JP3096352B2 - 高周波加熱装置 - Google Patents

高周波加熱装置

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JP3096352B2 JP04106433A JP10643392A JP3096352B2 JP 3096352 B2 JP3096352 B2 JP 3096352B2 JP 04106433 A JP04106433 A JP 04106433A JP 10643392 A JP10643392 A JP 10643392A JP 3096352 B2 JP3096352 B2 JP 3096352B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、真空蒸着装置などにお
ける被蒸発物の加熱などに用いられる高周波加熱装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】真空蒸着装置などでは、ルツボ内に被蒸
発物を入れ、このルツボに高周波コイルを巻き回し、コ
イルに高周波電力を供給することによって高周波加熱を
行い、被蒸発物を加熱蒸発させるようにしている。この
場合、蒸発した物質が蒸着されるものがシート状の比較
的大面積の場合、均一な蒸着膜を形成する必要から、ル
ツボも被蒸着物質の大きさに応じて、例えば、細長いも
のが用いられる。図1は細長いルツボを加熱する従来装
置を示しており、1はルツボである。この装置では、細
長いルツボ1を加熱するために3か所に加熱コイル2
a,2b,2cが配置され、各加熱コイル2a〜2cに
高周波電流を供給するための高周波電源3a〜3cが備
えられている。このような構成では、各高周波電源3a
〜3cの出力を独立に制御し、細長いルツボ1の全体が
均一に加熱されるようにしている。なお、細長いルツボ
1の上部には、図示していないがシート状の比較的大き
な面積の被蒸着物が配置され、ルツボ1内部の物質が加
熱蒸発され、その蒸発物質が被蒸着物に付着される。
【0003】図2は、他の従来装置を示しており、この
装置では、3つのルツボ4a〜4cが近接して配置さ
れ、それぞれのルツボに加熱コイル5a〜5cが巻き回
されている。この従来装置でも、各加熱コイル5a〜5
cのそれぞれには、高周波電源6a〜6cから高周波が
供給され、各加熱コイルに供給される高周波電力は各電
源の出力を独立に制御することによって調整され、各ル
ツボ4a〜4cが均一に加熱されるように構成されてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来装置のい
ずれもが、高周波電源を加熱コイルの数だけ用意せねば
ならず、コストアップとなる。また、加熱コイルが接近
しているので、相互に干渉し合い、高周波電源の運転上
の安定性に問題が生じる。図3は3つの加熱コイル7a
〜7cによる相互干渉の様子を示したもので、それぞれ
が接近して配置されている各加熱コイル7a〜7cは、
それぞれ加熱電源8a〜8cに接続されている。図3
(a)は、各加熱コイルによる磁束が相互干渉により弱
め合う例、図3(b)は、各加熱コイルによる磁束が相
互干渉により強め合う例、図3(c)は、各加熱コイル
による磁束が相互干渉により一部は強め合い、他の一部
は弱め合う例を示している。各加熱コイル7a〜7c
は、それぞれ別々の電源8a〜8cによって駆動される
ので、個々の電源の周波数および位相は、基本的に無関
係であることから、図3の(a),(b),(c)の状
態が時々刻々変化して起こることになる。もちろん、負
荷の状態によっていずれかの電源の出力を変化させる
と、隣り合った加熱コイルの出力にまで影響を及ぼして
しまう。
【0005】上記した点を考慮して、複数の加熱コイル
に1台の高周波電源から高周波電力を供給することが考
えられている。図4はこの考えに沿った一例を示してお
り、3つの加熱コイル9a,9b,9cを並列に接続
し、1台の高周波電源10から高周波を供給するように
している。そして、各加熱コイル9a〜9cそれぞれに
直列に可変インダクタンス11a〜11cが接続されて
いる。また、図6は加熱コイル9a〜9cを直列に接続
すると共に、各加熱コイルに可変インダクタンスを並列
に接続したものである。なお、12は共振回路を構成す
るためのコンデンサである。
【0006】図5は図4の加熱コイル9a〜9cを並列
接続したもので、この場合には、コンデンサ12は各加
熱コイルごとに設けられている。この図4,図6及び図
5の例は、いずれも単一の高周波電源10によって複数
の加熱コイルの駆動を行っており、コストの低減に繋が
る。また、同一電源での駆動なので、図7に示すよう
に、各加熱コイル9a〜9cによる磁束の向きははじめ
の加熱コイルの巻き方向と通電方向により決定される。
その結果、常に磁束の状態は一定となり、時間によって
磁束の強さに変化は生じることがなく、隣り合った加熱
コイルの相互干渉による悪影響は生じない。なお、図4
と図5の例において、負荷の状態により個々の加熱コイ
ルへの供給電力を調整したい場合には、調整すべき加熱
コイルに直列に接続されている可変インダクタンス11
a〜11cのいずれかを制御すれば良い。
【0007】上述した図4と図5の装置の高周波電源1
0として半導体インバータを使用した場合、インバータ
には、負荷の共振周波数の変化に応じて自動的に運転周
波数を変化させて安定運転を行えるように自動周波数制
御回路が内蔵されている。この結果、加熱コイル9a〜
9cのいずれかへ供給される高周波の電力をそれに直列
に接続されている可変インダクタンス11を調整するこ
とによって変えると、全体の運転周波数まで変化してし
まい、変化させたくない加熱コイルの電力まで変化して
しまう。このため、個々の加熱コイルの出力を独立に調
整し、負荷の変化に対応したいという要求を達成するこ
とができない。
【0008】本発明は、自動周波数制御機能を内蔵した
半導体インバータを用いた高周波電源を使用しても、複
数の加熱コイルの出力を独立に制御することが可能な高
周波加熱装置を実現するにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明に基づく高周波加
熱装置は、負荷を加熱するための並列あるいは直列接続
された複数の加熱コイルと、複数の加熱コイルに高周波
電力を供給するための半導体インバータを用いた単一の
高周波電源と、各加熱コイルのそれぞれに直列にあるい
は並列接続された可変インダクタンスと、並列あるいは
直列接続された加熱コイルに並列に接続された可変イン
ダクタンス素子又は可変キャパシタンス素子と、回路の
運転周波数を検出し、この周波数を一定に維持するよう
に可変インダクタンス素子又は可変キャパシタンス素子
の制御を行うための手段とを備えたことを特徴としてい
る。
【0010】
【作用】本発明の高周波加熱装置は、負荷を加熱するた
めの並列あるいは直列接続された複数の加熱コイルそれ
ぞれに直列あるいは並列に接続された可変インダクタン
スのいずれかを変化させた場合、加熱コイルに並列に接
続された可変インダクタンス素子又は可変キャパシタン
ス素子を制御し、回路の運転周波数を一定に維持する。
【0011】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図8は本発明の一実施例を示しており、加
熱すべき物質に接近して配置された加熱コイル15a,
15b,15cは、並列接続されている。この加熱コイ
ル15a〜15cのそれぞれには、直列に可変インダク
タンス16a〜16cが接続されている。並列接続され
た加熱コイル15a〜15cには、半導体インバータを
使用した高周波電源17から高周波が供給されるが、こ
の高周波電源17には、自動周波数制御回路が内蔵され
ている。また、各加熱コイル15a〜15cに並列に可
変インダクタンス18とタンクコンデンサ19とが接続
されている。更に、高周波電源17の両端間には、周波
数検出器20が設けられ、周波数検出器20により検出
された周波数の値は周波数一定制御回路21に供給され
る。この周波数一定制御回路21は、回路の運転周波数
が予め設定された周波数となるように可変インダクタン
ス18の制御を行う。なお、各可変インダクタンス1
6,18としては、例えば、ソレノイドコイルの中にコ
アを挿入し、コアを機械的に出し入れしてインダクタン
スを変えるように構成したものを用いることもできる
し、可飽和リアクトルのように、コアに巻いたコイルと
これに合わせて励磁巻線を巻いて直流励磁電流を変化さ
せるものを用いても良い。このような構成の動作を次に
説明する。
【0012】高周波電源17から発生した高周波は、並
列接続された加熱コイル15a〜15cに供給され、図
示していないルツボなどの加熱を行う。ここで、負荷の
状態に応じて加熱コイル15bの電力を下げたい場合、
可変インダクタンス16bを調整し、そのインダクタン
スを増す。これにより、加熱コイル16bの印加電圧は
下がり加熱コイル15bの電力は下がる。なお、この
時、高周波電源17は、出力電圧一定で動作している。
この結果、加熱コイル15a〜15cと可変インダクタ
ンス16a〜16cの合計インダクタンスは増すことか
ら、インバータを用いた高周波電源17は、自分自身の
自動周波数制御機能の応答速度が極めて速いため、まず
この機能が働いて運転周波数は一時的に下がる。そのた
め、加熱コイル15aと15cにかかる印加電圧は一定
に維持したいにも拘らず、加熱コイル15aと15cに
投入される電力も上昇してしまう。
【0013】ここで、回路の共振周波数fは、Cをタン
クコンデンサ19の容量、Lを可変インダクタンス16
a〜16c,18と加熱コイル15a〜15cの合成イ
ンダクタンスとすると、次のように表すことができる。
【0014】f=1/{2π√(LC)} 従って、可変インダクタンス16bのインダクタンスを
変化させたことに伴う周波数の変化を周波数検出器20
によって検出し、この検出された周波数が予め定めた周
波数となるように周波数一定制御回路21は可変インダ
クタンス18を制御する。その結果、可変インダクタン
ス16bのインダクタンスを増したことによって増加し
た合成インダクタンスLは、可変インダクタンス18の
インダクタンスを減少させることによって再び元の値と
なり、回路の周波数は一定に維持される。このようにし
て加熱コイル15bのみ電力を下げ、他の加熱コイル1
5a,15cは依然として元の電力で加熱を行うことが
可能となる。
【0015】以上本発明の実施例を説明したが、本発明
はこの実施例に限定されない。例えば、周波数を一定に
維持するために可変インダクタンス素子を設け、このイ
ンダクタンスを変化させるように構成したが、タンクコ
ンデンサ19の容量Cを可変とし、この容量を調整する
ことによって周波数を一定に制御するように構成しても
良い。ただし、この場合、バリコンのような素子を用い
ることになるが、この素子では周波数の高い場合は実現
が可能となるものの、周波数が低い場合には、大容量の
バリコンを入手することが現時点では難しく、実現が困
難である。また、インバータ(高周波電源)内部の自動
周波数制御回路では、通常インバータ内部のサイリスタ
やトランジスタのような逆変換素子のゲートに印加する
周波数を変化させているが、ゲートに印加する周波数は
一定とし、インバータ内部の自動周波数制御回路の出力
を図8の周波数一定制御回路21に供給し、可変インダ
クタンス18のインダクタンスを変化させたり、あるい
は、コンデンサの容量を変化させても良い。しかしなが
ら、この場合、インバータ内部の自動周波数制御機能の
応答速度が極めて速いので、インダクタンスを機械的な
作用により変化させる場合には実現が困難である。
【0016】また、上記実施例では、加熱コイル15a
〜15cを列に接続すると共に、各加熱コイルに可変
インダクタンス16a〜16cをそれぞれ直列に接続し
た場合を示したが、図6で示すように加熱コイルを直列
に接続すると共に、各加熱コイルに可変インダクタンス
をそれぞれ並列に接続した場合にも同様に実施すること
ができる。
【0017】さらに、本発明を真空蒸着装置に応用した
場合、各加熱コイル15a〜15cに対応して膜厚検出
手段をそれぞれ設け、この各膜厚検出手段からの出力信
号に基づいて各可変インダクタンス16a〜16cの操
作を行うようになせば、大面積の被蒸着物に対する蒸着
膜厚を自動化にコントロールすることができる。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に基づく高
周波加熱装置は、並列あるいは直列接続された複数の加
熱コイルそれぞれに直列あるいは並列に接続された可変
インダクタンスのいずれかのインダクタンスを変化させ
た場合、加熱コイルに並列あるいは直列に接続された可
変インダクタンス素子のインダクタンスを制御し、回路
の運転周波数を一定に維持するように構成したので、自
動周波数制御機能を内蔵した半導体インバータを用いた
高周波電源を使用しても、複数の加熱コイルの出力を独
立に制御することが可能となる。従って、負荷の状態に
応じて各加熱コイルの電力の調整を任意に行うことがで
きるようになり、蒸着装置に本発明を使用すれば、大面
積の被蒸着物に対して均一な蒸着膜をつけることが可能
となる。また、単一の高周波電源を用いることができる
ようになり装置のコストダウンが達成される。
【図面の簡単な説明】
【図1】細長いルツボを複数の加熱コイルにより加熱す
る従来装置を示す図である。
【図2】複数のルツボを複数の加熱コイルにより加熱す
る従来装置を示す図である。
【図3】加熱コイルの相互干渉の様子を示す図である。
【図4】1台の高周波電源で複数の加熱コイルを駆動す
る例を示す図である。
【図5】1台の高周波電源で複数の加熱コイルを駆動す
る例を示す図である。
【図6】1台の高周波電源で複数の加熱コイルを駆動す
る例を示す図である。
【図7】加熱コイルの相互干渉の様子を示す図である。
【図8】本発明に基づく高周波加熱装置の一実施例を示
す図である。
【符号の説明】
15a〜15c 加熱コイル 16a〜16c,18 可変インダクタンス 17 高周波電源 19 タンクコンデンサ 20 周波数検出器 21 周波数一定制御回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭47−8111(JP,A) 実開 昭49−39915(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05B 6/06

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 負荷を加熱するための並列あるいは直列
    接続された複数の加熱コイルと、複数の加熱コイルに高
    周波電力を供給するための半導体インバータを用いた単
    一の高周波電源と、各加熱コイルのそれぞれに直列にあ
    るいは並列接続された可変インダクタンスと、並列ある
    いは直列接続された加熱コイルに並列に接続された可変
    インダクタンス素子と、回路の運転周波数を検出し、こ
    の周波数を一定に維持するように可変インダクタンス素
    子の制御を行うための手段とを備えた高周波加熱装置。
  2. 【請求項2】 負荷を加熱するための並列あるいは直列
    接続された複数の加熱コイルと、複数の加熱コイルに高
    周波電力を供給するための半導体インバータを用いた単
    一の高周波電源と、各加熱コイルのそれぞれに直列にあ
    るいは並列接続された可変インダクタンスと、並列ある
    いは直列接続された加熱コイルに並列に接続された可変
    キャパシタンス素子と、回路の運転周波数を検出し、こ
    の周波数を一定に維持するように可変キャパシタンス素
    子の制御を行うための手段とを備えた高周波加熱装置。
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JP5559944B1 (ja) * 2012-10-30 2014-07-23 三井造船株式会社 誘導加熱装置、誘導加熱装置の制御方法、及びプログラム

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