(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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１０】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱効率を高めたマイクロ波加熱装置に関する。また、本発明は、このような加熱効率を高めたマイクロ波加熱装置を現像剤（トナー）定着に利用した画像定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像定着装置においては、トナー材料を用紙（被印刷物）に定着させることで画像を用紙上に定着させる。従来の画像定着装置では、定着用ローラによって用紙に対して熱又は圧力を加えることで、用紙上にトナーの定着を行っている。
【０００３】
しかし、かかる従来構成においては、経年による定着用ローラの摩耗という問題があり、かかる問題を解消するための一つの方法として、マイクロ波を用いた非接触によるトナー定着方法の開発が近年行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図１６Ａ及び図１６Ｂは、特許文献１に開示されたマイクロ波装置の構成を示す概念図である。
【０００５】
図１６Ａに示すように、マイクロ波装置１００は、マイクロ波を発生させるマグネトロン１１０，マグネトロン１１０から発生されたマイクロ波を共振器チャンバ１０３に入力結合する入力結合変換器１１３，貯水庫１１１及びサーキュレータ１１２を設けている。入力結合変換器１１３と共振器チャンバ１０３の間には絞りを備えた結合開口１１４が位置している。共振器チャンバ１０３の側面１０９には、用紙１０１を通過案内するための通過部１０７を有している。共振器チャンバ１０３の下流側には金属からなる終端スライダ１１５が位置しており、終端スライダ１１５は共振器チャンバ１０３に対して水平な方向で可動であり、共振器チャンバ１０３内に達している。
【０００６】
図１６Ｂは、共振器チャンバ１０３部分の概略斜視図である。マグネトロン１１０より発生されたマイクロ波が、共振器チャンバ１０３内に導かれる。図１６Ｂには、概略的に正弦波の形で図示されている。
【０００７】
共振器チャンバ１０３には、互いに対向する両側面１０９及び１０９’に、夫々一つの通過部１０７，１０７’が設けられている。用紙１０１は、通過部１０７’を通過して共振器チャンバ１０３内に導かれ、対向する位置に設けられた通過部１０７を通して排出される。用紙１０１の移動方向が矢印にて図示されている。
【０００８】
通過部１０７，１０７’内には、移動可能なエレメント１０４が設けられている。エレメント１０４はテフロン（登録商標）という商品名で知られるポリテトラフルロエチレン（ＰＴＦＥ）からなるバーであって、共振器チャンバ１０３内に達している。
【０００９】
特許文献１においては、このエレメント１０４の位置を共振器チャンバ１０３内の長手方向に移動可能に構成されている。このエレメント１０４の位置を移動させて、共振器チャンバ１０３内の共振条件を調整することで、用紙１０１によるマイクロ波の吸収を高めることができる。
【００１０】
また、インクジェットプリンターにおいて、メディアに吐出されたインクを乾燥するのにマイクロ波を利用した技術が特許文献２に開示されている。
【００１１】
特許文献２では、中央部でＵ字状に屈曲した２段形状の導波管を用い、終端部において、供給されるマイクロ波の波長λの１／２の範囲内でスライド可能な反射終端部材を備える構成である。
【００１２】
通常、導波管内に形成される定在波はλ／２の周期で形成されるため、位置に応じて加熱ムラが生じる。しかし、特許文献２の構成によれば、反射終端部材を移動させることで、定在波のエネルギーのピーク位置をλ／２の範囲内で移動させることができる。これにより、導波管内の任意の位置におけるマイクロ波のエネルギーを平均化することができ、インクの乾燥ムラを抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００３−２９５６９２号公報
【特許文献２】特開２０１０−０８９３５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
特許文献１の技術では、入力結合変換器１１３と共振器チャンバ１０３との間に絞りを備えた結合開口１１４を設けることで、共振器チャンバ１０３内に定在波を形成させている。しかし、絞り部分の側面は斜度を有しているため、かかる側面でマイクロ波の反射が生じ、これによって伝送効率が低下していることが分かった。つまり、高いエネルギー量のマイクロ波をチャンバ内に導くためには、更に高いマイクロ波エネルギーをマグネトロンより発生させなければならず、消費エネルギーの面で問題を有していた。
【００１５】
紙をマイクロ波に晒すと紙の温度が上昇することはマイクロ波の分野においては公知である。しかし、例えばプリンタやコピー機のように、極めて短時間の間にトナーを紙の上に定着させる必要がある用途において、当該短時間の間にトナーを定着させ得るだけの温度上昇を可能にする手法は、現時点で確立されているとはいえない。例えば、マイクロ波を利用して加熱を行う電子機器の代表例として電子レンジが知られているが、電子レンジに紙を入れて１秒〜数秒程度マイクロ波を当てたとしても、かかる紙を１００℃以上温度上昇させることはできない。
【００１６】
特許文献１の技術においても、極めて短時間の間にトナーを定着させることは困難であり、また、当該技術を利用して定着時間を短縮させるためには、極めて高いマイクロ波エネルギーをマグネトロンより発生させなければならない。
【００１７】
また、特許文献２においては、Ｕ字に屈曲させた特殊な導波管が必要となる。そして、この屈曲部の形成に際しては、放出されるマイクロ波の出力が抑制されることのないようにする必要があるところ、精緻な製造過程が要求される。このため、大量生産には不向きであり、製造コストも大きくなることが想定される。
【００１８】
マイクロ波による定在波を用いて加熱を行う場合、上述したように定在波のエネルギーの腹（ピーク）の位置と、節（ボトム）の位置で加熱ムラが生じてしまう。本発明は、できるだけ簡易な構成によって、かかる加熱ムラの発生の抑制を可能にして加熱効率を高めたマイクロ波加熱装置を提供することを目的とする。また、本発明は、かかるマイクロ波加熱装置を現像剤定着に利用することで、加熱効率の高い非接触型の画像定着装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成すべく、本発明に係るマイクロ波加熱装置は、
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。
【００２０】
上記構成によれば、各空間内に形成される定在波の位相をマイクロ波の進入方向にずらすことができるため、各定在波の節の位置及び腹の位置を相互にずらすことができる。よって、例えば被加熱体が一の空間を通過する際において、当該空間内に存在する定在波の節の位置を通過することで十分な加熱が行えない場合であっても、他の空間を通過する際には、当該位置に定在波の節が形成されているということがない。つまり、全空間を通過した段階においては、被加熱体のあらゆる箇所において、高いエネルギー量を有する定在波が形成されている位置を通過していることとなる。
【００２１】
また、本構成では、移相器を挿入したことによる各空間内のインピーダンスの差異を減少させるように、インピーダンス調整器を挿入している。これにより、各空間内に進入するマイクロ波のエネルギー量に大きな差異が生じるということがない。
【００２２】
この結果、各空間内に形成される定在波につき、ほぼ同等のエネルギー量（電界強度）を有した状態で、位相のみをずらすことが可能となる。これにより、加熱効率を向上させることができる。また、加熱室を複数の空間に分割して、移相器及びインピーダンス調整器を各空間内に挿入するのみでよく、非常に簡易な構成によって加熱効率の向上が実現できる。
【００２３】
また、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、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）ずれるように、位相器の外形を決定するのが好ましい。
【００２４】
このとき、各空間内の定在波の節の位置を最も均一にずらすことができ、加熱ムラを最も解消することができる。
【００２５】
更に、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をいずれもλｇ’／２の整数倍とするのが好適である。
【００２６】
かかる構成としたとき、各空間には、移相器のマイクロ波発生部側の端面位置に定在波の節が形成される。なお、移相器を挿入しない空間においては、終端部に定在波の節が形成される。この方法により、定在波の節の位置を各空間毎に意図的にずらすことができる。
【００２７】
また、前記移相器と前記インピーダンス調整器を同一の材料で構成し、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を相互に一致させるのが好ましい。
【００２８】
このようにすることで、各空間のインピーダンスを容易に均一化することができる。
【００２９】
また、上記構成において、前記移相器及び前記インピーダンス調整器を高密度ポリエチレンで構成するのが好ましい。
【００３０】
かかる構成とすることで、加工性に優れ、また、比較的安価に入手できるため製造コストを抑制する効果が得られる。
【００３１】
また、上記の構成に加えて、
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。
【００３２】
より好ましくは、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る構成としてもよい。
【００３３】
かかる構成とすることで、電界変成器の下流側、すなわち被加熱体の通過領域において、上流側よりも電界強度を高める効果が得られる。これにより、短時間の間に加熱室内の温度を急激に上昇させる効果をより高めることが可能となる。
【００３４】
なお、前記電界変成器は、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するのが好適であり、更には高密度ポリエチレンで構成するのが好適である。
【００３５】
同一の材料で実現することで、簡易な態様で製造が可能となり、そのコストの低廉化も期待できる。
【００３６】
また、本発明に係る画像定着装置は、上記特徴を有した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。
【００３７】
かかる構成とすることで、短時間の間に現像剤を記録シートに定着させることが可能となり、機械的な定着機構を有しない画像定着装置が実現される。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、各空間内に形成される定在波につき、ほぼ同等のエネルギー量（電界強度）を有した状態で、位相のみをずらすことが可能となるため、簡易な構成によって加熱効率を著しく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１実施形態のマイクロ波加熱装置の概念的構成図である。
【図２】加熱室の構成を示す斜視図である。
【図３】加熱室の詳細な構成を示す模式平面図である。
【図４】加熱室内に形成される定在波の概念図である。
【図５】加熱室内の各空間内に形成される定在波の位相ずれを説明するための概念図である。
【図６Ａ】比較例１における概念的構成図である。
【図６Ｂ】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る。
【図６Ｃ】比較例１における定在波の電界分布状態につき、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。
【図７Ａ】比較例２における概念的構成図である。
【図７Ｂ】比較例２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る。
【図７Ｃ】比較例２における定在波の電界分布状態につき、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。
【図８Ａ】実施例１における概念的構成図である。
【図８Ｂ】実施例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る。
【図８Ｃ】実施例１における定在波の電界分布状態につき、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。
【図９】本発明の第２実施形態のマイクロ波加熱装置の概念的構成図である。
【図１０】電界変成器を設置したときの管内電界分布を示す概念図である。
【図１１Ａ】導波管内の終端部を短絡したときの管内の電界状態を説明するための概念図である。
【図１１Ｂ】導波管内の終端部に誘電率の異なる材料を満たしたときの管内の電界状態を説明するための概念図である。
【図１１Ｃ】導波管内に誘電率の異なる材料を満たしたときの、当該誘電体の上流、誘電体内、及び下流の各電界状態を説明するための概念図である。
【図１２Ａ】比較例３における概念的構成図である。
【図１２Ｂ】比較例３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る。
【図１２Ｃ】比較例３における定在波の電界分布状態につき、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。
【図１３Ａ】実施例２における概念的構成図である。
【図１３Ｂ】実施例２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る。
【図１３Ｃ】実施例２における定在波の電界分布状態につき、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。
【図１４】整合器の概念的構成図である。
【図１５Ａ】電界変成器を挿入していない場合の定在波の波形を示すグラフである。
【図１５Ｂ】0.06λｇ’の幅の電界変成器を挿入したことによる電界強度の変化を示すためのグラフである。
【図１５Ｃ】0.13λｇ’の幅の電界変成器を挿入したことによる電界強度の変化を示すためのグラフである。
【図１５Ｄ】0.25λｇ’の幅の電界変成器を挿入したことによる電界強度の変化を示すためのグラフである。
【図１５Ｅ】0.37λｇ’の幅の電界変成器を挿入したことによる電界強度の変化を示すためのグラフである。
【図１５Ｆ】0.44λｇ’の幅の電界変成器を挿入したことによる電界強度の変化を示すためのグラフである。
【図１５Ｇ】電界変成器の前後における電界強度の比と、電界変成器の幅の関係を示すグラフである。
【図１５Ｈ】電界変成器の前後における電界強度の比と、電界変成器の幅の関係を示す表である。
【図１６Ａ】従来のマイクロ波装置の構成を示す概念図である。
【図１６Ｂ】従来のマイクロ波装置が備える共振器チャンバ部分の概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
〔第１実施形態〕
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。
【００４１】
また、図１に示すように、加熱室５の最も下流側は、導体によって終端されている（５ａ）。なお、この終端５ａも加熱室５と同じ金属材料で構成されているものとして構わない。
【００４２】
マイクロ波発生部３から整合器７までの間、整合器７から加熱室５までの間は、いずれも導電性材料（金属等）の筒状の枠体で連結されており、発生したマイクロ波を閉じ込めることができる構成となっている。ただし、加熱室５には後述のスリット６（「開口部」に対応）が設けられている。
【００４３】
本実施形態では、図１６Ａ及び図１６Ｂで示した従来構成と同様に、加熱室５内に用紙（「被加熱体」に相当）を通過させるためのスリット６を備えており、用紙が図１の紙面上奥から手前に向かって矢印ｄ１の向きに通過することを想定している。すなわち、加熱室５は、奥側の側面にもスリット６に対向する位置に同様のスリットが設けられており、奥側の側面に設けられたスリットより加熱室５内に進入してきた用紙は、加熱室５内において加熱された後、手前側の側面に設けられたスリット６より加熱室５の外へと排出される構成である。なお、この用紙には面上にトナー粒子が付着しており、加熱室５内において加熱されることで、付着されたトナーが用紙に定着される。
【００４４】
図２は、加熱室５の構成を示す斜視図である。加熱室５は、スリット６、及びマイクロ波導入口８を所定の面上に設けた状態で、金属等の導体で周囲を覆われた筒形状を有している。すなわち、加熱室５は、マイクロ波発生部３から見て最も下流側に位置する、マイクロ波導入口８と対向する面において導体により短絡されている。加熱室５の構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、銀、金等の純度の高い非磁性金属（透磁率が真空の透磁率とほぼ等しい金属）、導電率が高い合金の他、前記の金属や合金を表皮深さの数倍の厚みを持たせた一層若しくは多層のメッキ又は箔又は表面処理（導電性塗料の塗装を含む）を施した金属、真鍮等の合金、又は樹脂が利用可能である。
【００４５】
加熱室５は、マイクロ波発生部３側の側面には、マイクロ波を内部に導くための開口部であるマイクロ波導入口８が設けられている。マイクロ波発生部３より出力されたマイクロ波は、矢印ｄ２の向きにマイクロ波導入口８より加熱室５内へと導かれる。マイクロ波導入口８は、用紙１０の進行方向ｄ１に垂直な向きの寸法をａ，ｄ１に平行な向きの寸法をｂとする、ほぼ長方形状を有している。
【００４６】
なお、本実施形態では、加熱室５内を伝搬するマイクロ波は、基本モード（Ｈ１０モード、又はＴＥ１０モード）であるものとする。
【００４７】
そして、本実施形態の構成として、図３以下を参照して詳細に説明するように、加熱室５はマイクロ波の進行方向ｄ２に沿って３列の空間に分けられている。本実施形態では３列の空間で構成しているが、本発明を実現するに際し、この空間数は３に限られるものではない。
【００４８】
スリット６は、加熱対象となる用紙１０を通過させるのに必要な最小限の寸法で構成されているのが好ましい。なぜなら、必要以上に開口されてしまうと、導入されたマイクロ波が当該スリット６を介して漏洩してしまい、加熱室５内でのマイクロ波のパワーが減少するおそれがあるためである。
【００４９】
図３は、本実施形態における加熱室５の詳細な構成を示す模式平面図である。なお、加熱室５は、金属等の導体で周囲を覆われた筒形状を有しているが、ここでは説明の便宜上、加熱室５の内部を一部透過させて図示している。
【００５０】
上述したように、加熱室５の側面にはスリット６が設けられており、用紙１０がこのスリット６を介して加熱室５の内部をｄ１方向に通過可能に構成されている。そして、マイクロ波発生部３より発生されたマイクロ波が、図面左側よりｄ２方向に加熱室５内に進入可能な構成である。
【００５１】
加熱室５には、マイクロ波の進入方向と同方向に、導電性材料で構成された仕切板２１，２２が設けられており（ここでは金属製とする）、これによって空間１１，１２，１３の３空間に隔てられている。ただし、この仕切板２１，２２は、用紙１０をｄ１方向に通過させることができる程度の隙間（又はスリット）を有しているものとする。そして、この隙間を除いては、なるべく加熱室５の内壁に接近させ、隣接する空間同士を連絡する通路が存在しないように構成されるのが好ましい。
【００５２】
更に、本実施形態においては、各空間に進入する定在波の位相を相互にずらすべく、移相器を挿入している。より具体的には、空間１１内に移相器３１を、空間１２内に移相器３２を挿入し、空間１３内には移相器を挿入していない。ここでは、位相器３１は、ｄ２方向に関し、移相器３２の２倍の長さを有する構成である。
【００５３】
移相器３１及び３２は、誘電率の高い材料で構成されており、それぞれは各空間内を前記の長さにわたって遮蔽するように挿入されている。ここでは、材料として高密度ポリエチレン（ＵＨＭＷ）を利用しているが、テフロン（登録商標）という名称で知られるポリテトラフルオロエチレン等の樹脂材料、石英、その他の高誘電率材料を利用することができる。また、できるだけ加熱されにくい材料で構成されるのが好ましい。加工容易性並びにコスト面の観点から、実用的には高密度ポリエチレンを用いるのが好適である。
【００５４】
更に、空間１２及び１３においては、終端部にインピーダンス調整器３３及び３４が挿入される。ここでは、インピーダンス調整器３３及び３４として、移相器３１及び３２と同じ材料を採用している。
【００５５】
インピーダンス調整器３３及び３４として、移相器３１及び３２と同じ材料を利用する場合、空間１２内に挿入するインピーダンス調整器３３については、同空間１２内に挿入する移相器３２とｄ２方向に関し同じ長さとする。また、空間１３内に挿入するインピーダンス調整器３４については、空間１１に挿入する移相器３１とｄ２方向に関し同じ長さとする。これにより、加熱室５の入口から終端部を見たときに、各空間１１，１２，１３のインピーダンスを簡単に等しくすることができる。
【００５６】
なお、以下では、ｄ２方向の長さのことを単に「幅」と称することがある。
【００５７】
図４は、図３の構成においてマイクロ波が進入してきたときに、各空間１１，１２，１３内に形成される定在波の状態を概念的に図示したものである。ただし、移相器３１の幅をλｇ’とし、移相器３２の幅をλｇ’／２としている。ここで、λｇ’とは、移相器３１及び３２と同じ誘電体内に形成される定在波の波長（以下において「誘電体内波長」という。）を指している。
【００５８】
なお、以下においては、ｄ２方向に関し、終端部５ａ側を「下流」、マイクロ波発生部３側を「上流」と称することがある。
【００５９】
図４に示すように、各空間１１，１２内には、終端部５ａの位置に下流側の端面（第１面）が来るように移相器３１及び３２が挿入されている。この条件で移相器を挿入したことで、空間１１においては、移相器３１の上流側の端面（第２面）の位置６１に定在波Ｗ１の節が現れる。同様に、空間１２においては、移相器３２の上流側の端面（第２面）の位置７１に定在波Ｗ２の節が現れる。なお、移相器が挿入されていない空間１３においては、終端部５ａが配置されている位置８１に定在波Ｗ３の節が現れる。なお、図４において、供給されるマイクロ波が各空間１１，１２，１３に分配される先端部を「分波部４１」として記載している。
【００６０】
これにより、空間１１，１２，１３それぞれに存在する定在波Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の位相を相互にずらすことが可能となり、各定在波Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の腹の位置を相互にｄ２方向にずらすことができる。よって、用紙１０がｄ１方向に加熱室５内を通過すると、空間１１，１２，１３のいずれかを通過する過程においては高エネルギー領域を通過することとなる。これによって、用紙１０への加熱ムラを抑制することが可能となる。
【００６１】
なお、空間１１，１２，１３内に形成される定在波Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の位相のずらし方としては、加熱室５内に形成される定在波の管内波長λｇの１／６ずつ位相をずらした場合に、最もエネルギー効率を高めることができる（図５参照）。つまり、下記数１を実現するように移相器３１，３２の材料及び幅を決定すればよい。
【００６２】
【数１】
0005536743.tif 000002
【００６３】
なお、数１において、λｇ／６という数値は、加熱室を３空間に分割したためであって、一般的にＮ分割する場合、最もエネルギー効率を高めるには管内波長λｇ／（２Ｎ）ずつ位相をずらせばよい。
【００６４】
このとき、空間１１内に形成される定在波Ｗ１の節（６１，６２，６３，６４，６５，６６）、空間１２内に形成される定在波Ｗ２の節（７１，７２，７３，７４，７５，７６）、及び空間１３内に形成される定在波Ｗ３の節（８１，８２，８３，８４，８５，８６）、はそれぞれ均等に位置をずらすことができる。これにより、例えば、空間１１内において節６２が形成される位置を紙１０が通過して、加熱が不十分であったとしても、引き続き空間１２，１３を通過したとき、かかる空間内では当該位置は定在波の節に該当しないため、十分な加熱が可能な状態となる。図５に示すように各定在波Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３につき、均等に位相をずらすことで、紙１０がｄ１方向に通過した際、ｄ２方向の位置に関する加熱ムラを解消することが可能となる。つまり、上記数１の条件に従って位相をずらすことで、加熱室５内に最も高効率のエネルギー状態を実現させることができる。
【００６５】
ただし、本発明の効果を実現するに際しては、この数１の条件を厳密に成立さなければならないというものではない。少なくとも、各空間１１，１２，１３において定在波の位相のずれを生じさせることで、位相ずれが存在しない場合と比較して加熱ムラを解消させる効果が得られる。この点については、実験結果に基づいて後述される。
【００６６】
次に、インピーダンス調整器３３及び３４について説明する。位相器３１及び３２は、前述したように、各空間１１，１２，１３内の定在波Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の位相を相互にずらす目的で挿入されたものである。これに対し、インピーダンス調整器３３，３４は、マイクロ波発生部３から発生したマイクロ波を、各空間１１，１２，１３に対して等しく（ほぼ等しく）分散して入力させるために、各空間内のインピーダンスを等しく（ほぼ等しく）する目的で挿入されている。
【００６７】
各空間１１，１２，１３に対してほぼ同等のエネルギー量を保持したマイクロ波を分散して入力させるためには、各空間内のインピーダンスをほぼ等しくすることが必要となる。この点につき、実験結果を参照しながら詳細に説明する。
【００６８】
（比較例１）
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。
【００６９】
なお、比較例１において、マイクロ波発生部３からのマイクロ波発生条件として、出力エネルギーを４００Wとし、出力周波数を2.45GHｚとした。また、加熱室５及び導波管についてはアルミニウム製のものを採用している。後述する比較例２〜３及び実施例１〜図２においても同様である。
【００７０】
更に、以下の比較例及び実施例においては、以下の装置を共通して利用した。
・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。
【００７１】
図６Ｂによれば、各空間１１，１２，１３内にはほぼ同等の等高線が形成されており、ほぼ同じパワーでマイクロ波が分散して入力されていることが理解できる。つまり、加熱室５内に金属製の仕切り板２１，２２を設けることで、進入するマイクロ波を各空間に対して分散させる効果が得られることが分かる。
【００７２】
一方、図６Ｃによれば、各空間内に形成される定在波Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の、ｄ２方向の位置における電界強度についても同等であることが分かる。つまり、各定在波Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の定在波の節の位置は全てほぼ同じであり、腹の位置も全てほぼ同じである。従って、加熱室５をこのような構成とした状況で加熱しても、節の位置と腹の位置とで電界強度が異なるため、加熱ムラが生じることが分かる。なお、今回の実験では、定在波Ｗ３の位置別の電界強度が定在波Ｗ１とほとんど同じ値となったため、グラフ上ではＷ３とＷ１が重なって表示されている。
【００７３】
（比較例２）
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。
【００７４】
図７Ａは、比較例２における概念的構成図であり、具体的には、空間１１内においては、終端部３ａから前方に向かって幅λｇ／３の金属板４５を、空間１２内においては、終端部３ａから前方に向かって幅λｇ／６の金属板４６を挿入している。空間１３内においては金属板を挿入せず、終端部３ａにおいてマイクロ波が終端するように構成した。
【００７５】
ｄ２方向にマイクロ波が進入したとき、終端部として導電性の短絡板を設ける構成としておくと、かかる終端部の位置において定在波の節が形成される。そこで、空間１１においては終端部５ａの位置から幅λｇ／３の金属板４５を挿入しておくことで、空間１１内に形成される定在波については、終端部５ａからλｇ／３前方の位置に節が来るように設計できる。同様に、空間１２においては終端部５ａの位置から幅λｇ／６の金属板４６を挿入しておくことで、空間１２内に形成される定在波については、終端部５ａからλｇ／６前方の位置に節が来るように設計できる。よって、このような構成とすることで、各空間内に形成される定在波の位相を相互にずらすことができれば、加熱ムラを解消することが可能となる。
【００７６】
図７Ａの構成で、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７Ｂ，図７Ｃに示す。図７Ｂは、比較例２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７Ｃは、比較例２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。
【００７７】
なお、図７Ｂ等に示す等高線図は、実際はカラー図面であり、スペクトル分布のような色合いで構成されている。すなわち、電界強度が低いほど紫や青色で表示されており、電界強度が高いほど、赤や橙色で表示されている。そして、本願明細書に添付したモノクロの図面においては、電界強度が高い赤色の線が「黒っぽく」表示されており、それ以外の色の線は「白っぽく」表示されている。つまり、白の線で囲まれた領域内に黒っぽい線が多く示されている箇所については、電界強度が非常に高いことを表している。
【００７８】
図７Ｂ及び図７Ｃによれば、空間１２については電界強度が高いものの、空間１１，１３については電界強度が低いことが分かる。図７Ｃによれば、確かに各空間内に形成される定在波Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３は、相互に位相がずれており、各定在波の節の位置をずらすことができている。しかし、定在波間において電界強度に差があるため、このような構成で加熱しても、位置に応じた加熱ムラが生じてしまう。例えば、ｄ２方向に関し、空間１２内において定在波Ｗ２の腹が形成されている位置の近傍と、空間１１内において定在波Ｗ１の腹が形成されている位置の近傍とでは、加熱程度に大きな差が生じてしまう。
【００７９】
つまり、比較例２に示すように、各空間内に形成される定在波の位相をずらすべく、単に終端位置をｄ２方向に変化させた場合には、各空間内に形成される定在波のエネルギー量に差異が生じてしまうことが分かる。比較例２の構成としても、加熱ムラを解消する効果はほとんど期待できない。
【００８０】
（実施例１）
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。
【００８１】
比較例２のように、各空間内に形成される定在波につき、電界強度に差異が生じるのは、加熱室入口から終端部５ａを見た時の、各空間のインピーダンスが異なることに起因する。つまり、終端部に金属板４５，４６を挿入した結果、各空間１１，１２，１３のインピーダンスに差異が生じてしまい、この結果として各空間内の定在波の電界強度に差異が生じたといえる。
【００８２】
そこで、本発明では、各空間内のインピーダンスをできるだけ等しくしながら、且つ、各空間内に形成される定在波が相互に位相差を有する状況を実現すべく、図３〜図５を参照して説明したような構成を採用した。この構成につき、「実施例１」として、実験結果を参照しながら説明する。
【００８３】
図８Ａは、実施例１の概念的構成図を示している。図３〜図５を参照して既に説明したように、実施例１においては、空間１１内においては、終端部５ａから上流側に向かって幅λｇ’の移相器３１を挿入している。また、空間１２内においては、終端部５ａから上流側に向かって幅λｇ’／２の移相器３２を挿入している。この移相器３１，３２は、導電率の高い材料の一つである高密度ポリエチレンで構成されている。
【００８４】
更に、実施例１では、空間１２内において、入口近傍から下流側に向かって幅λｇ’／２のインピーダンス調整器３３を挿入しており、空間１３内において、入口近傍から下流側に向かって幅λｇ’のインピーダンス調整器３４を挿入している。このインピーダンス調整器３３，３４は、移相器３１，３２と同一の材料で構成されている。つまり、移相器３２とインピーダンス調整器３３は、本実施例では完全に同一の部材で構成され、移相器３１とインピーダンス調整器３４は、本実施例では完全に同一の部材で構成される。
【００８５】
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８Ｂ，図８Ｃに示す。図８Ｂは、実施例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８Ｃは、実施例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。
【００８６】
図８Ｂ及び図８Ｃによれば、各空間共にほぼ同等の電界強度を示しており、且つ、定在波の節の位置をｄ２方向に相互にずらせていることが分かる。よって、このような構成の下で、紙１０をｄ１方向に通過させた場合、ｄ２方向にわたってほぼ均一に加熱することができる。
【００８７】
ところで、実施例１において、定在波の位相を相互にずらすために高誘電体で構成した移相器３１，３２を導入しているのは、位相を相互にずらす目的に加えてインピーダンス調整を簡易にする目的でもある。すなわち、比較例２（図７Ａ参照）で示したように、終端部に幅の異なる金属板を導入した場合においても、定在波の位相を相互に異ならせることは可能である。ただし、比較例２の場合には、各空間のインピーダンスに差異が生じた結果、定在波の電界強度に差異が生じ、加熱ムラを生み出す別の要因となった。従って、図７Ａの構成の下で各空間のインピーダンスをほぼ等しくすることができれば、実施例１と同等の効果が期待できる。この場合、金属板を導入した状態における各空間のインピーダンスを計算し、これらのインピーダンスをほぼ均衡させるべくインピーダンス調整器を導入するという方法を採用することができる。
【００８８】
しかし、実施例１のように、金属板に代えて高誘電体の移相器を採用することで、インピーダンス調整を非常に簡易に行うことができる。なぜなら、既に説明したように、移相器３１，３２と、インピーダンス調整器３３，３４とはそれぞれ同一の材料で構成することができ、更にこの場合、移相器３１とインピーダンス調整器３４、移相器３２とインピーダンス調整器３３は、同じ材料で同じ寸法の部材を採用することができるためである。つまり、実施例１であれば、幅λｇ’で、一の空間を密閉可能な高さと奥行（ｄ１方向の長さ）を有する高密度ポリエチレンを２個、幅λｇ’／２で、一の空間を密閉可能な高さと奥行（ｄ１方向の長さ）を有する高密度ポリエチレンを２個、それぞれ準備するのみで、加熱ムラを解消できる。
【００８９】
そして、図５を参照して上述したように、更に上記数１を満たすように加熱室５の材料や寸法、移相器３１，３２の材料を選択することで、加熱ムラを解消する効果を著しく高めることができる。
【００９０】
なお、図８Ａでは、加熱室５のほぼ入口近傍にインピーダンス調整器３３，３４を挿入したが、少なくとも被加熱体（例えば用紙１０）を通過させたときに、当該被加熱体の上流側端面よりも更に上流側にインピーダンス調整器３３，３４が挿入されていればよい。
【００９１】
〔第２実施形態〕
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。
【００９２】
電界変成器１５は、誘電率の高い材料で構成されており、本実施形態では高密度ポリエチレン（ＵＨＭＷ）を利用しているが、テフロン（登録商標）という名称で知られるポリテトラフルオロエチレン等の樹脂材料、石英、その他の高誘電率材料を利用することができる。また、できるだけ加熱されにくい材料で構成されるのが好ましい。加工容易性並びにコスト面の観点から、実用的には高密度ポリエチレンを用いるのが好適である。
【００９３】
つまり、電界変成器１５として高密度ポリエチレンを採用したとき、電界変成器１５、移相器３１，３２、及びインピーダンス調整器３３，３４は全て同一の材料で実現できることとなる。
【００９４】
電界変成器１５は、電界変成器１５と同じ誘電体内に形成される定在波の波長をλｇｚとしたときに、マイクロ波の進行方向ｄ２の向きの幅として、λｇｚ／４の奇数倍（λｇｚ／４，３λｇｚ／４，……）の長さを有する構成である。なお、この電界変成器１５の幅をλｇｚ／４の奇数倍とすることで、その挿入効果を最も高めることができるものであるが、後述する関係式を満たすように電界変成器１５の幅を設定することで、電界変成器１５の挿入効果を得ることができる。
【００９５】
なお、前述のように、電界変成器１５を移相器３１及び３２と同じ材料で構成した場合、電界変成器１５内の定在波の波長λｇｚは、移相器３１及び３２内の定在波の波長（誘電体内波長）λｇ’に一致する。以下では、符号の煩雑化を避けるべく、λｇｚ＝λｇ’として説明する。
【００９６】
なお、マイクロ波発生部３から発生するマイクロ波波長をλ、電界変成器１５の誘電率をε’、遮断波長をλｃ，誘電体内波長をλｇ’とすると、下記数２が成立する。この関係式により、誘電体内波長λｇ’を算出することができる。
【００９７】
【数２】
0005536743.tif 000003
【００９８】
図１０に示すように、本実施形態では、この電界変成器１５を固定的に設置する。より具体的には、加熱室５内（の各空間１１，１２，１３内）に形成される定在波の節となる位置２０に電界変成器１５を設置する。更に具体的には、電界変成器１５の終端部５ａ側（下流側）の面が節となる位置２０となるように設置する。
【００９９】
電界変成器１５は、空気よりも誘電率が高いため、当該電界変成器１５内を通過する定在波の波長が短くなる。これにより、電界変成器１５よりも下流側（終端部５ａ側）の定在波Ｗ’の電界を更に高めることができる。特に変圧器の幅Ｌを下記関係式の範囲内で設定した場合に定在波Ｗ’の電界を顕著に高める効果が得られる。なお、下記関係式においてＮは自然数である。
【０１００】
（関係式）
（４Ｎ−３）λｇ’／８  ＜  Ｌ  ＜  （４Ｎ−１）λｇ’／８
【０１０１】
これらの結果は、後述する別実施形態の実施例によって明らかとなる。
【０１０２】
第１実施形態及び本実施形態のように、加熱室５内にマイクロ波の定在波を生じさせる構成においては、終端部５ａからのマイクロ波発生部３に向かう方向の距離に応じて電界強度の強い部分（腹）と弱い部分（節）が生じてしまう。そこで、図１０に示すように、特に定在波の節の位置に電界変成器１５を設置することで、電界変成器１５より下流側の定在波Ｗ’の電界強度が高められ、トナーの定着性を向上させることが可能となる。
【０１０３】
つまり、電界変成器１５よりも下流側にスリット６を設け、この位置において用紙１０を通過させることで、パワーが増大された定在波Ｗ’に基づく加熱処理が施されるため、トナー定着時間を短縮化することができる。
【０１０４】
電界変成器１５の設置により、その下流側の電界を高める効果が得られる点については、以下の理論によっても裏付けられる。
【０１０５】
（理論説明）
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。
【０１０６】
【数３】
0005536743.tif 000004
【０１０７】
なお、数２において、Z01は特性インピーダンス、γ1は伝搬定数である。
【０１０８】
ここで、図１１Ｂに示すように、領域Iを大気とし、領域IIにインピーダンスZRとして終端部ｃで短絡された誘電体が満たされている状況を想定する。領域Iでの入射電界をEi1、反射電界をEr1、領域IIでの入射電界をEi2、反射電界をEr2とすると、上記数１及びz=0における境界条件より、以下の数４が成立する。
【０１０９】
【数４】
0005536743.tif 000005
【０１１０】
ここで、図１１Ｂにおいて終端部ｃ面は短絡されているため、以下の数５が成立する。なお、領域IIの先頭位置（マイクロ波発生部側）のＺ座標を0とし、領域IIのＺ軸方向の幅をｄとしている。
【０１１１】
【数５】
0005536743.tif 000006
【０１１２】
上記数５をEi2について解くと、数６が成立する。
【０１１３】
【数６】
0005536743.tif 000007
【０１１４】
上記数６において、損失を無視してその絶対値を取ると、数７が成立する。
【０１１５】
【数７】
0005536743.tif 000008
【０１１６】
数７において、β1gは領域I内における管内波長λ1gの複素成分（位相定数）、β2gは領域II内における管内波長λ2gの複素成分（位相定数）である。また、Kは定数である。
【０１１７】
数７により、β2gdがπ/2の奇数倍の場合、領域IIの電界強度は入射電界に等しく、β2gdがπ/2の偶数倍の場合、領域IIの電界強度は入射電界の1/Kになっている。よって、誘電率が異なる領域の境界面が電界の腹に当たる場合には、その両側での電界強度は等しくなり、節に当たる場合にはそれぞれの領域での位相定数βgの比に反比例することが分かる。
【０１１８】
よって、図１１Ｃのように、基準面ａの下流側にλ2g/4の厚みを有する誘電体で導波管を満たし（領域II）、更にその下流側（領域III）のλ1g/4の距離の位置に短絡面ｃを置くと、数８が成立する。なお、EI, EII, EIIIは、それぞれ領域I, II, IIIにおける電界強度を示す。
【０１１９】
【数８】
0005536743.tif 000009
【０１２０】
これに、|EI|=|EII|の条件を考慮すると、下記数９が成立する。
【０１２１】
【数９】
0005536743.tif 000010
【０１２２】
数９により、領域IIIの電界強度は領域Iの電界強度のK倍となることが分かる。つまり、λ2g/4の厚みを有する誘電体、すなわち電界変成器１５を挿入することで、その上流側の電界強度が増幅されて下流側に伝搬することが分かる。
【０１２３】
なお、領域Iを大気、領域IIを誘電率εrの誘電体とすると、定数Kは以下の数１０により規定される。
【０１２４】
【数１０】
0005536743.tif 000011
【０１２５】
（比較例３）
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。
【０１２６】
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１２Ｂ，図１２Ｃに示す。図１２Ｂは、比較例３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１２Ｃは、比較例３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。
【０１２７】
比較例１（図６Ｃ）と比較例３（図１２Ｃ）を比べると、電界変成器１５を導入することで、各空間内に形成される定在波の電界強度を大きく上昇させる効果が得られることが分かる。ただし、比較例３については、比較例１と同様、単に空間を３つに分けたに過ぎないため、各空間１１，１２，１３に形成される定在波Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３は、位相のずれが生じておらず、ｄ２方向における節の位置は各定在波ともにほぼ同じである。従って、この状態で加熱を行っても加熱ムラは生じてしまう。
【０１２８】
（実施例２）
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。
【０１２９】
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１３Ｂ，図１３Ｃに示す。図１３Ｂは、実施例２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１３Ｃは、実施例２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。
【０１３０】
図１３Ｂ及び図１３Ｃによれば、実施例１のときと同様、各空間共にほぼ同等の電界強度を示しており、且つ、定在波の節の位置をｄ２方向に相互にずらせていることが分かる。よって、このような構成の下で、紙１０をｄ１方向に通過させた場合、ｄ２方向にわたってほぼ均一に加熱することができる。
【０１３１】
そして、実施例１（図８Ｃ）と実施例２（図１３Ｃ）を比べると、やはり電界変成器１５を導入することで、各空間内に形成される定在波の電界強度を大きく上昇させる効果が得られていることが分かる。つまり、実施例２の構成とすることで、各空間１１，１２，１３内に形成される各定在波Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３相互の節のｄ２方向の位置をずらしながら、更に電界強度を上昇させることが可能となる。これにより、実施例１と比べて加熱効率を更に向上させることが可能となる。
【０１３２】
〔別実施形態〕
〈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。
【０１３３】
〈２〉整合器７としては、例えばＥ−Ｈ整合器を利用するのが好適である。図１４は、整合器７としてＥ−Ｈ整合器を用いた場合の概念的構成図である。この整合器７は、金属等の導体で周囲を覆われた筒形状の導波管に対し、用紙の進行方向ｄ１に平行な側面Ｐ１上に第１Ｔ分岐路１１を、ｄ１及びｄ２に垂直な側面Ｐ２上に第２Ｔ分岐路１２を夫々設けた構成となっている。整合器７の構成材料としては、例えば、アルミニウム、銅、銀、金等の純度の高い非磁性金属（透磁率が真空の透磁率とほぼ等しい金属）、導電率が高い合金の他、前記の金属や合金を表皮深さの数倍の厚みを持たせた一層若しくは多層のメッキ又は箔又は表面処理（導電性塗料の塗装を含む）を施した金属、真鍮等の合金、又は樹脂が利用可能である。
【０１３４】
マイクロ波発生部３と加熱室５の間にＥ−Ｈ整合器で構成された整合器７を設けることで、加熱室５内に形成される定在波のパワーを著しく大きくする効果が得られる。より詳細には、入射されたマイクロ波が加熱室５の終端５ａで反射された後、Ｅ−Ｈ整合器７において当該反射波が加熱室５側に再反射される。これらの反射が幾度となく繰り返されることで、加熱室５内に生じる定在波の電界を大きくすることが可能となる。
【０１３５】
〈３〉上記実施形態では、用紙へのトナー定着にマイクロ波を利用する実施形態を説明したが、短い時間の間に急激に加熱を行うことを要求される他の一般的な用途（例えば、セラミックスの仮焼や焼結、高温を必要とする化学反応の他、トナーを金属粉末として配線（導電）パターンを製作する用途）に利用することが可能である。
【０１３６】
〈４〉第２実施形態において、電界変成器１５の幅をλｇ’／４の奇数倍とするのが好ましいと記載したが、少なくとも上述した関係式を満たすように構成されていればよく、λｇ’／４の奇数倍に近ければ近いほど望ましい。なお、電界変成器１５の幅がλｇ’／４の偶数倍である場合には、インピーダンス変換が行われず、その後段（終端部５ａ）側の電界を高める効果が発揮されない。以下、この点につき、実施例を参照して説明する。
【０１３７】
なお、以下の説明では、シミュレーションの都合上、加熱室５が３空間に分かれていない場合につき、電界変成器１５の幅を変化させたときに電界変成器の前後でどの程度電界の強さが変化するかを比較したものを参照しながら説明するが、３空間に分けた場合においても同様の現象が生じる。
【０１３８】
図１５Ａ〜図１５Ｆは、加熱室５を１空間としたときにおいて、電界変成器１５の幅をそれぞれ変化させてマイクロ波発生部３から加熱室５にマイクロ波を進行させたときの加熱室５内の電界強度を示すグラフである。なお、本実施例では、短絡板の直前に同一幅の誘電体を挿入しているが、これは実験条件を揃えるために行ったものであり、本実施例が示す効果に影響を及ぼすものではない。また、グラフによっては定在波の谷の位置にける電界強度の大きさに多少のバラツキがあるが、これは計算誤差の範囲内である。
【０１３９】
また、図１５Ｇは、電界変成器１５の幅を変化させたときの、電界変成器１５の上流側と下流側における電界強度の大きさの比の変化を示すグラフであり、図１５Ｈはこれを表にしたものである。
【０１４０】
図１５Ａ、図１５Ｂ、図１５Ｃ、図１５Ｄ、図１５Ｅ及び図１５Ｆは、それぞれ、電界変成器１５の幅を、０、６ｍｍ、１３ｍｍ、２５ｍｍ、３７ｍｍ、４４ｍｍとしたときのグラフである。
【０１４１】
図１５Ａでは電界変成器１５を挿入していないため、当然に電界変成器１５の前後で電界強度が変化するということはない（電界強度＝4.2のままである）。
【０１４２】
電界変成器１５の幅を6mm（これは0.06λｇ’に相当する）とした図１５Ｂでは、電界変成器１５の上流側において電界強度＝4.2であったのが、下流側において電界強度＝5.3となっており、電界変成器１５の前後で電界強度は1.26倍となっている。
【０１４３】
電界変成器１５の幅を13mm（これは0.13λｇ’に相当する）図１５Ｃでは、電界変成器１５の上流側において電界強度＝3.8であったのが、下流側において電界強度＝6.8となっており、電界変成器１５の前後で電界強度は1.79倍となっている。
【０１４４】
電界変成器１５の幅を25mm（これは0.25λｇ’に相当する）図１５Ｄでは、電界変成器１５の上流側において電界強度＝3.4であったのが、下流側において電界強度＝6.2となっており、電界変成器１５の前後で電界強度は1.82倍となっている。
【０１４５】
電界変成器１５の幅を37mm（これは0.37λｇ’に相当する）図１５Ｅでは、電界変成器１５の上流側において電界強度＝3.5であったのが、下流側において電界強度＝6.0となっており、電界変成器１５の前後で電界強度は1.7倍となっている。
【０１４６】
電界変成器１５の幅を44mm（これは0.44λｇ’に相当する）図１５Ｆでは、電界変成器１５の上流側において電界強度＝4.2であったのが、下流側において電界強度＝4.5となっており、電界変成器１５の前後で電界強度は1.1倍となっている。
【０１４７】
なお、グラフ上には示していないが、電界変成器１５の幅を５０ｍｍ（これは0.50λｇ’に相当する）とした場合、電界変成器１５の上流側端点と下流側端点が共に定在波の谷の位置となるため、電界変成器１５の下流側と上流側で電界強度は変化しない。
【０１４８】
以上の結果によれば、電界変成器１５の幅Ｌを、上述した関係式、すなわち自然数Ｎを用いて  （４Ｎ−３）λｇ’／８  ＜  Ｌ  ＜  （４Ｎ−１）λｇ’／８  を満たすように設定することで、電界変成器１５の下流側の定在波の電界強度を大きくする効果が得られることが分かる。これにより、加熱室５内の電界強度が高められ、トナー定着に要する時間を大きく短縮する効果が得られる。
【０１４９】
上記の関係は、加熱室５を３空間に分けた場合においても、それぞれの空間内において成立するものであるため、同様の議論が可能である。この場合、繰り返しになるが、電界変成器１５が移相器３１及び３２と異なる材料で構成される場合は、上記関係式においてλｇ’をλｇｚ（電界変成器１５内における定在波の波長）に置き換えた関係式が採用される。
【０１５０】
〈５〉第２実施形態では、３空間に分かれている領域において、各空間１１，１２，１３内に電界変成器１５を夫々挿入する態様とした。しかし、例えば、加熱室５において、入口付近においては空間が分断されておらず、入口から所定距離Ｄだけ下流側に進んだところから仕切板２１，２２が設けられることで３空間が形成される構成が想定される。かかる構成においては、ｄ２方向に関して３空間に分断されない入口から距離Ｄまでの所定の領域に電界変成器１５を挿入するものとしても構わない。
【０１５１】
〈６〉上記実施形態では、移相器を挿入しない一の空間を設けることで、位相のずれを実現したが、全ての空間内に移相器を設けて位相のずれを実現しても構わない。また、同様に、インピーダンス調整器を挿入しない一の空間を設けることで、インピーダンスの調整を行ったが、全ての空間内にインピーダンス調整器を設けてインピーダンス調整を行っても構わない。
【符号の説明】
【０１５２】
１  ：  マイクロ波加熱装置
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
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
0005536743.tif 000023
【図８Ｂ】
0005536743.tif 000024
【図８Ｃ】
0005536743.tif 000025
【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
0005536743.tif 000028
【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
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【図１５Ｅ】
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【図１５Ｆ】
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【図１５Ｇ】
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【図１５Ｈ】
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【図１６Ａ】
0005536743.tif 000046
【図１６Ｂ】
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