JP6211984B2 - Heated object load estimation device for microwave heating, microwave heating device, and heated object load estimation method for microwave heating - Google Patents
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Description
本発明は、マイクロ波加熱に関する被加熱物の負荷推定装置、マイクロ波加熱装置、および、マイクロ波加熱に関する被加熱物の負荷推定方法に関する。 The present invention relates to a load estimation device for a heated object related to microwave heating, a microwave heating device, and a load estimation method for a heated object related to microwave heating.
被加熱物に熱処理を施すためのマイクロ波加熱装置が知られている(たとえば、特許文献1参照)。マイクロ波加熱装置は、たとえば、マグネトロンを有している。このマグネトロンから発射されたマイクロ波は、導波管などを通ってチャンバへ供給され、チャンバ内の被加熱物を加熱する。 A microwave heating apparatus for heat-treating an object to be heated is known (for example, see Patent Document 1). The microwave heating device has, for example, a magnetron. The microwave emitted from the magnetron is supplied to the chamber through a waveguide or the like, and heats an object to be heated in the chamber.
チャンバ内で被加熱物に吸収されなかったマイクロ波の一部は、チャンバ内で反射し、マグネトロンへ戻るように進む。このマイクロ波は、マグネトロンの劣化の原因となるため、マグネトロンに到達しないようにされることが好ましい。なお、家庭用の電子レンジでは、コストの制約の問題から、マイクロ波がチャンバからマグネトロンに戻ることを抑制する構成を採用されていない場合がある。 A portion of the microwave that is not absorbed by the object to be heated in the chamber is reflected in the chamber and travels back to the magnetron. Since this microwave causes deterioration of the magnetron, it is preferable that the microwave does not reach the magnetron. Note that there are cases where a microwave oven for home use does not employ a configuration that suppresses the return of microwaves from the chamber to the magnetron due to cost constraints.
一方、産業用のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波がチャンバからマグネトロンに戻ることを抑制するための構成を設けられる場合が多い。具体的には、産業用のマイクロ波加熱装置は、マグネトロンに加えて、パワーモニタ、チューナ、および、アイソレータを有している。 On the other hand, industrial microwave heating apparatuses are often provided with a configuration for suppressing the return of microwaves from the chamber to the magnetron. Specifically, the industrial microwave heating apparatus includes a power monitor, a tuner, and an isolator in addition to the magnetron.
パワーモニタは、マグネトロンから発射されたマイクロ波の強さと、チャンバからマグネトロンに向けて反射するマイクロ波(反射マイクロ波)の強さとを表示する。作業員は、パワーモニタを見つつ、チューナのスタブを調整することで、反射マイクロ波を最小化させる。反射マイクロ波の強さは、マグネトロンからのマイクロ波の強さによって変動する。また、反射マイクロ波の強さは、温度変化に起因する被加熱物のマイクロ波吸収特性の変化によっても変化するため、被加熱物の熱処理中にも変化する。このため、反射マイクロ波が強い場合、アイソレータに含まれるダミーロードが、チャンバからのマイクロ波を吸収する。これにより、マグネトロンへのマイクロ波の反射を抑制し、マグネトロンの損傷を抑制している。 The power monitor displays the intensity of the microwave emitted from the magnetron and the intensity of the microwave reflected from the chamber toward the magnetron (reflected microwave). The operator minimizes the reflected microwave by adjusting the tuner stub while watching the power monitor. The intensity of the reflected microwave varies depending on the intensity of the microwave from the magnetron. Further, the intensity of the reflected microwave also changes due to a change in the microwave absorption characteristics of the object to be heated due to a temperature change, and therefore changes during the heat treatment of the object to be heated. For this reason, when the reflected microwave is strong, the dummy load included in the isolator absorbs the microwave from the chamber. Thereby, the reflection of the microwave to a magnetron is suppressed and the damage of a magnetron is suppressed.
マイクロ波加熱を用いた被加熱物の加熱処理の効率、および、温度制御などの精度を向上させるためには、マイクロ波加熱に関する被加熱物の負荷を、マイクロ波加熱装置が把握する必要がある。この場合の負荷とは、被加熱物におけるマイクロ波の吸収特性をいう。しかしながら、一般的には、マイクロ波加熱に関する被加熱物の負荷は、材料によって大きく異なるため、当該負荷の推定が困難である。また、マイクロ波加熱装置の分野においては、マイクロ波に関する被加熱物の負荷を推定する試みは、必ずしも活発ではない。なお、一般的には、物質のマイクロ波吸収特性は、物質の温度によって変動するため、物質の処理温度域全般に対して適切な加熱条件を求めることは、困難である。 In order to improve the efficiency of the heat treatment of the object to be heated using microwave heating and the accuracy of temperature control, the microwave heating apparatus needs to grasp the load of the object to be heated with respect to the microwave heating. . The load in this case refers to microwave absorption characteristics of the object to be heated. However, in general, the load on the object to be heated with respect to microwave heating varies greatly depending on the material, and thus it is difficult to estimate the load. In the field of microwave heating devices, attempts to estimate the load of the object to be heated related to microwaves are not always active. In general, since the microwave absorption characteristics of a substance vary depending on the temperature of the substance, it is difficult to obtain appropriate heating conditions for the entire processing temperature range of the substance.
前述したように、パワーモニタ、チューナ、および、アイソレータを有する産業用のマイクロ波加熱装置においては、作業員は、チューナのスタブを調整することで、反射マイクロ波を最小化させる。そして、この調整の後、作業員は、パワーモニタへの入射マイクロ波のパワーと反射マイクロ波のパワーとの差に基づいて、被加熱物に関する被加熱物の負荷を推定し得る。しかしながら、パワーモニタ、チューナ、および、アイソレータは、寸法が大きく、且つ、高価である。このため、パワーモニタ、チューナ、および、アイソレータの存在は、装置の小型化、および、製造コスト低減の観点からは、好ましくない。 As described above, in an industrial microwave heating apparatus having a power monitor, a tuner, and an isolator, an operator adjusts the stub of the tuner to minimize the reflected microwave. After this adjustment, the worker can estimate the load of the object to be heated with respect to the object to be heated based on the difference between the power of the incident microwave to the power monitor and the power of the reflected microwave. However, power monitors, tuners, and isolators are large in size and expensive. For this reason, the presence of a power monitor, a tuner, and an isolator is not preferable from the viewpoints of downsizing the device and reducing manufacturing costs.
本発明は、上記事情に鑑みることにより、より簡易な構成で、マイクロ波加熱に関する被加熱物の負荷を推定することのできる、マイクロ波加熱に関する被加熱物の負荷推定装置、マイクロ波加熱装置、および、マイクロ波加熱に関する被加熱物の負荷推定方法を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, the present invention is capable of estimating the load of an object to be heated related to microwave heating with a simpler configuration, the load estimating apparatus for the object to be heated related to microwave heating, the microwave heating apparatus, And it aims at providing the load estimation method of the to-be-heated material regarding a microwave heating.
(1)上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わるマイクロ波加熱に関する被加熱物の負荷推定装置は、被加熱物を収容したチャンバから漏洩するマイクロ波としての漏洩マイクロ波を検出するための、漏洩マイクロ波検出部と、前記チャンバ内に向けて発射されたマイクロ波としての供給マイクロ波と前記漏洩マイクロ波との関係を示す所定の関係に基づいて、マイクロ波加熱に関する前記被加熱物の負荷を推定する、負荷推定部と、を備え、前記負荷推定部は、前記負荷として、前記被加熱物を所定の基準物質に置き換えた場合の前記基準物質の等価質量を推定し、前記被加熱物に代えて前記基準物質が前記チャンバ内に配置されているときの前記供給マイクロ波と漏洩マイクロ波との関係を示す基準関係と、前記所定の関係と、に基づいて、前記等価質量を算出し、前記所定の関係において前記供給マイクロ波の強さの変化に対する前記漏洩マイクロ波の強さの変化の割合が変化する変曲点での、前記供給マイクロ波の強さをPwと規定した場合で、且つ、前記基準関係において前記供給マイクロ波の強さの変化に対する前記漏洩マイクロ波の強さの変化の割合が変化する変曲点での、単位質量あたりの前記基準物質に与えられる前記供給マイクロ波の強さをPD R と規定した場合、前記負荷推定部は、前記等価質量WeをWe=Pw/PD R の式によって算出する。 (1) In order to solve the above problems, a load estimation device for a heated object related to microwave heating according to an aspect of the present invention detects a leaked microwave as a microwave leaking from a chamber containing the heated object. The leakage microwave detection unit, and the microwave heating based on a predetermined relationship indicating a relationship between the supply microwave as the microwave emitted toward the chamber and the leakage microwave. A load estimating unit that estimates a load of a heated object, and the load estimating unit estimates an equivalent mass of the reference material when the object to be heated is replaced with a predetermined reference material as the load, A reference relationship indicating a relationship between the supply microwave and a leakage microwave when the reference material is disposed in the chamber instead of the object to be heated, and the predetermined relationship. And calculating the equivalent mass, and the supply at the inflection point where the ratio of the change in the strength of the leakage microwave to the change in the strength of the supply microwave changes in the predetermined relationship. A unit at an inflection point when the intensity of the microwave is defined as Pw and the ratio of the change in the intensity of the leaked microwave to the change in the intensity of the supply microwave in the reference relation changes. If the supply microwave intensity applied to said reference substance per mass was defined as PD R, the load estimation unit, the equivalent mass We you calculated by the equation We = Pw / PD R.
なお、マイクロ波加熱に関する被加熱物の負荷とは、被加熱物におけるマイクロ波の吸収特性をいう。換言すれば、当該負荷とは、マイクロ波加熱に関する被加熱物の加熱特性をいう。 Note that the load of the object to be heated with respect to microwave heating refers to the absorption characteristics of the microwave in the object to be heated. In other words, the load refers to the heating characteristic of the object to be heated with respect to microwave heating.
この構成によると、供給マイクロ波と漏洩マイクロ波との関係を示す所定の関係に基づいて、負荷推定部が、マイクロ波加熱に関する被加熱物の負荷(以下、単に被加熱物の負荷ともいう)を推定する。このような構成であれば、負荷推定部は、供給マイクロ波の出力を、マイクロ波発生源の出力に基づいて容易に知ることができる。また、負荷推定部は、漏洩マイクロ波を、漏洩マイクロ波検出部を用いて容易に知ることができる。このような簡易な構成によって、負荷推定装置は、被加熱物の負荷を推定することができる。したがって、負荷推定装置は、パワーモニタ、チューナ、および、アイソレータなどの大型の装置を用いなくて済み、より簡易な構成で、被加熱物の負荷を推定できる。 According to this configuration, based on a predetermined relationship indicating the relationship between the supply microwave and the leakage microwave, the load estimation unit loads the object to be heated with respect to microwave heating (hereinafter, also simply referred to as the object to be heated). Is estimated. With such a configuration, the load estimation unit can easily know the output of the supplied microwave based on the output of the microwave generation source. Further, the load estimation unit can easily know the leakage microwave using the leakage microwave detection unit. With such a simple configuration, the load estimation device can estimate the load of the object to be heated. Therefore, the load estimation apparatus does not need to use a large apparatus such as a power monitor, a tuner, and an isolator, and can estimate the load of the object to be heated with a simpler configuration.
さらに、前記負荷推定部は、前記負荷として、前記被加熱物を所定の基準物質に置き換えた場合の前記基準物質の等価質量を推定する。 Furthermore , the load estimation unit estimates an equivalent mass of the reference material when the object to be heated is replaced with a predetermined reference material as the load.
この構成によると、負荷推定部は、基準物質の等価質量を用いて被加熱物の負荷を推定する。これにより、負荷推定部は、被加熱物の材質にかかわらず、被加熱物の負荷の算出方法を統一することができる。その結果、たとえば、マイクロ波加熱時における被加熱物の加熱パターン(レシピ)の作成は、より容易となる。 According to this configuration, the load estimation unit estimates the load of the object to be heated using the equivalent mass of the reference material. Thereby, the load estimation part can unify the calculation method of the load of a to-be-heated object irrespective of the material of a to-be-heated object. As a result, for example, creation of a heating pattern (recipe) for an object to be heated during microwave heating becomes easier.
さらに、前記負荷推定部は、前記被加熱物に代えて前記基準物質が前記チャンバ内に配置されているときの前記供給マイクロ波と漏洩マイクロ波との関係を示す基準関係と、前記所定の関係と、に基づいて、前記等価質量を算出する。 Further , the load estimation unit includes a reference relationship indicating a relationship between the supply microwave and the leakage microwave when the reference material is disposed in the chamber instead of the object to be heated, and the predetermined relationship. Based on the above, the equivalent mass is calculated.
この構成によると、負荷推定部は、基準関係と所定の関係との対比によって、等価質量を算出することができる。 According to this configuration, the load estimation unit can calculate the equivalent mass by comparing the reference relationship with the predetermined relationship.
さらに、前記所定の関係において前記供給マイクロ波の強さの変化に対する前記漏洩マイクロ波の強さの変化の割合が変化する変曲点での、前記供給マイクロ波の強さをPwと規定した場合で、且つ、前記基準関係において前記供給マイクロ波の強さの変化に対する前記漏洩マイクロ波の強さの変化の割合が変化する変曲点での、単位質量あたりの前記基準物質に与えられる前記供給マイクロ波の強さをPDRと規定した場合、前記負荷推定部は、前記等価質量WeをWe=Pw/PDRの式によって算出する。 Further , when the strength of the supplied microwave is defined as Pw at the inflection point where the ratio of the change in the strength of the leaked microwave to the change in the strength of the supplied microwave in the predetermined relationship changes And the supply given to the reference material per unit mass at an inflection point where the ratio of the change in the intensity of the leaked microwave to the change in the intensity of the supply microwave in the reference relationship changes. If the intensity of the microwave is defined as PD R, the load estimating unit calculates the equivalent mass We by the formula We = Pw / PD R.
この構成によると、被加熱物への供給マイクロ波の強さが変曲点での値を超えると、漏洩マイクロ波の強さは、急激に大きくなる。すなわち、被加熱物への供給マイクロ波の強さが変曲点での値を超えると、被加熱物で吸収されないマイクロ波が多くなり、その結果、チャンバからの漏洩マイクロ波が急激に大きくなる。この傾向は、基準物質がマイクロ波加熱される場合も同様である。このような傾向を利用することで、負荷推定部は、この変曲点を基準にして被加熱物の負荷を推定することができる。その結果、負荷推定部は、被加熱物の負荷容量を、より正確に推定できる。
(2)より好ましくは、前記基準物質は、水である。
この構成によると、負荷推定部は、被加熱物の負荷に対応する水の等価質量を推定することができる。水であれば、マイクロ波の吸収特性の把握が容易であるため、被加熱物の負荷の推定のための作業が、より容易となる。
According to this configuration, when the strength of the microwave supplied to the object to be heated exceeds the value at the inflection point, the strength of the leakage microwave increases rapidly. That is, when the strength of the microwave supplied to the object to be heated exceeds the value at the inflection point, the number of microwaves that are not absorbed by the object to be heated increases, and as a result, the leakage microwave from the chamber increases rapidly. . This tendency is the same when the reference material is heated by microwaves. By using such a tendency, the load estimation unit can estimate the load of the object to be heated with reference to the inflection point. As a result, the load estimation unit can estimate the load capacity of the object to be heated more accurately.
(2) More preferably, the reference substance is water.
According to this configuration, the load estimation unit can estimate the equivalent mass of water corresponding to the load of the object to be heated. If it is water, it is easy to grasp the absorption characteristics of the microwave, and therefore the work for estimating the load of the object to be heated becomes easier.
(3)上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わるマイクロ波加熱装置は、被加熱物を収容するためのチャンバと、前記チャンバ内の空間に向けて所定の供給マイクロ波を発射するためのマイクロ波発射部と、前記の負荷推定装置と、前記負荷推定部で推定された前記負荷に基づいて、前記マイクロ波発射部を制御する制御部と、を備えている。 ( 3 ) In order to solve the above-described problem, a microwave heating apparatus according to an aspect of the present invention emits a predetermined supply microwave toward a chamber for accommodating an object to be heated and a space in the chamber. And a control unit that controls the microwave emitting unit based on the load estimated by the load estimating unit.
この構成によると、供給マイクロ波と漏洩マイクロ波との関係を示す所定の関係に基づいて、負荷推定部が、被加熱物の負荷を推定する。このような構成であれば、負荷推定部は、供給マイクロ波の出力を、マイクロ波発生源の出力に基づいて容易に知ることができる。また、負荷推定部は、漏洩マイクロ波を、漏洩マイクロ波検出部を用いて容易に知ることができる。このような簡易な構成によって、負荷推定装置は、被加熱物の負荷を推定することができる。したがって、負荷推定装置は、パワーモニタ、チューナ、および、アイソレータなどの大型の装置を用いなくて済み、より簡易な構成で、被加熱物の負荷を推定できる。 According to this structure, a load estimation part estimates the load of a to-be-heated object based on the predetermined relationship which shows the relationship between a supply microwave and a leakage microwave. With such a configuration, the load estimation unit can easily know the output of the supplied microwave based on the output of the microwave generation source. Further, the load estimation unit can easily know the leakage microwave using the leakage microwave detection unit. With such a simple configuration, the load estimation device can estimate the load of the object to be heated. Therefore, the load estimation apparatus does not need to use a large apparatus such as a power monitor, a tuner, and an isolator, and can estimate the load of the object to be heated with a simpler configuration.
また、制御部は、負荷推定部で推定された負荷の値に基づいて、マイクロ波発射部を制御する。これにより、マイクロ波発射部は、被加熱物の負荷に合わせた態様で被加熱物に供給マイクロ波を供給することができる。これにより、マイクロ波発射部は、効率よく且つ精度良く、供給マイクロ波を被加熱物に供給することができる。その結果、マイクロ波加熱装置のエネルギーの消費効率、および、加熱処理の精度を、より高くできる。 Further, the control unit controls the microwave emitting unit based on the load value estimated by the load estimating unit. Thereby, the microwave emission part can supply a supply microwave to a to-be-heated object in the aspect matched with the load of the to-be-heated object. Thereby, the microwave emission part can supply a supply microwave to a to-be-heated material efficiently and accurately. As a result, the energy consumption efficiency of the microwave heating device and the accuracy of the heat treatment can be further increased.
(4)上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わるマイクロ波加熱に関する被加熱物の負荷推定方法は、被加熱物を収容したチャンバから漏洩するマイクロ波としての漏洩マイクロ波を検出する、漏洩マイクロ波検出ステップと、前記チャンバ内に向けて発射されたマイクロ波としての供給マイクロ波と前記漏洩マイクロ波との関係を示す所定の関係に基づいて、マイクロ波加熱に関する前記被加熱物の負荷を推定する、負荷推定ステップと、を含み、前記負荷推定ステップは、前記負荷として、前記被加熱物を所定の基準物質に置き換えた場合の前記基準物質の等価質量を推定し、前記被加熱物に代えて前記基準物質が前記チャンバ内に配置されているときの前記供給マイクロ波と漏洩マイクロ波との関係を示す基準関係と、前記所定の関係と、に基づいて、前記等価質量を算出し、前記所定の関係において前記供給マイクロ波の強さの変化に対する前記漏洩マイクロ波の強さの変化の割合が変化する変曲点での、前記供給マイクロ波の強さをPwと規定した場合で、且つ、前記基準関係において前記供給マイクロ波の強さの変化に対する前記漏洩マイクロ波の強さの変化の割合が変化する変曲点での、単位質量あたりの前記基準物質に与えられる前記供給マイクロ波の強さをPD R と規定した場合、前記負荷推定ステップは、前記等価質量WeをWe=Pw/PD R の式によって算出する。 ( 4 ) In order to solve the above-described problem, a load estimation method for an object to be heated related to microwave heating according to an aspect of the present invention detects a leaked microwave as a microwave leaking from a chamber containing the object to be heated. The to-be-heated object related to microwave heating based on a predetermined relationship indicating a leakage microwave detection step and a relationship between a supply microwave as a microwave emitted toward the chamber and the leakage microwave estimating a load, the load estimating step, only contains the load estimating step, as the load, and estimates an equivalent mass of the reference substance if the object to be heated is replaced by a predetermined reference substance, the A reference relationship indicating a relationship between the supply microwave and the leakage microwave when the reference material is disposed in the chamber instead of the object to be heated; Based on the predetermined relationship, the equivalent mass is calculated, and at the inflection point where the ratio of the change in the leakage microwave strength to the change in the strength of the supplied microwave changes in the predetermined relationship. The inflection point when the strength of the supplied microwave is defined as Pw and the ratio of the change in the strength of the leaked microwave to the change in the strength of the supplied microwave changes in the reference relationship If the, the reference intensity of the supply microwaves applied to the material per unit mass was defined as PD R by the load estimating step, to calculate the equivalent mass We by the formula We = Pw / PD R The
この構成によると、供給マイクロ波と漏洩マイクロ波との関係を示す所定の関係に基づいて、被加熱物の負荷が推定される。このような構成であれば、供給マイクロ波の出力は、マイクロ波発生源の出力に基づいて容易に知られる。また、漏洩マイクロ波は、漏洩マイクロ波検出ステップで容易に知られる。このような簡易な構成によって、被加熱物の負荷が推定される。したがって、被加熱物の負荷の推定に際して、パワーモニタ、チューナ、および、アイソレータなどの大型の装置を用いなくて済み、より簡易な構成で、被加熱物の負荷を推定できる。 According to this configuration, the load on the object to be heated is estimated based on the predetermined relationship indicating the relationship between the supply microwave and the leakage microwave. With such a configuration, the output of the supply microwave is easily known based on the output of the microwave generation source. Also, leaky microwaves are easily known in the leaky microwave detection step. With such a simple configuration, the load on the object to be heated is estimated. Therefore, when estimating the load of the object to be heated, it is not necessary to use a large device such as a power monitor, a tuner, and an isolator, and the load of the object to be heated can be estimated with a simpler configuration.
本発明によると、より簡易な構成で、マイクロ波に関する被加熱物の負荷を推定することができる。 According to the present invention, it is possible to estimate the load of the object to be heated with respect to the microwave with a simpler configuration.
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本発明は、マイクロ波加熱に関する被加熱物の負荷推定装置、マイクロ波加熱装置、および、マイクロ波加熱に関する被加熱物の負荷推定方法として、広く適用することができる。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention can be widely applied as a load estimation device for a heated object related to microwave heating, a microwave heating device, and a load estimation method for a heated object related to microwave heating.
図1は、本発明の一実施形態に係るマイクロ波加熱装置1の正面図である。図2は、マイクロ波加熱装置1の側面図である。図1および図2を参照して、マイクロ波加熱装置1は、マイクロ波によって被加熱物50を加熱するために用いられる。被加熱物50は、マイクロ波によって加熱される物体であればよく、材質は限定されない。
FIG. 1 is a front view of a
マイクロ波加熱装置1は、筐体2と、チャンバ3と、マグネトロン4(4a,4b,4c,4d)と、導波管5と、インバータ6と、制御箱7と、負荷推定装置8と、制御部9と、を有している。
The
筐体2は、たとえば、金属板を組み合わせて形成されている。本実施形態では、筐体2は、中空の四角柱状に形成されている。筐体2は、チャンバ3、マグネトロン4、導波管5、インバータ6、および、制御箱7を収容している。なお、図において、筐体2は、想像線である2点鎖線で示されている。
The housing | casing 2 is formed combining the metal plate, for example. In the present embodiment, the
筐体2の正面には、扉11,12が設けられている。扉11は、制御箱7を筐体2の外部に露呈させることが可能に構成されている。扉12は、チャンバ3を筐体2の外部に露呈させることが可能に構成されている。また、扉12に隣接する筐体2の側壁には、観測窓13が取り付けられている。作業員は、この観測窓13を通して筐体2の外部からチャンバ3を視認することができる。
チャンバ3は、被加熱物50を収容するために設けられている。本実施形態では、チャンバ3は、上下方向における筐体2の中間部に配置されている。チャンバ3は、金属板などを用いて、マイクロ波を反射するように構成されている。チャンバ3は、中空の箱形形状に形成されている。
The
図3は、図2のIII−III線に沿う、主要部の断面図である。図1〜図3を参照して、チャンバ3は、4つの側壁14,15,16,17と、チョーク機構18と、天壁19と、底壁20と、を有している。
3 is a cross-sectional view of the main part taken along the line III-III in FIG. 1 to 3, the
側壁14,15,16,17は、全体として中空の四角柱状に形成されており、上下に延びている。側壁14には、窓部21が形成されている。
The
窓部21は、作業員がチャンバ3の外部からチャンバ3の内部を視認するために設けられている。窓部21は、側壁14の一部の領域に設けられている。窓部21は、側壁14の略中央に配置されており、矩形状に形成されている。
The
窓部21は、側壁14の一部をパンチングメタルとすることで形成されている。窓部21においては、周期構造(規則的に配置された構造)を持つ多数の微細な貫通孔が形成されていることにより、チャンバ3の内部の観察を可能にしながらも、チャンバ3内のマイクロ波が所定の基準値以上外部に漏洩しないように構成されている。上記の各貫通孔は、たとえば、丸孔形状に形成されている。なお、マイクロ波を検出するために用いられる、マイクロ波の漏洩量の許容値は、電波防護指針に示されている電磁波強度指針値以下であることは、いうまでもない。上記の電波防護方針とは、「電波利用における人体の防護方針」(諮問38号、電気通信技術審議会、1990年6月)に開示されている。
The
扉12には、λ/4チョーク機構18(λはマイクロ波の波長)が設けられている。チョーク機構18は、チャンバ3に供給されたマイクロ波が漏洩することを抑制するために設けられている。側壁14,15,16,17で囲まれた空間は、天壁19によって上方から覆われている。
The
天壁19は、たとえば、金属板の中央部を上向きに凸となるように押し上げた形状に形成されている。天壁19の外周部は、側壁14,15,16,17の上端部に固定されている。天壁19は、底壁20と上下に向かい合っている。
The
底壁20は、被加熱物50が置かれる部分として設けられている。底壁20は、略矩形の平板状に形成されている。底壁20の外周部は、側壁14,15,16,17に接続されている。このように、底壁20、側壁14,15,16,17、および、天壁19で囲まれた空間が、被加熱物50の加熱のための加熱用空間28として規定されている。底壁20には、複数の開口部24,25,26,27が形成されている。
The
開口部24,25,26,27は、それぞれ、加熱用空間28へのマイクロ波の入口として設けられている。開口部24,25,26,27は、平面視において、被加熱物50を取り囲むように配置されている。本実施形態では、各開口部24,25,26,27は、細長い矩形状に形成されている。2つの開口部24,26は、平面視において向きを揃えられた状態で、被加熱物50を挟むように配置されている。また、開口部25は、平面視において開口部24の向きと90°ずれた向きに配置されている。同様に、開口部27は、平面視において開口部24の向きと90°ずれた向きに配置されている。開口部25,27は、平面視において被加熱物50を挟むように配置されている。開口部24,25,26,27は、それぞれ、対応する導波管5と接続されている。
The
各導波管5は、対応するマグネトロン4a,4b,4c,4dからのマイクロ波をチャンバ3の加熱用空間28へ案内するために設けられている。各導波管5は、チャンバ3の底壁20から下方に延びており、対応するマグネトロン4a,4b,4c,4dに接続されている。
Each
マグネトロン4(4a,4b,4c,4d)は、被加熱物50へ与えられるマイクロ波を発生するために設けられている。本実施形態では、4つのマグネトロン4a,4b,4c,4dが設けられている。なお、マグネトロンの数は、1つ以上であればよく、特に限定されない。マグネトロン4は、本発明の「マイクロ波発射部」の一例である。本実施形態では、マグネトロン4a,4b,4c,4dを総称していう場合、マグネトロン4という。なお、本実施形態では、マグネトロン4を用いてマイクロ波を発生させる構成を説明するけれども、この通りでなくてもよい。たとえば、半導体を用いて発生されたマイクロ波によって被加熱物50が加熱されてもよい。
The magnetron 4 (4a, 4b, 4c, 4d) is provided in order to generate the microwave given to the
各マグネトロン4a,4b,4c,4dは、筐体2に支持されている。各マグネトロン4a,4b,4c,4dは、対応する導波管5を介して加熱用空間28に向けてマイクロ波を放出するように構成されている。これにより、各マグネトロン4a,4b,4c,4dからのマイクロ波は、対応する導波管5を通って、加熱用空間28に到達し、被加熱物50を加熱する。マグネトロン4は、インバータ6に接続されている。
Each magnetron 4a, 4b, 4c, 4d is supported by the
インバータ6は、マグネトロン4に電力を供給するために設けられている。インバータ6は、商用電源などに接続されている。インバータ6は、マグネトロン4に、マイクロ波を発生するための交流電力を供給する。インバータ6、および、マグネトロン4は、制御部9によって制御される。 The inverter 6 is provided to supply power to the magnetron 4. The inverter 6 is connected to a commercial power source or the like. The inverter 6 supplies AC power for generating microwaves to the magnetron 4. The inverter 6 and the magnetron 4 are controlled by the control unit 9.
制御部9は、被加熱物50の加熱量を制御するように構成されている。本実施形態では、制御部9は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、および、ROM(Read Only Memory)を有するコンピュータである。制御部9による制御の一例は、後述する。制御部9は、制御箱7に収容されている。
The controller 9 is configured to control the heating amount of the article to be heated 50. In the present embodiment, the control unit 9 is a computer having a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), and a ROM (Read Only Memory). An example of control by the control unit 9 will be described later. The control unit 9 is accommodated in the
制御箱7は、マイクロ波加熱装置1の制御に関連する装置を収容するために設けられている。本実施形態では、制御箱7は、チャンバ3の上方に配置されている。制御箱7の前方に位置する前述の扉11には、操作パネル29が取り付けられている。操作パネル29は、たとえば、電源スイッチなどを有しており、筐体2の外部に露呈している。操作パネル29は、たとえば、作業員によって操作されることで、所定の信号を、制御部9などに出力する。
The
制御部9は、操作パネル29から出力された信号、および、負荷推定装置8で推定された、マイクロ波加熱に関する被加熱物50の負荷などに基づいて、マグネトロン4を制御することで、被加熱物50に加熱処理を施す。
The control unit 9 controls the magnetron 4 based on the signal output from the
なお、マイクロ波加熱に関する被加熱物50の負荷とは、マイクロ波加熱に関する被加熱物50におけるマイクロ波の吸収特性をいう。換言すれば、当該負荷とは、マイクロ波加熱に関する被加熱物50の加熱特性をいう。なお、以下では、マイクロ波加熱に関する被加熱物50の負荷を、単に、被加熱物50の負荷ともいう。
Note that the load of the object to be heated 50 related to microwave heating refers to microwave absorption characteristics of the object to be heated 50 related to microwave heating. In other words, the said load means the heating characteristic of the to-
負荷推定装置8は、被加熱物50の負荷を推定するために設けられている。本実施形態では、後述するように、制御部9によるマイクロ波の出力制御において、負荷推定装置8の負荷推定結果が用いられる。これにより、マグネトロン4から加熱用空間28内の被加熱物50に与えられるマイクロ波としての供給マイクロ波が被加熱物50に吸収される効率および精度は、より高くなる。これにより、マイクロ波加熱装置1は、被加熱物50の加熱に寄与しない無駄なマイクロ波を出力することを、抑制できる。
The
負荷推定装置8は、漏洩マイクロ波検出部31と、負荷推定部32と、を有している。
The
漏洩マイクロ波検出部31は、被加熱物50を収容したチャンバ3から漏洩するマイクロ波としての漏洩マイクロ波を検出するために、設けられている。漏洩マイクロ波検出部31は、たとえば、マイクロ波を受信するためのアンテナを含んでいる。本実施形態では、漏洩マイクロ波検出部31は、筐体2内において、窓部21に隣接して配置されており、窓部21から漏洩する漏洩マイクロ波を検出する。なお、漏洩マイクロ波検出部31は、チョーク機構18に隣接して配置されていてもよい。この場合も、漏洩マイクロ波検出部31は、チャンバ3からの漏洩マイクロ波を検出する。
The leakage
漏洩マイクロ波検出部31の大きさは、本実施形態では、窓部21の大きさよりも小さく設定されている。漏洩マイクロ波検出部31は、当該漏洩マイクロ波検出部31のマイクロ波検出面における、単位面積あたりの漏洩マイクロ波の強さ(mW/cm2)を特定する信号を、負荷推定部32へ出力する。なお、本実施形態では、単位面積あたりの漏洩マイクロ波の強さ(mW/cm2)を、単に、漏洩マイクロ波の強さともいう。
The size of the leakage
負荷推定部32は、漏洩マイクロ波の大きさに基づいて、被加熱物50の負荷を推定するように構成されている。負荷推定部32は、制御箱7に収容されている。負荷推定部32は、CPU、RAM、および、ROMを含むコンピュータによってソフトウェア的に構成されていてもよいし、電気回路を用いてハードウェア的に構成されていてもよい。負荷推定部32がコンピュータによって構成されている場合、負荷推定部32は、制御部9と同一のコンピュータによって構成されていてもよいし、制御部9とは別のコンピュータによって構成されていてもよい。
The
負荷推定部32は、所定の関係に基づいて、被加熱物50の負荷を推定する。「所定の関係」とは、マイクロ波加熱装置1が被加熱物50をマイクロ波によって加熱するときにおける供給マイクロ波と漏洩マイクロ波との関係を示す関係である。また、本実施形態では、負荷推定部32は、上記所定の関係に加えて、基準関係を用いて、被加熱物50の負荷を推定する。「基準関係」とは、マイクロ波加熱装置1が水をマイクロ波によって加熱するときにおける供給マイクロ波と漏洩マイクロ波との関係を示す関係である。換言すれば、基準関係は、被加熱物50に代えて、所定の質量を有する水がチャンバ3内に配置されたときの、供給マイクロ波と漏洩マイクロ波との関係を示している。なお、水は、本発明の「基準物質」の一例である。
The
図4は、供給マイクロ波と漏洩マイクロ波との関係を説明するための模式的なグラフである。次に、供給マイクロ波と漏洩マイクロ波との関係について説明する。図2および図4を参照して、グラフの横軸は、マグネトロン4(4a,4b,4c,4d)の合計の出力比であり、マグネトロン4の定格出力に対するマグネトロン4の出力を百分率で示している。すなわち、グラフの横軸は、供給マイクロ波の強さを示している。グラフの縦軸は、漏洩マイクロ波の強さを示しており、単位は、mW/cm2である。 FIG. 4 is a schematic graph for explaining the relationship between the supply microwave and the leakage microwave. Next, the relationship between the supply microwave and the leakage microwave will be described. 2 and 4, the horizontal axis of the graph represents the total output ratio of the magnetron 4 (4a, 4b, 4c, 4d), and indicates the output of the magnetron 4 with respect to the rated output of the magnetron 4 as a percentage. Yes. That is, the horizontal axis of the graph indicates the strength of the supplied microwave. The vertical axis of the graph indicates the strength of the leaky microwave, and the unit is mW / cm 2 .
図4では、基準関係を示すグラフとして、基準グラフBG(BG1〜BG3)が示されている。本実施形態では、1つの基準グラフBGが、1つの基準関係を示している。本実施形態では、上記の基準グラフBGは、予め、実験などによって作成されている。なお、図4に示す基準グラフBGは、模式的に表示されており、実際の実験結果を厳密に表示しているわけではない。 In FIG. 4, reference graphs BG (BG1 to BG3) are shown as graphs indicating the reference relationship. In the present embodiment, one reference graph BG indicates one reference relationship. In the present embodiment, the reference graph BG is created in advance by experiments or the like. Note that the reference graph BG shown in FIG. 4 is schematically displayed, and does not strictly display actual experimental results.
基準グラフBG1は、1kgの質量の水がチャンバ3に配置されたときの、供給マイクロ波と漏洩マイクロ波との関係(基準関係)を示している。ここで、マイクロ波が1kgの水に供給される場合において、マグネトロン4からの供給マイクロ波の出力が、ゼロから増大するときを考える。このとき、当初は、基準グラフBG1の領域R11で示されるように、供給マイクロ波の出力の変化に対する漏洩マイクロ波の強さの変化は小さい。これは、マグネトロン4からの供給マイクロ波の大部分が水に吸収されていることを示す。なお、領域R11における供給マイクロ波の出力の下限はゼロであり、当該出力の上限は、後述する変曲点A1でのマイクロ波の出力である。
The reference graph BG1 shows the relationship (reference relationship) between the supply microwave and the leakage microwave when 1 kg of water is placed in the
基準グラフBG1では、供給マイクロ波の出力が約19%であるときにおいて、領域R11の上限が存在しており、供給マイクロ波強さの変化に対する漏洩マイクロ波強さの変化の割合が変化している。すなわち、基準グラフBG1においては、供給マイクロ波の出力が約19%の箇所に、変曲点A1が存在している。また、変曲点A1における、単位質量あたりの供給マイクロ波のエネルギーが、PDR(PDR1)として規定される。なお、本実施形態では、変曲点は、供給マイクロ波の厳密な一点における出力のことを示しているのではなく、供給マイクロ波の出力について、ある程度の幅を有している値である。 In the reference graph BG1, when the output of the supply microwave is about 19%, there is an upper limit of the region R11, and the ratio of the change in the leakage microwave intensity with respect to the change in the supply microwave intensity is changed. Yes. That is, in the reference graph BG1, an inflection point A1 exists at a location where the output of the supplied microwave is about 19%. Further, in the inflection point A1, the energy supply microwave per unit mass, is defined as a PD R (PD R1). In the present embodiment, the inflection point does not indicate an output at one exact point of the supplied microwave, but is a value having a certain width with respect to the output of the supplied microwave.
なお、領域R11において、単位質量あたりの供給マイクロ波のエネルギー(強さ)PD=1(kW/kg)であることを示す標識PD1が記されている。すなわち、領域R11においては、水1リットルあたり1kWの供給マイクロ波が与えられる領域が存在する。 In the region R11, a label PD 1 indicating that the energy (intensity) PD of the supply microwave per unit mass is PD = 1 (kW / kg) is described. That is, in the region R11, there is a region to which 1 kW of supply microwave is given per liter of water.
そして、マイクロ波の出力が、領域R11と領域R12との境界である変曲点A1を超えて、領域R12の範囲にある場合、供給マイクロ波の出力の増大に対する漏洩マイクロ波の増大の割合は、領域R11での当該割合よりも大きくなる。すなわち、供給マイクロ波の強さが変曲点A1での強さであるときの供給マイクロ波の出力を境にして、供給マイクロ波の強さの変化に対する漏洩マイクロ波の強さの割合が変化する。 When the microwave output is in the region R12 beyond the inflection point A1 that is the boundary between the region R11 and the region R12, the ratio of the increase in leakage microwave to the increase in the supply microwave output is , Larger than the ratio in the region R11. That is, the ratio of the strength of the leaked microwave to the change in the strength of the supplied microwave changes at the output of the supplied microwave when the strength of the supplied microwave is the strength at the inflection point A1. To do.
このように、変曲点A1での供給マイクロ波の強さP1は、供給マイクロ波の出力(強さ)の変化に対する漏洩マイクロ波の強さの変化の割合の変曲点での供給マイクロ波の強さに相当する。領域R12においては、マグネトロン4からのマイクロ波は、水で十分に吸収されきれず、窓部21から漏洩する漏洩マイクロ波が多くなると考えられる。
As described above, the intensity P1 of the supply microwave at the inflection point A1 is the supply microwave at the inflection point of the ratio of the change in the strength of the leaked microwave to the change in the output (strength) of the supply microwave. Is equivalent to the strength of In the region R12, the microwave from the magnetron 4 cannot be sufficiently absorbed by water, and it is considered that the leaked microwave leaking from the
上記と同様に、基準グラフBG2は、2kgの質量を有する水がチャンバ3に配置されたときの、供給マイクロ波と漏洩マイクロ波との関係(基準関係)を示している。この場合も、基準グラフBG1と同様に、基準グラフBG2において、領域R21,R22が存在する。領域R21,R22は、それぞれ、対応する領域R11,R12と同様の特性を有している。領域R21では、供給マイクロ波の出力の変化に対する漏洩マイクロ波の強さの変化は小さい。なお、領域R21における供給マイクロ波の出力の下限はゼロであり、当該出力の上限は、変曲点A2での供給マイクロ波の出力である。
Similarly to the above, the reference graph BG2 shows the relationship (reference relationship) between the supply microwave and the leakage microwave when water having a mass of 2 kg is disposed in the
基準グラフBG2では、供給マイクロ波の出力が約38%であるときにおいて、領域R21の上限が存在しており、供給マイクロ波強さの変化に対する漏洩マイクロ波強さの変化の割合が変化している。すなわち、基準グラフBG2においては、供給マイクロ波の出力が約38%の箇所に、変曲点A2が存在している。また、変曲点A2における、単位質量あたりの供給マイクロ波のエネルギーが、PDR(PDR2)として規定される。変曲点A2は、領域R21と領域R22との境界である。 In the reference graph BG2, when the output of the supply microwave is about 38%, there is an upper limit of the region R21, and the ratio of the change in the leakage microwave intensity with respect to the change in the supply microwave intensity is changed. Yes. That is, in the reference graph BG2, the inflection point A2 exists at a place where the output of the supplied microwave is about 38%. Further, in the inflection point A2, the energy supply microwave per unit mass, is defined as a PD R (PD R2). The inflection point A2 is a boundary between the region R21 and the region R22.
なお、領域R21において、単位質量あたりの供給マイクロ波のエネルギーPD=1(kW/kg)であることを示す標識PD2が記されている。すなわち、領域R21においては、水1リットルあたり1kWの供給マイクロ波が与えられる領域が存在する。 Incidentally, in the region R21, labeled PD 2 is marked to indicate that the energy PD = 1 for supplying microwaves per unit mass (kW / kg). That is, in the region R21, there is a region to which 1 kW of supply microwave is given per liter of water.
このように、基準グラフBG2において、供給マイクロ波の強さが変曲点A2での強さであるときの供給マイクロ波の出力を境にして、供給マイクロ波の強さの変化に対する漏洩マイクロ波の強さの割合が変化する。 As described above, in the reference graph BG2, the leakage microwave with respect to the change in the strength of the supply microwave at the output of the supply microwave when the strength of the supply microwave is the strength at the inflection point A2. The ratio of strength changes.
以上より、変曲点A2での供給マイクロ波の強さP2は、供給マイクロ波の出力(強さ)の変化に対する漏洩マイクロ波の強さの変化の割合の変曲点での供給マイクロ波の強さに相当する。 As described above, the strength P2 of the supply microwave at the inflection point A2 is the ratio of the supply microwave at the inflection point of the ratio of the change in the strength of the leaked microwave to the change in the output (strength) of the supply microwave. Corresponds to strength.
上記と同様に、基準グラフBG3は、4kgの質量を有する水がチャンバ3に配置されたときの、供給マイクロ波と漏洩マイクロ波との関係(基準関係)を示している。この場合も、基準グラフBG1と同様に、基準グラフBG3において、領域R31,R32が存在する。領域R31,R32は、それぞれ、対応する領域R11,R12と同様の特性を有している。領域R31では、供給マイクロ波の出力の変化に対する漏洩マイクロ波の強さの変化は小さい。なお、領域R31における供給マイクロ波の出力の下限はゼロであり、当該出力の上限は、変曲点A3での供給マイクロ波の出力である。
Similarly to the above, the reference graph BG3 shows the relationship (reference relationship) between the supply microwave and the leakage microwave when water having a mass of 4 kg is disposed in the
基準グラフBG3では、供給マイクロ波の出力が約76%であるときにおいて、領域R31の上限が存在しており、供給マイクロ波強さの変化に対する漏洩マイクロ波強さの変化の割合が変化している。すなわち、基準グラフBG3においては、供給マイクロ波の出力が約76%の箇所に、変曲点A3が存在している。また、変曲点A3における、単位質量あたりの供給マイクロ波のエネルギーが、PDR(PDR3)として規定される。変曲点A3は、領域R31と領域R32との境界である。 In the reference graph BG3, when the output of the supply microwave is about 76%, there is an upper limit of the region R31, and the ratio of the change in the leakage microwave intensity with respect to the change in the supply microwave intensity is changed. Yes. That is, in the reference graph BG3, the inflection point A3 exists at a place where the output of the supplied microwave is about 76%. Further, in the inflection point A3, the energy supply microwave per unit mass, is defined as a PD R (PD R3). The inflection point A3 is a boundary between the region R31 and the region R32.
なお、領域R31において、単位質量あたりの供給マイクロ波のエネルギーPD=1(kW/kg)であることを示す標識PD3が記されている。すなわち、領域R31においては、水1リットルあたり1kWの供給マイクロ波が与えられる領域が存在する。 Incidentally, in the region R31, is labeled PD 3 are written to indicate that the energy PD = 1 for supplying microwaves per unit mass (kW / kg). That is, in the region R31, there is a region to which 1 kW of supply microwave is given per liter of water.
このように、基準グラフBG3において、供給マイクロ波の強さが変曲点A3での強さであるときの供給マイクロ波の出力を境にして、供給マイクロ波の強さの変化に対する漏洩マイクロ波の強さの割合が変化する。 As described above, in the reference graph BG3, the leakage microwave with respect to the change in the strength of the supply microwave at the output of the supply microwave when the strength of the supply microwave is the strength at the inflection point A3. The ratio of strength changes.
以上より、変曲点A3での供給マイクロ波の強さP3は、供給マイクロ波の出力(強さ)の変化に対する漏洩マイクロ波の強さの変化の割合の変曲点での供給マイクロ波の強さに相当する。 As described above, the intensity P3 of the supply microwave at the inflection point A3 is equal to the ratio of the change in the intensity of the leaked microwave to the change in the output (strength) of the supply microwave. Corresponds to strength.
基準グラフBG1,BG2,BG3から明らかなように、単位質量あたりの供給マイクロ波のエネルギーPD=PDR(PDR1,PDR2,PDR3)(kW/kg)であるときの、供給マイクロ波の大きさは、水の質量と比例関係にある。より具体的には、2リットルの水にPD=PDR2のエネルギーを与えるときの供給マイクロ波の強さは、1リットルの水にPD=PDR1のエネルギーを与えるときの供給マイクロ波の強さの約2倍である。同様に、4リットルの水にPD=PDR3のエネルギーを与えるときの供給マイクロ波の強さは、1リットルの水にPD=PDR1のエネルギーを与えるときの供給マイクロ波の強さの約4倍である。 As is clear from the reference graphs BG1, BG2, and BG3, the supply microwave energy when the energy PD of the supply microwave per unit mass PD = PD R (PD R1 , PD R2 , PD R3 ) (kW / kg) The magnitude is proportional to the mass of water. More specifically, the strength of the supply microwave when PD = PD R2 energy is applied to 2 liters of water is the strength of the supply microwave when PD = PD R1 energy is applied to 1 liter of water. About twice as much. Similarly, the strength of the supply microwave when PD = PD R3 energy is applied to 4 liters of water is about 4 times the strength of the supply microwave when PD = PD R1 energy is applied to 1 liter of water. Is double.
したがって、所定の質量の水に供給マイクロ波が供給されたときにおける、供給マイクロ波と漏洩マイクロ波との関係を示すグラフでの変曲点と、変曲点A1〜A3との比率から、上記所定の質量が明らかとなる。すなわち、被加熱物50に供給マイクロ波が供給されたときにおける、供給マイクロ波と漏洩マイクロ波との関係を示すグラフG4での変曲点A4における供給マイクロ波の強さと、基準グラフBGの各変曲点A1〜A3における供給マイクロ波の強さとの比率から、等価質量Weが明らかとなる。等価質量Weは、被加熱物50を水に置き換えた場合の水の等価質量である。すなわち、負荷推定部32は、マイクロ波に関する被加熱物50の負荷としての等価質量Weを推定することができる。
Therefore, from the ratio of the inflection points A1 to A3 and the inflection points in the graph showing the relationship between the supply microwave and the leakage microwave when the supply microwave is supplied to water of a predetermined mass, The predetermined mass is revealed. That is, when the supply microwave is supplied to the object to be heated 50, the strength of the supply microwave at the inflection point A4 in the graph G4 indicating the relationship between the supply microwave and the leakage microwave, and each of the reference graph BG The equivalent mass We becomes clear from the ratio with the strength of the supplied microwave at the inflection points A1 to A3. The equivalent mass We is an equivalent mass of water when the article to be heated 50 is replaced with water. That is, the
たとえば、グラフG4(所定の関係)における変曲点A4での供給マイクロ波の強さPwが、供給マイクロ波の定格値の約28.5%であった場合、基準グラフBG1(基準関係)におけるPDRでのマイクロ波の出力P1(約19%)との関係から、28.5(%)÷19(%/リットル)=1.5リットルとなり、等価質量Weは、1.5リットルとなる。すなわち、等価質量Weは、下記式(1)で表わされる。 For example, when the strength Pw of the supply microwave at the inflection point A4 in the graph G4 (predetermined relationship) is about 28.5% of the rated value of the supply microwave, the reference graph BG1 (reference relationship) from the relationship between the microwave power P1 (about 19%) in PD R, 28.5 (%) ÷ 19 (% / l) = is 1.5 liters, the equivalent weight We is, is 1.5 liters . That is, the equivalent mass We is represented by the following formula (1).
We=Pw(kW)/PDR(kW/kg)・・・・・(1)
なお、Pw:グラフG4(所定の関係)において供給マイクロ波の強さの変化に対する漏洩マイクロ波の強さの変化の割合が変化する変曲点A4での、供給マイクロ波の強さ。
We = Pw (kW) / PD R (kW / kg) (1)
Pw: strength of the supplied microwave at the inflection point A4 where the ratio of the change in the strength of the leaked microwave to the change in the strength of the supplied microwave in the graph G4 (predetermined relationship) changes.
このように、負荷推定部32は、水についての基準関係と、被加熱物50についての所定の関係と、に基づいて、等価質量Weを算出する。
As described above, the
各上記基準グラフBG1〜BG3のデータは、負荷推定部32に格納されている。負荷推定部32は、基準グラフBG1〜BG3のデータを、数値データとして記憶している。
Data of each of the reference graphs BG1 to BG3 is stored in the
負荷推定部32は、被加熱物50の負荷としての等価質量Weを算出するように構成されている。具体的には、負荷推定部32は、制御部9、および、漏洩マイクロ波検出部31に接続されている。負荷推定部32は、制御部9から、供給マイクロ波の出力を特定するデータを受信する。また、負荷推定部32は、漏洩マイクロ波の出力を特定するデータを受信する。
The
そして、負荷推定部32は、被加熱物50に供給マイクロ波が供給されているときの、供給マイクロ波と漏洩マイクロ波との関係を記録する。これにより、負荷推定部32は、供給マイクロ波と漏洩マイクロ波との関係(所定の関係)を示すグラフG4を作成する。すなわち、負荷推定部32は、被処理物50に与えられた供給マイクロ波と漏洩マイクロ波との関係を示すグラフG4を作成する。なお、負荷推定部32は、実際にグラフG4作成することに代えて、供給マイクロ波の強さと漏洩マイクロ波の強さとを示す表を作成してもよい。
Then, the
そして、負荷推定部32は、上記のグラフG4において、供給マイクロ波の強さの変化に対する漏洩マイクロ波の強さの変化の割合が変化する変曲点A4を探す。次に、負荷推定部32は、基準グラフBG1〜BG3における変曲点A1〜A3でのエネルギー値PDR1,PDR2,PDR3と、変曲点A4での供給マイクロ波の出力Pwとを基に、上記式(1)を算出する。これにより、負荷推定部32は、等価質量Weを算出する。
Then, the
次に、負荷推定装置8、および、制御部9における処理の流れの一例を説明する。図5は、負荷推定装置8、および、制御部9における処理の流れの一例を説明するためのフローチャートである。なお、以下では、フローチャートを参照して説明する場合、フローチャート以外の図も適宜参照する。
Next, an example of the flow of processing in the
以下に説明する処理は、たとえば、作業員による操作パネル29の操作に伴い、マイクロ波加熱装置1による被加熱物50の加熱動作が開始されてから行われる。
The process described below is performed, for example, after the heating operation of the object to be heated 50 by the
具体的には、作業員による操作パネル29の操作に起因して、マイクロ波加熱装置1における加熱処理指令が制御部9に与えられる。これにより、制御部9は、マグネトロン4を動作させることで、供給マイクロ波の発生を開始する(ステップS1)。この供給マイクロ波は、チャンバ3内に供給され、被加熱物50の加熱が開始される。
Specifically, a heat treatment command in the
次に、漏洩マイクロ波検出部31は、チャンバ3から漏洩する漏洩マイクロ波を検出する(ステップS2)。その後、負荷推定部32は、供給マイクロ波のデータと漏洩マイクロ波のデータとを読み込む(ステップS3)。より具体的には、負荷推定部32は、制御部9が設定した供給マイクロ波の強度を特定する信号を、制御部9から読み込む。また、負荷推定部32は、漏洩マイクロ波の強さを特定する信号を、漏洩マイクロ波検出部31から読み込む。
Next, the leaking
次に、負荷推定部32は、被加熱物50について、供給マイクロ波と漏洩マイクロ波との関係を示すグラフG4を作成する(ステップS4)。この場合、負荷推定部32は、ステップS3が実行される度に読み込んだ、供給マイクロ波の強さを横軸の値とし、且つ、漏洩マイクロ波の強さを縦軸の値として、1つのステップS3の処理毎で特定される座標を複数用いて、グラフG4を作成する。そして、負荷推定部32は、被加熱物50に関するグラフG4に変曲点A4が存在しているか否かを判定する(ステップS5)。
Next, the
グラフG4に変曲点A4が存在していない場合(ステップS5でNO)、負荷推定部32は、変曲点A4が存在していないことを示す信号を制御部9に出力する(ステップS6)。すなわち、供給マイクロ波の大部分が被加熱物50に吸収されていることにより、供給マイクロ波の強さに比べて漏洩マイクロ波の強さが小さい場合、その旨が負荷推定部32から制御部9に通知される。
When the inflection point A4 does not exist in the graph G4 (NO in step S5), the
この場合、制御部9は、供給マイクロ波の出力が増加するように、マグネトロン4を制御する(ステップS7)。この場合、制御部9は、たとえば、マグネトロン4からの供給マイクロ波の出力を、当該供給マイクロ波の定格出力の数%分増加させる制御を行う。 In this case, the control unit 9 controls the magnetron 4 so that the output of the supply microwave increases (step S7). In this case, for example, the control unit 9 performs control to increase the output of the supply microwave from the magnetron 4 by several percent of the rated output of the supply microwave.
そして、漏洩マイクロ波検出部31は、再び、チャンバ3から漏洩する漏洩マイクロ波を検出する(ステップS2)。また、負荷推定部32は、制御部9が設定した供給マイクロ波の強度を特定する信号を、制御部9から読み込むとともに、漏洩マイクロ波の強さを特定する信号を、漏洩マイクロ波検出部31から読み込む(ステップS3)。
Then, the leakage
次に、負荷推定部32は、供給マイクロ波と漏洩マイクロ波との関係を示すグラフG4を作成する(ステップS4)。この場合、負荷推定部32は、たとえば、最新の供給マイクロ波の強さと漏洩マイクロ波の強さとで特定される座標に点をプロットする。そして、負荷推定部32は、前回のステップS4で作成されたグラフG4と、今回プロットされた点とを基に、グラフG4を延長する。
Next, the
そして、負荷推定部32は、被加熱物50に関するグラフG4に変曲点A4が存在しているか否かを判定する(ステップS5)。グラフG4に変曲点A4が存在していない場合(ステップS5でNO)、前述したステップS6,S7,S2〜S5の処理が繰り返される。なお、グラフG4に変曲点A4が表れる前に、供給マイクロ波の強さが供給マイクロ波の定格値に達した場合、ステップS7では、供給マイクロ波の出力増大は、停止される。この場合、供給マイクロ波の強さが最大であっても、被加熱物50が供給マイクロ波の大部分を吸収できていることとなる。
And the
一方、グラフG4において変曲点A4が表れた場合(ステップS5でYES)、負荷推定部32は、等価質量Weを推定する(ステップS8)。負荷推定部32は、たとえば、前述した式(1)を用いて、等価質量Weを算出する。この場合、式(1)のPwは、変曲点A4における供給マイクロ波の強さである。
On the other hand, when the inflection point A4 appears in the graph G4 (YES in step S5), the
次に、負荷推定部32は、算出した等価質量Weの値を、制御部9へ通知する(ステップS9)。この通知を受信した制御部9は、等価質量Weを基に、マグネトロン4からの供給マイクロ波の出力を制御する(ステップS10)。
Next, the
以上説明したように、マイクロ波加熱装置1によると、供給マイクロ波と漏洩マイクロ波との関係を示す所定の関係(グラフG4)に基づいて、負荷推定部32が、被加熱物50の負荷(等価質量We)を推定する。このような構成であれば、負荷推定部32は、供給マイクロ波の出力を、マグネトロン4の出力に基づいて容易に知ることができる。また、負荷推定部32は、漏洩マイクロ波を、漏洩マイクロ波検出部31を用いて容易に知ることができる。このような簡易な構成によって、負荷推定装置8は、被加熱物50の負荷を推定することができる。したがって、負荷推定装置8は、パワーモニタ、チューナ、および、アイソレータなどの大型の装置を用いなくて済み、より簡易な構成で、被加熱物50の負荷を推定できる。
As described above, according to the
また、マイクロ波加熱装置1によると、アイソレータで不要なマイクロ波(被加熱物50から反射したマイクロ波)を消費する構成ではない。よって、アイソレータで無駄にマイクロ波が消費されずに済み、マイクロ波加熱装置1の省エネルギー性能をより高くできる。さらに、被加熱物50でマイクロ波が効率よく吸収される結果、マイクロ波加熱装置1における被加熱物50の温度を、より精密に制御できる。
Moreover, according to the
また、マイクロ波加熱装置1によると、負荷推定部32は、被加熱物50を水に置き換えた場合の水の等価質量Weを推定する。この構成によると、負荷推定部32は、水の等価質量Weを用いて被加熱物50の負荷を推定する。これにより、負荷推定部32は、被加熱物50の材質にかかわらず、被加熱物50の負荷の算出方法を統一することができる。その結果、たとえば、マイクロ波加熱時における被加熱物50の加熱パターン(処理量、昇温速度などを特定するレシピ)の作成は、より容易となる。
Moreover, according to the
また、負荷推定部32は、被加熱物50の負荷に対応する水の等価質量Weを推定することができる。水であれば、マイクロ波の吸収特性の把握が容易であるため、被加熱物50の負荷の推定のための作業が、より容易となる。
Moreover, the
また、マイクロ波加熱装置1によると、負荷推定部32は、被加熱物50に代えて水がチャンバ3内に配置されているときの供給マイクロ波と漏洩マイクロ波との関係を示す基準関係(基準グラフBG1〜BG3)と、所定の関係(グラフG4)と、に基づいて、等価質量Weを算出する。この構成によると、負荷推定部32は、基準関係と所定の関係との対比によって、等価質量Weを算出することができる。
In addition, according to the
より具体的には、負荷推定部32は、等価質量Weを、We=Pw/PDRの式によって算出する。この構成によると、被加熱物50への供給マイクロ波の強さが変曲点A4での値を超えると、漏洩マイクロ波の強さは、急激に大きくなる。すなわち、被加熱物50への供給マイクロ波の強さが変曲点A4での値Pwを超えると、被加熱物50で吸収されないマイクロ波が多くなり、その結果、チャンバ3からの漏洩マイクロ波が急激に大きくなる。この傾向は、水がマイクロ波加熱される場合も同様である。このような傾向を利用することで、負荷推定部32は、この変曲点A4を基準にして被加熱物50の負荷(等価質量We)を推定することができる。その結果、負荷推定部32は、被加熱物50の負荷を、より正確に推定できる。
More specifically, the
また、マイクロ波加熱装置1によると、制御部9は、負荷推定部32で推定された被加熱物50の負荷(等価負荷We)の値に基づいて、マグネトロン4を制御する。これにより、マグネトロン4は、被加熱物50の負荷に合わせた態様で被加熱物50に供給マイクロ波を供給することができる。これにより、マグネトロン4は、効率よく且つ精度良く、供給マイクロ波を被加熱物50に供給することができる。その結果、マイクロ波加熱装置1のエネルギーの消費効率、および、加熱処理の精度を、より高くできる。
Further, according to the
以上、本発明の実施形態について説明したけれども、本発明は上述の実施の形態に限られない。本発明は、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment. The present invention can be variously modified as long as it is described in the claims.
(1)たとえば、上述の実施形態では、負荷推定装置8が、マイクロ波加熱装置1の一部として設けられる形態を例に説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。たとえば、負荷推定装置8は、マイクロ波加熱装置とは別個に設けられていてもよい。
(1) For example, in the above-described embodiment, the
(2)また、上述の実施形態では、等価質量Weの算出の基準となる基準物質として水が用いられる形態を例に説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。たとえば、上記の基準物質は、水以外の物質であってもよい。 (2) Further, in the above-described embodiment, an example has been described in which water is used as a reference material serving as a reference for calculating the equivalent mass We. However, this need not be the case. For example, the reference substance may be a substance other than water.
本発明は、マイクロ波加熱に関する被加熱物の負荷推定装置、マイクロ波加熱装置、および、マイクロ波加熱に関する被加熱物の負荷推定方法として、広く適用することができる。 The present invention can be widely applied as a load estimation device for a heated object related to microwave heating, a microwave heating device, and a load estimation method for a heated object related to microwave heating.
1 マイクロ波加熱装置
3 チャンバ
4 マグネトロン(マイクロ波発射部)
8 負荷推定装置
9 制御部
28 加熱用空間(チャンバ内の空間)
31 漏洩マイクロ波検出部
32 負荷推定部
50 被加熱物
A4 変曲点
BG 基準グラフ(基準関係)
G4 グラフ(所定の関係)
We 等価質量(負荷)
1
8 Load estimation device 9
31 Leakage
G4 graph (predetermined relationship)
We equivalent mass (load)
Claims (4)
前記チャンバ内に向けて発射されたマイクロ波としての供給マイクロ波と前記漏洩マイクロ波との関係を示す所定の関係に基づいて、マイクロ波加熱に関する前記被加熱物の負荷を推定する、負荷推定部と、
を備え、
前記負荷推定部は、前記負荷として、前記被加熱物を所定の基準物質に置き換えた場合の前記基準物質の等価質量を推定し、前記被加熱物に代えて前記基準物質が前記チャンバ内に配置されているときの前記供給マイクロ波と漏洩マイクロ波との関係を示す基準関係と、前記所定の関係と、に基づいて、前記等価質量を算出し、
前記所定の関係において前記供給マイクロ波の強さの変化に対する前記漏洩マイクロ波の強さの変化の割合が変化する変曲点での、前記供給マイクロ波の強さをPwと規定した場合で、且つ、
前記基準関係において前記供給マイクロ波の強さの変化に対する前記漏洩マイクロ波の強さの変化の割合が変化する変曲点での、単位質量あたりの前記基準物質に与えられる前記供給マイクロ波の強さをPD R と規定した場合、
前記負荷推定部は、前記等価質量WeをWe=Pw/PD R の式によって算出することを特徴とする、マイクロ波加熱に関する被加熱物の負荷推定装置。 A leakage microwave detection unit for detecting leakage microwaves as microwaves leaking from a chamber containing an object to be heated;
A load estimation unit that estimates a load of the object to be heated related to microwave heating based on a predetermined relationship indicating a relationship between a supply microwave as a microwave emitted toward the chamber and a leakage microwave When,
Equipped with a,
The load estimating unit estimates an equivalent mass of the reference material when the object to be heated is replaced with a predetermined reference material as the load, and the reference material is disposed in the chamber instead of the object to be heated. Based on the reference relationship indicating the relationship between the supply microwave and the leakage microwave when being, and the predetermined relationship, to calculate the equivalent mass,
When the strength of the supplied microwave is defined as Pw at an inflection point where the ratio of the change in the strength of the leaked microwave to the change in the strength of the supplied microwave in the predetermined relationship changes, and,
The strength of the supply microwave given to the reference material per unit mass at the inflection point where the ratio of the change in the strength of the leaked microwave to the change in the strength of the supply microwave in the reference relationship changes. If it was defined as PD R is,
The load estimating unit is characterized that you calculate the equivalent mass We by the formula We = Pw / PD R, the load estimator of the object to be heated for Microwave heating.
前記基準物質は、水であることを特徴とする、マイクロ波加熱に関する被加熱物の負荷推定装置。 A load estimation device for a heated object related to microwave heating according to claim 1 ,
The apparatus for estimating a load of a heated object related to microwave heating, wherein the reference material is water.
前記チャンバ内の空間に向けて所定の供給マイクロ波を発射するためのマイクロ波発射部と、
請求項1または請求項2に記載のマイクロ波加熱に関する被加熱物の負荷推定装置と、
前記負荷推定部で推定された前記負荷に基づいて、前記マイクロ波発射部を制御する制御部と、
を備えていることを特徴とする、マイクロ波加熱装置。 A chamber for containing an object to be heated;
A microwave emitting unit for emitting a predetermined supply microwave toward a space in the chamber;
A load estimation device for an object to be heated related to microwave heating according to claim 1 or 2 ,
Based on the load estimated by the load estimation unit, a control unit for controlling the microwave emitting unit,
A microwave heating apparatus comprising:
前記チャンバ内に向けて発射されたマイクロ波としての供給マイクロ波と前記漏洩マイクロ波との関係を示す所定の関係に基づいて、マイクロ波加熱に関する前記被加熱物の負荷を推定する、負荷推定ステップと、
を含み、
前記負荷推定ステップは、前記負荷として、前記被加熱物を所定の基準物質に置き換えた場合の前記基準物質の等価質量を推定し、前記被加熱物に代えて前記基準物質が前記チャンバ内に配置されているときの前記供給マイクロ波と漏洩マイクロ波との関係を示す基準関係と、前記所定の関係と、に基づいて、前記等価質量を算出し、
前記所定の関係において前記供給マイクロ波の強さの変化に対する前記漏洩マイクロ波の強さの変化の割合が変化する変曲点での、前記供給マイクロ波の強さをPwと規定した場合で、且つ、
前記基準関係において前記供給マイクロ波の強さの変化に対する前記漏洩マイクロ波の強さの変化の割合が変化する変曲点での、単位質量あたりの前記基準物質に与えられる前記供給マイクロ波の強さをPD R と規定した場合、
前記負荷推定ステップは、前記等価質量WeをWe=Pw/PD R の式によって算出することを特徴とする、マイクロ波加熱に関する被加熱物の負荷推定方法。 A leakage microwave detection step for detecting leakage microwaves as microwaves leaking from a chamber containing an object to be heated;
A load estimation step of estimating a load of the heated object related to microwave heating based on a predetermined relationship indicating a relationship between a supply microwave as a microwave emitted toward the chamber and a leaked microwave When,
Only including,
The load estimating step estimates an equivalent mass of the reference material when the object to be heated is replaced with a predetermined reference material as the load, and the reference material is placed in the chamber instead of the object to be heated. Based on the reference relationship indicating the relationship between the supply microwave and the leakage microwave when being, and the predetermined relationship, to calculate the equivalent mass,
When the strength of the supplied microwave is defined as Pw at an inflection point where the ratio of the change in the strength of the leaked microwave to the change in the strength of the supplied microwave in the predetermined relationship changes, and,
The strength of the supply microwave given to the reference material per unit mass at the inflection point where the ratio of the change in the strength of the leaked microwave to the change in the strength of the supply microwave in the reference relationship changes. If it was defined as PD R is,
The load estimating step is characterized that you calculate the equivalent mass We by the formula We = Pw / PD R, load estimation method of the object to be heated for Microwave heating.
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