JP2013114835A - マイクロ波加熱装置、及びこれを用いた画像定着装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】加熱室5は、導電性材料で構成された障壁部によって複数の空間(11,12,13)に分割されている。少なくとも一以外の空間内(12,13)には、終端部5aの位置に、方向d2に係る長さが相互に異なる、空気よりも誘電率の高い誘電体で構成された移相器31,32が挿入されることで、各空間内に形成される定在波W1,W2,W3の節の方向d2に係る位置が相互に異なる。また、少なくとも一以外の空間内には、前記被加熱体の通過領域よりも上流側の位置に、加熱室5の入口から終端部5aまでの移相器31,32を含めた各空間のインピーダンスの差異を減少させるように、方向d2に係る長さが相互に異なる、空気よりも誘電率の高い誘電体で構成されたインピーダンス調整器33,34が挿入されている。
【選択図】 図4
Description
マイクロ波を出力するマイクロ波発生部と、
前記マイクロ波が導かれ、前記マイクロ波の進入方向の終端部が短絡されている導電性の加熱室と、を有し、
前記加熱室は、導電性材料で構成された障壁部によって前記進入方向に沿って前記終端部に達する位置まで複数の空間に分割されると共に、当該加熱室の内部を被加熱体が前記マイクロ波の進入方向とは非平行方向の向きに通過するための開口部を有し、
複数の前記空間のうち、少なくとも一以外の空間内には、前記終端部の位置に、前記進入方向に係る長さが相互に異なる、空気よりも誘電率の高い誘電体で構成された移相器が前記マイクロ波発生部の方向に向かって挿入されることで、前記各空間内に形成される定在波の節の前記進入方向に係る位置が相互に異なり、
複数の前記空間のうち、少なくとも一以外の空間内には、前記被加熱体の通過領域よりも上流側の位置に、前記マイクロ波が進入する前記加熱室の入口から前記終端部までの前記移相器を含めた前記各空間のインピーダンスの差異を減少させるように、前記進入方向に係る長さが相互に異なる、空気よりも誘電率の高い誘電体で構成されたインピーダンス調整器が挿入され、
前記マイクロ波発生部のマイクロ波出力端から前記加熱室の終端部までの間は、前記被加熱体を通過させるための前記開口部の部分を除いて導電性材料で構成された筒状の導波管で連結されていることを特徴とする。
前記各空間内に、空気よりも誘電率の高い誘電体で構成された電界変成器を有し、
前記電界変成器は、前記進入方向に関し前記インピーダンス調整器の挿入箇所よりも前記マイクロ波発生部側の位置であって、当該電界変成器を構成する誘電体内に形成される定在波の管内波長をλgz、自然数をN(N>0)とした場合に、前記進入方向に係る長さが(4N−3)λgz/8より大きく、(4N−1)λgz/8未満で、マイクロ波の定在波の節を含む位置に挿入されている構成とするのが好適である。
図1は、本発明に係るマイクロ波加熱装置の概念的構成図であり、一の側面から見た状態を示している。図1に示されるマイクロ波加熱装置1は、マグネトロン等で構成されるマイクロ波発生部3と、マイクロ波によって加熱対象物を加熱させるための加熱室5の間の位置に、整合器7を設けている。また、本実施形態においては、マイクロ波発生部3と整合器7の間にアイソレータ4を設けている。アイソレータ4は、整合器7からマイクロ波発生部3側の方向にマイクロ波が反射した場合に、当該反射されたマイクロ波の電力を熱エネルギーに変換して、マイクロ波発生部3を安定的に動作させるための保護機器である。ただし、本発明の装置において、アイソレータ4は必ず必要な構成要素というわけではない。
図6Aは、加熱室5を単純に仕切り板21,22によって空間11,12,13の3空間に分けたときの概念的構成図を示している。この状態でd2方向にマイクロ波を進入させたときの、各空間内に存在する定在波の電界分布を図6B,図6Cに示す。図6Bは、比較例1における定在波の電界分布状態につき、等高線によって表示した図であり、図6Cは、比較例1における位置と電界強度の関係をグラフによって示した図である。
・マイクロ波発生部3: マイクロデバイス社(現マイクロ電子社)製の製品を利用した。
・アイソレータ4: マイクロデバイス社(現マイクロ電子社)製の製品を利用した。
・加熱室5: アルミニウム製の導波管にスリット6を設けたもの
・用紙10: 「中性紙」と称される市販のPPC用紙を利用した。
上述したように、加熱ムラをなるべく解消させるには、各空間で形成される定在波の節の位置を相互にずらすことが重要となる。このため、比較例2においては、単純に各空間の終端部の位置をずらすことで、各空間に形成される定在波の位相をずらすことを試みている。
上述したように、加熱ムラをなるべく解消させるには、各空間で形成される定在波の節の位置を相互にずらすことが重要となる。しかしながら、比較例2のように、節の位置をずらすべく各空間の終端部の位置をd2方向にずらすと、各空間内に形成される定在波の電界強度に差異が出ることが分かる。
図9は、第2実施形態に係るマイクロ波加熱装置の概念的構成図である。第1実施形態と比較して、整合器7より下流側(終端部5a側)に更に電界変成器15を備えた点が異なる。より詳細には、各空間11,12,13のそれぞれに電界変成器15を備える構成である。
(4N−3)λg’/8 < L < (4N−1)λg’/8
長方形導波管の負荷端を図11Aに示すように、インピーダンスZrで終端した場合を想定する。TE10モードを考え、負荷端における入射電界及び反射電界の振幅をそれぞれEi,Erで表した場合、導波管のZ軸の各点のEy及びHxは以下の数3で表される。なお、図2におけるa方向がX軸、b方向がY軸、d2方向がZ軸にそれぞれ対応しており、Eyとは電界のY軸成分、Hxとは磁界のX軸成分に相当する。
図12Aは、比較例3の概念的構成図であり、比較例1の構成に、高密度ポリエチレンで構成される電界変成器15(15a、15b,15c)を各空間11,12,13内に挿入した状態を示している。電界変成器15の幅をλg’/4としている。
図13Aは、実施例2の概念的構成図であり、実施例1の構成に。高密度ポリエチレンで構成される電界変成器15(15a、15b,15c)を各空間11,12,13内に挿入した状態を示している。なお、電界変成器15の幅はλg’/4としている。ここでは、移相器32,33、インピーダンス調整器33,34、及び電界変成器15a、15b,15cを全て同一材料である高密度ポリエチレンで構成している。
〈1〉上記実施形態において、金属製の仕切板21,22によって加熱室5内を3空間11,12,13に分ける旨の説明を行ったが、空間を分けることができていればよく、必ずしも「板」によって仕切ることが要求されるというものではない。すなわち、長手方向(d2方向)に沿って予め複数の空間が設けられている導波管を用いる構成も可能である。
3 : マイクロ波発生部
4 : アイソレータ
5 : 加熱室
5a: 加熱室の終端部
6 : スリット
7 : 整合器
8 : マイクロ波導入口
10 : 用紙
11,12,13 : 空間
15 : 電界変成器
20 : 定在波の節
21,22 : 仕切板
31,32 : 移相器
33,34 : インピーダンス調整器
41 : 分波部
61,62,63,64,65,66 : 定在波W1の節の位置
71,72,73,74,75,76 : 定在波W2の節の位置
81,82,83,84,85,86 : 定在波W3の節の位置
100 : マイクロ波装置
101 : 用紙
103 : 共振器チャンバ
104 : エレメント
107 : 通過部
107’: 通過部
109 : 共振器チャンバの側面
109’: 共振器チャンバの側面
110 : マグネトロン
111 : 貯水庫
112 : サーキュレータ
113 : 入力結合変換器
114 : 結合開口
115 : 終端スライダ
d1 : 用紙通過方向
d2 : マイクロ波の進入方向
W1,W2,W3 : 定在波
Claims (10)
- マイクロ波を出力するマイクロ波発生部と、
前記マイクロ波が導かれ、前記マイクロ波の進入方向の終端部が短絡されている導電性の加熱室と、を有し、
前記加熱室は、導電性材料で構成された障壁部によって前記進入方向に沿って前記終端部に達する位置まで複数の空間に分割されると共に、当該加熱室の内部を被加熱体が前記マイクロ波の進入方向とは非平行方向の向きに通過するための開口部を有し、
複数の前記空間のうち、全ての空間内又は一以外の空間内には、前記終端部の位置に、前記進入方向に係る長さが相互に異なる、空気よりも誘電率の高い誘電体で構成された移相器が前記マイクロ波発生部の方向に向かって挿入されることで、前記各空間内に形成される定在波の節の前記進入方向に係る位置が相互に異なり、
複数の前記空間のうち、少なくとも一以外の空間内には、前記被加熱体の通過領域よりも上流側の位置に、前記マイクロ波が進入する前記加熱室の入口から前記終端部までの前記移相器を含めた前記各空間のインピーダンスの差異を減少させるように、前記進入方向に係る長さが相互に異なる、空気よりも誘電率の高い誘電体で構成されたインピーダンス調整器が挿入され、
前記マイクロ波発生部のマイクロ波出力端から前記加熱室の終端部までの間は、前記被加熱体を通過させるための前記開口部の部分を除いて導電性材料で構成された筒状の導波管で連結されていることを特徴とするマイクロ波加熱装置。 - 前記空間の数をN(Nは2以上の自然数)とし、前記加熱室を構成する前記導波管内に形成される定在波の管内波長をλgとした場合において、
前記各空間内に形成される定在波の節の前記進入方向に係る位置が相互にλg/(2N)ずれていることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波加熱装置。 - 前記移相器を構成する誘電体内に形成される定在波の管内波長をλg’とした場合において、
前記各空間内に挿入される前記位相器の前記進入方向に係る長さは、いずれもλg’/2の整数倍で規定されることを特徴とする請求項2に記載のマイクロ波加熱装置。 - 前記移相器と前記インピーダンス調整器は同一の材料で構成され、
前記加熱室の入口から前記終端部までの前記各空間内に存在する前記移相器及び前記インピーダンス調整器の前記進入方向に係る長さの合計値が相互に一致することを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載のマイクロ波加熱装置。 - 前記移相器及び前記インピーダンス調整器が高密度ポリエチレンで構成されていることを特徴とする請求項4に記載のマイクロ波加熱装置。
- 前記各空間内に、空気よりも誘電率の高い誘電体で構成された電界変成器を有し、
前記電界変成器は、前記進入方向に関し前記インピーダンス調整器の挿入箇所よりも前記マイクロ波発生部側の位置であって、当該電界変成器を構成する誘電体内に形成される定在波の管内波長をλgz、自然数をN(N>0)とした場合に、前記進入方向に係る長さが(4N−3)λgz/8より大きく、(4N−1)λgz/8未満で、マイクロ波の定在波の節を含む位置に挿入されていることを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載のマイクロ波加熱装置。 - 前記電界変成器が、1/4λgzの奇数倍の大きさの幅で、且つ、前記加熱室の終端部側の面が前記マイクロ波の定在波の節の位置となるように設置されていることを特徴とする請求項6に記載のマイクロ波加熱装置。
- 前記電界変成器が、前記移相器及び前記インピーダンス調整器と同一の材料で構成されていることを特徴とする請求項7に記載のマイクロ波加熱装置。
- 前記電界変成器、前記移相器、及び前記インピーダンス調整器が、いずれも高密度ポリエチレンで構成されていることを特徴とする請求項8に記載のマイクロ波加熱装置。
- 請求項1〜9の何れか1項の記載のマイクロ波加熱装置を備え、
前記開口部を介して通過する現像剤付き記録シートが前記加熱室で加熱されることで、現像剤を記録シートに定着させることを特徴とする画像定着装置。
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