JP4209245B2 - マイクロ波加熱装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波加熱装置に係り、特に加熱室に収容した被加熱物にマイクロ波を照射し、当該被加熱物の加熱を均一化させるマイクロ波加熱装置に関し、詳細にはマイクロ波を加熱室内に均一に拡散させる回転方式のラジアルスロットアンテナを備えたマイクロ波加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常、マイクロ波加熱装置では、マグネトロンが発振するマイクロ波が加熱室に供給されることにより、加熱室内に収容された被加熱物が加熱される。なお、従来のマイクロ波加熱装置には、加熱室内に被加熱物を適切に加熱する回転アンテナが設けられる構造となっている。
【０００３】
この種のマイクロ波加熱装置は、図８に要部概略断面図で示すように被加熱物を収容する加熱室２１と、マイクロ波を発振するマグネトロン２２と、このマグネトロン２２の発振するマイクロ波をマグネトロンアンテナ１２ａから加熱室２１内に拡散させる回転アンテナ２３と、この回転アンテナ２３の回転動作を制御するモータ２４とを有し、モータ２４はマグネトロン２２にマイクロ波を発振させる際に回転アンテナ２３が加熱室２１内の被加熱物の収容位置に応じた位置となるように回転アンテナ２３の回転を停止させることにより、マイクロ波を加熱室２１内の広域に拡散させて供給させている。なお、図８において、２５は回転アンテナ２３とモータ２４とを連結する回転軸、２５ａ，２５ｂは回転アンテナ２３の取付け部材、２６は導波管、２７は本体枠、２８は外装部、２９は加熱室２１内に被加熱物を載置する底板である。
【０００４】
また、このように構成されるマイクロ波加熱装置の回転アンテナ２３は、図９に拡大平面図で示すように円盤状に形成され、重心に回転アンテナ２３の回転中心に他の部材を支持させる支持孔２３１が形成され、回転アンテナ２３の外縁部分と支持孔２３１との間に支持孔２３１とは異なる放射孔２３２，２３３，２３４，２３５を形成して構成されており、この回転アンテナ２３は、異なる放射孔２３２，２３３，２３４，２３５を設けることにより、より多くのマイクロ波を加熱室２１内に放射させている。つまり、この回転アンテナ２３は、ダイポールアンテナの変形構造であり、必然的に回転アンテナ２３の大きさは、マイクロ波の発振周波数により制限される。なお、この種の関連技術及び従来技術に関しては、下記特許文献１乃至特許文献３及び非特許文献１などを挙げることができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２８６２４０
【特許文献２】
特開２００１−２５０６７２
【特許文献３】
特開２００２−２１７６４０
【非特許文献１】
総合電子出版社発行「新アンテナ工学」新井宏之著ｐ１２６〜ｐ１２７“ラジアル導波路を用いたアンテナ”
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この種のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波加熱により被加熱物として、例えば石膏ボード板を均一に加熱させることにより乾燥させる手段として適用した場合には、石膏ボード板の部分的な乾燥は可能であるが、石膏ボード板の全体にわたって均一加熱による十分な乾燥効果が得られなかった。
【０００７】
このような問題を解決する手段としては、回転アンテナに代えて大面積にわたってマイクロ波電力を拡散することが可能なラジアルラインスロットアンテナを適用したが、このような構成においても、温度上昇の均一化が得られず、加熱むらが生じ、石膏ボード板が均一に加熱されず、均一加熱による乾燥効果が得られなかった。
【０００８】
また、石膏ボード板は、一般に熱伝導率が低いので、マイクロ波が吸収され易く、単に大電力のマイクロ波を付与させて乾燥させれば良いという問題ではなく、マイクロ波分布を考慮した加熱の均一性が必要と考えられ、均一加熱に対する考慮が全くなされていなかった。
【０００９】
したがって、本発明は、前述した従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、比較的広範囲にわたってマイクロ波電力を均一に付与させ、被加熱物を均一加熱による加熱乾燥を実現可能とするマイクロ波加熱装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために本発明によるマイクロ波加熱装置は、被加熱物を覆い被せる第１の開口端を有する加熱室と、第１の開口端と対向する第２の開口端に配設され、かつ中央部にマイクロ波を伝播させるマイクロ波伝送路を有する基部導体と、この基部導体の外部に設置され、かつマイクロ波を放射するマグネトロンアンテナを有するマグネトロンと、マイクロ波伝送路に結合され、かつマグネトロンアンテナから放射されたマイクロ波を伝播させる導波管と、基部導体の内面に重心を支点として回転自在に対向配置され、かつマイクロ波伝送路から伝播されたマイクロ波を加熱室内に拡散させる複数のラインスロットを有する円盤状のスロット板と、基部導体の外部に設置され、かつスロット板に回転駆動力を付与する駆動手段と、スロット板の周縁部と対向する基部導体の内壁面に配設されたリング状のチョークと、スロット板の周縁部と対向する基部導体の内壁面にチョークよりも外周部に配設され、かつスロット板の回転を支持させる複数のガイドローラとを設けることにより、スロット板のマイクロ波の放出口であるラインスロットと被加熱物との位置を変化させ、均一なマイクロ波電力分布が付与される。
【００１１】
また、本発明による他のマイクロ波加熱装置は、被加熱物を覆い被せる第１の開口端を有する加熱室と、第１の開口端と対向する第２の開口端に配設され、かつ中央部にマイクロ波を伝播させるマイクロ波伝送路を有する基部導体と、この基部導体の外部に設置され、かつマイクロ波を放射するマグネトロンアンテナをマイクロ波伝送路に結合させたマグネトロンと、基部導体の内面に重心を支点として回転自在に対向配置され、かつマイクロ波伝送路から伝播されたマイクロ波を加熱室内に拡散させる複数のラインスロットを有する円盤状のスロット板と、基部導体の外部に設置され、かつスロット板に回転駆動力を付与する駆動手段と、スロット板の周縁部と対向する基部導体の内壁面に配設されたリング状のチョークと、スロット板の周縁部と対向する基部導体の内壁面にチョークよりも外周部に配設され、かつスロット板の回転を支持させる複数のガイドローラとを設けることにより、スロット板のマイクロ波の放出口であるラインスロットと被加熱物との位置を変化させ、均一なマイクロ波電力分布が付与される。
【００１２】
また、本発明によるマイクロ波加熱装置は、上記構成に加えてスロット板を覆い、かつ被加熱物から発散する異物を遮蔽する遮蔽板を設けるものである。また、上記構成において、駆動手段としてモータまたは電磁コイルを用いるものである。さらに、上記構成において、スロット板は、２つのラインスロットをハの字状に配置したスロットペアを渦巻き状に配列して形成するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、実施例の図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明によるマイクロ波加熱装置の一実施例による構成を説明する断面図であり、図２は、図１の矢印Ａ方向から見た平面図である。図１において、１は被加熱物としての石膏ボード板の大きさに対応して四角筒状（約２ｍ×２ｍ程度）に形成された金属板材からなる加熱室であり、この加熱室１の一方の面には図示しない石膏ボード板に被せて覆う開口端１ａが形成されている。また、この加熱室１の開口端１ａと対向する開口端１ｂには、中心部に開口状のマイクロ波伝送路２ａを有する金属板材からなる基部導体２がこの開口端１ｂを塞ぐように配設されている。
【００１４】
また、この基部導体２の内壁面には、円偏波を放射する複数の開口状のラインスロット３ａが穿設されたアルミニウム板材からなる円盤状のスロット板３が重心を支点として回転自在に対向させて配設されている。このスロット板３は、図２に示すようにアルミニウム円盤に２つのラインスロット３ａをハの字状に配置したスロットペアを渦巻き状に配列して形成されている。そして、このスロット板３の背面と基部導体２との隙間にはマイクロ波を伝播させるラジアル導波路４が形成される。ここで、これらの基部導体２とスリット板３とラジアル導波路４とでマイクロ波を加熱室１内に拡散放射させるラジアルラインスロットアンテナ５を構成している。
【００１５】
また、この円盤状のスロット板３には、その重心を支点として回転させる回転軸６が基部導体２のマイクロ波伝送路２ａ及びラジアル導波路４を挿通させてネジ７により固定配置されており、さらに、このスロット板３の周縁部と対向する基部導体２の内壁面には、このラジアル導波路４内を伝播するマイクロ波の漏洩を遮蔽するリング状のチョーク８が配設され、このチョーク８の外周部にはスロット板３の回転をその回転方向の振れを支えて円滑に保持させるガイドローラ９が周方向に複数個点在させて配設されている。
【００１６】
また、このスロット板３の基部導体２と反対向する内面側には、石膏ボード板から発散する蒸気などの異物を遮蔽するテフロン製（テフロンは登録商標）の遮蔽板１０がガイドローラ９上にその支持部材１１を介して対向させて配設されている。さらに、このスロット板３の回転軸６には、このスロット板３を加熱室１内で回転駆動させる駆動モータ１２の回転軸に直結させてその回転を伝達させるセラミック製の駆動軸１２ａ，１２ｂのうちの先端側駆動軸１２ｂが連結されている。
【００１７】
また、この基部導体２の外面には、マイクロ波伝送路２ａ，回転軸６及び駆動軸１２ｂを包囲してマイクロ波伝送路２ａを介してラジアル導波路４内にマイクロ波を伝播させる導波管１３が結合され、この導波管１３にはマイクロ波を発振させるマイクロ波アンテナ１４ａを有するマグネトロン１４が結合されている。さらに、導波管１３に包囲される駆動軸１２ｂは導波管１３の外部にベアリング１５を介して配設される駆動モータ１２の先端側駆動軸１２ｂに連結される構造となっている。
【００１８】
なお、ここで用いられるマグネトロン１４は、その発振周波数は、２．４５ＧＨｚであり、ラジアル導波路４の外径寸法は約８０ｃｍ，基部導体２とスロット板３との対向間の間隔は約１７ｍｍ程度である。
【００１９】
このように構成されるマイクロ波加熱装置は、マグネトロン１４から発振されたマイクロ波は、マグネトロンアンテナ１４ａから導波管１３内に放射され、この導波管１３内を伝播して基部導体２のマイクロ波伝送路２ａを通過してラジアル導波路４内に伝播される。ここで、駆動モータ１２の回転駆動により、その駆動軸１２ａ，１２ｂを介して回転軸６に連結されたスロット板３を回転させる。
【００２０】
これによってラジアル導波路４内に伝播されたマイクロ波は、スロット板３に２つのラインスロット３ａをハの字状に配置したスロットペアを渦巻き状に配列して形成されている各ラインスロット３ａの回転により、ラジアルラインスロットアンテナ５としてのマイクロ波放出口となる各ラインスロット３ａと加熱室１の開口端１ａで覆い被せる石膏ボード板との位置を変化させながら、加熱室１内の広範囲にわたって均一に拡散される。これによってマイクロ波が石膏ボード板に均一に照射される。
【００２１】
このような構成によれば、スロット板３の回転により、マイクロ波放出口となるラジアルラインスロットアンテナ５のラインスロット３ａの位置が回転移動し、ラインスロット３ａと石膏ボード板との位置が変化することで、マイクロ波電力の分布が変化し、石膏ボード板の特定個所へのマイクロ波の集中が緩和され、加熱むらのない均一加熱が得られるので、これによって石膏ボード板が均一に加熱乾燥される。
【００２２】
また、このような構成によれば、スロット板３の周縁部に複数のガイドローラセット９を点在させて配設したことにより、スロット板３の回転方向の振れを支え、その回転バランスが円滑に保持されるので、安定したマイクロ波電力の放射が可能となり、石膏ボード板の特定個所へのマイクロ波電力の集中が緩和され、温度むらの発生がない均一な加熱乾燥が得られる。
【００２３】
また、このような構成によれば、スロット板３の周縁部にリング状のチョーク７を配設することにより、ガイドローラ９及びラジアル導波路４からラインスロット３ａを通過せずに漏洩するマイクロ波電力が遮蔽されるので、安全性を高めることができる。
【００２４】
また、このような構成によれば、駆動モータ１２，導波管１３及びマグネトロン１４を基部導体２の外部に露出させて配設することにより、各構成部品のメンテナンス性を向上させるとともに、その取扱い容易となる。
【００２５】
図３は、本発明によるマイクロ波加熱装置の他の実施例による構成を説明する断面図であり、図４は図３の矢印Ａ方向から見た平面図であり、前述した図１及び図２と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図３及び図４において、図１及び図２と異なる点は、加熱室１の開口端１ｂには基部導体２を所定の間隔を持たせて保持する円形状の開口１６ａを有する取付け板１６が固定配置されており、この取付け板１６には複数の保持部材１７を介して基部導体２が固定配置されている。
【００２６】
また、スロット板３を回転駆動させる駆動モータ１２がスロット板３の外周部に対応する基部導体２の外部側に配設され、この駆動モータ１２の駆動軸１２ａが基部導体２の一部を貫通してスロット板３の外周端に結合されている。
【００２７】
また、駆動モータ１２の駆動軸１２ｂが配設される取付け板１６と基部導体２との間には、図５に要部拡大断面図で示すようにチョーク８及びガイドローラ９が配設けられており、このチョーク８は一対のリング状のチョーク８ａ，８ｂでスロット板３の外周部の両面を挟持させて配置されてマイクロ波の外部への漏洩を防止させている。さらに複数のガイドローラ９は一対のガイドローラ９ａ，９ｂでスロット板３の外周部の両面を挟持させて配置されてスロット板３の回転を支持させてその回転移動の安定性を保持させている。
【００２８】
このように構成されるマイクロ波加熱装置は、マグネトロン１４から発振されたマイクロ波は、マグネトロンアンテナ１４ａから導波管１３内に放射され、この導波管１３内を伝播し、マイクロ波伝送路２ａを通過してラジアル導波路４内に伝播される。ここで、駆動モータ１２の回転駆動により、駆動軸１２ａを介してスロット板３の外周端に駆動力が付与され、スロット板３を回転させることにより、ラジアル導波路４内に伝播されたマイクロ波がスロット板３に形成されている各ラインスロット３ａの回転移動により、ラジアルラインスロットアンテナ５としてのマイクロ波放出口となる各ラインスロット３ａと加熱室１の開口端１ａで覆い被せる石膏ボード板との位置を変化させながら、加熱室１内の広範囲にわたって均一に拡散され、マイクロ波が石膏ボード板に均一に照射される。これによって石膏ボード板が均一に加熱乾燥される。
【００２９】
このような構成によれば、スロット板３の外周部を加熱室１の外部に露出させて構成することにより、マイクロ波をラジアル導波路４へ伝播させる導波管，スロット板３を回転させる回転軸及びスロット板３の取付けネジなどが不要となるので、構成部品が簡素化されるとともに、メンテナンス性の向上効果が得られる。
【００３０】
また、スロット板３を回転させる他の回転駆動手段として、駆動モータ１２の駆動軸に１２ａにスロット板３の外周端部を挟持させる図示しない駆動ローラを連結させ、駆動モータ１２の回転駆動によりこの駆動ローラを回転させることにより、スロット板３を回転させる構造としても前述と同様の効果が得られる。なお、本実施例では、スロット板２に対向配置される図１に示す遮蔽板１０を省略した場合を図示しているが、この遮蔽板１０を板取付け板１６の内面側に例えばネジ止めなどにより取付けても良い。
【００３１】
図６は、本発明によるマイクロ波加熱装置のさらに他の実施例による構成を説明する断面図であり、前述した各図と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図６において、図１及び図３と異なる点は、マグネトロン１４が導波管を不要としてそのマグネトロンアンテナ１４ａをラジアル導波路４内に筒状の結合ブロック１８を介在させて電気的結合される構造となっている。
【００３２】
ここで、このマグネトロン１１の取付けは、基部導体２の中心部に比較的開口径の大きいマイクロ波伝送路２ｂを設け、このマイクロ波伝送路２ｂに筒状の結合ブロック１８を結合させ、この結合ブロック１８内にマグネトロンアンテナ１４ａを挿入させて結合することにより、ラジアル導波路４内にマイクロ波を効率良く伝播させることができる。この場合、この筒状の結合ブロック１８の口径及び高さなどの形状並びにラジアル導波路４内の寸法などを調整することにより、インピーダンス整合させ、マイクロ波の電気的結合を最適化させる必要がある。
【００３３】
このように構成されるマイクロ波加熱装置は、マグネトロン１４から発振されたマイクロ波は、マグネトロンアンテナ１４ａから直接マイクロ波伝送路２ａを通過してラジアル導波路４内に伝播され、駆動モータ１２の回転駆動により駆動軸１２ａを介してスロット板３を回転させることにより、ラジアル導波路４内に伝播されたマイクロ波がスロット板３に形成されている各ラインスロット３ａの回転移動により、加熱室１の開口端１ａで覆い被せる石膏ボード板との位置を変化させながら、広範囲にわたって均一に拡散され、マイクロ波が石膏ボード板に均一に照射される。これによって石膏ボード板が均一に加熱乾燥される。
【００３４】
図７は、本発明によるマイクロ波加熱装置の他の実施例による構成を説明する要部拡大断面図であり、前述した図５と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図７において、図５と異なる点は、スロット板３を回転駆動させる回転手段として図５に示した駆動モータ１２に代えて基部導体２と取付け板１６との間に電磁コイル１９を配設したものである。
【００３５】
この電磁コイル１９は、スロット板３の外周縁部の両面を挟む構造で一対のコイル１９ａ，１９ｂが配設されて構成されており、この一対のコイル１９ａ，１９ｂにそれぞれ電流を供給することにより、電磁誘導によりスロット板３に渦電流を発生させ、この渦電流によりスロット板３が回転駆動される。
【００３６】
このように構成されるマイクロ波加熱装置においても前述した作用効果と同様な効果が得られる。
【００３７】
なお、前述した実施例においては、被加熱物として石膏ボード板をマイクロ波照射による加熱乾燥させた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、一般にマイクロ波が吸収され易く、熱伝導率の低い各種の被加熱物の均一加熱乾燥に適用しても前述と全く同様の効果が得られることは言うまでもない。また、被加熱物として例えば大容量の食料品などを均一加熱させる加熱手段として用いても加熱むらの発生のない均一加熱が実現可能となる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によるマイクロ波加熱装置によれば、スロット板を駆動手段により回転駆動させることにより、マイクロ波を放出する複数のラインスロットが回転移動し、放出されるマイクロ波電力分布を変化させることができるので、被加熱物にマイクロ波電力が均一に付与され、被加熱物の温度上昇が均一化されるので、被加熱物の特定個所へのマイクロ波の集中による温度むらの発生がない均一加熱が実現可能となるなどの極めて優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるマイクロ波加熱装置の一実施例による構成を示す断面図である。
【図２】図１の矢印Ａ方向から見た平面図である。
【図３】本発明によるマイクロ波加熱装置の他の実施例による構成を示す断面図である。
【図４】図３の矢印Ａ方向から見た平面図である。
【図５】図３に示すスロット板の回転駆動構造を示す要部拡大断面図である。
【図６】本発明によるマイクロ波加熱装置のさらに他の実施例による構成を示す断面図である。
【図７】本発明によるマイクロ波加熱装置の他の実施例によるスロット板の回転駆動構造を示す要部拡大断面図である。
【図８】従来のマイクロ波加熱装置の構成を示す断面図である。
【図９】図８に示す回転アンテナの構成を示す拡大平面図である。
【符号の説明】
１ 加熱室
１ａ 開口端
１ｂ 開口端
２ 基部導体
２ａ マイクロ波伝送路
３ スロット板
３ａ ラインスロット
４ ラジアル導波路
５ ラジアルラインスロットアンテナ
６ 回転軸
７ ネジ
８ チョーク
８ａ チョーク
８ｂ チョーク
９ ガイドローラ
９ａ ガイドローラ
９ｂ ガイドローラ
１０ 遮蔽板
１１ 支持部材
１２ 駆動モータ
１２ａ 駆動軸
１２ｂ 駆動軸
１３ 導波管
１４ マグネトロン
１４ａ マグネトロンアンテナ
１５ ベアリング
１６ 取付け板
１７ 保持部材
１８ 結合ブロック
１９ 電磁コイル
１９ａ コイル
１９ｂ コイル

Claims (6)

1. 加熱室の開口に配設され、かつマイクロ波を伝播させるマイクロ波伝送路を有する基部導体と、
   前記マイクロ波伝送路に結合されてマグネトロンのアンテナから放射されたマイクロ波を伝播させる導波管と、
   前記基部導体の加熱室側に回転自在に配置されて前記マイクロ波伝送路から伝播されたマイクロ波を前記加熱室内に拡散させる複数のラインスロットを有する円盤状のスロット板と、
   前記基部導体の外部に設置されて前記スロット板に回転駆動力を付与する駆動手段と、
   前記スロット板と対向して配設されたリング状のチョークと、
   前記スロット板と対向して前記チョークよりも外周部に配設され、かつ前記スロット板の回転を支持させる複数のガイドローラと、
   を備えたことを特徴とするマイクロ波加熱装置。
2. 加熱室の開口に配設され、かつマイクロ波を伝播させるマイクロ波伝送路を有する基部導体と、
   前記基部導体の外部に設置され、かつマイクロ波を放射するマグネトロンアンテナを前記マイクロ波伝送路に結合させたマグネトロンと、
   前記基部導体の加熱室側に回転自在に配置されて前記マイクロ波伝送路から伝播されたマイクロ波を前記加熱室内に拡散させる複数のラインスロットを有する円盤状のスロット板と、
   前記基部導体の外部に設置されて前記スロット板に回転駆動力を付与する駆動手段と、
   前記スロット板と対向して配設されたリング状のチョークと、
   前記スロット板と対向して前記チョークよりも外周部に配設され、かつ前記スロット板の回転を支持させる複数のガイドローラと、
   を備えたことを特徴とするマイクロ波加熱装置。
3. 前記スロット板を覆い、かつ前記被加熱物から発散する異物を遮蔽する遮蔽板を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマイクロ波加熱装置。
4. 前記駆動手段をモータとすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマイクロ波加熱装置。
5. 前記駆動手段を電磁コイルとすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマイクロ波加熱装置。
6. 前記スロット板は、２つのラインスロットをハの字状に配置したスロットペアを渦巻き状に配列して形成すること特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載のマイクロ波加熱装置。

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