(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波の電界を生成する高周波生成部と、
前記高周波生成部が生成した高周波の電界を増幅させる複数のパワーアンプと、
複数の前記パワーアンプが増幅させた高周波の電界を、被加熱物に対する分割した複数の領域毎にそれぞれ印加する複数の電極部と、
前記パワーアンプ及び前記電極部それぞれの間で入射波と反射波を検出し、インピーダンス整合を行う複数の整合部と、
前記電極部における電圧をそれぞれ検出する複数の電圧検出部と、
前記電圧検出部それぞれが検出した電圧に基づいて、前記高周波生成部又は複数の前記パワーアンプの少なくともいずれかを制御し、前記整合部が検出する入射波と反射波に基づいて、前記整合部が検出する反射波を０にするように、前記整合部に対する設定を制御するコントローラと、
を有することを特徴とする高周波誘電加熱装置。
【請求項２】
複数の前記電極部は、
予め定められた方向に対して、一直線状の隙間を形成しないように設けられていること
を特徴とする請求項１に記載の高周波誘電加熱装置。
【請求項３】
複数の前記電極部は、
それぞれ対となる電極を有し、前記対となる電極の間を被加熱物が通過可能なように設けられていること
を特徴とする請求項１又は２に記載の高周波誘電加熱装置。
【請求項４】
前記コントローラは、
複数の前記電圧検出部が検出する電圧の振幅がそれぞれ所定値になるように、前記高周波生成部又は複数の前記パワーアンプの少なくともいずれかを制御すること
を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の高周波誘電加熱装置。
【請求項５】
前記コントローラは、
前記電圧検出部それぞれが検出した電圧に基づいて、前記電極部のいずれかに放電があるか否かを判定し、放電があると判定した場合には、前記高周波生成部又は複数の前記パワーアンプの少なくともいずれかを停止させるように制御すること
を特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の高周波誘電加熱装置。
【請求項６】
前記コントローラは、
被加熱物における異なる比誘電率の分布に対応する対応情報に基づいて、前記高周波生成部、複数の前記パワーアンプ、及び前記整合部の少なくともいずれかを制御すること
を特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の高周波誘電加熱装置。
【請求項７】
記録媒体にインクで画像を形成する画像形成部と、
前記画像形成部が画像を形成した記録媒体を被加熱物とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の高周波誘電加熱装置と、
を有することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波誘電加熱装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
商用のインクジェットプリンタは、印刷速度がますます上げられているので、用紙などの記録媒体にインクで形成された画像を高速で乾燥させる必要がある。インクで形成された画像を高速で乾燥させるために、例えば誘電損失の違いを利用する高周波誘電加熱法を用いることが知られている。
【０００３】
また、特許文献１には、高周波電圧を発生する誘電加熱発振機と、高周波電圧が印可され、並行して配置される複数の電極とを備えた誘電加熱手段を有するインクジェット装置が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来は、インク量が場所により異なる印刷物にも一様に加熱するため、インクの乾燥不足や過乾燥が発生して印刷品質が低下したり、インクがない箇所や乾燥しきっている箇所にも高周波電圧を印加して無駄に電力を消費してしまうことがあった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、印刷品質を低下させることなく、消費電力を抑制することを可能にする高周波誘電加熱装置及び画像形成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】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、高周波の電界を生成する高周波生成部と、前記高周波生成部が生成した高周波の電界を増幅させる複数のパワーアンプと、複数の前記パワーアンプが増幅させた高周波の電界を、被加熱物に対する分割した複数の領域毎にそれぞれ印加する複数の電極部と、前記パワーアンプ及び前記電極部それぞれの間で入射波と反射波を検出し、インピーダンス整合を行う複数の整合部と、前記電極部における電圧をそれぞれ検出する複数の電圧検出部と、前記電圧検出部それぞれが検出した電圧に基づいて、前記高周波生成部又は複数の前記パワーアンプの少なくともいずれかを制御し、前記整合部が検出する入射波と反射波に基づいて、前記整合部が検出する反射波を０にするように、前記整合部に対する設定を制御するコントローラと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、印刷品質を低下させることなく、消費電力を抑制することを可能にすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施形態にかかる高周波誘電加熱装置の概要を例示するブロック図である。
【図２】図２は、電極部の第１実施例を示す図である。
【図３】図３は、電極ユニットにおける負荷インピーダンスと電極間電圧の関係を示すグラフである。
【図４】図４は、電極部の第２実施例を示す図である。
【図５】図５は、電極部の第３実施例を示す図である。
【図６】図６は、高周波誘電加熱装置を有する画像形成装置の概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に、添付図面を参照して、実施形態にかかる高周波誘電加熱装置について説明する。図１は、実施形態にかかる高周波誘電加熱装置１００の概要を例示するブロック図である。図１に示すように、高周波誘電加熱装置１００は、高周波生成部１、加熱ユニット１０ａ〜１０ｃ、及びコントローラ６を有し、図６を用いて後述するように例えば画像形成装置などに用いられる。以下、高周波誘電加熱装置１００が画像形成装置に用いられる場合を例に説明する。
【００１０】
高周波生成部１は、コントローラ６の制御に応じて、任意の周波数、振幅、位相の高周波の電界を生成する。例えば、高周波生成部１は、コントローラ６からの制御信号ＣＴＲＬ＿ＲＦでスリープ／アクティブ制御や、周波数制御、振幅制御、位相制御等を行う。
【００１１】
加熱ユニット１０ａ〜１０ｃは、それぞれ同一の構成にされており、並列に配置される。以下、加熱ユニット１０ａ〜１０ｃなどの複数ある構成部分のいずれかを特定せずに示す場合には、単に「加熱ユニット１０」などと略記することがある。加熱ユニット１０は、それぞれパワーアンプ２、整合部３、電極部４及び電圧検出部５を有する。
【００１２】
パワーアンプ２ａ〜２ｃは、それぞれ高周波生成部１が生成した高周波の電界を増幅させ、それぞれ整合部３ａ〜３ｃに対して出力する。例えば、パワーアンプ２ａ〜２ｃは、コントローラ６からの制御信号ＣＴＲＬ＿ＰＡでスリープ／アクティブ制御、出力パワー変更を行う。なお、コントローラ６は、パワーアンプ２ａ〜２ｃの出力パワー制御を行わず、高周波生成部１の出力を制御してもよい。
【００１３】
整合部３ａ〜３ｃは、パワーアンプ２ａ〜２ｃ及び電極部４ａ〜４ｃそれぞれの間で入射波と反射波を検出し、インピーダンス整合を行う整合器を備える。被加熱物となる用紙などの記録媒体（メディア）に塗布されるインク量（画像）は、パターンが変化するため一定でない。よって、画像が形成された用紙は、電極部４から見たときのインピーダンスが変化する。
【００１４】
また、水などの加熱対象が乾燥して減少すると、パワーを吸収する対象が減少するため、この点でもインピーダンスが変化する。そこで、整合部３は、方向性結合器を用いて入射波と反射波を検出し、振幅や位相差といった検出結果ＯＵＴ＿ＭＡＴＣＨをコントローラ６へ出力する。そして、整合部３は、コントローラ６が出力する制御信号ＣＴＲＬ＿ＭＡＴＣＨに応じて、反射波を０にしてインピーダンスが整合するように、整合器を構成する可変コンデンサや可変インダクタの値を調整する。
【００１５】
電極部４ａ〜４ｃは、例えばプラス電極とマイナス電極１ペア以上の電極を１ユニットとして複数ユニットを並列に配置し、パワーアンプ２ａ〜２ｃが増幅させた高周波の電界を、被加熱物に対する分割した複数の領域毎にそれぞれ電極で印加する。つまり、電極部４の各電極面積が小さくされると、整合する領域が小さくされるので、高精度な整合が可能になる。電極の詳細な構成については後述する。
【００１６】
電圧検出部５ａ〜５ｃは、電極（図２等を用いて後述する電極７０）のプラス側電圧Ｖｐとマイナス（ＧＮＤ）側電圧Ｖｍの電圧を検出し、その電位差を電極間電圧ＯＵＴ＿Ｖとしてコントローラ６へ出力し、電極間に印可される電圧振幅を検出する。電極間電圧は、負荷のインピーダンスによって変化するため、負荷のおおよその状態を推測可能にする。
【００１７】
また、整合部３ａ〜３ｃでの整合対象となる面積が小さくされ、電極からの高周波出力を高精度制御にするために電極が小さくされると、プラス電極とマイナス電極間隔が狭くなるため、放電が起こりやすくなる。放電により火花が散ると、メディアが破損されたり、異常電流が流れて高周波生成部１、パワーアンプ２ａ〜２ｃ、又は整合部３ａ〜３ｃが破壊される場合がある。
【００１８】
そこで、コントローラ６は、電圧検出部５ａ〜５ｃが検出した電圧（電圧振幅）を用いて、プラス電極とマイナス電極間で放電が起こる電圧以下に設定された閾値電圧以下を保つように入力電力を制御する。また、コントローラ６は、電圧検出部５ａ〜５ｃが検出した電圧に基づいて、電極部４のいずれかに放電があるか否かを判定し、放電があると判定した場合には、高周波生成部１又はパワーアンプ２ａ〜２ｃの少なくともいずれかを停止させるように構成されてもよい。
【００１９】
つまり、コントローラ６は、高周波誘電加熱装置１００の制御部であり、高周波誘電加熱装置１００を構成する各部のスリープ／アクティブ制御、信号測定、及び各種設定値変更などを行う。例えば、コントローラ６は、電圧検出部５それぞれが検出した電圧に基づいて、高周波生成部１又は各パワーアンプ２の少なくともいずれかを制御し、各整合部３が検出する入射波と反射波に基づいて、整合部３が検出する反射波を０にするように、整合部３に対する設定を制御する。
【００２０】
次に、電極部４の構成例について説明する。図２は、電極部４の第１実施例を示す図である。電極部４は、メディア（紙）２０の搬送方向（ｙ軸方向）及びｘ軸方向それぞれに複数の電極７０が設けられている。より具体的には、電極部４は、複数の電極ユニット２１Ｕ＿ａ〜２６Ｕ＿ｆに分割されており、電極ユニット２１Ｕ＿ａ〜２６Ｕ＿ｆそれぞれに整合部３及び高周波生成部１が接続される。電極７０の断面は円や四角形などでよい。
【００２１】
プラスの電極７０には、電極ユニット２１Ｕ＿ａ〜２６Ｕ＿ｆそれぞれに対応するパワーアンプ２及び整合部３が接続され、マイナスの電極７０にはＧＮＤが接続されている。電極ユニット２１Ｕ＿ａ〜２６Ｕ＿ｆは、それぞれプラスとマイナスの電極７０がｙ軸方向に交互に配置され、４本の電極７０が１ユニットとなっている。そして、６つの電極ユニット２１Ｕ＿ａ〜２６Ｕ＿ｆがメディア２０の紙面を覆うように配置されている。
【００２２】
図３は、１つの電極ユニット（電極ユニット２１Ｕ＿ａ〜２６Ｕ＿ｆいずれか）における負荷インピーダンスと電極間電圧の関係を示すグラフである。パワーアンプ２から入力される電力が一定で、整合部３により整合されて反射波が０になっている状態では、電極間電圧振幅Ｖｐ−Ｖｍは、インクや紙（メディア）といった負荷と、各電極７０との間の容量から求められる負荷インピーダンスＺに依存した電圧となる。
【００２３】
詳細には、図３に示したようなきれいな直線にはならないが、負荷インピーダンスＺが大きければ電極間電圧振幅Ｖｐ−Ｖｍは大きくなり、負荷インピーダンスＺが小さければ電極間電圧振幅Ｖｐ−Ｖｍは小さくなる。ここで、負荷インピーダンスＺが小さいとは、ベタ画像のように比較的インク量が多く、負荷としては重い状態のことである。このとき、電極７０とインクとの結合容量が比較的大きくなり、電極７０から見た全体の負荷インピーダンスＺは小さくなる。逆に、負荷インピーダンスＺが大きいとは、インクが少ないときであり、負荷としては軽い状態のことである。このとき、電極７０と紙との結合容量は比較的小さく、電極７０からみた全体の負荷インピーダンスＺは大きくなる。
【００２４】
次に、コントローラ６が行う制御について詳述する。コントローラ６は、負荷変動に応じた制御を行う。具体的には、紙が電極ユニット２３Ｕ＿ｃ、２６Ｕ＿ｆ側から通過していくとインクの乾燥が徐々に進み、後段の電極ユニット２１Ｕ＿ａ、２４Ｕ＿ｄ側ではインクや紙といった負荷が小さく（＝負荷インピーダンスＺが大きく）なっていく。
【００２５】
高周波出力が一定電力に制御されていると、乾燥していない電極ユニット２３Ｕ＿ｃ（又は２６Ｕ＿ｆ）側では負荷が重く（＝負荷インピーダンスＺが小さく）、電圧振幅Ｖｐ−Ｖｍが小さくなる。一方、インクが乾燥している２１Ｕ＿ａ（又は２４Ｕ＿ｄ）側では負荷が軽く（＝負荷インピーダンスＺが大きく）なり、電極間電圧Ｖｐ−Ｖｍが増加する。
【００２６】
コントローラ６は、電極間電圧をモニタリングし、出力電力を調整することにより、インク乾燥状態の変化による負荷変動に応じた出力パワー制御を行う。よって、高周波誘電加熱装置１００は、印刷品質の低下抑制、及び消費電力抑制を行うことができる。特に、コントローラ６は、電極間電圧が放電閾値を越えないように高周波生成部１又はパワーアンプ２の出力電力を制御することにより、電極間間隔をより小さくすることができ、制御精度を向上させることができる。
【００２７】
また、コントローラ６は、電極７０の配置に応じて消費電力を抑制する。例えば、コントローラ６は、紙の搬送方向に対して、電極ユニット２３Ｕ＿ｃ、２２Ｕ＿ｂ、２１Ｕ＿ａ（又は電極ユニット２６Ｕ＿ｆ、２５Ｕ＿ｅ、２４Ｕ＿ｄ）の順に、供給する電力が減るようにパワーアンプ２の出力設定を行う。
【００２８】
すなわち、コントローラ６は、最もインクが乾燥していない電極ユニット２３Ｕ＿ｃのパワーを大、中間に位置する電極ユニット２２Ｕ＿ｂのパワーを中、最もインクが乾燥している電極ユニット２１Ｕ＿ａのパワーを小にする。また、コントローラ６は、最もインクが乾燥していない電極ユニット２６Ｕ＿ｆのパワーを大、中間に位置する電極ユニット２５Ｕ＿ｅのパワーを中、最もインクが乾燥している電極ユニット２４Ｕ＿ｄのパワーを小にする。このように、高周波誘電加熱装置１００は、乾燥度に応じた電力を供給することにより消費電力を抑制する。
【００２９】
さらに、コントローラ６は、印刷パターンに応じた制御を行う。高周波誘電加熱装置１００は、画像形成装置に設けられる場合、各電極７０の下に搬送されてくるメディア上のインク種類や濃度、メディアの搬送速度、インクジェットヘッドなどの印字部から電極ユニット２１Ｕ＿ａ〜２６Ｕ＿ｆそれぞれまで距離を予め定められている。
【００３０】
そこで、コントローラ６は、電極ユニット２１Ｕ＿ａ〜２６Ｕ＿ｆそれぞれの出力パワーを、インクや搬送速度などの条件に応じて変動させる。コントローラ６は、印刷パターンのない白紙部分に対しては出力しないように、またベタパターン部分には出力が大きくなるように、パワーアンプ２ａ〜２ｃの制御信号ＣＴＲＬ＿ＰＡで、電極ユニット２１Ｕ＿ａ〜２６Ｕ＿ｆそれぞれの出力を制御する。つまり、コントローラ６は、被加熱物における異なる比誘電率の分布（インクの分布など）に対応する対応情報（画像情報）に基づいて、高周波生成部１、パワーアンプ２ａ〜２ｃ、及び整合部３ａ〜３ｃの少なくともいずれかを制御する。
【００３１】
これにより、高周波誘電加熱装置１００は、乾燥不足及び過乾燥といった印刷品質低下を抑制することが可能になるとともに、消費電力の抑制が可能になる。具体的には、高周波誘電加熱装置１００は、上述したように電極７０の配置順に応じて出力パワーが設定され、印刷パターンが各電極７０を通過するときに出力がＯＮとなるように電極ユニット２１Ｕ＿ａ〜２６Ｕ＿ｆに対して紙の搬送方向に応じた順に出力を行う。
【００３２】
図４は、電極部４の第２実施例を示す図である。電極部４の第２実施例では、電極７０の長さに差が付けられている。電極部４は、ｘ軸方向の隙間がｙ軸方向に一様に生じると、紙（メディア３０）に高周波が印加されず乾燥されない部分が生じてしまう。そこで、電極部４の第２実施例では、ｘ軸方向に向かい合う電極ユニット間（例えば電極ユニット３１Ｕ＿ａと電極ユニット３４Ｕ＿ｄ）でｘ軸方向の電極７０の長さを不等にされている。つまり、第２実施例の電極部４ａ〜４ｃは、予め定められた方向に対して、一直線状の隙間を形成しないように設けられている。
【００３３】
ここでは、ｘ軸方向にプラスの電極７０同士、又はマイナスの電極７０同士が対向させられている。ｘ軸方向の電極７０の長さを対向する電極ユニット間で極端に大きくすると、電極７０の下の面積が大きくなり、整合対象となる面積及び高周波印加面積が大きくなって粗い制御になってしまうことがある。電極部４の第２実施例は、ｘ軸方向の電極７０の長さが対向する電極ユニット間である程度小さくされており、パワー制御及び整合を小さな面積で細かく行うことが可能にされている。
【００３４】
図５は、電極部４の第３実施例を示す図である。高周波誘電加熱装置では、被加熱物を通過する電気力線の本数が多いほど、加熱しやすくなることが一般に知られている。このため、電極部４の第３実施例では、電極ユニット４１Ｕ＿ａ〜４２Ｕ＿ｃの電極７０が紙などのメディア４０を挟んで交互に（千鳥に）配列されている。つまり、第３実施例の電極部４ａ〜４ｃは、それぞれ対となる電極７０を有し、対となる電極７０の間を被加熱物が通過可能なように設けられている。そして、電極部４の第３実施例のようにｙｚ平面の電極７０の配列が設定された場合の方が、電極部４の第１実施例及び第２実施例のようにメディアの片側だけに電極７０が配置された場合よりも効率が上昇する。
【００３５】
次に、高周波誘電加熱装置１００を有する画像形成装置９００について説明する。図６は、高周波誘電加熱装置１００を有する画像形成装置９００の概要を示す図である。画像形成装置９００は、例えばインクジェット方式の画像形成装置であり、給紙部８００、画像形成部８０２、定着部としての高周波誘電加熱装置１００、及び排紙部８０４を有する。
【００３６】
給紙部８００は、給紙トレイから用紙（メディア）を供給し、この用紙を一対のローラ９０１によって画像形成部８０２に搬送（矢印Ａ方向）する。
【００３７】
画像形成部８０２は、駆動ローラ９０２と従動ローラ９０３に架け渡された搬送ベルト９０４により用紙を搬送（矢印Ｂ方向）して、用紙上に未定着の画像を形成し、その後に用紙を高周波誘電加熱装置１００に搬送する。画像形成部８０２は、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローの各インクを吐出する記録ヘッド９０５ａ〜９０５ｄが搬送ベルト９０４の搬送方向に順次配置されている。記録ヘッド９０５ａ〜９０５ｄには、ほぼ用紙の幅（記録用紙面垂直方向）に渡って所定の間隔でノズルが形成（ライン型記録ヘッド）されている。従って、搬送ベルト９０４により用紙が高周波誘電加熱装置１００に搬送された場合、用紙の全領域に所望の未定着画像が形成されている。
【００３８】
このようなインクジェット方式の場合、特にカラー画像が形成される場合、記録ヘッド９０５ａ〜９０５ｄから吐出されたインク量は多量となり、通常の環境下での急速なインクの乾燥による定着は困難となる。このため、インクが乾燥しない状態（未定着）でインクが排紙部８０４の排紙トレイに搬送されると、搬送中に用紙の裏面にインクが浸透（裏抜け）して画像を劣化させたり、排紙トレイでインクが他の用紙の裏面に写ったりする（裏写り）などの悪影響を及ぼすこととなる。また、画像形成方式が電子写真方式の場合には、画像形成部８０２では、周知の帯電、露光、現像のプロセスを経て用紙上に未定着のトナー画像が形成される。
【００３９】
高周波誘電加熱装置１００は、駆動ローラ９０６と従動ローラ９０７間に架け渡された搬送ベルト９０８によって用紙を搬送（矢印Ｃ方向）して、本体９０９内で電極７０を用いて用紙上の画像を定着させ、その後に用紙を排紙部８０４へ搬送する。高周波誘電加熱装置１００は、各電極７０と用紙の間隔を短く、且つ均一に設定できるために加熱定着効率、及び定着均一性に優れ、高周波印加領域の設定の自由度が大きくなっている。
【００４０】
各電極７０には交互に極性の異なる高周波電圧が高周波生成部１から印加される。また、高周波生成部１のＯＮ，ＯＦＦや電圧制御などは、コントローラ６が行っている。高周波誘電加熱装置１００は、極性の異なる電極７０間に高周波電圧を印加し、電極７０間に発生する電界内に用紙を搬送することにより、高周波誘電加熱の原理でインク自身、用紙中の水分、及び用紙自身を加熱する。
【００４１】
排紙部８０４は、一対のローラ９１０により排紙トレイなどに用紙を搬送（矢印Ｄ方向）する。
【符号の説明】
【００４２】
１              高周波生成部
２ａ〜２ｃ      パワーアンプ
３ａ〜３ｃ      整合部
４ａ〜４ｃ      電極部
５ａ〜５ｃ      電圧検出部
６              コントローラ
１０ａ〜１０ｃ  加熱ユニット
７０            電極
１００          高周波誘電加熱装置
８００          給紙部
８０２          画像形成部
８０４          排紙部
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４３】
【特許文献１】特開２０１４−２１７９８９号公報
【図１】
0006561699.tif 000002
【図２】
0006561699.tif 000003
【図３】
0006561699.tif 000004
【図４】
0006561699.tif 000005
【図５】
0006561699.tif 000006
【図６】
0006561699.tif 000007