JP6740725B2

JP6740725B2 - Heating device and image forming device

Info

Publication number: JP6740725B2
Application number: JP2016114772A
Authority: JP
Inventors: 武長久
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2016-06-08
Filing date: 2016-06-08
Publication date: 2020-08-19
Anticipated expiration: 2036-06-08
Also published as: JP2017220381A

Description

本発明は、加熱装置及び画像形成装置に関する。 The present invention relates to a heating device and an image forming apparatus.

加熱装置において被加熱物に高周波の交流電界を照射することにより非接触状態で被加熱物を加熱する高周波誘電加熱が利用されている。このような加熱装置は様々な装置及びシステムにおいて利用され、例えばインクジェットプリンタ等の画像形成装置において記録用紙上のインクを乾燥させる乾燥装置等として利用される。 2. Description of the Related Art In a heating device, high-frequency dielectric heating is used in which an object to be heated is irradiated with a high-frequency AC electric field to heat the object to be heated in a non-contact state. Such a heating device is used in various devices and systems, for example, it is used as a drying device for drying ink on recording paper in an image forming apparatus such as an inkjet printer.

例えば、冷凍食品等の被解凍物を誘電加熱する装置であって、電磁シールドを兼ねる解凍室内に複数の電極を配列し、３個の高周波電力発生回路と電極との間にそれぞれインダクタンスが異なる導体を含む複数のインピーダンス整合回路を設置する構成が開示されている（特許文献１）。 For example, a device for dielectrically heating an object to be thawed such as frozen food, in which a plurality of electrodes are arranged in a thaw chamber that also serves as an electromagnetic shield, and conductors having different inductances between the three high-frequency power generation circuits and the electrodes. There is disclosed a configuration in which a plurality of impedance matching circuits including is installed (Patent Document 1).

高周波誘電加熱を利用した加熱装置において加熱効率を向上させようとする場合、交流電界により被加熱物に印加される電流（印加電流）を効率的且つ安全に増加させる必要がある。印加電流の増加は単純には電極対に供給される電源電圧の増加により達成されるが、電源電圧の増加は消費電力の増加、伝送路の発熱等の問題を引き起こす場合がある。 In order to improve the heating efficiency in a heating device using high frequency induction heating, it is necessary to efficiently and safely increase the current (applied current) applied to the object to be heated by the AC electric field. The increase in the applied current is simply achieved by increasing the power supply voltage supplied to the electrode pair, but the increase in the power supply voltage may cause problems such as an increase in power consumption and heat generation in the transmission path.

高周波誘電加熱を利用した加熱装置は通常、電源側の出力インピーダンスと負荷側（電極対、被加熱物等を含む加熱部側）の入力インピーダンスとを整合させる整合部を備える。整合部は各種の電子デバイスを含んで構成されるため、電極対に近い場所に設置されると交流電界の影響により誤作動を起こす可能性がある。そのため、整合部は電極対からある程度離れた場所に設置される必要があり、整合部と電極対とを接続する伝送路が長くならざるを得ない場合が多い。長い伝送路は電力損失、発熱等の原因となるため、単純に電源電圧を増加させることができない場合が多い。 A heating device using high-frequency dielectric heating usually includes a matching unit that matches an output impedance of a power source side and an input impedance of a load side (a heating unit side including an electrode pair, an object to be heated, etc.). Since the matching unit is configured to include various electronic devices, it may malfunction due to the influence of the AC electric field if it is installed near the electrode pair. Therefore, the matching section needs to be installed at a place apart from the electrode pair to some extent, and in many cases, the transmission path connecting the matching section and the electrode pair must be long. Since a long transmission line causes power loss, heat generation, etc., it is often impossible to simply increase the power supply voltage.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、安全且つ効率的に加熱効率を向上させることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to safely and efficiently improve heating efficiency.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、交流電圧を発生させる電源と、前記交流電圧が印加される電極対から発生する交流電界を被加熱物に照射することにより前記被加熱物を加熱する加熱部と、前記電極対と伝送路を介して接続し、前記電源側の出力インピーダンスと前記加熱部側の入力インピーダンスとを整合させる整合部とを備え、前記加熱部は、前記交流電界により前記被加熱物に印加される電流を増加させる電流増加素子を含み、前記電流増加素子は、前記伝送路に接続されたインダクタであり、前記インダクタが接続されない場合の前記電源の動作周波数よりも前記インダクタが接続された場合の前記電源の動作周波数の方が、前記電極対と前記伝送路とで生じる並列共振周波数に近い値となる、加熱装置である。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the present invention provides a power source for generating an AC voltage and an AC electric field generated from an electrode pair to which the AC voltage is applied, by irradiating the object to be heated. A heating unit that heats an object to be heated, and a matching unit that is connected to the electrode pair through a transmission path and that matches the output impedance of the power source side and the input impedance of the heating unit side, the heating unit , the AC field by viewing including the current increase device increases the current applied to the object to be heated, the current increase element, said a inductor connected to the transmission line, the power supply when the inductor is not connected In the heating device, the operating frequency of the power source when the inductor is connected is closer to the parallel resonance frequency generated between the electrode pair and the transmission line than the operating frequency of .

本発明によれば、安全且つ効率的に加熱効率を向上させることが可能となる。 According to the present invention, it is possible to improve heating efficiency safely and efficiently.

図１は、第１の実施の形態に係る加熱装置の機能的構成を例示する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a functional configuration of the heating device according to the first embodiment. 図２は、比較例に係る加熱装置のハードウェア構成を例示する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a hardware configuration of a heating device according to a comparative example. 図３は、比較例に係る加熱装置の等価回路を例示する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an equivalent circuit of the heating device according to the comparative example. 図４は、図３に示す等価回路における電流の大きさ及び位相の相互関係を例示する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating the mutual relationship between the magnitude and phase of the current in the equivalent circuit shown in FIG. 図５は、図４に示す相互関係において理想的な相互関係を例示する図である。FIG. 5: is a figure which illustrates the ideal mutual relationship in the mutual relationship shown in FIG. 図６は、第１の実施の形態に係る加熱装置のハードウェア構成を例示する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a hardware configuration of the heating device according to the first embodiment. 図７は、第１の実施の形態に係る加熱装置の等価回路を例示する図である。FIG. 7: is a figure which illustrates the equivalent circuit of the heating apparatus which concerns on 1st Embodiment. 図８は、第１の実施の形態に係る入力インピーダンスの周波数特性を例示する図である。FIG. 8 is a diagram illustrating frequency characteristics of input impedance according to the first embodiment. 図９は、第２の実施の形態に係る加熱装置のハードウェア構成を例示する図である。FIG. 9: is a figure which illustrates the hardware constitutions of the heating apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 図１０は、第２の実施の形態に係る加熱装置の等価回路を例示する図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an equivalent circuit of the heating device according to the second embodiment. 図１１は、第３の実施の形態に係る加熱装置のハードウェア構成を例示する図である。FIG. 11: is a figure which illustrates the hardware constitutions of the heating apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 図１２は、第３の実施の形態に係る加熱装置の等価回路を例示する図である。FIG. 12 is a diagram illustrating an equivalent circuit of the heating device according to the third embodiment.

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る加熱装置１の機能的構成を例示する図である。加熱装置１は電源１１、加熱部１２、及び整合部１３を含む。 (First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a functional configuration of a heating device 1 according to the first embodiment. The heating device 1 includes a power supply 11, a heating unit 12, and a matching unit 13.

電源１１は高周波の交流電圧を出力する。交流電圧の周波数は公知の高周波誘電加熱を実現可能な値であればよく、使用環境に応じて適宜設定されるべきものであるが、例えば３ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ程度の値とすることができる。 The power supply 11 outputs a high frequency AC voltage. The frequency of the AC voltage may be any value that can realize known high-frequency dielectric heating and should be appropriately set according to the use environment, but can be a value of, for example, about 3 MHz to 300 MHz.

加熱部１２は高周波誘電加熱により被加熱物２０を加熱する。加熱部１２は電極対２２及び電流増加素子２６を含む。電極対２２は電源１１から供給される交流電圧が印加されることにより高周波の交流電界Ｍを発生させる。電極対２２は通常複数設けられ、各電極対２２がそれぞれ交流電界Ｍを発生させる。交流電界Ｍが被加熱物２０に照射されることにより、被加熱物２０内に印加電流が発生し、被加熱物２０が加熱される。電流増加素子２６は被加熱物２０内に発生する印加電流を増加させるように作用する素子である。 The heating unit 12 heats the object to be heated 20 by high frequency dielectric heating. The heating unit 12 includes an electrode pair 22 and a current increasing element 26. The electrode pair 22 generates a high frequency AC electric field M when an AC voltage supplied from the power source 11 is applied. Usually, a plurality of electrode pairs 22 are provided, and each electrode pair 22 generates an alternating electric field M. When the object 20 to be heated is irradiated with the AC electric field M, an applied current is generated in the object 20 to be heated, and the object 20 to be heated is heated. The current increasing element 26 is an element that acts to increase the applied current generated in the object to be heated 20.

整合部１３は電源１１及び加熱部１２（電極対２２）と接続し、電源１１側のインピーダンス（出力インピーダンス）と加熱部１２側のインピーダンス（入力インピーダンス）とを整合させる。整合部１３は、例えば出力インピーダンスと入力インピーダンスとの差に基づいて両者が等しい値となるように制御する電子デバイスを用いて構成される。 The matching unit 13 is connected to the power supply 11 and the heating unit 12 (electrode pair 22), and matches the impedance (output impedance) on the power supply 11 side and the impedance (input impedance) on the heating unit 12 side. The matching unit 13 is configured by using an electronic device that controls the two so that they have the same value based on the difference between the output impedance and the input impedance, for example.

上記本実施の形態に係る加熱装置１は被加熱物２０内に発生する印加電流を増加させるように作用する電流増加素子２６を備えているため、電源１１の出力電圧の増加だけに依存することなく、被加熱物２０の加熱効率を向上させることができる。 Since the heating device 1 according to the present embodiment includes the current increasing element 26 that acts to increase the applied current generated in the object to be heated 20, it depends only on the increase in the output voltage of the power supply 11. Therefore, the heating efficiency of the article to be heated 20 can be improved.

ここで、図２及び図３に示す比較例に係る加熱装置５０１を参照し、被加熱物２０内に発生する印加電流を増加させるために必要な条件等について説明する。図２は、比較例に係る加熱装置５０１のハードウェア構成を例示する図である。比較例に係る加熱装置５０１は電源１１、加熱部５１２、及び整合部１３を含む。 Here, with reference to the heating device 501 according to the comparative example shown in FIGS. 2 and 3, conditions and the like necessary for increasing the applied current generated in the object to be heated 20 will be described. FIG. 2 is a diagram illustrating a hardware configuration of the heating device 501 according to the comparative example. The heating device 501 according to the comparative example includes a power supply 11, a heating unit 512, and a matching unit 13.

加熱部５１２は筐体２１、複数の電極対２２、給電配線２３、及び接地配線２４を含む。電極対２２、給電配線２３、及び接地配線２４は磁気遮蔽性を有する筐体２１内に配置されている。各電極対２２は陽電極２２Ａ及び陰電極２２Ｂの組から構成され、それぞれ給電配線２３を介して整合部１３と接続し、接地配線２４を介してＧＮＤと接続している。各電極対２２は給電配線２３を介して電源１１からの交流電圧が印加されることにより交流電界を発生させる。被加熱物２０（記録用紙上のインク等の液体）は各電極対２２から発生する交流電界が照射されることにより加熱される。 The heating unit 512 includes a housing 21, a plurality of electrode pairs 22, a power supply wiring 23, and a ground wiring 24. The electrode pair 22, the power supply wiring 23, and the ground wiring 24 are arranged in the housing 21 having a magnetic shielding property. Each electrode pair 22 is composed of a set of a positive electrode 22A and a negative electrode 22B, and is connected to the matching section 13 via a power supply wiring 23 and is connected to GND via a ground wiring 24. Each electrode pair 22 generates an AC electric field by being applied with an AC voltage from the power supply 11 via the power supply wiring 23. The object to be heated 20 (liquid such as ink on the recording paper) is heated by being irradiated with an AC electric field generated from each electrode pair 22.

整合部１３は筐体３１、方向性結合器３２、可変容量３３、内部インダクタ３４、及びマイクロコントローラ３５を含む。方向性結合器３２、可変容量３３、及び内部インダクタ３４は磁気遮蔽性を有する筐体３１内に配置されている。方向性結合器３２は電源１１及び可変容量３３と接続し、進行波及び反射波を出力する。可変容量３３は方向性結合器３２及び内部インダクタ３４と接続し、マイクロコントローラ３５からの制御信号に応じて容量を変化させる。マイクロコントローラ３５は進行波及び反射波に基づいて、例えば反射波が０になるように可変容量３４の容量を変化させる。 The matching unit 13 includes a housing 31, a directional coupler 32, a variable capacitance 33, an internal inductor 34, and a microcontroller 35. The directional coupler 32, the variable capacitor 33, and the internal inductor 34 are arranged in the housing 31 having magnetic shielding properties. The directional coupler 32 is connected to the power source 11 and the variable capacitor 33, and outputs a traveling wave and a reflected wave. The variable capacitance 33 is connected to the directional coupler 32 and the internal inductor 34, and changes the capacitance according to a control signal from the microcontroller 35. The microcontroller 35 changes the capacitance of the variable capacitor 34 based on the traveling wave and the reflected wave so that the reflected wave becomes 0, for example.

上記のように、電極対２２から発生する交流電界が整合部１３の誤作動を引き起こすことがないように、加熱部５１２と整合部１３との間隔を大きくとったり、加熱部５１２及び整合部１３の構成要素を筐体２１，３１で覆ったりする必要がある。そのため、給電配線２３が長くならざるを得ない場合が多い。給電配線２３が長くなる程電力損失が大きくなり、被加熱物２０の加熱効率が悪くなる。また、給電配線２３による電力損失を補うため電源１１の出力電圧を大きくすると、電力コストが増大化したり、給電配線２３の発熱が過剰になったりする場合がある。 As described above, in order to prevent the AC electric field generated from the electrode pair 22 from causing the malfunction of the matching section 13, the spacing between the heating section 512 and the matching section 13 is set to be large, or the heating section 512 and the matching section 13 are separated. It is necessary to cover the components with the housings 21 and 31. Therefore, in many cases, the power supply wiring 23 has to be long. The longer the power supply wiring 23 is, the larger the power loss is, and the heating efficiency of the object to be heated 20 is deteriorated. Further, if the output voltage of the power supply 11 is increased to compensate for the power loss due to the power supply wiring 23, the power cost may increase or the heat generation of the power supply wiring 23 may become excessive.

図３は、比較例に係る加熱装置５０１の等価回路を例示する図である。容量Ｃ０，Ｃ１は可変容量３３が有する２種類の容量を示している。インダクタンスＬ０は内部インダクタ３４のインダクタンスを示している。抵抗Ｒ１は給電配線２３の抵抗を示している。容量Ｃ２は給電配線２３のＧＮＤに対する寄生容量を示している。インダクタンスＬ１は電極対２２自体が有しているインダクタンスを示している。抵抗Ｒ２は電極対２２の抵抗を示している。容量Ｃ３は電極対２２の寄生容量を示している。抵抗Ｒ３及び容量Ｃ４は被加熱物２０の抵抗及び容量を示している。主に誘電体である被加熱物２０は抵抗Ｒ３及び容量Ｃ４の直列成分として表現される。インピーダンスＺ１は電源１１側の出力インピーダンスを示している。インピーダンスＺ２は負荷側の入力インピーダンスを示している。 FIG. 3 is a diagram illustrating an equivalent circuit of the heating device 501 according to the comparative example. Capacitances C0 and C1 indicate two kinds of capacitances that the variable capacitance 33 has. The inductance L0 represents the inductance of the internal inductor 34. The resistance R1 indicates the resistance of the power supply wiring 23. The capacitance C2 represents the parasitic capacitance of the power supply line 23 with respect to GND. The inductance L1 represents the inductance of the electrode pair 22 itself. The resistance R2 indicates the resistance of the electrode pair 22. The capacitance C3 represents the parasitic capacitance of the electrode pair 22. The resistance R3 and the capacity C4 indicate the resistance and the capacity of the object to be heated 20. The object to be heated 20, which is mainly a dielectric, is expressed as a series component of the resistance R3 and the capacitance C4. Impedance Z1 represents the output impedance on the power supply 11 side. Impedance Z2 indicates the input impedance on the load side.

電流Ｉ１は容量Ｃ２を流れる電流を示している。電流Ｉ２は抵抗Ｒ１を流れる電流を示している。電流Ｉ３はインダクタンスＬ１を流れる電流を示している。電流Ｉ４は容量Ｃ３を流れる電流を示している。電流Ｉ５は容量Ｃ４を流れる電流を示している。電流Ｉ５は電極対２２が発生させる交流電界により被加熱物２０に印加される印加電流である。 The current I1 indicates the current flowing through the capacitor C2. The current I2 indicates the current flowing through the resistor R1. The current I3 indicates the current flowing through the inductance L1. The current I4 indicates the current flowing through the capacitor C3. The current I5 indicates the current flowing through the capacitor C4. The current I5 is an applied current applied to the object to be heated 20 by the AC electric field generated by the electrode pair 22.

被加熱物２０の加熱効率を向上させるためには、電流Ｉ５を大きくしなければならない。電流Ｉ５を大きくするためには電流Ｉ３を大きくしなければならない。電流Ｉ３を大きくするためには、電流Ｉ１をできるだけ大きくし、電流Ｉ２をできるだけ小さくすることが必要となる。以下に、電流Ｉ３を大きくするための電流Ｉ１，Ｉ２の条件について説明する。 In order to improve the heating efficiency of the object to be heated 20, the current I5 must be increased. In order to increase the current I5, the current I3 must be increased. In order to increase the current I3, it is necessary to increase the current I1 as much as possible and the current I2 as small as possible. The conditions of the currents I1 and I2 for increasing the current I3 will be described below.

図４は、図３に示す等価回路における電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の大きさ及び位相の相互関係を例示する図である。図５は、図４に示す相互関係において理想的な相互関係を例示する図である。ここで、電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３を下記式（１），（２），（３）と表記すると、下記式（４）が導き出される。 FIG. 4 is a diagram illustrating the mutual relationship between the magnitudes and phases of the currents I1, I2, I3 in the equivalent circuit shown in FIG. FIG. 5: is a figure which illustrates the ideal mutual relationship in the mutual relationship shown in FIG. Here, if the currents I1, I2, I3 are expressed by the following equations (1), (2), (3), the following equation (4) is derived.

Ｉ１＝｜Ｉ１｜ｅｘｐ（ｊθ１） …（１）
Ｉ２＝｜Ｉ２｜ｅｘｐ（ｊθ２） …（２）
Ｉ３＝｜Ｉ３｜ｅｘｐ（ｊθ３） …（３）
｜Ｉ３｜^２＝｜Ｉ２−Ｉ１｜^２＝｜Ｉ２｜^２＋｜Ｉ１｜^２−２｜Ｉ１｜｜Ｉ２｜ｃｏｓ（θ２−θ１） …（４） I1=|I1|exp(jθ1) (1)
I2=|I2|exp(jθ2) (2)
I3=|I3|exp(jθ3) (3)
^{^{^{| I3 | 2 = | I2-}}} I1 | 2 = | I2 | 2 + | I1 | 2 -2 | I1 || I2 | cos (θ2-θ1) ... (4)

式（４）より、｜Ｉ３｜を大きくするためには、∠Ｉ２−∠Ｉ１＝θ２−θ１＝１８０°とし、｜Ｉ１｜をできるだけ大きくすることが理想的である。また、∠Ｖ２−∠Ｉ２＝９０°とし、容量Ｃ２をできるだけ大きくすることが理想的である。また、∠Ｚ２≒９０°（Ｌ性）にする、すなわち入力インピーダンスの絶対値｜Ｚ２｜をできるだけ大きくすることが理想的である。｜Ｚ２｜を大きくすることにより｜Ｉ２｜を小さくすることができる。また、｜Ｉ３｜が一定のとき、｜Ｉ５｜は｜Ｉ４｜が小さい程大きくなるため、｜Ｉ４｜をできるだけ小さくする、すなわち容量Ｃ３をできるだけ小さくすることが理想的である。 From the equation (4), in order to increase |I3|, it is ideal that ∠I2-∠I1=θ2-θ1=180° and that |I1| is maximized. Further, it is ideal that ∠V2−∠I2=90° and the capacitance C2 is as large as possible. Further, it is ideal that ∠Z2≈90° (L property), that is, the absolute value |Z2| of the input impedance is made as large as possible. By increasing |Z2|, |I2| can be decreased. Further, when |I3| is constant, |I5| becomes larger as |I4| becomes smaller. Therefore, it is ideal to make |I4| as small as possible, that is, make the capacitance C3 as small as possible.

図６は、第１の実施の形態に係る加熱装置１のハードウェア構成を例示する図である。加熱装置１は電源１１、加熱部１２、及び整合部１３を含む。本実施の形態に係る加熱部１２は電流増加素子２６として追加インダクタ４１、及び千鳥状に配置された陽電極２２Ａ及び陰電極２２Ｂを含む。追加インダクタ４１は電流Ｉ２を小さくするように作用する電流増加素子２６の一例である。千鳥状に配置された陽電極２２Ａ及び陰電極２２Ｂは電流Ｉ４を小さくするように作用する電流増加素子２６の一例である。 FIG. 6 is a diagram illustrating a hardware configuration of the heating device 1 according to the first embodiment. The heating device 1 includes a power supply 11, a heating unit 12, and a matching unit 13. The heating unit 12 according to the present embodiment includes the additional inductor 41 as the current increasing element 26, and the positive electrode 22A and the negative electrode 22B arranged in a staggered manner. The additional inductor 41 is an example of the current increasing element 26 that acts to reduce the current I2. The positive electrodes 22A and the negative electrodes 22B that are arranged in a staggered pattern are an example of the current increasing element 26 that acts to reduce the current I4.

加熱部１２は筐体２１（第１の筐体）、複数の電極対２２、給電配線２３（伝送路）、接地配線２４、及び追加インダクタ４１を含む。電極対２２、給電配線２３、接地配線２４、及び追加インダクタ４１は磁気遮蔽性を有する筐体２１内に配置されている。 The heating unit 12 includes a housing 21 (first housing), a plurality of electrode pairs 22, a power supply wiring 23 (transmission path), a ground wiring 24, and an additional inductor 41. The electrode pair 22, the power supply wiring 23, the ground wiring 24, and the additional inductor 41 are arranged in the housing 21 having magnetic shielding properties.

各電極対２２は陽電極２２Ａ及び陰電極２２Ｂの組から構成されている。各電極対２２は給電配線２３及び追加インダクタ４１を介して整合部１３と接続し、接地配線２４を介してＧＮＤと接続している。各電極対２２は給電配線２３及び追加インダクタ４１を介して電源１１から供給される交流電圧が印加されることにより交流電界Ｍを発生させる。 Each electrode pair 22 is composed of a set of a positive electrode 22A and a negative electrode 22B. Each electrode pair 22 is connected to the matching unit 13 via the power supply wiring 23 and the additional inductor 41, and is connected to GND via the ground wiring 24. Each electrode pair 22 generates an AC electric field M when an AC voltage supplied from the power supply 11 is applied via the power supply wiring 23 and the additional inductor 41.

本実施の形態に係る陽電極２２Ａ及び陰電極２２Ｂは千鳥状に配置されている。被加熱物２０は対をなす陽電極２２Ａ及び陰電極２２Ｂの間を通過することにより交流電界Ｍが照射され、加熱される。陽電極２２Ａ及び陰電極２２Ｂは千鳥状に配置されることにより直線状に配置された場合より電気容量が小さくなる。すなわち、千鳥状に配置された陽電極２２Ａ及び陰電極２２Ｂは電極対２２の寄生容量を減少させる素子（容量減少素子）として作用する。 The positive electrode 22A and the negative electrode 22B according to the present embodiment are arranged in a staggered pattern. The object to be heated 20 is heated by being irradiated with the alternating electric field M by passing between the positive electrode 22A and the negative electrode 22B which form a pair. By arranging the positive electrode 22A and the negative electrode 22B in a staggered pattern, the electric capacity becomes smaller than that in the case where they are linearly arranged. That is, the positive electrodes 22A and the negative electrodes 22B arranged in a staggered pattern function as elements (capacitance reducing elements) that reduce the parasitic capacitance of the electrode pair 22.

追加インダクタ４１は加熱部１２全体のインピーダンス（入力インピーダンスＺ２）が増加するように作用する素子（インピーダンス増加素子）である。追加インダクタ４１の具体的構造は特に限定されるべきものではないが、具体的構造として、例えば空心ソレノイド型、コアを有するソレノイド型、トロイダル型等が挙げられる。 The additional inductor 41 is an element (impedance increasing element) that acts so as to increase the impedance of the entire heating unit 12 (input impedance Z2). The specific structure of the additional inductor 41 is not particularly limited, but examples thereof include an air-core solenoid type, a solenoid type having a core, and a toroidal type.

整合部１３は筐体３１（第２の筐体）、方向性結合器３２、可変容量３３、内部インダクタ３４、及びマイクロコントローラ３５を含む。方向性結合器３２、可変容量３３、及び内部インダクタ３４は磁気遮蔽性を有する筐体３１内に配置されている。方向性結合器３２は電源１１及び可変容量３３と接続し、進行波及び反射波を出力する。可変容量３３は方向性結合器３２及び内部インダクタ３４と接続し、マイクロコントローラ３５からの制御信号に応じて容量を変化させる。内部インダクタ３４は可変容量３３及び給電配線２３と接続している。マイクロコントローラ３５はマイクロコンピュータ等を含んで構成され、方向性結合器３２からの進行波及び反射波に基づいて可変容量３４を変化させる制御信号を生成し出力する。マイクロコントローラ３５は、例えば反射波が０になるように可変容量３３の容量を変化させる。 The matching unit 13 includes a housing 31 (second housing), a directional coupler 32, a variable capacitance 33, an internal inductor 34, and a microcontroller 35. The directional coupler 32, the variable capacitor 33, and the internal inductor 34 are arranged in the housing 31 having magnetic shielding properties. The directional coupler 32 is connected to the power source 11 and the variable capacitor 33, and outputs a traveling wave and a reflected wave. The variable capacitance 33 is connected to the directional coupler 32 and the internal inductor 34, and changes the capacitance according to a control signal from the microcontroller 35. The internal inductor 34 is connected to the variable capacitor 33 and the power supply wiring 23. The microcontroller 35 includes a microcomputer and the like, and generates and outputs a control signal for changing the variable capacitor 34 based on the traveling wave and the reflected wave from the directional coupler 32. The microcontroller 35 changes the capacitance of the variable capacitance 33 so that the reflected wave becomes 0, for example.

図７は、第１の実施の形態に係る加熱装置１の等価回路を例示する図である。容量Ｃ０，Ｃ１は可変容量３３が有する２種類の容量を示している。インダクタンスＬ０は内部インダクタ３４のインダクタンスを示している。抵抗Ｒ１は給電配線２３の抵抗を示している。容量Ｃ２は給電配線２３のＧＮＤに対する寄生容量を示している。インダクタンスＬＡは追加インダクタ４１のインダクタンスを示している。インダクタンスＬ１は電極対２２自体が有しているインダクタンスを示している。抵抗Ｒ２は電極対２２の抵抗を示している。容量Ｃ３は電極対２２の寄生容量を示している。本実施の形態のように千鳥状に配置された陽電極２２Ａ及び陰電極２２Ｂからなる電極対２２の寄生容量Ｃ３は、陽電極及び陰電極を直線状に配置した場合における電極対の寄生容量より小さくなる。抵抗Ｒ３及び容量Ｃ４は被加熱物２０の抵抗及び容量を示している。主に誘電体である被加熱物２０は抵抗Ｒ３及び容量Ｃ４の直列成分として表現される。インピーダンスＺ１は電源１１側の出力インピーダンスを示している。インピーダンスＺ２は負荷側の入力インピーダンスを示している。 FIG. 7: is a figure which illustrates the equivalent circuit of the heating device 1 which concerns on 1st Embodiment. Capacitances C0 and C1 indicate two kinds of capacitances that the variable capacitance 33 has. The inductance L0 represents the inductance of the internal inductor 34. The resistance R1 indicates the resistance of the power supply wiring 23. The capacitance C2 represents the parasitic capacitance of the power supply line 23 with respect to GND. The inductance LA represents the inductance of the additional inductor 41. The inductance L1 represents the inductance of the electrode pair 22 itself. The resistance R2 indicates the resistance of the electrode pair 22. The capacitance C3 represents the parasitic capacitance of the electrode pair 22. The parasitic capacitance C3 of the electrode pair 22 composed of the positive electrode 22A and the negative electrode 22B arranged in a staggered manner as in the present embodiment is more than the parasitic capacitance of the electrode pair when the positive electrode and the negative electrode are linearly arranged. Get smaller. The resistance R3 and the capacity C4 indicate the resistance and the capacity of the object to be heated 20. The object to be heated 20, which is mainly a dielectric, is expressed as a series component of the resistance R3 and the capacitance C4. Impedance Z1 represents the output impedance on the power supply 11 side. Impedance Z2 indicates the input impedance on the load side.

電流Ｉ１は容量Ｃ２を流れる電流を示している。電流Ｉ２は抵抗Ｒ１を流れる電流を示している。電流Ｉ３はインダクタンスＬ１を流れる電流を示している。電流Ｉ４は容量Ｃ３を流れる電流を示している。電流Ｉ５は容量Ｃ４を流れる電流を示している。電流Ｉ５は電極対２２が発生させる交流電界Ｍにより被加熱物２０に印加される印加電流である。 The current I1 indicates the current flowing through the capacitor C2. The current I2 indicates the current flowing through the resistor R1. The current I3 indicates the current flowing through the inductance L1. The current I4 indicates the current flowing through the capacitor C3. The current I5 indicates the current flowing through the capacitor C4. The current I5 is an applied current applied to the object to be heated 20 by the AC electric field M generated by the electrode pair 22.

電源１１と可変容量Ｃ０，Ｃ１との間に方向性結合器３２が接続されている。方向性結合器３２は４つのポート（電力入力、電力出力、反射波出力、及び進行波出力）を有している。マイクロコントローラ３５は反射波及び進行波に基づいて可変容量Ｃ０，Ｃ１を制御する。マイクロコントローラ３５は、例えば反射波に相当する電圧ができるだけ小さくなるように可変容量Ｃ０，Ｃ１を切り換える。 A directional coupler 32 is connected between the power source 11 and the variable capacitors C0 and C1. The directional coupler 32 has four ports (power input, power output, reflected wave output, and traveling wave output). The microcontroller 35 controls the variable capacitors C0 and C1 based on the reflected wave and the traveling wave. The microcontroller 35 switches the variable capacitors C0 and C1 so that, for example, the voltage corresponding to the reflected wave becomes as small as possible.

図８は、第１の実施の形態に係る入力インピーダンスＺ２の周波数特性を例示する図である。同図においてグラフの横軸は電極対２２に印加される電圧（電力）の周波数を示している。同図において周波数ｆｓにおいて入力インピーダンスＺ２が最小となり、周波数ｆｐにおいて入力インピーダンスＺ２が最大となることが示されている。周波数ｆｓではインダクタンスＬ１及び容量Ｃ３，Ｃ４の間で共振電流が循環している直列共振が生じている。周波数ｆｐではインダクタンスＬ１及び容量Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の間で共振電流が循環している並列共振が生じている。 FIG. 8 is a diagram illustrating frequency characteristics of the input impedance Z2 according to the first embodiment. In the figure, the horizontal axis of the graph shows the frequency of the voltage (power) applied to the electrode pair 22. In the same figure, it is shown that the input impedance Z2 becomes minimum at the frequency fs and the input impedance Z2 becomes maximum at the frequency fp. At the frequency fs, series resonance occurs in which a resonance current circulates between the inductance L1 and the capacitors C3 and C4. At the frequency fp, parallel resonance occurs in which the resonance current circulates between the inductance L1 and the capacitors C2, C3 and C4.

電流Ｉ２を小さくするためには入力インピーダンスＺ２を大きくすればよい。従って、電源１１から出力される電圧（電力）の周波数（電源動作周波数）と周波数ｆｐとができるだけ近い値となるように電極対２２の構造、すなわちインダクタンスＬＡ，Ｌ１及び容量Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を設計すればよい。電源動作周波数が入力インピーダンスＺ２の周波数ｆｓと周波数ｆｐとの間に存在するとき、インダクタンスＬＡの値を増加させると周波数ｆｐは低周波数側に移動する。このような特性に基づいてインダクタンスＬＡを調整（追加インダクタ４１を設計）することにより、並列共振が生じる周波数ｆｐを電源動作周波数に近づけることができる。 In order to reduce the current I2, the input impedance Z2 may be increased. Therefore, the structure of the electrode pair 22, that is, the inductances LA, L1 and the capacitors C2, C3, C4 are set so that the frequency (power supply operating frequency) of the voltage (power) output from the power source 11 and the frequency fp are as close to each other as possible. Just design. When the power supply operating frequency is between the frequency fs and the frequency fp of the input impedance Z2, increasing the value of the inductance LA moves the frequency fp to the lower frequency side. By adjusting the inductance LA (designing the additional inductor 41) based on such characteristics, the frequency fp at which parallel resonance occurs can be brought close to the power supply operating frequency.

上記のように適切なインダクタンスＬＡを有する追加インダクタ４１を加熱部１２（給電配線２３と電極対２２との間）に追加することにより入力インピーダンスＺ２を増加させることができる。これにより、給電配線２３を流れる電流Ｉ２を減少させ、電流Ｉ３を増加させることができる。これにより、電流Ｉ５を追加インダクタ４１が設けられていない場合（比較例に係る加熱装置５０１）より増加させることができ、安全且つ効率的に加熱効率を向上させることができる。 As described above, the input impedance Z2 can be increased by adding the additional inductor 41 having the appropriate inductance LA to the heating unit 12 (between the power supply wiring 23 and the electrode pair 22). As a result, the current I2 flowing through the power supply wiring 23 can be reduced and the current I3 can be increased. Thereby, the current I5 can be increased more than when the additional inductor 41 is not provided (the heating device 501 according to the comparative example), and the heating efficiency can be improved safely and efficiently.

また、上記のように千鳥状に配置された陽電極２２Ａ及び陰電極２２Ｂを用いることにより電極対２２の寄生容量Ｃ３は比較的小さくなる。これにより、電流Ｉ３を減少させることなく電極対２２を流れる電流Ｉ４を減少させることができる。これにより、電流Ｉ５を、陽電極及び陰電極を直線状に配置した場合より増加させることができ、安全且つ効率的に加熱効率を向上させることができる。 Further, the parasitic capacitance C3 of the electrode pair 22 becomes relatively small by using the positive electrodes 22A and the negative electrodes 22B arranged in a zigzag manner as described above. Thereby, the current I4 flowing through the electrode pair 22 can be reduced without reducing the current I3. As a result, the current I5 can be increased as compared with the case where the positive electrode and the negative electrode are linearly arranged, and the heating efficiency can be safely and efficiently improved.

（第２の実施の形態）
図９は、第２の実施の形態に係る加熱装置１０１のハードウェア構成を例示する図である。図１０は、第２の実施の形態に係る加熱装置１０１の等価回路を例示する図である。本実施の形態に係る加熱装置１０１の加熱部１１２は第１の実施の形態に係る加熱装置１の加熱部１２の追加インダクタ４１をトランス４２に置き換えたものである。本実施の形態に係るトランス４２は電流増加素子２６の一例であり、第１の実施の形態に係る追加インダクタ４１と同様に入力インピーダンスＺ２を大きくするように、すなわち給電配線２３（抵抗Ｒ１）に流れる電流Ｉ２を小さくするように作用する素子（インピーダンス増加素子）である。 (Second embodiment)
FIG. 9: is a figure which illustrates the hardware constitutions of the heating apparatus 101 which concerns on 2nd Embodiment. FIG. 10 is a diagram illustrating an equivalent circuit of the heating device 101 according to the second embodiment. The heating unit 112 of the heating device 101 according to the present embodiment is obtained by replacing the additional inductor 41 of the heating unit 12 of the heating device 1 according to the first embodiment with a transformer 42. The transformer 42 according to the present embodiment is an example of the current increasing element 26, and the input impedance Z2 is increased as in the case of the additional inductor 41 according to the first embodiment, that is, the power supply wiring 23 (resistor R1). It is an element (impedance increasing element) that acts to reduce the flowing current I2.

トランス４２は給電配線２３と電極対２２との間に配置されている。トランス４２の巻数比をＮ１：Ｎ２（１次側：２次側）とし、１次側の電圧をＶ１、１次側の電流をＩ２、２次側の電圧をＶ２、２次側の電流をＩ２０とするとき、電圧Ｖ１，Ｖ２及び電流Ｉ２，Ｉ２０の間には下記式（５）及び式（６）の関係が成り立つ。 The transformer 42 is arranged between the power supply wiring 23 and the electrode pair 22. The turns ratio of the transformer 42 is N1:N2 (primary side:secondary side), the primary side voltage is V1, the primary side current is I2, the secondary side voltage is V2, and the secondary side current is When I20, the relationships of the following formulas (5) and (6) are established between the voltages V1 and V2 and the currents I2 and I20.

（Ｎ１／Ｎ２）・Ｖ２＝Ｖ１ …（５）
（Ｎ２／Ｎ１）・Ｉ２０＝Ｉ２ …（６） (N1/N2)·V2=V1 (5)
(N2/N1)·I20=I2 (6)

ここで、電極対２２の等価回路常数と被加熱物２０の等価回路常数とが同じであれば、電極対２２及び被加熱物２０で消費される電力はトランス４２の巻数比によらず同じになるため、電流Ｉ２０の値は巻数比によらず一定となる。よって、式（６）からＮ１＞Ｎ２であれば、Ｉ２０＞Ｉ２となり、給電配線２３（抵抗Ｒ１）に流れる電流Ｉ２は小さくなる。すなわち、Ｎ１＞Ｎ２であれば、トランス４２の１次側から見たときの入力インピーダンスＺ２が（Ｎ１／Ｎ２）^２倍に大きく見えるため、抵抗Ｒ１に流れる電流Ｉ２は絞られることになる。 Here, if the equivalent circuit constant of the electrode pair 22 and the equivalent circuit constant of the heated object 20 are the same, the power consumed by the electrode pair 22 and the heated object 20 is the same regardless of the winding ratio of the transformer 42. Therefore, the value of the current I20 is constant regardless of the winding ratio. Therefore, from the equation (6), if N1>N2, then I20>I2, and the current I2 flowing through the power supply wiring 23 (resistor R1) becomes small. That is, if N1>N2, the input impedance Z2 when viewed from the primary side of the transformer 42 appears to be as large as (N1/N2) ² times, so that the current I2 flowing through the resistor R1 is narrowed.

上記本実施の形態によっても、第１の実施の形態と同様に電流Ｉ５を増加させることができ、安全且つ効率的に加熱効率を向上させることができる。 According to the present embodiment described above, the current I5 can be increased similarly to the first embodiment, and the heating efficiency can be safely and efficiently improved.

なお、上記第１の実施の形態及び第２の実施の形態において、電流Ｉ２を小さくするように作用する電流増加素子２６として追加インダクタ４１及びトランス４２を例示し、電流Ｉ４を小さくするように作用する電流増加素子２６として千鳥状に配置された陽電極２２Ａ及び陰電極２２Ｂを例示した。しかし、電流Ｉ２を小さくするように作用する電流増加素子２６及び電流Ｉ４を小さくするように作用する電流増加素子２６の具体的構成は上記に限られるものではなく、周知又は新規な構成を適宜利用して構築され得るものである。 In the first embodiment and the second embodiment, the additional inductor 41 and the transformer 42 are illustrated as the current increasing element 26 that acts to reduce the current I2, and the current I4 acts to reduce the current I4. The positive electrode 22A and the negative electrode 22B arranged in a staggered manner are illustrated as the current increasing elements 26. However, the specific configurations of the current increasing element 26 that acts to reduce the current I2 and the current increasing element 26 that acts to reduce the current I4 are not limited to the above, and well-known or novel configurations may be appropriately used. Can be built by.

（第３の実施の形態）
図１１は、第３の実施の形態に係る加熱装置２０１のハードウェア構成を例示する図である。図１２は、第３の実施の形態に係る加熱装置２０１の等価回路を例示する図である。本実施の形態に係る加熱装置２０１の加熱部２１２は第１の実施の形態に係る加熱装置１の加熱部１２に追加コンデンサ４３を追加したものである。本実施の形態に係る追加コンデンサ４３は電流増加素子２６の一例であり、給電配線２３のＧＮＤに対する寄生容量を大きくするように作用する素子（容量増加素子）であり、容量Ｃ２を流れる電流Ｉ１を大きくするように作用する。 (Third Embodiment)
FIG. 11: is a figure which illustrates the hardware constitutions of the heating apparatus 201 which concerns on 3rd Embodiment. FIG. 12 is a diagram illustrating an equivalent circuit of the heating device 201 according to the third embodiment. The heating unit 212 of the heating device 201 according to the present embodiment is obtained by adding the additional condenser 43 to the heating unit 12 of the heating device 1 according to the first embodiment. The additional capacitor 43 according to the present embodiment is an example of the current increasing element 26, is an element (capacity increasing element) that acts to increase the parasitic capacitance of the power supply wiring 23 with respect to GND, and increases the current I1 flowing through the capacitor C2. It acts to make it larger.

追加コンデンサ４３の一端部は給電配線２３と追加インダクタ４１（追加インダクタ４１を設けない場合には電極対２２）との接続部分に接続されている。図１２に示すように、追加コンデンサ４３の容量Ｃ５は給電配線２３の容量Ｃ２と平行になるように配置される。これにより、容量Ｃ２を流れる電流Ｉ１を大きくすることができる。 One end of the additional capacitor 43 is connected to the connection portion between the power supply wiring 23 and the additional inductor 41 (the electrode pair 22 when the additional inductor 41 is not provided). As shown in FIG. 12, the capacitance C5 of the additional capacitor 43 is arranged so as to be parallel to the capacitance C2 of the power supply wiring 23. Thereby, the current I1 flowing through the capacitor C2 can be increased.

上記本実施の形態によれば、第１の実施の形態の場合よりも更に電流Ｉ５を増加させることができ、加熱効率を向上させることができる。 According to the present embodiment described above, the current I5 can be further increased as compared with the case of the first embodiment, and the heating efficiency can be improved.

なお、上記第３の実施の形態において、電流Ｉ１を大きくするように作用する電流増加素子２６として追加コンデンサ４３を例示したが、電流Ｉ１を大きくするように作用する電流増加素子２６の具体的構成は上記に限られるものではなく、周知又は新規な構成を適宜利用して構築され得るものである。 Although the additional capacitor 43 is illustrated as the current increasing element 26 that acts to increase the current I1 in the third embodiment, the specific configuration of the current increasing element 26 that acts to increase the current I1. Is not limited to the above, and can be constructed by appropriately using a known or novel configuration.

上記実施の形態に係る加熱装置１，１０１，２０１及びその変形は各種の装置及びシステムにおいて利用され、各種の物質を被加熱物２０とすることができるものである。例えば、上記加熱装置１，１０１，２０１をインクジェットプリンタ等の画像形成装置に搭載し、記録用紙上に付着したインク、コーティング剤等の液体を加熱して乾燥させる乾燥装置として用いることができる。また、被加熱物２０はシート状であることに限られるものではなく、例えば立体造形物を被加熱物２０とする３Ｄプリンタ等に上記加熱装置を適用することも可能である。 The heating devices 1, 101, 201 and the modifications thereof according to the above-described embodiments are used in various devices and systems, and various substances can be the objects to be heated 20. For example, the heating devices 1, 101, 201 may be mounted on an image forming apparatus such as an inkjet printer, and used as a drying device that heats and dries liquids such as ink and coating agent adhered on recording paper. The object to be heated 20 is not limited to the sheet shape, and the heating device can be applied to, for example, a 3D printer having a three-dimensional object as the object to be heated 20.

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記実施の形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図するものではない。この新規な実施の形態はその他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更、及び組み合わせを行うことができる。この実施の形態及びその変形は発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the above embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. The novel embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, changes, and combinations can be made without departing from the spirit of the invention. This embodiment and its modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and its equivalent scope.

１，１０１，２０１，５０１加熱装置
１１電源
１２，１１２，２１２，５１２加熱部
１３整合部
２０被加熱物
２１（第１の）筐体
２２電極対
２３給電配線
２４接地配線
２２Ａ陽電極
２２Ｂ陰電極
２６電流増加素子
３１（第２の）筐体
３２方向性結合器
３３可変容量
３４内部インダクタ
３５マイクロコントローラ
４１追加インダクタ
４２トランス
４３追加コンデンサ
Ｍ交流電界 1, 101, 201, 501 Heating device 11 Power source 12, 112, 212, 512 Heating part 13 Matching part 20 Heated object 21 (First) case 22 Electrode pair 23 Power supply wiring 24 Ground wiring 22A Positive electrode 22B Negative electrode 26 Current Increasing Element 31 (Second) Housing 32 Directional Coupler 33 Variable Capacitance 34 Internal Inductor 35 Microcontroller 41 Additional Inductor 42 Transformer 43 Additional Capacitor M AC Electric Field

特許第４１７７９６３号公報Japanese Patent No. 4177963

Claims

A power supply that generates an alternating voltage,
A heating unit for heating the object to be heated by irradiating the object to be heated with an AC electric field generated from the electrode pair to which the AC voltage is applied,
A matching unit, which is connected to the electrode pair via a transmission line, and matches the output impedance of the power supply side and the input impedance of the heating unit side,
Equipped with
The heating unit is viewed including the current increase device increases the current applied to the object to be heated by the AC electric field,
The current increasing element is an inductor connected to the transmission line,
The operating frequency of the power supply when the inductor is connected to the operating frequency of the power supply when the inductor is not connected has a value close to the parallel resonance frequency generated between the electrode pair and the transmission path.
Heating device.

The current increasing element is a transformer connected to the transmission line,
The heating device according to claim 1 .

The current increasing element includes a capacitance reducing element that reduces a parasitic capacitance of the electrode pair,
Heating apparatus according to claim 1 or 2.

The capacitance reducing element constitutes the electrode pair, and includes positive electrodes and negative electrodes arranged in a staggered pattern,
The object to be heated passes between a pair of the positive electrode and the negative electrode,
The heating device according to claim 3 .

The current increasing element includes a capacitance increasing element that increases a parasitic capacitance of the transmission path with respect to GND.
Heating apparatus according to any one of claims 1-4.

The heating unit includes a first housing that houses the electrode pair and the transmission path and has a magnetic shielding property.
Heating apparatus according to any one of claims 1-5.

The current increasing element is disposed in the first housing,
The heating device according to claim 6 .

The matching unit includes a variable capacitor, an internal inductor connected between the variable capacitor and the transmission line, a directional coupling connected between the power source and the variable capacitor, and outputs a traveling wave and a reflected wave. And a control element that changes the variable capacitance based on the traveling wave and the reflected wave, a second casing that houses at least the variable capacitance, the internal inductor, and the directional coupler and has a magnetic shielding property. Including the body and
Heating apparatus according to any one of claims 1-7.

The heating device according to any one of claims 1-8, heating the liquid deposited on the medium,
Image forming apparatus.