JPS6188490A - マイクロ波装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はマイクロ波発生源に連結し得る円筒状共振器を
具え、加熱材料を壁に設けた開口を経て共振器内を搬送
するようにした連続処理で材料を加熱するマイクロ波装
置に関するものである。

斯るマイクロ波装置は米国特許第３，４６１，２６１号
明細書に開示され、これには、所定のモードに励振され
る円筒状共振器が記載されている。この共振器では、細
線状の材料を最大電界が存在する共振器の軸線に沿って
挿通ずるようにしている。この材料は、材料中の誘電損
失のため、加熱される。

材料により吸収されるエネルギーと、共振器に供給され
るエネルギーとの比は、効率を表わし、この装置ではこ
の効率が低いことを確かめた。

本発明の目的は、特に、細条、テープ又は細線の形態の
材料に対し、簡単な手段で共振器内を磁送する間に、材
料の熱放散の程度を制御し得るようにした簡単且つ小型
の高効率なマイクロ波装置を提供せんとするにある。

本発明は、マイクロ波発生源に連結し得る円筒状共振器
を具え、加熱材料を壁に設けた開口を経て共振器内を搬
送するようにした連続処理で材料を加熱するマイクロ波
装置において、前記共振器は、材料を湾曲路を経て共振
器内を搬送する移送手段を具え、且つ共振器を適宜寸法
決めして、共振器の励振中に高い電界集中が湾曲路の領
域に発生するようにしたことを特徴とする。

これにより、例えば細線、テープ又はフィルム形態の材
料のような単位長当りの体積が小さいためエネルギーを
ほとんど吸収しない材料を、簡単に共振器中を長い通路
即ち湾曲路を経て搬送することができる利点がある。こ
のように搬送することによって、前記形態の材料に対す
る効率を十分高（することができる。

さらに、共振器内の材料がたどる通路の長さを変化させ
ることによって、材料が共振器内にとどまる時間および
搬送速度を相互に独立して影響させることができる利点
がある。

本発明の好適実施例において、前記移送手段は、共振器
の内壁に対し、同芯状に配設された円筒状ドラムを具え
、共振器内の材料を、円筒状ドラムの外側表面に位置す
る湾曲路を通って搬送するようにしたことを特徴とする
。これがため移送手段に巻装する材料の巻回を複数回と
することにより、材料を、加熱処理に必要とされる長さ
の時間に亘って、共振器内に維持することができる利点
がある。さらに他の好適実施例において、前記円筒状ド
ラムを、２枚の端板の間にロンドを互いに一定の間隔を
おき、且つ共振器の内壁と同芯状に配置した糸巻きの形
態としたことを特徴とする。これがため、共振器内にと
どまる間の材料の熱放散の程度を制御することができる
利点がある。

図面につき本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図にはマイクロ波装置１を示し、この装置は、例え
ば、羊毛又は綿の糸、紙、織物に適した生地、フィルム
材料、テープその他のような材料１４を連続加熱するの
に特に使用する。

かかるマイクロ波装置１において、マイクロ波はこれら
材料を、例えば、加熱、乾燥、硬化のため使用される。

このマイクロ波装置１は、共振器２を具え、本例ではこ
の共振器を円筒条とする。

しかし、共振器２の形状は、円筒状にだけ限定されるも
のではない。この円筒状共振器を、楕円形成いは同軸状
に形成された共振器のような任意のものとすることがで
きる。

共振器２は、その寸法を適宜定めて動作周波数で所定の
モードで主として励振し得るようにし、その結果、共振
器２に電界集中を発生させるようにする。さらに、開口
３を円筒壁４に設け、この円筒壁４を部分的に示す導波
管５を経て例えばマグネトロンのようなマイクロ波発生
源（図示せず）に結合する。マイクロ波を共振器２に所
望の動作周波数、例えば２．４５ＧＨｚで供給して、こ
の共振器２が、寸法法めにより決まる好適なモードで励
振し得るようにする。

第１図に示すマイクロ波装置１は、以下詳細に説明する
ように形状および小さな体積により特徴付けられる細線
または細条材料１４を加熱するのに特に好適である。

材料１４を円筒壁４に設けた開口６を経て共振器２内に
挿通し、同様の開ロアを経て共振器から取り出す。

これら開口６および７は、寸法を適宜定めて、開口がエ
ネルギーをほとんど放出し得ないようにする。

その理由は、これらエネルギー放出によって効率が減少
すると共にこれらエネルギー放出により共振器２の近く
で放射線障害を生じるため、安全基準を満足させる必要
があるからである。

共振器２に材料１４を通す間、誘電損失、磁気損失およ
び／または伝導損失のようなマイクロ波損失のため、材
料に熱が発生する。特に、マイクロ波装置１を、例えば
材料１４中或いは表面の水のような物質を加熱するため
の乾燥に使用する場合には、この材料１４および／また
は物質におけるマイクロ波損失により生じる熱を使用し
てこの物質を藩発させる。

材料１４を加熱するために使用される場合のこのマイク
ロ波装置１が有する問題は、共振器２に供給されるエネ
ルギーを、如何に多く材料１４に供給するかにある。マ
イクロ波装置１の特性に対する重要な規準は、その「効
率」にある。

この効率は、材料１４により消費されるエネルギーおよ
び共振器に供給されるエネルギーの比で表現される。特
に、単位長さ当りの体積が小さい材料１４、例えば細線
、管、テープまたは細条形状の材料を使用する場合には
、効率が低くなる。

この効率を増加させるために、例えば、移送手段８を共
振器２に設けて、共振器２内で第１図に点線で示すよう
な湾曲した通路１３を経て材料１４を運（、役するよう
にし、さらに共振器２の寸法をすでに説明した方法で適
宜定め且つ適宜励振して、湾曲通路１３の領域に電磁界
を集中させるようにする。

ここに云う湾曲した通路とは、開口６および７間に最短
通路を構成しない通路を意味するものとする。

この実施例では、移送手段として糸巻き８を示しており
、この糸巻き８は、第２図に丞すロッド８−１乃至８−
５を具える。しかし、本発明は図面に示す移送手段の形
状に限定されるものではな（、移送手段を任意の形状と
することができる。

従って、移送手段はケージ或いは糸巻き８の形態の筒状
ドラムを具えることができる。このドラムは表面を閉成
または開放した構造とすることができる。ドラムの開放
表面は、例えば、孔、溝等により形成される格子状構体
とすることができる。

糸巻き８は任意の数のロッドを有し、このロッドも、例
えば円、矩形または多角形の任意の断面とすることがで
き、しかも個別に回転、駆動または駆動しないようにす
ることができる。移送手段内のマイクロ波損失を制限す
るためには、移送手段をテフロン（登録商標）のような
低マイクロ７１月失材料から形成するのが好適である。

マイクロ波装置１は、原理的にはＴＥ、　ＴＭおよびＴ
ＥＭモードのように、煩−モード或いは組合せモードで
励振するのが好適である。特に本例では共振器２は、主
にＴＥｏ＋、、モード（ｎは整数）で共振するように寸
法法めすることができる。この所定値ｎのＴＥｏ＋ｎモ
ードで励振すると、破線で示される円筒状外表面１２に
電界が集中し、この円筒状外表面に沿って材料１４を例
えば糸巻き８に挿通し得るようにする。ここに云う円筒
状表面とは、直線を閉曲線に沿ってそれ自体平行に移動
させることによって得られる表面を意味するものとする
。材料１４は、例えば、第１図に点線で示されるように
湾曲通路１３に沿って通すことができる。開口６から開
ロアを結ぶ最短通路と比較して、この湾曲通路１３は長
くなり、その結果多量の材料１４が共振器２内に存在す
るようになる。従って単位通路長さ当りの電界の集中を
同一にすると、材料はより多くのエネルギーを吸収する
ことができ、従って、効率が改善されるようになる。

図面に示す移送手段は糸巻き８を具えるため、材料１４
を糸巻き８に複数回巻回することができる。

これがため通路長を著しく増加し、これにより共振器２
内の材料を増加させ、従って共振器の寸法は大きくする
必要がない。これがため簡単且つ極めて小型で高効率の
マイクロ波装置１を得ることができる。

材料が共振器内にとどまる期間および送り速度は相互に
独立して制御することができる。特に、材料１４の送り
速度を増大させることができるが、この場合にも材料１
４を例えば円筒状表面１２に沿うらせん通路を通る多数
の巻回１５を経て挿通することにより材料１４が共振器
内にとどまる期間を例えば同一に維持することができる
。

第２図には材料１４を糸巻き８に沿って、例えば５回の
巻回１５を経て挿通する手段を示す。

マイクロ波装置１の動作中、材料１４が急速に加熱され
るにつれて、材料１４の内部に応力が発生する。また、
例えば材料１４内に気泡が形成されて揮発性物質が急速
に膨張する際にも材料１４内に応力が発生する。これら
両名力は「バーストアウト」と称されると共に上述の機
械的応力によっても材料１４を損傷する。

これら応力は、図面に示すくし状のＪＲＨ的案内手段１
６を移送手段８に設けるか、或いは、条溝、突起等を移
送手段８に設けることにより、防止することができる。

前述したように、材料１４はらせん通路に沿い、一般に
数巻回１５を経て共振器内を通過する。このらせん状通
路に設けるべき１ピツチとは、共振器２の長手方向軸線
に沿って測定した巻回当りの材料１４の変位を意味する
ものとする。

共振器２を通る材料１４のらせん状通路のピッチは、機
械的案内手段１６によって決めることができる。

共振器２の長手方向軸線に平行な電界強度は、何れの場
所でも同一ではないが、励振モードに依存する（例えば
ＴＥｏ＋＋　モードに対しては電界強度が共振器２の長
手方向軸線に沿って正弦波状に変化する。）ため、材料
１４が共振器２内に滞まる期間中の、材料１４による熱
消費の割合は、らせん状通路のピンチを調整することに
より制御することができ、従って上述の損傷が材料に生
じるのを防止することができる。

特に、前述した条溝、突起またはくしの歯は、各巻回１
５に対して位置決めおよび調整することができ、可変ピ
ンチを得ることができる利点がある。

従って、連続加熱処理の如何なる瞬時でも如何なる種類
の材料に対し熱消費の程度を個別に、しかも各巻回１５
に対して正確に制御することができる。

移送手段を糸巻き８或いは図示しないが、平滑表面を有
する円筒状ドラムの形状とする場合には、熱消費の程度
を以下のように制御することができる。共振器２の長手
方向軸線に沿う開口６および７の位置に依存するととも
に平滑表面を巻回する材料１４の巻回１５の数に依存し
て、巻回の成るピンチ角を共振器２内に得ることができ
、このピッチ角は材料が共振器２を通って移動する共振
器２の長手方向軸線に関して測定する。このピッチ角を
ピッチの尺度とする。上述の熱消費はピッチにより制御
卸されるため、ピッチ角を調整することにより熱消費を
制御し得、特に、開口６および７の規定された位置で、
巻回１５の数を多く或いは少くすることにより熱消費を
制御し得、これにより、前記損傷を防止することができ
る。

共振器２はこれを例えば適宜寸法決めして、ＴＥｏｌ、
モードの動作周波数で共振させることができる。このモ
ードにおいて、電気力線は同心円となる。即ち、このモ
ードで形成される電気力線は壁材料と交差しない。

共振器２の電界強度が高くなると、一般に共振器２の壁
部の、特に、電気力線が壁部から出る領域で破壊が発生
する。この破壊は特に壁部材料の粗さのために発生し、
従って壁部材料の表面をある程度平滑に仕上げる必要が
ある。しかし、ＴＥ、　、　。

モードにおいては、電気力線が壁部材料と交差しないた
め、破壊の危険性は減少し、従って壁部材料の表面仕上
げを左程平滑にしなくてもよく、その結果より廉価な装
置を得ることができる。

糸巻き８に巻装する材料１４の巻回を、所定の電界強度
を得るために必要とされる巻回数より多（することによ
り、マイクロ波発生源から共振器に供給される電力は、
適正な動作に悪影響を及ぼずことなく減少させることが
できる。この電力の減少によって、共振器２の電界強度
を減少させ、従って破壊の危険性も低減させることがで
きる。

所定の動作周波数で共振器２を開口３を経て励振させる
場合には、共振器２はＴＩＥｏ＋＋　モードで共振し、
従って、最大電界強度が円筒状表面に発生する。この表
面の直径は共振器の内径の０．４８倍に等しくする。こ
れは理論的に簡単に証明することができる。外側表面１
２はこの円筒状表面に一敗させるのが好適である。特に
電界集中の最大値の絶対値は、共振器２の内径と軸方向
長さとの比にも依存し、はぼ１．４４の比とする。

はぼ円筒状糸巻き８の直径を円筒状外側表面１２の直径
に等しくなるように選定すると、共振器２における材料
１４のたどる通路は外側表面１２に配置される。これに
より材料に絶対最大電界集中をかけて、最大効率の小型
マイクロ波装置を得ることができる。

また最大効率は、特にＴＥ、、、、モードに励振した電
気力線および特にＴＭ。１つモードに励振した磁力線を
糸巻き８に巻回した材料１４の長手方向にほぼ一致させ
ることによっても得ることができる。これがため、材料
１４の各電磁界への結合は各型（Ｈ界の最大の場所で行
われる。この良好な結合のため、材料１４が電磁界から
吸収するエネルギー量は最適となり、従って加熱される
。

テープまたは細条状の材料１４を使用する場合には、開
口６および７の形状をこれら材料１４の形状に適合させ
ることができる。例えば開口６および７を細いスロット
とすれば、この材料１４は変形させることなく共振器２
の壁部を通すことができる。

各スロットの長手方向軸線はその時点での電磁力線と交
差しないように配置するのが好適である。

共振器２の両側には全く同一の端板９を、円筒壁４と接
触しないように設けるのが好適である。この目的のため
端板９の両端面に同心環状開口１０を形成する。開口１
０の形状および位置はＴＥｏ　＋。モードの励振に影客
を与えない。その理由はこれら開口が壁電流を中断しな
いからである。その他のモード、特にＴＭモードに対し
ては、これら他のモードに関連する璧電流は開口１０で
中断される。従ってＴＥｏ　＋−モードを使用する場合
には、共振器２におけるこれら不所望な他のモードによ
る励振は抑圧されるようになる。これら２つの効果、即
ちＴＥＯいモードの励振には影舌を与えないこと、およ
び不所望なモードによる励振を抑圧することによって、
関連するＴＥｏ　＋　ｎモードにおいて電界エネルギー
を集中させることができる。

特に２枚の端板９を糸巻き８の端板として使用するとと
もに糸巻き８を共振器２の長手軸線を中心に回転し得る
ように配設する場合には、糸巻きを回転させることによ
って簡単に材料１４を共振器２内を経て移送することが
できる。

マイクロ波装置１を乾燥装置として使用する場合には、
乾燥処理に必要とされる空気を供給し且つ放出する手段
１１を開口１０に連通することができる利点がある。開
口１０を円筒壁４近くの端面の領域に設けることによっ
て、空気は、共振器２に入った後円筒壁４に沿って流れ
るようになる。　マイクロ波装置ｌは避けられないエネ
ルギー損失を有しているため、円筒壁４を加熱するよう
になる。

この熱は、円筒壁４に沿って流れる空気によって放散さ
れる。加熱空気は冷い空気より多量に水草気を含有して
いるので、マイクロ波装置を特に乾燥装置として使用す
る場合にはその乾燥特性が改善されるようになる。移送
手段としてドラムを選択する場合に比べて糸巻き８を選
択する場合には共振器２内を搬送される材料の表面区域
の空気に曝され、従って材料を一層均一且つ迅速に乾燥
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明マイクロ波装置の円筒状共振器の好適
実施例を示す断面図、 第２図は、第１図の円筒状共振器のＡＡ綿線上断面図で
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、マイクロ波発生源に連結し得る円筒状共振器を具え
   、加熱材料を壁に設けた開口を経て共振器内を搬送する
   ようにした連続処理で材料を加熱するマイクロ波装置に
   おいて、 前記共振器は、材料を湾曲路を経て共振器 内を搬送する移送手段を具え、且つ共振器を適宜寸法決
   めして、共振器の励振中に高い電界集中が湾曲路の領域
   に発生するようにしたことを特徴とするマイクロ波装置
   。 ２、共振器を円筒状とする特許請求の範囲第１項記載の
   マイクロ波装置において、 前記移送手段は、共振器の内壁に対し、同 芯状に配設された円筒状ドラムを具え、共振器内の材料
   を、円筒状ドラムの外側表面に位置する湾曲路を通って
   搬送するようにしたことを特徴とするマイクロ波装置。 ３、特許請求の範囲第２項記載のマイクロ波装置におい
   て、前記円筒状ドラムを、２枚の端板の間にロッドを互
   いに一定の間隔をおき、且つ共振器の内壁と同芯状に配
   置した糸巻きの形態としたことを特徴とするマイクロ波
   装置。 ４、特許請求の範囲第１項又は第２項記載のマイクロ波
   装置において、前記移送手段は、共振器内を搬送中の材
   料を所定の手段で共振器の長手方向に案内する機械的案
   内手段を具えるようにしたことを特徴とするマイクロ波
   装置。 ５、特許請求の範囲第１項乃至第４項の何れかに記載の
   マイクロ波装置において、前記共振器を適宜寸法決めし
   て、この共振器が所定の動作周波数で主としてＴＥ＿０
   ＿１＿ｎモード（ｎは整数）に共振するようにしたこと
   を特徴とするマイクロ波装置。 ６、特許請求の範囲第２項または第３項記載のマイクロ
   波装置において、前記共振器を適宜寸法決めして、所定
   動作周波数でＴＥ＿０＿１＿１モードに共振するように
   し、円筒状外側表面を共振器の内径のほぼ０．４８倍に
   等しくし、さらに電界集中を最大にするために、共振器
   の内径を共振器の軸線方向長さのほぼ１．４４倍に等し
   くするようにしたことを特徴とするマイクロ波装置。 ７、特許請求の範囲第１項乃至第３項の何れかまたは第
   ６項記載のマイクロ波装置において、平坦な端板を共振
   器の円筒壁部から離間させて共振器の各端部に設け、こ
   れにより、開口を限定して、共振器の不所望のモードを
   減衰し所望のモードの電界エネルギーを集中するように
   したことを特徴とするマイクロ波装置。 ８、特許請求の範囲第７項記載のマイクロ波装置におい
   て、移送手段および２枚の端板は、簡単に移送手段が駆
   動され且つ回転可能となるように一体に形成したことを
   特徴とするマイクロ波装置。 ９、特許請求の範囲第１項乃至第８項の何れかに記載の
   マイクロ波装置において、前記共振器の端面には、開口
   を設け、且つマイクロ波装置は、乾燥処理に必要とされ
   る空気を開口を経て供給および放出する手段を具えるよ
   うにしたことを特徴とするマイクロ波装置。