JP2001135474A - マイクロ波加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波
照射室内のマイクロ波の電界強度が一様ではないため、
被加熱物の発熱量はその被加熱物が置かれた場所におけ
るマイクロ波の電界強度によって決定され、特に、複数
の被加熱物を同時に加熱するときには、急速に温度上昇
するものとそうでないものが現れる。その結果、マイク
ロ波の電界強度のむらは、被加熱物ごとの温度むらを引
き起こし、最終的に被加熱物の品質のばらつきをもたら
す原因になるという課題があった。 【解決手段】 この発明に係るマイクロ波加熱装置
は、マイクロ波を発生するマイクロ波発生源と、このマ
イクロ波発生源により発生されたマイクロ波を伝送する
伝送管と、この伝送管から伝送されたマイクロ波が導入
されて複数の被加熱物を同時に加熱する加熱炉と、上記
複数の被加熱物を配置し、マイクロ波の吸収率が上記被
加熱物のそれよりも小さいセラミックス製の伝熱容器と
を備えたものである

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、マイクロ波を利
用してセラミックス等の被加熱物を加熱するマイクロ波
加熱装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のマイクロ波加熱装置として、例え
ば特開平８−１０６９８０号公報には、断熱体で囲んだ
断熱空間内にマイクロ波を照射して発熱させる含有セラ
ミックからなる発熱体を設け、この発熱体にマイクロ波
を照射してその発熱体を発熱させ、断熱空間を高温にす
るものが記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のマイクロ波加熱装置はマイクロ波照射室内の
マイクロ波の電界強度が一様ではないため、被加熱物の
発熱量はその被加熱物が置かれた場所におけるマイクロ
波の電界強度によって決定され、特に、複数の被加熱物
を同時に加熱するときには、急速に温度上昇するものと
そうでないものが現れる。その結果、マイクロ波の電界
強度のむらは、被加熱物ごとの温度むらを引き起こし、
最終的に被加熱物の品質のばらつきをもたらす原因にな
るという課題があった。また、従来のマイクロ波加熱装
置は、被加熱物を発熱体からの熱伝導により温度上昇さ
せるものであり、被加熱物を外部から加熱することにな
ってマイクロ波加熱の大きな特徴である被加熱物の自己
発熱による加熱でなくなるという課題もあった。

【０００４】そこで、この発明はかかる課題を解決する
ためになされたものであり、被加熱物の自己発熱による
マイクロ波加熱を維持しつつ、複数の被加熱物を同時に
加熱するときにこれらの被加熱物を一様に加熱しうる新
規なマイクロ波加熱装置を提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
るマイクロ波加熱装置は、マイクロ波を発生するマイク
ロ波発生源と、このマイクロ波発生源により発生された
マイクロ波を伝送する伝送管と、この伝送管から伝送さ
れたマイクロ波が導入されて複数の被加熱物を同時に加
熱する加熱炉と、上記複数の被加熱物を配置し、マイク
ロ波の吸収率が上記被加熱物のそれよりも小さいセラミ
ックス製の伝熱容器とを備えたものである。

【０００６】この発明の請求項２に係るマイクロ波装置
は、上記伝熱容器を複数個設けたことを特徴とする請求
項１に記載のものである。

【０００７】この発明の請求項３に係るマイクロ波加熱
装置は、伝熱容器を複数の被加熱物を配置する段を複数
段設けたことを特徴とする請求項１に記載のものであ
る。

【０００８】この発明の請求項４に係るマイクロ波装置
は、複数の被加熱物を配置する段を複数段設けた伝熱容
器をさらに複数個設けたことを特徴とする請求項１に記
載のものである。

【０００９】この発明の請求項５に係るマイクロ波加熱
装置は、上記伝熱容器にヒータを設けたことを特徴とす
る請求項1乃至４のいずれかに記載のものである。

【００１０】この発明の請求項６に係るマイクロ波加熱
装置は、上記伝熱容器のマイクロ波吸収率を上記被加熱
物のそれよりも小さくしたことを特徴とする請求項１乃
至４のいずれかに記載のものである。

【００１１】この発明の請求項７に係るマイクロ波加熱
装置は、上記セラミックス製の伝熱容器を窒化アルミニ
ウム、窒化珪素、又はアルミナのいずれかにより構成し
たことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の
ものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】実施の形態１ 以下、この発明の実施の形態を含む実施例について図を
用いて説明する。図１において、１はマイクロ波発生源
で、例えばジャイロトロンのような電磁波発振管であ
る。ジャイロトロンの構成については図２に示す。図２
はジャイロトロンの構成断面図である。図２において、
ジャイロトロンは電子銃１０、キャビティ１１、導波管
兼コレクタ１２、出力窓１３、軸方向磁場発生装置１
４、ビーム電源１５等から構成され、ビーム電源１５か
ら直流又はパルス状の電力の供給を受けて動作する。ジ
ャイロトロンは高周波数において大電力を出力すること
が可能である。セラミックスの焼成には、通常２８ＧＨ
ｚ〜３０ＧＨｚ付近の周波数が利用される。

【００１３】図１において、２はマイクロ波発生源１に
より発生したマイクロ波を伝送する伝送管、３は伝送管
２により伝送されてきたマイクロ波を被加熱物に照射す
るためのマイクロ波照射室、４は伝送管２からのマイク
ロ波をマイクロ波照射室３に導入する導入口である。５
は複数の被加熱物で、これらを同時に加熱するために図
１では３個の被加熱物を示している。６は複数の被加熱
物１を収容可能な伝熱容器で、被加熱物１の材料よりマ
イクロ波の吸収が少なく、熱伝導率の大きいセラミック
スで作製している。セラミックスは、例えば窒化アルミ
ニウム、窒化珪素、又はアルミナのいずれかにより構成
する。伝熱容器６には複数の被加熱物１を適切な寸法精
度で嵌め込むに足る穴を形成している。この穴を通して
複数の被加熱物１を伝熱容器６に嵌め込む。７は、マイ
クロ波の吸収がほとんどない、例えばアルミナ繊維から
構成した断熱材で、伝熱容器６を囲んでいる。なお、８
は、伝熱容器６と同様にセラミックスから構成した伝熱
容器６の蓋であって、伝熱容器６の穴を塞ぐことも可能
である。

【００１４】さて、マイクロ波発生源１により発生され
たマイクロ波は伝送管２を通してマイクロ波照射室３内
に入射すると、誘電損により被加熱物５及び伝熱容器６
は温度上昇する。このとき、伝熱容器６は被加熱物５よ
りもマイクロ波の吸収が小さい材料で作製しているた
め、主として被加熱物５の方がより発熱する。なお、断
熱材７は、例えばアルミナ繊維により構成しているか
ら、マイクロ波の吸収が少なく、かつ、嵩密度が小さい
ため、マイクロ波の吸収はほとんどない。また、マイク
ロ波照射室３内の電界強度分布は通常ある程度の不均一
があり、マイクロ波照射室３内に配置をした複数の被加
熱物５の場所によって、発熱量が異なって温度上昇の速
度にもばらつきが生じる。このため、複数の被加熱物５
の温度差をもたらすが、伝熱容器６を用いているため、
伝熱容器６を通して複数の被加熱物５の間で熱のやり取
りが行われ、高温の被加熱物から低温の被加熱物へと熱
が移動するため温度差は小さくなる。このように、伝熱
容器６を用いることにより、マイクロ波加熱の大きな特
徴である被加熱物５の自己発熱による加熱の条件が損な
われることなく、複数の被加熱物５を同時に、かつ、均
一な温度で加熱することができるので、品質のばらつき
が少なく、歩留まりのよい複数の被加熱物５の製造が可
能となるという効果を奏する。なお、図１においては、
マイクロ波の導入口４はマイクロ波照射室３の上部に設
けたものを模式的に図示したが、実際上は必ずしも上部
にある必要はない。

【００１５】実施の形態２ 上記の実施の形態１では、伝熱容器６を１個用い、複数
の被加熱物５を１段だけ配置したが、さらに多数の被加
熱物５を加熱する必要がある場合は、図３に示すよう
に、伝熱容器６を２個用いてこれらの伝熱容器６の間に
断熱材７を挟んで積み重ねて２段としてそれぞれの伝熱
容器６にそれぞれ複数の被加熱物５を配置している。こ
のように構成すると、上記の実施の形態１で示した効果
のほかに、１回の加熱工程で処理できる被加熱物５の個
数を増やすことができる。なお、図３では、伝熱容器６
を２段にしたが、これ以上の段数にしてもよいことは勿
論である。

【００１６】実施の形態３ さらに、１回の加熱工程で処理できる被加熱物５の個数
を増やすための別の構成として、図４では、１個の伝熱
容器６の上面と下面の両方にそれぞれ複数の被加熱物５
を入れるための穴を設けている。こうすれば、上記の実
施の形態１で示した効果のほかに、伝熱容器６の個数を
増やすことなく、１回の加熱工程で処理できる被加熱物
５の個数を増やすことができる。

【００１７】実施の形態４ 上記の実施の形態３では、１個の伝熱容器６の上面と下
面の両方にそれぞれ複数の被加熱物５を入れるための穴
を設けたが、さらに図５に示すように２段又はそれ以上
の段数にしてもよいことは勿論である。こうすれば、上
記の実施の形態１で示した効果のほかに、１回の加熱工
程で処理できる被加熱物５の個数をさらに増やすことが
できる。

【００１８】実施の形態５ 図６では、既に説明した上記の実施の形態における場合
と同一の符号は同一または相当部分を示すので説明を省
略する。１６は伝熱容器６内に埋設したヒータ、１７は
ヒータに電流を流すためのヒータ用電源装置である。こ
れまで説明した上記の実施の形態では、伝熱容器６は被
加熱物５から伝導してくる熱により、複数の被加熱物５
は温度上昇し、高温の被加熱物５から低温の被加熱物５
へ熱を伝えて、被加熱物５の温度を均一にするために役
立っている。このとき、高温の被加熱物５は表面から伝
熱容器６に熱が伝わって行くわけであるから、被加熱物
５の表面温度は内部の温度より低くなる。また、低温の
被加熱物５はその逆である。この実施の形態５では、伝
熱容器６の温度をヒータ１６により制御しようとするも
のである。マイクロ波加熱による被加熱物５の温度変化
に合わせて、伝熱容器６の温度が変化するようにヒータ
１６に流す電流を制御する。このようにすれば、マイク
ロ波加熱の大きな特徴である被加熱物５の自己発熱によ
る加熱の条件が損なわれることなく、多数の被加熱物５
を同時に、かつ、均一な温度で加熱することができ、個
々の被加熱物５の中での温度差が小さくなり、さらに良
品質の製品の製造が可能となる。

【００１９】実施の形態６ 上記の実施の形態５では、伝熱容器６を１個だけ用いた
が、ここでも実施の形態２から実施の形態４で示した場
合と同様に、複数の伝熱容器６を用い、あるいは１個の
伝熱容器６の上下両面に穴を設けてもよい。こうすれ
ば、上記の実施の形態５で示した効果のほかに、１回に
加熱工程で処理できる被加熱物５の個数を増やすことが
できる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
上記複数の被加熱物を配置し、マイクロ波の吸収率が上
記被加熱物のそれよりも小さいセラミックス製の伝熱容
器を設けたため、複数の被加熱物を自己発熱によるマイ
クロ波加熱を維持しつつ、複数の被加熱物を同時、か
つ、一様に加熱しうるとともに、被加熱物の加熱処理を
効率的に行うことができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１に係わるマイクロ波
加熱装置を示す模式構成図である。

【図２】 マイクロ波源としてのジャイロトロンの構成
を示す構成図である。

【図３】 この発明の実施の形態２に係わるマイクロ波
加熱装置を示す模式構成図である。

【図４】 この発明の実施の形態３に係わるマイクロ波
加熱装置を示す模式構成図である。

【図５】 この発明の実施の形態４に係わるマイクロ波
加熱装置を示す模式構成図である。

【図６】 この発明の実施の形態５に係わるマイクロ波
加熱装置を示す模式構成図である。

【符号の説明】

１ マイクロ波発生源 ２ 伝送管 ３ マイクロ波照射室 ４ マイクロ波の導入口 ５ 被加熱物 ６ 伝熱容器 ７ 断熱材 ８ 蓋 １６ ヒータ １７ ヒータ用電源装置

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マイクロ波を発生するマイクロ波発生源
   と、このマイクロ波発生源により発生されたマイクロ波
   を伝送する伝送管と、この伝送管から伝送されたマイク
   ロ波が導入されて複数の被加熱物を同時に加熱する加熱
   炉と、上記複数の被加熱物を配置し、マイクロ波の吸収
   率が上記被加熱物のそれよりも小さいセラミックス製の
   伝熱容器とを備えたことを特徴とするマイクロ波加熱装
   置。
2. 【請求項２】 上記伝熱容器を複数個設けたことを特徴
   とする請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
3. 【請求項３】 上記伝熱容器は、複数の被加熱物を配置
   する段を複数段設けた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。
4. 【請求項４】 複数の被加熱物を配置する段を複数段設
   けた伝熱容器をさらに複数個設けた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。
5. 【請求項５】 上記伝熱容器にヒータを設けたことを特
   徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のマイクロ波
   加熱装置。
6. 【請求項６】 上記セラミックス製の伝熱容器は、窒化
   アルミニウム、窒化珪素、又はアルミナのいずれかによ
   り構成したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか
   に記載のマイクロ波加熱装置。