(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材に塗布したインクを乾燥させるインク乾燥方法において、
飽和水蒸気を加熱して乾燥させた過熱乾燥蒸気に噴射エネルギーを付与することにより、その過熱乾燥蒸気の粒子を微細化してクラスター化し、前記クラスター化した過熱乾燥蒸気に衝突エネルギーを付与することにより、前記クラスター化した過熱乾燥蒸気の粒子をさらに微細化してナノ化過熱乾燥蒸気を生成し、
前記基材を設置したチャンバー内に前記ナノ化過熱乾燥蒸気を超過飽和状態で供給して前記チャンバー内に無酸素雰囲気を形成し、その無酸素雰囲気中にて前記ナノ化過熱乾燥蒸気を前記インクの分子及び分子界面に浸透させることにより、前記インクに前記ナノ化過熱乾燥蒸気のエネルギーを付与して、前記インクの水分蒸発及び有機溶剤の分解ないしは低減させることを特徴とするインク乾燥方法。
【請求項２】
請求項１に記載のインク乾燥方法において、
前記衝突エネルギーを付与したナノ化過熱乾燥蒸気に励起エネルギーを付与することにより、前記ナノ化過熱乾燥蒸気の粒子を超微細化する、インク乾燥方法。
【請求項３】
基材に塗布したインクを乾燥させるインク乾燥装置において、
飽和水蒸気を加熱して乾燥させた過熱乾燥蒸気に噴射エネルギーを付与することにより、その過熱乾燥蒸気の粒子を微細化してクラスター化し、前記クラスター化した過熱乾燥蒸気に衝突エネルギーを付与することにより、前記クラスター化した過熱乾燥蒸気の粒子をさらに微細化してナノ化過熱乾燥蒸気を生成するナノ化手段と、
前記ナノ化手段からのナノ化過熱乾燥蒸気が超過飽和状態で供給されてインクを乾燥させるための無酸素雰囲気を形成するチャンバーと、
前記チャンバー内の基材に前記ナノ化過熱乾燥蒸気を吹き付けることにより、前記ナノ化過熱乾燥蒸気を前記インクの分子及び分子界面に浸透させるナノ化過熱乾燥蒸気供給手段とを有することを特徴とするインク乾燥装置。
【請求項４】
請求項３に記載のインク乾燥装置において、
前記ナノ化手段は、前記衝突エネルギーを付与したナノ化過熱乾燥蒸気に励起エネルギーを付与することにより、前記ナノ化過熱乾燥蒸気の粒子を超微細化するものである、インク乾燥装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過熱乾燥蒸気をそのまま利用するのではなく、その過熱乾燥蒸気をインク乾燥に最適な特性に改質（過熱乾燥蒸気改質）することにより、基材に塗布したインクの乾燥時間を短縮するインク乾燥方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基材に塗布したインクを乾燥する方法は、例えばエポキシ樹脂のプリント基板に塗布したインクを乾燥するのに用いられている。
【０００３】
そのインク乾燥方法について説明する。エポキシ樹脂のプリント基板には、ハンダメッキを行う箇所（例えば、ランド，スルーホール，パッドなど）が形成されており、そのハンダメッキの箇所が形成されたプリント基板の仕上げ工程においてインクが塗布されている。
【０００４】
プリント基板の盤面に塗布されたインクとして、紫外線硬化性のインクを用いている場合には、先ず、銅箔配線が形成されたプリント基板の全面にインクを塗布し、その後、インクが塗布されたプリント基板を予熱室にセットし、８０℃の温風を約１５分間プリント基板のインクに吹き付ける。
【０００５】
次に、予備加熱したプリント基板の主に部品を搭載するパターンの銅箔部をマスキングして紫外線照射を行い、その銅箔部箇所以外の領域を露光する。この露光処理により、マスキングされていない銅箔部の箇所以外の領域が露光され、その箇所のインクが硬化する。
【０００６】
次に、アルカリ性水溶液を用いて、現像処理を行う。この現像処理を行う際、マスキングしていない銅箔部の箇所以外のインクは、紫外線照射により硬化し、除去されずにプリント基板上に残ることとなり、部品を搭載する銅箔部の箇所以外の銅箔パターンの保護及び絶縁を保持する。
【０００７】
最終的にプリント基板上のインクを本硬化させるために、プリント基板の盤面に１５０℃の温風を６０分〜９０分間に渡って吹き付ける処理を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特願２００９−５２４３２８号（再公表特許公報）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、プリント基板に１５０℃の温風を６０分〜９０分間に渡って吹き付ける処理を行っているため、プリント基板に熱ストレスを付与してしまうという課題があった。
【００１０】
さらには、プリント基板に塗布したインクの乾燥に６０分〜９０の時間を費やすため、製造効率が悪いばかりではなく、６０分〜９０間温風を供給し続けなければならず省エネルギー化を図ることが困難であるという課題があった。
【００１１】
特許出願人の一人である大道産業株式会社では、過熱乾燥蒸気を印刷物の乾燥に用いた技術を開発している（特許文献１：再公表特許公報）。この乾燥方法を上述したプリント基板のインクを乾燥する方法に採用することも考えられる。
【００１２】
上述した印刷物の乾燥方法においては、印刷物を電子顕微鏡で観察して、印刷物が繊維の絡み合いによってシート状をなし、絡み合う繊維間に印刷物の表裏面を貫くポアが存在することに着目し、このポアを通過させて過熱乾燥蒸気の一部を逃がすという構成を採用することにより、印刷物の含水率を約７％に保有させるという独自の構成（しわ防止，ひじわ，ひぶくれ防止）を構築している。
【００１３】
印刷物のように含水率を約７％保持させる場合には、ポアを通過させて過熱乾燥蒸気の一部を逃がすという構成を採用しているが、プリント基板に塗布したインクを乾燥させるには、プリント基板の含水率ができるだけ零に近いことが要求されるものであるから、印刷物の乾燥方法をそのままプリント基板に塗布したインクの乾燥に適用できないものであり、プリント基板に塗布したインクを乾燥させる独自の方式を開発する必要がある。
【００１４】
プリント基板などの基材のインクを乾燥させる方法を開発するに当たっては、基材などに与える熱ストレスを軽減させてインクを短時間で乾燥させることが肝要である。
【００１５】
本発明の目的は、過熱乾燥蒸気をそのまま利用するのではなく、その過熱乾燥蒸気を基材のインク乾燥に最適な特性に改質することにより、基材に塗布したインクの乾燥時間を短縮すると共に基材などに与える熱ストレスを軽減してインクを乾燥させるインク乾燥方法及びその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明者等は、基材に塗布したインクに過熱乾燥蒸気を吹き付けてインクの乾燥を行う実験を行い、基材に塗布したインクにナノ化過熱乾燥蒸気のエネルギーを付与することにより、前記インクの水分を蒸発させることは勿論のこと有機溶剤を分解及び低減させることができるという知見を得た。
さらに、前記インクにナノ化過熱乾燥蒸気のエネルギーを付与する際、インクの乾燥時間を短縮し、かつ基材などに与える熱ストレスを軽減するには、インクの分子及び分子界面にナノ化過熱乾燥蒸気を浸透させることが必要であるとの知見を得た。
さらに、インクの分子及び分子界面にナノ化過熱乾燥蒸気を浸透させるにあたっては、過熱乾燥蒸気に噴射エネルギーを付与して微細化することによりクラスター化し、そのクラスター化したナノ化過熱乾燥蒸気に衝突エネルギーを付与してさらに微細化するという少なくとも二段階の処理を経る必要があるとの知見を得た。
【００１７】
本発明者等は、以上の知見に基づいて、飽和水蒸気を加熱して乾燥させた過熱乾燥蒸気に噴射エネルギーを付与して微細化することによりクランスタ化―し、前記クラスター化した過熱乾燥蒸気に衝突エネルギーを付与してさらに微細化することにより、ナノ化過熱乾燥蒸気を生成し、前記基材を設置したチャンバー内に前記ナノ化過熱乾燥蒸気を超過飽和状態に供給することによって前記チャンバー内に無酸素雰囲気を形成し、その無酸素雰囲気中にて前記ナノ化過熱乾燥蒸気を前記インクの分子及び分子界面に浸透させることにより、前記インクに前記ナノ化過熱乾燥蒸気のエネルギーを付与して、前記インクの水分蒸発及び有機溶剤を分解し、低減させるというインク乾燥方法を完成させた。
【００１８】
さらに、本発明者等は、前記インク乾燥方法を実施するインク乾燥装置として、飽和水蒸気を加熱して乾燥させた過熱乾燥蒸気に噴射エネルギーを付与して微細化することによりクラスタ化ーし、前記クラスター化した過熱乾燥蒸気に衝突エネルギーを付与してさらに微細化することにより、ナノ化過熱蒸気を生成するナノ化手段と、前記ナノ化手段からのナノ化過熱乾燥蒸気が超過飽和状態で供給されてインクを乾燥させるための無酸素雰囲気を形成するチャンバーと、前記チャンバー内の基材に前記ナノ化過熱乾燥蒸気を吹き付けることにより、前記ナノ化過熱乾燥蒸気を前記インクの分子及び分子界面に浸透させるナノ化過熱乾燥蒸気供給手段とを有する構成を構築したものである。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように本発明によれば、過熱乾燥蒸気に噴射エネルギーを付与してクラスター化し、そのクラスター化したナノ化過熱乾燥蒸気に衝突エネルギーを付与するという少なくとも二段階のナノ処理を経ることにより、過熱乾燥蒸気をナノ化過熱乾燥蒸気に改質させて、そのナノ化過熱乾燥蒸気をインクの分子及び分子界面に浸透させるため、基材に塗布したインクを短時間で乾燥させることができる。
実験の結果、基材として用いたプリント基板に約２０μｍの膜厚で塗布したインクに、１７０℃に加熱して上述したナノ化処理を施したナノ化過熱乾燥蒸気を約３分間浸透させることにより、プリント基板のインクを乾燥させることができたという結果を得ている。また、実験では、１７０℃ばかりでなく、例えば１８０〜２１０℃のナノ化過熱乾燥蒸気を用いた場合でも同様の結果が得られている。
【００２０】
従来は１５０℃の温風を６０〜９０分に亘ってプリント基板に吹き付けていたが、本発明では、インクの乾燥時間を例えば１７０℃３分に短縮できるため、プリント基板などの基材に与える熱ストレスを大幅に軽減できるばかりでなく、省エネルギー化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係るナノ化過熱乾燥蒸気を用いたインクの乾燥メカニズムを説明する図である。
【図２】本発明に係るナノ化過熱乾燥蒸気を用いたインク乾燥装置を示す構成図である。
【図３】本発明に係るナノ化過熱乾燥蒸気を用いたインク乾燥装置のチャンバーを示す斜視図である。
【図４】（ａ）は、本発明に係るナノ化過熱乾燥蒸気を用いたインク乾燥装置におけるナノ化手段を示す構成図、（ｂ），（ｃ）はナノ化手段に用いる振動板の変更例を示す斜視図である。
【図５】本発明に係るナノ化過熱乾燥蒸気を用いたインク乾燥装置のノズルプレートの一例を示す正面図である。
【図６】本発明に係るナノ化過熱乾燥蒸気を用いたインク乾燥装置におけるナノ化手段と基材との関係を示す斜視図である。
【図７】基材に２０μｍの膜厚でインクを塗布し、１７０℃のナノ化過熱乾燥蒸気で５分間乾燥させた基材のインク断面をＳＥＭにより観察したＳＥＭ像である。
【図８】基材に２０μｍの膜厚でインクを塗布し、２００℃のナノ化過熱乾燥蒸気で５分間乾燥させた基材のインク断面をＳＥＭにより観察したＳＥＭ像である。
【図９】基材のインクの付着度を調べた結果を示す図である。
【図１０】乾燥後のインクの硬さを試験する際の断面を示している顕微鏡写真である。
【図１１】図１０によるビッカース硬さ試験機による試験結果を示している図である。
【図１２】基材として用いたプリント基板の銅箔パターン上での酸化状態をＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）で調べた結果を示す図である。
【図１３】基材として用いたプリント基板の銅箔パターン上での酸化状態をＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）で調べた結果を示す図である。
【図１４】１７０℃のナノ化過熱乾燥蒸気で３分間乾燥させた状態のプリント基板を示す外観図である。
【図１５】過熱乾燥蒸気によるトルエン濃度の変化を示す図である。
【図１６】プリント基板にシルクインクを塗布し、１７０℃のナノ化過熱乾燥蒸気及び２００℃のナノ化過熱乾燥蒸気により乾燥時間を変えることにより、シルクインクの定着性を調べた結果を示す図である。
【図１７】本発明のナノ化過熱乾燥蒸気によるインクの乾燥方法を用いてダイレクトプロッタ用シルクインクを乾燥させた外観を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に、本発明の実施形態を図に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
本発明者等は上述したように、基材に塗布したインクに過熱乾燥蒸気を吹き付けてインクの乾燥を行う実験を行うことにより、基材に塗布したインクをナノ化過熱乾燥蒸気により乾燥させる方法を構築したのである。
【００２４】
本発明者等が得た知見によれば、基材のインクを乾燥させるにあたって、前記インクにナノ化過熱乾燥蒸気のエネルギーを付与する際、インクの乾燥時間を短縮し、かつ基材などに与える熱ストレスを軽減するには、インクの分子及び分子界面にナノ化過熱乾燥蒸気を浸透させることが必要である。
上述した結論に至った過程について説明する。基材に塗布したインクについて検討すると、基材の表面がまったくの鏡面であると、乾燥する過程でインクは収縮するため基材から剥がれてしまう。そのため、図１に示すように、基材１の盤面は粗面１ａになっているものである。基材１の盤面にインク２を塗布した際、インク２の有機溶剤は基材１の粗面１ａの凹凸に入り込むことにより、インク２が基材１の盤面に密着して基材の盤面に定着することとなる。
したがって、基材１の粗面１ａが高温例えば１５０℃に長時間例えば６０分〜９０分も曝されると、基材１の粗面１ａがだれてインク２との密着性が低下することによりインク２が基材１から剥がれ易くなるという現象が生じることが考えられる。
以上のことを考えると、インクの乾燥には高温の熱エネルギーを付与する時間を短縮させる必要がある。
【００２５】
さらに、例えばプリント基板に塗布したインクを乾燥させるには、基材に塗布されたインクの表面から内部に向けて熱エネルギーを作用させることにより乾燥させている。ところで、高温の熱風に代えて過熱乾燥蒸気を用いることにより、食品の加熱・調理などを行うことが提案されているが、その提案は過熱乾燥蒸気のもつ潜熱エネルギーを利用することに注目しているのみであり、分子レベルでの過熱メカニズムを解明していないのが現状である。
本発明者等は、基材のインク乾燥について分子レベルでの解析を行い、その解析結果に基づいてインクの乾燥方法として成立させたのである。
本発明者等が行った分子レベルでの基材のインク乾燥について説明する。特許文献１においては、ノズルから過熱乾燥蒸気を噴き出すことにより、ナノオーダーの粒子をもつ過熱乾燥蒸気を生成して印刷紙のインクを乾燥させている。これは、印刷紙のポアに過熱乾燥蒸気の一部を逃がすことにより、印刷紙の含水率を約７％に保持させるには最適な方法であった。
しかし、インクを塗布する基材はポアを持たない非透過性のものや、透過性のものがあり、それらの基材には印刷紙のように７％の含水率を保持させる必要がなく、寧ろ基材の一例であるプリント基板のように、その盤面に銅箔による配線パターンなどが形成されているものにあっては、配線パターンの腐食を回避するために含水率を零にすることが望まれる。
さらに、基材の一例であるプリント基板に塗布されるインクには、印刷紙のインクとは異なる要求事項として、経年変化により電気絶縁性が劣化しないこと、プリント基板に部品を実装する際に受ける熱応力による劣化を生じさせないこと、引っ張り力などにより剥離しないことなどがある。
基材の一例であるプリント基板に用いられるインクは印刷紙のインクと異なる成分をもっている場合が多く、印刷紙のインクよりも粘性などが高いなどの特性をもっている場合が多い。したがって、ノズルから噴き出すことによるナノオーダーの過熱乾燥蒸気により基材のインクを乾燥させるには、不十分な面があり、印刷物と異なる基材のインクを乾燥させるには独自の乾燥方法を構築する必要がある。
【００２６】
本発明者等は、基材の一例であるプリント基板にインクが定着している状態に技術的な解析を試みた。
インクが基材の盤面に定着することを考えると、基材の盤面にインクを塗布した際、図１に示すようにインク２の有機溶剤は基材１の粗面１ａの凹凸に入り込み、さらに、基材１の盤面に塗布されたインク２の表面には表面張力が働き、しかも、インクの有機溶剤をなす個々の分子２ａの表面にも表面張力が働き、さらには、インクの有機溶剤をなす分子２ａ，２ａ同士間の界面２ｂには、その分子同士を結び付ける分子界面力が働いているものと考えられ、これらが総合することによりインク２が基材１の盤面に定着しているものと考えられる。
そこで、本発明者等は図１に示すように、上述した表面張力や分子界面力に抗してインク２の分子２ａ及び分子界面２ｂに強制的に浸透させるのに適したナノ化過熱乾燥蒸気３を生成させている。
具体的には、本発明において、過熱乾燥蒸気に噴射エネルギーを付与して微細化することによりクラスター化し、そのクラスター化した過熱乾燥蒸気に衝突エネルギーを付与してさらに微細化するという少なくとも二段階のナノ処理を経ることによりナノ化過熱乾燥蒸気３を生成し、インク２の分子２ａ及び分子界面２ｂにナノ化過熱乾燥蒸気３を強制的に浸透させて、前記インク２に前記ナノ化過熱乾燥蒸気３のエネルギーを付与して、前記インク２の水分蒸発及び有機溶剤の分解と低減を生じさせている。
本発明におけるインク乾燥の過程を説明すると、図１に示すように、本発明におけるナノ化過熱乾燥蒸気３は上述した少なくとも二段階のナノ化処理を経ているため、次のような挙動を取ることとなる。
すなわち、図１に示すように、一部のナノ化過熱乾燥蒸気３１，３３はインク２の分子２ａ，２ａ間の分子界面２ｂに強制的に浸透して、そのナノ化過熱乾燥蒸気３１，３３が保有しているエネルギーをインク２の分子界面２ｂに付与し、インク界面２ｂに存在するインク２の水分蒸発及び有機溶剤の分解と低減を生じさせている。
さらに、一部のナノ化過熱乾燥蒸気３２は、インク２の分子２ａの表面張力に打ち勝ってインク２の分子２ａ内に浸透して、そのナノ化過熱乾燥蒸気３２が保有しているエネルギーをインク２の分子２ａに付与し、インク２の分子２ａ内に存在するインク２の水分蒸発及び有機溶剤の分解と低減を生じさせている。
さらに、一部のナノ化過熱乾燥蒸気３４は、インク２の分子界面２ｂに強制的に浸透して、そのナノ化過熱乾燥蒸気３４が保有しているエネルギーをインク２の分子界面２ｂに付与し、インク界面２ｂに存在するインク２の水分蒸発及び有機溶剤の分解と低減を生じさせるばかりでなく、インク２の分子界面２ｂを通過し、インク２の分子２ａの表面張力に打ち勝ってインク２の分子２ａ内に浸透して、そのナノ化過熱乾燥蒸気３２が保有しているエネルギーをインク２の分子２ａに付与し、インク２の分子２ａ内に存在するインク２の水分蒸発及び有機溶剤の分解と低減を生じさせている。
【００２７】
以上説明したように、本発明におけるナノ化過熱乾燥蒸気３は上述した少なくとも二段階のナノ化処理を経ているため、図１で説明したような挙動を取ることにより、基材１に塗布したインク２の乾燥時間を短縮することができ、インクの乾燥時間を短縮することにより、インク２を塗布した基材１に熱ストレスが加えられる時間も短縮することができるものである。
以上では、ナノ化過熱乾燥蒸気は噴射エネルギーと衝突エネルギーとを付与して二段階にナノ化処理をすることにより、基材１に塗布したインク２の分子２ａ及び分子界面２ｂに浸透するエネルギー（主に熱エネルギー）を付与する構成を説明したが、これに限られるものではない。過熱乾燥蒸気に噴射エネルギー，衝突エネルギーを加えた後、さらに超音波や電磁波による励起エネルギーを付与する三段階のナノ化処理をするようにしてもよいものである。このように、励起エネルギーを付与すると、衝突エネルギーを付与した場合よりも、ナノ化過熱乾燥蒸気の粒子が超微細化されるとともに、その超微細化された粒子が励起エネルギーをもつことになるため、このナノ化過熱乾燥蒸気がインク２の分子２ａ及び分子界面２ｂに浸透した際、その励起エネルギーによりインク２の分子内振動及び分子界面での分子振動を促進することになり、インク２の水分蒸発及び有機溶剤の分解と低減を促進することができるものである。超音波による励起エネルギーを付与する場合には、その周波数を３０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚの範囲に設定することが望ましいものである。電磁波による励起エネルギーを付与する場合には、その周波数を０．３ＧＨｚ〜４００ＴＨｚの範囲に設定することが望ましいものである。但し、超音波の使用周波数及び電磁波の波長は、基材に塗布するインクの成分及び基材に塗布する厚さなどによって適宜変更して設定することになる。
【００２８】
次に、本発明の実施形態に係るインク乾燥方法を実施するためのインク乾燥装置について説明する。
本発明の実施形態に係るインク乾燥装置は図２に示すように、飽和水蒸気を１７０℃〜２１０℃の間に過熱して過熱乾燥蒸気として生成する過熱乾燥蒸気生成手段４と、前記生成した過熱乾燥蒸気を少なくとも二段階のナノ化処理を施してナノ化過熱乾燥蒸気３を生成するナノ化手段５と、前記ナノ化手段５からのナノ化過熱乾燥蒸気が超過飽和状態で供給されてインク２を乾燥させるための無酸素雰囲気を形成するチャンバー６と、前記チャンバー６内の基材１に前記ナノ化過熱乾燥蒸気３を吹き付けることにより、前記ナノ化過熱乾燥蒸気３を図１に示すようにインク２の分子２ａ及び分子界面２ｂに浸透させるナノ化乾燥蒸気供給手段７とを有する構成として構築している。
【００２９】
前記過熱乾燥蒸気生成手段４の一例を図２に示している。図２に示す過熱乾燥蒸気生成手段４は、水道水を貯留する軟水器４ａと、軟水器４ａからの軟水を受水してヒーター４ｂにより加熱して飽和水蒸気４ｃを生成するボイラー４ｄと、前記ボイラー４ｄで生成された飽和水蒸気４ｃを１７０〜２１０℃の間にＩＨ（電磁誘導）加熱方式により過熱して過熱乾燥蒸気４ｅを生成するＩＨヒーター４ｆを含んでいる。なお、飽和水蒸気を１７０〜２１０℃の間に加熱する方式としてＩＨヒーター４ｆによるＩＨ（電磁誘導）加熱方式を採用したが、飽和水蒸気を１７０〜２１０℃の間に加熱する方式であれば、これ以外の加熱方式を採用してもよいものである。
前記軟水器４ａの入口には開閉バルブ４ｇが取り付けられ、前記軟水器４ａと前記ボイラー４ｄとの間には、開閉バルブ４ｈと、給水用のポンプ４ｊとが取り付けられ、前記ボイラー４ｄと前記ＩＨヒーター４ｆとの間は開閉バルブ４ｋにより接続されている。必要に応じて、前記ＩＨヒーター４ｆの出力側には再加熱器４ｍを接続してもよい。
なお、図２に示した過熱乾燥蒸気生成手段４は一例を示すものであり、図２の構成に限定されるものではなく、要は、飽和水蒸気４ｃを１７０℃〜２１０℃の間に加熱して乾燥した過熱乾燥蒸気４ｅとして生成する機能を有するものであれば、過熱乾燥蒸気生成手段４の構成はいずれのものであってもよいものである。
【００３０】
前記チャンバー６の一例を図２，図３に示している。チャンバー６は、ナノ化手段５が生成するナノ化過熱乾燥蒸気３を超過飽和状態で受け入れて１７０〜２１０℃の間の温度を保ったまま前記ナノ化過熱乾燥蒸気３の雰囲気中を形成する処理室６ａ（図２）と、前記処理室６ａの前後段に配置した予備加熱室６ｂ及び除冷室６ｃ（図３）とを備えており、予備加熱室６ｂ，処理室６ａ及び徐冷室６ｃに亘ってベルトコンベア６ｄ（図２，図３）が設置されている。また、予備加熱室６ｂと処理室６ａとの間には開閉扉６ｊが設けられ、開閉扉６ｊを閉じることにより、予備加熱室６ｂと処理室６ａとの間を遮断し、開閉扉６ｊを開くことにより、予備加熱室６ｂと処理室６ａとの間を連通する構造になっている（図３）。同様に、処理室６ａと徐冷室６ｃとの間には開閉扉６ｋが設けられ、開閉扉６ｋを閉じることにより、予備加熱室６ｂと処理室６ａとの間を遮断し、開閉扉６ｋを開くことにより、予備加熱室６ｂと処理室６ａとの間を連通する構造になっている（図３）。
図３では、予備加熱室６ｂの開閉させる搬入扉及び天井、除冷室６ｃの開閉させる搬出扉及び天井、処理室６ａの外壁を省略している。
図２には、基材１を横置きにしてベルトコンベア６ｄにより搬送する構造を示しており、基材１の左右端をベルトコンベア６ｄで支えて搬送している。図３には、基材１を縦置きにしてベルトコンベア６ｄにより搬送する構造を示しており、基材１の下端を治具６ｈで支えて搬送している。図２及び図６の搬送方式は、基材１の枚数などを考慮して適宜選択する。
図２に示す前記処理室６ａは、その内壁に防水加工が施され、その外壁に断熱層６ｅが施された恒温槽の構造になっている。図３に示す予備加熱室６ｂは、その内壁に図示しないヒーターが取り付けられ、処理室６ａに搬入する基材１及びインク２を予備加熱する構造になっている。図３に示す徐冷室６ｃは、その内壁にファン６ｆが取り付けられ、処理室６ａで加熱された基材１及びインク２を徐冷することにより、基材１及びインク２の表面に水滴が付着するのを防止する構造になっている。
図２に示す処理室６ａには、ベルトコンベア６ｄの両端をガイドするガイド部６ｇがステー６ｍに取り付けられている。
図２及び図３に示したチャンバー６は一例を示すものであり、この構成に限定されるものではなく、要は、前記ナノ化過熱乾燥蒸気を超過飽和状態で受け入れて１７０〜２１０℃の温度を保ったまま前記ナノ化過熱乾燥蒸気３の雰囲気を形成する機能を有するものであれば、チャンバー６の構成はいずれのものであってもよいものである。
【００３１】
前記ナノ化手段５の一例を図２及び図４に示している。図４に示すナノ化手段５は、基材１を挟んで配置した伝送管５ａ，５ａと、前記伝送間５ａ，５ａの基材１に対向する開口部に取り付けたノズルプレート５ｂと、振動板５ｃとを有している。
前記伝送管５ａ，５ａは、処理室６ａ内のステー６ｍに支えられており、導入管６ｎを介して前記過熱乾燥蒸気生成手段４のＩＨヒーター４ｆの出力側に接続されている。前記ノズルプレート５ｂには図３及び図４（ａ）に示すように、細長いノズル５ｄが開口されている。このノズル５ｄの形状は、これに限られるものではなく、丸形状であってもよく、要は、前記伝送管５ａ内に導入された過熱乾燥蒸気４ｅを過熱乾燥蒸気生成手段４で発生した蒸気圧により噴き出すことにより、過熱乾燥蒸気４ｅに噴射エネルギーを付与して微細化することにより、過熱乾燥蒸気４ｅをクラスター化する構造であれば、いずれの構造であってもよい。
前記振動板５ｃは図４（ａ）及び図６に示すように、前記ノズルプレート５ｂの前方に配置され、複数のノズル５ｅが設けられている。前記ノズル５ｅは、前記ノズルプレート５ｂのノズル５ｄに対してずれた位置に開口されており、前記ノズルプレート５ｂでクラスター化した過熱乾燥蒸気４ｅが前記振動板５ｃの盤面に衝突して衝突エネルギーが付与され、前記クラスター化した過熱乾燥蒸気４ｅがさらに微細化されることにより、ナノ化過熱乾燥蒸気３として生成されるようになっている。
【００３２】
前記ナノ化過熱乾燥蒸気３は、前記ノズルプレート５ｂのノズル５ｄから噴き出されて噴射エネルギーを付与され微細化されることによりクラスター化する処理と、前記振動板５ｃの盤面に衝突して衝突エネルギーを付与されることにより前記クラスター化した粒子がさらに微細化されるという二段階を経てナノ化される場合を説明したが、これに限られるものではない。
すなわち、図４及び図６に示すように、前記振動板５ｃの一端５ｃ１を固定し、その他端５ｃ２に超音波振動素子５ｆを装着し、前記超音波振動素子５ｆにより前記振動板５ｃに励起エネルギーを付与して超微細化することにより、前記振動板５ｃの盤面に衝突してさらに微細化された過熱乾燥蒸気４ｅに励起エネルギーを付与して超微細化するという三段階のナノ化処理を経ることにより、ナノ化過熱乾燥蒸気３に改質させる構造としてもよいものである。
前記振動板５ｃに開口するノズル５ｅは図４（ｂ）に示すように細長い形状のもの、或いは図４（ｃ）に示すように丸孔形状のものであってもよく、要は、前記振動板５ｃに衝突して二段階或いは三段階のナノ化処理を経たナノ化過熱乾燥蒸気３を基材１に向けて放射できる形状であればいずれのものであってもよい。
【００３３】
前記ナノ化乾燥蒸気供給手段７は、図４（ａ）に示す振動板５ｃのノズル５ｅを含み、過熱乾燥蒸気生成手段４で発生した蒸気圧により、振動板５ｃのノズル５ｅから前記ナノ化過熱乾燥蒸気３を図１に示すようにインク２の分子２ａ及び分子界面２ｂに浸透させる構造になっている。
【００３４】
次に、図１に示すインク乾燥装置を用いて基材１の盤面に塗布したインク２を乾燥させる過程を説明する。
【００３５】
先ず、図２に示すように、過熱乾燥蒸気生成手段４により飽和水蒸気４ｃを発生させ、さらに、その飽和水蒸気４ｃを１７０〜２１０℃の間に加熱して乾燥した過熱乾燥蒸気４ｅを生成する。
【００３６】
次に、過熱乾燥蒸気生成手段４が出力する過熱乾燥蒸気４ｅをポンプ４ｊにより処理室６ａの伝送管５ａ内に導入してノズルプレート５ｂのノズル５ｄから振動板５ｃの盤面に向けて噴射させる。三段階のナノ化処理の場合には、振動子５ｆにより前記振動板５ｃに超音波を印加しておく。
過熱乾燥蒸気４ｅは前記ノズルプレート５ｂのノズル５ｄから噴射される際に噴射エネルギーが付与され微細化されてクラスター化され、そのクラスター化された過熱乾燥蒸気は前記振動板５ｃの盤面に衝突して衝突エネルギーが付与されて、その粒子がさらに微細化されてナノ化過熱乾燥蒸気として生成される。前記ナノ化された過熱乾燥蒸気は、振動板５ｃに超音波による励起エネルギーが付与されていると、その励起エネルギーが付与されてさらに超微細化されてさらにナノ化処理されたナノ化過熱乾燥蒸気３に改質される。
【００３７】
前記ナノ化過熱乾燥蒸気３は、過熱乾燥蒸気生成手段４で発生した蒸気圧により振動板５ｃのノズル５ｅから超過飽和状態で処理室６ａ内に噴射されるので、処理室６ａ内には１７０〜２１０℃に加熱されたナノ化過熱乾燥蒸気３による無酸素の雰囲気が形成される。処理室６ａには、そのナノ化過熱乾燥蒸気３の一部を廃棄しつつ、振動板５ｃのノズル５ｅからナノ化過熱乾燥蒸気３を補給し続け、処理室６ａ内にナノ化過熱乾燥蒸気３を超過飽和状態に供給させることにより、ベルトコンベア６ｄの周囲を無酸素雰囲気にする。
【００３８】
一方、インク２が塗布された基材１は予備加熱室６ｂで予備加熱され、その温度が予備加熱温度に達した際に、ベルトコンベア６ｄにより処理室６ａの定位置に搬入され、処理室６ａに搬入された基材１には、無酸素雰囲気中で振動板５ｃのノズル５ｅからナノ化過熱乾燥蒸気３が吹き付けられる。
【００３９】
振動板５ｃのノイズ５ｅから吹き付けられたナノ化過熱乾燥蒸気３は図１に示したように、基材１のインク２の分子２ａ及び分子界面２ｂに強制的に浸透するため、図１で説明したようにインク２の水分蒸発及び有機溶剤の分解と低減を促進させる。
【００４０】
インク２が乾燥された基材１は、ベルトコンベア６ｄにより処理室６ａから徐冷室６ｃに搬出され、徐冷室６ｃのファン６ｆにより冷却される。
【００４１】
次に、本発明の実施形態に係るインク乾燥方法を用いて基材のインクを乾燥させた製品の評価を行った。製品の評価を行うにあたっては、噴射エネルギーの付与、衝突エネルギーの付与及び励起エネルギーの付与という三段階のナノ化処理によるナノ化過熱乾燥蒸気を用いる場合と、励起エネルギーの付与を行わない二段階のナノ化処理によるナノ化過熱乾燥蒸気を用いる場合とが考えられる。三段階のナノ化処理によるナノ化過熱乾燥蒸気のエネルギーは二段階のものよりも大であり、インクの分子及び分子界面への浸透力及びこれらに付与するエネルギーも大である。
このことを考慮して、前記製品の評価は、三段階のナノ化処理よりもやや劣る二段階のナノ化過熱乾燥蒸気を用い、従来行われている１５０℃の温風６０〜９０分間の過熱によりインクを乾燥させた場合と対比させて優劣の判定を行った。従って、二段階のナノ化処理によるインク乾燥が従来の方法よりも優れていれば、三段階のナノ化処理によるインク乾燥も従来の方法よりも優れていることが間接的に検証されることとなる。
【００４２】
従来行われている１５０℃の温風６０〜９０分間の過熱によりインクを乾燥させた場合と対比するために、８０℃の温風１５分間でのインクの仮硬化処理を行ったプリント基板を基材として用いた。インクの膜厚は２０μｍであった。インクは、一例として太陽インキ製造株式会社 製品名ＣＡ−４０ Ｇ２４を用い、硬化剤として同社製品名ＰＳＲ−４０００  Ｇ２４Ｋを混合したものを用いた。
図７（ａ），（ｂ）は、１７０℃のナノ化過熱乾燥蒸気で５分間乾燥させた基材のインク断面をＳＥＭにより観察したＳＥＭ像であり、図７（ａ）は、１０００倍のＳＥＭ像、図７（ｂ）は２０００倍のＳＥＭ像である。
基材に塗布したインク２の一部には乾燥後にボイドが形成されるが、そのボイドＢの大きさは、１７０℃ナノ化過熱乾燥蒸気の容積に比べて小さく、インク２の膜厚以下であり、そのボイドを通して基材の盤面が露出することはなかった。
図８（ａ），（ｂ）は、２００℃のナノ化過熱乾燥蒸気で５分間乾燥させた基材のインク断面をＳＥＭにより観察したＳＥＭ像であり、図８（ａ）は、１０００倍のＳＥＭ像、図８（ｂ）は２０００倍のＳＥＭ像である。
基材に塗布したインク２の一部には乾燥後にボイドが形成されるが、そのボイドＢの大きさは、インク２の膜厚以下であり、そのボイドを通して基材の盤面が露出することはなかった。
【００４３】
図９は、基材のインクの付着度をクロスカット法（碁盤目試験法）を用いて調べた結果を示す図である。図９には、従来の１５０℃の温風でインクを６０分乾燥した場合（温風炉仕上げ）、１７０℃のナノ化過熱乾燥蒸気でインクを３分間乾燥した場合（１７０℃-３ｍｉｎ）、１７０℃のナノ化過熱乾燥蒸気でインクを５分間乾燥した場合（１７０℃-５ｍｉｎ）、１８０℃のナノ化過熱乾燥蒸気でインクを３分間乾燥した場合（１８０℃-３ｍｉｎ-１，１８０℃-３ｍｉｎ-２，１８０℃-３ｍｉｎ-３）、２００℃のナノ化過熱乾燥蒸気でインクを３分間乾燥した場合（２００℃-３ｍｉｎ）、２００℃のナノ化過熱乾燥蒸気でインクを５分間乾燥した場合（２００℃-５ｍｉｎ-１，２００℃-５ｍｉｎ-２）の結果を示している。インクのテープへの付着度については、黒点が多いほどインクがセロハンテープ側に転写したことになる。
従来の温風炉仕上げと比較して、本発明において、１７０℃-３〜５ｍｉｎでインクを乾燥させた場合が最も優れていた。１８０〜２００℃の温度においても、基材へのインクの付着度は実用の範囲であった。
【００４４】
図１０は、乾燥後のインクの硬さを試験する際の断面を示している。断面図から基材の一例であるプリント基板（樹脂基板）に塗布したインクの膜厚は２０μｍであった。インクの硬さを試験したときの圧痕深さｄは対角線長さに１／７を乗じて求めると、インクの表面から２．６μｍ付近で試験をしていることになり、十分な客観的なデータと言える。
図１１は、図１０によるビッカース硬さ試験機による試験結果を示している。図１１の縦軸はマイクロビッカース硬さ（ＭＨＶ）、横軸は試料を示している。試料のas Receivedは、従来の80℃の温風で１５分間乾燥させた仮硬化状態の試料である。Completedは従来の仮硬化状態からさらに１５０℃の温風で６０分本乾燥させた状態の試料である。１７０℃-３ｍｉｎは、１７０℃のナノ化過熱乾燥蒸気でインクを３分間乾燥した試料、１８０℃-３ｍｉｎは、１８０℃のナノ化過熱乾燥蒸気でインクを３分間乾燥した試料、１７０℃-５ｍｉｎは、１７０℃のナノ化過熱乾燥蒸気でインクを５分間乾燥した試料、１８０℃-５ｍｉｎは、１８０℃のナノ化過熱乾燥蒸気でインクを５分間乾燥した試料、２００℃-３ｍｉｎは、２００℃のナノ化過熱乾燥蒸気でインクを３分間乾燥した試料、２００℃-５ｍｉｎは、２００℃のナノ化過熱乾燥蒸気でインクを５分間乾燥した試料である。なお、２１０℃のナノ化過熱乾燥蒸気で乾燥させた場合も、実用上支障がない程度の結果が得られた。
本発明によるインク乾燥方法では、１７０℃〜２１０℃の範囲に加熱したナノ化過熱乾燥蒸気で３〜５分間インクを乾燥させることにより、従来品と同等或いはそれ以上の硬さを得ることができ、実用上問題がないことが確かめられた。
【００４５】
次に、基材として用いたプリント基板の銅箔パターン上での酸化状態をＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）を用いて調べた結果を図１２及び図１３に示している。図１２（ａ）は、従来の１５０℃の温風で６０分乾燥させた試料、図１２（ｂ）は、１７０℃のナノ化過熱乾燥蒸気で５分間乾燥させた試料を示している。図１３（ａ）は、１８０℃のナノ化過熱乾燥蒸気で３分間乾燥させた試料、図１３（ｂ）は、２００℃のナノ化過熱乾燥蒸気で３分間乾燥させた試料を示している。
結果は、従来の１５０℃の温風で６０分乾燥させた試料でも、銅箔パターンにはすでにＣｕ２Ｏが生成されていた。本発明においても、ナノ過熱乾燥蒸気１７０〜２００℃下による処理でもほとんど同じＣｕ２Ｏが生成されており、とくに新しい酸化物は検知されなかった。
したがって、ナノ化過熱乾燥蒸気を用いるインクの乾燥では、ナノ化過熱乾燥蒸気を超過飽和の供給させて無酸素雰囲気中でインクの乾燥を行うため、従来の１５０℃温風を吹き付けてインク乾燥を行う場合と比較して、酸化を促進させる要素がないことが明らかになった。
【００４６】
図１４は、１７０℃のナノ化過熱乾燥蒸気で３分間乾燥させた状態のプリント基板を示す外観図である。この外観からも、ナノ化過熱乾燥蒸気によるプリント基板の表面に損傷を与えるものではないことが分かった。
【００４７】
図１５は、過熱乾燥蒸気によるトルエン濃度の変化を示している。縦軸はトルエン濃度（ｐｐｍ）、横軸は処理温度（℃）を示している。
インキ用の脂肪族炭化水素溶剤であるトルエン、キシレン、ベンゼンなどは人体の呼吸器や皮膚から吸収されると、主に肝臓や中枢神経系が冒されるのでとくに注意深く処理されなければならない。仮に、これらの脂肪族炭化水素溶剤がナノ化過熱乾燥蒸気によって分解されるとなれば、環境対策にとって革命的である。このことを検証した。
（１）内容積１２５リットルのボックス中には本発明のナノ化過熱乾燥蒸気を用いたインク乾燥装置が組み込まれている。
（２）インク乾燥装置の処理室内にトルエン約０．６ｇを滴下し、その濃度変化についてガス検知管を用いて調べた。この結果を図１５に示す。
１０秒後には、トルエンは１０〜２０ｐｐｍとして僅かに検知されたが、６０秒後には１７０℃のナノ化過熱乾燥蒸気による処理では１５０ｐｐｍ、１８０℃のナノ化過熱乾燥蒸気による処理では６０ｐｐｍ、２００℃のナノ化過熱乾燥蒸気による処理では２０ｐｐｍとなり、高温で処理した結果ほどトルエン濃度が低下した。
以上の結果より、２００℃付近のナノ化過熱乾燥蒸気の温度において脂肪族炭化水素（トルエン、キシレン、ベンゼン、石油ナフサなど）の濃度が低下することが明らかになった。この分解メカニズムについての詳細は検証しなければ定かではないが、推測ではナノ化過熱乾燥蒸気の高い熱エネルギーによる高効率の熱分解作用によりトルエン分子鎖が切られることによって他の生成物に変化したと考えられる。
【００４８】
次に、ダイレクトプロッタ用シルクインクの乾燥に本発明を適用した場合について検証を行った。
現状では、プリント基板のインクを完全に乾燥させた後、シルクインク（白）をプリント基板上に印字し、ＵＶ炉で乾燥させても定着せず、剥離してしまう。そこで、インクが半乾きの状態でプリント基板にシルクインクを印字して、その後、シルクインクと半乾きのインクを熱炉にて、完全に乾燥させる（本乾燥）ために、１５０℃６０分間の加熱によりインクを乾燥させているのが実情である。
ダイレクトプロッタ用シルクインクの乾燥には、基材であるプリント基板に紫外線露光型インクを塗布して８０℃１５分間加熱した後、加熱後の前記インクに露光・現像処理を行い（プリキュア）、露光・現像処理後のインク上にインクジェットプリンタによりシルクインクを印刷し、前記紫外線露光型インク及びシルクインクを本乾燥させるという処理工程と、基材であるプリント基板に紫外線露光型インクを塗布して８０℃１５分間加熱し、加熱後の前記インクに露光・現像処理を行い、露光・現像処理後のインクを本乾燥させ（ポストキュア）、その本乾燥後のインク上にインクジェットプリンタによりシルクインクを印刷し、シルクインクを本乾燥させるという処理工程とが考えられる。
本発明者等は、前記本乾燥に本発明のナノ化過熱乾燥蒸気によるインクの乾燥を適用したのである。インクジェットプリンタインクの一例として、日本アグフアマテリアルズ株式会社  製品コード 4MDTY PCB用インクを用いた。
そこで、プリキュア及びポストキュアを経た基材であるプリント基板にシルクインクをインクジェットプリンタにより印刷（塗布）し、１７０℃のナノ化過熱乾燥蒸気及び１８０℃のナノ化過熱乾燥蒸気により乾燥時間を変えることにより、シルクインクの定着性を調べた。その結果を図１６に示す。図において、×はシルクインクが剥離したもの、○はシルクインクの剥離がなかったもの、△は、シルクインクが剥離しないが定着性に問題が残るものを示している。
図１６から明らかなように、本発明のナノ化過熱乾燥蒸気によるインクの乾燥方法はダイレクトプロッタ用シルクインクの定着性を維持しつつ短時間で乾燥させることが分かった。
図１７は、本発明のナノ化過熱乾燥蒸気によるインクの乾燥方法を用いてダイレクトプロッタ用シルクインクを乾燥させた外観を示している。図１７からも、本発明のナノ化過熱乾燥蒸気によるインクの乾燥方法はダイレクトプロッタ用シルクインクの本乾燥に最適であることが分かった。
【００４９】
以上のように、二段階のナノ化処理によるインク乾燥は従来の方法よりも優れており、二段階のナノ化処理によるインク乾燥よりもエネルギーが大である三段階のナノ化処理によるインク乾燥は、従来の方法よりも優れていることが間接的に検証された。
【００５０】
以上の説明では、基材としてプリント基板を用いた例を説明したが、ナノ化過熱乾燥蒸気によるインクの乾燥メカニズムが図１に示すように基材に左右されることはないものであるから、基材はプリント基板以外のものであってもよく、しかも、ナノ化過熱乾燥蒸気が図１に示す挙動をしてインクを乾燥させるので、基材の盤面が透過性，非透過性の如何を問わないものである。
【００５１】
以上説明したように本発明の実施形態によれば、過熱乾燥蒸気に噴射エネルギーを付与してクラスター化し、そのクラスター化したナノ化過熱乾燥蒸気に衝突エネルギーを付与するという少なくとも二段階のナノ処理を経ることにより、過熱乾燥蒸気をナノ化過熱乾燥蒸気に改質させて、そのナノ化過熱乾燥蒸気をインクの分子及び分子界面に浸透させるため、基材に塗布したインクを短時間で乾燥させることができる。
実験の結果、基材として用いたプリント基板に約２０μｍの膜厚で塗布したインクに、１７０℃〜２１０℃に加熱して上述したナノ化処理を施したナノ化過熱乾燥蒸気を約３分間浸透させることにより、プリント基板のインクを乾燥させることができたという結果を得ている。また、実験では、１７０℃ばかりでなく、飽和水蒸気を乾燥させる温度を例えば１８０〜２１０℃に設定した場合でも同様の結果が得られている。
【００５２】
従来は１５０℃の温風を６０分〜９０分に亘ってプリント基板に吹き付けていたが、本発明の実施形態では、インクの乾燥時間を例えば１７０℃３分に短縮できるため、プリント基板などの基材に与える熱ストレスを大幅に軽減できるばかりでなく、省エネルギー化を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明によるナノ化過熱乾燥蒸気を用いたインクの乾燥方法は、プリント基板の製造工程で使用するインクや、ダイレクトプロッタ用のインクなどの乾燥に広く応用することができるものである。
【符号の説明】
【００５４】
１  基材
２  インク
３  ナノ化過熱乾燥蒸気
４  過熱乾燥蒸気生成手段
５  ナノ化手段
６  チャンバー
７  ナノ化乾燥蒸気供給手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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