JPWO2020054754A1 - マイクロ波加熱装置 - Google Patents

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Abstract

マイクロ波加熱装置は、被加熱物を収容する加熱室と、マイクロ波を生成するマイクロ波発生部と、同軸コネクタとを備える。同軸コネクタは、中心導体、絶縁体および外部導体を有する。中心導体は、マイクロ波発生部の出力端に接続される。中心導体と絶縁体との間には、エアギャップが設けられる。本態様によれば、マイクロ波発生部と同軸コネクタとの間の半田付け部における熱応力による半田クラックの発生を抑制することができる。

Description

本開示はマイクロ波加熱装置に関する。
近年、マグネトロンの代りに半導体素子をマイクロ波発生部として用いたマイクロ波加熱装置が開発されている。このマイクロ波加熱装置においては、マイクロ波発生部と加熱室との間の電力伝送経路中に、通常、同軸コネクタが配置される（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−２７５３４５号公報
しかしながら、従来のマイクロ波加熱装置では、マイクロ波発生部の出力端は、同軸コネクタの中心導体に半田付けなどで接続され、同軸コネクタの外部導体は、マイクロ波発生部の外郭に取り付けられる。
一般的に、同軸コネクタの中心導体は、外部導体とそれ自体との間に設けられた絶縁体で保持される。この構成では、マイクロ波発生部で発生する熱により、同軸コネクタの中心導体が膨張する。このため、マイクロ波発生部と同軸コネクタの中心導体との間の半田付け部に応力がかかり、クラックが発生する可能性がある。
本開示の一態様のマイクロ波加熱装置は、被加熱物を収容する加熱室と、マイクロ波を生成するマイクロ波発生部と、同軸コネクタとを備える。同軸コネクタは、中心導体、絶縁体および外部導体を有する。中心導体は、マイクロ波発生部の出力端に接続される。中心導体と絶縁体との間には、エアギャップが設けられる。
本態様は、マイクロ波発生部と同軸コネクタとの間の半田付け部におけるクラック発生を抑制することができる。これにより、マイクロ波加熱装置の信頼性を向上させることができる。
図１は、本開示の実施の形態に係るマイクロ波加熱装置の断面図である。 図２は、図１における２−２線に沿った断面図である。 図３は、図１におけるＡ部の部分拡大図である。 図４は、同軸コネクタにおけるマイクロ波の伝送に対する電磁界解析の結果を示すグラフである。
本開示の第１の態様のマイクロ波加熱装置は、被加熱物を収容する加熱室と、マイクロ波を生成するマイクロ波発生部と、同軸コネクタとを備える。同軸コネクタは、中心導体、絶縁体および外部導体を有する。中心導体は、マイクロ波発生部の出力端に接続される。中心導体と絶縁体との間には、エアギャップが設けられる。
本開示の第２の態様のマイクロ波加熱装置において、第１の態様に加えて、エアギャップは不連続な空間である。
本開示の第３の態様のマイクロ波加熱装置において、第１の態様に加えて、エアギャップは、０．４ｍｍ以上、０．８ｍｍ以下の寸法を有する。
以下、本開示に係る実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施の形態に係るマイクロ波加熱装置の断面図である。図２は、図１における２−２線に沿った断面図である。図３は、図１におけるＡ部の部分拡大図である。
図１に示すように、本実施の形態のマイクロ波加熱装置は、被加熱物を収容する加熱室１を有する。加熱室１の前面開口には、ドア１ａが設けられる。加熱室１の天面には、断面が矩形状の導波管２が取り付けられる。
導波管２は、加熱室１の天面に対し略水平に延在する水平部と、略垂直に延在する垂直部とを含む、屈曲した形状を有する。導波管２の一端は、加熱室１の天面に形成された給電口１ｂを介して加熱室１に接続され、他端は閉塞される。導波管２の水平部の上面には、同軸コネクタ３を介して、マイクロ波発生部４が取り付けられる。
図２、図３に示すように、同軸コネクタ３は、外部導体３ａと絶縁体３ｂと中心導体３ｃとを有する。外部導体３ａは絶縁体３ｂを保持する。絶縁体３ｂと中心導体３ｃとの間には、鍔状の位置決め部３ｆが、絶縁体３ｂの表面から突出するように形成される。絶縁体３ｂは、位置決め部３ｆを介して中心導体３ｃを保持する。位置決め部３ｆを除く絶縁体３ｂと中心導体３ｃとの間には、エアギャップ３ｄが形成される。中心導体３ｃの導波管２側の端部は、導波管２内に突出しアンテナとして機能する。
マイクロ波発生部４は、半導体素子で構成された発振器システムが配置された基板４ａを有する。この発振器システムは、マイクロ波の周波数範囲内の周波数（例えば、２．４５ＧＨｚ）の電磁波を生成する。半田付け部３ｅは、基板４ａを、同軸コネクタ３の中心導体３ｃのマイクロ波発生部４側の端部と接続する。
図２、図３において、エアギャップ３ｄは、二つに分割された不連続な空間である。しかし、本開示はこれに限定されるものではない。エアギャップ３ｄは、連続した一つの空間でもよい。
本実施の形態のマイクロ波加熱装置において、基板４ａで生成されたマイクロ波電力が、同軸コネクタ３、導波管２を伝播し、給電口１ｂから加熱室１内に放射される。
図４は、同軸コネクタ３におけるマイクロ波の伝送に対する電磁界解析の結果である。具体的には、図４は、図３に示すエアギャップ３ｄの寸法ＧＡＰ（ｍｍ）に対する、反射係数Ｓ１１（ｄＢ）と、最適化された絶縁体３ｂの外径寸法ＯＤ（ｍｍ）とを示す。反射係数Ｓ１１が小さいほど、反射電力は減少し、良好な伝送状態となる。
図４に示すように、エアギャップ３ｄの寸法ＧＡＰが大きくなるにつれ、反射係数Ｓ１１は大きくなり、絶縁体３ｂの外径寸法ＯＤは小さくなる。反射係数Ｓ１１は、Ｓ１１（ｄＢ）＝１０×ｌｏｇ（反射電力／入射電力）で計算される。Ｓ１１＝−３０ｄＢの時、反射電力／入射電力は０．１％である。一般的に、反射係数Ｓ１１が−３０ｄＢを下回ると、実用上、その反射電力は問題とならない。
本実施の形態では、絶縁体３ｂの外径寸法ＯＤは、反射係数Ｓ１１が−３０ｄＢを下回る程度の寸法に設定される。これにより、反射電力は入射電力の１／１０００以下となる。中心導体３ｃと絶縁体３ｂとの接触面積をできる限り小さくし、中心導体３ｃを導波管２内で固定しない。
本実施の形態によれば、中心導体３ｃの熱膨張により発生する内部応力を導波管２側に逃がすことができる。その結果、半田付け部３ｅにかかる応力を低減することができる。特に、エアギャップ３ｄの寸法ＧＡＰを、０．４ｍｍ以上、０．８ｍｍ以下に設定すると、反射電力を増加させることなく、半田付け部３ｅにかかる応力を低減することができる。
図４に示すように、絶縁体３ｂの外径寸法ＯＤは、エアギャップ３ｄの寸法ＧＡＰが０ｍｍの時より小さくなる。これにより、同軸コネクタ３の外径寸法を小さくすることができる。
本実施の形態によれば、マイクロ波発生部４と同軸コネクタ３との間の半田付け部におけるクラック発生を抑制することがでる。その結果、マイクロ波加熱装置の信頼性を向上させることができる。
以上のように、本開示は、電子レンジ、プラズマ発生装置、乾燥装置などのマイクロ波加熱装置に適用可能である。
１ 加熱室
１ａ ドア
１ｂ 給電口
２ 導波管
３ 同軸コネクタ
３ａ 外部導体
３ｂ 絶縁体
３ｃ 中心導体
３ｄ エアギャップ
３ｅ 半田付け部
３ｆ 位置決め部
４ マイクロ波発生部
４ａ 基板
本開示の第１の態様のマイクロ波加熱装置は、被加熱物を収容する加熱室と、マイクロ波を生成するマイクロ波発生部と、導波管と、同軸コネクタとを備える。導波管は、前記マイクロ波発生部に取り付けられる。導波管は、加熱室に接続された一端を有する。同軸コネクタは、中心導体、絶縁体および外部導体を有する。マイクロ波発生部は、発振器システムが配置された基板を有する。中心導体は、マイクロ波発生部の基板に接続されたマイクロ波発生部側の端部と、導波管内に突出する導波管側の端部とを有する。同軸コネクタは、中心導体と絶縁体との間に設けられたエアギャップを有する。
本開示の第２の態様のマイクロ波加熱装置において、第１の態様に加えて、同軸コネクタは、絶縁体の表面から突出するように形成されて中心導体を保持する位置決め部をさらに有し、エアギャップは、位置決め部により分割された不連続な空間である。

Claims (3)

  1. 被加熱物を収容する加熱室と、
    マイクロ波を生成するマイクロ波発生部と、
    中心導体、絶縁体および外部導体を有し、前記マイクロ波発生部の出力端に前記中心導体が接続された、同軸コネクタと、を備え、
    前記同軸コネクタは、前記中心導体と前記絶縁体との間に設けられたエアギャップを有する、マイクロ波加熱装置。
  2. 前記エアギャップが不連続な空間である、請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
  3. 前記エアギャップが、０．４ｍｍ以上、０．８ｍｍ以下の寸法を有する、請求項１に記載のマイクロ波加熱装置。
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