(57)【要約】【課題】  ナノ高温乾燥蒸気を利用して印刷インキの乾燥処理を行う。【解決手段】  ナノオーダにクラスター化したナノ高温乾燥蒸気を生成し、前記ナノ高温乾燥蒸気を印刷物の印刷面に噴射させ、前記ナノ高温乾燥蒸気により前記印刷面のインキに分子内振動エネルギーを付与する。これにより、ナノオーダのナノ高温乾燥蒸気は、印刷物の繊維ポアを通過すると共に、印刷面のインキに衝突する。印刷面のインキに衝突したナノ高温乾燥蒸気は、熱的に励起したエネルギーを極性分子である前記インキに分子内振動エネルギーとして付与する。前記インキは、分子内エネルギーにより乾燥処理される。【選択図】      図１
2009013800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
印刷物の乾燥処理を行う印刷物乾燥方法であって、
ナノオーダにクラスター化したナノ高温乾燥蒸気を生成し、
前記ナノ高温乾燥蒸気を印刷物の印刷面に噴射させ、
前記ナノ高温乾燥蒸気により前記印刷面のインキに分子内振動エネルギーを付与することを特徴とする印刷物乾燥方法。
【請求項２】
前記ナノ高温乾燥蒸気を、前記印刷物の繊維ポアを通過する数分子〜数１０分子のナノオーダにクラスター化する、請求項１に記載の印刷物乾燥方法。
【請求項３】
前記ナノ高温乾燥蒸気を数分子〜数１０分子のナノオーダにクラスター化することで、前記ナノ高温乾燥蒸気を前記印刷物の繊維ポアに通過させ、かつ前記ナノ高温乾燥蒸気を印刷面のインキに衝突させる、請求項２に記載の印刷物乾燥方法。
【請求項４】
前記ナノ高温乾燥蒸気を印刷面のインキに衝突させることで、極性分子をもつ前記インキに、前記ナノ高温乾燥蒸気の熱的に励起したエネルギーを分子内振動エネルギーとして付与する、請求項３に記載の印刷物乾燥方法。
【請求項５】
前記ナノ高温乾燥蒸気を前記印刷物の両面から噴射させる、請求項１に記載の印刷物乾燥方法。
【請求項６】
印刷物の乾燥処理を行う印刷物乾燥装置であって、
高温乾燥蒸気を生成する蒸気生成手段と、
前記蒸気生成手段で生成した前記高温乾燥蒸気をナノオーダにクラスター化するクラスター生成手段と、
前記クラスター生成手段で生成した前記ナノ高温乾燥蒸気を印刷物の印刷面に噴射することで、前記ナノ高温乾燥蒸気により前記印刷面のインキに分子内振動エネルギーを付与する励起手段と、を有することを特徴とする印刷物乾燥装置。
【請求項７】
前記クラスター生成手段は、前記高温乾燥蒸気を、前記印刷物の繊維ポアを通過する数分子〜数１０分子のナノオーダにクラスター化する、請求項６に記載の印刷物乾燥装置。
【請求項８】
前記励起手段は、数分子〜数１０分子のナノオーダにクラスター化した前記ナノオーダの高温乾燥蒸気を前記印刷物の繊維ポアに通過させ、かつ前記ナノ高温乾燥蒸気を印刷面のインキに衝突させる、請求項６に記載の印刷物乾燥装置。
【請求項９】
前記励起手段は、前記ナノオーダの高温乾燥蒸気を印刷面のインキに衝突させることで、極性分子をもつ前記インキに、前記ナノオーダの高温乾燥蒸気の熱的に励起したエネルギーを分子内振動エネルギーとして付与する、請求項８に記載の印刷物乾燥方方法。
【請求項１０】
前記励起手段は、前記ナノオーダの高温乾燥蒸気を前記印刷物の両面から噴射させる、請求項６に記載の印刷物乾燥装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、印刷物の印刷面上でのインキを効率よく乾燥させ、印刷物同士の付着を回避する印刷物乾燥方法及び印刷物乾燥装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
印刷物の印刷面にインキで印刷をした場合、印刷面上のインキによって印刷物同士の付着を回避するために、印刷面に定着した印刷インキを速乾させる必要がある。【０００３】
印刷インキの乾燥方式については、業界及び学術団体などにおいて、正式な乾燥方式名を定めていないが、印刷インキの乾燥方式としては、酸化重合型、浸透乾燥型、蒸発乾燥型、紫外線硬化型、赤外線硬化型、電子線硬化型、常温自然乾燥型、熱硬化型混合反応型などが一般的に利用されている。【０００４】
乾燥方式で一般的なものは酸化重合型であり、その酸化重合型はオフセットインキ、活版インキなどの乾燥に用いられている。前記酸化重合型の乾燥方式は、空気中の酸素を利用して印刷インキを自然乾燥させている。次に用いられている乾燥方式は、グラビアインキ、オフセット輪転インキなどの乾燥に用いる蒸発型乾燥方式である。前記蒸発型乾燥方式は、自然放置乾燥とガスバーナなどで得た熱風とを併用した乾燥方式である。また、紙用インキとして用いられる凸版輪転インキ、水性フレキソインキ等を対象とした浸透乾燥型乾燥方式があり、この乾燥方式は、紙の繊維にインキを浸透させ、自然乾燥する乾燥方式である。【０００５】
近年、「必要なときに必要な部数だけ」というオンデマンド印刷に関心が寄せられており、国内においても多くのオンデマンド印刷機が稼働している。前記オンデマンド印刷には、エレクトルインキという液状インキが用いられている。【０００６】
以上述べた各種の印刷インキは、版から被印刷物へ転移された後、何らかの方法で印刷面に定着させる必要がある。印刷インキのビヒクル（印刷ワニス）組成によって定着のタイプ（乾燥方式）が異なる。各種の印刷インキの定着タイプ（乾燥方式）について詳述する。【０００７】
前記蒸発乾燥型は、インキ中に含まれる揮発性溶剤を蒸発させることによって、印刷インキを乾燥固化させるものである。この印刷インキとしては、低沸点溶剤を用いた速乾性のグラビアインキ、フレキソ（印刷ワニス）インキ、高沸点溶剤を用いたスクリーンインキ、パッドインキ、ドライオフセットインキ、水性インキなどがある。この蒸発乾燥型方式は、浸透乾燥の全く期待できないプラスチック素材での印刷インキの定着方式として最も有効かつ適用例の多い方式である。乾燥速度は溶剤の種類によって調整されるが、同時に乾燥機による加熱や熱風によって促進される。【０００８】
前記酸化重合型は、乾性油を主成分とするインキの印刷面に空気中の酸素が吸収され、ビヒクル分子を繋ぎ合わせて網状の巨大分子として、印刷インキを乾燥固化させるものである。この印刷インキとしては、凸版インキ（フレキソを除く）、金属スクリーン用インキなどがある。この酸化重合型方式は、酸化重合にかなりの時間を要するので、マンガン、コバルトなどの金属石鹸をドライヤーとして添加し、さらに加熱することにより乾燥を促進させるものである。【０００９】
前記液反応型は、反応基を有する樹脂をビヒクルとするインキの２種混合のうち一方を用いてインキ化し、他方を硬化剤として用い、その組み合わせにより、印刷インキを反応硬化させるものである。この印刷インキとしては、レトルトパウチ用のポリウレタン樹脂系グラビアインキ、エポキシ系、メラミン系などの樹脂をビヒクルにしたスクリーンインキ、パッドインキなどがある。この液反応型は、使用直前に混合し、印刷後溶剤の蒸発に次いで反応が起こり、加熱により反応が促進される。２種混合インキは印刷しなくても反応が進行するので、機上安定性に問題があり、通常残インキを再使用できない（ポットライフ）などの問題があり、取扱上注意を要する。硬化して得られるインキ皮膜は強靱で、耐性が非常に優れている。【００１０】
前記紫外線硬化型は、印刷インキ皮膜に紫外線（ＵＶ）を照射し、瞬間的に反応させて固形皮膜に変えるものである。ＵＶインキのビヒクルはポリマー、モノマー及び光重合溶剤（増感剤）からなっており、光重合開始剤が特定波長の紫外線を吸収して連鎖反応を起こし、インキを硬化させる。この紫外線硬化型乾燥システムの開発により、オフセット印刷、ドライオフセット印刷及びスクリーン印刷をプラスチック類へ適用する際に大きな障害要因である「乾燥性」の問題が解決されている。【００１１】
前記浸透乾燥型は、被印刷物が紙である場合、インキ中の油分が浸透し、固形分が紙の表面に残り乾燥させるものである。この印刷インキとしては、新聞インキなどが代表的な例である。しかし、非吸収性のプラスチック、金属、ガラスなどの印刷面への印刷には不向きなものである。【００１２】
多くの印刷物、特に雑誌は、若干のコーンスターチベース（トウモロコシ澱粉）の粉末や紙埃を含んでいる。これらの粉末は、印刷インキの乾燥過程で、静電気の発生を軽減し、印刷物同士、例えば雑誌の頁と頁とが貼り付くのを回避するために用いられている。しかも、前記コーンスターチベースには酸化防止剤が添加されている。また、印刷物に万遍なく振りかけることにより、「ブロッキング（裏移り）」が起きにくくなるという指摘もある。微粒子粉であるためには、「インキの隙間」から「空気」が入って、インキの乾燥も促進する作用がある。【００１３】
市販のものでは、すべての原材料に酸化防止剤（無水亜硫酸）と明記されているが、何故酸化防止剤が使用されているかという明快な回答がない。ただ、無水亜硫酸は酸化防止と漂白の作用がある。物質的には亜硫酸ナトリウムなど亜硫酸塩で使用されている。よくある説明は「製造時にコーンスターチを亜硫酸水につけて溶解させてから澱粉を取り出すという方法がとられているため」であり、この方法をウエットミリング亜硫酸浸漬法と呼ばれている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上述した印刷インキの定着方式、すなわち乾燥方式としては上述した種々の方式が存在するが、最も簡便な方式として、コーンスターチベース（トウモロコシ澱粉）の粉末を用いた定着方式が採用されている。【００１５】
しかし、コーンスターチベースの粉末を印刷物に万遍なく振りかけるため、印刷の作業環境などを劣悪にしていることが指摘されており、これに代わる良好な作業環境と安価な印刷インキの乾燥方式（定着方式）が要望されている。【００１６】
特許文献１には、蒸気を用いて設定温度に食品を加熱する技術が開示されている。特許文献２には、過熱蒸気を用いて食材を調理する技術が開示されているのみで、蒸気を印刷インキの定着方式及び印刷物同士の付着の回避に応用するという示唆はない。【００１７】
しかも、特許文献１及び特許文献２には、蒸気の性質や特質について技術的な考察がなされておらず、加えて、蒸気を印刷インキの定着方式及び印刷物同士の付着の回避に応用するという示唆はない。
【特許文献１】特開２００３−７０６４４号公報
【特許文献２】特開２００３−２６２３３８号公報
【００１８】
本発明の目的は、ナノ高温乾燥蒸気を利用して印刷インキの乾燥を実現した印刷物乾燥方法及び印刷物乾燥装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記目的を達成するため、本発明に係る印刷物乾燥方法は、印刷物の乾燥処理を行う印刷物乾燥方法であって、
ナノオーダにクラスター化したナノ高温乾燥蒸気を生成し、
前記ナノ高温乾燥蒸気を印刷物の印刷面に噴射させ、
前記ナノ高温乾燥蒸気により前記印刷面のインキに分子内振動エネルギーを付与することを特徴とするものである。【００２０】
本発明の印刷物乾燥方法を実施するための印刷物乾燥装置は、印刷物の乾燥処理を行う印刷物乾燥装置であって、
高温乾燥蒸気を生成する蒸気生成手段と、
前記蒸気生成手段で生成した前記高温乾燥蒸気をナノオーダにクラスター化するクラスター生成手段と、
前記クラスター生成手段で生成した前記ナノ高温乾燥蒸気を印刷物の印刷面に噴射させ、前記ナノ高温乾燥蒸気により前記印刷面のインキに分子内振動エネルギーを付与する励起手段と、を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ナノ高温乾燥蒸気を利用して印刷インキの乾燥・印刷物同士の付着の回避を簡便、かつ確実に実現できるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて詳細に説明する。【００２３】
図１は、本発明の実施形態に係る印刷物乾燥装置を適用する印刷装置を示している。図１に示す印刷装置は、連続したロール用紙を使用して印刷を行うものであって、印刷用紙１ａを繰出ローラ２に保持し、繰出ローラ２から繰り出した印刷用紙１ａの印刷面に印刷部３で印刷を行い、印刷済みの印刷用紙１ｂを本発明の実施形態に係る印刷物乾燥装置Ａ内に通した後、乾燥処理した用紙１を巻取ローラ４に巻き取る構造のものである。【００２４】
本発明の実施形態に係る印刷物乾燥装置Ａは図１に示すように、印刷部３による印刷用紙１ｂを乾燥チャンバー２１内に受け入れて、ナノ高温乾燥蒸気で印刷物１ｂのインキを迅速に乾燥させ、乾燥させた印刷物１ｂを巻取ローラ４に向けて送り出すものであり、図１〜図３に示すように、蒸気生成手段５と、クラスター生成手段６と、励起手段７とを有している。【００２５】
蒸気生成手段５は、高温乾燥蒸気を生成するものである。具体的には、蒸気生成手段５は図３に示すように、ボイラー８と、給水槽９とを有している。給水槽９には、水が給水弁１０を通して給水され、上限センサー１１と下限センサー１２とにより給水弁１０を制御することで、設定量の水Ｗを給水槽９内に貯留する。ボイラー８には、ポンプ１３により逆止弁１４を通して給水槽９から水Ｗが給水され、ボイラー８は、給水された水を加熱するヒーター１５を備えている。ボイラー８は、ヒーター１５で水を加熱することで、高温飽和蒸気Ｍ１を生成する。１６は、ボイラー８内の水位を検知するセンサー、１７はボイラー８内の圧力を一定に維持するための圧力安全弁、１８は高温飽和蒸気Ｍ１をボイラー８から取り出す供給弁である。さらに、ボイラー８の出力側には、高温飽和蒸気Ｍ１を通過させるパイプ１９と、パイプ１９に巻き付けた管状ヒーター２０とを有している。管状ヒーター２０で加熱したパイプ１９内に高温飽和蒸気Ｍ１を通過させることで高温乾燥蒸気Ｍ２を得ている。なお、蒸気生成手段５のボイラー８と給水槽９は一例であって、図示した構造のものに限られるものではない。蒸気生成手段５は、図示した以外のものであってもよく、要は、蒸気生成手段５としては、高温飽和蒸気Ｍ１を生成することが可能な構成であれば、いずれのものであってもよいものである。【００２６】
クラスター生成手段６及び励起手段７とは、印刷済みの印刷用紙１ｂが送りローラ２２で送られる乾燥チャンバー２１内に設置してある。クラスター生成手段６と励起手段７とを具体的に説明する。すなわち、乾燥チャンバー２１内には図１及び図２に示すように、送りローラ２２を上下方向に挟んでパイプ２３、２４を設置してある。パイプ２３、２４には図３に示すように、それぞれ複数のノズル２５を乾燥チャンバー２１内に走行する印刷用紙１ｂに向けて開口してある。クラスター生成手段６は、パイプ２３、２４のノズル２５から高温乾燥蒸気Ｍ２を噴射することで、ナノオーダにクラスター化したナノ高温乾燥蒸気Ｍ３を得ている（図２参照）。パイプ２３は印刷用紙１ｂの印刷面側に設置し、パイプ２４は印刷物１ｂの裏面側に設置してある。パイプ２４の印刷用紙１に対する距離Ｒ２は、パイプ２３の印刷用紙１に対する距離Ｒ１よりも短く設定してある（Ｒ１＞Ｒ２）。なお、パイプ２３と２４の印刷用紙１ｂに対する距離は図示したものに限られるものではなく、印刷用紙１ｂの種類に応じて適宜変更してもよいものである。なお、図２では、ナノ高温乾燥蒸気Ｍ３は、パイプ２３の一部から噴射するように図示したが、パイプ２３，２４の全長に亘って噴射するものである。【００２７】
以上のように、クラスター生成手段６は、ボイラー８内の蒸気圧を利用することで、高温乾燥蒸気Ｍ２をパイプ２３、２４のノズル２５から噴き出すことで、蒸気生成手段５で生成した高温乾燥蒸気Ｍ２をナノオーダにクラスター化したナノ高温乾燥蒸気Ｍ３を生成する。【００２８】
親水性パルプ繊維であろうと、平滑度、白色度、不透明度を上げることで顔料塗工を施し、印刷品質を向上させている印刷用紙１であっても、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、繊維ポア（毛管）半径の大小こそあれ、空隙を有している。上述した印刷用紙１ｂの特性に応じて、クラスター生成手段６は、パイプ２３、２４のノズル２５から高温乾燥蒸気Ｍ２を噴き出すことで、数分子〜数１０分子の大きさを有するナノ高温乾燥蒸気Ｍ３を生成する。クラスター生成手段６がナノ高温乾燥蒸気Ｍ３を数分子〜数１０分子の大きさに生成するには、パイプ２３に開口するノズル２５の径を調整する、或いはボイラー８の蒸気圧を調整するなどの方法で、印刷用紙１の繊維ポアに応じたナノ高温乾燥蒸気Ｍ３を生成する。【００２９】
本発明者は、印刷用紙１の繊維ポアについて解析し、汎用されている印刷用紙１の繊維ポアにナノ高温乾燥蒸気Ｍ３を通過させるには、高温乾燥蒸気Ｍ２を数分子〜数１０分子の範囲の大きさに設定することが最も理想的であることを突き止めた。高温乾燥蒸気Ｍ２をナノオーダにクラスター化したナノ高温乾燥蒸気Ｍ３の粒子径は、理論式を用いて計算し、１５０〜２１０℃のナノ高温乾燥蒸気Ｍ３を印刷用紙１に吹き付け、紙水分計Ｋ―２００（メーカ；KETT）を用いて、印刷業界で要求される印刷用紙１ｂの含水率８．５〜７．５％の範囲に保持できるナノ高温乾燥蒸気Ｍ３の粒径を数分子〜数１０分子の範囲に特定した。印刷用紙１ｂは、種々の特性、特に繊維ポア径が異なるものが存在するため、クラスターの下限の分子数を特定の数値に限定することは不可能であり、下限のクラスターの分子数を概ね９分子未満、すなわち計算上は数分子となる。これを下限範囲のクラスターの分子数とした。同様に、クラスターの上限の分子数を特定の数値に限定することは不可能であり、上限のクラスターの分子数は約１０分子〜約９０分子、すなわち計算上は数１０分子であることを確認し、これを上限範囲のクラスターの分子数とした。【００３０】
以上の考察に基づいて、クラスター生成手段６が生成するナノ高温乾燥蒸気Ｍ３のクラスターを数分子〜数１０分子の範囲に特定した。なお、以上の考察は、現在市販されている印刷用紙に基づいて行ったものであり、今後開発される印刷用紙の特性によっては、ナノ高温乾燥蒸気Ｍ３のクラスターの分子数は、変動することが予想される。要は、クラスター生成手段６が生成するナノ高温乾燥蒸気Ｍ３のクラスターの分子数は、ナノ高温乾燥蒸気Ｍ３が印刷用紙の繊維ポアを通過でき、かつ、後述の励起手段７により印刷用紙のインキに分子内エネルギーを付与できるものであれば、いずれのものであってもよいものである。【００３１】
励起手段７は、ボイラー８内の蒸気圧を利用することで、パイプ２３のノズル２５から噴き出すことで、ナノオーダにクラスター化した高温乾燥蒸気Ｍ３を印刷用紙１ｂの印刷面に噴射することで、ナノ高温乾燥蒸気Ｍ３により印刷用紙１ｂのインキ２６に分子内エネルギーを付与する（図５（ａ）参照）。【００３２】
具体的には、励起手段７は、クラスター生成手段６が生成した数分子〜数１０分子のナノオーダにクラスター化したナノ高温乾燥蒸気Ｍ３を印刷用紙１ｂの繊維ポアに通過させる共に、ナノ高温乾燥蒸気Ｍ３を印刷面のインキ２６に衝突させ、インキ２６に分子内エネルギーを付与する（図５（ａ）参照）。【００３３】
インキは、極性分子を有している。この極性分子とは、例えば酸素側がマイナス、水素側がプラスの電荷を有する電気双極子を意味している。インキは、極性分子を有しているため、外部からエネルギーを与えると、無極性分子に比べて著しい温度上昇が得られる特性を有している。【００３４】
クラスター生成手段６でクラスター化したナノ高温乾燥蒸気Ｍ３は、通常の水分子クラスターと異なり、高温で、かつ乾燥状態であるため、高いエネルギー（励起状態）となっている。【００３５】
したがって、励起手段７がナノ高温乾燥蒸気Ｍ３を印刷面のインキ２６に衝突させると、ナノ高温乾燥蒸気Ｍ３は、その熱的影響を印刷面のインキの内部に分子内振動２６ａとしてのエネルギーを与えることとなる（図５（ａ）参照）。【００３６】
次に、本発明の実施形態に係る印刷物乾燥装置Ａを用いることで、印刷用紙１ｂの印刷面に付着したインキを乾燥（定着）させる方法について説明する。【００３７】
先ず、蒸気生成手段５は、ボイラー８のヒーター１５で水を加熱し、ボイラー８内に高温飽和蒸気Ｍ１を生成する。供給弁１８が開弁されると、蒸気生成手段５は、ボイラー８内の蒸気圧により、ボイラー８内の高温飽和蒸気Ｍ１をパイプ１９に送り出す。パイプ１９は管状ヒーター２０で加熱されているため、パイプ１９から供給される蒸気は、高温乾燥蒸気Ｍ２となる。【００３８】
クラスター生成手段６は、蒸気生成手段５から高温乾燥蒸気Ｍ２をパイプ２３、２４に供給されると、ボイラー８内の蒸気圧を利用して、パイプ２３、２４から高温乾燥蒸気Ｍ２を印刷用紙１ｂに向けて噴射することで、ナノオーダにクラスター化したナノ高温乾燥蒸気Ｍ３を生成する。【００３９】
励起手段７は、ボイラー８内の蒸気圧を利用することで、クラスター生成手段６で生成したナノ高温乾燥蒸気を印刷用紙１ｂの印刷面に噴射することで、ナノ高温乾燥蒸気により印刷面のインキに分子内エネルギーを付与する。具体的には、励起手段７は、励起手段７は、ナノ高温乾燥蒸気Ｍ３を印刷用紙１ｂに吹き付けることで、ナノ高温乾燥蒸気Ｍ３を印刷用紙１ｂの繊維ポアに通過させると共に、ナノ高温乾燥蒸気Ｍ３を印刷面のインキ２６に衝突させることで、ナノ高温乾燥蒸気Ｍ３の熱的に励起したエネルギーをインキ２６の分子内振動エネルギー２６ａとして付与する。【００４０】
次に、ナノ高温乾燥蒸気Ｍ３により印刷面のインキを乾燥（定着）する原理について説明する。【００４１】
従来のインキ乾燥は２００℃付近の熱風を用いて行うため、インキ中にバブルが発生するという欠点があった。この理由について説明する。図５（ｂ）に示すように、インキ２６が熱風による熱的影響をうけて表面だけが乾燥されるため、インキ２６の表面に表面硬化膜２６ｂが形成される。さらに、加熱が進行すると、インキ２６の内部に熱が伝熱（伝導熱）され、局部的に未乾燥なインキ領域が突沸するため、バブル２６ｃが発生する。これを回避するには、熱風による加熱容量を減らし、表面硬化膜２６ｂが形成された後に、熱風による熱伝導を均一にするため、必要以上に加熱時間を確保することで、インキ２６の乾燥を行う必要があり、インキの乾燥時間を短縮することはできないという課題がある。【００４２】
本発明の実施形態では、ナノ高温乾燥蒸気を用いることにより、インキ乾燥が有効に促進させるものである。このメカニズムは以下のとおりである。
(1)前述したようにナノ高温乾燥蒸気（超微小液滴クラスター）は数分子〜数１０分子のオーダのクラスター化した粒子であり、１５０〜２１０℃の高温粒子である。
(2)加熱物である印刷用紙は、主として紙とインキ（水性、顔料、脂肪族炭化水溶剤などのトルエン、キシレン、ベンゼンなど）、コート（顔料塗工）材料からなる。
(3)印刷用紙の構成としては種々あるが、基本的には構成繊維を積層させたポア（空隙）構造を有しているため、ミクロ的には図４（ａ）、（ｂ）に示すように多くの空隙を有している。【００４３】
ナノオーダにクラスター化したナノ高温乾燥蒸気Ｍ３を励起手段７が印刷用紙１ｂに噴射させると、ナノ高温乾燥蒸気Ｍ３は印刷用紙１ｂの繊維ポアを通過する。何故ならば、ナノ高温乾燥蒸気Ｍ３のクラスター化した分子は、印刷用紙１ｂの繊維ポアの径を考慮して、繊維ポアを通過することができる分子に設定しているためである。したがって、数分子〜数１０分子のオーダ粒子であるナノ高温乾燥蒸気Ｍ３は、印刷用紙１ｂの繊維ポアを容易に通り抜けることとなり、ナノ高温乾燥蒸気Ｍ３は、印刷用紙１ｂの加熱に寄与しない。したがって、印刷用紙は、印刷業界で要求される含水量を維持できることとなる。【００４４】
さらに、ナノオーダにクラスター化したナノ高温乾燥蒸気Ｍ３を励起手段７が印刷用紙１ｂに噴射させると、ナノ高温乾燥蒸気Ｍ３は図５（ａ）に示すように、印刷用紙１ｂの印刷面に付着したインキ２６に衝突する。【００４５】
クラスター生成手段６でクラスター化したナノ高温乾燥蒸気Ｍ３は、通常の水分子クラスターと異なり、高温で、かつ乾燥状態であるため、高いエネルギー（励起状態）となっている。【００４６】
したがって、励起手段７がナノ高温乾燥蒸気Ｍ３を印刷面のインキ２６に衝突させると、ナノ高温乾燥蒸気Ｍ３は図５（ａ）に示すように、その熱的影響を印刷面のインキ２６の内部に分子内振動２６ａとしてのエネルギーを与えることとなる。インキ２６は、ナノ高温乾燥蒸気Ｍ３からエネルギーを受けると、インキ２６の内部の水分子の振動が激しくなり、摩擦熱の発生によってインキ内部の温度を高める。この原理に基づいて、インキ２６の乾燥が促進されることとなる。【００４７】
上述したメカニズムにより、印刷用紙のインキ乾燥においては、印刷用紙１ｂは加熱されず、インキ２６だけがナノ高温乾燥蒸気のエネルギーを吸収し、発熱・蒸発するため、インキだけの選択加熱が可能になる。【００４８】
少なくとも、ナノ高温乾燥蒸気Ｍ３は、ナノオーダにクラスター化された水分子（数分子〜数１０分子オーダの高温乾燥蒸気クラスター）を用いることにより、印刷用紙のインキ乾燥においては、印刷用紙のポア（毛管）内をナノ高温乾燥蒸気が容易に通り抜けるため、印刷用紙を加熱せずにインキだけがナノ高温乾燥蒸気のエネルギーを吸収し、発熱・蒸発し、インキだけの選択加熱が可能になる。【００４９】
ナノ高温乾燥蒸気がインキ乾燥に及ぼす乾燥度−時間経過の模式図を図６に示す。図６（ｂ）は、従来のインキ乾燥による乾燥度−時間経過であり、乾燥に多くの時間（ｔ1〜ｔ2）が掛かり、かつ乾燥の質(Ｄ1)も悪い。【００５０】
これに対して図６（ａ）は、本発明の実施形態におけるナノ高温乾燥蒸気による乾燥度−時間経過であり、乾燥に要する時間はほぼ瞬時（ｔa〜ｔb）であり、かつ乾燥の質(Ｄ2)も優れている。これは前述したように従来のインキ乾燥法は、インキが熱的影響をうけて表面層の乾燥→表面硬化膜の形成→バブルの発生→インキ内部に熱が伝熱されて乾燥される。他方、ナノ高温乾燥蒸気はインキ内部から熱が発生し、伝熱乾燥されるために質の良い乾燥が促進される。【００５１】
以上の説明では、ナノ高温乾燥蒸気Ｍ３を用いて印刷用紙１ｂのインキ２６を乾燥することに特化して説明したが、これに限れるものではない。すなわち、本発明の実施形態に係る印刷物乾燥装置Ａは、インキ２６を乾燥させる過程で発生する有害気体２６ｄ（乾性油成分＝不飽和脂肪酸や石油系溶剤など）の脱臭効果を促進するものである。
具体的に説明すると、図５（ａ）に示すように、インキ２６を乾燥させる過程において、インキ２６の成分に含まれる有害気体２６ｄが発生する。前記有害気体２６ｄは異臭を放つ場合がある。この有害気体２６ｄは、印刷物１ｂが乾燥チャンバー２１内を走行する過程で主として発生する。より具体的には、
(1)インキの低沸点溶剤が蒸発し、乾燥する過程。
(2)ドライヤーによる触媒作用により、空気中の酸素とインキ中の乾性油成分（不飽和脂肪酸）が結合し、化学変化し、乾性油の重合が起こり、乾燥する過程。
(3)加熱によってインキ中の石油系溶剤が蒸発し、乾燥する過程。
などにおいて、乾燥チャンバー２１から外部に放出される可能性がある。有害気体２６ｄが乾燥チャンバー２１外の作業環境に漏出すると、作業環境を汚染してしまうばかりでなく、印刷工場の周辺住民にも悪影響を与える。【００５２】
本発明の実施形態では、ナノ高温乾燥蒸気Ｍ３がパイプ２３，２４から噴射し、乾燥チャンバー２１内にエアカーテンを形成する。前記エアカーテンで仕切られた空間内において、ナノ高温乾燥蒸気Ｍ３は、ナノオーダにクラスター化しているため、超微細粒子であり、インキ２６から発生した有害気体２６ｄに衝突する。ナノオーダのナノ高温乾燥蒸気Ｍ３が有害気体２６ｄに衝突する（クラスター化された水滴は、負イオンになりやすい。これに有害気体２６ｄがくっつく）と、有害気体２６ｄは、ナノ高温乾燥蒸気Ｍ３によりイオン分解及びクラスター水滴中に取り込まれ、クラスター水滴の受け皿（図１の符号Ｂ）に回収される。【００５３】
以上のように本発明の実施形態によれば、ナノ高温乾燥蒸気を利用して印刷インキの乾燥を実現することができる。【００５４】
さらに、ナノ高温乾燥蒸気のクラスター分子を数分子〜数１０分子の範囲に設定することにより、ナノ高温乾燥蒸気を印刷用紙の繊維ポアに通過させることで、印刷用紙の加熱を回避し、印刷業界で要求される印刷用紙の含水量を維持したままでインキを乾燥させることができる。【００５５】
さらに、ナノ高温乾燥蒸気で印刷面のインキのみを選択して加熱することができ、しかも、インキの内部で分子内振動をさせるため、インキの乾燥を促進させることができる。【００５６】
さらに、本発明の実施形態によれば、インキの乾燥過程で発生する有害気体は、水滴が分裂する場合に付近の空気に電離されるレナード（Lenard）効果により発生する負イオンとの化学結合、つまりナノ高温乾燥蒸気との衝突によって生成する酸化反応による脱臭効果と、クラスター水滴中に取り込まれる相乗効果によって、インキから発生する有害気体が作業環境に漏出することはなく、作業環境を清潔に保つことができる。さらに、印刷工場の周辺に漏出することはなく、周辺住民の健康を阻害することはなく、職住接近した環境で印刷を行った場合にも、環境の汚染を回避できるものである。このように、環境にも優しいインキの乾燥処理を提供できるものである。【００５７】
次に、本発明の実施形態に係る印刷物乾燥装置を用いてインキの乾燥を行うための検証を行った。未だかつて、ナノ高温乾燥蒸気を利用して印刷インキの乾燥を実施するにあたっての最も重要な要素を学問的に解析した論文は存在しないが、本発明者は、印刷インキの乾燥を実施するにあたって、考察及び実験を行うことで、前記最も重要な要素は、印刷用紙の印刷面上での高温乾燥温度と含水率とであるという結論に至った。【００５８】
通常、印刷業界では印刷済みの印刷用紙の含水量は８．５〜４．５％の範囲であるとされている。熱風式による乾燥の場合、印刷用紙の含水率が低下してしまう。このとき、(1)静電気の発生、(2)紙面の縮み（歪み）、(3)紙面の膨潤（伸び）、(4)折り曲げ強度の劣化が発生する。【００５９】
本発明者は、ナノ高温乾燥空気を用いることにより、含水率を低下させないインキ乾燥が可能であるとの結論に達した。以下、その詳細を実験に基づいて説明する。【００６０】
Ａ：紙秤量と含水率との関係
実験では、単票（シングルペーパ）として紙秤量１８０ｇ／ｍ２と２４０ｇ／ｍ２を用いた。オフセット用インキ（オフ輪転インキ）を印刷した後、インキ高温乾燥機を通過した時の紙面の表面温度と含水率との関係を図７に示す。【００６１】
印刷用紙の含水率の測定は、紙分析計Ｋ−２００（メーカ：ＫＥＴＴ）を用いた。紙面温度はポケット放射計ＰＣ−８４００（メーカ：佐藤計量器製作所）を用いた。センサーはサーモパイル式であって、その測定範囲は−６０〜２４０℃である。紙面とセンサーとの測定距離は約３０ｍｍに固定して行った。【００６２】
実験の結果、同じ含有率であれば、紙秤量の小さい１８０ｇ／ｍ２（薄い単票）の方が、紙秤量の大きな２４０ｇ／ｍ２（厚い単票）より表面温度が高いことが分かる。また、紙秤量の含水率は、紙面温度が高いほど低くなる傾向にある。これは単純に、紙秤量の小さい（紙厚が薄い）方が熱の吸収が早いためと考えられる。このことは、紙秤量が小さいと熱吸収も早く、放熱も早いと言える。以降、ロール紙印刷を考慮し、実験は紙秤量１８０ｇ／ｍ２を用いて実験を行った。【００６３】
Ｂ；乾燥チャンバー２１の庫内温度と印刷用紙１ｂの含水率
庫内温度と紙面の含水率との関係を図８に示す。図８において、横軸に庫内温度を表記した。設定値温度は１８０〜２１０℃の範囲において、１０℃間隔で測定した。縦軸は、それぞれの温度で測定をしたときの印刷紙面上の含水率を測定した。庫内温度とは、乾燥チャンバー内でのナノ高温乾燥蒸気の温度のことをいう。この結果、印刷用紙の送り速度１．８ｍ／ｍｉｎより速い、３．６ｍ／ｍｉｎ（１８０〜３６０ｃｍ／ｍｉｎ）の送り速度でも共通しているが、ナノ高温乾燥蒸気によるインキ乾燥での大きな違いは、紙面温度が高くならないために、前述した紙面の縮みや膨潤が認められないことである。【００６４】
今回の実験から、要求されている印刷用紙の含水率８．５〜７．５％の範囲においては、乾燥チャンバー２１内における印刷用紙１ｂの送り速度３〜３．６ｍ／ｍｉｎ、庫内温度１８０〜１９０℃付近が最適であることが判明した。【００６５】
Ｃ；乾燥チャンバー２１の庫内温度と印刷用紙１ｂの紙面温度
庫内温度と紙面温度との関係を図９に示す。庫内温度は、１８０〜２１０℃の範囲で変化させた。図８から庫内の最適温度は、１８０〜１９０℃付近が最適であったことがわかっている。図９により、庫内温度１８０〜１９０℃のときの紙面温度は、７０〜９０℃付近を示す。ただし、紙面温度は紙秤量によって異なるので、すべてに該当するわけではないが、紙秤量１８０ｇ／ｍ２、１．８〜３．６ｍ／ｍｉｎにおいては、妥当な数値であると考えられる。【００６６】
一方、庫内温度は高くなるに従って紙面温度も上昇する。また、送り速度は遅いほど、紙面温度が高くなる傾向が顕著に示されている。したがって、仮に庫内温度を高くして操業するには、紙の送り速度を速くすれば、目的の紙面温度を達成できる。【００６７】
Ｄ；乾燥チャンバー２１内での印刷用紙１ｂの送り速度と紙面温度
紙面速度と紙面温度との関係を図９及び図１０に示す。印刷用紙１ｂの送り速度１．８〜３．６ｍ／ｍｉｎ、紙面温度７０〜９０℃を確保するには、庫内温度は１８０〜１９０℃が最適である。図９及び図１０からも、庫内温度を高くすると、紙面温度が高くなる傾向にあることが明らかである。【００６８】
Ｅ；印刷用紙の表面温度と含水率
印刷用紙の表面温度と紙面の含水率との関係を図１１に示す。印刷用紙の含水率を７．５〜９％付近に保つには、印刷用紙の表面温度を７０〜９０℃、送り速度を３〜３．６ｍ／ｍｉｎにすることが重要となる。【００６９】
このような結果から、逆に印刷用紙の含水率を９〜１０％にするには、送り速度を３．６ｍ／ｍｉｎ以上にすることが、大きな要素であることが示唆される。【００７０】
Ｆ；印刷用紙の送り速度と含水率
送り速度と紙面の含水率との関係を図１２に示す。図１１と同じように、印刷用紙の含水率を７〜９％に抑えるには、送り速度を３〜３．６ｍ／ｍｉｎ、庫内温度を１８０〜１９０℃にすることが重要である。【００７１】
つまり、庫内温度を高くすると、印刷用紙の含水率を下げてしまうので、庫内温度の管理が重要であると言える。【００７２】
Ｇ；印刷用紙の上部に設置したパイプ２３のノズル２５と印刷用紙との距離とが及ぼす印刷用紙の紙面温度
ノズル２５と印刷用紙１ｂとの間の距離とが及ぼす紙面温度を調べるために、横軸に紙面からのノズル高さをプロットした。ノズル２５の高さは印刷用紙１ｂの紙面から２５〜６５ｍｍに設定した。縦軸は、それぞれ温度測定をしたときの印刷紙面の表面温度ないし含水率を測定した。図１３はノズルと紙面距離が及ぼす紙面温度の影響を示す。【００７３】
ノズルと紙面距離を２５ｍｍに近づけると、紙の表面温度は高くなり、逆に６５ｍｍに遠ざけると、紙の表面温度は低くなる傾向を示した。これは、ノズルに近いほど乾燥蒸気温度が高いために、印刷紙が高い温度に曝されるためと考えられる。【００７４】
他方、図１４に示すように、含水率は高くなる傾向を示す。これは、図１３に示すナノ高温乾燥蒸気の温度と深く関連しており、ノズルと印刷紙面とを或る一定距離に保つことによって、保湿性のある印刷が可能になることを示唆している。【００７５】
Ｈ；乾燥チャンバー２１の庫内温度と印刷用紙の送り速度とが及ぼすインキ付着度；
インキの乾燥程度を定量的に評価するために「テープ貼り付け法」で採取した。この方法は、以下の手順により、インキ残りを画像処理により、その面積率を求めた。
(1)印刷面をセロファンテープで貼り付ける。
(2)コピー機（ＲＩＣＯＨ  ｉｍａｇｉｏ  ｎｅｏＣ２８５）のスキャナー機能を使い、６００ｄｐｉからでスキャンした。
(3)ａｄｏｂｅ  ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ６にてトリミング処理を行い、しきい値２５５で２値化した。
(4)その後、画像ソフトを用いて面積率を求めた。
庫内温度とインキ付着度（平均）の一例を図１５に示す。単純に黒点が多いほど、インキの未乾燥を意味し、セロファンテープ側に黒点（インキ）が転写される。【００７６】
テープ貼り付け法によるインキ付着度（画像処理による２値化）から面積率を求めた結果と庫内温度の関係を図１６、インキ付着度と送り速度との関係を図１７に示す。【００７７】
これらの結果から、インキ付着度が低い適正温度は２００℃であった。なお、印刷用紙の送り速度については、最も遅い２．４〜３．０ｍ／ｍｉｎにおいてインキ付着度が低く、優れた性能を示した。【００７８】
なお、インキ付着が２１０℃の高温乾燥蒸気で悪化した理由は、輪転用インキは２００℃を越えると突沸現象が生じる。このため、通常の印刷では、冷却シリンダで冷却することによって、インキの固化（固定化）を促進させるが、本装置の場合には冷却シリンダを使用しないため、インキの流動化が生じたものと考えられる。【００７９】
以上の実験の結果からも明らかなように、本発明の実施形態において、ナノオーダにクラスター化したナノ高温乾燥蒸気を用いて印刷用紙のインキの乾燥を促進することは十分に実用をもつことが検証された。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明によれば、ナノ高温乾燥蒸気を用いて印刷物のインキを印刷用紙の保湿性を維持したままで乾燥させることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施形態に係る印刷物乾燥装置を適用した印刷装置の一例を示す構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る印刷物乾燥装置におけるクラスター生成手段及び励起手段を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る印刷物乾燥装置における蒸気生成手段とクラスター生成手段及び励起手段との関係を示す図である。
【図４】印刷用紙の繊維ポアを走査電子顕微鏡で観察した写真である。
【図５】（ａ）は本発明の実施形態に係る印刷物乾燥装置によるインキの乾燥原理を示す図、（ｂ）は、従来例に係るインキ乾燥原理を示す図である。
【図６】（ａ）は、本発明の実施形態に係る印刷物乾燥装置によるインキの乾燥度を示す特性図、（ｂ）は、従来例に係るインキ乾燥方法におけるインキの乾燥度を示す特性図である。
【図７】単票による印刷用紙の表面温度と含水率を示す図である。
【図８】単票による庫内設定温度と印刷用紙の含水率との関係を示す図である。
【図９】単票による庫内設定温度と印刷用紙の紙面温度との関係を示す図である。
【図１０】単票による印刷用紙の送り速度と印刷用紙の紙面温度との関係を示す図である。
【図１１】単票による印刷用紙の紙面温度と含水率との関係を示す図である。
【図１２】単票による印刷用紙の送り速度と含水率との関係を示す図である。
【図１３】ノズルと印刷用紙との距離が及ぼす印刷用紙の表面温度を示す図である。
【図１４】ノズルと印刷用紙との距離が及ぼす印刷用紙の含水率を示す図である。
【図１５】テープ貼り付け法によるインキ付着度を示す図である。
【図１６】単票による庫内温度とインキ付着度との関係を示す図である。
【図１７】単票による印刷用紙の送り速度とインキ付着度との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００８２】
５  蒸気生成手段
６  クラスター生成手段
７  励起手段
【図１】
2009013800.tif 000003
【図２】
2009013800.tif 000004
【図３】
2009013800.tif 000005
【図４】
2009013800.tif 000006
【図５】
2009013800.tif 000007
【図６】
2009013800.tif 000008
【図７】
2009013800.tif 000009
【図８】
2009013800.tif 000010
【図９】
2009013800.tif 000011
【図１０】
2009013800.tif 000012
【図１１】
2009013800.tif 000013
【図１２】
2009013800.tif 000014
【図１３】
2009013800.tif 000015
【図１４】
2009013800.tif 000016
【図１５】
2009013800.tif 000017
【図１６】
2009013800.tif 000018
【図１７】
2009013800.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成19年10月15日(2007.10.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
印刷物の乾燥処理を行う印刷物乾燥方法であって、
高温乾燥蒸気をノズルから噴射してナノオーダにクラスター化することによって励起状態にある乾燥したナノ高温乾燥蒸気を生成し、
前記ナノ高温乾燥蒸気を印刷物の印刷面に噴射させ、
前記クラスター化したナノ高温乾燥蒸気の一部を前記印刷物の繊維ポアに通過させ、残りのナノ高温乾燥蒸気を印刷面のインキに衝突させ、前記励起状態にあるナノ高温乾燥蒸気のエネルギーにより、前記印刷面のインキに分子内振動を励起させることを特徴とする印刷物乾燥方法。
【請求項２】
前記ナノ高温乾燥蒸気を、前記印刷物の繊維ポアを通過する数分子〜数１０分子のナノオーダにクラスター化する、請求項１に記載の印刷物乾燥方法。
【請求項３】
前記ナノ高温乾燥蒸気を数分子〜数１０分子のナノオーダにクラスター化することで、前記ナノ高温乾燥蒸気を前記印刷物の繊維ポアに通過させ、かつ前記ナノ高温乾燥蒸気を印刷面のインキに衝突させる、請求項２に記載の印刷物乾燥方法。
【請求項４】
前記ナノ高温乾燥蒸気を印刷面のインキに衝突させることで、極性分子をもつ前記インキに、前記ナノ高温乾燥蒸気の熱的に励起したエネルギーを分子内振動エネルギーとして付与する、請求項３に記載の印刷物乾燥方法。
【請求項５】
前記ナノ高温乾燥蒸気を前記印刷物の両面から噴射させる、請求項１に記載の印刷物乾燥方法。
【請求項６】
印刷物の乾燥処理を行う印刷物乾燥装置であって、
高温乾燥蒸気を生成する蒸気生成手段と、
前記蒸気生成手段で生成した前記高温乾燥蒸気をノズルから噴射してナノオーダにクラスター化することによって励起状態にある乾燥したナノ高温乾燥蒸気を生成するクラスター生成手段と、
前記クラスター生成手段で生成した前記ナノ高温乾燥蒸気を印刷物の印刷面に噴射し、クラスター化したナノ高温乾燥蒸気の一部を前記印刷面の繊維ポアに通過させるとともに、残りのナノ高温乾燥蒸気を印刷面のインキに衝突させて、前記励起状態にあるナノ高温乾燥蒸気のエネルギーにより、前記印刷面のインキに分子内振動を励起させる励起手段と、を有することを特徴とする印刷物乾燥装置。
【請求項７】
前記クラスター生成手段は、前記高温乾燥蒸気を、前記印刷物の繊維ポアを通過する数分子〜数１０分子のナノオーダにクラスター化する、請求項６に記載の印刷物乾燥装置。
【請求項８】
前記励起手段は、数分子〜数１０分子のナノオーダにクラスター化した前記ナノオーダの高温乾燥蒸気を前記印刷物の繊維ポアに通過させ、かつ前記ナノ高温乾燥蒸気を印刷面のインキに衝突させる、請求項６に記載の印刷物乾燥装置。
【請求項９】
前記励起手段は、前記ナノオーダの高温乾燥蒸気を印刷面のインキに衝突させることで、極性分子をもつ前記インキに、前記ナノオーダの高温乾燥蒸気の熱的に励起したエネルギーを分子内振動エネルギーとして付与する、請求項８に記載の印刷物乾燥方方法。
【請求項１０】
前記励起手段は、前記ナノオーダの高温乾燥蒸気を前記印刷物の両面から噴射させる、請求項６に記載の印刷物乾燥装置。
【国際調査報告】
2009013800.tif 000020
2009013800.tif 000021