JP2008041398A - Microwave generator and microwave processor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マイクロ波を発生するマイクロ波発生装置およびマイクロ波により対象物を処理するマイクロ波処理装置に関する。 The present invention relates to a microwave generation device that generates a microwave and a microwave processing device that processes an object using the microwave.
マイクロ波により対象物を処理する装置、例えば、電子レンジ等においては、マイクロ波発生装置としてマグネトロンが用いられている(例えば、特許文献1)。マグネトロンは、高電力のマイクロ波を容易に発生させることができ、マイクロ波発生装置として一般的に用いられている。 In an apparatus for processing an object using a microwave, such as a microwave oven, a magnetron is used as a microwave generator (for example, Patent Document 1). Magnetrons can easily generate high-power microwaves and are generally used as microwave generators.
ところで、マイクロ波発生装置としてマグネトロンを用いた場合、発生させるマイクロ波の周波数制御が容易ではない。そこで、マグネトロンに代わるマイクロ波発生装置として、従来より半導体素子を用いた装置の研究が行われていた。
半導体素子を用いたマイクロ波発生装置においては、例えば、トランジスタ等により構成されるマイクロ波発生源により発生されたマイクロ波を、トランジスタ等により構成される増幅器により増幅する。それにより、マイクロ波発生装置は、増幅された高電力のマイクロ波を放射することができる。 In a microwave generation device using a semiconductor element, for example, a microwave generated by a microwave generation source including a transistor or the like is amplified by an amplifier including a transistor or the like. Thereby, the microwave generator can radiate the amplified high-power microwave.
しかしながら、近年まで、高耐圧の半導体素子が開発されておらず、増幅器に十分な電圧を印加することができなかった。そのため、従来の半導体素子を用いたマイクロ波発生装置においては、商用電源を用いることができなかった。 However, until recently, a high breakdown voltage semiconductor element has not been developed, and a sufficient voltage could not be applied to the amplifier. Therefore, a commercial power source cannot be used in a conventional microwave generator using a semiconductor element.
このように、従来の半導体素子を用いたマイクロ波発生装置は汎用性に乏しく、各種機器に実際に搭載されることもほとんど考えられなかった。したがって、商用電源を用いる機器に、半導体素子を用いたマイクロ波発生装置を搭載した場合に発生する問題点についてもほとんど検討されていない。 Thus, the conventional microwave generator using a semiconductor element has poor versatility, and it has hardly been considered to be actually mounted on various devices. Accordingly, little consideration has been given to problems that occur when a microwave generator using a semiconductor element is mounted on a device using a commercial power supply.
本発明の目的は、各種機器に安全に搭載することができる半導体素子を用いたマイクロ波発生装置を提供することである。 The objective of this invention is providing the microwave generator using the semiconductor element which can be safely mounted in various apparatuses.
本発明の他の目的は、半導体素子を用いたマイクロ波発生装置が安全に搭載されたマイクロ波処理装置を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a microwave processing apparatus in which a microwave generator using a semiconductor element is safely mounted.
(1)第1の発明に係るマイクロ波発生装置は、マイクロ波を発生するマイクロ波発生装置であって、マイクロ波を発生する発振器と、発振器により発生されたマイクロ波を増幅する増幅器と、増幅器により増幅されたマイクロ波を放射する放射部とを備え、増幅器は、バンドギャップが3eV以上の化合物半導体からなる半導体素子を含み、増幅器は、接地電位から電気的に絶縁されているものである。 (1) A microwave generator according to a first invention is a microwave generator that generates a microwave, an oscillator that generates a microwave, an amplifier that amplifies the microwave generated by the oscillator, and an amplifier The amplifier includes a semiconductor element made of a compound semiconductor having a band gap of 3 eV or more, and the amplifier is electrically insulated from the ground potential.
そのマイクロ波発生装置においては、発振器により発生されたマイクロ波が、増幅器において増幅された後、放射部から放射される。増幅器は、バンドギャップが3eV以上の化合物半導体からなる半導体素子を含む。 In the microwave generator, the microwave generated by the oscillator is amplified by the amplifier and then radiated from the radiating unit. The amplifier includes a semiconductor element made of a compound semiconductor having a band gap of 3 eV or more.
この場合、増幅器に十分高い電圧を印加することができるので、発振器により発生されたマイクロ波の電力を増幅器において十分に増幅することができる。 In this case, since a sufficiently high voltage can be applied to the amplifier, the microwave power generated by the oscillator can be sufficiently amplified in the amplifier.
また、増幅器は、接地電位から電気的に絶縁されている。したがって、マイクロ波発生装置を各種機器に搭載した場合に、増幅器に印加される高い電圧が機器の筐体に印加されることを防止することができる。それにより、機器の使用者に高い電圧が印加されることを防止することができる。すなわち、マイクロ波発生装置を各種機器に安全に搭載することができる。 The amplifier is electrically isolated from the ground potential. Therefore, when the microwave generator is mounted on various devices, it is possible to prevent a high voltage applied to the amplifier from being applied to the housing of the device. Thereby, it is possible to prevent a high voltage from being applied to the user of the device. That is, the microwave generator can be safely mounted on various devices.
(2)マイクロ波発生装置は、増幅器を内部に収容する第1の筐体をさらに備え、増幅器と第1の筐体とは電気的に接続され、第1の筐体は接地電位から電気的に絶縁されてもよい。 (2) The microwave generator further includes a first housing that accommodates the amplifier therein, the amplifier and the first housing are electrically connected, and the first housing is electrically connected from the ground potential. May be insulated.
この場合、増幅器の基準電位(一方の電源電位)を安定させることができる。それにより、増幅器の出力を安定させることができる。また、第1の筐体は接地電位から電気的に絶縁されているので、マイクロ波発生装置を各種機器に搭載した場合に、増幅器に印加される高い電圧が機器の筐体に印加されることを防止することができる。 In this case, the reference potential (one power supply potential) of the amplifier can be stabilized. Thereby, the output of the amplifier can be stabilized. In addition, since the first casing is electrically insulated from the ground potential, a high voltage applied to the amplifier is applied to the casing of the apparatus when the microwave generator is mounted on various apparatuses. Can be prevented.
(3)マイクロ波発生装置は、増幅器により増幅されたマイクロ波を放射部に伝送する同軸線路をさらに備え、同軸線路は、増幅器により増幅されたマイクロ波を伝送する内部導体と、マイクロ波の漏洩を防止するための外部導体とを含み、第1の筐体と外部導体とは電気的に絶縁されてもよい。 (3) The microwave generator further includes a coaxial line that transmits the microwave amplified by the amplifier to the radiating unit, and the coaxial line includes an internal conductor that transmits the microwave amplified by the amplifier, and leakage of the microwave. The first housing and the outer conductor may be electrically insulated from each other.
この場合、外部導体を機器の筐体に接続することにより、第1の筐体と機器の筐体との間で、マイクロ波が同軸線路の外部へ漏洩することを防止することができる。それにより、機器の誤動作を防止することができる。 In this case, it is possible to prevent the microwave from leaking outside the coaxial line between the first housing and the device housing by connecting the outer conductor to the device housing. As a result, malfunction of the device can be prevented.
また、第1の筐体と外部導体とが電気的に絶縁されるので、外部導体を機器の筐体に接続した場合にも、増幅器に印加される高い電圧が機器の筐体に印加されることを防止することができる。 In addition, since the first housing and the external conductor are electrically insulated, a high voltage applied to the amplifier is applied to the device housing even when the external conductor is connected to the device housing. This can be prevented.
(4)第1の筐体と同軸線路とは絶縁部材を介して接続され、外部導体と絶縁部材とは内部導体により伝送されるマイクロ波の漏洩を遮蔽するチョーク構造を形成してもよい。 (4) The first housing and the coaxial line may be connected via an insulating member, and the outer conductor and the insulating member may form a choke structure that shields leakage of microwaves transmitted by the inner conductor.
この場合、第1の筐体と同軸線路との接続部においてマイクロ波が漏洩することを防止することができる。それにより、機器の誤動作を確実に防止することができる。 In this case, the microwave can be prevented from leaking at the connection portion between the first housing and the coaxial line. Thereby, it is possible to reliably prevent malfunction of the device.
(5)同軸線路は、外部導体内で内部導体を覆うように設けられる円筒状の絶縁材を有し、第1の筐体は、円筒状のガイド部を有し、同軸線路は、円筒状の絶縁材を円筒状のガイド部内に嵌合することにより第1の筐体に接続されてもよい。 (5) The coaxial line has a cylindrical insulating material provided so as to cover the inner conductor in the outer conductor, the first casing has a cylindrical guide portion, and the coaxial line has a cylindrical shape. This insulating material may be connected to the first housing by fitting it into a cylindrical guide portion.
この場合、同軸線路を第1の筐体に確実に固定することができる。それにより、外部導体と絶縁部材により形成されるチョーク構造が変形することを防止することができる。その結果、第1の筐体と同軸線路との接続部においてマイクロ波が漏洩することを確実に防止することができる。 In this case, the coaxial line can be reliably fixed to the first housing. Thereby, it is possible to prevent the choke structure formed by the outer conductor and the insulating member from being deformed. As a result, it is possible to reliably prevent the microwave from leaking at the connection portion between the first housing and the coaxial line.
(6)マイクロ波発生装置は、発振器を内部に収容する第2の筐体をさらに備え、第1の筐体は第2の筐体から電気的に絶縁されてもよい。 (6) The microwave generator may further include a second casing that houses the oscillator therein, and the first casing may be electrically insulated from the second casing.
この場合、マイクロ波発生装置を機器の筐体に搭載する際に、第2の筐体が機器の筐体と電気的に接続されても、増幅器に印加される高い電圧が機器の筐体に印加されることを防止することができる。したがって、マイクロ波発生装置をより安全に機器に搭載することができる。 In this case, when the microwave generator is mounted on the device housing, even if the second housing is electrically connected to the device housing, a high voltage applied to the amplifier is applied to the device housing. It can prevent being applied. Therefore, the microwave generator can be safely mounted on the device.
(7)マイクロ波発生装置は、増幅器の出力端子と放射部との間に設けられる容量素子をさらに含んでもよい。この場合、増幅器に印加される高い直流電圧が放射部に印加されることを防止することができる。その結果、安全性がさらに向上する。 (7) The microwave generation device may further include a capacitive element provided between the output terminal of the amplifier and the radiation unit. In this case, it is possible to prevent a high DC voltage applied to the amplifier from being applied to the radiating unit. As a result, safety is further improved.
(8)マイクロ波発生装置は、発振器の出力端子と増幅器の入力端子との間に設けられる容量素子をさらに含んでもよい。それにより、増幅器に高い直流電圧が印加された場合にも、発振器に高い直流電圧が印加されることを防止することができる。その結果、発振器の故障を防止することができる。 (8) The microwave generator may further include a capacitive element provided between the output terminal of the oscillator and the input terminal of the amplifier. Thereby, even when a high DC voltage is applied to the amplifier, it is possible to prevent a high DC voltage from being applied to the oscillator. As a result, failure of the oscillator can be prevented.
(9)第2の発明に係るマイクロ波処理装置は、マイクロ波を用いて対象物を処理するマイクロ波処理装置であって、対象物が配置される第3の筐体と、第3の筐体内に配置される対象物にマイクロ波を放射する第1の発明に係るマイクロ波発生装置とを備え、マイクロ波発生装置の増幅器は第3の筐体から電気的に絶縁されているものである。 (9) A microwave processing apparatus according to a second aspect of the present invention is a microwave processing apparatus that processes an object using microwaves, and includes a third casing in which the object is disposed, and a third casing. The microwave generator according to the first aspect of the invention radiates microwaves to an object placed in the body, and the amplifier of the microwave generator is electrically insulated from the third casing. .
そのマイクロ波処理装置においては、第1の発明に係るマイクロ波発生装置から発生されたマイクロ波が第3の筐体内に配置される対象物に放射される。 In the microwave processing apparatus, the microwave generated from the microwave generation apparatus according to the first aspect of the invention is radiated to the object arranged in the third casing.
この場合、上記のマイクロ波発生装置が搭載されているので、マイクロ波発生装置の増幅器に十分高い電圧を印加することができる。したがって、発振器により発生されたマイクロ波の電力を増幅器において十分に増幅した後、マイクロ波をマイクロ波発生装置から第3の筐体内に放射することができる。 In this case, since the above microwave generator is mounted, a sufficiently high voltage can be applied to the amplifier of the microwave generator. Therefore, after the microwave power generated by the oscillator is sufficiently amplified by the amplifier, the microwave can be radiated from the microwave generator into the third housing.
また、増幅器は、第3の筐体から電気的に絶縁されている。したがって、増幅器に印加される高い電圧が第3の筐体に印加されることを防止することができる。それにより、マイクロ波処理装置の使用者に高い電圧が印加されることを防止することができる。すなわち、マイクロ波発生装置をマイクロ波処理装置に安全に搭載することができる。 The amplifier is electrically insulated from the third housing. Therefore, it is possible to prevent a high voltage applied to the amplifier from being applied to the third casing. Thereby, it is possible to prevent a high voltage from being applied to the user of the microwave processing apparatus. That is, the microwave generator can be safely mounted on the microwave processing apparatus.
本発明によれば、マイクロ波発生装置の増幅器に十分高い電圧を印加することができるので、発振器により発生されたマイクロ波の電力を増幅器において十分に増幅することができる。 According to the present invention, since a sufficiently high voltage can be applied to the amplifier of the microwave generator, the power of the microwave generated by the oscillator can be sufficiently amplified in the amplifier.
また、増幅器は、接地電位から電気的に絶縁されている。したがって、マイクロ波発生装置を各種機器(マイクロ波処理装置)に搭載した場合に、増幅器に印加される高い電圧が機器(マイクロ波処理装置)の筐体に印加されることを防止することができる。それにより、機器(マイクロ波処理装置)の使用者に高い電圧が印加されることを防止することができる。すなわち、マイクロ波発生装置を各種機器(マイクロ波処理装置)に安全に搭載することができる。 The amplifier is electrically isolated from the ground potential. Therefore, when the microwave generator is mounted on various devices (microwave processing devices), it is possible to prevent a high voltage applied to the amplifier from being applied to the housing of the device (microwave processing device). . Thereby, it can prevent that a high voltage is applied to the user of an apparatus (microwave processing apparatus). That is, the microwave generation device can be safely mounted on various devices (microwave processing devices).
以下、本発明の一実施の形態に係るマイクロ波発生装置およびそれを搭載したマイクロ波処理装置について図面を用いて説明する。以下、マイクロ波処理装置の一例として電子レンジを説明する。 Hereinafter, a microwave generator according to an embodiment of the present invention and a microwave processing apparatus equipped with the same will be described with reference to the drawings. Hereinafter, a microwave oven will be described as an example of a microwave processing apparatus.
(1)電子レンジの構成および動作の概略
図1は、本発明の一実施の形態に係る電子レンジの構成を示すブロック図である。図1に示すように、本実施の形態に係る電子レンジ1は、マイクロ波発生装置100および筐体501を含む。筐体501内には、アンテナA1,A2が設けられる。なお、筐体501は接地される。
(1) Outline of Configuration and Operation of Microwave Oven FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a microwave oven according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a microwave oven 1 according to the present embodiment includes a
また、マイクロ波発生装置100は、電圧供給部200、マイクロ波発生部300およびマイクロ波増幅部400を備える。マイクロ波発生装置100は、電源プラグ10を介して商用電源に接続される。
The
マイクロ波発生装置100において、電圧供給部200は、商用電源から供給される交流電圧を可変電圧および直流電圧に変換し、可変電圧をマイクロ波発生部300に与え、直流電圧をマイクロ波増幅部400に与える。
In the
マイクロ波発生部300は、電圧供給部200から与えられる可変電圧に基づいてマイクロ波を発生する。マイクロ波増幅部400は、電圧供給部200から与えられる直流電圧により動作し、マイクロ波発生部300により発生されるマイクロ波を増幅し、増幅したマイクロ波を筐体501内に設けられたアンテナA1、A2に与える。これにより、筐体501内でアンテナA1、A2からマイクロ波が放射される。電圧供給部200、マイクロ波発生部300およびマイクロ波増幅部400の構成および動作の詳細は後述する。
The
(2)マイクロ波発生装置の構成
図2は、図1の電子レンジ1を構成するマイクロ波発生装置100の概略側面図であり、図3は、図2のマイクロ波発生装置100の回路構成を模式的に示した図である。
(2) Configuration of Microwave Generator FIG. 2 is a schematic side view of the
図2の電圧供給部200は、整流回路201(図3)および電圧制御装置202(図3)を含む。電圧制御装置202は、トランス202aおよび電圧制御回路202bを含む。整流回路201および電圧制御装置202は、カバー部材IM1(図2)内において樹脂等の絶縁材料により封止されている。カバー部材IM1は樹脂材料からなり、後述するカバー部材IM2,IM3は、例えば、アルミニウム(Al)等の金属材料からなる。
2 includes a rectifier circuit 201 (FIG. 3) and a voltage control device 202 (FIG. 3).
図2のマイクロ波発生部300は、放熱フィン301、回路基板302およびカバー部材IM2を含む。回路基板302には、図3のマイクロ波発生器303が形成されている。回路基板302は、カバー部材IM2内において放熱フィン301上に設けられる。マイクロ波発生器303は、例えば、トランジスタ等の回路素子により構成される。
The
図2のマイクロ波増幅部400は、放熱フィン401、回路基板402およびカバー部材IM3を含む。回路基板402上には、図3の3つの増幅器403,404,405が形成されている。回路基板402は、カバー部材IM3内において放熱フィン401上に設けられる。増幅器403,404,405の詳細は後述する。
2 includes a
図3に示すように、マイクロ波発生器303の出力端子は、回路基板302に形成された線路L1、同軸ケーブルCC1および回路基板402に形成された線路L2を介して増幅器403の入力端子に接続されている。なお、同軸ケーブルCC1と線路L2とは、絶縁連結部MCにおいて接続されている。絶縁連結部MCの詳細は後述する。
As shown in FIG. 3, the output terminal of the
増幅器403の出力端子は、回路基板402に形成された線路L3を介して電力分配器410の入力端子に接続されている。電力分配器410は、増幅器403から線路L3を介して入力されたマイクロ波を2分配して出力する。
An output terminal of the
電力分配器410の2つの出力端子は、回路基板402に形成された線路L4,L5を介して増幅器404,405のそれぞれの入力端子に接続されている。
Two output terminals of the
増幅器404の出力端子は、回路基板402に形成された線路L6を介して同軸ケーブルCC2の一端に接続されている。同軸ケーブルCC2の他端は、アンテナA1に接続されている。アンテナA1は、電子レンジ500の筐体501内に設けられている。なお、同軸ケーブルCC2と線路L6とは、絶縁連結部MCにおいて接続されている。
An output terminal of the
増幅器405の出力端子は、回路基板402に形成された線路L7を介して同軸ケーブルCC3の一端に接続されている。同軸ケーブルCC3の他端は、アンテナA2に接続されている。アンテナA2は、電子レンジ500の筐体501内に設けられている。なお、同軸ケーブルCC3と線路L7とは、絶縁連結部MCにおいて接続されている。
The output terminal of the
整流回路201の一対の入力端子およびトランス202aの一次巻線には、商用電源PSから交流電圧VCCが与えられる。交流電圧VCCは、例えば、100(V)である。整流回路201の一対の出力端子には、高電位側の電源ラインLV1および低電位側の電源ラインLV2が接続されている。
The AC voltage VCC is supplied from the commercial power source PS to the pair of input terminals of the
整流回路201は、商用電源PSから与えられる交流電圧VCCを整流し、直流電圧VDDを電源ラインLV1,LV2間に印加する。直流電圧VDDは、例えば、140(V)である。増幅器403,404,405の電源端子は電源ラインLV1に接続され、増幅器403,404,405の接地端子は電源ラインLV2に接続されている。
The
トランス202aの二次巻線は、電圧制御回路202bの一対の入力端子に接続されている。トランス202aは交流電圧VCCを降圧する。電圧制御回路202bは、トランス202aにより降圧された交流電圧から任意に調整可能な可変電圧VVAをマイクロ波発生器303に与える。可変電圧VVAは、例えば、0〜10(V)の間で調整可能な電圧である。
The secondary winding of the
マイクロ波発生器303は、電圧制御回路202bから与えられる可変電圧VVAに基づいてマイクロ波を発生する。マイクロ波発生器303により発生されたマイクロ波は、線路L1、同軸ケーブルCC1および線路L2を介して増幅器403に与えられる。
The
増幅器403は、マイクロ波発生器303から与えられたマイクロ波の電力を増幅する。増幅器403により増幅されたマイクロ波は、線路L3,L4,L5を介して増幅器404,405に与えられる。
The
増幅器404,405は、増幅器403から与えられたマイクロ波の電力を増幅する。増幅器404により増幅されたマイクロ波は、線路L6および同軸ケーブルCC2を介してアンテナA1に与えられる。増幅器405により増幅されたマイクロ波は、線路L7および同軸ケーブルCC3を介してアンテナA2に与えられる。増幅器404,405からアンテナA1,A2に与えられたマイクロ波は、筐体501内へ放射される。
The
(3)増幅器および絶縁連結部の構成
次に、増幅器403,404,405および絶縁連結部MCの構成について説明する。
(3) Configuration of Amplifier and Insulation Connection Portion Next, the configuration of the
図4は、増幅器403,404,405および絶縁連結部MCを説明するための図である。また、図5は、絶縁連結部MCを説明するための図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining the
なお、図4は、上方から見た増幅器404の回路構成および絶縁連結部MCの断面構造を示す概略図であり、図5は、側方から見た絶縁連結部MCの断面構造を示す概略図である。また、図5は、線路L6と同軸ケーブルCC2とが連結されていない状態を示している。なお、図示していないが、増幅器403,405および他の絶縁連結部MCについても同様の構成を有する。
4 is a schematic diagram showing a circuit configuration of the
(3−1)増幅器の構成
まず、増幅器404について簡単に説明する。
(3-1) Configuration of Amplifier First, the
図4に示すように、増幅器404は、チップコンデンサC1,C2、電界効果型トランジスタ(FET、以下トランジスタと略記する)Q、トランジスタQの入力整合回路を構成する線路L11、トランジスタQの出力整合回路を構成する線路L12およびトランジスタQの駆動電力を供給する線路L13を含む。なお、線路L13は線路L12に接続されている。また、トランジスタQは、回路基板402の所定の領域に形成された開口部406内において、放熱フィン401上に直接取り付けられている。したがって、トランジスタQにおいて発生した熱は、放熱フィン401により効率よく放散される。
As shown in FIG. 4, the
チップコンデンサC1は、線路L4と線路L11との間に接続される。トランジスタQは、線路L11と線路L12との間に接続される。線路L13の一端は電源ラインLV1(図3参照)に接続される。チップコンデンサC2は、線路L12と線路L6との間に接続される。 The chip capacitor C1 is connected between the line L4 and the line L11. The transistor Q is connected between the line L11 and the line L12. One end of the line L13 is connected to the power supply line LV1 (see FIG. 3). The chip capacitor C2 is connected between the line L12 and the line L6.
トランジスタQのゲートは線路L11に接続され、ドレインは線路L12に接続され、ソースは放熱フィン401に接続される。放熱フィン401は、電源ラインLV2(図3参照)に接続される。ここで、上述したように線路L13は、電源ラインLV1に接続されている。したがって、トランジスタQのドレイン−ソース間には直流電圧VDDが印加される。また、トランジスタQのゲートには、増幅器403(図3)から、線路L3(図3)、電力分配器410(図3)、線路L4、コンデンサC1および線路L11を介してマイクロ波が与えられる。
The gate of the transistor Q is connected to the line L11, the drain is connected to the line L12, and the source is connected to the
以上のような構成により、増幅器403から増幅器404に与えられたマイクロ波は、トランジスタQにおいて増幅された後、線路L12およびコンデンサC2を介して線路L6に与えられる。
With the configuration as described above, the microwave given from the
なお、トランジスタQの材料としては、例えば、SiC(炭化ケイ素)、GaN(窒化ガリウム)等の高耐熱かつ高耐圧の化合物半導体が用いられる。トランジスタQに用いられる化合物半導体のバンドギャップは3(eV)以上であることが好ましい。 As the material of the transistor Q, for example, a compound semiconductor having a high heat resistance and a high breakdown voltage such as SiC (silicon carbide) and GaN (gallium nitride) is used. The band gap of the compound semiconductor used for the transistor Q is preferably 3 (eV) or more.
(3−2)絶縁連結部の構成
次に、絶縁連結部MCについて説明する。
(3-2) Configuration of Insulating Connection Portion Next, the insulating connection portion MC will be described.
図5に示すように、絶縁連結部MCは、ケーブル側連結部20および増幅部側連結部30から構成される。ケーブル側連結部20は、同軸ケーブルCC2の一端に形成されている。同軸ケーブルCC2は、第1の内部導体21、円筒状の絶縁部材22および円筒状の第1の外部導体23を含む。
As shown in FIG. 5, the insulating connection part MC includes a cable
絶縁部材22は、第1の内部導体21の外周面を覆うように設けられている。第1の内部導体21の一端は、絶縁部材22の一端から外部に露出しており、第1の内部導体21の他端は、アンテナA1(図3)に接続されている。なお、アンテナA1および第1の内部導体21の他端は、筐体501から絶縁されている。
The insulating
第1の外部導体23は絶縁部材22の外周面を覆うように設けられている。第1の外部導体23としては、例えば、銅、アルミニウム等を用いることができる。同軸ケーブルCC2の一端において絶縁部材22の外周面と第1の外部導体23の内周面との間に所定の空間が形成されるように、第1の外部導体23の一端は径大となっている。第1の外部導体23の他端は、筐体501(図3)に接続されている。
The first
増幅部側連結部30は、マイクロ波増幅部400(図2)に固定されている。増幅部側連結部30は、円筒状の絶縁部材31、円筒状の第2の外部導体32および円筒状の支持部材33を含む。絶縁部材31としては、例えば、高耐熱樹脂であるPEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、セラミック材料であるアルミナ等の誘電体絶縁材料が用いられる。また、支持部材33も同様の絶縁材料からなる。
The amplification unit
絶縁部材31の一端にはフランジ部31aが形成されている。フランジ部31aの一方の面が第3の外部導体35を介してカバー部材IM3に接着されている。絶縁部材31の他端の内周面には、絶縁部材31の軸心に向かって突出する環状の突出部31bが形成されている。
A
第2の外部導体32は、一端側にチョークガイド部32aを有し、他端側に連結ガイド部32bを有する。チョークガイド部32aは、連結ガイド部32bに比べて径大となっている。チョークガイド部32aは、絶縁部材31の外周面に接着されている。
The second
支持部材33は、第3の外部導体35内に設けられる。支持部材33内には第2の内部導体34が設けられている。第2の内部導体34の一端は、回路基板402に形成された線路L6に接続されている。第2の内部導体34の他端には、第1の内部導体21が挿入できる穴が形成されている。
The
また、第3の外部導体35の内周面、突出部31bの内周面および連結ガイド部32bの内周面は略面一となっている。
Further, the inner peripheral surface of the third
以上の構成において、絶縁部材22の一端側を連結ガイド部32bに挿入することにより、ケーブル側連結部20と増幅部側連結部30とが連結される。このとき、図4に示すように、第1の内部導体21が第2の内部導体34内に挿入され、第1の内部導体21と第2の内部導体34とが嵌め合い接合される。それにより、線路L6と第1の内部導体21とが電気的に接続され、マイクロ波発生装置100において発生したマイクロ波をアンテナA1を介して筐体501内に放射することができる。
In the above configuration, the cable
なお、マイクロ波増幅部400を筐体501に取り付ける場合には、絶縁材料からなる固定部材を用いるものとする。
Note that when the
(4)マイクロ波漏洩防止構造
次に、絶縁連結部MCにおけるマイクロ波の漏洩防止構造について説明する。
(4) Microwave Leakage Prevention Structure Next, the microwave leakage prevention structure in the insulating connection part MC will be described.
図4に示すように、絶縁連結部MCには、チョーク構造を構成する空間部40が第1の外部導体23、絶縁部材31および第2の外部導体32によって囲まれるように形成されている。
As shown in FIG. 4, the insulating connecting portion MC is formed so that the
本実施の形態においては、空間部40を挟んでフランジ部31aと対向する第1の外部導体23の内面(空間部40と第1の外部導体23との境界面A(図4に点線楕円で示す面))と、第2の外部導体32の一端とカバー部材IM3(および図5の放熱フィン401)との間の領域B(図4に点線楕円で示す領域)との間の距離は、空間部40内でのマイクロ波の波長の4分の1に相当する電気的長さに設定される。
In the present embodiment, the inner surface of the first
この構成により、第1の外部導体23は金属導体であるので、境界面Aのインピーダンスは0となる。また、領域Bのインピーダンスは非常に大きな値(理想的には無限大)となる。これは空間部40の電気的作用により領域Bのインピーダンスが境界面Aのインピーダンスに対して反転することによる。
With this configuration, since the first
また、本実施の形態においては、空間部40と同様に、絶縁部材31を配した空間もその電気的長さをマイクロ波の波長の4分の1に相当するチョーク構造の構成としている。すなわち、領域Bと突出部31bの絶縁部材22に面する領域Cとの間の距離は、絶縁部材31内でのマイクロ波の波長の4分の1に相当する電気的長さに設定される。
Further, in the present embodiment, similarly to the
これにより、領域Cのインピーダンスが領域Bのインピーダンスに対して反転し、領域Cのインピーダンスは極めて小さい値(理想的には零)となる。その結果、第1の内部導体21を伝播するマイクロ波は領域Cで遮蔽(シールド)される。すなわち、絶縁部材31を介して第1の内部導体21から外部へマイクロ波が漏洩することを防止することができる。それにより、電子レンジ1(図1)を構成する各種機器の誤動作を防止することができる。
As a result, the impedance of the region C is inverted with respect to the impedance of the region B, and the impedance of the region C becomes an extremely small value (ideally zero). As a result, the microwave propagating through the first
なお、マイクロ波の波長は誘電体の誘電率によって異なる。セラミックの誘電率は空気の誘電率に比べて大きい。本実施の形態においては、絶縁部材31として空気の誘電率より大きい誘電率を有するセラミック等の誘電材料が用いられている。したがって、領域Bと領域Cとの間の距離は、領域Bと境界面Aとの間の距離に比べて短く設定される。
The wavelength of the microwave varies depending on the dielectric constant of the dielectric. The dielectric constant of ceramic is larger than that of air. In the present embodiment, a dielectric material such as ceramic having a dielectric constant larger than that of air is used as the insulating
(5)本実施の形態の効果
以上のように、本実施の形態においては、増幅器403,404,405のトランジスタQの材料として、バンドギャップが3(eV)以上の化合物半導体が用いられる。この場合、トランジスタQに十分高い電圧を印加することができるので、マイクロ波発生器303により発生されたマイクロ波の電力を十分に増幅することができる。つまり、本実施の形態によれば、トランジスタを用いた簡易な回路構成で十分な電力のマイクロ波を容易に発生することができる。
(5) Effect of this Embodiment As described above, in this embodiment, a compound semiconductor having a band gap of 3 (eV) or more is used as the material of the transistor Q of the
また、図4に示すように、第1の外部導体23の一端は、絶縁部材31のフランジ部31aの他方の面に当接している。また、第2の外部導体32と第3の外部導体35との間には、絶縁部材31が配置されている。
As shown in FIG. 4, one end of the first
したがって、第1の外部導体23および第2の外部導体32は、第3の外部導体35、カバー部材IM3および放熱フィン401(図5)から電気的に絶縁されている。それにより、筐体501(図3)とマイクロ波増幅部400(図3)とが電気的に絶縁される。
Therefore, the first
この場合、マイクロ波増幅部400の増幅器403,404,405(図3)に高い電圧を印加しても筐体501に高い電圧が印加されることがないので、使用者の安全が確保される。また、商用電源PSと電圧供給部200との間に絶縁用の高耐圧のトランスを設ける必要がないので、マイクロ波発生装置100の製品コストを低減することができる。
In this case, even if a high voltage is applied to the
また、筐体501(図3)とマイクロ波増幅部400(図3)とを電気的に絶縁するために、絶縁部材22(図4)の外周面の一部に外部導体が設けられていない領域C(図4)を形成するとともに、チョーク構造を用いることにより第1および第2の内部導体21,34を伝送されるマイクロ波から見た領域Cのインピーダンスを極めて小さい値(理想的には零)に設定している。それにより、絶縁連結部MCにおいてカバー部材IM3および放熱フィン401を第1の外部導体23から絶縁しつつマイクロ波が外部に漏洩することを防止することができる。その結果、使用者の安全を確保しつつ、電子レンジ1の構成機器の誤動作を防止することができる。
Further, in order to electrically insulate the casing 501 (FIG. 3) and the microwave amplifying unit 400 (FIG. 3), no external conductor is provided on a part of the outer peripheral surface of the insulating member 22 (FIG. 4). By forming the region C (FIG. 4) and using the choke structure, the impedance of the region C viewed from the microwave transmitted through the first and second
また、本実施の形態においては、第1の内部導体21と第2の内部導体34および絶縁部材22と連結ガイド部32bとを嵌合させながら挿入することで、連結ガイド部32bと第1の外部導体23とを嵌合接合することによりケーブル側連結部20と増幅部側連結部30とが連結される。この場合、増幅部側連結部30に対するケーブル側連結部20のがたつきを防止することができる。それにより、空間部40の形状が変化することが防止されるので、領域Cのインピーダンスが変化することを防止することができる。その結果、絶縁連結部MCにおいてマイクロ波が外部に漏洩することを確実に防止することができる。
Further, in the present embodiment, the first
また、本実施の形態においては、図4で説明したように、増幅器404,405の出力端子側にチップコンデンサC2が設けられている。これにより、高い直流電圧VDDがアンテナA1,A2を介して使用者に印加されることを防止することができる。その結果、安全性がさらに向上する。
In the present embodiment, as described with reference to FIG. 4, the chip capacitor C <b> 2 is provided on the output terminal side of the
また、増幅器403の入力端子側には、上述した増幅器404の構成と同様にチップコンデンサが設けられている。ここで、上述したように、マイクロ波発生器303には、例えば、0〜10(V)の可変電圧VVAが印加され、増幅器403には、例えば、140(V)の直流電圧VDDが印加される。この場合、マイクロ波発生器303と増幅器403との間に大きな電位差が生じる。そこで、本実施の形態においては、増幅器403の入力端子側にチップコンデンサを設けている。それにより、上記電位差によるマイクロ波発生器303の故障を防止することができる。
Further, a chip capacitor is provided on the input terminal side of the
また、本実施の形態においては、同軸ケーブルCC1(図2)とマイクロ波増幅部400(図2)との接続部分に絶縁連結部MCが設けられている。それにより、同軸ケーブルCC1、放熱フィン301(図2)およびカバー部材IM2(図2)をマイクロ波増幅部400から電気的に絶縁することができる。
Further, in the present embodiment, an insulating connection part MC is provided at a connection part between the coaxial cable CC1 (FIG. 2) and the microwave amplifying part 400 (FIG. 2). Thereby, the coaxial cable CC1, the heat radiation fin 301 (FIG. 2), and the cover member IM2 (FIG. 2) can be electrically insulated from the
したがって、マイクロ波発生部300(図2)の放熱フィン301またはカバー部材IM2を筐体501(図1)に取り付けた場合にも、マイクロ波増幅部400を筐体501から電気的に絶縁される。その結果、マイクロ波増幅部400の増幅器403,404,405(図3)に高い電圧を印加しても筐体501に高い電圧が印加されることがないので、使用者の安全が確実に確保される。
Therefore, even when the
(6)他の実施の形態
上記実施の形態においては、マイクロ波発生装置100を電子レンジ1に搭載した場合について説明したが、マイクロ波発生装置100は、プラズマ発生装置、乾燥装置、酵素反応を促進する装置等の他の機器に搭載してもよい。
(6) Other Embodiments In the above embodiment, the case where the
また、上記実施の形態においては、増幅器404,405を並列に配しそれぞれの出力にアンテナを接続しているが、増幅器404,405の出力を電力合成して1つのアンテナのみに接続する構成としてもよい。
In the above embodiment, the
また、上記実施の形態においては、2つの並列配置の増幅器を示したが、3つ以上の並列配置としてもよい。そして3つ以上のアンテナが設けられてもよい。 In the above embodiment, two parallel amplifiers are shown, but three or more amplifiers may be arranged in parallel. Three or more antennas may be provided.
また、上記実施の形態においては、3つの増幅器403,404,405が設けられているが、1つ、2つまたは4つ以上の増幅器が設けられてもよい。
In the above embodiment, three
また、図4の空間部40内にセラミック等の誘電材料を設けてもよい。なお、空気の誘電率より大きい誘電率を有するセラミック等の誘電材料を空間部40内に設ける場合には、第1の外部導体23から見た領域Bのインピーダンスを無限大にするために必要な空間部40の軸方向に沿った長さを短く設定することができる。それにより、絶縁連結部MCを小型化することができる。
Further, a dielectric material such as ceramic may be provided in the
(7)請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
(7) Correspondence between each constituent element of claims and each element of the embodiment Hereinafter, an example of correspondence between each constituent element of the claims and each element of the embodiment will be described. It is not limited to.
上記実施の形態では、マイクロ波発生器302が発振器の例であり、アンテナA1,A2が放射部の例であり、カバー部材IM3および放熱フィン401が第1の筐体の例であり、同軸ケーブルCC2,CC3が同軸線路の例であり、絶縁部材31が絶縁部材の例であり、絶縁部材22が円筒状の絶縁材の例であり、カバー部材IM2および放熱フィン301が第2の筐体の例であり、チップコンデンサC1,C2が容量素子の例であり、筐体501が第3の筐体の例である。
In the above embodiment, the
本発明は、電子レンジ、プラズマ発生装置、乾燥装置、および酵素反応を促進する装置等のマイクロ波により対象物を処理する装置に利用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for an apparatus that processes an object with microwaves such as a microwave oven, a plasma generation apparatus, a drying apparatus, and an apparatus that promotes an enzyme reaction.
1 電子レンジ
10 電源プラグ
100 マイクロ波発生装置
200 電圧供給部
300 マイクロ波発生部
400 マイクロ波増幅部
401 放熱フィン
402 回路基板
403,404,405 増幅器
501 筐体
A1,A2 アンテナ
CC1〜CC3 同軸ケーブル
IM1,IM2,IM3 カバー部材
MC 絶縁連結部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (9)
マイクロ波を発生する発振器と、
前記発振器により発生されたマイクロ波を増幅する増幅器と、
前記増幅器により増幅されたマイクロ波を放射する放射部とを備え、
前記増幅器は、バンドギャップが3eV以上の化合物半導体からなる半導体素子を含み、
前記増幅器は、接地電位から電気的に絶縁されていることを特徴とするマイクロ波発生装置。 A microwave generator for generating microwaves,
An oscillator that generates microwaves;
An amplifier for amplifying the microwave generated by the oscillator;
A radiating unit that radiates microwaves amplified by the amplifier;
The amplifier includes a semiconductor element made of a compound semiconductor having a band gap of 3 eV or more,
The microwave generator is characterized in that the amplifier is electrically insulated from a ground potential.
前記増幅器と前記第1の筐体とは電気的に接続され、
前記第1の筐体は接地電位から電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項1記載のマイクロ波発生装置。 A first housing for accommodating the amplifier therein;
The amplifier and the first housing are electrically connected,
The microwave generator according to claim 1, wherein the first casing is electrically insulated from a ground potential.
前記同軸線路は、前記増幅器により増幅されたマイクロ波を伝送する内部導体と、マイクロ波の漏洩を防止するための外部導体とを含み、
前記第1の筐体と前記外部導体とは電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項2記載のマイクロ波発生装置。 A coaxial line for transmitting the microwave amplified by the amplifier to the radiating section;
The coaxial line includes an inner conductor for transmitting the microwave amplified by the amplifier, and an outer conductor for preventing leakage of the microwave,
The microwave generator according to claim 2, wherein the first casing and the outer conductor are electrically insulated.
前記外部導体と前記絶縁部材とは前記内部導体により伝送されるマイクロ波の漏洩を遮蔽するチョーク構造を形成することを特徴とする請求項3記載のマイクロ波発生装置。 The first casing and the coaxial line are connected via an insulating member,
4. The microwave generator according to claim 3, wherein the outer conductor and the insulating member form a choke structure that shields leakage of microwaves transmitted by the inner conductor.
前記第1の筐体は、円筒状のガイド部を有し、
前記同軸線路は、前記円筒状の絶縁材を前記円筒状のガイド部内に嵌合することにより前記第1の筐体に接続されることを特徴とする請求項4記載のマイクロ波発生装置。 The coaxial line has a cylindrical insulating material provided to cover the inner conductor in the outer conductor,
The first housing has a cylindrical guide portion,
The microwave generator according to claim 4, wherein the coaxial line is connected to the first housing by fitting the cylindrical insulating material into the cylindrical guide portion.
前記対象物が配置される第3の筐体と、
前記第3の筐体内に配置される対象物にマイクロ波を放射する請求項1〜8のいずれかに記載のマイクロ波発生装置とを備え、
前記マイクロ波発生装置の増幅器は前記第3の筐体から電気的に絶縁されていることを特徴とするマイクロ波処理装置。 A microwave processing apparatus for processing an object using a microwave,
A third housing in which the object is disposed;
The microwave generator according to any one of claims 1 to 8, which radiates microwaves to an object arranged in the third casing,
The microwave processing apparatus, wherein an amplifier of the microwave generator is electrically insulated from the third casing.
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