JP5286900B2 - マイクロ波処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、同軸線路やマイクロストリップ線路から、アンテナを通してマイクロ波を供給するマイクロ波処理装置に関するものである。

従来、この種のマイクロ波処理装置は、同軸ケーブルにより加熱室へマイクロ波を伝播し、同軸ケーブル端部にアンテナを加熱室内に突出して配置した従来技術がある（例えば、特許文献１参照）。同軸ケーブルが数波長の長さになり、オーブンインピーダンスを振らすことができて焼けむらを改善できる。

アンテナ部をオーブン内に突出するように配置したプローブへ同軸ケーブルを通してマイクロ波を供給する従来技術がある（例えば、特許文献２参照）。プローブは、オーブン壁面に回転自在に設置された板体に配置され、マイクロ波放射場所を動かすことができる。

同軸ケーブルの一端をフード内のマイクロ波照射アンテナに接続し、マイクロ波電力を供給する従来技術がある（例えば、特許文献３参照）。
特開昭５９−０１８３６６号公報 実開昭５９−１６４１９５号公報 特開平４−３５６１４９号公報

しかしながら、前記従来のプローブやアンテナと同軸ケーブルなどの給電線路を加熱室外で中継するため、アンテナ部分が加熱室壁面に設けた穴を通る形状でないと設置できないため、アンテナ形状に制限があり、指向性やマイクロ波拡散性能が劣り、加熱室内に収納されたさまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物を所望の状態に加熱処理することは難しいという課題を有していた。更に、プローブ、アンテナや中継部が外れると、マイクロ波が容易に漏洩する課題を有していた。

また、前記従来のアンテナと給電線路の中継に対して、結合を確実にする手段がなく、加熱に必要な数百ワットの電力を供給する場合、結合部で電力を損失したり、放電が発生したりする他に、指向性のあるアンテナの位置決めや保持が難しい課題も有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、マイクロ波電力を伝播する同軸線路および／またはストリップ線路側と加熱室にマイクロ波電力を放射するアンテナを分離し、中継部を介して結合し、その結合とアンテナ保持を確実にする構成とすることにより、アンテナ性能の最適化を図れ、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物を所望の状態に加熱処理するマイクロ波発処理装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のマイクロ波処理装置は、
被加熱物を収容する金属壁面で構成した加熱室と、前記加熱室の壁面の１面以上に開閉自在に設けた前記被加熱物を出し入れするドア部と、マイクロ波を発生させる発振部と、前記発振部のマイクロ波電力を前記加熱室に供給する同軸線路および／またはストリップ線路で構成した給電部と、前記給電部を経て供給されたマイクロ波電力を前記加熱室内へ放射するアンテナ部と、を備え、前記給電部と前記アンテナ部を同軸構成の中心導体で中継する中継部を前記加熱室の金属壁面に同軸構成の外部導体を接して設け、同軸構成の前記中継部の中心導体の前記加熱室側先端は、前記中継部の外部導体の前記加熱室側先端より前記中継部の内部側に配置され、前記アンテナ部は前記中継部と着脱自在とした構成とする。

これによって、アンテナ部を着脱自在としながらも、中継部構成により給電線路とアンテナ部を確実に結合でき、万一中継部が加熱室から外れても、同軸構成の中継部の中心導体の加熱室側先端は、中継部の外部導体の加熱室側先端より中継部の内部側に配置されているので、外部への電波漏洩を防止できるので、安全性を確保しながら、アンテナ形状に対しての自由度が増すことにより、性能の最適化が図れ、更に指向性のあるアンテナ部を確実に位置決めと保持もでき、アンテナ性能を確保できるので、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物を所望の状態に加熱処理することができる。

本発明のマイクロ波処理装置は、アンテナ部を着脱自在としながらも、中継部構成により給電線路とアンテナ部を確実に結合でき、アンテナ形状に対しての自由度が増すことにより、性能の最適化が図れ、更に指向性のあるアンテナ部を確実に位置決めと保持もでき、アンテナ性能を確保できるので、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物を所望の状態に加熱処理することができる。

第１の発明は、被加熱物を収容する金属壁面で構成した加熱室と、加熱室の壁面の１面以上に開閉自在に設けた被加熱物を出し入れするドア部と、マイクロ波を発生させる発振部と、発振部のマイクロ波電力を加熱室に供給する同軸線路および／またはストリップ線路で構成した給電部と、給電部を経て供給されたマイクロ波電力を加熱室内へ放射するアンテナ部と、を備え、給電部とアンテナ部を同軸構成の中心導体で中継する中継部を加熱室の金属壁面に同軸構成の外部導体を接して設け、同軸構成の前記中継部の中心導体の前記加熱室側先端は、前記中継部の外部導体の前記加熱室側先端より前記中継部の内部側に配置され、アンテナ部は前記中継部と着脱自在としたことにより、
アンテナ部を着脱自在としながらも、中継部構成により給電線路とアンテナ部を確実に結合でき、万一中継部が加熱室から外れても、同軸構成の中継部の中心導体の加熱室側先端は、中継部の外部導体の加熱室側先端より中継部の内部側に配置されているので、外部へ
の電波漏洩を防止できるので、安全性を確保しながら、アンテナ形状に対しての自由度が増すことにより、性能の最適化が図れ、更に指向性のあるアンテナ部を確実に位置決めと保持もでき、アンテナ性能を確保できるので、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物それぞれに合わせ、所望の状態に加熱することができる。

第２の発明は、アンテナ部と中継部の中心導体の接合する面に一体にネジ構造を設け、ねじ込むことによりアンテナ部と中継部が結合する構成にするとともに、アンテナ部と中継部の中心導体のネジ構造以外に接合する嵌合面を設け、嵌合面が接合することによりねじ込み深さを確定する構成としたことにより、アンテナと中継部の中心導体が確実に結合でき、より確実にアンテナ性能が発揮でき、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物それぞれに合わせ、所望の状態に加熱することができる。

第３の発明は、中継部のマイクロ波電力を伝播する方向の略中心軸に対し、中継部の中心導体が回転可能な構造とし、中継部の中心導体とアンテナ部の嵌合面が接合した状態で、中継部の中心導体とアンテナ部が一体で回転可能な構成としたことにより、指向性のあるアンテナ向きを自由に設定でき、アンテナ性能が確実に発揮でき、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物それぞれに合わせ、所望の状態に加熱することができる。

第４の発明は、アンテナ部と中継部の中心導体の結合および／または中継部の同軸構成の絶縁体により、アンテナ部を保持させたことにより、アンテナを確実に保持でき、アンテナ性能が確実に発揮でき、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物それぞれに合わせ、所望の状態に加熱することができる。

第５の発明は、中継部の中心導体とアンテナ部の嵌合面が接合した状態で、回転可能な構成において、中継部の同軸構成の絶縁体とアンテナ部にアンテナ部の回転方向の角度を確定する機能を設けたことにより、指向性のあるアンテナを適正な向きに保持でき、アンテナ性能が確実に発揮でき、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物それぞれに合わせ、所望の状態に加熱することができる。

第６の発明は、中継部を設置した加熱室の金属壁面に設ける穴は、穴を貫通するアンテナの導体軸より大きく、供給するマイクロ波の空間遮断波長より小さい寸法としたことにより、壁面から中継部が万一脱落しても加熱室からのマイクロ波漏洩を阻止でき、より安全性を高められる。

第７の発明は、中継部とアンテナ部が結合していることを検知する手段を有することにより、万一アンテナが外れたり、結合が不完全な場合、マイクロ波漏洩や放電を阻止でき、より安全性を高められる。

第８の発明は、中継部を複数箇所もうけたことにより、同じ構成で複数給電に対応でき、相乗効果よる加熱性能の向上を安価に得られる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施形態におけるマイクロ波処理装置の構成図である。

図１において、制御部７からの信号に従い、半導体素子やマグネトロンなどで構成された発振部２ａ、２ｂで発生したマイクロ波電力は、同軸線路および／またはストリップ線路で構成した給電部３ａ、３ｂを通じてアンテナ部４ａ、４ｂに供給され、加熱室１内に
放射されることにより被加熱物８を加熱する。中継部５ａ、５ｂは、給電部３ａ、３ｂとアンテナ部４ａ、４ｂを加熱室１の壁面部分でマイクロ波が伝播するよう結合している。

給電部３ａ、３ｂの途中に設けた検知部６ａ、６ｂは、アンテナ部４ａ、４ｂ側から戻ってくる電力を検出するものであり、電力結合度をたとえば約４０ｄＢとし、反射電力の約１／１００００の電力量を抽出する。この電力信号はそれぞれ、検波ダイオード（図示していない）で整流化しコンデンサ（図示していない）で平滑処理し、その出力信号を制御部７に入力させている。

以上のように構成されたマイクロ波処理装置について、以下その動作、作用を説明する。

中継部５ａ、５ｂにより、加熱室１の外側の給電部３ａ、３ｂと、加熱室１の内側のアンテナ部４ａ、４ｂを中継することにより、それぞれの構成を分離できるので、加熱室壁面の穴を通る形状でないといけないといったアンテナ形状に対しての制限がなくなる。

また、万一アンテナ部４ａ、４ｂが外れた場合は、供給電力のほとんどが戻ってくる。アンテナ部４ａ、４ｂで放電が発生した場合は、戻ってくる電力が急激に変化する。検知部６ａ、６ｂでアンテナ部４ａ、４ｂ側から戻ってくるこのような電力を検出することにより、異常の発生を察知でき、制御部７にて発振を停止するなどして、アンテナの破損やマイクロ波漏洩などを回避できる。

図２は、本発明の第１の実施形態における中継部の断面図である。

図２において、中継部５ｂと給電部３ｂは一体に構成されその外部導体は加熱室１壁面に同電位に接合され、給電部中心導体１３と中継部中心導体１０とアンテナ軸９がそれぞれ結合し、マイクロ波電力を加熱室１内へ供給できる。アンテナ部４ｂは、加熱室１内部側から壁面穴１５を貫通して中継部絶縁体１２内で中継部中心導体１０とアンテナ軸ネジ部１１のねじ込みにより、結合される。

中継部中心導体１０は、円筒を組み合わせた形状で、中継部絶縁体１２に圧入されているので、マイクロ波電力を伝播する方向の略中心軸に対して回転可能となっている。また、給電部中心導体１３と中継部中心導体１０は、同軸結合部１４で接触結合した構成で、給電部中心導体１３は中継部中心導体１０の回転を妨げることなく、マイクロ波電力の結合を維持する。

以上のように構成されたマイクロ波処理装置について、以下その動作、作用を説明する。

アンテナ軸９を中継部中心導体１０へねじ込んで行くと、アンテナ軸９と中継部中心導体１０相互の嵌合面１６が接合し、外郭部が連続した一体の導体となる位置で固定される。この嵌合面１６の接合により、アンテナ部４ｂの加熱室１への突出位置を確定できる。また、この嵌合面１６の接合により、アンテナ部４ｂは中継部中心導体１０と一体となり中継部絶縁体１２により保持される。

中継部中心導体１０は、略中心軸に対して回転可能となっているので、アンテナ軸９を中継部中心導体１０にねじ込み、アンテナ軸９と中継部中心導体１０相互の嵌合面１６が接合し、両者が一体になった状態で、更にアンテナ部４ｂを任意の向きに回転調整できる。

このようにアンテナを確実に保持して配置することにより、その適正な性能を発揮でき、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物それぞれに合わせ、所望の状態に加熱することができる。

また、中継部中心導体１０は中継部５ｂの加熱室１側端面より突出していないので、万一中継部５ｂが加熱室１から外れても中継部５ｂの加熱室１側端面を貫通する同軸構成が存在しないので、外部への電波漏洩を防止できる。更に、壁面穴１５は、アンテナ軸９と中継部絶縁体１２の突出部分が貫通する大きさがあればよく、万一アンテナ部４ｂ、中継部５ｂが外れても加熱室１から外部への電波漏洩を防止できるのに十分な寸法が選べる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の第２の実施形態における中継部絶縁体の外観図である。

図３において、テフロン（登録商標）樹脂などで製造した中継部絶縁体１２に一体で位置固定部１８が設けられている。位置固定部１８は、アンテナ軸が貫通する挿入穴１７に突出し、挿入穴１７の外方向に退避できる弾性がある。

以上のように構成されたマイクロ波処理装置について、以下その動作、作用を説明する。

アンテナ軸を挿入穴１７に挿入し中継部中心導体にねじ込んでゆく時点では、位置固定部１８は、挿入穴１７の外方向に押し退けられて退避し、アンテナ軸と中継部中心導体の結合が完了した時点で、アンテナ軸に設けた窪み（図示していない）にはまり込んでアンテナ部の回転方向の角度を確定でき、その適正な性能を発揮でき、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物それぞれに合わせ、所望の状態に加熱することができる。

以上のように、本発明に係るマイクロ波処理装置は、アンテナ部を着脱自在としながらも、中継部構成により給電線路とアンテナ部を確実に結合でき、アンテナ性能の最適化と確保が図れ、さまざまな形状・種類・量の異なる被加熱物を所望の状態に加熱処理することができるので、電子レンジで代表されるような誘電加熱を利用した加熱処理装置や生ゴミ処理機、あるいは半導体製造装置であるプラズマ電源のマイクロ波電源などの用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１におけるマイクロ波処理装置の構成図 本発明の実施の形態１における中継部の断面図 本発明の実施の形態２における中継部絶縁体の外観図

１ 加熱室
２ａ、２ｂ 発振部
３ａ、３ｂ 給電部
４ａ、４ｂ アンテナ部
５ａ、５ｂ 中継部
６ａ、６ｂ 検知部
７ 制御部
８ 被加熱物
９ アンテナ軸
１０ 中継部中心導体
１１ アンテナ軸ネジ部
１２ 中継部絶縁体
１３ 給電部中心導体
１４ 同軸結合部
１５ 壁面穴
１６ 嵌合面
１７ 挿入穴
１８ 位置固定部

Claims (8)

1. 被加熱物を収容する金属壁面で構成した加熱室と、
   前記加熱室の壁面の１面以上に開閉自在に設けた前記被加熱物を出し入れするドア部と、マイクロ波を発生させる発振部と、
   前記発振部のマイクロ波電力を前記加熱室に供給する同軸線路および／またはストリップ線路で構成した給電部と、
   前記給電部を経て供給されたマイクロ波電力を前記加熱室内へ放射するアンテナ部と、
   を備え、
   前記給電部と前記アンテナ部を同軸構成の中心導体で中継する中継部を前記加熱室の金属壁面に同軸構成の外部導体を接して設け、
   同軸構成の前記中継部の中心導体の前記加熱室側先端は、前記中継部の外部導体の前記加熱室側先端より前記中継部の内部側に配置され、
   前記アンテナ部は前記中継部と着脱自在としたマイクロ波処理装置。
2. 前記アンテナ部と前記中継部の中心導体の接合する面に一体にネジ構造を設け、ねじ込むことにより前記アンテナ部と前記中継部が結合する構成にするとともに、前記アンテナ部と前記中継部の中心導体のネジ構造以外に接合する嵌合面を設け、前記嵌合面が接合することによりねじ込み深さを確定する構成とした請求項１に記載のマイクロ波処理装置。
3. 前記中継部のマイクロ波電力を伝播する方向の略中心軸に対し、前記中継部の中心導体が回転可能な構造とし、前記中継部の中心導体と前記アンテナ部の前記嵌合面が接合した状態で、前記中継部の中心導体と前記アンテナ部が一体で回転可能な構成とした、請求項１または２に記載のマイクロ波処理装置。
4. 前記アンテナ部と前記中継部の中心導体の結合および／または前記中継部の同軸構成の絶縁体により、前記アンテナ部を保持させた請求項１から３のいずれか１項に記載のマイクロ波処理装置。
5. 前記中継部の中心導体と前記アンテナ部の前記嵌合面が接合した状態で、回転可能な構成において、前記中継部の同軸構成の絶縁体と前記アンテナ部に前記アンテナ部の回転方向
   の角度を確定する機能を設けた請求項１から４のいずれか１項に記載のマイクロ波処理装置。
6. 前記中継部を設置した前記加熱室の金属壁面に設ける穴は、前記穴を貫通する前記アンテナの導体軸より大きく、供給するマイクロ波の空間遮断波長より小さい寸法とした請求項１に記載のマイクロ波処理装置。
7. 前記中継部と前記アンテナ部が結合していることを検知する手段を有する請求項１から５のいずれか１項に記載のマイクロ波処理装置。
8. 前記中継部を複数箇所もうけた請求項１から６のいずれか１項に記載のマイクロ波処理装置。