WO2020075261A1 - マイクロ波加熱装置および加熱方法 - Google Patents

マイクロ波加熱装置および加熱方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2020075261A1
WO2020075261A1 PCT/JP2018/037894 JP2018037894W WO2020075261A1 WO 2020075261 A1 WO2020075261 A1 WO 2020075261A1 JP 2018037894 W JP2018037894 W JP 2018037894W WO 2020075261 A1 WO2020075261 A1 WO 2020075261A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
waveguide
microwave
heating
heated
opening
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/037894
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
正平 南光
永 西村
Original Assignee
株式会社ニッシン
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社ニッシン filed Critical 株式会社ニッシン
Priority to JP2020549899A priority Critical patent/JP7037839B2/ja
Priority to PCT/JP2018/037894 priority patent/WO2020075261A1/ja
Publication of WO2020075261A1 publication Critical patent/WO2020075261A1/ja

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64Heating using microwaves
    • H05B6/70Feed lines

Definitions

  • the present invention relates to a microwave heating device provided with a waveguide for transmitting microwaves and a heating method.
  • the waveguide is configured so as to have a slot (opening) along the longitudinal direction of the waveguide (that is, the microwave transmission direction), and a sheet-shaped object to be heated is passed through the slot to generate microwaves. And apply a high electric field to efficiently heat and dry (see, for example, Patent Document 1).
  • the sintered body include aluminum nitride (AlN) and alumina (aluminum oxide (Al 2 O 3 )).
  • the object to be heated may be paper, wood, etc., and is used for drying paper, wood, etc.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 10-112385, a waveguide is formed by folding back a plurality of times as shown in FIGS. 1 and 5.
  • a short-side direction that is, a width direction of the waveguide
  • the longitudinal direction transmission direction
  • the long object to be heated can be efficiently heated and dried.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and provides a microwave heating device and a heating method capable of heating an object to be heated at a high temperature without causing damage to the object to be heated due to heating.
  • the purpose is to
  • the inventors have earnestly studied to solve the above problems, and as a result, have obtained the following findings. That is, in the above-mentioned alumina or glass plate, when the temperature exceeds the critical temperature, the dielectric loss rapidly increases and microwaves are intensively absorbed and abnormally overheated (also called “runaway phenomenon") occurs. Even with a substance that does not absorb microwaves very much, by using this phenomenon, it is possible to heat the object to be heated to near the critical temperature, and then apply the microwave to rapidly heat the object to be heated. That is, if the object to be heated is preliminarily heated (also referred to as "preheat") by the heater (heating unit) before heating by microwaves, the object to be heated is heated at a high temperature without being damaged by the heating. Things can be heated.
  • a heater for example, a ceramics heater
  • a heating element in which a heating element is embedded in a sintered body is provided inside the waveguide, and the object to be heated is heated to near the critical temperature by the heater, and then the microwave is applied. If the object to be heated is rapidly heated by the above method, the above problem can be solved. However, if a heater having a heating element embedded in a sintered body is provided inside the waveguide, the heating element is made of metal, which causes another problem that the microwave transmitted through the waveguide is disturbed. .
  • a heater is provided outside the waveguide, and the heater is placed on the heater, passes through a slot (opening) of the waveguide, and is provided with at least a heat conductive insulator provided from the heater to the inside of the waveguide. Therefore, it was found that it is possible to heat at a high temperature without causing damage due to heating and to prevent the disturbance of microwaves.
  • the microwave heating apparatus is a microwave heating apparatus including a waveguide for transmitting microwaves, and the waveguide is formed so as to have an opening along the microwave transmission direction.
  • a tube wherein the microwave heating device is disposed adjacent to the opening of the waveguide and outside the waveguide, and the microwave heating device is mounted on the heating means.
  • a heat conductive insulator provided at least from the heating means to the inside of the waveguide.
  • the waveguide is configured to have an opening along the microwave transmission direction (longitudinal direction of the waveguide).
  • a heating means is provided outside the waveguide adjacent to the opening of the waveguide.
  • the thermally conductive insulator is placed on the heating means, passes through the opening of the waveguide, and is provided at least from the heating means to the inside of the waveguide.
  • An object to be heated is placed on a heat-conductive insulator, and heat is transferred to the heat-conductive insulator by the heating means.
  • the object to be heated can be heated at a high temperature without causing damage to the object to be heated due to heating.
  • the heating means is composed of a heating element, since the heating means is provided outside the waveguide, it is possible to prevent the disturbance of the microwave transmitted through the waveguide.
  • thermally conductive insulator refers to an insulator having a high thermal conductivity in the range of 100 [W / (m ⁇ K)] to 2000 [W / (m ⁇ K)]. Show. Therefore, as a thermally conductive insulator, diamond having a thermal conductivity of 1000 [W / (m ⁇ K)] to 2000 [W / (m ⁇ K)] or 150 [W / (m ⁇ K)] is used. .K)] to 285 [W / (m.K)] aluminum nitride or the like is used.
  • a conductor having a high thermal conductivity for example, carbon nanotube
  • a metal for example, carbon nanotube
  • the microwaves transmitted through the waveguide are disturbed as described above, and thus an insulator having a high thermal conductivity is used.
  • the thermal conductivity of alumina is 32 [W / (m ⁇ K)]
  • the thermal conductivity of glass is 2 [W / (m ⁇ K)] to 3 [W / (m ⁇ K)]. Since it is lower than the above range, alumina or glass is not used as a heat conductive insulator.
  • the number of openings of the waveguide in the microwave heating device according to the present invention may be one or two.
  • the thermally conductive insulator is provided from the heating means to the inside of the waveguide through the opening of the waveguide. Therefore, when the waveguide has one opening, it is suitable for heating an object to be heated which is not long and has a relatively small size (for example, a size which fits within the width of the waveguide).
  • the waveguide has only one opening, the structure of the device is simplified.
  • the configuration is as follows (see FIG. 2). That is, the waveguide is configured so as to have two openings facing each other in the width direction of the waveguide (transverse direction of the waveguide) orthogonal to the transmission direction. Two heating means are provided so as to sandwich the waveguide so as to face the respective openings of the waveguide. Then, the heat conductive insulator penetrates through the two openings of the waveguide and is provided from one heating means to the other heating means. In this configuration, a size larger than the case where the waveguide has one opening (for example, a width of the waveguide, or a length equivalent to two heating means including the width of the waveguide) is used. Suitable for heating objects of size). In addition, each time the heating means and the microwave heating are performed, the object to be heated is moved stepwise by the width of the waveguide or the amount of movement over the two heating means including the width of the waveguide. If so, a long object to be heated can be heated.
  • the following configuration is obtained by folding the waveguide (see FIG. 9). That is, the two waveguides are formed by folding back the waveguides, and each of the two waveguides formed by folding back has respective openings facing each other in the width direction. Three heating means are provided so as to sandwich the respective waveguides, respectively, facing the respective openings of the two waveguides formed by folding back. Then, the heat conductive insulator penetrates each opening of the waveguide and is provided over all of the three heating means. In the case of this configuration, the size is larger than that in the case where the waveguide is not folded (for example, the width of two waveguides, or the length over three heating means including the width of two waveguides). Suitable for heating objects to be heated.
  • the object to be heated is moved by the width of the two waveguides or the movement amount of the length over the three heating means including the widths of the two waveguides.
  • the above-described configuration is a configuration in which the number of times the waveguide is folded back is one. If the number of times the waveguide is folded back is expanded to a plurality of times, the following structure is obtained by adding a plurality of heating means to the structure of Japanese Patent Laid-Open No. 10-112385 (see FIG. 10). . That is, assuming that the number of times the waveguide is folded back is n (where n is a natural number of 2 or more), the (n + 1) waveguides formed by folding back each of the openings facing each other in the width direction. Have each. (N + 2) heating means are provided so as to sandwich the (n + 1) waveguides, respectively, facing the respective openings of the (n + 1) waveguides formed by folding. .
  • the thermally conductive insulator is provided over all (n + 2) heating means, penetrating each opening of the waveguide.
  • a size larger than the case where the number of times the waveguide is folded back is one (for example, the width of (n + 1) waveguides or the width of (n + 1) waveguides is included. It is suitable for heating an object to be heated having a size equivalent to the length of (n + 2) heating means. Even if the object to be heated is not moved by step feed, it is equivalent to the width of (n + 1) waveguides or the length of (n + 2) heating means including the width of (n + 1) waveguides. It is possible to heat a long object to be heated having a size of.
  • the microwave heating device preferably has the following configuration.
  • the waveguide is configured so that the reflected wave of the microwave is formed, and the microwave heating device mechanically generates the standing wave formed by the incident wave and the reflected wave of the microwave.
  • a standing wave moving means that moves electrically.
  • each point oscillates with the same phase and cycle.
  • the point where the amplitude is “0” without any vibration is called “node”, and the point where the amplitude is maximum and the displacement fluctuates most is called “belly”. Therefore, if the standing wave is not moved, the positions of the nodes and antinodes are fixed, and uneven heating occurs. Therefore, by providing a standing wave moving unit that mechanically or electrically moves the standing wave, it is possible to change the positions of the nodes and antinodes and reduce uneven heating.
  • Another example (an example of the latter) different from the former is to output a traveling wave formed only by the incident wave of the microwave by configuring the waveguide so that the reflected wave of the microwave is not formed. Is. In the case of a traveling wave, since it travels in the microwave transmission direction, the amplitude of the microwave changes with time. Therefore, heating unevenness can be reduced by outputting the traveling wave.
  • the microwave heating device provided above the heat conductive insulator, provided outside the waveguide facing the heating means, and with a metal cover covering the heat conductive insulator, It is preferable to provide two-dimensionally a plurality of metal rods that are provided so as to hang down from the lower surface of the metal cover. When the microwave is transmitted to the waveguide, the microwave leaks from the opening of the waveguide. Therefore, by providing such a metal cover and a plurality of metal rods, it is possible to prevent microwave leakage.
  • the heating method according to the present invention includes a waveguide for transmitting microwaves, the waveguide is configured so as to have an opening along the transmission direction of the microwave, A heating means provided outside the waveguide adjacent to the opening, and placed on the heating means, passing through the opening of the waveguide and extending from the heating means to the inside of the waveguide.
  • a heating method for heating an object to be heated using a microwave heating device comprising at least a thermally conductive insulator provided, wherein the object to be heated is placed on the thermally conductive insulator.
  • a first heating step in which the heat conductive insulator heats the object to be heated by heat conduction to the heat conductive insulator by the heating means, and by the microwave after the first heating step.
  • a second heating step of heating the object to be heated It is.
  • the first heating step and the second heating step are performed when the object to be heated is heated using the microwave heating apparatus of the present invention.
  • the object to be heated is placed on the heat conductive insulator, and the heat conductive insulator heats the object to be heated by heat conduction to the heat conductive insulator by the heating means.
  • the object to be heated is heated by the microwave after the first heating step. That is, the heating in the first heating step is preheating, and the object to be heated is heated by the microwave after the preheating (after the first heating step), so that the object to be heated can be heated at a high temperature without being damaged.
  • the object to be heated can be heated.
  • the microwave heating device even if the heating means is composed of a heating element, since the heating means is provided outside the waveguide, the microwave transmitting the waveguide is transmitted. Disturbance can be prevented.
  • the waveguide is configured so that the reflected wave of the microwave is formed, and the microwave is incident in the second heating step. It is preferable to heat the object to be heated by microwave while mechanically or electrically moving the standing wave formed by the wave and the reflected wave. In the second heating step, the object to be heated is heated by the microwave while moving the standing wave mechanically or electrically, so that the positions of the nodes and antinodes can be varied to reduce uneven heating.
  • the heating method according to the present invention by forming the waveguide so that the reflected wave of the microwave is not formed, only the incident wave of the microwave is formed. It is preferable to heat the object to be heated by microwaves in the second heating step while outputting the traveling wave. By heating the object to be heated by the microwave in the second heating step while outputting the traveling wave, the amplitude of the microwave temporally changes and uneven heating can be reduced.
  • the waveguide is configured so as to have an opening along the microwave transmission direction (longitudinal direction of the waveguide), and is adjacent to the opening of the waveguide.
  • the heating means is provided outside the waveguide, and the thermally conductive insulator is placed on the heating means, passes through the opening of the waveguide, and is provided at least from the heating means to the inside of the waveguide.
  • An object to be heated is placed on a heat-conductive insulator, and heat is transferred to the heat-conductive insulator by the heating means. By heating the object to be heated, the object to be heated can be heated at a high temperature without causing damage to the object to be heated due to heating.
  • the first heating step and the second heating step are performed when the object to be heated is heated using the microwave heating apparatus of the present invention.
  • the object to be heated is placed on the heat conductive insulator, and the heat conductive insulator heats the object to be heated by heat conduction to the heat conductive insulator by the heating means.
  • the object to be heated is heated by the microwave after the first heating step.
  • the object to be heated can be heated at a high temperature without causing damage to the object to be heated due to heating.
  • the microwave heating device according to the present invention even if the heating means is composed of a heating element, since the heating means is provided outside the waveguide, the microwave transmitting the waveguide is transmitted. Disturbance can be prevented.
  • FIG. 3 is a schematic plan view of a waveguide heating furnace of the microwave heating apparatus according to the first embodiment. It is a schematic sectional drawing of the waveguide heating furnace of FIG. (A), (b) is a schematic diagram at the time of mechanically moving the standing wave formed of the incident wave and reflected wave of a microwave. It is a schematic diagram in the case of electrically moving a standing wave formed by an incident wave and a reflected wave of a microwave. It is a schematic diagram in the case of configuring a waveguide so that a reflected wave of a microwave is not formed.
  • 3 is a flowchart of a heating method according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic bottom view of a waveguide heating furnace of a microwave heating apparatus according to a third embodiment. It is a schematic sectional drawing of the waveguide heating furnace of the microwave heating apparatus which concerns on a modification.
  • FIG. 1 is a schematic view of a microwave heating apparatus according to each example
  • FIG. 2 is a schematic plan view of a waveguide heating furnace of the microwave heating apparatus according to Example 1
  • FIG. It is a schematic sectional drawing of the waveguide heating furnace of 2.
  • FIG. 1 shows a configuration common to all the embodiments.
  • the microwave heating device 1 includes an oscillator 10, a waveguide 20, and a waveguide heating furnace 30.
  • the oscillator 10 oscillates a microwave of 2.45 GHz, for example.
  • a magnetron or a semiconductor oscillator is used as the oscillator 10.
  • the waveguide 20 (not shown in FIG. 3) as shown in FIG. 3 and the waveguide 31 of the waveguide heating furnace 30 are rectangular parallelepipeds. is there. As shown in FIGS. 1 and 2, the waveguide 20 is connected to the waveguide 31. The waveguide 20 and the waveguide 31 may be integrally formed. The microwave oscillated from the oscillator 10 (see FIG. 1) is transmitted in the waveguides 20 and 31.
  • the waveguide heating furnace 30 includes a waveguide 31, a heater 32, an insulating sheet 33, a metal cover 34, a plurality of metal rods 35, and a housing 36. ..
  • the heater 32 corresponds to the heating means in the present invention
  • the insulator sheet 33 corresponds to the heat conductive insulator in the present invention.
  • the waveguide 31 is configured to have two openings 31A along the microwave transmission direction (longitudinal direction of the waveguide 31) as shown in FIG.
  • the two openings 31A are provided so as to oppose each other in the width direction of the waveguide 31 (transverse direction of the waveguide 31) orthogonal to the transmission direction.
  • the heater 32 is a heater (for example, a ceramics heater) in which a heating element is embedded in a sintered body.
  • the heater 32 is composed of two heaters 32 1 and 32 2 .
  • the heater 32 1 adjacent to the opening 31A of the waveguide 31, the heater 32 1 is provided outside of the waveguide 31.
  • the heater 32 2 is provided outside of the waveguide 31.
  • two heaters 32 1, 32 2 is provided so as to sandwich the waveguide 31.
  • the insulator sheet 33 is made of a heat conductive insulator.
  • the “thermally conductive insulator” means 100 [W / (m ⁇ K)] to 2000 [W / (m ⁇ K)]. Insulation with high thermal conductivity in the range.
  • the insulator sheet 33 is formed of aluminum nitride of 150 [W / (m ⁇ K)] to 285 [W / (m ⁇ K)].
  • the insulator sheet 33 is placed on the two heaters 32 1 and 32 2 . More specifically, the insulating sheet 33 penetrates through the two openings 31A of the waveguide 31 and is provided from one heater 32 1 to the other heater 32 2 .
  • the heater 32 first metallic cover 34 to the outside of the waveguide 31 facing is provided on the metal cover 34 covers the insulator sheet 33, a plurality of metal bars 35, It is provided in a two-dimensional shape depending from the metal cover 34.
  • the heater 32 2 metal cover 34 is provided on the outside of the waveguide 31 opposite the metal cover 34 covers the insulator sheet 33, a plurality of metal bars
  • the reference numeral 35 hangs down from the metal cover 34 and is provided two-dimensionally. In order to prevent microwave leakage described later, it is preferable to provide the metal rods 35 in a zigzag pattern as shown in FIG.
  • the metal cover 34 is parallel to the surface of the insulator sheet 33 and includes a metal plate provided with the metal rods 35, and two enclosure members provided to face each other in the width direction of the insulator sheet 33. . Similar to the metal rod 35, each surrounding member is provided so as to hang from a metal plate.
  • the housing 36 is made of a conductor.
  • the housing 36 houses the waveguide 31, the heater 32, the insulating sheet 33, the metal cover 34, and the metal rod 35.
  • FIG. 4 is a schematic diagram when mechanically moving a standing wave formed by an incident wave and a reflected wave of a microwave
  • FIG. 5 is a standing wave formed by an incident wave and a reflected wave of the microwave
  • FIG. 6 is a schematic diagram in the case of electrically moving the waveguide
  • FIG. 6 is a schematic diagram in the case of configuring the waveguide so that a reflected wave of the microwave is not formed.
  • the waveguide 31 is configured such that the reflection wave of the microwave is formed by the reflection plate 37, the standing wave formed by the incident wave and the reflection wave of the microwave. Are mechanically moved by the reflector 37. As described in the section “Means for solving the problem”, if the standing wave is not moved, the positions of the nodes and antinodes are fixed, and uneven heating occurs.
  • the motor 11 is driven to move the reflection plate 37 in the transmission direction as shown in FIG. 4 (a).
  • the standing wave may be manually moved as shown in FIG.
  • the rod 38 is attached to the reflector 37, and the rod 38 is pushed and pulled to move the reflector 37 in the transmission direction.
  • the motor 11 corresponds to the standing wave moving means of the present invention
  • the rod 38 corresponds to the standing wave moving means of the present invention.
  • FIG. 4 was a schematic diagram regarding the case of mechanically moving the standing wave
  • the standing wave may be electrically moved as shown in FIG.
  • the oscillator 10 for example, a semiconductor oscillator is used, and the standing wave is moved in the transmission direction by making the phase variable.
  • the oscillator 10 corresponds to the standing wave moving means in the present invention.
  • FIGS. 4 and 5 are schematic diagrams relating to the case of moving the standing wave
  • the waveguide 31 may be configured so that the reflected wave of the microwave is not formed as in FIG.
  • the absorber 39 filled with water or the like at one end of the waveguide 31, the reflected wave of the microwave is not formed. Therefore, by providing the absorber 39 shown in FIG. 6, a traveling wave formed only by the incident wave of the microwave is output. In the case of a traveling wave, since it travels in the microwave transmission direction, the amplitude of the microwave changes with time.
  • FIG. 7 is a flowchart of the heating method according to the first embodiment
  • FIG. 8 is a schematic diagram of heating an object to be heated in the waveguide heating furnace.
  • the metal cover 34 see FIGS. 2 and 3
  • the metal rod 35 see FIGS. 2 and 3
  • the housing 36 see FIGS. 2 and 3) are not shown.
  • a long sheet is used as the article W to be heated.
  • Step S1 Placement of Object to be Heated
  • the object W to be heated is placed on the insulator sheet 33.
  • Step S2 Preheating In a state where the object W to be heated is placed on the insulator sheet 33, the insulator sheet 33 heats the object W to be heated by heat conduction to the insulator sheet 33 by the heater 32.
  • the object W to be heated is a substance having a large temperature gradient (for example, alumina or a glass plate)
  • the object W to be heated is heated to near the critical temperature.
  • the object W to be heated is a substance having a small temperature gradient other than alumina or a glass plate, it is not always necessary to heat the object W to be heated to near the critical temperature.
  • Step S2 corresponds to the first heating step in the present invention.
  • Step S3 Microwave heating After step S2 (preheating), the object W to be heated is heated by microwaves.
  • steps S2 to S5 are not repeated and steps S2 and S3 are performed only once. Therefore, when the size of the object W to be heated is within the width of the waveguide 31, the heating by the heater 32 may be stopped at the time of step S3.
  • steps S2 to S5 are repeated, and therefore it is preferable to continue the heating by the heater 32 until the heating of the series of objects W to be heated is completed.
  • Step S3 corresponds to the second heating step in the present invention.
  • Step S4 Is there an unheated part?
  • the object W to be heated has a long shape, only the location inside the waveguide 31 is heated by only one step S2, S3. Therefore, it is determined whether or not there is an unheated portion. If there is an unheated portion, the process proceeds to the next step S5. When there is no unheated portion, it is determined that the heating of the series of objects W to be heated is completed.
  • Step S5 Travel of Heated Object
  • the width of the waveguide 31 or the two heaters 32 1 and 32 including the width of the waveguide 31 are included.
  • the object W to be heated is caused to travel in steps by a movement amount of a length of two . Then, the process returns to step S2 and steps S2 to S5 are repeated.
  • the waveguide 31 is configured to have the opening 31A along the microwave transmission direction (longitudinal direction of the waveguide 31).
  • a heater 32 is provided outside the waveguide 31 adjacent to the opening 31A of the waveguide 31.
  • the insulator sheet 33 is placed on the heater 32, passes through the opening 31 ⁇ / b> A of the waveguide 31, and is provided at least from the heater 32 to the inside of the waveguide 31.
  • the object W to be heated is placed on the insulator sheet 33, and the object W is heated by the microwave after the insulator sheet 33 heats the object W by heat conduction to the insulator sheet 33 by the heater 32.
  • the object W to be heated can be heated at a high temperature without causing damage to the object W to be heated by heating. Further, even if the heater 32 is composed of a heating element, since the heater 32 is provided outside the waveguide 31, it is possible to prevent the disturbance of the microwave transmitted through the waveguide 31.
  • the insulator sheet 33 is made of a heat conductive insulator.
  • diamond having a thermal conductivity of 1000 [W / (m ⁇ K)] to 2000 [W / (m ⁇ K)] or a thermal conductivity of
  • the insulator sheet 33 is formed of aluminum nitride of 150 [W / (m ⁇ K)] to 285 [W / (m ⁇ K)].
  • the thermal conductivity of alumina is 32 [W / (m ⁇ K)]
  • the thermal conductivity of glass is 2 [W / (m ⁇ K)] to 3 [W / (m ⁇ K)]. Since the thermal conductivity is lower than the range of 100 [W / (m ⁇ K)] to 2000 [W / (m ⁇ K)], alumina or glass is not used as the thermally conductive insulator.
  • the waveguide 31 has two openings 31A.
  • the waveguide 31 is configured so as to have two openings 31A facing each other in the width direction of the waveguide 31 (transverse direction of the waveguide 31) orthogonal to the transmission direction.
  • Two heaters 32 1 and 32 2 are provided so as to sandwich the waveguide 31 so as to face the respective openings 31 A of the waveguide 31.
  • the insulating sheet 33 penetrates through the two openings 31A of the waveguide 31 and is provided from one heater 32 1 to the other heater 32 2 .
  • a larger size for example, the width of the waveguide 31 or the width including the width of the waveguide 31 is larger than that in the case where the waveguide 31 has only one opening 31A. It is suitable for heating an object W to be heated having a size equivalent to the length of the two heaters 32 1 and 32 2 .
  • the width of the waveguide 31 or the length of the two heaters 32 1 and 32 2 including the width of the waveguide 31 is included in the degree of heating by the heater 32 (step S2) and microwave (step S3). If the object W to be heated is moved in a step feed with the movement amount of, the long object W to be heated can be heated.
  • the waveguide 31 is configured so that a reflected wave of the microwave is formed.
  • the standing wave moving means for mechanically moving the standing wave formed by the incident wave and the reflected wave of the microwave is provided with the motor 11 in the case of FIG. 4A, and FIG. In this case, the rod 38 is provided.
  • each point vibrates with the same phase and cycle. The point where the amplitude is “0” without any vibration is called “node”, and the point where the amplitude is maximum and the displacement fluctuates most is called “belly”. Therefore, if the standing wave is not moved, the positions of the nodes and antinodes are fixed, and uneven heating occurs.
  • the positions of the nodes and antinodes can be made variable to reduce uneven heating.
  • the standing wave is automatically moved by driving the motor 11 and moving the reflection plate 37 in the transmission direction.
  • the standing wave is manually moved by pushing and pulling the rod 38 to move the reflector 37 in the transmission direction.
  • an oscillator 10 composed of a semiconductor oscillator is provided as a standing wave moving means that electrically moves a standing wave formed by an incident wave and a reflected wave of a microwave.
  • the oscillator 10 made of a semiconductor oscillator is used to change the phase to move the standing wave in the transmission direction and electrically move the standing wave.
  • the traveling wave formed by only the incident wave of the microwave is output.
  • the absorber 39 filled with water or the like at one end of the waveguide 31, a traveling wave formed only by the incident wave of the microwave is output.
  • the amplitude of the microwave changes with time. Therefore, heating unevenness can be reduced by outputting the traveling wave.
  • a metal cover 34 is provided above the insulator sheet 33 so as to face the heater 32 and outside the waveguide 31, covers the insulator sheet 33, and is provided so as to hang down from the lower surface of the metal cover 34. It is preferable to provide two or more metal rods 35 in a two-dimensional shape. When the microwave is transmitted to the waveguide 31, the microwave leaks from the opening 31A of the waveguide 31. Therefore, by providing such a metal cover 34 and a plurality of metal rods 35, it is possible to prevent microwave leakage.
  • the waveguide 31 has two openings 31A facing each other in the width direction, and the two heaters 32 1 , facing the openings 31A of the waveguide 31, respectively.
  • 32 2 if provided so as to sandwich the waveguide 31 is constructed as in FIG.
  • a metal cover 34 to the outside of the waveguide 31 opposite the heater 32 1 comprises a plurality of metal bars 35 provided depending from the lower surface of the metal cover 34 in a two- There is.
  • a metal cover 34 to the outside of the waveguide 31 opposite the heater 32 2 and includes a plurality of metal bars 35 provided depending from the lower surface of the metal cover 34 in two dimensions.
  • preheating step S2 corresponding to the first heating step in the present invention and the first heating step in the present invention.
  • Microwave heating step S3 corresponding to the two heating steps is performed.
  • the preheating step S2
  • the article W to be heated is placed on the insulator sheet 33, and the insulator sheet 33 heats the article W to be heated by heat conduction to the insulator sheet 33 by the heater 32.
  • the microwave heating step S3
  • the object W to be heated is heated by the microwave after preheating (step S2).
  • the object W to be heated can be heated at a high temperature without causing damage to the object W to be heated due to heating.
  • the microwave heating apparatus 1 since the heater 32 is provided outside the waveguide 31, even if the heater 32 is composed of a heating element, Disturbance of microwaves transmitted through the waveguide 31 can be prevented.
  • the waveguide 31 is configured so that the reflected wave of the microwave is formed.
  • the microwave heating it is preferable to heat the object to be heated W by the microwave while mechanically or electrically moving the standing wave formed by the incident wave and the reflected wave of the microwave.
  • the microwave heating by heating the object to be heated by the microwave while moving the standing wave mechanically or electrically, it is possible to change the positions of the nodes and antinodes and reduce the heating unevenness. .
  • the microwave heating by configuring the waveguide 31 so that the reflected wave of the microwave is not formed, In the microwave heating (step S3), it is preferable to heat the object to be heated W by the microwave while outputting the traveling wave formed by only the incident wave of the microwave.
  • the amplitude of the microwave temporally changes, and uneven heating can be reduced.
  • FIG. 9 is a schematic bottom view of the waveguide heating furnace of the microwave heating apparatus according to the second embodiment. Note that, in FIG. 9, the illustration of the housing 36 (see FIGS. 2 and 3) is omitted. Since FIG. 9 is a bottom view, the metal cover 34 (see FIGS. 2 and 3) and the metal rod 35 (see FIGS. 2 and 3) located above the heater and the insulating sheet 33 are not shown in the drawing. Note that it does not appear in 9.
  • the waveguide 31 has two openings 31A as shown in FIG. 2, and the waveguide 31 is configured without being folded back. As shown in FIG. It was composed of two heaters 32 1 and 32 2 .
  • the waveguide 31 is formed by folding back, and two waveguides 31 formed by folding back face each other in the width direction. Then, each has an opening 31A.
  • the microwave transmission direction is also the longitudinal direction of the waveguide 31, and the width direction of the waveguide 31 orthogonal to the transmission direction is guided. It was also in the lateral direction of the wave tube 31.
  • Example 2 including Example 3 which will be described later, by folding the waveguide 31, the transmission direction of the microwaves is not necessarily the longitudinal direction of all the waveguides 31 formed by folding. It is not always the direction, and the width direction of the waveguide 31 is not necessarily the short direction of all the waveguides 31 formed by folding. Therefore, in Example 2 including Example 3 described later, the directions are simply referred to as “microwave transmission direction” or “transmission direction”, “width direction of waveguide 31” or “width direction”. The following is explained by unifying the wording.
  • the waveguide 31 When the waveguide 31 is folded back, the waveguide 31 may be folded back using a corner waveguide as shown in FIG. 9A, or a bend waveguide as shown in FIG. 9B is used.
  • the waveguide 31 may be folded back.
  • the waveguide 31 When the waveguide 31 is folded back using the corner waveguide, the waveguide 31 is folded back at a right angle as shown in FIG.
  • the waveguide 31 is bent and folded back as shown in FIG. 9B.
  • the three heaters 32 1, 32 2, 32 3 are provided so as to sandwich the waveguide 31 of each .
  • the insulator sheet 33 penetrates each opening 31A of the waveguide 31 and is provided over all of the three 32 1 , 32 2 , and 32 3 .
  • the waveguide 31 is configured to have the opening 31A along the microwave transmission direction, as in the case of the first embodiment described above.
  • a heater (three heaters 32 1 , 32 2 , and 32 3 in the second embodiment) is provided outside the waveguide 31 adjacent to the opening 31 A of the insulating sheet 31, and the insulator sheet 33 is a heater (three heaters).
  • 32 1 , 32 2 , 32 3 passes through the opening 31 A of the waveguide 31, and is provided at least from the heaters (three heaters 32 1 , 32 2 , 32 3 ) to the inside of the waveguide 31. ing.
  • the object W to be heated is placed on the insulator sheet 33, and the insulator sheet 33 transfers the object W to be heated by heat conduction to the insulator sheet 33 by the heaters (three heaters 32 1 , 32 2 , and 32 3 ).
  • the heaters three heaters 32 1 , 32 2 , and 32 3 .
  • a larger size for example, the width of the two waveguides 31 or the two waveguides 31
  • the width of the two waveguides 31 or the width of the two waveguides 31 is changed every time the heater is heated (step S2 in the flowchart of FIG. 7) and the microwave is heated (step S3 in the flowchart of FIG. 7). If the object W to be heated is moved stepwise with the amount of movement over the length of the three heaters 32 1 , 32 2 , 323 including the width, the elongated object W can be heated.
  • FIG. 10 is a schematic bottom view of the waveguide heating furnace of the microwave heating apparatus according to the third embodiment. Note that, similarly to FIG. 9 of the second embodiment described above, in FIG. 10, the illustration of the housing 36 (see FIGS. 2 and 3) is omitted. Further, since FIG. 10 is a bottom view similar to FIG. 9, the metal cover 34 (see FIGS. 2 and 3) and the metal rod 35 (see FIGS. 2 and 3) located above the heater and the insulating sheet 33 are also illustrated. Note that (see) does not appear in FIG.
  • the waveguide 31 has two openings 31A as shown in FIG. 2, and the waveguide 31 is configured without being folded back. As shown in FIG. It was composed of two heaters 32 1 and 32 2 . Further, in the above-described second embodiment, as shown in FIG. 9, the number of times the waveguide 31 is folded back is one and three heaters 32 1 , 32 2 , and 32 3 are provided. On the other hand, in the third embodiment, as shown in the bottom view of FIG. 10, the number of times the waveguide 31 is folded back is expanded to a plurality of times to obtain the structure of Patent Document 1: Japanese Patent Laid-Open No. 10-112385. The configuration is such that a plurality of heaters 32 1 , 32 2 , 32 3 , ..., 32 n , 32 (n + 1) , 32 (n + 2) are added.
  • the number of turns of the waveguide 31 is n (where n is a natural number of 2 or more)
  • the (n + 1) number of waveguides 31 formed by the turns face each other in the width direction.
  • Each has an opening 31A.
  • the waveguide 31 when the waveguide 31 is folded back, the waveguide 31 may be folded back by using a corner waveguide as shown in FIG. 9A, and FIG. The waveguide 31 may be folded back using such a bend waveguide.
  • FIG. 10 as in FIG. 9A, the waveguide 31 is folded back by using the corner waveguide, so that the waveguide 31 is folded back at a right angle. Since the waveguide 31 is folded a plurality of times, a corner waveguide and a bend waveguide may be used in combination.
  • (N + 2) heaters 32 1 , 32 2 , 32 3 , ..., 32 n , 32 (n + 1) facing the openings 31A of the (n + 1) waveguides 31 formed by folding. , 32 (n + 2) are provided so as to sandwich each (n + 1) waveguide 31. Then, the insulating sheet 33 penetrates each opening 31A of the waveguide 31 and (n + 2) heaters 32 1 , 32 2 , 32 3 , ..., 32 n , 32 (n + 1) , 32 ( n + 2) .
  • the heaters 32 1 , 32 2 , 32 3 , ..., 32 n , 32 (n + 1) , 32 (n + 2) are opposed to the outside of the waveguide 31 (n + 2).
  • Two metal covers 34 are provided, and metal bars 35 (see FIGS. 2 and 3) provided so as to hang down from the lower surface of each metal cover 34 are two-dimensionally formed. It is preferable to provide a plurality.
  • the heating method according to the third embodiment is also the same as the heating method according to the above-described first embodiment (see the flowchart in FIG. 7), and thus the description thereof will be omitted.
  • the waveguide 31 is configured to have the opening 31A along the microwave transmission direction, as in the case of the first embodiment described above. Adjacent to the opening 31A of the heater 31, heaters ((n + 2) heaters 32 1 , 32 2 , 32 3 , ..., 32 n , 32 (n + 1) , 32 in the third embodiment are provided outside the waveguide 31.
  • the insulating sheet 33 is placed on the heaters ((n + 2) heaters 32 1 , 32 2 , 32 3 , ..., 32 n , 32 (n + 1) , 32 (n + 2) ),
  • the inside of the waveguide 31 passes from the heaters ((n + 2) heaters 32 1 , 32 2 , 32 3 , ..., 32 n , 32 (n + 1) , 32 (n + 2) ) through the opening 31 A of the waveguide 31. It is provided over at least.
  • the object to be heated W is placed on the insulator sheet 33, and an insulator is formed by heaters ((n + 2) heaters 32 1 , 32 2 , 32 3 , ..., 32 n , 32 (n + 1) , 32 (n + 2) ).
  • the insulating sheet 33 heats the object W to be heated by heat conduction to the sheet 33, the object W is heated by the microwave, so that the object W to be heated is not damaged by heating and is heated at a high temperature.
  • the heating object W can be heated.
  • the heaters ((n + 2) heaters 32 1 , 32 2 , 32 3 , ..., 32 n , 32 (n + 1) , 32 (n + 2) ) are composed of heating elements, the heater ((n + 2) Since the heaters 32 1 , 32 2 , 32 3 , ..., 32 n , 32 (n + 1) , 32 (n + 2) ) are provided outside the waveguide 31, microwaves transmitted through the waveguide 31 are provided. Disturbance can be prevented.
  • a larger size for example, the width of the (n + 1) waveguides 31 than the case where the number of times the waveguide 31 is folded back is one as in the second embodiment described above,
  • a size equivalent to the length over the (n + 2) heaters 32 1 , 32 2 , 32 3 , ..., 32 n , 32 (n + 1) , 32 (n + 2) including the width of the (n + 1) waveguides 31. ) Is suitable for heating the object W to be heated.
  • the width of the (n + 1) waveguides 31 or the (n + 2) number of heaters 32 1 including the width of the (n + 1) waveguides 31 may be provided without traveling the heating target W by step feed. , 32 2 , 32 3 , ..., 32 n , 32 (n + 1) , 32 (n + 2) , the long object W having a size equivalent to the length can be heated.
  • the present invention is not limited to the above embodiment, but can be modified and implemented as follows.
  • the microwave heating is applied to the drying of the sheet-shaped object to be heated, but it is not particularly limited as long as it is a process using microwave heating.
  • a process of rapidly and selectively heating only a specific substance from the inside according to the wavelength of microwaves a process of irradiating a living tissue with microwaves to cause proteins and the like to denature and coagulate, and aluminum nitride and alumina. You may apply to the process etc. which shape
  • the microwave having the frequency of 2.45 GHz is used.
  • the microwave frequency is in the range of 300 MHz to 300 GHz, and the microwave frequency used for microwave heating is , 300 MHz to 3 GHz. Therefore, the frequency is not particularly limited as long as it is within the above range (range of 300 MHz to 3 GHz).
  • a microwave of 915 MHz may be used.
  • the microwave heating device As the microwave heating device, the oscillator 10 (see FIG. 1), the waveguide 20 (see FIG. 1), the waveguide heating furnace 30 (see FIG. 1), or the like is used. Although the configuration includes the above, the waveguide heating furnace alone may be used as the microwave heating device.
  • the waveguide 31 has two openings 31A as shown in FIGS. 2 and 3, but as shown in FIG.
  • the number of the parts 31A may be one.
  • the insulator sheet 33 is provided from the heater 32 to the inside of the waveguide 31 through the opening 31A of the waveguide 31. Therefore, when the waveguide 31 has only one opening 31A, it is suitable for heating an object to be heated that is not long and has a relatively small size (for example, a size that fits within the width of the waveguide 31). ing. Further, when the waveguide 31 has only one opening 31A, the structure of the device can be simplified.
  • the metal cover and the metal rod are provided to prevent the microwave leakage, but the microwave leakage is negligible due to the small size of the opening.
  • the casing 36 (see FIGS. 2 and 3) formed of a conductor accommodates a waveguide, a heater, an insulating sheet, or the like, and there is no microwave leakage outside the casing 36. Need not necessarily be equipped with a metal cover and a metal rod.
  • the present invention is suitable for drying a sheet-shaped object to be heated, processing for forming powder and sintering, and the like.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Constitution Of High-Frequency Heating (AREA)

Abstract

本発明のマイクロ波加熱装置は、マイクロ波の伝送方向に沿って開口部31Aを有するように導波管31が構成され、導波管31の開口部31Aに隣接して、導波管31の外部にヒータ32が設けられ、絶縁体シート33はヒータ32に載置され、導波管31の開口部31Aを通り、ヒータ32から導波管31の内部にわたって設けられている。被加熱物を絶縁体シート33に載置して、ヒータ32による絶縁体シート33への熱伝導によって、絶縁体シート33が被加熱物を加熱した後に、マイクロ波によって被加熱物を加熱することにより、加熱による被加熱物の損傷が生じることなく高温で被加熱物を加熱することができる。

Description

マイクロ波加熱装置および加熱方法
 本発明は、マイクロ波を伝送するための導波管を備えたマイクロ波加熱装置および加熱方法に関する。
 フィルムやガラス板や焼結体などのシート状(板状)の被加熱物を加熱する場合には、下記のような構造の装置を用いて行う。すなわち、導波管の長手方向(すなわちマイクロ波の伝送方向)に沿ってスロット(開口部)を有するように導波管が構成され、シート状の被加熱物をスロットに通すことで、マイクロ波による高い電界を作用させて効率よく加熱して乾燥させる(例えば、特許文献1参照)。なお、焼結体として、例えば窒化アルミニウム(AlN)やアルミナ(酸化アルミニウム(Al))などがある。また、被加熱物としては、紙や木材などであってもよく、紙や木材などの乾燥に使われている。
 また、特許文献1:特開平10-112385号公報では、図1や図5に示すように、導波管を複数回に折り返して構成する。折り返しにより形成された各々の導波管(特許文献1では直線部20a)において、導波管(直線部20a)の長手方向(伝送方向)に直交する短手方向(すなわち導波管の幅方向)に互いに対向して各々のスロットをそれぞれに有する。そして、シート状の被加熱物をスロットに通して加熱しながら走行させることで、長尺状の被加熱物を効率よく加熱して乾燥させることができる。
特開平10-112385号公報
 しかしながら、上述の構造の装置を用いて、温度勾配が大きい被加熱物を加熱すると、割れてしまうという問題点がある。例えば、被加熱物として、アルミナやガラス板などのような温度勾配が大きい物質をマイクロ波のみで加熱すると、温度勾配が大きいことによる熱応力によって割れてしまうという現象が生じる。
 本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、加熱による被加熱物の損傷が生じることなく高温で被加熱物を加熱することができるマイクロ波加熱装置および加熱方法を提供することを目的とする。
 発明者らは、上記の問題を解決するために鋭意研究した結果、次のような知見を得た。
 すなわち、上述したアルミナやガラス板においては、臨界温度を超えると誘電損失が急激に増え、マイクロ波が集中的に吸収され異常過熱する現象(「ランナウェイ現象」とも呼ばれる)が起こる。あまりマイクロ波を吸収しない物質でも、その現象を用いることで、被加熱物を臨界温度近くまで加熱して、その後にマイクロ波を作用させて被加熱物を急激に加熱することができる。つまり、マイクロ波による加熱よりも前に、ヒータ(加熱部)で被加熱物を予備的に加熱(「プレヒート」とも呼ばれる)すれば、加熱による被加熱物の損傷が生じることなく高温で被加熱物を加熱することができる。
 そこで、導波管の内部に、焼結体に発熱体を埋め込んだヒータ(例えばセラミックスヒータ)を備えて、当該ヒータで被加熱物を臨界温度近くまで加熱して、その後にマイクロ波を作用させて被加熱物を急激に加熱すれば、上記の問題を解決することができる。しかし、焼結体に発熱体を埋め込んだヒータを導波管の内部に設けると、発熱体は金属で形成されているので、導波管を伝送するマイクロ波が乱れるという別の問題点が生じる。そこで、ヒータを導波管の外部に設け、ヒータに載置され、導波管のスロット(開口部)を通り、ヒータから導波管の内部にわたって少なくとも設けられた熱伝導性の絶縁体を備えれば、加熱による損傷が生じることなく高温で加熱することができ、かつマイクロ波の乱れを防止することができるという知見を得た。
 このような知見に基づく本発明は、次のような構成をとる。
 すなわち、本発明に係るマイクロ波加熱装置は、マイクロ波を伝送するための導波管を備えたマイクロ波加熱装置であって、マイクロ波の伝送方向に沿って開口部を有するように前記導波管が構成され、前記マイクロ波加熱装置は、前記導波管の開口部に隣接して、前記導波管の外部に設けられた加熱手段と、当該加熱手段に載置され、前記導波管の開口部を通り、前記加熱手段から前記導波管の内部にわたって少なくとも設けられた熱伝導性の絶縁体とを備えたものである。
 本発明に係るマイクロ波加熱装置によれば、マイクロ波の伝送方向(導波管の長手方向)に沿って開口部を有するように導波管が構成されている。導波管の開口部に隣接して、導波管の外部に加熱手段が設けられている。熱伝導性の絶縁体は加熱手段に載置され、導波管の開口部を通り、加熱手段から導波管の内部にわたって少なくとも設けられている。被加熱物を熱伝導性の絶縁体に載置して、加熱手段による熱伝導性の絶縁体への熱伝導によって、熱伝導性の絶縁体が被加熱物を加熱した後に、マイクロ波によって被加熱物を加熱することにより、加熱による被加熱物の損傷が生じることなく高温で被加熱物を加熱することができる。さらに、たとえ加熱手段が発熱体で構成されたとしても、加熱手段が導波管の外部に設けられているので、導波管を伝送するマイクロ波の乱れを防止することができる。
 ここで、本明細書における「熱伝導性の絶縁体」とは、100[W/(m・K)]~2000[W/(m・K)]の範囲の熱伝導率が高い絶縁体を示す。したがって、熱伝導性の絶縁体としては、熱伝導率が1000[W/(m・K)]~2000[W/(m・K)]のダイヤモンドや、熱伝導率が150[W/(m・K)]~285[W/(m・K)]の窒化アルミニウムなどが用いられる。一方、熱伝導率が高い導電体(例えばカーボンナノチューブ)や金属を、導波管の内部に通すと、上述したように導波管を伝送するマイクロ波が乱れるので、熱伝導率が高い絶縁体を用いる。一方、アルミナの熱伝導率は32[W/(m・K)]であって、ガラスの熱伝導率は2[W/(m・K)]~3[W/(m・K)]であって、上述の範囲よりも低いので、熱伝導性の絶縁体としてアルミナやガラスを用いない。
 本発明に係るマイクロ波加熱装置における導波管の開口部は1つであってもよいし、2つであってもよい。導波管の開口部が1つである場合には、熱伝導性の絶縁体は、導波管の開口部を通り、加熱手段から導波管の内部にわたって設けられている。したがって、導波管の開口部が1つである場合には、長尺状でない比較的に小さなサイズ(例えば導波管の幅に収まるサイズ)の被加熱物を加熱するのに適している。また、導波管の開口部が1つである場合には、装置の構造が簡易になるという効果をも奏する。
 導波管の開口部が2つである場合には、下記のような構成となる(図2を参照)。
 すなわち、伝送方向に直交する導波管の幅方向(導波管の短手方向)に互いに対向して2つの開口部を有するように導波管が構成されている。導波管の各々の開口部にそれぞれ対向して、2つの加熱手段が導波管を挟み込むように設けられている。そして、熱伝導性の絶縁体は、導波管の2つの開口部を貫通して、一方の加熱手段から他方の加熱手段にわたって設けられている。この構成の場合には、導波管の開口部が1つである場合よりも大きなサイズ(例えば、導波管の幅,または導波管の幅を含んだ2つの加熱手段にわたる長さと同等のサイズ)の被加熱物を加熱するのに適している。また、加熱手段による加熱およびマイクロ波による加熱の度に、導波管の幅,または導波管の幅を含んだ2つの加熱手段にわたる長さの移動量で被加熱物をステップ送りで走行させれば、長尺状の被加熱物を加熱することができる。
 導波管の開口部が2つである場合において、導波管を折り返せば下記のような構成となる(図9を参照)。
 すなわち、導波管を折り返して構成し、折り返しにより形成された2本の導波管において、幅方向に互いに対向して各々の開口部をそれぞれに有する。折り返しにより形成された2本の導波管の各々の開口部にそれぞれ対向して、3つの加熱手段が各々の導波管を挟み込むように設けられている。そして、熱伝導性の絶縁体は、導波管の各々の開口部を貫通して、3つの加熱手段の全てにわたって設けられている。この構成の場合には、導波管を折り返さない場合よりも大きなサイズ(例えば、2本の導波管の幅,または2本の導波管の幅を含んだ3つの加熱手段にわたる長さと同等のサイズ)の被加熱物を加熱するのに適している。また、加熱手段による加熱およびマイクロ波による加熱の度に、2本の導波管の幅,または2本の導波管の幅を含んだ3つの加熱手段にわたる長さの移動量で被加熱物をステップ送りで走行させれば、長尺状の被加熱物を加熱することができる。
 上述の構成は、導波管の折り返し回数が1回の場合での構成であった。導波管の折り返し回数を複数回に展開させれば、特許文献1:特開平10-112385号公報の構造に複数個の加熱手段を加えた下記のような構成となる(図10を参照)。
 すなわち、導波管の折り返し回数をn(ただし、nは2以上の自然数)とすると、折り返しにより形成された(n+1)本の導波管において、幅方向に互いに対向して各々の開口部をそれぞれに有する。折り返しにより形成された(n+1)本の導波管の各々の開口部にそれぞれ対向して、(n+2)個の加熱手段が各々の(n+1)本の導波管を挟み込むように設けられている。そして、熱伝導性の絶縁体は、導波管の各々の開口部を貫通して、(n+2)個の加熱手段の全てにわたって設けられている。この構成の場合には、導波管の折り返し回数が1回の場合よりも大きなサイズ(例えば、(n+1)本の導波管の幅,または(n+1)本の導波管の幅を含んだ(n+2)個の加熱手段にわたる長さと同等のサイズ)の被加熱物を加熱するのに適している。また、ステップ送りで被加熱物を走行させなくとも、(n+1)本の導波管の幅,または(n+1)本の導波管の幅を含んだ(n+2)個の加熱手段にわたる長さと同等のサイズを有した長尺状の被加熱物を加熱することができる。
 加熱ムラを低減させるために、本発明に係るマイクロ波加熱装置において、下記のように構成するのが好ましい。
 一例(前者の一例)は、マイクロ波の反射波が形成されるように導波管が構成され、マイクロ波加熱装置は、マイクロ波の入射波および反射波により形成された定在波を機械的あるいは電気的に動かす定在波移動手段を備えることである。定在波では、各点が同じ位相・周期で振動する。全く振動せず振幅が“0”になる点は「節」と呼ばれ、振幅が最大になり変位が最も揺れ動く点は「腹」と呼ばれる。したがって、定在波を動かさなければ、節・腹の位置は固定であって、加熱ムラが生じる。そこで、定在波を機械的あるいは電気的に動かす定在波移動手段を備えることで、節・腹の位置を可変にして加熱ムラを低減させることができる。
 前者の一例とは別の一例(後者の一例)は、マイクロ波の反射波が形成されないように導波管を構成することにより、マイクロ波の入射波のみで形成された進行波を出力することである。進行波の場合には、マイクロ波の伝送方向に進行するので、マイクロ波の振幅が時間的に変化する。したがって、進行波を出力することにより加熱ムラを低減させることができる。
 本発明に係るマイクロ波加熱装置において、熱伝導性の絶縁体の上方に、加熱手段に対向して導波管の外部に設けられ、当該熱伝導性の絶縁体を覆う金属カバーを備えるとともに、当該金属カバーの下面から垂下して設けられた金属棒を2次元状に複数本備えるのが好ましい。導波管にマイクロ波を伝送すると、導波管の開口部からマイクロ波が漏れてしまう。そこで、このような金属カバーおよび複数本の金属棒を備えることによって、マイクロ波の漏れを防止することができる。
 また、本発明に係る加熱方法は、マイクロ波を伝送するための導波管を備え、マイクロ波の伝送方向に沿って開口部を有するように前記導波管が構成され、前記導波管の開口部に隣接して、前記導波管の外部に設けられた加熱手段と、当該加熱手段に載置され、前記導波管の開口部を通り、前記加熱手段から前記導波管の内部にわたって少なくとも設けられた熱伝導性の絶縁体とを備えたマイクロ波加熱装置を用いて被加熱物を加熱する加熱方法であって、前記被加熱物を前記熱伝導性の絶縁体に載置して、前記加熱手段による前記熱伝導性の絶縁体への熱伝導によって、前記熱伝導性の絶縁体が前記被加熱物を加熱する第1加熱工程と、当該第1加熱工程の後に前記マイクロ波によって前記被加熱物を加熱する第2加熱工程とを備えたものである。
 また、本発明に係る加熱方法によれば、本発明に係るマイクロ波加熱装置を用いて被加熱物を加熱する際に、第1加熱工程および第2加熱工程を実施する。第1加熱工程では、被加熱物を熱伝導性の絶縁体に載置して、加熱手段による熱伝導性の絶縁体への熱伝導によって、熱伝導性の絶縁体が被加熱物を加熱する。第2加熱工程では、第1加熱工程の後にマイクロ波によって被加熱物を加熱する。つまり、第1加熱工程での加熱はプレヒートであって、プレヒート後(第1加熱工程の後)にマイクロ波によって被加熱物を加熱することにより、加熱による被加熱物の損傷が生じることなく高温で被加熱物を加熱することができる。本発明に係るマイクロ波加熱装置でも述べたように、たとえ加熱手段が発熱体で構成されたとしても、加熱手段が導波管の外部に設けられているので、導波管を伝送するマイクロ波の乱れを防止することができる。
 本発明に係るマイクロ波加熱装置でも述べたように、本発明に係る加熱方法において、マイクロ波の反射波が形成されるように導波管が構成され、第2加熱工程では、マイクロ波の入射波および反射波により形成された定在波を機械的あるいは電気的に動かしながらマイクロ波によって被加熱物を加熱するのが好ましい。第2加熱工程では、定在波を機械的あるいは電気的に動かしながらマイクロ波によって被加熱物を加熱することで、節・腹の位置を可変にして加熱ムラを低減させることができる。
 本発明に係るマイクロ波加熱装置でも述べたように、本発明に係る加熱方法において、マイクロ波の反射波が形成されないように導波管を構成することにより、マイクロ波の入射波のみで形成された進行波を出力しながら、第2加熱工程ではマイクロ波によって被加熱物を加熱するのが好ましい。進行波を出力しながら、第2加熱工程ではマイクロ波によって被加熱物を加熱することで、マイクロ波の振幅が時間的に変化し、加熱ムラを低減させることができる。
 本発明に係るマイクロ波加熱装置によれば、マイクロ波の伝送方向(導波管の長手方向)に沿って開口部を有するように導波管が構成され、導波管の開口部に隣接して、導波管の外部に加熱手段が設けられ、熱伝導性の絶縁体は加熱手段に載置され、導波管の開口部を通り、加熱手段から導波管の内部にわたって少なくとも設けられている。被加熱物を熱伝導性の絶縁体に載置して、加熱手段による熱伝導性の絶縁体への熱伝導によって、熱伝導性の絶縁体が被加熱物を加熱した後に、マイクロ波によって被加熱物を加熱することにより、加熱による被加熱物の損傷が生じることなく高温で被加熱物を加熱することができる。さらに、たとえ加熱手段が発熱体で構成されたとしても、加熱手段が導波管の外部に設けられているので、導波管を伝送するマイクロ波の乱れを防止することができる。
 また、本発明に係る加熱方法によれば、本発明に係るマイクロ波加熱装置を用いて被加熱物を加熱する際に、第1加熱工程および第2加熱工程を実施する。第1加熱工程では、被加熱物を熱伝導性の絶縁体に載置して、加熱手段による熱伝導性の絶縁体への熱伝導によって、熱伝導性の絶縁体が被加熱物を加熱する。第2加熱工程では、第1加熱工程の後にマイクロ波によって被加熱物を加熱する。このように加熱することにより、加熱による被加熱物の損傷が生じることなく高温で被加熱物を加熱することができる。本発明に係るマイクロ波加熱装置でも述べたように、たとえ加熱手段が発熱体で構成されたとしても、加熱手段が導波管の外部に設けられているので、導波管を伝送するマイクロ波の乱れを防止することができる。
各実施例に係るマイクロ波加熱装置の概略図である。 実施例1に係るマイクロ波加熱装置の導波管加熱炉の概略平面図である。 図2の導波管加熱炉の概略断面図である。 (a),(b)は、マイクロ波の入射波および反射波により形成された定在波を機械的に動かす場合の概略図である。 マイクロ波の入射波および反射波により形成された定在波を電気的に動かす場合の概略図である。 マイクロ波の反射波が形成されないように導波管を構成する場合の概略図である。 実施例1に係る加熱方法のフローチャートである。 導波管加熱炉での被加熱物の加熱に関する概略図である。 (a),(b)は、実施例2に係るマイクロ波加熱装置の導波管加熱炉の概略底面図である。 実施例3に係るマイクロ波加熱装置の導波管加熱炉の概略底面図である。 変形例に係るマイクロ波加熱装置の導波管加熱炉の概略断面図である。
 以下、図面を参照して本発明の実施例1を説明する。図1は、各実施例に係るマイクロ波加熱装置の概略図であり、図2は、実施例1に係るマイクロ波加熱装置の導波管加熱炉の概略平面図であり、図3は、図2の導波管加熱炉の概略断面図である。図1は各実施例とも共通の構成である。
 マイクロ波加熱装置1は、図1に示すように、発振器10と導波管20と導波管加熱炉30とを備えている。発振器10は、例えば2.45GHzのマイクロ波を発振する。発振器10として、例えばマグネトロン(magnetron)や半導体発振器などを使用する。
 後述する実施例2,3も含めて、本実施例1では、図3に示すように導波管20(図3では図示省略)や、導波管加熱炉30の導波管31は直方体である。図1および図2に示すように、導波管20は導波管31に接続されている。なお、導波管20と導波管31とを一体的に形成してもよい。発振器10(図1を参照)から発振したマイクロ波を導波管20,31内で伝送する。
 導波管加熱炉30は、図2および図3に示すように、導波管31とヒータ32と絶縁体シート33と金属カバー34と複数本の金属棒35と筐体36とを備えている。ヒータ32は、本発明における加熱手段に相当し、絶縁体シート33は、本発明における熱伝導性の絶縁体に相当する。
 導波管31は、図2に示すようにマイクロ波の伝送方向(導波管31の長手方向)に沿って2つの開口部31Aを有するように構成されている。2つの開口部31Aは、伝送方向に直交する導波管31の幅方向(導波管31の短手方向)に互いに対向して設けられている。
 後述する実施例2,3も含めて、本実施例1では、ヒータ32は焼結体に発熱体を埋め込んだヒータ(例えばセラミックスヒータ)からなる。本実施例1では、ヒータ32は2つのヒータ32,32からなる。図3に示すように、導波管31の開口部31Aに隣接して、導波管31の外部にヒータ32が設けられている。ヒータ32と同様に、導波管31の開口部31Aに隣接して、導波管31の外部にヒータ32が設けられている。また、導波管31の各々の開口部31Aにそれぞれ対向して、2つのヒータ32,32が導波管31を挟み込むように設けられている。
 絶縁体シート33は熱伝導性の絶縁体で形成されている。「課題を解決するための手段」の欄でも述べたように、「熱伝導性の絶縁体」とは、100[W/(m・K)]~2000[W/(m・K)]の範囲の熱伝導率が高い絶縁体を示す。後述する実施例2,3も含めて、本実施例1では、熱伝導率が1000[W/(m・K)]~2000[W/(m・K)]のダイヤモンド、または熱伝導率が150[W/(m・K)]~285[W/(m・K)]の窒化アルミニウムで絶縁体シート33を形成する。
 絶縁体シート33は2つのヒータ32,32に載置されている。より具体的には、絶縁体シート33は、導波管31の2つの開口部31Aを貫通して、一方のヒータ32から他方のヒータ32にわたって設けられている。
 絶縁体シート33の上方に、ヒータ32に対向して導波管31の外部に金属カバー34が設けられており、金属カバー34は絶縁体シート33を覆い、複数本の金属棒35は、金属カバー34から垂下して2次元状に設けられている。同様に、絶縁体シート33の上方に、ヒータ32に対向して導波管31の外部に金属カバー34が設けられており、金属カバー34は絶縁体シート33を覆い、複数本の金属棒35は、金属カバー34から垂下して2次元状に設けられている。後述するマイクロ波の漏れを防止するために、図2に示すように金属棒35を千鳥状に設けるのが好ましい。金属カバー34は、絶縁体シート33の面に平行で、金属棒35を設けた金属板と、絶縁体シート33の幅方向に互いに対向して設けられた2つの囲い部材とで構成されている。金属棒35と同様に、各々の囲い部材は金属板から垂下して設けられている。
 筐体36は導体で形成されている。筐体36は、導波管31,ヒータ32,絶縁体シート33,金属カバー34および金属棒35を収容している。
 次に、加熱ムラを低減させるための構成について、図4~図6を参照して説明する。図4は、マイクロ波の入射波および反射波により形成された定在波を機械的に動かす場合の概略図であり、図5は、マイクロ波の入射波および反射波により形成された定在波を電気的に動かす場合の概略図であり、図6は、マイクロ波の反射波が形成されないように導波管を構成する場合の概略図である。
 図4に示すように、例えば反射板37によってマイクロ波の反射波が形成されるように導波管31が構成される場合には、マイクロ波の入射波および反射波により形成された定在波を反射板37によって機械的に動かす。「課題を解決するための手段」の欄でも述べたように、定在波を動かさなければ、節・腹の位置は固定であって、加熱ムラが生じる。
 そこで、定在波を機械的に動かす場合において、定在波を自動で動かすときには、図4(a)に示すようにモータ11を駆動して、反射板37を伝送方向に動かす。定在波を機械的に動かす場合において、図4(b)に示すように定在波を手動で動かしてもよい。例えば反射板37にロッド38を取り付け、ロッド38を押し引きすることにより反射板37を伝送方向に動かす。図4(a)の場合にはモータ11が本発明における定在波移動手段に相当し、図4(b)の場合にはロッド38が本発明における定在波移動手段に相当する。
 図4では定在波を機械的に動かす場合に関する概略図であったが、図5のように定在波を電気的に動かしてもよい。発振器10として、例えば半導体発振器を用いて、位相を可変にすることで、定在波を伝送方向に動かす。図5の場合には発振器10が本発明における定在波移動手段に相当する。
 図4および図5では定在波を動かす場合に関する概略図であったが、図6のようにマイクロ波の反射波が形成されないように導波管31を構成してもよい。例えば、導波管31の一端に、水などを充填した吸収体39を設けることにより、マイクロ波の反射波が形成されなくなる。したがって、図6の吸収体39を設けることにより、マイクロ波の入射波のみで形成された進行波を出力する。進行波の場合には、マイクロ波の伝送方向に進行するので、マイクロ波の振幅が時間的に変化する。
 次に、マイクロ波加熱装置1(図1を参照)を用いた加熱方法について、図7~図8を参照して説明する。図7は、実施例1に係る加熱方法のフローチャートであり、図8は、導波管加熱炉での被加熱物の加熱に関する概略図である。なお、図8では、金属カバー34(図2および図3を参照),金属棒35(図2および図3を参照)および筐体36(図2および図3を参照)の図示を省略する。また、図8では、長尺状のシートを被加熱物Wとする。
 (ステップS1)被加熱物の載置
 被加熱物Wを絶縁体シート33に載置する。
 (ステップS2)プレヒート
 被加熱物Wを絶縁体シート33に載置した状態で、ヒータ32による絶縁体シート33への熱伝導によって、絶縁体シート33が被加熱物Wを加熱する。被加熱物Wが、温度勾配が大きい物質(例えばアルミナやガラス板)の場合には、被加熱物Wを臨界温度近くまで加熱する。被加熱物Wが、アルミナやガラス板以外の温度勾配が小さい物質の場合には、被加熱物Wを必ずしも臨界温度近くまで加熱する必要はない。上述したように、次のステップS3(マイクロ波加熱)よりも前に、ステップS2においてヒータ32で被加熱物Wを予備的に加熱しているので、ステップS2での加熱を「プレヒート」と呼ぶ。ステップS2は、本発明における第1加熱工程に相当する。
 (ステップS3)マイクロ波加熱
 ステップS2(プレヒート)後にマイクロ波によって被加熱物Wを加熱する。被加熱物Wが長尺状でなく、導波管31の幅に収まるサイズの場合には、ステップS2~S5を繰り返し行わず、ステップS2,S3を1回のみ行う。したがって、被加熱物Wが導波管31の幅に収まるサイズの場合には、ステップS3の時点でヒータ32による加熱を停止してもよい。ただし、被加熱物Wが長尺状の場合には、ステップS2~S5を繰り返し行うので、一連の被加熱物Wの加熱が終了するまで、ヒータ32による加熱を引き続き行うのが好ましい。
 ステップS3では加熱ムラが生じる。そこで、図4から図6のいずれかの構成を採用して、加熱ムラを低減させるのが好ましい。ステップS3は、本発明における第2加熱工程に相当する。
 (ステップS4)未加熱箇所が存在?
 被加熱物Wが長尺状の場合には、1回のステップS2,S3のみでは、導波管31内の箇所しか加熱されない。そこで、加熱されていない箇所が存在するか否かを判断する。加熱されていない箇所が存在する場合には、次のステップS5に進む。加熱されていない箇所が存在しない場合には、一連の被加熱物Wの加熱が終了したと判断する。
 (ステップS5)被加熱物の走行
 ステップS4で加熱されていない箇所が存在すると判断した場合には、導波管31の幅,または導波管31の幅を含んだ2つのヒータ32,32にわたる長さの移動量で被加熱物Wをステップ送りで走行させる。そして、ステップS2に戻り、ステップS2~S5を繰り返し行う。
 本実施例1に係るマイクロ波加熱装置1によれば、マイクロ波の伝送方向(導波管31の長手方向)に沿って開口部31Aを有するように導波管31が構成されている。導波管31の開口部31Aに隣接して、導波管31の外部にヒータ32が設けられている。絶縁体シート33はヒータ32に載置され、導波管31の開口部31Aを通り、ヒータ32から導波管31の内部にわたって少なくとも設けられている。被加熱物Wを絶縁体シート33に載置して、ヒータ32による絶縁体シート33への熱伝導によって、絶縁体シート33が被加熱物Wを加熱した後に、マイクロ波によって被加熱物Wを加熱することにより、加熱による被加熱物Wの損傷が生じることなく高温で被加熱物Wを加熱することができる。さらに、たとえヒータ32が発熱体で構成されたとしても、ヒータ32が導波管31の外部に設けられているので、導波管31を伝送するマイクロ波の乱れを防止することができる。
 絶縁体シート33は熱伝導性の絶縁体で形成されている。後述する実施例2,3も含めて、本実施例1では、熱伝導率が1000[W/(m・K)]~2000[W/(m・K)]のダイヤモンド、または熱伝導率が150[W/(m・K)]~285[W/(m・K)]の窒化アルミニウムで絶縁体シート33を形成している。「課題を解決するための手段」の欄でも述べたように、熱伝導率が高い導電体(例えばカーボンナノチューブ)や金属を、導波管31内部に通すと、上述したように導波管31を伝送するマイクロ波が乱れるので、熱伝導率が高い絶縁体として、後述する実施例2,3も含めて、本実施例1のように絶縁体シート33を用いる。一方、アルミナの熱伝導率は32[W/(m・K)]であって、ガラスの熱伝導率は2[W/(m・K)]~3[W/(m・K)]であって、熱伝導率が100[W/(m・K)]~2000[W/(m・K)]の範囲よりも低いので、熱伝導性の絶縁体としてアルミナやガラスを用いない。
 本実施例1では、導波管31の開口部31Aが2つである。具体的には、伝送方向に直交する導波管31の幅方向(導波管31の短手方向)に互いに対向して2つの開口部31Aを有するように導波管31が構成されている。導波管31の各々の開口部31Aにそれぞれ対向して、2つのヒータ32,32が導波管31を挟み込むように設けられている。そして、絶縁体シート33は、導波管31の2つの開口部31Aを貫通して、一方のヒータ32から他方のヒータ32にわたって設けられている。本実施例1の構成の場合には、導波管31の開口部31Aが1つである場合よりも大きなサイズ(例えば、導波管31の幅,または導波管31の幅を含んだ2つのヒータ32,32にわたる長さと同等のサイズ)の被加熱物Wを加熱するのに適している。また、ヒータ32による加熱(ステップS2)およびマイクロ波による加熱(ステップS3)度に、導波管31の幅,または導波管31の幅を含んだ2つのヒータ32,32にわたる長さの移動量で被加熱物Wをステップ送りで走行させれば、長尺状の被加熱物Wを加熱することができる。
 加熱ムラを低減させるために、図4から図6のいずれかの構成を採用するのが好ましい。
 図4や図5に示すように、マイクロ波の反射波が形成されるように導波管31が構成されている。図4では、マイクロ波の入射波および反射波により形成された定在波を機械的に動かす定在波移動手段として、図4(a)の場合にはモータ11を備え、図4(b)の場合にはロッド38を備えている。「課題を解決するための手段」の欄でも述べたように、定在波では、各点が同じ位相・周期で振動する。全く振動せず振幅が“0”になる点は「節」と呼ばれ、振幅が最大になり変位が最も揺れ動く点は「腹」と呼ばれる。したがって、定在波を動かさなければ、節・腹の位置は固定であって、加熱ムラが生じる。そこで、定在波を機械的に動かすことで、節・腹の位置を可変にして加熱ムラを低減させることができる。図4(a)の場合には、モータ11を駆動して反射板37を伝送方向に動かすことで、定在波を自動で動かす。図4(b)の場合には、ロッド38を押し引きすることにより反射板37を伝送方向に動かすことで、定在波を手動で動かす。
 図5では、マイクロ波の入射波および反射波により形成された定在波を電気的に動かす定在波移動手段として、半導体発振器からなる発振器10を備えている。定在波を電気的に動かすことで、定在波を機械的に動かす場合と同様に節・腹の位置を可変にして加熱ムラを低減させることができる。図5の場合には半導体発振器からなる発振器10を用いて、位相を可変にすることで、定在波を伝送方向に動かして、定在波を電気的に動かす。
 図4や図5と相違して、図6では、マイクロ波の反射波が形成されないように導波管31を構成することにより、マイクロ波の入射波のみで形成された進行波を出力する。上述したように、例えば、導波管31の一端に、水などを充填した吸収体39を設けることにより、マイクロ波の入射波のみで形成された進行波を出力している。進行波の場合には、マイクロ波の伝送方向に進行するので、マイクロ波の振幅が時間的に変化する。したがって、進行波を出力することにより加熱ムラを低減させることができる。
 また、絶縁体シート33の上方に、ヒータ32に対向して導波管31の外部に設けられ、絶縁体シート33を覆う金属カバー34を備えるとともに、金属カバー34の下面から垂下して設けられた金属棒35を2次元状に複数本備えるのが好ましい。導波管31にマイクロ波を伝送すると、導波管31の開口部31Aからマイクロ波が漏れてしまう。そこで、このような金属カバー34および複数本の金属棒35を備えることによって、マイクロ波の漏れを防止することができる。
 本実施例1のように導波管31の幅方向に互いに対向して2つの開口部31Aを有し、導波管31の各々の開口部31Aにそれぞれ対向して、2つのヒータ32,32が導波管31を挟み込むように設けられている場合には、図3のように構成する。具体的には、ヒータ32に対向して導波管31の外部に金属カバー34を備えるとともに、金属カバー34の下面から垂下して設けられた金属棒35を2次元状に複数本備えている。同様に、ヒータ32に対向して導波管31の外部に金属カバー34を備えるとともに、金属カバー34の下面から垂下して設けられた金属棒35を2次元状に複数本備えている。
 本実施例1に係る加熱方法によれば、マイクロ波加熱装置1を用いて被加熱物Wを加熱する際に、本発明における第1加熱工程に相当するプレヒート(ステップS2)および本発明における第2加熱工程に相当するマイクロ波加熱(ステップS3)を実施する。プレヒート(ステップS2)では、被加熱物Wを絶縁体シート33に載置して、ヒータ32による絶縁体シート33への熱伝導によって、絶縁体シート33が被加熱物Wを加熱する。マイクロ波加熱(ステップS3)では、プレヒート(ステップS2)の後にマイクロ波によって被加熱物Wを加熱する。プレヒート(ステップS2)の後にマイクロ波によって被加熱物Wを加熱することにより、加熱による被加熱物Wの損傷が生じることなく高温で被加熱物Wを加熱することができる。本実施例1に係るマイクロ波加熱装置1の作用・効果でも述べたように、たとえヒータ32が発熱体で構成されたとしても、ヒータ32が導波管31の外部に設けられているので、導波管31を伝送するマイクロ波の乱れを防止することができる。
 本実施例1に係るマイクロ波加熱装置1の図4や図5でも述べたように、本実施例1に係る加熱方法において、マイクロ波の反射波が形成されるように導波管31が構成され、マイクロ波加熱(ステップS3)では、マイクロ波の入射波および反射波により形成された定在波を機械的あるいは電気的に動かしながらマイクロ波によって被加熱物Wを加熱するのが好ましい。マイクロ波加熱(ステップS3)では、定在波を機械的あるいは電気的に動かしながらマイクロ波によって被加熱物を加熱することで、節・腹の位置を可変にして加熱ムラを低減させることができる。
 本実施例1に係るマイクロ波加熱装置1の図6でも述べたように、本実施例1に係る加熱方法において、マイクロ波の反射波が形成されないように導波管31を構成することにより、マイクロ波の入射波のみで形成された進行波を出力しながら、マイクロ波加熱(ステップS3)ではマイクロ波によって被加熱物Wを加熱するのが好ましい。進行波を出力しながら、マイクロ波加熱(ステップS3)ではマイクロ波によって被加熱物Wを加熱することで、マイクロ波の振幅が時間的に変化し、加熱ムラを低減させることができる。
 次に、図面を参照して本発明の実施例2を説明する。図9は、実施例2に係るマイクロ波加熱装置の導波管加熱炉の概略底面図である。なお、図9では、筐体36(図2および図3を参照)の図示を省略する。また、図9は底面図であるので、ヒータや絶縁体シート33よりも上方に位置する金属カバー34(図2および図3を参照)および金属棒35(図2および図3を参照)は図9に現れないことに留意されたい。
 上述した実施例1では、図2に示すように導波管31の開口部31Aが2つであって、導波管31を折り返さずに構成しており、図3に示すようにヒータ32は2つのヒータ32,32から構成されていた。これに対して、本実施例2では、図9の底面図に示すように、導波管31を折り返して構成し、折り返しにより形成された2本の導波管31において、幅方向に互いに対向して各々の開口部31Aをそれぞれに有している。
 また、上述した実施例1では、導波管31を折り返さなかったので、マイクロ波の伝送方向が導波管31の長手方向でもあって、伝送方向に直交する導波管31の幅方向が導波管31の短手方向でもあった。これに対して、後述する実施例3も含めて、本実施例2では、導波管31を折り返すことにより、必ずしもマイクロ波の伝送方向が、折り返しにより形成された全ての導波管31の長手方向であるとは限らず、必ずしも導波管31の幅方向が、折り返しにより形成された全ての導波管31の短手方向であるとは限らない。よって、後述する実施例3も含めて、本実施例2では、方向に関しては、単に「マイクロ波の伝送方向」または「伝送方向」,「導波管31の幅方向」または「幅方向」と文言を統一して、以下を説明する。
 導波管31を折り返す場合には、図9(a)のようなコーナー導波管を用いて導波管31を折り返してもよいし、図9(b)のようなベンド導波管を用いて導波管31を折り返してもよい。コーナー導波管を用いて導波管31を折り返した場合には、図9(a)に示すように導波管31を直角に折り返す。ベンド導波管を用いて導波管31を折り返した場合には、図9(b)に示すように導波管31を曲げて折り返す。
 折り返しにより形成された2本の導波管31の各々の開口部31Aにそれぞれ対向して、3つのヒータ32,32,32が各々の導波管31を挟み込むように設けられている。そして、絶縁体シート33は、導波管31の各々の開口部31Aを貫通して、3つの32,32,32の全てにわたって設けられている。
 その他の構成(マイクロ波の漏れ防止の構成や加熱ムラを低減させるための構成)については、上述した実施例1と同じであるので、説明を省略する。ただし、マイクロ波の漏れを防止するために、ヒータ32,32,32にそれぞれ対向して導波管31の外部に3つの金属カバー34(図2および図3を参照)を備えるとともに、各々の金属カバー34の下面から垂下して設けられた金属棒35(図2および図3を参照)を2次元状に複数本備えるのが好ましい。さらに、本実施例2に係る加熱方法についても、上述した実施例1に係る加熱方法(図7のフローチャートを参照)と同じであるので、説明を省略する。
 本実施例2に係るマイクロ波加熱装置1によれば、上述した実施例1と同様に、マイクロ波の伝送方向に沿って開口部31Aを有するように導波管31が構成され、導波管31の開口部31Aに隣接して、導波管31の外部にヒータ(本実施例2では3つのヒータ32,32,32)が設けられ、絶縁体シート33はヒータ(3つのヒータ32,32,32)に載置され、導波管31の開口部31Aを通り、ヒータ(3つのヒータ32,32,32)から導波管31の内部にわたって少なくとも設けられている。被加熱物Wを絶縁体シート33に載置して、ヒータ(3つのヒータ32,32,32)による絶縁体シート33への熱伝導によって、絶縁体シート33が被加熱物Wを加熱した後に、マイクロ波によって被加熱物Wを加熱することにより、加熱による被加熱物Wの損傷が生じることなく高温で被加熱物Wを加熱することができる。さらに、たとえヒータ(3つのヒータ32,32,32)が発熱体で構成されたとしても、ヒータ(3つのヒータ32,32,32)が導波管31の外部に設けられているので、導波管31を伝送するマイクロ波の乱れを防止することができる。
 本実施例2の構成の場合には、上述した実施例1のように導波管31を折り返さない場合よりも大きなサイズ(例えば、2本の導波管31の幅,または2本の導波管31の幅を含んだ3つのヒータ32,32,32にわたる長さと同等のサイズ)の被加熱物Wを加熱するのに適している。また、ヒータによる加熱(図7のフローチャートのステップS2)およびマイクロ波による加熱(図7のフローチャートのステップS3)度に、2本の導波管31の幅,または2本の導波管31の幅を含んだ3つのヒータ32,32,32にわたる長さの移動量で被加熱物Wをステップ送りで走行させれば、長尺状の被加熱物Wを加熱することができる。
 その他の構成(マイクロ波の漏れ防止の構成や加熱ムラを低減させるための構成)の作用・効果については、上述した実施例1の作用・効果と同じであるので、説明を省略する。また、本実施例2に係る加熱方法の作用・効果についても、上述した実施例1に係る加熱方法の作用・効果と同じであるので、説明を省略する。
 次に、図面を参照して本発明の実施例3を説明する。図10は、実施例3に係るマイクロ波加熱装置の導波管加熱炉の概略底面図である。なお、上述した実施例2の図9と同様に、図10では、筐体36(図2および図3を参照)の図示を省略する。また、図9と同様に図10は底面図であるので、ヒータや絶縁体シート33よりも上方に位置する金属カバー34(図2および図3を参照)および金属棒35(図2および図3を参照)は図10に現れないことに留意されたい。
 上述した実施例1では、図2に示すように導波管31の開口部31Aが2つであって、導波管31を折り返さずに構成しており、図3に示すようにヒータ32は2つのヒータ32,32から構成されていた。また、上述した実施例2では、図9に示すように導波管31の折り返し回数が1回で、3つのヒータ32,32,32を備えていた。これらに対して、本実施例3では、図10の底面図に示すように、導波管31の折り返し回数を複数回に展開させて、特許文献1:特開平10-112385号公報の構造に複数個のヒータ32,32,32,…,32,32(n+1),32(n+2)を加えた構成となる。
 具体的には、導波管31の折り返し回数をn(ただし、nは2以上の自然数)とすると、折り返しにより形成された(n+1)本の導波管31において、幅方向に互いに対向して各々の開口部31Aをそれぞれに有している。
 上述した実施例2と同様に、導波管31を折り返す場合には、図9(a)のようなコーナー導波管を用いて導波管31を折り返してもよいし、図9(b)のようなベンド導波管を用いて導波管31を折り返してもよい。図10では、図9(a)と同じようにコーナー導波管を用いて導波管31を折り返すことにより、導波管31を直角に折り返す。導波管31の折り返し回数を複数にしているので、コーナー導波管およびベンド導波管を組み合わせて用いてもよい。
 折り返しにより形成された(n+1)本の導波管31の各々の開口部31Aにそれぞれ対向して、(n+2)個のヒータ32,32,32,…,32,32(n+1),32(n+2)が各々の(n+1)本の導波管31を挟み込むように設けられている。そして、絶縁体シート33は、導波管31の各々の開口部31Aを貫通して、(n+2)個のヒータ32,32,32,…,32,32(n+1),32(n+2)の全てにわたって設けられている。
 その他の構成(マイクロ波の漏れ防止の構成や加熱ムラを低減させるための構成)については、上述した実施例1と同じであるので、説明を省略する。ただし、マイクロ波の漏れを防止するために、ヒータ32,32,32,…,32,32(n+1),32(n+2)にそれぞれ対向して導波管31の外部に(n+2)個の金属カバー34(図2および図3を参照)を備えるとともに、各々の金属カバー34の下面から垂下して設けられた金属棒35(図2および図3を参照)を2次元状に複数本備えるのが好ましい。さらに、本実施例3に係る加熱方法についても、上述した実施例1に係る加熱方法(図7のフローチャートを参照)と同じであるので、説明を省略する。
 本実施例3に係るマイクロ波加熱装置1によれば、上述した実施例1と同様に、マイクロ波の伝送方向に沿って開口部31Aを有するように導波管31が構成され、導波管31の開口部31Aに隣接して、導波管31の外部にヒータ(本実施例3では(n+2)個のヒータ32,32,32,…,32,32(n+1),32(n+2))が設けられ、絶縁体シート33はヒータ((n+2)個のヒータ32,32,32,…,32,32(n+1),32(n+2))に載置され、導波管31の開口部31Aを通り、ヒータ((n+2)個のヒータ32,32,32,…,32,32(n+1),32(n+2))から導波管31の内部にわたって少なくとも設けられている。被加熱物Wを絶縁体シート33に載置して、ヒータ((n+2)個のヒータ32,32,32,…,32,32(n+1),32(n+2))による絶縁体シート33への熱伝導によって、絶縁体シート33が被加熱物Wを加熱した後に、マイクロ波によって被加熱物Wを加熱することにより、加熱による被加熱物Wの損傷が生じることなく高温で被加熱物Wを加熱することができる。さらに、たとえヒータ((n+2)個のヒータ32,32,32,…,32,32(n+1),32(n+2))が発熱体で構成されたとしても、ヒータ((n+2)個のヒータ32,32,32,…,32,32(n+1),32(n+2))が導波管31の外部に設けられているので、導波管31を伝送するマイクロ波の乱れを防止することができる。
 本実施例3の構成の場合には、上述した実施例2のように導波管31の折り返し回数が1回の場合よりも大きなサイズ(例えば、(n+1)本の導波管31の幅,または(n+1)本の導波管31の幅を含んだ(n+2)個のヒータ32,32,32,…,32,32(n+1),32(n+2)にわたる長さと同等のサイズ)の被加熱物Wを加熱するのに適している。また、ステップ送りで被加熱物Wを走行させなくとも、(n+1)本の導波管31の幅,または(n+1)本の導波管31の幅を含んだ(n+2)個のヒータ32,32,32,…,32,32(n+1),32(n+2)にわたる長さと同等のサイズを有した長尺状の被加熱物Wを加熱することができる。
 その他の構成(マイクロ波の漏れ防止の構成や加熱ムラを低減させるための構成)の作用・効果については、上述した実施例1の作用・効果と同じであるので、説明を省略する。また、本実施例3に係る加熱方法の作用・効果についても、上述した実施例1に係る加熱方法の作用・効果と同じであるので、説明を省略する。
 本発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。
 (1)上述した各実施例では、マイクロ波加熱として、シート状の被加熱物の乾燥に適用したが、マイクロ波加熱を利用した処理であれば、特に限定されない。例えば、マイクロ波の波長に応じて特定の物質のみを内部から急速に選択加熱する処理や、生体組織にマイクロ波を照射すると、発熱によってタンパク質などが変性して凝固する処理や、窒化アルミニウムやアルミナなどの粉末や金属粉末を成型して焼結する処理などに適用してもよい。
 (2)上述した各実施例では、周波数が2.45GHzのマイクロ波を用いたが、一般的にマイクロ波の周波数は、300MHz~300GHzの範囲で、マイクロ波加熱に用いられるマイクロ波の周波数は、300MHz~3GHzの範囲である。よって、上記の範囲(300MHz~3GHzの範囲)であれば、周波数については特に限定されない。例えば、915MHzのマイクロ波を用いてもよい。
 (3)上述した各実施例では、マイクロ波加熱装置として、発振器10(図1を参照)や導波管20(図1を参照)や導波管加熱炉30(図1を参照)などを含んだ構成であったが、導波管加熱炉単体をマイクロ波加熱装置として用いてもよい。
 (4)上述した各実施例では、図2および図3などに示すように、導波管31の開口部31Aが2つであったが、図11に示すように、導波管31の開口部31Aが1つであってもよい。導波管31の開口部31Aが1つである場合には、絶縁体シート33は、導波管31の開口部31Aを通り、ヒータ32から導波管31の内部にわたって設けられている。したがって、導波管31の開口部31Aが1つである場合には、長尺状でない比較的に小さなサイズ(例えば導波管31の幅に収まるサイズ)の被加熱物を加熱するのに適している。また、導波管31の開口部31Aが1つである場合には、装置の構造が簡易になるという効果をも奏する。
 (5)上述した各実施例では、マイクロ波の漏れを防止するために、金属カバーおよび金属棒を備えたが、開口部のサイズが小さいことに起因してマイクロ波の漏れが無視できる程度に少ない場合、あるいは導体で形成された筐体36(図2および図3を参照)が導波管やヒータや絶縁体シートなどを収容することにより筐体36の外部にマイクロ波の漏れがない場合には、必ずしも金属カバーおよび金属棒を備える必要はない。
 以上のように、本発明は、シート状の被加熱物の乾燥や、粉末を成型して焼結する処理などに適している。
 1 … マイクロ波加熱装置
 10 … 発振器
 11 … モータ
 20,31 … 導波管
 30 … 導波管加熱炉
 31A … 開口部
 32 … ヒータ
 33 … 絶縁体シート
 34 … 金属カバー
 35 … 金属棒
 38 … ロッド
 W … 被加熱物

Claims (10)

  1.  マイクロ波を伝送するための導波管を備えたマイクロ波加熱装置であって、
     マイクロ波の伝送方向に沿って開口部を有するように前記導波管が構成され、
     前記マイクロ波加熱装置は、
     前記導波管の開口部に隣接して、前記導波管の外部に設けられた加熱手段と、
     当該加熱手段に載置され、前記導波管の開口部を通り、前記加熱手段から前記導波管の内部にわたって少なくとも設けられた熱伝導性の絶縁体と
     を備えたマイクロ波加熱装置。
  2.  請求項1に記載のマイクロ波加熱装置において、
     前記伝送方向に直交する前記導波管の幅方向に互いに対向して2つの前記開口部を有するように前記導波管が構成され、
     前記導波管の各々の開口部にそれぞれ対向して、2つの前記加熱手段が前記導波管を挟み込むように設けられ、
     前記熱伝導性の絶縁体は、前記導波管の2つの開口部を貫通して、一方の加熱手段から他方の加熱手段にわたって設けられた
     マイクロ波加熱装置。
  3.  請求項2に記載のマイクロ波加熱装置において、
     前記導波管を折り返して構成し、
     折り返しにより形成された2本の導波管において、前記幅方向に互いに対向して各々の前記開口部をそれぞれに有し、
     折り返しにより形成された2本の導波管の各々の開口部にそれぞれ対向して、3つの前記加熱手段が各々の導波管を挟み込むように設けられ、
     前記熱伝導性の絶縁体は、前記導波管の各々の開口部を貫通して、3つの加熱手段の全てにわたって設けられた
     マイクロ波加熱装置。
  4.  請求項3に記載のマイクロ波加熱装置において、
     前記導波管の折り返し回数をn(ただし、nは2以上の自然数)とすると、
     折り返しにより形成された(n+1)本の導波管において、前記幅方向に互いに対向して各々の前記開口部をそれぞれに有し、
     折り返しにより形成された(n+1)本の導波管の各々の開口部にそれぞれ対向して、(n+2)個の前記加熱手段が各々の(n+1)本の導波管を挟み込むように設けられ、
     前記熱伝導性の絶縁体は、前記導波管の各々の開口部を貫通して、(n+2)個の加熱手段の全てにわたって設けられた
     マイクロ波加熱装置。
  5.  請求項1から請求項4のいずれかに記載のマイクロ波加熱装置において、
     前記マイクロ波の反射波が形成されるように前記導波管が構成され、
     前記マイクロ波加熱装置は、
     前記マイクロ波の入射波および反射波により形成された定在波を機械的あるいは電気的に動かす定在波移動手段
     を備えたマイクロ波加熱装置。
  6.  請求項1から請求項4のいずれかに記載のマイクロ波加熱装置において、
     前記マイクロ波の反射波が形成されないように前記導波管を構成することにより、前記マイクロ波の入射波のみで形成された進行波を出力する
     マイクロ波加熱装置。
  7.  請求項1から請求項6のいずれかに記載のマイクロ波加熱装置において、
     前記熱伝導性の絶縁体の上方に、前記加熱手段に対向して前記導波管の外部に設けられ、当該熱伝導性の絶縁体を覆う金属カバーを備えるとともに、
     当該金属カバーの下面から垂下して設けられた金属棒を2次元状に複数本備えた
     マイクロ波加熱装置。
  8.  マイクロ波を伝送するための導波管を備え、
     マイクロ波の伝送方向に沿って開口部を有するように前記導波管が構成され、
     前記導波管の開口部に隣接して、前記導波管の外部に設けられた加熱手段と、
     当該加熱手段に載置され、前記導波管の開口部を通り、前記加熱手段から前記導波管の内部にわたって少なくとも設けられた熱伝導性の絶縁体と
     を備えたマイクロ波加熱装置を用いて被加熱物を加熱する加熱方法であって、
     前記被加熱物を前記熱伝導性の絶縁体に載置して、前記加熱手段による前記熱伝導性の絶縁体への熱伝導によって、前記熱伝導性の絶縁体が前記被加熱物を加熱する第1加熱工程と、
     当該第1加熱工程の後に前記マイクロ波によって前記被加熱物を加熱する第2加熱工程と
     を備えた加熱方法。
  9.  請求項8に記載の加熱方法において、
     前記マイクロ波の反射波が形成されるように前記導波管が構成され、
     前記第2加熱工程では、前記マイクロ波の入射波および反射波により形成された定在波を機械的あるいは電気的に動かしながら前記マイクロ波によって前記被加熱物を加熱する
     加熱方法。
  10.  請求項8に記載の加熱方法において、
     前記マイクロ波の反射波が形成されないように前記導波管を構成することにより、前記マイクロ波の入射波のみで形成された進行波を出力しながら、前記第2加熱工程では前記マイクロ波によって前記被加熱物を加熱する
     加熱方法。
PCT/JP2018/037894 2018-10-11 2018-10-11 マイクロ波加熱装置および加熱方法 WO2020075261A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020549899A JP7037839B2 (ja) 2018-10-11 2018-10-11 マイクロ波加熱装置および加熱方法
PCT/JP2018/037894 WO2020075261A1 (ja) 2018-10-11 2018-10-11 マイクロ波加熱装置および加熱方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2018/037894 WO2020075261A1 (ja) 2018-10-11 2018-10-11 マイクロ波加熱装置および加熱方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020075261A1 true WO2020075261A1 (ja) 2020-04-16

Family

ID=70164582

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2018/037894 WO2020075261A1 (ja) 2018-10-11 2018-10-11 マイクロ波加熱装置および加熱方法

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP7037839B2 (ja)
WO (1) WO2020075261A1 (ja)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3413433A (en) * 1965-03-27 1968-11-26 Philips Corp High-frequency heating devices comprising a waveguide for heating thin widths of material
US3466415A (en) * 1967-09-29 1969-09-09 Canadian Patents Dev Apparatus for dielectric heating
JPS53115445U (ja) * 1977-02-22 1978-09-13
JPS5788693A (en) * 1980-11-20 1982-06-02 Sanyo Electric Co Method anddevice for heating with microwave
JPH10112384A (ja) * 1996-10-03 1998-04-28 Toshiba Mechatronics Kk マイクロ波加熱装置
WO2014050828A1 (ja) * 2012-09-25 2014-04-03 昭和電工株式会社 マイクロ波加熱装置
WO2018143024A1 (ja) * 2017-02-03 2018-08-09 株式会社Screenホールディングス 画像記録装置、乾燥装置および画像記録方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3413433A (en) * 1965-03-27 1968-11-26 Philips Corp High-frequency heating devices comprising a waveguide for heating thin widths of material
US3466415A (en) * 1967-09-29 1969-09-09 Canadian Patents Dev Apparatus for dielectric heating
JPS53115445U (ja) * 1977-02-22 1978-09-13
JPS5788693A (en) * 1980-11-20 1982-06-02 Sanyo Electric Co Method anddevice for heating with microwave
JPH10112384A (ja) * 1996-10-03 1998-04-28 Toshiba Mechatronics Kk マイクロ波加熱装置
WO2014050828A1 (ja) * 2012-09-25 2014-04-03 昭和電工株式会社 マイクロ波加熱装置
WO2018143024A1 (ja) * 2017-02-03 2018-08-09 株式会社Screenホールディングス 画像記録装置、乾燥装置および画像記録方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP7037839B2 (ja) 2022-03-17
JPWO2020075261A1 (ja) 2021-09-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AP1024A (en) Radio-frequency and microwave-assisted processing of materials.
WO2013018358A1 (ja) マイクロ波加熱装置
FI57865B (fi) Anordning foer att aostadkomma uppvaermning av material medelst mikrovaogsenergi inom ett foeretraedesvis laongstraeckt uppvaermningsomraode
JP2013520340A (ja) セラミック製品を製造するトレーアセンブリ及び方法
JP5895247B2 (ja) マイクロ波加熱装置
JPS58142184A (ja) 乾燥装置
JP2000048946A (ja) 電子レンジ
JP2009181900A (ja) マイクロ波加熱装置
WO2021044826A1 (ja) 加熱用電磁波制御体及び加熱用電磁波制御体付き物品
WO2020075261A1 (ja) マイクロ波加熱装置および加熱方法
WO2013005420A1 (ja) マイクロ波加熱装置
WO2013005438A1 (ja) マイクロ波加熱装置
KR102226324B1 (ko) 마이크로파를 활용한 3d 프린터 노즐 장치
US2636975A (en) High-frequency heating apparatus
JP2018032471A (ja) 高周波加熱装置
JP6986264B2 (ja) 薄膜パターンの焼成方法及びマイクロ波焼成装置
JP4036052B2 (ja) マイクロ波加熱装置
JP5102486B2 (ja) マイクロ波加熱装置
JP2005071724A (ja) マイクロ波加熱装置
JP4524857B2 (ja) 高周波加熱装置
KR101031107B1 (ko) 진동체를 이용한 가변 길이 마이크로파 반응기 및 그 방법
JP7285413B2 (ja) 高周波加熱装置
JPH1167442A (ja) 高周波加熱装置
JP2017162668A (ja) マイクロ波加熱装置
JP5445155B2 (ja) マイクロ波加熱装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18936858

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020549899

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18936858

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1