JP2023116845A - 誘電加熱装置、および、印刷システム - Google Patents

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Abstract

【課題】誘電加熱装置において、含水率を測定するセンサーを用いることなく、被加熱物の乾燥度合いに応じて被加熱物の加熱量が調整される技術を提供する。【解決手段】誘電加熱装置は、被加熱物と対向する第1電極および第2電極を有し、被加熱物を加熱するための電極ユニットと、第1電極および第2電極に交流電圧を印加する電圧印加部と、電極ユニットに流れる交流電流の電流値を検出する電流値検出部と、交流電圧と交流電流との位相差を検出する位相差検出部と、電流値および位相差に基づいて、電極ユニットのインピーダンスを検出するインピーダンス検出部と、インピーダンスに基づいて電圧印加部を制御することによって、電極ユニットに出力される交流電力の出力を制御する制御部と、を備える。【選択図】図2

Description

本開示は、誘電加熱装置、および、印刷システムに関する。
誘電加熱装置に関して、特許文献1には、含水率センサーによって測定された記録媒体の含水率に基づいて、マグネトロンを有する高周波加熱手段の出力をフィードバック制御することが開示されている。これによれば、記録媒体の乾燥度合いに応じて記録媒体の加熱量を調整できる。
特開2001-301131号公報
しかしながら、特許文献1の技術では、記録媒体の含水率を測定するためのセンサーを記録媒体と対応する位置に設けることを要する。例えば、センサーが静電容量式の水分計によって構成されている場合、センサーを記録媒体と接触可能な位置に設けることを要し、センサーが光学式や高周波式の水分計によって構成されている場合、センサーを記録媒体と対向可能な位置等に設けることを要する。
本開示の第1の形態によれば、誘電加熱装置が提供される。この誘電加熱装置は、被加熱物と対向する第1電極および第2電極を有し、前記被加熱物を加熱するための電極ユニットと、前記第1電極および前記第2電極に交流電圧を印加する電圧印加部と、前記電極ユニットに流れる交流電流の電流値を検出する電流値検出部と、前記交流電圧と前記交流電流との位相差を検出する位相差検出部と、前記電流値および前記位相差に基づいて、前記電極ユニットのインピーダンスを検出するインピーダンス検出部と、前記インピーダンスに基づいて前記電圧印加部を制御することによって、前記電極ユニットに出力される交流電力の出力を制御する制御部と、を備える。
本開示の第2の形態によれば、印刷システムが提供される。この印刷システムは、上記形態の誘電加熱装置と、印刷媒体に液体を吐出して付着させる吐出部と、を備える。前記電極ユニットは、前記液体が付着した前記印刷媒体を前記被加熱物として加熱する。
誘電加熱装置の概略構成を示す斜視図。 誘電加熱装置の概略構成を示すブロック図。 電極ユニットの概略構成を示す斜視図。 電極ユニットと被加熱物とによって形成される回路を説明する模式図。 誘電加熱装置の等価回路図。 等価回路におけるインピーダンスの変化を説明する図。 制御部による第1交流電圧の出力制御の例を説明する図。 印刷システムの概略構成を示す図。
A.第1実施形態:
図1は、第1実施形態における誘電加熱装置100の概略構成を示す斜視図である。図1には、互いに直交するX,Y,Z方向を示す矢印が示されている。X方向およびY方向は、水平面に平行な方向であり、Z方向は、鉛直上向きに沿った方向である。X,Y,Z方向を示す矢印は、他の図においても、図示の方向が図1と対応するように適宜、図示してある。以下の説明において、方向の向きを特定する場合には、各図において矢印が指し示す方向を「+」、その反対の方向を「-」として、方向表記に正負の符合を併用する。以下では、+Z方向のことを「上」、-Z方向のことを「下」ともいう。また、本明細書中で、直交とは、90°±10°の範囲を含む。
誘電加熱装置100は、被加熱物OHを加熱するための電極ユニット20と、被加熱物OHを搬送する搬送部200と、電極ユニット20に交流電圧を印加する電圧印加部80と、制御部500とを備える。
本実施形態の誘電加熱装置100は、搬送部200によって被加熱物OHを搬送しつつ、電極ユニット20から生じる電界によって被加熱物OHを加熱する。本実施形態では、誘電加熱装置100は、被加熱物OHとして、液体が塗布されたシート状の印刷媒体を加熱することで、被加熱物OHを乾燥させる。印刷媒体としては、例えば、紙や布、フィルム等が用いられる。印刷媒体に塗布される液体としては、例えば、水または有機溶媒を主成分とする各種インクが用いられる。本実施形態では、液体として、水を主成分とする水性インクが用いられる。なお、本明細書において、液体の主成分とは、液体に含まれる物質のうち、その質量分率が50%以上である物質のことを指す。液体は、例えば、インクジェットプリンター等の液体吐出装置によって印刷媒体に塗布される。
制御部500は、CPU510と、記憶部520と、外部との信号の入出力を行う入出力インターフェイスとを備えるコンピューターによって構成されている。制御部500は、上述した搬送部200や電圧印加部80等の各部を制御することによって、誘電加熱装置100において被加熱物OHの加熱を実行する。他の実施形態では、制御部500は、例えば、複数の回路の組み合わせによって構成されてもよい。
本実施形態における搬送部200は、2つのローラー部205と、ローラー部205を駆動するモーター等によって構成される図示していない駆動部とを有している。搬送部200は、ローラー部205の駆動によって、シート状の被加熱物OHを搬送する。他の実施形態では、搬送部200は、例えば、被加熱物OHを支持しつつ搬送するためのベルトと、そのベルトを駆動させる駆動部とによって構成されていてもよい。
本実施形態における誘電加熱装置100は、電極ユニット20として、第1電極ユニット30および第2電極ユニット40を備える。第1電極ユニット30は、被加熱物OHと対向する第1電極31および第2電極32を有する。第2電極ユニット40は、被加熱物OHと対向する第3電極41および第4電極42を有する。図1に示すように、本実施形態では、第2電極ユニット40は、第1電極ユニット30の-X方向の位置に配置されている。本実施形態では、第1電極ユニット30と、第2電極ユニット40とは、それぞれ同様の構成を有している。以下では、第1電極ユニット30と第2電極ユニット40とを区別しない場合、両者を単に電極ユニット20と呼ぶこともある。
本実施形態における誘電加熱装置100は、電圧印加部80として、第1電圧印加部81および第2電圧印加部82を備える。第1電圧印加部81は、第1電極ユニット30に電気的に接続されており、第1電極31および第2電極32に交流電圧を印加する。第2電圧印加部82は、第2電極ユニット40に電気的に接続されており、第3電極41および第4電極42に交流電圧を印加する。第1電極31又は第2電極32に印加される電位の一方、および、第3電極41又は第4電極42に印加される電位の一方は、基準電位であってもよい。基準電位とは、高周波電圧の基準となる定電位であり、例えば接地電位である。以下では、第1電圧印加部81によって第1電極ユニット30に印加される交流電圧のことを第1交流電圧とも呼ぶ。また、第2電圧印加部82によって第2電極ユニット40に印加される交流電圧のことを第2交流電圧とも呼ぶ。
本実施形態では、第1電圧印加部81と、第2電圧印加部82とは、それぞれ同様の構成を有している。以下では、第1電圧印加部81と第2電圧印加部82とを区別しない場合、両者を単に電圧印加部80と呼ぶこともある。本実施形態では、各電圧印加部80は、それぞれ、各電極ユニット20の各電極に高周波電圧を印加する。なお、本明細書において、「高周波」とは、1MHz以上の周波数のことを指す。
図2は、本実施形態における誘電加熱装置100の概略構成を示すブロック図である。図2に示すように、本実施形態における第1電圧印加部81は、インバーター83と、電流検出部84と、位相差検出部85と、アンプ86と、整流部87とを有している。第1電圧印加部81は、直流電源150に電気的に接続されている。なお、図示は省略するが、第2電圧印加部82もまた、同様に、上記のインバーター83等を有し、直流電源150に電気的に接続されている。
各電圧印加部80に設けられたインバーター83は、直流電源150および各電極ユニット20に電気的に接続されている。インバーター83は、直流電源150からインバーター83に入力される直流の電圧を、交流の電圧に変換して電極ユニット20に出力する。より詳細には、インバーター83は、スイッチング用のトランジスターを有しており、このトランジスターの動作によって、インバーター83に入力された直流の電圧を、周波数fの矩形波状の波形を有する交流の電圧に変換して電極ユニット20に出力する。
各電圧印加部80に設けられた電流検出部84は、各電極ユニット20に流れる交流電流を検出するための抵抗器として構成されている。電極ユニット20に交流電圧が印加されることによって、電極ユニット20には正弦波状の波形を有する交流電流が流れるため、電流検出部84では、この正弦波状の波形を有する交流電流が検出される。電流検出部84は、検出した交流電流をアンプ86に出力する。アンプ86は、電流検出部84から入力された電流を増幅して、位相差検出部85および整流部87に出力する。
第1電圧印加部81に設けられた位相差検出部85は、第1電極31および第2電極32に印加される交流電圧の位相と、第1電極ユニット30に流れる交流電流の位相との位相差を検出する。同様に、第2電圧印加部82に設けられた位相差検出部85は、第3電極41および第4電極42に印加される交流電圧の位相と、第2電極ユニット40に流れる交流電流の位相との位相差を検出する。位相差検出部85は、検出した位相差を、制御部500に送信する。
整流部87は、ダイオードによって構成され、アンプ86から入力された交流電流を整流して直流電流に変換し、その直流電流を制御部500に出力する。各整流部87から制御部500に出力される直流電流の電圧値は、各電極ユニット20に流れる交流電流の振幅に比例する。
図1および図2に示すように、誘電加熱装置100は、電流値検出部511およびインピーダンス検出部512を備えている。電流値検出部511は、各電極ユニット20に流れる交流電流の電流値を表すユニット電流値を検出する。インピーダンス検出部512は、電流値検出部511によって検出された各ユニット電流値と、各位相差検出部85によって検出された各位相差とに基づいて、各電極ユニット20のインピーダンスZを検出する。本実施形態では、電流値検出部511およびインピーダンス検出部512は、制御部500のCPU510が記憶部520に記憶されたプログラムを実行することによって実現される機能部である。
本実施形態では、電流値検出部511として機能する制御部500は、整流部87から入力される直流電圧の電圧値に基づいて、ユニット電流値として、電極ユニット20に流れる電流の実効値を検出する。インピーダンス検出部512は、ユニット電流値と、位相差検出部85によって検出された位相差と、各電極ユニット20の各電極に印加される交流電圧の電圧値とに基づいて、電極ユニット20のインピーダンスZrを検出する。例えば、インピーダンス検出部512は、第1電極ユニット30のユニット電流値と、第1電圧印加部81に設けられた位相差検出部85によって検出された位相差と、第1電極31および第2電極32に印加される交流電圧の電圧値とに基づいて、第1電極ユニット30のインピーダンスZrを検出する。後述するように、インピーダンスZrは、電極ユニット20と被加熱物OHとによって形成される回路のインピーダンスに相当する。以下では、第1電極ユニット30のインピーダンスZrのことを第1インピーダンスZr1とも呼ぶ。また、第2電極ユニット40のインピーダンスZrのことを第2インピーダンスZr2とも呼ぶ。
図3は、本実施形態における第1電極ユニット30の概略構成を示す斜視図である。上述したように、第1電極ユニット30は、第1電極31および第2電極32を有する。更に、本実施形態における第1電極ユニット30は、第1コイル34を有する。なお、図示は省略するが、本実施形態では、上述した第2電極ユニット40の第3電極41および第4電極42は、それぞれ、第1電極31および第2電極32と同様の構成を有している。また、第2電極ユニット40は、第1コイル34と同様に構成された、図示しない第2コイルを有している。以下では、第1コイル34と第2コイルとを区別しない場合、両者を単にコイルと呼ぶこともある。
第1電極31および第2電極32は、導電体であり、例えば、金属、合金、導電性酸化物等によって形成される。第1電極31及び第2電極32は、互いに同じ材料で形成されてもよいし、異なる材料で形成されてもよい。第1電極31および第2電極32は、例えば、その姿勢の保持や強度の確保を目的として、誘電正接や導電性の低い材料によって形成された基板等の上に配置されてもよいし、他の部材によって支持されてもよい。
第1電極31および第2電極32は、第1電極31と第2電極32との間の最短距離が、第1電極ユニット30から出力される電磁界の波長の10分の1以下となるように配置されている。本実施形態における第1電極31は、Y方向を長手方向、X方向を短手方向とする舟形形状を有している。第1電極31の下面は、-Z方向に凸の曲面形状を有している。第1電極31は、Z方向に沿って見たときに、Y方向に長尺な長円形状を有する。第2電極32は、X方向およびY方向に扁平で、かつ、Y方向に長尺な長円形状の環状を有している。第2電極32は、Z方向に沿って見たときに、第1電極31の周囲を囲うように配置されている。
図1に示すように、第1電極31および第2電極32は、ともに、X方向およびY方向に平行に配置された基板110上に配置されている。より詳細には、第1電極31は、第1電極31の下面のX方向およびY方向における中央部が基板110の上面に接触するように配置されている。第2電極32は、第2電極32の下面が基板110の上面に接触するように配置されている。そのため、本実施形態では、第1電極31の下面の中央部と、第2電極32の下面とは、同一平面上に配置されている。なお、本実施形態では、基板110は、第1電極ユニット30および第2電極ユニット40に共通に設けられている。
第1電極31および第2電極32は、ともに、搬送部200によって-Y方向に搬送される被加熱物OHに対して、Z方向に対向するように配置されている。本実施形態では、第1電極31および第2電極32は、被加熱物OHの上方に配置されている。つまり、本実施形態では、第1電極31および第2電極32の下面が、被加熱物OHの上面に対向する。また、被加熱物OHと第1電極31および第2電極32との間には、上述した基板110が配置される。
本実施形態では、基板110は、ガラスによって形成されている。基板110によって、被加熱物OHに塗布されたインク等の液体が第1電極31および第2電極32に付着することや、被加熱物OHが布である場合に被加熱物OHの毛羽が第1電極31および第2電極32に付着することが抑制される。本実施形態では、基板110は、上記と同様に、第2電極ユニット40の第3電極41および第4電極42への液体や毛羽の付着をも抑制する。他の実施形態では、基板110は、例えば、アルミナによって形成されてもよい。
図3に説明を戻す。本実施形態では、第1電極31は、第1電線35と、第1コイル34と、同軸ケーブルの内部導体IC1とを介して第1電圧印加部81に電気的に接続されている。第2電極32は、第2電極32の上部に配置された接続部材33や、図示していない同軸ケーブルの外部導体等を介して第1電圧印加部81に電気的に接続されている。
第1電極31および第2電極32に交流電圧が印加されることによって、第1電極31および第2電極32から、印加された交流電圧の周波数fに応じた波長λを有する電磁界が生じる。この電磁界の強度は、第1電極31および第2電極32の近傍で非常に強く、遠方では非常に弱くなる。本明細書では、交流電圧の印加によって第1電極31および第2電極32の近傍に生じる電磁界を「近傍電磁界」とも呼ぶ。第1電極31および第2電極32の「近傍」とは、第1電極31および第2電極32からの距離が、発生する電磁界の波長の1/2π以下となる範囲のことを指す。「近傍」より遠い範囲のことを、「遠方」とも呼ぶ。また、本明細書では、交流電圧の印加によって、第1電極31および第2電極32の遠方に生じる電磁界のことを「遠方電磁界」とも呼ぶ。遠方電磁界は、一般的な通信用アンテナ等による通信に用いられる電磁界に相当する。
上述したように、第1電極31と第2電極32とは、両者の間の最短距離が電磁界の波長の10分の1以下となるように配置されている。これによって、第1電極31および第2電極32から生じる電磁界の電界密度を、第1電極31および第2電極32の近傍において減衰させることができる。そのため、被加熱物OHと、第1電極31および第2電極32との間の距離を適切に保つことで、被加熱物OHに付着した液体を、第1電極31および第2電極32の近傍で生じる電界によって効率的に加熱しつつ、第1電極31および第2電極32からの遠方電磁界の輻射を抑制できる。特に、本実施形態では、第2電極32が、Z方向に沿って見たときに第1電極31を取り囲むように配置されているため、第1電極31および第2電極32からの遠方電磁界の輻射をより抑制できる。
本実施形態では、第1コイル34の一端は、第1電線35を介して第1電極31と電気的に直列に接続され、他端は、図1および図2に示した第1電圧印加部81と電気的に直列に接続されている。本実施形態では、第1コイル34は、ソレノイドコイルによって構成され、その長さ方向がZ方向に沿うように配置されている。第1コイル34の形状、長さ、断面積、巻き数、材質等は、例えば、第1電極31および第2電極32とともに周波数fで共振する共振回路を形成するように、また、第1電極ユニット30と第1電圧印加部81とのインピーダンス整合を実現するように選択される。なお、図示は省略するが、本実施形態では、第2コイルの一端は、第2電線を介して第3電極41と電気的に接続され、他端は、第2電圧印加部82と電気的に直列に接続されている。他の実施形態では、第1コイル34の一端は、第1電極31ではなく第2電極32と直列に接続されていてもよい。また、同様に、第2コイルの一端は、第3電極41ではなく第4電極42と直列に接続されていてもよい。
第1電圧印加部81が第1電極ユニット30に交流電圧を印加することによって、第1コイル34の一端には高電圧が発生する。これによって、第1電極31および第2電極32から生じる電界の強度を高めることができる。なお、第1コイル34は、第1コイル34の一端と第1電極31との間の距離ができるだけ小さくなるように配置されると好ましい。第1コイル34の一端と第1電極31との間の距離が遠い場合、第1コイル34の一端に生じる高電圧が、第1コイル34と第1電極31との間、もしくは、第1電線35と第2電極32との間に、被加熱物OHの加熱に寄与しない電界を発生させ、第1電極31および第2電極32から生じる電界の強度を高める効果が低下する可能性がある。これに対して、第1コイル34の一端と第1電極31との間の距離を近くすることで、このような被加熱物OHの加熱に寄与しない電界の発生を抑制できるため、第1電極31および第2電極32から生じる電界の強度を効果的に高めることができる。同様に、第2コイルは、第3電極41および第4電極42から生じる電界の強度を高めることができる。なお、他の実施形態では、第1電極ユニット30や第2電極ユニット40は、コイルを有していなくてもよく、例えば、第1電極31や第3電極41をメアンダ形状に形成することによって、第1電極31や第3電極41にコイルと同様の機能を発揮させてもよい。
図4は、本実施形態における第1電極ユニット30と、液体Lqが付着した被加熱物OHとによって形成される回路を説明する模式図である。図5は、本実施形態における誘電加熱装置100の等価回路図である。図4および図5に示した回路では、第1電極ユニット30の第1電極31および第2電極32を、それぞれ、1つのコンデンサーを構成する電極板と見なすことができる。なお、図示は省略するが、第2電極ユニット40と被加熱物OHとによっても、図4および図5に示した回路と同様の回路が形成される。
図4および図5に示したRは、第1電極ユニット30の抵抗を表す。図5に示したLは、第1電極ユニット30のインダクタンスを表す。本実施形態では、インダクタンスLには、図4に示した第1コイル34のインダクタンスLおよび、各電極ユニット20の各電極の寄生インダクタンスが含まれる。図4および図5に示したCは、第1電極ユニット30のキャパシタンスを表す。本実施形態では、キャパシタンスCには、第1コイル34の寄生キャパシタンス、および、各電極ユニット20の各電極同士の間のキャパシタンスが含まれる。図4および図5に示したRは、被加熱物OH上に付着したインク等の液体Lqの電気抵抗を表す。図4に示したCb1は、第1電極31と液体Lqとの間の寄生キャパシタンスを表す。図4に示したCb2は、各電極ユニット20の第2電極32と液体Lqとの間の寄生キャパシタンスを表す。図5に示したCは、寄生キャパシタンスCb1およびCb2の和として表される。
被加熱物OH上の液体Lqが加熱されて乾燥が進行することによって、電極ユニット20のキャパシタンスCおよび液体Lqの抵抗Rが変化する。より詳細には、液体Lqが乾燥するにつれて被加熱物OH上の液体Lqの厚みが減少することで、第1電極31および第2電極32によって構成されるコンデンサーのキャパシタンスが減少するため、キャパシタンスCが減少する。この理由は、液体Lqの誘電率が、真空の誘電率よりも高いからである。また、例えば、液体Lqが水性インク等の水を含む液体である場合、乾燥によって液体Lqの含水率が減少することで液体Lqの導電率が低下するため、抵抗Rが増加する。「液体Lqの含水率」とは、液体Lqにおける水の質量分率のことを指す。なお、液体Lqの乾燥によってキャパシタンスCも減少するが、その減少幅は、キャパシタンスCの減少幅や、抵抗Rの増加幅に比べて小さいため無視できる。
図5に示した等価回路におけるインピーダンスZは、下記数式(1)によって表される。
Figure 2023116845000002
上記数式(1)において、ωは、第1電極31および第2電極32に印加される交流電圧の角周波数を表す。
図6は、図5に示した等価回路における、液体Lqの乾燥の進行によるインピーダンスZの変化を説明する図である。より詳細には、図6は、被加熱物OHとして綿製の布を、液体Lqとしてイエロー色の水性インクを用いた場合の、インピーダンスZの実数部の値を縦軸とし、液体Lqの乾燥の進行度を横軸とするグラフである。図6に示した「乾燥の進行度」とは、液体Lqの含水率の逆数を表す。図6のグラフは、液体Lqの含水率とキャパシタンスCおよび抵抗Rとの関係をシミュレーションによって算出し、算出されたキャパシタンスCおよび抵抗Rの値を上記数式(1)に代入して算出したインピーダンスZの実数部の値を、含水率の逆数に対してプロットすることによって作成された。図6は、被加熱物OH上の液体Lqの乾燥が進行するにつれて、つまり、液体Lqの含水率が減少するにつれて、インピーダンスZの実数部の値が減少することを示している。このように、インピーダンスZと被加熱物OHの乾燥度合いとは相関する。
上述した図1および図2に示した制御部500は、上述した、インピーダンス検出部512によって検出される第1インピーダンスZr1に基づいて第1電圧印加部81を制御することで、第1電極ユニット30に出力される交流電力の出力を制御する。以下では、第1電極ユニット30に出力される交流電力のことを、第1交流電力とも呼ぶ。インピーダンスZrは、電極ユニット20と被加熱物OHとによって形成される回路におけるインピーダンスの実測値に相当するため、上述した等価回路におけるインピーダンスZと同様に、被加熱物OHの乾燥度合いと相関する。そのため、第1インピーダンスZr1に基づいて第1交流電力の出力を制御することで、被加熱物OHの乾燥度合いに応じて被加熱物OHの加熱量が調整される。同様に、本実施形態では、制御部500は、第2インピーダンスZr2に基づいて第2電圧印加部82を制御することで、第2電極ユニット40に出力される交流電力の出力を制御する。以下では、第2電極ユニット40に出力される交流電力のことを、第2交流電力とも呼ぶ。
本実施形態では、制御部500は、第1インピーダンスZr1の実数部の値に基づいて、第1交流電力の出力を制御する。より詳細には、制御部500は、まず、第1インピーダンスZr1の実数部の値に基づいて被加熱物OHに含まれる液体の量を推定することによって、被加熱物OHの乾燥度合いを推定する。そして、制御部500は、推定した乾燥度合いを記憶部520に記憶させるとともに、記憶された乾燥度合いに基づいて交流電力の出力を制御する。このように推定される液体の量は、被加熱物OHに付着した液体のうち、第1電極31および第2電極32の近傍に位置する液体の量に相当する。被加熱物OHに含まれる液体の量は、例えば、液体の重量や、体積、厚みとして推定されてもよいし、予め定められた重量等の基準値に対する割合として推定されてもよい。
より具体的には、本実施形態では、制御部500は、被加熱物OHに含まれる液体の量として、被加熱物OHに塗布された液体の水分量を、第1インピーダンスZr1の実数部の値に基づいて推定することによって、被加熱物OHの乾燥度合いを推定する。制御部500は、例えば、実験に基づいて予め定められたインピーダンスの実数部の値と液体の水分量との関係を、検出された第1インピーダンスZr1の実数部の値に基づいて参照することによって、液体の水分量を推定する。この場合、インピーダンスの実数部の値と液体の水分量との関係は、例えば、被加熱物OHの材質や厚み、液体の種類ごとに定められてもよい。
本実施形態では、制御部500は、第1インピーダンスZr1の実数部の値に基づいて第1交流電力の出力を制御するのと同様に、第2インピーダンスZr2の実数部の値に基づいて、第2交流電力の出力を制御する。第2インピーダンスZr2に基づいて推定される液体含有量は、被加熱物OHに付着した液体のうち、第3電極41および第4電極42の近傍に位置する液体の量に相当する。
図7は、本実施形態における制御部500による第1交流電圧の出力制御の例を説明する図である。図7には、第1交流電圧の波形の例として、波形Wf1、波形Wf2、および、波形Wf3が示されている。図7に示すように、制御部500は、乾燥度合いがD1である場合には波形Wf1の交流電圧を、乾燥度合いがD2である場合には波形Wf2の交流電圧を、乾燥度合いがD3である場合には波形Wf3の交流電圧を、第1電極ユニット30に出力する。乾燥度合いは、D1、D2、D3の順に高くなる。なお、図7には、交流電圧の周期Tが示されている。周期Tは、周波数fの逆数であり、波長λに比例する。
本実施形態における制御部500は、第1インピーダンスZr1に基づいて、第1電圧印加部81のインバーター83を断続的に動作させることによって、第1交流電力の出力を制御する。より詳細には、本実施形態では、制御部500は、第1インピーダンスZr1に基づいて推定される乾燥度合いに基づいて、所定の時間における、インバーター83を連続的に動作させて第1電極ユニット30へ周波数fの交流電圧を出力する時間の割合と、インバーター83を動作させず第1電極ユニット30への電圧の出力を停止させる時間の割合とを変化させる。より具体的には、制御部500は、乾燥度合いがより高い場合、第1電極ユニット30へ交流電圧を出力する時間の割合を減らすとともに、第1電極ユニット30への電圧の出力を停止させる時間の割合を増やす。反対に、乾燥度合いがより低い場合、制御部500は、第1電極ユニット30へ交流電圧を出力する時間の割合を増やすとともに、第1電極ユニット30への電圧の出力を停止させる時間の割合を減らす。例えば、乾燥度合いD2は、乾燥度合いD1より高いため、波形Wf2では、波形Wf1と比較して、第1電極ユニット30に交流電圧が出力される時間の割合が小さく、第1電極ユニット30に電圧が出力されない時間の割合が大きい。このようにして、第1交流電力の出力が制御される。なお、図示は省略するが、本実施形態では、制御部500は、同様に、第2インピーダンスZr2に基づいて第2電圧印加部82のインバーター83を制御することで、第2交流電力の出力を制御する。
本実施形態では、制御部500は、第1インピーダンスZr1に基づいて推定される乾燥度合いが予め定められた程度以上である場合、第1交流電力の出力を0とする。より詳細には、制御部500は、乾燥度合いが、基準乾燥度合いDs以上である場合に、第1交流電力の出力を0とする。基準乾燥度合いDsは、例えば、被加熱物OHが十分に乾燥されたことを表す乾燥度合いとして定められる。図7の例では、乾燥度合いD1およびD2は、基準乾燥度合いDs未満であり、乾燥度合いD3は、基準乾燥度合いDs以上である。従って、本実施形態では、制御部500は、乾燥度合いがD3である場合、インバーター83を制御して、所定の時間における、第1電極ユニット30へ交流電圧を出力する時間の割合を0とすることによって、第1交流電力の出力を0とする。なお、例えば、第1交流電力の出力が一旦0とされた後、被加熱物OHが搬送されることによって、被加熱物OHのうち付着した液体の量が比較的多い部分が第1電極ユニット30の近傍に位置した場合、インピーダンスZrに基づいて推定される乾燥度合いが、再度、基準乾燥度合いDs未満となる場合がある。この場合、制御部500は、第1交流電力の出力を、再度、0よりも大きくする。また、本実施形態では、制御部500は、同様に、第2インピーダンスZr2に基づいて推定される乾燥度合いが基準乾燥度合いDs以上である場合に、第2交流電力の出力を0とする。
また、本実施形態では、制御部500は、検出されたインピーダンスZrに基づいて、被加熱物OHの温度を推定する。制御部500は、例えば、インピーダンスZrに基づいて推定される発熱量の積算値に基づいて、被加熱物OHの温度を推定できる。より詳細には、制御部500は、実験によって予め定められたインピーダンスと被加熱物OHに付着した液体における発熱量との関係を、ある時刻におけるインピーダンスZrに基づいて参照することで、その時刻における発熱量を推定する。そして、制御部500は、推定した発熱量に基づいて、加熱を開始してから現在までの時刻における発熱量の時間積分値を算出することによって、上記の発熱量の積算値を推定できる。これにより、制御部500は、液体の比熱と推定された発熱量の積算値とに基づいて、液体の温度を推定することで、被加熱物OHの温度を推定できる。
また、本実施形態では、制御部500は、第1電極ユニット30の近傍における被加熱物OHの乾燥度合いが、第2電極ユニット40の近傍における被加熱物OHの乾燥度合いよりも低い場合、第1交流電力の出力を第2交流電力の出力より大きくする。反対に、第1電極ユニット30の近傍における乾燥度合いが、第2電極ユニット40の近傍における乾燥度合いよりも高い場合、第1交流電力の出力を第2交流電力の出力より小さくする。これによって、被加熱物OHにおいて、より乾燥度合いが低い部分の加熱量を増加させることや、より乾燥度合いが高い部分の加熱量を減少させることができる。従って、被加熱物OH上において液体の付着量にばらつきがある場合であっても、被加熱物OHを均一に加熱できる可能性が高まる。本実施形態では、第1電圧印加部81および第2電圧印加部82のそれぞれが、図7を用いて説明したように乾燥度合いに基づいて個別に制御されることで、上記の第1交流電力の出力と第2交流電力の出力との大小関係が実現される。他の実施形態では、制御部500は、例えば、第1電極ユニット30の近傍における乾燥度合いと、第2電極ユニット40の近傍における乾燥度合いとを比較し、その比較結果に基づいて、第1交流電力の出力および第2交流電力の出力の大小関係を変化させてもよい。
以上で説明した第1実施形態における誘電加熱装置100によれば、制御部500は、被加熱物OHと対向する第1電極31および第2電極32を有する第1電極ユニット30のインピーダンスZrに基づいて第1電圧印加部81を制御することによって、第1交流電力の出力を制御する。このような形態によれば、被加熱物OHの乾燥度合いと相関するインピーダンスZrに基づいて、第1交流電力の出力を制御するので、第1交流電力の出力が乾燥度合いに応じて調整される。そのため、被加熱物OHの含水率を測定するセンサーを被加熱物OHと対応する位置に設けなくても、被加熱物OHの乾燥度合いに応じて被加熱物OHの加熱量が調整されることを実現できる。
また、本実施形態によれば、制御部500は、第1電極ユニット30のインピーダンスに基づいて、被加熱物OHの乾燥度合いを推定し、推定した乾燥度合いを記憶部520に記憶させる。これによって、記憶部520に記憶された乾燥度合いを図示しない表示部に表示することや、記憶部520に記憶された乾燥度合いに基づいて第1交流電力の出力を制御することができる。
また、本実施形態によれば、制御部500は、被加熱物OHの乾燥度合いが予め定められた程度以上である場合、第1交流電力の出力を0とする。これによって、被加熱物OHが十分に乾燥した状態で加熱されることによる、被加熱物OHの変色や焦げ付き等を抑制できる。
また、本実施形態によれば、制御部500は、第1インピーダンスZr1に基づいて、被加熱物OHの温度を推定する。そのため、被加熱物OHの温度を測定するための温度センサーを設けることなく、被加熱物OHの温度を取得できる。これによって、例えば、被加熱物OHに付着したインクが、インクに含まれる顔料等の成分を被加熱物OHに定着させるための樹脂成分を含む場合、推定した被加熱物OHの温度に基づいて、樹脂成分の溶融度合いを推定できる。
また、本実施形態によれば、第1電極ユニット30は、第1電極31または第2電極32のいずれか一方と電気的に直列に接続された第1コイル34を有する。これによれば、第1コイル34によって、電圧印加時に第1電極31および第2電極32から生じる電界の強度を高めることができる。そのため、被加熱物OHをより効率良く加熱できる。
また、本実施形態によれば、第1電圧印加部81は、直流電源150から出力される直流電圧を交流電圧に変換して第1電極ユニット30に出力するインバーター83を有する。これによって、第1電圧印加部81が、例えば、アナログアンプやトランスを有する高周波電源回路によって構成されている場合と比較して、第1電圧印加部81の小型化や電力効率の向上を実現できる可能性が高まる。
また、本実施形態によれば、制御部500は、第1電極ユニット30のインピーダンスに基づいてインバーター83を断続的に動作させることによって、第1交流電力の出力を制御する。そのため、第1交流電力の出力を簡易に制御できる。
B.第2実施形態:
図8は、第2実施形態としての印刷システム600の概略構成を示す図である。印刷システム600は、第1実施形態で説明した誘電加熱装置100と、液体吐出装置610とを備えている。
本実施形態における液体吐出装置610は、インクジェットプリンターとして構成され、印刷媒体に液体を吐出する吐出部620と、印刷媒体を搬送する媒体搬送部630と、吐出部620および媒体搬送部630を制御する吐出制御部640とを備える。吐出部620は、例えば、ピエゾ方式やサーマル方式の液体吐出ヘッドによって構成される。媒体搬送部630は、例えば、搬送部200と同様に、ローラー等によって構成される。吐出制御部640は、例えば、誘電加熱装置100の制御部500と同様に、コンピューター等によって構成される。吐出制御部640は、吐出部620および媒体搬送部630を制御することによって、印刷媒体を搬送しつつ、印刷媒体に液体を吐出して付着させる。
誘電加熱装置100は、第1実施形態で説明したように、吐出部620によって吐出された液体が付着した印刷媒体を、被加熱物OHとして加熱する。つまり第1電極ユニット30や第2電極ユニット40は、液体が付着した印刷媒体を被加熱物OHとして加熱する。なお、図8に示すように、被加熱物OHは、液体吐出装置610から誘電加熱装置100へと連続的に搬送されてもよい。この場合、例えば、誘電加熱装置100の搬送部200が、媒体搬送部630として機能してもよい。また、被加熱物OHは、液体吐出装置610から誘電加熱装置100へと連続的に搬送されなくてもよい。例えば、液体吐出装置610によって吐出された液体が付着した印刷媒体を一旦ロール状に巻き取った後、巻き取った印刷媒体をロボット等によって誘電加熱装置100へと移動させてもよい。この場合、ロール状の印刷媒体を巻き出しながら、搬送部200によって被加熱物OHとして搬送することで、誘電加熱装置100において被加熱物OHを加熱できる。
以上で説明した第2実施形態によっても、被加熱物OHの含水率を測定するセンサーを被加熱物OHと対応する位置に設けなくても、被加熱物OHの乾燥度合いに応じて被加熱物OHの加熱量が調整されることを実現できる。
C.他の実施形態:
(C-1)上記実施形態では、制御部500は、検出したインピーダンスZrに基づいて、被加熱物OHの乾燥度合いを推定しているが、被加熱物OHの乾燥度合いを推定しなくてもよい。
(C-2)上記実施形態では、制御部500は、検出したインピーダンスZrに基づいて、被加熱物OHに含まれる液体の量を推定することによって、乾燥度合いを推定している。これに対して、制御部500は、被加熱物OHに含まれる液体の量を推定せずに乾燥度合いを推定してもよい。
(C-3)上記実施形態では、制御部500は、第1インピーダンスZr1に基づいて推定された乾燥度合いが基準乾燥度合いDs以上である場合、第1交流電力の出力を0としている。これに対して、制御部500は、第1インピーダンスZr1に基づいて推定された乾燥度合いが基準乾燥度合いDs以上である場合に第1交流電力の出力を0としなくてもよい。同様に、制御部500は、第2インピーダンスZr2に基づいて推定された乾燥度合いが基準乾燥度合いDs以上である場合に、第2交流電力の出力を0としなくてもよい。
(C-4)上記実施形態では、制御部500は、インピーダンスZrに基づいて被加熱物OHの温度を推定している。これに対して、制御部500は、インピーダンスZrに基づいて被加熱物OHの温度を推定しなくてもよい。
(C-5)上記実施形態では、第1電圧印加部81は、インバーター83を有している。これに対して、第1電圧印加部81は、インバーター83を有していなくてもよく、例えば、アナログアンプやトランスを有する高周波電源回路として構成されてもよい。同様に、第2電圧印加部82は、インバーター83を有していなくてもよい。
(C-6)上記実施形態では、制御部500は、第1インピーダンスZr1に基づいてインバーター83を断続的に動作させることによって、第1交流電力の出力を制御している。これに対して、制御部500は、インバーター83を断続的に動作させることによって第1交流電力の出力を制御しなくてもよい。例えば、第1インピーダンスZr1に基づいて、第1電極ユニット30に印加される交流電圧の振幅を変化させることによって、第1交流電力の出力を制御してもよい。同様に、制御部500は、第2インピーダンスZr2に基づいてインバーター83を断続的に動作させることによって第2交流電力の出力を制御しなくてもよい。
(C-7)上記実施形態では、電極ユニット20として、第1電極ユニット30および第2電極ユニット40が設けられ、電圧印加部80として、第1電圧印加部81および第2電圧印加部82が設けられている。これらに加え、電極ユニット20として、1又は複数の他の電極ユニット20が設けられ、電圧印加部80として、各電極ユニット20に交流電圧を印加する1又は複数の他の電圧印加部80が設けられていてもよい。また、電極ユニット20として第1電極ユニット30のみが設けられ、電圧印加部80として第1電圧印加部81のみが設けられていてもよい。
(C-8)上記実施形態において、制御部500は、液体が付着した印刷媒体を被加熱物OHとして加熱する場合、その印刷媒体の印字情報に基づいて電圧印加部80を制御することによって、電極ユニット20に出力される交流電力の出力を制御してもよい。この場合、印字情報は、例えば、被加熱物OHに付着した液体の種類に関する情報、液体の付着量に関する付着量情報、印字パターンに関するパターン情報のいずれかを含んでいてもよい。これによれば、インピーダンスZrに基づいて調整された交流電力の出力を、印字情報に基づいて更に調整できるため、被加熱物OHを均一に乾燥できる可能性がより高まる。印字情報は、例えば、記憶部520に予め記憶されていてもよいし、液体吐出装置610から取得されてもよい。
(C-9)上記実施形態では、第2電極32が、Z方向に沿って見たときに第1電極31を取り囲むように配置されている。これに対して、例えば、第1電極31および第2電極32は、Z方向に沿って見たときに互いに隣り合うように配置されてもよいし、Z方向において第1電極31と第2電極32とによって被加熱物OHを挟むように配置されてもよい。この場合、第1電極31および第2電極32の形状は任意であってよく、円形状や長円形状、矩形状、多角形状等であってもよい。また、Z方向に沿って見たときに、第1電極31および第2電極32の面積は、互いに同じであってもよいし異なっていてもよい。
Z方向に沿って見たときに、第1電極31および第2電極32は、互いに重ならないように配置されると好ましい。同様に、第3電極41および第4電極42が、例えば、Z方向に沿って見たときに互いに隣り合うように配置されてもよいし、Z方向において第3電極41と第4電極42とによって被加熱物OHを挟むように配置されてもよい。
(C-10)上記実施形態では、電極ユニット20は、被加熱物OHが搬送される方向と交差する方向に往復移動可能に構成されていてもよい。例えば、電極ユニット20を、ベルト機構やボールネジ機構によって構成された図示しない駆動部によって支持するとともに、X方向に往復移動させてもよい。
(C-11)上記実施形態において、制御部500は、インピーダンスZrの実数部の値に基づいて、電極ユニット20に出力される交流電力の出力を制御している。これに対して、制御部500は、例えば、インピーダンスZrの実数部の値に加え、または、これに代えて、インピーダンスZrの虚数部の値や、複素数平面上における実数部と虚数部とのベクトル和として表されるインピーダンスZrの絶対値に基づいて交流電力の出力を制御してもよい。これによって、例えば、被加熱物OH上に付着した液体の種類等によって、インピーダンスZrの実数部の値のみに基づいては乾燥度合いが一義的に定まらない場合であっても、電極ユニット20に出力される交流電力の出力を適切に制御できる。この理由は、インピーダンスZrの虚数部の値が、被加熱物OH上の液体の乾燥の進行によって周期的に、より詳細には、スミスチャートにおいて左回りに回転する方向に変化するからである。この場合、例えば、まず、インピーダンスZrの実数部の値に基づいて乾燥度合いの候補を抽出し、次に、インピーダンスZrの虚数部の値に基づいて、抽出した候補の中から1つの乾燥度合いを推定してもよい。
(C-12)上記実施形態では、電極ユニット20に高周波電圧を印加している。これに対して、電極ユニット20に印加される交流電圧の周波数は、被加熱物OHを加熱できる周波数であれば高周波でなくてもよい。この場合の交流電圧の周波数は、例えば、100kHz以上1MHz未満であると好ましい。
D.他の形態:
本開示は、上述した実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実現することができる。例えば、本開示は、以下の形態によっても実現可能である。以下に記載した各形態中の技術的特徴に対応する上記実施形態中の技術的特徴は、本開示の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、本開示の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
(1)本開示の第1の形態によれば、誘電加熱装置が提供される。この誘電加熱装置は、被加熱物と対向する第1電極および第2電極を有し、前記被加熱物を加熱するための電極ユニットと、前記第1電極および前記第2電極に交流電圧を印加する電圧印加部と、前記電極ユニットに流れる交流電流の電流値を検出する電流値検出部と、前記交流電圧と前記交流電流との位相差を検出する位相差検出部と、前記電流値および前記位相差に基づいて、前記電極ユニットのインピーダンスを検出するインピーダンス検出部と、前記インピーダンスに基づいて前記電圧印加部を制御することによって、前記電極ユニットに出力される交流電力の出力を制御する制御部と、を備える。
このような形態によれば、乾燥度合いと相関する電極ユニットのインピーダンスに基づいて、電極ユニットに出力される交流電力の出力を制御するので、電極ユニットに出力される交流電力の出力が乾燥度合いに応じて制御される。そのため、被加熱物の含水率を測定するセンサーを被加熱物と対応する位置に設けなくても、被加熱物の乾燥度合いに応じて被加熱物の加熱量が調整されることを実現できる。
(2)上記形態では、記憶部を備え、前記制御部は、前記インピーダンスに基づいて、前記被加熱物の乾燥度合いを推定し、推定した前記乾燥度合いを前記記憶部に記憶させてもよい。このような形態によれば、記憶部に記憶された乾燥度合いを表示部に表示することや、記憶部に記憶された乾燥度合いに基づいて電極ユニットに印加される交流電力の出力を制御することができる。
(3)上記形態では、前記制御部は、前記インピーダンスに基づいて、前記被加熱物に含まれる液体の量を推定することによって、前記乾燥度合いを推定してもよい。
(4)上記形態では、前記制御部は、前記乾燥度合いが予め定められた程度以上である場合、前記交流電力の出力を0としてもよい。このような形態によれば、被加熱物が十分に乾燥した状態で加熱されることによる、被加熱物の変色や焦げ付き等を抑制できる。
(5)上記形態では、前記制御部は、前記インピーダンスに基づいて、前記被加熱物の温度を推定してもよい。このような形態によれば、被加熱物の温度を測定するための温度センサーを設けることなく、被加熱物の温度を取得できる。
(6)上記形態では、前記電極ユニットは、前記第1電極または前記第2電極のいずれか一方と電気的に直列に接続されたコイルを有していてもよい。このような形態によれば、コイルによって、電圧印加時に第1電極および第2電極から生じる電界の強度を高めることができる。そのため、被加熱物をより効率良く加熱できる。
(7)上記形態では、前記電圧印加部は、直流電源から入力される直流の電圧を交流の電圧に変換して前記電極ユニットに出力するインバーターを有していてもよい。このような形態によれば、電圧印加部の小型化や電力効率の向上を実現できる可能性が高まる。
(8)上記形態では、前記制御部は、前記インピーダンスに基づいて前記インバーターを断続的に動作させることによって、前記交流電力の出力を制御してもよい。このような形態によれば、電極ユニットに出力される交流電力の出力を簡易に制御できる。
(9)本開示の第2の形態によれば、印刷システムが提供される。この印刷システムは、上記形態の誘電加熱装置と、印刷媒体に液体を吐出して付着させる吐出部と、を備える。前記電極ユニットは、前記液体が付着した前記印刷媒体を前記被加熱物として加熱する。
20…電極ユニット、30…第1電極ユニット、31…第1電極、32…第2電極、33…接続部材、34…第1コイル、35…第1電線、40…第2電極ユニット、41…第3電極、42…第4電極、80…電圧印加部、81…第1電圧印加部、82…第2電圧印加部、83…インバーター、84…電流検出部、85…位相差検出部、86…アンプ、87…整流部、100…誘電加熱装置、110…基板、150…直流電源、200…搬送部、205…ローラー部、500…制御部、510…CPU、511…電流値検出部、512…インピーダンス検出部、520…記憶部、600…印刷システム、610…液体吐出装置、620…吐出部、630…媒体搬送部、640…吐出制御部

Claims (9)

  1. 被加熱物と対向する第1電極および第2電極を有し、前記被加熱物を加熱するための電極ユニットと、
    前記第1電極および前記第2電極に交流電圧を印加する電圧印加部と、
    前記電極ユニットに流れる交流電流の電流値を検出する電流値検出部と、
    前記交流電圧と前記交流電流との位相差を検出する位相差検出部と、
    前記電流値および前記位相差に基づいて、前記電極ユニットのインピーダンスを検出するインピーダンス検出部と、
    前記インピーダンスに基づいて前記電圧印加部を制御することによって、前記電極ユニットに出力される交流電力の出力を制御する制御部と、を備える、誘電加熱装置。
  2. 請求項1に記載の誘電加熱装置であって、
    記憶部を備え、
    前記制御部は、前記インピーダンスに基づいて、前記被加熱物の乾燥度合いを推定し、推定した前記乾燥度合いを前記記憶部に記憶させる、誘電加熱装置。
  3. 請求項2に記載の誘電加熱装置であって、
    前記制御部は、前記インピーダンスに基づいて、前記被加熱物に含まれる液体の量を推定することによって、前記乾燥度合いを推定する、誘電加熱装置。
  4. 請求項2又は3に記載の誘電加熱装置であって、
    前記制御部は、前記乾燥度合いが予め定められた程度以上である場合、前記交流電力の出力を0とする、誘電加熱装置。
  5. 請求項1から4のいずれか一項に記載の誘電加熱装置であって、
    前記制御部は、前記インピーダンスに基づいて、前記被加熱物の温度を推定する、誘電加熱装置。
  6. 請求項1から5のいずれか一項に記載の誘電加熱装置であって、
    前記電極ユニットは、前記第1電極または前記第2電極のいずれか一方と電気的に直列に接続されたコイルを有する、誘電加熱装置。
  7. 請求項1から6のいずれか一項に記載の誘電加熱装置であって、
    前記電圧印加部は、直流電源から入力される直流の電圧を交流の電圧に変換して前記電極ユニットに出力するインバーターを有する、誘電加熱装置。
  8. 請求項7に記載の誘電加熱装置であって、
    前記制御部は、前記インピーダンスに基づいて前記インバーターを断続的に動作させることによって、前記交流電力の出力を制御する、誘電加熱装置。
  9. 請求項1から8のいずれか一項に記載の誘電加熱装置と、
    印刷媒体に液体を吐出して付着させる吐出部と、を備え、
    前記電極ユニットは、液体が付着した前記印刷媒体を前記被加熱物として加熱する、印刷システム。
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