JP3037433B2 - 可変周波数マイクロウエーブ加熱装置 - Google Patents
可変周波数マイクロウエーブ加熱装置Info
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- H05B6/64—Heating using microwaves
- H05B6/66—Circuits
- H05B6/68—Circuits for monitoring or control
- H05B6/686—Circuits comprising a signal generator and power amplifier, e.g. using solid state oscillators
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- H05B6/68—Circuits for monitoring or control
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- B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
- B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
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- B29C65/1403—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using wave energy, i.e. electromagnetic radiation, or particle radiation characterised by the type of electromagnetic or particle radiation
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- B29C66/95—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling specific variables not covered by groups B29C66/91 - B29C66/94
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B40/00—Technologies aiming at improving the efficiency of home appliances, e.g. induction cooking or efficient technologies for refrigerators, freezers or dish washers
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- Electromagnetism (AREA)
- Control Of High-Frequency Heating Circuits (AREA)
- Constitution Of High-Frequency Heating (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 本願発明は、アメリカエネルギー省からMartin Marie
tta Energy Systems社に認められた契約第DE−AC05−84
0R21400に基づく政府の援助の下で行われ、政府が本願
発明に関する権利を有する。
tta Energy Systems社に認められた契約第DE−AC05−84
0R21400に基づく政府の援助の下で行われ、政府が本願
発明に関する権利を有する。
本願の一部は、1994年９月14日に出願された先の係続
出願第08/306,305に開示された事項を開示およびクレー
ムするもので、その出願は1994年３月31日に出願された
先の係続出願第08/221,188に開示された事項を開示およ
びクレームするもので、その出願は1991年11月14日に出
願された先の出願第07/792,103号に開示された事項を開
示およびクレームするもので、その出願は1994年６月14
日に米国特許第5,321,222号として特許されたものであ
り、それらの各々は本願発明の少なくとも一人の発明者
によって発明された事項を開示している。
出願第08/306,305に開示された事項を開示およびクレー
ムするもので、その出願は1994年３月31日に出願された
先の係続出願第08/221,188に開示された事項を開示およ
びクレームするもので、その出願は1991年11月14日に出
願された先の出願第07/792,103号に開示された事項を開
示およびクレームするもので、その出願は1994年６月14
日に米国特許第5,321,222号として特許されたものであ
り、それらの各々は本願発明の少なくとも一人の発明者
によって発明された事項を開示している。
技術分野 本願発明はマイクロウェーブ放射に関する。特に詳し
くは、本願発明は、マイクロウェーブ源の周波数および
出力を選択的に変える性能を持つマイクロウェーブファ
ーネス（マイクロウェーブ加熱炉）（microwave furnac
e）に関する。
くは、本願発明は、マイクロウェーブ源の周波数および
出力を選択的に変える性能を持つマイクロウェーブファ
ーネス（マイクロウェーブ加熱炉）（microwave furnac
e）に関する。
技術的背景 マイクロウェーブ放射の分野においては、マイクロウ
ェーブファーネスは一般的には固定動作周波数を持つよ
うに構成されていることが知られている。さまざまな材
料とマイクロウェーブとの相互作用は周波数に依存する
ということは古くから知られている。それらの相互作用
にはゴムの硬化およびセラミック焼結が含まれることが
ある。従ってマイクロウェーブファーネスは広い周波数
範囲にわたって動作することができるのが望ましい。
ェーブファーネスは一般的には固定動作周波数を持つよ
うに構成されていることが知られている。さまざまな材
料とマイクロウェーブとの相互作用は周波数に依存する
ということは古くから知られている。それらの相互作用
にはゴムの硬化およびセラミック焼結が含まれることが
ある。従ってマイクロウェーブファーネスは広い周波数
範囲にわたって動作することができるのが望ましい。
多くのマイクロウェーブ源は共振空調を用いるための
帯域が非常に狭いマイクロウェーブオーブンは、家庭用
の2.45GHzで動作するマグネトロンを備えており、水を
加熱するには有効な周波数である。2.45GHzのマイクロ
ウェーブと水との結合特性のため、それらのオーブンは
食品の調理、乾燥および主要材料である水を加熱するそ
の他の目的のために用いられている。しかし。その範囲
内の周波数は、加熱プラズマ、セラミックのような焼結
材料およびダイアモンドフィルムのようなフィルムの製
造のような状況のすべてにおいて最適というわけではな
い。
帯域が非常に狭いマイクロウェーブオーブンは、家庭用
の2.45GHzで動作するマグネトロンを備えており、水を
加熱するには有効な周波数である。2.45GHzのマイクロ
ウェーブと水との結合特性のため、それらのオーブンは
食品の調理、乾燥および主要材料である水を加熱するそ
の他の目的のために用いられている。しかし。その範囲
内の周波数は、加熱プラズマ、セラミックのような焼結
材料およびダイアモンドフィルムのようなフィルムの製
造のような状況のすべてにおいて最適というわけではな
い。
モード混合手段として広い範囲にわたって周波数掃引
を用いることは、医療器具または汚染された水の殺菌に
マイクロウェーブの出力を用いることに関して重要な意
味を持つ。そのような使用においては、完全な殺菌を行
うのに十分なマイクロウェーブ出力を受けることができ
ない空洞内の「デッド」領域を排除することが重要であ
る。電子周波数掃引は高速で実行することができ、それ
により、ファーネス空洞全体にわたって時間平均が均一
な出力強度を生成することができる。所望の周波数掃引
はさまざまなマイクロウェーブ電子機器を用いて達成す
ることができる。ヘリックス進行波管（helix travelin
g wave tube）（TWT）を用いると、例えば、電圧調節可
能なマグネトロン（2.45＋−0.05GHz）のようなデバイ
スと比べて広い帯域（例えば、２〜8GHz）にわたる掃引
が可能になる。他のデバイスは以下に説明するような他
の特性の帯域幅を持つ。
を用いることは、医療器具または汚染された水の殺菌に
マイクロウェーブの出力を用いることに関して重要な意
味を持つ。そのような使用においては、完全な殺菌を行
うのに十分なマイクロウェーブ出力を受けることができ
ない空洞内の「デッド」領域を排除することが重要であ
る。電子周波数掃引は高速で実行することができ、それ
により、ファーネス空洞全体にわたって時間平均が均一
な出力強度を生成することができる。所望の周波数掃引
はさまざまなマイクロウェーブ電子機器を用いて達成す
ることができる。ヘリックス進行波管（helix travelin
g wave tube）（TWT）を用いると、例えば、電圧調節可
能なマグネトロン（2.45＋−0.05GHz）のようなデバイ
スと比べて広い帯域（例えば、２〜8GHz）にわたる掃引
が可能になる。他のデバイスは以下に説明するような他
の特性の帯域幅を持つ。
さらに、一般に家庭で用いられる固定周波数のマイク
ロウェーブオーブンは冷点と熱点とを持つことが知られ
ている。そのような現象はマイクロウェーブ空洞の寸法
に対する波長の比率に起因する。小さな空洞に比較的低
い周波数のマイクロウェーブを放射すると、定在波が発
生し、その結果、マイクロウェーブ出力は空洞内の空間
全体に均一に放射されず、放射されない領域は加熱され
ない。極端な場合においては、オーブン空洞は事実上
「シングルモード」空洞となる。
ロウェーブオーブンは冷点と熱点とを持つことが知られ
ている。そのような現象はマイクロウェーブ空洞の寸法
に対する波長の比率に起因する。小さな空洞に比較的低
い周波数のマイクロウェーブを放射すると、定在波が発
生し、その結果、マイクロウェーブ出力は空洞内の空間
全体に均一に放射されず、放射されない領域は加熱され
ない。極端な場合においては、オーブン空洞は事実上
「シングルモード」空洞となる。
定在波を消滅させ、空洞をマイクロウェーブ放射で満
たすために、モード混合、またはマイクロウェーブ「ビ
ーム」を不規則に偏向する試みが行われている。そのよ
うな試みの一つが、空洞のビーム入口に回転するファン
を追加することである。
たすために、モード混合、またはマイクロウェーブ「ビ
ーム」を不規則に偏向する試みが行われている。そのよ
うな試みの一つが、空洞のビーム入口に回転するファン
を追加することである。
定在波の悪影響を回避するために用いられる他の方法
が、加工物を最高出力（ホットスポット）に置くことが
できるようにシングルモード内に定在波を故意に形成す
ることである。つまり、定在波が最も集中する空洞の一
部のみを用いる。
が、加工物を最高出力（ホットスポット）に置くことが
できるようにシングルモード内に定在波を故意に形成す
ることである。つまり、定在波が最も集中する空洞の一
部のみを用いる。
正確な理由はわからないが、さまざまな材料の焼結作
用はより高い周波数で改善されることがわかっている。
しかし、現在の最新技術は、周波数のみを変えるという
一連の同一の焼結テストを行う作業を困難にした。これ
は、多くの場合、マイクロウェーブ源の各々が別々のフ
ァーネス空洞に接続されているためである。ファーネス
空洞の形状は、そのようなテストにおいて考慮すべきパ
ラメータであることが広く知られている。
用はより高い周波数で改善されることがわかっている。
しかし、現在の最新技術は、周波数のみを変えるという
一連の同一の焼結テストを行う作業を困難にした。これ
は、多くの場合、マイクロウェーブ源の各々が別々のフ
ァーネス空洞に接続されているためである。ファーネス
空洞の形状は、そのようなテストにおいて考慮すべきパ
ラメータであることが広く知られている。
ジャイロトロン発振器を用いて28GHzの一定周波数の
マイクロウェーブを発生するファーネスは文献に記載さ
れている。ジャイロトロンファーネスは2.5GHzのマグネ
トロンを備えるオーブンより効率的にいくつかの材料を
焼結することができる。ジャイロトロンファーネスはセ
ラミックのような材料を焼結する特定の用途に用いられ
る。しかし、すべての材料を焼結するには28GHzは有効
な周波数ではない。特定の構造を有する空洞を備えるフ
ァーネス内に所定の材料に放射する最も有効な周波数を
決定することが望ましい。
マイクロウェーブを発生するファーネスは文献に記載さ
れている。ジャイロトロンファーネスは2.5GHzのマグネ
トロンを備えるオーブンより効率的にいくつかの材料を
焼結することができる。ジャイロトロンファーネスはセ
ラミックのような材料を焼結する特定の用途に用いられ
る。しかし、すべての材料を焼結するには28GHzは有効
な周波数ではない。特定の構造を有する空洞を備えるフ
ァーネス内に所定の材料に放射する最も有効な周波数を
決定することが望ましい。
最も効率的な処理の周波数は、加熱処理が進むにつ
れ、所定の材料のために変えることができる。材料は相
を変えるので、周波数を変更することが必要となるであ
ろう。従って、加熱処理では周波数の変更を可能にする
ことが望ましく、それにより、試験者は試料の加熱をあ
る周波数で開始し、次に、温度の上昇につれて良好な結
合状態を維持するために周波数を変えることができる。
この方法はまた複合材料を加熱するときにも望ましく、
その場合、さまざまな材料が異なる周波数で効率的に反
応する。
れ、所定の材料のために変えることができる。材料は相
を変えるので、周波数を変更することが必要となるであ
ろう。従って、加熱処理では周波数の変更を可能にする
ことが望ましく、それにより、試験者は試料の加熱をあ
る周波数で開始し、次に、温度の上昇につれて良好な結
合状態を維持するために周波数を変えることができる。
この方法はまた複合材料を加熱するときにも望ましく、
その場合、さまざまな材料が異なる周波数で効率的に反
応する。
選択された材料の加熱処理のパラメータを変える他の
デバイスが製造されている。その技術の代表的なものが
以下の米国特許に開示されている。 特許番号 発明者 発行日 3,611,135 D.L.Margerum 1971年10月５日 4,144,468 G.Mourier 1979年３月13日 4,196,332 A.MacKay B,他 1980年４月１日 4,340,796 M.Yamaguchi 他 1982年７月20日 4,415,789 T.Nobue 他 1983年11月15日 4,504,718 H.Okatsuka 他 1985年３月12日 4,593,167 O.K.Nilssen 1986年６月３日 4,777,336 J.Asmussen 1988年10月11日 4,825,028 P.H.Smith 1989年４月25日 4,843,202 P.H.Smith 他 1989年６月27日 4,866,344 R.I.Ross 他 1989年９月12日 4,939,331 B.Berggren 他 1990年７月３日 MacKay（332号）が開示した内容は、さらにMacKay B,
他による論文「Frequency Agile Sources for Microwav
e Ovens」、Journal of Microwave Power、14（１）、1
979年に開示されている。しかし、広い周波数範囲を持
つマイクロウェーブファーネスは開示されていない。た
だし、上掲の同時継続出願第07/792,103を除く。
デバイスが製造されている。その技術の代表的なものが
以下の米国特許に開示されている。 特許番号 発明者 発行日 3,611,135 D.L.Margerum 1971年10月５日 4,144,468 G.Mourier 1979年３月13日 4,196,332 A.MacKay B,他 1980年４月１日 4,340,796 M.Yamaguchi 他 1982年７月20日 4,415,789 T.Nobue 他 1983年11月15日 4,504,718 H.Okatsuka 他 1985年３月12日 4,593,167 O.K.Nilssen 1986年６月３日 4,777,336 J.Asmussen 1988年10月11日 4,825,028 P.H.Smith 1989年４月25日 4,843,202 P.H.Smith 他 1989年６月27日 4,866,344 R.I.Ross 他 1989年９月12日 4,939,331 B.Berggren 他 1990年７月３日 MacKay（332号）が開示した内容は、さらにMacKay B,
他による論文「Frequency Agile Sources for Microwav
e Ovens」、Journal of Microwave Power、14（１）、1
979年に開示されている。しかし、広い周波数範囲を持
つマイクロウェーブファーネスは開示されていない。た
だし、上掲の同時継続出願第07/792,103を除く。
広い周波数範囲を用いることの弊害は、マイクロウェ
ーブを有効にマルチモードのアプリケータ（applicato
r）空洞に結合すること、特にそのような結合手段が誘
導体窓を含むときに達成することが困難な点にある。
ーブを有効にマルチモードのアプリケータ（applicato
r）空洞に結合すること、特にそのような結合手段が誘
導体窓を含むときに達成することが困難な点にある。
従って、本発明の目的は広い周波数範囲にわたって動
作することができるマイクロウェーブ加熱装置を提供す
ることができる。
作することができるマイクロウェーブ加熱装置を提供す
ることができる。
本発明の別の目的は、広い周波数範囲にわたって動作
することができ、かつマイクロウェーブ源を他の周波数
範囲を持つマイクロウェーブ源と交換することができる
ようなマイクロウェーブ加熱装置を提供することであ
る。
することができ、かつマイクロウェーブ源を他の周波数
範囲を持つマイクロウェーブ源と交換することができる
ようなマイクロウェーブ加熱装置を提供することであ
る。
さらに、本発明の別の目的は、２つまたは３つ以上の
マイクロウェーブ源を装置内に並列に配置することがで
きるマイクロウェーブ加熱装置を提供することである。
マイクロウェーブ源を装置内に並列に配置することがで
きるマイクロウェーブ加熱装置を提供することである。
また、本発明の別の目的は並列に配置された複数のマ
イクロウェーブ源を備え、マイクロウェーブ源を選択的
にかつ交互に用いることができるマイクロウェーブ加熱
装置を提供することである。
イクロウェーブ源を備え、マイクロウェーブ源を選択的
にかつ交互に用いることができるマイクロウェーブ加熱
装置を提供することである。
またさらに、本発明の別の目的は、複数のマイクロウ
ェーブ源を備え、各マイクロウェーブ源が共通の信号発
生器および電源によって制御されるマイクロウェーブ加
熱装置を提供することである。
ェーブ源を備え、各マイクロウェーブ源が共通の信号発
生器および電源によって制御されるマイクロウェーブ加
熱装置を提供することである。
そしてさらに、本発明の別の目的は、周波数変調をモ
ード混合の一形態として用いてマルチモードの空洞およ
びそこに加えられた負荷へのより均一な出力分布を生成
することができるマイクロウェーブ加熱装置を提供する
ことである。
ード混合の一形態として用いてマルチモードの空洞およ
びそこに加えられた負荷へのより均一な出力分布を生成
することができるマイクロウェーブ加熱装置を提供する
ことである。
発明の開示 他の目的および利点は本発明によって達成され、本発
明により試験または他の選択された用途のためにファー
ネス空洞に放射されたマイクロウェーブの周波数を変調
することができる。いくつかの適用可能な処理として
は、加熱処理、殺菌、焼結、プラズマ処理、原鉱処理、
重合、エッチングおよびフィルム形成を含む。
明により試験または他の選択された用途のためにファー
ネス空洞に放射されたマイクロウェーブの周波数を変調
することができる。いくつかの適用可能な処理として
は、加熱処理、殺菌、焼結、プラズマ処理、原鉱処理、
重合、エッチングおよびフィルム形成を含む。
マイクロウェーブ信号発生器は、マイクロウェーブ増
幅装置に入力する低出力マイクロウェーブ信号を発生す
るために設けられている。好適な実施例の信号発生器
は、周波数の所定の範囲を掃引し、パルスモードで動作
し、マイクロウェーブ信号の周波数を変調し、さらに、
さまざまな複合波形を生成することができる。好適な実
施例のマイクロウェーブ信号発生器は内部パルス発生器
を用いてパルスモードで動作、または外部からパルスを
供給することができる。内部変調器は広帯域変調のため
に設けられている。内部変調器はAMモードまたはFMモー
ドで動作する。電圧制御器はマイクロウェーブ電圧制御
型発振器の振幅を変調する。マイクロウェーブ電圧制御
型発振器を、マイクロウェーブ信号発生器の代わりに用
いて発生したマイクロウェーブの周波数および振幅を変
調することができる。
幅装置に入力する低出力マイクロウェーブ信号を発生す
るために設けられている。好適な実施例の信号発生器
は、周波数の所定の範囲を掃引し、パルスモードで動作
し、マイクロウェーブ信号の周波数を変調し、さらに、
さまざまな複合波形を生成することができる。好適な実
施例のマイクロウェーブ信号発生器は内部パルス発生器
を用いてパルスモードで動作、または外部からパルスを
供給することができる。内部変調器は広帯域変調のため
に設けられている。内部変調器はAMモードまたはFMモー
ドで動作する。電圧制御器はマイクロウェーブ電圧制御
型発振器の振幅を変調する。マイクロウェーブ電圧制御
型発振器を、マイクロウェーブ信号発生器の代わりに用
いて発生したマイクロウェーブの周波数および振幅を変
調することができる。
第１増幅器は、マイクロウェーブ信号発生器またはマ
イクロウェーブ電圧制御型発振器から出力された信号の
大きさを増幅するのに設けられている。好適な実施例の
第１増幅器は電圧制御型で、従って、出力の大きさをオ
ペレータが選択できるようにゲインを調整することがで
きる。
イクロウェーブ電圧制御型発振器から出力された信号の
大きさを増幅するのに設けられている。好適な実施例の
第１増幅器は電圧制御型で、従って、出力の大きさをオ
ペレータが選択できるようにゲインを調整することがで
きる。
第２増幅器は、第１増幅器、または第１増幅器を用い
ていないときにはマイクロウェーブ信号発生器またはマ
イクロウェーブ電圧制御型発振器から出力された信号を
処理する。第２増幅器は高出力マイクロウェーブ信号を
ファーネス空洞に出力し、加工物を放射する。好適な実
施例において、第２増幅器はヘリックス進行波管（TW
T）、結合空洞TWT、リングループTWT、リングバーTWT、
クライストロン、トワイストロンまたはジャイロトロン
のいずか１つとすることができる。それらのデバイスは
通常動作の間に増幅器によって収集された熱を放散する
ように設計された内部冷却装置を備える。
ていないときにはマイクロウェーブ信号発生器またはマ
イクロウェーブ電圧制御型発振器から出力された信号を
処理する。第２増幅器は高出力マイクロウェーブ信号を
ファーネス空洞に出力し、加工物を放射する。好適な実
施例において、第２増幅器はヘリックス進行波管（TW
T）、結合空洞TWT、リングループTWT、リングバーTWT、
クライストロン、トワイストロンまたはジャイロトロン
のいずか１つとすることができる。それらのデバイスは
通常動作の間に増幅器によって収集された熱を放散する
ように設計された内部冷却装置を備える。
本発明の別の実施例において、発振器の第１および第
２増幅器を周波数可変同軸マグネトロンと置き換えるこ
とができ、その周波数はマニュアルで、機械的にまたは
電気的に調節することができる。
２増幅器を周波数可変同軸マグネトロンと置き換えるこ
とができ、その周波数はマニュアルで、機械的にまたは
電気的に調節することができる。
電源は第２増幅器の動作のために設けられる。好適な
実施例において、電源は精密に調整されたカソード電源
と未調整のコレクタ高圧装置とからなる。
実施例において、電源は精密に調整されたカソード電源
と未調整のコレクタ高圧装置とからなる。
方向性結合器は、信号の方向を検出し、検出した方向
により信号をさらに指向する。マイクロウェーブ源から
受け取った信号をマイクロウェーブ空洞に向けて送る。
マイクロウェーブ空洞の方向から受け取った信号を反射
した出力負荷に向けて送る。方向性結合器は、加工物に
吸収されなかった出力からマイクロウェーブ源を保護す
るため、反射出力をマイクロウェーブ源からそらす。好
適な実施例の方向性結合器は、マイクロウェーブ源から
の出力の放射およびマイクロウェーブ空洞からの出力の
反射により収集された熱を発散させるために水冷され
る。
により信号をさらに指向する。マイクロウェーブ源から
受け取った信号をマイクロウェーブ空洞に向けて送る。
マイクロウェーブ空洞の方向から受け取った信号を反射
した出力負荷に向けて送る。方向性結合器は、加工物に
吸収されなかった出力からマイクロウェーブ源を保護す
るため、反射出力をマイクロウェーブ源からそらす。好
適な実施例の方向性結合器は、マイクロウェーブ源から
の出力の放射およびマイクロウェーブ空洞からの出力の
反射により収集された熱を発散させるために水冷され
る。
第１出力メータは、マイクロウェーブ空洞に放射され
た出力の測定に設けられる。第１出力メータは、マイク
ロウェーブ空洞の効率を監視し、さらに、反射出力を第
２増幅器ではなく反射出力負荷で確実に散逸させるため
に、マイクロウェーブ空洞からの反射出力を測定する目
的で配置された第２出力メータと共に用いられる。
た出力の測定に設けられる。第１出力メータは、マイク
ロウェーブ空洞の効率を監視し、さらに、反射出力を第
２増幅器ではなく反射出力負荷で確実に散逸させるため
に、マイクロウェーブ空洞からの反射出力を測定する目
的で配置された第２出力メータと共に用いられる。
すべての加工物をマイクロウェーブから取り除き、そ
れにより、全信号を第２増幅器から反射出力負荷に指向
させて装置の機能性を試験することもできる。反射出力
負荷からの出力と第２増幅器から供給される出力とを比
較すれば、どのような装置の損失も測定することができ
る。
れにより、全信号を第２増幅器から反射出力負荷に指向
させて装置の機能性を試験することもできる。反射出力
負荷からの出力と第２増幅器から供給される出力とを比
較すれば、どのような装置の損失も測定することができ
る。
反射出力の大きさは第２出力メータで検出される。こ
の大きさを用いて、マイクロウェーブ空洞に放射された
マイクロウェーブの瞬間的な周波数効率を求めることが
できる。低い反射出力は、選択された加工物の高い吸収
率による効率的な動作周波数を示す。
の大きさを用いて、マイクロウェーブ空洞に放射された
マイクロウェーブの瞬間的な周波数効率を求めることが
できる。低い反射出力は、選択された加工物の高い吸収
率による効率的な動作周波数を示す。
テーパ付された移行部を設けて効率を高め、それによ
り、広帯域マイクロウェーブエネルギーをマイクロウェ
ーブ空洞に結合することができる。送出ラインとマイク
ロウェーブ空洞との間でインピーダンス変換器として動
作することにより、その移行は空洞に結合された出力割
合を増大させる。さらに、マイクロウェーブエネルギー
が反応性ガスが存在する空洞に結合されなければならな
い応用の場合は、テーパ付された移行部は、窓と反応性
ガスとの間の境界におけるマイクロウェーブエネルギー
の出力強度を減少する手段を提供し、それにより、入力
窓でのプラズマ放電の発生を阻止する。
り、広帯域マイクロウェーブエネルギーをマイクロウェ
ーブ空洞に結合することができる。送出ラインとマイク
ロウェーブ空洞との間でインピーダンス変換器として動
作することにより、その移行は空洞に結合された出力割
合を増大させる。さらに、マイクロウェーブエネルギー
が反応性ガスが存在する空洞に結合されなければならな
い応用の場合は、テーパ付された移行部は、窓と反応性
ガスとの間の境界におけるマイクロウェーブエネルギー
の出力強度を減少する手段を提供し、それにより、入力
窓でのプラズマ放電の発生を阻止する。
図面の簡単な説明 本発明の上記の特徴は、添付図面を本発明の以下の詳
細な説明とともに読むことによってより明瞭に理解でき
る。
細な説明とともに読むことによってより明瞭に理解でき
る。
図１は、本発明の可変周波数マイクロウェーブ加熱装
置の好適な実施例の概略図である。
置の好適な実施例の概略図である。
図２は、本発明の可変周波数マイクロウェーブ加熱装
置の別の好適な実施例の概略図である。
置の別の好適な実施例の概略図である。
図３は、本発明の可変周波数マイクロウェーブ加熱装
置に組み込んだ進行波管を部分的に断面で示す斜視図で
ある。
置に組み込んだ進行波管を部分的に断面で示す斜視図で
ある。
図４は、本発明の可変周波数マイクロウェーブ加熱装
置に組み込んだ進行波管の概略図である。
置に組み込んだ進行波管の概略図である。
図５は、本発明の可変周波数マイクロウェーブ加熱装
置に組み込んだ進行波管端部断面図である。
置に組み込んだ進行波管端部断面図である。
図６は、本発明の可変周波数マイクロウェーブ加熱装
置の別の好適な実施例の概略図である。
置の別の好適な実施例の概略図である。
図７は、本発明のテーパ付された導波管アプリケータ
の入口開口を示す正面図である。
の入口開口を示す正面図である。
図８は、図７のテーパ付された導波管アプリケータの
出口開口を示す正面図である。
出口開口を示す正面図である。
図９は、図７の９−９に沿って切ったテーパ付された
導波管アプリケータの底部断面図である。
導波管アプリケータの底部断面図である。
図10は、さらに誘導体窓を備えるテーパ付された導波
管アプリケータの別の実施例の出口開口を示す端部正面
図である。
管アプリケータの別の実施例の出口開口を示す端部正面
図である。
図11は、図10の11−11に沿って切ったテーパ付された
導波管の底部断面図である。
導波管の底部断面図である。
図12は、テーパ付された導波管アプリケータの別の実
施例の出口開口を示す端部正面図であり、内部壁が階段
状テーパを形成している。
施例の出口開口を示す端部正面図であり、内部壁が階段
状テーパを形成している。
図13は、図12の13−13に沿って切ったテーパ付された
導波管の底部断面図である。
導波管の底部断面図である。
図14は、テーパ付された導波管アプリケータの別の実
施例の出口開口を示す端部正面図であり、内部壁が階段
状テーパを形成し、さらに誘電体窓が含まれている。
施例の出口開口を示す端部正面図であり、内部壁が階段
状テーパを形成し、さらに誘電体窓が含まれている。
図15は、図14の15−15に沿って切ったテーパ付された
導波管の底部断面図である。
導波管の底部断面図である。
図16は、本発明に用いられるマイクロウェーブ空洞内
の動作状態を観察するためのビューポートの前面図であ
る。
の動作状態を観察するためのビューポートの前面図であ
る。
図17は、図16の17−17に沿って切ったビューポートの
端部断面図である。
端部断面図である。
図17Aは、図17のビューポートの部分拡大図で、本発
明に用いられるマイクロウェーブ空洞のドアを密封する
ための密封機構をさらに詳しく示す。
明に用いられるマイクロウェーブ空洞のドアを密封する
ための密封機構をさらに詳しく示す。
図18は、本発明の可変周波数マイクロウェーブ加熱装
置の別の好適な実施例の概略図である。
置の別の好適な実施例の概略図である。
図19は、本発明に用いられる１つの矩形マイクロウェ
ーブ空洞に関するモード密度対周波数を示すグラフであ
る。
ーブ空洞に関するモード密度対周波数を示すグラフであ
る。
図20A〜Ｄは、本発明のさまざまな特徴に関連して用
いられるマイクロウェーブ空洞および第１マイクロウェ
ーブ源の理論上のモデルの出力分布を図式的に示す図で
ある。
いられるマイクロウェーブ空洞および第１マイクロウェ
ーブ源の理論上のモデルの出力分布を図式的に示す図で
ある。
図21A〜Ｆは、本発明のさまざまな特徴に関連して用
いられるマイクロウェーブ空洞および第２マイクロウェ
ーブ源の理論上のモデルの出力分布を図式的に示す図で
ある。
いられるマイクロウェーブ空洞および第２マイクロウェ
ーブ源の理論上のモデルの出力分布を図式的に示す図で
ある。
本発明の最良の実施態様 本発明のさまざまな特徴を持つ可変周波数マイクロウ
ェーブ加熱装置を図10に示す。マイクロウェーブ加熱装
置10はテストまたは他の選択された応用のために、マイ
クロウェーブ空洞に放射されたマイクロウェーブの周波
数を変調することができる。変調はテストの際に特定の
材料を処理することができる最大効率の周波数の測定に
有用である。周波数変調は、比較的小さなマイクロウェ
ーブ空洞に均一な出力分布を生成する手段としてのモー
ド混合方法としても有用である。
ェーブ加熱装置を図10に示す。マイクロウェーブ加熱装
置10はテストまたは他の選択された応用のために、マイ
クロウェーブ空洞に放射されたマイクロウェーブの周波
数を変調することができる。変調はテストの際に特定の
材料を処理することができる最大効率の周波数の測定に
有用である。周波数変調は、比較的小さなマイクロウェ
ーブ空洞に均一な出力分布を生成する手段としてのモー
ド混合方法としても有用である。
周波数変調テストは、選択された材料の効率的な焼結
周波数の測定のみならず、選択材料の各相に関する最大
効率の焼結周波数の測定にも有用である。同一状態にお
いて、周波数変調は相変化をしている材料の処理の際に
有用であり、材料の各相はより効率的に他の材料の相か
ら変化した周波数に結合する。さらに、周波数変調は、
複合材料を処理するときに有用で、各成分は他の成分と
は異なる周波数と結合する。
周波数の測定のみならず、選択材料の各相に関する最大
効率の焼結周波数の測定にも有用である。同一状態にお
いて、周波数変調は相変化をしている材料の処理の際に
有用であり、材料の各相はより効率的に他の材料の相か
ら変化した周波数に結合する。さらに、周波数変調は、
複合材料を処理するときに有用で、各成分は他の成分と
は異なる周波数と結合する。
図１は、選択した加工物30が処理される本発明の可変
周波数マイクロウェーブ加熱装置10の好適な実施例を概
略的に示す。適用可能な処理には、加熱処理、殺菌、焼
結、プラズマ処理、原鉱処理、重合、エッチングおよび
フィルム形成があるがそれらには限定されない。ここで
の説明で用いている用語「加工物」は選択された材料ま
たは材料の合成物を意味することを理解されたい。用語
「加工物」にはさらにそのような選択された材料または
材料の合成物であって、材料の少なくとも１つが少なく
とも１つの相変化を受け、その結果、所定の時間で複数
の相の状態にある合成物を含むことができる。
周波数マイクロウェーブ加熱装置10の好適な実施例を概
略的に示す。適用可能な処理には、加熱処理、殺菌、焼
結、プラズマ処理、原鉱処理、重合、エッチングおよび
フィルム形成があるがそれらには限定されない。ここで
の説明で用いている用語「加工物」は選択された材料ま
たは材料の合成物を意味することを理解されたい。用語
「加工物」にはさらにそのような選択された材料または
材料の合成物であって、材料の少なくとも１つが少なく
とも１つの相変化を受け、その結果、所定の時間で複数
の相の状態にある合成物を含むことができる。
マイクロウェーブ電圧制御発振器14は、マイクロウェ
ーブファーネス32へ入力する出力マイクロウェーブ信号
発生のために設けてある。複合波形発生器12は制御電圧
を電圧制御型発振器14に供給し、これにより、電圧制御
型発振器が周波数の所定範囲を掃引し、パルスモードで
動作し、マイクロウェーブ信号の周波数を変調してさま
ざまな複合波形を生成する。
ーブファーネス32へ入力する出力マイクロウェーブ信号
発生のために設けてある。複合波形発生器12は制御電圧
を電圧制御型発振器14に供給し、これにより、電圧制御
型発振器が周波数の所定範囲を掃引し、パルスモードで
動作し、マイクロウェーブ信号の周波数を変調してさま
ざまな複合波形を生成する。
好適な実施例の複合波形発生器12は内部パルス発生器
を用いたパルスモードで、またはそれらが外部から供給
されるパルスで動作をすることができる。内部変調器は
広帯域変調のために設けられている。内部変調器はAMモ
ードまたはFMモードで動作することができる。
を用いたパルスモードで、またはそれらが外部から供給
されるパルスで動作をすることができる。内部変調器は
広帯域変調のために設けられている。内部変調器はAMモ
ードまたはFMモードで動作することができる。
マイクロウェーブ電圧制御型発振器14は、波形発生器
12が電圧制御型発振器14に供給した電圧によって決定さ
れる周波数のマイクロウェーブ信号を発生する。選択さ
れた材料が特定周波数のマイクロウェーブ信号を発生す
る。選択された材料が特定周波数と効率的に結合して、
高電圧レベルを必要とするとき、一方、第２の材料が異
なる周波数および低いまたは高い電圧レベルでより効率
的に結合できるときには、マイクロウェーブの周波数を
変調することが望ましい。従って、マイクロウェーブ電
圧制御型発振器14を複合波形発生器12と結合して用いて
発生したマイクロウェーブの周波数を変調することがで
きる。
12が電圧制御型発振器14に供給した電圧によって決定さ
れる周波数のマイクロウェーブ信号を発生する。選択さ
れた材料が特定周波数のマイクロウェーブ信号を発生す
る。選択された材料が特定周波数と効率的に結合して、
高電圧レベルを必要とするとき、一方、第２の材料が異
なる周波数および低いまたは高い電圧レベルでより効率
的に結合できるときには、マイクロウェーブの周波数を
変調することが望ましい。従って、マイクロウェーブ電
圧制御型発振器14を複合波形発生器12と結合して用いて
発生したマイクロウェーブの周波数を変調することがで
きる。
周波数および出力レベルの可能な組み合わせの数は多
くあることがわかる。さらに、そのような周波数および
振幅変調機能を用いれば、加工物36の処理は、最大の処
理効率を達成するために、マイクロウェーブの周波数お
よび振幅を変えることによって行うことができることが
わかる。変調は加工物36によって検出されない程度の速
度で行い、これにより、さらに各材料および材料の相で
最大の処理効率を達成することができる。
くあることがわかる。さらに、そのような周波数および
振幅変調機能を用いれば、加工物36の処理は、最大の処
理効率を達成するために、マイクロウェーブの周波数お
よび振幅を変えることによって行うことができることが
わかる。変調は加工物36によって検出されない程度の速
度で行い、これにより、さらに各材料および材料の相で
最大の処理効率を達成することができる。
第１増幅器18は、マイクロウェーブ電圧制御型発振器
14からの信号出力を増幅するために設けられている。好
適な実施例の第１増幅器18は電圧制御され、出力の大き
さをオペレータが選択できるようにゲインを調整するこ
とができる。可変周波数マイクロウェーブ加熱装置10が
動作している間、オペレータは同時に第１増幅器18を調
節して、マイクロウェーブの振幅をそれに対応するよう
に調節することができる。第１振幅器18の制御電圧は、
複合波形発生器12によっても供給することができ、これ
により、信号出力の振幅をいずれの望ましい方法によっ
て変調することができる。
14からの信号出力を増幅するために設けられている。好
適な実施例の第１増幅器18は電圧制御され、出力の大き
さをオペレータが選択できるようにゲインを調整するこ
とができる。可変周波数マイクロウェーブ加熱装置10が
動作している間、オペレータは同時に第１増幅器18を調
節して、マイクロウェーブの振幅をそれに対応するよう
に調節することができる。第１振幅器18の制御電圧は、
複合波形発生器12によっても供給することができ、これ
により、信号出力の振幅をいずれの望ましい方法によっ
て変調することができる。
第２増幅器20は第１増幅器18から、または第１増幅器
18が設けられていないときはマイクロウェーブ電圧制御
型発振器14から出力された信号を処理するために設けら
れている。第２増幅器20は、マルチモードファーネス空
洞34に入力されるマイクロウェーブ信号を出力し加工物
に放射する。好適な実施例において、第２増幅器はヘリ
ックス進行波管（TWT）、結合空洞TWT、リングループTW
T、リングバーTWT、クライストロン、トワイストロンま
たはジャイロトロンのいずれか１つである。
18が設けられていないときはマイクロウェーブ電圧制御
型発振器14から出力された信号を処理するために設けら
れている。第２増幅器20は、マルチモードファーネス空
洞34に入力されるマイクロウェーブ信号を出力し加工物
に放射する。好適な実施例において、第２増幅器はヘリ
ックス進行波管（TWT）、結合空洞TWT、リングループTW
T、リングバーTWT、クライストロン、トワイストロンま
たはジャイロトロンのいずれか１つである。
TWT20は線形ビーム装置であり、選択された周波数お
よび波形の信号が増幅されて出力される。TWT20はTWT20
の構成によって決定される帯域幅または範囲内で選択さ
れた任意の周波数または波形を増幅する機能を有する。
特に、TWT20の物理的形状は、高い制限に達したときに
打ち消し信号が出力され、第２波が発生されるように周
波数範囲を制限する。
よび波形の信号が増幅されて出力される。TWT20はTWT20
の構成によって決定される帯域幅または範囲内で選択さ
れた任意の周波数または波形を増幅する機能を有する。
特に、TWT20の物理的形状は、高い制限に達したときに
打ち消し信号が出力され、第２波が発生されるように周
波数範囲を制限する。
特定構成のTWT20で可能なものより高いまたは低い周
波数を達成するために、TWT20の内部形状、特にヘリッ
クス40のピッチを変える。後述するTWT20は、新たな周
波数範囲が設定される。その結果、より広い周波数範囲
を達成できるようなTWT20の各種構成が可能である。結
局、本発明のTWT20は、可変周波数マイクロウェーブ加
熱装置10から選択的に取り除いて、他のTWT20と交換す
ることができる。従って、単一のマイクロウェーブ電圧
制御型発振器14、マイクロウェーブファーネス32および
マイクロウェーブファーネス空洞34をさまざまなTWT20
と用いることができ、これにより、実質的に周波数だけ
可変なマイクロウェーブを用いて一連の同一のテストを
行うことができる。あるTWT20は4GHz〜8GHzの周波数範
囲を設定する。一方、他のTWT20′は8GHz〜16GHzの周波
数範囲を設定する。さらに、他のTWT20″は第３の周波
数範囲を設定することができる。TWT20をTWT20′と交換
して、4GHzから16GHzまでの全周波数範囲を設定する。4
GHz〜8GHzの周波数範囲を設定するTWT20ひとつとして
は、Microwave Laboratories社が製造したModel T−109
6G/H Band Helix TWTがある。このModel T−1096の仕様
を表１に掲載する。
波数を達成するために、TWT20の内部形状、特にヘリッ
クス40のピッチを変える。後述するTWT20は、新たな周
波数範囲が設定される。その結果、より広い周波数範囲
を達成できるようなTWT20の各種構成が可能である。結
局、本発明のTWT20は、可変周波数マイクロウェーブ加
熱装置10から選択的に取り除いて、他のTWT20と交換す
ることができる。従って、単一のマイクロウェーブ電圧
制御型発振器14、マイクロウェーブファーネス32および
マイクロウェーブファーネス空洞34をさまざまなTWT20
と用いることができ、これにより、実質的に周波数だけ
可変なマイクロウェーブを用いて一連の同一のテストを
行うことができる。あるTWT20は4GHz〜8GHzの周波数範
囲を設定する。一方、他のTWT20′は8GHz〜16GHzの周波
数範囲を設定する。さらに、他のTWT20″は第３の周波
数範囲を設定することができる。TWT20をTWT20′と交換
して、4GHzから16GHzまでの全周波数範囲を設定する。4
GHz〜8GHzの周波数範囲を設定するTWT20ひとつとして
は、Microwave Laboratories社が製造したModel T−109
6G/H Band Helix TWTがある。このModel T−1096の仕様
を表１に掲載する。
上述のとおり、進行波管20は進行限界によって特徴付
けられる線形ビーム装置であり、電界は電子ビームの経
路に沿った長手方向にエネルギーを連続的に引き出す。
図３に図示するように、また、図４に概略を示すよう
に、代表的なTWT20はシングルワイヤヘリックス40の第
１端部46に取り付けられた電子ガンアッセンブリ44を備
えるように構成される。ガンアッセンブリ44は電子の集
束ビームを生成し、ヘリックス40の中心を通って指向す
る。テーパ付されたカーボン減衰器50は、ヘリックス40
の一部で反射が管入力に反射するのを阻止する方向性結
合器として機能する。Rf入力および出力巻線52、54はそ
れぞれヘリックス40のカソードおよびコレクタ端部46、
48に配置されている。
けられる線形ビーム装置であり、電界は電子ビームの経
路に沿った長手方向にエネルギーを連続的に引き出す。
図３に図示するように、また、図４に概略を示すよう
に、代表的なTWT20はシングルワイヤヘリックス40の第
１端部46に取り付けられた電子ガンアッセンブリ44を備
えるように構成される。ガンアッセンブリ44は電子の集
束ビームを生成し、ヘリックス40の中心を通って指向す
る。テーパ付されたカーボン減衰器50は、ヘリックス40
の一部で反射が管入力に反射するのを阻止する方向性結
合器として機能する。Rf入力および出力巻線52、54はそ
れぞれヘリックス40のカソードおよびコレクタ端部46、
48に配置されている。
正に帯電したコレクタ56はヘリックス40の第２端部48
に配置されている。コレクタ56はTWT20の動作のための
エネルギー源を提供する。ビーム集束および閉封マグネ
ット58はTWT20のアッセンブリの全体を囲んでいる。
に配置されている。コレクタ56はTWT20の動作のための
エネルギー源を提供する。ビーム集束および閉封マグネ
ット58はTWT20のアッセンブリの全体を囲んでいる。
ヘリックス40の軸線を進行する電子はエネルギーを電
子ビームからrf波に変換するように。ヘリックス40に沿
って伝達するrf波と相互作用する、この相互作用は連続
的かつ累積的なもので、rf信号の振幅をヘリックス40に
沿って伝播するときに大きくする。
子ビームからrf波に変換するように。ヘリックス40に沿
って伝達するrf波と相互作用する、この相互作用は連続
的かつ累積的なもので、rf信号の振幅をヘリックス40に
沿って伝播するときに大きくする。
好適な実施例の第２増幅器20は内部冷却装置38を備え
ており、通常の動作の間に、第２増幅器によって収集さ
れた熱を放散するように設計されている。特に、ヘリッ
クスTWTの場合においては、TWT20のヘリックスおよびヘ
リックス保持部42はこの機能を実行するように選択した
材料から作られている。好適な実施例のヘリックスTWT2
0はフラットな銅ワイヤから作られたヘリックス40を備
える。複数の保持器42はヘリックスTWTの長手方向軸線
の回りに平行に配置されており、軸線の回りには銅ワイ
ヤが巻かれている。保持器42は銅ワイヤから構成された
ヘリックス40を保持するとともに、さらにヘリックスTW
T20の動作時に発生する銅ワイヤに伝達された熱を放散
するように機能する。好適な実施例においては、保持器
42は少なくとも１つのほぼ平らな面43によって断面を形
成しており、平らな面43は銅ワイヤと実質的に接触して
いる。
ており、通常の動作の間に、第２増幅器によって収集さ
れた熱を放散するように設計されている。特に、ヘリッ
クスTWTの場合においては、TWT20のヘリックスおよびヘ
リックス保持部42はこの機能を実行するように選択した
材料から作られている。好適な実施例のヘリックスTWT2
0はフラットな銅ワイヤから作られたヘリックス40を備
える。複数の保持器42はヘリックスTWTの長手方向軸線
の回りに平行に配置されており、軸線の回りには銅ワイ
ヤが巻かれている。保持器42は銅ワイヤから構成された
ヘリックス40を保持するとともに、さらにヘリックスTW
T20の動作時に発生する銅ワイヤに伝達された熱を放散
するように機能する。好適な実施例においては、保持器
42は少なくとも１つのほぼ平らな面43によって断面を形
成しており、平らな面43は銅ワイヤと実質的に接触して
いる。
さらに、好適な実施例の保持器42は酸化ベリリウムか
ら作られている。酸化ベリリウムが電気的絶縁体でも、
熱の優れた伝導体であることがわかっている。平らな断
面を形成し、さらに実質的に保持器42の平らな面43と接
触する銅ワイヤは、伝達された熱の効果的な逃げ道にな
り、これによって、ヘリックスTWT20の内部の冷却手段3
8を提供し、その結果、ヘリックスTWT20の寿命を延ば
す。
ら作られている。酸化ベリリウムが電気的絶縁体でも、
熱の優れた伝導体であることがわかっている。平らな断
面を形成し、さらに実質的に保持器42の平らな面43と接
触する銅ワイヤは、伝達された熱の効果的な逃げ道にな
り、これによって、ヘリックスTWT20の内部の冷却手段3
8を提供し、その結果、ヘリックスTWT20の寿命を延ば
す。
電源22は第２増幅器20の動作のために設けられてい
る。図面には個別に示していないが、好ましい電源22は
精密な調整をしたカソード電源と未調整のコレクタ高圧
装置とからなる直流電源である。カソード出力の調整は
四極管を用いる管調整回路により行われる。このような
管の１つとしてはEimac 4PR400A管がある。コレクタ出
力および未調整カソード出力の調整は電気機械式調整器
を用いて行われる。好適な実施例のコレクタ出力には出
力範囲を選択する２つのスイッチを備える。第２増幅器
20に電力を供給するために用いられる代表的な電源22に
はUniversal Volronics Model BRE−15−140−ML高圧装
置がある。Universal Volronics電源の仕様を表２に示
す。
る。図面には個別に示していないが、好ましい電源22は
精密な調整をしたカソード電源と未調整のコレクタ高圧
装置とからなる直流電源である。カソード出力の調整は
四極管を用いる管調整回路により行われる。このような
管の１つとしてはEimac 4PR400A管がある。コレクタ出
力および未調整カソード出力の調整は電気機械式調整器
を用いて行われる。好適な実施例のコレクタ出力には出
力範囲を選択する２つのスイッチを備える。第２増幅器
20に電力を供給するために用いられる代表的な電源22に
はUniversal Volronics Model BRE−15−140−ML高圧装
置がある。Universal Volronics電源の仕様を表２に示
す。
表２ Universal Volronics Model BRE−15−140−ML
電源装置 ヘリックス出力 出力電圧 DC500V−15KV 出力電流 DC140mA 極性 負出力 リップル .01％rms ＠DC15KV、DC140mA 変動率、負荷 ＋0.1％、無負荷から全負荷まで ＠最大出力 変動率、ライン ＋0.1％、AC190−230Vからのライ ン電圧に対する＠最大出力 コレクタ出力 出力電圧および電流 モードＩ（並列） ０−5KV＠4000mA モードII（直列） ０−10KV＠2000mA 極性 正出力、ヘリックス出力は負 リップル ３％rms ＠DC10KV、2000mA 変動率、負荷 ＋２％、無負荷から全負荷まで＠ 最大出力 変動率、ライン ＋２％、AC190−230Vからのライ
ン 電圧に対する＠最大出力 クロウバー（コレクタ出力に接続） 応答時間 5ms 装置 入力電圧 AC190−230V フェーズ・ツー・ フェーズ、三相、60Hz、30KVA 電源 位置端子板 （三相中間接地） 図２に示すように、可変周波数マイクロウェーブ加熱
装置10はマイクロウェーブ電圧制御型発振手段14と第１
増幅器18とを用いることなく動作することができる。こ
の実施例において、マイクロウェーブ発生器12は選択さ
れた信号を発生するために独立して用いられ、変調され
ることなく直接出力される。このようなマイクロウェー
ブ信号発生器12の１つにWiltronによって製造されたMod
el6724信号発生器がある。この実施例において、振幅変
調は第２増幅器20の電源22内で行われる。
電源装置 ヘリックス出力 出力電圧 DC500V−15KV 出力電流 DC140mA 極性 負出力 リップル .01％rms ＠DC15KV、DC140mA 変動率、負荷 ＋0.1％、無負荷から全負荷まで ＠最大出力 変動率、ライン ＋0.1％、AC190−230Vからのライ ン電圧に対する＠最大出力 コレクタ出力 出力電圧および電流 モードＩ（並列） ０−5KV＠4000mA モードII（直列） ０−10KV＠2000mA 極性 正出力、ヘリックス出力は負 リップル ３％rms ＠DC10KV、2000mA 変動率、負荷 ＋２％、無負荷から全負荷まで＠ 最大出力 変動率、ライン ＋２％、AC190−230Vからのライ
ン 電圧に対する＠最大出力 クロウバー（コレクタ出力に接続） 応答時間 5ms 装置 入力電圧 AC190−230V フェーズ・ツー・ フェーズ、三相、60Hz、30KVA 電源 位置端子板 （三相中間接地） 図２に示すように、可変周波数マイクロウェーブ加熱
装置10はマイクロウェーブ電圧制御型発振手段14と第１
増幅器18とを用いることなく動作することができる。こ
の実施例において、マイクロウェーブ発生器12は選択さ
れた信号を発生するために独立して用いられ、変調され
ることなく直接出力される。このようなマイクロウェー
ブ信号発生器12の１つにWiltronによって製造されたMod
el6724信号発生器がある。この実施例において、振幅変
調は第２増幅器20の電源22内で行われる。
図１および図２を参照すると、方向性結合器24は信号
の方向を検出し、さらに、検出された方向により信号を
指向するため設けられている。方向性結合器24は第２増
幅器20のコレクタ端部の直前に設けられている。第２増
幅器20から受け取った信号はマイクロウェーブ32に向け
て送られる。マイクロウェーブ空洞32の方向から受け取
った信号は反射出力負荷28に向けて送られる。従って、
方向性結合器24は、反射された信号、つまり、加工物36
に吸収されず出力源に向かって戻る出力は、加工物36に
吸収されなかった出力から第２増幅器20を保護するため
に、第２増幅器20からそらす手段を提供する。好適な実
施例の反射された出力負荷28は、マイクロウェーブ空洞
32から出力の反射により収集された熱の放散のため水で
冷却される。
の方向を検出し、さらに、検出された方向により信号を
指向するため設けられている。方向性結合器24は第２増
幅器20のコレクタ端部の直前に設けられている。第２増
幅器20から受け取った信号はマイクロウェーブ32に向け
て送られる。マイクロウェーブ空洞32の方向から受け取
った信号は反射出力負荷28に向けて送られる。従って、
方向性結合器24は、反射された信号、つまり、加工物36
に吸収されず出力源に向かって戻る出力は、加工物36に
吸収されなかった出力から第２増幅器20を保護するため
に、第２増幅器20からそらす手段を提供する。好適な実
施例の反射された出力負荷28は、マイクロウェーブ空洞
32から出力の反射により収集された熱の放散のため水で
冷却される。
第１出力メータ30は、マイクロウェーブ空洞32に放射
された出力を測定するために設けられている。第１出力
メータ30は、第２出力メータ26と共に用いられ、第２出
力メータは、マイクロウェーブ空洞32の効率を監視し、
さらに、反射出力を第２増幅器によってではなく反射出
力負荷内で確実に散逸させるために、マイクロウェーブ
空洞32からの反射出力を測定するように配置されてい
る。
された出力を測定するために設けられている。第１出力
メータ30は、第２出力メータ26と共に用いられ、第２出
力メータは、マイクロウェーブ空洞32の効率を監視し、
さらに、反射出力を第２増幅器によってではなく反射出
力負荷内で確実に散逸させるために、マイクロウェーブ
空洞32からの反射出力を測定するように配置されてい
る。
第２増幅器から出力された信号は、マイクロウェーブ
空洞34に送られて加工物36で吸収される。送られた信号
は加工物36に完全に吸収されず、第２増幅器20に向かっ
て反射され、それ以外の経路はない。
空洞34に送られて加工物36で吸収される。送られた信号
は加工物36に完全に吸収されず、第２増幅器20に向かっ
て反射され、それ以外の経路はない。
反射信号は方向性結合器24に達し、そこで第２増幅器
メータに向けてそらされ、最後に反射出力負荷28に達す
る。反射出力は、上述したように、第２増幅器20の寿命
を長くするため反射出力負荷28で放散される、反射出力
負荷28は、マイクロウェーブ空洞34から加工物36のすべ
てを取り除いて、全負荷を第２増幅器20から反射出力負
荷28にかけて装置の機能テストに用いすることもでき
る。反射出力負荷28が受け取った出力と第２増幅器20の
出力とを比較して装置の損失を決定することができる。
メータに向けてそらされ、最後に反射出力負荷28に達す
る。反射出力は、上述したように、第２増幅器20の寿命
を長くするため反射出力負荷28で放散される、反射出力
負荷28は、マイクロウェーブ空洞34から加工物36のすべ
てを取り除いて、全負荷を第２増幅器20から反射出力負
荷28にかけて装置の機能テストに用いすることもでき
る。反射出力負荷28が受け取った出力と第２増幅器20の
出力とを比較して装置の損失を決定することができる。
反射出力の大きさは第２出力メータ26によって検出さ
れる。この大きさを用いて、マイクロウェーブ空洞34に
放射されたマイクロウェーブの瞬間的な周波数効率を決
定することができる。低い反射出力は、選択された加工
物36の高い吸収率のため、より効率の高い動作周波数を
示す。
れる。この大きさを用いて、マイクロウェーブ空洞34に
放射されたマイクロウェーブの瞬間的な周波数効率を決
定することができる。低い反射出力は、選択された加工
物36の高い吸収率のため、より効率の高い動作周波数を
示す。
今までの説明から、当業者は従来技術を凌ぐ利点を提
供する可変周波数マイクロウェーブ加熱装置を提供して
いることがわかるであろう。特に、本発明ののマイクロ
ウェーブ加熱装置10は、焼結または他の目的のために空
洞34に放射されたマイクロウェーブの周波数を調整する
手段を提供する。本発明のマイクロウェーブ加熱装置10
は、マイクロウェーブ周波数に対する選択した材料の処
理特性をテストする際に有用であることがわかる。その
ようなテストは、規定の周波数のマイクロウェーブを発
生するマイクロウェーブ源12を備えるマイクロウェーブ
ファーネス32の設計を可能にする。
供する可変周波数マイクロウェーブ加熱装置を提供して
いることがわかるであろう。特に、本発明ののマイクロ
ウェーブ加熱装置10は、焼結または他の目的のために空
洞34に放射されたマイクロウェーブの周波数を調整する
手段を提供する。本発明のマイクロウェーブ加熱装置10
は、マイクロウェーブ周波数に対する選択した材料の処
理特性をテストする際に有用であることがわかる。その
ようなテストは、規定の周波数のマイクロウェーブを発
生するマイクロウェーブ源12を備えるマイクロウェーブ
ファーネス32の設計を可能にする。
さらに、本発明のマイクロウェーブ加熱装置10は、マ
イクロウェーブの周波数を異なる材料または材料の相ご
とに変えることができる点で製造機器として有用であ
る。周波数変調は、さまざまな材料および材料の相に適
合させるため、マイクロウェーブ加熱装置10の動作中間
実行することができる。さらに、本発明の周波数変調の
性能は、比較的小さなマイクロウェーブ空洞34内のより
均一な出力分布を得るモード混合方法として有用であ
る。
イクロウェーブの周波数を異なる材料または材料の相ご
とに変えることができる点で製造機器として有用であ
る。周波数変調は、さまざまな材料および材料の相に適
合させるため、マイクロウェーブ加熱装置10の動作中間
実行することができる。さらに、本発明の周波数変調の
性能は、比較的小さなマイクロウェーブ空洞34内のより
均一な出力分布を得るモード混合方法として有用であ
る。
本発明の可変周波数マイクロウェーブ加熱装置10の効
率は、開発工程で行われた各種テストにおいて示されて
いる。以下に説明したことはテストされた２つの実施例
である。しかし、本発明をそのような実施例に限定する
ことは発明者の意図するところではない。
率は、開発工程で行われた各種テストにおいて示されて
いる。以下に説明したことはテストされた２つの実施例
である。しかし、本発明をそのような実施例に限定する
ことは発明者の意図するところではない。
テスト済みの第１の実施例において、2.5kwマイクロ
ウェーブファーネス32は焼結、加熱処理および他の高温
処理に適するように組み立てられた。電圧制御型発振器
14、Delphi社が製造したModel VCO 100−0243は、０〜1
5Vの制御信号を提供することによって４から8GHzまで連
続的に変化することができる低出力マイクロウェーブ信
号を供給する。可変ゲインオプションを有する、Nation
al Hybrid社が製造したModel NHI 4080MW−２は、ソリ
ッドステートプリアンプ18、電圧制御型発振器14から可
変増幅信号を供給する。
ウェーブファーネス32は焼結、加熱処理および他の高温
処理に適するように組み立てられた。電圧制御型発振器
14、Delphi社が製造したModel VCO 100−0243は、０〜1
5Vの制御信号を提供することによって４から8GHzまで連
続的に変化することができる低出力マイクロウェーブ信
号を供給する。可変ゲインオプションを有する、Nation
al Hybrid社が製造したModel NHI 4080MW−２は、ソリ
ッドステートプリアンプ18、電圧制御型発振器14から可
変増幅信号を供給する。
高出力マイクロウェーブ増幅器20は、Microwave Labo
ratories社が製造したModel T−1096進行波管（表１参
照）と、Universal Voltronics社が製造したModel BRE
−15−140−ML高圧直流電源（表２参照）とを含む。高
出力マイクロウェーブ増幅器は信号を約＋37dbのゲイン
に増幅した。結果として得たマイクロウェーブ出力は、
４〜8GHzの周波数範囲および０〜2.5KWの出力範囲にわ
たって連続的に選択することができた。周波数および振
幅はそれらのパラメータであらゆる波形に変調すること
ができる。
ratories社が製造したModel T−1096進行波管（表１参
照）と、Universal Voltronics社が製造したModel BRE
−15−140−ML高圧直流電源（表２参照）とを含む。高
出力マイクロウェーブ増幅器は信号を約＋37dbのゲイン
に増幅した。結果として得たマイクロウェーブ出力は、
４〜8GHzの周波数範囲および０〜2.5KWの出力範囲にわ
たって連続的に選択することができた。周波数および振
幅はそれらのパラメータであらゆる波形に変調すること
ができる。
Microwave Engineering社が製造しModel R202−5Nデ
ュアル方向性結合器24が設けられ、それを介してマイク
ロウェーブ出力が供給される。マイクロウェーブ出力
は、広範囲の任意のマイクロウェーブモードが空洞34内
に励起されるように直径が約12インチ（約30.48cm）お
よび長さが約９インチ（約22.86cm）のマルチモード空
洞34に入力される。前方および反射出力レベルを、Hewl
ett Pckard社が製造しModel HP436Aの２つの出力メータ
を用いて連続的に測定した。
ュアル方向性結合器24が設けられ、それを介してマイク
ロウェーブ出力が供給される。マイクロウェーブ出力
は、広範囲の任意のマイクロウェーブモードが空洞34内
に励起されるように直径が約12インチ（約30.48cm）お
よび長さが約９インチ（約22.86cm）のマルチモード空
洞34に入力される。前方および反射出力レベルを、Hewl
ett Pckard社が製造しModel HP436Aの２つの出力メータ
を用いて連続的に測定した。
効率的なマイクロウェーブ加熱がシリコンカーバイド
およびボロンカーバイドの両方のセラミックボディに対
し実証された。各々の場合において、周波数を調節し空
洞34内の実際の負荷に対する反射出力を最小にするとセ
ラミックを瞬時に加熱することができた。最大効率で加
熱するために、空洞34の寸法の調整およびいずれかの特
定モードを励起する必要はなかった。
およびボロンカーバイドの両方のセラミックボディに対
し実証された。各々の場合において、周波数を調節し空
洞34内の実際の負荷に対する反射出力を最小にするとセ
ラミックを瞬時に加熱することができた。最大効率で加
熱するために、空洞34の寸法の調整およびいずれかの特
定モードを励起する必要はなかった。
テスト済みの第２の実施例において、少なくともプラ
ズマ処理、殺菌および食品処理研究に適した300Wマイク
ロウェーブファーネスは、従来のマイクロウェーブオー
ブンからマルチモード空洞34および帯域幅が２〜8GHzの
空冷進行波管を用いて構成されている。
ズマ処理、殺菌および食品処理研究に適した300Wマイク
ロウェーブファーネスは、従来のマイクロウェーブオー
ブンからマルチモード空洞34および帯域幅が２〜8GHzの
空冷進行波管を用いて構成されている。
水、ポップコーンおよびコバルト、クロミウム、また
は酸化バナジウムでドーピングされたアルミナセラミッ
クを含む各種サンプルを用いたテストはマイクロウェー
ブ周波数を反射出力が最少になるように調整したとき高
い効率加熱を示した。その結果、周波数を動作帯域幅を
横切って連続的に掃引したとき、反射出力は非常に低
く、サンプルが空洞34内の位置にかかわらず効率的に加
熱されたことがわかった。可変周波数マイクロ加熱装置
10のそのようなテストの１つにはエポキシ樹脂、つま
り、Union Carbideが製造したERL−2258樹脂のサンプル
およびDuPontが製造したＭフェニレンジアミン硬化剤の
硬化が含まれる。サンプルは製造指示にしたがって混合
されて直径が４インチ（10.16cm）のガラス皿に注がれ
た。一方のサンプルは6GHzの固定周波数で加熱し、他方
のサンプルは本発明による4.5〜7.5GHzまでの周波数を
１秒当たり5000回掃引することによって加熱した。固定
周波数で加熱したサンプルは不均一に加熱され最終的に
は破壊的な熱上昇を示した。掃引周波数サンプルは局所
的に過熱し均一に硬化し、それにより、マイクロウェー
ブ空洞34内でより均一な出力分布を得るため掃引する周
波数の値を実証した。
は酸化バナジウムでドーピングされたアルミナセラミッ
クを含む各種サンプルを用いたテストはマイクロウェー
ブ周波数を反射出力が最少になるように調整したとき高
い効率加熱を示した。その結果、周波数を動作帯域幅を
横切って連続的に掃引したとき、反射出力は非常に低
く、サンプルが空洞34内の位置にかかわらず効率的に加
熱されたことがわかった。可変周波数マイクロ加熱装置
10のそのようなテストの１つにはエポキシ樹脂、つま
り、Union Carbideが製造したERL−2258樹脂のサンプル
およびDuPontが製造したＭフェニレンジアミン硬化剤の
硬化が含まれる。サンプルは製造指示にしたがって混合
されて直径が４インチ（10.16cm）のガラス皿に注がれ
た。一方のサンプルは6GHzの固定周波数で加熱し、他方
のサンプルは本発明による4.5〜7.5GHzまでの周波数を
１秒当たり5000回掃引することによって加熱した。固定
周波数で加熱したサンプルは不均一に加熱され最終的に
は破壊的な熱上昇を示した。掃引周波数サンプルは局所
的に過熱し均一に硬化し、それにより、マイクロウェー
ブ空洞34内でより均一な出力分布を得るため掃引する周
波数の値を実証した。
図６に示すは、別の実施例の可変周波数マイクロウェ
ーブ加熱装置10′である。この実施例で、出力と温度の
表示およびコントローラ60は出力モニタ62および温度セ
ンサから入力を受け取る。出力モニタ62は方向性結合器
24′から入力を受け取り、前述の実施例に含まれる反射
および前方向出力メータ26、30と同一の基本的機能を果
たす。出力と温度表示およびコントローラ60は、さらに
マイクロウェーブ発振器14′、プリアンプ出力制御18′
並びにTWT電源22′を制御するように機能する。冷却装
置66は動作中少なくともTWT20の冷却を行うために設け
てある。
ーブ加熱装置10′である。この実施例で、出力と温度の
表示およびコントローラ60は出力モニタ62および温度セ
ンサから入力を受け取る。出力モニタ62は方向性結合器
24′から入力を受け取り、前述の実施例に含まれる反射
および前方向出力メータ26、30と同一の基本的機能を果
たす。出力と温度表示およびコントローラ60は、さらに
マイクロウェーブ発振器14′、プリアンプ出力制御18′
並びにTWT電源22′を制御するように機能する。冷却装
置66は動作中少なくともTWT20の冷却を行うために設け
てある。
テーパ付された導波管結合器68は、マイクロウェーブ
空洞への広帯域マイクロウェーブエネルギーの結合効率
を高めるのに設けてある。方向性結合器24′からの伝達
ラインとマイクロウェーブ空洞32′との間のインピーダ
ンス変換器として動作することによって、マイクロウェ
ーブ空洞32′に結合される出力割合を大きくする。さら
に、マイクロウェーブエネルギーを反応性ガスが存在す
るマイクロウェーブ空洞32′に結合しなければならない
場合は、テーパ付された導波管68が、マイクロウェーブ
入力窓と反応性ガスとの間の境界のマイクロウェーブエ
ネルギーの出力強度を減少させる手段を提供するため、
マイクロウェーブ入力窓でのプラズマ放電の発生を阻止
することができる。
空洞への広帯域マイクロウェーブエネルギーの結合効率
を高めるのに設けてある。方向性結合器24′からの伝達
ラインとマイクロウェーブ空洞32′との間のインピーダ
ンス変換器として動作することによって、マイクロウェ
ーブ空洞32′に結合される出力割合を大きくする。さら
に、マイクロウェーブエネルギーを反応性ガスが存在す
るマイクロウェーブ空洞32′に結合しなければならない
場合は、テーパ付された導波管68が、マイクロウェーブ
入力窓と反応性ガスとの間の境界のマイクロウェーブエ
ネルギーの出力強度を減少させる手段を提供するため、
マイクロウェーブ入力窓でのプラズマ放電の発生を阻止
することができる。
図７〜９に示すテーパ付された導波管アプリケータ68
Aである。図７は入口開口72を示す端面図である。図８
は出口74を示す端面図である。図９は導波管アプリケー
タ68Aの断面図であり、テーパ付された内壁70がより詳
しく示されている。それらの図面から導波管アプリケー
タ68Aの一実施例が内壁70を形成し、入口72から出口74
まで滑らかなテーパを形成しており、出口74は入口72よ
り大きな開口である。導波管アプリケータ68Aの内壁70
は長手方向に沿った断面に矩形の開口を形成し、突起76
がいずれかの壁から延びている。突起76も矩形の断面を
形成する。それらの図面に示されているように、突起は
導波管68Aの内壁70のテーパに比例する滑らかなテーパ
を形成する。導波管アプリケータ68Aの本体は、導波管
アプリケータ68Aをマイクロウェーブ加熱装置10に固定
する端部プレート78を形成する。
Aである。図７は入口開口72を示す端面図である。図８
は出口74を示す端面図である。図９は導波管アプリケー
タ68Aの断面図であり、テーパ付された内壁70がより詳
しく示されている。それらの図面から導波管アプリケー
タ68Aの一実施例が内壁70を形成し、入口72から出口74
まで滑らかなテーパを形成しており、出口74は入口72よ
り大きな開口である。導波管アプリケータ68Aの内壁70
は長手方向に沿った断面に矩形の開口を形成し、突起76
がいずれかの壁から延びている。突起76も矩形の断面を
形成する。それらの図面に示されているように、突起は
導波管68Aの内壁70のテーパに比例する滑らかなテーパ
を形成する。導波管アプリケータ68Aの本体は、導波管
アプリケータ68Aをマイクロウェーブ加熱装置10に固定
する端部プレート78を形成する。
実際、マイクロウェーブ空洞34の全有効範囲にわたっ
て測定された約2:1の自由空間の電圧定在波の比率、つ
まりVSWRが図７〜９の導波管アプリケータ68Aを用いて
達成されることがわかっている。可変周波数マイクロウ
ェーブ加熱装置10は、Microwave laboratories社が製造
した４〜8GHzのModel T−1096TWTを用いてテスト目的
に、また、図７〜９に示すテーパ付された導波管アプリ
ケータ68Aを組み込むように構成されている。概略円筒
状のマルチモードマイクロウエーブ空洞34も用いられ
た。そのテストの結果は、R.A.Rudder他による「Diamon
d CVD Via Microwave−Excited Plasma from Water−Et
hanol Solutions」Amer.Cer.Soc.春期会合、オハイオ州
シンシナシティ、1993年に説明されており、ここで参照
として援用する。それらのテストにおいて、本発明の導
波管アプリケータ68Aを備えるマイクロウェーブ加熱装
置10は、移動、また、そうでない場合には周波数を調整
して操作することができる高密度の局所的プラズマを生
成することが示された。高密度プラズマを100W程度の少
ない前方向出力で維持できた。反射出力は４〜8GHzの帯
域幅にわたるすべての周波数において最小であった。
て測定された約2:1の自由空間の電圧定在波の比率、つ
まりVSWRが図７〜９の導波管アプリケータ68Aを用いて
達成されることがわかっている。可変周波数マイクロウ
ェーブ加熱装置10は、Microwave laboratories社が製造
した４〜8GHzのModel T−1096TWTを用いてテスト目的
に、また、図７〜９に示すテーパ付された導波管アプリ
ケータ68Aを組み込むように構成されている。概略円筒
状のマルチモードマイクロウエーブ空洞34も用いられ
た。そのテストの結果は、R.A.Rudder他による「Diamon
d CVD Via Microwave−Excited Plasma from Water−Et
hanol Solutions」Amer.Cer.Soc.春期会合、オハイオ州
シンシナシティ、1993年に説明されており、ここで参照
として援用する。それらのテストにおいて、本発明の導
波管アプリケータ68Aを備えるマイクロウェーブ加熱装
置10は、移動、また、そうでない場合には周波数を調整
して操作することができる高密度の局所的プラズマを生
成することが示された。高密度プラズマを100W程度の少
ない前方向出力で維持できた。反射出力は４〜8GHzの帯
域幅にわたるすべての周波数において最小であった。
上述のマイクロウェーブ源12はヘリックスTWT増幅器
を備える。しかし、本発明の別の局面により、多くの他
のマイクロウェーブ源12を用いることを理解されたい。
表３は、他のいくつかの適切なマイクロウェーブ源12の
代表的な特性を示す。
を備える。しかし、本発明の別の局面により、多くの他
のマイクロウェーブ源12を用いることを理解されたい。
表３は、他のいくつかの適切なマイクロウェーブ源12の
代表的な特性を示す。
上述の実施例のヘリックスTWTは液体冷却であり、そ
のため別の電源および補助機器が必要である。ベンチス
ケールのテストでは、空冷の可変周波数マイクロウェー
ブ加熱装置10がMicrowave Laboratories社の空冷ヘリッ
クスTWT（例えば、ModelT−1067）および本発明のテー
パ付された導波管アプリケータ68Aを用いて組み立て
た。13×13×10インチ（33.02×33.02×25.4cm）の矩形
のマイクロウェーブ空洞34用い、マイクロウェーブ出力
が2.5から7.5GHzまでの周波数範囲にわたって効率的に
結合された。周波数範囲はほぼ２オクターブにわたるこ
とがわかる。熱感知紙を用いたテストは、周波数掃引が
空洞34の全体にわたり均一な出力密度を生成する時点が
非常に効果的であったことを示した。
のため別の電源および補助機器が必要である。ベンチス
ケールのテストでは、空冷の可変周波数マイクロウェー
ブ加熱装置10がMicrowave Laboratories社の空冷ヘリッ
クスTWT（例えば、ModelT−1067）および本発明のテー
パ付された導波管アプリケータ68Aを用いて組み立て
た。13×13×10インチ（33.02×33.02×25.4cm）の矩形
のマイクロウェーブ空洞34用い、マイクロウェーブ出力
が2.5から7.5GHzまでの周波数範囲にわたって効率的に
結合された。周波数範囲はほぼ２オクターブにわたるこ
とがわかる。熱感知紙を用いたテストは、周波数掃引が
空洞34の全体にわたり均一な出力密度を生成する時点が
非常に効果的であったことを示した。
実施例のマイクロウェーブ空洞34は上述のテストと同
様のテストを行い、エポキシ樹脂［Union CarbideのERL
−2258樹脂およびDuponのＭフェニレンジアミン硬化
剤］のサンプルを硬化させた。それらのテストにおい
て、周波数範囲および掃引速度の両方が、適切なモード
混合に必要な最少の範囲を決定するため減少させた。同
時に、サンプル寸法は直径が６インチ（15.24cm）のデ
ィスクまで拡大された。これらの結果から、いくつかの
サンプル、特に、高い熱伝導率がわずかな空間的変動を
平衡にするのを助けるサンプルにおいて、20％の帯域幅
でも均一なマイクロウェーブ加熱を行うのに十分である
ことが明らかになった。
様のテストを行い、エポキシ樹脂［Union CarbideのERL
−2258樹脂およびDuponのＭフェニレンジアミン硬化
剤］のサンプルを硬化させた。それらのテストにおい
て、周波数範囲および掃引速度の両方が、適切なモード
混合に必要な最少の範囲を決定するため減少させた。同
時に、サンプル寸法は直径が６インチ（15.24cm）のデ
ィスクまで拡大された。これらの結果から、いくつかの
サンプル、特に、高い熱伝導率がわずかな空間的変動を
平衡にするのを助けるサンプルにおいて、20％の帯域幅
でも均一なマイクロウェーブ加熱を行うのに十分である
ことが明らかになった。
上述したように、本発明のマイクロウェーブ加熱装置
10は１つ以上のマイクロウェーブ源12を備えることもで
きる。この程度までで、後述するマイクロウェーブ加熱
装置10は、さらに、第２のTWT（Microwave Laboratorie
s社のモデルＴ−1068）および第２のテーパ付されたマ
イクロウェーブアプリケータ68Aを追加することによっ
て変更することができ、これにより、ファーネス32に約
2.5から17.5GHzまでの有効な帯域または３オクターブ近
くの出力を供給する。今までの例は、本発明のマイクロ
ウェーブ加熱装置10を２つのマイクロウェーブ源12に限
定しないことを理解すべきである。むしろ、いくつもの
マイクロウェーブ源12および導波管アプリケータ68を本
発明により単一のマイクロウェーブ空洞34と組み合わせ
できることを理解すべきである。
10は１つ以上のマイクロウェーブ源12を備えることもで
きる。この程度までで、後述するマイクロウェーブ加熱
装置10は、さらに、第２のTWT（Microwave Laboratorie
s社のモデルＴ−1068）および第２のテーパ付されたマ
イクロウェーブアプリケータ68Aを追加することによっ
て変更することができ、これにより、ファーネス32に約
2.5から17.5GHzまでの有効な帯域または３オクターブ近
くの出力を供給する。今までの例は、本発明のマイクロ
ウェーブ加熱装置10を２つのマイクロウェーブ源12に限
定しないことを理解すべきである。むしろ、いくつもの
マイクロウェーブ源12および導波管アプリケータ68を本
発明により単一のマイクロウェーブ空洞34と組み合わせ
できることを理解すべきである。
図10と図11は、導波管アプリケータ68Bの別の実施例
を示しており、マイクロウェーブ空洞34内の圧力が大気
圧と同じでなく、および／または空気以外のガスがマイ
クロウェーブ加熱工程で用いられるような環境で用いる
ために窓80を設けてある。実施例の入口72は上述の実施
例のものと同じものであり、したがって、図７は図10お
よび図11に示された実施例の入口72を示している。窓80
は実際には誘電体で、正および負の圧力差に耐えること
ができる。導波管アプリケータ68Bのこの実施例の内壁7
0は出口74の円筒状のテーパ付されていない端部82で終
端する。突起76は内壁70のスロープの変化位置で終端す
る。溝84は誘電体窓80を受承するように端部プレート78
によって形成されている。中心に位置する開口88を形成
する固定プレート86が端部プレート78に固定され、少な
くとも誘電体窓80の周辺を覆って導波管68Bに対する窓8
0の位置に固定される。流体がマイクロウェーブ空洞34
から導波管アプリケータ68Bを通り外部環境に流れるこ
とを防ぐために、シール部材90が窓80と導波管68Bとの
間、および窓80と固定プレート86との間に配置されてい
る。
を示しており、マイクロウェーブ空洞34内の圧力が大気
圧と同じでなく、および／または空気以外のガスがマイ
クロウェーブ加熱工程で用いられるような環境で用いる
ために窓80を設けてある。実施例の入口72は上述の実施
例のものと同じものであり、したがって、図７は図10お
よび図11に示された実施例の入口72を示している。窓80
は実際には誘電体で、正および負の圧力差に耐えること
ができる。導波管アプリケータ68Bのこの実施例の内壁7
0は出口74の円筒状のテーパ付されていない端部82で終
端する。突起76は内壁70のスロープの変化位置で終端す
る。溝84は誘電体窓80を受承するように端部プレート78
によって形成されている。中心に位置する開口88を形成
する固定プレート86が端部プレート78に固定され、少な
くとも誘電体窓80の周辺を覆って導波管68Bに対する窓8
0の位置に固定される。流体がマイクロウェーブ空洞34
から導波管アプリケータ68Bを通り外部環境に流れるこ
とを防ぐために、シール部材90が窓80と導波管68Bとの
間、および窓80と固定プレート86との間に配置されてい
る。
図７〜９の実施例に示すように、マイクロウェーブ空
洞の34の有用な全周波数範囲にわたり測定された約2:1
の自由空間VSWRが、図10〜11の導波管アプリケータ38を
用いて達成される。
洞の34の有用な全周波数範囲にわたり測定された約2:1
の自由空間VSWRが、図10〜11の導波管アプリケータ38を
用いて達成される。
当業者は従来の多くの技術を、テーパ付された導波管
移行部68をファーネス空洞34に結合するため、および誘
電体窓80を導波管68に密封するために用いることができ
ることを認識されたい。さらに、適当な空気、液体冷却
剤等によって誘電体窓80または導波管68を冷却する必要
のある状況が起こることも認識されたい。また、当業者
は、テーパ付された隆起は、隆起した広帯域導波管、例
えば、WRD350タイプとの最適な整合に、また、隆起して
いない導波管がマイクロウェーブ源12とテーパ付された
導波管移行部68との間に用いられる場合にはテーパ付さ
れた隆起は必要ないことを認識されたい。
移行部68をファーネス空洞34に結合するため、および誘
電体窓80を導波管68に密封するために用いることができ
ることを認識されたい。さらに、適当な空気、液体冷却
剤等によって誘電体窓80または導波管68を冷却する必要
のある状況が起こることも認識されたい。また、当業者
は、テーパ付された隆起は、隆起した広帯域導波管、例
えば、WRD350タイプとの最適な整合に、また、隆起して
いない導波管がマイクロウェーブ源12とテーパ付された
導波管移行部68との間に用いられる場合にはテーパ付さ
れた隆起は必要ないことを認識されたい。
図12と13は、本発明の導波管アプリケータ68Cの別の
実施例を示しており、図７にも示した入口72を備える。
図に示すように、この実施例の突起76は、図８と図９の
滑らかなテーパとは異なる「段階状」テーパを形成す
る。従って、連続した矩形状突起76Aが形成され、連続
した突起の各々の長さは出口74に向かって長くなり、ま
た、対向する突起76A間の距離は、対向する突起76Aの各
対と共に増加する。前の実施例の滑らかなテーパに対
し、この実施例の突起76Aは個々の位置の有限な数で寸
法が変化する。この実施例の自由空間VSWRは都合がよ
い。
実施例を示しており、図７にも示した入口72を備える。
図に示すように、この実施例の突起76は、図８と図９の
滑らかなテーパとは異なる「段階状」テーパを形成す
る。従って、連続した矩形状突起76Aが形成され、連続
した突起の各々の長さは出口74に向かって長くなり、ま
た、対向する突起76A間の距離は、対向する突起76Aの各
対と共に増加する。前の実施例の滑らかなテーパに対
し、この実施例の突起76Aは個々の位置の有限な数で寸
法が変化する。この実施例の自由空間VSWRは都合がよ
い。
図12と13に示す実施例をさらに変更したものが図14と
図15に示す実施例である。この実施例はさらに図10と11
の実施例と同様な方法で固定された誘電体窓80を備え
る。
図15に示す実施例である。この実施例はさらに図10と11
の実施例と同様な方法で固定された誘電体窓80を備え
る。
マイクロウェーブ機器を特に高出力で動作させたとき
に、その機器は望ましくないマイクロウェーブ放射の漏
れを防ぐため適切に密封または遮蔽する必要があること
を理解すべきである。さらに、有用な周波数範囲が広く
なるにしたがって効果的な遮蔽が困難になるということ
を認識されたい。例えば、2.45GHzの固定周波数で動作
する一般的なマイクロウェーブオーブンは、高い周波数
で無効になる共鳴する機械的チョークを用いて漏れを最
小にする。本発明の可変周波数マイクロウェーブ加熱装
置は５％帯域幅より広い周波数範囲で動作するので、従
来のマイクロウェーブ技術に用いられているマイクロウ
ェーブシール技術は個人の安全および通信インタフェー
スの要件には合致しないことがわかっている。
に、その機器は望ましくないマイクロウェーブ放射の漏
れを防ぐため適切に密封または遮蔽する必要があること
を理解すべきである。さらに、有用な周波数範囲が広く
なるにしたがって効果的な遮蔽が困難になるということ
を認識されたい。例えば、2.45GHzの固定周波数で動作
する一般的なマイクロウェーブオーブンは、高い周波数
で無効になる共鳴する機械的チョークを用いて漏れを最
小にする。本発明の可変周波数マイクロウェーブ加熱装
置は５％帯域幅より広い周波数範囲で動作するので、従
来のマイクロウェーブ技術に用いられているマイクロウ
ェーブシール技術は個人の安全および通信インタフェー
スの要件には合致しないことがわかっている。
図16はマイクロウェーブ空洞34内のサンプルの状態を
視覚的に観察する改良されたビューポート92の正面図で
あり、ビューポート92は「蜂の巣状」の金属フィルタ94
を備えており、そこでは６角形のセル（hex−cell）の
直径はその深さに比べ小さい。例えば、１つの適切な比
率は厚さが約1.0インチ（2.54cm）、直径が0.061インチ
（0.155cm）であることがわかっている。この構成によ
り20GHzもの高い周波数で少なくとも250dB減衰させる。
このフィルタ94は溶融水晶のような透明なガラスの対向
するプレート96の間に置かれていてビューポート92用の
マイクロウェーブシールを構成する。
視覚的に観察する改良されたビューポート92の正面図で
あり、ビューポート92は「蜂の巣状」の金属フィルタ94
を備えており、そこでは６角形のセル（hex−cell）の
直径はその深さに比べ小さい。例えば、１つの適切な比
率は厚さが約1.0インチ（2.54cm）、直径が0.061インチ
（0.155cm）であることがわかっている。この構成によ
り20GHzもの高い周波数で少なくとも250dB減衰させる。
このフィルタ94は溶融水晶のような透明なガラスの対向
するプレート96の間に置かれていてビューポート92用の
マイクロウェーブシールを構成する。
空洞ドア98のマイクロウェーブシールは個人および伝
達双方の保護にも不可欠なので、図17、図17Aにより詳
しく示すように、４段のマイクロウェーブシール100が
本発明で設けられている。２つのリングシール102、104
が空洞34に突出し、一方のリング102はドア98に、他方
のリング104は空洞34の内側のマイクロウェーブファー
ネス32に取り付けられている。リング102、104の間のス
ペースは特に4GHzより低い周波数でのカットオフ導波管
として機能する。適切なスペースの１つは約0.06インチ
（0.15cm）ト決定されている。空洞34内部のマイクロウ
ェーブファーネス32から保持されたリングシール104は
ベリリウム銅のような圧縮性ストリップ106を有してお
り、図示された実施例で10GHzで70dB以上減衰させる。
ドア98に担持されたリングシール102はドア98を閉じる
とストリップ106を圧縮する。空洞34のドア開口1122の
周囲に担持されているのがモネルメッシュのような圧縮
性ストリップ108であり、それはわずかに圧縮する戸止
めとして用いられている。好適な実施例のモネルメッシ
ュ108は10GHzでさらに80dB減衰させる。最後に、空洞34
の圧縮性ストリップ108の周囲にあるのは圧縮性ストリ
ップ110で、概略「ｅ」形断面を形成する。好適な実施
例の圧縮性ストリップ110はカーボンを充填したシリコ
ンエラストマーストリップで、10GHzでさらに75dB減衰
させるために用いられる。ビューポート92およびドア98
閉鎖シールドの正味の結果は、マイクロウェーブの検出
できる程度の漏れが、2.5から17.5GHzまでの間のどの周
波数でも可変周波数マイクロウェーブ加熱装置から測定
されないということである。安全レベルの0.001の大き
さでさえもマイクロウェーブの漏れは検出されなかっ
た。当業者は、上述のマイクロウェーブシール構造は、
密閉すべきおよび／または遮蔽すべき出力レベル、およ
び周波数範囲に応じて上述の技術の各種組み合わせたも
のをかなり用いられることを認識されたい。
達双方の保護にも不可欠なので、図17、図17Aにより詳
しく示すように、４段のマイクロウェーブシール100が
本発明で設けられている。２つのリングシール102、104
が空洞34に突出し、一方のリング102はドア98に、他方
のリング104は空洞34の内側のマイクロウェーブファー
ネス32に取り付けられている。リング102、104の間のス
ペースは特に4GHzより低い周波数でのカットオフ導波管
として機能する。適切なスペースの１つは約0.06インチ
（0.15cm）ト決定されている。空洞34内部のマイクロウ
ェーブファーネス32から保持されたリングシール104は
ベリリウム銅のような圧縮性ストリップ106を有してお
り、図示された実施例で10GHzで70dB以上減衰させる。
ドア98に担持されたリングシール102はドア98を閉じる
とストリップ106を圧縮する。空洞34のドア開口1122の
周囲に担持されているのがモネルメッシュのような圧縮
性ストリップ108であり、それはわずかに圧縮する戸止
めとして用いられている。好適な実施例のモネルメッシ
ュ108は10GHzでさらに80dB減衰させる。最後に、空洞34
の圧縮性ストリップ108の周囲にあるのは圧縮性ストリ
ップ110で、概略「ｅ」形断面を形成する。好適な実施
例の圧縮性ストリップ110はカーボンを充填したシリコ
ンエラストマーストリップで、10GHzでさらに75dB減衰
させるために用いられる。ビューポート92およびドア98
閉鎖シールドの正味の結果は、マイクロウェーブの検出
できる程度の漏れが、2.5から17.5GHzまでの間のどの周
波数でも可変周波数マイクロウェーブ加熱装置から測定
されないということである。安全レベルの0.001の大き
さでさえもマイクロウェーブの漏れは検出されなかっ
た。当業者は、上述のマイクロウェーブシール構造は、
密閉すべきおよび／または遮蔽すべき出力レベル、およ
び周波数範囲に応じて上述の技術の各種組み合わせたも
のをかなり用いられることを認識されたい。
図18に示す、本発明の可変周波数マイクロウェーブ加
熱装置10の別の実施例である。この実施例で、周波数可
変同軸マグネトロンのような高出力発振器114が、上述
の実施例のマイクロウェーブ発振器14、プリアンプ出力
制御装置18およびTWT20の代わりに用いられている。好
適な実施例のマグネトロン114はその中心周波数の少な
くとも５％の利用可能な帯域幅を持つ。マグネトロン11
4は、マニュアルで、または、望ましくは電圧を用いた
閉ループフィードバック制御装置を介してのいずれかに
よって周波数制御される。そのようなフィードバック制
御装置で、低レベル（０〜10V）の信号を用いてマグネ
トロン114のサーボ機構を起動し、マグマグネトロンの
同軸空洞内のプランジャプレートを正確に再配置するこ
とによって、マグネトロン114をある周波数から別の周
波数へ「同調」する。
熱装置10の別の実施例である。この実施例で、周波数可
変同軸マグネトロンのような高出力発振器114が、上述
の実施例のマイクロウェーブ発振器14、プリアンプ出力
制御装置18およびTWT20の代わりに用いられている。好
適な実施例のマグネトロン114はその中心周波数の少な
くとも５％の利用可能な帯域幅を持つ。マグネトロン11
4は、マニュアルで、または、望ましくは電圧を用いた
閉ループフィードバック制御装置を介してのいずれかに
よって周波数制御される。そのようなフィードバック制
御装置で、低レベル（０〜10V）の信号を用いてマグネ
トロン114のサーボ機構を起動し、マグマグネトロンの
同軸空洞内のプランジャプレートを正確に再配置するこ
とによって、マグネトロン114をある周波数から別の周
波数へ「同調」する。
必要な帯域幅の限定要因を上手に決定するため、12×
12×10インチ（約30.48×30.48×25.4cm）の矩形のマイ
クロウェーブ空洞34の理論上のモデルを構築し、４〜6G
Hzの周波数範囲にわたって空洞34に維持することができ
る共鳴モード数の決定に用いた。これらの計算の結果
は、空洞34内において小さくとも、４〜6GHzの周波数範
囲にわたって起こり得る空間的に接近したモード（単一
周波数ではときには３〜４）の非常に多くの数（600以
上）が存在することを明らかに示した。それらの結果は
モード密度対周波数として図19にグラフで示す。それら
の結果から、中心周波数の５％の小さな帯域幅は、場合
によって十分な複数モードを生成してマイクロウェーブ
空洞34を比較的均一なエネルギー分布にできることが明
らかである。
12×10インチ（約30.48×30.48×25.4cm）の矩形のマイ
クロウェーブ空洞34の理論上のモデルを構築し、４〜6G
Hzの周波数範囲にわたって空洞34に維持することができ
る共鳴モード数の決定に用いた。これらの計算の結果
は、空洞34内において小さくとも、４〜6GHzの周波数範
囲にわたって起こり得る空間的に接近したモード（単一
周波数ではときには３〜４）の非常に多くの数（600以
上）が存在することを明らかに示した。それらの結果は
モード密度対周波数として図19にグラフで示す。それら
の結果から、中心周波数の５％の小さな帯域幅は、場合
によって十分な複数モードを生成してマイクロウェーブ
空洞34を比較的均一なエネルギー分布にできることが明
らかである。
論理上のモデルを用いて、出力強度はマイクロウェー
ブ空洞の水平方向中央平面に沿ったさまざまな点におけ
る位置の関数として計算された。調べた第１の場合は、
5GHzの中心周波数を仮定した。図に示すように、帯域幅
の割合が減少すると、出力分布は次第に均一ではなくな
り、帯域幅は高周波数と低周波数の間の差を中心周波数
で割って決定される。すなわち、（fhigh−flow）/f
cenTerである。
ブ空洞の水平方向中央平面に沿ったさまざまな点におけ
る位置の関数として計算された。調べた第１の場合は、
5GHzの中心周波数を仮定した。図に示すように、帯域幅
の割合が減少すると、出力分布は次第に均一ではなくな
り、帯域幅は高周波数と低周波数の間の差を中心周波数
で割って決定される。すなわち、（fhigh−flow）/f
cenTerである。
約10％より大きな帯域幅の出力強度はかなり均一であ
るが、出力強度は５％の帯域幅に対していくらか均一で
ない。第２の場合は15GHzの中心周波数を仮定し、出力
強度を40％から1.3％までの帯域幅にマップした。この
場合、2.5％わの低い帯域幅に対しては、出力強度は前
の場合と比べて非常に均一であった。帯域幅がさらに1.
3％だけ減少したとしても、出力強度は多くのマイクロ
ウェーブ加熱の応用に対し十分に均一であった。
るが、出力強度は５％の帯域幅に対していくらか均一で
ない。第２の場合は15GHzの中心周波数を仮定し、出力
強度を40％から1.3％までの帯域幅にマップした。この
場合、2.5％わの低い帯域幅に対しては、出力強度は前
の場合と比べて非常に均一であった。帯域幅がさらに1.
3％だけ減少したとしても、出力強度は多くのマイクロ
ウェーブ加熱の応用に対し十分に均一であった。
図20A〜Ｄは、上記の理論上のモデルおよび5GHzの中
心周波数を用いた出力マップを示す。この状況で用いた
出力マップは２次元のグラフで、マイクロウェーブ空洞
34のさまざまな点での出力を示す。出力はｚ軸として示
してあり、ｘ軸とｙ軸はマイクロウェーブ空洞34のフロ
ア面である。各々のマップの帯域幅は５％、10％、20
％、40％である。マイクロウェーブ空洞34全体の出力分
布は帯域幅が増加するにつれて等しくなる。
心周波数を用いた出力マップを示す。この状況で用いた
出力マップは２次元のグラフで、マイクロウェーブ空洞
34のさまざまな点での出力を示す。出力はｚ軸として示
してあり、ｘ軸とｙ軸はマイクロウェーブ空洞34のフロ
ア面である。各々のマップの帯域幅は５％、10％、20
％、40％である。マイクロウェーブ空洞34全体の出力分
布は帯域幅が増加するにつれて等しくなる。
同様に、図21A〜Ｆは同一の理論上のモデルおよび15G
Hzの中心周波数を用いた場合の出力マップを示す。各帯
域幅は1.3％、2.5％、５％、10％、20％、40％である。
また、1.3％の帯域幅に関し、出力分布は点ごとに大幅
に変化する。しかし、40％の有用な帯域幅の場合、出力
分布はほぼ一定である。
Hzの中心周波数を用いた場合の出力マップを示す。各帯
域幅は1.3％、2.5％、５％、10％、20％、40％である。
また、1.3％の帯域幅に関し、出力分布は点ごとに大幅
に変化する。しかし、40％の有用な帯域幅の場合、出力
分布はほぼ一定である。
理論上の結果をマイクロウェーブ空洞34内で感熱紙を
用いて精密さを証明するためにテストした。その際、マ
イクロウェーブ源12は理論上のものを選択した。高出力
分布の持つ位置または熱点は感熱紙を茶色に変えるが、
冷点は白のままである。それらの結果は上述した理論上
のテストの結果と確認された。
用いて精密さを証明するためにテストした。その際、マ
イクロウェーブ源12は理論上のものを選択した。高出力
分布の持つ位置または熱点は感熱紙を茶色に変えるが、
冷点は白のままである。それらの結果は上述した理論上
のテストの結果と確認された。
さまざまな好適な実施例を説明し、さらに、構成して
テストを行ったそれらの実施例を特に詳しく説明した
が、そのような記述は開示を限定することを意図するも
のではなく、むしろ、請求の範囲に規定した発明の精神
と範囲に入るすべての変更および別の方法を包含するも
のと理解されたい。
テストを行ったそれらの実施例を特に詳しく説明した
が、そのような記述は開示を限定することを意図するも
のではなく、むしろ、請求の範囲に規定した発明の精神
と範囲に入るすべての変更および別の方法を包含するも
のと理解されたい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ローフ、ロバート・ジェイ アメリカ合衆国、テネシー州 37830、 オーク・リッジ、ウェスト・アウター・ ドライブ 998 (72)発明者 ジョンソン、アーヴァイド・シー アメリカ合衆国、ノース・カロライナ州 27513、ケアリ、ロック・プヮント・ レーン 100 (72)発明者 シグペン、ラリー・ティー アメリカ合衆国、ノース・カロライナ州 27501、アンジア、ウェストゲイト・ サークル 408 (56)参考文献 特開 昭57−210591（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−159086（ＪＰ，Ａ) 実開 昭56−105114（ＪＰ，Ｕ) 米国特許4196332（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H05B 6/64 - 6/76
Claims (33)
- 【請求項１】選択された材料を処理し、この選択された
材料を処理するためのマルチモード空洞を画定するマイ
クロウエーブファーナスを備える可変周波数マイクロウ
エーブ加熱装置であって、 選択された波形、周波数および振幅を持つ信号を発生す
るマイクロウェーブ信号発生器と、 このマイクロウェーブ信号発生器から発生された前記信
号を増幅し、選択された周波数レンジ内のマイクロウェ
ーブを生成するとともに中央周波数を画定し、前記マイ
クロウエーブは選択された大きさに関連する出力を持有
する第１信号増幅器であり、前記中央周波数の少なくと
も５パーセントの有用な帯域幅を持つマイクロウエーブ
電子機器を備える第１信号増幅器と、 この第１信号増幅器に電力を供給する電力供給手段と、 前記第１信号増幅器によって生成された前記マイクロウ
ェーブを前記マイクロウエーブファーナスに伝達する伝
達手段であり、導波管アプリケータを含み、この導波管
アプリケータは、テーパー状の内壁により画定された導
波管を有する伝達手段とを備える可変周波数マイクロウ
エーブ加熱装置。 - 【請求項２】請求項１の可変周波数マイクロウェーブ加
熱装置において、前記マイクロウェーブ電子機器は、進
行波管、ツワイストロン、クライストロン、交差フィー
ルド増幅器およびジャイロストロンからなるグループか
ら選択される装置。 - 【請求項３】請求項１の可変周波数マイクロウェーブ加
熱装置において、前記電力供給手段は調整可能であり、
これにより、前記信号発生器から発生した前記信号の前
記振幅を選択的に変調することができる装置。 - 【請求項４】請求項１の可変周波数マイクロウェーブ加
熱装置において、さらに、前記信号発生器から発生した
前記信号の前記振幅を選択的に変調する信号振幅制御装
置を備える装置。 - 【請求項５】請求項１の可変周波数マイクロウェーブ加
熱装置において、さらに、前記第１増幅器による増幅の
前に、前記信号発生器から発生した前記信号を選択的に
増幅する第２増幅器を備える装置。 - 【請求項６】請求項１の可変周波数マイクロウエーブ加
熱装置において、さらに、前記第１増幅器によって生成
された前記マイクロウェーブと前記マイクロウェーブフ
ァーナスから反射されたマイクロウェーブとを指向する
信号指向手段と、 前記マイクロウェーブから反射された前記マイクロウェ
ーブを消散する反射負荷消散手段であって、前記マイク
ロウェーブファーナスから反射された前記マイクロウェ
ーブが関連する出力および大きさを持つ反射負荷消散手
段とを備える装置。 - 【請求項７】請求項６の可変周波数マイクロウェーブ加
熱装置において、前記信号指向手段は該信号指向手段の
作動の通じて蓄積された熱を消散するために冷却装置を
備える装置。 - 【請求項８】請求項６の可変周波数マイクロウェーブ加
熱装置において、さらに、前記マイクロウェーブファー
ナスに伝達された前記マイクロウェーブに関連する前記
出力の前記大きさと、前記マイクロウェーブファーナス
から反射された前記マイクロウエーブに関連する前記出
力の前記大きさとを監視するシステムモニターであっ
て、前記可変周波数マイクロウェーブ加熱装置の効率を
監視するように機能するシステムモニターを備える装
置。 - 【請求項９】請求項１の可変周波数マイクロウェーブ加
熱装置において、さらに、前記信号発生器の選択された
駆動レベルを用いて前記マイクロウェーブの空洞に供給
されるマイクロウェーブ出力の要求レベルを達成するプ
リアンプを備える装置。 - 【請求項１０】請求項１の可変周波数マイクロウェーブ
加熱装置において、前記導波管アプリケータの前記テー
パー状の内壁が、入口から出口まで滑らかにテーパー形
成されていて前記第１信号増幅器の有用な周波数帯域に
わたって少なくとも3:1の自由空間電圧定在波の比率を
提供する装置。 - 【請求項１１】請求項10の可変周波数マイクロウェーブ
加熱装置において、前記導波管アプリケータがさらに誘
電性窓を備えていて、前記マルチモード空洞に大気圧で
はない圧力が与えられるときに該可変周波数マイクロウ
ェーブ加熱装置を保護する装置。 - 【請求項１２】請求項11の可変周波数マイクロウェーブ
加熱装置において、さらに、前記誘電性窓を冷却するた
めの冷却装置を備える装置。 - 【請求項１３】請求項11の可変周波数マイクロウェーブ
加熱装置において、さらに、前記導波管と前記誘導性窓
との間のインピーダンス不連続性に適合するように筒状
移行部を備える装置。 - 【請求項１４】請求項１の可変周波数マイクロウェーブ
加熱装置において、前記導波管アプリケータの前記テー
パー状の内壁が、入口から出口まで段階状にテーパー形
成されていて前記第１信号増幅器の有用な周波数帯域に
わたって少なくとも3:1の自由空間電圧定在波の比率を
提供する装置。 - 【請求項１５】請求項14の可変周波数マイクロウェーブ
加熱装置において、前記導波管アプリケータがさらに誘
導性窓を備えていて、前記マルチモード空洞に大気圧で
はない圧力が与えられるときに前記可変周波数マイクロ
ウェーブ加熱装置を保護する装置。 - 【請求項１６】請求項15の可変周波数マイクロウェーブ
加熱装置において、さらに、前記誘電性窓を冷却するた
めの冷却装置を備える装置。 - 【請求項１７】請求項15の可変周波数マイク・ロウェー
ブ加熱装置において、さらに、前記導波管と前記誘電性
窓との間のインピーダンス不連続性に適合するように筒
状移行部を備える装置。 - 【請求項１８】請求項１の可変周波数マイクロウェーブ
加熱装置において、さらに前記装置の表面に配置された
ドアと前記マイクロウェーブ信号の漏れを防ぐシールと
を傭え、前記表面が開口を画定し、前記開口を介して前
記選択された材料が前記マルチモード空洞に置かれかつ
それから取り出され、前記シールが、前記開口の近くに
かつそれから離れて延びるように前記マイクロウェーブ
内に保持された第１リングと、前記ドアから保持されて
前記第１リング内に受け入れられるような寸法を持つ第
２リングと、前記第１リングと第２リングとの間に保持
された圧縮性シール部材とからなっていて前記リングが
前記第１リングから受け取られるときにシールが形成さ
れ、少なくとも１つのガスケットが前記ドアから保持さ
れるとともにその上に配置されて前記マルチモード空洞
の前記表面と係合し、これにより、前記ドアが閉じられ
た位置にあるときに前記開口を取り囲み、また、少なく
とも１つのシールが、圧縮性のあるマイクロウェーブ吸
収性の重合体の材料から作られ、かつ前記ドアによって
保持されるとともにその上に配置されて前記マルチモー
ド空洞の前記表面と係合し、これにより、前記ドアが閉
じた位置にあるときに前記開口を取り囲む装置。 - 【請求項１９】請求項１の可変周波数マイクロウェーブ
加熱装置において、前記マルチモード空洞がさらに処理
の間に前記選択された材料を観察するビューポートを備
え、前記ビューポートがマイクロウェーブシールドを組
み入れていて前記マイクロウエーブ信号の漏れを防止す
る装置。 - 【請求項２０】選択された材料を処理し、この選択され
た材料を処理するためのマルチモード空洞を画定するマ
イクロウェーブファーナスを含む可変周波数マイクロウ
ェーブ加熱装置であって、 選択された波形、周波数および振幅を持つ信号を発生す
るマイクロウェーブ信号発生器であって、周波数可変同
軸マグネトロンであるマイクロウェーブ信号発生器と、 このマイクロウエーブ信号発生器に電力を供給する電力
供給手段と、 前記マイクロウェーブ信号発生器によって生成された前
記マイクロウェーブを前記マルチモード空洞に伝達する
伝達手段であり、導波管アプリケータを含み、この導波
管アプリケータは、テーパー状の内壁により画定された
導波管を有する伝達手段とを備える可変周波数マイクロ
ウエーブ加熱装置。 - 【請求項２１】請求項20の可変周波数マイクロウェーブ
加熱装置において、前記同軸マグネトロンが中央周波数
の少なくとも５パーセントの有用な帯域幅を持つ装置。 - 【請求項２２】請求項20の可変周波数マイクロウェーブ
加熱装置において、前記電力供給装置が調整可能で、こ
れにより、前記マイクロウェーブ信号発生器によって発
生された前記信号の振幅を選択的に変調することができ
る装置。 - 【請求項２３】請求項20の可変周波数マイクロウェーブ
加熱装置において、さらに、前記同軸マグネトロンの発
振の周波数を制御するための信号周波数制御装置を備え
る装置。 - 【請求項２４】請求項20の可変周波数マイクロウェーブ
加熱装置において、前記導波管アプリケータの前記テー
パー状の内壁が、入口から出口まで滑らかにテーパー形
成されていて前記同軸マグネトロンの有用な周波数帯域
にわたって少なくとも3:1の自由空間電圧定在波の比率
を提供する装置。 - 【請求項２５】請求項24の可変周波数マイクロウェーブ
加熱装置において、前記導波管アプリケータがさらに誘
電性窓を備えていて、前記マルチモード空洞に大気圧で
はない圧力が与えられるときに前記可変周波数マイクロ
ウェーブ加熱装置を保護する装置。 - 【請求項２６】請求項25の可変周波数マイクロウェーブ
加熱装置において、さらに、前記誘電性窓を冷却するた
めの冷却装置を備える装置。 - 【請求項２７】請求項25の可変周波数マイクロウェーブ
加熱装置において、さらに、前記導波管と前記誘導性窓
との間のインピーダンス不連続性に適合するように筒状
移行部を備える装置。 - 【請求項２８】請求項20の可変周波数マイクロウェーブ
加熱装置において、前記伝達手段が導波管アプリケータ
を備えており、前記導波管アプリケータの前記テーパー
状の内壁が、入口から出口まで段階状にテーパー形成さ
れていて前記同軸マグネトロンの有用な周波数帯域にわ
たって少なくとも3:1の自由空間電圧定在波の比率を提
供する装置。 - 【請求項２９】請求項28の可変周波数マイクロウェーブ
加熱装置において、前記導波管アプリケータがさらに誘
導性窓を備えていて、前記マルチモード空洞に大気圧で
はない圧力が与えられるときに該可変周波数マイクロウ
ェーブ加熱装置を保護する装置。 - 【請求項３０】請求項29の可変周波数マイクロウェーブ
加熱装置において、さらに、前記誘電性窓を冷却するた
めの冷却装置を備える装置。 - 【請求項３１】請求項29の可変周波数マイクロウェーブ
加熱装置において、さらに、前記導波管と前記誘電性窓
との間のインピーダンス不連続性に適合するように筒状
移行部を備える装置。 - 【請求項３２】請求項20の可変周波数マイクロウェーブ
加熱装置において、さらに該装置の表面に配置されたド
アと前記マイクロウェーブ信号の漏れを防ぐシールとを
備え、前記表面が開口を画定し、該開口を介して前記選
択された材料が前記マルチモード空洞に置かれかつそれ
から取り出され、前記シールが、前記開口の近くにかつ
それから離れて延びるように前記マイクロウェーブ内に
保持された第１リングと、前記ドアから保持されて前記
第１リング内に受け入れられるような寸法を持つ第２リ
ングと、前記第１リングと第２リングとの間に保持され
た圧縮性シール部材とからなっていて前記リングが前記
第１リングから受け取られるときにシールが形成され、
少なくとも１つのガスケットが前記ドアから保持される
とともにその上に配置されて前記マルチモード空洞の前
記表面と係合し、これにより、前記ドアが閉じられた位
置にあるときに前記開口を取り囲み、また、少なくとも
１つのシールが、圧縮性のあるマイクロウェーブ吸収性
の重合体の材料から作られ、かつ前記ドアによって保持
されるとともにその上に配置されて前記マルチモード空
洞の前記表面と係合し、これにより、前記ドアが閉じた
位置にあるときに前記開口を取り囲む装置。 - 【請求項３３】請求項20の可変周波数マイクロウェーブ
加熱装置において、前記マルチモード空洞がさらに処理
の間に前記選択された材料を観察するビューポートを備
え、前記ビューポートがマイクロウェーブシールドを組
み入れていて前記マイクロウエーブ信号の漏れを防止す
る装置。
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