(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、
一端から前記マイクロ波が導かれる導電性の加熱室と、
前記加熱室の他端を短絡する短絡板と、
前記マイクロ波発生部と前記加熱室の間に設けられた整合器と、
前記加熱室に設けられ、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と、
一対の部材を含んで構成され、当該一対の部材の間に前記被加熱体を挟んで前記開口部を前記非平行方向の向きに通過可能に構成された搬送部材と、を有し、
前記整合器と前記加熱室の間において、空気よりも誘電率の高い高誘電体で構成された電界変成器を、前記高誘電体内における定在波の波長をλｇ’、自然数をＮ（Ｎ＞０）としたときに、（４Ｎ−３）λｇ’／８より大きく、（４Ｎ−１）λｇ’／８未満の幅で、マイクロ波の定在波の節を含む位置に挿入したことを特徴とするマイクロ波加熱装置。
【請求項２】
前記電界変成器が、１／４λｇ’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１に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項３】
マイクロ波を出力するマイクロ波発生部と、
一端から前記マイクロ波が導かれる導電性の加熱室と、
前記加熱室の他端を短絡する短絡板と、
前記加熱室に設けられ、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と、
一対の部材を含んで構成され、当該一対の部材の間に前記被加熱体を挟んで前記開口部を前記非平行方向の向きに通過可能に構成された搬送部材と、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、
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ることを特徴とするマイクロ波加熱装置。
【請求項４】
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３に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項５】
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λｇ’、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）λｇ’／８より大きく、（４Ｎ−１）λｇ’／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４に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項６】
前記電界変成器が、１／４λｇ’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５に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項７】
前記搬送部材は、第１部材及び第２部材からなる一対の部材を含んで構成され、前記被加熱体の一方の面が前記第１部材に接触し、他方の面が前記第２部材に接触した状態で、前記第１部材及び前記第２部材の双方が同一の速度で移動することで、前記被加熱体が前記搬送部材に挟まれた状態で前記開口部を前記非平行方向の向きに通過することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項８】
前記搬送部材は、第１部材及び第２部材からなる一対の部材を含んで構成され、前記被加熱体の面のうちトナーが付着している側の面が前記第１部材に接触し、他方の面が前記第２部材に接触した状態で、前記第２部材は移動せずに前記第１部材が移動することで、前記被加熱体が前記搬送部材に挟まれた状態で前記開口部を前記非平行方向の向きに通過することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項９】
前記搬送部材は、前記被加熱体の加熱目標温度以上の耐熱性を有する低誘電損失材料で構成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項１０】
前記搬送部材は、ポリイミド樹脂からなることを特徴とする請求項９に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項１１】
前記搬送部材を循環移動させるための送りローラと、前記送りローラを回転駆動するための駆動部とを備えることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱装置。
【請求項１２】
前記搬送部材の前記第１部材及び前記第２部材をベルト状に構成し、前記第１部材を循環移動させる第１送りローラと、前記第２部材を循環させる第２送りローラを互いに対向して備え、
前記第１送りローラ及び前記第２送りローラのうち、一方のローラ周面をクラウン形状とし、他方のローラ周面を逆クラウン形状とした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１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に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２３Ａ及び図２３Ｂ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２３Ａ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２３Ｂ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２３Ｂ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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−２９５６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
本発明は、効率的にマイクロ波のエネルギーの伝送を可能にすることで、消費エネルギー量の低減と加熱効率の向上の両立を可能にし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】
【００１５】
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、一端から前記マイクロ波が導かれる導電性の加熱室と、前記加熱室の他端を短絡する短絡板と、前記マイクロ波発生部と前記加熱室の間に設けられた整合器と、前記加熱室に設けられ、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と、一対の部材を含んで構成され、当該一対の部材の間に前記被加熱体を挟んで前記開口部を前記非平行方向の向きに通過可能に構成された搬送部材と、を有し、前記整合器と前記加熱室の間において、空気よりも誘電率の高い高誘電体で構成された電界変成器を、前記高誘電体内における定在波の波長をλｇ’、自然数をＮ（Ｎ＞０）としたときに、（４Ｎ−３）λｇ’／８より大きく、（４Ｎ−１）λｇ’／８未満の幅で、マイクロ波の定在波の節を含む位置に挿入したことを第１の特徴とする。
【００１６】
より好ましくは、前記電界変成器が、１／４λｇ’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。
【００１７】
かかる構成とすることで、電界変成器の下流側、すなわち加熱室側において、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。
【００１８】
また、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、一端から前記マイクロ波が導かれる導電性の加熱室と、前記加熱室の他端を短絡する短絡板と、前記加熱室に設けられ、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と、一対の部材を含んで構成され、当該一対の部材の間に前記被加熱体を挟んで前記開口部を前記非平行方向の向きに通過可能に構成された搬送部材と、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、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ることを第２の特徴とする。
【００１９】
第２の特徴によれば、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、被加熱体の位置による加熱むらが緩和され、加熱効率を向上させる。
【００２０】
特に、第２の特徴を備えたマイクロ波加熱装置によれば、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。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、マイクロ波加熱装置の加熱効率を向上させる。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を実現する。
【００２１】
また、前記加熱室が、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構成において、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。
【００２２】
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、加熱むらを最も解消することができる。
【００２３】
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λｇ’、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）λｇ’／８より大きく、（４Ｎ−１）λｇ’／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。
【００２４】
より好ましくは、前記電界変成器が、１／４λｇ’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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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、そのコスト下げることができる。
【００２８】
上記第１又は第２の特徴を有するマイクロ波加熱装置によれば、いずれも被加熱体が搬送部材に挟まれた状態で加熱室内を通過する。このため、被加熱体に含まれる水分が水蒸気となって加熱室内に放散されて熱が奪われることによる加熱効率の低下を防ぐ。よって、マイクロ波照射による被加熱体への加熱効率が高められる。
【００２９】
また、上記の構成に加えて、前記搬送部材は、第１部材及び第２部材からなる一対の部材を含んで構成され、前記被加熱体の一方の面が前記第１部材に接触し、他方の面が前記第２部材に接触した状態で、前記第１部材及び前記第２部材の双方が同一の速度で移動することで、前記被加熱体が前記搬送部材に挟まれた状態で前記開口部を前記非平行方向の向きに通過する構成とするのが好適である。
【００３０】
また、上記の構成に加えて、前記搬送部材は、第１部材及び第２部材からなる一対の部材を含んで構成され、前記被加熱体の面のうちトナーが付着している側の面が前記第１部材に接触し、他方の面が前記第２部材に接触した状態で、前記第２部材は移動せずに前記第１部材が移動することで、前記被加熱体が前記搬送部材に挟まれた状態で前記開口部を前記非平行方向の向きに通過する構成とするのも好適である。
【００３１】
上記構成とすることで、被加熱体を搬送部材で挟みながら、加熱室内を安定して通過させることができる。特に、搬送部材のうちの一方の部材のみを移動させる構成とする場合においては、トナーが付着している側に接する方の搬送部材を移動させ、トナーが付着していない側に接する方の搬送部材を固定させるのが好ましい。このようにすることで、トナーが被加熱体面上でこすれて、所望しない位置にトナーが定着するという事態を回避することができる。
【００３２】
上記搬送部材は、前記被加熱体の加熱目標温度以上の耐熱性を有する低誘電損失材料で構成されるのが好ましい。この加熱目標温度としてはトナーの溶融温度とすることができ、例えば１５０℃とした場合、搬送部材を一例としてポリイミド樹脂で構成する。
【００３３】
また、上記構成に加えて、前記搬送部材を循環移動させるための送りローラと、前記送りローラを回転駆動するための駆動部とを備える構成とするのが好適である。
【００３４】
また、前記搬送部材の前記第１部材及び前記第２部材をベルト状に構成し、前記第１部材を循環移動させる第１送りローラと、前記第２部材を循環させる第２送りローラを互いに対向して備え、前記第１送りローラ及び前記第２送りローラのうち、一方のローラ周面をクラウン形状とし、他方のローラ周面を逆クラウン形状とするのが好適である。このように構成することで、第１部材及び第２部材の搬送方向に直交する方向へのずれを防止することができる。
【００３７】
また、本発明に係る画像定着装置は、上記いずれかの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。
【００３８】
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】
【００３９】
本発明によれば、搬送部材に挟まれた状態で被加熱体を加熱室内に通過させることができるため、被加熱体に含まれる水分が水蒸気となって加熱室内に放散されて熱が奪われることによる加熱効率の低下を防ぐことができる。よって、マイクロ波照射による被加熱体への加熱効率が高まる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１実施形態のマイクロ波加熱装置の模式的構成図である。
【図２】搬送部材及び加熱室の構成を示す模式的斜視図である。
【図３Ａ】搬送部材及び加熱室の構成を示す模式的平面図である。
【図３Ｂ】図３Ａの３Ｂ−３Ｂ線における断面図である。
【図４】加熱室をマイクロ波の進行方向から見たときの管内電界分布を示す概念図である。
【図５】整合器の模式的構成図である。
【図６】搬送部材の有無による加熱程度の相違を説明するための図である。
【図７Ａ】搬送部材及び加熱室の別実施形態の構成を示す模式的平面図である。
【図７Ｂ】搬送部材及び加熱室の別実施形態の構成を示す模式的平面図である。
【図７Ｃ】搬送部材及び加熱室の別実施形態の構成を示す模式的平面図である。
【図７Ｄ】搬送部材及び加熱室の別実施形態の構成を示す模式的平面図である。
【図７Ｅ】搬送部材及び加熱室の別実施形態の構成を示す模式的平面図である。
【図８】本発明の第２実施形態のマイクロ波加熱装置の模式的構成図である。
【図９】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１０Ａ】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１０Ｂ】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１０Ｃ】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１１】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１２Ａ】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１２Ｂ】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１２Ｃ】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１２Ｄ】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１２Ｅ】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１２Ｆ】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１２Ｇ】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１２Ｈ】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１３】第３実施形態のマイクロ波加熱装置が備える搬送部材及び加熱室の構成を示す模式的斜視図である。
【図１４】第３実施形態のマイクロ波加熱装置が備える搬送部材及び加熱室の構成を示す模式的平面図である。
【図１５】加熱室の詳細な構成を示す模式的平面図である。
【図１６】加熱室内に形成される定在波の概念図である。
【図１７】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１８Ａ】比較例３−１における概念的構成図である。
【図１８Ｂ】比較例３−１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１８Ｃ】比較例３−１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１９Ａ】比較例３−２における概念的構成図である。
【図１９Ｂ】比較例３−２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１９Ｃ】比較例３−２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２０Ａ】実施例３−１における概念的構成図である。
【図２０Ｂ】実施例３−１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２０Ｃ】実施例３−１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２１Ａ】比較例４−１における概念的構成図である。
【図２１Ｂ】比較例４−１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２１Ｃ】比較例４−１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２２Ａ】実施例４−１における概念的構成図である。
【図２２Ｂ】実施例４−１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２２Ｃ】実施例４−１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２３Ａ】従来のマイクロ波装置の構成を示す概念図である。
【図２３Ｂ】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】
【００４１】
〔第１実施形態〕
本発明のマイクロ波加熱装置の第１実施形態について説明する。
【００４２】
［全体構成］
図１は、本発明に係るマイクロ波加熱装置の模式的構成図であり、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は常に必要な構成というわけではない。
【００４３】
また、図１に示すように、加熱室５の最も下流側は導体（短絡板）によって終端されている（５ａ）。なお、この終端部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。
【００４４】
マイクロ波発生部３から整合器７までの間、及び整合器７から加熱室５までの間は、いずれも導電性材料（金属など）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。
【００４５】
本実施形態では、図２３Ａ及び図２３Ｂ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を備えている。そして、この用紙が、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。すなわち、加熱室５は、図１の紙面奥側の側面にも、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いる。そして、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が、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。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。
【００４６】
［加熱室及び搬送部材の構成］
本実施形態では、後述するように、用紙をスリット６に沿って移動させるための搬送部材が設けられている。この搬送部材は、加熱室５の周囲を循環して移動するように構成されている。搬送部材の構造については、図２を参照して後述される。
【００４７】
図２は、搬送部材及び加熱室の構成を示す模式的な斜視図である。なお、図２では説明の都合上、加熱室５の前段に位置する整合器７などの図示を省略している。また、図２では、スリット６が設けられている箇所で加熱室５を切断した断面構造を示している。また、図３Ａは、図２をＺ方向から見たときの模式的な平面図を示している。
【００４８】
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、金属などの導体で周囲を覆われた筒形状を有している。つまり、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、金など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、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めっき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。
【００４９】
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。以下では、用紙１０の進行方向ｄ１の向きをＹ、マイクロ波の進入方向ｄ２の向きをＺ、Ｙ及びＺに垂直な上下方向をＸと規定する。加熱室５は、Ｙ方向に垂直な面上にスリット６を設け、Ｚ方向に垂直な面にマイクロ波導入口８を設ける。
【００５０】
マイクロ波導入口８は、Ｘ方向の寸法をａとし、Ｙ方向の寸法をｂとする、ほぼ長方形状を有している。
【００５１】
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。
【００５２】
ここで、加熱室５の詳細について説明する。加熱室５は、Ｘ方向に所定の間隔（例えば５ｍｍ程度）を有したスリット６が設けられている。このスリット６内を、搬送部材４３、搬送部材５３及び用紙１０が通過する。スリット６のスリット幅は、これら搬送部材４３、搬送部材５３、及び用紙１０が通過できる範囲で、なるべく狭く形成されるのが好ましい。
【００５３】
なお、図２では、あたかも加熱室５が、スリット６を隔てて上段の５Ａと下段の５Ｂの２つの部品から構成されているように図示されている。しかし、図２は、スリット６が設けられている領域における加熱室５の断面を図面上に図示したものであって、スリット６が設けられていない領域においては、加熱室５は一体構造となっている。つまり、加熱室５に関して、図示されている領域よりも更にＺ方向（紙面奥側）、或いは−Ｚ方向（紙面手前側）だけ進めた箇所においては、スリット６は設けられていないものとしてよい。
【００５４】
また、スリット６のＺ方向の幅は、搬送部材４３、搬送部材５３、及び用紙１０のＺ方向の幅よりも長く設定されている。
【００５５】
搬送部材４３及び搬送部材５３は、薄い平帯形状（ベルト状）を示す、耐熱性を有する低誘電損失材料で構成されている。材料としては、ポリイミド樹脂、ＰＦＡを始めとするフッ素樹脂などが利用可能である。搬送部材４３及び５３は、目標加熱温度（トナーの溶融温度）である１５０℃程度の耐熱性を有しているのが好ましく、２００℃の耐熱性を有しているのがより好ましい。
【００５６】
本実施形態では、搬送部材４３は、送りローラ４５、４６、４７及び４８によって四隅が支持されると共に、この送りローラの回転駆動によってＺ方向に見て反時計回りに循環移動するように構成される。一方、搬送部材５３は、送りローラ５５、５６、５７及び５８によって四隅が支持されると共に、この送りローラの回転駆動によってＺ方向に見て時計回りに循環移動するように構成される。両搬送部材の移動速度は同一となるように設定されている。なお、図示していないが、加熱装置１は、これらの送りローラ４５〜４８、５５〜５８の回転を駆動するための駆動部を備えている。
【００５７】
送りローラ４６及び４７間、並びに送りローラ５５及び５８間において、両搬送部材４３及び５３は同一の速度でＹ方向に移動する。なお、図３Ｂに示すように送りローラ４６を金属製とし逆クラウン形状とすると共に、送りローラ５５をゴム製としてクラウン形状を与えると、搬送部材４３、５３が搬送方向と直交する方向へのずれ（いわゆるベルトの「より」）を防止することができる。図３Ｂは図３Ａ内の３Ｂ−３Ｂ線断面をＹ方向から見たときの模式図である。送りローラ４６，５５に代えて、送りローラ４７に逆クラウン形状を付与し、送りローラ５８にクラウン形状を付与するようにしてもよい。また、クラウン形状にする送りローラと逆クラウン形状にする送りローラを入れ替えても構わない。なお、ここでいう「クラウン形状」とは端に対して中央が凸になった形状を指し、「逆クラウン形状」とは端に対して中央が凹になった形状を指している。
【００５８】
搬送部材４３と搬送部材５３が対向する箇所においては、両搬送部材の表面が接触しているか、ほとんど接触しているに近い状態である。つまり、送りローラ４６及び４７間に位置する搬送部材４３の表面と、送りローラ５５及び５８間に位置する搬送部材５３の表面とは、Ｘ方向にほとんど空間を有さない状態である。
【００５９】
用紙１０が加熱室５に向けて移動し、搬送部材４３及び５３に接近すると、両搬送部材４３及び５３がこの用紙１０を巻き込んでＹ方向に用紙１０を移動させる。つまり、用紙１０は、上面を搬送部材４３に、下面を搬送部材５３に挟まれた状態でＹ方向に移動する。そして、このままスリット６を介して加熱室５内へと導かれ、加熱処理が施される。その後、用紙１０は、加熱室５の外部へと取り出された後、搬送部材４３及び５３から離脱する。
【００６０】
すなわち、用紙１０が加熱室５内を通過する際は、上下の面が共に耐熱性の搬送部材（４３，５３）によって挟まれており、この搬送部材を介して用紙１０が加熱される構成となっている。
【００６１】
図４は、加熱室５をマイクロ波の進入方向（ｄ２，Ｚ）から見たときの管内電界分布を示す概念図である。なお、図４には、加熱室５内に存在する定在波Ｗの電界強度を概念的に図示している。
【００６２】
図４に示されるように、定在波Ｗのパワーの大小は、加熱室５内の位置に応じて変化する。スリット６は、Ｘ方向において最もパワーが大きくなる位置に設けられるのが望ましい。
【００６３】
［整合器］
図５は、本実施形態における整合器７の模式的構成図である。本実施形態の整合器７としては、マイクロ波の進入方向ｄ２（Ｚ方向）に平行な２面にそれぞれＴ字分岐型の突出部を設けた、いわゆるＥ−Ｈ整合器を採用している。すなわち、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及びマイクロ波進入方向ｄ２に平行な側面Ｐ１上に第１Ｔ分岐路１６を、ｄ１に垂直な側面Ｐ２上に第２Ｔ分岐路１７をそれぞれ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めっき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。
【００６４】
本実施形態のように、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を設けたことで、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の終端部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。これにより、マイクロ波発生部３から出力されるマイクロ波のエネルギーを極めて大きくすることなく、トナーを完全に定着させるのに必要な時間を短縮することができた。詳細な結果は実施例にて後述される。
【００６５】
［実施例］
以下、本実施形態における実施例及び比較例を説明する。なお後述する第２実施形態以下においても、同様の装置を共通して利用した。
【００６６】
・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。また発生条件として、出力エネルギーを４００Wとし、出力周波数を2.45GHzとした。
・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を設けたものを利用した。
・用紙１０：  「中性紙」と称される市販のＰＰＣ用紙を利用した。
【００６７】
（実施例１−１）
整合器７としてＥ−Ｈ整合器（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、加熱室５の寸法をａ＝109.2mm、ｂ＝54.6mmとした。なお、下記実施例及び比較例においてＥ−Ｈ整合器を用いる場合には、同じＥ−Ｈ整合器を利用した。
【００６８】
（実施例１−２）
整合器７としてＥ−Ｈ整合器を利用し、加熱室５の寸法をａ＝109.2mm、ｂ＝54.6mmとし、電界変成器１５として高密度ポリエチレン（誘電率εr＝2.3）を用いた。より具体的には、加熱室５内において、幅25mmの大きさの高密度ポリエチレンを、終端部５ａからの距離が500mmとなる位置から上流側に向けて挿入した。
【００６９】
（実施例１−３）
加熱室５の寸法をａ＝70mm、ｂ＝54.6mmとしたほかは実施例１−１と同じ条件とした。ただし、Ｅ−Ｈ整合器の寸法と加熱室５の寸法が異なるため、整合器７と加熱室５の間をテーパー形状の導波管で接続した。
【００７０】
（実施例１−４）
加熱室５の寸法をａ＝70mm、ｂ＝54.6mmとしたほかは実施例１−２と同じ条件とした。ただし、実施例１−３と同様の理由により、整合器７と加熱室５の間をテーパー形状の導波管で接続した。
【００７１】
（実施例１−５）
整合器７としてアイリス（マイクロデバイス社（現マイクロ電子社）製の製品）を利用した他は実施例１−１と同一の条件とした。
【００７２】
（比較例１−１）
整合器を設置しない他は、実施例１−１と同一の条件とした。
【００７３】
上記各条件の下、加熱室５のスリット６に、所定領域にトナーを載せた用紙１０をセットし、トナー定着に要する時間を計測すると共に、当該計測された時間に対し前記所定領域の面積とＡ４（ＩＳＯ２１５  Ａ series）用紙の面積の比率を乗じることで、Ａ４用紙にトナーを定着させる時間を測定した。結果を下記表１に示す。
【００７４】
なお、上記実施例１−１〜１−５及び比較例１−１においては、用紙を搬送部材４３及び５３で挟み込まず、単に用紙１０をスリット６から加熱室５内を通過された場合について測定したものである。
【００７５】
【表１】
0005792758.tif 000002
【００７６】
整合器を設置しなかった場合、１２０（秒）経過後においても、Ａ４用紙にトナーを定着させることは困難であった。これに対し、整合器７を設置した実施例１−１〜１−５においては、いずれも１２０秒を遥かに下回る時間でトナーが定着している。これにより、整合器７を設置することで、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ていることが分かる。
【００７７】
更に、実施例１−１〜１−５に関し、図２及び図３Ａのように、用紙を搬送部材４３及び５３で挟み込んで加熱室５内を通過された場合について、同様の測定を行った。この結果、いずれの実施例についても３０％〜６０％程度の定着時間の短縮化が図られた。この理由につき、以下で説明する。
【００７８】
図６は、搬送部材の有無による加熱程度の相違を説明するための図である。（ａ）は搬送部材を設けなかった場合、（ｂ）は図２のように搬送部材を設けた場合を示している。いずれの図においても、用紙１０は紙面上右向きに移動するものとしている。また、下段の図は、用紙１０の移動と共に紙面温度がどのように変化しているのかを模式的にグラフ化したものである。
【００７９】
図６（ａ）のように、搬送部材を設けない場合、用紙１０が加熱室５内の空洞部５ｂを通過する間、用紙１０の表面は空洞部５ｂの空間内に曝されることとなる。用紙１０やその表面に付着しているトナーには水分が含まれており、用紙１０が加熱されるとこの水分が水蒸気となって空洞部５ｂ内の空間へと逃げてしまう。このときに奪われる気化熱により、本来用紙１０が温度Ｔ１に到達するまで加熱されるべきであるのに、実際には温度Ｔ２にまでしか上昇しないということが生じてしまう。
【００８０】
これに対し、図６（ｂ）のように、用紙１０を搬送部材（４３，５３）で挟み込んだ場合、用紙１０が加熱されて用紙１０やトナーに含まれる水分が水蒸気となっても、搬送部材に遮られて空洞部５ｂ内に逃げ出すということがない。このため、図６（ａ）の構成よりも、更に加熱効率を高めることが可能となる。
【００８１】
［搬送部材の固定方法に関する別形態］
図２及び図３Ａでは、搬送部材４３及び５３の四隅をそれぞれ送りローラにて固定する構成とした。しかし、搬送部材の固定方法は、この形式に限られるものではない。以下、搬送部材の固定方法に関する別の実施形態につき、説明する。
【００８２】
図７Ａ〜図７Ｅは搬送部材及び加熱室の別実施形態の構成を示す模式的平面図である。
【００８３】
図７Ａに示すように、搬送部材４３を加熱室５の上面に、搬送部材５３を加熱室５の下面にそれぞれ沿わせることで、送りローラを上下それぞれ２つずつ減らすことが可能である。つまり、搬送部材４３は、送りローラ４６及び４７が回転することで紙面上反時計回りに循環移動し、搬送部材５３は、送りローラ５５及び５８が回転することで、紙面上時計回りに循環移動する。
【００８４】
無論、搬送部材４３を時計回りに循環させ、搬送部材５３を反時計回りに循環させる構成としても構わない。図２及び図３Ａの構成においても同様である。
【００８５】
なお、図７Ａ〜図７Ｅにおいて、用紙１０上に付着している定着前状態のトナーを５０、定着後のトナーを５１の符号で付している。
【００８６】
図７Ｂのように、図７Ａにおいて、搬送部材４３及び５３を移動させるために設けられた送りローラのうちの一つを、固定ガイドで置き換えることも可能である。つまり、搬送部材４３は、加熱室５の上面、送りローラ４６及び固定ガイド３６の周囲を、送りローラ４６の回転に連れて循環移動する構成である。同様に、搬送部材５３は、加熱室５の下面、送りローラ５５及び固定ガイド３７の周囲を、送りローラ５５の回転に連れて循環移動する構成である。図３Ａや図７Ａの構成と比較して、送りローラの数を減らすことができ、製造コストを抑えることが可能となる。
【００８７】
なお、固定ガイド３６及び３７の形状は任意であり、図７Ｂに示すようなＲ形状を有した構成に限定されるものではない。
【００８８】
図３Ａ、図７Ａ及び図７Ｂの構成では、搬送部材４３及び５３の双方を循環移動させる構成とした。しかし、用紙１０の面のうち、トナーが付着する側に位置する搬送部材のみを移動させ、他方の面に接触する部材は移動させない構成としても構わない。
【００８９】
図７Ｃでは、用紙１０の上面にトナー５０が付着している場合を図示している。この構成に置いて、トナー５０が付着している用紙１０の面を挟む位置に形成される搬送部材４３は、図３Ａ、図７Ａ及び図７Ｂの構成と同様に、送りローラの回転に連れて循環移動する。これに対し、トナー５０が付着していていない面については移動式の搬送部材５３を設けず、固定された部材５３ａを設けておく。なお、部材５３ａは搬送部材５３と同一の材料で構成されているものとしてよい。
【００９０】
この構成においても、加熱室５内を通過する用紙１０は、搬送部材４３及び部材５３ａによって挟まれており、加熱時に水蒸気が空間に放散されることがない。そして、用紙１０のトナー付着面は、移動する搬送部材４３と接触する構成であり、固定された部材５３ａに接触するのはトナーが付着していない側の面である。これにより、万一部材５３ａと用紙１０の面が、用紙１０の移動方向にこすれたとしても、トナー自体が紙面上でこすれて正しい位置にトナーが定着しなくなるといった事態は生じない。
【００９１】
また、図７Ｄは、図７Ｃの構成において、更に送りローラ４７を固定ガイド３６に置き換えたときの構成を示している。さらに、図７Ｅに示す別構成例は、固定された部材５３ｂを備える構成である。この固定された部材５３ｂは、加熱室５の外を巻きまわす必要もないため、固定された部材５３ｂの端部を１対のローラ９１、９１で張力が加わるように巻きつけて、固定された部材５３ｂを支持している。スリット９１ａは固定された部材５３ｂの端部を挿入して巻きつけ作業を容易とするために設けられている。
【００９２】
〔第２実施形態〕
本発明のマイクロ波加熱装置の第２実施形態について説明する。なお、以下の各実施形態では、第１実施形態と異なる箇所のみを説明する。
【００９３】
［電界変成器の構造］
図８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。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。
【００９４】
本実施形態は、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。
【００９５】
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、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。
【００９６】
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（以下において「誘電体内波長」という。）をλｇ’としたときに、マイクロ波の進入方向ｄ２の向きの幅として、λｇ’／４の奇数倍（λｇ’／４，３λｇ’／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λｇ’／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。
【００９７】
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１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。
【００９８】
【数１】
0005792758.tif 000003
【００９９】
図９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。
【０１００】
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。特に電界変成器１５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。
【０１０１】
（関係式）
（４Ｎ−３）λｇ’／８  ＜  L  ＜  （４Ｎ−１）λｇ’／８
【０１０２】
これらの結果は、後述する実施例によって明らかとなる。
【０１０３】
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９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、トナーの定着性を更に向上させることが可能となる。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
［理論説明］
長方形導波管の負荷端を図１０Ａ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２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。
【０１０７】
【数２】
0005792758.tif 000004
【０１０８】
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。
【０１０９】
ここで、図１０Ｂ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３が成立する。
【０１１０】
【数３】
0005792758.tif 000005
【０１１１】
ここで、図１０Ｂにおいて終端部ｃ面は短絡されているため、以下の数４が成立する。なお、領域IIの先頭位置（マイクロ波発生側）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。
【０１１２】
【数４】
0005792758.tif 000006
【０１１３】
上記数４をEi2について解くと、数５が成立する。
【０１１４】
【数５】
0005792758.tif 000007
【０１１５】
上記数５において、損失を無視してその絶対値を取ると、数６が成立する。
【０１１６】
【数６】
0005792758.tif 000008
【０１１７】
数６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。
【０１１８】
数６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。
【０１１９】
よって、図１０Ｃ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７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。
【０１２０】
【数７】
0005792758.tif 000009
【０１２１】
これに、|EI|=|EII|の条件を考慮すると、下記数８が成立する。
【０１２２】
【数８】
0005792758.tif 000010
【０１２３】
数８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。
【０１２４】
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９により規定される。
【０１２５】
【数９】
0005792758.tif 000011
【０１２６】
［実施例］
図１１は、本実施形態における加熱室５内の電界強度を示すグラフである。横軸は加熱室５内におけるマイクロ波進入方向（Ｚ軸方向）の位置を、縦軸は電界強度をそれぞれ示している。図１１によれば、電界変成器１５よりも下流側において、電界強度が大きく上昇していることが分かる。なお、図１１及び以下の図１２Ａ〜図１２Ｆにおいて、縦軸が示す電界強度は所定の値を基準としたときの相対値（無次元値）である。
【０１２７】
図１２Ａ〜図１２Ｆは、本実施形態において、電界変成器１５の幅を変化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おける電界強度の大きさに多少のばらつきがあるが、これは計算誤差の範囲内である。
【０１２８】
また、図１２Ｇ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１２Ｈはこれを表にしたものである。
【０１２９】
図１２Ａ、図１２Ｂ、図１２Ｃ、図１２Ｄ、図１２Ｅ及び図１２Ｆ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。
【０１３０】
図１２Ａ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）。
【０１３１】
電界変成器１５の幅を6mm（これは0.06λｇ’に相当する）とした図１２Ｂ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。
【０１３２】
電界変成器１５の幅を13mm（これは0.13λｇ’に相当する）図１２Ｃ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。
【０１３３】
電界変成器１５の幅を25mm（これは0.25λｇ’に相当する）図１２Ｄ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。
【０１３４】
電界変成器１５の幅を37mm（これは0.37λｇ’に相当する）図１２Ｅ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。
【０１３５】
電界変成器１５の幅を44mm（これは0.44λｇ’に相当する）図１２Ｆ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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
よって、上述した関係式を満たすような幅Ｌを有する電界変成器１５を備えた上で、第１実施形態で説明したように、用紙１０を搬送部材４３及び５３で挟み込んで加熱室５内を通過させることで、トナーの定着時間の更なる短縮化を図ることができる。
【０１３９】
〔第３実施形態〕
本発明のマイクロ波加熱装置の第３実施形態について説明する。
【０１４０】
［加熱室及び搬送部材の構成］
本実施形態では、第１実施形態と異なり、加熱室５内がＹ方向において３列の空間に分けられている（図１３及び図１４参照）。図１３は模式的斜視図、図１４は加熱室５をＺ方向に見たときの模式的平面図である。図１４に示すように、加熱室５が３空間１１，１２，１３に分けられている。なお、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。
【０１４１】
その他の構成については第１実施形態と同一である。
【０１４２】
図１５は、本実施形態における加熱室５を上から見たときの模式的平面図である。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。また、図１５では、搬送部材４３及び５３の図示を省略している。
【０１４３】
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Ｙ方向（矢印ｄ１の向き）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Ｚ方向（矢印ｄ２の向き）に加熱室５内に進入可能な構成である。
【０１４４】
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（「障壁部」に対応）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。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。
【０１４５】
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、移相器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。
【０１４６】
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、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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
なお、以下では、Ｚ方向の長さのことを単に「幅」と称することがある。
【０１５０】
図１６は、図１５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。
【０１５１】
図１６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１６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。
【０１５２】
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への加熱むらを抑制することが可能となる。
【０１５３】
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１７参照）。つまり、下記数１０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。
【０１５４】
【数１０】
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【０１５５】
なお、数１０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。
【０１５６】
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用紙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１７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、用紙１０がｄ１方向に通過した際、ｄ２方向の位置に関する加熱むらを解消することが可能となる。つまり、上記数１０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。
【０１５７】
ただし、本発明の効果を実現するに際しては、この数１０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むら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。
【０１５８】
次に、インピーダンス調整器３３及び３４について説明する。移相器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。
【０１５９】
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、実施例及び比較例を参照しながら詳細に説明する。
【０１６０】
［実施例及び比較例］
（比較例３−１）
図１８Ａは、加熱室５を単純に仕切板２１，２２によって空間１１，１２，１３の３空間に分けたときの模式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１８Ｂ，図１８Ｃに示す。図１８Ｂは、比較例３−１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１８Ｃは、比較例３−１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。
【０１６１】
なお、以下の比較例及び実施例においては、第１実施形態と同じ装置を共通して利用した。
【０１６２】
図１８Ｂ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。
【０１６３】
一方、図１８Ｃ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、加熱むら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。
【０１６４】
（比較例３−２）
上述したように、加熱むら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３−２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。
【０１６５】
図１９Ａは、比較例３−２における模式的構成図であり、具体的には、空間１１内においては、終端部５ａから前方に向かって幅λｇ／３の金属板３５ａを、空間１２内においては、終端部５ａから前方に向かって幅λｇ／６の金属板３５ｂ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５ａにおいてマイクロ波が終端するように構成した。
【０１６６】
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３５ａ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３５ｂ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、加熱むらを解消することが可能となる。
【０１６７】
図１９Ａ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１９Ｂ，図１９Ｃに示す。図１９Ｂは、比較例３−２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１９Ｃは、比較例３−２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。
【０１６８】
なお、図１９Ｂなどに示す等高線図は、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。
【０１６９】
図１９Ｂ及び図１９Ｃ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１９Ｃ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、位置に応じた加熱むらが生じてしまう。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。
【０１７０】
つまり、比較例３−２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３−２の構成としても、加熱むらを解消する効果はほとんど期待できない。
【０１７１】
（実施例３−１）
上述したように、加熱むら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３−２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。
【０１７２】
比較例３−２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３５ａ，３５ｂ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。
【０１７３】
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１５〜図１７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３−１」として、実験結果を参照しながら説明する。
【０１７４】
図２０Ａは、実施例３−１の模式的構成図を示している。図１５〜図１７を参照して既に説明したように、実施例３−１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、誘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。
【０１７５】
更に、実施例３−１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。
【０１７６】
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２０Ｂ，図２０Ｃに示す。図２０Ｂは、実施例３−１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２０Ｃは、実施例３−１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。
【０１７７】
図２０Ｂ及び図２０Ｃ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、用紙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。
【０１７８】
ところで、実施例３−１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３−２（図１９Ａ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３−２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、加熱むらを生み出す別の要因となった。従って、図１９Ａ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３−１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。
【０１７９】
しかし、実施例３−１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３−１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、加熱むらを解消できる。
【０１８０】
そして、図１７を参照して上述したように、更に上記数１０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、加熱むらを解消する効果を著しく高めることができる。
【０１８１】
なお、図２０Ａ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。
【０１８２】
以上のように、加熱室を複数列に分けると共に、移相器及びインピーダンス調整器を導入することで、各空間内の定在波の電界強度をほぼ同一にしつつ、各空間内における定在波の節の位置を相互にずらすことで、用紙１０に対する加熱むらを解消する効果を著しく高めることができる。よって、このように構成された加熱室５内を、第１実施形態で説明した方法で用紙１０を搬送部材にて挟み込みながら移動させることで、トナー定着時間の短縮化と加熱むらの解消を図ることができる。
【０１８３】
〔第４実施形態〕
本実施形態は、第３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。つまり、全体の模式的構造図としては、第２実施形態の図８と同様である。
【０１８４】
この電界変成器１５は第２実施形態で説明したものと同じ材料で構成されている。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。
【０１８５】
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、マイクロ波の進入方向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。
【０１８６】
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。
【０１８７】
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、第２実施形態で上述した数１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。
【０１８８】
図８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。
【０１８９】
第３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８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。
【０１９０】
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。
【０１９１】
［実施例及び比較例］
（比較例４−１）
図２１Ａは、比較例４−１の概念的構成図であり、比較例３−１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。
【０１９２】
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２１Ｂ，図２１Ｃに示す。図２１Ｂは、比較例４−１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２１Ｃは、比較例４−１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。
【０１９３】
比較例３−１（図１８Ｃ）と比較例４−１（図２１Ｃ）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４−１については、比較例３−１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むらは生じてしまう。
【０１９４】
（実施例４−１）
図２２Ａは、実施例４−１の概念的構成図であり、実施例３−１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３１，３２、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。
【０１９５】
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２２Ｂ，図２２Ｃに示す。図２２Ｂは、実施例４−１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２２Ｃは、実施例４−１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。
【０１９６】
図２２Ｂ及び図２２Ｃによれば、実施例３−１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。
【０１９７】
そして、実施例３−１（図２０Ｃ）と実施例４−１（図２２Ｃ）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３−１と比べて加熱効率を更に向上させることが可能となる。つまり、加熱室５を複数列に分け、各空間の前段に電界変成器を導入した状態で、第１実施形態で説明した方法で用紙１０を搬送部材にて挟み込みながら加熱室５内を移動させることで、トナー定着時間の更なる短縮化と加熱むらの解消を図ることができる。
【０１９８】
〔別実施形態〕
〈１〉上記実施形態３及び４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。
【０１９９】
なお、これらの実施形態では、整合器７を加熱室５の上流側に備えた構成について説明したが、整合器７を備えない構成としても構わない。
【０２００】
〈２〉上記各実施形態では、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。
【０２０１】
〈３〉第４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。
【０２０２】
〈４〉上記第３及び第４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】
【０２０３】
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（短絡板）
５ｂ  ：  加熱室内の空洞部
６    ：  スリット（開口部）
７    ：  整合器
８    ：  マイクロ波導入口
１０    ：  用紙（被加熱体）
１１，１２，１３  ：  空間
１５    ：  電界変成器
１６    ：  第１Ｔ分岐路
１７    ：  第２Ｔ分岐路
２０  ：  定在波の節
２１，２２  ：  仕切板（障壁部）
３１，３２  ：  移相器
３３，３４  ：  インピーダンス調整器
３５ａ，３５ｂ  ：  金属板
３６，３７，３８，３９：  固定ガイド
４１    ：  分波部
４３    ：  搬送部材
４５，４６，４７，４８：  送りローラ
５０    ：  未定着トナー
５１    ：  定着トナー
５３    ：  搬送部材
５３ａ，５３ｂ  ：  部材
５５，５６，５７，５８：  送りローラ
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
９１    ：ローラ
９１ａ  ：  スリット
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（用紙進行方向）
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３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１２Ｅ】
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【図１２Ｆ】
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【図１２Ｇ】
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【図１２Ｈ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２１Ｃ】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２２Ｃ】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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