JP2024068670A

JP2024068670A - 装置

Info

Publication number: JP2024068670A
Application number: JP2022179178A
Authority: JP
Inventors: 幸茂白市; Yukishige Shiraichi
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2022-11-09
Filing date: 2022-11-09
Publication date: 2024-05-21
Also published as: WO2024101283A1

Abstract

【課題】本開示は、アンテナの冷却を効率よく行うことが可能な装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本開示の装置は、筐体と、前記筐体内に設けられ、減圧状態を維持可能な第１の容器と、前記第１の容器内に設けられ、被処理物を収容する第２の容器と、前記第２の容器内に設けられ、一部がマイクロ波を透過する部材で構成されたアンテナ空間部と、前記アンテナ空間部内に設けられ、マイクロ波を放射するアンテナと、前記アンテナ空間部に設けられた開口部と、を備え、前記アンテナは、伝送線路を介して高周波発振回路と接続されており、前記開口部は、前記第１の容器と前記第２の容器とを貫通し、前記筐体と前記アンテナ空間部を連通する孔であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本開示は、装置に関する。

従来から、マイクロ波によって被処理物を加熱する装置が開示されている。

例えば、特許文献１における装置（真空乾燥器）は、誘電加熱装置１の中に真空容器３が設けられ、真空ポンプと繋がる配管３３は孔１２を貫通して真空容器３と繋がっている。被処理対象物は真空容器内に収容され、減圧およびマイクロ波による誘電加熱により乾燥処理される。

また、特許文献２における装置（減圧高周波加熱装置）は、密閉容器３が真空容器およびマイクロ波遮蔽容器を兼ねており、当該容器にはマグネトロン６と繋がった導波管７が連結しているとともに、真空ポンプ１２と繋がった排気管１０aが繋がっている。被加熱物２は密閉容器３に収容され、減圧およびマイクロ波による誘電加熱により処理される。

上記特許文献１及び２に係る装置は、真空容器がマイクロ波遮蔽容器の中に収められるか、もしくは一つの密閉容器で真空容器の役割とマイクロ波遮蔽容器の役割を兼ねるような構成となっている。

特開２００３－２６２４６５号公報特開平０７－３１８０６７号公報

上記装置において、マイクロ波を放出する出力アンテナの冷却は、空冷によって成されるが、特にアンテナが真空容器の内側に設けられている場合、アンテナ部の周囲空間が減圧される構造であると、アンテナ周囲気体を介した放熱が行いにくくなるため、アンテナの冷却が不十分となり、マイクロ波供給の効率が落ちることがある。

そこで、本開示は上記問題に鑑み、アンテナの冷却を効率よく行うことが可能な装置を提供することを目的とする。

本開示に係る装置は、筐体と、前記筐体内に設けられ、減圧状態を維持可能な第１の容器と、前記第１の容器内に設けられ、被処理物を収容する第２の容器と、前記第２の容器内に設けられ、一部がマイクロ波を透過する部材で構成されたアンテナ空間部と、前記アンテナ空間部内に設けられ、マイクロ波を放射するアンテナと、前記アンテナ空間部に設けられた開口部と、を備え、前記アンテナは、伝送線路を介して高周波発振回路と接続されており、前記開口部は、前記第１の容器と前記第２の容器とを貫通し、前記筐体と前記アンテナ空間部を連通する孔であることを特徴とする。

以上説明したように本開示によれば、アンテナの冷却を効率よく行うことが可能な装置を提供することができる。

図１は、本実施形態に係る装置を模式的に示した側面図である。図２は、図１のＩＩの部分を拡大した側面図である。図３は、他の実施形態に係る装置を模式的に示した側面図である。図４は、本実施形態に係る変形例を示す装置を模式的に示した側面図である。

以下、図面を参照して、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本開示の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本開示の解決手段として必須であるとは限らない。なお、図面では、各構成の位置関係を説明しやすくするため、上下、前後の用語を用いて説明する。

図１は、本実施形態に係る装置１００を模式的に示した側面図である。本実施形態に係る装置１００は、図１に示すように、筐体１０と、第１の容器２０と、第２の容器３０とを備える。本実施形態に係る装置１００及び後述する他の実施形態に係る装置２００、本実施形態に係る変形例を示す装置３００は、例えば、真空乾燥機、マイクロ波加熱装置、解凍機もしくは解凍品質を高めたマイクロ波加熱装置、減圧調理機等が挙げられる。

筐体１０内には、第１の容器２０と、第２の容器３０、アンテナ空間部４０、アンテナ５０、開口部６０が設けられている。また、筐体１０内には、装置１００を稼働させるための付帯８０が設けられている。

付帯８０は、高周波発振回路８１、ヒートシンク８２、付帯８０の冷却ファン８３、制御回路８４、電源８５、コールドトラップ８６、真空ポンプ８７等を備える。

第１の容器２０は、筐体１０内に設けられた減圧状態を維持可能な密閉された容器であり、例えば、真空容器が挙げられる。

また、第１の容器２０は、第１の容器２０の本体部２１と第１の容器２０の蓋部２２を備える。第１の容器２０の蓋部２２は開閉可能であり、第１の容器２０の蓋部２２によって第１の容器２０の内容物を取り出し可能である。

また、第１の容器２０と付帯８０とは接続管２５で接続されており、第１の容器の排気口２６に設けられた接続管２５を通じて第１の容器２０内を減圧する。

第２の容器３０は、第１の容器２０内に設けられ、マイクロ波を遮蔽し、被処理物Ｘを収容する。第２の容器３０は、減圧状態を維持可能な密閉された容器である。第２の容器３０は、マイクロ波遮蔽容器等が挙げられる。なお、被処理物Ｘは、台Ｙの上に載置させてもよい。第２の容器３０は、第２の容器３０の本体部３１と第２の容器３０の扉部３２を備える。第２の容器３０の扉部３２は開閉可能であり、第２の容器３０の扉部３２によって第２の容器３０の被処理物Ｘや後述するアンテナ空間部４０やアンテナ５０等の内容物を取り出し可能である。また、第２の容器３０は、開口孔３５を有する。

開口孔３５は、第２の容器３０内の気体を第１の容器２０へ流通させる。また、開口孔３５は、マイクロ波を遮蔽する。開口孔３５は、マイクロ波が漏洩しないように小さなパンチング孔等で複数形成されている。この開口孔３５から真空ポンプ８７の動作に伴い第２の容器３０内の気体が第２の容器３０外へと排出される。また、開口孔３５は、第２の容器３０の複数の壁３３、例えば図１に示すように第２の容器３０の上壁３３ａに設けられていてもよい。さらに、開口孔３５は、被処理物Ｘ及び第１の容器２０の排気口２６の近傍に設けられていてもよい。また、開口孔３５は、第２の容器３０の後壁３３ｃに設けることも可能である。なお、第１の容器２０の排気口２６は、第１の容器２０の上壁２３ａに設けられている。

高周波発振回路８１の動作に伴うマイクロ波の放射は第２の容器３０内及び後述するアンテナ空間部４０で行われ、第１の容器２０と第２の容器３０との間の空間にはマイクロ波は漏洩しない。第２の容器３０内に載置された被処理物Ｘは、減圧およびマイクロ波による誘電加熱により処理を成される。

アンテナ空間部４０は、第２の容器３０内に設けられている。アンテナ空間部４０は、アンテナ５０を収容する空間であり、被処理物Ｘを載せる台Ｙとそれを支える脚Ｚ等から構成されている。アンテナ空間部４０は、減圧されておらず、大気圧下である。

アンテナ空間部４０は、一部がマイクロ波を透過する部材で構成されている。アンテナ空間部４０は、少なくともアンテナ５０の上部がマイクロ波を透過する部材であり、被処理物Ｘを載せる台Ｙがマイクロ波を透過する部材で構成されている。マイクロ波を透過する部材は、例えば、損失係数の小さい誘電体で構成された部材である。損失係数の小さい誘電体は例えば、セラミックガラスやテフロン（登録商標）が挙げられる。

また、アンテナ空間部４０は、第２の容器３０の下側に設けられている。アンテナ空間部４０は、第１の容器２０の下壁２３ｂ及び第２の容器３０の下壁３３ｂが接し、第２の容器３０の下壁３３ｂの上側に設けられている。

アンテナ５０は、マイクロ波を照射する部材であり、アンテナ空間部４０内に設けられている。また、アンテナ５０は、接続部材７０及びケーブル７５等の伝送線路を介して付帯８０の高周波発振回路８１と接続されている。ケーブル７５は、同軸ケーブルが挙げられる。

アンテナ５０は、マイクロ波を放射する。アンテナ５０は、マイクロ波源をして真空管で構成されたマグネトロンを用いてもよい。マグネトロンから出力されたマイクロ波は、金属遮蔽された第２の容器３０内へ放射される。また、アンテナ５０は、図１に示すように、第２の容器３０の下側に設けられている場合は、マイクロ波を下から上へ照射する。

マイクロ波源は、窒化ガリウム（ＧａＮ）半導体を用いることが好ましい。このようにすれば、第２の容器３０内の被処理物Ｘに無線装置で用いられるパッチアンテナを使用できる。また、アンテナ５０（パッチアンテナ）と被処理物Ｘを１波長以下で結合した方式の採用により、マイクロ波のエネルギーを効率よく加熱部へ伝えることができ、装置も小型化することができる。さらに、窒化ガリウム（ＧａＮ）半導体によるマイクロ波源は、マグネトロンと比較して小型であるため、１台の装置に複数個取り付けることができる。特定のマイクロ波源のみからマイクロ波を照射する選択加熱や、全源から一斉照射する均一加熱などが可能となる。

開口部６０は、アンテナ空間部４０に設けられている。また、開口部６０は、第１の容器２０と第２の容器３０とを貫通し、筐体１０とアンテナ空間部４０とを連通する孔である。

アンテナ５０はマイクロ波を放射するため発熱し、アンテナ５０の周囲空間が減圧される構造であると、アンテナ５０の周囲気体を介した放熱が行いにくくなるため、アンテナ５０の冷却が不十分となり、マイクロ波供給の効率が落ちることがある。

そこで、開口部６０によって、アンテナ５０の周囲気体と、アンテナ空間部４０外の筐体１０内の気体とを介して放熱が行われ、アンテナ５０の冷却を効率よく行うことが可能である。以下に開口部６０について詳述する。

開口部６０は、図１に示すように、アンテナ５０から離れたアンテナ空間部４０の端に備えられていることが好ましい。例えば、アンテナ５０がアンテナ空間部４０の中央に設けられ、開口部をアンテナ空間部４０の端に備える構成である。このようにすれば、アンテナ５０の冷却効率が向上する。

また、図２に示すように、開口部６０は、孔径ｄ（ｍｍ）、孔の軸方向長さｔ（ｍｍ）、マイクロ波の減衰率Ｓ（ｄＢ）とすると、ｄ≦３２ｔ／Ｓを満たす孔であることが好ましい。孔の軸方向長さｔは、例えば、第１の容器２０の下壁２３ｂ及び第２の容器３０の下壁３３ｂの厚みである。

ｄ≦３２ｔ／Ｓとすることで下記の利点が得られる。マグネトロンの出力を５００Ｗとして電波漏れの規格を５ｍＷとすると、必要な減衰量Ｓは１０・ｌｏｇ（５００／０．００５）＝５０ｄＢとなる。このため、式ｄ≦３２ｔ／Ｓより、孔１１の軸方向長さｔに対する孔径ｄの比を０．６４（＝３２／５０）以下にすると、出力が５００Ｗ以下のマグネトロン６に対する電波漏れの規格を満たすことができる。また、マグネトロン６の出力を１０００Ｗとして電波漏れの規格を５ｍＷとすると、必要な減衰量Ｓは１０・ｌｏｇ（１０００／０．００５）＝５３ｄＢとなる。このため、式ｄ≦３２ｔ／Ｓより、開口部６０の孔の軸方向長さｔに対する孔径ｄの比を０．６０（＝３２／５３）以下にすると、出力が１０００Ｗ以下のマグネトロン６に対する電波漏れの規格を満たすことができる。よって、開口部６０は、式ｄ≦３２ｔ／Ｓを満たすことが好ましい。よって、このようにすれば、アンテナ５０の冷却をより効率よく行うことが可能である。

図３は、他の実施形態に係る装置２００を模式的に示した側面図である。図３に示すように、開口部６０は、図３に示すように、複数設けられていることが好ましい。単数よりも複数の方が、アンテナ５０の周囲気体と、アンテナ空間部４０外の筐体１０内の気体とを介して放熱がより効率よく行われ、アンテナ５０の冷却をさらに効率よく行うことが可能である。

開口部６０の周辺には、気体を吸入又は排出するファン９０が備えられていることが好ましい。ファン９０は複数設けることが好ましく、例えば、一方のファン９０をアンテナ空間部４０へ気体を吸入する吸入ファン、もう一方のファン９１をアンテナ空間部４０から熱を有する気体を排出する排出ファンを設けてもよい。係る場合開口部６０は複数設けられる。このようにすれば、アンテナ５０の冷却をさらに効率よく行うことが可能となる。

開口部６０は、第１の容器２０の底面である下壁２３ｂ及び第２の容器３０の底面である下壁３３ｂが接して構成され、第１の容器２０と第２の容器３０とを貫通して形成されることが好ましい。このようにすれば、アンテナ空間部４０内の気体と、筐体１０内の気体とが隣接しているため、それら空気の熱交換が効率よく行われるため、アンテナ５０の冷却をより効率よく行うことが可能となる。

なお、図１及び図３等に示す装置１００、２００では、開口部６０が第１の容器２０の下壁２３ｂと第２の容器３０の下壁３３ｂに設けられているが、開口部６０が第１の容器２０の後壁２３ｃと第２の容器３０の後壁３３ｃに設けられるとしてもよい。係る場合、アンテナ空間部４０は、第１の容器２０の後壁２３ｃと第２の容器３０の後壁３３ｃの側に設けられる。また、係る場合、マイクロ波が照射する方向は、後側から前側である。

以上より、本実施形態に係る装置１００、及び他の実施形態に係る装置２００によれば、アンテナ５０の冷却を効率よく行うことが可能である。

また、上記の本実施形態に係る装置１００によれば、高周波発振回路を第１の容器２０の外に設けることができる。これにより、第１の容器２０の容積に対して第２の容器３０の内部容積、すなわち非処理物Ｘを載置できる容積をより広くすることができる。また、マグネトロンや発振回路の高周波発信機器の真空環境での影響を配慮しなくても良いこととなる。

次に本実施形態に係る変形例を示す装置３００について説明する。図４は、本実施形態に係る変形例を示す装置を模式的に示した側面図である。図４に示すように、本実施形態に係る変形例を示す装置３００は、第１の容器２０を用いず、第２の容器３０のみ（以下単に容器３０）としてもよい。

つまり、本実施形態に係る変形例を示す装置３００は、筐体１０と、マイクロ波を遮蔽する容器３０と、アンテナ空間部４０と、マイクロ波を放射するアンテナ５０と、アンテナ空間部４０に設けられた開口部６０と、を備える。

このように、図４に示す他の実施形態に係る装置３００によっても、アンテナ５０の冷却を効率よく行うことが可能である。

以上より、本開示に係る装置１００、２００、３００によれば、アンテナ５０の冷却を効率よく行うことが可能となる。

なお、上記のように本開示の各実施形態及び各実施例について詳細に説明したが、本開示の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には、容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は、全て本開示の範囲に含まれるものとする。

例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、装置の構成、動作も本開示の各実施形態及び各実施例で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。

１０筐体、２０第１の容器、２１第１の容器の本体部、２２第１の容器の蓋部、２３第１の容器の壁、２３ａ第１の容器の上壁、２３ｂ第１の容器の下壁、２３ｃ第１の容器の後壁、２５接続管、２６第１の容器の排気口、３０第２の容器（容器）、３１第２の容器（容器）の本体部、３２第２の容器（容器）の扉部、３３第２の容器（容器）の壁、３３ａ第２の容器（容器）の上壁、３３ｂ第２の容器（容器）の下壁、３３ｃ第２の容器（容器）の後壁、３５開口孔、４０アンテナ空間部、５０アンテナ、６０開口部、７０接続部材、７５ケーブル、８０付帯、８１高周波発振回路、８２ヒートシンク、８３（付帯の）冷却ファン、８４制御回路、８５電源、８６コールドトラップ、８７真空ポンプ、９０、９１ファン、１００、２００、３００装置、Ｘ被処理物、Ｙ台、Ｚ脚

Claims

筐体と、
前記筐体内に設けられ、減圧状態を維持可能な第１の容器と、
前記第１の容器内に設けられ、被処理物を収容する第２の容器と、
前記第２の容器内に設けられ、一部がマイクロ波を透過する部材で構成されたアンテナ空間部と、
前記アンテナ空間部内に設けられ、マイクロ波を放射するアンテナと、
前記アンテナ空間部に設けられた開口部と、
を備え、
前記アンテナは、伝送線路を介して高周波発振回路と接続されており、
前記開口部は、前記第１の容器と前記第２の容器とを貫通し、前記筐体と前記アンテナ空間部を連通する孔であることを特徴とする装置。
前記開口部は、孔径ｄ（ｍｍ）、孔の軸方向長さｔ（ｍｍ）、マイクロ波の減衰率Ｓ（ｄＢ）とすると、ｄ≦３２ｔ／Ｓを満たす孔であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記開口部は、前記アンテナから離れた前記アンテナ空間部の端に備えられていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記開口部は、複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記開口部の周辺には、気体を吸入又は排出するファンが備えられていることを特徴とする請求項４に記載の装置。
前記開口部は、前記第１の容器の底面及び前記第２の容器の底面が接した状態で、前記第１の容器と前記第２の容器とを貫通して形成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記第２の容器は、マイクロ波遮蔽容器であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
筐体と、
前記筐体内に設けられ、減圧状態を維持し、マイクロ波を遮蔽する容器と、
前記容器内に設けられ、一部がマイクロ波を透過する部材で構成されたアンテナ空間部と、
前記アンテナ空間部内に設けられ、マイクロ波を放射するアンテナと、
前記アンテナ空間部に設けられた開口部と、
を備え、
前記アンテナは、伝送線路を介して高周波発振回路と接続されており、
前記開口部は、前記容器を貫通し、前記筐体と前記アンテナ空間部を連通する孔であることを特徴とする装置。