼な場所で凝結し得、そこで水垢を形成して装置の機能を損ない、例えば逆反射体の反射率を低下させる。反射体壁が冷却ガス用の導入開口部を有し、かつ排出空気が反射空間から排出される際に通過する１つの排出開口部又は複数の排出開口部を有する場合、被照射材料の裏側領域から排出空気によって水分もまた除去することができ、したがって凝結を防止することができる。

好ましい一方法変形形態では、反射空間に導入される冷却ガス量が、搬送方向に見て変動するように定められる。

冷却ガス量を、連続的又は段階的に変動させることができる。この変動は、例えば、導入開口部を介して導入される冷却ガス量の位置依存制御が行われていること、及び／又は搬送方向に見て、ガス透過性反射体壁の一律に大きい部位において、導入開口部の総開口断面積が増加又は減少していることによって達成される。

好ましい一手順では、被照射材料の温度が、搬送方向にプロセスチャンバに沿って分布する複数の位置で測定される。

複数の位置、例えば２～８つの位置、好ましくは２～５つの位置で温度測定が行われ、被照射材料がプロセスチャンバを通って移動する間の材料の温度プロファイルが得られる。温度プロファイルを使用して、冷却ガス量を調整することができる。

好ましい一方法変形形態では、ガス透過性反射体壁内の複数の排出開口部を介して、排出空気が反射空間から排出されるように定められる。更なる一方法変形形態では、ガス透過性反射体壁に隣接するガス分配チャンバから、冷却ガスが導入開口部を通って反射空間へと流入するように定められる。

ここでは、ガス透過性反射体壁により、ガス分配チャンバの一方の側を閉鎖している。冷却ガスは、１つのポイント又は複数のポイントでガス分配チャンバ内に導入され、次いでガス分配チャンバから反射体壁の導入開口部を通って、反射空間へと流入する。導入開口部の分布及び開口断面積によってのみ、流出ガス量が測定されるように、ガス分配チャンバ内に均一な冷却ガス圧力を設定することができる。

ガス透過性反射体壁がガス分配チャンバの一部である本方法の好ましい手順について、以下で説明する。

本文脈において、ガス分配チャンバが複数のサブチャンバに分割されている場合に、導入開口部を通って反射空間へと流れる冷却ガス量が、搬送方向に見てサブチャンバごとに変動していることが有利であることもまた判明している。

ガス分配チャンバ内で流体的に分離されたサブチャンバでは、冷却ガス圧力を相互に独立して設定することができる。したがって、特定のサブチャンバから反射空間へと流入する冷却ガス量は、それぞれのガス圧力及び導入開口部のそれぞれの総開口断面積に依存する。冷却ガス量が増加すると、搬送方向に向かって上昇する被照射材料の温度を、少なくとも部分的に補償することができる。

本文脈において、サブチャンバのうちの少なくとも１つの第１のサブチャンバに第１の冷却ガス連絡部が設けられ、第１の冷却ガス連絡部を介して第１の冷却ガス流が第１の導入開口部に供給され、サブチャンバのうちの第２のサブチャンバに第２の冷却ガス連絡部が設けられ、第２の冷却ガス連絡部を介して第２の冷却ガス流が第２の導入開口部に供給され、第１の冷却ガス流を第２の冷却ガス流から独立して調整することができる、一方法変形形態が好ましい。

ガス分配チャンバに排出空気連絡部が設けられると有利であり、排出空気連絡部を介して、排出空気の少なくとも一部が反射空間から排出される。ガス分配チャンバが複数のサブチャンバに分割されている場合は、サブチャンバのうちの少なくとも１つに、そのような排出空気連絡部が設けられていると有利であることもまた判明している。

この場合は、ガス透過性反射体壁は導入開口部に加えて、排出空気連絡部を含むサブチャンバ内に開口する排出開口部を更に有する。使用済み排出空気は、排出開口部を介して反射空間から除去され、次いで排出空気連絡部を有するサブチャンバ内に吸引され、そこから更に排出される。排出空気と冷却ガス供給空気とを別個に制御できるため、水分を含んだ排出空気を確実に反射空間から広範囲にわたって取り込むことができ、かつ凝結を防止することができる。

逆反射体の冷却、及び冷却ガスと被照射材料との相互作用が、プロセスガス量制御部から独立して行われると好ましく、プロセスガス量制御部によって、プロセスガスが供給空気ユニットを介してプロセスチャンバ内に導入され、使用済み排出空気が、排出空気ユニットを介してプロセスチャンバから排出される。

プロセスガスが、主として被照射材料から水分を排出する働きをするのに対して、冷却ガスは主として、逆反射体の温度と被照射材料の温度とを制御するために使用されている。２つの機能を、同一のガスによって遂行することができ、最も簡潔な場合において、プロセスガスと冷却ガスとは空気である。

本照射装置に関して、上述の目的は、始めに言及した汎用形式の装置から進展している本発明により、反射空間から排出空気を導出する少なくとも１つの排出開口部を、反射体壁が有するという点において達成される。

搬送面は、プロセスチャンバを２つのハーフチャンバに分割しており、そのうちの一方は、反射体壁と被照射材料との間に延在しており、本明細書では「反射空間」と呼ばれている。導入開口部は、冷却ガスが導入開口部を通って反射空間に流入して被照射材料に衝突し、具体的には、被照射材料において放射体ユニットに背向する裏側に衝突するように設計されている。冷却ガスは一方で反射体壁を冷却し、他方では、被照射材料を冷却することによって被照射材料とも相互作用し、場合によっては乾燥にも寄与している。その結果、本発明による方法を参照して上記で詳細に説明しているように、ブリスタリング現象を低減することができる。

ガス透過性逆反射体は、上述した通常の機能を遂行するだけでなく、反射体壁の導入開口部を介して冷却ガスを導入した結果として、搬送面内で移動する被照射材料との相互作用をももたらし、これにより、被照射材料内での温度変化を制御することが可能になり、その結果として、気泡形成などの現象の発生を低減することができる。

ガス透過性反射体壁が少なくとも１つの排出開口部を有し、好ましくは、反射空間から排出空気を導出するための複数の排出開口部を有する。

反射体壁が冷却ガスの導入開口部に加えて、反射空間から排出空気を排出するための１つの排出開口部又は複数の排出開口部を更に有する場合、排出空気と共に水分もまた除去され、したがって凝結も防止される。

本照射装置の好ましい一実施形態では、導入開口部の数及び／又は開口断面積は、搬送方向において変動する。

その結果、導入開口部を介して反射空間に流入する冷却ガス量を、連続的又は段階的に変化させることが可能である。開口断面積の変動は、搬送方向に見て、反射体壁の一律に大きい部位において、導入開口部の総開口断面積が増加又は減少しているかどうかによって測定される。

反射体壁が搬送方向に見て複数のセクションに分割されており、かつ導入開口部の数及び／又は総開口断面積がセクションごとに変動していると、有利であることが判明している。

結果として、ガス透過率がセクションごとに上昇又は低下するという点で、反射体壁のセクションの冷却ガスに対する透過率が異なっている。ガス透過率が搬送方向に上昇すると、量が増加した冷却ガスが反射空間に流入するようになり、搬送方向における被照射材料の温度上昇を、少なくとも部分的に補償することができる。ガス透過性反射体壁が複数の異なる構造セクションに分割されている場合、反射体壁を一体型に設計するのもまた好ましい。

本照射装置の特に実証された一実施形態では、搬送方向に見て、反射体壁に沿って複数の温度センサが分散配置されている。

温度センサを用いて、被照射材料の温度を複数の位置、例えば２～８つの位置、好ましくは２～５つの位置で、プロセスチャンバを通って移動する間に捕捉することができる。この場合に測定された温度プロファイルを、冷却ガス量を調整するために使用することができる。温度センサが、非接触温度測定を行うために、例えばパイロメータとして設計されていると好ましい。

本照射装置の好ましい一実施形態では、ガス透過性反射体壁は、反射空間から排出空気を導出するための複数の排出開口部を有する。この場合、反射空間から排出される排出空気量が変動できるように、そして具体的には搬送方向に増加できるように、排出開口部の数及び／又は総開口断面積も同様に、搬送方向において変動させることができる。本照射装置の一実施形態は、反射体壁がガス分配チャンバに隣接していることを特徴とする。

ガス透過性反射体壁は、ガス分配チャンバの一方の側を閉鎖している。１つのポイント又は複数のポイントで冷却ガスを分配チャンバ内に導入することができ、次いで冷却ガスは、ガス分配チャンバから反射体壁の導入開口部を通って、反射空間へと流入する。排出開口部の分布及び開口断面積によってのみ、流出冷却ガス量が測定されるように、ガス分配チャンバ内に均一な冷却ガス圧力を設定することができる。

本文脈において、ガス分配チャンバが複数のサブチャンバに分割されていると有利であることもまた判明している。

ガス分配チャンバ内で流体的に分離されたサブチャンバでは、サブチャンバごとに異なる冷却ガス圧力を設定することができる。したがって、流出冷却ガス量をサブチャンバごとに変化させることができ、流出冷却ガス量は、冷却ガス圧力、並びにそれぞれのサブチャンバにおける排出開口部の分布及び総開口断面積によって測定される。反射体壁内の導入開口部を通って反射空間に流入する冷却ガス量を、細分化によって、例えばサブチャンバごとに（搬送方向に見て）変動させることができる。

ガス分配チャンバが排出空気連絡部に接続されていると有利であり、排出空気連絡部を介して、排出空気の少なくとも一部が反射空間から排出される。ガス分配チャンバが複数のサブチャンバに分割されている場合は、サブチャンバのうちの少なくとも１つに、そのような排出空気連絡部が設けられていると有利であることもまた判明している。

この場合は、ガス透過性反射体壁は導入開口部に加えて、排出空気連絡部を含むサブチャンバ内に開口する１つの排出開口部又は複数の排出開口部を更に有する。排出空気を、排出開口部を介して反射空間から除去することができ、次いで排出空気は、排出空気連絡部を有するサブチャンバ内に導入され、そこから外側に排出される。排出空気と冷却ガス供給空気とを別個に制御できるため、水分を含んだ排出空気を確実に反射空間から広範囲にわたって取り込むことができ、かつ凝結を防止することができる。

複数のサブチャンバに分割されたガス分配チャンバを備える照射装置の好ましい一実施形態では、サブチャンバのうちの少なくとも１つの第１のサブチャンバに第１の冷却ガス連絡部が設けられ、第１の冷却ガス連絡部を介して第１の冷却ガス流が第１の導入開口部に供給され、サブチャンバのうちの第２のサブチャンバに第２の冷却ガス連絡部が設けられ、第２の冷却ガス連絡部を介して第２の冷却ガス流が第２の導入開口部に供給され、第１の冷却ガス流を第２の冷却ガス流から独立して調整することができる。

有利には、本照射装置は、ガス透過性逆反射体から独立してプロセスチャンバにプロセスガスを導入するためのプロセスガス供給ユニットと、プロセスチャンバから排出空気を排出するための排出空気ユニットとを有する。

逆反射体の冷却、及び冷却ガスと被照射材料との相互作用を、プロセスガス量制御部から独立して行うことができ、プロセスガス量制御部によって、プロセスガスが供給空気ユニットを介してプロセスチャンバ内に導入され、排出空気が、排出空気ユニットを介してプロセスチャンバから排出される。
定義

反射体壁
反射体壁には導入開口部が設けられており、必要に応じて排出開口部が設けられている。反射体壁は単一の部品から構成されているか、又は複数の反射体壁部品から構成されている。必要に応じて、反射体壁部品の導入開口部の面積占有率と、同様に必要に応じて、反射体壁部品の排出開口部の面積占有率とを異なるものにすることができる。反射体壁が、好ましくはガス分配チャンバの壁を形成している。

ガス分配チャンバ
ガス分配チャンバは単一のチャンバから構成されているか、又は複数の部分に分かれており、複数のサブチャンバによって形成されている。必要に応じてサブチャンバは、共通の反射体壁によって閉鎖されるか、又は各サブチャンバは、それ自体の反射体壁を有する。サブチャンバは互いに流体的に接続されているか、又は互いから流体的に分離されており、必要に応じて、異なるガス量及び／又は異なるガス圧力を処理するように設計されている。

実施例
例示的な実施形態及び特許図面を参照して、本発明について以下でより詳細に説明する。詳細には、図を概略図において示している。

印刷ユニット及び赤外線乾燥システムを備える印刷機と、搬送路に沿って搬送方向に搬送される印刷基材とを示す図である。 図１の印刷機における乾燥システムの一部としての照射装置の、長手方向セクションを示す概略図である。 ガス分配チャンバの一実施形態を、被照射材料がガス分配チャンバ上を移動する状態で被照射材料の上面視で示す３次元図である。 冷却空気の引込み流れプロファイルを有する、本照射装置のガス分配チャンバを示す図である。 排出空気の引込み流れプロファイルを有する、本照射装置のガス分配チャンバを示す図である。 組立て済みの本照射装置の一実施形態を示す３次元図である。 ガス透過性逆反射体で処理している間かつこれを使用せずに処理している間の、プロセスチャンバに沿って得られる被照射材料の表面上の温度プロファイルを示す図である。

図１は、インクジェットロール印刷機の形態の印刷機を示す概略図であり、その全体に参照番号１が割り当てられている。紙などの印刷基材からなる材料ウェブ３は、給紙装置２から始まり、印刷ユニット４０に到達する。後者は、材料ウェブ３に沿って前後に配置され、溶媒含有印刷インキ、とりわけ水含有印刷インキが印刷基材に塗布される際に使用される、複数のインクジェットプリントヘッド４を含む。

材料ウェブ３はその後、搬送方向５に見て、印刷ユニット４０から偏向ローラ６を通って赤外線乾燥システム７０へと向かう。後者は、材料ウェブ３内の溶媒を乾燥させるように設計された、複数の乾燥モジュール７を備える。各乾燥モジュール７は、ガス透過性逆反射体を含む逆反射体ユニット２３を備え、これについては、図２～図７を参照して以下でより詳細に説明する。

材料ウェブ３の更なる搬送路は、それ自体の牽引駆動モータを備え、かつそれを介してウェブ張力が調整される引込みローラ８を介して、巻取りローラ９まで進む。

複数の乾燥モジュール７が、乾燥システム７０内で結合されている。各乾燥モジュール７は複数の、すなわち例示的な実施形態において１８個の赤外線放射体を備える。

赤外線放射体の場合、螺旋状又は帯状の炭素若しくはタングステンで作製された加熱フィラメントが、不活性ガスで充填され、通常は石英ガラスで作製されている放熱管に封入されている。加熱フィラメントは、放熱管の一方の端部又は両方の端部を介して導入される電気接続に接続されている。

乾燥システムでは、乾燥モジュールが搬送方向に見て、対になって互いに隣り合い、かつ互いに前後して配置されている。互いに隣り合って配置された各事例における一対の乾燥モジュール７は、印刷機１の最大型幅を有効範囲としている。印刷基材の寸法及び色割当てによれば、乾燥モジュール７と個々の赤外線放射体とは、互いに別々に電気的に制御され得る。

一代替実施形態では、乾燥モジュールは、管状赤外線放射体の代わりに平面赤外線放射体パネルを備える。赤外線放射体パネルは、赤外線を放射する材料で作製された基板を含み、赤外線放射によって熱励起するために、抵抗材料からなる１つの導体トラック又は複数の導体トラックによって占められている。複数の導体トラックで占められている場合、赤外線放射体表面上に不均一な温度プロファイルを生成するために、これらの導体トラックを互いに別々に制御することができる。

材料ウェブ３の搬送速度は、５ｍ／秒に設定されている。これは比較的高速であるため、高速乾燥を要する。本要件を達成するために必要な乾燥方法及び本目的のために使用される照射装置については、図２～図７を参照して以下でより詳細に説明している。図１のように、これらの図において同じ参照符号が使用される限り、それらは、印刷機の説明を参照して上記でより詳細に説明している、構造的に同一又は同等の構成要素及び部品を表す。

図２の概略図は、材料ウェブ３上に配置された、乾燥モジュール７の形態の照射装置を示す。乾燥モジュール７は、搬送面３ａ内で移動する材料ウェブ３によって互いから分離されている、放射体ユニット２２と逆反射体ユニット２３とから構成されている。

放射体ユニット２２は複数の細長い赤外線放射体２４を有し、その長手方向軸は搬送方向５に対して垂直に延在しており、かつ互いに対して平行に配置されている。放射体ユニット２２は、乾燥空気を供給するための供給空気ユニット２５と、使用済み空気を排出するための排出空気ユニット２６とを含む、自身の空気管理システムを有する。供給空気ユニット及び排出空気ユニット（２５、２６）は、以下により詳述している逆反射体ユニット２３からは独立しており、具体的には、印刷機１の周辺部を過熱から保護するために、放射体ユニット２２の後方空間内で過剰熱を放散するのに役立っている。

逆反射体ユニット２３は、空気導入口２８と、空気排出口２９と、複数の貫通孔が設けられた反射板３０とを有する、ガス分配チャンバ２７を備える。ガス透過性反射板３０は、材料ウェブ３に面するガス分配チャンバ２７の壁である。ガス透過性反射板３０は、上方のガス分配チャンバ２７と、下方の反射空間３３とを区画している。ガス分配チャンバ２７内に複数のパイロメータ３４が配置されており、反射板３０に沿って搬送方向５に分散配置され、材料ウェブの下側の温度を測定するように設計されている。

材料ウェブ３は、乾燥モジュール７の処理空間（すなわち、プロセスチャンバ３１である）を介して、搬送面３ａ内で搬送方向５に移動する。搬送面３ａはプロセスチャンバ３１を、放射体ユニット２２に面する照射空間３２と、逆反射体ユニット２３に面する反射空間３３とに分割している。

図３は、３部分からなる逆反射体ユニット２３を示す。逆反射体ユニットは、互いに流体的に接続された３つの反射体チャンバからモジュール式に構築されており、共通の一体型フレーム３５によって囲まれている。材料ウェブ３の平面図（搬送面３ａを同時に画定している）及び逆反射体ユニット２３の平面から、反射板３０を確認することができ、この反射板３０は、本実施形態では各事例において、導入開口部及び排出開口部（３６、３７）の分布が異なっている、３つの反射板領域３０ａ、３０ｂ、３０ｃから構成されている。

反射板３０は複数の貫通孔を有し、これらの貫通孔は、小さく密に分布した円形の導入開口部３６と、楕円形の排出開口部３７とに分割されている。底部から上部（すなわち、搬送方向５に）を見たとき、互いに対してオフセットされた１３列の円形導入開口部３６が設けられており、これに続いて、２列の楕円形排出開口部３７が設けられている。次いで１１列の導入開口部３６、再び２列の排出開口部３７、別の１０列の導入開口部３６、別の２列の排出開口部３７、別の１０列の導入開口部３６、そして最後に３列の楕円形排出開口部３７が続く。円形導入開口部３６の内径は４ｍｍであり、楕円形排出開口部３７の開口断面積は３５３ｍｍ^２である。

このため、排出開口部３７の数及び／又は排出開口部３７の総開口断面積は、搬送方向５に増加しており、これにより、水分を含んだ冷却ガス又は使用済み冷却ガスがこの方向に、排出空気として反射空間３３から逆反射体ユニット２３の空気排出口２９へとより多く排出される。

導入開口部３６は、反射空間３３内に乾燥空気を供給するための、ガス分配チャンバ２７の２つのガス導入コネクタ３８ａ、３８ｂ（図４においてよりはっきりと視認できる）に流体的に接続されている。排出開口部３７は、反射空間３３から使用済み空気を排出するための、ガス分配チャンバ２７のガス排出コネクタ３９（図５においてよりはっきりと視認できる）に流体的に接続されている。

貫通孔３６、３７の開口寸法及び数並びに分布は、照射される製品の種類と、放射体出力とに適合されている。一方では、被照射材料の温度が搬送方向に上昇するために、十分かつ均一な冷却を行うのにいくつかの導入開口部３６が必要とされ、他方では、空気湿度も着実に増大するため、一定の数の排出開口部３７も更に必要とされるので、その均衡点を見出すことが重要である。排出開口部３７の面積占有率は概して、搬送方向に上昇するものであり、その結果として、導入開口部３６の面積占有率が必然的に低下する。最適な乾燥結果を得るために、上記の情報及び本出願の例示的な実施形態、放射体の種類及び放射体出力に基づいて、詳細設計を最適化することができ、例えば、実地実験によって経験的に、かつ／又はシミュレーションを用いて理論的に最適化することができる。

反射板３０は、赤外線を反射するのに適しており、反射板材料自体が耐熱性であり、また好ましくは熱伝導性でもある。例示的な実施形態では、反射体層３０は、陽極酸化アルミニウムで作製されている。あるいは、反射板３０は、金属表面、ステンレス鋼、具体的には研磨ステンレス鋼又は他の金属を含むアルミニウム、とりわけ貴金属、又は言及した材料のうちの１つでコーティングされた工作物からなる。排出開口部３７の面積占有率は、搬送方向５に見て上昇している一方、導入開口部３６の面積占有率は低下している。

図４及び図５の逆反射体ユニット２３の３次元図は、ガス分配チャンバ２７が隔壁４１によって複数のサブチャンバに分割されており、そのうちの２つが各事例において、ガス導入コネクタ３８ａ、３８ｂのうちの１つに接続されており、第３のサブチャンバがガス排出コネクタ３９に接続されていることを示す。図４の流線４２は、２つのガス導入コネクタ３８ａ、３８ｂから、導入開口部３６に向かう冷却乾燥空気の分布を示す。図５では、流線４３は、排出開口部３７からガス排出コネクタ３９に向かう使用済み排出空気の分布を示す。ガス導入コネクタ３８ａ、３８ｂを介した冷却乾燥空気の供給と、ガス排出コネクタ３９を介した使用済み排出空気の排出とを、互いに別々に調整することができる。

図６は、２つの放射体ユニット２２ａ、２２ｂと、２部分からなる逆反射体ユニット２３とのアセンブリにおける乾燥モジュール７を示す。

以下で、本発明による方法を実行するための手順をより詳細に説明している。

ブリスタリング現象を低減し、かつ放射体ユニット２２の赤外線放射体２４と材料ウェブ３上で乾燥させる印刷インキとの間の放射熱伝達の効率を向上させるために、逆反射体ユニット２３は、ガス透過性反射板３０と共に使用されている。反射板３０の導入開口部３６から材料ウェブ３のコーティングされていない下側へと流れる冷却空気により、印刷基材（紙）内で均一な温度変化が起こる。この温度変化は、導入開口部３６及び排出開口部３７の適合分布を有する、複数の反射板領域３０ａ、３０ｂ、３０ｃが使用されているという事実によって裏付けられる。材料ウェブ３がプロセスチャンバ３１に進入するとき、取り込まれる排出空気量が比較的少なくなる一方、プロセスチャンバ３１からの排出時まで増加する。

図７は、冷却空気を伴うか、又は伴わないガス透過性逆反射体を使用した照射中における、材料ウェブの場合の温度分布差を示す。図では、パイロメータ３４（℃単位）によって測定された材料ウェブの下側の温度が、材料ウェブ３のプロセスチャンバへの進入時と、プロセスチャンバからの排出時との間で、搬送方向５に見てパイロメータの位置番号に対してプロットされている。曲線Ａは、冷却空気を伴う逆反射体を使用する場合の温度プロファイルを示し、曲線Ｂは、冷却空気を伴わずに逆反射体を使用する場合の温度プロファイルを示す。両方の温度プロファイルが示しているのは、プロセスチャンバに材料ウェブが進入した直後の最高温度であるＴ_ｍａｘ１と、プロセスチャンバから材料ウェブが排出される直前の最高温度であるＴ_ｍａｘ２である。紙シートの印刷されていない側に向けて冷却空気を使用すると、この手段を用いない場合よりも、最高温度Ｔ_ｍａｘ１及び最高温度Ｔ_ｍａｘ２（曲線Ａ）のドリフトが少ない、全体的により均一な温度プロファイルが得られていることを確認できる。加えて、曲線Ａの最高温度は、曲線Ｂの最大値を有意に下回っている。本実施例では、曲線Ａの最高温度と曲線Ｂの最高温度との差は、約１０℃である。曲線Ａは１５０℃を下回ったままであり、この温度を、本実施例では気泡形成の閾値と見なすことができる。高吸収性インキの表面が比較的高温になり、場合によっては過熱されるのが、印刷基材の裏側を冷却することによって防止される。流入冷却空気によって材料ウェブ３の裏側を冷却することにより、ゲル点に到達し、次いで臨界点に到達する間の被照射材料の急速かつ過剰な加熱が相殺され、これは、第１の乾燥段階で被照射材料を比較的緩やかに乾燥させることに寄与する。比較的より均一な温度プロファイルが確立される。その結果、放射出力と、ひいては搬送速度とを、その上の被照射材料を損傷することなく上昇させることができる。

１ インクジェット印刷機
２ 給紙装置
３ 材料ウェブ
３ａ 搬送面
４０ 印刷ユニット
４ インクジェットプリントヘッド
５ 搬送方向
６ 偏向ローラ
７０ 赤外線乾燥システム
７ 乾燥モジュール
８ 引込みローラ
９ 巻取りローラ
２２ 放射体ユニット
２２ａ；２２ｂ 放射体ユニット
２３ 逆反射体ユニット
２４ 赤外線放射体
２５ 供給空気ユニット
２６ 排出空気ユニット
２７ ガス分配チャンバ
２８ 空気導入口
２９ 空気排出口
３０ 反射板
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ 反射板領域
３１ プロセスチャンバ
３２ 照射空間
３３ 反射空間
３４ パイロメータ
３５ フレーム
３０ 反射板
３６ 導入開口部
３７ 排出開口部
３８ａ、３８ｂ ガス導入コネクタ
３９ ガス排出コネクタ
４１ 隔壁

Claims (19)

1. 搬送方向（５）に、かつ搬送面（３ａ）内で、プロセスチャンバ（３１）を通って移動する被照射材料（３）を乾燥させるための赤外線照射装置であって、前記搬送面（３ａ）は、前記プロセスチャンバ（３１）を照射空間（３２）と反射空間（３３）とに分割しており、前記赤外線照射装置は、赤外線を前記照射空間（３２）に放射するための少なくとも１つの赤外線放射体（２４）を有する放射体ユニット（２２）を有し、かつ前記搬送面（３ａ）に面する反射体壁（３０）を有する逆反射体（２３）を有し、前記反射体壁（３０）は、前記反射空間（３３）に冷却ガスを入れるための複数の導入開口部（３６）を有する、赤外線照射装置において、前記反射体壁（３０）が、前記反射空間（３３）から排出空気を導出するための少なくとも１つの排出開口部（３７）を有することを特徴とする、赤外線照射装置。
2. 前記導入開口部（３６）の数及び／又は開口断面積が、前記搬送方向（５）に見て変動していることを特徴とする、請求項１に記載の照射装置。
3. 前記反射体壁（３０）が前記搬送方向（５）に見て複数のセクション（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）に分割されており、前記導入開口部（３６）の前記数及び／又は総開口断面積が前記セクション（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）ごとに変動していることを特徴とする、請求項２に記載の照射装置。
4. 前記反射体壁（３０）が、前記反射空間（３３）から排出空気を導出するための複数の排出開口部（３７）を有し、前記排出開口部（３７）の数及び／又は総開口断面積が、前記搬送方向（５）において変動していることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の照射装置。
5. 前記搬送方向（５）に見て、前記反射体壁（３０）に沿って複数の温度センサ（３４）が分散配置されていることを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載の照射装置。
6. 前記反射体壁（３０）がガス分配チャンバ（２７）に隣接していることを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載の照射装置。
7. 前記ガス分配チャンバ（２７）が複数のサブチャンバに分割されていることを特徴とする、請求項６に記載の照射装置。
8. 前記ガス分配チャンバ（２７）に、前記排出開口部（３７）の少なくとも一部に流体的に接続された排出空気連絡部（３９）が設けられていることを特徴とする、請求項６又は７に記載の照射装置。
9. 前記サブチャンバのうちの少なくとも１つの第１のサブチャンバに第１の冷却ガス連絡部（３８ａ）が設けられ、前記第１の冷却ガス連絡部（３８ａ）を介して第１の冷却ガス流（４２）が第１の導入開口部（３６）に供給され、前記サブチャンバのうちの第２のサブチャンバに第２の冷却ガス連絡部（３８ｂ）が設けられ、前記第２の冷却ガス連絡部（３８ｂ）を介して第２の冷却ガス流（４２）が第２の導入開口部（３６）に供給され、前記第１の冷却ガス流（４２）を前記第２の冷却ガス流（４２）から独立して調整することができることを特徴とする、請求項７に記載の照射装置。
10. 前記プロセスチャンバ（３１）にプロセスガスを導入するためのプロセスガス供給ユニット（２５）と、前記プロセスチャンバ（３１）から排出空気を排出するための排出空気ユニット（２６）とが設けられていることを特徴とする、請求項１～９のいずれか一項に記載の照射装置。
11. 搬送方向（５）に、かつ搬送面（３ａ）内で、プロセスチャンバ（３１）を通って移動する被照射材料（３）を少なくとも部分的に乾燥させるための方法であって、前記搬送面（３ａ）は、前記プロセスチャンバ（３１）を照射空間（３２）と反射空間（３３）とに分割しており、前記方法は、
    （ａ）少なくとも１つの赤外線放射体（２４）を含む放射体ユニット（２２）によって、前記被照射材料（３）の方向に赤外線を放射するステップと、
    （ｂ）前記搬送面（３ａ）に面する反射体壁（３０）を有する逆反射体（２３）によって、前記被照射材料（３）に赤外線を反射させるステップと、を含み、
    冷却ガスが、前記反射体壁（３０）の導入開口部（３６）を介して前記反射空間（３３）に導入される、方法において、排出空気が、前記反射体壁（３０）の少なくとも１つの排出開口部（３７）を介して前記反射空間（３３）から排出されることを特徴とする、
    方法。
12. 前記反射空間（３３）に導入される冷却ガス量が、前記搬送方向（５）に見て変動していることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
13. 排出空気が、前記反射体壁（３０）の複数の排出開口部（３７）を介して前記反射空間（３３）から排出され、前記排出開口部（３７）の数及び／又は総開口断面積が前記搬送方向（５）において増加していることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の方法。
14. 前記被照射材料（３）の温度が、前記搬送方向（５）に前記プロセスチャンバ（３１）に沿って分布する複数の位置で測定され、前記測定値が、前記冷却ガス量を調整するために使用されていることを特徴とする、請求項１１～１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記反射体壁（３０）に隣接するガス分配チャンバ（２７）から、前記冷却ガスが前記導入開口部（３６）を通って前記反射空間（３３）へと流入することを特徴とする、請求項１１～１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 前記ガス分配チャンバ（２７）が複数のサブチャンバに分割されており、導入開口部（３６）を通って前記反射空間（３３）へと流れる前記冷却ガス量が、前記搬送方向（５）に見てサブチャンバごとに変動していることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
17. 前記ガス分配チャンバ（２７）に排出空気連絡部（３９）が設けられており、前記排出空気連絡部（３９）を介して、前記排出空気の少なくとも一部が前記反射空間（３３）から排出されることを特徴とする、請求項１５又は１６に記載の方法。
18. 前記サブチャンバのうちの少なくとも１つの第１のサブチャンバに第１の冷却ガス連絡部（３８ａ）が設けられ、前記第１の冷却ガス連絡部（３８ａ）を介して第１の冷却ガス流が第１の導入開口部（３６）に供給され、前記サブチャンバのうちの第２のサブチャンバに第２の冷却ガス連絡部（３８ｂ）が設けられ、前記第２の冷却ガス連絡部（３８ｂ）を介して第２の冷却ガス流が第２の導入開口部（３６）に供給され、前記第１の冷却ガス流を前記第２の冷却ガス流から独立して調整することができることを特徴とする、請求項１６又は１７に記載の方法。
19. プロセスガス量制御部によって、プロセスガスが供給空気ユニット（２５）を介して前記プロセスチャンバ（３１）内に導入されており、排出空気が、排出空気ユニット（２６）を介して前記プロセスチャンバ（３１）から排出されていることを特徴とする、請求項１１～１８のいずれか一項に記載の方法。