JP5445155B2 - マイクロ波加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、被加熱物を加熱処理するマイクロ波加熱装置に関するものである。

従来のマイクロ波加熱装置は、被加熱物を収納する加熱室を備え、この加熱室にマイクロ波発生手段が発生するマイクロ波を供給して被加熱物を誘電加熱させる。

ところで、このマイクロ波加熱装置の加熱室は、収納する被加熱物の種類・量・形状あるいは配設位置の影響を受けて加熱室内の電気的なインピーダンスが変化する。そして、マイクロ波発生手段の発生するマイクロ波を被加熱物に有効に供給させるためにマイクロ波発生手段の出力インピーダンスと加熱室インピーダンスとの整合を図るように設計されているが、被加熱物の影響を受けて、あらゆる被加熱物に対応して良好な整合状態を形成することができない。この整合状態の悪化は、加熱室に供給されたマイクロ波の一部、最悪はほぼすべてのマイクロ波をマイクロ波発生手段に反射させることになり、被加熱物の加熱効率が悪化することになる。

被加熱物の加熱効率を高くする工夫として、マイクロ波発生手段と加熱室とを結合するマイクロ波伝送系にサーキュレータを配設したものがある（たとえば、特許文献１）。

そして、サーキュレータの介在により、加熱室から反射するマイクロ波はサーキュレータの第３のポートに出力され、第３のポートと加熱室とを連結させた構成を採ることで、反射したマイクロ波を再び加熱室に供給させることで被加熱物の加熱効率を高くすることを可能にしている。

米国特許第４３２３７４６号明細書

しかしながら、従来の技術では、サーキュレータという高価でかつ形状が大きい部品を用いる必要があり、マイクロ波加熱装置をコンパクトに形成することが難しいという課題を有していた。

本発明は、サーキュレータ部品を用いることなく、加熱室から反射するマイクロ波電力を再び加熱室に供給できるマイクロ波伝送構成を有するマイクロ波加熱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加熱装置は、被加熱物を収納する加熱室と、マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、前記加熱室にマイクロ波を給電する第一給電部と、前記マイクロ波発生手段が発生したマイクロ波を前記第一給電部に
伝送するとともに前記マイクロ波発生手段の動作時に前記第一給電部から反射するマイクロ波を伝送する共用伝送手段と、前記マイクロ波発生手段が発生するマイクロ波を前記共用伝送手段に供給する主伝送手段と、前記共用伝送手段を伝送するマイクロ波電界を前記主伝送手段と分配するように配設した副伝送手段と、前記副伝送手段を伝送するマイクロ波を前記加熱室に供給する第二給電部とを備え、前記主伝送手段において、前記共用伝送手段に結合する前記主伝送手段の終端部のマイクロ波電界強度を前記共用伝送手段に結合する前記副伝送手段の端部のマイクロ波電界強度より大きくするように構成したものである。

これにより、サーキュレータ部品を用いることなく、加熱室から第一給電部を介して共用伝送手段内に反射するマイクロ波電力をマイクロ波電界強度の小さい副伝送手段に導き第二給電部を介して再び加熱室に供給するマイクロ波伝送構成を有するマイクロ波加熱装置を提供し、被加熱物の加熱効率を高く維持させることができる。

本発明のマイクロ波加熱装置によれば、サーキュレータ部品を用いることなく、加熱室から反射するマイクロ波電力を再び加熱室に供給する安価でコンパクト形状のマイクロ波伝送構成を提供し、被加熱物の加熱効率を高く維持させることができる。

本発明の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置の断面構成図

第１の発明は、被加熱物を収納する加熱室と、マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、前記加熱室にマイクロ波を給電する第一給電部と、前記マイクロ波発生手段が発生したマイクロ波を前記第一給電部に伝送するとともに前記マイクロ波発生手段の動作時に前記第一給電部から反射するマイクロ波を伝送する共用伝送手段と、前記マイクロ波発生手段が発生するマイクロ波を前記共用伝送手段に供給する主伝送手段と、前記共用伝送手段を伝送するマイクロ波電界を前記主伝送手段と分配するように配設した副伝送手段と、前記副伝送手段を伝送するマイクロ波を前記加熱室に供給する第二給電部とを備え、前記主伝送手段において、前記共用伝送手段に結合する前記主伝送手段の終端部のマイクロ波電界強度を前記共用伝送手段に結合する前記副伝送手段の端部のマイクロ波電界強度より大きくするように構成したものである。

本発明によれば、サーキュレータ部品を用いることなく、加熱室から第一給電部を介して共用伝送手段内に反射するマイクロ波電力をマイクロ波電界強度の小さい副伝送手段に導き第二給電部を介して第一給電部から反射したマイクロ波を再び、被加熱室を収納した加熱室に供給できるので、マイクロ波発生手段が発生したマイクロ波を被加熱物に高い効率で供給できる。

第２の発明は、特に第１の発明の副伝送手段において、前記共用伝送手段に結合する位置から前記副伝送手段を伝送するマイクロ波の伝送波長の１／４の長さ未満の位置に容量性素子を配設したものである。本発明によれば、副伝送手段に設けた容量性素子が第一給電部から反射したマイクロ波を誘引することができ、第一給電部から反射したマイクロ波を副伝送手段にさらに多く伝送させることができる。

第３の発明は、特に第１の発明の第二給電部は、前記第一給電部が配設される前記加熱室壁面とは異なる壁面に配設したものであり、前記第一給電部と前記第二給電部との加熱室の配設位置を異なる壁面に配設するものである。本発明によれば、被加熱物に異なる方向からマイクロ波を供給でき、被加熱物の加熱の均一化を促進できる。

第４の発明は、特に第１の発明の主伝送手段と副伝送手段と共用伝送手段は、断面が矩形形状の導波管構成としたものである。本発明によれば、矩形形状の導波管構成を採用することで、主伝送手段と副伝送手段を伝送するマイクロ波電力を容易に配分させることができる。

第５の発明は、特に第１の発明の第一給電部は、前記加熱室壁面に設けた開口と、前記開口を介して前記共用伝送手段内のマイクロ波と電力結合するマイクロ波導出部と、前記マイクロ波導出部の他端に設けたマイクロ波放射手段とで構成したものである。

本発明によれば、第一給電部に設けたマイクロ波放射手段により、加熱室内に満遍なくマイクロ波を放射させることができ、被加熱物を効率よく加熱できる。そして、被加熱物の種類・形状・量・配置場所に応じて変化する第一給電部からマイクロ波発生手段側へ反射するマイクロ波を再び加熱室内に供給させることでマイクロ波発生手段が発生したマイクロ波電力を効率よく被加熱物に吸収させることができる。

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）
図１は、本発明の実施の形態におけるマイクロ波加熱装置の断面構成図である。

図１において、被加熱物を収納する加熱室１０は、金属材料からなる壁面を有し、加熱室１０の底壁面１１の略中央部に第一給電部を構成する開口１２を、また左側壁面１３の略中央部に第二給電部を構成する開口１４を配する。

マイクロ波発生手段１５が発生するマイクロ波は断面が矩形形状の導波管構成からなる主伝送手段１６を伝送し、断面が矩形形状の導波管構成からなる共用伝送手段１７に導かれる。共用伝送手段１７は、その構成壁面に加熱室の底壁面１１および開口１２を有する。そして、共用伝送手段１７に存在するマイクロ波を導出するマイクロ波導出部１８を配する。

マイクロ波導出部１８は、開口１２を貫通して加熱室１０内に延在し、その他端には、マイクロ波放射手段１９を接続している。また、マイクロ波導出部１８の一方の端には誘電体材料からなるモータ軸２０が嵌合組立され、モータ２１を動作させることで、マイクロ波放射手段１９を回転させることができる。

共用伝送手段１７内には、マイクロ波導出部１８と略同一方向にマイクロ波電界が生じるように構成している。そして、共用伝送手段１７に生じるマイクロ波電界を分配するように主伝送手段１６と断面が矩形形状の導波管からなる副伝送手段２２を配設している。副伝送手段２２の他端は左壁面１３に設けた開口１４まで延在させている。

主伝送手段１６の終端部１６ａは、主伝送手段１６を伝送するマイクロ波の電界強度を大きくするように構成している。具体的には、断面が矩形形状の導波管からなる主伝送手段１６において、その終端部１６ａの矩形の高さ寸法を小さくさせた構成としている。

また、副伝送手段２２は、共用伝送手段１７と結合する位置から開口１４の方向において、副伝送手段２２を伝送するマイクロ波の伝送波長の１／４の長さ未満の位置に容量性素子２３を配設している。

なお、加熱室１０内には、マイクロ波放射手段１９を覆うとともに被加熱物を載置する誘電体材料からなる載置台２４を配設している。また開口１４は加熱室１０内部側に開口１４を覆う部材（図示していない）を配設する。

次に、以上のように構成された本発明に係る実施の形態１のマイクロ波加熱装置の作用と動作について説明する。

共用伝送手段１７を伝送するマイクロ波の電界を分配するように主伝送手段１６と副伝送手段２２とを配設したことにより、第一給電部から反射するマイクロ波の少なくとも一部を副伝送手段２２に伝送させることができる。そして副伝送手段２２、第二給電部である開口１４を介して第一給電部から反射したマイクロ波を再び、被加熱室を収納した加熱室１０に供給できるので、マイクロ波発生手段１５が発生したマイクロ波を被加熱物に高い効率で供給できる。

また、主伝送手段１６において、共用伝送手段１７に結合する主伝送手段１６の終端部１６ａのマイクロ波電界強度を大きくした構成により、第一給電部から反射したマイクロ波の電界分配量を副伝送手段２２側に多く分配させることができ副伝送手段２２側に反射電力をより多く伝送させることができる。

さらに、副伝送手段２２において、共用伝送手段１７に結合する位置から副伝送手段２２を伝送するマイクロ波の伝送波長の１／４の長さ未満の位置に容量性素子２３を配設した構成により、容量性素子２３が第一給電部から反射したマイクロ波を誘引することができ、第一給電部から反射したマイクロ波を副伝送手段２２にさらに多く伝送させることができる。

また、第二給電部である開口１４は第一給電部が配設される加熱室底壁面１１とは異なる壁面（図においては左壁面１３）に配設したことにより、第一給電部と第二給電部との加熱室１０の配設位置を異なる壁面配設することで、被加熱物に異なる方向からマイクロ波を供給でき、被加熱物の加熱の均一化を促進できる。

また、主伝送手段１６と副伝送手段２２と共用伝送手段１７は、断面が矩形形状の導波管構成としたものであり、矩形形状の導波管構成を採用することで、主伝送手段１６と副伝送手段２２を伝送するマイクロ波電力を容易に配分させることができる。

また、第一給電部は、加熱室壁面に設けた開口１２と、この開口１２を介して共用伝送手段１７内のマイクロ波と電力結合するマイクロ波導出部１８と、マイクロ波導出部１８の他端に設けたマイクロ波放射手段１９とで構成したものであり、第一給電部に設けたマイクロ波放射手段１９により、加熱室１０内に満遍なくマイクロ波を放射させることができ、被加熱物を効率よく加熱できる。

そして、被加熱物の種類・形状・量・配置場所に応じて変化する第一給電部からマイクロ波発生手段１５側へ反射するマイクロ波を再び加熱室１０内に供給させることでマイクロ波発生手段１５が発生したマイクロ波電力を効率よく被加熱物に吸収させることができる。

以上のように、本発明にかかるマイクロ波加熱装置は、サーキュレータ部品を用いることなく、加熱室から反射するマイクロ波電力を再び加熱室に供給する安価でコンパクト形状のマイクロ波伝送構成を提供し、被加熱物の加熱効率を高く維持させ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装置や生ゴミ処理機、半導体
製造装置あるいは乾燥装置などの用途にも適用できる。

１０ 加熱室
１２ 開口（第一給電部）
１４ 開口（第二給電部）
１５ マイクロ波発生手段
１６ 主伝送手段
１７ 共用伝送手段
１８ マイクロ波導出部
１９ マイクロ波放射手段
２２ 副伝送手段
２３ 容量性素子

Claims (5)

1. 被加熱物を収納する加熱室と、
   マイクロ波を発生するマイクロ波発生手段と、
   前記加熱室にマイクロ波を給電する第一給電部と、
   前記マイクロ波発生手段が発生したマイクロ波を前記第一給電部に伝送するとともに前記マイクロ波発生手段の動作時に前記第一給電部から反射するマイクロ波を伝送する共用伝送手段と、
   前記マイクロ波発生手段が発生するマイクロ波を前記共用伝送手段に供給する主伝送手段と、
   前記共用伝送手段を伝送するマイクロ波電界を前記主伝送手段と分配するように配設した副伝送手段と、
   前記副伝送手段を伝送するマイクロ波を前記加熱室に供給する第二給電部とを備え、
   前記主伝送手段において、前記共用伝送手段に結合する前記主伝送手段の終端部のマイクロ波電界強度を前記共用伝送手段に結合する前記副伝送手段の端部のマイクロ波電界強度より大きくするように構成したマイクロ波加熱装置。
2. 前記副伝送手段において、前記共用伝送手段に結合する位置から前記副伝送手段を伝送するマイクロ波の伝送波長の１／４の長さ未満の位置に容量性素子を配設した請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
3. 前記第二給電部は、前記第一給電部が配設される前記加熱室壁面とは異なる壁面に配設した請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
4. 前記主伝送手段と前記副伝送手段と前記共用伝送手段とは、断面が矩形形状の導波管構成とした請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
5. 前記第一給電部は、前記加熱室壁面に設けた開口と、前記開口を介して前記共用伝送手段内のマイクロ波と電力結合するマイクロ波導出部と、前記マイクロ波導出部の他端に設けたマイクロ波放射手段とで構成した請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
   

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