JP2004031222A - マイクロ波加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱用導波管内を通過する被加熱物を均一に加熱することができるマイクロ波加熱装置を得る。
【解決手段】マイクロ波加熱装置の加熱用導波管２２は、管内断面寸法ａ１，ａ２，ａ３，ａ４の異なる直線部２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄが、折曲げ部２５ａ，２５ｂ，２５ｃによって連結される。また、折曲げ部２５ａ，２５ｂ，２５ｃには、各直線部２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄの導波管内寸法が異なる部分の段差をなくすために、テーパ部４０が形成されている。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、板状やシート状の被加熱物を連続的に加熱処理するマイクロ波加熱装置に関し、特に、印刷紙等を乾燥するために用いて好適な導波管式のマイクロ波加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から印刷紙等のシート状や板状の被加熱物を乾燥させるために、加熱用導波管にマイクロ波発振器を接続した導波管式のマイクロ波加熱装置が知られている。
この導波管式のマイクロ波加熱装置１は、図５に示すように、加熱用導波管２の一端にマイクロ波発振器６を接続してなる加熱炉４が、加熱用導波管２の他端を短絡板８で終端させて構成され、加熱炉４を通過する印刷紙等の被加熱物Ａを連続的に加熱処理して、乾燥する。
加熱炉４は、図６（ａ）に示すように、互いに平行に配置された加熱用導波管２の複数の直線部３と、隣接する各直線部３を順次連結した折曲げ部５とを備えて、断面矩形状に形成した各直線部３の互いに対向する両側面に、図６（ｂ）に示すように、被加熱物Ａを通過させるスロット９を設けた構造である。
【０００３】
このようなマイクロ波加熱装置１では、マイクロ波発振器６からマイクロ波が加熱炉４に入射されると、入射されたマイクロ波が短絡板８で反射して、入射波と反射波とが相互に干渉し合う結果、加熱用導波管２内に定在波を発生する。
この定在波とは、極小点や極大点の位置は変わらず、ただ振幅のみが変化した波であり、定在波は極大点と極小点との部分で電界強度が異なり、且つ、極大点と極小点とが周期的に存在する。そのため、加熱用導波管２のスロット９を通過する被加熱物Ａには、図６（ａ）に示すように、被加熱物Ａの移動方向と直交する方向（被加熱物Ａの幅方向）に周期的な間隔Ｔで加熱斑１０となる加熱ムラが生じる。
【０００４】
加熱斑１０による加熱ムラを防止するために、例えば、特開平１０−１１２３８７号公報では、被加熱物の移動方向に沿って順次配置した略同一形状からなる複数組の導波管ユニットを、各導波管ユニットに発生する定在波の位置がずれるように、それぞれの導波管ユニットの短絡板の位置を、互いに管軸方向にずらしたものが開示されている。
また、他の従来技術として、図７に示すように、直線部３と折曲げ部５とを連接させて構成する一本の加熱用導波管２の直線部３の長さ寸法Ｌ１，Ｌ２，…を、直線部３と折曲げ部５との間に介挿させたスペーサ１２で変更して、例えば隣接する直線部３（図示例では第１の直線部３ａと第３の直線部３ｃ）間で生じる加熱斑の位置を相対的にずらすように工夫したものが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来技術の前者では、定在波の位置をずらすために、各短絡板の位置をずらすための位置調整が必要であることに加えて、被加熱物の移動方向に沿って順次配置される複数組の導波管ユニットの相互間の配置位置を調整する必要がある。このため、装置の設置作業などに多大な手間と労力とを要した。
また、後者では、直線部や折曲げ部に加えて、更にスペーサを用いて部品点数を増加させているため、個々の加工精度や組立て精度に起因した精度ずれが増大して、装置の加熱効率を低下させる虞があった。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、加熱用導波管の各直線部内における定在波の波長を意図的に変更することで、均一加熱を可能にして加熱効率を向上すると共に、短絡板の位置調整などを不用にして装置全体の構成を簡素化することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明のマイクロ波加熱装置は、互いに平行に配置された複数の直線部と前記直線部を順次連結する折曲げ部とを有してなる加熱用導波管の一端がマイクロ波発振器に接続されると共に他端が前記加熱用導波管内に定在波を形成する短絡板で終端された加熱炉に、被加熱物を通過させて加熱する導波管式のマイクロ波加熱装置であって、前記加熱用導波管の各直線部は管内断面寸法が互いに異なっていることを特徴とする。
この構成により、加熱用導波管の各直線部内に形成される定在波の波長を変えることができる。このため、被加熱物は、マイクロ波の強電界位置が分散された加熱用導波管の各直線部を通過することとなって、その幅方向においてマイクロ波エネルギを略均等に吸収できる。
【０００８】
請求項２に係る発明のマイクロ波加熱装置は、請求項１に係る発明のマイクロ波加熱装置において、前記折曲げ部には、前記管内断面寸法が異なる直線部に気密に連接するために拡大または縮小するテーパ部が設けられていることを特徴とする。
この構成により、折曲げ部は、断面寸法の異なる直線部との接続部分において段差などの形成が解消されて、導波管内でのマイクロ波の不必要な乱反射をなくすことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るマイクロ波加熱装置の好適な実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施の形態に係るマイクロ波加熱装置の要部を示す一部分解斜視図、図２は図１に示す要部の上面図及び側面図、図３はマイクロ波加熱装置の上面図、図４はマイクロ波加熱装置の側面図である。
図３、図４において、本発明のマイクロ波加熱装置２０は、加熱用導波管２２の一端にマイクロ波発振器３０を接続してなる加熱炉２４が、加熱用導波管２２の他端を短絡板２８で終端された構成である。
【００１０】
加熱用導波管２２は、平面上を互いに平行に配置された複数の直線部２３ａ，２３ｂ，……，２３ｎと、これらの直線部２３を並列状態に整列して、隣接する各直線部２３ａ，２３ｂ，……，２３ｎを順次に連結する折曲げ部２５ａ，２５ｂ，……，２５ｎとを備えて、一本の連続した管体に形成される。
【００１１】
加熱用導波管２２の上方にはマイクロ波発振器３０が配置され、マイクロ波発振器３０はアイソレータ３２、整合器３４及び連結用導波管３６を経由して加熱用導波管２２に接続されている。
なお、アイソレータ３２は、短絡板２８よりの反射波により生じる加熱炉２４からの反射電力を吸収してマイクロ波発振器３０を保護する目的で、また、整合器３４は、マイクロ波発振器３０と加熱炉２４との整合を図って、加熱炉２４からの反射電力を最小化させる目的でそれぞれ設けられている。
マイクロ波加熱装置２０には、上記構成に加えて、マイクロ波発振器３０が出射するマイクロ波のパワー等を監視する目的で、指示計３８が設けられている。
【００１２】
ところで、加熱用導波管２２は、図１にも示すように、その断面形状が矩形体であるとすると、その管内波長λｇは、下記式により表されることは、一般に良く知られている。
【００１３】
【数１】

【００１４】
上記の式において、λは自由空間波長であり、ａは加熱用導波管の幅広面の寸法である。
本発明者は、上記式より、加熱用導波管２２の幅広面の寸法を変更すれば、加熱用導波管２２の管内波長λｇを変えることができることに気付き、つまり、加熱用導波管２２の寸法を変更することで低在波の波長を変更して、この波長が意図的に変更された加熱用導波管２２内に被加熱物Ａ（図２参照）を順次通過させれば、被加熱物Ａの加熱ムラが低減できると考えて、本発明に至ったものである。
【００１５】
そこで、上記の着想を実現するために、図１及び図２（ｂ）に示すように、加熱用導波管２２の断面形状が矩形体に形成された各直線部２３ａ，２３ｂ，……，２３ｎはその管内断面寸法（幅広面の寸法）ａ１，ａ２，ａ３，……，ａｎが、マイクロ波発振器３０に接続された入力端側から短絡板２８を装備した終端側に向かって、順次長くなるように設定されている。
なお、各直線部２３ａ，２３ｂ，……，２３ｎの水平方向の管内断面寸法は一定である。水平方向の管内断面寸法を変更しても構わないが、水平方向の管内断面寸法を変更すると、隣接する各直線部２３ａ，２３ｂ，……，２３ｎ間の間隔がそれぞれ変わって加熱炉を大型化させると同時に、被加熱物Ａが各直線部２３ａ，２３ｂ，……，２３ｎを通過する際に、被加熱物Ａの幅方向に対して均一な電界強度を密に並べることが難しい。
【００１６】
各直線部２３ａ，２３ｂ，……，２３ｎには、従来と同様に、被加熱物Ａを通過させるスロット２９が互いに対向する両側面に設けられている。
【００１７】
折曲げ部２５ａ，２５ｂ，……，２５ｎは、平面視で略コ字形に形成されると共に、その一端部には、管内断面寸法が異なる直線部２３ａ，２３ｂ，……，２３ｎを連接する際、直線部２３ａ，２３ｂ，……，２３ｎとの間に段部が形成されると、マイクロ波が乱反射してパワーロスの原因となるために、図２（ｂ）において明らかなように、幅広面の寸法ａ１，ａ２，ａ３，……，ａｎに合わせて拡大または縮小して、異なる管内断面寸法の直線部２３ａ，２３ｂ，……，２３ｎに連続的に気密に繋がるテーパ部４０が設けられている。
【００１８】
以上のように構成された本発明のマイクロ波加熱装置２０によれば、各直線部２３ａ，２３ｂ，……，２３ｎの管内断面寸法がそれぞれ異なって構成され、既述した式により導波管内の寸法が大きくなると定在波の波長が短くなるため、それぞれの導波管内での定在波の波長が変えられ、スロット２９を通過する被加熱物Ａには、例えば、直線部２３ａにおいては加熱班１０が間隔Ｔ１で形成され、直線部２３ｂにおいては加熱班１０が間隔Ｔ２で形成され、直線部２３ｃにおいては加熱班１０が間隔Ｔ３で形成され、直線部２３ｄにおいては加熱班１０が間隔Ｔ４で形成される。
【００１９】
これにより、加熱用導波管２２の各直線部２３ａ，２３ｂ，……，２３ｎを通過した被加熱物Ａには、加熱班１０が実質的に分散配置されるようになるため、被加熱物Ａはその幅方向にマイクロ波エネルギを略均一に吸収することとなってムラ無く加熱されることになる。
なお、導波管の直線部の本数や定在波の波長については使用目的、マイクロ波発振器の仕様等の状況に応じて任意に設定されるものであることは勿論である。
【００２０】
また、上記の実施の形態では、直線部２３ａ，２３ｂ，……，２３ｎの管内断面寸法が、マイクロ波の入力端側から終端側に向かって順次長くなるように設定されたが、これとは逆に、入力端側から終端側に向かって順次短くなるようにして、定在波の波長が徐々に長くなるように変更してもよい。更に、管内断面寸法が順次変更されずに、ランダムに変更される構成であっても構わない。
【００２１】
【発明の効果】
以上に記載したように本発明のマイクロ波加熱装置によれば、加熱用導波管の断面寸法を変化させることにより、導波管内におけるマイクロ波の強電界位置を変化させる結果、加熱ムラをなくして効率よく被加熱物の加熱乾燥ができる。
また、従来のマイクロ波加熱装置に比べて、加熱効率が構成部品の加工精度に影響されることが少ないため、装置の設置時における煩わしい調整を不要にできるなどの効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態におけるマイクロ波加熱装置の要部を示す一部分解斜視図である。
【図２】加熱炉に被加熱物を適用した状態を示し、（ａ）は図１における上面図、（ｂ）は図１における側面図である。
【図３】本発明の一実施の形態におけるマイクロ波加熱装置の上面図である。
【図４】図３のマイクロ波加熱装置の側面図である。
【図５】従来のマイクロ波加熱装置の概念図である。
【図６】図２に対応して、図５の加熱用導波管の作用を説明する図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。
【図７】他の従来例によるマイクロ波加熱装置の説明する斜視図である。
【符号の説明】
１０　加熱班
２２　加熱用導波管
２３ａ，２３ｂ，……，２３ｎ　直線部
２４　加熱炉
２５ａ，２５ｂ，……，２５ｎ　折曲げ部
２８　短絡板
２９　スロット
３０　マイクロ波発振器
４０　テーパ部
ａ１，ａ２，ａ３，……，ａｎ　管内断面寸法
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４　加熱班の間隔
Ａ　被加熱物

Claims (2)

1. 互いに平行に配置された複数の直線部と前記直線部を順次連結する折曲げ部とを有してなる加熱用導波管の一端がマイクロ波発振器に接続されると共に他端が前記加熱用導波管内に定在波を形成する短絡板で終端された加熱炉に、被加熱物を通過させて加熱する導波管式のマイクロ波加熱装置であって、
   前記加熱用導波管の各直線部は管内断面寸法が互いに異なっていることを特徴とするマイクロ波加熱装置。
2. 前記折曲げ部には、前記管内断面寸法が異なる直線部と気密に連接するために拡大または縮小するテーパ部が設けられていることを特徴とする請求項１記載のマイクロ波加熱装置。

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